JPH08110486A - 内視鏡装置 - Google Patents
内視鏡装置Info
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- JPH08110486A JPH08110486A JP6246491A JP24649194A JPH08110486A JP H08110486 A JPH08110486 A JP H08110486A JP 6246491 A JP6246491 A JP 6246491A JP 24649194 A JP24649194 A JP 24649194A JP H08110486 A JPH08110486 A JP H08110486A
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- JP
- Japan
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- lens
- endoscope apparatus
- prism
- light
- endoscope
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Abstract
(57)【要約】
【目的】斜め入射によるCCDの受光感度の低下を抑制
できる内視鏡装置を提供する。 【構成】内視鏡スコープ1の先端硬性部8に光学撮像系
8aを備える。光学撮像系8aは多数の撮像素子を撮像
面Faに配置したCCD9と、その撮像面Faに光線を
入射させる対物光学系10とを備える。撮像面Faに、
撮像素子毎に個別にマイクロレンズ9a…を設け、その
入射面側にカバーガラス11を接合する。対物光学系1
0は、被写体の反射光線Bnを受ける対物レンズ部12
(凹レンズ16、絞り17及び色消レンズ18)と、そ
の出射側に配置されるフィルタ部13(水晶フィルタ1
9及び色補正フィルタ20)及びプリズム14とを備え
る。プリズム14とカバーガラス11の間に、平凸レン
ズ15を設け、撮像面Faに斜めに入射する光線Bnを
撮像面Faの法線方向に平行又は平行に近い方向に揃え
る。
できる内視鏡装置を提供する。 【構成】内視鏡スコープ1の先端硬性部8に光学撮像系
8aを備える。光学撮像系8aは多数の撮像素子を撮像
面Faに配置したCCD9と、その撮像面Faに光線を
入射させる対物光学系10とを備える。撮像面Faに、
撮像素子毎に個別にマイクロレンズ9a…を設け、その
入射面側にカバーガラス11を接合する。対物光学系1
0は、被写体の反射光線Bnを受ける対物レンズ部12
(凹レンズ16、絞り17及び色消レンズ18)と、そ
の出射側に配置されるフィルタ部13(水晶フィルタ1
9及び色補正フィルタ20)及びプリズム14とを備え
る。プリズム14とカバーガラス11の間に、平凸レン
ズ15を設け、撮像面Faに斜めに入射する光線Bnを
撮像面Faの法線方向に平行又は平行に近い方向に揃え
る。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、内視鏡装置に係り、
とくに内視鏡スコープの先端部に配置される光学撮像系
の配置構造に関する。
とくに内視鏡スコープの先端部に配置される光学撮像系
の配置構造に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、内視鏡装置には、内視鏡スコー
プの先端部にCCD(固体撮像素子、固体撮像アレイ)
を用いた光学撮像系が搭載されている。この光学撮像系
は、多数の画素に相当するフォトダイオード(撮像素
子)を有するCCD及びCCDの受光面に光を集光させ
る対物光学系を少なくとも備えた構成で、被写体からの
反射光線をCCDの撮像面に入射できるようになってい
る。
プの先端部にCCD(固体撮像素子、固体撮像アレイ)
を用いた光学撮像系が搭載されている。この光学撮像系
は、多数の画素に相当するフォトダイオード(撮像素
子)を有するCCD及びCCDの受光面に光を集光させ
る対物光学系を少なくとも備えた構成で、被写体からの
反射光線をCCDの撮像面に入射できるようになってい
る。
【0003】ところで一方、近年、CCDの小型化、多
画素化等の技術進歩に伴い、各フォトダイオードの開口
部(受光領域)の面積も小さくなる傾向にある。この開
口部の縮小化は受光感度の低下を意味する。そこで、受
光効率を上げる目的で、CCDの撮像面側に集光用のマ
イクロレンズを装着する技術が確立されてきた。この技
術には、例えば、CCDの各フォトダイオードに個別に
マイクロレンズを装着し、その各マイクロレンズ毎に光
を集めるものが知られている。
画素化等の技術進歩に伴い、各フォトダイオードの開口
部(受光領域)の面積も小さくなる傾向にある。この開
口部の縮小化は受光感度の低下を意味する。そこで、受
光効率を上げる目的で、CCDの撮像面側に集光用のマ
イクロレンズを装着する技術が確立されてきた。この技
術には、例えば、CCDの各フォトダイオードに個別に
マイクロレンズを装着し、その各マイクロレンズ毎に光
を集めるものが知られている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来技術では、先端構造上の制約により、対物光学系及
びCCDが先端部内の限られたスペースに配置されるに
もかかわらず、CCDの受光面に入射される光線に対し
てその入射角の大小を特に意識した構成ではなかったた
め、以下のように不都合があった。
従来技術では、先端構造上の制約により、対物光学系及
びCCDが先端部内の限られたスペースに配置されるに
もかかわらず、CCDの受光面に入射される光線に対し
てその入射角の大小を特に意識した構成ではなかったた
め、以下のように不都合があった。
【0005】例えば、内視鏡装置の光学撮像系は、通
常、CCDを用いる他の撮像装置(テレビカメラ、ビデ
オカメラ等)と比べ、対物光学系及びCCDの夫々の寸
法やその両者の離間距離等に小型化の要請を反映した制
約があるため、CCDの受光面の端部側での光線の入射
角が一般に大きくなっている。入射角が大きいというこ
とは、反射等の影響を受けやすいということを意味す
