JP3958603B2 - 電子内視鏡システム及び電子内視鏡システム用の信号処理装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子内視鏡システムに関し、特に、仕様や用途の異なる複数種の内視鏡を接続し、被写体の画像をモニタで観察するための電子内視鏡システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
内視鏡は、周知の通り、直接目視できない生体内等を観察することができ、医療分野を中心に診断、治療に広く使用されている。そして、近年、被写体像をＣＣＤ等の固体撮像素子によって電気信号に変換し、モニタにて観察可能とした電子内視鏡が普及している。
【０００３】
このような内視鏡は、観察する部位に応じて種々の内視鏡が用いられる。内視鏡は、光源装置や信号処理回路を含むカメラコントローラ（信号処理装置）等に接続されて使用される。また、信号処理回路には、画質向上や被写体の強調を目的とした画像処理回路が搭載されており、コントラスト改善のために、例えば、次に示すような、対称な２次元デジタルフィルタが用いられている。この次に示すマトリックスは、中心画素とその周囲の画素の値に対する係数を決定するものである。
【０００４】
−１ −５ −１
−５ ２５ −５
−１ −５ −１
一方、内視鏡光学系には、光学系の簡易さ、操作性の良さから、固定焦点光学系が一般的に用いられ、その観察部位に応じて必要な被写界深度が得られるように設計されている。しかし、固定焦点光学系で被写界深度を広くすると光学系のＦナンバーを大きくする必要があり、明るさが低下するといった問題が生じる。さらに、光の回折限界の理由から被写界深度の拡大には限界がある。
これに対し、光学系の被写界深度を拡大する手法は、例えば、米国特許５，７４８，３７１号や「Ｅｄｗａｒｄ Ｒ．Ｄｏｗｓｋｉ， Ｊｒ．， Ｗ．Ｔｈｏｍａｓ Ｃａｔｈｅｙ， ”Ｅｘｔｅｎｄｅｄ ｄｅｐｔｈ ｏｆ ｆｉｅｌｄｔｈｒｏｕｇｈ ｗａｖｅ−ｆｒｏｎｔ ｃｏｄｉｎｇ”， Ａｐｐｌ．Ｏｐｔ．Ｖｏｌ．３４， １８５９−１８６６（１９９５）」等に開示されている。図１７は、従来例による拡大被写界深度光学系の構成を概略的に示す図である。
【０００５】
この手法による装置は、図１７に示されるように、ＣＣＤ等の撮像手段１０４と、物体１０１の像を撮像手段１０４の受光面に結像させるレンズ系１０３である光学系の瞳位置に配置されたキュービック位相変調マスク１０２と、撮像手段１０４からの画像データに基づいて画像を構築する画像処理装置１０５とを有している。
【０００６】
キュービック位相変調マスク１０２は、一方の面は平面で、他方の面は図１８に示されるようにＺ＝Ａ（Ｘ3＋Ｙ3）で表される形状をなしている。図１８は、このキュービック位相変調マスクの外観形状を説明するための図である。Ａは、任意の係数である。すなわち、一方の面は、ＸＹ平面上の平面であり、他方の面は、ＸＹ平面に直交するＺ軸方向に上記の式を満たす三次元曲面である。図１８は、Ｘ及びＹが−１から＋１の範囲における三次元曲面の状態を説明するための図である。従って、三次元曲面形状は、係数Ａに応じて変化する。
【０００７】
キュービック位相変調マスク１０２は、これを通過する光の位相にＰ（Ｘ，Ｙ）＝ｅｘｐ(ｊα（Ｘ3＋Ｙ3））のずれを与える。ここで、係数αは、２０よりも十分に大きな値が好ましく、これにより光学的伝達関数（以下、ＯＴＦともいう。）のレスポンスは０．２以下となり、回転非対称な収差（ボケ）による点像の大きさは、撮像手段１０４の画素に比べ十分に大きくなる。
【０００８】
このようなキュービック位相変調マスク１０２を持たない通常の光学系の場合、物体１０１が合焦位置からずれるに従って光学的伝達関数のレスポンスの様子は、図１９から図２０へ変化し、物体１０１がさらにずれると図２０から図２１へと変化する。
【０００９】
図１９は通常の光学系において物体が焦点位置にあるときの光学的伝達関数（ＯＴＦ）のレスポンスを示すグラフである。図２０は通常の光学系において物体が焦点位置から外れたときの光学的伝達関数（ＯＴＦ）のレスポンスを示すグラフである。図２１は通常の光学系において物体が焦点位置から図２０のときよりも更に外れたときの光学的伝達関数（ＯＴＦ）のレスポンスを示すグラフである。
【００１０】
これに対してキュービック位相変調マスク１０２を持つ拡大被写界深度光学系の場合、同じずれに対するＯＴＦのレスポンスはそれぞれ図２２〜図２４に示されるようになり、合焦位置においてもＯＴＦのレスポンスに低下が見られるが、合焦位置からのずれに対する変化は少ない。
【００１１】
図２２は拡大被写界深度光学系において物体が焦点位置にあるときの光学的伝達関数（ＯＴＦ）のレスポンスを示すグラフである。図２３は拡大被写界深度光学系において物体が焦点位置から外れたときの光学的伝達関数（ＯＴＦ）の強度分布を示すグラフである。図２４は拡大被写界深度光学系において物体が焦点位置から図２３のときよりも更に外れたときの光学的伝達関数（ＯＴＦ）のレスポンスを示すグラフである。
【００１２】
この光学系によって結像された画像は、画像処理装置１０５によって、図２５に示されるキュービック位相変調マスク１０２のＯＴＦ特性の逆フィルタによる処理が行われることによって、図２２〜図２４に示されるＯＴＦに対してそれぞれ図２６〜図２８に示されるＯＴＦのレスポンスが得られる。
【００１３】
図２５は拡大被写界深度光学系において光学的伝達関数（ＯＴＦ）のレスポンスに対して行なわれる処理の逆フィルタの特性を示すグラフである。図２６は図２２の光学的伝達関数（ＯＴＦ）のレスポンスに対して図２５の特性を持つ逆フィルタによる処理を行なって得られる光学的伝達関数（ＯＴＦ）のレスポンスを示すグラフである。図２７は図２３の光学的伝達関数（ＯＴＦ）のレスポンスに対して図２５の特性を持つ逆フィルタによる処理を行なって得られる光学的伝達関数（ＯＴＦ）のレスポンスを示すグラフである。図２８は図２４の光学的伝達関数（ＯＴＦ）のレスポンスに対して図２５の特性を持つ逆フィルタによる処理を行なって得られる光学的伝達関数（ＯＴＦ）のレスポンスを示すグラフである。
【００１４】
図２５〜図２８に示されるＯＴＦのレスポンスは、いずれも、通常の光学系の合焦時のＯＴＦのレスポンスに近い形を有している。その逆フィルタとして、例えば次に示すような非対称な２次元デジタルフィルタが用いられる。次に示すマトリックスは、中心画素とその周囲の画素の値に対する係数を決定するものである。
【００１５】
次に、実際の画像で説明する。通常の光学系では、物体の焦点位置からずれるにつれて、焦点ずれによるボケが生じてくる。
【００１６】
これに対して、拡大被写界深度光学系を用いた場合、焦点位置をずらしたときの画像処理前の画像はボケてはいるが、焦点位置をずらしたそれぞれの画像においてボケ方が変化しない。そして、これらの画像に対し、前述の逆フィルタ（図２５）による画像処理を行うと、通常の光学系の焦点ずれがしていない画像と同等の画像が得られ、被写界深度が拡大できる。
【００１７】
さらに、これを内視鏡に応用したものが、特開２０００−５１２７号公報の明細書に開示されている。開示された内視鏡システムは、図２９に示すように、複数種の内視鏡を接続し、被写体の画像をモニタ１１６で観察するための内視鏡システムである。
【００１８】
この内視鏡システムは、図２９に示すように、固体撮像素子１１４と、その固体撮像素子１１４の受光面上に被写体の像を結像する対物光学系１１２とを有する内視鏡１１１と、内視鏡１１１で得られた画像信号を処理して映像信号を出力するカメラコントローラ（信号処理装置）１１７と、観察用の照明光を発生する光源装置１１８と、カメラコントローラ１１７からの映像信号を表示するモニタ１１６とを備えている。
【００１９】
複数種の内視鏡の内、少なくとも１つの内視鏡１１１は、光学系１１２の中にキュービック位相変調マスク等のような光位相変調マスク１１３を有する。さらに、内視鏡１１１は、撮像装置１１４の出力側に内視鏡の光位相変調マスク１１３に対応した光学的伝達関数復元手段１１５を備えている。
【００２０】
また、カメラコントローラ１１７は、図３０に示すように、接続された内視鏡１１１からの画像信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部１２１と、前記デジタル信号を映像信号に変換する信号変換部１２２と、信号変換部１２２からの映像信号を信号処理する画像処理回路１２３と、前記画像処理回路１２３で信号処理された映像信号をモニタ４で表示可能なアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換部１２４とで構成されている。
【００２１】
光学的伝達関数復元手段１１５は、光学系１１２内の光位相変調マスク１１３の逆フィルタに相当する復元手段を含んでいる必要がある。光学的伝達関数復元手段１１５は、図２９に示されるように内視鏡１１１内部に設けられても良いし、内視鏡１１１が接続されかつモニタ１１６に映像を表示するカメラコントローラ（信号処理装置）１１７内に設けられても良い。これによれば、光位相変調マスク１１３の種類や有無に関わらず、様々な内視鏡を接続しても、被写界深度の拡大や、高解像の画像を生成することができる。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
米国特許５，７４８，３７１号や、特開２０００−５１２７等に示されるように、光学系に光位相変調マスク１１３を用いて、被写界深度を拡大する技術を内視鏡に適用する場合、光位相変調マスク１１３による光学的伝達関数の悪化を復元し、高解像の画像を得るための光学的伝達関数復元手段１１５が必要になるため、光位相変調マスク１１３に一対一に応じた復元手段が、カメラコントローラ（信号処理装置）１１７内の画像処理回路、もしくは内視鏡１１１内部に搭載されている必要がある。
【００２３】
しかしながら、現状の一般的な内視鏡システムにおけるカメラコントローラ内の画像処理回路においては、撮像光学系を介して得られた画像の光学的伝達関数のレスポンスに対し、特定の周波数帯域を強調することによって画像の見えを調整する画像処理回路は搭載されているものの、例えば被写界深度拡大を目的とした、内視鏡光学系内に搭載した光位相変調マスクに応じた復元手段は有していないため、前記内視鏡光学系内に光位相変調マスクを有する内視鏡を接続すると、解像した画像を得ることができず、互換性を確保できない。
【００２４】
また、互換性を確保するために、内視鏡内部に光学的伝達関数復元手段を設ける場合、画像信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部と、デジタル信号化された画像信号を映像信号に変換する信号変換部と、光学的伝達関数復元のための画像処理部と、再び映像信号から画像信号に信号変換するための信号変換部、Ｄ／Ａ変換部が内視鏡内部に必要となるが、前記回路は複雑であり回路規模も大きくなるため、内視鏡本体の肥大化を招き、操作性が悪くなるという欠点が生じる。
【００２５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、内視鏡光学系に配置した光位相変調マスクに応じた復元処理手段が搭載されていない信号処理装置に、光位相変調マスクを有した内視鏡を接続しても、被写界深度の拡大、ならびに高解像の画像を生成でき、かつ、光位相変調マスクに応じた復元処理手段か搭載されている信号処理装置に、前記光位相変調マスクを有した内視鏡を接続した場合は被写界深度の更なる拡大、ならびに更なる高解像の画像を生成できる内視鏡システムを提供することを目的としている。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
本発明の電子内視鏡システムは、対物光学系の光学像を固体撮像素子にて撮像する複数種の内視鏡と、前記固体撮像素子からの信号をモニタに表示可能な映像信号に変換する信号処理装置とを、組み合わせて接続使用される電子内視鏡システムにおいて、少なくとも１つの前記内視鏡の対物光学系は、光位相変調マスクを有し、前記光位相変調マスクは、物体距離に応じた光学的伝達関数の変化が、前記光位相変調マスクを持たない対物光学系よりも小さくなるように作用するよう配置され、前記信号処理装置は、前記光位相変調マスクにより変更された光学的伝達関数に対し、光学的伝達関数復元処理を施す復元処理手段と、前記信号に対して前記光学的伝達関数復元処理を施すか否かを切り換える切換手段とを有する。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について述べる。
【００２８】
第１の実施の形態：
