(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動の焦点調節要素を有する、体内挿入部の先端部に備えられた撮像光学系；
この撮像光学系によって撮像される観察物体像のコントラストを検出するコントラスト検出装置；
このコントラスト検出装置で検出されるコントラスト値が高くなるように上記撮像光学系の焦点調節要素を駆動する焦点調節駆動系；
上記体内挿入部の先端部が観察物体に近づいているか遠ざかっているかを検出する動作方向検出手段；及び
該動作方向検出手段が体内挿入部先端の動きを観察物体に近づく動きとして検出したとき、上記コントラスト検出装置によるコントラスト値を考慮することなく、焦点調節駆動系による焦点調節要素の動作方向をより近距離物体に合焦する方向として最初に決定し、かつ、上記動作方向検出手段が体内挿入部先端の動きを観察物体から遠ざかる動きとして検出したとき、上記コントラスト検出装置によるコントラスト値を考慮することなく、焦点調節駆動系による焦点調節要素の動作方向をより遠距離物体に合焦する方向として最初に決定する初期動作方向決定手段；
を有することを特徴とする内視鏡のオートフォーカス装置。
【請求項２】
請求項１記載の内視鏡のオートフォーカス装置において、さらに、オートフォーカスを行なわない通常観察モードとオートフォーカスを行う拡大観察モードとを切り換えるモード選択スイッチが備えられ、上記動作方向検出手段及び初期移動方向決定手段は、拡大観察モードが選択されたとき動作する内視鏡のオートフォーカス装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の内視鏡のオートフォーカス装置において、上記可動の焦点調節要素は、撮像レンズと、該撮像レンズにより観察物体像が形成される撮像素子とからなる内視鏡のオートフォーカス装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項記載の内視鏡のオートフォーカス装置において、上記動作方向検出手段は加速度センサからなる内視鏡のオートフォーカス装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項記載の内視鏡のオートフォーカス装置において、上記焦点調節駆動系は、上記コントラスト検出装置で検出されるコントラスト値のピーク値を過ぎた直後に上記焦点調節要素の駆動を停止する内視鏡のオートフォーカス装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、医療及び工業等の分野に用いられる内視鏡のオートフォーカス装置に関する。
【０００２】
【従来技術及びその問題点】
例えば、医療用の内視鏡装置では、その撮影光学系を、体腔内の観察物体の全体を観察する通常観察状態と、観察物体の一部を拡大して観察する拡大観察状態とに切替可能な装置が実用化されている。
【０００３】
通常観察状態では、撮影光学系の焦点距離が短く被写界深度が深いため、容易に合焦状態を得ることができる。これに対して、拡大観察状態では、焦点距離が長く被写界深度が浅いため、合焦操作が困難になる。具体的には、現在の内視鏡撮影光学系では、通常観察状態の撮影光学系の被写界深度は例えば少なくとも６ｍｍ程度はあるのに対し、拡大観察状態の撮影光学系の被写界深度は約２ｍｍ程度である。したがって、手動によるフォーカシング方式では使用者の負担が大きく、オートフォーカス装置が必要となる。
【０００４】
オートフォーカス装置は、ムービーを含むカメラの分野で既に採用されている。特にＣＣＤを撮像素子に用いたカメラのオートフォーカス装置は、撮像素子に結像する観察物体像のコントラストを検知し、そのコントラスト値の変化に基いてレンズ鏡筒を自動的にレンズの光軸方向に前後し、焦点が合った位置で停止させてオートフォーカスを行うことが一般的である。
【０００５】
しかし、このようなカメラのオートフォーカス装置は、実測したコントラスト値に基づくピント合せの方向が合焦位置に対して前後のいずれの方向であるかを検知し、その結果に基いてレンズ鏡筒を前後方向に移動させて合焦を行なうための複雑な機構が必要である。
【０００６】
