JPH07299029A - 内視鏡装置 - Google Patents

内視鏡装置

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JPH07299029A
JPH07299029A JP6279249A JP27924994A JPH07299029A JP H07299029 A JPH07299029 A JP H07299029A JP 6279249 A JP6279249 A JP 6279249A JP 27924994 A JP27924994 A JP 27924994A JP H07299029 A JPH07299029 A JP H07299029A
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brightness
light source
diaphragm
optical system
light
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JP6279249A
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English (en)
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Mitsujiro Konno
光次郎 金野
Akira Hasegawa
晃 長谷川
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Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
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Publication date
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/04—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor combined with photographic or television appliances
    • A61B1/042—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor combined with photographic or television appliances characterised by a proximal camera, e.g. a CCD camera
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/70—Circuitry for compensating brightness variation in the scene
    • H04N23/74—Circuitry for compensating brightness variation in the scene by influencing the scene brightness using illuminating means
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/70—Circuitry for compensating brightness variation in the scene
    • H04N23/75—Circuitry for compensating brightness variation in the scene by influencing optical camera components
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/50—Constructional details
    • H04N23/555—Constructional details for picking-up images in sites, inaccessible due to their dimensions or hazardous conditions, e.g. endoscopes or borescopes

Abstract

(57)【要約】 【目的】 オートアイリス装置を内視鏡の外付けＴＶカ
メラに使用して、撮影に最適な物体像の明るさを常に確
保しつつも、使用者にとって最も負担の少ないパンフォ
ーカスに近い内視鏡装置を提供すること。 【構成】 本発明の内視鏡装置は、物体像を形成する光
学系と、その光学系が形成した像を受けるＣＣＤ１４
と、前記光学系中に設けられたオートアイリス３０と、
光源絞り１７を備えた光源装置５と、光源装置５からの
光を物体Ｍに向けて照射するためのライトガイド１２
と、物体Ｍの像の明るさを検出する明るさ検出手段並び
にその検出手段からもたらされる明るさ情報に基づいて
オートアイリス３０及び光源絞り１７を制御するための
制御手段を有するＣＣＵ３をと備え、前記制御手段はオ
ートアイリス３０の開口の大きさがなるべく小さくなる
ように、オートアイリス３０及び光源絞り１７を制御し
ている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、固体撮像素子より出力
された信号の強度により得られた被写体の明るさ情報に
応じて絞り手段の開口の大きさを可変できるオートアイ
リス装置を備えた内視鏡装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年の内視鏡装置には、硬性鏡の接続部
に固体撮像素子（ＣＣＤ）を内蔵したＴＶカメラを取付
け、体腔内の画像をモニタ上に表示することにより、診
断及び治療を行えるようにしたものがある。図１８に、
このような内視鏡装置の撮像システムの全体構成を示
す。図中、１は内視鏡（硬性鏡）を、２はＴＶカメラヘ
ッドを、３はＣＣＵ（ＴＶカメラコントロールユニッ
ト）を、４はモニタを、５は光源装置を、夫々示してい
る。内視鏡１は、内部に固定絞り６を備えた対物レンズ
７と、複数のリレーレンズ（図では三つ）８，９，１０
からなる像伝送光学系と、接眼レンズ１１とからなる観
察光学系を有している。又、対物レンズ７及び像伝送光
学系と併置されたファイバ束からなるライトガイド１２
を備えている。ＴＶカメラヘッド２は、アダプタレンズ
１３と、ＣＣＤ（固体撮像素子）１４と、ＣＣＤ１４か
らの出力信号を伝達する信号ケーブル１５とを備えてい
る。光源装置５は光源ランプ１６と、光源絞り（調光手
段）１７と、集光レンズ１８とを備えている。内視鏡１
と光源装置５とは、ライトガイドケーブル１９によって
接続されている。
【０００３】ライトガイドケーブル１９は、その一端は
光源装置５に接続され、他端は結合レンズ２０が内蔵さ
れているコネクタ２１を介して内視鏡１のライトガイド
１２に接続されている。光源ランプ１６から発した光
は、光源絞り１７を透過してライトガイドケーブル１９
に内蔵されているファイバ束２２の入射端面に集光され
る。この光は、ファイバ束２２の他端から射出し、結合
レンズ２０によりライトガイド１２の入射端面に集光さ
れる。この光は、ライトガイド１２の射出端から物体Ｍ
に向けて照射される。
【０００４】物体Ｍからの反射光は、対物レンズ７に入
射し、対物レンズ７の後方に物体Ｍの像が形成される。
この像は、各リレーレンズにより逐次結像されながら、
像伝達光学系によって接眼レンズ１１の手前まで伝送さ
れる。この像からの光は、接眼レンズ１１から略平行な
光束となってＴＶカメラヘッド２内部のアダプタレンズ
１３へ向けて射出される。
【０００５】ＴＶカメラヘッド２は、内視鏡１の接眼部
に着脱自在であって、そこに取付けた状態では、アダプ
タレンズ１３が接眼レンズ１１からの光を受けてＣＣＤ
１４上に物体Ｍの像を形成する。ＣＣＤ１４からの出力
信号は、信号ケーブル１５によってＣＣＵ３に供給され
る。ＣＣＵ３は、この信号をモニタ４に表示可能な信号
（例えばＮＴＳＣ規格に従うテレビジョン信号等）に変
換する機能を有し、且つ、必要に応じて各種の信号処理
を行う機能も有している。又、ＣＣＵ３は、システム全
体を制御するための各種制御信号を発する機能も有して
いる。ＣＣＵ３から出力されたＴＶ信号は、モニタ１４
に供給され、そこに物体Ｍの像が表示される。尚、ＣＣ
Ｕ３では、ＣＣＤ１４から得られる出力信号を用いて物
体Ｍからの反射光の明るさを検出し、これが最適な明る
さになるように自動調光駆動信号を光源装置５に供給す
る。この信号によって光源絞り１７が制御され、物体Ｍ
に照射される光量が適正な量になるように制御されてい
る。
【０００６】このような内視鏡装置は、主として手術に
用いられるので、手術中に医師がピント合わせを行って
観察範囲を確保するには、煩雑な作業を伴った。この問
題を解決するための手段の一つは、オートフォーカス機
