WO2005110202A1

WO2005110202A1 - 電子内視鏡

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Publication number: WO2005110202A1
Application number: PCT/JP2005/008800
Authority: WO
Inventors: Kazuhiro Kumei; Takayuki Kato
Original assignee: Olympus Corp; Olympus Medical Systems Corp
Current assignee: Olympus Corp; Olympus Medical Systems Corp
Priority date: 2004-05-14
Filing date: 2005-05-13
Publication date: 2005-11-24
Anticipated expiration: 2006-11-14
Also published as: US20110021872A1; US8444548B2; RU2006144442A; AU2005244353B2; KR100911793B1; EP1757221A1; CA2567737A1; AU2005244353A1; EP1757221A4; KR20070018945A; US20070055104A1; US7828721B2

Abstract

　挿入部には、処置具を挿通可能とするチャンネルが設けられ、挿入部の先端部には単焦点或いは焦点位置可変の対物光学系が設けられ、撮像素子の受光面に光学像を結像する。先端部から近距離の物体距離において、撮像素子から十分な解像力の画像信号が得られ、その状態でチャンネルの先端開口からの突出量が少ない処置具の先端側を撮像素子の受光面に結像されるようにすると共に、遠方側も必要とされる解像力を確保した。

Description

明細書

電子内視鏡

技術分野

[0001] 本発明は、固体撮像素子を備え、さまざまな処置具と共に使用可能な電子内視鏡に関する。

背景技術

[0002] 内視鏡は、周知の通り、直接目視できない生体内等を観察することができ、医療分野を中心に診断、治療に広く使用されている。そして、被写体像を CCD等の固体撮像素子によって電気信号に変換し、モニタにて観察可能とした電子内視鏡が普及している。さらに近年、被写体の詳細な観察をすベぐズーム光学系を採用した電子内視鏡や、多画素な固体撮像素子を用いた高解像内視鏡が普及してきている。

前者のズーム光学系を採用した電子内視鏡は、先端部の構成を大型化させない制約から複雑な構成は採用できず、 1つのレンズ群を移動させ、視野角を変化させる変倍ズーム光学系が一般的である。

[0003] また、日本国特開 2000— 330019号公報に示されるような変倍ズーム光学系では、この公報内の図 1に示すように物体側から順に負の屈折力を有する第 1レンズ群 10 と、明るさ絞り Sと、正の屈折力を有する第 2レンズ群 20と、負の屈折力を有する第 3 レンズ群 30とから構成されている。そして、変倍を行う際には、第 1レンズ群 10と第 3 レンズ群 30は不動にして、第 2レンズ群 20が物像間距離を変化させない光軸上の異なる 2点に移動することを特徴としている。なお、 Gは、フィルタ類を示す。

これによると、変倍時に物像間距離が変化しない小型で高性能な 2焦点タイプの内視鏡に適した対物変倍光学系を得ることができ、かつズーム光学系による被写体の詳細な観察ができると、つた効果がある。

また、後者の多画素な固体撮像素子を用いた高解像内視鏡では、従来よりも多画素な固体撮像素子を用いることで、被写体をより高解像に撮像することができるため、被写体の詳細な観察が可能になるといった効果がある。

[0004] 上記日本国特開 2000— 330019号公報に示されるような変倍ズーム光学系を用、た内視鏡では、被写体の詳細観察をする際に撮像光学系内のレンズを移動させることによって画角を変化させ、かつ倍率を変化させるため、倍率を上げるためには、画角を狭くする必要がある。

一方、チャンネル先端開口より突出される処置具が、固体撮像素子を含む撮像光学系によって撮像されるか否かは、撮像光学系の画角と、隣接する撮像光学系と処置具間との距離とにより決定する。この場合、隣接する撮像光学系と処置具間の距離が近ければ近いほど、また、撮像光学系の画角が広ければ広いほど、突出された場合に処置具は撮像光学系に早く（突出量が少な、状態で)撮像されるようになる。

[0005] 被写体を詳細に観察するために近接し、さらに倍率を上げた場合、先行例ではチヤンネル先端開口カゝら突出させた処置具が撮像光学系で視野範囲内に撮像されなくなり、被写体の詳細観察をしながら処置具での処置といった作業が困難になるといつた課題がある。つまり、先行例では、被写体を詳細に観察するために近点側 (近景 )に設定し、変倍ズーム光学系の倍率を大きくした場合、画角が狭くなり、チャンネル先端開口力も突出させた処置具を視野範囲内に捉えられない課題があった。

また、単焦点光学系を用いた内視鏡において、高精細に観察するために、多画素の固体撮像素子を用いた場合では、一般的に画素数が多ければ多いほど光学系の被写界深度は狭くなるため、被写体の詳細観察をすベぐ最近接時に高い解像力が得られるように光学系を調整すると、遠点の被写界深度が足りず内視鏡として実用的な被写界深度を得ることが困難になるといった課題がある。

[0006] 例えば、 100万画素以上のモザイクフィルタ方式の固体撮像素子を用いた撮像光学系の場合、被写界深度を広げるためには Fnoを大きくする必要があるが、 Fnoを大きくし過ぎると光の回折により像のコントラストが低下するため、単焦点光学系では最近接時における高、解像度と実用的な被写界深度の確保との両立が難、。

本発明は、単焦点の対物光学系を用いた場合においては、実用的な被写界深度が得られ、かつ、被写体の詳細観察をしながら処置具での処置が可能な電子内視鏡を提供することを目的とする。

また、本発明は、焦点位置可変の対物光学系を用いた場合においては、近点側での被写体の詳細観察をしながら処置具での処置が可能な電子内視鏡を提供することを目的とする。

発明の開示

課題を解決するための手段

[0007] 本発明の単焦点の対物光学系を用いた電子内視鏡は、

被検体内に挿入される挿入部と、

前記挿入部に設けられ、処置具を揷通可能とするチャンネルと、

前記挿入部の先端部に設けられ、被写体の光学像を結ぶ単焦点の対物光学系と前記対物光学系の結像する位置に受光面が配置され、この受光面に結像された光学像を光電変換する撮像素子と、

を有し、

同じ幅の白と黒の帯の被写体を、前記対物光学系を介して撮像し、得られる画像信号から輝度信号を生成した場合における前記白の被写体に対する輝度信号の最大値を Imax、前記黒の被写体に対する輝度信号の最小値を Iminとし、コントラスト I を 1= (Imax - Imin) / (Imax + Imin)と定義した際に、

前記挿入部の先端からの距離が 50mmの位置における白黒ペアの帯のピッチが 0 . 5mmの被写体を撮像した際に上記によって定義されるコントラスト Iがほぼ 10%以上となるような画像信号を出力し、

前記白黒ペアの帯のピッチが 35 mの被写体を撮像した際に、上記によって定義されるコントラスト Iがほぼ 10%以上となるような画像信号を出力する物体距離において、前記チャンネルの先端開口より突出させた処置具の先端付近の像が前記撮像素子の受光面上に結像されるようにしたことを特徴とする。

[0008] また、本発明の焦点位置可変の対物光学系を用いた電子内視鏡は、

被検体内に挿入される挿入部に設けられる対物光学系と、

前記対物光学系により前記被写体の光学像が結像される所定の画素数を備えた撮像素子と、

同じ幅の白と黒の帯の被写体を撮像した時に得られる画像信号カゝら生成された輝度信号を基に、前記白の被写体に対する輝度信号の最大値を Imax、前記黒の被写体での輝度信号の最小値を Imin、コントラスト Iを 1 = (Imax-Imin) / (Imax+Imin )と定義した時、前記挿入部の先端から所定距離離間した位置の被写体を前記対物光学系の近点側で所定値以上のコントラスト Iで捉えるために、前記対物光学系を構成する少なくとも一部のレンズを移動し、前記対物光学系の焦点距離を被写界深度がー部重複するように変化させるレンズ移動部と、

処置具を揷通可能とし、所定距離突出される前記処置具の先端を、前記レンズ移動部によって焦点距離が近点側に設定された時の前記対物光学系の視野角内に配置させるように開口したチャンネルと、

を具備することを特徴とする。

図面の簡単な説明

[図 1]図 1は本発明の実施例 1を備えた内視鏡システムの概略の構成を示す構成図。

[図 2]図 2は実施例 1の電子内視鏡における撮像ユニットの断面図。

[図 3]図 3は実施例 1における挿入部の先端部の先端面を正面力見た外観図。

[図 4]図 4は図 3における A— A線の概略断面図。

[図 5]図 5は図 4において、チャンネル内に挿通した処置具を先端開口力も突出させた状態等を示す概略断面図。

[図 6]図 6は実施例 1の概略作用の説明図。

[図 7]図 7は本発明の実施例 2における挿入部の先端部の先端面を正面力見た外観図。

[図 8]図 8は図 7における B— B線の概略断面図。

[図 9]図 9は実施例 2におけるチャンネル内に挿通した処置具を先端部から突出させたときのモニタ表示映像を示す図。

[図 10]図 10は変形例における内視鏡の表示エリアを示す図。

[図 11]図 11は本発明の実施例 3を備えた電子内視鏡システムの概略の構成を示す構成図。

[図 12]図 12は実施例 3の電子内視鏡における撮像ユニットの断面図。

[図 13]図 13は実施例 3における挿入部の先端部の先端面を正面力も見た外観図。

[図 14]図 14は実施例 3の電子内視鏡の挿入部先端の先端面を正面から見た正面図 [図 15]図 15は図 14における C— C線の概略断面図。

[図 16]図 16はオートフォーカス動作のフローチャート。

[図 17]図 17は処置具チャンネルに処置具を挿入し、先端開口から処置具を突出させたときの断面図。

[図 18]図 18は本実施例の近点側での作用の説明図。

[図 19]図 19は本発明の実施例 4を備えた電子内視鏡システムの概略の構成を示す構成図。

[図 20]図 20は本発明の実施例 4における挿入部の先端部の先端面を正面力も見た外観図。

[図 21]図 21は図 17における D— D線の概略断面図。

[図 22]図 22は実施例 4における 2段階オートフォーカス制御の動作のフローチャート

[図 23]図 23は実施例 4におけるチャンネル内に挿通した処置具を先端部から突出させたときのモニタ表示映像を示す図。

[図 24]図 24は実施例 4の第 1変形例に係る電子内視鏡システムの概略の構成を示す構成図。

[図 25]図 25は実施例 4の第 2変形例における CPU部分の構成を示す図。

発明を実施するための最良の形態

[0010] 以下、図面を参照して本発明の各実施例を説明する。

(実施例 1)

図 1から図 6を参照して本発明の実施例 1を説明する。

図 1に示すように電子内視鏡システム 1は、実施例 1の電子内視鏡 2と、この電子内視鏡 2の照明光を供給する光源としての光源装置 3と、電子内視鏡 2に内蔵した撮像手段に対する信号処理を行う画像処理装置 (信号処理装置) 4と、画像処理装置 4から出力される標準的な映像信号が入力されることにより、内視鏡画像を表示するハイビジョン TV (HDTVと略記)方式に対応したモニタ 5とから構成される。

[0011] 本実施例の電子内視鏡 2は、被検体に挿入される挿入部 7と、この挿入部 7の後端に設けられ、術者等の操作者が把持して操作を行う操作部 8と、この操作部 8から延出されたケーブル部 9とを有する。

挿入部 7は、その先端に硬質の先端部 11が設けられ、この先端部 11には後述する撮像ユニットなどが設けられて、る。

挿入部 7内には照明光を伝送するライトガイド 14が挿通されており、このライトガイド 14の後端側はケーブル部 9を経てその端部に設けたライトガイドコネクタ 15に至る。このライトガイドコネクタ 15を光源装置 3に接続することにより、光源装置 3からライトガイド 14の後端面には、照明光が供給される。

光源装置 3から供給された照明光は、ライトガイド 14により伝送され、先端部 11に固定された先端面力さらにこの先端面に対向して照明窓に取り付けた照明レンズ 1 6a、 16b (図 3参照）を経て前方に出射され、体腔内の患部等の被写体を照明する。

[0012] 先端部 11には、照明窓に隣接して観察窓 (又は撮像窓）が設けてあり、この撮像窓には、照明された被写体の光学像を結ぶ対物レンズ系（又は対物光学系） 17と、この対物レンズ系 17の結像位置にその受光面 (又は光電変換面）が配置された撮像素子としての例えば電荷結合素子 (CCDと略記） 18とを備えた撮像ユニット 19が配置されている。

撮像ユニット 19には、信号ケーブル 21の一端が接続され、挿入部 7内に挿通された信号ケーブル 21はさらにケーブル部 9内を揷通されてその後端の信号コネクタ 22 にその他端が接続されて、る。

この信号コネクタ 22を、画像処理装置 4に接続することにより、画像処理装置 4の C CD駆動部 23からの CCD駆動信号により CCD18は駆動され、 CCD18は光電変換した画像信号 (撮像信号)を出力する。

この撮像信号は、画像処理装置 4内で信号処理されてモニタ 5には、内視鏡画像が表示される。

[0013] また、挿入部 7内には様々な処置具を揷通可能とするチャンネル 25が設けてある。

このチャンネル 25は、先端部 11において開口するチャンネル先端開口（先端開口或いは鉗子口ともいう） 26と、操作部 8の前端付近の処置具挿入口 27と、先端開口 26 と、処置具挿入口 27とを接続するチャンネルチューブ 25aとカゝらなる。そして、この処置具揷入口 27から処置具 28を挿入することにより、この処置具 28の先端側を先端開口 26から突出させ、処置具 28の先端側で患部組織を採取したり、切除などの処置を行うことができるようにして!/、る。

また、本実施例においては、患部組織等の検査対象或いは処置対象とする被写体と共に、先端開口 26から突出される処置具 28の先端側を、少ない突出量の状態で撮像ユニット 19の視野内に入れられるようにする。このようにすることにより、その突出 d d

する処置具 28の先端側をモO Lニタ 5の表示面に表示でき、術者は、処置等を円滑に行

寸寸〇0 0

〇寸〇〇O C

うことができる。

[0014] 本実施例では、 CCD18は、補色系のモザイクカラーフィルタを備えたモザイクカラ一フィルタ方式の CCDであり、画素ピッチは 2. 5 mであり、モニタ表示に有効な画素数は、 81万画素、 CCD受光面上の最大像高は 1. 3mmのものを採用している。上記撮像ユニット 19では、最大画角 138° の単焦寸O L点の対物レンズ系 17が用いられており、対物レンズ系 17は、光の回折限界を超えないよ¹ h-うに Fno (Fナンパ） 10. 0となるように設定されている。また、物体距離 4. 2mm時に最高の解像力が得られるようにピント調整が行なわれて、る。

本実施例で用いている対物レンズ系 17のレンズデータを以下に示す。ここで、 F1は、対物レンズ系 17の焦点距離、 Raはレンズの曲率半径、 Daは面間隔、 Neは水銀 e 線 (波長 546. 07nm)に対する屈折率、 Vdはアッベ数である。

[0015] Fl= l. 33785mm

¾No. Ra Da Ne Vd

1 oo 1 . 77067

2 0. 977

3 oo 1 . 52498

4 oo

5 ∞ (絞り）

6 oo 1. 90 1 . 81078

7 - 2. 192

8 3. 168 1. 68 1. 51825

10 - 5. 048 0. 10

11 oo 1. 51965 75. 0

12 oo 1. 16

13 oo 1. 00 1. 51825

14 oo 1. 5119

d

15 oo 1. 00 1. 61379

〇〇

〇〇O C

16 oo

撮像ユニット 19の構成について、図 2を用いて説明する。

[0016] 対物レンズ系 17を構成する複数のレンズは、適正な面間隔と各レンズの芯出しが行なわれるように、レンズ枠 31とスぺーサ 32a、 32bを用いて保持、固定されている。 CCD 18は、 CCDチップ 18aと CCD基板 18bと CCDO L駆動用部品 18cと封止ガラス 1 8dとで構成されている。

