JP2011147707A

JP2011147707A - 撮像装置、内視鏡システム及び撮像装置の制御方法

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Publication number: JP2011147707A
Application number: JP2010013034A
Authority: JP
Inventors: Koichiro Yoshino; 浩一郎吉野
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2010-01-25
Filing date: 2010-01-25
Publication date: 2011-08-04
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Abstract

【課題】観察モードを設定し、設定された観察モードに応じて、読み出しモードとフォーカス位置の制御を行う撮像装置、内視鏡システム及び撮像装置の制御方法を提供すること。
【解決手段】撮像装置１００は被写体を撮像する撮像部２００と、撮像部２００により被写体が撮像される際の観察モードを設定する観察モード設定部３４０と、観察モード設定部３４０により設定された観察モードに応じて、撮像部２００からの画像の読み出しモードと撮像部２００のフォーカス位置の制御を行う制御部３３０と、を含む。
【選択図】図８

Description

本発明は、撮像装置、内視鏡システム及び撮像装置の制御方法等に関係する。

内視鏡のような撮像装置においては、ドクターの診断に支障をきたさないため、パンフォーカスの画像が求められる。このため、内視鏡ではＦナンバーが比較的大きい光学系を使用して被写界深度を深くすることでこのような性能を達成している。

特開２００７−１３２７０号公報

近年、内視鏡システムにおいても数十万画素程度の高画素の撮像素子が使用されるようになっている。光学系が一定の場合、その被写界深度は許容錯乱円の大きさによって決定されるが、高画素の撮像素子では画素ピッチと共に許容錯乱円も小さくなるため撮像装置の被写界深度は狭くなる。このような場合には光学系の絞りをさらに小さくし、光学系のＦナンバーを増大させることで被写界深度を維持することが考えられるが、光学系が暗くなりノイズが増加することで画質が劣化する。また、Ｆナンバーが大きくなると回折の影響も大きくなり、結像性能が劣化することで撮像素子を高画素化しても高い解像力の画像が得られないという課題があった。なお、特許文献１において、動画と静止画で画素混合読み出しの方法を変更する発明が開示されているが、被写界深度を広くすることについては全く触れられていない。

本発明の幾つかの態様によれば、観察モードを設定し、設定された観察モードに応じて、読み出しモードとフォーカス位置の制御を行う撮像装置、内視鏡システム及び撮像装置の制御方法を提供できる。

また本発明の幾つかの態様によれば、近接観察モード及び遠景観察モードを設定し、遠景観察モードにおいては画素混合読み出しを行うことで、広い被写界深度を実現する撮像装置、内視鏡システム及び撮像装置の制御方法を提供できる。

本発明の一態様は、被写体を撮像する撮像部と、前記撮像部により前記被写体が撮像される際の観察モードを設定する観察モード設定部と、前記観察モード設定部により設定された観察モードに応じて、前記撮像部からの画像の読み出しモードと前記撮像部のフォーカス位置の制御を行う制御部と、を含む撮像装置に関係する。

本発明の一態様では、観察モードを設定した上で、設定した観察モードに応じて、撮像部からの画像の読み出しモードと、撮像部のフォーカス位置の制御が行われる。従って、観察モードでの撮影状況に応じた適切な読み出しモードの制御とフォーカス位置の制御を実現できる。

本発明の他の態様は、被写体を撮像する撮像部と、前記撮像部により前記被写体が撮像される際の観察モードを設定する観察モード設定部と、制御部と、を含み、前記制御部は、前記観察モードが第１の観察モードに設定された場合には、撮像部のフォーカス位置が同じであっても、被写界深度を可変にする制御を行う撮像装置に関係する。

本発明の他の態様によれば、観察モードを設定した上で、設定した観察モードが第１の観察モードである場合には、フォーカス位置が一定であるという条件下においても、被写界深度を可変にする制御を実現できる。

本発明の他の態様は、被写体を撮像する撮像部と、前記撮像部により前記被写体が撮像される際の観察モードを設定する観察モード設定部と、前記観察モード設定部により設定された観察モードに応じて、前記撮像部からの画像の読み出しモードと前記撮像部のフォーカス位置の制御を行う制御部と、を含む内視鏡システムに関係する。

本発明の他の態様は、被写体を撮像する撮像部と、前記撮像部により被写体が撮像される際の観察モードを設定する観察モード設定部と、前記観察モード設定部により設定された観察モードに応じて、前記撮像部の被写界深度を設定するための制御とフォーカス位置の制御を行う制御部と、を含む内視鏡システムに関係する。

本発明の他の態様は、被写体が撮像される際の観察モードの設定処理を行い、設定された前記観察モードに応じて撮像部からの画像の読み出しモードを制御し、設定された前記観察モードに応じて前記撮像部のフォーカス位置を制御し、前記読み出しモード及び前記フォーカス位置の制御に従って前記被写体の撮像が行われるように撮像装置を制御する撮像装置の制御方法に関係する。

本実施形態の撮像装置の基本的な構成例。図２（Ａ）、図２（Ｂ）は画素ピッチを大きくすることで被写界深度が広くなることを説明する図。本実施形態のシステム構成例。図４（Ａ）、図４（Ｂ）は画素混合読み出しを行った場合の読み出し画像の説明図。被写界深度の説明図。フォーカス位置を一定にした場合の画素ピッチと被写界深度の関係図。フォーカス位置を可変にした場合の被写界深度との関係図。図８（Ａ）は遠景観察モードにおける被写界深度の説明図、図８（Ｂ）はフォーカス位置を変えずに全画素読み出しを行ったときの被写界深度の説明図、図８（Ｃ）は近接観察モードにおける被写界深度の説明図。本実施形態の他のシステム構成例。回転フィルタの例。フィルタｒ、ｇ、ｂの分光特性。図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）は画素混合読み出しを行った場合の読み出し画像の説明図。本実施形態の他のシステム構成例。観察モード設定部の構成例。図１５（Ａ）は周縁部が中心部よりも明るい場合の説明図、図１５（Ｂ）は中心部が周縁部よりも明るい場合の説明図。図１６（Ａ）は管空状の被写体を撮像する場合の説明図、図１６（Ｂ）は被写体に正対した場合の説明図。本実施形態の他のシステム構成例。

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。

１．本実施形態の手法
本実施形態の手法の概要について、図１、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）を参照して説明する。

図１は本実施形態の撮像装置の基本的な構成例を示すブロック図である。撮像装置は、撮像部１０と、画像処理部２０と、表示部３０と、制御部４０と、観察モード設定部５０を含む。なお、これらの構成要素の一部（例えば表示部）を省略するなどの種々の変形実施が可能である。また、本実施形態における撮像装置は、デジタルカメラに限定されるものではなく、デジタルビデオカメラでもよいし、内視鏡システムであってもよい。

撮像部１０は画像処理部２０と接続され、画像処理部２０は表示部３０と接続されている。制御部４０は撮像部１０及び画像処理部２０と双方向に接続されている。また、制御部４０と観察モード設定部５０も双方向に接続されている。

観察モード設定部５０は、観察モードを設定し、設定した情報を制御部４０に伝える。制御部４０は、設定された観察モードに基づいて、撮像部１０及び画像処理部２０にそれぞれ撮像処理と画像処理を行わせるような制御信号を生成する。

