(57)【要約】【課題】ＡＦ制御において合焦物体位置の変動を抑制することが可能な内視鏡装置及び内視鏡装置のフォーカス制御方法等を提供すること。【解決手段】内視鏡装置は、位相差オートフォーカス用の位相差検出用素子を有し、撮像画像を取得する撮像部２００と、位相差検出用素子からの信号に基づいて位相差を算出する位相差算出部３３０と、予め設定された離散的なレンズ位置である近点側のレンズ位置及び遠点側のレンズ位置のうちいずれかのレンズ位置を、位相差に基づいて選択するレンズ位置選択部３５０と、撮像部２００のレンズ位置を、レンズ位置選択部３５０により選択されたレンズ位置へ切り替え駆動する切替駆動部と、を含む。【選択図】図１
2014030516.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
位相差オートフォーカス用の位相差検出用素子を有し、撮像画像を取得する撮像部と、
前記位相差検出用素子からの信号に基づいて位相差を算出する位相差算出部と、
予め設定された離散的なレンズ位置である近点側のレンズ位置及び遠点側のレンズ位置のうちいずれかのレンズ位置を、前記位相差に基づいて選択するレンズ位置選択部と、
前記撮像部のレンズ位置を、前記レンズ位置選択部により選択されたレンズ位置へ切り替え駆動する切替駆動部と、
を含むことを特徴とする内視鏡装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記近点側のレンズ位置に対応する近点側の合焦物体位置と前記遠点側のレンズ位置に対応する遠点側の合焦物体位置との間の境界位置を設定する境界位置設定部を含み、
前記レンズ位置選択部は、
前記位相差に対応する被写体の位置が、前記撮像部側から見て前記境界位置よりも前記撮像部に近いと判定した場合には、前記近点側のレンズ位置を選択し、前記位相差に対応する被写体の位置が、前記撮像部側から見て前記境界位置よりも遠いと判定した場合には、前記遠点側のレンズ位置を選択することを特徴とする内視鏡装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記境界位置設定部は、
前記近点側のレンズ位置が選択された場合における被写界深度と、前記遠点側のレンズ位置が選択された場合における被写界深度との境界に、前記境界位置を設定することを特徴とする内視鏡装置。
【請求項４】
請求項２において、
前記レンズ位置選択部は、
前記近点側のレンズ位置が選択された場合の位相差と前記撮像部から前記被写体までの距離との対応と、前記遠点側のレンズ位置が選択された場合の位相差と前記撮像部から前記被写体までの距離との対応と、を表すルックアップテーブルを記憶し、
前記レンズ位置選択部は、
前記位相差算出部により算出された前記位相差に対応する距離を、前記ルックアップテーブルから取得し、前記取得した距離に基づいて前記撮像部のレンズ位置を選択することを特徴とする内視鏡装置。
【請求項５】
請求項２において、
前記レンズ位置選択部は、
前記近点側のレンズ位置が選択された場合の、前記境界位置に対応する第１位相差と、前記遠点側のレンズ位置が選択された場合の、前記境界位置に対応する第２位相差とを記憶し、
前記レンズ位置選択部は、
前記近点側のレンズ位置を選択している場合には、前記位相差算出部により算出された前記位相差が前記第１位相差よりも大きいと判定した場合に前記遠点側のレンズ位置を選択し、
前記遠点側のレンズ位置を選択している場合には、前記位相差算出部により算出された前記位相差が前記第２位相差よりも小さいと判定した場合に前記近点側のレンズ位置を選択することを特徴とする内視鏡装置。
【請求項６】
請求項１において、
前記近点側のレンズ位置に対応する近点側の合焦物体位置と前記遠点側のレンズ位置に対応する遠点側の合焦物体位置との間に、第１境界位置と、前記撮像部側から見て前記第１境界位置よりも遠い第２境界位置とを設定する境界位置設定部を含み、
前記レンズ位置選択部は、
前記位相差に対応する被写体の位置が、前記第１境界位置よりも前記撮像部に近いと判定した場合には、前記近点側のレンズ位置を選択し、前記位相差に対応する被写体の位置が、前記撮像部側から見て前記第２境界位置よりも遠いと判定した場合には、前記遠点側のレンズ位置を選択し、前記位相差に対応する被写体の位置が、前記第１境界位置と前記第２境界位置との間であると判定した場合には、現在選択しているレンズ位置を変更せずに維持することを特徴とする内視鏡装置。
【請求項７】
請求項６において、
前記境界位置設定部は、
前記遠点側のレンズ位置が選択された場合における被写界深度の近点側の端に前記第１境界位置を設定し、前記近点側のレンズ位置が選択された場合における被写界深度の遠点側の端に前記第２境界位置を設定することを特徴とする内視鏡装置。
【請求項８】
請求項１において、
前記切替駆動部は、
前記近点側のレンズ位置及び前記遠点側のレンズ位置の一方から他方に切り替えた後、所定時間の間は、前記撮像部の現在のレンズ位置を変更せずに維持することを特徴とする内視鏡装置。
【請求項９】
請求項１において、
前記切替駆動部は、
前記レンズ位置選択部により前記近点側のレンズ位置及び前記遠点側のレンズ位置の一方から他方が選択された後、所定時間の間に、前記レンズ位置選択部による選択結果が変化した場合、前記撮像部の現在のレンズ位置を変更せずに維持することを特徴とする内視鏡装置。
【請求項１０】
請求項１において、
前記位相差算出部は、
前記撮像部が前記撮像画像を取得するフレームレートよりも遅いレートで前記位相差を算出し、
前記レンズ位置選択部は、
前記フレームレートよりも遅いレートで算出された前記位相差に基づいて、前記撮像部のレンズ位置を選択することを特徴とする内視鏡装置。
【請求項１１】
請求項１０において、
前記撮像部は、
画素配列の一部に前記位相差検出用素子が配置された撮像素子を有し、
前記撮像部は、
前記撮像素子により前記撮像画像を撮像する際に、前記位相差検出用素子からの信号を取得することを特徴とする内視鏡装置。
【請求項１２】
請求項１において、
前記レンズ位置選択部は、
前記位相差算出部により前記位相差が非検出であった場合、前記近点側のレンズ位置を選択することを特徴とする内視鏡装置。
【請求項１３】
請求項１において、
被写体を照明する照明光の光量を制御する制御部を含み、
前記レンズ位置選択部は、
前記位相差算出部により前記位相差が非検出であった場合、前記光量が所定閾値よりも小さいか否かの判定を行い、前記光量が前記所定閾値よりも小さいと判定した場合には、前記近点側のレンズ位置を選択し、前記光量が前記所定閾値よりも大きいと判定した場合には、前記遠点側のレンズ位置を選択することを特徴とする内視鏡装置。
【請求項１４】
請求項１において、
前記レンズ位置選択部は、
前記位相差算出部により前記位相差が非検出であった場合、前記近点側のレンズ位置を選択し、前記撮像画像のコントラスト値を第１コントラスト値として取得し、前記遠点側のレンズ位置を選択し、前記撮像画像のコントラスト値を第２コントラスト値として取得し、前記第１コントラスト値が前記第２よりも大きいと判定した場合には前記近点側のレンズ位置を選択し、前記第１コントラスト値が前記第２よりも小さいと判定した場合には前記遠点側のレンズ位置を選択することを特徴とする内視鏡装置。
