JP2020156560A

JP2020156560A - Rigid endoscope system

Info

Publication number: JP2020156560A
Application number: JP2019056063A
Authority: JP
Inventors: 秀紀天花寺; Hidenori Tenkaji; 康二 ▲高▼橋; Koji Takahashi
Original assignee: JVCKenwood Corp
Current assignee: JVCKenwood Corp
Priority date: 2019-03-25
Filing date: 2019-03-25
Publication date: 2020-10-01
Anticipated expiration: 2039-03-25
Also published as: JP7239821B2

Abstract

To achieve quick auto focus in a rigid endoscope system.SOLUTION: A rigid endoscope system includes: a tube body; an objective lens; an eyepiece; an imaging sensor; a focal point detection sensor; a spectral optical element for spectrally dispersing light beams emitted from the eyepiece in the respective directions of the imaging sensor and the focal point detection sensor; a first optical system for causing the imaging sensor to image a part of the light beams emitted from the eyepiece; a second optical system for causing the focal point detection sensor to image a part of the light beams emitted from the eyepiece; and a focal point adjusting part for executing focal point adjustment by moving a focal point adjusting lens included in the first optical system in an optical axis direction based on a detection signal. An entire F value from the objective lens to the second optical system is configured to be smaller than an entire F value from the objective lens to the first optical system.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、硬性内視鏡システムに関する。 The present invention relates to a rigid endoscopic system.

可撓性のない挿入部を有する硬性内視鏡が知られている。硬性内視鏡は、挿入部の先端に配置された対物光学系により形成される観察像を、リレー光学系によって基端側に伝達する。基端側に伝達された観察像は撮像素子の受光面に結像され、画像信号に変換されて出力される（例えば、特許文献１）。 Rigid endoscopes with inflexible inserts are known. The rigid endoscope transmits an observation image formed by an objective optical system arranged at the tip of the insertion portion to the proximal end side by a relay optical system. The observation image transmitted to the proximal end side is imaged on the light receiving surface of the image sensor, converted into an image signal, and output (for example, Patent Document 1).

特開平８−１２２６６７号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 8-122667

硬性内視鏡システムは、医療の高度化に伴って高画質な出力画像が要求されるようになってきており、高画素の大型撮像素子が採用される傾向にある。撮像素子が大型化すると、像の被写界深度が浅くなり、厳密なフォーカス調整が要求される。すなわち、素早いフォーカス調整が困難である。一方で、被検者の体内に挿通される管体の外径は小さいので、全体の光学系のＦ値は大きく、例えば撮像素子が出力する観察画像を利用したコントラストＡＦには不利である。 Rigid endoscope systems are required to have high-quality output images with the advancement of medical treatment, and there is a tendency for large-sized high-pixel image sensors to be adopted. As the image sensor becomes larger, the depth of field of the image becomes shallower, and strict focus adjustment is required. That is, quick focus adjustment is difficult. On the other hand, since the outer diameter of the tube inserted into the body of the subject is small, the F value of the entire optical system is large, which is disadvantageous for contrast AF using, for example, an observation image output by an image sensor.

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、硬性内視鏡システムにおいて迅速なオートフォーカスを実現することを目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to realize rapid autofocus in a rigid endoscope system.

本発明の具体的態様における硬性内視鏡システムは、直線状の管体と、当該管体の一端側に設けられた対物レンズと、当該管体の一端側とは反対の他端側に設けられた接眼レンズと、画像データを生成するための撮像信号を出力する撮像センサと、焦点検出を行うための検出信号を出力する焦点検出センサと、接眼レンズから射出される光束を撮像センサと焦点検出センサのそれぞれの方向へ分光する分光光学素子と、接眼レンズから射出された一部の光束を撮像センサへ結像させるための第１光学系と、接眼レンズから射出された一部の光束を焦点検出センサへ結像させるための第２光学系と、焦点検出センサが出力した検出信号に基づいて第１光学系に含まれる焦点調整レンズを光軸方向へ移動させることにより焦点調整を行う焦点調整部とを備え、対物レンズから第２光学系までの全体のＦ値は、対物レンズから第１光学系までの全体のＦ値よりも小さくなるように構成されている。 The rigid endoscopic system according to a specific embodiment of the present invention is provided with a linear tube body, an objective lens provided on one end side of the tube body, and an objective lens provided on the other end side opposite to one end side of the tube body. An eyepiece, an image sensor that outputs an image pickup signal for generating image data, a focus detection sensor that outputs a detection signal for focus detection, and an image sensor and focus on the light beam emitted from the eyepiece. A spectroscopic optical element that disperses in each direction of the detection sensor, a first optical system for forming a part of the light beam emitted from the eyepiece on the image sensor, and a part of the light beam emitted from the eyepiece. Focus adjustment is performed by moving the second optical system for forming an image on the focus detection sensor and the focus adjustment lens included in the first optical system based on the detection signal output by the focus detection sensor in the optical axis direction. It is provided with an adjusting unit, and the overall F value from the objective lens to the second optical system is configured to be smaller than the overall F value from the objective lens to the first optical system.

本発明により、硬性内視鏡システムにおいて迅速なオートフォーカスを実現することができる。 According to the present invention, rapid autofocus can be realized in a rigid endoscope system.

