JP4460909B2 - 電子内視鏡システム及び信号処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子内視鏡システム及び電子内視鏡から出力される信号の処理を行う信号処理装置に関し、特に対物光学系の被写界深度を拡大するようにした電子内視鏡システム及び信号処理装置に関する。

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システムが普及している。このような電子内視鏡システムは、観察する部位に応じて種々の内視鏡が用いられており、光源装置や信号処理回路を含む信号処理装置等に接続されて使用されている。

上記内視鏡に接続される信号処理装置は、上記種々の内視鏡のうち１つを選択的に接続して、この接続した内視鏡内に設けた固体撮像素子の撮像信号を画像処理し、生成した映像信号をモニタに出力してモニタの表示画面に内視鏡画像を表示させている。

一般的な内視鏡には、光学系の簡易さ、操作性の良さから、対物光学系として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なっている。

しかしながら、一般的な内視鏡は、上記固定焦点光学系により被写界深度を広くすると、光学系のＦナンバー（絞り値）を大きくする必要がある。このため、一般的な内視鏡は、明るさが低下するといった問題が生じる。更に、一般的な内視鏡は、光の回折限界（レーリーの回折限界理論）等から被写界深度の拡大において限界がある。

一方、これに対し、従来の電子内視鏡システムは、例えば、特開２００３−１９９７０８号公報に記載されているように光位相変調マスクを用いて対物光学系の被写界深度を拡大するようにしたシステムが提案されている。

図１０は、光位相変調マスクを用いて対物光学系の被写界深度を拡大するようにした従来の電子内視鏡システムの構成を示す図である。
図１０に示すように、従来の電子内視鏡システム１００は、対物光学系１０１ａによって得られた被写体像固体撮像素子１０１ｂによって撮像する、複数種の内視鏡がカメラコントローラ１０２に接続されモニタ１０３の表示画面に内視鏡画像を表示するように構成されており、少なくとも１つの内視鏡１０１の対物光学系１０１ａが光位相変調マスク１０１ｃを有している。尚、符号１０４は、内視鏡１０１に照明光を供給する光源装置である。

上記光位相変調マスク１０１ｃは、物体距離に応じた光学的伝達関数の変化が、光位相変調マスク１０１ｃ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ている。このため、上記光位相変調マスク１０１ｃを含む対物光学系１０１ａは、上記光位相変調マスク１０１ｃを含まない通常の対物光学系に対し光学的伝達関数を変更し、通常の撮像光学系よりも大きな被写界深度にわたって、光の強度にはほとんど影響しないように光学的伝達関数を変更するようになっている。

従って、上記従来の電子内視鏡システム１００は、内視鏡画像の全画像領域に亘って復元処理を施す復元処理手段を設けているので、上記光位相変調マスク１０１ｃを有した内視鏡１０１を接続しても、被写界深度を拡大した高解像の内視鏡画像を得ることが可能である。
特開２００３−１９９７０８号公報

上記特開２００３−１９９７０８号公報に記載の電子内視鏡システムは、上記光位相変調マスクによって光軸を軸とした回転非対称な収差（ぼけ）が発生する。この収差は、固体撮像素子のダイナミックレンジ内の光量では、モニタの表示画面上で認識できないレベルの大きさになるよう上記光位相変調マスクの変調量が調整されている。

また、上記特開２００３−１９９７０８号公報に記載の電子内視鏡システムは、固体撮像素子のダイナミックレンジを越える輝点が入射された場合、この輝点が上記光位相変調マスクにて影響を受け、回転非対称な輝点として固体撮像素子の受光面上に結像する。
上記輝点は、略円形の輝点と異なり、回転非対称な異型の輝点となってモニタの表示画面に表示される。また、上述したようにモニタの表示画面上において、収差が認識できない大きさになるよう上記光位相変調マスクの変調量を調整しているため、被写界深度内と被写界深度外との収差の大きさが大きく異なる輝点となる。

上記異型の輝点を復元するために、画像全体に上記光位相変調マスクによる変調を復元する復元処理を施す手法が考えられるが、画像全体に上記光位相変調マスクによる変調を復元する復元処理を施した場合、被写界深度外の輝点を有効に軽減するような復元処理を掛けてしまうと、深度内において不必要な復元処理が施され画質が低下することになる。

本発明は、上述した点に鑑みてなされたもので、光位相変調マスクを含む対物光学系を有し、固体撮像素子のダイナミックレンジを越える輝点が入射された際でも、画像の品位が低下しない電子内視鏡システム及び信号処理装置を提供することを目的とする。

