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WO2013058145A1 - 撮像装置、内視鏡装置及び撮像装置の制御方法 - Google Patents

撮像装置、内視鏡装置及び撮像装置の制御方法 Download PDF

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WO2013058145A1
WO2013058145A1 PCT/JP2012/076172 JP2012076172W WO2013058145A1 WO 2013058145 A1 WO2013058145 A1 WO 2013058145A1 JP 2012076172 W JP2012076172 W JP 2012076172W WO 2013058145 A1 WO2013058145 A1 WO 2013058145A1
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lens
movable lens
phase
movement amount
unit
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PCT/JP2012/076172
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Inventor
浩一郎 吉野
Original Assignee
オリンパス株式会社
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Publication date
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    • G02B7/28—Systems for automatic generation of focusing signals
    • G02B7/34—Systems for automatic generation of focusing signals using different areas in a pupil plane

Definitions

  • the present invention relates to an imaging apparatus, an endoscope apparatus, a control method of an imaging apparatus, and the like.
  • the angle of view of the objective lens is adjusted by moving the movable lens, and in the wide angle (hereinafter, WIDE) side, the entire digestive tract to be a subject is observed (normal observation), and in the telephoto (hereinafter, TELE) side
  • WIDE wide angle
  • TELE telephoto
  • the best subject distance is the distance from the tip of the objective lens to the subject when the image position of the subject coincides with the imaging surface of the imaging device.
  • the width of the depth of field on the TELE side may be 1 mm or less (including the value thereof), and it is difficult for the user to focus on the subject It has become to.
  • Patent Document 1 an autofocus function that evaluates a focusing state by calculating a contrast value (an evaluation value indicating a degree of focusing of the image) from high frequency components of the image.
  • An endoscope system provided with (Contrast AF) has been proposed.
  • the focus direction is detected by slightly oscillating (wobbling) the focus lens to calculate the contrast value, and the focus lens is controlled so that the focus position moves in the focus direction.
  • a video camera provided with a function (continuous AF) to keep in focus while following an object in a moving image by periodically performing an operation.
  • JP 2004-294788 A Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-239579
  • the movable lens is regarded as a focus lens and is wobbled. It is difficult.
  • a zoom lens mainly adjusting the optical magnification and a focus position of the optical system for example, a focused object position which is a position of an object in a focused state
  • a configuration is conceivable in which an optical system provided with focus lenses to be adjusted is adopted, and these are independently controlled.
  • the number of components of the imaging unit, such as a lens and an actuator for moving the lens increases, so that the size of the imaging unit increases and the cost also increases.
  • focusing operation is performed by performing focusing control based on phase information from a phase sensor in an imaging optical system in which the in-focus object distance is changed along with the change of the angle of view. It is possible to provide an imaging device, an endoscope device, a control method of the imaging device, and the like that suppress flicker or the like of an image acquired at the same time.
  • One aspect of the present invention is acquisition for acquiring phase information from an imaging optical system including a movable lens that simultaneously adjusts the angle of view and the in-focus object distance, an imaging element, a plurality of phase sensors, and the plurality of phase sensors Unit, a lens control unit that controls the position of the movable lens, and a phase difference based on the phase information acquired by And a movement amount calculation unit that calculates the movement amount of the movable lens necessary to realize the in-focus state, and the lens control unit calculates the movement amount based on the movement amount calculated by the movement amount calculation unit.
  • the present invention relates to an imaging device that controls the position of the movable lens.
  • the movement amount of the movable lens is calculated based on phase information from the phase sensor
  • the position of the movable lens is controlled based on the amount of movement. Therefore, since the imaging optical system having a simple configuration is used, the apparatus can be miniaturized, and it is possible to suppress the flicker of the image which may occur at the time of focusing operation using information other than the phase information in the imaging optical system. Become.
  • Another aspect of the present invention is to acquire phase information from an imaging optical system including a movable lens that simultaneously adjusts the angle of view and the in-focus object distance, an imaging element, a plurality of phase sensors, and the plurality of phase sensors.
  • a movement amount calculation unit that calculates the movement amount of the movable lens necessary to realize the in-focus state, and the lens control unit calculates the movement amount based on the movement amount calculated by the movement amount calculation unit.
  • the present invention relates to an endoscope apparatus that controls the position of the movable lens.
  • Another aspect of the present invention acquires phase information from a plurality of phase sensors, and based on a phase difference based on the acquired phase information, a focusing state of an image on an imaging element by a light beam passing through the imaging optical system
  • the moving amount of the movable lens necessary for realizing the above is calculated, the position of the movable lens is controlled based on the calculated moving amount, and the movable lens is included in the imaging optical system, and the angle of view
  • the present invention relates to a control method of an image pickup apparatus which controls a lens for simultaneously adjusting a focused subject distance.
  • FIG. 1 is a structural example of an imaging device of 1st Embodiment, and an endoscope apparatus containing the same.
  • FIG. 2 is a structural example of the imaging device of 2nd Embodiment, and an endoscope apparatus containing the same.
  • FIG. 3 is a structural example of the imaging device of 3rd Embodiment, and an endoscope apparatus containing it.
  • FIG. 4 is a configuration example of a lens control unit according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a structural example of the lens control part of 2nd Embodiment.
  • FIG. 6 is a configuration example of a lens control unit of the third embodiment.
  • FIG. 7 is a relationship diagram of the movable lens position, the best subject distance, and the depth of field range in the fixed focus mode.
  • FIG. 8 shows an example of the configuration of the operation unit.
  • FIG. 9 is a configuration example of an imaging optical system.
  • FIG. 10 shows a configuration example of an imaging device in the case where a phase sensor is provided on the imaging device.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining light rays passing through divided pupils and respective parameters.
  • FIG. 12 shows an example of a data structure that associates movable lens position with parameters.
  • FIG. 13 is another example of the data structure which associates the movable lens position with the parameter.
  • the 1-unit driving lens is a lens configuration that simultaneously adjusts the magnification (field angle) and the focus (best subject distance) by driving one lens group.
  • the two-unit drive lens has a lens unit (zoom lens unit) for adjusting the magnification and a lens unit (focus lens unit) for adjusting the focus, and has a lens configuration for adjusting magnification and focus independently.
  • the degree of freedom of control is higher in the two-group drive lens, but since the single-group drive lens has a simple configuration, it has the advantages of being able to be miniaturized and of reducing cost. Therefore, in the endoscope system, it is assumed that a first drive lens is used, and in the present embodiment, the first drive lens is also assumed.
  • the present applicant proposes a method of performing AF using phase information from a phase sensor in an imaging apparatus including a one-group driving lens assuming an endoscope system.
  • AF phase difference AF
  • no operation such as wobbling of contrast AF is necessary, so that flicker does not occur in a captured image.
  • the present method is based on phase difference AF
  • contrast AF may be used in combination in a situation where phase difference AF is not effective. At this time, it is determined whether the phase difference AF is effective using the blur index.
  • a method of obtaining a blur index from phase information will be described
  • a method of using a contrast value as the blur index will be described.
  • the endoscope system according to the present embodiment includes a light source unit 100, an imaging unit 200, a processing unit 300, a display unit 400, an external I / F unit 500, and an operation unit 600.
  • the light source unit 100 includes a white light source 110 generating white light and a condenser lens 120 for condensing the white light on the light guide fiber 210.
  • the imaging unit 200 is formed to be elongated and bendable, for example, to allow insertion into a body cavity.
  • the imaging unit 200 includes a light guide fiber 210 for guiding light condensed by the light source unit, and an illumination lens 220 for diffusing the light guided to the tip by the light guide fiber and irradiating the observation target with the light.
  • the imaging device 260 includes photoelectric conversion of the reflected light to generate an image.
  • the objective lens 230 in this embodiment is shown in FIG.
  • the objective lens has a narrow angle of view (the optical magnification increases) when the position of the movable lens 240 is moved from the WIDE end to the TELE end, as in the conventional endoscope system having a zoom function.
  • the best subject distance in a broad sense, the in-focus subject distance is designed to be short.
  • the lens drive unit 250 in the present embodiment is, for example, a voice coil motor (hereinafter, VCM).
  • VCM voice coil motor
  • the imaging device 260 is an imaging device having an imaging unit of Bayer array as shown in FIG. 10, for example, and is configured to include the phase sensors S1 group and the S2 group in a part of the imaging unit. The details of the phase sensors S1 and S2 will be described later.
  • the processing unit 300 includes A / D conversion units 310 and 320, an image processing unit 330, a control unit 340, a movement amount calculation unit 350, and a lens control unit 360.
  • the A / D conversion unit 310 converts an analog image signal output from the imaging device 260 into a digital image signal and outputs the digital image signal to the image processing unit 330.
  • the image processing unit 330 performs image processing such as white balance, interpolation processing (demosaicing processing), color conversion, gradation conversion, noise reduction, etc. on the image signal output from the A / D conversion unit 310, and a display unit
  • the image signal is output to 400.
  • the display unit 400 is, for example, a liquid crystal monitor, and displays an image signal output from the image processing unit 330.
  • the A / D conversion unit 320 converts analog phase signals output from the phase sensor areas S 1 and S 2 installed in a part of the imaging device 260 into digital phase signals and outputs the digital phase signals to the movement amount calculation unit 350.
  • the movement amount calculation unit 350 calculates the movement amount of the movable lens 240 from the phase signal output from the A / D conversion unit 320, and outputs the movement amount to the lens control unit 360. Details of the movement amount calculation unit 350 will be described later.
  • the lens control unit 360 is mutually connected to the operation unit 600 and the lens drive unit 250, and according to the control information output from the operation unit 600, the movable lens 240 is based on the movement amount output from the movement amount calculation unit 350.
  • the position x of the movable lens 240 is, for example, as shown in FIG. 9, based on the rear end of the lens adjacent to the object side with respect to the movable lens among the lenses constituting the objective lens 230, It may be defined as the position of the tip of the movable lens. Details of the operation unit 600 and the lens control unit 360 will be described later.
  • the control unit 340 is bi-directionally connected to the white light source 110, the image processing unit 330, and the external I / F unit 500, and controls these in accordance with input information from the external I / F unit 500.
  • the external I / F unit 500 is an interface for performing input from the user to the endoscope system, etc., and an exposure amount adjustment for adjusting the brightness of the start button and image for performing start / end of photographing It is configured to include a button, an adjustment button for adjusting various other photographing conditions and parameters of image processing, and the like.
  • the pixels S1 and S2 constituting the phase sensors S1 group and S2 group in the present embodiment are, for example, functional pixels described as S1 and S2 in [0074] to [0083] of JP-A-2000-156823, Each has an opening that is offset from the pixel center to the left and right. As a result, the same effect as in the case where the pupil of the objective lens 230 is divided into right and left is obtained. Therefore, image signals from the S1 group and a plurality of image signals from the S2 group arranged in the horizontal direction in FIG.
  • phase signal of the ray It can be regarded as the phase signal of the ray that passed through.
  • the phase signal from the S1 group and the phase signal from the S2 group match, and the image
  • a phase difference occurs between the phase signal from the S1 group and the phase signal from the S2 group.