【請求項１５】
撮像部が有する位相差オートフォーカス用の位相差検出用素子からの信号に基づいて、位相差を算出し、
予め設定された離散的なレンズ位置である近点側のレンズ位置及び遠点側のレンズ位置のうちいずれかのレンズ位置を、算出された前記位相差に基づいて選択し、
前記撮像部のレンズ位置を、前記位相差に基づいて選択されたレンズ位置へ切り替え駆動する制御を行うことを特徴とする内視鏡装置のフォーカス制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内視鏡装置及び内視鏡装置のフォーカス制御方法等に関する。
【背景技術】
【０００２】
内視鏡装置を用いたスクリーニング検査では、ユーザーが奥行きのある消化管を観察するため、内視鏡装置にはできるだけ広い被写界深度が求められる。一方、近年では内視鏡装置に使われる撮像素子の微細化が進行し、回折限界に起因する絞りの制約から、パンフォーカス（pan focus）撮影が困難になっている。パンフォーカスが得られない場合には、ユーザーが手動で被写体にフォーカスを合わせる必要がある。
【０００３】
例えば特許文献１には、撮像画像を複数の領域に分割し、その複数の領域の中からオートフォーカス（ＡＦ）制御の対象となる領域を選択し、その選択した領域の画像に基づいてオートフォーカス制御を行う内視鏡装置が開示されている。この内視鏡装置では、ユーザーが手動でフォーカス制御を行う煩雑さが低減される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１３９７６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のようなＡＦ制御を行う内視鏡装置では、フォーカスの合った位置（合焦物体位置）がＡＦ制御により頻繁に変動すると、ユーザーが観察したい領域にフォーカスが合っている画像とボケている画像とが繰り返し表示され、ユーザーの負荷が増大する可能性がある。そのため、内視鏡装置では、合焦物体位置の変動をできるだけ少なくするようなＡＦ制御が求められるという課題がある。
【０００６】
本発明の幾つかの態様によれば、ＡＦ制御において合焦物体位置の変動を抑制することが可能な内視鏡装置及び内視鏡装置のフォーカス制御方法等を提供できる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、位相差オートフォーカス用の位相差検出用素子を有し、撮像画像を取得する撮像部と、前記位相差検出用素子からの信号に基づいて位相差を算出する位相差算出部と、予め設定された離散的なレンズ位置である近点側のレンズ位置及び遠点側のレンズ位置のうちいずれかのレンズ位置を、前記位相差に基づいて選択するレンズ位置選択部と、前記撮像部のレンズ位置を、前記レンズ位置選択部により選択されたレンズ位置へ切り替え駆動する切替駆動部と、を含む内視鏡装置に関係する。
【０００８】
本発明の一態様によれば、近点側のレンズ位置及び遠点側のレンズ位置のうちいずれかのレンズ位置が位相差に基づいて選択され、その選択されたレンズ位置へ撮像部のレンズ位置が切り替えられる。これにより、近点側のレンズ位置に対応する近点側の合焦物体位置及び遠点側のレンズ位置に対応する遠点側の合焦物体位置の一方が選択されるため、ＡＦ制御において合焦物体位置の変動を抑制することが可能になる。
【０００９】
また本発明の他の態様は、撮像部が有する位相差オートフォーカス用の位相差検出用素子からの信号に基づいて、位相差を算出し、予め設定された離散的なレンズ位置である近点側のレンズ位置及び遠点側のレンズ位置のうちいずれかのレンズ位置を、算出された前記位相差に基づいて選択し、前記撮像部のレンズ位置を、前記位相差に基づいて選択されたレンズ位置へ切り替え駆動する制御を行う内視鏡装置のフォーカス制御方法に関係する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態における内視鏡装置の構成例。
【図２】第１の実施形態におけるフォーカスレンズ駆動部の動作説明図。
【図３】第１の実施形態におけるルックアップテーブルの例。
【図４】図４（Ａ）は、フォーカスレンズが近点側の位置にある場合の位相差の模式図。図４（Ｂ）は、フォーカスレンズが近点側の位置にある場合の位相差の特性例。
【図５】図５（Ａ）は、フォーカスレンズが遠点側の位置にある場合の位相差の模式図。図５（Ｂ）は、フォーカスレンズが遠点側の位置にある場合の位相差の特性例。
【図６】ＡＦ制御処理の第１のフローチャート。
【図７】ＡＦ制御処理の第２のフローチャート。
【図８】ＡＦ制御処理の第３のフローチャート。
【図９】第２の実施形態におけるフォーカスレンズ駆動部の動作説明図。
【図１０】第２の実施形態におけるルックアップテーブルの例。
【図１１】第２の実施形態における位相差の特性例。
【図１２】位相差検出用素子が設けられた撮像素子の構成例。
【図１３】位相差ＡＦの動作説明図。
【図１４】位相差ＡＦに用いるルックアップテーブルの第１の例。
【図１５】位相差ＡＦに用いるルックアップテーブルの第２の例。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本実施形態について説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また本実施形態で説明される構成の全てが、本発明の必須構成要件であるとは限らない。
【００１２】
１．本実施形態の概要
まず本実施形態の概要について説明する。上記の特許文献１のようなＡＦ制御を行う内視鏡装置においても、ユーザーが広い範囲を同時に観察するためには、内視鏡装置は広い被写界深度を持つことが望ましい。また、スクリーニング検査を行う場合には、ＡＦ制御により内視鏡装置のフォーカスが合う位置（合焦物体位置）が頻繁に細かく変動すると、ユーザーが観察したい領域に対してピントが合っている状態とボケている状態が繰り返される。そうすると、同じ領域を長時間観察し続けることを強いられるなど、ユーザーの負荷が増大する可能性がある。このため、内視鏡装置においては、合焦物体位置の変動をできるだけ少なくするようなＡＦ制御が求められる。
【００１３】
そこで本実施形態では、図２に示すように、予め設定された近点側の合焦物体位置ＮＥＡＲと遠点側の合焦物体位置ＦＡＲのうち、いずれか一方を選択可能とする。例えば、ＮＥＡＲが選択された場合の被写界深度（例えば約５〜１０ｍｍ）及びＦＡＲが選択された場合の被写界深度（例えば約１０〜７０ｍｍ）により、スクリーニング検査に必要な被写界深度（例えば約５〜７０ｍｍ）の範囲を全てカバーできるようにすればよい。このように、必要な被写界深度を２つに分割して切り替えることにより、各合焦物体位置において、できるだけ広い被写界深度を確保できる。
【００１４】
このような２焦点切り替えを行う場合、ＡＦ制御では、ＮＥＡＲもしくはＦＡＲのどちらか一方を選択するような制御を行うだけで、ユーザーが観察したい領域にピントを合わせることが可能になる。このような内視鏡装置を実現することで、同時に広い範囲にピントが合った画像を取得できると共に、ＡＦ制御においても二つの合焦物体位置のどちらかを選択するだけでよくなる。そのため、非常に多くの合焦物体位置を選択可能な従来のコントラストＡＦ等と比較して、合焦物体位置の切換えの頻度を少なくすることが可能になり、スクリーニング検査時のユーザーの負荷を軽減できる。
