JPH059764B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はコントラストの高い投影像を被写体に
形成することにより、精度の良い合焦検出を行い
得るよう改良した内視鏡の合焦検出装置に関する
ものである。

近年、医療分野及び工業分野において、内視鏡
が広く用いられるようになつている。特に、医療
分野においては、内視鏡の接眼部に目を近接させ
て直接体腔内の目的部位を観察するのみならず、
接眼部にカメラ、テレビカメラ等を装着して、
（写真）撮影を行い、目的部位の様子を記録して
おくことが広く行われる。このような場合、肉眼
による観察においては、術者が自らの視度を調整
することにより、鮮明な光学像を得ることができ
る。

しかし、カメラあるいはテレビカメラを用いる
場合には、撮影レンズ系を所定の撮影面若しくは
結像面に鮮明な光学像を結ぶ位置、つまり合焦位
置（点）に設定しなければならないが、従来の合
焦検出装置を内視鏡に使用して合焦検出を行う
と、体腔内臓器等の被写体から反射される光は、
一般にコントラストが低く、又、内視鏡の観察光
学系が一般に暗く、近距離で撮影する場合が多い
ため焦点深度が浅くなるため、コントラスト法に
よる合焦検出及び該合焦検出装置を用いて自動的
に合焦状態にする合焦設定装置は信頼性が低く、
安心して用いることができない。

従つて、体腔内臓器等のようなコントラストの
低い被写体に対しても、信頼性が高く、確実に合
焦検出を行い得る合焦検出装置が等しく望まれて
いた。

本発明は上述した点にかんがみてなされたもの
で、被写体側にコントラストの高い投影像を形成
する手段を設けることにより合焦検出を高精度に
行い得る内視鏡の合焦検出装置を提供することを
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４図は、本発明の第１実施例に
係り、第１図は内視鏡に用いた第１実施例の概略
を示し、第２図ａ及びｂは第１実施例における視
野マスクと、視野内における強度分布をそれぞれ
示し、第３図は第１実施例における絞りの形状を
示し、第４図は光センサに合焦状態及び非合焦状
態で受光した場合における強度分布を示す。

第１図において、内視鏡１は挿入部先端側に配
設した観察用の対物光学系内視鏡１の前方に位置
する被写体２を結像し、像伝達手段を介して接眼
光学系３が配設されている接眼部４後方から観察
できるように構成され、接眼部４外周には接眼光
学系３を移動して結像位置を可変できる視度調節
用等フオーカスリング５が形成されている。

上記内視鏡１には、外部の光源装置６における
光源（ランプ）７からの照明光を導くライトガイ
ドケーブル８を介し、ライトガイド口金部９に供
給された照明光を伝達する手段としてのライトガ
イド（フアイバ）１０が挿通され（図示では外周
側に取付けられている。）該ライトガイド１０を
介して先端側端面から被写体２に向けて通常の照
明をするよう構成されている。

上記光源装置６内における光源７と該光源装置
６に装着されたライトガイドケーブル８の（入
射）端面８Ａとの間には、第１実施例の要部とな
るコンデンサ（集光）レンズ１１及び絞り１２と
が配設され、光源７の照明光をコンデンサレンズ
１１で集光し、第３図に示すように絞り１２の中
央に形成した開口部１２Ａを通して前記端面８Ａ
を大きな強度を有する照明光で照明し、ライトガ
イドケーブル８、内視鏡１に設けられて通常の照
明にも用いられているライトガイド１０を介して
被写体２側に狭い（面積となる）範囲、例えば第
１図に示すように通常の視野範囲１３より狭い範
囲１４のみコントラストの大きな照明光を投光で
きるように構成されている。

一方、上記接眼部４には受光手段として、光電
素子等を多数配設して形成した光センサ１５を収
容したコントラスト検出器１６が装着できるよう
に構成されている。

上記コントラスト検出器１６には、接眼部４後
方の光軸１７上に、二つのプリズムを接合する等
して形成した（ハーフミラーでも良い。）ビーム
スプリツタ１８が配設され、このビームスプリツ
タ１８後方に眼を近接させることにより透過する
光量によつて第２図ａの視野マスク１９内の視野
範囲２０内で観察可能となると共に、ビームスプ
リツタ１８で反射された光軸１７′後方（図示で
は下方）に結像レンズ２１、光センサ１５とが順
次配設されている。

