JP2000271082A - 変倍機能を有する電子内視鏡装置 - Google Patents

変倍機能を有する電子内視鏡装置

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JP2000271082A
JP2000271082A JP11083369A JP8336999A JP2000271082A JP 2000271082 A JP2000271082 A JP 2000271082A JP 11083369 A JP11083369 A JP 11083369A JP 8336999 A JP8336999 A JP 8336999A JP 2000271082 A JP2000271082 A JP 2000271082A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 光学変倍機能と電子変倍機能を組み合わせて
拡大率の向上を図り、また変倍動作時において両機能間
の移行を円滑に行う。 【解決手段】 変倍スイッチ20の操作により、変倍モ
ータ部21及び線状伝達部材21を介して可動レンズ1
4を移動させて観察距離を変えると共に、この光学変倍
の動作端の画像に対し拡大及び縮小画像を形成する電子
変倍IC回路50を設ける。また、エンコーダ25によ
り上記可動レンズ14の変倍位置を検出し、CPU38
では変倍位置データに基づいて変倍変位スピードを検出
し、このスピードと同一のスピードで電子変倍動作へ移
行する(又は戻る)ように制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は電子内視鏡装置、特
に観察画像を対物光学系により拡大可能な変倍機能を利
用して被観察体を固体撮像素子にて撮像する装置の構成
に関する。
【0002】
【従来の技術】最近では、内視鏡の挿入先端部に観察距
離を変更したり、又は焦点距離を可変にするための変倍
駆動機構を組み込み、この変倍機構の構成部材である可
動レンズを駆動することが提案されている。これは、例
えばモータの回転駆動力を線状の伝達部材、例えば多重
コイルバネ部材を用いて変倍機構部へ伝達し、ここで回
転運動を直線運動に変換して対物光学系の所定の可動レ
ンズを前後移動させ、変倍動作を実行するものである。
これによれば、被観察体像を拡大して観察することがで
き、微細な診断が可能となる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の電子
内視鏡装置では、固体撮像素子であるCCD(Charge C
oupled Device)で得られた画像信号(ビデオ信号)を
拡大(又は縮小)処理する電子ズーム機能が備えられ
る。従って、この電子変倍機能と上記の光学変倍機能を
組み合わせることができれば、拡大率の向上を図ること
ができる。そして、この場合には、光学変倍機能と電子
変倍機能が単に設けられているのではなく、変倍動作時
におけるこれらの機能の切替え、移行が違和感なく円滑
に行われることが求められる。
【0004】本発明は上記問題点に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、光学変倍機能と電子変倍機能を組
み合わせて拡大率の向上を図り、また変倍動作時におい
て両機能間の移行を円滑に行うことができる変倍機能を
有する電子内視鏡装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1に係る変倍機能を有する電子内視鏡装置
は、観察画像を対物光学系により光学的に拡大可能な光
学変倍機構と、上記対物光学系からの入射光により被観
察体を撮像する固体撮像素子と、この固体撮像素子で得
られた画像信号を信号処理し、上記光学変倍の動作端の
画像に対し拡大及び縮小画像を形成する電子変倍回路
と、上記光学変倍機構における変倍の変位速度を検出
し、この光学変倍の動作と上記電子変倍の動作の移行点
における変倍変位速度が一致するように制御する変倍速
度制御回路と、を含んでなることを特徴とする。請求項
2に係る発明は、上記光学変倍動作、上記電子変倍動作
及び両動作間の移行制御を同一の変倍スイッチで実行す
ることを特徴とする
【0006】上記の構成によれば、光学変倍機構の例え
