JP2002028126A - 内視鏡装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 拡大時の被写界深度を深くして、特別な技術
の習得がなくても容易に拡大観察の操作を行えるように
し、しかもその拡大された情報の解像感を高めることで
診断情報の正確性を向上させ、更に、複数の医者でデイ
スカッシヨンし易くすることで診断の精度を一層高める
ことの出来る内視鏡装置を提供する。 【解決手段】 焦点距離と作動距離とを変化させるため
の焦点調整手段を操作することによって、通常観察像と
近接観察像とを固体撮像素子ＣＣＤで撮像して、表示装
置に表示させるようにした内視鏡装置。ｆ_wideを通常観
察時の焦点距離、WD_wideを通常観察時の作動距離、ｆ
_teleを近接観察時の焦点距離、WD_teleを近接観察時の作
動距離とした時、 WD_wide＞ＷＤ_tele ｆ_wide≧ｆ_tele なる条件を満足するように構成したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固体撮像素子を用
いた撮像光学系を備えた内視鏡装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、小型のCCDの如き固体撮像素子を
用いた電子内視鏡がはやっている。これによれば、体腔
内の病変をTVモニターによって多人数で観察する事がで
きるため、複数の医者により観察及び診断することが可
能であり、また、患者も自分の病変を見ながら診断して
もらえると言う大きな利点がある。このような内視鏡の
中でも、最近では特に、病変部を近接観察してその微細
構造を観察することで、微小病変の浸潤の度合いや切除
範囲の診断を行うことを目的とした所謂拡大内視鏡が注
目されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、拡大内視鏡
用の光学系には、例えば、特公昭６１−４４２８３号公
報や特開平４−２１８０１２号公報に記載のもの等があ
る。これらの光学系は、夫々３群式や４群式の光学系で
あり、大きな観察倍率を得ることが出来るが、光学系の
全長が長いので内視鏡挿入部の大型化を招き、患者の負
担が大きくなると言う問題があった。

【０００４】また、このような先行例における拡大内視
鏡は、極端に被写界深度が浅く、操作性が悪いと言う欠
点を有する。ここで、被写界深度の定義について簡単に
説明する。図１６は内視鏡光学系の構成を示す光軸に沿
う断面図である。この図において、物体Oの像Iが形成さ
れる位置にCCDを配置する事により、ピントの合った像
を得ることが出来るが、物体Oに内視鏡を接近させてO’
で示す位置に物体を移動させると、像IはずれてI’で示
す位置に形成される。反対に、物体Oから内視鏡を離し
てO’’で示す位置に物体を移動させると、Iはずれて
I’’で示す位置に形成される。ここで、CCDの位置は固
定されているとすると、CCDの位置における像I’及び
I’’は錯乱円径δとなり、ピントボケした画像にな
る。しかしながら、CCDによる分解能が錯乱円径δより
大きい場合、画像はCCDの分解能で設定し、物体O’から
O’’の範囲はピントが合っているように感じられる。
この範囲を被写界深度と呼ぶ。この時の光学系の実効口
径比をFno、光学系の焦点距離をfLとすると、 ｜１／Xn−１／Xf ？＝２δFno／fL² （１） が成立する。ここで、被写界深度Dは D＝Xf−Xn （２） である。

【０００５】図１７は、１／X＝Yの値の変化を示す線図
である。上記（１）式における左辺の値は、図１７にお
けるY方向の大きさを示す。この大きさ２δFno／fL²が
固定であるとすると、Xnが小さいとき即ち接近時の被写
界深度D₁は小さくなる。具体的には、消化器内視鏡誌No
v．１９９７ vol．９ No．１１増大号／スコープと周
辺機器のAtoZの１４９５頁に記載されているように、拡
大内視鏡の拡大時の被写界深度は、２mmから３mmの範囲
と狭い。この特性により、術者は１m以上も大腸内に内
視鏡を挿入した上で、しかもその先端部を１mmレベルの
微小操作を行う必要が生じ、内視鏡操作に熟練を要する
と言う問題（問題点１）がある。

【０００６】また、従来の拡大内視鏡装置では、通常観
察時と拡大観察時とで同じ画像処理をおこなっている。
一般に、組織を拡大すると微少病変部分も大きく観察さ
れるため、その観察画像の周波数成分は低周波の画像を
多く含むようになる。ところが、通常観察時の内視鏡画
像は微細な血管走行の状態などが小さい倍率で撮像され
ているため、観察像の周波数成分は高周波の画像を多く
含むようになる。このため、拡大用に最適化した画像処
理を通常観察時に適用すると、血管が潰れて見え難くな
るという問題(問題点２)があろる。更に、従来の拡大内
視鏡では、１m以上も先にある光学系中の一部のレンズ
をワイヤを用いて駆動することにより通常観察と拡大観
察とを切り替えており、現在どの程度の拡大倍率である
かを術者以外の医者が知ることは出来ず、それを見てい
る他の医者にとって、病変の大きさに対する認識に差が
出来てしまい、医者同士でデスカッシヨンし難いという
問題(問題点３)がある。

【０００７】本発明は、上記の如き従来技術の有する問
題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするとこ
ろは、光学系を小型化することで患者の負担を少なくし
つつ拡大時の被写界深度を深くして、特別な技術の習得
がなくても容易に拡大観察の操作を行えるようにし、し
かもその拡大された情報の解像感を高めることで診断情
報の正確性を向上させ、更に、複数の医者でデイスカッ
シヨンし易くすることで診断の精度を一層高めることの
出来る内視鏡装置を提供しようとするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明による内視鏡装置は、焦点距離と作動距離と
を変化させるための焦点調整手段を操作することによっ
て、通常観察像と近接観察像とを固体撮像素子で撮像し
て、表示装置に表示させるようにした内視鏡装置におい
て、ｆ_wideを通常観察時の焦点距離、WD_wideを通常観察
時の作動距離、ｆ_teleを近接観察時の焦点距離、WD_tele
を近接観察時の作動距離とした時、 WD_wide＞ＷＤ_tele （３） ｆ_wide≧ｆ_tele （４） なる条件を満足するようにしたことを特徴としている。
一般に、ｆLを光学系の焦点距離、ｆFを光学系の前側焦
点距離、ｚを光学系表面から物体までの距離としたと
き、その光学系の倍率βは以下の式で与えられる。 β＝−ｆL／（ｆF＋ｚ） （５） 即ち、拡大内視鏡として、倍率βをなるべく大きくする
ためには、光学系表面から物体までの距離ｚをなるべく
小さくするか、焦点距離ｆLをなるべく大きくする事が
必要である。

【０００９】一方、問題点１で説明したとおり、光学系
表面から物体までの距離ｚを小さくしたり、焦点距離ｆ
Lを短くすると、被写界深度が狭くなり操作性が悪くな
る。この拡大倍率と被写界深度をうまく両立させるため
に、本発明では、上記条件（３）を規定した。これは、
拡大倍率を確保するために最低限必要な条件である。ま
た、拡大観察を行う場合には、医者は病変部に色素を散
布して病変部にコントラストをつけるようにするが、こ
れによって被写体からの反射光が弱まり、暗くなるとい
う問題が時として生じる。しかしながら、上記条件
（３）を満たしてさえいれば、照明レンズと被写体まで
の距離を接近させることで明るさを向上させることが出
来るので、この暗くなる問題にも対処する事ができる。

【００１０】次に、拡大観察時の被写界深度をなるべく
広くとるために、本発明では、上記条件（４）を規定し
た。前記式（１）から分かるように、焦点距離ｆLを小
さくすると、被写界深度に対して２乗で作用する。従っ
て、被写界深度を広げるためには、拡大時に焦点距離が
ｆ_wide≧ｆ_teleとなるように小さくし、また、拡大倍率
を大きくとるために、上記条件（３）を満たすように近
接させるのである。以上のように、式（１）及び（２）
を同時に満たすことで拡大倍率が大きくしかも被写界深
度が広く、使い勝手の良い拡大内視鏡が提供できる。

