JP6257874B1 - 対物光学系及びそれを備えた内視鏡装置 - Google Patents

Abstract

明るさの差や色調の差が少ない光学像を複数形成できる対物光学系及びそれを備えた内視鏡装置を提供する。対物光学系ＯＢＪは、物体の像を形成するレンズ群ＬＧと、レンズ群ＬＧの像側に配置された光路分割素子ＢＳと、を有し、光路分割素子ＢＳは、レンズ群ＬＧの光路上に配置され、光路分割素子ＢＳは、第１の光路と第２の光路を形成する光路分割面ＳＣを有し、第１の光路は、レンズ群ＬＧの光路の延長線上に形成され、第２の光路は、第１の光路と交差するように形成され、第１の光路における光路長は、第２の光路における光路長と異なり、第２の光路における光の透過回数と光の反射回数の総和は、第１の光路における光の透過回数と光の反射回数の総和よりも多く、以下の条件式（１）を満足する光学面が、第１の光路に位置していることを特徴とする。０．８≦ＭＲ650／ＭＲ550≦０．９ （１）

Description

本発明は、対物光学系及びそれを備えた内視鏡装置に関する。

１つの対物光学系から２つの光学像を形成する光学系が、特許文献１に開示されている。この光学系では、対物光学系の像側に、分割素子が配置されている。対物光学系を射出した光束は、分割素子に入射する。分割素子では、分割素子に入射した光束が、第１の面によって反射光束と透過光束とに分けられる。

第１の面を透過した透過光束は、光路上に位置する第２の面によって反射される。そして、透過光束によって光学像が形成される。

第１の面で反射された反射光束は、光路上に配置されたミラーによって反射される。この反射によって、反射光束は、第１の面に向かって反射される。反射光束は第１の面を透過する。そして、反射光束によって光学像が形成される。

第１の面を透過した後の反射光束の進行方向と、第２の面で反射された後の透過光束の進行方向は、同じになっている。よって、反射光束による光学像と透過光束による光学像は、同じ方向に形成される。

引用文献１の光学系では、分割素子によって、２つの光路が形成されている。第１の光路は、第１の面から透過光束の光学像までの光路である。第２の光路は、第１の面から反射光束の光学像までの光路である。第１の光路における光路長と、第２の光路における光路長が等しくなっている。よって、同一平面内の異なる位置に、ピントの合った光学像が２つ形成される。

光学像の撮像では、カラーフィルタを介して撮像が行われる。カラーフィルタは、複数のフィルタ素子で構成されている。複数のフィルタ素子は、例えば、３つのグループに分かれる。第１のグループは、赤色の光を透過するフィルタ素子で構成され、第２のグループは、緑色の光を透過するフィルタ素子で構成され、第３のグループは、青色の光を透過するフィルタ素子で構成されている。

引用文献１では、撮像に使用するカラーフィルタを、一方の光学像の撮像と他方の光学像の撮像とで異ならせている。これにより、色の異なる２つの画像を取得している。そして、２つの画像を合成することで、画像の色再現性を向上させている。

第１の光路における光路長を、第２の光路における光路長と僅かに異ならせることもできる。この場合、同一平面の前後に、ピントの合った光学像が２つ形成される。同一平面に対する光学像のズレ量は僅かである。そのため、同一平面上では、一部の領域だけにピントが合っている光学像が、２つ形成される。

ピントが合っている領域は、２つの光学像で異なる。この２つの光学像を撮像し、これにより２つの画像を取得する。そして、撮像した２つの画像からピントが合っている領域だけを抽出し、抽出した領域を合成する。このようにすることで、被写界深度の大きな画像を取得することができる。

特開２０１４−１０３５９７号公報

引用文献１では、第１の光路と第２の光路の両方で、光の透過と光の反射が生じる。第１の光路では、第１の面で光の透過が生じ、第２の面で光の反射が生じる。第２の光路では、第１の面とミラーで光の反射が生じ、第１の面で光の透過が生じる。

このように、第１の光路における光の透過回数と光の反射回数の総和（以下、「第１の総和」という）は、第２の光路における光の透過回数と光の反射回数の総和（以下、「第２の総和」という）と異なる。

光学面が透過面の場合、光学面における透過率は、全ての波長で１００％であることが好ましい。光学面が反射面の場合、光学面における反射率は、全ての波長で１００％であることが好ましい。

透過率又は反射率が全ての波長で１００％の場合、第１の総和と第２の総和とが異なっていても、第１の分光特性と第２の分光特性との間に、差は生じない。よって、反射光束による光学像と透過光束による光学像との間に、明るさの差や色調の差は生じない。

ここで、分光特性は、光学面における透過率又は反射率を波長の関数として表したものである。第１の分光特性は、第１の光路に位置する全ての光学面で決まる分光特性である。第２の分光特性は、第２の光路に位置する全ての光学面で決まる分光特性である。

