JP5253688B1 - 内視鏡装置 - Google Patents

Abstract

内視鏡装置は、管腔内に挿入される内視鏡の先端部に搭載され管腔内の被写体の像を結像する、光軸方向に移動可能な合焦用レンズを含む対物光学系と、対物光学系によって結像された像を撮像する画素毎に色分離フィルタが配されたカラー撮像用の固体撮像素子と、合焦用レンズを移動して対物光学系を自動で合焦状態の焦点位置に調節する合焦調節機構等を備え、合焦調節機構により対物光学系を自動で焦点位置に調節した場合、対物光学系の被写体との距離が１５ｍｍ以下となる焦点位置において、３５μｍ以上の解像力を有すると共に、空間周波数１／（３ＸＰ）のＭＴＦが１０％以上となる範囲を深度幅と定義した場合、対物光学系は、５ｍｍ以上の深度幅を有する。

Description

本発明はオートフォーカス機能を備えた内視鏡装置に関する。

近年、固体撮像素子を用いた撮像ユニットを備えた内視鏡は、医療分野において広く用いられている。
また、患部等を詳細に観察できるようにオートフォーカス機能を備えた光学系や、高画素化した固体撮像素子を用いた撮像ユニットを備えた内視鏡も提案されている。
例えば、日本国特開２００２−２５３４８９号公報の従来例には、対物光学系における一部のレンズを移動してオートフォーカスする内視鏡装置が開示されている。

上記従来例は、切換手段の操作により拡大制御手段が起動すると、拡大制御手段の制御信号に連動して起動する焦点制御手段により、対物光学系の可変焦点距離範囲の長焦点距離側で、対物光学系の焦点調節が行われるようにしている。
上記のように合焦可能な距離を切り替える構成にすることにより、オートフォーカスするレンズ又はレンズ群の移動範囲を制限して、オートフォーカス速度を向上し、またオートフォーカスの誤動作を低減できる。

内視鏡による検査又は観察においては、通常、遠点側に合焦させた状態においてスクリーニング検査を行い、疑わしい部位を詳細に検査又は観察する場合には内視鏡を近点側に合焦させるような操作が行われる。

このため、このような操作を円滑に行うことができるように、遠点側においてスクリーニング検査を行い易い観察条件を満たす内視鏡装置が望まれるが、上記従来例はそのような観察条件を開示していない。
本発明は上述した点に鑑みてなされたもので、オートフォーカスする速度を向上でき、かつ誤動作を低減できると共に、遠点側において内視鏡による検査又は観察を円滑に行うのに適した観察条件を満たす内視鏡装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る内視鏡装置は、管腔内に挿入される内視鏡と、前記内視鏡の先端部に搭載され前記管腔内の被写体の像結像する対物光学系であって、光軸方向に移動可能な合焦用レンズを含み、条件式（１）、（２）を満足する］対物光学系と、前記対物光学系によって結像された像を撮像する固体撮像素子であって、下記の条件式（３）を満足し、画素毎に色分離フィルタが配されたカラー撮像用の固体撮像素子と、前記合焦用レンズを移動して前記対物光学系を自動で合焦状態に調節する合焦調節機構と、前記合焦用レンズの移動範囲の切替を行う移動範囲切替部と、前記移動範囲切替部の切替に連動して、前記移動範囲を信号により制限する移動範囲制限部と、前記移動範囲制限部により制限された前記移動範囲内において前記合焦調節機構により前記対物光学系を複数の合焦状態に調節するための情報を記憶する設定情報記憶部と、を備える。
（１） ０．８＜ＩＨ／ｆ＜１．２
（２） ３．４＜ｆ_合／ｆ＜１５
（３） ５５０＜ＩＨ／Ｐ＜１２００
但し、ＩＨは固体撮像素子の撮像領域内の中心から最も遠い位置までの距離、ｆは前記対物光学系の焦点距離、ｆ_合は前記合焦用レンズの焦点距離、Ｐは固体撮像素子の画素ピッチである。

本発明の他の態様に係る内視鏡装置は、管腔内に挿入される内視鏡と、前記内視鏡の先端部に搭載され前記管腔内の被写体の像を結像する対物光学系であって、光軸方向に移動可能な合焦用レンズを含み、下記の条件式（１）、（２）を満足する対物光学系と、前記対物光学系によって結像された像を撮像する固体撮像素子であって、下記の条件式（３）を満足し、画素毎に輝度信号を生成するモノクロの固体撮像素子と、前記合焦用レンズを移動して前記対物光学系を自動で合焦状態に調節する合焦調節機構と、前記合焦用レンズの移動範囲の切替を行う移動範囲切替部と、前記移動範囲切替部の切替に連動して、前記移動範囲を信号により制限する移動範囲制限部と、前記移動範囲制限部により制限された前記移動範囲内において前記合焦調節機構により前記対物光学系を複数の合焦状態に調節するための情報を記憶する設定情報記憶部と、を備える。
（１） ０．８＜ＩＨ／ｆ＜１．２
（２） ３．４＜ｆ_合／ｆ＜１５
（３） ３６０＜ＩＨ／Ｐ＜８００
但し、ＩＨは固体撮像素子の撮像領域内の中心から最も遠い位置までの距離、ｆは前記対物光学系の焦点距離、ｆ_合は前記合焦用レンズの焦点距離、Ｐは固体撮像素子の画素ピッチである。

図１は本発明の第１の実施形態に係る内視鏡装置の全体構成を示す図。 図２は合焦調節機構の構成を示すブロック図。 図３Ａは撮像ユニット部分の構成を示す断面図。 図３Ｂは、アクチュエータを駆動する電流値と対物光学系の焦点位置の設定例を示す図。 図４は第１焦点位置及び第４焦点位置に設定した状態の対物光学系の断面図。 図５はアクチュエータ駆動部に対して駆動信号を制限して合焦用レンズによる移動範囲を２つに制限する構成を示すブロック図。 図６は図４の各焦点位置に設定した状態での物体距離と解像力の関係を示す図。 図７は隣接する焦点位置での深度幅の重なり範囲を示す図。 図８は第１の実施形態の概略の動作を示すフローチャート。 図９は本発明の第２の実施形態における第１焦点位置及び第５焦点位置に設定した状態の対物光学系の断面図。 図１０は第２の実施形態における各焦点位置に設定した状態での物体距離と解像力の関係を示す図。 図１１は第２の実施形態において、移動範囲を３つにした場合の各焦点位置に設定した状態での物体距離と解像力の関係を示す図。 図１２は本発明の第３の実施形態における第１焦点位置及び第４焦点位置に設定した状態の対物光学系の断面図。 図１３は第３の実施形態における各焦点位置に設定した状態での物体距離と解像力の関係を示す図。 図１４は本発明の第４の実施形態における第１焦点位置及び第６焦点位置に設定した状態の対物光学系の断面図。 図１５は第４の実施形態における各焦点位置に設定した状態での物体距離と解像力の関係を示す図。 図１６は本発明の第５の実施形態に係る内視鏡装置の全体構成を示す図。 図１７は第５の実施形態における第１焦点位置及び第５焦点位置に設定した状態の対物光学系の断面図。 図１８は第５の実施形態における各焦点位置に設定した状態での物体距離と解像力の関係を示す図。 図１９は本発明の第６の実施形態における第１焦点位置及び第５焦点位置に設定した状態の対物光学系の断面図。 図２０は第６の実施形態における各焦点位置に設定した状態での物体距離と解像力の関係を示す図。 図２１は本発明の第７の実施形態における第１焦点位置及び第６焦点位置に設定した状態の対物光学系の断面図。 図２２は第７の実施形態における各焦点位置に設定した状態での物体距離と解像力の関係を示す図。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
（第１の実施形態）
図１に示すように内視鏡装置１は、管腔内に挿入される内視鏡２と、この内視鏡２の照明光を供給する光源装置３と、内視鏡２に搭載された撮像手段から出力される信号に対して信号処理を行う画像処理装置（又は信号処理装置）４と、画像処理装置４から出力される標準的な映像信号（画像信号）が入力されることにより、内視鏡画像を表示する表示手段としてのモニタ５とから構成される。
本実施形態における内視鏡２は、被検体に挿入される細長の挿入部７と、この挿入部７の後端に設けられ、術者等の操作者が把持して操作を行う操作部８と、この操作部８から延出されたケーブル部９とを有する。
挿入部７は、その先端に硬質の先端部１１が設けられ、この先端部１１には、撮像手段を形成する撮像ユニット１９などが設けられている。