【００１５】
しかしながら、２焦点切り替えのＡＦ制御を実現した場合であっても、合焦物体位置を決定するためのＡＦ制御に課題が残る。例えば、次のようなＡＦ制御を考える。即ち、従来のコントラストＡＦと同様の考え方を用いて、ＮＥＡＲとＦＡＲを順次選択し、それぞれの合焦物体位置に対応して取得された画像からコントラスト値を算出する。そして、コントラスト値が大きい方の合焦物体位置を、目標とすべき合焦物体位置（目標合焦位置）として選択し、内視鏡装置の合焦物体位置を目標合焦位置に切り替える。この手法では、ＮＥＡＲとＦＡＲを順次切換えるＡＦ制御を、任意のタイミングで継続的に行う必要があるため、ＡＦ制御を行っている間は必ず、ピントが合っている状態とボケている状態が繰り返される。そのため、同じ領域を長時間観察し続けることを強いられるなど、ユーザーの負荷が増大する可能性がある。
【００１６】
そこで本実施形態では、位相差を検出する撮像素子を内視鏡装置に設け、その撮像素子から得られる位相差情報に応じて、ＮＥＡＲとＦＡＲのうちいずれの合焦物体位置を選択するか決定し、ＡＦ動作させる。このようにすれば、撮像部から被写体までの距離が位相差情報により分かるので、ＮＥＡＲとＦＡＲのうち適切な方を選択すればよく、ＮＥＡＲとＦＡＲを順次選択してそれぞれについてどれ位合焦しているか判定した後一方を選択する必要がない。上述のように、ＮＥＡＲとＦＡＲを順次切り替えてコントラスト値を取得する手法では、ピントが合っている状態とボケている状態の両方が発生するが、本実施形態では、ボケている状態のほうにする必要がない。これにより、ユーザーが観察したい領域がボケている状態となることを自動的に極力減らし、ユーザーの観察上の負荷・操作上の負荷を軽減した内視鏡装置の提供が期待できる。
【００１７】
２．第１の実施形態
２．１．内視鏡装置
本実施形態の詳細について説明する。図１に、第１の実施形態における内視鏡装置の構成例を示す。図１の内視鏡装置は、照明光を発生する照明部１００と、被写体の撮像を行う撮像部２００と、内視鏡装置の各部を制御する制御装置３００（処理部）と、を含む。
【００１８】
照明部１００は、白色光光源１１１や集光レンズ１１２を有する光源装置１１０と、ライトガイドファイバー１２０や照明光学系１３０を有する照明部１００と、を含む。撮像部２００は、集光レンズ２１０、フォーカスレンズ２２０、フォーカスレンズ駆動部２３０、撮像素子２４０を含む。フォーカスレンズ駆動部２３０は、例えばボイスコイルモーター（以下、ＶＣＭ）により構成される。制御装置３００は、Ａ／Ｄ変換部３１０、画像処理部３２０、位相差算出部３３０、境界位置設定部３４０、レンズ位置選択部３５０、出力部３６０、制御部３７０、外部Ｉ／Ｆ部３８０を含む。制御部３７０は、例えばマイクロコンピューターやＣＰＵ等を有している。外部Ｉ／Ｆ部３８０は、例えば電源スイッチや、変数設定などを行うためのインターフェース等を有している。
【００１９】
次に、図１の内視鏡装置の動作について説明する。白色光光源１１１から白色光が発光される。白色光が集光レンズ１１２に達し集光される。集光された白色光は、ライトガイドファイバー１２０を通って、照明光学系１３０から被写体に照射される。被写体から反射した反射光は、集光レンズ２１０により集光され、フォーカスレンズ２２０を通じて撮像素子２４０上に結像される。撮像素子２４０により光電変換を行い、アナログ信号を取得する。
【００２０】
フォーカスレンズ２２０は、図２で後述するように、フォーカスレンズ駆動部２３０により光軸上の二点（ＬＮ、ＬＦ）間を切り替え駆動される。フォーカスレンズ駆動部２３０は、図３等で後述するように、レンズ位置選択部３５０により選択された位置へフォーカスレンズ２２０を駆動する。撮像素子２４０には、図１２等で後述するように、画素配列の中に位相差検出用素子が配置されている。Ａ／Ｄ変換部３１０は、撮像素子２４０により取得されたアナログ信号を、デジタル信号へ変換する。デジタル信号には、撮像用の画素から得られた撮像画像と、位相差検出用素子から得られた位相信号とが含まれている。
【００２１】
画像処理部３２０は、Ａ／Ｄ変換部３１０からの撮像画像に対して、例えば補間処理や階調変換処理等の画像処理を実施する。
【００２２】
位相差算出部３３０は、図１４等で後述するように、Ａ／Ｄ変換部３１０からの位相信号に基づいて位相差を算出する。境界位置設定部３４０は、図３等で後述するように、位相差の境界位置ｄｋを設定する。レンズ位置選択部３５０は、位相差算出部３３０により算出された位相差と、境界位置設定部３４０により設定された境界位置とを比較する。そして、その比較結果に基づいて、フォーカスレンズ２２０を近点側のレンズ位置ＬＮ及び遠点側のレンズ位置ＬＦのいずれに移動させるかを決定し、決定したレンズ位置の情報をフォーカスレンズ駆動部２３０へ送信する。
【００２３】
出力部３６０は、画像処理部３２０により画像処理された撮像画像を、不図示の表示装置に表示したり、不図示のメモリカード等の記録媒体に記録保存したりする。
【００２４】
２．２．フォーカスレンズ駆動部
図２を用いて、フォーカスレンズ駆動部２３０の動作について詳細に説明する。図２に示すように、フォーカスレンズ駆動部２３０は、フォーカスレンズ２２０を離散的なレンズ位置ＬＮ、ＬＦに切り替え、合焦物体位置をＮＥＡＲ、ＦＡＲの２段階で切り替える。
【００２５】
具体的には、フォーカスレンズ２２０の位置は、合焦物体位置が撮像部２００に対して近い点ＮＥＡＲ（以下、近点）に対応するＬＮ点と、撮像部２００から遠い点ＦＡＲ（以下、遠点）に対応するＬＦ点との、２段階で切り替える。一般的に、合焦物体位置が近点側にあると被写界深度ＤＮ（ｄｉ〜ｄｋ）の幅が浅くなり、被写体がわずかに移動しただけでも被写界深度の範囲を逸脱しやすくなる。このため、合焦物体位置が近点にある場合は、奥行きのない被写体を近接して観察する場合に適している。一方、合焦物体位置が遠点側にあると被写界深度ＤＦ（ｄｋ〜ｄｊ）の幅は深くなる。このため、管腔状の被写体をスクリーニングする場合に適している。内視鏡観察に必要とされる被写界深度の範囲は、フォーカスレンズ位置を切り替えることで達成する。例えば、被写界深度ＤＮ、ＤＦの範囲を組み合わせて実現できる被写界深度ｄｉ〜ｄｊの範囲は、２〜７０ｍｍを含む。
【００２６】
ここで、合焦物体位置とは、撮像部２００のフォーカスが合う物体（被写体）の位置であり、例えば撮像光学系の光軸上における、撮像部２００の先端から物体までの距離で表される。より具体的には、合焦物体位置とは、撮像素子２４０の受光面と像面が一致するときに、その像面に対応する物体平面の位置のことである。なお、撮像部２００の被写界深度内の位置であれば被写体に合焦しているとみなすことが可能であるため、合焦物体位置は被写界深度内の任意の位置に設定されてもよい。例えば図２の合焦物体位置ＮＥＡＲ、ＦＡＲは、それぞれ被写界深度ＤＮ、ＤＦ内のいずれの位置に設定されてもよく、フォーカスレンズ２２０の位置が切り替えられることにより合焦物体位置及び被写界深度が切り替えられることは変わらない。
