JP2007313166A - Endoscope - Google Patents

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Tsutomu Igarashi
勉 五十嵐
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a small-sized and high-definition endoscope equipped with a synchronous primary color imaging unit and an objective optical system that are perfect for a high-definition endoscope. <P>SOLUTION: The endoscope 1 comprises the objective optical system 4 with a focus adjustability, and a solid-state image sensing device to read out all pixels of a primary color single panel with 300,000 or more valid pixels, which satisfies a conditional expression (1) below: 1.95<Fno/Pv<2.4 (1) Pv: a vertical pixel pitch (μm), Fno: F number of the objective optical system 4. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、内視鏡に関し、特に外科手術に適した内視鏡に関するものである。   The present invention relates to an endoscope, and more particularly to an endoscope suitable for a surgical operation.

内視鏡挿入部先端に固体撮像素子を搭載した所謂ビデオスコープでは、消化器分野でHDTV規格やPCフォーマットの高精細ビデオ信号を出力するシステムの商品化が本格化している。消化器分野ではフレーム周波数30Hz以下でも実用可能であるため、面順次方式や全画素読み出し原色単板カラー固体撮像素子などの原色撮像系使用により、高精細・高画質化が進めやすい。   In the so-called video scope in which a solid-state imaging device is mounted at the distal end of the endoscope insertion portion, commercialization of a system that outputs a high-definition video signal of HDTV standard or PC format is in full swing in the digestive field. In the digestive field, it can be used even with a frame frequency of 30 Hz or less, and high-definition and high-quality images can be easily promoted by using a primary color imaging system such as a frame sequential method or an all-pixel readout primary color single-plate color solid-state imaging device.

これに対し、処置作業上フィールド周波数50Hz以上が要求される外科手術向けビデオスコープでは、高周波回路の先端実装制約が厳しく、従来は原色撮像系に対し画質が劣るフィールド読み出し型補色カラーCCDしか事実上の選択肢が存在しなかった。内視鏡外科手術分野でビデオスコープと競合する硬性鏡カメラシステムでは3板カメラシステムが最高画質を有するシステムであり、ビデオスコープは主に先端湾曲機構が必須とされる手技で使用され、それ以外の手技では画質優先で硬性鏡カメラシステムが標準的に使用される状況にある。   On the other hand, in a surgical videoscope that requires a field frequency of 50 Hz or more for treatment work, the restrictions on the high-frequency circuit at the leading edge are severe, and conventionally only a field readout type complementary color CCD, which is inferior in image quality to the primary color imaging system. There was no choice. Among rigid endoscope camera systems that compete with videoscopes in the field of endoscopic surgery, the three-plate camera system is the system with the highest image quality, and videoscopes are mainly used in procedures that require a tip bending mechanism. In this technique, the rigid endoscope camera system is used as a standard with priority on image quality.

このように、機能的に有用性の高い先端湾曲機構付きビデオスコープを外科手術全般に使用するためには画質向上が最大の課題である。しかし、近年のデジタル家電向け固体撮像素子・駆動回路・処理系の発展により、高精細で表示周波数の高い同時式原色撮像ユニット(原色カラーCCD、多板撮像ユニット)が構築可能になり、それらの内視鏡先端実装が技術的に可能となりつつある。同時式原色撮像ユニットは従来の補色系以上の結像性能を対物光学系に要求するため、回折によるコントラスト、偽色、被写界深度等に関して従来以上の注意が必要である。   As described above, in order to use the video scope with a tip bending mechanism, which is highly functionally useful, in general surgery, improvement of image quality is the biggest problem. However, with the recent development of solid-state image sensors, drive circuits, and processing systems for digital home appliances, it has become possible to construct high-definition simultaneous primary color imaging units (primary color CCDs, multi-plate imaging units) with high display frequencies. Endoscope tip mounting is becoming technically possible. Since the simultaneous primary color imaging unit requires the objective optical system to have an image forming performance higher than that of the conventional complementary color system, more attention than before is required with respect to contrast due to diffraction, false color, depth of field, and the like.

内視鏡で対物光学系と固体撮像素子仕様に言及した従来技術として以下が知られている。
特開平6−194582号公報 特開2000−267002号公報 特開2002−28126号公報 特開2005−323874号公報
The following is known as a prior art referring to the objective optical system and the solid-state imaging device specifications in the endoscope.
JP-A-6-194582 JP 2000-267002 A JP 2002-28126 A JP 2005-323874 A

しかしながら、これら文献の実施例には固体撮像素子と対物光学系の仕様データが記載されているが、内視鏡に実装可能で高精細な同時式原色撮像ユニットと組み合わせるのに好ましい仕様設定ではない。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、高画質内視鏡に最適な同時式原色撮像ユニットと対物光学系を備えることにより、小型で高画質な内視鏡を提供することを目的とする。
However, although the specification data of the solid-state imaging device and the objective optical system are described in the embodiments of these documents, it is not a preferable specification setting for combining with a high-definition simultaneous primary color imaging unit that can be mounted on an endoscope. .
The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a small-sized and high-quality endoscope by including a simultaneous primary color imaging unit and an objective optical system that are optimal for a high-quality endoscope. The purpose is to do.

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、フォーカス調整機能を有する対物光学系と、有効画素数30万以上の原色単板カラー全画素読み出し固体撮像素子とを有し、
条件式(1) 1.95 < Fno/Pv < 2.4
Pv:固体撮像素子の垂直方向画素ピッチ
[μm]
Fno:対物光学系のFナンバー
を満足する内視鏡を提供する。
In order to solve the above problems, the present invention employs the following means.
The present invention has an objective optical system having a focus adjustment function, and a primary color single-plate color all-pixel readout solid-state imaging device having 300,000 or more effective pixels,
Conditional expression (1) 1.95 <Fno / Pv <2.4
Pv: Vertical pixel pitch [μm] of the solid-state image sensor
Fno: An endoscope that satisfies the F number of the objective optical system is provided.

また、本発明は、フォーカス調整機能を有する対物光学系と、2板撮像ユニットとを有し、該2板撮像ユニットが、緑色光を撮像する有効画素数60万以上の固体撮像素子Gと、赤色光と青色光とを撮像する有効画素数60万以上の固体撮像素子RBとを備え、
条件式(1) 1.95 < Fno/Pv < 2.4
Pv:固体撮像素子の垂直方向画素ピッチ
[μm]
Fno:対物光学系のFナンバー
を満足する内視鏡を提供する。
The present invention also includes an objective optical system having a focus adjustment function and a two-plate imaging unit, and the two-plate imaging unit includes a solid-state imaging device G having 600,000 or more effective pixels for imaging green light, A solid-state imaging device RB having 600,000 or more effective pixels for imaging red light and blue light,
Conditional expression (1) 1.95 <Fno / Pv <2.4
Pv: Vertical pixel pitch [μm] of the solid-state image sensor
Fno: An endoscope that satisfies the F number of the objective optical system is provided.

