JP5624955B2

JP5624955B2 - 内視鏡装置

Info

Publication number: JP5624955B2
Application number: JP2011160187A
Authority: JP
Inventors: 勉笹本
Original assignee: Olympus Medical Systems Corp
Current assignee: Olympus Medical Systems Corp
Priority date: 2011-07-21
Filing date: 2011-07-21
Publication date: 2014-11-12
Anticipated expiration: 2031-07-21
Also published as: JP2013022262A

Description

本発明は、オートフォーカス機能を備えた内視鏡装置に関する。

近年、固体撮像素子を用いた撮像ユニットを備えた内視鏡は、医療分野において、広く用いられている。
また、内視鏡検査の場合、患部等を詳細に観察できるようにオートフォーカス機能を備えた光学系や、高画素化した固体撮像素子を用いた撮像ユニットを備えた内視鏡も提案されている。
例えば、特開２００２−２５３４８９号公報の従来例には、対物光学系における一部のレンズを移動してオートフォーカスする内視鏡装置が開示され、合焦可能な被写体距離を切り換える。切換手段の操作により拡大制御手段が起動すると、拡大制御手段の制御信号に連動して起動する焦点制御手段により、対物光学系の可変焦点距離範囲の長焦点距離側で、対物光学系の焦点調節が行われるようにしている。

特開２００２−２５３４８９号公報

しかしながら、患部等に接近して観察するような場合、上記従来例では、焦点距離が長くなり、そのために被写界深度幅（単に深度幅とも言う）が狭くなり、必要とされる深度幅を得ることができなかった。また、この従来例においては、患部等に接近して観察するような場合、画角も狭くなっていた。
このため、患部等に接近して観察するような場合にも、深度幅を大きくでき、内視鏡による検査、観察に適した画像が得られる内視鏡装置が望まれる。

一方、患部等に接近して観察するような場合、深度幅よりも解像度を上げて患部等を高画素（高精細）で観察できるようにする要望がある。
本発明は上述した点に鑑みてなされたもので、接近して観察する場合、深度幅を大きく、又は高解像度の状態にして観察を行うことができる内視鏡装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る内視鏡装置は、内視鏡の先端部に対物光学系と固体撮像素子とにより構成される撮像ユニットを備え、所定の距離範囲内における任意の距離の被写体に対して合焦状態となるように前記対物光学系中のフォーカスレンズを移動して自動でフォーカス制御する内視鏡装置において、前記所定の距離範囲内における前記被写体に対して自動でフォーカス制御する合焦領域を、少なくとも２つに制限する制限手段と、前記制限手段に対し、制限された合焦領域を手動で選択する選択手段と、前記選択手段による合焦領域の選択と同時に、前記固体撮像素子の撮像面における撮像領域から一部の撮像領域を切り出し、前記固体撮像素子の撮像領域内における中心位置から最も遠い位置までの距離を変更する変更手段と、を備え、前記対物光学系における前記フォーカスレンズとは別の移動用レンズを移動させることで、前記変更手段による前記撮像領域の変更前後において、前記撮像ユニットの画角の変動が５％以内になるように設定することを特徴とする。

本発明の他の態様に係る内視鏡装置は、内視鏡の先端部に対物光学系と固体撮像素子とにより構成される撮像ユニットを備え、所定の距離範囲内における任意の距離の被写体に対して合焦状態となるように前記対物光学系中のフォーカスレンズを移動して自動でフォーカス制御する内視鏡装置において、前記所定の距離範囲内における前記被写体に対して自動でフォーカス制御する合焦領域を、少なくとも２つに制限する制限手段と、前記制限手段に対し、制限された合焦領域を手動で選択する選択手段と、前記選択手段による合焦領域の選択と同時に、前記固体撮像素子の撮像面における撮像領域を大きくすることで、前記固体撮像素子の撮像領域内における中心位置から最も遠い位置までの距離を変更する変更手段と、を備え、前記対物光学系における前記フォーカスレンズとは別の移動用レンズを移動させることで、前記変更手段による前記撮像領域の変更前後において、前記撮像ユニットの画角の変動が５％以内になるように設定することを特徴とする。

本発明の一態様に係る内視鏡装置によれば、深度幅を大きくして観察を行うことができる内視鏡装置を提供することができ、本発明の他の態様に係る内視鏡装置によれば、高解像度の状態にして観察を行うことができる内視鏡装置を提供することができる。

図１は本発明の第１の実施形態に係る内視鏡装置の全体構成を示す図。図２は固体撮像素子における撮像領域を示す図。図３は撮像ユニット部分の構成を示す断面図。図４は、第１焦点位置〜第４焦点位置に設定した状態の対物光学系の断面図。図５はアクチュエータ駆動部に対して駆動信号を制限してフォーカスレンズによる可動範囲を２つに制限する構成を示すブロック図。図６は図４の各焦点位置に設定した状態での物体距離と解像力の関係を示す図。図７は第１の実施形態の概略の動作を示すフローチャート。図８は内視鏡画像における周辺側の画像部分を切り出して表示する場合の説明図。図９は色分離フィルタを有しないＣＣＤを備えた撮像ユニットの場合の光源装置の構成を示す図。図１０は本発明の第２の実施形態における代表的な焦点位置に設定した状態の対物光学系の断面図。図１１は図１０の場合を含む代表的な焦点位置に設定した状態の対物光学系の物体距離に対する解像力の特性例を示す図。図１２は本発明の第３の実施形態における代表的な焦点位置に設定した状態の対物光学系の断面図。図１３は代表的な焦点位置に設定した状態の対物光学系の物体距離に対する解像力の特性例を示す図。図１４は本発明の第４の実施形態に係る内視鏡装置の全体構成を示す図。図１５は固体撮像素子における撮像領域を示す図。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
（第１の実施形態）
図１に示すように内視鏡装置１は、内視鏡２と、この内視鏡２の照明光を供給する光源装置３と、内視鏡２に搭載された撮像手段に対する信号処理を行う画像処理装置（又は信号処理装置）４と、画像処理装置４から出力される標準的な映像信号（画像信号）が入力されることにより、内視鏡画像を表示する表示手段としてのモニタ５とから構成される。
本実施形態における内視鏡２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、撮像手段を形成する撮像ユニット１９などが設けられている。

また、先端部１１に隣接して湾曲自在の湾曲部１２が設けられ、術者は、操作部８における図示しない湾曲操作ノブを操作することにより、湾曲部１２を所望の方向に湾曲することができる。
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は、照明光を発生するための光源としてのランプ３ａを有し、ランプ３ａの光は、絞り駆動部３ｂにより駆動される絞り３ｃの開口により透過光量が調整された後、集光レンズ３ｄ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。なお、絞り駆動部３ｂは、後述する調光信号に基づいて絞り３ｃの開口量、つまり透過光量を調整するように駆動する。

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から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１６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光学系１７と、この対物光学系１７の結像位置にその撮像面（光電変換面）が配置された固体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。
本実施形態におけるＣＣＤ１８は、光学的に色分離する色分離フィルタとして、例えば補色系などのモザイクカラーフィルタ１８ａ（図４（Ａ）参照）を備えたモザイクカラーフィルタ方式のＣＣＤである。

撮像ユニット１９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内を挿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いる。
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内部に設けたＣＣＤ駆動部２３からのＣＣＤ駆動信号によりＣＣＤ１８は駆動され、ＣＣＤ１８は光電変換した撮像信号を出力信号として出力する。
上記撮像信号は、画像処理装置４内で信号処理されて映像信号が生成され、モニタ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挿通可能とするチャンネル２５が設けてある。

そして、術者は、操作部８の前端付近の処置具挿入口２５ａから処置具を挿入することにより、処置具の先端側を先端部１１において開口する先端開口２５ｂから突出させることができ、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いる。
本実施形態においては、撮像ユニット１９を構成する対物光学系１７には、移動可動なフォーカスレンズ２６を有し、このフォーカスレンズ２６を移動することにより、内視鏡２を用いて検査、観察を行う場合に必要とされる所定の距離範囲内における任意の距離の患部等の被写体を合焦状態で観察できるように自動（オート）でフォーカス制御する。

