JPH0516569B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用］ 本発明は、解像度を向上した内視鏡用撮像装置
に関する。

［従来の技術］ 近年、テレビジヨンカメラとか内視鏡等に固体
撮像素子を用いた撮像装置が実用化されている。

上記固体撮像素子を用いた内視鏡では、内視鏡
挿入部内に収納可能となる素子の画素数に制限を
受け、したがつてその分解能が充分なものとは言
えず、観察によつて的確な診断を下すことが困難
になる場合がある。

又、テレビカメラに用いられる場合においても
固体撮像素子の画素数が不足しがちとなり、この
ため昭和58年７月18日の日経産業新聞に公表され
ている従来例のように、CCD（電荷結合素子）を
その受光素子の配列の1/2のピツチだけ振動させ
ることにより、分解能を向上させたものがある。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記従来例は、多数の信号線に
接続されるCCD自体を振動させるため、長期の
使用においては接触不良を起こし易い。又、電極
等と一体的に振動させなければならず、負荷が大
きくなり、従つて振動させるためのバイモルフ圧
電素子の形状も大きくなり、振動駆動系を含めた
CCDが嵩ばつてしまうという欠点が生じる。こ
のため細径の挿入部を有する内視鏡には使用が困
難になる。

本発明は、上述した点に鑑みてなされたもの
で、細径の挿入部を有する内視鏡に対して使用可
能で、且つ分解能を向上できる内視鏡用撮像装置
を提供することを目的としてる。

［課題を解決するための手段］ 前記目的を達成するため本発明による内視鏡用
撮像装置は、撮像面に受光素子が配列された固体
撮像素子と、上記撮像面と対向して配設されてい
て、同撮像面に被写体像を結像させる結像光学系
と、この結像光学系の少なくとも一部を上記受光
素子の配列ピツチに応じた所定量振動させる駆動
手段と、を設けている。

［作用］ この構成で、結像面に被写体の像を結像する結
像光学系の一部を、前記結像面に配設される撮像
素子の配列ピツチの1/2等所定量だけ振動させる。

［実施例］ 以下、図面を参照して本発明の実施例を説明す
る。

第１図ないし第５図は本発明の第１実施例に係
り、第１図は第１実施例が適用された内視鏡を示
し、第２図は固体撮像素子の撮像面における受光
素子の配列を示す正面図、第３図は振動される透
明板の一部を示し、第４図は透明板に当接して支
持する圧電振動子を示し、第５図は透明板が圧電
振動子で支持された状態を示す。

第１図に示すように第１実施例の撮像装置を備
えた軟性の内視鏡１は、細長で可撓性の挿入部２
を有し、該挿入部２の後端側に図示しない操作部
を連設し、該操作部の側部からライトガイドケー
ブルを延出している。

上記挿入部２の先端部内には結像用の対物レン
ズ系６が配設され、該対物レンズ系６により光学
像が結像される位置にその撮像面が臨むようにし
て、CCD等を用いたそたい撮像素子２２が配設
されている。

上記固体撮像素子２２の撮像面（結像面）にお
ける受光素子２３，…，２３の配列は例えば第２
図に示す数値のようになつており、これら受光素
子２３，…，２３で受光された光量は電気信号に
変換され、手元側のライトガイドケーブルを経て
フレームメモリ２４に記憶され、記憶された電気
信号はテレビ信号にしてブラウン管に表示できる
ようになつている。

一方、挿入部２内には照明光を伝達するライト
ガイドが挿通され、該ライトガイドは操作部で湾
曲されてライトガイドケーブル内を挿通され、そ
の端部に形成されたコネクタを図示しない光源装
置に装着することによつて、端部に照明光が照射
され、挿入部２の先端側の端面から配向レンズ１
０を経て、前方の被写体側に照射されるようにな
つている。

ところで、上記結像用の対物レンズ系６と、結
像位置となる固体撮像素子２２の撮像面との間の
光路上に、薄いガラス板等の透明板１１が配設さ
れて結像光学系が形成されている。

上記透明板１１は枠体１３内に収納されてお
り、この透明体１１は、第４図に示すように一方
の面の上下及び左右周縁における４箇所に当接す
る圧電振動子１５，…，１５と、他方の面の周縁
に当接するダンパ１７（第５図参照）を介装して
枠体１３に支持されている。各圧電振動子１５は
枠体１３に固着してあり、半球状部材を介して透
明板１１を支持するようになしている。

前記圧電振動子１５，…，１５における対向し
て配設されたもの、例えば上下に対向しているも
のは、それぞれ交流電圧の印加によつて逆位相で
厚みが変化するように振動させることができるよ
うになつており、この振動によつて透明板１１は
その中心を支点にして第３図の矢符で示すように
振動されることになる。この場合透明板１１が同
期して振動させられるようになつており、又、こ
の振動によつて、光の進行方向がずれ、このずれ
量は固体撮像素子２２の撮像面における受光素子
２３，…，２３の配列のピツチの1/2になるよう
にしてある。

