JP2017209154A - 内視鏡システム - Google Patents

Abstract

【課題】構成部品の製造誤差を考慮し、被写界深度が拡大され、高画質な画像を取得できる低コストな内視鏡システムを提供すること。【解決手段】対物光学系と、対物光学系で得られた被写体像を２つのピントの異なる光学像に分割する光路分割部と、光学像を取得する撮像素子と、取得した２つの光学像を相対的にコントラストが高い画像を所定領域において選択し、合成画像を生成する画像合成処理部と、を有し、光路分割部は、２つのプリズムからなり、２つのプリズムの相対な位置関係を変化させることにより光路長差調整を行うプリズム駆動部により、所望の光路長差を有する２つの光学像を一つの撮像素子上に結像させるとともに、以下の条件式（１）、（２）を満足する。０．０１＜ｌｉｍｉｔ＿ａｄｊ／ｉｍ＿ｉｈ＜１ …（１）０．０１＜ｌｉｍｉｔ＿ａｄｊ／ｆｗ＜２ …（２）【選択図】図１

Description

本発明は、内視鏡システムに関するものである。

一般に、内視鏡システムを始め、撮像素子を備えた機器において、撮像素子の高画素化に伴い、被写界深度が狭くなることが知られている。すなわち、撮像素子において、画素数を増やすために画素ピッチ（１画素の縦横の寸法）を小さくすると、これに伴って許容錯乱円も小さくなるため、撮像装置の被写界深度が狭くなる。

被写界深度を拡大するために、例えば、特許文献１には、自画像を分割して結像させ、取得した画像を画像処理で合成し深度を拡大する構成が開示されている。また、特許文献２には、自画像を分割して結像させ、取得した画像を画像処理で合成し深度を拡大する構成が開示されている。この構成では、１つの撮像素子を用いて画像を取得することができるため、コスト面でも優れている。

特許第４２２６２３５号公報 国際公開第１３／０４６９０２号パンフレット

特許文献１の構成は、撮像素子が複数必要となり、コストがかかりすぎるため好ましくない。また、特許文献２の構成は、分割した光路の光路長差の条件が明示されていない。これにより、２つのプリズムの位置に公差が生じると、そのまま２つの光路長差に影響してしまう。この結果、所望の光路長差を得ることができない。

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、その目的は、構成部品の製造誤差を考慮し、被写界深度が拡大され、高画質な画像を取得できる低コストな内視鏡システムを提供することである。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係る内視鏡システムは、
対物光学系と、対物光学系で得られた被写体像を２つのピントの異なる光学像に分割する光路分割部と、光学像を取得する撮像素子と、取得した２つの光学像を相対的にコントラストが高い画像を所定領域において選択し、合成画像を生成する画像合成処理部と、を有し、
光路分割部は、２つのプリズムからなり、
２つのプリズムの相対な位置関係を変化させることにより光路長差調整を行うプリズム駆動部により、所望の光路長差を有する２つの光学像を一つの撮像素子上に結像させるとともに、以下の条件式（１）、（２）を満足することを特徴とする。
０．０１＜ｌｉｍｉｔ＿ａｄｊ／ｉｍ＿ｉｈ＜１ …（１）
０．０１＜ｌｉｍｉｔ＿ａｄｊ／ｆｗ＜２ …（２）
ここで、
ｌｉｍｉｔ＿ａｄｊは、光路長差調整を行うためのプリズム駆動部によるプリズムの調整可能距離、
ｉｍ＿ｉｈは、撮像素子における像高、
ｆｗは、対物光学系の通常観察時の焦点距離、
である。

本発明の一実施形態に係る内視鏡システムは、構成部品の製造誤差を考慮し、被写界深度が拡大され、高画質な画像を取得できる低コストな内視鏡システムを提供できるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る内視鏡システムが有する対物光学系、光路分割部及び撮像素子の断面構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る内視鏡システムが有する光路分割部と撮像素子との概略構成図である。 本発明の実施形態に係る内視鏡システムが有する撮像素子の概略構成図である。 本発明の実施形態に係る内視鏡システムが有する光路分割部と撮像素子との概略構成を示す他の図である。 本発明の実施形態に係る内視鏡システムの構成を示す機能ブロック図である。 本発明の実施形態に係る内視鏡システムにおいて、２つの光学像を合成する場合の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る内視鏡システムにおいて、ビームスプリッタにより奇数回の反射後に撮像素子に結像される場合の結像状態を示す図である。 は、本発明の実施例１に係る内視鏡システムが有する対物光学系、光路分割部及び撮像素子の断面構成を示す図であり、（ａ）は通常観察状態における断面図、（ｂ）は近接観察状態における断面図である。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、それぞれ実施例１の通常観察状態における球面収差（ＳＡ)、非点収差（ＡＳ）、歪曲収差（ＤＴ）及び倍率色収差（ＣＣ)を示し、（ｅ）、（ｆ）、（ｇ）、（ｈ）は、それぞれ近接観察状態における球面収差（ＳＡ)、非点収差（ＡＳ）、歪曲収差（ＤＴ）及び倍率色収差（ＣＣ)を示す収差図である。

