JPH0263210B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、光源に接続されるライトガイドフア
イバを分岐した一部で、フイルム等の結像面と光
学的に共役の位置に配設された光学的開口部を有
する受光手段の該開口部から強力な合焦検出用照
明光を被写体に照射可能とすることにより、確実
且つ高精度の合焦検出を可能とした内視鏡用焦点
検出装置と、この内視鏡用焦点検出装置を用いて
撮影レンズを合焦位置に高精度に設定できる内視
鏡用合焦設定装置に関するものである。

近年、医療分野及び工学用分野において、内視
鏡が広く用いられている。特に医療分野において
は、内視鏡接眼部に目を近接して体腔内の臓器等
を直接観察，診断すると共に、カメラ，テレビカ
メラ等を装着して診断の要に供するため、写真撮
影等して記録することが広く行われている。

上述の場合、肉眼にて観察する場合には、術者
が自らの視度を調整して鮮明な光学像を結像す
る、つまり合焦状態（合焦点）にすることができ
るが、カメラ，テレビカメラ等の撮影装置を装着
した場合には、鮮明な撮影をするために撮影レン
ズを合焦点に調整しなければならない。上記撮影
レンズを合焦点にするには、合焦点であるか否か
を充分明確に検出し得る手段が望ましい。

本出願人は先に撮影アダプタ内に合焦用ランプ
を設け、このランプで照明した被写体からの反射
光を小さな開口部を設けた受光素子にて受光する
ことにより、合焦点であるか否かを検出する（焦
点検出）手段を提出した。この場合のランプ光量
は、アダプタ内に収容するスペース等の関係から
比較的限られたものとなり易く、受光素子に入力
される光量が制限される。従つて、合焦点とそれ
以外の場合との受光素子の検出出力の差を充分大
きくすることが難しく、より確実な合焦検出を高
精度且つ容易に行い得る手段が久しく望まれてい
た。

本発明は上述した点にかんがみてなされたもの
で、光源からの照明光を内視鏡内の照明光伝達手
段に伝達するライトガイドの少くとも一部を、フ
イルム等の結像面と光学的に共役位置に配設した
開口部を有する受光手段の該開口部まで延出し、
被写体に充分な強度を有する照明光を出射するこ
とにより、受光素子による合焦検出の精度を向上
できる内視鏡用焦点検出装置と、該内視鏡用焦点
検出装置によつて撮影レンズを高精度の合焦点に
設定できる内視鏡用合焦設定装置とを提供するこ
とを目的とする。

以下、図面を参照して、本発明を具体的に説明
する。

第１図ないし第５図は、本発明の一実施例を示
し、第１図は内視鏡用焦点検出装置を用いた内視
鏡用合焦設定装置の光学系を示し、第２図は、第
１図に用いられている受光手段の一実施例を示
し、第３図及び第４図は、焦点検出の原理を説明
する図で、第５図は内視鏡用合焦設定装置の電気
回路系の構成をブロツク図にて示す。

第１図において、先端に対物光学系と照明光学
系とを配設収容した細長の挿入部１と、この挿入
部１の手元側端部に先端側が接続され、その側部
にライトガイド口金部２を有し、内部に接眼光学
系が収容された接眼部３とから構成される内視鏡
４の接眼部３後端側には、カメラアダプタ５が着
脱自在に装着されている。このカメラアダプタ５
の後端側には、カメラ６又はテレビカメラが着脱
自在に装着できるようになつている。

上記カメラアダプタ５内には、この発明におけ
る（内視鏡用）焦点検出装置を用いて、撮影レン
ズを自動的に合焦点に移動設定できる内視鏡用合
焦設定装置が収容されている。

即ち、内視鏡４が取付けられた際の光軸７上
で、内視鏡４の接眼レンズ系に対向する後方位置
に、（光軸７上を）矢符で示すように前後動可能
の撮影レンズ８が配設され、この撮影レンズ８の
後方の光軸７上には該光軸７と傾斜（例えば45度
の傾斜）して半透鏡で形成された合焦用ミラー９
が配設されている。

