JP2018134384A

JP2018134384A - 内視鏡装置

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Publication number: JP2018134384A
Application number: JP2017232882A
Authority: JP
Inventors: 素明小林; Motoaki Kobayashi
Original assignee: Sony Olympus Medical Solutions Inc
Current assignee: Sony Olympus Medical Solutions Inc
Priority date: 2017-02-23
Filing date: 2017-12-04
Publication date: 2018-08-30
Anticipated expiration: 2037-12-04
Also published as: JP7055625B2

Abstract

【課題】接続される内視鏡の種別によらず、被写界深度を拡大した画像を生成することができる内視鏡装置を提供すること。【解決手段】第１の観察光学系を有する第１の内視鏡と、第１の観察光学系とは異なる第２の観察光学系を有し、射出瞳径が第１の内視鏡の射出瞳径より大きい第２の内視鏡と、第１および第２の内視鏡のうちのいずれかが接続され、該接続された内視鏡からの光を通過させる開口絞り、及び、開口絞りを通過した光を受光して電気信号に変換する撮像部を有する撮像装置と、撮像装置が生成した電気信号を用いて画像を生成する画像処理装置と、を備え、開口絞りの最小絞り径が、第１の内視鏡の射出瞳径より大きい。【選択図】図２

Description

本発明は、内視鏡装置に関する。

従来、撮像素子を用いて被写体を撮像し、当該被写体を観察する内視鏡装置は、より精緻な観察画像を得るために、撮像画像の解像度を高くすることが求められている。内視鏡装置として、例えば、被検体内に挿入されて被写体からの光を取り込む内視鏡と、内視鏡が取り込んだ光を受光して電気信号に変換する撮像素子を有する撮像装置と、撮像装置が生成した電気信号に基づいて撮像画像を生成する画像処理装置とを備えたものが知られている。

解像度を高めるための技術として、撮像素子の高画素化が進められている。この際、高画素化により絞り値が小さくなると、被写界深度も浅くなる。この結果、撮像画像の解像度は高くなるものの、被写界深度が浅くなり、被写体によっては観察が困難になるという問題があった。

被写界深度を拡大する技術として、開口絞りの開口の径を小さくすることによって被写界深度を深くする技術が知られている。この技術では、開口絞りの開口の径を調整することによって被写界深度を調整することが可能である。しかしながら、内視鏡の観察光学系により形成される被写体像の大きさである射出瞳の径が小さい所謂細径の内視鏡に、撮像装置の開口絞りを適用して被写界深度の拡大を行う場合、内視鏡と撮像装置との装着時のガタつき等により、内視鏡の観察光学系の光軸と、撮像装置の開口絞りの開口中心とにズレが生じるおそれがある。この場合、開口絞りによる被写体像への適切な絞りができず、適切な被写界深度の拡大ができないおそれがある。

被写界深度を拡大する他の技術として、観察光学系の入射瞳位置に位相変調素子を配置し、この位相変調素子を通過した光に基づいて画像を生成する際に、点像分布関数（Point Spread Function：ＰＳＦ）を用いて画像を生成することによって被写界深度を拡大する方法が開示されている（例えば、特許文献１を参照）。このような技術は、一般に波面符号化（Wevefront Coding：ＷＦＣ）と呼ばれている。

さらに、被写界深度を拡大する他の技術として、例えば、少なくとも撮像した画像の焦点が合っていない領域に、輪郭を強調する画像処理である所謂輪郭強調処理を施すことにより、輪郭が明瞭な領域を拡張し被写界深度の拡大を行うことが考えられる。

特開２０１２−１０９８２６号公報

ところで、上述した撮像装置には、互いに光学特性が異なる別種類の内視鏡を取り付けることが可能である。例えば、上述した位相変調素子を有している内視鏡と、位相変調素子を有さない内視鏡とが取り付けられる場合がある。このように、撮像装置に複数種別の内視鏡を取り付け可能な場合には、撮像装置に接続される内視鏡の種別によらず、被写界深度を拡大した画像を生成することが求められる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、接続される内視鏡の種別によらず、被写界深度を拡大した画像を生成することができる内視鏡装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる内視鏡装置は、第１の観察光学系を有する第１の内視鏡と、前記第１の観察光学系とは異なる第２の観察光学系を有し、射出瞳径が前記第１の内視鏡の射出瞳径より大きい第２の内視鏡と、前記第１および第２の内視鏡のうちのいずれかが接続され、該接続された内視鏡からの光を通過させる開口絞り、及び、前記開口絞りを通過した光を受光して電気信号に変換する撮像部を有する撮像装置と、前記撮像装置が生成した前記電気信号を用いて画像を生成する画像処理装置と、を備え、前記開口絞りの最小絞り径が、前記第１の内視鏡の射出瞳径より大きいことを特徴とする。

また、本発明にかかる内視鏡装置は、上記発明において、前記第１の観察光学系は、位相変調素子を含み、前記画像処理装置は、前記第１の内視鏡が前記撮像装置に接続されている場合に、点像分布関数を用いた画像処理を施すことによって前記画像を生成することを特徴とする。

