(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内視鏡先端部の先端側から順に配置された第１乃至第３レンズ群であって、固定レンズである第１レンズ群、像の拡大率を変える変倍機能用の可動レンズである第２レンズ群及び像面湾曲特性を変化させ得る像面湾曲用の可動レンズである第３レンズ群を有する対物レンズ群と、
上記変倍機能用第２レンズ群を駆動する駆動手段と、
上記第３レンズ群により像面湾曲特性を変化させるように操作するための像面湾曲操作手段と、
この像面湾曲操作手段の操作に基づき、上記第３レンズ群を駆動する駆動手段とを含んでなる内視鏡装置。
【請求項２】
内視鏡先端部の先端側から順に配置された第１乃至第３レンズ群であって、固定レンズである第１レンズ群、像の拡大率を変える変倍機能用の可動レンズである第２レンズ群及び像面湾曲特性を変化させ得る像面湾曲用の可動レンズである第３レンズ群を有する対物レンズ群と、
上記変倍機能用第２レンズ群を駆動する駆動手段と、
上記像面湾曲用第３レンズ群を駆動する駆動手段と、
上記対物レンズ群の撮像領域を複数に分割し、この分割領域からの情報の比較により中心部と周辺部のピントが所定の範囲にあるか否かを判定する判定手段と、
この判定手段の判定に基づいて中心部と周辺部のピントが所定の範囲にあるとき静止画を出力するように制御する制御回路とを含んでなる内視鏡装置。
【請求項３】
上記像面湾曲操作手段は、像面湾曲特性をオーバー方向とアンダー方向へ変化させる操作スイッチであることを特徴とする請求項１記載の内視鏡装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内視鏡装置、特に被観察体を光学的に拡大した場合等に像面湾曲特性を変化させることのできる装置に関する。
【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、光学的に被観察体像を拡大することが行われている。そして、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から出力されたビデオ信号（画像信号）につきプロセッサ装置により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。
【０００３】
図７には、上記電子内視鏡装置で形成された拡大表示画像の一例が示されており、図７（Ａ）はモニタ上の表示、図７（Ｂ）は表示された被観察体の断面である。この図７（Ａ）は、モニタ１の円形マスクＭ内に患部の陥没部Ｋ1 を拡大表示したものであるが、内視鏡の変倍機構においては７０〜１００倍までの像拡大によって注目部位を観察できるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、内視鏡の対物レンズ系においては、特に凹凸のある部位を拡大すると、非点収差，像面湾曲収差等によって周辺部位又は中央部がピンボケになる場合があった。例えば、図７の場合で説明すると、拡大された陥没部Ｋ1 の中央部にピントが合っているとき、周辺部がピンボケになったり、陥没部Ｋ1 の周辺部にピントが合っているとき、中心部がぼやけたりするという現象が生じ、ピントが画像全体において均一に合った状態にならない場合があった。このような状態では、特に記録用として撮影される静止画において十分に満足できる画像が得られないという不都合がある。
【０００５】
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、レンズにおける像面湾曲特性を逆に利用し、被観察体の凹凸等の形状に対応して、特に拡大時の全体的なピント合わせを良好にした画像を得ることができる内視鏡装置を提供することにある。
【０００６】
【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の発明に係る内視鏡装置は、内視鏡先端部の先端側から順に配置された第１乃至第３レンズ群であって、固定レンズである第１レンズ群、像の拡大率を変える変倍機能用の可動レンズである第２レンズ群及び像面湾曲特性を変化させ得る像面湾曲用の可動レンズである第３レンズ群を有する対物レンズ群と、上記変倍機能用第２レンズ群を駆動する駆動手段と、上記第３レンズ群により像面湾曲特性を変化させるように操作するための像面湾曲操作手段と、この像面湾曲操作手段の操作に基づき、上記第３レンズ群を駆動する駆動手段とを含んでなることを特徴とする。
【０００７】
