JP4402491B2 - Enlarged video module and manufacturing method thereof - Google Patents

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本発明は、生体内部の観察を行う拡大ビデオモジュールに関し、特に、細胞観察に適した拡大倍率を有する拡大ビデオモジュール及びその拡大ビデオモジュールの製造方法に関する。 The present invention relates to expanded video module for observation inside a living body, in particular to a method for producing a magnified video module and the enlarged video module having an enlargement magnification suitable for cell observation.

従来の内視鏡は、生体内部の組織を観察して、病変部分を見落すことなく検査できるように、90°〜140°程度の広い視野角を有している。この従来の内視鏡は、被写体との距離を変えることで観察対象の拡大像と縮小像を得るに際し、例えば3mm〜50mmの範囲がフォーカス調整することなく観察できるように、固定焦点で深い被写界深度を有している。
また、従来の内視鏡の画像表示倍率は、14インチサイズのモニタ画面上で概ね30倍〜50倍程度であり、病変組織を観察するには充分な倍率を有している。
The conventional endoscope has a wide viewing angle of about 90 ° to 140 ° so that the tissue inside the living body can be observed and examined without overlooking the lesioned part. This conventional endoscope changes the distance to the subject and obtains a magnified image and a reduced image of the observation target. For example, a range of 3 mm to 50 mm can be observed without adjusting the focus, and a deep object with a fixed focus can be observed. Has depth of field.
Further, the image display magnification of a conventional endoscope is approximately 30 to 50 times on a 14-inch size monitor screen, and has a magnification sufficient for observing a diseased tissue.

このような従来の内視鏡において病変組織をさらに拡大観察する場合は、ズーム光学系が利用される。
ズーム光学系の最大倍率は、14インチサイズのモニタ画面上で概ね70倍程度である。
但し、ズーム光学系はズーム稼動部を内蔵する必要があることから、内視鏡の先端挿入部の外径が10mm以上と太径になり、また、内視鏡観察時の操作が複雑になる。このため、内視鏡におけるズーム光学系の適用は、限定的なものになっている。
A zoom optical system is used for further enlarging observation of a diseased tissue in such a conventional endoscope.
The maximum magnification of the zoom optical system is approximately 70 times on a 14-inch monitor screen.
However, since the zoom optical system needs to have a built-in zoom operation unit, the outer diameter of the distal end insertion portion of the endoscope becomes a large diameter of 10 mm or more, and the operation at the time of endoscope observation becomes complicated. . For this reason, the application of the zoom optical system in the endoscope is limited.

ところで、ごく微小な病変など組織画像の所見からでは異常の有無の判断が困難な場合には細胞診が行われる。
細胞診は、内視鏡観察において異常の有無の判断が疑わしい組織を処置具を用いて採取し体外に取り出した後、顕微鏡観察により細胞レベルで異常の有無を検査するという検査手法である。
By the way, cytodiagnosis is performed when it is difficult to determine the presence or absence of abnormality from the findings of tissue images such as very small lesions.
Cytodiagnosis is an examination technique in which a tissue suspected of being abnormal in endoscopic observation is collected using a treatment tool and taken out of the body, and then examined for abnormality at the cellular level by microscopic observation.

なお、これらの観察においては、内視鏡観察では対物光学系の周囲に照明光学系を配置して落斜照明を行うのに対し、顕微鏡観察では標本を挟んで対物光学系と照明光学系を対向配置して標本を背面から透過照明することにより観察する。
また、顕微鏡観察では、標本は観察に適した状態に予め加工する。例えば、光を透過しやすいように薄くスライスしたり、染色によりコントラストを付ける等の処置を行う。
In these observations, in the endoscopic observation, an illumination optical system is arranged around the objective optical system to perform oblique illumination, whereas in the microscopic observation, the objective optical system and the illumination optical system are sandwiched between the specimens. Observation is performed by transmitting the specimen from the back side with the specimen arranged oppositely.
In microscopic observation, the specimen is processed in advance to a state suitable for observation. For example, a treatment such as thinly slicing so as to easily transmit light, or adding contrast by staining is performed.

また、従来、生体内部に挿入可能で細胞観察に必要な分解能を有するものとしてレーザ走査型の共焦点内視鏡が提案されている。
一般に、共焦点光学系は、像側にエアリディスク程度のピンホールが配置され、視野範囲にある被写体から各ポイント毎に回折限界程度の情報を取得するように構成されている。投光光学系によってレーザ光を走査し、被写体からの反射光から得られるポイント毎の情報を合成して平面や立体に関する情報を画像として構築する。
また、レーザ走査型の共焦点内視鏡は、平面内の横方向のみならず、深さ方向にも高い分解能を有している。
Conventionally, a laser scanning confocal endoscope has been proposed as one that can be inserted into a living body and has a resolution necessary for cell observation.
In general, a confocal optical system has a pinhole on the image side, which is about the size of an air disk, and is configured to acquire information about the diffraction limit for each point from a subject in the field of view. Laser light is scanned by the light projecting optical system, and information about each point obtained from the reflected light from the subject is synthesized to construct information about the plane and the solid as an image.
Further, the laser scanning confocal endoscope has a high resolution not only in the lateral direction in the plane but also in the depth direction.

ところで、広い視野が必要とされる従来の内視鏡は、結像倍率が1より小さい対物光学系と撮像素子からなる撮像ユニットを有し、被写体を縮小して撮像面に結像するようになっている。
言い換えれば、従来の内視鏡は、対物光学系により像面側の焦点深度を被写体側に拡大投影しているため、深い被写界深度を実現している。
また、従来の内視鏡は、観察に適した被写界深度が得られるように、撮像ユニット組立時に対物光学系の像面近傍に撮像素子の撮像面を固定する調整を行っている。
By the way, a conventional endoscope that requires a wide field of view has an imaging unit including an objective optical system and an imaging element having an imaging magnification smaller than 1, and reduces an object to form an image on an imaging surface. It has become.
In other words, the conventional endoscope realizes a deep depth of field because the focal depth on the image plane side is enlarged and projected on the subject side by the objective optical system.
In addition, the conventional endoscope performs adjustment to fix the imaging surface of the imaging element near the image plane of the objective optical system when the imaging unit is assembled so that a depth of field suitable for observation can be obtained.

従来の内視鏡のピント調整方法の一例を図9を用いて説明する。
従来の内視鏡の対物光学系では、被写体と対物光学系の物体側先端面との相対位置の変化は対物光学系を通して像側に縮小投影されるため、被写体側で最もピントが合う位置を検出するのは困難になる。
このため、所望する被写界深度の上限ZoAと下限ZoB、例えば対物光学系の物体側先端面から50mmと3mmなどの距離に被写体を配置して、対物光学系を通して撮像素子の撮像面に結像される複数の像ZmA、ZmBの解像度を評価する。そして、複数の像ZmA、ZmBの解像度が最適なバランスとなる位置を求めて撮像素子の撮像面を対物光学系の光軸方向へ移動させることでピント調整を行う。
An example of a conventional endoscope focus adjustment method will be described with reference to FIG.
In a conventional endoscope objective optical system, the change in the relative position between the subject and the object-side tip surface of the objective optical system is reduced and projected onto the image side through the objective optical system. It becomes difficult to detect.
For this reason, the upper limit ZoA and lower limit ZoB of the desired depth of field, for example, a distance of 50 mm and 3 mm from the object-side tip surface of the objective optical system, and the subject is connected to the imaging surface of the image sensor through the objective optical system. Evaluate the resolution of multiple images ZmA, ZmB. Then, focus adjustment is performed by obtaining a position where the resolution of the plurality of images ZmA and ZmB is in an optimal balance and moving the imaging surface of the imaging element in the optical axis direction of the objective optical system.

また、従来の内視鏡の対物光学系では、被写体が対物光学系に対して傾いている状態でも、撮像素子の撮像面には被写体が縮小して結像されるため、撮像面上での結像状態が視野周辺で著しく非対称となって撮影画像の解像バランスが悪くなることはない。従って、従来の内視鏡の撮影ユニットのピント調整では、被写体の傾きをピント調整装置の機械的精度によって保証するだけで、良好な画像を取得することが可能である。   Further, in the conventional objective optical system of an endoscope, even when the subject is tilted with respect to the objective optical system, the subject is reduced and imaged on the imaging surface of the imaging device. The imaging state is not significantly asymmetrical around the field of view, and the resolution balance of the photographed image does not deteriorate. Therefore, in the conventional focus adjustment of the photographing unit of the endoscope, it is possible to obtain a good image only by guaranteeing the inclination of the subject by the mechanical accuracy of the focus adjustment device.

一方、顕微鏡は、結像倍率が1より大きな対物光学系を有し、被写体を拡大して像面に結像する。
言い換えれば、顕微鏡は、像面側の焦点深度を被写体側に縮小投影しており、浅い被写界深度を有している。
このため、顕微鏡は、被写体を固定するステージ位置を移動することにより合焦可能な構成となっている。
On the other hand, the microscope has an objective optical system having an imaging magnification larger than 1, and enlarges the subject to form an image on the image plane.
In other words, the microscope projects a reduced depth of focus on the image plane side on the subject side, and has a shallow depth of field.
For this reason, the microscope is configured to be in focus by moving the stage position for fixing the subject.

結像倍率が1より大きな対物光学系では、被写体と対物光学系の物体側先端面との相対位置の変化は対物光学系を通して像側に拡大投影されるため、仮に対物光学系の結像面に撮像素子の撮像面を配置した場合には、被写体が対物光学系に対して傾いている状態での撮像面上での結像状態が視野周辺で著しく非対称となり、撮影画像の解像バランスに悪い影響を与えることになる。このため、被写体を固定する顕微鏡のステージは、組立時に対物光学系に対して傾かないように精密に調整されている。   In an objective optical system having an imaging magnification greater than 1, the change in the relative position between the subject and the object-side tip surface of the objective optical system is enlarged and projected to the image side through the objective optical system. When the imaging surface of the image sensor is placed on the imaging surface, the imaging state on the imaging surface when the subject is tilted with respect to the objective optical system becomes significantly asymmetrical around the field of view, resulting in a resolution balance of the captured image. It will have a bad effect. For this reason, the microscope stage for fixing the subject is precisely adjusted so that it does not tilt with respect to the objective optical system during assembly.

