JP5857160B2 - 内視鏡用の撮像システム、内視鏡用の撮像システムの作動方法 - Google Patents

Description

本発明は、暗所にある被検体に照明光を照射してコントラストＡＦを行う内視鏡用の撮像システム、内視鏡用の撮像システムの作動方法に関する。

被検体までの距離情報を取得する測距方式としては、被検体に赤外線や超音波などを照射して反射波が戻るまでの時間や照射角度に基づき距離を検出するアクティブ方式と、赤外線などを用いることなく光学系を介して取得した画像を利用して測距を行うパッシブ方式と、が知られている。

これらの内のパッシブ方式の例としては、一眼レフカメラ等で用いられている位相差ＡＦ（ＡＦ：オート・フォーカス）と、ビデオカメラやコンパクトタイプのカメラ等で広く用いられているコントラストＡＦと、が挙げられる。

位相差ＡＦは、合焦速度は比較的早いが、対物レンズを通過した光束を利用するために、例えば、画像を撮像する撮像部とは異なる位相差ＡＦセンサ側へ光束を分岐させる構成を取ることになり、小型の撮像装置にはあまり採用されていない。

一方、コントラストＡＦは、撮像部で撮像した画像を利用してＡＦを行うために、別途のＡＦセンサ等を必要とせず、小型の撮像装置などに採用されている。このコントラストＡＦにおいて合焦位置（ＡＦ評価値（コントラスト等）のピーク位置）を求めるには、フォーカスレンズの位置を異ならせながら複数の（一般には３以上の）フレーム画像を取得するスキャンを行うことが必要となる。特に、フォーカスレンズを駆動することができる全ての範囲である全スキャン範囲をスキャンする場合には、取得する画像の枚数が多くなり、撮影時間を要することになる。

そこで、コントラストＡＦにおいて合焦までに必要なフレーム画像の数を削減する提案がなされている。

例えば、日本国特開２００８−１１１８９７号公報には、近傍にある金網や檻などにフォーカスが合わないようにするモードにおける動作例が記載されており、位相差ＡＦを行うラインセンサの出力に基づいて金網等までの距離を測定し、測定した金網等までの距離近傍を測距範囲として排除して、それ以外の測距範囲でフォーカスレンズの位置を変化させながらコントラストＡＦを行う技術が記載されている。

また、日本国特開２００９−１３３９０３号公報には、対象物検出部（顔検出部など）によって検出した対象物の大きさに基づいて合焦予測位置を算出し、算出した合焦予測位置の近傍をフォーカスレンズの移動開始点としてコントラストＡＦを行う技術が記載されている。

これらの各公報に記載の技術は、何れも、コントラストＡＦを行うに当たって、補助的な測定を行うことにより物体までの距離を取得し、フォーカスレンズを全スキャン範囲で移動させる必要をなくして、合焦時間の短縮を図るものとなっている。

しかしながら、日本国特開２００８−１１１８９７号公報に記載の技術は、コントラストＡＦだけでなく位相差ＡＦも行っているために、ラインセンサを配置するスペースを要し、小型の撮像装置に採用するには必ずしも適していない。

また、日本国特開２００９−１３３９０３号公報は、対象物となり得るのは、大きさや形状がほぼ一定していて画像認識等により認識可能なものに限られるために、任意の大きさや形状の対象物に対して適用することはできない。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、暗所にある被検体に対して、コントラストＡＦで合焦に至るまでの時間を短縮することができる内視鏡用の撮像システム、内視鏡用の撮像システムの作動方法を提供することを目的としている。

本発明のある態様による内視鏡用の撮像システムは、被検体に対して照明光を照射する光源と、前記光源により照射された照明光のうち前記被検体から反射された反射光の光学像を結像する結像光学系と、前記結像光学系の一部であるフォーカスレンズを所定の可動範囲内で駆動する駆動部と、前記結像光学系により結像された前記光学像を撮像して画像信号を出力する撮像部と、前記撮像部から出力される画像信号を増幅率に応じて信号増幅する増幅部と、前記画像信号が表す画像の明るさを検出する明るさ検出部と、前記明るさ検出部により検出される前記画像の明るさが変化した場合に、前記画像の明るさが所定の明るさとなるように、前記光源による光量条件と、前記撮像部による撮像条件と、前記増幅部の増幅率と、の内の少なくとも１つのパラメータを制御するための明るさ制御条件を調整する明るさ調整部と、前記明るさ調整部により調整された前記明るさ制御条件に基づいて前記光学像の仮合焦位置を推定する補助オートフォーカス部と、前記仮合焦位置を含み前記所定の可動範囲よりも狭い範囲を、コントラストオートフォーカスのスキャン範囲として設定する制御部と、前記スキャン範囲内で、前記駆動部に対して前記フォーカスレンズを駆動させてコントラストオートフォーカスを行わせるコントラストオートフォーカス部と、を具備している。

本発明のある態様による内視鏡用の撮像システムの作動方法は、光源が、被検体に対して照明光を照射するステップと、前記光源により照射された照明光のうち前記被検体から反射された反射光の光学像を結像する結像光学系の一部であるフォーカスレンズを、駆動部が所定の可動範囲内で駆動するステップと、撮像部が、前記結像光学系により結像された前記光学像を撮像して画像信号を出力するステップと、増幅部が、前記撮像部から出力される画像信号を増幅率に応じて信号増幅するステップと、明るさ検出部が、前記画像信号が表す画像の明るさを検出するステップと、明るさ調整部が、前記明るさ検出部により検出される前記画像の明るさが変化した場合に、前記画像の明るさが所定の明るさとなるように、前記光源による光量条件と、前記撮像部による撮像条件と、前記増幅部の増幅率と、の内の少なくとも１つのパラメータを制御するための明るさ制御条件を調整するステップと、補助オートフォーカス部が、前記明るさ調整部により調整された前記明るさ制御条件に基づいて前記光学像の仮合焦位置を推定するステップと、制御部が、前記仮合焦位置を含み前記所定の可動範囲よりも狭い範囲を、コントラストオートフォーカスのスキャン範囲として設定するステップと、コントラストオートフォーカス部が、前記スキャン範囲内で、前記駆動部に対して前記フォーカスレンズを駆動させてコントラストオートフォーカスを行わせるステップと、を有している。