上記光軸７に沿つて入射された光が合焦用ミラ
ー９で反射された反射光軸上（第１図では上方位
置）に再結像レンズ１０と受光手段としての光電
素子１１が順次配設され、上記光軸７に対し、前
記合焦用ミラー９の裏面側における反射光軸上
（第１図においては下方位置）に、ランプレンズ
１３，合焦を表示する合焦表示ランプ１４が順次
配設されている。

上記光電素子１１は、第２図に示すように、中
央部にピンホール１５（又はスリツト状角孔）等
の開口部が設けられた円板形状（もちろん正方形
又は長方形でも良い）をなし、この円板前面が感
光する素子、例えばフオトダイオード，フオトト
ランジスタ等のように光によつて電流性が変化す
る素子とか、太陽電池のように光起電力が生じる
素子、CDSのように抵抗値が変化する素子等で
光電面１７が形成され、その裏面側は遮光面１８
が形成されている。

一方、前記カメラアダプタ５の後方から装着さ
れるカメラ６には、合焦用ミラー９の後方の光軸
７上に、光軸７と傾斜（例えば45度の傾斜面）し
たリターンミラー２１が配設され、さらにその後
方に撮影フイルム２２が配設されている。

上記リターンミラー２１の反射光軸上（図示で
は上方）に、左右反転して正立像に戻すペンタプ
リズム２３が配設され、このペンタプリズム２３
を経た光軸上にフアインダーレンズ２４が配設さ
れ、その後方に目を近接させて、フイルム２２に
結像されるのと同等の光学像を観察できるように
構成されている。上記リターンミラー２１は、撮
影の際には退避して入射された光がフイルム２２
面に結像されるように構成されている。

上記光電素子１１の光電面１７の位置は、前記
フイルム２２面の位置と共役となるように配置さ
れている。

即ち、撮影レンズ８を経た光が、後方のフイル
ム２２面に結像される場合の光路長と、合焦用ミ
ラー９によつて反射され、再結像レンズ１０を経
て光電素子１１の光電面１７に結像される場合の
光路長が等しくなるように設定されている。

一方、前記内視鏡４の挿入部１内を挿通された
照明光伝達手段としてのライトガイドは、ライト
ガイド口金部２にて、ユニバーサルコード内のラ
イトガイド３１と接続され、このライトガイド３
１の端面には、光源装置内の光源３２から照明光
が照射されるように構成されている。本実施例に
おいては、上記ライトガイド３１の一部が分岐さ
れ、内視鏡４のライトガイド口金部２のみでな
く、前記光電素子１１の遮光面１８側のピンホー
ル１５まで延出されたスポツト光ライトガイド３
３が形成され、このスポツト光ライトガイド３３
の端面からピンホール１５を経て合焦検出用の照
明光が被写体２５に向けて投光されるように構成
されている点が特徴となつている。

このように配設された光学系を有する内視鏡用
焦点検出装置及びこの装置を用いた内視鏡用合焦
設定装置を収容したカメラアダプタ５における焦
点検出機能について、先ずこれを直線状の光学系
に簡略化した第３図を参照してその原理を説明
し、その後に内視鏡用焦点検出装置及び内視鏡用
合焦設定装置の動作を説明する。

第３図に示すように、（光源３２から）スポツ
ト光ライトガイド３３の一方の端面に照射された
光は、他端側から出射される。この光は、ピンホ
ール１５，撮影レンズ８を経て被写体２５側に投
光される。投光され、被写体２５で反射された光
は、撮影レンズ８を経て光電素子１１側に戻る
が、今仮りに被写体２５が符号ｂで示す位置の時
合焦であつて、それにより近すぎたり、それより
遠すぎたりした場合の位置をそれぞれ符号ａ，ｃ
で示す。

上記の場合には、符号ｂの位置で反射された光
は、撮影レンズ８を経てピンホール１５の位置が
収束点（結像点）となるので、このピンホール１
５周囲の光電面１７には、光が達しない。一方、
符号ａの位置で反射された光は、上記ピンホール
１５の後方位置が収束点となるので、図示のよう
にピンホール１５外周の光電面１７に光が達し、
この光に対する信号が出力される。同様に符号ｃ
の位置で反射された光は、ピンホール１５の前方
位置ですでに収束点となり、その後拡開するの
で、光電面１７に光が達し、光電素子１１からこ
の光に対する信号が出力される。

