(57)【要約】【課題】従来よりも細径化できる立体視撮像装置の提供。【解決手段】立体視撮像装置３０は、広角な平面視用の第１の画像ＩＭ１および第１の画像ＩＭ１よりも小さな画角βを有する立体視用の第２の画像ＩＭ２を得る第１の対物光学系３２と、第２の画像ＩＭ２と同じ画角γを有し、立体視用の第３の画像ＩＭ３のみを得る第２の対物光学系３３と、第１の対物光学系３２および第２の対物光学系３３によって集光された光を検出する撮像素子５３と、を備え、第２の対物光学系３３は、第１の対物光学系３２の第１の外径ｄ１よりも小さな第２の外径ｄ２を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
広角な平面視用の第１の画像および前記第１の画像よりも小さな画角を有する立体視用の第２の画像を得る第１の対物光学系と、
前記第２の画像と同じ画角を有し、立体視用の第３の画像のみを得る第２の対物光学系と、
前記第１の対物光学系および前記第２の対物光学系によって集光された光を検出する撮像素子と、
を備え、
前記第２の対物光学系は、前記第１の対物光学系の第１の外径よりも小さな第２の外径を有することを特徴とする立体視撮像装置。
【請求項２】
前記第１の対物光学系および前記第２の対物光学系の物体側に設けられた１つの観察窓を有することを特徴とする請求項１に記載の立体視撮像装置。
【請求項３】
前記第１の対物光学系の第１の光軸と、前記第２の光学系の第２の光軸の中点である視差中心に対して前記観察窓の外形中心が前記第１の光軸側に偏芯していることを特徴とする請求項２に記載の立体視撮像装置。
【請求項４】
前記観察窓を固定保持する枠部材を備え、
前記観察窓は、前記観察窓の外形中心回りに前記枠部材に当接する当接面を有し、
前記当接面は、前記外形中心を通過する線によって分割される２つの領域の両方を含む位置に設けられ、前記枠部材に当接することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の立体視撮像装置。
【請求項５】
前記第１の対物光学系および前記第２の対物光学系の物体側に設けられた２つの観察窓を有することを特徴とする請求項１に記載の立体視撮像装置。
【請求項６】
前記第１の対物光学系および前記第２の対物光学系によって集光された光を個別に検出する前記撮像素子が２つ設けられていることを特徴とする請求項１に記載の立体視撮像装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６の何れか１項に記載の立体視撮像装置が挿入部の先端部に搭載されていることを特徴とする立体視内視鏡。
【請求項８】
前記撮像素子で検出された像を、立体視時に平面視時の前記第１の画像から前記第２の画像を切り出して、前記第３の画像と合成する画像処理部を備えたことを特徴とする請求項７に記載の立体視内視鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立体視撮像装置および立体視内視鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、細長の挿入部を体腔内またはエンジンプラントなどに挿入することにより、体腔内臓器などや、エンジン内などを観察することが出来る内視鏡が広く用いられている。
【０００３】
近年、例えば、特許文献１に開示されるように、２つの光学系を有して、それら光学系による被写体像の視差から立体像を得ることができる立体視撮像装置である立体画像撮像装置が知られており、この立体画像撮像装置が搭載された立体視内視鏡が登場している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−５３１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、内視鏡に搭載する従来の立体視撮像装置は、挿入部の先端部に内蔵される。