  • only one set of the phase sensors S1 and S2 may be installed, for example, at the center of the imaging unit, or a plurality of sets may be installed at any place of the imaging unit as needed.
  • FIG. 11 is a diagram showing a ray passing through the divided pupil when the image position is located behind the imaging plane.
  • a ray 1 is a ray passing through a pupil corresponding to the S1 group
  • a ray 2 is a ray passing through a pupil corresponding to the S2 group.
  • S is a vector having positive and negative values, and the direction indicated by the arrow in FIG. 11 is positive.
  • phase difference AF is just to use the technique of well-known phase difference AF for calculation of the phase difference S.
  • F be the distance from the imaging plane to the exit pupil position
  • G be the distance between the centers of gravity of the divided pupils
  • d be the defocus amount.
  • d is a vector having positive and negative values, and the direction indicated by the arrow in FIG. 11 is positive.
  • the defocus amount d can be calculated using the following equation (2) obtained by modifying this.
  • the defocus amount d may be calculated by the method described in [0108] or [0110] of the aforementioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-156823.
  • the movement amount calculation unit 350 in the present embodiment uses the defocus amount d calculated by the above equation (2) for the phase signals sequentially output from the phase difference sensors S1 and S2 in the same cycle as the image signal.
  • the moving amount of the movable lens 240 necessary to realize the in-focus state is calculated, and the calculated moving amount is sequentially output to the lens control unit 360.
  • the ratio R of the movement amount of the movable lens 240 to the movement amount of the image position is previously calculated from design data of the objective lens 230 by the following equation (3).
  • the movement amount D may be calculated.
  • R moving amount of movable lens / moving amount of image position (3)
  • D -R ⁇ d (4) If, for example, the value of the ratio R of the movement amount of the movable lens 240 to the movement amount of the image position changes depending on the position x of the movable lens 240, the position xn of the movable lens and the corresponding Rn value are shown in FIG.
  • the Rn corresponding to the position x n of the movable lens 240 at the timing when the phase signal is output from the phase sensors S1 and S2 is prepared in advance as an LUT (look-up table) as shown in FIG.
  • the movement amount D can be calculated by using it as R.
  • the movement amount D can be calculated by using the calculated dn and Rn corresponding to the position xn of the movable lens 240 as d and R in the above equation (4).
  • the parameters shown in the table in FIG. 13 it is needless to say that it is not necessary to take into consideration those whose change due to the position of the movable lens 240 is negligible.
  • the parameters for calculating the amount of movement which are not described here, when the change due to the position of the movable lens 240 is large, the parameters may be added to the LUT as in the above-described parameters.
  • the movement amount calculation unit 350 may calculate the movement amount and output the movement amount for all of the phase signals sequentially output from, for example, the phase sensors S1 and S2.
  • the movement amount may be calculated and output after sampling. In the latter case, the movement amount is output from the movement amount calculation unit 350 at a cycle longer than that of outputting the image signal.
  • the operation unit 600 is configured integrally with, for example, the imaging unit 200, and includes a zoom lever 610 and an AF button 620.
  • the zoom lever 610 can operate, for example, continuously in a certain range, and the user can adjust the position of the movable lens 240 continuously from the WIDE end to the TELE end by moving the zoom lever 610. it can.
  • the operation unit 600 outputs the position information of the zoom lever 610 to the lens control unit 360.
  • the lens control unit 360 associates positional information of the zoom lever 610 with positional information of the movable lens 240 using a preset look-up table or the like, and outputs positional information of the movable lens 240 to the lens driving unit 250.
  • the lens driving unit 250 drives the movable lens 240 based on the position information output from the lens control unit 360.
  • the operation unit 600 alternately outputs an AF start / end signal to the lens control unit 360 each time the AF button 620 is pressed.
  • FIG. 4 shows an example of the lens control unit 360 in the present embodiment.
  • the lens control unit 360 includes an observation mode determination unit 361 and a lens position determination unit 362.
  • the observation mode determination unit 361 determines the observation mode based on the AF start / end information output from the operation unit 600, and outputs the observation mode information to the lens position determination unit 362. Specifically, the observation mode determination unit 361 selects the fixed focus mode when the AF start signal is not output from the operation unit 600, and the AF start signal is output from the operation unit 600. Choose a mode.
  • the lens position determination unit 362 outputs, to the lens drive unit 250, position information of the movable lens 240 associated with the above-described position information of the zoom lever 610. .
  • the lens drive unit 250 adjusts the position of the movable lens 240 based on the output position information.
  • FIG. 7 shows the position of the movable lens 240, the best subject distance corresponding thereto, and the depth of field range when the fixed focus mode is selected in the present embodiment.
  • the zoom lens when the fixed focus mode is selected, the zoom lens is operated to achieve the same best subject distance and depth of field as in the conventional endoscope system having a zoom function. Control the position.
  • the lens position determination unit 362 calculates position information after movement of the movable lens 240 based on the movement amount output from the movement amount calculation unit 350, It outputs to the lens drive unit 250.
  • the lens drive unit 250 adjusts the position of the movable lens 240 based on the output position information.
  • the lens position determination unit 362 may end the AF operation, for example, when the focusing operation is performed only once, or continues the AF operation until the observation mode determination unit 361 outputs the AF end signal. It is also good.
  • the lens position determination unit 362 may sequentially output the position information of the movable lens 240 corresponding to the movement amount periodically output from the movement amount calculation unit 350 to the lens driving unit 250.
  • the lens drive unit 250 adjusts the position of the movable lens 240 based on the position information sequentially output from the lens position determination unit 362.
  • the movement amount calculation unit 350 may sample the phase signal at an arbitrary cycle, and output the movement amount to the lens position determination unit 362 at the cycle after sampling.
  • the endoscope system in the present embodiment can perform the focusing operation at an arbitrary cycle, so that it is possible to follow the subject and keep focusing while suppressing the flickering of the image.
  • the imaging apparatus includes an imaging optical system including a movable lens 240 that simultaneously adjusts the angle of view and the in-focus object distance, an imaging element 260, and a plurality of phase sensors (see FIG. 10, S1 and S2), an acquisition unit (corresponding to the A / D conversion unit 320) for acquiring phase information from the plurality of phase sensors, a lens control unit 360 for controlling the position of the movable lens 240, and an acquisition unit And a movement amount calculation unit 350 that calculates the movement amount of the movable lens 240 necessary for achieving the in-focus state based on the phase difference obtained from the phase information acquired in step b.
  • an imaging optical system including a movable lens 240 that simultaneously adjusts the angle of view and the in-focus object distance, an imaging element 260, and a plurality of phase sensors (see FIG. 10, S1 and S2), an acquisition unit (corresponding to the A / D conversion unit 320) for acquiring phase information from the plurality of phase sensors, a lens control unit 360 for controlling the position of
  • the lens control unit 360 controls the position of the movable lens 240 based on the movement amount calculated by the movement amount calculation unit 350.
  • the in-focus state refers to the in-focus state of the image on the imaging device 260 by the light beam passing through the imaging optical system.
  • the imaging optical system in the present embodiment has, for example, a configuration as shown in FIG. 9, and by adjusting the movable lens 240, the angle of view and the in-focus object distance are simultaneously adjusted.
  • the movable lens 240 is a lens group consisting of one lens or a plurality of lenses, and “adjusting the angle of view and the focusing object distance simultaneously” means that the movable lens
  • the movement indicates that both the angle of view and the in-focus object distance change.
  • the in-focus object distance is the distance from the imaging optical system to the object when the object image formed by the light formed through the imaging optical system in the imaging device 260 is in focus. is there.
  • the in-focus state can be regarded as in-focus state, so that the in-focus object distance has a certain width. become.
  • the in-focus object distance in the present embodiment may be a value having such a width, but in a narrow sense, it is the best object distance, and the light through the imaging optical system is the best object distance. It is assumed that the distance from the imaging optical system to the subject when the area converged on the imaging element 260 is the smallest is represented.
  • contrast AF which is a method widely used in AF
  • a plurality of contrast values are acquired by changing focus in small increments, and a maximum value of the acquired contrast values is obtained.
  • the angle of view changes with a change in focus, and flicker occurs in the acquired image.
  • flickering in the acquired image is suppressed by performing focusing control (phase difference AF) using phase information from the phase sensor.
  • the movement amount calculation unit 350 may calculate the movement amount of the movable lens 240 based on the phase information from the phase sensor and the position of the movable lens 240 at the timing when the phase information is acquired.
  • phase difference AF Focusing control based on phase information is, in a narrow sense, phase difference AF.
  • phase difference AF the pupils are divided, and the displacement of the image from each divided pupil is determined as the phase difference.
  • the pupil is the image of the stop viewed from the outside of the optical system, and in the present embodiment, the exit pupil, which is the pupil viewed from the image side, is mainly considered.
  • the exit pupil which is the pupil viewed from the image side, is mainly considered.
  • the pupil is virtually set based on the optical condition, if the position of the movable lens 240 changes, the position of the pupil may also change. Therefore, in order to appropriately perform focusing control in the present embodiment, it is preferable to use not only phase information but also an optical condition at the time of focusing operation, in particular, the position of the movable lens 240.
  • the movement amount calculation unit 350 may change one or more parameters based on the position of the movable lens 240 at the timing when the phase information is acquired. Then, based on the changed parameters and phase information, the moving amount of the movable lens 240 is calculated. Specifically, at least one of distance information from the image sensor 260 to the pupil position, distance information between the centers of gravity of the divided pupils, and ratio information of the movement amount with respect to the distance from the image sensor 260 to the image position is used as parameters. It is conceivable to use it.
  • the parameter is changed based on the position of the movable lens 240, and the movement amount can be calculated using the parameter.
  • the parameter is data that is required to obtain the movement amount D of the movable lens 240 from the phase information, and in particular, indicates data whose numerical value may change according to the position of the movable lens 240.
  • the shift between the image acquired by the phase sensor group S1 and the image acquired by the phase sensor group S2 is acquired as the phase difference S, and the acquired phase difference S
  • the movement amount D of 240 is to be determined. At this time, in the example shown in FIG.
  • the distance d from the imaging surface to the image position is determined using the distance F from the imaging surface to the exit pupil position and the distance G between the centers of gravity of the pupils.
  • the value R representing the ratio must be obtained.
  • F, G, and R may change in value according to the position of the movable lens 240, it is conceivable to use these as parameters in the present embodiment.
  • F, G, R, etc. may be expressed as a function of the position x of the movable lens 240, or may be held in the form of a look-up table etc. as shown in FIG. Further, the parameters listed here are merely examples, and other parameters may be used to calculate the amount of movement.
  • the imaging optical system may be an optical system in which the angle of view and the in-focus object distance monotonously decrease as the movable lens 240 moves from the wide-angle end to the telephoto end.
  • the acquisition unit may acquire phase information from a phase sensor provided in a part of the pixel array of the imaging device.
  • the lens control unit 360 may control the position of the movable lens 240 in the same cycle as the cycle in which the image information is acquired from the imaging device in the acquisition unit.
  • the position of the movable lens 240 may be controlled in a cycle longer than the cycle in which the image information is acquired from the imaging device in the acquisition unit.
