(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォーカスレンズを有する光学系と、
前記フォーカスレンズを光軸方向に移動させて観察深度を切り替えるレンズ駆動手段と、
前記光学系による被写体の光学像を互いに焦点位置が異なる複数の画像として同時に取得する撮像手段と、
前記複数の画像に基づいて前記観察深度の切り替えの要否を判定し、該観察深度の切り替えが必要であると判定した場合に、前記画像に基づいて前記フォーカスレンズの移動方向を決定する移動方向決定手段と、
決定した前記移動方向に前記フォーカスレンズを移動させるように前記レンズ駆動手段を制御する駆動制御手段と、
を備える内視鏡装置。
【請求項２】
複数の前記画像を取得した際の前記フォーカスレンズの位置を示す位置情報を検出する位置情報検出手段を備え、
前記移動方向決定手段が、複数の前記画像のコントラストを夫々算出し、算出した各コントラストの全てが前記位置情報に応じて予め設定された各閾値よりも小さい場合に、観察深度の切り替えが必要であると判定する請求項１記載の内視鏡装置。
【請求項３】
前記移動方向決定手段が、観察深度の切り替えが必要であると判定した場合に、複数の前記コントラストのうち、最小値であるコントラストに対応する画像が取得された焦点位置から、最大値であるコントラストに対応する画像が取得された焦点位置に向かう方向に観察深度が切り替わるように前記フォーカスレンズの移動方向を決定する請求項２記載の内視鏡装置。
【請求項４】
前記撮像手段が、焦点位置が近点である近点画像と焦点位置が遠点である遠点画像とを取得し、
前記移動方向決定手段が、前記近点画像におけるコントラストＦ１及び前記遠点画像におけるコントラストＦ２を算出し、前記近点画像及び前記遠点画像が取得された際の前記フォーカスレンズの位置情報に応じて予め設定された近点閾値Ｔｈ１及び遠点閾値Ｔｈ２である場合において、以下の条件式（１）を満たす場合に、観察深度の切り替えが必要であると判定する請求項１記載の内視鏡装置。
（Ｆ１≦Ｔｈ１）∩（Ｆ２≦Ｔｈ２）      ・・・（１）
【請求項５】
前記移動方向決定手段が、
下記条件式（２）を満たす場合に、前記フォーカスレンズの移動方向を近点側とし、
下記条件式（３）を満たす場合に、前記フォーカスレンズの移動方向を遠点側とする請求項４記載の内視鏡装置。
Ｆ１＞Ｆ２      ・・・（２）
Ｆ１≦Ｆ２      ・・・（３）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内視鏡装置、特に、オートフォーカス機能を備えた内視鏡装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、内視鏡装置では、装置の小型化のために低画素数の撮像素子を採用しており、光学系の絞りを絞るだけで被写界深度が十分広い画像を取得することができた。
近年、撮像素子の微細ピクセル化が進み、内視鏡装置において画素数の多い撮像素子を適用してより詳細な観察診断を行うことができるようになっている。このような内視鏡装置において、被写界深度を確保するために光学系の絞りを絞りすぎると、回折限界によって取得される画像の画質が劣化してしまう。一方、絞りを絞ることができないと、被写界深度が狭くなる。そこで、狭い被写界深度でも自動的に焦点が合うようなオートフォーカス機能（以下、単に「ＡＦ」という）を有する内視鏡装置が種々提案されている。
