JP2005043792A

JP2005043792A - 内視鏡の自動焦点調節装置

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Publication number: JP2005043792A
Application number: JP2003279864A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Wakashiro; 滋若代; Yoshinori Fujii; 喜則藤井
Original assignee: Pentax Corp
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 2003-07-25
Filing date: 2003-07-25
Publication date: 2005-02-17

Abstract

【課題】拡大観察内視鏡において、通常観察、拡大観察にかかわらず精確な自動焦点調節が可能な内視鏡の自動焦点調節装置を提供する。
【解決手段】マイクロモータ１４１のステップ駆動により可動レンズ群Ｌ２、Ｌ３を所定の関係で相対移動して画角とピント位置とが連動して変化する拡大光学系Ｌと、該拡大光学系Ｌを介して形成された画像を撮像し、画像データを出力するＣＣＤ撮像素子１３３と、前記可動レンズ群Ｌ２、Ｌ３の位置に応じた焦点検出エリアをＥＥＰＲＯＭ２９にメモリし、ＡＦ開始スイッチＳＷＡＦがオンしたときに、前記可動レンズ群Ｌ２、Ｌ３の位置に応じた応じた焦点検出エリアをＥＥＰＲＯＭ２９から読み出して、前記ＣＣＤ撮像素子１３３から出力された画像データ中、撮像該焦点検出エリア内の画像データを使用して合焦位置を検出し、前記マイクロモータ１４１を駆動して前記合焦位置に前記可動レンズ群Ｌ２、Ｌ３を移動させる。
【選択図】図６

Description

本発明は、主に医療及び工業等の分野において使用される内視鏡、特に拡大内視鏡に適した自動焦点装置に関するものである。

従来、消化器官の診断に使用される内視鏡装置として、消化器官の組織全体を観察する通常観察と、組織の一部を拡大して詳細に観察する拡大観察が可能ないわゆる拡大内視鏡が知られている。従来の拡大内視鏡は、術者が操作レバーを操作して、観察光学系の焦点調節していた（特許文献１）。しかしながら、術者が操作レバーを操作して手動で焦点調節しながら観察するのは困難な作業であった。

また、自動焦点調節機能を備えた拡大電子内視鏡も提案されている（特許文献２）。しかし、焦点調節エリアを固定すると、撮影対象物が変倍レンズ位置、つまり撮像光学系の倍率に応じて異なる。例えば、通常観察時は短焦点距離、低倍率、広画角で撮影範囲が広いので、多数の観察対象物が焦点調節エリア内に入るが、拡大観察時は長焦点距離、高倍率、狭画角で撮影範囲が狭いので、焦点調節エリア内には少数または単一の観察対象物しか入らない。そのため、従来のように焦点検出エリアが固定されていると、通常観察時と拡大観察時の双方において精確な焦点調節をすることは困難であった。例えば、焦点検出アリアを広く設定すると、通常観察時には遠近多数の被写体が入って焦点検出が困難になり、焦点検出エリアを狭く設定すると拡大観察時に所望の被写体がその焦点検出エリア内に入らないおそれがある。
特開2001-33710号公報特開2002-253488号公報

本発明は、前記従来の内視鏡の問題に鑑みてなされたもので、拡大観察内視鏡において、通常観察、拡大観察にかかわらず精確な自動焦点調節が可能な内視鏡の自動焦点調節装置を提供することを目的とする。

この目的を達成する本発明は、二以上の可動レンズ群が所定の関係で相対移動して画角とピント位置とが連動して変化する拡大光学系と、該拡大光学系を介して形成された画像を撮像し、画像データを出力する撮像手段を備えた内視鏡装置において、前記各可動レンズ群を移動させるレンズ駆動手段と、前記可動レンズ群の位置を検出するレンズ位置検出手段と、前記可動レンズ群の位置における画角に基づいて設定された焦点検出エリアをメモリしたメモリ手段と、前記レンズ位置検出手段により可動レンズ群の現在位置を検出し、該検出した可動レンズ群の現在位置に対応する焦点検出エリアを前記メモリ手段から読み出し、前記撮像手段から出力された前記焦点検出エリア内の画像信号に基づいて合焦位置を検出し、前記レンズ駆動手段により前記各可動レンズ群を前記合焦位置に移動させる自動焦点調節処理を行う制御手段とを備えたことに特徴を有する。

