JP4464858B2 - Electronic endoscope - Google Patents
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Images
Description
本発明は、固体撮像素子を備え、さまざまな処置具と共に使用可能な電子内視鏡に関する。 The present invention relates to an electronic endoscope that includes a solid-state imaging device and can be used with various treatment tools.
内視鏡は、周知の通り、直接目視できない生体内等を観察することができ、医療分野を中心に診断、治療に広く使用されている。そして、被写体像をCCD等の固体撮像素子によって電気信号に変換し、モニタにて観察可能とした電子内視鏡が普及している。さらに近年、被写体の詳細な観察をすべく、ズーム光学系を採用した電子内視鏡や、多画素な固体撮像素子を用いた高解像内視鏡が普及してきている。
前者のズーム光学系を採用した電子内視鏡は、先端部の構成を大型化させない制約から複雑な構成は採用できず、1つのレンズ群を移動させ、視野角を変化させる変倍ズーム光学系が一般的である。
As is well known, an endoscope can observe a living body or the like that cannot be directly seen, and is widely used for diagnosis and treatment mainly in the medical field. Electronic endoscopes that convert a subject image into an electrical signal by a solid-state imaging device such as a CCD and that can be observed on a monitor have become widespread. In recent years, electronic endoscopes employing a zoom optical system and high-resolution endoscopes using a multi-pixel solid-state image sensor have become widespread in order to observe a subject in detail.
The electronic endoscope that employs the former zoom optical system cannot adopt a complicated configuration due to the limitation of not increasing the size of the tip portion, and a variable magnification zoom optical system that moves one lens group and changes the viewing angle Is common.
また、特開2000−330019号公報に示されるような変倍ズーム光学系では、この公報内の図1に示すように物体側から順に負の屈折力を有する第1レンズ群10と、明るさ絞りSと、正の屈折力を有する第2レンズ群20と、負の屈折力を有する第3レンズ群30とから構成され、変倍に際し、第1レンズ群10と第3レンズ群30は不動であり、第2レンズ群20が物像間距離を変化させない光軸上の異なる2点に移動することを特徴としている。なお、Gはフィルタ類を示す。
これによると、変倍時に物像間距離が変化しない小型で高性能な2焦点タイプの内視鏡対物変倍光学系を得ることができ、ズーム光学系による被写体の詳細な観察ができるといった効果がある。
また、後者の多画素な固体撮像素子を用いた高解像内視鏡では、従来よりも多画素な固体撮像素子を用いることで、被写体をより高解像に撮像することができるため、被写体の詳細な観察が可能になるといった効果がある。
According to this, it is possible to obtain a small and high performance two-focus type endoscope objective variable magnification optical system in which the distance between object images does not change at the time of zooming, and it is possible to perform detailed observation of a subject using a zoom optical system. There is.
Further, in the latter high-resolution endoscope using a multi-pixel solid-state image sensor, the subject can be imaged with higher resolution by using a multi-pixel solid-state image sensor than in the past. There is an effect that it becomes possible to observe in detail.
上記特開2000−330019号公報に示されるような変倍ズーム光学系を用いた内視鏡では、被写体の詳細観察をする際に撮像光学系内のレンズを移動させることによって画角を変化させ、倍率を変化させるため、倍率を上げるためには、画角を狭くする必要がある。
一方、チャンネル先端開口より突出した処置具が、固体撮像素子を含む撮像光学系によって撮像されるためには、撮像光学系の画角と、撮像光学系と処置具との距離により決定し、撮像光学系と処置具が近ければ近いほど、また、撮像光学系の画角が広ければ広いほど、処置具は撮像光学系に早く撮像される。
In an endoscope using a variable magnification zoom optical system as disclosed in JP-A-2000-330019, the angle of view is changed by moving a lens in the imaging optical system when performing detailed observation of a subject. In order to change the magnification, in order to increase the magnification, it is necessary to narrow the angle of view.
On the other hand, in order for the treatment tool protruding from the channel tip opening to be imaged by the imaging optical system including the solid-state imaging device, the imaging is determined by the angle of view of the imaging optical system and the distance between the imaging optical system and the treatment instrument. The closer the optical system and the treatment instrument are, and the wider the angle of view of the imaging optical system, the faster the treatment instrument is imaged by the imaging optical system.
被写体を詳細に観察するために近接し、さらに倍率を上げた場合、従来例ではチャンネル先端開口から突出させた処置具が撮像光学系で視野範囲内に撮像されなくなり、被写体の詳細観察をしながら処置具での処置といった作業は困難になるといった課題がある。 つまり、従来例では、被写体を詳細に観察するために近点側(近景)に設定し、変倍ズーム光学系の倍率を大きくした場合、画角が狭くなり、チャンネル先端開口から突出させた処置具を視野範囲内に捉えられない課題があった。 When the subject is close to observe the subject in detail and the magnification is further increased, in the conventional example, the treatment tool projected from the opening at the end of the channel is not imaged within the field of view by the imaging optical system, and the subject is observed in detail. There is a problem that work such as treatment with a treatment tool becomes difficult. In other words, in the conventional example, when the object is set to the near point side (near view) for observing the subject in detail and the magnification of the zooming zoom optical system is increased, the angle of view becomes narrower and the treatment protrudes from the channel tip opening. There was a problem that the tool could not be captured within the field of view.
(発明の目的)
本発明は上述した点に鑑みてなされたものであり、焦点距離可変の対物光学系を用いた場合において、近点側での被写体の詳細観察をしながら処置具での処置が可能な電子内視鏡及び電子内視鏡システムを提供することを目的とする。
(Object of invention)
The present invention has been made in view of the above points, and in the case where an objective optical system having a variable focal length is used, an electronic internal device capable of being treated with a treatment tool while performing detailed observation of a subject on the near point side. An object is to provide an endoscope and an electronic endoscope system.
本発明の電子内視鏡は、所定の画素数を備えた固体撮像素子と、
前記固体撮像素子に結像させる所定の視野角を備えた対物光学系と、
同じ幅の白と黒の帯の被写体を撮像した時に得られる画像信号から生成された輝度信号を基に、前記白の被写体に対する輝度信号の最大値をImax、前記黒の被写体での輝度信号の最小値をImin、コントラストIをI=(Imax−Imin)/(Imax+Imin)と定義した時、挿入部の先端から所定距離離間した位置に配置した被写体を前記対物光学系の近点側で所定値以上のコントラストIで捉えるために、前記対物光学系を構成する少なくとも一部のレンズを駆動し、前記対物光学系の焦点距離を被写界深度が一部重複するように変化させる焦点距離可変手段と、
処置具を挿通可能な処置具挿通チャンネルと、
を有し、
前記焦点距離可変手段は、前記対物光学系が、近点側で白黒ペアの帯のピッチが35μmの被写体をほぼ10%以上の前記コントラストIで捉えることができる被写界深度を有し、かつ遠点側で挿入部先端からの距離が50mmの位置に0.5mmピッチの白黒ペアの帯の被写体を撮像した際にほぼ10%以上の前記コントラストIで捉えることができる被写界深度を有しており、
前記処置具挿通チャンネルは、前記焦点距離可変手段によって近点側に設定された時に、所定距離突出された前記処置具の先端が前記対物光学系による前記所定の視野角内に入るように先端開口を設け、
前記35μmピッチの白黒ペアの帯の被写体を、前記コントラストIが10%以上となる解像力で識別可能となる条件のもとに、前記対物光学系の先端レンズ面の先端と前記35μmピッチの白黒ペアの帯の被写体との距離をdとし、
前記対物光学系の先端レンズ面での光線高Lh、前記処置具挿通チャンネルの前記先端開口の半径R、前記対物光学系の光軸と前記先端開口の中心との距離D、前記対物光学系による前記固体撮像素子に結像可能な画角θとした場合、
D≦d/tan(90°−θ/2)+Lh−R
を満たすことを特徴とする。
上記構成により、焦点距離可変な対物光学系を用いた場合において、近点側での被写体の詳細観察をしながら処置具での処置が可能となるようにしている。
An electronic endoscope according to the present invention includes a solid-state imaging device having a predetermined number of pixels,
An objective optical system having a predetermined viewing angle to form an image on the solid-state imaging device;
Based on a luminance signal generated from an image signal obtained when an object with white and black bands of the same width is imaged, the maximum value of the luminance signal for the white object is Imax, and the luminance signal of the black object is Imin the minimum value, when the contrast I was defined as I = (Imax-Imin) / (Imax + Imin), a predetermined value of an object disposed from the tip of the interpolation join the club at a predetermined distance spaced positions near point side of the objective optical system In order to capture with the above contrast I, the focal length variable means for driving at least a part of the lenses constituting the objective optical system and changing the focal length of the objective optical system so that the depth of field partially overlaps. When,
And the treatment instrument insertion channel that can be inserted through the treatment置具,
Have
The focal length varying means has a depth of field at which the objective optical system can capture an object having a black and white pair band pitch of 35 μm on the near point side with the contrast I of approximately 10% or more, and There is a depth of field that can be captured with the contrast I of approximately 10% or more when a subject in a black and white pair band of 0.5 mm pitch is imaged at a position where the distance from the distal end of the insertion portion is 50 mm on the far point side. And
The treatment instrument insertion channel has a distal end opening so that the distal end of the treatment instrument protruded by a predetermined distance falls within the predetermined viewing angle by the objective optical system when set to the near point side by the focal length changing means. Provided,
Under the condition that the subject of the band of the black and white pair with the 35 μm pitch can be identified with the resolving power that the contrast I is 10% or more, the black and white pair with the 35 μm pitch and the tip of the tip lens surface of the objective optical system Let d be the distance from the subject in
The ray height Lh at the distal lens surface of the objective optical system, the radius R of the distal opening of the treatment instrument insertion channel, the distance D between the optical axis of the objective optical system and the center of the distal opening, and the objective optical system When the angle of view θ that can be imaged on the solid-state imaging device,
D ≦ d / tan (90 ° −θ / 2) + Lh−R
It is characterized by satisfying .
With the above configuration, when an objective optical system with a variable focal length is used, treatment with a treatment instrument is possible while observing the subject in detail on the near point side.
