JP6043039B1 - 内視鏡 - Google Patents
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Abstract
Description
また、特許文献2の構成では、照明レンズの射出側のレンズ面を、正パワーを有する形状、即ち物体側に凸面を向けた形状としている。
一方、内視鏡では見落としなく観察するためには画面全体の明るさがある程度均一になっている必要がある。しかしながら、横長画面の観察系に対して、従来のアスペクト比4:3と同じ照明系を適用してしまうと、画角が広い横方向の周辺部が暗くなり観察に支障をきたしてしまう。
そのため、画面アスペクト比が横長の内視鏡では、横方向の画角に応じて配光を広くする必要がある。
撮像系と、照明系と、を有し、
照明系は、ライトガイドと、少なくとも1つ以上の照明レンズと、を有し、
撮像系は、対物レンズユニットと、撮像素子と、を有し、
撮像素子の長辺に沿った方向を第1方向とし、
撮像素子の短辺に沿った方向を第2方向としたとき、
照明系は、撮像系に対して第2方向にシフトした位置に配置されており、
以下の条件式(1)、(2)、(3)を満足することを特徴とする。
1.35<A (1)
1<LH/LV (2)
1.5<(r V −L V )/(r H −L H )≦3.17 (3)
ここで、
Aは、表示画像範囲に対応する撮像素子の領域のアスペクト比を、長辺:短辺=H:Vとしたとき、以下の式で計算される値、
A=H/V
LHは、ライトガイドの照明レンズ側の端面の第1方向に対応する寸法、
LVは、ライトガイドの照明レンズ側の端面の第2方向に対応する寸法、
r H は、照明レンズの第1方向に対応する外径寸法、
r V は、照明レンズの第2方向に対応する外径寸法、
である。
撮像系と、照明系と、を有し、
照明系は、ライトガイドと、少なくとも1つ以上の照明レンズと、を有し、
撮像系は、対物レンズユニットと、撮像素子と、を有し、
撮像素子の長辺に沿った方向を第1方向とし、
撮像素子の短辺に沿った方向を第2方向としたとき、
照明系は、撮像系に対して第2方向にシフトした位置に配置されており、
以下の条件式(1)、(2)を満足することを特徴とする。
1.35<A (1)
1<LH/LV (2)
ここで、
Aは、表示画像範囲に対応する撮像素子の領域のアスペクト比を、長辺:短辺=H:Vとしたとき、以下の式で計算される値、
A=H/V
LHは、ライトガイドの照明レンズ側の端面の第1方向に対応する寸法、
LVは、ライトガイドの照明レンズ側の端面の第2方向に対応する寸法、
である。
撮像素子により撮像された画像は、画像処理部を介して、画像表示ユニットに表示される。画像表示ユニットに表示される画像を「表示画像」という。
「表示画像範囲に対応する撮像素子の領域のアスペクト比」とは、長辺:短辺=H:Vとしたとき、A=H/Vで計算される値をいう。具体的には、以下の(1)、(2)、(3)をいう。
(1)撮像素子の実効撮像領域から得られた画像を、そのまま画像表示ユニットに表示する場合は、「実効撮像領域のアスペクト比」をいう。
(2)撮像素子の実効撮像領域から、電気的に矩形形状の画像を取り出す構成の場合、取り出された領域からの画像を、画像表示ユニットに表示する場合は、「取り出された画像領域のアスペクト比」をいう。
(3)撮像素子の実効撮像領域に、開口部を有するマスク部材を配置することにより受光領域を制限する構成の場合、制限された領域からの画像を、画像表示ユニットに表示する場合は、「制限された領域のアスペクト比」をいう。
なお、後述する各実施形態の諸元値において、「画面アスペクト比」を規定するパラメータとして、H、Vの値を記載している。第1実施形態から第6実施形態の諸元値及び図3〜8において、参照符号H、Vは、それぞれ第1方向(長辺方向)と第2方向(短辺方向)とにおける、表示画像範囲に対応する撮像素子の領域の相対的な値(単位:無し)を示している。
より好ましくは、照明系の照明レンズの位置は、撮像系の対物レンズユニットの位置に関して、第2方向へシフトしている、換言すると、ずれていることが望ましい。
