JP4059560B2

JP4059560B2 - Endoscope device

Info

Publication number: JP4059560B2
Application number: JP11532298A
Authority: JP
Inventors: 正宏工藤
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1998-04-24
Filing date: 1998-04-24
Publication date: 2008-03-12
Anticipated expiration: 2018-04-24
Also published as: JPH11299727A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内視鏡下の手術で使用される内視鏡装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、処置具と内視鏡とが、それぞれ個別に患者の体腔内に挿入され、体腔内に挿入された処置具の先端部分の画像を内視鏡の観察視野内に捉え、処置具による患部の処置状態を内視鏡によって観察しながらその処置作業を行なう内視鏡下の手術が知られている。この手術では、術者は両手に処置具を持って処置を行なうため、助手が内視鏡を持ち、術者の指示に従って手術のしやすい視野が得られるように、内視鏡の保持位置を変更している。
【０００３】
しかし、この内視鏡の操作には習熟が必要であるため、なかなか術者の望む視野が得られず、手術が円滑に進行しないという問題がある。これを解決するものとして、本出願人は特開平９−２８６６３号公報の内視鏡装置を出願している。この内視鏡装置は、内視鏡の撮像光学系の一部分をアクチュエータで移動することによって、内視鏡の画像の撮像範囲を変更する構成にしたものである。このアクチュエータの移動は、術者の手元にあるスイッチ等によって可能であり、術者は自分の操作で思い通りの視野を得ることができる。
【０００４】
また、同じ目的を持つものとして、特開平６−３０８９６号公報に開示された装置がある。こちらは内視鏡をロボットアームで保持し、移動することにより、内視鏡の視野方向を変換する構成にしたものである。しかしながら、この装置ではロボットアームに術者や、患者や、周辺機器などが干渉する恐れがある。また、ロボットアームの意図しない動作によって、内視鏡の動きが不安定になる恐れがある。さらに、ロボットおよびその周辺機器等の大型な装置を内視鏡の外部に配置する必要があるため、装置全体の運搬、滅菌等の作業が不便である。
【０００５】
なお、本出願人が出願した上記構成の内視鏡装置では、内視鏡を支持アームに固定したままの状態で内視鏡の視野方向の変換を行なうことが可能である。また、内視鏡の視野変換のための機構も特開平６−３０８９６号公報の装置に比べてコンパクトであり、上記のような問題点はない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
特開平９−２８６６３号公報の装置では、内視鏡で得られた画像をＴＶカメラ内のズームレンズによって拡大し、その一部分を撮像素子によって捕らえ、撮像素子をその平面方向に移動させて撮像部位を変えることでモニタに表示される内視鏡像の視野を変換している。さらに、ズームレンズを移動させることにより、観察像の変倍、すなわち内視鏡像の拡大／縮小観察を行なうことができる。
【０００７】
しかしながら、この機構においては、ＴＶカメラ内のズームレンズのみを駆動して内視鏡像のズームを行なうようにしているので、撮像素子の中心位置が撮像光学系の中心位置に配置されていない場合には、ズーム動作前には画面の中心位置に配置されていた観察対象がズーム動作中に徐々にずれてしまう問題がある。
【０００８】
すなわち、撮像光学系と観察対象とが静止している状態において、撮像光学系中心を基準とした座標系を考えたとき、ズーム動作後の観察対象の座標値はズーム動作前の座標値にズームの変化率を掛けたものになる。よって、ズーム動作の前後で同じ観察対象をモニタ画面の中心位置に捕らえるためには、ズーム動作と同時に撮像素子も動作させることが必要である。
【０００９】
なお、画像のズーム動作は、画角の変化速度が一定であると人間のズーミングの感覚とより合致する。ここで、画角の変化速度が一定であるということは、具体的にはズーム倍率が１倍から２倍になる時間と、２倍から４倍になる時間が同じということである。
【００１０】
上述のように画角の変化速度を一定にする光学系では、焦点距離（ズーム倍率）とズームレンズ位置（ズームレンズ駆動用外筒部材の回転角）との関係は図５（Ａ）の如く非線型となる。この画角変化速度を一定にするためには、ズームレンズを一定速度で移動することが必要である。そして、その時の撮像素子の移動は、この非線型なズーム倍率に対応した軌跡をたどることが必要である。すなわち、この非線型軌跡を実現するためには撮像素子の移動の加減速動作が必要である。
【００１１】
しかし、ズームレンズのズーム動作は決まった位置（ズーム倍率）の間の反復動作ではなく、スイッチ操作で任意の位置で動作を停止させることができる。ここで、ズーム動作範囲の中の任意の位置で動作が停止した場合、再度ズーム動作を開始する際には、その都度、撮像素子の移動の非線型軌跡動作を実現するための加減速パターンを算出する必要がある。この処理は複雑であることから時間がかかる上、この加減速パターンを実現するための専用ＩＣが必要となり、コスト高になる問題がある。
【００１２】
本発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的は、撮像光学系の一部を移動させて視野変換を行なうことのできる内視鏡装置において、ズーム動作時における観察対象の位置ずれを補正するための撮像素子の移動を、簡単な処理で、専用のＩＣを使用することなしに実現することができる内視鏡装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は患者の体腔内に挿入される内視鏡と、上記内視鏡に連結されるＴＶカメラとを具備し、上記ＴＶカメラに、上記内視鏡の観察像を撮像する撮像手段と、上記観察像の変倍を行なう変倍光学系と、上記撮像手段の撮像範囲を移動させる撮像範囲移動手段と、上記変倍光学系を移動させる変倍光学系移動手段とが設けられ、かつ上記変倍光学系移動手段および上記撮像範囲移動手段の動作を制御する視野移動制御手段と、上記変倍光学系移動手段と上記撮像範囲移動手段の動作指令を行なう動作指令入力手段とを備えた内視鏡装置において、上記ＴＶカメラの変倍光学系に、その焦点距離の変化が画角の変化速度を一定とするように構成された画角変化制御手段を設けるとともに、上記視野移動制御手段に、上記変倍光学系の１回の移動操作時における上記変倍光学系移動手段および上記撮像範囲移動手段のそれぞれの動作を複数に分割し、各分割動作毎に上記変倍光学系の変倍率に応じて上記撮像範囲移動手段の移動量と移動速度とを算出して制御する動作分割手段を設けたことを特徴とする内視鏡装置である。
そして、ＴＶカメラの変倍光学系の画角変化制御手段によってその焦点距離の変化が画角の変化速度を一定とするとともに、視野移動制御手段の動作分割手段によって変倍光学系の１回の移動操作時における変倍光学系移動手段および撮像範囲移動手段のそれぞれの動作を複数に分割し、各分割動作毎に変倍光学系の変倍率に応じて撮像範囲移動手段の移動量と移動速度とを算出して制御するようにしたものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施の形態を図１（Ａ），（Ｂ）乃至図１２を参照して説明する。図１（Ａ）は本実施の形態の内視鏡装置全体の概略構成を示すものである。図１（Ａ）中で、１は患者の体腔内に挿入される硬性内視鏡としてのスコープ、２はこのスコープ１を移動可能に保持する関節構造のスコープ保持具である。
【００１５】
ここで、スコープ１には細長い挿入部１ａと、この挿入部１ａの基端部に連結された接眼部５とが設けられている。そして、スコープ１の挿入部１ａは予め患者の体腔内に刺入されたトラカール３に挿通され、体腔内を観察するように体腔内に挿入されている。なお、スコープ１の光学系には歪み除去レンズ（図示せず）が設けられている。
【００１６】
また、スコープ１の接眼部５にはＴＶカメラ４が取り付けられている。このＴＶカメラ４の内部には、固体撮像素子であるＣＣＤ（撮像手段）６と、ズームレンズ（変倍光学系）７と、ＣＣＤ６をズームレンズ７の光軸方向とは直交する方向に移動するＣＣＤ移動機構（撮像範囲移動手段）８とが内蔵されている。さらに、ＴＶカメラ４のケーシング４ａの外面には、原点復帰スイッチ９、視野拡大（ＴＥＬＥ）スイッチ１０ａ、広角観察（ＷＩＤＥ）スイッチ１０ｂが設けられている。
【００１７】
またＴＶカメラ４には、視野変換制御装置（視野移動制御手段）１１およびＣＣＵ（カメラコントロールユニット）１２が接続されている。ここで、視野変換制御装置１１には、上下左右方向への視野変換と、視野拡大・広角観察の切換え操作を行なう操作スイッチが接続される。この操作スイッチには患者の体腔内にスコープ１とは別の場所から挿入される鉗子１４のハンドル部１４ａに取り付けられるハンドスイッチ１５や、図示しないフットスイッチや、リモコンなどがある。また、操作スイッチと同様の機能を有する音声認識装置（図示せず）も、視野変換制御装置１１に接続される。なお、鉗子１４の代わりにレーザープローブ、縫合器、電気メス、持針器、超音波吸引器等の処置具が挿入されても、何等作用に変わりはない。
【００１８】
また、図２に示すように、視野変換制御装置１１のフロントパネル部１６には、上下左右の視野変換スイッチ１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄと、視野拡大（ＴＥＬＥ）、広角観察（ＷＩＤＥ）を行なうスイッチ１８ａ，１８ｂと、原点復帰スイッチ１９が設けられている。
【００１９】
さらに、このフロントパネル部１６には、これらのスイッチの他にＴＶカメラ４との接続を行なうためのモータケーブルレセプタクル２０と、操作スイッチとの接続を行なうためのスイッチケーブルレセプタクル２１ａ，２１ｂ，２１ｃが設けられている。
【００２０】
また、ＣＣＵ１２には、例えばＴＶモニタ、ＨＭＤ（ＨＥＡＤＭＯＵＮＴＥＤＤＩＳＰＬＡＹ：頭部装着型ディスプレイ）等の表示モニタ１３が接続されている。
【００２１】
また、図３はＴＶカメラ４の内部構成を示すものである。このＴＶカメラ４にはスコープ１の接眼部５が着脱可能に連結されるスコープ着脱部２２が設けられている。このスコープ着脱部２２にはスコープ１の接眼部５が嵌合される略円筒状の嵌合部２３が設けられている。この嵌合部２３の筒内にはスコープ１の接眼部５が嵌合され、これによってスコープ１の光軸とＴＶカメラ４の光軸とを正確に合わせることができるようになっている。
【００２２】
また、ＴＶカメラ４のケーシング４ａ内にはフォーカス機構４１と、ズームレンズ７の駆動機構であるズーム機構（変倍光学系移動手段）４２と、ＣＣＤ移動機構８とが装着されている。ここで、フォーカス機構４１には、フォーカスリング２６と、カム溝２７を有する円筒カム２８と、フォーカシングレンズ２９と、このフォーカシングレンズ２９のレンズ枠２９ａに取り付けられたフォーカスピン３０とが設けられている。そして、このフォーカス機構４１はフォーカスリング２６を回転させることにより、円筒カム２８のカム溝２７によってフォーカスピン３０がＴＶカメラ４の光軸方向に沿って前後に移動され、フォーカシングレンズ２９がＴＶカメラ４の光軸方向に沿って前後に移動される構成になっている。
【００２３】
また、ズーム機構４２には、円筒状の外筒部材４２ａと、この外筒部材４２ａの内部に配設された内筒部材４２ｂと、大径な第１のレンズ枠４２ｃと、小径な第２のレンズ枠４２ｄとが設けられている。ここで、外筒部材４２ａの後端部には外方向に突出されたフランジ状の屈曲部３１が形成されている。この屈曲部３１の外周面には歯車３２が形成されている。この歯車３２には、遮光板３３が図４に示す様に取り付けられている。
【００２４】
また、内筒部材４２ｂには２つのカム溝３４ａ，３４ｂが形成されている。ここで、一方のカム溝３４ａには第１のレンズ枠４２ｃの外周面に突設されたカムピン３６ａが係合され、他方のカム溝３４ｂには第２のレンズ枠４２ｄの外周面に突設されたカムピン３６ｂが係合されている。
【００２５】
さらに、第１のレンズ枠４２ｃの前端部には複数のレンズからなる前部レンズ群３５ａが装着されている。また、第２のレンズ枠４２ｄには複数のレンズからなる後部レンズ群３５ｂが装着されている。そして、ＴＶカメラ４のズームレンズ７はこれらの前部レンズ群３５ａと後部レンズ群３５ｂとによって構成されている。
【００２６】
また、ＴＶカメラ４の内部にはズーム機構４２の電動回転機構４２ｅが設けられている。この電動回転機構４２ｅには図４に示すようにステッピングモータ３８と、このモータ３８のモータ軸に固定されたピニオンギア３９と、減速ギア３７とが設けられている。ここで、減速ギア３７には同軸上に大径ギア３７ａと、小径ギア３７ｂとが固定されている。そして、この減速ギア３７の大径ギア３７ａはピニオンギア３９に噛合され、小径ギア３７ｂは外筒部材４２ａの歯車３２に噛合されている。なお、歯車３２に取り付けられた遮光板３３によって規制される外筒部材４２ａの回転範囲の端部にフォトインタラプタ４０が配設されている。
【００２７】
そして、ズーム機構４２の動作時には電動回転機構４２ｅのステッピングモータ３８の回転が減速ギア３７により減速された状態で歯車３２に伝わり、外筒部材４２ａが回転駆動される。このときの外筒部材４２ａの回転により、カムピン３６ａ，３６ｂがカム溝３４ａ，３４ｂにガイドされながらそれぞれＴＶカメラ４の光軸方向に沿って進退動作する。これにより、第１のレンズ枠４２ｃの前部レンズ群３５ａと、第２のレンズ枠４２ｄの後部レンズ群３５ｂとの相対的な位置が変化し、ＴＶカメラ４のズーム倍率が可変される。