また、本実施形態においては、対物光学系１７における移動可能な移動用レンズとして、フォーカスレンズ２６の他に、画角を調整する画角用レンズ２７を備えている。
ＣＣＤ１８から出力される撮像信号は、画像処理装置４内の信号処理部を形成する相関二重サンプリング回路（ＣＤＳ回路と略記）３１に入力され、ＣＤＳ処理後にＡ／Ｄ変換器３２によりデジタルの画像信号に変換され、画像処理部３３に入力される。
この画像処理部３３は、入力信号を色信号Ｃと輝度信号Ｙの画像信号に変換する信号変換回路３３ａを有し、輝度信号Ｙを調光信号生成部３４に出力する。調光信号生成部３４は、調光信号を生成し、光源装置３の絞り駆動部３ｂに出力する。

また、画像処理部３３から出力されるデジタルの画像信号（映像信号）は、Ｄ／Ａ変換器３５により、アナログの画像信号に変換された後、モニタ５に出力され、モニタ５にはこの画像信号に対応する内視鏡画像が表示される。
また、画像処理部３３は、輝度信号Ｙを、制御手段を形成するＣＰＵ３６のコントラスト検出部３６ａに出力する。ＣＰＵ３６により構成されるコントラスト検出部３６ａは、入力される輝度信号における輝度値からその画像のコントラストを検出する。検出されたコントラストは、ＣＰＵ３６のオートフォーカス制御部（図１ではＡＦ制御部）３６ｂに入力され、オートフォーカス制御に利用される。
オートフォーカス制御部３６ｂは、アクチュエータ駆動部３７を介してフォーカスレンズ２６を移動し、対物光学系１７を自動的に合焦状態に設定する。

この場合、オートフォーカス制御部３６ｂは、コントラストが最も高くなる状態を対物光学系１７の合焦状態として、フォーカスレンズ２６を移動した際の画像のコントラストが最も高くなる位置に設定するようにオートフォーカス制御を行う。
また、本実施形態においては、オートフォーカスによる誤動作を有効に防止すると共に、オートフォーカスの速度を向上（短時間で合焦状態に設定する）ために、フォーカスレンズ２６の移動可能となるフォーカスレンズ可動範囲（単に可動範囲と略記）を複数、具体的には２つの可動範囲に制限する制限手段としての制限部３７ａを、例えばアクチュエータ駆動部３７に設けている。
そして、ＣＰＵ３６には、この制限部３７ａの動作を制御する制御手段としての制御部３６ｃを設けている。

撮像ユニット１９により所定の距離範囲内における任意の距離における患部等の被写体（物体）の観察を行う場合にフォーカスレンズ２６を移動して（対物光学系１７を）合焦状態に設定することが必要とされる合焦領域を、フォーカスレンズ２６の可動範囲における、遠点側となる第１領域Ｒａ（図６参照）内の被写体にフォーカスさせるための第１の可動範囲（遠点側可動範囲）Ｋａ（図３参照）と、近点側となる第２領域Ｒｂ内の被写体にフォーカスさせるための第２の可動範囲（近点側可動範囲）Ｋｂの一方（１つ）の可動範囲内においてのみ、フォーカスレンズ２６が移動できるように制限（規制）してオートフォーカス制御ができるような構成にしている。なお、図３において、可動範囲Ｋａ，Ｋｂは、移動溝４３ａ内で移動可能なアーム４４ａの２つの移動範囲により示している。

そしてＣＰＵ３６の制御部３６ｃは、合焦状態となるように自動（オート）でフォーカス制御する可動範囲Ｋに対し、ＣＣＤ１８の水平方向及び垂直方向の画素ピッチをＰｍｍとした場合、対物光学系１７の光軸上における空間周波数１／（３ＸＰ）のＭＴＦが１０％以上となる範囲を、被写界深度幅（単に深度幅）としたときに、１つの合焦ゾーンの深度幅が１０ｍｍ以上を有し、かつ対物光学系１７の物体距離が１５ｍｍ以下となる範囲において、前記２つの可動範囲Ｋａ，Ｋｂの境界Ｂ（図３参照）を設定している。
この境界Ｂに対応する物体距離を図６において点線Ｂａで示し、この場合の物体距離は１０ｍｍ付近である。また、例えば第２焦点位置の合焦状態に設定した場合には１０ｍｍから２６ｍｍまでの深度幅を有する（後述の数値データ参照）。

また、内視鏡２における例えば操作部８には、選択手段（又は切替手段）を形成する選択スイッチ（又は切替スイッチ）ＳＷ１が設けてあり、術者により選択スイッチＳＷ１を手動で操作した場合の操作信号は、ＣＰＵ３６（のオートフォーカス制御部３６ｂ及び制御部３６ｃ）に入力される。
術者は、この選択スイッチＳＷ１を操作することにより、一方の可動範囲を選択したり、一方の可動範囲から他方の可動範囲に切り替える操作を行うことができる。一方の可動範囲を選択した場合には、ＣＰＵ３６のオートフォーカス制御部３６ｂは、その一方の可動範囲内でオートフォーカス制御を行い、一方の可動範囲から他方の可動範囲に切り替える操作をした場合には、他方の可動範囲内でオートフォーカス制御を行う。

なお、選択手段を形成する選択スイッチＳＷ１は、１回押圧する操作を行う毎にＯＦＦからＯＮ、ＯＮからＯＦＦの信号を発生する単一のスイッチにより構成される。例えばＯＦＦにすると第１領域Ｒａに対応した第１の可動範囲Ｋａ、ＯＮにすると第２領域Ｒｂに対応した第２の可動範囲Ｋｂを選択する。そして、一方の選択状態からこの選択スイッチＳＷ１を操作すると、他方を選択する状態に切り替わる。
このように上記選択スイッチＳＷ１の操作に応じて、ＣＰＵ３６は、選択スイッチＳＷ１の操作に対応して、アクチュエータ駆動部３７を介してフォーカスレンズ２６の可動範囲を切り替える制御をする。

また、本実施形態においては、選択スイッチＳＷ１の操作により、第１の可動範囲Ｋａから第２の可動範囲Ｋｂへの切替が行われた場合、この切替に連動してＣＰＵ３６により構成される変更部３６ｄは、画像処理部３３における切出処理部３３ｂを動作させる。
切出処理部３３ｂは、信号変換回路３３ａの出力信号に対して、上記切替に連動して、ＣＣＤ１８の撮像面における、実際に撮像してモニタ５上で表示に利用する撮像領域を図２に示すように変更する。
この切出処理部３３ｂは、上記切替に連動して図２に示すＣＣＤ１８の全撮像領域を形成する撮像面１８ｂにおける、モニタ５での表示に通常利用する第１の撮像領域５ａの撮像領域から、この第１の撮像領域５ａよりも小さい第２の撮像領域５ｂを撮像領域とするように、第１の撮像領域５ａから第２の撮像領域５ｂを切り出す。切出処理部３３ｂは、切り出した画像信号を移動／拡大回路３３ｃに出力する。
なお、選択スイッチＳＷ１は、例えばレバーのような形状であり、該レバーを一方に動かす操作を行うことにより、ＯＦＦからＯＮ又はＯＮからＯＦＦとなる切り替え信号を出力する。