以下、本実施形態に係る内視鏡システムについて、図面を用いて、このような構成をとった理由と作用を説明する。なお、以下の実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

本実施形態に係る内視鏡システムは、図１に示すように、対物光学系ＯＢＬと、対物光学系ＯＢＬで得られた被写体像を２つのピントの異なる光学像に分割する光路分割部２０と、光学像を取得する撮像素子２２と、取得した２つの光学像を相対的にコントラストが高い画像を所定領域において選択し、合成画像を生成する画像合成処理部２３（図５）と、を有し、光路分割部２０は、２つのプリズム２１ｂ、２１ｅ（図２）からなり、２つのプリズム２１ｂ、２１ｅの相対な位置関係を変化させることにより光路長差調整を行うプリズム駆動部３０により、所望の光路長差を有する２つの光学像を一つの撮像素子２２上に結像させるとともに、以下の条件式（１）、（２）を満足する。
０．０１＜ｌｉｍｉｔ＿ａｄｊ／ｉｍ＿ｉｈ＜１ …（１）
０．０１＜ｌｉｍｉｔ＿ａｄｊ／ｆｗ＜２ …（２）
ここで、
ｌｉｍｉｔ＿ａｄｊは、光路長差調整を行うためのプリズム駆動部３０によるプリズムの調整可能距離、
ｉｍ＿ｉｈは、撮像素子２２における像高、
ｆｗは、対物光学系ＯＢＬの通常観察時の焦点距離、
である。

光路分割部２０の構成を説明する。図２は、光路分割部２０と撮像素子２２の概略構成を示す図である。

対物光学系ＯＢＬを射出した光は、光路分割部２０に入射する。

光路分割部２０は、被写体像をピントの異なる２つの光学像に分割する偏光ビームスプリッタ２１と、２つの光学像を撮像して２つの画像を取得する撮像素子２２と、を有する。

偏光ビームスプリッタ２１は、図２に示すように、物体側のプリズム２１ｂ、像側のプリズム２１ｅ、ミラー２１ｃ、及びλ／４板２１ｄを備えている。物体側のプリズム２１ｂ（物体側のプリズム）及び像側のプリズム２１ｅ（像側のプリズム）は共に光軸ＡＸに対して４５度の斜度であるビームスプリット面を有する。

物体側のプリズム２１ｂのビームスプリット面には偏光分離膜２１ｆが形成されている。そして、物体側のプリズム２１ｂ及び像側のプリズム２１ｅは、互いのビームスプリット面を偏光分離膜２１ｆを介して当接させて偏光ビームスプリッタ２１を構成している。

また、ミラー２１ｃは、物体側のプリズム２１ｂの端面近傍にλ／４板２１ｄを介して設けられている。像側のプリズム２１ｅの端面には、カバーガラスＣＧを介して撮像素子２２が取り付けられている。Ｉは、結像面（撮像面）である。

対物光学系ＯＢＬからの被写体像は、物体側のプリズム２１ｂにおいてビームスプリット面に設けられた偏光分離膜２１ｆによりＰ偏光成分（透過光）とＳ偏光成分（反射光）とに分離され、反射光側の光学像と透過光側の光学像との２つの光学像に分離される。

Ｓ偏光成分の光学像は、偏光分離膜２１ｆで撮像素子２２に対して対面側に反射されＡ光路を通り、λ／４板２１ｄを透過後、ミラー２１ｃで反射され、撮像素子２２側に折り返される。折り返された光学像は、λ／４板２１ｄを再び透過する事で偏光方向が９０°回転し、偏光分離膜２１ｆを透過して撮像素子２２に結像される。

Ｐ偏光成分の光学像は、偏光分離膜２１ｆを透過してＢ光路を通り、撮像素子２２に向かって垂直に折り返す像側のプリズム２１ｅのビームスプリット面と反対側に設けられたミラー面によって反射され、撮像素子２２に結像される。この際、Ａ光路とＢ光路で、例えば、数十μｍ程度の所定の光路差を生じさせるように、プリズム硝路を設定しておき、ピントが異なる２つの光学像を撮像素子２２の受光面に結像させる。

