JP5036282B2 - 撮像装置及び撮像装置のフォーカス調整方法、並びに内視鏡装置 - Google Patents

Description

本発明は、被検体を観察するための撮像装置、及び、該撮像装置のフォーカス調整方法、並びに、該撮像装置を備えた内視鏡装置に関する。

内視鏡装置の挿入部には、撮像装置が組み込まれていて、この撮像装置によって、挿入部の先端側において前方あるいは側方に位置する被検体を観察することが可能である。このような撮像装置にはオートフォーカス機能が備えられていて、この機能によって、被検体との距離が変化しても被検体を好適に観察することが可能となる。撮像装置のオートフォーカス機能を付与する具体的構成としては、例えば、撮像素子と、該撮像素子を対物レンズの光軸方向に移動させる可動部材と、該撮像素子を対物レンズの光軸方向に１０ｋＨｚ程度の周波数で振動させるピエゾ素子と、撮像素子から出力される映像信号の内、ピエゾ素子の周波数と同じ周波数成分を抽出する抽出手段とを備えた撮像装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この撮像装置によれば、撮像素子がフォーカス位置に位置している場合には、抽出手段によって上記周波数成分の映像信号が検出されなくなる。このため、抽出手段によって上記映像信号が検出された場合には、検出されなくなるような位置に可動部材によって撮像素子を移動させることで、撮像素子をフォーカス位置に配置して、常にフォーカスの合った画像を出力することができるとされている。
特許第２７３２４６２号公報

しかしながら、特許文献１の撮像装置によれば、撮像素子はピエゾ素子によって常に１０ｋＨｚ程度の周波数で対物レンズの光軸方向に振動し、すなわち、撮像素子と対物レンズとの相対的な位置関係は、常に上記周波数と、所定の振幅とで変動していることとなる。このため、撮像素子に結像する光学像のフォーカスは、撮像素子の振動に応じて変化し、結果として、撮像素子によって連続して画像を取得することで得られる映像の解像度は低下してしまう問題があった。また、抽出手段によって検出された結果に基づいて、ピエゾ素子の振動と同じ周波数成分の映像信号が検出されないように、常に撮像素子の位置を移動、すなわちフォーカシングしているため、画像が常に変化し、結果として、観察者にとって見にくい画像となってしまっていた。この対策として、撮像装置に備えられたオートフォーカス機能をスイッチによってＯＮ／ＯＦＦ切り替え可能にすることも考えられるが、オートフォーカス機能の有無を手動で切り替えることは、本来の目的を逸し、余計な操作が増えて、観察作業が煩雑なものとなってしまう。

この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、通常は、フォーカスを略一定の状態として画像を出力する一方、被検体を観察する場合には、出力される画像のフォーカスが最適となるように調整して、高解像度の画像で被検体を観察することが可能な撮像装置、及び、撮像装置のフォーカス調整方法、並びに、撮像装置を備えた内視鏡装置を提供するものである。

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の撮像装置は、対物レンズと、該対物レンズの光軸と同軸上に配設され、該対物レンズで集光された入射光を受光して画像を繰り返し取得する撮像素子と、該撮像素子を、前記対物レンズの前記光軸上で移動させる撮像素子移動手段と、前記撮像素子で今回取得された前記画像と前回取得された前記画像とを比較して、該画像が前後で変化していない場合には、前記撮像素子移動手段によって前記撮像素子の位置をフォーカス位置となるように調整させる制御ユニットと、前記撮像素子で取得される前記画像内の一部の範囲としてフォーカスエリアを予め設定し、前記画像内で前記フォーカスエリアの中心位置を調整可能な操作部と、を備え、前記制御ユニットは、前記画像のコントラスト値を検出するコントラスト値検出手段と、該コントラスト値検出手段で検出される前記画像の前記コントラスト値が最大となる位置に、前記撮像素子移動手段によって前記撮像素子の位置を調整させ、前記フォーカスエリア内での前記コントラスト値に基づいて前記撮像素子の位置を調整する制御部と、を備え、前記制御ユニットの前記制御部は、前記操作部によって前記フォーカスエリアが指定された場合、前記コントラスト値が最大となった時の前記撮像素子の位置及び前記画像上における前記フォーカスエリアの前記中心位置を計測して、計測された前記撮像素子の位置及び前記画面上における前記フォーカスエリアの前記中心位置に基づいて、該フォーカスエリアの前記中心位置として指定された実際の三次元座標を算出可能であり、前記制御ユニットは、今回取得された前記画像と前回取得された前記画像とを比較して、各画像における輝度信号により今回取得された前記画像の前回取得された前記画像からの変化の有無を判定し、該画像が前後で変化していない場合には、さらに、前回取得された前記画像と前々回取得された前記画像とを比較して、各画像における輝度信号により前回取得された前記画像の前々回取得された前記画像からの変化の有無を判定し、前々回の該画像との比較では該画像が変化している場合に、前記撮像素子移動手段によって前記撮像素子の位置を前記フォーカス位置となるように調整させることを特徴としている。

また、本発明は、対物レンズと、該対物レンズの光軸と同軸上で進退可能に配設され、該対物レンズで集光された入射光を受光して画像を繰り返し取得する撮像素子とを備える撮像装置のフォーカス調整方法であって、前記撮像素子で取得される前記画像の内の一部の範囲として予めフォーカスエリアを設定し、前記フォーカスエリアの中心位置を前記画像内で調整し、前記撮像素子で取得される前記画像の、前記フォーカスエリア内でのコントラスト値を検出し、前記撮像素子で今回取得された前記画像と前回取得された前記画像とを比較し、各画像における輝度信号により今回取得された前記画像の前回取得された前記画像からの変化の有無を判定し、該画像が前後で変化していない場合に、前記撮像素子を前記対物レンズの前記光軸上で移動させて、前記撮像素子の位置をフォーカス位置となるように調整し、前記撮像素子で今回取得された前記画像と前回取得された前記画像とを比較して、該画像が前後で変化していない場合には、さらに、前回取得された前記画像と前々回取得された前記画像とを比較して、各画像における輝度信号により前回取得された前記画像の前々回取得された前記画像からの変化の有無を判定し、前々回の該画像との比較では該画像が変化している場合に、前記フォーカスエリア内での前記コントラスト値に基づいて前記コントラスト値が最大となる位置を計測して、計測された前記撮像素子の位置及び前記画面上における前記フォーカスエリアの前記中心位置に基づいて、該フォーカスエリアの前記中心位置として指定された実際の三次元座標を算出し、前記撮像素子の位置を前記フォーカス位置となるように調整することにより、前記撮像素子の位置を調整することを特徴としている。

この発明に係る撮像装置及び撮像装置のフォーカス調整方法によれば、制御ユニットによって、撮像素子移動手段を駆動させることで、撮像素子の位置を対物レンズの光軸上で移動させて、取得される画像のフォーカスを調整することができる。ここで、制御ユニットは、撮像素子の位置を調整するか否かについて、繰り返し取得される画像が、今回と前回とで変化しているか否かによって判断している。すなわち、観察したい被検体を探すため、あるいは、観察したい被検体との距離を調整するためなどで、被検体に対して対物レンズの相対的位置が変化している場合には、繰り返し取得される画像は前後で変化していて、制御ユニットは、この画像の変化に基づいて撮像素子の位置の調整を行わない。このため、観察者は、フォーカスが最適な状態とはなっていないものの、安定した状態で連続して映し出される画像をもとに、好適に観察したい被検体を探し、あるいは、対物レンズと被検体との距離を調整することができる。

