JPH066105B2 - 内視鏡装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ 本発明は質の良い画像を得ることができるようにした固
体撮像素子を用いた内視鏡装置に関する。

［発明の技術的背景とその問題点］ 挿入部の先端側に固体撮像素子を内蔵し、電気的に画像
信号が得られるようにした内視鏡装置は、画像の記録が
容易になる等の利点を有するため、今後広く用いられる
状況にある。ところで、従来例は第１図に示すような構
成になっている。即ち、固体撮像素子１を動作させるた
めに必要な駆動パルス信号を駆動パルス信号発生回路２
で発生させ、内視鏡挿入部３の内部を通る導線４によっ
て挿入部３先端側に収納した固体撮像素子１に供給して
いた。このため、導線４のもつインダクタンス等によっ
て駆動パルス信号の波形にひずみが生じ、固体撮像素子
１の撮像能力を低下させ、その結果、得られる画像信号
の低下を余儀無くされていた。また上記駆動パルス信号
は高周波、例えば７ＭＨｚ程度の周波数の信号であるた
め、パルス信号の基本波及び高調波が導線４を通じて電
磁波として周囲に輻射され、固体撮像素子１の出力信号
に混入してＴＶモニタに表示される画像の質を低下させ
るのみならず、周囲の各種電気機器に有害な影響を与え
るという欠点もあった。

又、特開昭５８−１４１１３５号公報に開示されている
従来例のように、固体撮像素子から出力される画像信号
を、挿入部の先端側で光信号に変換して伝送することに
よって、高周波メスを用いた場合にも、該高周波メスの
使用時に出力される高周波の影響を受けないようにした
ものがある。

しかしながら、この従来例は、画像信号へのノイズの混
入はさけられるが、上記駆動パルス信号については導線
の持つインダクタンス等の影響で波形がひずむことが解
消されてないので、高周波メスを用いない内視鏡装置に
おいても、良質の画像信号を得ることができないという
欠点がある。

［発明の目的］ 本発明は上述した点にかんがみてなされたもので、波形
の歪が殆んどない駆動パルスを固体撮像素子に印加でき
るようにして、質の良い画像信号を得ることができるよ
うにした固体撮像素子を用いた内視鏡装置を提供するこ
とを目的とする。

［発明の概要］ 本発明は駆動パルスを光信号に変換して伝送し、この光
信号を挿入部先端側で電気信号に変換したものを挿入部
先端側に設けた固体撮像素子に印加することによって、
波形の歪が殆んどない駆動パルスにて質の良い画像信号
を読み出せるようにしてある。

［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２図は本発明の第１実施例を示す。

第２図に示すように、第１実施例の内視鏡装置１１は、
可撓性で細長の挿入部１２の先端側に硬性の先端構成部
１３が連設されている。この先端構成部１３内には、撮
像手段として、対物レンズ１４と、該対物レンズ１４の
結像装置にその撮像面が臨むようにして固体撮像素子１
５が配設されている。又、上記先端構成部１３には、挿
入部１２内を連通された照明光伝送手段として、光学繊
維（光ファイバ）を束ねて形成したライトガイド１６の
前端が口金等を介して固着されており、該ライトガイド
１６の後端が装着される（図示しない）光源装置の光源
１７の照明光を伝送して、前端面から上記撮像手段の撮
像範囲となる被観察体側を照明できるようになってい
る。

ところで、上記先端構成部１３には固体撮像素子１５に
近接して、光電変換手段としてのフォトダイオード等の
受光素子１８が設けてあり、該受光素子１８は、挿入部
１２内を挿通された光ファイバ１９の光出力側となる前
端面に密着させる等してある。一方、この光ファイバ１
９の後端側は挿入部１３内を挿通されて、さらに手元側
操作部（図示せず）内あるいは操作部外部に設けた発光
ダイオード等の電気信号を光信号に変換する電気光変換
手段としての発光素子２０にその端面を密着させる等し
て取付けてある。しかして上記固体撮像素子１５から信
号読み出しのための駆動信号を発生する駆動パルス発生
回路２１は、その出力端から出力される駆動パルス信号
によって、発光素子２０をパルス状に点滅させ、その点
滅するパルス光は光ファイバ１９の入力側の後端面に入
力され、該光ファイバ１９にて挿入部１２内を伝送され
て先端構成部１３内にある前端から出射され、受光素子
１８で受光されて電気信号、つまり駆動パルス信号に変
換され、固体撮像素子１５に印加されるようになってい
る。

