フォーカス制御装置、内視鏡装置及びフォーカス制御方法
【課題】 撮像光学系の焦点モードを設定することにより、適切な状態においてオートフォーカスを実行可能なフォーカス制御装置、内視鏡装置及びフォーカス制御方法等を提供すること。
【解決手段】 フォーカス制御装置は、光学倍率を調整するズームレンズ２４０を少なくとも含む撮像光学系のフォーカス制御を行うとともに、撮像光学系の焦点モードの設定制御を行うフォーカス制御部３３０と、撮像光学系を介して画像を取得する画像取得部とを含み、焦点モードは、固定焦点モード及びＡＦ(Auto-Focus)モードを有し、フォーカス制御部３３０は、広角端と望遠端の間に位置する基準点に対して、ズームレンズ２４０の位置が広角側であるか望遠側であるかに応じて、固定焦点モード及びＡＦモードの切り替え制御を行う。
【解決手段】 フォーカス制御装置は、光学倍率を調整するズームレンズ２４０を少なくとも含む撮像光学系のフォーカス制御を行うとともに、撮像光学系の焦点モードの設定制御を行うフォーカス制御部３３０と、撮像光学系を介して画像を取得する画像取得部とを含み、焦点モードは、固定焦点モード及びＡＦ(Auto-Focus)モードを有し、フォーカス制御部３３０は、広角端と望遠端の間に位置する基準点に対して、ズームレンズ２４０の位置が広角側であるか望遠側であるかに応じて、固定焦点モード及びＡＦモードの切り替え制御を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォーカス制御装置、内視鏡装置及びフォーカス制御方法等に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ズームレンズにより対物レンズの画角及び光学倍率を調整し、広角（以下、ＷＩＤＥ）側では被写体となる消化管全体の観察（通常観察）を行い、望遠（以下、ＴＥＬＥ）側では消化管の一部を拡大して観察（拡大観察）を行うズーム機能を備えた内視鏡装置が実用化されている。
【０００３】
ズーム機能を備えた内視鏡装置では、ＴＥＬＥ側で対物レンズの画角を狭くして光学倍率を大きくすると共に、ベスト被写体距離が短くなるようにレンズ設計を行うことで、拡大観察に必要な光学倍率を実現している場合が多い。ここでベスト被写体距離とは、被写体の像位置が撮像素子の撮像面に一致する場合の、対物レンズ先端から被写体までの距離である。ＴＥＬＥ側でベスト被写体距離を短くすることで、被写体により近接して観察を行うことが可能になるため、拡大観察時の光学倍率をより大きくすることが可能になる。
【０００４】
一方、ベスト被写体距離が短くなると、被写体位置の移動による像位置の移動量が大きくなるため、一般的に被写界深度が狭くなる。このため、近年のズーム機能を備えた内視鏡装置では、ＴＥＬＥ側の被写界深度の幅が１ｍｍ以下となる場合もあり、ユーザーが被写体にピントを合わせることが難しくなってきている。このような問題を解決するために、例えば特許文献１〜３に示すようなオートフォーカス（以下、ＡＦ）機能を備えた内視鏡装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２５８１６４号公報
【特許文献２】特開平８−１０６０６０号公報
【特許文献３】特開２００２−２５３４８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
例えば特許文献１では、通常観察と拡大観察のどちらの状態においてもＡＦ(Auto-Focus)を行っている。しかし、内視鏡における通常観察では、図４（Ａ）に示すように奥行きのある消化管を観察するため、取得される画像上の位置により、対応する被写体までの距離が大きく異なる。そこで、例えば図５に示すように画像の中心部分を評価領域としてＡＦを行うと、図４（Ａ）に示すように画像の中心部分に対応する比較的遠い距離の被写体にピントが合ってしまい、比較的近い距離にユーザー観察したい病変部がある場合は、病変部にピントが合わずユーザーの観察に支障をきたす。一方、画像の周辺部分を評価領域としてＡＦを行う場合は、画像の周辺部分に対応する比較的近い距離の被写体にピントが合うため、遠い距離に病変部がある場合は病変部にピントが合わず、ユーザーの観察に支障をきたす。さらに、ユーザーが観察したい病変部の画像上の位置を、取得された画像から判別することは困難であるため、ＡＦを用いた場合もユーザーが観察したい領域にピントを合わせることが難しいという課題があった。
【０００７】
本発明の幾つかの態様によれば、撮像光学系の焦点モードを設定することにより、適切な状態においてオートフォーカスを実行可能なフォーカス制御装置、内視鏡装置及びフォーカス制御方法等を提供することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様は、光学倍率を調整するズームレンズを少なくとも含む撮像光学系のフォーカス制御を行うとともに、前記撮像光学系の焦点モードの設定制御を行うフォーカス制御部と、前記撮像光学系を介して画像を取得する画像取得部と、を含み、前記焦点モードは、固定焦点モード及びＡＦ(Auto-Focus)モードを有し、前記フォーカス制御部は、広角端と望遠端の間に位置する基準点に対して、前記ズームレンズの位置が広角側であるか望遠側であるかに応じて、前記固定焦点モード及び前記ＡＦモードの切り替え制御を行うフォーカス制御装置に関係する。
【０００９】
本発明の一態様では、ズームレンズと基準点との位置関係に基づいて、固定焦点モードとＡＦモードの切り替え制御を行う。これにより、適切な状態においてＡＦモードに移行し、ＡＦを実行すること等が可能になる。
【００１０】
また本発明の他の態様は、光学倍率を調整するズームレンズを少なくとも含む撮像光学系のフォーカス制御を行うとともに、前記撮像光学系の焦点モードの設定制御を行うフォーカス制御部と、前記撮像光学系を介して画像を取得する画像取得部と、を含み、前記フォーカス制御部は、前記ズームレンズの位置が、広角端と望遠端の間に位置する基準点よりも広角側である場合には、コンティニュアスＡＦを行うモードに前記焦点モードを設定し、前記ズームレンズの位置が、前記基準点よりも望遠側である場合には、前記コンティニュアスＡＦを停止するフォーカス制御装置に関係する。
【００１１】
また本発明の更に他の態様は、光学倍率を調整するズームレンズを少なくとも含む撮像光学系と、前記撮像光学系で結像された被写体像に対応する画像を生成する撮像素子と、前記撮像光学系のフォーカス制御を行うとともに、前記撮像光学系の焦点モードの設定制御を行うフォーカス制御部と、を含み、前記焦点モードは、固定焦点モード及びＡＦ(Auto-Focus)モードを有し、前記フォーカス制御部は、広角端と望遠端の間に位置する基準点に対して、前記ズームレンズの位置が広角側であるか望遠側であるかに応じて、前記固定焦点モード及び前記ＡＦモードの切り替え制御を行う内視鏡装置に関係する。
【００１２】
また本発明の更に他の態様は、光学倍率を調整するズームレンズを少なくとも含む撮像光学系におけるフォーカス制御方法であって、前記撮像光学系の焦点モードが、固定焦点モード及びＡＦ(Auto-Focus)モードを有する場合に、広角端と望遠端の間に位置する基準点に対して、前記ズームレンズの位置が広角側であるか望遠側であるかに応じて、前記焦点モードの設定制御として、前記固定焦点モード及び前記ＡＦモードの切り替え制御を行い、設定された前記焦点モードに基づいて前記撮像光学系のフォーカス制御を行うフォーカス制御方法に関係する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態にかかる内視鏡装置のシステム構成例。
【図２】フォーカスレンズ制御部の構成例。
【図３】フォーカスレンズ制御部の他の構成例。
【図４】図４（Ａ）はズームレンズが広角側にあるときの撮像部と被写体の関係図、図４（Ｂ）はズームレンズが望遠側にあるときの撮像部と被写体の関係図。
【図５】評価領域の設定によってはＡＦが効果的ではないことを説明する図。
【図６】図６（Ａ）は固定焦点モードにおけるズームレンズ位置と被写界深度の関係図、図６（Ｂ）はＡＦモードにおけるズームレンズ位置と被写界深度の関係図。
【図７】操作部の構成例。
【図８】操作部の他の構成例。
【図９】対物レンズ系（撮像光学系）の構成例。
【図１０】本実施形態にかかる内視鏡装置の他のシステム構成例。
【図１１】第４の実施形態における内視鏡装置のシステム構成例。
【図１２】モード切り替え制御についての説明図。
【図１３】第５の実施形態における内視鏡装置のシステム構成例。
【図１４】第６の実施形態における内視鏡装置のシステム構成例。
【図１５】位相差検出用素子が設けられた撮像素子の構成例。
【図１６】位相差ＡＦの動作説明図。
【図１７】位相差ＡＦに用いるルックアップテーブルの第１の例。
【図１８】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】
【００１４】
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。
【００１５】
１．第１の実施形態
本発明の第１の実施形態に係る内視鏡システムについて、図１を用いて説明する。本実施形態に係る内視鏡システムは、光源部１００と、撮像部２００と、処理部３００と、表示部４００と、外部Ｉ／Ｆ部５００と、操作部６００を備えている。
【００１６】
光源部１００は、白色光を発生する白色光源１１０と白色光をライトガイドファイバ２１０に集光するための集光レンズ１２０を備えている。
【００１７】
撮像部２００は、例えば体腔への挿入を可能にするため細長くかつ湾曲可能に形成されている。撮像部２００には、光源部で集光された光を導くためのライトガイドファイバ２１０と、該ライトガイドファイバにより先端まで導かれてきた光を拡散させて観察対象に照射する照明レンズ２２０と、観察対象から戻る反射光を結像する対物レンズ系２３０と、対物レンズ系２３０に含まれ光学倍率を調整するズームレンズ２４０と、対物レンズ系２３０に含まれ焦点位置を調整するフォーカスレンズ２５０と、ズームレンズ２４０を駆動するズームレンズ駆動部２６０と、フォーカスレンズ２５０を駆動するフォーカスレンズ駆動部２７０と、結像された反射光を光電変換して画像を生成する撮像素子２８０を備えている。ズームレンズ駆動部２６０及びフォーカスレンズ駆動部２７０は例えばボイスコイルモーター（以下、ＶＣＭ）である。また、撮像素子２８０は例えばベイヤ配列の色フィルタを持つ撮像素子である。
【００１８】
処理部３００はＡＤ変換部３１０と、ズームレンズ制御部３２０と、フォーカスレンズ制御部３３０（広義にはフォーカス制御部）と、画像処理部３４０と、制御部３５０を備えている。ＡＤ変換部３１０は、撮像素子２８０から出力されるアナログ信号をデジタルの画像信号に変換してフォーカスレンズ制御部３３０と、画像処理部３４０に出力する。
【００１９】
ズームレンズ制御部３２０は、操作部６００と、ズームレンズ駆動部２６０と、フォーカスレンズ制御部３３０とに接続されており、操作部６００から出力される情報に従ってズームレンズ位置を制御する。さらにズームレンズ制御部３２０は、ズームレンズの位置情報をフォーカスレンズ制御部３３０に出力する。フォーカスレンズ制御部３３０は、操作部６００と、フォーカスレンズ駆動部２７０と、ズームレンズ制御部３２０とに接続されており、操作部６００から出力される情報や、ズームレンズ制御部３２０から出力されるズームレンズの位置情報に従ってフォーカスレンズ位置を制御する。ここでフォーカスレンズ位置及びズームレンズ位置は、例えば図９に示すように、対物レンズ系２３０の先端を基準とした場合の、フォーカスレンズ及びズームレンズの先端の位置として定義する。操作部６００、ズームレンズ制御部３２０、フォーカスレンズ制御部３３０の詳細については後述する。
【００２０】
画像処理部３４０は、ＡＤ変換部３１０から出力された画像信号に対してホワイトバランス、補間処理（デモザイキング処理）、色変換、階調変換、ノイズリダクション等の画像処理を施し、表示部４００に画像信号を出力する。表示部４００は例えば液晶モニタであり、画像処理部３４０から出力される画像信号を表示する。制御部３５０は、白色光源１１０、画像処理部３４０、外部Ｉ／Ｆ部５００と双方向に接続されており、外部Ｉ／Ｆ部５００からの入力情報に従ってこれらを制御する。外部Ｉ／Ｆ部５００は、内視鏡装置に対するユーザーからの入力等を行うためのインターフェースであり、撮影の開始／終了を行うためのスタートボタンや画像の明るさを調整するための露光量調整ボタン、その他の各種撮影条件や画像処理のパラメータを調整するための調整ボタンなどを含んで構成されている。
【００２１】
次に操作部６００、ズームレンズ制御部３２０、フォーカスレンズ制御部３３０の詳細について説明する。図７に本実施形態における操作部６００の一例を示す。本実施形態において、操作部６００は例えば撮像部２００と一体化して構成されており、ズームレバー６１０とＡＦボタン６２０を備えている。ズームレバー６１０は、例えば一定の範囲を連続的に動作させることが可能であり、ユーザーはズームレバー６１０を動かすことで、ズームレンズ位置をＷＩＤＥ端からＴＥＬＥ端まで連続的に調整することができる。具体的には、例えば操作部６００は、ズームレバー６１０の位置情報をズームレンズ制御部３２０に出力する。ズームレンズ制御部３２０は予め設定されたルックアップテーブル等を用いてズームレバー６１０の位置情報をズームレンズの位置情報に対応付け、ズームレンズの位置情報をズームレンズ駆動部２６０に出力する。ズームレンズ駆動部２６０は、ズームレンズ制御部３２０から出力されたズームレンズの位置情報に基づいて、ズームレンズ２４０を駆動する。さらにズームレンズ制御部３２０は、ズームレンズの位置情報をフォーカスレンズ制御部３３０に出力する。また、操作部６００は例えばＡＦボタン６２０が押されるたびに、ＡＦの開始／終了信号を交互にフォーカスレンズ制御部３３０に出力する。
【００２２】
図２に本実施形態におけるフォーカスレンズ制御部３３０の一例を示す。フォーカスレンズ制御部３３０（広義にはフォーカス制御部）は、観察モード判定部３３１と、フォーカスレンズ位置決定部３３２と、ＡＦ制御部３３３を備えている。観察モード判定部３３１は、ズームレンズ制御部３２０から出力されたズームレンズの位置情報と、操作部６００から出力されたＡＦの開始／終了情報に基づいて、観察モード（焦点モード）を決定する。具体的には、観察モード判定部３３１はズームレンズの位置が所定の位置ＤよりもＷＩＤＥ側に位置する場合は固定焦点モードを選択し、ズームレンズの位置情報をフォーカスレンズ位置決定部３３２に出力する。また、観察モード判定部３３１は、ズームレンズの位置が所定の位置ＤよりもＴＥＬＥ側にあり、操作部６００からＡＦの開始信号が出力されていない場合も、固定焦点モードを選択し、ズームレンズの位置情報をフォーカスレンズ位置決定部３３２に出力する。フォーカスレンズ位置決定部３３２は、ズームレンズの位置情報に基づいてフォーカスレンズ位置を決定し、フォーカスレンズの位置情報をフォーカスレンズ駆動部２７０に出力する。フォーカスレンズ駆動部２７０は、フォーカスレンズ位置決定部３３２から出力されたフォーカスレンズの位置情報に基づいて、フォーカスレンズ２５０を駆動する。
【００２３】
また、観察モード判定部３３１は、ズームレンズ位置が所定の位置ＤよりもＴＥＬＥ側にあり、操作部６００からＡＦの開始信号が出力された場合は、ＡＦモードを選択し、ＡＦの開始信号をＡＦ制御部３３３に出力する。さらに観察モード判定部３３１は、ズームレンズ位置が所定の位置ＤよりもＴＥＬＥ側にあり、操作部６００からＡＦの終了信号が出力された場合は、ＡＦの終了信号をＡＦ制御部３３３に出力する。ＡＦ制御部３３３は、観察モード判定部３３１から出力されたＡＦの開始信号に従って、ＡＦ動作を開始する。ここでＡＦ制御部３３３は、例えばＡＤ変換部３１０から出力される画像信号からコントラスト値を算出し、公知のコントラストＡＦ技術に基づいてフォーカスレンズを駆動すればよい。さらにＡＦ制御部３３３は、算出されたコントラスト値から合焦状態となったか否かの判定を行い、合焦状態と判定された場合はＡＦ動作を終了してもよいし、観察モード判定部３３１からＡＦの終了信号が出力されるまではＡＦを継続するように、公知のコンティニュアスＡＦ技術に基づいて、フォーカスレンズを駆動してもよい。また本実施形態は、例えば撮像素子２８０に図示しない位相差情報取得用のセンサを備えてもよい。この場合、ＡＤ変換部３１０は撮像素子２８０から出力されるアナログ信号からデジタルの位相差情報を生成してＡＦ制御部３３３に出力し、ＡＦ制御部３３３はこの位相差情報に基づいて、公知の位相差ＡＦ技術を用いてフォーカスレンズを駆動すればよい。
【００２４】
次にフォーカスレンズ位置決定部３３２における、フォーカスレンズ位置の決定方法の詳細について説明する。図６（Ａ）は本実施形態において固定焦点モードが選択されている場合の、ズームレンズ位置とそれに対応するベスト被写体距離、及び被写界深度範囲を示した図である。なお本実施形態では、ズームレバー６１０を操作することでズームレンズ位置を連続的に移動させることが可能であるが、ここでは説明を分かりやすくするため、ズームレンズ位置を段階的に移動させた場合を示している。本実施形態においてフォーカスレンズ位置決定部３３２は、観察モード判定部３３１から出力されるズームレンズの位置情報に基づいて、図６（Ａ）に示すようにズームレンズ位置がＷＩＤＥ端からＴＥＬＥ端に移動するに従って、ベスト被写体距離が短くなるようにフォーカスレンズ位置を決定する。ここでズームレンズ位置とその時に実現したいベスト被写体距離が決まれば、対物レンズ系２３０の設計データから、フォーカスレンズ位置は一義的に算出される。このためフォーカスレンズ位置決定部３３２は、例えば予め設定されたズームレンズ位置とフォーカスレンズ位置を対応付けるルックアップテーブル等を用いて、ズームレンズ位置からフォーカスレンズ位置を決定すればよい。
【００２５】
図９に本実施形態における対物レンズ系２３０の一例を示す。この対物レンズ系は、フォーカスレンズ位置を一定の基準位置に固定し、ズームレンズ位置をＷＩＤＥ端からＴＥＬＥ端に移動させた場合に、画角が狭くなる（光学倍率が大きくなる）と共にベスト被写体距離が短くなるような設計がなされている。このような対物レンズ系を使用する場合、フォーカスレンズ位置決定部３３２は、ズームレンズ位置によらずフォーカスレンズ位置を常に基準位置に固定することで、図６（Ａ）に示すようなベスト被写体距離及び被写界深度範囲を実現することができる。また、例えば図示しない一般的なデジタルカメラの対物レンズ系では、ズームレンズ位置により画角を調整した場合も、ベスト被写体距離がほぼ一定になるような設計がなされている場合が多い。このような対物レンズ系を使用する場合、フォーカスレンズ位置決定部３３２は、ズームレンズ位置がＷＩＤＥ端からＴＥＬＥ端に移動するに従ってベスト被写体距離が短くなるように、フォーカスレンズ位置を調整することで、図６（Ａ）に示すようなベスト被写体距離及び被写界深度範囲を実現することが可能である。
【００２６】
ここで、本実施形態において通常観察及び拡大観察を行う場合のユーザーの操作について、図６（Ａ）、（Ｂ）を用いて説明する。まず、ユーザーはズームレバー６１０をＷＩＤＥ端に移動させ、病変部を発見するための通常観察を行う（図６（Ａ）のズームレンズ位置Ａ）。この時、撮像部２００では図４（Ａ）に示すように、画角及び被写界深度が広い画像を取得することができる。本実施形態において、この時の被写界深度範囲は図６（Ａ）に示すように約１０〜５０ｍｍである。
【００２７】
次にユーザーは、発見した病変部に対して撮像部２００を徐々に近づけながら、病変部を拡大していく。本実施形態では病変部までの距離が１０ｍｍ以下になると、病変部が被写界深度から外れてボケはじめる。この時、ユーザーはズームレバー６１０をＴＥＬＥ側に移動させ、被写界深度範囲を撮像部に近づける（図６（Ａ）ズームレンズ位置Ｂ〜Ｃ）。これにより病変部が被写界深度内に入るため、ユーザーは病変部の観察を継続することができる。ここではズームレバー６１０と撮像部２００の位置の両方をユーザーが操作することで、病変部が被写界深度内に入るように調整を行ってもよい。
【００２８】
本実施形態においては、ズームレンズ位置がＣの場合でも被写界深度範囲は約４〜７ｍｍであり、ある程度の被写界深度が維持されている。このような条件下では、図４（Ａ）に示したように、ユーザーは被写体となる消化管の壁面に対して撮像部２００を平行もしくは少し斜めに傾けた状態で観察する場合が多い。この時、前述したように取得される画像上の位置によって、対応する被写体までの距離が大きく異なる。さらに、ユーザーが観察したいと考えている病変部の画像上の位置を、取得された画像から判別することは困難であるため、ＡＦを行うことで病変部に正確にピントを合わせることは困難である。一方、ここではある程度の被写界深度が維持されているため、観察モード判定部３３１では固定焦点モードが選択され、ユーザーがズームレバー６１０や撮像部２００の位置を操作することで、ユーザーが容易に病変部にピントを合わせることが可能になる。
【００２９】
次にユーザーは、撮像部２００をさらに病変部に近づけながら、ズームレバー６１０をＴＥＬＥ側に移動させ、病変部をより拡大する。本実施形態においては、ズームレンズ位置がＤよりもＴＥＬＥ側にあると、図６（Ａ）に示すように固定焦点モードが選択されている場合の被写界深度の幅は１ｍｍ前後かそれ以下となる。このような条件下では、図４（Ｂ）に示すようにユーザーは被写体となる消化管の壁面に対して撮像部２００をほぼ正対させた状態で観察を行う場合が多い。これは被写界深度の幅が狭い場合、被写体に対して撮像部２００を正対させないと、画像中のピントが合う領域が狭くなるからである。このような場合においては、ユーザーがズームレバー６１０や撮像部２００の位置を操作することで被写体にピントを合わせることが難しくなる。このため、ユーザーはＡＦボタン６２０を押してＡＦを開始する。この時、観察モード判定部３３１でＡＦモードが選択されることで、図６（Ｂ）に示すように被写体までの距離に合わせてフォーカスレンズ位置が制御され、ユーザーが容易に被写体にピントを合わせることが可能になる。
【００３０】
また、本実施形態においては、ズームレンズ位置ＤからＴＥＬＥ端（ズームレンズ位置Ｆ）の範囲でＡＦが動作するように制御を行っている。しかし例えばズームレンズ位置Ｄにおいて、フォーカスレンズ位置を移動することでベスト被写体距離を最も短くした場合の光学倍率が拡大観察に十分であれば、ズームレンズ位置ＤをＴＥＬＥ端としてもよい。この場合、観察モード判定部３３１は、ズームレンズ位置がＴＥＬＥ端にあり、操作部６００からＡＦの開始／終了信号が出力された場合は、ＡＦモードを選択し、ＡＦの開始／終了信号をＡＦ制御部３３３に出力すればよい。
【００３１】
