JPH0412312A - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、内視鏡特に血管内の検査等に好適な細径の内
視鏡に関する。

〔従来の技術〕

この種従来の内視鏡の一つであるファイバースコープは
、例えば第１８図に示した如く、ファイバースコープ本
体１の先端硬性部内に設けられていて図示しない物体の
像を結像せしめる対物レンズ２と、対物レンズ２による
像をファイバースコープ本体ｌの後端部に伝送するイメ
ージガイドファイバ束３と、伝送された像を観察するた
めの接眼レンズ４と、ファイバースコープ本体ｌの接眼
部に取付けられるようになって〜）で内部に撮影レンズ
５とＣＯＤ等の固体撮像素子６を有するＴＶカメラ７と
、固体撮像素子６の出力をＴＶ信号に変換するカメラコ
ントロールユニット８と、カメラコントロールユニット
８からのＴＶ信号を画像として表示するモニターＴＶ９
と、ファイバースコープ本体１外に設けられた光源１０
及びその光を集光する集光レンズ１１と、集光レンズ１
１により集められ゛た光をファイバースコープ本体ｌの
先端部に伝送するライトガイドファイバー束１２と、フ
ァイバースコープ本体ｌの先端硬性部内に設けられてい
て伝送された光を図示しない物体に向けて照射する照明
レンズ１３とから基本的に構成されていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、上記従来例において対物レンズ２゜接眼レン
ズ４などレンズが色々用いられているが、何れもガラス
、プラスチック等から成るレンズであったため、小型化
、軽量化に限界があり、特に小型、軽量化の要求が厳し
い血管スコープ等の細径内視鏡の対物レンズとしてはそ
の要求に答えきれないという問題があった。又、一般に
ガラス。

プラスチック等から成るレンズは製造が面倒で製造コス
トが高いという問題もあった。

本発明は、上記問題点に鑑み、それに用いられている各
種レンズ特に対物レンズの一層の小型化。

軽量化及び製造コストの低廉化が可能な内視鏡を提供す
ることを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

本発明による内視鏡は、ホログラムレンズを少なくとも
一枚含む光学系を備えていることを特徴としている。

〔作　用〕

ホログラムレンズは、例えば第１図に示した如く、透明
基板１４上に形成された感光層１５に所定のパターンを
感光させて形成し、このパターンによる光の回折を利用
して特定の波面を再生するものである。即ち、第１図で
は感光層１５からＳだけ隔たった点Ｏ（物体位置）から
発散するコヒーレントな球面波と、感光層１５からｄ十
ｂ　（ｄは基板１４の厚さ、ｂは基板１４の後面と後述
の点Ｉまでの距離）だけ隔たった点Ｉ　（結像位置）に
集束するコヒーレントな球面波とを感光層１５に照射し
、それらの、干渉パターンを記録する状態が示されてい
る。このように形成されたパターンを有するホログラム
レンズ１６に該レンズ１６を作る時使ったのと同じ波長
の点Ｏから発する球面波を入射させると、ホログラムレ
ンズＩ６で点Ｉに集束される球面波に変換されるため、
レンズとして作用する（　Ｂｅｎｎｅｔ著の論文Ａｐｐ
１．　Ｏｐｔ、長Ｐ５４２　　（１９７６）参照）。

ここで、ホログラムレンズ１６の焦点距離をｆとすると
、 の関係が成り立つ。但し、ｎは透明基板１４の屈折率で
ある。又、ＵはＵ＝λ。／λ３で定義され、λ。は再生
時の波長、λ３はホログラムレンズ作成時の波長である
。従って、ｂ＝ｏとなるようにｆ、ｄ、ｎを選べば透明
基板１４の後端面に像が結像されるようにすることがで
きる。

そして、上記説明から明らかなように、ホログラムレン
ズ１６の実体は感光層１５だけで基板１４は単なる支持
体に過ぎないから、その厚さを調整すれば極めて薄くで
きる。従って、この性質を利用すれば、極めて小型・軽
量のレンズ系を構成することができる。又、ホログラム
レンズ１６は従来のレンズに比べて製造が容易なのでレ
ンズ系の低廉化も可能である。