CCDチップ 18aには、 CCD基板 18bがワイヤボンディング等により電気的に接続されており、また接着剤等により機械的に固定されている。 CCD基板 18b上にはカップリングコンデンサや、電流増幅用のトランジスタ等の CCD駆動用部品 18cが半田付けされている。 CCDチップ 18aの受光面には、受光面を保護するための封止ガラス 1 8dが光学接着剤等にて接着固定されている。

[0017] レンズ枠 31は、対物レンズ系 17の光軸方向に平行移動可能なように、 CCD枠 33 と嵌合しており、前記対物レンズ系 17の光軸と、前記 CCD18の受光面が垂直となるように、 CCD枠 33に CCD18が接着固定されている。

CCD基板 18bには信号ケーブル 21の信号線を半田付けするためのランド（図示せず）が設けられており、信号ケーブル 21の信号線が半田付けされている。 CCD枠 33 力も CCD18をへて、信号ケーブル 21の CCD基板 18bとの接続部にかけて、機械的に保護するように CCD保護枠 34が配置されて、る。

この CCD保護枠 34には、 CCDチップ 18aの背面部付近に、切り欠き部が設けられており、この切り欠き部力挿入するように熱伝導性の良い、例えばアルミニウム合金や、銅合金で形成された放熱部材 35が配置されている。この放熱部材 35には、熱伝導性の良い金属を導体とした、放熱用ケーブル 36が半田付けや接着剤等で機械的に接続されている。

[0018] CCD保護枠 34内部には、封止榭脂が充填され、熱収縮性のあるチューブ 37にて CCD18周辺は封止される。放熱用ケーブル 36は、熱容量の大きい部材、例えば揷入部 7の先端部 11に半田付けされている。信号ケーブル 21は、複数の同軸線と複数の単線とをより合わせた上に、フッ素榭脂製のテープを巻き、その上に、一括シールドとして銅線が巻きつけられ、さらにその上にフッ素榭脂製のテープが巻かれて、その上にテフロン (登録商標）系のシースで覆われて!/、る。

挿入部 7の先端部 11は、図 3に示されるように、先端レンズの外径が φ 2. 8mmである対物レンズ系 17を含む撮像ユニット 19と、チャンネル先端開口 26と、対物レンズ系 17の外表面に送水、送気して付着した汚物を除去する送気送水ノズル 39と、光源装置 3に接続されたライトガイド 14により伝送 (導光)された光により被写体を照明するための照明レンズ 16a、 16bとが配設されている。

[0019] 撮像ユニット 19は、被写体を撮像し、モニタ 5に表示したときのモニタ 5上の上下方向が、図 3に示す挿入部 7の先端部 11の上下方向と一致するように、先端部 11に取り付けられている。また、本実施例におけるチャンネルチューブ 25aは、例えばテフ口ン（登録商標）製の内径 2. 8mmのチューブを用いて、る。

図 4に示すように、対物レンズ系 17の光軸 Oと、（チャンネルチューブ 25aの先端が接続された)先端開口 26は、平行に配置されており、本実施例においては、対物レンズ系 17の中心（光軸 O)と先端開口 26の中心軸の距離 Dは、 6mmに設定して!/、る。この先端開口 26の半径 Rの 2倍は、チャンネルチューブ 25aの内径と同じ 2. 8mm である。

図 1に示すように光源装置 3は、ランプ 40を有し、このランプ 40の照明光は、絞り駆動部 41により駆動される絞り 42の開口により透過光量が調整された後、集光レンズ 4 3を経てライトガイドコネクタ 15におけるライトガイド 14の入射端面に入射される。そして、上述のようにライトガイド 14の先端力もさらに照明レンズ 16a、 16bを経て被写体側に照明光が出射される。

[0020] なお、ライトガイド 14は、挿入部 7内において、 2本に分岐され、図 3に示すように先端部 11では 2箇所に配置された照明レンズ 16a、 16bから照明光がそれぞれ出射される。

図 1に示すように画像処理装置 4には、 CCD18からの画像信号が入力される CDS 回路 44を有し、この CDS回路 44により信号成分が抽出された後、 AZD変換器 45 によりデジタル信号に変換される。

この AZD変 45により変換されたデジタルの画像信号は、輝度信号と色信号力もなる映像信号を生成する信号変換部 46に入力される。この信号変換部 46により、生成された映像信号は、 γ補正等、様々なの画像処理を行う画像処理部 47に入力される。この画像処理部 47の出力信号は DZA変 48に入力され、アナログの HDTV方式に対応した映像信号に変換された後、モニタ 5に出力される。

[0021] また、信号変換部 46からの輝度信号は、調光信号を生成する自動調光部 49に入力され、この自動調光部 49により自動調光信号が生成される。この自動調光信号は、光源装置 3の絞り駆動部 41に入力され、絞り 42の開口量を自動調整する。

この自動調光部 49は、例えば処置具の反射光量や色によって、処置具が撮像ュニット 19の視野内に入ったこと (換言すると CCD18の受光面上に処置具の画像が結像されること）を検出する処置具検出部 49aを内蔵してヽる。

また、この自動調光部 49は、この処置具検出部 49aの出力信号力も調光するための輝度を検出する輝度検出部 49bと、この輝度検出部 49bからの出力信号から自動調光信号を生成する調光信号生成部 49cとを有する。

上記輝度検出部 49bは、処置具検出部 49aにて処置具を検出した場合には、処置具の像が結像される領域付近におけるピーク輝度 (光量)や、この領域付近での平均輝度 (光量)を検出する。

[0022] また、この輝度検出部 49bは、処置具検出部 49aにて処置具が検出されな、場合には、画面全体でのピーク輝度や平均輝度を検出する。

また調光信号生成部 49cは、輝度検出部 49bからのピーク輝度や平均輝度の信号により適正な明るさの信号が得られるように光源装置 3の照明光量を調整する自動調光信号を生成し、光源装置 3の絞り駆動部 41に出力する。

本実施例の電子内視鏡 2は、上述したレンズデータに示す単焦点の対物レンズ系 17及び CCD18による撮像ユニット 19により、先行例における 50 m程度のピッチの白黒を識別可能な解像力よりも高い 35 μ mピッチの白黒を識別可能とする解像力を確保する (条件を満たす)と共に、先行例と同等の遠景側を観察するのに必要とされる解像力を確保している。

そして、撮像ユニット 19の CCD18は、このような解像力に対応した画像信号を出力するため、その画像信号に対して標準的な映像信号を生成する信号処理を行い、モニタ 5の表示面に表示した場合には、その表示画像により、 35 mピッチの白黒を識別することが可能となる。

[0023] なお、遠景側を観察するのに必要とされる解像力は、撮像ユニット 19から例えば 50 mm程度離れた位置において 0. 5mmピッチの白黒を識別することが可能とされる解像力であり、この解像力を遠景用解像力ともいう。また、上記 35 mピッチの白黒を識別可能とする解像力を近接側詳細解像力ともいう。

また、本実施例では、チャンネル 25内に挿通した処置具 28の先端側を先端開口 2 6から突出した場合、上記 35 μ mピッチの白黒を識別可能とする解像力が得られる物体距離において、処置具 28の先端側が撮像ユニット 19の視野内に入るようにしている。

[0024] そして、 CCD18の受光面に、小さい突出量の状態の処置具 28の先端側の像が結像されるようにして、処置具 28の先端付近を詳細観察ができる状態で、処置具 28による詳細な処置を行、易くして、る。

このような構成による本実施例の作用を以下に説明する。

[0025] 図 1に示すように電子内視鏡 2のライトガイドコネクタ 15を光源装置 3に接続し、また信号コネクタ 22を画像処理装置 4に接続する。また、この画像処理装置 4の映像出力端にモニタ 5のケーブルを接続して、内視鏡検査を行える状態にする。

そして、図示しない電源スィッチを ONにして、光源装置 3からの照明光をライトガイド 14に供給し、ライトガイド 14を介して照明光を照明レンズ 16a、 16bから出射し、撮像ユニット 19により撮像する被写体を照明できる状態にする。また、撮像ユニット 19 の CCD 18により撮像した画像力画像処理装置 4を介してモニタ 5に表示される状態になる。次に、電子内視鏡 2の挿入部 7を患者の体腔内に挿入し、挿入部 7の先端部 11を体腔内における患部等の内視鏡検査を行おうとする部位の被写体を観察できる状態にする。

[0026] この場合、先端部 11に設けた撮像ユニット 19における対物レンズ系 17は、被写体の光学像を CCD18の受光面上に結像する。 CCD18の受光面上に結像された像は、光電変換されて画像信号に変換される。この画像信号は、信号ケーブル 21、信号コネクタ 22を介して、画像処理装置 4の CDS回路 44に入力される。この画像信号には、信号成分以外のリセットノイズ等を含む波形であり、 CDS回路 44により、信号成分が抽出されてベースバンドの信号が生成される。

この CDS回路 44の出力信号は、 AZD変換器 45に入力され、 AZD変換器 45は、アナログ信号である画像信号をデジタル信号に変換する。デジタル信号に変換された画像信号は、信号変換部 46により映像信号に変換される。

[0027] この場合、本実施例では CCD18として補色系のモザイクカラーフィルタを採用しているので、この信号変換部 46は、例えば隣接する 4種類のカラーフィルタの画素の信号出力から平均をとつた輝度信号や、各色の画素信号出力の差分により得られる色差信号とヽつた映像信号に変換される。

この映像信号は、画像処理部 47により、モニタ表示に適切なコントラスト調整や色調整、表示サイズ調整等が行なわれる。

その後、 DZA変換器 48によりモニタ 5に表示可能なアナログの HDTV方式に対応した映像信号に変換される。モニタ 5は、入力される HDTV方式の映像信号に対応した (CCD18による撮像された)被写体の画像をモニタ画面 5aに表示する。次に、図 6を参照して撮像ユニット 19により白黒ペアの帯が 35 mピッチの被写体等を撮像したときの作用につ、て説明する。

[0028] 図 6は本実施例の電子内視鏡 2の挿入部 7を体腔内に挿入し、先端部 11に設けた撮像ユニット 19により、体腔内の処置対象部位側を撮像すると共に、処置具 28を先端開口 26から突出させて処置を行う場合の概略図を示す。

この場合、処置がし易い条件としては、遠景の部分に対しても適度の解像力で撮像 (観察)でき、し力も処置対象とする患部等に対しては、詳細に観察できることが望まれると共に、先端開口 26から突出される処置具 28の先端側も詳細に観察できることが望まれる。

本実施例においては、以下のようにしてこれらを満たすようにしている。まず、説明をより明確にするために以下のように輝度コントラスト Gを定義する。

[0029] 同じ幅の白と黒の帯 (ストライブ）の被写体を対物レンズ系 17により、 CCD18受光面上に結像させた際に、前記白の被写体による輝度の最大値を Gmax、前記黒の被写体による輝度の最小値を Gminとし、輝度コントラスト G= (Gmax-Gmin) / (Gm ax+Gmin)と定義する。

このように輝度コントラスト Gを定義した場合、前記のように構成された撮像ユニット 1 9では、最高の解像力が得られる物体距離 4. 2mmの時に、白黒ペアの帯のピッチが 35 mの被写体を撮像した際、 CCD受光面上に結像された白の帯と黒の帯の輝度コントラスト Gは、 14. 5%となる。

上記対物レンズ系 17によって CCD18の受光面上に結像したピッチ 35 mの白黒ペアの帯の被写体の像は、白帯が結像された画素から出力される画像信号と、黒帯が結像された画素から出力される画像信号の差は、略 14. 5%となる。

[0030] 前記画像信号は、 CDS回路 44、 AZD変換器 45、信号変換部 46を介して、画像処理部 47に入力され、例えば、モニタ 5に適したガンマ処理やノイズを除去するローパスフィルタ処理等が施される。

そして、前記白の被写体により得られた輝度信号の最大値を Imax、前記黒の被写体により得られた輝度信号の最小値を Iminとし、コントラスト Iを 1= (Imax-Imin) / (Imax+Imin)と定義した場合、（上記白黒ペアの帯のピッチが 35 μ mの被写体を撮像した際には）コントラスト Iが 10%以上になるように出力される。以上により、撮像ユニット 19で撮像された 35 mピッチの白黒ペアの帯は、モニタ 5上で白黒ペアの帯として視認可能となる。

図 6においては、最高の解像力が得られる物体距離 4. 2mmを dlとして、その位置に 35 μ mピッチの白黒ペアの帯 (ストライプ） Saを配置した場合には、 CCD18により光電変換され、例えば信号変換部 46から出力される映像信号を形成する輝度信号におけるコントラスト Iが上記のように 10%以上になることにより、 35 /z mピッチの白黒ペアの帯をモニタ 5上で視認できることになる。

[0031] また、上記 35 μ mピッチの白黒ペアの帯をモニタ 5上で視認できる状態において、物体距離 50mmの位置に白黒ペアの帯が 0. 5mmの被写体 Sbを置いて、この撮像ユニット 19にて撮像した場合、 CCD受光面上に結像された白の帯と黒の帯の輝度コントラスト Gは、 25%となる。

同様に CCD18の受光面上に結像されたピッチ 0. 5mmの白黒ペアの帯の被写体の像は、光電変換されて白帯が結像された画素から出力される画像信号と、黒帯が結像された画素から出力される画像信号との差は略 25%となり、画像処理装置 4により白帯と黒帯のコントラスト Iが 10%以上となるようにしてモニタ 5に出力される。以上により、撮像ユニット 19により撮像された距離 50mmに配置した 0. 5mmピッチの白黒ペアの帯は、モニタ 5上で白黒ペアの帯として視認可能となる。

[0032] 図 6においては、物体距離 d2として 50mmの位置に 0. 5mmピッチの白黒ペアの帯 (ストライプ) Sbを配置した様子を示し、この場合にも信号変換部 46の輝度信号には、白と黒とのコントラスト Iが 10%以上となり、モニタ 5上では白黒ペアの帯を視認することがでさる。

次に、チャンネル 25に処置具を挿入して処置する場合について説明する。操作者は、操作部 8付近に設けられた処置具挿入口 27に、使用する処置具を挿入する。処置具挿入口 27から挿入された処置具は、挿入部 7内のチャンネルチューブ 25aのチヤンネル 25内を通り、挿入部 7の先端部 11に誘導される。操作者が更にその処置具 28を深部側に挿入すると、先端部 11のチャンネル先端開口 26より処置具 28の先端が突出する。突出した処置具 28が撮像ユニット 19によって撮像されるために必要な条件は、挿入部 7の先端部 11の先端面からの処置具 28の最小の突出量 Hminとして、図 5に示すように、処置具 28が最も撮像ユニット 19側にシフトしている場合、撮像ユニット 19の先端レンズ面での光線高 Lh= 1. 2mm、先端開口 26の半径 R= 1. 4mm、撮像ユニット 19の画角 0 = 138° 、撮像ユニット 19の光軸 Oと先端開口 26 の中心との距離 D= 6mmとから、以下の式 1に示すように導出される。

Hmin= (D -Lh-R) X tan (90° - Θ /2) = 1. 38mm (式 1)

