JP2001275955A

JP2001275955A - 電子内視鏡装置

Info

Publication number: JP2001275955A
Application number: JP2000096063A
Authority: JP
Inventors: Toshiji Minami; 逸司南; Takashi Miyano; 俊宮野
Original assignee: Fuji Photo Optical Co Ltd
Current assignee: Fujinon Corp
Priority date: 2000-03-31
Filing date: 2000-03-31
Publication date: 2001-10-09
Anticipated expiration: 2020-03-31
Also published as: JP4402802B2

Abstract

(57)【要約】【課題】エンコーダ等を用いることなく可動レンズの
変倍位置を検出し、この変倍位置情報を各種の制御等に
利用できるようにする。【解決手段】電子スコープ１０の先端部に、第２レン
ズＬ₂及び第３レンズＬ ₃の可動レンズを有する対物光
学系１１を設け、この可動レンズＬ₂，Ｌ₃により変倍
をすると共に像面湾曲特性を変化させる。そして、マイ
コン１５は、変倍動作時にＣＣＤ１２に結像されたイメ
ージサークルの境界位置の径方向移動量を、メモリ２５
から出力されたビデオ信号から検出し、変倍位置を演算
する。そして、この変倍位置情報により、モニタ２８上
では変倍率表示を行い、また拡大した画像に合わせて電
気マスクも大きくして付加する等の制御を行う。

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
に変倍用可動レンズを設けて光学的な拡大像を観察する
ことができる装置において上記可動レンズの移動位置情
報を得るための構成に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、電子内視鏡装置等では、スコープ
先端部の対物レンズ系に変倍のための可動レンズを配置
し、この可動レンズをアクチュエータ等で駆動し、光学
的に被観察体像を拡大することが行われている。そし
て、この光学的に拡大された像はＣＣＤ（Charge Coupl
ed Device）等の撮像素子で撮像され、このＣＣＤから
の出力信号（画像信号）につきプロセッサ装置により各
種の画像処理を施すことにより、モニタに被観察体の拡
大画像が表示される。このような光学変倍機構において
は、７０〜１００倍程度まで観察像を拡大することがで
きる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記電子内
視鏡装置の光学変倍機構においては、変倍用の可動レン
ズの移動位置を検出するために、エンコーダ等が配置さ
れる。即ち、駆動機構によって移動する可動レンズの光
軸方向の位置をエンコーダで検出することにより、拡大
倍率の正確な値を把握することが可能となる。

【０００４】しかしながら、上記可動レンズは内視鏡先
端部の対物光学系内に組み込まれており、位置検出のエ
ンコーダも当該先端部内に配置することとなる場合は、
内部構成が複雑になると共に、細径化された先端部の径
が大きくなるという問題があった。

【０００５】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、エンコーダ等を用いることなく変
倍のための可動レンズの移動位置を検出し、各種の制御
等に利用することができる電子内視鏡装置を提供するこ
とにある。

【０００６】

【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に係る発明は、変倍のための可動レンズを
有する対物光学系と、この対物光学系で捉えられた拡大
像を撮像する撮像素子とを備えた電子内視鏡装置におい
て、上記撮像素子の撮像面に結像されたイメージサーク
ル（対物光学系で形成される像光円領域）の境界位置の
移動を、当該撮像素子の出力信号から検出する検出手段
と、このイメージサークル境界の移動位置を上記可動レ
ンズの移動位置情報として各種の制御を実行する制御回
路とを設けたことを特徴とする。請求項２に係る発明
は、上記対物光学系には、像面湾曲を変化させるための
可動レンズを設けたことを特徴とする。

【０００７】本発明は、変倍用可動レンズを拡大方向へ
移動させると、これに対応して撮像面に形成される対物
光学系のイメージサークルが少しずつ大きくなることに
着目し、このイメージサークルの境界位置（縁）の移動
を検出する。即ち、撮像素子で得られた画像情報から、
イメージサークルの境界位置において、拡大していない
標準時位置に対する拡大時位置の径方向の移動量がマイ
コン等で検出され、この移動量により可動レンズのＦａ
ｒ端からＮｅａｒ端の間の現在の変倍位置が判定され
る。そして、この可動レンズの移動位置情報は、モニタ
への倍率表示、電気マスク開口の大きさの制御、可動レ
ンズの駆動制御等に利用される。