〔実施例〕

以下、図示した実施例に基づき上記従来例と同一の部材
には同一符号を付して本発明の詳細な説明する。

第２図は本発明による内視鏡の第１実施例の構成を示し
ており、これはビデオファイバースコープの対物レンズ
にホログラムレンズを導入した例である。尚、照明系は
省略されている。

この場合、イメージガイドファイバ束３の入射端面に第
１図に示した如きホログラムレンズ１６が固着され、ホ
ログラムレンズ１６の入射端面に絞り１７とカバーガラ
ス１８が設けられており、ホログラムレンズ１６による
結像位置はイメージガイドファイバ束３の入射端面と一
致せしめられている。そして、これらが対物レンズ２を
構成している。又、本実施例では、接眼レンズがなく、
イメージガイドファイバ束３の射出端面の直後にＴＶカ
メラ７が取付けられている。

本実施例は上述の如く構成されており、ホログラムレン
ズ１６がガラス、プラスチックから成るレンズに比べて
極めて薄くできるので対物レンズ２を極めて小型・軽量
化することができる。又、ホログラムレンズ１６は従来
のレンズに比べて製造が容易なので、対物レンズ１２の
製造コストの低廉化が可能である。

尚、本実施例ではホログラムレンズ１６と絞り１７が別
体となっているが、第３図に示した如く、ホログラムレ
ンズ１６が中央部に絞りＩ７が周辺部に同心的に位置す
るようにして一体的に形成しても良く、その場合−層コ
ンパクトで且つ製造コストが安くなる。

第４図は第２実施例の要部の構成を示しており、これは
電子内視鏡の対物レンズにホログラムレンズを導入した
例である。

この場合、第ルンズ１９の入射端面に明るさ絞り１７と
カバーガラス１８が設けられ、固体撮像素子６の撮像面
に光学的ローパスフィルター２０を介して第２レンズで
あるホログラムレンズ１６とカバーガラス１８が設けら
れており、これらが対物レンズ２を構成している。

第５図（Ａ）及び（Ｂ）は夫々第３実施例の要部を示す
垂直断面図及び水平断面図であって、これも電子内視鏡
の対物レンズにホログラムレンズを導入した例である。

この例では、対物レンズが物体側から負レンズ２１、正
レンズ２２．明るさ絞り１７．正レンズ２３、ホログラ
ムレンズ１６を配置することにより構成されているが、
負レンズ２１と正レンズ２３とが垂直面内より水平面内
の方が屈折力が強くなっており、対物レンズ全体がレト
ロフォーカスタイプのアナモルフィック光学系を構成し
ている。

アナモルフィックレンズというのは二つの異なる方向（
例えば垂直方向と水平方向）で結像倍率が異なるレンズ
であって、第５図（Ａ）、（Ｂ）から明らかなようにレ
ンズ２１の後面及びレンズ２３の前面は何れも垂直方向
よりも水平方向の曲率が大きくなっている。従って、こ
の対物レンズ２により固体撮像素子６の撮像面に投影さ
れる像は水平方向において縮められたものとなっている
。

換言すると、固体撮像素子６の撮像面の形状が従来と変
わりないとすれば、水平方向の画角を広げたのと同じ効
果が得られ、その結果従来のテレビに比べて水平方向の
寸法が長い画面を有する高品位テレビに適したものとな
る。従って、通常のレンズを高品位テレビの゛画面と同
一の縦横比の固体撮像素子６に適応させた場合よりもレ
ンズ系の外径を小さくできるという利点がある。

尚、屈折力が方向によって異なる負レンズ２１゜正レン
ズ２３を明るさ絞り１７の前後に配置したのは、球面収
差、像面湾曲収差を主に補正するためである。これらの
レンズのみでは収差の補正が十分でない場合は、ホログ
ラムレンズ１６に非球面作用を持たせて補正を行なうよ
うにすれば良い。

