(57)【要約】【課題】簡単な構成で精度良く焦点合わせを行う。【解決手段】自動焦点調整開始時における撮像素子２２内に設定された所定の検出領域ＳＲの受光量が基準受光量Ｐ０として取得される。基準受光量を検出した後における検出領域ＳＲの受光量が測定受光量Ｐｍとして取得される。そして、測定受光量Ｐｍおよび基準受光量Ｐ０と、自動焦点調整開始時における結像光学系２１が有する焦点位置ｄ０とに基づいて被写体までの距離ｄｍが算出され、算出した距離ｓｍを用いて結像光学系２１の焦点位置が被写体に合わせられる。【選択図】図１
2009142586.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体を撮像する撮像素子と、該撮像素子上に被写体像を結像する結像光学系と、該結像光学系に隣接して設けられた前記被写体に光を照射する照射窓とを備えたスコープを用いて、該スコープを前記被写体に対し移動させながら撮影を行うときの前記結像光学系の自動焦点合わせを行う内視鏡システムの自動焦点調整方法において、
検出領域の受光量を測定受光量として取得し、
取得した前記測定受光量と予め取得した基準受光量とに基づいて、前記被写体までの距離を算出して前記結像光学系の焦点位置を合わせる
ことを特徴とする内視鏡システムの自動焦点調整方法。
【請求項２】
被写体を撮像する撮像素子と、該撮像素子上に被写体像を結像する結像光学系と、該結像光学系に隣接して設けられた前記被写体に光を照射する照射窓とを備えたスコープを用いて、該スコープを前記被写体に対し移動させながら撮影を行うときの前記結像光学系の自動焦点合わせを行う内視鏡システムの自動焦点調整方法において、
検出領域の受光量を測定受光量として取得し、
取得した前記測定受光量と予め取得した基準受光量とに基づいて前記被写体までの距離情報を算出し、
算出した該距離情報と自動焦点調整開始時における前記結像光学系の焦点位置情報とを用いて前記結像光学系の焦点位置を合わせる
ことを特徴とする内視鏡システムの自動焦点調整方法。
【請求項３】
被写体を撮像する撮像素子と、該撮像素子上に被写体像を結像する結像光学系と、該結像光学系に隣接して設けられた前記被写体に光を照射する照射窓とを備えたスコープを有し、該スコープを前記被写体に対し移動させながら撮影を行うときの前記結像光学系の自動焦点合わせを行う内視鏡システムにおいて、
自動焦点調整開始時における前記撮像素子内に設定された所定の検出領域の受光量を基準受光量として取得するとともに、前記基準受光量を検出した後における前記検出領域の受光量を測定受光量として取得する受光量検出部と、
該受光量検出部により取得された前記測定受光量および前記基準受光量と、前記自動焦点調整開始時における前記結像光学系が有する焦点位置情報とに基づいて前記被写体までの距離を算出する距離算出部と、
該距離算出部において算出された前記距離を用いて前記結像光学系の焦点位置を前記被写体に合わせるように前記結像光学系を駆動するレンズ駆動部と
を備えたことを特徴とする内視鏡システム。
【請求項４】
前記結像光学系の焦点位置の調整を自動的に行いながら撮影する自動焦点調整モードと前記結像光学系の焦点位置を手動で行いながら撮影する手動焦点調整モードとを切り替えるモード制御部をさらに備え、
前記受光量検出部が、前記手動焦点調整モードから前記自動焦点調整モードから切り替えられたときの受光量を前記基準受光量として取得するものであることを特徴とする請求項３記載の内視鏡システム。
【請求項５】
前記手動焦点調整モードと前記自動焦点調整モードとの切替を行う操作部をさらに備え、前記モード制御部が前記操作部からの入力に従いモードの切替を行うものであることを特徴とする請求項３記載の内視鏡システム。
【請求項６】
前記モード制御部が、前記手動焦点調整モード時において前記結像光学系が最大倍率に設定されたときに、前記手動焦点調整モードから前記自動焦点調整モードへの切替えを自動的に行うものであることを特徴とする請求項３記載の内視鏡システム。
【請求項７】
前記検出領域が前記撮像素子における受光面の中央部分に形成されたものであることを特徴とする請求項３から６のいずれか１項記載の内視鏡システム。
【請求項８】
前記受光量検出部が、前記検出領域の大きさおよび位置を入力部からの入力に従い決定するものであることを特徴とする請求項３から７のいずれか１項記載の内視鏡システム。
【請求項９】
前記照射窓に光学的に接続された、該照射窓に対し光を射出する前記光源ユニットをさらに備え、該光源ユニットが、前記自動焦点調整モード時において一定強度の前記光を射出するように制御されていることを特徴とする請求項３から８のいずれか１項記載の内視鏡システム。
【請求項１０】
前記照射窓に光学的に接続された、該照射窓に対し光を射出する前記光源ユニットをさらに備え、
前記受光量検出部が、前記基準受光量が撮像素子の飽和状態を示す飽和受光量以上であるか否かを判断する機能を有し、