【００１１】また、本発明による内視鏡装置は、固体撮
像素子からの信号を元にした制御信号を焦点調整手段に
供給する制御装置を備えた内視鏡装置において、前記制
御信号を元にして光学系の状態に応じた画像処理の状態
を切り替えるための制御を行うようにしたことを特徴と
している。一般的に、近接観察時の場合には病変固有の
病巣パターンを大きな倍率で観察しているため、低周波
の画像になる。従って、低周波の画像を強調処理するほ
うが病巣パターンの判別が行いやすく好ましい。一方、
通常観察時の内視鏡画像は、微細な血管走行の状態など
が小さい倍率で撮像されているため、高周波の画像にな
る。従って、通常観察時は高周波の画像を強調処理する
ほうが血管走行の判別が行いやすく好ましい。

【００１２】これら２種類の画像処理を各々の状態で最
適にするためには、近接観察しているか通常観察してい
るかの判別は内視鏡を操作している術者のみしか分から
なかったため、術者自身で判断し、手動式で切り替える
しかなく、煩雑である。これに対して、本発明では、近
接と通常の観察状態を制御装置によって電気的に制御で
きるようにしたため、その制御信号を元に近接と通常の
各状態の判別を行い、自動的にこの切り替えを行ってい
る。これにより、近接と通常という２種類の画像処理を
混乱無く有効に使い分けることが出来るようになり、拡
大された情報の解像感を高めることで診断情報の正確性
を向上させることが可能となる。

【００１３】さらに、本発明による内視鏡装置は、固体
撮像素子からの信号を元にした制御信号を焦点調整手段
に供給する制御装置を備えた内視鏡装置において、前記
制御信号を元にして光学系の状態に応じた光学諸量を計
算する演算装置と、該演算装置により計算された結果を
表示素子に表示する表示装置とを備えたことを特徴とし
ている。内視鏡の光学系は、上述のように被写界深度を
ある程度広く設定している。具体的には、５ｍｍから１
００ｍｍの観察範囲を持っている。一方、光学系の倍率
は，上記の式（５）に示す通り、物体までの距離ｚと焦
点距離ｆLの関数であるので、被写界深度５ｍｍにおけ
る光学倍率と、１００ｍｍにおける光学倍率とでは大き
く違うことになる。一方、病変部の大きさが明確に分か
ることが本来は望ましいが、そのためには病変部までの
距離が明らかになっていないと、光学倍率が確定できな
い。ここで、三角測量方法を代表とする測距の方法は、
何れも内視鏡先端部の大型化を招くので好ましくない。

【００１４】ここで、医者のニーズを詳細に分析したと
ころ、病変の大きさが明確に分かると言うこと以外に、
現在ピントが合っている物体は何倍から何倍のもである
かと言う情報が医者同士で共有化出来ていると、デイス
カッションに誤解が入らず、延いては診断の精度を更に
高めることが出来ると言うことが明らかになった。本発
明では、近接と通常の観察状態を制御装置によって電気
的に制御出来る様にし、その制御信号を元に近接と通常
の各状態に特有な光学情報を演算し、表示系に有益な情
報として表示せしめるようにした。これにより、現在観
察している状態が、近接と通常のどちらの状態にあっ
て、その時の倍率を代表とする光学系諸量を表示するこ
とが可能になったため、医者同士のデイスカッションに
誤解が入らず、診断の精度を更に高めることが可能な内
視鏡装置を提供することが出来る。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
示した実施例に基づき説明するが、各実施例の光学デー
タにおいて、ｆは焦点距離、F/はFナンバー、D₀は物体
までの距離、Hは像高、ωは半画角、ｒ₁，ｒ₂，………
は各面の曲率半径、ｄ₁，ｄ₂，………はレンズの肉厚お
よび空気間隔、ｎ₁，ｎ₂，………は各レンズの屈折率、
ν₁，ν₂，………は各レンズのアッベ数を示す。また、
各実施例は被写界深度を評価する都合上、像高を総て１
ｍｍに規格化しているため、実際の内視鏡の被写界深度
とは異なるが、大小関係は維持されている。

【００１６】比較例（従来例） 実施例の説明に先立ち、比較例として、従来型内視鏡の
対物光学系の構成と光学データを示すことにする。図１
は従来型内視鏡の対物光学系の構成を示しており、
（a）は通常観察時の、（b）は近接観察時の状態を夫々
示している。そして、光学データは下記の通りである。 ｆ＝１．６〜２．１７ F／７．９７〜１２．５７ ２ω＝１３１．１°〜 ３５．３° D₀＝１０．６０〜１．６０ H＝１．０００ ｒ₁＝∞ ｄ₁＝０．３２２７ ｎ₁＝１．８８３００ ν₁＝４０．７８ ｒ₂＝１．０５３２ ｄ₂＝０．５２７５ ｒ₃＝∞ ｄ₃＝０．３８４８ ｎ₃＝１．５１４００ ν₃＝５７．００ ｒ₄＝∞ ｄ₄＝０．７４０９ ｒ₅＝−４．２３０１ ｄ₅＝０．３１０３ ｎ₅＝１．８４６６６ ν₅＝２３．７８ ｒ₆＝４．２３０１ ｄ₆＝０．６３３０ ｎ₆＝１．５１６３３ ν₆＝６４．１４ ｒ₇＝−１．５７１４ ｄ₇＝０．２１７２ ｒ₈＝４．０２５３ ｄ₈＝０．５２７５ ｎ₈＝１．６９６８０ ν₈＝５５．５３ ｒ₉＝−４．０２５３ ｄ₉＝Ｄ₉ ｒ₁₀＝∞（絞り） ｄ₁₀＝０．１４４６

【００１７】 ｒ₁₁＝−３．０５４０ ｄ₁₁＝０．１８６２ ｎ₁₁＝０．１８６２ ν₁₁＝５５．５３ ｒ₁₂＝１．４１５０ ｄ₁₂＝０．４４６８ ｎ₁₂＝１．８０５１８ ν₁₂＝２５．４２ ｒ₁₃＝２．８０３９ ｄ₁₃＝Ｄ₁₃ ｒ₁₄＝∞ ｄ₁₄＝０．８５０２ ｎ₁₄＝１．７２９１６ ν₁₄＝５４．６８ ｒ₁₅＝−３．３２２１ ｄ₁₅＝０．１２４１ ｒ₁₆＝３．３２２１ ｄ₁₆＝０．８５０２ ｎ₁₆＝１．７２９１６ ν₁₆＝５４．６８ ｒ₁₇＝∞ ｄ₁₇＝０．２０２３ ｒ₁₈＝−９．２１２３ ｄ₁₈＝０．３１０３ ｎ₁₈＝１．８４６６６ ν₁₈＝２３．７８ ｒ₁₉＝２．２１５６ ｄ₁₉＝１．３０３３ ｎ₁₉＝１．６２２８０ ν₁₉＝５７．０５ ｒ₂₀＝−１３．８７００ ｄ₂₀＝０．１１７９ ｒ₂₁＝∞ ｄ₂₁＝０．２４８２ ｎ₂₁＝１．５１６３３ ν₂₁＝６４．１５ ｒ₂₂＝∞ ｄ₂₂＝３．０６４７ ｒ₂₃＝∞（像面） ｆ １．０６ ２．１７ Ｄ₀ １０．６０ １．６０ Ｄ₉ ０．１６ ２．４４ Ｄ₁₃ ２．６７ ０．３９

【００１８】次ぎに、本発明に係る内視鏡装置の各実施
例について説明する。実施例１ 図２は本発明の第１実施例の対物光学系の構成を示して
おり、（a）は通常観察時の、（b）は近接観察時の状態
を夫々示している。以下、その光学データを示す。 ｆ＝１．０１〜０．８４ F/１２．２９〜１２．２８ ２ω＝１３４．６９ °〜１３５．６° D₀＝１０．８０〜１．０８ H＝１．０００ ｒ₁＝∞ ｄ₁＝０．１６２１ ｎ₁＝１．８８３００ ν₁＝４０．７８ ｒ₂＝０．４８６６ ｄ₂＝０．４７６４ ｒ₃＝２．６１８５ ｄ₃＝１．１１７８ ｎ₃＝１．７２９１６ ν₃＝５４．６８ ｒ₄＝−1．０３３ ｄ₄＝０．０３２２ ｒ₅＝∞（絞り） ｄ₅＝０．００００ ｒ₆＝∞ ｄ₆＝０．０５４０ ｎ₆＝１．７４０００ ν₆＝２８．２８ ｒ₇＝∞ ｄ₇＝０．０１７８ ｎ₇＝１．６２０００ ν₇＝２０．００ ｒ₈＝−１．８９０９ ｄ₈＝０．１３５１ ｎ₈＝１．５６３８４ ν₈＝６０．６７ ｒ₉＝１．８９０９ ｄ₉＝０．０１７８ ｎ₉＝１．６２０００ ν₉＝２０．００ ｒ₁₀＝∞ ｄ₁₀＝０．０５４０ ｎ₁₀＝１．７４０００ ν₁₀＝２８．２８

