JPH11109257A

JPH11109257A - 内視鏡撮像光学系

Info

Publication number: JPH11109257A
Application number: JP9271469A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Chiba; 政広千葉
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1997-10-03
Filing date: 1997-10-03
Publication date: 1999-04-23
Anticipated expiration: 2017-10-03
Also published as: JP4105785B2

Abstract

(57)【要約】【課題】観察用途に応じて先端対物光学系を交換して
も、ピント位置の変動や画像不良が生じずに、複数の観
察像を同時に得ることができるようにした内視鏡撮像光
学系を提供すること。【解決手段】内視鏡の先端アダプター５は、内視鏡本体
４に対して着脱可能である。先端アダプター５の物体側
には対物光学系６，７が配置され、夫々、視野マスク９
のところで物体像を結像させる。像伝送光学系１０は、
視野マスク９の位置を物体面として、ＣＣＤ１１に像を
１回伝送している。また、この像伝送光学系１０は、瞳
位置にある明るさ絞り１２のところで分割され、前群レ
ンズ１０ａは先端アダプター５側に、後群レンズ１０ｂ
は内視鏡本体４側に配置されている。更に、ＣＣＤ１１
のカバーガラス１３には、色温度変換フィルタ１４と光
学的ローパスフィルタ１５が順に接合されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内視鏡装置、特
に、複数の対物光学系と一つの固体撮像素子とを備え、
各々の対物光学系を介して得た物体の像を、前記固体撮
像素子の異なる部分に結像させて観察するようにした電
子内視鏡装置に用いて好適な撮像光学系に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、諸工業の発達に伴い、例えば、原
子力発電所における冷却水の送水パイプや、各種発電プ
ラントの蒸気発生機のタービンブレードや、航空機のエ
ンジンなどのように、実際上、分解することができなか
ったり、分解するのが容易ではない機器が多くなってき
たため、そのような機器の内部を観察したり検査を行う
場合には、内視鏡が用いられるようになってきた。そし
て、その場合に用いられる内視鏡としては、挿入部の先
端にＣＣＤに代表される固体撮像素子が配置されてい
て、その固体撮像素子に結像された物体像を、テレビモ
ニタの画面に表示して観察するようにした電子内視鏡装
置の場合が一般的である。

【０００３】また、工業分野で用いられる内視鏡の場合
には、その対物光学系に変倍機能を備えていると有効で
ある。例えば、発電プラントの蒸気発生機の内部には冷
却水のパイプが配置されているが、そのようなパイプの
内壁を、内視鏡を用いて観察する場合には、内視鏡を挿
入した当初においては、検査箇所を早く確認し、所定の
場所へ早くアクセスする必要があることから、広角視野
の光学系を用いるのが有利である。しかし、一旦、所定
の場所に到達した後には、非常に小さなひび割れや欠損
を観察するために、高倍率の即ち狭角視野の光学系を用
いた方が有利になる。従って、そのような場合には、変
倍機能を備えていると極めて効果的である。

【０００４】しかし、内視鏡に変倍機能を備えると、機
構的に構成が複雑になり、挿入部の太径化を招いてしま
うという不都合がある。しかも、細径のパイプの内壁を
検査するような場合には、内壁が内視鏡の挿入方向と平
行に位置しているから、単に変倍機能を有しているだけ
では、パイプの前方しか観察することができず、内壁の
詳細な観察ができないという問題がある。そこで、その
ような観察を可能にするためには、内視鏡の前方を観察
する直視対物系と、横方向を観察する側視対物系とを設
け、それらを切り換えて観察することが必要になるが、
そのような構成の内視鏡に変倍機能を備えようとする
と、機構的に一段と複雑になってしまい、内視鏡として
は不向きな構成になってしまう。

【０００５】そこで、特開平１−１９７７１６号公報等
においては、内視鏡先端部に複数の固体撮像素子を配置
し、夫々に対応した複数の対物光学系を配置することに
よって、同時に複数の観察像を得るようにした内視鏡装
置が提案されている。しかし、それらのものは、内視鏡
先端部における固体撮像素子の占有率が大きくなること
から、やはり内視鏡先端部の太径化を免れることができ
ない。

【０００６】また、従来は対物光学系が固体撮像素子に
固定されていた。しかし、現在の工業分野においては、
内視鏡先端部の対物光学系が着脱自在になっていて、直
視，側視，広角，狭角等の各種対物光学系を、観察用途
に応じ、選択して使用するのが一般的になりつつあるた
め、そのようにして使用される内視鏡において、夫々の
対物光学系が夫々の固体撮像素子に固定された構成にな
っていると、取扱い上も、コスト上も有利とは言えず、
より広範囲にわたる観察対象物に対応させるためのもの
としては、極めて不都合であった。