本発明による第１の電子内視鏡システムは、対物光学系によって得られた被写体像を撮像するための固体撮像素子を有する内視鏡と、前記内視鏡の前記対物光学系に設けられ、この対物光学系の光軸を軸として非対称な光学的伝達関数を有する光位相変調マスクと、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を復元する復元処理手段と、前記固体撮像素子に飽和レベルの光量が入射した際に、この固体撮像素子における飽和領域の位置と大きさを検知するための検知手段を有する信号処理装置と、を備えた電子内視鏡システムであって、前記光位相変調マスクは、物体距離に応じた前記光学的伝達関数の変化が光位相変調マスクが設けられない対物光学系よりも小さくなるように配置されると共に、前記復元処理手段は、前記検知手段により検知した前記固体撮像素子の飽和領域付近にのみ復元処理を行うことを特徴としている。
また、本発明による第２の電子内視鏡システムは、対物光学系によって得られた被写体像を撮像するための固体撮像素子を有する内視鏡と、前記内視鏡の前記対物光学系に設けられ、この対物光学系の光軸を軸として非対称な光学的伝達関数を有する光位相変調マスクと、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を復元する復元処理手段と、前記固体撮像素子に飽和レベルの光量が入射した際に、この固体撮像素子における飽和領域の位置と大きさを検知するための検知手段とを有する信号処理装置と、物体距離を検出する距離検出手段と、を備えた電子内視鏡システムであって、前記光位相変調マスクは、物体距離に応じた前記光学的伝達関数の変化が光位相変調マスクが設けられない対物光学系よりも小さくなるように配置されると共に、前記復元処理手段は、物体距離に応じた複数の復元処理手段を有し、前記検知手段により検知した前記固体撮像素子の飽和領域付近にのみ物体距離に応じた復元処理を行うことを特徴としている。
また、本発明による第３の電子内視鏡システムは、前記第２の電子内視鏡システムにおいて、前記復元処理手段は、物体距離に応じた複数の復元処理を有することを特徴としている。
本発明による第１の信号処理装置は、被写体像を得るための対物光学系に、この対物光学系の光軸を軸として非対称な光学的伝達関数を有する光位相変調マスクを備え、前記光位相変調マスクは物体距離に応じた前記光学的伝達関数の変化が光位相変調マスクを設けない場合よりも小さくなるように配置されている、前記対物光学系によって得られた被写体像を撮像するための固体撮像素子を有する内視鏡に接続され、前記固体撮像素子からの被写体像に応じた出力信号の処理を行う信号処理装置であって、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を復元する復元処理手段と、前記固体撮像素子に飽和レベルの光量が入射した際に、この固体撮像素子における飽和領域の位置と大きさを検知するための検知手段とを備え、前記復元処理手段は、前記検知手段により検知した前記固体撮像素子の飽和領域付近にのみ復元処理を行うことを特徴とすしている。
また、本発明による第２の信号処理装置は、被写体像を得るための対物光学系に、この対物光学系の光軸を軸として非対称な光学的伝達関数を有する光位相変調マスクを備え、前記光位相変調マスクは物体距離に応じた前記光学的伝達関数の変化が光位相変調マスクを設けない場合よりも小さくなるように配置されている、前記対物光学系によって得られた被写体像を撮像するための固体撮像素子を有する内視鏡に接続され、前記固体撮像素子からの被写体像に応じた出力信号の処理を行う信号処理装置であって、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を復元する復元処理手段と、前記固体撮像素子に飽和レベルの光量が入射した際に、この固体撮像素子における飽和領域の位置と大きさを検知するための検知手段とを備え、前記復元処理手段は、前記検知手段により検知した前記固体撮像素子の飽和領域付近にのみ物体距離に応じた復元処理を行うことを特徴としている。
また、本発明による第３の信号処理装置は、前記第２の信号処理装置において、前記復元処理手段は、物体距離に応じた複数の復元処理を有することを特徴としている。

本発明の電子内視鏡システム及び信号処理装置は、光位相変調マスクを含む対物光学系を有し、固体撮像素子のダイナミックレンジを越える輝点が入射された際でも、画像の品位が低下しないという効果を有する。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

図１ないし図８は本発明の第１実施例に係わり、図１は第１実施例の電子内視鏡システムを示す全体構成図、図２は図１の光位相変調マスクを含む撮像ユニットを示す構成図、図３は明るさ絞り部材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であり、図３（Ａ）は明るさ絞り部材を配置した瞳変調素子の正面図、図３（Ｂ）は明るさ絞り部材を配置した瞳変調素子を、光軸とＹ軸を含む平面で切断した断面図、図４は図３の明るさ絞り部材を配置した瞳変調素子の構造の変形例を示す概略説明図、図５は図１の信号処理装置の内部構成を示す回路ブロック図、図６は瞳変調素子を含む撮像ユニットの物体距離４ｍｍの時に得られる点像のシミュレーション結果を示すグラフ、図７は輝点の位置及び大きさを示す概念図であり、図７（Ａ）は固体撮像素子の受光面を示す概念図、図７（Ｂ）は図７（Ａ）のＡ部拡大図、図８はマスク処理部にてマスク処理が施される領域を説明した概念図である。

図１に示すように、第１実施例の電子内視鏡システム１は、後述の撮像手段を備えた電子内視鏡（以下、単に内視鏡）２と、前記内視鏡２に着脱自在に接続され、この内視鏡２に照明光を供給する光源装置３と、前記内視鏡２に着脱自在に接続され、前記内視鏡２の前記撮像手段を制御すると共に、この撮像手段から得られた信号を信号処理して標準的な映像信号を出力する信号処理装置４と、前記信号処理装置４で信号処理して得られた内視鏡画像を表示するモニタ５とを有して構成されている。

前記内視鏡２は、細長な挿入部１１と、この挿入部１１の基端側に連設された太径な操作部１２とを有して構成されている。
前記内視鏡２の挿入部先端部１１ａには、挿入部１１に挿通配設され、前記光源装置３からの照明光を伝達するライトガイド１３の先端側が配置されており、照明光学系１４を介して被写体を照明するようになっている。また、前記内視鏡２の挿入部先端部１１ａには、前記照明光学系１４に隣接して被写体の像を取り込む対物光学系１５が配置されており、この対物光学系１５の後方には固体撮像素子１６ａを有する撮像部１６が配置されている。前記対物光学系１５と前記撮像部１６とは、後述するように撮像ユニット１７を構成している。

尚、本実施例の内視鏡システム１では、複数種の内視鏡２を接続することができるようになっており、これら複数種の内視鏡２のうち、少なくとも１つの内視鏡２は、その対物光学系１５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１８が設けられている。

撮像ユニット１７は、図２に示すように前記固体撮像素子１６ａの前面にカバーガラス等を配置した撮像部１６と、この撮像部１６の固体撮像素子１６ａに被写体像を結像する対物光学系１５とにより構成されている。前記固体撮像素子１６ａは、例えば、画素ピッチが７μｍである。

図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、入射光に垂直なＸＹ平面に平行に明るさ絞り部材１９が設けられており、光が入射する方向から見て明るさ絞り部材１９の背面の位置に、光位相変調マスク１８として瞳変調素子１８ａが配置されている。そして、明るさ絞り部材１９の開口部１９ａを通して入射した光は、前記瞳変調素子１８ａに入射するようになっている。