また、本発明にかかる内視鏡装置は、上記発明において、前記画像処理装置は、前記撮像装置に接続された内視鏡を識別する識別部を有し、前記識別部が前記撮像装置に接続された内視鏡が前記第１の内視鏡であることを識別した場合に、点像分布関数を用いた画像処理を施すことによって前記画像を生成することを特徴とする。

また、本発明にかかる内視鏡装置は、上記発明において、前記画像処理装置は、前記第１の内視鏡が前記撮像装置に接続されている場合に、前記第２の内視鏡が前記撮像装置に接続された場合に対して輪郭強調処理による強調度合いを大きくして前記画像を生成することを特徴とする。

また、本発明にかかる内視鏡装置は、上記発明において、前記画像処理装置は、前記撮像装置に接続された内視鏡を識別する識別部を有し、前記識別部が前記撮像装置に接続された内視鏡が前記第１の内視鏡であることを識別した場合に、前記第２の内視鏡が前記撮像装置に接続された場合に対して輪郭強調処理による強調度合いを大きくして前記画像を生成することを特徴とする。

また、本発明にかかる内視鏡装置は、位相変調素子を含む第１の観察光学系を有する第１の内視鏡と、前記位相変調素子を含まず、かつ前記第１の観察光学系とは異なる第２の観察光学系を有する第２の内視鏡と、前記第１および第２の内視鏡のうちのいずれかが接続され、該接続された内視鏡からの光を受光して電気信号に変換する撮像部を有する撮像装置と、前記撮像装置が生成した前記電気信号を用いて画像を生成する画像処理装置と、を備え、前記画像処理装置は、前記第１の内視鏡が前記撮像装置に接続されている場合に、点像分布関数を用いた画像処理を施すことによって前記画像を生成し、前記第２の内視鏡が前記撮像装置に接続されている場合に、前記第１の内視鏡が前記撮像装置に接続された場合に対して輪郭強調処理による強調度合いを大きくして前記画像を生成する、ことを特徴とする。

また、本発明にかかる内視鏡装置は、上記発明において、前記画像処理装置は、前記撮像装置に接続された内視鏡を識別する識別部を有し、前記識別部が前記撮像装置に接続された内視鏡が前記第１の内視鏡であることを識別した場合に、点像分布関数を用いた画像処理を施すことによって前記画像を生成し、前記識別部が前記撮像装置に接続された内視鏡が前記第２の内視鏡であることを識別した場合に、前記第１の内視鏡が前記撮像装置に接続された場合に対して輪郭強調処理による強調度合いを大きくして前記画像を生成することを特徴とする。

本発明によれば、接続される内視鏡の種別によらず、被写界深度を拡大した画像を生成することができるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態にかかる内視鏡装置の概略構成を示す図である。図２は、図１に示したカメラヘッド及び制御装置の構成を示すブロック図である。図３Ａは、本発明の実施の形態にかかる内視鏡及びカメラヘッドの構成を説明する模式図である。図３Ｂは、本発明の実施の形態にかかる内視鏡及びカメラヘッドの構成を説明する模式図である。図４Ａは、本発明の実施の形態にかかる開口絞りの開口径について説明する図である。図４Ｂは、本発明の実施の形態にかかる開口絞りの開口径について説明する図である。

以下、本発明を実施するための形態（以下、「実施の形態」という）を説明する。実施の形態では、本発明にかかる内視鏡装置の一例として、患者等の被検体内の画像を撮像して表示する医療用の内視鏡装置について説明する。また、この実施の形態により、この発明が限定されるものではない。さらに、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付して説明する。

（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態にかかる内視鏡装置１の概略構成を示す図である。内視鏡装置１は、医療分野において用いられ、人等の観察対象物の内部（生体内）の被写体を観察する装置である。この内視鏡装置１は、図１に示すように、内視鏡２と、撮像装置３（医療用撮像装置）と、表示装置４と、制御装置５（画像処理装置）と、光源装置６とを備え、撮像装置３と制御装置５とで、医療用画像取得システムを構成している。なお、本実施の形態１では、内視鏡２と撮像装置３及び制御装置５により、例えば硬性鏡等の内視鏡を用いた内視鏡装置を構成している。

光源装置６は、ライトガイド７の一端が接続され、当該ライトガイド７の一端に生体内を照明するための例えば白色等の照明光を供給する。ライトガイド７は、一端が光源装置６に着脱自在に接続されるとともに、他端が内視鏡２に着脱自在に接続される。そして、ライトガイド７は、光源装置６から供給された光を一端から他端に伝達し、内視鏡２に供給する。

撮像装置３は、内視鏡２からの被写体像を撮像して当該撮像結果を出力する。この撮像装置３は、図１に示すように、信号伝送部である伝送ケーブル８と、カメラヘッド９とを備える。本実施の形態１では、伝送ケーブル８とカメラヘッド９とにより医療用撮像装置が構成される。

