JP2848559B2

JP2848559B2 - 合焦点検出装置及びこれを備えた内視鏡装置

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Publication number: JP2848559B2
Application number: JP23332288A
Authority: JP
Inventors: 英明吉田
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1988-09-17
Filing date: 1988-09-17
Publication date: 1999-01-20
Anticipated expiration: 2014-01-20
Also published as: JPH0281011A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、例えばオートフォーカスを行うために、映
像信号から合焦信号を検出する合焦点検出装置に関し、
また、この合焦点検出装置を備えた内視鏡装置に関す
る。

［従来の技術と発明が解決しようとする課題］近年、体腔内に細長の挿入部を挿入することにより、
体腔内臓器等を観察したり、必要に応じ処置具チャンネ
ル内に挿通した処置具を用いて各種治療処置のできる内
視鏡が広く利用されている。

また、挿入部先端部に、撮像手段として電荷結合素子
（CCD）等の固体撮像素子を設けた電子内視鏡も種々提
案されている。

ところで、ビデオカメラやスチールカメラのように、
前記内視鏡にも、被写体の距離に応じてピント合わせを
行うオートフォーカス機能を設けることが考えられる。
しかしながら、特に体腔内等に挿入される内視鏡のよう
に、実装スペースが小さいものでは、被写体像を撮像す
る固体撮像素子とは別に、ラインセンサのようなオート
フォーカス用の別のセンサを組み込むことは極めて困難
である。そこで、内視鏡のような場合には、映像信号か
ら直接、焦点情報を得て、オートフォーカスすることが
望ましい。

このように映像信号から直接、フォーカシングを行う
方式として、従来、いわゆる山登り式というものがあ
る。これは、第15図に示すように、映像信号の高域成分
の電圧レベルが、再生画像の精細度に対応している、す
なわち、合焦点において映像信号の高域出力が最大とな
ることに着目して、前記映像信号の高域出力が最大レベ
ルとなるように、例えばレンズの位置を移動して、フォ
ーカシングを行うものである。尚、第15図には、異なる
被写体についてのデフォーカス量（ピントのずれ量）と
映像信号高域出力との関係を示している。この図に示す
ように、一般的に、被写体によって前記高域出力の曲線
は変化する。

ところが、前記山登り式では、デフォーカス量を検出
できない、すなわち、合焦点の予測ができないため、以
下のような問題点がある。例えば、フォーカシングのた
めに移動可能なレンズとこのレンズを移動されるモータ
を組み合わせた系では、質量があるので慣性がある。従
って、フォーカシング動作の際に、オーバーランを生じ
たり、立ち上がりに時間がかかったりする。合焦点を予
測できれば、これらを最適化することが可能であるが、
山登り式では、映像信号の高域出力がいつピークに達す
るのか分らないので、レンズを動かすスピードに制限が
ある。また、山登り式では、複数の異なる位置での映像
信号をサンプリングして、その高域成分の大小を比較し
て、合焦点に近付けるようにするわけであるが、ビデオ
信号のビデオレートによってサンプリング点が決まるの
で、レンズを速く動かすと、サンプリング点が粗くな
り、ピークを飛び越す虞がある。このように、制御上の
問題や、映像信号検出上の問題等から、従来の山登り式
では、制御のスピードが遅く、実用上問題があった。

これに対処するに、特開昭62−272218号公報には、デ
フォーカス量を検出して、このデフォーカス量が０とな
る合焦位置まで、レンズを移動させるようにしたオート
フォーカス装置が開示されている。

この装置は、簡単に説明すると、第16図に示すよう
に、高域フィルタ（HPF）201にて入力映像信号の高域成
分を取り出し、この高域成分に基づいて、演算手段202
にて、所定の演算を行うことによってデフォーカス量ｄ
を得るものである。また、この装置は、第17図に示すよ
うに、映像信号の高域成分Ｅ（ｄ）が、以下の式で近似
できることを前提としている。

尚、上式で、ａは関数の広がりを決める係数、ｂは関
数の振幅を決める係数である。

この装置では、被写体によって係数ｂが未知となるこ
とを、例えば、２位置d₁,d₂でのＥ（ｄ）から、Ｅ
（d₁）/E（d₂）を演算して、この値からｄを求めること
により、キャンセルする点がポイントとなっている。

上記のような近似は、ある程度経験的にはいえるもの
の、被写体の空間分布やレンズの様々な特性を考えたと
きに、充分な精度は期待できない。なぜならば、測定さ
れるＥ（ｄ）は、Ｅ（ｄ）＝∫_Uh（ｕ）・Ｋ（ｕ）・Ｍ（u,d）・Ｎ
（ｕ）・du （ただし、ｕは空間周波数、Ｈ（ｕ）はHPFの空間周波
数特性による重み付け関数、Ｋ（ｕ）は被写体像の空間
周波数特性を表す関数、Ｍ（u,d）はデフォーカス量ｄ
におけるレンズの空間周波数特性を表す関数（レンズの
MTF,OTFに対応する。）、Ｎ（ｕ）はレンズ以外の系の
空間周波数特性を表す関数である。）であり、Ｋ（ｕ）の形は被写体によって異なるため、第
15図に示すように、Ｅ（ｄ）の形も被写体によって変化
するからである。