【０００７】そのため、そのような不都合を解消するた
めの内視鏡光学系が、特開平９−１２２０６８号公報に
開示されているが、その従来例を図１０に示してある。
この従来例の内視鏡は、図１０（ａ）に示すように、内
視鏡本体３１に設けられた一つの固体撮像素子（ＣＣ
Ｄ）３７に対して、先端アダプター３２に設けられた仕
様の異なる二つの対物光学系３３，３４を配置すること
によって、同時に二つの観察像が得られるようにした内
視鏡である。また、この内視鏡は、図１０（ｂ）に示す
ように、二つの対物光学系３３，３４の最終レンズの後
段で、先端アダプター３２が内視鏡本体３１に着脱可能
になっていて、例えば一方の対物光学系を側視光学系に
した直視・側視同時観察光学系のアダプターと交換する
ことが可能になっている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１０
に示したような従来例の構成においては、着脱機構にガ
タツキが生じることによって、各対物光学系３３，３４
と固体撮像素子３７との間の間隔を一定に保つことがで
きず、焦点位置がずれてしまうことがある。そして、例
えば、内視鏡本体３１と先端アダプター３２との間隔が
所定の間隔よりも大きくなった場合には、ピントの合う
位置が近接側に寄る結果、遠くの像がボケて観察できな
くなってしまうという問題点が生じる。また、内視鏡本
体３１と先端アダプター３２との光学系の分割位置が、
像面付近の光束の細い位置となっているため、内視鏡本
体３１側のカバーガラス３８の表面にゴミや傷が付く
と、それらが画像として写り易くなり、画像不良を生じ
てしまうという問題点がある。

【０００９】本発明は、このような問題点を解決するた
めになされたものであって、その目的とするところは、
観察用途に応じて先端対物光学系の交換を行った場合に
も、着脱機構のガタツキやゴミの付着等によって、ピン
ト位置の変動や画像不良が生じず、複数の観察像を同時
に得ることができる内視鏡撮像光学系を提供することで
ある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、物体側から順に、複数の対物光学系
と、それらの対物光学系によって結像された複数の像を
１回伝送する像伝送光学系と、固体撮像素子とからなる
内視鏡撮像光学系において、前記像伝送光学系の略瞳位
置で前記対物光学系側と前記固体撮像素子側とが、着脱
自在になっているいるようにする。また、本発明の内視
鏡撮像光学系においては、好ましくは、前記複数の対物
光学系の入射瞳が、夫々、異なる位置に形成されるよう
にする。また、本発明の内視鏡撮像光学系においては、
好ましくは、前記複数の対物光学系は、夫々の視野方向
が異なっているようにする。更に、本発明の内視鏡撮像
光学系においては、好ましくは、前記複数の対物光学系
が、二つの同じ構成の光学系から成っているようにす
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の内視鏡撮像光学系は、上
記のように、物体側の先端から順に、並列に配置された
複数の対物光学系と、各々の対物光学系によった結像さ
れた複数の像を１回伝送するための１本の像伝送光学系
と、一つの固体撮像素子とから構成されていて、前記像
伝送光学系の略瞳位置で対物光学系側と固体撮像素子側
が着脱自在となるようにしている。このように、複数の
対物光学系を、結像位置が同一平面上になるようにして
並列に配置すると、同一平面に形成された複数の像は、
像伝送光学系から見れば一つの物体像と考えることがで
きるため、それらの像を、１本の像伝送光学系によっ
て、固体撮像素子の撮像面に同時に結像させることが可
能になる。

【００１２】また、像伝送光学系の略瞳位置で対物光学
系側（先端アダプター側）と固体撮像素子側（内視鏡本
体側）とを分割することによって、結像光束の太いとこ
ろでの分離が可能となり、従来技術において問題であっ
た上記のようなゴミ，傷等による画像不良を防止するこ
とが可能となる。更に、像伝送光学系のうち、固体撮像
素子側に配置された後群レンズ系の後側の焦点近傍位置
に、固体撮像素子側の撮像面（所謂、像面）を設定する
ことにより、内視鏡本体単体での光学系の焦点位置が略
無限遠となり、着脱機構のガタツキやゴミ等による先端
アダプター側と内視鏡本体側との面間ばらつきによっ
て、ピント位置の変化が発生しない構成となっている。

【００１３】

【実施例】以下、図面を用いて四つの実施例を説明す
る。尚、図面は、図１〜図５が実施例１を、図６が実施
例２を、図７及び図８が実施例３を、図９が実施例４を
説明するためのものである。また、各実施例間におい
て、実質的に同じと見做してもよいと思われる部材等に
は、便宜上、同じ符号を用いている。