前記光源ユニットが、前記受光量検出部により前記基準受光量が前記飽和受光量以上であると判断されたとき、前記基準受光量が前記飽和受光量よりも小さくなるような前記光を射出するものであることを特徴とする請求項３から９のいずれか１項記載の内視鏡システム。
【請求項１１】
前記受光量検出部が、前記測定受光量が設定反射光量以上であるか否かを判断する機能を有し、
前記モード制御部が前記受光量検出部において前記測定受光量が前記設定反射光量以上であると判断されたとき、前記自動焦点調整モードから前記手動焦点調整モードへ切り替えるものであることを特徴とする請求項４から９のいずれか１項記載の内視鏡システム。
【請求項１２】
前記レンズ駆動部が、前記モード制御部において前記自動焦点調整モードから前記手動焦点調整モードへ切り替えられたとき、初期設定されている設定焦点位置になるように前記結像光学系を駆動するものであることを特徴とする請求項４から１１のいずれか１項記載の内視鏡システム。
【請求項１３】
前記光源ユニットが、前記モード制御部において前記自動焦点調整モードから前記手動焦点調整モードへ切り替えられたとき、初期設定されている設定光強度の前記光を射出するものであることを特徴とする請求項４から１２のいずれか１項記載の内視鏡システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内視鏡による被写体の観察を行うときに、自動的に焦点の調整を行う内視鏡システムの自動焦点調整方法および内視鏡システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、内視鏡装置において被写界深度が深く焦点調節が不要なレンズを用いて体腔内の観察が行われる一方、体腔内の細部を観察するためズーム機能を有する内視鏡装置が提案されている。ここで、ズーム機能を有するレンズを用いた場合、ズームしたときの被写界深度は浅く焦点合わせを行う必要がある。さらに、体腔内の観察を行う場合には被写体自体の運動や呼吸の影響等の影響により長時間焦点を合わせ続けるのは困難である。そこで、上述したような状況であっても焦点を合わせた状態で内視鏡による観察ができるように、自動的に焦点の調整を行う内視鏡装置が提案されている（たとえば特許文献１参照）。特許文献１はいわゆるパッシブＡＦ方式による合焦が行われるものであって、映像信号の高周波信号を評価しながら山登り動作によるオートフォーカスを行うことが開示されている。
【０００３】
また、上述したパッシブＡＦ方式の場合、内視鏡観察のようにコントラストが小さい場合が多いときには合焦の精度が落ちてしまう問題がある。そこで、特許文献２、３に示すように、被写体までの距離を測定するための測距装置を設けることが提案されている。特許文献２において、被写体に測距光を射出し、被写体において反射した測距光を受光することにより距離を測定し、測定した距離に基づいて焦点あわせを行う方法が開示されている。
【特許文献１】特開２００４−２９４７８８号公報
【特許文献２】特開２００２−２５３４８８号公報
【特許文献３】特開平９−３２５２６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献２、３に示すように、被写体までの距離を測定するための測距部を別途設けた場合、測距光の射出および受光を行うための構成が必要になり、特に内視鏡装置の場合には鉗子挿入用チャンネルの大口径化が求められている中でスコープの構造が複雑化・大型化してしまうという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明は、簡単な構成で焦点合わせを行うことができる内視鏡システムの自動焦点調整方法および内視鏡システムを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の内視鏡システムの自動焦点調整方法は、被写体を撮像する撮像素子と、撮像素子上に被写体像を結像する結像光学系と、結像光学系に隣接して設けられた被写体に光を照射する照射窓とを備えたスコープを用いて、スコープを被写体に対し移動させながら撮影を行うときの結像光学系の自動焦点合わせを行う内視鏡システムの自動焦点調整方法において、検出領域の受光量を測定受光量として取得し、取得した測定受光量と予め取得した基準受光量とに基づいて、被写体までの距離を算出して結像光学系の焦点位置を合わせることを特徴とするものである。
【０００７】
また、本発明の内視鏡システムの自動焦点調整方法は、被写体を撮像する撮像素子と、撮像素子上に被写体像を結像する結像光学系と、結像光学系に隣接して設けられた被写体に光を照射する照射窓とを備えたスコープを用いて、スコープを被写体に対し移動させながら撮影を行うときの結像光学系の自動焦点合わせを行う内視鏡システムの自動焦点調整方法において、検出領域の受光量を測定受光量として取得し、取得した測定受光量と予め取得した基準受光量とに基づいて被写体までの距離情報を算出し、算出した距離情報と自動焦点調整開始時における結像光学系の焦点位置情報とを用いて結像光学系の焦点位置を合わせることを特徴とするものである。