より実際的には、請求項２記載の通り、前記制御手段は前記自動焦点調節処理において、前記可動レンズ群を最至近合焦位置または最遠合焦位置まで移動させた後に、前記レンズ位置検出手段により可動レンズ群の現在位置を検出し、該検出した現在位置に対応する焦点検出エリアを前記メモリ手段から読み出して設定し、前記撮像手段を駆動して撮像手段から画像データを入力し、前記設定した焦点検出エリア内の画像データを使用して焦点状態評価値を算出する処理を、前記可動レンズ群を他方の合焦位置側にステップ移動しながら繰り返し、該可動レンズ群をステップ駆動しながら得た前記焦点状態評価値の中で該焦点状態評価値が最大となる可動レンズ群位置を検出して合焦位置とし、該検出した合焦位置に前記可動レンズ群を移動させることに特徴を有する。
さらに具体的には、前記レンズ駆動手段は前記可動レンズ群をステップ移動させるマイクロモータを備え、前記レンズ位置検出手段は、前記可動レンズ群を初期位置から駆動した前記マイクロモータの駆動ステップ数を前記可動レンズ群の位置として検出する。
前記焦点状態評価値は、例えば、前記設定した焦点検出エリア内の各画素について水平方向に隣接する画素の輝度差および垂直方向に隣接する画素の輝度差を求め、該それぞれの輝度差の絶対値の和の最大値、または前記設定した焦点検出エリア内の各画素について水平方向に隣接する画素の輝度差および垂直方向に隣接する画素の輝度差を求め、該それぞれの輝度差の絶対値を積算し、該積算値を画素数で割った商とする。

請求項１記載発明によれば、自動焦点調節処理において現在の可動レンズ群位置、つまり拡大光学系の現在の画角に適した焦点検出エリアについて焦点検出処理を実行し、焦点調節するので、画角を変更しても常に最適な焦点検出エリアに基づいた合焦がなされる。

以下図面に基づいて本発明を説明する。図１は、本発明を適用した電子内視鏡システムの全体を表すブロック図である。この電子内視鏡システムは、患者の体腔内を撮像する電子内視鏡１０、電子内視鏡１０の撮像画像を加工するプロセッサ３０、及びプロセッサ３０から出力された映像信号を表示するＴＶモニタ６０を備えている。電子内視鏡１０は、患者の体腔内に挿入する柔軟な挿入部１１と、この電子内視鏡１０の操作者が把持する把持操作部１２と、把持操作部１２の側部に延設されたユニバーサルチューブ１３と、このユニバーサルチューブ１３の先端に設けたコネクタ部１４とを有し、コネクタ部１４を介してプロセッサ３０に着脱可能である。

電子内視鏡１０の体内挿入部１１の先端部には、対物レンズＬ（Ｌ１〜Ｌ４）および撮像素子１３３、レンズ駆動手段としてのマイクロアクチュエータ、例えばマイクロモータ１４１を備えた対物レンズユニット１１１が内蔵されている。

図２には、対物レンズユニット１１１の斜視図を、図３には対物レンズユニット１１１の縦断面図を示している。この対物レンズユニット１１１は、対物光学系として被写体側から順に、固定の第１レンズ群Ｌ１、可動の第２レンズ群Ｌ２および第３レンズ群Ｌ３、および固定の第４レンズ群Ｌ４を備えている。さらに第４レンズ群Ｌ４の後方に、撮像手段としてのＣＣＤ撮像素子１３３が配置されている。

これらの対物レンズ群Ｌ（Ｌ１〜Ｌ４）を収容する円筒形の鏡筒は、絶縁キャップ１１２が被せられた外鏡筒１１３と、該外鏡筒１１３内に収容され、被写体側先端部が、外鏡筒１１３の被写体側開口部に固定された内鏡筒１１７と、外鏡筒１１３と内鏡筒１１７との間に挿入され、光軸方向には移動しないで光軸回りに回動自在に支持されたカム環１１５とを備えている。外鏡筒１１３は、後端部が、ＣＣＤ撮像素子１３３を内蔵したユニット筐体１３１に嵌合固定されている。
外鏡筒１１３およびユニット筐体１３１の連結部には、レンズ駆動手段としてマイクロモータ１４１を収容する膨出部１１３ａ、１３１ａが形成されている。

固定の第１レンズ群Ｌ１は内鏡筒１１７の先端部に固定され、さらに絶縁キャップ１１２および外鏡筒１１３の先端開口に嵌合されている。可動の第２、第３レンズ群Ｌ２、Ｌ３はそれぞれレンズ支持枠１１９、１２０に固定され、内鏡筒１１７内に光軸方向移動可能に収容されている。固定の第４レンズ群は、レンズ支持枠１２１を介して内鏡筒１１７およびユニット筐体１３１に固定されている。さらにこのレンズ支持枠１２１の後端部には、ＣＣＤ撮像素子１３３が固定されれた保持環１３５の先端部が嵌合されている。この保持環１３５は、ユニット筐体１３１内に挿入され、固定されている。ＣＣＤ撮像素子１３３の後部には、撮像素子駆動回路を備えた撮像素子駆動ユニット１３７が連結されている。撮像素子駆動ユニット１３７はユニット筐体１３１の後端部からは、ＣＣＤ撮像素子１３３が撮像した映像信号を出力する映像信号伝送用ケーブル１３９が引き出されている。

