JP3955458B2 - 内視鏡のオートフォーカス装置 - Google Patents
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Description
【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
Claims (5)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
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