請求項２に係る発明は、内視鏡先端部の先端側から順に配置された第１乃至第３レンズ群であって、固定レンズである第１レンズ群、像の拡大率を変える変倍機能用の可動レンズである第２レンズ群及び像面湾曲特性を変化させ得る像面湾曲用の可動レンズである第３レンズ群を有する対物レンズ群と、上記変倍機能用第２レンズ群を駆動する駆動手段と、上記像面湾曲用第３レンズ群を駆動する駆動手段と、上記対物レンズ群の撮像領域を複数に分割し、この分割領域からの情報の比較により中心部と周辺部のピントが所定の範囲にあるか否かを判定する判定手段と、この判定手段の判定に基づいて中心部と周辺部のピントが所定の範囲にあるとき静止画を出力するように制御する制御回路とを含んでなることを特徴とする。
【０００８】
請求項３に係る発明は、上記像面湾曲操作手段が、像面湾曲特性をオーバー方向とアンダー方向へ変化させる操作スイッチであることを特徴とする。
【０００９】
上記の構成によれば、対物レンズ群の中に固定の第１レンズ群、変倍機能用の可動の第２レンズ群及び像面湾曲用の可動の第３レンズ群を設けることにより、変倍動作と像面湾曲（特性変化）動作の両方が可能なように構成される。そして、操作部等に配置された像面湾曲操作スイッチを操作すると、アクチュエータ等で上記第３レンズ群が駆動され、これによって像面湾曲特性を変化させることができる。この像面湾曲は、基準面に対してアンダー方向、オーバー方向に発生させることができ、アンダー方向への操作により凹部形状、オーバー方向への操作により凸部形状に合わせてピント合わせを行うことが可能となる。
【００１０】
請求項２に係る発明によれば、比較手段により中心部と周辺部のピントが合っているか否かが比較され、このピントの合否、即ち合焦状態が制御回路へ供給される。そして、この制御回路は全体が合焦状態にあるとき例えば静止画を出力する。即ち、フリーズスイッチが押されたとき、中心部と周辺部のピントが合っていないときは静止画を出力せず、ピントが合っているときのみの静止画をモニタ表示し、記録することができる。また、この合焦状態の情報はモニタ等に表示したり、他の手段で報知したりしてもよい。
【００１１】
【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、図２には、図１の対物レンズ群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、第１レンズ（群）Ｌ1 、第２レンズ（群）Ｌ2 、第３レンズ（群）Ｌ3 からなる対物レンズ群（図の左側が物体側）及び撮像素子としてのＣＣＤ１１が設けられており、この対物レンズ群は、所謂フローティングを利用したもので、例えば図２のような構成とすることができる。
【００１２】
図２に示されるように、第１レンズＬ1 は左側の観察窓レンズ（平凹）と平凸レンズの２枚からなり、固定レンズとして配置されるが、第２レンズＬ2 は主に変倍機能をするための１枚の平凸レンズ、第３レンズＬ3 は主に像面湾曲特性を変化させるための平凹レンズ及び両凸レンズの２枚からなり、両者共に可動レンズとして配置される。この対物レンズ群によれば、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、像面湾曲を発生させることができる。
【００１３】
図１において、上記第２レンズＬ2 にアクチュエータ１２Ａ、第３レンズＬ3 にアクチュエータ１２Ｂが設けられており、これらのアクチュエータ１２Ａ，１２Ｂとしては、圧電アクチュエータ、静電アクチュエータ等の各種リニアアクチュエータや、特願昭１１―７５２６２号等に示されるように、線状伝達部材をモータで回転駆動し、この回転運動をレンズＬ2 ，Ｌ3 の直線運動に変換する構成を用いることができる。これらアクチュエータ１２Ａ，１２Ｂには、ドライバ１４を介してマイコン１５が接続され、このマイコン１５の制御によって変倍動作、像面湾曲動作が実行される。
【００１４】
また、電子スコープ１０の操作部１０Ｃ等には、静止画を出力するためのフリーズスイッチ１６等と共に、Ｎｅａｒ方向とＦａｒ方向のそれぞれに操作する変倍スイッチ１７、アンダー方向とオーバー方向のそれぞれに操作する像面湾曲スイッチ１８（二動作）が配置されており、これらの操作信号は上記マイコン１５へ出力される。従って、マイコン１５は上記変倍スイッチ１７からの制御信号により画像の拡大及び縮小の制御をすると共に、像面湾曲スイッチ１８からの制御信号により像面湾曲特性をアンダー（中心に対し、外周部の焦点位置が物体側へ移動する）方向とオーバー（中心に対し、外周部の焦点位置が物体と反対側へ移動する）方向に変化させることができる。