可動の第２、第３レンズ群Ｌ２、Ｌ３を支持するレンズ支持枠１１９、１２０の外周面にはカムピン１１９ａ、１２０ａが植設されていて、各カムピン１１９ａ、１２０ａは、内鏡筒１１７に形成された直進ガイド溝１１７ａを貫通して、カム環１１５に形成されたカム溝１１５ａ、１１５ｂに嵌合している。つまり、カム環１１５が回転すると、カム溝１１５ａ、１１５ｂの輪郭と直進ガイド溝１１７ａとに拘束されて、第２、第３レンズ群Ｌ２、Ｌ３が相対的に接離移動して、変倍および焦点調節する。なお、カム環１１５の前縁部近傍には、カム環１１５の回転角度を規制する規制溝１１５ｃが形成され、内鏡筒１１７に固定された規制ピン１２３がこの規制溝１１５ｃを貫通している。

カム環１１５の後端部外周面には、外周ギア１１６が形成されている。この外周ギヤ１１６には、マイクロモータ１４１によって駆動されるピニオン１４３がかみ合っている。マイクロモータ１４１の出力軸には減速ギヤユニット１４２が接続され、この減速ギヤユニット１４２の出力軸にピニオン１４３が嵌合されている。このマイクロモータ１４１、減速ギヤユニット１４２およびピニオン１４３は、ユニット筐体１３１の膨出部１３１ａ内に収納されている。このマイクロモータ１４１のステップ駆動によってステップ回転するピニオン１４３により、カム環１１５が所定ステップ角単位で回動し、第２、第３レンズ群Ｌ２、Ｌ３が光軸方向に進退動して、変倍および焦点調節する。
また、マイクロモータ１３５の後端部からは、このマイクロモータ１３５を駆動制御するモータ駆動ケーブル１３７が引き出されている。

この光学系は、通常観察の広角端では画角が約１４０゜、ピント位置が第１レンズ群Ｌ１の前面から約１０mmであるが、拡大観察における拡大端では画角が約７０゜、ピント位置が第１レンズ群Ｌ１の前面から約２．５mmになる。つまり、最広画角端で最遠合焦位置となり、最狭画角端で最至近合焦位置となる。したがってこの光学系は、通常観察状態から拡大観察状態に移行するときは、マイクロモータ１４１の拡大観察方向ステップ回転によりカム環１１５がステップ回転し、可動の第２レンズ群Ｌ２および第３レンズ群Ｌ３が、最遠合焦位置（最大画角）から最至近合焦位置（最小画角）方向に、相対的に接離移動しながら光軸方向にステップ移動して、画角が狭くかつ合焦位置が接近するように変化する。逆にマイクロモータ１４１が通常観察方向にステップ回転すると、可動の第２レンズ群Ｌ２および第３レンズ群Ｌ３が、最遠合焦位置（最大画角）方向に相対的に接離移動しながらステップ移動して、画角が広くかつ合焦位置が遠くなるように変化する。

挿入部１１の先端面１１ａには、図５に示すように、固定の第１レンズ群Ｌ１（またはカバーガラス）が配置され、第１レンズ群Ｌ１を挟む位置に、送気ノズル口１０３および送水ノズル口１０４と、一対のライトガイドの照明レンズ１０５が設けられている。さらに第１レンズ群Ｌ１と直径方向反対位置に鉗子チャネル口１０６が設けられ、鉗子チャネル口１０６の近傍に洗浄用のウオータージェット口１０７が配置されている。

プロセッサ３０に備えられたランプ光源３３で発せられ、ライトガイドＬＧ２、ユニバーサルチューブ１３から把持操作部１２及び挿入部１１内を通るライトガイドＬＧ１を介して導かれた照明光が照明レンズ１０５から射出される。この照明光に照明された被写体の像が、第１〜第４レンズ群Ｌ１〜Ｌ４によってＣＣＤ撮像素子１３３の受光面に形成され、ＣＣＤ撮像素子１３３によって電気的な画像信号に変換され、プロセッサ３０を介してＴＶモニタ６０上に視覚化され、観察される。

把持操作部１２には、挿入部１１を湾曲操作する湾曲操作ダイヤル等の他、ＡＦ動作を開始させる起動手段としてのＡＦ開始スイッチＳＷＡＦを含む種々の操作スイッチが設けられていて、把持操作部１２と挿入部１１の間に位置する連結部には、鉗子チャネル口１０６に通じる処置具挿通口１８が設けられている。