以上の本実施形態では、焦点位置制御装置（フォーカス制御装置）は図１に示したように、フォーカスレンズ２５０の位置制御及び撮像光学系の焦点モードの設定制御を行うフォーカスレンズ制御部３３０と、撮像光学系を介して画像を取得する画像取得部（例えばＡＤ変換部３１０に対応）とを含む。撮像光学系は、光学倍率を調整するズームレンズ２４０と、焦点位置を調整するフォーカスレンズ２５０とを含む。また、焦点モードは固定焦点モードと、ＡＦ(Auto-Focus)モードを有する。そして、ズームレンズ位置の広角端と望遠端の間の位置に基準点を設定した場合に、フォーカスレンズ制御部３３０は、ズームレンズ２４０の位置が基準点に対して広角側に位置するか或いは望遠側に位置するかに応じて、固定焦点モードとＡＦモードの切り替え制御を行う。
【００３２】
ここで、固定焦点モードとは、ズームレンズ２４０の位置が決定された場合に、当該ズームレンズ位置に応じて決定される位置にフォーカスレンズ２５０の位置を設定するモードのことである。例えば図６（Ａ）に示したモードであり、ズームレンズ位置が決定されると、その際のベスト被写体距離（合焦被写体距離、詳細については後述）が一意に決定される。フォーカスレンズ２５０の位置に応じてベスト被写体距離は変化するものであることに鑑みれば、ズームレンズ位置に応じてフォーカスレンズ位置が決定されるということに他ならない。
【００３３】
これに対して、ＡＦモードとは、オートフォーカスが行われるモードのことである。オートフォーカスの手法は既知の手法を用いるものとし、例えばコントラストＡＦであってもよいし、位相差ＡＦであってもよい。ＡＦモードとは例えば図６（Ｂ）に示したモードであり、特にズームレンズ位置がＤ〜Ｆの場合に対応する。図６（Ｂ）に示されているように、ＡＦモードではズームレンズ位置が決定されたとしても、その際のベスト被写体距離は一意には決定されない。例えばコントラストＡＦであれば、取得した画像に設定される評価領域（コントラスト値を算出する対象となる領域）に対して、フォーカスが合うようなベスト被写体距離が設定されることになる。ベスト被写体距離の設定は、フォーカスレンズ２５０の位置を調整することにより行われる。
【００３４】
また、焦点位置とは、被写体の像位置が撮像素子の撮像面に一致する場合の、対物レンズ先端に対する被写体の位置である。像平面に対応する被写体側の平面（合焦物体面）内では被写体は合焦状態にあり、焦点位置は、例えば対物レンズ先端から合焦物体面までの距離で表される。即ち、本明細書における焦点位置は、レンズに入射した平行光の収束点であるいわゆる「焦点」や、レンズからその「焦点」までの距離である「焦点距離」とは異なる用語である。本実施形態のフォーカス制御では、レンズ二群駆動におけるフォーカスレンズの位置、あるいはレンズ一群駆動におけるズームレンズの位置を調整することにより焦点位置を調整する。
【００３５】
これにより、基準点とズームレンズ２４０との位置関係に基づいて、固定焦点モードとＡＦモードの切り替え制御を行うことが可能になる。ここで切り替え制御とは、少なくともズームレンズ２４０と基準点との位置関係に基づいて、固定焦点モードとＡＦモードとを切り替える制御のことである。具体的には、第３の実施形態において後述するように、ズームレンズ２４０が広角側にあるときには固定焦点モードに設定し、望遠側にあるときにはＡＦモードに設定するように、ズームレンズ２４０と基準点との位置関係に基づく切り替えの制御であってもよい。また、第１の実施形態において述べたように、ズームレンズ２４０が広角側にあるときには固定焦点モードを設定し、望遠側にあるときには固定焦点モードとＡＦモードを切り替え可能（例えばＡＦ開始信号の有無により切り替える）にするように、ズームレンズ２４０と基準点との位置関係に加えて、他の条件（例えばＡＦ開始信号）を考慮した切り替えの制御であってもよい。このようにすることで、ＡＦを実行可能な焦点位置制御装置、内視鏡装置等において、常にＡＦを行うのではなく、適切な状態においてＡＦを行うことが可能になる。特に内視鏡装置では、図４（Ａ）のように管空状の被写体を観察するケースが想定され、この場合、取得された画像上の位置に応じて対応する被写体までの距離が大きく異なる（例えば画像周縁部では被写体距離が小さく、画像中心部では被写体距離が大きい）。このようなときにＡＦを実行したとしても、焦点が合うのは画像上の一部の領域に限られてしまうため、ＡＦの効果が薄く、逆にユーザーの観察を妨げる要因となりうる。よって、例えば図４（Ｂ）のように画像上の位置が異なっても被写体距離がさほど変化しない状況等、ＡＦが有効な状態において、ＡＦを実行する。
【００３６】
また、フォーカスレンズ制御部３３０は、焦点モードとして固定焦点モードが選択された状態において、ズームレンズ２４０の位置が広角側から望遠側に移動した場合には、合焦被写体距離が単調減少するようにフォーカスレンズの位置を決定してもよい。
【００３７】
ここで、合焦被写体距離とは、撮像素子２８０において、撮像光学系を介した光が結像することによる被写体像が合焦状態にある場合の、撮像光学系からの被写体までの距離のことである。ただし、光が撮像素子２８０上において一点に収束しなかったとしても、その大きさが許容錯乱円よりも小さければ合焦状態にあると見なせることから、合焦被写体距離はある程度の幅を持つことになる。本実施形態における合焦被写体距離は、このような幅を持つ値であってもよいが、狭義にはベスト被写体距離であるものとし、ベスト被写体距離とは、撮像光学系を介した光が、撮像素子２８０上において一点に収束した場合における、撮像光学系からの被写体までの距離を表すものとする。
【００３８】
これにより、図６（Ａ）に示したような撮像光学系を実現することが可能になる。つまり、ズームレンズ位置を広角側から望遠側に移動させるほど、合焦被写体距離（ベスト被写体距離）は小さくなる。つまり、被写界深度範囲はより撮像光学系に近い位置に設定される（つまり撮像光学系に近い位置に焦点が合う）ことになる。特に内視鏡装置等では、ズームレンズ２４０を望遠側に移動させる（ズーム倍率を上げる）場合には、拡大観察を行うことが想定され、その場合には、挿入部（撮像部２００）の先端も観察対象となる被写体に近づけることが一般的である。つまり、ズームレンズ２４０を望遠側に移動させるほど、撮像光学系と被写体との距離が小さくなることが想定されるため、図６（Ａ）に示したような光学系を用いることで、ピントが合いやすくなるという利点がある。
【００３９】
なお、本実施形態において用いる光学系は、レンズ二群駆動を想定している。レンズ二群駆動とは、ズームレンズとフォーカスレンズの両方が駆動可能な光学系の構成となる。この場合、ズームレンズ２４０の特性として、ズームレンズ位置を広角側から望遠側に移動させたとしても、ズーム倍率が変化するだけでベスト被写体距離が変化しないような構成にすることも可能である（一般的なデジタルスチルカメラ等で用いられる構成）。この場合には、フォーカスレンズ制御部３３０は、ズームレンズ位置が望遠側に移動した場合に、ベスト被写体距離を小さくするようにフォーカスレンズ２５０の位置を移動させる制御を行うことになる。
【００４０】
また、フォーカスレンズ制御部３３０は、ズームレンズ２４０が基準点よりも広角側に位置する場合には、焦点モードとして、ズームレンズ位置に応じた所定位置にフォーカスレンズ２５０を設定する固定焦点モードを選択し、ズームレンズ２４０が基準点よりも望遠側に位置する場合には、固定焦点モードとＡＦモードの切り替え制御を行ってもよい。
【００４１】
これにより、ズームレンズ２４０が基準点よりも広角側に位置する場合、つまり、内視鏡装置等においては病変部の発見等（スクリーニング）を行っていることが想定される場合には、固定焦点モードに設定し、ＡＦを実行しないようにする。スクリーニング時等は、図４（Ａ）のように、画像上の位置によって被写体距離が大きく異なることが想定される他、病変部を発見するために挿入部の先端を移動、回転させることにより、観察領域が大きく変化することも考えられるため、ＡＦが効果的でないためである。それに対して、ズームレンズ２４０が基準点よりも望遠側に位置する場合には、内視鏡装置における拡大観察等の場合であるため、固定焦点モードの他、ＡＦモードも選択可能にする。ここで、固定焦点モードとＡＦモードの切り替え制御とは、例えばユーザーの指示による切り替えが考えられる。つまり、ユーザーの意志によりＡＦを用いない従来の固定焦点モードに設定してもよいし、ＡＦモードに設定してもよい。ＡＦモードを選択した場合には、ＡＦが実行されるため、ピント合わせを容易に行うことができ、また、固定焦点モードを選択可能にすることで従来の観察手法を用いることもできるため、ユーザーの選択の幅を広げることが可能になる。
【００４２】
また、フォーカスレンズ制御部３３０は、ズームレンズ２４０が基準点よりも望遠側に位置する状態において、ＡＦ開始信号が入力された場合には、焦点モードをＡＦモードに設定し、ＡＦ開始信号が入力されなかった場合には、焦点モードを固定焦点モードに設定してもよい。
【００４３】
これにより、ズームレンズ２４０が基準点よりも望遠側に位置する場合に、ＡＦ開始信号が入力されたか否かに基づいて、焦点モードを設定することが可能になる。ＡＦ開始信号とは、ＡＦの開始を指示する信号であり、例えば操作部６００のＡＦボタン６２０が押下されることにより、フォーカスレンズ制御部３３０に対して入力されるものである。ＡＦボタン６２０を用いる手法であれば、ユーザーの意志を明確に反映することが可能である。ただし、これに限定されるものではなく、例えば画像処理部３４０における画像処理に基づく判定により、画像処理部３４０からフォーカスレンズ制御部３３０に対してＡＦ開始信号が出力されてもよく、また、他の手法であってもよい。このようにすることで、ズームレンズ２４０と基準点との位置関係だけでなく、ＡＦ開始信号も考慮した上で、焦点モードを設定することが可能になる。
【００４４】
また、フォーカスレンズ制御部３３０は、ズームレンズ２４０が基準点よりも広角側に位置する場合には、ＡＦ開始信号が入力された場合にも、焦点モードを固定焦点モードに設定してもよい。
【００４５】
これにより、ズームレンズ位置が広角側の場合には、ＡＦ開始信号が入力された場合にも固定焦点モードに設定することが可能になる。ズームレンズ２４０が基準点よりも広角側に位置する場合とは、上述したように内視鏡装置におけるスクリーニング等の場合であり、ＡＦが効果的でないことが想定される。そのような場合には、ＡＦモードに移行しても、画像の狭い領域にしかピントが合わない等、ユーザーの観察を妨げることになりかねない。よって、ズームレンズ位置が広角側の場合には、ＡＦ開始信号が入力された場合にも、固定焦点モードに設定することが望ましい。
【００４６】
また、焦点位置制御装置は、図１に示したようにズームレンズ２４０の位置を制御するズームレンズ制御部３２０を含んでもよい。そして、ズームレンズ制御部３２０は、ズームレンズ２４０の位置を連続的に制御する。
【００４７】
これにより、ズームレンズ位置の連続的な制御が可能になる。これは例えば、図７に示したように、連続的な位置を設定可能なズームレバー６１０等により実現できる。このようにすることで、ズームレンズ２４０の位置を細かく設定することが可能になる。
【００４８】
また、フォーカスレンズ制御部３３０は、焦点モードとしてＡＦモードが選択された場合には、シングルＡＦを実行してもよいし、コンティニュアスＡＦを実行してもよい。
【００４９】
ここで、シングルＡＦとは一回だけピントを合わせるモードであり、例えばデジタルスチルカメラ等であればシャッターボタンを半押しした際等にピントが合うことになる。ピント合わせは一回であるため、ピント合わせ後に被写体の移動等により被写体距離が変化すればピントは合わなくなる。コンティニュアスＡＦとはピント合わせを継続するモードであり、被写体が動けば、動いた被写体にあわせて再度ピント合わせを実行する。
【００５０】
これにより、ＡＦのモードとして、シングルＡＦを用いることもできるし、コンティニュアスＡＦを用いることもできる。シングルＡＦを用いるかコンティニュアスＡＦを用いるかは、システムにより決定されてもよいし、操作部６００等からユーザーが決定してもよい。
【００５１】
また、以上の本実施形態は、図１に示したように、光学倍率を調整するズームレンズ２４０及び焦点位置を調整するフォーカスレンズ２５０を含む撮像光学系と、撮像光学系で結像された被写体像に対応する画像を生成する撮像素子２８０と、フォーカスレンズ２５０の位置を制御するとともに、撮像光学系の焦点モードの設定制御を行うフォーカスレンズ制御部３３０と、を含む内視鏡装置に関係する。
【００５２】
これにより、基準点とズームレンズ２４０との位置関係に基づいて、固定焦点モードとＡＦモードの切り替え制御を行うことが可能な内視鏡装置を実現することが可能になる。内視鏡装置においては、上述したように、固定焦点モードではズームレンズ位置が広角側から望遠側に移動した場合に、合焦被写体距離（ベスト被写体距離）が単調減少するようにフォーカスレンズ２５０の位置を決定するような制御を行うことによる利点が大きい。ズームレンズ位置を望遠側に移動させる拡大観察時には、挿入部の先端を被写体に近づけることによる拡大操作も行われることが想定されるため、合焦被写体距離が小さいほどピントをあわせやすくなるためである。
【００５３】
また、内視鏡装置のフォーカスレンズ制御部３３０は、ズームレンズ２４０が基準点よりも広角側に位置する場合には、焦点モードとして、ズームレンズ位置に応じた所定位置にフォーカスレンズ２５０を設定する固定焦点モードを選択し、ズームレンズ２４０が基準点よりも望遠側に位置する場合には、固定焦点モードとＡＦモードの切り替え制御を行ってもよい。
【００５４】
これにより、本実施形態において上述したような、広角側では固定焦点モードを選択し、望遠側では固定焦点モードとＡＦモードを切り替え可能に設定する内視鏡装置を実現することが可能になる。
【００５５】
２．第２の実施形態
次に、本発明の第２の実施形態に係る内視鏡システムについて説明する。図８は本実施形態における操作部６００の一例を示した図である。本実施形態において、操作部６００は例えば撮像部２００と一体化して構成されており、ＡＦボタン６２０とズームボタン６３０を備えている。その他の構成は、第１の実施形態と同様である。
【００５６】
本実施形態において、操作部６００は例えばズームボタン６３０が押されると、ズームレンズ位置情報をズームレンズ制御部３２０に出力する。具体的には操作部６００は、ズームボタン６３０が押されるたびに、例えば図６（Ａ）に示したズームレンズ位置Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに対応する情報を順番にズームレンズ制御部に出力する。ズームレンズ制御部３２０は、操作部６００から出力されたズームレンズの位置情報を、ズームレンズ駆動部２６０に出力する。ズームレンズ駆動部２６０は、ズームレンズ制御部３２０から出力されたズームレンズの位置情報に基づいて、ズームレンズを駆動する。さらにズームレンズ制御部３２０は、ズームレンズの位置情報をフォーカスレンズ制御部３３０に出力する。また、操作部６００は例えばＡＦボタン６２０が押されるたびに、ＡＦの開始／終了信号を交互にフォーカスレンズ制御部３３０に出力する。
【００５７】
フォーカスレンズ制御部３３０は、ズームレンズ制御部３２０から出力されたズームレンズの位置情報と、操作部６００から出力されたＡＦの開始／終了情報に基づいて、第１の実施形態と同様に観察モードを決定し、フォーカスレンズ位置を制御する。この結果、ユーザーがズームボタン６３０を繰り返し押すことで、観察モード判定部３３１では固定焦点モードが選択され、ベスト被写体距離及び被写界深度範囲もズームレンズ位置Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに対応して図６（Ａ）のように切り替わることになる。これによりユーザーは、第１の実施形態で説明したズームレバー６１０の替わりにズームボタン６３０を押すことで、被写体にピントを合わせることが可能になる。
【００５８】
一方、ズームレンズ位置がＤにある場合は被写界深度の幅が狭くなるため、ユーザーが被写体にピント合わせることが難しくなる。このような場合、ユーザーはＡＦボタン６２０を押すことでＡＦを開始する。この時、観察モード判定部３３１ではＡＦモードが選択され、図６（Ｂ）に示すように被写体までの距離に合わせてフォーカスレンズ位置が制御されることで、ユーザーが容易に病変部にピントを合わせることが可能になる。
【００５９】
なお本実施形態では、ズームレンズ位置Ｄにおいて、フォーカスレンズ位置を移動することでベスト被写体距離を最も短くした場合の光学倍率が、拡大観察に十分であると仮定している。この場合の光学倍率が、拡大観察に不足する場合は、例えばズームレンズ位置がＡ〜ＥもしくはＡ〜Ｆの範囲で切り替わるようにすることで光学倍率を大きくすればよい。
【００６０】
また、例えばズームレンズ位置をＡ〜Ｄの範囲で切り替える場合も、ズームレンズ位置Ｂを省略し、ユーザーがズームボタン６３０を繰り返し押すことで、ズームレンズ位置Ａ,Ｃ,Ｄが順番に切り替わるような設定にしてもよい。ズームレンズ位置Ａ〜Ｃ付近では被写界深度範囲が比較的広いため、ズームレンズ位置ＡとＣのように被写界深度範囲が連続せずに切り替わるような設定を行ったとしても、ユーザーは撮像部２００の位置を調整することで容易に被写体にピントを合わせることができる。
【００６１】
以上の本実施形態では、焦点位置制御装置は、ズームレンズ２４０の位置を制御するズームレンズ制御部３２０を含む。そして、ズームレンズ制御部３２０は、ズームレンズ２４０の位置を離散的に制御する。
【００６２】
これにより、ズームレンズ位置の離散的な制御が可能になる。これは例えば、図６（Ａ）、図６（Ｂ）におけるＡ〜Ｆの６箇所のうちのいずれかを選択する制御等である。第１の実施形態のような連続的な制御に比べて、ズームレンズ位置の選択の幅は狭まるものの、ユーザーによるズームレンズ位置の微調整が不要になるため、ズームレンズ位置の設定操作を容易にすることができる。なお、離散的な制御は例えば上述したように、ズームボタン６３０等を用いることで実現できる。
【００６３】
また、ズームレンズ制御部３２０は、離散的なズームレンズ位置として、基準点よりも広角側の位置である第１のズームレンズ位置及び基準点よりも望遠側の位置である第２のズームレンズ位置のいずれかを選択する制御を行ってもよい。そして、フォーカスレンズ制御部３３０は、ズームレンズ２４０が、第１のズームレンズ位置にあるか第２のズームレンズ位置にあるかに応じて、固定焦点モード及びＡＦモードの切り替え制御を行う。
【００６４】
これにより、２つのズームレンズ位置の切り替えによる観察が可能になる。固定焦点モードとＡＦモードの切り替え制御としては、広角側である第１のズームレンズ位置においては固定焦点モードを選択し、望遠側である第２のズームレンズ位置においては固定焦点モードとＡＦモードを選択可能にすることが考えられる。このようにすることで、ズームレンズ位置を少なく限定することができるため、ユーザーの操作を容易にすることが可能になる。上述の例であれば、ＡＦを用いない広角モード（第１のズームレンズ位置）と、ＡＦを用いることが可能な望遠モード（第２のズームレンズ位置）の２つの切り替えを考慮すればよいため、連続的なズームレンズ位置制御や、選択可能なズームレンズ位置が多数存在する離散的ズームレンズ位置制御に比べて、ユーザーの負担が軽くなる。
【００６５】
３．第３の実施形態
次に、第３の実施形態に係る内視鏡システムについて、図１０をもちいて説明する。図示しない本実施形態の操作部６００は、例えばズームレバー６１０を備えており、ＡＦボタン６２０が省略された構成になっている。操作部６００から出力された情報は、ズームレンズ制御部３２０に出力され、フォーカスレンズ制御部３３０には出力されない。その他の構成は、第１の実施形態と同じである。
【００６６】
本実施形態におけるフォーカスレンズ制御部３３０の詳細について、図３を用いて説明する。フォーカスレンズ制御部３３０（広義にはフォーカス制御部）は、観察モード判定部３３１と、フォーカスレンズ位置決定部３３２と、ＡＦ制御部３３３を備えている。観察モード判定部３３１は、ズームレンズ制御部３２０から出力されたズームレンズの位置情報に基づいて、観察モードを決定する。具体的には、観察モード判定部３３１はズームレンズの位置が所定の位置ＤよりもＷＩＤＥ側に位置する場合は固定焦点モードを選択し、ズームレンズの位置情報をフォーカスレンズ位置決定部３３２に出力する。フォーカスレンズ位置決定部３３２は、ズームレンズの位置情報に基づいてフォーカスレンズ位置を決定し、フォーカスレンズの位置情報をフォーカスレンズ駆動部２７０に出力する。フォーカスレンズ駆動部２７０は、フォーカスレンズ位置決定部３３２から出力されたフォーカスレンズの位置情報に基づいて、フォーカスレンズを駆動する。本実施形態における、固定焦点モードが選択された場合のフォーカスレンズ位置の決定方法は、第１の実施形態と同様である。
【００６７】
また、観察モード判定部３３１は、ズームレンズ位置が所定の位置ＤよりもＴＥＬＥ側にある場合はＡＦモードを選択し、ＡＦの開始信号をＡＦ制御部３３３に出力する。ＡＦ制御部３３３は、観察モード判定部３３１から出力されたＡＦの開始信号に従って、ＡＦ動作を開始する。本実施形態においては、ズームレンズ位置が所定の位置ＤよりもＴＥＬＥ側に移動して被写界深度幅が狭くなると、自動的にＡＦが開始される。これにより、ユーザーはＡＦボタン６２０を使用することなく、ズームレバー６１０の操作だけでＡＦを開始することができるため、快適に観察を行うことができる。さらにＡＦ制御部３３３は、算出されたコントラスト値から合焦状態となったか否かの判定を行い、合焦状態と判定された場合はＡＦ動作を終了してもよいし、観察モード判定部３３１からＡＦの終了信号が出力されるまではＡＦを継続するように、公知のコンティニュアスＡＦ技術に基づいて、フォーカスレンズを駆動してもよい。ここで観察モード判定部３３１は、例えばズームレンズの位置が所定の位置ＤよりもＷＩＤＥ側に位置し、なおかつコンティニュアスＡＦ動作が継続されている場合は、固定焦点モードを選択してズームレンズの位置情報をフォーカスレンズ位置決定部３３２に出力すると共に、ＡＦ制御部３３３にコンティニュアスＡＦの終了信号を出力すればよい。これにより、例えばＡＦ制御部３３３によりコンティニュアスＡＦが継続されている場合も、ユーザーはズームレバー６１０をＷＩＤＥ側に移動させることでコンティニュアスＡＦを終了することができる。
【００６８】
以上の本実施形態では、フォーカスレンズ制御部３３０は、ズームレンズ２４０が基準点よりも広角側に位置する場合には、焦点モードとして、ズームレンズ位置に応じた所定位置にフォーカスレンズ２５０を設定する固定焦点モードを選択し、ズームレンズ２４０が基準点よりも望遠側に位置する場合には、ＡＦモードを選択する制御を行う。
【００６９】
これにより、第１の実施形態とは異なり、ズームレンズ位置が望遠側にある場合には、ＡＦ開始信号等の他の情報を用いることなく、ＡＦモードを選択することが可能になる。ズームレンズ位置が望遠側にある場合には、ズーム倍率が大きいこと及びベスト被写体距離が小さいことにより、被写界深度の幅が非常に狭くなっている。さらに、被写体の移動（内視鏡装置による生体観察であれば拍動等によるものが考えられる）や光学系の移動（手ぶれ等）があるため、手動によるピント合わせが困難であり、ＡＦを実行するＡＦモードを選択することは自然である。このようにすることで、図７におけるＡＦボタン６２０等の操作を行うことなく、ＡＦモードを実行することができるため、ユーザーにとって利便性の高いシステムを提供することが可能になる。