本発明の実施形態１における撮像システムの構成を示すブロック図。 上記実施形態１において、画像の明るさが所定の明るさになるときの明るさ制御条件に基づいてコントラストＡＦにおけるスキャン範囲を設定する例を示す線図。 上記実施形態１における撮像システムの作用を示すフローチャート。 上記実施形態１に関連して、フォーカス・ズーム兼用スイッチを備える撮像システムの構成を示す図。 上記実施形態１に関連して、モニタの表示例を示す図。 上記実施形態１に関連して、フォーカスが２焦点切替であるときのフォーカス優先モードにおける撮像システムの動作を示す図。 上記実施形態１に関連して、フォーカスがシームレス動作であるときのフォーカス優先モードにおける撮像システムの動作を示す図。 上記実施形態１に関連して、フォーカスが２焦点切替であるときのズーム優先モードにおける撮像システムの動作を示す図。 上記実施形態１に関連して、フォーカスがシームレス動作であるときのズーム優先モードにおける撮像システムの動作を示す図。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

［実施形態１］
図１から図３は本発明の実施形態１を示したものであり、図１は撮像システムの構成を示すブロック図である。

この撮像システムは、暗所にある被検体を観察するためのものであり、内視鏡１と、ビデオプロセッサ２と、光源装置３と、を備え、例えば内視鏡システムとして構成されたものとなっている。

内視鏡１は、結像光学系１１と、撮像部１２と、レンズ駆動部１３と、ライトガイド１４と、を備えている。

結像光学系１１は、被検体の光学像を結像するものであり、フォーカスレンズ等を備えたフォーカス位置が可変な光学系となっている。なお、結像光学系１１は、さらにズームレンズ等を備えたズーム位置が可変な光学系であっても構わない。

撮像部１２は、結像光学系１１により結像された光学像を撮像して画像を出力するものである。このとき、撮像部１２が画像を撮像する際の露光時間は、例えば後述する制御部２４の制御に基づき可変となっている。

レンズ駆動部１３は、フォーカス位置等を変化させるために結像光学系１１を駆動するものであり、具体的には、フォーカスレンズを駆動することによりフォーカス位置を変化させ、ズームレンズが設けられている場合にはズームレンズを駆動することによりズーム位置を変化させる。

ライトガイド１４は、光源装置３から供給される照明光を内視鏡１の挿入部の先端へ伝送する。こうして伝送された照明光は、内視鏡１の挿入部の先端から暗所にある被検体に対して照射される。

ビデオプロセッサ２は、内視鏡１を制御駆動し、内視鏡１から得られた画像を処理するものであり、増幅部２１と、画像処理部２２と、制御部２４と、コントラストＡＦ部２６と、補助ＡＦ部２７と、を備えている。

増幅部２１は、撮像部１２から出力される画像を、設定されている増幅率に応じて信号増幅する。

画像処理部２２は、増幅部２１により信号増幅された画像に、色信号処理、色空間変換処理、エッジ強調処理、ノイズ低減処理、白つぶれ防止処理、ホワイトバランス処理、γ変換などの各種の画像処理を施すものである。この画像処理部２２により処理された画像は、モニタや記録装置へ出力される。この画像処理部２２は、さらに、画像の明るさを検出する明るさ検出部２３を備えている。

制御部２４は、ビデオプロセッサ２内の各部を制御すると共に、内視鏡１や光源装置３を制御するものであり、例えばＣＰＵ等を含んで構成されている。すなわち、この制御部２４は、増幅率を設定して増幅部２１に画像を信号増幅させ、画像処理部２２を制御して上述した各種の画像処理を行わせ、補助ＡＦ部２７を制御して補助ＡＦを行わせ、この補助ＡＦの結果得られた仮合焦位置を含む範囲であって、全スキャン範囲よりも狭い範囲を、コントラストＡＦのスキャン範囲として設定し、設定したスキャン範囲におけるコントラストＡＦをコントラストＡＦ部２６に行わせる。

この制御部２４は、明るさ制御条件に基づき画像の明るさを調整する明るさ調整部２５を備えている。明るさ調整部２５は、明るさ検出部２３により検出される画像の明るさが、例えば所定の明るさとなるように自動的に調整する。ここに、明るさ制御条件は、光源装置３が供給する照明光の光量条件、撮像部１２の露光時間、増幅部２１における増幅率、などである。

コントラストＡＦ部２６は、制御部２４により設定されたスキャン範囲内でフォーカス位置を変化させながら撮像部１２に複数の（一般には３以上の）画像を取得させ、取得された各画像のコントラスト評価値を算出して、コントラスト評価値がピーク値を取るようにフォーカス位置を調整する。

補助ＡＦ部２７は、画像の明るさに基づいて（必要に応じて、さらに、明るさ制御条件に基づいて）、被検体の光学像の仮合焦位置を推定する。具体的に、明るさ調整部２５が画像の明るさを所定の明るさに自動調整する場合には、補助ＡＦ部２７は、画像の明るさが所定の明るさであるときの明るさ制御条件に基づいて、被検体の光学像の仮合焦位置を推定することになる。

光源装置３は、暗所にある被検体に対して照射する照明光を、例えば光量可変に供給するものであり、電源３１と、電流制御部３２と、光源３３と、光量絞り３４と、光量絞り駆動部３５と、コリメータレンズ３６と、を備えている。