【００１５】
図３には、当該例で設定される像面湾曲の特性の一例が示されており、この図はＣＣＤ１１の撮像面の中心点から垂直Ｖ方向（高さ方向）における焦点位置を表したものである。例えば、図２の（Ａ）から（Ｃ）に示されるように、第２レンＬ2 と第３レンズＬ3 を相対的に所定量だけ移動させると、物体側に像面が倒れた状態となるアンダー（特性Ｊa ）から反対側に像面が倒れるオーバー（特性Ｊz ）までの任意量の像面湾曲を発生させ、またこの特性を変化させることができる。
【００１６】
一方、図１において、上記ＣＣＤ１１には映像信号を読み出すための信号を供給するタイミングジェネレータ（ＴＧ）２０が接続され、また映像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２２、Ａ／Ｄ変換器２３、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ＤＳＰ２４、画像を一旦記憶するフレームメモリ２５、Ｄ／Ａ変換器２６、映像信号を表示器の形式に合わせた出力処理をするエンコーダ（ＥＮＣ）２７がプロセッサ装置等に配置される。上記のエンコーダ２７から出力される被観察体の映像信号がモニタ２８へ供給される。
【００１７】
また、当該例では、画像又は画面の中心部と周辺部のピントが合っているか否かを判定しており、この判定のために映像信号の高域成分（エッジ部分のコントラストデータ）を抽出する帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）３０が上記Ａ／Ｄ変換器２３の後段に設けられ、このＢＰＦ３０の出力はマイコン１５に供給される。このマイコン１５は、装置機能の各種制御を行うと共に、上記のピント状態の判定を行う。
【００１８】
即ち、図５に示されるように、画像（画面）領域を中心部ａと４つの周辺部ｂ，ｃ，ｄ，ｅに分割し、これらの分割領域ａ〜ｅの上記映像信号の高域成分を抽出し、例えば全ての領域（全部ではなく、ａとｂ〜ｅの何れか等でもよい）の高域成分が基準値以上となる場合に、画面全体が合焦状態であることを判定する。そして、当該例では、上記フリーズスイッチ１６の操作により静止画が選択された場合は、この合焦状態が判定されるときのみ、静止画を出力するように制御している。
【００１９】
実施形態例は以上の構成からなり、その作用を説明する。当該装置では、上述した対物レンズ群（Ｌ1 〜Ｌ3 ）により被観察体が捉えられ、この被観察体像がＣＣＤ１１で撮像されると、映像信号がタイミングジェネレータ２０の読出し信号により読み出され、ＣＤＳ／ＡＧＣ回路２２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ＤＳＰ２４で各種の処理が施される。このようにして形成された映像信号が、エンコーダ２７を介してモニタ２８に出力されることにより、モニタ２８に被観察体の動画が表示される。
【００２０】
そして、電子スコープ操作部１０Ｃの変倍スイッチ１７を操作したときは、第２レンズＬ2 及び第３レンズＬ3 がマイコン１５、ドライバ１４及びアクチュエータ１２Ａ，１２Ｂにより移動制御され、Ｎｅａｒ方向の焦点合わせにより基本像からの拡大像が得られ、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、これらの像がＣＣＤ１１で撮像される。しかし、Ｎｅａｒ方向の拡大時において凹凸が存在する被観察体においては、像面湾曲特性により周辺部のピントが合わないことが起こる。
【００２１】
このようなとき、像面湾曲スイッチ１８を操作することにより周辺部のピントを合わせることができる。即ち、この像面湾曲スイッチ１８をオーバー方向に操作したときには、図２の（Ａ）〜（Ｃ）のように、第２レンズＬ2 と第３レンズＬ3 がアクチュエータ１２Ａ，１２Ｂにより移動制御され、これによって図３のアンダーの焦点位置（Ｊａ）からオーバーの焦点位置（Ｊｚ）へ変化する像面湾曲特性が付与される。また、アンダー方向に操作したときは、レンズＬ2 ，Ｌ3 の上記と逆の移動動作により、オーバーの焦点位置（Ｊｚ）からアンダーの焦点位置（Ｊａ）へ変化する像面湾曲特性が設定される。
【００２２】
例えば、図４（Ａ）に示されるように、被観察体が陥没部Ｋ1 であった場合はアンダーの特性Ｊ1 の像面湾曲を与えることにより、陥没部Ｋ1 の形状に適したピント合わせが行われ、また図４（Ｂ）に示されるように、被観察体が突起部Ｋ2 であった場合はオーバーの特性Ｊ2 の像面湾曲を与えることにより、突起部Ｋ2 の形状に適したピント合わせが行われる。
