(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【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）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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