また、本発明は、フォーカス調整機能を有する対物光学系と、2板撮像ユニットとを有し、該2板撮像ユニットが、緑色光を撮像する有効画素数15万以上の全画素読み出し固体撮像素子Gと、赤色光と青色光とを撮像し、前記固体撮像素子Gに対して水平・垂直両方向に約1/2ピッチ画素ずらして配置した有効画素数15万以上の全画素読み出し固体撮像素子RBとを備え、
条件式(2) 1.95 < Fno/(Pv/2) < 2.4
Pv:固体撮像素子の垂直方向画素ピッチ
[μm]
Fno:対物光学系のFナンバー
を満足する内視鏡を提供する。
The present invention also includes an objective optical system having a focus adjustment function and a two-plate imaging unit, and the two-plate imaging unit has an all-pixel readout solid-state imaging device having 150,000 or more effective pixels for imaging green light. G, red light, and blue light are imaged, and an all-pixel readout solid-state image pickup device RB having 150,000 or more effective pixels arranged by shifting the solid-state image pickup device G by about 1/2 pitch pixel in both horizontal and vertical directions. And
Conditional expression (2) 1.95 <Fno / (Pv / 2) <2.4
Pv: Vertical pixel pitch [μm] of the solid-state image sensor
Fno: An endoscope that satisfies the F number of the objective optical system is provided.

また、本発明は、フォーカス調整機能を有する対物光学系と、3板撮像ユニットとを有し、該3板撮像ユニットが、緑色光を撮像する有効画素数15万以上の全画素読み出し固体撮像素子Gと、赤色光を撮像し、前記固体撮像素子Gに対して水平・垂直両方向に約1/2ピッチ画素ずらして配置した有効画素数15万以上の全画素読み出し固体撮像素子Rと、青色光を撮像し、前記固体撮像素子Rの画素配置に略一致するように配置した有効画素数15万以上の全画素読み出し固体撮像素子Bとを備え、
条件式(2) 1.95 < Fno/(Pv/2) < 2.4
Pv:固体撮像素子の垂直方向画素ピッチ
[μm]
Fno:対物光学系のFナンバー
を満足する内視鏡を提供する。
The present invention further includes an objective optical system having a focus adjustment function and a three-plate imaging unit, and the three-plate imaging unit has an all-pixel readout solid-state imaging device having 150,000 or more effective pixels for imaging green light. G, a red light image, an all-pixel readout solid-state image pickup element R having 150,000 or more effective pixels arranged by shifting about 1/2 pitch pixel in both horizontal and vertical directions with respect to the solid-state image pickup element G, and blue light And an all-pixel readout solid-state image pickup element B having 150,000 or more effective pixels arranged so as to substantially match the pixel arrangement of the solid-state image pickup element R,
Conditional expression (2) 1.95 <Fno / (Pv / 2) <2.4
Pv: Vertical pixel pitch [μm] of the solid-state image sensor
Fno: An endoscope that satisfies the F number of the objective optical system is provided.

本発明によれば、点分離型の光学ローパスフィルタに頼らずに偽色を軽減し、かつ、輝度再現性の劣化を抑制する同時式原色撮像ユニットと対物光学系を備えることにより、小型で高画質にすることができるという効果を奏する。   According to the present invention, the simultaneous primary color imaging unit and the objective optical system that reduce the false color and suppress the deterioration of the luminance reproducibility without depending on the point separation type optical low pass filter are provided. There is an effect that the image quality can be improved.

〔第1の実施形態〕
以下、本発明の第1の実施形態に係る内視鏡1について、図1〜図3を用いて説明する。
本実施形態に係る内視鏡1は、図1に示されるように、挿入部2の先端に撮像ユニット3と対物光学系4とを備えている。撮像ユニット3は、全画素読み出し型で原色ベイヤー型のフィルタ配列を有する単板カラー固体撮像素子であり、この固体撮像素子の有効画素数は、後述する入力画像と同じ691200となる。
また、本実施形態に係る内視鏡1は、下記条件式(1)を満足している。
1.95 < Fno/Pv < 2.4 (1)
ただし、
Pv:固体撮像素子の垂直方向画素ピッチ
[μm]
Fno:対物光学系のFナンバー
なお、フィルタ配列の補間演算は、水平垂直両方向の単純平均を用いる。
[First Embodiment]
Hereinafter, an endoscope 1 according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 1, the endoscope 1 according to the present embodiment includes an imaging unit 3 and an objective optical system 4 at the distal end of the insertion portion 2. The imaging unit 3 is a single-plate color solid-state imaging device having an all-pixel readout type and primary color Bayer type filter array, and the effective pixel number of this solid-state imaging device is 691200, which is the same as an input image described later.
Moreover, the endoscope 1 according to the present embodiment satisfies the following conditional expression (1).
1.95 <Fno / Pv <2.4 (1)
However,
Pv: Vertical pixel pitch [μm] of the solid-state image sensor
Fno: F number of the objective optical system Note that the interpolation calculation of the filter array uses a simple average in both the horizontal and vertical directions.

ここで、本発明における画質の評価の原理について、図3、図4および図6を用いて、以下に説明する。
図3、図4および図6において、縦軸は、撮像ユニットの輝度成分Y、色差成分R−Yおよび色差成分B−Yの再現性エラー率(図上では「Error ratio」)を示し、横軸は、対物光学系のFnoを示している。
Here, the principle of image quality evaluation in the present invention will be described below with reference to FIGS.
3, 4, and 6, the vertical axis represents the reproducibility error rate (“Error ratio” in the figure) of the luminance component Y, the color difference component RY, and the color difference component BY of the imaging unit, The axis indicates Fno of the objective optical system.

対物光学系4と撮像ユニット3は、入力画像と出力画像の間における画像変換フィルタと見なすことができ、以下2種類の論理演算に分類できる。
演算C: 光学系点像強度分布のコンボリューション演算
演算P: 撮像ユニット固有のプロセス演算
前記演算C・演算Pにより入出力特性が定まるため、入力画像に対する出力画像の変動を再現性エラーと見なせば画質変動の定量評価が可能となる。
The objective optical system 4 and the imaging unit 3 can be regarded as an image conversion filter between the input image and the output image, and can be classified into the following two types of logical operations.
Calculation C: Convolution calculation of optical system point image intensity distribution Calculation P: Process calculation specific to imaging unit Input / output characteristics are determined by the calculation C / calculation P. Therefore, the fluctuation of the output image relative to the input image can be regarded as a reproducibility error. Thus, it is possible to quantitatively evaluate image quality fluctuations.

図3、図4および図6において、Y、R−YおよびB−Yの各エラー成分を以下の式で求める。
Yの再現性エラー率[%] : Σ|Yout−Yin|/Σ|Yin|
R−Yの再現性エラー率[%]: Σ|(Rout−Yout)−(Rin−Yin)|/Σ|Rin−Yin|
B−Yの再現性エラー率[%]: Σ|(Bout−Yout)−(Bin−Yin)|/Σ|Bin−Yin|
上記定義において、添え字「in」は入力画像を意味し、添え字「out」は出力画像を意味する。また、Σ内の演算は画素毎に行い、Σは有効範囲の全画素で積算することを意味する。
In FIG. 3, FIG. 4, and FIG. 6, each error component of Y, RY, and BY is obtained by the following equations.
Y reproducibility error rate [%]: Σ | Yout−Yin | / Σ | Yin |
RY reproducibility error rate [%]: Σ | (Rout−Yout) − (Rin−Yin) | / Σ | Rin−Yin |
BY reproducibility error rate [%]: Σ | (Bout−Yout) − (Bin−Yin) | / Σ | Bin−Yin |
In the above definition, the subscript “in” means the input image, and the subscript “out” means the output image. In addition, the calculation within Σ is performed for each pixel, and Σ means that all pixels in the effective range are integrated.