また、本発明は、処置具を挿通するチャンネルと、被写体の光学像を結ぶ対物光学系と、前記対物光学系の結像する位置に受光面が配置され、この受光面に結像された光学像を光電変換する固体撮像素子とを挿入部に有する電子内視鏡と、前記固体撮像素子からの画像信号をモニタに表示するための映像信号に変換する画像処理装置と、
を備えた電子内視鏡システムにおいて、
前記電子内視鏡に設けられ、同じ幅の白と黒の帯の被写体を撮像した時に得られる映像信号から生成された輝度信号を基に、前記白の被写体を撮像した時に得られる輝度信号の最大値をImax、前記黒の被写体に対する輝度信号の最小値をImin、コントラストIをI=(Imax−Imin)/(Imax+Imin)と定義した際に、挿入部の先端から所定距離離間した位置に配置した被写体を前記対物光学系の近点側で所定以上のコントラストIで捉えるために、前記対物光学系の焦点距離を変化させる焦点距離可変手段と、
前記電子内視鏡に設けられ、処置具を挿通可能な処置具挿通チャンネルと、
を有し、
前記焦点距離可変手段は、前記対物光学系が、近点側で白黒ペアの帯のピッチが35μmの被写体をほぼ10%以上の前記コントラストIで捉えることができる被写界深度を有し、かつ遠点側で挿入部先端からの距離が50mmの位置に0.5mmピッチの白黒ペアの帯の被写体を撮像した際にほぼ10%以上の前記コントラストIで捉えることができる被写界深度を有しており、
前記処置具挿通チャンネルは、前記焦点距離可変手段によって近点側に設定された時に、所定距離突出された前記処置具の先端が前記対物光学系による前記所定の視野角内に入るように先端開口を設け、
前記35μmピッチの白黒ペアの帯の被写体を、前記コントラストIが10%以上となる解像力で識別可能となる条件のもとに、前記対物光学系の先端レンズ面の先端と前記35μmピッチの白黒ペアの帯の被写体との距離をdとし、
前記対物光学系の先端レンズ面での光線高Lh、前記処置具挿通チャンネルの前記先端開口の半径R、前記対物光学系の光軸と前記先端開口の中心との距離D、前記対物光学系による前記固体撮像素子に結像可能な画角θとした場合、
D≦d/tan(90°−θ/2)+Lh−R
を満たすことを特徴とする。
上記構成により、焦点距離可変な対物光学系を用いた場合において、近点側での被写体の詳細観察をしながら処置具での処置が可能となるようにしている。
The present invention also provides a channel through which the treatment tool is inserted, an objective optical system that connects an optical image of a subject, and a light receiving surface disposed at a position where the objective optical system forms an image, and the optical image formed on the light receiving surface. An electronic endoscope having a solid-state imaging device for photoelectrically converting an image in an insertion portion; an image processing device for converting an image signal from the solid-state imaging device into a video signal for display on a monitor;
In an electronic endoscope system equipped with
The luminance signal obtained when the white subject is imaged based on the luminance signal that is provided in the electronic endoscope and is generated from the video signal obtained when the white and black belt subjects having the same width are imaged. placing the maximum value Imax, Imin the minimum value of the luminance signal to the black object, the contrast I when defined as I = (Imax-Imin) / (Imax + Imin), a position spaced a predetermined distance from the tip of the interpolation join the club A focal length variable means for changing the focal length of the objective optical system in order to capture the subject at a near point side of the objective optical system with a predetermined contrast I or more,
A treatment instrument insertion channel provided in the electronic endoscope and capable of inserting a treatment instrument;
Have
The focal length varying means has a depth of field at which the objective optical system can capture an object having a black and white pair band pitch of 35 μm on the near point side with the contrast I of approximately 10% or more, and There is a depth of field that can be captured with the contrast I of approximately 10% or more when a subject in a black and white pair band of 0.5 mm pitch is imaged at a position where the distance from the distal end of the insertion portion is 50 mm on the far point side. And
The treatment instrument insertion channel has a distal end opening so that the distal end of the treatment instrument protruded by a predetermined distance falls within the predetermined viewing angle by the objective optical system when set to the near point side by the focal length changing means. Provided,
Under the condition that the subject of the band of the black and white pair with the 35 μm pitch can be identified with the resolving power that the contrast I is 10% or more, the black and white pair with the 35 μm pitch and the tip of the tip lens surface of the objective optical system Let d be the distance from the subject in
The ray height Lh at the distal lens surface of the objective optical system, the radius R of the distal opening of the treatment instrument insertion channel, the distance D between the optical axis of the objective optical system and the center of the distal opening, and the objective optical system When the angle of view θ that can be imaged on the solid-state imaging device,
D ≦ d / tan (90 ° −θ / 2) + Lh−R
It is characterized by satisfying .
With the above configuration, when an objective optical system with a variable focal length is used, treatment with a treatment instrument is possible while observing the subject in detail on the near point side.
本発明によれば、焦点距離可変な対物光学系を用いた場合において、近点側での被写体の詳細観察をしながら処置具での処置が可能な電子内視鏡及び電子内視鏡システムを実現できる。 According to the present invention, there is provided an electronic endoscope and an electronic endoscope system capable of performing treatment with a treatment tool while performing detailed observation of a subject on the near point side when an objective optical system having a variable focal length is used. realizable.
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1ないし図8は本発明の実施例1に係り、図1は本発明の実施例1を備えた電子内視鏡システムの概略の構成を示す構成図、図2は撮像ユニットの断面図、図3は撮像ユニットを近景側と遠景側に設定した状態を示す説明図、図4は本実施例の電子内視鏡の挿入部先端の先端面を正面から見た正面図、図5は図4におけるA−A線の概略断面図、図6はオートフォーカス動作のフローチャートを示し、図7は処置具チャンネルに処置具を挿入し、先端開口から処置具を突出させたときの断面図、図8は本実施例の近点側での作用の説明図を示す。
図1に示すように電子内視鏡システム1は、実施例1の電子内視鏡2と、この電子内視鏡2の照明光を供給する光源装置3と、電子内視鏡2に内蔵した撮像手段に対する信号処理を行う画像処理装置(信号処理装置)4と、画像処理装置4から出力される標準的な映像信号が入力されることにより、内視鏡画像を表示するハイビジョンTV(HDTVと略記)方式に対応したモニタ5とから構成される。
1 to 8 relate to a first embodiment of the present invention, FIG. 1 is a configuration diagram showing a schematic configuration of an electronic endoscope system including the first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a sectional view of an imaging unit, FIG. 3 is an explanatory view showing a state in which the imaging unit is set to the near view side and the far view side, FIG. 4 is a front view of the distal end surface of the insertion portion tip of the electronic endoscope of the present embodiment, and FIG. 6 is a schematic cross-sectional view taken along line AA in FIG. 4, FIG. 6 is a flowchart of the autofocus operation, and FIG. 7 is a cross-sectional view when the treatment instrument is inserted into the treatment instrument channel and the treatment instrument protrudes from the distal end opening. 8 is an explanatory view of the operation on the near point side of the present embodiment.
As shown in FIG. 1, the
本実施例の電子内視鏡2は、被検体に挿入される細長の挿入部7と、この挿入部7の後端に設けられ、術者等の操作者が把持して操作を行う操作部8と、この操作部8から延出されたケーブル部9とを有する。
挿入部7は、その先端に硬質の先端部11が設けられ、この先端部11には後述する撮像ユニットなどが設けられている。
挿入部7内には照明光を伝送するライトガイド14が挿通されており、このライトガイド14の後端側はケーブル部9を経てその端部に設けたライトガイドコネクタ15に至る。このライトガイドコネクタ15を光源装置3に接続することにより、光源装置3からライトガイド14の後端面には、照明光が供給される。
The electronic endoscope 2 according to the present embodiment includes an
The
A
光源装置3から供給された照明光は、ライトガイド14により伝送され、先端部11に固定された先端面からさらにこの先端面に対向して照明窓に取り付けた照明レンズ16a、16b(図4参照)を経て前方に出射され、体腔内の患部等の被写体を照明する。
先端部11には、照明窓に隣接して観察窓(撮像窓)が設けてあり、この撮像窓には、照明された被写体の光学像を結ぶ対物レンズ系(対物光学系)17と、この対物レンズ系17の結像位置にその受光面(光電変換面)が配置された固体撮像素子としての例えば電荷結像素子(CCDと略記)18とを備えた撮像ユニット19が配置されている。
撮像ユニット19には、信号ケーブル21の一端が接続され、挿入部7内に挿通された信号ケーブル21はさらにケーブル部9内を挿通されてその後端の信号コネクタ22にその他端が接続されている。
Illumination light supplied from the light source device 3 is transmitted by the
The
One end of a
この信号コネクタ22を、画像処理装置4に接続することにより、画像処理装置4のCCD駆動部23からのCCD駆動信号によりCCD18は駆動され、CCD18は光電変換した画像信号(撮像信号)を出力する。
この撮像信号は、画像処理装置4内で信号処理されて映像信号が生成され、モニタ5には、内視鏡画像が表示される。
また、挿入部7内には様々な処置具を挿通可能とするチャンネル25が設けてある。このチャンネル25は、先端部11において開口するチャンネル先端開口(先端開口或いは鉗子口ともいう)26と、操作部8の前端付近の処置具挿入口27と、先端開口26及び処置具挿入口27とを接続するチャンネルチューブ25aとからなる。
By connecting this
This imaging signal is signal-processed in the image processing device 4 to generate a video signal, and an endoscopic image is displayed on the monitor 5.
In addition, a
そして、この処置具挿入口27から処置具28を挿入することにより、この処置具28の先端側を先端開口26から突出させることができ、患部組織を採取したり、切除などの処置を行うことができるようにしている。
また、本実施例においては、患部組織等の検査対象或いは処置対象とする被写体と共に、先端開口26から突出される処置具28の先端側を撮像ユニット19の視野内に入れてこの突出する処置具28をモニタ5の表示面に表示し、処置等を円滑に行うことができるようにしている。