【００２８】
この外筒部材４２ａの回転角と、ＴＶカメラ４のズーム倍率との関係は、図５（Ａ）に示すような曲線となるように、カム溝３４ａ，３４ｂが形成されている。この曲線は、ズーミング動作時における人間の操作感覚と合致するものである。その操作感覚とは、画角の変化速度が一定ということ、すなわち、ズーム倍率が１倍から２倍になる時間と、２倍から４倍になる時間とが同じということである。よって、外筒部材４２ａを一定速度で回転させることで、違和感のないズーム動作が得られる。これにより、ＴＶカメラ４のズーム機構４２に、その焦点距離の変化が画角の変化速度を一定とするように構成された画角変化制御手段３４が形成されている。
【００２９】
さらに、初期化動作時には歯車３２に取り付けられた遮光板３３の位置をフォトインタラプタ４０で検出することで、ズーム機構４２の基準位置が検出され、ズームの動作範囲を設定する。その後、ステッピングモータ３８に送られるパルス数によってズーム機構４２の外筒部材４２ａの回転角および対応するズーム倍率が設定される。
【００３０】
また、図６（Ａ），（Ｂ）および図７はＴＶカメラ４に設けられたＣＣＤ移動機構８を示すものである。このＣＣＤ移動機構８には略矩形枠状のベース板４３が設けられている。
【００３１】
このベース板４３上にはＴＶカメラ４の光軸に対し垂直面内でＸ方向（図６（Ａ）中で、左右方向）に移動可能に支持されたＲＬプレート４６ａと、このＲＬプレート４６ａの移動方向（Ｘ方向）と直交するＹ方向（図６（Ａ）中で、上下方向）に移動可能に支持されたＵＤプレート４６ｂと、これらのＲＬプレート４６ａおよびＵＤプレート４６ｂによってＸ方向およびＹ方向にそれぞれ移動可能に支持されたＣＣＤ台座５２とが設けられている。ここで、ＣＣＤ台座５２には、図６（Ｂ）に示すようにＣＣＤ６と、赤外カットフィルタ５３とが離間対向配置された状態で取付けられている。
【００３２】
また、ベース板４３上には図６（Ａ）中で、上下１組の平行なガイド軸６０ａと、左右１組の平行なガイド軸６０ｂとが設置されている。これらの上下１組のガイド軸６０ａおよび左右１組のガイド軸６０ｂは固定ピン４４とねじ４５でベース板４３上に固定されている。そして、ＲＬプレート４６ａはガイド軸６０ａに沿って図６（Ａ）中で、左右方向に移動可能に支持されている。同様に、ＵＤプレート４６ｂはガイド軸６０ｂに沿って図６（Ａ）中で、上下方向に移動可能に支持されている。
【００３３】
また、ＲＬプレート４６ａの中央には図７に示すようにＸ方向に延設された角穴４７ａが設けられている。さらに、ＵＤプレート４６ｂの中央には図７に示すようにＹ方向に延設された角穴４７ｂが設けられている。
【００３４】
また、ＣＣＤ移動機構８のベース板４３にはＲＬプレート４６ａの駆動モータであるＲＬステッピングモータ４８ａおよびＵＤプレート４６ｂの駆動モータであるＵＤステッピングモータ４８ｂがステッピングモータ台６２ａ，６２ｂを介してそれぞれ固定されている。ここで、ＲＬステッピングモータ４８ａには送りねじ４９ａの一端部が固定されている。さらに、ＵＤステッピングモータ４８ｂには送りねじ４９ｂの一端部が固定されている。
【００３５】
また、ＲＬプレート４６ａには一方のガイド軸６０ａとの係合部側にナット部材取付け溝６１が形成されている。このナット部材取付け溝６１にはナット部材５０ａがはめ込まれている。このナット部材５０ａには送りねじ４９ａが螺挿されるねじ穴と、棒状のナットガイド１２０ａの挿入孔とがそれぞれ形成されている。ここで、ナットガイド１２０ａは送りねじ４９ａよりもベース板４３から離れた位置に固定されている。そして、このナットガイド１２０ａによってナット部材５０ａがベース板４３に対して傾くことを規制するようになっている。
【００３６】
また、ＲＬステッピングモータ４８ａにより送りねじ４９ａが回転駆動された場合にはこの送りねじ４９ａの回転にともない送りねじ４９ａとナット部材５０ａとの螺合部を介してＲＬステッピングモータ４８ａの回転運動が直動運動に変換され、ＲＬプレート４６ａが図６（Ａ）中で、左右方向に移動されるようになっている。
【００３７】
また、ＵＤプレート４６ｂの一方のガイド軸６０ｂとの係合部側にはピン５１が固定されている。このピン５１はナット部材５０ｂの溝にはめ込まれている。このナット部材５０ｂには送りねじ４９ｂが螺挿されるねじ穴と、棒状のナットガイド１２０ｂの挿入孔とがそれぞれ形成されている。ここで、ナットガイド１２０ｂは送りねじ４９ｂよりもベース板４３から離れた位置に固定されている。そして、このナットガイド１２０ｂによってナット部材５０ｂがベース板４３に対して傾くことを規制するようになっている。
【００３８】
また、ＵＤステッピングモータ４８ｂにより送りねじ４９ｂが回転駆動された場合にはこの送りねじ４９ｂの回転にともない送りねじ４９ｂとナット部材５０ｂとの螺合部を介してＵＤステッピングモータ４８ｂの回転運動が直動運動に変換され、ＵＤプレート４６ｂが図６（Ａ）中で、上下方向に移動されるようになっている。
【００３９】
また、ＣＣＤ台座５２の下面には図６（Ｂ）に示すように角状の突起部５５が突設されている。この突起部５５はＲＬプレート４６ａの角穴４７ａおよびＵＤプレート４６ｂの角穴４７ｂ内に挿入され、下から台座ドメ５４がねじ止め固定されている。そして、ＣＣＤ台座５２と台座ドメ５４との間でＵＤプレート４６ｂとＲＬプレート４６ａとをはさみ込むことにより、ＵＤプレート４６ｂおよびＲＬプレート４６ａがガイド軸６０ａ，６０ｂにそれぞれ摺動可能に押しつけられている。
【００４０】
これにより、本実施の形態のＣＣＤ移動機構８ではＵＤプレート４６ｂがＹ方向に移動する動作に連動してＣＣＤ台座５２の突起部５５はＲＬプレート４６ａの角穴４７ａに沿ってＹ方向に摺動するとともに、ＲＬプレート４６ａがＸ方向に移動する動作に連動してＣＣＤ台座５２の突起部５５はＵＤプレート４６ｂの角穴４７ｂに沿ってＸ方向に摺動するようになっているので、ＲＬプレート４６ａおよびＵＤプレート４６ｂと連動してＣＣＤ台座５２が上下左右に移動するようになっている。その結果、ステッピングモータ４８ａの動作によりＣＣＤ６はＸ方向に移動し、ステッピングモータ４８ｂの動作によりＣＣＤ６はＹ方向に移動するようになっている。
【００４１】
また、ＲＬプレート４６ａのナット部材５０ａには遮光板５６ａ、ＵＤプレート４６ｂのナット部材５０ｂには遮光板５６ｂがそれぞれ設けられている。さらに、ステッピングモータ台６２ａ，６２ｂにはフォトインタラプタ５７ａ，５７ｂがそれぞれ設けられている。そして、初期化動作時にはフォトインタラプタ５７ａ，５７ｂで遮光板５６ａ，５６ｂの位置を検出することで、ＣＣＤ移動機構８の基準位置が検出される。その後、ステッピングモータ４８ａ，４８ｂに送られるパルス数によってＣＣＤ６の上下・左右の位置が設定されるようになっている。ここでのＣＣＤ６の位置とは、ＣＣＤ６の撮像領域の中心点のことである。
【００４２】
また、ＣＣＤ６にはフレキシブル基板５８の一端が接続されている。このフレキシブル基板５８の他端はＴＶカメラ４内のコネクタ５９に接続されている。なお、フレキシブル基板５８はＣＣＤ６の移動に対応できるよう中間部が折り返されている。
【００４３】
なお、ステッピングモータ４８ａ，４８ｂは、ベース板４３に対してＣＣＤ６と反対側の面に固定されているため、同じ面に固定される場合に比べてＣＣＤ移動機構８全体が小型に構成される。
【００４４】
また、ＴＶカメラ４には図８（Ａ），（Ｂ）に示す同軸ケーブル構造のカメラケーブル６３の一端部が連結されている。このカメラケーブル６３の内部には、図８（Ｂ）に示すようにＣＣＤケーブル６４と、モーターケーブル６５とが並設されている。
【００４５】
ここで、ＣＣＤケーブル６４にはＣＣＤ６からの映像信号・制御信号を送受信する複数のケーブル配線６４ａが配設されている。さらに、ＣＣＤケーブル６４の複数のケーブル配線６４ａの周囲にはチューブ状のシールド線６６ａおよび樹脂製の外皮チューブ６７ａが順次被覆されている。同様に、モーターケーブル６５にはモーター制御およびＴＶカメラ４のケーシング４ａの表面にある操作スイッチの信号を伝送する複数のケーブル配線６５ａが配設されている。さらに、モーターケーブル６５の複数のケーブル配線６５ａの周囲にはチューブ状のシールド線６６ｂおよび樹脂製の外皮チューブ６７ｂが順次被覆されている。そして、この２系統のケーブル６４，６５は並設された状態で樹脂製の総合外皮チューブ６８に被覆されている。
【００４６】
また、カメラケーブル６３の他端部では、図８（Ａ）に示すように２系統のケーブル６４，６５が分岐されている。ここで、その一方の分岐ケーブルであるモーターケーブル６５の端末部にはモーターケーブルコネクタ６９が連結されている。そして、モーターケーブル６５はモーターケーブルコネクタ６９を介して視野変換制御装置１１のフロントパネル部１６に設けられたモーターケーブルレセプタクル２０に着脱可能に接続される。
【００４７】
また、カメラケーブル６３の他方の分岐ケーブルであるＣＣＤケーブル６４の端末部にはＣＣＤケーブルコネクタ７０が連結されている。そして、ＣＣＤケーブル６４はＣＣＤケーブルコネクタ７０を介してＣＣＵ１２に着脱自在に接続される。
【００４８】
なお、ＣＣＤケーブル６４は微弱な高周波を伝送するため、長さやインピーダンスを整合する必要があるが、カメラケーブル６３が分岐してもＣＣＤケーブル６４の電気的な接続は一本のケーブルを用いた場合と同じなので、従来のＴＶカメラと互換性を保つことができる。
【００４９】
また、鉗子１４のハンドル部１４ａに着脱自在に取り付けられたハンドスイッチ１５には、図９（Ａ），（Ｂ）に示すように上下左右方向に視野を変換するためのスティックスイッチ７１と、視野の拡大（ＴＥＬＥ）、広角観察（ＷＩＤＥ）を行なうＴＥＬＥスイッチ７２ａ、ＷＩＤＥスイッチ７２ｂとが設けられている。そして、ハンドスイッチ１５にはスイッチの情報を伝送するためのハンドスイッチケーブル７３の一端が連結されており、その他端部にはハンドスイッチコネクタ７４が連結されている。このハンドスイッチコネクタ７４は、視野変換制御装置１１のフロントパネル部１６に設けられているスイッチケーブルレセプタクル２１ａ，２１ｂ，２１ｃのいずれかに着脱自在に接続される。
【００５０】
また、視野変換制御装置１１は、図１０に示すように中央制御回路（動作分割手段）７５と、３つのモータ制御回路７６ａ，７６ｂ，７６ｃと、スイッチ入力回路（動作指令入力手段）７７とから構成される。ここで、第１のモータ制御回路７６ａは、ＴＶカメラ４の内部のＲＬステッピングモータ４８ａに、第２のモータ制御回路７６ｂはＵＤステッピングモータ４８ｂに、第３のモータ制御回路７６ｃはステッピングモータ３８にそれぞれ接続されている。
【００５１】
また、スイッチ入力回路７７には、ＴＶカメラ４に備えられた操作スイッチと、ハンドスイッチ１５、フットスイッチ等のようにスイッチケーブルレセプタクル２１ａ，２１ｂ，２１ｃを介して接続される操作スイッチと、視野変換制御装置１１のフロントパネル部１６に備えられた操作スイッチからの信号が入力される。これらのスイッチのＯＮ／ＯＦＦの情報は、中央制御回路７５に入力され、さらに、中央制御回路７５はＯＮとなっているスイッチの種類に応じてモータ制御回路７６ａ，７６ｂ，７６ｃに制御信号を出力する。
【００５２】
また、中央制御回路７５はズームレンズ７の１回のズーム操作時におけるズーム機構４２およびＣＣＤ移動機構８のそれぞれの動作を複数に分割し、各分割動作毎にズームレンズ７の変倍率に応じてＣＣＤ移動機構８の移動量と移動速度とを算出して制御するものである。
【００５３】
次に、上記構成の作用について説明する。本実施の形態の内視鏡装置の使用時には図１（Ａ）に示すようにスコープ１の挿入部１ａは予め患者の体腔内に刺入されたトラカール３に挿通され、体腔内を観察するように体腔内に挿入される。さらに、患者の体腔内にはスコープ１の挿入場所とは別の場所から鉗子１４が挿入される。
【００５４】
また、スコープ１の観察像はＴＶカメラ４によって撮像され、表示モニタ１３に表示される。なお、図１（Ｂ）はスコープ１の接眼部５に表示される観察像の視野範囲Ｒ１を示すものである。ここで、ＴＶカメラ４のズームレンズ７を経てＣＣＤ６に撮像されるスコープ１の観察像の視野範囲Ｒ２はスコープ１の接眼部５による視野範囲Ｒ１より小さくなっている。そして、スコープ１の接眼部５による視野範囲Ｒ１の観察像の一部（視野範囲Ｒ２）がＣＣＤ６によって撮像され、この視野範囲Ｒ２の観察像が表示モニタ１３に表示される。そのため、スコープ１の接眼部５による視野範囲Ｒ１内で、ＣＣＤ６を移動することにより、ＣＣＤ６に投射される視野範囲Ｒ２の位置が変化し、視野変換が行なえる。
【００５５】
また、ＴＶカメラ４のズーム機構４２を動作させることにより、ＣＣＤ６に投射される観察像の大きさを変化させることができる。すなわち、拡大・広角観察を行なうことができる。
【００５６】
ここで、ＣＣＤ６を移動させるＣＣＤ移動機構８は視野変換制御装置１１により制御される。このＣＣＤ６の移動は、ハンドスイッチ１５に備えられたスティックスイッチ７１、視野変換制御装置１１のフロントパネル部１６に設けられた上下左右の視野変換スイッチ１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ等の操作スイッチを操作することにより行われる。
【００５７】