画素ピッチが、撮像部１０の撮像素子の実際の画素ピッチに相当する場合には、フォーカス位置と被写界深度及び許容錯乱円の関係は図２（Ａ）に示したようになる。図２（Ａ）は、撮像素子の画素ピッチをそのまま使っているため、撮像素子の解像力をフルに使ったモードであると言える。このとき、許容錯乱円の大きさは、フィルタ等の要素によって決まる係数Ｋを用いて、Ｋ・Ｐ１と表すことができ、この大きさＫ・Ｐ１の許容錯乱円によって被写界深度幅Ｄ１が決定される。

しかし、撮像装置の解像力が向上するにつれて、画素ピッチＰ１が小さくなり、それに伴い被写界深度幅Ｄ１も狭くなってしまう。例えば内視鏡システムなどでは、ドクターの診断を妨げないように、被写界深度を広くしなければならない。しかしながら、図２（Ａ）に示すような実際の撮像素子の画素ピッチから決まる被写界深度幅Ｄ１では、その条件を満たせなくなる。

そこで本出願人は、近接観察モード及び遠景観察モードの２種類のモードを設定し、パンフォーカスが必要な場面では被写界深度を広げた遠景観察モードを利用することを提案している。

遠景観察モードの概要を図２（Ｂ）に示す。ここで図２（Ａ）と図２（Ｂ）とは、光学系は同じ条件であるとする。遠景観察モードにおいては、図２（Ｂ）の画素ピッチＰ２は複数の画素を１画素とした場合の画素ピッチに相当する。これは例えば、画素混合読み出し等で実現される。具体的には後述する図４（Ａ）、図４（Ｂ）のような手法である。図４（Ａ）でのＲ（０，０）、Ｒ（０，２）、Ｒ（２，０）及びＲ（２，２）の４画素の画素値の和を求め、求めた値をＲ＿ｏｕｔ（０，０）とする。このため、図４（Ａ）において、上記４画素を含む３×３画素の領域が図４（Ｂ）のＲ＿ｏｕｔ（０，０）１画素に対応することになる。よって３×３画素が１画素になったように扱われるため、図４（Ａ）の画素ピッチをＰとすると、画素混合読み出しを行った場合の画素ピッチは３×Ｐとなる。このときＰ２＞Ｐ１となり、許容錯乱円を大きくすることが可能になる。許容錯乱円が大きくなるため、図２（Ａ）と図２（Ｂ）を比較すれば明らかなように、被写界深度幅Ｄ２はＤ２＞Ｄ１とすることが可能になる。

これにより、被写界深度は狭いが解像力の高い近接観察モードと、解像力は低いが被写界深度が広い遠景観察モードの２つのモードを用いることが可能になる。この２つのモードを場面にあわせて適切に切り替えることで、例えば内視鏡システムにおいては、効率的な診断を行うことが可能になる。

具体的には例えば、病変部のサーチにおいては遠景観察モードを採用し、発見した病変部の詳細な観察には近接観察モードを採用することが考えられる。後述する図１６（Ａ）に示すように、病変部のサーチにおいては、管空状の被写体の中を移動していることが考えられ、撮像部から被写体までの距離は、近い所から遠い所まで様々である。このときに被写界深度が狭いと、被写体の一部にしか焦点が合わず、それ以外の範囲がぼやけてしまい、正確な診断が困難になる。その点、被写界深度の広い遠景観察モードは、様々な距離の被写体に対しても焦点が合うため、病変部のサーチ時には効果を発揮する。

また、発見した病変部を詳細に観察する場合には、後述する図１６（Ｂ）に示すように、被写体に正対して観察することが考えられる。このためドクターが見たい範囲は、撮像部からの距離が大きく異なるようなところが無く、被写界深度が狭くても問題は生じにくい。ただし正確な診断を行うためには、解像度の高い、詳細な画像が求められる。そのため病変部の詳細な観察の際には、近接観察モードを用いることで、ドクターの要求にあった観察画像を提供することが可能になる。

例えば、近年、フルハイビジョン等に対応するために撮像素子の画素ピッチが小さくなってきている。通常ならば、最新の製造プロセスで出来た撮像素子の性能をフルに生かそうとする。本実施形態では、観察モードを設け、敢えて、遠景観察モードでは複数の画素を１画素とする設定にすることで、被写界深度を広くする。そうすることで、被写体を広く概観する撮影状況に対応する。一方、近接観察モードでは、撮像素子の性能をフルに生かして、近接観察モードで被写体を高解像度で観察できるようにする。

なお複数の画素を１画素に設定する手法は、画素混合読み出しに限定されない。例えば前述した図４（Ａ）、図４（Ｂ）の例においては、Ｒ＿ｏｕｔ（０，０）の値として、４画素の和（もしくは平均）を求めるのではなく、特定の１画素（例えばＲ（０，０））の値をそのまま用いてもかまわない。また、後述する画像処理部２０におけるフィルタ処理で同様の効果を得ることも可能である（画素混合読み出しは撮像部１０において行われる）。具体的には、画素混合読み出しと同様に、複数画素の画素値の和を、出力画素の画素値とするようなフィルタをかければよい。

以下、第１〜第４の実施形態において詳細に説明する。以下では撮像装置として、内視鏡システムを例にとって説明するが、撮像装置が内視鏡システムに限られないのは前述の通りである。

２．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３を参照して説明する。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を備えている。なお、これらの一部の構成要素を省略したり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。

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。

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集光する対物レンズ２３０と、フォーカス位置を調整するためのフォーカス調整レンズ２４０と、集光した反射光を検出するための撮像素子２５０と、撮像素子からの信号を読み出す際の読み出しモードを制御しアナログ信号を出力する読み出しモード制御部２７０と、フォーカス調整レンズ２４０を駆動するためのレンズ駆動部２６０を備えている。なお、これらの一部の構成要素を省略したり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。

レンズ駆動部２６０は例えばステッピングモーターであり、フォーカス調整レンズ２４０と接続されている。レンズ駆動部２６０はフォーカス調整レンズの位置を変更することでフォーカス位置を調整する。撮像素子２５０は図４（Ａ）に示すようなベイヤ配列の色フィルタを持つ撮像素子であり、ここでＧｒとＧｂは同じ分光特性である。読み出しモード制御部２７０の詳細については後述する。

処理部３００はＡＤ変換部３１０と画像処理部３２０と制御部３３０と観察モード設定部３４０を備えている。なお、これらの一部の構成要素を省略したり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。

ＡＤ変換部３１０は、読み出しモード制御部２７０から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換して出力する。画像処理部３２０は、ＡＤ変換部３１０から出力されたデジタル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、階調変換等の画像処理を施し、表示部４００に画像を出力する。観察モード設定部３４０は外部Ｉ／Ｆ部５００からの制御信号に応じて観察モードを判定し、制御部３３０に観察モード情報を出力する。制御部３３０は受け取った観察モード情報に従ってレンズ駆動部２６０、読み出しモード制御部２７０を制御するようになっている。

表示部４００は例えば液晶モニタであり、画像処理部３２０から出力される画像を表示する。

外部Ｉ／Ｆ部５００は、この撮像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、電源のオン／オフを行うための電源スイッチ、撮影操作を開始するためのシャッタボタン、撮影モードやその他各種のモードを切り換えるためのモード切換ボタンなどを含んで構成されている。そして、この外部Ｉ／Ｆ部５００は、入力された情報のうち、観察モードに関する情報を観察モード設定部３４０に出力するようになっている。

次に読み出しモード制御部２７０の詳細について説明する。読み出しモード制御部２７０は、撮像素子２５０からラスタ順にスキャンされ出力されるアナログ信号が入力される。入力されたアナログ信号は読み出しモード制御部２７０で色フィルタの種類に対応したＲ，Ｇｒ，Ｇｂ，Ｂの４チャンネルに分離される。そして、以下の読み出しモードに応じて所定の処理を施した後に、撮像素子２５０から出力されるラスタ順にスキャンされたアナログ信号と同様の形式になるよう再度合成され、読み出しモード制御部２７０から出力される。