また、Ｋ（ｕ）が、定数として扱えず、積分の外に出
ないから、Ｅ（ｄ）の測定値からＫ（ｕ）をキャンセル
することもできない。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、映
像信号から、精度良く合焦位置を予測できるようにした
合焦点検出装置及びこれを備えた内視鏡装置を提供する
ことを目的としている。

［課題を解決するための手段］本発明の合焦点検出装置は、被写体を撮像して得られ
る映像信号の特定周波数成分を取り出す抽出手段と、焦
点調整のために移動可能なフォーカシング部材の第１の
位置における前記抽出手段の第１の出力及び前記フォー
カシング部材の第２の位置における前記抽出手段の第２
の出力を用い、前記第１の出力と前記第２の出力の差
を、前記第１の出力と前記第２の出力の和で除し、更
に、前記フォーカシング部材の第１の位置と第２の位置
の差で除した値を演算し、この値に基づいて予測合焦位
置を得る演算手段とを備えたものである。

また、本発明の内視鏡装置は、写体像を撮像する撮像
手段を備えると共に、焦点調整のために移動可能なフォ
ーカシング部材を有するものにおいて、前記撮像手段か
らの映像信号の特定周波数成分を取り出す抽出手段と、
前記フォーカシング部材の第１の位置における前記抽出
手段の第１の出力及び前記フォーカシング部材の第２の
位置における前記抽出手段の第２の出力を用い、前記第
１の出力と前記第２の出力の差を、前記第１の出力と前
記第２の出力の和で除し、更に、前記フォーカシング部
材の第１の位置と第２の位置の差で除した値を演算し、
この値に基づいて予測合焦位置を得る演算手段とを有す
る合焦点検出装置を設けたものである。

［作用］本発明の合焦点検出装置では、フォーカシング部材の
第1,第２の位置における各映像信号の特定周波数成分か
ら演算手段によって演算される値と、デフォーカス量と
は、レンズの特性から設計時に予め算出できる関係を有
する。従って、前記演算手段によって演算された値によ
って、被写体によって影響を受けない予測合焦位置が得
られる。また、この合焦点検出装置を備えた内視鏡装置
では、前記予測合焦位置に基づいて、迅速且つ正確なフ
ォーカシングが可能になる。

［実施例］以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

第１図ないし第８図は本発明の第１実施例に係り、第
１図は合焦点検出装置の構成を示すブロック図、第２図
は合焦点検出装置の動作の一例を示すフローチャート、
第３図はファイバスコープと外付けテレビカメラを用い
た内視鏡装置の側面図、第４図は電子スコープを用いた
内視鏡装置の側面図、第５図は第３図の内視鏡装置にお
ける撮像系を示す説明図、第６図は第４図の内視鏡装置
における撮像系を示す説明図、第７図はレンズを直接駆
動するタイプの内視鏡先端部の断面図、第８図はレンズ
を操作ケーブルを介して駆動するタイプの内視鏡先端部
の断面図である。

また、第９図ないし第12図は、本発明における合焦点
検出の原理について説明するための図であり、第９図は
レンズの空間周波数特性を示す特性図、第10図はデフォ
ーカス量と映像信号から測定し得る値との関係を示す特
性図、第11図は関数ｇ（ｄ）を示す特性図、第12図は異
なる２つのデフォーカス量とこれに対応するｆ（ｄ）と
を示す特性図である、まず、第９図ないし第12図を参照して、本発明におけ
る合焦点検出の原理について説明する。

ｕを空間周波数、ｄをデフォーカス量とし、Ｋ（ｕ）
を被写体像の空間周波数特性を表す関数、Ｍ（u,d）を
デフォーカス量ｄにおけるレンズの空間周波数特性を表
す関数、Ｎ（ｕ）をレンズ以外の系（ファイバ等の光学
系,CCD,A/D変換器等）の総合空間（換算）周波数特性を
表す関数とする。

ここで、任意の特定の空間周波数u₁における上記各関
数を、次のように定義する。

尚、特定の空間周波数u₁は、実用上は、狭帯域フィル
タリングによって実現できる。

これらを用いて、映像信号から測定し得る量を、下式
のように、f_u1（ｄ）と定義する。

f_u1（ｄ）＝K_u1・M_u1（ｄ）・N_u1 …（１）このf_u1（ｄ）は、第10図に示すように、K_u1の値によ
って、すなわち、被写体によって変化する。

