JP3917702B2 - Endoscope device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、周波数変調された光スポットを被写体に投影して被写体像を得る内視鏡装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の電子内視鏡は超小型の撮像素子をその先端に設け、内視鏡挿入部に内蔵されたライトガイドを用いて体外から照明光を先端に導き、それによって照明された体内を撮像素子で撮像し、撮像素子の出力を電気的に処理してテレビモニタに表示していた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、撮像素子の駆動信号や出力信号は高周波であり、内視鏡外に電磁波が放射され易いという問題があった。また、電気信号を伝送する電線を細くしなければならず、電線が断線して画像がでなくなる場合があった。
【0004】
さらに、多くの端子を有する撮像素子と多くの電線との接続がしづらいという問題があった。
また、撮像素子からの信号ケーブルが長くなり、外部から飛来する電磁波によって、内視鏡内部の電線に雑音が乗ってしまい、雑音で画像が見づらくなるような場合も起こり易いという問題があった。
【0005】
(発明の目的)
本発明は、上述した点に鑑みてなされたもので、内視鏡から雑音が放射されないようにでき、かつ外部からの雑音に影響されないで観察することができる内視鏡装置を提供することを第1の目的とする。
【0006】
さらに電線が断線することを防止できたり、複雑な配線作業を解消したり、挿入部の径を太くしなくても高分解能にできる等の多くの長所を持つ内視鏡装置を提供することを第2の目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
細長の挿入部の先端側から被写体に光を投影し、対物光学系を介して前記挿入部の後端側で被写体像を観察可能とする内視鏡装置において、
発光強度が複数の周波数で変調されている複数の光スポットを被写体に投影する投影手段と、
前記被写体に投影された複数の光スポットの反射光を受光する受光手段と、
前記受光手段の出力を周波数分離する周波数分離手段と、
前記周波数分離手段で分離された出力信号から前記反射光の明るさを検知する検知手段と、
を設けることにより、高周波の駆動信号で駆動することを必要としない受光手段を採用できるので、内視鏡内に信号線を挿通した場合にも外部に放射さるノイズを実質上解消できると共に、外部からのノイズの遮蔽が容易となり、画質の良い内視鏡画像が得られるようにできる。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
本発明の内視鏡装置の原理的な構成を図1に示す。
【0009】
図1に示すように本発明の内視鏡装置1は被写体2を照明する照明部3と、照明された被写体2を撮像する撮像部4と、撮像された被写体像を表示する画像表示手段5とからなる。
【0010】
照明部3は照明光を発生する光源6と、この光源6の照明光を空間的にコーディングする空間コーディング手段7と、この空間コーディングされた光を被写体2に投影する投影レンズ8とからなる。
【0011】
また、撮像部4は空間コーディングされた光で照明された被写体2の像を結ぶ結像レンズ9と、この像を光電変換する光電変換手段10と、光電変換された信号に対し、デコーディング(復号化)する空間デコーディング手段11と、空間デコーディング手段11によりデコーディングされた信号に対しビデオ信号を生成する処理を行うビデオ信号合成手段12とを有し、このビデオ信号合成手段12から出力されるビデオ信号は画像表示手段5に入力され、表示画面に被写体像を再生表示する。
【0012】
図1の照明部3は例えば図2に示すように、光源としてのランプ6Aの光はその光路前方に配置した空間コーディング部材7Aによって空間コーディングされた光となり、投影レンズ8により被写体側に投影される。この空間コーディング部材7Aは空間コーディング部材駆動回路7Bにより駆動されることにより、空間コーディングを行う。
【0013】
この空間コーディング部材7Aは例えばランプ6A側の入射面及び投影レンズ8側の出射面を多数の領域13に分割して、各領域13の入射面に入射される光を他の領域13に入射された光とはそれぞれ異なるようにコーディング或いはコード化し、出射面から出射し、投影レンズ8を介して被写体側に投影する機能を備えている。なお、空間コーディング部材7Aと空間コーディング部材駆動回路7Bとにより空間コーディング手段7が形成される。
【0014】
図2では2次元領域にわたる照明光を直接空間コーディングしているが、以下に説明するようにライン状の領域をコーディングするライン状領域コーディング手段と、このライン状領域コーディング手段をラインと直交する方向に走査する駆動手段とにより2次元領域をコーディングする構成にしても良い。
【0015】
図3(A)及び図3(B)はメカニカルな駆動方式の空間コーディング手段、より具体的には周波数を用いて変調する周波数変調コーディング手段20を示す。ここでの周波数変調は電気信号の周波数変調を意味しないで、それぞれ異なる周波数で変調されることを簡略化した表現で用いている。
【0016】
光源6の照明光路の例えば水平面上に、第1のファイバ21a,21b,…,21nからなる第1のファイバアレイ22が一定のピッチ間隔で平行に配置されている。この場合、光源6側の入射端は揃えて配置されているが、出射端は少しづつ(例えば一定長さの整数倍で)順次異なるようにして配置されている。
【0017】
この第1のファイバアレイ22の出射端に対向して第1のファイバ21と同じ本数の第2のファイバ24a,24b,…,24nからなる第2のファイバアレイ25の入射側の端面が配置され、ファイバ押さえ部材26で固定されている。各第2のファイバ24i(i=a,b,…,n)の途中は遊びが持たせてあり、各出射端も一定のピッチで揃えて水平面内に配置され、これらの端面に対向して投影レンズ8が配置され、第2のファイバアレイ25によって伝送された光を被写体側(後述する図4に示す内視鏡15を用いる場合には内視鏡15の照明光伝送用イメージガイド33a)に投影するようにしている。
【0018】
第2のファイバアレイ25も各第2のファイバ24iの入射側の端面位置が少しづつ長手方向にずらしてあり、各第1のファイバ21iの出射端から僅かに離間した位置で対向するように配置され、入射端付近で移動しないようにファイバ押さえ部材26に固定されている。
【0019】
また、各第1のファイバ21iの出射端とこれに対向する第2のファイバ24iの入射端との間には遮光する機能を備えた遮光板27がそれぞれ配置され、各遮光板27の下端はそれぞれ振動板28の一端に固定され、各振動板28の他端はそれぞれ圧電素子(或いは圧電アクチュエータ)29に取り付けてある。
【0020】
各振動板28はそれぞれ第1のファイバ21iの下側で、その長さ方向に沿って配置され、かつ各振動板28の長さが異なるようにしてその他端が圧電素子29に取り付けられ、従ってその共振周波数がそれぞれ異なるように設定している。
【0021】
各圧電素子29はリード線を介して圧電素子駆動回路30に接続され、この圧電素子駆動回路30は各圧電素子29にその圧電素子29に取り付けられた振動板28の共振周波数と同じ周波数の正弦波状の駆動信号をそれぞれ印加する。
【0022】
また、第2のファイバアレイ25の出射端は支持部材31を介してファイバ駆動手段32に取り付けられ、このファイバ駆動手段32は図3(A)の矢印で示すように支持部材31を垂直方向に移動する。つまり、水平方向に配置された第2のファイバアレイ25の出射端をこの水平方向と直交する垂直方向に走査する。
【0023】
そして、振動板28を取り付けた圧電素子29にそれぞれ振動板28の共振周波数の駆動信号を印加することにより、振動板28は共振して大きく振動する。圧電素子29側は制動用部材などを介して大きく振動しないように固定され、従って遮光板27が取り付けられた他端は大きく(図3(A)では上下方向に)振動し、その際最も上の位置に達した時には図3(A)に示すように第1のファイバ21iの端部から対向する第2のファイバ24i側に出射される光を遮光し、一方最も下の位置に達した時には2点鎖線で示すように光を通過する状態になる。
【0024】
つまり、各第1のファイバ21iから対向する第2のファイバ24i側に光が伝送される際にその下に配置した振動板28の共振周波数で変調されることになる。
【0025】
さらに第2のファイバ24iの光を出射する端部はファイバ駆動手段32で上下方向(垂直方向)に振動されるので、2次元領域を周波数による変調でコーディングすることができる。なお、各周波数で変調された光は振幅変調された特性を持つ。なお、各振動板28毎に圧電素子29を設けているが、振動板全体を共通の圧電素子の一端に取付け、共通の圧電素子に全ての振動板の共振周波数の駆動信号を印加するようにしても良い。
【0026】
