JP2003175002A - 画像撮影装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 同一の被写体について各リレーレンズを介し
て撮影されて観察者に提示される画像の明るさを揃える
ことできる画像撮影装置を、提供する。 【解決手段】内視鏡装置は、硬性内視鏡１０内部の対物
光学系からの被写体光を、一部反射するとともに一部透
過する反射／透過率可変フィルタ２１によって、分割す
る。そして、対物光学系によって形成された像は、分割
された被写体の各光路上において、広角用リレーレンズ
２３によって広角撮影用ＣＣＤ２５の撮像面上にリレー
されるとともに、ズームレンズからなる拡大用リレーレ
ンズ２６によって拡大撮影用ＣＣＤ２８の撮像面上にリ
レーされる。コントロールユニットは、両ＣＣＤの撮像
面の受光量が同じになるように、反射／透過率可変フィ
ルタ２１による分割率を設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、共通の対物光学系
により形成された像を互いに倍率が異なる２系統のリレ
ー光学系によって夫々リレーし、各リレー光学系によっ
てリレーされた像を別々の画像記録媒体に撮影する画像
撮影装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、医療に用いられる一部の内視鏡
装置や監視カメラには、一つの対物光学系によって形成
された物体の一次像（実像又は虚像）を、比較的倍率が
低く且つ視野が広いリレーレンズ（以下、「広角用リレ
ーレンズ」という）によってリレーして、第１の画像記
録媒体（一般的には、撮像素子）にて撮影する一方、前
記一次像における前記第１の画像記録媒体によって撮影
された範囲の更に一部を比較的倍率が高い（即ち、視野
が狭い）リレーレンズ（以下、「拡大用リレーレンズ」
という）によってリレーして、第２の画像記録媒体（一
般的には、撮像素子）にて撮影する画像記録装置が、組
み込まれている。

【０００３】このような画像記録装置を利用すると、観
察者は、第２の画像記録媒体によって撮影された画像に
より、主要被写体自体を詳細に観察することができると
ともに、第１の画像記録媒体によって撮影された画像に
より、前記主要被写体の周囲に対する相対関係を認識す
ることができる。更に、拡大用リレーレンズによって第
２の画像記録媒体にリレーされる範囲を任意にシフトす
る機構が組み込まれていれば、観察者は、第１の画像記
録媒体によって撮影された画像内において拡大して観察
すべき主要被写体を探して、その主要被写体を第２の画
像記録媒体に撮影させることができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た画像記録装置の構造は、対物光学系による一次像中に
おける広角用リレーレンズを介して第１の画像記録媒体
にリレーされる範囲のうち、更に一部を、拡大用リレー
レンズによって拡大して第２の画像記録媒体によって切
り出すものである。夫々の画像記録媒体が受光する光量
は、他の条件を互いに同一とすれば、その画像記録媒体
に像をリレーするリレーレンズの倍率に依存する。従っ
て、拡大用リレーレンズによってリレーされた像を撮影
する第２の画像記録媒体の受光量は、広角用リレーレン
ズによってリレーされた像を撮影する第１の画像記録媒
体の受光量よりも少なくなる。具体的には、各リレーレ
ンズによってリレーされて各画像記録媒体によって撮影
される像の光量は、他の条件が同じであれば、各リレー
レンズの倍率の二乗に反比例する。従って、拡大用リレ
ーレンズの倍率が広角用リレーレンズの倍率の倍であれ
ば、第２の画像記録媒体によって受光される光量は、第
１の画像記録媒体によって受光される光量の１／４とな
る。その結果、第２の画像記録媒体によって撮影される
像は、第１の画像記録媒体によって撮影される像よりも
暗くなってしまう。

【０００５】また、拡大用リレーレンズがズームレンズ
である場合には、ズーミングに従ってその倍率が変化す
るので、第２の画像記録媒体に受光される光量も変化し
てしまう。

【０００６】本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたものであり、その課題は、一次像を夫々リレーする
複数のリレーレンズの倍率が互いに異なり、且つ、一方
のリレーレンズの倍率が変化する場合であっても、各リ
レーレンズによって夫々リレーされて夫々に対応した画
像記録媒体に撮影されて観察者に提示される画像の明る
さを、揃えることできる画像撮影装置の、提供である。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに構成された本発明による画像撮影装置の第１の態様
は、被写体の一次像を形成する対物光学系と、設定され
た分割比に従って、前記対物光学系からの物体光の光路
を分割する分割機構と、この分割機構によって分割され
た一方の光路上において、前記一次像の略全域をリレー
する第１リレー光学系と、この第１リレー光学系によっ
てリレーされた像中の少なくとも一部の領域を撮影する
第１画像記録媒体と、前記分割機構によって分割された
他方の光路上において、前記一次像の少なくとも一部を
リレーするズームレンズからなる第２リレー光学系と、
前記第２リレー光学系によってリレーされた像における
前記第１画像記録媒体に撮影された領域に相当する範囲
よりも狭い領域を撮影する第２画像記録媒体と、前記第
１画像記録媒体の受光量と前記第２画像記録媒体の受光
量とが略一致するように、前記分割機構の分割比を設定
する分割比制御手段とを、備えたことを特徴とする。

【０００８】このように構成されると、対物光学系から
の光路を第１リレー光学系へ向かう光路と第２リレー光
学系へ向かう光路とに分割する時点で、予め、分割比制
御手段によって設定された分割比に従って分割機構が両
光路へ分割される光量に差を付ける。その結果、第１画
像記録媒体に受光される時点での光量と、第２画像記録
媒体に受光される時点での光量とが一致する。

【０００９】分割比制御手段は、第２リレー光学系の倍
率を検出して、その倍率に従って分割比を設定しても良
いし、この第２リレー光学系を介して第２画像記録媒体
に受光された光量と第１リレー光学系を介して第１画像
記録媒体に受光された光量との輝度比を検出し、この輝
度比に従って分割比を設定しても良い。