そのため、立体視撮像装置は、細径化が望まれている挿入部への搭載するため、小型化、特に細径化が要望されている。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、従来よりも細径化できる立体視撮像装置および、この立体視撮像装置を挿入部の先端部に搭載して更なる挿入部を細径化できるようにした立体視内視鏡を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様に係る立体視撮像装置は、広角な平面視用の第１の画像および前記第１の画像よりも小さな画角を有する立体視用の第２の画像を得る第１の対物光学系と、前記第２の画像と同じ画角を有し、立体視用の第３の画像のみを得る第２の対物光学系と、前記第１の対物光学系および前記第２の対物光学系によって集光された光を検出する撮像素子と、を備え、前記第２の対物光学系は、前記第１の対物光学系の第１の外径よりも小さな第２の外径を有する。
【０００８】
本発明の一態様に係る立体視内視鏡は、広角な平面視用の第１の画像および前記第１の画像よりも小さな画角を有する立体視用の第２の画像を得る第１の対物光学系と、前記第２の画像と同じ画角を有し、立体視用の第３の画像のみを得る第２の対物光学系と、前記第１の対物光学系および前記第２の対物光学系によって集光された光を検出する撮像素子と、を備え、前記第２の対物光学系は、前記第１の対物光学系の第１の外径よりも小さな第２の外径を有する立体視撮像装置が挿入部の先端部に搭載されている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、従来よりも細径化できる立体視撮像装置および、この立体視撮像装置を挿入部の先端部に搭載して更なる挿入部を細径化できるようにした立体視内視鏡を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】内視鏡の全体構成を示す斜視図
【図２】撮像ユニットの構成を示す断面図
【図３】撮像ユニットの構成を示す正面図
【図４】撮像ユニットによる観察画像の画角を示す断面図
【図５】撮像素子と画像処理部を示す模式図
【図６】第１の変形例の撮像ユニットの構成を示す断面図
【図７】第２の変形例の撮像ユニットの構成を示す断面図
【図８】第３の変形例の撮像ユニットの構成を示す断面図
【図９】第４の変形例の観察窓である光学部材と枠部材の構成を示す断面図
【図１０】第４の変形例の光学部材を示す斜視図
【図１１】第５の変形例の観察窓である光学部材と枠部材の構成を示す断面図
【図１２】第５の変形例の光学部材を示す斜視図
【図１３】第６の変形例の観察窓である光学部材と枠部材の構成を示す断面図
【図１４】第６の変形例の光学部材を示す斜視図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明の好ましい形態について図面を参照して説明する。  
なお、以下の説明に用いる各図においては、各構成要素を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、構成要素毎に縮尺を異ならせてあるものであり、本発明は、これらの図に記載された構成要素の数量、構成要素の形状、構成要素の大きさの比率、および各構成要素の相対的な位置関係のみに限定されるものではない。
【００１２】
図１は、内視鏡の全体構成を示す斜視図、図２は撮像ユニットの構成を示す断面図、図３は撮像ユニットの構成を示す正面図、図４は撮像ユニットによる観察画像の画角を示す断面図、図５は撮像素子と画像処理部を示す模式図である。
【００１３】
先ず、図１を参照して、本発明に係る立体視内視鏡の構成の一例を説明する。  
本実施形態の立体視内視鏡としての内視鏡１は、人体などの被検体内に導入可能であって被検体内の所定の観察部位を光学的に撮像する構成を有している。
【００１４】
なお、内視鏡１が導入される被検体は、人体に限らず、他の生体であっても良いし、機械、建造物などの人工物であっても良い。