る。従って、各フォトダイオードの開口部での受光感度
も低下するといった問題があった。
常、CCDを用いる他の撮像装置(テレビカメラ、ビデ
オカメラ等)と比べ、対物光学系及びCCDの夫々の寸
法やその両者の離間距離等に小型化の要請を反映した制
約があるため、CCDの受光面の端部側での光線の入射
角が一般に大きくなっている。入射角が大きいというこ
とは、反射等の影響を受けやすいということを意味す
る。従って、各フォトダイオードの開口部での受光感度
も低下するといった問題があった。
【0006】この問題は、特にマイクロレンズを用いた
上述の技術を内視鏡装置の光学撮像系にそのまま適用す
る場合に、より一層顕著になることが想至される。
上述の技術を内視鏡装置の光学撮像系にそのまま適用す
る場合に、より一層顕著になることが想至される。
【0007】例えば、図8(a)に示すように、光線B
nの入射角が小さいとき(以下、便宜上、「垂直入射」
と呼ぶ)は、CCD100の受光面100aに対してほ
ぼ垂直に光線Bnが入射されるときため、マイクロレン
ズ101からの光線Bnがフォトダイオードの開口部1
02に集まる。
nの入射角が小さいとき(以下、便宜上、「垂直入射」
と呼ぶ)は、CCD100の受光面100aに対してほ
ぼ垂直に光線Bnが入射されるときため、マイクロレン
ズ101からの光線Bnがフォトダイオードの開口部1
02に集まる。
【0008】しかしながら、図8(b)に示すように、
光線Bnの入射角が大きいとき(以下、便宜上、「斜め
入射」と呼ぶ)は、CCD100の受光面100aに対
して斜めに光線Bnが入射されるため、マイクロレンズ
101の許容入射角を超える光線Bnの一部が、マクロ
レンズ101を介してフォトダイオードの開口部102
から外側に離れた位置に集まるようになる。従って、斜
め入射の程度が大きいほど、受光感度が低下するといっ
た問題があった。
光線Bnの入射角が大きいとき(以下、便宜上、「斜め
入射」と呼ぶ)は、CCD100の受光面100aに対
して斜めに光線Bnが入射されるため、マイクロレンズ
101の許容入射角を超える光線Bnの一部が、マクロ
レンズ101を介してフォトダイオードの開口部102
から外側に離れた位置に集まるようになる。従って、斜
め入射の程度が大きいほど、受光感度が低下するといっ
た問題があった。
【0009】本発明は、上述した従来技術の問題を考慮
してなされたもので、斜め入射によるCCDの受光感度
の低下を抑制できる内視鏡装置を提供することを目的と
する。また、マイクロレンズを用いたCCDに好適な内
視鏡装置を提供することを目的とする。
してなされたもので、斜め入射によるCCDの受光感度
の低下を抑制できる内視鏡装置を提供することを目的と
する。また、マイクロレンズを用いたCCDに好適な内
視鏡装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成させるた
め、請求項1記載の発明に係る内視鏡装置は、内視鏡ス
コープを有し、且つ、この内視鏡スコープの先端部に被
写体からの反射光線を映像用の電気信号に変換する光学
撮像系を備える。また、この光学撮像系に、内視鏡スコ
ープの軸方向に平行な中心軸を有する対物レンズを少な
くとも配置した対物光学系と、その対物光学系からの光
線を受ける受光面を有し且つその受光面に多数の撮像素
子を格子状に配置した固体撮像アレイとを設ける。さら
に、対物光学系と固体撮像アレイとの間に、受光面に斜
めに入射する光線をその入射角の程度に応じて受光面の
中心軸側に向かせる光路変更手段を設けている。
め、請求項1記載の発明に係る内視鏡装置は、内視鏡ス
コープを有し、且つ、この内視鏡スコープの先端部に被
写体からの反射光線を映像用の電気信号に変換する光学
撮像系を備える。また、この光学撮像系に、内視鏡スコ
ープの軸方向に平行な中心軸を有する対物レンズを少な
くとも配置した対物光学系と、その対物光学系からの光
線を受ける受光面を有し且つその受光面に多数の撮像素
子を格子状に配置した固体撮像アレイとを設ける。さら
に、対物光学系と固体撮像アレイとの間に、受光面に斜
めに入射する光線をその入射角の程度に応じて受光面の
中心軸側に向かせる光路変更手段を設けている。
【0011】請求項2記載の発明では、前記光路変更手
段は固体撮像アレイの受光面の法線方向の中心軸に同軸
に配置されるレンズ部を有する。このレンズ部は少なく
とも1つの凸面状の曲面を備えている。
段は固体撮像アレイの受光面の法線方向の中心軸に同軸
に配置されるレンズ部を有する。このレンズ部は少なく
とも1つの凸面状の曲面を備えている。
【0012】請求項3記載の発明では、前記曲面の曲率
を入射角の程度に応じて設定した。
を入射角の程度に応じて設定した。
【0013】請求項4記載の発明では、前記レンズ部は
平凸レンズからなり、前記曲面を平凸レンズの凸面に形
成した。
平凸レンズからなり、前記曲面を平凸レンズの凸面に形
成した。
【0014】請求項5記載の発明では、前記固体撮像ア
レイを、その受光面の法線方向が上記軸方向に略直交す
る方向となる位置に配置した。
レイを、その受光面の法線方向が上記軸方向に略直交す
る方向となる位置に配置した。
【0015】請求項6記載の発明では、前記対物光学系
は、対物レンズに加え、その対物レンズの出射面側にプ
リズムを備えた。このプリズムの2つの底面の内の出射
面側を固体撮像アレイの受光面の法線方向の中心軸に同
軸に配置した。
は、対物レンズに加え、その対物レンズの出射面側にプ
リズムを備えた。このプリズムの2つの底面の内の出射
面側を固体撮像アレイの受光面の法線方向の中心軸に同
軸に配置した。
【0016】請求項7記載の発明では、前記レンズ部は
平凸レンズからなり、前記曲面を平凸レンズの凸面に形
成した。この平凸レンズは、その凸面側を前記固体撮像
アレイの受光面に対向して配置する状態で、当該平凸レ
ンズの平面側を前記プリズムの出射面に接合して成る。
平凸レンズからなり、前記曲面を平凸レンズの凸面に形
成した。この平凸レンズは、その凸面側を前記固体撮像
アレイの受光面に対向して配置する状態で、当該平凸レ
ンズの平面側を前記プリズムの出射面に接合して成る。
【0017】請求項8記載の発明では、前記レンズ部は
