JP4261275B2

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Publication number: JP4261275B2
Application number: JP2003207303A
Authority: JP
Inventors: 尊臣関谷
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 2002-11-28
Filing date: 2003-08-12
Publication date: 2009-04-30
Anticipated expiration: 2023-08-12
Also published as: JP2004226956A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、対物光学系により広角画像を撮像するとともに、この広角画像の一部を抽出し、拡大した拡大画像を撮像する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内視鏡装置には、観察対象の広角視野の画像と、この広角視野の画像の任意の領域を拡大した画像とを表示するタイプのものがある。このタイプの内視鏡装置は、体内に挿入される硬性鏡に設けられた対物光学系により広角の光学像が形成され、硬性鏡が接続される操作部において、対物光学系からの光束が半透明鏡等を介して分岐される。分岐された光束の一方はリレー光学系を介して第１の撮像素子に再結像する。分岐された他方の光束は、拡大光学系を介して第２の撮像素子に再結像する。第１及び第２の撮像素子にはそれぞれ個別のＴＶモニタが接続される。これにより、観察者は観察対象を広角視野で観察するとともに、その一部の領域を拡大して観察することができる。
【０００３】
上述の第２の撮像素子は、対物光学系を透過した光束の光軸に対して直交する方向に可動なよう支持されている。第２の撮像素子をこの直交方向に適宜動かすことにより、対物光学系により結像される広角の画像のうち、拡大光学系により拡大する領域を抽出することができる（例えば特許文献１）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−３３２１６９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
対物光学系により形成される広角画像の性能は、対物光学系の光軸の中心部と光軸から離れた周辺部では異なっている。すなわち、中心部では非点収差やディストーションがほとんど発生していない高性能な画像が形成されているが、周辺部では非点収差やディストーションが発生した画像が形成されている。従って、抽出される領域の位置によっては、画像が拡大光学系により拡大されることにより、収差等が強調されてしまう。すなわち、抽出される領域の位置によっては、非点収差やディストーションの影響が増大されてＴＶモニタに表示されるという問題がある。
【０００６】
本発明は以上の問題を解決するものであり、対物光学系により結像される広角画像の一部を抽出して拡大する際、その抽出する位置にかかわらず、常時、高性能の拡大画像を得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る像シフト装置は、対物光学系により形成される広角画像の一部の領域を拡大して拡大画像を結像するための拡大光学系と、対物光学系の光軸に対して垂直方向に移動することにより、拡大光学系により拡大される領域を抽出するシフト光学系と、対物光学系及びシフト光学系の収差補正を行うための収差補正手段と、広角画像における抽出領域の位置と拡大画像の拡大率とに基づいて、収差補正手段の駆動を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。以上の構成によれば、広角画像において抽出される領域の位置にかかわらず、収差が補正された高性能な拡大画像が常に得られる。
【０００８】
好ましくは、制御手段は、シフト光学系の移動方向及び移動量に基づいて拡大画像の抽出領域の位置を算出し、拡大光学系の移動方向及び移動量に基づいて拡大率を算出する演算手段を有する。
【０００９】
好ましくは、拡大画像の抽出領域の位置及び拡大率と、拡大画像の収差を補正できる収差補正手段の駆動量とを対応付けたデータを記憶する記憶手段を備え、制御手段は、上述の演算手段による算出結果に基づいて記憶手段のデータを参照し、収差補正手段の駆動量を取得する。このような記憶手段を備えることにより、収差補正手段の駆動量を演算する時間が短縮され、制御の迅速化が図られる。
【００１０】
好ましくは、収差補正手段は、対物光学系のコマ収差、非点収差、及びシフト光学系の非点収差を補正するための第１の収差補正光学系と、シフト光学系のディストーションを補正するための歪曲収差補正手段とを備える。
【００１１】
好ましくは、歪曲収差補正手段は、第２の収差補正光学系を有し、この第２の収差補正光学系と拡大画像が形成される撮像素子の結像面とを傾斜させることにより、ディストーションを補正する。
【００１２】
好ましくは、第１の収差補正光学系は、２枚の平板状の光学素子を有し、この光学素子の傾斜角度及び傾斜方向を制御することにより、シフト光学系の非点収差が補正される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係る第１実施形態が適用される内視鏡装置のブロック図である。内視鏡装置１は、患者の体内に挿入される硬性鏡１０と、硬性鏡１０が接続される像シフト装置２０とを備える。硬性鏡１０は像シフト装置２０に対して着脱自在である。硬性鏡１０内には、対物光学系１１と、光源装置（図示せず）から供給される照明光を硬性鏡１０の先端部に導くライトガイド（図示せず）が配設される。対物光学系１１は、対物レンズ群１２と複数のリレーレンズ１３とを有する。対物レンズ群１２は、広い範囲（例えば１２０°以上の画角度）の視野の像を形成可能なレトロフォーカス型の対物レンズとして構成されている。硬性鏡１０の先端部から照射される照明光が被観察体で反射され、対物レンズ群１２に入射すると、対物レンズ群１２により結像面１２ａに被観察体の光学像が結像する。結像面１２ａに結像する光学像は、リレーレンズ１３によりそれぞれの結像面１３ａに順次結像され、像シフト装置２０に最も近いリレーレンズ１３の結像面１３ａに結像される。
【００１４】
対物光学系１１を透過した光束は、像シフト装置２０内に配設される半透明鏡２１に入射する。半透明鏡２１は、入射光の一部を反射させ、一部を透過させる。半透明鏡２１に反射される光束は、折り返しミラー２２により反射され、第１の再結像光学系２３を介して第１のＣＣＤカメラ２４の撮像面２４ａに入射する。撮像面２４ａに再結像された光学像は、第１のＣＣＤカメラ２４において、光電変換された後、所定の画像処理が施される。画像処理が施された画像データは、第１のＣＣＤカメラ２４に接続されているＴＶモニタ（図示せず）に映し出される。これにより、観察者は被観察体の広角画像を視認することができる。
【００１５】
半透明鏡２１を透過する光束の光路上には、ペシャンプリズム３０、第１の収差補正光学系４０、フォーカスレンズ５０、拡大光学系６０、及び歪曲収差補正ユニット７０が配設される。
【００１６】
図２は、ペシャンプリズム３０の斜視図である。ペシャンプリズム３０は、ダハプリズム３１と補助プリズム３２とを有する。ダハプリズム３１は、三角柱の一側面からダハ面３１ａ、３１ｂが突出し、かつダハ面３１ａ、３１ｂが交差する稜線３１ｃが三角柱の底面と平行となるよう形成されたのと等価な形状を有する。補助プリズム３２は四角柱状の形状を呈し、その一側面３２ａがダハプリズム３１のダハ面３１ａ、３１ｂ以外の一側面３１ｄに対して平行に近接するよう配設される。
【００１７】