【００１５】
内視鏡１は、被検体の内部に導入される挿入部２と、この挿入部２の基端に位置する操作部３と、この操作部３の側部から延出するユニバーサルコード４とで主に構成されている。
【００１６】
挿入部２は、先端に配設される先端部１０、この先端部１０の基端側に配設される湾曲自在な湾曲部９およびこの湾曲部９の基端側に配設され操作部３の先端側に接続される可撓性を有する可撓管部８が連設されて構成されている。
【００１７】
なお、内視鏡１は、挿入部２に可撓性を有する部位を具備しない、所謂硬性鏡と称される形態のものであってもよい。
【００１８】
先端部１０には、撮像モジュールが内蔵された内視鏡用光学ユニットである立体視撮像装置としての撮像ユニット３０が設けられている。また、操作部３には、湾曲部９の湾曲を操作するためのアングル操作ノブ６が設けられている。
【００１９】
ユニバーサルコード４の基端部には、外部装置２０に接続される内視鏡コネクタ５が設けられている。内視鏡コネクタ５が接続される外部装置２０は、モニタなどの画像表示部２１にケーブルを介して接続されている。
【００２０】
また、内視鏡１は、ユニバーサルコード４、操作部３および挿入部２内に挿通された複合ケーブル１５および外部装置２０に設けられた光源部からの照明光を伝送する光ファイバ束（不図示）を有している。
【００２１】
複合ケーブル１５は、内視鏡コネクタ５と撮像ユニット３０とを電気的に接続するように構成されている。内視鏡コネクタ５が外部装置２０に接続されることによって、撮像ユニット３０は、複合ケーブル１５を介して外部装置２０に電気的に接続される。
【００２２】
この複合ケーブル１５を介して、外部装置２０から撮像ユニット３０への電流の供給および外部装置２０と撮像ユニット３０との間の通信が行われる。
【００２３】
外部装置２０には、画像処理部２０ａが設けられている。この画像処理部２０ａは、撮像ユニット３０から出力された撮像素子出力信号に基づいて映像信号を生成し、画像表示部２１に出力する。即ち、本実施形態では、撮像ユニット３０により撮像された光学像（内視鏡像）が、映像として画像表示部２１に表示される。
【００２４】
なお、内視鏡１は、外部装置２０または画像表示部２１に接続する構成に限定されず、例えば、画像処理部またはモニタの一部または全部を有する構成であっても良い。
【００２５】
また、光ファイバ束は、外部装置２０の光源部から発せられた光を、先端部１０の照明光出射部としての照明窓まで伝送するように構成されている。さらに、光源部は、内視鏡１の操作部３または先端部１０に配設される構成であってもよい。
【００２６】
次に、本実施の形態の立体撮像装置である撮像ユニット３０について、以下に詳しく説明する。  
図２に示すように、撮像ユニット３０は、レンズユニット４０と撮像素子ユニット５０を備えている。
【００２７】
レンズユニット４０は、物体側に設けられる観察窓となる１つの光学部材３１を保持する枠部材としての第１の固定枠４１と、第１の対物光学系である第１の対物レンズ群３２および第２の対物光学系である第２の対物レンズ群３３を保持する枠部材としての第２の固定枠４２と、第１の対物レンズ群３２の後方に設けられた対物光学系の固定レンズ３４と、第２の対物レンズ群３３の後方に設けられた対物光学系の調整レンズ３５と、固定レンズ３４の一部と調整レンズ３５を保持する枠部材としての調整レンズ枠４３と、有している。
【００２８】
第１の固定枠４１は、第２の固定枠４２を外嵌するように接着剤によって固定されている。
【００２９】
なお、第２の固定枠４２内において、第１の対物レンズ群３２および第２の対物レンズ群３３の間には、スペーサ３６が設けられている。このスペーサ３６は、硬質部材であって方形状な板部材として形成されている。
【００３０】
スペーサ３６は、予め定めた厚さに設定されている。なお、スペーサ３６は、遮光部材、あるいは、反射防止部材を兼用している。
【００３１】