一方、観察したい被検体が確認できた場合には、観察者は対物レンズを静止させることとなり、被検体に対する対物レンズの相対的位置は一定となる。この場合、繰り返し取得される画像は前後で変化せず、制御ユニットは、この画像の変化が無いことに基づいて撮像素子の位置をフォーカス位置となるように調整して、フォーカスが最適な状態となるようにすることができる。そして、被検体に対する対物レンズの相対的位置が変化しない限り、撮像素子の位置が変動してしまうことが無いので、観察者は、高解像度の画像で、好適に被検体を観察することができる。

さらに、この発明に係る撮像装置及び撮像装置のフォーカス調整方法によれば、制御ユニットのコントラスト値検出手段によって、撮像素子で取得される画像のコントラスト値を検出することができる。ここで、被検体に対する対物レンズの相対的位置を一定とした場合、取得される画像のコントラスト値は、フォーカスが最適な状態となったときに最大となる。すなわち、制御ユニットの制御部によって撮像素子の位置をコントラスト値が最大となるように調整することで、撮像素子はフォーカス位置となり、フォーカスを最適な状態として画像を取得して、被検体を観察することができる。
さらに、この発明に係る撮像装置及び撮像装置のフォーカス調整方法によれば、フォーカスが最適な状態であるか否かについて、取得される画像の内で、限られた範囲であるフォーカスエリア内のコントラスト値で評価することができる。このため、画像内で、特にフォーカスエリア内に映し出される被検体にフォーカスを合わせることができ、フォーカスエリア内の被検体を好適に観察することができる。

さらに、この発明に係る撮像装置及び撮像装置のフォーカス調整方法によれば、操作部によってフォーカスエリアの中心位置を、画像として表示される被検体の内の特に観察したい位置に調整することができる。このため、特に指定したフォーカスエリア内の被検体を好適に観察することができる。
さらに、この発明に係る撮像装置によれば、制御ユニットの制御部は、撮像素子の位置と、画像上におけるフォーカスエリアの中心位置を計測することができる。ここで、フォーカスエリア内においてフォーカスが合った状態である場合、撮像素子の位置及び画像上におけるフォーカスエリアの中心位置と、フォーカスエリアの中心位置として指定された実際の三次元座標とは、相関関係にある。このため、計測された撮像素子の位置、及び、画像上におけるフォーカスエリアの中心位置から、フォーカスエリアの中心位置の三次元座標を算出することができ、すなわち、フォーカスエリアの中心位置に映し出されている被検体上の特定部分の位置を測定することができる。

この発明に係る撮像装置及び撮像装置のフォーカス調整方法によれば、制御ユニットは、繰り返し取得される画像が今回と前回とで変化していない場合はさらに、前回と前々回に取得された画像についても比較を行う。そして、前回の画像が前々回の画像と比較して変化している場合に撮像素子の位置の調整を行う。すなわち、被検体に対する対物レンズの相対的位置が変化していて、直前に相対的に静止した場合には、フォーカスが最適な状態となるように調整する一方、相対的に静止した状態が続いている場合には、不必要に撮像素子の位置を変化させてしまうことがなく、観察者は、より安定した画像によって被検体を観察することができる。

また、上記の撮像装置において、前記制御ユニットは、前記画像の輝度を検出する輝度検出手段と、該輝度検出手段で検出される前記画像の前記輝度に相関性を有するかどうかに基づいて前記画像の変化の有無を判断して、前記撮像素子移動手段によって前記撮像素子の位置を調整する制御部とを備えることがより好ましいとされている。

また、上記の撮像装置のフォーカス調整において、前記撮像素子で繰り返し取得される各前記画像の輝度を検出し、前記画像の前記輝度に相関性を有するかどうかに基づいて前記画像の変化の有無を判断して、前記撮像素子の位置を調整することがより好ましいとされている。

この発明に係る撮像装置及び撮像装置のフォーカス調整方法によれば、制御ユニットの輝度検出手段によって、撮像素子で取得される画像の輝度を検出することができる。ここで、被検体に対する対物レンズの相対的位置が変化すれば、取得される画像が変化することで、検出される輝度にも変化が生じる。このため、制御ユニットの制御部は、この輝度の相関性の有無に基づいて画像の変化の有無を定量的に判断して、撮像素子の位置の調整を開始することができる。

さらに、上記の撮像装置において、前記制御ユニットの前記制御部は、前記撮像素子の位置の前記対物レンズの主点からの離間距離Ｌ、及び、前記フォーカスエリアの前記中心位置の該画像の中心位置を原点とした前記画像上における二次元座標Ｍｘ、Ｍｙを計測して、前記対物レンズの前記主点を原点とする指定された前記フォーカスエリアの前記中心位置の前記三次元座標Ｘ、Ｙ、Ｚを、＜数１＞、＜数２＞、及び、＜数３＞に示す計算式（但し、符号ｆは前記対物レンズの焦点距離）から算出可能であることがより好ましいとされている。

この発明に係る撮像装置によれば、上記の＜数１＞、＜数２＞、及び、＜数３＞によって、フォーカスエリアの中心位置に映し出されている被検体上の特定部分の位置を測定することができる。

また、上記の撮像装置において、前記操作部は、前記撮像素子で取得される前記画像内で、前記フォーカスエリアの前記中心位置を複数指定可能であり、前記制御ユニットの前記制御部は、算出された各前記フォーカスエリアの前記中心位置の前記三次元座標に基づいて、各該フォーカスエリアの前記中心位置の間の実際の点間距離を算出可能であることがより好ましいとされている。

この発明に係る撮像装置によれば、操作部によって複数のフォーカスエリアの中心位置を指定可能であることで、指定された複数のフォーカスエリアの各々について中心位置の実際の三次元座標を算出することができる。このため、画像に映し出される被検体で、フォーカスエリアの中心位置として任意に指定された複数点間の実距離を測定することができる。

また、上記の撮像装置において、前記撮像素子移動手段は、前記対物レンズの前記光軸と同軸上で進退可能に設けられ、先端に前記撮像素子が配設された軸体と、該軸体の基端側外周に配設された筒体とを備え、前記軸体と前記筒体とのいずれか一方が前記対物レンズの前記光軸と略平行な磁界を形成する永久磁石であるとともに、前記軸体と前記筒体との他方が前記対物レンズの前記光軸と略平行な磁界を形成可能な電磁石であることがより好ましいとされている。