一方、処置具 28が最も撮像ユニット 19より離れた方向に位置した場合に、処置具 2 8が突出されて、処置具 28の先端全体が撮像ユニット 19によって撮像されるために必要な条件は、挿入部 7の先端部 11の先端面からの処置具 28の突出量 Hallとして、式 2に示すように導出される。

[0033] Hall= (D-Lh+R) X tan (90° - Θ /2) = 2. 45mm (式 2)

式 1,式 2に示されるように、処置具 28は、先端部 11の先端面からの突出量が 1. 3 8mm以上力も撮像ユニット 19の視野内に入り始め、 2. 45mm突出された時に、処置具 28の先端のほぼ全体が視野内に入る。

以上により、本実施例における撮像ユニット 19の最高解像力が得られる物体距離 4 . 2mmにおいては、処置具 28の先端側は、確実に撮像ユニット 19の視野内に入り、モニタ 4上でも視認可能となる。

図 6においても、チャンネルの先端開口 26から処置具 28を突出した様子を示し、撮像ユニット 19の視野内に処置具 28の先端が入った後、さらに前方に突出させることにより処置具 28の先端は最大解像力の物体距離の状態になる。

[0034] このため、処置具 28により処置を行おうとする患部等の被写体を高詳細に観察できると共に、その付近に突出された処置具 28の先端の状態も高詳細に観察でき、処置がし易い。またこの状態においても、遠景側に対しては遠景用解像力を確保できているので、処置しょうとする部位の周囲の広範囲の状態の把握もでき、処置をより円滑に行うことができる。

次に、本実施例における自動調光の機能について説明する。

自動調光部 49は、処置具 28が撮像ユニット 19の視野内に入っていない場合は、輝度検出部 49bにより、画面全体の明るさ（具体的にはピーク輝度或いは平均輝度）を検知し、調光信号発生部 49cに出力する。この調光信号発生部 49cは、画面が暗いときは、光源装置 3に増光するように制御信号、具体的には自動調光信号を出力する。また、画面が明る過ぎる場合は減光するように光源装置 3を制御する制御信号としての自動調光信号を出力する。

[0035] この自動調光信号により、光源装置 3内の絞り駆動部 41は、絞り 42を駆動し、ランプ 40から絞り 42を経てライトガイド 14の入射端に入射される照明光量を調整する。次に撮像ユニット 19による内視鏡検査により、患部等の被写体に対して治療のための組織採取や病変部の切除するために処置具 28が使用された場合における自動調光の作用につ、て説明する。

処置具 28をチャンネル 25に挿入して処置具 28を挿入部 7の先端部 11の先端開口 26を経てその先端面力も突出させることにより、撮像ユニット 19の視野内に処置具が入ることになる。

この場合は、例えば処置具 28の色や、処置具 28の反射光等から、処置具検出部 4 9aは、処置具 28が視野内に入ったことを検知し、前記処置具 28を中心とした一定の領域のピーク輝度や平均輝度による明るさを検知する。前記処置具 28付近の明るさが明るすぎる場合は光源装置 3を減光し、暗すぎる場合は光源装置 3を増光するよう、調光信号発生部 49cは制御信号としての自動調光信号を出力する。

[0036] そして、自動調光信号により、光源装置 3内の絞り駆動部 41は、絞り 42を駆動し、ランプ 40から絞り 42を経てライトガイド 14の後端に入射される照明光量を調整する。この自動調光信号により、処置具 28が撮像ユニット 19における視野内に入る領域付近の明るさを観察に適した明るさとなるように自動調光できる。

なお、照明光量の調整の方法としては、絞り駆動部 42による絞り制御の他に、光源に供給する電力（電流値や電圧値等)を制御する制御部を設け、その電力を調整することで照明光量の調整を行っても良い。また、挿入部 7の先端に光源としての発光ダイオード (LED)を設け、輝度検出部 49bの検出結果に基づき発光ダイオードへの供給電流を調整することで発光量 (照明光量)の調整を行う構成にしても良い。

[0037] 次に、撮像ユニット 19に配置された放熱部材 35、並びに放熱用ケーブル 36の作用について説明する。

CCD18を駆動すると、 CCDチップ 18aや、電流アンプ等の CCD駆動用部品 18c が発熱する。一般に、画素数が多くなるほど駆動周波数が高くなり、消費電力も増え、 CCDチップ 18aは発熱する。放熱部材 35は、 CCDチップ 18a及び CCD基板 18b に隣接して配置されているため、 CCD18の熱は放熱部材 35に伝導し、その後放熱用ケーブル 36に伝導する。さらに放熱用ケーブル 36が接続されてヽる揷入部 7の先端部材に熱が伝わり、 CCD18で発生する熱は放熱され、 CCDチップ 18aの極度の発熱を防ぐことができる。 [0038] また、信号ケーブル 21は、一括シールドとシースの間にテープが巻かれているため、例えば信号ケーブル 21に捻れの機械的ストレスが力かった際に、シースの捻れと一括シールドとのねじれ方の違いによる一括シールドとシース間での摩擦や、シースによる一括シールドへの引張り力力一括シールドとシース間のテープにより緩和されるために、捻れ耐性がアップするといつた効果がある。

本実施例は以下の効果を有する。

本実施例では、撮像ユニット 19を構成する対物光学系として単焦点光学系を採用しているために、変倍光学系や可変焦点光学系と比較して簡単な構造にできる。従来の電子内視鏡で用いられていた単焦点光学系を採用した撮像ユニットの解像力が 50 μ m程度の白黒ペアの帯の被写体を認識できるレベルであつたのに対して、前述のように、本実施例における撮像ユニット 19によれば、より高解像となる 35 /z m の白黒ペアの帯の被写体を認識することができるようになる。

[0039] また、前記撮像ユニット 19の前記最高解像力が得られる距離にぉ、て、チャンネル 25の先端開口 26から突出される処置具 28の先端側が、モニタ 5上で視認可能であるため、従来のズーム光学系を用、た内視鏡では非常に行、にく、詳細観察をしな力 Sら処置を行うような作業が可能となる。例えば、大腸のピットパターンといったような被写体の詳細な観察を行な、ながら、処置具 28による処置を行なうことが可能であるという効果が得られる。

また、最高解像力が得られる距離が 4. 2mm程度であるため、本実施例においては、その距離よりも力なり手前の物体距離において、処置具 28の先端側を視野内に入れることができ、さらに前方側に突出させることにより最高解像力が得られる距離に達する状態になる。従って、本実施例では、最高解像力が得られる距離においては処置具 28の先端側を視野内に十分に入れることができ、処置具 28の操作が比較的容易になると、つた効果も得られる。

[0040] さらに、物体距離 50mmにおいても、従来の内視鏡と同等の白黒ペアの帯が 0. 5 mmの被写体をモニタ 5上で視認可能であるため、遠景から近景まで、煩雑な操作を必要とせずに観察可能となる。

さらに、処置具 28が挿入されてその先端がモニタ 5に表示される状態になると、処置具 28付近の明るさが最適となるように光源装置 3による照明光量を制御する為、処置がしゃすくなる。

ここで、本実施例では、 CCD18の画素ピッチを 2. 5 /ζ πι、有効画素数を 81万画素とし、撮像ユニット 19の最大画角を 138° 、最高の解像力が得られる距離を 4. 2mm とし、撮像ユニット 19の光軸 Oと先端開口 26中心との距離を 6mmとした力これに限つたものではない。

[0041] 例えば、白黒ペアの帯のピッチが 35 μ mの被写体を撮像したときに、前記白の被写体を撮像した画素から得られる出力信号と、前記黒の被写体を撮像した画素から得られる出力信号の差が 10%以上となるように、画素ピッチ、有効画素数、最大画角等を変更し、かつ、前記 35 mの被写体を撮像したときに出力信号の差が 10% 以上となる物体距離において、処置具が観察可能となるように、最大画角、及び撮像ユニット 19の光軸 Oと先端開口 26中心との距離を変更しても、ほぼ同様の効果が得られる。

[0042] また、上述の説明では CCD18の有効画素数は、 81万画素とした力モザイクカラ一フィルタ方式の場合には、 85万画素程度でも同様の効果が得られ、この場合には最高の解像力が得られる距離をさらに大きくすることができるという効果が得られる。

[0043] 一方、 85万画素より大きい画素の場合には、実用的な被写界深度を得ることができず、最高解像力を得ようとすると遠点の深度が足りなくなり、遠点の深度を確保すると最高の解像力が白黒ペアの帯のピッチが 40 μ m以上になってしまう。

また、本実施例では、補色系のモザイクフィルタ方式のカラー CCDを用いて説明したが、これに限ったものではなぐ電子内視鏡では、照明光として切替式等の三原色の光を用い、順次照射した三原色の光と同期してモノクロ（白黒)の CCDにて被写体像を取り込んで画像処理装置にてカラー化する方式が用いられる場合があるが、この方式にぉ、ても上記条件を満たすことで、同様の効果を得ることができる。

[0044] この方式の場合、有効画素数 35万画素程度の CCD出力信号として R信号、 G信号、 B信号を得ることができ、輝度信号を生成せずにモニタ 5に出力することも可能であるが、この場合には、最も輝度の高い G信号を輝度信号とみなせば良い。

画角は、周囲の観察性を考慮した一般的な内視鏡で用いられる 100° 以上の画角が好ましぐ画角がより広い方が、処置具検出距離が短くなるといった効果がある。また、本実施例の画像処理装置 4及び、モニタ 5は、 HDTV方式の映像信号に対応したもので説明した力これに限ったものではなぐ例えば SVGAや XGAといった高解像のモニタに対応した表示方式を用、ても良、。

[0045] さらに、本実施例の撮像ユニット 19では、 CCD18の熱を放熱する手段として放熱部材 35と放熱用ケーブル 36により挿入部 7の先端部材への放熱を開示しているが、放熱部材 35に放熱用ケーブル 36を設けず、放熱部材に対向する部分に挿入部 7の先端部材の熱伝導性の良!、部分を近接させ、熱伝導性の良!ヽ封止榭脂等を介して

、放熱する構造でも良い。

また、放熱用ケーブル 36として、信号ケーブル 21の一部を用いても良い。例えば信号ケーブル 21内に、駆動に使用しないダミーケーブルを設けても良いし、信号ケ一ブル 21の電磁遮蔽を目的とした外部シールドを用いても良い。また、放熱部材 35 を設けずに、放熱用ケーブル 36の導体部分を CCDチップ 18a付近に導電性の良い封止榭脂にて固定することでも、同様の放熱効果が得られる。

また、 CCDチップ 18a内部の出力段を、外部アンプとして CCD基板 18b上に配置し、 CCDチップ 18aの消費電力を、外部基板上の部品に配分することにより、 CCD チップ 18aの発熱を押さえることも有効である。

[0046] (実施例 2)

次に本発明の実施例 2を図 7ないし図 10を参照して説明する。本実施例は、基本的な構成は、実施例 1と同じであり、 CCDの有効画素数及び対物レンズ系と、撮像ュニットと処置具チャンネルの位置関係が異なる。以下、相違点に重点をおいて説明する。

本実施例は、以下の構成である。

[0047] 本実施例における電子内視鏡の先端部 11には、図 7或いは図 8に示す対物レンズ系 72及び CCD73を備えた撮像ユニット 19Bが採用されてヽる。

この CCD73は、画素ピッチ 3. 3 mでモニタ表示に有効な画素数は 40万画素、 C CD受光面上の最大像高は約 1. 29mmのものが採用されている。

また、撮像ユニット 19Bは、最大画角 160° の単焦点の対物レンズ系 72は、最前面にメニスカス形状をしたレンズが配置され、光の回折限界を超えないように Fno9. 18となるように設定されている。また、物体距離 2. 95mm時に最高の解像力が得られるようにピント調整が行なわれて、る。

本実施例で用いられている対物レンズ系 72のレンズデータを、以下に示す。

Fl= l. 13723mm

d

¾No. Ra d d Da Ne Vd

〇寸〇

1 8. 200

O C 〇〇〇O C

2 0. 910

3 oo 1 . 52498

5 6. 994 1. 91 1. 77621 4 cnO LO L9. 6

6 - 2. 210 〇

7 ∞ (絞り）

8 OO 1 . 51965 75. 0

9 OO 1. 01

10 3. 288 1. 35 1. 73234

16 oo 1. 00 1 . 61379

17 oo

挿入部の先端部 11は、図 7に示すように、先端レンズの外径が φ 2. 8mmで、形状がメニスカスである対物レンズ系 72を含む撮像ユニット 19Bと、チャンネル先端開口 26Bと、対物レンズ系 72先端表面に送水、送気して付着した汚物を除去する送気送水ノズル 39と、光源装置 4に接続された図示しないライトガイドを通過した光により被写体を照明するための照明レンズ 16a、 16bが配設されている。 [0049] 撮像ユニット 19Bは、被写体を撮像しモニタ 5に表示したときのモニタ 5上の上下方向が、図 7に示す挿入部先端の上下方向と一致するように、挿入部先端に取り付けられている。

内径 φ 2. 8mmの処置具チャンネル 25は、撮像ユニット 19Bに対し、水平方向から若干ずれた左斜め下方向に配置されており、図 7に示すように、先端部 11の上下方向を Y軸、左右方向を X軸とすると、処置具チャンネル 25の中心軸と、撮像ユニット 1 9Bの光軸 Oを結ぶ直線は、前記 X軸に対し αの角度を成している。

図 8に示すように、対物レンズ系 72の光軸 Οと、先端開口 26Βは平行に配置されており、本実施例においては、対物レンズ系 72の中心（光軸 Ο)と先端開口 26Βの中心軸の距離 Dは、 6mmとしている。

次に本実施例の作用を説明する。

[0050] まず、撮像ユニット 19Bにより白黒ペアの帯が 35 μ mピッチの被写体を撮像したときの作用について説明する。

前記のように構成された撮像ユニット 19Bでは、最高の解像力が得られる物体距離 2. 95mmの時に、白黒ペアの帯のピッチが 35 mの被写体を撮像した際、 CCD受光面上に結像された白の帯と、黒の帯のコントラスト Gは、 11. 5%となる。

前記対物レンズ系 72によって CCD73の受光面上に結像されたピッチ 35 mの白黒ペアの帯の被写体の像は、光電変換される。そして、白帯が結像された画素から出力される画像信号と、黒帯が結像された画素カゝら出力される画像信号の差は、略 1 1. 5%となる。

[0051] この画像信号は、 CDS回路 44、 AZD変翻 45、信号変換部 46を介して、画像処理部 47に入力され、例えば、モニタに適したガンマ処理や、電気的なマスク処理等が施され、白帯と黒帯のコントラスト I力 10%以上になるようにしてモニタ 5に出力される。

以上により、撮像ユニット 19Bで撮像された 35 mピッチの白黒ペアの帯は、モ- タ上で白黒ペアの帯として視認可能となる。

また、物体距離 50mmの位置に白黒ペアの帯が 0. 5mmの被写体を置いて、本実施例における撮像ユニット 19Bにて撮像した場合は、 CCD73受光面上に結像された白の帯と、黒の帯のコントラスト Gは、 19. 3%となる。

[0052] 同様に CCD73の受光面に結像されたピッチ 0. 5mmの白黒ペアの帯の被写体は、光電変換されて、白帯が結像された画素から出力される画像信号と、黒帯が結像された画素から出力される画像信号の差は、略 19. 3%となり、画像処理装置 4により白帯と黒帯のコントラスト Iが 10%以上となるようにしてモニタ 5に出力される。