【００１９】 ｒ₁₁＝∞ ｄ₁₁＝０．０１６２ ｒ₁₂＝∞ ｄ₁₂＝０．２１６１ ｎ₁₂＝１．５２２８７ ν₁₂＝５９．８９ ｒ₁₃＝∞ ｄ₁₃＝０．０１６２ ｒ₁₄＝∞ ｄ₁₄＝０．３３５０ ｎ₁₄＝１．５１３９９ ν₁₄＝７５．００ ｒ₁₅＝∞ ｄ₁₅＝０．３２４１ ｒ₁₆＝４．１４４１ ｄ₁₆＝０．７９８２ ｎ₁₆＝１．７２９１６ ν₁₆＝５４．６８ ｒ₁₇＝−０．８１０４ ｄ₁₇＝０．１７１９ ｎ₁₇＝１．８０５１８ ν₁₇＝２５．４２ ｒ₁₈＝−１１６．１００２ ｄ₁₈＝０．０６１４ ｒ₁₉＝∞ ｄ₁₉＝０．２１６１ ｎ₁₉＝１．５２２８７ ν₁₉＝５９．８９ ｒ₂₀＝∞ ｄ₂₀＝０．５２７２ ｒ₂₁＝∞ ｄ₂₁＝０．３７８２ ｎ₂₁＝１．５１６３３ ν₂₁＝６４．１５ ｒ₂₂＝∞ ｄ₂₂＝０．７６７５ ｎ₂₂＝１．５２２８７ ν₂₂＝５６．８９ ｒ₂₃＝∞（像面） ｆ １．０１ ０．８４ Ｄ₀ １０．８０ １．０８

【００２０】本実施例では、電圧の変化に応じて液晶分
子の向きを変化せしめることにより屈折率を変化せし
め、これにより焦点位置を変えることの出来る液晶素子
を光学系中に配置している。上記データ中、第６面から
第１１面までが液晶レンズユニット部であり、第7面と
第9面が液晶部として、状態によって屈折率を変えるこ
とが出来るようになっている。本実施例で、前記式
（１）を、 ｜１／Ｘ_n−１／Ｘｆ｜＝３・３μｍ・Ｆ_no／ｆＬ² （６） と変形し、ＣＣＤの分解能が３μｍピッチの３画素分で
あるとした場合の被写界深度を計算すると、最高拡大倍
率が０．４０５倍、被写界深度の幅が０．８６ｍｍとな
る。この拡大倍率は、従来型拡大内視鏡の最大拡大倍率
１．０９９に比較して劣りはするものの、被写界深度の
幅が０．２０８９倍の４倍程度まで広がり、初心者にも
使い勝手の良い拡大内視鏡が提供できる。

【００２１】さて、本実施例及び後述の第２乃至第７実
施例に示すような焦点切り替え型の光学系を用いて、実
際に焦点切り替えを自動化した場合の具体的な構成を以
下に説明する。図３は、その全体構成を概念的に示した
ブロック図であるが、図中、１は光源装置、２は内視鏡
スコープ、３は画像処理を行ってＴＶ画像を表示装置４
へ出力するためのプロッセサである。光源装置1は、ラ
ンプ５と光源光学系６と絞り装置７と絞り制御装置８を
含んでおり、ランプ５から出射した光が、光源光学系６
と絞り装置７を介してライトガイド９に導かれて、物体
に照射されるように構成されている。物体からの反射光
は、内視鏡スコープ２内の対物光学系１１を介してＣＣ
Ｄ１０上に結像せしめられ、ＣＣＤ駆動回路１２によっ
てＣＣＤ１０からの電気信号としてプロッセサ３へ導か
れる。この電気信号は、プリプロセス回路１３を通り、
A／Ｄ変換回路１４によりA／D変換され、画像生成回路
２２を通じて、内視鏡画像として表示装置４へ出力され
る。

【００２２】ここで、本第１実施例で示すような光学系
を採用した場合は、プロッセサ３中の駆動回路２１によ
って、電気的に光学系の焦点距離を変えることが出来
る。この駆動回路２１は、レンズ制御回路２０によって
動作が決定されており、レンズ制御回路２０は、光量変
化検出装置１９と焦点評価値算出回路１８によって、光
学系制御を行っている。即ち、物体までの距離が変化す
ると、画像の明るさを一定に保つために光源装置１の絞
り７が変化することになるので、この絞り7が駆動され
たかどうかによって、物体までの距離が変化したかどう
かを判断することが可能である。これを光量変化検出回
路１９によって判断する。一方、その時に画像のピント
が合っているかどうかは、例えば、画像強調信号の振幅
成分の大小で判断可能であるから、焦点評価値算出回路
１８によって、ピントが適切な状態になっているかどう
かは判断できる。

【００２３】つまり、レンズ制御回路２０は、先ず、光
量変化検出回路１９による情報から、物体までの距離が
変動したかどうかを判断し、次ぎに、その時の焦点評価
値算出回路１８でピント状態を判断し、適切なピントの
状態になるように対物光学系１１の焦点を駆動回路２１
で調整せしめ、焦点の切り替えを自動化するのである。
ここで、本第１実施例で示すような光学系では、拡大観
察時の焦点距離が通常観察時の焦点距離よりも短くなる
ため、画角が広くなってしまう。すると、画像周辺の像
面湾曲が劣化したり、周辺の光量が不足し、暗くなって
しまうという問題が発生する。

【００２４】本発明では、こような場合に、画質と周辺
光量の劣化を防ぐために、少なくとも近接観察時に、固
体撮像素子上に存在し得る画像情報αと表示装置上に表
示される画像情報βとの比を α／β≧１ （７） になるように設定せしめる制御装置を設けている。つま
り、これらの問題は何れも視野周辺の画質が劣化する問
題であるため、近接画像が選択された場合は、実際に持
っている情報よりも少ない情報を画像表示装置に表示す
ることにより、周辺の画像情報が表示できないようにす
れば良い。

【００２５】図３においては、信号処理回路１５中の画
像拡大回路２６が、その役割を果たしている。この回路
は、レンズ制御回路２０の判断を受けて、近接状態か通
常状態かを判断し、画像情報にフィードバックすること
が出来るようになっている。この回路の作用により、本
来表示回路に表示して欲しくない情報を自動的に表示せ
しめないようにすることが可能となるため、医者は特別
な操作を行うこと無しに、注目したい部分にのみ着目し
て診断を行うことが出来るため、操作性が極めて良好に
なる。なお、画像拡大回路２６の作用に制限を加えると
すれば、画像周辺の劣化は画面の約７５％以上の領域で
生じているので、拡大率は、 α／β≧１．２５ （８） が好ましく、その場合に、表示装置上に更に表示される
画像情報の中心位置が、固体撮像素子上に存在し得る画
像情報の２５％の領域以内に存在するようにすれば、最
低限画質劣化の領域が観察される頻度が少なくなるた
め、好ましい。

【００２６】実施例２ 図４は本発明の第２実施例の対物光学系の構成を示して
おり、（a）は通常観察時の、（b）は近接観察時の状態
を夫々示している。以下、その光学データを示す。 ｆ＝０．９６〜０．８９ F／５．６３〜５．６１ ２ω＝１４５．８°〜 １４９．８° D₀＝１２．３０〜２．２０ H＝１．０００ ｒ₁＝∞ ｄ₁＝０．２８５４ ｎ₁＝１．８８３００ ν₁＝４０．７８ ｒ₂＝０．６２６１ ｄ₂＝０．３７７７ ｒ₃＝∞ ｄ₃＝０．１９２４ ｎ₃＝１．５１３９９ ν₃＝７５．００ ｒ₄＝∞ ｄ₄＝０．０１０３ ｒ₅＝３．６６６１ ｄ₅＝１．３１５５ ｎ₅＝１．７７２５０ ν₅＝４９．６０ ｒ₆＝−１．２４１１ ｄ₆＝０．０６２１ ｒ₇＝∞ ｄ₇＝０．００００ ｒ₈＝∞ ｄ₈＝０．０９４４ ｎ₈＝１．７４０００ ν₈＝２８．２８ ｒ₉＝∞ ｄ₉＝０．０３１２ ｎ₉＝１．５２４００ ν₉＝３０．２０ ｒ₁₀＝−５．３８４３ ｄ₁₀＝０．２３６１ ｎ₁₀＝１．５６３８４ ν₁₀＝６０．６７