電源３１は、光源装置３内の各部へ電流を供給するものであり、例えば電流制御部３２および光量絞り駆動部３５に電流を供給する。

電流制御部３２は、上述した制御部２４の制御に基づいて、光源３３へ供給する電流を制御するものである。

光源３３は、電流制御部３２から電流の供給を受けて発光するものであり、例えば、ハロゲンランプ、キセノンランプ、メタルハライドランプ等のランプ、あるいはＬＥＤ等の半導体発光素子を含んで構成されている。なお、光源３３がＬＥＤ等の半導体発光素子を含んで構成される場合には、上述した電流制御部３２は、パルス幅制御（いわゆるＰＷＭ）により照明光の光量を制御することができるように構成される。この電流制御部３２のパルス幅制御におけるパルス幅は、上述した光量条件の１つである。

光量絞り３４は、照明光の光量を制御するためのものである。この光量絞り３４の絞り値は、上述した光量条件の１つである。

光量絞り駆動部３５は、制御部２４の制御に基づいて、光量条件により指定された絞り値となるように光量絞り３４を駆動制御する。

コリメータレンズ３６は、光源３３から発光され、光量絞り３４を介して所定の光量となった照明光を、平行光束に変換してライトガイド１４の入射端へ照射する。

次に、図２は画像の明るさが所定の明るさになるときの明るさ制御条件に基づいてコントラストＡＦにおけるスキャン範囲を設定する例を示す線図、図３は撮像システムの作用を示すフローチャートである。

図３に示す処理を開始すると、明るさ検出部２３が画像の明るさを検出する（ステップＳ１）。

そして、検出した明るさが所定の明るさであるか否かを制御部２４が判定する（ステップＳ２）。

ここで、所定の明るさでないと判定された場合には、明るさ調整部２５が、明るさ制御条件に基づき画像の明るさを調整する（ステップＳ３）。具体的に、明るさ調整部２５は、画像が所定の明るさよりも暗い場合には、光量絞り３４の開口を大きく（絞り値を小さく）する、パルス幅制御のパルス幅を大きくする、撮像部１２の露光時間を長くする、増幅部２１における増幅率を大きくする、など内の少なくとも１つを行うことにより、画像が所定の明るさになるように調整する。また、明るさ調整部２５は、画像が所定の明るさよりも明るい場合には、これらの逆の調整を行う。

こうしてステップＳ２において所定の明るさであると判定された場合には、所定の明るさになったときの明るさ制御条件に基づいて、補助ＡＦ部２７が、被検体の光学像の仮合焦位置を推定する（ステップＳ４）。

ここでは具体例として、画像の明るさを調整するための明るさ制御条件が光量絞り３４の絞り値であり、明るさ調整部２５が絞り値を変化させることにより画像を所定の明るさに調整する場合を例に挙げて、図２を参照して説明する。ただし、明るさ制御条件が、絞り値だけでなく、上述したような、パルス幅制御におけるパルス幅、撮像部１２の露光時間、増幅部２１における増幅率などである場合、あるいはこれらの組み合わせである場合にも、同様の処理を行えば良い。

まず、光源装置３から内視鏡１へ供給する照明光の光量を一定に保つ場合に、被検体に照射される照明光の光量は、内視鏡１の挿入部の先端面から被検体までの距離に応じて変化し、一例を挙げれば、被検体距離の２乗に反比例する。従って、本実施形態の撮像システムが観察対象としている暗所にある被検体の明るさ、ひいては被検体を撮像して得られる画像の明るさは、被検体距離に応じて変化し、つまり、被検体距離は画像の明るさの関数で表される。

一方、撮像システムには、被検体を常に一定の明るさで撮像するための自動調光システムが、例えば備えられている。本実施形態の撮像システムにおいてこの自動調光システムの機能を担っているのは、明るさ調整部２５等である。

明るさ制御条件が光量絞り３４の絞り値である場合には、絞り値が小さいと光量絞り３４の開口が大きいために光源装置３から供給される照明光の光量が大きくなり、逆に、絞り値が大きいと光量絞り３４の開口が小さいために光源装置３から供給される照明光の光量が小さくなる。

従って、明るさ調整部２５は、被検体が遠くにあって画像の明るさが所定の明るさよりも暗い場合には絞り値を小さくして照明光量を増大させ、被検体が近くにあって画像の明るさが所定の明るさよりも明るい場合には絞り値を大きくして照明光量を減少させる。

こうして所定の明るさになったときの絞り値を、補助ＡＦ部２７は明るさ制御部２４から取得する。上述したように、被検体距離は画像の明るさの関数で表され、画像の明るさは絞り値の関数で表されるために、つまり、被検体距離は絞り値の関数で表される（より一般には、上述したように、被検体距離は明るさ制御条件の多変数関数で表される）。

絞り値と被検体距離との関数が、例えば図２の下側に示した絞り値−距離グラフに示すようになったものとする。この絞り値−距離グラフは、被検体距離が近付くほど、絞り値を大きくして（光量絞り３４の開口径を小さくして）照明光量を減少させる様子を示している。

このような絞り値と被検体距離との関係がある場合において、画像が所定の明るさになったときの絞り値に対応する距離を、補助ＡＦ部２７は算出する。ここでは算出された距離がＰ１であったものとする。補助ＡＦ部２７は、こうして算出したＰ１を仮合焦位置として設定する。

次に、補助ＡＦ部２７は、算出した仮合焦位置Ｐ１を含むように、コントラストＡＦにおけるスキャン範囲を、全スキャン範囲よりも狭い例えばＰ２〜Ｐ３として決定する（ステップＳ５）。

このスキャン範囲Ｐ２〜Ｐ３は、仮合焦位置Ｐ１を中心として近距離側および遠距離側に各所定範囲となるように決定しても良いが、他の条件を考慮して適応的に決定するとさらに良い。例えば画像のボケを考えた場合に、結像光学系１１における絞り開口径の大きさが大きいとボケが大きくなるために、結像光学系１１の絞り開口径が大きいときには所定範囲を大きく、絞り開口径が小さいときには所定範囲を小さくするようにしても良い。また、ボケの大きさは、遠距離側よりも近距離側の方が大きくなり易いために、仮合焦位置よりも近距離側の所定範囲を、仮合焦位置よりも遠距離側の所定範囲より大きくするようにしても良い。

