(57)【要約】【課題】対物光学系の光学的倍率を変更したときに合焦に要する時間を短縮する。【解決手段】対物光学系の倍率変更直後では、ＡＦ制御部は、倍率変更後の倍率及び撮影画像の明るさと、倍率変更直前に撮影された被観察部位の形状との組み合わせに対応する評価値サーチ範囲を特定する。評価値サーチ範囲のＡＦ評価値となる範囲で合焦レンズが移動され、最大となるＡＦ評価値のレンズ位置に合焦レンズがセットされる。評価値サーチ範囲は、倍率，明るさ，形状に組み合わせに対して、ピントの合致が予想されるＡＦ評価値の範囲として、各組み合わせについて決められている。【選択図】図６
2010008836.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学像を変倍する変倍レンズとピントを調節する合焦レンズとを有する対物光学系と、この対物光学系を通して被観察部位の撮影を行って撮影信号を出力するイメージセンサとが体内に挿入される挿入部の先端に設けられ、コントラストの大きさを示す評価値に基づいてピント調節を行う電子内視鏡装置のピント調節方法において、
前記変倍レンズの移動による倍率変更が行われたときに、撮影された画像の明るさと、倍率変更直前に撮影された画像から認識された被観察部位の画像の特徴と、倍率変更後の前記対物光学系の倍率との組み合わせに対応して、倍率変更後に予想される評価値の範囲としてサーチ範囲を特定するとともに、倍率変更前のレンズ位置に対応した撮影距離に倍率変更後のピントを合致させるレンズ位置に合焦レンズを移動してから、評価値が特定したサーチ範囲内を維持するレンズ位置の範囲で前記合焦レンズを移動させ、この移動で得られる各評価値を評価して得られる被観察部位にピントを合致させるためのレンズ位置に合焦レンズを移動させることを特徴とする電子内視鏡装置のピント調節方法。
【請求項２】
特定したサーチ範囲内となる範囲で前記合焦レンズを移動させたときに、最大の評価値となるレンズ位置に合焦レンズを移動することを特徴とする請求項１記載の電子内視鏡装置のピント調節方法。
【請求項３】
体内に挿入される挿入部の先端に設けられ、合焦する撮影距離を合焦レンズの移動によって調節する合焦機構と、光学像を変倍する光学的変倍機構とが組み込まれた対物光学系と、
前記対物光学系を通して被観察部位の撮影を行い、撮影した被観察部位の画像を撮影信号に光電変換して出力するイメージセンサと、
撮影信号に基づいて、撮影画像のコントラストの大きさを示す評価値を検出するコントラスト検出手段と、
撮影信号に基づいて、撮影画像の明るさを検出する明るさ検出手段と、
撮影信号に基づいて、撮影された被観察部位の画像の特徴を認識する認識手段と、
撮影画像の明るさと、前記対物光学系の倍率変更直前の被観察部位の画像の特徴と、倍率変更後の前記対物光学系の倍率との組み合わせに対応して、倍率変更後に予想される評価値の範囲として予め規定したサーチ範囲を、撮影画像の明るさと、前記倍率変更前の被観察部位の画像の特徴と、倍率変更後の倍率との複数の組み合わせにそれぞれ対応付けて記憶した記憶手段と、
前記光学的変倍機構による前記対物光学系の倍率変更が行われたときに、前記明るさ検出手段によって検出された撮影画像の明るさと、倍率変更直前に前記認識手段によって認識された被観察部位の画像の特徴と、倍率変更後の前記対物光学系の倍率との組み合わせに対応したサーチ範囲を前記記憶手段に記憶されている複数のサーチ範囲から特定するとともに、倍率変更前のレンズ位置に対応した撮影距離に倍率変更後のピントを合致させるレンズ位置に合焦レンズを移動してから、前記コントラスト検出手段で検出される評価値が特定したサーチ範囲内を維持するレンズ位置の範囲で前記合焦レンズを移動させ、この移動で得られる各評価値を評価して、被観察部位にピントを合致させるためのレンズ位置を決定し、決定されたレンズ位置に合焦レンズを移動させるフォーカス制御手段とを備えたこと特徴とする電子内視鏡装置。
【請求項４】
前記フォーカス制御手段は、特定したサーチ範囲内となる範囲で前記合焦レンズを移動させたときに最大の評価値となるレンズ位置を、ピントを合致させるためのレンズ位置として決定することを特徴とする請求項３記載の電子内視鏡装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対物光学系の焦点距離を変更する機能とオートフォーカス機能を備えた電子内視鏡装置及びそのピント調節方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、医療の分野では電子内視鏡装置を用いた検査が広く用いられている。電子内視鏡装置は、対物光学系やイメージセンサ等を先端部に組み込んだ内視鏡本体部の他、プロセッサ装置、光源装置，モニタ等からなる。検査時には、光源装置からの照明光の下で対物光学系を介して生体内の被観察部位の光学像をイメージセンサ上に結像して撮影し、得られる撮影信号をプロセッサ装置で各種画像処理した後にモニタに表示する。
【０００３】
上記のような電子内視鏡装置では、変倍レンズを含む光学的変倍機構を対物光学系に組み込み、その変倍レンズの光軸方向の移動で対物光学系の焦点距離の増減を行い、光学的倍率を変更して被観察部位を観察できるようにしたものも知られている。また、特許文献１のように、光学的変倍機構とともに、自動的にピント合わせを行うオートフォーカス機構を組み込んだ電子内視鏡装置も知られている。
【０００４】