ば可動レンズを駆動することにより、広角(far)端
から拡大(near)端まで観察距離が変えられ、この
拡大端に可動レンズが達した後は電子変倍機能が働くこ
とになり、更に拡大した画像を得ることができる。そし
て、この場合の上記可動レンズによる駆動速度、即ち変
倍変位速度が検出されており、電子変倍動作に移行する
際には(光学変倍動作に戻る際も同様)上記変位速度を
参照し、同じ変位速度で電子変倍動作が実行される。従
って、両機能間の移行時においても画像の変倍表示が違
和感なく行われる。
【0007】
【発明の実施の形態】図1及び図2には、実施形態例に
係る変倍機能を有する電子内視鏡装置の構成が示されて
おり、図1の電子内視鏡(スコープ)10は光源及びプ
ロセッサ装置12にコネクタ接続される。この電子内視
鏡10では、観察距離を変更するためのバリフォーカル
な対物光学系や焦点距離を可変に対応させたズーム対物
光学系として、前側レンズ13及び前後移動する可動レ
ンズ14が設けられ、この可動レンズ14の後方に、例
えば図2に示すプリズム15を介してCCD16が配置
される。
【0008】図2は、光学変倍駆動機構の構成を示して
おり、図示されるように、上記可動レンズ14を含む対
物光学系は、電子内視鏡10の先端部10Aに配置され
る。そして、上記可動レンズ14の保持部材18はその
上部に雌ネジ部18Aを有し、この雌ネジ部18Aに雄
ネジ部19Aを螺合する回転駆動体19が配置され、こ
の回転駆動体19に多重コイルバネ部材等からなる線状
伝達部材(多重コイルバネ部材)20が連結される。
【0009】この線状伝達部材20は、電子内視鏡10
の可撓性挿入部の根元に位置する操作部10Bの変倍モ
ータ部21まで配設され、この線状伝達部材20に歯車
22A,22Bを介してモータ24が接続される。従っ
て、このモータ24が回転すると、線状伝達部材20の
先端の回転駆動体19と保持部材18のネジ部18A,
19Aの螺合結合によって可動レンズ14が前後移動
し、これによって変倍動作が行われる。当該例では、可
動レンズ14を前側へ繰り出すことにより観察距離(焦
点距離)を遠距離(Far)方向に、後側へ後退させる
ことにより近距離(Near)方向に設定することにな
る。
【0010】一方、上記可動レンズ14の保持部材18
に、エンコーダ25が取り付けられ、このエンコーダ2
5によって可動レンズ14の変倍位置(駆動位置)が検
出される。このエンコーダ25の出力は、図1に示され
るように、変倍モータ部21へ供給され、この現在の検
出位置と目標の変倍位置とに基づいて位置制御が行われ
る。なお、このエンコーダ25又は同様の検出部材は図
2の25’で示されるように、操作部10B側の回転部
等に配置してもよい。
【0011】図1において、この電子内視鏡10の例え
ば操作部(10B)に、トグルスイッチ、シーソースイ
ッチ等からなる変倍スイッチ27や変倍速度(設定)ス
イッチ28が設けられており、上記変倍スイッチ27は
端子aへの接続により拡大方向、端子bへの接続により
縮小方向に上記可動レンズ14を移動させることができ
る。また、上記変倍速度スイッチ28は変倍(ズーム)
の変位スピードを設定することができ、当該例では例え
ば、高速(例えば3倍/sec程度)、中速(例えば2倍
/sec程度)、低速(例えば1.5倍/sec程度)の3段
階のスピードから選択することになる。なお、この他に
も、この操作部(10B)には静止画を形成し記録する
ためのフリーズ釦等が配置される。
【0012】更に、この電子内視鏡10から光源及びプ
ロセッサ装置12の光源部まで、ライトガイド30が配
設され、このライトガイド30の光入射端に、集光レン
ズ31を介して絞り32が設けられ、この絞り32の後
方に光源ランプ33が配置される。上記絞り32は、絞
り駆動回路34で駆動されており、上記絞り32の開口
量を制御することにより出力光量を調整して画像の明る
さを一定に維持することができる。
【0013】この光源及びプロセッサ装置12では、上
記エンコーダ25のアナログ出力をデジタル変換するA
/D変換器36が設けられ、これはI/O部37を介し
て、各回路を統括制御するCPU38に接続され、この
CPU38には電子シャッタ速度の制御パターン(テー
ブル)等のデータを記憶するROM39が接続される。