【０００８】
本発明の内視鏡システムは、被写体を撮像する撮像素子と、撮像素子上に被写体像を結像する結像光学系と、結像光学系に隣接して設けられた被写体に光を照射する照射窓とを備えたスコープを有し、スコープを被写体に対し移動させながら撮影を行うときの結像光学系の自動焦点合わせを行う内視鏡システムにおいて、自動焦点調整開始時における撮像素子内に設定された所定の検出領域の受光量を基準受光量として取得するとともに、基準受光量を検出した後における検出領域の受光量を測定受光量として取得する受光量検出部と、受光量検出部により取得された測定受光量および基準受光量と、自動焦点調整開始時における結像光学系が有する焦点位置とに基づいて被写体までの距離を算出する距離算出部と、距離算出部において算出された距離を用いて結像光学系の焦点位置を被写体に合わせるように結像光学系を駆動するレンズ駆動部とを備えたことを特徴とするものである。
【０００９】
ここで、検出領域は、撮像素子の受光面の所定の領域であればどの部位でもよいが、好ましくは中央部分であることが好ましい。また、検出領域は予め設定されたものであってもよいし、使用者により設定されたものであってもよい。
【００１０】
なお、内視鏡システムは、結像光学系の焦点位置の調整を自動的に行いながら撮影する自動焦点調整モードと結像光学系の焦点位置を手動で行いながら撮影する手動焦点調整モードとを切り替えるモード制御部をさらに備えたものであってもよい。このとき、受光量検出部は、手動焦点調整モードから自動焦点調整モードから切り替えられたときに検出領域における受光量を基準受光量として取得するものであってもよい。
【００１１】
また、モード制御部は、手動焦点調整モードと自動焦点調整モードとを切り替える機能を有するものであればよく、たとえば使用者からの入力に従い各調整モードを切り替えるものであってもよいし、手動焦点調整モード時において結像光学系が最大倍率に設定されたとき、手動焦点調整モードから自動焦点調整モードへの切替えを自動的に行うものであってもよい。
【００１２】
さらに、内視鏡システムは、照射窓に光学的に接続された、照射窓に対し光を射出する光源ユニットをさらに備えたものであってもよい。このとき、光源ユニットは、自動焦点調整モード時において一定強度の光を射出するように制御するようにしてもよい。
【００１３】
あるいは、受光量検出部は、基準受光量が撮像素子の飽和状態を示す飽和受光量以上であるか否かを判断する機能を有していてもよい。そして、光源ユニットは、受光量検出部により基準受光量が飽和受光量以上であると判断されたとき、基準受光量が飽和受光量よりも小さくなるような光を射出するものであってもよい。
【００１４】
また、受光量検出部が、測定受光量が設定反射光量以上であるか否かを判断する機能を有していてもよい。そして、モード制御部が受光量検出部において測定受光量が設定反射光量以上であると判断されたとき、自動焦点調整モードから手動焦点調整モードへ切り替えるものであってもよい。
【００１５】
さらに、レンズ駆動部は、モード制御部において自動焦点調整モードから手動焦点調整モードへ切り替えられたとき、初期設定されている設定焦点位置になるように結像光学系を駆動するものであってもよい。また、光源ユニットは、モード制御部において自動焦点調整モードから手動焦点調整モードへ切り替えられたとき、初期設定されている設定光強度の光を射出するものであってもよい。ここで、初期設定されている設定焦点位置および設定光強度は、出荷時の調整値もしくは自動焦点調整モードの開始直前の状態を意味する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の内視鏡システムの自動焦点調整方法によれば、被写体を撮像する撮像素子と、撮像素子上に被写体像を結像する結像光学系と、結像光学系に隣接して設けられた被写体に光を照射する照射窓とを備えたスコープを用いて、スコープを被写体に対し移動させながら撮影を行うときの結像光学系の自動焦点合わせを行う内視鏡システムの自動焦点調整方法において、検出領域の受光量を測定受光量として取得し、取得した測定受光量と予め取得した基準受光量とに基づいて、被写体までの距離を算出して結像光学系の焦点位置を合わせることにより、内視鏡においては結像光学系と照射窓とが一体的に移動し、被写体と結像光学系との距離変化に伴い照射窓から射出された光の被写体での反射光量が変化することを利用して被写体までの距離変化を算出し焦点位置の調整を行うことができるため、新たな構成を追加することなく簡単な構成でオートフォーカスを精度良く実現することができる。
【００１７】