これらの観察装置を用いて、生体組織を体外に取り出して診断を行う従来の観察方法では、組織の異常の有無を判定するのに数日から数週間の時間を要していた。
また、観察する細胞の標本は採取した組織のごく一部分を分離、固定したものである。したがって、単に細胞構造としての情報は得られるが、生体内の環境とは著しく異なるため、例えば細胞を満たしている体液の還流状態などを含んだ機能的な情報を得ることができない。
このため、内視鏡で生体内部の細胞をそのままの状態でリアルタイムで観察できるようにすることが求められている。
In the conventional observation method in which a living tissue is taken out of the body and diagnosed using these observation apparatuses, it takes several days to several weeks to determine whether or not the tissue is abnormal.
In addition, the cell specimen to be observed is a specimen obtained by separating and fixing a small part of the collected tissue. Therefore, although information as a cell structure can be obtained simply, it is significantly different from the environment in the living body, so that it is not possible to obtain functional information including, for example, the reflux state of the body fluid filling the cells.
For this reason, it is required to enable real-time observation of cells inside a living body with an endoscope.

生体内部の疾患を細胞レベルで画像化するためには、顕微鏡に匹敵する高い結像倍率と高い分解能を有する対物光学系を備えた小型のビデオモジュールが必要となる。
しかし、従来の内視鏡の対物光学系は、上記の必要とされる仕様を満足していない。
一方、顕微鏡は、細胞レベルで画像化するための性能を備えているが、大型であり生体内への導入が不可能である。
よって、上記要件を満足するビデオモジュールは現在のところ提案されていない。
In order to image a disease inside a living body at a cellular level, a small video module including an objective optical system having a high imaging magnification and high resolution comparable to a microscope is required.
However, conventional endoscope objective optical systems do not satisfy the required specifications.
On the other hand, a microscope has a performance for imaging at a cell level, but is large and cannot be introduced into a living body.
Therefore, no video module that satisfies the above requirements has been proposed at present.

また、レーザ走査型の共焦点内視鏡は、走査スピードに課題があり、生体内のリアルタイム観察を実現するには至っていない。   Laser scanning confocal endoscopes have a problem in scanning speed, and have not yet achieved real-time observation in vivo.

また、生体内部を観察する場合には、採取した標本を顕微鏡で観察するように対物光学系のピントが合う位置へ被写体を高精度に移動、固定させることは不可能である。従って、前記のビデオモジュールでは、生体内で生体を観察するのに最適なピント位置に予め撮像素子の撮像面位置を調整し固定しておく必要がある。   Further, when observing the inside of a living body, it is impossible to move and fix the subject with high precision to a position where the objective optical system is in focus so as to observe the collected specimen with a microscope. Therefore, in the video module, it is necessary to adjust and fix in advance the position of the imaging surface of the imaging device at the optimum focus position for observing the living body in the living body.

しかるに、前記のビデオモジュールのピント調整を、従来の内視鏡で用いられるピント調整方法で行う場合は次の課題を有していた。
1)対物光学系の被写界深度がごく狭く、かつ、被写体と対物光学系の物体側先端面との相対位置の変化は対物光学系を通して像側に拡大投影されるため、μmオーダの精度で被写界深度内の複数の位置に被写体を設置する必要があり、ピント調整作業を安定して再現することができない。
2)被写体がピント調整装置の機械的精度内で対物光学系に対して僅かに傾いているだけでも、撮像素子の撮像面上での結像状態が視野周辺で著しく非対称となり、撮影画像の解像バランスに悪い影響を与えることになる。
3)対物光学系の物体側先端面を被写体に接触させた状態で観察する仕様を有する対物光学系では、被写界深度の近点が対物光学系の内部にあるため、被写体を設置することができない。
However, when the focus adjustment of the video module is performed by the focus adjustment method used in a conventional endoscope, the following problems have been encountered.
1) The depth of field of the objective optical system is very narrow, and the change in the relative position between the subject and the object-side tip surface of the objective optical system is enlarged and projected to the image side through the objective optical system. Therefore, it is necessary to place subjects at a plurality of positions within the depth of field, and the focus adjustment work cannot be stably reproduced.
2) Even if the subject is slightly inclined with respect to the objective optical system within the mechanical accuracy of the focus adjustment device, the image formation state on the image pickup surface of the image pickup device becomes extremely asymmetric around the field of view, and the solution of the photographed image is reduced. This will adversely affect the image balance.
3) In an objective optical system having a specification for observing the object-side tip surface of the objective optical system in contact with the subject, the subject is placed because the near point of the depth of field is inside the objective optical system. I can't.

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、生体内部の細胞をリアルタイムで観察できる拡大ビデオモジュール及びその拡大ビデオモジュールの製造方法を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide an enlarged video module capable of observing cells inside a living body in real time and a method of manufacturing the enlarged video module.

上記目的を達成するため、本発明による拡大ビデオモジュールは、結像倍率が1より大きい対物光学系と撮像素子を備えた拡大ビデオモジュールにおいて、前記対物光学系が、物体側から順に、正の焦点距離を有する前群と、明るさ絞りを含んで構成され、次の条件式を満足することを特徴としている。
0.9≦|coswy’/coswy|≦1.1
0.2≦φ1/φ2/f1≦2
但し、wy’は前記拡大ビデオモジュールにおける最大視野角に対応する主光線の前記撮像素子の撮像面への入射角度、wyは半視野角、φ1は前記明るさ絞りの開口径、φ2は前記対物光学系の最大外径、f1は前記前群の焦点距離である。
To achieve the above object, enlarged video module according to the present invention, Oite expanding video module the imaging magnification with a greater than one objective optical system and the imaging device, the objective optical system comprises, in order from the object side The front group having a positive focal length and an aperture stop are included, and the following conditional expression is satisfied .
0.9 ≦ | coswy ′ / coswy | ≦ 1.1
0.2 ≦ φ1 / φ2 / f1 ≦ 2
Where wy ′ is the incident angle of the principal ray corresponding to the maximum viewing angle in the magnified video module to the imaging surface of the imaging device, wy is the half viewing angle, φ1 is the aperture diameter of the aperture stop, and φ2 is the objective. The maximum outer diameter of the optical system, f1, is the focal length of the front group.

また、上記目的を達成するため、本発明による拡大ビデオモジュールは、結像倍率が1より大きい対物光学系と撮像素子を備えた拡大ビデオモジュールにおいて、次の条件式を満足することを特徴としている。
0.1≦|p×(NA) 2 /(0.61×λ×βo)|≦0.8
但し、pは前記撮像素子のピクセルサイズ、NAは対物光学系の物体側開口数、λはeライン波長0.546[μm]、βoは前記対物光学系の倍率である。
In order to achieve the above object, enlarged video module according to the present invention, Oite expanding video module the imaging magnification with a greater than one objective optical system and the imaging device, to satisfy the following condition: It is characterized by.
0.1 ≦ | p × (NA) 2 /(0.61×λ×βo)|≦0.8
Here, p is the pixel size of the imaging device, NA is the object-side numerical aperture of the objective optical system, λ is the e-line wavelength 0.546 [μm], and βo is the magnification of the objective optical system.

また、本発明による拡大ビデオモジュールの製造方法は、上記いずれかの拡大ビデオモジュールを、前記対物光学系の物体側先端面を基準とした所定の距離に被写体の位置を固定するステップと、前記撮像素子を移動させて被写体の画像が所定のコントラストとなる該撮像素子の2つの位置を検出するステップと、前記検出した2つの位置から被写体の画像のコントラストが最大となる撮像素子の位置を求めるステップと、を経てピント位置を調整することを特徴としている According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an enlarged video module, the step of fixing the position of a subject at a predetermined distance with respect to an object-side tip surface of the objective optical system , A step of moving the element to detect two positions of the image sensor where the image of the subject has a predetermined contrast, and a step of obtaining a position of the image sensor from which the contrast of the image of the object is maximized from the two detected positions The focus position is adjusted through the steps .

また、本発明による拡大ビデオモジュールの製造方法は、上記いずれかの拡大ビデオモジュールを、被写体を前記対物光学系の物体側先端面に接触させるステップと、所定のコントラストとなるように該被写体の位置を対物光学系の光軸方向に移動させるステップと、所定のコントラストとなる該被写体の位置を検出するステップと、を経てピント範囲を確認することを特徴としている Also, in the method for manufacturing an enlarged video module according to the present invention, any one of the above-mentioned enlarged video modules is brought into contact with the object-side front end surface of the objective optical system, and the position of the subject so as to have a predetermined contrast. The focus range is confirmed through a step of moving the lens in the direction of the optical axis of the objective optical system and a step of detecting the position of the subject having a predetermined contrast .

実施例の説明に先立ち、本発明の作用効果について説明する。
まず、本発明の拡大ビデオモジュールの対物光学系として、生体内での細胞観察に必要な小型、高倍率、高分解能を実現する拡大内視鏡の対物光学系について述べる。また、本発明の拡大ビデオモジュールの用途の一例として、拡大内視鏡を従来の内視鏡と組み合わせて利用する場合について説明する。
Prior to the description of the embodiments, the effects of the present invention will be described.
First, as the objective optical system of the magnifying video module of the present invention, an objective optical system of a magnifying endoscope that realizes the small size, high magnification, and high resolution necessary for in vivo cell observation will be described. Further, as an example of the application of the magnifying video module of the present invention, a case where a magnifying endoscope is used in combination with a conventional endoscope is described.

病変組織を広い体腔内で見落とすこと無く検査するためには、広角な視野を有する従来の内視鏡で観察する。
一方、微小病変など組織画像からは判断しにくい部位に対しては、本発明の拡大ビデオモジュールを拡大内視鏡として用い、従来の内視鏡の処置具挿通用チャンネルを介して体内に導入し、細胞レベルでの観察を行う。
従来の内視鏡で観察される組織の像は、上皮細胞より深部にある実質組織の情報を反映しており、暖色系の色相を呈している。一方、拡大内視鏡で観察される上皮細胞は、透明でコントラストが低く、従来の内視鏡による観察では光が透過してしまうために見えにくい部分である。
In order to examine a diseased tissue without overlooking it within a wide body cavity, observation is performed with a conventional endoscope having a wide field of view.
On the other hand, for sites that are difficult to judge from tissue images such as micro-lesions, the magnified video module of the present invention is used as a magnifying endoscope, and is introduced into the body through a treatment instrument insertion channel of a conventional endoscope. Perform observations at the cellular level.
The tissue image observed with a conventional endoscope reflects information on the parenchyma located deeper than the epithelial cells, and exhibits a warm hue. On the other hand, epithelial cells observed with a magnifying endoscope are transparent and have low contrast, and are difficult to see because light is transmitted through observation with a conventional endoscope.