【００２７】 ｒ₁₁＝５．３８４３ ｄ₁₁＝０．０３１２ ｎ₁₁＝１．５２４００ ν₁₁＝３０．２０ ｒ₁₂＝∞ ｄ₁₂＝０．０９４４ ｎ₁₂＝１．７４０００ ν₁₂＝２８．２８ ｒ₁₃＝∞ ｄ₁₃＝０．０５０４ ｒ₁₄＝∞ ｄ₁₄＝０．１９２４ ｎ₁₄＝１．５１３９９ ν₁₄＝７５．００ ｒ₁₅＝∞ ｄ₁₅＝０．０４９０ ｒ₁₆＝３．５８１７ ｄ₁₆＝０．８０６７ ｎ₁₆＝１．６９６８０ ν₁₆＝５５．５３ ｒ₁₇＝−０．７８９９ ｄ₁₇＝０．１７３７ ｎ₁₇＝１．８４６６６ ν₁₇＝２３．７８ ｒ₁₈＝−３．１１５１ ｄ₁₈＝０．８２０６ ｒ₁₉＝∞ ｄ₁₉＝０．６２０５ ｎ₁₉＝１．５１６３３ ν₁₉＝６４．１５ ｒ₂₀＝∞ ｄ₂₀＝０．７７５７ ｎ₂₀＝１．５２２８７ ν₁₀＝５９．８９ ｒ₂₁＝∞ ｄ₂₁＝０．００００ ｆ ０．９６ ０．８９ Ｄ₀ １２．３０ ２．２０

【００２８】本実施例においても、電圧の変化に応じ
て、液晶分子の向きを変化させることにより屈折率を変
化せしめ、これにより焦点位置を変えることの出来る液
晶素子を、光学系中に配置している。本実施例において
は、第８面から第１３面までが液晶レンズユニット部で
あり、その内、第９面と第１１面が液晶部として、状態
によって屈折率を変化させることが出来る。第１実施例
において行ったのと同様に、ＣＣＤの分解能が３μｍピ
ッチの３画素分であるとした場合の被写界深度を計算す
ると、最高拡大倍率が０．４０５倍、被写界深度の幅が
０．８６ｍｍとなる。この実施例の場合も、従来型拡大
内視鏡の最高拡大倍率１．０９９倍に比較して、拡大倍
率は劣るものの、被写界深度の幅が０．２０８９倍の４
倍程度まで広がり、初心者にも使い勝手の良い拡大内視
鏡が提供できる。

【００２９】本実施例は、第１実施例に比べて、フィル
タの配置方法に工夫が凝らされている。即ち、第１実施
例では、第１２及び１３面と第１９及び２０面に干渉型
のレーザーカットフィルタを、第１４及び１５面に吸収
型の赤外カットフィルタを夫々配置している。内視鏡で
はレーザーによる処置を行うが、ＣＣＤはレーザーに対
する耐性が弱いため、レーザーカット面を２面必要とさ
れる。また、２種類のレーザーに対応させようとする
と、更にレーザーカット面が２面必要になる。つまり、
合計２枚の干渉フィルタが必要で、各々両面にレーザー
カットフィルタ面を配置する必要がある。一方、内視鏡
としての色再現性を確保するために、吸収型の色フィル
タは最低１枚は必要である。しかしながら、本第２実施
例では、第２及び３面と第１４および１５面に第１実施
例の場合よりも薄い吸収型赤外カットフィルタを配置
し、各々の表面に干渉型のレーザーカットフィルタを配
置することにより、フィルタスペースを１枚分減らしな
がらも、必要な仕様を確保している。

【００３０】実施例３ 図５は本発明の第３実施例の対物光学系の構成を示して
おり、（a）は通常観察時の、（b）は近接観察時の状態
を夫々示している。以下、その光学データを示す。 ｆ＝１．０６〜１．０６ F／１０．４１〜１２．７８ ２ω＝１１７．１ °〜９１．３° D₀＝１１．００〜１．２０ H＝１．０００ ｒ₁＝∞ ｄ₁＝０．１５３４ ｎ₁＝１．５７１３５ ν₁＝５２．９５ ｒ₂＝０．３５７８ ｄ₂＝０．１６７８ ｒ₃＝１．８５５５ ｄ₃＝０．４１１１ ｎ₃＝１．８０５１８ ν₃＝２５．４２ ｒ₄＝∞ ｄ₄＝０．０１６３ ｒ₅＝∞ ｄ₅＝０．５０１８ ｎ₅＝１．４８７４９ ν₅＝７０．２３ ｒ₆＝−０．５８８９ ｄ₆＝０．１２１７ ｒ₇＝∞ ｄ₇＝０．５３３２ ｎ₇＝１．５３９９６ ν₇＝５９．４６ ｒ₈＝−０．５９１８ ｄ₈＝０．１７７５ ｎ₈＝１．８０５１８ ν₈＝２５．４２ ｒ₉＝−１．１３８４ ｄ₉＝Ｄ₉ ｒ₁₀＝∞ ｄ₁₀＝０．４５５８ ｎ₁₀＝１．５１６３３ ν₁₀＝６４．１４

【００３１】 ｒ₁₁＝∞ ｄ₁₁＝０．０２１２ ｒ₁₂＝∞ ｄ₁₂＝０．９３５７ ｎ₁₂＝１．５１６３３ ν₁₂＝６４．１４ ｒ₁₃＝∞ ｄ₁₃＝−１．０３２２ ｎ₁₃＝１．５１６３３ ν₁₃＝６４．１４ ｒ₁₄＝∞ ｄ₁₄＝０．００００ ｆ １．０６ １．０６ Ｄ₀ １１．００ １．２０ Ｄ₉ ０．２０ １．０１

【００３２】本実施例は、固体撮像素子を駆動すること
により、焦点位置を変更することが出来るように構成さ
れている。この実施例において、被写界深度と拡大倍率
を、ＣＣＤの分解能が３μｍピッチの３画素分の条件で
計算すると、最高拡大倍率が０．９６９倍、被写界深度
の幅が０．３２ｍｍとなって、実施例１及び２の場合よ
りも、被写界深度はやや小さいものの、拡大倍率は従来
型の拡大内視鏡に近い値である。また、本実施例のよう
に、光学系の射出瞳が固体撮像素子よりも物体側に在る
場合で固体撮像素子そのもを駆動可能な場合、焦点距離
を変動させずに倍率を大きくすることが出来るので、拡
大内視鏡としては有利である。

【００３３】図６に示すように、固体撮像素子の位置を
原点として、射出瞳位置Ｐ_expがＰ_exp＜０
（９）なる条
件を満たしている場合、固体撮像素子への入射角がθで
あったときに、作動距離がＷＤ_wideからＷＤ_teleとなる
ことに伴い、焦点距離が２δＦ_noだけ変動し、変動した
像面の像高に対応した光線が、固体撮像素子への入射角
でθ´と変化することになる。一方、一般的に内視鏡光
学系はｆθ型の光学系であることが知られているため、
焦点位置が変化する前即ち固体撮像素子への入射角θに
対応する半画角がωであったとすると、焦点位置が変化
した後の半画角ω´は、 ω´=ω・θ´／θ （１０） という式で表すことが出来る。今、射出瞳の条件から、 θ´／θ＜１ （１１） であるため、 ω´＜ω （１２） とすることが出来る。つまり、上記（９）式を満たすこ
とで、焦点距離を変えずに、光学倍率βを大きくするこ
とが可能となる。本第３実施例は、このような考え方に
基づき、ｆＬ_wide=ｆＬ_teleとなるように焦点距離ｆＬ
を変化させず、必要最小限の被写界深度を確保しつつ、
拡大倍率をなるべく確保している。