すなわち、内視鏡を先端方向から見たとき、照明系の数が1セットであれば、撮像系に対して第2方向のいずれか一方の位置に配置されている。また、照明系の数が2セットの場合には、照明系は、撮像系に関して第1の位置と、第2方向において第1の位置とは撮像系に関して反対側の第2の位置とのうちの何れか一方の位置のみに配置されていること、または、照明系は、第1の位置と第2の位置との両方の位置に配置されていることが望ましい。
以下の条件式(3)を満足することが望ましい。
1.5<(rV−LV)/(rH−LH) (3)
ここで、
LHは、ライトガイドの照明レンズ側の端面の第1方向に対応する寸法、
LVは、ライトガイドの照明レンズ側の端面の第2方向に対応する寸法、
rHは、照明レンズの第1方向に対応する外径寸法、
rVは、照明レンズの第2方向に対応する外径寸法、
である。
照明レンズが複数のレンズで構成されている場合、照明レンズの外形寸法は、最も物体(被観察物)側のレンズの外形寸法をいう。
以下の条件式(4)を満足することが望ましい。
1<LH/LV<1.5 (4)
ここで、
LHは、ライトガイドの照明レンズ側の端面の第1方向に対応する寸法、
LVは、ライトガイドの照明レンズ側の端面の第2方向に対応する寸法、
である。
図1は、本発明の実施形態に係る内視鏡を有する電子内視鏡システム10の概略構成を示す図である。電子内視鏡システム10は、電子内視鏡4と生体外装置7とから構成されている。電子内視鏡4は、挿入部3、操作部2、接続コード部5及びコネクタ部6を有する。また、生体外装置7は、電源装置と、電子内視鏡4からの映像信号を処理するビデオプロセッサ(不図示)と、ビデオプロセッサからの映像信号をモニター表示する表示ユニット8とを有する。
図2は、第1実施形態に係る内視鏡100の先端部の光軸に沿った方向(z方向)における断面構成を示している。本実施形態は、例えば、硬性内視鏡に好適な例である。
本実施形態は、照明系103を2セット有する。第1照明系は、ライトガイド102aと1つの照明レンズ101aを有する。第2照明系は、ライトガイド102bと、1つの照明レンズ101bを有する。撮像系104は、対物レンズユニットLUと、撮像素子105と、を有する。対物レンズユニットLUは、4枚のレンズLS1、LS2、LS3、LS4を有する。
ここで、
撮像素子105の長辺に沿った方向を第1方向とし、
撮像素子105の短辺に沿った方向を第2方向とする。
1.35<A (1)
1<LH/LV (2)
ここで、
Aは、表示画像範囲に対応する撮像素子の領域のアスペクト比を、長辺:短辺=H:Vとしたとき、以下の式で計算される値、
A=H/V
LHは、ライトガイド102a(102b)の照明レンズ101a(101b)側の端面の第1方向(x方向)に対応する寸法、
LVは、ライトガイド102a(102b)の照明レンズ101a(101b)側の端面の第2方向(y方向)に対応する寸法、
である。
本実施形態では、上述したように、第1照明系と第2照明系との2セットの照明系を有する。
内視鏡100を先端方向から見たとき、照明レンズ101a、照明レンズ101bは、それぞれ撮像系104に対して第2方向(y方向)にシフトした位置P1に配置されている。すなわち、照明レンズ101aと、照明レンズ101bとは、撮像系104に関して第1の位置P1と、第1の位置P1とは撮像系104に関して第2方向(y方向)において反対側の第2の位置P2(不図示)とのうちの何れか一方の位置P1のみに配置されている。
照明レンズ101a、101bは、外径は円形形状であり、物体側面は平面である平凹レンズである。ここで、凹面は回転対称な形状である。
ここで、上述したように、図3(c)に示す断面では、ライトガイドの寸法が、短辺方向(第2方向、y方向)は、長辺方向(第1方向、x方向)に比較して小さい。
なお、図3(d)に示す断面は、従来技術と同様に、照明レンズ側面に光線が当たる。
内視鏡先端外径 5.4
撮像系
対物レンズ径 2.5
撮像素子画素数 約100万
画面アスペクト比 H:V 16:10
照明系
第1照明系のライトガイド 第1方向の寸法 LH 0.77
第2方向の寸法 LV 0.6
第1照明レンズの外径寸法 r1H=r1V 1.1
第1照明レンズの材質 サファイア
第2照明系のライトガイド 第1方向の寸法 LH 0.77
