JP3955458B2

JP3955458B2 - Endoscope autofocus device

Info

Publication number: JP3955458B2
Application number: JP2001340370A
Authority: JP
Inventors: 守康金井
Original assignee: ペンタックス株式会社
Priority date: 2001-11-06
Filing date: 2001-11-06
Publication date: 2007-08-08
Anticipated expiration: 2021-11-06
Also published as: JP2003140030A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、医療及び工業等の分野に用いられる内視鏡のオートフォーカス装置に関する。
【０００２】
【従来技術及びその問題点】
例えば、医療用の内視鏡装置では、その撮影光学系を、体腔内の観察物体の全体を観察する通常観察状態と、観察物体の一部を拡大して観察する拡大観察状態とに切替可能な装置が実用化されている。
【０００３】
通常観察状態では、撮影光学系の焦点距離が短く被写界深度が深いため、容易に合焦状態を得ることができる。これに対して、拡大観察状態では、焦点距離が長く被写界深度が浅いため、合焦操作が困難になる。具体的には、現在の内視鏡撮影光学系では、通常観察状態の撮影光学系の被写界深度は例えば少なくとも６ｍｍ程度はあるのに対し、拡大観察状態の撮影光学系の被写界深度は約２ｍｍ程度である。したがって、手動によるフォーカシング方式では使用者の負担が大きく、オートフォーカス装置が必要となる。
【０００４】
オートフォーカス装置は、ムービーを含むカメラの分野で既に採用されている。特にＣＣＤを撮像素子に用いたカメラのオートフォーカス装置は、撮像素子に結像する観察物体像のコントラストを検知し、そのコントラスト値の変化に基いてレンズ鏡筒を自動的にレンズの光軸方向に前後し、焦点が合った位置で停止させてオートフォーカスを行うことが一般的である。
【０００５】
しかし、このようなカメラのオートフォーカス装置は、実測したコントラスト値に基づくピント合せの方向が合焦位置に対して前後のいずれの方向であるかを検知し、その結果に基いてレンズ鏡筒を前後方向に移動させて合焦を行なうための複雑な機構が必要である。
【０００６】
しかし、内視鏡の先端部に設けられている体内挿入部は患者の体腔内に挿入するものであるから、その直径が現在の技術レベルで高々１３ｍｍ程度に制限されるものであり、上記複雑な機構をもつカメラのオートフォーカス装置を内視鏡にそのまま適用することは事実上不可能である。
【０００７】
【発明の目的】
本発明の目的は、拡大内視鏡装置に容易に組込み可能とした内視鏡のオートフォーカス装置を得ることにある。
【０００８】
【発明の概要】
上記目的を達成するため、本発明に係る内視鏡のオートフォーカス装置は、可動の焦点調節要素を有する、体内挿入部の先端部に備えられた撮像光学系；この撮像光学系によって撮像される観察物体像のコントラストを検出するコントラスト検出装置；このコントラスト検出装置で検出されるコントラスト値が高くなるように上記撮像光学系の焦点調節要素を駆動する焦点調節駆動系；上記体内挿入部の先端部が観察物体に近づいているか遠ざかっているかを検出する動作方向検出手段；及び該動作方向検出手段が体内挿入部先端の動きを観察物体に近づく動きとして検出したとき、上記コントラスト検出装置によるコントラスト値を考慮することなく、焦点調節駆動系による焦点調節要素の動作方向をより近距離物体に合焦する方向として最初に決定し、かつ、上記動作方向検出手段が体内挿入部先端の動きを観察物体から遠ざかる動きとして検出したとき、上記コントラスト検出装置によるコントラスト値を考慮することなく、焦点調節駆動系による焦点調節要素の動作方向をより遠距離物体に合焦する方向として最初に決定する初期動作方向決定手段；を有することを特徴とする。
【００１０】
本発明の内視鏡のオートフォーカス装置は、オートフォーカスを行なわない通常観察モードとオートフォーカスを行なう拡大観察モードとを切り換えるモード選択スイッチを備えることが好ましい。そして、動作方向検出手段及び初期移動方向決定手段は、拡大観察が選択されたとき動作させる。
【００１１】
焦点調節駆動系の可動の焦点調節要素は、焦点調節レンズのみとし、あるいは焦点調節レンズと、該焦点調節レンズにより観察物体像が形成される撮像素子とから形成することができる。この焦点調節駆動系は、コントラスト検出装置で検出されるコントラスト値のピーク値を過ぎた直後を合焦位置として焦点調節要素の駆動を停止させる。この場合、タイムラグによる微小なずれが合焦位置との間に生じる可能性があるが、このような微小なずれは撮像レンズの被写界深度の範囲内に含まれるため、ピントぼけを生じることはなく、オートフォーカスに支障を与えることはない。
【００１２】
内視鏡の体内挿入部の先端部が観察物体に近づいているか遠ざかっているかを検出する動作方向検出手段は、例えば加速度センサから構成できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