しかし、内視鏡の先端部に設けられている体内挿入部は患者の体腔内に挿入するものであるから、その直径が現在の技術レベルで高々１３ｍｍ程度に制限されるものであり、上記複雑な機構をもつカメラのオートフォーカス装置を内視鏡にそのまま適用することは事実上不可能である。
【０００７】
【発明の目的】
本発明の目的は、拡大内視鏡装置に容易に組込み可能とした内視鏡のオートフォーカス装置を得ることにある。
【０００８】
【発明の概要】
上記目的を達成するため、本発明に係る内視鏡のオートフォーカス装置は、可動の焦点調節要素を有する、体内挿入部の先端部に備えられた撮像光学系；この撮像光学系によって撮像される観察物体像のコントラストを検出するコントラスト検出装置；このコントラスト検出装置で検出されるコントラスト値が高くなるように上記撮像光学系の焦点調節要素を駆動する焦点調節駆動系；上記体内挿入部の先端部が観察物体に近づいているか遠ざかっているかを検出する動作方向検出手段；及び該動作方向検出手段が体内挿入部先端の動きを観察物体に近づく動きとして検出したとき、上記コントラスト検出装置によるコントラスト値を考慮することなく、焦点調節駆動系による焦点調節要素の動作方向をより近距離物体に合焦する方向として最初に決定し、かつ、上記動作方向検出手段が体内挿入部先端の動きを観察物体から遠ざかる動きとして検出したとき、上記コントラスト検出装置によるコントラスト値を考慮することなく、焦点調節駆動系による焦点調節要素の動作方向をより遠距離物体に合焦する方向として最初に決定する初期動作方向決定手段；を有することを特徴とする。
【００１０】
本発明の内視鏡のオートフォーカス装置は、オートフォーカスを行なわない通常観察モードとオートフォーカスを行なう拡大観察モードとを切り換えるモード選択スイッチを備えることが好ましい。そして、動作方向検出手段及び初期移動方向決定手段は、拡大観察が選択されたとき動作させる。
【００１１】
焦点調節駆動系の可動の焦点調節要素は、焦点調節レンズのみとし、あるいは焦点調節レンズと、該焦点調節レンズにより観察物体像が形成される撮像素子とから形成することができる。この焦点調節駆動系は、コントラスト検出装置で検出されるコントラスト値のピーク値を過ぎた直後を合焦位置として焦点調節要素の駆動を停止させる。この場合、タイムラグによる微小なずれが合焦位置との間に生じる可能性があるが、このような微小なずれは撮像レンズの被写界深度の範囲内に含まれるため、ピントぼけを生じることはなく、オートフォーカスに支障を与えることはない。
【００１２】
内視鏡の体内挿入部の先端部が観察物体に近づいているか遠ざかっているかを検出する動作方向検出手段は、例えば加速度センサから構成できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
この実施形態の電子内視鏡システムは、図１に示すように、内視鏡本体１と外部装置２とから構成している。内視鏡本体１は、先端側の体内挿入部１ａと、基部の操作部１ｂと、外部装置２とのコネクタ１ｃを有している。体内挿入部１ａの先端部には、図２に示すように、物体側から順に、固定位置に設けた固定レンズ系３ａと、この固定レンズ系３ａに対して相対移動可能な可動レンズ系３ｂと、これらの固定レンズ系３ａ及び可動レンズ系３ｂ（撮像レンズ）を通した光信号を電気信号に変換する、固定レンズ系３ａ及び可動レンズ系３ｂに対して相対移動可能な撮像素子３ｃとを含む撮影光学系が備えられている。撮像素子３ｃとしてはＣＣＤを用いるため、以下の説明では、撮像素子をＣＣＤ３ｃとして表記する。この実施形態では、可動レンズ系３ｂとＣＣＤ３ｃが可動の焦点調節要素である。なお、この実施形態では、通常観察モードではフォーカシングを行わない。
【００１４】
内視鏡本体１の体内挿入部１ａには、固定レンズ系３ａを固定した筒状の固定レンズ枠３ｄが固定して設置されている。この固定レンズ枠３ｄの内側に筒状のガイド枠３ｅが設けられ、このガイド枠３ｅには光軸方向（図２の左右方向）に沿って直線案内溝３ｆ、３ｇが設けられている。
【００１５】