第１実施形態に係る硬性内視鏡システムの全体概略図である。It is an overall schematic view of the rigid endoscope system which concerns on 1st Embodiment. 管体内部へ光学系を収容する様子を示す図である。It is a figure which shows the state of accommodating an optical system inside a tube body. 第２実施形態に係る硬性内視鏡システムの全体概略図である。It is an overall schematic view of the rigid endoscope system which concerns on 2nd Embodiment. 第３実施形態に係る硬性内視鏡システムの全体概略図である。It is an overall schematic view of the rigid endoscope system which concerns on 3rd Embodiment.

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、特許請求の範囲に係る発明を以下の実施形態に限定するものではない。また、実施形態で説明する構成の全てが課題を解決するための手段として必須であるとは限らない。 Hereinafter, the present invention will be described through embodiments of the invention, but the invention according to the claims is not limited to the following embodiments. Moreover, not all of the configurations described in the embodiments are indispensable as means for solving the problem.

図１は、第１実施形態に係る硬性内視鏡システム１００の全体概略図である。硬性内視鏡システム１００は、外観的には、直線状に伸延する管体１１０と、これにケーブルで接続される制御部２００および表示部２１０を主な構成要素とする。図は、管体１１０を断面図で表し、管体１１０に収容される主な要素を示している。 FIG. 1 is an overall schematic view of the rigid endoscope system 100 according to the first embodiment. The rigid endoscope system 100 has, in appearance, a tubular body 110 extending linearly, and a control unit 200 and a display unit 210 connected to the tube 110 by a cable. The figure represents the tubular body 110 in cross-sectional view and shows the main elements housed in the tubular body 110.

管体１１０は、例えばステンレス管であり、可撓性を有しない。管体１１０は、観察対象に向けられる先端側である一端から、基端側である他端へ直線状に伸延しており、基端側には、管体１１０から分岐する支管１１７と枝管１４０が設けられている。 The tube body 110 is, for example, a stainless steel tube and does not have flexibility. The tubular body 110 extends linearly from one end on the distal end side toward the observation target to the other end on the proximal end side, and on the proximal end side, a branch pipe 117 and a branch pipe branching from the tubular body 110. 140 is provided.

本実施形態においては、管体１１０の中心軸が、主光学系の光軸ＯＰと一致する。管体１１０の内部には、複数のレンズが設置されている。具体的には、先端側から基端側へ向かって順に、対物レンズ１５１、リレーレンズ１６１、接眼レンズ１５２、および第１結像レンズ１５３が設置されている。管体１１０の他端には、撮像センサ１２１が設置されている。 In the present embodiment, the central axis of the tube 110 coincides with the optical axis OP of the main optical system. A plurality of lenses are installed inside the tube body 110. Specifically, the objective lens 151, the relay lens 161 and the eyepiece lens 152, and the first imaging lens 153 are installed in this order from the distal end side to the proximal end side. An image sensor 121 is installed at the other end of the tube 110.

対物レンズ１５１は、観察対象の観察像を形成し、リレーレンズ１６１は、対物レンズ１５１で形成された観察像を接眼レンズ１５２まで伝達する。対物レンズ１５１、リレーレンズ１６１、接眼レンズ１５２のそれぞれは、複数のレンズから構成されても良い。例えば、対物レンズ１５１は、負、正、正の３枚のレンズから構成される。また、一組のリレーレンズ１６１は、光軸方向に対象に配列された正、負、正、負、正の５枚のレンズによって構成される。特に、３枚目の正レンズは、リレー長を確保すべく、光軸方向の長さが直径より大きいロッドレンズを用いても良い。また、リレーレンズ１６１は、管体１１０の長さに応じて、複数組設置されても良い。図１に示す本実施形態においては、２組のリレーレンズ１６１が設置されている。 The objective lens 151 forms an observation image to be observed, and the relay lens 161 transmits the observation image formed by the objective lens 151 to the eyepiece lens 152. Each of the objective lens 151, the relay lens 161 and the eyepiece lens 152 may be composed of a plurality of lenses. For example, the objective lens 151 is composed of three lenses, negative, positive, and positive. Further, the set of relay lenses 161 is composed of five positive, negative, positive, negative, and positive lenses arranged symmetrically in the optical axis direction. In particular, as the third positive lens, a rod lens having a length in the optical axis direction larger than the diameter may be used in order to secure the relay length. Further, a plurality of sets of relay lenses 161 may be installed according to the length of the tube body 110. In the present embodiment shown in FIG. 1, two sets of relay lenses 161 are installed.

第１結像レンズ１５３は、接眼レンズ１５２を通った観察像を、撮像センサ１２１の受光面の大きさに合わせて、当該受光面上に再結像させる第１光学系としての機能を担う。図においては、一枚のレンズとして表現しているが、複数のレンズから構成されても良い。第１光学系として第１結像レンズ１５３が複数のレンズから構成される場合は、少なくとも一部のレンズがアクチュエータの駆動により光軸ＯＰ方向へ移動可能な焦点調整レンズとして構成される。第１結像レンズ１５３が単独で第１光学系を構成する場合には、第１結像レンズ１５３がアクチュエータの駆動により光軸ＯＰ方向へ移動可能な焦点調整レンズとして構成される。 The first imaging lens 153 has a function as a first optical system that reimages the observation image passed through the eyepiece 152 on the light receiving surface according to the size of the light receiving surface of the image sensor 121. In the figure, it is represented as one lens, but it may be composed of a plurality of lenses. When the first imaging lens 153 is composed of a plurality of lenses as the first optical system, at least some of the lenses are configured as focus adjusting lenses that can be moved in the optical axis OP direction by driving an actuator. When the first imaging lens 153 independently constitutes the first optical system, the first imaging lens 153 is configured as a focus adjusting lens that can move in the optical axis OP direction by driving an actuator.