半透明鏡２１を透過する対物光学系１１からの光束の光軸Ａｘは、補助プリズム３２の側面３２ｂから垂直に入射し、側面３２ｂに隣接する側面３２ａ、３２ｃにより２回折り曲げられ、補助プリズム３２の側面３２ａとダハプリズム３１の側面３１ｄとを垂直に透過する。さらに、光軸Ａｘは、ダハプリズム３１内において側面３１ｅ、ダハ面３１ａ、３１ｂ、側面３１ｄにより折り曲げられ、側面３１ｅから垂直に、すなわち補助プリズム３２に入射するときの光軸Ａｘと平行な方向に射出する。
【００１８】
ペシャンプリズム３０は、対物光学系１１の光軸Ａｘに直交するＸ方向と、このＸ方向及び光軸Ａｘに直交するＹ方向において移動可能に保持される。対物光学系１１の光軸Ａｘと、ぺシャンプリズム３０から射出された光束が第１の収差補正光学系４０及びフォーカスレンズ５０を介して導かれる拡大光学系６０の光軸Ｂｘとが一致するときのペシャンプリズム３０の位置を「初期位置」とする。ペシャンプリズム３０の移動方向に応じて、光軸Ｂｘからみた光軸ＡｘはＸ方向及びＹ方向に偏芯する。尚、ペシャンプリズム３０の移動については後述する。
【００１９】
ペシャンプリズム３０から射出された光束は、第１の収差補正光学系４０に導かれる。第１の収差補正光学系４０は、コマ収差補正レンズ４１、非点収差補正レンズ４２、及び非点収差補正レンズ群４３を有する。
【００２０】
コマ収差補正レンズ４１及び非点収差補正レンズ４２は、それぞれペシャンプリズム３０が初期位置から移動することにより変化する対物光学系１１のコマ収差、非点収差を補正するためのレンズであり、それぞれＸ方向及びＹ方向に移動可能に保持される。コマ収差補正レンズ４１及び非点収差補正レンズ４２の移動は、駆動装置４１ａ、４２ａにより行われる。駆動装置４１ａ、４２ａは、ＤＣモータやステッピングモータ等からなる駆動用アクチュエータ、この駆動用アクチュエータの駆動力を伝達するギア機構、及びＸ方向・Ｙ方向のガイド機構を有する。尚、コマ収差補正レンズ４１及び非点収差補正レンズ４２は、ペシャンプリズム３０が初期位置にあるとき、それぞれの光軸は、拡大光学系６０の光軸Ｂｘと一致するよう位置づけられる。
【００２１】
非点収差補正レンズ群４３は、ペシャンプリズム３０が初期位置から移動することにより変化する対物光学系１１の非点収差を補正するための光学素子群であり、２枚の平行平面板４３ａ及び４３ｂで構成される。平行平面板４３ａ、４３ｂは、拡大光学系６０の光軸Ｂｘを中心として、光軸に対して傾斜可能かつ光軸周りに回転可能に保持される。平行平面板４３ａ、４３ｂの傾斜駆動及び回転駆動は、駆動装置４３ｃにより行われる。駆動装置４３ｃは、ＤＣモータやステッピングモータ等からなる駆動用アクチュエータ、この駆動用アクチュエータの駆動力を伝達するギア機構、及び各レンズ４３ａ、４３ｂの傾斜方向及び回転方向のガイド機構を有する。尚、ペシャンプリズム３０が初期位置に位置するとき、レンズ４３ａ、４３ｂの姿勢は、互いに平行かつ拡大光学系６０の光軸に対して垂直に保持される。
【００２２】
第１の収差補正光学系４０を射出した光束は、フォーカスレンズ５０を介して拡大光学系６０に入射する。フォーカスレンズ５０及び拡大光学系６０を構成する第１〜第３レンズ群６１、６２、６３は、それぞれの光軸が一致するよう配設される。フォーカスレンズ５０は光軸に沿って移動可能に保持されている。拡大光学系６０の第１レンズ群６１及び第２レンズ群６２は、ズーム鏡筒６０ａにより、光軸に沿って移動可能に保持されている。ズーム鏡筒６０ａのカム環（図示せず）が光軸周りに回転すると、カム環に形成されている各カム溝に係合したカムフォロワを一体に有する第１及び第２レンズ群６１、６２が光軸方向に移動する。フォーカスレンズ５０の駆動装置、及びカム環の駆動装置として、ＤＣモータやステッピングモータ等を備えるフォーカシング用アクチュエータ、ズーミング用アクチュエータがそれぞれ用いられる。
【００２３】
拡大光学系６０から射出される光束は、歪曲収差補正ユニット７０に導かれる。歪曲収差補正ユニット７０は、像面を傾斜させるための補正レンズ７１（第２の収差補正光学系）と第２のＣＣＤカメラ７２とを有する。
【００２４】
補正レンズ７１は、ペシャンプリズム３０が初期位置にあるとき、その光軸が拡大光学系６０の光軸Ｂｘと一致するよう配設され、光軸Ｂｘを中心として光軸Ｂｘに対して傾斜可能に保持される。補正レンズ７１の傾斜駆動は、駆動装置７１ａにより行われる。駆動装置７１ａは、ＤＣモータやステッピングモータ等からなる駆動用アクチュエータ、この駆動用アクチュエータの駆動力を伝達するギア機構、及び補正レンズ７１の傾斜方向のガイド機構を有する。
【００２５】
第２のＣＣＤカメラ７２は、ペシャンプリズム３０が初期位置にあるとき、拡大光学系６０の光軸Ｂｘがその撮像面７２ａの中心を垂直に貫くようよう配設される。すなわち、第２のＣＣＤカメラ７２の撮像面７２ａには、拡大光学系６０により拡大された光学像が形成される。第２のＣＣＤカメラ７２は、補正レンズ７１と同様、拡大光学系６０の光軸Ｂｘに対して、撮像面７２ａが傾斜可能に保持される。第２のＣＣＤカメラ７２の傾斜駆動は、駆動装置７２ｂにより行われる。駆動装置７２ｂは、ＤＣモータやステッピングモータ等からなる駆動用アクチュエータ、この駆動用アクチュエータの駆動力を伝達するギア機構、及び第２のＣＣＤカメラ７２の傾斜方向のガイド機構を有する。
【００２６】
ここでペシャンプリズム３０の移動について説明する。ペシャンプリズム３０は、駆動装置（図示せず）によって駆動されるＸＹステージ３３により、ＸＹ面内で移動される。駆動装置は、Ｘステージ及びＹステージのそれぞれについて、ＤＣモータやステッピングモータ等からなる駆動用アクチュエータ、及びこの駆動用アクチュエータの駆動力を伝達するギア機構を有する。従って、Ｘステージ及びＹステージは独立して駆動される。Ｘステージ及びＹステージの各駆動装置は、像シフト装置２０に設けられた操作部材（図示せず）に接続されている。この操作部材を観察者が適宜操作することにより、ペシャンプリズム３０のＸ方向及びＹ方向における移動が行われる。
【００２７】
ペシャンプリズム３０が初期位置からＸＹ面内で移動されるとき、ペシャンプリズム３０から出た対物光学系１１の光軸Ａｘは、初期位置のペシャンプリズム３０から出ていた対物光学系１１の光軸に対してシフトされる。図２に示すように、ペシャンプリズム３０を初期位置から側面３２ｂに対して光軸ＡｘをＸ方向における正の方（図２における左方向）へ距離ｗだけ移動させた場合、側面３１ｅに対して光軸ＡｘはＸ方向における負の方（図２における右方向）に距離ｗだけ移動する。これは、所定の位置に位置決めされた対物光学系１１の光軸Ａｘに対し、ペシャンプリズム３０をＸ方向における負の方に距離ｗだけ移動させた場合に相当する。この場合、ペシャンプリズム３０から出た後の対物光学系１１の光軸Ａｘ’は、ペシャンプリズム３０に入射する前の光軸Ａｘ’に対して、距離２ｗだけＸ方向の負の方向にシフトされる。また、ペシャンプリズム３０をＸ方向における正の方へ移動する場合、対物光学系の光軸Ａｘは、Ｘ方向における正の向きに、ペシャンプリズム３０の移動量の２倍の量だけシフトされる。
【００２８】
同様に、ペシャンプリズム３０をＹ方向（図２の上下方向）に移動する場合、ペシャンプリズム３０から出た後の対物光学系１１の光軸Ａｘは、ペシャンプリズム３０に入る前の光軸Ａｘに対して、ペシャンプリズム３０が移動された向きに、ペシャンプリズム３０の移動用の２倍の量だけシフトされる。
【００２９】
