JP3980284B2

JP3980284B2 - 内視鏡装置

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Publication number: JP3980284B2
Application number: JP2001058534A
Authority: JP
Inventors: 紀子太田
Original assignee: ペンタックス株式会社
Priority date: 2001-03-02
Filing date: 2001-03-02
Publication date: 2007-09-26
Anticipated expiration: 2021-03-02
Also published as: JP2002253488A

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は、医療及び工業等の分野に用いて最適な内視鏡装置に関するものである。
【０００２】
【従来技術及びその問題点】
消化器官の診断に内視鏡装置は、光学レンズ系の焦点距離を短焦点距離位置に変化させて消化器官の組織全体を観察するように構成されているが、この短焦点距離位置に変化させた場合には被写体と光学レンズ系の距離が離れると画像が小さくなってしまうため、微細な病変を詳細に観察することができなくなる。そのため、光学レンズ系の焦点距離を長焦点距離位置に変化させて微細な病変を拡大して詳細に観察するようにしている。
【０００３】
しかしながら、焦点距離を長焦点距離位置に変化させた拡大観察では、拡大率が高々１０倍位であり、微細な病変を詳細に観察するには不充分な倍率である。そこで、ズーム機構を備えた光学レンズ系が用いられており、このズーム機構を起動させるには、ズーム機構を起動させるためのズームレバーを内視鏡の操作部に取付ける必要がある。このズームレバーを操作することにより、焦点距離を変化させることができる。
【０００４】
一方、焦点距離を長焦点距離位置に変化させて被写体を拡大して観察すると、焦点位置のずれ（ピントぼけ）が生じてしまうことがあり、この場合、長焦点距離位置での焦点調整を行う必要がある。したがって、内視鏡装置を取扱う医者、術者は内視鏡に装填した処置具の操作、ズームレバーの操作、長焦点距離位置での焦点（ピント）合せをそれぞれ行う必要があり、その操作に困難が伴う。そこで、ズーム機能をもつ光学レンズ系を使用して、被写体までの距離に応じてズーム機能付き光学レンズ系の焦点位置を調整する焦点距離可変手段を備えた内視鏡装置が開発されている（特開平４−１３１１２号公報参照）。
【０００５】
前記特開平４−１３１１２号公報に開示された内視鏡装置は、被写体との距離に応じて焦点距離が可変できる焦点距離可変手段を用いている。前記焦点距離可変手段は、被写体が遠い距離にある場合に焦点距離を長焦点距離に変化させ、被写体が近い距離にある場合に焦点距離を短焦点距離に変化させることにより、被写体を通常観察するか、又は被写体を拡大して観察しており、この焦点距離可変手段は随時駆動される。
【０００６】
ところで、内視鏡に処置具を装填して処置を行う場合、処置具が内視鏡の先端側から前方に突き出し、かつ処置具による処置部分に光が照射された状態で処置具が使用され、かつ処置具で光反射が起こっている環境で被写体との距離に応じた焦点距離が調整されることとなるため、前記焦点距離可変手段は、被写体に焦点を合せるのではなく、内視鏡から突出た処置具に焦点を合せる傾向が強く、処置具が遠い距離にある場合に焦点距離を長焦点距離位置に変化させ、処置具が近い距離にある場合に焦点距離を短焦点距離位置に変化させる。
【０００７】
したがって、処置具を移動させる度に焦点距離可変手段が動作してしまい、処置具による処置がしづらい。また体腔内に発生する泡にも焦点距離可変手段が反応して誤動作する。
【０００８】
またズームレバーを操作しなければ、焦点距離可変手段が起動せず、操作側に手間がかかり煩わしい。
【０００９】
【発明の目的】
本発明は、被写体と内視鏡との間の被写体距離と、内視鏡が前記被写体距離内に滞留する時間とを条件として、オートフォーカス機能をＯＮ／ＯＦＦ制御する内視鏡装置を得ることを目的とする。
【００１０】
【発明の概要】
