JP2006280425A - 内視鏡装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フォーカス調整機構を利用して観察窓の汚れや水滴の検出を行い、この汚れや水滴が自動的に除去可能となるようにする。
【解決手段】フォーカス調整用の第３可動レンズ１３ｃ及びフォーカス制御部４６ａを設け、観察領域に対するオートフォーカス動作を行うと共に、観察窓１２ａのレンズ面にピントを合わせるように構成し、この観察窓１２ａの画像からそのレンズ面の汚れ又は水滴の付着を汚れ及び水滴検出部４６ｂで検出し、この汚れ又は水滴の付着が検出されたときは、観察窓１２ａに対し噴射ノズル３３から送水、送気を自動的に行い、この観察窓１２ａを洗浄する。
【選択図】図１

Description

本発明は内視鏡装置、特にオートフォーカス機能に用いられるフォーカス調整機構を利用して内視鏡先端部の観察窓に対し送水／送気による洗浄を良好に行う内視鏡装置の構成に関する。

例えば、電子内視鏡装置は、内視鏡先端部に観察窓を含む対物光学系、固体撮像素子であるＣＣＤ（Charge Coupled Device）等を搭載しており、上記対物光学系及びＣＣＤで捉えられた映像信号をプロセッサ装置で信号処理することにより、被観察体の映像をモニタへ表示するものである。また、この種の内視鏡装置では、上記観察窓（レンズ面）の近傍に噴射ノズルが設けられ、洗浄スイッチ（送気／送水釦）の操作により上記噴射ノズルから送気／送水をして観察窓の汚れを除去できるようになっている。

一方、近年の内視鏡装置では、上記対物光学系にズーム（光学的変倍）機構を組み込むだけでなく、オートフォーカス機構を設けることも行われている。このオートフォーカス機構では、映像信号（所定測距エリア）から抽出された焦点評価信号（高周波信号）に基づいてオートフォーカス用の可動レンズを駆動するように構成され、このオートフォーカス機構の制御によれば、ズーム機構で行われるピント合せよりも詳細なピント合わせを行うことができ、良好な被観察体像をモニタで観察することが可能となる。
特開２００３‐１４００３０号公報 特開平１０‐１１８００８号公報

ところで、上記のようなオートフォーカス機構の制御によるピント合わせでは、観察窓に汚れや水滴が付着していると、正確なピント合わせができなくなるため、観察窓は常に清浄な状態であることが望まれる。しかしながら、従来の内視鏡装置の観察窓の洗浄では、内視鏡使用中に操作者、術者が汚れを確認・把握した上で送気／送水釦等の洗浄スイッチを操作しなければならず、このような汚れの確認及び洗浄の操作が煩雑であった。また、送水及び送気による洗浄を行ったとき、汚れが完全に除去されないで残留物が生じたり、送水時の水滴が残ったりする場合があるが、このような場合は、残留物、水滴の確認を行い、再度洗浄スイッチの操作によって洗浄を繰り返す必要がある。このような観察窓の汚れ、残留物、水滴の確認及び洗浄の操作は、内視鏡の操作中に行わなければならないことから可能な限り避けたいという要請がある。

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、フォーカス調整機構を利用して観察窓の汚れや水滴の検出を行い、この汚れや水滴を自動的に除去することが可能となる内視鏡装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、観察窓を洗浄する観察窓洗浄手段を有する内視鏡装置において、観察領域に対するオートフォーカス動作を行うと共に、観察窓にピントを合わせるためのフォーカス調整機構と、このフォーカス調整機構にてピント合せがされた観察窓画像からその観察窓の汚れ又は水滴（の付着状態）を検出する検出回路と、この検出回路にて観察窓の汚れ又は水滴（の付着）が検出されたとき、上記観察窓洗浄手段にて観察窓を自動的に洗浄するように制御する制御回路と、を設けたことを特徴とする。
請求項２に係る発明は、上記観察窓洗浄手段にて観察窓を洗浄したとき、上記フォーカス調整機構により観察窓にピントを合わせた画像から上記検出回路にて観察窓の汚れ又は水滴を検出（確認）し、この汚れ又は水滴が検出されたときは、観察窓の洗浄を再度行うように制御することを特徴とする。
請求項３に係る発明は、上記検出回路にて観察窓の汚れ又は水滴が検出されたとき、上記洗浄の直前に、汚れ若しくは水滴を検出したこと又は汚れ若しくは水滴を除去することの告知を行うことを特徴とする。