この発明に係る撮像装置によれば、軸体と筒体との一方を永久磁石とし、他方を電磁石として、電磁石に交流電圧を印加した場合には、電磁石には、絶対値の等しい電圧が正負交互に対称に印加されるため、軸体の基端が筒体の内部において中間位置に位置するようにして軸体は静止する。また、交流電圧に、正の値の直流電圧を重畳的に印加した場合には、電磁石には、正負で絶対値の異なる電圧が交互に非対称に印加されるため、永久磁石の磁界の向きと直流電圧の大きさに応じて、軸体の基端は、筒体の中間位置よりも一方に偏った位置に移動する。また、交流電圧に、負の値の直流電圧を重畳的に印加した場合には、軸体の基端は、逆に、筒体の中間位置よりも他方に偏った位置に移動する。すなわち、撮像素子移動手段の電磁石に、交流電圧とともに重畳的に印加される直流電圧の大きさを変化させることで、軸体の先端の配設された撮像素子の位置を、対物レンズの光軸上で調整することができる。

さらに、上記の撮像装置において、前記制御ユニットは、前記電磁石に、交流電圧と、大きさを可変とする直流電圧とを重畳的に印加可能な電圧印加手段を備えることがより好ましいとされている。

この発明に係る撮像装置によれば、制御ユニットの電圧印加手段によって撮像素子移動手段の電磁石に交流電圧とともに重畳的に印加される直流電圧の大きさを変化させることで、撮像素子移動手段の軸体の先端の配設された撮像素子の位置を、対物レンズの光軸上で調整することができる。

また、本発明の内視鏡装置は、上記の撮像装置と、先端側に該撮像装置の前記対物レンズが設けられ、被検体に挿入可能な挿入部とを備えることを特徴としている。
この発明に係る内視鏡装置によれば、挿入部を被検体の内部に挿入させていく場合には、撮像装置の制御ユニットによって、フォーカスは最適な状態とはならないものの安定した状態とすることができる。このため、取得される画像によって被検体を好適に確認しながら、観察する位置まで挿入部を挿入させていくことができる。一方、挿入部の挿入を静止して被検体の観察を行う場合には、撮像装置の制御ユニットが撮像素子の位置を調整して、フォーカスを最適な状態にすることができ、取得される高解像度の画像によって、好適に被検体を観察することができる。

本発明の撮像装置によれば、撮像素子移動手段と制御ユニットとを備えることで、通常は、フォーカスを略一定の状態として画像を出力する一方、被検体を観察する場合には、出力される画像のフォーカスが最適な状態となるように自動的に調整して、高解像度の画像で被検体を観察することができる。
また、本発明の撮像装置のフォーカス調整方法によれば、通常は、フォーカスを略一定の状態として画像を映し出し、被検体を観察する時に、画像のフォーカスが最適な状態となるように調整して、高解像度の画像で被検体を観察することができる。
また、本発明の内視鏡装置によれば、上記の撮像装置を備えることで、被検体の内部に挿入し、好適に被検体の観察を行うことができる。

以下、本発明の実施形態における内視鏡装置について、図面を参照して説明する。図１〜図５は、本発明の実施形態としての内視鏡装置１を示したものである。図１に示すように、内視鏡装置１は、被検体を観察するために狭窄部などに挿入される挿入部２と、挿入部２の基端に設けられた操作部３と、挿入部２の先端側に位置する被検体を撮影する撮像装置１０とを備える。挿入部２は、先端側から基端側へ順に、硬質の先端部４と、湾曲自在な湾曲部５と、可撓性を有する可撓管部６とを備える。可撓管部６は、狭窄部などに挿入した際に、その形状に応じて湾曲することが可能であり、これにより観察しようとする被検体まで容易に挿入することを可能としている。また、操作部３、可撓管部６、及び、湾曲部５の内部には、図示しない湾曲機構が内蔵されており、操作部３に設けられたツマミ３ａの操作によって、湾曲部５を自在に湾曲させることが可能である。

図２から図４に示すように、撮像装置１０は、挿入部２の先端部４の先端面に設けられた対物レンズ１１及び照明手段であるＬＥＤ１２と、先端部４の内部において対物レンズ１１の光軸Ｌ１１と同軸上に配設された撮像素子１３と、撮像素子１３で取得した画像を出力するモニタ１４と、制御ユニット１５とを備える。制御ユニット１５は、各種制御を行うものであり、図１に示すように、ケーブル１５ａによって操作部３と接続されている。なお、制御ユニット１５の詳細については、後述する。また、撮像素子１３は、例えばＣＣＤであり、ＬＥＤ１２によって被検体を照明し、反射して対物レンズ１１で集光された入射光を受光面１３ａで受光して、映像信号となる光電変換出力ＰＯを制御ユニット１５に出力可能なものである。

また、撮像装置１０は、撮像素子１３を対物レンズ１１の光軸Ｌ１１上で移動させる撮像素子移動手段１６を備えている。撮像素子移動手段１６は、より詳しくは、図４及び図５に示すように、先端部４の内部において、光軸Ｌ１１と同軸上に配設された軸体１７と、軸体１７の基端１７ａ側外周を覆う筒体１８とを備えている。軸体１７の先端１７ｂには、固定板１９が固定されていて、その先端面１９ａに撮像素子１３が固定されている。先端部４の内周面において固定板１９と対応する位置には、光軸Ｌ１１と略平行にガイド２０が延設されていて、固定板１９を進退可能に固定している。このため、軸体１７及び撮像素子１３は、ガイド２０によって、光軸Ｌ１１上で進退することが可能である。また、軸体１７の外周面には、コイル２１が巻き回されていて、電流を供給することで、光軸Ｌ１１方向に磁界を発生させる電磁石となることが可能である。一方、筒体１８は、光軸Ｌ１１方向に磁界を発生させることが可能な永久磁石であり、例えば、先端１８ａをＮ極、基端１８ｂをＳ極として、先端部４の内周面に固定されている。そして、後述する制御ユニット１５の電磁石駆動回路２７によってコイル２１に所定の電圧を印加することで、電磁石となる軸体１７の磁界と永久磁石である筒体１８の磁界との相互作用によって、軸体１７を光軸Ｌ１１に沿った所定位置に移動させることが可能であり、これにより撮像素子１３の光軸Ｌ１１上での位置を調整可能である。次に、制御ユニット１５について説明する。

図２に示すように、制御ユニット１５は、制御部であるＣＰＵ２２と、電源回路２３と、撮像素子駆動回路２４と、映像信号処理回路２５と、コントラスト値検出手段２６と、電圧印加手段である電磁石駆動回路２７と、ＲＯＭ２８と、ＲＡＭ２９とを備える。以下に各構成の詳細について説明する。電源回路２３は、ＬＥＤ１２に給電してＬＥＤ１２を発光させることが可能であるとともに、制御ユニット１５の他の各構成部分にも電力を供給し、駆動させるものである。撮像素子駆動回路２４は、撮像素子１３が駆動するのに必要とする駆動信号ＤＳを出力し、撮像素子１３を駆動させることが可能である。また、撮像素子駆動回路２４は、駆動信号ＤＳを出力するのと同時に、ピクセルクロック信号ＣＫ、水平同期信号ＨＤ、垂直同期信号ＶＤを出力し、それぞれをＣＰＵ２２及び映像信号処理回路２５に送信することが可能であるとともに、ピクセルクロック信号ＣＫについては、後述する二つのＡＤ変換器３０、３３にも送信することが可能である。