上記横方向の圧電振動子１５，１５についても
前記上下方向の場合のものと適宜関係で透明板１
１を振動させるようになつている。例えば、第３
図に示すような振動状態において、透明板１１が
丁度垂直になつた場合に横方向の振動が最大とな
り、横方向の受光素子の配列のピツチの1/2だけ
ずらすような振動モードとなるよう印加電圧の位
相を制御する。

尚、これら振動は、視覚上残像によつて重ね合
わせた像として観察できる周波数以上のものであ
れば良い。

このように圧電振動子１５，…，１５には、パ
ルス（電圧）が印刷され、このパルスの印加によ
つて、例えば左右方向のものがまず振動して最初
（振動前）、第２図における実線で示す受光素子２
３，…，２３の位置のみで受光されたものが、振
動により光路がずれて本来符号Ａ，…，Ａで示す
位置に結像されるべき画点が各受光素子２３，
…，２３で受光されるようになつている。この状
態に引き続くパルスは上下方向の圧電振動子１
５，…，１５に印加され、この印加によて光路が
上下方向にずれ、本来第２図の符号Ｂ，…，Ｂに
結像されるべき画点が各受光素子２３，…，２３
で受光される。さらに、この状態から前記左右方
向のものに印加されていたパルスがレベル（又は
逆極性）に戻り、本来Ｃ，…，Ｃに結像されるべ
き画点が各受光素子２３，…，２３で受光され
る。これに引き続いて上下方向のものに印加され
るパルスはローレベル（又は逆極性）にもどると
いうように、上下方向及び左右方向に若干離れて
規則正しく配列された各受光素子２３，…，２３
で時分割的に４倍の画像を受光できる。尚上記各
受光素子２３，…，２３が若干離れて配設されて
いる間には転送用素子が形成されている。

上記パルスは各受光素子２３，…，２３から信
号を取り出すのに用いるクロツクパルスを分周す
る等して形成され、パルスが印加されて振動させ
られた各状態（即ち、各受光素子２３，…，２３
が実線で示す本来の位置、符号Ａ，…，Ａ、符号
Ｂ，…，、符号Ｃ，…，Ｃでそれぞれ示す位置に
結像されるのを受光する状態）において、各受光
素子２３，…，２３から取出された信号はフレー
ムメモリ２４の各メモリ素子に順次記憶され、上
下方向及び左右方向のパルスが一周期印加される
と、フレームメモリ２４は１フレーム分の画素数
の信号を記憶できることになる。

この場合には固体撮像素子２２の分解能を実質
的に４倍にできるので、例えば面積を1/4にする
等画素数を少なくして小型化したものを用いて
も、その分解能を低下させることなく、使用でき
る。

第６図は第２実施例の撮像装置を用いた内視鏡
を示す。この実施例においては、２枚のプリズム
３１，３２を対物レンズ系６と固体撮像素子１１
との間に配設して結像光学系を形成し、この場合
プリズム３１は上下の周縁に圧電振動子３３，３
３を介して支持され、プリズム３２は左右の周縁
に圧電振動子３４，３４（図示では一方のみ）を
介して支持されている。

上記プリズム３１は上下方向に厚みが異なるも
のであり、このプリズム３１を圧電振動子３３，
３３で矢符で示すようにわずかに振動させること
によつて、該プリズム３１を通る光路が上下方向
に大きくずれるようになつている。同様にプリズ
ム３２は左右方向に厚みが異なるものであり、振
動によつてその光路が左右方向に大きくずれるよ
うになつている。

従つて、これらプリズム３１，３２を固体撮像
素子１１の撮像面における受光素子の上下方向及
び左右方向の配列のピツチのそれぞれ1/2振動さ
せることによつて、分解能を向上できるようにな
つている。

この実施例は、わずかに傾くと各プリズム３
１，３２を通る光路が大きくずれるので、充分微
小な振幅での振動で分解能を向上できる。従つて
小さな圧電振動子３３，３３，３４，３４でも充
分可能になる。尚、上述における各実施例におい
て、例えば上下方向にそれぞれ設けた圧電振動子
１５，３３等は一方のみで済ませることもでき
る。左右方向のものについても同様である。