【００１４】〔実施例１〕通常、内視鏡装置は、図１に
示された内視鏡１のほか、図示していない光源，映像信
号処理装置，テレビモニタ等から構成されていて、内視
鏡１によって出力された物体像の電気信号を映像信号処
理装置によってテレビ信号に変換し、それをテレビモニ
タに表示して観察できるようにしている。内視鏡１は、
フレキシブルな挿入部２と硬質の先端部３で構成されて
いて、その先端部３は、図２に示すように、内視鏡本体
４と先端アダプター５が着脱可能な構成となっている。
そして、内視鏡本体４には、固体撮像素子である後述の
ＣＣＤが配置されていて、アダプター５には、観察用途
によって仕様の異なる二つの対物光学系６，７と、図示
していないライトガイドを介して光源からの光を物体面
に照射するための照明光学系８とが配置されている。

【００１５】そこで、次に、上記した先端部３の詳細な
構成を図３を用いて説明する。この図３は図２の上方か
ら視た断面図である。先端アダプター５の物体側先端に
は、上記した二つの対物光学系６，７が並んで配置され
ており、夫々、視野マスク９のところで物体像を結像す
るようになっている。そして、対物光学系６，７の入射
瞳は、夫々６ｐ，７ｐで示されている。像伝送光学系１
０は、視野マスク９の位置を物体面として、ＣＣＤ１１
に像を１回伝送している。また、この像伝送光学系１０
は、瞳位置にある明るさ絞り１２で、内視鏡本体４側と
先端アダプター５側に分割されており、前群レンズ１０
ａは先端アダプター５側に、後群レンズ１０ｂは内視鏡
本体４側に配置されている。更に、ＣＣＤ１１は、長方
形をしていて、その長手方向を図３の上下方向にして配
置されており、そのＣＣＤ１１のカバーガラス１３に
は、色温度変換フィルタ１４と光学的ローパスフィルタ
１５が順に接合されている。

【００１６】この構成においては、ＣＣＤ１１の撮像面
１１ａが、上記の後群レンズ１０ｂの後側焦点位置に配
置されている。そのため、内視鏡本体４側での光学系の
最良の物体観察位置（以下、ベスト距離という）は無限
遠となる。従って、先端アダプター５の取付位置が、内
視鏡本体４に対して、光軸方向に多少前後しても、全体
の焦点位置が変化しないため、観察時におけるピントの
ばらつきがなくなるという効果がある。また、瞳径が充
分に大きいため、従来よりもゴミ，傷等の影響を受けに
くいという効果もある。

【００１７】また、本実施例の構成によれば、像伝送光
学系１０の前群レンズ１０ａは、その前側焦点位置を視
野マスク９の位置に合わせ、且つ後側焦点位置を瞳位置
に合わせることによって、像伝送光学系１０の入射瞳位
置を無限遠にしている。対物光学系６，７の光軸６′，
７′は、像伝送光学系１０の光軸１０′と平行である。
そのため、対物光学系６，７の光軸方向に像伝送光学系
１０を一致させる上で、入射瞳位置を無限遠にする必要
がある。反対に、周辺光量をロスしないようにするため
には、対物光学系６，７は、射出瞳位置をほぼ無限遠
（所謂、テレセントリック光学系）にするのが望まし
い。本実施例の場合には、視野マスク９の形状（図４参
照）がそのままＣＣＤ１１に投影されるので、テレビモ
ニタに映し出される観察像が周辺部まですっきり得られ
るという効果がある。

【００１８】更に、図５（ａ）には、内視鏡本体４に単
眼アダプター１６を装着した場合が示され、図５（ｂ）
には、単眼アダプターを取り外す途中の状態が示されて
いる。本実施例によれば、視野マスク９が先端アダプタ
ー５に配置されているので、内視鏡本体４の光学系には
視野マスクが不要になり、通常のＣＣＤ撮像エリアをフ
ルに使用した、このような単眼アダプター１６を装着す
ることが可能になる。本実施例の場合には、視野角８０
°の光学系を示しているが、それ以外の仕様の光学系で
あっても、装着することが可能であることは明らかであ
る。また、その場合、多種にわたる用途に対応できるよ
うにするためには、明るさ絞り１２を先端アダプター側
に配置するのが効果的である。

