JPS61140908A

JPS61140908A - 内視鏡における自動焦点調整装置

Info

Publication number: JPS61140908A
Application number: JP59264123A
Authority: JP
Inventors: Toshihito Kawachi; 河内　利仁; Takao Okada; 孝夫岡田; Takeaki Nakamura; 剛明中村; Kimihiko Nishioka; 公彦西岡; Hiroyuki Yamamoto; 博之山本; Hideo Tomabechi; 苫米地　英夫
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1984-12-13
Filing date: 1984-12-13
Publication date: 1986-06-28

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の技術分野〕本発明は内視鏡における自動焦点調整装置に関し、特に
固体撮像素子による内視鏡において液晶レンズを用いて
合焦調整するものである。

〔発明の技術的背景〕

一般に、内視鏡、カメラ、テレビカメラ等の光学観察装
置及び光学撮影装置においては、被写体を鮮明に撮影・
観察できるように、装置の撮影光学系の結像位置が合焦
であるか否かを検出する焦点検出手段を設け、この検出
手段の出力で光学系を自動的に合焦位置に移動設定する
機能を有したものがある。

第２図は上記のような焦点検出手段の一例を原理的に示
す説明図であって、１は光源、２はピンホール３を有し
た受光素子であり、前記光源１からの光は受交素子３の
遮光面２＊ＩｆＣ照射され、ピンホール３を介して受光
面２ｂ側に抜ける。この受光面２ｂ側の所定位置には撮
影・観察レンズ４が設けられ、ピンホール３ｔ−通過し
た光源ｌからの光をレンズ４ｙｋ介して図示しない被写
体に照射している。

このような構成において、今、仮りに被写体が符号すで
示す位置の時合焦であって、それよシ近すぎたシ、それ
より速すぎたシした場合の位置をそれぞれ符号ａ、ｃで
示す。符号すの位置で反射された光は、撮影・観察レン
ズ４を経てピンホール３の位置が収束点（結儂点）とな
るので、このピンホール３周囲の光電面２ｂには、光が
達しない。一方、符号ａの位置で反射された光は、上記
ピンホール３の後方位置が収束点となるので、図示のよ
うにピンホール３外周の光電面２ｂに光が達し、この光
に対する信号が出力される。同様に符号Ｃの位置で反射
された光は、ピンホール３の前方位置ですでに収束点と
なり、その後拡開するので、光電面２ｂに光が達し、受
光素子２からこの光に対する信号が出力される。

したがって、上記受光素子２の出力に基いて観察Ｏ撮影
レンズ４を移動させれば、受光素子２と同等の位置に設
定される撮像フィルム又は接眼部に合焦された光像を結
ぶことができる訳である。

ところで、昨今の内視鏡においては撮影フィルムやリレ
ーレンズを用いることなく、純電子的に被写体像を得る
方式の内視鏡が開発されようとしている。その有力な手
段がＣＯＤ　、ＭＯ８型イメージセンナ等の固体撮像素
子である。

しかして、上記のような固体撮像素子を用いた内視鏡に
おいては焦点調整手段として第２図で説明した構成は利
用することができず、従来は観察部位からの光像が頂度
固体撮儂素子の受光面で結債されるように、内視鏡の挿
入量を調整したシ、対物レンズの位置移動を手元側から
行う必要があった。しかし、内視鏡の挿入量を調整する
ことは、患者には無用な苦痛を与えるという欠点があシ
、また、手元側から対物レンズを移動することは、構造
が複雑化する欠点があった。

〔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、固体撮像
素子を用いた内視鏡において、メカニカルな移動制御を
行うことなく、自動的に焦点調整して常に鮮明な画像を
得ることのできる内視鏡における自動焦点調整装置を提
供することを目的とする。