しかしながら、実際には、全ての波長で透過率が１００％である光学面を実現することは、実際には困難である。反射率についても同様である。また、分光特性は、各光学面で異なることが多い。そのため、第１の総和と第２の総和とが異なると、第１の分光特性と第２の分光特性とが大きく異なる。

この場合、反射光束による光学像と透過光束による光学像との間に、明るさの差や色調の差が生じる。この状態で２つの光学像を撮像すると、２つの画像にも明るさの差や色調の差が生じる。そのため、２つの画像を合成しても、画像の色再現性を向上させることが困難になる。

また、被写界深度の大きな画像を取得する場合でも、２つの光学像の間に明るさの差や色調の差が生じていると、撮像で得られた２つの画像にも明るさの差や色調の差が生じる。そのため、ピントが合っている領域だけを合成しても、合成した画像において明るさのムラや色調の違いが大きくなる。

以上、２つの光学像を用いる場合について説明したが、３つ以上の光学像を用いる場合でも、同様な問題は生じる。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであって、明るさの差や色調の差が少ない光学像を複数形成できる対物光学系及びそれを備えた内視鏡装置を提供することを目的とするものである。

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対物光学系は、
物体の像を形成するレンズ群と、
レンズ群の像側に配置された光路分割素子と、を有し、
光路分割素子は、レンズ群の光路上に配置され、
光路分割素子は、第１の光路と第２の光路を形成する光路分割面を有し、
第１の光路は、レンズ群の光路の延長線上に形成され、
第２の光路は、第１の光路と交差するように形成され、
第１の光路における光路長は、第２の光路における光路長と異なり、
第２の光路における光の透過回数と光の反射回数の総和は、第１の光路における光の透過回数と光の反射回数の総和よりも多く、
以下の条件式（１）を満足する光学面が、第１の光路に位置していることを特徴とする。
０．８≦ＭＲ650／ＭＲ550≦０．９ （１）
ここで、
ＭＲ550は、波長５５０ｎｍにおける反射率、
ＭＲ650は、波長６５０ｎｍにおける反射率、
である。

また、本発明の内視鏡装置は、
上述の対物光学系と、
撮像素子と、
画像処理装置と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、明るさの差や色調の差が少ない光学像を複数形成できる対物光学系及びそれを備えた内視鏡装置を提供することができる。

本実施形態の対物光学系の構成を示す図である。 分光特性を示す図である。 光学面の分光特性を示す図である。 分光特性を示す図である。 光学面の分光特性を示す図である。 光路分割ユニットを示す図である。 実施例１の分光特性を示す図である。 実施例２の分光特性を示す図である。 実施例３の分光特性を示す図である。 分光特性を示す図である。 内視鏡装置を示す図である。 輝度の補正の様子を示す図である。 彩度の補正の様子を示す図である。

以下、本実施形態に係る対物光学系と本実施形態に係る内視鏡装置について、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、以下の実施形態に係る対物光学系や本実施形態に係る内視鏡装置により、この発明が限定されるものではない。

本実施形態の対物光学系は、物体の像を形成するレンズ群と、レンズ群の像側に配置された光路分割素子と、を有し、光路分割素子は、レンズ群の光路上に配置され、光路分割素子は、第１の光路と第２の光路を形成する光路分割面を有し、第１の光路は、レンズ群の光路の延長線上に形成され、第２の光路は、第１の光路と交差するように形成され、第１の光路における光路長は、第２の光路における光路長と異なり、第２の光路における光の透過回数と光の反射回数の総和は、第１の光路における光の透過回数と光の反射回数の総和よりも多く、以下の条件式（１）を満足する光学面が、第１の光路に位置していることを特徴とする。
０．８≦ＭＲ650／ＭＲ550≦０．９ （１）
ここで、
ＭＲ550は、波長５５０ｎｍにおける反射率、
ＭＲ650は、波長６５０ｎｍにおける反射率、
である。

図１に、本実施形態の対物光学系の構成を示す。対物光学系ＯＢＪは、レンズ群ＬＧと、光路分割ユニットＢＳと、を有する。レンズ群ＬＧは、複数のレンズＬ１〜Ｌ１０と、開口絞りＳと、を有する。レンズ群ＬＧによって、物体の光学像が形成される。

光路分割ユニットＢＳは、レンズ群ＬＧの像側に配置されている。光路分割ユニットＢＳは、カバーガラスＣ１と、プリズムＰ１と、プリズムＰ２と、ミラーＭと、カバーガラスＣ２と、を有する。プリズムＰ１とプリズムＰ２は、共に三角プリズムである。プリズムＰ１とプリズムＰ２とで光路分割素子が形成されている。