この実施形態の電子内視鏡システムは、図１に示すように、内視鏡本体１と外部装置２とから構成している。内視鏡本体１は、先端側の体内挿入部１ａと、基部の操作部１ｂと、外部装置２とのコネクタ１ｃを有している。体内挿入部１ａの先端部には、図２に示すように、物体側から順に、固定位置に設けた固定レンズ系３ａと、この固定レンズ系３ａに対して相対移動可能な可動レンズ系３ｂと、これらの固定レンズ系３ａ及び可動レンズ系３ｂ（撮像レンズ）を通した光信号を電気信号に変換する、固定レンズ系３ａ及び可動レンズ系３ｂに対して相対移動可能な撮像素子３ｃとを含む撮影光学系が備えられている。撮像素子３ｃとしてはＣＣＤを用いるため、以下の説明では、撮像素子をＣＣＤ３ｃとして表記する。この実施形態では、可動レンズ系３ｂとＣＣＤ３ｃが可動の焦点調節要素である。なお、この実施形態では、通常観察モードではフォーカシングを行わない。
【００１４】
内視鏡本体１の体内挿入部１ａには、固定レンズ系３ａを固定した筒状の固定レンズ枠３ｄが固定して設置されている。この固定レンズ枠３ｄの内側に筒状のガイド枠３ｅが設けられ、このガイド枠３ｅには光軸方向（図２の左右方向）に沿って直線案内溝３ｆ、３ｇが設けられている。
【００１５】
ガイド枠３ｅの内側には、可動レンズ系３ｂを固定した可動レンズ枠３ｈが光軸方向に移動可能に嵌め込まれ、可動レンズ枠３ｈのキー３ｉとガイド枠３ｅの上段の直線案内溝３ｆとの嵌め合せにより可動レンズ枠３ｈを光軸の周りに回転させることなく光軸方向に直線移動させる。ガイド枠３ｅの外側にはリング３ｊが嵌め込まれ、リング３ｊと可動レンズ枠３ｈとはガイド枠３ｅの下段の直線案内溝３ｇを貫通したネジ３ｋで連結される。なお、ガイド枠３ｅの内側に位置する枠３ｖには光軸方向へのネジ３ｋの動きを許容する図示しないスリットが設けられている。
【００１６】
リング３ｊの鍔部３ｍには連結部材４を介して図１のモーター（又はソレノイド）５が連動され、このモーター５により可動レンズ枠３ｈを光軸方向に直線移動させる。可動レンズ枠３ｈが直線移動することにより固定レンズ系３ａと可動レンズ系３ｂとの相対距離が可変する。モーター５にはパルスモーターを用いる。
【００１７】
リング３ｊとバネ座３ｎとの間にはスプリング３ｏが介装され、このスプリング３ｏは、パルスモーター５による可動レンズ枠３ｈへの力が解除された際に可動レンズ枠３ｈを固定レンズ枠３ｄ側に押し戻して、固定レンズ系３ａに対して可動レンズ系３ｂを初期位置に復帰させる。
【００１８】
ガイド枠３ｅの内側には、ＣＣＤ３ｃを搭載した撮像素子枠３ｐが光軸方向に移動可能に嵌め込まれ、撮像素子枠３ｐのキー３ｑとガイド枠３ｅの上段の直線溝３ｆとの嵌め合わせにより、撮像素子枠３ｐは光軸の周りに回転させることなく、かつカム機構７により光軸方向に直線移動される。このカム機構７は、凸状カムと凹状カム溝との組合せ等で形成され、撮像素子枠３ｐに直線的な送りを与える。８はシール材である。
【００１９】
撮像素子枠３ｐと可動レンズ枠３ｈとの間にはスプリング３ｒが介装され、このスプリング３ｒは可動レンズ枠３ｂにＣＣＤ３ｃの受光面が接触するのを防止する。また撮像素子枠３ｐには、ＣＣＤ３ｃを駆動制御して撮像光学系を通した光信号を電気信号に変換して出力させるＣＣＤ駆動回路３ｓ等の回路と、ＣＣＤ３ｃからの電気信号を伝送する信号ケーブル３ｔ等が搭載されている。
【００２０】
体内挿入部１ａには送光光路（光ファイバ束）９が撮像光学系に隣接して設置されている。一方、図１に示す外部装置２には、発光体としての調光部１０が設置されている。この調光部１０で調光された光は、送光光路９を介して体内挿入部１ａの先端端面の送光レンズ９ａに与えられ、観察物体１１を照明する。
【００２１】
図２に示す電子内視鏡システムの撮像光学系に含まれる固定レンズ系３ａ及び可動レンズ系３ｂによる像がＣＣＤ３ｃに形成され、ＣＣＤ３ｃから出力される撮像信号が信号ケーブル３ｔを介して図１に示す外部装置２に伝送される。その撮像信号は図１に示す外部装置２内のビデオ回路１２で信号処理され、映像信号をプロセッサー１３で画像処理して図示しないモニターに表示し観察物体１１の観察を行う。
【００２２】
図２に示す内視鏡本体１における体内挿入部１ａの先端硬性部１ｄには、動作方向検出手段１４が組み込まれている。この動作方向検出手段１４は、体内挿入部１ａの先端部が観察物体１１に近づいているか遠ざかっているかを検出する。動作方向検出手段１４として加速度センサーを用いるため、以下の説明では動作方向検出手段を加速度センサー１４として表記する。
【００２３】
図３に示すコントラスト検出装置１５は、ＣＣＤ３ｃからの信号をビデオ回路１２で信号処理した輝度信号を入力とし、ＣＣＤ３ｃが撮像した１画面分に含まれる高周波成分を抽出し、その高周波成分を１画面に渡って積算し、その積算レベルに応じてピントの合い具合、すなわちＣＣＤ３ｃが撮像した観察物体像のコントラスト値を検出する。周知のように、コントラスト値はピントの合い具合が高い程増加する。焦点調節駆動系１６は、プロセッサー１３からの指令を受けて、コントラスト検出装置１５で検出されるコントラスト値に応じて上記撮像光学系の焦点調節要素をパルスモーター５で駆動させて合焦を行なう。
【００２４】
プロセッサー１３は、内視鏡本体１の全体の動作をコントロールする機能と、加速度センサー１４で検出される体内挿入部１ａの先端部の動作方向に応じて、コントラスト検出装置１５によるコントラスト値を考慮することなく、焦点調節駆動系１６による焦点調節要素の動作方向を最初に決定する初期動作方向決定手段としての機能を備えている。