【００１０】分割機構は、物体光を一部反射するととも
に一部透過するフィルターを用いるものであっても良
い。この場合には、フィルタの箇所毎に物体光に対する
反射／透過率を変化させておくとともに、駆動機構によ
ってフィルタの物体光に対する位置を変化させれば良
い。このフィルタにおける反射／透過率の変化は、ステ
ップ状になっていて、一度に物体光の光路に挿入される
箇所の反射／透過率が均一であっても良いし、漸次変化
するようになっていても良い。また、分割機構は、対物
レンズの射出瞳近傍に配置された面積可変ミラーを用い
るものであっても良い。さらに、分割機構は、ＤＭＤ
（マイクロミラーデバイス）を用いるものであっても良
い。

【００１１】また、本発明に画像撮影装置の第２の態様
は、被写体の一次像を形成する対物光学系と、この対物
光学系からの物体光の光路を分割する分割素子と、この
分割素子によって分割された一方の光路上において、前
記一次像の略全域をリレーする第１リレー光学系と、こ
の第１リレー光学系によってリレーされた像中の少なく
とも一部の領域を撮影する第１画像記録媒体と、前記分
割素子によって分割された他方の光路上において、前記
一次像の少なくとも一部をリレーするズームレンズから
なる第２リレー光学系と、前記第２リレー光学系によっ
てリレーされた像における前記第１画像記録媒体に撮影
された領域に相当する範囲よりも狭い領域を撮影する第
２画像記録媒体と、前記分割素子から前記第１画像記録
媒体に至る前記光路上において、前記第２リレー光学系
の倍率に従って設定された減衰率にて通過光量を制限す
る通過光量制御機構とを、備えたことを特徴とする。

【００１２】このように構成されると、対物光学系から
第１リレー光学系へ向かう光路と第２リレー光学系へ向
かう光路とを分割した後で、通過光量制御機構が、第２
リレー光学系の倍率に従って設定した減衰率にて第１画
像記録媒体に向かう光量を制限する。その結果、第１画
像記録媒体に受光される時点での光量と、第２画像記録
媒体に受光される時点での光量とが一致する。

【００１３】通過光量制御機構は、減光フィルタを用い
るものであっても良い。この場合には、フィルタの箇所
毎に物体光に対する減衰率を変化させておくとともに、
駆動機構によってフィルタの物体光に対する位置を変化
させれば良い。このフィルタにおける減衰率の変化は、
ステップ状になっていて、一度に物体光の光路に挿入さ
れる箇所の減衰率が均一であっても良いし、漸次変化す
るようになっていても良い。

【００１４】本発明において、画像記録媒体とは、銀塩
フィルム及び電子撮像デバイスを含む。電子撮像デバイ
スとしては、ＣＣＤ，ＣＭＯＳ等の撮像素子及び撮像管
を含む。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態を説明する。

【００１６】

【実施形態１】本発明の第１の実施形態は、本発明によ
る画像撮影装置２０を内視鏡装置１に組み込んだもので
ある。図１に示されるように、第１実施形態による内視
鏡装置１は、患者の腹壁に嵌め込まれたトラカール等を
介して体腔内に挿入される硬性内視鏡１０と，この硬性
内視鏡１０が取り付けられる画像撮影装置２０と，この
画像撮影装置２０に夫々接続されたコントロールユニッ
ト３０と、このコントロールユニット３０に接続された
広角観察用モニタ４０及び拡大観察用モニタ４１とか
ら、構成されている。

【００１７】硬性内視鏡１０は、二重管構造の挿入部
（患者の体腔内に挿入される部分）１０ａ及び当該挿入
部１０ａの基端に設けられた操作部１０ｂから、構成さ
れている。挿入部１０ａにおける内側の筒の内部には、
体腔内の像を形成してリレーするための対物光学系が、
収容されている。この対物光学系は、対物レンズ群１１
と複数のリレーレンズ１２とから構成されている。対物
レンズ群１１は、広い範囲（例えば、１２０°以上の画
角）の視野の像を形成可能なレトロフォーカス型の対物
レンズとして、構成されている。この対物レンズ群１１
により形成される体腔内部の像は、各リレーレンズ１２
により順次リレーされ、最終的に、この硬性内視鏡１０
の操作部１０ｂの後方（即ち、画像撮影装置２０の内
部）の像面１２ｉに結像する。また、挿入部１０ａにお
ける内外の管同士の間に形成された環状の空間には、そ
の全長に亘って、撮影対象としての体腔内に照明光を伝
えるためのライトガイド（ファイババンドル）１３が充
填されている。このライトガイド１３の基端側は、操作
部１０ｂ内において束ねられ、その側壁を通じて外部へ
引き出され、図示せぬ光源装置に接続されている。従っ
て、この光源装置において発生した照明光が、ライトガ
イド１３によって導光されて、挿入部１０ａの先端面か
ら体腔内に照射されるのである。

【００１８】画像撮影装置２０は、その内部に、対物光
学系（リレーレンズ１２）の光軸Axを分割する反射／透
過率可変フィルタ２１と、対物光学系からの光束（物体
光）が反射／透過率可変フィルタ２１によって反射され
ることによって分割された一方の光軸Ax１を反射／透過
率可変フィルタ２１と共にクランク状に折り曲げる反射
鏡２２と、この反射鏡２２によって折り曲げられた光軸
Ax１と、同軸に配置された比較的倍率の低いリレーレン
ズ（広角用リレーレンズ）２３と、この広角用リレーレ
ンズ２３によって再結像された像を撮影する広角撮影用
ＣＣＤ２５と、物体光が反射／透過率可変フィルタ２１
を透過することによって分割された他方の光軸Ax２をシ
フトさせる機能を持った視野シフトプリズム２４と、視
野シフトプリズム２４を通り抜けた光軸Ax２がその入射
瞳を通過するように当該光軸Ax２と平行に配置された比
較的倍率の高いリレーレンズ（拡大用リレーレンズ）２
６と、この拡大用リレーレンズ２６によって再結像され
た像を撮影する拡大撮影用ＣＣＤ２８とを、備えてい
る。

