JP4272739B2 - 内視鏡の光源装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、胃など体腔内に内視鏡（スコープ）を挿入し、体腔の映像をモニタに映して患部の状態を検査する内視鏡装置に関し、特に光源からの光を体腔に照射するための光源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内視鏡内には、光源からの光を体腔内に伝達するためのライトガイドファイババンドル（以下、ＬＣＢという）が設けられており、光源からの光は集光レンズにより収束されてＬＣＢの入射端面に入射する。そして、入射面に入射した光は、減衰することなくＬＣＢ内を通り、ＬＣＢの出射面から出射して体腔内に照射する。ＬＣＢは、束状になった光ファイバで形成されており、この光ファイバの特性から、ＬＣＢの入射面全体に光が入射されると、最大に光が体腔内に照射され、モニタにおける体腔映像が明るく映し出される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、観察対象である内臓器官に応じて使用される内視鏡の太さはそれぞれ異なっており、それとともにＬＣＢの入射面の面積も内視鏡毎に変化する。例えば、気管支系内視鏡では、光ファイバの束が少ないＬＣＢであるため、ＬＣＢの入射面の面積は小さく、逆に消化管系内視鏡では、ＬＣＢの入射面の面積が大きい。一方、内視鏡を介して光を体腔へ照射するための光源システムは単一であり、光源システムを構成するレンズなど光学系の位置は、固定されている。そのため、内視鏡によっては、光源からの光が最大限利用されず、十分に体腔内に光が照射されない場合が生じる。
【０００４】
本発明は、集光レンズを通った光を体腔内まで適正に伝達し、光源から放射される光を最大限利用することができる内視鏡の光源装置を得ることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の内視鏡の光源装置は、光源から放射される光を、集光光学系に通して収束させ、内視鏡に備えられた光伝達経路の入射面に入射させる光入射手段と、光伝達経路を通って光伝達経路の出射面から出射する照射光を被写体に照射する光照射手段と、照射光が被写体に照射することにより得られる被写体像を、内視鏡を通して被写体の側から光伝達経路の入射面の側に向けて伝達する画像伝達手段と、光伝達経路の入射面と集光光学系との距離を調整する距離制御手段とを備え、距離制御手段は、光伝達経路の出射面から出射する照射光の輝度が最大になるように、光伝達経路の入射面と集光光学系との距離を調整する最適位置制御手段を有することを特徴とする。
【０００６】
距離制御手段は、集光光学系の光軸に沿って集光光学系を移動させることが望ましい。このとき、最適位置制御手段は、照射光の輝度が最大となる位置まで集光光学系を光軸に沿って移動させることが望ましい。例えば、集光光学系は、支持台により固定され、支持台がモータの駆動に応じて光軸方向に移動することにより、連動して光軸方向に移動する。
【０００７】
光源は、平行光を射出し、さらに、集光光学系の光軸は、光源から集光光学系に向けて放射された平行光に平行であり、かつ、光伝達経路の入射面の中心を通ることが望ましい。
【０００８】
画像伝達手段は、内視鏡内に設けた撮像素子に被写体像を結像させ、光電変換により撮像素子に発生する画像信号を読み出すことにより、被写体像を画像処理装置に伝達することが望ましい。
【０００９】
最適位置制御手段は、撮像素子に発生する画像信号から輝度値を生成し、その輝度値に対して最大輝度値が検出される時の集光レンズの位置を最適位置として、集光光学系をその最適位置に移動させることが望ましい。
【００１０】
最適位置制御手段は、集光光学系を最適位置まで移動させた後、その最適位置を、画像処理装置に接続されている内視鏡の種類と関連付けて不揮発性メモリにデータとして記録することが望ましい。
【００１１】
画像伝達手段は、内視鏡内に設けた撮像素子に被写体像を結像させ、光電変換により撮像素子に発生する画像信号を読み出すことにより、被写体像を画像処理装置に伝達することが望ましい。
【００１２】
光適正伝達手段は、撮像素子に発生する画像信号から得られる輝度値を生成し、その輝度値に対して最大輝度値が検出される時の集光レンズの位置を最適位置とし、集光レンズを最適位置に移動させることが望ましい。
【００１３】
被写体像の色合いを調整するホワイトバランス調整は、最適位置制御手段により集光光学系を最適位置まで移動させた後に、実行されることが望ましい。
【００１４】
最適位置制御手段は、集光光学系を移動させる前に、画像処理装置に接続されている内視鏡に対応する集光光学系の最適位置に関するデータが不揮発性メモリに格納されているか否かを判別し、最適位置に関するデータが存在する場合には、集光光学系をその最適位置に関するデータに基づいて移動させることが望ましい。
【００１５】
最適位置制御手段は、集光光学系を移動させる前に、画像処理装置に接続されている内視鏡に対応する集光光学系の最適位置に関するデータが不揮発性メモリに格納されているか否かを判別し、最適位置に関するデータが存在しない場合には、集光光学系を集光光学系移動範囲の中で一方の端点から他方の端点まで移動させながら最大輝度値が検出される時の集光光学系の位置を最適位置と定め、他方の端点まで移動した集光光学系をその最大位置まで移動させることが望ましい。
【００１６】
画像伝達手段は、内視鏡に設けた光ファイバを介して、被写体像を結像させるために光ファイバの被写体側の端面付近に設けられた対物光学系から被写体像を肉眼で観察するために光ファイバのもう一方の端面付近に設けられた接眼光学系まで、被写体像を伝達することが望ましい。