以上により、撮像ユニット 19Bで撮像された距離 50mmに配置された 0. 5mmピッチの白黒ペアの帯は、モニタ 5上で白黒の帯として視認可能となる。

前記電気的なマスク処理は、モニタ 5の表示画面内に、図 9に示すように縦横比が 1 : 1. 2の八角形の表示エリア 5bを作成し、この八角形の表示エリア 5b内に撮像ュ- ット 19Bで撮像した被写体を表示させる。

[0053] 前記電気的なマスク処理によって得られた表示エリア 5b上の画角は、図 9で示すような横長の表示エリアの場合、対角方向の P点が最も大きい画角（ Θ max)となる。対物レンズ系 72の画角 160° が前記最大画角 Θ maxと一致するように、マスク処理は施されている。一方、マスク処理により、モニタ画面上で最も画角が狭くなるのは上下方向で、ついで左右方向の画角が狭くなる。

また、前記最大対角となる P点は、 P点と画面中心を結んだ直線と、モニタ画面上の水平方向とから成す角度が exとなるように設定されており、さらに、撮像ユニット 19B は、図 7に示すように挿入部の先端部 11の X軸方向とモニタ水平方向が一致するように配置されている為、 X軸に対し角度 αの位置に配置されている処置具チャンネル 2 5の先端開口 26Β力も突出させた処置具 28は、図 9に示すように、モニタ 5上の概略で言うと水平方向、より厳密に言うと水平方向より少し下側となる左下の Ρ点付近より表示エリア 5b内に表示される。

[0054] 本実施例における、挿入部の先端部 11の先端開口 26Bより突出させた処置具 28 力撮像ユニット 19Bによって撮像されるために必要な条件は、先端部 11の先端面力もの処置具 28の最小の突出量 Hminとして、処置具 28が最も撮像ユニット 19B側にシフトしている場合、撮像ユニット 19Bの先端レンズ面での光線高 Lh= l . 31mm 、先端開口 26Bの半径 R= 2. 8mm、撮像ユニット 19Bの画角 0 = 160° 、撮像ュニット 19Bの光軸 Oとチャンネル 25との距離 D = 6mmとから、式 3に示すように導出される。

Hmin= (D—Lh—R) X tan (90° Θ /2) =0. 58mm (式 3)

一方、処置具 28が最も撮像ユニット 19Bより離れた方向に位置して場合に、処置具 28が突出されて、処置具 28の先端全体が撮像ユニット 19Bによって撮像されるために必要な条件は、先端部 11の先端面力もの処置具 28の突出量 Hallとして、式 4 に示すように導出される。

[0055] Hall= (D~Lh+R) X tan (90° - θ /2) = 1. 07mm (式 4)

式 3,式 4に示されるように、処置具 28は、先端部 11の先端面からの突出量が 0. 5 8mm以上力も撮像ユニット 19Bの視野内に入り始め、 1. 07mmより突出された時に、処置具 28の先端のほぼ全体が視野内に入る。

以上から、本実施例における撮像ユニット 19Bの最高解像力が得られる 2. 95mm においては、処置具 28の先端側は撮像ユニット 19Bの視野内に入り、モニタ 5上でも視認可能となる。

本実施例は、以下の効果を有する。

本実施例は、撮像ユニット 19Bを構成する対物光学系として単焦点光学系を採用しているために、変倍光学系や可変焦点光学系と比較して簡単な構造で実現できる本実施例は、最高解像力が得られる距離が 2. 95mmと近い為、モニタ上の表示倍率が大きくなる為、被写体が観察しやすくなる。

[0056] ここで、本実施例では、 CCD73の画素ピッチを 3. 3 m、有効画素数を 40万画素とし、撮像ユニット 19Bの最大画角を 160° 、最高の解像力が得られる距離を 2. 95 mmとし、撮像ユニット 19Bの光軸 Oと先端開口 26中心との距離を 6mmとした力これに限ったものではない。

例えば、白黒ペアの帯のピッチが 35 mの被写体を撮像したときに、前記白の被写体を撮像した画素から得られる出力信号と、前記黒の被写体を撮像した画素から得られる出力信号の差が 10%以上となるように、画素ピッチ、有効画素数、最大画角等を変更し、かつ、前記 35 mの被写体を撮像したときに出力信号の差が 10% 以上となる物体距離において、処置具が観察可能となるように、最大画角、及び撮像ユニット 19の光軸 Oと先端開口 26中心との距離を変更しても、ほぼ同様の効果が得られる。

[0057] また、本実施例では、有効画素数を 40万画素とした力モザイクカラーフィルタ方式の場合では 25万画素程度でも同様の効果が得られ、この場合は、最高の解像力が得られる距離をさらに大きくし、モニタ 5上の表示倍率を大きくすることができるという効果が得られる。一方、 25万画素未満の画素数では、最高の解像力が得られる距離が 2mm前後となり、処置性が低下する可能性がある。

また、本実施例でも、照明光として切替式等の三原色の光を用い、順次照射した三原色の光と同期してモノクロ（白黒)の CCDにて被写体を取り込んで画像処理装置にてカラー化する方式を採用することができ、この場合、有効画素数 10万画素程度の CCDを用いた場合に、モザイクフィルタ方式の 25万画素と同等の効果が得られる

[0058] なお、本実施例においては、図 9に示すようにモニタ画面 5aの表示エリア 5bとして、垂直方向（縦方向）よりも水平方向の表示サイズが長くした横長で八角形としていた 1S 図 10に示す変形例の表示エリア 5bのように水平方向により広くなるように円形にマスク処理し、縦方向にはマスク処理しないような場合にも、適用することができる。つまり、このような場合にも、表示エリアサイズ (表示エリア）の広い概略水平方向から突出された処置具の先端が表示エリア 5b内に現れるようにしても良、。

[0059] また、より一般的に、表示エリアにおける表示エリアが広い (或いは大きい）方向に対応するように先端開口を配置することにより、この先端開口力突出された処置具 2 8が表示エリアが広、方向に表示されるようにしても良!、。

[0060] なお、表示エリアが広い方向とは、観察画像の視野方向に制限が与えられている場合における制限の少なヽ (視野が広、；)方向であり、例えばモニタ上の略垂直方向に対応して観察画像の視野に制限が与えられて、る場合には、略水平方向に近 V、方向に対応するようにチャンネルの先端開口が配置されて、れば良!、。

また、本実施例の画像処理装置 4及び、モニタ 5は、 HDTV方式の映像信号に対応したもので説明した力これに限ったものではなぐ例えば、 NTSC方式や、 PAL 方式といった映像信号に対応したものでも良い。また、 VGA方式や、 SVGA方式のものを用いても良い。

以上の各実施例では単焦点の対物光学系を採用した場合で説明したが、次に焦点位置可変の対物光学系を採用した場合の電子内視鏡などを説明する。

[0061] (実施例 3)

次に図 11から図 18を参照して本発明の実施例 3を説明する。

図 11に示すように電子内視鏡システム 1Cは、実施例 3の電子内視鏡 2Cと、この電子内視鏡 2Cに照明光を供給する光源装置 3と、電子内視鏡 2Cに内蔵された撮像手段に対する信号処理を行う画像処理装置 (信号処理装置) 4Cと、画像処理装置 4C 力出力される標準的な映像信号が入力されることにより、内視鏡画像を表示するハイビジョン TV (HDTVと略記)方式に対応したモニタ 5とから構成される。

[0062] 本実施例の電子内視鏡 2Cは、被検体に挿入される細長の挿入部 7と、この挿入部 7の後端に設けられ、術者等の操作者が把持して操作を行う操作部 8と、この操作部 8から延出されたケーブル部 9とを有する。

挿入部 7は、その先端に硬質の先端部 11が設けられ、この先端部 11には後述する撮像ユニット 119などが設けられて、る。

挿入部 7内には照明光を伝送するライトガイド 14が挿通されており、このライトガイド 14の後端側はケーブル部 9を経てその端部に設けたライトガイドコネクタ 15に至る。操作者は、このライトガイドコネクタ 15を光源装置 3に接続することにより、光源装置 3 力もライトガイド 14の後端面には、照明光が供給される。

[0063] 光源装置 3から供給された照明光は、ライトガイド 14により伝送され、先端部 11に固定された先端面力さらにこの先端面に対向して照明窓に取り付けた照明レンズ 1 6a、 16b (図 14参照）を経て前方に出射され、体腔内の患部等の被写体を照明する。先端部 11には、照明窓に隣接して観察窓 (又は撮像窓）が設けてあり、この撮像窓には、照明された被写体の光学像を結ぶ対物レンズ系（又は対物光学系） 117と、この対物レンズ系 117の結像位置にその受光面 (又は光電変換面）が配置された撮像素子としての例えば電荷結合素子 (CCDと略記） 118とを備えた撮像ユニット 119が配置されている。

撮像ユニット 119には、信号ケーブル 21の一端が接続され、挿入部 7内に挿通された信号ケーブル 21はさらにケーブル部 9内を揷通されてその後端の信号コネクタ 22 にその他端が接続されて、る。

[0064] この信号コネクタ 22を、画像処理装置 4Cに接続することにより、画像処理装置 4C の CCD駆動部 23からの CCD駆動信号により CCD118は駆動され、 CCD118は光電変換した画像信号 (撮像信号)を出力する。

この撮像信号は、画像処理装置 4C内で信号処理されて映像信号が生成され、モユタ 5には、内視鏡画像が表示される。

また、挿入部 7内には様々な処置具を揷通可能とするチャンネル 25が設けてある。このチャンネル 25は、先端部 11において開口するチャンネル先端開口（先端開口或いは鉗子口ともいう） 26と、操作部 8の前端付近の処置具挿入口 27と、先端開口 26 及び処置具挿入口 27とを接続するチャンネルチューブ 25aとカゝらなる。

[0065] そして、この処置具挿入口 27から処置具 28を挿入することにより、この処置具 28の先端側を先端開口 26から突出させ、処置具 28の先端側で患部組織を採取したり、切除などの処置を行うことができるようにして!/、る。

また、本実施例においては、患部組織等の検査対象或いは処置対象とする被写体と共に、先端開口 26から突出される処置具 28の先端側を撮像ユニット 119の視野内に入れてこの突出する処置具 28をモニタ 5の表示面に表示し、処置等を円滑に行うことができるようにしている。

本実施例では、 CCD118は、補色系のモザイクカラーフィルタを備えたモザイク力ラーフィルタ方式の CCDであり、画素ピッチは 2. 5 mであり、モニタ表示に有効な画素数は、 130万画素のものを採用している。

[0066] 上記撮像ユニット 119は、最大画角が例えば 120° 〜140° 程度の焦点位置を変化させた場合に画角が殆ど変化しなヽ可変焦点光学系により構成される対物レンズ系 117が用いられており、図 12で説明するように接合レンズ 117dをァクチユエータ 1 29により対物レンズ系 117の光軸 O上を前後に移動して、図 13に示すように近景（近点側）から遠景 (遠点側）までを高、解像力で CCD118に結像できるようにしてヽる。

この対物レンズ系 117は、光の回折限界を超えな、ように Fno (Fナンパ）が例えば 10. 0程度以下に設定されている。また、近景時の物体距離の時に最高の解像力が得られるように設定されて、る。

本実施例における撮像ユニット 119の構成について、図 12を用いて説明する。

[0067] 対物レンズ系 117を構成する前段の複数のレンズ (光学素子を含む） 117a, 117b 、 117cは、適正な面間隔と各レンズの芯出しが行なわれてレンズ枠 31に固定されている。

図 12の場合には、レンズ 117bと 117cの間の面間隔はスぺーサ 32により設定されている。なお、対物レンズ系 117を構成し、先端側から順次配置された第 1、第 2,第 3レンズ 117a、 117b, 117cは、それぞれ平凹レンズ、両凸レンズ、赤外カットフィルタである。

また、このレンズ枠 31に嵌合する CCD枠 133内には、接合レンズ 117dが保持されたレンズ保持枠部 134aが、対物レンズ系 117の光軸 O方向にスライド自在に設けてある。

また、この CCD枠 133内には、レンズ保持枠部 134aの後方側の位置には、平行平板レンズ 117e及び CCDチップ 118bとが固定されて!、る。

[0068] CCD118は、封止ガラス 118aと、この封止ガラス 118aで受光面 (撮像面）が保護された CCDチップ 118bと、 CCDチップ 118bと接続された CCD基板 118cと、この C CD基板 118cに実装された CCD駆動用部品 118dとで構成されて、る。

CCDチップ 118bには、 CCD基板 118cがバンプ接続等により電気的に接続されている。また、 CCD基板 118c上にはカップリングコンデンサや、電流増幅用のトランジスタ等の CCD駆動用部品 118dが半田付けされて!、る。 CCDチップ 118bの受光面には、この受光面を保護するための封止ガラス 118aが光学接着剤等にて接着固定されている。

レンズ枠 31は、対物レンズ系 117の光軸方向に平行移動可能なように、 CCD枠 1 33と嵌合しており、前記対物レンズ系 117の光軸と、前記 CCDチップ 118bの受光面が垂直となるように、 CCD枠 133に CCDチップ 118bが接着固定されて!、る。

[0069] また、本実施例では、 CCD枠 133内に配置された例えば正のパワー（屈折力）を持つ接合レンズ 117dは、 CCD枠 133の内周面に嵌合して移動自在となるレンズ保持枠部 134aに保持されており、このレンズ保持枠部 134aは、 CCD枠 133に設けた長溝 133a内を貫通するアーム部 134bを経て CCD枠 133外部のァクチユエータ連結部 134cと連結されている。

上記レンズ保持枠部 134a、アーム部 134b及びァクチユエータ連結部 134cにより、接合レンズ 117dを移動する移動レンズ枠 134が形成されている。

また、ァクチユエータ連結部 134cを介して移動レンズ枠 134と共に接合レンズ 117 dを移動するァクチユエータ 129は、ァクチユエータ連結部 134cに連結されたァクチユエータ移動部 129aと、このァクチユエータ移動部 129aを、対物レンズ系 117の光軸 Oと平行な方向に移動するァクチユエータ本体 129bと力も構成されている。このァクチユエータ本体 129bは、 CCD枠 133の外周側で固定されている。

[0070] このァクチユエータ本体 129bは、信号線 135を介して画像処理装置 4C内に設けたァクチユエータ駆動部 136 (図 11参照）と接続され、このァクチユエータ駆動部 136 力ものァクチユエータ駆動信号によりァクチユエータ本体 129bは動作する。

ァクチユエータ本体 129bは、このァクチユエータ駆動信号に応じてァクチユエータ移動部 129aをァクチユエータ本体 129b側となる後方側に移動させたり、ァクチユエ一タ本体 129bから離間する前方側に移動させたりすることができるようにしている。このァクチユエータ駆動部 136は、画像処理装置 4C内に設けられたオートフォーカス部 (本実施例におけるフォーカス制御部） 137を構成する CPU137Cからの制御信号に対応したァクチユエータ駆動信号を発生（出力）する。

[0071] 図 12に示す状態では、接合レンズ 117dは、可動範囲 (移動範囲）の略中央付近に設定された状態であり、ァクチユエータ駆動信号により最も前方側に移動された近景時の設定状態の場合には、図 13の 2点鎖線で示す位置に設定され、この状態では近点側にフォーカスした近景を被写界深度 5. 2mn！〜 10mmの範囲で、高い解像度で CCDチップ 118bに結像する状態となる。