プリズムに一体に搭載されており、前記曲面をプリズム
の出射面に形成した。
プリズムに一体に搭載されており、前記曲面をプリズム
の出射面に形成した。
【0018】請求項9記載の発明では、前記固体撮像ア
レイの受光面にカバーガラスを接合した。
レイの受光面にカバーガラスを接合した。
【0019】請求項10記載の発明では、前記レンズ部
はカバーガラスに一体に搭載されており、前記曲面をカ
バーガラスの入射面に形成した。
はカバーガラスに一体に搭載されており、前記曲面をカ
バーガラスの入射面に形成した。
【0020】請求項11記載の発明では、前記レンズ部
はカバーガラス及びプリズムに一体に搭載されており、
前記曲面をカバーガラスの入射面及びプリズムの出射面
の夫々に個別に形成した。
はカバーガラス及びプリズムに一体に搭載されており、
前記曲面をカバーガラスの入射面及びプリズムの出射面
の夫々に個別に形成した。
【0021】請求項12記載の発明では、前記固体撮像
アレイの受光面に、多数の撮像素子毎に集光用のマイク
ロレンズを設けた。
アレイの受光面に、多数の撮像素子毎に集光用のマイク
ロレンズを設けた。
【0022】
【作用】請求項1〜12記載の発明に係る内視鏡装置で
は、光路変更手段により、対物光学系と固体撮像アレイ
との間で斜めに入射される光線がその入射角の程度に応
じて受光面の中心軸側に光路変更される。つまり、固体
撮像アレイの受光面に向かう光線が、その入射角を受光
面の中心軸に略平行又は平行に近い角度に揃えた状態で
入射される。
は、光路変更手段により、対物光学系と固体撮像アレイ
との間で斜めに入射される光線がその入射角の程度に応
じて受光面の中心軸側に光路変更される。つまり、固体
撮像アレイの受光面に向かう光線が、その入射角を受光
面の中心軸に略平行又は平行に近い角度に揃えた状態で
入射される。
【0023】例えば、光路変更手段としてのレンズ部に
より、受光面に向かう光線が少なくとも1つの凸状の曲
面を介して光路変更される。
より、受光面に向かう光線が少なくとも1つの凸状の曲
面を介して光路変更される。
【0024】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図1〜図4に基づ
き説明する 図1に示す内視鏡装置は、体腔内に挿入可能な内視鏡ス
コープ1と、その内視鏡スコープが接続される装置本体
2とを備えている。装置本体2には、通常の内視鏡装置
に搭載される図示しない各システム(制御系、光学系、
画像処理系、表示系等)が一体に内蔵されており、これ
らの各システムの所要の作動により内視鏡スコープ1を
駆動させて内視鏡画像を取得し、その内視鏡画像をモニ
タ画面に表示するようになっている。
き説明する 図1に示す内視鏡装置は、体腔内に挿入可能な内視鏡ス
コープ1と、その内視鏡スコープが接続される装置本体
2とを備えている。装置本体2には、通常の内視鏡装置
に搭載される図示しない各システム(制御系、光学系、
画像処理系、表示系等)が一体に内蔵されており、これ
らの各システムの所要の作動により内視鏡スコープ1を
駆動させて内視鏡画像を取得し、その内視鏡画像をモニ
タ画面に表示するようになっている。
【0025】内視鏡スコープ1は、体腔内に挿入される
挿入部3と、その挿入部3の装置本体2側に接続される
と共に、体腔内に挿入された挿入部3の駆動を体外の位
置から支援するための操作部4とを備え、この操作部4
がユニバーサルコード5を介して装置本体2に接続され
ている。挿入部3は、操作部4に接続される可撓性のあ
る本体部6と、この本体部6に接続される湾曲自在のア
ングル部7と、このアングル部の先端側に配置される先
端硬性部8とを備えている。
挿入部3と、その挿入部3の装置本体2側に接続される
と共に、体腔内に挿入された挿入部3の駆動を体外の位
置から支援するための操作部4とを備え、この操作部4
がユニバーサルコード5を介して装置本体2に接続され
ている。挿入部3は、操作部4に接続される可撓性のあ
る本体部6と、この本体部6に接続される湾曲自在のア
ングル部7と、このアングル部の先端側に配置される先
端硬性部8とを備えている。
【0026】先端硬性部8は、図2に示すように、光学
撮像系8aを有し、その光学撮像系8aに、多数の画素
に相当する撮像素子(フォトダイオード等)を有するC
CD(本発明の固体撮像アレイに相当する)9と、この
CCD9の撮像面(受光面)Faに光学像を結像させる
対物光学系10とを装備している CCD9は、多数の撮像素子の開口部(受光部)が格子
状に配置される平面状の撮像面Faを有し、その撮像面
Faの法線方向が内視鏡スコープ1の軸方向に略直交す
る状態で配置(以下、便宜上「横置配置」と呼ぶ)され
ている。CCD9の撮像面Faには、撮像素子数に相当
する複数の集光用のマイクロレンズ9a…9aが各撮像
素子毎に格子状に配置されており、このマイクロレンズ
9a…9aの入射面側に、CCD9の法線方向の中心軸
O1と同軸に板状の保護用のカバーガラス11が貼付さ
れている。このカバーガラス11を透過した光線Bn
は、マイクロレンズ9a…9aを介して撮像面Fa上の
各撮像素子に個別に集められるようになっている。
撮像系8aを有し、その光学撮像系8aに、多数の画素
に相当する撮像素子(フォトダイオード等)を有するC
CD(本発明の固体撮像アレイに相当する)9と、この
CCD9の撮像面(受光面)Faに光学像を結像させる
対物光学系10とを装備している CCD9は、多数の撮像素子の開口部(受光部)が格子
状に配置される平面状の撮像面Faを有し、その撮像面
Faの法線方向が内視鏡スコープ1の軸方向に略直交す
る状態で配置(以下、便宜上「横置配置」と呼ぶ)され
ている。CCD9の撮像面Faには、撮像素子数に相当
する複数の集光用のマイクロレンズ9a…9aが各撮像
素子毎に格子状に配置されており、このマイクロレンズ
9a…9aの入射面側に、CCD9の法線方向の中心軸
O1と同軸に板状の保護用のカバーガラス11が貼付さ
れている。このカバーガラス11を透過した光線Bn
は、マイクロレンズ9a…9aを介して撮像面Fa上の
各撮像素子に個別に集められるようになっている。
【0027】対物光学系10は、被写体の光学像の情報