〔発明の概Ｊ！！］上記目的を達成するため、本発明による自動焦点調整装
置は、内視鏡のヘッド部に設けられ、対物レンズとして
の機能を果す液晶レンズと、焦点検索時、前記液晶レン
ズに焦点掃引可変用の変調信号を印加してその焦点を掃
引する液晶駆動源と、この駆動源の信号が印加される液
晶レンズを通して被写体からの光像を受ける固体撮像素
子と、及が焦点検索時に前記固体撮像素子から得られる
映像信号が供給され、この信号を所定走査方向について
の空間周波数のスペクトラム忙分解する周波数分解手段
と、この手段からのスペクトルデータが供給され、これ
らのデータに基いてその最大空間周波数を与えるデータ
が得られるときの前記変調信号の変調レベルを演算によ
って求める変調レベル検出手段とを具備して成る自動合
焦装賦である。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を図示の実施例について説明する。

第１図は本発明に係る自動焦点調整装置の一実施例を示
すブロック図である。

第１図において、符号１１は内視鏡のヘッド部、１２は
映像信号処理部、１３は表示装置、１４は本発明による
焦点自動調整部、１５は照明用光源部である。

内、視鏡ヘッド部１１は、液晶レンズ１６．ＣＯＤ等の
固体撮像素子１７及びライトガイドテーブル１８を主体
に構成されている。液晶レンズ１６はカバーガラスｌｌ
ａの後方忙配置されており、その焦点距離が後述する液
晶駆動源によって可変されるものである。その構造は、
中心に位置する透明板１６１の両側に外側の透明板１６
２，１６３で液晶セル１６４，１６ｓを封入し、各液晶
セル１６４，１６５の両側電極１６ｓ　、１６７．１６
８．１６９のうち、内側電極１６７．１６ｇに共通に駆
動源４０からの信号を印加する一方、外側電極１６６．
１６９　ｆ７ｃ夫々接地点に接続しである。また、固体
撮像素子１７はその受光面１７１を液晶レンズ１６に対
面しておシ、駆動回路１７２からの駆動信号によって駆
動され、その出力はプリアンプ１７３を介して取出され
る。

また、ライトガイドケーブル１８は光源部１５からの照
明光をレンズ１９を介して被写体に照射する。この光源
部１５は、光源２０からの光を反射板２１で反射し、そ
の反射光を３色板２２及びレンズ２３を介してライトガ
イドケーブル１８の入射端に供給する色面順次照明方式
の光源であって、符号２４は３色板２２１に回転駆動す
る回転駆動体である。これによシ、被写体は順次赤、緑
、背の原色光で照明される。

映像信号処理部１２は、前記プリアンプ１７３からの映
像信号を先ずアナログ／デジタル変換器２５で受ケ、そ
のｌフレーム分のデジタル信号を切換スイッチ２６を介
して３つのフレームメモリ２７Ｒ，２８Ｇ、２９Ｂ　に
色面順次で読込まれる。各フレームメモリ２７Ｒ，２８
Ｇ、２９Ｂ　　は夫々デジタルアナログ変換器３０Ｂ、
３１Ｇ、３２Ｂ　　を介して表示装置１３にＲＧＢ信号
を供給している。

焦点自動調整部１４は、各デジタルアナログ変換器３０
Ｒ，３１Ｇ、３２Ｂ　の出力を加算器３３で受け、同加
算器３３で各原色信号を合成して輝度信号を作成してい
る。加算器３３の出力は、高速フーリエ変換器３４を介
してメモリ３５に導入される。このメモリ３５は、高速
フーリエ変換器３４で検出される空間周波数ごとのスペ
クトルを表わすデータがフレーム順次でデジタルデータ
として書込まれ、その読出しデータを演算回路３６に供
給する。この演算回路３６は、前記メモリ３５からの各
フレームごとの組のデータから最高空間周波数成分を表
わすデータに基いて、このデータを与えるような焦点距
離に液晶レンズ１６を設定するための演算を行う、この
演算結果は、ＲＯＭ３７へのアドレスデータの形で供給
される。即ち、このＲＯＭ３７には上記焦点距離を設定
するための多数の合焦データがデジタル的に記憶されて
いる。

を介して液晶レンズ１６の駆動源４０の出力信号を変調
するレベル（量）ＩＣ相当している。切換スイッチ４１
は、前記デジタルアナログ変換器３８からのアナログ電
圧を合焦時に選択し、及び掃引電圧発生回路３９からの
掃引電圧を合焦検索時に選択している。つまり、掃引電
圧発生回路３９は駆動源４０をその出力電圧に応じて変
調し、これによって得られる駆動源４０からの変調信号
で液晶レンズ１６の焦点距離が掃引（検索）される。