本発明では入力画像が正確に再現されることを画質が良いことと見なす。
また、Yの再現性エラー率が小さいことは輝度が空間周波数特性も含めて維持されることにつながり、解像力劣化・コントラスト劣化および偽解像が小さいことと見なせる。また、R−YおよびB−Yの再現性エラー率は色再現性が空間周波数特性も含めて維持されることにつながり、主に偽色の評価尺度として有用である。なぜなら、偽色が強く発生した画素は色差成分の変動が大きくなるため、その総和に基づくR−YおよびB−Yの再現性エラー率は偽色の多さを示すためである。
In the present invention, accurate reproduction of an input image is regarded as good image quality.
Further, the low Y reproducibility error rate leads to the luminance being maintained including the spatial frequency characteristics, and it can be considered that the resolution degradation, contrast degradation, and false resolution are small. Further, the reproducibility error rate of RY and BY leads to the color reproducibility being maintained including the spatial frequency characteristics, and is mainly useful as a false color evaluation scale. This is because a pixel in which false color is strongly generated has a large variation in color difference component, and the reproducibility error rate of RY and BY based on the sum indicates the number of false colors.

また、上記演算Pの色差処理は画像全体としての色再現性に影響を与えないようにするため、低空間周波数領域からの色変動に影響する色マトリクスやガンマなどの不必要なチューニングを一切行わないことが前提である。
なお、演算Cおよび演算Pが共に無処理の場合は入力画像と出力画像が等しくなるため、再現性エラー率は3種類共0%となり、最も画質が良いこととなる。
In addition, the color difference processing of the above calculation P does not affect the color reproducibility of the entire image, so that unnecessary tuning such as a color matrix or gamma that affects color variation from the low spatial frequency region is performed. There is no premise.
Note that when both the calculation C and the calculation P are unprocessed, the input image and the output image are equal, so the reproducibility error rate is 0% for all three types, and the image quality is the best.

また、対物光学系4を無収差の理想レンズと仮定した場合、点像強度分布は波長毎の回折により定まるため、演算Cとして理想レンズのベストフォーカス位置における点像強度分布を用いることでレンズ設計前に画質予測可能であり、点像強度分布を変動させるパラメータはFnoとなる。   Further, when the objective optical system 4 is assumed to be an ideal lens having no aberration, the point image intensity distribution is determined by diffraction for each wavelength, and therefore the lens design is performed by using the point image intensity distribution at the best focus position of the ideal lens as the calculation C. The parameter that can predict the image quality before and changes the point image intensity distribution is Fno.

また、演算Pは撮像ユニット形式毎に論理的な補間演算方法がある程度定まっており、ガンマ・ペデスタル・ニー・ホワイトバランス・色マトリクス・エンハンスなどの画像チューニングに類するパラメータを無視することで撮像方式別の論理的な画質劣化が評価可能である。   In addition, the calculation P has a certain amount of logical interpolation calculation method for each imaging unit type, and ignores parameters related to image tuning such as gamma, pedestal, knee, white balance, color matrix, enhancement, etc. The logical image quality degradation can be evaluated.

また、入力画像の周波数成分や色成分により演算C・演算Pによる再現性エラー率は変動する。例えば、実験室評価で多用される白黒やグレースケールのチャートは色差成分を有さないため、実用画質としての色差再現性エラー率評価には適さない。よって、図3、図4および図6の算出時の入力画像は血管等の中〜高周波成分を適度に含む生体内画像をデジタル記録したものを用いる。   Further, the reproducibility error rate by the calculation C and the calculation P varies depending on the frequency component and color component of the input image. For example, black and white and gray scale charts frequently used in laboratory evaluations do not have color difference components, and thus are not suitable for evaluating color difference reproducibility error rates as practical image quality. Therefore, the input images at the time of calculation in FIGS. 3, 4 and 6 are digitally recorded in-vivo images containing moderate to high-frequency components such as blood vessels.

また、前記デジタル画像は、正方画素で画素数691200画素(水平960画素・垂直720画素)、RGB各8ビット階調を用い、入力画像と同条件の出力画像を得ることを前提とする。前記出力画像はXGA解像度(水平1024画素・垂直768画素)のPCモニターにほぼフルサイズ表示可能なものであり、NTSC/PALより高解像と見なせる。また、光学系の演算Cに関連する条件として、入力画像の水平および垂直画素ピッチ2.1μmと仮定し、コンボリューションは7×7を用いる。
なお、図3、図4および図6ではFnoが3から10の範囲で0.5刻みで再現性エラー率をプロットしている。
The digital image is premised on obtaining an output image having the same conditions as the input image, using 691200 square pixels (horizontal 960 pixels / vertical 720 pixels) and RGB 8-bit gradation. The output image can be displayed almost at full size on a PC monitor with XGA resolution (horizontal 1024 pixels / vertical 768 pixels), and can be regarded as higher resolution than NTSC / PAL. As a condition related to the calculation C of the optical system, it is assumed that the horizontal and vertical pixel pitch of the input image is 2.1 μm, and the convolution is 7 × 7.
3, 4, and 6, the reproducibility error rate is plotted in increments of 0.5 in the range of Fno from 3 to 10.

以下、本発明との比較のため、参考例1および参考例2について、図4〜図6を用いて説明する。
〔参考例1〕
参考例1は、理想的な撮像ユニットとして3枚撮像ユニットで画素ずらし無しとした全画素読み出しの固体撮像素子を備えている。参考例1において、各固体撮像素子の有効画素数は入力画像と同じ691200に相当する。なお、この系では撮像ユニットによる演算Pは無処理と見なせるため、演算Cによる回折の影響のみがグラフ化されている。
Hereinafter, Reference Example 1 and Reference Example 2 will be described with reference to FIGS. 4 to 6 for comparison with the present invention.
(Reference Example 1)
The reference example 1 is provided with a solid-state image pickup device that reads all pixels and has no pixel shift by using a three-image pickup unit as an ideal image pickup unit. In Reference Example 1, the number of effective pixels of each solid-state imaging device corresponds to 691200, which is the same as that of the input image. In this system, since the calculation P by the imaging unit can be regarded as no processing, only the influence of diffraction by the calculation C is graphed.

参考例1に係る撮像ユニットにおいては、図4に示すように、再現性エラー率は輝度成分Yも色差成分R−Yおよび色差成分B−Yも共にFnoに対し単調増加傾向であり、Fnoが大きくボケが増加するほど輝度・色差の再現性が共に劣化する。
また、Fnoが3.0で輝度成分Y、色差成分R−Yおよび色差成分B−Yの各再現性エラー率がそれぞれほぼ0%となり、Fno3.0以下で収差を除去すれば画質劣化しないことがわかり、本撮像ユニットに対してはFnoの小さい明るい対物光学系ほど画質良好であることがわかる。
In the imaging unit according to Reference Example 1, as shown in FIG. 4, the reproducibility error rate of both the luminance component Y, the color difference component RY, and the color difference component BY is monotonically increasing with respect to Fno. As the blur increases greatly, the reproducibility of brightness and color difference both deteriorates.
In addition, when Fno is 3.0, the reproducibility error rates of the luminance component Y, the color difference component RY, and the color difference component BY are almost 0%, respectively, and image quality does not deteriorate if aberrations are removed at Fno 3.0 or less. It can be seen that, for the present imaging unit, the brighter objective optical system having a smaller Fno has better image quality.

