JPH0646265B2 - 可視光・赤外光用内視鏡装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ 本発明は、可視光のみならず赤外光に対しても撮像可能
とする可視光・赤外光用内視鏡装置に関する。

［発明の技術的背景及びその問題点］ 近年、内視鏡においても固体撮像素子を用いた撮像装置
が実現化する状況にある。

しかしながら、固体撮像素子を用いた従来の内視鏡にお
いては、可視領域の光に対して撮像可能であるが、患部
の状態あるいは症状をより詳しく診断することのできる
内視鏡が望まれている。

上記患部の状態あるいは症状を診断するには、患部の発
熱の状態、つまり温度分布地図を調べることが、その有
力な手段となる。

上記温度分布は、患部等の発熱体が放射する赤外領域の
光を受光することによって、知ることができる。

従って、可視光で観察あるいは診断可能であると共に、
赤外光でも観察あるいは診断できる内視鏡が望まれる
が、特開昭５８−４６９２９号公報に開示されている従
来例は、赤外光での像が一定のレベルでの輪郭として表
示できるものであり、より詳しい情報を得るには不充分
である。

又、特開昭５８−４２０２２号公報に開示されている従
来例は、（近）赤外光で用いることもできるが、固体撮
像素子を電磁的あるいは機械的に回転させなければなら
ず、挿入部先端側が嵩ばったり、複雑になる。又複数の
固体撮像素子を用いるため、コストが高くなる。又、複
数の撮像手段を併設した従来例も開示されているが、こ
の場合も上述のように嵩ばったり、コストが高くなる。

［発明の目的］ 本発明は上述した点にかんがみてなれさたもので、可視
光のみならず、赤外光でも撮像可能で、且つ嵩ばること
なく、低コストで実現できる可視光・赤外光用内視鏡装
置を提供することを目的とする。

［発明の概要］ 本発明は、可視光を透過するフィルタ部分と、赤外光を
透過するフィルタ部分とを形成してそれぞれのフィルタ
を経て受光素子から出力される信号を処理して可視光像
はもとより、赤外光像も撮像できるようになっている。

［発明の実施例］ 以下、図面を参照して本発明を具体的に説明する。

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実施例の内視鏡を示し、第２図は固体撮像素子
の撮像面の各受光素子の配列を示し、第３図は撮像面の
前に配設されるフィルタを示し、第４図は３原色フィル
タを示し、第５図は液晶フィルタを示す。

第１実施例の内視鏡１は、細径の挿入部２の先端側に結
像用の対物レンズ３が配設され、該対物レンズ３の結像
位置にその撮像面が臨むようにＣＣＤ（電荷結像素子）
等の固体撮像素子４が配設されて撮像光学系が形成され
ている。この固体撮像素子４の撮像面には第２図に示す
ように、例えば正方形状の受光素子５が規則正しく配列
され、これら受光素子５，…，５の前面にフィルタ６が
配列されている。

上記フィルタ６は、第３図に示すように受光素子５，
…，５の配列における奇数行を覆う部分は可視光に対し
て透明（赤外光のみを遮光する）な可視光透過フィルタ
６ａ部分で、偶数行を覆う部分は可視光を遮光し、赤外
光を透過する赤外光透過フィルタ６ｂ（梨地状部分）と
で形成されている。

しかして、上記固体撮像素子４に印加されるクロック信
号によって各画素に対応した信号が順次出力されるよう
になっており、該信号は低雑音指数の前置増幅器（プリ
アンプ）７が増幅され、信号ケーブル８を経て、マルチ
プレクサ９で導通される色増幅器１０Ｒ，１０Ｇ，１０
Ｂでさらに充分増幅されるようになっている。

上記固体撮像素子４に、受光されて各画素に対応する信
号読み取り用に印加されるクロック信号は、信号読取り
回路１１から出力され、該クロック信号は基準発振機器
１２に基準信号によって形成されるようになっている。

又、上記基準信号は、水平偏向回路１３及び垂直偏向回
路１４にそれぞれ入力されて、水平及び垂直偏向信号が
それぞれ形成され、カラーブラウン管１５のＸ及びＹ偏
向端子に印加されるようになっており、通常の可視撮像
モードにおいては各色増幅器１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂか
ら出力される赤，緑及び青の各色信号Ｒ，Ｇ，Ｂを水平
及び垂直に掃引しながらカラーブラウン管１５に表示す
るように構成されている。

上記マルチプレクサ９は、信号読取り回路１１から出力
されるクロック信号を分周する等して形成された切換信
号を出力する切換回路１６の該切換信号によって、可視
撮像モード時には３つの端子が順次切換えられるように
なっている。

