JP2005526265A - 自動焦点合わせ内視鏡システム - Google Patents

Abstract

環境のコントラスト特性に関わらず、しっかりとした焦点合わせ動作を行うことを可能にする内視鏡装置５及び方法。内視鏡装置５及び方法は、視野絞りエッジ１１にその焦点を合わせ、エッジに焦点が合った装置のデフォルト情報を格納することができる。その後、内視鏡５が通常の動作を行っている間に、体内の標的対象物に焦点を合わせることができない場合、内視鏡は、メモリ３２からデフォルト情報を呼び出し、レンズ１２の焦点を視野絞り１１のエッジに合わせる。従って、内視鏡装置５の前にある体内の構造対象物は、視覚化をするのに十分に焦点が合わせられる。

Description

本発明は、自動焦点合わせ内視鏡システムに関する。

自動焦点合わせカメラは、一般に、エッジ及びコントラスト検出法を用いて、対象物に対して焦点を合わせる。特に、Ｉｄｅ（米国特許第６,１５７,７８３号、Ｎｉｓｈｉｄａ（米国特許第５,７１０,６６２号）、Ｋｏｎａｙａｇｅ等（米国特許第５,０２７,１４７号）及びＫａｎｅｄａ（米国特許第５,０２７,１４７号）（これらは全て参照によって取り込まれる。）は、エッジ及びコントラスト検出法について検討している。自動焦点合わせカメラのコントラスト検出法を内視鏡システムに利用すると、このシステムは、過酷な条件下の標的部位にある対象物に焦点を合わせるのに困難を感じる。例えば、霧が立ち込めた体腔環境、電気外科手術若しくはレーザ外科手術からの蒸気、又は視野全体の低いコントラスト成分によって、体内の標的対象物に対する適切な自動焦点合わせが妨げられる。この状況は、内視鏡、特に、小さな直径の内視鏡の焦点深度が比較的大きいために、さらに悪化する。従って、一般に、内視鏡システムのオペレータは、体内の標的対象物に手動で焦点を合わせる。

本発明による装置及び方法は、環境のコントラスト特性に関わらず、しっかりとした焦点合わせ動作を行うことを可能にする。

本発明の１つの観点は、画像化領域自動焦点合わせ非画像化領域の間の変わり目を決定し、光学系の焦点をその変わり目に合わせ、そのエッジに焦点が合った光学系の位置をメモリに格納することからなる光学系を有する自動焦点合わせ内視鏡装置によって観察される焦点が合った画像を維持する方法である。

本発明のこの観点の実施形態は、次の特徴を１つ以上含んでもよい。この方法は、焦点合わせのために画像化領域の少なくとも一部を選択し、画像化領域の少なくとも一部のコントラスト値を測定し、画像化領域の少なくとも一部のコントラスト値を予めセットされた値と比較し、コントラスト値が予めセットされた値よりも低い場合、メモリに格納された光学系の位置に光学系を移動させて、エッジに焦点を合わせ、コントラスト値が予めセットされた値よりも高い場合、光学系の焦点を画像化領域の少なくとも一部に合わせることを含む。焦点合わせゾーン内のコントラストは、所定の頻度で確認することができる。

本発明は、別の観点では、内視鏡装置に、画像化領域自動焦点合わせ非画像化領域の間の変わり目を決定させ、光学系の焦点をその変わり目に合わせさせ、そのエッジに焦点が合った光学系の位置をメモリに格納させるための、機械が実行可能な指令を格納する、機械が読取り可能な媒体を備える物である。

この物は、さらに、内視鏡装置に、焦点合わせのために画像化領域の少なくとも一部を選択させ、画像化領域の少なくとも一部のコントラスト値を測定させ、画像化領域の少なくとも一部のコントラスト値を予めセットされた値と比較させ、コントラスト値が予めセットされた値よりも低い場合、メモリに格納された光学系の位置に光学系を移動させて、エッジに焦点を合わせさせ、コントラスト値が予めセットされた値よりも高い場合、光学系の焦点を画像化領域の少なくとも一部に合わせさせることができる。この物は、さらに、内視鏡装置に、焦点合わせゾーン内のコントラストを所定の頻度で確認させることができる。

本発明のさらに別の観点では、内視鏡装置は、光学系と、選択された焦点合わせゾーンに光学系の焦点を合わせる自動焦点合わせモジュールと、エッジに焦点が合った光学系の位置を格納するメモリ部品とを備える。選択された焦点合わせゾーンは、画像化領域と非画像化領域との間のエッジ周辺のゾーンを含む。自動焦点合わせモジュールは、画像化領域と非画像化領域との間のエッジを検出する画像サイズ検出器と、エッジ周辺のゾーンを含む焦点合わせゾーンを選択するゾーン選択器と、光学系の焦点をエッジに合わせるエッジ検出器とを備える。