上記光センサ１５における受光面１５Ａが所定
の結像位置例えば内視鏡１を肉眼して観察する場
合においては接眼光学系３を経て結像される位置
が観察者側から明視の距離となる結像位置と光学
的に共役となる位置に配設されている（もちろん
上記の結像位置に限定されるものではない。）。

つまり、上記明視の距離に被写体２の光学像が
鮮明に結像されるときに、ビームスプリツタ１８
で反射分岐され光軸１７′上に配設された光セン
サ１５の受光面１５Ａに鮮明に結像されるように
構成されている。

尚、第２図ａにおいて視野マスク１９内周には
楔状等の指標２２が設けてある。

このように構成された本発明の第１実施例の動
作を以下に説明する。

光源装置６内の光源７の光は、第１実施例の要
部となるレンズ１１及び絞り１２によつて集光さ
れ、ライトガイドケーブル８の入射端面８Ａの中
央部等の一部の箇所を充分な光量の光で照らすこ
とにより、この光はライトガイドケーブル８、ラ
イトガイド１０を経て被写体２に投光される。こ
の投影された光は第１図に示すように、狭い（面
積）範囲１４に集光して投光されるため、コント
ラストの大きなものとなる。

従つて、フオーカスリング５の回動位置が適当
であつて、接眼光学系３を経た被写体２の光学像
が所定の結像位置に鮮明に結像する合焦状態にあ
れば、観察者は第２図ａに示すように視野範囲２
０内に上記狭い範囲１４に投光された像を観察で
きると共に、ビームスプリツタ１８で反射分岐さ
れた光軸１７′上における前記結像位置と共役な
位置に配設された光センサ１５の受光面１５Ａに
も第２図ａに示すように投光された狭い範囲１４
に対応する光学像が鮮明に結像される。この場合
受光面１５Ａの各光電素子で受光される強度Ｉの
分布は第２図ｂあるいは第４図ａに示すように、
投光された部分が結像されている中央部の強度は
大きく、その周辺部は極端に小さくなるので、隣
接する若しくは近接する各光電素子の出力を比較
し、一定値以上のレベル差があるか否かを検出す
れば、合焦状態であるか否かの判定が可能にな
る。尚、第４図において横軸は受光面１５Ａの位
置を示す。

一方、フオーカスリング５の回動位置が適当で
なく、接眼光学系３を経て結像される状態が合焦
状態からずれていると、（つまり前ピンあるいは
後ピンの状態であること）光センサ１５の受光面
１５Ａには鮮明に結像されなくなるので、該受光
面１５Ａで受光される強度Ｉの分布は第４図ｂに
示すようになだらかな山状になる。従つて隣接す
る、若しくは近接する各光電素子の出力を比較し
ても、一定以上のレベル差が生じないので、非合
焦状態であることを判定できる。

このように第１実施例によれば、光源７の光を
レンズ１１及び絞り１２で集光して、被写体２側
に投光し、視野範囲の一部のみに明るい投光像が
結像されるように構成するのみで、簡単に合焦か
否かの検出が容易にできるという利点を有する。

上記合焦状態か否かの検出は、隣接する若しく
は近接する光電素子の出力を比較しても良いし、
投影像が結像される場合の明るい部分となる中央
部等に配設した単数若しくは複数の光電素子が一
定値以上の出力となるか否かによつて判別するよ
う構成することができるし、逆に周辺部に配設し
た光電素子の出力によつて判別するよう構成する
こともできる。

第５図は第２実施例における絞り１２の形状を
示し、この場合には第１実施例と逆に中央部を取
りまく外周側が光の透過する開口部１２Ａとされ
ている。この場合、接眼部４後方から見た視野は
第６図に示すようになる。

第７図ａは、本発明の第３実施例における合焦
状態で観察される視野像を示す。この実施例にお
いては、第８図に示すように狭い幅でリング状の
開口部１２Ａを有する絞り１２を用いて、被写体
２側に投光して形成したコントラストの大きな投
影像に対応して、合焦状態における視野像は第７
図ａに示すようになり、その強度分布は同図ｂに
示すようにリング状部分に対応する部分の強度Ｉ
の分布は大きく、その他の部分の強度Ｉは小さく
（暗く）なる。一方合焦状態にないと、コントラ
ストの小さな強度分布となる。