初期動作方向決定手段としてのプロセッサー１３は、具体的には例えば、加速度センサー１４が体内挿入部１ａの先端部の動きを観察物体１１に近づく動きとして検出したとき、焦点調節駆動系１６によって上記焦点調節要素をより近距離物体に合焦する方向に移動させ、加速度センサー１４が体内挿入部１ａの先端部の動きを観察物体１１から遠ざかる動きとして検出したとき、焦点調節駆動系１６によって上記焦点調節要素をより遠距離物体に合焦する方向に移動させる。
【００２５】
さらに図1に示すように、内視鏡本体１の操作部１ｂにはモード選択スイッチ１７が備えられている。このモード選択スイッチ１７の操作により、フォーカシングを行わない通常観察モードとオートフォーカスを行う拡大観察モードとが切り換えられる。そして、モード選択スイッチ１７の操作により拡大観察モードが選択されたとき、上記加速度センサー１４及び初期移動方向決定手段としてのプロセッサー１３が動作する。
【００２６】
次に拡大観察動作について説明する。調光部１０からの光が送光光路９を通して内視鏡本体１の先端硬性部１ｄまで伝送されると、その光が送光レンズ９ａを介して観察物体１１に照射され、固定レンズ系３ａ及び可動レンズ系３ｂを通して形成された観察物体１１の像がＣＣＤ３ｃで電気信号に変換されて図３に示すビデオ回路１２に入力する。
【００２７】
図４に示すステップＳ１において、モード選択スイッチ１７により通常観察モードが選択されていると判断された場合（ステップＳ１；ＹＥＳ）、プロセッサー１３は、内視鏡による観察が通常観察状態であって、オートフォーカス（ＡＦ）が不要であると判断し、加速度センサー１４の動作を停止するともに、焦点調節駆動系１６による焦点調節要素の動作方向を最初に決定する初期動作方向決定機能を停止する。
【００２８】
通常観察状態にある固定レンズ系３ａと可動レンズ系３ｂは、焦点距離が短く、被写界深度が深くなる。固定レンズ系３ａ及び可動レンズ系３ｂによる観察物体像は、図示しないモニター画面に表示される。
【００２９】
一方、図４に示すステップＳ１において、モード選択スイッチ１７により拡大観察モードが選択されていると判断された場合、オートフォーカスの処理がされる（ステップＳ１；ＮＯ）。内視鏡観察では、一般的に、観察物体はおよそ不動であり、体内挿入部先端を観察物体側に移動させるのが普通である。モード選択スイッチ１７から近接拡大観察のモード選択信号がプロセッサー１３に入力すると、プロセッサー１３は、加速度センサー１４に動作開始信号を出力するともに、焦点調節駆動系１６による焦点調節要素の動作方向を最初に決定する初期動作方向決定機能を起動する。
加速度センサー１４は、プロセッサー１３から動作開始信号を受け取ると、体内挿入部１ａの先端部が、観察物体１１に近づいているか、或いは観察物体１１から遠ざかっているかを検出する。
【００３０】
プロセッサー１３は、加速度センサー１４からの信号入力を監視し（ステップＳ３）、その信号入力があれば、その信号を積分し、その積分値が増加する傾向を示すときに、加速度センサー１４が体内挿入部１ａの先端部の動きを観察物体１１に近づく動きとして検出したと判断し、コントラスト装置１５によるコントラスト値を考慮することなく、最初に焦点調節駆動系１６によって焦点調節要素をより近距離物体に合焦する方向に移動させることを決定する（ステップＳ４）。この決定に基いて、プロセッサー１３は、パルスモーター５の駆動方向の決定信号を焦点調節駆動系１６に出力する。
【００３１】
焦点調節駆動系１６は、プロセッサー１３から上記信号を受け取ると、その信号に基いてパルスモーター５により焦点調節要素をより近距離物体に合焦する方向に駆動する。
【００３２】
プロセッサー１３は、パルスモーターの駆動方向決定信号を焦点調節駆動系１６に出力するとともに、ＣＣＤ３ｃからの映像信号をビデオ回路１２で所望の信号処理を行ない、ビデオ回路１２で信号処理された輝度信号をコントラスト検出装置１５に入力する（ステップＳ６）。
【００３３】
コントラスト検出装置１５は、ＣＣＤ３ｃが撮像した１画面分に含まれる高周波成分を抽出し、その高周波成分を１画面分に渡って積算し、その積算レベルに応じてコントラスト値を検出する（ステップＳ７）。
【００３４】
プロセッサー１３は、コントラスト検出装置１５で検出されるコントラスト値を時間の経過とともに比較し、その比較するコントラスト値が増加する場合には、焦点調節駆動系１６にパルスモーターの駆動信号を出力する（ステップＳ８；ＹＥＳ）。そして、プロセッサー１３は、比較するコントラスト値がピーク値を過ぎた場合に（ステップＳ８；ＮＯ）、そのピーク値が入力した直後に焦点調節駆動系１６にパルスモーターの駆動停止信号を出力する。
【００３５】
焦点調節駆動系１６は、プロセッサー１３からのパルスモーター駆動停止信号を受け取ると、即座にパルスモーター５の駆動を停止する（ステップＳ９）。このパルスモーター５の駆動停止により撮像光学系（固定レンズ系３ａ、可動レンズ系３ｂ、ＣＣＤ３ｃを含む）の合焦が完了する。この状態で観察物体の近接拡大観察が行なわれる。
【００３６】
以上の説明とは逆に、加速度センサー１４が体内挿入部１ａの先端部の動きを観察物体１１から遠ざかる動きとして検出したと判断した場合には、プロセッサー１３は、コントラスト装置１５によるコントラスト値を考慮することなく、最初に焦点調節駆動系１６によって焦点調節要素をより遠距離物体に合焦する方向に移動させることを決定する（ステップＳ４）。この決定に基いて、焦点調節駆動系１６は可動レンズ系３ｂ（焦点調節要素）をパルスモーター５により固定レンズ系３ａから近づける方向に移動させ、より遠距離物体に合焦させる。