【０００８】また、上記対物光学系に上記変倍のための
可動レンズと共に像面湾曲特性を変化させる像面湾曲用
可動レンズを設けた場合は、中心部と周辺部の焦点位置
をずらした像面湾曲を発生させることにより、凹凸が存
在する被観察体の周辺部、即ちイメージサークル境界部
のピントボケをなくすことができる。従って、凹凸のあ
る被観察体等において拡大時のイメージサークルの境界
位置及びその移動量が精度よく検出できることになる。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１には、実施形態例に係る電子
内視鏡装置の構成が示されている。図１において、電子
スコープ（電子内視鏡）１０の先端部には、可動レンズ
Ｌ₂，Ｌ₃を有する対物光学系１１が設けられ、この対
物光学系１１の結像位置に、撮像面を一致させるように
してＣＣＤ１２が配置される。上記対物光学系１１に
は、変倍を行うと共に像面湾曲を変化させるレンズ群が
組み込まれており、例えば図２のような構成（第１実施
例）となっている。

【００１０】図２において（図の左側が物体側）、この
対物光学系１１は、第１レンズ（群）Ｌ₁、第２レンズ
Ｌ₂、第３レンズ（群）Ｌ₃から構成され、第１レンズ
Ｌ₁は左側の観察窓レンズ（平凹）と平凸レンズの２枚
からなり、固定レンズとして配置される。一方、第２レ
ンズＬ₂は主に変倍機能をするための１枚の平凸レン
ズ、第３レンズＬ₃は主に像面湾曲特性を変化させるた
めの平凹レンズ及び両凸レンズの２枚からなり（所謂フ
ローティングを利用したもの）、両者共に可動レンズと
して配置される。なお、絞りＤ₁は上記第２レンズＬ₂
の前側に一体に取り付けられる。このような対物光学系
１１によれば、第２レンズＬ₂と第３レンズＬ₃の両方
を光軸方向に相対的に移動させることにより、像を変倍
させると共に、像面湾曲特性を変化させることができ
る。

【００１１】図３には、像面湾曲の特性が概念的に示さ
れており、この図はＣＣＤ１２の撮像面の中心点から垂
直Ｖ方向（高さ方向）における焦点位置を表している。
例えば、図２の（Ａ）から（Ｃ）に示されるように、第
２レンＬ₂と第３レンズＬ₃を相対的に所定量だけ移動
させると、物体側に像面が倒れた状態となるアンダー
（特性Ｊ_a）から反対側に像面が倒れるオーバー（特性
Ｊ_z）までの任意量の像面湾曲を発生させることができ
る。

【００１２】図１において、上記第２レンズＬ₂にアク
チュエータ１３Ａ、第３レンズＬ₃にアクチュエータ１
３Ｂが設けられており、これらのアクチュエータ１３
Ａ，１３Ｂとしては、圧電アクチュエータ、静電アクチ
ュエータ等の各種リニアアクチュエータや、線状伝達部
材をモータで回転駆動し、この回転運動をレンズＬ₂，
Ｌ₃の直線運動に変換する構成等を用いることができ
る。これらアクチュエータ１３Ａ，１３Ｂには、ドライ
バ１４を介してマイコン１５が接続され、このマイコン
１５の制御によって変倍動作、像面湾曲動作が実行され
る。

【００１３】また、電子スコープ１０の操作部１０Ｃ等
には、Ｎｅａｒ（拡大）方向とＦａｒ（縮小）方向のそ
れぞれに操作する変倍スイッチ（二動作スイッチ）１７
が配置されており、この操作信号は上記マイコン１５へ
出力される。なお、上記像面湾曲をアンダー（中心に対
し外周部の焦点位置が物体側へ移動する）方向とオーバ
ー（中心に対し外周部の焦点位置が物体と反対側へ移動
する）方向に変化させる像面湾曲スイッチを設けること
もできる。

【００１４】図１において、プロセッサ装置には、上記
ＣＣＤ１２へビデオ信号を読み出すための信号を供給す
るタイミングジェネレータ（ＴＧ）２０が設けられ、ま
たビデオ信号の処理系として、ＣＤＳ（相関二重サンプ
リング）／ＡＧＣ（自動利得制御）回路２２、Ａ／Ｄ変
換器２３、ホワイトバランス、ガンマ補正、輪郭補正等
の各種のデジタル処理を行うＤＳＰ（Digital Signal P
rocessor）２４、画像を一旦記憶するフレームメモリ２
５、Ｄ／Ａ変換器２６、表示器形式に合わせた出力処理
をするエンコーダ（ＥＮＣ）２７が配置される。このエ
ンコーダ２７から出力される被観察体のビデオ信号がモ
ニタ２８へ供給される。