構をその内視鏡装置に搭載することである。しかし、通
常の写真用カメラとは異なり、内視鏡では医師が観察す
る部位は視野中心に限られるわけではなく、医師が観察
したい部位に的確にオートフォーカスを作動させること
は困難である。そのため、内視鏡における観察範囲を確
保するためには、被写界深度を向上させて、パンフォー
カス状態にすることが好ましい。又、内視鏡では、その
内部に導光用の光ファイバからなるライトガイドが配置
されていて、内視鏡の先端部より照明光が照射されるよ
うになっている。物体面における照度Ｅ’は、光源の輝
度Ｂｋが一定であるとき、距離の二乗に比例する。従っ
て、距離ｘの変化に伴って明るさも変化することにな
る。前記照度Ｅ’を距離ｘに関係なく適正に保持するた
めには、前記輝度Ｂｋを常に最適な値（例えば、最終的
にテレビ信号として８０ＩＲＥとなるような出力）に設
定できるようにすることが望まれる。
【０００７】従って、従来の内視鏡装置は、図１８に示
した装置のように、絞り６の大きさをある程度絞った状
態で固定し、内視鏡１の先端部から物体Ｍまでの距離に
より変化する物体面照度Ｅ’は、光源装置５の内部にＮ
Ｄフィルタ（ニュートラルデンシティフィルタ）の如き
フィルタを配置して光源装置５の光量を可変にし、ＣＣ
Ｄ１４上の像面照度Ｅ’が一定になるようにして補正さ
れていた。この場合のＣＣＤ１４上の照度Ｅ’と内視鏡
１の先端部から物体Ｍまでの距離ｘとの関係を図１９に
示す。この図において、縦軸はＣＣＤ１４上の照度Ｅ’
であり、横軸は内視鏡１の先端部から物体Ｍまでの距離
ｘである。図中の破線によって描かれている曲線Ａ乃至
Ｃは、光源装置の輝度Ｂｋと絞り６の径の大きさを一定
とした場合におけるＣＣＤ１４の照度Ｅ’が、距離ｘの
変化に伴いどのように変化するかを示している。尚、像
面照度Ｅ’は、ｒを被写体の反射率、Ｂｋを光源の輝
度、ｘを内視鏡の先端部から物体までの距離、ＮＡ’を
光学系によって決まる開口数とすると、 Ｅ’∝ｒ・Ｂｋ・ＮＡ’2 ／ｘ2 ・・・・（１） で示される。
【０００８】従って、図１９において、光源の輝度を向
上させることによって、Ｂｋの値が変化し、Ｅ’の値が
図のＡからＣのように変化する。この図は、図１８に示
した光源絞り１７を制御することによって、光源ランプ
１６から供給される照明光量が変化（光源輝度の変化）
し、それに応じて曲線Ａ（光量は少ない）〜Ｃ（光量は
多い）のように変化する。物体距離ｘ2 〜ｘ3 の範囲で
は、光源絞り１７により光量制御が可能な範囲で、この
物体距離範囲では像面の照度Ｅ’を一定に保持すること
ができる。図中、点アが光源絞り１７の透過光量が最小
になる状態を示し、これより物体が近づく（ｘ＜ｘ2 ）
と、像面の照度Ｅ’は制御できずに増加する。反対に、
点ウは光源絞り１７の透過光量が最大の状態であり、こ
れより物体が遠くなると、像面照度Ｅ’は減少する。
又、物体の反射率の変化や光源ランプのばらつきによっ
ても、図のグラフの曲線は上下するが、ここでは簡略化
のため、光源の輝度変化によってのみ、このグラフの曲
線が上下するものと考える。
【０００９】ここで、光源の輝度Ｂｋが曲線Ｂ上におい
て一定であるとして、ある距離ｘ1における物体の像面
照度Ｅ’が適切な像面照度Ｅ’1 となるように絞り６の
径の大きさをφ1 に設定したとすると、光源の輝度Ｂｋ
は、Ｅ’が一定値Ｅ’1 となるように前記グラフの実線
上を推移するように制御されることになる。このとき、
Ｅ’が一定になる領域ア乃至ウにおいては、常に同一の
ＦNO. （絞り６の径の大きさφ1 ）で観察していること
になる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の内視鏡装置
において、対物光学系をパンフォーカスにしようとする
と絞り６の径の大きさを小さくすることになるため、明
るさが不足する。従って、明るさと被写界深度との両者
を考慮して絞り６の径の大きさφ1 が決定されることに
なり、その両者のどちらにとっても有利であるとは云え
ないシステムであった。ところが、最近では、電気信号
によって前記絞り径の大きさを可変にできるオートアイ
リス装置（以下、ＡＩ装置という）も小型化，低価格化
したため、図１８において示した内視鏡用外付けＴＶカ
メラへの応用が検討されつつある。このようなＡＩ装置
を内視鏡用外付けＴＶカメラに搭載すると、上記のよう
な内視鏡システムにおいては、光源装置による調光手段
が既に存在しているため、調光を行うための二種類の手
段が混在することになる。ＡＩ装置は、明るさの他に被
写界深度の範囲に多大な影響を及ぼすため、調光の方法
によっては、明るさは十分であるが被写界深度が狭かっ
たり、又、被写界深度の範囲が十分でも明るさが不足し
てしまったりという問題が生じる。このため、内視鏡用
としては、好ましい観察範囲を確保しつつも明るさが一
定となるような調光手段が必要になる。
【００１１】そこで、本発明は、上記のような従来技術
の有する問題点に鑑みなされたもので、ＡＩ装置を内視
鏡用外付けＴＶカメラに使用して、撮影に最適な物体像
の明るさを常に確保しつつも、使用者にとって最も負担
の軽いパンフォーカスに近い内視鏡装置を提供すること
を目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明による内視鏡装置は、物体像を形成する光学
系と、この光学系が形成した像を受ける固体撮像素子
と、物体に向けて照明光を照射する照明手段と、前記照
明光の明るさを変化させるための調光手段と、前記光学
系中に設けられた開口の大きさが可変である絞り手段
と、前記物体像の明るさを検出する検出手段と、前記検
出手段からもたらされる明るさ情報に基づいて、前記固
体撮像素子から出力される信号強度をほぼ一定に保つよ
うに前記絞り手段及び調光手段を制御するための制御手
段と、を備えたことを特徴とする。
【００１３】具体的には、本発明の装置では、ＣＣＤか
ら得られる明るさ情報が所定の明るさより大きい場合に
は、絞り手段の開口の大きさを優先的に小さくし、一
方、ＣＣＤから得られる明るさ情報が所定の明るさより
小さい場合には、光源装置の光量を優先的に大きくでき
るようになっている。そして、前記絞り手段の開口の大
きさが最小になった後に光源装置を駆動し、更に、その
光源装置による光量が最大になった後に、前記絞り手段
を駆動するようになっている。
【００１４】又、本発明の内視鏡装置は、物体像を形成
する光学系と、この光学系が形成した像を受ける固体撮
像素子と、物体に向けて照明光を照射する照明手段と、
前記物体像の明るさを検出する検出手段と、前記検出手
段から得られる明るさ情報に基づいて前記光学系と前記
固体撮像素子との間の光路長を変化させる駆動手段と、
を備えたことを特徴としている。
【００１５】
【作用】以下、本発明の作用を説明する。図５におい
て、光源の輝度曲線Ｂ上の点オの状態は、光源の輝度Ｂ
ｋを曲線Ｂのように固定した場合に、内視鏡の先端部か
ら物体までの距離ｘ1 における好ましい像面照度Ｅ’を
達成するときに、ＡＩ装置の絞り径の大きさが従来装置
のものと同様にφ1 となることを示している。この状態
から、ＡＩ装置のみを作動させて像面照度Ｅ’をＥ1 ’
で一定とすることを考える。点エ及びカは、図１９に示
した光源の輝度曲線Ａ及びＣ上において、Ｅ’＝Ｅ1 ’
とすべく絞り径の大きさが可変された状態を示してお
り、各々の絞り径の大きさφ2 及びφ3 は前記φ 1 を含
めて、夫々φ2 ＜φ1 ＜φ3 となる。図６に示す光源の
輝度曲線Ｃ上の点クは、ＡＩ装置の絞り径の大きさをφ
1 で一定としながら光源装置の光源絞り（調光手段）を
作動させ、光源の輝度Ｂｋを曲線Ｂの状態から曲線Ｃの
状態に変えたため、像面照度がＥ1 ’からＥ2 ’に変化
したことを示している。このとき、Ｅ1 ’＜Ｅ2 ’であ
る。
【００１６】このようにして、図５に示した各々の状態
エ，オ，カは、夫々図６に示したキ，ク，ケの状態へと
変化する。このとき、好ましい明るさよりも明るい状態
にあるため、好ましい像面照度Ｅ1 ’にするために、内
視鏡先端部から物体までの距離ｘを大きくする。このと
きＥ’＝Ｅ1 ’となるｘの値の範囲は、エ乃至カの状態
であるｘ2 ＜ｘ＜ｘ3 に対し、コ乃至シの状態であるｘ
4 ＜ｘ＜ｘ6 となるように変化している。尚、この距離
は、輝度曲線Ｂにおける距離ｘ2 及びｘ3 での像面照度
Ｅ’が同等になるような輝度曲線Ｃ上の点に対応する距
離として求められる。同様にして、図７に示すように、
光源の輝度を曲線Ｂの状態から曲線Ａの状態に変化させ
ると、図５に示したエ，オ，カの状態から図７のス，
セ，ソの状態に変化するので、像面照度Ｅ’はＥ1 ’か
らＥ3 ’へと変化する。これをＥ1 ’の像面照度と同等
にするには、距離ｘをタ乃至ツの状態に対応するｘ7 ＜
ｘ＜ｘ9 にすれば良い。
【００１７】これら図５乃至７を全体としてみたとき、
絞り径の大きさがφ1 である状態は、図１９に示したも
のと絞り径の大きさが同一であるので、結局、図７にお