撮像センサ１２１は、例えばＣＭＯＳセンサであり、受光面で結像した光学像を光電変換して、撮像信号として出力する。管体１１０の基端部に設けられた回路基板２２０は、撮像センサ１２１が出力した撮像信号をレベル調整してＡ／Ｄ変換し、画素データとして制御部２００へ送信する。 The image pickup sensor 121 is, for example, a CMOS sensor, which performs photoelectric conversion of an optical image formed on a light receiving surface and outputs it as an image pickup signal. The circuit board 220 provided at the base end of the tube 110 adjusts the level of the image pickup signal output by the image pickup sensor 121, performs A / D conversion, and transmits the pixel data to the control unit 200.

第１結像レンズ１５３と撮像センサ１２１の間には、ハーフミラー１３１が光軸ＯＰに対して斜交するように設置されている。ハーフミラー１３１は、第１結像レンズ１５３から射出される一部の光束を撮像センサ１２１側へ透過させる分光光学素子である。ハーフミラー１３１に対して撮像センサ１２１と共役の位置には光源１４１が設置される。管体１１０は、光源１４１を収容するための枝管１４０を有し、枝管１４０の内部空間は、管体１１０の内部空間と連通している。光源１４１は、例えば高輝度ＬＥＤが二次元的に配列されたＬＥＤパネルから成る照明素子であり、回路基板２２０によって駆動される。光源１４１からハーフミラー１３１へ向けて射出された照射光は、その一部がハーフミラー１３１に反射されて先端側へ導かれ、対物レンズ１５１から観察対象へ向けて照射される。 A half mirror 131 is installed between the first imaging lens 153 and the imaging sensor 121 so as to be oblique with respect to the optical axis OP. The half mirror 131 is a spectroscopic optical element that transmits a part of the luminous flux emitted from the first imaging lens 153 to the imaging sensor 121 side. A light source 141 is installed at a position conjugate with the image sensor 121 with respect to the half mirror 131. The tube body 110 has a branch tube 140 for accommodating the light source 141, and the internal space of the branch tube 140 communicates with the internal space of the tube body 110. The light source 141 is, for example, an illumination element composed of an LED panel in which high-luminance LEDs are two-dimensionally arranged, and is driven by a circuit board 220. A part of the irradiation light emitted from the light source 141 toward the half mirror 131 is reflected by the half mirror 131 and guided to the tip side, and is irradiated from the objective lens 151 toward the observation target.

接眼レンズ１５２と第１結像レンズ１５３の間には、ハーフミラー１３２が光軸ＯＰに対して斜交するように設置されている。ハーフミラー１３２は、接眼レンズ１５２から射出される光束を撮像センサ１２１と焦点検出センサ１２２のそれぞれの方向へ分光する分光光学素子である。本実施形態においては、管体１１０から分岐する支管１１７にミラー１３３、第２結像レンズ１５４および焦点検出センサ１２２が収容されている。 A half mirror 132 is installed between the eyepiece lens 152 and the first imaging lens 153 so as to be oblique with respect to the optical axis OP. The half mirror 132 is a spectroscopic optical element that disperses the luminous flux emitted from the eyepiece 152 in the respective directions of the image pickup sensor 121 and the focus detection sensor 122. In the present embodiment, the mirror 133, the second imaging lens 154, and the focus detection sensor 122 are housed in the branch tube 117 branching from the tube body 110.

ハーフミラー１３２が設置された付近において、管体１１０の内部空間と支管１１７の内部空間は互いに連通している。ハーフミラー１３２によって支管１１７側へ反射された光束は、ミラー１３３で更に反射され、第２結像レンズ１５４へ導かれる。第２結像レンズ１５４は、接眼レンズ１５２を通った観察像を、焦点検出センサ１２２の受光面の大きさに合わせて、当該受光面上に再結像させる第２光学系としての機能を担う。図においては、一枚のレンズとして表現しているが、複数のレンズから構成されても良い。第２光学系として第２結像レンズ１５４が複数のレンズから構成される場合は、少なくとも一部のレンズがアクチュエータの駆動により分岐された光軸ＯＰ方向へ移動可能な移動レンズとして構成される。第２結像レンズ１５４が単独で第２光学系を構成する場合には、第２結像レンズ１５４がアクチュエータの駆動により分岐された光軸ＯＰ方向へ移動可能な移動レンズとして構成される。移動レンズは、第１結像レンズの焦点調整レンズと連動する。 In the vicinity where the half mirror 132 is installed, the internal space of the pipe body 110 and the internal space of the branch pipe 117 communicate with each other. The luminous flux reflected by the half mirror 132 toward the branch tube 117 is further reflected by the mirror 133 and guided to the second imaging lens 154. The second imaging lens 154 has a function as a second optical system that reimages the observation image passed through the eyepiece 152 on the light receiving surface according to the size of the light receiving surface of the focus detection sensor 122. .. In the figure, it is represented as one lens, but it may be composed of a plurality of lenses. When the second imaging lens 154 is composed of a plurality of lenses as the second optical system, at least a part of the lenses is configured as a moving lens that can move in the optical axis OP direction branched by the drive of the actuator. When the second imaging lens 154 independently constitutes the second optical system, the second imaging lens 154 is configured as a moving lens that can move in the optical axis OP direction branched by driving the actuator. The moving lens is interlocked with the focus adjustment lens of the first imaging lens.

