JPS5846922A - 内視鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は内視鏡、と（に固体撮像素子を有する内視鏡に
関する。

従来電荷結合素子（ＣＯＤ）などの固体撮像素子を用い
た内視鏡は種々の提案があるが、直視型内視鏡の塙合、
対物レンズの光軸が内視鏡の鞘の長手方向と平行に配置
され、この光軸と垂直すなわち鞘の長手方向と垂直に固
体撮像素子の撮像面が配設されたものが提案されていた
。一般に固体撮像素子のデバイスとしては、画素を形成
する撮像領域のみならず電荷蓄積領域、直列ライン読出
回路および駆動回路が搭載されたパッケージをなし、撮
像に直列使用される有効面積に対してパッケージの割合
が大きい。そのため鞘の長手方向に垂直に撮像素子を配
置した内視鏡では、その横断面形状が撮像素子の実寸法
に左右され、外径を小さくすることには限界がある。そ
こで生体の体腔内に円滑に挿入でき患者に与える苦痛が
少ない横断面積の小さい小型の内視鏡の出現が望まれて
いる。

したがって本発明は、体腔内に円滑に挿入′され患者に
与える苦痛の少ない小型の内視鏡ケ提供することを目的
とする。　　　　一本発明によればこの目的は次のよう
な内視鏡によって達成される。すなわちこの内視鏡は、
鞘の長手方向に平行な光軸を有する第１の対物レンズと
、撮像面が鞘の長手方向に実質的に平行になるように配
置された固体撮像素子と、第１の対物レンズの光軸を固
体撮像素子の撮像面へ導き、第１の対物レンズの被写体
像な撮像素子の撮像面に結像さる導光手段と、固体撮像
素子に生じた被写体像に対応する映像信号を再生時に正
像が得られるような方向に読み出して正規の直列映像信
号を形成する直列映像信号形成手段とを含むものである
。

本発明の１つの態様によれば光屈曲手段は、像が結像す
る。従来技術によれば、たとえば光フアイバ撮像系を用
いたいわゆる「ファイバスコープ」では、この鏡像を正
しい像すなわち正像に変換する〆めに、ダハプリズムな
どの特殊なプリズムを導光手段として用いたり、画像表
示側における光ファイバの画素配列を結像側のそ゛れと
は左右が反対になるようにイメージバンドルの途中で光
フアイバ配列の順序を組み替えたりしなければならず、
内祝像頭部が大形化したり、装置組立ての工数が増大す
る欠点があった。本発明による内視鏡では撮像面の画面
の左右が正しく変換されるように撮像素子の画素の水平
走査方向を従来とは反対の方向にするという簡単な構成
によってこの欠点を解消し、小型で安価な内視鏡を提供
することができる。

また本発明による内視鏡は、前述の構成に加えて、対物
レンズが被写体像の鞘の長手方向に光学的に伸長する光
学手段を含み、固体応して長手方向に伸長された数の画
素を有し、さらに固体撮像素子が伸長された被写体像に
よって形成された映像信号を時間的に圧縮する信号形成
手段を接続されるように構成される。このようにするこ
とによって、鞘の長手方向に一旦伸長された被写体像（
例えば従来の画面の縦横比を仮に１：１とすれば、鞘方
向に関して数倍）は、従来の固体撮像素子に比して数倍
の数の画素で受光され、映像信号処理に際して圧縮され
て情報密度の高い映像を得ることが出来ることになる。

さらに本発明による内視鏡は、固体撮像素子の撮像面に
実質的に垂直な光軸を有しこの撮像面上に結像するよう
に配置された第２の対物レンズと、第２の対物レンズの
光路を遮断して第１の対物レンズによる被写体像を撮像
面に結像させる第１の位置と第２の対物レンズの光路な
妨げない第２の゛位置とを択一的にとる導光遮光手段と
を含み、直列映像信号形成手段は、導光遮光手段が第１
の位置にあ応する映像信号な再生時に正像が得られるよ
うな第１の方向に読み出し、導光遮光手段が第２の位置
にあるときは第１の方向と反対の第２の方向°に映像信
号を読み出して正規の直列映像信号を形成する。このよ
う罠画面の走査方向を反転す′るという簡単な構成によ
って直視／側視の切換えを行なうことができる。