図１ないし図１５は本発明の第１の実施の形態に係わり、図１は内視鏡システムの概略の構成を示す構成図、図２は図１の光位相変調マスクを含む撮像ユニットの構成を説明するための図、図３は図２の明るさ絞りを配置した瞳変調素子の構造を説明するための概略説明図、図４は図１のカメラコントローラ（信号処理装置）の構成を示すブロック図、図５は図２の瞳変調素子を含む撮像ユニットの物体距離７１ｍｍのときに得られる点像のシミュレーション結果を説明するための図、図６は図２の瞳変調素子を含む撮像ユニットの物体距離１３．５ｍｍのときに得られる点像のシミュレーション結果を説明するための図、図７は図２の瞳変調素子を含む撮像ユニットの物体距離７．２ｍｍのときに得られる点像のシミュレーション結果を説明するための図、図８は図２の瞳変調素子を含む撮像ユニットの物体距離４ｍｍのときに得られる点像のシミュレーション結果を説明するための図、図９は図２の瞳変調素子を含む撮像ユニットの物体距離３ｍｍのときに得られる点像のシミュレーション結果を説明するための図、図１０は図２の瞳変調素子を含む撮像ユニットの各物体距離の光学的伝達関数のレスポンスのシミュレーション結果を説明するための図、図１１は通常の光学系における図２の撮像ユニットの物体距離７１ｍｍのときに得られる点像のシミュレーション結果を説明するための図、図１２は通常の光学系における図２の撮像ユニットの物体距離１３．５ｍｍのときに得られる点像のシミュレーション結果を説明するための図、図１３は通常の光学系における図２の撮像ユニットの物体距離７．２ｍｍのときに得られる点像のシミュレーション結果を説明するための図、図１４は通常の光学系における図２の撮像ユニットの物体距離４ｍｍのときに得られる点像のシミュレーション結果を説明するための図、図１５は通常の光学系における図２の撮像ユニットの各物体距離についての光学的伝達関数のレスポンスのシミュレーション結果を説明するための図である。
【００２９】
（構成）
図１に示すように、固体撮像素子５と、その固体撮像素子５上の被写体の像を結像する対物光学系６とを有する内視鏡１と、内視鏡１で得られた画像信号を処理して映像信号を出力するカメラコントローラ（信号処理装置）２と、観察用の照明光を発生する光源装置３と、カメラコントローラ２からの映像信号を表示するモニタ４とを備えている。そして、本実施の形態の内視鏡システムでは、複数の種類の内視鏡１を接続することができるようになっており、複数の種類の内視鏡１のうち、少なくとも１つの内視鏡１は、その対物光学系６内に、回転非対称な表面形状を有する光学素子である光位相変調マスク７が設けられている。
【００３０】
図２に示すように、内視鏡１の撮像ユニット２０は、固体撮像素子５と固体撮像素子５に被写体像を結像する対物光学系６により構成される。
【００３１】
図３（ａ）は、光が入射する方向から見たときの瞳変調素子７ａと明るさ絞り８の外観を示す図である。入射光に垂直なＸＹ平面に平行に明るさ絞り８が設けられ、明るさ絞り８の開口部を通して入射した光が瞳変調素子７ａに入射する。また、図３（ｂ）に示すように、光が入射する方向から見て明るさ絞り８の背面の位置に、光位相変調マスク７として、瞳変調素子７ａが配置されている。
本実施の形態で用いられる固体撮像素子５は、例えば、画素ピッチが７μmのものが用いられる。
また、光位相変調マスク７として用いた瞳変調素子７ａは、例えば屈折率１．５２３の光学的に透明なガラスで形成されており、広い被写界深度にわたって光学的伝達関数がほぼ一定となる変換手段である。さらに該瞳変調素子７ａは、図３（ｂ）に示すように、対物光学系６の光軸をＺ軸とし、Ｚ軸と直交する面内にＸ、Ｙ軸としたときに、Ｚ＝Ａ（Ｘ3＋Ｙ3）の形状をした自由曲面を有していて、本実施の形態ではＡ＝０．０５１とする。
【００３２】
図２に示される前記撮像ユニット２０のレンズデータを表１に示す。この光学系の焦点距離は１．６１ｍｍ、Ｆナンバーは８．７２２であり、明るさ絞り８は第６面に、瞳変調素子７ａの自由曲面部は第７面に相当する。
【００３３】
【表１】
図３（ａ）に示すように、明るさ絞り８は、正方形の開口形状を有し、その形状は一辺０．４０８ｍｍである。また、瞳変調素子７ａのＸ軸と、明るさ絞り８の正方形開口の一辺は平行となるよう配置されている。
【００３４】
さらに、前記瞳変調素子７ａのＸ軸は、固体撮像素子５の画素配列の水平（走査）方向（モニタ上の水平方向）と平行で、かつ、Ｙ軸は固体撮像素子５の画素配列の垂直（走査方向に直交）方向（モニタ上の垂直方向）と平行になるよう、光軸（Ｚ軸）を中心とした回転方向に位置決めされている。
【００３５】
カメラコントローラ２は、図４に示すように、接続された内視鏡１からの画像信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部９と、前記デジタル信号を映像信号に変換する信号変換部１０と、前記映像信号をモニタ４で表示可能なアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換部１１と、被写界深度外処理回路１２とで構成されている。
【００３６】
上記被写界深度外処理回路１２は、図示しないユーザインターフェースからの操作信号に応じ、前記映像信号に画像処理を施すかどうかを判断する制御回路２５と、制御回路２５の判断に応じ、映像信号の切り換えを行う切換器２６と、前記切換器２６からの映像信号に対し、前記瞳変調素子７ａに対応した処理を行う画像処理回路２７とで構成される。
【００３７】
画像処理回路２７は映像信号に対しフィルタ処理を行う回路であり、例えば物体距離３ｍｍから４ｍｍ間での瞳変調素子７ａを含む対物光学系６による光学的伝達関数のレスポンス、ならびに瞳変調素子７ａによって発生する非対称な収差（ボケ）を復元する画像処理を行うものである。
【００３８】
ここで、光学的伝達関数のレスポンスならびに非対称な収差を復元するフィルタ処理は、使用する対物光学系６と瞳変調素子７ａによる光学的伝達関数をシミュレーションにより算出し、その結果に基づいて作成すればよい。光学的伝達関数のレスポンスを復元する手段としては、例えばデジタル回路を用いる場合、瞳変調素子７ａに対応した非対称なデジタルフィルタが用いられる。
【００３９】
（作用）
上述した形状の瞳変調素子７ａは、波長５８７．５６ｎｍの平行光に対し、ｅｘｐ{ｉ×２．４１４（Ｘ3＋Ｙ3）／０．２０４3}の位相変調を行う。
【００４０】
まず、被写界深度外処理回路を持たない図３０に示した従来のカメラコントローラ１１７や、カメラコントローラ２内に搭載された被写界深度外処理回路１２にて画像処理回路２７による画像処理を施さない場合について説明する。
【００４１】
観察する被写体は、前記瞳変調素子７ａを含む対物光学系を通して、前記画素ピッチ７μｍの固体撮像素子５上の受光面に結像し、固体撮像素子５によって電気信号（画像信号）に変換される。前記電気信号はカメラコントローラ２（あるいは１１７）内のＡ／Ｄ変換器９にてデジタル信号に変換され、信号変換部１０にて映像信号に変換される。前記映像信号はＤ／Ａ変換器１１によってモニタ４に表示可能なアナログ信号に変換され、モニタ４に被写体が映し出される。
【００４２】
前記撮像ユニット２０に対し、物体距離１３．５ｍｍの位置での固体撮素子５の受光面上での点像強度分布関数（PSF）の面積がもっとも小さくなるようにピント調整を行った。このときの、物体距離を７１ｍｍ、１３．５ｍｍ、７．２ｍｍ、４ｍｍ、３ｍｍとしたときの固体撮像素子５の受光面上での点像、および各物体距離での光軸上の光学的伝達関数のレスポンスについて、光学シミュレーションソフトCode-V（商品名）を用いて計算をおこなった。
【００４３】
この結果、各物体距離における固体撮像素子受光面上での点像の面積は、それぞれ１辺を２２μｍ、１４μｍ、２０μｍ、３１μｍ、５０μｍとした正方形の領域内の大きさの点像として得られた。前記点像について固体撮像素子受光面をＸＹ平面とし、各画素における光の強度（パーセント）をＺ軸とした結果を図５ないし図９に示す。また、各物体距離での光軸上の光学的伝達関数のレスポンスの計算結果を図１０に示す。
【００４４】
図５は、第１の実施の形態を示す瞳変調素子を含む撮像ユニットでの物体距離７１ｍｍの時に得られる点像のシミュレーション結果を説明するための図である。図６は、第１の実施の形態を示す瞳変調素子を含む撮像ユニットでの物体距離１３．５ｍｍの時に得られる点像のシミュレーション結果を説明するための図である。図７は、第１の実施の形態を示す瞳変調素子を含む撮像ユニットでの物体距離７．２ｍｍの時に得られる点像のシミュレーション結果を説明するための図である。図８は、第１の実施の形態を示す瞳変調素子を含む撮像ユニットでの物体距離４ｍｍの時に得られる点像のシミュレーション結果を説明するための図である。図９は、第１の実施の形態を示す瞳変調素子を含む撮像ユニットでの物体距離３ｍｍの時に得られる点像のシミュレーション結果を説明するための図である。図１０は、これらの各物体距離での光軸上の光学的伝達関数のレスポンスの計算結果を説明するための図である。
【００４５】
図５〜図９において、ＸＹ平面は固体撮像素子受光面に相当し、Ｚ軸は光の強度（パーセント）である。ここで、Ｘ軸は、１、２、３、・・の画素番号を示し、Ｙ軸は、１、２、３、・・・で画素番号を示す。なお、ＸＹＺ軸は、図１１〜図１４においても同様の意味である。
【００４６】
図１０においては、Ａは物体距離７１ｍｍ、Ｂは物体距離１３．５ｍｍ、Ｃは物体距離７．２ｍｍ、Ｄは物体距離４ｍｍ、Ｅは物体距離３ｍｍの時の、それぞれの光学的伝達関数のレスポンスである。なお、図１５においても同様である。
【００４７】
物体距離が１３．５ｍｍの場合の点像は、１辺が１４μｍの正方領域、つまり画素ピッチ７μｍの固体撮像素子５の一辺が２画素分、面積にして４画素分に相当する、図６に示される光の強度分布を持つ点像として得られる。また、物体距離が７１ｍｍ、７．２ｍｍ、４ｍｍ、３ｍｍの場合の点像は、それぞれ１辺が２２μｍ、２０μｍ、３１μｍ、５０μｍ、つまり、一辺が３．１画素分、２．９画素分、４．４画素分、７．１画素分に相当する正方領域に、図５、７〜９に示される光の強度分布を持つ点像として得られる。
【００４８】
さらに、画素ピッチ７μmの固体撮像素子５では、ナイキスト周波数は７１ラインペア／ｍｍとなるが、図１０に示したように、物体距離が４ｍｍの位置におけるナイキスト周波数での光学的伝達関数のレスポンスが０．２以上であり、解像していることがわかる。また、物体距離が３ｍｍの位置では、ナイキスト周波数での光学的伝達関数のレスポンスが０．２以下であるため解像しないことがわかる。
【００４９】
比較例として、図２の撮像ユニット２０で瞳変調素子７ａの代わりに同材質の平行平板を用いた通常の光学系の場合について説明する。前記通常の光学系のレンズデータは表１の第７面の形状を自由曲面から平面に変更したものである。前記の瞳変調素子７ａが配置された撮像ユニット２０の場合と同様に、物体距離１３．５ｍｍの位置での固体撮像素子５の受光面上での点像強度分布関数（PSF）の面積がもっとも小さくなるようにピント調整を行った。このときの物体距離を７１ｍｍ、１３．５ｍｍ、７．２ｍｍ、４ｍｍとしたときの固体撮像素子５の受光面上での点像、および各物体距離での光軸上の光学的伝達関数のレスポンスについて、光学シミュレーションソフトCode-V（商品名）を用いて計算をおこなった。
【００５０】
この結果、各物体距離における固体撮像素子受光面上での点像の面積は、それぞれ１辺を１６μｍ、１μｍ、１４μｍ、３６μｍとした正方形の領域内の大きさの点像として得られた。前記点像について固体撮像素子受光面をＸＹ平面とし、各画素における光の強度（パーセント）をＺ軸とした結果を図１１ないし図１４に示す。また、各物体距離での光軸上の光学的伝達関数のレスポンスを図１５に示す。
【００５１】
図１１は、通常の対物光学系における撮像ユニットでの物体距離７１ｍｍの時に得られる点像のシミュレーション結果を説明するための図である。図１２は、通常の対物光学系における撮像ユニットでの物体距離１３．５ｍｍの時に得られる点像のシミュレーション結果を説明するための図である。図１３は、通常の対物光学系における撮像ユニットでの物体距離７．２ｍｍの時に得られる点像のシミュレーション結果を説明するための図である。図１４は、通常の対物光学系における撮像ユニットでの物体距離４ｍｍの時に得られる点像のシミュレーション結果を説明するための図である。図１５において、Ａは物体距離７１ｍｍ、Ｂは物体距離１３．５ｍｍ、Ｃは物体距離７．２ｍｍ、Ｄは物体距離４ｍｍの時の光学的伝達関数のレスポンスである。
【００５２】
物体距離が１３．５ｍｍの場合の点像は、１辺が１μｍの正方領域、つまり画素ピッチ７μｍの固体撮像素子の一辺が１画素分、面積にして１画素分に相当する、図１２に示される光の強度分布を持つ点像として得られる。また、物体距離が７１ｍｍ、７．２ｍｍ、４ｍｍの場合の点像は、それぞれ１辺が１６μｍ、１４μｍ、３６μｍ、つまり、一辺が２．３画素分、２画素分、５．１画素分に相当する正方領域に、図１１、１３、１４に示される光の強度分布を持つ点像として得られる。
【００５３】
さらに、図１５に示したように、ナイキスト周波数での光学的伝達関数のレスポンスが０．２以上となるのは物体距離が７．２ｍｍ以上７１ｍｍ未満のときであることがわかる。
【００５４】
次に、瞳変調素子７ａを含む内視鏡１を、被写界深度外処理回路１２を有するカメラコントローラ２に接続し、さらに被写界深度を拡大する場合について説明する。
【００５５】