焦点検出センサ１２２は、例えば位相差ＡＦセンサであり、受光面側にセパレータレンズを備え、セパレータレンズによって２つに分割された像のずれ量に相当する位相差信号を出力する。回路基板２２０は、焦点検出センサ１２２が出力した位相差信号をＡ／Ｄ変換し、焦点検出情報として制御部２００へ送信する。 The focus detection sensor 122 is, for example, a phase difference AF sensor, which is provided with a separator lens on the light receiving surface side and outputs a phase difference signal corresponding to the amount of deviation of the image divided into two by the separator lens. The circuit board 220 A / D-converts the phase difference signal output by the focus detection sensor 122 and transmits it to the control unit 200 as focus detection information.

制御部２００は、例えばＣＰＵであり、回路基板２２０へ制御信号を送信することにより、撮像センサ１２１による画像取得を開始させたり、光源１４１を点灯させたりする。制御部２００は、画像取得時には、焦点検出センサ１２２から焦点検出情報を取得し、焦点調整レンズおよび移動レンズのそれぞれの移動位置を算出する。そして、それぞれのレンズが算出された移動位置まで移動するようにアクチュエータを制御する。すなわち、制御部２００は、焦点調整レンズおよび移動レンズを光軸方向へ移動させることにより焦点調整を行う焦点調整部としての機能を担う。 The control unit 200 is, for example, a CPU, and by transmitting a control signal to the circuit board 220, the image acquisition by the image sensor 121 is started and the light source 141 is turned on. At the time of image acquisition, the control unit 200 acquires the focus detection information from the focus detection sensor 122 and calculates the movement positions of the focus adjustment lens and the moving lens. Then, the actuator is controlled so that each lens moves to the calculated moving position. That is, the control unit 200 functions as a focus adjustment unit that adjusts the focus by moving the focus adjustment lens and the moving lens in the optical axis direction.

また、制御部２００は、回路基板２２０から画像データを受け取り、表示画像信号に変換して表示部２１０に表示させる。表示部２１０は、例えばＬＣＤパネルによるディスプレイであり、制御部２００で画像処理された観察対象の観察像を表示する。なお、本実施形態においては、制御部２００および表示部２１０を含めて硬性内視鏡システム１００として説明するが、硬性内視鏡システムは、例えば回路基板２２０が焦点調整部としての機能を担うのであれば、制御部２００や表示部を外部機器として接続する構成であっても良い。 Further, the control unit 200 receives image data from the circuit board 220, converts it into a display image signal, and displays it on the display unit 210. The display unit 210 is, for example, a display using an LCD panel, and displays an observation image of an observation target image-processed by the control unit 200. In this embodiment, the rigid endoscope system 100 including the control unit 200 and the display unit 210 will be described. However, in the rigid endoscope system, for example, the circuit board 220 functions as a focus adjusting unit. If so, the control unit 200 or the display unit may be connected as an external device.

上述のように、ハーフミラー１３２は、接眼レンズ１５２と、第１光学系を構成する第１結像レンズ１５３および第２光学系を構成する第２結像レンズ１５４との間に設置されている。このような構成において、対物レンズ１５１から第２結像レンズ１５４までをひとつの光学系（検出光学系）とみた場合の全体のＦ値は、対物レンズ１５１から第１結像レンズ１５３までをひとつの光学系（撮像光学系）とみた場合の全体のＦ値よりも小さくなるように光学設計が成されている。 As described above, the half mirror 132 is installed between the eyepiece lens 152, the first imaging lens 153 constituting the first optical system, and the second imaging lens 154 constituting the second optical system. .. In such a configuration, when the objective lens 151 to the second imaging lens 154 are regarded as one optical system (detection optical system), the overall F value is one from the objective lens 151 to the first imaging lens 153. The optical design is made so that it is smaller than the overall F value when viewed as the optical system (imaging optical system) of.