次に添付図面ケ参照して本発明による内視鏡の実施例を
詳細に説明する。なお本明細書において内視鏡とは生体
に使用するもののみならず、装置などの内部空洞に挿入
する工業用内視鏡をも含む。

第１図は本発明による内視鏡の実施例を示す部分切欠き
側面図であり、本内視鏡は、プラスチックまたは金属に
プラスチック被覆を施した円筒状の鞘１０を有する。鞘
１０の端面１２には対物レンズ１４が設けられ、その内
部には反射鏡１８および電荷結合′素子（ｃｃｎ）など
の固体撮像素子２０が図示のように配置されている。素
子２ｏは、同図において模式的に描かれているように複
数画素２２が２次元に配置されたＭＯ８構造のチップを
パッケージしたものであり、鞘１ｏの内円筒側面忙その
主表面すなわち撮像面２４が鞘１０の長手方向と平行に
、すなわち対物レンズ１４の光軸２６と平行になるよう
に装着されている。

鏡１８は反射プリズムであってもよく、対物レンズ１４
の光軸２６に対して実質的に４５°をなすように固定さ
れ、光軸２６をはぼ９０°屈曲させて素子２ｏの撮像面
２４の中心に光軸２６の延長が落ち、撮像面２４に被写
体像が結像するように配置されている。

鏡１ｉは必ずしも光軸２６に対して４５°に配置する必
要はな（、さらに光軸２６と平行に近づくような角度で
配置しても、素子２゜の主表面２４上に結ぶ像が多少歪
む程度であり、実用上は差支えない。なお内視鏡として
機能するにはこの他にライトガイド、鉗子・吸引孔、送
水・送気孔などの諸機構が必要であるが、これらは本発
明には直接関係ないので、第１図ではライトガイド１６
のみを一例として図示しである。

第１Ａ図は第１図に示す内視鏡を矢印＆−Ａの方向から
見たその断面を示す。これかられかるように本゛発明に
よる内視鏡では、パッケージを含めて相当な大きさを有
する固体撮像素子２０が鞘１０の長手方向と平行に配置
されているためｋ、従来技術の内視鏡におけるように鞘
の軸方向に対して固体撮像素子が垂直に配置されたもの
と比較して同図における上下方向の鞘１ｏの寸法、すな
わち高さが小さくなっている。すなわち鞘１ｏの軸方向
に垂直な断面の形状は円ではな（楕円である。

したがってこのように゛内視鏡の径が小さくな。

るどとによって体腔内に挿入するときの苦痛を軽減する
ことができる。光フアイバ撮像系を用いた内視鏡、すな
わち「ファイバスコープ」では光ファイバ端面忙はぼ垂
直に撮像光を入射させなければならないので対物レンズ
１４として大口径レンズを用いる必要がある・が、固体
撮像素子を用いた内視鏡ではその必要がないのでレンズ
１４の口径は小さくてよい。したがって被写体像の多少
の歪みを許容すれば第１図におけるレンズ１４の高さま
で鏡１８を傾斜させて光軸２６を鈍角に折り曲げること
ができるので、鞘１０の横方向断面をより偏平な楕円に
することができる。

