JPS62174716A - 内視鏡装置 - 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】 本発明は生体体腔内または機械的構成部品等の空洞内を
観察するために使用する内視鏡装置に関するものである
。

従来このような内視鏡においては、光学式ファイバ東に
より被観察体の像を生体体腔外或いは空洞外に導き出し
、光学式ファイバの出射端面に結像された光学像を、接
眼レンズ系を介して観察している。また他の方法として
、上記光学式ファイバの代わりに内視鏡の鞘の先端位置
に固体撮像装置を設置し、この固体撮像装置の受光面に
結像された光学像を電気信号に変換しリード線により主
体体腔外或いは空洞外に導き出し、必要な信号処理を行
った後ＴＶモニター上に表出しようとする試みも提案さ
れている。

上述された内視鏡においては、被観察体からＩＬＦられ
る情報は可視光波長領域にｌＸ１２定されている。

すなわら、前者は光学的に直１ご肉眼で像を見ろので当
然可視光波長領域外のものは観察できないし、後者の場
合固体撮像装置は赤外波長領域にも感光するので赤外波
長領域の像情報は検出可能であるが、像をカラー化する
場合赤外波長領域の像情報は色バランスをとる上で邪魔
になる。そこで、色の忠実性を上げる目的で、普通は赤
外線カットフィルタ等で赤外波長領域の！明光は被観察
体に照射しないようにするか、あるいは、照射しても固
体撮像装置受光面には達しないようなフィルタを設ける
必要がある。

このような内視鏡で被観察体の像を観察する場合、特に
生体内では患部と正常部とを見わけるのに微妙な色調の
差を検知しなければならない。一般にその差を検知（認
知）するには高度な知識と経験が必要とされ、その上検
知するまでに長時間を要し、また検知の間中注意力も集
中していなければならなかった。

本発明は、上述のような欠点をなくし、患部と正常部の
識別を迅速かつ容易に行うことができるようにすること
を目的とする“ものである。生体内の患部と正常部の観
察について、内視鏡装置の識別能力を増す方法として、
本発明では赤外線照射によって得られる不可視情報を可
視情報に変換する方法を採る。一般に知られているよう
に、固体撮像装置は近赤外領域で高感度である。また照
明用光源も一般には可視波長領域よりも赤外波長領域で
多くのエネルギーを放射することが知られている。とこ
ろで、被観察体から反射される光量は、生体内では可視
光波長領域の赤色（長波長）側で多いことは血液が赤色
をしていることからも予想できる。さらに近赤外光で反
射率が大きくなることも発表されている。これらのこと
から、生体内での赤外光から得られる情報は、生体内で
の特徴抽出に役立つ可能性は充分にある。このように赤
外光で得られた画像情報はＴＶモニター上で特定の波長
の色で表示する。異なった赤外波長領域の画像だけをＴ
Ｖモニター上に（赤）、（緑）、（青）で表示してもよ
、いし、可視光波長領域（例えば赤色像）で得られたも
のと、赤外波長領域で得られたものとを同時に表示する
ようにしてもよい。要するに、生体内の患部を正常部と
特徴づけられる波長領域での像信号の抽出を可能にする
ことが重要である。

本発明の内視鏡装置は、少なくとも１つの赤外波長領域
の光と、少なくとも１つの、この赤外波長領域とは異な
る波長領域の光で被観察体を同時に照明する手段と、 被観察体の内部に挿入される部分の先端に設けられ、被
観察体からの光を受けて結像面に被観察体像を形成する
光学系と、 この光学系の結像面位置に配置され、被観察体像を電気
信号に変換する固体撮像装置と、前記光学系と固体撮像
装置との間に配置され、上記各波長領域の光を分離する
フィルタと、前記固体撮像装置から出力される上記各波
長領域の光による被観察体像を表わす電気信号をそれぞ
れ記憶する複数のフレームメモリと、これら複数のフレ
ームメモリから選択的に読出した電気信号を受けて画像
の表示を行う手段とを具えることを特徴とするものであ
る。

次に図面にしたがって本発明の詳細な説明する。

第１図ＡおよびＢは人体臓器の反射スペクトルを示す。

第１１ｆｆｌＡは胃のスペクトルで、はとんど４００ｎ
ｍ〜１２００ｎｍの波長まで平らであり、その反射率は
数１０％である。一方策１図Ｂは血液のスペクトルで、
４００ｎｍ〜１２００ｎｍまで数％から１００％近くま
で変化している。両者を比較すると、特に赤外波長領域
（８００ｎｍ〜１２００ｎｍ）でその差が大きいことが
わかる。