ペシャンプリズム３０がＸＹ面内でシフトされると、ペシャンプリズム３０から出た後の対物光学系１１の光軸Ａｘは、初期位置に対応して位置決めされる第１収差補正光学系４０、フォーカスレンズ５０、拡大光学系６０、および補正レンズ７１の光軸Ｂｘを含む直線上からシフトされる。ペシャンプリズム３０が初期位置にあるとき、ペシャンプリズム３０から出た後の対物光学系１１の光軸Ａｘと光軸Ｂｘは同軸となる。従って、対物光学系１１の光軸上を進む光線は、ペシャンプリズム３０から射出された後、光軸Ｂｘ上を進み、第２のＣＣＤカメラ７２の撮像面の中心に入射する。この状態から、ペシャンプリズム３０がＸＹ面内で移動すると、ペシャンプリズム３０の射出光の光軸Ａｘは、光軸Ｂｘからシフトされる。従って、対物光学系１１の光軸Ａｘ上を進む光線は、ペシャンプリズム３０から射出された後、光軸Ｂｘからシフトした状態で第１収差補正光学系４０に入射し、フォーカスレンズ５０、拡大光学系６０、及び補正レンズ７１を介して、第２のＣＣＤカメラ７２の撮像面７２ａの中心からシフトした位置に入射する。
【００３０】
ペシャンプリズム３０が初期位置にあるとき光軸Ｂｘ上を進行して第２のＣＣＤカメラ７２の撮像面７２ａの中心に入射する光線が、ペシャンプリズム３０のＸＹ面内でシフトされることにより、光軸Ｂｘが貫く撮像面７２ａの箇所からずれるので、第２のＣＣＤカメラ７２が撮像する像の範囲がシフトする。すなわち、拡大画像の広角画像における像位置が定まる。換言すれば、広角画像において拡大の対象となる領域が抽出される。
【００３１】
システムコントローラ１００は、像シフト装置２０を全体的に制御するマイクロコンピュータである。すなわち、システムコントローラ１００は中央処理ユニット（ＣＰＵ）、種々のルーチンを実行するためのプログラム、常数等を格納する読出し専用メモリ（ＲＯＭ）、データ等を一時的に格納する書込み／読出し自在なメモリ（ＲＡＭ）から成る。
【００３２】
システムコントローラ１００には、エンコーダ３４、６４が接続されている。エンコーダ３４は、ペシャンプリズム３０のＸ方向及びＹ方向における駆動方向及び駆動量を検知するよう構成される。エンコーダ６４はカム環の回転方向及び回転量を検知するよう構成される。システムコントローラ１００は、エンコーダ３４、６４の出力に基づいて、第２のＣＣＤカメラ７２により撮像される拡大画像の像位置及び拡大率を算出する。
【００３３】
システムコントローラ１００には、コマ収差補正レンズ４１の駆動装置４１ａ、非点収差補正レンズ４２の駆動装置４２ａ、非点収差補正レンズ群４３の駆動装置４３ｃ、像面を傾斜させる補正レンズ７１の駆動装置７１ａ、及び第２のＣＣＤカメラ７２の駆動装置７２ｂがそれぞれ接続されている。
【００３４】
また、システムコントローラ１００にはルックアップテーブルが格納されたＲＯＭ１０１が接続されている。ルックアップテーブルには、第２のＣＣＤカメラ７２により撮像される拡大画像の像位置及び拡大率と、上述の各駆動装置４１ａ、４２ａ、４３ｃ、７１ａ、７２ｂにより実行されるそれぞれの光学系等の駆動方向及び駆動量との対応を示すデータが格納されている。
【００３５】
上述のように、ペシャンプリズム３０の移動により拡大画像の広角画像における像位置は定まる。この像位置に応じて、対物光学系１１のコマ収差、非点収差の量は変化し、それに応じてコマ収差を補正すべきコマ収差補正レンズ４１の移動方向、移動量及び非点収差を補正すべき非点収差補正レンズ４２の移動方向、移動量も変化する。ルックアップテーブルには、ペシャンプリズム３０の移動方向・移動量と、ペシャンプリズム３０の移動により定まる対物光学系１１のコマ収差、非点収差を補正するために移動すべきコマ収差補正レンズ４１及び非点収差補正レンズ４２の移動方向・移動量とを関連付けたデータが格納されている。尚、非点収差補正レンズ４２により補正される非点収差は、ペシャンプリズム３０の後側に配設される上述の光学系全系の軸外（光軸は拡大光学系６０の光軸Ｂｘ）の非点収差である。
【００３６】
また、上述の対物光学系１１の非点収差の量の変化に応じて、非点収差を補正すべき非点収差補正レンズ群４３の傾斜角度・傾斜方向も変化する。ルックアップテーブルには、ペシャンプリズム３０の移動方向・移動量と、ペシャンプリズム３０の移動により定まる対物光学系１１の非点収差を補正するために駆動すべき非点収差補正レンズ群４３の傾斜角度・傾斜方向とを関連付けたデータが格納されている。尚、非点収差補正レンズ群４３により補正される非点収差は、ペシャンプリズム３０の後側に配設される上述の光学系全系の軸上（光軸は拡大光学系６０の光軸Ｂｘ）の非点収差である。
【００３７】
ペシャンプリズム３０が移動し、拡大光学系６０が移動すると、拡大画像の像位置及び拡大率が変化し、それに応じて対物光学系１１のディストーションの量も変化する。従って、対物光学系１１のディストーションを補正すべき補正レンズ７１と第２のＣＣＤカメラ７２の撮像面７２ａの傾斜角度も変化する。ルックアップテーブルには、ペシャンプリズム３０及び拡大光学系６０の移動方向・移動量と、ペシャンプリズム３０及び拡大光学系６０の移動により定まる対物光学系１１のディストーションを補正するために傾斜すべき補正レンズ７１及び第２のＣＣＤカメラ７２の撮像面７２ａの傾斜角度とを関連付けたデータが格納されている。
【００３８】
システムコントローラ１００は、エンコーダ３４の出力に基づいて算出した広角画像における拡大画像の像位置と、エンコーダ６４の出力に基づいて算出した拡大画像の拡大率とを用いてルックアップテーブルを参照し、コマ収差補正レンズ４１、非点収差補正レンズ４２、非点収差補正レンズ群４３、補正レンズ７１、撮像面７２ａのそれぞれの駆動方向、駆動量、若しくは傾斜量を得る。そして、これらの参照結果に基づいて、上述の各駆動装置４１ａ、４２ａ、４３ｃ、７１ａ、７２ｂの駆動量を演算し、駆動信号を生成し、各駆動装置に出力する。
【００３９】
以上のように、本実施形態によれば、ペシャンプリズム３０及び拡大光学系６０の移動に応じて変化する、拡大画像におけるコマ収差、非点収差、及びディストーションが、適宜補正される。従って、広角画像のどの領域を抽出して拡大しても、第２のＣＣＤカメラ７２により撮像され、ＴＶモニタに映し出される拡大画像が良好なものとなる。
【００４０】
尚、本実施形態において、上述の各補正光学系の駆動の演算において、フォーカスレンズ５０の移動量を反映させる構成としてもよい。その場合、以下のように演算が行われる。フォーカスレンズ５０の移動量を検出するエンコーダをシステムコントローラ１００に接続させる。また、ＲＯＭ１０１のルックアップテーブルに格納されるデータの構成を、ペシャンプリズム３０の移動方向・移動量及びフォーカスレンズ５０の移動方向・移動量と、ペシャンプリズム３０及びフォーカスレンズ５０の移動により定まる対物光学系１１のコマ収差、非点収差を補正するために駆動すべきコマ収差補正レンズ４１、非点収差補正レンズ４２の移動方向・移動量、及び非点収差補正レンズ群４３の傾斜角度・傾斜方向とを関連付けた構成とする。以上の構成により、フォーカシングの状況をも反映させた補正光学系の駆動が行われる。
【００４１】
図３は、上述の実施形態の変形例を示すブロック図である。図３において、図１の構成要素と同一の構成要素には同一の符号が付られている。この変形例においては、システムコントローラ１００とは別に像移動量演算部１０２が設けられている。像移動量演算部１０２には、エンコーダ３４、６４が接続されている。すなわち、エンコーダ３４、６４の出力に基づく拡大画像の像位置と拡大率の算出は像移動量演算部１０２で実行される。システムコントローラ１００では、像移動量演算部１０２から入力される拡大画像の像位置及び拡大率に基づいて、上述の各収差補正光学系及び第２のＣＣＤカメラ７２の駆動方向・駆動量を算出し、対応する各駆動装置に駆動信号を出力する。
【００４２】
尚、各光学系の配置は図１に示すものに限られるものではない。図４に示す内視鏡装置２のように、ペシャンプリズム３０の後方にフォーカスレンズ５０、拡大光学系６０を配置し、拡大光学系６０と歪曲収差補正ユニット７０との間に第１収差補正光学系８０を配置する構成としてもよい。尚、図４に示す収差補正光学系８０のコマ収差補正光学系８１及び非点収差補正光学系８２は、それぞれ図１の第１の収差補正光学系４０のコマ収差補正光学系４１及び非点収差補正光学系４２と同様の光学素子である。また、駆動装置８１ａ、８２ａによる駆動の態様も、図１の駆動装置４１ａ、４２ａと同様である。