【００７０】
また、フォーカスレンズ制御部３３０は、焦点モードとしてＡＦモードが選択された状態において、ズームレンズ２４０が基準点よりも広角側に移動した場合には、ＡＦモードを終了し、焦点モードを固定焦点モードに設定してもよい。
【００７１】
これにより、ズームレンズ２４０の位置が基準点よりも広角側に移動したことを、ＡＦモードの終了条件として用いることが可能になる。シングルＡＦにおいては、ピント合わせが一回のため、終了条件を考慮する必要性は高くないが、コンティニュアスＡＦにおいては、ピント合わせを継続するため、適切な終了条件を設定し、条件を満たした場合にピント合わせを終了する必要があるためである。
【００７２】
また、以上の本実施形態は、以下の内視鏡装置に関係する。内視鏡装置のフォーカスレンズ制御部３３０は、ズームレンズ２４０が基準点よりも広角側に位置する場合には、焦点モードとして、ズームレンズ位置に応じた所定位置にフォーカスレンズ２５０を設定する固定焦点モードを選択し、ズームレンズ２４０が基準点よりも望遠側に位置する場合には、ＡＦモードを選択する制御を行う。
【００７３】
これにより、本実施形態において上述したような、広角側では固定焦点モードを選択し、望遠側ではＡＦモードを選択する内視鏡装置を実現することが可能になる。
【００７４】
４．第４の実施形態
以上でも述べたように、内視鏡装置では被写体に近づいて拡大させて観察する場面が多く、拡大観察時には生体の動きやスコープ先端のブレにより静止した画像を得ることが難しい。そこで、内視鏡装置においてもオートフォーカス（ＡＦ）が必要とされるようになってきた。
【００７５】
例えば特許文献２には、対物光学系のフォーカスを駆動するフォーカス駆動部を撮像部に設け、被写体に対してＡＦを行う内視鏡装置が開示されている。
【００７６】
しかしながら、特許文献２では、ＡＦ停止／起動の切り替えを操作部に設けられたスイッチで制御する。このため、ユーザーは従来の内視鏡操作に加えて、ＡＦ停止／起動の操作を行う必要があり、煩雑性が増してしまう。
【００７７】
また、特許文献３には、被写体までの距離を検出して、その距離に応じてＡＦを行い、更に一定時間以上その距離が一定範囲内にあることを条件としてＡＦのオン／オフを切り替えるスイッチを有する内視鏡装置が開示されている。
【００７８】
しかしながら、通常、ユーザーは、先端に撮像部が配置された内視鏡のスコープを生体に挿入すると、最初は病変候補等の注目する箇所を見つけるために広視野でスクリーニングを行う。その際にオートフォーカスがコンティニュアス（逐次的）に行われてしまうと、視野が短時間の間に大きくなったり小さくなったりと定まらず、観察に悪影響を与えてしまう。また、フォーカスしている被写体までの距離が頻繁に変わってしまうとユーザーはピントの合う距離感をつかめない。一方、スクリーニングを行って注目する箇所が見つかると、ユーザーはその箇所へスコープの先端を近づけて、大きく表示させて観察する。その際には、じっくりと観察したいので、オートフォーカスがコンティニュアスに行われブレのない画像を提供することが望ましい。
【００７９】
そこで、本実施形態では、観察状態に応じて自動的に焦点モードを設定する。即ち、拡大観察時にはコンティニュアスなＡＦ動作を行うモードを設定し、広視野での観察を行う場合にはコンティニュアスなＡＦ動作を行うモードを設定しない。
【００８０】
これにより、スクリーニングを行っている際には、フォーカスしている被写体までの距離が変わらないため、ユーザーはピントの合う距離感を把握することができる。また、ＡＦ動作による視野の変動がなく、観察への悪影響がない。拡大観察を行っている際には、コンティニュアスにＡＦ動作が行われるため、ユーザーが見たい被写体にピントが合った画像を提供できる。
【００８１】
なお以下では、第４、第６の実施形態において、レンズ一群駆動及び位相差ＡＦを行う内視鏡装置を説明し、第５の実施形態において、レンズ二群駆動及びコントラストＡＦを行う内視鏡装置を説明するが、本実施形態では、レンズ駆動方式とＡＦ方式の組み合わせは、これらに限定されない。
【００８２】
図１１に、コンティニュアスＡＦモードとシングルＡＦモードの切り替え制御を行う第４の実施形態における内視鏡装置の構成例を示す。図１１に示す内視鏡装置は、撮像部１０（挿入部）、Ａ／Ｄ変換部２０、信号処理部３０（画像処理部）、フォーカス制御部３５、出力部７０（表示部）、制御部８０、Ｉ／Ｆ部９０（操作部、外部インターフェース部）を含む。撮像部１０は、光学倍率を調整するズームレンズ１２と、被写体の画像を撮像する撮像素子１４と、を含む。フォーカス制御部３５は、位相差を算出する位相差算出部４０と、ズームレンズ１２を駆動する駆動部５０と、モード切り替えを行う切り替え部６０と、を含む。
【００８３】
ズームレンズ１２及び撮像素子１４を介した撮影により得られたアナログの信号は、Ａ／Ｄ変換部２０によりデジタルの信号へ変換される。Ａ／Ｄ変換部２０は信号処理部３０と位相差算出部４０へ接続されている。信号処理部３０は出力部７０へ接続されている。位相差算出部４０は駆動部５０へ接続されている。駆動部５０は、ズームレンズ１２の位置を移動させる機構である図示しない駆動機構へ接続されている。駆動部５０は切り換え部６０と双方向に接続されている。また、例えばマイクロコンピュータなどで構成される制御部８０は、Ａ／Ｄ変換部２０、信号処理部３０、位相差算出部４０、駆動部５０、切り替え部６０、出力部７０と双方向に接続されている。また、例えば電源スイッチや、変数設定を行うためのインターフェースなどを備えた外部Ｉ／Ｆ部９０は、制御部８０と双方向に接続されている。
【００８４】
第４の実施形態における内視鏡装置の動作について説明する。被写体から反射した反射光がズームレンズ１２（ズームレンズ１２を含む図示しない結像レンズ群）により撮像素子１４上に結像される。撮像素子１４は、結像の光電変換を行い、光電変換で得られたアナログ信号をＡ／Ｄ変換部２０に出力する。Ａ／Ｄ変換部２０は、入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換し、そのデジタル信号を信号処理部３０に出力する。また、撮像素子１４には、分割された瞳に対応する２つの結像の位相差を検出するための位相差検出用素子が配置されている。位相差検出用素子を含む撮像素子１４については、後で詳細に説明する。Ａ／Ｄ変換部２０は、位相差検出用素子により取得されたアナログ信号をデジタル信号へ変換し、そのデジタル信号を位相差算出部４０に出力する。
【００８５】
位相差算出部４０は、位相差検出用素子により取得されＡ／Ｄ変換部２０により変換されたデジタル信号に基づいて、位相差（位相差情報）を算出する。位相差算出部４０は、算出された位相差に基づいて、被写体が合焦するズームレンズ１２の位置（以下では適宜、「合焦レンズ位置」と呼ぶ）を決定する。
【００８６】
駆動部５０は、ズームレンズ１２が今どの位置に設定されているかを表す現在位置の情報を保持する。駆動部５０は、コンティニュアスＡＦ（逐次的なＡＦ）を行うモードであるコンティニュアスＡＦモードがオンである場合には、位相差算出部４０により逐次に決定された合焦レンズ位置の情報に基づいて、現在位置から合焦レンズ位置へ逐次にズームレンズ１２を移動させる。即ち、コンティニュアスＡＦモードがオンである場合には、合焦レンズ位置が変化する毎にズームレンズ１２の位置が移動され、被写体に対して常にピントが合った状態となる。
【００８７】
一方、コンティニュアスＡＦモードがオフ（シングルＡＦモードがオン）である場合には、駆動部５０は、合焦レンズ位置の情報に基づいてシングルＡＦ動作を行う。即ち、合焦レンズ位置が変化する毎に逐次にズームレンズ１２の位置を移動させるのではなく、所定間隔で、各回において１回ずつズームレンズ１２を合焦レンズ位置に移動させる。
【００８８】
切り換え部６０は、コンティニュアスＡＦモードのオン／オフを切り換える。即ち、コンティニュアスＡＦモードとシングルＡＦモードを切り替える。具体的には、切り替え部６０は、ズームレンズ１２の現在位置情報を駆動部５０から取得する。図１２に示すように、切り替え部６０は、ズームレンズ１２の現在位置が所定の位置Ｄｗより広角側にある場合には、コンティニュアスＡＦモードをオフにする。また、切り替え部６０は、ズームレンズ１２の現在位置が所定の位置Ｄｔより望遠側にある場合には、コンティニュアスＡＦモードをオンにする。なお、ＤｗとＤｔは同一であってもよいし、異なってもよい。切り替え部６０は、コンティニュアスＡＦモードのオン／オフの情報を駆動部５０へ送信する。
【００８９】
信号処理部３０は、Ａ／Ｄ変換部２０からの画像（デジタル信号）に対して、例えば階調変換処理などの画像処理を行う。出力部７０は、信号処理部３０により画像処理された画像を、例えばメモリカードなどの記録媒体に保存し、あるいは不図示の表示装置に出力する。
【００９０】
次に、本実施形態の具体的な動作について、実際の使用状況を想定して説明する。まずユーザーは、先端に撮像部１０が配置された内視鏡のスコープを生体に挿入し、診断を開始する。診断の最初は、注目する箇所（例えば病変候補など）を見つけるために広視野でスクリーニングを行う。このように広視野の観察で始まるので、切り換え部６０は、初期設定としてコンティニュアスＡＦモードをオフに設定する。
【００９１】
撮像素子１４の位相差検出用素子により信号が取得され、その信号はＡ／Ｄ変換部２０によりデジタル信号に変換され、そのデジタル信号に基づいて位相差算出部４０により位相差が算出され、その位相差に基づいて合焦レンズ位置が逐次的に決定される。
【００９２】
コンティニュアスＡＦモードがオフであるので、駆動部５０は、一定時間間隔ごとに、位相差算出部４０からの合焦レンズ位置へ、ズームレンズ１２を各回につき一回だけ駆動する。
【００９３】
切り換え部６０は、駆動部５０からズームレンズ１２の現在位置情報を取得し、モード切り替えの判定を行う。現在位置は所定位置Ｄｗよりも広角側の場合には、コンティニュアスＡＦモードの設定を維持する。
【００９４】
ユーザーがスクリーニングを行って注目する箇所が見つかると、ユーザーはその箇所へスコープの先端を近づけて、大きく表示させて観察する。駆動部５０では一定時間毎に一度だけズームレンズ１２を合焦レンズ位置へ駆動しているが、拡大観察を行うため、ある時点でそのズームレンズ１２の位置が所定の位置Ｄｔより望遠側に駆動されることになる。切り換え部６０は、駆動部５０から取得している現在位置情報が所定位置Ｄｔより望遠側にあると判定した場合、コンティニュアスＡＦモードをオンに切り換え、駆動部５０へコンティニュアスＡＦモードがオンであるという情報を伝達する。
【００９５】
位相差算出部４０は逐次的に合焦レンズ位置を決定しており、駆動部５０は、コンティニュアスＡＦモードがオンになったことから、位相差算出部４０から伝達される合焦レンズ位置へ逐次的にズームレンズ１２を駆動する。即ちコンティニュアスＡＦ動作を行う。
【００９６】
ユーザーは注目する箇所を見終わると、再度スクリーニングを始め、広視野での観察を行う。駆動部５０は逐次的に合焦レンズ位置へズームレンズ１２を駆動しているが、広視野での観察に移行するとズームレンズ１２は広角側へ駆動される。切り換え部６０は、駆動部５０から取得するズームレンズ１２の現在位置が所定位置Ｄｗよりも広角側にきたと判定した場合、コンティニュアスＡＦモードをオフに切り換え、駆動部５０は、シングルＡＦ動作を行う。
【００９７】
なお、コンティニュアスＡＦモードがオンからオフに切り替わった場合に、ズームレンズ１２を深度の深い所定の固定位置Ｄｚ（図１２に示す位置Ｄｚ）に移動させてもよい。このようにすれば、位置Ｄｚは、所定位置Ｄｗよりも広角側の位置であり被写界深度が広いため、コンティニュアスＡＦが行われなくなったときに、被写体にピントが合っている状態を得られやすくなる。
【００９８】
以上の実施形態によれば、図１１で説明したように、フォーカス制御装置は、光学倍率を調整するズームレンズ１２を少なくとも含む撮像光学系のフォーカス制御を行うとともに、撮像光学系の焦点モードの設定制御を行うフォーカス制御部３５と、撮像光学系を介して画像を取得する画像取得部と、を含む。図１２で説明したように、フォーカス制御部３５は、ズームレンズ１２の位置が、広角端と望遠端の間に位置する基準点Ｄｗよりも広角側である場合には、コンティニュアスＡＦを行うモードに焦点モードを設定し、ズームレンズ１２の位置が、基準点Ｄｔよりも望遠側である場合には、コンティニュアスＡＦを停止する。
【００９９】
より具体的には、フォーカス制御部３５は、ズームレンズ１２の位置が基準点Ｄｔよりも望遠側である場合、シングルＡＦを行うモードに焦点モードを設定する。
【０１００】
このようにすれば、拡大観察ではコンティニュアスＡＦモードに設定できるため、被写界深度が狭い高倍率の観察においても、被写体に合焦した見やすい画像をユーザーに提供することができる。また、通常観察ではシングルＡＦモードに設定できるので、フォーカスが一定時間維持され、短時間で変わることがない。そのため、スクリーニングなどにおいてユーザーがピントの合う距離を判断しやすくなる。また、一定時間ごとにＡＦ動作が行われるため、ユーザーが自らフォーカス調整を行う手間が軽減され、ユーザーの負担を減らすことができる。
【０１０１】
５．第５の実施形態
次に、レンズ二群駆動でありコントラストＡＦを行う第５の実施形態について説明する。図１３に、第５の実施形態における内視鏡装置の構成例を示す。
【０１０２】
図１３の内視鏡装置は、撮像部１０、Ａ／Ｄ変換部２０、信号処理部３０、フォーカス制御部３５、出力部７０、制御部８０、Ｉ／Ｆ部９０を含む。撮像部１０は、フォーカス調整を行うフォーカスレンズ１１と、光学倍率を調整するズームレンズ１２と、撮像素子１４と、を含む。フォーカス制御部３５は、コントラスト値を算出するコントラスト算出部４２と、合焦レンズ位置を決定する合焦位置決定部４４と、フォーカスレンズ１１及びズームレンズ１２を駆動する駆動部５０と、切り替え部６０と、を含む。制御部８０は、ズーム倍率設定部８２を含む。
【０１０３】
なお以下では、第４の実施形態と同一の構成要素については同一の符号を付して適宜説明を省略し、第４の実施形態と異なる構成及び動作について説明する。
【０１０４】
フォーカスレンズ１１、ズームレンズ１２及び撮像素子１４を介して撮影されたアナログの信号は、Ａ／Ｄ変換部２０によりデジタルの信号へ変換される。Ａ／Ｄ変換部２０は信号処理部３０へ接続されている。信号処理部３０はコントラスト算出部４２と出力部７０へ接続されている。コントラスト算出部４２は合焦位置決定部４４へ接続されている。合焦位置決定部４４は駆動部５０へ接続されている。駆動部５０は、フォーカスレンズ１１の位置を移動させる機構である図示しない駆動機構と、ズームレンズ１２の位置を移動させる機構である図示しない駆動機構と、へ接続されている。駆動部５０は切り換え部６０と双方向に接続されている。また、例えばマイクロコンピュータなどで構成される制御部８０は、Ａ／Ｄ変換部２０、信号処理部３０、コントラスト算出部４２、合焦位置決定部４４、駆動部５０、切り替え部６０、出力部７０と双方向に接続されている。また、例えば電源スイッチや、変数設定を行うためのインターフェースなどを備えたＩ／Ｆ部９０は、制御部８０と双方向に接続されている。なお、Ｉ／Ｆ部９０は更に、ユーザーがズームレンズの位置を手動で動作させることができるレバー等が設けられてもよい。
【０１０５】
第５の実施形態における内視鏡装置の動作について説明する。被写体から反射した反射光は、フォーカスレンズ１１及びズームレンズ１２（フォーカスレンズ１１及びズームレンズ１２を含む図示しない結像レンズ群）により撮像素子１４上に結像される。Ａ／Ｄ変換部２０によりＡ／Ｄ変換された画像は、信号処理部３０により画像処理され、その画像処理後の画像がコントラスト算出部４２に出力される。
【０１０６】
駆動部５０は、フォーカスレンズ１１を光軸上の複数の位置（少なくとも３つ以上）に移動させ（ウォブリング）、信号処理部３０は、その各位置における画像を取得する。コントラスト算出部４２は、各位置に対応するコントラスト値を算出する。即ち、コントラスト算出部４２は、信号処理部３０からの画像に対してハイパスフィルタ処理又はバンドパスフィルタ処理を行い、その処理結果を画像内で積算することでコントラスト値を算出する。
【０１０７】
合焦位置決定部４４は、コントラスト算出部４２からの複数のコントラスト値と、各コントラスト値に対応するフォーカスレンズ１１の位置に基づいて、被写体に対して合焦するフォーカスレンズ１１の位置（合焦レンズ位置）を決定する。具体的には、合焦位置決定部４４は、複数のレンズ位置に対応して取得された複数のコントラスト値から、コントラスト値がピーク（最大）となる位置を算出し、その位置を合焦レンズ位置とする。
【０１０８】
なお、本実施形態では、上記のような山登り方によるコントラストＡＦに限定されず、他の手法によるＡＦを行ってもよい。例えば、フォーカスレンズ１１を２つの位置で切り替える２焦点切り替えの場合に、現在のレンズ位置においてコントラスト値が所定値よりも小さくなったと判断したら、もう一つのレンズ位置にフォーカスレンズ１１を移動させる手法を採用してもよい。
【０１０９】
駆動部５０は、ズームレンズ１２及びフォーカスレンズ１１が今どの位置に設定されているかを表す現在位置情報を保持する。切り替え部６０は、現在位置情報に基づいてコンティニュアスＡＦモードのオン／オフを切り換え、駆動部５０は、そのオン／オフ情報に基づいてコントラストＡＦ動作あるいはシングルＡＦ動作を行う。この切り替え動作についは、第４の実施形態と同様である。
【０１１０】
駆動部５０は、フォーカスレンズ１１の位置を移動させる制御を行うフォーカスレンズ制御部５２と、ズームレンズ１２の位置を移動させる制御を行うズームレンズ制御部５４を含む。フォーカスレンズ制御部５２は、上記のＡＦ動作においてフォーカスレンズ１１を駆動する。ズームレンズ制御部５４は、制御部８０のズーム倍率設定部８２が設定した光学倍率に対応する位置に、ズームレンズ１２を移動させる。なお、Ｉ／Ｆ部９０に含まれる操作部（例えば図７のズームレバー６１０）をユーザーが操作することで、ズーム倍率設定部８２に光学倍率が設定される。
【０１１１】
実際の使用状況を想定した、本実施形態の具体的な動作については、ＡＦ動作がコントラストＡＦである点とレンズ二群駆動である点が第４の実施形態と異なる。
【０１１２】
即ち、第５の実施形態では、スクリーニングにおいて、切り替え部６０がフォーカスレンズ１１の位置が所定の位置Ｄｗよりも広角側であると判断した場合、コンティニュアスＡＦモードをオフに設定する。コンティニュアスＡＦモードがオフのときには、フォーカス制御部３５は、一定時間間隔毎に、コントラストＡＦを１回ずつ行う。即ち、フォーカス制御部３５は、ウォブリング動作により合焦レンズ位置を決め、その位置にフォーカスレンズ１１を移動させる一連の動作を、一定時間間隔毎に１回ずつ行う。
【０１１３】
また、拡大観察において、切り替え部６０は、フォーカスレンズ１１の位置が所定の位置Ｄｔよりも望遠側であると判断した場合、コンティニュアスＡＦモードをオンに設定する。コンティニュアスＡＦモードがオンのときには、フォーカス制御部３５は、コントラストＡＦ動作を逐次的に行う。即ち、フォーカス制御部３５は、ウォブリング動作を逐次行って合焦レンズ位置を決め、その逐次に求められる合焦レンズ位置に、そのつどフォーカスレンズ１１を移動させる。
【０１１４】
以上の実施形態によれば、コントラストＡＦやレンズ二群駆動を用いた場合にも、拡大観察においてコンティニュアスＡＦを行い、通常観察においてシングルＡＦを行うことができ、ユーザーに見やすい画像を提供できる。
【０１１５】
６．第６の実施形態
次に、コンティニュアスＡＦモードがオフの場合に固定焦点となる第６の実施形態について説明する。図１４に、第６の実施形態における内視鏡装置の構成例を示す。
【０１１６】
図１４の内視鏡装置は、撮像部１０、Ａ／Ｄ変換部２０、信号処理部３０、フォーカス制御部３５、出力部７０、制御部８０、Ｉ／Ｆ部９０を含む。撮像部１０は、ズームレンズ１２、撮像素子１４を含む。フォーカス制御部３５は、位相差算出部４０、駆動部５０、切り替え部６０を含む。制御部８０は、ズーム倍率設定部８２を含む。
【０１１７】
なお以下では、第４の実施形態と同一の構成要素については同一の符号を付して適宜説明を省略し、第４の実施形態と異なる構成及び動作について説明する。
【０１１８】
位相差算出部４０は切り換え部６０に接続している。他の構成要素の接続関係については、第４の実施形態と同様である。
【０１１９】
位相差算出部４０は、撮像素子１４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、被写体が合焦するズームレンズ１２の位置（合焦レンズ位置）を位相差に基づいて算出する。
【０１２０】
切り替え部６０は、コンティニュアスＡＦモードがオンの場合には、ズームレンズ１２の現在位置情報を駆動部５０から取得し、その現在位置情報に基づいてコンティニュアスＡＦモードをオフにするか否かを判断する。また切り替え部６０は、コンティニュアスＡＦモードがオフの場合には、位相差算出部４０から合焦レンズ位置を取得し、その合焦レンズ位置に基づいてコンティニュアスＡＦモードをオンにするか否かを判断する。コンティニュアスＡＦモードがオフの場合には、光学倍率を変えない限りズームレンズ１２は移動しないが、合焦レンズ位置を見ることで、ピントが合うレンズ位置が広角側にあるのか望遠側にあるのかを判定できるからである。
【０１２１】
なお、コンティニュアスＡＦモードがオンの場合において、切り替え部６０は、位相差算出部４０からの合焦レンズ位置情報に基づいてコンティニュアスＡＦモードをオフにするか否かを判断してもよい。また、コンティニュアスＡＦモードがオフの場合において、切り替え部６０は、光学倍率に応じて設定されたズームレンズ１２の現在位置情報を駆動部５０から取得し、その現在位置情報に基づいてコンティニュアスＡＦモードをオンにするか否かを判断してもよい。例えばコントラストＡＦを用いる場合、固定焦点モードでウォブリング動作を行うのは適切でないと考えられるため、ズームレンズ１２の現在位置から判定を行えばよい。
【０１２２】
駆動部５０は、コンティニュアスＡＦモードがオフ（固定焦点モード）に設定された場合には、ズーム倍率設定部８２により設定された光学倍率に対応する位置（又は所定の固定位置）にズームレンズ１２を設定し、ＡＦ動作は行わない。なお、Ｉ／Ｆ部９０に含まれる操作部（例えば図７のズームレバー６１０）をユーザーが操作することで、ズーム倍率設定部８２に光学倍率が設定される。他の構成要素の動作については、第４の実施形態と同様である。
【０１２３】
本実施形態の具体的な動作について、実際の使用状況を想定して説明する。まずユーザーは、先端に撮像部１０が配置された内視鏡のスコープを生体に挿入し、診断を開始する。診断の最初は、注目する箇所（例えば病変候補など）を見つけるために広視野でスクリーニングを行う。このように広視野の観察で始まるので、切り換え部６０は、初期設定としてコンティニュアスＡＦモードをオフに設定する。