また、本発明の内視鏡システムの自動焦点調整方法および内視鏡システムによれば、被写体を撮像する撮像素子と、撮像素子上に被写体像を結像する結像光学系と、結像光学系に隣接して設けられた被写体に光を照射する照射窓とを備えたスコープを用いて、スコープを被写体に対し移動させながら撮影を行うときの結像光学系の自動焦点合わせを行う際、検出領域の受光量を測定受光量として取得し、取得した測定受光量と予め取得した基準受光量とに基づいて被写体までの距離情報を算出し、算出した距離情報と自動焦点調整開始時における結像光学系の焦点位置情報とを用いて結像光学系の焦点位置を合わせることにより、内視鏡においては結像光学系と照射窓とが一体的に移動し、被写体と結像光学系との距離変化に伴い照射窓から射出された光の被写体での反射光量が変化することを利用して被写体までの距離変化を算出し焦点位置の調整を行うことができるため、新たな構成を追加することなく簡単な構成でオートフォーカスを精度良く実現することができる。
【００１８】
なお、焦点制御部による焦点の自動制御を行いながら撮像する自動焦点調整モードと結像光学系の焦点位置を手動で行う手動焦点調整モードとを切り替えるモード制御部をさらに備え、受光量検出部が、手動焦点調整モードから自動焦点調整モードから切り替えられたときに撮像素子の検出領域における受光量を基準受光量として検出するものであるとき、反射光量が不明な未知の被写体に対して予測不能な焦点調節動作が行われるのを防止することができる。
【００１９】
また、モード制御部が、手動焦点調整モード時において結像光学系が最大倍率に設定されたとき、手動焦点調整モードから自動焦点調整モードへの切替えを自動的に行うものであるとき、被写界深度が浅くなり焦点合わせが難しくなったときに自動的に焦点を調整させて使い勝手の向上を図ることができる。
【００２０】
さらに、照射窓に光学的に接続された、照射窓に対し光を射出する光源ユニットをさらに備え、光源ユニットが、自動焦点調整モード時において一定強度の光を射出するように制御されているものであれば、光強度が変化することによる焦点合わせの精度劣化を防止することができる。
【００２１】
また、照射窓に光学的に接続された、照射窓に対し光を射出する光源ユニットをさらに備え、受光量検出部が、基準受光量が撮像素子の飽和状態を示す飽和受光量以上であるか否かを判断する機能を有し、光源ユニットが、受光量検出部により基準受光量が飽和受光量以上であると判断されたとき、基準受光量が飽和受光量よりも小さくなるような光を射出するものであるとき、検出領域が飽和することによる焦点位置の算出の精度が劣化するのを防止することができる。
【００２２】
さらに、受光量検出部が、測定受光量が設定反射光量以上であるか否かを判断する機能を有し、モード制御部が受光量検出部において測定受光量が設定反射光量以上であると判断されたとき、自動焦点調整モードから手動焦点調整モードへモードを切り替えるものであれば、測定受光量が異常値になったときには自動焦点調整モードを中止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態による内視鏡システム１の基本構成を示すものである。内視鏡システム１は、光源ユニット１０、スコープ２０、内視鏡画像処理装置３０を備えている。
【００２４】
光源ユニット１０は光を射出するものであって、特に通常観察を行うための通常光Ｌ０と、蛍光観察を行うための励起光Ｌ１とを射出するものである。光源ユニット１０は、スコープ２０のライトガイド１５に光学的に接続されており、通常光Ｌ０および励起光Ｌ１をライトガイド１５内に入射するようになっている。
【００２５】
スコープ２０は、結像光学系２１、撮像素子２２、ＣＤＳ／ＡＧＣ回路２３、Ａ／Ｄ変換部２４、ＣＣＤ駆動部２５、レンズ駆動部２６等を有しており、各構成要素はスコープコントローラ２７により制御されている。撮像素子２２はたとえばＣＣＤやＣＭＯＳ等からなり、結像光学系２１により結像された被写体像を光電変換して画像情報を取得するものである。この撮像素子２２としては、例えば撮像面にＭｇ（マゼンタ），Ｙｅ（イエロー），Ｃｙ（シアン），Ｇ（グリーン）の色フィルタを有する補色型、あるいはＲＧＢの色フィルタを有する原色型が用いられる。なお、撮像素子２２の動作は駆動回路２５により制御されている。また、撮像素子２２が画像（映像）信号を取得したとき、ＣＤＳ／ＡＧＣ（相関二重サンプリング／自動利得制御）回路２３がサンプリングして増幅し、Ａ／Ｄ変換器２４がＣＤＳ／ＡＧＣ回路２３から出力された画像信号をＡ／Ｄ変換し、内視鏡画像処理装置３０に出力される。
【００２６】
次に、内視鏡画像処理装置３０について説明する。内視鏡画像処理装置３０は、スコープ２０から出力されたカラー画像の画像処理を行うものであって、画像取得部３１、ノイズ除去部３３、分光画像生成部３４、表示制御部３６等を備えている。
【００２７】
ガンマ補正部３２は、ガンマ曲線に基づいてカラー画像Ｐの各画素値を補正するものである。つまり、蛍光Ｌ２は特殊光Ｌ１に比べて微弱であるため、カラー画像Ｐに対しガンマ補正を施すことにより、蛍光Ｌ２の信号値を増大させるとともに、特殊光Ｌ１の信号値を減衰させる。これにより、画質のよい蛍光画像を取得することができる。ノイズ除去部３３は、ガンマ補正部３２によりガンマ補正されたカラー画像Ｐ内のノイズを除去するものであって、ノイズ除去方法としては公知の技術を用いることができる。
【００２８】