本発明のさらに別の観点によれば、光学系と、選択された焦点合わせゾーンに光学系の焦点を合わせる自動焦点合わせモジュールと、選択された焦点合わせゾーンは、画像化領域と非画像化領域との間のエッジ周辺のゾーンを含み、エッジに焦点が合った光学系の位置を格納するメモリとを備える内視鏡装置が提供される。

内視鏡装置は、光学系を動かすドライバと、ドライバを制御する焦点コントローラとをさらに備えることができる。焦点コントローラは、自動焦点合わせモジュールと相互作用して、光学系の焦点をエッジに合わせることができる。

また、内視鏡装置は、光学系から伝送された画像をビデオ信号に変換する光電性装置をさらに備えることができる。ビデオ信号は、信号処理のために、自動焦点合わせモジュールに伝送される。

他にも有利な点はあるが、特に、本発明の内視鏡装置及び方法は、光学系の焦点を視野絞りエッジ（視野のエッジ）に合わせ、エッジに焦点が合った装置のデフォルト情報を格納する。その後、内視鏡が通常の動作を行っている間に、体内の対象物に焦点を合わせることができない場合、内視鏡は、メモリからデフォルト情報を呼び出し、レンズの焦点を視野絞りエッジに合わせる。本発明では、手動の焦点合わせが不要になる。従って、従って、内視鏡装置の前にある対象物は、自動的に、視覚化をするのに十分に焦点が合わせられる。

添付図面と以下の説明で、本発明の１以上の実施形態の詳細を示す。本発明の他の特徴、対象物及び利点は、説明及び図面並びに請求の範囲から明らかであろう。

（好ましい実施形態の詳細な説明）
図１は、本発明の１つの実施形態による内視鏡システム５を示す。内視鏡システム５の光学端６は、体内に挿入され、光学端６からのビデオ信号が制御ユニット７に伝送される。制御ユニット７は、その信号を処理し、ビデオモニタ８に内部構造を示す。内視鏡システム５には、光源９が備わっている。

図２を参照すると、光学端６は、光学系１０につながっており、光学系１０は、視野絞り１１、接眼レンズ１２、結合レンズ１３及び光電性撮像装置１４、例えば、ＣＣＤ又はＣＭＯＳ撮像装置を備える。検査対象物は、視野絞り１１の視野を通って視覚化される。

図３を参照すると、光学系１０の接眼レンズ１２は、視野絞り１１により区画された視野内にある対象物の虚像の形成する。結合レンズ１３は、レンズ１２により形成された虚像を光電性撮像装置１４に投影する。結合レンズ１３は、図解の目的のためにのみ、単レンズとして概略的に示す。レンズ１３は、実際は、標的をズームし、その焦点を標的上に合わせるために、固定レンズ及び可動レンズの複合レンズアセンブリであってもよい。システムのバリエーションでは、接眼レンズ１２を省き、結合レンズ１３によって虚像を撮像装置１４に直接投影してもよい。

撮像装置１４に投影された画像は、実像と呼ばれる。投影された実像は、有効画像化領域１５（太線）と非画像化ブラック領域１６（点線）とを含む。図１のビデオモニタ８は、画像化領域１５及びブラック領域１６を図解する。

図４を参照すると、制御ユニット７は、自動焦点モジュール２０、焦点制御マイクロコントローラ３０及びメモリ３２を含む。焦点制御マイクロコントローラ３０は、自動焦点モジュール２０に結合され、メモリ３２は、マイクロコントローラ３０に接続される。焦点モータードライブ３４は、マイクロコントローラ３０に結合され、焦点合わせレンズモーター３６を駆動する。焦点合わせレンズモーター３６は、焦点合わせのためにレンズを動かす。焦点合わせのために動かされるレンズは、結合レンズ１３若しくは接眼レンズ１２又はその両方であってもよい。