前記目的を達成するため、本発明に係る内視鏡装置は、内視鏡の光学レンズ系を介して結像される撮像画像に基いて被写体を観察するための内視鏡装置において、前記被写体までの距離を検出する被写体距離検出部と、前記被写体距離検出部の出力に応じて前記光学レンズ系の焦点位置を調整する自動焦点調整部と、前記被写体距離検出部で検出される被写体距離が予め定めた設定距離内にあり、かつ前記被写体距離が予め定めた設定時間以上変化しないことを条件として、前記自動焦点調整部をＯＮ／ＯＦＦするスイッチ部とを有することを特徴とする。
【００１１】
また前記被写体距離検出部は、前記内視鏡の先端部端面に対をなす発光素子と受光素子とを有し、前記発光素子からの光を投射レンズ系に通して前記被写体に照射し、前記被写体からの反射光を受光レンズ系に通して前記受光素子にスポット状に集光させ、前記集光位置と前記受光レンズ系の光軸との間の距離をｄ、前記受光レンズ系の焦点距離をｆ、前記受光レンズ系と前記投射レンズ系の光軸間距離をＬ、前記被写体距離をＤとする、Ｄ＝Ｌｆ／ｄの式に基いて前記被写体距離Ｄを測距する。
【００１２】
また前記発光素子と前記受光素子との間に形成される光通路は、前記内視鏡の先端部端面に設けられる処置具用チャネルの位置を避けて形成することが望ましい。
【００１３】
また前記自動焦点調整部は、前記被写体距離と前記被写体距離の変化時間が条件を満たすときに可変焦点距離範囲のうち長焦点距離側に前記光学レンズ系の焦点距離を変化させて焦点合せを行い、前記条件が満たされないときに可変焦点距離範囲のうち短焦点距離側に前記光学レンズ系の焦点距離を変化させて焦点合せを行う。
【００１４】
また前記光学レンズ系で集光した光信号を電気信号に変換する撮像素子を有し、前記自動焦点調整部は、前記撮像素子が出力する信号の所定周波数成分を評価値として焦点位置の調整を行う。
【００１５】
また前記撮像素子が電荷結合素子（ＣＣＤ素子）であり、前記自動焦点調整部は、前記光学レンズ系の合焦度合に応じて前記電荷結合素子（ＣＣＤ素子）が出力する信号の高周波成分が増減することを利用し、前記高周波成分を評価値として焦点位置の調整を行う。
【００１６】
また前記光学レンズ系は、固定位置に設けた不動レンズ系と、前記不動レンズ系に対して相対移動可能な可動レンズ系と、前記不動レンズ系及び前記可動レンズ系を通した光信号を電気信号に変換し、かつ前記不動レンズ系及び前記可動レンズ系に対して相対移動可能な撮像素子とを含んでいる。
【００１７】
また前記自動焦点調整部は、
前記不動レンズ系と前記可動レンズ系との位置関係を、光学レンズ系の短焦点距離内に調整し、かつ前記撮像素子を光学レンズ系の短焦点距離位置に位置調整して光学レンズ系の焦点調整を行う動作と、
前記不動レンズ系と前記可動レンズ系との位置関係を、光学レンズ系の長焦点距離内に調整し、かつ前記撮像素子を光学レンズ系の長焦点距離位置に位置調整して光学レンズ系の焦点調整を行う動作と、
を切替えて行う。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態に基いて本発明を説明する。図１に示すように実施形態に係る内視鏡装置は、ズーム機構付き光学レンズ系３で被写体の像を集光する内視鏡１と、光学レンズ系３による被写体像を画像処理するとともに装置全体を制御するためのプロセッサ２とを組合せている。
【００１９】
前記内視鏡１の先端部には体腔内に挿入可能な細長の挿入部１ａが設けられており、その挿入部１ａにはズーム機能付き光学レンズ系３が組込まれている。
【００２０】
図２及び図３に示すように、ズーム機能付き光学レンズ系３は、固定位置に設けた不動レンズ系３ａと、前記不動レンズ系３ａに対して相対移動可能な可動レンズ系３ｂと、前記不動レンズ系３ａ及び前記可動レンズ系３ｂを通した光信号を電気信号に変換し、かつ前記不動レンズ系３ａ及び前記可動レンズ系３ｂに対して相対移動可能な撮像素子３ｃとを含んでいる。
【００２１】
ズーム機能を備えた光学レンズ系３の一例を図２及び図３に基いて説明する。図２及び図３に示すように、内視鏡１の挿入部１ａには筒状をなす不動レンズ枠３ｄが設置され、不動レンズ枠３ｄに光学レンズ系３の不動レンズ系３ａを搭載して不動レンズ系３ａを挿入部１ａの先端側に固定して設ける。また不動レンズ枠３ｄの内側に筒状をなすガイド枠３ｅを設け、ガイド枠３ｅには光軸方向（図２の左右方向）に沿って直線案内溝３ｆ、３ｇを設けている。
【００２２】
ガイド枠３ｅの内側には可動レンズ枠３ｈが光軸方向に移動可動に嵌め込まれており、可動レンズ枠３ｈのキー３ｉとガイド枠３ｅの上段の直線案内溝３ｆとの嵌め合せにより可動レンズ枠３ｈを光軸の周りに回転させることなく光軸方向に直線移動させる。またガイド枠３ｅの外側にはリング３ｊが嵌め込まれており、リング３ｊと可動レンズ枠３ｈとはガイド枠３ｅの下段の直線案内溝３ｇを貫通したネジ３ｋで締結されている。なお、ガイド枠３ｅの内側に位置する枠３ｖには光軸方向へのネジ３ｋの動きを許容する図示しないスリットが設けられている。