前記瞳変調素子１５は、例えば屈折率１．５２３の光学的に透明なガラスにより形成されており、広い被写界深度にわたって光学的伝達関数が略一定となる変換手段である。この瞳変調素子１８ａは、前記対物光学系１５の光軸をＺ軸とし、このＺ軸と直交する面内をＸ、Ｙ軸としたときに、Ｚ＝α（Ｘ^３＋Ｙ^３）の形状をした自由曲面部１８ｂを有しており、本実施例では変調係数αを０．０５１としている。
更に、前記瞳変調素子１８ａは、前記明るさ絞り部材１９と嵌合するために、前記自由曲面部１８ｂの外部で、且つ明るさ絞り部材１９と対向する面内に２個の突起部１８ｃが形成されている。

一方、前記明るさ絞り部材１９は、正方形の開口部１９ａを有し、この開口部１９ａの外部で、前記瞳変調素子１８ａに形成された突起部１８ｃと対向する部分に位置決め穴１９ｂが形成されている。前記開口部１９ａは、例えば、正方形の形状が一辺０．４０８ｍｍである。

前記瞳変調素子１８ａの前記突起部１８ｃと、前記明るさ絞り部材１９の前記位置決め穴１９ｂとがそれぞれ嵌合し当接することによって、瞳変調素子１８ａの自由曲面部１８ｂのＸ軸及びＹ軸は、明るさ絞り部材１９の開口部１９ａの各辺と平行で、且つ自由曲面部１８ｂの原点と、開口部１９ａの中心とが一致し、前記瞳変調素子１８ａと前記明るさ絞り部材１９とが位置決めされる。

尚、図３（Ａ），（Ｂ）に示す前記瞳変調素子１８ａの突起部１８ｃと前記明るさ絞り部材１９の前記位置決め穴１９ｂとは、それぞれ２つ設けているが、図４に示すように前記瞳変調素子１８ａの突起部１８ｃと前記明るさ絞り部材１９の前記位置決め穴１９ｂとはそれぞれ４つ設けていても良い。

また、前記瞳変調素子１８ａは、Ｘ軸，Ｙ軸がそれぞれ前記固体撮像素子１６ａの受光面の横方向（Ｈ方向）、縦方向（Ｖ方向）と一致するように撮像ユニット１７内に配置されている。本実施例において、前記瞳変調素子１８ａは、波長５８７．６ｎｍの平行光に対し、ｅｘｐ｛ｉ×２．４１４（Ｘ^３＋Ｙ^３）／０．２０４3｝の位相変調を行うようになっている。

また、前記対物光学系１５は、物体距離１３．５ｍｍの位置においての前記固体撮像素子１６ａの受光面上の点像強度分布関数（ＰＳＦ）の面積が最も小さくなるようにピント調整を行なっている。

前記固体撮像素子１６ａには、撮像信号を伝達する撮像ケーブルが電気的、機械的に接続されており、図示しない内視鏡２のコネクタケーブルを介して前記信号処理装置４に接続されている。

図５に示すように前記信号処理装置４は、内視鏡２の固体撮像素子１６ａからの撮像信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器２１と、このＡ／Ｄ変換器２１からのディジタル信号を映像信号に変換する信号変換部２２と、前記固体撮像素子１６ａにダイナミックレンジを越える輝点が入射したときに発生する前記映像信号における飽和信号の、映像上の位置と映像上の大きさとを検出する輝点検出部２３と、前記輝点検出部２３により検出した前記映像信号における飽和信号の位置付近のみに復元処理を施すために、映像信号にマスク処理を施すマスク処理部２４と、前記瞳変調素子１８ａによって変調された光学的伝達関数を復元する復元処理を行う復元処理部２５と、この復元処理部２５により復元処理された映像信号に前記マスク処理部２４によりマスク処理を施した映像信号を加算する加算器２６と、この加算器２６からの映像信号をモニタ５で表示可能なアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器２７と、前記信号変換部２２からの映像信号に基づき、照明光が適切な明るさとなるよう光源装置３から供給される照明光の光量を調整する自動調光部２８とを有して構成されている。

このように構成されている電子内視鏡システム１を用い、内視鏡２の挿入部１１を患者の体腔内に挿入して内視鏡観察を行う。
電子内視鏡システム１は、光源装置３から照明光を内視鏡２のライトガイド１３に供給される。ライトガイド１３から伝達された照明光は、照明光学系１４を介して挿入部先端部１１ａの照明光学系１４から被写体を照明する。照明された被写体は、対物光学系１５により被写体像を取り込まれる。そして、取り込まれた被写体像は、対物光学系１５により固体撮像素子１６ａの受光面上に結像される。

ここで、上述したように前記撮像ユニット１７は、前記瞳変調素子１８ａと前記明るさ絞り部材１９とを含む対物光学系１５を用いて、物体距離１３．５ｍｍの位置での固体撮像素子１６ａの受光面上での点像強度分布関数（ＰＳＦ）の面積が最も小さくなるようにピント調整を行なっている。この場合、前記固体撮像素子１６ａの受光面上の点像の大きさは、一辺が固体撮像素子１６ａの画素ピッチの２画素分で、面積にして４画素分となる。

この撮像ユニット１７において、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以上となり解像する被写界深度は、４ｍｍから７１ｍｍとなる。そして、被写界深度４ｍｍの際の点像強度分布関数（ＰＳＦ）の大きさは、一辺が固体撮像素子の画素ピッチの約４画素程度となる。尚、前記瞳変調素子１８ａの代わりに同材質の平行平板を用いた場合の被写界深度は、７．２ｍｍから７１ｍｍである。
従って、前記瞳変調素子１８ａを含む撮像ユニット１７は、被写界深度が拡大されている。