前記（１）式を、添え字（suffix）を省略して書く
と、となる。ここで、ｇ（ｄ）という関数を、下式のように
定義する。

ここで、ｆ′（ｄ）は、ｆ（ｄ）のｄに関する微分で
ある。前記（２）式を用いると、となる。尚、Ｍ′（ｄ）は、Ｍ（ｄ）のｄに関する微分
である。

第９図に示すように、レンズの空間周波数特性M
_u1（ｄ）は、特定の空間周波数u₁を決めると形が決ま
る。従って、上記（３）式で表されるｇ（ｄ）は、レン
ズの特性から設計時に予め算出することができる。

従って、この予め算出できる関数ｇを用いて、レンズ
のデフォーカス量ｄは、ｄ＝g^-1｛ｆ′（ｄ）/f（ｄ）｝の形で、求めることができる。すなわち、第11図に示す
ように、予め算出された関数ｇ（ｄ）上において、測定
された値ｆ′（ｄ）/f（ｄ）に対応するｄがデフォーカ
ス量となる。

ところで、第12図に示すように、異なるデフォーカス
量d₁,d₂のときのｆ（ｄ）を、それぞれ、f₁,f₂とする
と、前記ｆ′（ｄ）,f（ｄ）は、それぞれ、下式のよう
に近似することができる。

ｆ′（ｄ）≒（f₂−f₁）／（d₁−d₁）ｆ（ｄ）≒1/2・｛f₂＋f₁｝この式を用いると、となり、この定義された関数Ｇ（ｄ）用いて、ｄ＝g^-1｛Ｇ（ｄ）｝となる。従って、予め算出可能な関数g^-1と、測定可能
なＧ（ｄ）とから、デフォーカス量ｄが求められる。
尚、前記Ｇ（ｄ）は、現実には、d₁,d₂の関数である。

前記デフォーカス量ｄを求めることは、具体的には、
ｇ（ｄ）関数（ｄ→ｇ（ｄ）の対応関数）を予め数値的
に計算しておき、これをマイコン等のメモリ内にテーブ
ルの形で持っておき、これと、映像信号から得られる入
力値を数値変換したものとの数値比較を行うことで実現
することができる。

また、特に、レンズ駆動手段として、ステップモータ
を使用するとき等、ｄのとり得る値が限られた点だけの
場合には、前記Ｇ（ｄ）を、近似ではなく、改めてd₁,d
₂の２値の関数Ｇ（d₁,d₂）と考え、このＧ（d₁,d₂）に
関するテーブルを持たせておくことで、より正確な予測
が可能となる。

次に、第１図ないし第８図を参照して、本発明の第１
実施例を説明する。

本実施例は、本発明の合焦点検出装置を内視鏡装置に
適用した例である。

内視鏡装置としては、第３図に示すようなファイバス
コープと外付けテレビカメラを用いた装置と、第４図に
示すような電子スコープを用いた装置とに適用可能であ
る。

第３図に示す内視鏡装置１は、ファイバスコープ２
と、このファイバスコープ２に照射光を供給する光源装
置３と、前記ファイバスコープ２の接眼部４に着脱自在
に接続される外付けテレビカメラ５と、このテレビカメ
ラ５とケーブル８を介して接続され、テレビカメラ５に
対する信号処理を行う信号処理装置６と、この信号処理
装置６に接続されるモニタ７とを備えている。

一方、第４図に示す内視鏡装置11は、電子スコープ12
と、この電子スコープ12に照射光を供給する光源と信号
処理回路とが内蔵されたビデオプロセッサ13と、このビ
デオプロセッサ13に接続されるモニタ７とを備えてい
る。

前記両スコープ2,12は、それぞれ、細長の挿入部22
と、この挿入部22の後端に連設された太径の操作部23
と、この操作部23の側方から延設されたユニバーサルコ
ード24とを備えている。ファイバスコープ２では、前記
操作部23の後端に前記接眼部４が設けられ、また、前記
ユニバーサルコード24の端部には、光源装置３に接続さ
れるコネクタ25が設けられている。一方、電子スコープ
12のユニバーサルコード24の端部には、ビデオプロセッ
サ13に接続されるコネクタ26が設けられている。

また、前記挿入部22の先端側には、先端側より順に、
硬性の先端部27と、湾曲可能な湾曲部28とが設けられて
いる。また、操作部23には、前記湾曲部28を湾曲操作す
る湾曲操作ノブ29が設けられている。

第７図に示すように、前記先端部27を構成する先端部
本体41には、照明窓と観察窓とが設けられ、前記照明窓
の内側には、配光レンズ42が装着されている。この配光
レンズ42の後端には、ライトガイド43が連接され、この
ライトガイド43は、前記挿入部22,操作部23及びユニバ
ーサルコード24内を挿通させて、前記コネクタ25または
コネクタ26に接続されている。そして、光源装置３また
はビデオプロセッサ13内の光源から出射される照明光
は、前記ライトガイド43,配光レンズ42を介して、被写
体に照射されるようになっている。