また、映像信号処理回路２５は、撮像素子１３と接続されていて、撮像素子１３から入力される画素ごとの信号である光電変換出力ＰＯを、一般的なＮＴＳＣ信号等のビデオ信号ＶＳとして出力することが可能である。出力されたビデオ信号ＶＳは、後述するフォーカスエリアオーバーレイ回路３８を経由してモニタ１４に入力され、観察者は、モニタ１４に連続して表示される画像によって、被検体を観察することができる。また、映像信号処理回路２５は、輝度検出手段として、撮像素子１３から入力された光電変換出力ＰＯに基づいて、ビデオ信号ＶＳの内の輝度部分のみに相当する輝度信号ＢＳを出力することが可能である。出力された輝度信号ＢＳは、ＡＤ変換器３０に入力されてＡＤ変換され、ＣＰＵ２２に入力されるとともに、コントラスト値検出手段２６にも入力されている。

コントラスト値検出手段２６は、ハイパスフィルター（ＨＰＦ）３１と、検波回路３２とを備えている。ハイパスフィルター３１は、映像信号処理回路２５と接続されていて、出力された輝度信号ＢＳの内の高周波成分を通過させるもので、例えば、１ＭＨｚ以上の周波数成分のみを通過させる。また、検波回路３２は、ハイパスフィルター３１から出力された輝度信号ＢＳの高周波成分の波形について、プラス側の包絡線を示す出力信号であるコントラスト信号ＣＳを出力することができる。図６は、フォーカスが合った状態において、映像信号処理回路２５から出力された１Ｈ期間（画面の水平線１本に相当する期間）における輝度信号ＢＳの例を示している。図６に示すように、フォーカスが合っている状態での輝度信号ＢＳは、急峻な変化を示す。また、図７は、図６に示す輝度信号ＢＳをハイパスフィルター３１で処理した出力を示している。さらに、図８は、図７に示すハイパスフィルター３１の出力を検波回路３２で処理したコントラスト信号ＣＳを示している。

一方、図９はフォーカスが合っていない状態における輝度信号ＢＳの例を、図１０は図９と対応するハイパスフィルター３１の出力を、図１１は図１０と対応するコントラスト信号ＣＳを示している。図９に示すように、フォーカスが合っていない状態では画像がぼやけているため、輝度信号はゆるやかな変化を示す。ここで、フォーカスが合った状態においては取得される画像のコントラストは高くなり、すなわち、図８に示すように、検波回路３２から出力されるコントラスト信号ＣＳの振幅は大きくなる。一方、フォーカスが合ってない状態においては取得される画像のコントラストは小さくなり、すなわち、図１１に示すように図８と比較してコントラスト信号ＣＳの振幅は相対的に小さくなる。このようなコントラスト信号ＣＳはＡＤ変換器３３でＡＤ変換されてＣＰＵ２２に入力され、ＣＰＵ２２では、このＡＤ変換されたコントラスト信号ＣＳについて、１フィールド毎に、モニタ１４に出力される画像内に設定されたフォーカスエリアＦＡ内で加算して平均したものをコントラスト値として算出することができ、コントラスト値に基づいてフォーカスエリアＦＡ内のコントラストの高低、すなわち、フォーカスが最適な状態であるかどうかについて評価することができる。

また、ＣＰＵ２２には、バス３４を介して操作インターフェース３５が接続されていて、操作インターフェース３５には操作部であるジョイスティック３６が接続されている。そして、図１２に示すように、ジョイスティック３６の操作によって、モニタ１４に出力される画像Ｐ内において、フォーカスエリアＦＡの中心位置ＦＡ１を自在に調整することができる。ジョイスティック３６による操作は、フォーカスエリアＦＡの中心位置ＦＡ１の位置情報としてＣＰＵ２２に入力されるとともに、操作インターフェース３５に接続されたフォーカスエリアオーバーレイ回路３８に入力され、ビデオ信号ＶＳによる画像Ｐとともにモニタ１４で表示される。このため、観察者は、ジョイスティック３６によって、モニタ１４を確認しながら画像上のフォーカスエリアＦＡの位置を調整することができる。

また、ＣＰＵ２２には、バス３４を介してＲＯＭ２８及びＲＡＭ２９が接続されている。ＲＯＭ２８には、後述するオートフォーカス、並びに、被検体の位置及び距離測定を行うためのプログラムが書き込まれている。また、ＲＡＭ２９には、バッファ領域、輝度信号データ、コントラスト値データが定義されていて、ＣＰＵ２２から輝度信号、及び、コントラスト値が入力されて随時書き込みが行われている。また、ＣＰＵ２２は、輝度信号及びコントラスト値に基づいて、画像の変化の有無を判断し、その判断結果に基づいて電磁石駆動回路２７を駆動させて、撮像素子１３の位置の調整を行う。なお、ＣＰＵ２２による判断及び制御方法の詳細については後述する。

電圧印加手段である電磁石駆動回路２７は、撮像素子移動手段１６のコイル２１に、交流電圧と、大きさを可変とする直流電圧とを重畳的に印加可能なものである。ＣＰＵ２２が上記判断結果に基づいて出力するデジタル信号は、ＤＡ変換器３７によってＤＡ変換され、電磁石駆動回路２７は、このＤＡ変換された信号に基づいて設定された大きさの直流電圧を、所定の周波数及び振幅である交流電圧に重畳させてコイル２１に印加する。なお、交流電圧としては、例えば、１００ｋＨｚ程度の周波数のものが印加されている。そして、直流電圧を０Ｖとした場合、電磁石駆動回路２７によって印加される電圧は交流電圧のみとなり、図１３に示すように、コイル２１に流れる電流は正負対称な正弦波電流となる。このため、コイル２１に電流が流れることによって発生する磁界は、大きさを等しくして、その向きを交互に逆転するものとなり、永久磁石である筒体１８による磁界との相互作用により、軸体１７には、交流電流と同期して光軸Ｌ１１に沿って向きを交互に逆転させた力が作用することになる。このため、図４に示すように、軸体１７は、基端１７ａが筒体１８の中間位置となる位置で、交互に逆転して作用する力が釣り合って静止した状態となる。

一方、例えば、直流電圧を正の値で所定の大きさとした場合、電磁石駆動回路２７によって印加される電圧は交流電圧に直流電圧が重畳されたものとなる。すなわち、図１４に示すように、コイル２１に流れる電流は、交流電流を、直流電圧と対応する電流値であるバイアス値＋Ａだけシフトしたものとなり、正の電流は、負の電流に比べて、電流の絶対値が大きくなり、また、流れている時間が長くなる。このため、図１５に示すように、コイル２１に正の電流を流した場合における軸体１７の基端１７ａの極性をＮ極とすれば、筒体１８の中間位置に位置する軸体１７の基端１７ａには、筒体１８の先端１８ａ側へ向く力よりも基端１８ｂ側へ向く力の方が大きく作用し、これにより軸体１７は、基端１７ａが筒体１８の中間位置よりも基端１８ｂ側に近づいた位置で釣り合って静止した状態となる。また、図１６に示すようにバイアス値を−Ａとした場合、逆に、軸体１７には、筒体１８の先端１８ａ側へ向く力が大きく作用し、これにより図１７に示すように、軸体１７は、基端１７ａが筒体１８の中間位置よりも先端１８ａ側に近づいた位置で釣り合って静止した状態となる。なお、各々の状態において、軸体１７に作用する力の向きは交流電流の周期に応じて交互に逆転するが、交流電流の周期は例えば１００ｋＨｚの高周波であることから、力の向きの変化によって軸体１７がガイド２０に沿って機械的に振動してしまうことは無く、このため、撮像素子１３を所定の位置で静止した状態に保つことができる。