【０１２４】
撮像素子１４の位相差検出用素子により信号が取得され、その信号はＡ／Ｄ変換部２０によりデジタル信号に変換され、そのデジタル信号に基づいて位相差算出部４０により位相差が算出され、その位相差に基づいて合焦レンズ位置が逐次的に決定される。
【０１２５】
切り換え部６０は、位相差算出部４０から合焦レンズ位置の情報を取得し、モード切り替えの判定を行う。合焦レンズ位置が所定位置Ｄｗ（図１２）よりも広角側の場合、コンティニュアスＡＦモードをオフに設定する（オフを維持する）。このように、スクリーニングでは、固定焦点モードとなり、光学倍率に応じた固定位置にズームレンズ１２が設定される。
【０１２６】
ユーザーがスクリーニングを行って注目する箇所が見つかると、ユーザーはその箇所へスコープの先端を近づけて、大きく表示させて観察する。切り換え部６０は、位相差算出部４０から取得した合焦レンズ位置（又は、光学倍率に応じたズームレンズ１２の現在位置を用いる場合には、駆動部５０から取得したズームレンズ１２の現在位置）が所定位置Ｄｔより望遠側にあると判定した場合、コンティニュアスＡＦモードをオンに切り換え、駆動部５０へコンティニュアスＡＦモードがオンであるという情報を伝達する。
【０１２７】
駆動部５０は、コンティニュアスＡＦモードがオンになったことから、位相差算出部４０から伝達される合焦レンズ位置へ逐次的にズームレンズ１２を駆動する。即ちコンティニュアスＡＦ動作を行う。
【０１２８】
ユーザーは注目する箇所を見終わると、再度スクリーニングを始め、広視野での観察を行う。駆動部５０は逐次的に合焦レンズ位置へズームレンズ１２を駆動しているが、広視野での観察に移行するとズームレンズ１２は広角側へ駆動される。切り換え部６０は、駆動部５０から取得するズームレンズ１２の現在位置（又は位相差算出部４０から取得する合焦レンズ位置）が所定位置Ｄｗよりも広角側にきたと判定した場合、コンティニュアスＡＦモードをオフに切り換え、駆動部５０は、ＡＦ動作を停止する。
【０１２９】
なお、コンティニュアスＡＦモードがオンからオフに切り替わった場合に、ズームレンズ１２を深度の深い所定の固定位置Ｄｚ（図１２に示す位置Ｄｚ）に移動させてもよい。このようにすれば、位置Ｄｚは、所定位置Ｄｗよりも広角側の位置であり被写界深度が広いため、コンティニュアスＡＦが行われなくなったときに、被写体にピントが合っている状態を得られやすくなる。
【０１３０】
以上に述べた第６の実施形態によれば、拡大観察ではコンティニュアスＡＦモードに設定されるため、被写界深度が狭い高倍率の観察においても、被写体に合焦した見やすい画像をユーザーに提供することができる。また、通常観察では固定焦点モードに設定されるため、ユーザーが操作しない限りフォーカスが変更されないため、スクリーニングなどにおいてユーザーがピントの合う距離を判断しやすくなる。
【０１３１】
以上の実施形態によれば、フォーカス制御装置は、光学倍率を調整するズームレンズを少なくとも含む撮像光学系のフォーカス制御を行うとともに、撮像光学系の焦点モードの設定制御を行うフォーカス制御部と、撮像光学系を介して画像を取得する画像取得部と、を含む。焦点モードは、固定焦点モード及びＡＦ(Auto-Focus)モードを有する。フォーカス制御部は、広角端と望遠端の間に位置する基準点に対して、ズームレンズの位置が広角側であるか望遠側であるかに応じて、固定焦点モード及びＡＦモードの切り替え制御を行う。
【０１３２】
なお、フォーカス制御部は、例えば図１のフォーカスレンズ制御部３３０（第１、第２の実施形態）、又は図１０のフォーカスレンズ制御部３３０（第３の実施形態）、又は図１４のフォーカス制御部３５（第６の実施形態）に対応する。フォーカス制御は、図９等で説明したように、レンズ二群駆動であってもよいし、レンズ一群駆動であってもよい。ＡＦモードでは、第１の実施形態等で説明したように、シングルＡＦを行ってもよいし、コンティニュアスＡＦを行ってもよい。
【０１３３】
ここで、ズームレンズの位置とは、撮像光学系において実際にズームレンズが設定された位置、又は、ズームレンズの移動により合焦を行うレンズ一群駆動において、被写体が合焦するレンズ位置（合焦レンズ位置）として算出した位置である。例えば、第１の実施形態等で説明したように、図７のズームレバー６１０をユーザーが操作し、その操作情報に基づいて図１のズームレンズ制御部３２０がズームレンズ２４０を移動させ、その実際に設定されたズームレンズ２４０の位置に基づいてフォーカスレンズ制御部３３０がモード切り替えを判定する。あるいは、第６の実施形態で説明したように、固定焦点モードにおいて位相差算出部４０が位相差に基づいて合焦レンズ位置を算出し、その合焦レンズ位置に基づいてコンティニュアスＡＦモードに切り替えるか否かを判定する。
【０１３４】
このようにすれば、少なくとも基準点とズームレンズとの位置関係に基づいて、固定焦点モードとＡＦモードの切り替え制御を行うことが可能になる。例えば、第３の実施形態や第６の実施形態で説明したように、ズームレンズが広角側にあるときには固定焦点モードに設定し、望遠側にあるときにはＡＦモードに設定してもよい。また、第１の実施形態で説明したように、ズームレンズが広角側にあるときには固定焦点モードを設定し、望遠側にあるときには、更に他の条件（例えばＡＦ開始信号）を考慮し、固定焦点モードとＡＦモードを切り替えてもよい。これにより、常にＡＦを行うのではなく、適切な状態においてＡＦを行うことが可能になる。第１の実施形態等で説明したように、特に内視鏡装置では、図４（Ａ）のようにＡＦの効果が薄い管空状の被写体ではＡＦを行わず、図４（Ｂ）のようにＡＦが有効な状態においてＡＦを実行することが可能となる。
【０１３５】
また本実施形態では、フォーカス制御部は、固定焦点モードにおいて、ズームレンズの位置に応じた所定の距離に合焦被写体距離を設定する。
【０１３６】
例えば、図６（Ａ）で説明したように、ズームレンズが広角端の位置Ａから望遠端の位置Ｆに移動するに従って合焦被写体距離が短くなるように、ズームレンズの位置と合焦被写体距離が対応付けられている。レンズ二群駆動の場合には、ズームレンズ位置が設定されると、それに応じてフォーカスレンズが移動され、所定の合焦被写体距離が実現される。またレンズ一群駆動の場合には、ズームレンズの移動により合焦被写体距離が調整されるので、ズームレンズの位置が移動されると、それに応じた所定の合焦被写体距離が設定される。
【０１３７】
また本実施形態では、図１４（第６の実施形態）等で説明したように、フォーカス制御部３５は、ＡＦモードにおいて、位相差に基づくＡＦ制御を行う。具体的には、撮像光学系は、位相差を検出するための位相差検出用素子を更に有する。フォーカス制御部３５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位相差算出部４０を有する。フォーカス制御部３５は、算出された位相差に基づいて、被写体像を合焦させる制御を行う。
【０１３８】
例えば第６の実施形態では、位相差検出用素子は、図１５で説明したように撮像素子１４に設けられている。そして、位相差算出部４０が位相差に基づいて合焦レンズ位置を算出し、駆動部５０が合焦レンズ位置にズームレンズ１２を移動させ、フォーカス制御を行う。
【０１３９】
このようにすれば、ＡＦモードにおいて位相差ＡＦを行うことができる。位相差ＡＦでは、位相差を検出するだけで合焦レンズ位置を算出できるため、レンズを移動させる必要があるコントラストＡＦよりも一般に高速なＡＦ動作を実現できる。
【０１４０】
また本実施形態では、図１２等で説明したように、フォーカス制御部３５は、ＡＦモードを終了するときに、広角側の所定の位置Ｄｚにズームレンズ１２を設定する。
【０１４１】
このようにすれば、ＡＦモードを終了するときに、被写界深度が広い状態に設定できる。即ち、ＡＦモードを終了すると固定焦点モードとなってＡＦが行われないため、被写界深度が狭いままだとピントが外れやすくユーザーにとって不便なことが予想される。この点、広角側の所定の位置Ｄｚにズームレンズ１２を設定することで、被写界深度が自動的に広くなり、ユーザーの利便性が向上する。
【０１４２】
７．位相差ＡＦ
位相差検出用素子が設けられた撮像素子１４、及びその撮像素子１４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。
【０１４３】
図１５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１５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センサＳ１群及びＳ２群（位相差検出用素子）と、を含む。
【０１４４】
位相センサ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１５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
【０１４５】
次に、位相差算出部４０における可動レンズの移動量の算出方法について、図１６を用いて説明する。可動レンズは、レンズ一群駆動におけるズームレンズ１２、又はレンズ二群駆動におけるフォーカスレンズ１１である。
【０１４６】
図１６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１６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。さらに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１６に矢印で示した方向が正である。この時、下式（１）が成立するため、これを変形した下式（２）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。さらにここでは、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 （１）
ｄ＝Ｆ・Ｓ／（Ｇ−Ｓ） （２）
【０１４７】
本実施形態における位相差算出部４０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（２）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、算出した移動量を駆動部５０に順次出力する。あるいは、位相差算出部４０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駆動部５０（又は図１４の切り替え部６０）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Ｒを下式（３）で算出しておき、下式の（４）で移動量Ｄを算出すればよい。
Ｒ＝可動レンズの移動量／像位置の移動量 （３）
Ｄ＝−Ｒ・ｄ （４）
【０１４８】
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Ｒ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１７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（４）のＲ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。
【０１４９】
さらに、例えば可動レンズの位置ｘにより図１６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１８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（２）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（４）のｄとＲ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１８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。
【０１５０】
ここで位相差算出部４０は、例えば位相センサ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４０から移動量が出力されることになる。
【０１５１】
以上、本発明を適用した実施形態及びその変形例について説明したが、本発明は、各実施形態及び変形例そのままに限定されるものではなく、実施段階では、発明の要旨を逸脱しない範囲内で構成要素を変形して具体化することができる。また、上記した各実施の形態及び変形例に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることによって、種々の発明を形成することができる。例えば、各実施の形態及び変形例に記載した全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施の形態や変形例で説明した構成要素を適宜組み合わせてもよい。このように、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々の変形や応用が可能である。
【符号の説明】
【０１５２】
１０ 撮像部、１１ フォーカスレンズ、１２ ズームレンズ、１４ 撮像素子、
２０ Ａ／Ｄ変換部、３０ 信号処理部、３５ フォーカス制御部、
４０ 位相差算出部、４２ コントラスト算出部、４４ 合焦位置決定部、
５０ 駆動部、５２ フォーカスレンズ制御部、５４ ズームレンズ制御部、
６０ 切り替え部、７０ 出力部、８０ 制御部、８２ ズーム倍率設定部、
９０ Ｉ／Ｆ部、
１００ 光源部、１１０ 白色光源、１２０ 集光レンズ、２００ 撮像部、
２１０ ライトガイドファイバ、２２０ 照明レンズ、２３０ 対物レンズ系、
２４０ ズームレンズ、２５０ フォーカスレンズ、２６０ ズームレンズ駆動部、
２７０ フォーカスレンズ駆動部、２８０ 撮像素子、３００ 処理部、
３１０ ＡＤ変換部、３２０ ズームレンズ制御部、３３０ フォーカスレンズ制御部、
３３１ 観察モード判定部、３３２ フォーカスレンズ位置決定部、
３３３ ＡＦ制御部、３４０ 画像処理部、３５０ 制御部、４００ 表示部、
５００ 外部Ｉ／Ｆ部、６００ 操作部、６１０ ズームレバー、
６２０ ＡＦボタン、６３０ ズームボタン、
Ｄｔ，Ｄｗ，Ｄｚ 所定の位置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォーカス制御装置、内視鏡装置及びフォーカス制御方法等に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ズームレンズにより対物レンズの画角及び光学倍率を調整し、広角（以下、ＷＩＤＥ）側では被写体となる消化管全体の観察（通常観察）を行い、望遠（以下、ＴＥＬＥ）側では消化管の一部を拡大して観察（拡大観察）を行うズーム機能を備えた内視鏡装置が実用化されている。
【０００３】
ズーム機能を備えた内視鏡装置では、ＴＥＬＥ側で対物レンズの画角を狭くして光学倍率を大きくすると共に、ベスト被写体距離が短くなるようにレンズ設計を行うことで、拡大観察に必要な光学倍率を実現している場合が多い。ここでベスト被写体距離とは、被写体の像位置が撮像素子の撮像面に一致する場合の、対物レンズ先端から被写体までの距離である。ＴＥＬＥ側でベスト被写体距離を短くすることで、被写体により近接して観察を行うことが可能になるため、拡大観察時の光学倍率をより大きくすることが可能になる。
【０００４】
一方、ベスト被写体距離が短くなると、被写体位置の移動による像位置の移動量が大きくなるため、一般的に被写界深度が狭くなる。このため、近年のズーム機能を備えた内視鏡装置では、ＴＥＬＥ側の被写界深度の幅が１ｍｍ以下となる場合もあり、ユーザーが被写体にピントを合わせることが難しくなってきている。このような問題を解決するために、例えば特許文献１〜３に示すようなオートフォーカス（以下、ＡＦ）機能を備えた内視鏡装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２５８１６４号公報
【特許文献２】特開平８−１０６０６０号公報
【特許文献３】特開２００２−２５３４８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
例えば特許文献１では、通常観察と拡大観察のどちらの状態においてもＡＦ(Auto-Focus)を行っている。しかし、内視鏡における通常観察では、図４（Ａ）に示すように奥行きのある消化管を観察するため、取得される画像上の位置により、対応する被写体までの距離が大きく異なる。そこで、例えば図５に示すように画像の中心部分を評価領域としてＡＦを行うと、図４（Ａ）に示すように画像の中心部分に対応する比較的遠い距離の被写体にピントが合ってしまい、比較的近い距離にユーザー観察したい病変部がある場合は、病変部にピントが合わずユーザーの観察に支障をきたす。一方、画像の周辺部分を評価領域としてＡＦを行う場合は、画像の周辺部分に対応する比較的近い距離の被写体にピントが合うため、遠い距離に病変部がある場合は病変部にピントが合わず、ユーザーの観察に支障をきたす。さらに、ユーザーが観察したい病変部の画像上の位置を、取得された画像から判別することは困難であるため、ＡＦを用いた場合もユーザーが観察したい領域にピントを合わせることが難しいという課題があった。
【０００７】
本発明の幾つかの態様によれば、撮像光学系の焦点モードを設定することにより、適切な状態においてオートフォーカスを実行可能なフォーカス制御装置、内視鏡装置及びフォーカス制御方法等を提供することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様は、光学倍率を調整するズームレンズを少なくとも含む撮像光学系のフォーカス制御を行うとともに、前記撮像光学系の焦点モードの設定制御を行うフォーカス制御部と、前記撮像光学系を介して画像を取得する画像取得部と、を含み、前記焦点モードは、固定焦点モード及びＡＦ(Auto-Focus)モードを有し、前記フォーカス制御部は、広角端と望遠端の間に位置する基準点に対して、前記ズームレンズの位置が広角側であるか望遠側であるかに応じて、前記固定焦点モード及び前記ＡＦモードの切り替え制御を行うフォーカス制御装置に関係する。
【０００９】
本発明の一態様では、ズームレンズと基準点との位置関係に基づいて、固定焦点モードとＡＦモードの切り替え制御を行う。これにより、適切な状態においてＡＦモードに移行し、ＡＦを実行すること等が可能になる。
【００１０】
また本発明の他の態様は、光学倍率を調整するズームレンズを少なくとも含む撮像光学系のフォーカス制御を行うとともに、前記撮像光学系の焦点モードの設定制御を行うフォーカス制御部と、前記撮像光学系を介して画像を取得する画像取得部と、を含み、前記フォーカス制御部は、前記ズームレンズの位置が、広角端と望遠端の間に位置する基準点よりも広角側である場合には、コンティニュアスＡＦを行うモードに前記焦点モードを設定し、前記ズームレンズの位置が、前記基準点よりも望遠側である場合には、前記コンティニュアスＡＦを停止するフォーカス制御装置に関係する。
【００１１】
また本発明の更に他の態様は、光学倍率を調整するズームレンズを少なくとも含む撮像光学系と、前記撮像光学系で結像された被写体像に対応する画像を生成する撮像素子と、前記撮像光学系のフォーカス制御を行うとともに、前記撮像光学系の焦点モードの設定制御を行うフォーカス制御部と、を含み、前記焦点モードは、固定焦点モード及びＡＦ(Auto-Focus)モードを有し、前記フォーカス制御部は、広角端と望遠端の間に位置する基準点に対して、前記ズームレンズの位置が広角側であるか望遠側であるかに応じて、前記固定焦点モード及び前記ＡＦモードの切り替え制御を行う内視鏡装置に関係する。
【００１２】
また本発明の更に他の態様は、光学倍率を調整するズームレンズを少なくとも含む撮像光学系におけるフォーカス制御方法であって、前記撮像光学系の焦点モードが、固定焦点モード及びＡＦ(Auto-Focus)モードを有する場合に、広角端と望遠端の間に位置する基準点に対して、前記ズームレンズの位置が広角側であるか望遠側であるかに応じて、前記焦点モードの設定制御として、前記固定焦点モード及び前記ＡＦモードの切り替え制御を行い、設定された前記焦点モードに基づいて前記撮像光学系のフォーカス制御を行うフォーカス制御方法に関係する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態にかかる内視鏡装置のシステム構成例。
【図２】フォーカスレンズ制御部の構成例。
【図３】フォーカスレンズ制御部の他の構成例。
【図４】図４（Ａ）はズームレンズが広角側にあるときの撮像部と被写体の関係図、図４（Ｂ）はズームレンズが望遠側にあるときの撮像部と被写体の関係図。
【図５】評価領域の設定によってはＡＦが効果的ではないことを説明する図。
【図６】図６（Ａ）は固定焦点モードにおけるズームレンズ位置と被写界深度の関係図、図６（Ｂ）はＡＦモードにおけるズームレンズ位置と被写界深度の関係図。
【図７】操作部の構成例。
【図８】操作部の他の構成例。
【図９】対物レンズ系（撮像光学系）の構成例。
【図１０】本実施形態にかかる内視鏡装置の他のシステム構成例。
【図１１】第４の実施形態における内視鏡装置のシステム構成例。
【図１２】モード切り替え制御についての説明図。
【図１３】第５の実施形態における内視鏡装置のシステム構成例。
【図１４】第６の実施形態における内視鏡装置のシステム構成例。
【図１５】位相差検出用素子が設けられた撮像素子の構成例。
【図１６】位相差ＡＦの動作説明図。
【図１７】位相差ＡＦに用いるルックアップテーブルの第１の例。
【図１８】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】
【００１４】
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。
【００１５】
１．第１の実施形態
本発明の第１の実施形態に係る内視鏡システムについて、図１を用いて説明する。本実施形態に係る内視鏡システムは、光源部１００と、撮像部２００と、処理部３００と、表示部４００と、外部Ｉ／Ｆ部５００と、操作部６００を備えている。
【００１６】
光源部１００は、白色光を発生する白色光源１１０と白色光をライトガイドファイバ２１０に集光するための集光レンズ１２０を備えている。
【００１７】
撮像部２００は、例えば体腔への挿入を可能にするため細長くかつ湾曲可能に形成されている。撮像部２００には、光源部で集光された光を導くためのライトガイドファイバ２１０と、該ライトガイドファイバにより先端まで導かれてきた光を拡散させて観察対象に照射する照明レンズ２２０と、観察対象から戻る反射光を結像する対物レンズ系２３０と、対物レンズ系２３０に含まれ光学倍率を調整するズームレンズ２４０と、対物レンズ系２３０に含まれ焦点位置を調整するフォーカスレンズ２５０と、ズームレンズ２４０を駆動するズームレンズ駆動部２６０と、フォーカスレンズ２５０を駆動するフォーカスレンズ駆動部２７０と、結像された反射光を光電変換して画像を生成する撮像素子２８０を備えている。ズームレンズ駆動部２６０及びフォーカスレンズ駆動部２７０は例えばボイスコイルモーター（以下、ＶＣＭ）である。また、撮像素子２８０は例えばベイヤ配列の色フィルタを持つ撮像素子である。