第１の撮像領域５ａの場合におけるその中心位置Ｐｏから最も遠い位置までの距離をＩｈａとすると、上記の切出により第２の撮像領域５ｂの場合におけるその中心位置Ｐｏから最も遠い位置までの距離はＩｈａからＩｈｂに変更される。
勿論、この場合Ｉｈａ＞Ｉｈｂとなる。また、切り出す場合には、デフォルトの設定状態においては、中心位置Ｐｏを同じとして、第１の撮像領域５ａの形状と相似形を保つように第２の撮像領域５ｂが切り出される。図２の場合には、第１の撮像領域５ａは、正方形であが、長方形でも良い。また、正方形の４隅を切り欠いて８角形の形状にしても良い。
なお、撮像面１８ｂを形成する各画素は、水平方向及び垂直方向に、画素ピッチＰが１．４μｍで配置されており、モニタ表示に有効な画素数は、例えば７０万画素レベルのものを採用している。

また、上記切替に連動して、第１の撮像領域５ａから第２の撮像領域５ｂに切り替えた場合には、第１の撮像領域５ａの場合の画角（視野角とも言う）Ａｖａに対して第２の撮像領域５ｂの場合の画角が小さくなる。なお、後述の数値データにおいては、切り出した場合の画素数は５８万画素レベルとした場合で示している。
このため、本実施形態においては、ＣＰＵ３６により形成した調整部３６ｅは、この切替に連動して、アクチュエータ駆動部３７を介して画角を調整する画角用レンズ２７を移動させる。そして、この調整部３６ｅは、切替前後において、第１の撮像領域５ａで撮像する場合の画角Ａｖａと、第２の撮像領域５ｂの場合の画角ＡＶｂとが５％以内で一致するように調整（制御）する。
このようにＣＣＤ１８の所定の撮像領域から一部の撮像領域を切り出し、所定の撮像領域内における中心位置Ｐｏから最も遠い位置までの距離を小さくなるように変更した場合には画角が小さくなるが、本実施形態においては調整部３６ｅにより画角用レンズ２７を移動して画角が小さくならないように調整する。

画角用レンズ２７を移動して画角が小さくならないように調整することにより、対物光学系１７の焦点距離は、調整前に比較して小さくなり、深度幅を大きくすることができる。
また、本実施形態においては、このように切替が行われた場合、ＣＰＵ３６は、切り替えられて設定された撮像領域の画像をモニタ５で表示するように画像処理部３３を制御し、切替前の表示サイズを維持するように制御する。
信号変換回路３３ａ、切出処理回路３３ｂを経た画像信号は、画像の移動及び／又は拡大を行う移動／拡大回路３３ｃに入力される。この移動／拡大回路３３ｃは、画像の移動を行う移動回路と、画像の拡大を行う拡大回路とを有する。この移動／拡大回路３３ｃを経た画像信号は、γ補正等を行う各種処理回路３３ｄを経てＤ／Ａ変換器３５に出力される。

上記移動／拡大回路３３ｃにおける拡大回路は、図２に示すように例えば第１の撮像領域５ａの画像をモニタ５に表示する通常の映像信号を生成する場合の表示サイズをＡとした場合、切り出された第２の撮像領域５ｂを、同じ表示サイズＡとなるように拡大する処理を行う。
また、上記移動／拡大回路３３ｃにおける移動回路は、中心位置Ｐｏを同じとしないで、非対称な形状で撮像領域を切り出すような選択を行った場合、モニタ５で表示する場合の表示位置を移動することができるようする。
なお、図１に示すように例えば操作部８には、第１の撮像領域５ａからその一部を切り出す撮像領域切出範囲を可変設定するスイッチＳＷ２が設けてある。ユーザは、このスイッチＳＷ２を操作することにより、撮像領域切出範囲を可変設定することができるようにしている。具体的には、デフォルトの設定では、例えば図２に示すように、第２の撮像領域５ｂが撮像領域切出範囲となる。

ユーザとしての術者は、デフォルトの第２の撮像領域５ｂの設定から切り出す撮像領域を変更したいと望む場合には、スイッチＳＷ２を操作することにより、ＣＰＵ３６を介して撮像領域切出範囲を増減することができるようにしている。術者は、スイッチＳＷ２を操作することにより、例えば図２の点線で示す撮像領域５ｃを、第２の撮像領域として変更設定することができる。
第２の撮像領域５ｂよりも小さい撮像領域５ｃに設定した場合には、画角用レンズ２７を移動して画角を切出前と同じように設定すると、対物光学系１７の焦点距離を、第２の撮像領域５ｂの場合より小さくでき、深度幅をより大きくできる。但し、画素数は第２の撮像領域５ｂの場合よりも小さくなる。
このような設定は、画像処理装置４において、術者が使用前の初期設定時に行うこともできる。また、スイッチＳＷ２が無くても、スイッチＳＷ１で可動範囲の切り替えの操作を行ったのと同時に、このスイッチＳＷ１の操作により撮像領域切出範囲を増減することができるように、スイッチＳＷ１に両機能を兼用させる構成にしても良い。

このように術者は、画素数と深度幅とを考慮して、撮像領域切出範囲を可変設定又は選択設定することができる。術者は、画素数と深度幅とから所望する方を優先して撮像領域切出範囲を設定することができる。
設定されている撮像領域切出範囲の情報は、図１に示すメモリ３８に格納される。また、撮像領域切出範囲に応じて、上述した画角用レンズ２７の移動量が変更され、メモリ３８には、撮像領域切出範囲と画角用レンズの移動量とを関連付ける情報が、ルックアップテーブル（ＬＵＴ）３８ａとして格納される。
ＣＰＵ３６の調整部３６ｅは、ＬＵＴ３８ａの情報を参照して画角用レンズ２７の移動量を制御する。なお、ＬＵＴ３８ａに、移動／拡大回路３３ｃにより拡大処理する場合の拡大率の情報も格納するようにしても良い。そして、移動／拡大回路３３ｃは、拡大率の情報を参照して、短時間に拡大の画像処理を行う。

図３は、先端部１１における対物光学系１７を含む撮像ユニット１９の構成例を示す。また、図４は、フォーカスレンズ２６，画角用レンズ２７を移動した場合の代表的な４つの焦点位置での対物光学系の断面図を示す。
図４（Ａ）に示すように対物光学系１７は、物体側から順に、フォーカスレンズ２６（Ｌ３）を含む前群Ｇ１、明るさ絞り（単に絞り）、後群Ｇ２で構成される。
前群Ｇ１は、凹レンズＬ１、凸レンズＬ２及びフォーカスレンズ２６（Ｌ３）で構成され、後群Ｇ２は、凸レンズＬ４、凸レンズＬ５と凹レンズＬ６との接合レンズで構成される。凸レンズＬ４は画角を調整する画角用レンズ２７である。また、後群Ｇ２の後方に光学素子Ｉ１，Ｉ２が配置され、光学素子Ｉ２の後面に接するようにモザイクカラーフィルタ１８ａを介してＣＣＤ１８の撮像面が配置される。
なお、図４（Ｂ）―（Ｄ）においては、符号を省略する。なお、後述する図１０（Ｂ）−図１０（Ｄ）、図１２（Ｂ）、図１２（Ｃ）でも同様である。
また、本実施形態における対物光学系１７の数値データを以下に示す。

第１の実施形態の数値データ
面番号曲率半径面間隔屈折率アッベ数
物体面 ∞ D0
1 ∞ 0.4 1.81991 44.36
2 1.2646 1.18
3 -1.7487 0.52 1.88815 40.76
4 -1.8479 D4
5 2.352 0.815 1.50349 56.42
6 3.0877 D6
7（絞り） ∞ 0.07
8 3.4714 1.22 1.48915 70.23
9 -3.1907 D9
10 3.2151 1.2 1.48915 70.23
11 -1.7375 0.3 1.93429 18.9
12 -3.7434 1.4175
13 ∞ 0.79 1.51825 64.14
14 ∞ 0.52 1.50801 60
（像面） ∞