また、低Fno化による被写界深度低下への対策としては対物光学系のフォーカス機能が必須と言える。本撮像ユニット仕様でフレーム周波数60Hzを得るには固体撮像素子駆動周波数が単線読み出しで41MHzを超えるため、それを3板ユニットとして高密度実装すると発熱が課題となることは必至である。   Moreover, it can be said that the focus function of the objective optical system is indispensable as a countermeasure against a decrease in the depth of field due to the low Fno. In order to obtain a frame frequency of 60 Hz with this imaging unit specification, since the solid-state imaging device driving frequency exceeds 41 MHz with single-line readout, it is inevitable that heat generation will become a problem when the three-plate unit is mounted with high density.

以上説明したように、参考例1は撮像ユニットとしての画質に優れる明るい収差のとれたフォーカス機能付き対物光学系との組み合わせが望ましいが、ビデオスコープに実装するのは極めて困難であり現実的でない。   As described above, the reference example 1 is desirably combined with the objective optical system with a focus function that has a bright aberration and has excellent image quality as an imaging unit, but it is extremely difficult to implement in a video scope and is not practical.

〔参考例2〕
参考例2は、撮像ユニットとしてインターレース補色単板カラー固体撮像素子を備えている。図5のCy、Ye、Mg、Gは夫々シアン、イエロー、マゼンタ、グリーンを意味する。また、参考例2において、固体撮像素子の有効画素数は入力画像と同じ691200に相当する。
(Reference Example 2)
The reference example 2 includes an interlace complementary single-plate color solid-state imaging device as an imaging unit. Cy, Ye, Mg, and G in FIG. 5 mean cyan, yellow, magenta, and green, respectively. In Reference Example 2, the number of effective pixels of the solid-state imaging device corresponds to 691200, which is the same as the input image.

参考例2に係る撮像ユニットは、参考例1と大きく傾向が異なり、図6に示すように、輝度成分Yの再現性エラー率はFnoに対して変化が少なく、色差の再現性エラー率はFnoが大きいほど改善される。また、各再現性エラー率の絶対値が図4に比べて格段に高い。   The imaging unit according to Reference Example 2 has a significantly different tendency from that of Reference Example 1. As shown in FIG. 6, the reproducibility error rate of the luminance component Y is less changed with respect to Fno, and the reproducibility error rate of color difference is Fno. The larger the is, the better. Further, the absolute value of each reproducibility error rate is much higher than that in FIG.

この傾向は補色単板方式が周辺4画素の加算で輝度情報を生成するため解像力が低く、かつ、周辺8画素の加減算で色差情報を生成するため偽色が著しいことを示すものであり、回折によるボケが小さくなっても輝度再現性が高まらず、また、回折によるボケが大きくなるほどローパス作用が生じて偽色が低減する。   This tendency indicates that the complementary color single plate method generates luminance information by adding four peripheral pixels and thus has low resolving power, and generates false color information by adding and subtracting eight peripheral pixels. The luminance reproducibility does not increase even if the blur due to the diffraction becomes small, and the false color decreases as the blur due to the diffraction increases.

図6から補色単板方式で光学ローパスフィルタを用いない場合は、Fnoを大きめに設定するのが望ましいことがわかる。また、Fnoを大きく設定できる本撮像ユニットでは被写界深度も広くできるため、フォーカス機能が必須とはならない。   From FIG. 6, it can be seen that it is desirable to set Fno to be larger when the complementary color single plate method is not used. In addition, since the depth of field can be increased in the present imaging unit in which Fno can be set large, the focus function is not essential.

以上説明したように、参考例2は撮像ユニットとしての画質が低く、さほど高画質を要求しない内視鏡にてパンフォーカスの対物光学系と組み合わせるのには望ましいが、高精細・高画質ビデオスコープ用の撮像ユニットとしては望ましくない。
以上、上記参考例1および参考例2では、画質と実装の両立が困難である。
As described above, Reference Example 2 has a low image quality as an imaging unit and is desirable for combining with a pan-focus objective optical system in an endoscope that does not require a high image quality. It is not desirable as an imaging unit for use.
As described above, in Reference Example 1 and Reference Example 2, it is difficult to achieve both image quality and mounting.

これに対して、第1の実施形態に係る内視鏡1においては、図3に示すように、撮像ユニット3が低Fno領域でのFnoの増加に対して、輝度成分Yの再現性エラー率は増加傾向にあり、色差の再現性エラー率は減少傾向にあり、上記参考例1および参考例2とは傾向が異なる。このように、輝度・色差のどちらの再現性エラー率を見ても、撮像ユニット3は参考例1に係る撮像ユニットよりエラー率が高く画質が劣るが、参考例2に係る撮像ユニットよりもエラー率が低く画質が優れていることがわかる。   On the other hand, in the endoscope 1 according to the first embodiment, as shown in FIG. 3, the reproducibility error rate of the luminance component Y with respect to the increase in Fno in the low Fno region by the imaging unit 3. Tends to increase, and the color difference reproducibility error rate tends to decrease, and the tendency is different from those of Reference Example 1 and Reference Example 2. As described above, regardless of the reproducibility error rate of either luminance or color difference, the imaging unit 3 has a higher error rate and inferior image quality than the imaging unit according to Reference Example 1, but the error is lower than that of the imaging unit according to Reference Example 2. It can be seen that the rate is low and the image quality is excellent.

また、色差の再現性エラー率カーブは参考例2と同様に周辺画素との補間演算により偽色を発生することに起因しており、回折によるボケ増加に伴うローパス効果との関連で低Fno側ほど偽色が多く、高Fno側で偽色が低減し飽和傾向となる。また、上記参考例1および参考例2と異なり、内視鏡1においては、図3に示すように、Fnoに対して輝度・色差の再現性エラー率がトレードオフの関係にあるため、Fnoの中間域に適切なFnoが存在する。   Further, the color difference reproducibility error rate curve is caused by generating false colors by interpolation with surrounding pixels as in Reference Example 2, and the low Fno side is related to the low-pass effect due to increased blur due to diffraction. As the number of false colors increases, the false colors are reduced and saturated on the high Fno side. Further, unlike the reference example 1 and the reference example 2, in the endoscope 1, as shown in FIG. 3, the reproducibility error rate of luminance / color difference is in a trade-off relationship with respect to Fno. Appropriate Fno exists in the middle zone.

光学ローパスフィルタを使わずにFnoで輝度再現性と偽色のバランスをとる場合、輝度再現性を優先するならFno4.0程度、偽色低減を優先するならFno5.5程度であり、Fno4.0〜5.5が必要条件に相当する範囲である。さらに、輝度再現性と偽色のバランスが最も望ましい範囲はFno4.5〜5.0であり十分条件に相当する。   When the luminance reproducibility and false color are balanced with Fno without using an optical low-pass filter, Fno is about 4.0 if priority is given to luminance reproducibility, Fno is about 5.5 if priority is given to reduction of false color, and Fno 4.0. ˜5.5 is a range corresponding to the necessary conditions. Furthermore, the most desirable range for the balance between luminance reproducibility and false color is Fno 4.5 to 5.0, which is a sufficient condition.

上記2つのFno範囲と垂直画素ピッチPv(2.1μm)で規格化したFno/Pvを上記(1)式も含め、以下にまとめて記す。

Figure 2007313166
The Fno / Pv normalized by the two Fno ranges and the vertical pixel pitch Pv (2.1 μm) are collectively shown below including the equation (1).
Figure 2007313166

Fno/Pvは画素ピッチ変動時にも再現性エラー率との相関を維持するためのパラメータであり、Fno/Pvが一定であればPv縮小時に回折によるボケ量も比例して減少することで再現性エラー率を維持できる。
なお、水平画素ピッチでなく垂直画素ピッチを用いた理由は画像フォーマットの基準として走査線数が重視されるためである。
Fno / Pv is a parameter for maintaining the correlation with the reproducibility error rate even when the pixel pitch is changed. If Fno / Pv is constant, the amount of blur due to diffraction also decreases proportionally when Pv is reduced. The error rate can be maintained.
The reason why the vertical pixel pitch is used instead of the horizontal pixel pitch is that the number of scanning lines is regarded as important as a reference for the image format.