【００３７】
なお、この実施形態では、図２に示す内視鏡本体１における体内挿入部１ａの先端硬性部１ｄに組込んだ撮像素子３ｃとして固体撮像素子、特にＣＣＤ（電荷結合素子）を用いたが、これに限定されるものではない。固定レンズ系３ａ及び可動レンズ系３ｂを通過した光信号を電気信号に変換可能な素子であれば、いずれの撮像素子を用いてもよい。
【００３８】
また、動作方向検出手段１４として加速度センサーを用いたが、これに限定されるものではない。内視鏡本体１の先端部の動きを検出することができるものであれば、いずれのものでもよい。
【００３９】
図２では、可動の焦点調節要素として、可動レンズ系３ｂとＣＣＤ３ｃとを用いたが、可動レンズ系３ｂとＣＣＤ３ｃの一方のみを移動させて焦点調節を行うようにしてもよい。
【００４０】
図２は、内視鏡先端部の内部構造を示すものであるが、この構造に限定されるものではない。
【００４１】
以上の実施の形態による説明では、医療現場で用いる内視鏡装置を例にとって説明したが、本発明の内視鏡装置は工業用の分野に用いられる内視鏡装置にも同様に適用することができるものであり、医療用分野のものに限定されるものではない。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、動作方向検出手段で検出される体内挿入部先端の動作方向に応じて、コントラスト検出装置によるコントラスト値を考慮することなく、焦点調節駆動系による焦点調節要素の動作方向を最初に決定するため、オートフォーカス装置の構成を簡素化して、拡大内視鏡装置に容易に組込みことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した電子内視鏡システムの全体を示す図である。
【図２】図１に示す電子内視鏡における体内挿入部の先端硬性部を示す拡大断面図である。
【図３】図１に示す電子内視鏡に装備した回路構成を示す図である。
【図４】本発明におけるオートフォーカスによる合焦動作を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
１内視鏡本体
１ａ内視鏡本体の体内挿入部
１ｂ内視鏡本体の操作部
１ｃ内視鏡本体の先端硬性部
２外部装置
３ａ固定レンズ系
３ｂ可動レンズ系
３ｃ撮像素子（ＣＣＤ）
５モーター（パルスモーター）
１２ビデオ回路
１３プロセッサー
１４動作方向検出手段（加速度センサー）
１５コントラスト検出装置
１６焦点調節駆動系[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an autofocus device for an endoscope used in medical and industrial fields.
[0002]
[Prior art and its problems]
For example, in a medical endoscope device, the imaging optical system can be switched between a normal observation state in which the entire observation object in the body cavity is observed and a magnified observation state in which a part of the observation object is enlarged. Devices have been put into practical use.
[0003]
In the normal observation state, since the focal length of the photographing optical system is short and the depth of field is deep, the in-focus state can be easily obtained. On the other hand, in the magnified observation state, since the focal length is long and the depth of field is shallow, the focusing operation becomes difficult. Specifically, in the current endoscope imaging optical system, the depth of field of the imaging optical system in the normal observation state is, for example, at least about 6 mm, whereas the depth of field of the imaging optical system in the enlarged observation state is about Is about 2 mm. Therefore, the manual focusing method places a heavy burden on the user and requires an autofocus device.