この周波数変調コーディング手段20を用いた第1の実施の形態の内視鏡装置14を図4に示す。この内視鏡装置14は細長の挿入部18を有する内視鏡15と、この内視鏡15に周波数の変調によるコーディングされた照明光を供給する光源装置部16a及びデコーディング処理してビデオ信号を合成する信号処理装置部16bとを内蔵したビデオプロセッサ16と、ビデオ信号を表示するディスプレイ17とから構成される。
【0027】
内視鏡15は体腔内に挿入される細長の挿入部18と、この挿入部18の後端に設けられた操作部19aと、この操作部19aから延出されたユニバーサルケーブル19bとを備え、このユニバーサルケーブル19bの端部に設けたコネクタをビデオプロセッサ16に着脱自在で接続することができる。
【0028】
この内視鏡15内には照明光伝送用イメージガイド33aが挿通され、このイメージガイド33aの入射端はコネクタに至る。
このイメージガイド34aの入射端に対向して光源装置部16a内には周波数変調コーディング手段20が設けてある。
【0029】
そして、この周波数変調コーディング手段20には、ランプ駆動回路6Bからの駆動電源で発光するランプ6Aの白色光が入射され、この周波数変調コーディング手段20を通すこのとによって、(周波数変調コーディング手段20の出力側に配置した投影レンズ8を経て)イメージガイド33aの入射端には周波数で変調された白色光が投影される。
【0030】
即ち、この周波数変調コーディング手段20によりイメージガイド33aの入射端にはランプ6Aからの白色光が水平方向にライン状の光スポットとして周波数で変調されて投影され、かつ垂直方向に順次スキャンされ、その投影光をイメージガイド33aで伝送し、挿入部18の先端部に取り付けた先端面からさらに投影レンズ33bを介して被写体側に投影する。
【0031】
従って、被写体にはライン状の光スポットが投影されると共に、そのライン状の光スポットがそのラインと直交する方向に順次走査されるように投影される。先端部にはこの投影レンズ33bに隣接して対物レンズ或いは集光レンズ34aが配置され、被写体で反射された光による像がその結像位置に配置したライトガイド34bの先端面に入射される。
【0032】
つまり、ライン状の光スポットが反射されてこのライトガイド34bの先端面に重畳される。このライトガイド34bにより伝送された光はコネクタで固定された出射側となる後端面から出射される。このライトガイド34bは単ファイバで構成できる。
【0033】
そしてこの後端面に対向する集光レンズ35aにより集光され、光学的な色分離手段としてのダイクロイックプリズム36R、36Gを経て3つの光電変換素子37R,37G,37Bで受光される。ダイクロイックプリズム36Rは赤の波長域の光を選択的に反射し、他の波長域の光を透過する。また、ダイクロイックプリズム36Gは緑の波長域の光を選択的に反射し、他の波長域の光を透過する。
【0034】
従って、光電変換素子37R,37G,37Bにはライトガイドファイバ34bの先端面の多重化された光スポットにおける赤、緑、青の波長成分の光が入射され、光電変換素子37R,37G,37Bによりその波長成分の明るさに対応した電気信号に変換され、各信号は周波数分離手段38aに入力される。
【0035】
周波数分離手段38aは3組の周波数分離手段から構成される。各組の周波数分離手段は入力信号に対し、周波数変調コーディング手段20で周波数の変調に用いた振動板28の共振周波数の信号成分を分離するフィルタ群などで構成されている。そして、赤、緑、青の波長成分の光に対し、各組の周波数分離手段で各周波数の信号成分が分離される。
【0036】
この分離により被写体像におけるライン状の各部における赤、緑、青の波長成分の信号強度或いは明るさ(輝度値)のデータがそれぞれ抽出される。
【0037】
抽出されたデータはそのデータの分離に使用した周波数により、被写体像におけるライン状部分に相当する位置の明るさデータの配列にする事ができる。つまり、復元(デコード)できる。
【0038】
そして、この復元されたデータは例えば画像メモリにライン方向の位置アドレス、例えば水平アドレスによりそれぞれR,G,Bの色信号データして記憶される。
【0039】
また、周波数分離手段38aはタイミングコントローラ38cと接続され、このタイミングコントローラ38cからラインと直交する方向への走査に同期したタイミング信号が入力され、このタイミング信号を参照して、ライン状の光スポットの垂直方向の適宜移動ピッチに応じて、分離したデータを前記ライン方向に隣接するライン方向の位置アドレスによりそれぞれR,G,Bの色信号データして記憶される。
【0040】
なお、タイミングコントローラ38cは周波数変調コーディング手段20におけるファイバ駆動手段駆動回路はタイミングコントローラ38cと接続され、ファイバ駆動手段駆動回路はタイミングコントローラ38cからのタイミング信号と同期してファイバ駆動手段32の垂直方向の移動を制御する。
【0041】
このようにして垂直方向に1フレーム分のデータが画像メモリに記憶される。そして、ラインに沿って、順次ビデオ信号合成手段38bに入力される。ビデオ信号合成手段38bは入力されたR,G,Bの色信号データを同期信号と共に、ビデオ信号に合成してディスプレイ17に出力し、その画面に被写体像をカラー表示する。
【0042】
本実施の形態によれば、内視鏡15内には電気素子が設けてないので、外部の電気機器などにノイズを放射することを防止できる。また、外部からのノイズが混入することも解消できる。
【0043】
このため、ディスプレイ17にはノイズの影響のない画質の良い内視鏡画像を表示できる。
また、CCD等の固体撮像素子を採用した場合には多数の信号線等との接続の際に複雑な配線作業が必要になるのに対し、本実施の形態では、複雑な配線作業も不要となる。
【0044】
また、既存のイメージガイドを像伝送に用いた光学式内視鏡の場合には照明光を伝送するライトガイドと、イメージガイドとが必要で、ライトガイドは十分な照明光を伝送することが必要なため、多数のファイバを束ねたものが必要になるのに対して、本実施の形態はイメージガイド33aがこのライトガイドと同様に多数のファイバを束ねたものが必要になるが、ライトガイド34bは単ファイバで構成できるので、挿入部18を大幅に細くできる。
【0045】
また、本実施の形態においては解像度を向上するにはイメージガイド33aのファイバの本数を多くすることが必要になるが、ライトガイド34bは1本で済むメリットがある。
【0046】
なお、内視鏡15を用いないで、撮像する撮像装置(図1或いはより具体的には図4のビデオプロセッサ16)を構成した場合には、周囲の外光に影響されないで、撮像することができる。つまり、通常、外光は商用周波数成分を含むものであるので、デコーディング手段によりその周波数成分を殆ど除去できる。
【0047】
このため、外光に殆ど影響されないで、常に色再現性の良いカラーの被写体像を得ることができる。
なお、内視鏡の場合には外光の影響を受けることは少ないが、内視鏡15の場合にもこの効果がある。
【0048】
なお、外光の高調波成分等が影響する場合には変調に用いている周波数帯域と重ならないように変調に用いる周波数を可変設定できるようにしても良い。また、変調に用いる発振器の信号で同期検波することにより、外光の影響を解消或いは低減化するようにしても良い。
【0049】
次に光変調板を用いて形成した周波数変調コーディング手段20′を説明する。そして、図4の周波数変調コーディング手段20の代わりにこの周波数変調コーディング手段20′を用いて内視鏡装置を構成しても良い。
【0050】
図5に示すようにランプ6Aの光は集光レンズ41によってライン状に集光されて、モータ42により回転駆動される光変調円板43の動径方向に照射される。このモータ42はモータ駆動回路44からのモータ駆動信号の印加により一定速度で回転し、このモータ42の回転軸42aにその中心が取り付けられた光変調円板43も回転する。
【0051】
この光変調円板43には図6に示すように円周方向に開口の列、つまり開口列45が形成されている。この開口列45はその透過光の強度が正弦波状に変化するように開口が周期的に形成され、半径方向の位置が異なると、その周波数が異なるように設定されている。
【0052】
集光レンズ41に対向してこの光変調円板43の反対側には投影レンズ46が配置され、さらにこの投影レンズ46の投影側には投影レンズ46の光軸上で、かつ光変調円板43の半径方向に沿った面(水平面とする)にテープ状ファイバアレイ47の入射端が配置され、この入射端付近はファイバ押さえ部材48で固定されている。
【0053】
このテープ状ファイバアレイ47の出射端は支持部材51の上面(この上面は水平面とする)に各ファイバの出射端が水平面に沿ってテープ状に固定され、この支持部材51の下端はファイバ駆動手段52に取り付けられている。
【0054】
図5に示すようにこのファイバ駆動手段52はファイバの出射端の配列方向(水平面)と直交する上下方向に矢印で示すように支持部材51と共に、テープ状ファイバアレイ47の出射端を移動する。