上記(1)式は必要条件と十分条件の中間に範囲を設定したものである。Fno/Pvが1.95を下回ると偽色が増えるため好ましくなく、2.4を上回ると輝度再現性が劣化するため好ましくない。
なお、撮像ユニット3は約1/7インチ程度の単板であるため、内視鏡1の先端に十分実装可能なサイズである。また、フレーム周波数60Hzを得るには単線読み出し駆動周波数41MHz以上が必要であるが、撮像ユニット3は、単板であることにより発熱の課題は小さく対策可能である。
The above formula (1) sets a range between the necessary condition and the sufficient condition. If Fno / Pv is less than 1.95, false colors increase, which is not preferable, and if it exceeds 2.4, luminance reproducibility deteriorates.
Since the imaging unit 3 is a single plate of about 1/7 inch, it has a size that can be sufficiently mounted on the distal end of the endoscope 1. Further, in order to obtain a frame frequency of 60 Hz, a single-line readout drive frequency of 41 MHz or more is required. However, since the imaging unit 3 is a single plate, the problem of heat generation can be reduced and measures can be taken.

以上説明したように、撮像ユニット3は、参考例2の補色型の撮像ユニットより高画質用途に適しており、かつ、参考例1の撮像ユニットのような致命的実装課題がない。
したがって、本実施形態に係る内視鏡1によれば、点分離型の光学ローパスフィルタに頼らずに偽色を軽減し、かつ、輝度再現性の劣化を抑制する同時式原色撮像ユニット3と対物光学系4を備えることにより、小型で高画質にすることができる。
As described above, the imaging unit 3 is more suitable for high image quality than the complementary color type imaging unit of Reference Example 2, and does not have a fatal mounting problem like the imaging unit of Reference Example 1.
Therefore, according to the endoscope 1 according to the present embodiment, the simultaneous primary color imaging unit 3 and the objective that reduce the false color and suppress the deterioration of the luminance reproducibility without depending on the point separation type optical low-pass filter. By providing the optical system 4, it is possible to achieve a small size and high image quality.

〔第2の実施形態〕
次に、以下、本発明の第2の実施形態に係る内視鏡について、図7〜図8を用いて説明する。
本実施形態に係る内視鏡は、第1の実施形態に係る内視鏡1の単板カラー固体撮像素子に代えて、撮像ユニットとして原色ベイヤー型配列を45°回転させた配列に相当する所謂ハニカム型配列を有する単板カラー固体撮像素子を備えている。
[Second Embodiment]
Next, an endoscope according to a second embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
The endoscope according to the present embodiment corresponds to an array obtained by rotating a primary color Bayer array as an imaging unit by 45 ° instead of the single-plate color solid-state image sensor of the endoscope 1 according to the first embodiment. A single-plate color solid-state imaging device having a honeycomb array is provided.

また、この固体撮像素子の有効画素数は入力画像の半分の345600を実画素と見なし、図7において空白である仮想画素についてはハニカム配列や画素ずらし処理として広く知られた補間処理をかける。具体的にはRGBの低周波画像データと色別の位相差を利用した輝度信号の高周波画像データを別々に生成し、それらを1:1の比率で加える。   The effective number of pixels of this solid-state imaging device is regarded as 345600, which is half of the input image, as a real pixel, and interpolation processing widely known as honeycomb arrangement or pixel shift processing is applied to virtual pixels that are blank in FIG. Specifically, RGB low-frequency image data and high-frequency image data of a luminance signal using a phase difference for each color are generated separately and added at a ratio of 1: 1.

本撮像ユニットでは画素の隣接配列方向は45°方向であり、隣接配列方向の画素ピッチは2.97μm(2.1μm*√2)であるが、上記(1)式のPvを垂直方向画素ピッチと定義したので入力画像の垂直画素ピッチである2.1μmを用いる。
また、図8に示すように、本撮像ユニットの再現性エラー率のグラフは原色ベイヤー型と同傾向であり、その理由は原色ベイヤーの場合と同様である。また、本撮像ユニットでも望ましいFno範囲は第1の実施形態と同様として差し支えない。よって、望ましいFno/Pvの範囲は第1の実施形態と同じく上記(1)式として問題ない。
In this imaging unit, the adjacent array direction of pixels is 45 °, and the pixel pitch in the adjacent array direction is 2.97 μm (2.1 μm * √2). Therefore, 2.1 μm which is the vertical pixel pitch of the input image is used.
Further, as shown in FIG. 8, the graph of the reproducibility error rate of this imaging unit has the same tendency as that of the primary color Bayer type, and the reason is the same as in the case of the primary color Bayer. In addition, the desirable Fno range in this imaging unit may be the same as in the first embodiment. Therefore, the desired Fno / Pv range is not problematic as the above equation (1), as in the first embodiment.

以上説明したように、本撮像ユニットは固体撮像素子の駆動周波数が第1の施例形態の撮像ユニット3の1/2ですみ、致命的な実装課題はない。また、本撮像ユニットは隣接配列方向画素ピッチが前記撮像ユニット3よりも大きいため画素開口を大きくして感度を向上しやすい。
したがって、本実施形態に係る内視鏡によれば、第1の実施形態に係る内視鏡1と同様に、点分離型の光学ローパスフィルタに頼らずに偽色を軽減し、かつ、輝度再現性の劣化を抑制する同時式原色撮像ユニットと対物光学系を備えることにより、小型で高画質にすることができる。
As described above, in this imaging unit, the driving frequency of the solid-state imaging device is half that of the imaging unit 3 of the first embodiment, and there is no critical mounting problem. In addition, since the image pickup unit has a pixel pitch in the adjacent arrangement direction larger than that of the image pickup unit 3, it is easy to improve sensitivity by increasing the pixel aperture.
Therefore, according to the endoscope according to the present embodiment, similarly to the endoscope 1 according to the first embodiment, the false color is reduced without depending on the point separation type optical low-pass filter, and the luminance reproduction is performed. By providing the simultaneous primary color imaging unit and the objective optical system that suppress the deterioration of the property, it is possible to achieve a small size and high image quality.

〔第3の実施形態〕
以下、本発明の第3の実施形態に係る内視鏡について、図8〜図10を用いて説明する。
本実施形態に係る内視鏡は、撮像ユニットとして、第1の実施形態に係る内視鏡の撮像ユニット3に代え、2板撮像ユニットで斜め画素ずらしを行った全画素読み出し固体撮像素子の撮像ユニット5を備えている。撮像ユニット5は例えば図9に示すように2枚の固体撮像素子6と色分解プリズム7とを備えている。
[Third Embodiment]
Hereinafter, an endoscope according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
The endoscope according to the present embodiment is an imaging unit that captures an all-pixel readout solid-state imaging device in which an oblique pixel shift is performed by a two-plate imaging unit instead of the imaging unit 3 of the endoscope according to the first embodiment. A unit 5 is provided. The imaging unit 5 includes, for example, two solid-state imaging devices 6 and a color separation prism 7 as shown in FIG.

