JP4672934B2 - 変倍機能を有する電子内視鏡装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は変倍機能を有する電子内視鏡装置、特に可動レンズにより光学的拡大像を観察することができ、また信号処理にて電子的拡大像を形成することが可能となる電子内視鏡装置の変倍動作制御に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、電子内視鏡装置等では、スコープ先端部の対物レンズ系に変倍のための可動レンズを配置し、この可動レンズをアクチュエータ等で駆動し、光学的に被観察体像を拡大することが行われている。この光学的に拡大された像はCCD(Charge Coupled Device)等の撮像素子で撮像され、このCCDからの出力信号につきプロセッサ装置によって各種の画像処理を施すことにより、モニタに被観察体の拡大画像が表示される。このような光学変倍機構においては、70〜100倍程度まで観察像を拡大することができる。
【0003】
一方、従来から上記CCDで得られた画像は、電子変倍回路の画素補間処理等により電子的に拡大することが行われており、これによれば、光学的に拡大された像を更に拡大してモニタに表示し、観察することができる。
【0004】
このような電子内視鏡装置の変倍機能においては、光学的変倍と電子的変倍の各スイッチを用いて光学的に拡大された任意倍率の画像を電子的に拡大したり、内視鏡操作部の共通の変倍スイッチを用いて光学的変倍と電子的変倍を関連付けて動作したりすることになる。そして、この共通変倍スイッチを用いる場合は、光学的な変倍により拡大端(Near端)まで可動レンズを移動させた後、自動的に電子的変倍に移行して信号処理による更なる拡大画像を形成することになり、これによれば患部等の特定部位を迅速にかつ良好な倍率で観察することが可能となる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の電子内視鏡装置における可動レンズを用いた光学的変倍機構では、拡大率が上がる程、被写界深度が浅くなり、例えば凹凸のある被観察体等ではその奥行き方向の全体を良好に表示できない場合があった。このことを図8及び図9により説明する。
【0006】
図8において、図(A)は可動レンズ1がFar端にあるとき、被観察体2がCCD撮像面3に結像する状態、図(B)は可動レンズ1が拡大側(Near端側)へ移動したときの結像状態が示されている。なお、この図8では可動レンズ1を距離0の位置に合せたので、拡大時の図(B)では撮像面3を後側にずらして描いてあるが、実際には可動レンズ1が前側へ移動する。そして、図8(A)のように光学拡大をしないときは、例えば近点8mm〜遠点100mmの範囲においてピントが合い、被写界深度は92mmとなるが、図8(B)のように光学拡大をしたときは、近点4mm〜遠点20mmの範囲でピントが合い、被写界深度は16mmとなる
【0007】
図9には、被写界深度の説明図が示されており、レンズ4の焦点距離をf、FナンバーをFN、許容錯乱円をδ、被観察体距離をLとすると、後方被写界深度Lrと前方被写界深度Lfは、次のようになる。
Lr=(δ・FN・L2)/(f2−δ・FN・L) … (1)
Lf=(δ・FN・L2)/(f2+δ・FN・L) … (2)
そして、このレンズ4の被写界深度は上記の後方被写界深度Lrと前方被写界深度Lfを加えた値、Lr+Lfとなる。なお、焦点深度は2δ・FNである。
【0008】
上記の図8で説明した被写界深度も、上記Lr+Lfの値であり、ピントが合う範囲は、図8(A)で92mm、図8(B)では16mmとなり、現在、内視鏡で使用される変倍用対物光学系の構成では被写界深度は拡大するに従い浅くなる。従って、凹凸のある被観察体を観察する場合は、被写界深度が浅く(短く)なることにより、奥行き方向で一部にボケが生じる。そうして、被写界深度が浅い状態で捉えられた被観察体を電子的に拡大すると、奥行き方向のボケも拡大されることになり、被観察体の全体を良好な画質の下で表示し観察することができないという問題がある。