第2方向の寸法 LV 0.6
第2照明レンズの外径寸法 r2H=r2V 1.1
第2照明レンズの材質 サファイア
レイアウト
撮像系と第1照明系の中心間距離 2.2
撮像系と第2照明系の中心間距離 2.2
(条件式対応値)
(1) A 1.60
(2) 第1照明系: LH/LV 1.28
第2照明系: LH/LV 1.28
(3) 第1照明系:(r1V−LV)/(r1H−LH) 1.52
第2照明系:(r2V−LV)/(r2H−LH) 1.52
図4は、第2実施形態に係る内視鏡200の先端部の光軸に沿った方向(z方向)から見た断面構成を示している。本実施形態は、可撓性を有する内視鏡に好適な例である。第1実施形態と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
本実施形態は、照明系103を2セット有する。第1照明系は、ライトガイド202aと1つの照明レンズ201aを有する。第2照明系は、ライトガイド202bと、1つの照明レンズ201bを有する。撮像系104は、対物レンズユニットLU(図2参照)と、撮像素子105と、を有する。また、図2には図示していないが、処置具挿入チャンネルが先端硬性部1から操作部2まで内視鏡を挿通している。
本実施形態では、第1照明系と第2照明系との2セットの照明系を有する。
内視鏡200を先端方向から見たとき、照明レンズ201a、照明レンズ201bは撮像系104に対して第2方向(y方向)にシフトした位置に配置されている。すなわち、照明レンズ201aと、照明レンズ201bとは、撮像系104に関して第1の位置P1と、第1の位置P1とは第2方向(y方向)において撮像系104に関して反対側の第2の位置P2(不図示)とのうちの両方の位置P1、P2に配置されている。
照明レンズ201a、201bの外径は円形形状である。照明レンズ201a、201bの物体側面は平凸レンズである。ここで、凸面は回転対称な形状である。
図4(d)に示す断面は、従来技術と同様に、照明レンズ側面に光線が当たる。
なお、画面左・右方向(第1方向、x方向)の発熱はあるが、金属枠が厚いため、外側まで温度が伝わりにくいので問題とはならない。
内視鏡先端外径 5
撮像系
対物レンズ径 1.2
撮像素子画素数 約50万
画面アスペクト比 H:V 16:9
照明系
第1照明系のライトガイド 第1方向の寸法 LH 0.8
第2方向の寸法 LV 0.55
第1照明レンズの外径寸法 r1H=r1V 1.1
第1照明レンズの材質 ガラス Nd=1.883
第2照明系のライトガイド 第1方向の寸法 LH 0.8
第2方向の寸法 LV 0.55
第2照明レンズの外径寸法 r2H=r2V 1.1
第2照明レンズの材質 ガラス Nd=1.883
レイアウト
撮像系と第1照明系の中心間距離 1.7
撮像系と第2照明系の中心間距離 2.2
(条件式対応値)
(1) A 1.78
(2) 第1照明系:LH/LV 1.45
第2照明系:LH/LV 1.45
(3) 第1照明系:(r1V−LV)/(r1H−LH) 1.83
第2照明系:(r2V−LV)/(r2H−LH) 1.83
図5は、第3実施形態に係る内視鏡300の先端部の光軸に沿った方向(z方向)から見た断面構成を示している。本実施形態は、可撓性を有する内視鏡に好適な例である。第1実施形態と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
本実施形態は、照明系103を2セット有する。第1照明系は、ライトガイド302aと3つのレンズを備える照明レンズ301aを有する。第2照明系は、ライトガイド302bと、3つのレンズを備える照明レンズ301bを有する。なお、3つのレンズを備える照明レンズ301bの構成は、照明レンズ301aと同じであり、重複するため、図示は省略する。
撮像系104は、対物レンズユニットLU(図2参照)と、撮像素子105と、を有する。また、図5(a)には図示していないが、処置具挿入チャンネルが先端硬性部1から操作部2まで、送気・送水用のチューブが先端硬性部1からコネクタ部6まで内視鏡を挿通している。
本実施形態では、第1照明系と第2照明系との2セットの照明系を有する。