ける点チから図６における点サまでの範囲が図１９にお
ける点ア乃至ウまでの範囲に相当し、絞り径の大きさが
可変である分だけ物体の照度をＥ1 ’（一定）に保持す
ることができる範囲が広がり、これが図６に示した点サ
乃至シ、及び図７に示した点タ乃至チまでの範囲であ
る。ところが、絞り径の大きさ及び光源の明るさの両者
が可変であると、像面輝度Ｅ’が同値でも絞り径の大き
さと光源の明るさとの組合せで、様々な設定が可能であ
る。例えば、物体距離がｘ4 であるとき、図６に示した
光源の輝度曲線Ｃによれば、絞り径の大きさを最も小さ
く絞っているが（点コの状態）、図７に示した光源の輝
度曲線Ａ上では、ｘ4 は点チと点ツとの間となり、絞り
径の大きさはかなり大きく開いている。従って、絞り径
の大きさと光源の明るさとを適切に制御すると、明るさ
と被写界深度との要求が両方満たされるような照明が可
能になる。
【００１８】図５乃至７を見ると、照度を一定に保持で
きる範囲（点タ乃至シまでの範囲）のうち、点タ乃至コ
（即ち物体距離がｘ7 乃至ｘ4 までの範囲）までは、絞
り径の大きさを最も小さく絞ったままでの調光が可能に
なる。従って、ここまでは絞り径の大きさを最小にし、
近距離での被写界深度をできるだけ深くするようにす
る。これより先（物体が遠くなる）では、絞りを開ける
必要があるため、絞りを用いて調光する。物体距離ｘ6
で絞りは解放となり、これ以上は調光不能となる。
【００１９】内視鏡用のシステムとしては、パンフォー
カスの状態にすることが理想とされるため、絞りはなる
べく絞った状態であることが好ましい。従って、ＣＣＤ
上の像面照度Ｅ’を一定とするためには、図８（ａ）〜
（ｃ）において実線で示されているように、絞り径の大
きさは、ＡＩ装置の絞り径の大きさを最小にした状態
で、光源の調光による光量を増していき、その調光によ
る光量が最大になったときに、徐々に前記絞りを解放し
ていけば良い。即ち、ＡＩ装置の絞りを光源の調光より
も優先して制御し、前記絞り径の大きさが最小となった
時点で、光源の調光を効かせるようにすれば良い。
【００２０】図８において、（ａ）は上記絞り径の大き
さの変化を、（ｂ）は光源の調光の様子を、（ｃ）は像
面照度を夫々示している。同図（ａ）に示すように、物
体距離ｘ＜ｘ4 の範囲では、絞り径の大きさは最小（φ
2 ）に絞られている。又、図８（ｂ）に示すように、光
源輝度Ｂｋは、距離ｘ7 までは最小であるが、物体が近
いので像面照度Ｅ’は距離ｘと共に変化している。距離
ｘ7 で像面照度Ｅ’は所望の値Ｅ1 ’となる。ここから
光源輝度Ｂｋは徐々に増加し、距離ｘ4 で最大となる。
この間は、光源輝度の増加のため、絞り径の大きさを最
小にした状態で照度Ｅ’を一定に保持することができ
る。距離ｘ4 で光源輝度Ｂｋは最大となるので、図８
（ａ）に示したように、絞りを徐々に開いていくことに
より、像面照度Ｅ’を一定に保つ。距離ｘ6 を越える
と、物体は遠くなりすぎ、照度Ｅ’は距離が大きくなる
につれて低下する。尚、図８において示した破線は、図
１２において説明した従来方式での変化の様子を示して
いる。
【００２１】このようにすると、図８（ａ）〜（ｃ）に
おいて、破線で描かれているような従来の内視鏡システ
ムの状態に比較し、ＡＩ装置による絞り径の大きさがφ
2 になるまでの距離をｘ5 として、ｘ＜ｘ5 の領域では
絞り径の大きさが小さくなった分従来の装置よりも被写
界深度が向上し、パンフォーカス化が図られるようにな
る。又、ｘ＞ｘ5 の領域では、従来の装置よりも絞り径
の大きさが大きくなった分被写界深度が浅くなるが、被
写体のおおよその形は判別できるようになった。これ
は、従来の内視鏡装置では、当該距離の領域は被写界深
度内だが明るさが不足し観察不能な領域であったのに比
べ、本発明の装置では、被写体のおおよその形だけでも
判別可能になった分、装置の操作性が向上する。
【００２２】又、本発明による内視鏡装置は、φ2 を絞
り径の限界の大きさ、ｆを光学系の焦点距離、ＰｘをＣ
ＣＤの水平走査方向の画素ピッチとして、以下に示す条
件式（２）を満足することが好ましい。 φ2 ≧２．１５×１０-4・ｆ／Ｐｘ ・・・・（２）
【００２３】本発明による内視鏡装置では、図８（ａ）
に示したように内視鏡の先端部から物体までの距離がｘ
＜ｘ4 である領域においては、ＡＩ装置の絞り径の大き
さをφ2 で固定することが望ましいが、このように絞り
径の大きさを極端に小さく設定してしまうと、回折限界
による解像力の低下が発生し、絞り込むことによる被写
界深度向上の効果を発揮できなくなってしまう。そこ
で、このような問題が生じないように、内視鏡用として
最適である前述の条件を規定する必要がある。この条件
式は以下のようにして求めることができる。
【００２４】この条件は、絞り径を小さくした場合に、
被写界深度が深くなるパンフォーカス効果と絞りにおけ
る回折による解像力の低下とのバランスを考慮して定め
たものである。ＣＣＤの表面に図１０に示すような色フ
ィルタが配置されているとする。このフィルタの個々の
フィルタ要素は、光電変換を起こす各画素に対応して設
けたもので、Ｇはグリーン、Ｍｇはマゼンタ、Ｃはシア
ン、Ｙはイエローである。このＣＣＤは水平方向に二画
素単位で読み出しを行うため、ナイキスト周波数ｆｎは
水平走査方向の画素をピッチＰｘとすると、 ｆｎ＝１／（２・Ｐｘ） ・・・・（３） で与えられる。
【００２５】一般に、ＣＣＤを用いたＴＶ撮影光学系に
は、モアレを除去するための光学的ローパスフィルタが
配置されているので、かかるフィルタも含めて光学系全
体の周波数特性を考慮する必要がある。ナイキスト周波
数が上記式（３）で与えられた場合、内視鏡の接眼部に
ＴＶカメラを取り付けて使用することを考慮すると、撮
影光学系中に設ける光学的ローパスフィルタの周波数特
性は、図９に示すようなものであることが望ましい。図
９は、横軸は空間周波数（単位：本／ｍｍ）として空間
周波数レスポンスをＭＴＦ（変調伝達関数）で表したも
のである。図中、実線（Ｂ）は光学的ローパスフィルタ
の空間周波数特性、又、破線（Ａ）は光学的ローパスフ
ィルタを除いた光学系の周波数特性である。光学的ロー
パスフィルタは、ナイキスト周波数ｆｎのやや低周波側
でレスポンスがゼロになる特性を有するが、ＭＴＦが３
０％以上になる空間周波数ｆｎ’は概ねＣＣＤのナイキ
スト周波数ｆｎに対して、 ｆｎ’≒０．６・ｆｎ ・・・・（４） となり、この周波数が実効的なＣＣＤの解像限界とな
る。
【００２６】これに対し、前記フィルタを除いた光学系
の周波数レスポンスは絞り径の大きさに従って変化する
が、光学系による回折限界（レーリーリミット）周波数
ｆａは、 ｆａ＝１／ｒａ＝１／（１．２２・λ・ＦNO. ） ＝１３９５φ／ｆ ・・・・（５） で示される。但し、λ＝５８７．５６ｎｍ、ＦNO. ＝ｆ
／φであり、ｆは光学系の焦点距離、φは絞り径の大き
さである。ここで、ＦNO. に対応する絞り径の大きさφ
は実際には有効ＦNO. で計算される必要があるが、硬性
鏡の視度は一般的におよそ−１（ｍ-1）であるため、撮
影光学系に対する物体距離はほぼ１０００ｍｍ程度とな
る。内視鏡用のＴＶ撮影光学系の焦点距離ｆは１０〜５
０ｍｍ程度であるため、上記の物体距離はほぼ無限遠と
考えて良く、有効ＦNO. ≒ＦNO. として差し支えない。
【００２７】絞り径の大きさを小さくしていくにつれて
回折限界周波数は低くなり、図９の破線は図の左側に移
動する。そして、破線が実線より左側にくると回折によ
る像のボケが目につくようになる。従って、回折による
像のボケを目立たせないためには、 ｆｎ≦ｆａ ・・・・（６） を満足することが望ましい。これに、式（３），（５）
を代入することにより、式（２）に示した条件が導かれ
る。φ2 の値が式（２）の下限を下回ると、前述のよう
に回折の影響により解像力の劣化を招くため、絞りの絞
り込みによる被写界深度向上の効果を発揮できなくな
る。
【００２８】以上のように、本発明による内視鏡装置に
よれば、ＡＩ装置を内視鏡用外付けＴＶカメラに使用す
ることにより、最適な物体像の明るさを常に確保しつ
つ、使用者にとって最も負担が軽いパンフォーカスに近
く、且つ、回折限界による解像力の劣化を生じることな
く、ＡＩ装置による絞りの絞り込みの効果を最大限に活
用できる内視鏡装置を実現できる。
【００２９】
【実施例】以下、図示した実施例に基づき本発明を詳細
に説明する。図１は、本発明にかかる内視鏡装置の全体
構成を示す図である。図１７に示した従来装置との相違
点は、内視鏡１とＴＶカメラヘッド２とが、内部にアダ
プタレンズ１３と、オートアイリス（絞り手段：開口の
大きさが可変である絞り）３０と、このオートアイリス
３０を駆動するための駆動手段（モータ等）３１と、駆
動手段３１に制御信号を供給するための信号線３２とを
備えている光学アダプタ３３によって接続されている点
である。その他の構成は従来装置と同様である。但し、
オートアイリス３０の位置は、ＴＶカメラヘッド２を内