そして、スペーサ３６は、光軸Ｏ１，Ｏ２に沿った長手軸方向に直交する方向に隣設する第１の対物レンズ群３２および第２の対物レンズ群３３との間の隙間に配設されている。  
このスペーサ３６によって第１の対物レンズ群３２および第２の対物レンズ群３３が第２の固定枠４２の内周面の外径方向に寄せられる構成となる。そして、接着剤によって第１の対物レンズ群３２および第２の対物レンズ群３３がスペーサ３６と共に第２の固定枠４２に固定される。
【００３２】
これにより、スペーサ３６によって隣設する第１の対物レンズ群３２および第２の対物レンズ群３３がそれぞれ予め定めた位置に位置決めされて、第１の対物レンズ群３２および第２の対物レンズ群３３の光軸Ｏ１，Ｏ２が高精度な間隔となり、嵌合ガタが減少されて偏心の発生を抑えることができる。
【００３３】
さらに、スペーサ３６によって隣設する対物光学系である第１の対物レンズ群３２および第２の対物レンズ群３３の接触を確実に防止できるようにしている。なお、スペーサ３６は、硬質部材に限定されるものでは無く、シリコン、ゴムなどの素材で形成するようにしてもよい。
【００３４】
なお、調整レンズ枠４３は、第２の固定枠４２の基端部分に外嵌するように接着剤によって固定される。
【００３５】
撮像素子ユニット５０は、レンズユニット４０の基端に嵌合される撮像素子保持枠５１と、この撮像素子保持枠５１に保持固定されるカバーガラス５２と、このカバーガラス５２に受光部５４側が貼着された１つの撮像素子５３と、を有している。
【００３６】
撮像素子５３は、非常に小型な電子部品であり、入射される光に応じた電気信号を所定のタイミングで出力する複数の素子が面状の受光部に配列されたものであり、例えば一般にＣＣＤ（電荷結合素子）、ＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）センサなどと称される形式、あるいはその他の各種の形式が適用されている。
【００３７】
なお、撮像ユニット３０は、先ず、第１の対物レンズ群３２を通る撮影光のピント合わせが行われた後、調整レンズ枠４３を前後（Ｆ−Ｂ方向）に微調整して、調整レンズ３５の位置をずらして、第２の対物レンズ群３３を通る撮影光のピント合わせが行われる。
【００３８】
ところで、本実施の形態の第１の対物レンズ群３２および第２の対物レンズ群３３は、外径が異なる対物光学系が用いられている。
【００３９】
具体的には、図２および図３に示すように、第１の対物レンズ群３２の第１の外径ｄ１に対して、第２の対物レンズ群３３の第２の外径ｄ２が小さく（ｄ１＞ｄ２）設定されている。
【００４０】
また、光学部材３１の外形中心Ｃ１は、図３に示すように、光軸Ｏ１，Ｏ２の離間距離の中点である視差中心Ｃ２よりも光軸Ｏ１側にずれた位置となるように設定されている。即ち、光学部材３１の外形中心Ｃ１に対する視差中心Ｃ２が光軸Ｏ２側に偏芯するように設定されている。
【００４１】
これらのことにより、本実施の形態の撮像ユニット３０は、外径を小さく小型化でき、内視鏡１の挿入部２の先端部１０の細径化に寄与する構成となる。
【００４２】
即ち、撮像ユニット３０は、３Ｄ（立体）観察は、内視鏡１による処置の際に使用され、観察画像の周辺のディストーション（歪み）、収差などの影響があり、３Ｄ画像における画角が限られるため、最低限に必要な対物光学系の外径が設定されている。
【００４３】
詳しくは、平面的な２Ｄ観察画像（平面視画像）を得る場合、図４および図５に示すように、撮像素子５３の受光部５４に検出される第１の対物レンズ群３２および固定レンズ３４によって集光される光軸Ｏ１の光の像を所定の範囲に画像処理部２０ａによって、ここでは矩形状に切り出した第１の画像ＩＭ１の２Ｄ画像が生成される。
【００４４】
この第１の画像ＩＭ１は、第１の対物レンズ群３２および固定レンズ３４による画角αが例えば、１７０°の広画角の観察画像となっている。即ち、広画角である第１の画像ＩＭ１を得るための第１の対物レンズ群３２の第１の外径ｄ１が設定されている。
【００４５】