【００１９】反射／透過率可変フィルタ（部分反射鏡）
２１は、全体として円板形状を有しているとともに、図
２に示すように、中心角が６０度である６つの扇形領域
に区分されている。そして、時計回りに透過率が大きく
なるように（反射率が小さくなるように）、これら各扇
形領域に、個別の反射／透過率が設定されている。具体
的には、６つの扇形領域には、時計回りに、５０：５
０，４５：５５，４０：６０，３５：６５，３０：７
０，２５：７５の反射／透過率（分割比）が設定されて
いる。この反射／透過率可変フィルタ２１は、画像撮影
装置２０に取り付けられた硬性内視鏡１０の後方に、そ
の対物光学系（リレーレンズ１２）の光軸Axに対して４
５度傾いた状態で、且つ、対物光の光路の全域が一つの
扇形領域を貫くように光軸Axに対してオフセットした状
態で、配置されている。さらに、この反射／透過率可変
フィルタ２１は、その中心に駆動軸が直結されたフィル
タ駆動モータ（駆動機構）２９によって回転駆動され、
任意の扇形領域を物体光の光路へ挿入することができ
る。これら反射／透過率可変フィルタ２１及びフィルタ
駆動モータ２９が、分割機構に相当する。

【００２０】上述した広角用リレーレンズ（第１リレー
レンズ）２３は、対物光学系によって像面１２ｉに形成
された像（一次像）全体を、広角撮影用ＣＣＤ２５の撮
像面内に再結像させる。

【００２１】この広角撮影用ＣＣＤ（第１画像記録媒
体）２５は、その撮像面にカラーモザイクフィルタ（色
分解光学系）が被せられた単板式カラーＣＣＤである。
従って、この広角撮影用ＣＣＤ２５は、対物光学系によ
って形成された像全体をカラー撮影することができる。

【００２２】視野シフトプリズム２４は、図３の拡大斜
視図に示されるように、第２型ポロプリズムであり、１
個の直角プリズム２４２と，その直角プリズム２４２の
約半分の大きさの二個の直角プリズム２４１，２４３と
から、組み上げられている。このうちの直角プリズム２
４１は、物体光が反射／透過率可変フィルタ２１を透過
することによって分割された他方の光軸Ax２上に、その
光軸Ax２に対して入射面が直交するとともに反射面２４
１ａが４５度傾いた状態で、配置されている。そして、
反射面２４１ａによって直角に折り曲げられた光軸Ax２
は、直角プリズム２４２に対して、Ｙ方向（図３におけ
る上下方向，図１における紙面に直交する方向）から進
入する。この光軸Ax２は、直角プリズム２４２内におい
て、Ｚ方向（分割前における対物光学系の光軸Axと平行
な方向）を向いた稜線を介して直角に接する一対の反射
面２４２ａ，２４２ｂによって、ＸＹ平面（Ｚ方向に直
交する面）に沿って１８０度反転された後、直角プリズ
ム２４３に対し、Ｙ方向から進入する。この光軸Ax２
は、直角プリズム２４３内において、反射面２４１ａに
対して直交する方向を向いた反射面２４３ａによって、
分割前における対物光学系の光軸Axと平行な方向へ、折
り曲げられる。なお、視野シフトプリズム２４が所定の
初期位置にある時には、この光軸Ax２は、拡大用リレー
レンズ２６の光軸に対して同軸となり、拡大撮影用ＣＣ
Ｄ２８の撮像面の中心に達する。

【００２３】拡大用リレーレンズ（第２リレーレンズ）
２６は、対物光学系によって像面１２ｉに形成された像
（一次像）を、広角用リレーレンズ２３よりも大きい倍
率にて、拡大撮影用ＣＣＤ２８の撮像面を含む面内に再
結像させる。この拡大用リレーレンズ２６は、物体側か
ら順に、第１レンズ群２６ａ，第２レンズ群２６ｂ，第
３レンズ群２６ｃから構成される３群ズームレンズであ
り、第１レンズ群２６ａが固定されており、第２レンズ
群２６ｂ及び第３レンズ群２６ｃが光軸に沿って移動す
ることにより、全体としての焦点距離（倍率）を変化さ
せることができる。これら第２レンズ群２６ｂ及び第３
レンズ群２６ｃは、ズーム鏡筒２６によって、光軸に沿
って移動可能に保持されている。このズーム鏡筒２６を
構成する図示せぬカム環が光軸周りに回転することによ
り、カム環に形成されている各カム溝に係合したカムフ
ォロワを一体に有するこれら第２レンズ群２６ｂ及び第
３レンズ群２６ｃが、光軸方向に移動される。これによ
り、第２再結像光学系２６の倍率は、任意に調整され
る。このカム環は、ズームレンズ駆動モータ５２によっ
て、回転駆動される。

【００２４】拡大撮影用ＣＣＤ（第２画像記録媒体）２
８も、その撮像面にカラーモザイクフィルタ（色分解光
学系）が被せられた単板式カラーＣＣＤである。従っ
て、このリレーレンズ２３によって拡大されて再結像さ
れた像のうち、拡大撮影用ＣＣＤ２８の撮像面と重なっ
ている部分のみが、この拡大撮影用ＣＣＤ２８によって
カラー撮影される。この拡大撮影用ＣＣＤ２８と広角撮
影用ＣＣＤ２５とは、互いに同じ特性を有している。

【００２５】ところで、上述した視野シフトプリズム２
４は、一対のモータ２７，２７によってＸ方向（Ｙ方向
及びＺ方向に夫々直交する方向，図１における上下方
向）及びＹ方向に夫々スライドする図示せぬＸＹステー
ジ２７により、ＸＹ面内で移動可能に保持されている。
このＸＹステージ２７によって視野シフトプリズム２４
がＸＹ平面内でシフトされると、反射／透過率可変フィ
ルタ２１を通過した光軸Ax２は、拡大用リレーレンズ２
６の光軸に対してシフトされる。その結果、拡大撮影用
ＣＣＤ２８の撮像面を含む平面上に拡大用リレーレンズ
２６によって形成される像は、当該撮像面に対してシフ
トされることになる。従って、視野シフトプリズム２４
が各モータ２７，２７によってＸＹ平面内で任意に移動
されることにより、対物光学系によって像面１２ｉに形
成された像（一次像）内において、広角撮影用ＣＣＤ２
８によって撮影される範囲が、移動するのである。