  • the control rate of the position of the movable lens 240 can be made equal to the acquisition rate of the image information, and can also be made lower than the acquisition rate of the image information. Since the phase information is acquired at the same timing as the acquisition timing of the image information, position control of the movable lens 240 at the same cycle as the acquisition cycle on the image is possible. In this case, focusing control is performed at a high rate, so that the possibility of focusing on the subject can be increased. On the other hand, when the acquisition rate of the image information is high or the like, it may be considered that mechanical control in the lens drive unit 250 is difficult even when controlling the position of the movable lens 240 at the same rate.
  • the position of the movable lens 240 may change frequently, which causes flicker in the first-group drive lens.
  • the position of the movable lens 240 may be controlled at a cycle longer than the acquisition cycle of the image information.
  • the lens control unit 360 may perform control to execute continuous AF as control of the position of the movable lens 240.
  • the lens control unit 360 controls the position of the movable lens based on the movement amount calculated by the movement amount calculation unit 350. Good.
  • the movable lens 240 when the movable lens 240 is on the telephoto side with respect to the reference point, position control of the movable lens 240 (that is, focusing control and AF operation) is performed, but the movable lens 240 is relative to the reference point
  • the AF operation may or may not be performed.
  • the depth of field is wider than when the movable lens 240 is at the telephoto side, and it is conceivable that the user can manually adjust the focus. In this case, the AF operation may not be performed.
  • the observation mode determination unit 361 is configured to acquire the position of the movable lens 240, and the lens control unit 360 selects the fixed focus mode when the movable lens 240 is on the wide angle side than the reference point.
  • the lens control unit 360 may perform control such as selecting the AF mode.
  • the AF operation is started by operating the AF button 620 shown in FIG. That is, it was necessary for the user to determine whether to perform the AF operation. If it is possible to determine whether or not to perform the AF operation based on the position of the movable lens 240, the user does not have to make a decision by himself, and there is no need to operate the AF button 620 etc. when performing the AF operation. Can realize a user-friendly system.
  • the reason why the AF operation is performed on the telephoto side is that as the movable lens 240 moves to the telephoto side (as the zoom magnification increases), the depth of field becomes narrower, which makes manual focusing more difficult. . Further, in the lens as shown in FIG. 7, the best subject distance becomes shorter as the movable lens 240 goes to the telephoto side. Since the depth of field is narrowed even when the best subject distance is shortened, manual focusing is further difficult with the lens as shown in FIG. 7, and the advantage of performing the AF operation is increased.
  • an imaging optical system including a movable lens 240 that simultaneously adjusts the angle of view and the in-focus object distance, and an acquisition unit that acquires image information from the imaging element 260 and phase information from the phase sensor ( Moving amount of the movable lens 240 based on the A / D conversion unit 310 and the A / D conversion unit 320, the lens control unit 360 that controls the position of the movable lens 240, and the phase information acquired by the acquiring unit
  • the present invention can also be applied to an endoscope apparatus including a movement amount calculation unit 350 that calculates Then, the lens control unit 360 controls the position of the movable lens 240 based on the movement amount calculated by the movement amount calculation unit 350.
  • the processing unit 300 in the present embodiment includes the A / D conversion units 310 and 320, the image processing unit 330, the control unit 340, the movement amount calculation unit 350, the lens control unit 360, the contrast value calculation unit 370, and the blur.
  • An index calculation unit 380 is provided.
  • the A / D conversion unit 310 converts an analog image signal output from the imaging device 260 into a digital image signal and outputs the digital image signal to the image processing unit 330 and the contrast value calculation unit 370.
  • the contrast value calculation unit 370 detects, for example, a high frequency component of the image signal output from the A / D conversion unit 310, calculates a contrast value, and outputs the contrast value to the lens control unit 360.
  • the A / D conversion unit 320 converts analog phase signals output from the phase sensors S 1 and S 2 installed in a part of the imaging device 260 into digital phase signals, and outputs the digital phase signals to the blur index calculation unit 380.
  • the blur index calculation unit 380 detects, for example, the high frequency component of the phase signal output from the A / D conversion unit 320, calculates the blur index, and outputs the blur index to the lens control unit 360.
  • the blur index is an index that indicates the degree of blur of the phase signal, and the value becomes smaller as the phase signal blurs and the high frequency component decreases.
  • the blur index calculation unit 380 outputs the phase signal output from the A / D conversion unit 320 to the movement amount calculation unit 350 as it is.
  • the other parts are the same as in the first embodiment.
  • the lens control unit 360 in the present embodiment includes an observation mode determination unit 361, a lens position determination unit 362, and an AF mode determination unit 363.
  • the observation mode determination unit 361 determines the observation mode based on the AF start / end information output from the operation unit 600, and outputs the observation mode information to the AF mode determination unit 363. Specifically, as in the first embodiment, when the AF start signal is not output from the operation unit 600, the observation mode determination unit 361 selects the fixed focus mode, and the AF operation is started from the operation unit 600. If a signal is output, select the AF mode.
  • the AF mode determination unit 363 selects the fixed focus mode and outputs it as it is to the lens position determination unit 362.
  • the AF mode determination unit 363 determines the AF mode using the blur index output from the blur index calculation unit 380, and determines the lens position of the AF mode information. It outputs to the part 362. Specifically, for example, the AF mode determination unit 363 selects the contrast AF mode when the blur index output from the blur index calculation unit 380 is equal to or less than the threshold, and selects the phase difference AF mode when the blur index is equal to or more than the threshold.
  • the lens position determination unit 362 performs the same operation as when the fixed focus mode and the AF mode of the first embodiment are selected. Do.
  • the lens position determination unit 362 first moves the movable lens 240 similarly to the known contrast AF technology based on the contrast value output from the contrast value calculation unit 370.
  • the focusing operation is performed by controlling the This is because it is difficult to calculate the phase difference when the degree of blurring of the phase signal is large (the blurring index is small), and by performing such control, it is possible to reliably focus on the subject. .
  • the AF index is calculated by the blur index calculator 380 and the AF mode determiner 363 selects the phase difference AF mode. 362 performs the same operation as in the AF mode of the first embodiment, and it becomes possible to keep focusing while following the subject. As a result, in the present embodiment, it is possible to continue the focusing operation even when the image is greatly blurred at the start of the AF operation or during the AF operation.
  • the imaging apparatus includes the contrast value calculation unit 370 that calculates the contrast value in the image information. Then, the lens control unit 360 can switchably control the phase mode in which the position of the movable lens 240 is controlled based on the phase information and the contrast mode in which the position of the movable lens 240 is controlled based on the contrast value.
  • control of the position of the movable lens 240 using phase information phase mode, in a narrow sense, phase difference AF
  • control of position of the movable lens 240 using a contrast value it is possible to switchably control the contrast AF). That is, the phase mode can be used depending on the situation, and the contrast mode can be used.
  • the contrast mode is not preferable because the image flickers or the like occurs. Thus, it is conceivable to use the contrast mode in situations where the phase mode is not effective and to use the phase mode otherwise.
  • the imaging apparatus may include a blur index calculation unit 380 that calculates a blur index indicating the degree of blur of the image represented by the image information. Then, the lens control unit 360 performs control to switch between the phase mode and the contrast mode based on the blur index.
  • a blur index calculation unit 380 that calculates a blur index indicating the degree of blur of the image represented by the image information. Then, the lens control unit 360 performs control to switch between the phase mode and the contrast mode based on the blur index.
  • phase mode in a narrow sense, phase difference AF
  • a shift a phase difference in a narrow sense of a plurality of images emitted from different exit pupils. That is, as a situation where the phase mode is not effective, specifically, a situation can be considered in which the plurality of images are blurred to such an extent that the shift can not be determined.
  • the signal distribution (signal waveform) has a feature such that the signal value of the phase signal at the phase sensor is large at a certain position and small at a different position
  • the first value of the light emitted from the first exit pupil is The spatial positional deviation between the first image and the second image due to the light emitted from the second exit pupil can be easily determined.
  • the degree of blurring is large, the difference between the upper peak and the lower peak of the signal value becomes smaller, resulting in a flat signal waveform. Even if flat ones are compared with each other, it is difficult to determine how much positional deviation occurs, and in such a situation, it is difficult to perform focusing control using phase information. Therefore, by using the blur index, it is possible to effectively switch between the phase mode and the contrast mode. In a narrow sense, it is conceivable to use the contrast mode when it is determined that the degree of blur is large by the blur index, and to use the phase mode when it is determined that the degree of blur is small.
  • the blur index calculation unit 380 may calculate the blur index based on the phase information output from the phase sensor.
  • phase information also obtains a signal representing the image of the subject, it is possible to determine the degree of blurring based on the signal value. Specifically, as described above, it may be determined whether or not the signal waveform is flat. For example, a high frequency component of phase information may be extracted, and the high frequency component may be used as the blur index.
  • the processing unit 300 in the present embodiment includes A / D conversion units 310 and 320, an image processing unit 330, a control unit 340, a movement amount calculation unit 350, a lens control unit 360, and a contrast value calculation unit 370.
  • the contrast value calculation unit 370 doubles as a blur index calculation unit (corresponding to the blur index calculation unit 380 in FIG. 2). That is, as described later, this embodiment is different from the second embodiment in that the contrast index is used as the blur index instead of the phase information.
  • the A / D conversion unit 310 converts an analog image signal output from the imaging device 260 into a digital image signal and outputs the digital image signal to the image processing unit 330 and the contrast value calculation unit 370.
  • the contrast value calculation unit 370 detects, for example, a high frequency component of the image signal output from the A / D conversion unit 310, calculates a contrast value, and outputs the contrast value to the lens control unit 360.
  • the contrast value is an index that represents the degree of blurring of the image signal, and the value becomes smaller as the image signal is blurred and the high frequency component is reduced.
  • the other parts are the same as in the first embodiment.
  • the lens control unit 360 in the present embodiment includes an observation mode determination unit 361, a lens position determination unit 362, and an AF mode determination unit 363.
  • the observation mode determination unit 361 determines the observation mode based on the AF start / end information output from the operation unit 600, and outputs the observation mode information to the AF mode determination unit 363. Specifically, as in the first embodiment, when the AF start signal is not output from the operation unit 600, the observation mode determination unit 361 selects the fixed focus mode, and the AF operation is started from the operation unit 600. If a signal is output, select the AF mode.
  • the AF mode determination unit 363 selects the fixed focus mode and outputs it as it is to the lens position determination unit 362.
  • the AF mode determination unit 363 uses the contrast value output from the contrast value calculation unit 370 to obtain the AF mode content (contrast AF mode or phase difference AF). Mode is determined, and AF mode information is output to the lens position determination unit 362.
  • the AF mode determination unit 363 selects, for example, the contrast AF mode when the contrast value output from the contrast value calculation unit 370 is equal to or less than the threshold, and selects the phase difference AF mode when it is equal to or more than the threshold.
  • the lens position determination unit 362 performs the same operation as when the fixed focus mode and the AF mode of the first embodiment are selected. Do.
  • the lens position determination unit 362 first moves the movable lens 240 similarly to the known contrast AF technology based on the contrast value output from the contrast value calculation unit 370.
  • the focusing operation is performed by controlling the This is because it is difficult to calculate the phase difference when the degree of blurring of the phase signal is large, and by performing such control, it is possible to reliably focus on the subject.