一方、立体的な３Ｄ観察画像を得る場合、撮像素子５３の受光部５４に検出される第１の対物レンズ群３２および固定レンズ３４によって集光される光軸Ｏ１の光の像を所定の範囲に画像処理部２０ａによって、ここでは矩形状に切り出した第２の画像ＩＭ２と、第２の対物レンズ群３３および調整レンズ３５によって集光される光軸Ｏ２の光の像を所定の範囲に画像処理部２０ａによって、ここでは矩形状に切り出した第３の画像ＩＭ３と、の視差を利用して合成した３Ｄ画像が生成される。
【００４６】
３Ｄ画像を生成する第２の画像ＩＭ２および第３の画像ＩＭ３は、対物光学系による、それぞれ、第１の対物レンズ群３２および固定レンズ３４または第２の対物レンズ群３３および調整レンズ３５による２つの画角β，γが同じ（β＝γ）であって、２Ｄ画像よりも狭い。例えば、１４０°の画角β，γの観察画像となっている。
【００４７】
そのため、第１の対物レンズ群３２および固定レンズ３４は、２Ｄ画像および３Ｄ画像の両方で使用され、広画角の２Ｄ画像を得られる第１の外径ｄ１が設定されており、３Ｄ画像を得るときしか使用しない第２の対物レンズ群３３および調整レンズ３５の第２の外径ｄ２は小さく設定されている。
【００４８】
なお、本実施の形態の撮像ユニット３０は、２Ｄ観察および３Ｄ観察の２つのモードを画像処理部２０ａによって切り替えられる構成となっている。
【００４９】
そして、２Ｄ観察時には、外径の大きな対物光学系、ここでは第１の対物レンズ群３２および固定レンズ３４によって集光される光軸Ｏ１の光で得られる第１の画像ＩＭ１を使用し、３Ｄ観察時には外径の小さな対物光学系、ここでは第２の対物レンズ群３３および調整レンズ３５によって集光される光軸Ｏ２の光で得られる第３の画像ＩＭ３と、ここでは第１の対物レンズ群３２および固定レンズ３４によって集光される光軸Ｏ１の光で得られる第１の画像ＩＭ１から第３の画像ＩＭ３の画角γと同じ画角βに切り出した第２の画像ＩＭ２を使用する構成となっている。
【００５０】
以上に説明したように、内視鏡１に挿入部２の先端部１０に搭載される撮像ユニット３０は、同じ仕様、外径などの対物光学系を２つ並べた従来の構成に比して、２Ｄ観察では使用しない対物光学系を３Ｄ観察の画角が得られる外径に設定して、細径化（小型化）した構成となっている。
【００５１】
そのため、撮像ユニット３０が搭載される先端部１０も細径化でき、内視鏡１の挿入部２も細径化（小型化）することができる。
【００５２】
（第１の変形例）
図６は、第１の変形例の撮像ユニットの構成を示す断面図である。  
図６に示すように、撮像ユニット３０は、第１の対物光学系３２と第２の対物光学系３３に対応する２つの観察窓である光学部材３１ａ，３１ｂを有する構成としてもよい。
【００５３】
（第２の変形例）
図７は、第２の変形例の撮像ユニットの構成を示す断面図である。  
図７に示すように、撮像ユニットは、第１の対物光学系３２の光軸Ｏ１の光を検出する受光部５４ａを有する第１の撮像素子５３ａと、第２の対物光学系３３の光軸Ｏ２の光を検出する受光部５４ｂを有する第２の撮像素子５３ｂと、を有した構成としてもよい。
【００５４】
なお、第２の撮像素子５３ｂは、第３の画角γを検出できる受光部５４ｂであればよいため、第１の撮像素子５３ａよりも小型なものを採用することができる。
【００５５】
（第３の変形例）
図８は、第３の変形例の撮像ユニットの構成を示す断面図である。  
図８に示すように、撮像ユニット３０は、第１の対物光学系３２と第２の対物光学系３３の各光学系が繋がって一体的に形成された２系統のレンズ面を有する構成としてもよい。
【００５６】
（第４の変形例）
図９は、第４の変形例の観察窓である光学部材と枠部材の構成を示す断面図、図１０は第４の変形例の光学部材を示す斜視図である。
【００５７】
図９に示すように、光学部材３１は、枠部材である第１の固定枠４１の内径方向に突起する突起部４１ａと背面が当接して傾かないように固定保持される。
【００５８】