【００２３】
またリング３ｊの鍔部３ｍには連結部材４ａを介して図１のステッピングモータ４が連動されており、ステッピングモータ４により可動レンズ枠３ｈを光軸方向に直線移動させる。可動レンズ枠３ｈには可動レンズ系３ｂが不動レンズ系３ａに対峙して搭載され、可動レンズ枠３ｈが直線移動することにより不動レンズ系３ａと可動レンズ系３ｂとの相対距離が可変する。またリング３ｊとバネ座３ｎとの間にはスプリング３ｏが設けられ、スプリング３ｏはステッピングモータ４による可動レンズ枠３ｈへの力が解除された際に可動レンズ枠３ｈを不動レンズ系３ａ側に押し戻して可動レンズ系３ｂを所定の位置に復帰させるように作用する（図３（ａ））。
【００２４】
またガイド枠３ｅの内側には撮像素子枠３ｐが光軸方向に移動可動に嵌め込まれており、撮像素子枠３ｐのキー３ｑとガイド枠３ｅの上段の直線案内溝３ｆとの嵌め合せにより撮像素子枠３ｐは光軸の周りに回転させることなく、かつカム機構１７により光軸方向に直線移動させる。１７はシール材である。また撮像素子枠３ｐには撮像素子３ｃとしてのＣＣＤ素子（電荷結合素子、以下ＣＣＤ素子３ｃと表記する）が可動レンズ系３ｂに対峙させて搭載されている。また撮像素子枠３ｐと可動レンズ枠３ｈとの間にはスプリング３ｒが設けられ、スプリング３ｒは可動レンズ系３ｂにＣＣＤ素子３ｃの受光面が接触するのを防止する。またカム機構１７は、撮像素子枠３ｐを可動レンズ系３ｂに対して光軸方向に移動させるように動作する。
【００２５】
また撮像素子枠３ｐには、ＣＣＤ素子３ｃを駆動制御して光学レンズ系３を通した光信号を電気信号に変換して出力させるＣＣＤ駆動回路３ｓ等の回路と、ＣＣＤ素子３ｃからの電気信号を伝送する信号ケーブル３ｔ等が搭載される。信号ケーブル３ｔはＣＣＤ素子３ｃからの電気的な映像信号を後述の初段映像信号処理回路６に伝送し、かつ初段映像信号処理回路６で信号処理された信号をＣＣＤ駆動回路３ｓ等に伝送する双方向性のものであり、後述するタイミングコントロール１０による時間制御の下に双方向性の信号伝送が制御される。
【００２６】
また挿入部１ａには送光光路５が光学レンズ系３に隣接して設置されている。この送光光路５は後述する調光部９からの調光された光を挿入部１ａに導入するものとして作用し、送光光路５は挿入部１ａの先端端面から送光レンズ５ａを通して被写体に平行光線による光照射を行う。なお、挿入部１ａは体腔内に挿入するものであるから細径である必要があり、送光光路５は光ファイバーを束ねた光ファイバー束として構成することが望ましい。
【００２７】
一方、図１に示すように前記プロセッサ２には、初段映像信号処理回路６と、画像メモリ７と、後段映像信号処理回路８と、調光部９と、タイミングコントロール１０と、システムコントーロール１１と、フロントパネルスイッチ１２と、電源部１３とが搭載されている。
【００２８】
初段映像信号処理回路６は、信号ケーブル３ｔを通して伝送されるＣＣＤ素子３ｃからの電気信号を信号処理し、その映像信号を画像メモリ７に逐次記憶させる。また後段映像信号処理回路８は、画像メモリ７に蓄積された映像信号を逐次読み出して信号処理を行い、その映像信号をモニタ―１４に出力する。モニタ―１４は後段映像信号処理回路８から出力される映像信号を表示面に可視画像として表示する。
【００２９】
またシステムコントーロール１１はキーボード１１ａから入力される指令データ及び図示しないメモリに記憶されたプログラムに基いてプロセッサ２の全体的な動作を制御し、タイミングコントロール１０はシステムコントーロール１１からの指令に基いてプロセッサ２の動作タイミングを制御する。またプロセッサ２は電源部１３から電力供給を受ける。
【００３０】
また調光部９は、信号ケーブル３ｔを通して伝送されるＣＣＤ素子３ｃからの電気信号に基いて撮像画像の明るさを検出して調光制御信号を得て、その調光制御信号に基いて絞りの開閉度合を制御し、その開閉度が制御された絞りに光源からの光を通過させ、光量が調整された光を送光光路５に出力する。
【００３１】