【００１９】〔実施例２〕次に、図６を用いて実施例２
を説明する。この図６は、図３と同じようにして図２の
上方から視た図であるが、図３の場合とは異なり光学系
の構成のみを示してある。本実施例の構成は、観察視野
範囲を広げることを目的としたものであって、二つの対
物光学系１７，１８は、一方の対物光学系１７は直視光
学系であるが、他方の対物光学系１８は側視光学系とな
っている。この構成によって、既に説明したように、例
えば蒸気発生機内部における冷却水用パイプのような、
非常に細径なパイプの内壁の観察が効率よく行えるよう
になる。また、側視用の対物光学系１８には、反射プリ
ズム１８ｐが用いられているが、その場合の反射プリズ
ムとしては、２回反射プリズムを用いるのが好ましい。
奇数回反射プリズムを用いると、観察像が裏像となるた
め、直視像との対応付けが困難になるからである。

【００２０】また、本実施例においては、明るさ絞り１
２にカバーガラス１９が設けられていて、先端アダプタ
ー５内へのゴミの進入を防ぐようにしてある。その際、
カバーガラス１９のどちらの面に絞り１２を配置して
も、光学的には差がないが、図６に示された状態とは反
対に、絞り１２が先端アダプター５の外側（右側）に配
置された場合には、観察者がゴミ等を除去するに際して
誤って絞り１２を壊す虞があるため、図６に示されてい
るように、先端アダプター５の内側（左側）に配置させ
るのが好ましい。尚、本実施例においては、一方の対物
光学系に側面観察視野方向が９０°の側視光学系を用い
ているが、視野方向が４５°等の斜視光学系を用い、対
物光学系の組合せを、直視・斜視の組合せや斜視・斜視
の組合せなど、種々の組合せにしてもよいことは言うま
でもない。

【００２１】〔実施例３〕次に、図７及び図８を用いて
実施例３を説明する。尚、図７は、図６と同じようにし
て示したものである。本実施例の構成は、上記した実施
例２の場合よりも更に観察視野範囲を広げることを目的
としたものである。即ち、本実施例の場合には、三つの
対物光学系２０，２１，２２を設けていて、これらのう
ち対物光学系２０を直射光学系とし、他の対物光学系２
１，２２を側視光学系とすることによって、より広範囲
にわたり一度に観察できるようにしている。

【００２２】このようにして、三つの対物光学系２０，
２１，２２を設ける場合には、隣り合うレンズの干渉を
防ぐために、対物レンズの結像位置での必要面積は、レ
ンズの並び方向（図７の上下方向、即ちＣＣＤの長手方
向）に長くなる。従って、本実施例における像伝送光学
系１０の前群レンズ１０ｃは、図８（図８（ａ）は正面
図、図８（ｂ）は側面図）に示すように、不必要な部分
をカットし、光軸を中心にした平面形状が小判状となる
ようにしており、外径の太径化を防いでいる。また、こ
のようにカットすると、それによってできた空きスペー
スに、照明用の光ファイバを効率的に配置することが可
能になる。

【００２３】〔実施例４〕最後に、図９を用いて実施例
４を説明するが、本実施例は、同一仕様の二つの対物光
学系２３，２４を配置することによって、測長機能を持
たせたものである。最近の内視鏡検査では、単に観察す
るだけではなく、同時に傷の長さや深さ等を求めたいと
いうニーズが高くなっている。これまでの測長方式は、
投影方式による測長が主流であり、物体面に格子チャー
トを投影し、大きさを比較測定するなどの方法で測定し
ていた。しかし、この方式は、格子チャートを投影する
機構が可成り大きくなるいという不都合があり、また、
物体面が鏡面に近い状態の場合には、格子チャートの反
射光を対物光学系で観察できず、測定ができないという
不都合があり、使用できる環境が非常に限定されてい
た。

【００２４】そこで、このような不都合を解消するため
に、同一仕様の二つの対物光学系で得た画像を一つのＣ
ＣＤに取り込み、三角測量によって物体の測長を行う方
法が、上記の特開平９−１２２０６８号公報で提案され
且つ実施されている。しかしながら、このような三角測
量の精度を上げるためには、対物光学系同志を離して配
置する必要があるが、ＣＣＤの幅以上には対物光学系同
志を離すことができず、特に遠点での測長に難があっ
た。しかるに、本実施例においては、像伝送光学系１０
の前群レンズ１０ｄの焦点距離を変え得るようにしたこ
とによって、対物光学系２３，２４の像間隔を調整する
ことが可能になっている。従って、例えば、測定精度を
上げるために対物光学系２３，２４の像間隔を広げたい
場合には、前群レンズ１０ａの焦点距離を伸ばすように
すればよい。尚、上記の各実施例については、全て、図
１に示した軟性鏡の場合を前提にして説明したが、これ
までの説明からも理解できるように、本発明は、そのよ
うな軟性鏡の場合には限定されず、挿入部の硬い硬性鏡
の場合にも適用し得ることは言うまでもない。