【0009】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、変倍操作して捉えた被観察体につき、被写界深度の異なる同一倍率の拡大像を表示し、奥行き方向のボケを解消した静止画等を得ることができる変倍機能を有する電子内視鏡装置を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1に係る発明は、変倍用レンズにより観察像を光学的に変倍する対物光学系と、撮像素子を介して得られた画像を信号処理にて電子的に変倍する電子変倍回路とを備えた電子内視鏡装置において、上記光学変倍動作で変化する被写界深度の中の比較観察用深度を予め設定する深度設定手段と、光学的変倍の実行中に所定操作が行われたとき、上記深度設定手段で設定された比較観察用深度となるように上記対物光学系を駆動制御すると共に、上記撮像素子で撮像された上記比較観察用深度の画像の倍率が上記所定操作の直前の倍率と同一になるように上記電子変倍回路の電子的変倍動作を制御する制御回路と、を設けたことを特徴とする。
請求項2に係る発明は、上記の所定操作をフリーズスイッチの静止画表示操作とし、フリーズスイッチ操作時の静止画と上記比較観察用深度の静止画をモニタ上の分割画面に同時に表示するようにしたことを特徴とする。
【0011】
上記の構成によれば、深度設定手段により例えば3つ(1つ又は複数)の比較観察用深度を予め設定することができ、光学的変倍により例えばA倍に拡大しているときに所定の操作部材(例えばフリーズスイッチ)がオンされると、モニタ上の4分割画面の1つの小画面にこのA倍の画像が表示されると共に、変倍用の可動レンズを3つの比較観察用深度に順にセットして得られた3つの画像が同じA倍率で4分割画面の残りの小画面に表示される。即ち、被写界深度が変わると、光学拡大率も変化することになるので、この変化分を電子拡大処理で補うことにより、同一倍率の画像が形成される。
【0012】
例えば、上記深度設定手段にて12mm、24mm、36mmの比較観察用深度が設定されているとすると、この深度は、可動レンズの駆動位置で特定され、光学拡大の倍率でも把握することができ、上記の比較観察用深度は順に例えば60倍、50倍、40倍に相当するものとなる。そして、上記のA倍が56倍であるとすると、電子変倍の倍率を、被写界深度12mmの画像では約0.933倍、24mmの画像では1.12倍、36mmの画像では1.4倍に設定することになる。この結果、ピントの合う奥行き範囲が異なる同一倍率の4枚の拡大画像を表示することが可能となる。
【0013】
【発明の実施の形態】
図1には、実施形態例に係る電子内視鏡装置の構成が示されている。図1において、電子スコープ(電子内視鏡)10の先端部には、変倍用レンズを有する対物光学系11が設けられ、この対物光学系11の結像位置に、撮像面を一致させるようにしてCCD12が配置される。上記の対物光学系11は、例えば図2のような構成となっている。
【0014】
図2に示されるように、対物光学系11は、固定の第1レンズ(群)L1、主に変倍機能を果たす可動の第2レンズL2、可動の第3レンズ(群)L3から構成され、この第3レンズL3の後方にプリズム14を介してCCD12の撮像面12Sが配置される。当該例の対物光学系11によれば、第2レンズL2と第3レンズL3の両方を光軸方向に相対的に前側へ移動させることにより、小さい移動量で像を変倍(像拡大)させることができる。
【0015】
図1において、上記対物光学系11の第2レンズL2及び第3レンズL3を駆動するアクチュエータ及び位置検出器15が設けられており、このアクチュエータとしては、リニアアクチュエータや、モータで線状伝達部材を回転駆動しこの回転運動を直線運動に変換するもの等がある。このアクチュエータ及び位置検出器15には、レンズ位置を把握して変倍動作を実行するためのドライバ16が設けられる。
【0016】
また、電子スコープ10の操作部には、例えば光学的拡大と電子的拡大の双方において、拡大方向と縮小方向のそれぞれを操作する変倍スイッチ(2動作スイッチ)17、フリーズスイッチ18等が配置される。即ち、この変倍スイッチ17では、最初に光学的拡大を行い、基端(Far端)から拡大端(Near端)まで第2レンズL2を移動させた後には、自動的に電子的拡大に移行するようになっている。また、上記フリーズスイッチ18は例えば2段スイッチとされ、1段目の操作で静止画を形成し、2段目の操作で記録装置への記録トリガーを出力する。
【0017】
一方、プロセッサ装置20内には、上記のアクチュエータドライバ16を制御し、また変倍スイッチ17の操作信号を入力して光学的変倍及び電子的変倍やその他各種の制御をすると共に、被写界深度の異なる4つの静止画を4画面に表示する制御を行うマイコン21、上記CCD12に対し撮像信号を読み出すための制御信号を供給するタイミングジェネレータ(TG)22が設けられる。