コントラストＡＦ部２６は、補助ＡＦ部２７により決定されたスキャン範囲Ｐ２〜Ｐ３の情報を受けて、現在のフォーカス位置Ｐ０から、スキャン範囲Ｐ２〜Ｐ３内における適宜のスキャン開始位置、ここではフォーカス位置Ｐ０に最も近いＰ２にフォーカス位置を移動させる（ただし、スキャン開始位置への移動は補助ＡＦ部２７により行い、その後に、コントラストＡＦ部２６によるスキャンを開始するようにしても構わない）。この位置Ｐ２はスキャン範囲Ｐ２〜Ｐ３における最も遠距離の点であるために、スキャンは近距離側へ向けて開始され、コントラスト評価値が次第に増加していって、減少に転じたところでスキャン方向を反転させることにより、コントラスト評価値がピーク値を取る真の合焦位置Ｐ４にフォーカス位置を調整することができる（ステップＳ６）。

こうしてスキャンを行った結果、合焦位置Ｐ４に到達したところで、この処理を終了する。

なお、上述したように被検体距離は画像の明るさの関数で表されるために、明るさ調整部２５が画像の明るさを所定の明るさに自動調整しない場合であっても、補助ＡＦ部２７は画像の明るさに基づいて仮合焦位置を推定することが可能である。従って、補助ＡＦ部２７による仮合焦位置の推定は、画像が所定の明るさになったときの明るさ制御条件を用いることに限定されるものではない。

このように、本実施形態の撮像システムが観察対象としている暗所にある被検体の場合には、画像の明るさと被検体距離とに関係性が生じるために、補助ＡＦ部２７は、この関係性を利用した明るさＡＦともいうべきＡＦを行うものとなっている。

このような実施形態１によれば、コントラストＡＦを行う前に補助ＡＦ（明るさＡＦ）を行うことにより仮合焦位置を検出し、検出した仮合焦位置に基づいてコントラストＡＦにおけるスキャン範囲やスキャン開始位置を決定している。ここに、決定したスキャン範囲は、全スキャン範囲よりも狭いために、コントラストＡＦにおいて合焦に至るまでの時間を短縮することができる。そして、最終的な合焦位置はコントラストＡＦにより求めているために、高精度の合焦検出が可能となる。

また、コントラストＡＦを行う前の補助ＡＦとして撮像部１２から取得した画像に基づく明るさＡＦを用いているために、例えば補助ＡＦとして位相差ＡＦを用いる場合のような位相差ＡＦセンサ等の他の構成が不要であり、小型化や細径化が求められる内視鏡等の分野に適している利点がある。

こうして、暗所にある被検体（大きさや形状を問わない任意の被検体）に対して、コントラストＡＦで合焦に至るまでの時間を短縮することが可能となる。

ところで、結像光学系１１が、フォーカスレンズおよびズームレンズを備えた、フォーカス位置およびズーム位置可変な光学系である場合には、フォーカス位置をニアー（近）側へ移動させるためのスイッチ、フォーカス位置をファー（遠）側へ移動させるためのスイッチ、ズーム位置をテレ（望遠）側へ移動させるためのスイッチ、ズーム位置をワイド（広角）側へ移動させるためのスイッチの合計４つのスイッチを、例えば内視鏡１の操作部に設ける構成が従来より採用されている。しかし、この構成ではスイッチの数が多いために、術者にとって操作が煩雑であった。また、撮像システムを使用中に、観察している画像だけからでは、現在の画像のフォーカス状態やズーム状態を把握し難く、使い勝手に向上の余地があった。

そこで、これら４つのスイッチを１つのスイッチとして兼用する構成について、図４〜図９を参照して説明する。

まず、図４は、フォーカス・ズーム兼用スイッチを備える撮像システムの構成を示す図である。

撮像システムは、内視鏡１と、ビデオプロセッサ２とを備えると共に、さらに、操作部４と、モニタ５とを備えており、例えば内視鏡システムとして構成されたものとなっている。ここに、図４には示さないが、光源装置３もさらに備えているものとする。

内視鏡１の結像光学系１１は、フォーカスレンズ１１ａと、ズームレンズ１１ｂと、を備えている。フォーカスレンズ１１ａはアクチュエータ１３ａにより、ズームレンズ１１ｂはアクチュエータ１３ｂにより、それぞれ駆動されるようになっている。また、フォーカスレンズ１１ａの駆動位置、ひいてはフォーカス位置は位置検出部１３ｃにより、ズームレンズ１１ｂの駆動位置、ひいてはズーム位置は位置検出部１３ｄにより、それぞれ検出される。ここに、位置検出部１３ｃ，１３ｄによるレンズ位置検出は、位置センサを用いる方法、アクチュエータ抵抗値を検出する方法、駆動パルス数のカウント値に基づく方法、など各種の方法を適宜採用することができる。

内視鏡１の例えば操作部には、フォーカス操作とズーム操作とを兼用するフォーカス・ズーム兼用スイッチであるスイッチ１５が設けられている。このスイッチ１５は、例えば、押圧操作式の押しボタンスイッチとして構成されている。

位置検出部１３ｃにより検出されたフォーカス位置の情報、位置検出部１３ｄにより検出されたズーム位置の情報、および、スイッチ１５からのスイッチ操作の情報は、内視鏡１の例えば操作部内に設けられたスコープ情報送受信部１６を介して、ビデオプロセッサ２の制御部２４へ送信されるようになっている。

一方、ビデオプロセッサ２には、制御部２４に加えて、フォーカス駆動部２８およびズーム駆動部２９が設けられている。

フォーカス駆動部２８は、フォーカス位置およびスイッチ操作の情報を得た制御部２４の制御に基づいて、アクチュエータ１３ａを駆動しフォーカスレンズ１１ａを光軸方向に移動させ、フォーカス位置調整を行う。