内視鏡300を先端方向から見たとき、照明レンズ301aは、撮像系104に対して第2方向(y方向)にシフトした位置P2に配置されている。
ここで、図5(d)に示す断面では、ライトガイド302aの寸法は短辺方向(第2方向、y方向)は、長辺方向(第1方向、x方向)に比較して小さい。このため、照明レンズ301aの側面に光線は入射しない。この結果、この方向の発熱量を低減できる。
図5(e)に示す断面は、従来技術と同様に、照明レンズ側面に光線が当たる。
なお、画面左右方向(第1方向、x方向)の発熱はあるが、金属枠が厚いため、外側まで温度が伝わりにくいので問題とはならない。
内視鏡先端外径 10
撮像系
対物レンズ径 2.3
撮像素子画素数 約50万
画面アスペクト比 H:V 16:9
照明系
第1照明系のライトガイド 第1方向の寸法 LH 2
第2方向の寸法 LV 1.35
第1照明レンズの外径寸法 r1H=r1V 2.3
第1照明レンズの材質 ガラス
第2照明系のライトガイド 第1方向の寸法 LH 1.1
第2方向の寸法 LV 1.1
第2照明レンズの外径寸法 r2H=r2V 1.3
第2照明レンズの材質 ガラス
レイアウト
撮像系と第1照明系の距離 4
撮像系と第2照明系の距離 4.8
(条件式対応値)
(1) A 1.67
(2) 第1照明系: LH/LV 1.48
第2照明系: LH/LV −−
(3) 第1照明系:(r1V−LV)/(r1H−LH) 3.17
第2照明系:(r2V−LV)/(r2H−LH) −−
ここで、「−−」は、条件式を満足しないことを示す。
図6は、第4実施形態に係る内視鏡400の先端部の光軸に沿った方向(z方向)から見た断面構成を示している。第1実施形態と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
本実施形態は、照明系103を2セット有する。第1照明系は、ライトガイド402aと3つのレンズを備える照明レンズ401aを有する。第2照明系は、ライトガイド402bと、3つのレンズを備える照明レンズ401bを有する。
本実施形態では、第1照明系と第2照明系との2セットの照明系を有する。
内視鏡400を先端方向から見たとき、照明レンズ401a、照明レンズ401bは、それぞれ撮像系104に対して第2方向(y方向)にシフトした位置P2、P1に配置されている。すなわち、照明レンズ401aと、照明レンズ401bとは、撮像系104に関して第1の位置P1(不図示)と、第2方向(y方向)において第1の位置P1とは撮像系104に関して反対側の第2の位置P2(不図示)とのうちの両方の位置P1、P2に配置されている。
ライトガイド402bの中心軸AXに垂直な断面の形状は、円形状のうち、第2方向(y方向)の撮像系の画面に対して上方向を直線状にカットしたDカット形状である。
ここで、図6(d)に示す断面では、短辺方向(第2方向、y方向)は、ライトガイド402aの寸法が、長辺方向(第1方向、x方向)に比較して小さい。このため、照明レンズ401aの側面のうち、図6(d)の下側に光線は入射しない。この結果、発熱量を低減できる。
図6(d)の上側、及び、図6(e)に示す断面は、従来技術と同様に、照明レンズ401aの側面に光線が当たる。
なお、画面左・右方向(第1方向、x方向)及び、ライトガイドをDカットしていない側のレンズ側面の発熱はあるが、金属枠が厚いため、外側まで温度が伝わりにくいので問題とはならない。
ライトガイド402a、402bは、条件式(2)、(3)を満足すれば、その断面形状は、矩形形状、円形状の上・下をカットした形状、または一方をカットした形状、横長の楕円形状、横長の多角形など、いずれの形状でも良い。
また、この場合、照明レンズの外径形状も、内視鏡400の断面のレイアウトに合わせて、楕円形状や矩形形状にすることもできる。
内視鏡先端外径 9.8
撮像系
対物レンズ径 2.8
撮像素子画素数 約100万
画面アスペクト比 H:V 16:9
照明系
第1照明系ライトガイド 第1方向の寸法 LH 1.4
第2方向の寸法 LV 1.1
第1照明レンズの外径寸法 r1H=r1V 1.7
第1照明レンズの材質 ガラス
第2照明系のライトガイド 第1方向の寸法 LH 2.5
第2方向の寸法 LV 2.1