そして、被写体像は、前記画素ピッチ７μｍの固体撮像素子１６ａ上の受光面に結像し、前記固体撮像素子１６ａによって撮像信号に変換される。この撮像信号は、信号処理装置４内のＡ／Ｄ変換器２１にてディジタル信号に変換され、信号変換部２２にて映像信号に変換される。
自動調光部２８は、前記映像信号から映像全体の明るさを検知し、この映像全体の平均値が固体撮像素子１６ａのダイナミックレンジ内の予め決められた設定値となるよう光源装置３を制御するように自動調光信号を発生する。

光源装置３は、自動調光信号に基づき、映像全体が明るすぎて白トビする場合は減光し、暗すぎて被写体が見えない場合は増光して、適切な光量に調整する。尚、光源装置３により適切に調整された光量であっても、被写体の凹凸や、被写体の表面状態により、局所的に強い反射光が固体撮像素子１６ａに入射され、ダイナミックレンジを越える場合がある。

すると、モニタ５の表示画面に表示される内視鏡画像上には、ダイナミックレンジを越える強い反射光が輝点となって表示される。この輝点は、対物光学系１５に設けられた瞳変調素子１８ａによって光軸を中心に回転非対称なぼけを生じるため、輝点の形状も回転非対称な形状となる。この瞳変調素子１８ａによって生ずる回転非対称なぼけは、図６に示すような輝度が最も高い点を中心に主に右方向と下方向に光の強度を持つぼけとなる。

図６は、物体距離４ｍｍのときの固体撮像素子１６ａの受光面上での点像のシミュレーション結果であり、ＸＹ平面は固体撮像素子１６ａの受光面に相当し、Ｚ軸は光の強度（パーセント）である。ここで、Ｘ軸、Ｙ軸の１、２、３、…は画素番号を示す。
前記輝点検出部２３は、前記信号変換部２２からの映像信号から、上記輝点の映像上の位置及び大きさを検出する。

図７（Ａ），（Ｂ）に示すように、上記輝点の位置情報は、固体撮像素子１６ａの受光面上の左上部を原点とし、走査方向をＨ、走査方向に垂直な方向をＶとして（ＰＨｎ、ＰＶｎ）のように固体撮像素子１６ａの受光面上の画素座標として表される（ｎは輝点の番号で、１、２、…）。
また、隣接する画素が固体撮像素子１６ａのダイナミックレンジを超える光量を受けた場合、上記輝点と同一の輝点としてその大きさが（ＳＨｎ、ＳＶｎ）として表される（ｎは輝点の番号で、１、２、…）。

飽和レベルの領域に加え、少なくとも復元処理に必要な画像処理のフィルタの大きさを、飽和レベルの領域の周囲に加算して領域を画像処理領域とすることで、飽和領域が確実に復元処理されるようになる。そして、前記輝点検出部２３は、検出した上記輝点の位置及び大きさ情報を前記マスク処理部２４に出力する。

前記マスク処理部２４は、上記輝点の周辺部に復元処理を施すために、前記輝点検出部２３から出力されるｎ番目の輝点の位置及び大きさ情報に基づき、輝点周辺部のみを取り出した輝点領域の映像信号と、上記輝点周辺部を除いた輝点なし領域の映像信号とに分割するマスク処理を施す。

取り出す輝点領域の大きさは、図８に示すように、前記輝点検出部２３から得られる輝点の大きさ（ＳＨｎ、ＳＶｎ）の上下左右に、少なくとも復元処理を施すディジタルフィルタのマトリックスの大きさを加算した大きさとしている。
前記復元処理部２５は、前記マスク処理部２４によって取り出された輝点領域の映像信号に対し、瞳変調素子１８ａを含む対物光学系１５の逆フィルタに相当する２次元の非対称なディジタルフィルタ処理を施す。

本実施例のディジタルフィルタは、例えば以下に示すような５×５のマトリクスを用いている。このマトリクスは、中心画素とその周囲の画素の値に対する係数を決定している。
４００ −３００ −４０ −２０ −２０
−３００ ２２５ ３０ １５ １５
−４０ ３０ ４ ２ ２
−２０ １５ ２ １ １
−２０ １５ ２ １ １
前記ディジタルフィルタは、瞳変調素子１８ａによる非対称なぼけを復元するようなフィルタであるため、上記ディジタルフィルタ処理を施された輝点は、元の輝点の形状にほぼ復元される。

この復元された輝点領域の映像信号は、上記非対称なディジタルフィルタ処理を施さない輝点周辺部を除いた輝点無し領域の映像信号と前記加算器２６により加算され、Ｄ／Ａ変換器２７によってアナログ信号に変換され、モニタ５の表示画面上に内視鏡画像が表示される。

これにより、第１実施例の電子内視鏡システム１は、固体撮像素子１６ａのダイナミックレンジを超える輝点の位置及び大きさを検出し、輝点領域の部分のみに瞳変調素子１８ａに対応した復元処理を施すことによって、瞳変調素子１８ａによって強調される輝点の非対称な形状が改善される。

ここで、本実施例では、固体撮像素子１６ａの画素ピッチを７μｍのものとし、瞳変調素子１８ａの変調係数αを０．０５１とし、明るさ絞り部材１９の開口部１９ａの寸法を０．４０８としているが、固体撮像素子１６ａの受光面上で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、固体撮像素子１６ａの画素ピッチに合わせて、明るさ絞り部材１９の開口部１９ａの寸法、及び瞳変調素子１８ａの自由曲面部１８ｂの形状を調整し、本実施例のディジタルフィルタを用いることで、同様の効果が得られる。

また、本実施例では、固体撮像素子１６ａの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１６ａ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しているが、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１８ａ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、且つ物体距離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。

この場合、瞳変調素子１８ａの変調係数αに対応するディジタルフィルタを用いることで同様の効果が得られる。
本実施例では瞳変調素子１８ａ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、本実施例では瞳変調素子１８ａ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。