【００２７】
また、フォーカスレンズ２２０の位置とは、撮像光学系内におけるフォーカスレンズ２２０（可動レンズ）の位置であり、例えば撮像光学系内の基準点からフォーカスレンズ２２０までの距離で表される。基準点は、例えば撮像光学系を構成するレンズの中で最も被写体側のレンズの位置や、撮像素子２４０の受光面の位置等である。
【００２８】
なお、本実施形態では、フォーカスレンズがズーム倍率調整とフォーカス調整を兼ねる一群駆動を行ってもよいし、ズームレンズとフォーカスレンズを独立に調整可能な二群駆動を行ってもよい。
【００２９】
２．３．ＡＦ制御手法
次に、本実施形態のＡＦ制御手法について詳細に説明する。
【００３０】
図３に示すように、位相差と被写体までの距離とを対応付けたルックアップテーブルを、予め準備しておく。ルックアップテーブルは、例えばレンズ位置選択部３５０の不図示の記憶部に記憶されている。同一距離に対応する位相差はＮＥＡＲとＦＡＲで異なるので、ＮＥＡＲにおける位相差と距離の対応とＦＡＲにおける位相差と距離の対応とをルックアップテーブルにしておく。レンズ位置選択部３５０は、位相差算出部３３０により算出された位相差に対応する距離を、ルックアップテーブルから取得し、撮像部から被写体までの距離を求める。
【００３１】
なお本実施形態では、ルックアップテーブルを用いる手法に限定されず、例えば下式（１）により被写体までの距離を求めてもかまわない。ここで、ｄは被写体までの距離であり、ｐは位相差であり、α、βは、予め与えられた所定の定数である。
ｄ＝α・ｐ＋β    （１）
【００３２】
図２で上述のように、近点側のレンズ位置ＬＮと遠点側のレンズ位置ＬＦを予め設定しておく。即ち、図３に示すように、被写体までの距離がｄｉからｄｋ（ｄｉ＜ｄｋ）の間（被写界深度ＤＮ）でピントが合うフォーカスレンズの位置を、レンズ位置ＬＮに設定する。また、被写体までの距離がｄｋからｄｊ（ｄｋ＜ｄｊ）までの間（被写界深度ＤＦ）でピントが合うフォーカスレンズの位置を、レンズ位置ＬＦに設定する。このような二つの合焦レンズ位置を適宜切り替えることによって、被写体までの距離がｄｉからｄｊまでの範囲でピントの合った画像を提供することができる。逆に言うと、被写体までの距離がｄｉからｄｊまでの範囲でピントの合った画像を提供したい場合には、フォーカスレンズを移動させる二つの位置を、レンズ位置ＬＮとレンズ位置ＬＦとにすればよい。
【００３３】
境界位置設定部３４０は、上記の被写界深度の情報に基づいて、境界位置ｄｋを予め設定する。図２に示すように、境界位置ｄｋは、被写界深度ＤＮと被写界深度ＤＦの境界に対応しており、例えば撮像部２００の先端からの距離により表される。なお、境界位置設定部３４０は、外部Ｉ／Ｆ部３８０を介して設定された境界位置に基づいて、境界位置ｄｋを設定してもよい。
【００３４】
レンズ位置選択部３５０は、位相差に対応する被写体までの距離と、境界位置設定部３４０により設定された境界位置ｄｋとを比較する。レンズ位置選択部３５０は、被写体までの距離が境界位置ｄｋ以下である場合には、近点側のレンズ位置ＬＮを選択する。一方、被写体までの距離が境界位置ｄｋより遠い場合には、遠点側のレンズ位置ＬＦを選択する。
【００３５】
また、レンズ位置選択部３５０は、現在のフォーカスレンズ２２０の位置が、ＬＮ、ＬＦのいずれであるかの情報を保持している。フォーカスレンズ２２０の位置がＬＮである場合にＦＡＲが選択されたときには、レンズ位置選択部３５０は、フォーカスレンズ２２０の位置をＬＦへ移動させるようにフォーカスレンズ駆動部２３０へ指示する。フォーカスレンズ駆動部２３０は、その情報を受け取り、フォーカスレンズ２２０の位置をＬＦへ移動させる。一方、フォーカスレンズ２２０の位置がＬＦである場合にＬＮが選択されたときには、レンズ位置選択部３５０は、フォーカスレンズ２２０の位置をＬＮへ移動させるようにフォーカスレンズ駆動部２３０へ指示する。フォーカスレンズ駆動部２３０は、その情報を受け取り、フォーカスレンズ２２０の位置をＬＮへ移動させる。
【００３６】
以上のＡＦ制御手法によれば、ルックアップテーブルにより位相差を一旦距離に変換し、その距離と境界位置ｄｋとを比較することで、位相差に基づくレンズ位置の切り替え駆動を実現できる。距離と境界位置ｄｋとの比較でレンズ位置を決定するため、コントラスト法のようなレンズ位置ＬＮとレンズ位置ＬＦの切り替えが不要となる。
【００３７】
なお、被写体が境界位置ｄｋ付近にある場合に被写体が境界位置ｄｋを前後すると、頻繁にＬＮとＬＦが切り換わる可能性がある。このような場合、フォーカスレンズ２２０の位置が頻繁に切り替わるので、ユーザーに提示される画像の画角が頻繁に変わり観察しにくくなってしまう。そのような現象を防止するために、ＬＮとＬＦが切り換わった後の一定時間では、レンズ位置選択部３５０が被写体までの距離と境界位置との比較を行わないようにしてもよい。あるいは、レンズ位置選択部３５０が、ＬＮを選択している場合において、被写体の距離がｄｋより遠いとの判定が一定時間続いたときにＬＦを選択し、ＬＦを選択している場合において、被写体の距離がｄｋより近いとの判定が一定時間続いたときにＬＮを選択してもよい。
【００３８】
２．４．第２のＡＦ制御手法
図３では、位相差を距離に換算して境界位置ｄｋと比較する場合を例に説明したが、本実施形態はこれに限定されない。位相差と被写体までの距離には相関関係があるので、位相差をそのまま用いて境界位置と比較してもよい。以下では、位相差をそのまま用いるＡＦ制御手法について説明する。
【００３９】
図４（Ａ）に、フォーカスレンズが近点側の位置ＬＮにある場合の位相差を模式的に表す。位相差検出用素子からは、第１瞳と第２瞳に瞳分割された被写体像の信号が得られる。被写体が合焦物体位置ＮＥＡＲである距離ｄｐ０にある場合、第１瞳の被写体像と第２瞳の被写体像の位相差はゼロである。被写体が距離ｄｐからずれると、第１瞳の被写体像と第２瞳の被写体像の位相差（位相差の絶対値）が大きくなっていく。位相差算出部３３０は、この２つのピーク間の距離（位相差）を相関演算等で算出することにより、位相差を取得する。なお以下では、被写体が距離ｄｐ０よりも遠い場合の位相差を正と定義する。
【００４０】
図４（Ｂ）に、フォーカスレンズが近点側の位置ＬＮにある場合の、被写体までの距離に対する位相差の特性例を示す。図４（Ｂ）に示すように、位相差は、被写体までの距離に対して１次の特性を有している。合焦物体位置ＮＥＡＲの距離ｄｐ０には位相差“０”が対応し、被写界深度ＤＮの距離ｄｉ〜ｄｋには位相差ｐｉ〜ｐｋが対応する。境界位置ｄｋには第１位相差ｐｋが対応しており、境界位置設定部３４０は、この第１位相差ｐｋを予め設定しておく。レンズ位置選択部３５０は、近点側のレンズ位置ＬＮを選択している場合において、位相差算出部３３０が算出した位相差が第１位相差ｐｋ以下であるときにはＬＮの選択を維持し、位相差算出部３３０が算出した位相差が第１位相差ｐｋよりも大きいときには遠点側のレンズ位置ＬＦを選択する。
【００４１】