また、先端部１１に隣接して湾曲自在の湾曲部１２が設けられ、術者は、操作部８における図示しない湾曲操作ノブを操作することにより、湾曲部１２を所望の方向に湾曲することができる。
挿入部７内には照明光を伝送するライトガイド１４が挿通されており、このライトガイド１４の後端側はケーブル部９を経てその端部に設けたライトガイドコネクタ１５に至る。このライトガイドコネクタ１５を光源装置３に接続することにより、光源装置３からライトガイド１４の後端面に照明光が供給される。
光源装置３は、照明光を発生するための光源としてのランプ３ａを有し、ランプ３ａの光は、絞り駆動部３ｂにより駆動される絞り３ｃの開口により透過光量が調整された後、集光レンズ３ｄを経てライトガイドコネクタ１５におけるライトガイド１４の入射端面に入射される。なお、絞り駆動部３ｂは、後述する調光信号に基づいて絞り３ｃの開口量、つまり透過光量を調整するように駆動する。

光源装置３から供給された照明光は、ライトガイド１４により伝送され、先端部１１の先端面に取り付けた照明レンズ１６を経て前方に出射され、管腔内の患部等の被写体を照明する。
先端部１１には、照明レンズ１６に隣接して、照明された被写体の光学像を結ぶ対物光学系１７が配置される。対物光学系１７と、その結像位置に撮像面（光電変換面）が配置された固体撮像素子としての例えば電荷結合素子（ＣＣＤと略記）１８とで撮像ユニット１９を構成する。
本実施形態におけるＣＣＤ１８は、光学的に色分離する色分離フィルタとして、例えば補色系等のモザイクカラーフィルタ１８ａ（図４（Ａ）参照）を備えたモザイクカラーフィルタ方式のＣＣＤである。

信号ケーブル２１の一端は撮像ユニット１９に接続され、挿入部７内に挿通された信号ケーブル２１はさらにケーブル部９内を挿通されてその後端の信号コネクタ２２にその他端が接続されている。
この信号コネクタ２２を、画像処理装置４に接続することにより、画像処理装置４内部に設けたＣＣＤ駆動部２３からのＣＣＤ駆動信号によりＣＣＤ１８は駆動され、ＣＣＤ１８は光電変換した撮像信号を出力信号として出力する。
上記撮像信号は、画像処理装置４内の信号処理部により信号処理されて標準的な映像信号（画像信号）が生成され、モニタ５には、内視鏡画像が表示される。
また、挿入部７内には様々な処置具を挿通可能とするチャンネル２５が設けてある。
そして、術者は、操作部８の前端付近の処置具挿入口２５ａから処置具を挿入することにより、処置具の先端側を先端部１１において開口する先端開口２５ｂから突出させることができ、患部組織を採取したり、切除などの処置を行うことができる。

本実施形態においては、撮像ユニット１９を構成する対物光学系１７は、移動可能な合焦用レンズ２６を有する。なお、合焦用レンズ２６を単一のレンズで形成する場合に限定されるものでなく、単一の接合レンズにより形成しても良い。
また、本実施形態においては、一般のカメラ等に比較して遙かに広画角で結像する対物光学系１７を用いており、対物光学系１７の焦点距離をｆ、合焦用レンズ２６の焦点距離をｆ_合、ＣＣＤ１８の撮像領域内の中心位置から最も遠い位置までの距離（像高）をＩＨとすると、下記の条件式（１）、（２）を満足する。
（１） ０．８＜ＩＨ／ｆ＜１．２
（２） ３．４＜ｆ_合／ｆ＜１５
また、色分離フィルタとしてのモザイクカラーフィルタ１８ａを備えたカラー撮像用ＣＣＤ１８は、ＣＣＤ１８の水平方向及び垂直方向の画素ピッチをＰとした場合、下記の条件式（３）を満足する。
（３） ５５０＜ＩＨ／Ｐ＜１２００
本実施形態は、上記合焦用レンズ２６を移動して前記対物光学系１７を自動で合焦状態に調節する合焦調節機構２７（図２参照）を有する。なお、後述する第２〜第４の実施形態においても上記の条件式（１）〜（３）を満たす。

合焦調節機構２７によって合焦用レンズ２６を移動することにより、内視鏡２を用いて検査、観察を行う場合、所定の距離範囲内における任意の距離の患部等の被写体を合焦状態の対物光学系１７で観察できるように自動でフォーカス制御する。
上記ＣＣＤ１８から出力される撮像信号は、画像処理装置４内の信号処理部を形成する相関二重サンプリング回路（ＣＤＳ回路と略記）３１に入力され、ＣＤＳ処理後にＡ／Ｄ変換器３２によりデジタル画像信号に変換され、画像処理部３３に入力される。
この画像処理部３３は、入力信号を輝度信号Ｙと色信号Ｃの画像信号に変換する信号変換回路３３ａを有し、輝度信号Ｙを調光信号生成部３４に出力する。調光信号生成部３４は、調光信号を生成し、光源装置３の絞り駆動部３ｂに出力する。

また、画像処理部３３から出力されるデジタル画像信号（映像信号）は、Ｄ／Ａ変換器３５により、アナログ画像信号に変換された後、モニタ５に出力され、モニタ５にはこの画像信号に対応する内視鏡画像が表示される。
また、画像処理部３３は、輝度信号Ｙを、制御手段を形成するＣＰＵ３６のコントラスト検出部３６ａに出力する。ＣＰＵ３６により構成されるコントラスト検出部３６ａは、入力される輝度信号Ｙにおける輝度値からその画像のコントラストを検出する。検出されたコントラストの情報は、ＣＰＵ３６のオートフォーカス制御部（図１ではＡＦ制御部）３６ｂに入力され、オートフォーカス制御に利用される。
オートフォーカス制御部３６ｂは、アクチュエータ駆動部３７を介して合焦用レンズ２６を移動し、対物光学系１７を自動的に合焦状態に設定する。

また、本実施形態においては、オートフォーカスによる誤動作を有効に防止すると共に、オートフォーカスの速度を向上（短時間で合焦状態に設定する）ために、合焦用レンズ２６の移動可能となる合焦用移動範囲（単に移動範囲と略記）を複数、具体的には２つの移動範囲に制限する移動範囲制限手段としての制限部３７ａを、アクチュエータ駆動部３７に設けている。制限部３７ａは、後述する移動範囲切替手段の切替に連動して、上記移動範囲を信号により制限する。
つまり、２つの移動範囲における一方の移動範囲の場合には対物光学系１７を遠点側の領域内での被写体に合焦させることができ、他方の移動範囲の場合には近点側の領域内での被写体に合焦させることができるようにしている。
そして、ＣＰＵ３６には、この制限部３７ａの動作を制御する制御手段としての制御部３６ｃを設けている。

また、本実施形態においては、内視鏡２の操作部８に、上記合焦用レンズ２６の移動範囲の切替を手動で行う移動範囲切替手段を形成する切替スイッチＳＷ１を設けている。切替スイッチＳＷ１の操作信号は、ＣＰＵ３６に入力される。
術者がこの切替スイッチＳＷ１を操作することにより、一方の移動範囲を選択したり、一方の移動範囲から他方の移動範囲に切り替える操作を行うことができる。一方の移動範囲を選択した場合には、ＣＰＵ３６のオートフォーカス制御部３６ｂは、その一方の移動範囲内でオートフォーカス制御を行い、一方の移動範囲から他方の移動範囲に切り替える操作をした場合には、他方の移動範囲内でオートフォーカス制御を行う。切替スイッチＳＷ１はレバーで構成してもよい。

また、本実施形態においては、対物光学系１７を合焦状態にする焦点位置として、互いに異なる複数の焦点位置（図６の第１〜第４焦点位置）を予め登録しており、登録された複数の焦点位置に設定するための合焦用レンズ２６の位置決め用情報を記憶する設定情報記憶手段としてのメモリ３８を設けている。

このメモリ３８は、合焦用レンズ２６をアクチュエータ４５により光軸Ｏの方向（図４（Ａ）参照）に移動させ、対物光学系１７を第１〜第４焦点位置にそれぞれ設定するのに必要な合焦用レンズ２６の移動量又は駆動信号量（電流値）の情報を格納している。
図３Ｂは、アクチュエータ４５を駆動する電流値Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃ，Ｉｄにより、合焦用レンズ２６の位置決めを行い、対物光学系１７をそれぞれ第１〜第４焦点位置に設定する例を示している。この場合、Ｉａ＜Ｉｂ＜Ｉｃ＜Ｉｄである。
メモリ３８内には、第１〜第４焦点位置と４つの電流値を対応付けたルックアップテーブル（ＬＵＴ）３８ａとして記憶している。
なお、対物光学系１７を図６の第１〜第４焦点位置にそれぞれ設定した状態での合焦用レンズ２６の光軸方向における各位置情報を、設定情報として記憶しても良い。