ガイド枠３ｅの内側には、可動レンズ系３ｂを固定した可動レンズ枠３ｈが光軸方向に移動可能に嵌め込まれ、可動レンズ枠３ｈのキー３ｉとガイド枠３ｅの上段の直線案内溝３ｆとの嵌め合せにより可動レンズ枠３ｈを光軸の周りに回転させることなく光軸方向に直線移動させる。ガイド枠３ｅの外側にはリング３ｊが嵌め込まれ、リング３ｊと可動レンズ枠３ｈとはガイド枠３ｅの下段の直線案内溝３ｇを貫通したネジ３ｋで連結される。なお、ガイド枠３ｅの内側に位置する枠３ｖには光軸方向へのネジ３ｋの動きを許容する図示しないスリットが設けられている。
【００１６】
リング３ｊの鍔部３ｍには連結部材４を介して図１のモーター（又はソレノイド）５が連動され、このモーター５により可動レンズ枠３ｈを光軸方向に直線移動させる。可動レンズ枠３ｈが直線移動することにより固定レンズ系３ａと可動レンズ系３ｂとの相対距離が可変する。モーター５にはパルスモーターを用いる。
【００１７】
リング３ｊとバネ座３ｎとの間にはスプリング３ｏが介装され、このスプリング３ｏは、パルスモーター５による可動レンズ枠３ｈへの力が解除された際に可動レンズ枠３ｈを固定レンズ枠３ｄ側に押し戻して、固定レンズ系３ａに対して可動レンズ系３ｂを初期位置に復帰させる。
【００１８】
ガイド枠３ｅの内側には、ＣＣＤ３ｃを搭載した撮像素子枠３ｐが光軸方向に移動可能に嵌め込まれ、撮像素子枠３ｐのキー３ｑとガイド枠３ｅの上段の直線溝３ｆとの嵌め合わせにより、撮像素子枠３ｐは光軸の周りに回転させることなく、かつカム機構７により光軸方向に直線移動される。このカム機構７は、凸状カムと凹状カム溝との組合せ等で形成され、撮像素子枠３ｐに直線的な送りを与える。８はシール材である。
【００１９】
撮像素子枠３ｐと可動レンズ枠３ｈとの間にはスプリング３ｒが介装され、このスプリング３ｒは可動レンズ枠３ｂにＣＣＤ３ｃの受光面が接触するのを防止する。また撮像素子枠３ｐには、ＣＣＤ３ｃを駆動制御して撮像光学系を通した光信号を電気信号に変換して出力させるＣＣＤ駆動回路３ｓ等の回路と、ＣＣＤ３ｃからの電気信号を伝送する信号ケーブル３ｔ等が搭載されている。
【００２０】
体内挿入部１ａには送光光路（光ファイバ束）９が撮像光学系に隣接して設置されている。一方、図１に示す外部装置２には、発光体としての調光部１０が設置されている。この調光部１０で調光された光は、送光光路９を介して体内挿入部１ａの先端端面の送光レンズ９ａに与えられ、観察物体１１を照明する。
【００２１】
図２に示す電子内視鏡システムの撮像光学系に含まれる固定レンズ系３ａ及び可動レンズ系３ｂによる像がＣＣＤ３ｃに形成され、ＣＣＤ３ｃから出力される撮像信号が信号ケーブル３ｔを介して図１に示す外部装置２に伝送される。その撮像信号は図１に示す外部装置２内のビデオ回路１２で信号処理され、映像信号をプロセッサー１３で画像処理して図示しないモニターに表示し観察物体１１の観察を行う。
【００２２】
図２に示す内視鏡本体１における体内挿入部１ａの先端硬性部１ｄには、動作方向検出手段１４が組み込まれている。この動作方向検出手段１４は、体内挿入部１ａの先端部が観察物体１１に近づいているか遠ざかっているかを検出する。動作方向検出手段１４として加速度センサーを用いるため、以下の説明では動作方向検出手段を加速度センサー１４として表記する。
【００２３】
図３に示すコントラスト検出装置１５は、ＣＣＤ３ｃからの信号をビデオ回路１２で信号処理した輝度信号を入力とし、ＣＣＤ３ｃが撮像した１画面分に含まれる高周波成分を抽出し、その高周波成分を１画面に渡って積算し、その積算レベルに応じてピントの合い具合、すなわちＣＣＤ３ｃが撮像した観察物体像のコントラスト値を検出する。周知のように、コントラスト値はピントの合い具合が高い程増加する。焦点調節駆動系１６は、プロセッサー１３からの指令を受けて、コントラスト検出装置１５で検出されるコントラスト値に応じて上記撮像光学系の焦点調節要素をパルスモーター５で駆動させて合焦を行なう。
【００２４】
プロセッサー１３は、内視鏡本体１の全体の動作をコントロールする機能と、加速度センサー１４で検出される体内挿入部１ａの先端部の動作方向に応じて、コントラスト検出装置１５によるコントラスト値を考慮することなく、焦点調節駆動系１６による焦点調節要素の動作方向を最初に決定する初期動作方向決定手段としての機能を備えている。