【0055】
なお、図5に示すファイバ駆動手段52の具体例として、図6ではスピーカ52Aを示している。この他に、図7に示すように圧電現象を利用してテープ状ファイバアレイ47の出射端を上下方向に振動的に走査する圧電アクチュエータ52Bを用いても良い。
【0056】
ファイバアレイ47の出射端に対向して投影レンズ8が配置され、被写体側にファイバアレイ47の出射端の光像を投影する。
この光変調円板43を用いた場合にも、振動板28を採用した場合と同様に周波数で変調することができる。
【0057】
なお、光源と軸対称なレンズ(凸レンズ)で、光変調円板43に当てる時は、まわりの開口からの回折光があるので、光変調円板43の前後に図6の2点鎖線で示すようにスリットS1、S2を配置してその影響を防止すると良い。図5及び図7や以下の後述する図8の場合に適用することもできる。
【0058】
上述の説明では光源としてランプ6Aを用いた例を説明したが、例えば図8に示すようにレーザ光源55を用いても良い。レーザ光はビームの広がりが小さいので、図8では2つの凸レンズ55a,55bにより、そのビーム径を広げる光学系としてのビームエキスパンダ55を介して光変調円板43に照射し、その透過光側に単ファイバアレイ56を配置している。この単ファイバアレイ56の代わりにテープ状ファイバアレイ47でも良い。
【0059】
この単ファイバアレイ56のファイバ径は例えば30ミクロンである。この単ファイバアレイ56の他端は図3のファイバ駆動手段32等で駆動される。
【0060】
なお、可視光でのカラー撮像を行う場合には、図8のレーザ光源55として例えば3原色、つまり赤、緑、青の各波長域の光を出すものを用いかつダイクロイックミラーを凸レンズ55bと光変調円板43の間に介挿して光変調円板43を介して赤、緑、青の各波長域の光を単ファイバアレイ56の入射端に投影するようにすれば良い。
【0061】
また、図9ではレーザ光源55の代わりにLED光源列57を用い、各LEDの発光面の前にそれぞれ集光レンズ58を配置し、各集光レンズ58で集光して光変調円板43に照射し、その透過光側に単ファイバアレイ56を配置している。
【0062】
この場合、例えばLED光源列57の各LEDはそれぞれ波長λ=632.8nmで、集光レンズ58の径が30ミクロンでNAが0.1である。なお、LED光源列57として赤、緑、青の波長で発光するものを順次配列すれば、カラーでの撮像も可能になる。
【0063】
また、図10では光源からの光を単ファイバ列59で伝送し、単ファイバ列59の出射端の光を投影する凸レンズ60aにより集光してその焦点位置付近に配置した光変調円板43に照射し、その透過光側に配置した凸レンズ60bで平行光束にして単ファイバアレイ56に入射されるように配置している。
【0064】
また、光変調円板43の開口列として、以下のようにすることにより、高調波との分離を可能にすることができる。基本的にはフーリエ解析により、使用する開口形状に対してその大きさなどを高調波が発生しない条件で求めれば良い。その結果として、具体的数値例として、図11のようにすれば良い。
【0065】
例えば光変調円板43の角速度が1[rad/秒]とし、半径が30ミクロンづつずれた同心円周上に円形の開口列を配置する。この場合、直径15ミクロンの円形開口が半径1mmの円周上に角度0.04918[rad]の等間隔で配置する。
この開口列の場合には、その透過光強度は20.33[1/秒]の周波数に変調される。
【0066】
より一般化には、光変調円板43の角速度が1[rad/秒]の場合、同心円周上に円形開口を以下の条件を満たすように配置することによって、透過光強度を任意の周波数に変調できる。
即ち、20.33×α[1/秒]の周波数を得るには、円形開口径は15/α[ミクロン]とし、かつ隣接する開口間の角度を0.04918/α[rad]とする。
【0067】
また、開口列の開口形状を菱形にしても良い。この場合、具体的数値例として、図11(B)のようにしても良い。
例えば光変調円板43の角速度が1[rad/秒]とし、半径が30ミクロンづつずれた同心円周上に菱形開口列を配置する。この場合、幅50ミクロン、高さ2ミクロンの菱形開口が半径1mmの円周上に角度0.05[rad]の等間隔で配置する。
【0068】
この開口列の場合には、その透過光強度は20[1/秒]の周波数に変調される。
より一般化には、光変調円板43の角速度が1[rad/秒]の場合、同心円周上に菱形開口を以下の条件を満たすように配置することによって、透過光強度を任意の周波数に変調できる。
【0069】
即ち、20×α[1/秒]の周波数を得るには、菱形開口の幅50/α[ミクロン]とし、かつ隣接する開口間の角度を0.05/α[rad]とする。
【0070】
次に本発明の第2の実施の形態の内視鏡装置の具体的な構成を説明する。
図12に示すように内視鏡装置61は内視鏡62とこの内視鏡62に周波数変調によるコーディングされた照明光を供給する光源装置部63及びデコーディング処理してビデオ信号を合成する信号処理装置部64とを内蔵したビデオプロセッサ65と、ビデオ信号を表示するディスプレイ66とから構成される。
【0071】
内視鏡62は体腔内に挿入される細長の挿入部67と、この挿入部67の後端に設けられた操作部68と、この操作部68から延出されたユニバーサルケーブル69とを備え、このユニバーサルケーブル69の端部に設けたコネクタ70をビデオプロセッサ65に着脱自在で接続することができる。
【0072】
この内視鏡62内には照明光伝送用イメージガイド(以下、単にイメージガイドと略記)71が挿通され、このイメージガイド71の入射端はコネクタ70に至る。このイメージガイド71の入射端に対向して光源装置部63内には結像レンズ72が配置され、この結像レンズ72により3色発光ダイオードアレイ73の光をテープ状ファイバアレイ74で伝送し、さらに回動的に振動される可動ミラー75で反射されたライン状の光スポットアレイをイメージガイド71の入射端に入射するようにしている。
【0073】
つまり、赤(R),緑(G),青(B)の3原色の光を同時に発光する3色発光ダイオードアレイ73を構成する3色発光ダイオード73(r)(ここで、r=1,2,…,m)をそれぞれ発振周波数が異なる発振器76R(r),76G(r),76B(r)の発振出力を光源駆動回路77でそれぞれ増幅した駆動信号で駆動するようにしている。
【0074】
換言すると、図12に示すように3色発光ダイオードアレイ73の赤色発光ダイオードアレイ部分は赤色発光ダイオードアレイ駆動部80Rで駆動され、緑色発光ダイオードアレイ部分は緑色発光ダイオードアレイ駆動部80Gで駆動され、青色発光ダイオードアレイ部分は青色発光ダイオードアレイ駆動部80Bで駆動される。そして、全ての発振器はその発振周波数が異なるように設定し、信号処理装置部64側での周波数の弁別手段で弁別(分離抽出)できるようにしている。
【0075】
3色発光ダイオードアレイ73の各3色発光ダイオード73(r)の3色の光は対向するようにそれぞれ配置された(テープ状ファイバアレイ74を形成する)各ファイバの入射側の端面にそれぞれ入射され、それぞれのファイバで伝送され、他方の端面、つまり出射端面から可動ミラー75に出射される。
【0076】
テープ状ファイバアレイ74の出射端は例えば垂直方向にライン状に配置され、テープ状ファイバアレイ74の出射端から出射されたライン状のm個の光スポットは可動ミラー駆動手段としての例えばモータ78によって回動的に振動される可動ミラー75で反射され、結像レンズ72によりイメージガイド71の端面の垂直方向のファイバ列を水平方向に走査するように入射される。なお、モータ78はモータ駆動回路79により駆動される。
【0077】
このイメージガイド71により伝送された光は挿入部67の先端部に固定された出射端から照明レンズ81を介して被写体82に投影され、被写体82にはライン状の光スポットがこのラインと直交する方向に走査される。
【0078】
この先端部には対物レンズ或いは集光レンズ83が設けてあり、被写体82に照射された光の反射光は集光されアバランシェ・フォトダイオード等の例えば感度が高く、応答速度が速い光電変換素子84で受光される。
【0079】
この光電変換素子84は単一の画素に対する光電変換機能を有するものであり、この光電変換素子84で光電変換された信号は1本の同軸線で形成される信号線85により伝送され、コネクタ70の接点を介してビデオプロセッサ65の信号処理装置部64を構成する増幅器86に入力され、増幅された後、周波数成分分離手段87に入力される。
【0080】
この周波数成分分離手段87は例えば多数のフィルタ(具体的には各発振器の周波数を通過帯域とする3m個のバンドパスフィルタ或いはm個のバンドパスフィルタを3回切り替えて使用するもの)とか、高速のフーリエ変換処理を行い各周波数成分の信号データを抽出する高速フーリエ変換手段(FFT手段)等で形成され、受信された信号から発振器の周波数成分をそれぞれ分離する。この分離する動作はタイミングコントローラ88からのタイミング信号により、可動ミラー75の水平方向の走査に同期して行う。