特許文献１の電子内視鏡装置では、変倍ごとにピント調節が必要となるバリフォーカルタイプの光学的変倍機構と、変倍レンズとは別個独立して移動させることができるピント合わせ用の合焦レンズを含む合焦機構とを対物光学系に組み込んである。ピント調節時には、撮影画像のコントラストが最大になる合焦レンズのレンズ位置を検出し、そのレンズ位置に合焦レンズを移動させるコントラスト検出方式が採用されている。
【０００５】
上記のようなコントラスト検出方式では、合焦レンズをステップ移動させながら撮影を行い、合焦レンズの各レンズ位置のそれぞれについて撮影画像中のコントラストの大きさを示す評価値を順次に算出するサーチ処理を行い、ＡＦ評価値が最大となるレンズ位置を検出する。サーチ処理では、例えば合焦レンズを、その可動域の一端にセットし、この近一端から他端にまで合焦レンズを移動させる全域サーチが行われる。また、コントラスト検出方式の１つとして、ＡＦ評価値が増加から減少に転じるピークを検出し、そのピークとなるレンズ位置に合焦レンズをセットする、いわゆる山登り方式も知られている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１０６５２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上記のようなサーチ処理は、合焦レンズをステップ移動させるごとにイメージセンサによる撮影を行う必要があるため、かなりの時間を要するという問題がある。このため、上記のような光学的変倍機構によって光学的倍率が変更されると、サーチ処理が行われるため比較的に長い時間、ピントが合致した画像を観察することができなくなり、電子内視鏡装置での検査効率を低下させるという問題があった。
【０００８】
また、山登り方式では、合焦レンズの移動ステップが少なくなってサーチ処理に要する時間を短縮する効果を期待できるが、光学的倍率が高い場合や、被観察部位自体のコントラストが低い場合には、検出されるＡＦ評価値の変化が細かく変化し、あるいは変化があまりないため、明確なピークを検出できずピントを調節することが困難になることもある。
【０００９】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、光学的変倍機構による倍率変更時の合焦に要する時間を短縮し、迅速にピント合わせを行うことができる電子内視鏡装置及びそのピント調節方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、請求後１記載の電子内視鏡装置のピント調節方法では、変倍レンズの移動による倍率変更が行われたときに、撮影された画像の明るさと、倍率変更直前に撮影された画像から認識された被観察部位の画像の特徴と、倍率変更後の対物光学系の倍率との組み合わせに対応して、倍率変更後に予想される評価値の範囲としてサーチ範囲を特定するとともに、倍率変更前のレンズ位置に対応した撮影距離に倍率変更後のピントを合致させるレンズ位置に合焦レンズを移動してから、評価値が特定したサーチ範囲内を維持するレンズ位置の範囲で合焦レンズを移動させ、この移動で得られる各評価値を評価して得られる被観察部位にピントを合致させるためのレンズ位置に合焦レンズを移動させるものである。
【００１１】
請求項２記載の電子内視鏡装置のピント調節方法では、特定したサーチ範囲内となる範囲で合焦レンズを移動させたときに、最大の評価値となるレンズ位置に合焦レンズを移動するものである。
【００１２】
請求項３記載の電子内視鏡装置では、体内に挿入される挿入部の先端に設けられ、合焦する撮影距離を合焦レンズの移動によって調節する合焦機構と、光学像を変倍する光学的変倍機構とが組み込まれた対物光学系と、対物光学系を通して被観察部位の撮影を行い、撮影した被観察部位の画像を撮影信号に光電変換して出力するイメージセンサと、
撮影信号に基づいて、撮影画像のコントラストの大きさを示す評価値を検出するコントラスト検出手段と、撮影信号に基づいて、撮影画像の明るさを検出する明るさ検出手段と、撮影信号に基づいて、撮影された被観察部位の画像の特徴を認識する認識手段と、撮影画像の明るさと、対物光学系の倍率変更直前の被観察部位の画像の特徴と、倍率変更後の対物光学系の倍率との組み合わせに対応して、倍率変更後に予想される評価値の範囲として予め規定したサーチ範囲を、撮影画像の明るさと、倍率変更前の被観察部位の画像の特徴と、倍率変更後の倍率との複数の組み合わせにそれぞれ対応付けて記憶した記憶手段と、光学的変倍機構による対物光学系の倍率変更が行われたときに、明るさ検出手段によって検出された撮影画像の明るさと、倍率変更直前に認識手段によって認識された被観察部位の画像の特徴と、倍率変更後の対物光学系の倍率との組み合わせに対応したサーチ範囲を記憶手段に記憶されている複数のサーチ範囲から特定するとともに、倍率変更前のレンズ位置に対応した撮影距離に倍率変更後のピントを合致させるレンズ位置に合焦レンズを移動してから、コントラスト検出手段で検出される評価値が特定したサーチ範囲内を維持するレンズ位置の範囲で合焦レンズを移動させ、この移動で得られる各評価値を評価して、被観察部位にピントを合致させるためのレンズ位置を決定し、決定されたレンズ位置に合焦レンズを移動させるフォーカス制御手段とを備えたものである。
【００１３】