例えば、胃の中に血液に似たような組織あるいは血液を
多重に含んだようなものが存在し、その存在を認知しよ
うとした場合、近赤外波長領域で比較した方がその差が
はっきりし、その効果が著しいことは明らかである。

現状の光学的内視鏡では、人間の比視感度（４００ｎｍ
〜７００　ｎｍ）の波長領域でのみしか観察して判断す
ることができない。一方ＣＣＤの感度領域は４００ｎｍ
から１２００ｎｍに及んでおり、近赤外波長領域の情報
を得るのに充分である。

また、一般の光源に用いられる光源ランプは、可視光よ
りむしろ近赤外波長領域の波長のエネルギーを多量に放
射している。近赤外波長領域の波長で被観察体を照射す
ることは、一般に用いられる赤外光カットフィルタの分
光特性をより長波長側に移すだけでよく、その技術的困
難性はない。

第２図は本発明者等が開発した内視鏡装置の一例の体腔
内に挿入される部分の先端を示す。本例は直視型であり
、光源（第３図参照）からの光を光導体ｌで内部に導き
、照明用ガラス窓２を通して被観察物体を照明する。被
観察物体からの反射光を撮像用ガラス窓３を経て取り入
れ、結像レンズ４によりＣＣＤ、ＢＢＤ等の自己走査型
２次元固体撮像装置５の受光面に結像させる。この固体
撮像装置５は多数の感光素子を平面的に配列したもので
ある。その出力信号をリード線束６を経て外部へ導出す
る。このリード線束６には外部の発振器（第３図参照〉
から固体撮像装置５を動作させるためのクロック信号を
供給するリード線をも含むものである。固体撮像装置５
の前方には後述するフィルタ４５を配置する。

光導体１およびリード線束６を鞘７内に挿入する。また
レンズ４および固体撮像装置５は外匣８内に配置し、こ
れを稍７の先端に配置する。

第３図Ａは外部に配置される部分の一実施例の構成を示
す。鞘７の端部から突出する光導体１の入射端面１ａと
対向して光源２１を配置する。光＃ｉ２１は赤外線およ
び可視光線を放射するもので、ここから出た光線は光導
体Ｉの入射端面１ａに入射し、被観察体への照明光とさ
れる。なお光導体１のコアは、一般に多成分のガラスで
は近赤外波長領域で減衰すので、近赤外波長領域でも減
衰しない石英等を心材に用いたファイバを束ねたバンド
ルを使用するのが望ましい。電流増幅器およびレベル検
出回路を以て構成した色切換信号回路２５を設け、フィ
ルタ４５の青、緑および赤外のそれぞれのタイミング信
号を作る。更にこのような色切換信号回路の電流増幅器
の出力を微分し、レベルを揃えて発振回路２７のトリガ
信号とする。

信号切換回路２８は、撮像装置５からリード線束６を経
て外部に導出される画像信号を増幅器２６を経て受信し
、光導体１に入射する光の色の種類に同期して各別の出
力端子２８８．２８Ｇおよび２８Ｒに供給する動作を行
うものである。この信号切換回路２８には半導体アナロ
グスイッチ等の高速動作のスイッチを用いる。発振回路
２７では色切換回路２５からのトリガ信号を受け、撮像
装置５の走査信号およびモニター用ブラウン管３４の水
平偏向回路３２および垂直偏向回路３３への同期信号を
供給する。水平偏向回路３２はモニター用ブラウン管３
４の青、緑および赤の各ビームを水平方向に振らせるた
めの出力増幅器で構成し、垂直偏向回路３３はこれらの
ビームを垂直方向に振らせる出力増幅器で構成する。

信号切換回路２８の出力端子２８Ｇ、２８Ｒおよび２８
Ｂからの各出力をそれぞれフレームメモリ３８ａ、３８
ｂ、３８ｃに記憶する。これらフレームメモリから読出
した信号をモニター用ブラウン管３４の緑格子、赤格子
および青格子を動作させるのに充分な電圧となるように
、緑色増幅器２９、赤色増幅器３０および青色増幅２Ｂ
３１にそれぞれ供給する。