  • the degree of blurring of the phase signal is determined based on the contrast value in this embodiment.
  • the phase difference AF mode is selected in the AF mode determination unit 363 because the contrast value becomes sufficiently large. Therefore, the lens position determination unit 362 selects the AF of the first embodiment. By performing the same operation as in the mode, it is possible to keep focusing while following the subject. As a result, in the present embodiment, it is possible to continue the focusing operation even when the image is greatly blurred at the start of the AF operation or during the AF operation.
  • the blur index calculation unit (in the present embodiment, the contrast value calculation unit 370 performs processing of the blur index calculation unit as shown in FIG. 3) is calculated by the contrast value calculation unit 370.
  • the blur index is calculated on the basis of the contrast value.
  • the contrast value is obtained from, for example, a high frequency component of the image, and can be used for determination of the degree of focusing. Therefore, the degree of blur can be obtained from the contrast value.
  • the contrast value may be used as it is as a blur index.

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Abstract

　画角の変更に伴い合焦被写体距離が変更される撮像光学系において、位相センサからの位相情報に基づいて合焦制御を行うことで、合焦動作時に取得される画像のちらつき等を抑止する撮像装置、内視鏡装置及び撮像装置の制御方法等を提供する　撮像装置は、画角と合焦被写体距離を同時に調整する可動レンズ２４０を含む撮像光学系と、撮像素子２６０と、複数の位相センサと、複数の位相センサからの位相情報を取得する取得部（Ａ／Ｄ変換部３２０）と、可動レンズ２４０の位置を制御するレンズ制御部３６０と、位相情報に基づく位相差に基づいて、撮像光学系を通った光線による撮像素子上の像の合焦状態を実現するために必要な可動レンズ２４０の移動量を算出する移動量算出部３５０を含み、レンズ制御部３６０は移動量算出部３５０で算出された移動量に基づいて、可動レンズ２４０の位置を制御する。

Description

撮像装置、内視鏡装置及び撮像装置の制御方法
　本発明は、撮像装置、内視鏡装置及び撮像装置の制御方法等に関する。
　従来、可動レンズの移動により対物レンズの画角を調整し、広角（以下、ＷＩＤＥ）側では被写体となる消化管全体の観察（通常観察）を行い、望遠（以下、ＴＥＬＥ）側では消化管の一部を拡大して観察（拡大観察）を行うズーム機能を備えた内視鏡システムが実用化されている。
　一般的にこのようなズーム機能を備えた内視鏡システムでは、可動レンズの移動によりＴＥＬＥ側での画角を小さく（光学倍率を大きく）するだけでなく、焦点位置の調整も同時に行うことでベスト被写体距離を短くし、拡大観察に必要な倍率を実現している場合が多い。ここでベスト被写体距離とは、被写体の像位置が撮像素子の撮像面に一致する場合の、対物レンズ先端から被写体までの距離である。ＴＥＬＥ側でベスト被写体距離を短くすることで、被写体により近接して観察を行うことが可能になるため、拡大観察時の倍率をより大きくすることが可能になる。
　一方、ベスト被写体距離が短くなると、被写体位置の移動による像位置の移動量が大きくなるため、一般的に光学系の被写界深度が狭くなる。このため、近年のズーム機能を備えた内視鏡システムでは、ＴＥＬＥ側の被写界深度の幅が１ｍｍ以下（その値を含む）となる場合もあり、ユーザーが被写体にピントを合わせることが難しくなってきている。
　このような問題を解決するには、例えば特許文献１に示すような、画像の高周波成分からコントラスト値（画像の合焦度合いを示す評価値）を算出して合焦状態を評価するオートフォーカス機能（コントラストＡＦ）を備えた内視鏡システムが提案されている。また、例えば特許文献２では、フォーカスレンズを微小に振動（ウォブリング）させてコントラスト値を算出することで合焦方向を検出し、焦点位置が合焦方向に移動するようにフォーカスレンズを制御するという動作を周期的に行うことで、動画において被写体に追従しながらピントを合わせ続ける機能（コンティニュアスＡＦ）を備えたビデオカメラが提案されている。
特開２００４－２９４７８８号公報 特開平１０－２３９５７９号公報
　内視鏡の拡大観察においては、被写体の拍動等により対物レンズ先端から被写体までの距離（被写体距離）を一定に保つことが難しい。このため、ユーザーがシングルＡＦにより一時的に被写体にピントを合わせても、被写体距離の変動により被写体がボケることでユーザーの観察に支障をきたす。このような不具合を解決するには、前述の特許文献２のようなコンティニュアスＡＦを行うことが望ましいが、特許文献２のようにコントラスト値から合焦方向を検出する場合は、ウォブリング時に画像のちらつきといった違和感のない画像を取得するため、フォーカスレンズの移動による画角の変動をできるだけ抑える必要がある。このため、前述のズーム機能を備えた内視鏡システムのように、可動レンズの移動により画角とベスト被写体距離を同時に調整するような光学系では、可動レンズをフォーカスレンズとみなしてウォブリングさせることは困難である。
　ズーム機能とコンティニュアスＡＦを同時に実現するには、例えば主に光学倍率を調整するズームレンズと、主に光学系の焦点位置（例えば合焦状態における物体の位置である合焦物体位置）を調整するフォーカスレンズをそれぞれ備えた光学系を採用し、これらを独立に制御するといった構成が考えられる。しかしこのような構成においては、レンズやレンズを移動させるためのアクチュエータといった撮像部の構成要素が増加するため、撮像部が大型化すると共にコストも増加するという課題があった。
　本発明の幾つかの態様によれば、画角の変更に伴い合焦被写体距離が変更される撮像光学系において、位相センサからの位相情報に基づいて合焦制御を行うことで、合焦動作時に取得される画像のちらつき等を抑止する撮像装置、内視鏡装置及び撮像装置の制御方法等を提供することができる。
　本発明の一態様は、画角と合焦被写体距離を同時に調整する可動レンズを含む撮像光学系と、撮像素子と、複数の位相センサと、前記複数の位相センサからの位相情報を取得する取得部と、前記可動レンズの位置を制御するレンズ制御部と、前記取得部で取得された前記位相情報に基づく位相差に基づいて、前記撮像光学系を通った光線による前記撮像素子上の像の合焦状態を実現するために必要な前記可動レンズの移動量を算出する移動量算出部と、を含み、前記レンズ制御部は、前記移動量算出部で算出された前記移動量に基づいて、前記可動レンズの位置を制御する撮像装置に関係する。
　本発明の一態様では、可動レンズを移動させることで画角とともに合焦被写体距離も変更される撮像光学系において、位相センサからの位相情報に基づいて、可動レンズの移動量を算出し、算出した移動量に基づいて可動レンズの位置を制御する。よって、簡易な構成の撮像光学系を用いるため装置を小型化でき、且つ当該撮像光学系で位相情報以外の情報を用いた合焦動作時に発生しうる画像のちらつきを抑止すること等が可能になる。
　本発明の他の態様は、画角と合焦被写体距離を同時に調整する可動レンズを含む撮像光学系と、撮像素子と、複数の位相センサと、前記複数の位相センサからの位相情報を取得する取得部と、前記可動レンズの位置を制御するレンズ制御部と、前記取得部で取得された前記位相情報に基づく位相差に基づいて、前記撮像光学系を通った光線による前記撮像素子上の像の合焦状態を実現するために必要な前記可動レンズの移動量を算出する移動量算出部と、を含み、前記レンズ制御部は、前記移動量算出部で算出された前記移動量に基づいて、前記可動レンズの位置を制御する内視鏡装置に関係する。
　本発明の他の態様は、複数の位相センサからの位相情報を取得し、取得した前記位相情報に基づく位相差に基づいて、撮像光学系を通った光線による撮像素子上の像の合焦状態を実現するために必要な可動レンズの移動量を算出し、算出した前記移動量に基づいて、前記可動レンズの位置を制御し、前記可動レンズとして、前記撮像光学系に含まれ、画角と合焦被写体距離を同時に調整するレンズの制御を行う撮像装置の制御方法に関係する。
図１は、第１の実施形態の撮像装置及びそれを含む内視鏡装置の構成例。 図２は、第２の実施形態の撮像装置及びそれを含む内視鏡装置の構成例。 図３は、第３の実施形態の撮像装置及びそれを含む内視鏡装置の構成例。 図４は、第１の実施形態のレンズ制御部の構成例。 図５は、第２の実施形態のレンズ制御部の構成例。 図６は、第３の実施形態のレンズ制御部の構成例。 図７は、固定焦点モード時の、可動レンズ位置、ベスト被写体距離及び被写界深度範囲の関係図。 図８は、操作部の構成例。 図９は、撮像光学系の構成例。 図１０は、撮像素子上に位相センサが設けられる場合の撮像素子の構成例。 図１１は、分割された瞳を通る光線と、各パラメータを説明する図。 図１２は、可動レンズ位置とパラメータを対応付けるデータ構造の例。 図１３は、可動レンズ位置とパラメータを対応付けるデータ構造の他の例。
　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、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
　まず本実施形態の手法について説明する。拡大観察を行う内視鏡システムにおいては、撮像倍率が大きいことに加え、被写体距離が短くなるため被写界深度が非常に狭くなる。被写界深度が非常に狭い状態では、ユーザー（ドクター等）が手動でピント合わせを行うことは困難となることから、１つの解決手法としてオートフォーカス（ＡＦ）を実行することが考えられる。