上述においては、光源３２による光が光軸７近
傍に沿つて出射された場合であり、実際には内視
鏡４内を挿通されたライトガイドによつても比較
的広範囲の被写体２５に向けて照明光が照射され
ている。従つて光軸７からずれた位置から反射光
も一部入射されるので、光電素子１１の出力信号
は、上述の（外光の）分の出力レベルだけ嵩上げ
され、第４図に示すようになる。ここで横軸は被
写体２５の位置を示し、縦軸は光電素子１１の検
出出力レベルの一例を示す。

即ち、被写体２５が合焦の位置、つまり符号ｂ
の位置の時の光電素子１１の出力レベルP_bが最
小となり、それより近すぎても、遠すぎてもそれ
ぞれ信号出力レベルP_a，P_cが大きくなる。

このようにして信号出力が極小（光電素子によ
つては逆に極大となる場合もある。）の位置が合
焦となるので、任意の距離における被写体２５に
対し、撮影レンズ８を移動し、光電素子１１の出
力が極小となる撮影レンズ８の位置において、写
真等の撮影を行えば、鮮明な（写真）撮影ができ
る。この撮影レンズ８を移動する場合、移動する
前より出力レベルが小さくなる方向が合焦に近づ
いていることを示すので、この方向に撮影レンズ
８を手動又は自動で動かせば良い。自動的に設定
する場合撮影レンズ８の移動に対し、出力レベル
が大きくなり始めるか、変化しなくなる点で移動
を停止すれば、任意の距離の被写体２５に対し、
撮影レンズ８を合焦の位置に設置することができ
る。

上述の原理は、撮影レンズ８の後方の光電素子
１１に至る間に再結像レンズ１０，合焦用ミラー
９が配設され、撮影レンズ８の前方の被写体２５
に至る間に内視鏡４が配設されていることを除い
て、第１図に示すカメラアダプタ５内の光学系に
対しても全く同様に適用できるものである。

第１図に示すカメラアダプタ５においては、合
焦となつた場合後述するように合焦表示ランプ１
４が点灯し、この光は、ランプレンズ１３で集光
されて合焦用ミラー９で反射され、光軸７後方に
進行し、リターンミラー２１，ペンタプリズム２
３，さらにフアインダーレンズ２４を経て観測者
の目に入射されるので、上記合焦表示ランプ１４
が点灯した場合に撮影すれば、鮮明な（写真）撮
影ができるようになつている。

上述における合焦検出における照明光は、外部
の光源３２からスポツト光ライトガイド３にて供
給されるように構成してあるので、カメラアダプ
タ５等の収容スペースに制限されることなく充分
な光量の照明ビームを被写体２５に向けて照射で
きる。従つて光電素子１１による検出出力レベル
が向上して検出感度及び信号対雑音比（SN比）
の向上を図ることができることになる。

第５図は、上述の焦点検出装置を用いて撮影レ
ンズ８を合焦点に移動設定する内視鏡用合焦設定
装置と、自動露出装置との電気回路系の構成をブ
ロツク図を用いて示す。

即ち、この内視鏡用合焦設定装置４１は、光源
３２を発光させて被写体２５に投光する発光回路
４３と、被写体２５による反射光をピンホール１
５等の開口部を設けた光電素子１１で検出した信
号出力を増幅して合焦か否かを検出する合焦検出
回路４４と、合焦の時表示する表示器（前記合焦
表示ランプ１４に相当する）４５と、撮影レンズ
８を合焦の位置に設定するために撮影レンズ８を
移動させる（撮影レンズ）駆動装置４６とよりな
る。

上記発光回路４３は、例えばレリーズボタン４
７の押圧操作によつて、スイツチSW₁がオフから
オンし（この間スイツチSW₂もオンしつづけ
る。）、電源（バツテリにて示す）４８から電力が
供給されて、光源３２が点灯し、この光源３２が
スポツト光ライトガイド３３によつて光電素子１
１の裏面からピンホール１５を経て合焦検出用の
照明光が出射されるようにされている。