【0081】
このように同期して行うことができるように可動ミラー75を駆動するモータ駆動回路79はタイミングコントローラ88と接続され、タイミングコントローラ88からのタイミグ信号に同期してモータ78を介して可動ミラー75を駆動する。
【0082】
つまり、周波数成分分離手段87は周波数分離により分離された信号データが垂直方向のどの位置のファイバから出射されたかをデコードできるが、水平方向(周波数成分分離手段87に対しては経時方向或いは時間軸方向)は識別しないので、タイミングコントローラ88からのタイミング信号を参照して水平方向の位置の分離或いはデコードを行う。
【0083】
周波数成分分離手段87で分離された各信号、具体的にはR,G,Bの画像信号データはビデオ信号合成手段89に入力され、ビデオ信号が合成され、ディスプレイ66に被写体像がカラー表示される。
【0084】
本実施の形態によれば、内視鏡62内には電気的な素子としては単一の光電変換素子84とこの光電変換素子84に接続された信号線85のみで済む。この信号線85は1本の同軸線で形成できるので、細い挿入部67に対しても断線しない程度の強度を確保した外径の同軸線を用いることができる。
【0085】
また、この信号線85で伝送される信号は微弱な信号であるので、仮に外部に放射されても外部の装置にノイズとなって影響を及ぼすようなことは少ない。本実施の形態では信号線85として同軸線を採用していることにより、シールドの機能が高いなり、外部に放射する影響は実質的に無視できる。
【0086】
また、このように挿入部67内等には1本の同軸線が挿通されるので、ノイズのある環境のもとで使用してもこの同軸線によるシールド機能により、その内側の内部導体側にノイズが混入することを十分に低減することができる。
【0087】
従って、本実施の形態によれば、内視鏡62から外部に放射されるノイズを実質的には皆無に近い状態まで低減化できるので、外部の装置に影響を及ぼすことを解消できる。
【0088】
また、外部からのノイズが混入することも十分に低減化できるので、ディスプレイ66にはノイズの影響のない或いは殆どない画質の良い内視鏡画像を表示できる。
【0089】
また、上記のように信号線85は1本の同軸線で済むので、断線しないような強度のものを使用でき、断線が起こるのを実質的に解消できる。
また、CCD等の固体撮像素子を採用した場合には多数の信号線等との接続の際に複雑な配線作業が必要になるのに対し、本実施の形態では、複雑な配線作業も不要となる。
【0090】
また、本実施の形態では挿入部67内には既存の電子内視鏡の場合に使用されるライトガイドに対応するイメージガイド71のファイバの本数を多くすることにより、分解能を向上できる。
【0091】
図13は第1変形例の内視鏡装置91を示す。この内視鏡装置91は図12の内視鏡装置61において、内視鏡62に設けた光電変換素子84及び信号線85の代わりに被写体光伝送用ファイバ92を用いた内視鏡93とし、対物レンズ或いは集光レンズ83により集光されて一端に入射された光をコネクタ70側の他端に伝送する。この被写体光伝送用ファイバ92はライトガイドファイバ等の光を伝送するファイバを用いることができ、単ファイバで良い。
【0092】
この被写体光伝送用ファイバ92の他端に対向して集光レンズ94が配置され、この他端から出射された光を受光素子95に集光する。この受光素子95で光電変換された光は増幅器86に入力される。
【0093】
この受光素子95は例えば、アバランシェ・フォトダイオードとかフォトマルを用いることができる。その他の構成は図12と同様である。
また、その作用及び効果は第2の実施の形態と殆ど同様である。本変形例はこの他に、内視鏡93内には電気的な素子を必要としないので、さらに外部に対し、ノイズを与えないし、かつ外部のノイズが侵入することも解消できる。
【0094】
また、本変形例はイメージガイドを用いた既存の光学式内視鏡にくらべ、被写体光伝送用ファイバ92は基本的には1本のファイバで構成できるので、同じ径の挿入部にした場合、既存の光学式内視鏡にくらべ、(前記1本のファイバで空いたスペース分を)イメージガイド71のファイバの本数を多くして解像度をより向上することができる。
換言すると、挿入部の径を太くしないでも既存の光学式内視鏡の場合よりも解像度をより向上することができる。
【0095】
図14は第2変形例の内視鏡装置97を示す。この内視鏡装置97は図13の内視鏡装置91において、3色発光ダイオード73(r)を用いる代わりに、赤色で発光する赤色発光ダイオード73R(r)からなる赤色発光ダイオードアレイ73R、緑色で発光する緑色発光ダイオード73G(r)からなる緑色発光ダイオードアレイ73G、青色で発光する青色発光ダイオード73B(r)からなる青色発光ダイオードアレイ73Bを採用している。
【0096】
また、この変更に応じて、図13で用いられた1本のテープ状ファイバアレイ74の代わりに3本のテープ状ファイバアレイ74R,74G,74Bを採用している。
【0097】
そして、各赤色発光ダイオード73R(r)は発振器76R(r)の発振出力を光源駆動回路77を介して発光させ、各緑色発光ダイオード73G(r)は発振器76G(r)の発振出力を光源駆動回路77を介して発光させ、各青色発光ダイオード73B(r)は発振器76B(r)の発振出力を光源駆動回路77を介して発光させるようにしている。
【0098】
また、各赤色発光ダイオード73R(r)の光はテープ状ファイバアレイ74Rにおける対向する1つのファイバの端面に入射され、他端から可動ミラー75側に出射される。
【0099】
また、各緑色発光ダイオード73G(r)の光はテープ状ファイバアレイ74Gにおける対向する1つのファイバの端面に入射され、他端から可動ミラー75側に出射される。
【0100】
同様に、各青色発光ダイオード73B(r)の光はテープ状ファイバアレイ74Bにおける対向する1つのファイバの端面に入射され、他端から可動ミラー75側に出射される。
【0101】
なお、3本のテープ状ファイバアレイ74R,74G,74Bの出射端側は3枚のテープを重ねたように積層状にしている。この場合、出射端から出射される赤、緑、青の光は水平方向にファイバのピッチ程度ずれるので、このずれを考慮して周波数分離手段87は各成分の分離を行うようにしている。
【0102】
その他の構成は図13の第1変形例と同様である。この第2変形例は第1変形例と殆ど同様の作用及び効果を有する。さらに、それぞれ個別の発光ダイオードを採用することにより、光出力を大きくするのに適する。
【0103】
図15は第3変形例の内視鏡装置101を示す。この内視鏡装置101は図14の構造を変形したものである。即ち、ビデオプロセッサ65の光源装置部63に対応する光源ユニット102と信号処置装置部64に対応するビデオ信号処理ユニット103に分離すると共に、被写体光伝送用ファイバ92で伝送された光を受光する受光部をさらに分離した測定ヘッド104とを有する。
【0104】
この変更に応じて、図14の内視鏡93内の被写体光伝送用ファイバ92の後端はユニバーサルケーブル69を挿通されないで、挿入部67の後端からその後方側に延出した延出部の後端付近に配置され、その後端面に対向し、後端部に集光レンズ105を配置した内視鏡106にしている。
【0105】
この集光レンズ105が配置された部分には測定ヘッド104が装着され、この測定ヘッド104内には集光レンズ107及びフォトマル或いはアバランシュ・フォトダイオード等の受光素子108が内蔵されている。
【0106】
この受光素子108の出力は信号線を介してビデオ信号処理ユニット103内の増幅器86に入力される。このビデオ信号処理ユニット103は増幅器86、周波数成分分離手段87、タイミングコントローラ87、ビデオ信号合成手段89を内蔵している。
【0107】
その他は図14の内視鏡装置97と同様の構成である。また、その作用及び効果もほぼ同様である。
【0108】
図16は第4変形例の内視鏡装置111を示す。この内視鏡装置111は図15と同じ構成の内視鏡106を用いている。また、内部構成は異なるが、図15と同様に光源ユニット112、ビデオ信号処理ユニット113、測定ヘッド114を備えている。
【0109】
光源ユニット112は図12の光源装置部63と同様に3色発光ダイオードアレイ73を採用しているが、各3色発光ダイオード73(r)単位で周波数が異なる発振器76(r)の出力を光源駆動回路77を介して発光させるようにしている点が異なる。つまり、この場合にはテープ状ファイバアレイ74のファイバの本数と同じ数の発振器76(1),…,76(m)を用いている(図12ではテープ状ファイバアレイ74のファイバの本数の3倍の数の発振器を用いている)。
【0110】
従って、本装置111では各3色発光ダイオード73(r)の3色は同じ周波数で変調されて内視鏡106を経て被写体に投影される。このため、測定ヘッド114では集光レンズ107で集光された光を2つのダイクロイックプリズム115、116により3つの色の光に分離し、分離された色の光をそれぞれ受光素子108B,108G,108Rで受光している。