また、本実施例での瞳変調素子１８ａ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か、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、明るさ絞り部材１９の開口部１９ａの形状を長方形に設定しても良いし、瞳変調素子１８ａの自由曲面部１８ｂの形状をＸ軸方向、Ｙ軸方向で異なる係数を使用しても良い。この場合も、瞳変調素子１８ａに対応したディジタルフィルタを用いることで、同様の効果が得られる。

図９は本発明の第２実施例に係わる信号処理装置の内部構成を示す回路ブロック図である。
第２実施例は、基本的な構成は第１実施例と同じであり、復元処理の処理方法が異なる。以下、相違点に重点をおいて説明する。

図９に示すように第２実施例の電子内視鏡システムを構成している信号処理装置４Ｂは、上記第１実施例で説明したのと同様なＡ／Ｄ変換器２１、信号変換部２２、輝点検出部２３、及びマスク処理部２４の他に、前記自動調光部２８の調光信号から物体までの距離を判断し、前記映像信号に復元処理を施すか否かの判断を行う距離検出部３１と、この距離検出部３１の判断結果に基づき、輝点領域の映像信号の切替を行なう切替器３２と、この切替器３２によって切り替えられた映像信号に対し、前記瞳変調素子１８ａにより物体距離に応じた復元処理を行なう複数の復元処理部３３とを有して構成されている。

前記複数の復元処理部３３は、映像信号に対しフィルタ処理を行なう回路部であり、物体距離に応じた瞳変調素子１８ａを含む対物光学系１５によって発生する非対称な収差（ぼけ）を復元する復元処理を行うようになっている。
例えば、前記復元処理部３３には、物体距離４ｍｍ〜８ｍｍ間の瞳変調素子１８ａによって発生する非対称な収差を復元する復元処理部３３ａと、物体距離８ｍｍ〜４０ｍｍ間の瞳変調素子１８ａによって発生する非対称な収差を復元する復元処理部３３ｂと、物体距離４０ｍｍ〜７１ｍｍの瞳変調素子１８ａによって発生する非対称な収差を復元する復元処理部３３ｃとを有して構成されている。

上記非対称な収差を復元するためのフィルタ処理は、前記瞳変調素子１８ａを含む撮像ユニット１７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されている。

そして、先ず、最初に、物体距離のピント調整を行なったベストピントの１３．５ｍｍ付近の場合について説明する。
この１３．５ｍｍ付近の物体距離での点像強度分布関数（ＰＳＦ）の大きさは、一辺が固体撮像素子１６ａの画素ピッチの２画素程度となる。

前記距離検出部３１は、前記自動調光部２８の調光レベルから物体距離がベストピント付近であることを検知して、切替器３２により輝点映像信号を前記復元処理部３３ｂに出力する。
輝点映像信号は、前記復元処理部３３ｂにより物体距離８ｍｍ〜４０ｍｍに応じた復元処理が施され、非対称な輝点形状が復元される。復元された輝点映像信号は、マスク処理部２４によって輝点が除かれた映像信号と加算されてＤ／Ａ変換器２７に入力される。

次に、物体距離が遠くなった場合について説明する。
物体距離が遠い場合の点像強度分布関数（ＰＳＦ）の大きさは、一辺が固体撮像素子１６ａの画素ピッチの４画素程度まで大きくなる。

物体距離が遠く照明光不足により輝度信号のレベルが低下した場合に、自動調光部２８は光源装置３に増光するよう自動調光信号を出力すると共に、距離検出部３１に物体距離が遠くなったことを示す信号を出力する。

そして、距離検出部３１は物体距離が遠くなったことを検知して、切替器３２により輝点映像信号を復元処理部３３ｃに出力する。
輝点映像信号は、復元処理部３３ｃにより物体距離４０〜７１ｍｍに応じた復元処理が施され、非対称な輝点形状が復元される。

次に、物体距離が近くなった場合について説明する。
物体距離が近い場合の点像強度分布関数（ＰＳＦ）の大きさは、一辺が固体撮像素子１６ａの画素ピッチの４画素程度まで大きくなる。物体距離が近く、照明光が強すぎ白トビするような場合には自動調光部２８は物体距離が近くなったことを示す信号を出力する。

そして、距離検出部３１は、物体距離が近くなったことを検知して、切替器３２により輝点映像信号を復元処理部３３ａに出力する。輝点映像は復元処理部３３ａにより物体距離４ｍｍ〜８ｍｍに応じた復元処理が施され、非対称な形状から復元される。

これにより、第２実施例の電子内視鏡システムは、輝点の形状及び大きさが物体距離によって異なるため、この物体距離を検出して物体距離に応じた復元処理を施すことによって、輝点形状の復元性が高くなる。

尚、第２実施例の電子内視鏡システムは、物体距離の検知を自動調光信号を用いて行なったが、例えば赤外線や超音波等を照射する測距センサーや三角測量方式を用いた測距センサーを用いても良い。この場合精度の良い測距が可能となる。
また、第２実施例の電子内視鏡システムは、ベストピント位置、近点位置、遠点位置の３つの復元処理を施すように構成しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、物体距離に応じた複数の復元処理回路を設けても良い。

尚、本発明は、以上述べた実施例のみに限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能である。
また、本発明の内容は、医療用及び工業用内視鏡を含む内視鏡に適用可能である。

［付記］
（付記項１）
対物光学系によって得られた被写体像を撮像するための固体撮像素子を有する内視鏡と、
前記内視鏡の前記対物光学系に設けられ、この対物光学系の光軸を軸として非対称な光学的伝達関数を有する光位相変調マスクと、
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を復元する復元処理手段と、前記固体撮像素子に飽和レベルの光量が入射した際に、この固体撮像素子における飽和領域の位置と大きさを検知するための検知手段を有する信号処理装置と、
を備えた電子内視鏡システムであって、
前記光位相変調マスクは、物体距離に応じた前記光学的伝達関数の変化が光位相変調マスクが設けられない対物光学系よりも小さくなるように配置されると共に、
前記復元処理手段は、前記検知手段により検知した前記固体撮像素子の飽和領域付近にのみ復元処理を行うことを特徴とする電子内視鏡システム。