従つて第１実施例で述べたように光センサ１５
を用いれば合焦か否かを検出できる。

第９図ａは、第７図ａあるいは第８図に示すも
のとは逆に、リング状部分以外に投光するように
してコントラストの大きな投影像を形成した第４
実施例における合焦状態で観察される視野像を示
す。この場合合焦状態において光センサ１５の受
光面１５Ａに結像される強度Ｉの分布は第９図ｂ
に示すようになり、一方非合焦状態においては小
さなコントラストの強度分布となる（図示略）。

この場合の絞り１２としては、第１０図に示す
ように中央の開口部１２Ａと該開口部１２Ａと離
れた同心状のリング状の開口部１２A′とが形成
されたものを用いる。

第１１図及び第１２図は、スポツト的に大きな
コントラストを有する投影像を形成する第１及び
第２の手段を示す。

即ち、第１１図は、絞り１２を移動させたり、
その開口部１２Ａを移動させたりしてライトガイ
ドケーブル８の端面８Ａに入射角を小さくしてス
ポツト的に入射させることにより拡散するのを防
いでスポツト的にコントラストの大きい投影像を
形成することができることを示し、第１２図のよ
うに、レンズ１１を移動調整することにより、同
様な投影像を形成することもできる。

第１３図は、内視鏡のライトガイド口金部９に
接続されるライトガイドケーブル８を分割して複
数（図示では二分割）のライトガイドケーブル８
ａ，８ｂとし、途中に絞り２３及びレンズ２４を
配設し、拡がり角度を押えてスポツト的に投光
し、コントラストの大きな投影像を形成する第３
の手段を示す。

第１４図は、内視鏡の照明光学系２５の先端に
絞り２３及びその前方にレンズ２４を配設し、平
行光線等拡がりを少くして被写体２側にコントラ
ストの大きな投影像を形成する第４の手段を示
す。

第１５図は実際に用いられている（第１図に示
すものとは異る）硬性内視鏡の挿入部内に配設さ
れているライトガイド１０及び観察光学系３１の
形状を示す。

上記第１５図に示すように断面が扇形になるよ
うにフアイバを充填配設して形成したライトガイ
ド１０の配置に対し、第１６図に示すようにコン
デンサレンズ１１の焦点ｆとなる位置に光源７を
配設して平行光線を形成し、該平行光線をライト
ガイド１０に照射することにより、ライトガイド
１０の他方の先端面から被写体２にコントラスト
の大きい投影像を形成した場合においては、その
視野像は第１７図に示すようにライトガイド１０
端面の形状の部分は明るい部分となり、他の部分
が暗視野部分となる。

同様に、第１８図に示すように同心となる中央
部分が観察光学系３１で、その外周のリング状部
分にライトガイド１０が形成されている場合に、
前記第１６図に示す平行光線となるように集光し
て投影像を形成すると、その視野像は第１９図に
示すようになる。

第２０図は、第１６図におけるライトガイド１
０の前端面に絞り２３を配設し、より狭い範囲に
のみコントラストを大きくして投光するよう構成
したものを示す。

上述においては、内視鏡に装着して所定の結像
面と光学的に共役となる位置に、受光手段を配設
すると共に、被写体側に観察視野の一部に対応す
る狭い範囲の面積のみに各種形状の開口部を経て
投光されて形成されたコントラストの大きい投影
像を内視鏡の観察光学系を用いて所定の結像位置
に結像される合焦状態か否かを前記受光手段で検
出するよう構成してあるが、光源の光を被写体側
に投光する手段を備えた他の光源機器あるいは光
学装置においても本発明は適用できるものであ
る。

又、上述においては、照明光伝達手段と、観察
光学系若しくは結像光学系とが別体物とされてい
るが、例えば第１図において照明光を伝達するラ
イトガイドケーブル８をライトガイド口金部９に
接続するのではなく、ビームスプリツタあるいは
ハーフミラー等を用いて観察光学系を通して投光
する場合にも本発明は適用できる。