ズーム駆動部２９は、ズーム位置およびスイッチ操作の情報を得た制御部２４の制御に基づいて、アクチュエータ１３ｂを駆動しズームレンズ１１ｂを光軸方向に移動させ、ズーム位置調整を行う。

また、操作部４は、制御部２４と接続されていて、スイッチ１５に係る優先モードの設定や、その他の各種操作入力を行うことができるように構成されている。ここに、スイッチ１５に係る優先モードとしては、電源投入直後やスイッチ機能リセット後などの初期時のスイッチ１５の機能として、フォーカス機能が優先されるフォーカス優先モードと、ズーム機能が優先されるズーム優先モードと、がある。また、本構成例のフォーカス機能は、フォーカス位置を連続的に変化させ得るシームレス動作と、フォーカス位置をニアーとノーマル（ニアーよりもファー側のあるフォーカス位置）との２点のみ切り換えるいわゆる２焦点切替と、を選択し得るようになっており、このフォーカス機能の選択も操作部４により行われる。

制御部２４は、さらにモニタ５に接続されている。モニタ５は、内視鏡１から取得された画像を表示すると共に、制御部２４の制御により、優先モード、フォーカス位置、およびズーム位置の各情報をさらに表示するようになっている。

ここで図５は、モニタ５の表示例を示す図である。

モニタ５の画面５ａには、例えば中央部に内視鏡画像５１が表示されている。

また、画面５ａの例えば左上部には、フォーカス優先モード表示５２ａと、ズーム優先モード表示５２ｂと、を含む優先モード表示５２が表示されていて、この図５に示す例においては、フォーカス優先モード表示５２ａがハイライト表示され、スイッチ１５が現在、フォーカス優先モードに設定されていることが示されている。

さらに、画面５ａの例えば右上部には、ノーマルフォーカス位置表示５３ａと、ニアーフォーカス位置表示５３ｂと、を含むフォーカス位置表示５３が表示されていて、この図５に示す例においては、ニアーフォーカス位置表示５３ｂがハイライト表示され、フォーカスレンズ１１ａが現在、ニアーフォーカス位置にあることが示されている。

加えて、画面５ａの例えば下辺部には、ズーム位置バー５４ａと、ワイド位置表示５４ｂと、テレ位置表示５４ｃと、指標５４ｄと、ワイド方向表示５４ｅと、テレ方向表示５４ｆと、を含むズーム位置表示５４が表示されていて、この図５に示す例においては、指標５４ｄがワイド位置表示５４ｂとテレ位置表示５４ｃとの中間ややワイド寄りに表示されて現在のズーム位置を示すと共に、ワイド方向表示５４ｅがハイライト表示されて、ズームレンズ１１ｂが移動する場合の移動方向が現在、ワイド方向となっていることが示されている。

なお、図５に示す表示例においては、フォーカス位置としてノーマルとニアーとの２点のみを取り得るいわゆる２焦点切替である場合を想定しているが、フォーカス位置を連続的に変更し得るシームレス動作の場合には、上述したズーム位置表示５４と同様の表示を行うようにしても構わない。また、表示の態様も、図５に示す例に限定されるものでないことは勿論である。

次に、図６〜図９を参照して、スイッチ１５の操作に応じて、画像のフォーカス状態およびズーム状態がどのように変化するかについて説明する。ここに、図６〜図９においては、図面の長手方向を左右方向として見たときに、左側がワイド側、右側がテレ側、上側がノーマル側、下側がニアー側であるとして、各画像状態図を配置している。

また、本構成例においては、フォーカス状態およびズーム状態に係るスイッチ１５の操作として、実線矢印で示す「短押し」、太実線矢印で示す「長押し」、白抜き矢印で示す「２回連続短押し」があるものとする。さらに、点線矢印で示す「ＣＰＵ処理」（制御部２４の処理）によっても、フォーカス状態およびズーム状態に係る設定が行われるようになっている。

なお、本構成例では、ズームについてはシームレス動作を行うことを前提として説明するが、これに限らず複数の焦点距離を不連続に取り得る構成等であっても構わない。

図６は、フォーカスが２焦点切替であるときのフォーカス優先モードにおける撮像システムの動作を示す図である。

まず、画像状態Ａは、フォーカスがノーマル端、ズームがワイド端の状態、画像状態Ｂは、フォーカスがニアー端、ズームがワイド端の状態、画像状態Ｃは、フォーカスがノーマル端、ズームがテレ端の状態、画像状態Ｄは、フォーカスがニアー端、ズームがテレ端の状態である。これらの内の画像状態Ｃは、この図６に示すような、フォーカスが２焦点切替であるときのフォーカス優先モードにおいては使用されない。

撮像システムの電源をオンすると、初期状態として画像状態Ａに切り替わる。この画像状態Ａは、全景観察に適している。

画像状態Ａにおいて、スイッチ１５を短押しすると、矢印α１に示すように、画像状態Ｂに切り替わる。

また、画像状態Ｂにおいて、スイッチ１５を短押しすると、矢印α２に示すように、画像状態Ａに切り替わる。

一方、画像状態Ａにおいて、スイッチ１５を長押ししても、矢印α３に示すように、画像状態Ａは変化しない。

画像状態Ｂにおいて、スイッチ１５を長押しすると、矢印α４に示すように、スイッチ１５の機能がズーム状態をテレ方向に変化させるズームテレ方向の機能に切り替わる。

そして、矢印α５に示すように、スイッチ１５の機能がズームテレ方向である場合には、スイッチ１５を長押しする間はズーム状態がテレ方向に変化する。ただし、テレ方向へのズーム状態の変化は、画像状態Ｄに達したところでテレ端となるために、それ以上は進行しない。