内視鏡２は、硬質で細長形状を有し、生体内に挿入される。この内視鏡２の内部には、１または複数のレンズを用いて構成され、被写体像を集光する観察光学系が設けられている。内視鏡２は、ライトガイド７を介して供給された光を先端から出射し、生体内に照射する。そして、生体内に照射された光（被写体像）は、内視鏡２内の観察光学系（レンズユニット９２）により集光される。

カメラヘッド９は、内視鏡２の基端に着脱自在に接続される。そして、カメラヘッド９は、制御装置５による制御の下、内視鏡２にて集光された被写体像を撮像し、当該撮像による撮像信号を出力する。なお、カメラヘッド９の詳細な構成については、後述する。

伝送ケーブル８は、一端がコネクタを介して制御装置５に着脱自在に接続されるとともに、他端がコネクタを介してカメラヘッド９に着脱自在に接続される。具体的に、伝送ケーブル８は、最外層である外被の内側に複数の電気配線（図示略）が配設されたケーブルである。当該複数の電気配線は、カメラヘッド９から出力される撮像信号を制御装置５に、制御装置５から出力される制御信号、同期信号、クロック、及び電力をカメラヘッド９にそれぞれ伝送するための電気配線である。

表示装置４は、制御装置５による制御のもと、制御装置５により生成された画像を表示する。表示装置４は、観察時の没入感を得やすくするために、表示部が５５インチ以上を有するものが好ましいが、これに限らない。

制御装置５は、カメラヘッド９から伝送ケーブル８を経由して入力された撮像信号を処理し、表示装置４へ画像信号を出力するとともに、カメラヘッド９及び表示装置４の動作を統括的に制御する。なお、制御装置５の詳細な構成については、後述する。

次に、撮像装置３及び制御装置５の構成について説明する。図２は、カメラヘッド９及び制御装置５の構成を示すブロック図である。なお、図２では、カメラヘッド９及び伝送ケーブル８同士を着脱可能とするコネクタの図示を省略している。

以下、制御装置５の構成、及びカメラヘッド９の構成の順に説明する。なお、以下では、制御装置５の構成として、本発明の要部を主に説明する。制御装置５は、図２に示すように、信号処理部５１と、画像生成部５２と、通信モジュール５３と、入力部５４と、制御部５５と、メモリ５６とを備える。なお、制御装置５には、制御装置５及びカメラヘッド９を駆動するための電源電圧を生成し、制御装置５の各部にそれぞれ供給するとともに、伝送ケーブル８を介してカメラヘッド９に供給する電源部（図示略）などが設けられていてもよい。

信号処理部５１は、カメラヘッド９が出力した撮像信号に対してノイズ除去や、必要に応じてＡ／Ｄ変換等の信号処理を行うことによって、デジタル化された撮像信号（パルス信号）を画像生成部５２に出力する。

また、信号処理部５１は、撮像装置３及び制御装置５の同期信号、及びクロックを生成する。撮像装置３への同期信号（例えば、カメラヘッド９の撮像タイミングを指示する同期信号等）やクロック（例えばシリアル通信用のクロック）は、図示しないラインで撮像装置３に送られ、この同期信号やクロックを基に、撮像装置３は駆動する。

画像生成部５２は、信号処理部５１から入力される撮像信号をもとに、表示装置４が表示する表示用の画像信号を生成する。画像生成部５２は、撮像信号に対して、所定の信号処理を実行して被写体画像を含む表示用の画像信号を生成する。ここで、画像生成部５２は、画像処理としては、補間処理や、色補正処理、色強調処理、及び輪郭強調処理等の各種画像処理等の公知の画像処理のほか、後述する瞳変調フィルタ２１ｆによって瞳関数位相分布が変調された信号を復元処理し、被写界深度を拡大する撮像画像の生成を行う。画像生成部５２は、点像分布関数（ＰＳＦ）を用いたデジタル処理を施すことによって復元する。画像生成部５２は、生成した画像信号を表示装置４に出力する。

通信モジュール５３は、制御部５５から送信された後述する制御信号を含む制御装置５からの信号を撮像装置３に出力する。また、撮像装置３からの信号を制御装置５内の各部に出力する。つまり通信モジュール５３は、撮像装置３へ出力する制御装置５の各部からの信号を、例えばパラレルシリアル変換等によりまとめて出力し、また撮像装置３から入力される信号を、例えばシリアルパラレル変換等により振り分け制御装置５の各部に出力する、中継デバイスである。

入力部５４は、キーボード、マウス、タッチパネル等のユーザインタフェースを用いて実現され、各種情報の入力を受け付ける。

制御部５５は、制御装置５及びカメラヘッド９を含む各構成部の駆動制御、及び各構成部に対する情報の入出力制御などを行う。制御部５５は、メモリ５６に記録されている通信情報データ（例えば、通信用フォーマット情報など）を参照して制御信号を生成し、該生成した制御信号を、通信モジュール５３を介して撮像装置３へ送信する。また、制御部５５は、伝送ケーブル８を介して、カメラヘッド９に対して制御信号を出力する。