図１８は、軸体１７の基端１７ａの位置とバイアス値との関係を示している。なお、図１８において、バイアス値Ａ１〜Ａ５、及び、撮像素子の位置Ｂ１〜Ｂ５は、後述するフォーカス調整例における各バイアス値及び対応する各撮像素子の位置を示している。図１８に示すように、バイアス値を変化させることで、その符号及び大きさにより、軸体１７の基端１７ａの位置、すなわち撮像素子１３の位置を制御することが可能である。一方、バイアス値の絶対値を一定以上大きくすると、交流電流の振幅、筒体１８が配設された光軸Ｌ１１方向の範囲によって、撮像素子１３の位置は変化しなくなる。

ここで、図１９に示すように、本実施形態のように内視鏡装置１に使用される撮像装置１０の対物レンズ１１としては、対物レンズ１１の主点１１ａから焦点１１ｂまでの距離（以下、焦点距離ｆ）が２ｍｍ程度のものが選択される。また、対物レンズ１１の焦点距離ｆと、対物レンズ１１の主点１１ａから撮像素子１３の受光面１３ａまでの離間距離Ｌと、対物レンズ１１の主点１１ａから被検体Ｓまでの光軸Ｌ１１方向の距離Ｚとの間には、以下の＜数４＞に示す関係がある。

内視鏡装置１は、挿入部２を空洞内などの狭窄部に挿入してその内部に位置する被検体Ｓを観察するものであるため、対物レンズ１１の主点１１ａから観察対象となる被検体Ｓまでの距離Ｚとしては、５ｍｍから５００ｍｍ程度である。例えば、焦点距離ｆ＝２ｍｍとして、被検体Ｓまでの距離Ｚ＝５ｍｍならば、撮像素子１３の離間距離は、Ｌ＝３．３３３ｍｍである。また、被検体Ｓまでの距離Ｚ＝５００ｍｍならば、撮像素子１３の離間距離は、Ｌ＝２．００８ｍｍである。すなわち、被検体Ｓに対して、撮像素子１３の位置をフォーカスを合わせた状態であるフォーカス位置にするには、＜数４＞から、対物レンズ１１の主点１１ａを基準としてＬ＝２〜４ｍｍ程度とすれば良く、２ｍｍ程度の可動範囲で調整可能であれば良い。このため、筒体１８の長さを、軸体１７が２ｍｍ程度の範囲で可動可能な長さに設定すれば、バイアス値を指定して撮像素子１３の位置をフォーカスの合った状態に調整することが可能である。

次に、ＣＰＵ２２による制御の詳細、並びに、撮像装置１０及び内視鏡装置１の作用について説明する。図２０及び図２１は、ＣＰＵ２２による制御フローを示している。まず、図２０に示すように、内視鏡装置１において、撮像装置１０の電源をＯＮにして（ステップＳ１）、挿入部２を先端から被検体に向かって挿入していく。この際、挿入部２の先端の対物レンズ１１に入射する光によって、撮像素子１３は受像し、光電変換出力ＰＯが映像信号処理回路２５に入力されていく。そして、映像信号処理回路２５から出力されるビデオ信号ＶＳによって、モニタ１４に画像が表示される。また、モニタ１４に画像が表示されると同時に、そのビデオ信号ＶＳと対応する輝度信号ＢＳと、コントラスト信号ＣＳとがＣＰＵ２２に入力される（ステップＳ２）。この際、ピクセルクロック信号ＣＫ、水平同期信号ＨＤ、及び、垂直同期信号ＶＤがＣＰＵ２２にも入力されているので、ＣＰＵ２２に入力される輝度信号ＢＳ及びコントラスト信号ＣＳは、繰り返し取得されるいずれの画像におけるどの位置の情報なのかが対応付けられている。そして、入力された画像１フィールド分の輝度信号ＢＳと、入力されたコントラスト信号ＣＳから算出されたコントラスト値とは、ＲＡＭ２９のバッファ領域に書き込まれていく（ステップＳ３）。

次に、ＣＰＵ２２は、前回のフィールドで取得した輝度信号ＢＳをＲＡＭ２９から抽出し、今回のフィールドで取得した輝度信号ＢＳとの相関値を算出し（ステップＳ４）、算出された相関値によって今回のフィールドの輝度信号ＢＳと前回のフィールドの輝度信号ＢＳとに相関性があるかどうか判断する（ステップＳ５）。挿入部２を被検体に向かって挿入している間は、撮像素子１３によって受像される画像は絶えず変化しているので、ＣＰＵ２２は、ステップＳ５において相関性が無いという判断を繰り返し行う。このため、画像が変化している限り、オートフォーカス動作を開始しない。すなわち、フォーカスが最適な状態となっていないまでも略一定の状態であることから、画像が変化してしまうことがなく、観察者は、モニタ１４に表示される画像を好適に確認しながら、対物レンズ１１が被検体に近い位置となるまで挿入部２を挿入していくことができる。

次に、例えば、モニタ１４に表示される画像に被検体が確認された場合には、観察者が挿入部２の挿入を停止させることで、撮像素子１３で受像される画像に変化が無くなる。このため、図２０に示すステップＳ５において、ＣＰＵ２２は、ステップＳ４で算出された相関値に基づいて、今回のフィールドで取得された画像の輝度信号ＢＳと、前回のフィールドで取得された画像の輝度信号ＢＳとの間に相関性があると判断する。次に、ＣＰＵ２２は、さらに、ＲＡＭ２９から前々回のフィールドで取得した輝度信号ＢＳを抽出して、前回のフィールドの輝度信号ＢＳとの相関値を算出する（ステップＳ６）。そして、ＣＰＵ２２は、算出された相関値によって前回のフィールドの輝度信号ＢＳと前々回のフィールドの輝度信号ＢＳとに相関性があるかどうか判断する（ステップＳ７）。そして、相関性がないと判断した場合、例えば、直前に挿入部２の挿入が停止されて画像の変化が見られなくなった場合には、オートフォーカス動作が開始される（ステップＳ８）。このため、挿入部２の先端が停止した位置で、フォーカスが調整され、被検体を高解像度の画像で観察することができる。一方、相関性があると判断した場合、例えば、挿入部２の挿入が継続的に停止していて画像の変化が無い場合には、オートフォーカス動作は開始されずにステップＳ２からの動作を繰り返し行う。このため、挿入部２の挿入を停止させてモニタ１４に表示されている画像によって被検体を観察している際に、不必要にオートフォーカス動作が開始されることで、画像の解像度が低下して観察しにくくなってしまうことを防ぐことができる。