【0111】
ダイクロイックプリズム115は青の波長の光を選択的に反射し、他の波長域の光を透過し、ダイクロイックプリズム116は緑の波長の光を選択的に反射し、他の波長域の光を透過する。従って、各受光素子108B,108G,108Rには青、緑、赤の光成分が入射される。
【0112】
そして、各受光素子108B,108G,108Rで光電変換された信号はビデオ信号処理ユニット113内の増幅器86B,86B,86Rでそれぞれ増幅された後、周波数成分分離手段87B,87G,87Rに入力される。
周波数成分分離手段87B,87G,87Rで分離された信号成分はR,G,Bの画像データとなり、ビデオ信号合成手段89に入力される。
【0113】
その他の構成は図15と同様の構成である。この装置111によれば、発振器の数を削減できる。その他の作用及び効果は図15とほぼ同様である。
【0114】
なお、上述の各実施の形態などでにおいて、周波数の分離手段にロックインアンプを用い、変調に用いた発振器の発振信号を参照信号に用い、(光電変換手段で光電変換され、各周波数の信号が多重化された)入力信号に対して同期検波を行うことにより、各周波数の信号成分を分離抽出するようにしても良い。
また、上述した実施の形態などを部分的等で組み合わせて構成される実施の形態等も本発明に属する。
【0115】
[付記]
1.細長の挿入部の先端側から被写体に光を投影し、対物光学系を介して前記挿入部の後端側で被写体像を観察可能とする内視鏡装置において、
発光強度が複数の周波数で変調されている複数の光スポットを被写体に投影する投影手段と、
前記被写体に投影された複数の光スポットの反射光を受光する受光手段と、
前記受光手段の出力を周波数分離する周波数分離手段と、
前記周波数分離手段で分離された出力信号から前記反射光の明るさを検知する検知手段と、
を具備したことを特徴とする内視鏡装置。
【0116】
2.付記1であって、前記投影手段は三原色の光スポット光を投影し、前記受光手段は三原色の光の波長それぞれに分離する色分離手段と、前記色分離手段によりそれぞれ分離された光を受光する受光素子を有する。
3.付記1であって、前記受光手段は前記挿入部の先端部に配置される。
4.付記1であって、前記受光手段は前記挿入部の先端部に先端が配置された光を伝送するファイバにより、前記反射光を挿入部の後端側に導く。
【0117】
5.付記4であって、前記ファイバにより、前記反射光を内視鏡の外部に導き、外部に配置した受光素子で光電変換する。
6.付記1であって、前記周波数分離手段はFFTで構成される。
7.付記1であって、前記周波数分離手段は複数の狭帯域のフィルタで構成される。
8.付記1であって、前記周波数分離手段は前記発光強度を変調するのに用いた周波数の信号に同期して同期検波を行う同期検波手段を有する。
【0118】
9.被写体を照明する照明手段と、照明された被写体を撮像する撮像手段とを有する撮像装置において、
発光強度が複数の周波数で変調されている複数の光スポットを被写体に投影することにより照明する投影手段と、
前記被写体に投影された複数の光スポットの反射光を受光する受光手段と、
前記受光手段の出力を周波数分離する周波数分離手段と、
前記周波数分離手段で分離された出力信号から前記反射光の明るさを検知する検知手段と、
を具備したことを特徴とする撮像装置。
【0119】
(付記9〜13の背景)
通常の撮像装置では照明手段を備えていないか弱い照明のため、外光により撮像した被写体像が影響され易いという問題があった。
この問題を解決するために付記1の構成にして、外光等に影響されることを解消或いは軽減して撮像できるようにした。つまり、外光に殆ど影響されることなく、常に再現性のある被写体像を得ることができる。
【0120】
10.付記9であって、前記投影手段は三原色の光スポット光を投影し、前記受光手段は三原色の光の波長それぞれに分離する色分離手段と、前記色分離手段によりそれぞれ分離された光を受光する受光素子を有する。
(付記10の効果)外光に殆ど影響されることなく、常に色再現性のある被写体像を得ることができる。
【0121】
11.付記9であって、前記周波数分離手段はFFTで構成される。
12.付記9であって、前記周波数分離手段は複数の狭帯域のフィルタで構成される。
13.付記9であって、前記周波数分離手段は前記発光強度を変調するのに用いた周波数の信号に同期して同期検波を行う同期検波手段を有する。
【0122】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、細長の挿入部の先端側から被写体に光を投影し、対物光学系を介して前記挿入部の後端側で被写体像を観察可能とする内視鏡装置において、
発光強度が複数の周波数で変調されている複数の光スポットを被写体に投影する投影手段と、
前記被写体に投影された複数の光スポットの反射光を受光する受光手段と、
前記受光手段の出力を周波数分離する周波数分離手段と、
前記周波数分離手段で分離された出力信号から前記反射光の明るさを検知する検知手段と、
を設けているので、高周波の駆動信号で駆動することを必要としない受光手段を採用できるので、内視鏡内に信号線を挿通した場合にも外部に放射さるノイズを実質上解消できると共に、外部からのノイズの遮蔽が容易となり、画質の良い内視鏡画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理的な説明図。
【図2】図1をより具体的な構成で示す斜視図。
【図3】図2の空間コーディング手段の具体的な構成を示す図。
【図4】本発明の第1の実施の形態の内視鏡装置の構成図。
【図5】光変調円板を用いた空間コーディング手段の具体的な構成を示す側面図。
【図6】図5の斜視図。
【図7】図6と異なるファイバ駆動手段の変形例を示す斜視図。
【図8】図5の第1変形例の一部を示す側面図。
【図9】図5の第2変形例の一部を示す側面図。
【図10】図5の第3変形例の一部を示す側面図。
【図11】光変調円板における開口列の具体例を示す図。
【図12】本発明の第2の実施の形態の内視鏡装置の構成図。
【図13】第2の実施の形態の第1変形例の内視鏡装置の構成図。
【図14】第2の実施の形態の第2変形例の内視鏡装置の構成図。
【図15】第2の実施の形態の第3変形例の内視鏡装置の構成図。
【図16】第2の実施の形態の第4変形例の内視鏡装置の構成図。
【符号の説明】
1… 内視鏡装置
2…被写体
3…照明部
4…撮像部
5…画像表示手段
6…光源
7…空間コーディング手段
8…投影レンズ
9…結像レンズ
10…光電変換手段
11…空間デコーディング手段
12…ビデオ信号合成手段
14…内視鏡装置
15…内視鏡
16…ビデオプロセッサ
17…ディスプレイ
18…挿入部
20…周波数変調コーディング手段
22,25…ファイバアレイ
27…遮光板
28…振動板
29…圧電素子
33a…照明光伝送用イメージガイド
33b…投影レンズ
34a…対物レンズ
34b…ライトガイド
36R,36G…ダイクロイックプリズム
37R,37G,37B…光電変換素子
38a…周波数分離手段
38b…ビデオ信号合成手段
38c…タイミングコントローラ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an endoscope apparatus that obtains a subject image by projecting a frequency-modulated light spot onto a subject.
[0002]
[Prior art]
A conventional electronic endoscope is provided with an ultra-small image sensor at its tip, and a light guide built in the endoscope insertion part is used to guide illumination light from the outside of the body to the tip. Then, the output of the image sensor was processed electrically and displayed on the television monitor.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, the drive signal and output signal of the image sensor are high-frequency, and there is a problem that electromagnetic waves are easily radiated outside the endoscope. Moreover, the electric wire which transmits an electric signal had to be made thin, and there was a case where the electric wire was disconnected and the image disappeared.