分光画像生成部３４は、画像取得部３１により取得されノイズ除去部３３によりノイズ除去されたたカラー画像Ｐから特殊光Ｌ１の波長成分と蛍光の波長成分とを別々の原色成分に割り当てた分光推定画像を生成するものである。分光画像生成部３４の動作例の詳細については特開２００３−９３３３６号公報に記載されている。
【００２９】
具体的には、分光画像生成部３４は、下記式（１）に示すマトリクス演算を行うことにより、カラー画像Ｐのうち励起光の波長成分Δλ１からなる背景画像を抽出する。
【数１】
2009142586.tif 000003
【００３０】
なお、上記式（１）において、ＲSP、ＧSP、ＢSPは分光推定画像ＳＰのＲＧＢ成分、ＲP、ＧP、ＢPはカラー画像ＰのＲＧＢ成分、ｋ１ｒ、ｋ１ｇ、ｋ１ｂ、ｋ２ｒ、ｋ２ｇ、ｋ２ｂ、ｋ３ｒ、ｋ３ｇ、ｋ３ｂはマトリクス演算を行うためのマトリクスパラメータをそれぞれ示している。
【００３１】
ここで、図３に示すように、パラメータデータベース３５にはたとえば４００ｎｍから７００ｎｍの波長域を５ｎｍ間隔で分けた波長域毎にマトリクスパラメータＰi＝（ｋｒi，ｋｇi，ｋｂi）（ｉ＝１〜６１）が記憶されている。たとえば、分光推定画像ＳＰを構成する波長域λ１，λ２，λ３としてそれぞれ例えば５００ｎｍ，６２０ｎｍ，６５０ｎｍが選択される場合は、係数（ｋｐｒ，ｋｐｇ，ｋｐｂ）として、表１の６１のパラメータのうち、中心波長５００ｎｍに対応するパラメータｐ２１の係数（-0.00119，0.002346，0.0016）、中心波長６２０ｎｍに対応するパラメータｐ４５の係数（0.004022，0.000068，‐0.00097）、および中心波長６５０ｎｍに対応するパラメータｐ５１の係数（0.005152，-0.00192，0.000088）を用いて上記マトリクス演算がなされる。
【００３２】
このようなパラメータの組み合わせはたとえば血管、生体組織等の観察したい部位毎にデータベース３５に記憶されており、各部位にマッチングしたパラメータを用いて分光推定画像ＳＰが生成される。具体的には、λ１，λ２，λ３の波長セットとして、例えば４００，５００，６００（ｎｍ、以下同様）の標準セットａ、血管を描出するための４７０，５００，６７０の血管Ｂ１セットｂ、同じく血管を描出するための４７５，５１０，６８５の血管Ｂ２セットｃ、特定組織を描出するための４４０，４８０，５２０の組織Ｅ１セットｄ、同じく特定組織を描出するための４８０，５１０，５８０の組織Ｅ２セットｂ、オキシヘモグロビンとデオキシヘモグロビンとの差を描出するための４００，４３０，４７５のヘモグロビンセットｆ、血液とカロテンとの差を描出するための４１５，４５０，５００の血液‐カロテンセットｇ、血液と細胞質の差を描出するための４２０，５５０，６００の血液‐細胞質セットｈの８つの波長セット等が挙げられる。
【００３３】
表示制御部３６は、液晶表示装置やＣＲＴ等からなる表示装置３に各種画像を表示するものである。具体的には、表示制御部３６は、画像取得部３１において取得されたカラー画像Ｐ、ガンマ補正部３２によりガンマ補正されたカラー画像Ｐ、ノイズ除去部３３によりノイズ除去されたカラー画像Ｐ、分光画像生成部３４により生成された分光推定画像ＳＰ、分光推定画像ＳＰを入力部２からの入力に従い選択してもしくは並べて表示装置３に表示する機能を有している。なお、表示制御部３６は鏡像処理を行う鏡像処理部３６ａと、各種画像からマスク画像を生成して表示するマスク発生部３６ｂ、上記各種画像に関する情報をキャラクタ情報として表示するキャラクタ発生部３６ｃとを有し、各種信号処理された画像を表示するようになっている。
【００３４】
図１から図３を参照して内視鏡システム１の動作例について説明する。まず、通常観察を行うか特殊観察を行うかが入力部２に入力される。そして、通常観察が選択された場合、光源ユニット１０から通常光Ｌ０が射出される。一方、特殊観察が選択された場合、光源ユニット１０から特殊光Ｌ１が射出される。そして、各種光Ｌ０、Ｌ１はライトガイド１５を介して照射窓１６から被写体に照射される。また、スコープ２０において、素子駆動回路２５によって駆動された撮像素子２２が被写体を撮像しカラー画像を取得する。このカラー信号はＣＤＳ／ＡＧＣ回路２３で相関二重サンプリングと自動利得制御による増幅を受けた後、Ａ／Ｄ変換器２４でＡ／Ｄ変換されて、デジタル信号として内視鏡画像処理装置３０に入力される。
【００３５】
内視鏡画像処理装置３０のガンマ補正部３２においてカラー画像Ｐにガンマ処理が行われるとともに、ノイズ除去部３３によりノイズ除去処理が施される。また、使用者の要求に応じて分光画像生成部３４により分光推定画像ＳＰが生成される。そして、表示制御部３６により所定の処理が施された後、画像取得部３１により取得されたカラー画像、ガンマ補正されたカラー画像、ノイズ除去されたカラー画像、分光推定画像ＳＰが使用者の要求に応じて表示装置３に表示される。
【００３６】