撮像光学系も検出光学系も、管体１１０の管径によって制約を受けることから、それぞれの全体の入射瞳を共にＤとする。対物レンズ１５１の焦点距離をｆ_１、接眼レンズ１５２の焦点距離をｆ_２、第１結像レンズ１５３の焦点距離をｆ_３、第２結像レンズ１５４の焦点距離をｆ_４とする。撮像光学系のＦ値をＦ_１、検出光学系のＦ値をＦ_２とすると、
（数１）
Ｆ_１＝｛（ｆ_１／ｆ_２）×ｆ_３｝／Ｄ
（数２）
Ｆ_２＝｛（ｆ_１／ｆ_２）×ｆ_４｝／Ｄ
と表わされる。これらの関係式を用いて、Ｆ_１＞Ｆ_２となるように、入射瞳および各焦点距離を設計すれば良い。より具体的には、ｆ_３＞ｆ_４が実現されるように、第１結像レンズ１５３に対して、第２結像レンズ１５４の光学設計、焦点検出センサ１２２の選定、およびその配置位置の決定を行う。この場合において、焦点検出センサ１２２の受光面の面積が、撮像センサ１２１の受光面の面積よりも小さければ、比較的容易にＦ_１＞Ｆ_２を実現することができる。 Since both the imaging optical system and the detection optical system are restricted by the tube diameter of the tube body 110, the entire entrance pupil of each is set to D. The focal length of the objective lens 151 is f ₁ , the focal length of the eyepiece 152 is f ₂ , the focal length of the first imaging lens 153 is f ₃ , and the focal length of the second imaging lens 154 is f ₄ . Assuming that the F value of the imaging optical system is F ₁ and the F value of the detection optical system is F ₂ .
(Equation 1)
F ₁ = {(f ₁ / f ₂ ) x f ₃ } / D
(Number 2)
F ₂ = {(f ₁ / f ₂ ) x f ₄ } / D
It is expressed as. Using these relational expressions, the entrance pupil and each focal length may be designed so that F ₁ > F ₂ . More specifically, for the first imaging lens 153, the optical design of the second imaging lens 154, the selection of the focus detection sensor 122, and the arrangement position thereof so that f ₃ > f ₄ are realized. Make a decision. In this case, if the area of the light receiving surface of the focus detection sensor 122 is smaller than the area of the light receiving surface of the image sensor 121, F ₁ > F ₂ can be realized relatively easily.

このような光学設計が成された硬性内視鏡システム１００であれば、セパレータレンズによって２つに分割された像がより急峻となるので焦点検出センサ１２２が出力する位相差信号のＳＮ比が向上し、迷うことの少ない迅速なオートフォーカスを実現することができる。また、第２光学系にも焦点調整のための移動レンズを含ませているので、光学設計の自由度が高く、ｆ_４をｆ_３よりも相当小さく設計することもできる。 In the rigid endoscope system 100 having such an optical design, the image divided into two by the separator lens becomes steeper, so that the SN ratio of the phase difference signal output by the focus detection sensor 122 is improved. However, it is possible to realize quick autofocus without getting lost. Further, since the second optical system also includes a moving lens for focus adjustment, the degree of freedom in optical design is high, and f ₄ can be designed to be considerably smaller than f ₃ .

図２は、管体１１０の内部へ光学系を収容する様子を示す図である。単レンズとしての各レンズは、管体１１０の内壁に遊嵌する円環状の支持環１１１に支持される。支持環１１１は、例えば樹脂によって形成される。支持環１１１は、レンズ１９０を支持して、管体１１０の内部で面倒れしない程度に、光軸方向の厚みを有する。 FIG. 2 is a diagram showing a state in which the optical system is housed inside the tube body 110. Each lens as a single lens is supported by an annular support ring 111 that is loosely fitted to the inner wall of the tube body 110. The support ring 111 is formed of, for example, a resin. The support ring 111 supports the lens 190 and has a thickness in the optical axis direction so as not to be troublesome inside the tube body 110.

本実施形態においては、観察対象を照射する照射光が基端側から先端側へ進み、観察像が先端側から基端側へ伝達されるので、レンズ１９０の両側に迷光を軽減する迷光軽減処理が施される。具体的には、例えば、レンズ１９０の有効径を囲むように、先端側に前側開口絞り１１２が、基端側に後側開口絞り１１３が設けられる。各開口絞りのエッジ断面は、レンズ１９０の表面から遠ざかる方向へ開くようにテーパが設けられる。前側開口絞り１１２および後側開口絞り１１３は、支持環１１１と一体に形成されても良いし、別体で形成されて支持環１１１に取り付けられても良い。 In the present embodiment, the irradiation light irradiating the observation target travels from the proximal end side to the distal end side, and the observation image is transmitted from the distal end side to the proximal end side. Is given. Specifically, for example, a front aperture diaphragm 112 is provided on the front end side and a rear aperture diaphragm 113 is provided on the proximal end side so as to surround the effective diameter of the lens 190. The edge cross section of each aperture diaphragm is tapered so as to open in a direction away from the surface of the lens 190. The front opening diaphragm 112 and the rear opening diaphragm 113 may be formed integrally with the support ring 111, or may be formed separately and attached to the support ring 111.

レンズとレンズの間隔は、調整環１１６を介在させることによって調整する。調整環１１６は、管体１１０の内壁に遊嵌する円環状のスペーサである。調整環１１６は、例えば樹脂によって形成される。 The distance between the lenses is adjusted by interposing the adjustment ring 116. The adjusting ring 116 is an annular spacer that is loosely fitted to the inner wall of the tubular body 110. The adjusting ring 116 is formed of, for example, a resin.