[0004]
Autofocus devices have already been adopted in the field of cameras including movies. In particular, an autofocus device for a camera using a CCD as an image sensor detects the contrast of an observation object image formed on the image sensor, and automatically moves the lens barrel in the direction of the optical axis of the lens based on the change in the contrast value. It is common to perform autofocus by stopping at a position where the focus is achieved.
[0005]
However, such an autofocus device of a camera detects whether the focusing direction based on the actually measured contrast value is the front or back direction with respect to the in-focus position, and based on the result, the lens barrel is A complicated mechanism for moving in the front-rear direction and performing focusing is necessary.
[0006]
However, since the in-vivo insertion portion provided at the distal end of the endoscope is inserted into the body cavity of the patient, its diameter is limited to about 13 mm at the current technical level, and the above-mentioned complicated It is practically impossible to apply an autofocus device of a camera having a simple mechanism to an endoscope as it is.
[0007]
OBJECT OF THE INVENTION
An object of the present invention is to obtain an endoscope autofocus device that can be easily incorporated into an enlarged endoscope device.
[0008]
SUMMARY OF THE INVENTION
In order to achieve the above object, an autofocus device for an endoscope according to the present invention has an imaging optical system provided at a distal end portion of an in-vivo insertion portion having a movable focus adjustment element; A contrast detection device for detecting the contrast of the observation object image; a focus adjustment drive system for driving a focus adjustment element of the imaging optical system so that a contrast value detected by the contrast detection device is increased; a distal end portion of the in-vivo insertion portion Direction detecting means for detecting whether the moving object is approaching or moving away from the observation object; and when the movement direction detection means detects the movement of the distal end of the body insertion portion as the movement approaching the observation object, the contrast value by the contrast detection device is calculated. Without considering it, the direction of movement of the focus adjustment element by the focus adjustment drive system as a direction to focus on a closer object Focus adjustment by the focus adjustment drive system without first taking into account the contrast value by the contrast detection device when the motion direction detecting means is determined for the first time and detects the movement of the distal end of the body insertion portion as the movement away from the observation object. Initial motion direction determining means for initially determining the motion direction of the element as a direction to focus on a far-distance object .
[0010]
The endoscope autofocus device of the present invention preferably includes a mode selection switch for switching between a normal observation mode in which autofocus is not performed and a magnification observation mode in which autofocus is performed. Then, the movement direction detection means and the initial movement direction determination means are operated when magnification observation is selected.
[0011]
The movable focus adjustment element of the focus adjustment drive system may be a focus adjustment lens alone or may be formed of a focus adjustment lens and an image sensor on which an observation object image is formed by the focus adjustment lens. This focus adjustment drive system stops the drive of the focus adjustment element with the focus position immediately after the peak value of the contrast value detected by the contrast detection device. In this case, a slight shift due to a time lag may occur between the focus position, but such a small shift is included in the range of the depth of field of the imaging lens, which may cause defocusing. There is no hindrance to autofocus.
[0012]
The motion direction detecting means for detecting whether the distal end portion of the endoscope insertion portion of the endoscope is approaching or moving away from the observation object can be constituted by, for example, an acceleration sensor.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
As shown in FIG. 1, the electronic endoscope system of this embodiment includes an endoscope main body 1 and an external device 2. The endoscope main body 1 has a body insertion portion 1 a on the distal end side, a base operation portion 1 b, and a connector 1 c with an external device 2. As shown in FIG. 2, a fixed lens system 3a provided at a fixed position and a movable lens system 3b that can move relative to the fixed lens system 3a in order from the object side, And an image sensor 3c that can move relative to the fixed lens system 3a and the movable lens system 3b, and converts an optical signal that has passed through the fixed lens system 3a and the movable lens system 3b (imaging lens) into an electric signal. An imaging optical system is provided. Since a CCD is used as the image sensor 3c, in the following description, the image sensor is represented as a CCD 3c. In this embodiment, the movable lens system 3b and the CCD 3c are movable focus adjustment elements. In this embodiment, focusing is not performed in the normal observation mode.
[0014]
A cylindrical fixed lens frame 3d to which a fixed lens system 3a is fixed is fixedly installed in the in-vivo insertion portion 1a of the endoscope body 1. A cylindrical guide frame 3e is provided inside the fixed lens frame 3d, and linear guide grooves 3f and 3g are provided in the guide frame 3e along the optical axis direction (left-right direction in FIG. 2).
[0015]
A movable lens frame 3h having a movable lens system 3b fixed therein is fitted inside the guide frame 3e so as to be movable in the optical axis direction. The key 3i of the movable lens frame 3h and the linear guide groove 3f on the upper stage of the guide frame 3e. By fitting, the movable lens frame 3h is linearly moved in the direction of the optical axis without rotating around the optical axis. A ring 3j is fitted on the outer side of the guide frame 3e, and the ring 3j and the movable lens frame 3h are connected by a screw 3k that penetrates the lower linear guide groove 3g of the guide frame 3e. The frame 3v located inside the guide frame 3e is provided with a slit (not shown) that allows the movement of the screw 3k in the optical axis direction.