上記合焦検出回路４４は、光電素子１１の出力
信号を増幅する増幅器４９と、比較検出回路５０
とよりなり、この比較検出回路５０は、例えば前
記駆動装置４６が撮影レンズ８を一定速度で前後
動させた場合、適当な間隔にて（増幅器４９にて
増幅さた）検出信号を順次入力し、その際前に入
力された信号値と、それに引き続いて入力された
信号値とを比較し、後に入力された信号が前に入
力された信号に等しいか、又は大きくなつた時、
検知信号を出力して前記駆動装置４６を停止さ
せ、撮影レンズ８を逆方向に移動させると共に、
上記検知信号を適当な時定数に設定して積分する
等してその積分出力又は一定時間内に入力される
検知信号数を計測し、その計測数が一定値以上の
時表示器４５を点灯させ、且つ駆動装置４６の動
作を停止させるように構成してある。

一方、前記リレーズボタン４７をさらに強く押
圧すると第３のスイツチSW₃がオフからオンし
（第２のスイツチSW₂はオフとなり、上記内視鏡
用合焦設定装置４１は動作しない。）、以下に述べ
る自動露出（EE）装置５１が動作するように構
成されている。

即ち、このEE装置５１は、スイツチSW₃がオ
ンされることにより電源５２から電力が供給され
て感光する光電素子５３の検出信号を増幅する増
幅器５４と、この増幅信号によつてEEシヤツタ
５５のシヤツタ速度及び撮影用の光源３２の光量
を制御する光量制御回路５６をそれぞれ制御する
EE制御回路５７とよりなり、上記スイツチSW₃
をオンする操作により、EE制御回路５７が動作
して適当なシヤツタ速度及び適当な光量に調節さ
れる。

上記のように構成された内視鏡用合焦設定装置
４１は、以下に述べるような動作により撮影レン
ズ８が合焦位置に移動設定する。

即ち、レリーズボタン４７が指等で押圧され、
スイツチSW₁がオンされると、光源３２が点灯さ
れ、この光はスポツト光ライトガイド３３を通つ
て伝達され、ピンホール１５を通り合焦用ミラー
９で反射され、さらに撮影レンズ８及び内視鏡４
を経て被写体２５にスポツト的に投光される。

しかして被写体２５で反射された光は、再び撮
影レンズ８を経て合焦用ミラー９で反射され、ピ
ンホール１５を設けた光電素子１１に進行する。
上記撮影レンズ８が、被写体２５に対し合焦の位
置にあると、光電素子１１の出力レベルは極小値
となる。従つてこの場合には駆動装置４６が撮影
レンズ８を、例えば前方に移動させた場合には、
出力レベルが大きくなるので前進させる動作を直
ちに停止し、比較検出回路５０が検知信号を出力
すると共に、駆動装置４６は、撮影レンズ８を逆
の方向に移動させる。この場合にも出力レベルは
大きくなるので検知信号を出力すると共に、この
撮影レンズ８を後方に移動する動作を停止させ、
反対方向（即ち前方）に移動させるというよう
に、撮影レンズ８は合焦位置の光軸７上で微小振
動する。この場合、比較検出回路５０から検知信
号が出力されるので、適当な時定数を有する積分
回路又は計数回路等を通すとその出力は一定値以
上となり、上記微小振動動作を停止させる。

一方、撮影レンズ８が合焦の位置からずれてい
る場合、最初に駆動装置４６が撮影レンズ８を合
焦の位置と反対方向に移動させると、光電素子１
１の出力レベルは、（次第に）大きくなるので、
比較検出回路５０は、駆動装置４６を制御して前
述と同様に撮影レンズ８を反対方向に移動させ
る。撮影レンズ８が、合焦の位置を通りすぎる
と、上述と同様の微小振動動作を繰り返し、撮影
レンズ８を合焦の位置に設置する。

このように撮影レンズ８が合焦の位置に設置さ
れると、合焦表示ランプ１４等の表示器４５が点
灯するので、観察者はこれを視認してから、前記
レリーズボタン４７をさらに強く押圧すると、
EE装置５１が動作し（写真）撮影ができる。こ
の場合EE装置５１を同時に連動して又は引きつ
づいて動作させるようにすることもできる。又上
記表示器４５は、ランプを点灯するのでなくブザ
ー等を動作させるようにしても良い。