被写体までの物体距離が４ｍｍ未満となって解像しなくなった際に内視鏡操作者により、例えばプッシュスイッチやフットスイッチ等の図示しないユーザインターフェースを介し切換操作が行われた場合、被写界深度外処理回路１２内の制御回路２５からの制御信号に伴い切換器２６は映像信号を画像処理回路２７に接続するよう働く。物体距離３ｍｍから４ｍｍ開での瞳変調素子７ａを含む対物光学系６による光学的伝達関数のレスポンス、ならびに瞳変調素子７ａによって発生する非対称な収差（ボケ）を復元するよう構成された画像処理回路２７は、前記解像しなくなった映像信号に対して光学的伝達関数のレスポンスを０．２以上で、かつ非対称な収差を低減するよう働く。前記復元された映像信号は、Ｄ／Ａ変換器１１を通じてモニタ４にて解像した画像として表示される。
【００５６】
（効果）
前述したように、瞳変調素子７ａを含まない通常の内視鏡１１１（図３０参照）を従来のカメラコントローラ１１７（図３０参照）に接続した場合、物体距離７．２ｍｍより近接すると、ナイキスト周波数における光学的伝達関数のレスポンスが０．２より下回るため解像しない。
【００５７】
これに対し、本実施の形態における瞳変調素子７ａを含む内視鏡１を従来のカメラコントローラ１１７（図３０参照）に接続した場合、物体距離４ｍｍでもナイキスト周波数における光学的伝達関数のレスポンスが０．２を上回っているため、解像することがわかる。
【００５８】
さらに、前記瞳変調素子７ａによる位相変調量αは２．４１４と十分小さな値に設定されているため、前記光学的伝達関数のレスポンスが０．２以上となる被写界深度内において瞳変調端子７ａによって発生する非対称な収差（ボケ）は最大でも数画素程度となり非対称な収差はモニタ４上で認識できないレベルとなる。このことから、特別な画像処理回路を必要としなくとも、被写界深度が拡大されていることがわかる。
【００５９】
さらに、本実施の形態における瞳変調素子７ａを含む内視鏡１を、被写界深度外処理回路１２を有するカメラコントローラ２に接続した場合、画像処理回路２７によって物体距離４ｍｍ未満での光学的伝達関数のレスポンスを復元することが可能となるので、物体距離４ｍｍ未満でも解像し、かつ非対称な収差（ボケ）の小さい画像を得ることが可能となる。これにより、さらなる被写界深度の拡大、画質の向上を実現することが可能となる。
【００６０】
ここで、本実施の形態では固体撮像素子の画素ピッチを７μｍのものとしたが、これに限ったものではなく、固体撮像素子受光面上での点像の面積がもっとも小さくなるビント位置における点像の大きさが、一辺を画素ピッチの２画素分、面積にして４画素分となるように明るさ絞り８の開口寸法、および瞳変調素子７ａの形状を調整することで、同様の被写界深度の拡大が可能となる。
【００６１】
また、本実施の形態では固体撮像素子受光面上の点像の面積がもっとも小さくなるピント位置における点像の大きさを、一辺が固体撮像素子の画素ピッチの２画素分、面積にして４画素分となるように調整したか、点像の大きさを、一辺が画素ピッチの６画素分、面積にして３６画素分となるようにした場合、瞳変調素子の変調係数αは７．２４３で、物体距離４ｍｍにおける光学的伝達関数のレスポンスが０．２以上となり、かつ物体距離４ｍｍにおける点像の大きさも一辺が８画素程度であるために、同様の被写界深度の拡大が可能となる。
【００６２】
本実施の形態では瞳変調素子７ａにガラス材料を用いているが、樹脂材料を用いても良い。また、本実施の形態では瞳変調素子７ａは光学的に透明なガラスが用いられているが、特定の波長のみ透過する光学フィルタ材料を用いても良い。
【００６３】
また、本実施の形態での瞳変調素子７ａの形状はＸ軸方向、Ｙ軸方向の光学的伝達関数の変換量を同一としているが、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向で変換量が異なる構成にしても良い。例えば、明るさ絞り８の開口形状を長方形に設定しても良いし、瞳変調素子７ａの自由曲面の形状をＸ軸方向、Ｙ輪方向で異なる係数を使用しても良い。
【００６４】
また、前記明るさ絞り８は円形としても同様の効果が得られる。この場合は、明るさ絞り８と瞳変調素子７ａとの光軸に対する回転方向調整が必要なくなるという効果がある。また、明るさ絞り８は瞳変調素子７ａと別体でなくとも良く、瞳変調素子７ａに蒸着等により直接形成されていても良い。
【００６５】
第２の実施の形態：
図１６は本発明の第２の実施の形態に係るカメラコントローラ（信号処理装置）の構成を示すブロック図である。
【００６６】
（構成）
第２の実施の形態は、第１の実施の形態とほとんど同じであるので、異なる点のみ説明し、同一の構成には同じ符号をつけ説明は省略する。
【００６７】
本実施の形態は、基本的な構成は第１の実施の形態と同じであり、カメラコントローラ内の信号処理回路が異なる。以下、相違点に重点をおいて説明する。
【００６８】
図１６は第２の実施の形態におけるカメラコントローラの概略図を示している。
【００６９】
本実施の形態のカメラコントローラ２ａは、図１６に示すような構成であり、接続された内視鏡１からの画像信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器９と、前記デジタル信号を映像信号に変換する信号変換部１０と、前記映像信号をモニタ４で表示可能なアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器１１と、被写体の明るさに応じて光源装置３の出射光量を制御する自動調光回路３１と、被写界深度外処理回路１２ａとで構成されている。
【００７０】
被写界深度外処理回路１２ａは、自動調光回路３１からの調光信号から物体までの距離を判断し、前記映像信号に画像処理を施すかどうかを判断する制御回路２５と、制御回路４１の判断に応じ、映像信号の切り換えを行う切換器２６と、前記切換器２６からの映像信号に対し、前記瞳変調素子７ａに対応した処理を行う複数の画像処理回路を有する画像処理回路部３２とで構成される。
【００７１】
画像処理回路部３２は、映像信号に対しフィルタ処理を行う回路部であり、物体距離に応じた瞳変調素子７ａを含む対物光学系６による光学的伝達関数のレスポンス、ならびに瞳変調素子７ａによって発生する非対称な収差（ボケ）を復元する画像処理を行うものである。
【００７２】
例えば、本実施の形態においては、画像処理回路部３２には、物体距離３ｍｍから４ｍｍ間を復元する画像処理回路３２ａ、物体距離２ｍｍから３ｍｍ間を復元する画像処理回路３２ｂ、物体距離７１ｍｍ以上を復元する画像処理回路３２ｃが用意されている。
【００７３】
ここで、光学的伝達関数のレスポンスならびに非対称な収差を復元するフィルタ処理は、使用する対物光学系６と瞳変調素子７ａによる各物体距離における光学的伝達関数をシミュレーションにより算出し、その結果に基づいて作成すればよい。
【００７４】
（作用）
瞳変調素子７ａを含む内視鏡１を、被写界深度外処理回路１２ａを有するカメラコントローラ２ａに接続し、被写界深度を拡大する場合について説明する。
【００７５】
信号変換部１０は映像信号として輝度信号Ｙと２つの色差信号Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙを生成する。自動調光回路３１は、前記輝度信号Ｙと基準信号レベルとを比較し、輝度信号Ｙの大小に応じて光源装置３の出射光量を制御する調光信号を発生する。
【００７６】
制御回路２５は、前記調光信号をもとに物体距離を判断し、切換器２６を制御して映像信号を物体距離に応じた画像処理回路部３２の画像処理回路に接続するよう働く。
【００７７】
そして、映像信号は画像処理回路部３２にて所望の復元処理が施され、解像した画像としてモニタ４に映し出される。
【００７８】
最初に、被写界深度よりも物体距離が遠い場合について詳しく説明する。物体距離か遠く照明光不足により輝度信号Ｙのレベルが低下した場合、自動調光回路３１は出射光量の増加を光源装置３へ指示する調光信号を発生する。この調光信号は、光源装置３に接続されるとともに制御回路２５にも接続されており、制御回路２５は物体距離が遠くなったことを判断して、切換器２６により映像信号を物体距離７１ｍｍ以上を復元する画像処理回路部３２の画像処理回路３２ｃに接続する。
【００７９】
そして、物体距離が遠く、光学的伝達関数のレスポンスが低下した映像信号は、画像処理回路３２ｃによって物体距離７１ｍｍ以上に対応した復元処理が施され、解像した映像に復元される。
【００８０】
次に、被写界深度よりも物体距離が近い場合について詳しく説明する。物体距離が近く、照明光が強すぎ輝度信号Ｙが飽和するレベル付近まで上昇した場合、自動調光回路３１は出射光量の減少を光源装置３へ指示する調光信号を発生する。この調光信号を受け、制御回路２５は物体距離が近くなったことを判断し、切換器２６によって映像信号を物体距離３ｍｍから４ｍｍを復元する画像処理回路３２ａに接続する。
【００８１】
そして、物体距離が近くなることで光学的伝達関数のレスポンスが低下し、モニタ４にて認識できる程度の非対称な収差（ボケ）が拡大した映像信号は、画像処理回路３２ａによって物体距離３ｍｍから４ｍｍに対応した復元処理が施され、解像した映像に復元される。
【００８２】
さらに、物体距離が近づいた場合について詳しく説明する。物体距離がさらに近くなり、輝度信号Ｙのレベルがさらに上昇した場合、自動調光回路３４は出射光量の更なる減少を指示する明光信号を発生する。この調光信号を受け、制御回路２５は物体距離がさらに近くなったと判断し、切換器２６によって映像信号を物体距離２ｍｍから３ｍｍを復元する画像処理回路３２ｂに接続する。
【００８３】
そして、物体距離３ｍｍから４ｍｍを復元する画像処理回路３２ａでは復元できない光学的伝達関数のレスポンス低下、非対称な収差（ボケ）の発生した映像信号に対し、画像処理回路３２ｂは物体距離２ｍｍから３ｍｍに対応した復元処理を施し、解像した映像に復元する。
【００８４】
（効果）
前述したように、内視鏡システムに一般的に用意されている自動調光回路を利用した距離検出手段と、距離に応じた復元処理を施すことによって、内視鏡操作者による操作を必要とせずに被写界深度を拡大することが可能となる。さらに、距離に応じた複数の復元処理を施すことができるため、さらなる画質の向上が可能となる。
【００８５】
なお、本実施の形態では物体距離の検知を自動調光信号を用いて行ったが、例えば赤外線や超音波等を照射する測距センサや三角測量方式を用いた測距センサを用いても良い。この場合、精度の良い測距が可能となり、最適な画像処理回路を確実に選択できるという効果がある。
【００８６】
また、映像信号の高周波域の出力が最大となるように前記画像処理回路を切り換えて、最適な画像処理回路を選択する手法を用いても良い。この場合、観察する画像が最適となるように画像処理回路が選択されるため、画質向上の効果が期待できる。
【００８７】
さらに、前記複数の測距手段を組み合わせて使用することで、最適な画像処理回路を選択することが可能となる。
【００８８】
また、本実施の形態では画像処理回路を遠点側１種類、近点側２種類設けたが、これに限ったものではなく、物体距離に応じて複数の画像処理回路を設けても良い。この場合の画像処理回路も同様に、物体距離に応じた光学的伝達関数をシミュレーションにより算出し、その結果に基づいて作成すればよい。
【００８９】
さらに、本実施の形態では瞳変調素子を含む対物光学系１種類の画像処理回路について記載したが、複数種の瞳変調素子を含む対物光学系に対応した画像処理回路をカメラコントローラに設けておけば、複数種の内視鏡に対し、被写界深度の拡大、並びに画質の向上を実現することができる。この際、内視鏡に搭載されている瞳変調素子を含む対物光学系に応じた画像処理回路の選定のために、各内視鏡の種類を判別する判別手段が設けられていて、各内視鏡とカメラコントローラを接続する際に、最適な画像処理が選択できるようにしておくこともできる。
【００９０】
［付記］
（付記項１）対物光学系の光学像を固体撮像素子にて撮像する複数種の内視鏡と、前記固体撮像素子からの信号をモニタに表示可能な映像信号に変換する複数の信号処理装置とを、組み合わせて接続使用される電子内視鏡システムにおいて、
少なくとも１つの前記内視鏡の対物光学系は、光位相変調マスクを有し、
前記光位相変調マスクは、物体距離に応じた光学的伝達関数の変化が、前記光位相変調マスクを持たない対物光学系よりも小さくなるように作用するよう配置され、
前記信号処理装置は、前記光位相変調マスクにより変更された光学的伝達関数に対し、物体距離に応じた複数の光学的伝達関数復元処理を施す復元処理手段を有する
ことを特徴とした電子内視鏡システム。
【００９１】
付記項１の電子内視鏡システムでは、光位相変調マスクを有する対物光学系は、光位相変調マスクを持たない場合の対物光学系の被写界深度よりも、物体距離に応じた光学的伝達関数の変化が小さくなるように作用する。前記光位相変調マスクを有する対物光学系を用いた内視鏡の固体操像素子からの画像信号は、物体距離に応じて、光前記復元処理手段により復元され、モニタに映し出される。これにより、物体距離に応した最適な画質が得られる。
【００９２】
（付記項２） 前記光位相変調マスクを有する対物光学系の前記光学的伝達関数のレスポンスは、前記光位相変調マスクを持たない場合の対物光学系の被写界深度よりも広い物体距離にわたって、前記固体撮像素子のテイキスト周波数までレスポンスが０．２以上ある