上記駆動パルス発生回路２１には電源回路２２から所定
の電圧の電力が供給されるようになっている。又、この
電源回路２２は、挿入部１２内を挿通された導線２３を
介して受光素子１８に所定の電源電圧を印加するように
接続され、この受光素子１８が受光すると、その受光期
間のみ導通状態になって、発光素子２０の（アノード等
の）他端が接続された固体撮像素子１５の駆動パルス信
号入力電極に所定の電圧が印加されるようになってい
る。

上記受光素子１８を介して駆動パルス信号が印加される
固体撮像素子１５は、その内部の（図示しない）出力用
シフトレジスタの出力端から、受光し電荷として蓄積し
た各画素に対応する画像信号が出力され、この画像信号
は挿入部１２内を挿通されたシールド線２４を介して、
画像信号処理回路２５に入力され、該画像信号処理回路
２５にてＮＴＳＣ方式の等のＴＶ複合映像信号にされ
て、ＴＶモニタ２６の表示画面上に表示されるようにな
っている。

尚、第２図において破線２８は、その右側の各構成要素
が挿入部１２の外部にあることを示すものである。

上記構成の第１実施例においては先端構成部１３内には
固体撮像素子１５以外の電気系構成部材としては、外形
の大きくなる駆動パルス発生回路２１等を収納しない
で、十分に小型にできる受光素子１８を収納すると共
に、極めて細径のもので十分その機能を有する光ファイ
バ１９の前端を収納しているので、先端構成部１３を十
分に小型化できるようになっている。

尚、導線２３における受光素子１８（のカソード）への
接続は高周波をバイパスするセラミックコンデンサ等で
高周波的に接地されている（図示せず）。

このように構成された第１実施例の動作を以下に説明す
る。

光源１７で発せられた照明光は、ライトガイド１６で伝
送され、その前端面から（又は図示しない配光レンズを
経て）出射されて、被観察体側を照明する。この照明光
のうち、被観察体で反射された光が、対物レンズ１４に
て固体撮像素子１５の撮像面に像として結ばれる。

一方、駆動パルス発生回路２１から出力される駆動パル
ス信号は、発光素子２０をパルス状に点滅させ、このパ
ルス状に点滅された光パルスが、光ファイバ１９で挿入
部１２内を伝送されて先端構成部１３内の前端から受光
素子１８に出射される。この場合、受光素子１８は、光
パルスが入射されている瞬間には、受光素子１８が導通
状態になって電源電圧が固体撮像素子１５に印加される
ハイレベル状態になる。一方、光パルスが入力されてな
い時には受光素子１８が非導通状態になって電源電圧が
印加されないローレベル状態になる。このようにして駆
動パルス信号は一旦光パルスに変換され、該光パルスは
光ファイバ１９で先端構成部１３まで伝送された後、受
光素子１８で再び電気信号に変換されて固体撮像素子１
５の駆動パルス信号入力電極に印加される。

この場合、光パルスにて挿入部１２内を伝送されるの
で、従来例のように駆動パルス信号伝送用の導線４のイ
ンダクタンス等に起因するパルス信号の波形の歪が発生
することが防止されるので、挿入部１２が非常に長い場
合でも駆動パルス発生回路２１で発生された駆動パルス
信号の波形が忠実に保持された状態で、固体撮像素子１
５に印加される。従って、波形の歪によって、読み出さ
れる各画素に対応した信号の出力される期間に長短が生
じたり、出力されるタイミングがずれたり、欠落等が生
じたりすることがない。

上記駆動パルス信号の印加によって、固体撮像素子１５
は出力用シフトレジスタから画像信号が出力され、この
画像信号はケーブル２４を介して画像信号処理回路２５
に入力され、所定の方式の複合映像信号にされてＴＶモ
ニタ２６に表示される。この表示される画像は固体撮像
素子１５の撮像機能が十分に発揮された良質のものとな
る。

また、駆動パルス信号は高周波、例えば７ＭＨｚ程度の
周波数のパルス信号であるが、第１実施例では従来例に
おいて避けられなかった導線４からの電磁波としての輻
射するという問題が根本的に解消できる。尚、第２図に
おける導線２３は電源回路２２の出力である直流電圧を
内視鏡先端構成部１３側に供給するための定電圧電源線
であるから、該導線２３から電磁波が輻射されることは
ない。又、シールド線２４は、固体撮像素子１５の出力
信号であり、上記駆動パルス信号よりも振幅が極端い小
さいので輻射が問題になるようなことはない。又、シー
ルドしてあるので、外部からの輻射ノイズが混入する虞
れも少ない。