この光学部材３１は、図１０に示すように、突起部４１ａに当接して姿勢が規定されるように、背面に外径中心回りの縁辺部分に当接面Ａを有している。
【００５９】
この当接面Ａは、光学部材３１の外形中心Ｃ１を通過する線Ｘによって分割される２つの領域の両方を含む位置に設けられている。
【００６０】
そのため、光学部材３１は、第１の固定枠４１への組み付け時に、当接面Ａが突起部４１ａに当接して、傾くことなく第１の枠部材４１に固定することができる。
【００６１】
なお、光学部材３１は、第１の光軸Ｏ１側の第１の凹面３１ａと、第２の光軸Ｏ２側の第２の凹面３１ｂと、を有し、第２の凹面３１ｂの基端側に円形状の段部３１ｃが形成されている。
【００６２】
（第５の変形例）
図１１は、第５の変形例の観察窓である光学部材と枠部材の構成を示す断面図、図１２は第５の変形例の光学部材を示す斜視図である。
【００６３】
図１１および図１２に示すように、光学部材３１は、第２の光軸Ｏ２側の第２の凹面３１ｂが外形側に向けて切り欠かれた段形状としてもよい。
【００６４】
この構成においても、当接面Ａは、光学部材３１の外形中心Ｃ１を通過する線Ｘによって分割される２つの領域の両方を含むように確保されている。
【００６５】
これにより、光学部材３１は、当接面Ａの突起部４１ａへの当接によって傾くことなく第１の枠部材４１に固定することができる。
【００６６】
（第６の変形例）
図１３は、第６の変形例の観察窓である光学部材と枠部材の構成を示す断面図、図１４は第６の変形例の光学部材を示す斜視図である。
【００６７】
図１３および図１４に示すように、第２の光軸Ｏ２側の第２の凹面３１ｂを光学部材３１の一部が外周部まで形成された構成としてもよい。
【００６８】
この構成においても、当接面Ａは、光学部材３１の外形中心Ｃ１を通過する線Ｘによって分割される２つの領域の両方を含むように確保されている。
【００６９】
これにより、光学部材３１は、当接面Ａの突起部４１ａへの当接によって傾くことなく第１の枠部材４１に固定することができる。
【００７０】
なお、本実施の形態では、軟性内視鏡を例示しているが、これに限定されることなく、外科用の硬性内視鏡、工業用内視鏡にも適用することができる技術である。
【００７１】
以上の実施の形態に記載した発明は、上記実施の形態に限ることなく、その他、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を実施し得ることが可能である。さらに、上記実施の形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組合せにより種々の発明が抽出され得るものである。
【００７２】
例えば、実施の形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、述べられている課題が解決でき、述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得るものである。
【符号の説明】
【００７３】
１…立体視内視鏡
２…挿入部
３…操作部
４…ユニバーサルコード
５…内視鏡コネクタ
６…アングル操作ノブ
８…可撓管部
９…湾曲部
１０…先端部
１５…複合ケーブル
２０…外部装置
２０ａ…画像処理部
２１…画像表示部
３０…撮像ユニット
３１…光学部材
３２…第１の対物レンズ群
３３…第２の対物レンズ群
３４…固定レンズ
３５…調整レンズ
３６…スペーサ
４０…レンズユニット
４１…第１の固定枠
４２…第２の固定枠
４３…調整レンズ枠
５０…撮像素子ユニット
５１…撮像素子保持枠
５２…カバーガラス
５３…撮像素子
５４…受光部
ｄ１…第１の外径
ｄ２…第２の外径
ＩＭ１…第１の画像
ＩＭ２…第２の画像
ＩＭ３…第３の画像
Ｏ１，Ｏ２…光軸
α，β，γ…画角
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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