(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、
上記の光学的変倍と電子的変倍を動作させる共通の変倍操作手段と、
上記光学変倍と電子的変倍との切換え時の被写界深度を任意の値に設定するための切換え点設定手段と、
上記変倍操作手段の操作に基づき光学的変倍と電子的変倍を連続的に動作させると共に、上記被写界深度の任意の設定値を切換え点として光学変倍と電子的変倍を切換え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】
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、
上記の光学的変倍と電子的変倍を動作させる共通の変倍操作手段と、
上記光学変倍と電子的変倍との切換え時の拡大率を任意の値に設定するための切換え点設定手段と、
上記変倍操作手段の操作に基づき光学的変倍と電子的変倍を連続的に動作させると共に、上記拡大率の任意の設定値を切換え点として光学変倍と電子的変倍を切換え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。
【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できると共に、信号処理にて電子的拡大像を形成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】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような変倍機能を有する電子内視鏡装置においては、例えば内視鏡操作部に設けられた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させることが提案されている。即ち、上記変倍スイッチを操作し、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には、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が行われており、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】
しかしながら、上記可動レンズを用いた従来の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るという不都合があった。このことを図７及び図８にて説明する。
【０００６】
図７において、図（Ａ）は可動レンズ１が基端（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側）に移動したときの結像状態が示されている。なお、この図７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７（Ａ）のように光学拡大をしないときは、例えば距離８〜１００ｍｍにおいてピントが合い、被写界深度は９２ｍｍとなるが、図７（Ｂ）のように光学拡大をしたときは、距離４〜２０ｍｍでピントが合い、被写界深度は１６ｍｍとなる
【０００７】
図８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７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７（Ａ）で９２ｍｍ、図７（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、電子的変倍に移行するときの被写界深度を任意に設定し、電子拡大画像の奥行き方向のボケを解消す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、上記の光学的変倍と電子的変倍を動作させる共通の変倍操作手段と、上記光学変倍と電子的変倍との切換え時の被写界深度を任意の値に設定するための切換え値設定手段と、上記変倍操作手段の操作に基づき光学的変倍と電子的変倍を連続的に動作させると共に、上記被写界深度の任意の設定値を切換え点として光学変倍と電子的変倍を切換え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、光学的変倍と電子的変倍の間の切換え制御要素として、被写界深度ではなく拡大率を用い、任意の値に設定された拡大率になったとき、光学拡大から電子拡大へ移行するようにしたことを特徴とする。即ち、被写界深度の変化は拡大率の変化でも捉えることができ、この拡大率の値によって被写界深度の値を制御することができる。
【００１１】
上記の構成によれば、通常のモードに対し、設定した被写界深度値により電子的変倍へ移行する制御を例えば被写界深度優先モードとして行う。この被写界深度優先モードでは、電子的変倍移行の被写界深度の値を例えばプロセッサ装置の操作パネル等のキー操作で設定すると、この被写界深度値に対応する可動レンズの位置（例えばａ１）が演算され、このレンズ位置ａ１がメモリ等に記憶、保持される。
【００１２】
そして、変倍スイッチにより拡大方向を操作するとまず光学的変倍が実行されるが、可動レンズが位置ａ１に到達した後更に拡大操作が行われるときは、光学的変倍動作を停止し、その後、電子的変倍が実行される。従って、電子拡大が行われる場合は、任意に設定した被写界深度が維持されることになり、奥行きのある被観察体であっても、広い範囲でピントがあった拡大画像を表示し、観察することが可能になる。
【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とＣＣＤ１２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、その他の機能（例えば像面湾曲特性の変化）を果たす可動の第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。このような対物光学系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移動させることにより、像を変倍させると共に、例えば像面湾曲特性を変化させることができる。当該例では、第２レンズＬ２を第３レンズＬ３と共に前側へ移動させることにより、像拡大が行われる。
【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して各レンズＬ２，Ｌ３を動かすものを用いることができる。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。また、電子スコープ１０の操作部等には、光学的拡大と電子的拡大の双方において、Ｎｅａｒ（拡大）方向とＦａｒ（縮小）方向のそれぞれを操作する変倍スイッチ（二動作スイッチ）１７が配置される。
【００１６】
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の制御を行うと共に、その他の各種の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。
【００１７】
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、Ｄ／Ａ変換器２８、表示器形式に合せた出力処理をするエンコーダ（ＥＮＣ）２９が配置され、このエンコーダ２９の出力がモニタ３０へ供給される。そして、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拡大画像を形成することができる。
【００１８】
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、或いは被写界深度値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）３１、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３２が設けられており、このキャラクタジェネレータ３２により、モニタ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。