第1焦点位置第2焦点位置第3焦点位置第4焦点位置
D0 28 14.7 6.25 5.08
D4 0.25 0.5 1.05 1.45
D6 0.843 0.593 0.643 0.243
D9 0.87 0.87 0.27 0.27
f 1.365 1.349 1.129 1.102
IH 1.284 1.284 1.082 1.082
画角(°) 128.9 129 129.8 131
深度幅(mm) 15.3〜100以上 10〜26 6.16〜13.7 3.93〜6.85
画素数７０万画素レベル５８万画素レベル
ピッチP 1.4μｍ
屈折率及びアッベ数は、ｅ線における値である。また、Ｄ０は物体面から対物光学系１７の第１面までの距離である。これらは、他の実施形態において共通である。

図３に示すように、レンズ枠４１ａに、前群Ｇ１のレンズＬ１，Ｌ２が取り付けられ、このレンズ枠４１ａに嵌合するレンズ枠４１ｂに、移動可能なフォーカスレンズＬ３（２６）、絞り、移動可能な画角用レンズＬ４（２７）、接合レンズＬ５，Ｌ６が取り付けられる。このレンズ枠４１ｂの後端側に嵌合するレンズ枠４１ｃに、光学素子Ｉ１，Ｉ２、ＣＣＤ１８が取り付けられている。
また、フォーカスレンズ２６及び画角用レンズ２７は、レンズ枠４１ｂの内周面に嵌合する可動レンズ枠４２ａ，４２ｂにそれぞれ取り付けられており、可動レンズ枠４２ａ，４２ｂは、レンズ枠４１ｂに設けた移動用溝４３ａ，４３ｂを貫通するアーム４４ａ，４４ｂに、例えば一体的に連結されている。そして、アーム４４ａ，４４ｂには、アクチュエータ４５ａ，４５ｂから突出するロッド４６ａ，４６ｂが連結されている。

アクチュエータ４５ａ，４５ｂは信号線４７ａ，４７ｂを介してアクチュエータ駆動部３７と接続される。
アクチュエータ４５ａ，４５ｂは、選択スイッチＳＷ１の操作により、ＣＰＵ３６の制御のもとでアクチュエータ駆動部３７から印加される駆動信号により、ロッド４６ａ，４６ｂの突出量を変化させる。そして、ロッド４６ａ，４６ｂの突出量の変化に応じてフォーカスレンズ２６及び画角用レンズ２７が光軸Ｏの方向に沿って移動する。
なお、ＣＣＤ１８の背面に接続された信号ケーブル２１は、ＣＣＤ駆動部２３と、ＣＤＳ回路３１とに接続される。

図５はアクチュエータ駆動部３７の構成例を示す。選択スイッチＳＷ１の操作に応じて、ＣＰＵ３６のオートフォーカス制御部３６ｂは、アクチュエータ駆動部３７を構成する駆動信号出力部５１ａに対して、駆動信号を出力（又は発生）させる。
この駆動信号は、第１電流制限回路５２ａ及び第２電流制限回路５２ｂの各出力端に（接点ａ，ｂがそれぞれ）接続された切替スイッチ５３を介してアクチュエータ４５ａを駆動する。なお、切替スイッチ５３は、選択スイッチＳＷ１の操作信号に応じて、制御部３６ｃが接点ａ又はｂをＯＮにするように切り替える。
選択スイッチＳＷ１により、遠点側の第１領域Ｒａが選択された場合には、駆動信号が第１電流制限回路５２ａ及び接点ａを介してアクチュエータ４５ａを駆動し、この遠点側の第１領域Ｒａで合焦させるようにフォーカスレンズ２６の移動範囲を第１の可動範囲Ｋａに制限する。

また、近点側の第２領域Ｒｂが選択された場合には、駆動信号が第２電流制限回路５２ｂ及び接点ｂを介してアクチュエータ４５ａを駆動し、この近点側の第２領域Ｒｂで合焦させるようにフォーカスレンズ２６の移動範囲を第２の可動範囲Ｋｂに制限する。
第１電流制限回路５２ａと第２電流制限回路５２ｂは、入力された駆動信号の電流値を制限する。具体的には、第１電流制限回路５２ａは、可動範囲における物体側に近い第１の可動範囲Ｋａ内のみで移動できるように第１の電流値以内に制限する。
一方、第２電流制限回路５２ｂは、可動範囲における物体から遠い、つまりＣＣＤ１８に近い第２の可動範囲Ｋｂ内のみで移動できるように第２の電流値以内に制限する。そして、駆動信号出力部５１ａ、第１電流制限回路５２ａ、第２電流制限回路５２ｂ及び切替スイッチ５３により制限部３７ａが形成される。
なお、アクチュエータ４５ａ，４５ｂは、図示しないバネなどの弾性部材によりそのロッド４６ａ，４６ｂの基準位置からの突出量が規制され、アクチュエータ４５ａ，４５ｂに印加する駆動信号の電流値の値に応じて、ロッド４６ａ，４６ｂの突出量を調整できるようにしている。

このようにフォーカスレンズ２６の可動範囲を複数、より具体的には２つの可動範囲Ｋａ，Ｋｂに制限することにより、自動でフォーカス制御する場合の誤動作を有効に防止することができる。また、各可動範囲Ｋａ，Ｋｂでのフォーカスレンズ２６の移動量を（制限しない場合よりも）小さくでき、オートフォーカスさせる速度を向上できる（換言すると短時間に合焦状態（フォーカス状態）に設定できる）。
また、アクチュエータ駆動部３７は、画角用レンズ２７を駆動する駆動信号を出力する駆動信号出力部５１ｂを有し、この駆動信号は、アクチュエータ４５ｂを駆動する。
この駆動信号は、選択スイッチＳＷ１により、第１の可動範囲Ｋａから第２の可動範囲Ｋｂ、又はその逆が選択された場合にのみ出力されるように、ＣＰＵ３６の調整部３６ｅにより制御される。

具体的には、フォーカスレンズ２６が第１の可動範囲Ｋａでフォーカスを行う場合には、画角用レンズ２７はその可動範囲における物体側の位置（第１の位置という）に設定され、フォーカスレンズ２６が第２の可動範囲Ｋｂでフォーカスを行う場合には、画角用レンズ２７はその可動範囲における物体から遠い方、つまりＣＣＤ１８側に近い位置（第２の位置）に設定される。
但し、撮像領域切出範囲が変更された場合には、変更された撮像領域切出範囲に応じて第２の位置への（画角用レンズ２７の）移動量が調整される。
上記のようにフォーカスレンズ２６の移動範囲を可動範囲Ｋに設定し、かつ第１の可動範囲Ｋａに制限した場合のフォーカス可能な範囲（領域）は、図６における第１領域Ｒａとなり、第２の可動範囲Ｋｂに制限した場合のフォーカス可能な範囲（領域）は、第２領域Ｒｂとなる。なお、第２領域Ｒｂは、物体に非常に近く近接した一部の領域を除くその後方側の領域となる。

そして、第１領域Ｒａと第２領域Ｒｂとにより、内視鏡検査の場合にフォーカスさせて観察することが必要とされる所定の距離範囲（物体距離範囲）としての合焦領域Ｒをカバーすることができるようにしている。
また、上述したようにＭＴＦが１０％以上となる距離範囲を深度幅と定義した場合、図６に示すように第１焦点位置に設定した場合には、（前述の数値データから分かるように）１００ｍｍ程度のかなり広い物体距離において実質的にフォーカスした深度幅、第２焦点位置に設定した場合には、１６ｍｍ程度の深度幅を有する。また、第３焦点位置に設定した場合には、ほぼ６ｍｍ程度の深度幅、第４焦点位置に設定した場合には、５ｍｍ程度の深度幅を有する。

そして、撮像ユニット１９を用いて任意の物体距離の被写体をフォーカスして観察する場合、手動により選択された第１領域Ｒａ又は第２領域Ｒｂ内の一方の領域内でフォーカスレンズ２６の移動によりオートフォーカスするように制限される。
このように、制限された一方の領域内において、オートフォーカス制御部３６ｂは、コントラスト検出部３６ａのコントラストを参照して、アクチュエータ駆動部３７を介してフォーカスレンズ２６を移動し、フォーカスレンズ２６を移動した場合の画像信号のコントラストがピークとなるフォーカス状態の焦点位置（合焦位置）に設定する。