【００４３】
図５は、本発明に係る第２実施形態が適用される監視カメラ９０のブロック図である。図５において、図１と同様の構成要素には同一の符号が付されている。像シフト装置２０には、レンズ鏡筒９１が接続される。レンズ鏡筒９１は像シフト装置２０に対して着脱自在である。レンズ鏡筒９１は、１２０°程度の画角を有する広角レンズである対物光学系９２を備える。この対物光学系９２により、監視対象空間の像が形成される。その他の構成は第１実施形態と同様である。観察者は、第１のＣＣＤカメラ２４に接続されているＴＶモニタ（図示せず）により、監視対象空間の広角画像を視認し、第２のＣＣＤカメラ７２に接続されているＴＶモニタ（図示せず）により、広角画像の任意の領域を拡大した画像を視認することができる。
【００４４】
システムコントローラ１００による制御は第１実施形態と同様である。すなわち、システムコントローラ１００は、エンコーダ３４、６４からの入力に基づいてＲＯＭ１０１のルックアップテーブルを参照し、駆動装置４１ａ、４２ａ、４３ｃ、７１ａ、及び７２ｂの駆動制御を行う。その結果、広角画像内の拡大領域の位置に応じて、コマ収差補正レンズ４１、非点収差補正レンズ４２、非点収差補正レンズ群４３、補正レンズ７１、及び第２のＣＣＤカメラ７２が駆動される。従って、第１実施形態と同様、拡大する領域の位置にかかわらず、常に良好な拡大画像が得られ、監視カメラ９０による監視作業の信頼性が向上する。
【００４５】
尚、上記の各実施形態は、いずれも対物光学系１１、９２を透過した光束を半透明鏡２１により分岐させることにより、広角画像と、広角画像の一部の領域の拡大画像とを観察する構成を有しているが、これに限るものではない。対物光学系１１を透過した光束を分岐させることなく拡大光学系６０へ導き、拡大光学系６０のズーム倍率を適宜制御することにより、広角画像及び拡大画像の形成を可能とする構成としてもよい。尚、この場合も、拡大画像を形成するにあたって、上記の各実施形態と同様、シフト光学系であるペシャンプリズム３０により拡大する領域を抽出することは言うまでもない。
【００４６】
また、第１及び第２実施形態において、ＲＯＭ１１は像シフト装置２０に配設され、ＲＯＭ１１内のルックアップテーブルに格納された上述の諸データは参照されるのみであるが、これに限るものではない。例えば、像シフト装置２０の筐体側面に外部コネクタを設け、外部コネクタを介してアクセス可能で、格納データの書換えが可能なメモリを像シフト装置２０内に設け、このメモリに上述のルックアップテーブルを格納するシステム構成としてもよい。このようなシステム構成とすれば、像シフト装置２０に装着される硬性鏡内の光学系の特性に合わせてルックアップテーブル内のデータを適宜変更することができ、特性の異なる複数種類の硬性鏡を同一の像シフト装置２０に用いることが可能となる。
【００４７】
あるいは、ＲＯＭ１１を硬性鏡１０内に配設し、像シフト装置２０に硬性鏡１０を装着すると硬性鏡１０内のＲＯＭ１１からルックアップテーブルの諸データが読み出され、像シフト装置２０内のシステムコントローラ１００へ入力されるシステム構成としてもよい。このようなシステム構成とすれば、光学系の特性の異なる硬性鏡を装着してもシステムコントローラ１００で用いられるデータ内容の変更を意識する必要がなく、使用者の負担が軽減される。
【００４８】
また、像シフト装置２０内のＲＯＭ１１のルックアップテーブルに複数種類のデータを格納しておき、像シフト装置２０に接続される硬性鏡の特性に合わせたデータを取り出し、システムコントローラ１００に出力するシステム構成としてもよい。この場合、像シフト装置２０において、接続された硬性鏡を自動識別する機構を硬性鏡の着脱部に設け、ＲＯＭ１１からのデータの抽出処理を自動化するとより効果的である。
【００４９】
尚、第２実施形態の場合は、硬性鏡１０に替えてレンズ鏡筒９１において同様な作用をもたらすよう同様の構成とすればよい。
【００５０】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、広角画像の一部を抽出して拡大画像を形成する装置において、常に高性能の拡大画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１実施形態が適用される内視鏡装置のブロック図である。
【図２】シフト光学系としてのペシャンプリズムの斜視図である。
【図３】像シフト装置の変形例を示すブロック図である。
【図４】像シフト装置における各光学系の配置の変形例を示すブロック図である。
【図５】本発明に係る第２実施形態が適用される監視カメラのブロック図である。
【符号の説明】
１、２内視鏡装置
１０硬性鏡
１１対物光学系
１２対物レンズ群
１３リレーレンズ
２０像シフト装置
３０ペシャンプリズム
４０第１の収差補正光学系
５０フォーカスレンズ
６０拡大光学系
７０歪曲収差補正ユニット
１００システムコントローラ
１０１ＲＯＭ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an apparatus that captures a wide-angle image with an objective optical system, extracts a part of the wide-angle image, and captures an enlarged image.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, there is a type of endoscope apparatus that displays an image of a wide-angle visual field to be observed and an image obtained by enlarging an arbitrary region of the wide-angle visual field image. In this type of endoscope apparatus, a wide-angle optical image is formed by an objective optical system provided in a rigid endoscope inserted into the body, and a light beam from the objective optical system is half-transmitted in an operation unit to which the rigid endoscope is connected. Branches through a transparent mirror or the like. One of the branched light beams is re-imaged on the first image sensor via the relay optical system. The other branched light beam is re-imaged on the second image sensor via the magnifying optical system. Individual TV monitors are connected to the first and second image sensors. Thereby, the observer can observe the observation object in a wide-angle field of view and enlarge a part of the area.