プロセッサ３０には、撮像素子１３３及びＣＣＤプロセス回路２２に同期信号を出力し、この同期信号に基づいて撮像素子１３３を撮像動作させるＣＣＤ駆動回路２１が備えられている。撮像素子１３３は、いわゆる原色ＣＣＤであり、ＲＧＢ画像信号を出力する。ＣＣＤプロセス回路２２は、ＣＣＤ駆動回路２１から入力した同期信号に同期して、撮像素子１３３のＲＧＢ画像信号を読み込み、該読み込んだ信号を前処理（信号増幅処理やノイズ除去処理など）する回路である。このＣＣＤプロセス回路２２から出力された信号は、Ａ／Ｄ変換回路２３にてデジタル信号に変換され、映像信号処理回路２４にてホワイトバランスやガンマ補正などの各種画像処理が施された後、Ｄ／Ａ変換回路２５にてアナログ信号に変換されてＴＶモニタ６０へ出力される。また撮像素子１３３のＲＧＢ画像信号は、上記ＣＣＤプロセス回路２２及びＡ／Ｄ変換回路２３を介して、色分離変換回路２６にも入力される。色分離変換回路２６は、入力したＲＧＢ画像信号に対して各画素毎に色分離を行ない、ＲＧＢ（赤、緑、青）のデータ配列（ＲＧＢ画像データ群）を生成する。色分離変換回路２６から出力されるＲＧＢ画像データ群ＲＧＢ[x][y]（x、y；自然数）は、ＲＧＢマトリックス回路２７を通って、各画素毎のＲデータ群Ｒ[x][y]、Ｇデータ群Ｇ[x][y]及びＢデータ群Ｂ[x][y]に分けられ、それぞれが独立してマイコン２８に出力される。

マイコン２８は、入力したＲデータ群Ｒ[x][y]、Ｇデータ群Ｇ[x][y]、Ｂデータ群Ｂ[x][y]から、各画素毎に明度Ｉのみのデータ群Ｉ[x][y]に変換する。さらにマイコン２８は、このデータ群Ｉ[x][y]に基づいて所定の評価演算を行ない、被写体の焦点状態を示すＡＦ評価値を算出する。このＡＦ評価値はモータ制御回路３１へ出力される。モータ制御回路３１は、マイコン２８から入力したＡＦ評価値に基づき、電子内視鏡１０内に備えられたマイクロモータ１４１の駆動量を算出し、この算出した駆動量分だけ、モータ制御回路３１およびモータ駆動回路３２を介してマイクロモータ１４１を駆動させてカム環１１５をステップ回動し、第２、第３可動レンズ群Ｌ２、Ｌ３を光軸方向に接離移動させる。以上のＲＧＢ画像データ入力及びＡＦ評価値算出は、第２、第３可動レンズ群Ｌ２、Ｌ３をステップ移動させながら、第２、第３可動レンズ群Ｌ２、Ｌ３の各ステップ位置で実行される。そして、第２、第３可動レンズ群Ｌ２、Ｌ３は最終的に、ＡＦ評価値が最大となるステップ位置（合焦位置）に移動される。

さらにこのプロセッサ３０は、第２、第３可動レンズ群Ｌ２、Ｌ３の位置、つまり撮影画角に応じた焦点検出エリアのデータを予め、ＥＥＰＲＯＭ２９に記憶している。本実施形態では、マイクロモータ１４１の駆動ステップ毎に焦点検出エリアが設定されていて、焦点検出エリアは、最も広画角の場合が狭く、画角が狭くなるにしたがって広くなるように画角に対応させて設定してある。

表１には、マイクロモータ１４１の回転量と焦点検出エリアサイズに関するテーブルの一例を示した。この実施例では、モータ回転量０が通常観察の最短焦点距離、最遠合焦状態であって、最も狭い焦点検出エリアが設定されている。モータ駆動量が増加するほど焦点距離が長く、合焦距離が短くなり、焦点検出エリアが広くなる。処理エリアの数値は、使用する画像の座標（ｘ₀、ｙ₀、ｘ₁、ｙ₁）を表している。例えば、モータ回転量０の場合の処理エリア（285、205、350、270）は、座標（285、205）、座標（285、270）、座標（350、205）、座標（350、270））を頂点とする長方形内が焦点検出エリアであることを示している。なお、この実施例の処理エリアの座標は、ＣＣＤ撮像素子１３３として一般的な、有効画素がｘ（横）が６４０個、ｙ（縦）が４８０個であるものを想定している。

次に、本発明の特徴である、ＡＦ制御処理について、さらに図６乃至図８に示した動作フローチャートを参照して説明する。これらの動作は、ＡＦスイッチＳＷＡＦがオン操作されたときに、プロセッサ３０のマイコン２８によって実行される。

図６のSTART処理に入ると、まず、最大評価値Ｃmaxに０を代入し（Ｓ１１）、第２、第３可動レンズ群Ｌ２、Ｌ３を最遠（無限遠）合焦位置に移動させる（Ｓ１３）。この最遠合焦位置は、最広角、最短焦点距離位置でもある。

