JPH0685015B2

JPH0685015B2 - 内視鏡用合焦設定装置

Info

Publication number: JPH0685015B2
Application number: JP57094275A
Authority: JP
Inventors: 剛明中村; 芳雄宍戸
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1982-06-02
Filing date: 1982-06-02
Publication date: 1994-10-26
Anticipated expiration: 2009-10-26
Also published as: JPS58211108A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、焦点検出用に用いられる外部の光源からライ
トガイドを経てスポット照明光を供給するよう構成する
ことにより、小形軽量化を可能にして高精度の焦点検出
を行い得る内視鏡用焦点検出装置と、該内視鏡用焦点検
出装置を用いて結像用若しくは撮影用レンズ系を合焦位
置に移動設定する内視鏡用合焦設定装置に関するもので
ある。

近年、医療分野及び工業用分野において、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
部に眼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、小形の撮影アダプタ内に収容す
ると、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。従っ
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うのには投光される光量を増大さ
せなければならない。

一方、焦点検出用に投光される光量を増大させるため
に、大形のランプを収容すると、撮影アダプタが大形に
なると共に、重量も増大するので操作上好ましいものと
は言えない。

従って撮影アダプタを大形化することなく、充分な光量
の照明光を投光して、確実且つ高精度の焦点検出する手
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、外部
の光源からの照明光をライトガイドにてフイルム等の結
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伝達し、この端面から開口部を通っ
て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、暗い光学系を有する内視鏡においても受光素子に
よる焦点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っ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、本発明の第１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を示し、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ック図にて示す。

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が形成され、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るように構成されて
いる。

このカメラアダプタ５の後端側には、さらにカメラ６又
はテレビカメラが着脱自在に装着できるようになってい
る。

上記カメラアダプタ５内には、本発明における（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沿っ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（又はスリット状角孔）等の開口部が設けられ
た円板形状（もちろん正方形若しくは長方形でも良い）
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ってPN
接合面の電流特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によって反
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ファイバは、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31の端面には、光源
装置内の光源（ランプ）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、光源装置内又は（より一般的に
は）カメラアダプタ５外部のスポット照明用の光源（ラ
ンプ）32′の照明光を前記光電素子11の遮光面18側のピ
ンホール15まで導くスポット光ライトガイド33が形成さ
れており、このスポット光ライトガイド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内視鏡４の観察
光学系を経て被写体25に向けてスポット的に投光される
ように構成されている点が特徴となっている。

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′からスポット光ライトガ
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で示す位置の時フイルム22面
に被写体25の光学像を鮮明に結ぶ合焦点であって、被写
体25がそれより近すぎたり、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、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15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、この光量に応じ
た光電流等の信号が出力される。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からこの光量に応じた信号が出力される。

上述においては、スポット照明用の光源32′による光が
光軸７近傍に沿っ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っても比較的広
範囲の被写体25に向けて照明光が照射されている。従っ
て光軸７からずれた位置からの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Pb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Pa,Pcが
大きくなる。

このようにして信号出力が極小（最小）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、写真等の撮影をおこなえば、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
る場合には、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
焦の位置に設定することができる。

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、合焦となっ
た場合後述するように合焦表示ランプ14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23,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
うになっている。

上述における合焦検出における照明光は、外部の光源3
2′からスポット光ライトガイド33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。従って光電素子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ック図を用いて示
す。

即ち、この内視鏡用合焦設定装置41は、発光させた光源
32′の光をスポット光ライトガイド33で導き、端面から
ピンホール15等の開口部を経て被写体25側に投光する手
段と、被写体25による反射光をピンホール15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。

上記投光する手段は、例えばレリーズボタン47の押圧操
作によって、スイッチSW₁がオフからオンし（この間ス
イッチSW₂もオンしつづける。）、電源（バッテリにて
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′がスポット光ライトガイド33によって光電素
子11の裏面側からピンホール15を経て合焦検出用の照明
光が出射されるように構成されている。