本実施例では、CCD18は、補色のモザイクカラーフィルタを備えたモザイクカラーフィルタ方式のCCDであり、画素ピッチは2.5μmであり、モニタ表示に有効な画素数は、130万画素のものを採用している。
Then, by inserting the
Further, in this embodiment, together with the subject to be inspected or treated such as the affected tissue, the distal end side of the
In this embodiment, the
上記撮像ユニット19は、最大画角が例えば120°〜140°程度の焦点位置を変化させた場合に画角が殆ど変化しない可変焦点光学系により構成される対物レンズ系17が用いられており、図2で説明するように接合レンズ17をアクチュエータ29により対物レンズ系17の光軸O上を前後に移動して、図3に示すように近景(近点側)から遠景(遠点側)までを高い解像力でCCD18に結像できるようにしている。
この対物レンズ系17は、光の回折限界を超えないようにFno(Fナンバ)が例えば10.0程度以下に設定されている。また、近景時の物体距離の時に最高の解像力が得られるように設定されている。
本実施例における撮像ユニット19の構成について、図2を用いて説明する。
The
The
The configuration of the
対物レンズ系17を構成する前段の複数のレンズ(光学素子を含む)17a、17b、17cは、適正な面間隔と各レンズの芯出しが行なわれてレンズ枠31に固定されている。
図2の場合には、レンズ17bと17cの間の面間隔はスペーサ32により設定されている。なお、対物レンズ系17を構成し、先端側から順次配置された第1、第2,第3レンズ17aは、それぞれ平凹レンズ、両凸レンズ、赤外カットフィルタである。
また、このレンズ枠31に嵌合するCCD枠33内には、接合レンズ17dが保持されたレンズ保持枠部34aが、対物レンズ系17の光軸O方向にスライド自在に設けてある。
また、このCCD枠33内には、レンズ保持枠部34aの後方側の位置には、平行平板レンズ17e及びCCDチップ18bとが固定されている。
A plurality of lenses (including optical elements) 17a, 17b, and 17c in the previous stage constituting the
In the case of FIG. 2, the spacing between the
In addition, a lens holding frame portion 34 a holding a cemented
In the
CCD18は、封止ガラス18aと、この封止ガラス18aで受光面(撮像面)が保護されたCCDチップ18bと、CCDチップ18bと接続されたCCD基板18cと、このCCD基板18cに実装されたCCD駆動用部品18dとで構成されている。
CCDチップ18bには、CCD基板18cがバンプ接続等により電気的に接続されている。また、CCD基板18c上にはカップリングコンデンサや、電流増幅用のトランジスタ等のCCD駆動用部品18dが半田付けされている。CCDチップ18bの受光面には、この受光面を保護するための封止ガラス18aが光学接着剤等にて接着固定されている。
レンズ枠31は、対物レンズ系17の光軸方向に平行移動可能なように、CCD枠33と嵌合しており、前記対物レンズ系17の光軸と、前記CCDチップ18bの受光面が垂直となるように、CCD枠33にCCDチップ18bが接着固定されている。
The
A
The
また、本実施例では、CCD枠33内に配置された例えば正のパワー(屈折力)を持つ接合レンズ17dは、CCD枠33の内周面に嵌合して移動自在となるレンズ保持枠部34aに保持されており、このレンズ保持枠部34aは、CCD枠33に設けた長溝33a内を貫通するアーム部34bを経てCCD枠33外部のアクチュエータ連結部34cと連結されている。
上記レンズ保持枠部34a、アーム部34b及びアクチュエータ連結部34cにより、接合レンズ17dを移動する移動レンズ枠34が形成されている。
また、アクチュエータ連結部34cを介して移動レンズ枠34と共に接合レンズ17dを移動するアクチュエータ29は、アクチュエータ連結部34cに連結されたアクチュエータ移動部29aと、このアクチュエータ移動部29aを、対物レンズ系17の光軸Oと平行な方向に移動するアクチュエータ本体29bとから構成されている。このアクチュエータ本体29bは、CCD枠33の外周側で固定されている。
Further, in this embodiment, a lens holding frame portion which is disposed in the
The lens holding frame portion 34a, the
An actuator 29 that moves the cemented
このアクチュエータ本体29bは、信号線35を介して画像処理装置4内に設けたアクチュエータ駆動部36(図1参照)と接続され、このアクチュエータ駆動部36からのアクチュエータ駆動信号によりアクチュエータ本体29bは動作する。
アクチュエータ本体29bは、このアクチュエータ駆動信号に応じてアクチュエータ移動部29aをアクチュエータ本体29b側となる後方側に移動させたり、アクチュエータ本体29bから離間する前方側に移動させたりすることができるようにしている。
このアクチュエータ駆動部36は、画像処理装置4内に設けられたオートフォーカス部37を構成するCPU37cからの制御信号に対応したアクチュエータ駆動信号を発生(出力)する。
The actuator
The actuator
The
図2に示す状態では、接合レンズ17dは可動範囲(移動範囲)の略中央付近に設定された状態であり、アクチュエータ駆動信号により最も前方側に移動された近景時の設定状態の場合には、図3の2点鎖線で示す位置に設定され、この状態では近点側にフォーカスした近景を被写界深度5.2mm〜10mmの範囲で、高い解像度でCCDチップ18bに結像する状態となる。
また、アクチュエータ駆動信号により最も後方側に移動された場合には、接合レンズ17dは図3の実線で示す最も後方側の位置に設定され、この状態は遠点側となる遠景時の設定状態となる。この遠景時の設定状態では、遠景にフォーカスし、遠景を所定の解像度及び被写界深度が10mm〜100mmの大きな状態でCCDチップ18bに結像する状態となる。
このように接合レンズ17dは、近景の位置から遠景の位置までを可動範囲として、その可動範囲内の任意の位置に移動設定できるようにしている。なお、図3は動作説明の図であるので、一部の構成要素のみに符号を付けて示している。
In the state shown in FIG. 2, the cemented
Further, when the lens is moved to the rearmost side by the actuator drive signal, the cemented
In this way, the cemented
図2に示すようにCCD基板18cには信号ケーブル21の信号線を半田付けするためのランド(図示せず)が設けられており、信号ケーブル21の信号線が半田付けされている。CCD枠33からCCDチップ18bを経て、信号ケーブル21のCCD基板18cとの接続部にかけて、機械的に保護するCCD保護枠38が配置されている。
このCCD保護枠38には、CCDチップ18bの背面部付近となる位置に、切り欠き部が設けられており、この切り欠き部から挿入するように熱伝導性の良い、例えばアルミニウム合金や、銅合金で形成された放熱部材39が配置されている。この放熱部材39には、熱伝導性の良い金属を導体とした、放熱用ケーブル40が半田付けや接着剤等で機械的に接続されている。
CCD保護枠38内部には、封止樹脂41が充填され、熱収縮性のあるチューブ42にてCCDチップ18b周辺は封止される。放熱用ケーブル40は、熱容量の大きい部材、例えば挿入部7の先端部11に半田付けされている。
As shown in FIG. 2, the
The CCD
The inside of the CCD
信号ケーブル21は、複数の同軸線と複数の単線とをより合わせた上に、フッ素樹脂製のテープを巻き、その上に、一括シールドとして銅線が巻きつけられ、さらにその上にフッ素樹脂製のテープが巻かれて、その上にテフロン(登録商標)系のシースで覆われている。
挿入部7の先端部11は、図4に示されるように、先端の第1レンズ17aの外径が例えばφ2.8mmである対物レンズ系17を含む撮像ユニット19と、チャンネル先端開口26と、対物レンズ系17の外表面に送水、送気して付着した汚物を除去する送気送水ノズル43と、光源装置3に接続されたライトガイド14により伝送(導光)された光により被写体を照明するための照明レンズ16a、16bとが配設されている。
撮像ユニット19は、被写体を撮像し、モニタ5に表示したときのモニタ5上の上下方向が、図4に示す挿入部7の先端部11の上下方向と一致するように、先端部11に取り付けられている。また、本実施例におけるチャンネルチューブ25aは、例えばテフロン(登録商標)製の内径2.8mmのチューブを用いている。
The
As shown in FIG. 4, the
The
図5に示すように、対物レンズ系17の光軸Oと、(チャンネルチューブ25aの先端が接続された)先端開口26は、平行に配置されており、本実施例においては、対物レンズ系17の中心(光軸O)と先端開口26の中心軸の距離Dは、例えば6mmに設定されている。この先端開口26の半径Rの2倍が、チャンネルチューブ25aの内径と同じ2.8mmである。
図1に示すように光源装置3は、ランプ45を有し、このランプ45の照明光は、絞り駆動部46により駆動される絞り47の開口により透過光量が調整された後、集光レンズ48を経てライトガイドコネクタ15におけるライトガイド14の入射端面に入射される。そして、上述のようにライトガイド14の先端からさらに照明レンズ16a、16bを経て被写体側に照明光が出射される。
As shown in FIG. 5, the optical axis O of the
As shown in FIG. 1, the light source device 3 includes a
なお、ライトガイド14は、挿入部7内において、2本に分岐され、図4に示すように先端部11では2箇所に配置された照明レンズ16a、16bから照明光がそれぞれ出射される。
図1に示すように画像処理装置4には、CCD18からの画像信号が入力されるCDS回路49を有し、このCDS回路49により信号成分が抽出された後、A/D変換器50によりデジタル信号に変換される。
このA/D変換器50により変換されたデジタルの画像信号は、輝度信号と色信号からなる映像信号を生成する信号変換部51に入力される。この信号変換部51により、生成された映像信号は、γ補正等、様々の画像処理を行う画像処理部52に入力される。この画像処理部52の出力信号は、D/A変換器53に入力され、アナログのHDTV方式に対応した映像信号に変換された後、モニタ5に出力される。
The
As shown in FIG. 1, the image processing apparatus 4 includes a
The digital image signal converted by the A /
また、信号変換部51からの輝度信号は、自動調光信号を生成する自動調光部54に入力され、この自動調光部54により自動調光信号が生成される。この自動調光部54は、処置具を検出する処置具検出部54aと、この処置具検出部54aから入力される輝度信号の平均レベルを検出する輝度検出部54bと、検出された輝度信号の平均レベルを基準となる基準値とを比較して基準値からの差信号を自動調光信号として出力する調光信号生成部54cとからなる。
処置具検出部54aは、例えば処置具の反射光量や色によって、処置具が撮像ユニット19の視野内に入ったこと(換言するとCCD18の受光面上に処置具の画像が結像されること)を検出する。
また、輝度検出部54bは、処置具検出部54aにて処置具を検出した場合には、処置具の像が結像される領域付近におけるピーク輝度(光量)や、この領域付近での平均輝度(光量)を検出する。
Further, the luminance signal from the
The treatment instrument detection unit 54a detects that the treatment instrument has entered the field of view of the
In addition, when the treatment instrument detection unit 54a detects the treatment instrument, the
また、この輝度検出部54bは、処置具検出部54aにて処置具が検出されない場合には、画面全体でのピーク輝度や平均輝度を検出する。
また調光信号生成部54cは、輝度検出部54bからのピーク輝度や平均輝度の信号により適正な明るさの信号が得られるように光源装置3の照明光量を調整する自動調光信号を生成し、光源装置3の絞り駆動部46に出力する。
自動調光部54の自動調光信号は、光源装置3の絞り駆動部46に入力され、自動調光信号に応じて絞り駆動部46は絞り47の開口量を自動調整して、調光信号生成部54cの基準値に相当する観察に適した明るさの画像が得られるように制御する。
また、信号検出部51の輝度信号は、オートフォーカス部37を構成する明るさ検出部37aに入力され、明るさ検出部37aにより画像の明るさが検出される。
In addition, when the treatment instrument detection unit 54a does not detect a treatment instrument, the
In addition, the dimming
The automatic light control signal of the automatic
Further, the luminance signal of the
また、画像処理部52の出力信号は、オートフォーカス部37を構成するコントラスト検出部37bに入力され、コントラスト検出部37bにより出力信号のコントラストが検出される。
明るさ検出部37aにより検出された明るさ情報と、コントラスト検出部37bにより検出されたコントラスト情報は、CPU37cに入力され、このCPU37cは、明るさ情報及びコントラスト情報により、例えば山登り方式のオートフォーカス制御を行う。
The output signal of the
The brightness information detected by the brightness detection unit 37a and the contrast information detected by the
本実施例の電子内視鏡2は、対物レンズ系17における一部の接合レンズ17dを光軸O方向に移動自在に配置して、近景時の位置から遠景時の位置までの範囲を連続的に移動可能にして、その移動に応じて画角が殆ど変化せずに焦点距離が変化する可変焦点光学系を採用している。
In the electronic endoscope 2 of the present embodiment, a part of the cemented
そして、この接合レンズ17dをオートフォーカス部37によりフォーカス制御し、常時、近景から遠景までの範囲でフォーカス状態に設定して高い解像度及び所定の被写界深度を保持した状態で撮像できるようにしている。
また、本実施例では、以下に説明するように、近景に設定した場合においても、広い視野角(画角)を確保し、処置具を使用した場合にもチャンネル25の先端開口26から突出された処置具の先端側を視野内に入れて詳細な処置を行い易い構成にしている。
Then, the cemented
Further, in this embodiment, as described below, even when set to a close-up view, a wide viewing angle (viewing angle) is ensured, and even when a treatment tool is used, the
具体的には、本実施例では、チャンネル25内に挿通した処置具28の先端側を先端開口26から突出した場合、例えば35μmピッチの白黒を識別可能とする高い解像力(解像度)が得られる近景側の物体距離(被写体距離)において、処置具28の先端側が撮像ユニット19の視野内に入る、換言するとCCD18の受光面に処置具28の先端側の像が結像されるようにしている。
このような構成による本実施例の作用を以下に説明する。
図1に示すように電子内視鏡2のライトガイドコネクタ15を光源装置3に接続し、また信号コネクタ22を画像処理装置4に接続する。また、この画像処理装置4の映像出力端にモニタ5のケーブルを接続して、内視鏡検査を行える状態にする。
Specifically, in this embodiment, when the distal end side of the
The operation of the present embodiment having such a configuration will be described below.