さらに実施形態に係る内視鏡装置は、図１に示すように被写体Ｐまでの距離を検出する被写体距離検出部１６と、被写体距離検出部１６の出力に応じて光学レンズ系３の焦点位置を調整する自動焦点調整部１５と、前記被写体距離検出部で検出される被写体距離が予め定めた設定距離内にあり、かつ前記被写体距離が予め定めた設定時間以上変化しないことを条件として、前記自動焦点調整部をＯＮ／ＯＦＦするスイッチ部１９とを有する。
【００３２】
前記被写体距離検出部１６は、図４に示すように前記内視鏡１の先端部端面１ｂに対をなす発光素子１６ａと受光素子１６ｂとを有し、図５に示すように発光素子１６ａからの光を投射レンズ系１６ｃに通して被写体Ｐに照射し、被写体Ｐからの反射光を受光レンズ系１６ｄに通して受光素子１６ｂにスポット状に集光させ、受光素子１６ｂ上での集光位置１６ｅと受光レンズ系１６ｄの光軸１６ｆとの間の距離をｄ、受光レンズ系１６ｄの焦点距離をｆ、受光レンズ系１６ｄと投射レンズ系１６ｃの光軸間距離をＬ、被写体距離をＤとする、Ｄ＝Ｌｆ／ｄの式に基いて被写体距離Ｄを測距する。ここに、被写体距離Ｄは図５に示すように被写体Ｐと投射レンズ系１６ｃとの間の距離である。
【００３３】
さらにスイッチ部１９は光学レンズ系３による拡大観察に切替える被写体Ｐと投射レンズ系１６ｃとの間の距離を予め設定してメモリに記憶させておき、被写体距離検出部１６で実測した被写体距離Ｄと前記設定距離とを比較する機能と、前記被写体距離Ｄの変化を判定する基準となる設定時間を予め設定してメモリに記憶させておき、測距された前記被写体距離Ｄに距離変化が生じるまでの時間と前記設定時間とを比較する機能とを備え、前記被写体と前記内視鏡１との間の被写体距離Ｄと、前記被写体距離Ｄに変化が生じるまでの時間とを条件として前記自動焦点調整部１５をＯＮ／ＯＦＦする。
【００３４】
また図４に示すように発光素子１６ａと受光素子１６ｂとの間に形成される光通路は、内視鏡１の先端部端面１ｂに設けられる処置具用チャネル１ｃの位置を避けて形成することが望ましい。なお、内視鏡１の先端部端面１ｂに送水チャネル１ｄが設けられている場合には、この送水チャネル１ｄに干渉されない位置に発光素子１６ａと受光素子１６ｂとの間の光通路を形成することが望ましい。
【００３５】
一方、自動焦点調整部１５は、前記被写体距離Ｄと前記被写体距離Ｄに変化が生じるまでの時間とが設定条件を満たすとスイッチ部１９が判断して出力したフォーカス信号に基いて、光学レンズ系３の可変焦点距離範囲のうち長焦点距離側に光学レンズ系３の焦点距離を変化させて焦点合せを行い、前記設定条件が満たされていないとスイッチ部１９が判断して出力するフォーカス停止信号に基いて、光学レンズ系３の可変焦点距離範囲のうち短焦点距離側に光学レンズ系３の焦点距離を変化させて焦点合せを行う。
【００３６】
次にズーム機能付き光学レンズ系３の焦点調整を行う自動焦点調整部１５を図１及び図３に基いて説明する。図３は、被写体距離Ｄと被写体距離Ｄ内に内視鏡１が滞留する滞留時間とが設定条件を満たすとスイッチ部１９が判断して出力したフォーカス信号に基いて、光学レンズ系３の可変焦点距離範囲のうち長焦点距離側に光学レンズ系３の焦点距離を変化させて焦点合せを行う場合を説明する図である。
【００３７】
図５に示す被写体Ｐと内視鏡１との間の被写体距離Ｄが設定距離より短く、内視鏡１の移動に伴って前記被写体距離Ｄに変化が生じるまでの時間が設定時間を越えている場合に、スイッチ部１９は光学レンズ系３による拡大観察を行う状態であるとして自動焦点調整部１５にフォーカス信号（自動焦点調整部１５を起動させるＯＮ信号）を出力する。一方、図５に示す被写体Ｐと内視鏡１との間の被写体距離Ｄが設定距離より長い、或いは内視鏡１の移動に伴って被写体距離Ｄに変化が生じるまでの時間が設定時間よりも短い場合に、スイッチ部１９は光学レンズ系３による拡大観察を停止して通常観察を行う状態であるとして自動焦点調整部１５にフォーカス停止信号（自動焦点調整部１５を停止させるＯＦＦ信号）を出力する。
【００３８】
自動焦点調整部１５は、図１のステッピングモータ４を駆動制御するステッピングモータ駆動回路部と合焦検知回路部とが含まれている。自動焦点調整部１５のステッピングモータ駆動回路部は、図３に示すようにスイッチ部１９が出力するフォーカス信号に基いてステッピングモータ４により可動レンズ系３ｂを光学レンズ系３の可変焦点範囲内のうち長焦点距離側に移動させる。なお、この場合、前記ステッピングモータ駆動回路部からの出力信号に基いてカム機構１７も同様にＣＣＤ素子３ｃを光学レンズ系３の可変焦点範囲内のうち長焦点距離側に移動させる。
【００３９】