そのため、細胞を拡大観察するときには、必要に応じて予め色素散布を行う。色素散布によって、細胞内の核や壁などが色素を排出する時間の差を利用して被写体にコントラストを付けることができる。
色素散布を行った後、従来の内視鏡で観察しながら、拡大観察したい部位に本発明の拡大内視鏡を誘導し、その先端を被写体に密着させて固定する。
また、従来の内視鏡を介して観察される組織画像と拡大内視鏡を介して観察される細胞画像がTVモニタに同時に表示されるようにする。
Therefore, when observing a cell in a magnified manner, a pigment dispersion is performed in advance as necessary. By spraying the pigment, it is possible to add contrast to the subject by using the difference in time during which the nucleus or wall in the cell discharges the pigment.
After spraying the pigment, while observing with a conventional endoscope, the magnifying endoscope of the present invention is guided to a site where magnifying observation is desired, and its tip is brought into close contact with the subject and fixed.
In addition, the tissue image observed through the conventional endoscope and the cell image observed through the magnifying endoscope are simultaneously displayed on the TV monitor.

ここで、生体内での細胞観察を可能とするためには、本発明の拡大ビデオモジュールを構成する対物光学系は高倍率、高分解能、小型等の要件を満足する必要がある。   Here, in order to enable cell observation in a living body, the objective optical system constituting the magnified video module of the present invention needs to satisfy requirements such as high magnification, high resolution, and small size.

まず、本発明の拡大ビデオモジュールを構成する対物光学系において、細胞の微細構造を可視化するのに必要な倍率について説明する。
TVモニタ上での観察倍率をβmとすると次式が与えられる。
βm=βo×βd
但し、βoは対物光学系の倍率であり、被写体を撮像素子に結像する倍率である。βdは表示倍率であり、モニタ表示画面サイズを撮像素子の表示画面サイズで除したものである。
First, the magnification necessary for visualizing the fine structure of the cell in the objective optical system constituting the enlarged video module of the present invention will be described.
If the observation magnification on the TV monitor is βm, the following equation is given.
βm = βo × βd
Here, βo is the magnification of the objective optical system, and is the magnification at which the subject is imaged on the image sensor. βd is a display magnification, which is obtained by dividing the monitor display screen size by the display screen size of the image sensor.

上述のように、従来の内視鏡で実現できる14インチモニタ上での観察倍率は、30倍〜50倍程度であり、一方、拡大機能を有するズーム光学系の観察倍率は、70倍程度である。
また、細胞観察には14インチモニタ上で概ね200倍〜2000倍程度の観察倍率が必要となる。
そのため、本発明の拡大ビデオモジュールにおける対物光学系は、次の条件式(4),(1)を満足するのが望ましい。
1<|βo|≦10 …(4)
0.9≦|coswy’/coswy|≦1.1 …(1)
但し、βoは前記対物光学系の倍率、wy’は拡大ビデオモジュールにおける最大視野角に対応する主光線の撮像面への入射角度、wyは半視野角である。
条件式(1)の下限を下回ると、撮像素子への入射角度が大きくなり視野内で色再現性や明るさなどの画質の均一性を保てない。
一方、条件式(1)の上限を上回ると、視野角が大きくなり必要な倍率が確保できない。
As described above, the observation magnification on a 14-inch monitor that can be realized by a conventional endoscope is about 30 to 50 times, while the observation magnification of a zoom optical system having an enlargement function is about 70 times. is there.
For cell observation, an observation magnification of about 200 to 2000 times is required on a 14-inch monitor.
Therefore, it is desirable that the objective optical system in the enlarged video module of the present invention satisfies the following conditional expressions (4) and (1).
1 <| βo | ≦ 10 (4)
0.9 ≦ | coswy ′ / coswy | ≦ 1.1 (1)
Here, βo is the magnification of the objective optical system, wy ′ is the incident angle of the principal ray corresponding to the maximum viewing angle in the enlarged video module, and wy is the half viewing angle.
If the lower limit of conditional expression (1) is not reached, the incident angle to the image sensor becomes large, and uniformity of image quality such as color reproducibility and brightness cannot be maintained in the field of view.
On the other hand, if the upper limit of conditional expression (1) is exceeded, the viewing angle becomes large and the required magnification cannot be secured.

次に、本発明の拡大ビデオモジュールを構成する対物光学系の分解能について説明する。
病変組織は、ミリ又はサブミリ程度の分解能で識別できるが、細胞を観察する場合にはミクロン又はサブミクロン単位の分解能が必要とされる。
又、透明で屈折率差が小さく低コントラストな被写体の微細情報を画像化するためには、被写体からの回折光の干渉を利用してコントラストを強調する必要がある。
このため、本発明の拡大ビデオモジュールにおける対物光学系は、高次の回折光を取り込むことができるように、物体側開口数NAを大きくする必要があり、次の条件式(5)を満足するのが望ましい。
0.1≦NA≦0.8 …(5)
さらに、高コントラストと画像の精細さを両立させるために、対物光学系の分解能は撮像素子のピッチで決まる分解能より高く、回折限界で決まる分解能より低く設定する必要があり、次の条件式(3)を満足するのが望ましい。
0.1≦|p×(NA)2/(0.61×λ×βo)|≦0.8 …(3)
但し、pは拡大ビデオモジュールに備わる撮像素子のピクセルサイズ、NAは対物光学系の物体側開口数、λはeライン波長0.546[μm]、βoは前記対物光学系の倍率である。
条件式(3)の下限を下回ると、充分なコントラストが得られない。
一方、条件式(3)の上限を上回ると、収差補正が困難になり、精細な画像が得られない。
Next, the resolution of the objective optical system constituting the enlarged video module of the present invention will be described.
Although the diseased tissue can be identified with a resolution on the order of millimeters or submillimeters, when observing cells, a resolution in units of microns or submicrons is required.
Further, in order to image fine information of a subject that is transparent and has a small difference in refractive index and low contrast, it is necessary to enhance the contrast using interference of diffracted light from the subject.
Therefore, the objective optical system in the magnified video module of the present invention needs to increase the object-side numerical aperture NA so that high-order diffracted light can be taken in, and satisfies the following conditional expression (5): Is desirable.
0.1 ≦ NA ≦ 0.8 (5)
Furthermore, in order to achieve both high contrast and image definition, the resolution of the objective optical system must be set higher than the resolution determined by the pitch of the image sensor and lower than the resolution determined by the diffraction limit. ) Is desirable.
0.1 ≦ | p × (NA) 2 /(0.61×λ×βo)|≦0.8 (3)
Here, p is the pixel size of the image sensor provided in the enlargement video module, NA is the object-side numerical aperture of the objective optical system, λ is the e-line wavelength 0.546 [μm], and βo is the magnification of the objective optical system.
If the lower limit of conditional expression (3) is not reached, sufficient contrast cannot be obtained.
On the other hand, if the upper limit of conditional expression (3) is exceeded, aberration correction becomes difficult and a fine image cannot be obtained.

更に、本発明の拡大ビデオモジュールを構成する対物光学系の小型化について説明する。
本発明の拡大内視鏡が従来の内視鏡の処置具挿通用チャンネル等を通過することができるようにするには、拡大内視鏡の外径をφ4以下とするのが望ましい。それにともない対物光学系の外径は、φ2mm以下程度にまで小型化するのが望ましい。
Furthermore, the downsizing of the objective optical system constituting the enlarged video module of the present invention will be described.
In order to allow the magnifying endoscope of the present invention to pass through a channel for inserting a treatment tool of a conventional endoscope or the like, it is desirable that the outer diameter of the magnifying endoscope is φ4 or less. Accordingly, it is desirable to reduce the outer diameter of the objective optical system to about φ2 mm or less.

このように、高い結像倍率と高い分解能を有しさらに小型の対物光学系は、物体側から順に、正の焦点距離を有するレンズ群と、明るさ絞りを含んで構成され、次の条件式(2)を満足するのが望ましい。
0.2≦φ1/φ2/f1≦2 …(2)
但し、φ1は前記明るさ絞りの開口径、φ2は前記対物光学系の最大外径、f1は前記正の焦点距離を有するレンズ群の焦点距離である。この条件式は、高NA化による対物光学系の大口径化を避け小型化を達成するための条件である。
条件式(2)の下限を下回ると、全長や外径が大きくなり対物光学系の小型化が困難になる。
一方、条件式(2)の上限を上回ると、収差補正が困難になる。
In this way, a further compact objective optical system having a high imaging magnification and a high resolution includes, in order from the object side, a lens group having a positive focal length, and an aperture stop. It is desirable to satisfy (2).
0.2 ≦ φ1 / φ2 / f1 ≦ 2 (2)
Where φ1 is the aperture diameter of the aperture stop, φ2 is the maximum outer diameter of the objective optical system, and f1 is the focal length of the lens group having the positive focal length. This conditional expression is a condition for achieving miniaturization while avoiding a large aperture of the objective optical system due to high NA.
If the lower limit of conditional expression (2) is not reached, the overall length and outer diameter will increase, making it difficult to reduce the size of the objective optical system.
On the other hand, if the upper limit of conditional expression (2) is exceeded, aberration correction becomes difficult.

また、本発明の拡大ビデオモジュールにおいて、周辺まで歪曲のない視野を得るためには、対物光学系を物体側から順に、正の焦点距離を有する前群と、明るさ絞りと、正の焦点距離を有する後群とから構成するのが望ましい。
このとき、小型化と高倍率を両立するために次の条件式(6)を満足することが望ましい。
2≦f2/f1≦10 …(6)
但し、f1は前群の焦点距離、f2は後群の焦点距離である。
条件式(2)の下限を下回ると、必要な倍率が確保できない。
一方、条件式(2)の上限を上回ると、全長や外径が大きくなり、小型化が困難になる。
Further, in the enlarged video module of the present invention, in order to obtain a field of view without distortion to the periphery, the objective optical system is sequentially arranged from the object side, the front group having a positive focal length, an aperture stop, and a positive focal length. It is desirable to comprise from the rear group which has.
At this time, it is desirable that the following conditional expression (6) is satisfied in order to achieve both miniaturization and high magnification.
2 ≦ f2 / f1 ≦ 10 (6)
Here, f1 is the focal length of the front group, and f2 is the focal length of the rear group.
If the lower limit of conditional expression (2) is not reached, the necessary magnification cannot be secured.
On the other hand, if the upper limit of conditional expression (2) is exceeded, the overall length and outer diameter will increase, making it difficult to reduce the size.