第６図は第４実施例の要部の構成を示しており、これも
電子内視鏡の対物レンズにホログラムレンズを導入した
例である。

この場合、負レンズ２４の後に正レンズ２５゜絞り１７
．正レンズ２６が配置されていると共に、正レンズ２５
の入射面及び正レンズ２６の射出面にホログラムレンズ
１６．１６（但し、干渉パターンを有する膜のみから成
る。）を設けて成るものであり、これらが対物レンズ２
を構成している。

従って、本実施例によれば、通常のレンズとホログラム
レンズとが一体化されているので、より一層小型化でき
るという利点がある。

第７図は第５実施例の要部の構成を示しており、これは
ファイバースコープの対物レンズ２をホログラムレンズ
１６と電界研削加工（特開平１−１８８２６６号公報参
照）した面２７ａを有する正レンズ２７とから構成して
成るものである。そして、電界研削加工した面２７ａは
通常レンズの研磨面に比べて粗いので、接着剤２８によ
りイメージガイドファイバー束３の入射端面に接合しで
ある。即ち、接着剤２８が面２７の凹凸をうめるので、
キズ等が目立たなくなる。勿論、電界研削面に限らず他
の研削面でも同様の効果があるのは言うまでもない。

第８図は第６実施例の要部の構成を示しており、これも
ファイバースコープの対物レンズにホログラムレンズを
導入した例である。

この場合、第ルンズ１９の入射端面に明るさ絞りとカバ
ーガラス１８が設けられ、イメージガイドファイバ束３
の入射端面に第２レンズであるホログラムレンズ１６（
但し、干渉パターンを有する膜のみから成る。）が設け
られており、これらが対物レンズ２を構成している。こ
の場合、ホログラムレンズ１６はフィールドレンズとし
て作用する。

第９図は第７実施例の要部の構成を示しており、これは
ファイバースコープの接眼レンズにホログラムレンズを
導入した例である。

この場合、ガウスタイプのレンズ系２９の向い合った凹
面２９ａ、２９ａ間にホログラムレンズ１６が配置され
、更にレンズ系２９の後方に他のホログラムレンズ１６
が配置されており、これらが接眼レンズ４を構成してい
・る。従って、上述の如き狭い個所にレンズ作用を持っ
た素子即ちホログラムレンズ１６を配置しているので接
眼レンズ４の小型化（主として全長短縮）に効果大であ
る。

又、接眼レンズ４はＦＮＯが小さいものが多く球面収差
が出易いが、ホログラムレンズ１６．１６で収差補正を
するようにすれば全長を殆ど変化させずに済むので好ま
しい。

尚、上記実施例の他に、ＴＶカメラ７の撮像レンズ５．
内視鏡の集光レンズ１１や照明レンズ１３、内視鏡の各
種アダプターのレンズ等にボログラムレンズ１６を導入
しても良いことは言うまでもない。

ところで、ホログラムレンズ１６は回折作用を利用して
いるため、その０次光により画像全体にフレアが生ずる
欠点がある。

第１０図はＴＶカメラ７の側での電気的処理によりこの
フレアを取り除くようにした例のＴＶカメラ７内の電気
回路のブロック図を示している。

３０は黒レベルを設定するクランプ回路、３１はγ補正
回路、３２は利得制御回路、３３は輪郭補正回路、３４
はアパーチャ補正回路、３５は一定以上の大きさの信号
をカットするホワイトクリップ回路であって、撮像素子
６からの信号はこれらの回路を順に経て輝度信号として
出ていく。３６は画面全体の輝度Ｙの積分を行なう積分
回路である。尚、色信号処理系は省略しである。

