(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
変倍スイッチの操作に基づき、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、
上記変倍スイッチとは別個に設けられ、上記光学変倍における被写界深度を任意の値に変えるための深度操作手段と、
この深度操作手段の操作で選択された被写界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、当該操作直前の像倍率を維持するように上記電子変倍回路の電子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】
上記制御回路は、上記深度操作手段の操作で選択された被写界深度に対し電子拡大の許容する最大倍率を設定することを特徴とする請求項１記載の電子内視鏡装置。
【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６及び図７により説明する。
【０００６】
図６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６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６(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６(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７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６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６(Ａ)で９２ｍｍ、図６(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、拡大像の観察中に、被写界深度のみを良好な値に切り換えて奥行き方向のボケを解消し、画像観察をスムーズに行う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】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、変倍スイッチの操作に基づき、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、上記変倍スイッチとは別個に設けられ、上記光学変倍における被写界深度を任意の値に変えるための深度操作手段と、この深度操作手段の操作で選択された被写界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、当該操作直前の像倍率を維持するように上記電子変倍回路の電子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に係る上記制御回路は、上記深度操作手段の操作で選択された被写界深度に対し電子拡大の許容する最大倍率を設定することを特徴とする。
【００１１】
上記の被写界深度は、像拡大のための可動レンズのレンズ位置で特定されるので、光学拡大の倍率でも把握できることになり、上記の構成によれば、光学変倍により例えば７２倍に拡大された状態で、深度操作手段により所定の被写界深度(例えば６０倍に相当する深度)が選択されたとすると、電子変倍では１．２倍が設定される。これにより、深度操作直前と等倍の拡大画像を表示することができ、また被写界深度値が例えば上記７２倍で７ｍｍ、上記６０倍で１２ｍｍであるとすると、ピントの合う範囲を奥行き方向で５ｍｍ広くし、所望の範囲にピントの合った拡大像を観察することが可能となる。
【００１２】
【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。
【００１３】
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。
【００１４】
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を動かす構成の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。
【００１５】
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。即ち、この変倍スイッチ１７(被写界深度優先モード)では、最初に光学的拡大を行い、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。
【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やその他各種の制御をすると共に、詳細は後述するが、可変深度等倍観察スイッチ(３４)の操作に基づいて選択された被写界深度の等倍画像を形成するため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、モニタ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３０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には、各種キーと共に、例えば３つ(この数は任意)の可変深度等倍観察スイッチ３４が設けられており、この可変深度等倍観察スイッチ３４によれば、３つの被写界深度を選択することができる。当該例において、この可変深度等倍観察スイッチ３４で選択できる被写界深度の値は、予め機能設定画面をモニタ３０に表示させ、各種キーを用いて数値を入力することにより任意の値に設定することができる。なお、この可変深度等倍観察スイッチ３４を電子スコープ１０側へ配置してもよい。
【００２０】
そして、上記マイコン２１においては可変深度等倍観察スイッチ３４にて設定される被写界深度に対応する第２レンズＬ２の位置が内部の記憶部(ＲＡＭ等)に記憶される。当該例では、図３に示されるように、例えば被写界深度の値として１２ｍｍ、２４ｍｍ、３６ｍｍが設定されているとすると、これらの被写界深度となるレンズ位置ａ１,ａ２,ａ３が記憶される。
【００２１】
また、このマイコン２１は任意の拡大動作時に上記可変深度等倍観察スイッチ３４の操作によりある被写界深度信号が入力されると、この被写界深度信号に対応する上記レンズ位置(ａ１,ａ２,ａ３)と現在の第２レンズＬ２の位置ｐから電子変倍の拡大率Ｃｅが演算される。例えば、上記レンズ位置ａ１(焦点距離ｆ１)の拡大率(Ｃａ)が６０倍、現在駆動のレンズ位置ｐ１(焦点距離ｆ２)の拡大率(Ｃｐ)が７２倍であったとすると、Ｃｅ＝Ｃｐ／Ｃａ＝７２／６０＝１．２が求められる。そして、マイコン２１は上記電子拡大率Ｃｅの電子拡大を行うように、上記電子ズームＩＣ回路２７を制御することになり、これによって上記スイッチ３４の操作直前と等倍の画像が形成される。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。そして、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拡大した被観察体の画像がモニタ３０に表示される。