[0016]
A motor (or solenoid) 5 of FIG. 1 is interlocked with the flange 3m of the ring 3j via a connecting member 4, and the motor 5 linearly moves the movable lens frame 3h in the optical axis direction. When the movable lens frame 3h moves linearly, the relative distance between the fixed lens system 3a and the movable lens system 3b changes. A pulse motor is used as the motor 5.
[0017]
A spring 3o is interposed between the ring 3j and the spring seat 3n. The spring 3o moves the movable lens frame 3h to the fixed lens frame 3d side when the force applied to the movable lens frame 3h by the pulse motor 5 is released. The movable lens system 3b is returned to the initial position with respect to the fixed lens system 3a.
[0018]
Inside the guide frame 3e, an image sensor frame 3p on which the CCD 3c is mounted is fitted so as to be movable in the optical axis direction. The image pickup device frame 3p is linearly moved in the optical axis direction by the cam mechanism 7 without rotating around the optical axis. The cam mechanism 7 is formed by a combination of a convex cam and a concave cam groove, and gives a linear feed to the imaging element frame 3p. Reference numeral 8 denotes a sealing material.
[0019]
A spring 3r is interposed between the imaging element frame 3p and the movable lens frame 3h, and the spring 3r prevents the light receiving surface of the CCD 3c from coming into contact with the movable lens frame 3b. The image pickup device frame 3p includes a circuit such as a CCD drive circuit 3s for driving and controlling the CCD 3c to convert an optical signal passed through the image pickup optical system into an electric signal and outputting it, and a signal cable for transmitting the electric signal from the CCD 3c. 3t etc. are mounted.
[0020]
A light transmission optical path (optical fiber bundle) 9 is installed adjacent to the imaging optical system in the in-body insertion portion 1a. On the other hand, the external device 2 shown in FIG. 1 is provided with a light control unit 10 as a light emitter. The light modulated by the light control unit 10 is given to the light transmission lens 9a on the distal end surface of the in-body insertion unit 1a via the light transmission optical path 9, and illuminates the observation object 11.
[0021]
An image formed by the fixed lens system 3a and the movable lens system 3b included in the imaging optical system of the electronic endoscope system shown in FIG. 2 is formed on the CCD 3c, and an imaging signal output from the CCD 3c is shown in FIG. 1 via the signal cable 3t. To the external device 2 shown. The imaging signal is signal-processed by the video circuit 12 in the external device 2 shown in FIG. 1, and the video signal is image-processed by the processor 13 and displayed on a monitor (not shown) to observe the observation object 11.
[0022]
In the endoscope main body 1 shown in FIG. 2, an operation direction detection means 14 is incorporated in the distal rigid portion 1d of the in-vivo insertion portion 1a. This movement direction detection means 14 detects whether the distal end portion of the in-vivo insertion portion 1a is approaching or moving away from the observation object 11. Since an acceleration sensor is used as the motion direction detection means 14, the motion direction detection means is expressed as the acceleration sensor 14 in the following description.
[0023]
The contrast detection device 15 shown in FIG. 3 receives a luminance signal obtained by processing the signal from the CCD 3c by the video circuit 12 and extracts a high-frequency component included in one screen imaged by the CCD 3c, and the high-frequency component is displayed on one screen. And the degree of focus, that is, the contrast value of the observed object image captured by the CCD 3c is detected according to the integration level. As is well known, the contrast value increases as the degree of focus increases. Upon receiving a command from the processor 13, the focus adjustment drive system 16 performs focusing by driving the focus adjustment element of the imaging optical system with the pulse motor 5 according to the contrast value detected by the contrast detection device 15.
[0024]
The processor 13 considers the contrast value by the contrast detection device 15 in accordance with the function of controlling the entire operation of the endoscope body 1 and the operation direction of the distal end portion of the in-vivo insertion portion 1a detected by the acceleration sensor 14. Instead, it has a function as an initial operation direction determining means that first determines the operation direction of the focus adjustment element by the focus adjustment drive system 16.
Specifically, for example, when the acceleration sensor 14 detects the movement of the distal end portion of the in-vivo insertion portion 1 a as a movement approaching the observation object 11, the processor 13 as the initial movement direction determination means uses the focus adjustment drive system 16 to perform the above focus. When the adjustment element is moved in the direction of focusing on an object at a closer distance and the acceleration sensor 14 detects the movement of the distal end portion of the in-vivo insertion portion 1a as the movement away from the observation object 11, the focus adjustment drive system 16 performs the focus adjustment. Move the element in the direction to focus on the farther away object.
[0025]
Further, as shown in FIG. 1, a mode selection switch 17 is provided in the operation unit 1 b of the endoscope body 1. By operating the mode selection switch 17, a normal observation mode in which focusing is not performed and a magnified observation mode in which autofocus is performed are switched. When the magnification observation mode is selected by operating the mode selection switch 17, the acceleration sensor 14 and the processor 13 as the initial movement direction determining means operate.
[0026]
Next, the magnification observation operation will be described. When the light from the light control unit 10 is transmitted to the distal rigid portion 1d of the endoscope body 1 through the light transmission path 9, the light is irradiated to the observation object 11 through the light transmission lens 9a, and the fixed lens system 3a. The image of the observation object 11 formed through the movable lens system 3b is converted into an electrical signal by the CCD 3c and input to the video circuit 12 shown in FIG.