As shown in FIG. 1, the
そして、図示しない電源スイッチをONにして、光源装置3からの照明光をライトガイド14に供給し、ライトガイド14を介して照明光を照明レンズ16a、16bから出射し、撮像ユニット19により撮像する被写体を照明できる状態にする。また、撮像ユニット19のCCD18により撮像した画像が、画像処理装置4を介してモニタ5に表示される状態になる。
次に、電子内視鏡2の挿入部7を患者の体腔内に挿入し、挿入部7の先端部11を体腔内における患部等の内視鏡検査を行おうとする部位の被写体を観察できる状態にする。 この場合、先端部11に設けた撮像ユニット19における対物レンズ系17は、被写体をCCD18の受光面上に結像する。CCD18の受光面上に結像された像は、光電変換されて画像信号に変換される。
Then, a power switch (not shown) is turned on to supply illumination light from the light source device 3 to the
Next, the
この画像信号は、信号ケーブル21、信号コネクタ22を介して、画像処理装置4のCDS回路49に入力される。この画像信号には、信号成分以外のリセットノイズ等を含む波形であり、CDS回路49により、信号成分が抽出されたベースバンドの信号になる。 このCDS回路49の出力信号は、A/D変換器50に入力され、A/D変換器50は、アナログ信号である画像信号をデジタル信号に変換する。デジタル信号に変換された画像信号は、信号変換部51により映像信号に変換される。
この場合、本実施例ではCCD18として補色のモザイクカラーフィルタを採用しているので、この信号変換部51は、例えば隣接する4種類のカラーフィルタの画素の信号出力から平均をとった輝度信号や、各色の画素信号出力の差分により得られる色差信号といった映像信号に変換される。
This image signal is input to the
In this case, since a complementary color mosaic color filter is employed as the
この映像信号は、画像処理部52によりモニタ表示に適切なコントラスト調整や色調整、表示サイズ調整等が行なわれる。
その後、D/A変換器53によりモニタ5に表示可能なアナログのHDTV方式に対応した映像信号に変換される。モニタ5は、入力されるHDTV方式の映像信号に対応したCCD18による撮像された被写体の画像をモニタ画面5aに表示する。
まず、自動調光の機能について説明する。
自動調光部54は、処置具28が撮像ユニット19の視野内に入っていない場合は、輝度検出部54bにより、画面全体の明るさ(具体的にはピーク輝度或いは平均輝度)を検知し、調光信号生成部54cに出力する。この調光信号生成部54cは、画面が暗いときは光源装置3に増光するように制御信号、具体的には自動調光信号を出力する。また、画面が明るすぎる場合は減光するように光源装置3を制御する制御信号としての自動調光信号を出力する。
The video signal is subjected to contrast adjustment, color adjustment, display size adjustment, and the like appropriate for monitor display by the
Thereafter, the D /
First, the automatic light control function will be described.
When the
この自動調光信号により、光源装置3内の絞り駆動部46は、絞り47を駆動し、ランプ45から絞り47を経てライトガイド14の後端に入射される照明光量を適正な光量となるように調整する。
次に撮像ユニット19による内視鏡検査により、患部等の被写体に対して治療のための組織採取や病変部の切除するために処置具28が使用された場合における自動調光の作用について説明する。
処置具28をチャンネル25に挿入して処置具28を挿入部7の先端部11の先端開口26を経てその先端面から突出させることにより、撮像ユニット19の視野内に処置具が入ることになる。
この場合は、例えば処置具28の色や、処置具28の反射光等から、処置具検出部54aは処置具28が視野内に入ったことを検知し、前記処置具28を中心とした一定の領域のピーク輝度や平均輝度による明るさを検知する。前記処置具28付近の明るさが明るすぎる場合は光源装置3を減光し、暗すぎる場合は光源装置3を増光するよう、調光信号生成部54cは制御信号としての自動調光信号を出力する。
With this automatic dimming signal, the
Next, the function of automatic light control when the
By inserting the
In this case, for example, from the color of the
そして、自動調光信号により、光源装置3内の絞り駆動部46は、絞り47を駆動し、ランプ45から絞り47を経てライトガイド14の後端に入射される照明光量を調整する。この自動調光信号により、処置具28が撮像ユニット19における視野内に入る領域付近の明るさを観察に適した明るさとなるように自動調光できる。
次に、撮像ユニット19に配置した放熱部材39、並びに放熱用ケーブル40の作用について説明する。
CCD18を駆動すると、CCDチップ18bや、電流アンプ等のCCD駆動用部品18dが発熱する。一般に、画素数が多くなるほど駆動周波数が高くなり、消費電力も増えCCDは発熱する。放熱部材39は、CCDチップ18b及びCCD基板18cに隣接して配置されているため、CCDチップ18bの熱は、放熱部材39に伝導し、その後放熱用ケーブル40に伝導する。
Then, the
Next, the operation of the
When the
さらに放熱用ケーブル40が接続されている挿入部7の先端部材に熱が伝わり、CCDチップ18bで発生する熱は放熱され、CCDチップ18bの極度の発熱を防ぐことができる。
また、信号ケーブル21は、一括シールドとシースの間にテープが巻かれているため、例えば信号ケーブル21に捻れの機械的ストレスがかかった際に、シースの捻れと一括シールドとのねじれ方の違いによる一括シールドとシース間での摩擦や、シースによる一括シールドへの引張り力が、一括シールドとシース間のテープにより緩和されるために、捻れ耐性がアップするといった効果がある。
また、本実施例においては、オートフォーカス部37により、対物レンズ系17を構成する接合レンズ17dは、常時CCD18の受光面に被写体像がフォーカス状態で結像されるように制御する。
Further, heat is transmitted to the distal end member of the
Further, since the
Further, in the present embodiment, the cemented
この場合、オートフォーカス部37の明るさ検出部37aは、信号処理部51からの輝度信号から各フレームの平均の明るさを検出して、CPU37cに出力する。また、コントラスト検出部37bは、画像処理部52の出力信号における高域側の輝度信号から各フレームにおけるコントラストを検出し、CPU37cに出力する。
CPU37cは、明るさ検出部37aにより検出された明るさが所定値以上か否かを判定し、所定値を超える状態の場合には、コントラスト検出部37bから検出される高域側の輝度信号によるコントラスト情報により、山登り方式でフォーカス状態を検出し、接合レンズ17dをフォーカス状態の位置に設定する。
図6は山登り方式のオートフォーカス(図6ではAFと略記)する処理内容を示す。
In this case, the brightness detection unit 37a of the
The
FIG. 6 shows the processing contents for the hill-climbing autofocus (abbreviated as AF in FIG. 6).
まず、最初のステップS1においてCPU37cは、レンズ移動方向の判断を行う。図2や図3に示すように、この山登り方式のオートフォーカスを行う際のスタートのレンズ位置でどちらの方向が山登り方向(コントラストが大きくなる方向)になるかの判断処理を行う。
具体的には、CPU37cは、アクチュエータ駆動部36を制御し、アクチュエータ29を介して接合レンズ17dを一方に移動し、その際に移動前後においてコントラスト検出部37bから出力さえるコントラスト情報が大きくなるかの判断を行う。そして、CPU37cは、コントラストが大きくなる方向がレンズ移動方向と判定し、その方向に接合レンズ17dを移動させる。
First, in the first step S1, the
Specifically, the
そして、次のステップS2においてCPU37cは、コントラストが大きくなる方向に接合レンズ17dを移動した場合におけるコントラストのピーク値を検出する。コントラストが大きくなる山上り方向に移動し、フォーカス位置(合焦位置)を過ぎると、ピーク値より小さくなる。
このため、ピーク値を僅かに過ぎた位置まで接合レンズ17dを移動することにより、ピーク値を検出することができる。
次のステップS3においてCPU37cは、ピーク値に対応する位置まで接合レンズ17dを戻すようにアクチュエータ駆動部36を制御する。このようにして接合レンズ17dをフォーカス位置に設定することができる。
In the next step S2, the
Therefore, the peak value can be detected by moving the cemented
In the next step S3, the
そして、ステップS1に戻り、ステップS1〜S3の処理を繰り返す。このようにして、常時フォーカス状態に保持でき、被写体までの距離が変化した場合にも、その被写体を所定の被写界深度を保持して高い解像度でCCD18に結像する。そして、モニタ5には、そのCCD18に結像された状態の被写体の画像、つまり所定の被写界深度を保持した状態の高い解像度の画像が表示される。
次に、チャンネル25に処置具を挿入して処置する場合について説明する。操作者は、操作部8付近に設けられた処置具挿入口27に、使用する処置具を挿入する。処置具挿入口27から挿入された処置具は、挿入部7内のチャンネルチューブ25aのチャンネル25内を通り、挿入部7の先端部11側に誘導される。操作者が更にその処置具28を深部側に挿入すると、先端部11のチャンネル先端開口26より処置具28の先端が突出する。
And it returns to step S1 and repeats the process of step S1-S3. In this way, the focus state can always be maintained, and even when the distance to the subject changes, the subject is imaged on the
Next, a case where a treatment tool is inserted into the
突出した処置具28が撮像ユニット19によって撮像されるために必要な条件は、挿入部7の先端部11の先端面からの処置具28の最小の突出量Hminとして、図7に示すように、処置具28が最も撮像ユニット19側にシフトしている場合、撮像ユニット19の先端レンズ面での光線高Lh=1.2mm、先端開口26の半径R=1.4mm、撮像ユニット19の画角θを例えばθ=138°とし、撮像ユニット19の光軸Oと先端開口26の中心との距離D=6mmとから、以下の式1に示すように導出される。
Hmin=(D−Lh−R)×tan(90°−θ/2)= 1.38mm (式1)
一方、処置具28が最も撮像ユニット19より離れた方向に位置した場合に、処置具28が突出されて、処置具28の先端全体が撮像ユニット19によって撮像されるために必要な条件は、挿入部7の先端部11の先端面からの処置具28の突出量Hallとして、式2に示すように導出される。
As shown in FIG. 7, the necessary condition for the protruding
Hmin = (D−Lh−R) × tan (90 ° −θ / 2) = 1.38 mm (Formula 1)
On the other hand, when the
Hall=(D−Lh+R)×tan(90°−θ/2)= 2.45mm (式2)
式1,式2に示されるように、処置具28は、先端部11の先端面からの突出量が1.38mm以上から撮像ユニット19の視野内に入り始め、2.45mm突出された時に、処置具28の先端のほぼ全体が視野内に入る。
以上により、本実施例における撮像ユニット19の近点側に設定された状態では、被写界深度は5.2mm〜10mmとなり、処置具28の先端側は、確実に撮像ユニット19の視野内に入り、モニタ5上でも視認可能となる。
次に、図8を参照して撮像ユニット19により、近点側に設定した状態で、白黒ペアの帯が35μmピッチの被写体等を撮像したときの作用について説明する。
Hall = (D−Lh + R) × tan (90 ° −θ / 2) = 2.45 mm (Formula 2)
As shown in
As described above, in the state set on the near point side of the
Next, with reference to FIG. 8, the operation when the
図8は本実施例の電子内視鏡2の挿入部7を体腔内に挿入し、先端部11に設けた撮像ユニット19により、体腔内の処置対象部位側を撮像すると共に、処置具28を先端開口26から突出させて処置を行う場合の概略図を示す。
この場合、処置がし易い条件としては、処置対象とする患部等に対しては、詳細に観察できることが望まれると共に、先端開口26から突出される処置具28の先端側も詳細に観察できることが望まれる。
本実施例においては、以下のようにしてこれらを満たすようにしている。まず、説明をより明確にするために以下のように輝度コントラストG(MTF)を定義する。
In FIG. 8, the
In this case, as conditions for easy treatment, it is desirable that the affected part to be treated can be observed in detail, and the distal end side of the
In the present embodiment, these are satisfied as follows. First, in order to clarify the description, the luminance contrast G (MTF) is defined as follows.