【００３４】実施例４ 図７は本発明の第４実施例の対物光学系の構成を示して
おり、（a）は通常観察時の、（b）は近接観察時の状態
を夫々示している。以下、その光学データを示す。 ｆ＝０．９７〜１．０１ F／９．５５〜１１．７２ ２ω＝１３１．３° 〜１００．４° D₀＝１０．８０〜１．０８ H＝１．０００ ｒ₁＝∞ ｄ₁＝０．１５３４ ｎ₁＝１．５７１３５ ν₁＝５２．９５ ｒ₂＝０．３５７８ ｄ₂＝０．１６７８ ｒ₃＝１．８５５５ ｄ₃＝０．４１１１ ｎ₃＝１．８０５１８ ν₃＝２５．４２ ｒ₄＝∞ ｄ₄＝０．０１６３ ｒ₅＝∞ ｄ₅＝０．５０１８ ｎ₅＝１．４８７４９ ν₅＝７０．２３ ｒ₆＝−０．５８８９ ｄ₆＝０．１２１７ ｒ₇＝∞ ｄ₇＝０．５３３２ ｎ₇＝１．５３９９６ ν₇＝５９．４６ ｒ₈＝−０．５９１８ ｄ₈＝０．１７７５ ｎ₈＝１．８０５１８ ν₈＝２５．４２ ｒ₉＝−１．１３８４ ｄ₉＝Ｄ₉ ｒ₁₀＝１０．００００ ｄ₁₀＝０．４５５８ ｎ₁₀＝１．５１６３３ ν₁₀＝６４．１４

【００３５】 ｒ₁₁＝∞ ｄ₁₁＝０．０２１２ ｒ₁₂＝∞ ｄ₁₂＝０．９３５７ ｎ₁₂＝１．５１６３３ ν₁₂＝６４．１４ ｒ₁₃＝∞ ｄ₁₃＝−１．０３２２ ｎ₁₃＝１．５１６３３ ν₁₃＝６４．１４ ｒ₁₄＝∞ ｄ₁₄＝０．０１５０ ｆ ０．９７ １．０１ Ｄ₀ １１．００ １．２０ Ｄ₉ ０．１１ ０．９１

【００３６】本第４実施例は、第３実施例における拡大
内視鏡にフィールドレンズを貼りつけた構成を示してい
る。この場合の被写界深度と拡大倍率とを、ＣＣＤの分
解能が３μｍピッチの３画素分の条件下で計算すると、
最高拡大倍率が０．８９３倍、被写界深度の幅が０．３
４５ｍｍとなる。一般的に、フィールドレンズとは、瞳
位置を大きく変動させるために使用されるが、本実施例
におけるフィールドレンズは、第３実施例に比べて極く
僅かな曲率を持たせたものになるため、瞳位置の操作を
行うためのものではない。しかしながら、 ｆ_wide=０．９７２９＜ｆ_tele=１．０１１７４ （１３） となり、見かけ上本発明の条件から外れてしまう場合も
生ずるが、実質的には本発明を利用していることにな
る。この点を明確にするために、本発明によれば、射出
瞳位置の影響も考慮した上で、この程度の焦点距離の変
動を規定すべく以下の条件を規定している。 ｆ_wide≧１．１・ｆ_tele （１４） Ｐ_exp＜０ （１５）

【００３７】実施例５ 図８は本発明の第５実施例の対物光学系の構成を示して
おり、（a）は通常観察時の、（b）は近接観察時の状態
を夫々示している。以下、その光学データを示す。 ｆ＝１．０４〜０．８８ F／７．８３〜７．５３ ２ω＝８６．５°〜８ ８．７° D₀＝１１．００〜１．００ H＝１．０００ ｒ₁＝５．５５５６ ｄ₁＝０．２２２２ ｎ₁＝１．８８３００ ν₁＝４０．７６ ｒ₂＝０．４９１２ ｄ₂＝０．４２０２ ｒ₃＝１．２６９４ ｄ₃＝０．８６２８ ｎ₃＝１．８４６６６ ν₃＝２３．７８ ｒ₄＝１．１９６２ ｄ₄＝０．０５５６ ｒ₅＝４．４２５７ ｄ₅＝０．２７７８ ｎ₅＝１．７７２５０ ν₅＝４９．６０ ｒ₆＝−０．８０３８ ｄ₆＝Ｄ₆ ｒ₇＝−７．４３８７ ｄ₇＝０．１６６７ ｎ₇＝１．８４６６６ ν₇＝２３．７８ ｒ₈＝２．１８１９ ｄ₈＝０．７７７８ ｎ₈＝１．７２９１６ ν₈＝５４．６８ ｒ₉＝−１．５７１４ ｄ₉＝Ｄ₉ ｒ₁₀＝∞ ｄ₁₀＝０．００００ ｆ １．０４ ０．８８ Ｄ₀ １１．００ １．００ Ｄ₆ １．２８ ０．４７ Ｄ₉ ０．３１ ２．１１

【００３８】本実施例は、光学系中のレンズを駆動する
ことにより、焦点位置を変えることが出来るようにした
構成のものである。この実施例では、通常観察の場合に
対して拡大観察の場合に焦点距離ｆＬが小さくなり、Ｃ
ＣＤの分解能が３μｍピッチの３画素分の条件下で計算
すると、最大拡大倍率が０．７３５倍、被写界深度が
０．３２ｍｍとなって、従来型よりも広い被写界深度を
実現することが出来る。本実施例では、拡大観察時の像
面湾曲の発生を、固体撮像素子上に結像せしめる対物レ
ンズの最も物体側の面を物体側に凸面を向けた負のメニ
スカス構造とすることにより、防ぐようにしている。こ
の像面湾曲の発生原理は、画角が広いまま物体にレンズ
が接近するので、物体までの光路長が中心部と周辺部と
で大きく変わってしまい、周辺部の像面湾曲が補正不足
の状態になることによるものである。これに対する対策
としては、軸外の主点位置を軸上の主点位置へずらすこ
とが考えられるが、このような構成にするためには、対
物レンズの最も物体側の面を、物体側に凸面を向けた負
のメニスカス構造とすることが有効である。このような
構成は、本発明の他の実施例に対しても有効であること
は言うまでもない。

【００３９】実施例６ 図９は本発明の第６実施例の対物光学系の構成を示して
おり、（a）は通常観察時の、（b）は近接観察時の状態
を夫々示している。以下、その光学データを示す。 ｆ＝１．１６〜１．０７ F／８．１４〜８．２３ ２ω＝１３０．７°〜 １４８．２° D₀＝２５．００〜２．００ H＝１．０００ ｒ₁＝∞ ｄ₁＝０．５０００ ｎ₁＝１．５１６３３ ν₁＝６４．１４ ｒ₂＝０．５０００ ｄ₂＝０．４５００ ｒ₃＝∞ ｄ₃＝０．０３００ ｒ₄＝∞ ｄ₄＝０．６０００ ｎ₄＝１．８８３００ ν₄＝４０．７６ ｒ₅＝−１．５０００ ｄ₅＝０．４０００ ｒ₆＝２．５０００ ｄ₆＝０．６０００ ｎ₆＝１．６９６８０ ν₆＝５５．５３ ｒ₇＝−８．００００ ｄ₇＝Ｄ₇ ｒ₈＝７．８４３１ ｄ₈＝０．７０００ ｎ₈＝１．６９６８０ ν₈＝５５．５３ ｒ₉＝−３．３４６０ ｄ₉＝０．４０００ ｎ₉＝１．７８４７２ ν₉＝２５．６８ ｒ₁₀＝−５．７８１９ ｄ₁₀＝Ｄ₁₀ ｒ₁₁＝∞ ｄ₁₁＝０．００００ ｆ １．１６ １．０７ Ｄ₀ ２５．００ ２．００ Ｄ₇ ０．６０ ０．１０ Ｄ₁₀ ０．９６ １．４６

【００４０】本実施例も、光学系中のレンズを駆動する
ことにより、焦点位置を変えることが出来るように構成
されている。この実施例では、通常観察の場合に対して
拡大観察の場合に焦点距離ｆＬが小さくなり、ＣＣＤの
分解能が３μｍピッチの３画素分の条件下で計算する
と、最大拡大倍率が０．５１５倍、被写界深度の幅が
０．７６ｍｍとなり、従来型よりも広い被写界深度を実
現することが出来る。