読み出しモード制御部２７０は制御部３３０からの制御信号に応じて全画素読み出しモードと画素混合読み出しモードを切り替えることができるようになっている。全画素読み出しモードが選択された場合、入力されたアナログ信号は読み出しモード制御部２７０で色フィルタの種類に対応したＲ，Ｇｒ，Ｇｂ，Ｂの４チャンネルに分離され、何も処理されずに撮像素子２５０から出力されるアナログ信号と同様の形式になるよう再度合成され、読み出しモード制御部２７０から出力される。

また、画素混合読み出しモードが選択された場合、入力されたアナログ信号は読み出しモード制御部２７０で色フィルタの種類に対応したＲ，Ｇｒ，Ｇｂ，Ｂの４チャンネルに分離され、それぞれのチャンネルで、水平、垂直方向に隣り合う２×２画素分の信号値が加算される。この時、撮像素子２５０から読み出しモード制御部２７０に入力された信号値は以下の式（１）で加算される。ここでＲ（ｘ，ｙ）、Ｇｒ（ｘ，ｙ）、Ｇｂ（ｘ，ｙ），Ｂ（ｘ，ｙ）は入力された信号値であり、Ｒ＿ｏｕｔ（ｘ，ｙ）、Ｇｒ＿ｏｕｔ（ｘ，ｙ）、Ｇｂ＿ｏｕｔ（ｘ，ｙ），Ｂ＿ｏｕｔ（ｘ，ｙ）は加算後の信号値である。

R_out(x,y) = R（x,y）+ R（x+2,y） + R（x,y+2） + R（x+2,y+2）
Gr_out(x,y) = Gr（x,y） + Gr（x+2,y） + Gr（x,y+2） + Gr（x+2,y+2）
Gb_out(x,y) = Gb（x,y） + Gb（x+2,y） + Gb（x,y+2） + Gb （x+2,y+2）
B_out(x,y) = B（x,y）+ B（x+2,y） + B（x,y+2） + B（x+2,y+2）
・・・・・（１）

上式（１）について図４（Ａ）を用いて説明する。例えばＲ＿ｏｕｔ（０，０）を求める場合には、３×３の領域を設定し、その中に含まれる４つのＲ信号、すなわちＲ（０，０）、Ｒ（２，０）、Ｒ（０，２）及びＲ（２，２）を加算する。Ｒ＿ｏｕｔ（０，４）を求める場合には、前述の領域と重なるように３×３の領域を設定し、その中に含まれる４つのＲ信号の値を加算すればよい。Ｇｒ、Ｇｂ、Ｂについても同様である

このようにすることで、入力信号の画素数と同じ画素数を持った出力信号を生成することができる。この場合、出力信号の１画素を求めるにあたり、３×３画素の入力信号を用いているため、画素ピッチは混合読み出し前の３倍となる。

なお、画素混合の方法は上式（１）に限定されるものではない。上式（１）の代わりに下式（２）を用いることもできる。

R_out(x,y) = R（2x,2y） + R（2x+2,2y） + R（2x,2y+2） + R（2x+2,2y+2）
Gr_out(x,y) = Gr（2x,2y-１） + Gr（2x+2,2y-１） + Gr（2x,2y+１） + Gr（2x+2,2y+１）
Gb_out(x,y) = Gb（2x-１,2y） + Gb（2x+1,2y） + Gb（2x-1,2y+2） + Gb（2x+1,2y+2）
B_out(x,y) = B（2x-１,2y-１） + B（2x+１,2y-１） + B（2x-１,2y+１） + B（2x+１,2y+１）
・・・・・（２）

上式（２）について図４（Ｂ）を用いて説明する。Ｒ＿ｏｕｔ（０，０）を求める場合に、３×３の領域を設定し、その中に含まれる４つのＲ信号、すなわちＲ（０，０）、Ｒ（２，０）、Ｒ（０，２）及びＲ（２，２）を加算する点は図４（Ａ）のケースと同様である。図４（Ｂ）では、Ｒ＿ｏｕｔ（０，４）を求める際に、前述の３×３の領域と重なり合わないように３×３の領域を設定する点が異なる。つまり、Ｒ＿ｏｕｔ（０，２）を求める場合には、Ｒ（０，４）、Ｒ（２，４）、Ｒ（０，６）及びＲ（２，６）を加算することになる。Ｇｒ、Ｇｂ、Ｂについても同様である。

このようにすることで、入力信号の画素数より少ない画素数を持った出力画像を生成することができる（具体的には入力信号４×４画素から出力信号２×２画素が生成される）。なお、画素ピッチが混合読み出し前の３倍になる点は図４（Ａ）と同様である。

さらに加算後の信号値は、撮像素子２５０から出力されるアナログ信号と同様の形式になるよう再度合成され、読み出しモード制御部２７０から出力される。

次に読み出しモードと被写界深度の関係について説明する。

まず被写界深度について図５を用いて詳細に説明する。ここで右向きの矢印は正の値のベクトルを表し、左向きの矢印は負の値のベクトルを表している。まず光学系の後側焦点位置からＸＢ’の位置に画素ピッチ（１画素の縦横の寸法）がＰの撮像素子を配置した場合を考える。この時、撮像素子の撮像面上で光学系の結像性能が最も良くなる被写体の位置（フォーカス位置）は、光学系の前側焦点位置からＸＢの位置として表される。ＸＢは以下のニュートンの結像式からＸＢ’が決まると下式（３）により算出される。ここでｆは光学系の焦点距離である。

XB*XB’ = -f² ・・・・・（３）

被写体をＸＢからＸＮの位置まで移動させると、その時の像面位置ＸＮ’は撮像面から光学系と反対方向に移動する。しかし撮像面における錯乱円の直径が、撮像装置の分解能Ｋ・Ｐ（ただしＫはフィルタ配列や補間処理によって決まる係数）より小さい場合、ＸＮの物体はピントが合っていると見なすことができる。撮像面における錯乱円の直径がＫ・Ｐ以下になる範囲を近点側の被写界深度と定義し、錯乱円の直径がＫ・Ｐと一致する被写体の位置を近点と呼ぶことにする。今後は近点の位置を、前側焦点位置からＸＮの位置として表す。遠点側も被写界深度の定義は同様であり、遠点側で錯乱円の直径がＫ・Ｐと一致する被写体の位置を遠点と呼ぶ。今後は遠点の位置を、前側焦点位置からＸＦの位置として表す。

被写体が近点にある時の撮像面における錯乱円の直径は、光学系の開口数ＮＡ’＝ｓｉｎ（ｕ’）（ここでｕ’は図５に示す撮像面へ入射する光線と光軸のなす角）を用いて下式（４）のように近似できる。