また、本実施形態においては、ＣＰＵ３６は、オートフォーカスにより対物光学系１７を第１〜第４焦点位置における１つの焦点位置に設定した場合、設定した情報を、時系列にメモリ３８に格納するように制御する。
換言すると、ＣＰＵ３６は、対物光学系１７が現在設定されている焦点位置情報を、メモリ38内の焦点位置情報記憶部３８ｂに記憶する。そして、オートフォーカス制御部３６ｂは、この現在の焦点位置情報を参照してオートフォーカス制御する。
以下の説明では設定情報として、駆動信号量の場合で説明する。

上述したように、合焦用レンズ２６の移動範囲を２つに制限しているため、各移動範囲内において駆動する場合には、それぞれ２つの焦点位置に対応した２つの駆動信号量で済む。
つまり、図６に示すように被写体から遠点側となる第１領域Ｒａで被写体に合焦させる場合には、対物光学系１７を第１焦点位置、又は第２焦点位置の合焦状態となるように合焦用レンズ２６を位置決めし、被写体から近点側となる第２領域Ｒｂで被写体に合焦させる場合には、対物光学系１７を第３焦点位置、又は第４焦点位置の合焦状態となるように合焦用レンズ２６を位置決めするように調節する。

このため、オートフォーカス制御部３６ｂは、ＬＵＴ３８ａの設定情報と、焦点位置情報記憶部３８ｂの現在の焦点位置情報とを参照してコントラストがより高くなる一方の駆動信号量の場合を対物光学系１７の合焦状態とするようにオートフォーカス制御を行う。
なお、本実施形態においては、合焦用レンズ２６を移動範囲内で移動した場合にも、画角が殆ど変化しない対物光学系１７を備えている。具体的には、オートフォーカス制御により焦点位置を変更した場合において、画角の変動を５％以内に抑制できる構成にしている。

このように本実施形態においては、非常に簡単なオートフォーカス制御を行う構成となる。
図２は合焦調節機構２７の構成を示す。この合焦調節機構２７は、図１に示したコントラスト検出部３６ａのコントラスト情報及びメモリ３８の設定情報によりオートフォーカスの制御を行うオートフォーカス制御部３６ｂと、オートフォーカス制御部３６ｂに基づいて駆動されるアクチュエータ駆動部３７と、このアクチュエータ駆動部３７により合焦用レンズ２６を移動するアクチュエータ４５とにより構成される。
また、図３Ａは先端部１１に設けられたアクチュエータ４５を備えた撮像ユニット１９の構成を示す。また、図４は合焦用レンズ２６を移動した場合の代表的な２つの焦点位置での対物光学系１７の断面図を示し、図４（Ａ）は第１焦点位置の場合、図４（Ｂ）は第４焦点位置の場合を示す。

図４（Ａ）に示すように対物光学系１７は、物体側から順に、合焦用レンズ２６（Ｌ３）を含む前群Ｇ１と、明るさ絞り（以下、単に絞り）を含む後群Ｇ２とで構成される。
前群Ｇ１は、凹レンズＬ１、凸レンズＬ２、合焦用レンズ２６（Ｌ３）で構成され、後群Ｇ２は、絞り、凸レンズＬ４、凸レンズＬ５と凹レンズＬ６との接合レンズで構成される。また、後群Ｇ２の後方に光学素子（光学フィルタ）Ｉ１が配置され、光学素子Ｉ１の後面に接するようにモザイクカラーフィルタ１８ａを介してＣＣＤ１８の撮像面が配置される。なお、後群Ｇ２が光学素子Ｉ１を含む定義でも良い。

また、本実施形態における対物光学系１７の数値データを以下に示す。
第１の実施形態の数値データ
面番号 曲率半径 面間隔 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ D0
1 ∞ 0.3 1.81991 44.36
2 0.9274 0.887
3 -1.2823 0.378 1.88815 40.76
4 -1.3551 D4
5 1.7247 0.598 1.50349 56.42
6 2.2643 D6
7（絞り） ∞ 0.026
8 2.5456 0.897 1.48915 70.23
9 -2.3398 0.642
10 2.3577 0.879 1.48915 70.23
11 -1.2741 0.227 1.93429 18.9
12 -2.7451 0.6816
13 ∞ 1.5 1.51825 64.14
（像面） ∞
第1焦点位置 第2焦点位置 第3焦点位置 第4焦点位置
D0 21.8 15.4 9.65 4.88
D4 0.156 0.236 0.386 0.706
D6 0.65 0.57 0.42 0.1
深度幅(mm) 10.8-100以上 8.8-49 6.42-17.9 3.74-6.78
画角(°)
ヒ゜ッチP 1.3μm
IH 0.94
IH/P 723
f 1
IH/f 0.94
分解能 34.4μm (8.8mm時)
f_合 10.484
f_合/f 10.48
なお、屈折率とアッベ数はｅ線に対する値である。

また、D0は物体面から対物光学系１７の第１面までの距離を示す。
図３Ａに示すようにレンズ枠４１ａに、前群Ｇ１のレンズＬ１，Ｌ２が取り付けられ、このレンズ枠４１ａに嵌合するレンズ枠４１ｂに、移動可能な合焦用レンズ２６（Ｌ３）、絞り，後群Ｇ２の凸レンズＬ４、接合レンズＬ５，Ｌ６が取り付けられる。このレンズ枠４１ｂの後端側に嵌合するレンズ枠４１ｃに、光学素子Ｉ１、ＣＣＤ１８が取り付けられている。
また、合焦用レンズ２６は、レンズ枠４１ｂの内周面に嵌合する可動レンズ枠４２に取り付けられており、可動レンズ枠４２は、レンズ枠４１ｂに設けた移動用溝４３を貫通するアーム４４に一体的に連結されている。そして、アーム４４には、アクチュエータ４５から突出するロッド４６が連結されている。

アクチュエータ４５は信号線４７を介してアクチュエータ駆動部３７と接続される。アクチュエータ４５は、切替スイッチＳＷ１の操作により、ＣＰＵ３６の制御のもとでアクチュエータ駆動部３７から印加される駆動信号により、ロッド４６の基準位置からの突出量又は移動量を変化させる。そして、ロッド４６の突出量又は移動量の変化に応じて合焦用レンズ２６が光軸Ｏの方向に沿って移動する。図３Ａの場合、アクチュエータ４５を駆動する駆動信号の電流量が大きい程、合焦用レンズ２６をＣＣＤ１８側に移動させる移動量が大きくなる。
なお、ＣＣＤ１８の背面に接続された信号ケーブル２１は、ＣＣＤ駆動部２３と、ＣＤＳ回路３１とに接続される。
図５はアクチュエータ駆動部３７の構成例を示す。切替スイッチＳＷ１の操作に応じて、ＣＰＵ３６のオートフォーカス制御部３６ｂは、アクチュエータ駆動部３７を構成する駆動信号出力部５１に対して、駆動信号を出力させる。

この駆動信号は、第１電流制限回路５２ａ及び第２電流制限回路５２ｂの各出力端に接点ａ，ｂがそれぞれ接続された切替スイッチ５３を介してアクチュエータ４５を駆動する。なお、切替スイッチ５３は、切替スイッチＳＷ１の操作信号に応じて、ＣＰＵ３６の制御部３６ｃによる制御信号が接点ａ又はｂをＯＮにするように切り替える。
切替スイッチＳＷ１により、図６の遠点側の第１領域Ｒａ内における被写体に対物光学系１７をオートフォーカスするように切り替えた場合には、駆動信号が第１電流制限回路５２ａ及び接点ａを介してアクチュエータ４５を駆動し、この遠点側の第１領域Ｒａ内における複数の焦点位置の１つに合焦するように合焦用レンズ２６の移動範囲を第１の移動範囲Ｋａ内に制限する。

また、近点側の第２領域Ｒｂが選択された場合には、駆動信号が第２電流制限回路５２ｂ及び接点ｂを介してアクチュエータ４５を駆動し、この近点側の第２領域Ｒｂで合焦させるように合焦用レンズ２６の移動範囲を第２の移動範囲Ｋｂ内に制限する。
第１電流制限回路５２ａと第２電流制限回路５２ｂは、入力された駆動信号の電流値を制限する。具体的には、第１電流制限回路５２ａは、移動範囲における物体側に近い第１の移動範囲Ｋａ内のみで移動できるように第１の電流値（図３Ｂの表の場合には電流値Ｉｂ）以内に制限する。
第１の移動範囲Ｋａ内においては、対物光学系１７の第１焦点位置、又は第２焦点位置は設定することができる範囲内となるが、第３焦点位置と第４焦点位置は設定できない範囲外となる。