また、本発明による拡大ビデオモジュールのピント位置調整方法は、被写体の移動量をサブミクロン単位で計測することにより、被写体を配置する距離を設定するステップを含むのが好ましい。   The method for adjusting the focus position of the enlarged video module according to the present invention preferably includes the step of setting the distance at which the subject is arranged by measuring the amount of movement of the subject in submicron units.

また、本発明による拡大ビデオモジュールのピント位置調整方法は、厚みをサブミクロンの精度で製作した部材を対物光学系の物体側先端と被写体の間に接触して配置することにより被写体を配置する距離を設定するステップを含むのが好ましい。   In addition, according to the method of adjusting the focus position of the enlarged video module according to the present invention, the distance at which the subject is placed by placing a member manufactured with submicron accuracy in contact between the object-side tip of the objective optical system and the subject. Preferably, a step of setting is included.

また、本発明による拡大ビデオモジュールのピント位置調整方法は、対物光学系の物体側先端面と被写体の間で発生する干渉縞を利用して被写体の姿勢を検出し、ピント調整する際の被写体の基準位置を決定するステップを含むのが好ましい。   Further, the focus position adjustment method of the enlarged video module according to the present invention detects the posture of the subject using the interference fringes generated between the object-side front end surface of the objective optical system and the subject, and adjusts the subject when the focus is adjusted. Preferably, the method includes a step of determining a reference position.

以下、本発明を図面を用いて説明する。
まず、本発明の拡大ビデオモジュールの実施例について説明する。
第1実施例
図1は本発明の拡大ビデオモジュールの第1実施例の光学構成を示す図であり、(a)は断面図、(b)は(a)において矢印A方向からみた断面図である。
第1実施例の拡大ビデオモジュールは、図1(a)に示すように、対物レンズ枠22に対して同一の外径に構成された対物レンズ群21を内蔵した対物ユニットを備えている。
対物レンズ群21は、物体側から順に、正の焦点距離を有する第1群G1と、明るさ絞り23と、正の焦点距離を有する第2群G2とで構成されている。
撮像素子25は、位置決め用カバーガラス24を介して撮像枠26に固定されて、撮像ユニットを構成している。
そして、第1実施例の拡大ビデオモジュールは、対物ユニットと撮像ユニットとの間隔27を変えることでピント調整を行うようになっている。
また、拡大内視鏡の挿入部は、先端硬質部28と外表部30とで構成されている。
そして、第1実施例の拡大ビデオモジュールは、中間部材29を介して挿入部内に固定されている。
中間部材29は、図1(b)に示すように、外周に切り欠き部が設けられ、その部分に照明用ファイバ31が内装されて挿入部に固定されている。
このような構成の第1実施例の拡大ビデオモジュールは、先端硬質部28に中間部材29と照明用ファイバ31を固定した後にビデオモジュールが挿入され固定される。
Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings.
First, an embodiment of the enlarged video module of the present invention will be described.
First Embodiment FIGS. 1A and 1B are diagrams showing an optical configuration of a first embodiment of an enlarged video module according to the present invention. FIG. 1A is a cross-sectional view, and FIG. 1B is a cross-sectional view as viewed from the direction of arrow A in FIG. is there.
As shown in FIG. 1A, the enlarged video module according to the first embodiment includes an objective unit including an objective lens group 21 having the same outer diameter with respect to the objective lens frame 22.
The objective lens group 21 includes, in order from the object side, a first group G1 having a positive focal length, an aperture stop 23, and a second group G2 having a positive focal length.
The imaging element 25 is fixed to the imaging frame 26 via the positioning cover glass 24 to constitute an imaging unit.
The enlarged video module of the first embodiment performs focus adjustment by changing the distance 27 between the objective unit and the imaging unit.
Further, the insertion portion of the magnifying endoscope includes a distal end hard portion 28 and an outer surface portion 30.
The enlarged video module of the first embodiment is fixed in the insertion portion via the intermediate member 29.
As shown in FIG. 1B, the intermediate member 29 is provided with a notch portion on the outer periphery, and an illumination fiber 31 is housed in that portion and fixed to the insertion portion.
In the enlarged video module of the first embodiment having such a configuration, the video module is inserted and fixed after the intermediate member 29 and the illumination fiber 31 are fixed to the distal end hard portion 28.

また、第1実施例の拡大ビデオモジュールは、結像倍率などの調整が必要な場合は、明るさ絞り23の前後に設けた間隔調整部32a,32bの間隔を増減させることにより調整を行うことができる。間隔調整には、ごく薄い板材で製作された間隔調整リングが用いられる。
このため、間隔調整部32a,32bは、予め複数の薄板が積み重ねられることを想定して設計されており、実際に使用する部品の仕上がり寸法公差によって部品組み上がり後の間隔にばらつきが生じるのに応じて、薄板の枚数を増減させることで調整を行う。
Further, when the imaging magnification or the like needs to be adjusted, the enlarged video module of the first embodiment performs the adjustment by increasing or decreasing the interval between the interval adjusting units 32a and 32b provided before and after the brightness stop 23. Can do. For the interval adjustment, an interval adjustment ring made of a very thin plate material is used.
For this reason, the interval adjusting portions 32a and 32b are designed on the assumption that a plurality of thin plates are stacked in advance, and the interval after assembling the components varies due to the finished dimensional tolerance of the actually used components. Accordingly, adjustment is performed by increasing or decreasing the number of thin plates.

次に、第1実施例の拡大ビデオモジュールを構成する光学部材の数値データを示す。
数値データ1
面番号 曲率半径 間隔 屈折率 アッベ数 レンズ外径
1 INF 0.46 1.5183 64.14 1
2 0.84 0.17 1
3 INF 0.4 1.7323 54.68 1
4 -0.817 0.05 1
5 1.353 0.65 1.7323 54.68 1
6 -0.703 0.25 1.7044 30.131
7 -3.804 0.09 1
8 INF(絞り) 0.03 1
9 INF 0.4 1.5156 75.00 1
10 INF 0.2 1
11 1.566 0.4 1.67 48.32 1
12 -1.566 0.2 1
13 -0.729 0.3 1.5198 52.43 1
14 INF 0.56 1
15 INF 0.4 1.5183 64.14
16 INF 0.01 1.5119 63.00
17 INF 0.4 1.6138 50.20
18 INF 0.01 1.5220 63.00
19 INF 0
物体距離 0 像高 0.500
Next, numerical data of optical members constituting the enlarged video module of the first embodiment will be shown.
Numerical data 1
Surface number Curvature radius Interval Refractive index Abbe number Lens outer diameter
1 INF 0.46 1.5183 64.14 1
2 0.84 0.17 1
3 INF 0.4 1.7323 54.68 1
4 -0.817 0.05 1
5 1.353 0.65 1.7323 54.68 1
6 -0.703 0.25 1.7044 30.131
7 -3.804 0.09 1
8 INF (Aperture) 0.03 1
9 INF 0.4 1.5156 75.00 1
10 INF 0.2 1
11 1.566 0.4 1.67 48.32 1
12 -1.566 0.2 1
13 -0.729 0.3 1.5198 52.43 1
14 INF 0.56 1
15 INF 0.4 1.5183 64.14
16 INF 0.01 1.5119 63.00
17 INF 0.4 1.6138 50.20
18 INF 0.01 1.5220 63.00
19 INF 0
Object distance 0 Image height 0.500

第2実施例
図2は本発明の拡大ビデオモジュールの第2実施例の光学構成を示す図であり、(a)は断面図、(b)は(a)において矢印A方向からみた断面図である。なお、第2実施例は第1実施例と基本的な構成はほぼ同じであって、類似の構成部分について同じ符号を付けてあり、説明は省略する。
次に、第2実施例の拡大ビデオモジュールを構成する光学部材の数値データを示す。
Second Embodiment FIGS. 2A and 2B are diagrams showing an optical configuration of a second embodiment of the enlarged video module of the present invention. FIG. 2A is a cross-sectional view, and FIG. 2B is a cross-sectional view as viewed from the direction of arrow A in FIG. is there. The basic configuration of the second embodiment is substantially the same as that of the first embodiment, and similar components are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
Next, numerical data of optical members constituting the enlarged video module of the second embodiment will be shown.

数値データ2
面番号 曲率半径 間隔 屈折率 アッベ数 レンズ外径
1 INF 0.88 1.8882 40.76 1.2
2 -0.703 0.05 1
3 INF 0.4 1.5183 64.14 1.2
4 -1.485 0.05 1
5 2.085 0.76 1.8081 46.57 1.2
6 -0.703 0.25 1.8126 25.42 1.2
7 INF 0.05 1
8 INF(絞り) 0.03 1
9 INF 0.4 1.5156 75.00 1.2
10 INF 0.43 1
11 1.131 0.5 1.8395 42.72 1.2
12 -3.127 0.2 1
13 -1.061 0.3 1.8126 25.42 1.2
14 INF 0.2 1
15 -0.592 0.3 1.8081 46.57 1.2
16 2.132 0.77 1.8126 25.42 1.2
17 -1.262 0.77 1
18 INF 0.4 1.5183 64.14
19 INF 0.01 1.5119 63.00
20 INF 0.4 1.6138 50.20
21 INF 0.01 1.5220 63.00
22 INF 0 1
物体距離 0 像高 0.500
Numerical data 2
Surface number Curvature radius Interval Refractive index Abbe number Lens outer diameter
1 INF 0.88 1.8882 40.76 1.2
2 -0.703 0.05 1
3 INF 0.4 1.5183 64.14 1.2
4 -1.485 0.05 1
5 2.085 0.76 1.8081 46.57 1.2
6 -0.703 0.25 1.8126 25.42 1.2
7 INF 0.05 1
8 INF (Aperture) 0.03 1
9 INF 0.4 1.5156 75.00 1.2
10 INF 0.43 1
11 1.131 0.5 1.8395 42.72 1.2
12 -3.127 0.2 1
13 -1.061 0.3 1.8126 25.42 1.2
14 INF 0.2 1
15 -0.592 0.3 1.8081 46.57 1.2
16 2.132 0.77 1.8126 25.42 1.2
17 -1.262 0.77 1
18 INF 0.4 1.5183 64.14
19 INF 0.01 1.5119 63.00
20 INF 0.4 1.6138 50.20
21 INF 0.01 1.5220 63.00
22 INF 0 1
Object distance 0 Image height 0.500