【００２６】次に、コントロールユニット３０の構成を
説明する。図３は、このコントロールユニット３０の回
路構成を示すブロック図である。この図３から明らかな
ように、このコントロールユニット３０は、広角撮影用
ＣＣＤ２５に接続された増幅回路３１と、この増幅回路
３１に接続されたプロセス回路３２と、このプロセス回
路３２に接続されたカラーマトリックス回路３３と、こ
のカラーマトリックス回路３３及び広角用ＣＣＤ撮影用
２５に接続されたタイムジェネレーター３４と、拡大撮
影用ＣＣＤ２８に接続された増幅回路３５と、この増幅
回路３５に接続されたプロセス回路３６と、このプロセ
ス回路３６に接続されたカラーマトリックス回路３７
と、このカラーマトリックス回路３７及び広角用ＣＣＤ
２８に接続されたタイムジェネレーター３８と、上記各
視野シフトプリズム２７，２７，ズムレンズ駆動モータ
５２及びフィルタ駆動モータ２９に接続されたコントロ
ーラ部３９と、このコントローラ部に接続されたメモリ
５３から、構成されている。

【００２７】コントローラ部３９は、図示せぬ入力スイ
ッチを通じて操作者によって入力された操作信号に従っ
て、上記各モータ２７，２７に駆動電流を供給すること
によって、視野シフトプリズム２４を、その操作信号に
応じた位置へ移動させる。なお、この移動の間中、コン
トローラ部３９は、図示せぬＸＹステージの各ステージ
に夫々取り付けられたエンコーダからの位置検出信号を
受信して、視野シフトプリズム２４の現在位置を認識す
る。また、コントローラ部３９は、図示せぬ入力スイッ
チを通じて操作者によって入力された操作信号に従っ
て、上記ズームレンズ駆動モータ５２に駆動電流を供給
することによって、拡大用リレーレンズ２６の倍率を変
化させる。なお、この移動の間中、コントローラ部３９
は、図示せぬカム環に取り付けられたエンコーダからの
位置検出信号を受信して、拡大用リレーレンズ２６の現
在の倍率を認識する。

【００２８】さらに、コントローラ部３９は、上記エン
コーダからの位置検出信号に基づいて認識される拡大用
リレーレンズ２６の現在の倍率に従って、反射／透過率
可変フィルタ２１におけるその倍率に対応した扇形領域
を被写体光の光路に挿入させるようにフィルタ駆動モー
タ２９を回転させる機能をも、有している（分割比制御
手段に相当）。この回転の間中、コントローラ部３９
は、反射／透過率可変フィルタ２１に取り付けられたエ
ンコーダからの回転位置検出信号を受信して、反射／透
過率可変フィルタ２１の現在の回転位置を認識する。メ
モリ５３には、拡大用リレーレンズ２６が取り得るあら
ゆる倍率（エンコーダからの位置検出信号によって識別
されるステップ毎の倍率）に対応付けて、その倍率にお
いて両ＣＣＤ２５，２８に受光される光量を等しくする
ための反射／透過率が、テーブル形式で記載されてい
る。コントローラ部３９は、現在の倍率に応じた反射／
透過率をこのメモリ５３から読み出し、その反射／透過
率が設定された扇形領域を被写体光の走路に挿入するよ
うに、エンコーダからの回転位置検出信号を利用して、
フィルタ駆動モータ２９を回転させる。

【００２９】各タイムジェネレータ３４，３８は、夫々
に接続されたＣＣＤ２５，２８に対して、各画素に蓄積
されていた電荷を転送させるタイミング信号（転送信
号）を供給する。これととともに、各タイムジェネレー
タ３４，３８は、各ＣＣＤ２５，２８に供給しているタ
イミング信号に同期させて、同期信号（垂直同期信号）
を、夫々に接続されているカラーマトリックス回路３
３，３７へ供給する。

【００３０】各増幅回路３１，３５は、夫々に接続され
たＣＣＤ２５，２８から転送されて来た電荷を、自己に
固有に設定された増幅率にて一律に増幅して、ＲＧＢカ
ラー画像信号として出力する。本実施形態においては、
これら両増幅回路３１，３５は互いに全く同じ特性（増
幅率を含む）を有している。

【００３１】各プロセス回路３２，３６は、各々に接続
された増幅回路３１，３５から出力されたアナログ画像
信号に対して、暗電流成分除去，γ補正，ホワイトバラ
ンス調整，等の処理を施した後に、カラーマトリックス
回路３３へ出力する。

【００３２】各マトリックス回路３３，３７は、各々に
接続されたプロセス回路３２から受信したＲＧＢカラー
画像信号における各画素毎のＲ（赤），Ｇ（緑）及びＢ
（青）の各輝度値に対してマトリックス演算を施すこと
により、ＹＩＱカラー画像信号に変換する。

【００３３】このように、コントロールユニット３０内
において、広角撮影用ＣＣＤ２５から転送された電荷
と、拡大撮影用ＣＣＤ２８から転送された電荷とは、夫
々に対応して備えられた回路により、互いに独立して処
理される。そして、広角撮影用ＣＣＤ２５から転送され
た電荷を処理する回路に繋がるカラーマトリックス回路
３３から出力されたＹＩＱカラー画像信号は、広角観察
用モニタ４０に入力される。一方、拡大撮影用ＣＣＤ２
８から転送された電荷を処理する回路に繋がるカラーマ
トリックス回路３７から出力されたＹＩＱカラー画像信
号は、拡大観察用モニタ４１に入力される。従って、広
角観察用モニタ４０には、広角撮影用ＣＣＤ２５によっ
て撮影された画像（対物光学系１２によって像面１２ｉ
に形成された像の全体を含む画像）が表示され、拡大観
察用モニタ４１には、拡大撮影用ＣＣＤ２８によって撮
影された画像（広角観察用モニタ４０に表示された画像
の一部を拡大した画像）が表示される。図１に示された
例においては、広角観察用モニタ４０に表示された画像
中の矩形枠Ｍで囲まれた領域が、拡大されて、拡大観察
用モニタ４１に表示されている。