図10で固体撮像素子Gに相当するのは(a)である。なお、色分解プリズムで緑色光を分離するため固体撮像素子Gへのオンチップフィルタ設置は必須ではない。また、固体撮像素子RBに相当するのは(b)であり赤色光と青色光を画素毎に撮像するためのオンチップフィルタを配置し、フィルタ配列は市松状とする。   In FIG. 10, (a) corresponds to the solid-state imaging device G. In addition, since green light is separated by the color separation prism, it is not essential to install an on-chip filter on the solid-state imaging device G. Further, (b) corresponds to the solid-state imaging device RB, and an on-chip filter for imaging red light and blue light for each pixel is arranged, and the filter arrangement is a checkered pattern.

なお、図10(a)および図10(b)の空白画素は画素ずらしの水平・垂直1/2ピッチ分の位相ずれを表現するため便宜上残したものであり、それら画素配列の論理合成結果は図10(c)となり、図8と完全に同一となる。よって、演算Pは論理的に第2の実施形態と同一となり図8の再現性エラー率グラフも本実施形態に流用可能である。   Note that the blank pixels in FIGS. 10A and 10B are left for the sake of convenience in order to express the phase shift of horizontal / vertical 1/2 pitch of the pixel shift, and the logical synthesis result of these pixel arrays is It becomes FIG.10 (c), and becomes completely the same as FIG. Therefore, the operation P is logically the same as that of the second embodiment, and the reproducibility error rate graph of FIG. 8 can also be applied to this embodiment.

本実施形態において、2板の各固体撮像素子の有効画素数は入力画像の1/4である172800であり、各固体撮像素子の垂直画素ピッチPvは入力画像の垂直画素ピッチ2.1μmの2倍である4.2μmとなる。この場合も好ましいFnoの範囲は第1の実施形態および第2の実施形態の撮像ユニットと何ら変わらないが、固体撮像素子の垂直画素ピッチ表現が変わるため、上記(2)式を用いる。
なお、(2)式は、上記(1)式のPvを(Pv/2)に置き換えただけであり、満たすべき範囲に変更はない。
In the present embodiment, the number of effective pixels of each solid-state image sensor on two plates is 172800, which is ¼ of the input image, and the vertical pixel pitch Pv of each solid-state image sensor is 2 of 2.1 μm. It is 4.2 μm, which is double. In this case, the preferable Fno range is the same as that of the imaging units of the first and second embodiments, but the expression (2) is used because the vertical pixel pitch expression of the solid-state imaging device changes.
In addition, (2) Formula only replaces Pv of the above Formula (1) with (Pv / 2), and there is no change in the range to be satisfied.

また、撮像ユニット5は固体撮像素子の駆動周波数が第1の実施形態の撮像ユニット3の1/4、第2の実施形態係の撮像ユニットの1/2ですむため、さらに高画質化する余裕がある。例えば、2板の各固体撮像素子の有効画素数は、夫々水平960×垂直540とすることでフル規格のHD画像(水平1920×垂直1080)を生成できる。   In addition, since the imaging unit 5 requires a drive frequency of the solid-state imaging device to be ¼ that of the imaging unit 3 of the first embodiment and ½ that of the imaging unit according to the second embodiment, there is room for further improvement in image quality. There is. For example, by setting the number of effective pixels of each of the two solid-state imaging devices to 960 horizontal × vertical 540, a full standard HD image (horizontal 1920 × vertical 1080) can be generated.

また、その状態でフレーム周波数60Hzでの単線読み出し駆動周波数は31MHzとなり、前記撮像ユニット3よりも高精細化できる余力がある。また、撮像ユニット5は画素ピッチが第1の実施形態および第2の実施形態の撮像ユニットよりも大きくとれるため画素開口を大きくして感度を向上しやすい。さらに2板撮像ユニットは3板撮像ユニットよりも小型化できる。
以上説明したように、本実施形態に係る内視鏡によれば、第1の実施形態および第2の実施形態に係る内視鏡よりさらに小型で高画質にすることができる。
In this state, the single-line readout drive frequency at a frame frequency of 60 Hz is 31 MHz, and there is room for higher definition than the imaging unit 3. Moreover, since the imaging unit 5 can take a pixel pitch larger than the imaging unit of 1st Embodiment and 2nd Embodiment, it is easy to improve a sensitivity by enlarging a pixel opening. Further, the two-plate imaging unit can be made smaller than the three-plate imaging unit.
As described above, according to the endoscope according to the present embodiment, it is possible to achieve a smaller size and higher image quality than the endoscopes according to the first embodiment and the second embodiment.

〔第4の実施形態〕
次に、以下、本発明の第4の実施形態に係る内視鏡について、図11および図12を用いて説明する。
本実施形態に係る内視鏡は、撮像ユニットとして、第1の実施形態に係る内視鏡の撮像ユニット3に代え、2板撮像ユニットでインターレース読み出し固体撮像素子を備えている。図11で固体撮像素子Gに相当するのは(a)である。なお、第3の実施形態と同様に、固体撮像素子Gへのオンチップフィルタ設置は必須ではない。
[Fourth Embodiment]
Next, an endoscope according to a fourth embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 11 and 12.
The endoscope according to the present embodiment includes an interlaced readout solid-state image sensor as a two-plate imaging unit instead of the imaging unit 3 of the endoscope according to the first embodiment as an imaging unit. In FIG. 11, (a) corresponds to the solid-state imaging device G. As in the third embodiment, it is not essential to install an on-chip filter on the solid-state image sensor G.

固体撮像素子RBに相当するのは図11(b)であり赤色光と青色光を画素毎に撮像するためのオンチップフィルタを配置するが、フィルタ配列は垂直ストライプ状としインターレース読み出し時に垂直2画素を混合可能とする。
図11(c)の論理合成結果で各画素でGB、または、GRの2原色の撮像情報が取得可能であるが、不足するR・B情報は水平方向隣接実画素の単純平均を用いる。
FIG. 11B corresponds to the solid-state imaging device RB. An on-chip filter for imaging red light and blue light for each pixel is arranged, but the filter arrangement is a vertical stripe, and two vertical pixels are used at the time of interlace reading. Can be mixed.
In the result of logic synthesis in FIG. 11C, it is possible to acquire image information of the two primary colors GB or GR in each pixel, but for the insufficient R / B information, a simple average of horizontal adjacent real pixels is used.

本実施形態において、各固体撮像素子の有効画素数は入力画像と同じ691200であり、Pvは2.1μmとなる。また、再現性エラー率のグラフは第1の実施形態の原色ベイヤー型とほぼ同等であり、望ましい範囲は第1の実施形態の(1)式をそのまま適用できる。
なお、2板で総画素数が増えたにもかかわらず単板原色ベイヤー型との差が小さい理由はインターレース垂直2画素混合により垂直解像度が低下しているためである。
In the present embodiment, the number of effective pixels of each solid-state imaging device is 691200, which is the same as that of the input image, and Pv is 2.1 μm. Further, the graph of the reproducibility error rate is almost the same as that of the primary color Bayer type of the first embodiment, and the desired range can apply the formula (1) of the first embodiment as it is.
The reason why the difference from the single-plate primary color Bayer type is small despite the increase in the total number of pixels in the two plates is that the vertical resolution is lowered by the interlaced vertical two-pixel mixture.