【００１８】
処理部３００はＡＤ変換部３１０と、ズームレンズ制御部３２０と、フォーカスレンズ制御部３３０（広義にはフォーカス制御部）と、画像処理部３４０と、制御部３５０を備えている。ＡＤ変換部３１０は、撮像素子２８０から出力されるアナログ信号をデジタルの画像信号に変換してフォーカスレンズ制御部３３０と、画像処理部３４０に出力する。
【００１９】
ズームレンズ制御部３２０は、操作部６００と、ズームレンズ駆動部２６０と、フォーカスレンズ制御部３３０とに接続されており、操作部６００から出力される情報に従ってズームレンズ位置を制御する。さらにズームレンズ制御部３２０は、ズームレンズの位置情報をフォーカスレンズ制御部３３０に出力する。フォーカスレンズ制御部３３０は、操作部６００と、フォーカスレンズ駆動部２７０と、ズームレンズ制御部３２０とに接続されており、操作部６００から出力される情報や、ズームレンズ制御部３２０から出力されるズームレンズの位置情報に従ってフォーカスレンズ位置を制御する。ここでフォーカスレンズ位置及びズームレンズ位置は、例えば図９に示すように、対物レンズ系２３０の先端を基準とした場合の、フォーカスレンズ及びズームレンズの先端の位置として定義する。操作部６００、ズームレンズ制御部３２０、フォーカスレンズ制御部３３０の詳細については後述する。
【００２０】
画像処理部３４０は、ＡＤ変換部３１０から出力された画像信号に対してホワイトバランス、補間処理（デモザイキング処理）、色変換、階調変換、ノイズリダクション等の画像処理を施し、表示部４００に画像信号を出力する。表示部４００は例えば液晶モニタであり、画像処理部３４０から出力される画像信号を表示する。制御部３５０は、白色光源１１０、画像処理部３４０、外部Ｉ／Ｆ部５００と双方向に接続されており、外部Ｉ／Ｆ部５００からの入力情報に従ってこれらを制御する。外部Ｉ／Ｆ部５００は、内視鏡装置に対するユーザーからの入力等を行うためのインターフェースであり、撮影の開始／終了を行うためのスタートボタンや画像の明るさを調整するための露光量調整ボタン、その他の各種撮影条件や画像処理のパラメータを調整するための調整ボタンなどを含んで構成されている。
【００２１】
次に操作部６００、ズームレンズ制御部３２０、フォーカスレンズ制御部３３０の詳細について説明する。図７に本実施形態における操作部６００の一例を示す。本実施形態において、操作部６００は例えば撮像部２００と一体化して構成されており、ズームレバー６１０とＡＦボタン６２０を備えている。ズームレバー６１０は、例えば一定の範囲を連続的に動作させることが可能であり、ユーザーはズームレバー６１０を動かすことで、ズームレンズ位置をＷＩＤＥ端からＴＥＬＥ端まで連続的に調整することができる。具体的には、例えば操作部６００は、ズームレバー６１０の位置情報をズームレンズ制御部３２０に出力する。ズームレンズ制御部３２０は予め設定されたルックアップテーブル等を用いてズームレバー６１０の位置情報をズームレンズの位置情報に対応付け、ズームレンズの位置情報をズームレンズ駆動部２６０に出力する。ズームレンズ駆動部２６０は、ズームレンズ制御部３２０から出力されたズームレンズの位置情報に基づいて、ズームレンズ２４０を駆動する。さらにズームレンズ制御部３２０は、ズームレンズの位置情報をフォーカスレンズ制御部３３０に出力する。また、操作部６００は例えばＡＦボタン６２０が押されるたびに、ＡＦの開始／終了信号を交互にフォーカスレンズ制御部３３０に出力する。
【００２２】
図２に本実施形態におけるフォーカスレンズ制御部３３０の一例を示す。フォーカスレンズ制御部３３０（広義にはフォーカス制御部）は、観察モード判定部３３１と、フォーカスレンズ位置決定部３３２と、ＡＦ制御部３３３を備えている。観察モード判定部３３１は、ズームレンズ制御部３２０から出力されたズームレンズの位置情報と、操作部６００から出力されたＡＦの開始／終了情報に基づいて、観察モード（焦点モード）を決定する。具体的には、観察モード判定部３３１はズームレンズの位置が所定の位置ＤよりもＷＩＤＥ側に位置する場合は固定焦点モードを選択し、ズームレンズの位置情報をフォーカスレンズ位置決定部３３２に出力する。また、観察モード判定部３３１は、ズームレンズの位置が所定の位置ＤよりもＴＥＬＥ側にあり、操作部６００からＡＦの開始信号が出力されていない場合も、固定焦点モードを選択し、ズームレンズの位置情報をフォーカスレンズ位置決定部３３２に出力する。フォーカスレンズ位置決定部３３２は、ズームレンズの位置情報に基づいてフォーカスレンズ位置を決定し、フォーカスレンズの位置情報をフォーカスレンズ駆動部２７０に出力する。フォーカスレンズ駆動部２７０は、フォーカスレンズ位置決定部３３２から出力されたフォーカスレンズの位置情報に基づいて、フォーカスレンズ２５０を駆動する。
【００２３】
また、観察モード判定部３３１は、ズームレンズ位置が所定の位置ＤよりもＴＥＬＥ側にあり、操作部６００からＡＦの開始信号が出力された場合は、ＡＦモードを選択し、ＡＦの開始信号をＡＦ制御部３３３に出力する。さらに観察モード判定部３３１は、ズームレンズ位置が所定の位置ＤよりもＴＥＬＥ側にあり、操作部６００からＡＦの終了信号が出力された場合は、ＡＦの終了信号をＡＦ制御部３３３に出力する。ＡＦ制御部３３３は、観察モード判定部３３１から出力されたＡＦの開始信号に従って、ＡＦ動作を開始する。ここでＡＦ制御部３３３は、例えばＡＤ変換部３１０から出力される画像信号からコントラスト値を算出し、公知のコントラストＡＦ技術に基づいてフォーカスレンズを駆動すればよい。さらにＡＦ制御部３３３は、算出されたコントラスト値から合焦状態となったか否かの判定を行い、合焦状態と判定された場合はＡＦ動作を終了してもよいし、観察モード判定部３３１からＡＦの終了信号が出力されるまではＡＦを継続するように、公知のコンティニュアスＡＦ技術に基づいて、フォーカスレンズを駆動してもよい。また本実施形態は、例えば撮像素子２８０に図示しない位相差情報取得用のセンサを備えてもよい。この場合、ＡＤ変換部３１０は撮像素子２８０から出力されるアナログ信号からデジタルの位相差情報を生成してＡＦ制御部３３３に出力し、ＡＦ制御部３３３はこの位相差情報に基づいて、公知の位相差ＡＦ技術を用いてフォーカスレンズを駆動すればよい。
【００２４】
次にフォーカスレンズ位置決定部３３２における、フォーカスレンズ位置の決定方法の詳細について説明する。図６（Ａ）は本実施形態において固定焦点モードが選択されている場合の、ズームレンズ位置とそれに対応するベスト被写体距離、及び被写界深度範囲を示した図である。なお本実施形態では、ズームレバー６１０を操作することでズームレンズ位置を連続的に移動させることが可能であるが、ここでは説明を分かりやすくするため、ズームレンズ位置を段階的に移動させた場合を示している。本実施形態においてフォーカスレンズ位置決定部３３２は、観察モード判定部３３１から出力されるズームレンズの位置情報に基づいて、図６（Ａ）に示すようにズームレンズ位置がＷＩＤＥ端からＴＥＬＥ端に移動するに従って、ベスト被写体距離が短くなるようにフォーカスレンズ位置を決定する。ここでズームレンズ位置とその時に実現したいベスト被写体距離が決まれば、対物レンズ系２３０の設計データから、フォーカスレンズ位置は一義的に算出される。このためフォーカスレンズ位置決定部３３２は、例えば予め設定されたズームレンズ位置とフォーカスレンズ位置を対応付けるルックアップテーブル等を用いて、ズームレンズ位置からフォーカスレンズ位置を決定すればよい。
【００２５】
図９に本実施形態における対物レンズ系２３０の一例を示す。この対物レンズ系は、フォーカスレンズ位置を一定の基準位置に固定し、ズームレンズ位置をＷＩＤＥ端からＴＥＬＥ端に移動させた場合に、画角が狭くなる（光学倍率が大きくなる）と共にベスト被写体距離が短くなるような設計がなされている。このような対物レンズ系を使用する場合、フォーカスレンズ位置決定部３３２は、ズームレンズ位置によらずフォーカスレンズ位置を常に基準位置に固定することで、図６（Ａ）に示すようなベスト被写体距離及び被写界深度範囲を実現することができる。また、例えば図示しない一般的なデジタルカメラの対物レンズ系では、ズームレンズ位置により画角を調整した場合も、ベスト被写体距離がほぼ一定になるような設計がなされている場合が多い。このような対物レンズ系を使用する場合、フォーカスレンズ位置決定部３３２は、ズームレンズ位置がＷＩＤＥ端からＴＥＬＥ端に移動するに従ってベスト被写体距離が短くなるように、フォーカスレンズ位置を調整することで、図６（Ａ）に示すようなベスト被写体距離及び被写界深度範囲を実現することが可能である。
【００２６】
ここで、本実施形態において通常観察及び拡大観察を行う場合のユーザーの操作について、図６（Ａ）、（Ｂ）を用いて説明する。まず、ユーザーはズームレバー６１０をＷＩＤＥ端に移動させ、病変部を発見するための通常観察を行う（図６（Ａ）のズームレンズ位置Ａ）。この時、撮像部２００では図４（Ａ）に示すように、画角及び被写界深度が広い画像を取得することができる。本実施形態において、この時の被写界深度範囲は図６（Ａ）に示すように約１０〜５０ｍｍである。
【００２７】
次にユーザーは、発見した病変部に対して撮像部２００を徐々に近づけながら、病変部を拡大していく。本実施形態では病変部までの距離が１０ｍｍ以下になると、病変部が被写界深度から外れてボケはじめる。この時、ユーザーはズームレバー６１０をＴＥＬＥ側に移動させ、被写界深度範囲を撮像部に近づける（図６（Ａ）ズームレンズ位置Ｂ〜Ｃ）。これにより病変部が被写界深度内に入るため、ユーザーは病変部の観察を継続することができる。ここではズームレバー６１０と撮像部２００の位置の両方をユーザーが操作することで、病変部が被写界深度内に入るように調整を行ってもよい。
【００２８】
本実施形態においては、ズームレンズ位置がＣの場合でも被写界深度範囲は約４〜７ｍｍであり、ある程度の被写界深度が維持されている。このような条件下では、図４（Ａ）に示したように、ユーザーは被写体となる消化管の壁面に対して撮像部２００を平行もしくは少し斜めに傾けた状態で観察する場合が多い。この時、前述したように取得される画像上の位置によって、対応する被写体までの距離が大きく異なる。さらに、ユーザーが観察したいと考えている病変部の画像上の位置を、取得された画像から判別することは困難であるため、ＡＦを行うことで病変部に正確にピントを合わせることは困難である。一方、ここではある程度の被写界深度が維持されているため、観察モード判定部３３１では固定焦点モードが選択され、ユーザーがズームレバー６１０や撮像部２００の位置を操作することで、ユーザーが容易に病変部にピントを合わせることが可能になる。
【００２９】
次にユーザーは、撮像部２００をさらに病変部に近づけながら、ズームレバー６１０をＴＥＬＥ側に移動させ、病変部をより拡大する。本実施形態においては、ズームレンズ位置がＤよりもＴＥＬＥ側にあると、図６（Ａ）に示すように固定焦点モードが選択されている場合の被写界深度の幅は１ｍｍ前後かそれ以下となる。このような条件下では、図４（Ｂ）に示すようにユーザーは被写体となる消化管の壁面に対して撮像部２００をほぼ正対させた状態で観察を行う場合が多い。これは被写界深度の幅が狭い場合、被写体に対して撮像部２００を正対させないと、画像中のピントが合う領域が狭くなるからである。このような場合においては、ユーザーがズームレバー６１０や撮像部２００の位置を操作することで被写体にピントを合わせることが難しくなる。このため、ユーザーはＡＦボタン６２０を押してＡＦを開始する。この時、観察モード判定部３３１でＡＦモードが選択されることで、図６（Ｂ）に示すように被写体までの距離に合わせてフォーカスレンズ位置が制御され、ユーザーが容易に被写体にピントを合わせることが可能になる。
【００３０】
また、本実施形態においては、ズームレンズ位置ＤからＴＥＬＥ端（ズームレンズ位置Ｆ）の範囲でＡＦが動作するように制御を行っている。しかし例えばズームレンズ位置Ｄにおいて、フォーカスレンズ位置を移動することでベスト被写体距離を最も短くした場合の光学倍率が拡大観察に十分であれば、ズームレンズ位置ＤをＴＥＬＥ端としてもよい。この場合、観察モード判定部３３１は、ズームレンズ位置がＴＥＬＥ端にあり、操作部６００からＡＦの開始／終了信号が出力された場合は、ＡＦモードを選択し、ＡＦの開始／終了信号をＡＦ制御部３３３に出力すればよい。
【００３１】
以上の本実施形態では、焦点位置制御装置（フォーカス制御装置）は図１に示したように、フォーカスレンズ２５０の位置制御及び撮像光学系の焦点モードの設定制御を行うフォーカスレンズ制御部３３０と、撮像光学系を介して画像を取得する画像取得部（例えばＡＤ変換部３１０に対応）とを含む。撮像光学系は、光学倍率を調整するズームレンズ２４０と、焦点位置を調整するフォーカスレンズ２５０とを含む。また、焦点モードは固定焦点モードと、ＡＦ(Auto-Focus)モードを有する。そして、ズームレンズ位置の広角端と望遠端の間の位置に基準点を設定した場合に、フォーカスレンズ制御部３３０は、ズームレンズ２４０の位置が基準点に対して広角側に位置するか或いは望遠側に位置するかに応じて、固定焦点モードとＡＦモードの切り替え制御を行う。
【００３２】
ここで、固定焦点モードとは、ズームレンズ２４０の位置が決定された場合に、当該ズームレンズ位置に応じて決定される位置にフォーカスレンズ２５０の位置を設定するモードのことである。例えば図６（Ａ）に示したモードであり、ズームレンズ位置が決定されると、その際のベスト被写体距離（合焦被写体距離、詳細については後述）が一意に決定される。フォーカスレンズ２５０の位置に応じてベスト被写体距離は変化するものであることに鑑みれば、ズームレンズ位置に応じてフォーカスレンズ位置が決定されるということに他ならない。
【００３３】
これに対して、ＡＦモードとは、オートフォーカスが行われるモードのことである。オートフォーカスの手法は既知の手法を用いるものとし、例えばコントラストＡＦであってもよいし、位相差ＡＦであってもよい。ＡＦモードとは例えば図６（Ｂ）に示したモードであり、特にズームレンズ位置がＤ〜Ｆの場合に対応する。図６（Ｂ）に示されているように、ＡＦモードではズームレンズ位置が決定されたとしても、その際のベスト被写体距離は一意には決定されない。例えばコントラストＡＦであれば、取得した画像に設定される評価領域（コントラスト値を算出する対象となる領域）に対して、フォーカスが合うようなベスト被写体距離が設定されることになる。ベスト被写体距離の設定は、フォーカスレンズ２５０の位置を調整することにより行われる。
【００３４】
また、焦点位置とは、被写体の像位置が撮像素子の撮像面に一致する場合の、対物レンズ先端に対する被写体の位置である。像平面に対応する被写体側の平面（合焦物体面）内では被写体は合焦状態にあり、焦点位置は、例えば対物レンズ先端から合焦物体面までの距離で表される。即ち、本明細書における焦点位置は、レンズに入射した平行光の収束点であるいわゆる「焦点」や、レンズからその「焦点」までの距離である「焦点距離」とは異なる用語である。本実施形態のフォーカス制御では、レンズ二群駆動におけるフォーカスレンズの位置、あるいはレンズ一群駆動におけるズームレンズの位置を調整することにより焦点位置を調整する。
【００３５】
これにより、基準点とズームレンズ２４０との位置関係に基づいて、固定焦点モードとＡＦモードの切り替え制御を行うことが可能になる。ここで切り替え制御とは、少なくともズームレンズ２４０と基準点との位置関係に基づいて、固定焦点モードとＡＦモードとを切り替える制御のことである。具体的には、第３の実施形態において後述するように、ズームレンズ２４０が広角側にあるときには固定焦点モードに設定し、望遠側にあるときにはＡＦモードに設定するように、ズームレンズ２４０と基準点との位置関係に基づく切り替えの制御であってもよい。また、第１の実施形態において述べたように、ズームレンズ２４０が広角側にあるときには固定焦点モードを設定し、望遠側にあるときには固定焦点モードとＡＦモードを切り替え可能（例えばＡＦ開始信号の有無により切り替える）にするように、ズームレンズ２４０と基準点との位置関係に加えて、他の条件（例えばＡＦ開始信号）を考慮した切り替えの制御であってもよい。このようにすることで、ＡＦを実行可能な焦点位置制御装置、内視鏡装置等において、常にＡＦを行うのではなく、適切な状態においてＡＦを行うことが可能になる。特に内視鏡装置では、図４（Ａ）のように管空状の被写体を観察するケースが想定され、この場合、取得された画像上の位置に応じて対応する被写体までの距離が大きく異なる（例えば画像周縁部では被写体距離が小さく、画像中心部では被写体距離が大きい）。このようなときにＡＦを実行したとしても、焦点が合うのは画像上の一部の領域に限られてしまうため、ＡＦの効果が薄く、逆にユーザーの観察を妨げる要因となりうる。よって、例えば図４（Ｂ）のように画像上の位置が異なっても被写体距離がさほど変化しない状況等、ＡＦが有効な状態において、ＡＦを実行する。
【００３６】
また、フォーカスレンズ制御部３３０は、焦点モードとして固定焦点モードが選択された状態において、ズームレンズ２４０の位置が広角側から望遠側に移動した場合には、合焦被写体距離が単調減少するようにフォーカスレンズの位置を決定してもよい。
【００３７】
ここで、合焦被写体距離とは、撮像素子２８０において、撮像光学系を介した光が結像することによる被写体像が合焦状態にある場合の、撮像光学系からの被写体までの距離のことである。ただし、光が撮像素子２８０上において一点に収束しなかったとしても、その大きさが許容錯乱円よりも小さければ合焦状態にあると見なせることから、合焦被写体距離はある程度の幅を持つことになる。本実施形態における合焦被写体距離は、このような幅を持つ値であってもよいが、狭義にはベスト被写体距離であるものとし、ベスト被写体距離とは、撮像光学系を介した光が、撮像素子２８０上において一点に収束した場合における、撮像光学系からの被写体までの距離を表すものとする。
【００３８】
これにより、図６（Ａ）に示したような撮像光学系を実現することが可能になる。つまり、ズームレンズ位置を広角側から望遠側に移動させるほど、合焦被写体距離（ベスト被写体距離）は小さくなる。つまり、被写界深度範囲はより撮像光学系に近い位置に設定される（つまり撮像光学系に近い位置に焦点が合う）ことになる。特に内視鏡装置等では、ズームレンズ２４０を望遠側に移動させる（ズーム倍率を上げる）場合には、拡大観察を行うことが想定され、その場合には、挿入部（撮像部２００）の先端も観察対象となる被写体に近づけることが一般的である。つまり、ズームレンズ２４０を望遠側に移動させるほど、撮像光学系と被写体との距離が小さくなることが想定されるため、図６（Ａ）に示したような光学系を用いることで、ピントが合いやすくなるという利点がある。
【００３９】
なお、本実施形態において用いる光学系は、レンズ二群駆動を想定している。レンズ二群駆動とは、ズームレンズとフォーカスレンズの両方が駆動可能な光学系の構成となる。この場合、ズームレンズ２４０の特性として、ズームレンズ位置を広角側から望遠側に移動させたとしても、ズーム倍率が変化するだけでベスト被写体距離が変化しないような構成にすることも可能である（一般的なデジタルスチルカメラ等で用いられる構成）。この場合には、フォーカスレンズ制御部３３０は、ズームレンズ位置が望遠側に移動した場合に、ベスト被写体距離を小さくするようにフォーカスレンズ２５０の位置を移動させる制御を行うことになる。
【００４０】
また、フォーカスレンズ制御部３３０は、ズームレンズ２４０が基準点よりも広角側に位置する場合には、焦点モードとして、ズームレンズ位置に応じた所定位置にフォーカスレンズ２５０を設定する固定焦点モードを選択し、ズームレンズ２４０が基準点よりも望遠側に位置する場合には、固定焦点モードとＡＦモードの切り替え制御を行ってもよい。
【００４１】
これにより、ズームレンズ２４０が基準点よりも広角側に位置する場合、つまり、内視鏡装置等においては病変部の発見等（スクリーニング）を行っていることが想定される場合には、固定焦点モードに設定し、ＡＦを実行しないようにする。スクリーニング時等は、図４（Ａ）のように、画像上の位置によって被写体距離が大きく異なることが想定される他、病変部を発見するために挿入部の先端を移動、回転させることにより、観察領域が大きく変化することも考えられるため、ＡＦが効果的でないためである。それに対して、ズームレンズ２４０が基準点よりも望遠側に位置する場合には、内視鏡装置における拡大観察等の場合であるため、固定焦点モードの他、ＡＦモードも選択可能にする。ここで、固定焦点モードとＡＦモードの切り替え制御とは、例えばユーザーの指示による切り替えが考えられる。つまり、ユーザーの意志によりＡＦを用いない従来の固定焦点モードに設定してもよいし、ＡＦモードに設定してもよい。ＡＦモードを選択した場合には、ＡＦが実行されるため、ピント合わせを容易に行うことができ、また、固定焦点モードを選択可能にすることで従来の観察手法を用いることもできるため、ユーザーの選択の幅を広げることが可能になる。
【００４２】
また、フォーカスレンズ制御部３３０は、ズームレンズ２４０が基準点よりも望遠側に位置する状態において、ＡＦ開始信号が入力された場合には、焦点モードをＡＦモードに設定し、ＡＦ開始信号が入力されなかった場合には、焦点モードを固定焦点モードに設定してもよい。
【００４３】
これにより、ズームレンズ２４０が基準点よりも望遠側に位置する場合に、ＡＦ開始信号が入力されたか否かに基づいて、焦点モードを設定することが可能になる。ＡＦ開始信号とは、ＡＦの開始を指示する信号であり、例えば操作部６００のＡＦボタン６２０が押下されることにより、フォーカスレンズ制御部３３０に対して入力されるものである。ＡＦボタン６２０を用いる手法であれば、ユーザーの意志を明確に反映することが可能である。ただし、これに限定されるものではなく、例えば画像処理部３４０における画像処理に基づく判定により、画像処理部３４０からフォーカスレンズ制御部３３０に対してＡＦ開始信号が出力されてもよく、また、他の手法であってもよい。このようにすることで、ズームレンズ２４０と基準点との位置関係だけでなく、ＡＦ開始信号も考慮した上で、焦点モードを設定することが可能になる。
【００４４】
また、フォーカスレンズ制御部３３０は、ズームレンズ２４０が基準点よりも広角側に位置する場合には、ＡＦ開始信号が入力された場合にも、焦点モードを固定焦点モードに設定してもよい。
【００４５】
これにより、ズームレンズ位置が広角側の場合には、ＡＦ開始信号が入力された場合にも固定焦点モードに設定することが可能になる。ズームレンズ２４０が基準点よりも広角側に位置する場合とは、上述したように内視鏡装置におけるスクリーニング等の場合であり、ＡＦが効果的でないことが想定される。そのような場合には、ＡＦモードに移行しても、画像の狭い領域にしかピントが合わない等、ユーザーの観察を妨げることになりかねない。よって、ズームレンズ位置が広角側の場合には、ＡＦ開始信号が入力された場合にも、固定焦点モードに設定することが望ましい。