また、ァクチユエータ駆動信号により最も後方側に移動された場合には、接合レンズ 117dは図 13の実線で示す最も後方側の位置に設定され、この状態は遠点側となる遠景時の設定状態となる。この遠景時の設定状態では、遠景にフォーカスし、遠景を所定の解像度及び被写界深度が lOmn！〜 100mmの大きな状態で CCDチップ 1 8bに結像する状態となる。

このように接合レンズ 117dは、近景の位置力遠景の位置までを可動範囲として、その可動範囲内の任意の位置に移動設定できるようにしている。なお、図 13は動作説明の図であるので、一部の構成要素のみに符号を付けて示している。

[0072] 図 12に示すように CCD基板 118cには信号ケーブル 21の信号線を半田付けするためのランド（図示せず)が設けられており、信号ケーブル 21の信号線が半田付けされている。 CCD枠 133から CCDチップ 118bを経て、信号ケーブル 21の CCD基板 118cとの接続部にかけて、機械的に保護する CCD保護枠 138が配置されている。この CCD保護枠 138には、 CCDチップ 118bの背面部付近となる位置に、切り欠き部が設けられており、この切り欠き部から挿入するように熱伝導性の良い、例えばァルミ-ゥム合金や、銅合金で形成された放熱部材 139が配置されている。この放熱部材 139には、熱伝導性の良い金属を導体とした、放熱用ケーブル 140が半田付けや接着剤等で機械的に接続されている。

CCD保護枠 138内部には、封止榭脂 141が充填され、熱収縮性のあるチューブ 1 42にて CCDチップ 118b周辺は封止される。放熱用ケーブル 140は、熱容量の大き Vヽ部材、例えば挿入部 7の先端部 11に半田付けされて、る。

[0073] 信号ケーブル 21は、複数の同軸線と複数の単線とをより合わせた上に、フッ素榭脂製のテープを巻き、その上に、一括シールドとして銅線が巻きつけられ、さらにその上にフッ素榭脂製のテープが巻かれて、その上にテフロン (登録商標）系のシースで覆われている。

挿入部 7の先端部 11は、図 14に示されるように、先端の第 1レンズ 117aの外径が例えば φ 2. 8mmである対物レンズ系 117を含む撮像ユニット 119と、チャンネル先端開口 26と、対物レンズ系 117の外表面に送水、送気して付着した汚物を除去する送気送水ノズル 143と、光源装置 3に接続されたライトガイド 14により伝送 (導光)された光により被写体を照明するための照明レンズ 16a、 16bとが配設されている。

撮像ユニット 119は、被写体を撮像し、モニタ 5に表示したときのモニタ 5上の上下方向が、図 14に示す挿入部 7の先端部 11の上下方向と一致するように、先端部 11 に取り付けられている。また、本実施例におけるチャンネルチューブ 25aは、例えばテフロン (登録商標）製の内径 2. 8mmのチューブを用いて、る。

[0074] 図 15に示すように、対物レンズ系 117の光軸 Oと、（チャンネルチューブ 25aの先端が接続された)先端開口 26は、平行に配置されており、本実施例においては、対物レンズ系 117の中心（光軸 O)と先端開口 26の中心軸の距離 Dは、例えば 6mmに設定されている。この先端開口 26の半径 Rの 2倍が、チャンネルチューブ 25aの内径と同じ 2. 8mmである。

図 11に示すように光源装置 3は、ランプ 40を有し、このランプ 40の照明光は、絞り駆動部 41により駆動される絞り 42の開口により透過光量が調整された後、集光レンズ 43を経てライトガイドコネクタ 15におけるライトガイド 14の入射端面に入射される。そして、上述のようにライトガイド 14の先端からさらに照明レンズ 16a、 16bを経て被写体側に照明光が出射される。

[0075] なお、ライトガイド 14は、挿入部 7内において、 2本に分岐され、図 14に示すように先端部 11では 2箇所に配置された照明レンズ 16a、 16bから照明光がそれぞれ出射される。

図 11に示すように画像処理装置 4Cには、 CCD118からの画像信号が入力される CDS回路 44を有し、この CDS回路 44により信号成分が抽出された後、 AZD変換器 45によりデジタル信号に変換される。

この AZD変 45により変換されたデジタルの画像信号は、輝度信号と色信号力もなる映像信号を生成する信号変換部 46に入力される。この信号変換部 46により、生成された映像信号は、 γ補正等、様々の画像処理を行う画像処理部 47に入力される。この画像処理部 47の出力信号は、 DZA変 48に入力され、アナログの HDTV方式に対応した映像信号に変換された後、モニタ 5に出力される。

[0076] また、信号変換部 46からの輝度信号は、自動調光信号を生成する自動調光部 54 に入力され、この自動調光部 54により自動調光信号が生成される。この自動調光部 54は、処置具を検出する処置具検出部 54aと、この処置具検出部 54aから入力される輝度信号の平均レベルを検出する輝度検出部 54bと、検出された輝度信号の平均レベルを基準となる基準値とを比較して基準値力の差信号を自動調光信号として出力する調光信号生成部 54cとからなる。処置具検出部 54aは、例えば処置具の反射光量や色によって、処置具が撮像ュニット 119の視野内に入ったこと (換言すると CCD118の受光面上に処置具の画像が結像されること)を検出する。

また、輝度検出部 54bは、処置具検出部 54aにて処置具を検出した場合には、処置具の像が結像される領域付近におけるピーク輝度 (光量)や、この領域付近での平均輝度 (光量)を検出する。

[0077] また、この輝度検出部 54bは、処置具検出部 54aにて処置具が検出されない場合には、画面全体でのピーク輝度や平均輝度を検出する。

また調光信号生成部 54cは、輝度検出部 54bからのピーク輝度や平均輝度の信号により適正な明るさの信号が得られるように光源装置 3の照明光量を調整する自動調光信号を生成し、光源装置 3の絞り駆動部 41に出力する。

自動調光部 54の自動調光信号は、光源装置 3の絞り駆動部 41に入力され、自動調光信号に応じて絞り駆動部 41は絞り 42の開口量を自動調整して、調光信号生成部 54cの基準値に相当する観察に適した明るさの画像が得られるように制御する。また、信号検出部 46の輝度信号は、オートフォーカス部 137を構成する明るさ検出部 137aに入力され、明るさ検出部 137aにより画像の明るさが検出される。

[0078] また、画像処理部 47の出力信号は、オートフォーカス部 137を構成するコントラスト検出部 137bに入力され、コントラスト検出部 137bにより出力信号のコントラストが検出される。

明るさ検出部 137aにより検出された明るさ情報と、コントラスト検出部 137bにより検出されたコントラスト情報は、 CPU137cに入力され、この CPU137cは、明るさ情報及びコントラスト情報により、例えば山登り方式のオートフォーカス制御（図 16にて後述)を行う。

[0079] 本実施例の電子内視鏡 2Cは、対物レンズ系 117における一部の接合レンズ 117d を光軸 O方向に移動自在に配置して、近景時の位置から遠景時の位置までの範囲を連続的に移動可能にして、その移動に応じて画角が殆ど変化せずに焦点距離が変化する可変焦点光学系（つまり焦点位置可変光学系）を採用している。

[0080] そして、この接合レンズ 117dをオートフォーカス部 137によりフォーカス制御し、常時、近景力遠景までの範囲でフォーカス状態に設定して高、解像度及び所定の被写界深度を保持した状態で撮像できるようにして、る。

また、本実施例では、以下に説明するように、近景に設定した場合においても、広い視野角（画角）を確保し、処置具を使用した場合にもチャンネル 25の先端開口 26 カゝら突出された処置具の先端側を視野内に入れて詳細な処置を行い易い構成にしている。

[0081] 具体的には、本実施例では、チャンネル 25内に挿通した処置具 28の先端側を先端開口 26から突出した場合、例えば 35 μ mピッチの白黒を識別可能とする高い解像力 (解像度)が得られる近景側の物体距離 (被写体距離)において、処置具 28の先端側が撮像ユニット 119の視野内に入る、換言すると CCD118の受光面に処置具 28の先端側の像が結像されるようにして、る。

このような構成による本実施例の作用を以下に説明する。

図 11に示すように電子内視鏡 2Cのライトガイドコネクタ 15を光源装置 3に接続し、また信号コネクタ 22を画像処理装置 4Cに接続する。また、この画像処理装置 4Cの映像出力端にモニタ 5のケーブルを接続して、内視鏡検査を行える状態にする。

[0082] そして、図示しない電源スィッチを ONにして、光源装置 3からの照明光をライトガイド 14に供給し、ライトガイド 14を介して照明光を照明レンズ 16a、 16bから出射し、撮像ユニット 119により撮像する被写体を照明できる状態にする。また、撮像ユニット 11 9の CCD118により撮像した画像力画像処理装置 4Cを介してモニタ 5に表示される状態になる。

次に、電子内視鏡 2Cの挿入部 7を患者の体腔内に挿入し、挿入部 7の先端部 11 を体腔内における患部等の内視鏡検査を行おうとする部位の被写体を観察できる状態にする。この場合、先端部 11に設けた撮像ユニット 119における対物レンズ系 1 17は、被写体の光学像を CCD118の受光面上に結像する。 CCD118の受光面上に結像された像は、光電変換されて画像信号に変換される。

[0083] この画像信号は、信号ケーブル 21、信号コネクタ 22を介して、画像処理装置 4Cの CDS回路 44に入力される。この画像信号には、信号成分以外のリセットノイズ等を含む波形であり、 CDS回路 44により、信号成分が抽出されたベースバンドの信号が生成される。

[0084] この CDS回路 44の出力信号は、 AZD変換器 45に入力され、 AZD変換器 45は、アナログ信号である画像信号をデジタル信号に変換する。デジタル信号に変換された画像信号は、信号変換部 46により映像信号に変換される。

この場合、本実施例では CCD118として補色系のモザイクカラーフィルタを採用しているので、この信号変換部 46は、例えば隣接する 4種類のカラーフィルタの画素の信号出力から平均をとつた輝度信号や、各色の画素信号出力の差分により得られる色差信号とヽつた映像信号に変換される。

[0085] この映像信号は、画像処理部 47によりモニタ表示に適切なコントラスト調整や色調整、表示サイズ調整等が行なわれる。

その後、 DZA変換器 48によりモニタ 5に表示可能なアナログの HDTV方式に対応した映像信号に変換される。モニタ 5は、入力される HDTV方式の映像信号に対応した (CCD118による撮像された)被写体の画像をモニタ画面 5aに表示する。まず、自動調光の機能について説明する。

自動調光部 54は、処置具 28が撮像ユニット 119の視野内に入って、な、場合は、輝度検出部 54bにより、画面全体の明るさ（具体的にはピーク輝度或いは平均輝度）を検知し、調光信号生成部 54cに出力する。この調光信号生成部 54cは、画面が暗いときは光源装置 3に増光するように制御信号、具体的には自動調光信号を出力する。また、画面が明る過ぎる場合は減光するように光源装置 3を制御する制御信号としての自動調光信号を出力する。

[0086] この自動調光信号により、光源装置 3内の絞り駆動部 41は、絞り 42を駆動し、ランプ 40から絞り 42を経てライトガイド 14の後端に入射される照明光量を適正な光量となるように調整する。

次に撮像ユニット 119による内視鏡検査により、患部等の被写体に対して治療のための組織採取や病変部の切除するために処置具 28が使用された場合における自動調光の作用につ、て説明する。

処置具 28をチャンネル 25に挿入して処置具 28を挿入部 7の先端部 11の先端開口 26を経てその先端面力も突出させることにより、撮像ユニット 119の視野内に処置具が入ることになる。

この場合は、例えば処置具 28の色や、処置具 28の反射光等から、処置具検出部 5 4aは処置具 28が視野内に入ったことを検知し、前記処置具 28を中心とした一定の領域のピーク輝度や平均輝度による明るさを検知する。前記処置具 28付近の明るさが明るすぎる場合は光源装置 3を減光し、暗すぎる場合は光源装置 3を増光するよう、調光信号生成部 54cは制御信号としての自動調光信号を出力する。

[0087] そして、自動調光信号により、光源装置 3内の絞り駆動部 41は、絞り 42を駆動し、ランプ 40から絞り 42を経てライトガイド 14の入射端に入射される照明光量を調整する。この自動調光信号により、処置具 28が撮像ユニット 119における視野内に入る領域付近の明るさを観察に適した明るさとなるように自動調光できる。

また、本実施例においては、オートフォーカス部 137により、対物レンズ系 117を構成する接合レンズ 117dは、常時 CCD118の受光面に被写体像がフォーカス状態で結像されるように制御する。

[0088] この場合、オートフォーカス部 137の明るさ検出部 137aは、信号変換部 46からの輝度信号力も各フレームの平均の明るさを検出して、 CPU137cに出力する。また、コントラスト検出部 137bは、画像処理部 47の出力信号における高域側の輝度信号力各フレームにおけるコントラストを検出し、 CPU137cに出力する。

CPU137cは、明るさ検出部 137aにより検出された明るさが所定値以上力否かを判定し、所定値を超える状態の場合には、コントラスト検出部 137bから検出される高域側の輝度信号によるコントラスト情報により、山登り方式でフォーカス状態を検出し、接合レンズ 117dをフォーカス状態の位置に設定する。

図 16は、山登り方式のオートフォーカス（図 16では AFと略記）する処理内容を示す。

[0089] まず、最初のステップ S1において CPU137cは、レンズ移動方向の判断を行う。図 12や図 13に示すように、この山登り方式のオートフォーカスを行う際のスタートのレンズ位置でどちらの方向が山登り方向（コントラストが大きくなる方向）になるかの判断処理を行う。

具体的には、 CPU137cは、ァクチユエータ駆動部 136を制御し、ァクチユエータ 1 29を介して接合レンズ 117dを一方に移動し、その際に移動前後においてコントラスト検出部 137bから出力されるコントラスト情報が大きくなる力否かの判断を行う。そして、 CPU137cは、コントラストが大きくなる方向がレンズ移動方向と判定し、その方向に接合レンズ 117dを移動させる。

[0090] そして、次のステップ S2において CPU137cは、コントラストが大きくなる方向に接合レンズ 117dを移動した場合におけるコントラストのピーク値を検出する。コントラストが大きくなる山登り方向に移動し、フォーカス位置 (合焦位置)を過ぎると、その場合のコントラスト値は、ピーク値より小さくなる。

このため、ピーク値を僅か〖こ過ぎた位置まで接合レンズ 117dを移動することにより、ピーク値を検出することができる。

次のステップ S3において CPU137cは、ピーク値に対応する位置まで接合レンズ 1 17dを戻すようにァクチユエータ駆動部 136を制御する。このようにして接合レンズ 11 7dをフォーカス位置に設定することができる。

[0091] そして、ステップ S1に戻り、ステップ S1〜S3の処理を繰り返す。このようにして、常時フォーカス状態に保持でき、被写体までの距離が変化した場合にも、その被写体を所定の被写界深度を保持して高い解像度で CCD118に結像する。そして、モニタ 5には、その CCD118に結像された状態の被写体の画像、つまり所定の被写界深度を保持した状態の高い解像度の画像が表示される。なお、実施例 4で説明するように、検出されるコントランストを用いてフォーカス制御を行う場合、輝度信号の明るさレベルが小さい場合（暗い画像の場合）には、コントランストによるフォーカス制御よりも優先して遠景位置に設定する制御を行うようにしても良い。