初期動作方向決定手段としてのプロセッサー１３は、具体的には例えば、加速度センサー１４が体内挿入部１ａの先端部の動きを観察物体１１に近づく動きとして検出したとき、焦点調節駆動系１６によって上記焦点調節要素をより近距離物体に合焦する方向に移動させ、加速度センサー１４が体内挿入部１ａの先端部の動きを観察物体１１から遠ざかる動きとして検出したとき、焦点調節駆動系１６によって上記焦点調節要素をより遠距離物体に合焦する方向に移動させる。
【００２５】
さらに図1に示すように、内視鏡本体１の操作部１ｂにはモード選択スイッチ１７が備えられている。このモード選択スイッチ１７の操作により、フォーカシングを行わない通常観察モードとオートフォーカスを行う拡大観察モードとが切り換えられる。そして、モード選択スイッチ１７の操作により拡大観察モードが選択されたとき、上記加速度センサー１４及び初期移動方向決定手段としてのプロセッサー１３が動作する。
【００２６】
次に拡大観察動作について説明する。調光部１０からの光が送光光路９を通して内視鏡本体１の先端硬性部１ｄまで伝送されると、その光が送光レンズ９ａを介して観察物体１１に照射され、固定レンズ系３ａ及び可動レンズ系３ｂを通して形成された観察物体１１の像がＣＣＤ３ｃで電気信号に変換されて図３に示すビデオ回路１２に入力する。
【００２７】
図４に示すステップＳ１において、モード選択スイッチ１７により通常観察モードが選択されていると判断された場合（ステップＳ１；ＹＥＳ）、プロセッサー１３は、内視鏡による観察が通常観察状態であって、オートフォーカス（ＡＦ）が不要であると判断し、加速度センサー１４の動作を停止するともに、焦点調節駆動系１６による焦点調節要素の動作方向を最初に決定する初期動作方向決定機能を停止する。
【００２８】
通常観察状態にある固定レンズ系３ａと可動レンズ系３ｂは、焦点距離が短く、被写界深度が深くなる。固定レンズ系３ａ及び可動レンズ系３ｂによる観察物体像は、図示しないモニター画面に表示される。
【００２９】
一方、図４に示すステップＳ１において、モード選択スイッチ１７により拡大観察モードが選択されていると判断された場合、オートフォーカスの処理がされる（ステップＳ１；ＮＯ）。内視鏡観察では、一般的に、観察物体はおよそ不動であり、体内挿入部先端を観察物体側に移動させるのが普通である。モード選択スイッチ１７から近接拡大観察のモード選択信号がプロセッサー１３に入力すると、プロセッサー１３は、加速度センサー１４に動作開始信号を出力するともに、焦点調節駆動系１６による焦点調節要素の動作方向を最初に決定する初期動作方向決定機能を起動する。
加速度センサー１４は、プロセッサー１３から動作開始信号を受け取ると、体内挿入部１ａの先端部が、観察物体１１に近づいているか、或いは観察物体１１から遠ざかっているかを検出する。
【００３０】
プロセッサー１３は、加速度センサー１４からの信号入力を監視し（ステップＳ３）、その信号入力があれば、その信号を積分し、その積分値が増加する傾向を示すときに、加速度センサー１４が体内挿入部１ａの先端部の動きを観察物体１１に近づく動きとして検出したと判断し、コントラスト装置１５によるコントラスト値を考慮することなく、最初に焦点調節駆動系１６によって焦点調節要素をより近距離物体に合焦する方向に移動させることを決定する（ステップＳ４）。この決定に基いて、プロセッサー１３は、パルスモーター５の駆動方向の決定信号を焦点調節駆動系１６に出力する。
【００３１】
焦点調節駆動系１６は、プロセッサー１３から上記信号を受け取ると、その信号に基いてパルスモーター５により焦点調節要素をより近距離物体に合焦する方向に駆動する。
【００３２】
プロセッサー１３は、パルスモーターの駆動方向決定信号を焦点調節駆動系１６に出力するとともに、ＣＣＤ３ｃからの映像信号をビデオ回路１２で所望の信号処理を行ない、ビデオ回路１２で信号処理された輝度信号をコントラスト検出装置１５に入力する（ステップＳ６）。
【００３３】
コントラスト検出装置１５は、ＣＣＤ３ｃが撮像した１画面分に含まれる高周波成分を抽出し、その高周波成分を１画面分に渡って積算し、その積算レベルに応じてコントラスト値を検出する（ステップＳ７）。
【００３４】