本実施形態における焦点位置は、図６に示したように第１領域Ｒａにおいては第１焦点位置又は第２焦点位置に設定することにより、第１領域Ｒａにおける任意の物体距離の被写体を、かなり広い深度幅を持って観察することができる。また、第１焦点位置、第２焦点位置とは異なる焦点位置に設定して、観察することもできる。
また、第２領域Ｒｂにおいても第３焦点位置又は第４焦点位置に設定することにより、第２領域Ｒｂにおける被写体を、必要とされる深度幅を持って観察することができる。また、第３焦点位置、第４焦点位置とは異なる焦点位置に設定して、観察することもできる。
また、本実施形態においては、被写体を遠点側から近点側に合焦状態となるようにフォーカス制御を切り替え、かつ撮像領域を小さくして詳細に観察するような場合、画角用レンズ２７を移動して、画角が１３０°程度（数値データ参照）を維持するように制御する。
このように画角用レンズ２７により画角を維持することにより、画角を補正しない場合よりも、深度幅を拡大することができるようにしている。

このような構成による本実施形態の内視鏡装置１は、内視鏡２の先端部１１に対物光学系１７と固体撮像素子としてのＣＣＤ１８とにより構成される撮像ユニット１９を備え、所定の距離範囲内における任意の距離の被写体に対して、合焦状態となるように前記対物光学系１７中のフォーカスレンズ２６を移動して自動でフォーカス制御する内視鏡装置であって、前記所定の距離範囲内における前記被写体に対して自動でフォーカス制御する合焦領域Ｒを、少なくとも２つに制限する制限手段としての制限部３７ａと、前記制限手段に対し、制限された合焦領域を手動で選択する選択手段としての選択スイッチＳＷ１と、前記選択手段による合焦領域の選択と同時に、前記固体撮像素子の撮像面における撮像領域から一部の撮像領域を切り出し、前記固体撮像素子の撮像領域内における中心位置Ｐｏから最も遠い位置までの距離を変更する変更手段としての変更部３６ｄと、を備え、前記対物光学系１７における前記フォーカスレンズ２６とは別の移動用レンズとしての画角用レンズ２７を移動させることで、前記撮像ユニット１９の画角を前記変更手段による前記撮像領域の変更前後において、前記画角の変動が５％以内になるように設定することを特徴とする。

次に図７を参照して本実施形態の動作を説明する。
内視鏡装置１を図１に示すように設定し、電源を投入して内視鏡装置１を動作状態にする。最初のステップＳ１においてＣＰＵ３６は、初期設定の処理において、フォーカスレンズ２６をオートフォーカス制御を行う状態に設定する。
また、ＣＰＵ３６は、ステップＳ２に示すように初期状態として、選択スイッチＳＷ１がＯＦＦの設定状態であると設定又は判定し、フォーカスレンズ２６を第１の可動範囲内で遠点側を合焦領域とするようにオートフォーカス制御を行うようにする。

また、ＣＰＵ３６は、ステップＳ３に示すように第１の可動範囲に対応するように画角用レンズ２７を設定する。画角用レンズが第１の可動範囲に対応する位置に設定されている場合には、この処理を行わなくても良い。
また、ステップＳ２，Ｓ３の場合には、ＣＣＤ１８の撮像領域は、図２の第１の撮像領域５ａとなり、画像処理回路３３は第１の撮像領域５ａに対応する画像処理を行う（ステップＳ４）。この場合には、切出処理回路３３ｂは切出を行わないし、移動／拡大回路３３ｃも移動や拡大の処理を行わない通常の画像処理となる。そして、モニタ５には、所定の表示サイズで内視鏡画像が表示される。

図６に示すように第１の可動範囲内においては、代表的な焦点位置の状態としての第１焦点位置及び第２焦点位置の場合から分かるようにかなり広い（大きい）深度幅を確保できる。
このため、術者が内視鏡２を体腔内に挿入した場合、撮像ユニット１９は体腔内を広い深度幅で観察することができる状態に設定されるため、術者は病変の有無の振るい分け、つまりスクリーニングの検査を円滑に行うことができる。
術者は、病変の可能性がある部位を、詳細に観察しようと思う場合にはその部位に先端部１１を近づけ、選択スイッチＳＷ１を押す操作を行う。

ＣＰＵ３６は、ステップＳ５に示すように選択スイッチＳＷ１が操作されたか否かを監視しており、操作されていない（ステップＳ５＝Ｎｏ）と判定した場合には、ステップＳ６のオートフォーカス制御の処理を行い、ステップＳ５に戻る。ステップＳ６は、ステップＳ２の処理と同じであり、ステップＳ３，Ｓ４の処理は（既に行っているので）行わない。
一方、選択スイッチＳＷ１が操作された（ステップＳ５＝Ｙｅｓ）と判定した場合には、ステップＳ７においてＣＰＵ３６は、フォーカスレンズ２６を第２の可動範囲で移動させてオートフォーカス制御を行うように制御する。
また、このステップＳ７の処理に連動して、ステップＳ８においてＣＰＵ３６は、ＣＣＤ１８における（現在の撮像領域としての）第１の撮像領域５ａから第２の撮像領域５ｂとなるように撮像領域を切り出す制御を行う。

また、このステップＳ７の処理に連動して、ステップＳ９においてＣＰＵ３６は、画角用レンズ２７を移動させ、切り出した撮像領域に対応する画角が、切出前の画角に対して５％以内の変動幅となるよう（つまり画角が殆ど変化しないよう）に制御を行う。この処理により、深度幅を増大できる。
また、ステップＳ８の処理に連動して、ステップＳ１０において画像処理回路３３は、切出前と同じ表示サイズで内視鏡画像を表示する画像処理を行う。
ＣＰＵ３６からの制御信号により、画像処理部３３における切出処理部３３ｂは、第２の撮像領域５ｂの画像信号のみを抽出し、移動／拡大回路３３ｃに出力する。

移動／拡大回路３３ｃにおける拡大回路は、第２の撮像領域５ｂの画像信号に対して第１の撮像領域５ａの画像信号の場合と同じサイズの画像となるように画像を拡大し、後段側に出力する。
従って、モニタ５の表示面には、選択スイッチＳＷ１が切り替えられて、近点側の部位を観察する場合にも、表示サイズが変動することなく、かつ深度幅が増大された状態の内視鏡画像を観察することができる。
術者は、病変の可能性がある部位を近点側での観察により診断することを円滑に行うことができる。この診断を終了してスクリーニングを行う場合には、術者は選択スイッチＳＷ１を操作する。

ステップＳ１１に示すようにＣＰＵ３６は選択スイッチＳＷ１が操作されたか否かを監視しており、操作されていない（ステップＳ１１＝Ｎｏ）と判定した場合には、ステップＳ１２のオートフォーカス制御の処理を行い、その後ステップＳ１１に戻る。なお、ステップＳ１２のオートフォーカス制御はステップＳ７のオートフォーカス制御に相当し、ステップＳ８，Ｓ９、Ｓ１０の処理は（既に行っているので）行わない。
一方、選択スイッチＳＷ１が操作された（ステップＳ１１＝Ｙｅｓ）と判定した場合には、ステップＳ１３においてＣＰＵ３６は内視鏡２による観察（検査）を終了する指示がされたか否かを判定し、終了の指示がされていない場合（ステップＳ１３＝Ｎｏ）にはステップＳ２の処理に戻り、第１の可動範囲Ｋａでオートフォーカス制御を行う。