[0003]
The second image sensor described above is supported so as to be movable in a direction orthogonal to the optical axis of the light beam that has passed through the objective optical system. By appropriately moving the second image sensor in the orthogonal direction, it is possible to extract a region enlarged by the magnifying optical system from the wide-angle image formed by the objective optical system (for example, Patent Document 1).
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-8-332169
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The performance of the wide-angle image formed by the objective optical system is different between the central part of the optical axis of the objective optical system and the peripheral part away from the optical axis. That is, a high-performance image in which astigmatism and distortion are hardly generated is formed in the central portion, but an image in which astigmatism and distortion are generated is formed in the peripheral portion. Therefore, depending on the position of the extracted region, the image is enlarged by the magnifying optical system, so that aberrations and the like are emphasized. That is, depending on the position of the extracted region, there is a problem that the influence of astigmatism and distortion is increased and displayed on the TV monitor.
[0006]
The present invention solves the above problems. When a part of a wide-angle image formed by an objective optical system is extracted and enlarged, a high-performance enlarged image is always obtained regardless of the extraction position. The purpose is to obtain.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
An image shift device according to the present invention includes a magnifying optical system for enlarging a partial area of a wide-angle image formed by an objective optical system to form a magnified image, and a perpendicular to the optical axis of the objective optical system. A shift optical system that extracts a region to be magnified by the magnification optical system by moving in the direction, an aberration correction means for correcting aberrations of the objective optical system and the shift optical system, and a position of the extraction region in the wide-angle image Control means for controlling the drive of the aberration correction means based on the enlargement ratio of the enlarged image. According to the above configuration, a high-performance enlarged image with corrected aberration is always obtained regardless of the position of the region extracted in the wide-angle image.
[0008]
Preferably, the control means calculates a position of the extraction region of the enlarged image based on the moving direction and moving amount of the shift optical system, and calculates calculating means based on the moving direction and moving amount of the magnifying optical system. Have.
[0009]
Preferably, the storage unit stores data in which the position and the enlargement ratio of the extraction area of the enlarged image and the driving amount of the aberration correction unit capable of correcting the aberration of the enlarged image are stored, and the control unit includes the arithmetic unit described above. Based on the calculation result, the data in the storage unit is referred to, and the driving amount of the aberration correction unit is acquired. By providing such a storage means, the time for calculating the drive amount of the aberration correction means is shortened, and the control can be speeded up.
[0010]
Preferably, the aberration correction means corrects distortion of the first optical aberration correction optical system for correcting coma aberration, astigmatism of the objective optical system, and astigmatism of the shift optical system, and distortion of the shift optical system. Distortion aberration correcting means.
[0011]
Preferably, the distortion correction means has a second aberration correction optical system, and distortion is caused by inclining the second aberration correction optical system and the imaging surface of the image sensor on which the enlarged image is formed. to correct.
[0012]
Preferably, the first aberration correction optical system has two flat optical elements, and the astigmatism of the shift optical system is corrected by controlling the tilt angle and tilt direction of the optical elements. .
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram of an endoscope apparatus to which the first embodiment according to the present invention is applied. The endoscope apparatus 1 includes a rigid endoscope 10 inserted into a patient's body and an image shift apparatus 20 to which the rigid endoscope 10 is connected. The rigid endoscope 10 is detachable from the image shift device 20. In the rigid mirror 10, an objective optical system 11 and a light guide (not shown) for guiding illumination light supplied from a light source device (not shown) to the distal end portion of the rigid mirror 10 are disposed. The objective optical system 11 includes an objective lens group 12 and a plurality of relay lenses 13. The objective lens group 12 is configured as a retrofocus type objective lens capable of forming a field image in a wide range (for example, an angle of view of 120 ° or more). When the illumination light irradiated from the distal end portion of the rigid mirror 10 is reflected by the object to be observed and is incident on the objective lens group 12, the objective lens group 12 forms an optical image of the object to be observed on the imaging surface 12a. The optical images formed on the image forming surface 12 a are sequentially formed on the respective image forming surfaces 13 a by the relay lens 13 and formed on the image forming surface 13 a of the relay lens 13 closest to the image shift device 20.
[0014]
The light beam that has passed through the objective optical system 11 enters a translucent mirror 21 disposed in the image shift device 20. The translucent mirror 21 reflects a part of incident light and transmits a part thereof. The light beam reflected by the semitransparent mirror 21 is reflected by the folding mirror 22 and enters the imaging surface 24 a of the first CCD camera 24 via the first re-imaging optical system 23. The optical image re-imaged on the imaging surface 24a is subjected to photoelectric conversion in the first CCD camera 24 and then subjected to predetermined image processing. The image data that has been subjected to image processing is displayed on a TV monitor (not shown) connected to the first CCD camera 24. Thereby, the observer can visually recognize the wide-angle image of the observed object.
[0015]
A Pechan prism 30, a first aberration correction optical system 40, a focus lens 50, a magnifying optical system 60, and a distortion aberration correction unit 70 are disposed on the optical path of the light beam passing through the semitransparent mirror 21.
[0016]
FIG. 2 is a perspective view of the Pechan prism 30. The Pechan prism 30 includes a roof prism 31 and an auxiliary prism 32. The roof prism 31 has a shape equivalent to that formed such that the roof surfaces 31a and 31b protrude from one side of the triangular prism and the ridge line 31c where the roof surfaces 31a and 31b intersect is parallel to the bottom surface of the triangular prism. The auxiliary prism 32 has a quadrangular prism shape, and is disposed such that one side surface 32a thereof is close to and parallel to one side surface 31d of the roof prism 31 other than the roof surfaces 31a and 31b.
[0017]
The optical axis Ax of the light beam from the objective optical system 11 that passes through the semi-transparent mirror 21 enters perpendicularly from the side surface 32b of the auxiliary prism 32, and is bent twice by the side surfaces 32a and 32c adjacent to the side surface 32b. The side surface 32a and the side surface 31d of the roof prism 31 are vertically transmitted. Further, the optical axis Ax is bent by the side surface 31e, the roof surfaces 31a, 31b, and the side surface 31d in the roof prism 31, and exits perpendicularly from the side surface 31e, that is, in a direction parallel to the optical axis Ax when entering the auxiliary prism 32. To do.
