(57)【要約】【課題】電子内視鏡による視野範囲を広げることで内視鏡を使いやすくする。特に挿入部の後方視野を観察可能にする。【解決手段】１個の固体撮像素子の撮像面を２つの撮像領域に分割し、２分割した撮像領域に、挿入部の挿入軸に対して前方視野方向を持った対物レンズ系と、後方視野方向持った対物レンズ系を配置して２方向の視野の映像を同時にまたは別々に撮像、表示することで前方、後方の広範囲の観察視野を持たせた電子内視鏡装置を特徴とする。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
挿入部の先端に対物レンズ系と固体撮像素子を含む撮像ユニットを配置した電子内視鏡装置おいて、固体撮像素子の撮像面が挿入部の挿入軸方向に対して平行になるように１個の固体撮像素子を配置し、前記固体撮像素子の撮像面を２分割し第１の撮像領域と、第２の撮像領域を形成し、第１の撮像領域には光軸を変換する光学部材を介して内視鏡挿入部の挿入方向に対して前方視野を有する第１の対物レンズ系を装着し、第２の撮像領域には光軸を変換する光学部材を介して内視鏡挿入部の挿入方向に対して後方視野を有する第２の対物レンズ系を装着した構造を特徴とする電子内視鏡装置。
【請求項２】
固体撮像素子の第１の撮像領域と第２の撮像領域に結像された画像を映像信号として同時に読出し、信号処理を施した後メモリー上に書き込み、メモリーからの読出し方法を制御することで、表示装置の画面上に第１の撮像領域に結像された画像と、第２の撮像領域に結像された画像を同時にまたは個別に映像として選択表示することを特徴とした請求項１記載の電子内視鏡装置。
【請求項３】
固体撮像素子の第１の撮像領域に第１の対物レンズ系が結像する画像の必要範囲部分と、第２の撮像領域に第２の対物レンズ系が結像する画像の必要範囲部分を別々に映像信号として読み出す固体撮像素子の読み出し制御手段を有し、第１の撮像領域内の画像と第２の撮像領域内の画像を別々に映像表示装置に表示することを特徴とした請求項１記載の内視鏡装置。
【請求項４】
固体撮像素子から読み出された映像信号を所定の信号処理を施した後、ＵＳＢ２規格のデジタルインターフェースを介してパソコンに伝送しパソコンの映像表示装置に映像を表示すると共に、照明用白色発光ダイオードの電源をパソコンのＵＳＢ２端子より供給することを特徴とした請求項３記載の内視鏡装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１個の固体撮像素子の撮像面を２つの撮像領域に分割し、２分割した撮像領域に、挿入部の挿入方向に対して前方視野を持った対物レンズ系と、後方視野持った対物レンズ系を配置して、 前方視野と後方視野の２方向の画像を映像信号として読出し、同時にまたは別々に映像として映像表示装置に表示することで前方、後方の広範囲の観察視野を持たせた電子内視鏡装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
被検体としての機器内部や体腔内を観察する目的の電子内視鏡装置は、披検体内部に挿入する挿入部と、挿入部の他端に設けられた操作部（把持部と呼ぶこともある）から構成されており、挿入部先端にはＣＭＯＳセンサーやＣＣＤセンサーで代表される固体撮像素子と対物レンズ系を含んだ撮像ユニットが組み込まれ、撮像ユニットからの映像信号は信号処理回路で所定の信号処理が行われ、外部に設けられた映像表示装置で映像を表示するのが一般的である。
【０００３】
図１に電子内視鏡装置の基本的な構成を示す。図中１は電子内視鏡（本体）、２は信号処理回路を持ったカメラコントロールユニット（以下ＣＣＵと記す）、３は照明用の光源装置、４は映像表示手段としてのモニターを示している。なを本明細書では、対物レンズ系によって形成される光学像は画像として表記し、映像信号から形成される映像と区別して使用する。
【０００４】
上記内視鏡は披検体内部に挿入する挿入部６と内視鏡を手で保持、操作する操作部５から構成されており、その先端部には対物レンズ系７とＣＣＤセンサーやＣＭＯＳセンサー等で代表される固体撮像素子８が撮像ユニットとして組み込まれており、先端部の端面には対物レンズの視野方向を照明するライトガイド９が照明手段として組み込まれている。固体撮像素子８からの映像信号はケーブル１０によってＣＣＵ２に連接されており、ライトガイド９の他端面は光源装置３に連接されている。なお本発明と直接関係を持たない操作部の機構等は表記を省略して示してある。