第７図は上述した各実施例の圧電振動子１５，
３３等を振動させる場合における振幅制御回路４
１を示す。

この振幅制御回路４１により、例えば第１図の
固体撮像素子２２に結像された光学像は電気信号
に変換されてフレームメモリ２４に記録される。
このフレームメモリ２４に記録される信号におけ
る適当な１ラインにおいて、その画素の信号を取
り込んでそのフーリエ周波数成分の最大値を検出
する最大周波数検出回路４２を経てこの検出回路
４２の出力信号を制御信号として、圧電振動子
（例えば１５）に印加される駆動電圧を、増幅器
４３の増幅度を制御し、振幅量を適切な量（つま
り配列のピツチの1/2）に制御できるようにして
ある。尚、増幅器４３は、駆動電圧発生回路４４
で発生された振動用電圧を制御端に印加される電
圧に応じた増幅度で増幅するものである。

上記最大周波数検出回路４２における出力信号
は、例えば次のようにして形成される。１ライン
の走査周波数に画素数の２倍を乗じた周波数を最
大のものとして、この周波数より順次少しずつ低
くなる周波数を通すフイルタをいくつか用意し、
これらのフイルタをアナログスイツチ又はマルチ
プレクサを介して順次切換えて各フイルタを通し
た信号出力で周波数一電圧（−Ｖ）変換出力を
得る。この変換出力と１フレーム前の同一ライン
の変換出力を記録したものとを比較し、大きい方
の値を制御信号として出力することによつて、圧
電振動子１５は最も分解能が向上する振幅に自動
的に保持されることになる。従つて、温度その他
の影響あるいは経年変化等に関係なく正確に配列
の1/2ピツチだけずらすようにすることができる。

尚、上記最大周波数を検出する手段として表面
波実時間フーリエ変換素子等を用いることもでき
る。又微小時間で読み出して波形整形し、カウン
タ等通してその周波数成分の比較により制御する
こともできる。

尚、上述した各実施例の他に、透明板１１、プ
リズム３１，３２等を介装して形成した結像光学
系のみならず、介装しない光学系において対物レ
ンズ系６の少くとも一部を振動させて、光路を周
期的にずらすことによつても可能になることは明
らかであり、この場合も本発明に属するものであ
る。尚、上述の各実施例において示したように、
上下方向あるいは左右方向等一つの方向又は２つ
の方向からずれるように振動させることはもとよ
り、第２実施例におけるプリズム３１，３２等を
（微小角度にわたつて）回転振動させるようにし
ても良いことは明らかであり、これらについても
本発明に属するものである。

又、振動によりずらす量は配列の1/2ピツチに
限られるものでなく、例えば第２図において、左
右あるいは上下に1/3ピツチずつずらす（つまり
初期状態から次に1/3ずらし、その次にさらに2/3
ずらし、その次は再び元の位置に戻すという具
合）等隣り合う受光素子部分が接するように形成
してない場合には一般には１／ｎ（ｎ：自然数）
ずつずらすようにしてより分解能を向上させるこ
ともできる。尚、駆動用の手段としての電気機械
変換素子は、圧電振動子あるいはバイモルフ振動
子でも良い。又、ソレノイドに流す電流で、永久
磁石等を取付けた透明板１１，１２等を振動させ
るようにすることもできる。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば、結像光学系
を経て撮影面に結像される像が、結像面の撮像素
子の配列のピツチに応じた所定量周期的にずらす
手段を形成し、この周期的にずらした状態での情
報を取り込むようにしてあるので少い画素数にお
いても高い分解能の画像を実現できる。

従つて小さなスペース内にも収納して使用でき
る。又、固体撮像素子自体を振動させる場合より
も小さな駆動手段にて駆動できる。又、振動によ
り網目とか縞状の被写体を撮像した場合にもモア
レ縞を生じないようにできる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図は本発明の第１実施例に係
り、第１図は第１実施例が適用された内視鏡を示
す説明図、第２図は固体撮像素子の撮像面におけ
る受光素子の配列を示す正面図、第３図は振動さ
れる透明板によつて入射光の進行方向がずれるこ
とを示す説明図、第４図は透明板を振動させるた
めに用いられる圧電振動子を示す斜視図、第５図
は第１図における透明板を保持する部分を拡大し
て示す側面図、第６図は本発明の第２実施例の撮
像装置を示す説明図、第７図は圧電振動子の振動
振幅を制御する振幅制御回路を示すブロツク図で
ある。 １……内視鏡、２……挿入部、６……対物レン
ズ系、１１……透明板、１３……枠体、１５，３
３，３４……圧電振動子、２２……固体撮像素
子、２４……フレームメモリ、３１，３２……プ
リズム、４１……振幅制御回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 撮像面に受光素子が配列された固体撮像素子
   と、 上記撮像面と対向して配設されていて、同撮像
   面に被写体像を結像させる結像光学系と、 この結像光学系の少なくとも一部を上記受光素
   子の配列ピツチに応じた所定量振動させる駆動手
   段と、 を設けたことを特徴とする内視鏡用撮像装置。