[0018]
The Pechan prism 30 is held movably in the X direction orthogonal to the optical axis Ax of the objective optical system 11 and in the Y direction orthogonal to the X direction and the optical axis Ax. When the optical axis Ax of the objective optical system 11 coincides with the optical axis Bx of the magnifying optical system 60 through which the light beam emitted from the Pechan prism 30 is guided through the first aberration correction optical system 40 and the focus lens 50 The position of the Pechan prism 30 is “initial position”. Depending on the moving direction of the Pechan prism 30, the optical axis Ax viewed from the optical axis Bx is decentered in the X direction and the Y direction. The movement of the Pechan prism 30 will be described later.
[0019]
The light beam emitted from the Pechan prism 30 is guided to the first aberration correction optical system 40. The first aberration correction optical system 40 includes a coma aberration correction lens 41, an astigmatism correction lens 42, and an astigmatism correction lens group 43.
[0020]
The coma aberration correction lens 41 and the astigmatism correction lens 42 are lenses for correcting the coma aberration and astigmatism of the objective optical system 11 that change as the Pechan prism 30 moves from the initial position, respectively. It is held movably in the direction and the Y direction. The movement of the coma aberration correction lens 41 and the astigmatism correction lens 42 is performed by the driving devices 41a and 42a. The drive devices 41a and 42a have a drive actuator such as a DC motor or a stepping motor, a gear mechanism for transmitting a drive force of the drive actuator, and a guide mechanism in the X direction and the Y direction. The coma aberration correction lens 41 and the astigmatism correction lens 42 are positioned so that their optical axes coincide with the optical axis Bx of the magnifying optical system 60 when the Pechan prism 30 is in the initial position.
[0021]
The astigmatism correction lens group 43 is an optical element group for correcting astigmatism of the objective optical system 11 that changes as the Pechan prism 30 moves from the initial position, and is two parallel flat plates 43a and 43b. Consists of. The plane-parallel plates 43a and 43b are held so as to be tiltable with respect to the optical axis and rotatable about the optical axis around the optical axis Bx of the magnifying optical system 60. Inclination driving and rotation driving of the parallel flat plates 43a and 43b are performed by the driving device 43c. The drive device 43c includes a drive actuator composed of a DC motor, a stepping motor, and the like, a gear mechanism that transmits a drive force of the drive actuator, and a guide mechanism in the inclination direction and the rotation direction of the lenses 43a and 43b. When the Pechan prism 30 is positioned at the initial position, the postures of the lenses 43 a and 43 b are held parallel to each other and perpendicular to the optical axis of the magnifying optical system 60.
[0022]
The light beam emitted from the first aberration correction optical system 40 enters the magnifying optical system 60 via the focus lens 50. The first to third lens groups 61, 62, and 63 constituting the focus lens 50 and the magnifying optical system 60 are arranged so that their optical axes coincide with each other. The focus lens 50 is held so as to be movable along the optical axis. The first lens group 61 and the second lens group 62 of the magnifying optical system 60 are held by a zoom lens barrel 60a so as to be movable along the optical axis. When a cam ring (not shown) of the zoom lens barrel 60a rotates around the optical axis, first and second lens groups 61 and 62 integrally having cam followers engaged with respective cam grooves formed in the cam ring. Move in the direction of the optical axis. As a driving device for the focus lens 50 and a driving device for the cam ring, a focusing actuator and a zooming actuator each including a DC motor, a stepping motor, and the like are used.
[0023]
The light beam emitted from the magnifying optical system 60 is guided to the distortion correction unit 70. The distortion correction unit 70 includes a correction lens 71 (second aberration correction optical system) for tilting the image plane and a second CCD camera 72.
[0024]
The correction lens 71 is disposed so that its optical axis coincides with the optical axis Bx of the magnifying optical system 60 when the Pechan prism 30 is in the initial position, and can be tilted with respect to the optical axis Bx with the optical axis Bx as the center. Retained. Inclination driving of the correction lens 71 is performed by the driving device 71a. The drive device 71 a includes a drive actuator composed of a DC motor, a stepping motor, and the like, a gear mechanism that transmits the drive force of the drive actuator, and a guide mechanism in the inclination direction of the correction lens 71.
[0025]
The second CCD camera 72 is arranged so that the optical axis Bx of the magnifying optical system 60 passes through the center of the imaging surface 72a perpendicularly when the Pechan prism 30 is in the initial position. That is, an optical image magnified by the magnifying optical system 60 is formed on the imaging surface 72 a of the second CCD camera 72. Similar to the correction lens 71, the second CCD camera 72 holds the imaging surface 72 a so as to be tiltable with respect to the optical axis Bx of the magnifying optical system 60. The tilt drive of the second CCD camera 72 is performed by the drive device 72b. The driving device 72 b includes a driving actuator composed of a DC motor, a stepping motor, or the like, a gear mechanism that transmits a driving force of the driving actuator, and a guide mechanism in the tilt direction of the second CCD camera 72.
[0026]
Here, the movement of the Pechan prism 30 will be described. The Pechan prism 30 is moved in the XY plane by an XY stage 33 driven by a driving device (not shown). The driving device has a driving actuator such as a DC motor or a stepping motor for each of the X stage and the Y stage, and a gear mechanism that transmits the driving force of the driving actuator. Therefore, the X stage and the Y stage are driven independently. The driving devices for the X stage and the Y stage are connected to an operation member (not shown) provided in the image shift device 20. When the observer appropriately operates the operation member, the Pechan prism 30 is moved in the X direction and the Y direction.
[0027]
When the Pechan prism 30 is moved in the XY plane from the initial position, the optical axis Ax of the objective optical system 11 exiting from the Pechan prism 30 is aligned with the optical axis of the objective optical system 11 exiting from the Pechan prism 30 at the initial position. Shifted with respect to. As shown in FIG. 2, when the Pechan prism 30 is moved from the initial position with respect to the side surface 32b by the distance w in the positive direction in the X direction (left direction in FIG. 2), the side surface 31e is moved. The optical axis Ax moves by a distance w in the negative direction in the X direction (right direction in FIG. 2). This corresponds to the case where the Pechan prism 30 is moved by the distance w in the negative direction in the X direction with respect to the optical axis Ax of the objective optical system 11 positioned at a predetermined position. In this case, the optical axis Ax ′ of the objective optical system 11 after exiting from the Pechan prism 30 is shifted in the negative X direction by a distance 2w with respect to the optical axis Ax ′ before entering the Pechan prism 30. The Further, when the Pechan prism 30 is moved in the positive direction in the X direction, the optical axis Ax of the objective optical system is shifted in the positive direction in the X direction by an amount that is twice the amount of movement of the Pechan prism 30.
[0028]
Similarly, when the Pechan prism 30 is moved in the Y direction (vertical direction in FIG. 2), the optical axis Ax of the objective optical system 11 after exiting the Pechan prism 30 is set to the optical axis Ax before entering the Pechan prism 30. On the other hand, the direction in which the Pechan prism 30 is moved is shifted by an amount twice that for the movement of the Pechan prism 30.