すなわち、物体側のプリズム２１ｂ及び像側のプリズム２１ｅを、被写体像をピント位置が異なる２つの光学像に分離できるように、物体側のプリズム２１ｂにおける撮像素子２２に至る透過光側の光路長（硝路長）に対して反射光側の光路長が短く（小さく）なるように配置する。

図３は、撮像素子２２の概略構成図である。撮像素子２２は、図３に示すように、ピント位置が異なる２つの光学像を各々個別に受光して撮像するために、撮像素子２２の全画素領域の中に、２つの受光領域（有効画素領域）２２ａ、２２ｂが設けられている。

受光領域２２ａ、２２ｂは、２つの光学像を撮像するために、これらの光学像の結像面と各々一致するように配置されている。そして、撮像素子２２において、受光領域２２ａは受光領域２２ｂに対してそのピント位置が相対的に近点側にシフトしており（ずれており）、受光領域２２ｂは受光領域２２ａに対してそのピント位置が相対的に遠点側にシフトしている。これにより、ピントが異なる２つの光学像を撮像素子２２の受光面に結像させるように構成されている。

なお、物体側のプリズム２１ｂと像側のプリズム２１ｅにおける両者の硝材の屈折率を異ならせることにより、撮像素子２２に至る光路長を変えて受光領域２２ａ、２２ｂに対するピント位置を相対的にずらすようにしても良い。

また、受光領域２２ａ、２２ｂの周囲には、２つに分割された光学像の幾何的なズレを補正するための補正画素領域２２ｃが設けられている。補正画素領域２２ｃ内において製造上の誤差を抑え、後述する画像補正処理部２３ｂ（図５）にて画像処理による補正を行なうことで、上記した光学像の幾何学的なズレを解消するようになっている。

また、図１に示すように、上述の本実施形態の第２レンズ群Ｇ２は、フォーカシングレンズであり、光軸の方向における２つの位置に選択的に移動可能である。不図示のアクチュエータにより、第２レンズ群Ｇ２は、２つの位置間で一方の位置から他方の位置、他方の位置から一方の位置に移動するように駆動される。

第２レンズ群Ｇ２を、前方側（物体側）の位置に設定した状態においては遠方観察（通常観察）する場合の観察領域の被写体にピントが合うように設定される。また、第２レンズ群Ｇ２を後方側の位置に設定した状態においては近接観察（拡大観察）する場合の観察領域の被写体にピントが合うように設定されている。

なお、本実施形態のように、偏光ビームスプリッタ２１を適用して偏光分離をする場合、分離する光の偏光状態が円偏光でないと分離した像の明るさに差が生じてしまう。規則的な明るさの差異は画像処理での補正が比較的容易であるが、局所的に且つ観察条件で明るさの差異が生じた場合、補正しきれなくなり、合成画像に明るさムラが生じてしまう場合がある。

内視鏡で観察する被写体は、合成画像の比較的視野周辺部で明るさムラが生じてしまう可能性がある。尚、この偏光状態が崩れた明るさムラは、被写体が比較的飽和気味の明るさ分布であると顕著に生じる。

視野の周辺部において、内視鏡では比較的近接して被写体像の血管走行や粘膜構造を見る事が多く、ユーザーにとって非常に煩わしい画像になる可能性が高い。
そこで、例えば、図２に示すように、この偏光状態が崩れた状態を円偏光に戻す様にλ／４板２１ａを、光路分割部２０の偏光分離膜２１ｆより物体側に配置することが好ましい。

なお、上述のような偏光ビームスプリッタ２１の代わりに、入射光を強度分割するハーフミラーを用いることもできる。

本実施形態における光路分割部２０について、図４を用いて、さらに説明する。光路分割部２０は、２つのプリズム２１ｂ、２１ｅから構成される。物体側のプリズム２１ｂは、保持枠ＬＢに接着部３１より保持されている。

プリズム駆動部３０は、２つのプリズム２１ｂ、２１ｅの相対的な位置関係を変化させる。例えば、プリズム駆動部３０は、固定している物体側のプリズム２１ｂに対して、像側のプリズム２１ｅを矢印Ｃ方向に移動する。これにより、プリズム２１ｂ、２１ｅの相対的な位置関係を変化させることで、光路長差調整を行う。この結果、所望の光路長差を有する２つの光学像を一つの撮像素子２２上に結像させることができる。