次に、自動焦点調節処理ループに入る。この処理に入ると、先ず、現在のフォーカスレンズ位置、つまり第２、３可動レンズ群Ｌ２、Ｌ３の現在位置を検出する（Ｓ１５）。この実施形態では、第２、３可動レンズ群Ｌ２、Ｌ３の現在位置を決定するカム環１１５を、最広角端からステップ駆動するマイクロモータ１４１の駆動ステップ数（マイクロモータ１４１の駆動ステップ数）として検出する。次に、マイクロモータ１４１の駆動ステップ数に対応する処理エリア（焦点検出エリア）を、ＥＥＰＲＯＭ２９に書き込んであるテーブルデータから取得する（Ｓ１７）。
そうして、ＣＣＤ撮像素子１３３から画像データを入力しながら処理エリア内の画像データに基づいて評価値を算出する処理を、第２、第３可動レンズ群Ｌ２、Ｌ３を１ステップ単位で最至近合焦位置方向に移動しながら繰り返すＳ１５〜Ｓ２９の評価値サーチ処理を、第２、第３可動レンズ群Ｌ２、Ｌ３が最至近合焦位置に至るまで繰り返す。

評価値サーチ処理では、まずＣＣＤ撮像素子１３３から撮像した画像データを取得する（Ｓ１９）。そして、画像データの中から、Ｓ１３で取得した処理エリア内の画像データを使用して評価値Ｃを求める（Ｓ２１）。実施例１では、ある画素の画像データと、その画素のＸ軸方向（水平方向）およびＹ軸方向（垂直方向）に隣接する画素の画素データの輝度差ΔＸ、ΔＹを、エリアサイズ内の画素について求め、輝度差ΔＸ、ΔＹの絶対値の和を評価値Ｃとする。

評価値Ｃを最大評価値Ｃmaxと比較する（Ｓ２３）。評価値Ｃの方が大きければ評価値Ｃの値を最大評価値Ｃmaxに代入するとともに、その評価値Ｃが得られたときの第２、第３可動レンズ群Ｌ２、Ｌ３位置（マイクロモータの駆動ステップ数）を記憶し、第２、第３可動レンズ群Ｌ２、Ｌ３位置をマイクロモータ１４１によって１ステップ分最至近側に移動させてＳ２９に進む（Ｓ２３；YES、Ｓ２５、Ｓ２７、Ｓ２９）。評価値Ｃの方が大きくなければＳ２５をスキップし、第２、第３可動レンズ群Ｌ２、Ｌ３位置をマイクロモータ１４１によって１ステップ分最至近合掌位置方向に移動させてＳ２９に進む（Ｓ２３；NO、Ｓ２７、Ｓ２９）。

以上のＳ１５〜Ｓ２９の処理を、第２、第３可動レンズ群Ｌ２、Ｌ３が最至近合焦位置に達するまで繰り返す。
第２、第３可動レンズ群Ｌ２、Ｌ３が最至近合焦位置に達したときは、最大評価位置Ｃmaxが得られたレンズ位置（マイクロモータの駆動ステップ数）に位置するようにマイクロモータ１４１を駆動して第２、第３可動レンズ群Ｌ２、Ｌ３を移動し、このＡＦ処理を終了する（Ｓ２９；YES、Ｓ３１、END）。

以上の通り本実施形態によれば、ＡＦスイッチがオンされたときの第２、第３可動レンズ群Ｌ２、Ｌ３位置に対応する焦点検出エリアを決定し、その焦点検出エリアを使用して評価値を算出するので、観察状態における画角に適した焦点検出エリアが自動選択され、使用者が望む被写体に対して精確に合焦させることができる。

Ｓ２１の評価値算出処理に関する実施例１について、図７に示したフローチャートを参照して説明する。焦点検出エリア（処理エリア）は、画面に対応する各画素をＸＹ座標で表すと（Ａx1、Ａy1、Ａx2、Ａy2）、ｘ軸方向はＡx1〜Ａx2、ｙ軸方向はＡy1〜Ａy2で規定されるエリアとする。この実施例１では、上記処理エリア内の各画素について、その画素の左右の二つの画素の輝度Ｉの差および上下の二つの輝度Ｉの差を求め、輝度差の絶対値の和の最大値を評価値として算出する。以下、フローチャートを参照してより詳細に説明する。

まず、変数である差分最大値ｄmaxをクリア（０をセット）し（Ｓ１０１）、変数ｙに垂直方向の開始値Ａy1の値を代入してから（Ｓ１０３）、評価値を算出するループ処理（Ｓ１０５〜Ｓ１１９）を繰り返す。
ループ処理では、まず、変数ｘに水平方向の開始値Ａx1の値を代入する（Ｓ１０５）。
評価値ｄを、式｜Δｘ｜＋｜Δｙ｜により算出する（Ｓ１０７）。なお、
Δｘ＝Ｉ［x + 1］［y］ - Ｉ［x - 1］［y］
Δｙ＝Ｉ［x］［y + 1］ - Ｉ［x］［y - 1］
である。