【００１５】そして、上記マイコン１５は、上記フレー
ムメモリ２５に格納された画像情報に基づき、対物光学
系１１の像光円領域であるイメージサークルの境界位置
を検出し、例えばＦａｒ端（標準位置）からの移動量を
演算する。即ち、図４に示されるように、ＣＣＤ１２の
長方形撮像面（有効画素領域）Ｓに対し、拡大しない標
準時（Ｆａｒ端）のイメージサークルｋ₁を図４（Ａ）
のように撮像面Ｓ内に収まる大きさに設定し、最大拡大
時（Ｎｅａｒ端）のイメージサークルｋ₂を例えば図４
（Ｂ）のように撮像面Ｓの四隅の点を通る大きさに設定
する（これらの設定は任意である）。

【００１６】ここで、上記イメージサークルｋ₁の半径
をｒ₁、他方のイメージサークルｋ ₂の半径をｒ₂とす
ると、変倍のための可動レンズＬ₂，Ｌ₃のＦａｒ端か
らＮｅａｒ端までの移動に応じて、図４（Ｃ）に示され
るように、イメージサークルの境界位置が半径ｒ₁から
半径ｒ₂の位置まで移動・変化することになる。従っ
て、この境界位置の径方向の移動（Ｆａｒ端からの長さ
又はＮｅａｒ端からの長さ）を検出することにより、可
動レンズＬ₂，Ｌ₃の変倍位置、即ち拡大率を演算する
ことができる。

【００１７】図５及び図６には、イメージサークルの境
界位置検出の説明図が示されており、ＣＣＤ１２の右下
部においてＦａｒ端イメージサークルｋ₁の境界位置
（検出線Ｌ_D上の位置）が例えば４００ライン（ＣＣＤ
１２の走査水平ライン）にあり、Ｎｅａｒ端イメージサ
ークルｋ₂の境界位置が４５０ラインにあるとすると、
この４００ラインから４５０ラインの間のライン位置を
検出し、ｋ₁位置からの移動量ｙから、次の数式１［ｘ
_(A)］で変倍位置ｘを求めることができる。

【００１８】

【数１】

【００１９】即ち、図６のＦａｒ端（ｘ_０）からＮｅａ
ｒ端（ｘ_ｅ）までの変倍位置が演算されることになり、
例えば図５のようにイメージサークルがｋａの位置にあ
ったときは、ｋ₁からの移動量ｙ_ａが求められ、このｙ
_ａを上記数式１に当てはめることにより、変倍位置ｘ_ａ
が算出される。このｘ_ａは、図６に示されるようにＦａ
ｒ端（ｘ_０）基準として求めた変倍位置となる。

【００２０】図１において、プロセッサ装置には更に電
気マスク等の各種キャラクタを形成するためのデータ、
或いは変倍位置を求めるための演算データ（数式１，２
に基づくテーブルデータ）等を格納するＲＯＭ（読出し
専用メモリ）３１とキャラクタジェネレータ３２が設け
られ、このキャラクタジェネレータ３２では、変倍率を
表示する画像や変倍に応じて大きさを変化させた電気マ
スクを形成する。

【００２１】図７には、変倍率表示の一例が示されてお
り、当該例では、水平方向に置かれた棒状体内において
明るい点灯部分が左側から伸びてくるようなメータ表示
画を用い、右端にＷ（ワイド）、左端にＴ（テレ）を付
して、変倍率に応じてＷ端からＴ端へ向けて点灯部（斜
線部）が段階的に伸びるように表示する。

【００２２】図８には、電気マスク表示の一例が示され
ており、図８（Ａ）はモニタ２８上において標準時のマ
スクＭ₁が付加された画像、図８（Ｂ）は拡大時のマス
クＭ ₂が付加された画像である。上記のマスクＭ₁は、
図４のイメージサークルｋ₁に対応したものであるが、
光学変倍をした場合は、画像の拡大に応じて開口が大き
くなるマスク、例えばＭ₂が形成・付加される。このマ
スクＭ₂の大きさは、上記の変倍位置情報に基づいてマ
イコン１５により拡大処理される。