ところで、上記挿入部２内には照明光伝達手段としてフ
ァイババンドルで形成されたライトガイド１７が挿通さ
れ、該ライトガイド１７は、その後端が光源装置１８に
着脱自在で装着され、その前端が照明光を出射し、配光
レンズ１９を経て対物レンズ３で観察可能になる範囲の
被写体側を照明できるように構成されている。

上記光源装置１８内には照明ランプ２１が配設され、該
照明ランプ２１の照明光は後方の反射鏡２２で反射され
て前方のコンデンサレンズ２３側に導き、該コンデンサ
レンズ２３によって集光されてライトガイド１７の後端
面、つまり入射端面を照射するように構成されている。

上記照明ランプ２１とコンデンサレンズ２３との間の光
路上で、例えばコンデンサレンズ２３の瞳位置に、液晶
フィルタ（液晶板）２４及び３原色フィルタ２５とが配
設されている。

上記３原色フィルタ２５は、第４図に示すように赤の色
（波長）の光のみを透過する赤透過フィルタ２５Ｒ，緑
の色の光のみを透過する緑透過フィルタ２５Ｇ、青の色
の光のみを透過する青透過フィルタ２５Ｂとがストライ
プ状で、これら各透過フィルタ２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂ
の順にストライプ模様を繰り返すように形成してある。

又、上記液晶フィルタ２４は一方の面は全面が電極が形
成され、他方の面は第５図に示すように、上記３原色フ
ィルタ２５の各色のストライプに接する部分にストライ
プ形状の電極が形成され、同色の各色フィルタ２５Ｒ，
２５Ｇ，２５Ｂ部分に接する電極は導通されて全体とし
て３個の電極２４ａ，２４ｂ，２４ｃが形成されてい
る。しかして、電圧を印加することによって、その電極
間の液晶部分が光を通す透光部となり、印加されると電
極間の液晶部分が光を遮光する遮光部となるようにして
ある（勿論逆であっても良い）。

上記３個の電極２４ａ，２４ｂ，２４ｃにはリード線を
介してマルチプレクサ２６の各共通端子に接続され、電
池２７の電圧を印加できるようにしてある。

上記マルチプレクサ２６は、切換回路１６によって、電
極２４ａ，２４ｂ，２４ｃが１個ずつ電圧が印加される
ように順次切換えられ、残りの２個はアースと導通する
ように切換えられるようになっている。

尚、上記マルチプレクサ９及び２６については、可視光
で撮像する場合にはマルチプレクサ２６によって、電極
２４ａ，２４ｂ，２４ｃに順次電圧が印加され、３原色
フィルタ２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂを透過した赤，緑及び
青の照明光で順次照明され、各色で照明された期間各受
光素子５，…，５で受光された信号は第３図に示す奇数
行の配列ラインごとに２回繰り返して順次読み出される
撮像手段が形成されており、読み出された（取り込まれ
た）信号は、色増幅器１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂで順次増
幅されてカラーブラウン管１５に水平及び垂直偏向信号
で掃引されながら表示される。

一方、赤外光での撮像が（図示しないスイッチ操作等
で）選択されると、マルチプレクサ２６は液晶フィルタ
２４の各電極２４ａ，２４ｂ，２４ｃが接地されて遮光
されるか、照明ランプ２１が消灯される。しかして、マ
ルチプレクサ９は、全ての色増幅器１０Ｒ，１０Ｇ，１
０Ｂと導通され、第３図に示す赤外光透過フィルタ６ｂ
を通して偶数行の受光素子５，…，５で受光された信号
を（表示可能なように）順次読み出し（撮像し）、読み
出された信号は増幅され、２回繰り返して２フィールド
を１フレームとして（インターレース走査）カラーブラ
ウン管１５に白黒の画像として表示される（赤外光で
の）撮像手段及び撮像した像のモニタ用表示手段が形成
されている。尚、上記色増幅器１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂ
全てと導通させるには、例えば図示しないアナログスイ
ッチ等をマルチプレクサ９の共通端と、各色増幅器１０
Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂの入力端とをそれぞれオンさせるこ
とにより可能になる。

このように構成された第１実施例によれば、可視光で撮
像を望む場合には、切換回路１６によって、マルチプレ
クサ９及び２６を動作させて、各色での照明のもとで、
信号読取り回路１１のクロックパルスによって固体撮像
素子４の撮像面における奇数行の各受光素子５，…，５
の信号を順次読取り、２フィールド繰り返して各色増幅
器１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂで増幅してカラーブラウン管
１５に順次各色での画像を表示することができ、各色で
の表示の周期を残像の時間より短くして繰り返し表示す
ることによりカラー画像として視覚される。