視鏡１の接眼部に取付けたとき、接眼レンズ１１の射出
瞳位置とオートアイリス３０との位置がほぼ一致するよ
うに配置されている。ここで、ほぼ一致とは、オートア
イリスによる光束のケラレが問題とならない程度のずれ
を許容するという趣旨である。
【００３０】次に、図１に示した装置の回路構成を図２
に基づき説明する。図のように、本発明による内視鏡装
置では、内視鏡１と、オートアイリス３０とアダプタレ
ンズ１３とを備えた光学アダプタ３３と、ＣＣＤ（固体
撮像素子）１４を備えたＴＶカメラヘッド２とが、着脱
自在に構成されている。ＴＶカメラヘッド２は、種々の
内視鏡に共通して使用する目的で構成されている。その
ため、光学アダプタ３３は、多種多様な特性を有する内
視鏡に適用可能なように数種類のものを用意しておけ
ば、この光学アダプタ３３とＴＶカメラヘッド２とを組
合わせて種々の内視鏡に対応できるＴＶカメラとして使
用することができる。尚、ＣＣＤ１４の入射側に設けら
れている板状部材は、モアレ除去用の光学的ローパスフ
ィルタ４０である。又、ＣＣＵ３は、ゲイン回路３４，
映像回路３５，明るさ検出回路３６，ＣＰＵ３７及びモ
ードスイッチ３８を備えている。
【００３１】ＣＣＤ１４からの出力信号はゲイン回路３
４に供給され、所望のレベルにまで増幅されて、映像回
路３５に供給される。映像回路３５は、モニタ４に表示
可能な信号に変換する回路であり、又、必要に応じて各
種の信号処理を行う機能も有している。そして、映像回
路３５からモニタ４へ映像信号が供給され、モニタ４上
に画像が表示される。ゲイン回路３４からの出力信号
は、その一部が明るさ検出回路３６に供給され、この明
るさ検出回路３６において物体像の明るさが検出され
る。更に、この検出信号はＣＰＵ３７に供給され、この
信号に基づいてＣＰＵ３７は映像出力を適正な値にする
ため、ゲイン回路３４のゲインを制御する信号を送出す
ると共に、光源装置５内の光源絞り（調光手段）１７及
び光学アダプタ３３内のオートアイリス３０を制御する
ための信号を送出して、これらを制御している。尚、オ
ートアイリス３０の絞り込み状態及び光源絞り１７の絞
り込み状態を示す信号は、夫々オートアイリス駆動手段
３１及び光源絞り駆動手段３９から信号線６０，６１に
よりＣＰＵ３７に供給されている。
【００３２】第１実施例 以下、本発明による第１実施例の作動の説明をする。図
３乃至４は、ＣＰＵ３７により行われる調光制御の様子
を示すフローチャートである。図３は、オートアイリス
３０の径の大きさが最大（φMAX ）、且つ、光源輝度最
大（Ｂｋ＝ＭＡＸ）の状態からの制御が行われる場合を
示している。まず、初期状態は、ＡＩ装置のオートアイ
リス３０の径の大きさφは最大｛解放状態（図８（ａ）
における領域３の状態）｝で、光源の光量は最大になっ
ている。この状態では、これ以上明るくすることはでき
ず、この明るさで図８（ａ）に示した領域１及び領域２
を観察すると明るすぎて観察しにくくなるので、観察す
る前に領域１か又は領域２かを判断する必要がある。そ
こで、φが最小でなければ、光源装置５よりもＡＩ装置
の作動を優先させるため、図８（ａ）における領域２の
板面照度を実現すべく、図３におけるループ１を実行す
る。このとき、ＣＣＤ１４より出力される電圧Ｖ
out （但しＶout ∝Ｅ’である）のレベルと基準電圧Ｖ
out ’のレベルとを比較することによって、Ｖout ＝Ｖ
out ’となるように、ＡＩ装置のオートアイリス３０の
径の大きさを調節する。又、図８（ａ）における領域２
から領域３への移行は、φが最大となったか否かで判断
し、φが最大となれば初期状態と同じになるため初期状
態に戻る。
【００３３】即ち、図３に示したループ１において、φ
＝φMIN でオートアイリス３０の径の大きさが最小であ
るか否かを判断する。Ｎｏであれば、領域２にあること
になる。この場合には、Ｖ0ut ＞Ｖ’out の判定を行
う。これが、Ｙｅｓであれば、ＣＣＤ１４からの出力が
大きすぎる（明るすぎる）ので、ＣＰＵ３６から駆動回
路３１に駆動信号を送出し、オートアイリス３０の径の
大きさφを小さくする。前記の判定がＮｏの場合には、
逆にオートアイリス３０の径の大きさφを大きくする。
このオートアイリス３０の駆動手段３１を駆動させるこ
とにより、像面照度は適正に保持される。この部分（ル
ープ１）では領域２の制御、即ち、オートアイリス３０
の径の大きさを変えて像面照度を調節して制御してい
る。Ｖ0ut ＞Ｖ’out の判定後、オートアイリス３０の
径の大きさを小さくしても、出力が適正にならないと、
最後にはオートアイリス３０の径の大きさは最小とな
り、φ＝φMIN の判定がＹｅｓとなって、ループ１から
抜ける。この状態は、領域１に相当し、オートアイリス
３０の径の大きさは最小で固定される。
【００３４】そして、オートアイリス３０の径の大きさ
φが最小になった後、φを固定したままで光源装置５を
用いて明るさを調節すべく、ループ２を実行する。この
とき、φを固定したままでＶ0ut が望ましいＶ0ut ’と
同レベルになるように、光源輝度Ｂｋを調節する。即
ち、Ｖ0ut ＞Ｖout ’の判定を行い、これがもしＹｅｓ
であれば、相変わらず明るすぎるので、今度は光源輝度
Ｂｋを調整することになる。本発明の装置では、ＣＰＵ
３７から光源絞り駆動手段３８に制御信号を送出し、光
源絞り１７の径の大きさを小さくしてライトガイドケー
ブル１９に供給される光量を少なくする。このようにし
て、像面照度は適正に保たれている。尚、ループ２での
Ｂｋ＝ＭＡＸの判定は、光源絞り１７の径の大きさを大
きくした結果最大になった場合には、光源絞り１７の制
御のみでは明るさ調整が十分に行えない虞があるので、
その場合に、再度ループ１に戻り、オートアイリス３０
の径の大きさを調整する必要の有無を判定するために設
けられているものである。更に、領域３への移行判断
は、上記ループ２で説明したことと同様の手順によって
行われる。
【００３５】又、上記では、初期状態がφMAX ，Ｂｋ＝
ＭＡＸとしているが、任意の状態からでも上記の制御ル
ープに入ることも可能である。本発明の装置では、オー
トアイリス３０の径の大きさをなるべく小さい状態に設
定して物体像を得ようとしている。従って、任意の状態
を初期状態とする場合には、まず第一のステップで光源
絞り１７の状態を判定して、光源絞り１７の径を最大の
大きさに設定し、その上で、図３に従って説明したよう
な制御を行えば良い。
【００３６】以上説明したようなフローチャートに従う
電気回路が、図２において示したブロック図である。こ
のような回路を構成することにより、内視鏡用として最
適な明るさを常に確保しつつ、使用者にとって最も負担
の軽いパンフォーカスな内視鏡装置を実現することがで
きる。又、このときにオートアイリス３０の最小径を上
記条件式（２）を満たす条件に設定することが好まし
い。尚、光源の光量はＮＤフィルタ状のフィルタを用い
て輝度を変化させる方法と、ＮＡ（開口数）を変化させ
る方法との二種類あるが、ＣＣＤ上の板面照度というこ
とからすれば、前記の何れの方法を用いても良い。
【００３７】第２実施例 さて、最近では、所謂電子シャッタと呼ばれる電気的な
調光手段を用いられることが多くなっている。本実施例
では、第１実施例に示した構成をこのような電気的な調
光手段を用いることにより構成している。この電子シャ
ッタの動作の概念について以下説明する。
【００３８】図１１（ａ）及び（ｂ）にはインターライ
ン方式のＣＣＤ撮像素子の光電変換面の模式図が示され
ている。同図（ａ）に示すように、四角のフォトダイオ
ード４１が縦横に配列され、横（水平）方向の一列は１
ラインに対応している。そして、同図（ｂ）に示すよう
に、配列されたフォトダイオードの列に隣接して、縦方
向に垂直（Ｖ）ＣＣＤシフトレジスタ４２が設けられて
おり、更に、その出力端には横並びの水平（Ｈ）シフト
レジスタ４３が設けられている。これらＣＣＤ撮像素子
のシフトレジスタはアナログシフトレジスタであり、与
えられた駆動パルスに同期して次々に電荷を送出するも
のである。
【００３９】又、フォトダイオード部には、各フォトダ
イオード４１毎に電荷蓄積部が設けられていて、発生し
た光電荷が蓄えられるようになっている。この電荷蓄積
部と垂直ＣＣＤシフトレジスタ４２との間には、電荷転
送ゲート（トランスファーゲート）４４が設けられてお
り、１フィールド毎に一度の電荷転送パルスが与えられ
ると、全ての光電荷が一斉に電荷転送ゲート４４を経て
垂直ＣＣＤレジスタ４２に移動する。そして、ここで１
ラインに一度の垂直駆動パルス（Ｖパルス）が与えられ
る度に、光電荷は同時に１ライン分ずつ上に順送りされ
る。光電荷の転送先には水平シフトレジスタ４３があっ
て、水平駆動パルス（Ｈパルス）が与えられる度に一画
素分ずつ横に（図の左側に）順送りされ、出力アンプで
電圧信号に変換された後に出力されるようになってい
る。このようにして、各画素の情報は順に画面の左上か
ら右下まで読み出され、１フィールド分の映像信号とし