ユーザによって随意に、又はシステムが最初に起動する際に自動的に、内視鏡システム５が初期化されるとき、撮像装置１４からのビデオ出力信号１８が、自動焦点モジュール２０に与えられる。自動焦点モジュール２０は、そのビデオ信号を処理し、視野絞り１１のエッジを検出する（自動焦点モジュール２０の機能は、後でより詳しく説明する。）。それから、視野絞り１１のエッジに焦点を合わせるために、焦点制御マイクロコントローラ３０は、自動焦点モジュール２０と動的に相互作用し、焦点モータードライブ３２を作動させる。焦点モータードライブ３２は、焦点合わせレンズモーター３６を駆動し、結合レンズ１３若しくは接眼レンズ１２又はその両方の焦点を視野絞り１１のエッジに合わせる。視野絞り１１のエッジに焦点が合わされたレンズの位置（視野絞り焦点位置）は、メモリ３２に格納される。従って、有効画像化領域１５に投影された対象物の焦点を合わせることができないときは、システム初期化の間にメモリ３２に格納された視野絞り焦点位置のデフォルト設定が呼び出され、対象物を適正に視覚化する。

図５を参照すると、ビデオ信号中の視野絞り１１のエッジを検出し、エッジに焦点を合わせるために、自動焦点モジュール２０は、少なくとも次の回路部品を有する。画像サイズ検出器２２、画像ゾーン選択器２４、エッジ検出器２６。自動焦点モジュール２０の部品は、次のように動作する。

図６を参照すると、内視鏡システム５が初期化された後、ビデオ信号１８は、画像処理（ステップ１００）のために、撮像装置１４から自動焦点モジュール２０に送られる。画像サイズ検出器２４は、ビデオ信号画像中の視野絞りのエッジを検出する（ステップ１０２）。画像サイズ検出器２４は、例えば、ビデオ信号１８の高周波をデジタル的にフィルタリングしてエッジ成分を抽出することによって、これを行う。
次に、画像ゾーン選択器２４は、視野絞りエッジ周辺の画像ゾーンを選択する（ステップ１０４）。次に、マイクロコントローラ３０は、焦点モータードライブを制御して、信号を焦点合わせレンズモーター３６に送り、結合レンズ１３の焦点を画像ゾーン中の視野絞りエッジに合わせる（ステップ１０６）。

視野絞りエッジのコントラストは、一般に高い。なぜなら、エッジは、画像化領域１５からブラック領域１６への変わり目を表わしているからである。ステップ１０６は、エッジ検出器２６が、その視野絞りエッジについて、最も高く、最も鋭いコントラスト、すなわち、最高の合焦（focalization）を検出するまで繰り返される（ステップ１０８）。合焦の度合いは、信号の高周波成分に関連する。従って、エッジ検出器２６は、例えば、信号の高周波成分を測定することにより、合焦の度合いを検出する。次に、自動焦点モジュール２０は、マイクロコントローラ３０に信号を送り、モータ３６を停止させる（ステップ１１０）。次に、視野絞り焦点位置の情報がメモリ３２に格納される（ステップ１１２）。

視野絞り焦点位置がメモリ３２に格納された後、図７に示すステップが行われる。一般に画像化領域１４の中央に設けられる画像化ゾーンは、自動焦点合わせのために画像ゾーン選択器２４によって選択される（ステップ２００）。次に、エッジ検出器２６は、そのコントラストを測定し、予めセットされた最小値と比較する（ステップ２０２）。コントラストの測定値が予めセットされた値に比べて低い場合（ステップ２０４）、画像化ゾーンでの画像の自動焦点合わせを停止し（ステップ２０６）、デフォルトの視野絞り焦点位置をメモリ３２から呼び出す（ステップ２０８）。コントラストの測定値が予めセットされた値より高い場合（ステップ２０４）、自動焦点合わせ機能が有効になる（ステップ２１０）。ステップ２０８又は２１０のどちらからでも、定期的に、例えば、２秒ごとに、ステップ２０２に戻り、視野を常に監視し、及び更新することにより、コントラストの再確認を行うことができる（ステップ２１２）。

上記の技術は、機械の実行可能なプログラムで実行することができる。プログラムは、記憶媒体、例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）に格納することができる。また、このプログラムは、内視鏡システム５に組み込まれたプログラム可能な機械で読むことができる。本発明の数多くの実施形態の説明を行った。それでもなお、本発明の精神と範囲を逸脱することなく、種々の修正が可能であることが理解されるであろう。従って、他の実施形態は、次の請求の範囲に含まれる。

本発明による内視鏡装置の１つの実施形態を図解する。 本発明による内視鏡装置の光学系を図解する。 図２の光学系の拡大部を図解する。 本発明による内視鏡装置の制御ユニットを示す。 本発明の１つの実施形態による自動焦点モジュールを図解する。 本発明の１つの実施形態による、視野絞りエッジの自動焦点情報を格納する工程を示す。 本発明の１つの実施形態による、視野絞りエッジで自動焦点合わせを行う工程を示す。