次に、図５（Ａ）に、フォーカスレンズが遠点側の位置ＬＦにある場合の位相差を模式的に表す。図５（Ｂ）に、フォーカスレンズが遠点側の位置ＬＦにある場合の、被写体までの距離に対する位相差の特性例を示す。図５（Ａ）、図５（Ｂ）に示すように、合焦物体位置ＦＡＲの距離ｄｑ０には位相差“０”が対応し、被写界深度ＤＦの距離ｄｋ〜ｄｊには位相差ｑｋ〜ｑｊが対応する。境界位置ｄｋには第２位相差ｑｋが対応しており、境界位置設定部３４０は、この第２位相差ｑｋを予め設定しておく。レンズ位置選択部３５０は、遠点側のレンズ位置ＬＦを選択している場合において、位相差算出部３３０が算出した位相差が第２位相差ｑｋ以上であるときにはＬＦの選択を維持し、位相差算出部３３０が算出した位相差が第２位相差ｑｋよりも小さいときには近点側のレンズ位置ＬＮを選択する。
【００４２】
以上のＡＦ制御手法によれば、位相差を他の値（例えば距離）に変換せず、位相差と境界位置ｄｋに対応する位相差ｐｋ、ｑｋとを直接比較することによりレンズ位置を決定できる。これにより、位相差を他の値に変換する場合よりも簡素な処理でＡＦ制御を実現できる。
【００４３】
２．５．位相差が非検出である場合のＡＦ制御手法
次に、位相差算出部３３０が位相差を検出できなかった場合のＡＦ制御手法について説明する。
【００４４】
図６に、ＡＦ制御処理の第１のフローチャートを示す。図６に示すように、処理が開始されると、位相差算出部３３０が位相差を算出する（Ｓ１）。次に、レンズ位置選択部３５０は、位相差算出部３３０が位相差を算出できたか否かの判定を行う（Ｓ２）。被写体までの距離が極端に近い（被写体と集光レンズ２１０が極端に近い）場合には、位相差を算出できない可能性がある。位相差算出部３３０は、位相差が非検出であると判断した場合には、その旨を表す非検出信号を出力する。レンズ位置選択部３５０は、その非検出信号を受けた場合、位相差算出部３３０が位相差を算出できなかったと判定する。
【００４５】
位相差算出部３３０は、第１瞳又は第２瞳の被写体像がぼけていると判断できる場合に位相差が非検出であると判断する。例えば、図４（Ａ）で説明した位相信号の最大値が所定閾値以下である場合に、位相差が非検出であると判断する。あるいは、図１２の位相差センサＳ１群（又はＳ２群）から得られる位相信号の最大値と最小値の差が所定閾値以下である場合に、位相差が非検出であると判断してもよい。また位相差算出部３３０は、第１瞳又は第２瞳の被写体像の分布が平坦であると判断できる場合に位相差が非検出であると判断してもよい。例えば、位相差センサＳ１群（又はＳ２群）から得られる位相信号の値の標準偏差が所定閾値以下である場合に、位相差が非検出であると判断してもよい。また位相差算出部３３０は、第１瞳の被写体像と第２瞳の被写体像が離れすぎていると判断できる場合に、位相差が非検出であると判断してもよい。例えば、位相差センサＳ１群から得られる位相信号の最大値に対応する画素位置と、位相差センサＳ２群から得られる位相信号の最大値に対応する画素位置との間隔が、所定間隔よりも広い場合に、位相差が非検出であると判断してもよい。
【００４６】
ステップＳ２において、位相差算出部３３０が位相差を算出できたと判定した場合、レンズ位置選択部３５０が位相差に基づいてレンズ位置を決定し、フォーカスレンズ駆動部２３０がレンズ位置を切り替える（Ｓ３）。一方、位相差算出部３３０が位相差を算出できなかったと判定した場合、レンズ位置選択部３５０は、被写体までの距離を“０”に設定し、距離“０”を境界位置ｄｋと比較して近点側のレンズ位置ＬＮを選択する。そして、フォーカスレンズ駆動部２３０は、現在のレンズ位置が遠点側のレンズ位置ＬＦである場合、レンズ位置を近点側のレンズ位置ＬＮに切り替える（Ｓ４）。
【００４７】
さて、位相差が検出できないときは、被写体に撮像部が近接している状態と想定できる。即ち、内視鏡装置は体内の狭い空間で観察を行うため、撮像部先端から数１０ｍｍ以上遠い距離は無限遠とほとんど同じであり、合焦物体位置ＦＡＲが無限遠に近くなるように光学系を設計することが一般的である。そのため、被写体が遠いときに位相信号の被写体像がボケて位相差を検出できないこと想定しにくく、位相差が検出できないときには被写体が近すぎる可能性が高い。この点、図６の実施形態では、位相差が非検出である場合に距離“０”を設定するため、ＮＥＡＲとＦＡＲのうち妥当と考えられる合焦物体位置ＮＥＡＲを選択できる。
【００４８】
図７に、ＡＦ制御処理の第２のフローチャートを示す。図７のＡＦ制御処理では、位相差が非検出である場合に、照明光の光量に基づいてレンズ位置を選択する。
【００４９】
具体的には、図７に示すように、処理が開始されると、位相差算出部３３０が位相差を算出する（Ｓ２０）。レンズ位置選択部３５０は、位相差算出部３３０が位相差を算出できたと判定した場合（Ｓ２１、ＹＥＳ）、位相差に基づいてレンズ位置を決定し、フォーカスレンズ駆動部２３０がレンズ位置を切り替える（Ｓ２２）。
【００５０】
一方、位相差算出部３３０が位相差を算出できなかったと判定した場合（Ｓ２１、ＮＯ）、レンズ位置選択部３５０は、制御部３７０から照明光の光量Ｌの情報を取得する。照明部１００が被写体に照射する照明光の光量は、制御部３７０により制御されており、光量Ｌの情報は、その制御信号に相当する。例えば、光量Ｌの情報は、光量を調整する不図示の絞りの開度情報である。あるいは、電流量により光量が決まるＬＥＤが光源である場合、光量Ｌの情報は、ＬＥＤに流す電流量情報である。レンズ位置選択部３５０は、光量Ｌと閾値ＴＩの比較を行い（Ｓ２３）、光量Ｌが閾値ＴＩよりも大きいと判定した場合には遠点側のレンズ位置ＬＦを選択する。フォーカスレンズ駆動部２３０がフォーカスレンズを位置ＬＦに移動させる（Ｓ２４）。光量Ｌが閾値ＴＩ以下であると判定した場合には、レンズ位置選択部３５０は近点側のレンズ位置ＬＮを選択し、フォーカスレンズ駆動部２３０がフォーカスレンズを位置ＬＮに移動させる（Ｓ２５）。
【００５１】
さて、内視鏡装置では、内臓の粘膜等が低コントラストの場合に位相差を検出できない可能性がある。この点、内視鏡装置では一般的に、照明光の光量は、画像の明るさが一定となるように調光されている。被写体が撮像部に近いほど被写体が明るく照明されることから、被写体が撮像部に近いほど照明光の光量を小さくして画像の明るさを一定にする。本実施形態では、このような調光制御を利用することで、照明光の光量に基づいて合焦物体位置を選択できる。
【００５２】
図８に、ＡＦ制御処理の第３のフローチャートを示す。図８のＡＦ制御処理では、位相差が非検出である場合に、コントラスト法によるＡＦ制御を行う。コントラスト法を併用することで、位相差が非検出の場合であっても、被写体にフォーカスを合わせることが可能になる。
【００５３】
具体的には、図８に示すように、処理が開始されると、位相差算出部３３０が位相差を算出する（Ｓ４０）。レンズ位置選択部３５０は、位相差算出部３３０が位相差を算出できたと判定した場合（Ｓ４１、ＹＥＳ）、位相差に基づいてレンズ位置を決定し、フォーカスレンズ駆動部２３０がレンズ位置を切り替える（Ｓ４２）。
【００５４】