ことを特徴とする付記項１に記載の電子内視鏡システム。
【００９３】
付記項２の電子内視鏡システムでは、光位相変調マスクの位相変調量によって、通常の対物光学系と比較して、光位相変調マスクによって変更された光学的伝達関数のレスポンスが、固体撮像素子のナイキスト周波数まで０．２以上となるため、通常の対物光学系と比較し広い被写界深度にわたって解像する。これにより、光位相変調マスクを有する対物光学系を用いた内視鏡においても、光位相変調マスクの逆変換を行う画像処理を持たない一般的な内視鏡システムの信号処理装置に接続可能となる。
【００９４】
（付記項３） 点像の前記固体撮像素子受光面上の面積が最も小さくなる物体距離において、前記光位相変調マスクを有する内視鏡の対物光学系の前記点像の固体撮像素子受光面上の面積Ｗは、前記固体撮像素子の画素ピッチをＰとしたときに、
Ｗ≦３６×Ｐ2
を満たす
ことを特徴とする付記項１または２に記載の電子内視鏡システム。
【００９５】
付記項３の電子内視鏡システムでは、光位相変調マスクの位相変調量によって、光位相変調マスクを有する対物光学系の光学的伝達関数の固体撮像素子受光面上の点像の面積Ｗは、Ｗ≦３６×Ｐ2となる。これにより、光位相変調マスクを有する対物光学系の光学的伝達関数のレスポンスが、広い物体距雄にわたって、固体撮像素子のナイキスト周波数まで０．２以上となる。また、光位相変調マスクによって発生する非対称なボケの大きさは固体撮像素子の数画素程度と十分に小さいため、非対称デジタルフィルタのような光学的伝達関数復元手段を必要としない。
【００９６】
（付記項４） 前記光位相変調マスクは、前記対物光学系の光軸をＺ軸としたときに互いに直交する２軸をＸ、Ｙとしたとき、波長５８７．５６ｎｍの光に対して
ｅｘｐ{ｉ×α（Ｘ3＋Ｙ3）} （但し、｜Ｘ｜≦１、｜Ｙ｜≦１）
の位相の変換を行うものであり、前記係数αは８以下である
ことを特徴とする付記項１、２または３のいずれかに記載の電子内視鏡システム。
【００９７】
付記項４の電子内視鏡システムでは、光位相変調マスクによって変換される位相は、前記対物光学系の光軸をＺ軸としたときに互いに直交する２軸をＸ、Ｙとしたとき、波長５８７．５６ｎｍの光に対してｅｘｐ{ｉ×α（Ｘ3＋Ｙ3）}において、係数αが８以下となる。これにより、光位相変調マスクによって変更された光学的伝達関数のレスポンスか固体撮像素子のナイキスト周波数まで０．２以上となる。
【００９８】
（付記項５） 前記固体撮像素子のナイキスト周波数まで前記光学的伝達関数のレスポンスが０．２以上ある物体距離では、前記位相変調マスクに応じた光学的伝達関数復元処理を施さず、前i己光学的伝達関数のレスポンスが０．２未満となる物体距離において、前記物体距離に応じた複数の光学的伝達関数復元処理を施す
ことを特徴とする付記項２に記載の電子内視鏡システム。
【００９９】
付記項５の電子内視鏡システムでは、前記固体撮像素子のナイキスト周波数まで前記光学的伝達関数のレスポンスが０．２以上ある物体距離では、光位相変調マスクに応じた光学的伝達関数復元手段を施さず、前記光学的伝達関数のレスボンスが０．２未満となる物体距離では、前記物体距離に応じた光学的伝達関数復元処理を施す。前記光位相変調マスクを有する内視鏡を光学的伝達関数復元手段をもたない信号処理回路に接続した場合、被写界深度か拡大される。さらに、前記光位相変調マスクに対応する光学的伝達関数復元手段を有する信号処理回路に接続した場合、さらなる被写界深度の拡大が図れ、高解像な画質が得られる。
【０１００】
（付記項６） 対物光学系の光学像を固体撮像素子にて撮像する複数種の内視鏡と、前記固体撮像素子からの信号をモニタに表示可能な映像信号に変換する複数の信号処理装置を、組み合わせて接続使用される竜子内視鏡システムにおいて、
少なくとも１つの内視鏡の対物光学系は、光位相変調マスクを有し、
前記光位相変調マスクは、物体距離に応じた光学的伝達関数の変化が、前記光位相変調マスクを持たない対物光学系よりも小さくなるように作用し、かつ、前記光位相変調マスクを有する対物光学系の前記光学的伝達関数のレスポンスが、前記光位相変調マスクを持たない場合の対物光学系の被写界深度よりも広い物体距離にわたって、前記固体撮像素子のナイキスト周波数までレスポンスが０．２以上あるよう配置され、
前記信号処理装置は、前記光位相変調マスクにより変更された光学的伝達関数に対し、物体距離に応じた複数の光学的伝達関数復元処理を施す復元処理手段を有し、前記復元処理手段は前記固体撮像素子のナイキスト周波数まで前記光学的伝達関数のレスポンスが０．２以上ある物体距離では、前記位相変調マスクに応じた光学的伝達関数復元処理を施さず、前記光学的伝達関数のレスポンスが０．２未満となる物体距離において、前記物体距離に応じた複数の光学的伝達関数復元処理を施す
ことを特徴とする電子内視鏡システム。
【０１０１】
付記項６の電子内視鏡システムでは、光位相変調マスクを有する対物光学系は、光位相変調マスクを持たない通常の対物光学系の被写界深度よりも、物体距離に応じた光学的伝達関数の変化が小さくなるように作用する。前記固体撮像素子のナイキスト周波数まで前記光学的伝達関数のレスポンスが０．２以上ある物体距離では、光位相変調マスクに応じた光学的伝達関数復元手段を施さず、前記光学的伝達関数のレスポンスが０．２未満となる物体距離では、前記物体距離に応じた光学的伝達関数復元処理を施す。前記光位相変調マスクを有する内視鏡を光学的伝達関数復元手段をもたない信号処理回路に接統した場合、被写界深度が拡大される。さらに、前記光位相変調マスクに対応する光学的伝達関数復元手段を有する信号処理回路に接続した場合、さらなる被写界深度の拡大が図れ、高解像な画像が得られる。
【０１０２】
（付記項７） 前記光位相変調マスクを含む対物光学系に用いられる明るさ絞りの開口形状は、円形である
ことを特徴とする付記項１または付記項６に記載の電子内視鏡システム。
【０１０３】
（付記項８） 物体距離を検出する物体距離検出手段を有し、前記復元処理手段は前記物体距離検出手段によって検出された物体距離に応じて切り換えられる複数の光学的伝達関数復元処理回路を有する
ことを特徴とする付記項１または付記項６に記載の電子内視鏡システム。
【０１０４】
付記項８の電子内視鏡システムでは、物体距離検出手段によって、自動的に物体距離に応じた光学的伝達関数復元処理回路か選択されるため、特別な操作を必要とせずに被写界深度拡大、画質の向上が可能となる。
【０１０５】
（付記項９） 前記物体距離検出手段は、固体撮像素子からの撮像信号を用いて自動調光するための調光信号により距離を検出する手段である
ことを特徴とする付記項８に記載の電子内視鏡システム。
【０１０６】
付記項９の電子内視鏡システムでは、物体距離と明るさの関係を利用して、一般的な内視鏡システムに搭載されている自動調光を用い、物体距離を検出する。
【０１０７】
（付記項１０） 撮像信号の高周波域の出力が最大となるように、前記複数の光学的伝達関数復元処理回路を切り換える
ことを特徴とする付記項８に記載の電子内視鏡システム。
【０１０８】
付記項１０の電子内視鏡システムでは、撮像信号の高周波域の出力を最大とするよう光学的伝達関数復元処理回路を切り換えるため、高画質な映像が得られる。
【０１０９】
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。
【０１１０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、内視鏡光学系に配置した光位相変調マスクに応じた復元処理手段が搭載されていない信号処理装置に、光位相変調マスクを有した内視鏡を接続しても、被写界深度の拡大、ならびに高解像の画像を生成でき、かつ、光位相変調マスクに応じた復元処理手段か搭載されている信号処理装置に、前記光位相変調マスクを有じた内視鏡を接続した場合は被写界深度の更なる拡大、ならびに更なる高解像の画像を生成できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る内視鏡システムの概略の構成を示す構成図
【図２】図１の光位相変調マスクを含む撮像ユニットの構成を説明するための図
【図３】図２の明るさ絞りを配置した瞳変調素子の構造を説明するための概略説明図
【図４】図１のカメラコントローラ（信号処理装置）の構成を示すブロック図
【図５】図２の瞳変調素子を含む撮像ユニットの物体距離７１ｍｍのときに得られる点像のシミュレーション結果を説明するための図
【図６】図２の瞳変調素子を含む撮像ユニットの物体距離１３．５ｍｍのときに得られる点像のシミュレーション結果を説明するための図
【図７】図２の瞳変調素子を含む撮像ユニットの物体距離７．２ｍｍのときに得られる点像のシミュレーション結果を説明するための図
【図８】図２の瞳変調素子を含む撮像ユニットの物体距離４ｍｍのときに得られる点像のシミュレーション結果を説明するための図
【図９】図２の瞳変調素子を含む撮像ユニットの物体距離３ｍｍのときに得られる点像のシミュレーション結果を説明するための図
【図１０】図２の瞳変調素子を含む撮像ユニットの各物体距離の光学的伝達関数のレスポンスのシミュレーション結果を説明するための図
【図１１】通常の光学系における図２の撮像ユニットの物体距離７１ｍｍのときに得られる点像のシミュレーション結果を説明するための図
【図１２】通常の光学系における図２の撮像ユニットの物体距離１３．５ｍｍのときに得られる点像のシミュレーション結果を説明するための図
【図１３】通常の光学系における図２の撮像ユニットの物体距離７．２ｍｍのときに得られる点像のシミュレーション結果を説明するための図
【図１４】通常の光学系における図２の撮像ユニットの物体距離４ｍｍのときに得られる点像のシミュレーション結果を説明するための図
【図１５】通常の光学系における図２の撮像ユニットの各物体距離についての光学的伝達関数のレスポンスのシミュレーション結果を説明するための図
【図１６】本発明の第２の実施の形態に係るカメラコントローラ（信号処理装置）の構成を示すブロック図
【図１７】従来例による拡大被写界深度光学系の構成を概略的に示す図
【図１８】従来例によるキュービック位相変調マスクの外観形状を説明するための図
【図１９】通常の光学系において物体が焦点位置にあるときの光学的伝達関数（ＯＴＦ）のレスポンスを示すグラフ
【図２０】通常の光学系において物体が焦点位置から外れたときの光学的伝達関数（ＯＴＦ）のレスポンスを示すグラフ
【図２１】通常の光学系において物体が焦点位置から図２０のときよりも更に外れたときの光学的伝達関数（ＯＴＦ）のレスポンスを示すグラフ
【図２２】拡大被写界深度光学系において物体が焦点位置にあるときの光学的伝達関数（ＯＴＦ）のレスポンスを示すグラフ
【図２３】拡大被写界深度光学系において物体が焦点位置から外れたときの光学的伝達関数（ＯＴＦ）の強度分布を示すグラフ
【図２４】拡大被写界深度光学系において物体が焦点位置から図２３のときよりも更に外れたときの光学的伝達関数（ＯＴＦ）のレスポンスを示すグラフ
【図２５】拡大被写界深度光学系において光学的伝達関数（ＯＴＦ）のレスポンスに対して行なわれる処理の逆フィルタの特性を示すグラフ
【図２６】図２２の光学的伝達関数（ＯＴＦ）のレスポンスに対して図２５の特性を持つ逆フィルタによる処理を行なって得られる光学的伝達関数（ＯＴＦ）のレスポンスを示すグラフ
【図２７】図２３の光学的伝達関数（ＯＴＦ）のレスポンスに対して図２５の特性を持つ逆フィルタによる処理を行なって得られる光学的伝達関数（ＯＴＦ）のレスポンスを示すグラフ
【図２８】図２４の光学的伝達関数（ＯＴＦ）のレスポンスに対して図２５の特性を持つ逆フィルタによる処理を行なって得られる光学的伝達関数（ＯＴＦ）のレスポンスを示すグラフ
【図２９】複数種の内視鏡を接続し、被写体の画像をモニタで観察するための従来の内視鏡システムの概略の構成を示す構成図
【図３０】図２９の従来のカメラコントローラの構成を示すブロック図
【符号の説明】
１…内視鏡
２…カメラコントローラ（信号処理装置）
３…光源装置
４…モニタ
５…固体撮像素子
６…対物光学系
７…位相変調マスク
７ａ…瞳変調素子
８…明るさ絞り
９…Ａ／Ｄ変換部
１０…信号変換部
１１…Ｄ／Ａ変換部
１２…被写界深度外処理回路
２０…撮像ユニット
２５…制御回路
２６…切換器
２７…画像処理回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子内視鏡システムに関し、特に、仕様や用途の異なる複数種の内視鏡を接続し、被写体の画像をモニタで観察するための電子内視鏡システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
内視鏡は、周知の通り、直接目視できない生体内等を観察することができ、医療分野を中心に診断、治療に広く使用されている。そして、近年、被写体像をＣＣＤ等の固体撮像素子によって電気信号に変換し、モニタにて観察可能とした電子内視鏡が普及している。
【０００３】