さらに自動焦点調整部１５の前記合焦検知回路部はスイッチ部１９が出力するフォーカス信号に基いて直接フォーカシング情報を検出し、図３（ａ）及び（ｃ）に示すように光学レンズ系３による被写体撮像画像の焦点（ピント）がぼけていた場合にはＣＣＤ素子３ｃに対する光学レンズ系３の焦点距離を調整する長焦点調整信号を得る。前記ステッピングモータ駆動回路部は前記合焦検知回路部からの長焦点調整信号をパルス化してステッピングモータ４を右回転或いは左回転させ、可動レンズ系３ｂを長焦点距離範囲内で光軸方向に可動させる。一方、前記ステッピングモータ駆動回路部からの出力信号に基いてカム機構１７も同様にＣＣＤ素子３ｃを光学レンズ系３の可変焦点範囲内のうち長焦点距離範囲内で光軸方向に可動させる。この不動レンズ系３ａと可動レンズ系３ｂの位置調整とＣＣＤ素子３ｃの位置調整とにより、光学レンズ系３の焦点調整を長焦点距離側で行う（図３（ｂ））。
【００４０】
また自動焦点調整部１５の前記合焦検知回路部はスイッチ部１９が出力するフォーカス停止信号に基いてＣＣＤ素子３ｃに対する光学レンズ系３の焦点距離を通常観察を行う短焦点調整信号を得る。
【００４１】
自動焦点調整部１５のステッピングモータ駆動回路部は、スイッチ部１９が出力するフォーカス停止信号をパルス化してパルスステッピングモータ４を右回転或いは左回転させ、可動レンズ系３ｂを光学レンズ系３の可変焦点範囲内のうち短焦点距離側の特定位置に移動させる。この場合、自動焦点調整部１５のステッピングモータ駆動回路部からの出力信号に基いてカム機構１７も同様にＣＣＤ素子３ｃを光学レンズ系３の可変焦点範囲内のうち短焦点距離側の特定位置に移動させる。このため、光学レンズ系３の可変焦点範囲内のうち短焦点距離側の特定位置で光学レンズ系３の焦点が一義的に合焦される。
【００４２】
また自動焦点調整部１５のステッピングモータ駆動回路部は、図６（ａ）に示すようにステッピングモータ４に入力する位相差をもつパルス信号ＩＮ１、ＩＮ２を位相差を識別する地点（例えばＡ点）で読み出し、そのパルス信号ＩＮ１、ＩＮ２によりステッピングモータ４の右回転、左回転を判別し、ステッピングモータ４の回転方向が変わる場合には、パルス信号ＩＮ１、ＩＮ２をリセットして再度パルスＩＮ１、ＩＮ２を発生させ、ステッピングモータ４の回転方向を制御している。また図６（ｂ）にはステッピングモータ４が右回転する場合と左回転する場合のパルス信号ＩＮ１、ＩＮ２の組合せを示している。「Ｌ」はパルス信号ＩＮ１、ＩＮ２がローレベルであることを示しており、「Ｈ」はパルス信号ＩＮ１、ＩＮ２がハイレベルであることを示している。
【００４３】
さらに自動焦点調整部１５は、光学レンズ系３の可変焦点距離範囲内での長焦点距離側での焦点合せを、ＣＣＤ素子３ｃが出力する信号の所定周波数成分を評価値として行うものであり、具体的には自動焦点調整部１５は、光学レンズ系３の合焦度合に応じてＣＣＤ素子３ｃが出力する信号の高周波成分が増減することを利用し、図３に示すように前記高周波成分を評価値Ｓとして焦点位置の調整を行う。
【００４４】
図３（ａ）に示すように自動焦点調整部１５により可動レンズ系３ｂ及びＣＣＤ素子３ｃが移動されて光学レンズ系３の焦点位置がＣＣＤ素子３ｃより遠い位置にあると、図３（ａ）に示すようにＣＣＤ素子３ｃから出力される信号の高周波成分は減少し、自動焦点調整部１５により光学レンズ系３の焦点がＣＣＤ素子３ｃの受光面上に合焦されると、図３（ｂ）に示すようにＣＣＤ素子３ｃから出力される信号の高周波成分は増加する。
【００４５】
自動焦点調整部１５は、光学レンズ系３の合焦度合に応じてＣＣＤ素子３ｃが出力する信号の高周波成分が増減することを利用し、図３（ａ）に示すように光学レンズ系３の長焦点距離側でＣＣＤ素子３ｃから出力される信号の高周波成分が減少する場合には光学レンズ系３の焦点位置がＣＣＤ素子３ｃより遠い位置にあると判断して、ステッピングモータ４で可動レンズ系３ｂを光軸方向に移動させる動作とカム機構１７でＣＣＤ素子３ｃを光軸方向に移動させる動作とを並行して行うことにより光学レンズ系３の焦点合せを続行し、図３（ｂ）に示すようにＣＣＤ素子３ｃから出力される信号の高周波成分は増加し、評価値Ｓが最大となると、光学レンズ系３の焦点がＣＣＤ素子３ｃの受光面上に合焦されたと判断して光学レンズ系３の焦点合せを終了させる。この場合、上述したように光学レンズ系３の焦点合せは、光学レンズ系３の可変焦点距離範囲のうち長焦点距離側で行われる。
【００４６】