一方、第２電流制限回路５２ｂは、移動範囲における物体側から遠い第２の移動範囲Ｋｂ内のみで移動できるように第２の電流値（図３Ｂの場合には、電流値Ｉｂより大きく、電流値Ｉｃ及びＩｄを含む電流値）に制限する。

第２の移動範囲Ｋｂ内においては、対物光学系１７の第３焦点位置、又は第４焦点位置は設定することができる範囲内となるが、第２焦点位置と第１焦点位置は、設定できない範囲外となる。
なお、アクチュエータ４５は、図示しないバネなどの弾性部材によりそのロッド４６の基準位置からの突出量が規制され、アクチュエータ４５に印加する駆動信号の電流値の値に応じて、弾性部材の弾性力に抗してロッド４６の突出量を調整できるようにしている。

図３Ａにおいて、合焦用レンズ２６の全移動範囲Ｋ、第１の移動範囲Ｋａ，第２の移動範囲Ｋｂを示し、第１の移動範囲Ｋａと第２の移動範囲Ｋｂの境界はＢとなる。
このように合焦用レンズ２６の移動範囲を２つの移動範囲Ｋａ，Ｋｂに分割し、分割された各移動範囲に制限することにより、自動でフォーカス制御する場合の誤動作を有効に防止することができる。また、各移動範囲Ｋａ，Ｋｂでの合焦用レンズ２６の移動量を、制限しない場合よりも小さくでき、オートフォーカスさせる速度を向上できる。

そして、このように移動範囲が制限された遠点側の移動範囲Ｋａにおいて、メモリ３８に記憶した設定情報に従って、合焦調節機構２７により対物光学系１７を自動で焦点位置に調節した場合、対物光学系１７の被写体との距離が１５ｍｍ以下となる焦点位置において、対物光学系１７の光軸上の解像力は、３５μｍ以上の解像力を有すると共に、対物光学系１７の光軸上における空間周波数１／（３ＸＰ）のＭＴＦ（ Modulation Transfer Function ） が１０％以上となる範囲を被写界深度幅（単に深度幅）と定義した場合、対物光学系１７は、５ｍｍ以上の深度幅を有するように、移動範囲Ｋａ，Ｋｂの境界Ｂ（図３Ａ参照）を設定して、内視鏡検査を円滑に行うのに適した所定の観察条件を満たすようしている。この境界Ｂに対応する物体距離（第１領域Ｒａと第２領域Ｒｂの境界となる物体距離）を図６において点線Ｂａで示している。

図６の物体距離に対する解像力の特性から分かるように、遠点側での第２焦点位置の状態においては、１０ｍｍ付近において３５μｍ以上の解像力を有すると共に、５ｍｍ以上の深度幅を有する。
なお、図６及び図７に示す３５μｍラインは、３５μｍピッチの白黒を識別できる解像力を示し、第１領域Ｒａ内での焦点位置（第２焦点位置の場合）において３５μｍラインを超える解像力を満たすことが分かる。
また、本実施形態においては、図６の解像力の特性から分かるように、２つの移動範囲Ｋａ，Ｋｂに対応するＲａ，Ｒｂにおいて、対物光学系１７を複数の焦点位置に設定した場合、遠点側の焦点位置に設定する程に、隣接する焦点位置との深度幅の重なり幅を大きくしている。図７は、深度幅の重なり幅の程度を示している。

第１焦点位置と第２焦点位置との深度幅の重なり幅をＣ１２，第２焦点位置と第３焦点位置と深度幅の重なり幅をＣ２３，第３焦点位置と第４焦点位置との深度幅の重なり幅をＣ３４とすると、Ｃ１２＞Ｃ２３＞Ｃ３４となるように設定している。
このように設定することにより、遠点側程、その深度幅を広く設定でき、内視鏡２の先端部１１を移動して、その移動により１つの焦点位置から隣接する他方の焦点位置に合焦状態を移動させた場合にも主要部がぼけることなく円滑に他方の焦点位置の合焦状態に移動設定することができる。なお、後述する他の実施形態においても、図７で説明した場合と同様に、遠点側になる程、深度幅の重なり幅が大きくなるように設定されている。

次に本実施形態の動作を図８を参照して説明する。
内視鏡装置１を図１に示すように設定し、電源を投入して内視鏡装置１を動作状態にする。最初のステップＳ１においてＣＰＵ３６は、初期設定の処理において、合焦用レンズ２６をオートフォーカス制御を行う状態に設定する。
また、ＣＰＵ３６は、ステップＳ２に示すように初期状態として、切替スイッチＳＷ１が合焦用レンズ２６を第１の移動範囲Ｋａ内で、第１領域Ｒａ側で合焦領域とするようにオートフォーカス制御を行うようにする。
そしてステップＳ３に示すように、対物光学系１７は、合焦状態として第１焦点位置又は第２焦点位置に設定するように合焦用レンズ２６によりオートフォーカスで調節される。また、ステップＳ４に示すようにオートフォーカスされた場合の現在の焦点位置情報がメモリ３８の焦点位置情報記憶部３８ｂに記憶される。このため、現在の焦点位置から、別の焦点位置に移動する場合、簡単に別の焦点位置に設定することができる。なお、エンコーダを設けて、アクチュエータ４５の駆動状態、又は合焦用レンズ２６の設定位置の情報を取得したり、設定位置の確認に用いることができるようにしても良い。

そして、ステップＳ５に示すように、第１焦点位置又は第２焦点位置に設定された状態で、モニタ５には所定の表示サイズで内視鏡画像が表示される。
術者は内視鏡２を管腔内に挿入し、先端部１１を移動しながら病変の有無の粗い振るい分け、つまりスクリーニング検査を行うような場合、比較的に広い深度幅を有する第１焦点位置又は第２焦点位置に設定された状態となるので、スクリーニングを円滑に行うことができる。

術者は、病変の可能性がある診断対象の部位を、詳細に観察しようと思う場合には先端部１１をその部位に近づけ、より詳細に観察できるように切替スイッチＳＷ１を押す操作を行う。
この切替スイッチＳＷ１を操作する前の遠点側の合焦状態としては、第２焦点位置に設定でき、この第２焦点位置の状態において、診断対象の部位から１５ｍｍ以下の距離となる焦点位置で、３５μｍ以上の解像力を有すると共に、その深度幅も５ｍｍ以上となる所定の観察条件を満たす。なお、深度幅が１０ｍｍ以上あればなお良い。
従って、術者は、切替スイッチＳＷ１を操作する前において、診断対象の部位の様子を十分に識別ないしは把握でき、切替スイッチＳＷ１による切替の操作によって、より詳細に観察するプロセスに円滑に移行できる。なお、上記のような所定の観察条件を満たさない場合、例えば３５μｍよりも低い解像力しか達成できないような場合、遠点側での合焦状態ではスクリーニング検査に対する解像力を提供できなくなり、スクリーニング検査を円滑に行い難くなってしまう。

ＣＰＵ３６は、ステップＳ６に示すように切替スイッチＳＷ１が操作されたか否かを監視しており、操作されていないと判定した場合（ステップＳ６：Ｎｏ）には、ステップＳ２に戻る。
一方、切替スイッチＳＷ１が操作されたと判定した場合（ステップＳ６：Ｙｅｓ）には、ステップＳ７においてＣＰＵ３６は、合焦用レンズ２６を第２の移動範囲Ｋｂ内で移動させ、第２領域Ｒｂ側を合焦領域とするようにオートフォーカス制御を行うように制御する。
そしてステップＳ８に示すように、対物光学系１７は、合焦状態として第３焦点位置又は第４焦点位置に設定するように合焦用レンズ２６によりオートフォーカスで調節される。また、ステップＳ９に示すようにオートフォーカスされた場合の現在の焦点位置情報がメモリ３８に記憶される。

そして、ステップＳ１０に示すように、第３焦点位置又は第４焦点位置に設定された状態で、モニタ５には所定の表示サイズで内視鏡画像が表示される。
術者は、近点側の診断対象の部位を観察する場合、遠点側の場合の表示サイズからその表示サイズが変動することなく、高い解像力の内視鏡画像により観察することができる。
上述したように本実施形態においては、合焦用レンズ２６を移動範囲内で移動した場合にも、画角が殆ど変化しない対物光学系１７を備えており、画角が変化するような場合における表示サイズを一定に保つために必要となる拡大処理や縮小処理が不必要となり、簡単な画像処理で済む。なお、後述する他の実施形態においても、合焦用レンズ２６を移動範囲内で移動した場合、本実施形態の場合と同様に、画角が殆ど変化しない対物光学系を備えており、同様の効果を有する。
術者は、診断対象の部位を近点側での高い解像力の状態での観察によって、その部位が病変組織であるか否かの診断を円滑に行うことができる。その部位に対する診断を終了して、再び他の部位に対するスクリーニング検査を続行する場合には、術者は切替スイッチＳＷ１を操作する。