レンズ１９０を支持する支持環１１１および調整環１１６は、管体１１０の先端側開口から順番に内部に挿入される。隣接する支持環１１１と調整環１１６は、例えば接着剤により相互に連結される。このような組み付け作業を経て、図１で示したようなレンズ構成を実現する。なお、ハーフミラー１３１、１３２、ミラー１３３、第１結像レンズ１５３、第２結像レンズ１５４、撮像センサ１２１、焦点検出センサ１２２等は、基端側から組み付けられる。なお、支持環１１１は、複数のレンズをまとめて支持する構造であっても良い。 The support ring 111 and the adjustment ring 116 that support the lens 190 are inserted into the inside in order from the front end side opening of the tube body 110. The adjacent support ring 111 and adjustment ring 116 are connected to each other by, for example, an adhesive. Through such assembling work, the lens configuration as shown in FIG. 1 is realized. The half mirrors 131, 132, mirror 133, first imaging lens 153, second imaging lens 154, imaging sensor 121, focus detection sensor 122, and the like are assembled from the proximal end side. The support ring 111 may have a structure in which a plurality of lenses are collectively supported.

図３は、第２実施形態に係る硬性内視鏡システムの全体概略図である。第１実施形態に係る硬性内視鏡システム１００と同様の要素に対しては図１と同じ番号の符番を付し、特に言及する場合を除いてその説明を省略する。 FIG. 3 is an overall schematic view of the rigid endoscope system according to the second embodiment. Elements similar to those of the rigid endoscope system 100 according to the first embodiment are numbered with the same numbers as those in FIG. 1, and the description thereof will be omitted unless otherwise specified.

硬性内視鏡システム１０１では、ハーフミラー１３２が、第１結像レンズ１５５と撮像センサ１２１との間に設置されている。第１結像レンズ１５５は、接眼レンズ１５２を通った観察像を、撮像センサ１２１の受光面の大きさに合わせて、当該受光面上に再結像させる第１光学系としての機能を担う。図においては、一枚のレンズとして表現しているが、複数のレンズから構成されても良い。第１光学系として第１結像レンズ１５５が複数のレンズから構成される場合は、少なくとも一部のレンズがアクチュエータの駆動により光軸ＯＰ方向へ移動可能な焦点調整レンズとして構成される。第１結像レンズ１５５が単独で第１光学系を構成する場合には、第１結像レンズ１５５がアクチュエータの駆動により光軸ＯＰ方向へ移動可能な焦点調整レンズとして構成される。 In the rigid endoscope system 101, a half mirror 132 is installed between the first imaging lens 155 and the imaging sensor 121. The first imaging lens 155 has a function as a first optical system that reimages the observation image passed through the eyepiece 152 on the light receiving surface according to the size of the light receiving surface of the image sensor 121. In the figure, it is represented as one lens, but it may be composed of a plurality of lenses. When the first imaging lens 155 is composed of a plurality of lenses as the first optical system, at least some of the lenses are configured as focus adjusting lenses that can be moved in the optical axis OP direction by driving an actuator. When the first imaging lens 155 independently constitutes the first optical system, the first imaging lens 155 is configured as a focus adjusting lens that can move in the optical axis OP direction by driving an actuator.

第１結像レンズ１５５と撮像センサ１２１との間に、光軸ＯＰに対して斜交するように配置されたハーフミラー１３２は、第１結像レンズ１５５から射出される光束を撮像センサ１２１と焦点検出センサ１２２のそれぞれの方向へ分光する。本実施形態においては、管体１１０から分岐する支管１１７にミラー１３３、第２結像レンズ１５６および焦点検出センサ１２２が収容されている。 The half mirror 132 arranged between the first imaging lens 155 and the image sensor 121 so as to be oblique with respect to the optical axis OP transmits the light flux emitted from the first imaging lens 155 with the image sensor 121. The focus is dispersed in each direction of the focus detection sensor 122. In the present embodiment, the mirror 133, the second imaging lens 156, and the focus detection sensor 122 are housed in the branch tube 117 branching from the tube body 110.

ハーフミラー１３２によって支管１１７側へ反射された光束は、ミラー１３３で更に反射され、第２結像レンズ１５６へ導かれる。第２結像レンズ１５６は、第１結像レンズ１５５を通過した光束の一部を、焦点検出センサ１２２の受光面の大きさに合わせて、当該受光面上に結像させる第２光学系としての機能を担う。図においては、一枚のレンズとして表現しているが、複数のレンズから構成されても良い。第２結像レンズ１５６は、上述の第２結像レンズ１５４と異なり、光軸方向へ移動するレンズを含まない。すなわち、第１結像レンズ１５５の焦点調整レンズは、その移動によって、支管１１７側へ導かれる光束を焦点検出センサ１２２の受光面に結像させる。換言すると、焦点調整レンズによる焦点調整により当該光束が焦点検出センサ１２２の受光面で結像するように、第２結像レンズ１５６の光学設計が行われ、焦点検出センサ１２２が選定され、その配置位置が決定されている。 The luminous flux reflected by the half mirror 132 toward the branch tube 117 is further reflected by the mirror 133 and guided to the second imaging lens 156. The second imaging lens 156 serves as a second optical system in which a part of the light flux passing through the first imaging lens 155 is imaged on the light receiving surface according to the size of the light receiving surface of the focus detection sensor 122. Responsible for the function of. In the figure, it is represented as one lens, but it may be composed of a plurality of lenses. The second imaging lens 156 does not include a lens that moves in the optical axis direction, unlike the second imaging lens 154 described above. That is, the focus adjustment lens of the first imaging lens 155 forms an image on the light receiving surface of the focus detection sensor 122 with a light flux guided to the branch tube 117 side by its movement. In other words, the optical design of the second imaging lens 156 is performed so that the light flux is imaged on the light receiving surface of the focus detection sensor 122 by the focus adjustment by the focus adjustment lens, the focus detection sensor 122 is selected, and its arrangement thereof. The position has been determined.