算出した評価値ｄが差分最大値ｄmaxよりも大きいかどうかチェックする（Ｓ１０９）。評価値ｄの方が大きければ評価値ｄを差分最大値ｄmaxに代入してＳ１１３に進み（Ｓ１０９；YES、Ｓ１１１、Ｓ１１３）、大きくなければそのままＳ１１３に進む（Ｓ１０９；NO、Ｓ１１３）。

Ｓ１１３では水平方向の変数ｘを１インクリメント、つまり処理する中心画素を水平方向隣にシフトさせる。そうして、変数ｘが終了値Ａx2未満であるかをチェックする（Ｓ１１５）。水平方向の終了値Ａx2未満であれば、Ｓ１０７に戻ってＳ１０７〜Ｓ１１５の処理を繰り返す（Ｓ１１５；YES、Ｓ１０７）。つまり、開始値Ａx1から、水平方向の終了値（Ａx2） - １までの水平方向の各画素について評価値ｄを求め、最大値を差分最大値ｄmaxとする。

変数ｘが水平方向の終了値Ａx2未満でなかったとき、つまり、つまり変数ｘが終了値Ａx2以上であったときは、変数ｙを１インクリメントする（Ｓ１１５；NO、Ｓ１１７）。つまり、処理する画素の位置を垂直方向に１画素分シフトする。そうして、変数ｙが終了値Ａy2未満か否かをチェックする（Ｓ１１９）。未満であれば、Ｓ１０５に戻り（Ｓ１１９；YES、Ｓ１０５）、水平方向の変数ｘに水平方向の開始値Ａx1を代入してから、Ｓ１０７〜Ｓ１１５のループ処理を繰り返す。

以上のＳ１０５〜Ｓ１１９のループ処理を、変数ｙが垂直方向の終了値Ａy2未満でなくなるまで繰り返し、未満でなくなったら、差分最大値ｄmaxを評価値Ｃに代入してリターンする（Ｓ１１９；NO、Ｓ１２１、RETURN）。
このように実施例１では、Ｓ１０７〜Ｓ１１５の処理を、水平方向の開始値Ａx1から水平方向の終了値（Ａx2）-１まで繰り返し、さらにＳ１０５〜Ｓ１１９の処理を、垂直方向の開始値Ａy1から垂直方向の終了値（Ａy2）-１まで繰り返す。

以上の通り実施例１では、可動レンズ群Ｌ２、Ｌ３を最遠合焦位置から最至近距離合焦位置までステップ駆動しながら、可動レンズＬ２、Ｌ３群の位置に対応する焦点検出エリア内の画像データに基づいて、各画素の左右および上下の画素画素データの差分の絶対値を評価値ｄとし、その最大値である差分最大値ｄmaxを評価値Ｃとし、さらに評価値Ｃの最大値である最大評価値Ｃmaxが得られたときの可動レンズ群Ｌ２、Ｌ３の位置を合焦位置としてこの合焦位置に可動レンズ群Ｌ２、Ｌ３を移動させる。
このように実施例１によれば、可動レンズ群Ｌ２、Ｌ３をステップ駆動しながら評価値を算出するが、算出の際に可動レンズ群Ｌ２、Ｌ３の位置、つまり撮影画角に応じた焦点検出エリアの画像データに基づいて評価値を算出するので、撮影画角に適した焦点検出エリアに基づいて評価値を算出し、精確に合焦させることができる。

次に、評価値算出処理の実施例２について、図８に示したフローチャートを参照して説明する。この実施例２の評価値算出処理でも可動レンズ群Ｌ２、Ｌ３の現在位置に対応する焦点検出エリアを選択してこの焦点検出エリア内の画素データを使用するが、実施例２は、評価値の算出をするにあたり、基準画素をＸ軸方向およびＹ軸方向に挟む２個の画素データの輝度差の絶対値を積算し、積算値を画素数で割った商を求めることに特徴を有する。

焦点検出エリア、つまり処理エリアは、画面に対応する各画素をＸＹ座標で表すと（Ａx1、Ａy1、Ａx2、Ａy2）、ｘ軸方向（水平方向）はＡx1〜Ａx2、ｙ軸方向（垂直方向）はＡy1〜Ａy2で規定されるエリアである。この実施例２では、上記処理エリア内の各画素について、その画素の左右の二つの画素の輝度Ｉの差および上下の二つの輝度Ｉの差を求め、各輝度差の絶対値を積算し、積算値を画素数で割った商を評価値Ｃとして算出する。以下、フローチャートを参照してより詳細に説明する。