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
にて増幅された）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、又は大きくなった時、検出信号を出力して
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が一定値以上、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、前記レリーズボタン47をさらに強く押圧すると第
３のスイッチSW₃がオフからオンし（第２のスイッチSW₂
はオフとなり、上記内視鏡用合焦設定装置41は撮影レン
ズ８を合焦点に設定した状態に保ち、移動させる動作を
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、スイッチ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、この増幅信号によってEEシャ
ッタ55のシャッタ速度と撮影用の光源32の光量を制御す
る光量制御回路56とをそれぞれ制御するEE制御回路57と
よりなり、上記スイッチ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ャッ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を合焦位置に
移動設定する。

即ち、レリーズボタン47が指等で押圧され、スイッチSW
₁がオンされると、光源32′が点灯され、この光はスポ
ット光ライトガイド33を通って伝達され、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にスポット的に投光され
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。従っ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、この撮影レベル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から検知信号が微小な時間間隔
で出力されるので、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11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
焦の位置に設定する。

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図は本発明の焦点検出装置及び合焦設定装置の第２
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
ムスプリッタが配設されている。これら直角プリズム61
A,61Bの接合面で反射した光軸上及び透過した光軸上の
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、該遮光板63A,63Bにそれぞれ形成された各ピン
ホール62A,62Bの後方にそれぞれ光電素子64及び前記ス
ポット光ライトガイド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′からスポット光ライトガイド33によって
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61B,61Aの接合面
を透過して撮影レンズ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61A,61Bの接合面で反射されて他方の遮
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62Aを通って、光電素子64に届き、
一方合焦状態にないと、ピンホール62Aを通る光は少く
なり、従って光電素子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（最大値）となる。上述以下の部分については、
前述の第１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62
A,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。

上述の第２実施例におけるビームスプリッタは、プリズ
ム61A,61Bを用いないで半透過ミラーで構成することも
できる。

尚、遮光板63A,63Bに設けた各ピンホール62A,62Bは、ス
リット形状等、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いては、合焦検出に用いられる
光源32′と観察用あるいは撮影用照明光源32とは別体に
されているが、第９図に示す第３実施例の場合のように
共用することができる。

即ち、光源装置65内に配設された観察用の光源32の光を
半透過ミラー66で一部を透過させてスポット光ライトガ
イド33の一方の端面に入射されるようにすると共に、残
部を反射させて直接又は図示のように反射ミラー67若し
くは三角プリズムでさらに反射させてライトガイド31の
一方の端面に入射させるように構成することもできる。

又、上述の各実施例におけるスポット光ライトガイド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。

合焦検出用に用いられる光源32′として観察用若しくは
撮影用の光源32と波長域の異る、例えば赤外域等に発光
領域を有するものを用いれば、外光の影響を受けにく
く、SN比を向上させることができる。

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
置を収容できることは当然である。

尚、上述の各実施例におけるスポット光ライトガイド33
は撮影アダプタ若しくは撮影装置と一体的に取り付けて
も良いし、着脱自在に装着できるように構成することも
できる。又、このスポット光ライトガイド33の入射端部
を光源32若しくは光源装置65に一体物若しくは着脱自在
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、撮影アダプタ若しくは撮影装置外部の光源を利用し
て焦点検出用の投光手段を構成してあるので撮影装置側
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、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、本発明の第１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
装置の第１実施例を用いた内視鏡用合焦設定装置の第１
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、本発明の第２
実施例に係るもので、第６図は内視鏡用合焦設定装置の
第２実施例における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、第９図は本発明の第３実施例における光源装置部
分の構成を示す説明図である。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、32,32′……光源、33……スポット光ライトガイ
ド、41……内視鏡用合焦設定装置、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、62
A,62B……ピンホール、63A,63B……遮光板、65……光源
装置、66……半透過ミラー、67……反射ミラー。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項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ィルム等の結像面に結
像するよう構成された内視鏡用撮像装置又は内視鏡用撮
影アダプタにおいて、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、前記光源から又は他の光源からの照明光を伝達して前記
開口部から出射する手段と、前記受光手段の出力の極大値又は極小値を検出する手段
と、前記受光手段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、を設けたことを特徴とする内視鏡用合焦設定装置。