Claims (16)

1. 画像化領域と非画像化領域の間の変わり目を決定し、
   光学系の焦点をその変わり目に合わせ、
   そのエッジに焦点が合った光学系の位置をメモリに格納することからなる、
   光学系を有する自動焦点合わせ内視鏡装置によって観察される、焦点が合った画像を維持する方法。
2. 焦点合わせのために画像化領域の少なくとも一部を選択し、
   画像化領域の少なくとも一部のコントラスト値を測定し、
   画像化領域の少なくとも一部のコントラスト値を予めセットされた値と比較し、
   コントラスト値が予めセットされた値よりも低い場合、メモリに格納された光学系の位置に光学系を移動させて、エッジに焦点を合わせることをさらに備える請求項１に記載の方法。
3. 所定の頻度でコントラスト値を測定し、及び比較することをさらに備える請求項２に記載の方法。
4. 焦点合わせのために画像化領域の少なくとも一部を選択し、
   画像化領域の少なくとも一部のコントラスト値を測定し、
   画像化領域の少なくとも一部のコントラスト値を予めセットされた値と比較し、
   コントラスト値が予めセットされた値よりも高い場合、光学系の焦点を画像化領域の少なくとも一部に合わせることをさらに備える請求項１に記載の方法。
5. 所定の頻度でコントラスト値を測定し、及び比較することをさらに備える請求項４に記載の方法。
6. コントラスト値が予めセットされた値よりも高い場合、光学系の焦点を画像化領域の少なくとも一部に合わせることをさらに備える請求項２に記載の焦点が合った画像を維持する方法。
7. 内視鏡装置に、
   画像化領域と非画像化領域の間の変わり目を決定させ、
   光学系の焦点をその変わり目に合わせさせ、
   そのエッジに焦点が合った光学系の位置をメモリに格納させるための、
   機械が実行可能な指令を格納する、機械が読取り可能な媒体を備える物。
8. 内視鏡装置に、
   焦点合わせのために画像化領域の少なくとも一部を選択させ、
   画像化領域の少なくとも一部のコントラスト値を測定させ、
   画像化領域の少なくとも一部のコントラスト値を予めセットされた値と比較させ、
   コントラスト値が予めセットされた値よりも低い場合、メモリに格納された光学系の位置に光学系を移動させて、エッジに焦点を合わせさせる指令をさらに備える請求項７に記載の物。
9. 前記装置に、
   所定の頻度でコントラスト値を測定させ、及び比較させる指令をさらに備える請求項８に記載の物。
10. 前記装置に、
    焦点合わせのために画像化領域の少なくとも一部を選択させ、
    画像化領域の少なくとも一部のコントラスト値を測定させ、
    画像化領域の少なくとも一部のコントラスト値を予めセットされた値と比較させ、
    コントラスト値が予めセットされた値よりも高い場合、光学系の焦点を画像化領域の少なくとも一部に合わせさせる指令をさらに備える請求項７に記載の物。
11. 前記装置に、
    所定の頻度でコントラスト値を測定させ、及び比較させる指令をさらに備える請求項１０に記載の物。
12. 光学系と、
    選択された焦点合わせゾーンに光学系の焦点を合わせる自動焦点合わせモジュールと、選択された焦点合わせゾーンは、画像化領域と非画像化領域との間のエッジ周辺のゾーンを含み、
    エッジに焦点が合った光学系の位置を格納するメモリとを備える内視鏡装置。
13. 自動焦点合わせモジュールは、
    画像化領域と非画像化領域との間のエッジを検出する画像サイズ検出器と、
    エッジ周辺のゾーンを含む焦点合わせゾーンを選択するゾーン選択器と、
    光学系の焦点をエッジに合わせるエッジ検出器とを備える請求項１２に記載の内視鏡装置。
14. 光学系の焦点合わせ素子を動かすドライバと、ドライバを制御する焦点コントローラとをさらに備え、
    焦点コントローラは、自動焦点合わせモジュールと相互作用して、光学系の焦点をエッジに合わせる請求項１２に記載の内視鏡装置。
15. 光学系から伝送された画像をビデオ信号に変換する光電性装置をさらに備え、ビデオ信号は、信号処理のために、自動焦点合わせモジュールに伝送される請求項１２に記載の内視鏡装置。
16. 焦点合わせ素子は、可動レンズを備える請求項１４に記載の内視鏡装置。

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