このような構成において、対物レンズ１５１から第１結像レンズ１５５を含んで第２結像レンズ１５６までをひとつの光学系（検出光学系）とみた場合の全体のＦ値は、対物レンズ１５１から第１結像レンズ１５５までをひとつの光学系（撮像光学系）とみた場合の全体のＦ値よりも小さくなるように光学設計が成されている。このような光学設計が成された硬性内視鏡システム１０１であれば、セパレータレンズによって２つに分割された像がより急峻となるので焦点検出センサ１２２が出力する位相差信号のＳＮ比が向上し、迷うことの少ない迅速なオートフォーカスを実現することができる。また、第２光学系に焦点調整のための移動レンズを設けていないので、第２光学系をシンプルに構成することができる。 In such a configuration, when the objective lens 151 to the first imaging lens 155 are included and the second imaging lens 156 is regarded as one optical system (detection optical system), the overall F value is from the objective lens 151. The optical design is made so that the F value up to the first imaging lens 155 is smaller than the overall F value when regarded as one optical system (imaging optical system). In the rigid endoscope system 101 having such an optical design, the image divided into two by the separator lens becomes steeper, so that the SN ratio of the phase difference signal output by the focus detection sensor 122 is improved. However, it is possible to realize quick autofocus without getting lost. Further, since the second optical system is not provided with a moving lens for focus adjustment, the second optical system can be simply configured.

なお、硬性内視鏡システム１０１は、ハーフミラー１３２が複数のレンズによって構成される第１結像レンズ１５５のうち、いずれかのレンズ間に配置される構成であっても良い。その場合は、接眼レンズ１５２とハーフミラー１３２の間に配置されたレンズが検出光学系に含まれる。 The rigid endoscope system 101 may be configured such that the half mirror 132 is arranged between any of the first imaging lenses 155 composed of a plurality of lenses. In that case, the detection optical system includes a lens arranged between the eyepiece 152 and the half mirror 132.

図４は、第３実施形態に係る硬性内視鏡システム１０２の全体概略図である。第１実施形態に係る硬性内視鏡システム１００と同様の要素に対しては図１と同じ番号の符番を付し、特に言及する場合を除いてその説明を省略する。 FIG. 4 is an overall schematic view of the rigid endoscope system 102 according to the third embodiment. Elements similar to those of the rigid endoscope system 100 according to the first embodiment are numbered with the same numbers as those in FIG. 1, and the description thereof will be omitted unless otherwise specified.

第１実施形態に係る硬性内視鏡システム１００は、光源１４１から射出された照射光が管体１１０の内部に設置された各レンズを通過する構成であったが、本実施形態に係る硬性内視鏡システム１０２は、観察対象を照射する照明光のライトガイドとして、光ファイバー１５９を備える。光ファイバー１５９は、管体１１０の内部空間に挿通されており、光ファイバー１５９の内部を伝播する照明光は、管体１１０の先端から拡散され、観察対象を照明する。図示するように、光ファイバー１５９の先端に拡散レンズ１６２を配置しても良い。光ファイバー１５９の基端側は、枝管１４８の内部に収容されており、その端面から、同じく枝管１４８の内部に収容されている照明ＬＥＤ１４９が射出する照明光が入射される。なお、図においては一本の光ファイバー１５９として表わしているが、管体１１０の内部空間において、レンズ群を取り囲むように複数本が配置されていても構わない。なお、硬性内視鏡システム１０２は、硬性内視鏡システム１００の変形例として説明したが、光ファイバー１５９を用いる構成は、硬性内視鏡システム１０１にも適用することもできる。 The rigid endoscope system 100 according to the first embodiment has a configuration in which the irradiation light emitted from the light source 141 passes through each lens installed inside the tube body 110, but the rigid endoscope system 100 according to the present embodiment. The endoscope system 102 includes an optical fiber 159 as a light guide for illumination light that illuminates an observation target. The optical fiber 159 is inserted into the internal space of the tube 110, and the illumination light propagating inside the optical fiber 159 is diffused from the tip of the tube 110 to illuminate the observation target. As shown in the figure, the diffuser lens 162 may be arranged at the tip of the optical fiber 159. The base end side of the optical fiber 159 is housed inside the branch tube 148, and the illumination light emitted by the illumination LED 149 also housed inside the branch tube 148 is incident from the end surface thereof. Although it is represented as one optical fiber 159 in the figure, a plurality of optical fibers may be arranged so as to surround the lens group in the internal space of the tube 110. Although the rigid endoscope system 102 has been described as a modification of the rigid endoscope system 100, the configuration using the optical fiber 159 can also be applied to the rigid endoscope system 101.