【０００５】
従来は前記撮像ユニットからの映像信号を処理するＣＣＵは、その大部分は内視鏡外部に設けられており操作部内にはプリアンプ回路等の一部が組み込まれた構成が一般的であったが、近年信号処理回路デバイスの小型化が進み、信号処理回路を操作部内、または先端の撮像ユニット内に組み込まれるものも実用化されている。また小型の高効率の白色ダイオードが実用化されるに伴って、内視鏡の先端部には白色ダイオードをライトガイドに代わって配置することが可能になって来た。この場合、光源部は不要となり白色発光ダイオードの電源はＣＣＵから供給することが可能となる。
【０００６】
このように、固体撮像素子と対物レンズ系を含んだ撮像ユニットを挿入部の先端に組み込んだ電子内視鏡は種類も多く、産業用機器の内部や、体腔内を観察する目的で産業、医療の分野で広く用いられているが、これまでの電子内視鏡は１個の固体撮像素子と１個の対物レンズ系からなる撮像ユニットが先端部に組み込まれており、直視または側視の１方向の視野を持ったものが多い。
【０００７】
しかし、直視、側視方向の個別の視野を持った電子内視鏡では観察の範囲が限定されるので、同時に複数の視野を持った電子内視鏡が使用するユーザーから要望されている。
【０００８】
このような要望に対して、複数の異なる視野方向を持つ電子内視鏡として、実公平４−４０１８３号公報では１個の固体撮像素子に直視、側視方向の視野を持つ対物レンズ系を複数個配置した提案がなされている。
【０００９】
また、特開平９−３１３４３５号公報でも直視、側視方向が同時に連続した映像として観察可能な電子内視鏡装置が提案されている。
【００１０】
電子内視鏡は挿入部が軟性部材で構成され、挿入部の先端は操作部から湾曲操作可能な湾曲部を持った構造を持っているのが一般的であるが、挿入部を硬性構造とした硬性内視鏡も、その機械的な構造が簡単であり価格もやすいため広い分野で使われている。いずれの場合も電子内視鏡の挿入方向に対する視野方向が前方、または側方に限定されるため、披検体の観察部位の形状によっては視野内に捕捉出来ない部分が生じる。
【００１１】
図２（ａ）で前述の視野が限定される様子を説明する。図に示すように挿入部６の挿入方向１１に対して前方直視の視野１２と側視の視野１３を持った電子内視鏡の場合でも、入り口１４より観察対象物内部１５のほうが広い空間を持つ披検体に対してはハッチングをした入り口周辺部１６を観察することは出来ない。
【００１２】
図２（ｂ）に示すように、電子内視鏡の先端部に挿入部６の挿入方向１１に対して、前方直視の視野１２と後方の視野１７を持つように撮像ユニットの対物レンズ系を配置した電子内視鏡の場合では、入り口１４より観察対象物内部１５のほうが広い空間を持つ披検体に対してもハッチングをした入り口周辺部１６が十分観察可能となる。
【００１３】
図２に示すような電子内視鏡を挿入する入口より、観察対物部内部のほうが広い空間を持つ観察対象物は機器の場合も多く、このような接合部は応力がかかりやすく損傷も出やすいので観察対象として重要である。また人体の場合でも肛門近傍から直腸にかけては痔の疾患も多く、後方の視野が得られる電子内視鏡はその利用効果が大きい。
【特許文献１】実用新案公告平４−４０１８３号公報
【特許文献２】特開平９−３１３４３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
電子内視鏡の視野範囲を広げる試みとしては、対物レンズ系として視野角を１２０度程度の視野角を有する広角対物レンズ系を用いたり、挿入部の挿入軸に対して前方の直視視野と側方の側視視野が得られるように対物レンズ系を配置することも提案されており、広い範囲をカバーすることが可能である。しかしいずれの場合も挿入部の挿入方向に対して後方を観察することは出来なかった。本発明は上述した点に着目してなされたもので、電子内視鏡の挿入部の挿入方向に対して前方視野と後方視野を持つ操作性のよい電子内視鏡装置を提示することを目的としている。
【００１５】