例えば、特許文献１には、明るさ情報を用いて絞りやレンズを駆動するＡＦ内視鏡が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−２２２６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１における内視鏡装置のように、明るさ情報を用いたＡＦでは、その精度が不十分である。つまり、明るさに係る情報は、光学系と被写体との距離に相関する情報であり、ＡＦに用いることができる情報ではあるものの、拍動のある被写体や凹凸のある被写体の場合には、ＡＦを高精度に行うために必ずしも十分な情報とは言えない。また、内視鏡装置には、低侵襲性が求められるため、より小型であることが望ましい。【０００５】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、観察深度を切り替え可能であり詳細な観察画像を取得可能な内視鏡装置において、オートフォーカス精度を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の一態様は、フォーカスレンズを有する光学系と、前記フォーカスレンズを光軸方向に移動させて観察深度を切り替えるレンズ駆動手段と、前記光学系による被写体の光学像を互いに焦点位置が異なる複数の画像として同時に取得する撮像手段と、前記複数の画像に基づいて前記観察深度の切り替えの要否を判定し、該観察深度の切り替えが必要であると判定した場合に、前記画像に基づいて前記フォーカスレンズの移動方向を決定する移動方向決定手段と、決定した前記移動方向に前記フォーカスレンズを移動させるように前記レンズ駆動手段を制御する駆動制御手段と、を備える内視鏡装置を提供する。
【０００７】
本態様によれば、光学系のフォーカスレンズをレンズ駆動手段により光軸方向に移動させることにより観察深度を適宜切り替えながら観察を行う。この場合において、撮像手段によりフォーカスレンズが光軸上の任意の位置にあるとき、すなわち、任意の観察深度であるときに、光学系による光学像を互いに異なる複数の焦点位置の画像として複数取得し、移動方向決定手段によりこれらの画像に基づいて観察深度の切り替えの要否を判定する。移動方向決定手段がピント合わせに先立って観察深度の切り替えの要否を判定するので、合焦状態であるにもかかわらずフォーカスレンズを移動させてしまう等の不必要な動作を抑制することができ、内視鏡装置の動作を安定させることができる。【０００８】
また、移動方向決定手段により観察深度の切り替えが必要であると判定した場合に、フォーカスレンズの移動方向を決定するので、フォーカスレンズの不要な動作を抑制すると共に、被写界深度が狭くピント合わせが困難な場合であっても精度よくピント合わせを行うことができる。
さらに、観察深度の切り替えの要否判定やフォーカスレンズの移動方向の決定を、異なる複数の焦点位置における複数の画像に基づいて行っているので、これらの複数の画像の特性、つまり、コントラスト、輝度、周波数成分等を活用することができ、精度よくピント合わせを行うことができる。したがって、観察深度を切り替え可能であり詳細な観察画像を取得可能な内視鏡装置において、オートフォーカス精度を向上させることができる。【０００９】
上記態様において、複数の前記画像を取得した際の前記フォーカスレンズの位置を示す位置情報を検出する位置情報検出手段を備え、前記移動方向決定手段が、複数の前記画像のコントラストを夫々算出し、算出した各コントラストの全てが前記位置情報に応じて予め設定された各閾値よりも小さい場合に、観察深度の切り替えが必要であると判定することが好ましい。
【００１０】
フォーカスレンズの位置によって取得される画像の特性が異なるので、画像を取得した際のフォーカスレンズの位置を示す位置情報を検出する。また、画像の特性を示すコントラストを算出し、コントラストと位置情報に応じた閾値とを比較することにより観察深度の切り替え要否を判定することで、より精度よく観察深度の切り替えの要否を判定することができる。【００１１】
上記態様において、前記移動方向決定手段が、観察深度の切り替えが必要であると判定した場合に、複数の前記コントラストのうち、最小値であるコントラストに対応する画像が取得された焦点位置から、最大値であるコントラストに対応する画像が取得された焦点位置に向かう方向に観察深度が切り替わるように前記フォーカスレンズの移動方向を決定することが好ましい。【００１２】