て出力される。
【００４０】このとき、電荷蓄積する時間を制御するこ
とで画像の明るさを調整することが可能になる。例え
ば、通常のＮＴＳＣ方式用のＣＣＤでは、１／６０（ｓ
ｅｃ）で電荷を蓄積しこの信号を垂直ＣＣＤレジスタ４
２に送出しているが、この電荷蓄積時間を１／６０〜１
／８０００（ｓｅｃ）の範囲内で調整すれば、非常に明
るい画像においても適正な露出に調整することができる
ようになる。本実施例においては、このような電子シャ
ッタを用いることにより、第１実施例と同様な効果が得
られるようにした。図８（ｂ）において自動調光機能を
有しない光源装置の光量がＣ（＝一定）の場合でも、ｘ
7 〜ｘ4 の領域において電子シャッタ荷より電荷蓄積時
間を短くすれば、光源装置の調光手段を用いる場合と同
様に像面上の照度を一定に保持することができる。
【００４１】図１２に本実施例のフローチャートを示
す。図３と比較すると、ループ２の光源の明るさを「Ｂ
ｋ→小，Ｂｋ→大」のように調整する部分が「ＥＳ→
小，ＥＳ→大」に置換され、且つ「Ｂｋ＝ＭＡＸ？」が
「ＥＳ＝初期状態？」に置換されているが、その他は図
３と同様である。ここで、「ＥＳ→小」は電子シャッタ
機構により電荷蓄積時間を短くすることを意味し、「Ｅ
Ｓ→大」は電荷蓄積時間を長くすることを意味してい
る。「ＥＳ＝初期状態？」は蓄積時間が初期状態に戻っ
ているか否か、この例では最長の状態になっているか否
かを判別することを意味する。
【００４２】本実施例においては、パンフォーカスに近
い内視鏡装置の実現という効果の他に、光源装置に自動
調光機能を設けなくともよいため、図２における光源装
置５及びカメラコントロールユニット３の回路を削減す
ることができ、ひいては装置のコスト低減を図ることが
できるという効果を奏する。勿論、自動調光機能を備え
た光源装置と組み合わせた場合には、第１実施例による
ものと同様の効果を生じ、自動調光機能を有しない光源
装置と組み合わせた場合には、本実施例における効果を
生じるように装置を構成すれば、光源が有する機能に左
右されず適切な露出の下でパンフォーカスに近い効果が
得られるため、より好ましいシステムとなる。
【００４３】更に、第１実施例及び第２実施例において
示したように、画像の適切な明るさを確保すると共に、
オートアイリスを適切に作動させてパンフォーカスに近
い内視鏡用外付けテレビカメラを実現すると、装置使用
者の負担を減少させるという効果の他に、オートクレー
プ（高圧蒸気滅菌法）可能な外付けテレビカメラを実現
することができるという効果も生じる。このような内視
鏡装置は、使用者にとって更に付加価値の高いものとな
る。以下、この装置について詳述する。
【００４４】オートクレープは、温度１３５℃の高圧水
蒸気中に５分間放置することにより滅菌する方法であ
り、医療機器における比較的ランニングコストの低い滅
菌法として知られている。特に、近年では、内視鏡用外
付けカメラは内視鏡下における外科手術に多用されるよ
うになってきており、オートクレープ可能なテレビカメ
ラの出現が強く望まれている。しかし、オートクレープ
可能であるということは度重なる前述の高圧水蒸気中で
の滅菌が行われることに耐性を有していなければならな
い。従って、オートクレープ可能なカメラを実現するた
めには、図１に示したテレビカメラヘッド２を完全気密
構造にする必要がある。しかし、かかるテレビカメラヘ
ッドがカメラのピント調整のための可動部を有している
場合には、完全気密構造にすることは不可能である。例
えば、フォーカスノブをＯリングでパッキングしようと
すると、回転力量が重くなりすぎて人間の力では回せな
くなってしまうし、更に数百回のオートクレープの後に
はゴムの部分が劣化してＯリングの役割を果たせなくな
ってしまう。よって、オートクレープ可能なテレビカメ
ラを実現するためには、フォーカス機構が備えられてい
ないパンフォーカスなテレビカメラヘッドを構成しなけ
ればならない。
【００４５】第３実施例 第１実施例及び第２実施例に夫々示した構成のみでも、
パンフォーカスに近い内視鏡装置の実現化に向けて大き
く前進するが、更に前述の電子シャッタやオートゲイン
コントロール（以下ＡＧＣという）といった電気的な調
光手段を付加することで、より使用者の負担の軽いパン
フォーカスな内視鏡装置が実現でき、ひいてはオートク
レープ可能なテレビカメラの実現が可能になる。そこ
で、本実施例では、第１実施例の構成に電気的な調光手
段としての電子シャッタを組み合わせて構成している。
そして、本実施例では、絞り手段の開口の大きさが最小
で、且つ、光源装置の照射光量が最小となった後に、電
気的調光手段が作動するように制御されるようになって
いる。
【００４６】パンフォーカス化を実現するためには、図
８（ｃ）におけるｘ7 ＜ｘ＜ｘ6 の領域をなるべく広く
とるようにすることが好ましい。ここで、オートアイリ
スの最小絞り径φ2 における被写界深度の近点側の限界
をｘ10と定義すれば、ｘ10がｘ7 ＜ｘ10＜ｘ4 となる領
域内にある場合には、明るすぎて観察不可能となる領域
が近点側被写界深度外となっており、もとから観察に用
いられることはないと考えられるため、さしたる問題は
ない。しかしながら、実際には、例えば被写体の反射率
が極めて高い場合等には、かなり大きな物体距離でも明
るすぎて観察できなくなる場合が生じ、ｘ10＜ｘ7 とな
ってしまう場合がある。この場合、第１実施例に示した
構成では、かかる領域内において、オートアイリスは最
小絞り径であり光源装置の輝度も最小となっているた
め、これ以上の調光はなされず明るさのみで観察可能な
深度が定まってしまうことになる。ところが、本実施例
では、調光手段として電子シャッタを用いているので、
明るすぎる場合にも観察に適した一定の明るさに保持さ
れるため、明るすぎて観察不能となることを防止し、観
察深度の向上を図ることができる。
【００４７】図１３は本実施例の動作を説明するための
フローチャートである。図３においては、ループ２にお
いて光源輝度Ｂｋが最小になるとそれ以上の制御は不可
能であったが、図１３においては、「Ｂｋ＝小」から
「Ｂｋ＝ＭＡＸ？」に至る経路に「Ｂｋ＝ＭＩＮ？」が
設けられている。これは光源輝度Ｂｋが最小値になった
か否かを判断する部分であり、Ｂｋが最小になるまでは
図３同様に動作するが、Ｂｋ＝ＭＩＮになるとループ２
から抜けてループ３に入る。ループ３は図１２に示した
ループ２と実質的に同じ制御をしており、絞り径が最小
（φ＝ＭＩＮ）且つ光源輝度が最小（Ｂｋ＝ＭＩＮ）の
状態においてＣＣＤの蓄積時間を制御することにより、
そのＣＣＤから得られる信号が適正な大きさとなるよう
に電気的な調光を行っている。尚、初期状態の「ＡＧＣ
ＯＦＦ」は後述するＡＧＣ（自動利得制御回路）が動
作していない状態であることを示している。
【００４８】電子シャッタが作動する条件は、前述のよ
うに、オートアイリスの絞り径が最小で、且つ、光源装
置の自動調光が最小となり、且つ、ＣＣＤからの出力信
号が適正な明るさ以上となる場合である。本実施例で
は、この条件を満たした場合に、電子シャッタを駆動す
るルーチンに入るようになっている。ループ３では、光
源装置の明るさＢｋが最小、オートアイリスの絞り径φ
が最小となる条件の下で、電子シャッタのみを用いて画
像の明るさ調整を行っている。この条件が崩れて、明る
さが暗くなる方向に変化した場合には、電子シャッタの
シッタスピード（以下ＥＳという）が初期状態に近づい
ていき、初期状態になっても更に暗い場合にのみループ
２が実行されて明るさを一定に保持するようになってい
る。これは電子シャタが作動したままま第１実施例に示
したループに復帰してしまうと、明るさ的に不利な条件
でオートアイリスを作動させることになるので、電子シ
ャッタが初期状態となってから第１実施例のループに復
帰するように工夫しているのである。
【００４９】尚、図１２において示されている「ＥＳ＝
初期状態？」の初期状態とは、例えばＮＴＳＣ方式のＣ
ＣＤであれば標準的にはＥＳが１／６０（ｓｅｃ）であ
ることを示しており、非常に明るいＣＣＤであればそれ
を１／１２５（ｓｅｃ）に設定してもよい。又、明るさ
を重視する１／３０（ｓｅｃ）に設定しても差し支えな
い。更に、明るさを調整する場合には、ＥＳの調整はＯ
Ｎ，ＯＦＦ式に変化させてもよいし、多段階的に変化さ
せてもよい。
【００５０】以上のように、本実施例では、光源の調光
装置とオートアイリスのみらなず電子シャッタをも組み
合わせて適切な作動を行い得る装置を構成したので、近
点側の観察深度の向上に多大な効果を奏している。
【００５１】第４実施例 次にＡＧＣの動作の概念を説明する。ＣＣＤより出力さ
れた信号は、サンプルホールド及びスムージングされた
後、アンプにより増幅される。そして、このときのゲイ
ン（増幅度）の設定によっても画像の明るさ調整を行う
ことができる。このゲインによる明るさ調整をＡＧＣと
称している。又、この調整は、ＣＣＤからの出力信号を