【００１７】
最適位置制御手段は、内視鏡に設けた受光素子から得られる輝度値に対して最大輝度値が検出される時の集光光学系の位置を最適位置として、前記集光光学系を最適位置に移動させること望ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図を用いて第１の実施形態である内視鏡装置について説明する。
【００１９】
図１は、内視鏡装置全体の電気回路を示したブロック図である。図１に示すように、この内視鏡装置は、電子内視鏡１０を体腔内に挿入し、撮像した体腔の映像をプロセッサ２０を介してモニタ３１に映し出すための装置であり、電子内視鏡１０はプロセッサ２０に接続されている。
【００２０】
平行光源であるハロゲンランプもしくはキセノンランプが用いられた光源ランプ２８から放射された平行な光は、光を収束させる集光レンズ（集光光学系）２７を通ることにより収束され、光伝達経路であるＬＣＢ（ライトガイドファイババンドル）１１の入射面１１ａに入射される。光源ランプ２８と集光レンズ２７との間には、絞り３０が設けられており、絞り３０が開閉することにより、体腔Ｓに照射される光量が調整される。なお、集光レンズ２７は、ステッピングモータ２９の駆動により、絞り３０とＬＣＢ１１の入射面１１ａとの間を移動する。
【００２１】
第１の実施形態では、カラー映像撮像方式として面順次方式が適用されており、ＬＣＢ１１の入射面１１ａと集光レンズ２７との間には、回転式カラーフィルタである回転フィルタ２６が設けられている。
【００２２】
回転フィルタ２６は、円状に形成されており、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｒ）の各波長の光をそれぞれ透過する、赤色フィルタ、緑色フィルタ、青色フィルタ（図示せず）が、回転軸から外周方向に向かって、それぞれ扇状になって配列されている。ただし、各色のフィルタ間には、それぞれ遮光領域が設けられている。この回転フィルタ２６は、フィルタ駆動モータ３３により定速回転し、１フレームの走査時間に対応するように、所定の回転周波数で回転させられる。例えば、カラー多重化方式がＮＴＳＣ方式であれば、３０（Hz）である。なお、回転フィルタ２６は、ＬＣＢ１１の中心軸線と回転フィルタ２６の法線が平行となるように、配置されている。
【００２３】
絞り３０、集光レンズ２７を通った光は、回転している回転フィルタ２６を通り、これにより、Ｒ、Ｇ、Ｂ、各色の光が順次時間をずらしてＬＣＢ１１の入射面１１ａに入射される。入射面１１ａに入射した光は、ＬＣＢ１１内を通って出射面１１ｂから出射され、配光レンズ１６を介して体腔Ｓに照射される。
【００２４】
体腔Ｓに光が照射されることにより、順次Ｒ、Ｇ、Ｂの被写体像が、対物レンズ（対物光学系）１７を介してＣＣＤである撮像素子１３に結像され、光電変換により各色に対応する被写体像の画像信号が撮像素子１３上に発生する。そして、回転フィルタ２６の遮光領域によって光が遮光されている期間に、１フレーム分の画像信号が各色毎にＣＣＤ駆動回路１４により撮像素子１３から読み出される。ＣＣＤ駆動回路１４では、読み出された画像信号が増幅され、増幅された画像信号がプロセッサ２０に送られる。このように、電子内視鏡１０では、被写体である体腔Ｓを撮像素子１３により撮像して画像信号を読み出すことで、体腔Ｓの画像を外部のプロセッサ２０に伝達する。
【００２５】
ＣＣＤプロセス回路２１では、Ｒ、Ｇ、Ｂに対応した画像信号に対し、様々な画像信号処理、例えば、Ａ／Ｄ変換、輝度信号生成、あるいはホワイトバランス調整が施される。画像信号処理が施された画像信号は、タイミング回路２２に送られ、また、生成された輝度信号は、システムコントロール回路２４に送られる。なお、ホワイトバランス調整では、白色の被写体を撮像した時に１画面におけるＲ、Ｇ、Ｂの値の比が１：１：１となるように、Ｒ、Ｂの値が補正される。
【００２６】
タイミング回路２２では、時間毎に順に送られてくるＲ、Ｇ、Ｂのそれぞれ１フレーム分の画像信号が、１画面として再現できるように、同期化される。また、タイミング回路２２では、回転フィルタ２６の回転周波数とプロセス回路２１から各色毎に送られてくる画像信号のタイミングを調整するため、フィルタ駆動モータ３３に対して同期信号が送られる。同期化された画像信号は、ビデオプロセス回路２３に入力される。
【００２７】
ビデオプロセス回路２３では、Ｒ、Ｇ、Ｂの各画像信号がＤ／Ａ変換される。アナログ化されたＲ、Ｇ、Ｂに対応する画像信号は、モニタ３１に送られ、これにより体腔Ｓの映像がモニタ３１の画面に映し出される。
【００２８】
システムコントロール回路２４は、内視鏡装置全体の動作を制御するものであり、絞り制御回路３５、フィルタ駆動モータ３３、ステッピングモータ２９などに対し、駆動信号がペリフェラルドライバ２５を介して出力される。システムコントロール回路２４に関しては、後述する．
【００２９】
ペリフェラルドライバ２５では、キーボード３２、パネルスイッチ３４の操作により発生するトリガ信号が入力され、これらスイッチ操作に対する信号はシステムコントロール回路２４に送られる。また、ペリフェラルドライバ２５では、システムコントロール回路２４から絞り３０、集光レンズ２７の作動、あるいはランプの点灯を実行するための信号が入力され、それぞれ、絞り制御回路３５、ステッピングモータ２９、ランプ制御回路３５に駆動信号が送られる。
【００３０】
電子内視鏡１０内の読み出し専用メモリであるＥＥＰＲＯＭ１５には、使用される電子内視鏡１０の種類や特性に関するデータが記憶されており、例えば、型名や、撮像素子１３に関するデータが記憶されている。このような電子内視鏡１０の特性に関するデータは、電子内視鏡１０が接続された時、あるいは電源がＯＮ状態となった時に、プロセッサ２０内のペリフェラルドライバ２５を介して、システムコントロール回路２４に送られる。