画像状態Ｄ、または画像状態Ｂと画像状態Ｄとの間の状態において、矢印α６に示すように、スイッチ１５の機能がズーム状態をワイド方向に変化させるズームワイド方向の機能である場合には、スイッチ１５を長押しする間はズーム状態がワイド方向に変化する。

スイッチ１５の機能がズームテレ方向またはズームワイド方向である場合には、スイッチ１５を短押しすると、矢印α７に示すように、ズーム方向が切り替わる。

すなわち、矢印α８に示すように、スイッチ１５の機能は、ズームテレ方向であるときにスイッチ１５を短押しするとズームワイド方向に切り替わり、ズームワイド方向であるときにスイッチ１５を短押しするとズームテレ方向に切り替わる。

矢印α６に示す操作によってズーム状態がワイド方向へ変化した結果、画像状態Ｂに達した場合には、矢印α９に示すように、ＣＰＵ内処理によって、スイッチ１５がズームスイッチとして機能するのを無効にされ、すなわち、フォーカススイッチとして機能する状態となる。

また、画像状態Ｂ、画像状態Ｂと画像状態Ｄとの間の状態、画像状態Ｄの何れにある場合であっても、白抜き矢印で示す「２回連続短押し」の操作がスイッチ１５で行われると、画像状態Ａに戻る。従って、電源投入時と同様の全景観察を、簡単な操作で素早く行うことができる。画像状態Ａに戻ったときには、矢印α１０に示すように、ＣＰＵ内処理によって、スイッチ１５がズームスイッチとして機能するのを無効にされ、フォーカススイッチとして機能する状態となる。

図７は、フォーカスがシームレス動作であるときのフォーカス優先モードにおける撮像システムの動作を示す図である。

まず、画像状態Ａ〜Ｃは上述と同様であり、画像状態（Ｂ）はフォーカスがノーマル端とニアー端との間にあり、ズームがワイド端の状態（画像状態Ａと画像状態Ｂとの間の状態）、画像状態（ＢＣ）はフォーカスがノーマル端とニアー端との間にあり、ズームがテレ端の状態である。なお、画像状態Ｃは、この図７に示すような、フォーカスがシームレス動作であるときのフォーカス優先モードにおいても使用されない。

撮像システムの電源をオンすると、初期状態として画像状態Ａに切り替わる。

画像状態Ａ、または画像状態Ａと画像状態Ｂとの間の状態において、スイッチ１５の機能がフォーカス状態をニアー方向に変化させるフォーカスニアー方向の機能である場合に、スイッチ１５を長押しすると、矢印β１に示すように、スイッチ１５を押圧している間はフォーカス状態がニアー方向に変化する。

画像状態Ｂ、または画像状態Ａと画像状態Ｂとの間の状態において、スイッチ１５の機能がフォーカス状態をノーマル方向に変化させるフォーカスノーマル方向の機能である場合に、スイッチ１５を長押しすると、矢印β２に示すように、スイッチ１５を押圧している間はフォーカス状態がノーマル方向に変化する。

スイッチ１５の機能がフォーカスニアー方向またはフォーカスノーマル方向である場合には、スイッチ１５を短押しすると、矢印β３に示すように、フォーカス方向が切り替わる。

すなわち、矢印β４に示すように、スイッチ１５の機能は、フォーカスニアー方向であるときにスイッチ１５を短押しするとフォーカスノーマル方向に切り替わり、フォーカスノーマル方向であるときにスイッチ１５を短押しするとフォーカスニアー方向に切り替わる。

そして、矢印β４で示す操作を連続２往復繰り返すと、ＣＰＵ内処理によって、矢印β５に示すように、フォーカス状態が固定される。

画像状態（Ｂ）または画像状態Ｂとなったときに、ＣＰＵ内処理によって、矢印β６に示すように、スイッチ１５がズームスイッチとして機能するのを無効にされる。

そして、画像状態（Ｂ）において、スイッチ１５を長押しすると、矢印β７に示すように、スイッチ１５の機能がズームテレ方向に切り替わり、テレ方向へのズームが開始される。

矢印β８に示すように、スイッチ１５の機能がズームテレ方向である場合には、スイッチ１５を長押しする間はズーム状態がテレ方向に変化する。ただし、テレ方向へのズーム状態の変化は、画像状態（ＢＣ）に達したところでテレ端となるために、それ以上は進行しない。

画像状態（ＢＣ）、または画像状態（Ｂ）と画像状態（ＢＣ）との間の状態において、矢印β９に示すように、スイッチ１５の機能がズームワイド方向である場合には、スイッチ１５を長押しする間はズーム状態がワイド方向に変化する。

スイッチ１５の機能がズームテレ方向またはズームワイド方向である場合には、スイッチ１５を短押しすると、矢印β１０に示すように、ズーム方向が切り替わる。

すなわち、矢印β１１に示すように、スイッチ１５の機能は、ズームテレ方向であるときにスイッチ１５を短押しするとズームワイド方向に切り替わり、ズームワイド方向であるときにスイッチ１５を短押しするとズームテレ方向に切り替わる。

また、画像状態Ｂ、画像状態（Ｂ）、画像状態（ＢＣ）、画像状態（Ｂ）と画像状態（ＢＣ）との間の状態の何れにある場合であっても、白抜き矢印で示す「２回連続短押し」の操作がスイッチ１５で行われると、画像状態Ａに戻る。画像状態Ａに戻ったときには、矢印β１２に示すように、ＣＰＵ内処理によって、スイッチ１５がズームスイッチとして機能するのを無効にされ、フォーカス状態の固定が解除され、スイッチ１５がフォーカススイッチとして機能する状態となって、フォーカススイッチ機能がフォーカスニアー方向に設定される。