電気的に増幅して行われるため、あまりその増幅率を上
げすぎると電気的ノイズまで増幅することになり、好ま
しくない。又、その増幅率を下げすぎても、信号が飽和
し易くなって好ましくない。従って、その増幅率を前述
の範囲内の適切な値に調整して画像の明るさ及び適性な
露出に調整することが望まれる。
【００５２】そこで、本実施例は、第１実施例の構成に
電気的な調光手段としてＡＧＣを組み合わせて構成して
いる。本実施例では、絞り手段の開口の大きさが最大
で、且つ、光源装置の照射光量が最大となった後に、電
気的調光手段が作動するように制御されるようになって
いる。ここで、オートアイリスの開口絞り径φ3 におけ
る被写界深度の遠点側の限界をｘ11と定義すると、明る
さによって定まる観察深度の遠点側限界ｘ6 と比較して
ｘ11＜ｘ6 である場合には、距離ｘ11より遠い物体は被
写界深度から外れるためややぼけるが、明るさが適当で
あれば明瞭に観察できなくても体腔内の大まかな臓器の
位置の確認ができ、内視鏡先端の大まかな位置づけ（オ
リエンテーション）がつけ易いので、ｘ11より遠い物体
距離でもなるべく観察可能な明るさであることが望まし
い。つまり、ｘ11の値の如何にかかわらず、明るさ限度
ｘ6 が大きい方が好ましい。このための手段として本実
施例では、ＡＧＣを用いて、暗くて観察しにくいｘ6 以
上の領域を拡大している。
【００５３】このときのフローチャートを図１４に示
す。本実施例は、図３に示したフローチャートの「φ＝
φMAX ？」の分岐から初期状態に戻る経路の中にＡＧＣ
動作制御のためのループ４を設けたものである。電子シ
ャッタが作動するときの条件は前述のように、オートア
イリスの絞り径が最大で、且つ光源装置の自動調光が最
大値となり、且つ、ＣＣＤからの出力信号が適性な明る
さ以下になる場合であるため、この条件を満たした場合
にＡＧＣがＯＮ状態になるように構成されている。尚、
本実施例ではＡＧＣ回路は明るさ検知回路より後段に設
けることが望ましく、例えば図３に示した回路を用いる
場合には、映像回路３５の内部にＡＧＣ回路を設けるこ
とが望ましい。このような構成にすると、ＡＧＣのＯ
Ｎ，ＯＦＦの判断（即ち、Ｖout ＞Ｖout ’の判断）を
ＣＣＤからの出力信号によって判断することになるた
め、ＴＶモニタ上の見かけの明るさが変化しても、この
明るさの基準を変える必要はなく、シンプルな回路構成
を実現することができる。なぜなら、ＡＧＣのＯＮ．Ｏ
ＦＦの判断をＴＶモニタへの出力信号の強度で判断する
と、ＡＧＣの作動によってこの基準が変化することにな
り、起こり得る状態に夫々対応する判断基準を予め用意
しなければならず、回路構成が複雑化してしまうからで
ある。又、このとき、ＡＧＣを作動させる必要がなくな
れば、ＡＧＣをＯＦＦにして初期状態に戻し、第一実施
例のループに復帰するように構成しているので、ＡＧＣ
が作動した状態のまま第一実施例のループに復帰してし
まうことを防止し、Ｓ／Ｎ的に不利な条件のままでオー
トアイリスを作動させるようなことはなくなる。
【００５４】又、図１４に示したフローチャートでは、
ＡＧＣの作動はＯＮとＯＦＦの二つの状態の下でのみ考
慮されているが、実際には多段階式に切り換え得るよう
に構成すれば、本実施例による効果を維持しながら、よ
りきめの細かい調光を可能にすることができる。更に、
ＣＣＤの電荷蓄積時間を１／３０（ｓｅｃ）に調整すれ
ば、若干のフリッカーが発生してしまうことになるが、
暗い画像でも適切な露出となるように調整することが可
能になる。以上のように、本実施例によれば、光源の調
光装置とオートアイリスのみならず、電気的な感度の向
上を図り自動的に適切な露出となるように制御すること
ができるため、遠点側の観察深度を向上させることがで
きる。
【００５５】第５実施例 本実施例は、第２実施例に示した構成に前述のＡＧＣが
組み合わされた構成となっている。そして、遠点側の被
写界深度を向上させつつ、光源装置の自動調光装置の削
減による回路の削減の及び装置のコストの低減を図って
いる。図１５には本実施例の作動を説明するためのフロ
ーチャートが示されている。
【００５６】第６実施例 本実施例は、ほぼ第４実施例に示した構成と同様の構成
を有しているが、ＡＧＣ機構を自動的に作動させずに使
用者が直接明るさを調整できるようになっている。なぜ
なら、第４実施例において述べているように、ＡＧＣの
作動目的は本質的には遠方観察時にＳ／Ｎの許容範囲で
最も明るくなるようにゲインアップするだけの動作であ
るので、少なくともＯＮ，ＯＦＦの二段階のゲイン調整
が可能であれば足りるからである。従って、自動的にＡ
ＧＣを制御するための回路を省略すれば、装置構成の簡
略化及びコストの低減を図ることができる。尚、このと
きのフローチャートは図３に示したものと独立したＡＧ
ＣのＯＮ，ＯＦＦとを組み合わせたものになるため、こ
こでは省略する。
【００５７】第７実施例 本実施例は第３実施例と第６実施例に示した構成が組み
合わされて構成されたものである。特徴としては、夫々
の実施例の有する利点が組み合わされた恰好になり、近
点側にも遠点側にも被写界深度が広がっているという大
きな効果が得られる。このときのフローチャートは、図
１３に示したものと独立したＡＧＣのＯＮ，ＯＦＦの制
御手段とが組み合わされたものとなるため、ここでは省
略する。
【００５８】第８実施例 本実施例は第３実施例と第４実施例に示した構成とが組
み合わされて構成されたものである。特徴としては、第
７実施例と同様に、近点側にも遠点側にも被写界深度が
広がっているという大きな効果が得られ、而も、この良
好な被写界深度の画質が、全て自動的に提供されること
になる。このときのフローチャートは、図１３及び図１
４に夫々示されたものが組み合わされたものとなるた
め、ここでは省略する。
【００５９】以上説明したように、第３乃至第８実施例
では、何れも、光源の調光装置作動とオートアイリスの
作動との優先順位の決定以外にも、電気的な調光手段を
組み合わせて夫々の調光手段を最適な作動順位になるよ
うに制御しているので、第１及び第２実施例に示した構
成よりも、観察可能範囲の広いパンフォーカスな内視鏡
用外付けカメラを実現することを可能としている。従っ
て、その使用者の負担減のみならず、オートクレープ可
能な外付けテレビカメラ用として好適な光学系を実現す
ることができる。尚、前述の各電気的な調光手段の他
に、図１に示した光学アダプタ３３のレンズ１３の最終
面からＣＣＤに至る光路中に、透過率が回転角に応じて
異なってくるようなＮＤフィルタを挿入配置して、ＣＣ
Ｄからの出力信号か或いはオートアイリス駆動電圧に応
じて回転させて画像の明るさを制御するように構成する
ことも十分可能である。このように構成しても、第３乃
至第８実施例に夫々示した構成と同様の効果を奏するこ
とは云うまでもなく、かかる構成も又電気的な調光手段
の一種と云える。
【００６０】第９実施例 図８（ａ）における領域２及び領域３は、オートアイリ
ス３０によって明るさが調整されている領域であり、オ
ートアイリス３０の径の大きさφが最大となる付近の領
域であるため、遠くにある物体は明るく観察できるが、
被写界深度は狭くなってしまうという問題がある。そこ
で、このような領域では、遠点付近にピントが合うよう
にアダプタレンズ１３若しくはＣＣＤ１４を光軸方向に
移動させれば、カメラ等の一般的なオートフォーカス装
置と比較して、使用者が見たい位置に的確に反応するオ
ートフォーカス装置になる。例えば、図１に示した装置
は、本発明による内視鏡装置の構成を示したものである
が、この図において、遠くの物体Ｍ’を撮影する場合に
は、像位置が物体側に移動するため、アダプタレンズ１
３を像側に移動するするか（図のの矢印方向）、又
は、ＣＣＤ１４を物体側に移動して（図のの矢印方
向）ピント調整を行う必要があるが、本実施例では、こ
れを電気的に制御し得るように構成され、明るさに応じ
てフォーカス位置が変えられ得るようになっている。
【００６１】具体的には、ピント調整位置を予めテーブ
ル化して記憶させておき、ＡＩ装置のオートアイリス３
０の径の大きさに応じて、ピント調整位置を遠点付近に
設定すれば良い。このような構成は、以下に述べるよう
にすることで実現される。即ち、図４に示したフローチ
ャートのように、オートアイリス３０の径の大きさφが
変化したときの信号を、明るさを制御するループの他
に、オートフォーカス装置を駆動するループにも分岐し
て供給し、適当なオートアイリス３０の径の大きさφと
なる電圧値に応じて、最適にアダプタレンズ１３又はＣ
ＣＤ１４の駆動装置を制御するのである。即ち、オート
アイリス３０が解放状態に近くなったところで、遠方の
物体にピントが合うように、アダプタレンズ１３又はＣ
ＣＤ１４を移動させるように制御するのである。
【００６２】第１０実施例 本実施例は、第９実施例に示した光源装置の自動調光手
段を、電子シャッタを用いることにより構成したもので
ある。このような構成により、本実施例は、第１実施例