同じ幅の白と黒の帯(ストライブ)の被写体を対物レンズ系17により、CCD18受光面上に結像させた際に、前記白の被写体による輝度の最大値をGmax、前記黒の被写体による輝度の最小値をGminとし、輝度コントラストG=(Gmax−Gmin)/(Gmax+Gmin)と定義する。
このように輝度コントラストGを定義した場合、前記のように構成された撮像ユニット19では、近点に設定された状態において、物体距離5.2mmから6.8mmの時に、白黒ペアの帯60のピッチが35μmの被写体を撮像した際、CCD受光面上に結像された白の帯と黒の帯の輝度コントラストGは、10%以上となる。
上記対物レンズ系17によってCCD18の受光面上に結像したピッチ35μmの白黒ペアの帯の被写体の像は、白帯が結像された画素から出力される画像信号と、黒帯が結像された画素から出力される画像信号の差は、略10%以上となる。
When an object of white and black stripes having the same width is imaged on the light receiving surface of the
When the luminance contrast G is defined in this way, the
The image of the subject in a black and white pair band with a pitch of 35 μm formed on the light receiving surface of the
前記画像信号は、CDS回路49、A/D変換器50、信号変換部51を介して、画像処理部52に入力され、例えば、モニタ5に適したガンマ処理やノイズを除去するローパスフィルタ処理等が施される。
そして、前記白の被写体により得られた輝度信号の最大値をImax、前記黒の被写体により得られた輝度信号の最小値をIminとし、コントラストIをI=(Imax−Imin)/(Imax+Imin)と定義した場合、(上記白黒ペアの帯のピッチが35μmの被写体を撮像した際には)コントラストIが10%以上になるように出力される。以上により、撮像ユニット19で撮像された35μmピッチの白黒ペアの帯は、モニタ5上で白黒ペアの帯として視認可能となる。このようにコントラストIが10%以上になると識別し易い状態で観察できることになる。
The image signal is input to the
The maximum value of the luminance signal obtained from the white subject is Imax, the minimum value of the luminance signal obtained from the black subject is Imin, and the contrast I is I = (Imax−Imin) / (Imax + Imin). When defined, the output is performed so that the contrast I becomes 10% or more (when an object having a pitch of 35 μm in the black and white pair is imaged). As described above, the black and white pair band of 35 μm pitch imaged by the
図8においては、近点側に設定した状態で物体距離6.8mmをdとして、その位置に35μmピッチの白黒ペアの帯(ストライプ)60を配置した場合には、CCD18により光電変換され、例えば信号変換部51から出力される映像信号を形成する輝度信号におけるコントラストIが上記のように10%以上になることにより、35μmピッチの白黒ペアの帯60をモニタ5上で視認できることになる。
図8においても、チャンネルの先端開口26から処置具28を突出した様子を示し、撮像ユニット19の視野内に処置具28の先端が入った後、さらに前方に突出させることにより処置具28の先端は、35μmピッチの白黒ペアの帯60を視認できる物体距離dの状態になる。この状態では、物体距離dは、式2のHallより大きいので、式2から
d≧(D−Lh+R)×tan(90°−θ/2) (式5) の条件を満たす状態となる。なお、式5は書き換えると、
D≦d/tan(90°−θ/2)+Lh−R
となる。
In FIG. 8, when an object distance of 6.8 mm is set to d in the state set to the near point side, and a black and white pair band (stripes) 60 having a pitch of 35 μm is arranged at that position, photoelectric conversion is performed by the
FIG. 8 also shows a state in which the
D ≦ d / tan (90 ° −θ / 2) + Lh−R
It becomes.
このため、本実施例によれば、焦点距離を可変の光学系を用いた場合において、処置具28により処置を行おうとする患部等の被写体を高詳細に観察できると共に、その付近に突出された処置具28の先端の状態も高詳細に観察でき、処置がし易い。またこの状態においても、所定の被写界深度を有しているので、処置しようとする部位の周囲の広範囲の状態の把握もでき、処置を円滑に行うことができる。
本実施例は以下の効果を有する。
本実施例では、撮像ユニット19を構成する対物レンズ系17として焦点位置を可変させたとき画角が殆ど変化しない可変焦点光学系を採用しているために、単焦点光学系の場合と比較して近景側から遠景側まで高い解像度の内視鏡画像を得ることができる。
For this reason, according to the present embodiment, when an optical system having a variable focal length is used, a subject such as an affected part to be treated can be observed in high detail by the
This embodiment has the following effects.
In this embodiment, a variable focus optical system in which the angle of view hardly changes when the focal position is varied is used as the
また、前記撮像ユニット19により撮像された35μmピッチの白黒ペアの帯がモニタ5上で視認できる距離において、チャンネル25の先端開口26から突出される処置具28の先端側が、モニタ5上で視認可能であるため、従来のズーム光学系を用いた内視鏡では拡大観察時の画角が狭くなることによる操作性を改善できる。例えば、本実施例によれば、大腸のピットパターンといったような被写体の詳細な観察を行ないながら、処置具28による処置を行なうことが簡単に可能になるという効果が得られる。
また、近点側に設定した状態では35μmピッチの白黒ペアの帯がモニタ上で視認可能な距離が5.2mmから6.8mmであるため、本実施例においては、その距離よりもかなり手前の物体距離において、処置具28の先端側を視野内に入れることができ、さらに前方側に突出させることにより最高解像力が得られる距離に達する状態になる。
Further, the distal end side of the
Further, in the state set to the near point side, the distance that the band of the black and white pair with a pitch of 35 μm is visible on the monitor is 5.2 mm to 6.8 mm. At the object distance, the distal end side of the
従って、本実施例では、近点側に設定した状態の被写界深度内での距離においては、処置具28の先端側を視野内に十分に入れることができ、処置具28の操作が比較的容易になるといった効果も得られる。
さらに、遠景側に設定した場合においても、所定の解像度を保持し、近景時よりも被写界深度が大きい状態で被写体像を得ることができる。
Therefore, in the present embodiment, the distal end side of the
Furthermore, even when set to the far side, it is possible to obtain a subject image with a predetermined resolution and a greater depth of field than in the near side.
また、対物レンズ系17を構成する可変焦点光学系がフォーカス状態となるようにオートフォーカス制御を行っているので、操作者は、煩雑な操作を必要とせずに遠景から近景まで、高い解像度の内視鏡画像の観察が可能となる。
さらに、処置具28が挿入されてその先端がモニタ5に表示される状態になると、処置具28付近の明るさが最適となるように光源装置3による照明光量を制御する為、処置がしやすくなる。
なお、本実施例では、CCD18の画素ピッチを2.5μm、有効画素数を130万画素とし、撮像ユニット19の最大画角を138°、近点側の被写界深度を5.2mmから10mmとし、撮像ユニット19の光軸Oと先端開口26中心との距離を6mmとしたが、これに限ったものではない。
In addition, since the autofocus control is performed so that the variable focus optical system constituting the
Further, when the
In this embodiment, the pixel pitch of the
例えば、白黒ペアの帯60のピッチが35μmの被写体を撮像したときに、前記白の被写体を撮像した画素から得られる出力信号と、前記黒の被写体を撮像した画素から得られる出力信号の差が10%以上となるように、画素ピッチ、有効画素数、最大画角、近点側の被写界深度等を変更し、かつ、前記35μmの被写体を撮像したときに出力信号の差が10%以上となる物体距離において、処置具が観察可能となるように、最大画角、及び撮像ユニット19の光軸Oと先端開口26中心との距離を変更しても、ほぼ同様の効果が得られる。
For example, when a subject with a black and
また、上述の説明ではCCD18の有効画素数は、130万画素としたが、モザイクカラーフィルタ方式の場合には、150万画素程度でも同様の効果が得られ、この場合には最高の解像力が得られる距離をさらに大きくすることができるという効果が得られる。 また、本実施例では、補色のモザイクフィルタ方式のカラーCCDを用いて説明したが、これに限ったものではなく、電子内視鏡では、照明光として切替式等の三原色の光を用い、順次照射した三原色の光と同期してモノクロ(白黒)のCCDにて被写体像を取り込んで画像処理装置にてカラー化する方式が用いられる場合があるが、この方式においても上記条件を満たすことで、同様の効果を得ることができる。
In the above description, the effective number of pixels of the
この方式の場合、有効画素数65万画素程度のCCD出力信号としてR信号、G信号、B信号を得ることができ、輝度信号を生成せずにモニタ5に出力することも可能であるが、この場合には、最も輝度の高いG信号を輝度信号とみなせば良い。
画角は、周囲の観察性を考慮した一般的な内視鏡で用いられる100°以上の画角が好ましく、画角がより広い方が、処置具検出距離が短くなるといった効果がある。
また、本実施例の画像処理装置4及び、モニタ5は、HDTV方式の映像信号に対応したもので説明したが、これに限ったものではなく、例えばSVGAやXGAといった高解像のモニタに対応した表示方式を用いても良い。
In the case of this method, an R signal, a G signal, and a B signal can be obtained as a CCD output signal having about 650,000 effective pixels, and a luminance signal can be output to the monitor 5 without being generated. In this case, the G signal with the highest luminance may be regarded as the luminance signal.
The angle of view is preferably an angle of view of 100 ° or more that is used in a general endoscope in consideration of surrounding observability, and a wider angle of view has an effect that the treatment instrument detection distance is shortened.
Further, the image processing apparatus 4 and the monitor 5 of the present embodiment have been described as being compatible with HDTV video signals, but are not limited thereto, and are compatible with high resolution monitors such as SVGA and XGA. The display method described above may be used.