図８は、フォーカスが２焦点切替であるときのズーム優先モードにおける撮像システムの動作を示す図である。

まず、画像状態Ａ〜Ｃは上述と同様であり、画像状態（Ｃ）はフォーカスがノーマル端にあり、ズームがワイド端とテレ端との間の状態（画像状態Ａと画像状態Ｃとの間の状態）、画像状態（ＣＢ）はフォーカスがニアー端にあり、ズームがワイド端とテレ端との間の状態である。なお、画像状態Ｂは、この図８に示すような、フォーカスが２焦点切替であるときのズーム優先モードにおいては使用されない。

撮像システムの電源をオンすると、初期状態として画像状態Ａに切り替わる。

画像状態Ａ、または画像状態Ａと画像状態Ｃとの間の状態において、スイッチ１５の機能がズームテレ方向である場合に、スイッチ１５を長押しすると、矢印γ１に示すように、スイッチ１５を押圧している間はズーム状態がテレ方向に変化する。

画像状態Ｃ、または画像状態Ａと画像状態Ｃとの間の状態において、スイッチ１５の機能がズームワイド方向である場合に、スイッチ１５を長押しすると、矢印γ２に示すように、スイッチ１５を押圧している間はズーム状態がワイド方向に変化する。

スイッチ１５の機能がズームテレ方向またはズームワイド方向である場合には、スイッチ１５を短押しすると、矢印γ３に示すように、フォーカス方向が切り替わる。

すなわち、矢印γ４に示すように、スイッチ１５の機能は、ズームテレ方向であるときにスイッチ１５を短押しするとズームワイド方向に切り替わり、ズームワイド方向であるときにスイッチ１５を短押しするとズームテレ方向に切り替わる。

そして、矢印γ４で示す操作を連続２往復繰り返すと、ＣＰＵ内処理によって、矢印γ５に示すように、ズーム状態が固定される。

また、ズーム状態が固定されているときのフォーカスがノーマル端にある画像状態（Ｃ）においては、矢印γ６に示すようにスイッチ１５を長押しした場合、あるいは矢印γ７に示すようにスイッチ１５を短押しした場合の何れにおいても、フォーカスがニアー端に切り替わる。

一方、ズーム状態が固定されているときのフォーカスがニアー端にある画像状態（ＣＢ）においては、矢印γ８に示すようにスイッチ１５を長押しした場合、あるいは矢印γ９に示すようにスイッチ１５を短押しした場合の何れにおいても、フォーカスがノーマル端に切り替わる。

画像状態（Ｃ）、画像状態Ｃ、画像状態（ＣＢ）の何れにある場合であっても、白抜き矢印で示す「２回連続短押し」の操作がスイッチ１５で行われると、画像状態Ａに戻る。画像状態Ａに戻ったときには、矢印γ１０に示すように、ＣＰＵ内処理によって、ズーム状態の固定が解除され、スイッチ１５がズームスイッチとして機能する状態となって、ズームスイッチ機能がズームテレ方向に設定される。なお、ＣＰＵ内処理によってズーム状態が一旦固定されると、「２回連続短押し」の操作を行うことによってのみ、ズーム状態の固定が解除される。

従って、ズーム優先モードの場合には、概略、内視鏡１による観察を行う初期の段階で画角を決定したら、決定以降は画角を変更しない使い方を採用している。

図９は、フォーカスがシームレス動作であるときのズーム優先モードにおける撮像システムの動作を示す図である。

まず、画像状態Ａ〜Ｃ，（Ｃ），（ＣＢ）は上述と同様である。なお、画像状態Ｂは、この図９に示すような、フォーカスがシームレス動作であるときのズーム優先モードにおいても使用されない。

撮像システムの電源をオンすると、初期状態として画像状態Ａに切り替わる。

画像状態Ａ、または画像状態Ａと画像状態Ｃとの間の状態において、スイッチ１５の機能がズームテレ方向である場合に、スイッチ１５を長押しすると、矢印δ１に示すように、スイッチ１５を押圧している間はズーム状態がテレ方向に変化する。

画像状態Ｃ、または画像状態Ａと画像状態Ｃとの間の状態において、スイッチ１５の機能がズームワイド方向である場合に、スイッチ１５を長押しすると、矢印δ２に示すように、スイッチ１５を押圧している間はズーム状態がワイド方向に変化する。

スイッチ１５の機能がズームテレ方向またはズームワイド方向である場合には、スイッチ１５を短押しすると、矢印δ３に示すように、フォーカス方向が切り替わる。

すなわち、矢印δ４に示すように、スイッチ１５の機能は、ズームテレ方向であるときにスイッチ１５を短押しするとズームワイド方向に切り替わり、ズームワイド方向であるときにスイッチ１５を短押しするとズームテレ方向に切り替わる。

そして、矢印δ４で示す操作を連続２往復繰り返すと、ＣＰＵ内処理によって、矢印δ５に示すように、ズーム状態が固定される。

また、ズーム状態が固定されているときのフォーカススイッチ機能がフォーカスニアー方向である場合には、矢印δ６に示すようにスイッチ１５を長押しすると、フォーカス状態がニアー方向に変化する。

一方、ズーム状態が固定されているときのフォーカススイッチ機能がフォーカスノーマル方向である場合には、矢印δ７に示すようにスイッチ１５を長押しすると、フォーカス状態がノーマル方向に変化する。

スイッチ１５の機能がフォーカスニアー方向またはフォーカスノーマル方向である場合には、スイッチ１５を短押しすると、矢印δ８に示すように、フォーカス方向が切り替わる。

すなわち、矢印δ９に示すように、スイッチ１５の機能は、フォーカスニアー方向であるときにスイッチ１５を短押しするとフォーカスノーマル方向に切り替わり、フォーカスノーマル方向であるときにスイッチ１５を短押しするとフォーカスニアー方向に切り替わる。