また、本実施形態では、以下の条件式（１）、（２）を満足することが望ましい。
０．０１＜ｌｉｍｉｔ＿ａｄｊ／ｉｍ＿ｉｈ＜１ …（１）
０．０１＜ｌｉｍｉｔ＿ａｄｊ／ｆｗ＜２ …（２）
ここで、
ｌｉｍｉｔ＿ａｄｊは、光路長差調整を行うためのプリズム駆動部３０によるプリズム２１ｂ、２１ｅの調整可能距離、
ｉｍ＿ｉｈは、撮像素子２２における像高、
ｆｗは、対物光学系ＯＢＬの通常観察時の焦点距離、
である。

本実施形態では、２つのピントの異なる光学像を取得し合成画像を生成することで、被写界深度の広い画像を得ることが可能になる。また、プリズム２１ｂ、２１ｅを用いて光学像を２つの像に分割し、その２つの像を一つの撮像素子２２で取り込んでいる。これにより、撮像素子２２が一つですむためコストが安くなり好ましい。

ここで、プリズム２１ｂ、２１ｅは、長さや角度に公差を有している。このため、２つのプリズム２１ｂ、２１ｅを組み合わせると、２つの光路の光路長差が所望の設計値と異なってしまう。従って所望の光路差を得るために、２つのプリズム２１ｂ、２１ｅの位置を相対的に変化させることが望ましい。

条件式（１）は、２つのプリズム２１ｂ、２１ｅの光路長差の調整可能距離に関する。条件式（１）は、プルズム２１ｂ、２１ｅの調整可能距離を十分に確保するための条件を定めている。

条件式（１）の上限値を上回ると、プリズム２１ｂ、２１ｅの調整可能距離が大きすぎて、プリズムと機械的な部材とが干渉してしまい好ましくない。
条件式（１）の下限値を下回ると、プリズム２１ｂ、２１ｅの調整可能距離が小さすぎるため、所望の光路長差に調整できないため好ましくない。

条件式（２）は、プリズム２１ｂ、２１ｅの調整可能距離と、対物光学系の通常観察状態の焦点距離の関係に関する。

条件式（２）を満足する範囲内であれば、プリズム２１ｂ、２１ｅの調整可能距離は適切である。

条件式（２）の下限値を下回ると、プリズム２１ｂ、２１ｅの調整可能距離が小さすぎ、調整不可能になってしまうため好ましくない。

条件式（２）の上限値を上回ると、プリズム２１ｂ、２１ｅと機械的な部材とが干渉してしまうこと、また、プリズム２１ｂ、２１ｅのエッジ部分に光が入射してしまい、フレアが発生してしまうため好ましくない。

なお、条件式（１）に代えて、以下の条件式（１）’を満足することが望ましい。
０．１＜ｌｉｍｉｔ＿ａｄｊ／ｉｍ＿ｉｈ＜０．５ …（１）’
さらに、条件式（１）に代えて、以下の条件式（１）”を満足することが望ましい。
０．２＜ｌｉｍｉｔ＿ａｄｊ／ｉｍ＿ｉｈ＜０．３ …（１）”

なお、条件式（２）に代えて、以下の条件式（２）’を満足することが望ましい。
０．０５＜ｌｉｍｉｔ＿ａｄｊ／ｆｗ＜１ …（２）’
さらに、条件式（２）に代えて、以下の条件式（２）”を満足することが望ましい。
０．１＜ｌｉｍｉｔ＿ａｄｊ／ｆｗ＜０．５ …（２）”

また、本実施形態の好ましい態様によれば、以下の条件式（３）を満足することが望ましい。
１＜Ｄ＿Ｐｒ０１／ｌｉｍｉｔ＿ａｄｊ＜３０ …（３）
ここで、
Ｄ＿Ｐｒ０１は、２つのプリズム２１ｂ、２１ｅのうち、物体側のプリズム２１ｂの光軸上の長さ、
ｌｉｍｉｔ＿ａｄｊは、光路長差調整を行うためのプリズム駆動部３０によるプリズム２１ｂ、２１ｅの調整可能距離、
である。

条件式（３）は、所望の光路長差とプリズム２１ｂ、２１ｅの調整可能距離の関係に関する。

条件式（３）の下限値を下回ると、物体側のプリズム２１ｂを保持するための保持枠ＬＢに対する嵌合部分を確保することが困難になる。また、プリズム２１ｂ、２１ｅと機械的な部材とが干渉してしまうこと、また、プリズム２１ｂ、２１ｅのエッジ部分に光が入射してしまい、フレアが発生してしまうため好ましくない。