このような内視鏡は、観察する部位に応じて種々の内視鏡が用いられる。内視鏡は、光源装置や信号処理回路を含むカメラコントローラ（信号処理装置）等に接続されて使用される。また、信号処理回路には、画質向上や被写体の強調を目的とした画像処理回路が搭載されており、コントラスト改善のために、例えば、次に示すような、対称な２次元デジタルフィルタが用いられている。この次に示すマトリックスは、中心画素とその周囲の画素の値に対する係数を決定するものである。
【０００４】
−１ −５ −１
−５ ２５ −５
−１ −５ −１
一方、内視鏡光学系には、光学系の簡易さ、操作性の良さから、固定焦点光学系が一般的に用いられ、その観察部位に応じて必要な被写界深度が得られるように設計されている。しかし、固定焦点光学系で被写界深度を広くすると光学系のＦナンバーを大きくする必要があり、明るさが低下するといった問題が生じる。さらに、光の回折限界の理由から被写界深度の拡大には限界がある。
これに対し、光学系の被写界深度を拡大する手法は、例えば、米国特許５，７４８，３７１号や「Ｅｄｗａｒｄ Ｒ．Ｄｏｗｓｋｉ， Ｊｒ．， Ｗ．Ｔｈｏｍａｓ Ｃａｔｈｅｙ， ”Ｅｘｔｅｎｄｅｄ ｄｅｐｔｈ ｏｆ ｆｉｅｌｄｔｈｒｏｕｇｈ ｗａｖｅ−ｆｒｏｎｔ ｃｏｄｉｎｇ”， Ａｐｐｌ．Ｏｐｔ．Ｖｏｌ．３４， １８５９−１８６６（１９９５）」等に開示されている。図１７は、従来例による拡大被写界深度光学系の構成を概略的に示す図である。
【０００５】
この手法による装置は、図１７に示されるように、ＣＣＤ等の撮像手段１０４と、物体１０１の像を撮像手段１０４の受光面に結像させるレンズ系１０３である光学系の瞳位置に配置されたキュービック位相変調マスク１０２と、撮像手段１０４からの画像データに基づいて画像を構築する画像処理装置１０５とを有している。
【０００６】
キュービック位相変調マスク１０２は、一方の面は平面で、他方の面は図１８に示されるようにＺ＝Ａ（Ｘ3＋Ｙ3）で表される形状をなしている。図１８は、このキュービック位相変調マスクの外観形状を説明するための図である。Ａは、任意の係数である。すなわち、一方の面は、ＸＹ平面上の平面であり、他方の面は、ＸＹ平面に直交するＺ軸方向に上記の式を満たす三次元曲面である。図１８は、Ｘ及びＹが−１から＋１の範囲における三次元曲面の状態を説明するための図である。従って、三次元曲面形状は、係数Ａに応じて変化する。
【０００７】
キュービック位相変調マスク１０２は、これを通過する光の位相にＰ（Ｘ，Ｙ）＝ｅｘｐ(ｊα（Ｘ3＋Ｙ3））のずれを与える。ここで、係数αは、２０よりも十分に大きな値が好ましく、これにより光学的伝達関数（以下、ＯＴＦともいう。）のレスポンスは０．２以下となり、回転非対称な収差（ボケ）による点像の大きさは、撮像手段１０４の画素に比べ十分に大きくなる。
【０００８】
このようなキュービック位相変調マスク１０２を持たない通常の光学系の場合、物体１０１が合焦位置からずれるに従って光学的伝達関数のレスポンスの様子は、図１９から図２０へ変化し、物体１０１がさらにずれると図２０から図２１へと変化する。
【０００９】
図１９は通常の光学系において物体が焦点位置にあるときの光学的伝達関数（ＯＴＦ）のレスポンスを示すグラフである。図２０は通常の光学系において物体が焦点位置から外れたときの光学的伝達関数（ＯＴＦ）のレスポンスを示すグラフである。図２１は通常の光学系において物体が焦点位置から図２０のときよりも更に外れたときの光学的伝達関数（ＯＴＦ）のレスポンスを示すグラフである。
【００１０】
これに対してキュービック位相変調マスク１０２を持つ拡大被写界深度光学系の場合、同じずれに対するＯＴＦのレスポンスはそれぞれ図２２〜図２４に示されるようになり、合焦位置においてもＯＴＦのレスポンスに低下が見られるが、合焦位置からのずれに対する変化は少ない。
【００１１】
図２２は拡大被写界深度光学系において物体が焦点位置にあるときの光学的伝達関数（ＯＴＦ）のレスポンスを示すグラフである。図２３は拡大被写界深度光学系において物体が焦点位置から外れたときの光学的伝達関数（ＯＴＦ）の強度分布を示すグラフである。図２４は拡大被写界深度光学系において物体が焦点位置から図２３のときよりも更に外れたときの光学的伝達関数（ＯＴＦ）のレスポンスを示すグラフである。
【００１２】
この光学系によって結像された画像は、画像処理装置１０５によって、図２５に示されるキュービック位相変調マスク１０２のＯＴＦ特性の逆フィルタによる処理が行われることによって、図２２〜図２４に示されるＯＴＦに対してそれぞれ図２６〜図２８に示されるＯＴＦのレスポンスが得られる。
【００１３】
図２５は拡大被写界深度光学系において光学的伝達関数（ＯＴＦ）のレスポンスに対して行なわれる処理の逆フィルタの特性を示すグラフである。図２６は図２２の光学的伝達関数（ＯＴＦ）のレスポンスに対して図２５の特性を持つ逆フィルタによる処理を行なって得られる光学的伝達関数（ＯＴＦ）のレスポンスを示すグラフである。図２７は図２３の光学的伝達関数（ＯＴＦ）のレスポンスに対して図２５の特性を持つ逆フィルタによる処理を行なって得られる光学的伝達関数（ＯＴＦ）のレスポンスを示すグラフである。図２８は図２４の光学的伝達関数（ＯＴＦ）のレスポンスに対して図２５の特性を持つ逆フィルタによる処理を行なって得られる光学的伝達関数（ＯＴＦ）のレスポンスを示すグラフである。
【００１４】
図２５〜図２８に示されるＯＴＦのレスポンスは、いずれも、通常の光学系の合焦時のＯＴＦのレスポンスに近い形を有している。その逆フィルタとして、例えば次に示すような非対称な２次元デジタルフィルタが用いられる。次に示すマトリックスは、中心画素とその周囲の画素の値に対する係数を決定するものである。
【００１５】
【００１６】
これに対して、拡大被写界深度光学系を用いた場合、焦点位置をずらしたときの画像処理前の画像はボケてはいるが、焦点位置をずらしたそれぞれの画像においてボケ方が変化しない。そして、これらの画像に対し、前述の逆フィルタ（図２５）による画像処理を行うと、通常の光学系の焦点ずれがしていない画像と同等の画像が得られ、被写界深度が拡大できる。
【００１７】
さらに、これを内視鏡に応用したものが、特開２０００−５１２７号公報の明細書に開示されている。開示された内視鏡システムは、図２９に示すように、複数種の内視鏡を接続し、被写体の画像をモニタ１１６で観察するための内視鏡システムである。
【００１８】
この内視鏡システムは、図２９に示すように、固体撮像素子１１４と、その固体撮像素子１１４の受光面上に被写体の像を結像する対物光学系１１２とを有する内視鏡１１１と、内視鏡１１１で得られた画像信号を処理して映像信号を出力するカメラコントローラ（信号処理装置）１１７と、観察用の照明光を発生する光源装置１１８と、カメラコントローラ１１７からの映像信号を表示するモニタ１１６とを備えている。
【００１９】
複数種の内視鏡の内、少なくとも１つの内視鏡１１１は、光学系１１２の中にキュービック位相変調マスク等のような光位相変調マスク１１３を有する。さらに、内視鏡１１１は、撮像装置１１４の出力側に内視鏡の光位相変調マスク１１３に対応した光学的伝達関数復元手段１１５を備えている。
【００２０】
また、カメラコントローラ１１７は、図３０に示すように、接続された内視鏡１１１からの画像信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部１２１と、前記デジタル信号を映像信号に変換する信号変換部１２２と、信号変換部１２２からの映像信号を信号処理する画像処理回路１２３と、前記画像処理回路１２３で信号処理された映像信号をモニタ４で表示可能なアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換部１２４とで構成されている。
【００２１】
光学的伝達関数復元手段１１５は、光学系１１２内の光位相変調マスク１１３の逆フィルタに相当する復元手段を含んでいる必要がある。光学的伝達関数復元手段１１５は、図２９に示されるように内視鏡１１１内部に設けられても良いし、内視鏡１１１が接続されかつモニタ１１６に映像を表示するカメラコントローラ（信号処理装置）１１７内に設けられても良い。これによれば、光位相変調マスク１１３の種類や有無に関わらず、様々な内視鏡を接続しても、被写界深度の拡大や、高解像の画像を生成することができる。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
米国特許５，７４８，３７１号や、特開２０００−５１２７等に示されるように、光学系に光位相変調マスク１１３を用いて、被写界深度を拡大する技術を内視鏡に適用する場合、光位相変調マスク１１３による光学的伝達関数の悪化を復元し、高解像の画像を得るための光学的伝達関数復元手段１１５が必要になるため、光位相変調マスク１１３に一対一に応じた復元手段が、カメラコントローラ（信号処理装置）１１７内の画像処理回路、もしくは内視鏡１１１内部に搭載されている必要がある。
【００２３】
しかしながら、現状の一般的な内視鏡システムにおけるカメラコントローラ内の画像処理回路においては、撮像光学系を介して得られた画像の光学的伝達関数のレスポンスに対し、特定の周波数帯域を強調することによって画像の見えを調整する画像処理回路は搭載されているものの、例えば被写界深度拡大を目的とした、内視鏡光学系内に搭載した光位相変調マスクに応じた復元手段は有していないため、前記内視鏡光学系内に光位相変調マスクを有する内視鏡を接続すると、解像した画像を得ることができず、互換性を確保できない。
【００２４】
また、互換性を確保するために、内視鏡内部に光学的伝達関数復元手段を設ける場合、画像信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部と、デジタル信号化された画像信号を映像信号に変換する信号変換部と、光学的伝達関数復元のための画像処理部と、再び映像信号から画像信号に信号変換するための信号変換部、Ｄ／Ａ変換部が内視鏡内部に必要となるが、前記回路は複雑であり回路規模も大きくなるため、内視鏡本体の肥大化を招き、操作性が悪くなるという欠点が生じる。
【００２５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、内視鏡光学系に配置した光位相変調マスクに応じた復元処理手段が搭載されていない信号処理装置に、光位相変調マスクを有した内視鏡を接続しても、被写界深度の拡大、ならびに高解像の画像を生成でき、かつ、光位相変調マスクに応じた復元処理手段か搭載されている信号処理装置に、前記光位相変調マスクを有した内視鏡を接続した場合は被写界深度の更なる拡大、ならびに更なる高解像の画像を生成できる内視鏡システムを提供することを目的としている。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
本発明の電子内視鏡システムは、対物光学系の光学像を固体撮像素子にて撮像する複数種の内視鏡と、前記固体撮像素子からの信号をモニタに表示可能な映像信号に変換する信号処理装置とを、組み合わせて接続使用される電子内視鏡システムにおいて、少なくとも１つの前記内視鏡の対物光学系は、光位相変調マスクを有し、前記光位相変調マスクは、物体距離に応じた光学的伝達関数の変化が、前記光位相変調マスクを持たない対物光学系よりも小さくなるように作用するよう配置され、前記信号処理装置は、前記光位相変調マスクにより変更された光学的伝達関数に対し、光学的伝達関数復元処理を施す復元処理手段と、前記信号に対して前記光学的伝達関数復元処理を施すか否かを切り換える切換手段とを有する。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について述べる。
【００２８】
第１の実施の形態：
図１ないし図１５は本発明の第１の実施の形態に係わり、図１は内視鏡システムの概略の構成を示す構成図、図２は図１の光位相変調マスクを含む撮像ユニットの構成を説明するための図、図３は図２の明るさ絞りを配置した瞳変調素子の構造を説明するための概略説明図、図４は図１のカメラコントローラ（信号処理装置）の構成を示すブロック図、図５は図２の瞳変調素子を含む撮像ユニットの物体距離７１ｍｍのときに得られる点像のシミュレーション結果を説明するための図、図６は図２の瞳変調素子を含む撮像ユニットの物体距離１３．５ｍｍのときに得られる点像のシミュレーション結果を説明するための図、図７は図２の瞳変調素子を含む撮像ユニットの物体距離７．２ｍｍのときに得られる点像のシミュレーション結果を説明するための図、図８は図２の瞳変調素子を含む撮像ユニットの物体距離４ｍｍのときに得られる点像のシミュレーション結果を説明するための図、図９は図２の瞳変調素子を含む撮像ユニットの物体距離３ｍｍのときに得られる点像のシミュレーション結果を説明するための図、図１０は図２の瞳変調素子を含む撮像ユニットの各物体距離の光学的伝達関数のレスポンスのシミュレーション結果を説明するための図、図１１は通常の光学系における図２の撮像ユニットの物体距離７１ｍｍのときに得られる点像のシミュレーション結果を説明するための図、図１２は通常の光学系における図２の撮像ユニットの物体距離１３．５ｍｍのときに得られる点像のシミュレーション結果を説明するための図、図１３は通常の光学系における図２の撮像ユニットの物体距離７．２ｍｍのときに得られる点像のシミュレーション結果を説明するための図、図１４は通常の光学系における図２の撮像ユニットの物体距離４ｍｍのときに得られる点像のシミュレーション結果を説明するための図、図１５は通常の光学系における図２の撮像ユニットの各物体距離についての光学的伝達関数のレスポンスのシミュレーション結果を説明するための図である。