次に、第1及び第2実施例の条件式パラメータを表1に、条件式の値を表2に夫々示す。
表1
項目 記号 単位 第1実施例 第2実施例
対物系倍率 βo -2.678847 -6.63
前群焦点距離 f1 [mm] 0.765 0.591
後群焦点距離 f2 [mm] 3.476 4.557
焦点距離 f [mm] 0.657 0.797
半視野角 wy [deg] 6.141 3.95
主光線射出角 wy’[deg] 13.965 6.02
物体側開口数 NA 0.2184 0.55
絞り径 φ1 [mm] 0.36 0.66
最大レンズ径 φ2 [mm] 1 1.2
ピッチ P [μ] 4 4
基準波長 λ [μ] 0.546 0.546
Next, the conditional expression parameters of the first and second embodiments are shown in Table 1, and the values of the conditional expressions are shown in Table 2, respectively.
Table 1
Item Symbol Unit First Example Second Example Objective Magnification βo -2.678847 -6.63
Front group focal length f1 [mm] 0.765 0.591
Rear group focal length f2 [mm] 3.476 4.557
Focal length f [mm] 0.657 0.797
Half viewing angle wy [deg] 6.141 3.95
Chief ray emission angle wy '[deg] 13.965 6.02
Object side numerical aperture NA 0.2184 0.55
Diaphragm diameter φ1 [mm] 0.36 0.66
Maximum lens diameter φ2 [mm] 1 1.2
Pitch P [μ] 4 4
Reference wavelength λ [μ] 0.546 0.546

表2
番号 条件式 第1実施例 第2実施例
1 0.9≦|coswy'/coswy|≦1.1 0.976 0.997
2 0.2≦φ1/(φ2×f1)≦2 0.471 0.931
3 0.1≦|p×(NA)2/(0.61×λ×βo)|≦0.8 0.215 0.544
4 1<|βo|<10 2.680 6.630
5 0.1≦NA≦0.8 0.220 0.550
6 2≦f2/f1≦10 4.544 7.711
Table 2
No. Conditional expression First embodiment Second embodiment
1 0.9 ≦ | coswy '/ coswy | ≦ 1.1 0.976 0.997
2 0.2 ≦ φ1 / (φ2 × f1) ≦ 2 0.471 0.931
3 0.1 ≦ | p × (NA) 2 /(0.61×λ×βo)|≦0.8 0.215 0.544
4 1 <| βo | <10 2.680 6.630
5 0.1 ≦ NA ≦ 0.8 0.220 0.550
6 2 ≦ f2 / f1 ≦ 10 4.544 7.711

次に、本発明の拡大ビデオモジュールのピント位置調整方法、ピント範囲確認方法、ピント位置調整装置及びピント範囲確認装置の実施例について述べる。
図3は本発明の拡大ビデオモジュールのピント位置調整及びピント範囲確認装置の一実施例を示す概略構成図である。
本実施例の拡大ビデオモジュールのピント位置調整及びピント範囲確認装置は、基板4と、照明ユニット6と、光源12と、画像信号処理装置7と、処理ユニット10と、モニタ8,11と、マイクロセンサ9,13を備えて構成されている。
拡大ビデオモジュールは、撮像素子3を含む撮像ユニット2と、レンズ群を含む対物ユニット1とで構成されている。対物ユニット1、撮像ユニット2は、図1又は図2に示した実施例の拡大ビデオモジュールにおける対物ユニット、撮像ユニットと同様に構成されている。
Next, embodiments of the focus position adjustment method, focus range confirmation method, focus position adjustment device, and focus range confirmation device of the enlarged video module of the present invention will be described.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of the focus position adjustment and focus range confirmation device of the enlarged video module of the present invention.
The focus position adjustment and focus range confirmation device of the enlarged video module of the present embodiment includes a substrate 4, an illumination unit 6, a light source 12, an image signal processing device 7, a processing unit 10, monitors 8, 11 and a micro. Sensors 9 and 13 are provided.
The enlargement video module includes an image pickup unit 2 including an image pickup device 3 and an objective unit 1 including a lens group. The objective unit 1 and the imaging unit 2 are configured in the same manner as the objective unit and the imaging unit in the enlarged video module of the embodiment shown in FIG. 1 or FIG.

基板4は、拡大ビデオモジュールを保持するための保持部材4a,4bと、保持部材4aに対して保持部材4bをZ方向に移動させることが可能なZステージ4cと、基板4に対して保持部材4aをZ方向に移動させることが可能なZステージ4dを備えている。また、基板4は、照明ユニット6を保持しY方向に移動させることが可能なYステージ4eと、Yステージ4eをα方向、β方向に移動させることが可能なαゴニオステージ4f、βゴニオステージ4gと、αゴニオステージ4f、βゴニオステージ4gをX方向に移動させることが可能なXステージ4hと、Xステージ4hをZ方向に移動させることが可能なZステージ4iを備えている。   The substrate 4 includes holding members 4a and 4b for holding the enlarged video module, a Z stage 4c capable of moving the holding member 4b in the Z direction with respect to the holding member 4a, and a holding member for the substrate 4. A Z stage 4d capable of moving 4a in the Z direction is provided. The substrate 4 holds the illumination unit 6 and can move the Y stage 4e in the Y direction, and the α gonio stage 4f and β gonio stage that can move the Y stage 4e in the α and β directions. 4g, an α gonio stage 4f, a β gonio stage 4g, an X stage 4h capable of moving in the X direction, and a Z stage 4i capable of moving the X stage 4h in the Z direction.

拡大ビデオモジュールは、撮像素子3を含む撮像ユニット2が、保持部材4bに保持され、レンズ群を含む対物ユニット1が、保持部材4aに保持されており、ピント位置調整を行うためにZ方向に移動及び固定が可能な状態で基板4に設けられている。
矢印で示し詳細な構成の図示を省略したマイクロセンサ9は、撮像素子3のZ方向の位置情報をサブミクロン単位で取得するように構成されている。
照明ユニット6は、Yステージ4eに保持されている。ピント調整に用いる被写体5は、照明ユニット6により背面から照明され、対物ユニット1に対してXYZ及びαβ方向に調整及び固定可能な状態で基板4に設けられている。
光源12は、照明ユニット6に照明光を供給するようになっている。
画像信号処理装置7は、撮像素子3に投影され、撮像素子3を介して信号変換された被写体の像を画像信号に変換した後、モニタ8に画像表示させる制御を行うように構成されている。また、画像信号処理装置7は、光源12と連携して、最適な明るさが得られるように光量を制御することができるように構成されている。
処理ユニット10は、画像信号のコントラスト値を算出し、モニタ11に算出結果を表示させる制御を行うように構成されている。
In the enlarged video module, the image pickup unit 2 including the image pickup device 3 is held by the holding member 4b, and the objective unit 1 including the lens group is held by the holding member 4a, and is adjusted in the Z direction to adjust the focus position. It is provided on the substrate 4 so as to be movable and fixed.
The microsensor 9 indicated by an arrow and whose detailed configuration is omitted is configured to acquire position information of the image sensor 3 in the Z direction in submicron units.
The illumination unit 6 is held by the Y stage 4e. The subject 5 used for focus adjustment is illuminated from the back by the illumination unit 6 and is provided on the substrate 4 in a state where it can be adjusted and fixed in the XYZ and αβ directions with respect to the objective unit 1.
The light source 12 supplies illumination light to the illumination unit 6.
The image signal processing device 7 is configured to perform control to display an image on the monitor 8 after converting an image of a subject projected on the image sensor 3 and converted into a signal through the image sensor 3 into an image signal. . Further, the image signal processing device 7 is configured so as to be able to control the amount of light so as to obtain optimum brightness in cooperation with the light source 12.
The processing unit 10 is configured to calculate the contrast value of the image signal and to control the monitor 11 to display the calculation result.

このように構成された本実施例の拡大ビデオモジュールのピント位置調整及びピント範囲確認装置におけるコントラスト検出方法を図4を用いて説明する。図4(a)はコントラスト検出に用いる被写体の一例として白と黒の帯が交互に並んだ透過型標本を示す説明図、図4(b)は図4(a)に示す透過型標本を撮影(矢印の方向に走査)した時に取得される画像信号を示すグラフであり、撮影時間中に取得された空間的な輝度信号を時間平均した信号波形を示す。図中、縦軸は輝度、横軸は走査方向を示している。
被写体の白黒位置に対応する検出波形の最大値をImax、最小をIminとすると、コントラストIは次のように求めることができる。
I=(Imax − Imin)/(Imax + Imin)
A contrast detection method in the focus position adjustment and focus range confirmation apparatus of the enlarged video module of the present embodiment configured as described above will be described with reference to FIG. FIG. 4 (a) is an explanatory view showing a transmission specimen in which white and black bands are alternately arranged as an example of a subject used for contrast detection, and FIG. 4 (b) is a photograph of the transmission specimen shown in FIG. 4 (a). It is a graph which shows the image signal acquired when it scans in the direction of an arrow, and shows the signal waveform which carried out the time average of the spatial luminance signal acquired during imaging time. In the figure, the vertical axis represents luminance, and the horizontal axis represents the scanning direction.
When the maximum value of the detection waveform corresponding to the monochrome position of the subject is Imax and the minimum is Imin, the contrast I can be obtained as follows.
I = (Imax − Imin) / (Imax + Imin)

図4を用いて説明した方法で求めたコントラストを撮像素子の撮像面位置ごとにプロットしたグラフを図5に示す。
被写体に対して最良の合焦状態となる撮像位置(輝度がピークとなる撮像素子の撮像面位置)をzm0とし、この位置zm0を求める場合について考える。
最良の合焦状態となる撮像面位置zm0近傍の前後の撮像面位置zm1、zm1'では、コントラストの変化量ΔIm1はごく小さいのでzm1、zm1'を精度良く検出するのは困難になる。
一方、例えば、ΔIm3が20%となるようにコントラストの変化量ΔIm2を充分大きく設定すれば、撮像面位置zm2、zm2'を精度良く検出できるので、2つの位置情報zm2、zm2'から最良の合焦状態となる撮像面位置zm0を精度良く求めることができる。
FIG. 5 is a graph in which the contrast obtained by the method described with reference to FIG. 4 is plotted for each imaging surface position of the imaging device.
Let us consider a case where the imaging position where the subject is in the best focus state (imaging surface position of the imaging element where the luminance reaches a peak) is zm0, and this position zm0 is obtained.
At the imaging surface positions zm1 and zm1 ′ in the vicinity of the imaging surface position zm0 in the best in-focus state, the contrast change ΔIm1 is very small, and it is difficult to detect zm1 and zm1 ′ with high accuracy.
On the other hand, for example, if the contrast change amount ΔIm2 is set to be sufficiently large so that ΔIm3 is 20%, the imaging surface positions zm2 and zm2 ′ can be detected with high accuracy, so that the best match is obtained from the two position information zm2 and zm2 ′. The imaging surface position zm0 that is in a focused state can be obtained with high accuracy.