なお、上記絞り駆動回路34や変倍速度スイッチ28等
も、I/O部37を介してCPU38へ接続される。こ
のCPU38では、エンコーダ25で検出された変倍位
置に基づき、詳細は後述するが光学変倍の変位速度を演
算する。
【0014】また、上記CCD16に接続してタイミン
グジェネレータ(TG)を含むCCD駆動回路41が設
けられており、このCCD駆動回路41はCCD16の
駆動制御をすると共に、変倍動作中では上記CPU38
の指令信号を受けて電子シャッタ制御を実行する。即
ち、上記ROM39に記憶された電子シャッタの制御パ
ターンに基づき、CCD16の電荷蓄積動作での掃出し
時間を調整して電荷蓄積時間(露光時間)を変化させる
ことにより、変倍機構の不使用時に比べて高くなる、例
えば最大で1/10000秒のシャッタ速度を設定でき
るようになっている。この電子シャッタ速度制御によ
り、画像拡大時に顕著となる画像のぶれを抑制すること
ができる。
【0015】一方、上記CCD16で得られたビデオ信
号を画像処理するために、クランプ処理や信号増幅処理
等をするCDS(Correlated Double Sampling−相関二
重サンプリング)/AGC(Automatic Gain Control−
自動利得制御)回路43、A/D変換器44、例えば色
差信号C及び輝度信号Yを形成し、かつガンマ補正、輪
郭補正等の各種の処理をする信号処理回路45、この信
号処理回路45の処理データを記憶するRAM(Random
Access Memory)46、D/A変換器47、モニタへの
出力処理をするエンコーダ48等が設けられる。ここ
で、上記の信号処理回路45で得られた輝度信号Yは、
CPU38へも供給され、このCPU38では輝度信号
Yが所定値になるように上記光源絞り32の開口量を制
御しており、これによって画像(画面)の明るさが一定
に維持される。
【0016】また、上記RAM46に接続して電子変倍
IC回路50が設けられ、この変倍IC回路50はCP
U38の制御に基づき電子変倍のための画像処理を行
う。当該例では図3に示されるように、光学変倍の拡大
端から更に拡大する方向の電子変倍を実施し、この光学
変倍の拡大端の画像をRAM46に格納し、この画像を
原画像として読み出して拡大処理する。なお、この電子
変倍機能の使用又は不使用は、不図示の制御パネルのス
イッチ等により選択できるようになっている。更に、上
記CPU38では、光学変倍時の変位スピードを検出
し、光学変倍と電子変倍との間の変位スピードが同一と
なるように制御する。
【0017】即ち、上記変倍速度スイッチ28で変位ス
ピードを高速、中速、低速の3段階に設定するが、上記
光学変倍機構が比較的長い線状伝達部材を用いているこ
と、内視鏡が自由に湾曲できるようになっていること等
から、実際に駆動されるスピードは設定通りとは限ら
ず、各種条件で変化し、また拡大方向、縮小方向でも少
し異なることになる。当該例では、図3に示されるよう
に、例えば拡大CW方向のz1 及び広角CCW方向のz
2 で示されるように、サンプルカウント5の間を移動す
る変倍位置情報から変倍スピードをCPU38で演算
し、上記電子変倍IC回路50ではこのスピードと同じ
変倍スピードで電子変倍動作を実行する。なお、上記信
号処理回路45では、被観察体像の表示処理と共に、上
記変倍スピード及び現在の変倍動作が光学変倍であるか
電子変倍であるかを表すための画像処理も行われ、例え
ば図4に示されるように、画面の四隅端部41Cに、変
倍スピードを表す”高速、中速、低速”と光学変倍を示
す”O”、電子変倍を示す”E”が表示される。
【0018】上記実施形態例の構成によれば、図1の光
源ランプ33からの光がライトガイド30を介して電子
内視鏡10の先端部から照射され、これによって被観察
体内が対物光学系13,14を介してCCD16で捉え
られる。この電子内視鏡10の操作部の変倍スイッチ2
7が操作されず、可動レンズ14が標準位置にあるとき
は、電子シャッタ制御は実行されず、CCD駆動回路4
1では例えば固定の掃出しパルスが出力された後の約1
/60秒の時間に蓄積された電荷が読み出される。そし
て、この読出し信号がビデオ信号として処理されること
により、エンコーダ48からは色差信号Cと輝度信号Y