このようにすることで、特に、拡大観察から通常観察までの間の複数の観察深度を選択可能な場合において、フォーカスレンズの不要な動作を抑制すると共に、被写界深度が狭くピント合わせが困難な場合であっても精度よくピント合わせを行うことができる。【００１３】
上記態様において、前記撮像手段が、焦点位置が近点である近点画像と焦点位置が遠点である遠点画像とを取得し、前記移動方向決定手段が、前記近点画像におけるコントラストＦ１及び前記遠点画像におけるコントラストＦ２を算出し、前記近点画像及び前記遠点画像が取得された際の前記フォーカスレンズの位置情報に応じて予め設定された近点閾値Ｔｈ１及び遠点閾値Ｔｈ２である場合において、以下の条件式（１）を満たす場合に、観察深度の切り替えが必要であると判定することが好ましい。
（Ｆ１≦Ｔｈ１）∩（Ｆ２≦Ｔｈ２）      ・・・（１）【００１４】
このようにすることで、観察深度の切り替えの要否判定が明確となり、より精度よくオートフォーカス精度を向上させることができる。【００１５】
上記態様において、前記移動方向決定手段が、下記条件式（２）を満たす場合に、前記フォーカスレンズの移動方向を近点側とし、下記条件式（３）を満たす場合に、前記フォーカスレンズの移動方向を遠点側とすることが好ましい。
Ｆ１＞Ｆ２      ・・・（２）
Ｆ１≦Ｆ２      ・・・（３）【００１６】
このようにすることで、フォーカスレンズの移動方向の決定の判断を単純化することができ、より精度よくオートフォーカス精度を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、観察深度を切り替え可能であり詳細な観察画像を取得可能な内視鏡装置において、オートフォーカス精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態に係る内視鏡装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態に係る内視鏡装置の光学系〜撮像部の構造を示す説明図である。
【図３】本発明の実施形態に係る内視鏡装置の作用を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明の実施形態に係る内視鏡装置について図面を参照して説明する。
図１に示すように、内視鏡装置は、被検体に挿入される細長の挿入部２及び術者による操作指示に従って挿入部２への照明光の供給や被写体の観察画像の取得等種々の制御を行う内視鏡制御部３を備えている。
【００２０】
挿入部２内には、照明光を導光するライトガイド１１が挿通されている。ライトガイド１１の先端側には、被写体に照明光を出射する照明レンズ１２が設けられ、ライトガイド１１の基端側は図示しないケーブル及びコネクタを介して後述する光源部２５に接続されている。これにより、ライトガイド１１及び照明レンズ１２を介して光源部２５から出射した照明光が被写体に照射されるようになっている。
【００２１】
また、挿入部２には、照明された被写体の光学像を結像する光学系１４が設けられている。光学系１４は、フォーカスレンズ１４ａを有し、このフォーカスレンズ１４ａを光軸方向に移動させることにより被写体に対する観察深度を切り替えることができるようになっている。本実施形態においては、拡大観察及び通常観察の２つの観察深度を切り替えることができるものとして説明する。従って、本実施形態においては、図２に示すように、フォーカスレンズ１４ａがアクチュエータ１５により光軸方向に駆動され、拡大観察から通常観察までの間の所定の可動範囲内を移動することができ、フォーカスレンズ１４ａを移動させることにより、拡大観察及び通常観察を適宜切り替えることができるようになっている。
【００２２】
挿入部２には、光学系１４による被写体の光学像を互いに焦点位置が異なる複数の画像として取得する撮像部１７が設けられている。本実施の形態においては、遠点像及び近点像の２つの焦点位置に係る画像を取得するものとして説明する。