錯乱円の直径 = 2(XN’-XB’)*NA’ ・・・・・（４）

近点で錯乱円の直径はK・Pに一致するため、以下の式が成り立つ。

2(XN’-XB’)*NA’ = K*P ・・・・・（５）

Ｆナンバーと開口数の関係式である下式（６）を用いて上式（５）を変形すると、下式（７）となる。ここでＦは光学系のＦナンバーである。

F = 1/2NA’ ・・・・・（６）

XN’-XB’ = K*P*F ・・・・・（７）

さらに上式（３）で示したニュートンの式を用いて（７）式を変形すると、下式（８）に示す近点側の被写界深度の関係式が成立する。

近点側と同様の方法で遠点側の被写界深度の関係式を算出すると下式（９）のようになる。

上式（７）、（８）はさらに下式（１０）、（１１）のように変形でき、これらを用いて近点の位置ＸＮ及び遠点の位置ＸＦを算出できる。

図６に上式（１０）、（１１）を用いて被写界深度と画素ピッチの関係を算出した一例を示す。縦軸は前側焦点位置に対するフォーカス位置、近点、遠点の位置であり、近点と遠点の間の範囲が被写界深度となる。横軸は画素ピッチである。光学系の焦点距離ｆ、ＦナンバーＦ、係数Ｋ、フォーカス位置ＸＢが一定の場合、画素ピッチＰが小さくなるに従って近点及び遠点がフォーカス位置に近づき、被写界深度の幅が狭くなることが分かる。

前述した全画素読み出しモードでは、画素間のピッチ（１画素の縦横のサイズ）はＰである。一方、画素混合読み出しモードでは、混合される４画素を仮想的に１つの画素と考えると画素ピッチはＰ×３となる。この結果、画素混合読み出しモードでは画素ピッチが仮想的に拡大するため、被写界深度が拡大することになる。

なお、画素混合読み出しモード時の画素混合方法は前述の方法に限定されることはなく、既存のその他の画素混合方法を用いても同様な効果が得られる。

次に、フォーカス位置と被写界深度の関係について説明する。

図７は上式（１０）、（１１）を用いてフォーカス位置と被写界深度の関係を算出した一例である。縦軸は前側焦点位置に対するフォーカス位置、近点、遠点の位置であり、近点と遠点の間の範囲が被写界深度となる。横軸は各フォーカス位置に対して付加したインデックスの値である。光学系の焦点距離ｆ、ＦナンバーＦ、係数Ｋ、画素ピッチＰが一定の場合、フォーカス位置ＸＢが前側焦点位置に近づくに従って近点、及び遠点も前側焦点位置に近づき、さらに被写界深度の幅も狭くなることが分かる。

次に各観察モードにおける読み出しモードとフォーカス位置の対応について、図８を用いて説明する。

ドクターが内視鏡システムを用いて観察を行う場合、まず撮像部２００を体腔内で移動させながら広範囲の観察を行い、病変と疑われる注目部がある場合はこの注目部に撮像部２００を近接させて、血管や表面構造等を詳細に観察する。従って広範囲の観察を行うための遠景観察モードでは近接した被写体から遠方の被写体までピントが合っていることが重要である。一方、注目部に近接して詳細に観察を行うための近接観察モードでは、観察する被写体が限定されているため被写界深度が狭くとも高い解像力を実現することが重要である。

本実施の形態における内視鏡システムは、外部Ｉ／Ｆ部５００で遠景観察モードが選択された場合、観察モード設定部３４０は外部Ｉ／Ｆ部５００からの制御信号に応じて観察モードを遠景観察モードと判定し、制御部３３０に判定した観察モード情報を出力する。この時、制御部３３０は読み出しモード制御部２７０に読み出しモード制御信号を出力し画素混合読み出しモードを選択する。さらに制御部３３０はレンズ駆動部２６０に所定のフォーカス制御信号を出力し、事前に設定された位置にフォーカス位置を移動させることで図８（Ａ）に示すような広い被写界深度を達成することができる。

一方、外部Ｉ／Ｆ部５００で近接観察モードが選択された場合、観察モード設定部３４０は外部Ｉ／Ｆ部５００からの制御信号に応じて観察モードを近接観察モードと判定し、制御部３３０に判定した観察モード情報を出力する。この時、制御部３３０は読み出しモード制御部２７０に読み出しモード制御信号を出力し、全画素読み出しモードを選択する。ここでフォーカス位置が画素混合読み出しモードと同じ位置であると、図８（Ｂ）に示すように近点及び遠点がフォーカス位置に近づくことで被写界深度が狭くなるため、注目部に近接した場合に注目部が被写界深度の範囲から外れ十分な解像力を得ることができない。このため、近接観察モードが選択された場合も、制御部３３０はレンズ駆動部２６０に所定のフォーカス制御信号を出力し、フォーカス位置を、遠景観察モードよりも撮像部２００に近い、事前に設定された位置に移動させる。このような動作を行うことで図８（Ｃ）に示す様に被写界深度の範囲を撮像部２００に近づけることができ、注目部に近接した場合も十分な解像力を得ることができる。

以上の本実施形態では、撮像装置は撮像部２００と、観察モードを設定する観察モード設定部３４０と、設定された観察モードに応じて、撮像部２００からの画像の読み出しモード及び撮像部２００のフォーカス位置の制御を行う制御部３３０とを含む。

これにより、観察モードを設定した上で、設定された観察モードに応じて画像の読み出しモード及びフォーカス位置を制御することが可能になる。よって、異なる特性を持った観察モードを複数設定することができ、観察モードでの撮影状況に応じた適切な読み出しモードの制御とフォーカス位置の制御を実現できる。

また、画素の読み出しモードとフォーカス位置の制御を、観察モードに応じて両方行うことにより、ピントの合う距離を適切に設定することが可能になる。図７に示すように、フォーカス位置が撮像装置に近づくほど被写界深度は狭くなり、逆に遠ざかるほど被写界深度は広くなる。そのため読み出しモード制御により、広い被写界深度を確保するモードにおいては、フォーカス位置も遠くなるように制御することで、より広い被写界深度を得ること（もしくは読み出しモードによる広い被写界深度を無駄にしないこと）が可能になる。つまり被写界深度を追求したモードを実現できる。

それに対して、読み出しモード制御で通常の読み出しを行う場合には、被写界深度が比較的狭く、フォーカス位置が遠いままでは、撮像装置に近い範囲にピントを合わせることができない。そのため、フォーカス位置自体を撮像装置に近づけることで、撮像装置に近い範囲をカバーすることになる。なおこのモードにおいては通常の読み出しを行うため、被写界深度が狭い分、高解像度の画像を得ることができる。つまり解像度を追求したモードを実現できる。

また、制御部３３０は、画像の読み出しモードとして、遠景観察モードでは画素混合読み出しを行い、近接観察モードでは全画素読み出しを行う。また、フォーカス位置の制御として、近接観察モードにおいては遠景観察モードに比べて、フォーカス位置が撮像部２００に近くなるような制御を行う。

これにより、遠景観察モードにおいては画素混合読み出しを行った上で、フォーカス位置を比較的撮像部２００から遠い位置に設定することで、パンフォーカスを実現している。また、近接観察モードにおいては全画素読み出しを行い、解像力の高い画像を取得するとともに、フォーカス位置を撮像部２００に近い位置に設定し、被写体にフォーカスがあった画像を取得することが可能になる。ここで、パンフォーカスとは、写真等の撮影技法の１つであり、被写界深度を広くして撮影することで、近距離から遠距離まではっきりとピントを合わせる方法のことである。

また、制御部３３０は、画素混合読み出しを行うことで、フォーカス位置が同じという条件の下でも、被写界深度（被写界深度幅）を可変に設定する。

これにより、被写界深度を可変にする手法として、画素混合読み出しを用いることが可能になる。被写界深度はフォーカス位置に応じて変化する特性があるが、ここでの「被写界深度を可変に設定する」とは、フォーカス位置による影響を考慮せずとも（つまり例えばフォーカス位置が固定であっても）被写界深度を変えることができる制御を意味する。なお被写界深度を可変に設定する手法は、画素混合読み出しに限定されず、例えば複数の画素を１画素として取り扱って錯乱円を広くできるような手法であれば、他の手法でもよい。例えば、３×３画素を１画素として取り扱う場合に、画素混合読み出しにおいては、９画素（もしくはその中で必要な画素のみ）の和を求めるが、特定の１画素の値をそのまま出力値として用いてもよい。