例えば、ハンドスイッチ１５にスティックスイッチ７１を上（Ｕ方向）に倒した場合、ハンドスイッチ１５内部の上方向への視野変換に対応したスイッチ接点が閉じる。この状態は視野変換制御装置１１内のスイッチ入力回路７７によって検出され、さらに中央制御回路７５に送られる。このとき、中央制御回路７５は、このハンドスイッチ１５の操作情報に応じて視野を上方向に変換するための制御信号を、ＵＤステッピングモータ４８ｂを駆動制御するモータ制御回路７６ｂに出力する。このとき出力される制御信号は具体的には、ステッピングモータ４８ｂを駆動するパルス数と、モータ４８ｂの回転方向（移動方向）の情報である。
【００５８】
さらに、モータ制御回路７７ｂはこの情報を入力し、上下方向に視野変換を行なうための駆動源であるＵＤステッピングモータ４８ｂに駆動パルスを出力する。これによりＣＣＤ６は上方向に視野変換を行なうように動く。
【００５９】
また、ＣＣＤ６の動作中に操作スイッチをＯＦＦした場合には、スイッチ入力回路７７はその状態を検出して中央制御回路７５に出力し、中央制御回路７５は駆動パルス出力を停止する信号をモータ制御回路７６ｂに出力する。この時、中央制御回路７５は実際に出力されたパルス数をカウントし、ＣＣＤ６の現在位置を記憶する。
【００６０】
本実施の形態では、アクチュエータにステッピングモータを用いており、駆動パルス数を変位として考えられるため、パルスのカウントにより位置が求まる。また、操作スイッチがＯＮでも設定されたパルス数の出力が終了し、視野変換の限界位置に達した場合にも、中央制御回路７５は出力パルス数をカウントし、ＣＣＤ６の現在位置を記憶する。
【００６１】
これと同様に、ハンドスイッチ１５のスティックスイッチ７１を左（Ｌ方向）に倒した場合は、左右方向への視野変換の駆動源であるＲＬステッピングモータ４８ａにモータ制御回路７６ａから駆動パルスが出力され、ＣＣＤ６は左方向に視野変換を行なうように移動する。
【００６２】
さらに、フットスイッチ、リモコン等の他の機器に備えられた上下左右の視野変換スイッチの場合も同じ作用が行われる。よって、操作者が見たい方向のスイッチをＯＮすることにより、意図した方向への視野変換が行なえる。
【００６３】
次に、ＴＶカメラ４のズーム動作について図１１のフローチャートを参照して説明する。このＴＶカメラ４のズーム動作は、ハンドスイッチ１５のＴＥＬＥスイッチ７２ａ・ＷＩＤＥスイッチ７２ｂや、視野変換制御装置１１のフロントパネル部１６に設けられたＴＥＬＥスイッチ１８ａ・ＷＩＤＥスイッチ１８ｂ等の操作スイッチを操作することで行なう。
【００６４】
例えば、ハンドスイッチ１５のＷＩＤＥスイッチ７２ｂをＯＮする（ステップＳ１）と、このスイッチの状態は視野変換制御装置１１のスイッチ入力回路７７によって検出され、さらに中央制御回路７５に送られる。さらに、中央制御回路７５は、このＷＩＤＥスイッチ７２ｂのＯＮ情報が入力されると、ズーム機構４２を動作させるための制御信号をモータ制御回路７６ｃに出力する。またこれと同時に、ＣＣＤ移動機構８の動作が必要であればその制御信号をモータ制御回路７６ａ，７６ｂに出力する。
【００６５】
この作用をさらに詳しく説明する。中央制御回路７５は、ＷＩＤＥスイッチ７２ｂのＯＮの情報入力により、まずズーム機構４２の現在位置を認識する（ステップＳ２）。続いて、ズーム機構４２のステッピングモータ３８を駆動制御するための駆動パルス数と回転方向のデータを設定する（ステップＳ３）。
【００６６】
次に、ＣＣＤ６の現在位置を認識し、その位置がＣＣＤ移動機構８の原点位置、すなわちＴＶカメラ４に内蔵されている光学系の中心位置と一致するか否かが判断される（ステップＳ４）。ここで、ＣＣＤ６の現在位置がＣＣＤ移動機構８の原点位置にない場合は次のステップＳ５に進む。このステップＳ５ではＣＣＤ６の移動量を算出する。
【００６７】
このときのＣＣＤ６の移動量の算出方法は次の通りである。まず、ズーム機構４２の現在位置と検出された操作スイッチの情報から、現在のＴＶカメラ４のズーム倍率と、ズーム動作後の到達点のズーム倍率とを確認する。このズーム倍率の情報と、ＣＣＤ６の現在位置の情報とから次の式１によりＣＣＤ移動機構８を移動させる位置を算出する。ここで、ズーム動作前のＣＣＤ６の座標値がＸ１，Ｙ１、ＣＣＤ６の移動先の座標値がＸ２，Ｙ２、ズーム動作前のズーム倍率がｋ１、ズーム動作後のズーム倍率がｋ２とすると、
Ｘ２＝Ｘ１・（ｋ２／ｋ１）、Ｙ２＝Ｙ１・（ｋ２／ｋ１）・・・（１）
となる。
【００６８】
なお、図１２はこのときのズーム動作前後のＣＣＤ６の位置関係を示すもので、同図中で、Ｆ１はズーム倍率ｋ１の内視鏡画像、Ｆ２はズーム倍率ｋ２の内視鏡画像、ＲはＣＣＤ６の撮像領域である。
【００６９】
このズーム動作は、ズーム機構４２の動作範囲を複数の区間に分割して行われる。ここでは一例として例えば、図５（Ｂ）に示すように、ズーム機構４２の動作範囲を４区間に分割した場合を考える。ここで、最低ズーム倍率はＰ１、最大ズーム倍率はＰ５である。
【００７０】
そして、現在のＴＶカメラ４のズームレンズ７のズーム倍率がＰ１とＰ２の間の区間にある状態で、ＴＥＬＥスイッチ７２ａがＯＮされた場合、ズームレンズ７の１回目の移動先はズーム倍率がＰ２の位置である。その時のズーム機構４２のズーム動作スピードは一定である。
【００７１】
さらに、ズーム機構４２のズーム動作の各区切り位置Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５におけるズーム倍率は、図５（Ａ）の曲線からあらかじめ計算しておき、視野変換制御装置１１の中央制御回路７５に記憶してあるため、到達先のズーム倍率は上記の処理で認識できる。
【００７２】
このとき、ＣＣＤ移動機構８の移動速度は、算出したＣＣＤ移動機構８の移動位置をズーム機構４２の移動時間で割ることで算出する（ステップＳ６）。そして、中央制御回路７５は設定したズーム機構４２の移動量（移動パルス）と移動速度をモータ制御回路７６ｃに、算出したＣＣＤ移動機構８の移動量（移動パルス）と移動速度をモータ制御回路７６ａ，７６ｂに出力する（ステップＳ７）。
【００７３】
また、１回目のズーム機構４２の移動により、ズーム機構４２がＰ２の位置に達した場合、２回目のズーム機構４２の移動先はズーム倍率Ｐ３の位置である。このとき、ＣＣＤ移動機構８の移動位置は上記と同様に次の式２により算出される。ここで、Ｐ２でのＣＣＤ６の座標値がＸ２，Ｙ２、ＣＣＤ６の移動先の座標値がＸ３，Ｙ３、Ｐ２でのズーム倍率がｋ２、Ｐ３でのズーム倍率がｋ３とすると、
Ｘ３＝Ｘ２・（ｋ３／ｋ２）、Ｙ３＝Ｙ２・（ｋ３／ｋ２）・・・（２）
となる。
【００７４】
また、ＣＣＤ移動機構８の移動速度も、上記と同様に算出したＣＣＤ移動機構８の移動位置をズーム機構４２の移動時間で割ることで算出する。そして、中央制御回路７５は算出した各移動機構の移動量（移動パルス）と移動速度をモータ制御回路７６ａ，７６ｂ，７６ｃに出力する。
【００７５】
この結果、ＣＣＤ移動機構８は、ズーム機構４２の分割動作の区間内では一定速度で動作するが、ズーム動作全体を通してみると複数の分割区間毎に段階的に移動速度が変化する。また、この動作は、ＷＩＤＥスイッチ７２ｂをＯＮした場合も同様である。
【００７６】
このＣＣＤ移動機構８の段階的な移動速度変化と、移動位置算出により、図５（Ａ）に示すような特性であるズーム光学系において、ズーム動作時にＣＣＤ６の撮像中心位置に配置されている観察対象を一定位置にとどめることが可能となる。なお、この場合にはズーム動作時に、移動速度が滑らかに変化する加減速駆動に比べ、若干ステップ的な動きになるが、ズーム動作の分割数を増加することで滑らかに変化する加減速駆動の動きに近づけることが可能である。
【００７７】
また、本実施例の形態においては、視野変換制御装置１１に備えられた中央制御回路７５は、装置の電源投入後の初期動作として、各移動機構を動作させ、ズーム機構４２に設けられたフォトインタラプタ４０、ＣＣＤ移動機構８に設けられたフォトインタラプタ５７ａ，５７ｂの状態変化を検出することで各移動機構の動作基準位置を求め、さらに各移動機構を初期位置に移動させるという制御を行なう。この初期位置とは、ＣＣＤ移動機構８がＣＣＤ６の撮像領域中心位置（ＴＶカメラ４の撮像光学系の光軸中心位置）、ズーム機構４２が最低ズーム倍率である。
【００７８】
また、視野変換制御装置１１のフロントパネル部１６に設けられている原点復帰スイッチ１９、或いはＴＶカメラ４のケーシング４ａの外面に設けられている原点復帰スイッチ９をＯＮすると、中央制御回路７５は上記初期位置に各移動機構を移動させる制御を行なう。
【００７９】
よって、上記構成のものは次の効果を有する。すなわち、本実施の形態ではＴＶカメラ４のズームレンズ７に、その焦点距離の変化が画角の変化速度を一定とするように構成された画角変化制御手段３４を設け、視野変換制御装置１１に、ズームレンズ７の１回の移動操作時におけるズーム機構４２およびＣＣＤ移動機構８のそれぞれの動作を複数に分割し、各分割動作毎にズームレンズ７の変倍率に応じてＣＣＤ移動機構８の移動量と移動速度とを算出して制御する中央制御回路７５を設けたものである。そのため、ズームレンズ７のズーム倍率と、ズーム機構４２の外筒部材４２ａの回転角との関係が図５（Ａ）のような非線型の関係であるズーム光学系の場合にも、ズーム動作の前後で同じ観察対象をＣＣＤ６の撮像中心に捕らえるためのＣＣＤ６の移動を階段的な定速動作という簡単な処理で達成できる。また、ズーム動作も一定速度であり、人間のズーミング感覚を損なうことがない。
【００８０】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第１の実施の形態の構成の内視鏡装置における、ＴＶカメラ４のズーム倍率と、ズーム機構４２の外筒部材４２ａの回転角との関係が、図１３に示すように直線的な関係となるように、カム溝３４ａ，３４ｂを形成したものである。
【００８１】
本実施の形態では、ズーム機構４２の移動速度を一定とした場合、ズーム移動時間と焦点距離（ズーム倍率）との関係は線形であることから、ズーム機構４２の動作時のＣＣＤ移動機構８は、常に一定速度の動作で狙いとする補正動作、すなわちズーム倍率によらず、ＣＣＤ６の撮像中心で同一の観察対象を捕らえる動作を達成することができる。
【００８２】
さらに、ＣＣＤ移動機構８のズーム動作による移動位置は、前述した式（１）と同様にズーム動作前のＣＣＤ６の位置にズーム倍率の変化率を掛けたものである。また、中央制御回路７５は、ズーム動作を行なう操作スイッチがＯＮされた場合、ズーム動作を行なうための制御信号をモータ制御回路７６ｃに出力すると同時に、ＣＣＤ移動機構８を移動させるための移動位置を算出し、その移動位置と設定されている移動速度をモータ制御回路７６ａ，７６ｂに出力する。
【００８３】
よって、本実施の形態では、ズーム機構４２もＣＣＤ移動機構８も一定速度で動作するため、加減速動作のための複雑な処理や、専用ＩＣが不要であり、また補正動作のためにズーム機構４２や、ＣＣＤ移動機構８を分割駆動する必要もなく、簡単な処理・構成にて補正動作が可能である。
【００８４】
また、図１４は本発明の第３の実施の形態を示すものである。本実施の形態は、第１および第２の実施の形態の構成の内視鏡装置において、ズーム倍率に応じたＣＣＤ移動機構８の移動範囲を規制する手段を設けたものである。
【００８５】
すなわち、本実施の形態では視野変換制御装置１１のフロントパネル１６や、ハンドスイッチ１５に設けられている上下左右の視野変換するためのスティックスイッチ７１をＯＮすると、中央制御回路７５はその状態を検出し、ＯＮされたスイッチに対応した移動機構を動作させる制御信号を出力する。この制御信号の一つである移動信号（移動パルス）は、中央制御回路７５内に設けられた動作限界設定回路（図示せず）で算出される動作限界位置から現在位置を引いたものである。
【００８６】
この動作限界位置の絶対値の算出式を次の式（３）に示す。ここで、ＣＣＤ移動機構８の動作限界位置の座標値がＸＬ，ＹＬ、ＣＣＤ移動機構８の現在位置の座標値がＸｐ，Ｙｐ、現在位置のズーム倍率がｋｐ、ＣＤＤ移動機構８の動作限界係数がＬＩＭＩＴとすると、
ＸＬ＝ＬＩＭＩＴ・ｋｐ・Ｘｐ、ＹＬ＝ＬＩＭＩＴ・ｋｐ・Ｙｐ・・（３）
となる。
【００８７】
また、視野移動範囲は、図１４に示すように、この式によって求められる値で定まる四角形Ｍの内部である。なお、図１４中で、Ｆ３はズーム倍率ｋｐの内視鏡画像である。さらに、ＬＩＭＩＴは異なるズーム倍率において、ＣＣＤ６が動作限界に位置した時でも、ＣＣＤ６の撮像領域Ｒに十分な範囲の内視鏡画像が捕らえられるように考慮して任意に決定される。
【００８８】
したがって、本実施の形態では上下左右の視野変換用のスティックスイッチ７１をＯＮした場合のＣＣＤ移動機構８は、図１４で示される動作限界位置の四角形Ｍの内側でのみ移動可能であり、観察・処置を行なうに十分な範囲を撮像できる。
【００８９】
なお、このＬＩＭＩＴの値は、ＣＣＤ移動機構８の上下移動軸と、左右移動軸で変化させてもよい。ここで、ＣＣＤ６のアスペクト比（画面の縦横比）を考慮した係数の決め方をすれば、上下移動軸と左右移動軸とがそれぞれ動作限界位置に達したときの内視鏡画像の撮像視野に占める割合を合わせることができる。
【００９０】
また、図１５に示す第３の実施の形態（図１４参照）の変形例のようにＣＣＤ移動機構８の動作限界を８角形Ｎにする構成にしてもよい。この場合、ＣＣＤ移動機構８の移動範囲を図１５のように９個の領域Ｎ１〜Ｎ９に分けて、視野変換動作前のＣＣＤ６の位置と、操作スイッチによる動作指令情報とを組み合わせて動作限界位置の算出を行なう。
【００９１】
例えば、ＣＣＤ６が図１５のＮ４の領域に位置している状態で、上方向への視野移動を行なう操作スイッチがＯＮされた場合、上方向の動作限界位置は図１５に示すように動作限界の８角形Ｎの一辺である直線Ａを表す式から算出される。
【００９２】
よって、上記構成のものは以下の効果を有する。すなわち、本変形例ではＴＶカメラ４に備えられているズーム機構４２の動作によるズーム倍率の変化に応じてＣＣＤ６の動作限界位置を算出するため、ズーム倍率が変化しても常に観察・処置を行なうに十分な内視鏡画像を得ることができる。