【００４１】実施例７ 図１０は本発明の第７実施例の対物光学系の構成を示し
ており、（a）は通常観察時の、（b）は近接観察時の状
態を夫々示している。以下、その光学データを示す。 ｆ＝１．１０〜０．９５ F／１１．０１〜１１．３９ ２ω＝１０９．９ °〜１０９．２° D₀＝１０．６０〜１．３０ H＝１．０００ ｒ₁＝∞ ｄ₁＝０．２７０１ ｎ₁＝１．８８３００ ν₁＝４０．７８ ｒ₂＝０．５５２０ ｄ₂＝０．３３３９ ｒ₃＝∞ ｄ₃＝０．２１６１ ｎ₃＝１．５２２８７ ν₃＝５９．８９ ｒ₄＝∞ ｄ₄＝０．０９８２ ｒ₅＝１．８９０９ ｄ₅＝０．２７０１ ｎ₅＝１．８８３００ ν₅＝４０．７６ ｒ₆＝∞ ｄ₆＝０．０１２４ ｎ₆＝１．５２４００ ν₆＝３０．２０ ｒ₇＝−５．４０２５ ｄ₇＝０．１３５１ ｎ₇＝１．５６３８４ ν₇＝６０．６７ ｒ₈＝５．４０２５ ｄ₈＝０．０１２４ ｎ₈＝１．５２４００ ν₈＝３０．２０ ｒ₉＝∞ ｄ₉＝０．０５４０ ｎ₉＝１．７４０００ ν₉＝２８．２８ ｒ₁₀＝∞ ｄ₁₀＝０．００００

【００４２】 ｒ₁₁＝∞ ｄ₁₁＝０．０５４０ ｎ₁₁＝１．７４０００ ν₁₁＝２８．２８ ｒ₁₂＝∞ ｄ₁₂＝０．０１２４ ｎ₁₂＝１．５２４００ ν₁₂＝３０．２０ ｒ₁₃＝−５．４０２５ ｄ₁₃＝０．１３５１ ｎ₁₃＝１．５６３８４ ν₁₃＝６０．６７ ｒ₁₄＝５．４０２５ ｄ₁₄＝０．０１２４ ｎ₁₄＝１．５２４００ ν₁₄＝３０．２０ ｒ₁₅＝∞ ｄ₁₅＝０．４１１８ ｎ₁₅＝１．８８３００ ν₁₄＝４０．７６ ｒ₁₆＝−１．２６５１ ｄ₁₆＝０．０７３０ ｒ₁₇＝∞ ｄ₁₇＝０．２１６１ ｎ₁₇＝１．５２２８７ ν₁₇＝５９．８９ ｒ₁₈＝∞ ｄ₁₈＝０．０１６２ ｒ₁₉＝∞ ｄ₁₉＝０．３３５０ ｎ₁₉＝１．５１３９９ ν₁₉＝７５．００ ｒ₂₀＝∞ ｄ₂₀＝０．２２３０

【００４３】 ｒ₂₁＝７．９６２６ ｄ₂₁＝０．７９８２ ｎ₂₁＝１．７５５００ ν₂₁＝５２．３２ ｒ₂₂＝−０．７７４０ ｄ₂₂＝０．２４２０ ｎ₂₂＝１．８４６６６ ν₂₂＝２３．７８ ｒ₂₃＝∞ ｄ₂₀＝０．６１９４ ｒ₂₄＝∞ ｄ₂₄＝０．００００ ｒ₂₅＝∞ ｄ₂₅＝０．５４０２ ｎ₂₅＝１．５１６３３ ν₂₅＝６４．１５ ｒ₂₆＝∞ ｄ₂₆＝０．６７５３ ｎ₂₆＝１．５２２８７ ν₂₆＝５９．８９ ｒ₂₇＝∞ ｄ₂₇＝０．００００ ｆ １．１０ ０．９５ Ｄ₀ １０．６０ １．３０

【００４４】本実施例は、第１及び２実施例で利用した
液晶素子を２枚使用している。一般的に液晶層が厚くな
ると、応答速度の低下が生じ好ましくない。しかしなが
ら、ピント調整能力を高めるためには、液晶素子の光学
的パワーを強めるために曲率をきつくする事が必要にな
る。しかしながら、液晶レンズの有効径が一定という条
件のもとで曲率半径が小さくなると、液晶層の厚みが厚
くなって、応答速度が低下するという問題が生じる。そ
こで、本実施例では、このような液晶素子を複数個使用
して、各素子の曲率半径を大きくすることにより全体と
して大きな光学的パワーを得るようにしつつ、しかも曲
率半径を大きくとって応答速度を早めることが出来るよ
うにしている。また、光学的パワーを発生させるために
２つの素子を利用しているが、一方の液晶素子にのみ電
圧を加えるようにして半分の光学的パワーを使用するよ
うにすることも出来る。本第７実施例の拡大倍率と被写
界深度は、ＣＣＤの分解能が３μｍピッチの３画素分の
条件下で計算すると、最大拡大倍率が０．７４９倍、被
写界深度の幅が０．４９５ｍｍとなっている。

【００４５】実施例８ 図１１は本発明の第８実施例を示す内視鏡装置の全体構
成図である。この実施例は、図３に示した制御系に比べ
て駆動回路２１が液晶レンズ駆動回路に特定されている
点と、画像拡大回路２６が画像強調回路２３に置換され
ている点で異なるが、画像情報の流れは、図３を参照し
て説明した第１実施例における流れと略同等であるの
で、詳細な説明は省略する。本実施例においては、レン
ズ制御回路２０の判断を受けて近接状態か通常状態かを
判断し、その結果を画像強調回路２３にフィードバック
する。画像強調回路２３は、この信号を受けて近接及び
拡大時に各々最適な強調方式が選ばれるように、画像生
成回路２２から選ばれた画像信号に処理を行う。この場
合、画像強調処理方法の選択は、外部から選択できるよ
うにしても良いし、図示しないスコープの固有情報を受
けて各スコープ毎に最適化した画像強調方法が選択出来
るようにしても良い。また、近接時の画像処理は、生体
の微小血管や粘膜構造などを大きな光学系倍率で観察し
ているので、各々の構造物の特有な周波数に最適化した
画像処理として、比較的低周波を強調することが好まし
い。逆に、通常観察時に最適な画像処理は、粘膜下の血
管の走行状態を小さな光学系倍率で観察しているので、
高周波を強調したものが好ましい。

【００４６】ここで、強調すべき周波数を規定すると、
ＣＣＤのサンプリング周波数をｆ_sとすると、解像力の
限界はナイキストレートとして、 ｆ_n=ｆ_s／２ （１６） となる。本発明による高周波、低周波の判断は、空間周
波数ｆが、 ０＜ｆ＜ｆ_n／２=ｆ_s／４ （１７） となる状態を低周波、 ｆ_n／２=ｆ_s／４＜ｆ＜ｆ_n=ｆ_s／２ （１８） となる状態を高周波と定義することにする。各々の周波
数帯に、強調する周波数のピークを持たせることが、最
適な画像処理となる。勿論、このような画像強調の種類
が数種類用意されていて、どういう画像処理方法にする
かを外部から選択出来るようにしても良いし、図示しな
いスコープ固有情報を受けて、現在プロッセサに接続さ
れているスコープの種類を判別した上で、各スコープに
最適化された画像処理手段を切り替えるようにしても良
い。

【００４７】実施例９ 図１２は本発明の第９実施例を示す内視鏡装置の全体構
成図である。この実施例は、図３に示した制御系に比べ
て駆動回路２１が液晶レンズ駆動回路に特定さいる点
と、画像拡大回路２６が光学情報表示回路２５に置換さ
れている点と、レンズ制御回路２０と光学情報表示回路
２５との間に光学情報計算回路２４が挿入されている点
で異なるが、画像情報の流れは、図３を参照して説明し
た第１実施例における流れと略同等であるので、詳細な
説明は省略する。本実施例においては、レンズ制御回路
２０の判断を受けて近接状態か通常状態かを判断し、そ
の判断結果を光学情報計算回路２４にフィードバック
し、被写界深度や光学系倍率などの光学情報その他さま
ざまな情報の処理計算を行う。計算された結果は光学情
報表示回路２５にフィードバックされ、この信号を受け
て、近接及び拡大時の光学情報が表示装置４に表示出来
るように画像生成回路２２から選ばれた画像信号に処理
を行う。例えば、第１実施例の光学系の場合では、表示
される情報としては、以下のようなものが考えられる。 近接時 RengeOfView ７．１５ｍｍ−４０．４ｍｍ 遠景時 RengeOfView １．８４ｍｍ−２．７０ｍｍ（Mag．×０．４０５−） 勿論、どういう情報を画面上に表示させるかという選択
は、外部から選択できるようにしても良いし、図示しな
いスコープの固有情報を受けて現在プロッセサに接続さ
れているスコープの種類を判別した上で光学情報計算に
補正を行うようにしても良い。