請求項４に係る発明は、観察窓を洗浄する観察窓洗浄手段を有する内視鏡装置において、観察領域に対するオートフォーカス動作を行うと共に、観察窓にピントを合わせるためのフォーカス調整機構と、このフォーカス調整機構にてピント合せがされた観察窓画像からその観察窓の汚れ又は水滴を検出する検出回路と、この検出回路にて観察窓の汚れ又は水滴が検出されたとき、この汚れ若しくは水滴を検出したことの告知を行うことを特徴とする。

上記の構成によれば、例えば観察窓洗浄手段として、水又は空気の供給部から内視鏡先端部の噴射ノズルまで送気／送水管が配設され、この送気／送水管への送気／送水を電磁弁バルブ等で制御する装置等が設けられ、この場合は操作スイッチとして電気的な洗浄スイッチ（送気／送水スイッチ）が設けられる。一方、対物光学系には変倍用可動レンズと共にフォーカス調整用可動レンズが設けられ、このフォーカス調整用可動レンズを高速のアクチュエータ等で駆動することにより、通常の観察領域の被観察体へピント合わせが行われると共に、所定のタイミングで行われる汚れ（残留物）又は水滴検出時に観察窓（レンズ面）へピント合わせが行われる。このとき、検出回路では観察窓の画像に基づいて汚れ又は水滴の付着状態が検出されており、この汚れ又は水滴の付着が検出されたときは、上記観察窓洗浄手段にて自動的に送水、送気が行われ、これによって観察窓が洗浄される。

また、洗浄スイッチの操作によって、術者等は観察窓を任意に洗浄することができるが、この洗浄動作の際に本発明を適用することができる。この場合は、洗浄開始と共に観察窓へピント合わせることにより汚れ又は水滴の状態を確認し、汚れ又は水滴が残っている場合は、再度洗浄を繰り返す。もちろん、オートフォーカス制御時の定期的な汚れ等の検出に基づいて自動的に洗浄を開始した場合においても、再度の検出により汚れ又は水滴の除去を確認することができる。更に、上記検出回路にて汚れ又は水滴を検出したときは、洗浄を実行する前にモニタ等に、汚れ若しくは水滴の付着がある旨の表示、又は汚れ若しくは水滴を除去する旨の表示がなされ、これらが術者等に告知される。

上記請求項４の発明によれば、送気／送水の制御弁として手動操作する機械式バルブを用いた場合に有効であり、汚れ又は水滴の付着が検出されたことが告知されるので、この告知を待って機械式バルブの手動操作により観察窓の洗浄を行うことができる。

本発明の内視鏡装置によれば、オートフォーカス機構を利用して観察窓の汚れや水滴の検出を行い、この汚れや水滴を自動的に除去することが可能となり、操作者、術者による汚れ、残留物、水滴の確認や洗浄の操作を軽減できるという効果がある。

図１及び図２には、実施例に係る電子内視鏡装置の構成が示され、図２は内視鏡先端部の構成を示している。図２において、内視鏡先端部１０には、対物光学系として、前側から順に、観察窓（レンズ）１２ａ、固定レンズ１２ｂ、バリフォーカルレンズとして構成された変倍用の第１可動レンズ１３ａ及び第２可動レンズ１３ｂ、固定レンズ１２ｃ及びフォーカス調整用の第３可動レンズ１３ｃが配置されており、この第３可動レンズ１３ｃの後側に、プリズム１４、カバーガラス１５を介して固体撮像素子であるＣＣＤ１６が配置される。このＣＣＤ１６で撮像された信号は、回路基板１７及び信号線１８を介してプロセッサ装置へ供給される。