[0004]
Furthermore, there is a problem that it is difficult to connect an image sensor having many terminals and many electric wires.
In addition, there is a problem that a signal cable from the imaging device becomes long, and noise is likely to occur on the electric wire inside the endoscope due to electromagnetic waves flying from the outside, making it difficult to view an image due to the noise.
[0005]
(Object of invention)
The present invention has been made in view of the above points, and provides an endoscope apparatus that can prevent noise from being emitted from an endoscope and that can be observed without being affected by external noise. The first purpose.
[0006]
Furthermore, it is possible to provide an endoscope apparatus having many advantages such as prevention of disconnection of electric wires, elimination of complicated wiring work, and high resolution without increasing the diameter of the insertion portion. Second purpose.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In an endoscope apparatus that projects light onto a subject from the front end side of an elongated insertion portion, and enables observation of a subject image on the rear end side of the insertion portion via an objective optical system,
Projecting means for projecting a plurality of light spots whose emission intensities are modulated at a plurality of frequencies onto a subject;
A light receiving means for receiving reflected light of a plurality of light spots projected on the subject;
Frequency separating means for frequency separating the output of the light receiving means;
Detection means for detecting the brightness of the reflected light from the output signal separated by the frequency separation means;
By providing a light receiving means that does not need to be driven by a high-frequency drive signal, it is possible to substantially eliminate noise radiated to the outside even when a signal line is inserted into the endoscope, and externally. Thus, it is possible to easily shield the noise and obtain an endoscopic image with good image quality.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 shows the basic configuration of the endoscope apparatus of the present invention.
[0009]
As shown in FIG. 1, an
[0010]
The illumination unit 3 includes a
[0011]
In addition, the
[0012]
For example, as shown in FIG. 2, the illumination unit 3 in FIG. 1, the light of the
[0013]
In this spatial coding member 7A, for example, the incident surface on the
[0014]
In FIG. 2, illumination light over a two-dimensional area is directly spatially coded, but as described below, a line-shaped area coding means for coding a line-shaped area and a direction perpendicular to the line. Alternatively, the two-dimensional area may be coded by the driving means that scans the image.
[0015]
FIGS. 3A and 3B show a mechanically driven spatial coding unit, more specifically, a frequency
[0016]
The
[0017]
Opposite to the exit end of the
[0018]
The
[0019]
Further, a
[0020]
Each
[0021]
Each
[0022]
The output end of the
[0023]
Then, by applying a drive signal having a resonance frequency of the
[0024]
That is, when light is transmitted from each first fiber 21i to the opposing second fiber 24i side, the light is modulated at the resonance frequency of the
[0025]
Furthermore, since the end portion of the second fiber 24i that emits light is vibrated in the vertical direction (vertical direction) by the fiber driving means 32, a two-dimensional region can be coded by modulation by frequency. The light modulated at each frequency has a characteristic of amplitude modulation. A
[0026]
An
[0027]
The
[0028]
An illumination light transmission image guide 33a is inserted into the
A frequency modulation coding means 20 is provided in the light source unit 16a so as to face the incident end of the image guide 34a.