以上説明したように、本撮像ユニットは画質面で原色ベイヤー型と大差ないが、インターレースの採用により外科手術で実用可能なフィールド周波数60Hzにおいて単線読み出し駆動周波数を21MHz程度に抑えることが可能となる。よって、駆動周波数だけを見れば、さらに画素数を増やして高精細化できる余力を有する。また、本撮像ユニットは画素ピッチが第1の実施形態の撮像ユニット3と同じであるが、2画素混合読み出しであるため前記撮像ユニット3の約2倍の感度が得られる。
したがって、本実施形態に係る内視鏡によれば、小型で、第1の実施形態に係る内視鏡1よりさらに高画質にすることができる。
As described above, this imaging unit is not much different from the primary color Bayer type in terms of image quality, but by adopting interlace, the single-line readout drive frequency can be suppressed to about 21 MHz at a field frequency of 60 Hz that can be used in surgery. Therefore, if only the drive frequency is viewed, it has the capacity to increase the number of pixels and achieve higher definition. The image pickup unit has the same pixel pitch as that of the image pickup unit 3 of the first embodiment. However, since the two-pixel mixed readout is performed, the sensitivity about twice that of the image pickup unit 3 is obtained.
Therefore, according to the endoscope according to the present embodiment, the size is small, and the image quality can be further improved as compared with the endoscope 1 according to the first embodiment.

〔第5の実施形態〕
以下、本発明の第5の実施形態に係る内視鏡について、図13〜図15を用いて説明する。
本実施形態に係る内視鏡は、撮像ユニットとして、第1の実施形態に係る内視鏡1の撮像ユニット3に代えて、3板撮像ユニットで斜め画素ずらしを行った全画素読み出し固体撮像素子の撮像ユニット8を備えている。撮像ユニット8は例えば図13に示すように3枚の固体撮像素子6と色分解プリズム7とを備えている。なお、図13では色分解プリズム7として径方向のサイズが小さいタイプを用いている。
[Fifth Embodiment]
Hereinafter, an endoscope according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
The endoscope according to the present embodiment is an all-pixel readout solid-state imaging device in which an oblique pixel shift is performed by a three-plate imaging unit instead of the imaging unit 3 of the endoscope 1 according to the first embodiment as an imaging unit. The imaging unit 8 is provided. The imaging unit 8 includes, for example, three solid-state imaging devices 6 and a color separation prism 7 as shown in FIG. In FIG. 13, a color separation prism 7 having a small radial size is used.

図14で固体撮像素子R・GおよびBはそれぞれ(a)・(b)および(c)に対応し、色分解プリズムで前記固体撮像素子R・GおよびBを3色に分離するためそれら各固体撮像素子へのオンチップフィルタの設置は必須ではない。
なお、図14において、空白画素は画素ずらしの水平・垂直1/2ピッチ分の位相ずれを表現するため便宜上残したものであり、それら画素配列の論理合成結果は図14(d)となる。
In FIG. 14, solid-state image pickup devices R, G, and B correspond to (a), (b), and (c), respectively, and the solid-state image pickup devices R, G, and B are separated into three colors by a color separation prism. Installation of an on-chip filter on the solid-state image sensor is not essential.
In FIG. 14, blank pixels are left for the sake of convenience in order to express a phase shift of horizontal / vertical ½ pitch of pixel shift, and the logical synthesis result of these pixel arrays is as shown in FIG.

本実施形態において、各固体撮像素子の有効画素数は入力画像の1/4である172800であり、各固体撮像素子の垂直画素ピッチPvは入力画像の垂直画素ピッチ2.1μmの2倍である4.2μmとなる。   In this embodiment, the number of effective pixels of each solid-state image sensor is 172800, which is 1/4 of the input image, and the vertical pixel pitch Pv of each solid-state image sensor is twice the vertical pixel pitch of 2.1 μm of the input image. It becomes 4.2 μm.

図14(d)は第2の実施形態の図7および第3の実施形態の図10(c)と非常に似ており、図15に示す再現性エラー率のグラフも第2の実施形態および第3の実施形態の図8と非常に似ている。そのため、好ましいFnoの範囲は第2の実施形態および第3の実施形態と何ら変わらないが、第3の実施形態と同様に固体撮像素子の垂直画素ピッチ表現が変わるため、上記(2)式を用いる。   FIG. 14 (d) is very similar to FIG. 7 of the second embodiment and FIG. 10 (c) of the third embodiment. The graph of the reproducibility error rate shown in FIG. Very similar to FIG. 8 of the third embodiment. For this reason, the preferred Fno range is not different from that in the second and third embodiments, but the vertical pixel pitch expression of the solid-state image sensor changes as in the third embodiment. Use.

以上説明したように、撮像ユニット8は、第3の実施形態の撮像ユニット5と同様に駆動周波数が低く、高精細化可能な余力を有する。また、前記撮像ユニット5と同様に画素開口を大きくして感度を向上しやすい。
したがって、本実施形態に係る内視鏡によれば、小型で、第3の実施形態に係る内視鏡よりさらに高画質にすることができる。
As described above, the image pickup unit 8 has a low driving frequency and sufficient capacity for high definition, like the image pickup unit 5 of the third embodiment. Further, like the image pickup unit 5, the pixel aperture is enlarged to improve the sensitivity.
Therefore, according to the endoscope according to the present embodiment, it is small in size and can have higher image quality than the endoscope according to the third embodiment.

以上、第1の実施形態〜第5の実施形態では、高精細撮像ユニットでベストフォーカス状態での画質優先で好ましいFno設定に関する考察を行ってきたが、現実的な実装課題として高精細化・高画質化に伴う被写界深度低下は避けて通れない。先に示した文献群も基本的には被写界深度低下対策が重要な位置づけを占めている。これに対する構造として、本発明では、例えば対物光学系4(図1参照)にフォーカス機能を搭載することを必須とする。   As described above, in the first to fifth embodiments, the high-definition imaging unit has considered the preferable Fno setting with priority on the image quality in the best focus state. It is inevitable that the depth of field will decrease with the improvement in image quality. Basically, the literature group mentioned above occupies an important position as a countermeasure for lowering the depth of field. As a structure for this, in the present invention, for example, it is essential to mount a focus function on the objective optical system 4 (see FIG. 1).

前記フォーカス機能の構成としては、対物光学系4内の一部のレンズをアクチュエータ等で移動するタイプや、液体レンズ等の可変焦点レンズユニットの採用が考えられる。
なお、撮像ユニット3自身を移動するタイプは撮像ユニット3に付随する電気配線部移動も伴うため望ましくない。
As the configuration of the focusing function, a type in which a part of the lens in the objective optical system 4 is moved by an actuator or a variable focus lens unit such as a liquid lens can be considered.
Note that the type in which the imaging unit 3 itself is moved is not desirable because it also involves the movement of the electrical wiring portion associated with the imaging unit 3.

また、対物光学系4でのフォーカス動作に伴いFnoが多少は変動するため、フォーカス範囲内の少なくとも1点において、上記(1)式や(2)式を満足するFnoが存在することが必要である。さらにフォーカス範囲内の全てにおいて、(1)式や(2)式を満足するようにFnoを設定すればより一層好ましい。   Further, since Fno slightly fluctuates with the focusing operation in the objective optical system 4, it is necessary that Fno satisfying the above expressions (1) and (2) exists at at least one point within the focus range. is there. Furthermore, it is more preferable to set Fno so as to satisfy the expressions (1) and (2) in all of the focus range.

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。   The embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and includes design changes and the like within a scope not departing from the gist of the present invention.