第６図は本発明の他の実施例の光学系を示し、
合焦検出用の照明光の受光手段が次のように構成
されている。

即ち、再結像レンズ１０の後方（図示では上
方）に二つの直角プリズム６１Ａ，６１Ｂを接合
する等して形成されたビームスプリツタが配設さ
れている。これら直角プリズム６１Ａ，６１Ｂの
接合面を透過した光軸上及び反射した光軸上にの
後方となる前記各直角プリズム６１Ａ，６１Ｂ面
に、それぞれピンホール６２Ａ，６２Ｂが位置す
るように遮光板６３Ａ，６３Ｂが接着され、各ピ
ンホール６２Ａ，６２Ｂの後方にそれぞれ光電素
子６４及び前記スポツト光ライトガイド３３の端
面が位置するように配設されている。

上記光電素子６４前面のピンホール６２Ａは、
フイルム２２と光学的に共役な位置となるように
設定されている。

この実施例における合焦検出の原理図は、第７
図に示すようになる。

即ち、光源３２からスポツト光ライトガイド３
３によつて伝達された合焦検出用の照明光は、一
方の遮光板６３Ｂに設けたピンホール６２Ｂを通
り、プリズム６１Ａ，６１Ｂの接合面で反射され
て撮影レンズ８側を経て被写体２５に向けて投光
される。被写体２５で反射された光は、再び撮影
レンズ８を経てプリズム６１Ｂ，６１Ａを経て他
方の遮光板６３Ａ側に入射され、撮影レンズ８が
合焦状態にあると、ピンホール６２Ａの位置が収
束点となるので、反射光は殆んどピンホール６２
Ａを通り、光電素子６４に届き、合焦状態にない
と、ピンホール６２Ａを通る光は少くなり、従つ
て光電素子６４に届く光量も少くなるように構成
されている。つまりこの場合の光電素子６４の検
出出力特性は第８図に示すように合焦状態の時の
出力レベルは極大値となる。上述以外の部分につ
いては、前述の一実施例と同様の構成である。

この実施例は、前述の実施例と略同様の作用効
果となるが、前述の実施例に比べ、受光手段を構
成する遮光板６２Ａ，６２Ｂに開口部を設けるよ
うにしてあるので、前述の実施例のように比較的
加工のしにくい光電素子１１に開口部を設けなく
ても良いという利点がある。

上述の他の実施例におけるビームスプリツタ
は、プリズム６１Ａ，６１Ｂを用いないで半透鏡
で構成することもできる。

尚、遮光板６３Ａ，６３Ｂに設けた各ピンホー
ル６２Ａ，６２Ｂは、他の形状の開口部でも良い
し、前述及びこの実施例における開口部は、光学
的に開口していれば良いので、開口部を光が透過
するガラス等で閉塞することもできる。

又、上述の各実施例におけるスポツト光ライト
ガイド３３の端面にフイルタを設けて特定の波長
の光を選択的に通し、一方光電素子１１，６４も
この波長の光に対して感度の高い素子を用いれ
ば、SN比を向上できることになる。

又、上述の各実施例においては、内視鏡４に装
着されるカメラアダプタ５（又はテレビカメラ用
アダプタ）内に、本発明の内視鏡用焦点検出装置
あるいは内視鏡用合焦設定装置を収容するように
構成されているが、カメラ５あるいはテレビカメ
ラと一体化された装置内に上記装置を収容しても
良いことは当然である。

尚、上述の各実施例においては、光源３２の照
明光がライトガイド３１及びスポツト光ライトガ
イド３３で分岐されているので観察あるいは撮影
用照明と共に、合焦検出用の照明がなされるよう
に構成されているが、光源装置内で合焦検出の
際、観察あるいは撮影用照明を停止するように構
成することもできる。