次に、オートフォーカス動作の詳細について説明する。すなわち、図２０のステップＳ８においてＣＰＵ２２がオートフォーカス動作を開始すると判断した場合、図２１に示すように、ＣＰＵ２２は、バイアス値の増減量として、ＲＡＭ２９から、予め設定し記憶されている増減量−ΔＡ１を読み込む（ステップＳ９）。なお、この段階において、ＣＰＵ２２から出力されている信号に基づいて電磁石駆動回路２７が撮像素子移動手段１６のコイル２１に流している電流値であるバイアス値がＡ１、バイアス値Ａ１の時の撮像素子１３の位置がＢ１、その時にＣＰＵ２２に入力されるコントラスト信号ＣＳによって算出されたフォーカスエリアＦＡにおけるコントラスト値が３４であったとする。次に、ＣＰＵ２２は、現在のバイアス値Ａ１に、ステップＳ９で読み込んだ増減量−ΔＡ１を加算し、その結果であるバイアス値Ａ２となるように電磁石駆動回路２７に信号を入力し、電磁石駆動回路２７は、バイアス値Ａ２でコイル２１に電流を流す（ステップＳ１０）。このため、図１８に示すように、撮像素子１３の位置は、バイアス値Ａ２と対応した位置Ｂ２に移動する。撮像素子１３による撮像は継続して行われ、ＣＰＵ２２には、撮像素子１３が位置Ｂ２の移動した後のコントラスト信号ＣＳが入力される（ステップＳ１１）。そして、ＣＰＵ２２は、フォーカスエリア内のコントラスト値を算出し（ステップＳ１２）、ＲＡＭ２９に書き込みを行う（ステップＳ１３）。ここで、バイアス値Ａ２（撮像素子１３の位置Ｂ２）とした時のコントラスト値が２５だったとする。

次に、ＣＰＵ２２は、今回算出されたコントラスト値が前回算出されたコントラスト値よりも大きいかどうか判断する（ステップＳ１４）。今回算出されたコントラスト値が２５である一方、前回算出されたコントラスト値が３４であるため、コントラスト値が小さくなったとして、現在設定されている増減量−ΔＡ１を、符号を反転させるとともに絶対値の大きさを半分とした増減量＋ΔＡ２に設定し（ステップ１５）、再びステップＳ１０からの動作を行う。そして、増減量＋ΔＡ２を加算したバイアス値Ａ３におけるコントラスト値が４０であったとする。この結果からステップＳ１４において、ＣＰＵ２２は、コントラスト値が大きくなったとして、次に、今回のコントラスト値と前回のコントラスト値との差分を算出する。そして、この差分が予め設定された境界値以下となっているか判断し、境界値以下となるまでステップ１０からの動作を繰り返し行う。本実施形態において、例えば、境界値を２とする。

図１８、図２２及び図２３は、オートフォーカス動作の結果の一例を示している。すなわち、上記のように、撮像素子１３の位置がＢ１（バイアス値Ａ１）の時のコントラスト値が３４、撮像素子１３の位置がＢ２（バイアス値Ａ２）の時のコントラスト値が２５、さらに、ステップ１５を行って撮像素子１３の位置Ｂ３（バイアス値Ａ３）とした時のコントラスト値が４０となっている。そして、コントラスト値の今回と前回との差分が、｜４０−２５｜＝１５で、境界値より大きいことから、同様の増減量Δ＋Ａ２を加算して、バイアス値をＡ４とする。このため、撮像素子１３は、バイアス値Ａ４と対応する位置をＢ４となり、その結果コントラスト値が３４で再度前回のコントラスト値よりも小さい値を示すこととなる。

このため、再度ステップＳ１５において、符号を反転するとともに絶対値の大きさを半分とした増減量に再設定し、これを加算したバイアス値Ａ５となる。そして、撮像素子１３はバイアス値Ａ５と対応する位置Ｂ５に移動し、コントラスト値は４１となる。前回のコントラスト値との差分は、｜４１−３４｜＝７で、境界値である２よりまだ大きい。よってステップＳ１６での判定はＮＯである。画像の１フィールドは６０分の１秒のような短い時間であるから、ここまでの動作ではまだ１秒の時間は経過しておらず、ステップＳ１８での判定はＮＯとなり、ステップＳ１０に戻って同様の増減量Δ＋Ａ２を加算し、バイアス値Ａ６とする。このため、撮像素子１３はバイアス値Ａ６に対応する位置Ｂ６となり、コントラスト値は４０となる。コントラスト値との差分は、｜４０−４１｜＝１となり、境界値である２以下を示す。このように、繰り返し撮像素子１３の位置を変えてコントラスト値の比較を行うことで、計測されるコントラスト値が理論上の最大値と略等しくなり、すなわち、撮像素子１３の位置を、フォーカスが最適な状態となるフォーカス位置に設定することができる。そして、今回のコントラスト値と前回のコントラスト値との差分が境界値以下であった場合には、ステップＳ１６の判断に基づいて、フォーカスが最適の状態となったとして、オートフォーカス動作が完了となる（ステップＳ１７）。

ここで、上記においては、バイアス値を変更する動作を５回行ったが、通常の場合、このような動作を数回から１０回ほど繰り返すことでフォーカスを調整することができる。なお、上記において、コントラスト値を算出するのに１フィールド、撮像素子１３を移動させるのに１フィールド、計２フィールドで１回の調整が行われたとし、また、モニタ１４に映し出される画像は１秒間に６０フィールドであったとする。この場合、１秒間に、最大３０回の調整を行うことができ、確実に１秒以内にフォーカスを最適な状態にすることができる。

また、本実施形態では、図２１に示すステップＳ１６において、今回のコントラスト値が境界値より大きいと判断した場合には、ＣＰＵ２２は、ステップＳ１０に移行する前にオートフォーカス動作を開始してから１秒以上経過していないかの判断を行う（ステップＳ１８）。そして、１秒以内である場合には、ステップＳ１０に移行して、フォーカスの調整を再度行う。一方、１秒以上経過してしまった場合には、ステップＳ１７に移行して強制的にオートフォーカス動作を完了させる。このため、オートフォーカス動作開始後に挿入部２を移動させて、被検体と対物レンズ１１の距離が変化してしまった場合に、際限無くオートフォーカス動作が繰り返されてしまうことを防ぐことができる。

次に、制御ユニット１５のＣＰＵ２２によって画像として表示される被検体の三次元座標の測定方法、及び、点間距離の測定方法について説明する。ＲＯＭ２８には、＜数４＞に示す関係に基づいて、以下の＜数５＞、＜数６＞、及び、＜数７＞に示す算出式に従って計算するプログラムが記憶されている。そして、ＣＰＵ２２は、これらの数式によって、対物レンズ１１の主点１１ａを原点として被検体の所定位置の実際の３次元座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を算出することが可能である。ここで、符号ｆは、対物レンズ１１の焦点距離、符号Ｌは、上記のオートフォーカス動作によってフォーカスが最適な状態となった時の対物レンズ１１の主点１１ａから撮像素子１３の受像面１３ａまでの離間距離を示している（図１９参照）。また、図２４に示すように、モニタ１４に表示される画像Ｐ上において直交する２軸ｘ軸及びｙ軸が定義されていて、符号Ｍｘ、Ｍｙは、画像Ｐの中心Ｐ１を原点として、指定されたフォーカスエリアＦＡの中心位置ＦＡ１の二次元座標を示している。また、符号Ｚは、対物レンズ１１の主点１１ａを原点とする光軸Ｌ１１方向の座標、符号Ｘ、Ｙは、それぞれ、対物レンズ１１の主点１１ａを原点とし、画像Ｐ上のｘ軸及びｙ軸と対応する方向の座標を示している。