画像状態（Ｃ）、画像状態Ｃ、画像状態（Ｃ）と画像状態（ＣＢ）との間の状態、画像状態（ＣＢ）の何れにある場合であっても、白抜き矢印で示す「２回連続短押し」の操作がスイッチ１５で行われると、画像状態Ａに戻る。画像状態Ａに戻ったときには、矢印δ１０に示すように、ＣＰＵ内処理によって、ズーム状態の固定が解除され、スイッチ１５がズームスイッチとして機能する状態となって、ズームスイッチ機能がズームテレ方向に設定される。また、フォーカススイッチ機能はニアー方向に設定される。なお、ＣＰＵ内処理によってズーム状態が一旦固定されると、「２回連続短押し」の操作を行うことによってのみ、ズーム状態の固定が解除される。

従って、図８と同様に、ズーム優先モードの場合には、概略、内視鏡１による観察を行う初期の段階で画角を決定したら、決定以降は画角を変更しない使い方を採用している。

なお、スイッチ１５が押圧力等を検出できるタイプのものである場合には、上述におけるスイッチ１５の長押し／短押しの操作に替えて、例えば、スイッチ１５の強押し／弱押しの操作を採用しても良い。

図４〜図９に示した構成を採用することにより、従来は４つのスイッチにより行っていた操作を１つのスイッチにより行うことができるために、複数のスイッチを操作する煩雑さを解消して、内視鏡１の操作性を向上することができる。

また、スイッチの数が少なくなることにより、内視鏡１の小型化に寄与することができる。

さらに、電源投入時には自動的にフォーカスがノーマル端、ズームがワイド端に設定されるために、別途の操作を要することなく、全景観察を行うことができる。

そして、スイッチ１５の２回連続短押しという簡単な操作を行うだけで、電源投入時と同様の全景観察を素早く行うことができる。

加えて、モニタ５に優先モード表示５２が表示されるようにしたために、スイッチ１５の状態を把握することができる。さらに、モニタ５にフォーカス位置表示５３が表示されるようにしたために、フォーカス状態を常に把握することができる。加えて、モニタ５にズーム位置表示５４が表示されるようにしたために、ズーム状態を常に把握することができる。こうして術者は、観察時の内視鏡１の状態を容易に把握することが可能となる。

なお、上述では主として撮像システムについて説明したが、撮像システムの作動方法であっても良いし、コンピュータに撮像システムの作動方法を実行させるための処理プログラム、該処理プログラムを記録するコンピュータにより読み取り可能な一時的でない記録媒体、等であっても構わない。

なお、本発明は上述した実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明の態様を形成することができる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても良い。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせても良い。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ことは勿論である。

本出願は、２０１３年１０月３１日に日本国に出願された特願２０１３−２２７２５３号を優先権主張の基礎として出願するものであり、上記の開示内容は、本願明細書、請求の範囲、図面に引用されたものとする。

Claims (5)

1. 被検体に対して照明光を照射する光源と、
   前記光源により照射された照明光のうち前記被検体から反射された反射光の光学像を結像する結像光学系と、
   前記結像光学系の一部であるフォーカスレンズを所定の可動範囲内で駆動する駆動部と、
   前記結像光学系により結像された前記光学像を撮像して画像信号を出力する撮像部と、
   前記撮像部から出力される画像信号を増幅率に応じて信号増幅する増幅部と、
   前記画像信号が表す画像の明るさを検出する明るさ検出部と、
   前記明るさ検出部により検出される前記画像の明るさが変化した場合に、前記画像の明るさが所定の明るさとなるように、前記光源による光量条件と、前記撮像部による撮像条件と、前記増幅部の増幅率と、の内の少なくとも１つのパラメータを制御するための明るさ制御条件を調整する明るさ調整部と、
   前記明るさ調整部により調整された前記明るさ制御条件に基づいて前記光学像の仮合焦位置を推定する補助オートフォーカス部と、
   前記仮合焦位置を含み前記所定の可動範囲よりも狭い範囲を、コントラストオートフォーカスのスキャン範囲として設定する制御部と、
   前記スキャン範囲内で、前記駆動部に対して前記フォーカスレンズを駆動させてコントラストオートフォーカスを行わせるコントラストオートフォーカス部と、
   を具備したことを特徴とする内視鏡用の撮像システム。
2. 前記光源は、前記照明光の光量を制御するための光量絞りを有し、
   前記光量条件は、前記光量絞りの絞り値であることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡用の撮像システム。
3. 前記光源は、パルス幅制御により前記照明光の光量を制御するように構成されており、
   前記光量条件は、前記パルス幅制御におけるパルス幅であることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡用の撮像システム。
4. 前記撮像部は、前記撮像条件として露光時間を可変とするように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡用の撮像システム。
5. 光源が、被検体に対して照明光を照射するステップと、
   前記光源により照射された照明光のうち前記被検体から反射された反射光の光学像を結像する結像光学系の一部であるフォーカスレンズを、駆動部が所定の可動範囲内で駆動するステップと、
   撮像部が、前記結像光学系により結像された前記光学像を撮像して画像信号を出力するステップと、
   増幅部が、前記撮像部から出力される画像信号を増幅率に応じて信号増幅するステップと、
   明るさ検出部が、前記画像信号が表す画像の明るさを検出するステップと、
   明るさ調整部が、前記明るさ検出部により検出される前記画像の明るさが変化した場合に、前記画像の明るさが所定の明るさとなるように、前記光源による光量条件と、前記撮像部による撮像条件と、前記増幅部の増幅率と、の内の少なくとも１つのパラメータを制御するための明るさ制御条件を調整するステップと、
   補助オートフォーカス部が、前記明るさ調整部により調整された前記明るさ制御条件に基づいて前記光学像の仮合焦位置を推定するステップと、
   制御部が、前記仮合焦位置を含み前記所定の可動範囲よりも狭い範囲を、コントラストオートフォーカスのスキャン範囲として設定するステップと、
   コントラストオートフォーカス部が、前記スキャン範囲内で、前記駆動部に対して前記フォーカスレンズを駆動させてコントラストオートフォーカスを行わせるステップと、
   を有する内視鏡用の撮像システムの作動方法。

Images