一方、位相差算出部３３０が位相差を算出できなかったと判定した場合（Ｓ４１、ＮＯ）、レンズ位置選択部３５０は、レンズ位置ＬＮとレンズ位置ＬＦを順次選択し、フォーカスレンズ駆動部２３０は、フォーカスレンズをＬＮ、ＬＦに順次切り替える。位相差算出部３３０は、レンズ位置ＬＮ（合焦物体位置ＮＥＡＲ）での撮像画像から第１コントラスト値ＣＮを算出し、レンズ位置ＬＦ（合焦物体位置ＦＡＲ）での撮像画像から第２コントラスト値ＣＦを算出する（Ｓ４３）。次に、レンズ位置選択部３５０は、第１コントラスト値ＣＮと第２コントラスト値ＣＦとを比較する（Ｓ４４）。レンズ位置選択部３５０は、ＣＮがＣＦよりも小さい場合には、遠点側のレンズ位置ＬＦを選択し、フォーカスレンズ駆動部２３０がフォーカスレンズをＬＦに移動させる（Ｓ４５）。ＣＮがＣＦ以上である場合には、レンズ位置選択部３５０は、近点側のレンズ位置ＬＮを選択し、フォーカスレンズ駆動部２３０がフォーカスレンズをＬＮに移動させる（Ｓ４６）。
【００５５】
以上の実施形態によれば、図１に示すように、内視鏡装置は撮像部２００と位相差算出部３３０とレンズ位置選択部３５０と切替駆動部（フォーカスレンズ駆動部２３０）とを含む。撮像部２００は、位相差オートフォーカス用の位相差検出用素子（例えば図１２のＳ１、Ｓ２）を有し、撮像画像を取得する。位相差算出部３３０は、位相差検出用素子からの信号に基づいて位相差を算出する。図２等で説明したように、レンズ位置選択部３５０は、予め設定された離散的なレンズ位置である近点側のレンズ位置及び遠点側のレンズ位置のうちいずれかのレンズ位置を、位相差に基づいて選択する。切替駆動部は、前記撮像部のレンズ位置を、前記レンズ位置選択部により選択されたレンズ位置へ切り替え駆動する。
【００５６】
このようにすれば、ＡＦ制御において合焦物体位置の変動を抑制することが可能となり、合焦物体位置の頻繁な変動によるユーザー負担（例えば被写界深度の変動やズーム倍率の変動など）を軽減できる。即ち、離散的な２つのレンズ位置ＬＮ、ＬＦを切り替え駆動するため、より多数のレンズ位置を切り替える場合よりも合焦物体位置の切り替え頻度を少なくできる。また、位相差に基づいてレンズ位置を選択するため、ＬＮとＬＦの往復を行うことなくレンズ位置を決定できる。レンズ位置を決めるためにＬＮとＬＦを往復する必要がある場合、結果的に現在のレンズ位置を維持する場合であってもＬＮとＬＦを往復する必要があるが、本実施形態では、このような不要なレンズ位置の往復を無くすことができる。
【００５７】
また本実施形態によれば、内視鏡装置に必要な被写界深度を、ＮＥＡＲ、ＦＡＲに対応する２つの被写界深度ＤＮ、ＤＦでカバーするため、より多数の被写界深度に分割する場合よりも各被写界深度が広くなり、奥行きのある患部を診察する場合などに観察しやすい画像を提供できる。
【００５８】
また本実施形態では、内視鏡装置は、近点側のレンズ位置ＬＮに対応する近点側の合焦物体位置ＮＥＡＲと遠点側のレンズ位置ＬＦに対応する遠点側の合焦物体位置ＦＡＲとの間の境界位置を設定する境界位置設定部３４０を含む。図３〜図５（Ｂ）で説明したように、レンズ位置選択部３５０は、位相差に対応する被写体の位置（例えば撮像部２００の選択から被写体までの距離）が、撮像部２００側から見て境界位置ｄｋよりも撮像部２００に近いと判定した場合には、近点側のレンズ位置ＬＮを選択し、位相差に対応する被写体の位置が、撮像部２００側から見て境界位置ｄｋよりも遠いと判定した場合には、遠点側のレンズ位置ＬＦを選択する。
【００５９】
このようにすれば、位相差に基づいてＬＮ及びＬＦのうちいずれかのレンズ位置を選択することができる。また、境界位置ｄｋを基準として被写体が近点側であるか遠点側であるかを判定できるため、境界位置ｄｋを越えるまでは現在のレンズ位置が維持され、頻繁な合焦物体位置の切り替えを抑制できる。
【００６０】
また本実施形態では、境界位置設定部３４０は、近点側のレンズ位置ＮＥＡＲが選択された場合における被写界深度ＤＮと、遠点側のレンズ位置ＦＡＲが選択された場合における被写界深度ＤＦとの境界に、境界位置ｄｋを設定する。
【００６１】
このようにすれば、２つの被写界深度ＤＮ、ＤＦの間にピントが合わない領域が生じないため、内視鏡装置に必要なパンフォーカスの被写界深度ｄｉ〜ｄｊにおいて、ＬＮ及びＬＦのいずれかを選択することで必ずピントが合った状態にすることができる。また、被写界深度ＤＮ、ＤＦの境界を境界位置ｄｋに設定することで、被写体がいずれの被写界深度に入っているかを判断でき、被写体にピントが合う妥当なレンズ位置を選択することが可能となる。
【００６２】
また本実施形態では、切替駆動部（フォーカスレンズ駆動部２３０）は、近点側のレンズ位置ＬＮ及び遠点側のレンズ位置ＬＦの一方から他方に切り替えた後、所定時間の間は、撮像部２００の現在のレンズ位置を変更せずに維持する。
【００６３】
あるいは本実施形態では、切替駆動部は、レンズ位置選択部３５０により近点側のレンズ位置ＬＮ及び遠点側のレンズ位置ＬＦの一方から他方が選択された後、所定時間の間に、レンズ位置選択部３５０による選択結果が変化した場合、撮像部２００の現在のレンズ位置を変更せずに維持する。
【００６４】
これらのようにすれば、少なくとも所定時間の間はレンズ位置が切り替わらないため、合焦物体位置の頻繁な切り替わりを更に抑制することができる。例えば、内視鏡装置では、内臓の動きなどがあるため、被写体と撮像部２００の距離を一定に保つことが難しく、撮像部２００が被写体に一瞬近づいて本来の距離に戻るような状況が想定される。本実施形態によれば、撮像部２００が被写体に一瞬近づいただけではレンズ位置が切り替わらないため、不要な合焦物体位置の切り替えを無くすことができる。
【００６５】
また本実施形態では、図１２〜図１５で後述するように、位相差算出部３３０は、撮像部２００が撮像画像を取得するフレームレートよりも遅いレートで位相差を算出してもよい。レンズ位置選択部３５０は、フレームレートよりも遅いレートで算出された位相差に基づいて、撮像部２００のレンズ位置を選択してもよい。
【００６６】
このようにすれば、１つの位相差を算出してから次の位相差を算出するまでの間はレンズ位置が切り替わらないため、合焦物体位置の頻繁な切り替わりを抑制することができる。
【００６７】
３．第２の実施形態
３．１．フォーカスレンズ駆動部
次に、第２の実施形態について説明する。第２の実施形態における内視鏡装置の構成は、図１で説明した第１の実施形態と同様である。以下では、第１の実施形態と同様の構成や動作については適宜説明を省略する。
【００６８】
図９を用いて、フォーカスレンズ駆動部２３０の動作について説明する。図９に示すように、フォーカスレンズ駆動部２３０は、フォーカスレンズ２２０を離散的なレンズ位置ＬＮ、ＬＦに切り替え、合焦物体位置をＮＥＡＲ、ＦＡＲの２段階で切り替える。ＮＥＡＲでの被写界深度ＤＮ（ｄｉ〜ｄｋ２）とＦＡＲでの被写界深度ＤＦ（ｄｋ１〜ｄｊ）とは、被写体までの距離ｄｋ１〜ｄｋ２の範囲で重なっている。即ち、被写体までの距離ｄｋ１〜ｄｋ２の範囲では、ＮＥＡＲ及びＦＡＲのいずれに切り替えた場合でも被写体にピントが合う構成となっている。
【００６９】
３．２．ＡＦ制御手法
次に、本実施形態のＡＦ制御手法について説明する。
【００７０】
図１０に示すように、位相差と被写体までの距離とを対応付けたルックアップテーブルを、予め準備しておく。レンズ位置選択部３５０は、位相差算出部３３０により算出された位相差に対応する距離を、ルックアップテーブルから取得し、撮像部から被写体までの距離を求める。
【００７１】