が出力され、これによってモニタに被観察体内の画像が
表示される。
【0019】一方、変倍スイッチ27が操作されると、
変倍モータ部21の駆動で線状伝達部材20を介して図
2の回転駆動体19を回転させることにより、可動レン
ズ14を標準位置から前側へ移動させるので、画像が拡
大される。これと同時に、エンコーダ25では当該可動
レンズ14の光学変倍位置(拡大位置)を検出してお
り、この位置検出値は変倍モータ部21での制御値とし
て利用されると共に、現在の変倍位置情報としてI/O
部37を介してCPU38へ供給される。そうして、こ
のCPU38は上記光学変倍位置データにより変倍スピ
ード(変倍変位速度)を演算し、このスピードを電子変
倍へ移行する際の変倍スピードとして設定する。
【0020】次に、上記変倍スピードの設定制御を主と
した実施形態の動作を説明する。図5には、モータ速度
設定フローが示されており、電源がオンされると、ステ
ップ(以下Stepとする)101では、変倍速度スイッチ2
8で設定されている例えば高速、中速、低速のモータ駆
動速度制御電圧を設定し、Step102にてモータ過負荷防
止のための基準電流b、例えば高速=b1 、中速=b2
、低速=b3 が設定される。また、Step103では図4で
説明したように、モニタ41の四隅部41Cに速度表示
が行われる。
【0021】図6及び図7には、光学変倍のモータ制御
フローが示されており、変倍スイッチ27が押される
と、ステップ(以下Stepとする)201にてその押し方向
がCW(時計回り)方向かCCW(反時計回り)方向の
いずれであるかを判定する。ここで、当該例ではCW方
向を拡大方向、CCW方向を広角(縮小)方向に設定し
ており、CW方向であった場合は、Step202で拡大(N
ear)端を検出したか否かを判定し、”N(NO)”の
ときは、Step203で反対側のCCW方向制御のカウント
n=0とし、Step204にてモータ24をCW方向に回転
させる。次に、このモータ24の負荷電流aを検知し
(Step205)、また上記基準電流b(b1 ,b2 ,b3
)を検知する(Step206)。
【0022】図7のStep207では、上記負荷電流a>基
準電流b(b1 ,b2 ,b3 )であるか否かを検出
し、”Y(YES )”のときはモータ24を停止して過負
荷状態を解消する。次のStep209では、エンコーダ25
の出力検出値をサンプリングし、カウントmを1加算
(m+1)し(Step210)、Step211では、サンプルカウ
ントmがk(例えばk=5)となったか否かを判定して
おり、カウントm=kとなった場合は、Step212にて拡
大方向の変倍スピードを演算する。即ち、図3で示した
ように、例えばCW方向の5回の変倍位置のサンプリン
グ(z1 )で変倍スピードδを求める。そして、Step21
3では、拡大方向の既存スピード(前回の演算スピー
ド)δをクリア(消去)し、上記Step212で求めた変倍
スピードδをRAM46にストアする(Step214)。その
後、Step215にてカウントmを0にしてStep201へ戻る。
【0023】一方、図6のStep201で変倍スイッチ27
の押し方向がCCW方向であった場合は、Step217へ移
行して広角(Far)端を検出したか否かを判定し、”
Y”のときはモータ24を停止し(Step218)、”N”
のときは、Step219で反対側のCW方向制御のカウント
m=0とし、Step220にてモータ24をCCW方向に回
転させる。その後のStep221からStep231(図7)まで
は、CW方向のStep205からStep215までの動作と同様で
あり、ここでは広角(縮小)方向へ移動する際の図3の
例えばサンプリングZ2 の5つの変倍位置データに基づ
いて広角方向の変倍変位スピードγが演算され、RAM4
6内のスピードデータγが逐次更新される。
【0024】次に、上記Step202の拡大端の検出で、拡
大端が検出された(Y)ときはStep233へ移行し、電子
変倍制御が選択・設定されているか否かの判定を行う。
即ち、当該例では、電子変倍モードの使用、不使用が選
択できるようになっており、電子変倍モードが不使用
(N)の設定になっている場合は、モータ24を停止し
(Step234)、使用の設定(Y)になっているとき、電