一方、図３（ｃ）において自動焦点調整部１５によりＣＣＤ素子３ｃが可動レンズ系３ｂから光軸方向に遠ざけられて光学レンズ系３の焦点位置がＣＣＤ素子３ｃより手前側にあると、図３（ｃ）に示すようにＣＣＤ素子３ｃから出力される信号の高周波成分は減少し、また自動焦点調整部１５により光学レンズ系３の焦点がＣＣＤ素子３ｃの受光面上に合焦されると、図３（ｂ）に示すようにＣＣＤ素子３ｃから出力される信号の高周波成分は増加する。
【００４７】
自動焦点調整部１５は、光学レンズ系３の合焦度合に応じてＣＣＤ素子３ｃが出力する信号の高周波成分が増減することを利用し、図３（ｃ）に示すように光学レンズ系３の短焦点距離側でＣＣＤ素子３ｃから出力される信号の高周波成分が減少する場合には光学レンズ系３の焦点位置がＣＣＤ素子３ｃの手前側の位置にあると判断して、ステッピングモータ４で可動レンズ系３ｂを光軸方向に移動させる動作とカム機構１７でＣＣＤ素子３ｃを光軸方向に移動させる動作とを並行して行うことにより光学レンズ系３の焦点合せを続行し、図３（ｂ）に示すようにＣＣＤ素子３ｃから出力される信号の高周波成分は増加して評価値Ｓが最大となると、光学レンズ系３の焦点がＣＣＤ素子３ｃの受光面上に合焦されたと判断して光学レンズ系３の焦点合せを終了させる。
【００４８】
次に図７、図８及び図９を用いて実施形態に係る内視鏡装置の動作について説明する。図７のステップＳ１に示すように、まずプロセッサ２と内視鏡１との接続を確認する。
【００４９】
内視鏡１の接続が確認されると（Ｓ１：ＹＥＳ）、図７のステップＳ２に示すように、自動焦点調整部１５は、光学レンズ系３の焦点を可変焦点距離範囲内のうちの短焦点距離側で行う。前記接続が確認されない場合には（Ｓ１：ＮＯ）、一連の動作は終了する。
【００５０】
次に図７のステップＳ３に示すように、医者及び術者が体腔内で内視鏡１を移動させると、内視鏡１の位置検出が行われる。すなわち、被写体距離検出部１６は、図５に示すように発光素子１６ａからの光を投射レンズ系１６ｃに通して被写体Ｐに照射し、被写体Ｐからの反射光を受光レンズ系１６ｄに通して受光素子１６ｂにスポット状に集光させ、その集光位置１６ｅと受光レンズ系１６ｄの光軸との間の距離をｄ、受光レンズ系１６ｄの焦点距離をｆ、受光レンズ系１６ｄと投射レンズ系１６ｃの光軸間距離をＬ、被写体距離をＤとする、Ｄ＝Ｌｆ／ｄの式に基いて三角測距法で内視鏡１の位置を測距する。
【００５１】
次に図７のステップＳ４に示すように、スイッチ部１９はステップＳ３で実測した被写体距離Ｄと予め設定した設定距離とを比較して、被写体距離Ｄが設定距離より短いか否か、すなわち内視鏡１が拡大観察を行う側に位置するかを判定する。
【００５２】
スイッチ部１９は被写体距離Ｄが設定距離より長い（内視鏡１が通常観察を行う距離範囲に位置する）と判断した場合には（Ｓ４：ＮＯ）、ステップＳ８へと進み、自動焦点調整部１５を停止させたままに維持すると判断してＯＦＦ信号としてのフォーカス停止信号を自動焦点調整部１５に出力し、ステップＳ１に戻る。したがって自動焦点調整部１５は起動せず、光学レンズ系３の焦点は短焦点距離位置側に合焦される。
【００５３】
一方、スイッチ部１９は被写体距離Ｄが設定距離より短い（内視鏡１が拡大観察を行う距離範囲に位置する）と判断した場合には（Ｓ４：ＹＥＳ）、ステップＳ５へと進み、図８にその詳細を示す被写体の位置検出処理を行う。
【００５４】
まず、図８のステップＳ１１において、図７のステップＳ３で実測した被写体距離Ｄを初期位置パラメータＰに入力し、ステップＳ１２においてカウンタｔに計測時間を設定する。ステップＳ１３では、カウンタが０になったか否かを判定し、カウンタが０でなければ（Ｓ１３：ＮＯ）、ステップＳ１４へと進み、カウンタｔの値を１だけデクリメントした後、ステップＳ１３へと戻る。ステップＳ１３において、カウンタｔが０であると判定されると（Ｓ１３：ＹＥＳ）、ステップＳ１５へと進み、ステップＳ３と同様にして被写体距離を測定し、その値を所定時間後の位置パラメータＰ１に入力した後、メインルーチンへと戻る。
【００５５】
図７のステップＳ６ではＰ＝Ｐ１か否か、すなわち、所定時間（ｔ）後に内視鏡１の移動に伴って被写体距離Ｄが変化したか否かを判定する。尚、本実施例では、その実測した時間（ｔ）の長短を判別する基準となる設定時間を１０秒（ｓ）に設定しているが、この設定時間に限定されるものではない。
【００５６】
そして、内視鏡１の滞留時間が設定時間より短い場合には（Ｓ６：ＮＯ）、ステップＳ８へと進み、自動焦点調整部１５を停止させたままに維持すると判断してＯＦＦ信号としてのフォーカス停止信号を自動焦点調整部１５に出力し、ステップＳ１に戻る。