上記第１可動レンズ１３ａは、係合孔２０Ａを有する保持枠２０に、第２可動レンズ１３ｂは係合孔２１Ａを有する保持枠２１に保持され、この係合孔２０Ａ，２１Ａが円柱状のカム軸２３の外周に嵌合する状態で、各レンズ１３ａ，１３ｂはこのカム軸２３に取り付けられる。上記の係合孔２０Ａにはカムピン２５、係合孔２１Ａにはカムピン２６が突出配置され、一方のカム軸２３には、その軸線に対して傾斜角度の異なるカム溝２７，２８が形成されており、このカム溝２７に上記カムピン２５、カム溝２８に上記カムピン２６が係合する。

そして、上記カム軸２３には、多重コイルバネ等からなる線状伝達部材２９が連結されており、この線状伝達部材２９の他端は操作部に設けられたモータ３０（図１）の回転軸に取り付けられる。従って、モータ３０の駆動によって線状伝達部材２９を介してカム軸２３を回転させれば、カム溝２７，２８とカムピン２５，２６の係合によって第１可動レンズ１３ａ、第２可動レンズ１３ｂが光軸方向の前後にそれぞれ異なる量だけ移動し、これによって光学的変倍（拡大）等が行われる。即ち、第１及び第２の可動レンズ１３ａ，１３ｂは、バリフォーカル光学系を構成しており、相対的に前後移動しながら光学的変倍を行う（観察距離、観察深度、焦点距離等が可変となる）。

一方、上記フォーカス調整用の第３可動レンズ１３ｃを駆動するために、圧電素子を利用した小形で高速のアクチュエータ３２が支持部３３に取り付けられており、このアクチュエータ３２の駆動軸３２Ａの外周に、第３可動レンズ１３ｃの保持枠３５の係合孔３５Ａが移動可能に嵌合配置される。このアクチュエータ３２では、駆動軸３２Ａに圧電素子が取り付けられており、この圧電素子で駆動軸３２Ａを緩急を以って前後に動かすことにより、第３可動レンズ１３ｃを前後方向へ移動させることができる。このアクチュエータ３２としては、静電アクチュエータ等の他の小形リニアアクチュエータを用いてもよい。なお、この先端部１０には、図２で示した構成の他に、照明窓へ光を照射するためのライトガイドや吸引管としても機能する処置具挿通チャンネル、そして送気／送水管等が配置される。

図１には、実施例の電子内視鏡装置の回路構成が示されており、上述の線状伝達部材２９のモータ３０はモータ駆動回路３１にて駆動制御される。また、先端部１０の観察窓１２ａの近傍に、観察窓１２ａのレンズ面に送気又は送水をするための噴射ノズル３３が設けられ、この噴射ノズル３３には、送気／送水管３４が連結されており、この送気／送水管３４は、電子内視鏡及びプロセッサ装置とは別体となる管路制御装置としての電磁弁ユニット３５まで配設される。

一方、上記ＣＣＤ１６にはその出力信号を入力して相関二重サンプリングと自動利得制御をするＣＤＳ（相関二重サンプリング）／ＡＧＣ（自動利得制御）回路３８が設けられ、このＣＤＳ／ＡＧＣ回路３８の後段には、Ａ／Ｄ変換器３９、各種の映像処理を施すためのＤＳＰ（デジタル信号プロセッサ）４０、１フレームの映像データを記憶する映像メモリ４１、Ｄ／Ａ変換器４２、そしてモニタ４３が配置される。

また、上記Ａ／Ｄ変換器３９の出力映像信号を入力し、この映像信号（輝度信号等）の高周波成分を取り出すＢＰＦ（帯域通過フィルタ）部４４が設けられており、このＢＰＦ部４４では通過帯域の異なる二つのＢＰＦによって焦点（又はコントラスト）を評価するための高周波成分（２種類の高周波検波信号）を取り出す。更に、電子内視鏡又はプロセッサ装置の全体の制御を統括するマイコン４６が設けられ、このマイコン４６の中に、観察領域に対するパッシブ方式のオートフォーカス（ＡＦ）制御及び観察窓１２ａへのピント合わせ制御を行うフォーカス制御部４６ａと、観察窓１２ａ（レンズ面）の汚れ及び水滴を検出する汚れ及び水滴検出部４６ｂが設けられる。また、変倍操作のための変倍スイッチ４７と洗浄スイッチとしての送気／送水スイッチ（送水と送気の両方を電気的に操作するスイッチ）４８が電子内視鏡の操作部等に設けられており、これらの操作信号は上記マイコン４６へ供給される。