と第２実施例との関係のように、光源装置の調光回路を
備えることなく第９実施例と同様の効果を奏するもので
ある。このときの制御方法を説明するためのフローチャ
ートを図１６に示す。
【００６３】第１１実施例 本実施例は、第９実施例に示したピント調整方法を改良
したものである。即ち、前述のように、第９実施例で
は、オートアイリス或いはＣＣＤから出力される信号を
もとにしてフィードバックし、レンズ或いはＣＣＤを光
軸方向に駆動させてピント調整を行っているが、本実施
例では、ピント調整の方法としてレンズ最終面からＣＣ
Ｄ面までの光路中に、実寸法を変えずに空気換算長を可
変し得る光学素子を挿脱することにより、ピント調整を
行う。例えば、図１７（ｂ）に示すような屈折率が１．
５１６３３で厚さが各々０．８ｍｍ，２ｍｍ，３．２ｍ
ｍ（但し実寸法）であるような扇状のガラスが組み合わ
された円板状のフィルタ５１を、同図（ａ）に示すよう
な光学アダプタ３３の光路中でモータ５２により切り換
えることができるように構成すれば、フランジバック長
Ｌを夫々１４．２ｍｍ，１５ｍｍ，１５．８ｍｍ（但し
空気換算長）となるように変換することができる。
【００６４】又、内視鏡外付けテレビカメラの光学系の
焦点距離ｆをｆ＝２０ｍｍとすれば、１（ｍ-1）当たり
のピント可動量はｆ2 ／１０００からほぼ０．４ｍｍと
なる。故に、フランジバック長Ｌ＝１５ｍｍを中央値と
すれば、フランジバック長の変化量中には±２（ｍ-1）
分の調整しろが存在していることになり、内視鏡用外付
けテレビカメラとしては十分なピント調整範囲が与えら
れる。このような構成は、プリズム以外によっても実現
できる。例えば、硝材の厚さを一定にして光学部材の屈
折率を変化させてもよいし、屈折率分布型の素子を用い
て連続的にかかる屈折率を変化させてもよい。
【００６５】第１２実施例 本実施例の装置では、前述のようなオートアイリスは用
いずにフォーカス調整を行うものである。即ち、第９乃
至第１１実施例に示した各例では、オートアイリスを併
用し、その駆動電圧を読み取ることによってフランジバ
ック長を可変してピント調整を行っているが、本実施例
では、ＣＣＤからの出力電圧を直接読み取り、その信号
の強度によってピント調整にフィードバックするように
している。このように、画像の明るさの問題は、オート
アイリスを使用していないので、自動調光或いは電子シ
ャッタを用いて最適な照度とすることで解決し、ピント
ボケの問題は、オートアイリスの効果を利用せずにフラ
ンジバック調整によって対処しているのである。本実施
例では、オートアイリスを用いた場合と比べ、パンフォ
ーカスの効果はさほどでもないが、メカ構造の簡略化ひ
いてはコストの低減については多大な効果を奏するもの
である。尚、このときのフローチャートは省略する。
【００６６】以上のように、第９乃至第１２実施例に示
された各例においては、カメラ等に用いられるオートフ
ォーカス技術とは異なり、ＣＣＤ面上での明るさを測距
手段としては多大な効果を奏するものであることには疑
いがない。又、これらは何れも機密構造にし易い構成と
なっており、オートクレープ対応のテレビカメラの実現
に多大の効果を奏するものである。
【００６７】更に、この場合、使用する内視鏡の透過特
性，光源装置のばらつき及び観察する物体の分光反射率
の相違（例えば胃の内部と大腸の内部）によって、領域
２３と領域３との境界（このときオートアイリス３０の
径の大きさは最大となる）である距離ｘ6 は変わってし
まうので、使用者が観察するのに必要な距離でこのオー
トフォーカス装置が作動するように、基準となる明るさ
を補正する必要が生じる。この補正は、光源の輝度Ｂｋ
を変えることによって行えば良い。この操作が、図４に
示したフローチャートにおけるＢｋバランスである。
【００６８】以上のように、オートアイリスの径の大き
さを可変する電圧値によって、アダプタレンズ又はＣＣ
Ｄを駆動し、且つ、前述のばらつきを吸収するために光
源の輝度Ｂｋを一定値に補正するためのＢｋバランスを
用いれば、本発明の内視鏡装置は、ｘ＞ｘ5 の領域にお
いても、高品質の画像が得られ、ＡＩ装置を利用した内
視鏡装置としてはより好ましいものとなる。
【００６９】更に、本発明は、以上の説明からも明らか
なように、前記請求項１乃至３に記載した特徴に合わせ
て、以下に示す特徴も有している。
【００７０】（１）前記制御手段は、前記照明手段から
照射される光量を一定に保った状態で前記絞り手段のみ
を制御する動作モードを有することを特徴とする請求項
１に記載の内視鏡装置。
【００７１】（２）前記制御手段は、前記絞り手段の開
口の大きさを一定に保った状態で前記調光手段のみを制
御する動作モードを有することを特徴とする請求項１に
記載の内視鏡装置。
【００７２】（３）物体像を形成する光学系と、この光
学系が形成した像を受ける固体撮像素子と、物体に向け
て照明光を照射する照明手段と、照明光の明るさを変化
させるための調光手段と、前記光学系中に設けられた開
口の大きさが可変である絞り手段と、前記物体像の明る
さを検出する検出手段と、この検出手段からもたらされ
る明るさ情報に基づいて、前記固体撮像素子から出力さ
れる信号強度をほぼ一定に保つように前記絞り手段及び
調光手段を制御するための制御手段と、を備え、前記制
御手段は、前記照明手段から照射される光量を一定に保
った状態で前記絞り手段のみを制御する動作モードと、
前記絞り手段の開口の大きさを一定に保った状態で前記
調光手段のみを制御する動作モードとを有していること
を特徴とする内視鏡装置。
【００７３】（４）前記明るさ情報が所定の明るさより
小さい場合には、前記制御手段は前記調光手段を照明光
の明るさを大きくするように制御することを特徴とする
請求項１，上記（１）又は（３）に記載の内視鏡装置。
【００７４】（５）前記明るさ情報が所定の明るさより
大きい場合には、前記制御手段は前記調光手段を照明光
の明るさを小さくするように制御することを特徴とする
請求項１，上記（１）又は（３）に記載の内視鏡装置。
【００７５】（６）前記明るさ情報が所定の明るさより
小さい場合には、前記制御手段は前記絞り手段をその開
口の大きさが大きくなるように制御することを特徴とす
る請求項１，上記（２）又は（３）に記載の内視鏡装
置。
【００７６】（７）前記明るさ情報が所定の明るさより
大きい場合には、前記制御手段は前記絞り手段をその開
口の大きさが小さくなるように制御することを特徴とす
る請求項１，上記（２）又は（３）に記載の内視鏡装
置。
【００７７】（８）前記明るさ情報が所定の明るさより
小さい場合には、前記制御手段は前記調光手段を照明光
の明るさを大きくすると共に前記絞り手段をその開口の
大きさが大きくなるように制御し、前記明るさ情報が所
定の明るさより大きい場合には、前記制御手段は前記調
光手段を照明光の明るさを小さくするように制御すると
共に前記絞り手段をその開口の大きさが小さくなるよう
に制御することを特徴とする請求項１，上記（１）又は
（３）に記載の内視鏡装置。
【００７８】（９）物体像を形成する結像光学系と、こ
の結像光学系が形成した像を受ける固体撮像素子と、光
量調整のための調光手段を有し物体を照明するための照
明光を供給する光源装置と、この光源装置からの光を物
体に向けて照射するための照明光学系と、前記結像光学
系中に設けられた開口の大きさが可変である絞り手段
と、前記固体撮像素子から出力される信号強度をほぼ一
定に保持すべく前記調光手段と前記絞り手段とを制御す
る制御手段と、を備えた内視鏡装置。
【００７９】（１０）前記制御手段は、前記固体撮像素
子から出力される信号強度が所定の明るさより小さい場
合には、前記絞り手段の開口の大きさを最小にした状態
を維持しつつ前記調光手段を制御して前記光源装置から
供給される光量を増大させ、前記光量が最大となった後
に前記絞り手段を制御することを特徴とする上記（９）
に記載の内視鏡装置。
【００８０】（１１）前記制御手段は、前記固体撮像素
子から出力される信号強度が所定の明るさより大きい場
合には、前記調光手段により前記光源装置の光量が最大
となった状態を維持しつつ前記絞り手段をその開口の大
きさが小さくなるように制御し、前記開口の大きさが最
小になった後に前記調光手段を制御することを特徴とす
る上記（９）に記載の内視鏡装置。
【００８１】（１２）前記制御手段は、前記固体撮像素
子から出力される信号強度が所定の明るさより小さい場
合には、前記絞り手段の開口の大きさを最小にした状態
を維持しつつ前記調光手段を制御して前記光源装置から
供給される光量を増大させ、前記光量が最大となった後
に前記絞り手段を制御し、前記固体撮像素子から出力さ
れる信号強度が所定の明るさより大きい場合には、前記
調光手段により前記光源装置の光量が最大となった状態
を維持しつつ前記絞り手段をその開口の大きさが小さく
なるように制御し、前記開口の大きさが最小になった後
に前記調光手段を制御することを特徴とする上記（９）
に記載の内視鏡装置。
【００８２】（１３）前記光学系は開口の大きさが可変