図９で上述のように、近点側のレンズ位置ＬＮと遠点側のレンズ位置ＬＦを予め設定しておく。即ち、図１０に示すように、被写体までの距離がｄｉからｄｋ２（ｄｉ＜ｄｋ２）の間（被写界深度ＤＮ）でピントが合うフォーカスレンズの位置を、レンズ位置ＬＮに設定する。また、被写体までの距離がｄｋ１からｄｊ（ｄｋ１＜ｄｊ）までの間（被写界深度ＤＦ）でピントが合うフォーカスレンズの位置を、レンズ位置ＬＦに設定する。このような二つの合焦レンズ位置を適宜切り替えることによって、被写体までの距離がｄｉからｄｊまでの範囲でピントの合った画像を提供することができる。逆に言うと、被写体までの距離がｄｉからｄｊまでの範囲でピントの合った画像を提供したい場合には、フォーカスレンズを移動させる二つの位置を、レンズ位置ＬＮとレンズ位置ＬＦとにすればよい。
【００７２】
境界位置設定部３４０は、上記の被写界深度の情報に基づいて、第１境界位置ｄｋ１及び第２境界位置ｄｋ２を予め設定する。図９に示すように、第１境界位置ｄｋ１は、被写界深度ＤＦの近点側の端に対応し、第２境界位置ｄｋ２は、被写界深度ＤＮの遠点側の端に対応する。なお、境界位置設定部３４０は、外部Ｉ／Ｆ部３８０を介して設定された境界位置に基づいて、境界位置ｄｋ１、ｄｋ２を設定してもよい。
【００７３】
レンズ位置選択部３５０は、現在のフォーカスレンズ２２０がレンズ位置ＬＮである場合、位相差に対応する被写体までの距離と、境界位置設定部３４０により設定された境界位置ｄｋ２とを比較する。レンズ位置選択部３５０は、被写体までの距離が境界位置ｄｋ２以下である場合には、近点側のレンズ位置ＬＮを維持する。被写体までの距離が境界位置ｄｋ２より遠い場合には、遠点側のレンズ位置ＬＦを選択する。
【００７４】
一方、レンズ位置選択部３５０は、現在のフォーカスレンズ２２０がレンズ位置ＬＦである場合、位相差に対応する被写体までの距離と、境界位置設定部３４０により設定された境界位置ｄｋ１とを比較する。レンズ位置選択部３５０は、被写体までの距離が境界位置ｄｋ１以上である場合には、遠点側のレンズ位置ＬＦを維持する。被写体までの距離が境界位置ｄｋ１より近い場合には、近点側のレンズ位置ＬＮを選択する。
【００７５】
さて、内視鏡装置では、被写体や内視鏡の前後ブレのような動きが想定されるため、被写体までの距離が境界位置付近の場合に頻繁に境界位置をまたぐことが考えられる。境界位置が１つの場合、頻繁に境界位置をまたぐと、レンズ位置ＬＮとレンズ位置ＬＦが頻繁に切り替わってしまう。レンズ位置ＬＮとレンズ位置ＬＦではズーム倍率が異なるため、ズーム倍率が切り替わって観察しにくくなる。
【００７６】
この点、本実施形態によれば、被写体までの距離がｄｋ１以下の場合、レンズ位置ＬＮが選択され、被写体までの距離がｄｋ２以上の場合、レンズ位置ＬＦが選択され、被写体までの距離がｄｋ１からｄｋ２までの範囲である場合、現在の合焦物体位置が維持される。これにより、被写体までの距離が境界位置付近であっても、現在の合焦物体位置が維持されるため、レンズ位置ＬＮとレンズ位置ＬＦが頻繁に切り替わらずにズーム倍率を維持したまま観察できる。
【００７７】
３．３．第２のＡＦ制御手法
次に図１１を用いて、位相差をそのまま用いて境界位置と比較する場合のＡＦ制御手法について説明する。
【００７８】
図１１に、被写体までの距離に対する位相差の特性例を示す。ＰＤＮは、フォーカスレンズが近点側の位置ＬＮにある場合の位相差特性であり、ＰＤＦは、フォーカスレンズが遠点側の位置ＬＦにある場合の位相差特性である。位相差特性ＰＤＮでは、境界位置ｄｋ２に位相差ｐｋ２（図３の第１位相差ｐｋに相当）が対応しており、位相差特性ＰＤＦでは、境界位置ｄｋ１に位相差ｑｋ１（図３の第２位相差ｑｋに相当）が対応している。
【００７９】
レンズ位置選択部３５０は、位相差算出部３３０が算出した位相差と境界位置の位相差ｐｋ２、ｑｋ１とを比較することにより、レンズ位置を切り替える。即ち、レンズ位置選択部３５０は、近点側のレンズ位置ＬＮ（位相差特性ＰＤＮ）を選択している場合において、位相差算出部３３０が算出した位相差がｐｋ２以下であるときにはＬＮの選択を維持し、位相差算出部３３０が算出した位相差がｐｋ２よりも大きいときには遠点側のレンズ位置ＬＦを選択する。一方、レンズ位置選択部３５０は、遠点側のレンズ位置ＬＦ（位相差特性ＰＤＦ）を選択している場合において、位相差算出部３３０が算出した位相差がｑｋ１以上であるときにはＬＦの選択を維持し、位相差算出部３３０が算出した位相差がｑｋ１よりも小さいときには近点側のレンズ位置ＬＮを選択する。
【００８０】
以上の実施形態によれば、図９等で説明したように、境界位置設定部３４０は、近点側のレンズ位置ＬＮに対応する近点側の合焦物体位置ＮＥＡＲと遠点側のレンズ位置ＬＦに対応する遠点側の合焦物体位置ＦＡＲとの間に、第１境界位置ｄｋ１と、撮像部２００側から見て第１境界位置ｄｋ１よりも遠い第２境界位置ｄｋ２とを設定する。レンズ位置選択部３５０は、位相差に対応する被写体の位置が、第１境界位置ｄｋ１よりも撮像部２００に近いと判定した場合には、近点側のレンズ位置ＬＮを選択し、位相差に対応する被写体の位置が、撮像部２００側から見て第２境界位置ｄｋ２よりも遠いと判定した場合には、遠点側のレンズ位置ＬＦを選択し、位相差に対応する被写体の位置が、第１境界位置ｄｋ１と第２境界位置ｄｋ２との間であると判定した場合には、現在選択しているレンズ位置を変更せずに維持する。
【００８１】
このようにすれば、被写体が第１境界位置ｄｋ１と第２境界位置ｄｋ２との間に存在する場合にはレンズ位置が切り替わらないため、被写体が境界位置の付近にある場合であっても、頻繁な合焦物体位置の切り替えを抑制できる。
【００８２】
また本実施形態では、図９等で説明したように、境界位置設定部３４０は、遠点側のレンズ位置ＬＦが選択された場合における被写界深度ＤＦの近点側の端に第１境界位置ｄｋ１を設定し、近点側のレンズ位置ＬＮが選択された場合における被写界深度ＤＮの遠点側の端に第２境界位置ｄｋ２を設定する。
【００８３】
このようにすれば、２つの被写界深度ＤＮ、ＤＦが重なるため、２つの被写界深度ＤＮ、ＤＦの境界付近においても確実に被写体にピントがあうようにできる。また、被写界深度ＤＦの近点端及び被写界深度ＤＮの遠点端を境界位置ｄｋ１、ｄｋ２に設定することで、被写体が現在の被写界深度から外れたことを判断でき、被写体にピントが合う妥当なレンズ位置を選択することが可能となる。
【００８４】
４．位相差ＡＦの手法
位相差ＡＦ用の位相差検出用素子が設けられた撮像素子２４０、及びその撮像素子２４０を用いた位相差ＡＦ手法について説明する。なお、本実施形態が行う位相差ＡＦは、以下で述べる手法に限定されず、例えば眼鏡レンズにより瞳分割を行う手法など種々の位相差ＡＦ手法を採用できる。
【００８５】
図１２に、位相差検出用素子が設けられた撮像素子の構成例を示す。図１２に示す撮像素子は、ベイヤ配列のカラーフィルターを有する通常の画素Ｒ、Ｇ、Ｂと、画素の一部に設置された位相差センサＳ１群及びＳ２群（位相差検出用素子）と、を含む。
【００８６】