一方、赤外光での撮像を望む場合には、各色増幅器１０
Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂの入力端をプリアンプ７の出力端と
導通させると共に、照明ランプ２１の照明光を消灯ある
いは遮光し、偶数行の各受光素子５，…，５の信号出力
を読み出し、各色増幅１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂでそれぞ
れ増幅してカラーブラウン管１５に表示することによっ
て、赤外光での患部等被写体の像を白黒のコントラスト
で表示することができる。

従って、通常の可視光で撮像してカラー画像で表示でき
ると共に、赤外光でも患部等所望とする部位を簡単に撮
像して表示できるので、患部の温度分布を知ることもで
き、診断をより的確に行うことができる。

尚、上記固体撮像素子４は、クロック信号によって各受
光素子５，…，５の信号が順次走査されて出力される走
査型のものとしてあり、且つ通常の走査型のもののよう
に奇数フィールドと偶数フィールドを順次切換えて出力
させることができるものとしてある。ＸＹアドレス方式
のものであれば、Ｙアドレスを奇数あるいは偶数で順次
大きくしていけば、任意のものに対して適用できる。
尚、対物レンズ３によって、可視光による焦点と、赤外
光とによる焦点とが異る場合にも、上記赤外透過フィル
タ６ｂと、必要に応じて可視光透過フィルタ６ａの屈折
率，厚さ等を選択することによって、いずれの場合にも
奇数側及び偶数側の各受光素子５，…，５に鮮明な像を
結像させることができるものである。

第６図は本発明の第２実施例を示す。

この実施例の内視鏡３１においては、固体撮像素子４の
前面には第７図に示すようなフィルタ６′が貼着する等
して配設されている。

上記フィルタ６′は、偶数行の受光素子５，…，５を覆
う部分は、上記第３図に示すものと同様に赤外光透過フ
ィルタ６ｂで形成され、一方、奇数行の受光素子５，
…，５を覆う部分は、通常のモザイク状配列の３原色フ
ィルタで形成されている。

即ち、３原色フィルタ部分は、第１行目は緑及び青の色
の光のみをそれぞれ透過する緑透過フィルタ６Ｇ及び青
透過フィルタ６Ｂが交互に配列され第３行目については
赤透過フィルタ６Ｒ及び緑透過フィルタ６Ｇとが交互に
配列され、第５行目以降についてはこれらを繰り返すよ
うにした配列模様になっている。

上記固体撮像素子４で読み出された信号は、プリアンプ
７で増幅され、サンプリングパルス発生回路３２の短い
パルス幅のサンプリングパルスによって、赤，緑，青用
の（サンプル）ホールド回路３３Ｒ，３３Ｇ，３３Ｂに
順次取り込まれ、取り込まれた信号はそれぞれ色増幅器
１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂでそれぞれ増幅された後水平及
び垂直の偏向出力で掃引されながらカラーブラウン管１
５に表示されるようになっている。

可視光での撮像に対しては奇数行の各受光素子５，…，
５からの信号を読み出し、各受光素子５，…，５を覆う
色透過フィルタに応じて、対応するサンプルホールド回
路３３Ｒ，３３Ｇ，３３Ｂに取り込まれるようにしてあ
る。

一方、赤外光での撮像に対しては、サンプリングパルス
発生回路３２は、各サンプルホールド回路３３Ｒ，３３
Ｇ，３３Ｂに同時にサンプリングパルスを出力して、各
色でのサンプルホールド回路３３Ｒ，３３Ｇ，３３Ｂに
取り込ませ、それぞれ増幅してカラーブラウン管１５の
各色の電子銃に印加することによって、白黒の映像とし
て表示するようにしてある。

尚、可視光及び赤外光における場合ともに、上記第１実
施例で述べたように２フィールド繰り返すことによって
１フレーム分の画像を形成するようにしてある。

又、信号読取り用のクロックを奇数フィールドの後に偶
数フィールドで行うと共に、サンプリングパルスもこれ
に応じたサンプリングを行うことによって、可視光及び
赤外光で結像し、その像をカラーブラウン管１５に重畳
して表示することもできる。

尚、上記赤外光での信号の取り込みを３個のサンプルホ
ールド回路３３Ｒ，３３Ｇ，３３Ｂで同時に取り込み、
実質的に輝度信号として表示しているが、単一のサンプ
ルホールド回路に取り込むことによって、赤，緑あるい
は青の任意の色で表示するようにすることもできる。こ
れは上記第１実施例においても同様である。