すなわち、観察者が、ジョイスティック３６を操作して、モニタ１４に表示される画像Ｐ上において、被検体Ｓの一点であるＳ１を、フォーカスエリアＦＡの中心位置ＦＡ１として指定したとすると、ＣＰＵ２２は、図２１に示すオートフォーカス動作を開始して、フォーカスを最適な状態とする。そして、ＣＰＵ２２は、この時の撮像素子１３の位置において、対物レンズ１１の主点１１ａから撮像素子１３の受像面１３ａまでの離間距離Ｌを測定する。離間距離Ｌは、前記オートフォーカス動作の完了時における撮像素子１３の位置Ｂ６を用い、本内視鏡の構造に基づく固定寸法を加減することにより得ることができる。さらに、画像Ｐ上において、二次元座標Ｍｘ、Ｍｙを算出する。そして、ＣＰＵ２２は、ＲＯＭ２８に記憶された＜数５＞、＜数６＞、及び、＜数７＞に、焦点距離ｆ、離間距離Ｌ、及び、二次元座標Ｍｘ、Ｍｙを入力することで、被検体Ｓの点Ｓ１の対物レンズ１１の主点１１ａを原点とした三次元座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を算出することができる。観察者が、さらに次の一点Ｓ２を指定した場合、点Ｓ２についても三次元座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を算出し、さらには、これらの三次元座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）の算出結果により、二点Ｓ１、Ｓ２の点間距離を算出することができる。同様にして、図２５に示すように、複数点を指定、例えば、点Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６の計４点を連続して指定した場合には、各々について三次元座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を算出し、これにより、点Ｓ３から点Ｓ４、Ｓ５を経由して点Ｓ６までの経路の延長を測定することも可能である。

以上のように、本実施形態の撮像装置１０及び撮像装置１０を備えた内視鏡装置１によれば、撮像素子１３で取得される画像の輝度信号に基づいて、定量的に画像の変化を判断し、画像の変化が無い場合にのみ、オートフォーカス動作を開始させることができる。このため、挿入部２を移動させる場合など、被検体と対物レンズ１１との距離が変化している場合は、フォーカスが最適な状態ではないものの、安定した状態で、好適に、被検体を探し、あるいは、対物レンズ１１と被検体との距離を調整することができる。そして、画像の変化が無い時にはフォーカスを最適な状態に調整することができるので、所望の被検体を高解像度の画像で好適に観察することができる。また、本実施形態では、フォーカスエリアＦＡの中心位置ＦＡ１をジョイスティック３６で自在に調整することで、画像内における所望の位置においてフォーカスが最適な状態となるように調整できるので、被検体をより好適に観察することができる。

また、上記のオートフォーカス動作と、ジョイスティック３６によるフォーカスエリアＦＡの中心位置ＦＡ１の指定によって、被検体Ｓの実際の三次元座標、及び、点間距離を測定することができる。このため、被検体を高解像度の画像で詳細に観察できるだけでなく、定量的な評価を行うこともできる。

なお、撮像素子移動手段１６において、軸体１７を電磁石とし、筒体１８を永久磁石としているが、これに限るものでは無く、軸体１７を永久磁石とし、筒体１８を電磁石とする構成としても良い。また、撮像素子移動手段１６は、電磁石と永久磁石との磁界の相互作用によるものとしたが、これに限るものでは無い。例えば、撮像素子移動手段として、撮像素子を固定した圧電素子を備えるものとしても良い。この場合、圧電素子に印加する電圧を制御することで、圧電素子が変位可能な範囲において、撮像素子を移動させることが可能である。

また、本実施形態においては、内視鏡装置１は、挿入部２の先端面に対物レンズ１１が設けられた、いわゆる直視型であるが、これに限るものでは無く、挿入部２の側面に対物レンズ１１が設けられた側視型としても良い。さらに、撮像装置１０は、内視鏡装置１の一構成として説明したが、これに限るものでは無く、他の装置に組み込んで使用することも可能であり、また、単体として使用するものとしても良い。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

本発明の実施形態の内視鏡装置を示す全体構成図である。 本発明の実施形態の内視鏡装置の撮像装置を示すブロック図である。 本発明の実施形態の内視鏡装置の挿入部先端の正面図である。 本発明の実施形態の内視鏡装置の挿入部先端の断面図である。 本発明の実施形態の撮像装置において、撮像素子移動手段の詳細を示す斜視図である。 本発明の実施形態の撮像装置において、映像信号処理回路から出力された輝度信号の一例を示すグラフである。 本発明の実施形態の撮像装置において、ハイパスフィルターから出力された信号の一例を示すグラフである。 本発明の実施形態の撮像装置において、検波回路から出力されたコントラスト信号の一例を示すグラフである。 本発明の実施形態の撮像装置において、映像信号処理回路から出力された輝度信号の他の例を示すグラフである。 本発明の実施形態の撮像装置において、ハイパスフィルターから出力された信号の他の例を示すグラフである。 本発明の実施形態の撮像装置において、検波回路から出力されたコントラスト信号の他の例を示すグラフである。 本発明の実施形態の撮像装置において、モニタに表示される画像の一例を示す説明図である。 本発明の実施形態の撮像装置において、電磁石駆動回路から出力される電流波形の第一例を示すグラフである。 本発明の実施形態の撮像装置において、電磁石駆動回路から出力される電流波形の第二例を示すグラフである。 電磁石駆動回路から出力される電流波形を第二例とした場合において、撮像素子移動手段の動作を示す説明図である。 本発明の実施形態の撮像装置において、電磁石駆動回路から出力される電流波形の第三例を示すグラフである。 電磁石駆動回路から出力される電流波形を第三例とした場合において、撮像素子移動手段の動作を示す説明図である。 本発明の実施形態の撮像装置の撮像素子移動手段において、バイアス値と撮像素子の位置との関係を示すグラフである。 対物レンズと、撮像素子と、被検体との関係を示す説明図である。 本発明の実施形態の撮像装置において、オートフォーカス動作を行う際のフロー図である。 本発明の実施形態の撮像装置において、オートフォーカス動作を行う際のフロー図である。 本発明の実施形態の撮像装置において、オートフォーカス動作を行う際の撮像素子の位置と、検出されるコントラスト値との関係を示すグラフである。 本発明の実施形態の撮像装置において、オートフォーカス動作を行う際のバイアス値と、撮像素子の位置と、検出されるコントラスト値との関係を示す表である。 本発明の実施形態の撮像装置において、被検体の三次元座標及び点間距離を測定する際の説明図である。 本発明の実施形態の撮像装置において、被検体の三次元座標及び点間距離を測定する際の説明図である。