（付記項２）
対物光学系によって得られた被写体像を撮像するための固体撮像素子を有する内視鏡と、
前記内視鏡の前記対物光学系に設けられ、この対物光学系の光軸を軸として非対称な光学的伝達関数を有する光位相変調マスクと、
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を復元する復元処理手段と、前記固体撮像素子に飽和レベルの光量が入射した際に、この固体撮像素子における飽和領域の位置と大きさを検知するための検知手段とを有する信号処理装置と、
物体距離を検出する距離検出手段と、
を備えた電子内視鏡システムであって、
前記光位相変調マスクは、物体距離に応じた前記光学的伝達関数の変化が光位相変調マスクが設けられない対物光学系よりも小さくなるように配置されると共に、
前記復元処理手段は、前記検知手段により検知した前記固体撮像素子の飽和領域付近にのみ前記距離検出手段が検出した物体距離に応じて復元処理を行うことを特徴とする電子内視鏡システム。

（付記項３）
前記復元処理手段は、物体距離に応じた複数の復元処理を有することを特徴とする付記項２に記載の信号処理装置。

（付記項４）
前記復元処理手段の前記復元処理を施す飽和領域付近は、前記固体撮像素子の飽和領域に加え、少なくとも前記復元処理に必要な所定の領域を加算した領域であることを特徴とする付記項１又は２又は３記載の電子内視鏡システム。

（付記項５）
前記光位相変調マスクは、明るさ絞りの背面に設け、前記対物光学系の光軸に対して非対称な自由曲面を有する瞳変調素子であり、
前記瞳変調素子は、前記明るさ絞りの背面に嵌合するために前記対物光学系に対して光学的な有効領域外に少なくとも２つ以上の突起部を設け、
前記明るさ絞りは、前記瞳変調素子の光学的有効領域に対応する開口部を有し、この開口部の開口中心と前記瞳変調素子の光軸とが一致し、且つ前記開口部と前記瞳変調素子の光学的有効領域とが位置ずれしないように、前記瞳変調素子の前記突起部に応じた位置決め穴を形成したことを特徴とする付記項１又は２又は３に記載の電子内視鏡システム。

（付記項６）
前記明るさ絞りの開口部は、長方形の形状であり、この長方形開口部の開口中心と前記瞳変調素子の光軸とが一致し、且つ前記長方形開口部の一辺及びこの一辺と異なる他の一辺と前記瞳変調素子の前記自由曲面のX軸及びY軸とがそれぞれ平行になるように前記位置決め穴を形成していることを特徴とする付記項５に記載の電子内視鏡システム。

（付記項７）
被写体像を得るための対物光学系に、この対物光学系の光軸を軸として非対称な光学的伝達関数を有する光位相変調マスクを備え、前記光位相変調マスクは物体距離に応じた前記光学的伝達関数の変化が光位相変調マスクを設けない場合よりも小さくなるように配置されている、前記対物光学系によって得られた被写体像を撮像するための固体撮像素子を有する内視鏡に接続され、前記固体撮像素子からの被写体像に応じた出力信号の処理を行う信号処理装置であって、
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を復元する復元処理手段と、前記固体撮像素子に飽和レベルの光量が入射した際に、この固体撮像素子における飽和領域の位置と大きさを検知するための検知手段とを備え、
前記復元処理手段は、前記検知手段により検知した前記固体撮像素子の飽和領域付近にのみ復元処理を行うことを特徴とする信号処理装置。

（付記項８）
被写体像を得るための対物光学系に、この対物光学系の光軸を軸として非対称な光学的伝達関数を有する光位相変調マスクを備え、前記光位相変調マスクは物体距離に応じた前記光学的伝達関数の変化が光位相変調マスクを設けない場合よりも小さくなるように配置されている、前記対物光学系によって得られた被写体像を撮像するための固体撮像素子を有する内視鏡に接続され、前記固体撮像素子からの被写体像に応じた出力信号の処理を行う信号処理装置であって、
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を復元する復元処理手段と、前記固体撮像素子に飽和レベルの光量が入射した際に、この固体撮像素子における飽和領域の位置と大きさを検知するための検知手段とを備え、
前記復元処理手段は、前記検知手段により検知した前記固体撮像素子の飽和領域付近にのみ物体距離に応じた復元処理を行うことを特徴とする信号処理装置。

（付記項９）
前記復元処理手段は、物体距離に応じた複数の復元処理を有することを特徴とする付記項８に記載の信号処理装置。

（付記項１０）
前記復元処理手段の前記復元処理を施す飽和領域付近は、前記固体撮像素子の飽和領域に加え、少なくとも前記復元処理に必要な所定の領域を加算した領域であることを特徴とする付記項７又は８又は９に記載の信号処理装置。

（付記項１１）
対物光学系によって得られた被写体像を固体撮像素子により撮像する複数種の内視鏡と、前記複数種の内視鏡のうち１つを選択的に接続し、当該接続した内視鏡の前記固体撮像素子からの被写体像に応じた出力信号の処理を行う信号処理装置を備えた電子内視鏡システムであって、
前記複数種の内視鏡のうち、少なくとも１つの内視鏡は対物光学系が光位相変調マスクを有し、この光位相変調マスクは前記対物光学系に設けられ、この対物光学系の光軸を軸として非対称な光学的伝達関数を有し、且つ物体距離に応じた前記光学的伝達関数の変化が光位相変調マスクが設けられない対物光学系よりも小さくなるように配置され、
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を復元する復元処理手段と、前記固体撮像素子に飽和レベルの光量が入射した際に、この固体撮像素子における飽和領域の位置と大きさを検知するための検知手段とを備え、
前記復元処理手段は、前記検知手段により検知した前記固体撮像素子の飽和領域付近にのみ復元処理を行うことを特徴とする電子内視鏡システム。