【００２９】
（構成）
図１に示すように、固体撮像素子５と、その固体撮像素子５上の被写体の像を結像する対物光学系６とを有する内視鏡１と、内視鏡１で得られた画像信号を処理して映像信号を出力するカメラコントローラ（信号処理装置）２と、観察用の照明光を発生する光源装置３と、カメラコントローラ２からの映像信号を表示するモニタ４とを備えている。そして、本実施の形態の内視鏡システムでは、複数の種類の内視鏡１を接続することができるようになっており、複数の種類の内視鏡１のうち、少なくとも１つの内視鏡１は、その対物光学系６内に、回転非対称な表面形状を有する光学素子である光位相変調マスク７が設けられている。
【００３０】
図２に示すように、内視鏡１の撮像ユニット２０は、固体撮像素子５と固体撮像素子５に被写体像を結像する対物光学系６により構成される。
【００３１】
図３（ａ）は、光が入射する方向から見たときの瞳変調素子７ａと明るさ絞り８の外観を示す図である。入射光に垂直なＸＹ平面に平行に明るさ絞り８が設けられ、明るさ絞り８の開口部を通して入射した光が瞳変調素子７ａに入射する。また、図３（ｂ）に示すように、光が入射する方向から見て明るさ絞り８の背面の位置に、光位相変調マスク７として、瞳変調素子７ａが配置されている。
本実施の形態で用いられる固体撮像素子５は、例えば、画素ピッチが７μmのものが用いられる。
また、光位相変調マスク７として用いた瞳変調素子７ａは、例えば屈折率１．５２３の光学的に透明なガラスで形成されており、広い被写界深度にわたって光学的伝達関数がほぼ一定となる変換手段である。さらに該瞳変調素子７ａは、図３（ｂ）に示すように、対物光学系６の光軸をＺ軸とし、Ｚ軸と直交する面内にＸ、Ｙ軸としたときに、Ｚ＝Ａ（Ｘ3＋Ｙ3）の形状をした自由曲面を有していて、本実施の形態ではＡ＝０．０５１とする。
【００３２】
図２に示される前記撮像ユニット２０のレンズデータを表１に示す。この光学系の焦点距離は１．６１ｍｍ、Ｆナンバーは８．７２２であり、明るさ絞り８は第６面に、瞳変調素子７ａの自由曲面部は第７面に相当する。
【００３３】
【表１】
【００３４】
さらに、前記瞳変調素子７ａのＸ軸は、固体撮像素子５の画素配列の水平（走査）方向（モニタ上の水平方向）と平行で、かつ、Ｙ軸は固体撮像素子５の画素配列の垂直（走査方向に直交）方向（モニタ上の垂直方向）と平行になるよう、光軸（Ｚ軸）を中心とした回転方向に位置決めされている。
【００３５】
カメラコントローラ２は、図４に示すように、接続された内視鏡１からの画像信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部９と、前記デジタル信号を映像信号に変換する信号変換部１０と、前記映像信号をモニタ４で表示可能なアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換部１１と、被写界深度外処理回路１２とで構成されている。
【００３６】
上記被写界深度外処理回路１２は、図示しないユーザインターフェースからの操作信号に応じ、前記映像信号に画像処理を施すかどうかを判断する制御回路２５と、制御回路２５の判断に応じ、映像信号の切り換えを行う切換器２６と、前記切換器２６からの映像信号に対し、前記瞳変調素子７ａに対応した処理を行う画像処理回路２７とで構成される。
【００３７】
画像処理回路２７は映像信号に対しフィルタ処理を行う回路であり、例えば物体距離３ｍｍから４ｍｍ間での瞳変調素子７ａを含む対物光学系６による光学的伝達関数のレスポンス、ならびに瞳変調素子７ａによって発生する非対称な収差（ボケ）を復元する画像処理を行うものである。
【００３８】
ここで、光学的伝達関数のレスポンスならびに非対称な収差を復元するフィルタ処理は、使用する対物光学系６と瞳変調素子７ａによる光学的伝達関数をシミュレーションにより算出し、その結果に基づいて作成すればよい。光学的伝達関数のレスポンスを復元する手段としては、例えばデジタル回路を用いる場合、瞳変調素子７ａに対応した非対称なデジタルフィルタが用いられる。
【００３９】
（作用）
上述した形状の瞳変調素子７ａは、波長５８７．５６ｎｍの平行光に対し、ｅｘｐ{ｉ×２．４１４（Ｘ3＋Ｙ3）／０．２０４3}の位相変調を行う。
【００４０】
まず、被写界深度外処理回路を持たない図３０に示した従来のカメラコントローラ１１７や、カメラコントローラ２内に搭載された被写界深度外処理回路１２にて画像処理回路２７による画像処理を施さない場合について説明する。
【００４１】
観察する被写体は、前記瞳変調素子７ａを含む対物光学系を通して、前記画素ピッチ７μｍの固体撮像素子５上の受光面に結像し、固体撮像素子５によって電気信号（画像信号）に変換される。前記電気信号はカメラコントローラ２（あるいは１１７）内のＡ／Ｄ変換器９にてデジタル信号に変換され、信号変換部１０にて映像信号に変換される。前記映像信号はＤ／Ａ変換器１１によってモニタ４に表示可能なアナログ信号に変換され、モニタ４に被写体が映し出される。
【００４２】
前記撮像ユニット２０に対し、物体距離１３．５ｍｍの位置での固体撮素子５の受光面上での点像強度分布関数（PSF）の面積がもっとも小さくなるようにピント調整を行った。このときの、物体距離を７１ｍｍ、１３．５ｍｍ、７．２ｍｍ、４ｍｍ、３ｍｍとしたときの固体撮像素子５の受光面上での点像、および各物体距離での光軸上の光学的伝達関数のレスポンスについて、光学シミュレーションソフトCode-V（商品名）を用いて計算をおこなった。
【００４３】
この結果、各物体距離における固体撮像素子受光面上での点像の面積は、それぞれ１辺を２２μｍ、１４μｍ、２０μｍ、３１μｍ、５０μｍとした正方形の領域内の大きさの点像として得られた。前記点像について固体撮像素子受光面をＸＹ平面とし、各画素における光の強度（パーセント）をＺ軸とした結果を図５ないし図９に示す。また、各物体距離での光軸上の光学的伝達関数のレスポンスの計算結果を図１０に示す。
【００４４】
図５は、第１の実施の形態を示す瞳変調素子を含む撮像ユニットでの物体距離７１ｍｍの時に得られる点像のシミュレーション結果を説明するための図である。図６は、第１の実施の形態を示す瞳変調素子を含む撮像ユニットでの物体距離１３．５ｍｍの時に得られる点像のシミュレーション結果を説明するための図である。図７は、第１の実施の形態を示す瞳変調素子を含む撮像ユニットでの物体距離７．２ｍｍの時に得られる点像のシミュレーション結果を説明するための図である。図８は、第１の実施の形態を示す瞳変調素子を含む撮像ユニットでの物体距離４ｍｍの時に得られる点像のシミュレーション結果を説明するための図である。図９は、第１の実施の形態を示す瞳変調素子を含む撮像ユニットでの物体距離３ｍｍの時に得られる点像のシミュレーション結果を説明するための図である。図１０は、これらの各物体距離での光軸上の光学的伝達関数のレスポンスの計算結果を説明するための図である。
【００４５】
図５〜図９において、ＸＹ平面は固体撮像素子受光面に相当し、Ｚ軸は光の強度（パーセント）である。ここで、Ｘ軸は、１、２、３、・・の画素番号を示し、Ｙ軸は、１、２、３、・・・で画素番号を示す。なお、ＸＹＺ軸は、図１１〜図１４においても同様の意味である。
【００４６】
図１０においては、Ａは物体距離７１ｍｍ、Ｂは物体距離１３．５ｍｍ、Ｃは物体距離７．２ｍｍ、Ｄは物体距離４ｍｍ、Ｅは物体距離３ｍｍの時の、それぞれの光学的伝達関数のレスポンスである。なお、図１５においても同様である。
【００４７】
物体距離が１３．５ｍｍの場合の点像は、１辺が１４μｍの正方領域、つまり画素ピッチ７μｍの固体撮像素子５の一辺が２画素分、面積にして４画素分に相当する、図６に示される光の強度分布を持つ点像として得られる。また、物体距離が７１ｍｍ、７．２ｍｍ、４ｍｍ、３ｍｍの場合の点像は、それぞれ１辺が２２μｍ、２０μｍ、３１μｍ、５０μｍ、つまり、一辺が３．１画素分、２．９画素分、４．４画素分、７．１画素分に相当する正方領域に、図５、７〜９に示される光の強度分布を持つ点像として得られる。
【００４８】
さらに、画素ピッチ７μmの固体撮像素子５では、ナイキスト周波数は７１ラインペア／ｍｍとなるが、図１０に示したように、物体距離が４ｍｍの位置におけるナイキスト周波数での光学的伝達関数のレスポンスが０．２以上であり、解像していることがわかる。また、物体距離が３ｍｍの位置では、ナイキスト周波数での光学的伝達関数のレスポンスが０．２以下であるため解像しないことがわかる。
【００４９】
比較例として、図２の撮像ユニット２０で瞳変調素子７ａの代わりに同材質の平行平板を用いた通常の光学系の場合について説明する。前記通常の光学系のレンズデータは表１の第７面の形状を自由曲面から平面に変更したものである。前記の瞳変調素子７ａが配置された撮像ユニット２０の場合と同様に、物体距離１３．５ｍｍの位置での固体撮像素子５の受光面上での点像強度分布関数（PSF）の面積がもっとも小さくなるようにピント調整を行った。このときの物体距離を７１ｍｍ、１３．５ｍｍ、７．２ｍｍ、４ｍｍとしたときの固体撮像素子５の受光面上での点像、および各物体距離での光軸上の光学的伝達関数のレスポンスについて、光学シミュレーションソフトCode-V（商品名）を用いて計算をおこなった。
【００５０】
この結果、各物体距離における固体撮像素子受光面上での点像の面積は、それぞれ１辺を１６μｍ、１μｍ、１４μｍ、３６μｍとした正方形の領域内の大きさの点像として得られた。前記点像について固体撮像素子受光面をＸＹ平面とし、各画素における光の強度（パーセント）をＺ軸とした結果を図１１ないし図１４に示す。また、各物体距離での光軸上の光学的伝達関数のレスポンスを図１５に示す。
【００５１】
図１１は、通常の対物光学系における撮像ユニットでの物体距離７１ｍｍの時に得られる点像のシミュレーション結果を説明するための図である。図１２は、通常の対物光学系における撮像ユニットでの物体距離１３．５ｍｍの時に得られる点像のシミュレーション結果を説明するための図である。図１３は、通常の対物光学系における撮像ユニットでの物体距離７．２ｍｍの時に得られる点像のシミュレーション結果を説明するための図である。図１４は、通常の対物光学系における撮像ユニットでの物体距離４ｍｍの時に得られる点像のシミュレーション結果を説明するための図である。図１５において、Ａは物体距離７１ｍｍ、Ｂは物体距離１３．５ｍｍ、Ｃは物体距離７．２ｍｍ、Ｄは物体距離４ｍｍの時の光学的伝達関数のレスポンスである。
【００５２】
物体距離が１３．５ｍｍの場合の点像は、１辺が１μｍの正方領域、つまり画素ピッチ７μｍの固体撮像素子の一辺が１画素分、面積にして１画素分に相当する、図１２に示される光の強度分布を持つ点像として得られる。また、物体距離が７１ｍｍ、７．２ｍｍ、４ｍｍの場合の点像は、それぞれ１辺が１６μｍ、１４μｍ、３６μｍ、つまり、一辺が２．３画素分、２画素分、５．１画素分に相当する正方領域に、図１１、１３、１４に示される光の強度分布を持つ点像として得られる。
【００５３】
さらに、図１５に示したように、ナイキスト周波数での光学的伝達関数のレスポンスが０．２以上となるのは物体距離が７．２ｍｍ以上７１ｍｍ未満のときであることがわかる。
【００５４】
次に、瞳変調素子７ａを含む内視鏡１を、被写界深度外処理回路１２を有するカメラコントローラ２に接続し、さらに被写界深度を拡大する場合について説明する。
【００５５】
被写体までの物体距離が４ｍｍ未満となって解像しなくなった際に内視鏡操作者により、例えばプッシュスイッチやフットスイッチ等の図示しないユーザインターフェースを介し切換操作が行われた場合、被写界深度外処理回路１２内の制御回路２５からの制御信号に伴い切換器２６は映像信号を画像処理回路２７に接続するよう働く。物体距離３ｍｍから４ｍｍ開での瞳変調素子７ａを含む対物光学系６による光学的伝達関数のレスポンス、ならびに瞳変調素子７ａによって発生する非対称な収差（ボケ）を復元するよう構成された画像処理回路２７は、前記解像しなくなった映像信号に対して光学的伝達関数のレスポンスを０．２以上で、かつ非対称な収差を低減するよう働く。前記復元された映像信号は、Ｄ／Ａ変換器１１を通じてモニタ４にて解像した画像として表示される。
【００５６】
（効果）
前述したように、瞳変調素子７ａを含まない通常の内視鏡１１１（図３０参照）を従来のカメラコントローラ１１７（図３０参照）に接続した場合、物体距離７．２ｍｍより近接すると、ナイキスト周波数における光学的伝達関数のレスポンスが０．２より下回るため解像しない。
【００５７】
これに対し、本実施の形態における瞳変調素子７ａを含む内視鏡１を従来のカメラコントローラ１１７（図３０参照）に接続した場合、物体距離４ｍｍでもナイキスト周波数における光学的伝達関数のレスポンスが０．２を上回っているため、解像することがわかる。
【００５８】