[0029]
When the Pechan prism 30 is shifted in the XY plane, the optical axis Ax of the objective optical system 11 after exiting from the Pechan prism 30 is positioned corresponding to the initial position, the first aberration correcting optical system 40, and the focus lens. 50, the magnifying optical system 60, and the correction lens 71 are shifted from a straight line including the optical axis Bx. When the Pechan prism 30 is in the initial position, the optical axis Ax and the optical axis Bx of the objective optical system 11 after exiting the Pechan prism 30 are coaxial. Therefore, the light beam traveling on the optical axis of the objective optical system 11 is emitted from the Pechan prism 30, travels on the optical axis Bx, and enters the center of the imaging surface of the second CCD camera 72. From this state, when the Pechan prism 30 moves in the XY plane, the optical axis Ax of the light emitted from the Pechan prism 30 is shifted from the optical axis Bx. Accordingly, the light beam traveling on the optical axis Ax of the objective optical system 11 is emitted from the Pechan prism 30, and then enters the first aberration correction optical system 40 while being shifted from the optical axis Bx, and the focus lens 50 and the magnifying optical system. The light enters the position shifted from the center of the imaging surface 72 a of the second CCD camera 72 through the system 60 and the correction lens 71.
[0030]
When the Pechan prism 30 is in the initial position, the light beam traveling on the optical axis Bx and entering the center of the imaging surface 72a of the second CCD camera 72 is shifted in the XY plane of the Pechan prism 30 to Since the axis Bx is displaced from the position of the imaging surface 72a through which the axis Bx penetrates, the range of the image captured by the second CCD camera 72 is shifted. That is, the image position in the wide-angle image of the enlarged image is determined. In other words, a region to be enlarged is extracted from the wide-angle image.
[0031]
The system controller 100 is a microcomputer that controls the image shift apparatus 20 as a whole. That is, the system controller 100 is a central processing unit (CPU), a program for executing various routines, a read only memory (ROM) for storing constants, etc., and a writable / readable memory (temporarily storing data). RAM).
[0032]
Encoders 34 and 64 are connected to the system controller 100. The encoder 34 is configured to detect the driving direction and driving amount of the Pechan prism 30 in the X direction and the Y direction. The encoder 64 is configured to detect the direction and amount of rotation of the cam ring. The system controller 100 calculates an image position and an enlargement ratio of the enlarged image captured by the second CCD camera 72 based on the outputs of the encoders 34 and 64.
[0033]
The system controller 100 includes a drive device 41a for the coma aberration correction lens 41, a drive device 42a for the astigmatism correction lens 42, a drive device 43c for the astigmatism correction lens group 43, and a drive device for the correction lens 71 that tilts the image plane. 71a and the driving device 72b of the second CCD camera 72 are connected to each other.
[0034]
The system controller 100 is connected to a ROM 101 that stores a lookup table. In the look-up table, the image position and magnification of the enlarged image picked up by the second CCD camera 72, the respective optical systems executed by the respective driving devices 41a, 42a, 43c, 71a, 72b, etc. Data indicating the correspondence between the driving direction and the driving amount is stored.
[0035]
As described above, the image position in the wide-angle image of the enlarged image is determined by the movement of the Pechan prism 30. The amount of coma and astigmatism of the objective optical system 11 changes according to the image position, and the movement direction, amount of movement and astigmatism of the coma aberration correction lens 41 that should correct coma are corrected accordingly. The moving direction and moving amount of the astigmatism correction lens 42 to be changed also change. In the look-up table, the coma aberration correcting lens 41 and the non-astigmatism lens 41 to be moved to correct the coma aberration and astigmatism of the objective optical system 11 determined by the movement of the Pechan prism 30 and the movement of the Pechan prism 30 are determined. Data in which the movement direction / movement amount of the point aberration correction lens 42 is associated is stored. The astigmatism corrected by the astigmatism correction lens 42 is off-axis of the entire optical system described above disposed on the rear side of the Pechan prism 30 (the optical axis is the optical axis Bx of the magnifying optical system 60). Astigmatism.
[0036]
Further, in accordance with the change in the amount of astigmatism in the objective optical system 11 described above, the tilt angle and tilt direction of the astigmatism correction lens group 43 that should correct astigmatism also change. In the look-up table, the direction and amount of movement of the Pechan prism 30 and the inclination angle of the astigmatism correction lens group 43 to be driven to correct astigmatism of the objective optical system 11 determined by the movement of the Pechan prism 30. -Data that associates the tilt direction is stored. The astigmatism corrected by the astigmatism correction lens group 43 is on the axis of the above-described entire optical system disposed on the rear side of the Pechan prism 30 (the optical axis is the optical axis Bx of the magnifying optical system 60). ) Astigmatism.
[0037]
When the Pechan prism 30 moves and the magnifying optical system 60 moves, the image position and magnification ratio of the enlarged image change, and the amount of distortion of the objective optical system 11 changes accordingly. Accordingly, the inclination angle of the correction lens 71 that should correct the distortion of the objective optical system 11 and the imaging surface 72a of the second CCD camera 72 also changes. The look-up table includes a correction lens to be tilted to correct the direction and amount of movement of the Pechan prism 30 and the magnifying optical system 60 and the distortion of the objective optical system 11 determined by the movement of the Pechan prism 30 and the magnifying optical system 60. 71 and data relating the inclination angle of the imaging surface 72a of the second CCD camera 72 are stored.
[0038]
The system controller 100 refers to the look-up table using the image position of the enlarged image in the wide-angle image calculated based on the output of the encoder 34 and the enlargement ratio of the enlarged image calculated based on the output of the encoder 64, and The drive direction, drive amount, or tilt amount of each of the aberration correction lens 41, astigmatism correction lens 42, astigmatism correction lens group 43, correction lens 71, and imaging surface 72a is obtained. Based on these reference results, the drive amounts of the drive devices 41a, 42a, 43c, 71a, and 72b described above are calculated, drive signals are generated, and output to the drive devices.
[0039]
As described above, according to the present embodiment, coma aberration, astigmatism, and distortion in the enlarged image that change according to the movement of the Pechan prism 30 and the magnifying optical system 60 are appropriately corrected. Therefore, no matter which region of the wide-angle image is extracted and enlarged, the enlarged image captured by the second CCD camera 72 and displayed on the TV monitor is good.
[0040]
In the present embodiment, the moving amount of the focus lens 50 may be reflected in the calculation of driving each correction optical system described above. In that case, the calculation is performed as follows. An encoder that detects the amount of movement of the focus lens 50 is connected to the system controller 100. Further, the structure of data stored in the lookup table of the ROM 101 is determined by the objective optical determined by the movement direction / movement amount of the Pechan prism 30 and the movement direction / movement amount of the focus lens 50 and the movement of the Pechan prism 30 and the focus lens 50. The coma aberration correcting lens 41 to be driven to correct the coma aberration and astigmatism of the system 11, the moving direction and moving amount of the astigmatism correcting lens 42, and the tilt angle and tilt direction of the astigmatism correcting lens group 43 And are related to each other. With the above configuration, the correction optical system that reflects the state of focusing is driven.
[0041]
FIG. 3 is a block diagram showing a modification of the above-described embodiment. 3, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. In this modification, an image movement amount calculation unit 102 is provided separately from the system controller 100. Encoders 34 and 64 are connected to the image movement amount calculation unit 102. That is, the image movement amount calculation unit 102 calculates the image position and magnification of the enlarged image based on the outputs of the encoders 34 and 64. The system controller 100 calculates the driving directions and driving amounts of the above-described aberration correction optical systems and the second CCD camera 72 based on the image position and magnification rate of the enlarged image input from the image movement amount calculation unit 102. The drive signal is output to each corresponding drive device.