ここで、スコープ２０において体腔内を観察するとき、結像光学系２１により撮像素子２２上に被写体像が結像される。このとき、結像光学系２１の焦点の調整を行うモードとして自動的に焦点制御を行う自動焦点調整モードと、スコープ２０の操作部２０Ａからの入力に従い焦点制御を行う手動焦点調整モードとが用意されている。この各調整モードの切替はモード制御部３７Ａにより制御されている。つまり、モード制御部３７Ａが手動焦点調整モードに設定したとき、使用者が操作部２０Ａを操作することにより焦点の調整が行われる。一方、モード制御部３７Ａが自動焦点調整モードに設定したとき、焦点制御部４０による焦点の自動調整が行われる。
【００３７】
なお、自動焦点調整モードと手動焦点調整モードとの切替は、使用者が操作部２０Ａを操作することにより行われるようにしてもよいが、手動焦点調整モード時において最大倍率に設定されたときに、モード制御部３７Ａは、自動的に自動焦点調整モードに切り替えるようにしてもよい。これにより、被写界深度が浅くなりピント合わせが困難になったときに、自動的に焦点調整を行うようにすることができる。
【００３８】
図２は図１の内視鏡システム１における焦点制御部４０の一例を示すブロック図である。焦点制御部４０は受光量検出部４１、距離算出部４２を有している。受光量検出部４１は、自動焦点調整開始時における撮像素子２２内に設定された所定の検出領域ＳＲの受光量を基準受光量Ｐ０として取得するとともに、基準受光量Ｐ０を検出した後における検出領域ＳＲの受光量を測定受光量Ｐｍとして取得するものである。
【００３９】
なお、自動焦点調整開始時における受光量を基準受光量Ｐ０として取得する場合について例示しているが、予め基準受光量Ｐ０‘が取得されている状態であってもよい。具体的には、たとえば図２の調整値メモリ４３に予め疑似粘膜チャート等を用いて得られた距離との関係に基づいた基準受光量Ｐ０’を出荷時に記憶しておく。更に出射光量情報値を出荷時に記憶し、例えば絞り値に対する出射光量の関係を記憶しておいてもよい。このように基準受光量Ｐ０を記憶しておくことにより、自動焦点位置調整の開始時において基準受光量Ｐ０を検出せずに測定受光量Ｐｍと調整値メモリ４３とに記憶された基準受光量Ｐ０‘とを取得し、その差に応じて自動焦点位置調整を行うことができる。
【００４０】
なお、セレクター４４は、自動焦点調整時に基準受光量Ｐ０を選択するか調整値メモリ４３の調整値を選択するかのセレクタであり、モード制御部により選択切り替えされるものである。したがって、この調整値の取得は、以下に説明する自動焦点開始時に基準受光量Ｐ０を取得する場合における、その基準受光量Ｐ０を取得することに代えて、調整値を基準受光量Ｐ０‘を選択することができるものである。
【００４１】
自動焦点開始時に基準受光量Ｐ０を取得する場合、受光量検出部４１は画像取得部３１により取得されたカラー画像Ｐの画素値に基づいて、撮像素子２２内の予め設定された検出領域ＳＲにおける受光量を検出する。ここで、検出領域ＳＲは、図３に示すように、撮像素子２２の中央部分に５つの矩形状の領域として設定されている。なお、検出領域ＳＲは鉗子が映り込まない領域に設定されており、鉗子からの反射が受光量として検出されることにより誤測距の発生を防止している。
【００４２】
なお、受光量検出部４１は、入力部２からの入力に従い検出領域ＳＲを設定する機能を有していてもよい。たとえば図４（Ａ）に示すように、撮像素子２２の中央部分に矩形状に区切られた９ブロックが検出領域ＳＲとして選択可能になっており、図４（Ｂ）および図４（Ｃ）に示すように、使用者からの入力により９ブロックのいずれかを検出領域ＳＲとして設定する。これにより、結像光学系２１、照射窓１６、鉗子位置のばらつきを調整することができるとともに、使用者の注目する領域に合わせた焦点合わせを行うことができる。
【００４３】
そして、図２の受光量検出部４１はモード制御部３７Ａにおいて自動焦点調整モード開示時の検出領域ＳＲの受光量を基準受光量Ｐ０として取得する。このとき、後述する距離算出部４２は、自動焦点調整モード開始時における結像光学系２１のレンズ位置等の状態に基づいて、基準受光量Ｐ０を取得したときの結像光学系２１の焦点位置ｄ０を取得する。なお、結像光学系２１が最大倍率になったことにより自動焦点調整モードへの切替えが行われたとき、距離算出部４２は最大倍率時の基準焦点位置ｄ０を取得することになる。
【００４４】
また、受光量検出部４１は検出領域ＳＲから検出した基準受光量Ｐ０が飽和受光量Ｐｍａｘに達しているか否かを検出する機能を有しており、基準受光量Ｐ０が飽和受光量Ｐｍａｘに達しているときには、装置コントローラ３７は光源ユニット１０を制御することにより、基準受光量Ｐ０が飽和受光量Ｐｍａｘよりも小さくなるように射出される各光Ｌ０、Ｌ１の光強度を調節する。これにより、撮像素子２２による各画素が飽和することによる誤測距の発生を防止することができる。
【００４５】