（付記項１２）
対物光学系によって得られた被写体像を固体撮像素子により撮像する複数種の内視鏡と、前記複数種の内視鏡のうち１つを選択的に接続し、当該接続した内視鏡の前記固体撮像素子からの被写体像に応じた出力信号の処理を行う信号処理装置と、
物体距離を検出する距離検出手段と、を備えた電子内視鏡システムであって、
前記複数種の内視鏡のうち、少なくとも１つの内視鏡は対物光学系が光位相変調マスクを有し、この光位相変調マスクは前記対物光学系に設けられ、この対物光学系の光軸を軸として非対称な光学的伝達関数を有し、且つ物体距離に応じた前記光学的伝達関数の変化が光位相変調マスクが設けられない対物光学系よりも小さくなるように配置され、
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を復元する復元処理手段と、前記固体撮像素子に飽和レベルの光量が入射した際に、この固体撮像素子における飽和領域の位置と大きさを検知するための検知手段とを備え、
前記復元処理手段は、前記検知手段により検知した前記固体撮像素子の飽和領域付近にのみ前記距離検出手段が検出した物体距離に応じて復元処理を行うことを特徴とする電子内視鏡システム。

（付記項１３）
対物光学系によって得られた被写体像を固体撮像素子により撮像する複数種の内視鏡と、前記複数種の内視鏡のうち１つを選択的に接続し、当該接続した内視鏡の前記固体撮像素子からの被写体像に応じた出力信号の処理を行う複数の信号処理装置とを、組み合わせて使用される電子内視鏡システムにおいて、
前記複数種の内視鏡のうち、少なくとも１つの内視鏡は対物光学系が光位相変調マスクを有し、この光位相変調マスクは前記対物光学系に設けられ、この対物光学系の光軸を軸として非対称な光学的伝達関数を有し、且つ物体距離に応じた前記光学的伝達関数の変化が光位相変調マスクが設けられない対物光学系よりも小さくなるように配置され、
前記複数の信号処理装置は、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を復元する復元処理手段と、前記固体撮像素子に飽和レベルの光量が入射した際に、この固体撮像素子における飽和領域の位置と大きさを検知するための検知手段とを備え、
前記復元処理手段は、前記検知手段により検知した前記固体撮像素子の飽和領域付近にのみ復元処理を行うことを特徴とする電子内視鏡システム。

（付記項１４）
対物光学系によって得られた被写体像を固体撮像素子により撮像する複数種の内視鏡と、物体距離を検出する距離検出手段と、前記複数種の内視鏡のうち１つを選択的に接続し、当該接続した内視鏡の前記固体撮像素子からの被写体像に応じた出力信号の処理を行う複数の信号処理装置とを、組み合わせて使用される電子内視鏡システムにおいて、
前記複数種の内視鏡のうち、少なくとも１つの内視鏡は対物光学系が光位相変調マスクを有し、この光位相変調マスクは前記対物光学系に設けられ、この対物光学系の光軸を軸として非対称な光学的伝達関数を有し、且つ物体距離に応じた前記光学的伝達関数の変化が光位相変調マスクが設けられない対物光学系よりも小さくなるように配置され、
前記複数の信号処理装置は、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を復元する復元処理手段と、前記固体撮像素子に飽和レベルの光量が入射した際に、この固体撮像素子における飽和領域の位置と大きさを検知するための検知手段とを備え、
前記復元処理手段は、前記検知手段により検知した前記固体撮像素子の飽和領域付近にのみ前記距離検出手段が検出した物体距離に応じて復元処理を行うことを特徴とする電子内視鏡システム。

（付記項１５）
前記復元処理手段は、物体距離に応じた複数の復元処理を有することを特徴とする付記項１２又は１４に記載の電子内視鏡システム。

（付記項１６）
前記復元処理手段を施す領域は、飽和レベルの領域に加え、少なくとも前記復元処理手段に必要な領域を加算した領域であることを特徴とする付記項１１〜１５に記載の電子内視鏡システム。

（付記項１７）
前記光位相変調マスクは、明るさ絞りの背面に設け、前記対物光学系の光軸に対して非対称な自由曲面を有する瞳変調素子であり、
前記瞳変調素子は、前記明るさ絞りの背面に嵌合するために前記対物光学系に対して光学的な有効領域外に少なくとも２つ以上の突起部を設け、
前記明るさ絞りは、前記瞳変調素子の光学的有効領域に対応する開口部を有し、この開口部の開口中心と前記瞳変調素子の光軸とが一致し、且つ前記開口部と前記瞳変調素子の光学的有効領域とが位置ずれしないように、前記瞳変調素子の前記突起部に応じた位置決め穴を形成したことを特徴とする付記項１１〜１５に記載の電子内視鏡システム。

（付記項１８）
前記明るさ絞りの開口部は、長方形の形状であり、この長方形開口部の開口中心と前記瞳変調素子の光軸とが一致し、且つ前記長方形開口部の一辺及びこの一辺と異なる他の一辺と前記瞳変調素子の前記自由曲面のX軸及びY軸とがそれぞれ平行になるように前記位置決め穴を形成していることを特徴とする付記項１７に記載の電子内視鏡システム。

（付記項１９）
前記光位相変調マスクを含む対物光学系に用いられる光軸に対して非対称な自由曲面を有する瞳変調素子には、対物光学系の光学的な有効領域外に少なくとも２つ以上の突起部が設けられ、当接する長方形の開口を持つ明るさ絞りには、瞳変調素子の光軸と、明るさ絞りの開口中心とが一致し、且つ瞳変調素子の自由曲面のX軸、及び、Y軸がそれぞれ、明るさ絞り開口の一辺、及び、他の一辺と平行になるように、瞳変調素子に設けられた突起部に対向する位置に位置決め穴が設けられていることを特徴とする付記項１１〜１５に記載の電子内視鏡システム。