また、撮像素子２５０の画素ピッチに対応する許容錯乱円により特定される被写界深度幅をＤ１とし、遠景観察モードにおける被写界深度幅をＤ２としたときに、Ｄ２＞Ｄ１となる。

これにより、遠景観察モードにおいては、撮像素子の画素ピッチによって決まる被写界深度幅よりも広い被写界深度幅を実現することが可能になる。

また、Ｄ２は複数の画素を１画素とした場合の画素ピッチに対応する許容錯乱円により特定される被写界深度幅である。

これにより、複数の画素を１画素とすることで、Ｄ２＞Ｄ１となる被写界深度幅を実現することが可能になる。つまり、あえて解像度を落とすことによって、画素ピッチを大きくする。そのため許容錯乱円が大きくなり、被写界深度を広くすることができる。例えば、３×３画素を１画素とした場合には、図４（Ａ）、図４（Ｂ）を用いて説明したように、画素ピッチは３倍になる。画素ピッチが大きくなれば図６に示すように、被写界深度を広くとることが可能になる。

また、撮像装置は、ユーザーからの指示を受け付ける入力受付部を含んでもよい。そして、観察モード設定部３４０は、ユーザーの指示に応じて観察モードを設定してもよい。

これにより、観察モード（例えば前述の遠景観察モード及び近接観察モードの２種類の観察モード）は、ユーザーからの明示的な指示により設定することが可能になる。ユーザーの意図に従ったモード設定が行われるため、モードを誤って設定する危険性を非常に小さくできる。

また、本実施形態は、撮像部２００と、観察モード設定部３４０と、制御部３３０とを含む撮像装置であってもよい。そして、観察モードが第１の観察モードである場合には、フォーカス位置が同じであっても被写界深度を可変にする制御を行う。また、観察モードが第２の観察モードである場合には、フォーカス位置を第１の観察モードの場合に比べて撮像部２００に近づける制御を行ってもよい。さらに、第１の観察モードが遠景観察モードであり、第２の観察モードが近接観察モードであってもよい。

これにより、観察モードを設定した上で、設定された観察モードに応じて被写界深度及びフォーカス位置を制御することが可能になる。ここで被写界深度は、フォーカス位置によっても変化するが、本実施形態における被写界深度の制御とはフォーカス位置の移動以外の要因によって被写界深度を制御することを想定している。具体的には、第１の観察モードにおいては、被写界深度を可変にし、第２の観察モードにおいては、フォーカス位置を撮像部２００に近づける。第１の観察モードは第２のモードに比べ広い範囲を観察する遠景観察モードであり、第２の観察モードは被写体に正対するような近接観察モードであってもよい。

また、制御部３３０は、近接観察モードでは被写界深度幅を狭くする制御を行い、遠景観察モードでは被写界深度幅を広くする設定を行ってもよい。

これにより、遠景観察モードではパンフォーカスを実現することが可能になる。それとともに、近接観察モードにおいては、被写体に正対することを想定しているため、被写界深度幅は狭くてもよく、パンフォーカス実現に伴うデメリット（絞りを絞ることにより画像が暗くなったり、解像度が低くなったりする）を回避することが可能になる。

また、本実施形態は、撮像部２００と、観察モードを設定する観察モード設定部３４０と、設定された観察モードに応じて、撮像部２００からの画像の読み出しモード及び撮像部２００のフォーカス位置の制御を行う制御部３３０とを含む内視鏡システムであってもよい。

これにより、観察モードに応じて画像の読み出しモード及びフォーカス位置を制御することが可能な内視鏡システムを実現することが可能になる。複数の異なるモードを設定可能なため、適切に運用することでドクターの診断をスムーズにする内視鏡システムを実現可能である。

また、本実施形態は、撮像部２００と、観察モード設定部３４０と、観察モードに応じて被写界深度とフォーカス位置の制御を行う制御部３３０とを含む内視鏡システムであってもよい。

これにより、観察モードを設定した上で、設定された観察モードに応じて被写界深度及びフォーカス位置を制御することが可能な内視鏡システムを実現することが可能になる。

また、内視鏡システムにおいても、被写界深度幅は近接観察モードが狭く、遠景観察モードが広い点は撮像装置の場合と同様である。さらに、画素混合読み出しで被写界深度を可変にする点、Ｄ２＞Ｄ１となる点、Ｄ２は複数の画素を１画素とする場合に対応する点も同様である。

また、本実施形態は、観察モードを設定し、観察モードに応じて画像の読み出しモードとフォーカス位置の制御を行い、読み出しモードとフォーカス位置の制御に従って被写体の撮像を行うように撮像装置を制御する、撮像装置の制御方法にも適用できる。

これにより、観察モードに応じて画像の読み出しモード及びフォーカス位置を制御することが可能な撮像装置の制御方法を実現することが可能になる。

３．第２の実施形態
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、図９を参照して説明する。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を備えている。光源部１００、撮像部２００、処理部３００以外の構成は第１の実施形態と同様である。

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と、白色光から所定の波長帯域の光を抽出する回転フィルタ１３０と、回転フィルタを駆動させるためのフィルタ駆動部１４０を備えている。

回転フィルタ１３０は、例えば図１０に示すように、３種類の色フィルタｒ，ｇ，ｂから構成されている。各色フィルタの分光透過率の一例を図１１に示す。フィルタ駆動部１４０は後述する制御部３３０からの信号に応じて回転フィルタ１３０を回転駆動することにより、色フィルタｒ，ｇ，ｂを順次切り替えて、照明光を観察対象に順次照射する。また、制御部３３０は、光路中に配置されている色フィルタｒ，ｇ，ｂの情報をトリガ信号として、後述する画像処理部３２０に出力する。

レンズ駆動部２６０は例えばステッピングモーターであり、フォーカス調整レンズ２４０と接続されている。レンズ駆動部２６０はフォーカス調整レンズの位置を変更することでフォーカス位置を調整する。撮像素子２５０は画素間のピッチがＰのモノクロの撮像素子である。読み出しモード制御部２７０の詳細については後述する。

ＡＤ変換部３１０は、読み出しモード制御部２７０から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換して出力する。画像処理部３２０は色フィルタｒ，ｇ，ｂの種類に対応する３つの記憶領域を備えている。画像処理部３２０はＡＤ変換部３１０から出力される画像に対応する色フィルタの種類を制御部３３０から出力されるトリガ信号により識別し、対応する記憶領域の画像を更新する。画像処理部３２０はさらに３つの記憶領域に記憶された画像に対してホワイトバランス、色変換、階調変換等の画像処理を施し、表示部４００に画像を出力する。

観察モード設定部３４０は外部Ｉ／Ｆ部５００からの制御信号に応じて観察モードを設定し、制御部３３０に観察モード情報を出力する。制御部３３０は受け取った観察モード情報に従ってレンズ駆動部２６０、読み出しモード制御部２７０を制御するようになっている。

次に読み出しモード制御部２７０の詳細について説明する。読み出しモード制御部２７０は、撮像素子のすべての画素から信号が１チャンネルのアナログ信号として入力され、１チャンネルのアナログ信号を出力する。読み出しモード制御部２７０はさらに制御部３３０からの制御信号に応じて全画素読み出しモードと画素混合読み出しモードを切り替えることができるようになっている。読み出しモード制御部２７０は全画素読み出しモードが選択された場合、入力された１チャンネルのアナログ信号をそのまま出力する。