【００３１】
図２は、システムコントロール回路２４における詳細なブロック図である。
【００３２】
システムコントロール回路２４には、様々な演算処理を実行するためのＣＰＵ４１が設けられており、ＣＰＵ４１には、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）４３や読み出し専用メモリであるＲＯＭ４２、ビデオＲＡＭ（ＶＲＡＭ）４５などが、システムバスＳＢを介して接続されている。システムコントロール回路２４の外部にあるペリフェラルドライバ２５は、システムバスＳＢを介してＣＰＵ４１に接続されている。
【００３３】
ＣＣＤプロセス回路２１から送られてくる輝度信号は、Ａ／Ｄ変換回路４４において、Ａ／Ｄ変換され、ＣＰＵ４１に送られる。そして、デジタル化された輝度信号に基づいて、ステッピングモータ２９を駆動させるためのパルス信号が、ＣＰＵ４１からペリフェラルドライバ２５を介してステッピングモータ２９に送られる。このパルス信号より、集光レンズ２７が移動する。
【００３４】
ＶＲＡＭ４５に格納されている表示用文字データ、例えば、患者名や電子内視鏡１０の型名などは、ＣＲＴコントローラ４６を介してビデオプロセス回路２３で画像信号と合成され、合成された画像信号は、モニタ３１に入力される。
【００３５】
ＲＡＭ４３では、接続されている電子内視鏡１０の種類に応じた、集光レンズ２７の位置に関するデータが配列に設定され、またホワイトバランス調整により得られるＲ、Ｇ、Ｂ各色の比に関するデータも、合わせて配列に設定される。電子内視鏡１０を接続した場合、その電子内視鏡１０に関するデータが配列に存在すれば、配列に格納されている集光レンズ２７の位置に関するデータに基づいて、集光レズ２７の位置が調整される。
【００３６】
また、ＲＡＭ４３には、バッテリ４７が接続されており、ＲＡＭ４３に書き込まれているデータは、電源がＯＦＦ状態になっても保存される。つまり、バッテリ４７とＲＡＭ４３により、データの読み出し／書き込み可能な不揮発性メモリが構成される。
【００３７】
ペリフェラルドライバ２５には、集光レンズ２７の移動範囲を制御するためのマイクロスイッチ５０が接続されており、マイクロスイッチ５０からトリガ信号が送られてくると、移動していた集光レンズ２７は停止する。また、ステッピングモータ２９には、集光レンズ２９の移動量に応じたパルス信号が、ＣＰＵ４１からペリフェラルドライバ２５を介して送られてくる。
【００３８】
図３には、電子内視鏡１０内において光源ランプ２８からの光を伝達するＬＣＢ１１の入射面１１ａと、その入射面１１ａに入射する、集光レンズ２７を通った光の光束が示されている。図３を用いて、入射面１１ａの大きさと光の伝達特性との関係について説明する。ただし、説明を簡単にするため、回転フィルタ２６および絞り３０は省略する。
【００３９】
集光レンズ２７を通った光は収束し、ＬＣＢの入射面１１ａに入射される。ここでは、光束ＬＢを光軸と直交する方向に切った時の断面部分を「スポット」と呼ぶ。例えば、位置Ｘ０でのスポットは、円状のＳ０であり、光軸は、スポットＳ０の中心Ｃ０を通る。
【００４０】
光源ランプ２８は、平行な光を射出しており、この平行な光束は、光軸と平行関係にある。そして、ＬＣＢ１１と集光レンズ２７は、光軸が入射面１１ａの中心ＣＬを通るように配置されており、この集光レンズ２７とＬＣＢ１１の配置構成により、光源ランプ２８から放射される平行な光は、入射面１１ａの中心ＣＬを通る光軸上の焦点に収束される。光束ＬＢのスポットと入射面１１ａは、同心円である。
【００４１】
ＬＣＢ１１は、光ファイバ（図示せず）が束状になって形成されており、入射面１１ａに入射された光は、減衰することなくＬＣＢ内を通っていく。そして、入射面１１ａへの光の入射状態が、体腔Ｓに照射される光量あるいは光強度に影響を及ぼす。なぜなら、入射面１１ａにおける光の入射状態に応じて、ＬＣＢ１１の出射面１１ｂから出射される光量および光強度が定まるからである。
【００４２】
一般に、入射面１１ａにおける光束ＬＢのスポットＳＰを入射面１１ａと一致させると、面全体に光が入射されることで出射面１１ｂ全体から光が出射され、これにより光源からの光が体腔Ｓに無駄なく伝達される。したがって、入射面１１ａにおける光束ＬＢのスポットＳＰと入射面１１ａと一致するように、ＬＣＢ１１の入射面１１ａと集光レンズ２７との距離を調整する必要がある。
【００４３】
ところが、電子内視鏡１０は、観察対象である内臓器官に応じて、それぞれ大きさや形態が異なっており、それとともにＬＣＢの径の大きさ、すなわち入射面１１ａの面積も異なってくる。
【００４４】
例えば、径の細い、すなわち入射面１１ａの面積が比較的小さい気管支系の電子内視鏡１０が使用される場合、入射面１１ａにおける光束ＬＢのスポットＳＰの面積は、入射面１１ａの面積ＬＳよりも大きくなってしまう。このとき、集光レンズ２７を通った光の一部分は入射面１１ａに入射されないため、単位面積当たりの光量が減少し、光強度が小さくなる。したがって、光源ランプ２８からの光を無駄なく体腔Ｓに伝えることができない。
【００４５】
一方、径の太い、すなわち入射面１１ａの面積が大きい消化管系の電子内視鏡１０が使用される場合、入射面１１ａにおける光束ＬＢのスポットＳＰの面積は、入射面１１ａの面積ＬＳ’よりも小さい。このとき、入射面１１ａの中心部分にのみ光が入射するため、出射面１１ｂにおいても光は中心付近からしか出射せず、十分に体腔Ｓに光が照射されない。
【００４６】