[0029]
Then, the white light of the
[0030]
That is, the frequency modulation coding means 20 projects the white light from the
[0031]
Accordingly, a line-shaped light spot is projected onto the subject, and the line-shaped light spot is projected so as to be sequentially scanned in a direction orthogonal to the line. An objective lens or condenser lens 34a is disposed adjacent to the
[0032]
That is, the line-shaped light spot is reflected and superimposed on the tip surface of the
[0033]
Then, the light is condensed by a condensing lens 35a facing the rear end face, and is received by three
[0034]
Accordingly, light of red, green, and blue wavelength components in the multiplexed light spot on the distal end face of the
[0035]
The frequency separation means 38a is composed of three sets of frequency separation means. Each set of frequency separation means is composed of a filter group for separating the signal component of the resonance frequency of the
[0036]
By this separation, the signal intensity or brightness (luminance value) data of the red, green, and blue wavelength components at each line-shaped portion in the subject image is extracted.
[0037]
The extracted data can be arranged in an array of brightness data at positions corresponding to the line-shaped portions in the subject image according to the frequency used for the separation of the data. That is, it can be restored (decoded).
[0038]
The restored data is stored in the image memory as color signal data of R, G, and B, respectively, by a position address in the line direction, for example, a horizontal address.
[0039]
The frequency separation means 38a is connected to the
[0040]
In the
[0041]
In this way, data for one frame in the vertical direction is stored in the image memory. Then, the signals are sequentially input to the video signal synthesizing unit 38b along the line. The video signal synthesizing unit 38b synthesizes the input R, G, B color signal data together with the synchronization signal into a video signal and outputs it to the
[0042]
According to the present embodiment, since no electric element is provided in the
[0043]
For this reason, it is possible to display an endoscopic image with good image quality that is not affected by noise on the
In addition, when a solid-state imaging device such as a CCD is employed, complicated wiring work is required when connecting to a large number of signal lines and the like. In this embodiment, complicated wiring work is not necessary. Become.
[0044]
In the case of an optical endoscope that uses an existing image guide for image transmission, a light guide that transmits illumination light and an image guide are required, and the light guide needs to transmit sufficient illumination light. For this reason, a bundle of a large number of fibers is required, whereas in the present embodiment, the image guide 33a requires a bundle of a large number of fibers like the light guide. Can be made of a single fiber, so that the
[0045]
Further, in the present embodiment, in order to improve the resolution, it is necessary to increase the number of fibers of the image guide 33a, but there is an advantage that only one
[0046]
In the case where the imaging device (FIG. 1 or more specifically, the
[0047]
For this reason, it is possible to obtain a subject image of a color with good color reproducibility at all times with little influence from outside light.
In the case of an endoscope, it is rarely affected by external light, but this effect is also obtained in the case of an
[0048]
When the harmonic component of the external light is affected, the frequency used for modulation may be variably set so as not to overlap with the frequency band used for modulation. Further, the influence of external light may be eliminated or reduced by synchronous detection with an oscillator signal used for modulation.
[0049]
Next, frequency modulation coding means 20 'formed using an optical modulation plate will be described. Then, instead of the frequency modulation coding means 20 of FIG. 4, this frequency modulation coding means 20 ′ may be used to constitute the endoscope apparatus.
[0050]
As shown in FIG. 5, the light from the
[0051]
As shown in FIG. 6, the
[0052]
A
[0053]
The output end of the tape-shaped
[0054]
As shown in FIG. 5, the fiber driving means 52 moves the emitting end of the tape-shaped
[0055]
As a specific example of the fiber driving means 52 shown in FIG. 5, a
[0056]
A
Even when this
[0057]
In addition, when a lens (a convex lens) that is symmetrical with the light source is applied to the
[0058]
In the above description, the
[0059]
The fiber diameter of the
[0060]
When performing color imaging with visible light, the
[0061]
In FIG. 9, an LED
[0062]
In this case, for example, each LED of the LED
[0063]
In FIG. 10, the light from the light source is transmitted through the
[0064]
In addition, separation from harmonics can be achieved by using the following as the opening row of the
[0065]
For example, the angular velocity of the
In the case of this aperture row, the transmitted light intensity is modulated to a frequency of 20.33 [1 / second].
[0066]
More generally, when the angular velocity of the
That is, in order to obtain a frequency of 20.33 × α [1 / second], the circular aperture diameter is 15 / α [micron], and the angle between adjacent apertures is 0.04918 / α [rad].
[0067]
The opening shape of the opening row may be a rhombus. In this case, a specific numerical example may be as shown in FIG.
For example, the angular velocity of the
[0068]
In the case of this aperture row, the transmitted light intensity is modulated to a frequency of 20 [1 / second].
More generally, when the angular velocity of the
[0069]
That is, in order to obtain a frequency of 20 × α [1 / second], the width of the rhombus opening is 50 / α [micron], and the angle between adjacent openings is 0.05 / α [rad].
[0070]
Next, a specific configuration of the endoscope apparatus according to the second embodiment of the present invention will be described.
As shown in FIG. 12, an
[0071]
The
[0072]
An illumination light transmission image guide (hereinafter simply referred to as an image guide) 71 is inserted into the
[0073]
That is, the three-color light emitting diodes 73 (r) constituting the three-color light emitting
[0074]
In other words, as shown in FIG. 12, the red light emitting diode array portion of the three-color light emitting
[0075]
The three-color light-emitting diodes 73 (r) of the three-color light-emitting
[0076]
The output ends of the tape-shaped
[0077]
The light transmitted by the
[0078]
An objective lens or a condensing
[0079]
The
[0080]
This frequency component separating means 87 is, for example, a large number of filters (specifically, 3m band-pass filters having the frequency of each oscillator as a pass band or m band-pass filters are used by switching three times) or high-speed These are formed by fast Fourier transform means (FFT means) or the like that extracts the signal data of each frequency component by performing the Fourier transform process of the above, and separates the frequency components of the oscillator from the received signal. This separation operation is performed in synchronization with the horizontal scanning of the
[0081]
The
[0082]
In other words, the frequency component separation means 87 can decode the position of the fiber in which the signal data separated by the frequency separation is emitted in the vertical direction, but in the horizontal direction (the time direction or time axis for the frequency component separation means 87). Since the direction is not identified, the horizontal position is separated or decoded with reference to the timing signal from the
[0083]
Each signal separated by the frequency component separation means 87, specifically, R, G, B image signal data is input to the video signal synthesis means 89, the video signals are synthesized, and the subject image is displayed in color on the
[0084]
According to the present embodiment, the
[0085]
In addition, since the signal transmitted through the
[0086]
In addition, since one coaxial line is inserted into the
[0087]
Therefore, according to the present embodiment, it is possible to reduce the noise radiated to the outside from the
[0088]
In addition, since external noise can be sufficiently reduced, it is possible to display an endoscopic image having a good image quality with little or no influence of noise on the
[0089]
Further, as described above, since the
In addition, when a solid-state imaging device such as a CCD is employed, complicated wiring work is required when connecting to a large number of signal lines and the like. In this embodiment, complicated wiring work is not necessary. Become.
[0090]
In this embodiment, the resolution can be improved by increasing the number of fibers of the
[0091]
FIG. 13 shows an
[0092]
A condensing
[0093]
As the
The operation and effect are almost the same as those of the second embodiment. In addition to this, since this embodiment does not require an electrical element in the
[0094]
Further, in this modification, the subject
In other words, the resolution can be improved more than in the case of an existing optical endoscope without increasing the diameter of the insertion portion.