【００４６】
また、焦点位置制御装置は、図１に示したようにズームレンズ２４０の位置を制御するズームレンズ制御部３２０を含んでもよい。そして、ズームレンズ制御部３２０は、ズームレンズ２４０の位置を連続的に制御する。
【００４７】
これにより、ズームレンズ位置の連続的な制御が可能になる。これは例えば、図７に示したように、連続的な位置を設定可能なズームレバー６１０等により実現できる。このようにすることで、ズームレンズ２４０の位置を細かく設定することが可能になる。
【００４８】
また、フォーカスレンズ制御部３３０は、焦点モードとしてＡＦモードが選択された場合には、シングルＡＦを実行してもよいし、コンティニュアスＡＦを実行してもよい。
【００４９】
ここで、シングルＡＦとは一回だけピントを合わせるモードであり、例えばデジタルスチルカメラ等であればシャッターボタンを半押しした際等にピントが合うことになる。ピント合わせは一回であるため、ピント合わせ後に被写体の移動等により被写体距離が変化すればピントは合わなくなる。コンティニュアスＡＦとはピント合わせを継続するモードであり、被写体が動けば、動いた被写体にあわせて再度ピント合わせを実行する。
【００５０】
これにより、ＡＦのモードとして、シングルＡＦを用いることもできるし、コンティニュアスＡＦを用いることもできる。シングルＡＦを用いるかコンティニュアスＡＦを用いるかは、システムにより決定されてもよいし、操作部６００等からユーザーが決定してもよい。
【００５１】
また、以上の本実施形態は、図１に示したように、光学倍率を調整するズームレンズ２４０及び焦点位置を調整するフォーカスレンズ２５０を含む撮像光学系と、撮像光学系で結像された被写体像に対応する画像を生成する撮像素子２８０と、フォーカスレンズ２５０の位置を制御するとともに、撮像光学系の焦点モードの設定制御を行うフォーカスレンズ制御部３３０と、を含む内視鏡装置に関係する。
【００５２】
これにより、基準点とズームレンズ２４０との位置関係に基づいて、固定焦点モードとＡＦモードの切り替え制御を行うことが可能な内視鏡装置を実現することが可能になる。内視鏡装置においては、上述したように、固定焦点モードではズームレンズ位置が広角側から望遠側に移動した場合に、合焦被写体距離（ベスト被写体距離）が単調減少するようにフォーカスレンズ２５０の位置を決定するような制御を行うことによる利点が大きい。ズームレンズ位置を望遠側に移動させる拡大観察時には、挿入部の先端を被写体に近づけることによる拡大操作も行われることが想定されるため、合焦被写体距離が小さいほどピントをあわせやすくなるためである。
【００５３】
また、内視鏡装置のフォーカスレンズ制御部３３０は、ズームレンズ２４０が基準点よりも広角側に位置する場合には、焦点モードとして、ズームレンズ位置に応じた所定位置にフォーカスレンズ２５０を設定する固定焦点モードを選択し、ズームレンズ２４０が基準点よりも望遠側に位置する場合には、固定焦点モードとＡＦモードの切り替え制御を行ってもよい。
【００５４】
これにより、本実施形態において上述したような、広角側では固定焦点モードを選択し、望遠側では固定焦点モードとＡＦモードを切り替え可能に設定する内視鏡装置を実現することが可能になる。
【００５５】
２．第２の実施形態
次に、本発明の第２の実施形態に係る内視鏡システムについて説明する。図８は本実施形態における操作部６００の一例を示した図である。本実施形態において、操作部６００は例えば撮像部２００と一体化して構成されており、ＡＦボタン６２０とズームボタン６３０を備えている。その他の構成は、第１の実施形態と同様である。
【００５６】
本実施形態において、操作部６００は例えばズームボタン６３０が押されると、ズームレンズ位置情報をズームレンズ制御部３２０に出力する。具体的には操作部６００は、ズームボタン６３０が押されるたびに、例えば図６（Ａ）に示したズームレンズ位置Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに対応する情報を順番にズームレンズ制御部に出力する。ズームレンズ制御部３２０は、操作部６００から出力されたズームレンズの位置情報を、ズームレンズ駆動部２６０に出力する。ズームレンズ駆動部２６０は、ズームレンズ制御部３２０から出力されたズームレンズの位置情報に基づいて、ズームレンズを駆動する。さらにズームレンズ制御部３２０は、ズームレンズの位置情報をフォーカスレンズ制御部３３０に出力する。また、操作部６００は例えばＡＦボタン６２０が押されるたびに、ＡＦの開始／終了信号を交互にフォーカスレンズ制御部３３０に出力する。
【００５７】
フォーカスレンズ制御部３３０は、ズームレンズ制御部３２０から出力されたズームレンズの位置情報と、操作部６００から出力されたＡＦの開始／終了情報に基づいて、第１の実施形態と同様に観察モードを決定し、フォーカスレンズ位置を制御する。この結果、ユーザーがズームボタン６３０を繰り返し押すことで、観察モード判定部３３１では固定焦点モードが選択され、ベスト被写体距離及び被写界深度範囲もズームレンズ位置Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに対応して図６（Ａ）のように切り替わることになる。これによりユーザーは、第１の実施形態で説明したズームレバー６１０の替わりにズームボタン６３０を押すことで、被写体にピントを合わせることが可能になる。
【００５８】
一方、ズームレンズ位置がＤにある場合は被写界深度の幅が狭くなるため、ユーザーが被写体にピント合わせることが難しくなる。このような場合、ユーザーはＡＦボタン６２０を押すことでＡＦを開始する。この時、観察モード判定部３３１ではＡＦモードが選択され、図６（Ｂ）に示すように被写体までの距離に合わせてフォーカスレンズ位置が制御されることで、ユーザーが容易に病変部にピントを合わせることが可能になる。
【００５９】
なお本実施形態では、ズームレンズ位置Ｄにおいて、フォーカスレンズ位置を移動することでベスト被写体距離を最も短くした場合の光学倍率が、拡大観察に十分であると仮定している。この場合の光学倍率が、拡大観察に不足する場合は、例えばズームレンズ位置がＡ〜ＥもしくはＡ〜Ｆの範囲で切り替わるようにすることで光学倍率を大きくすればよい。
【００６０】
また、例えばズームレンズ位置をＡ〜Ｄの範囲で切り替える場合も、ズームレンズ位置Ｂを省略し、ユーザーがズームボタン６３０を繰り返し押すことで、ズームレンズ位置Ａ,Ｃ,Ｄが順番に切り替わるような設定にしてもよい。ズームレンズ位置Ａ〜Ｃ付近では被写界深度範囲が比較的広いため、ズームレンズ位置ＡとＣのように被写界深度範囲が連続せずに切り替わるような設定を行ったとしても、ユーザーは撮像部２００の位置を調整することで容易に被写体にピントを合わせることができる。
【００６１】
以上の本実施形態では、焦点位置制御装置は、ズームレンズ２４０の位置を制御するズームレンズ制御部３２０を含む。そして、ズームレンズ制御部３２０は、ズームレンズ２４０の位置を離散的に制御する。
【００６２】
これにより、ズームレンズ位置の離散的な制御が可能になる。これは例えば、図６（Ａ）、図６（Ｂ）におけるＡ〜Ｆの６箇所のうちのいずれかを選択する制御等である。第１の実施形態のような連続的な制御に比べて、ズームレンズ位置の選択の幅は狭まるものの、ユーザーによるズームレンズ位置の微調整が不要になるため、ズームレンズ位置の設定操作を容易にすることができる。なお、離散的な制御は例えば上述したように、ズームボタン６３０等を用いることで実現できる。
【００６３】
また、ズームレンズ制御部３２０は、離散的なズームレンズ位置として、基準点よりも広角側の位置である第１のズームレンズ位置及び基準点よりも望遠側の位置である第２のズームレンズ位置のいずれかを選択する制御を行ってもよい。そして、フォーカスレンズ制御部３３０は、ズームレンズ２４０が、第１のズームレンズ位置にあるか第２のズームレンズ位置にあるかに応じて、固定焦点モード及びＡＦモードの切り替え制御を行う。
【００６４】
これにより、２つのズームレンズ位置の切り替えによる観察が可能になる。固定焦点モードとＡＦモードの切り替え制御としては、広角側である第１のズームレンズ位置においては固定焦点モードを選択し、望遠側である第２のズームレンズ位置においては固定焦点モードとＡＦモードを選択可能にすることが考えられる。このようにすることで、ズームレンズ位置を少なく限定することができるため、ユーザーの操作を容易にすることが可能になる。上述の例であれば、ＡＦを用いない広角モード（第１のズームレンズ位置）と、ＡＦを用いることが可能な望遠モード（第２のズームレンズ位置）の２つの切り替えを考慮すればよいため、連続的なズームレンズ位置制御や、選択可能なズームレンズ位置が多数存在する離散的ズームレンズ位置制御に比べて、ユーザーの負担が軽くなる。
【００６５】
３．第３の実施形態
次に、第３の実施形態に係る内視鏡システムについて、図１０をもちいて説明する。図示しない本実施形態の操作部６００は、例えばズームレバー６１０を備えており、ＡＦボタン６２０が省略された構成になっている。操作部６００から出力された情報は、ズームレンズ制御部３２０に出力され、フォーカスレンズ制御部３３０には出力されない。その他の構成は、第１の実施形態と同じである。
【００６６】
本実施形態におけるフォーカスレンズ制御部３３０の詳細について、図３を用いて説明する。フォーカスレンズ制御部３３０（広義にはフォーカス制御部）は、観察モード判定部３３１と、フォーカスレンズ位置決定部３３２と、ＡＦ制御部３３３を備えている。観察モード判定部３３１は、ズームレンズ制御部３２０から出力されたズームレンズの位置情報に基づいて、観察モードを決定する。具体的には、観察モード判定部３３１はズームレンズの位置が所定の位置ＤよりもＷＩＤＥ側に位置する場合は固定焦点モードを選択し、ズームレンズの位置情報をフォーカスレンズ位置決定部３３２に出力する。フォーカスレンズ位置決定部３３２は、ズームレンズの位置情報に基づいてフォーカスレンズ位置を決定し、フォーカスレンズの位置情報をフォーカスレンズ駆動部２７０に出力する。フォーカスレンズ駆動部２７０は、フォーカスレンズ位置決定部３３２から出力されたフォーカスレンズの位置情報に基づいて、フォーカスレンズを駆動する。本実施形態における、固定焦点モードが選択された場合のフォーカスレンズ位置の決定方法は、第１の実施形態と同様である。
【００６７】
また、観察モード判定部３３１は、ズームレンズ位置が所定の位置ＤよりもＴＥＬＥ側にある場合はＡＦモードを選択し、ＡＦの開始信号をＡＦ制御部３３３に出力する。ＡＦ制御部３３３は、観察モード判定部３３１から出力されたＡＦの開始信号に従って、ＡＦ動作を開始する。本実施形態においては、ズームレンズ位置が所定の位置ＤよりもＴＥＬＥ側に移動して被写界深度幅が狭くなると、自動的にＡＦが開始される。これにより、ユーザーはＡＦボタン６２０を使用することなく、ズームレバー６１０の操作だけでＡＦを開始することができるため、快適に観察を行うことができる。さらにＡＦ制御部３３３は、算出されたコントラスト値から合焦状態となったか否かの判定を行い、合焦状態と判定された場合はＡＦ動作を終了してもよいし、観察モード判定部３３１からＡＦの終了信号が出力されるまではＡＦを継続するように、公知のコンティニュアスＡＦ技術に基づいて、フォーカスレンズを駆動してもよい。ここで観察モード判定部３３１は、例えばズームレンズの位置が所定の位置ＤよりもＷＩＤＥ側に位置し、なおかつコンティニュアスＡＦ動作が継続されている場合は、固定焦点モードを選択してズームレンズの位置情報をフォーカスレンズ位置決定部３３２に出力すると共に、ＡＦ制御部３３３にコンティニュアスＡＦの終了信号を出力すればよい。これにより、例えばＡＦ制御部３３３によりコンティニュアスＡＦが継続されている場合も、ユーザーはズームレバー６１０をＷＩＤＥ側に移動させることでコンティニュアスＡＦを終了することができる。
【００６８】
以上の本実施形態では、フォーカスレンズ制御部３３０は、ズームレンズ２４０が基準点よりも広角側に位置する場合には、焦点モードとして、ズームレンズ位置に応じた所定位置にフォーカスレンズ２５０を設定する固定焦点モードを選択し、ズームレンズ２４０が基準点よりも望遠側に位置する場合には、ＡＦモードを選択する制御を行う。
【００６９】
これにより、第１の実施形態とは異なり、ズームレンズ位置が望遠側にある場合には、ＡＦ開始信号等の他の情報を用いることなく、ＡＦモードを選択することが可能になる。ズームレンズ位置が望遠側にある場合には、ズーム倍率が大きいこと及びベスト被写体距離が小さいことにより、被写界深度の幅が非常に狭くなっている。さらに、被写体の移動（内視鏡装置による生体観察であれば拍動等によるものが考えられる）や光学系の移動（手ぶれ等）があるため、手動によるピント合わせが困難であり、ＡＦを実行するＡＦモードを選択することは自然である。このようにすることで、図７におけるＡＦボタン６２０等の操作を行うことなく、ＡＦモードを実行することができるため、ユーザーにとって利便性の高いシステムを提供することが可能になる。
【００７０】
また、フォーカスレンズ制御部３３０は、焦点モードとしてＡＦモードが選択された状態において、ズームレンズ２４０が基準点よりも広角側に移動した場合には、ＡＦモードを終了し、焦点モードを固定焦点モードに設定してもよい。
【００７１】
これにより、ズームレンズ２４０の位置が基準点よりも広角側に移動したことを、ＡＦモードの終了条件として用いることが可能になる。シングルＡＦにおいては、ピント合わせが一回のため、終了条件を考慮する必要性は高くないが、コンティニュアスＡＦにおいては、ピント合わせを継続するため、適切な終了条件を設定し、条件を満たした場合にピント合わせを終了する必要があるためである。
【００７２】
また、以上の本実施形態は、以下の内視鏡装置に関係する。内視鏡装置のフォーカスレンズ制御部３３０は、ズームレンズ２４０が基準点よりも広角側に位置する場合には、焦点モードとして、ズームレンズ位置に応じた所定位置にフォーカスレンズ２５０を設定する固定焦点モードを選択し、ズームレンズ２４０が基準点よりも望遠側に位置する場合には、ＡＦモードを選択する制御を行う。
【００７３】
これにより、本実施形態において上述したような、広角側では固定焦点モードを選択し、望遠側ではＡＦモードを選択する内視鏡装置を実現することが可能になる。
【００７４】
４．第４の実施形態
以上でも述べたように、内視鏡装置では被写体に近づいて拡大させて観察する場面が多く、拡大観察時には生体の動きやスコープ先端のブレにより静止した画像を得ることが難しい。そこで、内視鏡装置においてもオートフォーカス（ＡＦ）が必要とされるようになってきた。
【００７５】
例えば特許文献２には、対物光学系のフォーカスを駆動するフォーカス駆動部を撮像部に設け、被写体に対してＡＦを行う内視鏡装置が開示されている。
【００７６】
しかしながら、特許文献２では、ＡＦ停止／起動の切り替えを操作部に設けられたスイッチで制御する。このため、ユーザーは従来の内視鏡操作に加えて、ＡＦ停止／起動の操作を行う必要があり、煩雑性が増してしまう。
【００７７】
また、特許文献３には、被写体までの距離を検出して、その距離に応じてＡＦを行い、更に一定時間以上その距離が一定範囲内にあることを条件としてＡＦのオン／オフを切り替えるスイッチを有する内視鏡装置が開示されている。
【００７８】
しかしながら、通常、ユーザーは、先端に撮像部が配置された内視鏡のスコープを生体に挿入すると、最初は病変候補等の注目する箇所を見つけるために広視野でスクリーニングを行う。その際にオートフォーカスがコンティニュアス（逐次的）に行われてしまうと、視野が短時間の間に大きくなったり小さくなったりと定まらず、観察に悪影響を与えてしまう。また、フォーカスしている被写体までの距離が頻繁に変わってしまうとユーザーはピントの合う距離感をつかめない。一方、スクリーニングを行って注目する箇所が見つかると、ユーザーはその箇所へスコープの先端を近づけて、大きく表示させて観察する。その際には、じっくりと観察したいので、オートフォーカスがコンティニュアスに行われブレのない画像を提供することが望ましい。
【００７９】
そこで、本実施形態では、観察状態に応じて自動的に焦点モードを設定する。即ち、拡大観察時にはコンティニュアスなＡＦ動作を行うモードを設定し、広視野での観察を行う場合にはコンティニュアスなＡＦ動作を行うモードを設定しない。
【００８０】
これにより、スクリーニングを行っている際には、フォーカスしている被写体までの距離が変わらないため、ユーザーはピントの合う距離感を把握することができる。また、ＡＦ動作による視野の変動がなく、観察への悪影響がない。拡大観察を行っている際には、コンティニュアスにＡＦ動作が行われるため、ユーザーが見たい被写体にピントが合った画像を提供できる。
【００８１】
なお以下では、第４、第６の実施形態において、レンズ一群駆動及び位相差ＡＦを行う内視鏡装置を説明し、第５の実施形態において、レンズ二群駆動及びコントラストＡＦを行う内視鏡装置を説明するが、本実施形態では、レンズ駆動方式とＡＦ方式の組み合わせは、これらに限定されない。
【００８２】
図１１に、コンティニュアスＡＦモードとシングルＡＦモードの切り替え制御を行う第４の実施形態における内視鏡装置の構成例を示す。図１１に示す内視鏡装置は、撮像部１０（挿入部）、Ａ／Ｄ変換部２０、信号処理部３０（画像処理部）、フォーカス制御部３５、出力部７０（表示部）、制御部８０、Ｉ／Ｆ部９０（操作部、外部インターフェース部）を含む。撮像部１０は、光学倍率を調整するズームレンズ１２と、被写体の画像を撮像する撮像素子１４と、を含む。フォーカス制御部３５は、位相差を算出する位相差算出部４０と、ズームレンズ１２を駆動する駆動部５０と、モード切り替えを行う切り替え部６０と、を含む。
【００８３】
ズームレンズ１２及び撮像素子１４を介した撮影により得られたアナログの信号は、Ａ／Ｄ変換部２０によりデジタルの信号へ変換される。Ａ／Ｄ変換部２０は信号処理部３０と位相差算出部４０へ接続されている。信号処理部３０は出力部７０へ接続されている。位相差算出部４０は駆動部５０へ接続されている。駆動部５０は、ズームレンズ１２の位置を移動させる機構である図示しない駆動機構へ接続されている。駆動部５０は切り換え部６０と双方向に接続されている。また、例えばマイクロコンピュータなどで構成される制御部８０は、Ａ／Ｄ変換部２０、信号処理部３０、位相差算出部４０、駆動部５０、切り替え部６０、出力部７０と双方向に接続されている。また、例えば電源スイッチや、変数設定を行うためのインターフェースなどを備えた外部Ｉ／Ｆ部９０は、制御部８０と双方向に接続されている。
【００８４】
第４の実施形態における内視鏡装置の動作について説明する。被写体から反射した反射光がズームレンズ１２（ズームレンズ１２を含む図示しない結像レンズ群）により撮像素子１４上に結像される。撮像素子１４は、結像の光電変換を行い、光電変換で得られたアナログ信号をＡ／Ｄ変換部２０に出力する。Ａ／Ｄ変換部２０は、入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換し、そのデジタル信号を信号処理部３０に出力する。また、撮像素子１４には、分割された瞳に対応する２つの結像の位相差を検出するための位相差検出用素子が配置されている。位相差検出用素子を含む撮像素子１４については、後で詳細に説明する。Ａ／Ｄ変換部２０は、位相差検出用素子により取得されたアナログ信号をデジタル信号へ変換し、そのデジタル信号を位相差算出部４０に出力する。
【００８５】
位相差算出部４０は、位相差検出用素子により取得されＡ／Ｄ変換部２０により変換されたデジタル信号に基づいて、位相差（位相差情報）を算出する。位相差算出部４０は、算出された位相差に基づいて、被写体が合焦するズームレンズ１２の位置（以下では適宜、「合焦レンズ位置」と呼ぶ）を決定する。
【００８６】
駆動部５０は、ズームレンズ１２が今どの位置に設定されているかを表す現在位置の情報を保持する。駆動部５０は、コンティニュアスＡＦ（逐次的なＡＦ）を行うモードであるコンティニュアスＡＦモードがオンである場合には、位相差算出部４０により逐次に決定された合焦レンズ位置の情報に基づいて、現在位置から合焦レンズ位置へ逐次にズームレンズ１２を移動させる。即ち、コンティニュアスＡＦモードがオンである場合には、合焦レンズ位置が変化する毎にズームレンズ１２の位置が移動され、被写体に対して常にピントが合った状態となる。
【００８７】
一方、コンティニュアスＡＦモードがオフ（シングルＡＦモードがオン）である場合には、駆動部５０は、合焦レンズ位置の情報に基づいてシングルＡＦ動作を行う。即ち、合焦レンズ位置が変化する毎に逐次にズームレンズ１２の位置を移動させるのではなく、所定間隔で、各回において１回ずつズームレンズ１２を合焦レンズ位置に移動させる。
【００８８】
切り換え部６０は、コンティニュアスＡＦモードのオン／オフを切り換える。即ち、コンティニュアスＡＦモードとシングルＡＦモードを切り替える。具体的には、切り替え部６０は、ズームレンズ１２の現在位置情報を駆動部５０から取得する。図１２に示すように、切り替え部６０は、ズームレンズ１２の現在位置が所定の位置Ｄｗより広角側にある場合には、コンティニュアスＡＦモードをオフにする。また、切り替え部６０は、ズームレンズ１２の現在位置が所定の位置Ｄｔより望遠側にある場合には、コンティニュアスＡＦモードをオンにする。なお、ＤｗとＤｔは同一であってもよいし、異なってもよい。切り替え部６０は、コンティニュアスＡＦモードのオン／オフの情報を駆動部５０へ送信する。
【００８９】
信号処理部３０は、Ａ／Ｄ変換部２０からの画像（デジタル信号）に対して、例えば階調変換処理などの画像処理を行う。出力部７０は、信号処理部３０により画像処理された画像を、例えばメモリカードなどの記録媒体に保存し、あるいは不図示の表示装置に出力する。
【００９０】
次に、本実施形態の具体的な動作について、実際の使用状況を想定して説明する。まずユーザーは、先端に撮像部１０が配置された内視鏡のスコープを生体に挿入し、診断を開始する。診断の最初は、注目する箇所（例えば病変候補など）を見つけるために広視野でスクリーニングを行う。このように広視野の観察で始まるので、切り換え部６０は、初期設定としてコンティニュアスＡＦモードをオフに設定する。
【００９１】
撮像素子１４の位相差検出用素子により信号が取得され、その信号はＡ／Ｄ変換部２０によりデジタル信号に変換され、そのデジタル信号に基づいて位相差算出部４０により位相差が算出され、その位相差に基づいて合焦レンズ位置が逐次的に決定される。
【００９２】
コンティニュアスＡＦモードがオフであるので、駆動部５０は、一定時間間隔ごとに、位相差算出部４０からの合焦レンズ位置へ、ズームレンズ１２を各回につき一回だけ駆動する。
【００９３】
切り換え部６０は、駆動部５０からズームレンズ１２の現在位置情報を取得し、モード切り替えの判定を行う。現在位置は所定位置Ｄｗよりも広角側の場合には、コンティニュアスＡＦモードの設定を維持する。
【００９４】