また、球面収差が良好に補正された光学系では、合焦位置の前後のコントラスト曲線は対称な形状となる。
従って、撮像面位置zm2、zm2'の中点を計算することで最良の合焦状態となる撮像面位置(輝度のピーク位置)zm0の値を求めることができる。
一方、球面収差の影響を排除できない光学系の場合、コントラストのピーク位置はzm2とzm2'の中点とは一致せず中点の前後にずれて存在するが、本発明の拡大ビデオモジュールのように結像倍率が1より大きい光学系では、像側の誤差(この場合は最良像面位置と実際の撮像素子の撮像面位置とのずれ量)は縮小されて物体側に投影されるため、対物光学系の被写界深度内での解像度が著しく劣化することはない。
なお、必要であれば、後述する方法により被写界深度を評価した後にそのようなずれを適宜修正することが可能である。
以上述べたピント調整方法によれば、ある一つの距離に設定された被写体に対して、最良の合焦状態となる撮像面位置を検出してピントを調整することが可能となる。
In addition, in an optical system in which spherical aberration is corrected satisfactorily, the contrast curves before and after the in-focus position are symmetrical.
Therefore, by calculating the midpoint of the imaging plane positions zm2 and zm2 ′, the value of the imaging plane position (luminance peak position) zm0 that achieves the best in-focus state can be obtained.
On the other hand, in the case of an optical system in which the influence of spherical aberration cannot be eliminated, the contrast peak position does not coincide with the midpoint of zm2 and zm2 ′ and is shifted before and after the midpoint. In an optical system having an imaging magnification greater than 1, the image side error (in this case, the amount of deviation between the best image plane position and the actual image pickup element position of the image sensor) is reduced and projected to the object side. The resolution within the depth of field of the objective optical system does not deteriorate significantly.
If necessary, such a deviation can be corrected as appropriate after evaluating the depth of field by a method described later.
According to the focus adjustment method described above, it is possible to adjust the focus by detecting the position of the imaging surface in the best focus state for a subject set at a certain distance.

ピント調整後は、そのビデオモジュールの対物光学系の被写界深度を評価して、ピント調整に用いた被写体の拡大ビデオモジュールに対する位置の妥当性を検証しておく必要がある。次に、その方法について述べる。   After the focus adjustment, it is necessary to evaluate the depth of field of the objective optical system of the video module and verify the validity of the position of the subject used for the focus adjustment with respect to the enlarged video module. Next, the method will be described.

被写体の位置(例えば、拡大ビデオモジュールの対物光学系の先端からの距離)に対するコントラストの変化を図6のグラフに示す。図6のグラフは、撮像素子の撮像面の位置を、上述のピント調整における最良の合焦状態となる位置に固定した状態で、被写体の位置を変化させた時のコントラストの値をプロットしたものである。
この場合、コントラストは、ピント調整に用いた被写体の設置位置zo0で最大となり、位置zo0から被写体が離れていくに従って低下していく。なお、図中、距離0は、被写体と拡大ビデオモジュールの対物光学系の物体側先端面とが当接した状態を意味しており、被写体の距離を検出する場合の基準位置となる。
The change in contrast with respect to the position of the subject (for example, the distance from the tip of the objective optical system of the enlarged video module) is shown in the graph of FIG. The graph of FIG. 6 is a plot of the contrast value when the position of the subject is changed in a state where the position of the imaging surface of the imaging device is fixed at the position where the best focus state is achieved in the above-described focus adjustment. It is.
In this case, the contrast becomes maximum at the installation position zo0 of the subject used for focus adjustment, and decreases as the subject moves away from the position zo0. In the figure, distance 0 means a state in which the subject and the object-side tip surface of the objective optical system of the enlarged video module are in contact with each other, and is a reference position for detecting the distance of the subject.

本実施例では、観察可能なコントラストの許容下限値をある値、例えば20%などに設定しておき、下限値となる被写体の位置を検出することで、ピント調整後のビデオモジュールの対物光学系の被写界深度範囲を求めてピント位置の妥当性を評価する。図6のグラフでは被写界深度は0〜zo1の範囲となる。
ここで、被写界深度を評価した結果、zo1までの範囲では不満足であり、かつ、被写体と当接する位置0でのコントラストが過剰と思われる場合には、例えば、図7に示すように、ピント調整に用いた被写体の設置位置zo0よりも対物光学系の物体側先端面から離れた位置zo2に被写体位置を修正し、再度ピント調整を行い、図7に示すコントラスト曲線を得る。図7のグラフでは、対物光学系の被写界深度は0〜zo3までに拡大している。
In this embodiment, the allowable lower limit value of the observable contrast is set to a certain value, for example, 20%, and the object optical system of the video module after focus adjustment is detected by detecting the position of the subject that is the lower limit value. To evaluate the validity of the focus position. In the graph of FIG. 6, the depth of field is in the range of 0 to zo1.
Here, as a result of evaluating the depth of field, when it is unsatisfactory in the range up to zo1 and the contrast at the position 0 in contact with the subject seems excessive, for example, as shown in FIG. The subject position is corrected to a position zo2 farther from the object-side tip surface of the objective optical system than the subject installation position zo0 used for focus adjustment, and focus adjustment is performed again to obtain a contrast curve shown in FIG. In the graph of FIG. 7, the depth of field of the objective optical system is expanded to 0 to zo3.

以上の方法を用いて、最適な被写界深度が得られるように、ピント調整時に被写体を設置する位置の妥当性を評価し、必要に応じてその位置を修正する。なお、対物光学系の被写界深度の最終的な評価は調整誤差だけではなく主観的な要因も介在する。そこで、上述したピント調整手段でピント位置を仮に決めた後で、画像評価の主観的な印象を加味して最終的なピント位置を修正することも可能である。   Using the above method, the appropriateness of the position where the subject is placed during focus adjustment is evaluated so that the optimum depth of field can be obtained, and the position is corrected as necessary. Note that the final evaluation of the depth of field of the objective optical system involves not only adjustment errors but also subjective factors. Therefore, after the focus position is tentatively determined by the above-described focus adjustment means, it is possible to correct the final focus position in consideration of a subjective impression of image evaluation.

本発明の拡大ビデオモジュールのピント位置調整及びピント範囲確認装置において被写体の位置を移動する場合には、被写体の位置を精度良く検出する手段を備えることが必要となる。
このため、本実施例の拡大ビデオモジュールのピント位置調整及びピント範囲確認装置では、図3に矢印で示し詳細な構成の図示を省略した、接触式又は非接触式でサブミクロン単位での位置を検出するマイクロセンサ13を備えている。このため、被写体の位置を精度良く検出することができる。
マイクロセンサはサブミクロン単位で位置を検出すると共に、移動する被写体自身の位置を正確に計測できるように、被写体の固定及び移動に伴う機械的な誤差を計算して取り除く演算回路を付属させることが好ましい。
When the subject position is moved in the focus position adjustment and focus range confirmation device of the enlarged video module of the present invention, it is necessary to provide means for accurately detecting the subject position.
For this reason, with the focus position adjustment and focus range confirmation device of the enlarged video module of the present embodiment, the position in submicron units of contact type or non-contact type, which is indicated by arrows in FIG. A microsensor 13 for detection is provided. For this reason, the position of the subject can be detected with high accuracy.
The micro sensor detects the position in sub-micron units and can be equipped with an arithmetic circuit that calculates and removes mechanical errors associated with the fixation and movement of the subject so that the position of the moving subject itself can be accurately measured. preferable.

なお、被写体の移動自体は、単位移動量がサブミクロン程度の細かさを有していれば、マイクロステージやステップモータなどを用いて行っても良い。
なお、被写体を設置する位置を求める際の基準位置を拡大ビデオモジュールの対物光学系の物体側先端面としたときには、被写体と対物光学系の先端面との当接位置を精度よく検出することが必要になる。
Note that the movement of the subject itself may be performed using a microstage or a step motor as long as the unit movement amount is as fine as submicron.
In addition, when the reference position for obtaining the position where the subject is set is the object side front end surface of the objective optical system of the enlarged video module, the contact position between the subject and the front end surface of the objective optical system can be accurately detected. I need it.