第３図Ｂは外部に配置される部分のさらに池の実施例の
構成を示す図で、６′は固体撮像装置からの信号線、３
５は増幅器、３６はＡ／Ｄ変換器、３７は色切換信号回
路２５からの信号によって肪換わるスイッチング回路、
３８ａ、３８ｂおよび３８Ｃは各波長領域の情報を収納
するメモリ、３９はＴＶモニターに表示するに必要なＴ
Ｖ信号処理回路である。本例では、３波長領域の情報を
時系列的に順次多波長領域に割当てられたメモリ３３ａ
、３８ｂおよび３８Ｃに書込み、読出ずときは同時に読
出して、ＴＶモニターに適合した信号処理理を行う。メ
モ！Ｊ３８ａ、３８ｂおよび３８Ｃにはリフレッシュ機
能をもたせ、何回も同じ信号を読み出させる。また各メ
モ！Ｊ３８ａ、３８ｂおよび３８Ｃはそれぞれ腹数のメ
モリから成り、読み出しながら訂き込むこともてきる。

第４図は本発明のフィルタ４５の実施例を示す図である
。本例では、固体撮像装置の受光面上に各波長選択性の
あるフィルタ邪分４５ａ、４５ｂおよび４５ｃを市松模
様に配置し、フィルタ部分４５ａ、４５ｂおよび４５ｃ
のうち少なくとも１つを赤外波長領域にのみ透過性のあ
るものとする。

例えば、フィルタ部分４５ａをＲ（赤色）、４５ｂをＧ
（緑色）および４５ｃをＩＲ（赤外波長領域の１つ）と
決めることもできる。固体撮像装置から得られた信号は
、既知の単板式カラーＴＶカメラの信号処理と同様な処
理をすることによって、各波長領域に応じた像信号を分
ｉ１し、ＴＶ画面上に色像を表示できる信号処理を行う
。

フィルタ４５の３つの部分４５ａ、４５ｂ、４５Ｃの透
過波長は上述した例以外に例えば、部分４５ａは７００
ｎｍ〜８００ｎｍ（赤色）、部分４５ｂは８００ｎｍ　
〜９００ｎｍ（赤外領域）、部分４５ｃは６００ｎｍ〜
７００ｎｍ（橙色）のそれぞれの波長の光を透過するも
のとすることもできる。このようなフィルタ４５の部分
の走査と同期して信号切換回路２８を駆動し、例えば赤
色部分４５ａを透過した光により得られる像信号を緑色
出力端子２８Ｇを介して緑色チャンネルに供給し、モニ
タ用ブラウン管３４上で緑色像として映出させ、赤外領
域部分４５ｂを透過した光により得られる像信号を赤色
出力端子２８Ｒを経て赤色像として表示し、橙色部分４
５Ｃを透過した光で得られる像信号を青色出力端子２８
Ｂを経て青色像として表示することができる。この場合
各照明光波長領域から得られた像信号は、必ずしもモニ
ター用ブラウン管３４上で同じか似たような色で表示さ
せる必要はなく、例えば部分４５ａに対応する出力を赤
色に、部分４５ｂのそれは青色に、部分４５　Ｃのそれ
は緑色にそれぞれ表示することは当然考えられる。また
その組合せは多数あるが、患部と正常部との識別が最も
し易いように、これらの組合せを行えば良い。

本発明に用いるフィルタの各部分は、表１の如く種々の
波長領域を設定し得る。しかしながら、波長領域の組合
せはこれに限られるものではない。

表　　１ 第５図は第４図のフィルタ４５を組込んだ本発明の内視
鏡装置を示す図で、内視鏡鞘先端に配置した結像レンズ
４により、ＵＭＢ察体の像を上述した光学フィルタ４５
を経て固体撮像装置５に入射させる。固体撮像装置５か
らの信号を増幅器およびクランプ回路５１を経てスイッ
チング回路５２に供給する。このスイッチング回路５２
を固体撮像装置駆動回路５３により同期駆動し、フィル
タ４５の各波長領域から得られた信号を順次に緑、１テ
および赤色チャンネルの増幅器およびフィルタ５４ａ、
５４ｂおよび５４ｃに供給する。これらの出力信号をそ
れぞれフレームメモリ５６ａ、５５ｂ、５６Ｃに記憶す
る。これらフレームメモリから選択的に読出した信号を
さらに信号処理回路５５に供給し、ＴＶモニターに適合
した所定の色信号を得ることができる。