また、第５図及び第６図に示すように、前記観察窓の
内側には、対物レンズ系31が設けられている。第５図に
示すように、ファイバスコープ２では、前記対物レンズ
系31の結像位置にファイババンドルよりなるイメージガ
イド32の先端面が配置されている。このイメージガイド
32は、挿入部22内を挿通されて後端面は、接眼部４内の
接眼レンズ34に対向している。そして、前記対物レンズ
系31で結像された被写体像は、イメージガイド32によっ
て接眼部４に伝達され、この接眼部４から観察されるよ
うになっている。また、前記接眼部４に装着される外付
けテレビカメラ５は、受光側から順に、モアレ除去フィ
ルタ35と、結像レンズ36とを備え、前記結像レンズ36の
結像位置には、CCD等の固体撮像素子（以下、イメージ
ャと記す。）37が配設されている。このイメージャ37
は、ケーブル８内の信号線を介して、信号処理装置６に
接続されるようになっている。前記信号処理装置６は、
前記イメージャ37を駆動すると共に、このイメージャ37
から読み出された信号を映像信号処理するようになって
いる。そして、この信号処理装置６からの映像信号が、
モニタ７に入力され、このモニタ７に被写体像が表示さ
れるようになっている。

一方、第６図に示すように、電子スコープ12では、前
記対物レンズ系31の結合位置に、イメージャ37が配設さ
れている。このイメージャ37は、挿入部22,操作部23及
びユニバーサルコード24内に挿通された信号線を介し
て、ビデオプロセッサ13に接続されるようになってい
る。このビデオプロセッサ13は、前記イメージャ37を駆
動すると共に、このイメージャ37から読み出され、バッ
ファアンプ39を経た信号を映像信号処理するようになっ
ている。そして、このビデオプロセッサ13からの映像信
号が、モニタ７に入力され、このモニタ７に被写体像が
表示されるようになっている。

また、前記対物レンズ系31の少なくとも一部は、光軸
方向に移動可能になっており、これにより焦点調整が可
能になっている。前記対物レンズ系31の少なくとも一部
を移動させる手段としては、先端部37に設けた電磁モー
タ，圧電アクチュエータ，ソレノイド等のアクチュエー
タを用いて、レンズを直接駆動するタイプと、操作部23
にアクチュエータを設け、挿入部22に挿通された操作ケ
ーブルを介して、レンズを駆動するタイプがある。

第７図に、レンズを直接駆動するタイプの一例を示
す。先端部本体41に形成された観察用透孔51には、回転
可能な回転枠52が装着され、この回転枠52内に、摺動可
能にレンズ保持枠53が収納されている。そして、このレ
ンズ保持枠53に、フォーカス用可動レンズ群54が装着さ
れている。前記回転枠52には、螺旋状のカム溝55が形成
され、レンズ保持枠53の外周部に突設されたピン56が、
前記カム溝55に係入されている。また、前記ピン56は、
前記先端部本体41に形成された光軸方向に平行な直線状
の溝57にも係入されている。また、前記回転枠52の外周
部には、ギア59が取り付けられている。このギア59に
は、先端部本体41内に設けられたステップモータ60の出
力軸に取り付けられたギア61が噛合している。前記モー
タ60には、電気ケーブル62が接続され、この電気ケーブ
ル62は、挿入部22,操作部23及びユニバーサルコード24
内を挿通されて、光源装置３を経て、信号処理装置６に
接続されるようになっている。

このような構成では、モータ60を回転させることによ
り、ギア61,59を介して、回転枠52が回転される。この
回転枠52の回転に伴って、カム溝55及び直線状の溝57に
係入されたピン56が光軸方向に移動し、レンズ保持枠53
と共に可動レンズ群54が光軸方向に移動する。

また、第８図に、レンズを操作ケーブルを介して駆動
するタイプの一例を示す。先端部本体41に形成された観
察用透孔51には、固定枠64が装着され、この固定枠64内
に、摺動可能にレンズ保持枠53が収納されている。そし
て、このレンズ保持枠53に、フォーカス用可動レンズ群
54が装着されている。前記固定枠64には、光軸方向に平
行な直線状の溝65が形成され、この溝65を、レンズ保持
枠53の外周部に突設された突片66が貫通している。この
突片66における固定枠64外周に突き出た部分には、操作
ケーブル67の先端部が固定されている。この操作ケーブ
ル67は、挿入部22内を挿通されて、操作部23に設けられ
た図示しないステップモータ等を用いたアクチュエータ
に接続されている。

このような構成では、操作ケーブル67を光軸方向に移
動させることにより、レンズ保持枠53と共に可動レンズ
群54が光軸方向に移動する。

尚、第７図及び第８図には、イメージガイド32を有す
るファイバスコープ２の例を示したが、電子スコープ12
の場合も、対物レンズ系31の結像位置にイメージガイド
32の代わりにイメージャ37が配設されることの他は、同
様の構成である。また、第５図及び第６図では、レンズ
を直接駆動するタイプを示している。