本発明のピント位置調整及びピント範囲確認装置では、被写体が対物光学系の物体側先端面との当接状態を超えて押し込まれると、被写体が押圧されて変形したり、対物光学系に対して傾きが生じるように構成されている。
被写体が対物光学系の先端面に向かって移動を開始する時点から、対物光学系を通して画像を観察すると、被写体に変形または傾きが生じた時点で画像は被写体の移動と垂直な方向つまり視野中心に対して上下もしくは左右などの方向に移動を始めるので、この画像変化を検出することで、被写体と対物光学系の先端面が突き当たっている状態を検出することが可能である。
更に、本発明のビデオモジュールに用いられる対物光学系では、被写体の対物光学系に対するわずかな傾きも拡大されて像側に投影されるため、ピント調整及びピント位置確認装置には被写体の姿勢を検出し、必要に応じて修正する機構が設けられている。
例えば、本発明の対物光学系の被写界深度範囲がごく狭く、被写体と対物光学系の物体側先端面との距離が非常に近接していることから、これらの間で発生する干渉縞を利用して、被写体の姿勢を検出することが可能である。あらかじめ被写体の姿勢が適正であるときの干渉縞の画像を記録し、被写体を移動したときの干渉縞と比較することで、ピント調整を繰り返す場合にも常に被写体の姿勢を適正な状態に保ち、再現性よくピント調整を行うことができる。なお、その他の位置検出手段としては、コリメータ等も応用できる。
また、傾きの補正は、例えば、図3に示した被写体側に設けたゴニオステージ4f,4gで調整することが可能である。
In the focus position adjustment and focus range confirmation device of the present invention, if the subject is pushed beyond the contact state with the object side tip surface of the objective optical system, the subject is pressed and deformed, or the subject optical system is not deformed. An inclination is generated.
When an image is observed through the objective optical system from the time when the subject starts moving toward the front end surface of the objective optical system, the image is in a direction perpendicular to the movement of the subject, that is, the center of the visual field when the subject is deformed or tilted. On the other hand, since movement starts in the vertical and horizontal directions, it is possible to detect a state where the subject and the front end surface of the objective optical system are in contact with each other by detecting this image change.
Furthermore, in the objective optical system used in the video module of the present invention, the slight inclination of the subject with respect to the objective optical system is enlarged and projected onto the image side, so the focus adjustment and focus position confirmation device detects the posture of the subject. In addition, a mechanism for correcting as necessary is provided.
For example, since the depth of field range of the objective optical system of the present invention is very narrow, and the distance between the subject and the object-side tip surface of the objective optical system is very close, interference fringes generated between these objects can be reduced. It is possible to detect the posture of the subject by using it. By recording an interference fringe image when the subject's posture is appropriate in advance and comparing it with the interference fringe when the subject is moved, the subject's posture is always kept in an appropriate state even when focus adjustment is repeated. Focus adjustment can be performed with good reproducibility. A collimator or the like can also be applied as other position detection means.
Further, the tilt correction can be adjusted by, for example, the gonio stages 4f and 4g provided on the subject side shown in FIG.

以上の方法によれば、複数の距離に被写体を設定する従来のピント調整方法と比較して、繰り返し再現性とピント調整精度を向上させることができる。   According to the above method, it is possible to improve reproducibility and focus adjustment accuracy compared to a conventional focus adjustment method in which subjects are set at a plurality of distances.

また、本発明の対物光学系の被写界深度範囲がごく狭く、被写体と対物光学系の物体側先端面との距離が非常に近接していることから、被写体の設置位置を決める際には、基準位置からの距離の計測を省略して、例えば被写体に工夫を施すことで被写体の位置決めを行うことができる。
基準位置からの距離が数μmの位置に被写体を設置する必要がある場合には、厚みをサブミクロンの精度で製作した透明フィルムを例えば蒸着などの手段により被写体表面に形成し、被写体を基準面に対して突き当てるだけで所望の距離に精度良く被写体を設置することができる。透明フィルムの膜厚はナノメータ単位で制御できるため、被写体と基準面の距離を設定するには十分な精度を有している。
また、基準位置からの距離が数十μm程度の位置に被写体を設置する必要がある場合には、被写体と基準面の間に厚みをミクロン単位で調整して加工した薄板をはさむことにより所望の距離に精度良く被写体を設置することもできる。例えば半導体製造時のエッチングプロセスを利用すれば、薄板の厚みをミクロン単位で制御できるので、被写体と基準面の距離を設定するには十分な精度を確保できる。
このように被写体と基準面との距離の精度を一つの部品で保証できるので、ピント調整における繰り返し再現性を向上させることができる。
ピント調整に使用される被写体として、例えば図4(a)に示される白と黒の帯が交互に並んだ透過型標本の場合は、帯の幅をサブミクロン程度の長さに揃える必要があるが、半導体製造時のエッチングプロセスを応用してガラスなどの透明基板に所望のパターンを施したものや、回折格子などを用いることができる。
In addition, since the depth of field range of the objective optical system of the present invention is very narrow and the distance between the subject and the object side tip surface of the objective optical system is very close, when determining the installation position of the subject The measurement of the distance from the reference position can be omitted, and the subject can be positioned by devising the subject, for example.
When it is necessary to place the subject at a distance of several μm from the reference position, a transparent film manufactured with submicron thickness is formed on the subject surface by means such as vapor deposition, and the subject is placed on the reference surface. The object can be accurately placed at a desired distance simply by striking against the object. Since the film thickness of the transparent film can be controlled in nanometer units, it has sufficient accuracy to set the distance between the subject and the reference plane.
In addition, when it is necessary to install a subject at a position where the distance from the reference position is about several tens of μm, a thin plate processed by adjusting the thickness in micron units between the subject and the reference surface is sandwiched between It is also possible to place a subject accurately at a distance. For example, if an etching process at the time of semiconductor manufacture is used, the thickness of the thin plate can be controlled in units of microns, so that sufficient accuracy can be secured for setting the distance between the subject and the reference surface.
Thus, the accuracy of the distance between the subject and the reference plane can be ensured with a single component, so that iterative repeatability in focus adjustment can be improved.
For example, in the case of a transmission type specimen in which white and black bands shown in FIG. 4A are alternately arranged as a subject to be used for focus adjustment, the width of the band needs to be aligned to a length of about submicron. However, it is possible to use a transparent substrate made of glass or the like by applying an etching process at the time of manufacturing a semiconductor, or a diffraction grating.

このように構成された本実施例の拡大ビデオモジュールのピント位置調整及びピント範囲確認装置では、図8に示す手順で、ピント位置の調整及びピント範囲の確認及び修正を行う。
まず、ピント位置調整手順を説明する。
対物ユニット1を撮像ユニット2と当接する位置まで挿入する(ステップS1)。次いで、双方のユニットの嵌合状態(傾き)を調整し、基板4上の保持部材(冶具)4a,4bに固定する(ステップS2)。次いで、被写体5を照明ユニット6に対して固定されるように取付けた後、Zステージ4iを介して対物ユニット1の先端表面に当接するように移動させる(ステップS3)。次いで、この状態で、Zステージ4cを介して撮像ユニット2を移動させてモニタ8及びモニタ11に表示される画像及びコントラスト値を観察しながら被写体に合焦するようにする(ステップS4)。次いで、このときの対物ユニット1に対する被写体5の位置をマイクロセンサ13を介して検出する。又は、図示省略した干渉縞検出手段により、被写体5の反射光と対物ユニット1の先端面の反射光による干渉縞を検出することによって対物ユニット1に対する被写体5の傾き及び位置を検出する(ステップS5)。
In the apparatus for adjusting the focus position and the focus range confirmation of the enlarged video module of the present embodiment configured as described above, the focus position is adjusted and the focus range is confirmed and corrected according to the procedure shown in FIG.
First, the focus position adjustment procedure will be described.
The objective unit 1 is inserted to a position where it comes into contact with the imaging unit 2 (step S1). Next, the fitting state (tilt) of both units is adjusted and fixed to the holding members (jigs) 4a and 4b on the substrate 4 (step S2). Next, the subject 5 is attached so as to be fixed to the illumination unit 6, and then moved so as to come into contact with the front end surface of the objective unit 1 via the Z stage 4i (step S3). Next, in this state, the imaging unit 2 is moved through the Z stage 4c so as to focus on the subject while observing images and contrast values displayed on the monitor 8 and the monitor 11 (step S4). Next, the position of the subject 5 with respect to the objective unit 1 at this time is detected via the microsensor 13. Alternatively, the inclination and position of the subject 5 with respect to the objective unit 1 are detected by detecting interference fringes due to the reflected light of the subject 5 and the reflected light of the front end surface of the objective unit 1 by means of interference fringe detection means (not shown) (step S5). ).

次いで、Xステージ4h、Yステージ4e、Zステージ4i、αゴニオステージ4f、βゴニオステージ4g等を介して、図示省略した干渉縞検出手段を介して検出される被写体5の反射光と対物ユニット1の先端面の反射光による干渉縞が所望の状態となるように、検出された被写体5の位置及び傾きを調整する(ステップS6)。そして、調整後の被写体5の位置を対物ユニット表面に最適な状態で当接した基準位置(原点)として記憶する(ステップS7)。次いで、Zステージ4iを介して、被写体5をピント調整のための基準となる原点から所定距離離れた位置に移動する。   Next, the reflected light of the subject 5 and the objective unit 1 detected via the interference fringe detection means (not shown) via the X stage 4h, the Y stage 4e, the Z stage 4i, the α gonio stage 4f, the β gonio stage 4g, etc. The position and inclination of the detected subject 5 are adjusted so that the interference fringes caused by the reflected light from the front end surface of the subject will be in a desired state (step S6). Then, the adjusted position of the subject 5 is stored as a reference position (origin) in contact with the objective unit surface in an optimum state (step S7). Next, the subject 5 is moved via the Z stage 4i to a position that is a predetermined distance away from the origin serving as a reference for focus adjustment.

次いで、Zステージ4cを介して、撮像ユニット2を対物ユニット1との当接した位置から離間する方向に移動させる(ステップS9)。このとき、処理ユニット10を介して、移動する撮像ユニット2の位置に対応した被写体5のコントラストを検出しモニタ11に表示する(ステップS10)。次いで、所望のコントラスト値となる撮像ユニット2の2つの位置から最良のピント位置を求める(ステップS11)。次いで、Zステージ4cを介して、撮像ユニット2を最良のピント位置に移動させる(ステップS12)。これにより、拡大ビデオモジュールのピント位置が最適な位置に調整される。   Next, the imaging unit 2 is moved in a direction away from the position where it contacts the objective unit 1 via the Z stage 4c (step S9). At this time, the contrast of the subject 5 corresponding to the position of the moving imaging unit 2 is detected and displayed on the monitor 11 via the processing unit 10 (step S10). Next, the best focus position is obtained from the two positions of the image pickup unit 2 having a desired contrast value (step S11). Next, the imaging unit 2 is moved to the best focus position via the Z stage 4c (step S12). Thereby, the focus position of the enlarged video module is adjusted to the optimum position.