次に、チャンネル 25に処置具を挿入して処置する場合について説明する。操作者は、操作部 8付近に設けられた処置具挿入口 27に、使用する処置具を挿入する。処置具挿入口 27から挿入された処置具は、挿入部 7内のチャンネルチューブ 25aのチヤンネル 25内を通り、挿入部 7の先端部 11側に誘導される。操作者が更にその処置具 28を深部側に挿入すると、先端部 11のチャンネル先端開口 26より処置具 28の先端が突出する。

[0092] 突出した処置具 28が撮像ユニット 119によって撮像されるために必要な条件は、挿入部 7の先端部 11の先端面力の処置具 28の最小の突出量 Hminとして、図 17に示すように、処置具 28が最も撮像ユニット 119側にシフトしている場合、撮像ユニット 119の先端レンズ面での光線高 Lh= l. 2mm、先端開口 26の半径 R= 1. 4mm、撮像ユニット 119の画角 0を例えば 0 = 138° とし、撮像ユニット 119の光軸 Oと先端開口 26の中心との距離 D=6mmとから、以下の式 5に示すように導出される。 Hmin= (D-Lh-R) X tan (90° - Θ /2) = 1. 38mm (式 5)

一方、処置具 28が最も撮像ユニット 19より離れた方向に位置した場合に、処置具 2 8が突出されて、処置具 28の先端全体が撮像ユニット 119によって撮像されるために必要な条件は、挿入部 7の先端部 11の先端面からの処置具 28の突出量 Hallとして、式 6に示すように導出される。

[0093] Hall= (D-Lh+R) X tan (90° - Θ /2) = 2. 45mm (式 6)

式 5,式 6に示されるように、処置具 28は、先端部 11の先端面からの突出量が 1. 3 8mm以上力も撮像ユニット 119の視野内に入り始め、 2. 45mm突出された時に、処置具 28の先端のほぼ全体が視野内に入る。

以上により、本実施例における撮像ユニット 119の近点側に設定された状態では、被写界深度は 5. 2mn！〜 10mmとなり、処置具 28の先端側は、確実に撮像ユニット 119の視野内に入り、モニタ 5上でも視認可能となる。

次に、図 18を参照して撮像ユニット 119により、近点側に設定した状態で、白黒べァの帯が 35 mピッチの被写体等を撮像したときの作用について説明する。

[0094] 図 18は本実施例の電子内視鏡 2Cの挿入部 7を体腔内に挿入し、先端部 11に設けた撮像ユニット 119により、体腔内の処置対象部位側を撮像すると共に、処置具 2 8を先端開口 26から突出させて処置を行う場合の概略図を示す。

この場合、処置がし易い条件としては、処置対象とする患部等に対しては、詳細に観察できることが望まれると共に、先端開口 26から突出される処置具 28の先端側も詳細に観察できることが望まれる。

本実施例においては、以下のようにしてこれらを満たすようにしている。まず、説明をより明確にするために以下のように輝度コントラスト G (MTF)を定義する。

[0095] 同じ幅の白と黒の帯 (ストライブ）の被写体を対物レンズ系 117により、 CCD118受光面上に結像させた際に、前記白の被写体による輝度の最大値を Gmax、前記黒の被写体による輝度の最小値を Gminとし、輝度コントラスト G= (Gmax-Gmin) / (G max+Gmin)と定義する。

このように輝度コントラスト Gを定義した場合、前記のように構成された撮像ユニット 1 19では、近点に設定された状態において、物体距離 5. 2mmから 6. 8mmの時に、白黒ペアの帯 60のピッチが 35 mの被写体を撮像した際、 CCD受光面上に結像された白の帯と黒の帯の輝度コントラスト Gは、 10%以上となる。

上記対物レンズ系 117によって CCD118の受光面上に結像したピッチ 35 μ mの白黒ペアの帯の被写体の像は、白帯が結像された画素から出力される画像信号と、黒帯が結像された画素から出力される画像信号の差は、略 10%以上となる。

[0096] 前記画像信号は、 CDS回路 44、 A/D変換器 45、信号変換部 46を介して、画像処理部 47に入力され、例えば、モニタ 5に適したガンマ処理やノイズを除去するローパスフィルタ処理等が施される。

そして、前記白の被写体により得られた輝度信号の最大値を Imax、前記黒の被写体により得られた輝度信号の最小値を Iminとし、コントラスト Iを 1= (Imax-Imin) / (Imax+Imin)と定義した場合、（上記白黒ペアの帯のピッチが 35 μ mの被写体を撮像した際には）コントラスト Iが 10%以上になるように出力される。以上により、撮像ユニット 119で撮像された 35 mピッチの白黒ペアの帯は、モニタ 5上で白黒ペアの帯として視認可能となる。このようにコントラスト Iが 10%以上になると識別し易い状態で観察できること〖こなる。

[0097] 図 18においては、近点側に設定した状態で物体距離 6. 8mmを dとして、その位置に 35 μ mピッチの白黒ペアの帯 (ストライプ） 60を配置した場合には、 CCD18により光電変換され、例えば信号変換部 46から出力される映像信号を形成する輝度信号におけるコントラスト Iが上記のように 10%以上になることにより、 35 /z mピッチの白黒ペアの帯 60をモニタ 5上で視認できることになる。

図 18においても、チャンネルの先端開口 26から処置具 28を突出した様子を示し、撮像ユニット 119の視野内に処置具 28の先端が入った後、さらに前方に突出させることにより処置具 28の先端は、 35 μ mピッチの白黒ペアの帯 60を視認できる物体距離 dの状態になる。この状態では、物体距離 dは、式 6の HalUり大きいので、式 6から d≥ (D -Lh+R) X tan (90° - Θ /2) (式 7)

の条件を満たす状態となる。なお、式 7は書き換えると、

D≤d/tan (90° Θ /2) +Lh— R

となる。

[0098] このため、本実施例によれば、焦点距離を可変の光学系を用いた場合において、処置具 28により処置を行おうとする患部等の被写体を高詳細に観察できると共に、その付近に突出された処置具 28の先端の状態も高詳細に観察でき、処置がし易いまた、焦点距離可変の光学系を用いているため、対物光学系の焦点距離を遠景側に切り替えることにより、広範囲の状態の把握もでき、処置を円滑に行うことが出来る本実施例は以下の効果を有する。

本実施例では、撮像ユニット 119を構成する対物レンズ系 117として焦点位置を可変させたとき画角が殆ど変化しな、可変焦点光学系を採用して、るために、単焦点光学系の場合と比較して近景側力遠景側まで高い解像度の内視鏡画像を得ることができる。

[0099] また、前記撮像ユニット 119により撮像された 35 μ mピッチの白黒ペアの帯がモ- タ 5上で視認できる距離において、チャンネル 25の先端開口 26から突出される処置具 28の先端側力モニタ 5上で視認可能であるため、従来のズーム光学系を用いた内視鏡では拡大観察時の画角が狭くなることによる操作性を改善できる。例えば、本実施例によれば、大腸のピットパターンと!/、つたような被写体の詳細な観察を行なヽながら、処置具 28による処置を行なうことが簡単に可能になるという効果が得られる。また、近点側に設定した状態では 35 μ mピッチの白黒ペアの帯がモニタ上で視認可能な距離が 5. 2mmから 6. 8mmであるため、本実施例においては、その距離よりもかなり手前の物体距離において、処置具 28の先端側を視野内に入れることができ、さらに前方側に突出させることにより最高解像力が得られる距離に達する状態になる。 [0100] 従って、本実施例では、近点側に設定した状態の被写界深度内での距離にぉ、ては、処置具 28の先端側を視野内に十分に入れることができ、処置具 28の操作が比較的容易になると、つた効果も得られる。

さらに、遠景側に設定した場合においても、所定の解像度を保持し、近景時よりも被写界深度が大きい状態で被写体像を得ることができる。

[0101] また、対物レンズ系 117を構成する可変焦点光学系がフォーカス状態となるようにオートフォーカス制御を行っているので、操作者は、煩雑な操作を必要とせずに遠景から近景まで、高い解像度の内視鏡画像の観察が可能となる。

なお、本実施例では、 CCD118の画素ピッチを 2. 5 /ζ πι、有効画素数を 130万画素とし、撮像ユニット 119の最大画角を 138° 、近点側の被写界深度を 5. 2mmから 10mmとし、撮像ユニット 119の光軸 Oと先端開口 26中心との距離を 6mmとした力これに限ったものではない。

[0102] 例えば、白黒ペアの帯 60のピッチが 35 mの被写体を撮像したときに、前記白の被写体を撮像した画素から得られる出力信号と、前記黒の被写体を撮像した画素から得られる出力信号の差が 10%以上となるように、画素ピッチ、有効画素数、最大画角、近点側の被写界深度等を変更し、かつ、前記 35 mの被写体を撮像したときに出力信号の差が 10%以上となる物体距離において、処置具が観察可能となるように、最大画角、及び撮像ユニット 119の光軸 Oと先端開口 26中心との距離を変更しても、ほぼ同様の効果が得られる。

[0103] また、上述の説明では CCD118の有効画素数は、 130万画素とした力モザイク力ラーフィルタ方式の場合には、 150万画素程度でも同様の効果が得られ、この場合には最高の解像力が得られる距離をさらに大きくすることができるという効果が得られる。また、本実施例では、補色系のモザイクフィルタ方式のカラー CCDを用いて説明したが、これに限ったものではなぐ電子内視鏡では、照明光として切替式等の三原色の光を用い、順次照射した三原色の光と同期してモノクロ（白黒)の CCDにて被写体像を取り込んで画像処理装置にてカラー化する方式が用いられる場合があるが、この方式においても上記条件を満たすことで、同様の効果を得ることができる。

[0104] この方式の場合、有効画素数 65万画素程度の CCD出力信号として R信号、 G信号、 B信号を得ることができ、輝度信号を生成せずにモニタ 5に出力することも可能であるが、この場合には、最も輝度の高い G信号を輝度信号とみなせば良い。

また、本実施例においては接合レンズ 117dを移動させ、焦点位置を変化させる手段としてァクチユエータを用い、オートフォーカスによる焦点位置制御を行って近景側による高精細な観察を実現しているが、これに限ったものでなぐ例えば、接合レンズ 117dを移動させる手段として、レンズ移動枠 134に取り付けたワイヤと、このワイヤを操作部 8に設けられた操作レバーに取り付け、この操作レバーを操作することで焦点位置を近景、遠景に切り替えるようにしても、同様の効果が得られる。

画角は、周囲の観察性を考慮した一般的な内視鏡で用いられる 100° 以上の画角が好ましぐ画角がより広い方が、処置具検出距離が短くなるといった効果がある。また、本実施例の画像処理装置 4C及び、モニタ 5は、 HDTV方式の映像信号に対応したもので説明した力これに限ったものではなぐ例えば SVGAや XGAといつた高解像のモニタに対応した表示方式を用いても良い。

[0105] さらに、本実施例の撮像ユニット 119では、 CCD118の熱を放熱する手段として放熱部材 139と放熱用ケーブル 140により挿入部 7の先端部材への放熱を開示している力放熱部材 139に放熱用ケーブル 140を設けず、放熱部材に対向する部分に挿入部 7の先端部材の熱伝導性の良い部分を近接させ、熱伝導性の良い封止榭脂等を介して、放熱する構造でも良い。

また、放熱用ケーブル 140として、信号ケーブル 21の一部を用いても良い。例えば信号ケーブル 21内に、駆動に使用しないダミーケーブルを設けても良いし、信号ケ一ブル 21の電磁遮蔽を目的とした外部シールドを用いても良い。また、放熱部材 13 5を設けずに、放熱用ケーブル 140の導体部分を CCDチップ 118b付近に導電性の良い封止榭脂にて固定することでも、同様の放熱効果が得られる。

また、 CCDチップ 118b内部の出力段を、外部アンプとして CCD基板 118c上に配置し、 CCDチップ 118bの消費電力を、外部基板上の部品に配分することにより、 C CDチップ 118bの発熱を押さえることも有効である。

[0106] (実施例 4)

次に本発明の実施例 4を図 19ないし図 23を参照して説明する。図 19は、実施例 4 を備えた電子内視鏡システム 1 Dの全体構成を示す。この電子内視鏡システム 1 Dは、図 11の電子内視鏡 2Cの一部が異なる電子内視鏡 2Dと、実施例 3におけるビデオプロセッサ 4Cにおけるオートフォーカス部 137の代わりに、 2段階 (オート）フォーカス制御機能 7 laを持つ CPU71を備えたビデオプロセッサ 4Dを有する。なお、光源部 3 及びモニタ 5は、実施例 3と同じ構成である。

[0107] 本実施例の電子内視鏡 2Dは、基本的な構成は、実施例 3と同じであり、 CCDの有効画素数及び対物レンズ系の一部の構成が異なると共に、撮像ユニットと処置具チヤンネルの位置関係が異なる。以下、相違点に重点をおいて説明する。

[0108] 図 20は、本実施例の電子内視鏡 2Dにおける挿入部 7の先端部 11の先端面を正面から見た正面図、図 21は図 20における D— D線断面図、図 23は処置具 28を先端部 11力突出させたときのモニタ表示映像を示す。

本実施例における電子内視鏡 2Dの先端部 11には、図 20或いは図 21に示す対物レンズ系 172及び CCD173を備えた撮像ユニット 119Bが採用されて!/、る。

この CCD173は、画素ピッチ 2. 8 mでモニタ表示に有効な画素数は 80万画素のものが採用されている。

また、撮像ユニット 119Bは、例えば近点側（近景）に設定した状態においては、最大画角 160° となる可変焦点の対物レンズ系 172を有し、この対物レンズ系 172の最先端の第 1レンズ 172aとしてメニスカス形状をしたものが採用されている。

[0109] 揷入部 7の先端部 11は、図 20に示すように、第 1レンズ 172aの外径が φ 2. 8mm で、形状カ^ニスカスである対物レンズ系 172を含む撮像ユニット 119Bと、チャンネル先端開口 26Bと、対物レンズ系 172先端表面に送水、送気して付着した汚物を除去する送気送水ノズル 143と、光源装置 3から照明光を伝送するライトガイドの先端面から出射される光を被写体側に照射して照明するための照明レンズ 16a、 16bが配設されている。

撮像ユニット 119Bは、被写体を撮像し、モニタ 5に表示したときのモニタ 5上の上下方向が、図 20に示す挿入部先端の上下方向と一致するように、挿入部先端に取り付けられている。

内径 φ 2. 8mmの処置具チャンネル 25は、撮像ユニット 119Bに対し、水平方向から若干ずれた左斜め下方向に配置されており、図 20に示すように、先端部 11の上下方向を Y軸、左右方向を X軸とすると、処置具チャンネル 25の中心軸と、撮像ュ-ット 119Bの光軸 Oを結ぶ直線は、前記 X軸に対し aの角度を成して!/、る。

[0110] 図 21に示すように、対物レンズ系 172の光軸 Oと、先端開口 26Bは平行に配置されており、本実施例においては、対物レンズ系 172の中心（光軸 O)と先端開口 26B の中心軸の距離 Dは、 6mmとしている。

本実施例においても、図 21に示す第 1レンズ 172a、第 2レンズ 172b及び第 3レンズ 172cは、第 1レンズ枠 31に取り付けられており、この第 1レンズ枠 31に嵌合する C CD枠 133内に実施例 3と同様に接合レンズ 117dがレンズ保持枠 134により移動自在に配置され、接合レンズ 117dは、ァクチユエータ 129を介して光軸 O方向に移動される。