尚、焦点調整を行う手段としては、上述のように対物
レンズ系の一部を移動させるものに限らず、ファイバス
コープ２においては、イメージガイド32の先端面の位置
を光軸方向に移動させても良いし、電子スコープ12にお
いては、イメージャ37を光軸方向に移動させても良い。

このような焦点調整を行う手段は、以下に述べる合焦
線検出装置によって予測される合焦位置情報に基づいて
駆動され、フォーカシングが行われるようになってい
る。

次に、第１図を参照して、本実施例における合焦点検
出装置の構成を説明する。尚、この合焦点検出装置は、
例えば、前記信号処理装置６またはビデオプロセッサ13
内に設けられている。

第１図に示すように、イメージャ37の出力信号は、プ
リプロセス回路71を経て、通常のビデオプロセス回路72
に入力され、このビデオプロセス回路72にて映像信号処
理され、このビデオプロセス回路72からの映像信号がモ
ニタ７に入力されて、このモニタ７に被写体像が表示さ
れるようになっている。

前記イメージャ37の出力信号は、前記プリプロセス回
路71を経て、または直接、A/D変換器73に入力され、A/D
変換されるようになっている。このA/D変換器73からの
デジタルの映像信号は、抽出手段としてのデジタル狭帯
域バンドパスフィルタ（以下、BPFと記す。）75に入力
され、特定の周波数とみなし得る程度の狭帯域の周波数
成分が抜き出される。前記BPF75の出力は、メモリ76
と、加算手段77と、減算手段78と、絶対量判別手段79と
に入力されるようになっている。前記メモリ76は、フォ
ーカシング部材としてのレンズ（第７図，第８図におけ
る可動レンズ群54に相当する。）の第１の位置d₁におけ
るBPF75の出力f₁を記憶するようになっている。前記加
算手段77は、レンズの第２の位置d₂におけるBPF75の出
力f₂と前記メモリ76に記憶された出力f₁とを加算してf₂
＋f₁を演算するようになっている。また、前記減算手段
78は、レンズの第２の位置d₂におけるBPF75の出力f₂と
前記メモリ76に記憶された出力f₁とを減算してf₂−f₁を
演算するようになっている。また、前記絶対量判別手段
79は、前記BPF75の出力が所定値以上か否かを判別する
ようになっている。前記加算手段77の演算結果と、前記
減算手段78の演算結果は、Ｇ（ｄ）演算手段81に入力さ
れるようになっている。

一方、フォーカシング部材としてのレンズを移動させ
るステップモータを駆動するステップモータドライバ
（以下、STMドライブと記す。）82を設けられ、このSTM
ドライバ82は、モータ駆動指示手段83によって駆動が指
示，制御されるようになっている。このモータ駆動指示
手段83からのレンズ位置情報は、レンズ位置差演算手段
84に入力されるようになっている。このレンズ位置差演
算手段84は、レンズの第１の位置d₁と第２の位置d₂とか
ら、d₂−d₁を演算するようになっている。このレンズ位
置差演算手段84の演算結果は、前記Ｇ（ｄ）算出手段81
に入力されるようになっている。

前記Ｇ（ｄ）算出手段81は、前記加算手段77,減算手
段77及びレンズ位置差演算手段84の各演算結果を用い
て、を演算するようになっている。

前記Ｇ（ｄ）算出手段81の演算結果は、Ｇ（ｄ）→ｄ
算出手段（言い換えると、g^-1｛Ｇ（ｄ）｝手段）86に
入力されるようになっている。このＧ（ｄ）→ｄ算出手
段86は、Ｇ（ｄ）データテーブル87に予め記憶されたＧ
（ｄ）→ｄの対応関係を用いて、前記Ｇ（ｄ）算出手段
81の演算結果Ｇ（ｄ）からデフォーカス量ｄを算出する
ようになっている。

前記Ｇ（ｄ）→ｄ算出手段86の演算結果は、タイミン
グシーケンスコントロールや判断を行う主指令手段88に
入力されると共に、変化度合判定手段89に入力されるよ
うになっている。前記主指令手段88には、前記Ｇ（ｄ）
→ｄ算出手段86の演算結果の他に、前記変化度合判定手
段89の出力と、前記絶対量判別手段79の出力が入力され
るようになっている。また、この主指令手段88は、モー
タ駆動指示手段83を制御するようになっている。すなわ
ち、レンズを第１の位置d₁,第２の位置d₂に駆動した
り、得られたデフォーカス量ｄに基づいて、レンズを合
焦位置に駆動したりするようになっている。前記変化度
合判定手段89は、レンズを合焦位置に駆動する際に、ｄ
の変化度合が予測と合っているか否かを判定するように
なっている。