さらに、１個の固体撮像素子上に挿入部の挿入方向に対して前方の視野を持つ対物レンズ系と後方の視野を持つ対物レンズ系を配置することで、信号処理回路も１系統ですむのでコストを抑えることが可能となり、広い範囲で利用出来る電子内視鏡を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するために、請求項１にかかわる発明は、挿入部の先端に対物レンズ系と固体撮像素子を含む撮像ユニットを配置した電子内視鏡装置おいて、固体撮像素子の撮像面が挿入部の挿入方向に対して平行になるように１個の固体撮像素子を配置し、前記固体撮像素子の撮像面を２分割し第１の撮像領域と、第２の撮像領域を形成し、第１の撮像領域には光軸を変換する光学部材を介して内視鏡の挿入部の挿入方向に対して前方視野を有する第１の対物レンズ系を装着し、第２の撮像領域には光軸を変換する光学部材を介して内視鏡の挿入部の挿入方向に対して後方視野を有する第２の対物レンズ系を装着した構造を持った電子内視鏡装置を特徴としている。
【００１７】
さらに詳しく説明すると、従来の内視鏡装置は対物レンズ系と固体撮像素子の撮像面が直角の位置関係を持つ撮像ユニットが多いが、対物レンズの視野方向を内視鏡挿入部の挿入方向に配置すると後方視野を持つには、もう一つの撮像ユニットを配置し信号処理回路も２式必要であった。本発明のように固体撮像素子の撮像面を内視鏡挿入部の挿入軸方向に対して平行になるように固体撮像素子を配置し、プリズム等の光軸を変換する光学部材を介して対物レンズ系の光軸を直角に曲げ固体撮像素子の撮像面に配置することで、１個の固体撮像素子の撮像面に前方視野と後方視野を有する対物レンズ系が装着可能になり、信号処理回路も１式ですむという効果がある。
【００１８】
請求項２にかかわる発明は、固体撮像素子の第１の撮像領域と第２の撮像領域に結像された画像を映像信号として同時に読出し、信号処理を施した後メモリー上に書き込み、メモリーからの読出し方法を制御することで、表示装置の画面上に第１の撮像領域に結像された画像と、第２の撮像領域に結像された画像を同時にまたは個別に映像として選択表示することを特徴とした請求項１記載の電子内視鏡装置を提供することにある。
【００１９】
さらに詳しく説明すると、まず固体撮像素子からの映像信号をＣＰＵで信号処理し、ＣＰＵ内に設けられたメモリー上に書き込み、メモリーからの映像信号の読出し方法を制御することで、モニター画面上に前方視野映像（例えば第１の撮像領域に撮像された映像）と後方視野映像（例えば第２の撮像領域に撮像された映像）を並べて表示したり、前方視野映像か後方視野映像のいずれかをモニター上に表示可能としている。
【００２０】
請求項３にかかわる発明は、固体撮像素子の第１の撮像領域に第１の対物レンズ系が結像する画像の必要範囲部分と、第２の撮像領域に第２の対物レンズ系が結像する画像の必要範囲部分を別々に映像信号として読み出す固体撮像素子の読出し領域制御手段を有し、第１の撮像領域の画像と第２の撮像領域内の画像を別々に映像表示装置に表示することを特徴とした請求項１記載の内視鏡装置を提供することにある。
【００２１】
さらに詳しく説明すると、１個の固体撮像素子上に形成された第１の撮像領域と第２の撮像領域に前方視野映像と後方視野映像を撮像する場合でもいろいろな撮像状態が考えられる。詳細な説明は後述の実施例で行うが、固体撮像素子上の第１の撮像領域と第２の撮像領域の一部に対物レンズ系が結像する画像の必要範囲部分を限定し、撮像された画像の必要範囲部分を別々に映像信号として読み出すことで、各撮像領域の映像信号の信号量を制限することが出来、映像信号の伝送が容易になる。
【００２２】
請求項４にかかわる発明は、固体撮像素子から読み出された映像信号を所定の信号処理を施した後、ＵＳＢ２規格のデジタルインターフェースを介してパソコンに伝送し映像を表示すると共に、照明用白色発光ダイオードの電源をパソコンのＵＳＢ２端子より供給することを特徴とした請求項３記載の内視鏡装置を提供することにある。
【００２３】
さらに第詳しく説明すると、１３０万画素相当の固体撮像素子を用いた場合でも、ＶＧＡ（６４０×４８０ドット）相当の画素数の映像を切り出し映像信号として読み出すことで、通常の技術範囲で３０フレーム／秒の映像信号が得られるのでコストを抑えることも可能になる。またＶＧＡで３０フレーム／秒の映像信号であればＵＳＢ２と呼ばれる規格のデジタルインターフェースも利用可能となり、電子内視鏡の映像を直接ＰＣ（パソコン）に読み込むことが可能になり、安価な内視鏡システムも構築可能となる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明による電子内視鏡装置では、挿入部の先端に組み込まれる撮像ユニットを挿入部の挿入軸方向に対して前方視野を有する対物レンズ光学系と、後方視野を有する対物レンズ光学系を1個の固体撮像素子上に配置することで映像信号の信号処理回路を簡略化することができ、コストがかからない広範囲の視野を有する電子内視鏡装置を具現化出来るのでその利用価値は非常に大きい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。なお実施例の説明で使用する図面は本発明を容易に把握、理解出来るよう本発明と直接関係ない機構等の具体的な詳細は省略して示している。