又、受光手段として所定の面積に配設された光
電素子の出力が一定値以上あるか否か、若しくは
多数配設した光電素子において、隣接する光電素
子の出力レベルを比較する等して一定以上のレベ
ル差があるか否かによつて合焦状態か否か検出す
るように構成してあるが、例えば、第２１図に示
すように、ピンホール状等の開口部３２若しくは
非感光部を設けた光電素子３３にて受光し、該光
電素子３３の出力が暗電流レベル等の極小値とな
るか否かによつて合焦状態か否かを検出すること
もできる（第１図の場合の光学系に適用したもの
を示す。）。

以上述べたように本発明によれば、被写体側の
狭い範囲の面積に照明光をコントラストを大きく
して投光することにより、合焦状態か否かによつ
て大きな強度分布の差となつて結像されるように
してあるので、簡単な構成で精度良く合焦か否か
の検出ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は本発明の第１実施例に係
り、第１図は、内視鏡に適用した第１実施例の概
略の構成を示す説明図、第２図ａは第１実施例に
おける視野像を示す説明図、第２図ｂは、同図ａ
における強度分布を示す分布図、第３図は第１実
施例における絞りの形状を示す正面図、第４図ａ
及びｂは合焦状態及び非合焦状態における結像位
置での強度分布を示す分布図、第５図及び第６図
は本発明の第２実施例に係り、第５図は第２実施
例における絞りの形状を示す正面図、第６図は第
２実施例における視野像を示す説明図、第７図及
び第８図は本発明の第３実施例に係り、第７図ａ
は第３実施例における視野像を示す説明図、第７
図ｂは同図ａの強度分布を示す分布図、第８図は
第３実施例における絞りの形状を示す正面図、第
９図及び第１０図は本発明の第４実施例に係り、
第９図ａは第１実施例における視野像を示す説明
図、第９図ｂは、同図ａの強度分布を示す分布
図、第１０図は第４実施例における絞りの形状を
示す正面図、第１１図ないし第１４図は照明光を
集光して被写体に投光する手段を示し、第１１図
は第１の手段を示す説明図、第１２図は第２の手
段を示す説明図、第１３図は第３の手段を示す説
明図、第１４図は第４の手段を示す説明図、第１
５図ないし第１７図は、本発明における集光して
投光する手段を実際の硬性内視鏡に適用した場合
に係り、第１５図は硬性内視鏡の挿入部に配設さ
れている光学系の配置を示す概略説明図、第１６
図は第１５図の光学系の場合に平行光線となるよ
うに集光して投光る手段の配置を示す説明図、第
１７図は第16の場合における視野像を示す説明
図、第１８図は硬性内視鏡における挿入部に配設
されている光学系の他の配置例を示す説明図、第
１９図は、第１８図に示す配置の光学系を用いた
場合における視野像を示す説明図、第２０図は、
第１６図とは異る投光手段の配置を示す説明図、
第２１図は他の受光手段を示す説明図である。 １……内視鏡、２……被写体、３……接眼光学
系、４……接眼部、５……フオーカスリング、６
……光源装置、７……光源、８……ライトガイド
ケーブル、１０……ライトガイド、１１，２４…
…レンズ、１２，２３……絞り、１２Ａ，１２
A′……開口部、１５……光センサ、１５Ａ……
受光面、１６……コントラスト検出器、１７，１
７′……光軸、１８……ビームスプリツタ、１９
……視野マスク、２０……視野範囲、２５……照
明光学系、３１……観察光学系、３２……開口
部、３３……光電素子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 被写体への照明光を伝送するライトガイド
   と、照明された被写体を少くともその一部が可動
   できる結像光学系によつて所定の位置に結像させ
   ることにより、接眼光学系後方から視野全域にわ
   たり、観察可能になる光学装置において、被写体
   側で反射して結像される光学像が、視野の一部の
   範囲の面積のみに形成されるように、照明光を絞
   り及びレンズの少くとも一方を用いて前記ライト
   ガイドを介して被写体側に投光する手段と、前記
   所定の位置と光学的に対応する位置に配設した受
   光手段とを設けたことを特徴とする内視鏡の合焦
   検出装置。