尚、第１図において、破線90で囲った部分、すなわ
ち、加算手段77,減算手段78,絶対量判別手段78,G（ｄ）
算出手段81,モータ駆動指示手段83,レンズ位置差演算手
段84,G（ｄ）→ｄ算出手段86,G（ｄ）データテーブル8
7,主指令手段88,及び変化度合判定手段89は、マイコン
にて構成されている。

また、第１図において、一点鎖線で囲った部分、すな
わち、BPF75,メモリ76,加算手段77,減算手段78,絶対量
判別手段79,G（ｄ）算出手段81,G（ｄ）→ｄ算出手段8
6,G（ｄ）データテーブル87及び変化度合判定手段89に
よって合焦点予測手段91が構成されている。

次に、第２図を参照して、本実施例の合焦点検出装置
の動作及びオートフォーカス動作について説明する。

まず、BPF75の出力は、メモリ76と、加算手段77、減
算手段78と、絶対量判別手段79とに入力され、ステップ
S1で、前記絶対量判別手段79にて、BPF75の出力ｆが所
定値以上か否かが判別される。この判定は、極端にぼけ
ている場合を除くためである。出力ｆが所定値以上の場
合には、ステップS2で、モータ駆動指示手段83の情報に
基づいて、レンズの第１の位置d₁がレンズの全駆動量ｌ
の1/2以上か否かが判別される。ｄ≦l/2の場合は、ステ
ップS3で、モータ駆動指示手段73によって、レンズを＋
１段駆動し、ｄ＞l/2の場合は、ステップS4で、モータ
駆動指示手段83によって、レンズを−１段駆動する。
尚、１段とは、レンズの所定の移動距離を示している。
このステップS2〜S4の動作は、レンズを第２の位置に駆
動する場合に、レンズの可動範囲の真中に近付ける方向
に駆動するものである。これは、このように駆動した方
が、合焦点に近づく確率が高く、効率が良いだろうと予
測されるからである。

このようにして、第１のレンズ位置と第２のレンズ位
置におけるBPF75の出力が得られたら、この出力に基づ
いて、ステップS5で、Ｇ（ｄ）算出手段81にて、Ｇ
（ｄ）を算出する。次に、ステップS6で、Ｇ（ｄ）→ｄ
算出手段86にて、デフォーカス量ｄを算出する。次に、
ステップS7で、主指令手段88によってモータ駆動指示手
段83に対して、前記デフォーカス量ｄに基づいて、レン
ズを−ｄだけ駆動する指令を与える。これによって、レ
ンズは、合焦位置に向けて駆動される。

このように、レンズの駆動中の通過所定位置毎に、ス
テップS8で、Ｇ（ｄ）算出手段81にてＧ（ｄ）を算出
し、ステップS9で、Ｇ（ｄ）→ｄ算出手段86にて、デフ
ォーカス量ｄを算出する。次に、ステップS10で、変化
度合判定手段89にて、各位置毎に得られたｄに対して、
ｄの変化度合が予測と合っているか否かを判定する。予
測と合っているというのは、例えば最初にデフォーカス
量は10段と算出された場合に、レンズを５段移動した時
点におけるデフォーカス量が５段になっているというこ
とである。ｄの変化度合が予測と合っている場合には、
ステップS11で、モータ駆動指示手段83からの情報に基
づいて、駆動終了か否か、すなわち、レンズが目標位置
に達したか否かを判定する。駆動終了ではない場合に
は、前記ステップS8へ戻り、駆動を続ける。また、駆動
終了の場合には、ステップS12で、ワンショットモード
か否かが判定される。ワンショットモードとは、１回合
焦動作を行って終了するモードである。このワンショッ
トモードである場合には、合焦動作を終了する。

一方、ワンショットモードではない場合には、ステッ
プS13で、待機監視を行い、ステップS14で、再合焦が必
要か否かを、例えば使用者が判定する。再合焦が必要で
ない場合には、ステップS13の待機監視を続け、再合焦
が必要な場合には、ステップS1へ戻り、再び、合焦位置
の検出と、合焦動作とを行う。

ところで、前記ステップS1で、出力ｆが所定値に満た
ない場合には、ステップS16で、様々なレンズを駆動し
てみる。そして、ステップS17で、絶対量判別手段79に
て、レンズの全位置で出力ｆが所定値に満たないか否か
を判定する。レンズの全位置で出力ｆが所定値に満たな
い場合には、ステップS19で、合焦不能と判断し、これ
を表示したり、モータを止める等して、合焦動作を終了
する。一方、出力ｆが所定値以上となる位置がある場合
には、ステップS18で、出力ｆが所定値以上となる位置
に、レンズを駆動し、ステップS2へ進む。