【００２３】実施形態例は以上の構成からなり、その作
用を説明する。当該装置では、上述した対物光学系１１
により被観察体が捉えられ、この被観察体の結像はＣＣ
Ｄ１２にて撮像される。変倍機構を利用しない標準時
（Ｆａｒ端）においては、図４（Ａ）に示されるイメー
ジサークルｋ₁の大きさの被観察体画像が得られ、この
画像は図８（Ａ）に示されるように、マスクＭ₁が付加
された状態でモニタ２８上に表示される。

【００２４】そして、電子スコープ操作部１０Ｃの変倍
スイッチ１７を操作したときは、第２レンズＬ₂及び第
３レンズＬ₃がドライバ１４及びアクチュエータ１３
Ａ，１３Ｂにより移動制御され、Ｎｅａｒ方向への焦点
合わせにより基本像に対し拡大した像が得られ、Ｆａｒ
方向の焦点合わせにより基本像へ戻る方向の縮小像が得
られ、これらの像がＣＣＤ１２で撮像される。

【００２５】この被観察体の変倍像がＣＣＤ１２で撮像
されると、ビデオ信号がタイミングジェネレータ２０の
読出し信号により読み出され、ＣＤＳ／ＡＧＣ回路２２
で相関二重サンプリングと増幅処理が施された後、デジ
タル信号としてＤＳＰ２４で各種の処理が施される。こ
のようにして形成されたビデオ信号は、フレームメモリ
２５に一旦格納された後、再度読み出されてエンコーダ
２７を介してモニタ２８に出力されることにより、モニ
タ２８に被観察体の拡大画像が表示される。

【００２６】また同時に、上記フレームメモリ２５の所
定の画像情報は、マイコン１５へ供給され、このマイコ
ン１５にて変倍位置が演算される。即ち、図５で説明し
たように、マイコン１５はイメージサークル境界位置検
出に必要な領域の画像データをアドレス指定により読み
出し、この所定アドレスの画像信号レベルを比較し、演
算することによって、現在のイメージサークル（例えば
ｋ_ａ）のＦａｒ時のｋ ₁位置からの移動量ｙ（例えばｙ
_ａ）を求める。

【００２７】そして、上記ＲＯＭ３１に格納された数式
１に基づく演算データから変倍位置ｘ（例えばｘ_ａ）が
演算される。この変倍位置ｘは、レンズの移動位置及び
拡大率を示す情報であり、この変倍位置情報により次の
ような制御が行われる。まず、マイコン１５の制御とキ
ャラクタジェネレータ３２により図７の変倍率表示画が
形成され、現在の変倍率が伸縮するメータ状点灯部でモ
ニタ２８上に表示される。また、マイコン１５の制御に
よりキャラクタジェネレータ３２は変倍率に応じた大き
さのマスクを形成し、図８（Ｂ）に示すように、拡大画
像であるイメージサークルの縁部及びその外側を隠す大
きさの円形マスクＭ₂がモニタ２８上に表示される。

【００２８】更に、上記変倍位置情報によりマイコン１
５はドライバ１４を介して可動レンズＬ₂，Ｌ₃の駆動
制御をすることになる。例えば、Ｆａｒ端及びＮｅａｒ
端に近い位置にあることを判定し、ドライバ１４へブレ
ーキ指令を発したり、或いは駆動速度低下の指令を与え
ることにより、可動レンズＬ₂，Ｌ₃が端部に突き当た
る際の駆動機構の衝撃を緩和すること等が可能となる。

【００２９】また、当該例の対物光学系１１では、上述
のように像面湾曲をも変化させることができ、これによ
って凹凸が存在する被観察体における拡大像の周辺部の
ピント合わせが従来に比較して良好になる。即ち、陥没
部、ポリープ部（突起部）等をイメージサークル全体に
拡大する場合には、周辺部にピントが合わないことが起
こる。しかし、当該例では、像面湾曲スイッチを操作し
たり或いは自動的な補正制御をすることによって、可動
レンズＬ₂，Ｌ₃を駆動し、図３で説明したように、像
面湾曲をアンダーの焦点位置（Ｊａ）又はオーバーの焦
点位置（Ｊｚ）へ変化させることができる。

【００３０】これにより、周辺部にもピントが合い、全
体にピントが合った凹凸部の拡大像を得ることができ
る。従って、このような像面湾曲を変化させる対物光学
系１１を有する当該例では、イメージサークルの境界部
分もシャープな画像となるので、画像情報による境界位
置の検出が精度よく行えるという利点がある。