距離算出部４２は、受光量検出部４１により検出された測定受光量Ｐｍおよび基準受光量Ｐ０と、自動焦点調整開始時における結像光学系２１が有する焦点位置ｄ０とに基づいて、被写体までの距離ｄｍを算出するものである。すなわち、内視鏡による観察はスコープ２０を用いて撮影を行うものであるため、結像光学系２１に隣接して照射窓１６が設けられており、結像光学系２１と照射窓とが一体的に移動するようになっている。ここで、図５に示すように、スコープ２０と被写体との位置が、距離ｄ０から距離ｄｍに変化したとき、被写体Ｓの部位Ｓｒｅｆからの反射光量は距離の２乗で変化する。つまり、被写体と結像光学系２１との基準焦点位置ｄ０において基準受光量Ｐ０を受光したとき、基準焦点位置ｄ０から測定焦点位置ｄｍに変化したときには測定受光量Ｐｍ＝Ｐ０／（ｄｍ／ｄ０）2となる。よって、測定焦点位置ｄｍは下記式（２）で表すことができる。
【数２】
2009142586.tif 000004
【００４６】
そこで、距離算出部４２は、取得された測定受光量Ｐｍ、基準受光量Ｐ０および基準焦点位置ｄ０を用いて上記式（２）により測定焦点位置ｄｍを算出する。そして、レンズ駆動部２６は、距離算出部４２により算出された測定焦点位置ｄｍに基づいて結像光学系２１を駆動させて焦点制御を行う。
【００４７】
なお、距離算出部４２は、スコープ２０や内視鏡画像処理装置３０に用いられる電子部品や回路等に起因する誤差を修正するため、上記式（２）ではなく補正係数α、βを用いた下記式（３）により測定焦点位置ｄｍを算出するようにしてもよい。
【数３】
2009142586.tif 000005
【００４８】
図６は本発明の内視鏡システムの自動焦点調整方法の好ましい実施形態を示すフローチャートであり、図１から図６を参照して内視鏡画像処理方法について説明する。なお、内視鏡システム１の初期状態において手動焦点調整モードに設定されているものとする。
【００４９】
まず、受光量検出部４１により検出領域ＳＲの設定が行われた後（ステップＳＴ１）、スコープ２０による撮像が行われて画像情報が取得されたとき、受光量検出部４１において検出領域ＳＲの基準受光量Ｐ０が取得される（ステップＳＴ２）。そして、取得した基準受光量Ｐ０に基づいて検出領域ＳＲの受光量制御が行われる。具体的には、受光量検出部４１において基準受光量Ｐ０が飽和受光量Ｐｍａｘに達しているか否かが判断され、基準受光量Ｐ０が飽和受光量Ｐｍａｘに達しているときには、基準受光量Ｐ０が飽和受光量Ｐｍａｘよりも小さくなる光Ｌ０、Ｌ１が射出される（ステップＳＴ３）。そして、手動焦点調整モード時において基準受光量Ｐ０の取得が繰り返される（ステップＳＴ２〜ＳＴ４）。
【００５０】
その後、入力部２もしくは操作部２０Ａからモードの切替が入力され、もしくはあるいは結像光学系２１が最大倍率に設定されたとき、モード制御部３７Ａにおいて手動焦点調整モードから自動焦点調整モードへの切り替えが行われる（ステップＳＴ４）、自動焦点調整モードに切り替えた後、受光量検出部４１においてカラー画像Ｐにおける検出領域ＳＲ内の画素値に基づいて測定受光量Ｐｍが取得される（ステップＳＴ５）。ここで、受光量検出部４１において、基準受光量Ｐ０と測定受光量Ｐｍとの差分が設定反射光量Ｐｒｅｆよりも小さいか否かが判断される（ステップＳＴ６）。差分が設定反射光量Ｐｒｅｆよりも小さいとき、焦点調整しなくても焦点は既に合っていると判断し、再び測定受光量Ｐｍの取得が行われる（ステップＳＴ６、ＳＴ７）。
【００５１】
一方、差分が設定反射光量Ｐｒｅｆ以上であるとき、さらに測定受光量Ｐｍが設定反射光量Ｐｒｅｆよりも小さいか否かが判断される（ステップＳＴ８）。測定受光量Ｐｍが設定反射光量Ｐｒｅｆよりも大きい場合、異常が発生したものと判断して自動焦点調整モードを終了する（ステップＳＴ１０）。測定受光量Ｐｍが設定反射光量Ｐｒｅｆよりも大きいとき、式（２）もしくは式（３）を用いて測定焦点位置ｄｍを算出し（ステップＳＴ８）、算出した測定焦点位置ｄｍに基づいてレンズ駆動部２６により結像光学系２１が駆動して自動焦点調整が行われる（ステップＳＴ９）。自動焦点調整モードがＯＦＦされるまで、上述した焦点の自動制御が行われる（ステップＳＴ５〜ＳＴ１１）。
【００５２】
なお、自動焦点調整モードから手動焦点調整モードへと切り替えられたとき、レンズ駆動部２６により初期設定されている設定焦点位置になるように結像光学系２１が駆動される。また、光源ユニット１０により初期設定されている設定光強度の光Ｌ０、Ｌ１が射出される（ステップＳＴ１０、１１）。ここで、初期設定されている設定焦点位置および設定光強度は、自動焦点調整モードの開始直前の状態を意味する。
【００５３】