図３（Ａ）には、フォーカス制御によってピントがあった観察窓１２ａのレンズ面の画像（モニタ４３上の画面）が示され、図３（Ｂ），（Ｃ）には、この画像のラインＬｆ，Ｌｇの映像信号（輝度信号）が示されている。図３（Ｂ）のように、汚れ（又は残留物）Ｅａは全体的にコントラストが低下した信号Ｓａ（ラインＬｆ）となり、図３（Ｃ）のように、水滴Ｅｂは外周の輪郭部のみのコントラストが低下した信号Ｓｂ（ラインＬｇ）となる。実施例では、観察窓１２ａの映像信号のレベルをｖ_１、汚れＥａ又は水滴Ｅｂの信号低下分をｖ_２とすると、（ｖ_１−ｖ_２）／ｖ_１＜ｔ（ｔ：所定値）で、かつ上記信号Ｓａの周波数が所定値ｊ（ｊ：低周波数）よりも大きいとき（Ｓａ周波数＞ｊ）、汚れＥａがある状態であると判定し、また信号Ｓｂの周波数が所定値ｄ（ｄ：ｊよりも高い周波数）よりも大きいとき、水滴Ｅｂがある状態であると判定する。なお、この汚れＥａ，水滴Ｅｂの判定では、上記信号Ｓａ，Ｓｂの信号幅を参考にすることもできる。

実施例は以上の構成からなり、内視鏡装置では、図１のＣＣＤ１６にて被観察体が撮像され、その後段のＣＤＳ／ＡＧＣ回路３８〜Ｄ／Ａ変換器４２の回路による映像処理を経ることにより、モニタ４３の画面に被観察体の映像が表示される。一方、変倍スイッチ４７が操作されると、モータ駆動回路３１からの駆動制御信号に基づいてモータ３０が回転し、この回転が線状伝達部材２９を介して図２のカム軸２３へ伝達され、これにより第１可動レンズ１３ａと第２可動レンズ１３ｂが変倍位置及びピントが合う位置に駆動される。この結果、光学的に拡大した被観察体像がＣＣＤ１６で撮像され、モニタ４３の画面には拡大した被観察体の映像が表示される。

また、フォーカス制御部４６ａによって第３可動レンズ１３ｃを用いたオートフォーカス制御が行われる。即ち、図１のＢＰＦ部４４では映像信号から焦点評価値である高周波成分が取り出され、この高周波成分がフォーカス制御部４６ａへ供給されており、上記焦点評価値が高くなる方向へ第３可動レンズ１３ｃを動かして所謂山登り動作を行うことにより、この第３可動レンズ１３ｃを合焦位置へ移動させる。なお、このオートフォーカス制御は、上記光学的変倍機構の拡大動作時にのみ或いは所定の拡大領域のみ行うようになっている。

図４乃至図６には、汚れ及び水滴検出／除去のためのシーケンスの第１例が示されており、この第１例は、観察領域に対するオートフォーカス制御時に定期的に行うようにしたものである。図４のステップ101では、現在、オートフォーカス（ＡＦ）動作領域（例えば光学的拡大動作時）にあるか否かが判定され、Ｙ（Yes）のときは、観察窓１２ａ（レンズ面）にピントが合うように第３可動レンズ１３ｃを移動させ（ステップ102）、汚れ及び水滴検出部４６ｂによる汚れ検出が行われる（ステップ103，104）。この汚れ及び水滴検出部４６ｂでは、Ａ／Ｄ変換器３９の出力映像信号から上記（ｖ_１−ｖ_２）／ｖ_１＜ｔを満たす信号があるかを検出すると共に、この信号の周波数を検出し、この周波数が所定値ｊよりも大きい場合は（ステップ104でＹのとき）、汚れがある状態として、汚れ除去シーケンスへ移行する。