さらに、本実施例の撮像ユニット19では、CCD18の熱を放熱する手段として放熱部材39と放熱用ケーブル40により挿入部7の先端部材への放熱を開示しているが、放熱部材39に放熱用ケーブル40を設けず、放熱部材に対向する部分に挿入部7の先端部材の熱伝導性の良い部分を近接させ、熱伝導性の良い封止樹脂等を介して、放熱する構造でも良い。
また、放熱用ケーブル40として、信号ケーブル21の一部を用いても良い。例えば信号ケーブル21内に、駆動に使用しないダミーケーブルを設けても良いし、信号ケーブル21の電磁遮蔽を目的とした外部シールドを用いても良い。また、放熱部材35を設けずに、放熱用ケーブル40の導体部分をCCDチップ18b付近に導電性の良い封止樹脂にて固定することでも、同様の放熱効果が得られる。
また、CCDチップ18b内部の出力段を、外部アンプとしてCCD基板18c上に配置し、CCDチップ18bの消費電力を、外部基板上の部品に配分することにより、CCDチップ18bの発熱を押さえることも有効である。
Furthermore, in the
Further, a part of the
In addition, an output stage inside the
次に本発明の実施例2を図9ないし図11を参照して説明する。図9は、実施例2を備えた電子内視鏡システム1Bの全体構成を示す。この電子内視鏡システム1Bは、図1の電子内視鏡2の一部が異なる電子内視鏡2Bと、実施例1におけるビデオプロセッサ4におけるオートフォーカス部37の代わりに、2段階(オート)フォーカス制御機能71aを持つCPU71を備えたビデオプロセッサ4Bを有する。なお、光源部3及びモニタ5は、実施例1と同じ構成である。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 9 shows an overall configuration of an electronic endoscope system 1B including the second embodiment. This electronic endoscope system 1B has two stages (automatic) instead of the
本実施例の電子内視鏡2Bは、基本的な構成は、実施例1と同じであり、CCDの有効画素数及び対物レンズ系の一部の構成が異なると共に、撮像ユニットと処置具チャンネルの位置関係が異なる。以下、相違点に重点をおいて説明する。
The basic configuration of the
図10は、本実施例の電子内視鏡2Bにおける挿入部7の先端部11の先端面を正面から見た正面図、図11は図10におけるB−B線断面図、図12は処置具28を先端部11から突出させたときのモニタ表示映像を示す。
本実施例における電子内視鏡2Bの先端部11には、図10或いは図11に示す対物レンズ系72及びCCD73を備えた撮像ユニット19Bが採用されている。
このCCD73は、画素ピッチ2.8μmでモニタ表示に有効な画素数は80万画素のものが採用されている。
また、撮像ユニット19Bは、例えば近点側(近景)に設定した状態においては、最大画角160°となる変倍光学系の対物レンズ系72を有し、この対物レンズ系72の最先端の第1レンズ72aとしてメニスカス形状をしたものが配置されている。
10 is a front view of the distal end surface of the
An
This
Further, the
挿入部7の先端部11は、図10に示すように、第1レンズ72aの外径がφ2.8mmで、形状がメニスカスである対物レンズ系72を含む撮像ユニット19Bと、チャンネル先端開口26Bと、対物レンズ系72先端表面に送水、送気して付着した汚物を除去する送気送水ノズル43と、光源装置3に接続された図示しないライトガイドを通過した光により被写体を照明するための照明レンズ16a、16bが配設されている。
撮像ユニット19Bは、被写体を撮像し、モニタ5に表示したときのモニタ5上の上下方向が、図10に示す挿入部先端の上下方向と一致するように、挿入部先端に取り付けられている。
内径φ2.8mmの処置具チャンネル25は、撮像ユニット19Bに対し、水平方向から若干ずれた左斜め下方向に配置されており、図10に示すように、先端部11の上下方向をY軸、左右方向をX軸とすると、処置具チャンネル25の中心軸と、撮像ユニット19Bの光軸Oを結ぶ直線は、前記X軸に対しαの角度を成している。
As shown in FIG. 10, the
The
The
図11に示すように、対物レンズ系72の光軸Oと、先端開口26Bは平行に配置されており、本実施例においては、対物レンズ系72の中心(光軸O)と先端開口26Bの中心軸の距離Dは、6mmとしている。
本実施例においても、図11に示す第1レンズ72a、第2レンズ72b及び第3レンズ72cは第1レンズ枠31に取り付けられており、この第1レンズ枠31に嵌合するCCD枠33内に実施例1と同様に接合レンズ17dがレンズ保持枠により移動自在に配置され、接合レンズ17dは、アクチュエータ29を介して光軸O方向に移動される。
また、ビデオプロセッサ4Bに設けたCPU71は、基本的には実施例1における連続的にオートフォーカス制御を行う代わりに、接合レンズ17dを近景位置と遠景位置との2つの位置の間で、よりフォーカスに近い状態となるようにフォーカス制御を行う。つまり2段階(オート切替による擬似)フォーカス制御を行う。
As shown in FIG. 11, the optical axis O of the
Also in this embodiment, the first lens 72 a, the second lens 72 b and the
In addition, the
この場合、CPU71は、ビデオプロセッサ4Bに接続される電子内視鏡2BのID情報をスコープIDメモリ74から読み込み、この電子内視鏡2Bの撮像ユニット19Bの光学特性情報をRAM71cに格納する。この光学特性情報は、接合レンズ17dを近景時の位置に設定した場合と、遠景時の位置に設定した場合における物体距離が変化した場合の代表的なコントラストの変化の特性、或いは解像度に関する情報である。
そして、CPU71は、2段階のフォーカス制御を行う場合、接合レンズ17dが実際に設定されている一方の位置に設定された状態におけるコントラスト情報の変化の時間的変化を調べ、RAM71cに格納された光学特性情報を参照することにより、その変化が他方の位置に切り替えた方がより大きなコントラスト値が得られる、つまりよりフォーカス状態に近いか否かの判断を行う。
In this case, the
Then, when performing the two-stage focus control, the
そして、CPU71は、他方の位置に切り替えた方がより大きなコントラスト値が得られると判断した場合には、アクチュエータ駆動部36を制御して、接合レンズ17dを他方の位置に設定する。
また、CPU71は、接合レンズ17dを他方の位置に設定した場合にも、時間的にその状態でのコントラスト情報を監視して、同様の動作を行うことにより、2つのレンズ位置において、よりフォーカス状態に近いレンズ位置となるように制御する。
この場合、CPU71は、信号変換部51からの輝度信号から明るさ情報を検出し、さらに画像処理部52からコントラスト情報を検出して、所定の明るさ以上の状態において、上記のようにコントラスト情報の時間的変化を監視し、光学特性情報を参照することにより切り替えるべきか否かを判断し、その判断結果に応じて接合レンズ17dを2つの位置で制御する。
When the
Further, even when the cemented
In this case, the
本実施例においては、近景時と遠景時との2つの位置に切替設定された場合、両者の状態における対物レンズ系72は、それぞれ異なる光学特性を示す。例えば近景時では最も高い解像度を有し、逆に遠景時では、近景時に比べると少し低い解像度となるが、近景特よりも大きな被写界深度を有する。具体的には、接合レンズ17dが近景側に設定された状態の場合、被写界深度は4.4mmから12mmとなり、遠景側に設定された状態の場合、被写界深度は9mmから100mmとなるようFナンバが調整されている。
そして、両者の特性における解像度は、近景と遠景との中間の距離においてほぼ逆の傾向を示す状態でクロス(重なる)する部分があるため、そのクロス部分において、クロスする位置から或程度ずれた状態では、接合レンズ17dをいずれの位置に設定した方が、フォーカス状態(合焦状態)により近いかを判断することができる。CPU71は、その判断を行い、かつその判断結果に従って、接合レンズ17dの位置切替の制御を行う。 なお、本実施例では、近景と遠景に設定された状態での対物レンズ系72における被写界深度は所定値以上の部分で連続(重なる)ように設定されており、かつ所定の値の空間周波数までの範囲において、コントラストIも所定値以上(例えば10%)以上を持つ部分で重なるように設定されている。
In this embodiment, when switching between two positions, a near view and a distant view, the
The resolution in both characteristics has a crossing (overlapping) part in a state of showing an almost opposite tendency at an intermediate distance between the foreground and the distant view, so that the crossing part is slightly deviated from the crossing position. Then, it can be determined to which position the cemented
次に本実施例における近景時の作用を説明する。
まず、撮像ユニット19Bにより、白黒ペアの帯が35μmピッチの被写体を近景時において撮像したときの作用について説明する。
本撮像ユニット19Bでは、近点に設定された状態において、物体距離4.4mmから5.8mmの時に、白黒ペアの帯のピッチが35μmの被写体を撮像した際、CCD受光面上に結像された白の帯と、黒の帯のコントラストGは、10%以上となる。
前記対物レンズ系72によってCCD73の受光面上に結像されたピッチ35μmの白黒ペアの帯の被写体の像は、光電変換される。そして、白帯が結像された画素から出力される画像信号と、黒帯が結像された画素から出力される画像信号の差は、略11.5%となる。
Next, the operation in the foreground in the present embodiment will be described.
First, the operation when the
In this
An image of a subject in a black and white pair band having a pitch of 35 μm formed on the light receiving surface of the
この画像信号は、CDS回路49、A/D変換器50、信号変換部51を介して、画像処理部52に入力され、例えば、モニタに適したガンマ処理や、電気的なマスク処理等が施され、白帯と黒帯のコントラストIが、10%以上になるようにしてモニタ5に出力される。上記のような被写体の場合に対して、コントラストIが、10%以上になることにより、表示された画像から白帯と黒帯を識別可能になり、十分な解像度で観察ができる。 このようにして本実施例によれば、撮像ユニット19Bで撮像された35μmピッチの白黒ペアの帯は、モニタ上で白黒ペアの帯として視認可能となる。
また、近景時から物体距離が大きくなると、コントラスト値が小さくなるため、CPU71は切り替えた方がより大きなコントラスト値が得られると判断した場合には、接合レンズ17dを遠景時の位置に切り替える制御を行う。
The image signal is input to the
Further, since the contrast value decreases as the object distance increases from the near view, the
このように切替制御を行うことにより、近景から遠景に観察状態を変化させた場合、2つの位置でよりフォーカス状態に近いレンズ位置の状態で内視鏡画像が得られるようになる。 By performing the switching control in this way, when the observation state is changed from the near view to the distant view, an endoscopic image can be obtained with the lens positions closer to the focus state at the two positions.
なお、電気的なマスク処理は、モニタ5の表示画面内に、図12に示すように縦横比が1:1.2の八角形の表示エリア5bを作成し、この八角形の表示エリア5b内に撮像ユニット19Bで撮像した被写体を表示させる。
The electrical masking process creates an
前記電気的なマスク処理によって得られた表示エリア5b上の画角は、図12で示すような横長の表示エリアの場合、対角方向のP点が最も大きい画角(θmax)となる。対物レンズ系72の画角160°が前記最大画角θmaxと一致するように、マスク処理は施されている。一方、マスク処理により、モニタ画面上で最も画角が狭くなるのは上下方向で、ついで左右方向の画角が狭くなる。
また、前記最大対角となるP点は、P点と画面中心を結んだ直線と、モニタ画面上の水平方向とから成す角度がαとなるように設定されており、さらに、撮像ユニット19Bは、図10に示すように挿入部の先端部11のX軸方向とモニタ水平方向が一致するように配置されている為、X軸に対し角度αの位置に配置されている処置具チャンネル25の先端開口26Bから突出させた処置具28は、図12に示すように、モニタ5上の概略で言うと水平方向、より厳密に言うと水平方向より少し下側となる左下のP点付近より表示エリア5b内に表示される。
In the case of a horizontally long display area as shown in FIG. 12, the angle of view on the
The maximum diagonal point P is set so that the angle formed between the straight line connecting the point P and the center of the screen and the horizontal direction on the monitor screen is α, and the
本実施例における、挿入部の先端部11の先端開口26Bより突出させた処置具28が、撮像ユニット19Bによって撮像されるために必要な条件は、先端部11の先端面からの処置具28の最小の突出量Hminとして、処置具28が最も撮像ユニット19B側にシフトしている場合、撮像ユニット19Bの先端レンズ面での光線高Lh=1.31mm、先端開口26Bの半径R=2.8mm、撮像ユニット19Bの画角θ=160°、撮像ユニット19Bの光軸Oとチャンネル25との距離D=6mmとから、式3に示すように導出される。
Hmin=(D−Lh−R)×tan(90°−θ/2)=0.58mm (式3)
一方、処置具28が最も撮像ユニット19Bより離れた方向に位置して場合に、処置具28が突出されて、処置具28の先端全体が撮像ユニット19Bによって撮像されるために必要な条件は、先端部11の先端面からの処置具28の突出量Hallとして、式4に示すように導出される。
In the present embodiment, a condition necessary for the
Hmin = (D−Lh−R) × tan (90 ° −θ / 2) = 0.58 mm (Formula 3)
On the other hand, when the
Hall=(D−Lh+R)×tan(90°−θ/2)=1.07mm (式4)
式3,式4に示されるように、処置具28は、先端部11の先端面からの突出量が0.58mm以上から撮像ユニット19Bの視野内に入り始め、1.07mmより突出された時に、処置具28の先端のほぼ全体が視野内に入る。
以上から、本実施例における撮像ユニット19Bの近点側に設定した状態の35μmピッチの白黒ペアの帯がモニタ上で視認可能な距離4.4mmから5.8mmにおいては、処置具28の先端側は撮像ユニット19Bの視野内に入り、モニタ5上でも視認可能となる。
本実施例は、以下の効果を有する。
本実施例は、撮像ユニット19Bを構成する対物光学系として焦点距離が変化する可変焦点光学系を採用しているために、単焦点光学系の場合よりも近景側から遠景側まで解像度の高い画像を得ることができる。
ここで、本実施例では、CCD73の画素ピッチを2.8μm、有効画素数を80万画素とし、撮像ユニット19Bの最大画角を160°、近点側に設定した状態の被写界深度を4.4mmから12mmとし、撮像ユニット19Bの光軸Oと先端開口26中心との距離を6mmとしたが、これに限ったものではない。
例えば、白黒ペアの帯のピッチが35μmの被写体を撮像したときに、前記白の被写体を撮像した画素から得られる出力信号と、前記黒の被写体を撮像した画素から得られる出力信号の差が10%以上となるように、画素ピッチ、有効画素数、最大画角、近点側の被写界深度等を変更し、かつ、前記35μmの被写体を撮像したときに出力信号の差が10%以上となる物体距離において、処置具が観察可能となるように、最大画角、及び撮像ユニット19の光軸Oと先端開口26中心との距離を変更しても、ほぼ同様の効果が得られる。
Hall = (D−Lh + R) × tan (90 ° −θ / 2) = 1.07 mm (Formula 4)
As shown in Equations 3 and 4, the
From the above, at a distance of 4.4 mm to 5.8 mm where a band of a black and white pair with a pitch of 35 μm set on the near point side of the
This embodiment has the following effects.