図２に示すように、撮像部１７は、偏光ビームスプリッター１９、ミラー２０及びλ／４波長板２１を有し、これにより光学系１４によって集光された光を近点像及び遠点像の２つの光学像として結像する。そして、撮像部１７は、結像位置に撮像面が配置された撮像素子１８を有しており、近点像及び遠点像の２つの焦点位置に係る画像を取得するようになっている。
【００２３】
従って、撮像部１７は、図２に示すように、フォーカスレンズ１４ａが可動範囲内の近点側に位置するときに、拡大観察を行うことができ、拡大観察時における近点画像及び遠点画像を取得する。また、フォーカスレンズ１４ａが可動範囲内の遠点側に位置するときに、通常観察を行うことができ、通常観察時における近点画像及び遠点画像を取得する。
撮像部１７は、図示しないケーブル及びコネクタを介して内視鏡制御部３の画像信号処理部２６に接続されている。
【００２４】
内視鏡制御部３は、照明光を出射する光源部２５、撮像部１７により取得された画像に対して所定の信号処理を行う画像信号処理部２６、アクチュエータを制御してフォーカスレンズ移動させることによりオートフォーカスを実現する駆動制御部２７、これらの各部を制御するＣＰＵ２８を備えている。
光源部２５は、照明光を発生するための光源としてのランプ、ランプから出射した光の光量を調整する光量調整部などを備え、ライトガイド１１に対して所望の照明光を供給する。
【００２５】
駆動制御部２７は、ＣＰＵ２８による指令に従って、フォーカスレンズを移動するようにアクチュエータ１５を制御する。また、アクチュエータ１５の可動範囲における現在の位置を示す位置情報を検出する位置検出部３０を備えている。
ＣＰＵ２８は、上記した各部を制御すると共に、撮像部１７により取得された画像に基づいて観察深度の切り替えの要否を判定する。また、ＣＰＵ２８は観察深度の切り替えが必要であると判定した場合に、これらの画像に基づいてフォーカスレンズの移動方向を決定する移動方向決定部３１を備えており、決定した移動方向を駆動制御部２７に出力する。
【００２６】
また、内視鏡制御部３は、ＣＰＵ２８による観察深度の切り替え要否の判定などに必要となる閾値などの各種データを記憶したメモリ２９を備えている。
観察深度の切り替えの要否や移動方向の決定は、撮像部１７により取得された複数の画像に基づいて行われるが、画像の特性、例えば、コントラスト、輝度、周波数成分に基づいて行うことが好ましい。
【００２７】
以下、このように構成された内視鏡装置における作用、つまり、観察深度の切り替え及び移動方向の決定について図３のフローチャートを用いて説明する。以下の説明においては、観察深度の切り替え要否を判定に際し、画像を評価するための評価値として画像のコントラストを適用することとして説明する。
【００２８】
ステップＳ１１において、フォーカスレンズ１４ａが可動範囲の任意の位置にあるとき、撮像部１７により当該位置において遠点画像及び近点画像を取得し、所定信号処理を行った後に、遠点画像及び近点画像に係る画像信号をＣＰＵ２８に出力する。次のステップＳ１２において、ＣＰＵ２８が各画像に対して評価値としてコントラストを算出する。すなわち、近点画像のコントラストをＦ１、遠点画像のコントラストをＦ２として夫々コントラストを算出する。
【００２９】
ステップＳ１３において、ＣＰＵ２８は、位置検出部３０から、ステップＳ１１において画像を取得した際のフォーカスレンズ１４ａの可動範囲における位置を示す位置情報を取得する。ステップＳ１４では、まず取得したフォーカスレンズ１４ａの位置情報に対応する閾値Ｔｈ１及びＴｈ２をメモリ２９から読み出す。ここで、Ｔｈ１及びＴｈ２は遠点画像及び近点画像を取得した時のフォーカスレンズ１４ａの位置に応じて予め定められた閾値であり、メモリ２９に記憶されている。続いてＣＰＵ２８は、以下の条件式（１）を満たす場合に、観察深度の切り替えが必要であると判定する。
（Ｆ１≦Ｔｈ１）∩（Ｆ２≦Ｔｈ２）      ・・・（１）
【００３０】
ステップＳ１４において、上記（１）式を満たさない場合には、フォーカスレンズ１４ａの移動は不要と判定され、ＣＰＵ２８は、駆動制御部２７に対して何ら信号を出力しない。