ステップＳ１１に示すようにＣＰＵ３６は切替スイッチＳＷ１が操作されたか否かを監視しており、操作されていないと判定した場合（ステップＳ１１：Ｎｏ）には、ステップＳ７のオートフォーカス制御の処理に戻る。
一方、切替スイッチＳＷ１が操作されたと判定した場合（ステップＳ１１：Ｙｅｓ）には、ステップＳ１２においてＣＰＵ３６は内視鏡２による観察（検査）を終了する指示がされたか否かを判定し、終了の指示がされていない場合（ステップＳ１２：Ｎｏ）にはステップＳ２の処理に戻り、第１の移動範囲Ｋａでオートフォーカス制御を行う。
これに対して終了が指示された場合（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）には、ＣＰＵ３６は、内視鏡装置１の電源をＯＦＦにして図８の動作を終了する。

このように動作する本実施形態によれば、オートフォーカスする速度を向上でき、かつ誤動作を低減できると共に、最も遠点側において内視鏡による検査又は観察を円滑に行うのに適した観察条件を満たす内視鏡装置を提供できる。
より具体的には、合焦用レンズ２６の可動範囲を複数に分割し、分割した可動範囲内で移動するように制限しているので、制限しない場合よりも移動量を小さくでき、短時間に合焦状態に設定できる。
また、本実施形態においては、分割した各移動範囲内における２つの焦点位置間でオートフォーカスさせるように制御しているので、より短時間に合焦状態に設定できる。

また、合焦用レンズ２６の移動により合焦状態に設定できる合焦領域を複数のうちの１つに制限するようにしているので、オートフォーカスし難い撮像条件の場合、例えば内視鏡画像におけるコントラスト変化が小さいような撮像状態や、電気メスなどの使用によりノイズが影響し易い撮像状態などの場合においても、フォーカスさせるべき位置から大きく異なる位置にデフォーカスさせてしまう誤動作を有効に防止できる。
また、最も遠点側において、先端部１１に設けた撮像ユニット１９が、被写体までの距離が１５ｍｍ以下となる焦点位置において３５μｍ以上の解像力を有し、かつ５ｍｍ以上の深度幅を有する所定の観察条件を満たすようにできるので、内視鏡２による検査又は観察を円滑に行うことができる。
このように本実施形態の内視鏡装置１によれば、術者は内視鏡２を用いた検査又は観察を円滑に行うことができる。

（第２の実施形態）
次に本発明の第２の実施形態を説明する。本実施形態の内視鏡装置は、図１に示す第１の実施形態の内視鏡装置１とは対物光学系及びＣＣＤが異なる。本実施形態においては図９に示す対物光学系１７Ｂを採用し、また、画素ピッチＰが２．３μｍのＣＣＤ１８Ｂを採用している。
なお、図９（Ａ）及び図９（Ｂ）は、それぞれ第１焦点位置、第５焦点位置に設定された状態での対物光学系１７Ｂの断面図を示す。対物光学系１７Ｂは、前群Ｇ１が凹レンズＬ１，平行平板Ｌ２，凸レンズＬ３（２６）からなり、後群Ｇ２が絞り、凸レンズＬ４，凸レンズＬ５と凹レンズＬ６との接合レンズ，平行平板Ｌ７からなる。また、平行平板Ｌ７の後方に平板の光学素子Ｉ１，Ｉ２が配置され、光学素子Ｉ２の後面にモザイクカラーフィルタ１８ａを備えたＣＣＤ１８Ｂが配置される。

その他のハードウェア的な構成は、図１と同様であり、同じ符号を用いて説明する。また、本実施形態においては、対物光学系１７Ｂを合焦状態に設定する焦点位置として、図１０に示すように第１領域Ｒａにおいては第１焦点位置又は第２焦点位置に設定し、第２領域Ｒｂにおいては第３〜第５焦点位置に設定する。
そのため、メモリ３８は、対物光学系１７Ｂを第１〜第５焦点位置に設定するために合焦用レンズ２６を位置決めするのに必要な設定情報を格納する。
本実施形態の数値データを以下に示す。

第２の実施形態の数値データ
面番号 曲率半径 面間隔 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ D0
1 ∞ 0.4 1.88815 40.76
2 1.1238 0.76
3 ∞ 0.62 1.51965 75
4 ∞ D4
5 1.2768 0.55 1.88815 40.76
6 1.4194 D6
７（絞り） ∞ 0.11
8 2.7182 1.09 1.48915 70.23
9 -2.7182 1.17
10 4.7991 1.49 1.77621 49.6
11 -2.0966 0.34 1.93429 18.9
12 -8.0131 0.18
13 ∞ 0.41 1.52513 58.5
14 ∞ 0.6
15 ∞ 0.95 1.51825 64.14
16 ∞ 0.75 1.61379 50.2
（像面） ∞
第1焦点位置 第2焦点位置 第3焦点位置 第4焦点位置 第5焦点位置
D0 18 11 5.5 3.54 2.12
D4 0.14 0.22 0.39 0.54 0.74
D6 0.68 0.6 0.43 0.28 0.08
深度幅(mm) 8.4-100以上 6.3-35 3.82-9.4 2.63-5.16 1.66-2.85
画角(°） 133.3 132.3 130.5 129.6 129.4
ピッチP 2.3μｍ
IH 1.346
IH/P 585.2
f 1.355
IH/f 0.911
分解能 33.5μｍ (6.3mm時)
f_合 5.085
f_合/ｆ 3.44
本実施形態においては、近点側における合焦状態のゾーンを、第１の実施形態の場合よりも拡大している。つまり、第５焦点位置に設定した場合、１．６６ｍｍから２．８５ｍｍまでの深度幅で、近接して患部等を詳細に検査、観察できる。その他、本実施形態は、第１の実施形態とほぼ同様の効果を有する。

本実施形態の変形例として、近点側の第２領域Ｒｂを２つの移動範囲でカバーするようにしても良い。具体的には、本実施形態の場合の第２領域Ｒｂをカバーする第２の移動範囲Ｋｂを、深度幅が２．５ｍｍ以上となる移動範囲Ｋｂ１と、深度幅が２．５ｍｍ未満となる移動範囲Ｋｂ２とに分割する。なお、深度幅が２．５ｍｍの値で分割する場合に限定されるものでなく、２ｍｍから３ｍｍ程度の値で分割するようにしても良い。
この場合の移動範囲Ｋｂ１，Ｋｂ２に分割した場合の物体距離の境界は、図１１の点線Ｂｃに示すようになる。この境界Ｂｃにより、第２領域Ｒｂと、第３領域Ｒｃに分けられる。このように分割した場合、第３領域Ｒｃにおいては１つの焦点位置に設定される。なお、第３領域Ｒｃにおいて、さらに複数の焦点位置に設定できる構成にしても良い。

（第３の実施形態）
次に本発明の第３の実施形態を説明する。本実施形態の内視鏡装置は、図１に示す第１の実施形態の内視鏡装置１とは対物光学系及びＣＣＤが異なる。本実施形態においては図１２に示す対物光学系１７Ｃを採用し、また、画素ピッチＰが１．４μｍのＣＣＤ１８Ｃを採用している。
なお、図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）は、それぞれ第１焦点位置、第４焦点位置に設定された状態での対物光学系１７Ｃの断面図を示す。
対物光学系１７Ｃは、前群Ｇ１が凹レンズＬ１，凹レンズＬ２，凸レンズＬ３（２６）からなり、後群Ｇ２が絞り、凸レンズＬ４、凸レンズＬ５と凹レンズＬ６との接合レンズ，平行平板Ｌ７、Ｌ８からなる。また、平行平板Ｌ８の後方に平板の光学素子Ｉ１，Ｉ２が配置され、光学素子Ｉ２の後面にモザイクカラーフィルタ１８ａを備えたＣＣＤ１８Ｃが配置される。その他のハードウェア的な構成は、図１と同様である。本実施形態の数値データを以下に示す。