請求項４記載の電子内視鏡装置では、フォーカス制御手段を、特定したサーチ範囲内となる範囲で合焦レンズを移動させたときに最大の評価値となるレンズ位置を、ピントを合致させるためのレンズ位置として決定するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、光学的変倍機構による倍率変更が行われたときに、倍率変更直前の被観察部位の特徴と、撮影画像の明るさと、倍率変更後の対物光学系の倍率との組み合わせに対応して予想される評価値の範囲をサーチ範囲と特定し、評価値がそのサーチ範囲となるレンズ位置の範囲で合焦レンズを移動させ、各評価値からピントを合致させるためのレンズ位置を決めているため、合焦レンズの移動によるコントラストの変化が小さい場合や、ＡＦ評価値の変化が細かく変化する場合であっても短時間でピントを合わせることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１において、電子内視鏡装置２は、内視鏡本体部１０，プロセッサ装置１１，光源装置１２，モニタ１４等から構成してある。内視鏡本体部１０は、体腔内に挿入される挿入部１５と、この挿入部１５の基端に設けた操作部１６と、操作部１６から伸びてプロセッサ装置１１及び光源装置１２に内視鏡本体部１０を接続するユニバーサルコード１７とを備えている。
【００１６】
挿入部１５は、先端から順番に先端部２０、湾曲部２１、及び可撓管部２２からなる。先端部２０には、体腔内撮影用の撮影ユニット２３等を内蔵してある。湾曲部２１は、操作部１６に設けたアングルノブ２４の操作に連動して、挿入部１５内に通されたワイヤが押し引きされることにより、上下左右方向に湾曲する。これにより、先端部２０を体腔内の所望の方向に向けることができる。
【００１７】
可撓管部２２は、操作部１６と湾曲部２１との間を長尺状に繋ぐ部分であり、可撓性を有している。可撓管部２２の内部には、上記アングルノブ２４に連動したワイヤの他、撮影ユニット２３とプロセッサ装置１１とを電気的に接続するケーブルや、撮影ユニット２３の光学的倍率（焦点距離）を変更するための駆動力を伝達する線状伝達部材、光源装置１２からの照明光を先端部２０に導くためのライトガイド、鉗子チューブ、送気・送水チューブ等を通してある。
【００１８】
操作部１６には、アングルノブ２４の他、撮影ユニット２３の光学的倍率を変更する際に操作される変倍操作部２５を設けてある。この変倍操作部２５は、光学的倍率を高くするアップボタン２５ａと、倍率を低くするダウンボタン２５ｂとから構成してある。アップボタン２５ａまたはとダウンボタン２５ｂの押圧する変倍操作ごとに、撮影ユニット２３の光学的倍率が１ステップずつ変化する。
【００１９】
プロセッサ装置１１は、内視鏡本体部１０と光源装置１２と電気的に接続され、電子内視鏡装置２の動作を統括的に制御する。このプロセッサ装置１１は、ユニバーサルコード１７内に通されたケーブルを介して内視鏡本体部１０と接続されることにより、撮影ユニット２３の駆動を制御するともに、撮影ユニット２３からの撮影信号が入力され、この入力された撮影信号に各種画像処理を施して撮影画像の画像データを生成する。プロセッサ装置１１で生成された画像データに基づいて、プロセッサ装置１１に接続されたモニタ１４に撮影画像である被観察部位の画像が表示される。また、プロセッサ装置１１は、撮影画像のコントラストに基づいて撮影ユニット２３のピント制御を行う。
【００２０】
図２に示すように、先端部２０の前面２０ａには、観察窓３１，照明窓３２，鉗子出口３３、及び送気・送水用ノズル３４を設けてある。観察窓３１には、撮影ユニット２３を構成する光学系の一部が露呈されており、この観察窓３１を通して撮影ユニット２３による撮影を行う。
【００２１】
照明窓３２は、観察窓３１を挟むように２個配され、光源装置１２からの照明光を体腔内に照射する。鉗子出口３３は、操作部１６に設けた鉗子挿入口３５（図１参照）と鉗子チューブを介して繋がっている。注射針や高周波メスなどが先端に配された各種処置具が鉗子挿入口３５から挿入され、その先端が鉗子出口３３から露呈される。送気・送水用ノズル３４は、操作部１６に設けられた送気・送水ボタン（図示省略）の操作によって洗浄水や空気を被観察部位に向けて噴射する。
【００２２】
図３に示すように、撮影ユニット２３には、対物光学系４０を組み込んである。この対物光学系４０は、物体側から順番に、第１固定レンズ４１，変倍用の第１変倍レンズ４２と第２変倍レンズ４３，第２固定レンズ４４、ピント調節用の合焦レンズ４５，絞り４６を配してあり、バリフォーカル系の撮影レンズとなっている。
【００２３】
絞り４６の後方には、対物光学系４０の光軸ＰＬを９０度折り曲げるプリズム４７を配してあり、折り曲げられた光軸ＰＬ上にイメージセンサ４８を配してある。プリズム４７とイメージセンサ４８との間には、イメージセンサ４８の受光面を保護するカバーガラス４９を配してある。
【００２４】
第１固定レンズ４１は、固定されたレンズホルダ５１に保持してあり、物体側の面を観察窓３１から外部に露呈する。第１変倍レンズ４２及び第２変倍レンズ４３は、レンズホルダ５２，５３に保持され、それぞれ光軸ＰＬに沿った方向に移動自在としてある。第２固定レンズ４４は、第１固定レンズ４１と同様に固定されたレンズホルダ５４に保持してある。さらに、合焦レンズ４５は、レンズホルダ５５に保持されて光軸ＰＬに沿った方向に移動自在としてある。
【００２５】