フレアは画面全体の明るさにほぼ比例して生じ、その強
さは画面内でほぼ均一であるので、フレアを除去するに
は画面全体のフレアの分だけ黒レベルを下げてやれば良
い。即ち、画面全体の輝度Ｙの積分を積分回路３６にて
行ない、その信号をクランプ回路３０に送り、輝度信号
Ｙに比例したフレアに相当する成分を取り除いて黒レベ
ルの設定を行なえば良い。

又、第２図に示した第１実施例のように対物レンズ２の
結像作用をホログラムレンズ１６に持たせると、ホログ
ラムレンズ１６では光の波長毎に像点の位置が異なるた
め通常のレンズを用いた場合に比べて像がぼけることが
ある。以下、このぼけの補正について説明する。

まず、点状物体の像がホログラムレンズ１６によりイメ
ージガイドファイバ束３の入射端面に第１１図に示した
如くぼけて結像される場合を与える。第１゛１図におい
て、横軸（Ｘ軸）は上記入射端面上の位置を縦軸（ｙ軸
）は光の強度を示しており、これは点状物体の像が幅Ｗ
にぼけて結像していることを示している。このぼけた像
がイメージガイドファイバ束３の射出端面に伝達され、
そのまま撮像素子６の撮像面上に結像されるので、画質
が悪化する。そこで、これを輪郭補正回路又は画像処理
回路等により改善するが、輪郭補正に必要な信号は、 で与えられる関数で表わされ、その形状は第１２図に示
した如くになる。但し、Ｐ（ω）は点像の強度分布関数
Ｐ　（ｘ）即ち第１１図に示した関数のフーリエ変換で
あり、Ｐ（ω）は空間周波数Ｕを対応する時間周波数ω
に換算したものである。

しかし、第１２図に示したような信号は得難いので、実
際にはそれに近似する第１３図に示した如き信号を使う
。尚、第１２図及び第１３図のＷ′は第１１図の距離Ｗ
に相当する時間である。

関数Ｆ　（ｔ）による補正をより正確に示せば、補正前
の画像を表わすビデオ信号をＩ　（ｔ）とする時、 ・・・・（３） で表わされるＩ　　　（ｔ）が補正後の画像信号を表わ
すビデオ信号である。

第１４図は上記補正の結果をＭＴＦ　（伝達関数）のみ
かけ上の変化として示した図であって、実線は輪郭補正
前のＭＴＦを点線は輪郭補正後のＭＴＦを夫々示してい
る。

かくして、輪郭補正によりぼけが除去されてコントラス
トの高い画像が得られる。

又、上記補正原理はホログラムレンズによるぼけの除去
だけでなく、種々のぼけの除去にも適用できる。以下、
これについて説明する。

第１５図は、通常のレンズから成る対物レンズ２と、石
英ファイバコンジットから成るイメージガイド３′と、
ＴＶカメラ７から成るビデオスコープを示している。石
英ファイバコンジットは、ファイバー束のようにコアと
それを囲むクラッドから成るファイバーを束ねたものと
異なり、第１６図に示した如（コア３’ａのまわりのク
ラッド３’ｂは各ファイバー毎に分離していない完全な
一体物である。そのため、−旦コア３’ａから光が漏れ
出すとクラッド３’ｂ内或いは他のコア３’ａ内に拡が
ってしまう。従って、仮に入射端で一本のコア３’ａだ
けに光を入射させたとしても射出端ではかなりの拡がり
になって（ぼけて）出て来ることになる。これは、いわ
ゆるコア３′ａからの光の漏れ（エバネッセント波）に
よるものと考えられる。このような場合でも、イメージ
ガイド３′内を伝達される間に生じた点像のぼけを表わ
す強度分布関数をＰ　（ｘ）と考えれば、上記式（２）
により関数Ｆ　（ｔ）が得られ、ぼけを除去することが
できる。

又、第１５図の対物レンズ２にホログラムレンズ１６を
導入しても、ホログラムレンズ１６とイメージガイド３
’ａによる点像の強度分布をＰ（ｘ）と考えれば、上記
式（２）により関数Ｆ　（ｔ）が与えられ、ぼけを除去
することができる。