ユーザーがスクリーニングを行って注目する箇所が見つかると、ユーザーはその箇所へスコープの先端を近づけて、大きく表示させて観察する。駆動部５０では一定時間毎に一度だけズームレンズ１２を合焦レンズ位置へ駆動しているが、拡大観察を行うため、ある時点でそのズームレンズ１２の位置が所定の位置Ｄｔより望遠側に駆動されることになる。切り換え部６０は、駆動部５０から取得している現在位置情報が所定位置Ｄｔより望遠側にあると判定した場合、コンティニュアスＡＦモードをオンに切り換え、駆動部５０へコンティニュアスＡＦモードがオンであるという情報を伝達する。
【００９５】
位相差算出部４０は逐次的に合焦レンズ位置を決定しており、駆動部５０は、コンティニュアスＡＦモードがオンになったことから、位相差算出部４０から伝達される合焦レンズ位置へ逐次的にズームレンズ１２を駆動する。即ちコンティニュアスＡＦ動作を行う。
【００９６】
ユーザーは注目する箇所を見終わると、再度スクリーニングを始め、広視野での観察を行う。駆動部５０は逐次的に合焦レンズ位置へズームレンズ１２を駆動しているが、広視野での観察に移行するとズームレンズ１２は広角側へ駆動される。切り換え部６０は、駆動部５０から取得するズームレンズ１２の現在位置が所定位置Ｄｗよりも広角側にきたと判定した場合、コンティニュアスＡＦモードをオフに切り換え、駆動部５０は、シングルＡＦ動作を行う。
【００９７】
なお、コンティニュアスＡＦモードがオンからオフに切り替わった場合に、ズームレンズ１２を深度の深い所定の固定位置Ｄｚ（図１２に示す位置Ｄｚ）に移動させてもよい。このようにすれば、位置Ｄｚは、所定位置Ｄｗよりも広角側の位置であり被写界深度が広いため、コンティニュアスＡＦが行われなくなったときに、被写体にピントが合っている状態を得られやすくなる。
【００９８】
以上の実施形態によれば、図１１で説明したように、フォーカス制御装置は、光学倍率を調整するズームレンズ１２を少なくとも含む撮像光学系のフォーカス制御を行うとともに、撮像光学系の焦点モードの設定制御を行うフォーカス制御部３５と、撮像光学系を介して画像を取得する画像取得部と、を含む。図１２で説明したように、フォーカス制御部３５は、ズームレンズ１２の位置が、広角端と望遠端の間に位置する基準点Ｄｗよりも広角側である場合には、コンティニュアスＡＦを行うモードに焦点モードを設定し、ズームレンズ１２の位置が、基準点Ｄｔよりも望遠側である場合には、コンティニュアスＡＦを停止する。
【００９９】
より具体的には、フォーカス制御部３５は、ズームレンズ１２の位置が基準点Ｄｔよりも望遠側である場合、シングルＡＦを行うモードに焦点モードを設定する。
【０１００】
このようにすれば、拡大観察ではコンティニュアスＡＦモードに設定できるため、被写界深度が狭い高倍率の観察においても、被写体に合焦した見やすい画像をユーザーに提供することができる。また、通常観察ではシングルＡＦモードに設定できるので、フォーカスが一定時間維持され、短時間で変わることがない。そのため、スクリーニングなどにおいてユーザーがピントの合う距離を判断しやすくなる。また、一定時間ごとにＡＦ動作が行われるため、ユーザーが自らフォーカス調整を行う手間が軽減され、ユーザーの負担を減らすことができる。
【０１０１】
５．第５の実施形態
次に、レンズ二群駆動でありコントラストＡＦを行う第５の実施形態について説明する。図１３に、第５の実施形態における内視鏡装置の構成例を示す。
【０１０２】
図１３の内視鏡装置は、撮像部１０、Ａ／Ｄ変換部２０、信号処理部３０、フォーカス制御部３５、出力部７０、制御部８０、Ｉ／Ｆ部９０を含む。撮像部１０は、フォーカス調整を行うフォーカスレンズ１１と、光学倍率を調整するズームレンズ１２と、撮像素子１４と、を含む。フォーカス制御部３５は、コントラスト値を算出するコントラスト算出部４２と、合焦レンズ位置を決定する合焦位置決定部４４と、フォーカスレンズ１１及びズームレンズ１２を駆動する駆動部５０と、切り替え部６０と、を含む。制御部８０は、ズーム倍率設定部８２を含む。
【０１０３】
なお以下では、第４の実施形態と同一の構成要素については同一の符号を付して適宜説明を省略し、第４の実施形態と異なる構成及び動作について説明する。
【０１０４】
フォーカスレンズ１１、ズームレンズ１２及び撮像素子１４を介して撮影されたアナログの信号は、Ａ／Ｄ変換部２０によりデジタルの信号へ変換される。Ａ／Ｄ変換部２０は信号処理部３０へ接続されている。信号処理部３０はコントラスト算出部４２と出力部７０へ接続されている。コントラスト算出部４２は合焦位置決定部４４へ接続されている。合焦位置決定部４４は駆動部５０へ接続されている。駆動部５０は、フォーカスレンズ１１の位置を移動させる機構である図示しない駆動機構と、ズームレンズ１２の位置を移動させる機構である図示しない駆動機構と、へ接続されている。駆動部５０は切り換え部６０と双方向に接続されている。また、例えばマイクロコンピュータなどで構成される制御部８０は、Ａ／Ｄ変換部２０、信号処理部３０、コントラスト算出部４２、合焦位置決定部４４、駆動部５０、切り替え部６０、出力部７０と双方向に接続されている。また、例えば電源スイッチや、変数設定を行うためのインターフェースなどを備えたＩ／Ｆ部９０は、制御部８０と双方向に接続されている。なお、Ｉ／Ｆ部９０は更に、ユーザーがズームレンズの位置を手動で動作させることができるレバー等が設けられてもよい。
【０１０５】
第５の実施形態における内視鏡装置の動作について説明する。被写体から反射した反射光は、フォーカスレンズ１１及びズームレンズ１２（フォーカスレンズ１１及びズームレンズ１２を含む図示しない結像レンズ群）により撮像素子１４上に結像される。Ａ／Ｄ変換部２０によりＡ／Ｄ変換された画像は、信号処理部３０により画像処理され、その画像処理後の画像がコントラスト算出部４２に出力される。
【０１０６】
駆動部５０は、フォーカスレンズ１１を光軸上の複数の位置（少なくとも３つ以上）に移動させ（ウォブリング）、信号処理部３０は、その各位置における画像を取得する。コントラスト算出部４２は、各位置に対応するコントラスト値を算出する。即ち、コントラスト算出部４２は、信号処理部３０からの画像に対してハイパスフィルタ処理又はバンドパスフィルタ処理を行い、その処理結果を画像内で積算することでコントラスト値を算出する。
【０１０７】
合焦位置決定部４４は、コントラスト算出部４２からの複数のコントラスト値と、各コントラスト値に対応するフォーカスレンズ１１の位置に基づいて、被写体に対して合焦するフォーカスレンズ１１の位置（合焦レンズ位置）を決定する。具体的には、合焦位置決定部４４は、複数のレンズ位置に対応して取得された複数のコントラスト値から、コントラスト値がピーク（最大）となる位置を算出し、その位置を合焦レンズ位置とする。
【０１０８】
なお、本実施形態では、上記のような山登り方によるコントラストＡＦに限定されず、他の手法によるＡＦを行ってもよい。例えば、フォーカスレンズ１１を２つの位置で切り替える２焦点切り替えの場合に、現在のレンズ位置においてコントラスト値が所定値よりも小さくなったと判断したら、もう一つのレンズ位置にフォーカスレンズ１１を移動させる手法を採用してもよい。
【０１０９】
駆動部５０は、ズームレンズ１２及びフォーカスレンズ１１が今どの位置に設定されているかを表す現在位置情報を保持する。切り替え部６０は、現在位置情報に基づいてコンティニュアスＡＦモードのオン／オフを切り換え、駆動部５０は、そのオン／オフ情報に基づいてコントラストＡＦ動作あるいはシングルＡＦ動作を行う。この切り替え動作についは、第４の実施形態と同様である。
【０１１０】
駆動部５０は、フォーカスレンズ１１の位置を移動させる制御を行うフォーカスレンズ制御部５２と、ズームレンズ１２の位置を移動させる制御を行うズームレンズ制御部５４を含む。フォーカスレンズ制御部５２は、上記のＡＦ動作においてフォーカスレンズ１１を駆動する。ズームレンズ制御部５４は、制御部８０のズーム倍率設定部８２が設定した光学倍率に対応する位置に、ズームレンズ１２を移動させる。なお、Ｉ／Ｆ部９０に含まれる操作部（例えば図７のズームレバー６１０）をユーザーが操作することで、ズーム倍率設定部８２に光学倍率が設定される。
【０１１１】
実際の使用状況を想定した、本実施形態の具体的な動作については、ＡＦ動作がコントラストＡＦである点とレンズ二群駆動である点が第４の実施形態と異なる。
【０１１２】
即ち、第５の実施形態では、スクリーニングにおいて、切り替え部６０がフォーカスレンズ１１の位置が所定の位置Ｄｗよりも広角側であると判断した場合、コンティニュアスＡＦモードをオフに設定する。コンティニュアスＡＦモードがオフのときには、フォーカス制御部３５は、一定時間間隔毎に、コントラストＡＦを１回ずつ行う。即ち、フォーカス制御部３５は、ウォブリング動作により合焦レンズ位置を決め、その位置にフォーカスレンズ１１を移動させる一連の動作を、一定時間間隔毎に１回ずつ行う。
【０１１３】
また、拡大観察において、切り替え部６０は、フォーカスレンズ１１の位置が所定の位置Ｄｔよりも望遠側であると判断した場合、コンティニュアスＡＦモードをオンに設定する。コンティニュアスＡＦモードがオンのときには、フォーカス制御部３５は、コントラストＡＦ動作を逐次的に行う。即ち、フォーカス制御部３５は、ウォブリング動作を逐次行って合焦レンズ位置を決め、その逐次に求められる合焦レンズ位置に、そのつどフォーカスレンズ１１を移動させる。
【０１１４】
以上の実施形態によれば、コントラストＡＦやレンズ二群駆動を用いた場合にも、拡大観察においてコンティニュアスＡＦを行い、通常観察においてシングルＡＦを行うことができ、ユーザーに見やすい画像を提供できる。
【０１１５】
６．第６の実施形態
次に、コンティニュアスＡＦモードがオフの場合に固定焦点となる第６の実施形態について説明する。図１４に、第６の実施形態における内視鏡装置の構成例を示す。
【０１１６】
図１４の内視鏡装置は、撮像部１０、Ａ／Ｄ変換部２０、信号処理部３０、フォーカス制御部３５、出力部７０、制御部８０、Ｉ／Ｆ部９０を含む。撮像部１０は、ズームレンズ１２、撮像素子１４を含む。フォーカス制御部３５は、位相差算出部４０、駆動部５０、切り替え部６０を含む。制御部８０は、ズーム倍率設定部８２を含む。
【０１１７】
なお以下では、第４の実施形態と同一の構成要素については同一の符号を付して適宜説明を省略し、第４の実施形態と異なる構成及び動作について説明する。
【０１１８】
位相差算出部４０は切り換え部６０に接続している。他の構成要素の接続関係については、第４の実施形態と同様である。
【０１１９】
位相差算出部４０は、撮像素子１４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、被写体が合焦するズームレンズ１２の位置（合焦レンズ位置）を位相差に基づいて算出する。
【０１２０】
切り替え部６０は、コンティニュアスＡＦモードがオンの場合には、ズームレンズ１２の現在位置情報を駆動部５０から取得し、その現在位置情報に基づいてコンティニュアスＡＦモードをオフにするか否かを判断する。また切り替え部６０は、コンティニュアスＡＦモードがオフの場合には、位相差算出部４０から合焦レンズ位置を取得し、その合焦レンズ位置に基づいてコンティニュアスＡＦモードをオンにするか否かを判断する。コンティニュアスＡＦモードがオフの場合には、光学倍率を変えない限りズームレンズ１２は移動しないが、合焦レンズ位置を見ることで、ピントが合うレンズ位置が広角側にあるのか望遠側にあるのかを判定できるからである。
【０１２１】
なお、コンティニュアスＡＦモードがオンの場合において、切り替え部６０は、位相差算出部４０からの合焦レンズ位置情報に基づいてコンティニュアスＡＦモードをオフにするか否かを判断してもよい。また、コンティニュアスＡＦモードがオフの場合において、切り替え部６０は、光学倍率に応じて設定されたズームレンズ１２の現在位置情報を駆動部５０から取得し、その現在位置情報に基づいてコンティニュアスＡＦモードをオンにするか否かを判断してもよい。例えばコントラストＡＦを用いる場合、固定焦点モードでウォブリング動作を行うのは適切でないと考えられるため、ズームレンズ１２の現在位置から判定を行えばよい。
【０１２２】
駆動部５０は、コンティニュアスＡＦモードがオフ（固定焦点モード）に設定された場合には、ズーム倍率設定部８２により設定された光学倍率に対応する位置（又は所定の固定位置）にズームレンズ１２を設定し、ＡＦ動作は行わない。なお、Ｉ／Ｆ部９０に含まれる操作部（例えば図７のズームレバー６１０）をユーザーが操作することで、ズーム倍率設定部８２に光学倍率が設定される。他の構成要素の動作については、第４の実施形態と同様である。
【０１２３】
本実施形態の具体的な動作について、実際の使用状況を想定して説明する。まずユーザーは、先端に撮像部１０が配置された内視鏡のスコープを生体に挿入し、診断を開始する。診断の最初は、注目する箇所（例えば病変候補など）を見つけるために広視野でスクリーニングを行う。このように広視野の観察で始まるので、切り換え部６０は、初期設定としてコンティニュアスＡＦモードをオフに設定する。
【０１２４】
撮像素子１４の位相差検出用素子により信号が取得され、その信号はＡ／Ｄ変換部２０によりデジタル信号に変換され、そのデジタル信号に基づいて位相差算出部４０により位相差が算出され、その位相差に基づいて合焦レンズ位置が逐次的に決定される。
【０１２５】
切り換え部６０は、位相差算出部４０から合焦レンズ位置の情報を取得し、モード切り替えの判定を行う。合焦レンズ位置が所定位置Ｄｗ（図１２）よりも広角側の場合、コンティニュアスＡＦモードをオフに設定する（オフを維持する）。このように、スクリーニングでは、固定焦点モードとなり、光学倍率に応じた固定位置にズームレンズ１２が設定される。
【０１２６】
ユーザーがスクリーニングを行って注目する箇所が見つかると、ユーザーはその箇所へスコープの先端を近づけて、大きく表示させて観察する。切り換え部６０は、位相差算出部４０から取得した合焦レンズ位置（又は、光学倍率に応じたズームレンズ１２の現在位置を用いる場合には、駆動部５０から取得したズームレンズ１２の現在位置）が所定位置Ｄｔより望遠側にあると判定した場合、コンティニュアスＡＦモードをオンに切り換え、駆動部５０へコンティニュアスＡＦモードがオンであるという情報を伝達する。
【０１２７】
駆動部５０は、コンティニュアスＡＦモードがオンになったことから、位相差算出部４０から伝達される合焦レンズ位置へ逐次的にズームレンズ１２を駆動する。即ちコンティニュアスＡＦ動作を行う。
【０１２８】
ユーザーは注目する箇所を見終わると、再度スクリーニングを始め、広視野での観察を行う。駆動部５０は逐次的に合焦レンズ位置へズームレンズ１２を駆動しているが、広視野での観察に移行するとズームレンズ１２は広角側へ駆動される。切り換え部６０は、駆動部５０から取得するズームレンズ１２の現在位置（又は位相差算出部４０から取得する合焦レンズ位置）が所定位置Ｄｗよりも広角側にきたと判定した場合、コンティニュアスＡＦモードをオフに切り換え、駆動部５０は、ＡＦ動作を停止する。
【０１２９】
なお、コンティニュアスＡＦモードがオンからオフに切り替わった場合に、ズームレンズ１２を深度の深い所定の固定位置Ｄｚ（図１２に示す位置Ｄｚ）に移動させてもよい。このようにすれば、位置Ｄｚは、所定位置Ｄｗよりも広角側の位置であり被写界深度が広いため、コンティニュアスＡＦが行われなくなったときに、被写体にピントが合っている状態を得られやすくなる。
【０１３０】
以上に述べた第６の実施形態によれば、拡大観察ではコンティニュアスＡＦモードに設定されるため、被写界深度が狭い高倍率の観察においても、被写体に合焦した見やすい画像をユーザーに提供することができる。また、通常観察では固定焦点モードに設定されるため、ユーザーが操作しない限りフォーカスが変更されないため、スクリーニングなどにおいてユーザーがピントの合う距離を判断しやすくなる。
【０１３１】
以上の実施形態によれば、フォーカス制御装置は、光学倍率を調整するズームレンズを少なくとも含む撮像光学系のフォーカス制御を行うとともに、撮像光学系の焦点モードの設定制御を行うフォーカス制御部と、撮像光学系を介して画像を取得する画像取得部と、を含む。焦点モードは、固定焦点モード及びＡＦ(Auto-Focus)モードを有する。フォーカス制御部は、広角端と望遠端の間に位置する基準点に対して、ズームレンズの位置が広角側であるか望遠側であるかに応じて、固定焦点モード及びＡＦモードの切り替え制御を行う。
【０１３２】
なお、フォーカス制御部は、例えば図１のフォーカスレンズ制御部３３０（第１、第２の実施形態）、又は図１０のフォーカスレンズ制御部３３０（第３の実施形態）、又は図１４のフォーカス制御部３５（第６の実施形態）に対応する。フォーカス制御は、図９等で説明したように、レンズ二群駆動であってもよいし、レンズ一群駆動であってもよい。ＡＦモードでは、第１の実施形態等で説明したように、シングルＡＦを行ってもよいし、コンティニュアスＡＦを行ってもよい。
【０１３３】
ここで、ズームレンズの位置とは、撮像光学系において実際にズームレンズが設定された位置、又は、ズームレンズの移動により合焦を行うレンズ一群駆動において、被写体が合焦するレンズ位置（合焦レンズ位置）として算出した位置である。例えば、第１の実施形態等で説明したように、図７のズームレバー６１０をユーザーが操作し、その操作情報に基づいて図１のズームレンズ制御部３２０がズームレンズ２４０を移動させ、その実際に設定されたズームレンズ２４０の位置に基づいてフォーカスレンズ制御部３３０がモード切り替えを判定する。あるいは、第６の実施形態で説明したように、固定焦点モードにおいて位相差算出部４０が位相差に基づいて合焦レンズ位置を算出し、その合焦レンズ位置に基づいてコンティニュアスＡＦモードに切り替えるか否かを判定する。
【０１３４】
このようにすれば、少なくとも基準点とズームレンズとの位置関係に基づいて、固定焦点モードとＡＦモードの切り替え制御を行うことが可能になる。例えば、第３の実施形態や第６の実施形態で説明したように、ズームレンズが広角側にあるときには固定焦点モードに設定し、望遠側にあるときにはＡＦモードに設定してもよい。また、第１の実施形態で説明したように、ズームレンズが広角側にあるときには固定焦点モードを設定し、望遠側にあるときには、更に他の条件（例えばＡＦ開始信号）を考慮し、固定焦点モードとＡＦモードを切り替えてもよい。これにより、常にＡＦを行うのではなく、適切な状態においてＡＦを行うことが可能になる。第１の実施形態等で説明したように、特に内視鏡装置では、図４（Ａ）のようにＡＦの効果が薄い管空状の被写体ではＡＦを行わず、図４（Ｂ）のようにＡＦが有効な状態においてＡＦを実行することが可能となる。
【０１３５】
また本実施形態では、フォーカス制御部は、固定焦点モードにおいて、ズームレンズの位置に応じた所定の距離に合焦被写体距離を設定する。
【０１３６】
例えば、図６（Ａ）で説明したように、ズームレンズが広角端の位置Ａから望遠端の位置Ｆに移動するに従って合焦被写体距離が短くなるように、ズームレンズの位置と合焦被写体距離が対応付けられている。レンズ二群駆動の場合には、ズームレンズ位置が設定されると、それに応じてフォーカスレンズが移動され、所定の合焦被写体距離が実現される。またレンズ一群駆動の場合には、ズームレンズの移動により合焦被写体距離が調整されるので、ズームレンズの位置が移動されると、それに応じた所定の合焦被写体距離が設定される。
【０１３７】
また本実施形態では、図１４（第６の実施形態）等で説明したように、フォーカス制御部３５は、ＡＦモードにおいて、位相差に基づくＡＦ制御を行う。具体的には、撮像光学系は、位相差を検出するための位相差検出用素子を更に有する。フォーカス制御部３５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位相差算出部４０を有する。フォーカス制御部３５は、算出された位相差に基づいて、被写体像を合焦させる制御を行う。
【０１３８】
例えば第６の実施形態では、位相差検出用素子は、図１５で説明したように撮像素子１４に設けられている。そして、位相差算出部４０が位相差に基づいて合焦レンズ位置を算出し、駆動部５０が合焦レンズ位置にズームレンズ１２を移動させ、フォーカス制御を行う。
【０１３９】
このようにすれば、ＡＦモードにおいて位相差ＡＦを行うことができる。位相差ＡＦでは、位相差を検出するだけで合焦レンズ位置を算出できるため、レンズを移動させる必要があるコントラストＡＦよりも一般に高速なＡＦ動作を実現できる。
【０１４０】
また本実施形態では、図１２等で説明したように、フォーカス制御部３５は、ＡＦモードを終了するときに、広角側の所定の位置Ｄｚにズームレンズ１２を設定する。
【０１４１】
このようにすれば、ＡＦモードを終了するときに、被写界深度が広い状態に設定できる。即ち、ＡＦモードを終了すると固定焦点モードとなってＡＦが行われないため、被写界深度が狭いままだとピントが外れやすくユーザーにとって不便なことが予想される。この点、広角側の所定の位置Ｄｚにズームレンズ１２を設定することで、被写界深度が自動的に広くなり、ユーザーの利便性が向上する。
【０１４２】
７．位相差ＡＦ
位相差検出用素子が設けられた撮像素子１４、及びその撮像素子１４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。
【０１４３】
図１５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１５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センサＳ１群及びＳ２群（位相差検出用素子）と、を含む。
【０１４４】
位相センサ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１５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
【０１４５】
次に、位相差算出部４０における可動レンズの移動量の算出方法について、図１６を用いて説明する。可動レンズは、レンズ一群駆動におけるズームレンズ１２、又はレンズ二群駆動におけるフォーカスレンズ１１である。
【０１４６】
図１６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１６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。さらに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１６に矢印で示した方向が正である。この時、下式（１）が成立するため、これを変形した下式（２）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。さらにここでは、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 （１）
ｄ＝Ｆ・Ｓ／（Ｇ−Ｓ） （２）
【０１４７】