を担う光線Bnの入射窓としての対物レンズ部12と、
この対物レンズ部12からの光線Bnの所定波長成分の
みを透過させる光学フィルタ部13と、この光学フィル
タ部13からの光線Bnの光路をCCD9の撮像面Fa
側に変更させるプリズム14と、このプリズム14から
の光線Bnの光路をその角度に応じて撮像面Faの法線
方向に平行又は平行に近い状態に変更させる平凸レンズ
(本発明の光路変更手段に相当する)15とを備えてい
る。
を担う光線Bnの入射窓としての対物レンズ部12と、
この対物レンズ部12からの光線Bnの所定波長成分の
みを透過させる光学フィルタ部13と、この光学フィル
タ部13からの光線Bnの光路をCCD9の撮像面Fa
側に変更させるプリズム14と、このプリズム14から
の光線Bnの光路をその角度に応じて撮像面Faの法線
方向に平行又は平行に近い状態に変更させる平凸レンズ
(本発明の光路変更手段に相当する)15とを備えてい
る。
【0028】対物レンズ部12は、先端硬性部8の先端
表面8bに略平行に配設される凹レンズ16と、この凹
レンズ16を透過した光線Bnの出射側に、凹レンズ1
6の中心軸O2と同軸に配設される光量調節用の絞り1
7及び色収差補正用の色消レンズ(アクロマティックレ
ンズ)18を備えている。色消レンズ18は、2枚のレ
ンズ、即ち凹レンズ18a及び凸レンズ18bを一体に
嵌込んで成り、光線Bnの波長成分の違いによる結像位
置のずれを補正できるようになっている。
表面8bに略平行に配設される凹レンズ16と、この凹
レンズ16を透過した光線Bnの出射側に、凹レンズ1
6の中心軸O2と同軸に配設される光量調節用の絞り1
7及び色収差補正用の色消レンズ(アクロマティックレ
ンズ)18を備えている。色消レンズ18は、2枚のレ
ンズ、即ち凹レンズ18a及び凸レンズ18bを一体に
嵌込んで成り、光線Bnの波長成分の違いによる結像位
置のずれを補正できるようになっている。
【0029】光学フィルタ部13は、対物レンズ部12
の中心軸O2と同軸に配設される水晶フィルタ19及び
この水晶フィルタ19の出射面に接合される色補正フィ
ルタ20を備えている。水晶フィルタ19は、CCDに
より生ずる色偽信号を除去するようになっている。色補
正フィルタ20は、例えば臨床の場で内視鏡装置を用い
て赤外線レーザ治療を行う際に、赤外線レーザからの赤
外線によりCCD9からの映像用の出力信号が飽和し、
モニタ画面に表示される内視鏡画像が観察不能になる事
態を防止する目的で介挿されるものであって、水晶フィ
ルタ19からの光線Bnの内の赤外線を除去するように
なっている。
の中心軸O2と同軸に配設される水晶フィルタ19及び
この水晶フィルタ19の出射面に接合される色補正フィ
ルタ20を備えている。水晶フィルタ19は、CCDに
より生ずる色偽信号を除去するようになっている。色補
正フィルタ20は、例えば臨床の場で内視鏡装置を用い
て赤外線レーザ治療を行う際に、赤外線レーザからの赤
外線によりCCD9からの映像用の出力信号が飽和し、
モニタ画面に表示される内視鏡画像が観察不能になる事
態を防止する目的で介挿されるものであって、水晶フィ
ルタ19からの光線Bnの内の赤外線を除去するように
なっている。
【0030】プリズム14は、CCD9の横置配置に対
応して挿入されるものであって、2つの底面の内の一方
(入射面)が色補正フィルタ20の出射面に接合される
と共に、他方(出射面Fb)がCCD9の撮像面Faの
法線方向の中心軸O2と略同軸に配置されている。この
プリズム14は、色補正フィルタ20からの軸方向に略
平行に沿った光線Bnの光路をCCD9の撮像面Fa側
に向かう方向に変更するようになっている。
応して挿入されるものであって、2つの底面の内の一方
(入射面)が色補正フィルタ20の出射面に接合される
と共に、他方(出射面Fb)がCCD9の撮像面Faの
法線方向の中心軸O2と略同軸に配置されている。この
プリズム14は、色補正フィルタ20からの軸方向に略
平行に沿った光線Bnの光路をCCD9の撮像面Fa側
に向かう方向に変更するようになっている。
【0031】平凸レンズ15は、プリズム14の出射面
FbとCCD9の撮像面Faとの間に、その撮像面Fa
の法線方向の中心軸O1と同軸に配置される状態で挿入
されており、2つのレンズ面の内の一方のレンズ面であ
る平面がプリズム14の出射面Fbに接合されると共
に、他方のレンズ面である凸面がカバーガラス11に対
向して配置されている。凸面の曲率半径は、レンズ自体
の屈折率とともに、次に述べる光線追跡によるシミュレ
ーションの計算結果を考慮に入れた適宜値に設定されて
いる。
FbとCCD9の撮像面Faとの間に、その撮像面Fa
の法線方向の中心軸O1と同軸に配置される状態で挿入
されており、2つのレンズ面の内の一方のレンズ面であ
る平面がプリズム14の出射面Fbに接合されると共
に、他方のレンズ面である凸面がカバーガラス11に対
向して配置されている。凸面の曲率半径は、レンズ自体
の屈折率とともに、次に述べる光線追跡によるシミュレ
ーションの計算結果を考慮に入れた適宜値に設定されて
いる。
【0032】ここで、平凸レンズ15の設定例を図3及
び図4に基づいて説明する。
び図4に基づいて説明する。
【0033】図3及び図4に示す光線追跡図は、便宜
上、模式的に設定した条件下におけるシミュレーション
の結果を示すものであって、その設定条件として、上記
対物光学系10の内の対物レンズ部12及びその対物レ
ンズ部12の中心軸と略同軸に配置(以下、便宜上「縦
置配置」と呼ぶ)されるCCD9を採用している。
上、模式的に設定した条件下におけるシミュレーション
の結果を示すものであって、その設定条件として、上記
対物光学系10の内の対物レンズ部12及びその対物レ
ンズ部12の中心軸と略同軸に配置(以下、便宜上「縦
置配置」と呼ぶ)されるCCD9を採用している。
【0034】このシミュレーションは、光学レンズ部1
2に入射させる光線Bnの方向を変えて、CCD9の撮
像面Faでの光線Bnの入射角θを計算したものであ
る。ここで、好適な入射角θは適宜値θaよりも小さい
範囲にあって、その適宜値θaを超えると、撮像面Fa
上での反射度が高くなって受光感度が低下することがC