本発明の構成物配置を示す図である。It is a figure which shows the structure arrangement | positioning of this invention. 本発明の第1の実施形態のベイヤー配列単板カラー固体撮像素子のフィルタ配列を示す図である。It is a figure which shows the filter arrangement | sequence of the Bayer arrangement single-plate color solid-state image sensor of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態のベイヤー配列単板カラー固体撮像素子の再現性エラー率を示す図である。It is a figure which shows the reproducibility error rate of the Bayer arrangement single plate color solid-state image sensor of the 1st Embodiment of this invention. 参考例1の3板撮像ユニットの再現性エラー率を示す図である。It is a figure which shows the reproducibility error rate of the 3 plate imaging unit of the reference example 1. FIG. 参考例2の補色単板カラー固体撮像素子のフィルタ配列を示す図である。It is a figure which shows the filter arrangement | sequence of the complementary color single plate color solid-state image sensor of the reference example 2. 参考例2の補色単板カラー固体撮像素子の再現性エラー率を示す図である。It is a figure which shows the reproducibility error rate of the complementary color single plate color solid-state image sensor of the reference example 2. 本発明の第2の実施形態のハニカム配列単板カラー固体撮像素子のフィルタ配列を示す図である。It is a figure which shows the filter arrangement | sequence of the honeycomb arrangement | sequence single plate color solid-state image sensor of the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態のハニカム配列単板カラー固体撮像素子および第3の実施形態の2板撮像ユニットの再現性エラー率を示す図である。It is a figure which shows the reproducibility error rate of the honeycomb arrangement | sequence single plate color solid-state image sensor of the 2nd Embodiment of this invention, and the 2 plate imaging unit of 3rd Embodiment. 本発明の第3の実施形態および第4の実施形態の2枚撮像ユニット構成を示す図であるIt is a figure which shows the 2 image pick-up unit structure of the 3rd Embodiment and 4th Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態の2板撮像ユニットの論理画素配列を示す図である。It is a figure which shows the logic pixel arrangement | sequence of the 2 panel imaging unit of the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施形態の2板撮像ユニットの論理画素配列を示す図である。It is a figure which shows the logic pixel arrangement | sequence of the 2 panel imaging unit of the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施形態の2板撮像ユニットの再現性エラー率を示す図である。It is a figure which shows the reproducibility error rate of the 2 panel imaging unit of the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施形態の3枚撮像ユニット構成を示す図である。It is a figure which shows the 3 image pick-up unit structure of the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施形態の3板撮像ユニットの論理画素配列を示す図である。It is a figure which shows the logic pixel arrangement | sequence of the 3 board imaging unit of the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施形態の3板撮像ユニットの再現性エラー率を示す図である。It is a figure which shows the reproducibility error rate of the 3 board imaging unit of the 5th Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 内視鏡
2 挿入部
3 撮像ユニット
4 対物光学系
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Endoscope 2 Insertion part 3 Imaging unit 4 Objective optical system

Claims (4)

フォーカス調整機能を有する対物光学系と、
有効画素数30万以上の原色単板カラー全画素読み出し固体撮像素子とを有し、
下記条件式(1)を満足する内視鏡。
(1) 1.95 < Fno/Pv < 2.4
ただし、
Pv:固体撮像素子の垂直方向画素ピッチ
[μm]
Fno:対物光学系のFナンバー
An objective optical system having a focus adjustment function;
A primary color single-plate color all-pixel readout solid-state image sensor having more than 300,000 effective pixels,
An endoscope that satisfies the following conditional expression (1).
(1) 1.95 <Fno / Pv <2.4
However,
Pv: Vertical pixel pitch [μm] of the solid-state image sensor
Fno: F number of the objective optical system
フォーカス調整機能を有する対物光学系と、
2板撮像ユニットとを有し、
該2板撮像ユニットが、緑色光を撮像する有効画素数60万以上の固体撮像素子Gと、赤色光と青色光とを撮像する有効画素数60万以上の固体撮像素子RBとを備え、
下記条件式(1)を満足する内視鏡。
(1) 1.95 < Fno/Pv < 2.4
ただし、
Pv:固体撮像素子の垂直方向画素ピッチ
[μm]
Fno:対物光学系のFナンバー
An objective optical system having a focus adjustment function;
A two-plate imaging unit,
The two-plate imaging unit includes a solid-state imaging device G having 600,000 or more effective pixels for capturing green light, and a solid-state imaging device RB having 600,000 or more effective pixels for capturing red light and blue light.
An endoscope that satisfies the following conditional expression (1).
(1) 1.95 <Fno / Pv <2.4
However,
Pv: Vertical pixel pitch [μm] of the solid-state image sensor
Fno: F number of the objective optical system
フォーカス調整機能を有する対物光学系と、
2板撮像ユニットとを有し、
該2板撮像ユニットが、緑色光を撮像する有効画素数15万以上の全画素読み出し固体撮像素子Gと、赤色光と青色光とを撮像し、前記固体撮像素子Gに対して水平・垂直両方向に約1/2ピッチ画素ずらして配置した有効画素数15万以上の全画素読み出し固体撮像素子RBとを備え、
下記条件式(2)を満足する内視鏡。
(2) 1.95 < Fno/(Pv/2) < 2.4
ただし、
Pv:固体撮像素子の垂直方向画素ピッチ
[μm]
Fno:対物光学系のFナンバー
An objective optical system having a focus adjustment function;
A two-plate imaging unit,
The two-plate image pickup unit picks up an all-pixel readout solid-state image pickup device G having 150,000 or more effective pixels for picking up green light, red light and blue light, and both horizontal and vertical directions with respect to the solid-state image pickup device G And an all-pixel readout solid-state imaging device RB having 150,000 or more effective pixels arranged with a shift of about ½ pitch pixel,
An endoscope that satisfies the following conditional expression (2).
(2) 1.95 <Fno / (Pv / 2) <2.4
However,
Pv: Vertical pixel pitch [μm] of the solid-state image sensor
Fno: F number of the objective optical system
フォーカス調整機能を有する対物光学系と、
3板撮像ユニットとを有し、
該3板撮像ユニットが、緑色光を撮像する有効画素数15万以上の全画素読み出し固体撮像素子Gと、赤色光を撮像し、前記固体撮像素子Gに対して水平・垂直両方向に約1/2ピッチ画素ずらして配置した有効画素数15万以上の全画素読み出し固体撮像素子Rと、青色光を撮像し、前記固体撮像素子Rの画素配置に略一致するように配置した有効画素数15万以上の全画素読み出し固体撮像素子Bとを備え、
下記条件式(2)を満足する内視鏡。
(2) 1.95 < Fno/(Pv/2) < 2.4
ただし、
Pv:固体撮像素子の垂直方向画素ピッチ
[μm]
Fno:対物光学系のFナンバー
An objective optical system having a focus adjustment function;
A three-plate imaging unit,
The three-plate imaging unit captures red light with an all-pixel readout solid-state imaging device G having 150,000 or more effective pixels for imaging green light, and approximately 1/2 in both horizontal and vertical directions with respect to the solid-state imaging device G. An all-pixel readout solid-state imaging device R having an effective pixel number of 150,000 or more arranged by shifting two pitch pixels and an image of blue light and the effective pixel number 150,000 arranged so as to substantially match the pixel arrangement of the solid-state imaging device R The above-described all-pixel readout solid-state imaging device B,
An endoscope that satisfies the following conditional expression (2).
(2) 1.95 <Fno / (Pv / 2) <2.4
However,
Pv: Vertical pixel pitch [μm] of the solid-state image sensor
Fno: F number of the objective optical system
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