条件式（３）の上限値を上回ると、物体側のプリズム２１ｂの大きさが大きくなり、好ましくない。

なお、条件式（３）に代えて、以下の条件式（３）を満足することが望ましい。
５＜Ｄ＿Ｐｒ０１／ｌｉｍｉｔ＿ａｄｊ＜２０ …（３）’
さらに、条件式（３）に代えて、以下の条件式（３）”を満足することが望ましい。
１０＜Ｄ＿Ｐｒ０１／ｌｉｍｉｔ＿ａｄｊ＜１５ …（３）”

また、本実施形態の好ましい態様によれば、以下の条件式（４）、（５）を満足することが望ましい。
０．５＜Ｄ＿Ｐｒ０１／ｆｗ＜５ …（４）
１＜Ｄ＿Ｐｒ０２／ｆｗ＜１０ …（５）
ここで、
Ｄ＿Ｐｒ０１は、２つのプリズム２１ｂ、２１ｅのうち、物体側のプリズム２１ｂの光軸上の長さ、
ｆｗは、対物光学系ＯＢＬの通常観察時の焦点距離、
Ｄ＿Ｐｒ０２は、２つのプリズム２１ｂ、２１ｅのうち、像側のプリズム２１ｂの光軸上の長さ、
である。

条件式（４）は、物体側のプリズム２１ｂと対物光学系ＯＢＬの通常観察状態の焦点距離の比に関する。条件式（５）は、像側のプリズム２１ｅと対物光学系ＯＢＬの通常観察状態の焦点距離の比に関する。

条件式（４）、（５）を満足することで、適切なプリズム長を確保できる。このため、適切な光路長の調整可能距離を得ることができる。

条件式（４）、（５）の下限値を下回ると、プリズム２１ｂ、２１ｅの大きさが小さくなりすぎる。このため、必要な調整可能量を確保できない。

条件式（４）、（５）の上限値を上回ると、プリズム２１ｂ、２１ｅの大きさが大きくなってしまう。このため本実施形態の内視鏡システムを有する内視鏡が径方向に大きくなってしまい好ましくない。

なお、条件式（４）に代えて、以下の条件式（４）’を満足することが望ましい。
１．０＜Ｄ＿Ｐｒ０１／ｆｗ＜３ …（４）’
さらに、条件式（４）に代えて、以下の条件式（４）”を満足することが望ましい。
１．５＜Ｄ＿Ｐｒ０１／ｆｗ＜２ …（４）”

なお、条件式（５）に代えて、以下の条件式（５）’を満足することが望ましい。
２＜Ｄ＿Ｐｒ０２／ｆｗ＜５ …（５）’
さらに、条件式（５）に代えて、以下の条件式（５）”を満足することが望ましい。
２．５＜Ｄ＿Ｐｒ０２／ｆｗ＜３．５ …（５）”

次に、図５を参照して、取得した２つの画像の合成に関して説明する。図５は、内視鏡システム１０の機能ブロック図である。

画像プロセッサ２３は、撮像素子２２により撮像されたピント位置が異なる２つの光学像に係る画像を各々読み出す画像読出部２３ａと、画像読出部２３ａにより読み出された２つの画像に対する画像補正を行う画像補正処理部２３ｂと、補正された２つの画像を合成する画像合成処理を行う画像合成処理部２３ｃと、画像出力部２３ｄと、を有する。

画像補正処理部２３ｂは、撮像素子２２の受光領域２２ａ、２２ｂにそれぞれ結像される２つの光学像に係る画像に対し、互いのピント以外の差異が略同一となるように補正する。すなわち、２つの画像の各光学像における相対的な位置、角度及び倍率が略同一となるように２つの画像に対して補正を行う。

被写体像を２つに分離して撮像素子２２に各々結像させる場合、幾何的な差異が生じる場合がある。すなわち、撮像素子２２の受光領域２２ａ、２２ｂ（図３）にそれぞれ結像される各々の光学像は、相対的に倍率ズレ、位置ズレ、角度すなわち回転方向のズレ等が発生する場合がある。

これらの差異を製造時などにおいて、完全に解消することは困難であるが、それらのズレ量が大きくなると、合成画像が２重画像となったり、不自然な明るさムラ等を生じたりする。このため、画像補正処理部２３ｂにて上述した幾何的な差異、明るさ差異を補正する。

２つの画像間における明るさの差異を補正する場合、２つの像または画像のうち輝度の低い方の像または画像、もしくは２つの像または画像の相対的に同一位置における輝度の低い方を基準にして補正を行うことが望ましい。