CDの特性有上で予め知られている。また、マイクロレ
ンズを装着したCCD9の場合には、好適な入射角θの
適宜値θbは、上記適宜値θaよりもさらに小さくなり
(θb<θa)、その適宜値θb(例えば、約6度)を
超えると、斜め入射の影響を強く受けて受光感度が低下
することがCCDの特性上で予め知られている。
2に入射させる光線Bnの方向を変えて、CCD9の撮
像面Faでの光線Bnの入射角θを計算したものであ
る。ここで、好適な入射角θは適宜値θaよりも小さい
範囲にあって、その適宜値θaを超えると、撮像面Fa
上での反射度が高くなって受光感度が低下することがC
CDの特性有上で予め知られている。また、マイクロレ
ンズを装着したCCD9の場合には、好適な入射角θの
適宜値θbは、上記適宜値θaよりもさらに小さくなり
(θb<θa)、その適宜値θb(例えば、約6度)を
超えると、斜め入射の影響を強く受けて受光感度が低下
することがCCDの特性上で予め知られている。
【0035】まず、従来と同様の場合、即ち対物レンズ
部12とCCD9の撮像面Faとの間に平凸レンズ15
を設けない場合を図3に基づき説明する。
部12とCCD9の撮像面Faとの間に平凸レンズ15
を設けない場合を図3に基づき説明する。
【0036】図3に示す光線追跡図によると、光線Bn
の入射角θは、撮像面Faの中央部XOで最小値を示
し、その中央部XOから両側の端部に向かって順次大き
くなっていき、両最端部X1、X1で最大値θmax
(約25度)を示した。この最大値θmaxは、マイク
ロレンズを装着したCCD9の場合の適宜値θb(約6
度)を大幅に超えるものであって、好適な入射角θの条
件を満たす撮像面Faの領域は中央部XO付近のみであ
った。また、この計算結果は適宜値θaの大きいCCD
にとっても、使用上好ましいものではなかった。
の入射角θは、撮像面Faの中央部XOで最小値を示
し、その中央部XOから両側の端部に向かって順次大き
くなっていき、両最端部X1、X1で最大値θmax
(約25度)を示した。この最大値θmaxは、マイク
ロレンズを装着したCCD9の場合の適宜値θb(約6
度)を大幅に超えるものであって、好適な入射角θの条
件を満たす撮像面Faの領域は中央部XO付近のみであ
った。また、この計算結果は適宜値θaの大きいCCD
にとっても、使用上好ましいものではなかった。
【0037】次に、平凸レンズ15を設けた場合を図4
に基づき説明する。
に基づき説明する。
【0038】図4に示す光線追跡図によると、光線Bn
の入射角θは、撮像面Faの両最端部X1、X1で示す
最大値θmaxが上記適宜値θbとほぼ同様の値(約6
度)であって、上記の最大値と比べると、1/4程小さ
くなっていた。従って、適宜値θaの大きいCCD9は
勿論のこと、適宜値θbの小さいマイクロレンズを装着
したCCD9であっても、その撮像面Faのほぼ全領域
の好適な入射角θの条件を満たしていることが確認され
た。また、光線の入射角の程度に応じて平凸レンズ15
の屈折率及びその凸面の曲率を変えることにより、最大
値θmaxを好適な入射角θの条件に設定できることが
確認された。
の入射角θは、撮像面Faの両最端部X1、X1で示す
最大値θmaxが上記適宜値θbとほぼ同様の値(約6
度)であって、上記の最大値と比べると、1/4程小さ
くなっていた。従って、適宜値θaの大きいCCD9は
勿論のこと、適宜値θbの小さいマイクロレンズを装着
したCCD9であっても、その撮像面Faのほぼ全領域
の好適な入射角θの条件を満たしていることが確認され
た。また、光線の入射角の程度に応じて平凸レンズ15
の屈折率及びその凸面の曲率を変えることにより、最大
値θmaxを好適な入射角θの条件に設定できることが
確認された。
【0039】本実施例に係る平凸レンズ15は、上記シ
ミュレーションの計算結果に基づいて、先端硬性部8の
CCD9及び対物光学系10の配置条件における光線B
nの入射角の程度に応じた好適な入射角θとなる範囲
に、レンズ自体の屈折率及び凸面の曲率が設定されてい
る。
ミュレーションの計算結果に基づいて、先端硬性部8の
CCD9及び対物光学系10の配置条件における光線B
nの入射角の程度に応じた好適な入射角θとなる範囲
に、レンズ自体の屈折率及び凸面の曲率が設定されてい
る。
【0040】上記設定により、本実施例では、対物光学
系10のプリズム14からの光線Bnが、カバーガラス
11に入射される直前に、その入射角度に応じて平凸レ
ンズ15にてCCD9の撮像面Faに対しより垂直に近
い状態(法線方向に略直交又は直交に近い方向)に光路
変更される。
系10のプリズム14からの光線Bnが、カバーガラス
11に入射される直前に、その入射角度に応じて平凸レ
ンズ15にてCCD9の撮像面Faに対しより垂直に近
い状態(法線方向に略直交又は直交に近い方向)に光路
変更される。
【0041】従って、CCD9の撮像面Faに対して垂
直又は垂直に近い状態に揃えられた光線が、カバーガラ
ス11及びマイクロレンズ9a…9aを介して撮像面F
aの各撮像素子の開口部に集まるようにして入射される
ため、斜め入射によるCCDの受光感度の低下を大幅に
抑制できる。特にマイクロレンズの許容入射角を超える
光線がマイクロレンズに入射直前に光路変更されるた
め、マイクロレンズの機能を最大限に発揮した状態で多
画素のCCDを活用でき、内視鏡画像の解像度も向上し
て、このように高解像度の画像をモニタ画面で確認しな
がら実施する内視鏡検査の診断効率も大幅に向上するよ
うになる。
直又は垂直に近い状態に揃えられた光線が、カバーガラ
ス11及びマイクロレンズ9a…9aを介して撮像面F
aの各撮像素子の開口部に集まるようにして入射される
ため、斜め入射によるCCDの受光感度の低下を大幅に
抑制できる。特にマイクロレンズの許容入射角を超える
光線がマイクロレンズに入射直前に光路変更されるた
め、マイクロレンズの機能を最大限に発揮した状態で多
画素のCCDを活用でき、内視鏡画像の解像度も向上し
て、このように高解像度の画像をモニタ画面で確認しな
がら実施する内視鏡検査の診断効率も大幅に向上するよ
うになる。
【0042】また、光線BnがCCD9に入射する直前
に、平凸レンズ15により好適な角度で入射されるた