【００９３】
また、図１６は本発明の第４の実施の形態を示すものである。本実施の形態は、第１、２および第３の実施の形態の構成の内視鏡装置において、各移動機構の動作範囲に達したことを音によって告知する手段を設けたものである。
【００９４】
本実施の形態においては、図１６に示すように、視野変換制御装置１１には、動作限界告知制御回路７８が設けられ、この動作限界告知制御回路７８には、中央制御回路７５と、圧電ブザー、電磁スピーカーなどの発音器７９が接続されている。この動作限界告知制御回路７８には、中央制御回路７５から視野変換制御装置１１に接続されている操作スイッチのＯＮ／ＯＦＦの情報と、ＣＣＤ６の位置情報が入力される。
【００９５】
そして、各移動機構が設定された動作限界にまで達した状態で、さらに操作スイッチがある時間継続してＯＮされている場合に、発音器７９に動作限界を知らせる告知音を出力するための信号を出力する。
【００９６】
この構成のものは、以下の効果を有する。すなわち、本実施の形態では各移動機構が動作限界位置まで達して、視野移動をしなくなった場合に、動作限界であることを告知することにより、装置の故障等のトラブルではないことを操作者に知らしめることができる。また、この告知により操作者が操作スイッチに無用な力を加えることを回避できる。
【００９７】
さらに、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施できることは勿論である。
次に、本出願の他の特徴的な技術事項を下記の通り付記する。
記
（付記項１）患者の体腔内に挿入される内視鏡と、内視鏡の観察像を撮像する撮像手段と、観察像の変倍を行なう変倍光学系と、撮像手段の撮像範囲を移動させる撮像範囲移動手段と、変倍光学系を移動させる変倍光学系移動手段とを備えたＴＶカメラと、変倍光学系移動手段と撮像範囲移動手段の動作を制御する視野移動制御手段と、変倍光学系移動手段と撮像範囲移動手段の動作指令を行なう動作指令入力手段とを備えた内視鏡装置において、ＴＶカメラに備えられた変倍光学系は、その焦点距離の変化が画角の変化速度を一定とするように構成され、視野移動制御手段は、変倍光学系移動手段と撮像範囲移動手段を複数回に分割して動作させ、各動作毎に変倍光学系の変倍率に応じて撮像範囲移動手段の移動量と移動速度を算出することを特徴とする内視鏡装置。
【００９８】
（付記項２）付記項１において、動作指令手段は、患者の体腔内の処置を行なう処置具に取り付けられたハンドスイッチであることを特徴とする内視鏡装置。
【００９９】
（付記項３）付記項１において、視野移動制御手段に、変倍光学系の変倍率に応じて撮像素子の移動範囲を規制する移動範囲規制手段を設けたことを特徴とする内視鏡装置。
【０１００】
（付記項４）付記項１において、移動範囲規制手段により設定される視野移動範囲は、四角形であることを特徴とする内視鏡装置。
（付記項５）付記項１において、移動範囲規制手段により設定される視野移動範囲は、八角形であることを特徴とする内視鏡装置。
【０１０１】
（付記項１〜５の従来技術）処置具と内視鏡が、それぞれ個別に患者の体腔内に挿入され、体腔内に挿入された処置具の先端部分の画像を内視鏡の観察視野内に捉え、処置具による患部の処置状態を内視鏡によって観察しながらその処置作業を行なう内視鏡下の手術が知られている。この手術では、患者は両手に処置具を持って処置を行なうため、助手が内視鏡を持ち術者の指示に従って手術のしやすい視野が得られるように、内視鏡の保持位置を変更している。しかし、この内視鏡の操作には習熟が必要であるため、なかなか術者の望む視野が得られず、手術が円滑に進行しないという問題がある。これを解決するものとして、本出願人は特開平９−２８６６３の内視鏡装置を開示している。この内視鏡装置は、内視鏡の撮像光学系の１部分をアクチュエータで移動することによって、内視鏡の画像の撮像範囲を変更するようにしたものである。このアクチュエータの移動は、術者の手元にあるスイッチ等によって可能であり、術者は自分の操作で思い通りの視野を得ることができる。
【０１０２】
また、同じ目的を持つものとして、特開平６−３０８９６に開示された装置がある。こちらは内視鏡をロボットアームで保持し、移動するものであるが、このロボットアームに術者や患者や周辺機器が干渉する恐れがある。また、ロボットアームの意図しない動作によって、内視鏡の動きが不安定になる恐れがある。さらに、ロボットおよびその周辺機器等の大型な装置を内視鏡の外部に配置する必要があるため、装置全体の運搬、滅菌等の作業が不便である。本出願人の開示している内視鏡装置は、内視鏡を支持アームに固定した状態で視野変換を行なうことが可能である。また、視野変換のための機構もコンパクトであり、上記のような問題点はない。
【０１０３】
（付記項１〜３が解決しようとする課題）特開平９−２８６６３の装置は、図１に示す如くズームレンズによって内視鏡で得られた画像を拡大し、その一部分を撮像素子によって捕らえ、撮像素子をその平面方向に移動させ撮像部位を変えることで視野を変換している。さらに、ズームレンズを移動させることにより、拡大／縮小観察を行なうことができる。
【０１０４】
この機構においては、ズームレンズのみを駆動してズームを行なうと、撮像素子の中心位置が撮像光学系の中心にない場合には、ズーム動作前には画面の中心にあった観察対象が動作中に徐々にずれてしまう。これを、図１２を用いて説明する。撮像光学系と観察対象が静止している状態において、撮像光学系中心を基準とした座標系を考えたとき、ズーム動作後の観察対象の座標値はズーム動作前の座標値にズームの変化率を掛けたものになる。よって、ズーム動作前後で同じ観察対象を画面中心に捕らえるためには、ズーム動作と同時に撮像素子も動作させることが必要である。ズーム動作は、画角の変化速度が一定であると人間のズーミングの感覚とより合致する。画角の変化速度が一定であるということは、具体的にはズーム倍率が１倍から２倍になる時間と２倍から４倍になる時間が同じということである。上述のように画角の変化速度を一定にする光学系は、焦点距離（ズーム倍率）とズームレンズ位置（ズームレンズ駆動用外筒部材の回転角）との関係は図５（Ａ）の如く非線型となる。この画角変化速度を一定にするためには、ズームレンズを一定速度で移動することが必要である。その時の撮像素子の移動は、この非線型なズーム倍率に対応した軌跡をたどることが必要である。すなわち、この非線型軌跡を実現するための加減速動作が必要である。しかし、ズーム動作は決まった位置の間の反復動作ではなく、スイッチ操作で動作が停止する。
【０１０５】
ズーム動作範囲の中で動作が停止した場合、再度ズーム動作を開始する際には、その都度非線型軌跡動作を実現するための加減速パターンを算出する必要がある。この処理は複雑であることから時間がかかる上、この加減速パターンを実現するための専用ＩＣが必要となってしまう。
【０１０６】
（付記項１〜３の目的）撮像光学系の一部を移動させて視野変換を行なうことのできる内視鏡装置において、ズーム動作の観察対象のずれを補正するための撮像素子の移動を、簡単な処理で専用ＩＣを使用することなしに実現すること。
【０１０７】
（付記項４、５が解決しようとする課題）特開平９−２８６６３の装置において、撮像素子を移動させていくと内視鏡で捕らえられる観察視野の外が撮像される。この撮像素子に投影される観察画像の大きさはズームレンズの移動により変わるために、ズーム倍率によって撮像素子の移動範囲を変化させないと、内視鏡の観察視野以外の部分が大きく撮像されてしまうことが起こり、観察・処置がしずらくなるという問題があった。
【０１０８】
（付記項４、５の目的）ズーム倍率が変化した場合でも、観察・処置が十分可能なレベルの観察視野を得ること。
（付記項１〜５の効果）焦点距離の変化が画角の変化速度を一定とするように構成された変倍光学系が移動する場合に、撮像手段の撮像範囲中心で同一の観察対象を撮像するために、変倍光学系移動手段と撮像範囲移動手段を複数回に分割して動作させ、各動作毎に変倍光学系の変倍率に応じて撮像範囲移動手段の移動量と移動速度を算出することにより、変倍光学系動作時に複雑な処理と専用ＩＣを必要とする加減速動作を行なわずに、撮像範囲の中心に同じ観察対象を捕らえることができる。
【０１０９】
【発明の効果】
本発明によればＴＶカメラの変倍光学系に、その焦点距離の変化が画角の変化速度を一定とするように構成された画角変化制御手段を設け、視野移動制御手段に、変倍光学系の１回の移動操作時における変倍光学系移動手段および撮像範囲移動手段のそれぞれの動作を複数に分割し、各分割動作毎に変倍光学系の変倍率に応じて撮像範囲移動手段の移動量と移動速度とを算出して制御する動作分割手段を設けたので、焦点距離の変化が画角の変化速度を一定とするように構成された変倍光学系が移動する場合に、撮像手段の撮像範囲中心で同一の観察対象を撮像するために、変倍光学系移動手段と撮像範囲移動手段を複数回に分割して動作させ、各動作毎に変倍光学系の変倍率に応じて撮像範囲移動手段の移動量と移動速度を算出することにより、変倍光学系動作時に複雑な処理と専用ＩＣを必要とする加減速動作を行なわずに、撮像範囲の中心に同じ観察対象を捕らえることができる。そのため、撮像光学系の一部を移動させて視野変換を行なうことのできる内視鏡装置において、ズーム動作時における観察対象の位置ずれを補正するための撮像素子の移動を、簡単な処理で、専用のＩＣを使用することなしに実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示すもので、（Ａ）は内視鏡装置全体の概略構成図、（Ｂ）は内視鏡装置のモニタ画面の表示状態を示す平面図。
【図２】第１の実施の形態の内視鏡装置の視野変換制御装置のフロントパネルを示す正面図。
【図３】第１の実施の形態の内視鏡装置のＴＶカメラの内部構成を示す縦断面図。
【図４】第１の実施の形態の内視鏡装置の遮光板の取付け状態を示す平面図。
【図５】（Ａ）は第１の実施の形態の内視鏡装置におけるズームレンズの外筒部材の回転角とＴＶカメラのズーム倍率との関係を示す特性図、（Ｂ）は内視鏡装置におけるＴＶカメラのズーム動作時の動作の分割状態を説明するための特性図。
【図６】（Ａ）は第１の実施の形態の内視鏡装置におけるＣＣＤ移動機構の概略構成を示す平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図。
【図７】第１の実施の形態の内視鏡装置のＣＣＤ移動機構の背面図。
【図８】（Ａ）は第１の実施の形態の内視鏡装置のカメラケーブルの分岐部を示す平面図、（Ｂ）はカメラケーブルの内部構成を示す横断面図。
【図９】（Ａ）は第１の実施の形態の内視鏡装置における鉗子のハンドル部に着脱自在に取り付けられたハンドスイッチの取付け状態を示す側面図、（Ｂ）はスティックスイッチの動作を説明するための説明図。
【図１０】第１の実施の形態の内視鏡装置の視野変換制御装置を示す概略構成図。
【図１１】第１の実施の形態の内視鏡装置の視野変換制御装置による処理を説明するためのフローチャート。
【図１２】第１の実施の形態の内視鏡装置のズームレンズによるズーム動作前後のＣＣＤの位置関係を説明するための説明図。
【図１３】本発明の第２の実施の形態の内視鏡装置を説明するための特性図。
【図１４】本発明の第３の実施の形態の内視鏡装置を説明するための説明図。
【図１５】第３の実施の形態の内視鏡装置の変形例を説明するための説明図。
【図１６】本発明の第４の実施の形態の内視鏡装置における要部の概略構成図。
【符号の説明】
１スコープ（内視鏡）
４ＴＶカメラ
６ＣＣＤ（撮像手段）
７ズームレンズ（変倍光学系）
８ＣＣＤ移動機構（撮像範囲移動手段）
１１視野変換制御装置（視野移動制御手段）
３４画角変化制御手段
４２ズーム機構（変倍光学系移動手段）
７５中央制御回路（動作分割手段）
７７スイッチ入力回路（動作指令入力手段）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an endoscope apparatus used in an endoscopic operation.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a treatment tool and an endoscope are individually inserted into a body cavity of a patient, and an image of a distal end portion of the treatment tool inserted into the body cavity is captured in an observation field of the endoscope. Endoscopic surgery is known in which a treatment operation is performed while observing a treatment state of an affected part with an endoscope. In this surgery, the surgeon holds the treatment tool in both hands, so the assistant holds the endoscope, and the endoscope is held in a position so that a visual field that facilitates surgery can be obtained according to the surgeon's instructions. It has changed.