図５には、上記汚れ除去シーケンスが示されており、この汚れ除去シーケンスでは、まず洗浄スイッチである送気／送水スイッチ４８の動作状態が検出され（ステップ201）、この送気／送水スイッチ４８が停止されていることを確認（ステップ202）した後に、例えば“汚れ有り”又は“汚れ除去（中）”の告知（警告）がモニタ４３上に表示される（ステップ203）。そうして、ステップ204にて、噴射ノズル３３から観察窓１２ａのレンズ面に対し送水が行われ、汚れが除去される。その後には、再度汚れ検出が行われ（ステップ205）、ステップ206にて検出周波数がｊ以下（≦ｊ）であることを確認した後［Ｎ（No）の場合はステップ201へ戻る］、送水が停止され（ステップ207）、モニタ４３上の告知も解除される（ステップ208）。

次に、図４のシーケンスでは、ステップ105の水滴の検出が行われており、この場合も、汚れ及び水滴検出部４６ｂにて、映像信号から上記（ｖ_１−ｖ_２）／ｖ_１＜ｔを満たす信号があるかを検出すると共に、この信号の周波数を検出し、この周波数が所定値ｄよりも大きい場合に（ステップ106でＹのとき）、水滴がある状態であるとして、水滴除去シーケンスへ移行する。

図６には、上記水滴除去シーケンスが示されており、この水滴除去シーケンスでも、送気／送水スイッチ４８の動作状態が検出され（ステップ301）、この送気／送水スイッチ４８が停止されていることを確認（ステップ302）した後に、例えば“水滴有り”又は“水滴除去（中）”の告知（警告）がモニタ４３上に表示される（ステップ303）。そうして、ステップ304にて、噴射ノズル３３から観察窓１２ａに対し送気が行われ、水滴が除去される。その後、再度水滴検出が行われ（ステップ305）、ステップ306にて検出周波数がｄ以下（≦ｄ）であることを確認した後［Ｎの場合はステップ301へ戻る］、送気が停止され（ステップ307）、モニタ４３上の告知も解除される（ステップ308）。

図７には、汚れ及び水滴検出／除去のためのシーケンスの第２例が示されており、この第２例は送気／送水スイッチ４８による洗浄動作時に行うようにしたものである。まず、ステップ401で観察窓１２ａの洗浄を行うと、送気／送水スイッチ４８のオン状態等を検出した後、観察窓１２ａにピントが合うように第３可動レンズ１２ｃを移動させ（ステップ402）、送気／送水スイッチ４８の停止を確認（ステップ403）した後に、汚れ及び水滴検出部４６ｂによる汚れ検出が行われる（ステップ404）。この汚れ検出は、上記第１例の場合と同様であり、Ａ／Ｄ変換器３９の出力映像信号が上記（ｖ_１−ｖ_２）／ｖ_１＜ｔを満たすか否かを検出すると共に、この信号の周波数が所定値ｊよりも大きい場合に（ステップ405でＹのとき）、図５の汚れ除去シーケンスへ移行する。

また、ステップ406では水滴の検出が行われ、汚れ及び水滴検出部４６ｂにて、映像信号から上記（ｖ_１−ｖ_２）／ｖ_１＜ｔを満たす信号があるかを検出し、かつこの信号の周波数が所定値ｄよりも大きい場合に（ステップ407でＹのとき）、図６の水滴除去シーケンスへ移行する。このようにして、術者等が自ら送気／送水スイッチにて洗浄を行う場合にも、汚れ又は水滴の付着状態を検出して観察窓１２ａの良好な洗浄を実施することができる。