【００２５】以上説明したことからも明らかなように、
各請求項に記載の構成のほか、以下に示す構成も本願発
明の特徴である。（１）前記像伝送光学系には前記瞳位置の後側に後群光
学系が配置されていて、その後群光学系の後側焦点位置
に、前記固体撮像素子の撮像面が配置されているように
したことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の
内視鏡撮像光学系。（２）前記像伝送光学系には前記瞳位置の前側に前群光
学系が配置されていて、その前群光学系の前側焦点位置
と、前記対物光学系の結像面に位置する視野マスクの位
置とが略同じであり、また、前記前群光学系の後側焦点
位置と、前記瞳位置とが略同じであることを特徴とする
請求項１乃至４の何れかに記載の内視鏡撮像光学系。（３）前記対物光学系は、テレセントリック光学系であ
ることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の内
視鏡撮像光学系。（４）前記像伝送光学系の瞳位置には明るさ絞りが配置
されていて、その絞りは前記対物光学系と共に着脱され
るようになっていることを特徴とする請求項１乃至４の
何れかに記載の内視鏡撮像光学系。（５）前記対物光学系の一つ又は複数が側視又は斜視光
学系であって、その側視又は斜視光学系によって光軸を
変換する反射プリズムは、複数回の反射を行うプリズム
であることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載
の内視鏡撮像光学系。（６）前記像伝送光学系には前記瞳位置の前側に前群光
学系が配置されていて、光軸を中心としたその前群光学
系の平面形状は、前記固体撮像素子の長手方向に対応さ
せて上下方向をカットした小判状をしていることを特徴
とする請求項１乃至４の何れかに記載の内視鏡撮像光学
系。

【００２６】

【発明の効果】上記のように、本発明によれば、観察用
途に応じて先端対物光学系の交換を行っても、先端光学
系の着脱機構のガタツキやゴミ等によって、ピント位置
の変化や画像不良が生じず、複数の観察像を同時に得る
ことが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１が適用される内視鏡の全体構成を説明
するための図である。

【図２】図１に示した内視鏡の先端部を詳細に示した斜
視図である。

【図３】実施例１の内視鏡先端部の断面図である。

【図４】実施例１における視野マスクの開口形状部を示
した図である。

【図５】実施例１の先端アダプターとして単眼アダプタ
ーが用いられた場合の断面図であって、図４（ａ）は、
内視鏡本体に単眼アダプターが装着されている状態を示
し、図４（ｂ）は、単眼アダプターを取り外す途中の状
態を示している。

【図６】実施例２の対物光学系を示した構成図である。

【図７】実施例３の対物光学系を示した構成図である。

【図８】実施例３における像伝送光学系の前群レンズの
形状を示した図であって、図８（ａ）は正面図、図８
（ｂ）は側面図である。

【図９】実施例４の対物光学系を示した構成図である。

【図１０】従来例を示した断面図であって、図１０
（ａ）は、内視鏡本体に先端アダプターが取り付けられ
た状態を示し、図１０（ｂ）は、先端アダプターを取り
外す途中の状態を示している。

【符号の説明】

１内視鏡２挿入部３先端部４内視鏡本体５先端アダプター６，７，１７，１８，２０，２１，２２，２３，２４
対物光学系６ｐ，７ｐ入射瞳６′，７′，１０′ 光軸８照明光学系９視野マスク１０像伝送光学系１０ａ，１０ｃ，１０ｄ前群レンズ１０ｂ後群レンズ１１ＣＣＤ１１ａ撮像面１２明るさ絞り１３，１９カバーガラス１４色温度変換フィルタ１５光学的ローパスフィルタ１６単眼アダプター

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】物体側から順に、複数の対物光学系と、
それらの対物光学系によって結像された複数の像を１回
伝送する像伝送光学系と、固体撮像素子とからなる内視
鏡撮像光学系において、前記像伝送光学系の略瞳位置で
前記対物光学系側と前記固体撮像素子側とが、着脱自在
になっていることを特徴とする内視鏡撮像光学系。
【請求項２】前記複数の対物光学系の入射瞳が、夫
々、異なる位置に形成されることを特徴とする請求項１
に記載の内視鏡撮像光学系。
【請求項３】前記複数の対物光学系は、夫々の視野方
向が異なっていることを特徴とする請求項１又は２に記
載の内視鏡撮像光学系。
【請求項４】前記複数の対物光学系が、二つの同じ構
成の光学系から成っていることを特徴とする請求項１又
は２に記載の内視鏡撮像光学系。