上記実施の形態によれば、被写体を撮像する撮像素子２２と、撮像素子上に被写体像を結像する結像光学系２１と、結像光学系２１に隣接して設けられた被写体に光を照射する照射窓とを備えたスコープ２０を用いて、スコープ２０を被写体に対し移動させながら撮影を行うときの結像光学系の自動焦点合わせを行う際、自動焦点調整開始時における撮像素子２２内に設定された所定の検出領域ＳＲの受光量を基準受光量Ｐ０として取得し、基準受光量を検出した後における検出領域ＳＲの受光量を測定受光量Ｐｍとして取得し、取得した測定受光量Ｐｍおよび基準受光量Ｐ０と、自動焦点調整開始時における結像光学系２１が有する焦点位置ｄ０とに基づいて被写体までの距離ｄｍを算出し、算出した距離ｓｍを用いて結像光学系２１の焦点位置を被写体に合わせることにより、内視鏡においては結像光学系２１と照射窓１６とが一体的に移動し、被写体と結像光学系２１との距離変化に伴い、照射窓１６から射出された光の被写体での反射光量が変化することを利用して被写体までの距離ｄｍを算出し焦点位置の調整を行うことができるため、新たな構成を追加することなく簡単な構成でオートフォーカスを精度良く実現することができる。
【００５４】
なお、図１、図２に示すように、結像光学系２１の焦点位置の調整を自動的に行いながら撮影する自動焦点調整モードと結像光学系２１の焦点位置を手動で行いながら撮影する手動焦点調整モードとを切り替えるモード制御部３７Ａをさらに備え、受光量検出部４１が、手動焦点調整モードから自動焦点調整モードから切り替えられたときに撮像素子２２の検出領域における受光量を基準受光量Ｐ０として検出するものであるとき、反射光量が不明な未知の被写体に対して予測不能な焦点調節動作が行われるのを防止することができる。
【００５５】
また、モード制御部３７Ａが、手動焦点調整モード時において結像光学系２１が最大倍率に設定されたとき、手動焦点調整モードから自動焦点調整モードへの切替えを自動的に行うものであるとき、被写界深度が浅くなり焦点合わせが難しくなったときに自動的に焦点を調整させて使い勝手の向上を図ることができる。
【００５６】
さらに、照射窓１６に光学的に接続された、照射窓１６に対し光を射出する光源ユニット１０をさらに備え、光源ユニット１０が、自動焦点調整モード時において一定強度の光を射出するように制御されているものであれば、光強度が変化することによる焦点合わせの精度劣化を防止することができる。
【００５７】
また、受光量検出部４１が、基準受光量Ｐ０が飽和受光量Ｐｍａｘ以上であるか否かを判断する機能を有し、受光量検出部により基準受光量が飽和受光量以上であると判断されたとき、基準受光量Ｐ０が飽和受光量Ｐｍａｘよりも小さくなるように光源ユニット１０から射出される光の強度を制御するものであるとき、検出領域ＳＲ内の画素が飽和することによる焦点あわせの精度劣化を防止することができる。
【００５８】
さらに、受光量検出部４１が、測定受光量Ｐｍが設定反射光量Ｐｒｅｆ以上であるか否かを判断する機能を有し、モード制御部３７Ａが受光量検出部４１において測定受光量Ｐｍが設定反射光量Ｐｒｅｆ以上であると判断されたとき、自動焦点調整モードから手動焦点調整モードへモードを切り替えるものであれば、測定受光量Ｐｍが異常値になったときには自動焦点調整モードを中止することができる。
【００５９】
本発明の実施形態は上記実施形態に限定されない。たとえば、図１において手動焦点調整モードで観察しているのか自動焦点調整モードで観察しているのかを表示装置３に表示させるようにしてもよい。
【００６０】
また、カラー画像Ｐもしくは分光推定画像ＳＰを記録するときに、手動焦点調整モードで取得したものであるか自動焦点調整モードで取得したものであるかを画像の予備情報として関連づけて記憶するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の内視鏡システムの好ましい実施の形態を示すブロック図
【図２】図１の内視鏡システムにおける焦点制御部の一例を示すブロック図
【図３】図２の受光量検出部において設定される検出領域の一例を示す模式図
【図４】図２の受光量検出部において設定される検出領域の一例を示す模式図
【図５】図２の距離算出部において距離が算出される原理を示す模式図
【図６】本発明の内視鏡システムの自動焦点調整方法の好ましい実施の形態を示すフローチャート
【符号の説明】
【００６２】
１     内視鏡システム
２     入力部
３     表示装置
１０   光源ユニット
１５   ライトガイド
１６   照射窓
２０   スコープ
２１   結像光学系
２２   撮像素子
３０   内視鏡画像処理装置
３７Ａ モード制御部
４１   受光量検出部
４２   距離算出部
ｄ０   基準焦点位置
ｄｍ   測定焦点位置
Ｐ     カラー画像
Ｐ０   基準受光量
Ｐｍ   測定受光量
Ｐｍａｘ       飽和受光量
Ｐｒｅｆ       設定反射光量
ＳＲ   検出領域
【図１】
2009142586.tif 000006
【図２】
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【図３】
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【図４】
2009142586.tif 000009
【図５】
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【図６】
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