【0018】
また、ビデオ信号の処理系として、CDS(相関二重サンプリング)/AGC(自動利得制御)回路24、A/D変換器25、ホワイトバランス、ガンマ補正、輪郭補正等の各種のデジタル処理を行うDSP(Digital Signal Processor)26、電子変倍回路である電子ズームIC回路27、4つの静止画を記憶する画像メモリ28、D/A変換器29、モニタ形式に合せた出力処理をするエンコーダ(ENC)30が配置され、このエンコーダ30の出力がモニタ31へ供給される。上記電子ズームIC回路27では、DSP26で得られたビデオ信号をメモリに記憶し、水平方向と垂直方向の画素を補間する処理等によって電子的に拡大画像を形成することができる。
【0019】
更に、プロセッサ装置20には、被写界深度や拡大率の値、その他のキャラクタを形成するためのデータ、或いは被写界深度に対応する可動レンズL2(又はL3)の位置を求めるための演算データ等を格納するROM(読出し専用メモリ)32、各種のキャラクタを発生させるキャラクタジェネレータ33が設けられており、このキャラクタジェネレータ33により、モニタ31に表示するための変倍動作中の被写界深度や拡大率等のキャラクタ画像が形成される。
【0020】
また、プロセッサ装置20の操作パネル35には、各種操作キーと共に、例えばA,B,C,Dの4つの画像選択スイッチ36が設けられており、この画像選択スイッチ36によりモニタ31上の4分割画面の中の1画像を選択することになる。そして、この操作パネル35では、モニタ31の画面を見ながら、上記画像選択スイッチ36で選択できる静止画の比較観察用被写界深度の値を予め設定することができる。図3には、被写界深度(d)とレンズ位置の関係が示されており、この画像選択スイッチ36によれば、例えばレンズ位置aB,aC,aDとなる比較観察用深度12mm,24mm,36mm等を設定することができる。
【0021】
そして、当該例のマイコン21では、上記の変倍スイッチ17による光学的拡大の実行中に、フリーズスイッチ18の1段目が押されたとき、静止画4分割画面表示の処理を実行し、モニタ31に表示された4分割画面の1つが上記画像選択スイッチ36で選択された後に、フリーズスイッチ18の2段目が押されたとき、選択した静止画をハードコピー、ファイリング装置等の記録装置へ出力する。また、上記の画像選択を行わずにフリーズスイッチ18の2段目が押された場合は、4画面全部を記録装置へ出力するように制御する。
【0022】
また、このマイコン21は光学的拡大動作時にフリーズスイッチ18の1段目が押されたとき、上記の3つの比較観察用深度の画像がフリーズスイッチ18の操作直前の元画像と同じ倍率にするための電子変倍の拡大率CB,CC,CDを演算することになる。例えば、図3のように、レンズ位置aB(焦点距離f1)の拡大率が60倍、レンズ位置aC(焦点距離f2)の拡大率が50倍、レンズ位置aD(焦点距離f3)の拡大率が40倍に相当し、元画像のレンズ位置がp1にあってその拡大率が56倍であったとすると、CB=56/60≒0.933、CC=56/50=1.12、CD=56/40=1.4が求められる。そして、このマイコン21は上記電子拡大率CB,CC,CDの電子拡大を行うように、上記電子ズームIC回路27を制御しており、これによって元の画像と同じ倍率で3つの比較観察用深度の画像が形成される。
【0023】
実施形態例は以上の構成からなり、次にその作用を図4乃至図7の参照の下に説明する。図4には、静止画4画面表示のための比較観察用深度の設定が示されており、まずステップ101にて、モニタ31に表示された機能設定モード画面等で、例えば図3の12mm,24mm,36mmの被写界深度の値を操作パネル35のキー等によって入力すると、ステップ102では、これらの被写体深度に対応する可動レンズL2の位置aB,aC,aDが演算され、これらのレンズ位置がステップ103で比較観察用深度の設定値としてマイコン21内のメモリ等に記憶、保持される。また、当該例では、電子拡大による画像のボケを防止するために、許容する電子拡大の最大倍率も入力するようになっており、この倍率値も記憶される。
【0024】