このように、ＬＣＢ１１の入射面１１ａにおけるスポットＳＰが入射面１１ａと一致する場合には、最大限に体腔Ｓに光が照射されるが、それ以外、すなわちＬＣＢ１１の入射面１１ａにおけるスポットＳＰが入射面１１ａと一致しない場合には、光源からの光を無駄なく体腔Ｓに伝達することができず、体腔Ｓの映像は、ＬＣＢ１１の入射面１１ａにおけるスポットＳＰが入射面１１ａと一致する場合に比べ、モニタ３１に明るく映し出すことができない。
【００４７】
そこで、本実施形態では、集光レンズ２７の位置を光軸方向に移動させて、入射面１１ａにおける光束ＬＢのスポットＳＰを入射面１１ａと一致させる。この集光レンズ２７の移動により、ＬＣＢ１１の径の大きさが異なる場合でも、入射面１１ａにおける光束ＬＢのスポットＳＰと入射面１１ａとが一致するため、光源ランプ２８からの光を無駄なく体腔Ｓに伝えることができる（図４参照）。
【００４８】
図５は、集光レンズ２７を含む、光を体腔Ｓに伝達するための構成部材の断面図である。ただし、絞り３０と回転フィルタ２６は省略している。
【００４９】
集光レンズ２７の円周部分には、フランジＡがレンズ枠として設けられており、フランジＡを含む集光レンズ２７はレンズケースＫに収容されている。フランジＡの下部は、レンジ支持台Ｑと結合しており、これにより集光レンズ２７はレンズ支持台Ｑに固定される。なお、集光レンズ２７は、凸レンズである。
【００５０】
レンズ支持台Ｑのねじ部Ｂには、ステッピングモータ２９に固定されたウォームギアＷが螺合しており、ステッピングモータ２９の回転により、ウォームギアＷが回転する。ステッピングモータ２９は、パルス信号が送られてくると回転し、回転数は送られてくる信号のパルス数に応じている。パルス信号には、正転パルス信号と反転パルス信号があり、正転パルス信号がステッピングモータ２９に送られると、レンズ支持台ＱはマイクロスイッチＳＷ１の方向へ移動し、反転パルス信号がステッピングモータ２９に送られると、レンズ支持台ＱはマイクロスイッチＳＷ２の方向へ移動する。
【００５１】
ウォームギアＷが出力軸Ｔ回りに回転すると、それに連動してレンズ支持台Ｑが出力軸Ｔ方向に移動する。出力軸Ｔが光軸Ｍと平行であるので、このレンズ支持台Ｑの移動により、集光レンズ２７がその光軸方向に移動することができる。
【００５２】
レンズ支持台ＱがマイクロスイッチＳＷ１、ＳＷ２に接触すると、トリガ信号が発生し、ステッピングモータ２９の回転が休止することによりレンズ支持台Ｑが停止する。したがって、レンズ支持台Ｑ、すなわち集光レンズ２７の移動範囲Ｌは、マイクロスイッチＳＷ１とマイクロスイッチＳＷ２との間隔である。集光レンズ２７の移動範囲Ｌは、レンズケースＫの光軸方向の長さとほぼ一致しているが、少し短い。そのため、集光レンズ２７がレンズケースＫからはみ出すことはない。
【００５３】
図６は、集光レンズ２７を収容しているレンズケースＫの正面図である。レンズケースＫの下部ＫＥには、フランジＡが枠となっている集光レンズ２７がレンズ支持台Ｑの移動とともに光軸Ｍの方向に移動するための通路が形成されている。図７は、レンズケースＫを下から見た図であり、レンズケースＫの下部ＫＥにフランジＡ（集光レンズ２７）の移動経路が設けられていることが、この図により明確にわかる。
【００５４】
このように図５、図６、図７で示すように、集光レンズ２７は、移動範囲Ｌ内において光軸Ｍの方向に移動することができ、これにより集光レンズ２７とＬＣＢ１１の入射面１１ａとの距離が調整される。そして、入射面１１ａの面積の大きさが異なるＬＣＢ１１に対応して、集光レンズ２７を通った光の入射面１１ａにおける光束ＬＢのスポットＳＰとＬＣＢ１１の入射面１１ａとが一致する時の集光レンズ２７の位置（以下、最適位置という）まで、集光レンズ２７が移動する。
【００５５】
光束ＬＢのスポットＳＰとＬＣＢ１１の入射面１１ａとが一致する場合、ＬＣＢ１１の出射面１１ｂから出射する光（照射光）は、集光レンズ２７の移動範囲Ｌにおいて、一番明るい、すなわち輝度が大きい。また、体腔Ｓと電子内視鏡１０は通常近接しているため、照射光の輝度が一番大きい時、照射光が体腔Ｓに反射することで得られる被写体像（体腔Ｓの画像）も、最も明るくなる。そこで、第１の実施形態では、集光レンズ２７の移動範囲Ｌにおいて、体腔Ｓの画像信号から得られる輝度値に対して最大輝度値値が得られるときの集光レンズ２７の位置を、最適位置とする。すなわち、体腔Ｓの映像が最も明るくモニタ３１に映し出される時の集光レンズ２７の位置を、入射面１１ａにおける光のスポットＳＰと入射面１１ａが一致する位置としている。ただし、輝度値は、ここでは１画面における平均輝度値である。
【００５６】
図８は、集光レンズ２７の位置を調整するための最適位置制御動作を示すフローチャートである。この最適位置制御動作は、電源がＯＮ状態になるか、もしくは電子内視鏡（スコープ）１０が新たに接続されると、開始される。
【００５７】
ステップ１０１では、集光レンズ２７が初期状態（移動範囲ＬにおいてスイッチＳＷ１側の端点）の位置に移動される。すなわち、反転パルス信号がステッピングモータ２９に送られることにより、集光レンズ２７がマイクロスイッチＳＷ２の方向へ移動する。そして、レンズ支持台ＱがマイクロスイッチＳＷ２と接触すると、集光レンズ２７は停止する。そして、パルス数Ｐｃが０に設定される。このパルス数Ｐｃの数に応じて、集光レンズ２７の位置は定められ、例えば、Ｐｃ＝０の場合、集光レンズ２７は、初期位置にある。なお、この集光レンズ２７の最適位置制御動作の間、絞り３０は全開状態にされる。
【００５８】
ステップ１０２では、電子内視鏡１０がプロセッサ２０に接続されるていることが検出されているか否かが判定される。電子内視鏡１０がプロセッサ２０に接続されていることが検出されたと判断されると、ステップ１０３に移る。電子内視鏡１０がプロセッサ２０に接続されていることが検出されないと判断された場合、電子内視鏡１０が接続されたことが検出されるまでステップ１０１が繰り返し実行される。