以上述べたように本発明の内視鏡用焦点検出装
置によれば、光源から照明光伝達用のライトガイ
ドの一部を合焦用照明光として利用するようにし
てあるので撮影装置の容積及び重量を増すことな
く充分強力な合焦用照明光を被写体に照射できる
ので、受光素子による出力レベルの向上とSN比
の向上を実現できるので、暗い光学系の内視鏡に
おいても操作機能性を損うことなく、精度良く合
焦か否かを検出できるという効果がある。

又、本発明の内視鏡用合焦設定装置によれば、
上記内視鏡用焦点検出装置を用い、受光素子の出
力レベルが極大値又は極小値になるように撮影レ
ンズを移動設定するようにしてあるので、操作機
能性を損うことなく、撮影レンズを高精度の合焦
状態に設定でき、鮮明な撮影を可能にするという
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図は、本発明の一実施例に係
るもので、第１図は、内視鏡にカメラが装着され
る場合に介装されるカメラアダプタ内に収容され
た内視鏡用焦点検出装置の一実施例を用いた内視
鏡内合焦設定装置の一実施例の光学系を示す説明
図、第２図は、第１図に用いられる光電素子の形
状を示す正面図、第３図は、第１図の光学系の焦
点検出の動作を直線状の光学系に直して示す概略
説明図、第４図は、第３図の光学系における被写
体の位置を変えた場合の光電素子の出力特性を示
す特性図、第５図は、撮影レンズを合焦位置に移
動設定する内視鏡用合焦設定装置及び自動露出装
置の電気回路系の構成を示す説明図、第６図ない
し第８図は、本発明の他の実施例に係るもので、
第６図は内視鏡用合焦設定装置の他の実施例の光
学系を示す説明図、第７図は第６図の光学系の焦
点検出の動作を直線状の光学系に直して示す概略
説明図、第８図は、第７図の光学系における被写
体の位置を変えた場合の光電素子の出力特性を示
す特性図である。 ２……ライトガイド口金部、３……接眼部、４
……内視鏡、５……カメラアダプタ、６……カメ
ラ、７……光軸、８……撮影レンズ、９……合焦
用ミラー、１０……再結像レンズ、１１，６４…
…光電素子、１３……ランプレンズ、１４……合
焦表示ランプ、１５……ピンホール、１７……光
電面、１８……遮光面、２１……リターンミラ
ー、２２……フイルム、２３……ペンタプリズ
ム、３１……ライトガイド、３２……光源、３３
……スポツト光ライトガイド、４１……内視鏡用
合焦設定装置、４３……発光回路、４４……合焦
検出回路、４５……表示器、４６……駆動装置、
４７……レリーズボタン、５１……自動露出装
置、６１Ａ，６１Ｂ……プリズム、６２Ａ，６２
Ｂ……ピンホール、６３Ａ，６３Ｂ……遮光板。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 光源からの照明光をライトガイドにて内視鏡
   内の照明光伝達手段に伝達して被写体に投光し、
   該被写体で反射された光を内視鏡接眼部に装着さ
   れ、内部に可動できる撮影レンズを介してフイル
   ム等の結像面に結像する内視鏡用撮影装置におい
   て、前記結像面と光学的に共役な位置に配設さ
   れ、被写体からの反射光を受光する光学的開口部
   を有する受光手段と、前記光源からの照明光を伝
   達するライトガイドの一部を分岐して前記開口部
   まで延出させる手段と、前記受光素子の出力の極
   大値又は極小値を検出する手段とを設けることを
   特徴とする内視鏡用焦点検出装置。 ２ 光源からの照明光をライトガイドにて内視鏡
   内の照明光伝達手段に伝達して被写体に投光し、
   該被写体で反射された光を内視鏡接眼部に装着さ
   れ、内部に可動できる撮影レンズを介してフイル
   ム等の結像面に結像する内視鏡用撮影装置におい
   て、前記結像面と光学的に共役な位置に配設さ
   れ、被写体からの反射光を受光する光学的開口部
   を有する受光手段と、前記光源からの照明光を伝
   達するライトガイドの一部を分岐して前記開口部
   まで延出させる手段と、前記受光素子の出力の極
   大値又は極小値を検出する手段と、前記受光素子
   の出力が極大値又は極小値となるように撮影レン
   ズを移動設定する手段とを設けることを特徴とす
   る内視鏡用合焦設定装置。