そして、前述した最大空間周波数成分を表わすスペクト
ルデータが検出され九時点で、切換スイッチ４１はデジ
タルアナログ変換器３８からの電圧を駆動源４０に供給
するのである。尚、切換スイッチ４１の切換゛制御信号
は例えばＲＯＭ３６へのアドレスデータの発生に同期し
たパルス信号を用いる。

本発明は以上のように構成され、次にその動作を説明す
る。本発明は、被検体からの像が固体撮像素子１７の受
光面１７１に結偉されるように液晶レンズ１６の焦点を
掃引可変して、これにより固体撮像素子１７から得られ
る信号に基いて最適焦点を検出設定するものである。

（１）焦点掃引始めに、内視鏡のヘッド部、即ち、液晶レンズ１６は対
被検体と所定の距離を隔てて静止される。

この状態で焦点掃引を行う。焦点掃引は、駆動源４０を
掃引電圧発生回路３９で制御する。この制御方法は、駆
動源４０として交流信号発生器を用いた場合は、掃引電
圧発生回路３９からの電圧で駆動源４０の出力信号をＡ
Ｍ変調するものである。

また、駆動源４０として周波数信号発生器を用いた場合
は、掃引電圧発生回路３９からの電圧で駆動源４０の出
力信号をＦＭ変調するものである。

このような駆動源４０からの駆動信号が液晶レンズ１６
の各電極１６７．１６８および１６ｇ　、１６９間に印
加されることで、液晶レンズ１６の焦点が所定の範囲で
掃引可変され、固体撮像素子１７には焦点距離が掃引可
変される状態の液晶レンズ１６を通した被写体像光線が
入射される訳である。したがって、固体撮像素子１７は
焦点がずれた状態から順次合焦状態に変化するフレーム
毎に異る像を受ける。

（２）合焦状態の検出こうして固体撮像素子１７で得られる映像信号は、映像
信号処理回路１２によるデジタル処理を受け、その出力
端からアナログ信号に変換された３原色信号が加算器３
３に導入される。これら原色信号を合成すると加算器３
３からは輝度信号が得られ、その出力は高速フーリエ変
換器３４に供給される。高速フーリエ変換器３４は、各
フレームごとの映像信号の例えば特定の一水平走査線に
ついての空間周波数成分に分解し、そのスペクトルデー
タをフレームごとに出力する。メモリ３５は、これらの
データをフレーム態位で蓄積し、そのフレーム期間に得
られたデータのうちの最大空間周波数データを演算で求
め、求めた結果を一時的な基準データとして次のフレー
ム期間に得られるデータを待つ。そして、このフレーム
期間のデータに対しても同様の演算を行い、その結果と
前のフレーム期間に得られた最大空間周波数データとを
比較する。演算回路３６は、このような演算を繰り返す
ことで最適合焦位置において得られる最大空間層波数デ
ータを求め、例えばそのデータを蓄積したメモリ３５の
アドレス内容をＲＯＭ３７に導入する。これによシ、Ｒ
ＯＭ３７からは液晶レンズ１６を合焦状態に設定するよ
うな駆動源４０の変調量を決定する合焦データが読み出
される。

このデータは、デジタル・アナログ変換器３Ｂで電圧量
とされ、切換スイッチ４１が切換わることで駆動源４０
はＲＯＭ３７からのデータに基く変調量の駆動信号を液
晶レンズ１６ＪＣ印加することができる。こうして、固
体撮像素子１７からは、液晶レンズ１６の合焦状態によ
る鮮明な被検体像が得られる訳である。

尚、内視鏡のヘッド部と被検体との距離条件が異る場合
でも、メモリ３４には掃引電圧の変イヒに対応したアド
レス順にデータが記憶されるものである恵め、目的とす
る最大空間周波数データは、その距離条件に応じた所定
アドレス忙蓄積され、これにより得られる変調量データ
も距離の変化に応じた値を取る。