【００３４】以上のように構成された内視鏡装置におい
て、単位時間当たりに各ＣＣＤ２５，２８によって夫々
受光される光量は、反射／透過率可変フィルタ２１にお
ける反射／透過率が５０：５０に設定された扇形領域が
被写体光の光路に挿入された場合には、両リレーレンズ
２３，２６に対する入射側のＦナンバーが互いに等しけ
れば、各リレーレンズ２３，２６の倍率の自乗に反比例
する。従って、例えば、拡大用リレーレンズ２６の倍率
が広角用リレーレンズ２３の倍率の１．４倍となってい
れば、拡大撮影用ＣＣＤ２８に受光される光量は、広角
撮影用ＣＣＤ２５に受光される光量の約１／２となる。
この光量差を補正して最終的に各モニタ４０，４１へ向
けて出力される信号のレベルを互いに同レベルにするよ
うに、コントロールユニット３０中のコントローラ部３
９は、反射／透過率可変フィルタ２１における反射／透
過率が３５：６５に設定された扇形領域が被写体光の光
路に挿入されるように、フィルタ駆動モータ２９を制御
する。実際には、像面１２ｉから広角用リレーレンズ２
３の入射瞳までの光路長と像面１２ｉから拡大用リレー
レンズ２６の入射瞳までの光路長とは相違しており、し
かも両リレーレンズ２３，２６の入射瞳径も互いに異な
るであろうから、両リレーレンズ２３，２６に対する入
射側のＦナンバーも互いに相違することが一般的であ
る。従って、反射／透過率可変フィルタ２１による反射
／透過率が、丁度１：２とはならない。さらに、操作者
の望む拡大率に応じて、拡大用リレーレンズ２６の倍率
が変化するので、それに依って生じる光量差を打ち消す
のに最適な反射／透過率が設定された扇形領域が、被写
体光の光路に挿入される。これにより、両モニタ４０，
４１には、同じ明るさで画像が表示されるのである。

【００３５】なお、本実施形態１において、反射／透過
率可変フィルタ２１に設定される反射／透過率を、中心
角が６０度づつの扇形領域毎に変化させる代わりに、時
計方向に漸次変化させても良い。但し、このように反射
／透過率可変フィルタ２１の反射／透過率を変化させる
場合には、この反射／透過率可変フィルタ２１を、像面
１２ｉからできるだけ遠ざける必要がある。

【００３６】

【実施形態２】本発明の第２実施形態は、上述した第１
実施形態と同様に、本発明による画像撮影装置を内視鏡
システムに適用したものである。但し、本第２実施形態
は、上述した第１実施形態と比較して、被写体光を分割
する比率を可変とするのではなく、被写体光を分割する
比率を１：１とする代わりに、分割してから広角撮影用
ＣＣＤ２５に至る光路上に濃度可変フィルタ５７を設け
たことを特徴とする。

【００３７】図５は、この第２実施形態の構造を示す概
略構成図である。図５に示すように、この第２実施形態
における画像撮影装置２０は、その内部に、対物光学系
（リレーレンズ１２）の光軸Axを分割する機能及び分割
された一方の光軸をシフトさせる機能を併せ持った視野
シフトプリズム５４と、この視野シフトプリズム５４に
よって分割された一方の光軸Ax１をクランク状に折り曲
げるための一対の反射鏡５５，５６と、これら一対の反
射鏡５５，５６によって折り曲げられた光軸Ax１と同軸
に配置された比較的倍率の低いリレーレンズ（広角用リ
レーレンズ）２３と、この広角用リレーレンズ２３によ
って再結像された像を撮影する広角撮影用ＣＣＤ２５
と、視野シフトプリズム５４によって分割された他方の
光軸Ax２がその入射瞳を通過するように当該光軸と平行
に配置された比較的倍率の高いリレーレンズ（拡大用リ
レーレンズ）２６と、この拡大用リレーレンズ２６によ
って再結像された像を撮影する拡大撮影用ＣＣＤ２８と
を、備えている。

【００３８】視野シフトプリズム５４は、図６の拡大斜
視図に示されるように、図３に示す第１実施形態の視野
シフトプリズム２４における直角プリズム２４１を、こ
の直角プリズム２４１とほぼ同じ大きさの二つの直角プ
リズムを組み合わせた大きさのビームスプリッター（分
割素子）５４１に置き換えたものである。なお、ビーム
スプリッター５４１を構成する２つの直角プリズムのう
ちの一方の直角プリズムの斜面には、可視光を５０％の
反射率で反射させる金属薄膜が蒸着されており、ビーム
スプリッター５４１は、その直角プリズムともう一方の
直角プリズムの斜面同士を貼り合わせることによって直
方体として形成されている。従って、ビームスプリッタ
ー５４１内の接合面５４１ａでは、入射される光束（物
体光）の一部が反射するとともに、残りの光束が透過す
る（即ち、対物光学系の光軸Axが、接合面５４１ａを通
過する光軸Ax１と直角に折り曲げられる光軸Ax２とに、
分割される）。

【００３９】このビームスプリッター５４１は、画像撮
影装置２０に取り付けられた硬性内視鏡１０の後方に配
置されている。そして、その接合面５４１ａによって直
角に折り曲げられた光軸Ax２は、直角プリズム５４２に
対して、Ｙ方向（図２における上下方向，図５における
紙面に直交する方向）から進入し、この直角プリズム５
４２内において、Ｚ方向を向いた稜線を介して直角に接
する一対の反射面５４２ａ，５４２ｂによってＸＹ平面
（Ｚ方向に直交する面）に沿って１８０度反転された
後、直角プリズム５４３に対し、Ｙ方向から進入し、直
角プリズム２４３内において、接合面５４１ａに対して
直交する方向を向いた反射面５４３ａによって、分割前
における対物光学系の光軸Axと平行な方向へ、折り曲げ
られる。なお、視野シフトプリズム５４が所定の初期位
置にある時には、この光軸Ax２は、拡大用リレーレンズ
２６の光軸と同軸に配置され、拡大撮影用ＣＣＤ２８の
撮像面の中心に達する。

【００４０】一方、接合面５４１ａを通過した光軸Ax１
上には、上述した反射鏡５５が配置されている。従っ
て、ビームスプリッター５４１の位置如何に拘わらず、
接合面５４１ａを通過した光軸Ax１は、各反射鏡５５，
５６によってクランク状に折り曲げられた後、広角用リ
レーレンズ２３を同軸に通過し、広角撮影用ＣＣＤ２５
の中心に達する。