画像合成処理部２３ｃは、画像補正処理部２３ｂにより補正された２つの画像間の対応する所定領域において、相対的にコントラストが高い画像を選択して合成画像を生成する。つまり、２つの画像における空間的に同一の画素領域それぞれにおけるコントラストを比較し、相対的にコントラストが高い方の画素領域を選択することにより、２つの画像から合成された１つの画像としての合成画像を生成する。

なお、２つの画像の同一の画素領域におけるコントラスト差が小さい又は略同一である場合は、その画素領域に所定の重み付けして加算する合成画像処理２３ｃにより、合成画像を生成する。

また、画像プロセッサ２３は、画像合成処理部２３ｃにより合成された１つの画像に対して、色マトリクス処理、輪郭強調、ガンマ補正等の後段画像処理を行う。画像出力部２３ｄは、後段画像処理された画像を出力する。画像出力部２３ｄから出力される画像は画像表示部２４に出力される。

また、撮像素子２２に至る近点光路と遠点光路とに応じて、物体側のプリズム２１ｂと像側のプリズム２１ｅとを異なる硝材で構成し、屈折率を異ならせることにより、相対的にピント位置をずらしても良い。

これにより、ピントの異なる２つの光学像に係る画像を取得し、これら画像を画像合成処理部２３ｃで合成して合成被写界深度を得ることができる。内視鏡検査で広い範囲を俯瞰してスクリーニングする際には遠方観察が適しており、病変の詳細を観察したり、診断したりする際には、近接観察が適している。

このような構成をとることで、より多画素化した撮像素子を使用しても解像力を落とすことなく被写界深度を拡大する事が可能となる。更にフォーカシング機構があるので自在に観察範囲を切り替えて高画質の内視鏡観察や診断を行うことができる。

次に本実施形態において、２つの光学像を合成する場合の流れを図６のフローチャートに従って説明する。

ステップＳ１０１において、撮像素子２２において取得された、ピントの異なる遠点像に係る画像と近点像に係る画像とが、画像補正処理部２３ｂにおいて、遠近２画像の補正処理が行なわれる。すなわち、予め設定された補正パラメータに従って、２つの画像の各光学像における相対的な位置、角度及び倍率が略同一となるように２つの画像に対して補正を行い、補正後の画像を画像合成処理部２３ｃに出力する。なお、必要に応じて２画像の明るさや色の差異を補正してもよい。

ステップＳ１０２において、補正処理が行なわれた２つの画像が画像合成処理部２３ｃにて合成される。この際、遠近２画像の各々対応する画素領域において、コントラスト値が各々算出され、比較される。

ステップＳ１０３において、比較されたコントラスト値に差があるか否か判断し、コントラストに差がある場合、ステップＳ１０５に進み、コントラスト値の高い領域を選択して合成される。

ここで、比較するコントラスト値の差が小さい乃至はほぼ同じである場合には、遠近２画像のどちらを選択するか処理上の不安定要因となる。例えば、ノイズ等の信号の揺らぎがあると、合成画像に不連続領域が生じたり、本来は解像している被写体像がボケてしまうといった不具合を生じさせたりする。

そこで、ステップＳ１０４に進み、重み付けを行う。ステップＳ１０４において、コントラス比較を行なう画素領域において、２画像でコントラスト値がほぼ同一である場合には、重み付けを行い、次のステップＳ１０５で重み付けを行った画像の加算処理を行うことで、画像選択の不安定さを解消している。

このように、本実施形態によれば、近接観察及び遠方観察の何れにおいても、ノイズ等によって合成画像において不連続領域が発生したり、光学像がぼけたりすることを防止しながら、被写界深度を拡大させた画像を取得することができる。

また、２つの画像は、同一の撮像素子により撮像されているので、撮像素子を複数備えるものに比して、製造コストを低減し、装置を大型化することなく被写界深度を拡大させた画像を取得することができる。

また、所望とする被写界深度を得られ、解像力の劣化を防止できる。

図７は、ビームスプリッタ２１により奇数回の反射後に撮像素子に結像される場合の結像状態を示す図である。上述した図２の偏光ビームスプリッタ２１の場合には、１回、つまり奇数回の反射後に撮像素子２２に光学像が結像される。このため、何れか一方の画像が図７のような結像状態（鏡像）となり、画像プロセッサ２３において鏡像を反転させて像方向を一致させる画像処理が施される。