これに対して、ステップＳ１３において終了が指示された場合（ステップＳ１３＝Ｙｅｓには、ＣＰＵ３６は、内視鏡装置１の電源をＯＦＦにして図７の動作を終了する。
このように動作する本実施形態によれば、近点側で観察する場合、被写界深度を大きくして観察を行うことができる内視鏡装置を提供することができる。
また、フォーカスレンズ２６の移動により合焦状態に設定できる合焦領域を複数のうちの１つに制限するようにしているので、オートフォーカスし難い撮像条件の場合、例えば内視鏡画像におけるコントラスト変化が小さい（少ない）ような撮像状態や、電気メスなどの使用によりノイズが影響し易い撮像状態などの場合においても、大きく異なる位置にフォーカスさせてしまうような誤動作を有効に防止できる。
また、フォーカスレンズ２６の可動範囲を複数、具体的には２つに分割し、分割した可動範囲内で移動するように制限しているので、制限しない場合よりも移動量を小さくでき、短時間に合焦状態に設定できる、換言するとオートフォーカスの速度を向上できる。

従って、本実施形態の内視鏡装置１によれば、術者は内視鏡２を用いた観察、検査を円滑に行うことができる。
なお、上述の説明においては、スイッチＳＷ２の操作によって撮像領域を切り出す場合、撮像領域の中心を共通にして左右対称及び上下対称に切り出すこととしたが、以下のように非対称な形状で切り出す操作を行えるようにしても良い。
遠点側のフォーカス制御状態で図８に示すような内視鏡画像が得られた場合、術者は、例えば周辺側で下部側の部分Ｄを関心領域として、より見やすい状態で観察することを望む場合には、図１の操作部８に設けた切出用または切取用のデバイス５０を操作し、内視鏡画像上において切り出し用カーソルＣ１、Ｃ２により切出範囲Ｅを指定する。

このデバイス５０が操作された場合、その信号からＣＰＵ３６は、ＣＣＤ１８の撮像領域中において、切出範囲Ｅに対応する撮像領域を切り出す。そして、ＣＰＵ３６は、切出範囲Ｅに対応する撮像領域に対して、スイッチＳＷ２が操作された場合と類似した処理を行うように制御する。
画像処理部３３は、この切出範囲Ｅに対応する撮像領域を第２の撮像領域と見なして、モニタ５に、切出前と同じ表示サイズで表示するように画像処理を行う。
この場合、画像処理部３３は、切出前の画像の表示位置とは異なる位置に、切出範囲Ｅに対応する撮像領域の撮像画像を表示する画像処理手段を形成する。切出前の画像の表示位置とは異なる位置に表示するため、切出前の画像の表示位置とは異なる表示位置に移動する移動手段を形成するとも言える。

従って、この場合には、切出前と、表示位置が異なる位置（及び拡大サイズ）で切出範囲Ｅに対応する内視鏡画像が表示される。術者は、周辺側の関心領域の部分をモニタ５における表示領域の中央側に移動した状態で観察することができ、観察がし易くなる。
上述したように本実施形態においては、図６に示すような第１−第４焦点位置の他に、これらの焦点位置とは異なる焦点位置にフォーカスさせて観察することができる。
一方、このようなフォーカス制御の他に、図６に示すような第１−第４焦点位置のみでフォーカス制御を行うようにしても良い。

この場合には、図６に示すように、可動範囲が制限された１つの合焦領域内部において、フォーカスレンズ２６が設定される複数位置での対物光学系１７が合焦する合焦ゾーン（ＭＴＦが１０％以上となる深度幅のゾーン又は領域）が複数に細分される。
具体的には、遠点側と近点側とでそれぞれ２つの合焦ゾーンに細分される。最も遠点側における遠点側合焦ゾーンと、該遠点側合焦ゾーンに隣接する合焦ゾーンとのオーバーラップ量（重なり範囲）を、最も近点側における近点側合焦ゾーンと、該近点側合焦ゾーンに隣接する合焦ゾーンとのオーバーラップ量よりも大きくしている。

従って、特に遠点側で内視鏡２の先端側を移動しながら、オートフォーカス制御が作動した場合においても、移動に応じて合焦ゾーンが変化（移動）するが、合焦ゾーンのオーバラップ量が大きいため、合焦ゾーンが変化（移動）しても観察している主要部分がぼけることなく、オートフォーカス制御を行うことができる。
上述した図１の場合には、光源装置３は白色光を発生する光源装置であり、また白色光に対応して撮像ユニット１９は、色分離フィルタとしてのモザイクカラーフィルタ１８ａを備えたＣＣＤ１８を用いている。
これに対して、図９に示す光源装置３Ｂのように、面順次の照明光を出射する構成にしても良い。この光源装置３Ｂは、図１におけるランプ３ａと絞り３ｃとの間の光路中に回転フィルタ３ｅが配置されている。この回転フィルタ３ｅはモータ３ｆにより回転され、面順次の照明光をライトガイド１４に供給する。

この場合には、撮像ユニットは、色分離フィルタを有しないモノクロのＣＣＤ１８を用いる。また、この場合の画像処理装置は、図１の画像処理装置４において、画像処理部３３内の信号変換回路３３ａとして面順次のＲ，Ｇ，Ｂの画像信号から同時化し、輝度信号Ｙと色信号Ｃに変換する構成となる。
また、この場合には、上述した深度幅の定義が、以下のように若干異なる。固体撮像素子としてのＣＣＤ１８は、画素毎に輝度信号を生成可能とするモノクロの固体撮像素子で構成され、合焦状態となるように自動でフォーカスを制御する可動範囲Ｋに対し、固体撮像素子の水平方向及び垂直方向の画素ピッチをＰｍｍとした場合、対物光学系１７の光軸上における空間周波数１／（２ＸＰ）のＭＴＦが１０％以上となる範囲を深度幅としたときに、１つの合焦ゾーンの深度幅が１０ｍｍ以上を有し、かつ前記対物光学系１７の物体距離が１５ｍｍ以下となる範囲で、２つの可動範囲とする境界Ｂを設定する。

この場合の作用効果は、上述した色分離フィルタを備えたＣＣＤ１８を用いた場合と同様である。
また、図６に示すように第１領域Ｒａにおいては、対物光学系１７を合焦状態に設定する複数の合焦位置（又は焦点位置）として第１焦点位置と第２焦点位置に設定する情報と、第２領域Ｒｂにおいては、対物光学系１７を合焦状態に設定する複数の合焦位置（又は焦点位置）として第３焦点位置と第４焦点位置に設定する情報とを予め格納するようにしても良い。
例えば図１に示すメモリ３８内の焦点位置設定情報格納部３８ｂに、対物光学系１７を第１焦点位置−第４焦点位置にそれぞれ設定する場合のフォーカスレンズ２６の駆動信号値等の情報を格納（記憶）する。
そして、上述した通常のオートフォーカスモード（第１のオートフォーカスモード）の他に、第１焦点位置−第４焦点位置の位置のみで簡略的にオートフォーカスさせる第２のオートフォーカスモードを用意し、術者は２つのオートフォーカスモードから一方を利用してオートフォーカスさせるようにしても良い。

（第２の実施形態）
次に本発明の第２の実施形態を説明する。本実施形態は、第１の実施形態の撮像ユニット１９を構成する対物光学系１７とは若干異なる対物光学系１７Ｂを用いた場合の実施形態である。
従って、本実施形態の内視鏡装置は、対物光学系１７Ｂが対物光学系１７と異なる以外は、図１の内視鏡装置１の構成と同じである。
図１０（Ａ）に示すように本実施形態における対物光学系１７Ｂは、図４（Ａ）に示した対物光学系１７と比較すると、前群Ｇ１における凸レンズＬ２が平板の光学素子Ｌ２に変更されている。
なお、図１０（Ａ）から図１０（Ｄ）は、代表的な焦点位置状態としての第１焦点位置、第３焦点位置、第４焦点位置及び第５焦点位置での断面図を示す。