子変倍制御へ移行する(Step235)。
【0025】図8乃至図10には、電子変倍制御フロー
が示されており、図7で説明したように、Step202で拡
大端が検出され、Step233で電子変倍制御が選択(オ
ン)されている場合は、電子変倍拡大方向フローH1 へ
移行する。即ち、図9に示されるように、Step301では
カウントne に1を加算(ne +1)し、次のStep302
では、このカウントneが1であるか否かが判定され
る。
【0026】電子変倍モードに移行した直後であれば、
このStep302では”Y”となり、Step303により上記Step
214で記憶したCW方向変位スピードδをRAM46からロー
ドし、またStep304によりStep230で記憶したCCW方向
変位スピードγをロードし、その後に、RAM46へ原画
像データを書き込む(Step305)。即ち、上記光学変倍
で拡大端に達したときの画像が原画像として書き込まれ
る。次のStep306では、電子変倍IC回路50内のモー
ドレジスタに上記原画像と等倍の指令データを出力する
ので、この変倍IC回路50により等倍の画像データが
出力される(Step307)。
【0027】上記Step302で、ne が1でない場合
(N)は、電子変倍IC回路50内のモードレジスタに
拡大率指令データを出力し(Step308)、次のStep309へ
移行する。このStep309では、電子拡大率Zが上限値
(Z=×L)にあるか否かを検出しており、上限値に達
していないときは、上記指令拡大率の画像データを電子
変倍IC回路50から出力し(Step310)、元のStep201
へ戻る。ここで、上記の変倍スイッチ27をCW方向へ
押し続ける場合は、このStep310を介して拡大率が大き
くなる画像が順次出力され、この拡大画像の出力・表示
が上記Step303で読み込んだスピードδで変化すること
になる。例えば、中速が選択されている場合は、この中
速又はその近傍の実際の変倍変位速度(例えば2秒/se
cの前後の速度)で画像表示される。
【0028】上記Step309で、拡大率Zが上限値にある
ときは、ne =ne −1を演算し(Step311)、次のSte
p312にてne =0でない(N)ことを確認した後に、St
ep313で拡大率上限指令データを出力して、電子変倍I
C回路50からは繰り返し最大拡大率の画像を出力す
る。一方、上記Step312にて、ne =0(Y)のとき
は、電子変倍制御に入って直ぐに変倍スイッチ27のCW
方向の押し操作が解除されたときであるから、電子変倍
IC回路50の画像出力をオフにし(Step315)、再度
ne =0を行って(Step316)、モータ制御フローへ移
行する。
【0029】上記の電子変倍制御の実行中に、変倍スイ
ッチ27をCCW方向に押したときは、図8のStep201
からCCW方向の電子変倍広角方向フローH2 に移行す
る。即ち、図10にも示されるように、Step320で光学
変倍の拡大端を検出したか否かの判定を行い、”N”の
ときは、光学変倍が可能な状態であるので、ne =0を
実行(Step321)した後、Step322で電子変倍IC回路5
0の画像出力をオフにしてモータ制御フローへ移行す
る。
【0030】一方、上記Step320で拡大端を検出してい
る場合は、Step324で電子変倍の設定がオンであるかオ
フであるかの判定を行い、オン(Y)であったときは、
ne =ne −1を演算して(Step325)、Step326にて電
子変倍IC回路50のモードレジスタに縮小率指令デー
タを出力する。その後、Step327では電子拡大率Zが下
限値(Z=×1、これは光学変倍の最大値と等倍とな
る)であるか否かが判定され、”N”の場合は、電子変
倍IC回路50により上記指令縮小率の画像が出力され
る(Step328)。ここで、上記の変倍スイッチ27をC
CW方向へ押し続ける場合は、このStep328を介して縮
小する(拡大率が小さくなる)画像が順次出力されるこ
とになり、この縮小画像の出力・表示が上記Step304で
読み込んだ変倍スピードγで変化することになる。
【0031】一方、上記Step327で”Y”のとき、即ち
電子変倍の下限値に達した時は、Step329にてne =0
を演算してモータ制御フローへ移行する。また、上記St