【００４１】これら反射鏡５６と広角用リレーレンズ２
３との間に配置された濃度可変フィルタ（減光フィル
タ）５７は、全体として円板形状を有しているととも
に、図７に示すように、中心角が６０度である６つの扇
形領域に区分されている。そして、時計回りに透過率が
大きくなるように（反射率が小さくなるように）、これ
ら各扇形領域に、個別の反射／透過率が設定されてい
る。具体的には、６つの扇形領域には、時計回りに、１
００％，７５％，５０％，３５％，２５％，１８％の透
過率が夫々設定されている。この濃度可変フィルタ５７
は、光軸Ax１に直交し、且つ、対物光の光路の全域が一
つの扇形領域を貫くように光軸Ax１に対してオフセット
した状態で、配置されている。さらに、この濃度可変フ
ィルタ５７は、その中心に駆動軸が直結されたフィルタ
駆動モータ（駆動装置）５８によって回転駆動され、任
意の扇形領域を物体光の光路へ挿入することができる。
これら濃度可変フィルタ５７及びフィルタ駆動モータ５
８が、通過光量制御機構に相当する。

【００４２】このフィルタ駆動モータ５８は、コントロ
ールユニット３０によって、その駆動電流を供給され
る。図８は、このコントロールユニット３０の回路構成
を示すブロック図である。この図８に示されるコントロ
ーラ部３９は、反射／透過率可変フィルタ２１を回転さ
せる機能を除いて、上述した第１実施形態のものと同じ
機能を有する。

【００４３】さらに、コントローラ部３９は、上記エン
コーダからの位置検出信号に基づいて認識される拡大用
リレーレンズ２６の現在の倍率に従って、その倍率に対
応した濃度可変フィルタ５７の扇形領域を被写体光の光
路に挿入させるようにフィルタ駆動モータ５９を回転さ
せる機能をも、有している（通過光量制御機構）。な
お、この回転の間中、コントローラ部３９は、濃度可変
フィルタ５７に取り付けられたエンコーダからの回転位
置検出信号を受信して、濃度可変フィルタ５７の現在の
回転位置を認識する。メモリ５３には、拡大用リレーレ
ンズ２６が取り得るあらゆる倍率（エンコーダからの位
置検出信号によって識別されるステップ毎の倍率）に対
応付けて、その倍率において拡大撮影ＣＣＤ２８に受光
される光量に対して、広角撮影ＣＣＤ２５に受光される
光量を等しくするための透過率（減衰率）が、テーブル
形式で記載されている。コントローラ部３９は、現在の
倍率に応じた透過率をこのメモリ５３から読み出し、そ
の透過率が設定された扇形領域を被写体光の走路に挿入
するように、エンコーダからの回転位置検出信号を利用
して、フィルタ駆動モータ５９を回転させる。

【００４４】以上のように構成された内視鏡装置では、
第１実施形態において被写体光の分割比率を変化させる
のに代えて、広角撮影用ＣＣＤ２５によって受光される
光量を、濃度可変フィルタ５７によって、拡大撮影ＣＣ
Ｄ２８によって受光される光量にまで減衰させる。ま
た、操作者の望む拡大率に応じて、拡大用リレーレンズ
２６の倍率が変化するので、それに依って生じる光量差
を打ち消すのに最適な透過率が設定された扇形領域が、
被写体光の光路に挿入される。これにより、両モニタ４
０，４１には、同じ明るさで画像が表示されるのであ
る。

【００４５】本第２実施形態におけるその他の構成及び
作用は、上述した第１実施形態のものと全く同じである
ので、その説明を省略する。

【００４６】なお、本実施形態２において、濃度可変フ
ィルタ５７に設定された透過率を、中心角が６０度づつ
の扇形領域毎に変化させる代わりに、時計方向に漸次変
化するように設定しても良い。但し、このように濃度可
変フィルタ５７の透過率を変化させる場合には、この濃
度可変フィルタ５７を、拡大用リレーレンズ２３の入射
瞳に近づけることが望ましい。

【００４７】

【実施形態３】本発明の第３実施形態は、上述した第１
実施形態と同様に、本発明による画像撮影装置を内視鏡
システムに適用したものである。但し、本第３実施形態
は、上述した第１実施形態と比較して、反射／透過率可
変フィルタ２１における被写体の光路に挿入すべき扇型
領域の反射／透過率をコントローラ部３９が設定する方
式のみが異なり、他の部分が共通となっている。

【００４８】図９に示すように、本実施形態において
は、反射／透過率可変フィルタ２１の各扇形フィルタの
うち、反射／透過率が５０：５０に設定されているもの
には識別記号Ｆ１が、反射／透過率が４５：５５に設定
されているものには識別記号Ｆ２が、反射／透過率が４
０：６０に設定されているものには識別記号Ｆ３が、反
射／透過率が３５：６５に設定されているものには識別
記号Ｆ４が、反射／透過率が３０：７０に設定されてい
るものには識別記号Ｆ５が、反射／透過率が２５：７５
に設定されているものには識別記号Ｆ６が、夫々設定さ
れている。

【００４９】図１０は、本第３実施形態におけるコント
ロールユニット３０の回路構成を示すブロック図であ
る。この図１０に示されるように、このコントロールユ
ニット３０を構成するコントローラ部３９は、両カラー
マトリックス回路３３，３７から、夫々輝度信号を受信
している。この輝度信号とは、各モニタ４０に出力され
るＹＩＱカラー画像信号に含まれるＹ信号である。コン
トローラ部３９は、ＹＩＱカラー画像信号における各フ
レーム毎に、広角観察用モニタ４０に出力されるＹＩＱ
カラー画像信号に含まれるＹ信号の平均値，及び、拡大
観察用モニタ４１に出力されるＹＩＱカラー画像信号に
含まれるＹ信号の平均値を、夫々算出する。そして、両
者の差に基づいて、コントローラ部３９は、モニタ４１
へ向けて出力されるＹＩＱカラー画像信号の輝度レベル
がモニタ４０へ向けて出力されるＹＩＱカラー画像信号
の輝度レベルと同レベルとなるような反射／透過率が設
定されている扇型領域を、被写体光の光路に挿入する。