【００５９】
ステップ１０３では、ＥＥＰＲＯＭ１５から読み出された電子内視鏡１０に関するデータが、システムコントロール回路２４内のＲＡＭ４３に記憶されているか否かが判定される。すなわち、以前に電子内視鏡１０がプロセッサ２０に接続され、電子内視鏡１０に応じた集光レンズ２７の最適位置に関するデータが、図９に示すＲＡＭ４３における配列Ｔｉ（ｉ＝１，２，・・・ｎ）に格納されている否かが判定される。
【００６０】
図９に示すように、それぞれ配列Ｔｉには、ある電子内視鏡１０に関するデータ、すなわち、電子内視鏡１０の型名や、集光レンズ２７の最適位置に対応する最適パルス数Ｐｓ、ホワイトバランス調整時において求められた赤色（Ｒ）、青色（Ｂ）のゲイン値が格納されている。ただし、最適パルス数Ｐｓは、集光レンズ２７が初期状態の位置から最適位置まで移動するために必要とされるパルス数である。また、Ｒ、Ｇのゲイン値は、ホワイトバランス調整時に、Ｒ、Ｇ、Ｂの比が１：１：１となるように補正されたＲ、Ｂの値である。このように、以前にに接続されたことのある電子内視鏡１０に関しては、各電子内視鏡１０の特性に関するデータが、それぞれ配列Ｔｉに格納されている。
【００６１】
ステップ１０３において、接続されている電子内視鏡１０における最適パルス数Ｐｓのデータが格納されている、すなわち過去に電子内視鏡１０がプロセッサ２０に接続されたことがあると判断されると、ステップ１０４に移る。ステップ１０４では、格納されている最適パルス数Ｐｓに基づいて、集光レンズ２７の位置が最適位置に設定される。なお、最適パルス数Ｐｓは、初期位置にある集光レンズ２７（パルス数Ｐｃ＝０）に対する変移量を示している。
【００６２】
図１０は、ステップ１０４のサブルーチンを示したフローチャートである。
【００６３】
ステップ２０１では、ＲＡＭ４３の配列Ｔｉに格納されている、集光レンズ２７の最適位置に応じた最適パルス数Ｐｓが読み出される。ステップ２０２では、ステッピングモータ２９に正転のパルス信号が１パルスだけ送られ、それに応じて集光レンズ２７が移動する。このとき、パルス数Ｐｃに１が加算される。
【００６４】
ステップ２０３では、パルス数Ｐｃが最適パルス数Ｐｓと一致しているか否かが判定される。すなわち、集光レンズ２７が初期状態の位置から最適位置まで移動しているか否かが判定される。パルス数Ｐｃが最適パルス数Ｐｓと一致していないと判断されると、繰り返しステップ２０２が実行され、１パルス分ずつ集光レンズ２７が最適位置に向かって移動する。パルス数Ｐｃが最適パルス数Ｐｓと一致する、すなわち集光レンズ２７が最適位置まで移動したと判断された場合、このサブルーチンは終了し、図８のステップ１０５に移る。
【００６５】
ステップ１０５では、ホワイトバランス調整において求められているＲ（赤色）、Ｂ（青色）の値のデータが配列Ｔｉから読み出され、そのデータに基づいてＲ、Ｂの値の補正に関する信号がＣＣＤプロセス回路２１に送られる。ホワイトランス調整に関するデータが読み出されると、この最適位置制御動作は終了する。
【００６６】
ステップ１０３において、接続されている電子内視鏡１０の特性に関するデータがメモリに格納されていない、すなわち今まで接続されたことない電子内視鏡１０がプロセッサ２０に接続されていると判断されると、ステップ１０６に移る。ステップ１０６では、撮像素子１３に発生する画像信号から得られる輝度値に基づいて、集光レンズ２７の最適位置検出および移動が実行される。
【００６７】
図１１は、ステップ１０６のサブルーチンである。
【００６８】
ステップ３０１では、最大輝度変数Ｇ０および最適化パルス数Ｐｍが０に設定される。最大輝度変数Ｇ０には、集光レンズ２７が移動した範囲の中で、体腔Ｓの画像信号から得られる輝度値の中で最大輝度値が格納される。また、最適化パルス数Ｐｍは、初期状態の位置から最大輝度変数Ｇ０が得られたときの位置までの集光レンズ２７の移動量に応じたパルス数である。
【００６９】
ステップ３０２では、ステッピングモータ２９にパルス信号が１パルス送られ、１集光レンズ２７がマイクロスイッチＳＷ２に向かって１パルス分だけ移動する。このとき、パルス数Ｐｃに１が加算される。パルス数Ｐｃに１が加算されると、ステップ３０３に移る。
【００７０】
ステップ３０３では、ステップ３０２の実行により移動した集光レンズ２７の位置において得られる輝度値が輝度変数Ｇｒに格納され、ステップ３０４に移る。
【００７１】
ステップ３０４では、輝度変数Ｇｒが最大輝度変数Ｇ０よりも大きいか否かが判定される。すなわち、１パルス分だけ移動した集光レンズ２７の位置において求められる輝度値の方が、初期状態の位置から１パルス分だけ移動する前の集光レンズ２７の位置までの移動範囲において検出された輝度値よりも大きいか否かが判定される。輝度変数Ｇｒが最大輝度変数Ｇ０よりも大きいと判断されると、ステップ３０５に移る。輝度変数Ｇｒが最大輝度変数Ｇ０よりも大きくないと判断されると、ステップ３０５がスキップされて、ステップ３０６に移る。
【００７２】
ステップ３０５では、最大輝度変数Ｇ０に輝度変数Ｇｒの値が代入され、また、最適化パルス数Ｐｍにパルス数Ｐｃの数が代入される。最大輝度変数Ｇｒおよび最適化パルス数Ｐｍに新たな値が代入されると、ステップ３０６に移る。
【００７３】