プロセッサー１３は、コントラスト検出装置１５で検出されるコントラスト値を時間の経過とともに比較し、その比較するコントラスト値が増加する場合には、焦点調節駆動系１６にパルスモーターの駆動信号を出力する（ステップＳ８；ＹＥＳ）。そして、プロセッサー１３は、比較するコントラスト値がピーク値を過ぎた場合に（ステップＳ８；ＮＯ）、そのピーク値が入力した直後に焦点調節駆動系１６にパルスモーターの駆動停止信号を出力する。
【００３５】
焦点調節駆動系１６は、プロセッサー１３からのパルスモーター駆動停止信号を受け取ると、即座にパルスモーター５の駆動を停止する（ステップＳ９）。このパルスモーター５の駆動停止により撮像光学系（固定レンズ系３ａ、可動レンズ系３ｂ、ＣＣＤ３ｃを含む）の合焦が完了する。この状態で観察物体の近接拡大観察が行なわれる。
【００３６】
以上の説明とは逆に、加速度センサー１４が体内挿入部１ａの先端部の動きを観察物体１１から遠ざかる動きとして検出したと判断した場合には、プロセッサー１３は、コントラスト装置１５によるコントラスト値を考慮することなく、最初に焦点調節駆動系１６によって焦点調節要素をより遠距離物体に合焦する方向に移動させることを決定する（ステップＳ４）。この決定に基いて、焦点調節駆動系１６は可動レンズ系３ｂ（焦点調節要素）をパルスモーター５により固定レンズ系３ａから近づける方向に移動させ、より遠距離物体に合焦させる。
【００３７】
なお、この実施形態では、図２に示す内視鏡本体１における体内挿入部１ａの先端硬性部１ｄに組込んだ撮像素子３ｃとして固体撮像素子、特にＣＣＤ（電荷結合素子）を用いたが、これに限定されるものではない。固定レンズ系３ａ及び可動レンズ系３ｂを通過した光信号を電気信号に変換可能な素子であれば、いずれの撮像素子を用いてもよい。
【００３８】
また、動作方向検出手段１４として加速度センサーを用いたが、これに限定されるものではない。内視鏡本体１の先端部の動きを検出することができるものであれば、いずれのものでもよい。
【００３９】
図２では、可動の焦点調節要素として、可動レンズ系３ｂとＣＣＤ３ｃとを用いたが、可動レンズ系３ｂとＣＣＤ３ｃの一方のみを移動させて焦点調節を行うようにしてもよい。
【００４０】
図２は、内視鏡先端部の内部構造を示すものであるが、この構造に限定されるものではない。
【００４１】
以上の実施の形態による説明では、医療現場で用いる内視鏡装置を例にとって説明したが、本発明の内視鏡装置は工業用の分野に用いられる内視鏡装置にも同様に適用することができるものであり、医療用分野のものに限定されるものではない。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、動作方向検出手段で検出される体内挿入部先端の動作方向に応じて、コントラスト検出装置によるコントラスト値を考慮することなく、焦点調節駆動系による焦点調節要素の動作方向を最初に決定するため、オートフォーカス装置の構成を簡素化して、拡大内視鏡装置に容易に組込みことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した電子内視鏡システムの全体を示す図である。
【図２】図１に示す電子内視鏡における体内挿入部の先端硬性部を示す拡大断面図である。
【図３】図１に示す電子内視鏡に装備した回路構成を示す図である。
【図４】本発明におけるオートフォーカスによる合焦動作を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
１  内視鏡本体
１ａ  内視鏡本体の体内挿入部
１ｂ  内視鏡本体の操作部
１ｃ  内視鏡本体の先端硬性部
２  外部装置
３ａ  固定レンズ系
３ｂ  可動レンズ系
３ｃ  撮像素子（ＣＣＤ）
５  モーター（パルスモーター）
１２  ビデオ回路
１３  プロセッサー
１４  動作方向検出手段（加速度センサー）
１５  コントラスト検出装置
１６  焦点調節駆動系
【図１】
0003955458.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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