制御部５５は、識別部５５ａを有する。識別部５５ａは、カメラヘッド９から出力される検出情報に基づいて、カメラヘッド９に接続された内視鏡２の種別を識別する。

メモリ５６は、フラッシュメモリやＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）等の半導体メモリを用いて実現され、通信情報データ（例えば、通信用フォーマット情報など）が記録されている。なお、メモリ５６は、制御部５５が実行する各種プログラム等が記録されていてもよい。

なお、信号処理部５１が、入力されたフレームの撮像信号を基に、各フレームの所定のＡＦ用評価値を出力するＡＦ処理部、及び、ＡＦ処理部からの各フレームのＡＦ用評価値から、最も合焦位置として適したフレームまたはフォーカスレンズ位置等を選択するようなＡＦ演算処理を行うＡＦ演算部を有していてもよい。

上述した信号処理部５１、画像生成部５２、通信モジュール５３及び制御部５５は、プログラムが記録された内部メモリ（図示略）を有するＣＰＵ（Central Processing Unit）等の汎用プロセッサやＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等の特定の機能を実行する各種演算回路等の専用プロセッサを用いて実現される。また、プログラマブル集積回路の一種であるＦＰＧＡ(Field Programmable Gate Array：図示略)を用いて構成するようにしてもよい。なおＦＰＧＡにより構成される場合は、コンフィグレーションデータを記憶するメモリを設け、メモリから読み出したコンフィグレーションデータにより、プログラマブル集積回路であるＦＰＧＡをコンフィグレーションしてもよい。

次に、カメラヘッド９の構成として、本発明の要部を主に説明する。カメラヘッド９は、図２に示すように、開口絞り９１と、レンズユニット９２と、撮像部９３と、駆動部９４と、通信モジュール９５と、カメラヘッド制御部９７と、検出部９６とを備える。

開口絞り９１は、カメラヘッド９の光軸が通過する位置、かつレンズユニット９２の入射瞳位置に配置される。開口絞り９１には、内視鏡２にて集光された光を通過させる開口が形成されている。開口絞り９１は、開閉自在なシャッタにより構成され、駆動部９４による制御の下で開口の径を変更することが可能である。本実施の形態において、開口絞り９１は、例えばカメラヘッド９に設けられたボタン（図示せず）の押下をトリガとして、駆動部９４により開口の径の変更動作を電気的に行うものとして説明するが、ボタンの押下等によって機械的に開口の径を変更可能としてもよい。開口絞り９１が取り得る開口の径については、後述する。

レンズユニット９２は、１または複数のレンズを用いて構成され、開口絞り９１を通過した被写体像を、撮像部９３を構成する撮像素子の撮像面に結像する。当該１または複数のレンズは、光軸に沿って移動可能に構成されている。そして、レンズユニット９２には、当該１または複数のレンズを移動させて、画角を変化させる光学ズーム機構（図示略）や焦点位置を変化させるフォーカス機構が設けられている。なお、レンズユニット９２は、光学ズーム機構及びフォーカス機構のほか、光軸上に挿脱自在な光学フィルタ（例えば赤外光をカットするフィルタ）等が設けられていてもよい。

撮像部９３は、カメラヘッド制御部９７による制御の下、被写体を撮像する。この撮像部９３は、レンズユニット９２が結像した被写体像を受光して電気信号に変換する撮像素子を用いて構成されている。撮像素子は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサまたはＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサにより構成される。撮像素子がＣＣＤの場合は、例えば、当該撮像素子からの電気信号（アナログ信号）に対して信号処理（Ａ／Ｄ変換等）を行って撮像信号を出力する信号処理部（図示略）がセンサチップなどに実装される。撮像素子がＣＭＯＳの場合は、例えば、光から電気信号に変換された電気信号（アナログ信号）に対して信号処理（Ａ／Ｄ変換等）を行って撮像信号を出力する信号処理部（図示略）が撮像素子に含まれる。撮像部９３は、生成した電気信号を通信モジュール９５に出力する。

駆動部９４は、カメラヘッド制御部９７による制御の下、開口絞り９１のシャッタを動作させて開口の径を変更させたり、光学ズーム機構やフォーカス機構を動作させ、レンズユニット９２の画角や焦点位置を変化させたりするドライバを有する。

通信モジュール９５は、制御装置５から送信された信号をカメラヘッド制御部９７等のカメラヘッド９内の各部に出力する。また、通信モジュール９５は、カメラヘッド９の現在の状態に関する情報などを予め決められた伝送方式に応じた信号形式に変換し、伝送ケーブル８を介して当該変換した信号を制御装置５に出力する。つまり通信モジュール９５は、制御装置５や伝送ケーブル８から入力される信号を、例えばシリアルパラレル変換等により振り分けカメラヘッド９の各部に出力し、また制御装置５や伝送ケーブル８へ出力するカメラヘッド９の各部からの信号を、例えばパラレルシリアル変換等によりまとめて出力する、中継デバイスである。