尚、上記第１実施例（後述する他の実施例についても同
様）では駆動パルス信号は１つとして説明したが、固体
撮像素子１５を機能させるために必要な駆動パルス信号
は一般に数個ないし十数個のことが多く、その場合には
発光素子２０，光ファイバ１９および受光素子１８の組
み合わせを必要な数だけ設けることになる。

第３図は本発明の第２実施例を示す。この第２実施例に
おいては上記第１実施例における導線２３が設けられな
いので、発光素子２０のカソード等の一端が先端構成部
１３内に設けた太陽電池３１等の光起電力発生手段に接
続されている。又、ライトガイド１６における被照射体
側を照明するものの一部（符号３２で示す。）をその照
明に用いないで、先端構成部１３内で分岐させる等して
その前端を上記太陽電池３１に照射できるように対向さ
せてあり、この太陽電池３１にて光起電力を発生させ、
この起電力を受光素子１８を介して固体撮像素子１５の
駆動パルス信号入力電極に印加できるようにしてある。

この第２実施例におけるその他の構成は、上記第１実施
例と同様であり、同一要素には同符号が付けてある。こ
の第２実施例は上記第１実施例における電源回路２２の
電圧が導線２３を介して受光素子１８（のカソード）に
印加されていたのを、ライトガイド１６の一部で伝送さ
れた照明光を太陽電池３１の光起電力に基づく電圧で代
用している。

従って、この第２実施例も上記代用させた点を除けば、
上記第１実施例と同様の作用効果となる。その他に、こ
の第２実施例は、上記第１実施例における給電用ライン
としての導線２３を廃止できるので、給電ラインに乗っ
ていたノイズを除去できる。又、逆に給電ラインから出
るノイズもなくすことができるという利点を有する。

第４図は本発明の第３実施例を示す。この第３実施例に
おいては、上記第１実施例におけるシールド２４を用い
ないで光ファイバ４１を用いて伝送する構造にしてあ
る。

即ち、先端構成部１３内には、固体撮像素子１５の信号
出力端にその入力端が接続された前置増幅器４２が接続
され、この前置増幅器４２の増幅された画像信号出力で
発光ダイオード等の発光素子４３の発光強度を可変させ
ている。この発光出力は光ファイバ４１で伝送され、挿
入部１２外部で、該光ファイバ４１の後端面に密着させ
る等したフォトダイオード等の受光素子４４で受光し、
その際受光量に応じて流れる電流又は介装した抵抗両端
の電圧を取り出して画像信号とし、画像信号処理回路２
５にて所定のＴＶ複合信号にし、ＴＶモニタ２６で表示
するようにしてある。

上記前置増幅器４２としてはトランジスタを１〜数個用
いたもので充分であり、あまりスペースを必要とするこ
となく先端構成部１３内に収納できる。又、ＩＣ化され
たものを用いれば、より小型にできるし、さらに固体撮
像素子１５と一体化して形成したものを用いるとより小
型にできる。

上記第３実施例によれば、上記第１実施例における駆動
パルス信号を光パルスとして伝送する構成の他に、固体
撮像素子１５から出力される一般に微弱である画像信号
を低雑音指数の前置増幅器４２で増幅した後、光信号に
変換して挿入部１２外部の受光素子４４側に伝送し、該
受光素子４４で電気信号としての画像信号に変換するよ
うに構成してある。従って、増幅しないで挿入部１２内
をシールド線２４で伝送する場合における信号の減衰に
伴うＳＮ比の減少を防止できる。又、光信号に変換して
伝送しているので、高周波メス等を使用した場合にもそ
の高周波が混入することを防止できる。

第５図は本発明の第４実施例を示す。この実施例におい
ては、上記第１実施例における光ファイバ１９をライト
ガイド１６の一部を利用したものであり、該ライトガイ
ド１６の一部におけるその前端を分岐させる等して受光
素子１８で受光できるように密着させる等すると共に、
後端も分岐させて、発光素子２０に密着させる等してあ
る。その他は上記第１実施例と同様である。この第４実
施例は他の実施例に対しても適用できる。この第４実施
例は別途に光ファイバを挿通しないで済むという利点を
有する。

尚、上述の各実施例を組み合わせる等したものも本発明
に属するものである。

尚、上記第３実施例において、画像信号としてアナログ
信号を伝送するので、単一の波長の光で行うことが波長
に依存して屈折率が異ることの影響（波形の歪の発生）
を防止できるので、望ましいものである。（これは、駆
動パルス信号を光パルスで伝送する場合にもあてはまる
ことである。）又、固体撮像素子１５から出力される画
像信号をカラー画素に対応する信号等を複数の出力端か
ら出力できるようになっている場合には、光ファイバ４
１もその数に応じて複数設け、信号読み出しを短時間で
行うようにすることもできる。又、逆に短時間で行うこ
となく、複数の光ファイバで伝送することによって、単
位画素に対応する信号期間を長くしてより波形の歪の少
い伝送を行うようにすることもできる。