め、平凸レンズ15の入射側に配置される少なくとも対
物レンズ部12のレンズ直径を小さくできる。このこと
は、CCD9を横置配置した内視鏡スコープ1をより細
径に設計できるということを意味し、披検者にとって
は、挿入される内視鏡スコープ1が細径になった分、検
査時の苦痛が大幅に軽減されるようになる。
に、平凸レンズ15により好適な角度で入射されるた
め、平凸レンズ15の入射側に配置される少なくとも対
物レンズ部12のレンズ直径を小さくできる。このこと
は、CCD9を横置配置した内視鏡スコープ1をより細
径に設計できるということを意味し、披検者にとって
は、挿入される内視鏡スコープ1が細径になった分、検
査時の苦痛が大幅に軽減されるようになる。
【0043】なお、上記実施例はCCDにマイクロレン
ズを装着した構成としているが、本発明に係る内視鏡装
置は必ずしもこの構成に限定されるものではなく、マイ
クロレンズを装着しないCCDであってもよい。この場
合も、平凸レンズにより撮像面での光線の入射角が大幅
に改善され、内視鏡画像の画質が向上する。また、少な
くとも対物レンズ部12のレンズ直径を小さくでき、C
CD9を横置配置した内視鏡スコープ1の細径化を図る
ことができる。
ズを装着した構成としているが、本発明に係る内視鏡装
置は必ずしもこの構成に限定されるものではなく、マイ
クロレンズを装着しないCCDであってもよい。この場
合も、平凸レンズにより撮像面での光線の入射角が大幅
に改善され、内視鏡画像の画質が向上する。また、少な
くとも対物レンズ部12のレンズ直径を小さくでき、C
CD9を横置配置した内視鏡スコープ1の細径化を図る
ことができる。
【0044】また、上記実施例はCCDを横置配置した
構成としているが、本発明に係る内視鏡装置は必ずしも
この構成に限定されるものではなく、例えば上記シミュ
レーション(図3及び図4)と同様に縦置配置であって
もよい。
構成としているが、本発明に係る内視鏡装置は必ずしも
この構成に限定されるものではなく、例えば上記シミュ
レーション(図3及び図4)と同様に縦置配置であって
もよい。
【0045】またなお、上記実施例はCCDの横置配置
に対応してプリズムを設ける構成としているが、本発明
に係る内視鏡装置は必ずしもこの構成に限定されるもの
ではなく、例えば反射ミラーであってもよい。
に対応してプリズムを設ける構成としているが、本発明
に係る内視鏡装置は必ずしもこの構成に限定されるもの
ではなく、例えば反射ミラーであってもよい。
【0046】次に、本発明の第1〜3変形例を図5〜図
7に基づき説明する第1〜3変形例は、上記実施例に係
る光学撮像系8aの構成を一部変更して実施したもので
ある。ここで、図5〜図7に示す図面上において、上記
実施例のマイクロレンズ9a…9aを便宜上省略し、上
記実施例と同一又は同等の構成要素については同一又は
同等の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。
7に基づき説明する第1〜3変形例は、上記実施例に係
る光学撮像系8aの構成を一部変更して実施したもので
ある。ここで、図5〜図7に示す図面上において、上記
実施例のマイクロレンズ9a…9aを便宜上省略し、上
記実施例と同一又は同等の構成要素については同一又は
同等の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。
【0047】図5に示す第1変形例に係る光学撮像系8
a1は、上記実施例の平凸レンズ15が省略された構成
となっており、対物光学系10aの内のプリズム14a
の出射面Fbを凸面に形成し、この凸面の曲率を上記平
凸レンズ15の凸面の曲率と同等に設定している。その
他の構成は上記実施例と同等である。
a1は、上記実施例の平凸レンズ15が省略された構成
となっており、対物光学系10aの内のプリズム14a
の出射面Fbを凸面に形成し、この凸面の曲率を上記平
凸レンズ15の凸面の曲率と同等に設定している。その
他の構成は上記実施例と同等である。
【0048】従って、本第1変形例は、プリズム14a
の出射面Fbに上記平凸レンズ15の曲面と同等の機能
を設けた構成としたため、第1実施例と同等の効果に加
え、平凸レンズが不要となる分、先端硬性部の装置構成
を簡素化できる。
の出射面Fbに上記平凸レンズ15の曲面と同等の機能
を設けた構成としたため、第1実施例と同等の効果に加
え、平凸レンズが不要となる分、先端硬性部の装置構成
を簡素化できる。
【0049】図6に示す第2変形例に係る光学撮像系8
a2は、第1実施例の平凸レンズ15が省略された構成
となっており、カバーガラス11bの入射面を凸面に形
成し、この曲面の曲率を上記平凸レンズ15の凸面の曲
率と同等に設定している。その他の構成は上記実施例と
同等である。
a2は、第1実施例の平凸レンズ15が省略された構成
となっており、カバーガラス11bの入射面を凸面に形
成し、この曲面の曲率を上記平凸レンズ15の凸面の曲
率と同等に設定している。その他の構成は上記実施例と
同等である。
【0050】従って、本第2変形例は、カバーガラス1
1bの入射面に上記平凸レンズの凸面と同等の機能を設
けた構成としたため、上記実施例と同等の効果に加え、
平凸レンズが不要となる分、先端硬性部の装置構成を簡
素化できる。
1bの入射面に上記平凸レンズの凸面と同等の機能を設
けた構成としたため、上記実施例と同等の効果に加え、
平凸レンズが不要となる分、先端硬性部の装置構成を簡
素化できる。
【0051】図7に示す第3変形例に係る光学撮像系8
a3は、上記実施例の構成に加え、カバーガラス11c
の入射面を凸面に形成している。この構成は、CCD9
とプリズム14の間に2枚の平凸レンズを設けた構成と
同等のものとなっているので、1枚の平凸レンズ15を
用いた上記実施例と比べ、平凸レンズ(1枚はカバーガ
ラスで兼用)の曲率半径が大きく(より緩やかに)設定
されている。その他の構成は上記実施例と同等である。
ここで、プリズム側の平凸レンズ15cは、上記第1変
形例と同様に、プリズム14aの出射面Fbを凸面とす
る構成であってもよい。
a3は、上記実施例の構成に加え、カバーガラス11c
の入射面を凸面に形成している。この構成は、CCD9