[0042]
The arrangement of each optical system is not limited to that shown in FIG. As in the endoscope apparatus 2 shown in FIG. 4, the focus lens 50 and the magnifying optical system 60 are disposed behind the Pechan prism 30, and the first aberration correcting optical is between the magnifying optical system 60 and the distortion correcting unit 70. The system 80 may be arranged. The coma aberration correcting optical system 81 and the astigmatism correcting optical system 82 of the aberration correcting optical system 80 shown in FIG. 4 are respectively the coma aberration correcting optical system 41 and the astigmatism of the first aberration correcting optical system 40 of FIG. This is an optical element similar to the aberration correction optical system 42. Further, the driving mode by the driving devices 81a and 82a is the same as that of the driving devices 41a and 42a of FIG.
[0043]
FIG. 5 is a block diagram of a surveillance camera 90 to which the second embodiment according to the present invention is applied. In FIG. 5, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. A lens barrel 91 is connected to the image shift device 20. The lens barrel 91 is detachable from the image shift device 20. The lens barrel 91 includes an objective optical system 92 that is a wide-angle lens having an angle of view of about 120 °. The objective optical system 92 forms an image of the monitoring target space. Other configurations are the same as those of the first embodiment. An observer visually recognizes a wide-angle image of the monitoring target space with a TV monitor (not shown) connected to the first CCD camera 24, and a TV monitor (not shown) connected to the second CCD camera 72. )), An image obtained by enlarging an arbitrary area of the wide-angle image can be viewed.
[0044]
Control by the system controller 100 is the same as in the first embodiment. That is, the system controller 100 refers to the look-up table in the ROM 101 based on the inputs from the encoders 34 and 64, and performs drive control of the drive devices 41a, 42a, 43c, 71a, and 72b. As a result, the coma aberration correction lens 41, the astigmatism correction lens 42, the astigmatism correction lens group 43, the correction lens 71, and the second CCD camera 72 are driven according to the position of the enlarged region in the wide-angle image. The Therefore, as in the first embodiment, a good enlarged image is always obtained regardless of the position of the area to be enlarged, and the reliability of the monitoring work by the monitoring camera 90 is improved.
[0045]
In each of the above embodiments, the light beam transmitted through the objective optical systems 11 and 92 is branched by the semitransparent mirror 21, thereby observing a wide-angle image and an enlarged image of a part of the wide-angle image. Although it has a structure, it is not restricted to this. The light beam transmitted through the objective optical system 11 may be guided to the magnifying optical system 60 without branching, and the zoom magnification of the magnifying optical system 60 may be appropriately controlled to enable the formation of a wide-angle image and an enlarged image. In this case as well, when forming an enlarged image, it goes without saying that an area to be enlarged is extracted by the Pechan prism 30 which is a shift optical system, as in the above embodiments.
[0046]
In the first and second embodiments, the ROM 11 is disposed in the image shift device 20 and only the above-mentioned various data stored in the lookup table in the ROM 11 are referred to. However, the present invention is not limited to this. Absent. For example, an external connector is provided on the side surface of the casing of the image shift device 20, a memory that can be accessed via the external connector and in which stored data can be rewritten is provided in the image shift device 20, and the above-described lookup table is stored in this memory. It is good also as a system configuration which stores. With such a system configuration, the data in the look-up table can be appropriately changed in accordance with the characteristics of the optical system in the rigid mirror mounted on the image shift device 20, and a plurality of types of rigid mirrors having different characteristics can be obtained. Can be used for the same image shift device 20.
[0047]
Alternatively, when the ROM 11 is disposed in the rigid endoscope 10 and the rigid mirror 10 is attached to the image shift device 20, various data in the look-up table are read from the ROM 11 in the rigid endoscope 10, and the system controller in the image shift device 20. The system configuration may be input to 100. With such a system configuration, it is not necessary to be aware of changes in the data content used in the system controller 100 even when rigid endoscopes having different optical system characteristics are attached, and the burden on the user is reduced.
[0048]
A system in which a plurality of types of data are stored in the lookup table of the ROM 11 in the image shift device 20, data that matches the characteristics of the rigid endoscope connected to the image shift device 20 is extracted and output to the system controller 100. It is good also as a structure. In this case, in the image shift device 20, it is more effective to provide a mechanism for automatically identifying the connected rigid endoscope in the attaching / detaching portion of the rigid endoscope, and to automate the process of extracting data from the ROM 11.
[0049]
In the case of the second embodiment, the lens barrel 91 may have the same configuration so as to provide the same action in place of the rigid endoscope 10.
[0050]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a high-performance enlarged image can always be obtained in an apparatus that extracts a part of a wide-angle image to form an enlarged image.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of an endoscope apparatus to which a first embodiment according to the present invention is applied.
FIG. 2 is a perspective view of a Pechan prism as a shift optical system.
FIG. 3 is a block diagram illustrating a modification of the image shift device.
FIG. 4 is a block diagram showing a modification of the arrangement of optical systems in the image shift device.
FIG. 5 is a block diagram of a surveillance camera to which a second embodiment according to the present invention is applied.
[Explanation of symbols]
1, 2 Endoscope device
10 Rigid endoscope
11 Objective optical system
12 Objective lens group
13 Relay lens
20 Image shift device
30 Peshan Prism
40 First aberration correction optical system
50 focus lens
60 Magnifying optical system
70 Distortion correction unit
100 system controller
101 ROM

Claims

A magnifying optical system for enlarging a partial region of the wide-angle image formed by the objective optical system to form a magnified image;
A shift optical system that extracts the region enlarged by the magnifying optical system by moving in a direction perpendicular to the optical axis of the objective optical system;
Aberration correction means for correcting aberrations of the objective optical system and the shift optical system;
An image shift apparatus comprising: control means for controlling driving of the aberration correction means based on the position of the region in the wide-angle image and the enlargement ratio of the enlarged image.

The control means includes calculation means for calculating the position of the region based on the movement direction and movement amount of the shift optical system, and calculating the magnification factor based on the movement direction and movement amount of the magnification optical system. The image shift device according to claim 1.

Storage means for storing data associating the position of the region and the enlargement ratio with the driving amount of the aberration correction means capable of correcting the aberration of the enlarged image, and the control means includes a calculation result by the calculation means. 3. The image shift apparatus according to claim 2, wherein the drive amount of the aberration correction unit is acquired by referring to data in the storage unit based on the data.

The aberration correction unit corrects distortion of the shift optical system and a first aberration correction optical system for correcting coma aberration, astigmatism of the objective optical system, and astigmatism of the shift optical system. The image shift apparatus according to claim 1, further comprising: a distortion aberration correcting unit for correcting the distortion.

The distortion correction means has a second aberration correction optical system,
The image shift device according to claim 4, wherein the distortion is corrected by inclining the second aberration correction optical system and the imaging surface of the image sensor on which the enlarged image is formed.

The first aberration correction optical system has two flat optical elements, and the astigmatism of the shift optical system is corrected by controlling the tilt angle and the tilt direction of the optical elements. The image shift device according to claim 5.