この処理に入ると、先ず評価値Ｃをクリアし、画素番号pixnumをクリアする（Ｓ２０１）。変数ｙに開始値Ａy1の値を代入してから（Ｓ２０３）、評価値を算出するループ処理（Ｓ２０５〜Ｓ２１７）を繰り返す。
ループ処理に入ると、まず変数ｘに開始値Ａx1の値を代入する（Ｓ２０５）。
次に、評価値Ｃを、式Ｃ＋｜Δｘ｜＋｜Δｙ｜により算出する（Ｓ２０７）。なお、
Δｘ＝Ｉ［x + 1］［y］ - Ｉ［x - 1］［y］
Δｙ＝Ｉ［x］［y + 1］ - Ｉ［x］［y - 1］
である。

次に、画素番号pixnumを１インクリメントする（Ｓ２０９）。この画素番号pixnumは、求めた評価値Ｃの数となる。次に、変数ｘを１インクリメントする（Ｓ２１１）。つまり、処理する画素をＸ軸方向（水平方向）に１個シフトする。そうして、変数ｘが終了値Ａx2未満かどうかをチェックし、未満であればＳ２０７に戻って評価値Ｃの積算処理を繰り返す（Ｓ２１３；YES、Ｓ２０７〜Ｓ２１３）。

変数ｘが終了値Ａx2未満でなくなったとき、つまり変数ｘが終了値Ａx2以上となってＸ軸方向の評価値の積算が終了したときは（Ｓ２１３；NO）、変数ｙを１インクリメントする（Ｓ２１５）。つまり、処理する画素行をＹ軸方向（垂直方向）に１画素分シフトする。そうして、変数ｙが終了値Ａy2未満かどうかをチェックする（Ｓ２１７）。変数ｙが終了値Ａy2未満であればＳ２０５に戻り、変数ｘに開始値Ａx1を代入して、Ｓ２０７〜Ｓ２１３の処理を繰り返す（Ｓ２１７；YES、Ｓ２０５、Ｓ２０７〜Ｓ２１３）。

垂直方向の変数ｙが垂直方向の終了値Ａy2未満でなくなったとき、つまり変数ｙがＡy2以上になって処理エリア全ての評価値算出処理が終了したときは（Ｓ２１７；NO）、評価値Ｃを画素数pixnumで割った商を評価値Ｃに代入してリターンする（Ｓ２１９、RETURN）。
このように実施例２では、Ｓ２０７〜Ｓ２１３の処理を、水平方向の開始値Ａx1から水平方向の終了値（Ａx2）-１まで繰り返し、さらにＳ２０５〜Ｓ２１７の処理を、垂直方向の開始値Ａy1から垂直方向の終了値（Ａy2）-１まで繰り返す。

このようにして、可動レンズ群を最遠合焦位置から最至近距離合焦位置までステップ駆動しながら、各ステップ駆動したレンズ位置に対応する処理エリア内の画像データに基づいて評価値Ｃを算出し、最も高い評価値Ｃmaxが得られたレンズ位置に第２、第３可動レンズ群Ｌ２、Ｌ３を移動させる。

このように本発明の実施形態は、可動レンズ群をステップ駆動しながら評価値を求めるが、そのときの撮影画角に応じた焦点検出エリアに基づいて評価値を求めるので、使用者が観察しようとしている患部に対して適切な合焦処理が可能になる。

なお、この実施形態では拡大光学系Ｌの拡大倍率と焦点検出エリアとの関係を示すテーブルを、マイクロモータ１４１の駆動ステップ数を用いて設定したが、駆動ステップ数に代えて、可動レンズ群の絶対位置、基準位置から移動した移動量またはカム環の回転位置、基準位置からの回転量を用いて設定してもよい。
この実施形態において焦点検出エリアが撮影画面を占有する割合は、最広角時には最も小さく、最狭画角時に最も大きくしてあるが、占有する割合、画角に対する比率等は実施形態に限定されない。

また、以上の評価値を求める実施例１、２では各画素の輝度に基づいて評価値を算出したが、観察対象物の色特性に対応する、赤、緑、青の色成分に重みづけをして評価値を算出してもよい。
実施形態では自動焦点調節処理の開始をＡＦスイッチがオンされたときとしているが、開始条件はこれに限定されず、例えばオプティカルフロー処理により主要被写体が移動したと認識したときとしてもよい。

本発明の自動焦点調節装置を適用した内視鏡を備えた内視鏡システムの要部をブロックで示す図である。本発明の内視鏡の自動焦点調節装置の対物レンズユニットの実施形態の要部を示す斜視図である。同対物レンズユニットを光軸で縦断して示す縦断面図である。同対物レンズユニットに搭載したカム環の展開図である。同対物レンズユニットを搭載した内視鏡の体内挿入部先端面の斜視図である。同内視鏡システムにおける自動焦点調節処理の実施形態をフローチャートで示す図である。同フローチャートにおける評価値算出処理の実施例１をフローチャートで示す図である。同フローチャートにおける評価値算出処理の実施例２をフローチャートで示す図である。