【００５７】
一方、内視鏡１の移動に伴って被写体距離Ｄに変化が生じるまでの時間（ｔ）が設定時間より長い場合には（Ｓ６：ＹＥＳ）、スイッチ部１９は、自動焦点調整部１５を起動させると判断してＯＮ信号としてのフォーカス信号を自動焦点調整部１５に出力する。このフォーカス信号には実測した被写体Ｐと内視鏡１との間の被写体距離Ｄの情報が含まれている。
【００５８】
次にスイッチ部１９からフォーカス信号が出力されると、図７のステップＳ７へと進み、図９に示す自動焦点調整部１５によるオートーフォーカス駆動処理に移行する。
【００５９】
図９のステップＳ２１に示すように、自動焦点調整部１５は、内視鏡１が実測した被写体距離Ｄに位置する場合にＣＣＤ素子３ｃが出力する高周波成分の評価値を評価値パラメータＸ０にセットする。
【００６０】
次に図９のステップＳ２２に示すように、自動焦点調整部１５は、スイッチ部１９からのフォーカス信号を受け取ると、ステッピングモータ４を回転させると同時に、上述の方法でステッピングモータの回転方向を判別し、可動レンズ系３ｂを光学レンズ系３の可変焦点距離範囲のうち長焦点距離側に移動させる動作とカム機構１７でＣＣＤ素子３ｃを光学レンズ系３の可変焦点距離範囲のうち長焦点距離側に移動させる動作とを並行して行い、光学レンズ系３の焦点合せを長焦点距離側で行う準備を整える。
【００６１】
次に図９のステップＳ２３に示すように、長焦点距離側での焦点合せの準備が整った時点において、自動焦点調整部１５はリセットカウンタＴを「０」にリセットする。
【００６２】
次に図９のステップＳ２４において、リセットカウンタＴが２より小さいか否かが判定され、Ｔ＜２であれば（Ｓ２４：ＹＥＳ）ステップＳ２５へと進み、Ｔが２以上なら（Ｓ２４：ＮＯ）、ステップＳ３１に進んでステッピングモーターを停止してメインルーチンへと戻る。ステップＳ２５では、ステッピングモータ４を回転させて可動レンズ系３ｂを移動させた場合にＣＣＤ素子３ｃが出力する高周波成分の評価値を評価値パラメータＸ１に入力し、図９のステップＳ２６においてＸ０とＸ１とを比較し、Ｘ１がＸ０より小さければ（Ｓ２６：ＹＥＳ）、Ｘ０を保持したままステップＳ２９にて前記リセットカウンタのカウント値Ｔを１つ加えてから、ステップＳ３０でステッピングモータ４をステップＳ２２で判別した回転方向と逆に回転させ、ステップＳ２４へと戻る。すなわち、可動レンズ系３ｂを光学レンズ系３の可変焦点距離範囲のうち長焦点距離範囲内で移動させる（図３（ａ））。
【００６３】
逆に図９のステップＳ２６において、Ｘ１がＸ０より大きければ（Ｓ２６：ＮＯ）、ステップＳ２７においてＸ０にＸ１の値を代入し、図９のステップＳ２８においてステッピングモータ４をステップＳ２２で判別した方向と同方向に回転させた後、ステップＳ２４へと戻る。すなわち、可動レンズ系３ｂを光学レンズ系３の可変焦点距離範囲のうち長焦点距離範囲内で移動させる（図３（ｂ））。上述したステップ一連のＡＦ駆動処理が終わると、図７のステップＳ８へと進み、自動焦点調整部１５を停止させたままに維持すると判断してＯＦＦ信号としてのフォーカス停止信号を自動焦点調整部１５に出力し、ステップＳ１に戻る。図９のステップＳ３１のＭ０はステッピングモーターの停止を意味する。
【００６４】
以上の結果、図３（ｂ）に示すようにＣＣＤ素子３ｃから出力される信号の高周波成分は増加し、評価値パラメータＸ０が最大値に到達したときに、光学レンズ系３の焦点がＣＣＤ素子３ｃの受光面上に合焦されたと判断して光学レンズ系３の焦点合せを終了させる。この場合、上述したように光学レンズ系３の焦点合せは、光学レンズ系３の可変焦点距離範囲のうち長焦点距離側で行われる。
【００６５】
以上の実施の形態による説明では、医療現場で用いる内視鏡装置を例にとって説明したが、本発明の内視鏡装置及び内視鏡並びにビデオプロセッサは工業用の分野に用いられる内視鏡装置及び内視鏡並びにビデオプロセッサにも同様に適用することができるものであり、医療用分野のものに限定されるものではない。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、被写体と内視鏡との間の被写体距離と、内視鏡が前記被写体距離内に滞留する時間とを条件として自動焦点調整部をＯＮ／ＯＦＦするため、処置具の移動に煩わされることなく、オートフォーカス機能を使いたい時期にオートフォーカス機能が起動するため、処置具による処置作業を効率的に行うことができるばかりでなく、体腔内に発生する泡に対してもオートフォーカス機能が起動することはなく誤動作を防止することができる。