ステップ３０６では、集光レンズ２７がマイクロスイッチＳＷ１と接触し、マイクロスイッチＳＷ１がＯＮ状態となってトリガ信号が発生したか否かが判定される。すなわち、集光レンズ２７が移動範囲Ｌに渡って移動したか否かが判定される。マイクロスイッチＳＷ１がＯＮ状態になっていると判断されると、ステップ３０７に移る。マイクロスイッチＳＷ１がＯＮ状態にはなっていないと判断された場合、ステップ３０２に戻り、再び１パルス分だけ集光レンズ２７がマイクロスイッチＳＷ１に向かって移動する。なお、スイッチＳＷ１がＯＮ状態である時のパルス数Ｐｃの値は、移動範囲Ｌにおける最大値であり、このとき、集光レンズ２７はスイッチＳＷ１側の端点に位置している。
【００７４】
このステップ３０２〜３０６の実行により、集光レンズ２７が移動した移動範囲Ｌにおいて、最も輝度値が大きかった時の集光レンズ２７の位置、すなわち最適位置が定められる。
【００７５】
ステップ３０７では、最適位置移動パルス数Ｐｒが次式により求められる。
Ｐｒ＝Ｐｃ−Ｐｍ ・・・・・・（１）
最適位置移動パルス数Ｐｒは、集光レンズ２７がマイクロスイッチＳＷ１側の端点位置から最大輝度値が検出されたときの集光レンズ２７の最適位置まで移動するのに必要とされるパルス数である。最適位置移動パルス数Ｐｒが求められると、ステップ３０８に移る。
【００７６】
ところで、集光レンズ２７を通った光は焦点に収束するが、焦点を過ぎた光は再び拡散していく。したがって、拡散していく光に対して入射面１１ａにおける光のスポットと入射面１１ａが一致することが考えられ、最大輝度変数Ｇ０が得られた時の集光レンズ２７の位置が２箇所存在する場合が生じる。このときは、入射面１１ａにより近い位置を、集光レンズ２７の最適位置としている。なぜなら、ステップ３０４、３０５において、最大輝度変数Ｇ０と輝度変数Ｇｒが同じ値の場合、最大輝度変数Ｇ０に輝度変数Ｇｒが代入され、最適化パルス数Ｐｍにパルス数Ｐｃが代入されるからである。
【００７７】
ステップ３０８では、ステッピングモータ２９に反転のパルス信号が１パルス送られ、これにより１パルス分だけ集光レンズ２７がマイクロスイッチＳＷ２に向かって移動する。そして、最適位置移動パルス数Ｐｒから１が引き算され、ステップ３０９に移る。
【００７８】
ステップ３０９では、最適位置移動パルス数Ｐｒが０であるか、すなわち集光レンズ２７が最大輝度値Ｇｒが得られる最適位置まで移動しているか否かが判定される。最適位置移動パルス数Ｐｒが０であると判断されると、ステップ３１０に移る。最適位置移動パルス数Ｐｒが０ではないと判断された場合、ステップ３０８に戻り、集光レンズ２７に対する駆動が継続される。
【００７９】
ステップ３１０では、最適化パルス数Ｐｍを配列Ｔｉに格納するため、最適化パルス数Ｐｍの値が最適パルス数Ｐｓに代入される。最適パルス数Ｐｓに最適化パルス数Ｐｍの値が代入されると、このサブルーチンは終了し、図８のステップ１０７に移る。
【００８０】
ステップ１０７では、最適パルス数Ｐｓが対応する配列Ｔｉに格納され、これにより接続されている電子内視鏡１０における集光レンズ２７の最適位置に関するデータが、電子内視鏡１０に関連付けられてＲＡＭ４３に記録される。最適パルス数Ｐｓが配列Ｔｉに格納されると、ステップ１０８に移る。
【００８１】
ステップ１０８では、ホワイトバランス調整が実行される。そして、このホワイトバランス調整により求められるＲ、Ｇのゲイン値が、対応する配列Ｔｉに格納される。ホワイトバランス調整が実行されると、一連の集光レンズ２７に対する最適位置制御動作は終了する。
【００８２】
このように第１の実施形態によれば、ステップ１０１〜ステップ１０８の実行により、集光レンズ２７の移動範囲Ｌにおいて、体腔Ｓの画像信号から得られる輝度値のうち最大輝度値が検出される時の集光レンズ２７の位置を最適位置、すなわちＬＣＢ１１の出射面１１ｂから出射する光の輝度が大きい（入射面１１ａにおける光のスポットＳＰと入射面１１ａが一致する）時の集光レンズ２７の位置とし、その最適位置まで集光レンズ２７を移動させる。これにより、光源ランプ２８の光を無駄なく最大限利用して、体腔Ｓに十分な光を伝達することができる。
【００８３】
さらに、ステップ３０７〜３０９の実行により、スイッチＳ１側の端点まで移動した集光レンズ２７は、最適位置移動パルス数ＰｒだけスイッチＳ２側に向けて最適位置まで移動する。したがって、移動範囲Ｌを集光レンズ２７が移動することで最適位置を検出した後、わざわざスイッチＳＷ２側の端点まで集光レンズ２７を戻してから、最適位置まで移動させる必要がなくなり、無駄な移動を伴うことなく、集光レンズ２７を最適位置に配置することができる。
【００８４】
ホワイトバランス調整は、集光レンズ２７が最適位置に移動した後に実行される。これにより、体腔Ｓの映像は、最適な色合いによってモニタ３１に映し出される。
【００８５】
集光レンズ２７の最適位置に配置されると、配列Ｔｉに最適位置に応じた最適パルス数Ｐｓがプロセッサ２０に接続されている電子内視鏡１０と関連づけられて格納される。これにより、以前使用された電子内視鏡１０が接続された場合、配列Ｔｉから対応する最適パルス数Ｐｓが読み出され、最適パルス数Ｐｓに応じて集光レズ２７が移動する。このように、少なくとも一度使用されたことのある電子内視鏡１０に関しては、記録された集光レンズ２７の最適位置に関するデータに基づいて集光レンズ２７が移動するため、速やかに集光レンズ２７を最適位置まで移動させることができる。
【００８６】
なお、カラー撮像方式に関しては、面順次方式に限定されず、単板方式や３素子方式を適用してもよい。
【００８７】
また、集光レンズ２７を移動させる代わりに、点光源である光源ランプ２８を集光レンズ２７を固定させた状態で光軸方向に移動させることにより、入射面１１ａにおける光のスポットＳＰを入射面１１ａと一致させてもよい。
【００８８】
集光レンズ２７は、１枚のレンズに限定されず、複数のレンズで構成してもよい。
【００８９】