【００５０】具体的には、コントローラ部３９は、メモ
リ（ＲＯＭ）５３内に格納されているプログラムに従っ
て、図１１のフローチャートに示される光量調整処理を
実行する。この光量調整処理は、コントローラ部３９が
ズームレンズ駆動モータ５２を駆動させる毎に、実行さ
れる。

【００５１】この光量調整処理において、最初のＳ０１
では、コントローラ部３９は、一旦、反射／透過率可変
フィルタ２１におけるＦ１の扇形領域を、被写体光の光
路へ挿入する。

【００５２】次のＳ０２では、コントローラ部３９は、
広角観察用モニタ４０に出力されるＹＩＱカラー画像信
号に含まれるＹ信号を１フレーム分読み込んでその平均
値Ｓｗを算出するとともに、拡大観察用モニタ４１に出
力されるＹＩＱカラー画像信号に含まれるＹ信号を１フ
レーム分読み込んでその平均値Ｓｔを算出する。

【００５３】次のＳ０３では、コントローラ部３９は、
Ｓ１にて算出された各輝度信号平均値Ｓｔ，Ｓｗを、Ａ
／Ｄ（アナログ／デジタル）変換する。なお、この変換
後における輝度信号平均値ＳｔはＤｔと、輝度信号平均
値ＳｗはＤｗと、夫々表記される。

【００５４】Ｓ０４では、コントローラ部３９は、Ｄｗ
とＤｔとの差分が所定の許容値Ａを超えているか否かを
チェックする。そして、ＤｗとＤｔとの差分が所定の許
容値Ａ以内であれば、コントローラ部３９は、反射／透
過率可変フィルタ２１を回転させることなく、この光量
調整処理を終了する。これに対して、ＤｗとＤｔとの差
分が許容値Ａを越えていれば、コントローラ部３９は、
処理をＳ０５へ進める。

【００５５】Ｓ０５では、コントローラ部３９は、Ｄｗ
とＤｔとの差分が、許容値Ａよりも大きい閾値Ａ１未満
であるか否かを、チェックする。そして、ＤｗとＤｔと
の差分が閾値Ａ１未満であれば、コントローラ部３９
は、Ｓ１１において、反射／透過率可変フィルタ２１に
おけるＦ２の扇形領域を被写体光の光路へ挿入し、この
光量調整処理を終了する。これに対して、ＤｗとＤｔと
の差分が閾値Ａ１以上であれば、コントローラ部３９
は、処理をＳ０６へ進める。

【００５６】Ｓ０６では、コントローラ部３９は、Ｄｗ
とＤｔとの差分が、閾値Ａ１よりも大きい閾値Ａ２未満
であるか否かを、チェックする。そして、ＤｗとＤｔと
の差分が閾値Ａ２未満であれば、コントローラ部３９
は、Ｓ１２において、反射／透過率可変フィルタ２１に
おけるＦ３の扇形領域を被写体光の光路へ挿入し、この
光量調整処理を終了する。これに対して、ＤｗとＤｔと
の差分が閾値Ａ２以上であれば、コントローラ部３９
は、処理をＳ０７へ進める。

【００５７】Ｓ０７では、コントローラ部３９は、Ｄｗ
とＤｔとの差分が、閾値Ａ２よりも大きい閾値Ａ３未満
であるか否かを、チェックする。そして、ＤｗとＤｔと
の差分が閾値Ａ３未満であれば、コントローラ部３９
は、Ｓ１３において、反射／透過率可変フィルタ２１に
おけるＦ４の扇形領域を被写体光の光路へ挿入し、この
光量調整処理を終了する。これに対して、ＤｗとＤｔと
の差分が閾値Ａ３以上であれば、コントローラ部３９
は、処理をＳ０８へ進める。

【００５８】Ｓ０８では、コントローラ部３９は、Ｄｗ
とＤｔとの差分が、閾値Ａ３よりも大きい閾値Ａ４未満
であるか否かを、チェックする。そして、ＤｗとＤｔと
の差分が閾値Ａ４未満であれば、コントローラ部３９
は、Ｓ１４において、反射／透過率可変フィルタ２１に
おけるＦ５の扇形領域を被写体光の光路へ挿入し、この
光量調整処理を終了する。これに対して、ＤｗとＤｔと
の差分が閾値Ａ４以上であれば、コントローラ部３９
は、Ｓ０９において、反射／透過率可変フィルタ２１に
おけるＦ６の扇形領域を被写体光の光路へ挿入し、この
光量調整処理を終了する。

【００５９】以上の光量調整処理が、拡大用リレーレン
ズ２６の倍率が変更される毎に実行されることにより、
広角撮影用ＣＣＤ２５に受光される光量を拡大撮影用Ｃ
ＣＤ２８に受光される光量に近づけるのに最適な透過率
（減衰率）が決定され、反射／透過率可変フィルタ２１
における当該透過率が設定されている扇形領域が、被写
体光の光路に挿入される。

【００６０】本第３実施形態におけるその他の構成及び
作用は、上述した第１実施形態のものと全く同じである
ので、その説明を省略する。

【００６１】

【実施形態４】本発明の第４実施形態は、本発明による
画像撮影装置を監視カメラに適用したものである。図１
２に示されるように、第４実施形態による監視カメラ
は、図１に示した第１実施形態による内視鏡装置のもの
と全く同じ構成を有する画像撮影装置２０，コントロー
ルユニット３０，広角観察用モニタ４０及び拡大観察用
モニタ４１を、含んでいる。但し、第１実施形態とは異
なり、画像撮影装置２０には、構成内視鏡１０の代わり
に、レンズ鏡筒６０が接続されている。

【００６２】このレンズ鏡筒６０は、その内部に、１２
０°程度の画角を有する広角レンズである対物光学系６
１を、保持している。この対物光学系６１により、監視
対象空間の像が、画像撮影装置２０内部の像面６１ａ
に、形成される。