各変倍レンズ４２，４３は、カム軸５７等とともに対物光学系４０の変倍機構５８を構成する。レンズホルダ５２，５３には、カムピン５２ａ，５３ａを一体に設けてあり、これらカムピン５２ａ，５３ａを円柱状のカム軸５７の外周に形成したカム溝５７ａ，５７ｂに係合してある。カム軸５７は、回動自在に組み付けてあり、その端部には多重コイルバネ等からなる線状伝達部材５９の一端を連結してある。線状伝達部材５９は、その他端を操作部１６内部に設けた変倍モータ６１（図４参照）に取り付けてある。
【００２６】
上記のように変倍機構５８を構成することにより、変倍モータ６１の回転が線状伝達部材５９を介してカム軸５７に伝達されてカム軸５７が回転する。このカム軸５７の回転により、各変倍レンズ４２，４３が光軸ＰＬに沿って前後にそれぞれ移動する。これにより、対物光学系４０の焦点距離を変更し、光学的倍率の変更を行う。
【００２７】
合焦レンズ４５は、その移動によってピント調節を行う合焦機構６２を構成している。合焦レンズ４５を保持するレンズホルダ５５には、円筒形状の移動体６３を一体に設けてある。移動体６３は、その内側に通された駆動軸６４に摩擦係合しており、駆動軸６４は、その一端に小型の圧電アクチュエータ６５を取り付けてある。
【００２８】
圧電アクチュエータ６５は、プロセッサ装置１１からの駆動パルスが与えられることにより伸縮して駆動軸６４を前後に動かす。この駆動軸６４の前後方向の運動により、合焦レンズ４５は、移動体６３がストッパ６６ａに当接した前端位置と、ストッパ６６ｂに当接した後端位置との間で移動する。この合焦レンズ４５の移動により、被観察部位に対物光学系４０のピントが合致するように調節される。合焦レンズ４５の移動方向，移動量は、圧電アクチュエータ６５に与える駆動パルスのパターン，駆動パルス数によって制御される。
【００２９】
なお、対物光学系４０の変倍機構５８，合焦機構６２の構成は、上記の構成に限られるものでは、種々の構成を採用することができる。
【００３０】
電気的な構成を示す図４において、プロセッサ装置１１の主制御部７０は、プロセッサ装置１１の各部とともに、電気的に接続された内視鏡本体部１０，光源装置１２の各部を統括的に制御する。内視鏡本体部１０には、上述のイメージセンサ４８の他、センサドライバ７１，アナログ信号処理部７２，モータドライバ７３，フォーカスドライバ７４等を設けてある。
【００３１】
イメージセンサ４８としては、例えばＣＣＤ型のものを用いている。センサドライバ７１は、イメージセンサ４８を駆動するための各種駆動信号を発生するタイミングジェネレータ等から構成してある。イメージセンサ４８は、センサドライバ７１からの駆動信号によって、例えば１秒間に６０フレームの撮影を行うように駆動され、対物光学系４０、及びプリズム４７を介して受光面に形成される光学像を光電変換した撮影信号を出力する。
【００３２】
アナログ信号処理部７２は、撮影信号に含まれるリセットノイズの除去を行う相関二重サンプリング（ＣＤＳ）回路や増幅を行うアンプ、撮影信号をデジタル変換するＡ／Ｄ変換器などからなる。イメージセンサ４８からの撮影信号は、アナログ信号処理部７２で処理されてプロセッサ装置１１に送られる。
【００３３】
モータドライバ７３は、プロッサ装置１１の変倍制御部７６の制御の下で変倍モータ６１を駆動し、変倍機構５８による対物光学系４０の倍率変更を行う。変倍制御部７６は、変倍操作部２５から変倍操作に応じた変倍操作信号が入力されるごとに、モータドライバ７３を介して変倍モータ６１を駆動する。これにより、対物光学系４０の倍率は、１倍、２倍，・・・５倍のいずれかとされる。フォーカスドライバ７４は、プロセッサ装置１１のＡＦ制御部７７の制御下で圧電アクチュエータ６５を駆動し、合焦レンズ４５を移動させる。
【００３４】
光源装置１２は、光源７８，光源ドライバ７９、集光レンズ８１から構成される。光源７８は、照明光を出力する例えばキセノンランプやハロゲンランプからなり、光源ドライバ７９によって駆動される。集光レンズ８１は、光源７８からの光を集光してライトガイド８２の一端に入射させる。ライトガイド８２は、光源７８からの照明光を先端部２０にまで導き、その照明光を照明レンズ８３，照明窓３２を介して被観察部位に向けて照射する。
【００３５】
アナログ信号処理部７２からプロセッサ装置１１に入力された撮影信号は、画像処理部８４に送られる。画像処理部８４は、入力された撮影信号に対し、色補間、ゲイン補正、ホワイトバランス調整、ガンマ補正、画像強調処理等を行う。信号変換部８５は、画像処理部８４で処理された撮影信号をアナログ変換し、接続されたモニタ１４に出力する。これにより、イメージセンサ４８で撮影された被観察部位の画像をモニタ１４に表示する。
【００３６】
アナログ信号処理部７２からの撮影信号は、明るさ検出部８６，評価値検出部８７，特徴認識部８８にも送られる。明るさ検出部８６は、撮影信号から撮影画像の明るさ（被写体輝度）を検出し、ＡＦ制御部７７に送る。
【００３７】
また、評価値検出部８７は、撮影信号に基づいて、撮影画像のコントラストの大きさを示すＡＦ評価値を１フレームごとに生成し、ＡＦ制御部７７に送る。このＡＦ評価値は、従来のコントラスト検出方式でピント調節をする場合と同じ手法で求められ、撮影画像の高周波成分を積算したものとして求める。なお、この例ではＡＦ評価値を求める対象範囲であるＡＦエリアを撮影画像の全範囲としているが、全範囲よりも小さいＡＦエリアを設定してもよい。
【００３８】