【００３１】図９には、実施形態例の対物光学系１１に
おいて図２とは異なる第２実施例の構成が示されてい
る。この第２実施例の対物光学系１１は、第１レンズ
（群）Ｌ ₅、第２レンズＬ₆、第３レンズＬ₇、第４レ
ンズＬ₈（群）から構成され、第１レンズＬ₅は左側の
観察窓レンズ（平凹）、平凹レンズ及び両凸レンズの３
枚からなる固定レンズである。一方、可動レンズとして
の第２レンズＬ₆は１枚の両凸レンズ、可動レンズとし
ての第３レンズＬ₇は像側に凹面を向けた１枚のメニス
カスレンズからなり、第４レンズＬ₈は両凸レンズ、両
凹レンズ及び両凸レンズの３枚からなる固定レンズであ
る。なお、絞りＤ₂は上記第３レンズＬ₇の後側に一体
に取り付けられる。

【００３２】このような対物光学系１１によっても、第
２レンズＬ₆と第３レンズＬ₇の両方を光軸方向に相対
的に移動させることにより、変倍像が得られると共に、
像面湾曲を変化させることができる。そして、この第２
実施例の対物光学系１１を使用した場合の変倍位置ｘの
演算式は、次の数式２［ｘ_(B)］となり、この数式２に
基づいて変倍位置ｘが求められる。

【００３３】

【数２】

【００３４】上記実施形態例の対物光学系１１では、像
面湾曲についても変化させることができるレンズ構成と
したが、単に変倍を行う可動レンズのみを配置する構成
としてもよい。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よれば、撮像面に結像されたイメージサークルの境界位
置の変化を画像信号から検出する検出手段と、このイメ
ージサークル境界位置を変倍可動レンズの位置情報とし
て各種の制御をする制御回路を設けたので、位置検出の
ためのエンコーダ等を用いることなく変倍用可動レンズ
の移動位置を把握し、各種の制御等に利用することがで
き、内視鏡先端部の構成を複雑にすることもないという
効果がある。

【００３６】請求項２の発明によれば、上記対物光学系
に変倍用の可動レンズと共に像面湾曲を変化させるため
の可動レンズを設けたので、拡大時における被観察体の
凹凸部の周辺部のピントボケ状態が解消され、イメージ
サークルの境界位置及びその移動量を精度よく検出でき
るという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態例に係る電子内視鏡装置の構
成を示すブロック図である。

【図２】実施形態例における対物光学系の第１実施例の
構成及びその動作状態を示す図［図（Ａ）〜図（Ｃ）］
である。

【図３】実施形態の対物光学系により生じる像面湾曲の
状態（量）を示すグラフ図である。

【図４】実施形態においてＦａｒ端及びＮｅａｒ端での
イメージサークルの大きさ及びその変化を示す説明図
［図（Ａ）〜図（Ｃ）］である。

【図５】実施形態例におけるイメージサークルの境界位
置検出の説明図である。

【図６】実施形態例にて検出される変倍位置を示す説明
図である。

【図７】実施形態例のモニタにおける変倍率表示の一例
を示す図である。

【図８】実施形態例において形成される電気マスクを示
す説明図である。

【図９】実施形態例における対物光学系の第２実施例の
構成及びその動作状態を示す図［図（Ａ）〜図（Ｃ）］
である。

【符号の説明】

１０ … 電子スコープ、１１ … 対物光学系、１２
… ＣＣＤ、１５ … マイコン、１７ …
変倍スイッチ、２５ … フレームメモリ、２８ …
モニタ、３１ … ＲＯＭ、３２ … キャラクタジェ
ネレータ、Ｌ₂，Ｌ₆ … 第２レンズ（可動レン
ズ）、Ｌ₃，Ｌ₇ … 第３レンズ（可動レンズ）。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】変倍のための可動レンズを有する対物光
学系と、この対物光学系で捉えられた拡大像を撮像する
撮像素子とを備えた電子内視鏡装置において、上記撮像素子の撮像面に結像されたイメージサークルの
境界位置の移動を、当該撮像素子の出力信号から検出す
る検出手段と、このイメージサークル境界の移動位置を上記可動レンズ
の移動位置情報として各種の制御を実行する制御回路と
を設けたことを特徴とする電子内視鏡装置。
【請求項２】上記対物光学系には、像面湾曲特性を変
化させるための可動レンズを設けたことを特徴とする上
記請求項１記載の内視鏡装置。