【００６３】本第４実施形態におけるその他の構成及び
作用は、上述した第１実施形態のものと全く同じである
ので、その説明を省略する。

【００６４】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明の画像撮
影装置によれば、一次像を夫々リレーする複数のリレー
レンズの倍率が互いに異なり、且つ、一方のリレーレン
ズの倍率が変化する場合であっても、各リレーレンズに
よって夫々リレーされて夫々に対応した画像記録媒体に
撮影されて観察者に提示される画像の明るさを、揃える
ことできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施形態である内視鏡装置の光
学構成及び内部構成を概略的に示す説明図

【図２】 反射／透過率可変フィルタの正面図

【図３】 視野シフトプリズムの拡大斜視図

【図４】 本発明の第１実施形態におけるコントロール
ユニットの回路構成を示すブロック図

【図５】 本発明の第２実施形態である内視鏡装置の光
学構成及び内部構成を概略的に示す説明図

【図６】 視野シフトプリズムの拡大斜視図

【図７】 濃度可変フィルタの正面図

【図８】 本発明の第２実施形態におけるコントロール
ユニットの回路構成を示すブロック図

【図９】 反射／透過率可変フィルタの正面図

【図１０】 本発明の第３実施形態におけるコントロー
ルユニットの回路構成を示すブロック図

【図１１】 コントローラ部が実行する感度調整処理を
示すフローチャート

【図１２】 本発明の第４実施形態である監視カメラの
光学構成及び内部構成を概略的に示す説明図

【符号の説明】

１０ 硬性内視鏡 １１ 対物レンズ群 １２ リレーレンズ ２０ 画像撮影装置 ２１ 反射／透過率可変フィルタ ２３ 広角用リレーレンズ ２４ 視野シフトプリズム ２５ 広角撮影用ＣＣＤ ２６ 拡大用リレーレンズ ２８ 拡大撮影用ＣＣＤ ３０ コントロールユニット ３９ コントローラ部 ５３ メモリ ５４ 視野シフトプリズム ５７ 濃度可変フィルタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０４Ｎ 5/335 Ｈ０４Ｎ 5/335 Ｖ 7/18 7/18 Ｍ Ｆターム(参考） 2H040 BA01 BA03 CA28 GA01 4C061 AA24 CC06 DD01 FF40 FF47 LL03 MM05 NN05 VV04 WW03 5C022 AA09 AC42 AC54 AC55 5C024 BX02 EX42 EX48 GY01 GY31 5C054 CC07 CH02 EA01 EA07 ED07 FE18 GB11 HA12

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被写体の一次像を形成する対物光学系と、 設定された分割比に従って、前記対物光学系からの物体
   光の光路を分割する分割機構と、 この分割機構によって分割された一方の光路上におい
   て、前記一次像の略全域をリレーする第１リレー光学系
   と、 この第１リレー光学系によってリレーされた像中の少な
   くとも一部の領域を撮影する第１画像記録媒体と、 前記分割機構によって分割された他方の光路上におい
   て、前記一次像の少なくとも一部をリレーするズームレ
   ンズからなる第２リレー光学系と、 前記第２リレー光学系によってリレーされた像における
   前記第１画像記録媒体に撮影された領域に相当する範囲
   よりも狭い領域を撮影する第２画像記録媒体と、 前記第１画像記録媒体の受光量と前記第２画像記録媒体
   の受光量とが略一致するように、前記分割機構の分割比
   を設定する分割比制御手段とを備えたことを特徴とする
   画像撮影装置。
2. 【請求項２】前記分割比制御手段は、前記第２リレー光
   学系の倍率に従って、前記分割機構による分割比を設定
   することを特徴とする請求項１記載の画像撮影装置。
3. 【請求項３】前記第１画像記録媒体及び前記第２画像記
   録媒体は夫々撮像素子を含み、 前記分割比制御手段は、前記第１画像記録媒体及び前記
   第２画像記録媒体から夫々出力された画像信号同士の輝
   度比に従って、前記分割素子の分割比を設定することを
   特徴とする請求項１記載の画像撮影装置。
4. 【請求項４】前記分割機構は、その場所に依って反射光
   と透過光との比率が異なっている部分反射鏡と、この部
   分反射鏡における前記設定された分割比に応じた箇所を
   前記対物光学系からの物体光の光路中に挿入する駆動装
   置とを、含むことを特徴とする請求項３記載の画像撮影
   装置。
5. 【請求項５】前記部分反射鏡は、その周方向に反射光と
   透過光との比率が異なっている円板であり、前記駆動装
   置は、この部分反射鏡を回転させることを特徴とする請
   求項４記載の画像撮影装置。
6. 【請求項６】被写体の一次像を形成する対物光学系と、 この対物光学系からの物体光の光路を分割する分割素子
   と、 この分割素子によって分割された一方の光路上におい
   て、前記一次像の略全域をリレーする第１リレー光学系
   と、 この第１リレー光学系によってリレーされた像中の少な
   くとも一部の領域を撮影する第１画像記録媒体と、 前記分割素子によって分割された他方の光路上におい
   て、前記一次像の少なくとも一部をリレーするズームレ
   ンズからなる第２リレー光学系と、 前記第２リレー光学系によってリレーされた像における
   前記第１画像記録媒体に撮影された領域に相当する範囲
   よりも狭い領域を撮影する第２画像記録媒体と、 前記分割素子から前記第１画像記録媒体に至る前記光路
   上において、前記第２リレー光学系の倍率に従って設定
   された減衰率にて通過光量を制限する通過光量制御機構
   とを備えたことを特徴とする画像撮影装置。
7. 【請求項７】前記通過光量制御機構は、その場所に依っ
   て透過率が異なっている減光フィルタと、この減光フィ
   ルタにおける前記倍率に対応した箇所を前記分割素子か
   ら前記第１画像記録媒体に至る前記光路中に挿入する駆
   動装置とを、含むことを特徴とする請求項６記載の画像
   撮影装置。
8. 【請求項８】前記減光フィルタは、その周方向に透過率
   が異なっている円板であり、前記駆動装置は、この減光
   フィルタを回転させることを特徴とする請求項７記載の
   顔図撮影装置。
9. 【請求項９】前記対物光学系は、内視鏡に組み込まれて
   いることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の画像
   撮影装置。
10. 【請求項１０】前記対物光学系は、監視カメラに組み込
    まれていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
    の画像撮影装置。