次に、電子スコープ10の使用中に、その操作部の変倍スイッチ17を操作すると、第2レンズL2(及び第3レンズL3)がドライバ16とアクチュエータ15により移動制御され、Near方向への焦点合わせにより基本像から拡大した像が得られ、Far方向の焦点合わせにより基本像へ戻る方向の縮小像が得られることになり、これらの像がCCD12で撮像される。即ち、上記変倍スイッチ17を操作しないときは、可動の第2レンズL2(及びL3)がFar端へ配置され、図2(A)のように遠距離の被観察体38aが撮像面12Sに像Kaとして結像し、変倍スイッチ17にて拡大操作が行われると、図2(B)のように可動の第2レンズL2が前側へ移動し、最大拡大時(Near端)では近距離の被観察体38bが像Kbとして結像する。
【0025】
このようにして光学拡大された像は、CCD12で撮像され、このCCD12から出力された信号は、タイミングジェネレータ22の読出し信号により読み出され、CDS/AGC回路24で相関二重サンプリングと増幅処理が施された後、デジタル信号としてDSP26で各種の処理が施される。このDSP26から出力されたビデオ信号は、電子ズームIC回路27、エンコーダ30を介してモニタ31に出力され、モニタ31上に光学拡大した被観察体画像が表示される。そうして、更に変倍スイッチ17の拡大操作を行ったときは、図2(B)のレンズ位置(Near端)のまま、上記電子ズームIC回路27により電子拡大処理が行われ、光学拡大した像を更に電子拡大した被観察体の画像をモニタ31に表示することができる。
【0026】
図5には、上記の変倍動作時の静止画動作が示されており、ステップ201にてフリーズスイッチ(SW)18の1段目がオン操作されると、ステップ202では静止画の取込みを開始すると共に、現在の第2レンズL2の位置pが読み込まれ、次のステップ203にて、可動レンズL2を現在の位置から3つの比較観察用深度のレンズ位置へ順に駆動する。即ち、図3で説明したように、被写界深度が12mm(60倍)となるaB、24mm(50倍)となるaC、36mm(40倍)となるaDのレンズ位置へ駆動される。
【0027】
図6には、このような動作時の被観察体における被写界深度が示されており、例えば変倍スイッチ17により駆動されたレンズ位置p1では17mmの奥行き範囲にピントが合うのに対し、レンズ位置aBでは12mmの奥行き範囲、レンズ位置aCでは24mmの範囲、レンズ位置aDでは36mmの範囲にピントが合うことになる。
【0028】
次のステップ204では、異なる比較観察用深度のレンズ位置aB〜aDと現在の第2レンズL2の位置p1から電子的変倍の拡大率CB,CC,CDが演算され、これに基づいて電子拡大処理が行われる。即ち、図3で説明したように、現在のレンズ位置がp1(被写界深度17mm、光学拡大率56倍)にあるとすると、CB≒0.933、CC=1.12、CD=1.4となる。従って、図1の電子ズームIC回路27では、上記レンズ位置aBで得られた画像が0.933倍、上記レンズ位置aCで得られた画像が1.12倍、上記レンズ位置aDで得られた画像が1.4倍されることになり、この結果、元の画像を含めた全ての4画像が56倍の拡大静止画とされる。そして、これらの4つの静止画は、画像メモリ28に一旦記憶されることによりモニタ31の4分割画面に表示される。
【0029】
図7には、上記モニタ31での4分割画面表示状態が示されており、このモニタ31には、上記元の画像A、比較観察用深度12mm(レンズ位置aB)で得られた画像B、深度14mm(レンズ位置aC)で得られた画像C、深度28mm(レンズ位置aD)で得られた画像Dが4分割画面の小画面に表示される。なお、この小画面では、その被写界深度(光学倍率)や表示倍率等の情報も一緒に表示される。
【0030】
次に、図5のステップ205では、選択スイッチ(SW)36が押されたか否かが判定されており、Y(YES)のときはステップ206にて、フリーズスイッチ18の2段目がオンされたか否かが判定される。ここで、Yのとき、ステップ207では記録トリガーを出力することにより選択された静止画がハードコピー等の記録装置に記録される。例えば、図7の静止画Cが選択スイッチ36(C釦)により選択されると、この静止画Cのみが記録される。一方、上記ステップ205にてN(NO)のときもステップ208にて、フリーズスイッチ18の2段目がオンされたか否かが判定されており、ここで、Yのときには、ステップ209へ移行し、記録トリガーに基づき全ての静止画A〜Dが例えば4分割画面そのままでハードコピー等の記録装置に記録される。
【0031】