検出部９６は、例えば、内視鏡２Ａおよび内視鏡２Ｂに設けられ、互いに異なる配置パターンを有する複数のピンの配置を電気的に検出する。検出部９６は、内視鏡２が接続された際に、ピンの配置パターンを電気的に検出する。検出部９６は、検出したピンの配置パターンに関する検出情報を生成する。この検出情報は、上述した識別部５５ａによる内視鏡２の識別に用いられる。なお、検出部９６は、内視鏡２Ａ及び内視鏡２Ｂに設けられたＩＣタグやバーコードが読み取った情報、メモリに格納された情報を参照する等によって、検出情報を生成するようにしてもよい。

カメラヘッド制御部９７は、伝送ケーブル８を介して入力した駆動信号や、カメラヘッド９の外面に露出して設けられたスイッチ等の操作部へのユーザ操作により操作部から出力される指示信号等に応じて、カメラヘッド９全体の動作を制御する。また、カメラヘッド制御部９７は、伝送ケーブル８を介して、カメラヘッド９の現在の状態に関する情報を制御装置５に出力する。

なお、上述した駆動部９４、通信モジュール９５、カメラヘッド制御部９７及び検出部９６は、プログラムが記録された内部メモリ（図示略）を有するＣＰＵ等の汎用プロセッサやＡＳＩＣ等の特定の機能を実行する各種演算回路等の専用プロセッサを用いて実現される。また、プログラマブル集積回路の一種であるＦＰＧＡを用いて構成するようにしてもよい。なお、ＦＰＧＡにより構成される場合は、コンフィグレーションデータを記憶するメモリを設け、メモリから読み出したコンフィグレーションデータにより、プログラマブル集積回路であるＦＰＧＡをコンフィグレーションしてもよい。

なお、カメラヘッド９や伝送ケーブル８に、通信モジュール９５や撮像部９３により生成された撮像信号に対して信号処理を施す信号処理部を構成するようにしてもよい。また、カメラヘッド９内部に設けられた発振器（図示略）で生成された基準クロックに基づいて、撮像部９２を駆動するための撮像用クロック、及び駆動部９４を駆動するための駆動用クロックを生成し、撮像部９２及び駆動部９４にそれぞれ出力するようにしてもよいし、伝送ケーブル８を介して制御装置５から入力した同期信号に基づいて、撮像部９２、駆動部９４、及びカメラヘッド制御部９７における各種処理のタイミング信号を生成し、撮像部９２、駆動部９４、及びカメラヘッド制御部９７にそれぞれ出力するようにしてもよい。また、カメラヘッド制御部９７をカメラヘッド９ではなく伝送ケーブル８や制御装置５に設けてもよい。

図３Ａ及び図３Ｂは、本発明の実施の形態にかかる内視鏡２及びカメラヘッド９の構成を説明する模式図である。カメラヘッド９に取り付けられる内視鏡２としては、図３Ａ及び図３Ｂに示すような内視鏡２Ａ，２Ｂがある。内視鏡２Ａ，２Ｂは、先端側で外部の光を取り込んで、基端側でカメラヘッド９に接続する。内視鏡２Ａ，２Ｂは、互いに異なる観察光学系を有している。

内視鏡２Ａは、挿入部２１の内部に観察光学系２１Ａを備えている。観察光学系２１Ａは、当該観察光学系２１Ａの光軸Ｎ_Aに沿って、先端側から対物レンズ２１ａ、第１リレー光学系２１ｂ、第２リレー光学系２１ｃ、第３リレー光学系２１ｄ、接眼レンズ２１ｅの順で配置されてなる。また、三つのリレー光学系のうち最も基端側に位置する第３リレー光学系２１ｄには、位相変調素子である瞳変調フィルタ２１ｆが設けられている。瞳変調フィルタ２１ｆは、位相板を用いて構成され、観察光学系２１Ａの結像特性を変化させてぼけた中間像を形成する。この中間像は、焦点位置のずれに依存しない像となる。

内視鏡２Ｂは、挿入部２２の径が、挿入部２１の径よりも大きい。内視鏡２Ｂは、挿入部２２の内部に観察光学系２２Ａを備えている。観察光学系２２Ａは、当該観察光学系２２Ａの光軸Ｎ_Bに沿って、先端側から対物レンズ２２ａ、第１リレー光学系２２ｂ、第２リレー光学系２２ｃ、第３リレー光学系２２ｄ、接眼レンズ２２ｅの順で配置されてなる。観察光学系２２Ａの光軸Ｎ_B方向の最大径は、観察光学系２１Ａの光軸Ｎ_A方向の最大径より大きい。

また、内視鏡２Ｂの観察光学系２２Ａにより形成される被写体像の大きさである射出瞳ＳＢの径ｒ_Bは、内視鏡２Ａの観察光学系２１Ａにより形成される射出瞳ＳＡの径ｒ_Aより大きい。言い換えれば、内視鏡２Ａの射出瞳ＳＡの径ｒ_Aは、内視鏡２Ｂの射出瞳ＳＢの径ｒ_Bより小さい。