[0003]
However, since the operation of this endoscope requires skill, there is a problem that the visual field desired by the operator cannot be obtained and the operation does not proceed smoothly. In order to solve this problem, the present applicant has applied for an endoscope apparatus disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-28663. This endoscope apparatus is configured to change the imaging range of an endoscope image by moving a part of the imaging optical system of the endoscope with an actuator. The actuator can be moved by a switch or the like at hand of the surgeon, and the surgeon can obtain the desired field of view by his own operation.
[0004]
Another apparatus having the same purpose is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 6-30896. Here, the endoscope is held by a robot arm and moved to change the viewing direction of the endoscope. However, in this apparatus, there is a possibility that an operator, a patient, peripheral devices, etc. may interfere with the robot arm. Further, the movement of the endoscope may become unstable due to an unintended operation of the robot arm. Furthermore, since it is necessary to dispose a large device such as a robot and its peripheral devices outside the endoscope, operations such as transportation and sterilization of the entire device are inconvenient.
[0005]
In addition, in the endoscope apparatus having the above-mentioned configuration filed by the present applicant, it is possible to change the viewing direction of the endoscope while the endoscope is fixed to the support arm. Also, the mechanism for converting the field of view of the endoscope is more compact than the apparatus disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 6-30896, and there is no such problem as described above.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the apparatus disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-28663, an image obtained by an endoscope is magnified by a zoom lens in a TV camera, a part of the image is captured by an image sensor, and the image sensor is moved in the plane direction to capture an image region. Changes the field of view of the endoscopic image displayed on the monitor. Further, by moving the zoom lens, it is possible to perform zooming of the observation image, that is, enlargement / reduction observation of the endoscopic image.
[0007]
However, in this mechanism, only the zoom lens in the TV camera is driven to zoom the endoscopic image. Therefore, when the center position of the image sensor is not located at the center position of the imaging optical system. However, there is a problem that the observation object arranged at the center position of the screen before the zoom operation is gradually shifted during the zoom operation.
[0008]
That is, when the coordinate system based on the center of the imaging optical system is considered when the imaging optical system and the observation target are stationary, the coordinate value of the observation target after the zoom operation is zoomed to the coordinate value before the zoom operation. Multiplied by the rate of change. Therefore, in order to capture the same observation target before and after the zoom operation at the center position of the monitor screen, it is necessary to operate the image sensor simultaneously with the zoom operation.
[0009]
Note that the zoom operation of the image more closely matches the human zooming sensation when the angle of view change rate is constant. Here, the constant change of the angle of view means that the time for the zoom magnification to be 1 to 2 times and the time for the 2 to 4 times are the same.
[0010]
As described above, in the optical system in which the change speed of the angle of view is constant, the relationship between the focal length (zoom magnification) and the zoom lens position (the rotation angle of the zoom lens driving outer cylinder member) is as shown in FIG. Non-linear. In order to make this angle of view change speed constant, it is necessary to move the zoom lens at a constant speed. The movement of the image sensor at that time needs to follow a trajectory corresponding to this nonlinear zoom magnification. That is, in order to realize this non-linear trajectory, an acceleration / deceleration operation for moving the image sensor is required.
[0011]
However, the zoom operation of the zoom lens is not a repetitive operation during a fixed position (zoom magnification), and the operation can be stopped at an arbitrary position by a switch operation. Here, if the operation stops at an arbitrary position within the zoom operation range, each time the zoom operation is started again, an acceleration / deceleration pattern for realizing a non-linear trajectory operation of the movement of the image sensor is displayed each time. It is necessary to calculate. Since this process is complicated, it takes time, and a dedicated IC for realizing this acceleration / deceleration pattern is required, resulting in a high cost.
[0012]
The present invention has been made paying attention to the above circumstances, and its purpose is to shift the position of an observation target during a zoom operation in an endoscope apparatus capable of moving a part of an imaging optical system to change the field of view. It is an object of the present invention to provide an endoscope apparatus capable of realizing the movement of an image sensor for correcting the above-mentioned without using a dedicated IC by a simple process.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The present invention comprises an endoscope that is inserted into a body cavity of a patient, and a TV camera that is connected to the endoscope, and an imaging unit that captures an observation image of the endoscope on the TV camera; A zooming optical system for zooming the observation image, an imaging range moving unit for moving the imaging range of the imaging unit, and a zooming optical system moving unit for moving the zooming optical system are provided, and A field-of-view movement control unit that controls operations of the zooming optical system moving unit and the imaging range moving unit; and an operation command input unit that commands the zooming optical system moving unit and the imaging range moving unit. In the endoscope apparatus, the zooming optical system of the TV camera is provided with an angle-of-view change control unit configured so that the change in focal length makes the change rate of the angle of view constant, and the field-of-view movement control unit includes , One movement of the above variable magnification optical system The operations of the zooming optical system moving unit and the imaging range moving unit at the time of the operation are divided into a plurality of movements, and the moving amount of the imaging range moving unit according to the scaling factor of the zooming optical system for each split operation This is an endoscope apparatus characterized in that operation dividing means for calculating and controlling the movement speed is provided.
Then, the change in the focal length makes the change speed of the angle of view constant by the angle-of-view change control means of the zoom optical system of the TV camera, and the operation dividing means of the visual field movement control means makes one change of the magnification optical system. The operations of the zooming optical system moving unit and the imaging range moving unit during the moving operation are divided into a plurality of parts, and the moving amount and the moving speed of the imaging range moving unit according to the scaling factor of the zooming optical system for each split operation Are calculated and controlled.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the following, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1A shows a schematic configuration of the entire endoscope apparatus of the present embodiment. In FIG. 1A, 1 is a scope as a rigid endoscope to be inserted into a body cavity of a patient, and 2 is a scope holder having a joint structure that holds the scope 1 movably.
[0015]
Here, the scope 1 is provided with an elongated insertion portion 1a and an eyepiece portion 5 connected to the proximal end portion of the insertion portion 1a. The insertion portion 1a of the scope 1 is inserted through the trocar 3 previously inserted into the body cavity of the patient and inserted into the body cavity so as to observe the inside of the body cavity. Note that a distortion removing lens (not shown) is provided in the optical system of the scope 1.
[0016]
A TV camera 4 is attached to the eyepiece 5 of the scope 1. Inside the TV camera 4, a CCD (imaging means) 6 that is a solid-state image sensor, a zoom lens (magnification changing optical system) 7, and the CCD 6 are moved in a direction perpendicular to the optical axis direction of the zoom lens 7. A CCD moving mechanism (imaging range moving means) 8 is built in. Further, on the outer surface of the casing 4a of the TV camera 4, an origin return switch 9, a visual field expansion (TELE) switch 10a, and a wide angle observation (WIDE) switch 10b are provided.
[0017]
The TV camera 4 is connected to a visual field conversion control device (visual field movement control means) 11 and a CCU (camera control unit) 12. Here, the visual field conversion control device 11 is connected to an operation switch for performing visual field conversion in the vertical and horizontal directions and switching operation between visual field expansion and wide-angle observation. Examples of the operation switch include a hand switch 15 attached to the handle portion 14a of the forceps 14 inserted from a location different from the scope 1 into the body cavity of the patient, a foot switch (not shown), and a remote controller. A voice recognition device (not shown) having the same function as the operation switch is also connected to the visual field conversion control device 11. In addition, even if a treatment instrument such as a laser probe, a suture instrument, an electric knife, a needle holder, or an ultrasonic aspirator is inserted instead of the forceps 14, there is no change in operation.
[0018]
As shown in FIG. 2, the front panel section 16 of the visual field conversion control device 11 performs up / down / left / right visual field conversion switches 17a, 17b, 17c, 17d, visual field expansion (TELE), and wide-angle observation (WIDE). Switches 18a and 18b and an origin return switch 19 are provided.
[0019]
Further, in addition to these switches, the front panel unit 16 includes a motor cable receptacle 20 for connection to the TV camera 4 and switch cable receptacles 21a, 21b, and 21c for connection to operation switches. Is provided.
[0020]
The CCU 12 is connected to a display monitor 13 such as a TV monitor or a HMD (HEAD MOUNTED DISPLAY).
[0021]
FIG. 3 shows the internal configuration of the TV camera 4. The TV camera 4 is provided with a scope attaching / detaching portion 22 to which the eyepiece 5 of the scope 1 is detachably connected. The scope attaching / detaching portion 22 is provided with a substantially cylindrical fitting portion 23 to which the eyepiece 5 of the scope 1 is fitted. The eyepiece 5 of the scope 1 is fitted into the fitting portion 23 so that the optical axis of the scope 1 and the optical axis of the TV camera 4 can be accurately aligned.
[0022]
A focus mechanism 41, a zoom mechanism (magnification changing optical system moving means) 42 that is a drive mechanism for the zoom lens 7, and a CCD moving mechanism 8 are mounted in the casing 4 a of the TV camera 4. Here, the focus mechanism 41 is provided with a focus ring 26, a cylindrical cam 28 having a cam groove 27, a focusing lens 29, and a focus pin 30 attached to a lens frame 29 a of the focusing lens 29. . The focus mechanism 41 rotates the focus ring 26, whereby the focus pin 30 is moved back and forth along the optical axis direction of the TV camera 4 by the cam groove 27 of the cylindrical cam 28, and the focusing lens 29 is moved to the TV camera 4. It is configured to be moved back and forth along the optical axis direction.
[0023]
The zoom mechanism 42 includes a cylindrical outer cylinder member 42a, an inner cylinder member 42b disposed inside the outer cylinder member 42a, a large first lens frame 42c, and a small second diameter. Lens frame 42d. Here, a flange-shaped bent portion 31 protruding outward is formed at the rear end portion of the outer cylindrical member 42a. A gear 32 is formed on the outer peripheral surface of the bent portion 31. A light shielding plate 33 is attached to the gear 32 as shown in FIG.
[0024]
In addition, two cam grooves 34a and 34b are formed in the inner cylinder member 42b. Here, one cam groove 34a is engaged with a cam pin 36a protruding from the outer peripheral surface of the first lens frame 42c, and the other cam groove 34b is protruded from the outer peripheral surface of the second lens frame 42d. The cam pin 36b thus engaged is engaged.
[0025]
Further, a front lens group 35a composed of a plurality of lenses is attached to the front end of the first lens frame 42c. A rear lens group 35b made up of a plurality of lenses is attached to the second lens frame 42d. The zoom lens 7 of the TV camera 4 is composed of the front lens group 35a and the rear lens group 35b.