また、図１１は、上記各焦点位置での物体距離に対する解像力の特性例を示す。
また、本実施形態における数値データを以下に示す。

番号曲率半径面間隔屈折率アッベ数
物体面 D0
1 ∞ 0.4 1.88815 40.76
2 1.1238 0.76
3 ∞ 0.62 1.51965 75
4 ∞ D4
5 1.2768 0.55 1.88815 40.76
6 1.4194 D6
７（絞り） ∞ 0.11
8 2.7182 1.09 1.48915 70.23
9 -2.7182 D9
10 4.7991 1.49 1.77621 49.6
11 -2.0966 0.34 1.93429 18.9
12 -8.0131 0.988
13 ∞ 0.95 1.51825 64.14
14 ∞ 0.75 1.61379 50.2
（像面） ∞

第1焦点位置第2焦点位置第3焦点位置第4焦点位置第5焦点位置
D0 24.3 18.5 12.3 6.63 4.12
D4 0.14 0.17 0.23 0.14 0.3
D6 0.68 0.65 0.59 1.13 0.97
D9 1.17 1.17 1.17 0.72 0.72
f 1.477 1.473 1.464 1.236 1.223
IH 1.346 1.346 1.346 1.126 1.126
画角(°) 135.29 134.85 134.03 134.25 132.19
深度幅(mm) 13.3〜100以上 11.2〜47 8.44〜21.3 4.84〜9.95 3.24〜5.44
ヒ゜ッチP 2.5μm
本実施形態は、第１の実施形態の場合よりも、より物体側に接近させて合焦状態で観察することができる。その他、本実施形態は、第１の実施形態と同様の効果を有する。

（第３の実施形態）
次に本発明の第３の実施形態を説明する。本実施形態は、第１の実施形態の撮像ユニット１９を構成する対物光学系１７とは若干異なる対物光学系１７Ｃを用いた場合の実施形態である。従って、本実施形態の内視鏡装置は、対物光学系１７Ｃが対物光学系１７と異なる以外は、図１の内視鏡装置１の構成と同じである。
本実施形態における対物光学系１７Ｃを図１２（Ａ）に示す。なお、図１２（Ａ）−図１２（Ｃ）は、本実施形態における代表的な焦点位置状態としての第１焦点位置、第２焦点位置、及び第３焦点位置での断面図を示す。
また、本実施形態では、後群Ｇ２全体を画角用レンズ２７としている。

また、図１３は、上記の代表的な焦点位置での物体距離に対する解像力の特性例を示す。
また、本実施形態における数値データを以下に示す。

面番号曲率半径面間隔屈折率アッベ数
物体面 ∞ D0
1 ∞ 0.4 1.88815 40.76
2 1.1304 0.7
3 -2.1255 0.6 1.86207 20.4
4 -2.3077 D4
5 10.083 0.63 1.58065 37.1
6 17.2097 D6
７（絞り) ∞ 0.05
8 3.7832 0.8 1.60676 47.2
9 -3.1897 0.77
10 6.9093 1.2 1.61885 59.55
11 -1.3 0.35 1.92463 21.2
12 -3.3547 D12
13 ∞ 2 1.51825 64.14
（像面） ∞

第1焦点位置第2焦点位置第3焦点位置
D0 23.4 13.3 7
D4 0.2 0.65 0.65
D6 1.2 0.75 0.4
D12 1.448 1.448 1.798
深度幅(mm) 11〜100以上 7.9〜35 5.2〜10.1
画角(°) 130.6 130.8 129.6
IH 1.17 1.17 1.33
ヒ゜ッチP 1.7μm
本実施形態は、図１３における例えば、第３焦点位置に設定した場合の特性から分かるように近点側での解像力を向上した構成にしている。その他、本実施形態は、第１の実施形態とほぼ同様の効果を有する。

（第４の実施形態）
次に本発明の第４の実施形態を説明する。上述した第１−第３実施形態においては、近点側において深度幅を大きくして観察できるようにしている。これに対して、本実施形態においては、近点側において、高解像度で観察できるようにするものである。
図１４は、本実施形態の内視鏡装置１Ｄを示す。この内視鏡装置１Ｄは、図１に示す第１の実施形態の内視鏡装置１において、ＣＣＤ１８の代わりに画素ピッチがより大きいＣＣＤ１８Ｄを採用している。また遠点側から近点側への切替の場合に対して、図１５で説明するように第１の実施形態等の場合の撮像領域の切替が異なり、高画素に切り替える。

また、本内視鏡装置１Ｄにおいては、図１の画像処理装置４における移動／拡大回路３３ｃの代わりに、縮小回路３３ｅを採用している。
また、本実施形態における変更部３６ｄは、選択手段としての選択スイッチＳＷ１による手動での近点側合焦領域の選択と同時に、固体撮像素子としてのＣＣＤ１８Ｄの撮像面１８ｂにおける撮像領域を大きくすることで、その撮像領域内における中心位置Ｐｏから最も遠い位置までの距離を変更する。
また、調整部３６ｅは、対物光学系１７Ｄにおけるフォーカスレンズ２６とは別の画角用レンズ２７を移動させることで、変更部３６ｄによる撮像領域の変更前後において、画角の変動が５％以内になるように設定又は調整する。その他、本内視鏡装置１Ｄは図１の内視鏡装置１と同様の構成である。

図１５は、本実施形態におけるＣＣＤ１８Ｄの撮像面１８ｂにおける撮像領域を示す。本実施形態においては、遠点側での実際に内視鏡画像として表示するのに使用される撮像領域は、ＣＣＤ１８Ｄの全撮像領域よりも狭い、第１の撮像領域５ｄに設定されている。
そして、近点側でオートフォーカスするように切り替えられた場合、変更部３６ｄは、第１の撮像領域５ｄからより画素数が大きい第２の撮像領域５ｅに、（実際に内視鏡画像として表示するのに使用される）撮像領域を変更又は切り替える。
第１の撮像領域５ｄの場合におけるその中心位置Ｐｏから最も遠い位置までの距離はＩｈｄ、第２の撮像領域５ｅの場合におけるその中心位置Ｐｏから最も遠い位置までの距離はＩｈｄからＩｈｅに変更される。

また、調整部３６ｅは、この変更（切替）に連動して、上記のように画角用レンズ２７を移動させ、撮像領域の変更前後において、その画角の変動が５％以内になるように設定又は調整する。
なお、図１５においてはデフォルト設定の場合の第２の撮像領域５ｅを示しており、スイッチＳＷ２の操作により、第２の撮像領域５ｅとして、撮像面１８ｂ全体を撮像領域とするように設定することもできる。
また、画像処理部３３における縮小回路３３ｅは、拡大した撮像領域としての第２の撮像領域５ｅの画像信号に対して、第１の撮像領域の場合の画像サイズと同じサイズとなるように縮小する画像処理を行い、後段側に出力する。そして、モニタ５には、切替前後で表示サイズが同じ状態の内視鏡画像が表示される。
この場合、実際に内視鏡画像として表示するのに利用される画素数は、近点側への切替により増大されるので、術者は、近点側をより高解像度で観察することができる。なお、深度幅の定義は第１の実施形態と同様である。

本実施形態の内視鏡装置１Ｄは、内視鏡２の先端部１１に対物光学系１７と固体撮像素子としてのＣＣＤ１８Ｄにより構成される撮像ユニット１９を備え、所定の距離範囲内における任意の距離の被写体に対して合焦状態となるように前記対物光学系１７中のフォーカスレンズ２６を移動して自動でフォーカス制御する内視鏡装置であって、前記所定の距離範囲内における前記被写体に対して自動でフォーカス制御する合焦領域を、少なくとも２つに制限する制限手段としての制限部３７ａと、前記制限手段に対し、制限された合焦領域を手動で選択する選択手段としての選択スイッチＳＷ１と、前記選択手段による合焦領域の選択と同時に、前記固体撮像素子の撮像面における撮像領域を大きくすることで、前記固体撮像素子の撮像領域内における中心位置Ｐｏから最も遠い位置までの距離を変更する変更手段としての変更部３６ｄと、を備え、前記対物光学系１７における前記フォーカスレンズ２６とは別の移動用レンズとしての画角用レンズ２７を移動させることで、前記撮像ユニット１９の画角を前記変更手段による前記撮像領域の変更前後において、前記画角の変動が５％以内になるように設定することを特徴とする。