特徴認識部８８は、撮影信号に基づいて、撮影されている被観察部位の画像の特徴を認識するものである。この例では、特徴認識部８８は、被観察部位の画像の特徴として、撮影されている被観察部位の形状の認識を行い、後述する評価値テーブルに設定してある複数の形状のうちで最も近い形状のものを識別する。
【００３９】
この特徴認識部８８は、数フレーム分の形状を保持しておくバッファメモリを有しており、形状を識別するごとにバッファメモリの最も古い形状を更新することにより、数フレーム分の最新の形状を保持する。変倍操作部２５で変倍操作が行われると、特徴認識部８８は、その操作時点でバッファメモリに記憶されている倍率変更直前の最新の形状をＡＦ制御部７７に送る。これにより、ＡＦ制御部７７は、倍率変更直前のピントのあっている状態の撮影画像から認識された形状を取得する。
【００４０】
ＡＦ制御部７７は、評価値検出部８７からのＡＦ評価値を参照しながら、フォーカスドライバ７４を介して圧電アクチュエ−タ６５を駆動することにより、撮影中の被観察部位にピントが合致するように合焦レンズ４５のレンズ位置を制御する。また、ＡＦ制御部７７は、ストッパ６６ａまたはストッパ６６ｂに合焦レンズ４５が当接している状態を基準にして、圧電アクチュエ−タ６５に供給する駆動パルスのパルス数、パターンに基づき合焦レンズ４５のレンズ位置を検知する。
【００４１】
通常時では、ＡＦ制御部７７は、例えば全域サーチ処理によって被観察部位にピントが合致するように合焦レンズ４５のレンズ位置を調節し、その後にＡＦ評価値が小さな変化量であるが一定量以上変化したときには微小サーチ処理によって合焦レンズ４５のレンズ位置を微調節して、ピントが維持されるように制御する。
【００４２】
全域サーチ処理では、合焦レンズ４５をその可動域の全域で移動させながらＡＦ評価値をそれぞれ取得し、ＡＦ評価値が最大となるレンズ位置に合焦レンズ４５をセットする。また、微小サーチ処理では、処理開始時のレンズ位置を基準にして合焦レンズ４５を所定の微小域で前後に移動させてＡＦ評価値のピークを検出し、ＡＦ評価値がそのピークとなるように合焦レンズ４５のレンズ位置を調節する。なお、微小サーチ処理でＡＦ評価値のピークを検出できないときは、全域サーチ処理を行う。
【００４３】
対物光学系４０の倍率変更直後では、ＡＦ制御部７７は、短時間でピントを合致させるために、限定サーチ処理を行って被観察部位に短時間でピントが合致するように合焦レンズ４５のレンズ位置を制御する。限定サーチ処理では、ＡＦ制御部７７は、ＡＦ評価値が後述する評価値サーチ範囲内となる限定された区間で合焦レンズ４５を移動させながら、ＡＦ評価値を取得してＡＦ評価値の最大値を検出し、その最大値となるレンズ位置に合焦レンズ４５をセットする。
【００４４】
評価値サーチ範囲は、ＡＦ評価値の範囲として規定してある。評価値サーチ範囲は、撮影画像の明るさと、倍率変更後の対物光学系４０の倍率と、倍率変更直前に撮影された被観察部位の形状との組み合わせに応じて決められており、これら倍率，明るさ，形状に応じた評価値サーチ範囲を、テーブルメモリ８９に記憶した評価値テーブルから特定する。
なお、この例では、評価値サーチ範囲を特定する際に、撮影画像の明るさとして倍率変更後のものを用いているが、倍率変更前のものであってもよい。
【００４５】
ＡＦ制御部７７は、評価値サーチ範囲を決定する際の対物光学系４０の倍率を、変倍制御部７６から、撮影画像の明るさを明るさ検出部８６から取得し、被観察部位の形状を特徴認識部８８から取得する。
【００４６】
テーブルメモリ８９には、上記のように評価値テーブルを記憶してある。この評価値テーブルは、図５に示すように、対物光学系４０の倍率、撮影画像の明るさ、被観察部位の形状の各組み合わせに評価値サーチ範囲がそれぞれ対応付けてある。
【００４７】
対物光学系４０の倍率としては、１倍，２倍，・・・５倍があり、撮影画像の明るさとしては、例えば「７（ＩＲＥ）」，「４０（ＩＲＥ）」，「６０（ＩＲＥ）」等がある。また、形状としては、撮影される種々の被観察部位の形状をパターン化したものであり、例えばポリープ等の観察される形状をパターン化した円形の形状Ａ，四角形の形状Ｂ，三角形の形状Ｃ等を設定してある。
【００４８】
特定の形状として認識される被観察部位を撮影しているときに、光学的倍率を変更してピントを合致させたときのＡＦ評価値は、かなり高い確率で、その特定の形状と変更後の光学系の倍率と画像の明るさとの組み合わせに応じた比較的に狭い特定の範囲内の値となる。そこで、任意の形状，倍率，明るさの組み合わせに対応して、倍率変更後に予想されるＡＦ評価値の特定の範囲を、その組み合わせに対応する評価値サーチ範囲として、種々の組み合わせについて求めて、それら組み合わせに対応付けて評価値テーブルに記憶してある。
【００４９】
次に上記の構成の作用について説明する。電子内視鏡装置２で体腔内を観察する際には、まず内視鏡本体部１０を、プロセッサ装置１１，及光源装置１２に接続する。次いで、各部の電源をオンにして、挿入部１５を体腔内に挿入する。電源のオンにより、光源装置１２からの照明光が照明窓３２照射される。そして、この照明光の照明下で、観察窓３１から露呈された対物光学系４０を介してイメージセンサ４８による撮影が所定のフレームレートで行われる。この撮影で得られる撮影信号がプロセッサ装置１１に送られ、プロセッサ装置１１に接続されたモニタ１４に体腔内の被観察部位の撮影画像が表示される。
【００５０】