[0027]
In step S1 shown in FIG. 4, when it is determined that the normal observation mode is selected by the mode selection switch 17 (step S1; YES), the processor 13 is in the normal observation state for observation with the endoscope. It is determined that autofocus (AF) is unnecessary, and the operation of the acceleration sensor 14 is stopped, and the initial operation direction determination function for initially determining the operation direction of the focus adjustment element by the focus adjustment drive system 16 is stopped.
[0028]
The fixed lens system 3a and the movable lens system 3b in the normal observation state have a short focal length and a deep depth of field. The observation object image by the fixed lens system 3a and the movable lens system 3b is displayed on a monitor screen (not shown).
[0029]
On the other hand, if it is determined in step S1 shown in FIG. 4 that the magnification observation mode is selected by the mode selection switch 17, an autofocus process is performed (step S1; NO). In endoscopic observation, generally, the observation object is approximately immobile, and it is common to move the distal end of the body insertion portion toward the observation object. When a mode selection signal for close-up magnification observation is input from the mode selection switch 17 to the processor 13, the processor 13 outputs an operation start signal to the acceleration sensor 14, and the operation direction of the focus adjustment element by the focus adjustment drive system 16 is first set. Activates the initial motion direction determination function to be determined.
When the acceleration sensor 14 receives the operation start signal from the processor 13, the acceleration sensor 14 detects whether the distal end portion of the in-body insertion portion 1 a is approaching the observation object 11 or away from the observation object 11.
[0030]
The processor 13 monitors the signal input from the acceleration sensor 14 (step S3). If the signal input is present, the processor 13 integrates the signal and indicates that the integrated value tends to increase. It is determined that the movement of the tip of the unit 1a is detected as a movement approaching the observation object 11, and the focus adjustment drive system 16 first sets the focus adjustment element to a closer object without considering the contrast value by the contrast device 15. It is determined to move in the in-focus direction (step S4). Based on this determination, the processor 13 outputs a determination signal for the drive direction of the pulse motor 5 to the focus adjustment drive system 16.
[0031]
Upon receiving the signal from the processor 13, the focus adjustment drive system 16 drives the focus adjustment element in a direction to focus on a near object by the pulse motor 5 based on the signal.
[0032]
The processor 13 outputs a pulse motor drive direction determination signal to the focus adjustment drive system 16, performs desired signal processing on the video signal from the CCD 3 c by the video circuit 12, and outputs a luminance signal signal-processed by the video circuit 12. It inputs into the contrast detection apparatus 15 (step S6).
[0033]
The contrast detection device 15 extracts high frequency components included in one screen imaged by the CCD 3c, integrates the high frequency components over one screen, and detects a contrast value according to the integration level (step S7). .
[0034]
The processor 13 compares the contrast value detected by the contrast detection device 15 with the passage of time, and outputs a pulse motor drive signal to the focus adjustment drive system 16 when the compared contrast value increases (step). S8; YES). When the contrast value to be compared has passed the peak value (step S8; NO), the processor 13 outputs a pulse motor drive stop signal to the focus adjustment drive system 16 immediately after the peak value is input.
[0035]
Upon receiving the pulse motor drive stop signal from the processor 13, the focus adjustment drive system 16 immediately stops driving the pulse motor 5 (step S9). By stopping the driving of the pulse motor 5, focusing of the imaging optical system (including the fixed lens system 3a, the movable lens system 3b, and the CCD 3c) is completed. In this state, close-up observation of the observation object is performed.
[0036]
Contrary to the above description, when it is determined that the acceleration sensor 14 detects the movement of the distal end portion of the in-vivo insertion portion 1 a as the movement away from the observation object 11, the processor 13 considers the contrast value by the contrast device 15. First, it is determined that the focus adjustment drive system 16 first moves the focus adjustment element in a direction to focus on a far object (step S4). Based on this determination, the focus adjustment drive system 16 moves the movable lens system 3b (focus adjustment element) in the direction closer to the fixed lens system 3a by the pulse motor 5 to focus on a far object.
[0037]
In this embodiment, a solid-state imaging device, particularly a CCD (Charge Coupled Device) is used as the imaging device 3c incorporated in the distal end rigid portion 1d of the in-vivo insertion portion 1a in the endoscope body 1 shown in FIG. It is not limited to this. Any imaging element may be used as long as it is an element that can convert an optical signal that has passed through the fixed lens system 3a and the movable lens system 3b into an electrical signal.
[0038]
Further, although an acceleration sensor is used as the movement direction detection means 14, the present invention is not limited to this. Any device can be used as long as it can detect the movement of the distal end portion of the endoscope body 1.
[0039]
Although the movable lens system 3b and the CCD 3c are used as the movable focus adjustment elements in FIG. 2, the focus adjustment may be performed by moving only one of the movable lens system 3b and the CCD 3c.
[0040]
FIG. 2 shows the internal structure of the distal end portion of the endoscope, but is not limited to this structure.
[0041]
In the above description of the embodiment, the endoscope apparatus used in the medical field has been described as an example. However, the endoscope apparatus of the present invention is similarly applied to an endoscope apparatus used in an industrial field. However, the present invention is not limited to the medical field.