このような構成及び上述した動作を有する本実施形態によれば、近点側の患部等を高解像度の状態にして観察を行うことができる内視鏡装置１Ｄを提供することができる。
本実施形態は、第１の実施形態の対物光学系１７を用いた場合で説明したので、合焦ゾーンの重なり等に関しても第１の実施形態で説明した場合と同様の特性を有する。
なお、本実施形態として第１の実施形態の対物光学系１７を用いた場合に限定されるものでなく、第２，第３の実施形態の対物光学系を採用しても良い。
また、上述した実施形態及び変形例等を部分的に組み合わせて構成される実施形態も本発明に属する。例えば、第４の実施形態において、ＣＣＤ１８Ｄとして色分離フィルタを有しないモノクロのＣＣＤを採用しても良い。

１…内視鏡装置、２…内視鏡、３…光源装置、４…画像処理装置、５…モニタ、７…挿入部、１１…先端部、１７…対物光学系、１８…ＣＣＤ、１９…撮像ユニット、２６…フォーカスレンズ、２７…画角用レンズ、３３…画像処理部、３３ｂ…切出処理回路、３３ｃ…移動／拡大回路、３６…ＣＰＵ、３６ｂ…オートフォーカス制御部、３６ｃ…制御部、３６ｄ…変更部、３６ｅ…調整部、３７…アクチュエータ駆動部、３７ａ…制限部、３８…メモリ

Claims

内視鏡の先端部に対物光学系と固体撮像素子とにより構成される撮像ユニットを備え、所定の距離範囲内における任意の距離の被写体に対して合焦状態となるように前記対物光学系中のフォーカスレンズを移動して自動でフォーカス制御する内視鏡装置において、
前記所定の距離範囲内における前記被写体に対して自動でフォーカス制御する合焦領域を、少なくとも２つに制限する制限手段と、
前記制限手段に対し、制限された合焦領域を手動で選択する選択手段と、
前記選択手段による合焦領域の選択と同時に、前記固体撮像素子の撮像面における撮像領域から一部の撮像領域を切り出し、前記固体撮像素子の撮像領域内における中心位置から最も遠い位置までの距離を変更する変更手段と、
を備え、
前記対物光学系における前記フォーカスレンズとは別の移動用レンズを移動させることで、前記変更手段による前記撮像領域の変更前後において、前記撮像ユニットの画角の変動が５％以内になるように設定することを特徴とする内視鏡装置。
前記撮像領域を切り出す前後で表示サイズが変わらないように画像処理を行う画像処理手段を有することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
前記制限された１つの合焦領域内において、前記対物光学系が合焦する合焦ゾーンが複数に細分され、最近接合焦ゾーンから遠点側合焦ゾーンにいくにつれ、各合焦領域における合焦ゾーン同士の重なりが大きくなることを特徴とする請求項２に記載の内視鏡装置。
前記固体撮像素子は、画素毎に色分離フィルタが配されたカラー撮像用の固体撮像素子で構成され、
前記制限手段は、前記合焦状態となるように自動でフォーカス制御する可動範囲に対し、前記固体撮像素子の水平方向の画素ピッチをＰｍｍとした場合、前記対物光学系の光軸上における空間周波数１／（３ＸＰ）のＭＴＦが１０％以上となる範囲を深度幅としたときに、１つの合焦ゾーンの深度幅が５ｍｍ以上を有し、かつ前記対物光学系の物体距離が１５ｍｍ以下となる範囲で、少なくとも１つの合焦領域の境界を設定することを特徴とする請求項３に記載の内視鏡装置。
前記固体撮像素子は、画素毎に輝度信号が生成される固体撮像素子で構成され、前記制限手段は、前記合焦状態となるように自動でフォーカス制御する可動範囲に対し、固体撮像素子の水平方向の画素ピッチをＰｍｍとした場合、対物光学系の光軸上における空間周波数１／（２ＸＰ）のＭＴＦが１０％以上となる範囲を深度幅としたときに、１つの合焦ゾーンの深度幅が５ｍｍ以上を有し、かつ前記対物光学系の物体距離が１５ｍｍ以下となる範囲で、少なくとも１つの合焦領域の境界を設定することを特徴とする請求項３に記載の内視鏡装置。
物体側から順に、負の屈折力の前群、明るさ絞り、正の屈折力の後群で構成され、前記前群が凹レンズ及び凸レンズで構成され、前記後群が、凸レンズ及び接合レンズで構成され、前記画角を調整する移動用レンズが、前記後群中の前記凸レンズであることを特徴とする請求項１から５記載の内視鏡装置。
内視鏡の先端部に対物光学系と固体撮像素子とにより構成される撮像ユニットを備え、所定の距離範囲内における任意の距離の被写体に対して合焦状態となるように前記対物光学系中のフォーカスレンズを移動して自動でフォーカス制御する内視鏡装置において、
前記所定の距離範囲内における前記被写体に対して自動でフォーカス制御する合焦領域を、少なくとも２つに制限する制限手段と、
前記制限手段に対し、制限された合焦領域を手動で選択する選択手段と、
前記選択手段による合焦領域の選択と同時に、前記固体撮像素子の撮像面における撮像領域を大きくすることで、前記固体撮像素子の撮像領域内における中心位置から最も遠い位置までの距離を変更する変更手段と、
を備え、
前記対物光学系における前記フォーカスレンズとは別の移動用レンズを移動させることで、前記変更手段による前記撮像領域の変更前後において、前記撮像ユニットの画角の変動が５％以内になるように設定することを特徴とする内視鏡装置。
前記制限された１つの合焦領域内部において、前記対物光学系が合焦する合焦ゾーンが複数に細分され、最近接合焦ゾーンから遠点側合焦ゾーンにいくにつれ、各合焦領域における合焦ゾーン同士の重なりが大きくなることを特徴とする請求項７に記載の内視鏡装置。
前記固体撮像素子は、画素毎に色分離フィルタが配されたカラー撮像用の固体撮像素子で構成され、
前記制限手段は、前記合焦状態となるように自動でフォーカス制御する可動範囲に対し、固体撮像素子の水平方向の画素ピッチをＰｍｍとした場合、前記対物光学系の光軸上における空間周波数１／（３ＸＰ）のＭＴＦが１０％以上となる範囲を深度幅としたときに、１つの合焦ゾーンの深度幅が１０ｍｍ以上を有し、かつ前記対物光学系の物体距離が１５ｍｍ以下となる範囲内において、少なくとも１つの合焦領域の境界を設定することを特徴とする請求項８に記載の内視鏡装置。
前記固体撮像素子は、画素毎に輝度信号が生成される固体撮像素子で構成され、
前記制限手段は、前記合焦状態となるように自動でフォーカス制御する可動範囲に対し、固体撮像素子の水平方向の画素ピッチをＰｍｍとした場合、対物光学系の光軸上における空間周波数１／（２ＸＰ）のＭＴＦが１０％以上となる範囲を深度幅としたときに、１つの合焦ゾーンの深度幅が１０ｍｍ以上を有し、かつ前記対物光学系の物体距離が１５ｍｍ以下となる範囲で、少なくとも１つの合焦領域の境界を設定することを特徴とする請求項８に記載の内視鏡装置。
物体側から順に、負の屈折力の前群、明るさ絞り、正の屈折力の後群で構成され、前記前群が凹レンズ及び凸レンズで構成され、前記後群が、凸レンズ及び接合レンズで構成され、前記画角を調整する移動用レンズが、前記後群中の前記凸レンズであることを特徴とする請求項８に記載の内視鏡装置。