【００４８】ところで、上述の各実施例における拡大観
察時と通常観察時における被写界深度の設定について、
さらに詳細に説明する。図１３は、スコープ先端から物
体までの距離と各距離での限界解像力との関係を、概念
的に示した説明図である。一般に、スコープ先端から物
体までの距離ＷＤにおいて収差補正がなされている場
合、距離ＷＤでの最高解像力は、光学系の解像力ではな
くて使用するＣＣＤの分解能で決まってしまう。一方、
物体までの距離ＷＤが変化した時にＣＣＤの位置が動か
ない場合は、デフォーカスによってスポットダイアグラ
ムの径が変化することになる。つまり、デフォーカスし
た場合、ＣＣＤの分解能がデフォーカスによるスポット
径以下であるときは、解像力はＣＣＤの分解能で決まる
ことになるので、解像力は光学系の倍率変化に伴って直
線状に変化する。ところが、デフォーカスによるスポッ
ト径がＣＣＤの分解能を越えると、解像力は光学系のス
ポット径で決まり、デフォーカスによって解像力が劣化
することになる。このときの直線状に変化する範囲を被
写界深度と定義することにする。

【００４９】このような特性を持つ内視鏡光学系におい
て、本発明による如き拡大観察について考察する。即
ち、通常観察時の被写界深度範囲と、拡大観察時の被写
界深度範囲との２つの状態を、如何に設定するかという
問題について検討する。例えば、特開平８−１３６８３
２号公報に記載のものでは、図１３（ｂ）のごとく、通
常観察時の被写界深度範囲と、拡大観察時の被写界深度
範囲とが以下の条件が満たされるように変化する。 ＷＤ_tele＜ＷＤ_wide （１９） Ｎ_tele＜Ｎ_wide＜Ｆ_tele＜Ｆ_wide （２０） 但し、ＷＤ_teleは近接観察時のベスト距離（作動距
離）、ＷＤ_wideは通常観察時のベスト距離、Ｎ_teleは拡
大観察時の被写界深度の最近接側、Ｎ_wideは通常観察時
の被写界深度の最近接側、Ｆ_teleは拡大観察時の被写界
深度の最遠点側、Ｆ_{wi de}は通常観察時の被写界深度の最
遠点側を夫々表している。

【００５０】しかしながら、このような構成であると、
一見被写界深度が連続的に変化するので好ましいように
思えるが、Ｎ_wide＜Ｆ_teleの条件を満たす必要があるた
め、Ｎ_teleを十分に小さくすることが出来ず、それゆえ
拡大倍率が低いという問題がある。また、図３に関連し
て説明したようなフォーカス位置の制御を行う場合に、
Ｆ_tele〜Ｎ_wideの深度がオーバーラップしている領域
で、通常観察状態と近接観察状態のどちらにピントが合
っているか不定のため、ハンチングを生じてしまい、好
ましくない。したがって、これらの課題も考慮した上
で、被写界深度範囲を適切に設定する必要がある。

【００５１】この問題を解決するためには、図１３
（ｃ）に示す如く、 ＷＤ_tele＜ＷＤ_wide （２１） Ｎ_tele＜Ｆ_tele＜Ｎ_wide＜Ｆ_wide （２２） を満たすように構成する必要がある。このような作動距
離を設定すると、Ｎ_tele時の拡大倍率を大きくする事が
出来る。しかも図３に関連して説明したようなフォーカ
ス位置の制御を行った場合に、焦点評価値を算出しやす
いため、ハンチング的な動作を生じない。また、上記式
（２２）は、一見中間状態の解像力が低いように思える
が、この解像力は飽くまでも限界の解像力であるので、
病変部の大雑把な形を見てオリエンテーシヨンするとい
ったような使い方は、この中間状態でも可能である。

【００５２】しかしながら、画素数の多いＣＣＤを用い
た場合、Ｎ_wide−Ｆ_wide間、Ｎ_tele−Ｆ_tele間の値が極
端に小さくなるような場合は、中間状態にピントが合う
範囲を設定せざるを得なくなる。この場合、図３で説明
したピント制御装置の制限から、なるべく中間状態を少
なくするために、３点でのフォーカス範囲を考える。こ
のような場合は、更に以下の考え方を付加することが好
ましい。即ち、図１４（ａ）に示すように、中間観察時
の作動距離をＸＢ_midとした場合の観察深度がＮ_midから
Ｆ_midとした場合に、 ＷＤ_tele＜ＷＤ_mid＜ＷＤ_wide （２３） Ｆ_tele＜Ｎ_mid＜Ｆ_mid＜Ｎ_wide （２４） を更に満たすように設定する。このようにすると特定の
フォーカス状態で画像が合っている場合に、他のフォー
カス状態で画像がぼけていることになる為、焦点評価値
算出回路１８で判断しやすくなり、ハンチング等の発生
はなく、しかもＮ _teleが近接可能で十分な拡大倍率を得
ることが出来る。

【００５３】一方で、中間観察時の作動距離をＸＢ_mid
とした場合の観察深度がＮ_midからＦ _midとした場合に、 ＷＤ_tele＜ＷＤ_mid＜ＷＤ_wide （２５） Ｆ_tele＜Ｎ_mid＜Ｎ_wide＜Ｆ_mid （２６） なる条件を更に満たすように設定しても良い。このよう
な設定は、中間状態と遠景観察状態の２つの状態を頻繁
に使用する場合に有効である。この設定の場合には、ハ
ンチング等の問題を回避するための新たな機構が追加さ
れ、コスト的には好ましくないが、多画素ＣＣＤを使用
する場合に被写界深度が極端に狭くなり、中間状態と遠
景観察状態の２つの状態をもって、従来の内視鏡並みの
広い被写界深度を確保しなければならない場合には、特
に有効な構成である。

【００５４】以上、比較例および第１乃至１０実施例に
ついて説明し、比較例及び第１乃至７実施例については
光学データを夫々示したが、特に、比較例及び第１乃至
７実施例について、上述の各条件式の値を一覧表の形で
図１５に示した。