図４Ａ及び図４Ｂは、本発明の実施の形態にかかる開口絞り９１の開口径について説明する図である。開口絞り９１は、第１開口９１ａ（図４Ａ参照）と、開口の径Ｒ₂が第１開口９１ａの径Ｒ₁よりも小さい第２開口９１ｂ（図４Ｂ参照）との二つの開口パターンを取り得る。第１開口９１ａの径Ｒ₁は、例えば、内視鏡２Ｂの射出瞳ＳＢの径ｒ_Bよりも大きい。第２開口９１ｂの径Ｒ₂は、内視鏡２Ｂの射出瞳ＳＢの径ｒ_Bよりも小さく、かつ内視鏡２Ａの射出瞳ＳＡの径ｒ_Aよりも大きい。

また、制御装置５では、接続された内視鏡２が、内視鏡２Ａであるか、内視鏡２Ｂであるかを、検出部９６が生成した検出情報に基づいて識別する。具体的には、識別部５５ａが、検出部９６が検出したピンの配置パターンに基づいて、接続された内視鏡２を識別する。

制御装置５において、制御部５５は、識別部５５ａにより接続された内視鏡２の種別が識別されると、画像生成部５２に、接続された内視鏡２に応じた画像処理を実行させる。具体的に、制御部５５は、瞳変調フィルタ２１ｆを有するとともに射出瞳径が内視鏡２Ｂより小さい内視鏡２Ａが接続されたと識別部５５ａにより識別された場合、画像生成部５２に、上述した復元処理を含む画像生成処理を行わせる。これにより、被写界深度が拡大された画像が生成される。

これに対し、制御部５５は、瞳変調フィルタ２１ｆを有さず射出瞳径が内視鏡２Ａより大きい内視鏡２Ｂが接続されたと識別部５５ａにより識別された場合、画像生成部５２に、上述した復元処理以外の画像生成処理を行わせる。この際、開口絞り９１の開口が第１開口９１ａであれば、解像度を優先した画像が生成される。一方、開口絞り９１の開口が第２開口９１ｂであれば、被写界深度の拡大を優先した画像が生成され、この画像は、第１開口９１ａの場合に対して被写界深度が拡大した画像となる。ユーザの操作によって開口絞り９１の開口の径を変えることにより、解像度、及び被写界深度の拡大のうちのいずれかを優先した画像を生成することができる。

観察光学系２１Ａに瞳変調フィルタ２１ｆを配置し、この瞳変調フィルタ２１ｆを通過した光に基づいて画像を生成する際に、点像分布関数（Point Spread Function：ＰＳＦ）を用いて画像を生成することによって被写界深度を拡大する技術は、一般に波面符号化（Wevefront Coding：ＷＦＣ）と呼ばれている。

上述した実施の形態によれば、カメラヘッド９が、第１開口９１ａと、内視鏡２Ｂの射出瞳ＳＢの径ｒ_Bより小さく、かつ瞳変調フィルタ２１ｆを有する内視鏡２Ａの射出瞳ＳＡの径ｒ_Aより大きい径の第２開口９１ｂを形成する開口絞り９１を設けるようにしたので、内視鏡２Ａを接続した場合や、瞳変調フィルタ２１ｆを有さない内視鏡２Ｂを接続した場合であっても、後段の制御装置５において被写界深度を拡大した画像を生成することができる。

また、上述した実施の形態によれば、内視鏡２Ａに瞳変調フィルタ２１ｆを設けることによって、径の小さい内視鏡２からの光を絞ることなく、被写界深度を拡大した画像を生成することができる。さらには、内視鏡２Ａとカメラヘッド９との装着時のガタつき等により、内視鏡２Ａの観察光学系２１Ａの光軸Ｎ_Aと、カメラヘッド９の開口絞り９１の開口中心とにズレが生じたとしても、適切に被写界深度を拡大した画像を生成することができる。これにより、本実施の形態によれば、解像度を低下させることなく、被写界深度を拡大した画像を生成することができる。

また、上述した実施の形態において、内視鏡２の挿入部２１の径や射出瞳の径に応じて選択的に瞳変調フィルタ２１ｆを設ければ、解像度の低下を抑制しつつ、被写界深度を拡大した画像を生成することが可能である。このため、すべての内視鏡２において瞳変調フィルタ２１ｆを設けずとも、被写界深度を拡大した画像を生成することが可能であり、使用し得る内視鏡２について、瞳変調フィルタ２１ｆを設けるためのコストを削減することができる。

ここで、観察光学系における光軸上の色収差の影響により、赤外光を照明した際の焦点位置と、白色光を照明した際の焦点位置とがずれてしまう。このずれによって、焦点位置を固定して撮像した際に、生成される画像の一方がぼけてしまうという問題がある。本実施の形態によれば、上述したＷＦＣを用いることによって、焦点位置のずれを含めて被写界深度を拡大することができるため、焦点位置を固定して、照明光を変えた場合であっても、画像のぼけの発生を抑制することが可能である。特に、赤外光による赤外画像と、白色光による白色画像とを重畳した重畳画像を生成する場合において、被写界深度が深く、かつ明瞭な重畳画像を得ることができる。