第６図は本発明内視鏡装置に用いるフィルタのさらに他
の実施例を示す。本例のフィルタ４６のフィルタ部分４
６ａおよび４６ｂは、それぞれ赤色像信号および緑色像
信号を透過するいわゆるストライプフィルタ４６を構成
するものとする。

第７図は第６図に示すフィルタを使用する場合の本発明
内視鏡装置に用いる光分解系の一例を示す側面図である
。この場合には、２個の固体撮像装置２５ａ、５ｂを用
いる。すなわち、１つの固体撮像装置はある特定の波長
領域の像信号を、他の固体撮像装置は他の特定のあるい
は複数の波長領域の像を得るためのもので、上記波長領
域のうちの少なくとも１つが赤外波長領域の像を得るた
めのものであることを特徴とする。例えば、被観察物体
から反射しレンズを通過した光９がペンタプリズム１０
に入射し、グイタロイック面１１て赤外波長領域光が反
射され、赤色光と緑色光が透過し直進する。グイクロイ
ック面１１で反射された赤外波長領域光１２はミラー面
１３でふたたび反射され、赤外線透過フィルタ４７を介
して第１の固体撮像装置５ａに入射する。グイクロイッ
ク面１１を透過した光は、光透過性ブロック１４中を通
過し、ストライプフィルタ４６のフィルタ部分４６ａお
よび４６ｂのフィルタ作用により、赤色光および緑色光
が透過し、第２の固体撮像装置５ｂに入射する。

第８図は第７図の光分解系を本発明内視鏡装置の体腔内
に挿入される部分に組込んだ一構成例を示す図である。

この例では被観察物体からの反射光を撮像用ガラス窓３
を経て取り入れ、結像レンズ４とペンタプリズムｌＯと
、光透過性ブロック１４と、固体撮像装置５ａおよび５
ｂによって結像し、光分解し、電気信号に変える。リー
ド線束６には、撮像装置５ａおよび５ｂからの映像信号
をとり出すためのリード線が収容されており、他は第２
図の説明に示した通りの構成をとる。

第９図は生体体腔内の正常部と患き３についての反射曲
線図で、正常部の反射曲線をΔ、患δ：Ｓの反射曲線を
Ｂで示す。いまｅｌ、β２およびβ３の各波長領域を通
す分光フィルタを用いて分光し、これら各波長領域の光
によって固体撮像装置から得られる電気信号を、例えば
それぞれＲ（赤色）、Ｇ（緑色）およびＢ（青色）の電
気信号に同期させて画像表示すると、正常部については
反射曲線Δがほぼ平坦な軌跡を描くためＲ，ＧおよびＢ
の反射率が一定となり、その結果混色されて白色となる
。しかし患部についてみると、反射曲線Ｂの如き軌跡を
描き波長領域１１．β２及びβ３における各反射率をα
、βおよびＴとするとαＲ＋βＧ十ｒＢの割合で混色さ
れるため、正常な白色の表示装置に色のついた患部の部
分が明瞭に色が出て表示される。可視域ではたとえ従来
のような可視域のＲ，ＧおよびＢのフィルタを通したと
しても反射曲線Ａと反射曲線Ｂはほとんど同じなため、
正常部と異常部の差を表示装置で識別することは困難で
ある。

本発明は上述した例にのみ限定されるものではなく、幾
多の変更、変形が可能である。上述した例では３個の波
長領域の像を得る例について説明したが、これに限定さ
れるものではない。波長領域を数多くとることによって
さらに多くの情報を得ることもできる。この場合、現在
普及しているＴＶモニターではＲ（赤色）、Ｇ（緑色）
、Ｂ（青色）の３原色を発光し、その混合によって種々
の色調の像を表示しているので、これらの混合によって
３色以上の色像を表示してもよい。すなわち各波長領域
ごとの像を一度フレームメモリに蓄えておいて順次切換
えて、メモリからの像信号を３波長領域づつ読み出して
、３原色にＴＶモニクー上で表示することも考えられる
。

以上詳述したように、本発明の内視鏡装置によれば、３
色分解フィルタを回転させることにより時系列的に順次
被写体色像に対応した原色像信号をｆｊｆ、る場合にお
いて、欠点とされていた色分解−信号伝送一色合成の過
程における色バランスの忠実性を高めることができる。