【００２３】
一方、電子スコープ操作部１０Ｃのフリーズスイッチ１６が操作されたときは、上記マイコン１５により静止画形成制御が行われ、フリーズスイッチ１６の押下時の映像信号がフレームメモリ２５に書き込まれることによりモニタ１８に静止画が表示され、この静止画はハードコピー等の記録装置へも出力される。
当該例では、この静止画出力のとき、上記マイコン１５が上記ＢＰＦ３０から入力された高域成分に基づき、画像全体においてピントが合っているか否かの判定を行う。
【００２４】
図６には、このときのマイコン１５の動作が示されており、Step１０１では図５で説明した画像中心部ａの高域成分を抽出し、次のStep１０２によりこの抽出値が基準値よりも大きいか否か（抽出値＞基準値）の比較を行う。一方、Step１０３では図５の画像周辺部ｂ，ｃ，ｄ，ｅの高域成分を抽出し、次のSTEP１０４によってこの抽出値が基準値よりも大きいか否か（抽出値＞基準値）の比較を行う。次に、Step１０５では、上記領域ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅの比較出力が全てＹＥＳであるか否か（ａ・ｂ・ｃ・ｄ・ｅ＝ＹＥＳ？）の判定が行われ、ＹＥＳのときに合焦信号（全体ピント一致信号）を出力する（Step１０６）。
【００２５】
そして、上記Step１０６で合焦信号が出力されたとき、マイコン１５は静止画出力を許容する。即ち、フリーズスイッチ１６が押されてもこの合焦信号が得られないときは静止画を出力しないようにし、静止画の画質の向上を図るようになっている。
【００２６】
また、上記の画像全体の合焦状態はモニタやプロセッサ装置の操作パネル等に表示（或いは報知）する構成とすることもできる。そして、この合焦状態を表示する場合は、上記のマイコン１５による静止画形成時の出力制限をせず、従来と同様の制御とし、操作者がモニタに表示された合焦状態を確認してフリーズスイッチ１６を押せるようにしてもよい。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、固定の第１レンズ群、変倍機能用の可動の第２レンズ群及び像面湾曲用の可動の第３レンズ群を有する対物レンズ群と像面湾曲変化量を操作する像面湾曲操作スイッチを設け、このスイッチの操作により駆動手段を介して通常の場合とは逆に像面湾曲が生じるようにしたので、被観察体の凹凸等の形状に合わせてアンダー又はオーバーの像面湾曲を与えることにより、特に拡大時の周辺部のピントボケ状態が解消され、全体的に良好な画像を得ることが可能となる。
【００２８】
請求項２の発明によれば、上述の第１乃至第３レンズ群を有する対物レンズ群と共に、中心部と周辺部のピントが所定の範囲にあるか否かを判定する判定手段を設けたので、像面湾曲特性の設定状態が判断できるという利点がある。
また、上記判定手段の判定に基づいて静止画を出力するようにしたので、凹凸部画像の全体にピントが合ったコントラストのよい静止画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】実施形態例の対物レンズ群の構成及びその動作状態を示す図［図（Ａ）〜図（Ｃ）］である。
【図３】実施形態の対物レンズ群により生じる像面湾曲の状態（量）を示すグラフ図である。
【図４】被観察体の凹凸形状と発生可能な像面湾曲特性との関係を示す図［図（Ａ），（Ｂ）］である。
【図５】画像全体のピント判定手段で比較する分割領域を示す図である。
【図６】実施形態例のマイコンにおけるピント判定動作を示すフローチャートである。
【図７】従来の電子内視鏡装置において拡大された被観察体のモニタでの表示状態［図（Ａ）］とその被観察体の断面［図（Ｂ）］を示す図である。
【符号の説明】
１，２８  …  モニタ、
１０  …  電子スコープ、
１１  …  ＣＣＤ、
１２Ａ，１２Ｂ  …  アクチュエータ、
１５  …  マイコン、
１６  …  フリーズスイッチ、
１７  …  変倍スイッチ、
１８  …  像面湾曲スイッチ、
３０  …  帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）、
Ｌ1   …  第１レンズ（固定レンズ）、
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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