上記第２実施例の作用効果は上記第１実施例と略同様の
ものとなる。

第８図は本発明の第３実施例の内視鏡を示す。

この実施例の内視鏡４１においては、固体撮像素子４の
撮像面からわずかに離間して上記第１実施例のフィルタ
６（第３図に示す）（の上下）両端が、バイモルフ振動
子４２，４２の前端に取付けられ、該バイモルフ振動子
４２，４２の各後端は固体撮像素子４と共に支持部材４
３を介して挿入部２内壁に固着されている。

上記両バイモルフ振動子４２，４２には、駆動回路４４
からリード線４５を介してパルス状の駆動信号が供給さ
れるようになっている。この駆動信号は、基準発振器１
２の信号あるいは信号読取り回路１１のクロック信号を
分周する等して形成され、１フィールド信号読取りを行
うたびにハイレベルからローレベル及びローレベルから
ハイレベルとなるパルス信号で、このパルス信号が印加
されると、両バイモルフ振動子４２，４２は後端を支点
として各前端側が上下方向（縦方向）に移動し、その移
動量は上下方向に隣接する受光素子５，…，５の中心間
距離ｄ（第３図参照）だけ１フィールド期間（１垂直走
査期間）ごとに移動できるようになっている。尚、この
実施例においては、フィルタ６は例えば上部側が１ライ
ンだけ余分に形成してある（例えばこの部分は赤外光透
過フィルタ６ｂとする）。可視光で撮像する場合には、
奇数行の各受光素子５，…，５から信号読み取り、１フ
ィールド分終えたタイミングで、バイモルフ振動子４
２，４２にハイレベルとなるパルスが供給されてフィル
タ６は下方にｄだけ変位し、この状態で偶数行の各受光
素子５，…，５の信号が読み取られる。偶数行の各受光
素子５，…，５の信号読み取りを終えると、パルスがロ
ーレベルとなり、且つマルチプレクサ９及び２６が切換
えられて他の色の照明のもとで同様の動作をすることに
なる。尚、読み取られた信号は増幅されて、順次カラー
ブラウン管１５に表示される。

このようにして各色について受光素子５，…，５全てを
用いて撮像するので、解像力の優れた像を得ることがで
きる。

一方、赤外光に対しての撮像時には、マルチプレクサ９
は各色増幅器１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂの各入力端と同時
に導通し、照明光は遮光ないしは消灯される。

しかして、最初赤外透過フィルタ６ｂで覆われた偶数行
の各受光素子５，…，５を用いて信号読み取りが行われ
（と同時に表示も行われる）、１フィールド分の読み取
りが完了すると、バイモルフ振動子４２，４２にはハイ
レベルとなるパルスが印加され、該パルスによってフィ
ルタ６はｄだけ下方に移動し、この状態で奇数行の各受
光素子５，…，５の信号読み取りが行われる。従って赤
外光に対しても解像力の優れた撮像及び再生ができるこ
とになる。

上記第３実施例は、上述した第１実施例における固体撮
像素子４の前面に配設されたフィルタ６を振動的に変位
させることによって、解像力の優れた画像を得ることが
できるようにしたものであるが、同様に上記第２実施例
のフィルタ６′（第７図参照）を上下方向にｄだけ変位
させるようにしても、解像力を増大させることができ
る。

尚、上述の各実施例においてはメモリを用いてないが、
各色フレーム分のメモリを用意して、静止画等を表示で
きるようにすることもできる。又、ビデオテープレコー
ダ等用いれば後で再生して調べたり、診断のための資料
として保管しておくこともできる。

尚、上述の実施例においては、光源装置１８内の照明ラ
ンプ２１をライトガイド１７を用いて可視光での照明手
段を形成してあるが、本発明はこれに限定されるもので
なく、挿入部２の先端側にランプとか発光ダイオード等
用いて被写体を照明することもできることは明らかであ
る。

又、上述の各実施例においては、赤外光での照明手段を
形成してないが、赤外光での反射強度等を調べることに
よって症状によっては有効な場合があり、これらに対し
ては赤外光での照明手段を光源装置１８内あるいは挿入
部２の先端側等に設けることもでき、この場合も本発明
に属するものである。