又、第４図に示した第２実施例のように、電子内視鏡の
対物レンズ２内にホログラムレンズ１６と光学的ローパ
スフィルター２０を含む場合でも、それらによる点像の
強度分布をＰ　（ｘ）と考えれば、上記式（２）により
関数Ｆ　（ｔ）が得られ、ぼけを除去することができる
。

又、ホログラムレンズ１６の代わりに液晶レンズを用い
た場合のぼけも、上記と同様の原理で除去することがで
きる。

更に、結像レンズがズームレンズである場合は、ぼけの
大きさ即ち第１１図のＷがズーム倍率と共に変わるので
、それに連動して輪郭補正の度合即ち第１２図又は第１
３図のＷ′の値も変える必要がある。

第１７図はそのための構成を示しており、５′はイメー
ジガイドファイバ束３と固体撮像素子６との間に位置す
るズーミングが可能な撮影レンズ、３７は撮影レンズ５
′内のズーミングのために移動する変倍レンズの変位量
を検出してその信号を輪郭補正回路３３へ送るエンコー
ダであって、輪郭補正回路３３ではエンコーダ３７から
の信号に応じてＷ′の値を変化させるようになっている
。

又、ＴＶカメラ７に取付けられるファイバースコープが
何種類かあり、ファイバースコープによって第１１図の
Ｗの値が変わる場合には、輪郭補正回路３８をＷの値の
変化に連動してＷ′の値が変わるように、例えばＴＶカ
メラ７の内視鏡との結合部にスイッチを設けておき、内
視鏡を交換することにより自動的に該スイッチが切換わ
るようにし、この切換えによりＷ′の値が変わるような
回路にすれば良い。

〔発明の効果〕

上述の如く、本発明による内視鏡は、それに用いられて
いる各種レンズ特に対物レンズの一層の小型化、軽量化
及び製造コストの低廉化が可能であるという実用上重要
な利点を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図はホログラムレンズの原理を示す図、第２図は本
発明による内視鏡の第１実施例の構成を示す図、第３図
はホログラムレンズの変形例の正面図、第４図乃至第９
図は夫々第２乃至第７実施例の要部の構成を示す図、第
１Ｏ図はホログラムレンズによるフレアを除去するため
の電気回路のブロック図、第１１図はホログラムレンズ
による点状物体の像のぼけ状態を示す図、第１２図及び
第１３図は輪郭補正用信号波形及びそれに近似する信号
波形を示す図、第１４図は輪郭補正による空間周波数の
ＭＴＦのみかけの変化を示す図、第１５図及び第１６図
は夫々石英ファイバコンジットから成るイメージガイド
を用いたビデオスコープ及び該イメージガイドの断面を
示す図、第１７図は結像レンズがズームレンズである場
合にぼけを除去するための電気回路のブロック図、第１
８図は従来例の構成を示す図である。 ２・・・・対物レンズ、３・・・・イメージガイドファ
イバ束、３′・・・・イメージガイド、４・・・・接眼
レンズ、５，５′・・・・撮影レンズ、６・・・・固体
撮像素子、７・・・・ＴＶカメラ、１４・・・・透明基
板、１５・・・・感光層、１６・・・・ホログラムレン
ズ、１７・・・・絞り、１８・・・・カバーガラス、１
９・・・・第ルンズ、２０・・・・光学的ローパスフィ
ルター　２１・・・・負レンズ、２２，２５，２６．２
７・・・・正レンズ、２３・・・・正レンズ、２８・・
・・接着剤、２９・・・・レンズ系、３０・・・・クラ
ンプ回路、３１・・・・γ補正回路、３２・・・・利得
制御回路、３３・・・・輪郭補正回路、３４・・・・ア
パーチャ補正回路、３５・・・・ホワイトクリップ回路
、３６・・・・積分回路、３７・・・・エンコーダ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　ホログラムレンズを少なくとも一枚含む光学系を備え
   た内視鏡。