本発明の電子内視鏡システム及び信号処理装置は、光位相変調マスクを含む対物光学系を有し、固体撮像素子のダイナミックレンジを越える輝点が入射された際でも、画像の品位が低下しないようにしたことにより、工業分野のみならず、医療分野において、特に対物光学系の被写界深度をより拡大するような場合に適している。

第１実施例の電子内視鏡システムを示す全体構成図である。 図１の光位相変調マスクを含む撮像ユニットを示す構成図である。 明るさ絞り部材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である。 図３の明るさ絞り部材を配置した瞳変調素子の構造の変形例を示す概略説明図である。 図１の信号処理装置の内部構成を示す回路ブロック図である。 瞳変調素子を含む撮像ユニットの物体距離４ｍｍの時に得られる点像のシミュレーション結果を示すグラフである。 輝点の位置及び大きさを示す概念図である。 マスク処理部にて復元処理が施される領域を説明した概念図である。 第２実施例に係わる信号処理装置の内部構成を示す回路ブロック図である。 光位相変調マスクを用いて対物光学系の被写界深度を拡大するようにした従来の電子内視鏡システムの構成を示す図である。

符号の説明

１ 電子内視鏡システム
２ 電子内視鏡
３ 光源装置
４ 信号処理装置
１１ 挿入部
１５ 対物光学系
１６ 撮像部
１６ａ 固体撮像素子
１７ 撮像ユニット
１８ 光位相変調マスク
１８ａ 瞳変調素子
１９ 明るさ絞り部材
２１ Ａ／Ｄ変換器
２２ 信号変換部
２３ 輝点検出部
２４ マスク処理部
２５ 復元処理部
２６ 加算器
２７ Ｄ／Ａ変換器
２８ 自動調光部
代理人 弁理士 伊藤 進

Claims (6)

1. 対物光学系によって得られた被写体像を撮像するための固体撮像素子を有する内視鏡と、
   前記内視鏡の前記対物光学系に設けられ、この対物光学系の光軸を軸として非対称な光学的伝達関数を有する光位相変調マスクと、
   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を復元する復元処理手段と、前記固体撮像素子に飽和レベルの光量が入射した際に、この固体撮像素子における飽和領域の位置と大きさを検知するための検知手段を有する信号処理装置と、
   を備えた電子内視鏡システムであって、
   前記光位相変調マスクは、物体距離に応じた前記光学的伝達関数の変化が光位相変調マスクが設けられない対物光学系よりも小さくなるように配置されると共に、
   前記復元処理手段は、前記検知手段により検知した前記固体撮像素子の飽和領域付近にのみ復元処理を行うことを特徴とする電子内視鏡システム。
2. 対物光学系によって得られた被写体像を撮像するための固体撮像素子を有する内視鏡と、
   前記内視鏡の前記対物光学系に設けられ、この対物光学系の光軸を軸として非対称な光学的伝達関数を有する光位相変調マスクと、
   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を復元する復元処理手段と、前記固体撮像素子に飽和レベルの光量が入射した際に、この固体撮像素子における飽和領域の位置と大きさを検知するための検知手段とを有する信号処理装置と、
   物体距離を検出する距離検出手段と、
   を備えた電子内視鏡システムであって、
   前記光位相変調マスクは、物体距離に応じた前記光学的伝達関数の変化が光位相変調マスクが設けられない対物光学系よりも小さくなるように配置されると共に、
   前記復元処理手段は、前記検知手段により検知した前記固体撮像素子の飽和領域付近にのみ前記距離検出手段が検出した物体距離に応じて復元処理を行うことを特徴とする電子内視鏡システム。
3. 前記復元処理手段は、物体距離に応じた複数の復元処理を有することを特徴とする請求項２に記載の信号処理装置。
4. 被写体像を得るための対物光学系に、この対物光学系の光軸を軸として非対称な光学的伝達関数を有する光位相変調マスクを備え、前記光位相変調マスクは物体距離に応じた前記光学的伝達関数の変化が光位相変調マスクを設けない場合よりも小さくなるように配置されている、前記対物光学系によって得られた被写体像を撮像するための固体撮像素子を有する内視鏡に接続され、前記固体撮像素子からの被写体像に応じた出力信号の処理を行う信号処理装置であって、
   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を復元する復元処理手段と、前記固体撮像素子に飽和レベルの光量が入射した際に、この固体撮像素子における飽和領域の位置と大きさを検知するための検知手段とを備え、
   前記復元処理手段は、前記検知手段により検知した前記固体撮像素子の飽和領域付近にのみ復元処理を行うことを特徴とする信号処理装置。
5. 被写体像を得るための対物光学系に、この対物光学系の光軸を軸として非対称な光学的伝達関数を有する光位相変調マスクを備え、前記光位相変調マスクは物体距離に応じた前記光学的伝達関数の変化が光位相変調マスクを設けない場合よりも小さくなるように配置されている、前記対物光学系によって得られた被写体像を撮像するための固体撮像素子を有する内視鏡に接続され、前記固体撮像素子からの被写体像に応じた出力信号の処理を行う信号処理装置であって、
   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を復元する復元処理手段と、前記固体撮像素子に飽和レベルの光量が入射した際に、この固体撮像素子における飽和領域の位置と大きさを検知するための検知手段とを備え、
   前記復元処理手段は、前記検知手段により検知した前記固体撮像素子の飽和領域付近にのみ物体距離に応じた復元処理を行うことを特徴とする信号処理装置。
6. 前記復元処理手段は、物体距離に応じた複数の復元処理を有することを特徴とする請求項５に記載の信号処理装置。
   

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