[0026]
In addition, an electric rotation mechanism 42e of the zoom mechanism 42 is provided inside the TV camera 4. As shown in FIG. 4, the electric rotating mechanism 42 e is provided with a stepping motor 38, a pinion gear 39 fixed to the motor shaft of the motor 38, and a reduction gear 37. Here, a large-diameter gear 37a and a small-diameter gear 37b are fixed to the reduction gear 37 on the same axis. The large-diameter gear 37a of the reduction gear 37 is meshed with the pinion gear 39, and the small-diameter gear 37b is meshed with the gear 32 of the outer cylinder member 42a. A photo interrupter 40 is disposed at the end of the rotation range of the outer cylindrical member 42a regulated by the light shielding plate 33 attached to the gear 32.
[0027]
When the zoom mechanism 42 is operated, the rotation of the stepping motor 38 of the electric rotation mechanism 42e is transmitted to the gear 32 while being decelerated by the reduction gear 37, and the outer cylinder member 42a is rotationally driven. The rotation of the outer cylinder member 42a at this time causes the cam pins 36a and 36b to advance and retract along the optical axis direction of the TV camera 4 while being guided by the cam grooves 34a and 34b. As a result, the relative positions of the front lens group 35a of the first lens frame 42c and the rear lens group 35b of the second lens frame 42d change, and the zoom magnification of the TV camera 4 is varied.
[0028]
Cam grooves 34a and 34b are formed so that the relationship between the rotation angle of the outer cylinder member 42a and the zoom magnification of the TV camera 4 is a curve as shown in FIG. This curve matches the human operation feeling during the zooming operation. The sense of operation means that the change speed of the angle of view is constant, that is, the time when the zoom magnification is 1 to 2 times and the time when the zoom magnification is 2 to 4 times are the same. Therefore, by rotating the outer cylinder member 42a at a constant speed, a zoom operation without a sense of incongruity can be obtained. As a result, the zoom mechanism 42 of the TV camera 4 is formed with an angle-of-view change control means 34 configured such that the change in the focal length makes the change speed of the angle of view constant.
[0029]
Further, during the initialization operation, the photo interrupter 40 detects the position of the light shielding plate 33 attached to the gear 32, thereby detecting the reference position of the zoom mechanism 42 and setting the zoom operation range. Thereafter, the rotation angle of the outer cylinder member 42a of the zoom mechanism 42 and the corresponding zoom magnification are set according to the number of pulses sent to the stepping motor 38.
[0030]
FIGS. 6A, 6B and 7 show the CCD moving mechanism 8 provided in the TV camera 4. The CCD moving mechanism 8 is provided with a base plate 43 having a substantially rectangular frame shape.
[0031]
An RL plate 46a supported on the base plate 43 so as to be movable in the X direction (left and right direction in FIG. 6A) in a plane perpendicular to the optical axis of the TV camera 4, and the RL plate 46a. The UD plate 46b supported so as to be movable in the Y direction (vertical direction in FIG. 6A) orthogonal to the moving direction (X direction), and the X direction and the Y direction by the RL plate 46a and the UD plate 46b. And a CCD pedestal 52 supported so as to be movable. Here, as shown in FIG. 6B, the CCD 6 and the infrared cut filter 53 are attached to the CCD pedestal 52 in a state of being opposed to each other.
[0032]
6A, a pair of upper and lower parallel guide shafts 60a and a pair of left and right parallel guide shafts 60b are installed on the base plate 43. These one set of upper and lower guide shafts 60 a and one set of left and right guide shafts 60 b are fixed on the base plate 43 with fixing pins 44 and screws 45. The RL plate 46a is supported so as to be movable in the left-right direction in FIG. 6A along the guide shaft 60a. Similarly, the UD plate 46b is supported so as to be movable in the vertical direction in FIG. 6A along the guide shaft 60b.
[0033]
In addition, a square hole 47a extending in the X direction is provided in the center of the RL plate 46a as shown in FIG. Further, a square hole 47b extending in the Y direction is provided at the center of the UD plate 46b as shown in FIG.
[0034]
An RL stepping motor 48a, which is a drive motor for the RL plate 46a, and a UD stepping motor 48b, which is a drive motor for the UD plate 46b, are fixed to the base plate 43 of the CCD moving mechanism 8 via stepping motor bases 62a and 62b, respectively. ing. Here, one end of a feed screw 49a is fixed to the RL stepping motor 48a. Further, one end of a feed screw 49b is fixed to the UD stepping motor 48b.
[0035]
Further, a nut member mounting groove 61 is formed in the RL plate 46a on the side of the engaging portion with the one guide shaft 60a. A nut member 50 a is fitted in the nut member mounting groove 61. The nut member 50a is formed with a screw hole into which the feed screw 49a is screwed and an insertion hole for the rod-shaped nut guide 120a. Here, the nut guide 120a is fixed at a position farther from the base plate 43 than the feed screw 49a. The nut guide 120a regulates the inclination of the nut member 50a with respect to the base plate 43.
[0036]
Further, when the feed screw 49a is rotationally driven by the RL stepping motor 48a, the rotational movement of the RL stepping motor 48a is directly caused by the screwed portion between the feed screw 49a and the nut member 50a as the feed screw 49a rotates. The RL plate 46a is moved in the left-right direction in FIG.
[0037]
Further, a pin 51 is fixed to the engaging portion side of the UD plate 46b with one guide shaft 60b. The pin 51 is fitted in the groove of the nut member 50b. The nut member 50b is formed with a screw hole into which the feed screw 49b is screwed and an insertion hole for the rod-shaped nut guide 120b. Here, the nut guide 120b is fixed at a position farther from the base plate 43 than the feed screw 49b. The nut guide 120b regulates the nut member 50b from being inclined with respect to the base plate 43.
[0038]
Further, when the feed screw 49b is rotationally driven by the UD stepping motor 48b, the rotational motion of the UD stepping motor 48b is directly caused by the screwed portion between the feed screw 49b and the nut member 50b as the feed screw 49b rotates. It is converted into a dynamic motion, and the UD plate 46b is moved vertically in FIG.
[0039]
Further, as shown in FIG. 6B, a rectangular projection 55 is provided on the lower surface of the CCD pedestal 52 so as to project. The protrusion 55 is inserted into the square hole 47a of the RL plate 46a and the square hole 47b of the UD plate 46b, and the base domes 54 are fixed by screws from below. Then, by sandwiching the UD plate 46b and the RL plate 46a between the CCD base 52 and the base domes 54, the UD plate 46b and the RL plate 46a are slidably pressed against the guide shafts 60a and 60b, respectively. .
[0040]
Thereby, in the CCD moving mechanism 8 of the present embodiment, the projection 55 of the CCD base 52 slides in the Y direction along the square hole 47a of the RL plate 46a in conjunction with the movement of the UD plate 46b in the Y direction. In addition, the projection 55 of the CCD base 52 slides in the X direction along the square hole 47b of the UD plate 46b in conjunction with the movement of the RL plate 46a in the X direction. The CCD base 52 moves vertically and horizontally in conjunction with the 46a and the UD plate 46b. As a result, the CCD 6 moves in the X direction by the operation of the stepping motor 48a, and the CCD 6 moves in the Y direction by the operation of the stepping motor 48b.
[0041]
The nut member 50a of the RL plate 46a is provided with a light shielding plate 56a, and the nut member 50b of the UD plate 46b is provided with a light shielding plate 56b. Further, photointerrupters 57a and 57b are provided on the stepping motor bases 62a and 62b, respectively. During the initialization operation, the photo interrupters 57a and 57b detect the positions of the light shielding plates 56a and 56b, thereby detecting the reference position of the CCD moving mechanism 8. Thereafter, the vertical and horizontal positions of the CCD 6 are set according to the number of pulses sent to the stepping motors 48a and 48b. The position of the CCD 6 here is the center point of the imaging area of the CCD 6.
[0042]
One end of a flexible substrate 58 is connected to the CCD 6. The other end of the flexible substrate 58 is connected to a connector 59 in the TV camera 4. The intermediate portion of the flexible substrate 58 is folded so that it can cope with the movement of the CCD 6.
[0043]
Since the stepping motors 48a and 48b are fixed to the surface opposite to the CCD 6 with respect to the base plate 43, the entire CCD moving mechanism 8 is configured to be smaller than when fixed to the same surface.
[0044]
The TV camera 4 is connected to one end of a camera cable 63 having a coaxial cable structure shown in FIGS. Inside the camera cable 63, as shown in FIG. 8B, a CCD cable 64 and a motor cable 65 are arranged in parallel.
[0045]
Here, the CCD cable 64 is provided with a plurality of cable wirings 64 a for transmitting and receiving video signals and control signals from the CCD 6. Further, a plurality of cable wirings 64a of the CCD cable 64 are sequentially covered with a tubular shield wire 66a and a resin outer tube 67a. Similarly, the motor cable 65 is provided with a plurality of cable wirings 65a for transmitting motor control and operation switch signals on the surface of the casing 4a of the TV camera 4. Further, a tube-shaped shield wire 66b and a resin outer tube 67b are sequentially covered around the plurality of cable wirings 65a of the motor cable 65. The two systems of cables 64 and 65 are covered with a resin-made synthetic outer tube 68 in a state where they are juxtaposed.
[0046]
Further, at the other end of the camera cable 63, two systems of cables 64 and 65 are branched as shown in FIG. Here, a motor cable connector 69 is connected to a terminal portion of the motor cable 65 which is one of the branch cables. The motor cable 65 is detachably connected to the motor cable receptacle 20 provided on the front panel portion 16 of the visual field conversion control device 11 via the motor cable connector 69.
[0047]
A CCD cable connector 70 is connected to a terminal portion of a CCD cable 64 that is the other branch cable of the camera cable 63. The CCD cable 64 is detachably connected to the CCU 12 via the CCD cable connector 70.
[0048]
Since the CCD cable 64 transmits a weak high frequency, it is necessary to match the length and impedance. However, even if the camera cable 63 branches, the CCD cable 64 is electrically connected when a single cable is used. Because of this, compatibility with conventional TV cameras can be maintained.
[0049]
The hand switch 15 detachably attached to the handle portion 14a of the forceps 14 includes a stick switch 71 for changing the visual field in the vertical and horizontal directions, as shown in FIGS. 9A and 9B, and a visual field. Are provided with a TELE switch 72a and a WIDE switch 72b for performing zooming (TELE) and wide-angle observation (WIDE). One end of a hand switch cable 73 for transmitting switch information is connected to the hand switch 15, and a hand switch connector 74 is connected to the other end. The hand switch connector 74 is detachably connected to one of the switch cable receptacles 21a, 21b, 21c provided on the front panel portion 16 of the visual field conversion control device 11.
[0050]
As shown in FIG. 10, the visual field conversion control device 11 includes a central control circuit (operation dividing means) 75, three motor control circuits 76a, 76b, and 76c, and a switch input circuit (operation command input means) 77. Composed. Here, the first motor control circuit 76a is connected to the RL stepping motor 48a inside the TV camera 4, the second motor control circuit 76b is connected to the UD stepping motor 48b, and the third motor control circuit 76c is connected to the stepping motor 38. Each is connected.
[0051]
The switch input circuit 77 includes an operation switch provided in the TV camera 4, an operation switch connected via the switch cable receptacles 21a, 21b, and 21c, such as a hand switch 15 and a foot switch, and a visual field conversion. A signal from an operation switch provided on the front panel portion 16 of the control device 11 is input. Information on ON / OFF of these switches is input to the central control circuit 75, and the central control circuit 75 outputs control signals to the motor control circuits 76a, 76b, and 76c in accordance with the types of switches that are ON. To do.
[0052]
Further, the central control circuit 75 divides the operations of the zoom mechanism 42 and the CCD moving mechanism 8 at the time of one zoom operation of the zoom lens 7 into a plurality of parts, and according to the magnification of the zoom lens 7 for each division operation. The moving amount and moving speed of the CCD moving mechanism 8 are calculated and controlled.
[0053]
Next, the operation of the above configuration will be described. When the endoscope apparatus according to the present embodiment is used, as shown in FIG. 1A, the insertion portion 1a of the scope 1 is inserted through the trocar 3 previously inserted into the body cavity of the patient so as to observe the inside of the body cavity. Inserted into the body cavity. Further, the forceps 14 is inserted into the body cavity of the patient from a place different from the place where the scope 1 is inserted.
[0054]
The observation image of the scope 1 is picked up by the TV camera 4 and displayed on the display monitor 13. FIG. 1B shows the visual field range R1 of the observation image displayed on the eyepiece 5 of the scope 1. Here, the visual field range R2 of the observation image of the scope 1 captured by the CCD 6 through the zoom lens 7 of the TV camera 4 is smaller than the visual field range R1 by the eyepiece 5 of the scope 1. Then, a part of the observation image in the visual field range R1 (the visual field range R2) by the eyepiece 5 of the scope 1 is picked up by the CCD 6, and the observation image in the visual field range R2 is displayed on the display monitor 13. Therefore, by moving the CCD 6 within the visual field range R1 by the eyepiece 5 of the scope 1, the position of the visual field range R2 projected on the CCD 6 changes, and visual field conversion can be performed.
[0055]
Further, by operating the zoom mechanism 42 of the TV camera 4, the size of the observation image projected on the CCD 6 can be changed. That is, enlargement / wide-angle observation can be performed.
[0056]
Here, the CCD moving mechanism 8 for moving the CCD 6 is controlled by the visual field conversion control device 11. The CCD 6 is moved by operating an operation switch such as a stick switch 71 provided in the hand switch 15 and up / down / left / right visual field conversion switches 17a, 17b, 17c, 17d provided on the front panel unit 16 of the visual field conversion control device 11. Is done.