とプリズム14の間に2枚の平凸レンズを設けた構成と
同等のものとなっているので、1枚の平凸レンズ15を
用いた上記実施例と比べ、平凸レンズ(1枚はカバーガ
ラスで兼用)の曲率半径が大きく(より緩やかに)設定
されている。その他の構成は上記実施例と同等である。
ここで、プリズム側の平凸レンズ15cは、上記第1変
形例と同様に、プリズム14aの出射面Fbを凸面とす
る構成であってもよい。
【0052】従って、本第3変形例は、曲率半径が上記
実施例よりも大きく設定された2枚の平凸レンズ又はそ
の平凸レンズの凸面と同等の機能を有するカバーガラス
或いはプリズムを設けた構成としたため、上記実施例と
同等の効果に加え、CCDとプリズムの間の距離を小さ
く設定でき、設計上の選択幅をより一層拡張できる。
実施例よりも大きく設定された2枚の平凸レンズ又はそ
の平凸レンズの凸面と同等の機能を有するカバーガラス
或いはプリズムを設けた構成としたため、上記実施例と
同等の効果に加え、CCDとプリズムの間の距離を小さ
く設定でき、設計上の選択幅をより一層拡張できる。
【0053】なお、本発明は内視鏡装置に関するもので
あるが、小型化の要請により、対物光学系及びCCDの
寸法や配置に関する制約を受けやすい他の小型撮像装置
についても、本発明の光学撮像系の要部構成をそのまま
適用できる。
あるが、小型化の要請により、対物光学系及びCCDの
寸法や配置に関する制約を受けやすい他の小型撮像装置
についても、本発明の光学撮像系の要部構成をそのまま
適用できる。
【0054】
【発明の効果】以上説明したように、請求項1〜12記
載の発明に係る内視鏡装置では、対物光学系と固体撮像
アレイとの間で斜めに入射される光線がその入射角の程
度に応じて受光面の中心軸側に光路変更される構成とし
たため、いわゆる斜め入射が殆ど解消されて、従来の斜
め入射による固体撮像アレイの受光感度の低下を大幅に
抑制することができる。この効果は、特に斜め入射の影
響を受けやすいマイクロレンズを用いた固体撮像アレイ
を採用する場合により一層高められる。また、斜め入射
が殆ど解消されることにより、対物光学系のレンズ径等
の設計寸法の選択幅がコンパクト化に向けてより一層柔
軟となり、内視鏡スコープの細径化を図ることができ
る。
載の発明に係る内視鏡装置では、対物光学系と固体撮像
アレイとの間で斜めに入射される光線がその入射角の程
度に応じて受光面の中心軸側に光路変更される構成とし
たため、いわゆる斜め入射が殆ど解消されて、従来の斜
め入射による固体撮像アレイの受光感度の低下を大幅に
抑制することができる。この効果は、特に斜め入射の影
響を受けやすいマイクロレンズを用いた固体撮像アレイ
を採用する場合により一層高められる。また、斜め入射
が殆ど解消されることにより、対物光学系のレンズ径等
の設計寸法の選択幅がコンパクト化に向けてより一層柔
軟となり、内視鏡スコープの細径化を図ることができ
る。
【図1】実施例に係る内視鏡装置の要部構成を示す概略
斜視図。
斜視図。
【図2】先端硬性部の光学撮像系の要部を示す概略断面
図。
図。
【図3】平凸レンズを使用しない場合の概略の光線追跡
図。
図。
【図4】平凸レンズを使用した場合の概略の光線追跡図
【図5】第1変形例に係る内視鏡装置の要部構成を示す
概略断面図。
概略断面図。
【図6】第2変形例に係る内視鏡装置の要部構成を示す
概略断面図。
概略断面図。
【図7】第3変形例に係る内視鏡装置の要部構成を示す
概略断面図。
概略断面図。
【図8】従来のマイクロレンズを装着したCCDの問題
点を説明する図で、(a)は光線の垂直入射の場合の配
置図、(b)は光線の斜め入射の場合の配置図。
点を説明する図で、(a)は光線の垂直入射の場合の配
置図、(b)は光線の斜め入射の場合の配置図。
1 内視鏡スコープ 2 装置本体 3 挿入部 4 操作部 5 ユニバーサルコード 6 本体部 7 アングル部 8 先端硬性部 8a、8a1、8a2、8a3 光学撮像系 8b 先端表面 9 CCD 9a…9a マイクロレンズ 10、10a、10b、10c 対物光学系 11、11b、11c カバーガラス 12 対物レンズ部 13 フィルタ部 14、14a プリズム 15、15c 平凸レンズ 16 凹レンズ 17 絞り 18 色消レンズ 19 水晶フィルタ 20 色補正フィルタ
Claims (12)
- 【請求項1】 内視鏡スコープを有し、且つ、この内視
鏡スコープの先端部に被写体からの反射光線を映像用の
電気信号に変換する光学撮像系を備えた内視鏡装置にお
いて、上記光学撮像系に、上記内視鏡スコープの軸方向
に平行な中心軸を有する対物レンズを少なくとも配置し
た対物光学系と、その対物光学系からの光線を受ける受
光面を有し且つその受光面に多数の撮像素子を格子状に
配置した固体撮像アレイとを設けると共に、上記対物光
学系と固体撮像アレイとの間に、上記受光面に斜めに入
射する光線をその入射角の程度に応じて上記受光面の中
心軸側に向かせる光路変更手段を設けたことを特徴とす
る内視鏡装置。 - 【請求項2】 前記光路変更手段は前記固体撮像アレイ
の受光面の法線方向の中心軸に同軸に配置されるレンズ
部を有すると共に、このレンズ部は少なくとも1つの凸
面状の曲面を備えた請求項1記載の内視鏡装置。 - 【請求項3】 前記曲面の曲率を、前記入射角の程度に
応じて設定した請求項2記載の内視鏡装置。 - 【請求項4】 前記レンズ部は平凸レンズからなり、前
記曲面を当該平凸レンズの凸面に形成した請求項3記載
の内視鏡装置。 - 【請求項5】 前記固体撮像アレイを、その受光面の法
線方向が上記軸方向に略直交する方向となる位置に配置
した請求項3記載の内視鏡装置。 - 【請求項6】 前記対物光学系は、前記対物レンズに加
え、その対物レンズの出射面側にプリズムを備えると共
に、このプリズムの2つの底面の内の出射面側を前記固
体撮像アレイの受光面の法線方向の中心軸に同軸に配置
した請求項5記載の内視鏡装置。 - 【請求項7】 前記レンズ部は平凸レンズからなり、前
記曲面を当該平凸レンズの凸面に形成すると共に、その
凸面側を前記固体撮像アレイの受光面に対向して配置す
る状態で、上記平凸レンズの平面側を前記プリズムの出