本実施形態における位相差算出部４０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（２）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、算出した移動量を駆動部５０に順次出力する。あるいは、位相差算出部４０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駆動部５０（又は図１４の切り替え部６０）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Ｒを下式（３）で算出しておき、下式の（４）で移動量Ｄを算出すればよい。
Ｒ＝可動レンズの移動量／像位置の移動量 （３）
Ｄ＝−Ｒ・ｄ （４）
【０１４８】
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Ｒ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１７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（４）のＲ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。
【０１４９】
さらに、例えば可動レンズの位置ｘにより図１６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１８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（２）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（４）のｄとＲ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１８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。
【０１５０】
ここで位相差算出部４０は、例えば位相センサ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４０から移動量が出力されることになる。
【０１５１】
以上、本発明を適用した実施形態及びその変形例について説明したが、本発明は、各実施形態及び変形例そのままに限定されるものではなく、実施段階では、発明の要旨を逸脱しない範囲内で構成要素を変形して具体化することができる。また、上記した各実施の形態及び変形例に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることによって、種々の発明を形成することができる。例えば、各実施の形態及び変形例に記載した全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施の形態や変形例で説明した構成要素を適宜組み合わせてもよい。このように、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々の変形や応用が可能である。
【符号の説明】
【０１５２】
１０ 撮像部、１１ フォーカスレンズ、１２ ズームレンズ、１４ 撮像素子、
２０ Ａ／Ｄ変換部、３０ 信号処理部、３５ フォーカス制御部、
４０ 位相差算出部、４２ コントラスト算出部、４４ 合焦位置決定部、
５０ 駆動部、５２ フォーカスレンズ制御部、５４ ズームレンズ制御部、
６０ 切り替え部、７０ 出力部、８０ 制御部、８２ ズーム倍率設定部、
９０ Ｉ／Ｆ部、
１００ 光源部、１１０ 白色光源、１２０ 集光レンズ、２００ 撮像部、
２１０ ライトガイドファイバ、２２０ 照明レンズ、２３０ 対物レンズ系、
２４０ ズームレンズ、２５０ フォーカスレンズ、２６０ ズームレンズ駆動部、
２７０ フォーカスレンズ駆動部、２８０ 撮像素子、３００ 処理部、
３１０ ＡＤ変換部、３２０ ズームレンズ制御部、３３０ フォーカスレンズ制御部、
３３１ 観察モード判定部、３３２ フォーカスレンズ位置決定部、
３３３ ＡＦ制御部、３４０ 画像処理部、３５０ 制御部、４００ 表示部、
５００ 外部Ｉ／Ｆ部、６００ 操作部、６１０ ズームレバー、
６２０ ＡＦボタン、６３０ ズームボタン、
Ｄｔ，Ｄｗ，Ｄｚ 所定の位置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学倍率を調整するズームレンズを少なくとも含む撮像光学系のフォーカス制御を行うとともに、前記撮像光学系の焦点モードの設定制御を行うフォーカス制御部と、
前記撮像光学系を介して画像を取得する画像取得部と、
を含み、
前記焦点モードは、固定焦点モード及びＡＦ(Auto-Focus)モードを有し、
前記フォーカス制御部は、
広角端と望遠端の間に位置する基準点に対して、前記ズームレンズの位置が広角側であるか望遠側であるかに応じて、前記固定焦点モード及び前記ＡＦモードの切り替え制御を行うことを特徴とするフォーカス制御装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記フォーカス制御部は、
前記焦点モードとして前記固定焦点モードが選択された状態において前記ズームレンズの位置が広角側から望遠側に移動した場合には、合焦被写体距離が単調減少するように前記フォーカス制御を行うことを特徴とするフォーカス制御装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記フォーカス制御部は、
前記ズームレンズの位置が前記基準点よりも広角側である場合には、前記焦点モードとして、前記ズームレンズの位置に応じた所定の距離に前記合焦被写体距離を設定する前記固定焦点モードを選択し、
前記ズームレンズの位置が前記基準点よりも望遠側である場合には、前記固定焦点モードと前記ＡＦモードの切り替え制御を行うことを特徴とするフォーカス制御装置。
【請求項４】
請求項２において、
前記フォーカス制御部は、
前記ズームレンズの位置が前記基準点よりも広角側である場合には、前記焦点モードとして、前記ズームレンズの位置に応じた所定の距離に前記合焦被写体距離を設定する前記固定焦点モードを選択し、
前記ズームレンズの位置が前記基準点よりも望遠側である場合には、前記焦点モードとして、前記ＡＦモードを選択する制御を行うことを特徴とするフォーカス制御装置。
【請求項５】
請求項３において、
前記フォーカス制御部は、
前記ズームレンズの位置が前記基準点よりも望遠側である状態においてＡＦ開始信号が入力された場合には、前記焦点モードを前記ＡＦモードに設定し、前記ズームレンズの位置が前記基準点よりも望遠側である状態において前記ＡＦ開始信号が入力されなかった場合には、前記焦点モードを前記固定焦点モードに設定する制御を行うことを特徴とするフォーカス制御装置。
【請求項６】
請求項５において、
前記フォーカス制御部は、
前記ズームレンズの位置が前記基準点よりも広角側である場合には、前記ＡＦ開始信号が入力された場合にも、前記焦点モードを前記固定焦点モードに設定することを特徴とするフォーカス制御装置。
【請求項７】
請求項４において、
前記フォーカス制御部は、
前記焦点モードとして前記ＡＦモードが選択された状態において前記ズームレンズが前記基準点よりも広角側に移動した場合には、前記ＡＦモードを終了し、前記焦点モードを前記固定焦点モードに設定することを特徴とするフォーカス制御装置。
【請求項８】
請求項３又は４において、
前記フォーカス制御部は、
前記焦点モードとして前記ＡＦモードが選択された場合には、シングルＡＦを実行する制御を行うことを特徴とするフォーカス制御装置。
【請求項９】
請求項３又は４において、
前記フォーカス制御部は、
前記焦点モードとして前記ＡＦモードが選択された場合には、コンティニュアスＡＦを実行する制御を行うことを特徴とするフォーカス制御装置。
【請求項１０】
請求項１において、
前記フォーカス制御部は、
前記ＡＦモードにおいて、位相差に基づくＡＦ制御を行うことを特徴とするフォーカス制御装置。
【請求項１１】
請求項１０において、
前記撮像光学系は、
前記位相差を検出するための位相差検出用素子を更に有し、
前記フォーカス制御部は、
前記位相差検出用素子からの信号に基づいて前記位相差を算出する位相差算出部を有し、
前記フォーカス制御部は、
算出された前記位相差に基づいて、被写体像を合焦させる制御を行うことを特徴とするフォーカス制御装置。
【請求項１２】
請求項１において、
前記フォーカス制御部は、
前記ＡＦモードを終了するときに、前記広角側の所定の位置に前記ズームレンズを設定することを特徴とするフォーカス制御装置。
【請求項１３】
請求項１において、
前記撮像光学系は、
フォーカスレンズを更に有し、
前記フォーカス制御部は、
前記フォーカスレンズの位置を調整することで前記フォーカス制御を行うことを特徴とするフォーカス制御装置。
【請求項１４】
請求項１３において、
前記フォーカス制御部は、
前記固定焦点モードにおいて、前記ズームレンズの位置に応じた所定の位置に前記フォーカスレンズを設定することを特徴とするフォーカス制御装置。
【請求項１５】
請求項１３において、
前記ズームレンズの位置を制御するズームレンズ制御部を含み、
前記ズームレンズ制御部は、
前記ズームレンズの位置を連続的に制御することを特徴とするフォーカス制御装置。
【請求項１６】
請求項１３において、
前記ズームレンズの位置を制御するズームレンズ制御部を含み、
前記ズームレンズ制御部は、
前記ズームレンズの位置を離散的に制御することを特徴とするフォーカス制御装置。
【請求項１７】
請求項１６において、
前記ズームレンズ制御部は、
離散的な前記ズームレンズの位置として、前記基準点よりも広角側の位置である第１のズームレンズ位置及び前記基準点よりも望遠側の位置である第２のズームレンズ位置のいずれかを選択する制御を行い、
前記フォーカスレンズ制御部は、
前記ズームレンズが前記第１のズームレンズ位置にあるか或いは前記第２のズームレンズ位置にあるかに応じて、前記固定焦点モード及び前記ＡＦモードの切り替え制御を行うことを特徴とするフォーカス制御装置。
【請求項１８】
請求項１において、
前記フォーカス制御部は、
前記ズームレンズの位置を調整することで前記フォーカス制御を行うことを特徴とするフォーカス制御装置。
【請求項１９】
請求項１８において、
前記光学倍率を設定するズーム倍率設定部を含み、
前記フォーカス制御部は、
前記固定焦点モードにおいて、前記ズームレンズの位置を、前記光学倍率に対応する位置に設定することを特徴とするフォーカス制御装置。
【請求項２０】
光学倍率を調整するズームレンズを少なくとも含む撮像光学系のフォーカス制御を行うとともに、前記撮像光学系の焦点モードの設定制御を行うフォーカス制御部と、
前記撮像光学系を介して画像を取得する画像取得部と、
を含み、
前記フォーカス制御部は、
前記ズームレンズの位置が、広角端と望遠端の間に位置する基準点よりも広角側である場合には、コンティニュアスＡＦを行うモードに前記焦点モードを設定し、前記ズームレンズの位置が、前記基準点よりも望遠側である場合には、前記コンティニュアスＡＦを停止することを特徴とするフォーカス制御装置。
【請求項２１】
請求項２０において、
前記フォーカス制御部は、
前記ズームレンズの位置が前記基準点よりも前記望遠側である場合、シングルＡＦを行うモードに前記焦点モードを設定することを特徴とするフォーカス制御装置。
【請求項２２】
光学倍率を調整するズームレンズを少なくとも含む撮像光学系と、
前記撮像光学系で結像された被写体像に対応する画像を生成する撮像素子と、
前記撮像光学系のフォーカス制御を行うとともに、前記撮像光学系の焦点モードの設定制御を行うフォーカス制御部と、
を含み、
前記焦点モードは、固定焦点モード及びＡＦ(Auto-Focus)モードを有し、
前記フォーカス制御部は、
広角端と望遠端の間に位置する基準点に対して、前記ズームレンズの位置が広角側であるか望遠側であるかに応じて、前記固定焦点モード及び前記ＡＦモードの切り替え制御を行うことを特徴とする内視鏡装置。
【請求項２３】
請求項２２において、
前記フォーカス制御部は、
前記ズームレンズの位置が前記基準点よりも広角側である場合には、前記焦点モードとして、前記ズームレンズの位置に応じた所定の距離に合焦被写体距離を設定する前記固定焦点モードを選択し、
前記ズームレンズの位置が前記基準点よりも望遠側である場合には、前記固定焦点モードと前記ＡＦモードの切り替え制御を行うことを特徴とする内視鏡装置。
【請求項２４】
請求項２２において、
前記フォーカス制御部は、
前記ズームレンズの位置が前記基準点よりも広角側である場合には、前記焦点モードとして、前記ズームレンズの位置に応じた所定の距離に合焦被写体距離を設定する前記固定焦点モードを選択し、
前記ズームレンズの位置が前記基準点よりも望遠側である場合には、前記焦点モードとして、前記ＡＦモード選択する制御を行うことを特徴とする内視鏡装置。
【請求項２５】
光学倍率を調整するズームレンズを少なくとも含む撮像光学系におけるフォーカス制御方法であって、
前記撮像光学系の焦点モードが、固定焦点モード及びＡＦ(Auto-Focus)モードを有する場合に、
広角端と望遠端の間に位置する基準点に対して、前記ズームレンズの位置が広角側であるか望遠側であるかに応じて、前記焦点モードの設定制御として、前記固定焦点モード及び前記ＡＦモードの切り替え制御を行い、
設定された前記焦点モードに基づいて前記撮像光学系のフォーカス制御を行うことを特徴とするフォーカス制御方法。
【請求項１】
光学倍率を調整するズームレンズを少なくとも含む撮像光学系のフォーカス制御を行うとともに、前記撮像光学系の焦点モードの設定制御を行うフォーカス制御部と、
前記撮像光学系を介して画像を取得する画像取得部と、
を含み、
前記焦点モードは、固定焦点モード及びＡＦ(Auto-Focus)モードを有し、
前記フォーカス制御部は、
広角端と望遠端の間に位置する基準点に対して、前記ズームレンズの位置が広角側であるか望遠側であるかに応じて、前記固定焦点モード及び前記ＡＦモードの切り替え制御を行うことを特徴とするフォーカス制御装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記フォーカス制御部は、
前記焦点モードとして前記固定焦点モードが選択された状態において前記ズームレンズの位置が広角側から望遠側に移動した場合には、合焦被写体距離が単調減少するように前記フォーカス制御を行うことを特徴とするフォーカス制御装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記フォーカス制御部は、
前記ズームレンズの位置が前記基準点よりも広角側である場合には、前記焦点モードとして、前記ズームレンズの位置に応じた所定の距離に前記合焦被写体距離を設定する前記固定焦点モードを選択し、
前記ズームレンズの位置が前記基準点よりも望遠側である場合には、前記固定焦点モードと前記ＡＦモードの切り替え制御を行うことを特徴とするフォーカス制御装置。
【請求項４】
請求項２において、
前記フォーカス制御部は、
前記ズームレンズの位置が前記基準点よりも広角側である場合には、前記焦点モードとして、前記ズームレンズの位置に応じた所定の距離に前記合焦被写体距離を設定する前記固定焦点モードを選択し、
前記ズームレンズの位置が前記基準点よりも望遠側である場合には、前記焦点モードとして、前記ＡＦモードを選択する制御を行うことを特徴とするフォーカス制御装置。
【請求項５】
請求項３において、
前記フォーカス制御部は、
前記ズームレンズの位置が前記基準点よりも望遠側である状態においてＡＦ開始信号が入力された場合には、前記焦点モードを前記ＡＦモードに設定し、前記ズームレンズの位置が前記基準点よりも望遠側である状態において前記ＡＦ開始信号が入力されなかった場合には、前記焦点モードを前記固定焦点モードに設定する制御を行うことを特徴とするフォーカス制御装置。
【請求項６】
請求項５において、
前記フォーカス制御部は、
前記ズームレンズの位置が前記基準点よりも広角側である場合には、前記ＡＦ開始信号が入力された場合にも、前記焦点モードを前記固定焦点モードに設定することを特徴とするフォーカス制御装置。
【請求項７】
請求項４において、
前記フォーカス制御部は、
前記焦点モードとして前記ＡＦモードが選択された状態において前記ズームレンズが前記基準点よりも広角側に移動した場合には、前記ＡＦモードを終了し、前記焦点モードを前記固定焦点モードに設定することを特徴とするフォーカス制御装置。
【請求項８】
請求項３又は４において、
前記フォーカス制御部は、
前記焦点モードとして前記ＡＦモードが選択された場合には、シングルＡＦを実行する制御を行うことを特徴とするフォーカス制御装置。
【請求項９】
請求項３又は４において、
前記フォーカス制御部は、
前記焦点モードとして前記ＡＦモードが選択された場合には、コンティニュアスＡＦを実行する制御を行うことを特徴とするフォーカス制御装置。
【請求項１０】
請求項１において、
前記フォーカス制御部は、
前記ＡＦモードにおいて、位相差に基づくＡＦ制御を行うことを特徴とするフォーカス制御装置。
【請求項１１】
請求項１０において、
前記撮像光学系は、
前記位相差を検出するための位相差検出用素子を更に有し、
前記フォーカス制御部は、
前記位相差検出用素子からの信号に基づいて前記位相差を算出する位相差算出部を有し、
前記フォーカス制御部は、
算出された前記位相差に基づいて、被写体像を合焦させる制御を行うことを特徴とするフォーカス制御装置。
【請求項１２】
請求項１において、
前記フォーカス制御部は、
前記ＡＦモードを終了するときに、前記広角側の所定の位置に前記ズームレンズを設定することを特徴とするフォーカス制御装置。
【請求項１３】
請求項１において、
前記撮像光学系は、
フォーカスレンズを更に有し、
前記フォーカス制御部は、
前記フォーカスレンズの位置を調整することで前記フォーカス制御を行うことを特徴とするフォーカス制御装置。
【請求項１４】
請求項１３において、
前記フォーカス制御部は、
前記固定焦点モードにおいて、前記ズームレンズの位置に応じた所定の位置に前記フォーカスレンズを設定することを特徴とするフォーカス制御装置。
【請求項１５】
請求項１３において、
前記ズームレンズの位置を制御するズームレンズ制御部を含み、
前記ズームレンズ制御部は、
前記ズームレンズの位置を連続的に制御することを特徴とするフォーカス制御装置。
【請求項１６】
請求項１３において、
前記ズームレンズの位置を制御するズームレンズ制御部を含み、
前記ズームレンズ制御部は、
前記ズームレンズの位置を離散的に制御することを特徴とするフォーカス制御装置。
【請求項１７】
請求項１６において、
前記ズームレンズ制御部は、
離散的な前記ズームレンズの位置として、前記基準点よりも広角側の位置である第１のズームレンズ位置及び前記基準点よりも望遠側の位置である第２のズームレンズ位置のいずれかを選択する制御を行い、
前記フォーカスレンズ制御部は、
前記ズームレンズが前記第１のズームレンズ位置にあるか或いは前記第２のズームレンズ位置にあるかに応じて、前記固定焦点モード及び前記ＡＦモードの切り替え制御を行うことを特徴とするフォーカス制御装置。
【請求項１８】
請求項１において、
前記フォーカス制御部は、
前記ズームレンズの位置を調整することで前記フォーカス制御を行うことを特徴とするフォーカス制御装置。
【請求項１９】
請求項１８において、
前記光学倍率を設定するズーム倍率設定部を含み、
前記フォーカス制御部は、
前記固定焦点モードにおいて、前記ズームレンズの位置を、前記光学倍率に対応する位置に設定することを特徴とするフォーカス制御装置。
【請求項２０】
光学倍率を調整するズームレンズを少なくとも含む撮像光学系のフォーカス制御を行うとともに、前記撮像光学系の焦点モードの設定制御を行うフォーカス制御部と、
前記撮像光学系を介して画像を取得する画像取得部と、
を含み、
前記フォーカス制御部は、
前記ズームレンズの位置が、広角端と望遠端の間に位置する基準点よりも広角側である場合には、コンティニュアスＡＦを行うモードに前記焦点モードを設定し、前記ズームレンズの位置が、前記基準点よりも望遠側である場合には、前記コンティニュアスＡＦを停止することを特徴とするフォーカス制御装置。
【請求項２１】
請求項２０において、
前記フォーカス制御部は、
前記ズームレンズの位置が前記基準点よりも前記望遠側である場合、シングルＡＦを行うモードに前記焦点モードを設定することを特徴とするフォーカス制御装置。
【請求項２２】
光学倍率を調整するズームレンズを少なくとも含む撮像光学系と、
前記撮像光学系で結像された被写体像に対応する画像を生成する撮像素子と、
前記撮像光学系のフォーカス制御を行うとともに、前記撮像光学系の焦点モードの設定制御を行うフォーカス制御部と、
を含み、
前記焦点モードは、固定焦点モード及びＡＦ(Auto-Focus)モードを有し、
前記フォーカス制御部は、
広角端と望遠端の間に位置する基準点に対して、前記ズームレンズの位置が広角側であるか望遠側であるかに応じて、前記固定焦点モード及び前記ＡＦモードの切り替え制御を行うことを特徴とする内視鏡装置。
【請求項２３】
請求項２２において、
前記フォーカス制御部は、
前記ズームレンズの位置が前記基準点よりも広角側である場合には、前記焦点モードとして、前記ズームレンズの位置に応じた所定の距離に合焦被写体距離を設定する前記固定焦点モードを選択し、
前記ズームレンズの位置が前記基準点よりも望遠側である場合には、前記固定焦点モードと前記ＡＦモードの切り替え制御を行うことを特徴とする内視鏡装置。
【請求項２４】
請求項２２において、
前記フォーカス制御部は、
前記ズームレンズの位置が前記基準点よりも広角側である場合には、前記焦点モードとして、前記ズームレンズの位置に応じた所定の距離に合焦被写体距離を設定する前記固定焦点モードを選択し、
前記ズームレンズの位置が前記基準点よりも望遠側である場合には、前記焦点モードとして、前記ＡＦモード選択する制御を行うことを特徴とする内視鏡装置。
【請求項２５】
光学倍率を調整するズームレンズを少なくとも含む撮像光学系におけるフォーカス制御方法であって、
前記撮像光学系の焦点モードが、固定焦点モード及びＡＦ(Auto-Focus)モードを有する場合に、
広角端と望遠端の間に位置する基準点に対して、前記ズームレンズの位置が広角側であるか望遠側であるかに応じて、前記焦点モードの設定制御として、前記固定焦点モード及び前記ＡＦモードの切り替え制御を行い、
設定された前記焦点モードに基づいて前記撮像光学系のフォーカス制御を行うことを特徴とするフォーカス制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１３−６１６１８（Ｐ２０１３−６１６１８Ａ）
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−３０５４５（Ｐ２０１２−３０５４５）
【出願日】平成２４年２月１５日（２０１２．２．１５）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年２月１５日（２０１２．２．１５）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
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