[0057]
For example, when the stick switch 71 is tilted upward (U direction) to the hand switch 15, the switch contact corresponding to the upward visual field conversion inside the hand switch 15 is closed. This state is detected by the switch input circuit 77 in the visual field conversion control device 11 and further sent to the central control circuit 75. At this time, the central control circuit 75 outputs a control signal for converting the visual field upward according to the operation information of the hand switch 15 to the motor control circuit 76b for driving and controlling the UD stepping motor 48b. Specifically, the control signal output at this time is information on the number of pulses for driving the stepping motor 48b and the rotation direction (movement direction) of the motor 48b.
[0058]
Further, the motor control circuit 77b inputs this information and outputs a drive pulse to a UD stepping motor 48b which is a drive source for performing visual field conversion in the vertical direction. As a result, the CCD 6 moves so as to perform visual field conversion in the upward direction.
[0059]
When the operation switch is turned off during the operation of the CCD 6, the switch input circuit 77 detects the state and outputs the detected state to the central control circuit 75. The central control circuit 75 controls the motor pulse signal to stop the drive pulse output. It outputs to the circuit 76b. At this time, the central control circuit 75 counts the number of pulses actually output and stores the current position of the CCD 6.
[0060]
In this embodiment, a stepping motor is used as the actuator, and the number of drive pulses can be considered as a displacement. Therefore, the position is obtained by counting pulses. Even when the output of the set number of pulses is completed even when the operation switch is turned on and the limit position of visual field conversion is reached, the central control circuit 75 counts the number of output pulses and stores the current position of the CCD 6.
[0061]
Similarly, when the stick switch 71 of the hand switch 15 is tilted to the left (L direction), a driving pulse is output from the motor control circuit 76a to the RL stepping motor 48a which is a driving source for visual field conversion in the horizontal direction. The CCD 6 moves so as to change the visual field in the left direction.
[0062]
Further, the same operation is performed in the case of the up / down / left / right visual field conversion switches provided in other devices such as a foot switch and a remote controller. Therefore, the field of view can be changed in the intended direction by turning on the switch in the direction that the operator wants to see.
[0063]
Next, the zoom operation of the TV camera 4 will be described with reference to the flowchart of FIG. The zoom operation of the TV camera 4 is performed by operating operation switches such as the TELE switch 72a / WIDE switch 72b of the hand switch 15 and the TELE switch 18a / WIDE switch 18b provided on the front panel unit 16 of the visual field conversion control device 11. Do it.
[0064]
For example, when the WIDE switch 72b of the hand switch 15 is turned on (step S1), the state of this switch is detected by the switch input circuit 77 of the visual field conversion control device 11 and further sent to the central control circuit 75. Further, when the ON information of the WIDE switch 72b is input, the central control circuit 75 outputs a control signal for operating the zoom mechanism 42 to the motor control circuit 76c. At the same time, if the operation of the CCD moving mechanism 8 is necessary, the control signal is output to the motor control circuits 76a and 76b.
[0065]
This operation will be described in more detail. The central control circuit 75 first recognizes the current position of the zoom mechanism 42 in response to the ON information input of the WIDE switch 72b (step S2). Subsequently, the number of drive pulses and the rotational direction data for driving and controlling the stepping motor 38 of the zoom mechanism 42 are set (step S3).
[0066]
Next, the current position of the CCD 6 is recognized, and it is determined whether or not the position coincides with the origin position of the CCD moving mechanism 8, that is, the center position of the optical system built in the TV camera 4 (step S4). . If the current position of the CCD 6 is not at the origin position of the CCD moving mechanism 8, the process proceeds to the next step S5. In step S5, the movement amount of the CCD 6 is calculated.
[0067]
The calculation method of the movement amount of the CCD 6 at this time is as follows. First, the current zoom magnification of the TV camera 4 and the zoom magnification of the reaching point after the zoom operation are confirmed from the current position of the zoom mechanism 42 and information of the detected operation switch. From this zoom magnification information and the current position information of the CCD 6, the position to move the CCD moving mechanism 8 is calculated by the following formula 1. Here, assuming that the coordinate values of the CCD 6 before the zoom operation are X1, Y1, the coordinate values of the movement destination of the CCD 6 are X2, Y2, the zoom magnification before the zoom operation is k1, and the zoom magnification after the zoom operation is k2.
X2 = X1 · (k2 / k1), Y2 = Y1 · (k2 / k1) (1)
It becomes.
[0068]
FIG. 12 shows the positional relationship of the CCD 6 before and after the zoom operation. In FIG. 12, F1 is an endoscopic image with a zoom magnification k1, F2 is an endoscopic image with a zoom magnification k2, and R is This is an imaging area of the CCD 6.
[0069]
This zoom operation is performed by dividing the operation range of the zoom mechanism 42 into a plurality of sections. Here, as an example, consider a case where the operating range of the zoom mechanism 42 is divided into four sections as shown in FIG. Here, the minimum zoom magnification is P1, and the maximum zoom magnification is P5.
[0070]
When the current zoom magnification of the zoom lens 7 of the TV camera 4 is in a section between P1 and P2, and the TELE switch 72a is turned on, the zoom lens 7 has a zoom magnification of P2 as the first movement destination. Is the position. The zoom operation speed of the zoom mechanism 42 at that time is constant.
[0071]
Further, the zoom magnification at each of the separation positions P1, P2, P3, P4, and P5 of the zoom operation of the zoom mechanism 42 is calculated in advance from the curve in FIG. 5A, and the central control circuit 75 of the visual field conversion control device 11 is calculated. Therefore, the destination zoom magnification can be recognized by the above processing.
[0072]
At this time, the moving speed of the CCD moving mechanism 8 is calculated by dividing the calculated moving position of the CCD moving mechanism 8 by the moving time of the zoom mechanism 42 (step S6). Then, the central control circuit 75 sets the set movement amount (movement pulse) and movement speed of the zoom mechanism 42 to the motor control circuit 76c, and sets the calculated movement amount (movement pulse) and movement speed of the CCD movement mechanism 8 to the motor control circuit 76a. , 76b (step S7).
[0073]
When the zoom mechanism 42 reaches the position P2 due to the first movement of the zoom mechanism 42, the movement destination of the second zoom mechanism 42 is the position of the zoom magnification P3. At this time, the moving position of the CCD moving mechanism 8 is calculated by the following equation 2 in the same manner as described above. Here, assuming that the coordinate value of the CCD 6 at P2 is X2, Y2, the coordinate value of the movement destination of the CCD 6 is X3, Y3, the zoom magnification at P2 is k2, and the zoom magnification at P3 is k3.
X3 = X2 · (k3 / k2), Y3 = Y2 · (k3 / k2) (2)
It becomes.
[0074]
The moving speed of the CCD moving mechanism 8 is also calculated by dividing the moving position of the CCD moving mechanism 8 calculated in the same manner as described above by the moving time of the zoom mechanism 42. Then, the central control circuit 75 outputs the calculated movement amount (movement pulse) and movement speed of each movement mechanism to the motor control circuits 76a, 76b, and 76c.
[0075]
As a result, the CCD moving mechanism 8 operates at a constant speed within the interval of the dividing operation of the zoom mechanism 42, but the moving speed changes stepwise for each of the plurality of divided intervals throughout the zoom operation. This operation is the same when the WIDE switch 72b is turned on.
[0076]
In the zoom optical system having the characteristics shown in FIG. 5A by the stepwise movement speed change of the CCD moving mechanism 8 and the movement position calculation, the observation is arranged at the imaging center position of the CCD 6 during the zoom operation. It is possible to keep the target at a certain position. In this case, the zoom operation is slightly step-like compared to the acceleration / deceleration drive in which the moving speed changes smoothly, but the acceleration / deceleration drive changes smoothly by increasing the number of divisions in the zoom operation. It is possible to approach movement.
[0077]
In the present embodiment, the central control circuit 75 provided in the field-of-view conversion control device 11 operates each moving mechanism as an initial operation after power-on of the device, and a photo provided in the zoom mechanism 42. Control is performed such that the movement reference position of each moving mechanism is obtained by detecting a change in the state of the photo interrupters 57a and 57b provided in the interrupter 40 and the CCD moving mechanism 8, and each moving mechanism is further moved to the initial position. The initial position means that the CCD moving mechanism 8 is the center position of the imaging area of the CCD 6 (the optical axis center position of the imaging optical system of the TV camera 4), and the zoom mechanism 42 is the minimum zoom magnification.
[0078]
When the origin return switch 19 provided on the front panel 16 of the visual field conversion control device 11 or the origin return switch 9 provided on the outer surface of the casing 4a of the TV camera 4 is turned on, the central control circuit 75 Control to move each moving mechanism to the initial position is performed.
[0079]
Therefore, the above configuration has the following effects. In other words, in the present embodiment, the zoom lens 7 of the TV camera 4 is provided with an angle-of-view change control means 34 configured such that the change in the focal length makes the change speed of the angle of view constant, and the visual field conversion control device 11 is provided. In addition, the operations of the zoom mechanism 42 and the CCD moving mechanism 8 at the time of one movement operation of the zoom lens 7 are divided into a plurality of parts, and the CCD moving mechanism 8 of the CCD moving mechanism 8 is divided according to the magnification of the zoom lens 7 for each dividing operation. A central control circuit 75 for calculating and controlling the movement amount and the movement speed is provided. Therefore, even in the case of a zoom optical system in which the relationship between the zoom magnification of the zoom lens 7 and the rotation angle of the outer cylinder member 42a of the zoom mechanism 42 is a non-linear relationship as shown in FIG. The movement of the CCD 6 for capturing the same observation object before and after at the imaging center of the CCD 6 can be achieved by a simple process of stepwise constant speed operation. Also, the zoom operation is performed at a constant speed, and human zooming feeling is not impaired.
[0080]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, the relationship between the zoom magnification of the TV camera 4 and the rotation angle of the outer cylinder member 42a of the zoom mechanism 42 in the endoscope apparatus having the configuration of the first embodiment is as shown in FIG. The cam grooves 34a and 34b are formed so as to have a linear relationship.
[0081]
In the present embodiment, when the moving speed of the zoom mechanism 42 is constant, the relationship between the zoom moving time and the focal length (zoom magnification) is linear, so the CCD moving mechanism 8 during operation of the zoom mechanism 42 is Thus, it is possible to achieve a correction operation that is always aimed at an operation at a constant speed, that is, an operation that captures the same observation object at the imaging center of the CCD 6 regardless of the zoom magnification.
[0082]
Further, the movement position by the zoom operation of the CCD moving mechanism 8 is obtained by multiplying the position of the CCD 6 before the zoom operation by the zoom magnification change rate, as in the above-described equation (1). When the operation switch for performing the zoom operation is turned ON, the central control circuit 75 outputs a control signal for performing the zoom operation to the motor control circuit 76c, and at the same time, sets the movement position for moving the CCD moving mechanism 8. The calculated position and the set moving speed are output to the motor control circuits 76a and 76b.
[0083]
Therefore, in this embodiment, since the zoom mechanism 42 and the CCD moving mechanism 8 operate at a constant speed, complicated processing for acceleration / deceleration operation and a dedicated IC are not required, and the zoom mechanism is used for correction operation. 42 and the CCD moving mechanism 8 need not be dividedly driven, and the correction operation can be performed with a simple process and configuration.
[0084]
FIG. 14 shows a third embodiment of the present invention. In the present embodiment, the endoscope apparatus having the configuration of the first and second embodiments is provided with means for regulating the moving range of the CCD moving mechanism 8 in accordance with the zoom magnification.
[0085]
That is, in this embodiment, when the front switch 16 of the visual field conversion control device 11 or the stick switch 71 provided on the hand switch 15 for vertical / horizontal visual field conversion is turned on, the central control circuit 75 detects the state. Then, a control signal for operating the moving mechanism corresponding to the turned on switch is output. A movement signal (movement pulse) which is one of the control signals is obtained by subtracting the current position from the operation limit position calculated by an operation limit setting circuit (not shown) provided in the central control circuit 75. .
[0086]
The formula for calculating the absolute value of the operation limit position is shown in the following formula (3). Here, the coordinate values of the operation limit position of the CCD moving mechanism 8 are XL and YL, the coordinate values of the current position of the CCD moving mechanism 8 are Xp and Yp, the zoom magnification of the current position is kp, and the operation limit coefficient of the CDD moving mechanism 8 Is LIMIT,
XL = LIMIT · kp · Xp, YL = LIMIT · kp · Yp (3)
It becomes.
[0087]
Further, as shown in FIG. 14, the visual field movement range is inside a square M determined by a value obtained by this equation. In FIG. 14, F3 is an endoscopic image with a zoom magnification kp. Furthermore, LIMIT is arbitrarily determined in consideration of the fact that a sufficient range of endoscopic images can be captured in the imaging region R of the CCD 6 even when the CCD 6 is positioned at the operation limit at different zoom magnifications.
[0088]
Therefore, in the present embodiment, the CCD moving mechanism 8 when the up / down / left / right visual field conversion stick switch 71 is turned on can move only inside the quadrangle M at the operation limit position shown in FIG. A range sufficient to perform treatment can be imaged.
[0089]
Note that the value of LIMIT may be changed between the vertical movement axis of the CCD moving mechanism 8 and the horizontal movement axis. Here, if the coefficient is determined in consideration of the aspect ratio of the CCD 6 (the aspect ratio of the screen), the vertical movement axis and the horizontal movement axis occupy the imaging field of the endoscopic image when the movement limit position is reached. The ratio can be adjusted.
[0090]
Further, the operation limit of the CCD moving mechanism 8 may be an octagon N as in a modification of the third embodiment (see FIG. 14) shown in FIG. In this case, the movement range of the CCD moving mechanism 8 is divided into nine areas N1 to N9 as shown in FIG. 15, and the operation limit position is obtained by combining the position of the CCD 6 before the visual field conversion operation and the operation command information by the operation switch. Is calculated.