イメージセンサ４８による撮影が行われている間では、１フレーム分の撮影信号が入力されるごとに、評価値検出部８７によってＡＦ評価値が求められ、これがＡＦ制御部７７に送られる。そして、対物光学系４０の倍率が一定にされている場合には、ＡＦ制御部７７の制御の下、全域サーチ処理と微小サーチ処理とを用いた対物光学系４０のピント調節が行われる。
【００５１】
例えば先端部２０を適当な方向の被観察部位に向ける等して、撮影距離が大きく変化したために微小サーチ処理によってＡＦ評価値のピークが検出できなくなると、全域サーチ処理が行われる。この全域サーチ処理では、まず合焦レンズ４５が、その可動域の一端、例えば前端位置に移動される。この後、イメージセンサ４８による撮影を行ってから、後端位置に向けて合焦レンズ４５をステップ移動させて再び撮影を行う。
【００５２】
上記のようにして、後端位置に向けて合焦レンズ４５を移動させながら、移動ごとに撮影を行い、各撮影で得られる撮影信号から評価値検出部８７によってＡＦ評価値が順次に検出される。後端位置でのＡＦ評価値が求められた後、ＡＦ制御部７７により、各ＡＦ評価値のうちで最大となるＡＦ評価値が判定され、その最大のＡＦ評価値に対応するレンズ位置が圧電アクチュエータ６５に供給した駆動パルス数等から特定される。そして、ＡＦ制御部７７の制御により、圧電アクチュエータ６５が駆動されて特定されたレンズ位置に合焦レンズ４５が移動される。これにより、先端部２０が向けられた先の被観察部位に対物光学系４０のピントが合致した状態とされる。
【００５３】
上記のように全域サーチ処理でピントが合致した状態とされた後、先端部２０の移動や被観察部部位の動きによって撮影距離が変化するとピントのずれが生じるが、それはＡＦ評価値の変化としてＡＦ制御部７７に検知される。そして、そのＡＦ評価値の変化量が一定量以上となると、ＡＦ制御部７７によって微小サーチ処理が行われる。
【００５４】
微小サーチ処理が開始されると、まず現在の合焦レンズ４５のレンズ位置を中心にした微小な範囲で合焦レンズ４５が前後に移動され、各レンズ位置でのＡＦ評価値が取得される。そして、各ＡＦ評価値から合焦レンズ４５が移動した範囲でのＡＦ評価値のピークを検出し、そのピークとなるレンズ位置に合焦レンズ４５を移動させてピントを合致させる。ＡＦ評価値のピークが検出できないときには、撮影距離の変化が大きかったものとして前述の全域サーチ処理を行ってピントを合致させる。
【００５５】
以上のようにして、被観察部位にピントが合致するように制御されている下で、その被観察部位の観察を行うが、先端部２０の位置を変えずに被観察部位を拡大して観察する場合には、変倍操作部２５のアップボタン２５ａを操作する。また、同様に広い範囲を観察する場合には、変倍操作部２５のダウンボタン２５ｂを操作する。
【００５６】
変倍操作部２５が操作されると、変倍制御部７６の制御下で変倍モータ６１が駆動されてカム軸５７が回転される。このカム軸５７も回転によって第１変倍レンズ４２及び第２変倍レンズ４３がそれぞれ前後方向に移動し、対物光学系４０の倍率が変化する。変倍操作部２５の１回の操作ごとにカム軸５７が一定量の回転されるように制御を行うため、１回の操作ごとに倍率が１段階ずつ増減される。これにより、例えば対物光学系４０の倍率が１倍であるときに、アップボタン２５ａを１回押圧すると第１，第２変倍レンズ４２，４３が移動して、対物光学系４０の倍率が２倍となる。
【００５７】
このように倍率が変更されるとピントのずれが生じる。このピントのずれの原因は、第１，第２変倍レンズ４２，４３の移動による対物光学系４０の焦点位置の移動の他、撮影範囲の変化による撮影距離の分布の変化もある。後者の例としては、例えば撮影範囲のほとんどが撮影距離の長い部分に占められ、中央に相対的に撮影距離の短い小さな突起があるようなときに、撮影距離の長い部分にほぼピントが合致されるように調節されているが、高倍率に変倍されて撮影範囲の大半が小さな突起となったときには、対物光学系４０の焦点位置が移動しなくても小さな突起にピントがあっていない状態となるような場合が挙げられる。
【００５８】
ＡＦ制御部７７は、変倍制御部７６から対物光学系４０の倍率が変更されたことの通知を受けると、図６に示す限定サーチ処理を開始する。まず、特徴認識部８８によって倍率変更直前の撮影画像から識別された被観察部位の形状をＡＦ制御部７７が取得する。続いて、明るさ検出部８６で検出された倍率変更後の被観察部位の明るさが取得され、さらには変倍制御部７６から変倍後の倍率が取得される。
【００５９】
上記のように倍率変更直前の形状と、倍率変更後の明るさ及び倍率とを取得すると、ＡＦ制御部７７は、テーブルメモリ８９にアクセスし、取得した形状，明るさ，及び倍率の組み合わせに対応する評価値サーチ範囲を評価値テーブルから特定して取得する。
【００６０】
また、一方では、プレ移動処理を行い、倍率変更前のレンズ位置に対応した撮影距離に倍率変更後のピントを合致させるレンズ位置に合焦レンズ４５を移動する。倍率変更前に対応する倍率変更後のレンズ位置は、それまでに圧電アクチュエ−タ６５に供給した駆動パルスのパルス数、パターン等に基づいて取得され、その合焦レンズ４５のレンズ位置でピントが合致していた撮影距離からが倍率変更後にピントが合致する合焦レンズ４５のレンズ位置が特定される。そして、その特定したレンズ位置となるように圧電アクチュエ−タ６５に駆動パルスが供給される。
【００６１】