ところで素子２０の撮像面２４に結像する被写体像は鏡
１８を介して結像するために被写体の鏡像となっている
。すなわち左右が反対の像が結像されるのでこれをその
まま表示装置に再生することは不都合を５生ずる。この
問題を解決するために本発明によれば、撮像素子２０は
撮像面２４の水平走査の方向を従来の走査方向（築２図
矢印３０）と反対に走査する（同図矢印３２）直列ライ
ン読出駆動回路３４を有する。より具体的に説明するな
らば、たと、えばＣＣＤである固体撮像素子２０は一般
に、撮像面２４からなる撮像部と、その撮像に応じた電
気信号としての電荷を一時的に蓄積する蓄積部３６と、
この電荷を水平走査線ごとに蓄積部３６から並列に読み
出して出力３８へ直列な映像信号として出力するシフト
レジスタからなる読出回路４０と、その駆動回路３４゛
とを有する。駆動回路３４はたとえば３相のクロック４
２Ａ、４２Ｂおよび４２Ｃを発生して上述の電荷の蓄積
および読出し動作を行なわせる。従来のＣＣＤでは矢印
３０の方向に水平走査を行なわせるために、読出回路４
Ｇは第２図の右側に出力端子を有し、駆動回路３４の出
力するクロック４２Ａ、４２Ｂおよび４２Ｃの位相は読
出回路４０の蓄積電荷を同図の右方向ヘシフトしてその
出力端子から出力されるように設定されていた。へ本発
明によればこれらの位相差をもつクロック４２Ａ、４２
Ｂおよび４２Ｃの供給が従来と反対になるように駆動回
路３４の各クロラダ出力が読耐回路４０に結線されてい
るので、同図の矢印３２に示す方向に水平走査された直
列映像信号が出力端子３８から出力されることになる。

なお垂直走査方向は従来と同じ矢印４４の方向である。

したうｔって出力３８の直列映像信号を従来の走査方式
のたとえばＣＲＴなどの表示装置にお（・て表示するこ
とができ、本装置は従来の表示装置との両立性がある。

第３図（ａ）及び（ｂ）は、第１図及び第２図に示した
構成の一変形例を説明する図であって、第３図（ａ）は
、従来周知の固体撮像素子の画素配列の一部を示すもの
であり、−例として２個の画素を示している。なお第３
図（ａ＋の左右方向が第１図の鞘１０の長・子方向に対
応するものとする。

第３図（ｂ）は、固体撮像素子２０′の画素数を鞘１０
の長手方向に関して３倍とした例を示しており、図示せ
ぬが第１図の対物レンズ１４に代えて例えばシリンドリ
カルレンズを光学手段として付加した撮像光学系によっ
て鞘１０の長手方向にのみ被写体像を３倍ＦＣ４申長し
て鏡１８を介して被写体像を固体撮像素子２０′上に結
像する。

第４図は、第３図（ｂ）　Ｋ示した固体撮像素子２０’
に接続された信号処理回路を示すものである。第４図に
おいては、図示は省略されているが第２図に示す正像変
換回路によって正像に変換された緑、青、赤の各色成分
光に対応する映像゛信号は、同期信号発生回路５０によ
って作動されるクロック５１によって固体撮像素子２０
′の水平方向（鞘１０の長手方向）Ｋ関しては、第１図
及び第２図に示す実施例の３倍の速度で読み出され、即
ち時間的に圧縮されて、各々プリアンプ５２．５３及び
５４、プロセス回路５５，５６及び５７並びにマトツク
ス回路を含むエンコーダ５８によってＮＴ８０カラー映
像信号として出力される。このようにするととによって
第３図（ａ）の固体撮像素子を用いた時に比して３倍の
画素数を同一の被写体像に対して用いることができるの
で情報密度の高い撮像を行なうことができるものである
。

第５図は本発明による内視鏡の他の実施例を示し、第１
図の装置と同じ構成要素は同じ参照符号で示す。・第１
図に示す内視鏡と異なる大きな特徴は、鏡１８がたとえ
ばソレノイドの如き駆動手段５０によって支持され、ソ
レノイド５０の駆動によって鏡１８は同図に実線で示す
位置と点線で示す位置１８Ａとの２つの位置をとり得る
ことである。また円筒□　　状鞘１０の同図における下
側の円筒面には別な対物レンズ５２が設けられ、これは
、鏡１８がソレノイド５０によって位置１８Ａに移動し
た場合はそれを通して別な被写体像が固体撮像素子２０
の撮像面２４上に正規に結像するように配置されている
。つまり対物レンズ５２の光軸５４は鞘１０の長手方向
とほぼ垂直、すなわち撮像面２４とほぼ垂直で撮像面２
４の中心と一致し、ここに焦点を結ぶ。