[0095]
FIG. 14 shows an
[0096]
In response to this change, three tape-
[0097]
Each red
[0098]
The light from each red
[0099]
The light from each green
[0100]
Similarly, the light of each blue
[0101]
Note that the output end sides of the three tape-shaped
[0102]
Other configurations are the same as those of the first modification of FIG. The second modification has almost the same operations and effects as the first modification. Further, by employing individual light emitting diodes, it is suitable for increasing the light output.
[0103]
FIG. 15 shows an endoscope apparatus 101 according to a third modification. This endoscope apparatus 101 is a modification of the structure of FIG. That is, the
[0104]
In accordance with this change, the rear end of the subject
[0105]
A measuring
[0106]
The output of the
[0107]
The other configuration is the same as that of the
[0108]
FIG. 16 shows an endoscope apparatus 111 according to a fourth modification. This endoscope apparatus 111 uses an
[0109]
The
[0110]
Therefore, in this apparatus 111, the three colors of the three-color light emitting diodes 73 (r) are modulated at the same frequency and projected onto the subject through the
[0111]
The
[0112]
The signals photoelectrically converted by the
The signal components separated by the frequency component separation means 87B, 87G, 87R become R, G, B image data and are input to the video signal synthesis means 89.
[0113]
Other configurations are the same as those in FIG. According to this device 111, the number of oscillators can be reduced. Other operations and effects are almost the same as those in FIG.
[0114]
In each of the above-described embodiments, a lock-in amplifier is used as a frequency separation unit, an oscillation signal of an oscillator used for modulation is used as a reference signal, and a signal of each frequency is photoelectrically converted by a photoelectric conversion unit. The signal component of each frequency may be separated and extracted by performing synchronous detection on the input signal).
In addition, embodiments configured by partially combining the above-described embodiments and the like also belong to the present invention.
[0115]
[Appendix]
1. In an endoscope apparatus that projects light onto a subject from the front end side of an elongated insertion portion, and enables observation of a subject image on the rear end side of the insertion portion via an objective optical system,
Projecting means for projecting a plurality of light spots whose emission intensities are modulated at a plurality of frequencies onto a subject;
A light receiving means for receiving reflected light of a plurality of light spots projected on the subject;
Frequency separating means for frequency separating the output of the light receiving means;
Detection means for detecting the brightness of the reflected light from the output signal separated by the frequency separation means;
An endoscope apparatus characterized by comprising:
[0116]
2.
3.
4).
[0117]
5.
6).
7).
8).
[0118]
9. In an imaging apparatus having illumination means for illuminating a subject and imaging means for imaging the illuminated subject,
Projection means for illuminating by projecting a plurality of light spots whose emission intensity is modulated at a plurality of frequencies onto a subject,
A light receiving means for receiving reflected light of a plurality of light spots projected on the subject;
Frequency separating means for frequency separating the output of the light receiving means;
Detection means for detecting the brightness of the reflected light from the output signal separated by the frequency separation means;
An imaging apparatus comprising:
[0119]
(Background to appendices 9-13)
A normal imaging apparatus has no illumination means or weak illumination, so that there is a problem that a subject image captured by external light is easily affected.
In order to solve this problem, the configuration of
[0120]
10. Appendix 9 wherein the projection means projects light spots of three primary colors, and the light receiving means receives color separation means for separating the wavelengths of light of the three primary colors, and light separated by the color separation means, respectively. It has a light receiving element.
(Effect of Supplementary Note 10) A subject image having color reproducibility can always be obtained without being substantially affected by external light.
[0121]
11. Appendix 9 wherein the frequency separation means is composed of FFT.
12 Appendix 9 wherein the frequency separation means comprises a plurality of narrow band filters.
13. Appendix 9 wherein the frequency separation means includes synchronous detection means for performing synchronous detection in synchronization with a frequency signal used to modulate the emission intensity.
[0122]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, an endoscope that projects light onto the subject from the front end side of the elongated insertion portion and allows the subject image to be observed on the rear end side of the insertion portion via the objective optical system. In the device
Projecting means for projecting a plurality of light spots whose emission intensities are modulated at a plurality of frequencies onto a subject;
A light receiving means for receiving reflected light of a plurality of light spots projected on the subject;
Frequency separating means for frequency separating the output of the light receiving means;
Detection means for detecting the brightness of the reflected light from the output signal separated by the frequency separation means;
Since it is possible to adopt a light receiving means that does not need to be driven by a high frequency drive signal, it is possible to substantially eliminate noise radiated to the outside even when a signal line is inserted into the endoscope, It is easy to shield noise from the outside, and an endoscopic image with good image quality can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating the principle of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing FIG. 1 with a more specific configuration.
FIG. 3 is a diagram showing a specific configuration of the spatial coding means in FIG. 2;
FIG. 4 is a configuration diagram of the endoscope apparatus according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a side view showing a specific configuration of spatial coding means using a light modulation disc.
6 is a perspective view of FIG. 5. FIG.
7 is a perspective view showing a modification of the fiber driving means different from FIG. 6. FIG.
FIG. 8 is a side view showing a part of the first modification of FIG. 5;
FIG. 9 is a side view showing a part of the second modification of FIG. 5;
FIG. 10 is a side view showing a part of the third modification of FIG. 5;
FIG. 11 is a diagram showing a specific example of an opening row in a light modulation disc.
FIG. 12 is a configuration diagram of an endoscope apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a configuration diagram of an endoscope apparatus according to a first modification of the second embodiment.
FIG. 14 is a configuration diagram of an endoscope apparatus according to a second modification of the second embodiment.
FIG. 15 is a configuration diagram of an endoscope apparatus according to a third modification of the second embodiment.
FIG. 16 is a configuration diagram of an endoscope apparatus according to a fourth modification of the second embodiment.
[Explanation of symbols]
1 ... Endoscopic device
2 ... Subject
3 ... Lighting part
4 ... Imaging unit
5. Image display means
6 ... Light source
7. Spatial coding means
8. Projection lens
9 ... imaging lens
10: photoelectric conversion means
11: Spatial decoding means
12 ... Video signal synthesis means
14 ... Endoscopic device
15 ... Endoscope
16 ... Video processor
17 ... Display
18 ... Insertion section
20: Frequency modulation coding means
22, 25 ... Fiber array
27 ... Shading plate
28 ... Diaphragm
29 ... Piezoelectric element
33a ... Illumination light transmission image guide
33b ... Projection lens
34a ... Objective lens
34b ... Light guide
36R, 36G ... Dichroic prism
37R, 37G, 37B ... photoelectric conversion element
38a ... Frequency separation means
38b ... Video signal synthesizing means
38c ... Timing controller
Claims (1)
発光強度が複数の周波数で変調されている複数の光スポットを被写体に投影する投影手段と、
前記被写体に投影された複数の光スポットの反射光を受光する受光手段と、
前記受光手段の出力を周波数分離する周波数分離手段と、
前記周波数分離手段で分離された出力信号から前記反射光の明るさを検知する検知手段と、
を具備したことを特徴とする内視鏡装置。In an endoscope apparatus that projects light onto a subject from the front end side of an elongated insertion portion, and enables observation of a subject image on the rear end side of the insertion portion via an objective optical system,
Projecting means for projecting a plurality of light spots whose emission intensities are modulated at a plurality of frequencies onto a subject;
A light receiving means for receiving reflected light of a plurality of light spots projected on the subject;
Frequency separating means for frequency separating the output of the light receiving means;
Detection means for detecting the brightness of the reflected light from the output signal separated by the frequency separation means;
An endoscope apparatus characterized by comprising:
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