第2照明レンズの外径寸法 r2H=r2V 2.8
第2照明レンズの材質 ガラス
レイアウト
撮像系と第1照明系の距離 3.7
撮像系と第2照明系の距離 4.3
(条件式対応値)
(1) A 1.78
(2) 第1照明系: LH/LV 1.27
第2照明系: LH/LV 1.19
(3) 第1照明系:(r1V−LV)/(r1H−LH) 2.00
第2照明系:(r2V−LV)/(r2H−LH) 2.33
図7は、第5実施形態に係る内視鏡500の先端部の光軸に沿った方向(z方向)から見た断面構成を示している。例えば、可撓性を有する内視鏡に好適な例である。第4実施形態と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
照明系
第2照明系のライトガイド 第1方向の寸法 LH 2.5
第2方向の寸法 LV 2.1
第2照明レンズの径 r2H=r2V 2.8
第2照明レンズの材質 ガラス
図8は、第6実施形態に係る内視鏡600の先端部の光軸に沿った方向(z方向)から見た断面構成を示している。例えば、可撓性を有する内視鏡に好適な例である。上述の各実施形態と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
本実施形態は、照明系103を1セット有する。1セットの照明系は、ライトガイド602と1つの照明レンズ601を有する。
照明レンズ601は、外径は円形形状であり、物体側面は平面である平凸レンズである。ここで、凸面は回転対称な形状である。
内視鏡先端外径 5.2
撮像系
対物レンズ径 1.3
撮像素子画素数 約50万
画面アスペクト比 H:V 1.36:1
照明系
照明系のライトガイド 第1方向の寸法 LH 0.9
第2方向の寸法 LV 0.8
照明レンズの外径寸法 r1H=r1V 1
照明レンズの材質 ガラス
レイアウト
撮像系と照明系の中心間距離 1.7
(条件式対応値)
(1) A 1.36
(2) 照明系: LH/LV 1.13
(3) 照明系:(r1V−LV)/(r1H−LH) 2.00
2 操作部
3 挿入部
4 電子内視鏡
5 接続コード部
6 コネクタ部
7 生体外装置
8 表示ユニット
10 電子内視鏡システム
100、200、300、400、500、600 内視鏡
101a、101b 照明レンズ
102a、102b ライトガイド
103 照明系
104 撮像系
105 撮像素子
106 信号ケーブル
LU 対物レンズユニット
LS1、LS2、LS3、LS4 レンズ
Claims (3)
- 撮像系と、照明系と、を有し、
照明系は、ライトガイドと、少なくとも1つ以上の照明レンズと、を有し、
撮像系は、対物レンズユニットと、撮像素子と、を有し、
前記撮像素子の長辺に沿った方向を第1方向とし、
前記撮像素子の短辺に沿った方向を第2方向としたとき、
前記照明系は、前記撮像系に対して前記第2方向にシフトした位置に配置されており、
以下の条件式(1)、(2)、(3)を満足することを特徴とする内視鏡。
1.35<A (1)
1<LH/LV (2)
1.5<(r V −L V )/(r H −L H )≦3.17 (3)
ここで、
Aは、表示画像範囲に対応する前記撮像素子の領域のアスペクト比を、長辺:短辺 = H:Vとしたとき、以下の式で計算される値、
A=H/V
LHは、前記ライトガイドの前記照明レンズ側の端面の前記第1方向に対応する寸法、
LVは、前記ライトガイドの前記照明レンズ側の端面の前記第2方向に対応する寸法、
r H は、前記照明レンズの前記第1方向に対応する外径寸法、
r V は、前記照明レンズの前記第2方向に対応する外径寸法、
である。 - 以下の条件式(4)を満足することを特徴とする請求項1に記載の内視鏡。
1<L H /L V <1.5 (4)
ここで、
L H は、前記ライトガイドの前記照明レンズ側の端面の前記第1方向に対応する寸法、
L V は、前記ライトガイドの前記照明レンズ側の端面の前記第2方向に対応する寸法、
である。 - 前記照明レンズが円形であることを特徴とする請求項1に記載の内視鏡。
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