位相差センサＳ１群及びＳ２群を構成する各画素Ｓ１及びＳ２は、例えば特開２０００−１５６８２３号公報の段落［００７４］〜［００８３］にＳ１及びＳ２として記載された機能画素であり、それぞれが画素中心から左右に偏った開口部を持っている。これにより撮像光学系の瞳を左右に分割した場合と同様の効果が得られるため、図１２で水平方向に複数配置されたＳ１群からの像信号とＳ２群からの像信号をそれぞれの瞳を通った光線の位相信号とみなすことができる。例えば撮像光学系で結像された被写体の像位置が撮像素子の撮像面に一致する（ピントが合っている）場合は、Ｓ１群からの位相信号とＳ２群からの位相信号は一致し、像位置が撮像面の前方又は後方にある（ピントが合っていない）場合は、Ｓ１群からの位相信号とＳ２群からの位相信号に位相差が生じることになる。本実施形態において、位相差センサＳ１群及びＳ２群はたとえば撮像部の中央に一組だけ設置してもよいし、必要に応じて撮像部の任意の場所に複数組設置してもよい
【００８７】
次に、位相差算出部３３０における可動レンズの移動量の算出方法について、図１３を用いて説明する。可動レンズは、図１のフォーカスレンズ２２０である。なお、可動レンズは、レンズ一群駆動におけるズームレンズであってもよいし、あるいは、レンズ二群駆動におけるフォーカスレンズであってもよい。
【００８８】
図１３は、像位置が撮像面の後方に位置する場合の、分割された瞳を通る光線を示した図である。光線１はＳ１群に対応する瞳を通った光線であり、光線２はＳ２群に対応する瞳を通った光線である。ここでは像位置が撮像面とは異なる位置（後方）にあるため、Ｓ１群から出力される位相信号とＳ２群から出力される位相信号にはＳの位相差が存在する。ここで、Ｓは正負の値を持つベクトルであり、図１３に矢印で示した方向が正である。なお、位相差Ｓの算出には公知の位相差ＡＦの技術を用いればよい。本実施形態における位相差算出部３３０は、例えば画像信号と同じ周期で位相差センサＳ１群及びＳ２群から順次出力される位相信号から位相差Ｓを算出し、その位相差Ｓをレンズ位置選択部３５０に順次出力する。
【００８９】
なお、位相差算出部３３０は、位相差情報としてデフォーカス量あるいは合焦レンズ位置を算出し、そのデフォーカス量あるいは合焦レンズ位置をレンズ位置選択部３５０に出力してもよい。即ち、撮像面から射出瞳位置までの距離をＦ、分割された瞳の重心間の距離をＧ、デフォーカス量をｄとする。ここで、ｄは正負の値を持つベクトルであり、図１３に矢印で示した方向が正である。この時、下式（２）が成立するため、これを変形した下式（３）を用いてデフォーカス量ｄを算出することができる。なお、像位置が撮像面の前方にある場合も同様である。更にここでは、例えば、前出の特開２０００−１５６８２３号公報の段落［０１０８］〜［０１１０］に記載された手法でデフォーカス量ｄを算出してもよい。
Ｇ／（Ｆ＋ｄ）＝Ｓ／ｄ      （２）
ｄ＝Ｆ・Ｓ／（Ｇ−Ｓ）      （３）
【００９０】
本実施形態における位相差算出部３３０は、例えば画像信号と同じ周期で位相差センサＳ１群及びＳ２群から順次出力される位相信号に対して、上式（３）で算出したデフォーカス量ｄから合焦状態を実現するために必要な可動レンズの移動量を算出し、算出した移動量をレンズ位置選択部３５０に順次出力する。あるいは、位相差算出部３３０は、可動レンズの移動量及び可動レンズの現在位置情報から合焦レンズ位置を算出し、算出した合焦レンズ位置の情報をレンズ位置選択部３５０に順次出力してもよい。移動量の算出は、例えば予め撮像光学系の設計データから、可動レンズの移動量と像位置の移動量の比Ｒｔを下式（４）で算出しておき、下式の（５）で移動量Ｄを算出すればよい。
Ｒｔ＝可動レンズの移動量／像位置の移動量      （４）
Ｄ＝−Ｒｔ・ｄ      （５）
【００９１】
このように位相差算出部３３０がデフォーカス量ｄあるいは合焦レンズ位置を算出する場合、レンズ位置選択部３５０は、デフォーカス量ｄあるいは合焦レンズ位置に基づいてレンズ位置ＬＮ及びレンズ位置ＬＦのいずれかを選択する。デフォーカス量ｄあるいは合焦レンズ位置は、位相差Ｓと対応付けられた値なので、図４（Ｂ）、図５（Ｂ）や図１１で説明した手法と同様の手法によりＡＦ制御を行うことができる。
【００９２】
また、例えば可動レンズの位置ｘにより、可動レンズの移動量と像位置の移動量の比Ｒｔの値が変化する場合は、可動レンズの位置ｘｎ（ｎは自然数）とこれに対応するＲｎの値を図１４に示すようなＬＵＴ（ルックアップテーブル）として予め作成しておき、位相差センサＳ１群及びＳ２群から位相信号が出力されたタイミングにおける可動レンズの位置ｘｎに対応するＲｎを上式（５）のＲｔとして使用することで移動量Ｄを算出することができる。
【００９３】
更に、例えば可動レンズの位置ｘにより図１３に示した撮像面と射出瞳の距離Ｆや瞳の重心間の距離Ｇも変化する場合は、図１５に示すように、可動レンズの位置ｘｎに対応するＦｎ及びＧｎの値を加えたＬＵＴを予め作成しておく。そして、まず位相差センサＳ１群及びＳ２群から位相信号が出力されたタイミングにおける可動レンズの位置ｘｎに対応するＦｎ及びＧｎの値を、上式（３）のＦ及びＧとして使用することでデフォーカス量ｄｎを算出する。その後、算出したｄｎと可動レンズの位置ｘｎに対応するＲｎを上式（５）のｄとＲｔとして使用することで移動量Ｄを算出することができる。なお、図１５にテーブルで示したパラメータのうち、可動レンズの位置による変化が無視できるほど小さいものについては、考慮する必要がないことは言うまでもない。また、ここでは述べていない移動量を算出するためのパラメータについても、可動レンズの位置による変化が大きい場合は、前述の各パラメータ同様にＬＵＴに追加して使用してもよい。
【００９４】
ここで位相差算出部３３０は、例えば位相差センサＳ１群及びＳ２群から順次出力される位相信号のすべてに対して移動量の算出及び出力を行ってもよいし、例えば任意の周期で位相信号をサンプリングしたうえで移動量の算出及び出力を行ってもよい。後者の場合、画像信号が出力されるよりも長い周期で、位相差算出部３３０から移動量が出力されることになる。
【符号の説明】
【００９５】
１００  照明部、１１０  光源装置、１１１  白色光光源、１１２  集光レンズ、
１２０  ライトガイドファイバー、１３０  照明光学系、２００  撮像部、
２１０  集光レンズ、２２０  フォーカスレンズ、
２３０  フォーカスレンズ駆動部、２４０  撮像素子、３００  制御装置、
３１０  Ａ／Ｄ変換部、３２０  画像処理部、３３０  位相差算出部、
３４０  境界位置設定部、３５０  レンズ位置選択部、３６０  出力部、
３７０  制御部、３８０  外部Ｉ／Ｆ部、
ＣＦ  第２コントラスト値、ＣＮ  第１コントラスト値、ｄ  デフォーカス量、
ＤＦ，ＤＮ  被写界深度、ｄｋ  境界位置、ｄｋ１  第１境界位置、
ｄｋ２  第２境界位置、ＦＡＲ  遠点側の合焦物体位置、Ｌ  光量、
ＬＦ  遠点側のレンズ位置、ＬＮ  近点側のレンズ位置、
ＮＥＡＲ  近点側の合焦物体位置、ＰＤＦ，ＰＤＮ  位相差特性、
ｐｋ  第１位相差、ｑｋ  第２位相差、Ｓ  位相差、Ｓ１，Ｓ２  位相差センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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