　撮像光学系の構成としては、１群駆動レンズと２群駆動レンズが考えられる。１群駆動レンズとは、１つのレンズ群を駆動することで倍率（画角）とフォーカス（ベスト被写体距離）を同時に調整するレンズ構成のことである。それに対して、２群駆動レンズとは、倍率を調整するレンズ群（ズームレンズ群）と、フォーカスを調整するレンズ群（フォーカスレンズ群）を備え、倍率とフォーカスを独立に調整するレンズ構成となる。制御の自由度は２群駆動レンズの方が高いが、１群駆動レンズは構成がシンプルなため、小型化が可能でありコストを抑えることもできるという利点がある。そのため、内視鏡システムにおいては１群駆動レンズを用いることが想定され、本実施形態においても１群駆動レンズを前提とする。
　しかし、１群駆動レンズでＡＦ（シングルＡＦでもよいが、基本的にコンティニュアスＡＦを考える）を行うと問題が生じる場合がある。ＡＦの手法としてコントラストＡＦを用いた場合、ウォブリング等によりベスト被写体距離を小刻みに動かす必要がある。１群駆動レンズでは上述したように、ベスト被写体距離を動かすと倍率も変わってしまうため、ＡＦ動作中は撮像画像がちらつくことになり、ユーザーの観察に支障をきたす。
　そこで本出願人は、内視鏡システムを想定した１群駆動レンズを含む撮像装置において、位相センサからの位相情報を用いてＡＦを行う手法を提案する。位相情報を用いたＡＦ（位相差ＡＦ）であれば、コントラストＡＦのウォブリングのような動作は必要ないため、撮像画像にちらつきが生じることもない。
　以下、第１の実施形態では基本的なシステム構成例を示すとともに、本手法において行われるパラメータ取得処理（後述するＦ，Ｇ，Ｒ等）や、ＡＦの動作レート設定処理等について述べる。また、本手法は位相差ＡＦを基本とするものの、位相差ＡＦが効果的でない状況においてはコントラストＡＦを併用してもよい。その際、位相差ＡＦが効果的であるか否かの判定はボケ指標を用いて行う。第２の実施形態では位相情報からボケ指標を求める手法を説明し、第３の実施形態ではコントラスト値をボケ指標として用いる手法を説明する。
　２．第１の実施形態
　本実施形態に係る撮像装置及びそれを含む内視鏡システムについて、図１を用いて説明する。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と、操作部６００を備えている。
　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結像する対物レンズ２３０と、対物レンズ２３０に含まれ画角とベスト被写体距離を同時に調整する可動レンズ２４０と、可動レンズ２４０を駆動するレンズ駆動部２５０と、結像された反射光を光電変換して画像を生成する撮像素子２６０を備えている。
　図９に本実施形態における対物レンズ２３０の一例を示す。この対物レンズは、従来のズーム機能を備えた内視鏡システムと同様に、可動レンズ２４０の位置をＷＩＤＥ端からＴＥＬＥ端に移動させた場合に、画角が狭くなる（光学倍率が大きくなる）と共にベスト被写体距離（広義には合焦被写体距離）が短くなるような設計がなされている。
　本実施形態におけるレンズ駆動部２５０は、例えばボイスコイルモーター（以下、ＶＣＭ）である。また、撮像素子２６０は例えば図１０に示すようにベイヤ配列の撮像部を持つ撮像素子であり、撮像部の一部に位相センサＳ１群およびＳ２群を含むように構成されている。位相センサＳ１群およびＳ２群の詳細については後述する。
　処理部３００はＡ／Ｄ変換部３１０及び３２０と、画像処理部３３０と、制御部３４０と、移動量算出部３５０と、レンズ制御部３６０を備えている。Ａ／Ｄ変換部３１０は、撮像素子２６０から出力されるアナログの画像信号をデジタルの画像信号に変換して画像処理部３３０に出力する。画像処理部３３０は、Ａ／Ｄ変換部３１０から出力された画像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、ノイズリダクション等の画像処理を施し、表示部４００に画像信号を出力する。表示部４００は例えば液晶モニタであり、画像処理部３３０から出力される画像信号を表示する。
　Ａ／Ｄ変換部３２０は、撮像素子２６０の一部に設置された位相センサ領域Ｓ１およびＳ２から出力されるアナログの位相信号をデジタルの位相信号に変換して移動量算出部３５０に出力する。移動量算出部３５０はＡ／Ｄ変換部３２０から出力された位相信号から可動レンズ２４０の移動量を算出し、レンズ制御部３６０に出力する。移動量算出部３５０の詳細については後述する。
　レンズ制御部３６０は、操作部６００およびレンズ駆動部２５０と相互に接続されており、操作部６００から出力される制御情報に従い、移動量算出部３５０から出力された移動量に基づいて可動レンズ２４０の位置を制御する。ここで可動レンズ２４０の位置ｘは例えば図９に示したように、対物レンズ２３０を構成する各レンズのうち、可動レンズに対して被写体側に隣接するレンズの後端を基準とした場合の、可動レンズの先端の位置として定義すればよい。操作部６００およびレンズ制御部３６０の詳細については後述する。
　制御部３４０は、白色光源１１０、画像処理部３３０、外部Ｉ／Ｆ部５００と双方向に接続されており、外部Ｉ／Ｆ部５００からの入力情報に従ってこれらを制御する。外部Ｉ／Ｆ部５００は、内視鏡システム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、撮影の開始／終了を行うためのスタートボタンや画像の明るさを調整するための露光量調整ボタン、その他の各種撮影条件や画像処理のパラメータを調整するための調整ボタンなどを含んで構成されている。
　ここで図１０に示した撮像素子２６０の一部に設置された位相センサＳ１群およびＳ２群と、出力される位相信号の詳細について説明する。本実施形態における位相センサＳ１群およびＳ２群を構成する各画素Ｓ１およびＳ２は、例えば特開２０００-１５６８２３号公報の［００７４］から［００８３］にＳ１およびＳ２として記載された機能画素であり、それぞれが画素中心から左右に偏った開口部を持っている。これにより対物レンズ２３０の瞳を左右に分割した場合と同様の効果が得られるため、図１０で水平方向に複数配置されたＳ１群からの像信号とＳ２群からの像信号をそれぞれの瞳を通った光線の位相信号とみなすことができる。例えば対物レンズ２３０で結像された被写体の像位置が撮像素子の撮像面に一致する（ピントが合っている）場合は、Ｓ１群からの位相信号とＳ２群からの位相信号は一致し、像位置が撮像面の前方または後方にある（ピントが合っていない）場合は、Ｓ１群からの位相信号とＳ２群からの位相信号に位相差が生じることになる。本実施形態において、位相センサＳ１群およびＳ２群はたとえば撮像部の中央に一組だけ設置してもよいし、必要に応じて撮像部の任意の場所に複数組設置してもよい。
　次に、移動量算出部３５０における可動レンズ２４０の移動量の算出方法について、図１１を用いて説明する。図１１は像位置が撮像面の後方に位置する場合の、分割された瞳を通る光線を示した図である。光線１はＳ１群に対応する瞳を通った光線であり、光線２はＳ２群に対応する瞳を通った光線である。ここでは像位置が撮像面とは異なる位置（後方）にあるため、Ｓ１群から出力される位相信号とＳ２群から出力される位相信号にはＳの位相差が存在する。ここでＳは正負の値を持つベクトルであり、図１１に矢印で示した方向が正である。なお、位相差Ｓの算出には公知の位相差ＡＦの技術を用いればよい。さらに撮像面から射出瞳位置までの距離をＦ、分割された瞳の重心間の距離をＧ、デフォーカス量をｄとする。ここでｄは正負の値を持つベクトルであり、図１１に矢印で示した方向が正である。この時、下式（１）が成立するため、これを変形した下式（２）を用いてデフォーカス量ｄを算出することができる。なお、像位置が撮像面の前方にある場合も同様である。さらにここでは、例えば、前出の特開２０００-１５６８２３号公報の［０１０８］か［０１１０］に記載された手法でデフォーカス量ｄを算出してもよい。
　　Ｇ / （ Ｆ + ｄ ） = Ｓ / ｄ　・・・・・（１）
　　ｄ = Ｆ・Ｓ / （ Ｇ - Ｓ ）　・・・・・（２）
　本実施形態における移動量算出部３５０は、例えば画像信号と同じ周期で位相差センサＳ１群およびＳ２群から順次出力される位相信号に対して、上式（２）で算出したデフォーカス量ｄから合焦状態を実現するために必要な可動レンズ２４０の移動量を算出し、算出した移動量をレンズ制御部３６０に順次出力する。移動量の算出は、例えば予め対物レンズ２３０の設計データから、可動レンズ２４０の移動量と像位置の移動量の比Ｒを下式（３）で算出しておき、下式の（４）で移動量Ｄを算出すればよい。
　　Ｒ = 可動レンズの移動量 / 像位置の移動量　・・・・・（３）
　　Ｄ = -Ｒ・ｄ　・・・・・（４）
　また、例えば可動レンズ２４０の位置ｘにより、可動レンズ２４０の移動量と像位置の移動量の比Ｒの値が変化する場合は、可動レンズの位置ｘｎとこれに対応するＲｎの値を図１２に示すようなＬＵＴ（ルックアップテーブル）として予め作成しておき、位相センサＳ１群およびＳ２群から位相信号が出力されたタイミングにおける可動レンズ２４０の位置ｘｎに対応するＲｎを上式（４）のＲとして使用することで移動量Ｄを算出することができる。
　さらに、例えば可動レンズ２４０の位置ｘにより図１１に示した撮像面と射出瞳の距離Ｆや瞳の重心間の距離Ｇも変化する場合は、図１３に示すように、可動レンズ２４０の位置ｘｎに対応するＦｎおよびＧｎの値を加えたＬＵＴを予め作成しておく。そして、まず位相センサＳ１群およびＳ２群から位相信号が出力されたタイミングにおける可動レンズ２４０の位置ｘｎに対応するＦｎおよびＧｎの値を、上式（２）のＦおよびＧとして使用することでデフォーカス量ｄｎを算出する。その後、算出したｄｎと可動レンズ２４０の位置ｘｎに対応するＲｎを上式（４）のｄとＲとして使用することで移動量Ｄを算出することができる。なお、図１３にテーブルで示したパラメータのうち、可動レンズ２４０の位置による変化が無視できるほど小さいものについては、考慮する必要がないことは言うまでもない。また、ここでは述べていない移動量を算出するためのパラメータについても、可動レンズ２４０の位置による変化が大きい場合は、前述の各パラメータ同様にＬＵＴに追加して使用してもよい。
　ここで移動量算出部３５０は、例えば位相センサＳ１群およびＳ２群から順次出力される位相信号のすべてに対して移動量の算出及び出力を行ってもよいし、例えば任意の周期で位相信号をサンプリングしたうえで移動量の算出及び出力を行ってもよい。後者の場合、画像信号が出力されるよりも長い周期で、移動量算出部３５０から移動量が出力されることになる。
　次に操作部６００、移動量算出部３５０、レンズ制御部３６０の詳細について説明する。図８に本実施形態における操作部６００の一例を示す。本実施形態において、操作部６００は例えば撮像部２００と一体化して構成されており、ズームレバー６１０とＡＦボタン６２０を備えている。ズームレバー６１０は、例えば一定の範囲を連続的に動作させることが可能であり、ユーザーはズームレバー６１０を動かすことで、可動レンズ２４０の位置をＷＩＤＥ端からＴＥＬＥ端まで連続的に調整することができる。具体的には、例えば操作部６００は、ズームレバー６１０の位置情報をレンズ制御部３６０に出力する。レンズ制御部３６０は予め設定されたルックアップテーブル等を用いてズームレバー６１０の位置情報を可動レンズ２４０の位置情報に対応付け、可動レンズ２４０の位置情報をレンズ駆動部２５０に出力する。レンズ駆動部２５０は、レンズ制御部３６０から出力された位置情報に基づいて、可動レンズ２４０を駆動する。また、操作部６００は例えばＡＦボタン６２０が押されるたびに、ＡＦの開始／終了信号を交互にレンズ制御部３６０に出力する。