光学的な偶数回の反射による鏡像の補正は、対物光学系の大型化やプリズムのコスト高となる場合があるので、奇数回の反射による鏡像の補正は、画像補正処理部２３ｂにて鏡像反転により行なうことが好ましい。

なお、撮像素子２２が、内視鏡長手方向に長尺な形状となっている場合には、画像表示部２４のアスペクト比を考慮して合成画像を適宜回転させることが好ましい。

（実施例１）
次に、実施例１に係る内視鏡システムが有する対物光学系について説明する。
図８（ａ）、（ｂ）は、対物光学系の断面構成を示す図である。ここで、図８（ａ）は、通常観察状態（遠距離物点）における対物光学系の断面構成を示す図である。図８（ｂ）は、近接観察状態（近距離物点）における対物光学系の断面構成を示す図である。

本実施例に係る対物光学系は、物体側から順に、負の屈折力の第１レンズ群Ｇ１と、正の屈折力の第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力の第３レンズ群Ｇ３と、から構成されている。また、明るさ絞りＳは、第３レンズ群Ｇ３内に配置されている。第２レンズ群Ｇ２は、光軸ＡＸ上を像側に移動して、通常観察状態から近接観察状態への変化に伴う焦点位置の変化を補正する。

第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、物体側に平面を向けた平凹負レンズＬ１と、平行平板Ｌ２と、両凹負レンズＬ３と、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ４と、からなる。ここで、負レンズＬ３と正レンズＬ４とは接合されている。第２レンズ群Ｇ２は、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ５からなる。第３レンズ群Ｇ３は、物体側から順に、両凸正レンズＬ６と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ７と、明るさ絞りＳと、両凸正レンズＬ８と、両凸正レンズＬ９と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１０と、からなる。ここで、正レンズＬ６と負メニスカスレンズＬ７とは接合されている。正レンズＬ９と負メニスカスレンズＬ１０とは接合されている。

第３レンズ群Ｇ３の像側に、上述した光路分割部２０を配置している。光学系中のプリズムでは、光路が折り曲げられる。なお、平行平板Ｌ２は、特定の波長、例えばＹＡＧレーザーの１０６０ｎｍ、半導体レーザーの８１０ｎｍ、あるいは赤外域をカットするためのコーティングが施されたフィルターである。Ｉは、結像面（撮像面）である。

図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、本実施例の通常観察状態における球面収差（ＳＡ）、非点収差（ＡＳ）、歪曲収差（ＤＴ）、倍率色収差（ＣＣ）を示す。
図９（ｅ）、（ｆ）、（ｇ）、（ｈ）は、本実施例の近接観察状態における球面収差（ＳＡ）、非点収差（ＡＳ）、歪曲収差（ＤＴ）、倍率色収差（ＣＣ）を示す。
これら、諸収差図は、６５６．２７ｎｍ（Ｃ線）、５８７．５６ｎｍ（ｄ線）、及び４３５．８４ｎｍ（ｇ線）の各波長について示されている。また、各図中、「ω」は半画角を示す。

以下に、上記各実施例の数値データを示す。記号は、ｒは各レンズ面の曲率半径、ｄは各レンズ面間の間隔、ｎｄは各レンズのｄ線の屈折率、νｄは各レンズのアッベ数、ＦＮＯはＦナンバー、ωは半画角である。また、バックフォーカスｆｂは、最も像側の光学面から近軸像面までの距離を空気換算して表したものである。全長は、最も物体側のレンズ面から最も像側の光学面までの距離（空気換算しない）にバックフォーカスを加えたものである。

数値実施例１
単位 ｍｍ

面データ
面番号 r d nd νd
1 ∞ 0.49 1.88300 40.76
2 1.812 0.79
3 ∞ 0.84 1.52100 65.12
4 ∞ 0.34
5 -4.881 0.56 1.88300 40.76
6 1.866 2.13 1.84666 23.78
7 77.332 可変
8 2.010 0.81 1.48749 70.23
9 2.149 可変
10 3.354 1.13 1.64769 33.79
11 -1.665 0.32 2.00330 28.27
12 -9.987 0.04
13(絞り) ∞ 0.56
14 512.363 0.95 1.69895 30.13
15 -3.552 0.36
16 9.128 0.94 1.48749 70.23
17 -2.180 0.39 1.92286 18.90
18 -4.093 4.59
19(撮像面) ∞

データ
通常観察状態 近接観察状態
焦点距離 1.00 1.01
ＦＮＯ． 3.58 3.53
画角２ω 144.9 139.4
fb (in air) 4.59 4.59
全長 (in air) 17.15 17.05
d7 0.47 1.20
d9 1.43 0.70