上記実施例では、送気／送水を電磁弁バルブ等で制御する電磁弁ユニットを用いて電気的に制御する場合を説明したが、内視鏡装置としては、操作部等に送気／送水を手動で操作する機械式バルブを用いたものがある。この場合は、送気／送水を実行して観察窓１２ａを自動的に洗浄することはできないが、汚れ又は水滴の検出を告知することによって術者等による洗浄を促すことができる。即ち、図５のステップ203及び図６のステップ303で説明したように、汚れが検出された場合は、モニタ４３上に“汚れ有り”又は“汚れ除去”等の告知（洗浄を促す告知）を表示し、また水滴が検出された場合は、“水滴有り”又は“水滴除去”等の告知を表示すれば、この告知により術者等は洗浄を自ら行うことができ、これによって観察窓１２ａの洗浄が良好に行われる。

また、上記の汚れ、水滴の付着を検出したこと、汚れ、水滴を除去すること又は除去を促すことの告知は、音声合成回路等を用いて音声で出力するように構成してもよい。

本発明の実施例に係る電子内視鏡装置の全体構成を示すブロック図である。 実施例の電子内視鏡装置の先端部の構成を示す断面図である。 実施例の観察窓にピントを合わせたときの汚れ及び水滴の画像を示すモニタ画面の図［図（Ａ）］、汚れの信号を示す図［図（Ｂ）］及び水滴の信号を示す図［図（Ｃ）］である。 実施例の汚れ及び水滴検出／除去のためのシーケンスの第１例（観察領域へのオートフォーカス動作時に実行するもの）を示すフローチャートである。 実施例の汚れ及び水滴検出／除去シーケンスの中で実行される汚れ除去シーケンスを示す図である。 実施例の汚れ及び水滴検出／除去シーケンスの中で実行される水滴除去シーケンスを示す図である。 実施例の汚れ及び水滴検出／除去のためのシーケンスの第２例（洗浄スイッチ使用時に実行するもの）を示すフローチャートである。

符号の説明

１０…内視鏡先端部、 １６…ＣＣＤ、
１３ａ…第１可動レンズ、 １３ｂ…第２可動レンズ、
１３ｃ…第３可動レンズ（フォーカス調整用レンズ）、
３２…アクチュエータ、 ３２Ａ…駆動軸、
３３…噴射ノズル、 ３４…送気／送水管、
４４…ＢＰＦ部、 ４６…マイコン、
４６ａ…フォーカス制御部、
４６ｂ…汚れ及び水滴検出部、
４８…送気／送水スイッチ（洗浄スイッチ）。

Claims (4)

1. 観察窓を洗浄する観察窓洗浄手段を有する内視鏡装置において、
   観察領域に対するオートフォーカス動作を行うと共に、観察窓にピントを合わせるためのフォーカス調整機構と、
   このフォーカス調整機構にてピント合せがされた観察窓画像からその観察窓の汚れ又は水滴を検出する検出回路と、
   この検出回路にて観察窓の汚れ又は水滴が検出されたとき、上記観察窓洗浄手段にて観察窓を自動的に洗浄するように制御する制御回路と、を設けたことを特徴とする内視鏡装置。
2. 上記観察窓洗浄手段にて観察窓を洗浄したとき、上記フォーカス調整機構により観察窓にピントを合わせた画像から上記検出回路にて観察窓の汚れ又は水滴を検出し、この汚れ又は水滴が検出されたときは、観察窓の洗浄を再度行うように制御することを特徴とする請求項１記載の内視鏡装置。
3. 上記検出回路にて観察窓の汚れ又は水滴が検出されたとき、上記洗浄の直前に、汚れ若しくは水滴を検出したこと又は汚れ若しくは水滴を除去することの告知を行うことを特徴とする請求項１又は２記載の内視鏡装置。
4. 観察窓を洗浄する観察窓洗浄手段を有する内視鏡装置において、
   観察領域に対するオートフォーカス動作を行うと共に、観察窓にピントを合わせるためのフォーカス調整機構と、
   このフォーカス調整機構にてピント合せがされた観察窓画像からその観察窓の汚れ又は水滴を検出する検出回路と、
   この検出回路にて観察窓の汚れ又は水滴が検出されたとき、この汚れ若しくは水滴を検出したことの告知を行うことを特徴とする内視鏡装置。

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