ep324で電子変倍の設定がオフ(N)となっている場合
も、Step330にてne =0を演算してモータ制御フロー
へ移行する。
【0032】以上のようにして、変倍スイッチ20の操
作により光学変倍の拡大端から更に拡大する方向に電子
変倍が機能し、この両変倍機能間移行時の変倍変位が同
一のスピードでスムーズに行われ、光学変倍と電子変倍
が違和感なく実行されることになる。また、図4で説明
したように、光学変倍動作時は”O”、電子変倍動作時
は”E”がモニタ41に表示されるので、これによって
変倍動作がいずれで行われているかを確認することがで
きる。なお、上記光学変倍動作時には、高速の電子シャ
ッタを使用してCCD16からビデオ信号が読み出され
ており、これによりぶれのない画像が形成されている。
【0033】上記実施形態例では、光学変倍の拡大端か
ら拡大する方向に電子変倍機能を用いたが、光学変倍の
広角端から更に縮小する方向に電子変倍機能を同様に設
けることも可能である。
【0034】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
観察画像を対物光学系により拡大する光学変倍機構と、
この光学変倍の動作端の画像に対し拡大及び縮小画像を
形成する電子変倍回路を設け、上記光学変倍の変位速度
を検出して、この速度に上記電子変倍動作への移行点の
変位速度を一致させるようにしたので、光学変倍機能と
電子変倍機能を組み合わせて拡大率の向上が図られると
同時に、変倍動作時において両機能間の移行を円滑に行
うことができる。特に、線状伝達部材を用いてモータ駆
動力を伝達する変倍機構を用いる場合であっても、変倍
変位速度を精度よく一致させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態例に係る変倍機能を有する電
子内視鏡装置の全体構成を示す図である。
【図2】図1の電子内視鏡における光学変倍機構の構成
を示す一部断面図である。
【図3】実施形態例での光学変倍と電子変倍の関係及び
サンプルデータの取り方を示す説明図である。
【図4】実施形態例におけるモニタでの変倍に関する動
作状態の表示を示す図である。
【図5】実施形態例の光学変倍モータの速度設定動作を
示すフローチャートである。
【図6】実施形態例の光学変倍モータ制御動作を示すフ
ローチャートである。
【図7】実施形態例の光学変倍モータ制御動作を示し、
図6の続きのフローチャートである。
【図8】実施形態例の電子変倍制御動作を示すフローチ
ャートである。
【図9】実施形態例の電子変倍制御動作で、図8の電子
変倍拡大方向動作を示すフローチャートである。
【図10】実施形態例の電子変倍制御動作で、図8の電
子変倍広角(縮小)方向動作を示すフローチャートであ
る。
【符号の説明】
10 … 電子内視鏡、12 … 光源/プロセッサ装
置、14 … 可動レンズ、 16 … CCD、
20 … 線状伝達部材、 21 … 変倍モータ
部、25 … エンコーダ、 27 … 変倍スイ
ッチ、28 … 変倍速度スイッチ、38 … CP
U、41 … CCD駆動回路、 45 … 信号処理
回路、46 … RAM、 50 … 電子変
倍IC回路。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 観察画像を対物光学系により光学的に拡
    大可能な光学変倍機構と、 上記対物光学系からの入射光により被観察体を撮像する
    固体撮像素子と、 この固体撮像素子で得られた画像信号を信号処理し、上
    記光学変倍の動作端の画像に対し拡大及び縮小画像を形
    成する電子変倍回路と、 上記光学変倍機構における変倍の変位速度を検出し、こ
    の光学変倍の動作と上記電子変倍の動作の移行点におけ
    る変倍変位速度が一致するように制御する変倍速度制御
    回路と、を含んでなる変倍機能を有する電子内視鏡装
    置。
  2. 【請求項2】 上記光学変倍動作、上記電子変倍動作及
    び両動作間の移行制御を同一の変倍スイッチで実行する
    ようにしたことを特徴とする上記請求項1記載の変倍機
    能を有する電子内視鏡装置。
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