なお、上述した実施の形態において、内視鏡２Ａのほか、瞳変調フィルタを有し、射出瞳の径が異なる内視鏡２がカメラヘッド９に取り付けられうる場合、第２開口９１ｂの径Ｒ₂は、瞳変調フィルタを有する内視鏡２の射出瞳径のうち、最大の射出瞳径よりも大きくする。すなわち、第２開口９１ｂの径Ｒ₂は、第１開口９１ａの径Ｒ₁よりも小さく、瞳変調フィルタを有する内視鏡２の最大の射出瞳径よりも大きい。

また、上述した実施の形態では、カメラヘッド９に内視鏡２Ｂを接続した場合において、開口絞り９１の開口に応じて解像度を優先する画像と被写界深度の拡大を優先する画像とが選択可能である例を説明したが、被写界深度の拡大を優先した画像のみを生成する構成であれば、開口絞り９１の開口を第２開口９１ｂで固定してもよい。すなわち、被写界深度の拡大を優先した画像を生成するのみの内視鏡装置１の構成では、開口絞り９１は、第２開口９１ｂに固定された中空円盤状をなすものになる。

また、上述した実施の形態において、内視鏡２Ｂのほか、瞳変調フィルタを有さず、射出瞳の径が異なる内視鏡２がカメラヘッド９に取り付けられうる場合、開口絞り９１の第１開口９１ａの径Ｒ₁を可変としてもよい。すなわち、第１開口９１ａの径Ｒ₁の大きさは、瞳変調フィルタを有さない内視鏡２の射出瞳径のうちの最大の射出瞳径よりも大きい径を上限値とし、瞳変調フィルタを有さない内視鏡２の射出瞳径のうち、最小の射出瞳径よりも小さい径を下限値とする。そして、開口絞り９１の第１開口９１ａの径Ｒ₁を可変とし、接続される内視鏡２に応じ開口絞りの開口径を調整可能とする。

また、上述した実施の形態において、内視鏡２Ａが瞳変調フィルタを有さない場合には、画像処理によって深度拡大を行ってもよい。この場合、画像生成部５２は撮像信号に対して、点像分布関数（ＰＳＦ）を用いた信号処理を行うのではなく、例えば輪郭強調処理を施すことにより、被写界深度を拡大する撮像画像の生成を行ってもよい。具体的には、瞳変調フィルタを有さない内視鏡２Ａが接続された場合、内視鏡２Ｂが接続された場合よりも輪郭強調処理による強調度合いを大きくした画像処理を施し、撮像画像における輪郭が明瞭な領域を拡張することにより被写界深度の拡大を行う。なお、この時に、接続される内視鏡２ＡのＭＴＦ（Modulation Transfer Function：変調伝達関数）特性に応じ、輪郭強調の強度を、撮像した画像内の領域で変えるなど、輪郭強調のパラメータ設定を可変としてもよい。この場合も上述した実施の形態と同様の効果を得ることができる。

なお、上述した実施の形態では、接続される内視鏡２の種別に応じ、開口絞りと波面符号化とを適用させ、または開口絞りと輪郭強調処理とを適用させることにより、被写界深度の拡大を行うものとして説明したが、これに限らず、開口絞り９１を設けずに、波面符号化と輪郭強調処理とを適用させることにより、被写界深度の拡大を行ってもよい。具体的には、内視鏡２の射出瞳径の大きさにかかわらず、瞳変調フィルタを有する内視鏡２がカメラヘッド９に接続された場合には、画像生成部５２が撮像信号に対して点像分布関数（ＰＳＦ）を用いた信号処理を施すことにより被写界深度を拡大する撮像画像の生成を行い、瞳変調フィルタを有さない内視鏡２がカメラヘッド９に接続された場合には、画像生成部５２が撮像信号に対して輪郭強調処理を施すことにより被写界深度を拡大する撮像画像の生成を行ってもよい。この場合も、接続された内視鏡２に応じ、被写界深度を拡大した画像を生成することが可能となる。この際、瞳変調フィルタを有さない内視鏡２の射出瞳径の大きさに応じて、輪郭強調処理による強調度合いを変えてもよい。例えば、内視鏡２の射出瞳径の大きさが小さくなるほど、相対的に強調度合いを大きくする。

また、上述した実施の形態において、開口絞りや波面符号化を適用させることにより被写界深度の拡大を行う場合に、輪郭強調処理をさらに適用させ、被写界深度のさらなる拡大を行ってもよい。その際、開口絞りや波面符号化を適用対象外とする内視鏡２がカメラヘッド９に接続された場合には、開口絞りや波面符号化を適用対象とする内視鏡２がカメラヘッド９に接続された場合に対して、輪郭強調処理による強調度合いを大きくすることにより、被写界深度の拡大を行う。この場合も上述した実施の形態と同様の効果を得ることができる。

ここまで、本発明を実施するための形態を説明してきたが、本発明は上述した実施の形態によってのみ限定されるべきものではない。上述した実施の形態では、制御装置５が信号処理などを行うものとして説明したが、カメラヘッド９側で行うものであってもよい。