また、ビデオプロセッサ 4Dに設けた CPU71は、基本的には実施例 3における連続的にオートフォーカス制御を行う代わりに、接合レンズ 117dを移動させ、対物レンズ系 172の焦点位置を近景位置と遠景位置との 2つの位置の間で、よりフォーカスに近 V、状態となるようにフォーカス制御を行う。つまり 2段階 (オート切替による擬似)フォ一カス制御を行う。

[0111] この場合、 CPU71は、ビデオプロセッサ 4Dに接続される電子内視鏡 2Dの HD情報をスコープ IDメモリ 74から読み込み、この電子内視鏡 2Dの撮像ュ-ット 119Bの光学特性情報を RAM71cに格納する。この光学特性情報は、接合レンズ 117dを近景時の位置に設定した場合と、遠景時の位置に設定した場合における物体距離が変化した場合の代表的なコントラストの変化の特性、或いは解像度に関する情報であるそして、 CPU71は、 2段階のフォーカス制御を行う場合、接合レンズ 117dが実際に設定されている一方の位置に設定された状態におけるコントラスト情報の時間的変化等を調べ、 RAM71cに格納された光学特性情報を参照することにより、その変化が他方の位置に切り替えた方がより大きなコントラスト値が得られる、つまりよりフォーカス状態に近いか否かの判断を行う。

[0112] そして、 CPU71は、他方の位置に切り替えた方がより大きなコントラスト値が得られると判断した場合には、ァクチユエータ駆動部 136を制御して、接合レンズ 117dを他方の位置に設定する。

また、 CPU71は、接合レンズ 117dを他方の位置に設定した場合にも、時間的にその状態でのコントラスト情報を監視して、同様の動作を行うことにより、 2つのレンズ位置にお、て、よりフォーカス状態に近ヽレンズ位置となるように制御する。

この場合、 CPU71は、信号変換部 46からの輝度信号カゝら明るさ情報を検出し、さらに画像処理部 47からコントラスト情報を検出して、所定の明るさ以上の状態において、上記のようにコントラスト情報の時間的変化を監視し、光学特性情報を参照することにより、切り替えるべき力否かを判断し、その判断結果に応じて接合レンズ 117dを 2つの位置で制御する。なお、所定の明るさが得られない場合及び初期状態では、 C PU71は、遠景位置に設定する制御を行う。

[0113] 本実施例においては、近景時と遠景時との 2つの位置に切替設定された場合、両者の状態における対物レンズ系 172は、それぞれ異なる光学特性を示す。例えば近景時では最も高い解像度を有し、逆に遠景時では、近景時に比べると少し低い解像度となる力近景特よりも大きな被写界深度を有する。具体的には、接合レンズ 117d が近景側に設定された状態の場合、被写界深度は 4. 4mmから 12mmとなり、遠景側に設定された状態の場合、被写界深度は 9mmから 100mmとなるよう Fナンパが調整されている。

そして、両者の特性における解像度は、近景と遠景との中間の距離においてほぼ逆の傾向を示す状態でクロス (重なる）する部分があるため、そのクロス部分において、クロスする位置力或程度ずれた状態では、接合レンズ 117dをいずれの位置に設定した方が、フォーカス状態 (合焦状態）により近いかを判断することができる。 CPU 71は、その判断を行い、かつその判断結果に従って、接合レンズ 117dの位置切替の制御を行う。

なお、本実施例では、近景と遠景に設定された状態での対物レンズ系 172における被写界深度は所定値以上の部分で連続 (重なる）ように設定されており、かつ所定の値の空間周波数までの範囲において、コントラスト Iも所定値以上 (例えば 10%)以上を持つ部分で重なるように設定されて、る。

[0114] 次に本実施例における近景時の作用を説明する。

まず、撮像ユニット 119Bにより、白黒ペアの帯が 35 /z mピッチの被写体を近景時にお、て撮像したときの作用につ!、て説明する。

本撮像ユニット 119Bでは、近点に設定された状態において、物体距離 4. 4mmから 5. 8mmの時に、白黒ペアの帯のピッチが 35 mの被写体を撮像した際、 CCD受光面上に結像された白の帯と、黒の帯のコントラスト Gは、 10%以上となる。

前記対物レンズ系 172によって CCD173の受光面上に結像されたピッチ 35 mの白黒ペアの帯の被写体の像は、光電変換される。そして、白帯が結像された画素から出力される画像信号と、黒帯が結像された画素から出力される画像信号の差は、 1 0%以上となる。

[0115] この画像信号は、 CDS回路 44、 AZD変翻 45、信号変換部 46を介して、画像処理部 47に入力され、例えば、モニタに適したガンマ処理や、電気的なマスク処理等が施され、白帯と黒帯のコントラスト I力 10%以上になるようにしてモニタ 5に出力される。上記のような被写体の場合に対して、コントラスト Iが、 10%以上になることにより、表示された画像力ゝら白帯と黒帯を識別可能になり、十分な解像度で観察ができる。このようにして本実施例によれば、撮像ユニット 119Bで撮像された 35 μ mピッチの白黒ペアの帯は、モニタ上で白黒ペアの帯として視認可能となる。

また、近景時力も物体距離が大きくなると、コントラスト値が小さくなるため、 CPU71 は切り替えた方が、より大きなコントラスト値が得られると判断した場合には、接合レンズ 117dを遠景時の位置に切り替える制御を行う。

[0116] このように切替制御を行うことにより、近景力遠景にまで観察状態を変化させた場合、 2つの位置でよりフォーカス状態に近、レンズ位置の状態で内視鏡画像が得られるようになる。

図 22は本実施例における 2段階オートフォーカス制御（より正確には 2段階略ォートフオーカス制御）の動作を示す。以下、フォーカスを AFと略記する。この動作が開始すると、 CPU71は、最初のステップ S 11において、初期設定として、スコープ IDメモリ 74から光学特性情報を読み込み RAM71cに格納する。またステップ S 12に示すように CPU71は、光学特性情報から遠景位置及び近景位置間における AFに近、状態での典型的なコントラスト情報、被写界深度情報及び解像度の特性情報とを AF切り替えの判断基準に設定する。なお、本実施例における対物レンズ系 117は、接合レンズ 117dを遠景位置と近景位置に設定した場合、各位置でのフォ一カス状態での被写界深度の一部が重複するように設定されて、る。

[0117] そして、次のステップ S13において CPU71は、接合レンズ 117dを遠景位置に設定する制御処理を行う。

そして、次のステップ S 14において、 CPU71は、現在の輝度信号の明るさレベルが予め設定した暗い画像状態を判定する閾値 Vth以上であるカゝ否かの判定を行う。そして、この閾値 Vth以下であると判断した場合には、ステップ S13に戻り、遠景位置のままでこれらの処理を繰り返す。つまり、自動調光を行った状態においても、適正な明るさを確保できない場合には、遠景位置の状態が保持されるようにする。

[0118] 輝度信号の明るさレベルが閾値 Vth以下の場合には、接合レンズ 117dを遠景位置に設定することは以下の理由による。電子内視鏡 2Dの挿入部 7を体腔内に挿入して、先端部 11の先端面に設けた照明レンズ 16a、 16bから照明光を出射して、患部等の被写体を照明するため、被写体までの距離が小さい場合には、照明光量が不足することは殆ど発生しない。このため、輝度信号の明るさレベルが閾値 Vth以下の場合には、被写体は遠方にあると考えられる。また、輝度信号の明るさレベルが閾値 Vth以下の場合には、 SZNが低下するため、精度の高いフォーカス制御が困難になる。このような理由で、輝度信号の明るさレベルが閾値 Vth以下の場合には、接合レンズ 117dを遠景位置に設定する。

一方、閾値 Vth以上と判定された場合には、ステップ S15において CPU71は、判断基準を用いて、現在検出されて!、るコントラスト値等が (近景側の場合よりも)遠景側の場合により近いかの判定を行う。

[0119] そして、この条件を満たす場合には、ステップ S14に戻り、これらの処理を繰り返し行う。ステップ S15の条件を満たさない場合には、ステップ S16に示すように CPU71 は、接合レンズ 117dを近景位置に設定する制御処理を行う。

そして、ステップ S 17に示すように CPU71は、現在検出されているコントラスト値が (遠景側の場合よりも)近景側の場合により近いかの判定を行う。この条件を満たさい場合には、ステップ S 13に戻り、遠景位置に設定する処理を行う。

一方、この条件を満たす場合には、ステップ S 18に示すように CPU71は、現在の輝度信号の明るさレベルが予め設定した暗い画像状態を判定する閾値 Vth以上である力否かの判定を行う。そして、この閾値 Vth以下であると判断した場合には、ステップ S 13に戻る。逆に閾値 Vth以上であると判断した場合には、ステップ S 17に戻る

[0120] このように 2段階 AF制御を行うことにより、近景力遠景まで観察状態を変化させた場合、 2つの位置でよりフォーカス状態に近、レンズ位置の状態で内視鏡画像が得られるようになる。

なお、電気的なマスク処理は、モニタ 5の表示画面内に、図 23に示すように縦横比が 1 : 1. 2の八角形の表示エリア 5bを作成し、この八角形の表示エリア 5b内に撮像ユニット 19Bで撮像した被写体を表示させる。

前記電気的なマスク処理によって得られた表示エリア 5b上の画角は、図 23で示すような横長の表示エリアの場合、対角方向の P点が最も大きい画角（ Θ max)となる。対物レンズ系 172の画角 160° が前記最大画角 0 maxと一致するように、マスク処理は施されている。一方、マスク処理により、モニタ画面上で最も画角が狭くなるのは上下方向で、ついで左右方向の画角が狭くなる。

[0121] また、前記最大対角となる P点は、 P点と画面中心を結んだ直線と、モニタ画面上の水平方向とから成す角度が exとなるように設定されており、さらに、撮像ユニット 119B は、図 20に示すように挿入部の先端部 11の X軸方向とモニタ水平方向が一致するように配置されている為、 X軸に対し角度 αの位置に配置されている処置具チャンネル 25の先端開口 26Β力も突出させた処置具 28は、図 23に示すように、モニタ 5上の概略で言うと水平方向、より厳密に言うと水平方向より少し下側となる左下の Ρ点付近より表示エリア 5b内に表示される。

[0122] 本実施例における、挿入部の先端部 11の先端開口 26Bより突出させた処置具 28 力撮像ユニット 119Bによって撮像されるために必要な条件は、先端部 11の先端面からの処置具 28の最小の突出量 Hminとして、処置具 28が最も撮像ユニット 19B側にシフトしている場合、撮像ユニット 119Bの先端レンズ面での光線高 Lh= l . 31m m、先端開口 26Bの半径 R= 2. 8mm、撮像ユニット 119Bの画角 0 = 160° 、撮像ユニット 119Bの光軸 Oとチャンネル 25との距離 D = 6mmとから、式 8に示すように導出される。

Hmin= (D—Lh—R) X tan (90° Θ /2) = 0. 58mm (式 8)

一方、処置具 28が最も撮像ユニット 119Bより離れた方向に位置して場合に、処置具 28が突出されて、処置具 28の先端全体が撮像ユニット 119Bによって撮像されるために必要な条件は、先端部 11の先端面からの処置具 28の突出量 Hallとして、式 9に示すように導出される。

Hall= (D -Lh+R) X tan (90° Θ /2) = 1. 07mm (式 9)

式 8,式 9に示されるように、処置具 28は、先端部 11の先端面からの突出量が 0. 5

8mm以上力も撮像ユニット 119Bの視野内に入り始め、 1. 07mmより突出された時に、処置具 28の先端のほぼ全体が視野内に入る。

以上から、本実施例における撮像ユニット 119Bの近点側に設定した状態の 35 μ mピッチの白黒ペアの帯がモニタ上で視認可能な距離 4. 4mm力ら 5. 8mmにおいては、処置具 28の先端側は撮像ユニット 119Bの視野内に入り、モニタ 5上でも視認可能となる。

本実施例は、以下の効果を有する。

本実施例は、撮像ユニット 119Bを構成する対物光学系として焦点距離が変化する可変焦点光学系を採用しているために、単焦点光学系の場合よりも近景側から遠景側まで解像度の高、画像を得ることができる。

ここで、本実施例では、 CCD173の画素ピッチを 2. 8 m、有効画素数を 80万画素とし、撮像ユニット 1 19Bの最大画角を 160° 、近点側に設定した状態の被写界深度を 4. 4mmから 12mmとし、撮像ユニット 119Bの光軸 Oと先端開口 26中心との距離を 6mmとしたが、これに限ったものではない。

例えば、白黒ペアの帯のピッチが 35 mの被写体を撮像したときに、前記白の被写体を撮像した画素から得られる出力信号と、前記黒の被写体を撮像した画素から得られる出力信号の差が 10%以上となるように、画素ピッチ、有効画素数、最大画角、近点側の被写界深度等を変更し、かつ、前記 35 mの被写体を撮像したときに出力信号の差が 10%以上となる物体距離において、処置具が観察可能となるように、最大画角、及び撮像ユニット 19の光軸 Oと先端開口 26中心との距離を変更しても、ほぼ同様の効果が得られる。

[0124] また、本実施例では、有効画素数を 80万画素とした力モザイクカラーフィルタ方式の場合では 60万画素程度でも同様の効果が得られ、この場合は、近点側の被写界深度をさらに大きくし、遠点側の被写界深度との深度のクロス領域が広がるため、焦点切り替えをよりスムーズにすることができるという効果が得られる。

また、本実施例でも、照明光として切替式等の三原色の光を用い、順次照射した三原色の光と同期してモノクロ（白黒)の CCDにて被写体を取り込んで画像処理装置にてカラー化する方式を採用することができ、この場合、有効画素数 25万画素程度の CCDを用いた場合に、モザイクフィルタ方式の 60万画素と同等の効果が得られる

[0125] なお、本実施例においては、図 23に示すようにモニタ画面 5aの表示エリア 5bとして、垂直方向（縦方向）よりも水平方向の表示サイズが長くした横長で八角形としていた力この場合に限定されるものでない。

また、より一般的に、表示エリアにおける表示エリアが広い (或いは大きい）方向に対応するように先端開口を配置することにより、この先端開口力突出された処置具 2 8が表示エリアが広、方向に表示されるようにしても良!、。ここで言う"表示エリアが広い方向"とは、電子マスク処理等により、画面に表示される観察画像の表示領域の制限が他の方向に比べて少な!/、（或いは制限がない）方向を言う。

[0126] なお、本実施例の第 1変形例として、図 24に示すように CPU71により 2段階オートフォーカス制御機能 71aと 3段階オートフォーカス制御機能 71bをモード切替スィッチ SW1により選択できるようにしても良!、。

図 24に示す電子内視鏡システム 1Eは、例えば図 19の電子内視鏡システム 1Dにおいて、 CPU71は、 2段階オートフォーカス制御機能 71aの他に、 3段階オートフォ一カス制御機能 71bを持つ。

そして、この CPU71は、例えば電子内視鏡 2Dの操作部 8に設けたモード切替スィツチ SW1により選択された選択信号に応じて、 2段階オートフォーカスモード或いは 3段階オートフォーカスモードでフォーカス制御を行う。

本変形例の場合も、スコープ IDメモリ (メモリ） 74には、その電子内視鏡 2Dに固有の光学特性情報が格納されている。この場合には、接合レンズ 117dを近点、遠点の他に近点及び遠点の間に設定した中間点に設定した場合のコントラスト値等に関する光学特性の情報が格納されている。また、中間点の位置に接合レンズ 117dを駆動 (移動)する情報も格納されて、る。