射面に接合して成る請求項6記載の内視鏡装置。 - 【請求項8】 前記レンズ部は前記プリズムに一体に搭
載されており、前記曲面を当該プリズムの出射面に形成
した請求項6記載の内視鏡装置。 - 【請求項9】 前記固体撮像アレイの受光面にカバーガ
ラスを接合した請求項6記載の内視鏡装置。 - 【請求項10】 前記レンズ部は前記カバーガラスに一
体に搭載されており、前記曲面を当該カバーガラスの入
射面に形成した請求項9記載の内視鏡装置。 - 【請求項11】 前記レンズ部は前記カバーガラス及び
プリズムに一体に搭載されており、前記曲面をカバーガ
ラスの入射面及びプリズムの出射面の夫々に個別に形成
した請求項10記載の内視鏡装置。 - 【請求項12】 前記固体撮像アレイの受光面に、前記
多数の撮像素子毎に集光用のマイクロレンズを設けた請
求項1記載の内視鏡装置。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6246491A JPH08110486A (ja) | 1994-10-12 | 1994-10-12 | 内視鏡装置 |
US08/424,108 US5704896A (en) | 1994-04-27 | 1995-04-19 | Endoscope apparatus with lens for changing the incident angle of light for imaging |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6246491A JPH08110486A (ja) | 1994-10-12 | 1994-10-12 | 内視鏡装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08110486A true JPH08110486A (ja) | 1996-04-30 |
Family
ID=17149196
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6246491A Pending JPH08110486A (ja) | 1994-04-27 | 1994-10-12 | 内視鏡装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH08110486A (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0889307A1 (de) * | 1997-07-01 | 1999-01-07 | OptoMed Optomedical Systems GmbH | Bildgebendes Spektrometer |
JP2005506865A (ja) * | 2001-10-19 | 2005-03-10 | ビジヨンスコープ・インコーポレーテツド | 画像化用ファイーバーシステムを有する小型内視鏡 |
US10595710B2 (en) | 2001-10-19 | 2020-03-24 | Visionscope Technologies Llc | Portable imaging system employing a miniature endoscope |
CN113613544A (zh) * | 2019-03-22 | 2021-11-05 | 奥林巴斯株式会社 | 内窥镜 |
US11484189B2 (en) | 2001-10-19 | 2022-11-01 | Visionscope Technologies Llc | Portable imaging system employing a miniature endoscope |
CN117389025A (zh) * | 2023-12-08 | 2024-01-12 | 之江实验室 | 内窥显微物镜组件及内窥探头 |
-
1994
- 1994-10-12 JP JP6246491A patent/JPH08110486A/ja active Pending
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0889307A1 (de) * | 1997-07-01 | 1999-01-07 | OptoMed Optomedical Systems GmbH | Bildgebendes Spektrometer |
JP2005506865A (ja) * | 2001-10-19 | 2005-03-10 | ビジヨンスコープ・インコーポレーテツド | 画像化用ファイーバーシステムを有する小型内視鏡 |
JP4831933B2 (ja) * | 2001-10-19 | 2011-12-07 | ビジヨンスコープ・テクノロジーズ・エルエルシー | 画像化用ファイーバーシステムを有する小型内視鏡 |
US10595710B2 (en) | 2001-10-19 | 2020-03-24 | Visionscope Technologies Llc | Portable imaging system employing a miniature endoscope |
US11484189B2 (en) | 2001-10-19 | 2022-11-01 | Visionscope Technologies Llc | Portable imaging system employing a miniature endoscope |
CN113613544A (zh) * | 2019-03-22 | 2021-11-05 | 奥林巴斯株式会社 | 内窥镜 |
CN113613544B (zh) * | 2019-03-22 | 2024-05-28 | 奥林巴斯株式会社 | 内窥镜 |
CN117389025A (zh) * | 2023-12-08 | 2024-01-12 | 之江实验室 | 内窥显微物镜组件及内窥探头 |
CN117389025B (zh) * | 2023-12-08 | 2024-03-01 | 之江实验室 | 内窥显微物镜组件及内窥探头 |
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