第３の実施形態の数値データ
第3実施例数値データ
面番号 曲率半径 面間隔 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ D0
1 ∞ 0.4 1.81991 44.36
2 1.2646 1.18
3 -1.7487 0.52 1.88815 40.76
4 -1.8479 D4
5 2.352 0.815 1.50349 56.42
6 3.0877 D6
7（絞り） ∞ 0.07
8 3.4714 1.22 1.48915 70.23
9 -3.1907 0.87
10 3.2151 1.199 1.48915 70.23
11 -1.7375 0.3 1.93429 18.9
12 -3.7434 0.095
13 ∞ 0.246 1.51564 75.01
14 ∞ 0.243
15 ∞ 0.318 1.52513 58.5
16 ∞ 0.71
17 ∞ 0.79 1.51825 64.14
18 ∞ 0.52 1.50801 60
（像面） ∞
第1焦点位置 第2焦点位置 第3焦点位置 第4焦点位置
D0 28 14.7 9.45 6.25
D4 0.25 0.5 0.75 1.05
D6 0.843 0.593 0.343 0.043
深度幅(mm) 15.3-100以上 10-26 7.1-13.7 5-8.15
画角(°） 128.9 129 129.5 130.6
ピッチP 1.4μｍ
IH 1.284
IH/P 917
ｆ 1.365
IH/ｆ 0.941
分解能 34.1μｍ (10mm時)
f_合 14.3
f_合/ｆ 10.48
本実施形態における対物光学系１７Ｃは、第１の実施形態の対物光学系１７において、接合レンズと光学素子Ｉ１との間に平行平板Ｌ７，Ｌ８を配置した構成に近い。本実施形態における物体距離に対する解像力の特性は、図１３のようになり、第１の実施形態の場合に近い特性となる。
また、本実施形態の効果は、第１の実施形態とほぼ同様である。

（第４の実施形態）
次に本発明の第４の実施形態を説明する。本実施形態の内視鏡装置は、図１に示す第１の実施形態の内視鏡装置１とは対物光学系及びＣＣＤが異なる。本実施形態においては図１４に示す対物光学系１７Ｄを採用し、また、画素ピッチＰが１．６μｍのＣＣＤ１８Ｄを採用している。
なお、図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）は、それぞれ第１焦点位置、第６焦点位置に設定された状態での対物光学系１７Ｄの断面図を示す。対物光学系１７Ｄは、前群Ｇ１が凹レンズＬ１，凹レンズＬ２，凸レンズＬ３（２６）からなり、後群Ｇ２が絞り、凸レンズＬ４，凸レンズＬ５と凹レンズＬ６との接合レンズからなる。また、接合レンズの後方に平板の光学素子Ｉ１，Ｉ２が配置され、光学素子Ｉ２の後面にモザイクカラーフィルタ１８ａを備えたＣＣＤ１８Ｄが配置される。

その他のハードウェア的な構成は、図１と同様である。
また、本実施形態においては、対物光学系１７Ｄを合焦状態に設定する焦点位置として、図１５に示すように第１領域Ｒａにおいては第１〜第３焦点位置に設定し、第２領域Ｒｂにおいては第４〜第６焦点位置に設定する。
そのため、メモリ３８は、対物光学系１７Ｄを第１〜６焦点位置に設定するために合焦用レンズ２６を位置決めするのに必要な設定情報を格納する。
本実施形態の数値データを以下に示す。

第４の実施形態の数値データ
面番号 曲率半径 面間隔 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ D0
1 ∞ 0.4 1.88815 40.76
2 1.4202 0.38
3 5.8125 0.6 1.48972 70.17
4 1.4609 D4
5 1.7468 0.49 1.52545 50.5
6 4.4207 D6
7（絞り） ∞ 0.05
8 4.2705 2.44 1.88885 37.24
9 -3.7495 0.15
10 6.4642 1.2 1.63801 59.32
11 -1.5 0.3 1.9343 18.9
12 -4.4713 1.012
13 ∞ 1.88 1.51825 64.14
14 ∞ 1.0 1.50801 60
（像面） ∞

第1焦点 第2焦点 第3焦点 第4焦点 第5焦点 第6焦点
D0 22.7 17.8 12.2 8.05 5.52 3.72
D4 0.247 0.267 0.307 0.367 0.437 0.527
D6 0.872 0.852 0.812 0.752 0.682 0.592
深度 12.5-100 10.7-46.5 8.22-22.2 5.96-11.8 4.35-7.32 3.06-4.61
幅(mm) 以上
画角(°) 130.4 130.3 130.3 130.3 130.5 130.9
想定ヒ゜ッチP 1.6μm
IH 1.29
IH/P 806
f 1.345
IH/f 0.96
分解能 32.7μm (8.22mm時)
f_合 5.17
f_合/f 3.84

本実施形態においては、近点側及び遠点側においてそれぞれ３つの合焦ゾーンを設定している。その他、本実施形態は、第１の実施形態とほぼ同様の効果を有する。

（第５の実施形態）
次に本発明の第５の実施形態を説明する。図１６は本実施形態の内視鏡装置１Ｅを示す。この内視鏡装置１Ｅは、図１に示す第１の実施形態の内視鏡装置１とは対物光学系及びＣＣＤが異なると共に、図１の光源装置３、画像処理装置４と若干異なる光源装置３Ｅ、画像処理装置４Ｅを採用している。本実施形態においては図１７に示す対物光学系１７Ｅを採用し、また、画素ピッチＰが２．５μｍのモノクロのＣＣＤ１８Ｅを採用している。
図１７（Ａ）及び図１７（Ｂ）は、それぞれ第１焦点位置、第６焦点位置に設定された状態での対物光学系１７Ｅの断面図を示す。対物光学系１７Ｅは、前群Ｇ１が凹レンズＬ１，凹レンズＬ２，凸レンズＬ３（２６）からなり、後群Ｇ２が絞り、凸レンズＬ４、凸レンズＬ５と凹レンズＬ６との接合レンズからなる。また、接合レンズの後方に平板の光学素子Ｉ１，Ｉ２が配置され、光学素子Ｉ２の後面にＣＣＤ１８Ｅが配置される。

また、光源装置３Ｅは、図１の光源装置３におけるランプ３ａと絞り３ｃとの間の光路中に回転フィルタ３ｅが配置されている。この回転フィルタ３ｅはモータ３ｆにより回転され、面順次のＲ，Ｇ，Ｂの照明光をライトガイド１４に供給する。
そして、モノクロのＣＣＤ１８Ｅにより撮像する。モノクロのＣＣＤ１８Ｅは、面順次のＲ，Ｇ，Ｂの照明光のもとで、面順次のＲ，Ｇ，Ｂの輝度信号を生成する。
また、画像処理装置４Ｅは、図１の画像処理装置４における信号変換回路３３ａによる信号変換とは若干異なる信号変換を行う信号変換回路３３ａ′を有する。

この信号変換回路３３ａ′は、面順次で撮像したＲ，Ｇ，Ｂの画像信号をメモリに一時格納して、同時に読み出して同時化されたＲ，Ｇ，Ｂの画像信号を生成し、さらに同時化されたＲ，Ｇ，Ｂの画像信号からマトリックス回路により輝度信号Ｙと色信号Ｃに変換する。
画像処理装置４Ｅによるその他の信号処理は、図１の場合と同様である。また、本内視鏡装置１Ｅの構成は、第１の実施形態の場合と、モノクロのＣＣＤ１８Ｅを採用していることを除くと類似した構成である。
本実施形態における解像力の特性を図１８に示す。また、本実施形態の数値データは、以下のようになる。

第５の実施形態の数値データ
面番号 曲率半径 面間隔 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ D0
1 ∞ 0.4 1.88815 40.76
2 1.4202 0.38
3 5.8125 0.6 1.48972 70.17
4 1.4609 D4
5 1.7468 0.49 1.52545 50.5
6 4.4207 D6
7（絞り） ∞ 0.05
8 4.2705 2.44 1.88885 37.24
9 -3.7495 0.15
10 6.4642 1.2 1.63801 59.32
11 -1.5 0.3 1.9343 18.9
12 -4.4713 1.012
13 ∞ 1.88 1.51825 64.14
14 ∞ 1.0 1.50801 60
（像面） ∞
第1焦点位置 第2焦点位置 第3焦点位置 第4焦点位置 第5焦点位置
D0 22.7 16 11.4 6.84 4.65
D4 0.27 0.32 0.37 0.47 0.57
D6 0.95 0.9 0.85 0.75 0.65
深度(mm) 14.3-100以上 10.5-31.7 8.1-18 5.37-9.17 3.83-5.81
画角(°） 128.1 128.1 128.1 28.2 128.6
ピッチP 2.5μｍ
IH 1.29
IH/P 554
f 1.345
IH/f 0.935
分解能 30.75μｍ (8.1mm時)
f_合 6.294
f_合/f 4.25
本実施形態の内視鏡装置１Ｅは以下の構成及び特徴を有する。