一方、上記（１）式を満たす場合には、ステップＳ１５に進み、観察深度の切り替えに際して、移動方向決定部３１によりいずれの方向にフォーカスレンズ１４ａを移動させるのか決定する。
【００３１】
フォーカスレンズ１４ａの移動方向は下記のように決定する。すなわち、下記条件式（２）を満たす場合に、ステップＳ１６に進み前記フォーカスレンズの移動方向を近点側とする。
Ｆ１＞Ｆ２      ・・・（２）
【００３２】
つまり、（２）式を満たす場合に、移動方向決定部３１がフォーカスレンズ１４ａをより近点側に移動させるように駆動制御部２７に対して信号を出力する。通常観察位置にフォーカスレンズ１４ａが位置するときには、拡大観察位置に移動させるような信号がＣＰＵ２８から駆動制御部２７に出力される。フォーカスレンズ１４ａが可動範囲中の最も近点側に位置するときに、さらに近点側へ移動させるための信号が出力された場合には、可動範囲を超えてフォーカスレンズ１４ａが移動することがないので不都合は生じない。一方、現在のフォーカスレンズ１４ａの位置を検出して、近点側へ移動させるための信号を出力させないようにすることもできる。
【００３３】
また、条件式（２）を満たさない場合は、ステップＳ１７に進む。条件式（２）を満たさない場合、つまり、下記条件式（３）を満たす場合に、ステップＳ１８に進み前記フォーカスレンズの移動方向を遠点側とする。
Ｆ１≦Ｆ２      ・・・（３）
つまり、（３）式を満たす場合に、移動方向決定部３１は、フォーカスレンズ１４ａをより遠点側に移動させるように駆動制御部２７に対して信号を出力する。つまり、拡大観察位置にフォーカスレンズ１４ａが位置するときには、通常観察位置に移動させるような信号がＣＰＵ２８から駆動制御部２７に出力される。
【００３４】
フォーカスレンズ１４ａが可動範囲中の最も遠点側に位置するときに、さらに遠点側へ移動させるための信号が出力された場合には、可動範囲を超えてフォーカスレンズ１４ａが移動することがないので不都合は生じない。一方、現在のフォーカスレンズ１４ａの位置を検出して、遠点側へ移動させるための信号を出力させないようにすることもできる。
【００３５】
このように、本実施形態によれば、フォーカスレンズ１４ａが光軸上の任意の位置にあるときに、光学系１４による光学像を互いに異なる複数の焦点位置の画像として複数取得し、これらの画像に基づいて観察深度の切り替えの要否を判定する。つまり、ピント合わせに先立って観察深度の切り替えの要否を判定するので、合焦状態であるにもかかわらずフォーカスレンズ１４ａを移動させてしまう等の不必要な動作を抑制することができ、内視鏡装置の動作を安定させることができる。
【００３６】
また、観察深度の切り替えが必要であると判定した場合に、フォーカスレンズ１４ａの移動方向を決定するので、フォーカスレンズ１４ａの不要な動作を抑制すると共に、被写界深度が狭くピント合わせが困難な場合であっても精度よくピント合わせを行うことができる。
さらに、観察深度の切り替えの要否判定やフォーカスレンズ１４ａの移動方向の決定を、異なる複数の焦点位置における複数の画像に基づいて行っているので、これらの複数の画像の特性、つまり、コントラスト、輝度、周波数成分等を活用することができ、精度よくピント合わせを行うことができる。したがって、観察深度を切り替え可能であり詳細な観察画像を取得可能な内視鏡装置において、オートフォーカス精度を向上させることができる。
【符号の説明】
【００３７】
２  挿入部
３  内視鏡制御部
１１  ライドガイド
１２  照明レンズ
１４  光学系
１４ａ  フォーカスレンズ
１５  アクチュエータ
１７  撮像部
１８  撮像素子
１９  偏光ビームスプリッター
２０  ミラー
２１  λ／４波長板
２５  光源部
２６  画像信号処理部
２７  駆動制御部
２８  ＣＰＵ
２９  メモリ
３０  位置検出部
３１  移動方向決定部
【図１】
0005881910.tif 000002
【図２】
0005881910.tif 000003
【図３】
0005881910.tif 000004