Since the present embodiment employs a variable focus optical system whose focal length changes as the objective optical system constituting the
Here, in the present embodiment, the pixel depth of the
For example, when a subject with a black and white pair band pitch of 35 μm is imaged, the difference between the output signal obtained from the pixel that images the white subject and the output signal obtained from the pixel that images the black subject is 10 If the pixel pitch, the number of effective pixels, the maximum angle of view, the depth of field on the near point side, etc. are changed so as to be more than 10%, and the 35 μm subject is imaged, the difference in output signal is 10% or more Even if the maximum angle of view and the distance between the optical axis O of the
また、本実施例では、有効画素数を80万画素としたが、モザイクカラーフィルタ方式の場合では60万画素程度でも同様の効果が得られ、この場合は、近点側の被写界深度をさらに大きくし、遠点側の被写界深度との深度のクロス領域が広がるため、焦点切り替えをよりスムーズにすることができるという効果が得られる。
また、本実施例でも、照明光として切替式等の三原色の光を用い、順次照射した三原色の光と同期してモノクロ(白黒)のCCDにて被写体を取り込んで画像処理装置にてカラー化する方式を採用することができ、この場合、有効画素数25万画素程度のCCDを用いた場合に、モザイクフィルタ方式の60万画素と同等の効果が得られる。
In this embodiment, the number of effective pixels is set to 800,000 pixels. However, in the case of the mosaic color filter method, the same effect can be obtained even with about 600,000 pixels. In this case, the depth of field on the near point side is reduced. Further, since the cross area of the depth with the depth of field on the far point side is widened, the effect that the focus can be switched more smoothly is obtained.
Also in this embodiment, three primary colors such as a switching type are used as illumination light, and a subject is captured by a monochrome (monochrome) CCD in synchronization with the sequentially irradiated light of the three primary colors and is colored by the image processing apparatus. In this case, when a CCD having about 250,000 effective pixels is used, an effect equivalent to that of the 600,000 pixels of the mosaic filter method can be obtained.
なお、本実施例においては、図12に示すようにモニタ画面5aの表示エリア5bとして、垂直方向(縦方向)よりも水平方向の表示サイズが長くした横長で八角形としていたが、この場合に限定されるものでない。
また、より一般的に、表示エリアにおける表示エリアが広い(或いは大きい)方向に対応するように先端開口を配置することにより、この先端開口から突出された処置具28が表示エリアが広い方向に表示されるようにしても良い。
なお本実施例の第1変形例として、図13に示すようにCPU71により2段階オートフォーカス制御機能71aと3段階オートフォーカス制御機能71bをモード切替スイッチSW1により選択できるようにしても良い。
In this embodiment, as shown in FIG. 12, the
Further, more generally, by disposing the tip opening so as to correspond to the direction in which the display area in the display area is wide (or large), the
As a first modification of the present embodiment, the two-stage
図13に示す電子内視鏡システム1Cは、例えば図9の電子内視鏡システム1Bにおいて、CPU71は、2段階オートフォーカス制御機能71aの他に、3段階オートフォーカス制御機能71bを持つ。
そして、このCPU71は、例えば電子内視鏡2Bの操作部8に設けたモード切替スイッチSW1により選択された選択信号に応じて、2段階オートフォーカスモード或いは3段階オートフォーカスモードでフォーカス制御を行う。
本変形例の場合も、スコープIDメモリ74には、その電子内視鏡2Bに固有の光学特性情報が格納されている。この場合には、接合レンズ17dを近点、遠点の他に近点及び遠点の間に設定した中間点に設定した場合のコントラストに関する光学特性の情報が格納されている。また、中間点の位置に接合レンズ17dを駆動(移動)する情報も格納されている。
In the electronic endoscope system 1C shown in FIG. 13, for example, in the electronic endoscope system 1B shown in FIG. 9, the
The
Also in this modification, the
そして、ビデオプロセッサ4BのCPU71はその光学特性情報を読み出し、例えばRAM71cに格納して、実施例2における2段階のフォーカス制御或いは3段階のフォーカス制御を行う。
3段階のフォーカス制御を行うメリットとしては、近点及び遠点の2段階のフォーカス制御では、両者の中間位置付近では両者の光学特性の谷間になるため、例えば被写界深度と解像度とをより好ましい特性を持つように改善することが困難になり易い。
例えば、近景と遠景時では、被写界深度が所定値以上で連続し、かつコントラストIが10%以上の場合に対して、両者の中間点の位置にも切り替えられるようにした場合には、これらの条件よりもより大きな被写界深度の値及びコントラストIの値で連続させることが可能となり、より改善された光学特性を実現できる。
Then, the
As a merit of performing the three-stage focus control, in the two-stage focus control of the near point and the far point, a valley between the optical characteristics of both of them is obtained near the intermediate position between them. It tends to be difficult to improve to have favorable characteristics.
For example, in the case of a near view and a distant view, when the depth of field is continuous at a predetermined value or more and the contrast I is 10% or more, the position can be switched to the middle point between the two. It is possible to continue with a greater depth of field value and a contrast I value than these conditions, and more improved optical characteristics can be realized.
このように近点と遠点の間の中間点の位置にも接合レンズ17dを設定できる構成とすることにより、被写界深度と解像度とをより大きくでき、従ってより好ましい光学特性を実現することが簡単にできる。
3段階のフォーカス制御を行う制御方法は、2段階と類似している。例えば近点に設定されている状態で、CPU71はその状態でのコントラスト情報の時間的変化をモニタし、その場合には近点の状態と中間点との切替を行うか否かを判断する。
また、中間点に設定された状態においても、コントラスト情報の時間的変化をモニタして近点側に変化しているか遠点側に変化しているかに応じて、近点側或いは遠点側に切り替えるか否かを判断する。このため、実施例2の場合と類似の制御で、3段階のフォーカス制御も行うことができる。
In this way, by adopting a configuration in which the cemented
The control method for performing the three-stage focus control is similar to the two-stage. For example, in a state where the near point is set, the
Even in the state set to the middle point, the temporal change in contrast information is monitored, and depending on whether it is changing to the near point side or the far point side, Determine whether to switch. For this reason, it is possible to perform three-stage focus control with the same control as in the second embodiment.
図14は第2変形例におけるCPU71部分を示す。図14に示すように例えばCPU71は、モード切替スイッチSW1のモード切替指示信号に応じて2段階オートフォーカス制御機能71aと、2段階マニュアル制御機能71dとを行うようにしても良い。
2段階オートフォーカス制御機能71aは、実施例2で説明したものと同様である。 モード切替スイッチSW1により2段階マニュアル制御モードに設定された場合には、CPU71は、マニュアル操作スイッチSW2における近点指示スイッチが操作された場合には、接合レンズ17dを近点側に移動する。
一方、マニュアル操作スイッチSW2における遠点指示スイッチが操作された場合には、CPU71は、接合レンズ17dを遠点側に移動する制御動作を行う。
このようにモード選択手段を設けることにより、操作者は電子内視鏡2Bを用いて診断等を行う場合における観察(撮像)の選択肢が広くなり、より使い易いものを実現できる。
FIG. 14 shows a
The two-stage
On the other hand, when the far point instruction switch in the manual operation switch SW2 is operated, the
By providing the mode selection means in this way, the operator has a wider range of options for observation (imaging) when making a diagnosis or the like using the
図14では、2段階オートフォーカス制御機能71aと、2段階マニュアル制御機能71dとを行う説明をしたが、この他に3段階オートフォーカス制御機能71bと、3段階マニュアル制御機能とを行うようにしても良い。また、CPU等を用いて、複数段階でのオートフォーカス制御機能と複数段階でのマニュアル制御機能を行うようにしても良い。 また、CPU等を用いて、連続的なオートフォーカス制御と、複数段のフォーカス制御と、連続或いは複数段のマニュアル制御とをモード切替指示操作に応じて行うようにしても良い。
また、本実施例の画像処理装置4及び、モニタ5は、HDTV方式の映像信号に対応したもので説明したが、これに限ったものではなく、例えば、NTSC方式や、PAL方式といった映像信号に対応したものでも良い。また、VGA方式や、SVGA方式のものを用いても良い。
なお、上述した実施例等を部分的に変形したり、組み合わせる等して構成される実施例等も本発明に属する。
In FIG. 14, the two-stage
Further, the image processing apparatus 4 and the monitor 5 of the present embodiment have been described as being compatible with HDTV video signals. However, the present invention is not limited to this. For example, video signals such as NTSC and PAL are used. It may be compatible. Further, a VGA type or SVGA type may be used.
Note that embodiments configured by partially modifying or combining the above-described embodiments and the like also belong to the present invention.