また、上述した実施の形態では、制御装置５に対し、画素数が比較的多い高画素な撮像素子を搭載し被写界深度の拡大が求められる撮像装置３が接続されることを前提としているが、これに限らず、被写界深度の拡大が不要な例えば比較的画素数が少ない撮像素子を搭載した撮像装置（図示略）も選択的に接続される構成であってもよい。この場合、制御装置５に撮像装置３が接続された場合と、比較的画素数が少ない撮像素子を搭載した撮像装置が接続された場合とで、被写界深度の拡大のための開口絞りや波面符号化や輪郭強調処理の適用と、これらの処理の非適用と、を選択的に切り替える構成としてもよい。さらには、接続される内視鏡２の種別に応じ、被写界深度の拡大のために、開口絞りと、波面符号化と、輪郭強調処理と、の少なくともいずれか二つを組み合わせて適用させてもよい。

以上のように、本発明にかかる内視鏡装置は、接続される内視鏡の種別によらず、被写界深度を拡大した画像を生成するのに有用である。

１内視鏡装置
２，２Ａ，２Ｂ内視鏡
３撮像装置
４表示装置
５制御装置
６光源装置
７ライトガイド
８伝送ケーブル
９カメラヘッド
５１信号処理部
５２画像生成部
５３通信モジュール
５４入力部
５５制御部
５５ａ識別部
５６メモリ
９１開口絞り
９２レンズユニット
９３撮像部
９４駆動部
９５通信モジュール
９６検出部
９７カメラヘッド制御部

Claims

第１の観察光学系を有する第１の内視鏡と、
前記第１の観察光学系とは異なる第２の観察光学系を有し、射出瞳径が前記第１の内視鏡の射出瞳径より大きい第２の内視鏡と、
前記第１および第２の内視鏡のうちのいずれかが接続され、該接続された内視鏡からの光を通過させる開口絞り、及び、前記開口絞りを通過した光を受光して電気信号に変換する撮像部を有する撮像装置と、
前記撮像装置が生成した前記電気信号を用いて画像を生成する画像処理装置と、
を備え、
前記開口絞りの最小絞り径が、前記第１の内視鏡の射出瞳径より大きいことを特徴とする内視鏡装置。
前記第１の観察光学系は、位相変調素子を含み、
前記画像処理装置は、前記第１の内視鏡が前記撮像装置に接続されている場合に、点像分布関数を用いた画像処理を施すことによって前記画像を生成する
ことを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
前記画像処理装置は、
前記撮像装置に接続された内視鏡を識別する識別部を有し、
前記識別部が前記撮像装置に接続された内視鏡が前記第１の内視鏡であることを識別した場合に、点像分布関数を用いた画像処理を施すことによって前記画像を生成する
ことを特徴とする請求項２に記載の内視鏡装置。
前記画像処理装置は、前記第１の内視鏡が前記撮像装置に接続されている場合に、前記第２の内視鏡が前記撮像装置に接続された場合に対し輪郭強調処理による強調度合いを大きくして前記画像を生成する
ことを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
前記画像処理装置は、
前記撮像装置に接続された内視鏡を識別する識別部を有し、
前記識別部が前記撮像装置に接続された内視鏡が前記第１の内視鏡であることを識別した場合に、前記第２の内視鏡が前記撮像装置に接続された場合に対して輪郭強調処理による強調度合いを大きくして前記画像を生成する
ことを特徴とする請求項４に記載の内視鏡装置。
位相変調素子を含む第１の観察光学系を有する第１の内視鏡と、
前記位相変調素子を含まず、かつ前記第１の観察光学系とは異なる第２の観察光学系を有する第２の内視鏡と、
前記第１および第２の内視鏡のうちのいずれかが接続され、該接続された内視鏡からの光を受光して電気信号に変換する撮像部を有する撮像装置と、
前記撮像装置が生成した前記電気信号を用いて画像を生成する画像処理装置と、
を備え、
前記画像処理装置は、
前記第１の内視鏡が前記撮像装置に接続されている場合に、点像分布関数を用いた画像処理を施すことによって前記画像を生成し、
前記第２の内視鏡が前記撮像装置に接続されている場合に、前記第１の内視鏡が前記撮像装置に接続された場合に対して輪郭強調処理による強調度合いを大きくして前記画像を生成する
ことを特徴とする内視鏡装置。
前記画像処理装置は、
前記撮像装置に接続された内視鏡を識別する識別部を有し、
前記識別部が前記撮像装置に接続された内視鏡が前記第１の内視鏡であることを識別した場合に、点像分布関数を用いた画像処理を施すことによって前記画像を生成し、
前記識別部が前記撮像装置に接続された内視鏡が前記第２の内視鏡であることを識別した場合に、前記第１の内視鏡が前記撮像装置に接続された場合に対して輪郭強調処理による強調度合いを大きくして前記画像を生成する
ことを特徴とする請求項６に記載の内視鏡装置。