[0042]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the focus adjustment element by the focus adjustment drive system without considering the contrast value by the contrast detection device according to the operation direction of the distal end of the in-vivo insertion portion detected by the operation direction detection means. Therefore, the configuration of the autofocus device can be simplified and can be easily incorporated into the magnifying endoscope device.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an entire electronic endoscope system to which the present invention is applied.
2 is an enlarged cross-sectional view illustrating a distal end rigid portion of an in-vivo insertion portion in the electronic endoscope illustrated in FIG. 1. FIG.
FIG. 3 is a diagram showing a circuit configuration equipped in the electronic endoscope shown in FIG. 1;
FIG. 4 is a flowchart illustrating a focusing operation by autofocus according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Endoscope main body 1a Endoscope insertion part 1b Endoscope main body operation part 1c Endoscope main body rigid part 2 External device 3a Fixed lens system 3b Movable lens system 3c Image sensor (CCD)
5 Motor (pulse motor)
12 Video circuit 13 Processor 14 Motion direction detection means (acceleration sensor)
15 Contrast detection device 16 Focus adjustment drive system

Claims

可動の焦点調節要素を有する、体内挿入部の先端部に備えられた撮像光学系；
この撮像光学系によって撮像される観察物体像のコントラストを検出するコントラスト検出装置；
このコントラスト検出装置で検出されるコントラスト値が高くなるように上記撮像光学系の焦点調節要素を駆動する焦点調節駆動系；
上記体内挿入部の先端部が観察物体に近づいているか遠ざかっているかを検出する動作方向検出手段；及び
該動作方向検出手段が体内挿入部先端の動きを観察物体に近づく動きとして検出したとき、上記コントラスト検出装置によるコントラスト値を考慮することなく、焦点調節駆動系による焦点調節要素の動作方向をより近距離物体に合焦する方向として最初に決定し、かつ、上記動作方向検出手段が体内挿入部先端の動きを観察物体から遠ざかる動きとして検出したとき、上記コントラスト検出装置によるコントラスト値を考慮することなく、焦点調節駆動系による焦点調節要素の動作方向をより遠距離物体に合焦する方向として最初に決定する初期動作方向決定手段；
を有することを特徴とする内視鏡のオートフォーカス装置。An imaging optical system provided at the distal end of the internal insertion portion, having a movable focusing element;
A contrast detection device for detecting the contrast of the observed object image picked up by the image pickup optical system;
A focus adjustment drive system for driving the focus adjustment element of the imaging optical system so that the contrast value detected by the contrast detection device is increased;
An operation direction detecting means for detecting whether the distal end portion of the internal insertion portion is approaching or moving away from the observation object; and
When the movement direction detecting means detects the movement of the distal end of the body insertion portion as a movement approaching the observation object, the movement direction of the focus adjustment element by the focus adjustment drive system is made closer without considering the contrast value by the contrast detection device. When the first direction is determined as the direction to focus on the distance object, and the motion direction detecting means detects the movement of the distal end of the body insertion portion as the movement away from the observation object, the contrast value by the contrast detection device is not considered. Initial movement direction determining means for first determining the movement direction of the focus adjustment element by the focus adjustment drive system as a direction to focus on a far-distance object ;
An endoscope autofocus device characterized by comprising:

請求項１記載の内視鏡のオートフォーカス装置において、さらに、オートフォーカスを行なわない通常観察モードとオートフォーカスを行う拡大観察モードとを切り換えるモード選択スイッチが備えられ、上記動作方向検出手段及び初期移動方向決定手段は、拡大観察モードが選択されたとき動作する内視鏡のオートフォーカス装置。 2. The endoscope autofocus device according to claim 1 , further comprising a mode selection switch for switching between a normal observation mode in which autofocus is not performed and an enlarged observation mode in which autofocus is performed, and the operation direction detecting means and the initial movement are provided. The direction determining means is an endoscope autofocus device that operates when the magnification observation mode is selected.

請求項１または２記載の内視鏡のオートフォーカス装置において、上記可動の焦点調節要素は、撮像レンズと、該撮像レンズにより観察物体像が形成される撮像素子とからなる内視鏡のオートフォーカス装置。 The endoscope autofocus apparatus according to claim 1 or 2, wherein the movable focus adjustment element includes an imaging lens and an imaging element on which an observation object image is formed by the imaging lens. apparatus.

請求項１から３のいずれか１項記載の内視鏡のオートフォーカス装置において、上記動作方向検出手段は加速度センサからなる内視鏡のオートフォーカス装置。 The endoscope autofocus device according to any one of claims 1 to 3, wherein the operation direction detecting means includes an acceleration sensor.

請求項１から４のいずれか１項記載の内視鏡のオートフォーカス装置において、上記焦点調節駆動系は、上記コントラスト検出装置で検出されるコントラスト値のピーク値を過ぎた直後に上記焦点調節要素の駆動を停止する内視鏡のオートフォーカス装置。5. The endoscope autofocus device according to claim 1, wherein the focus adjustment drive system includes the focus adjustment element immediately after passing a peak value of a contrast value detected by the contrast detection device. Endoscope autofocus device that stops driving.