また、読み出しモード制御部２７０は画素混合読み出しモードが選択された場合、入力された１チャンネルのアナログ信号に対して、水平、垂直方向に隣り合う２×２画素分の信号値を加算する。この時、撮像素子２５０から読み出しモード制御部２７０に入力された図１２（Ａ）に示すような４×４画素分の信号値は以下の式で加算され、２×２画素分の信号値となる。ここでＰ（ｘ，ｙ）は入力された信号値であり、Ｐ＿ｏｕｔ（ｘ，ｙ）、Ｇｒ＿ｏｕｔは加算後の信号値である。

P_out(x,y) = P(2x,2y) + P(2x+1,2y) + P(2x,2y+1) + P(2x+1,2y+1)
・・・・・（１２）

上式（１２）について図１２（Ａ）を用いて説明する。例えばＰ＿ｏｕｔ（０，０）を求める場合には、２×２の領域を設定し、その中に含まれる４つの信号、すなわちＰ（０，０）、Ｐ（１，０）、Ｐ（０，１）及びＰ（１，１）を加算する。Ｐ＿ｏｕｔ（０，２）を求める場合には、前述の領域と重なり合わないように２×２の領域を設定し、その中に含まれる４つの入力信号の値を加算すればよい。

このようにすることで、入力信号の画素数より少ない画素数を持った出力画像を生成することができる（具体的には入力信号４×４画素から出力信号２×２画素が生成される）。この場合、出力信号の１画素を求めるにあたり、２×２画素の入力信号を用いているため、画素ピッチは混合読み出し前の２倍となる。

なお、画素混合の方法は上式（１２）に限定されるものではない。上式（１２）の代わりに下式（１３）を用いることもできる。

P_out(x,y) = P(x,y) + P(x+1,y) + P(x,y+1) + P(x+1,y+1)
・・・・・（１３）

上式（１３）について図１２（Ｂ）を用いて説明する。Ｐ＿ｏｕｔ（０，０）を求める場合に、２×２の領域を設定し、その中に含まれる４つの信号、すなわちＰ（０，０）、Ｐ（１，０）、Ｐ（０，１）及びＰ（１，１）を加算する点は図１２（Ａ）のケースと同様である。図１２（Ｂ）では、Ｐ＿ｏｕｔ（０，１）を求める際に、前述の２×２の領域と重なるように２×２の領域を設定する点が異なる。つまり、Ｐ＿ｏｕｔ（０，１）を求める場合には、Ｐ（０，１）、Ｐ（１，１）、Ｐ（０，２）及びＰ（１，２）を加算することになる。
このようにすることで、入力信号の画素数より少ない画素数を持った出力画像を生成することができる（具体的には入力信号４×４画素から出力信号２×２画素が生成される）。なお、画素ピッチが混合読み出し前の２倍となる点は図１２（Ａ）と同様である。

その後、読み出しモード制御部２７０は加算後の１チャンネルのアナログ信号を出力する。

全画素読み出しモードでは、画素間のピッチ（１画素の縦横のサイズ）はＰである。一方、画素混合読み出しモードでは、混合される４画素を仮想的に１つの画素と考えると画素ピッチはＰ×２となる。この結果、画素混合読み出しモードでは画素ピッチが仮想的に拡大するため、被写界深度が拡大することになる。

次に各観察モードにおける読み出しモードとフォーカス位置の対応について説明する。基本的な動作は第１の実施形態と同様である。

一方、外部Ｉ／Ｆ部５００で近接観察モードが選択された場合、観察モード設定部３４０は外部Ｉ／Ｆ部５００からの制御信号に応じて観察モードを近接観察モードと判定し、制御部３３０に判定した観察モード情報を出力する。この時、制御部３３０は読み出しモード制御部２７０に読み出しモード制御信号を出力し、全画素読み出しモードを選択する。さらに制御部３３０はレンズ駆動部２６０に所定のフォーカス制御信号を出力し、事前に設定された位置にフォーカス位置を移動させる。このような動作を行うことで図８（Ｃ）に示す様に被写界深度の範囲を撮像部２００に近づけることができ、注目部に近接した場合も十分な解像力を得ることができる。

４．第３の実施形態
本発明の第３の実施形態に係る内視鏡システムについて、図１３を参照して説明する。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を備えている。処理部３００以外の構成は第１の実施形態と同様である。

本実施の形態における処理部３００は、ＡＤ変換部３１０と画像処理部３２０と制御部３３０と観察モード設定部３４０を備えている。なお、これらの一部の構成要素を省略したり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。

ＡＤ変換部３１０は、読み出しモード制御部２７０から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換して出力する。画像処理部３２０は、ＡＤ変換部３１０から出力されたデジタル信号に対してホワイトバランス、補間処理、色変換、階調変換等の画像処理を施し、表示部４００及び観察モード設定部３４０に画像を出力する。観察モード設定部３４０は、画像処理部３２０から出力された画像から特徴量を算出し、特徴量に応じて観察モードを判定し、制御部３３０に観察モード情報を出力する。制御部３３０は受け取った観察モード情報に従ってレンズ駆動部２６０、読み出しモード制御部２７０を制御するようになっている。

次に本実施の形態における観察モード設定部３４０の詳細について説明する。図１４は観察モード設定部３４０の一例を示すブロック図である。ここで観察モード設定部３４０は領域設定部３４１と平均輝度算出部３４２と観察モード決定部３４３を備えている。

領域設定部３４１は画像処理部３２０から出力された画像に対して、図１５のように領域１及び領域２を設定する。ここでは画像の中心からの距離ｒが下式（１４）のように、

０ ≦ r ≦ r０・・・・・（１４）
となる領域を領域１とするとともに、下式（１５）のように、

r０＜ r ・・・・・（１５）
となる領域を領域２と設定している。平均輝度算出部３４２は領域１及び領域２の平均輝度Ｌ１とＬ２を算出する。観察モード決定部３４３は算出されたＬ１とＬ２の関係から観察モードを決定する。

ここで各観察モードにおける平均輝度Ｌ１とＬ２の関係を図１５及び図１６を用いて説明する。図１６の太線は被写体である生体の形状を表し、破線は撮像部２００の視野角を示している。さらに図示しない撮像部近傍に設けられた照明部によってほぼ視野角と重なる範囲が照明されている。

遠景観察モードでは、図１６（Ａ）に示すように撮像部２００は管空状の被写体の中を移動しているため、画像の中心付近に位置する被写体は画像の周辺部に位置する被写体に比べて撮像部から非常に遠方に位置する。この結果、図１５（Ａ）に示すように画像の周辺部である領域２が中心部である領域１に比べて明るい画像となる。このため、Ｌ２がＬ１よりも大きい場合には、観察モード決定部３４３は観察モードを遠景観察モードと判定し、制御部３３０に観察モード情報を出力する。

また、近接観察モードでは、図１６（Ｂ）に示すように撮像部２００は被写体の壁面にほぼ正対し、注目部が画像の中心付近に位置するように調整される。この場合は、画像の中心と周辺で撮像部から被写体までの距離の変動があまり大きくないため、照明の配光や光学系のケラレの影響などにより一般的に図１５（Ｂ）に示すように画像の中心部が周辺部に比べて明るい画像となる。このため、Ｌ１がＬ２よりも大きい場合には、観察モード決定部３４３は観察モードを近接観察モードと判定し、制御部３３０に観察モード情報を出力する。