【００２５】
一方、当該装置では、上述した可変深度等倍観察スイッチ３４により被写界深度を任意の値に選択・設定することができ、そのための被写界深度の設定が図４の動作により行われる。即ち、図４のステップ１０１にて、モニタ３０に表示された機能設定モード画面等で、例えば３つの被写界深度の値(図３の１２ｍｍ、２４ｍｍ、３６ｍｍ)を操作パネル３３のキー等によって入力すると、ステップ１０２では、この被写体深度に対応する可動レンズＬ２の位置ａ１,ａ２,ａ３が演算され、これらのレンズ位置がステップ１０３で可変深度等倍観察スイッチ３４の選択設定値としてメモリ等に記憶、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ｂ(例えば２〜３倍)も入力するようになっており、この倍率値も記憶・設定される。
【００２６】
図５には、この可変深度等倍観察スイッチ３４の操作に基づいて行われる全体的な動作(主にマイコン２１に関わるもの)が示されており、ステップ２０１にて可変深度等倍観察スイッチ３４がオン操作されると、ステップ２０２では現在の第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を現在の位置から選択された被写界深度のレンズ位置への駆動がドライバ１６を介して行われる。例えば、選択された被写界深度が１２ｍｍであるとすると、図３に示されるように、ａ１のレンズ位置へ動かされる。
【００２７】
そして、ステップ２０４では、この選択された被写界深度のレンズ位置ａ１と現在の第２レンズＬ２の位置ｐから電子変倍の拡大率Ｃｅが演算され、この拡大率Ｃｅの電子拡大制御が行われる。即ち、図３に示されるように、１２ｍｍの被写界深度に対応するレンズ位置はａ１(光学拡大率Ｃａ＝６０倍)であり、現在の第２レンズＬ２の位置がｐ１(被写界深度７ｍｍ、光学拡大率Ｃｐ＝７２倍)であったとすると、電子変倍の拡大率Ｃｅは、上述のようにＣｐ／Ｃａ＝７２／６０＝１．２となる。従って、図１の電子ズームＩＣ回路２７では１．２倍の電子拡大処理が行われることになり、この結果、操作直前と等倍になる７２倍の拡大画像が形成され、被写界深度が７ｍｍから１２ｍｍに変換された拡大画像がモニタ３０に表示される。
【００２８】
次のステップ２０５にて、必要に応じて内視鏡使用者によりピント合わせが行われる。即ち、上記の可動レンズＬ１の移動で被写界深度を変えればピントが合う範囲が広がることになるので、内視鏡先端の位置を微調整することにより奥行き方向の所望の範囲にピントを合せる作業が必要になる場合がある。そして、ステップ２０６では、静止画取込み動作が行われることになり、所望の拡大画像が得られた場合には、電子スコープ１０に設けられた静止画記録スイッチ等の操作に基づき、現在得られている拡大動画から静止画を形成し、これをハードコピー等の記録装置に記録することになる。
【００２９】
次に、ステップ２０７にて上記可変深度等倍観察スイッチ３４がオフ操作されると、ステップ２０８ではスイッチ操作前の元の状態に復帰させる処理が行われることになる。即ち、第２レンズＬ２がｐ１の位置へ戻されると共に、電子拡大率が１倍に設定される(電子ズームＩＣ回路２７による電子拡大処理を停止する)。なお、上記可変深度等倍観察スイッチ３４が操作される直前に、第２レンズＬ２がＮｅａｒ端にあって電子拡大が既に実行されている場合もあり、この場合は、スイッチ操作直前の電子拡大率に戻される。
【００３０】
このようにして、拡大動作中に可変深度等倍観察スイッチ３４を操作することにより、当該例では、１２ｍｍだけでなく、２４ｍｍ、３６ｍｍの選択された任意の被写界深度で、当該スイッチ３４の操作前の画像と等倍の画像を得ることができる。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、上記演算値Ｃｅ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。
【００３１】
また、当該例では、上記変倍スイッチ１４にて光学的変倍と電子的変倍を関連付けて動作させ、光学的変倍から電子的変倍への切換えの被写界深度値を任意の値に設定できる被写界深度優先モードを採用している。即ち、通常では、図３に示したＮｅａｒ端の被写界深度値(ｄ)で電子的変倍に切り換えられるが、この切換えの被写界深度をｄよりも深い任意の値に設定できる被写界深度優先モードを実行することができる。例えば、被写界深度優先モードの切換え被写界深度を、図３に示されるように１０ｍｍに設定したとすると、第２レンズＬ２が位置ａ０に移動されたとき、光学的変倍と電子的変倍が切り換えられる。
【００３２】
上記実施形態例では、可変深度等倍観察スイッチ３４として３つの被写界深度値を設定できるようにしたが、一つの可変深度等倍観察スイッチ３４と共に深度値可変スイッチ等を設け、可変深度等倍観察スイッチ３４で動作させる被写界深度を可変スイッチで自由に変えられるようにしてもよい。また、この可変深度等倍観察スイッチ３４の操作直前の被写界深度が当該スイッチ３４で設定される値よりも深い場合、当該スイッチ３４の操作を無効にすることもできる。更に、この可変深度等倍観察スイッチ３４を操作したとき、如何なる倍率に動作されていたとしても、一律の所定量だけ被写体深度(レンズ位置)を深くなる方向へシフトするように制御してもよい。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、上記変倍スイッチとは別個に、光学変倍における被写界深度を任意の値に変えるための深度操作手段を設け、この深度操作手段の操作で選択された被写界深度となるように対物光学系を駆動制御すると共に、当該操作直前の像倍率を維持するように電子変倍回路の電子変倍動作を制御するようにしたので、拡大像の観察中に、被写界深度のみを良好な値に切り換えて奥行き方向のボケを解消することができ、変倍機能を有する電子内視鏡装置における画像観察をスムーズに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可変深度等倍観察スイッチの被写界深度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可変深度等倍観察スイッチに基づく全体的な動作を示すフローチャートである。
【図６】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７】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、
３４  …  可変深度等倍観察スイッチ、
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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