さらに、前記瞳変調素子７ａによる位相変調量αは２．４１４と十分小さな値に設定されているため、前記光学的伝達関数のレスポンスが０．２以上となる被写界深度内において瞳変調端子７ａによって発生する非対称な収差（ボケ）は最大でも数画素程度となり非対称な収差はモニタ４上で認識できないレベルとなる。このことから、特別な画像処理回路を必要としなくとも、被写界深度が拡大されていることがわかる。
【００５９】
さらに、本実施の形態における瞳変調素子７ａを含む内視鏡１を、被写界深度外処理回路１２を有するカメラコントローラ２に接続した場合、画像処理回路２７によって物体距離４ｍｍ未満での光学的伝達関数のレスポンスを復元することが可能となるので、物体距離４ｍｍ未満でも解像し、かつ非対称な収差（ボケ）の小さい画像を得ることが可能となる。これにより、さらなる被写界深度の拡大、画質の向上を実現することが可能となる。
【００６０】
ここで、本実施の形態では固体撮像素子の画素ピッチを７μｍのものとしたが、これに限ったものではなく、固体撮像素子受光面上での点像の面積がもっとも小さくなるビント位置における点像の大きさが、一辺を画素ピッチの２画素分、面積にして４画素分となるように明るさ絞り８の開口寸法、および瞳変調素子７ａの形状を調整することで、同様の被写界深度の拡大が可能となる。
【００６１】
また、本実施の形態では固体撮像素子受光面上の点像の面積がもっとも小さくなるピント位置における点像の大きさを、一辺が固体撮像素子の画素ピッチの２画素分、面積にして４画素分となるように調整したか、点像の大きさを、一辺が画素ピッチの６画素分、面積にして３６画素分となるようにした場合、瞳変調素子の変調係数αは７．２４３で、物体距離４ｍｍにおける光学的伝達関数のレスポンスが０．２以上となり、かつ物体距離４ｍｍにおける点像の大きさも一辺が８画素程度であるために、同様の被写界深度の拡大が可能となる。
【００６２】
本実施の形態では瞳変調素子７ａにガラス材料を用いているが、樹脂材料を用いても良い。また、本実施の形態では瞳変調素子７ａは光学的に透明なガラスが用いられているが、特定の波長のみ透過する光学フィルタ材料を用いても良い。
【００６３】
また、本実施の形態での瞳変調素子７ａの形状はＸ軸方向、Ｙ軸方向の光学的伝達関数の変換量を同一としているが、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向で変換量が異なる構成にしても良い。例えば、明るさ絞り８の開口形状を長方形に設定しても良いし、瞳変調素子７ａの自由曲面の形状をＸ軸方向、Ｙ輪方向で異なる係数を使用しても良い。
【００６４】
また、前記明るさ絞り８は円形としても同様の効果が得られる。この場合は、明るさ絞り８と瞳変調素子７ａとの光軸に対する回転方向調整が必要なくなるという効果がある。また、明るさ絞り８は瞳変調素子７ａと別体でなくとも良く、瞳変調素子７ａに蒸着等により直接形成されていても良い。
【００６５】
第２の実施の形態：
図１６は本発明の第２の実施の形態に係るカメラコントローラ（信号処理装置）の構成を示すブロック図である。
【００６６】
（構成）
第２の実施の形態は、第１の実施の形態とほとんど同じであるので、異なる点のみ説明し、同一の構成には同じ符号をつけ説明は省略する。
【００６７】
本実施の形態は、基本的な構成は第１の実施の形態と同じであり、カメラコントローラ内の信号処理回路が異なる。以下、相違点に重点をおいて説明する。
【００６８】
図１６は第２の実施の形態におけるカメラコントローラの概略図を示している。
【００６９】
本実施の形態のカメラコントローラ２ａは、図１６に示すような構成であり、接続された内視鏡１からの画像信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器９と、前記デジタル信号を映像信号に変換する信号変換部１０と、前記映像信号をモニタ４で表示可能なアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器１１と、被写体の明るさに応じて光源装置３の出射光量を制御する自動調光回路３１と、被写界深度外処理回路１２ａとで構成されている。
【００７０】
被写界深度外処理回路１２ａは、自動調光回路３１からの調光信号から物体までの距離を判断し、前記映像信号に画像処理を施すかどうかを判断する制御回路２５と、制御回路４１の判断に応じ、映像信号の切り換えを行う切換器２６と、前記切換器２６からの映像信号に対し、前記瞳変調素子７ａに対応した処理を行う複数の画像処理回路を有する画像処理回路部３２とで構成される。
【００７１】
画像処理回路部３２は、映像信号に対しフィルタ処理を行う回路部であり、物体距離に応じた瞳変調素子７ａを含む対物光学系６による光学的伝達関数のレスポンス、ならびに瞳変調素子７ａによって発生する非対称な収差（ボケ）を復元する画像処理を行うものである。
【００７２】
例えば、本実施の形態においては、画像処理回路部３２には、物体距離３ｍｍから４ｍｍ間を復元する画像処理回路３２ａ、物体距離２ｍｍから３ｍｍ間を復元する画像処理回路３２ｂ、物体距離７１ｍｍ以上を復元する画像処理回路３２ｃが用意されている。
【００７３】
ここで、光学的伝達関数のレスポンスならびに非対称な収差を復元するフィルタ処理は、使用する対物光学系６と瞳変調素子７ａによる各物体距離における光学的伝達関数をシミュレーションにより算出し、その結果に基づいて作成すればよい。
【００７４】
（作用）
瞳変調素子７ａを含む内視鏡１を、被写界深度外処理回路１２ａを有するカメラコントローラ２ａに接続し、被写界深度を拡大する場合について説明する。
【００７５】
信号変換部１０は映像信号として輝度信号Ｙと２つの色差信号Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙを生成する。自動調光回路３１は、前記輝度信号Ｙと基準信号レベルとを比較し、輝度信号Ｙの大小に応じて光源装置３の出射光量を制御する調光信号を発生する。
【００７６】
制御回路２５は、前記調光信号をもとに物体距離を判断し、切換器２６を制御して映像信号を物体距離に応じた画像処理回路部３２の画像処理回路に接続するよう働く。
【００７７】
そして、映像信号は画像処理回路部３２にて所望の復元処理が施され、解像した画像としてモニタ４に映し出される。
【００７８】
最初に、被写界深度よりも物体距離が遠い場合について詳しく説明する。物体距離か遠く照明光不足により輝度信号Ｙのレベルが低下した場合、自動調光回路３１は出射光量の増加を光源装置３へ指示する調光信号を発生する。この調光信号は、光源装置３に接続されるとともに制御回路２５にも接続されており、制御回路２５は物体距離が遠くなったことを判断して、切換器２６により映像信号を物体距離７１ｍｍ以上を復元する画像処理回路部３２の画像処理回路３２ｃに接続する。
【００７９】
そして、物体距離が遠く、光学的伝達関数のレスポンスが低下した映像信号は、画像処理回路３２ｃによって物体距離７１ｍｍ以上に対応した復元処理が施され、解像した映像に復元される。
【００８０】
次に、被写界深度よりも物体距離が近い場合について詳しく説明する。物体距離が近く、照明光が強すぎ輝度信号Ｙが飽和するレベル付近まで上昇した場合、自動調光回路３１は出射光量の減少を光源装置３へ指示する調光信号を発生する。この調光信号を受け、制御回路２５は物体距離が近くなったことを判断し、切換器２６によって映像信号を物体距離３ｍｍから４ｍｍを復元する画像処理回路３２ａに接続する。
【００８１】
そして、物体距離が近くなることで光学的伝達関数のレスポンスが低下し、モニタ４にて認識できる程度の非対称な収差（ボケ）が拡大した映像信号は、画像処理回路３２ａによって物体距離３ｍｍから４ｍｍに対応した復元処理が施され、解像した映像に復元される。
【００８２】
さらに、物体距離が近づいた場合について詳しく説明する。物体距離がさらに近くなり、輝度信号Ｙのレベルがさらに上昇した場合、自動調光回路３４は出射光量の更なる減少を指示する明光信号を発生する。この調光信号を受け、制御回路２５は物体距離がさらに近くなったと判断し、切換器２６によって映像信号を物体距離２ｍｍから３ｍｍを復元する画像処理回路３２ｂに接続する。
【００８３】
そして、物体距離３ｍｍから４ｍｍを復元する画像処理回路３２ａでは復元できない光学的伝達関数のレスポンス低下、非対称な収差（ボケ）の発生した映像信号に対し、画像処理回路３２ｂは物体距離２ｍｍから３ｍｍに対応した復元処理を施し、解像した映像に復元する。
【００８４】
（効果）
前述したように、内視鏡システムに一般的に用意されている自動調光回路を利用した距離検出手段と、距離に応じた復元処理を施すことによって、内視鏡操作者による操作を必要とせずに被写界深度を拡大することが可能となる。さらに、距離に応じた複数の復元処理を施すことができるため、さらなる画質の向上が可能となる。
【００８５】
なお、本実施の形態では物体距離の検知を自動調光信号を用いて行ったが、例えば赤外線や超音波等を照射する測距センサや三角測量方式を用いた測距センサを用いても良い。この場合、精度の良い測距が可能となり、最適な画像処理回路を確実に選択できるという効果がある。
【００８６】
また、映像信号の高周波域の出力が最大となるように前記画像処理回路を切り換えて、最適な画像処理回路を選択する手法を用いても良い。この場合、観察する画像が最適となるように画像処理回路が選択されるため、画質向上の効果が期待できる。
【００８７】
さらに、前記複数の測距手段を組み合わせて使用することで、最適な画像処理回路を選択することが可能となる。
【００８８】
また、本実施の形態では画像処理回路を遠点側１種類、近点側２種類設けたが、これに限ったものではなく、物体距離に応じて複数の画像処理回路を設けても良い。この場合の画像処理回路も同様に、物体距離に応じた光学的伝達関数をシミュレーションにより算出し、その結果に基づいて作成すればよい。
【００８９】
さらに、本実施の形態では瞳変調素子を含む対物光学系１種類の画像処理回路について記載したが、複数種の瞳変調素子を含む対物光学系に対応した画像処理回路をカメラコントローラに設けておけば、複数種の内視鏡に対し、被写界深度の拡大、並びに画質の向上を実現することができる。この際、内視鏡に搭載されている瞳変調素子を含む対物光学系に応じた画像処理回路の選定のために、各内視鏡の種類を判別する判別手段が設けられていて、各内視鏡とカメラコントローラを接続する際に、最適な画像処理が選択できるようにしておくこともできる。
【００９０】
［付記］
（付記項１）対物光学系の光学像を固体撮像素子にて撮像する複数種の内視鏡と、前記固体撮像素子からの信号をモニタに表示可能な映像信号に変換する複数の信号処理装置とを、組み合わせて接続使用される電子内視鏡システムにおいて、
少なくとも１つの前記内視鏡の対物光学系は、光位相変調マスクを有し、
前記光位相変調マスクは、物体距離に応じた光学的伝達関数の変化が、前記光位相変調マスクを持たない対物光学系よりも小さくなるように作用するよう配置され、
前記信号処理装置は、前記光位相変調マスクにより変更された光学的伝達関数に対し、物体距離に応じた複数の光学的伝達関数復元処理を施す復元処理手段を有する
ことを特徴とした電子内視鏡システム。
【００９１】
付記項１の電子内視鏡システムでは、光位相変調マスクを有する対物光学系は、光位相変調マスクを持たない場合の対物光学系の被写界深度よりも、物体距離に応じた光学的伝達関数の変化が小さくなるように作用する。前記光位相変調マスクを有する対物光学系を用いた内視鏡の固体操像素子からの画像信号は、物体距離に応じて、光前記復元処理手段により復元され、モニタに映し出される。これにより、物体距離に応した最適な画質が得られる。
【００９２】
（付記項２） 前記光位相変調マスクを有する対物光学系の前記光学的伝達関数のレスポンスは、前記光位相変調マスクを持たない場合の対物光学系の被写界深度よりも広い物体距離にわたって、前記固体撮像素子のテイキスト周波数までレスポンスが０．２以上ある
ことを特徴とする付記項１に記載の電子内視鏡システム。
【００９３】
付記項２の電子内視鏡システムでは、光位相変調マスクの位相変調量によって、通常の対物光学系と比較して、光位相変調マスクによって変更された光学的伝達関数のレスポンスが、固体撮像素子のナイキスト周波数まで０．２以上となるため、通常の対物光学系と比較し広い被写界深度にわたって解像する。これにより、光位相変調マスクを有する対物光学系を用いた内視鏡においても、光位相変調マスクの逆変換を行う画像処理を持たない一般的な内視鏡システムの信号処理装置に接続可能となる。
【００９４】
（付記項３） 点像の前記固体撮像素子受光面上の面積が最も小さくなる物体距離において、前記光位相変調マスクを有する内視鏡の対物光学系の前記点像の固体撮像素子受光面上の面積Ｗは、前記固体撮像素子の画素ピッチをＰとしたときに、
Ｗ≦３６×Ｐ2
を満たす
ことを特徴とする付記項１または２に記載の電子内視鏡システム。
【００９５】
付記項３の電子内視鏡システムでは、光位相変調マスクの位相変調量によって、光位相変調マスクを有する対物光学系の光学的伝達関数の固体撮像素子受光面上の点像の面積Ｗは、Ｗ≦３６×Ｐ2となる。これにより、光位相変調マスクを有する対物光学系の光学的伝達関数のレスポンスが、広い物体距雄にわたって、固体撮像素子のナイキスト周波数まで０．２以上となる。また、光位相変調マスクによって発生する非対称なボケの大きさは固体撮像素子の数画素程度と十分に小さいため、非対称デジタルフィルタのような光学的伝達関数復元手段を必要としない。