内視鏡装置１Ｅは管腔内に挿入される内視鏡２Ｅと、前記内視鏡２Ｅの先端部１９に搭載され前記管腔内の被写体の像を結像する対物光学系であって、光軸方向に移動可能な合焦用レンズ２６を含み、上述した条件式（１）、（２）を満足する対物光学系１７Ｅと、前記対物光学系１７Ｅによって結像された像を撮像する固体撮像素子であって、下記の条件式（４）を満足し、画素毎に輝度信号を生成するモノクロの固体撮像素子としてのＣＣＤ１８Ｅと、前記合焦用レンズ２６を移動して前記対物光学系１８Ｅを自動で合焦状態の焦点位置に調節する合焦調節機構２７と、前記合焦用レンズ２６の移動範囲の切替を行う移動範囲切替手段としての切替スイッチＳＷ１と、前記移動範囲切替手段の切替に連動して、前記移動範囲を信号により制限する移動範囲制限手段としての制限部３７ａと、前記移動範囲制限手段により制限された前記移動範囲内において前記合焦調節機構２７により前記対物光学系１８Ｅが合焦状態となる複数の焦点位置に調節するための情報を記憶する設定情報記憶手段としてのメモリ３８と、を備え、前記移動制限手段で制限された最も遠点側の移動範囲において、前記設定情報記憶手段に記憶した情報に従って、前記合焦調節機構２７により前記対物光学系１８Ｅを自動で焦点位置に調節した場合、前記対物光学系１８Ｅの被写体との距離が１５ｍｍ以下となる焦点位置において、前記対物光学系１８Ｅの光軸上の解像力は、３５μｍ以上の解像力を有すると共に、前記対物光学系１８Ｅの光軸上における空間周波数１／（２ＸＰ）のＭＴＦが１０％以上となる範囲を深度幅と定義した場合、前記対物光学系１８Ｅは、５ｍｍ以上の深度幅を有することを特徴とする。

（４） ３６０＜ＩＨ／Ｐ＜８００
但し、ＩＨは固体撮像素子の撮像領域内の中心から最も遠い位置までの距離、Ｐは固体撮像素子の画素ピッチである。

なお、後述する他の実施形態も、上述した条件式（１），（２）、（４）を満たす。なお、本実施形態は、色分離フィルタを備えた実施形態の場合とは、上述した条件式（４）
（４）３６０＜ＩＨ／Ｐ＜８００
が、上述した条件式（３）と異なっている。
本実施形態の内視鏡装置１Ｅの動作は、固体撮像素子としてモノクロのＣＣＤ１８Ｅを用い、そのために深度幅がカラー撮像用のＣＣＤ１８の場合よりも向上した以下の効果を有する。

つまり、最も遠点側において、先端部１１に設けた撮像ユニット１９、が被写体までの距離が１５ｍｍ以下となる焦点位置において３５μｍ以上の解像力を有し、かつ５ｍｍ以上の深度幅を有する所定の観察条件を満たすようにできるので、内視鏡２による検査又は観察を円滑に行うことができる。
但し、本実施形態においては、遠点側の第１領域Ｒａにおいては３つの焦点位置に設定し、近点側の第２領域Ｒｂにおいては２つの焦点位置に設定する構成にしている。
本実施形態の効果は、遠点側の移動範囲において上記のようにカラー撮像用のＣＣＤ１８等の場合よりも、より向上した深度幅で観察できる効果を有し、その他、第１の実施形態とほぼ同様に、オートフォーカスする速度を向上でき、かつ誤動作を低減できると共に、最も遠点側において内視鏡による検査又は観察を円滑に行うのに適した観察条件を満たす内視鏡装置を提供できる。

（第６の実施形態）
次に本発明の第６の実施形態を説明する。本実施形態の内視鏡装置は、図１６に示す第５の実施形態の内視鏡装置１Ｅとは異なる対物光学系１７Ｆ及びＣＣＤ１８Ｆを採用している。本実施形態においては図１９に示す対物光学系１７Ｆを採用し、また、画素ピッチＰが２．５μｍのＣＣＤ１８Ｆを採用している。
なお、図１９（Ａ）及び図１９（Ｂ）は、それぞれ第１焦点位置、第５焦点位置に設定された状態での対物光学系１７Ｆの断面図を示す。対物光学系１７Ｆは、前群Ｇ１が凹レンズＬ１，凹レンズＬ２，凸レンズＬ３（２６）からなり、後群Ｇ２が絞り、凸レンズＬ４，凸レンズＬ５と凹レンズＬ６との接合レンズからなる。また、接合レンズの後方に平板の光学素子Ｉ１が配置され、光学素子Ｉ１の後面にＣＣＤ１８Ｆが配置される。
その他のハードウェア的な構成は、図１６と同様である。本実施形態における解像力の特性を図２０に示す。また、本実施形態の数値データを以下に示す。

第６の実施形態の数値データ
面番号 曲率半径 面間隔 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ D0
1 ∞ 0.32 1.88815 40.76
2 0.9624 0.47
3 -5.0462 0.48 1.88151 41.14
4 -31.2269 D4
5 2.0961 1.03 1.50363 60.42
6 17.7264 D6
７（絞り） ∞ 0.04
8 2.2826 1.26 1.64065 29.99
9 -4.7152 0.12
10 4.0928 0.96 1.68137 56.93
11 -1.0154 0.24 1.92601 20.84
12 -4.0318 1.16
13 ∞ 1.92 1.51825 64.14
（像面） ∞
第1焦点位置 第2焦点位置 第3焦点位置 第4焦点位置 第5焦点位置
D0 26.5 13.8 9.1 5.75 3.86
D4 0.2 0.24 0.28 0.34 0.41
D6 0.7 0.66 0.62 0.56 0.49
深度幅(mm) 11.9-100以上 8.2-36.8 6.13-16.1 4.31-8.3 3.07-5.03
画角(°） 124 123.9 123.9 124.1 124.4
ピッチP 2.5μｍ
IH 0.992
IH/P 396.8
ｆ 1.086
IH/f 0.914
分解能 31.7μｍ (6.13mm時)
f_合 6.294
f_合/f 4.25
本実施形態は、第５の実施形態とほぼ同様な効果を有する。

（第７の実施形態）
次に本発明の第７の実施形態を説明する。本実施形態の内視鏡装置は、図１６に示す第５の実施形態の内視鏡装置１Ｅとは異なる対物光学系１７Ｇ及びＣＣＤ１８Ｇを採用している。
本実施形態においては図２１に示す対物光学系１７Ｇを採用し、また、画素ピッチＰが１．８μｍのＣＣＤ１８Ｇを採用している。
なお、図２１（Ａ）及び図２１（Ｂ）は、それぞれ第１焦点位置、第６焦点位置に設定された状態での対物光学系１７Ｇの断面図を示す。対物光学系１７Ｇは、前群Ｇ１が凹レンズＬ１，凹レンズＬ２，凸レンズＬ３（２６）からなり、後群Ｇ２が絞り、凸レンズＬ４，凸レンズＬ５と凹レンズＬ６との接合レンズからなる。また、接合レンズの後方に平板の光学素子Ｉ１が配置され、光学素子Ｉ１の後面にＣＣＤ１８Ｇが配置される。
その他のハードウェア的な構成は、図１６と同様である。本実施形態における解像力の特性を図２２に示す。また、本実施形態の数値データを以下に示す。

第７の実施形態の数値データ
面番号 曲率半径 面間隔 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ D0
1 ∞ 0.4 1.88815 40.76
2 1.203 0.59
3 -6.3078 0.6 1.88151 41.14
4 -39.0336 D4
5 2.6201 1.29 1.50363 60.42
6 22.1581 D6
7（絞り） ∞ 0.05
8 2.8532 1.57 1.64065 29.99
9 -5.8939 0.15
10 5.116 1.2 1.68137 56.93
11 -1.2692 0.3 1.92601 20.84
12 -5.0398 1.378
13 ∞ 2.5 1.51825 64.14
（像面） ∞
第1焦点位置 第2焦点 第3焦点 第4焦点 第5焦点 第6焦点
D0 33.7 24.5 15.6 9.78 6.9 5.2
D4 0.25 0.27 0.31 0.37 0.43 0.49
D6 0.87 0.85 0.81 0.75 0.69 0.63
深度幅19.5-100以上 5.9-51 11.5-23.9 7.9-12.8 5.8-8.44 4.49-6.11
画角(°) 127.6 127.6 127.5 127.5 127.7 127.9
ヒ゜ッチP 1.8μm
IH 1.261
IH/P 700.6
f 1.357
IH/f 0.929
分解能 33μm (11.5mm時)
f_合 5.773
f_合/f 4.25
本実施形態は、第５の実施形態とほぼ同様の効果を有する。