すなわち、従来上記欠点の原因とされていた ■　固体撮像素子の青感度の不良性、 ■　照明光の色温度を理想状態にすることの困難性、 ■　信号伝送路、信号処理回路での歪の不完全排除性、 ■　光合成の段階におけるＣＲＴの各原色発光スペクト
ルの理想状態への未到達性 等について、これら諸種の原因を取り除くことができ、
生体内部の患部と正常部の識別を容易かつ迅速に行うこ
とができ、加えて、従来に増して正確な検知を期待する
ことができる効果を有ずろらのである。

【図面の簡単な説明】

第１図ＡおよびＢは人体１臓盟の反射スペクトルの状態
を示す図、 第２図は本発明による内視鏡装置の一例の体腔内に挿入
される部分の先端を示す断面図、第３図ΔおよびＢはそ
れぞれ本発明の内視鏡（々置の外部に配置される部分の
ｉ、ｌｉ７成を示す図、第４図は本発明の内視鏡装置に
使用するフィルタを示す図、 第５図は第４図のフィルタを利用した本発明の内視鏡装
置の一例を示した構成図、 第６図はフィルタのさらに他の例を示した図、第７図は
第６図のフィルタを使用する場合の本発明装置に用いる
光分解系の一例を示す側面図、第８図は第７図の光分解
系を本発明装置の体腔内に挿入される部分に組込んだ一
構成例を示す図、第９図は生体体腔内の正常部と患部に
ついての反射曲線を示す図である。 １・・・光導体　　　　　　２・・・照明用ガラス窓３
・・・撮像用ガラス窓　　４・・・結像レンズ５．５ａ
、５ｂ・・・固体撮像装置 ６・・・リード線束 ６′・・・固体撮像装置からの信号線 ７・・・Ｉ！Ｓ　　　　　　　　　８−外匣９・・・レ
ンズを通過した光 １０・・・ペンクプリズム　１１・・・ダイクロイック
面１２・・・赤外波長領域光　１３・・・ミラー面１４
・・・光透過性ブロック ２１・・・光源 ２５・・・色切換信号回路　２６・・・増幅器２７・・
・発振回路　　　　２８・・・信号切換回路２８Ｒ・・
・赤色出力端子 ２８Ｇ・・・緑色出力端子 ２８Ｂ・・・青色出力端子 ２９・・・緑色増幅器　　　３０・・・赤色増幅器３１
・・・青色増幅器　　　３２・・・水平偏向回路３３・
・・垂直偏向回路 ３４・・・モニター用ブラウン管 ３５・・・増幅器　　　　　３６・・・Ａ／Ｄ変換器３
７・・・スイッチング回路 ３８ａ、３８ｂ、３３ｃ・・・情報収納メモリ３９・・
・ＴＶ信号処理回路 ４０．４１，４２．４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４６ａ、
４６ｂ・・・フィルタ部分 ４５．４６．４７・・・フィルタ ５１・・・増幅器・クランプ回路 ５２・・・スイッチング回路 ５３・・・固体撮像装置駆動回路 ５４ａ、５４ｂ、５４ｃ・・・信号増幅器・フィルタ５
５・・・信号処理回路 ５６ａ、５６ｂ、５６ｃ・・・フレームメモリ′ｔ、’
ｒ許出願人　　　オリンパス光学工業株式会社第１図 づ、マ　講　ｔ、−１ 第４図 第５図 手　　続　　補　　正　　書 昭和６２年　２月２３日 特許庁長官　　黒　　１）　明　　雄　　殿昭和６２年
１月２４日提出の特許願（６）２、発明の名称 内視鏡装置 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 （０３７）オリンパス光学工業株式会社４、代理人 １、明細書第３頁第２〜３行の「感光するので」を「感
度を有するので」に訂正する。 ２、同第８頁第１１行の「減衰すので、」を「減衰する
ので、」に訂正する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、少なくとも１つの赤外波長領域の光と、少なくとも
   １つの、この赤外波長領域とは異なる波長領域の光で被
   観察体を同時に照明する手段と、 被観察体の内部に挿入される部分の先端に 設けられ、被観察体からの光を受けて結像面に被観察体
   像を形成する光学系と、 この光学系の結像面位置に配置され、被観 察体像を電気信号に変換する固体撮像装置と、前記光学
   系と固体撮像装置との間に配置さ れ、上記各波長領域の光を分離するフィルタと、 前記固体撮像装置から出力される上記各波 長領域の光による被観察体像を表わす電気信号をそれぞ
   れ記憶する複数のフレームメモリと、 これら複数のフレームメモリから選択的に 読出した電気信号を受けて画像の表示を行う手段とを具
   えることを特徴とする内視鏡装置。