又、上記第３実施例において、光ファイバ１９と４１と
を兼用して（一方の本数が多い場合にはその多い分だけ
は兼用しないことになる。）、単一の光ファイバでそれ
ぞれ異る波長の光を伝送するようにすることもできる。
この場合、一方の信号伝送用、例えば駆動パルス信号伝
送用の光ファイバ１９においても異る波長の光で行うよ
うに兼用できるが、屈折率に依存する分散等の影響がで
て、位相関係のずれで不都合が生じる場合には避ける。
画像信号側において、読み出したものをメモリに書き込
む場合にはその影響が少い場合がある。

尚、固体撮像素子１５は、その撮像面にモザイク状フィ
ルタが密着する等してあるものにあっては、カラー画素
に対応する信号が出力される。この場合には、白色照明
光で照明される。一方、上記モザイク状フィルタを設け
ない場合には、照明光は面順次等で３原色の各波長の光
で順次照明される。これらいずれの場合にも本発明は適
用できる。

尚、駆動パルス信号は光が点滅されるようにして伝送さ
れるものに限定されるものでなく、パルスで輝度変調
（パルスがない内期間にも微弱な光を伝送する）したも
のも本発明に属する。又、先端構成部１３における固体
撮像素子１５をより小型化して収納スペースがある場合
には、ＰＣＭ変調した光伝送及びこの光信号の復調手段
を用いて駆動パルス信号あるいは画像信号の伝送を行う
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、挿入部外部の駆動パ
ルス発生回路の電気信号を、発光素子によって、光パル
スに変換し、光ファイバによって先端構成部まで伝送
し、受光素子によって電気信号に変換して固体撮像素子
を駆動しているので、駆動パルス信号波形がひずむこと
なく固体撮像素子に加えられるため、固体撮像素子の機
能を最大限に発揮させることができ、良質の画像を得る
ことができる。また、駆動パルス信号が内視鏡挿入部か
ら電磁波として輻射されることがなく、他の電気機器の
動作に悪影響を与える虞れがない。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例を示す説明図、第２図は本発明の第１実
施例の内視鏡装置を示す説明図、第３図は本発明の第２
実施例の内視鏡装置を示す説明図、第４図は本発明の第
３実施例の内視鏡装置を示す説明図、第５図は本発明の
第４実施例の内視鏡装置を示す説明図である。 １１…内視鏡装置、１２…挿入部 １３…先端構成部、１４…対物レンズ １５…固体撮像素子、１６…ライトガイド １７…光源、１８，４４…受光素子 １９，４１…光ファイバ ２０，４３…発光素子 ２１…駆動パルス発生回路 ２２…電源回路、２３…導線 ２４…シールド線 ２５…画像信号処理回路 ２６…ＴＶモニタ、３１…太陽電池

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】挿入部の先端側に固体撮像素子が設けら
   れ、被写体を照明する照明光を発する光源からの照明光
   を上記挿入部を通って先端まで伝送する光ファイバ束を
   有する内視鏡を備えた内視鏡装置において、 上記固体撮像素子を駆動するための駆動パルス信号を出
   力する駆動信号発生手段と、 この駆動信号発生手段から出力される電気信号を光信号
   に変換する電気光変換手段と、 上記光ファイバ束の一部から成り、上記光信号を上記挿
   入部の先端近傍まで伝送する光信号伝送ファイバと、 この光信号伝送ファイバを通って伝送された上記光信号
   を電気信号に変換して上記固体撮像素子に印加する光電
   変換手段と、 を具備することを特徴とする内視鏡装置。
2. 【請求項２】上記光電変換手段は、上記光ファイバ束で
   伝送される照明光の一部を受光し、先端構成部内に収納
   された太陽電池の起電力が給電されることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の内視鏡装置。
3. 【請求項３】上記固体撮像素子は、上記駆動パルス信号
   の印加によりその出力端から出力される電気信号が挿入
   部の先端側に収納された前置増幅器で増幅され、さらに
   発光素子で光信号に変換されて挿入部内を挿通された光
   ファイバで伝送され、挿入部外部の受光素子で電気信号
   に変換されることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の内視鏡装置。