[0091]
For example, when the operation switch for moving the visual field in the upward direction is turned on while the CCD 6 is located in the region N4 in FIG. 15, the upper operation limit position is the operation limit as shown in FIG. It is calculated from an equation representing a straight line A that is one side of the octagon N.
[0092]
Therefore, the thing of the said structure has the following effects. That is, in this modification, the operation limit position of the CCD 6 is calculated according to the change in zoom magnification caused by the operation of the zoom mechanism 42 provided in the TV camera 4, so that observation and treatment are always performed even if the zoom magnification changes. A sufficient endoscopic image can be obtained.
[0093]
FIG. 16 shows a fourth embodiment of the present invention. In this embodiment, in the endoscope apparatus having the configuration of the first, second and third embodiments, means for notifying by sound that the operating range of each moving mechanism has been reached is provided.
[0094]
In the present embodiment, as shown in FIG. 16, the visual field conversion control device 11 is provided with an operation limit notification control circuit 78. The operation limit notification control circuit 78 includes a central control circuit 75, a piezoelectric buzzer. A sound generator 79 such as an electromagnetic speaker is connected. The operation limit notification control circuit 78 is supplied with information on ON / OFF of operation switches connected to the visual field conversion control device 11 and position information of the CCD 6 from the central control circuit 75.
[0095]
A signal for outputting a notification sound for notifying the sound generator 79 of the operation limit when each moving mechanism has reached the set operation limit and the operation switch is continuously turned on for a certain period of time. Is output.
[0096]
This configuration has the following effects. That is, in this embodiment, when each moving mechanism reaches the operation limit position and stops moving the field of view, the operator is notified that it is the operation limit so that it is not a trouble such as a malfunction of the apparatus. Can let you know. In addition, this notification can prevent the operator from applying unnecessary force to the operation switch.
[0097]
Furthermore, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
Next, other characteristic technical matters of the present application are appended as follows.
Record
(Additional Item 1) An endoscope that is inserted into a body cavity of a patient, an imaging unit that captures an observation image of the endoscope, a zoom optical system that zooms the observation image, and an imaging range of the imaging unit A TV camera provided with an imaging range moving means for moving, and a variable magnification optical system moving means for moving a variable magnification optical system; a visual field movement control means for controlling operations of the variable magnification optical system moving means and the imaging range moving means; In an endoscope apparatus provided with an operation command input means for giving an operation command for the zooming optical system moving means and the imaging range moving means, the zooming optical system provided in the TV camera has a change in focal length. The visual field movement control means is configured to operate the variable magnification optical system moving means and the imaging range moving means divided into a plurality of times and change the variable magnification optical system for each operation. The moving amount and moving speed of the imaging range moving means are calculated according to the magnification. An endoscope apparatus characterized by the above.
[0098]
(Additional Item 2) The endoscope apparatus according to Additional Item 1, wherein the operation command means is a hand switch attached to a treatment instrument for performing treatment in a body cavity of a patient.
[0099]
(Additional Item 3) The endoscope apparatus according to Additional Item 1, wherein the visual field movement control unit is provided with a movement range regulation unit that regulates a movement range of the imaging element in accordance with a magnification ratio of the variable magnification optical system. .
[0100]
(Additional Item 4) The endoscope apparatus according to Additional Item 1, wherein the visual field moving range set by the moving range restricting unit is a quadrangle.
(Additional Item 5) The endoscope apparatus according to Additional Item 1, wherein the visual field movement range set by the movement range regulating means is an octagon.
[0101]
(Prior Art of Additional Items 1 to 5) The treatment tool and the endoscope are individually inserted into the body cavity of the patient, and an image of the distal end portion of the treatment tool inserted into the body cavity is displayed in the observation visual field of the endoscope. In addition, an endoscopic operation is known in which a treatment operation is performed while observing a treatment state of an affected area with a treatment tool with an endoscope. In this surgery, the patient holds the treatment tool in both hands, so the position of the endoscope is changed so that the assistant can hold the endoscope and obtain a visual field that is easy to operate according to the instructions of the operator. ing. However, since the operation of this endoscope requires skill, there is a problem that the visual field desired by the operator cannot be obtained and the operation does not proceed smoothly. In order to solve this problem, the present applicant has disclosed an endoscope apparatus disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-28663. In this endoscope apparatus, a part of the imaging optical system of the endoscope is moved by an actuator to change the imaging range of the endoscope image. The actuator can be moved by a switch or the like at hand of the surgeon, and the surgeon can obtain the desired field of view by his own operation.
[0102]
Another apparatus having the same purpose is disclosed in JP-A-6-30896. Here, the endoscope is held by a robot arm and moves, but there is a possibility that an operator, a patient, and peripheral devices may interfere with the robot arm. Further, the movement of the endoscope may become unstable due to an unintended operation of the robot arm. Furthermore, since it is necessary to dispose a large device such as a robot and its peripheral devices outside the endoscope, operations such as transportation and sterilization of the entire device are inconvenient. The endoscope apparatus disclosed by the present applicant can perform visual field conversion in a state where the endoscope is fixed to a support arm. Further, the mechanism for converting the field of view is also compact, and there is no such problem as described above.
[0103]
(Problems to be solved by Supplementary Items 1 to 3) The apparatus disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-28663 enlarges an image obtained by an endoscope with a zoom lens as shown in FIG. The field of view is converted by moving the imaging element in the plane direction and changing the imaging region. Furthermore, zooming / reducing observation can be performed by moving the zoom lens.
[0104]
In this mechanism, when zooming is performed by driving only the zoom lens, if the center position of the image sensor is not at the center of the image pickup optical system, the observation target at the center of the screen is operating before the zoom operation. It will gradually shift to. This will be described with reference to FIG. When the coordinate system based on the center of the imaging optical system is considered when the imaging optical system and the observation target are stationary, the coordinate value of the observation target after the zoom operation is changed to the coordinate value before the zoom operation. Multiplied by. Therefore, in order to capture the same observation target before and after the zoom operation at the center of the screen, it is necessary to operate the image sensor simultaneously with the zoom operation. The zoom operation more closely matches the human zooming sensation when the angle of view change rate is constant. The fact that the change speed of the angle of view is constant means that the time for the zoom magnification to be doubled from 1 to 2 is the same as the time for the zoom magnification to be doubled to 4 times. As described above, in the optical system in which the change speed of the angle of view is constant, the relationship between the focal length (zoom magnification) and the zoom lens position (the rotation angle of the zoom lens driving outer cylinder member) is as shown in FIG. Non-linear. In order to make this angle of view change speed constant, it is necessary to move the zoom lens at a constant speed. The movement of the image sensor at that time needs to follow a locus corresponding to the nonlinear zoom magnification. That is, an acceleration / deceleration operation for realizing this non-linear trajectory is necessary. However, the zoom operation is not a repetitive operation between fixed positions, but the operation is stopped by a switch operation.
[0105]
When the operation stops within the zoom operation range, it is necessary to calculate an acceleration / deceleration pattern for realizing the non-linear trajectory operation each time the zoom operation is started again. Since this process is complicated, it takes time, and a dedicated IC for realizing this acceleration / deceleration pattern is required.
[0106]
(Purpose of Supplementary Items 1 to 3) In an endoscope apparatus that can perform visual field conversion by moving a part of the imaging optical system, the movement of the imaging element for correcting the shift of the observation target of the zoom operation is as follows: Realize with simple processing without using dedicated IC.
[0107]
(Problems to be solved by the supplementary items 4 and 5) In the apparatus disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-28663, when the image sensor is moved, the outside of the observation visual field captured by the endoscope is imaged. Since the size of the observation image projected on the image sensor changes depending on the movement of the zoom lens, unless the movement range of the image sensor is changed by the zoom magnification, a portion other than the observation field of view of the endoscope is imaged large. There was a problem that observation and treatment were difficult.
[0108]
(Purpose of Supplementary Items 4 and 5) To obtain an observation visual field at a level that allows sufficient observation and treatment even when the zoom magnification changes.
(Effects of Supplementary Items 1 to 5) When a variable magnification optical system configured so that the change in focal length makes the change speed of the angle of view constant, the same observation target is obtained at the center of the imaging range of the imaging means. In order to take an image, the zooming optical system moving unit and the imaging range moving unit are operated by dividing them into a plurality of times, and the moving amount and the moving speed of the imaging range moving unit according to the zooming magnification of the zooming optical system for each operation. Thus, the same observation object can be captured at the center of the imaging range without performing complicated processing and acceleration / deceleration operation that requires a dedicated IC during the operation of the variable magnification optical system.
[0109]
【The invention's effect】
According to the present invention, a zooming optical system of a TV camera is provided with an angle-of-view change control unit configured so that the change in focal length makes the change rate of the angle of view constant, and the field-of-view movement control unit includes The operations of the variable magnification optical system moving means and the imaging range moving means at the time of one movement operation of the optical system are divided into a plurality of parts, and the imaging range moving means according to the variable magnification of the variable magnification optical system for each division operation Since the movement dividing means for calculating and controlling the movement amount and the moving speed of the zoom lens is provided, when the variable magnification optical system configured so that the change in the focal length keeps the change speed of the angle of view constant, In order to image the same observation object at the center of the imaging range of the imaging means, the variable magnification optical system moving means and the imaging range moving means are divided and operated in multiple times, and the magnification of the variable magnification optical system is changed for each operation. In response to calculating the moving amount and moving speed of the imaging range moving means Ri, can be captured without acceleration or deceleration operation to be complicated processing when the variable power optical system operations require a dedicated IC, and the same observation target to the center of the imaging range. Therefore, in an endoscope apparatus that can perform visual field conversion by moving a part of the imaging optical system, the movement of the imaging element for correcting the positional deviation of the observation target during the zoom operation can be performed with simple processing. This can be realized without using a dedicated IC.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A and 1B show a first embodiment of the present invention, in which FIG. 1A is a schematic configuration diagram of an entire endoscope apparatus, and FIG. 1B is a plan view showing a display state of a monitor screen of the endoscope apparatus; .
FIG. 2 is a front view showing a front panel of the visual field conversion control device of the endoscope apparatus according to the first embodiment.
FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing an internal configuration of a TV camera of the endoscope apparatus according to the first embodiment.
FIG. 4 is a plan view showing a mounting state of a light shielding plate of the endoscope apparatus according to the first embodiment.
5A is a characteristic diagram showing a relationship between a rotation angle of an outer cylindrical member of a zoom lens and a zoom magnification of a TV camera in the endoscope apparatus according to the first embodiment, and FIG. 5B is an endoscope. The characteristic view for demonstrating the division | segmentation state of operation | movement at the time of zoom operation of TV camera in an apparatus.
6A is a plan view showing a schematic configuration of a CCD moving mechanism in the endoscope apparatus according to the first embodiment, and FIG. 6B is a sectional view taken along line BB in FIG.
FIG. 7 is a rear view of the CCD moving mechanism of the endoscope apparatus according to the first embodiment.
8A is a plan view showing a camera cable branch portion of the endoscope apparatus according to the first embodiment, and FIG. 8B is a cross-sectional view showing an internal configuration of the camera cable.
9A is a side view showing an attachment state of a hand switch that is detachably attached to a handle portion of a forceps in the endoscope apparatus according to the first embodiment, and FIG. 9B shows the operation of the stick switch. Explanatory drawing for demonstrating.
FIG. 10 is a schematic configuration diagram illustrating a visual field conversion control device of the endoscope device according to the first embodiment.
FIG. 11 is a flowchart for explaining processing by the visual field conversion control device of the endoscope apparatus according to the first embodiment.
FIG. 12 is an explanatory diagram for explaining the positional relationship of the CCD before and after the zoom operation by the zoom lens of the endoscope apparatus according to the first embodiment.
FIG. 13 is a characteristic diagram for explaining an endoscope apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 14 is an explanatory diagram for explaining an endoscope apparatus according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 15 is an explanatory diagram for explaining a modification of the endoscope apparatus according to the third embodiment.
FIG. 16 is a schematic configuration diagram of a main part of an endoscope apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Scope (Endoscope)
4 TV camera
6 CCD (imaging means)
7 Zoom lens (variable magnification optical system)
8 CCD moving mechanism (imaging range moving means)
11 Field conversion control device (field movement control means)
34 Angle of view change control means
42 Zoom mechanism (variable magnification optical system moving means)
75 Central control circuit (motion dividing means)
77 Switch input circuit (operation command input means)

Claims

An endoscope inserted into a body cavity of a patient, and a TV camera connected to the endoscope,
An imaging unit that captures an observation image of the endoscope on the TV camera, a zooming optical system that performs zooming of the observation image, an imaging range moving unit that moves an imaging range of the imaging unit, and the variable A variable magnification optical system moving means for moving the double optical system,
And visual field movement control means for controlling the operation of the zoom optical system moving means and the imaging range moving means,
In an endoscope apparatus including the zooming optical system moving unit and an operation command input unit that performs an operation command of the imaging range moving unit.
The zoom optical system of the TV camera is provided with an angle-of-view change control unit configured so that the change in focal length makes the change speed of the angle of view constant,
The visual field movement control means is divided into a plurality of operations of the variable magnification optical system moving means and the imaging range moving means at the time of one movement operation of the variable magnification optical system, and the variable movement is changed for each division operation. An endoscope apparatus comprising: an operation dividing unit that calculates and controls a moving amount and a moving speed of the imaging range moving unit according to a variable magnification of a double optical system.