制御部３３０は受け取った観察モード情報に従って、第１の実施形態と同様にレンズ駆動部２６０及び読み出しモード制御部２７０を制御する。

なお、本実施の形態では画像の輝度を特徴量として使用したが、輝度以外の特徴量を用いて観察モードを判定することも可能である。例えば観察モード決定部３４３は表示画像生成部から入力された画像に対して既存の周波数分解を行い、その周波数特性から遠景観察モードであるか近接観察モードであるかを判定してもよい。具体的には低周波成分に対して高周波成分が多い場合には遠景観察モードに設定し、高周波成分に対して低周波成分が多い場合には近接観察モードに設定する。

以上の本実施形態では、観察モード設定部３４０は画像の特徴量に応じて観察モードを設定する。

これにより、ユーザーから明示的な指示がない場合にも、画像の特徴量から観察モードを設定することが可能になる。よって、観察の状況が変化したとしても、観察モードを設定し直す必要が無くなり、ユーザーの利便性が高まる。

また、画像の特徴量は、画像の輝度情報であってもよい。具体的には、画像の中心部の輝度の平均値Ｌ１と周縁部の輝度の平均値Ｌ２を算出し、Ｌ１がＬ２よりも大きい場合には近接観察モードに設定し、Ｌ２がＬ１よりも大きい場合には遠景観察モードに設定してもよい。

これにより、画像の輝度情報から観察モードを設定することが可能になる。Ｌ１がＬ２よりも大きい場合には、図１６（Ｂ）のように被写体に正対していると考えられるため、注目部は近くにあり、近接観察モードが適していると判断できる。また、Ｌ２がＬ１よりも大きい場合には、図１６（Ａ）のように管空状の被写体の中にあると考えられるため、注目部は近くにあるとは限らず、被写界深度幅の広い遠景観察モードが適していると判断できる。

また、画像の特徴量は、画像の空間周波数特性であってもよい。具体的には、高周波成分に比べて低周波成分が多い場合には近接観察モードに設定し、低周波成分に比べて高周波成分が多い場合には遠景観察モードに設定してもよい。

これにより、画像の空間周波数特性から観察モードを設定することが可能になる。低周波成分が多い場合には、被写体が画像の中で大きく映し出されていると考えられるため、注目部は近くにあり、近接観察モードが適していると判断できる。また、高周波成分が多い場合には、全体に細かい画像になっているということであり、被写体が画像の中で小さく写っていると考えられるため、遠景観察モードが適していると判断できる。

５．第４の実施形態

本発明の第４の実施形態に係る内視鏡システムについて、図１７を参照して説明する。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を備えている。処理部３００以外の構成は第１の実施形態と同様である。

本実施の形態における処理部３００はＡＤ変換部３１０と画像処理部３２０と制御部３３０と観察モード設定部３４０とオートフォーカス制御部３５０を備えている。なお、これらの一部の構成要素を省略したり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。

ＡＤ変換部３１０は、読み出しモード制御部２７０から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換して出力する。画像処理部３２０は、ＡＤ変換部３１０から出力されたデジタル信号に対してホワイトバランス、補間処理、色変換、階調変換等の画像処理を施し、表示部４００及びオートフォーカス制御部３５０に画像を出力する。オートフォーカス制御部３５０は画像処理部３２０から出力された画像を用いて、既存の手法で被写体とフォーカス位置ＸＢが一致するようにフォーカス位置を制御するためのフォーカス制御信号を生成し、制御部３３０に出力する。観察モード設定部３４０は外部Ｉ／Ｆ部５００からの制御信号に応じて観察モードを判定し、制御部３３０に観察モード情報を出力する。制御部３３０は、観察モード設定部３４０から受け取った観察モード情報及びオートフォーカス制御部３５０から受け取ったフォーカス制御信号に従ってレンズ駆動部２６０、読み出しモード制御部２７０を制御するようになっている。

次に本実施の形態における、各観察モードでの読み出しモードとフォーカス位置の対応について説明する。本実施の形態における内視鏡システムは、外部Ｉ／Ｆ部５００で遠景観察モードが選択された場合、観察モード設定部３４０は外部Ｉ／Ｆ部５００からの制御信号に応じて観察モードを遠景観察モードと判定し、制御部３３０に判定した観察モード情報を出力する。この時、制御部３３０は読み出しモード制御部２７０に読み出しモード制御信号を出力し画素混合読み出しモードを選択する。さらに制御部３３０はレンズ駆動部２６０に所定のフォーカス制御信号を出力し、事前に設定された位置にフォーカス位置を移動させることで、第１の実施形態と同様に図８（Ａ）に示したような広い被写界深度を達成することができる。

また、外部Ｉ／Ｆ部５００で近接観察モードが選択された場合、観察モード設定部３４０は外部Ｉ／Ｆ部５００からの制御信号に応じて観察モードを近接観察モードと判定し、制御部３３０に判定した観察モード情報を出力する。この時、制御部３３０は読み出しモード制御部２７０に読み出しモード制御信号を出力し、全画素読み出しモードを選択する。

一方、図７を用いて説明したように、フォーカス位置ＸＢが撮像部２００に近づくに従って被写界深度幅は狭くなる。このため、第１の実施形態で図８（Ｃ）に示したように、近接観察モードで被写界深度の範囲を固定してしまうと、注目部が被写界深度の範囲内に入るように撮像部を操作することが難しくなることも考えられる。このため本実施の形態では、制御部３３０はレンズ駆動部２６０にオートフォーカス制御部３５０から受け取ったフォーカス制御信号を出力し、被写体とフォーカス位置が一致するようにフォーカス位置を制御する。このような動作を行うことで、注目部に近接した場合も注目部を確実に被写界深度の範囲に入れることができ、十分な解像力を得ることができる。

以上の第１〜第４の実施形態において、遠景観察モードでの画素ピッチの拡大は、撮像素子２５０からの読み出しの際に行われるものとしたが、それに限定されるものではない。たとえば撮像素子２５０からの読み出しは通常通りに行い、画像処理部３２０において、画像処理によって画素ピッチの拡大を行ってもよいことは当業者には容易に理解可能であろう。

以上の本実施形態では、制御部３３０は、被写体の位置に応じてフォーカス位置を決定する。

これにより、第１〜第３の実施形態においては、固定焦点であったものが、本実施形態においては、被写体の位置に応じてフォーカス位置を自由に変えることが可能になる。言い換えればオートフォーカスを実現することができる。

また、制御部３３０は、遠景観察モードでは画素混合読み出しを行い、近接観察モードでは全画素読み出しを行う。さらに、遠景観察モードでは所定の位置にフォーカス位置を設定するのに対し、近接観察モードでは被写体の位置に応じてフォーカス位置を制御してもよい。

これにより、観察モードに応じて画像の読み出しモードを変更することができる。さらに、遠景観察モードでは固定焦点を用いるとともに、近接観察モードでは被写体の位置に応じてフォーカス位置を制御する（オートフォーカス）ことが可能になる。

以上、本発明を適用した４つの実施の形態１〜４およびその変形例について説明したが、本発明は、各実施の形態１〜４やその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１〜４や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１〜４や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。