また、掃引中には表示装置１３の画像を一時固定して表
示し、その間に数フレーム分のスペクトルデータ検出を
行うようにすれば、映像がぼけることはない。

更に、麻酔をかけていても消化器は常に動いている上、
術者が内視鏡先端を挿入、湾曲等で移動させているとき
に、焦点合せを駆動すると偉がちらついて見にくいこと
がある。そこで、１０フレーム走査毎に像を固定した上
で、その償信号の低周波成分をカットする逆フーリエ変
換することで、輪郭強調処理を行った画像をモニタ用表
示装置に出力して表示させる。一方このｌＯフレーム走
査問に液晶レンズは掃引電圧によって駆動され、最適合
焦１圧が検出されて、その時の電圧印加で取り込まれた
儂信号ｌフレーム分が、次の１０フレーム間にモニタ用
表示装置に出力されるようにすると、上記ちらつきを防
ぐことができる。

上記実施例では、加算器３３を経た輝度信号をスペクト
ル分解用の信号としたが、原色信号のうちの一つの信号
を用いるようにしてもよい。また、輝度信号の空間周波
数データを得る手段は、高速フーリエ変換手段に限定し
ない。

また更に、未発甲の合焦設定手段は、内視鏡以外の光学
機器に適用してもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、自動的に焦点が調
整されるため、メカニカルな構成を必要とせず内視鏡の
構造が簡素となり、モニタ映像を見ながら手動による調
整が必要でないため、焦点合せが短時間で行え、患者へ
の苦痛も軽減されるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る自動焦点調整装置の一実施例を示
すブロック図、第２図は従来の焦点自動調整法の一例を
説明する説明図である。１１・・・内視鏡先端部、　１２・・・映像処理回路、
１３・・・表示装置、　　　１４・・・焦点自動調整部
。１５・・・光源部、　　　　１６・・・液晶レンズ、１
７・・・固体撮儂素子　　２５・・・アナログデジタ３
０Ｒ，３１Ｇ、３２Ｂ・・・デジタルアナログ変換器、
３３・・・加算器、　　　　　３４・・・高速フーリエ
変換器、３５・・・メモリ、　　　　３６・・・演算回
路３７・・・ＲＯＭ、　　　　　　３ｇ・・・デジタル
アナログ変換器、３９・・・掃引電圧発生回路、４０・・・駆動源。代理人　弁理士　　伊　　藤　　　　　進　　　　′第
１図第２図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）内視鏡のヘッド部に設けられ対物レンズとしての
機能を果す液晶レンズと、焦点検索時、前記液晶レンズ
に焦点掃引可変用の変調信号を印加してその焦点を掃引
する液晶駆動源と、この駆動源の信号が印加される液晶
レンズを通して被写体からの光像を受ける固体撮像素子
と、この固体撮像素子から得られる映像信号を映像処理
して画面に表示する表示手段と、焦点検索時に前記固体
撮像素子から得られる映像信号が供給され、この信号を
所定走査方向についての空間周波数のスペクトラムに分
解する周波数分解手段と、この手段からのスペクトルデ
ータが供給され、これらのデータに基いてその最大空間
周波数を与えるデータが得られるときの前記変調信号の
変調レベルを演算によって求める変調レベル検出手段と
を具備し、この検出手段からの出力で前記液晶駆動源の
変調信号を制御して液晶レンズの焦点を調整するように
したことを特徴とする内視鏡における自動焦点調整装置
。
（２）前記表示手段は、液晶レンズが合焦状態のときに
得られる信号を所定期間固定表示し、この期間に液晶レ
ンズの焦点掃引を行うようにしたことを特徴とする特許
請求の範囲第１項に記載の内視鏡における自動焦点調整
装置。
（３）前記液晶駆動源は、前記変調レベル検出手段の出
力によって振幅変調される交流信号を発生することを特
徴とする特許請求の範囲第１項に記載の内視鏡における
自動焦点調整装置。
（４）前記液晶駆動源は、前記変調レベル検出手段の出
力によって周波数変調される交流信号を発生することを
特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の内視鏡におけ
る自動焦点調整装置。