したがって対物レンズ１４と５２とでは一般に焦点距離
が異なり、鞘１０の上下方向の厚みを薄くするには、後
者の焦点距離を前者のそれより短（するのが有利である
。鏡１８が実線で示す位置にあるときは、対物レンズ５
２０光路を完全に遮断して対物レンズ１４の形成する被
写体像を撮像面２４に結像させる。駆動手段５゛０はソ
レノイドを例として示したが、他の駆動手段、たとえば
パルスモータとラック・ピニオン歯車などを用いてもよ
い。なお第３図では図の複雑化を避けるため内視鏡の他
の要素は図示されていない。

このようＫして本発明による内視鏡°の第二の実施例で
は２つの対物し／ズ１４および５２１に用い、鏡１８を
移動可能とすることにより、単一の内視鏡で直視′およ
び側視の両視察方式を適宜切り換えることができる。鏡
Ｉｌｌレンズ５２の光軸５４の上から除却した場合は、
素子２０の撮像面２４に結ぶ像が鏡像とはならず正像と
なる。したがって素子２０の読出回路４０は正規の水平
走査方向に直列映像信号を形成するように駆動される。

そのための回路構成を第６図に示す。

第６図に示す回路は、゛読出回路４０に供給される３相
クロツク４２　’Ａ　、　４２　Ｂおよび４２Ｃが接点
６０ａおよび６０ｂによって入れ換わるように構成され
ている。接点６０ｍおよび６０ｂは機械接点の形で図示
されているがこれは説明のための機能を表象するためで
あって、実際には集積回路ゲートで構成されることは言
うまでもない。接点６０ａおよび６０ｂはソレノイド５
０（第５図）が動作して鏡１８が１８Ａの位置に移動す
ると第６図に示す状態から他方の状態に切り換わり、ク
ロック相４２Ａと４２Ｃを入れ換えるので、読出回路４
０はその蓄積電荷を矢印３０の方向ヘシフトさせ、リー
ド６２およびＯＲゲート６４ビ介して出力端子３８に直
列映像信号を出力する。この信号はしたがって正規の方
向の水平走査を行なった信号になっているので、レンズ
５２によって結像した正像は従来の表示装置で正しい像
として表示される。鏡１８が第５図の実線の位置にあり
撮像面２４に鏡像が結像しているときは、接点６０ａお
よび６０ｂが図示の状態にあるので、読出回路４００ｉ
積信号は左方ヘシフトしてリード６６およびＯＲゲート
６４を介して出力３８に直列映像信号として出力される
。したがってこの信号は撮像面２４の鏡像を矢印３２の
方向へ水平走査した信号となっているので、従来の表示
装置で正像として表示することができる。

このような第３の実施例では直視／側視の両機能をあわ
せもち簡単な操作で切り換えることができる内視鏡が実
現される。これは、たとえば青用内視鏡を胃の中へ挿入
する際、上部消化器管壁の様子を側視により観察し、胃
の中に挿入後は直視または側視により胃壁ン検査すると
いう現場医師のニーズを効果的に満足させることができ
る。

本発明による内視鏡は以上のように構成したことにより
、内視鏡頭部の横断面積が減少し、またダハプリズムな
どの特殊なプリズムを使用姦す画面の水平走査方向を反
対にすることによって鏡像を正像に°変換しているので
、内視鏡頭部全体を小型にすることができ、しかも従来
の映像表示系との両立性を維持することができる。第３
の実施例ではさらに、鏡の移動と水平走査方向の反転と
罠よって直視／側視の切換えという複機能を比較的単純
な機構で実現し、装置の小型化に寄与している。