そして、次のステップ210では、フリーズスイッチ18の1段目操作前の元の状態に復帰させる処理が行われる。即ち、第2レンズL2がp1の位置へ戻されると共に、同一倍率にするための電子拡大処理が停止される。なお、当該例では、電子拡大の最大値が所定値(2、3倍)に設定されており、上記電子拡大率CB,CC,CDがこれ以上の値となっても、上記所定値以上には拡大されず、これにより電子拡大による画像のボケが防止されている。
【0032】
このようにして、変倍スイッチ17の操作により表示された静止画Aだけでなく、異なる被写界深度の静止画B,C,Dが同一倍率でモニタ31上に同時表示されるので、観察したい奥行き範囲に良好にピントが合った静止画を観察し、記録することができるという利点がある。
【0033】
上記実施形態例において、異なる被写界深度の静止画を4分割画面に表示する動作は、変倍動作時に限定して行うことになる。また、これらの動作を静止画4分割画面表示モードとして、選択的に実行可能としてもよい。更に、4分割画面表示をフリーズスイッチ18で行わず、他のスイッチで行うようにすることもできる。
【0034】
また、上記実施形態例では、比較観察用深度の値をそれぞれ設定したが、この複数の比較観察用深度の間隔、例えば5mmのみを設定し、フリーズスイッチ18を操作したとき、如何なる光学倍率に動作されていたとしても、その倍率の被写界深度から一律の5mm間隔の比較観察用深度を自動的に設定し(図3の場合、17mmの変倍操作に対し、24mm、29mm、34mmを設定し)、これらの静止画を4分割画面表示するようにしてもよい。
【0035】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、比較観察用深度を予め設定する深度設定手段を備え、光学的変倍の実行中に所定操作が行われたとき、上記比較観察用深度となるように対物光学系を駆動制御すると共に、撮像素子で撮像された比較観察用深度の画像の倍率が上記所定操作の直前の倍率と同一になるように電子的に変倍したので、光学的変倍操作時に捉えた被観察体について被写界深度が異なる同一倍率の複数の拡大像を分割画面等に表示することができ、奥行き方向のボケを解消した静止画等を得ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態例に係る変倍機能を有する電子内視鏡装置の構成を示すブロック図である。
【図2】実施形態例の対物光学系の構成及び結像状態を示し、図(A)はFar端の図、図(B)はNear端の図である。
【図3】実施形態例の対物光学系により設定される被写界深度とレンズ位置を示す説明図である。
【図4】実施形態例における異なる比較観察用深度に関する設定動作を示すフローチャートである。
【図5】実施形態例における静止画の4分割画面表示及び記録に関する動作を示すフローチャートである。
【図6】実施形態例における被観察体の対物光学系の撮像で設定された異なる被写界深度を示す説明図である。
【図7】実施形態例のモニタにおける静止画の4分割画面表示状態を示す図である。
【図8】内視鏡に設けられた光学的変倍機構により変化する被写界深度を示す説明図である。
【図9】レンズの被写界深度の説明図である。
【符号の説明】
10…電子スコープ、 11…対物光学系、
12…CCD、
15…アクチュエータ及び位置検出器、
17…変倍スイッチ、 18…フリーズスイッチ、
21…マイコン、
27…電子ズームIC回路、
28…画像メモリ、 31…モニタ、
35…操作パネル、 36…画像選択スイッチ、
L2…第2レンズ(可動レンズ)、
L3…第3レンズ(可動レンズ)。
Claims (2)
- 変倍用レンズにより観察像を光学的に変倍する対物光学系と、撮像素子を介して得られた画像を信号処理にて電子的に変倍する電子変倍回路と、を備えた電子内視鏡装置において、
上記光学的変倍動作で変化する被写界深度の中の比較観察用深度を予め設定する深度設定手段と、
光学的変倍の実行中に所定操作が行われたとき、上記深度設定手段で設定された比較観察用深度となるように上記対物光学系を駆動制御すると共に、上記撮像素子で撮像された上記比較観察用深度の画像の倍率が上記所定操作の直前の倍率と同一になるように上記電子変倍回路の電子的変倍動作を制御する制御回路と、を設けたことを特徴とする変倍機能を有する電子内視鏡装置。 - 上記の所定操作をフリーズスイッチの静止画表示操作とし、フリーズスイッチ操作時の静止画と上記比較観察用深度の静止画をモニタ上の分割画面に同時に表示するようにしたことを特徴とする上記請求項1記載の変倍機能を有する電子内視鏡装置。
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