次に、ピント範囲確認手順を説明する。
上述のように拡大ビデオモジュールのピント位置が調整された状態において、Zステージ4iを介して被写体5を対物ユニット1の表面(原点)に移動させる(ステップS21)。次いで、マイクロセンサ13を介して被写体5の位置を検出しながら、Zステージ4iを介して被写体5を対物ユニット1の表面(原点)から離間する方向に移動させる(ステップS22)。また、このとき、移動する被写体5の位置に対応した被写体5のコントラストを検出しモニタ11に表示する。コントラストが所定の下限値となる距離まで離れたとき、被写体5の移動を停止する(ステップS23)。そして、このときの被写体5の位置からピント範囲を求める(ステップS24)。次いで、ピント範囲の妥当性を検討し(ステップS25)、ピント範囲が所望範囲を満足している場合には、被写体5の位置を固定してピント範囲確認処理を終了する(ステップS26)。
Next, the focus range confirmation procedure will be described.
In the state where the focus position of the enlarged video module is adjusted as described above, the subject 5 is moved to the surface (origin) of the objective unit 1 via the Z stage 4i (step S21). Next, while detecting the position of the subject 5 via the microsensor 13, the subject 5 is moved away from the surface (origin) of the objective unit 1 via the Z stage 4i (step S22). At this time, the contrast of the subject 5 corresponding to the position of the moving subject 5 is detected and displayed on the monitor 11. When the contrast is far enough to reach a predetermined lower limit, the movement of the subject 5 is stopped (step S23). Then, the focus range is obtained from the position of the subject 5 at this time (step S24). Next, the validity of the focus range is examined (step S25). If the focus range satisfies the desired range, the position of the subject 5 is fixed and the focus range confirmation process is terminated (step S26).

ピント範囲が所望範囲を満足していない場合には、ピント範囲修正を以下の手順で行う。
Zステージ4iを介して、被写体5を設置する距離を修正し、上述のステップS8〜ステップS26までの処理を繰り返す(ステップS31)。
このように本実施例のピント位置調整方法やピント範囲の確認方法を用いることで、拡大ビデオモジュールを最適な被写界深度で精度良くピント調整することができる。
When the focus range does not satisfy the desired range, the focus range is corrected by the following procedure.
The distance at which the subject 5 is placed is corrected via the Z stage 4i, and the above-described steps S8 to S26 are repeated (step S31).
As described above, by using the focus position adjustment method and the focus range confirmation method of the present embodiment, the enlarged video module can be accurately adjusted with the optimum depth of field.

本発明の拡大ビデオモジュールによれば、最適な被写界深度に精度良くピント調整された小型で高い結像倍率と高い分解能を備えた拡大内視鏡を実現し生体内の細胞をリアルタイムで観察することができる。 In accordance with expansion video module of the present invention, to achieve the enlarged endoscope having a high imaging magnification and high resolution accuracy focus adjustment miniature optimal depth of field to cells in vivo real-time Can be observed.

本発明の拡大ビデオモジュールの第1実施例の光学構成を示す図であり、(a)は断面図、(b)は(a)において矢印A方向からみた断面図である。It is a figure which shows the optical structure of 1st Example of the expansion video module of this invention, (a) is sectional drawing, (b) is sectional drawing seen from the arrow A direction in (a). 本発明の拡大ビデオモジュールの第2実施例の光学構成を示す図であり、(a)は断面図、(b)は(a)において矢印A方向からみた断面図である。It is a figure which shows the optical structure of 2nd Example of the expansion video module of this invention, (a) is sectional drawing, (b) is sectional drawing seen from the arrow A direction in (a). 本発明の拡大ビデオモジュールのピント位置調整装置及びピント範囲確認装置の一実施例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows one Example of the focus position adjustment apparatus and focus range confirmation apparatus of the expansion video module of this invention. 本実施例の拡大ビデオモジュールのピント位置調整装置におけるコントラスト検出方法を説明するための図であり、(a)はコントラスト検出に用いる被写体の一例として白黒透過標本を示す説明図、(b)は(a)に示す白黒透過標本を撮影した時の画像信号を示すグラフである。It is a diagram for explaining the contrast detection method in the focus position adjustment device of the enlarged video module of the present embodiment, (a) is an explanatory diagram showing a black and white transmission sample as an example of a subject used for contrast detection, (b) is ( It is a graph which shows the image signal when the monochrome transmission sample shown to a) is image | photographed. 図5を用いて説明した上記方法で求めたコントラストを撮像素子の位置ごとにプロットしたグラフである。It is the graph which plotted the contrast calculated | required with the said method demonstrated using FIG. 5 for every position of the image pick-up element. 被写体の位置(拡大ビデオモジュールの対物光学系の物体側先端面からの距離)に対するコントラストの変化の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the change of contrast to the position of a subject (distance from the object side tip surface of the objective optical system of an expansion video module). 被写体の位置(拡大ビデオモジュールの対物光学系の物体側先端面からの距離)に対するコントラストの変化の他の例を示すグラフである。It is a graph which shows the other example of the change of the contrast with respect to a to-be-photographed object's position (distance from the object side front end surface of the objective optical system of an expansion video module). 本発明の拡大ビデオモジュールのピント位置調整方法及びピント範囲確認方法の一実施例にかかる一連の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows a series of procedures concerning one Example of the focus position adjustment method and focus range confirmation method of the expansion video module of this invention. 従来の内視鏡のピント調整方法の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the conventional focus adjustment method of an endoscope.

符号の説明Explanation of symbols

1 対物ユニット
2 撮像ユニット
3 撮像素子
4 基板
4a,4b 保持部材
4c,4d,4i Zステージ
4e Yステージ
4f αゴニオステージ
4g βゴニオステージ
4h Xステージ
5 被写体
6 照明ユニット
7 画像信号処理装置
8,11 モニタ
9,13 マイクロセンサ
10 処理ユニット
12 光源
21 対物レンズ群
22 対物レンズ枠
23 明るさ絞り
24 位置決め用カバーガラス
25 撮像素子
26 撮像枠
27 対物ユニットと撮像ユニットとの間隔
28 先端硬質部
29 中間部材
30 内視鏡外表部
31 照明用ファイバ
32a,32b 間隔調整部
G1 第1レンズ群
G2 第2レンズ群
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Objective unit 2 Imaging unit 3 Imaging device 4 Board | substrate 4a, 4b Holding member 4c, 4d, 4i Z stage 4e Y stage 4f (alpha) gonio stage 4g (beta) gonio stage 4h X stage 5 Subject 6 Illumination unit 7 Image signal processing apparatus 8, 11 Monitors 9, 13 Microsensor 10 Processing unit 12 Light source 21 Objective lens group 22 Objective lens frame 23 Brightness stop 24 Positioning cover glass 25 Imaging element 26 Imaging frame 27 Distance 28 between objective unit and imaging unit Hard tip portion 29 Intermediate member 30 Endoscopic outer surface part 31 Illumination fibers 32a and 32b Interval adjustment part G1 First lens group G2 Second lens group

Claims (4)

結像倍率が1より大きい対物光学系と撮像素子を備えた拡大ビデオモジュールにおいて、
前記対物光学系が、物体側から順に、正の焦点距離を有する前群と、明るさ絞りを含んで構成され、
次の条件式を満足することを特徴とする拡大ビデオモジュール
0.9≦|coswy’/coswy|≦1.1
0.2≦φ1/φ2/f1≦2
但し、wy’は前記拡大ビデオモジュールにおける最大視野角に対応する主光線の前記撮像素子の撮像面への入射角度、wyは半視野角、φ1は前記明るさ絞りの開口径、φ2は前記対物光学系の最大外径、f1は前記前群の焦点距離である。
Oite expansion video module the imaging magnification with a greater than one objective optical system and the imaging device,
The objective optical system includes, in order from the object side, a front group having a positive focal length, and an aperture stop,
An enlarged video module characterized by satisfying the following conditional expression:
0.9 ≦ | coswy ′ / coswy | ≦ 1.1
0.2 ≦ φ1 / φ2 / f1 ≦ 2
Where wy ′ is the incident angle of the principal ray corresponding to the maximum viewing angle in the magnified video module to the imaging surface of the imaging device, wy is the half viewing angle, φ1 is the aperture diameter of the aperture stop, and φ2 is the objective. The maximum outer diameter of the optical system, f1, is the focal length of the front group.
結像倍率が1より大きい対物光学系と撮像素子を備えた拡大ビデオモジュールにおいて、
次の条件式を満足することを特徴とする拡大ビデオモジュール
0.1≦|p×(NA) 2 /(0.61×λ×βo)|≦0.8
但し、pは前記撮像素子のピクセルサイズ、NAは対物光学系の物体側開口数、λはeライン波長0.546[μm]、βoは前記対物光学系の倍率である。
Oite expansion video module the imaging magnification with a greater than one objective optical system and the imaging device,
An enlarged video module characterized by satisfying the following conditional expression:
0.1 ≦ | p × (NA) 2 /(0.61×λ×βo)|≦0.8
Here, p is the pixel size of the imaging device, NA is the object-side numerical aperture of the objective optical system, λ is the e-line wavelength 0.546 [μm], and βo is the magnification of the objective optical system.
記対物光学系の物体側先端面を基準とした所定の距離に被写体の位置を固定するステップと、
前記撮像素子を移動させて被写体の画像が所定のコントラストとなる該撮像素子の2つの位置を検出するステップと、
前記検出した2つの位置から被写体の画像のコントラストが最大となる撮像素子の位置を求めるステップと、
を経てピント位置を調整することを特徴とする前記請求項1又は2に記載の拡大ビデオモジュールの製造方法
A step of fixing the position of the object at a predetermined distance relative to the object side front end surface of the front Symbol objective optical system,
Moving the image sensor to detect two positions of the image sensor at which a subject image has a predetermined contrast;
Obtaining the position of the image sensor that maximizes the contrast of the image of the subject from the two detected positions;
The method of manufacturing an enlarged video module according to claim 1, wherein the focus position is adjusted through the steps.
被写体を前記対物光学系の物体側先端面に接触させるステップと、
所定のコントラストとなるように該被写体の位置を対物光学系の光軸方向に移動させるステップと、
所定のコントラストとなる該被写体の位置を検出するステップと、
を経てピント範囲を確認することを特徴とする前記請求項1又は2に記載の拡大ビデオモジュールの製造方法
Bringing a subject into contact with the object-side tip surface of the objective optical system;
Moving the position of the subject in the direction of the optical axis of the objective optical system so as to obtain a predetermined contrast;
Detecting the position of the subject having a predetermined contrast;
3. The method of manufacturing an enlarged video module according to claim 1, wherein the focus range is confirmed through the following steps.
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