である絞り手段と前記明るさ情報に基づいて前記絞り手
段を制御する制御手段とを備え、前記駆動装置は前記絞
り手段を制御する信号に基づいて駆動されるようにした
ことを特徴とする請求項３に記載の内視鏡装置。
【００８３】（１４）前記明るさ情報が所定の明るさよ
り大きい場合には、前記駆動装置は前記光路長を大きく
するように前記光学系及び／又は固体撮像素子を駆動す
ることを特徴とする請求項３又は上記（１３）に記載の
内視鏡装置。
【００８４】（１５）前記明るさ情報が所定の明るさよ
り小さい場合には、前記駆動装置は前記光路長を小さく
するように前記光学系及び／又は固体撮像素子を駆動す
ることを特徴とする請求項３又は上記（１３）に記載の
内視鏡装置。
【００８５】（１６）前記絞り手段の開口の大きさの最
小値φ2 が以下の条件式を満足するようにしたことを特
徴とする上記（２），（３），（１０）又は（１１）に
記載の内視鏡装置。 φ2 ≧２．１５×１０-4・ｆ ／Ｐｘ 但し、ｆは前記光学系の焦点距離、Ｐｘは前記固体撮像
素子の水平走査方向の画素ピッチである。
【００８６】（１７）前記固体撮像素子から出力される
信号に基づいて生成される映像信号を増幅する作用を有
する電気的増幅手段を備え、前記制御手段は、前記絞り
手段の開口の大きさが最大となり且つ前記調光手段によ
り光源から供給される光量が最大となった後に、前記電
気的増幅手段を動作させるようにしたことを特徴とする
上記（１），（３），又は（１０）に記載の内視鏡装
置。
【００８７】（１８）前記制御手段はＣＰＵであること
を特徴とする請求項１，上記（１）乃至（８），（１
６）又は（１７）の何れかに記載の内視鏡装置。
【００８８】（１９）前記絞り手段の開口の大きさが最
大であるとき、明るさを一定値に補正するための明るさ
バランスを前記調光手段により行うようにしたことを特
徴とする請求項１乃至３，又は上記（１）乃至（１８）
の何れかに記載の内視鏡装置。
【００８９】（２０）前記制御手段は、前記照明手段に
よる照明光の強さが所定の値である場合には前記絞り手
段を制御することを特徴とする請求項２に記載の内視鏡
装置。
【００９０】（２１）前記制御手段は、前記絞り手段の
開口の大きさが所定の値である場合には前記調光手段を
制御することを特徴とする請求項２に記載の内視鏡装
置。
【００９１】（２２）前記固体撮像素子に蓄積される電
荷量を制御する電気的調光手段を備え、この電気的調光
手段は前記制御手段により制御されるようにしたことを
特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
【００９２】（２３）前記制御手段は、前記絞り手段の
開口の大きさが最小となり、且つ前記照明手段から物体
に照射される光量が最小となった後に前記電気的調光手
段を制御するようにしたことを特徴とする上記（２２）
に記載の内視鏡装置。
【００９３】（２３）前記電気的調光手段が作動終了し
た場合に、前記電気的調光手段を初期状態に戻すように
制御することを特徴とする上記（１７）に記載の内視鏡
装置。
【００９４】
【発明の効果】上述のように、本発明による内視鏡装置
は、ＡＩ装置を内視鏡用外付けＴＶカメラに使用してＡ
Ｉ装置のオートアイリスの径の大きさが最小の状態か
ら、光源装置の光源絞りが作動するようになっているた
め、最適な物体像の明るさを常に確保しつつ、使用者に
とって最も負担の軽いパンフォーカスに近い内視鏡装置
を提供できる。又、ＡＩ装置のオートアイリスの限界絞
り径の大きさを最適な大きさに設定したので、回折限界
による解像力の劣化を生ぜず、ＡＩ装置による絞り込み
の効果を最大限に活用できる。更に、オートアイリスの
径の大きさに応じて、ピント調整を電動で行う駆動装置
を備え、オートアイリスの最大径で光源の輝度を一定値
に補正するための輝度バランスが行えるので、最適な物
体像の明るさを常に確保しつつパンフォーカスな内視鏡
装置が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる内視鏡装置の全体構成図であ
る。
【図２】図１に示した内視鏡装置の回路構成を示すブロ
ック図である。
【図３】本発明による内視鏡装置の第１実施例の動作を
説明するためのフローチャートである。
【図４】本発明による内視鏡装置の第１実施例の動作を
説明するためのフローチャートである。
【図５】本発明の内視鏡装置での一定の光源輝度の状況
下における内視鏡の先端部から物体までの距離と像面照
度との関係を示す図である。
【図６】本発明の内視鏡装置において、光源の輝度を変
化させた状態での内視鏡の先端部から物体までの距離と
像面照度との関係を示す図である。
【図７】本発明の内視鏡装置において、光源の輝度を変
化させた状態での内視鏡の先端部から物体までの距離と
像面照度との関係を示す図である。
【図８】本発明の作用を説明するための図であり、
（ａ）は本発明の装置の絞り手段の径の大きさの変化
を、（ｂ）は本発明の装置の光源の調光の様子を、
（ｃ）は本発明の装置による像面照度を夫々示した図で
ある。
【図９】（Ａ）光学的ローパスフィルタの空間周波数特
性を示す伝達関数（ＭＴＦ）と（Ｂ）前記光学的ローパ
スフィルタを除いた光学系自体のＭＴＦとの関係を示す
図である。
【図１０】固体撮像素子の表面図である。
【図１１】（ａ）はインターライン方式のＣＣＤ撮像素
子の光電変換面の摸式図であり、（ａ）は（ａ）に示し
たＣＣＤ撮像素子の細部を説明するための図である。
【図１２】本発明による内視鏡装置の第２実施例の動作
を説明するためのフローチャートである。
【図１３】本発明による内視鏡装置の第３実施例の動作
を説明するためのフローチャートである。
【図１４】本発明による内視鏡装置の第４実施例の動作
を説明するためのフローチャートである。
【図１５】本発明による内視鏡装置の第５実施例の動作
を説明するためのフローチャートである。
【図１６】本発明による内視鏡装置の第１０実施例の動
作を説明するためのフローチャートである。
【図１７】（ａ）本発明による内視鏡装置の第１２実施
例の内視鏡アダプタ部の構成を示す図であり、（ｂ）は
（ａ）に示したアダプタ部内に配置されるフィルタの構
成を示す図である。
【図１８】従来の内視鏡装置の全体構成図である。
【図１９】従来の内視鏡装置において、光源の輝度を変
化させた状態での内視鏡の先端部から物体までの距離と
像面照度との関係を示す図である。
【符号の説明】
１ 内視鏡 ２ ＴＶカメラヘッド ３ ＣＣＵ（ＴＶカメラコントロールユニット） ４ モニタ ５ 光源装置 ７ 対物レンズ ８，９，１０ リレーレンズ １１ 接眼レンズ １２ ライトガイド １３ アダプタレンズ １４ ＣＣＤ（固体撮像素子） １５ 信号ケーブル １６ 光源ランプ １７ 光源絞り １８ 集光レンズ １９ ライトガイドケーブル ２０ 結合レンズ ２１ コネクタ ２２ ファイバ束 ３０ オートアイリス（絞り手段） ３１ オートアイリス駆動手段 ３２ 信号線 ３３ 光学アダプタ ３４ ゲイン回路 ３５ 映像回路 ３６ 明るさ検出回路 ３７ ＣＰＵ ３８ モードスイッチ ３９ 光源絞り駆動手段 ４０ 光学的ローパスフィルタ ４１ フォトダイオード ４２ 垂直ＣＣＤシフトレジスタ ４３ 水平シフトレジスタ ４４ 転送ゲート ５１ フィルタ ５２ モータ Ｌ フランジバック長 Ｍ 物体

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 物体像を形成する光学系と、 該光学系が形成した像を受ける固体撮像素子と、 物体に向けて照明光を照射する照明手段と、 前記照明光の明るさを変化させるための調光手段と、 前記光学系中に設けられた開口の大きさが可変である絞
    り手段と、 前記物体像の明るさを検出する検出手段と、 前記検出手段からもたらされる明るさ情報に基づいて、
    前記固体撮像素子から出力される信号強度をほぼ一定に
    保つように前記絞り手段及び調光手段を制御するための
    制御手段と、を備えた内視鏡装置。
  2. 【請求項２】 物体像を形成する光学系と、 該光学系が形成した像を受ける固体撮像素子と、 該固体撮像素子に蓄積される電荷量を制御する電気的調
    光手段と、 前記光学系中に設けられた開口の大きさが可変である絞
    り手段と、 前記固体撮像素子から出力される信号強度をほぼ一定に
    保つように前記絞り手段及び電気的調光手段を制御する
    ための制御手段と、を備えた内視鏡装置。
  3. 【請求項３】 物体像を形成する光学系と、 該光学系が形成した像を受ける固体撮像素子と、 物体に向けて照明光を照射する照明手段と、 前記物体像の明るさを検出する検出手段と、 前記検出手段から得られる明るさ情報に基づいて前記光
    学系と前記固体撮像素子との間の光路長を変化させる駆
    動手段と、を備えた内視鏡装置。
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