以上説明した硬性内視鏡システム１００、１０１、１０２においては、焦点検出センサ１２２として位相差ＡＦセンサを用いたが、焦点検出を行うための検出信号を出力するセンサであれば、位相差ＡＦセンサでなくても良い。例えば、焦点検出センサ１２２としても撮像センサを用いて、出力される連続画像からコントラストＡＦ（いわゆる山登りＡＦ）を行うように構成しても良い。この場合においても、焦点検出センサ１２２としての撮像センサの受光面の面積は、撮像センサ１２１の受光面の面積よりも小さいことが好ましい。コントラストＡＦを行う場合でも、上述のようなレンズ構成であれば像のコントラストが向上するので、迷うことの少ない迅速なオートフォーカスを実現することができる。 In the rigid endoscope systems 100, 101, and 102 described above, the phase difference AF sensor is used as the focus detection sensor 122, but if it is a sensor that outputs a detection signal for performing focus detection, the phase difference AF sensor It does not have to be. For example, the focus detection sensor 122 may also be configured to perform contrast AF (so-called mountain climbing AF) from the output continuous image by using an imaging sensor. Even in this case, it is preferable that the area of the light receiving surface of the image sensor as the focus detection sensor 122 is smaller than the area of the light receiving surface of the image sensor 121. Even when contrast AF is performed, the contrast of the image is improved if the lens configuration is as described above, so that quick autofocus without hesitation can be realized.

また、以上説明した硬性内視鏡システム１００、１０１、１０２においては、分光光学素子としてハーフミラー１３２を用いたが、接眼レンズ１５２から射出される光束を撮像センサ１２１と焦点検出センサ１２２のそれぞれの方向へ分光する素子であれば、これに限らない。例えば、赤外の波長帯域で焦点を検出する焦点検出センサ１２２を採用すれば、可視光を透過し赤外光を反射させるダイクロイックミラーを用いることができる。 Further, in the rigid endoscope systems 100, 101, and 102 described above, the half mirror 132 is used as the spectroscopic optical element, but the light beam emitted from the eyepiece lens 152 is collected by the image pickup sensor 121 and the focus detection sensor 122, respectively. The element is not limited to this as long as it is an element that disperses in a direction. For example, if the focus detection sensor 122 that detects the focus in the infrared wavelength band is adopted, a dichroic mirror that transmits visible light and reflects infrared light can be used.

なお、以上説明した硬性内視鏡システム１００、１０１、１０２において接眼レンズ１５２の後部で管体１１０を分割できる構成にすれば、ユーザは、接眼レンズをのぞき込むことにより観察対象を直接的に観察することができる。この場合は、撮像センサ１２１を含む基端側の構成をカメラユニットとして、管体１１０に着脱可能に構成すると良い。 If the rigid endoscope systems 100, 101, and 102 described above are configured so that the tube 110 can be divided at the rear part of the eyepiece 152, the user can directly observe the observation target by looking into the eyepiece. be able to. In this case, the configuration on the base end side including the image pickup sensor 121 may be used as a camera unit so as to be detachable from the tube 110.

１００、１０１、１０２硬性内視鏡システム、１１０管体、１１１支持環、１１２前側開口絞り、１１３後側開口絞り、１１６調整環、１１７支管、１２１撮像センサ、１２２焦点検出センサ、１３１ハーフミラー、１３２ハーフミラー、１３３ミラー、１４０、１４８枝管、１４１光源、１４９照明ＬＥＤ、１５１対物レンズ、１５２接眼レンズ、１５３、１５５第１結像レンズ、１５４、１５６第２結像レンズ、１５９光ファイバー、１６１リレーレンズ、１６２拡散レンズ、１９０レンズ、２００制御部、２１０表示部、２２０回路基板 100, 101, 102 Rigid Endoscope System, 110 Tube, 111 Support Ring, 112 Front Aperture Aperture, 113 Rear Aperture Aperture, 116 Adjusting Ring, 117 Branch, 121 Imaging Sensor, 122 Focus Detection Sensor, 131 Half Mirror, 132 Half mirror, 133 mirror, 140, 148 branch tube, 141 light source, 149 illumination LED, 151 objective lens, 152 eyepiece, 153, 155 first imaging lens, 154, 156 second imaging lens, 159 optical fiber, 161 Relay lens, 162 diffuser lens, 190 lens, 200 control unit, 210 display unit, 220 circuit board

Claims

A straight tube and
An objective lens provided on one end side of the tube body and
An eyepiece provided on the other end side of the tube body opposite to the one end side,
An image sensor that outputs an image image signal for generating image data,
A focus detection sensor that outputs a detection signal for focus detection,
A spectroscopic optical element that disperses the luminous flux emitted from the eyepiece in the respective directions of the image pickup sensor and the focus detection sensor.
A first optical system that forms an image of the luminous flux emitted from the eyepiece on the image sensor,
A second optical system that forms an image of the luminous flux emitted from the eyepiece on the focus detection sensor, and
It is provided with a focus adjustment unit that adjusts the focus by moving the focus adjustment lens included in the first optical system in the optical axis direction based on the detection signal.
A rigid endoscope system in which the overall F value from the objective lens to the second optical system is smaller than the overall F value from the objective lens to the first optical system.

The spectroscopic optical element is installed between the eyepiece and the first optical system and the second optical system.
The rigid endoscope system according to claim 1, wherein the second optical system includes a moving lens that moves in the optical axis direction in conjunction with the focus adjusting lens.

The spectroscopic optical element is installed between the first optical system and the image pickup sensor.
The rigid endoscope system according to claim 1, wherein the second optical system does not include a lens that moves in the optical axis direction.

The rigid endoscope system according to any one of claims 1 to 3, wherein the area of the light receiving surface of the focus detection sensor is smaller than the area of the light receiving surface of the image pickup sensor.