【実施例】
【００２６】
図３は本発明の実施の１形態を示す内視鏡装置の概略構成図である。図１の場合と同じように１は内視鏡（本体）、２は信号処理回路を持ったＣＣＵ、４は映像表示装置としてのモニターを示す。
【００２７】
上記内視鏡１は披検体内部に挿入する挿入部６と内視鏡を手で保持、操作する操作部５から構成されており、挿入部６の先端部１８は詳細を図４に示す。
【００２８】
図４は図３で示した内視鏡挿入部６の先端部１８の構造を示したもので、前方視野を有する対物レンズ系２０と後方視野を有する対物レンズ系２１及びＣＭＯＳセンサー等で代表される１個の固体撮像素子２２が撮像ユニットとして組み込まれており、 対物レンズ系２０と２１の近傍には視野方向を照明する白色発行ダイオード（ＬＥＤ）２７、２８が照明手段として組み込まれている。固体撮像素子２２からの映像信号はプリアンプ２９等の信号処理回路を介してケーブル１０によってＣＣＵに連接されており、ＬＥＤの電源はＣＣＵから供給されている。
【００２９】
前方視野と後方視野を有する撮像ユニットは、固体撮像素子２２の撮像面が挿入部６の挿入方向１１に概略並行に配置されており、撮像面は前方視野を持つ対物レンズ系２０用の第１の撮像領域２３と後方視野を持つ対物レンズ系２１用の第２の撮像領域２４に２分されており、光路変換用プリズム２５、２６（ハッチングで示す）を介して固体撮像素子の撮像面に画像を形成する構造をとっている。
【００３０】
この構造を図５、図６を用いて詳細に説明する。図５（ａ）は固体撮像素子２２の撮像面３０を単純に第１の撮像領域２３と第２の撮像領域２４に分割し、それぞれの撮像領域の中心３１ａには対物レンズ系２０の光軸を、３１ｂには対物レンズ系２１の光軸を設定し、第１の撮像領域２３と第２の撮像領域２４をカバーする結像サイズを３２ａ、３２ｂの点線で示している。対物レンズ系による画像は一般に円形であるが、この場合は映像として使える部分は固体撮像素子の形状で制約されて図で示すように矩形が最大となる。図面より明らかなように、この場合はハッチングで示した画像の重なり部分３３が大きいので、この重なりを機械的な視野マスクで防止する必要があるがかなり複雑な構造となる。
【００３１】
前述の画像の重なり部分３３を避けるには、図５（ｂ）に示すように第１の撮像領域２３と第２の撮像領域２４内に対物レンズ系の結像範囲を３４ａ、３４ｂと制限した構造の対物レンズ系を適用するのが望ましい。しかしこのようにすると、第１の撮像領域２３と第２の撮像領域２４内で画像として使える範囲は３４ａ、３４ｂの円形となるが、表示される映像として矩形の形状を選べば３５ａ、３５ｂの矩形で示すように対物レンズによる画像の必要範囲部分を読み出すことになるので、使用可能な画素数も制約される。
【００３２】
図５（ｃ）は、上述の図６（ａ）、６（ｂ）で示した欠点を補った構造を示すもので、第１の撮像領域２３と第２の撮像領域２４内で、撮像面３０の対角線３８上に前方視野を持つ対物レンズ系の光軸３６ａを、後方視野を持つ対物レンズ系の光軸３６ｂを設定し、撮像面３０の１／４の範囲をカバーする結像レンズ系を用いると、それぞれの結像サイズが干渉することを防止し、前方視野を持つ対物レンズ系による撮像エリア３７ａと後方視野を持つ対物レンズ系による撮像エリア３７ｂという大きな矩形の撮像エリアとして必要範囲部分の画像を得ることが可能になる。本実施例の説明では図６（ｃ）の構造を採用している。
【００３３】
１例として、固体撮像素子として１３０万画素程度の高画素の固体撮像素子を使用した場合には、図６（ｃ）の構造では約その１／４の画素数３２万画素を使用することが出来るので実用上十分な画質を得ることが可能になる。
【００３４】
図６は本実施例の撮像ユニットを斜視図で示したもので、図中３０は固体撮像素子２２の撮像面を示している。前方視野を持つ対物レンズ系２０は光軸変換用の直角プリズム２５を介して撮像面３０上に設定された第１の撮像領域２３の一部に前方にある披検体の画像を結像する。同様に後方視野を持った対物レンズ系２１は光軸変換用の直角プリズム２６を介して撮像面３０上に設定された第２の撮像領域２４の一部に後方にある披検体の画像を結像する。