また、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。

１０撮像部、２０画像処理部、３０表示部、４０制御部、
５０観察モード設定部、１００光源部、１１０白色光源、１２０集光レンズ、
１３０回転フィルタ、１４０フィルタ駆動部、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、
２４０フォーカス調整レンズ、２５０撮像素子、２６０レンズ駆動部、
２７０読み出しモード制御部、３００処理部、３１０ＡＤ変換部、
３２０画像処理部、３３０制御部、３４０観察モード設定部、
３４１領域設定部、３４２平均輝度算出部、３４３観察モード決定部、
３５０オートフォーカス制御部、４００表示部、５００外部Ｉ／Ｆ部

Claims

被写体を撮像する撮像部と、
前記撮像部により前記被写体が撮像される際の観察モードを設定する観察モード設定部と、
前記観察モード設定部により設定された観察モードに応じて、前記撮像部からの画像の読み出しモードと前記撮像部のフォーカス位置の制御を行う制御部と、
を含むことを特徴とする撮像装置。
請求項１において、
前記制御部は、
遠景観察モードでは画素混合読み出しを行うように前記撮像部からの画像の読み出しモードを制御することを特徴とする撮像装置。
請求項２において、
前記制御部は、
近接観察モードでは全画素読み出しを行うように前記撮像部からの画像の読み出しモードを制御するとともに、撮像部のフォーカス位置が、前記遠景観察モードでの撮像部のフォーカス位置よりも撮像部に近くなるように前記撮像部のフォーカス位置を制御することを特徴とする撮像装置。
請求項３において、
前記制御部は、
前記画素混合読み出しを行うことで、前記撮像部のフォーカス位置が同じであっても、被写界深度を可変に設定することを特徴とする撮像装置。
請求項４において、
前記撮像部に含まれる撮像素子の画素ピッチに対応する許容錯乱円により特定される被写界深度幅をＤ１とし、前記遠景観察モードにおける被写界深度幅をＤ２としたときに、Ｄ２＞Ｄ１であることを特徴とする撮像装置。
請求項５において、
前記遠景観察モードにおける被写界深度幅Ｄ２は、
複数の画素を１画素とした場合の画素ピッチに対応する許容錯乱円により特定される被写界深度幅であることを特徴とする撮像装置。
請求項１乃至６のいずれかにおいて、
ユーザーからの指示を受け付ける入力受付部を含み、
前記観察モード設定部は、
受け付けた前記ユーザーからの指示に応じて観察モードを設定することを特徴とする撮像装置。
請求項１乃至６のいずれかにおいて、
前記観察モード設定部は、
画像の特徴量に応じて観察モードを設定することを特徴とする撮像装置。
請求項８において、
前記画像の特徴量は、
画像の輝度情報であることを特徴とする撮像装置。
請求項９において、
前記観察モード設定部は、
画像の中心部の輝度の平均値Ｌ１及び画像の周縁部の輝度の平均値Ｌ２を算出し、Ｌ１がＬ２よりも大きい場合には前記観察モードを近接観察モードに設定し、Ｌ２がＬ１よりも大きい場合には前記観察モードを遠景観察モードに設定することを特徴とする撮像装置。
請求項８において、
前記画像の特徴量は、
画像の空間周波数特性であることを特徴とする撮像装置。
請求項１１において、
前記観察モード設定部は、
画像の周波数特性を算出し、高周波成分に比べて低周波成分が多い場合は前記観察モードを近接観察モードに設定し、低周波成分に比べて高周波成分が多い場合は前記観察モードを遠景観察モードに設定することを特徴とする撮像装置。
請求項１において、
前記制御部は、
前記フォーカス位置の制御を行う際に、前記被写体の位置に応じてフォーカス位置を決定することを特徴とする撮像装置。
請求項１３において、
前記制御部は、
遠景観察モードでは画素混合読み出しを行うように前記撮像部からの画像の読み出しモードを制御するとともに、所定の位置にフォーカス位置を設定するように前記撮像部のフォーカス位置を制御することを特徴とする撮像装置。
請求項１４において、
前記制御部は、
近接観察モードでは全画素読み出しを行うように前記撮像部からの画像の読み出しモードを制御するとともに、前記被写体の位置に応じてフォーカス位置を決定するように前記撮像部のフォーカス位置を制御することを特徴とする撮像装置。
被写体を撮像する撮像部と、
前記撮像部により前記被写体が撮像される際の観察モードを設定する観察モード設定部と、
制御部と、
を含み、
前記制御部は、
前記観察モードが第１の観察モードに設定された場合には、前記撮像部のフォーカス位置が同じであっても、被写界深度を可変にする制御を行うことを特徴とする撮像装置。
請求項１６において、
前記制御部は、
前記観察モードが第２の観察モードに設定された場合には、前記撮像部のフォーカス位置を、前記第１の観察モードの場合に比べて、前記撮像部に近づける制御を行うことを特徴とする撮像装置。
請求項１７において、
前記第１の観察モードは、
遠景観察モードであり、
前記第２の観察モードは、
近接観察モードであることを特徴とする撮像装置。
請求項１８において、
前記制御部は、
前記観察モードが前記近接観察モードの場合は被写界深度幅を狭くする設定を行い、前記観察モードが前記遠景観察モードの場合は被写界深度幅を広くする設定を行うことを特徴とする撮像装置。
請求項１９において、
前記撮像部に含まれる撮像素子の画素ピッチに対応する許容錯乱円により特定される被写界深度幅をＤ１とし、前記遠景観察モードにおける被写界深度幅をＤ２としたときに、Ｄ２＞Ｄ１であることを特徴とする撮像装置。
請求項２０において、
前記遠景観察モードにおける被写界深度幅Ｄ２は、
複数の画素を１画素とした場合の画素ピッチに対応する許容錯乱円により特定される被写界深度幅であることを特徴とする撮像装置。
被写体を撮像する撮像部と、
前記撮像部により前記被写体が撮像される際の観察モードを設定する観察モード設定部と、
前記観察モード設定部により設定された観察モードに応じて、前記撮像部からの画像の読み出しモードと前記撮像部のフォーカス位置の制御を行う制御部と、
を含むことを特徴とする内視鏡システム。
被写体を撮像する撮像部と、
前記撮像部により被写体が撮像される際の観察モードを設定する観察モード設定部と、
前記観察モード設定部により設定された観察モードに応じて、前記撮像部の被写界深度を設定するための制御とフォーカス位置の制御を行う制御部と、
を含むことを特徴とする内視鏡システム。
請求項２３において、
前記制御部は、
前記観察モードが近接観察モードの場合は被写界深度幅を狭くする設定を行い、前記観察モードが遠景観察モードの場合は被写界深度幅を広くする設定を行うことを特徴とする内視鏡システム。
請求項２４において、
前記制御部は、
画素混合読み出しを行うことで、前記撮像部のフォーカス位置が同じであっても、前記被写界深度を可変に設定することを特徴とする内視鏡システム。
請求項２５において、
前記撮像部に含まれる撮像素子の画素ピッチに対応する許容錯乱円により特定される被写界深度幅をＤ１とし、前記遠景観察モードにおける被写界深度幅をＤ２としたときに、Ｄ２＞Ｄ１であることを特徴とする撮像装置。
請求項２６において、
前記遠景観察モードにおける被写界深度幅Ｄ２は、
複数の画素を１画素とした場合の画素ピッチに対応する許容錯乱円により特定される被写界深度幅であることを特徴とする撮像装置。
被写体が撮像される際の観察モードの設定処理を行い、
設定された前記観察モードに応じて撮像部からの画像の読み出しモードを制御し、
設定された前記観察モードに応じて前記撮像部のフォーカス位置を制御し、
前記読み出しモード及び前記フォーカス位置の制御に従って前記被写体の撮像が行われるように撮像装置を制御することを特徴とする撮像装置の制御方法。