また、前記ステップS10で、ｄの変化度合が予測と合
っていない場合には、ステップS21で、合焦動作が１回
目か否かを判定する。１回目である場合には、ステップ
S2へ進み、もう一度合焦位置の検出と、合焦動作とを行
う。また、合焦動作が１回目ではない場合には、ステッ
プS22で、合焦動作が４回目か否かを判定する。合焦動
作が４回目ではない場合、すなわち、２回目と３回目の
場合には、ステップS23で、レンズを大巾に駆動して、
ステップS2へ進み、再び、合焦位置の検出と、合焦動作
とを行う。これは、極端に合焦位置から離れている可能
性があるからである。一方、合焦動作が４回目の場合に
は、ステップS19へ進み、合焦不能と判断し、合焦動作
を終了する。

このように、本実施例の合焦検出装置によれば、レン
ズの第1,第２の位置における各映像信号の特定周波数成
分から演算される値と、レンズの特性から設計時に予め
算出できる関数とを用いて、被写体によって影響を受け
ない予測合焦位置を得ることができる。従って、映像信
号から、精度良く合焦位置を予測することができる。

また、この合焦点検出装置を備えた内視鏡装置では、
前記予測合焦位置に基づいて、迅速且つ正確なフォーカ
シングが可能になる。

第13図は本発明の第２実施例における合焦点出装置の
要部を示すブロック図である。

本実施例では、第１実施例おけるA/D変換器73の出力
は、BPF75の代わりに、複数のデジタル（狭帯域）BPF10
1a,101b,101c,…,101nに入力されるようになっている。
各BPFは、それぞれ、互いに異なる特定周波数成分u₁,
u₂,u₃,…,u_nを抜き取るようになっている。前記各BPFの
出力は、それぞれ、絶対量判別手段102a,102b,102c,…,
102nに入力されるようになっている。そして、この各絶
対量判別手段の出力が、主指令手段88に入力されるよう
になっている、また、前記各BPF101a,101b,101c,…,101Nの出力は、
前記主指令手段88によって切換が制御されるマルチプレ
クサ103によって、１つが選択されて出力されるように
なっている。このマルチプレクサ103の出力は、第１実
施例におけるメモリ76,加算手段77,減算手段78及び絶対
量判別手段79に入力されるようになっている。

本実施例では、合焦動作を行う際に、まず、各BPF101
a,101b,101c,…,101nの出力を、各絶対量判別手段102a,
102b,102c,…,102nによって判別し、主指令手段88に
て、適当な、例えばなるべく絶対量の大きい周波数成分
を選択する。そして、マルチプレクサ103を制御して、
選択した周波数成分に対応するBPFの出力を、メモリ76,
加算手段77,減算手段78及び絶対量判別手段79に入力す
るようにする。

このように、本実施例によれば、複数の抜き取り周波
数のうち最適な周波数を選択することができるので、誤
動作を防止でき、より確実な合焦動作が可能となる。ま
た、被写体が特定の設定周波数成分を持っていない場合
にも、対応できる。

その他の構成，作用及び効果は、第１実施例と同様で
ある。

第14図は本発明の第３実施例における合焦点検出装置
の要部を示すブロック図である。

本実施例では、第１実施例おけるA/D変換器73の出力
は、複数の合焦点予測手段111a,111b,111c,…,111nに入
力されるようになっている。この各合焦予測手段は、第
１実施例における合焦点予測手段91と同様の構成であ
り、それぞれ、互いに異なる特定周波数成分u₁,u₂,u₃,
…,u_nに対応した合焦点の予測を行うようになってい
る。そして、各合焦点予測手段111a,111b,111c,…,111n
の出力は、主指令手段88に入力されるようになってい
る。この主指令手段88は、前記各合焦点予測手段の出
力、すなわち各周波数に対応した予測合焦点を総合的に
判断して、合焦位置を予測するようになっている。すな
わち、の主指令手段88は、例えば、多数決により予測合
焦点を決定したり、平均値を予測合焦点としたりするよ
うになっている。また、順次、各周波数に対応した予測
合焦点にレンズを移動させて、そのときの各画像を見な
がら使用者が合焦点を選択するしても良い。

このように、本実施例によれば、複数の抜き取り周波
数のそれぞれについて、判断が独立に行われるので、第
２実施例と同様に、被写体が特定の設定周波数成分を持
っていない場合にも対応できると共に、第２実施例より
も更に確実な合焦動作が可能となる。

尚、本発明は、上記各実施例に限定されず、例えば、
レンズの駆動間隔を等間隔とし、d₂−d₁＝一定としても
良い。これにより、（４）式は、（ただし、Ｋ＝2/（d₂−d₁）＝定数）となり、（f₂−f₁）／（f₂＋f₁）を評価関数として、合
焦点の予測が可能となり、演算量を少なくすることがで
きる。