【００３５】
このように撮像ユニットを構成することで、簡単な機構で１個の固体撮像素子上に２方向の視野を持つ電子内視鏡を容易に構成することが出来る。この場合後方視野の映像は挿入部の一部も写しこむことになり視野に一部にけられを生じるが、電子内視鏡を回転ずることでこのけられ部分も観察可能となる。
【００３６】
上記実施例では、挿入部の挿入方向１１に対して前方視、後方視の光軸を同一方向として説明したが、直角プリズムの代わりに偏角の異なる光軸変換用プリズムを用いれば容易に前方斜視方向、後方斜視方向の視野が得られることは言うまでもなく、このようなわずか視野方向を斜めにしたものもすべて本発明の範囲に含まれる。
【００３７】
通常は１個の固体撮像素子からの映像信号は全画素を同時に読み出してＣＣＵで信号処理を行いモニター上に映像として表示するが、本実施例のように１個の固体撮像素子上に前方視野画像と後方視野画像の必要範囲部分を設定し２画像を撮像している場合は、ＣＣＵ内に画像を記憶するフレームメモリーを設け、固体撮像素子から読み出した信号はフレームメモリーに一旦記憶させ、目的に応じて前方視野画像と後方視野画像を同時にまたは個別に読み出し、映像としてモニター上に表示することが可能となる。
【００３８】
このような方法は固体撮像素子の画素数が限定されている場合は一般的な技術範囲で実施可能であるが、実施例にも述べたように固体撮像素子として１３０万画素クラスのものを用いた場合は全画素を３０フレーム／秒で読出すには高度な技術が必要とされる。
【００３９】
また固体撮像素子としてＣＭＯＳセンサーを用いると、固体撮像素子の撮像面を構成する画素のアドレスを選択して所要の部分を読み出すことが容易に出来るので、前方視野画像のアドレスと後方視野画像のアドレスを切り替えて映像信号を読み出せば、容易に前方視野の映像と後方視野の映像をモニター上に選択表示が可能になる。
【００４０】
図７は上記実施例を説明するもので、図中４０は１３０万画素のＣＭＯＳセンサーを示しハッチングを施したＡの部分は前方視野の撮像領域、Ｂは後方視野の撮像領域を示している。ＣＭＯＳセンサー駆動手段４４には撮像面の部分読出しを行う部分ＡとＢの領域指定手段４２とＣＭＯＳセンサーのＸＹアドレス制御手段４１を持っており、Ａ領域とＢ領域の読出しを切り替えて映像信号として読み出しできるようになっている。この映像信号は信号処理回路４３で所定の信号処理が行われ、鎖線で示した経路で映像をモニター４上に表示し観察できる。
【００４１】
また、Ａ領域とＢ領域を部分読出しをして映像信号とした場合、信号情報量はＶＧＡの範囲なので信号処理回路４３からの出力信号を、ＵＳＢ−２規格のデジタルインターフェース４６を介してＰＣ（パソコン）４７に伝送することが出来、ＰＣ上のモニターに映像を表示することが出来る。この場合照明用の白色発光ダイオードの電源はパソコン側のＵＳＢ端子より供給することも出来る。
【００４２】
このように、固体撮像素子上に結像された前方視野映像と後方視野映像を、それぞれの撮像領域の読出しを切り替えて行うとＵＳＢ−２インターフェースを介してＰＣと接続するだけで電子内視鏡装置が構成されるので、価格もやすく利用しやすいシステムが提供可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】電子内視鏡の基本構成図。
【図２】電子内視鏡による視野範囲の説明図。
【図３】本発明による電子内視鏡の基本構成図。
【図４】電子内視鏡挿入部先端の構造説明図。
【図５】１個の固体撮像素子上に２個の対物レンズを配置した場合の画像サイズの状態を示す説明図。
【図６】本発明の実施例で用いた撮像ユニットの斜視説明図。
【図７】本発明の実施例による電子内視鏡装置の構成図。
【符号の説明】
【００４４】
１  電子内視鏡
２  カメラコントロールユニット（ＣＣＵ）
３  光源
４  モニター
５  操作部
６  挿入部
７、２１、２２  対物レンズ系
８、２２  固体撮像素子
９  ライトガイド
２５、２６  光軸変換プリズム
２７、２８  白色発光ダイオード
４３  信号処理回路
４６  ＵＳＢインターフェース
【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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