符号の説明

１ 内視鏡装置
２ 挿入部
１０ 撮像装置
１１ 対物レンズ
１１ａ 主点
１３ 撮像素子
１５ 制御ユニット
１６ 撮像素子移動手段
１７ 軸体
１７ａ 基端
１８ 筒体
２２ ＣＰＵ（制御部）
２５ 映像信号処理回路（輝度検出手段）
２６ コントラスト値検出手段
２７ 電磁石駆動回路（電圧印加手段）
３６ ジョイスティック（操作部）
ｆ 対物レンズの焦点距離
ＦＡ フォーカスエリア
ＦＡ１ 中心位置
Ｌ 離間距離
Ｌ１１ 光軸
Ｍｘ、Ｍｙ 画面上の二次元座標
Ｐ 画像
Ｐ１ 中心
Ｘ、Ｙ、Ｚ 三次元座標

Claims (9)

1. 対物レンズと、
   該対物レンズの光軸と同軸上に配設され、該対物レンズで集光された入射光を受光して画像を繰り返し取得する撮像素子と、
   該撮像素子を、前記対物レンズの前記光軸上で移動させる撮像素子移動手段と、
   前記撮像素子で今回取得された前記画像と前回取得された前記画像とを比較して、該画像が前後で変化していない場合には、前記撮像素子移動手段によって前記撮像素子の位置をフォーカス位置となるように調整させる制御ユニットと、
   前記撮像素子で取得される前記画像内の一部の範囲としてフォーカスエリアを予め設定し、前記画像内で前記フォーカスエリアの中心位置を調整可能な操作部と、
   を備え、
   前記制御ユニットは、
   前記画像のコントラスト値を検出するコントラスト値検出手段と、
   該コントラスト値検出手段で検出される前記画像の前記コントラスト値が最大となる位置に、前記撮像素子移動手段によって前記撮像素子の位置を調整させ、前記フォーカスエリア内での前記コントラスト値に基づいて前記撮像素子の位置を調整する制御部と、
   を備え、
   前記制御ユニットの前記制御部は、前記操作部によって前記フォーカスエリアが指定された場合、前記コントラスト値が最大となった時の前記撮像素子の位置及び前記画像上における前記フォーカスエリアの前記中心位置を計測して、計測された前記撮像素子の位置及び前記画面上における前記フォーカスエリアの前記中心位置に基づいて、該フォーカスエリアの前記中心位置として指定された実際の三次元座標を算出可能であり、
   前記制御ユニットは、今回取得された前記画像と前回取得された前記画像とを比較して、各画像における輝度信号により今回取得された前記画像の前回取得された前記画像からの変化の有無を判定し、該画像が前後で変化していない場合には、さらに、前回取得された前記画像と前々回取得された前記画像とを比較して、各画像における輝度信号により前回取得された前記画像の前々回取得された前記画像からの変化の有無を判定し、前々回の該画像との比較では該画像が変化している場合に、前記撮像素子移動手段によって前記撮像素子の位置を前記フォーカス位置となるように調整させる
   ことを特徴とする撮像装置。
2. 請求項１に記載の撮像装置において、
   前記制御ユニットは、前記画像の輝度を検出する輝度検出手段と、
   該輝度検出手段で検出される前記画像の前記輝度に相関性を有するかどうかに基づいて前記画像の変化の有無を判断して、前記撮像素子移動手段によって前記撮像素子の位置を調整する制御部とを備えることを特徴とする撮像装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の撮像装置において、
   前記制御ユニットの前記制御部は、前記撮像素子の位置の前記対物レンズの主点からの離間距離Ｌ、及び、前記フォーカスエリアの前記中心位置の該画像の中心位置を原点とした前記画像上における二次元座標Ｍｘ、Ｍｙを計測して、前記対物レンズの前記主点を原点とする指定された前記フォーカスエリアの前記中心位置の前記三次元座標Ｘ、Ｙ、Ｚを、＜数１＞、＜数２＞、及び、＜数３＞に示す計算式（但し、符号ｆは前記対物レンズの焦点距離）から算出可能であることを特徴とする撮像装置。
   

   

   

   
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の撮像装置において、
   前記操作部は、前記撮像素子で取得される前記画像内で、前記フォーカスエリアの前記中心位置を複数指定可能であり、
   前記制御ユニットの前記制御部は、算出された各前記フォーカスエリアの前記中心位置の前記三次元座標に基づいて、各該フォーカスエリアの前記中心位置の間の実際の点間距離を算出可能であることを特徴とする撮像装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の撮像装置において、
   前記撮像素子移動手段は、前記対物レンズの前記光軸と同軸上で進退可能に設けられ、先端に前記撮像素子が配設された軸体と、該軸体の基端側外周に配設された筒体とを備え、前記軸体と前記筒体とのいずれか一方が前記対物レンズの前記光軸と略平行な磁界を形成する永久磁石であるとともに、前記軸体と前記筒体との他方が前記対物レンズの前記光軸と略平行な磁界を形成可能な電磁石であることを特徴とする撮像装置。
6. 請求項５に記載の撮像装置において、
   前記制御ユニットは、前記電磁石に、交流電圧と、大きさを可変とする直流電圧とを重畳的に印加可能な電圧印加手段を備えることを特徴とする撮像装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれかに記載の撮像装置と、
   先端側に該撮像装置の前記対物レンズが設けられ、被検体に挿入可能な挿入部とを備えることを特徴とする内視鏡装置。
8. 対物レンズと、該対物レンズの光軸と同軸上で進退可能に配設され、該対物レンズで集光された入射光を受光して画像を繰り返し取得する撮像素子とを備える撮像装置のフォーカス調整方法であって、
   前記撮像素子で取得される前記画像の内の一部の範囲として予めフォーカスエリアを設定し、
   前記フォーカスエリアの中心位置を前記画像内で調整し、
   前記撮像素子で取得される前記画像の、前記フォーカスエリア内でのコントラスト値を検出し、
   前記撮像素子で今回取得された前記画像と前回取得された前記画像とを比較し、各画像における輝度信号により今回取得された前記画像の前回取得された前記画像からの変化の有無を判定し、該画像が前後で変化していない場合に、前記撮像素子を前記対物レンズの前記光軸上で移動させて、前記撮像素子の位置をフォーカス位置となるように調整し、
   前記撮像素子で今回取得された前記画像と前回取得された前記画像とを比較して、該画像が前後で変化していない場合には、さらに、前回取得された前記画像と前々回取得された前記画像とを比較して、各画像における輝度信号により前回取得された前記画像の前々回取得された前記画像からの変化の有無を判定し、前々回の該画像との比較では該画像が変化している場合に、前記フォーカスエリア内での前記コントラスト値に基づいて前記コントラスト値が最大となる位置を計測して、計測された前記撮像素子の位置及び前記画面上における前記フォーカスエリアの前記中心位置に基づいて、該フォーカスエリアの前記中心位置として指定された実際の三次元座標を算出し、前記撮像素子の位置を前記フォーカス位置となるように調整することにより、前記撮像素子の位置を調整する
   ことを特徴とする撮像装置のフォーカス調整方法。
9. 請求項８に記載の撮像装置のフォーカス調整方法であって、
   前記撮像素子で繰り返し取得される各前記画像の輝度を検出し、前記画像の前記輝度に相関性を有するかどうかに基づいて前記画像の変化の有無を判断して、前記撮像素子の位置を調整することを特徴とする撮像装置のフォーカス調整方法。

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