次に、図１２、図１３を用いて、第２の実施形態の内視鏡装置について説明する。第２の実施形態では、電子内視鏡の代わりにファイバスコープが適用される。
【００９０】
図１２は、第２の実施形態である内視鏡装置の電気回路を示したブロック図である。図１２に示すように、ファイバスコープ６０は、プロセッサ７０と接続されており、体腔Ｓの画像は、ファイバスコープ６０を通って、接眼レンズ６７越しに観察される。
【００９１】
光源ランプ７２から放射された平行な光は、絞り７６、集光レンズ７８を介して、ＬＣＢ６１の入射面６１ａに入射される。集光レンズ７８は、ステッピングモータ７９により光軸方向に移動する。ＬＣＢ６１の入射面６１ａに入射した光は、ＬＣＢ６１を通って出射面６１ｂから出射し、配光レンズ６２を介して体腔Ｓに照射する。
【００９２】
ファイバスコープ６０には、束状になった光ファイバにより形成され、体腔Ｓの画像を光学的にプロセッサ７０に伝達するためのファイバ６４が設けられ、体腔Ｓの画像は、レンズ（対物光学系）６３を介してファイバ６４の端面６４ｂに結像される。結像された体腔Ｓの画像は、ファイバ６４を通って出射素子面６４ａまで伝達される。そして、ファイバ６４を通った体腔Ｓの画像が、接眼レンズ６７（接眼光学系）を介してオペレータに観察される。
【００９３】
一方、光電変換素子である受光素子６５は、体腔Ｓの明るさを検出するために設けられており、受光素子６５に結像された体腔Ｓの光が、光電変換により電気信号、すなわち輝度信号に変換される。輝度信号は、アンプ６６において増幅され、プロセッサ７０に送られる。
【００９４】
Ａ／Ｄ変換器７１では、輝度信号がＡ／Ｄ変換され、システムコントロール回路７３に送られる。システムコントロール回路７３では、送られてきた輝度信号に基づいて絞り７６が光量調整のため開閉される。また、この輝度信号に基づいて、集光レンズ７８の位置が調整される。システムコントロール回路７３は、プロセッサ７０の動作全体を制御し、ランプ制御回路７５、絞り制御回路７７、ステッピングモータ７９に対し、駆動信号がペリフェラルドライバ７４を介して送られる。ステッピングモータ７９には、正転もしくは反転のパルス信号が送られ、パルス数に応じて集光レンズ７７が光軸方向に移動する。
【００９５】
なお、集光レンズ７８を含む、光を体腔Ｓに伝達するための構成部材に関しては、回転フィルタが配置されていないことを除いて、図５、図６、図７で示す第１の実施形態と同じである。すなわち、レンズ枠となるフランジを含む集光レンズ７８は、レンズケースに収容されており、フランジが固定されているレンズ支持台が光軸方向に移動することにより、レンズケース内を光軸方向に移動することができる。
【００９６】
図１３は、集光レンズ７８の最適位置制御動作を示したフローチャートである。ファイバスコープ６０には、電子内視鏡１０では設けられていた読み出し専用メモリが備えられていないため、ファイバスコープ６０がプロセッサ７０に接続されるたびに集光レンズ７８の位置調整が実効される。この最適位置制御動作は、ファイバスコープ６０が接続されるか、もしくは電源がＯＮ状態となると、開始される。
【００９７】
ステップ４０１〜４０２の実行は、図８のステップ１０１〜１０２の実行と同じである。また、ステップ４０３の実行は、図８のステップ１０６の実行と同じである。すなわち、まず、集光レンズ７８が初期状態の位置に移動し、集光レンズ７７の移動範囲に渡って移動する。集光レンズ７８の移動範囲において、受光素子６５から得られる輝度値に対して最大輝度値が得られる時の集光レンズ７８の最適位置をパルス数として求め、そのパルス数に基づいて集光レンズ７８が最適位置まで移動する。このように、ファイバスコープ６０を適用した場合でも、集光レンズ７８の最適位置制御動作は、第１の実施形態における集光レンズ７８の最適位置制御動作と同じである。ただし、第２の実施形態では、最適位置に関するデータをメモリに記録しない。そのため、ファイバスコープ６０がプロセッサ７０に接続される毎に、最適位置を検出してから集光レンズ７８を移動させる。
【００９８】
このように第２の実施形態によれば、ステップ４０１〜４０３の実行により、集光レンズ７８が最適位置まで移動することにより、ＬＣＢ６１の出射面６１ｂから出射する光の輝度が最も大きくなる（ＬＣＢ６１の入射面６１ａにおける光のスポットと入射面６１ａが一致する）。したがって、光源ランプ７２から放射される光を、無駄なく最大限体腔Ｓに伝達することができる。
【００９９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、集光レンズを通った光を体腔内まで適正に伝達し、光源から放射される光を最大限利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態である内視鏡装置全体の電気回路を示したブロック図である。
【図２】システムコントロール回路における詳細なブロック図である。
【図３】ライトガイドファイババンドルの入射面と光のスポットとの関係を示した図である。
【図４】径の大きさが異なるライトガイドファイババンドルに対する集光レンズの位置を示した図である。
【図５】光を伝達するための構成要素の断面図である。
【図６】レンズケースの正面図である。
【図７】レンズケースを下から見た図である。
【図８】集光レンズの位置制御動作を示したフローチャートである。
【図９】ＲＡＭにおける配列を示した図である。
【図１０】図８のステップ１０４のサブルーチンを示したフローチャートである。
【図１１】図８のステップ１０６のサブルーチンを示したフローチャートである。
【図１２】第２の実施形態である内視鏡装置全体の電気回路を示したブロック図である。
【図１３】集光レンズの位置制御動作を示したフローチャートである。
【符号の説明】