　図４に本実施形態におけるレンズ制御部３６０の一例を示す。レンズ制御部３６０は、観察モード判定部３６１と、レンズ位置決定部３６２を備えている。観察モード判定部３６１は、操作部６００から出力されたＡＦの開始／終了情報に基づいて観察モードを決定し、レンズ位置決定部３６２に観察モード情報を出力する。具体的には、観察モード判定部３６１は操作部６００からＡＦの開始信号が出力されていない場合には固定焦点モードを選択し、操作部６００からＡＦの開始信号が出力された場合は、ＡＦモードを選択する。レンズ位置決定部３６２は、観察モード判定部３６１で固定焦点モードが選択された場合は、前述のズームレバー６１０の位置情報に対応づけられた可動レンズ２４０の位置情報をレンズ駆動部２５０に出力する。レンズ駆動部２５０は、出力された位置情報に基づいて可動レンズ２４０の位置を調整する。
　図７は本実施形態において固定焦点モードが選択された場合の、可動レンズ２４０の位置とそれに対応するベスト被写体距離、および被写界深度範囲を示している。なお本実施形態では、ズームレバー６１０を操作することで可動レンズ２４０の位置を連続的に移動させることが可能であるが、ここでは説明を分かりやすくするため段階的に移動させた場合を示している。本実施形態では固定焦点モードが選択された場合、ズームレバーの操作により従来のズーム機能を備えた内視鏡システムと同様のベスト被写体距離、および被写界深度を実現するように可動レンズ２４０の位置を制御している。
　また、レンズ位置決定部３６２は、観察モード判定部３６１でＡＦモードが選択された場合、移動量算出部３５０から出力された移動量に基づいて可動レンズ２４０の移動後の位置情報を算出し、レンズ駆動部２５０に出力する。レンズ駆動部２５０は、出力された位置情報に基づいて可動レンズ２４０の位置を調整する。このような動作により、本実施形態ではＡＦモードが選択された場合、可動レンズの位置を調整することで被写体にピントを合わせることが可能になる。
　レンズ位置決定部３６２は、例えば一度だけ合焦動作を行った時点でＡＦ動作を終了してもよいし、観察モード判定部３６１からＡＦの終了信号が出力されるまではＡＦ動作を継続してもよい。ＡＦ動作を継続したい場合、レンズ位置決定部３６２は移動量算出部３５０から周期的に出力される移動量に対応する可動レンズ２４０の位置情報を、レンズ駆動部２５０に順次出力すればよい。レンズ駆動部２５０は、レンズ位置決定部３６２から順次出力された位置情報に基づいて可動レンズ２４０の位置を調整する。このような動作を行うことで、本実施形態における内視鏡システムは、被写体距離が変動した場合も被写体に追従しながらピントを合わせ続けることが可能になる。これまでに述べたように、本実施形態における内視鏡システムは、１つの可動レンズでズーム機能とコンティニュアスＡＦを実現できるため、撮像部の小型化と低コスト化を実現することが可能になる。
　また、本実施形態では可動レンズ２４０の位置により画角も変化するため、画像信号と同じ周期で合焦動作を行った場合は画像がちらつき観察に支障をきたすことも予想される。この場合、前述のように移動量算出部３５０は任意の周期で位相信号をサンプリングし、サンプリング後の周期で移動量をレンズ位置決定部３６２に出力すればよい。これにより本実施形態における内視鏡システムは、任意の周期で合焦動作をおこなうことできるため、画像のちらつきを抑えながら被写体に追従してピントを合わせ続けることが可能になる。
　以上の本実施形態では、撮像装置は図１に示したように、画角と合焦被写体距離を同時に調整する可動レンズ２４０を含む撮像光学系と、撮像素子２６０と、複数の位相センサ（図１０のＳ１、Ｓ２）と、当該複数の位相センサからの位相情報を取得する取得部（Ａ／Ｄ変換部３２０に相当）と、可動レンズ２４０の位置を制御するレンズ制御部３６０と、取得部で取得された位相情報から求められる位相差に基づいて、合焦状態の実現に必要な可動レンズ２４０の移動量を算出する移動量算出部３５０とを含む。そして、レンズ制御部３６０は、移動量算出部３５０で算出された移動量に基づいて、可動レンズ２４０の位置を制御する。なお合焦状態とは、撮像光学系を通った光線による撮像素子２６０上の像についての合焦状態を指すものとする。
　ここで、本実施形態における撮像光学系は例えば図９に示すような構成であり、可動レンズ２４０を駆動することで、画角と合焦被写体距離を同時に調整する。ここで、可動レンズ２４０は１枚のレンズ、又は複数枚のレンズからなるレンズ群であることを想定しており、「画角と合焦被写体距離を同時に調整する」とは、当該可動レンズを動かすことで、画角と合焦被写体距離の両方が変動することを表す。なお、合焦被写体距離とは、撮像素子２６０において、撮像光学系を介した光が結像することによる被写体像が合焦状態にある場合の、撮像光学系からの被写体までの距離のことである。ただし、光が撮像素子２６０上において一点に収束しなかったとしても、その大きさが許容錯乱円よりも小さければ合焦状態にあると見なせることから、合焦被写体距離はある程度の幅を持つことになる。本実施形態における合焦被写体距離は、このような幅を持つ値であってもよいが、狭義にはベスト被写体距離であるものとし、ベスト被写体距離とは、撮像光学系を介した光が、撮像素子２６０上において収束する領域が最も小さい場合における、撮像光学系からの被写体までの距離を表すものとする。
　これにより、図９に示したようなレンズ構成（１群駆動レンズ）を用いた場合にも、合焦制御（ＡＦ、オートフォーカス）を適切に行うことが可能になる。ＡＦにおいて広く用いられている手法であるコントラストＡＦでは、フォーカスを小刻みに変化させることで複数のコントラスト値を取得し、取得したコントラスト値の極大値を求める。しかし、１群駆動レンズを用いた場合、フォーカスの変化に伴い画角が変化してしまうため、取得画像にちらつきが生じてしまう。特に、継続的にＡＦを実行するコンティニュアスＡＦの場合にはちらつきによる影響が顕著である。そこで本実施形態では、位相センサからの位相情報を用いた合焦制御（位相差ＡＦ）を行うことで、取得画像でのちらつきを抑止する。
　また、移動量算出部３５０は、位相センサからの位相情報と、位相情報が取得されたタイミングにおける可動レンズ２４０の位置に基づいて、可動レンズ２４０の移動量を算出してもよい。
　これにより、位相情報だけでなく、当該位相情報が取得されたタイミングでの可動レンズ２４０の位置も考慮した移動量の算出処理が可能になる。位相情報に基づいた合焦制御とは、狭義には位相差ＡＦのことであり、位相差ＡＦでは瞳を分割して、分割したそれぞれの瞳からの像のずれを位相差として求める。ここで、瞳とは光学系の外から見た絞りの像のことであり、本実施形態では、このうち像側から見た瞳である射出瞳を主に考える。像側から見た場合、図１１に示すように被写体からの光線は射出瞳の位置から照射されているように見えることになる。このように、瞳は光学的な条件に基づいて仮想的に設定されるものであるから、可動レンズ２４０の位置が変われば瞳の位置等も変わる可能性がある。よって、本実施形態での合焦制御を適切に行うためには、位相情報だけでなく、合焦動作時の光学的な状況、特に可動レンズ２４０の位置を用いるとよい。
　また、移動量算出部３５０は、位相情報が取得されたタイミングにおける可動レンズ２４０の位置に基づいて、１つ以上のパラメータを変更してもよい。そして、変更されたパラメータと位相情報に基づいて、可動レンズ２４０の移動量を算出する。具体的には、パラメータとして、撮像素子２６０から瞳位置までの距離情報、分割された瞳の重心間距離情報、及び撮像素子２６０から像位置までの距離に対する移動量の比率情報の少なくとも１つを用いることが考えられる。
　これにより、可動レンズ２４０の位置に基づいてパラメータを変更し、当該パラメータを用いた移動量の算出が可能になる。ここで、パラメータとは位相情報から可動レンズ２４０の移動量Ｄを求める際に必要となるデータのことであり、特に可動レンズ２４０の位置に応じて数値が変化しうるものを指す。例えば本実施形態では、図１１に示したように、位相センサ群Ｓ１で取得した像と位相センサ群Ｓ２で取得した像のずれを、位相差Ｓとして取得し、取得した位相差Ｓから可動レンズ２４０の移動量Ｄを求めることになる。その際、図１１の例では、撮像面から射出瞳位置までの距離Ｆや、瞳の重心間距離Ｇを用いて撮像面から像位置までの距離ｄを求め、さらにｄからＤへ変換するために比率を表す値Ｒを取得しなくてはならない。ここで、Ｆ，Ｇ，Ｒは可動レンズ２４０の位置に応じて値が変化しうるものであるから、これらが本実施形態におけるパラメータとして用いることが考えられる。ここで、Ｆ，Ｇ，Ｒ等は可動レンズ２４０の位置ｘの関数として表されてもよいし、図１３のようにルックアップテーブル等の形で保持されてもよい。また、ここで挙げたパラメータは一例であり、他のパラメータを用いて移動量を算出してもよい。
　また、撮像光学系は、可動レンズ２４０が広角端から望遠端に移動するに従って、画角及び合焦被写体距離が単調減少する光学系であってもよい。
　これにより、図７に示したような撮像光学系を実現することが可能になる。つまり、可動レンズ２４０の位置を広角側から望遠側に移動させるほど、合焦被写体距離（ベスト被写体距離）は小さくなる。つまり、被写界深度範囲はより撮像光学系に近い位置に設定される（撮像光学系に近い位置に焦点が合う）ことになる。特に内視鏡装置等では、可動レンズ２４０を望遠側に移動させる（ズーム倍率を上げる）場合には、拡大観察を行うことが想定され、その場合には、挿入部（撮像部２００）の先端も観察対象となる被写体に近づけることでさらに被写体を拡大することが一般的である。つまり、可動レンズ２４０を望遠側に移動させるほど、撮像光学系と被写体との距離が小さくなることが想定されるため、図７に示したような光学系を用いることで、ピントが合いやすくなるという利点がある。
　また、取得部は、撮像素子の画素配列の一部に設置された位相センサから位相情報を取得してもよい。
　これにより、図１０に示したような構成の撮像素子を用いることが可能になる。撮像素子とは別に位相センサを設けた場合、当該位相センサに対して被写体からの反射光を入射させるためのレンズが必要となる。そのため、撮像光学系の構成が複雑になり、小型化が難しくなる上、コストも高くなる。特に内視鏡装置では、撮像光学系が小型化できないと、生体に挿入する部分が大きくなってしまい好ましくない。よって、図１０のような構成を用いることで、撮像光学系の小型化、低コスト化を図るとよい。
　また、レンズ制御部３６０は、取得部において撮像素子から画像情報が取得される周期と同じ周期で、可動レンズ２４０の位置を制御してもよい。或いは、取得部において撮像素子から画像情報が取得される周期よりも長い周期で、可動レンズ２４０の位置を制御してもよい。
　これにより、可動レンズ２４０の位置の制御レートを、画像情報の取得レートと同等にすることも可能になるし、画像情報の取得レートよりも低くすることも可能になる。画像情報の取得タイミングと同じタイミングで位相情報を取得しているため、画像上の取得周期と同じ周期での可動レンズ２４０の位置制御は可能である。このようにした場合、高レートで合焦制御が行われることになるため、被写体に対してピントが合っている可能性を高くすることができる。一方、画像情報の取得レートが高い場合等では、同じレートで可動レンズ２４０の位置を制御しようとしても、レンズ駆動部２５０における機械的な制御が困難であることも考えられる。また、高レートの可動レンズ位置制御を行うと、可動レンズ２４０の位置が頻繁に変化する可能性があり、１群駆動レンズではちらつきの発生要因となる。その場合には、画像情報の取得周期よりも長い周期で可動レンズ２４０の位置を制御すればよい。こうすることで、画像情報によっては合焦制御が不十分な画像が生じる可能性はあるが、レンズ駆動部２５０での制御も容易になり、また取得した位相情報全てに対して処理を行う必要がないため、処理負荷を軽減することもできる。さらに、頻繁な可動レンズ２４０の移動を抑止できるため、画像のちらつきも低減できる。