なお、倍率変更前後の各倍率と、倍率変更前の撮影距離とがわかれば、その撮影距離にピントを合致させる倍率変更後の合焦レンズ４５のレンズ位置から求めることができる。また、倍率変更前の各倍率下の各レンズ位置に対応する倍率変更後の倍率下のレンズ位置を関連付けたデータテーブルを予め用意しておいて、それを参照して、プレ移動処理を行ってもよい。
【００６２】
上記のようにしてプレ移動処理を行った後には、プレ移動処理後のＡＦ評価値であるプレＡＦ評価値を取得し、このプレＡＦ評価値が取得した評価値サーチ範囲内であることを確認してから、移動方向の判定処理を行う。この移動方向の判定処理は、合焦レンズ４５をいずれの方向に移動すると少ない移動量で評価値サーチ範囲の下限値となるレンズ位置に移動することができるかを判定する。
【００６３】
例えばプレ移動処理後のレンズ位置を中心にして合焦レンズ４５が適当なステップ幅で前後に移動され、そのときの合焦レンズ４５の移動方向とＡＦ評価値の増減の関係が調べられる。そして、ＡＦ評価値が減少する方向が合焦レンズ４５を移動すべき方向とされる。例えば合焦レンズ４５を後端位置に向けて移動させたときにＡＦ評価値が減少するのであれば、その後端位置に向けて移動させる方向を合焦レンズ４５の移動すべき方向とする。なお、このような処理によらず、任意の一方向を合焦レンズ４５の移動すべき方向としてもよい。
【００６４】
移動方向の判定後、評価値サーチ範囲の下限値となるレンズ位置に合焦レンズ４５をセットする。このため、ＡＦ評価値を取得しながら、圧電アクチュエータ６５を駆動して、先に判定した移動すべき方向に合焦レンズ４５が移動される。そして、取得されたＡＦ評価値が評価値サーチ範囲の下限値となった時点で合焦レンズ４５の移動を停止してセットする。なお、評価値サーチ範囲の下限値となるレンズ位置に合焦レンズ４５を厳密にセットする必要はない。例えば、下限値に近いＡＦ評価値となるレンズ位置でもよく、ＡＦ評価値が下限値以下となった時点のレンズ位置でもよい。
【００６５】
上記のように、ＡＦ評価値が評価値サーチ範囲の下限値となるように合焦レンズ４５をセットした後、ＡＦ制御部７７によって、評価値サーチ範囲の最大値を検出するための処理が開始される。まず、移動方向の判定処理で下限値にまで移動したときと反対の方向に、合焦レンズ４５を１ステップずつ移動させながらＡＦ評価値を順次に取得する。
【００６６】
そして、合焦レンズ４５の移動によって、取得されるＡＦ評価値が評価値サーチ範囲の下限値以下となると、そのレンズ位置で合焦レンズ４５の移動が停止される。これにより、特定した評価サーチ範囲内をＡＦ評価値が維持するレンズ位置の範囲で合焦レンズ４５を移動させたときのＡＦ評価値を順次に取得できる。
【００６７】
評価値サーチ範囲の各レンズ位置についてのＡＦ評価値が取得されると、ＡＦ制御部７７によって、それらのうちで最大となるＡＦ評価値が判定され、そのＡＦ評価値に対応するレンズ位置が特定される。そして、ＡＦ制御部７７によって、そのレンズ位置に合焦レンズ４５が移動される。
【００６８】
ところで、プレ移動処理後に取得されたプレＡＦ評価値が評価値サーチ範囲外である場合には、合焦レンズ４５をいずれの方向に移動するとＡＦ評価値を評価値サーチ範囲内とですることがきるかを判定する移動方向の判定処理が行われる。この移動方向の判定処理では、やはり現在のレンズ位置を中心にして合焦レンズ４５を適当なステップ幅で前後に移動させ、そのときの合焦レンズ４５の移動方向とＡＦ評価値の増減の関係を調べる。
【００６９】
プレＡＦ評価値が評価値サーチ範囲外である場合で、プレＡＦ評価値が評価値サーチ範囲の値よりも小さい値になっているときには、ＡＦ評価値が増加する方向を合焦レンズ４５の移動すべき方向とする。そして、ＡＦ評価値を取得しながら、その移動すべき方向に合焦レンズ４５を移動させる。そして、ＡＦ評価値が評価値サーチ範囲の下限値となるレンズ位置に合焦レンズ４５をセットする。なお、この場合にも厳密に合焦レンズをセットする必要はなく、例えばＡＦ評価値が評価値サーチ範囲内となった時点のレンズ位置であってもよい。
【００７０】
ＡＦ評価値が評価値サーチ範囲の下限値となるレンズ位置に合焦レンズ４５をセットした後には、プレＡＦ評価値が評価値サーチ範囲内にある場合と、同様にして、ＡＦ制御部７７によって、評価値サーチ範囲の最大値を検出するための処理を行う。この場合には、評価値サーチ範囲の下限値にまで移動したときと同じ方向に合焦レンズ４５を移動させればよい。
【００７１】
なお、プレＡＦ評価値が評価値サーチ範囲よりも大きな値になっている場合や、評価値サーチ範囲でＡＦ評価値の最大値を検出するために合焦レンズ４５を移動させたときに、評価値サーチ範囲の上限より大きなＡＦ評価値が検出された場合には、評価値サーチ範囲の値よりも大きなＡＦ評価値をとり得ることが確実となる。そこで、このような場合には、例えば全域サーチ処理や、プレＡＦ評価値よりＡＦ評価値を増大させる方向にサーチ範囲を限定する等して、合焦レンズ４５を移動させながらＡＦ評価値を評価し対物光学系４０のピントが被観察部位に合致するように制御すればよい。
【００７２】
また、プレＡＦ評価値が評価値サーチ範囲外であるときに、判定した移動方向に移動しても評価値サーチ範囲内とならない場合には、例えば合焦レンズが前端位置または後端位置に達した時点で、その移動方向を反転して評価値サーチ範囲に向けて合焦レンズを移動するように制御してもよい。
【００７３】