【００５５】以上説明したように、本発明の内視鏡装置
は、特許請求の範囲に記載した特徴のほかに下記の特徴
を有している。 （１） 固体撮像素子上に結像せしめるための対物レン
ズの最も物体側の面が、物体側に凸面を向けた負のメニ
スカス構造をなしていることを特徴とする請求項１に記
載の内視鏡装置。 （２） 少なくとも近接観察時に、固体撮像素子上に存
在し得る画像情報αと、表示装置上に表示された画像情
報βとの比をα／β≧１に設定せしめる制御装置を設け
たことを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。 （３） 前記制御装置は、近接観察時の画像周辺部の品
質劣化を表示しないように構成されていることを特徴と
する上記（２）に記載の内視鏡装置。 （４） 表示装置上に表示される画像情報の中心位置
が、固体撮像素子上に存在し得る画像情報の２５％の領
域内に存在するようにしたことを特徴とする上記（２）
または（３）に記載の内視鏡装置。 （５） 焦点距離と作動距離とを変化せしめる焦点調整
手段によって、通常観察像と近接観察像とを固体撮像素
子により撮像させて、表示装置に表示させるようにした
内視鏡装置において、通常観察時の焦点距離と作動距離
を夫々ｆ_wide，ＷＤ_wide、近接観察時の焦点距離と作動
距離を夫々ｆ_tele，ＷＤ_tele、光学系の射出瞳位置をＰ
_exp（但し、ＣＣＤ位置を原点とする）としたとき、 ＷＤ_wide＞ＷＤ_tele ｆ_wide≧１．１・ｆ_tele Ｐ_exp＜０ なる条件を満たしていることを特徴とする内視鏡装置。 （６） 近接時の画像処理よりも遠景時の画像処理の方
が高周波を重視するようになっていることを特徴とする
請求項２に記載の内視鏡装置。 （７） 固体撮像素子の水平方向の画素ピッチをｐｘと
した場合にｆ_s＝ｐｘなる評価量で、近接時の空間周波
数ｆが０＜ｆ＜ｆ_s／４に強調のピークを持ち、遠景時
の空間周波数ｆがｆ_s／４＜ｆ＜ｆ_s／２に強調のピーク
を持つようにしたことを特徴とする上記（６）に記載の
内視鏡装置。 （８） 前記の光学諸量は、被写界深度の近点と遠点に
おける拡大倍率であることを特徴とする請求項３に記載
の内視鏡装置。 （９） 作動距離を変化せしめる光学手段を備えた内視
鏡装置において、通常観察時の作動距離をＸＢ_wideとし
た場合の観察深度がＮ_wideからＦ_wide、中間観察時の作
動距離をＸＢ_midとした場合の観察深度がＮ_midからＦ
_mid、Ｎ_teleを拡大観察時の被写界深度の最近接側、Ｎ
_wideを通常観察時の被写界深度の最近接側、Ｆ_teleを拡
大観察時の被写界深度の最遠点側、Ｆ_wideを通常観察時
の被写界深度の最遠点側としたとき、 ＷＤ_tele＜ＷＤ_wide Ｎ_tele＜Ｆ_tele＜Ｎ_wide＜Ｆ_wide なる条件を満たすことを特徴とする内視鏡装置。 （１０） 中間観察時の作動距離をＸＢ_midとした場合
の観察深度がＮ_midからＦ_midとしたとき、 ＷＤ_tele＜ＸＢ_mid＜ＷＤ_wide Ｆ_tele＜Ｎ_mid＜Ｆ_mid＜Ｎ_wide なる条件を更に満たすことを特徴とする上記（９）に記
載の内視鏡装置。 （１１） 中間観察時の作動距離をＸＢ_midとした場合
の観察深度がＮ_midからＦ_midとしたとき、 ＷＤ_tele＜ＸＢ_mid＜ＷＤ_wide Ｆ_tele＜Ｎ_mid＜Ｎ_wide＜Ｆ_mid なる条件を更に満たすことを特徴とする上記（９）に記
載の内視鏡装置。 （１２） 固体撮像素子からの信号を元にした制御信号
を焦点調整手段に供給する制御装置を更に備え、前記制
御信号を元にして、光学系の状態に応じた画像処理の状
態を切り替えるための制御を行うことを特徴とする上記
（１０）または（１１）に記載の内視鏡装置。

【００５６】

【発明の効果】上述の如く本発明によれば、通常観察時
よりも拡大観察時の方が光学系の焦点距離を小さくする
ことにより被写界深度を広くして、特別な技術習得が無
くても容易に拡大観察の操作を行える、初級者でも扱い
やすい内視鏡装置を提供することが出来る。また、本発
明によれば、拡大観察か通常観察かを判別して各々に最
適な画像処理情報を制御するようにしたため、各画像情
報に最適な解像感を提供することが可能となり、診断情
報の正確性を向上させることが出来る内視鏡装置を提供
することができる。更に、本発明によれば、拡大観察か
通常観察かを判別して各々の光学情報を表示せしめるよ
うにしたため、複数の医者によりデイスカッシヨンし易
くなって診断精度を更に高めることの出来る内視鏡装置
を提供することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来型内視鏡の対物光学系の構成を示し、
（a）は通常観察時の、（b）は近接観察時の状態を夫々
示している。

【図２】本発明の第１実施例の対物光学系の構成を示
し、（a）は通常観察時の、（b）は近接観察時の状態を
夫々示している。

【図３】焦点切り替えを自動化した場合の内視鏡装置の
構成を示すブロック図である。

【図４】本発明の第２実施例の対物光学系の構成を示
し、（a）は通常観察時の、（b）は近接観察時の状態を
夫々示している。

【図５】本発明の第３実施例の対物光学系の構成を示
し、（a）は通常観察時の、（b）は近接観察時の状態を
夫々示している。

【図６】作動距離の変化に伴う固体撮像素子への入射角
の変化を説明するために図である。

【図７】本発明の第４実施例の対物光学系の構成を示
し、（a）は通常観察時の、（b）は近接観察時の状態を
夫々示している。

【図８】本発明の第５実施例の対物光学系の構成を示
し、（a）は通常観察時の、（b）は近接観察時の状態を
夫々示している。

【図９】本発明の第６実施例の対物光学系の構成を示
し、（a）は通常観察時の、（b）は近接観察時の状態を
夫々示している。

【図１０】本発明の第７実施例の対物光学系の構成を示
し、（a）は通常観察時の、（b）は近接観察時の状態を
夫々示している。

【図１１】本発明の第８実施例に係る内視鏡装置の全体
構成を示すブロック図である。

【図１２】本発明の第９実施例に係る内視鏡装置の全体
構成を示すブロック図である。

【図１３】スコープ先端から物体までの距離と各距離で
の限界解像力との関係を概念的に示した説明図である。

【図１４】スコープ先端から物体までの距離と各距離で
の限界解像力との関係を概念的に示した説明図である。

【図１５】比較例及び第１乃至７実施例についての各条
件式の値を示した一覧表である。

【図１６】固体撮像素子を用いた内視鏡光学系の構成を
示す光軸に沿う断面図である。

【図１７】１／X＝Yの値の変化を示す線図である。

【符号の説明】

１ 光源装置 ２ スープ ３ プロッセサ ４ モニタ ５ ランプ ６ 光源光学系 ７ 絞り ８ 絞り制御装置 ９ ライトガイド １０ CCD（固体撮像素子） １１ 対物光学系 １２ CCD駆動回路 １３ プリプロセス回路 １４ A／D変換回路 １５ 信号処理回路 １６ D／A変換回路 １７ 測光回路 １８ 焦点評価値算出回路 １９ 光量変化検出回路 ２０ レンズ制御回路 ２１ 駆動回路 ２２ 画像生成回路 ２３ 画像強調回路 ２４ 光学情報計算回路 ２５ 光学情報表示回路 ２６ 画像拡大回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０２Ｂ 23/24 Ｇ０２Ｂ 23/24 Ｃ 23/26 23/26 Ａ Ｈ０４Ｎ 5/225 Ｈ０４Ｎ 5/225 Ｃ 5/232 5/232 Ａ 7/18 7/18 Ｍ Ｆターム(参考） 2H040 BA03 BA05 BA14 CA23 DA43 GA02 GA06 GA11 2H087 KA10 LA03 MA00 MA04 PA04 PA05 PA06 PA08 PA18 PA19 PB05 PB08 PB09 PB12 QA07 QA18 QA21 QA25 QA34 QA37 QA38 QA41 RA32 RA41 SA00 SA06 SA09 SA72 SA73 SB04 SB13 SB14 UA09 4C061 BB01 CC06 FF40 HH28 JJ17 LL01 NN01 NN05 PP13 RR06 RR17 RR22 TT02 WW03 WW11 5C022 AA09 AC01 AC54 AC69 5C054 AA01 AA05 CA04 CC03 CH01 EA01 EA05 FA00 HA12

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 焦点距離と作動距離とを変化させるため
   の焦点調整手段を操作することによって、通常観察像と
   近接観察像とを固体撮像素子で撮像して、表示装置に表
   示させるようにした内視鏡装置において、ｆ_wideを通常
   観察時の焦点距離、WD_wideを通常観察時の作動距離、ｆ
   _teleを近接観察時の焦点距離、WD_teleを近接観察時の作
   動距離とした時、 WD_wide＞ＷＤ_tele ｆ_wide≧ｆ_tele なる条件を満足するようにしたことを特徴とする内視鏡
   装置。
2. 【請求項２】 固体撮像素子からの信号を元にした制御
   信号を焦点調整手段に供給する制御装置を備えた内視鏡
   装置において、前記制御信号を元にして光学系の状態に
   応じた画像処理の状態を切り替えるための制御を行うよ
   うにしたことを特徴とする内視鏡装置。
3. 【請求項３】 固体撮像素子からの信号を元にした制御
   信号を焦点調整手段に供給する制御装置を備えた内視鏡
   装置において、前記制御信号を元にして光学系の状態に
   応じた光学諸量を計算する演算装置と、該演算装置によ
   り計算された結果を表示素子に表示する表示装置とを備
   えたことを特徴とする内視鏡装置。