各群焦点距離
1群 2群 3群
-1.12 21.78 3.51

以下、実施例１、実施例２、実施例３における条件式（１）〜（５）の数値を示す。なお、対物光学系ＯＢＬの諸元値は、上述の数値実施例１であり、３つの実施例に関して、共通している。
実施例１ 実施例２ 実施例３
(1) limit_adj/im_ih 0.10 0.31 0.20
(2) limit_adj/fw 0.10 0.30 0.20
(3) D_Pr01/limit_adj 20.00 3.33 7.00
(4) D_Pr01/fw 2.00 1.00 1.40
(5) D_Pr02/fw 3.00 1.50 2.10

パラメータ
実施例１ 実施例２ 実施例３
limit_adj 0.1 0.3 0.2
im_ih 0.983 0.983 0.983
D_Pr01 2 1 1.4
D_Pr02 3 1.5 2.1
fw 1 1 1

以上、本発明の種々の実施形態について説明したが、本発明は、これらの実施形態のみに限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で、これら実施形態の構成を適宜組合せて構成した実施形態も本発明の範疇となるものである。

以上のように、本発明は、被写界深度が拡大され、良好に収差が補正された高画質な画像を取得できる内視鏡システムに有用である。

１０ 内視鏡システム
２０ 光路分割部
２１ 偏光ビームスプリッタ
２１ａ λ／４板
２１ｂ 物体側のプリズム
２１ｃ ミラー
２１ｄ λ／４板
２１ｅ 像側のプリズム
２１ｆ 偏光分離膜
２２ 撮像素子
２２ａ、２２ｂ 受光領域
２２ｃ 補正画素領域
２３ 画像プロセッサ
２３ａ 画像読出部
２３ｂ 画像補正処理部
２３ｃ 画像合成処理部
２３ｄ 画像出力部
２４ 画像表示部
３０ プリズム駆動部
ＣＧ カバーガラス
ＯＢＬ 対物光学系
Ｇ１ 第１レンズ群
Ｇ２ 第２レンズ群
Ｇ３ 第３レンズ群
Ｓ 明るさ絞り
Ｌ１−Ｌ１９ レンズ
Ｉ 結像面
ＡＸ 光軸

Claims (3)

1. 対物光学系と、前記対物光学系で得られた被写体像を２つのピントの異なる光学像に分割する光路分割部と、前記光学像を取得する撮像素子と、取得した２つの光学像を相対的にコントラストが高い画像を所定領域において選択し、合成画像を生成する画像合成処理部と、を有し、
   前記光路分割部は、２つのプリズムからなり、
   前記２つのプリズムの相対な位置関係を変化させることにより光路長差調整を行うプリズム駆動部により、所望の光路長差を有する前記２つの光学像を一つの前記撮像素子上に結像させるとともに、以下の条件式（１）、（２）を満足することを特徴とする内視鏡システム。
   ０．０１＜ｌｉｍｉｔ＿ａｄｊ／ｉｍ＿ｉｈ＜１ …（１）
   ０．０１＜ｌｉｍｉｔ＿ａｄｊ／ｆｗ＜２ …（２）
   ここで、
   ｌｉｍｉｔ＿ａｄｊは、光路長差調整を行うための前記プリズム駆動部による前記プリズムの調整可能距離、
   ｉｍ＿ｉｈは、前記撮像素子における像高、
   ｆｗは、前記対物光学系の通常観察時の焦点距離、
   である。
2. 以下の条件式（３）を満足することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡システム。
   １＜Ｄ＿Ｐｒ０１／ｌｉｍｉｔ＿ａｄｊ＜３０ …（３）
   ここで、
   Ｄ＿Ｐｒ０１は、前記２つのプリズムのうち、物体側の前記プリズムの光軸上の長さ、
   ｌｉｍｉｔ＿ａｄｊは、光路長差調整を行うための前記プリズム駆動部による前記プリズムの調整可能距離、
   である。
3. 以下の条件式（４）、（５）を満足することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡システム。
   ０．５＜Ｄ＿Ｐｒ０１／ｆｗ＜５ …（４）
   １＜Ｄ＿Ｐｒ０２／ｆｗ＜１０ …（５）
   ここで、
   Ｄ＿Ｐｒ０１は、前記２つのプリズムのうち、物体側の前記プリズムの光軸上の長さ、
   ｆｗは、前記対物光学系の通常観察時の焦点距離、
   Ｄ＿Ｐｒ０２は、前記２つのプリズムのうち、像側の前記プリズムの光軸上の長さ、
   である。

Images