【００１９】
また、プロセッサ装置２０の操作パネル３３に設けられた各種キーを操作することにより、上記マイコン２１は被写界深度優先モードにおける被写界深度の値をレンズ位置に変換して設定する。これらの値の設定は、例えば被写界深度優先モード設定画面をモニタに表示させ、被写界深度を数値で入力したり、或いはモニタに表示された拡大中の実際の被観察体画像でピントが合う最適の奥行き幅を確認し、何らかの決定操作によりそのときの被写界深度値を自動的に判定したりして行う。そして、マイコン２１は設定された被写界深度値に対応する可動レンズＬ２の位置を演算・判定し、この位置データを光学変倍から電子的変倍への切換えの位置としてマイコン２１の記憶部等に記憶させる。
【００２０】
図３には、当該例での光学的変倍−電子的変倍間の切換え位置が示されており、例えば切換え時の被写界深度を１６ｍｍにすると、これに対応する可動レンズＬ２の位置として、横軸のＮｅａｒ端の手前の位置ａ１が演算され、この位置ａ１がセットされる。また、被写界深度を２０ｍｍに設定する場合は、位置ａ２がセットされる。
【００２１】
実施形態例は以上の構成からなり、次にその作用を説明する。当該装置では、電子スコープ１０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に対し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。
【００２２】
即ち、通常のモードにおいて、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３４ａ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３４ｂが像Ｋｂとして結像する。
【００２３】
上記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。このようにして形成されたビデオ信号は、電子ズームＩＣ回路２７、エンコーダ２９を介してモニタ３０に出力され、上記のように光学変倍を行った場合は、モニタ３０上に光学拡大した被観察体画像が表示される。通常のモードで、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拡大した被観察体の画像がモニタ３０に表示される。
【００２４】
一方、当該装置では、上述した通常のモードに加え、被写界深度優先モードを実行することができ、この被写界深度優先モードにおいては、まず図４による切換え値（被写界深度）の設定が行われる。図４において、ステップ１０１にて、被写体深度の値が操作パネル３３のキー等によって入力されると、ステップ１０２では、上述したように被写体深度値に対応する可動レンズＬ２の位置が演算され、例えば図３のａ１が切換え位置として、ステップ１０３でメモリ等に記憶、保持される。
【００２５】
図５には、この被写界深度優先モードでの変倍処理動作が示されており、ステップ２０１にて変倍スイッチ１７を操作すると、ステップ２０２では可動レンズＬ２，Ｌ３のレンズ位置をＦａｒ端へセットする初期設定が行われる。次のステップ２０３では、変倍スイッチ１７の入力（変倍操作）があったか否かが判定され、ＹＥＳのときは、ステップ２０４にて変倍が拡大方向か縮小方向であるかが判定される。変倍スイッチ１７の操作が拡大方向であるときには、ステップ２０５で第２レンズＬ２及び第３レンズＬ３の駆動がドライバ１６を介して行われると共に、ステップ２０６ではこの第２レンズＬ２の位置が検出される。
【００２６】
次のステップ２０７では、第２レンズＬ２の位置がａ１に到達したか否かが判定されており、ＹＥＳのときは、ステップ２０８にて第２レンズＬ２及び第３レンズＬ３を停止すると共に、電子ズームＩＣ回路２７による電子拡大処理を開始し、この電子拡大の開始倍率はマイコン２１内のメモリ等に記憶、保持される。
即ち、被写界深度が１６ｍｍの光学像について水平方向と垂直方向の画素補間処理により電子拡大画像が形成されることになり、この拡大画像がモニタ３０へ表示される。
【００２７】
上記ステップ２０４で、変倍スイッチ１７の操作が縮小方向であると判定されたときにも、ステップ２０９、２１０でレンズＬ２，Ｌ３の駆動及び第２レンズＬ２の位置検出が行われる。次のステップ２１１では、電子拡大の開始倍率になったか否かが判定され、ＹＥＳのときは、ステップ２１２にて電子ズームＩＣ回路２７による電子縮小処理を停止すると共に、第２レンズＬ２及び第３レンズＬ３の縮小方向の駆動を開始する。即ち、Ｎｅａｒ端からＦａｒ方向への光学的変倍の縮小動作が行われる。
【００２８】
図６には、モニタ３０に表示される撮像条件データの表示処理が示されており、プロセッサ装置２０の電源がオンされた後、ステップ３０１にて“初期動作中”の表示が行われる。即ち、図５のステップ２０２によるレンズ位置の初期設定動作中であることを表示する。次のステップ３０２では、上記図５のステップ２０６及び２１０による第２レンズＬ２の位置検出を受け、このレンズ位置から現在の被写界深度と拡大率を算出し、ステップ３０３にてこの被写界深度と拡大率の値をモニタ３０に表示する。
【００２９】
このようにして、当該例の被写界深度優先モードでは、変倍対物光学系１１により設定される被写界深度が通常のモードの切換え値よりも深い値、例えば１６ｍｍとなるとき、即ち第２レンズＬ２が位置ａ１に移動されるとき、光学的変倍と電子的変倍を切り換えるようにし、しかもこの被写界深度を任意に設定できるようにしたので、奥行きのある又は凹凸の大きい被観察体であっても、その全体にピント合せが行われ、良好な画質の電子拡大像を表示し観察することが可能となる。
【００３０】
上記実施形態例では、被写界深度の値によって光学的変倍と電子的変倍の切換えを行うようにしたが、被写界深度を拡大率の変化として捉え、この拡大率の値により間接的に光学的変倍と電子的変倍の切換えを実行するもできる。即ち、図４のステップ１０１では拡大率を入力し、拡大率に対応したレンズ位置を演算設定する（ステップ１０２，１０３）ことにより、上記と同様に、被観察体に適した被写界深度で得られた光学拡大画像を電子拡大することができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、変倍操作手段の操作に基づき光学的変倍と電子的変倍を連続的に動作させると共に、被写界深度又は拡大率の任意の設定値を切換え点として光学変倍と電子的変倍を切換え制御するようにしたので、電子拡大画像において凹凸のある被観察体の異なる奥行きに応じた被写界深度を自由に設定し、奥行き方向のボケを解消した被観察体の拡大画像を良好に表示し観察することが可能となる。
【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】実施形態の対物光学系により設定される被写界深度と光学的変倍と電子的変倍の切換え位置を示す説明図である。
【図４】実施形態例における被写界深度又は拡大率の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変倍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キャラクタ表示動作を示すフローチャートである。
【図７】内視鏡に設けられた光学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８】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、２１  …  マイコン、
２７  …  電子ズームＩＣ回路、
３１  …  ＲＯＭ、
３２  …  キャラクタジェネレータ、
３３  …  操作パネル、
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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