【００６７】
またズームレバーを操作することなく内視鏡の位置を変化させるだけでオートフォーカス機能が起動するため、操作性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る内視鏡装置の一例を示す構成図である。
【図２】ＣＣＤ素子と光学レンズ系との関係を示す断面図である。
【図３】光学レンズ系とＣＣＤ素子から出力される信号の状態を示す図である。
【図４】内視鏡の先端端面部を示す斜視図である。
【図５】被写体までの距離を測距する状態を示す構成図である。
【図６】ステッピングモータのパルス信号を示す図である。
【図７】内視鏡装置の動作を示すフローチャートである。
【図８】内視鏡の位置検出処理を示すフローチャートである。
【図９】オートフォーカス処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１内視鏡
２プロセッサ
３光学レンズ系
３ａ不動レンズ系
３ｂ可動レンズ系
４ステッピングモータ
１５自動焦点調整部
１６被写体距離検出部
１９スイッチ部

Claims

内視鏡の光学レンズ系を介して結像される撮像画像に基いて被写体を観察するための内視鏡装置において、
前記被写体までの距離を検出する被写体距離検出部と、
前記被写体距離検出部の出力に応じて前記光学レンズ系の焦点位置を調整する自動焦点調整部と、
前記被写体距離検出部で検出される被写体距離が予め定めた設定距離内にあり、かつ前記被写体距離が予め定めた設定時間以上変化しないことを条件として、前記自動焦点調整部をＯＮ／ＯＦＦするスイッチ部とを有することを特徴とする内視鏡装置。
請求項１記載の内視鏡装置において、
前記被写体距離検出部は、前記内視鏡の先端部端面に対をなす発光素子と受光素子とを有し、
前記発光素子からの光を投射レンズ系に通して前記被写体に照射し、前記被写体からの反射光を受光レンズ系に通して前記受光素子にスポット状に集光させ、前記集光位置と前記受光レンズ系の光軸との間の距離をｄ、前記受光レンズ系の焦点距離をｆ、前記受光レンズ系と前記投射レンズ系の光軸間距離をＬ、前記被写体距離をＤとする、Ｄ＝Ｌｆ／ｄの式に基いて前記被写体距離Ｄを測距することを特徴とする内視鏡装置。
請求項１記載の内視鏡装置において、
前記発光素子と前記受光素子との間に形成される光通路は、前記内視鏡の先端部端面に設けられる処置具用チャネルの位置を避けて形成することを特徴とする内視鏡装置。
請求項１記載の内視鏡装置において、
前記自動焦点調整部は、前記条件を満たすときに可変焦点距離範囲のうち長焦点距離側に前記光学レンズ系の焦点距離を変化させて焦点合せを行い、前記条件が満たされないときに可変焦点距離範囲のうち短焦点距離側に前記光学レンズ系の焦点距離を変化させて焦点合せを行うことを特徴とする内視鏡装置。
請求項１記載の内視鏡装置において、
前記光学レンズ系で集光した光信号を電気信号に変換する撮像素子を有し、
前記自動焦点調整部は、前記撮像素子が出力する信号の所定周波数成分を評価値として焦点位置の調整を行うことを特徴とする内視鏡装置。
請求項５記載の内視鏡装置において、
前記撮像素子は、電荷結合素子（ＣＣＤ素子）であることを特徴とする内視鏡装置。
請求項６記載の内視鏡装置において、
前記自動焦点調整部は、前記光学レンズ系の合焦度合に応じて前記電荷結合素子（ＣＣＤ素子）が出力する信号の高周波成分が増減することを利用し、前記高周波成分を評価値として焦点位置の調整を行うことを特徴とする内視鏡装置。
請求項１記載の内視鏡装置において、
前記光学レンズ系は、固定位置に設けた不動レンズ系と、前記不動レンズ系に対して相対移動可能な可動レンズ系と、前記不動レンズ系及び前記可動レンズ系を通した光信号を電気信号に変換し、かつ前記不動レンズ系及び前記可動レンズ系に対して相対移動可能な撮像素子とを含むものであることを特徴とする内視鏡装置。
請求項８記載の内視鏡装置において、
前記自動焦点調整部は、
前記不動レンズ系と前記可動レンズ系との位置関係を、光学レンズ系の短焦点距離内に調整し、かつ前記撮像素子を光学レンズ系の短焦点距離位置に位置調整して光学レンズ系の焦点調整を行う動作と、
前記不動レンズ系と前記可動レンズ系との位置関係を、光学レンズ系の長焦点距離内に調整し、かつ前記撮像素子を光学レンズ系の長焦点距離位置に位置調整して光学レンズ系の焦点調整を行う動作と、
を切替えて行うことを特徴とする内視鏡装置。