１０ 電子内視鏡（内視鏡）
１１ ＬＣＢ（光伝達経路）
１１ａ 入射面
１１ｂ 出射面
１３ 撮像素子
２０ プロセッサ（画像処理装置）
２７ 集光レンズ（集光光学系）
２８ 光源ランプ（光源）
２９ ステッピングモータ（モータ）
４３ ＲＡＭ（メモリ）
６０ ファイバスコープ（内視鏡）
６１ ＬＣＢ（光伝達経路）
６４ ファイバ
Ａ フランジ
Ｋ レンズケース
Ｍ 光軸
Ｐｓ 最適パルス数（最適位置に関するデータ）
Ｇｒ 輝度変数（輝度値）
Ｇ０ 最大輝度変数（最大輝度値）
Ｑ レンズ支持台（支持台）
Ｓ 体腔（被写体）
ＳＰ スポット（入射面における光のスポット）

Claims (13)

1. 光源から放射される光を、集光光学系に通して収束させ、内視鏡に備えられた光伝達経路の入射面に入射させる光入射手段と、
   前記光伝達経路を通って前記光伝達経路の出射面から出射する照射光を被写体に照射する光照射手段と、
   前記照射光が前記被写体に照射することにより得られる被写体像を、前記内視鏡を通して前記被写体の側から前記光伝達経路の入射面の側に向けて伝達する画像伝達手段と、
   前記集光光学系の光軸に沿って前記集光光学系を移動させることにより、前記光伝達経路の入射面と前記集光光学系との距離を調整する距離制御手段とを備え、
   前記距離制御手段が、前記光伝達経路の出射面から出射する前記照射光の輝度が最大になるように、前記光伝達経路の入射面と前記集光光学系との距離を調整する最適位置制御手段を有し、
   前記最適位置制御手段が、前記集光光学系を集光光学系移動範囲の中で一方の端点から他方の端点まで移動させながら、被写体像の輝度値に対して最大輝度値が検出される時の前記集光光学系の位置を最適位置と定め、前記集光光学系をその最適位置まで移動させることを特徴とする内視鏡の光源装置。
2. 前記最適位置制御手段が、最大輝度値が２カ所で検出された場合、前記入射面に近い位置を最適位置として定めることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡の光源装置。
3. 前記最適位置制御手段が、前記他方の端点から前記最適位置まで前記集光光学系を光軸に沿って移動させることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡の光源装置。
4. 前記集光光学系が、支持台により固定され、前記支持台がモータの駆動に応じて光軸方向に移動することにより、連動して光軸方向に移動することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡の光源装置。
5. 前記光源が、平行光を射出し、さらに、前記集光光学系の光軸が、前記光源から前記集光光学系に向けて放射された平行光に平行であり、かつ、前記光伝達経路の入射面の中心を通ることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡の光源装置。
6. 前記画像伝達手段が、前記内視鏡内において対物光学系と撮像素子とを有し、前記被写体像を前記対物光学系を介して前記撮像素子に結像させ、光電変換により前記撮像素子に発生する画像信号を読み出すことにより、前記被写体像を前記内視鏡の外部にある画像処理装置に伝達することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡の光源装置。
7. 前記最適位置制御手段が、前記撮像素子に発生する画像信号から輝度値を生成し、その輝度値に対して最大輝度値が検出される時の前記集光レンズの位置を最適位置として、前記集光光学系をその最適位置に移動させることを特徴とする請求項６に記載の内視鏡の光源装置。
8. 前記最適位置制御手段が、前記集光光学系を最適位置まで移動させた後、その最適位置を、前記画像処理装置に接続されている内視鏡の種類と関連付けてメモリにデータとして記録することを特徴とする請求項７に記載の内視鏡の光源装置。
9. 前記被写体像の色合いを調整するホワイトバランス調整が、前記最適位置制御手段により前記集光光学系を最適位置まで移動させた後に、実行されることを特徴とする請求項７に記載の内視鏡の光源装置。
10. 前記最適位置制御手段が、前記集光光学系を移動させる前に、前記画像処理装置に接続されている内視鏡に対応する前記集光光学系の最適位置に関するデータが前記メモリに格納されているか否かを判別し、最適位置に関するデータが存在する場合には、前記集光光学系をその最適位置に関するデータに基づいて移動させることを特徴とする請求項８に記載の内視鏡の光源装置。
11. 前記最適位置制御手段が、前記集光光学系を移動させる前に、前記画像処理装置に接続されている内視鏡に対応する前記集光光学系の最適位置に関するデータが前記メモリに格納されているか否かを判別し、最適位置に関するデータが存在しない場合には、最適位置へ前記集光光学系を移動させることを特徴とする請求項８に記載の内視鏡の光源装置。
12. 前記画像伝達手段が、前記内視鏡に設けた光ファイバを介して、前記被写体像を結像させるために前記光ファイバの被写体側の端面付近に設けられた対物光学系から前記被写体像を肉眼で観察するために前記光ファイバのもう一方の端面付近に設けられた接眼光学系まで、前記被写体像を伝達することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡の光源装置。
13. 前記最適位置制御手段が、前記内視鏡に設けた受光素子から得られる輝度値に対して最大輝度値が検出される時の前記集光光学系の位置を最適位置として、前記集光光学系を最適位置に移動させることを特徴とする請求項１２に記載の内視鏡の光源装置。

Images