図７に一例を示すように、倍率変更後におけるレンズ位置に対するＡＦ評価値をＡＦ評価値曲線Ｃａで表し、倍率変更前のレンズ位置に対するＡＦ評価値をＡＦ評価値曲線Ｃｂで表すものとする。倍率変更前では、最大のＡＦ評価値に対応するレンズ位置Ｐ０に合焦レンズ４５がセットされている。また、倍率を変更すると対物光学系４０の焦点位置の移動や、撮影範囲が小さくなる等の理由でピントがずれた状態となり、合焦レンズ４５はレンズ位置Ｐ０で変わらないが、ＡＦ評価値は、ＡＦ評価値曲線Ｃａにおける最大値とはならないものとなっている。
【００７４】
プレ移動処理によって、レンズ位置Ｐ０でピントが合致していた撮影距離からに倍率変更後のピントが合致するレンズ位置Ｐ１が特定され、そのレンズ位置Ｐ１に合焦レンズ４５が移動される。このようにプレ移動処理を行うと、ＡＦ評価値（プレＡＦ評価値）が、倍率変更前に撮影されている被観察部位の形状と倍率変更後の光学系の倍率と画像の明るさとの組み合わせに応じて特定された評価値サーチ範囲内となるものの、必ずしもピントが合致した状態とはならない。これは、撮影範囲が小さくなって、撮影距離の分布が変わる等の理由による。
【００７５】
合焦レンズ４５は、レンズ位置Ｐ１を中心とするΔＰの範囲で前後に移動される。そして、このときに得られる各ＡＦ評価値に基づいて、ＡＦ評価値を評価値サーチ範囲の下限値とするための合焦レンズ４５の移動方向がＡＦ評価値曲線ＣａにおいてＡＦ評価値を減少させる方向として判定される。
【００７６】
合焦レンズ４５は、ＡＦ評価値を参照しながら移動されることによってレンズ位置Ｐ２にまで移動される。続いてＡＦ評価値を取得しながら、逆向きに合焦レンズ４５が１ステップずつ移動され、ＡＦ評価値が評価値サーチ範囲の下限値以下となるレンズ位置で合焦レンズ４５の移動が停止される。この図示の例では、レンズ位置Ｐ３まで合焦レンズ４５が移動する。そして、このようにして合焦レンズ４５が移動してＡＦ評価値が評価値サーチ範囲となっている間に得られる最大値のレンズ位置Ｐ４に、合焦レンズ４５が移動されることにより、被観察部位にピントが合致させられる。
【００７７】
以上のようにして、対物光学系４０の変倍後のピント合わせが行われ、被観察部位にピントが合致するようにされる。このときに、倍率変更前に撮影されている被観察部位の形状と、倍率変更後の光学系の倍率及び画像の明るさとの組み合わせに応じた狭い評価値サーチ範囲内でＡＦ評価値の最大値を検出することによってピントが合致するレンズ位置を特定しているから、短時間で被観察部位にピントを合致させることができる。
【００７８】
上記実施形態では、評価値サーチ範囲における最大のＡＦ評価値となるレンズ位置に合焦レンズを移動してセットするようにしたが、ＡＦ評価値が増加から減少に転じるＡＦ評価値のピークを検出し、そのピークのレンズ位置に合焦レンズをセットする、いわゆる山登り方式を採用してもよい。この場合、例えば最初に検出したピークのレンズ位置に合焦レンズをセットする。なお、このようにしても、たとえピークのＡＦ評価値が最大値でなくても、評価値サーチ範囲が狭いことから実用的なピントのずれ量に抑えることができる。
【００７９】
また、上記では、光学的倍率を変更したときに焦点位置が変化するバリフォーカルタイプの対物光学系を例にして説明したが、本発明は、これに限らず、光学的倍率を変更したときに焦点位置が変化しないように構成されたズームタイプの対物光学系であってもよい。
【００８０】
さらに、上記実施形態では、撮影画像から認識すべき被観察部位の画像の特徴として、被観察部位の形状を認識し、その形状を評価値サーチ範囲に関連付けているが、認識すべき被観察部位の画像の特徴としては、形状に限るものではなく、ひだ状や格子状などのような模様，色や明るさやそれらの分布、分布の割合等とすることができる。また、形状倍率、明るさとのいずれか２つを組み合わせて評価値サーチ範囲を特定するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】電子内視鏡装置の構成を示す説明図である。
【図２】内視鏡本体部の先端面を示す説明図である。
【図３】対物光学系の構成を示す断面図である。
【図４】電子内視鏡装置の電気的な構成を示すブロック図である。
【図５】形状，倍率，明るさの組み合わせに評価値サーチ範囲を対応づけた評価値テーブルの例を示す説明図である。
【図６】光学的な倍率の変更時に行う限定サーチ処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図７】光学的な倍率の変更時の合焦レンズの移動とＡＦ評価値の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００８２】
２  電子内視鏡装置
１０  電子内視鏡
１１  プロセッサ装置
４０  対物光学系
４２，４３  変倍レンズ
４５  合焦レンズ
４８  イメージセンサ
７７  ＡＦ制御部
８６  明るさ検出部
８７  評価値検出部
８８  特徴認識部
８９  テーブルメモリ
【図１】
2010008836.tif 000003
【図２】
2010008836.tif 000004
【図３】
2010008836.tif 000005
【図４】
2010008836.tif 000006
【図５】
2010008836.tif 000007
【図６】
2010008836.tif 000008
【図７】
2010008836.tif 000009