[付記]
1.所定の画素数を備えた固体撮像素子と、
前記固体撮像素子に結像させる所定の視野角を備えた対物光学系と、
同じ幅の白と黒の帯の被写体を撮像した時に得られる画像信号から生成された輝度信号を基に、前記白の被写体に対する輝度信号の最大値をImax、前記黒の被写体での輝度信号の最小値をImin、コントラストIをI=(Imax−Imin)/(Imax+Imin)と定義した時、
挿入部の先端から所定距離離間した位置に配置した白黒ペアの帯のピッチが35μmの被写体を前記対物光学系の近点側でほぼ10%以上のコントラストIで捉えるために、前記対物光学系を構成する少なくとも一部のレンズを駆動し、前記対物光学系の焦点距離を被写界深度が一部重複するように変化させる焦点位置可変手段と、
所定距離突出される処置具の先端を、前記焦点距離可変手段によって近点側に設定された時の視野角内に配置させるように開口した処置具挿通チャンネルと、
を具備することを特徴とする電子内視鏡。
[Appendix]
1. A solid-state imaging device having a predetermined number of pixels;
An objective optical system having a predetermined viewing angle to form an image on the solid-state imaging device;
Based on a luminance signal generated from an image signal obtained when an object with white and black bands of the same width is imaged, the maximum value of the luminance signal for the white object is Imax, and the luminance signal of the black object is When the minimum value is defined as Imin and the contrast I is defined as I = (Imax−Imin) / (Imax + Imin),
In order to capture a subject with a pitch of 35 μm of a black and white pair band arranged at a predetermined distance from the distal end of the insertion portion with a contrast I of approximately 10% or more on the near point side of the objective optical system, the objective optical system is A focal position variable means for driving at least a part of the lenses to change the focal length of the objective optical system so that the depth of field partially overlaps;
A treatment instrument insertion channel opened so that the distal end of the treatment instrument protruded by a predetermined distance is disposed within the viewing angle when set to the near point side by the focal length varying means;
An electronic endoscope comprising:
2.被写体の光学像を結ぶ対物光学系と、
前記対物光学系の結像する位置に受光面が配置され、この受光面に結像された光学像を光電変換する固体撮像素子とを挿入部に有する電子内視鏡と、前記固体撮像素子からの画像信号をモニタに表示するための映像信号に変換する画像処理装置と、
を備えた電子内視鏡システムにおいて、
同じ幅の白と黒の帯の被写体を撮像した時に得られる映像信号から生成された輝度信号を基に、前記白の被写体を撮像した時に得られる輝度信号の最大値をImax、前記黒の被写体に対する輝度信号の最小値をImin、コントラストIをI=(Imax−Imin)/(Imax+Imin)と定義した際に、
挿入部の先端から所定距離離間した位置に配置した白黒ペアの帯のピッチが35μmの被写体を前記対物光学系の近点側でほぼ10%以上のコントラストIで捉えるために、前記対物光学系の焦点距離を変化させる焦点距離可変手段と、
所定距離突出される処置具の先端を、前記焦点距離可変手段によって近点側に設定された時のモニタ上の視野範囲内に配置させるように開口した処置具挿通チャンネルと、
を具備することを特徴とする電子内視鏡システム。
2. An objective optical system that links the optical image of the subject;
A light receiving surface is disposed at a position where the objective optical system forms an image, and an electronic endoscope having a solid-state image sensor that photoelectrically converts an optical image formed on the light-receiving surface in an insertion portion; and An image processing device for converting the image signal of the image signal into a video signal for display on a monitor;
In an electronic endoscope system equipped with
Based on a luminance signal generated from a video signal obtained when imaging a white and black belt subject having the same width, the maximum value of the luminance signal obtained when imaging the white subject is Imax, and the black subject is When the minimum value of the luminance signal for I is defined as Imin and the contrast I is defined as I = (Imax−Imin) / (Imax + Imin),
In order to capture an object with a pitch of 35 μm of a black and white pair band arranged at a predetermined distance from the distal end of the insertion portion with a contrast I of approximately 10% or more on the near point side of the objective optical system, A focal length variable means for changing the focal length;
A treatment instrument insertion channel opened so that the distal end of the treatment instrument protruded by a predetermined distance is disposed within the visual field range on the monitor when set to the near point side by the focal length varying means;
An electronic endoscope system comprising:
体腔内に挿入部を挿入して患部等の被写体を、近景側で高精細に観察できる状態で撮像することができると共に、変倍光学系を採用しているので、遠景側に対しても必要とされる解像力を確保でき、チャンネル内に挿通した処置具の先端側をチャンネルの先端開口から突出させて治療のための処置を円滑に行うのに適する。 The insertion part is inserted into the body cavity, and the subject such as the affected part can be imaged in a state where it can be observed with high definition on the near view side. Therefore, it is suitable for smoothly performing treatment for treatment by projecting the distal end side of the treatment tool inserted into the channel from the distal end opening of the channel.
1…電子内視鏡システム
2…電子内視鏡
3…光源装置
4…画像処理装置
5…モニタ
7…挿入部
11…先端部
14…ライトガイド
16a、16b…照明レンズ
17…対物レンズ系
18…CCD
19…撮像ユニット
21…信号ケーブル
25…チャンネル
26…チャンネル先端開口
27…処置具挿入口
28…処置具
31…レンズ枠
33…CCD枠
37…オートフォーカス部
37a…明るさ検出部
37b…コントラスト検出部
37c…CPU
45…ランプ
47…絞り
51…信号変換部
52…画像処理部
54…自動調光部
54a…処置具検出部
54b…輝度検出部
54c…調光信号生成部
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
45 ...
Claims (12)
前記固体撮像素子に結像させる所定の視野角を備えた対物光学系と、
同じ幅の白と黒の帯の被写体を撮像した時に得られる画像信号から生成された輝度信号を基に、前記白の被写体に対する輝度信号の最大値をImax、前記黒の被写体での輝度信号の最小値をImin、コントラストIをI=(Imax−Imin)/(Imax+Imin)と定義した時、挿入部の先端から所定距離離間した位置に配置した被写体を前記対物光学系の近点側で所定値以上のコントラストIで捉えるために、前記対物光学系を構成する少なくとも一部のレンズを駆動し、前記対物光学系の焦点距離を被写界深度が一部重複するように変化させる焦点距離可変手段と、
処置具を挿通可能な処置具挿通チャンネルと、
を有し、
前記焦点距離可変手段は、前記対物光学系が、近点側で白黒ペアの帯のピッチが35μmの被写体をほぼ10%以上の前記コントラストIで捉えることができる被写界深度を有し、かつ遠点側で挿入部先端からの距離が50mmの位置に0.5mmピッチの白黒ペアの帯の被写体を撮像した際にほぼ10%以上の前記コントラストIで捉えることができる被写界深度を有しており、
前記処置具挿通チャンネルは、前記焦点距離可変手段によって近点側に設定された時に、所定距離突出された前記処置具の先端が前記対物光学系による前記所定の視野角内に入るように先端開口を設け、
前記35μmピッチの白黒ペアの帯の被写体を、前記コントラストIが10%以上となる解像力で識別可能となる条件のもとに、前記対物光学系の先端レンズ面の先端と前記35μmピッチの白黒ペアの帯の被写体との距離をdとし、
前記対物光学系の先端レンズ面での光線高Lh、前記処置具挿通チャンネルの前記先端開口の半径R、前記対物光学系の光軸と前記先端開口の中心との距離D、前記対物光学系による前記固体撮像素子に結像可能な画角θとした場合、
D≦d/tan(90°−θ/2)+Lh−R
を満たすことを特徴とする電子内視鏡。 A solid-state imaging device having a predetermined number of pixels;
An objective optical system having a predetermined viewing angle to form an image on the solid-state imaging device;
Based on a luminance signal generated from an image signal obtained when an object with white and black bands of the same width is imaged, the maximum value of the luminance signal for the white object is Imax, and the luminance signal of the black object is Imin the minimum value, when the contrast I was defined as I = (Imax-Imin) / (Imax + Imin), a predetermined value of an object disposed from the tip of the interpolation join the club at a predetermined distance spaced positions near point side of the objective optical system In order to capture with the above contrast I, the focal length variable means for driving at least a part of the lenses constituting the objective optical system and changing the focal length of the objective optical system so that the depth of field partially overlaps. When,
And the treatment instrument insertion channel that can be inserted through the treatment置具,
Have
The focal length varying means has a depth of field at which the objective optical system can capture an object having a black and white pair band pitch of 35 μm on the near point side with the contrast I of approximately 10% or more, and There is a depth of field that can be captured with the contrast I of approximately 10% or more when a subject in a black and white pair band of 0.5 mm pitch is imaged at a position where the distance from the distal end of the insertion portion is 50 mm on the far point side. And
The treatment instrument insertion channel has a distal end opening so that the distal end of the treatment instrument protruded by a predetermined distance falls within the predetermined viewing angle by the objective optical system when set to the near point side by the focal length changing means. Provided,
Under the condition that the subject of the band of the black and white pair with the 35 μm pitch can be identified with the resolving power that the contrast I is 10% or more, the black and white pair with the 35 μm pitch and the tip of the tip lens surface of the objective optical system Let d be the distance from the subject in
The ray height Lh at the distal lens surface of the objective optical system, the radius R of the distal opening of the treatment instrument insertion channel, the distance D between the optical axis of the objective optical system and the center of the distal opening, and the objective optical system When the angle of view θ that can be imaged on the solid-state imaging device,
D ≦ d / tan (90 ° −θ / 2) + Lh−R
An electronic endoscope characterized by satisfying
を備えた電子内視鏡システムにおいて、
前記電子内視鏡に設けられ、同じ幅の白と黒の帯の被写体を撮像した時に得られる映像信号から生成された輝度信号を基に、前記白の被写体を撮像した時に得られる輝度信号の最大値をImax、前記黒の被写体に対する輝度信号の最小値をImin、コントラストIをI=(Imax−Imin)/(Imax+Imin)と定義した際に、挿入部の先端から所定距離離間した位置に配置した被写体を前記対物光学系の近点側で所定以上のコントラストIで捉えるために、前記対物光学系の焦点距離を変化させる焦点距離可変手段と、
前記電子内視鏡に設けられ、処置具を挿通可能な処置具挿通チャンネルと、
を有し、
前記焦点距離可変手段は、前記対物光学系が、近点側で白黒ペアの帯のピッチが35μmの被写体をほぼ10%以上の前記コントラストIで捉えることができる被写界深度を有し、かつ遠点側で挿入部先端からの距離が50mmの位置に0.5mmピッチの白黒ペアの帯の被写体を撮像した際にほぼ10%以上の前記コントラストIで捉えることができる被写界深度を有しており、
前記処置具挿通チャンネルは、前記焦点距離可変手段によって近点側に設定された時に、所定距離突出された前記処置具の先端が前記対物光学系による前記所定の視野角内に入るように先端開口を設け、
前記35μmピッチの白黒ペアの帯の被写体を、前記コントラストIが10%以上となる解像力で識別可能となる条件のもとに、前記対物光学系の先端レンズ面の先端と前記35μmピッチの白黒ペアの帯の被写体との距離をdとし、
前記対物光学系の先端レンズ面での光線高Lh、前記処置具挿通チャンネルの前記先端開口の半径R、前記対物光学系の光軸と前記先端開口の中心との距離D、前記対物光学系による前記固体撮像素子に結像可能な画角θとした場合、
D≦d/tan(90°−θ/2)+Lh−R
を満たすことを特徴とする電子内視鏡システム。 The insertion unit includes an objective optical system that connects an optical image of a subject, and a solid-state image sensor that photoelectrically converts the optical image formed on the light receiving surface, the light receiving surface being disposed at a position where the objective optical system forms an image. An electronic endoscope, and an image processing device that converts an image signal from the solid-state imaging device into a video signal for display on a monitor;
In an electronic endoscope system equipped with
The luminance signal obtained when the white subject is imaged based on the luminance signal that is provided in the electronic endoscope and is generated from the video signal obtained when the white and black belt subjects having the same width are imaged. When the maximum value is defined as Imax, the minimum value of the luminance signal for the black subject is defined as Imin, and the contrast I is defined as I = (Imax−Imin) / (Imax + Imin), they are arranged at positions separated from the distal end of the insertion portion by a predetermined distance. A focal length variable means for changing the focal length of the objective optical system in order to capture the subject at a near point side of the objective optical system with a predetermined contrast I or more,
A treatment instrument insertion channel provided in the electronic endoscope and capable of inserting a treatment instrument;
Have
The focal length varying means has a depth of field at which the objective optical system can capture an object having a black and white pair band pitch of 35 μm on the near point side with the contrast I of approximately 10% or more, and There is a depth of field that can be captured with the contrast I of approximately 10% or more when a subject in a black and white pair band of 0.5 mm pitch is imaged at a position where the distance from the distal end of the insertion portion is 50 mm on the far point side. And
The treatment instrument insertion channel has a distal end opening so that the distal end of the treatment instrument protruded by a predetermined distance falls within the predetermined viewing angle by the objective optical system when set to the near point side by the focal length changing means. Provided,
Under the condition that the subject of the band of the black and white pair with the 35 μm pitch can be identified with the resolving power that the contrast I is 10% or more, the black and white pair with the 35 μm pitch and the tip of the tip lens surface of the objective optical system Let d be the distance from the subject in
The ray height Lh at the distal lens surface of the objective optical system, the radius R of the distal opening of the treatment instrument insertion channel, the distance D between the optical axis of the objective optical system and the center of the distal opening, and the objective optical system When the angle of view θ that can be imaged on the solid-state imaging device,
D ≦ d / tan (90 ° −θ / 2) + Lh−R
An electronic endoscope system characterized by satisfying
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