[0127] そして、ビデオプロセッサ 4Dの CPU71は、その光学特性情報を読み出し、例えば RAM71cに格納して、実施例 4における 2段階のフォーカス制御或いは 3段階のフォ一カス制御を行う。

3段階のフォーカス制御を行うメリットとしては、近点及び遠点の 2段階のフォーカス制御では、両者の中間位置付近では両者の光学特性の谷間になるため、例えば被写界深度と解像度とをより好ましい特性を持つように改善することが困難になり易い。例えば、近景と遠景時では、被写界深度が所定値以上で連続し、かつコントラスト I が 10%以上の場合に対して、両者の中間点の位置にも切り替えられるようにした場合には、これらの条件よりもより大きな被写界深度の値及びコントラスト Iの値で連続させることが可能となり、より改善された光学特性を実現できる。

[0128] このように近点と遠点の間の中間点の位置にも接合レンズ 117dを設定できる構成とすることにより、被写界深度と解像度とをより大きくでき、従ってより好ましい光学特性を実現することが簡単にできる。

3段階のフォーカス制御を行う制御方法は、 2段階と類似している。例えば近点に設定されている状態で、 CPU71はその状態でのコントラスト情報の時間的変化をモ- タし、その場合には近点の状態と中間点との切替を行うか否かを判断する。

また、中間点に設定された状態においても、コントラスト情報の時間的変化をモニタして近点側に変化して、るか遠点側に変化して、るかに応じて、近点側或いは遠点側に切り替えるカゝ否かを判断する。このため、実施例 4の場合と類似の制御で、 3段階のフォーカス制御も行うことができる。

[0129] 図 25は第 2変形例における CPU71部分を示す。図 25に示すように例えば CPU7 1は、モード切替スィッチ SW1のモード切替指示信号に応じて 2段階オートフォー力ス制御機能 71aと、 2段階マニュアル制御機能 71dとを行うようにしても良い。

2段階オートフォーカス制御機能 71aは、実施例 4で説明したものと同様である。モード切替スィッチ SW1により 2段階マニュアル制御モードに設定された場合には、 CPU71は、マニュアル操作スィッチ SW2における近点指示スィッチが操作された場合には、接合レンズ 17dを近点側に移動する。

一方、マニュアル操作スィッチ SW2における遠点指示スィッチが操作された場合には、 CPU71は、接合レンズ 117dを遠点側に移動する制御動作を行う。

このようにモード選択手段を設けることにより、操作者は電子内視鏡 2Dを用いて診断等を行う場合における観察 (撮像)の選択肢が広くなり、より使い易いものを実現できる。

[0130] 図 25では、 2段階オートフォーカス制御機能 71aと、 2段階マニュアル制御機能 71 dとを行う説明をしたが、この他に 3段階オートフォーカス制御機能 71bと、 3段階マ- ュアル制御機能とを行うようにしても良い。また、 CPU等を用いて、複数段階でのォ一トフォーカス制御機能と複数段階でのマニュアル制御機能を行うようにしても良、。また、 CPU等を用いて、連続的なオートフォーカス制御と、複数段のフォーカス制御と、連続或、は複数段のマニュアル制御とをモード切替指示操作に応じて行うようにしても良い。

また、本実施例の画像処理装置 4D及び、モニタ 5は、 HDTV方式の映像信号に対応したもので説明した力これに限ったものではなぐ例えば、 NTSC方式や、 PA L方式といった映像信号に対応したものでも良い。また、 VGA方式や、 SVGA方式のものを用いても良い。

なお、上述した実施例等を部分的に変形したり、組み合わせる等して構成される実施例等も本発明に属する。産業上の利用可能性

[0131] 体腔内に挿入部を挿入して患部等の被写体を、近景側で高精細に観察できる状態で撮像することができると共に、遠景側に対しても必要とされる解像力を確保でき、チャンネル内に挿通した処置具の先端側をチャンネルの先端開口力の突出量が小さ!、状態でも観察視野内に入れて詳細に観察できるようにする。

Claims

請求の範囲

被検体内に挿入される挿入部と、

を有し、

前記白黒ペアの帯のピッチが 35 mの被写体を撮像した際に、上記によって定義されるコントラスト Iがほぼ 10%以上となるような画像信号を出力する物体距離において、前記チャンネルの先端開口より突出させた処置具の先端付近の像が前記撮像素子の受光面上に結像されるようにしたことを特徴とする電子内視鏡。

前記対物光学系及び前記撮像素子を含む撮像装置の視野角は、 100° 以上で、前記撮像素子は、モニタ表示に有効な画素数が 25万画素以上、 85万画素以下のモザイクカラーフィルタを有することを特徴とする請求項 1に記載の電子内視鏡。前記対物光学系及び前記撮像素子を含む撮像装置の視野角は、 100° 以上で、前記撮像素子は、モニタ表示に有効な画素数が 10万画素以上、 35万画素以下の白黒の撮像素子を有することを特徴とする請求項 1に記載の電子内視鏡。

前記対物光学系の先端レンズ面での光線高 Lh、前記チャンネルの先端開口の半径尺、前記対物光学系の光軸と前記先端開口の中心との距離 D、前記対物光学系による前記撮像素子に結像可能な画角 Θ、挿入部の先端力前記処置具が突出する突出量 Hallとした場合、前記物体距離を dとすると

Hall= (D-Lh+R) X tan (90° - Θ /2)≤d

を満たすことを特徴とする請求項 1に記載の電子内視鏡。

[5] 処置具を揷通可能とするチャンネルと、被写体の光学像を結ぶ単焦点の対物光学系と、前記対物光学系の結像する位置に受光面が配置され、前記受光面に結像された光学像を光電変換する撮像素子とが設けられた挿入部に有する電子内視鏡と、前記撮像素子力ゝらの画像信号をモニタに表示するための映像信号に変換する画像処理装置と、

を有し、

同じ幅の白と黒の帯の被写体を、前記対物光学系を介して撮像し、得られる画像信号から前記画像処理装置により前記モニタに表示可能な映像信号を生成した場前記白の被写体に対する輝度信号の最大値を Imax、前記黒の被写体に対する輝度信号の最小値を Iminとし、コントラスト Iを 1= (Imax— Imin)Z(Imax+Imin)と定義した際に、

前記白黒ペアの帯のピッチが 35 mの被写体を撮像した際に、上記によって定義されるコントラスト Iがほぼ 10%以上となるような画像信号を出力する物体距離において、前記チャンネルの先端開口より突出させた処置具の先端付近の像が前記モニタ上に表示されるようにしたことを特徴とする電子内視鏡システム。

[6] 前記チャンネルの先端開口は、前記モニタ上における前記撮像素子により撮像された光学像を表示する表示エリアにおける表示エリアの広ヽ方向に対応するように配置されていることを特徴とする請求項 5に記載の電子内視鏡システム。

[7] さらに、

前記被写体を照明する照明光を発生する光源と、

前記処置具が前記モニタ上に表示されることを検出する処置具検出部と、前記処置具付近の輝度を検出する輝度検出部と、

前記輝度検出部の検出結果に基づき、前記被写体に照射される照明光量の調整を行う光量調整部と、

を有することを特徴とする請求項 5に記載の電子内視鏡システム。

[8] 前記対物光学系及び撮像素子を含む撮像装置の視野角は、 100° 以上で、前記撮像素子は、モニタ表示に有効な画素数が 25万画素以上、 85万画素以下のモザィクカラーフィルタを有することを特徴とする請求項 5に記載の電子内視鏡システム。

[9] 前記対物光学系及び前記撮像素子を含む撮像装置の視野角は、 100° 以上で、前記撮像素子は、モニタ表示に有効な画素数が 10万画素以上、 35万画素以下の白黒の撮像素子を有することを特徴とする請求項 5に記載の電子内視鏡システム。

[10] 前記対物光学系の先端レンズ面での光線高 Lh、前記チャンネルの先端開口の半径尺、前記対物光学系の光軸と前記先端開口の中心との距離 D、前記対物光学系による前記撮像素子に結像可能な画角 Θ、挿入部の先端力前記処置具が突出する突出量 Hallとした場合、前記物体距離を dとすると

Hall= (D-Lh+R) X tan (90° - Θ /2)≤d

を満たすことを特徴とする請求項 5に記載の電子内視鏡システム。

[11] 被検体内に挿入される挿入部に設けられる対物光学系と、

同じ幅の白と黒の帯の被写体を撮像した時に得られる画像信号カゝら生成された輝度信号を基に、前記白の被写体に対する輝度信号の最大値を Imax、前記黒の被写体での輝度信号の最小値を Imin、コントラスト Iを 1= (Imax-Imin) / (Imax+Imin )と定義した時、前記挿入部の先端から所定距離離間した位置の被写体を前記対物光学系の近点側で所定値以上のコントラスト Iで捉えるために、前記対物光学系を構成する少なくとも一部のレンズを移動し、前記対物光学系の焦点距離を被写界深度がー部重複するように変化させるレンズ移動部と、

を具備することを特徴とする電子内視鏡。

[12] 前記レンズ移動部は、前記対物光学系が、近点側で白黒ペアの帯のピッチが 35 mの被写体をほぼ 10%以上の前記コントラスト Iで捉えることができる被写界深度を有し、かつ遠点側で揷入部先端からの距離が 50mmの位置に 0. 5mmの被写体を撮像した際にほぼ 10%以上の前記コントラスト Iで捉えることができる被写界深度を有する、前記対物光学系を構成する少なくとも 1つのレンズを連続的に変化可能にしたことを特徴とする請求項 12に記載の電子内視鏡。

[13] 前記レンズ移動部は、前記対物光学系が、近点側で白黒ペアの帯のピッチが 35 mの被写体をほぼ 10%以上の前記コントラスト Iで捉えることができる被写界深度を有し、かつ遠点側で揷入部先端からの距離が 50mmの位置に 0. 5mmの被写体を撮像した際にほぼ 10%以上の前記コントラスト Iで捉えることができる被写界深度を有する、前記対物光学系を構成する少なくとも 1つのレンズを、前記近点側及び前記遠点側の 2つの位置に設定可能にしたことを特徴とする請求項 11に記載の電子内視鏡。

[14] 前記レンズ移動部は、さらに前記近点側及び前記遠点側の 2つの位置の間となる第 3の位置に、前記対物光学系を構成する少なくとも 1つのレンズを設定可能にしたことを特徴とする請求項 13に記載の電子内視鏡。

[15] 前記対物光学系の先端レンズ面での光線高 Lh、前記チャンネルの先端開口の半径尺、前記対物光学系の光軸と前記先端開口の中心との距離 D、前記対物光学系による前記撮像素子に結像可能な画角 Θ、前記被写体までの距離を dとした場合、 D≤d/tan(90° Θ /2) +Lh— R

を満たすことを特徴とする請求項 11に記載の電子内視鏡。

[16] 前記レンズ移動部により焦点位置が近景になっている時の前記対物光学系及び前記撮像素子を含む撮像装置の視野角が、 100° 以上で、前記撮像素子は、モニタ表示に有効な画素数が 60万画素以上のモザイクカラーフィルタを有することを特徴とする請求項 11に記載の電子内視鏡。

[17] 前記レンズ移動部により焦点位置が近景になっている時の前記対物光学系及び前記撮像素子を含む撮像装置の視野角が、 100° 以上で、前記撮像素子は、モニタ表示に有効な画素数が 25万画素以上の白黒の撮像素子を有することを特徴とする請求項 11に記載の電子内視鏡。

[18] 被検体内に挿入される挿入部と、

前記挿入部に設けられる対物光学系と、

前記対物光学系により被写体の光学像がその受光面に結像され、この受光面に結像された光学像を光電変換する撮像素子と、

前記撮像素子力ゝらの画像信号をモニタに表示するための映像信号に変換する画像処理装置と、

同じ幅の白と黒の帯の被写体を撮像した時に得られる映像信号カゝら生成された輝度信号を基に、前記白の被写体を撮像した時に得られる輝度信号の最大値を Imax 、前記黒の被写体に対する輝度信号の最小値を Imin、コントラスト Iを 1= (Imax— I min) / (Imax+Imin)と定義した際に、前記挿入部の先端から所定距離離間した位置の被写体を前記対物光学系の焦点距離の近点側で所定値以上のコントラスト I で捉えるために、前記対物光学系を構成する少なくとも一部のレンズを移動し、前記対物光学系の焦点距離を被写界深度が一部重複するように変化させるレンズ移動部と、

所定距離突出される処置具の先端を、前記レンズ移動部によって近点側に設定された時における対物光学系の視野角内に配置させるように開口した処置具揷通チヤンネノレと、

を具備することを特徴とする電子内視鏡システム。

[19] 前記レンズ移動部は、前記対物光学系が、近点側で白黒ペアの帯のピッチが 35 mの被写体をほぼ 10%以上の前記コントラスト Iで捉えることができる被写界深度を有し、かつ遠点側で揷入部先端からの距離が 50mmの位置に 0. 5mmの被写体を撮像した際にほぼ 10%以上の前記コントラスト Iで捉えることができる被写界深度を有する、前記対物光学系を構成する少なくとも 1つのレンズを移動させることを特徴とする請求項 18に記載の電子内視鏡システム。

[20] 前記撮像素子の出力信号に基づいて前記レンズ移動部を制御する制御信号を発生し、前記対物光学系をフォーカス状態に設定するフォーカス制御部を有することを特徴とする請求項 18に記載の電子内視鏡システム。

[21] 前記対物光学系の先端レンズ面での光線高 Lh、前記処置具揷通チャンネルの先端開口の半径 R、前記対物光学系の光軸と前記先端開口の中心との距離 D、前記対物光学系による前記撮像素子に結像可能な画角 Θ、前記被写体までの距離を dとした ¾口ゝ

D≤d/tan(90° Θ /2) +Lh— R

を満たすことを特徴とする請求項 18に記載の電子内視鏡システム。

[22] 前記チャンネルの先端開口は、前記モニタ上における前記撮像素子により撮像された光学像を表示する表示エリアにおける表示エリアの広、方向に対向するように配置されていることを特徴とする請求項 18に記載の電子内視鏡システム。

[23] 前記レンズ移動部により焦点位置が近景になっている時の前記対物光学系及び前記撮像素子を含む撮像装置の視野角が、 100° 以上で、前記撮像素子は、モニタ表示に有効な画素数が 60万画素以上のモザイクカラーフィルタを有することを特徴とする請求項 18に記載の電子内視鏡システム。

[24] 前記レンズ移動部により焦点位置が近景になっている時の前記対物光学系及び前記撮像素子を含む撮像装置の視野角が、 100° 以上で、前記撮像素子は、モニタ表示に有効な画素数が 25万画素以上の白黒の撮像素子を有することを特徴とする請求項 18に記載の電子内視鏡システム。

[25] 前記フォーカス制御部は、前記撮像素子の出力信号の輝度レベルが所定の値以下の場合には、前記対物光学系を遠景位置にフォーカスする状態に設定する制御を行うことを特徴とする請求項 20に記載の電子内視鏡システム。

[26] 前記電子内視鏡は、前記対物光学系の光学特性に関する情報を格納するメモリを有することを特徴とする請求項 18に記載の電子内視鏡システム。

[27] 前記電子内視鏡は、前記対物光学系の光学特性に関する情報を格納するメモリを有し、前記フォーカス制御部は、前記情報を利用して前記対物光学系に対するフォ一カス制御を行うことを特徴とする請求項 20に記載の電子内視鏡システム。