尚、上記実施例において、フィルタ６，６′を変位させ
る手段としてバイモルフ振動子を用いてあるが、通常の
圧電振動子とか、電磁力を使用して駆動することもでき
る。

又、上記実施例においては、フィルタ６，６′を駆動し
ているが、固体撮像素子４側を駆動しても良いことは明
らかであり、この例も本発明に属するものである。尚、
この場合には、可視光あるいは赤外光の場合とも半数の
受光素子５，…，５を変位に同期させて繰り返し用いる
ことによって、可能になる。

上述の各実施例においては、赤外光透過フィルタ６ｂ
は、可視光を遮光する特性を有するものとしてあるの
が、可視光での照明光を消灯あるいは液晶フィルタ２５
等で遮光した場合には、可視光が全くあるいは殆んど受
光されないので、このような場合には赤外光透過フィル
タ６ｂとして少くとも赤外光を透過するフィルタ特性を
示すものであれば実用になる場合があり、本発明はこの
場合も含むものである。さらに赤外光のみで照明する手
段を設けたものにあっては充分実用になる。

尚、上記赤外光透過フィルタ６ｂは、上述した実施例の
ような配列に限定されるものでなく、少くとも撮像面に
おける複数の受光素子５，…，５を覆うように形成され
たものは本発明に属するものである。

又、本発明は可視光に対してはカラー撮像できるように
してあるが、モノクローム（白黒も含む）のみあるいは
カラーの他に白黒でも表示できるものについても本発明
に属するものである。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば、可視光を透過するフ
ィルタ部分の他に、赤外光を透過するフィルタとを設
け、これら各フィルタを透過して受光した受光素子の出
力信号を読み取れるようにしてあるので、１台の内視鏡
で可視光及び赤外光での撮像ができる。従って、通常の
可視光像の他に、赤外光像によっても診断できるので、
より的確な診断あるいは治療処置ができる。

又、簡単な構成で、小さなスペース内にも収納できると
共に、固体撮像素子を兼用できるので、低コストで実現
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実施例の内視鏡の構成を示す説明図、第２図は
固体撮像素子における撮像面の受光素子の配列を示す正
面図、第３図は撮像面の前面に配設されたフィルタを示
す正面図、第４図は３原色フィルタを示す正面図、第５
図は液晶フィルタを示す正面図、第６図及び第７図は本
発明の第２実施例に係り、第６図は第２実施例の内視鏡
の構成を示す説明図、第７図は撮像面の前面に配置され
たフィルタを示す正面図、第８図は本発明の第３実施例
の内視鏡の構成を示す説明図である。 １，３１，４１……内視鏡 ２……挿入部、３……対物レンズ ４……固体撮像素子、５……受光素子 ６，６′……フィルタ ６ａ……可視光透過フィルタ ６ｂ……赤外光透過フィルタ ７……前置増幅器 ９，２６……マルチプレクサ １０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂ……色増幅器 １１……信号読取り回路 １５……カラーブラウン管 １７……ライトガイド １８……光源装置、２１……照明ランプ ２３……コンデンサレンズ ２４……液晶フィルタ、２５……３原色フィルタ ４２……バイモルフ振動子 ４４……駆動回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】照明光を発生する照明ランプと、この照明
   ランプの照明光を集束してライトガイドに入射する集光
   レンズと、前記ライトガイドから照射された照明光に基
   づき光学像を撮像する撮像素子と、この撮像素子の撮像
   面上に所定の配列で配置された可視光透過フィルタおよ
   び赤外光透過フィルタと、前記照明ランプと前記集光レ
   ンズとの間の光路上であって、該集光レンズの瞳位置に
   設けられた液晶フィルタと、この液晶フィルタに設けら
   れ各々異なる波長の可視光を透過する複数の色フィルタ
   を所定の配列で配置してなるフィルタ手段と、前記色フ
   ィルタの配列と対応して前記液晶フィルタに設けられ電
   圧の印加制御によって、該液晶フィルタに遮光部および
   透光部を形成する電極手段と、この電極手段への電圧の
   印加を制御すると共に、前記撮像素子の信号の読み出し
   を制御する制御手段とを具備し、 前記制御手段は、可視光による撮像が選択されたとき、
   前記色フィルタに対して設けられた前記電極手段に印加
   される電圧を制御して異なる波長の可視光の照明光を、
   順次生成すると共に、順次照射される該照明光に応じて
   前記撮像素子の前記可視光透過フィルタが配置された領
   域の信号を読み出し、赤外光による撮像が選択されたと
   き、前記可視光による照明光の照射を停止すると共に、
   前記撮像素子の前記赤外光透過フィルタが配置された領
   域の信号を読み出すように制御することを特徴とする可
   視光・赤外光用内視鏡装置。