ところで、例えば第３図に示すようなファイバスコー
プ２と外付けテレビカメラ５を用いた内視鏡装置の場
合、イメージガイド32とイメージャ37の各パターンの干
渉によりモアレが生じ、特定周波数に対する疑似信号が
発生する。この疑似信号は、合焦点検出装置の妨害とな
ると共に、画質の劣化を招く。従って、一般的には、第
５図に示すように、モアレを生じる周波数帯域を除去す
るモアレ除去フィルタ35を設ける。このようにモアレ除
去フィルタ35を設けた場合には、このモアレ除去フィル
タ35によって除去される帯域を避けて、合焦点検出装置
の抜き取り周波数を設定する。また、モアレ除去フィル
タがない場合にも、モアレによる疑似信号は合焦点検出
の妨害となるので、モアレを生じる帯域を避けて、合焦
点検出装置の抜き取り周波数を設定する。

また、カラー撮像方式として同時式を用いた場合、固
体撮像素子の前面に設けられるカラーフィルタアレイに
よっても疑似信号が発生する。この場合も、この疑似信
号を発生する帯域を避けて、合焦点検出装置の抜き取り
周波数を設定する。

尚、本発明の合焦点検出装置は、内視鏡装置に限ら
ず、ビデオカメラ等にも適用することができる。また、
オートフォーカスを行う場合に限らず、合焦点の予測の
みを行うものにも適用できる。

［発明の効果］以上説明したように本発明の合焦点検出装置によれ
ば、フォーカシング部材の第1,第２の位置における各映
像信号の特定周波数成分から演算される値を用いて、被
写体によって影響を受けない予測合焦位置を得ることが
でき、映像信号から、精度良く合焦位置を予測できると
いう効果がある。

また、この合焦点検出装置を備えた内視鏡装置では、
予め予測合焦位置に基づいて、迅速且つ正確なフォーカ
シングが可能になるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第８図は本発明の第１実施例に係り、第１
図は合焦点検出装置の構成を示すブロック図、第２図は
合焦点検出装置の動作の一例を示すフローチャート、第
３図はファイバスコープと外付けテレビカメラを用いた
内視鏡装置の側面図、第４図は電子スコープを用いた内
視鏡装置の側面図、第５図は第３図の内視鏡装置におけ
る撮像系を示す説明図、第６図は第４図の内視鏡装置に
おける撮像系を示す説明図、第７図はレンズを直接駆動
するタイプの内視鏡先端部の断面図、第８図はレンズを
操作ケーブルを介して駆動するタイプの内視鏡先端部の
断面図、第９図ないし第12図は、本発明における合焦点
検出の原理について説明するための図であり、第９図は
レンズの空間周波数特性を示す特性図、第10図はデフォ
ーカス量と映像信号から測定し得る値との関係を示す特
性図、第11図は関数ｇ（ｄ）を示す特性図、第12図は異
なる２つのデフォーカス量とこれに対応するｆ（ｄ）と
を示す特性図、第13図は本発明の第２実施例における合
焦点検出装置の要部を示すブロック図、第14図は本発明
の第３実施例における合焦点検出装置の要部を示すブロ
ック図、第15図は異なる被写体についてのデフォーカス
量と映像信号高域出力との関係を示す特性図、第16図は
従来のオートフォーカス装置の要部の概略を示すブロッ
ク図、第17図はデフォーカス量と映像信号の高域成分と
の関係を示す特性図である。 1,11……内視鏡装置２……ファイバスコープ５……外付けテレビカメラ 12……電子スコープ、31……対物レンズ系 37……イメージャ、60……ステップモータ 75……デジタル狭帯域BPF 77……加算手段、78……減算手段 81……Ｇ（ｄ）算出手段 83……モータ駆動指示手段 84……レンズ位置差演算手段 86……Ｇ（ｄ）→ｄ算出手段 87……Ｇ（ｄ）データテーブル 88……主指令手段

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】被写体を撮像して得られる映像信号の特定
周波数成分を取り出す抽出手段と、焦点調整のために移動可能なフォーカシング部材の第１
の位置における前記抽出手段の第１の出力及び前記フォ
ーカシング部材の第２の位置における前記抽出手段の第
２の出力を用い、前記第１の出力と前記第２の出力の差
を、前記第１の出力と前記第２の出力の和で除し、更
に、前記フォーカシング部材の第１の位置と第２の位置
の差で除した値を演算し、この値に基づいて予測合焦位
置を得る演算手段とを備えたことを特徴とする合焦点検出装置。
【請求項２】被写体像を撮像する撮像手段を備えると共
に、焦点調整のために移動可能なフォーカシング部材を
有する内視鏡装置において、前記撮像手段からの映像信号の特定周波数成分を取り出
す抽出手段と、前記フォーカシング部材の第１の位置に
おける前記抽出手段の第１の出力及び前記フォーカシン
グ部材の第２の位置における前記抽出手段の第２の出力
を用い、前記第１の出力と前記第２の出力の差を、前記
第１の出力と前記第２の出力の和で除し、更に、前記フ
ォーカシング部材の第１の位置と第２の位置の差で除し
た値を演算し、この値に基づいて予測合焦位置を得る演
算手段とを有する合焦点検出装置を設けたことを特徴と
する内視鏡装置。