本発明による内視鏡をその特定の実施例について説明し
たが、これは説明のためのものであって本発明を限定す
るものではない。たとえば鏡１８はプリズムであっても
よい。またソレノイド５０によって鞘１０の軸方向に移
動する構成でなく、鏡１８はその長方向の１辺を軸とし
て回転し、光軸５４を避は得るようにしても゛よい。固
体撮像素子２０はＣＣＤに限らずバケットプリゲート素
子（ＢＢＤ）などの、他の電荷転送素子（ＣＴＤ）を適
用できるということは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による内視鏡の実施例を示す部分切欠き
側面図、 第１Ａ図は第１図に示す内視鏡の線Ａ−＾における断面
図、 第２図は第１゛図に示す内視鏡の撮像系回路のブロック
図、 第３図は、従来周知の及び本発明による固体、撮像素子
の画素の一部の配列を示す図、第４図は、第３図（ｂ）
の固体撮像素子の映像信号処理回路のブロック図、 第５図は本発明による内視鏡の他の実施例を示す部分切
欠き側面図、 第６図は第５図に示す内視鏡の撮像系回路のブロック図
である。・ 主要部分の符号の説明 １４・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・対物レンズ１８・・・・・・・・・・・・・・・・
・曲曲鏡２０・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・固体撮像素子２４・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・撮像面３４・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・駆動回路４０・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・読出回路５０
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・　ソ
レノイド５２・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・対物レンズ６０　ａ　、　６０　ｂ　・・・接
点 特許出願人　　富士写真フィルム株式会社富士写真光機
株式会社 第　１　図 第５図 第１Ａ図 ６ 第２図 第３図 （０）　　０口 第４図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光軸が鞘の長手方向に実質的に平行に配置された対
   物レンズと、 撮像面が該軸の長手方向に実質的に平行に配置された固
   体撮像素子と、 前記光軸に沿った対物レンズからの光路を前記撮像面に
   導き、該対物レンズの形成する被写体像を該撮像面上に
   結像させる導光手段と、 該固体撮像素子に生じた被写体像に対応する映像信号を
   再生時に正像が得られる方−向に読み出して正規の直列
   映信信号を形成する直列映像信号形成手段とを含むこと
   を特徴とする内視鏡。 ２、特許請求の範囲第１項記載の内視鏡において、前記
   導光手段は、前記対物レンズからの光路な実質的に直角
   に屈曲させるよ５に前記光軸上に配置された反射鏡を含
   むことを特徴とする内視鏡。 ３、％許請求の範囲第１項記載の内視鏡において、前記
   対物レンズは被写体像を前記鞘の長手方向忙光学的に伸
   長する手段を含み、前記固体撮像素子は、光学的に伸長
   された前記被写体像に対応して前記長手方向に伸長され
   た数の画素を有し、さらに前記固体撮像素子には伸長さ
   れた被写体像によって形成された映像信号を時間的に圧
   縮する信号形成手段を接続することを特徴とする内視鏡
   。 ４、光軸が鞘の長手方向に実質的に平行に配置された第
   １の対物レンズと、 撮像面が該軸の長手方向に実質的に平行に配置された固
   体撮像素子と、゛ 光軸が該撮像面に実質的に垂直にあり該撮像面上に結像
   するように配置された第２の対物レンズと、 第１および真２の位置を択一的にとり、第１の位置にあ
   るときは第２の対物レンズの光路を遮断して第１の対物
   レンズの光路を前糾撮輿面に導いて該撮像面上に第１の
   対物レンズの被写体像ケ結像させ第２の位−置にあると
   きは第２の対物レンズの光路を妨げない導光遮光手段と
   、 該導光遮光手段が第１の位置にあるときは前記固体撮像
   素子に生じた被写体像に対応する映像信号を再生時に正
   像が得られる第１の方向に読み出し、該導光遮光手段が
   第２の位置に集るときは第１の方向と反対の第２の方向
   に該映像信号を読み出して正規の直列映像信号を形成す
   る直列映像信号形成手段とｔ含むことを特徴とする内視
   鏡。 ５、特許請求の範囲第４項記載の内視鏡において、前記
   導光遮光手段は、第１の位置にあるときは第１の対物レ
   ンズからの光路を実質的に直角に屈曲させて第２の対物
   レンズからの光路を遮断するように第１の対物レンズの
   光軸上に配置された反射鏡を含むこと′（１′特徴とす
   る内視鏡。