　また、レンズ制御部３６０は、可動レンズ２４０の位置の制御としてコンティニュアスＡＦを実行する制御を行ってもよい。
　これにより、ＡＦとしてコンティニュアスＡＦを実行することが可能になる。動画像を取得するような場合（特に内視鏡装置であれば、効率的な生体内観察を行うために取得画像が動画像である可能性が高い）には、コンティニュアスＡＦによる継続的な合焦制御が効果的である。通常、１群駆動レンズが前提とした場合、コンティニュアスＡＦはちらつきによる影響が顕著となるため、実現が困難であるが、本実施形態の手法であれば、ちらつきの影響を抑止できるため、コンティニュアスＡＦを効果的に実現することができる。
　また、可動レンズの移動範囲における広角端と望遠端の間の位置に基準点を設定した場合を考える。その際、レンズ制御部３６０は、可動レンズが当該基準点に対して望遠側に位置する場合に、移動量算出部３５０で算出された移動量に基づいて、可動レンズの位置を制御してもよい。
　ここで、可動レンズ２４０が基準点に対して望遠側にある場合に、可動レンズ２４０の位置制御（つまり合焦制御・ＡＦ動作）を行うものとしたが、可動レンズ２４０が基準点に対して広角側にある場合には、ＡＦ動作は行ってもよいし、行わなくてもよい。ただし、可動レンズ２４０が広角側にある場合には、望遠側にある場合に比べて被写界深度が広く、ユーザーが手動でピント調整を行うことが可能であることが考えられるため、広角側ではＡＦ動作は行わないものとして実装されてもよい。この場合、例えば観察モード判定部３６１が可動レンズ２４０の位置を取得するような構成とし、可動レンズ２４０が基準点よりも広角側にある場合にレンズ制御部３６０は固定焦点モードを選択し、可動レンズ２４０が基準点よりも望遠側にある場合にレンズ制御部３６０はＡＦモードを選択するといった制御を行えばよい。
　これにより、可動レンズ２４０の位置に基づいて、合焦動作（ＡＦ動作）を行うか否かを決定することが可能になる。上述の例では、図８に示したＡＦボタン６２０を操作することでＡＦ動作が開始されることになる。つまり、ＡＦ動作を行うか否かはユーザーが判断する必要があった。可動レンズ２４０の位置に基づいてＡＦ動作を行うか否かを決定することができれば、ユーザーが自ら判断する必要がなく、またＡＦ動作を実行する際にＡＦボタン６２０等を操作する必要もないため、ユーザーにとって使いやすいシステムを実現することができる。望遠側でＡＦ動作を実行する理由としては、可動レンズ２４０が望遠側に行くほど（ズーム倍率が上がるほど）被写界深度が狭くなるため、手動でのピント合わせが困難になることが挙げられる。また、図７のようなレンズでは可動レンズ２４０が望遠側に行くほどベスト被写体距離が短くなる。ベスト被写体距離が短くなることでも被写界深度は狭くなるため、図７のようなレンズではさらに手動でのピント合わせが困難になり、ＡＦ動作を実行する利点が大きくなる。
　また、以上の本実施形態は、画角と合焦被写体距離を同時に調整する可動レンズ２４０を含む撮像光学系と、撮像素子２６０からの画像情報及び位相センサからの位相情報を取得する取得部（Ａ／Ｄ変換部３１０及びＡ／Ｄ変換部３２０に相当）と、可動レンズ２４０の位置を制御するレンズ制御部３６０と、取得部で取得された位相情報に基づいて、可動レンズ２４０の移動量を算出する移動量算出部３５０とを含む内視鏡装置にも適用できる。そして、レンズ制御部３６０は、移動量算出部３５０で算出された移動量に基づいて、可動レンズ２４０の位置を制御する。
　これにより、撮像装置だけではなく、内視鏡装置においても本実施形態の処理を実行することが可能になる。内視鏡装置では、撮像部２００を生体内に挿入するため、撮像部２００を小型化することが好ましく、簡素な構成である１群駆動レンズ（図９）を用いる利点が大きい。その際、用途として病変部の発見・観察や、器具を用いた生体への処置が想定されることから、ユーザー（ドクター）に提示する画像にちらつき等が生じることは極力抑えなくてはならない。よって、本実施形態の手法を用いることで、撮像部２００の小型化と、画像のちらつき等の抑止の両方が可能になり、ドクター及び被験者にとって好ましい内視鏡装置を実現することができる。
　３．第２の実施形態
　本実施形態に係る撮像装置及びそれを含む内視鏡システムについて、図２を用いて説明する。
　本実施形態における処理部３００はＡ／Ｄ変換部３１０及び３２０と、画像処理部３３０と、制御部３４０と、移動量算出部３５０と、レンズ制御部３６０と、コントラスト値算出部３７０と、ボケ指標算出部３８０を備えている。Ａ／Ｄ変換部３１０は、撮像素子２６０から出力されるアナログの画像信号をデジタルの画像信号に変換して画像処理部３３０とコントラスト値算出部３７０に出力する。コントラスト値算出部３７０は、例えばＡ／Ｄ変換部３１０から出力された画像信号の高周波成分を検出してコントラスト値を算出し、コントラスト値をレンズ制御部３６０に出力する。
　Ａ／Ｄ変換部３２０は、撮像素子２６０の一部に設置された位相センサＳ１およびＳ２から出力されるアナログの位相信号をデジタルの位相信号に変換してボケ指標算出部３８０に出力する。ボケ指標算出部３８０は、例えばＡ／Ｄ変換部３２０から出力された位相信号の高周波成分を検出してボケ指標を算出し、ボケ指標をレンズ制御部３６０に出力する。ここでボケ指標とは、位相信号のボケ具合を表す指標であり、位相信号がボケて高周波成分が少なくなるほど小さな値となる。さらにボケ指標算出部３８０は、Ａ／Ｄ変換部３２０から出力された位相信号をそのまま移動量算出部３５０に出力する。その他の部分については、第１の実施形態と同様である。
　次に本実施形態におけるレンズ制御部３６０の詳細について、図５を用いて説明する。本実施形態におけるレンズ制御部３６０は、観察モード判定部３６１と、レンズ位置決定部３６２と、ＡＦモード判定部３６３を備えている。観察モード判定部３６１は、操作部６００から出力されたＡＦの開始／終了情報に基づいて観察モードを決定し、ＡＦモード判定部３６３に観察モード情報を出力する。具体的には、観察モード判定部３６１は第１の実施形態と同様に、操作部６００からＡＦの開始信号が出力されていない場合には固定焦点モードを選択し、操作部６００からＡＦの開始信号が出力された場合は、ＡＦモードを選択する。ＡＦモード判定部３６３は、観察モード判定部３６１で固定焦点モードが選択された場合は固定焦点モードを選択し、そのままレンズ位置決定部３６２に出力する。またＡＦモード判定部３６３は、観察モード判定部３６１でＡＦモードが選択された場合は、ボケ指標算出部３８０から出力されるボケ指標を用いてＡＦモードを決定し、ＡＦモード情報をレンズ位置決定部３６２に出力する。具体的には、ＡＦモード判定部３６３は例えばボケ指標算出部３８０から出力されるボケ指標が閾値以下の場合はコントラストＡＦモードを選択し、閾値以上の場合は位相差ＡＦモードを選択する。
　レンズ位置決定部３６２は、ＡＦモード判定部３６３で固定焦点モードおよび位相差ＡＦモードが選択された場合は、第１の実施形態の固定焦点モードおよびＡＦモードが選択された場合と同様の動作を行う。またレンズ位置決定部３６２は、ＡＦモード判定部３６３でコントラストＡＦモードが選択された場合、まずコントラスト値算出部３７０から出力されるコントラスト値に基づいて、公知のコントラストＡＦ技術と同様に可動レンズ２４０を制御することで合焦動作を行う。これは位相信号のボケ具合が大きい（ボケ指標が小さい）場合は位相差の算出が困難になるためであり、このような制御を行うことで、確実に被写体にピントを合わせることが可能になる。一度コントラストＡＦで被写体にピントを合わせた後は、ボケ指標算出部３８０で算出されるボケ指標が十分大きくなることでＡＦモード判定部３６３では位相差ＡＦモードが選択されるため、レンズ位置決定部３６２は第１の実施形態のＡＦモードと同様の動作を行い、被写体に追従しながらピントを合わせ続けることが可能になる。これにより、本実施形態ではＡＦ動作開始時もしくはＡＦ動作中に画像が大きくボケた場合も、合焦動作を継続することが可能になる。
　以上の本実施形態では、撮像装置は図２に示したように、画像情報におけるコントラスト値を算出するコントラスト値算出部３７０を含む。そして、レンズ制御部３６０は、位相情報に基づいて可動レンズ２４０の位置を制御する位相モードと、コントラスト値に基づいて可動レンズ２４０の位置を制御するコントラストモードを切り替え可能に制御する。
　これにより、位相情報を用いた可動レンズ２４０の位置の制御（位相モードであり、狭義には位相差ＡＦ）と、コントラスト値を用いた可動レンズ２４０の位置の制御（コントラストモードであり、狭義にはコントラストＡＦ）を切り替え可能に制御することが可能になる。つまり、状況に応じて位相モードを用いることもできるし、コントラストモードを用いることもできる。ただし、第１の実施形態で説明したとおり、１群駆動レンズを前提とした場合、コントラストモードは画像のちらつき等が生じるため好ましくない。よって、位相モードが効果的でない状況でコントラストモードを用い、そうでない場合は位相モードを用いることが考えられる。
　また、撮像装置は図２に示したように、画像情報により表される画像のボケの程度を表すボケ指標を算出するボケ指標算出部３８０を含んでもよい。そして、レンズ制御部３６０は、ボケ指標に基づいて、位相モードとコントラストモードを切り替える制御を行う。
　これにより、位相モードとコントラストモードをボケ指標に基づいて切り替えることが可能になる。位相モード（狭義には位相差ＡＦ）では、異なる射出瞳から射出された複数の像のずれ（狭義には位相差）を用いることが考えられる。つまり、位相モードが効果的でない状況として、具体的には前記複数の像が、ずれの判定が行えないほどにぼけてしまっているという状況が考えられる。位相センサでの位相信号の信号値が、ある位置では大きく、異なる位置では小さくなるといったように、信号の分布（信号波形）に特徴があれば、第１の射出瞳から射出された光による第１の像と、第２の射出瞳から射出された光による第２の像の空間的な位置ずれは容易に判別できる。しかし、ボケの程度が大きいと、信号値の上ピークと下ピークの差が小さくなり、平坦な信号波形になってしまう。平坦なもの同士を比較しても、どの程度の位置ずれが生じているかの判定は難しく、そのような状況では位相情報による合焦制御を行うことは困難である。よって、ボケ指標を用いることで、位相モードとコントラストモードを効果的に切り替えることが可能になる。狭義にはボケ指標によりボケの程度が大きいと判定されたときにはコントラストモードを用い、ボケの程度が小さいと判定されたときには位相モードを用いることが考えられる。
　また、ボケ指標算出部３８０は、位相センサから出力される位相情報に基づいてボケ指標を算出してもよい。
　これにより、位相情報からボケ指標を算出することが可能になる。位相情報も被写体の像を表す信号を取得するものであるから、当該信号値に基づいてボケの程度を判定することは可能である。具体的には、上述したように信号波形が平坦であるか否かの判定を行えばよく、例えば位相情報の高周波成分を抽出し、当該高周波成分をボケ指標としてもよい。
　４．第３の実施形態