【００９６】
（付記項４） 前記光位相変調マスクは、前記対物光学系の光軸をＺ軸としたときに互いに直交する２軸をＸ、Ｙとしたとき、波長５８７．５６ｎｍの光に対して
ｅｘｐ{ｉ×α（Ｘ3＋Ｙ3）} （但し、｜Ｘ｜≦１、｜Ｙ｜≦１）
の位相の変換を行うものであり、前記係数αは８以下である
ことを特徴とする付記項１、２または３のいずれかに記載の電子内視鏡システム。
【００９７】
付記項４の電子内視鏡システムでは、光位相変調マスクによって変換される位相は、前記対物光学系の光軸をＺ軸としたときに互いに直交する２軸をＸ、Ｙとしたとき、波長５８７．５６ｎｍの光に対してｅｘｐ{ｉ×α（Ｘ3＋Ｙ3）}において、係数αが８以下となる。これにより、光位相変調マスクによって変更された光学的伝達関数のレスポンスか固体撮像素子のナイキスト周波数まで０．２以上となる。
【００９８】
（付記項５） 前記固体撮像素子のナイキスト周波数まで前記光学的伝達関数のレスポンスが０．２以上ある物体距離では、前記位相変調マスクに応じた光学的伝達関数復元処理を施さず、前i己光学的伝達関数のレスポンスが０．２未満となる物体距離において、前記物体距離に応じた複数の光学的伝達関数復元処理を施す
ことを特徴とする付記項２に記載の電子内視鏡システム。
【００９９】
付記項５の電子内視鏡システムでは、前記固体撮像素子のナイキスト周波数まで前記光学的伝達関数のレスポンスが０．２以上ある物体距離では、光位相変調マスクに応じた光学的伝達関数復元手段を施さず、前記光学的伝達関数のレスボンスが０．２未満となる物体距離では、前記物体距離に応じた光学的伝達関数復元処理を施す。前記光位相変調マスクを有する内視鏡を光学的伝達関数復元手段をもたない信号処理回路に接続した場合、被写界深度か拡大される。さらに、前記光位相変調マスクに対応する光学的伝達関数復元手段を有する信号処理回路に接続した場合、さらなる被写界深度の拡大が図れ、高解像な画質が得られる。
【０１００】
（付記項６） 対物光学系の光学像を固体撮像素子にて撮像する複数種の内視鏡と、前記固体撮像素子からの信号をモニタに表示可能な映像信号に変換する複数の信号処理装置を、組み合わせて接続使用される竜子内視鏡システムにおいて、
少なくとも１つの内視鏡の対物光学系は、光位相変調マスクを有し、
前記光位相変調マスクは、物体距離に応じた光学的伝達関数の変化が、前記光位相変調マスクを持たない対物光学系よりも小さくなるように作用し、かつ、前記光位相変調マスクを有する対物光学系の前記光学的伝達関数のレスポンスが、前記光位相変調マスクを持たない場合の対物光学系の被写界深度よりも広い物体距離にわたって、前記固体撮像素子のナイキスト周波数までレスポンスが０．２以上あるよう配置され、
前記信号処理装置は、前記光位相変調マスクにより変更された光学的伝達関数に対し、物体距離に応じた複数の光学的伝達関数復元処理を施す復元処理手段を有し、前記復元処理手段は前記固体撮像素子のナイキスト周波数まで前記光学的伝達関数のレスポンスが０．２以上ある物体距離では、前記位相変調マスクに応じた光学的伝達関数復元処理を施さず、前記光学的伝達関数のレスポンスが０．２未満となる物体距離において、前記物体距離に応じた複数の光学的伝達関数復元処理を施す
ことを特徴とする電子内視鏡システム。
【０１０１】
付記項６の電子内視鏡システムでは、光位相変調マスクを有する対物光学系は、光位相変調マスクを持たない通常の対物光学系の被写界深度よりも、物体距離に応じた光学的伝達関数の変化が小さくなるように作用する。前記固体撮像素子のナイキスト周波数まで前記光学的伝達関数のレスポンスが０．２以上ある物体距離では、光位相変調マスクに応じた光学的伝達関数復元手段を施さず、前記光学的伝達関数のレスポンスが０．２未満となる物体距離では、前記物体距離に応じた光学的伝達関数復元処理を施す。前記光位相変調マスクを有する内視鏡を光学的伝達関数復元手段をもたない信号処理回路に接統した場合、被写界深度が拡大される。さらに、前記光位相変調マスクに対応する光学的伝達関数復元手段を有する信号処理回路に接続した場合、さらなる被写界深度の拡大が図れ、高解像な画像が得られる。
【０１０２】
（付記項７） 前記光位相変調マスクを含む対物光学系に用いられる明るさ絞りの開口形状は、円形である
ことを特徴とする付記項１または付記項６に記載の電子内視鏡システム。
【０１０３】
（付記項８） 物体距離を検出する物体距離検出手段を有し、前記復元処理手段は前記物体距離検出手段によって検出された物体距離に応じて切り換えられる複数の光学的伝達関数復元処理回路を有する
ことを特徴とする付記項１または付記項６に記載の電子内視鏡システム。
【０１０４】
付記項８の電子内視鏡システムでは、物体距離検出手段によって、自動的に物体距離に応じた光学的伝達関数復元処理回路か選択されるため、特別な操作を必要とせずに被写界深度拡大、画質の向上が可能となる。
【０１０５】
（付記項９） 前記物体距離検出手段は、固体撮像素子からの撮像信号を用いて自動調光するための調光信号により距離を検出する手段である
ことを特徴とする付記項８に記載の電子内視鏡システム。
【０１０６】
付記項９の電子内視鏡システムでは、物体距離と明るさの関係を利用して、一般的な内視鏡システムに搭載されている自動調光を用い、物体距離を検出する。
【０１０７】
（付記項１０） 撮像信号の高周波域の出力が最大となるように、前記複数の光学的伝達関数復元処理回路を切り換える
ことを特徴とする付記項８に記載の電子内視鏡システム。
【０１０８】
付記項１０の電子内視鏡システムでは、撮像信号の高周波域の出力を最大とするよう光学的伝達関数復元処理回路を切り換えるため、高画質な映像が得られる。
【０１０９】
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。
【０１１０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、内視鏡光学系に配置した光位相変調マスクに応じた復元処理手段が搭載されていない信号処理装置に、光位相変調マスクを有した内視鏡を接続しても、被写界深度の拡大、ならびに高解像の画像を生成でき、かつ、光位相変調マスクに応じた復元処理手段か搭載されている信号処理装置に、前記光位相変調マスクを有じた内視鏡を接続した場合は被写界深度の更なる拡大、ならびに更なる高解像の画像を生成できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る内視鏡システムの概略の構成を示す構成図
【図２】図１の光位相変調マスクを含む撮像ユニットの構成を説明するための図
【図３】図２の明るさ絞りを配置した瞳変調素子の構造を説明するための概略説明図
【図４】図１のカメラコントローラ（信号処理装置）の構成を示すブロック図
【図５】図２の瞳変調素子を含む撮像ユニットの物体距離７１ｍｍのときに得られる点像のシミュレーション結果を説明するための図
【図６】図２の瞳変調素子を含む撮像ユニットの物体距離１３．５ｍｍのときに得られる点像のシミュレーション結果を説明するための図
【図７】図２の瞳変調素子を含む撮像ユニットの物体距離７．２ｍｍのときに得られる点像のシミュレーション結果を説明するための図
【図８】図２の瞳変調素子を含む撮像ユニットの物体距離４ｍｍのときに得られる点像のシミュレーション結果を説明するための図
【図９】図２の瞳変調素子を含む撮像ユニットの物体距離３ｍｍのときに得られる点像のシミュレーション結果を説明するための図
【図１０】図２の瞳変調素子を含む撮像ユニットの各物体距離の光学的伝達関数のレスポンスのシミュレーション結果を説明するための図
【図１１】通常の光学系における図２の撮像ユニットの物体距離７１ｍｍのときに得られる点像のシミュレーション結果を説明するための図
【図１２】通常の光学系における図２の撮像ユニットの物体距離１３．５ｍｍのときに得られる点像のシミュレーション結果を説明するための図
【図１３】通常の光学系における図２の撮像ユニットの物体距離７．２ｍｍのときに得られる点像のシミュレーション結果を説明するための図
【図１４】通常の光学系における図２の撮像ユニットの物体距離４ｍｍのときに得られる点像のシミュレーション結果を説明するための図
【図１５】通常の光学系における図２の撮像ユニットの各物体距離についての光学的伝達関数のレスポンスのシミュレーション結果を説明するための図
【図１６】本発明の第２の実施の形態に係るカメラコントローラ（信号処理装置）の構成を示すブロック図
【図１７】従来例による拡大被写界深度光学系の構成を概略的に示す図
【図１８】従来例によるキュービック位相変調マスクの外観形状を説明するための図
【図１９】通常の光学系において物体が焦点位置にあるときの光学的伝達関数（ＯＴＦ）のレスポンスを示すグラフ
【図２０】通常の光学系において物体が焦点位置から外れたときの光学的伝達関数（ＯＴＦ）のレスポンスを示すグラフ
【図２１】通常の光学系において物体が焦点位置から図２０のときよりも更に外れたときの光学的伝達関数（ＯＴＦ）のレスポンスを示すグラフ
【図２２】拡大被写界深度光学系において物体が焦点位置にあるときの光学的伝達関数（ＯＴＦ）のレスポンスを示すグラフ
【図２３】拡大被写界深度光学系において物体が焦点位置から外れたときの光学的伝達関数（ＯＴＦ）の強度分布を示すグラフ
【図２４】拡大被写界深度光学系において物体が焦点位置から図２３のときよりも更に外れたときの光学的伝達関数（ＯＴＦ）のレスポンスを示すグラフ
【図２５】拡大被写界深度光学系において光学的伝達関数（ＯＴＦ）のレスポンスに対して行なわれる処理の逆フィルタの特性を示すグラフ
【図２６】図２２の光学的伝達関数（ＯＴＦ）のレスポンスに対して図２５の特性を持つ逆フィルタによる処理を行なって得られる光学的伝達関数（ＯＴＦ）のレスポンスを示すグラフ
【図２７】図２３の光学的伝達関数（ＯＴＦ）のレスポンスに対して図２５の特性を持つ逆フィルタによる処理を行なって得られる光学的伝達関数（ＯＴＦ）のレスポンスを示すグラフ
【図２８】図２４の光学的伝達関数（ＯＴＦ）のレスポンスに対して図２５の特性を持つ逆フィルタによる処理を行なって得られる光学的伝達関数（ＯＴＦ）のレスポンスを示すグラフ
【図２９】複数種の内視鏡を接続し、被写体の画像をモニタで観察するための従来の内視鏡システムの概略の構成を示す構成図
【図３０】図２９の従来のカメラコントローラの構成を示すブロック図
【符号の説明】
１…内視鏡
２…カメラコントローラ（信号処理装置）
３…光源装置
４…モニタ
５…固体撮像素子
６…対物光学系
７…位相変調マスク
７ａ…瞳変調素子
８…明るさ絞り
９…Ａ／Ｄ変換部
１０…信号変換部
１１…Ｄ／Ａ変換部
１２…被写界深度外処理回路
２０…撮像ユニット
２５…制御回路
２６…切換器
２７…画像処理回路
Claims (4)
- 対物光学系の光学像を固体撮像素子にて撮像する複数種の内視鏡と、前記固体撮像素子からの信号をモニタに表示可能な映像信号に変換する信号処理装置とを、組み合わせて接続使用される電子内視鏡システムにおいて、
少なくとも１つの前記内視鏡の対物光学系は、光位相変調マスクを有し、
前記光位相変調マスクは、物体距離に応じた光学的伝達関数の変化が、前記光位相変調マスクを持たない対物光学系よりも小さくなるように作用するよう配置され、
前記信号処理装置は、前記光位相変調マスクにより変更された光学的伝達関数に対し、光学的伝達関数復元処理を施す復元処理手段と、前記信号に対して前記光学的伝達関数復元処理を施すか否かを切り換える切換手段とを有することを特徴とした電子内視鏡システム。 - 前記切換手段の切り換えは、ユーザインターフェースを介して行われる切換操作によって行われることを特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡システム。
- さらに、前記物体距離を判断する物体距離判断手段を有し、
前記切換手段は、前記復元処理手段が、前記物体距離判断手段により判断された前記物体距離に応じた前記光学的伝達関数復元処理を施すように切り換えられることを特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡システム。 - 対物光学系の光学像を固体撮像素子にて撮像する複数種の内視鏡が接続可能であって、前記固体撮像素子からの信号をモニタに表示可能な映像信号に変換する電子内視鏡システム用の信号処理装置であって、
前記対物光学系に設けられた光位相変調マスクが、物体距離に応じた光学的伝達関数の変化が前記光位相変調マスクを持たない対物光学系よりも小さくなるように作用するように、配置された前記内視鏡が接続された場合に、前記光位相変調マスクにより変更された光学的伝達関数に対し、光学的伝達関数復元処理を施す復元処理手段と、
前記信号に対して前記光学的伝達関数復元処理を施すか否かを切り換える切換手段と、
を有する電子内視鏡システム用の信号処理装置。
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