なお、合焦調節機構２７（図２参照）として、以下のように動き検出回路３６ｄを備えた構成にしても良い。
図１６において点線で示すように、輝度信号Ｙから隣接する２つ又は２以上のフレーム間における画像の動きを検出する動き検出手段としての動き検出回路３６ｄをＣＰＵ３６内に設ける。
この動き検出回路３６ｄは、例えば撮像領域の中央付近に設定した設定領域内で検出される輪郭等の特徴量が、隣接する別のフレームにおける同じ設定領域内においてどれだけ移動したかを表す移動ベクトルを検出する動きベクトル検出回路と、その検出結果を比較する比較回路と、を備えた動き検出／比較回路３６ｅと、比較を行う場合の基準となる閾値を発生する閾値回路３６ｆとからなる。

そして、動きベクトル検出回路により検出した移動ベクトルの絶対値を閾値回路３６ｆの閾値と比較し、閾値以上の動き量が検出された場合には、動き検出信号をオートフォーカス制御部３６ｂに出力する。
オートフォーカス制御部３６ｂは、動き検出回路３６ｄにより動き検出信号が入力されない場合には、現在設定されている焦点位置を保持し、動き検出信号が入力された場合には、現在の焦点位置とは異なる隣接する焦点位置に対物光学系を設定し、いずれの焦点位置がコントラストが最も大きいかの比較によりオートフォーカス制御を行う。
このように画像の時間的な動き量に応じてオートフォーカス制御の動作を抑制又は抑制を解除するように制御することにより、より有効にオートフォーカス制御を行うことができる。

つまり、画像の時間的な動き量が小さい場合には、オートフォーカスにより焦点位置の移動を繰り返す動作を時間的に抑制し、閾値以上の動き量が検出された場合には、オートフォーカスにより焦点位置の移動を行わせることにより、内視鏡２の移動による観察対象の移動に連動してオートフォーカス制御を円滑に行うことができる。なお、図１の内視鏡装置１においても同様の構成を追加しても良い。
また、上述した実施形態を部分的に組み合わせる等して構成される実施形態も本発明に属する。

本出願は、２０１１年８月１０日に日本国に出願された特願２０１１−１７５３１３号を優先権主張の基礎として出願するものであり、上記の開示内容は、本願明細書、請求の範囲に引用されるものとする。

Claims (14)

1. 管腔内に挿入される内視鏡と、
   前記内視鏡の先端部に搭載され前記管腔内の被写体の像を結像する対物光学系であって、光軸方向に移動可能な合焦用レンズを含み、条件式（１）、（２）を満足する対物光学系と、
   前記対物光学系によって結像された像を撮像する固体撮像素子であって、下記の条件式（３）を満足し、画素毎に色分離フィルタが配されたカラー撮像用の固体撮像素子と、
   前記合焦用レンズを移動して前記対物光学系を自動で合焦状態に調節する合焦調節機構と、
   前記合焦用レンズの移動範囲の切替を行う移動範囲切替部と、
   前記移動範囲切替部の切替に連動して、前記移動範囲を信号により制限する移動範囲制限部と、
   前記移動範囲制限部により制限された前記移動範囲内において前記合焦調節機構により前記対物光学系を複数の合焦状態に調節するための情報を記憶する設定情報記憶部と、
   を備えることを特徴とする内視鏡装置。
   （１） ０．８＜ＩＨ／ｆ＜１．２
   （２） ３．４＜ｆ_合／ｆ＜１５
   （３） ５５０＜ＩＨ／Ｐ＜１２００
   但し、ＩＨは固体撮像素子の撮像領域内の中心から最も遠い位置までの距離、ｆは前記対物光学系の焦点距離、ｆ_合は前記合焦用レンズの焦点距離、Ｐは固体撮像素子の画素ピッチである。
2. 前記移動範囲制限部で制限された複数の移動範囲において、遠点側の合焦状態に設定する程に、隣接する合焦状態の深度幅との重なり幅が大きいことを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
3. 前記合焦用レンズは、単一のレンズ、または接合レンズにより構成されることを特徴とする請求項２に記載の内視鏡装置。
4. 前記合焦調節機構により自動で焦点調節したときの画角の変動が５％以内であることを特徴とする請求項２に記載の内視鏡装置。
5. 前記移動範囲は、２つの移動範囲であるとを特徴とする請求項２に記載の内視鏡装置。
6. 前記移動範囲は、２つの移動範囲であるとを特徴とする請求項４に記載の内視鏡装置。
7. 前記移動範囲制限部で制限された最も遠点側の移動範囲において、前記設定情報記憶部に記憶した情報に従って、前記合焦調節機構により前記対物光学系を自動で合焦状態に調節した場合、
   前記対物光学系の被写体との距離が１５ｍｍ以下となる合焦状態において、前記対物光学系の光軸上の解像力は、３５μｍ以上の解像力を有すると共に、
   前記対物光学系の光軸上における空間周波数１／（３×Ｐ）のＭＴＦが１０％以上となる範囲を深度幅と定義した場合、前記対物光学系は、５ｍｍ以上の深度幅を有することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
8. 前記最も遠点側の移動範囲よりも近点側の移動範囲を、前記深度幅が２．５ｍｍ以上となる移動範囲と、前記深度幅が２．５ｍｍ未満となる移動範囲とにさらに分割したことを特徴とする請求項７に記載の内視鏡装置。
9. 前記合焦調節機構は、前記固体撮像素子により撮像された時間的に異なるフレーム間の画像における動き量を検出する動き検出部を有し、検出された動き量が閾値を超えるか否かに応じて、現在設定されている前記対物光学系の合焦状態を別の合焦状態に変更するか否かの判断を抑制することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
10. 管腔内に挿入される内視鏡と、
    前記内視鏡の先端部に搭載され前記管腔内の被写体の像を結像する対物光学系であって、光軸方向に移動可能な合焦用レンズを含み、下記の条件式（１）、（２）を満足する対物光学系と、
    前記対物光学系によって結像された像を撮像する固体撮像素子であって、下記の条件式（３）を満足し、画素毎に輝度信号を生成するモノクロの固体撮像素子と、
    前記合焦用レンズを移動して前記対物光学系を自動で合焦状態に調節する合焦調節機構と、
    前記合焦用レンズの移動範囲の切替を行う移動範囲切替部と、
    前記移動範囲切替部の切替に連動して、前記移動範囲を信号により制限する移動範囲制限部と、
    前記移動範囲制限部により制限された前記移動範囲内において前記合焦調節機構により前記対物光学系を複数の合焦状態に調節するための情報を記憶する設定情報記憶部と、
    を備えることを特徴とする内視鏡装置。
    （１） ０．８＜ＩＨ／ｆ＜１．２
    （２） ３．４＜ｆ_合／ｆ＜１５
    （３） ３６０＜ＩＨ／Ｐ＜８００
    但し、ＩＨは固体撮像素子の撮像領域内の中心から最も遠い位置までの距離、ｆは前記対物光学系の焦点距離、ｆ_合は前記合焦用レンズの焦点距離、Ｐは固体撮像素子の画素ピッチである。
11. 前記移動範囲は、２つの移動範囲であるとを特徴とする請求項１０に記載の内視鏡装置。
12. 前記移動制限部で制限された最も遠点側の移動範囲において、前記設定情報記憶部に記憶した情報に従って、前記合焦調節機構により前記対物光学系を自動で合焦状態に調節した場合、
    前記対物光学系の被写体との距離が１５ｍｍ以下となる合焦状態において、前記対物光学系の光軸上の解像力は、３５μｍ以上の解像力を有すると共に、
    前記対物光学系の光軸上における空間周波数１／（２×Ｐ）のＭＴＦが１０％以上となる範囲を深度幅と定義した場合、前記対物光学系は、５ｍｍ以上の深度幅を有することを特徴とする請求項１０に記載の内視鏡装置。
13. 前記最も遠点側の移動範囲よりも近点側の移動範囲を、前記深度幅が２．５ｍｍ以上となる移動範囲と、前記深度幅が２．５ｍｍ未満となる移動範囲とにさらに分割したことを特徴とする請求項１２に記載の内視鏡装置。
14. 前記合焦調節機構は、前記固体撮像素子により撮像された時間的に異なるフレーム間の画像における動き量を検出する動き検出部を有し、検出された動き量が閾値を超えるか否かに応じて、現在設定されている前記対物光学系の合焦状態を別の合焦状態に変更するか否かの判断を抑制することを特徴とする請求項１０に記載の内視鏡装置。

Images