　本実施形態に係る撮像装置及びそれを含む内視鏡システムについて、図３を用いて説明する。
　本実施形態における処理部３００はＡ／Ｄ変換部３１０及び３２０と、画像処理部３３０と、制御部３４０と、移動量算出部３５０と、レンズ制御部３６０と、コントラスト値算出部３７０を備えている。本実施形態においては、図３に示したように、コントラスト値算出部３７０がボケ指標算出部（図２におけるボケ指標算出部３８０に対応）を兼ねることになる。つまり、後述するようにボケ指標として位相情報ではなくコントラスト値を用いる点が第２の実施形態とは異なる。
　Ａ／Ｄ変換部３１０は、撮像素子２６０から出力されるアナログの画像信号をデジタルの画像信号に変換して画像処理部３３０とコントラスト値算出部３７０に出力する。コントラスト値算出部３７０は、例えばＡ／Ｄ変換部３１０から出力された画像信号の高周波成分を検出してコントラスト値を算出し、コントラスト値をレンズ制御部３６０に出力する。コントラスト値は、画像信号のボケ具合を表す指標であり、画像信号がボケて高周波成分が少なくなるほど小さな値となる。その他の部分については、第１の実施形態と同様である。
　次に本実施形態におけるレンズ制御部３６０の詳細について、図６を用いて説明する。本実施形態におけるレンズ制御部３６０は、観察モード判定部３６１と、レンズ位置決定部３６２と、ＡＦモード判定部３６３を備えている。観察モード判定部３６１は、操作部６００から出力されたＡＦの開始／終了情報に基づいて観察モードを決定し、ＡＦモード判定部３６３に観察モード情報を出力する。具体的には、観察モード判定部３６１は第１の実施形態と同様に、操作部６００からＡＦの開始信号が出力されていない場合には固定焦点モードを選択し、操作部６００からＡＦの開始信号が出力された場合は、ＡＦモードを選択する。ＡＦモード判定部３６３は、観察モード判定部３６１で固定焦点モードが選択された場合は固定焦点モードを選択し、そのままレンズ位置決定部３６２に出力する。またＡＦモード判定部３６３は、観察モード判定部３６１でＡＦモードが選択された場合は、コントラスト値算出部３７０から出力されるコントラスト値を用いてＡＦモードの内容（コントラストＡＦモードか、位相差ＡＦモードか）を決定し、ＡＦモード情報をレンズ位置決定部３６２に出力する。具体的には、ＡＦモード判定部３６３は例えばコントラスト値算出部３７０から出力されるコントラスト値が閾値以下の場合はコントラストＡＦモードを選択し、閾値以上の場合は位相差ＡＦモードを選択する。
　レンズ位置決定部３６２は、ＡＦモード判定部３６３で固定焦点モードおよび位相差ＡＦモードが選択された場合は、第１の実施形態の固定焦点モードおよびＡＦモードが選択された場合と同様の動作を行う。またレンズ位置決定部３６２は、ＡＦモード判定部３６３でコントラストＡＦモードが選択された場合、まずコントラスト値算出部３７０から出力されるコントラスト値に基づいて、公知のコントラストＡＦ技術と同様に可動レンズ２４０を制御することで合焦動作を行う。これは、位相信号のボケ具合が大きい場合は位相差の算出が困難になるためであり、このような制御を行うことで、確実に被写体にピントを合わせることが可能になる。なお、コントラスト値は位相信号のボケ具合と相関を持つため、本実施形態ではコントラスト値により位相信号のボケ具合を判断している。一度コントラストＡＦで被写体にピントを合わせた後は、コントラスト値が十分大きくなることでＡＦモード判定部３６３では位相差ＡＦモードが選択されるため、レンズ位置決定部３６２は第１の実施形態のＡＦモードと同様の動作を行い、被写体に追従しながらピントを合わせ続けることが可能になる。これにより、本実施形態ではＡＦ動作開始時もしくはＡＦ動作中に画像が大きくボケた場合も、合焦動作を継続することが可能になる。
　以上の本実施形態では、ボケ指標算出部（本実施形態においては図３に示すようにコントラスト値算出部３７０がボケ指標算出部の処理を行うことになる）は、コントラスト値算出部３７０で算出されるコントラスト値に基づいてボケ指標を算出する。
　これにより、コントラスト値からボケ指標を算出することが可能になる。コントラスト値は例えば画像の高周波成分等から求められるものであり、合焦の度合いの判定にも用いることができるのであるから、コントラスト値からボケの程度を求めることが可能である。具体的には、コントラスト値をそのままボケ指標として用いてもよい。
　以上、本発明を適用した３つの実施の形態１～３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１～３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１～３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１～３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。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。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。
１００　光源部、１１０　白色光源、１２０　集光レンズ、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　可動レンズ、２５０　レンズ駆動部、２６０　撮像素子、３００　処理部、
３１０，３２０　Ａ／Ｄ変換部、３３０　画像処理部、３４０　制御部、
３５０　移動量算出部、３６０　レンズ制御部、３６１　観察モード判定部、
３６２　レンズ位置決定部、３６３　モード判定部、３７０　コントラスト値算出部、
３８０　ボケ指標算出部、４００　表示部、５００　外部Ｉ／Ｆ部、６００　操作部、
６１０　ズームレバー、６２０　ＡＦボタン

Claims (16)

  1. 　画角と合焦被写体距離を同時に調整する可動レンズを含む撮像光学系と、
    　撮像素子と、
    　複数の位相センサと、
    　前記複数の位相センサからの位相情報を取得する取得部と、
    　前記可動レンズの位置を制御するレンズ制御部と、
    　前記取得部で取得された前記位相情報に基づく位相差に基づいて、前記撮像光学系を通った光線による前記撮像素子上の像の合焦状態を実現するために必要な前記可動レンズの移動量を算出する移動量算出部と、
    　を含み、
    　前記レンズ制御部は、
    　前記移動量算出部で算出された前記移動量に基づいて、前記可動レンズの位置を制御することを特徴とする撮像装置。
  2. 　請求項１において、
    　前記移動量算出部は、
    　前記位相センサからの前記位相情報と、前記位相情報が取得されたタイミングにおける前記可動レンズの位置に基づいて、前記可動レンズの前記移動量を算出することを特徴とする撮像装置。
  3. 　請求項２において、
    　前記移動量算出部は、
    　前記位相情報が取得されたタイミングにおける前記可動レンズの位置に基づいて、１つ以上のパラメータを変更し、変更された前記パラメータと前記位相情報に基づいて、前記可動レンズの前記移動量を算出することを特徴とする撮像装置。
  4. 　請求項３において、
    　前記移動量算出部は、
    　前記パラメータとして、前記撮像素子から瞳位置までの距離情報、分割された瞳の重心間距離情報、及び前記撮像素子から像位置までの距離に対する前記移動量の比率情報の少なくとも１つを変更し、変更された前記パラメータと前記位相情報に基づいて、前記可動レンズの前記移動量を算出することを特徴とする撮像装置。
  5. 　請求項１において、
    　前記画像情報におけるコントラスト値を算出するコントラスト値算出部を含み、
    　前記レンズ制御部は、
    　前記位相情報に基づいて前記可動レンズの位置を制御する位相モードと、前記コントラスト値に基づいて前記可動レンズの位置を制御するコントラストモードを切り替える制御を行うことを特徴とする撮像装置。
  6. 　請求項５において、
    　前記画像情報により表される画像のボケの程度を表すボケ指標を算出するボケ指標算出部を含み、
    　前記レンズ制御部は、
    　前記ボケ指標に基づいて、前記位相モードと前記コントラストモードを切り替える制御を行うことを特徴とする撮像装置。
  7. 　請求項６において、
    　前記ボケ指標算出部は、
    　前記位相センサから出力される前記位相情報に基づいて前記ボケ指標を算出することを特徴とする撮像装置。
  8. 　請求項６において、
    　前記ボケ指標算出部は、
    　前記コントラスト値算出部で算出される前記コントラスト値に基づいて前記ボケ指標を算出することを特徴とする撮像装置。
  9. 　請求項１において、
    　前記撮像光学系は、前記可動レンズが広角端から望遠端に移動するに従って、前記画角及び前記合焦被写体距離が単調減少する光学系であることを特徴とする撮像装置。
  10. 　請求項１において、
    　前記取得部は、
    　前記撮像素子の画素配列の一部に設置された前記位相センサから前記位相情報を取得することを特徴とする撮像装置。
  11. 　請求項１において、
    　前記レンズ制御部は、
    　前記取得部において前記撮像素子から前記画像情報が取得される周期と同じ周期で、前記可動レンズの位置を制御することを特徴とする撮像装置。
  12. 　請求項１において、
    　前記レンズ制御部は、
    　前記取得部において前記撮像素子から前記画像情報が取得される周期よりも長い周期で、前記可動レンズの位置を制御することを特徴とする撮像装置。
  13. 　請求項１において、
    　前記レンズ制御部は、
    　前記可動レンズの位置の制御としてコンティニュアスＡＦ（AutoFocus）を実行する制御を行うことを特徴とする撮像装置。
  14. 　請求項１において、
    　前記レンズ制御部は、
    　広角端と望遠端の間に位置する基準点に対して、前記可動レンズが望遠側に位置する場合に、前記移動量算出部で算出された前記移動量に基づいて、前記可動レンズの位置を制御することを特徴とする撮像装置。
  15. 　画角と合焦被写体距離を同時に調整する可動レンズを含む撮像光学系と、
    　撮像素子と、
    　複数の位相センサと、
    　前記複数の位相センサからの位相情報を取得する取得部と、
    　前記可動レンズの位置を制御するレンズ制御部と、
    　前記取得部で取得された前記位相情報に基づく位相差に基づいて、前記撮像光学系を通った光線による前記撮像素子上の像の合焦状態を実現するために必要な前記可動レンズの移動量を算出する移動量算出部と、
    　を含み、
    　前記レンズ制御部は、
    　前記移動量算出部で算出された前記移動量に基づいて、前記可動レンズの位置を制御することを特徴とする内視鏡装置。
  16. 　複数の位相センサからの位相情報を取得し、
    　取得した前記位相情報に基づく位相差に基づいて、撮像光学系を通った光線による撮像素子上の像の合焦状態を実現するために必要な可動レンズの移動量を算出し、
    　算出した前記移動量に基づいて、前記可動レンズの位置を制御し、
    　前記可動レンズとして、前記撮像光学系に含まれ、画角と合焦被写体距離を同時に調整するレンズの制御を行うことを特徴とする撮像装置の制御方法。
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