符号の説明

１０電子内視鏡
１１挿入部
１１ａ先端面
１２把持操作部
１３ユニバーサルチューブ
１４コネクタ部
１８処置具挿通口
２１ＣＣＤ駆動回路
２２ＣＣＤプロセス回路
２３Ａ／Ｄ変換回路
２４映像信号処理回路
２５Ｄ／Ａ変換回路
２６色分離変換回路
２７ＲＧＢマトリックス回路
２８マイコン
２９ＥＥＰＲＯＭ（メモリ手段）
３０プロセッサ（制御手段）
３１モータ制御回路
３２モータ駆動回路
３３ランプ光源
６０ＴＶモニタ
１０３送気ノズル口
１０４送水ノズル口
１０５照明レンズ
１０６鉗子チャネル口
１０７ウオータージェット口
１１１対物レンズユニット
１１２絶縁キャップ
１１３外鏡筒
１１３ａ膨出部
１１５カム環
１１５ａ１１５ｂカム溝
１１５ｃ規制溝
１１６外周ギア
１１７内鏡筒
１１７ａ直進ガイド溝
１１９レンズ支持枠
１１９ａカムピン
１１９１２０レンズ支持枠
１１９ａ１２０ａカムピン
１２１レンズ支持枠
１２３規制ピン
１３１ユニット筐体
１１３ａ１３１ａ膨出部
１３３ＣＣＤ撮像素子
１３５保持環
１３７撮像素子駆動ユニット
１３９映像信号伝送用ケーブル
１４１マイクロモータ
１４２減速ギヤユニット
１４３ピニオン
Ｌ２第２可動レンズ群
Ｌ３第３可動レンズ群
ＳＷＡＦＡＦ開始スイッチ

Claims

二以上の可動レンズ群が所定の関係で相対移動して画角とピント位置とが連動して変化する拡大光学系と、該拡大光学系を介して形成された画像を撮像し、画像データを出力する撮像手段を備えた内視鏡装置において、
前記各可動レンズ群を移動させるレンズ駆動手段と、
前記可動レンズ群の位置を検出するレンズ位置検出手段と、
前記可動レンズ群の位置における画角に基づいて設定された焦点検出エリアをメモリしたメモリ手段と、
前記レンズ位置検出手段により可動レンズ群の現在位置を検出し、該検出した可動レンズ群の現在位置に対応する焦点検出エリアを前記メモリ手段から読み出し、前記撮像手段から出力された、前記焦点検出エリアの画像信号に基づいて合焦位置を検出し、前記レンズ駆動手段により前記各可動レンズ群を前記合焦位置に移動させる自動焦点調節処理を行う制御手段と、を備えたことを特徴とする内視鏡の自動焦点調節装置。
前記制御手段は前記自動焦点調節処理において、前記可動レンズ群を最至近合焦位置または最遠合焦位置まで移動させた後に、
前記レンズ位置検出手段により可動レンズ群の現在位置を検出し、該検出した現在位置に対応する焦点検出エリアを前記メモリ手段から読み出して設定し、前記撮像手段を駆動して撮像手段から画像データを入力し、前記設定した焦点検出エリア内の画像データを使用して焦点状態評価値を算出する処理を、前記可動レンズ群を他方の合焦位置側にステップ移動しながら繰り返し、
該可動レンズ群をステップ移動しながら得た前記焦点状態評価値の中で該焦点状態評価値が最大となる可動レンズ群位置を検出して合焦位置とし、該合焦位置に前記可動レンズ群を移動させること、を特徴とする請求項１記載の内視鏡の自動焦点調節装置。
前記制御手段に前記自動焦点調節処理を開始させる起動手段を備え、前記制御手段は、該起動手段が操作されたときに前記自動焦点調節処理を実行する請求項１または２記載の内視鏡の自動焦点調節装置。
前記レンズ駆動手段は前記可動レンズ群をステップ移動させるマイクロモータを備え、前記レンズ位置検出手段は、前記可動レンズ群を初期位置から駆動した前記マイクロモータの駆動ステップ数を前記可動レンズ群の位置として検出する請求項１または２記載の内視鏡の自動焦点調節装置。
前記焦点状態評価値は、前記設定した焦点検出エリア内の各画素について水平方向に隣接する画素の輝度差および垂直方向に隣接する画素の輝度差を求め、該それぞれの輝度差の絶対値の和の最大値であること、を特徴とする請求項２記載の内視鏡の自動焦点調節装置。
前記焦点状態評価値は、前記設定した焦点検出エリア内の各画素について水平方向に隣接する画素の輝度差および垂直方向に隣接する画素の輝度差を求め、該それぞれの輝度差の絶対値を積算し、該積算値を画素数で割った商であること、を特徴とする請求項２記載の内視鏡の自動焦点調節装置。