カバーガラスＣ１は、プリズムＰ１の光学面Ｓ１１に接合されている。プリズムＰ１は、プリズムＰ２に接合されている。プリズムＰ１の光学面Ｓ１２とプリズムＰ２の光学面Ｓ２１とで、接合面ＳＣが形成されている。

ミラーＭは、光学面ＳＭがプリズムＰ１の光学面Ｓ１３と対向するように配置されている。カバーガラスＣ２は、プリズムＰ２の光学面Ｓ２３に接合されている。

光路分割ユニットＢＳは、レンズ群ＬＧの光路上に配置されている。レンズ群ＬＧを出射した光（以下、「結像光」という）は、光路分割ユニットＢＳに入射する。結像光はカバーガラスＣ１を通過して、光学面Ｓ１１に入射する。光学面Ｓ１１は透過面なので、結像光は光学面Ｓ１１を透過する。

続いて、結像光は接合面ＳＣに入射する。接合面ＳＣは、面の法線が光軸ＡＸに対して４５度となるように配置されている。接合面ＳＣに入射した結像光は、接合面ＳＣを透過する光（以下、「結像光１」という）と、接合面ＳＣで反射される光（以下、「結像光２」という）と、に分かれる。

結像光１と結像光２は、互いに異なる方向に進行する。結像光１が進行する光路を第１の光路、結像光２が進行する光路を第２の光路とすると、接合面ＳＣによって、第１の光路と第２の光路が形成される。このように、接合面ＳＣは光路分割面である。

第１の光路は、レンズ群ＬＧの光路の延長線上に形成されている。第２の光路は、第１の光路と交差するように形成されている。図１では、第２の光路は第１の光路と直交している。

第１の光路には、接合面ＳＣ、光学面Ｓ２２、光学面Ｓ２３及び光学面ＳＣが位置している。

接合面ＳＣを透過した結像光１は、光学面Ｓ２２に入射する。光学面Ｓ２２は反射面である。結像光１は光学面Ｓ２２で反射され、光学面Ｓ２３に入射する。光学面Ｓ２３は透過面である。結像光１は光学面Ｓ２３を透過し、カバーガラスＣ２に入射する。結像光１は光学面ＳＣに到達する。光学面ＳＣは透過面である。光学面ＳＣの近傍に、光学像Ｉ１が形成される。

第１の光路では、光学面Ｓ２２において光の反射が発生し、接合面ＳＣ、光学面Ｓ２３及び光学面ＳＣにおいて光の透過が発生する。よって、第１の総和は、４回である。

第２の光路には、接合面ＳＣ、光学面Ｓ１３、光学面ＳＭ、光学面Ｓ２３及び光学面ＳＣが位置している。

接合面ＳＣで反射された結像光２は、光学面Ｓ１３に入射する。光学面Ｓ１３は透過面である。結像光２は光学面Ｓ１３を透過し、ミラーＭの光学面ＳＭに入射する。光学面ＳＭは反射面である。結像光２は光学面ＳＭで反射され、光学面Ｓ１３に入射する。

結像光２は光学面Ｓ１３を透過し、接合面ＳＣに入射する。接合面ＳＣでは、結像光２は、接合面ＳＣを透過する光と、接合面ＳＣで反射される光と、に分かれる。

接合面ＳＣを透過した結像光２は、光学面Ｓ２３に入射する。結像光２は光学面Ｓ２３を透過し、カバーガラスＣ２に入射する。結像光２は光学面ＳＣに到達する。光学面ＳＣの近傍に、光学像Ｉ２が形成される。

第２の光路では、接合面ＳＣと光学面ＳＭにおいて反射が発生し、接合面ＳＣ、光学面Ｓ１３、接合面ＳＣ及び光学面Ｓ２３において透過が発生する。光学面Ｓ１３における透過は２回なので、第２の総和は、７回である。

このように、本実施形態の対物光学系では、第２の総和は、第１の総和よりも多い。

内視鏡では、体内の観察が行われる。体内における被写体は、赤味を帯びていることが多い。また、被写体の撮像には、撮像素子が用いられる。撮像素子の感度は、波長が長くなるほど感度が高くなる。よって、青色光や緑色光に比べると、赤色光に対する感度が高い。

第２の分光特性において、透過率や反射率が長波長域で低い場合、長波長域における透過率や反射率は、第１の分光特性に比べて第２の分光特性で低くなる。この場合、第２の総和が第１の総和よりも多いと、長波長域における透過率の低下や反射率の低下は、第２の分光特性において顕著になる。

このようなことから、本実施形態の対物光学系では、上述の条件式（１）を満足する光学面が、第１の光路に位置している。

図２は、分光特性を示す図である。図２（ａ）は、条件式（１）を満足する光学面が、第１の光路に配置されている場合を示し、図２（ｂ）は、条件式（１）を満足しない光学面が、第１の光路に配置されている場合を示している。

図２（ａ）において、実線は、条件式（１）を満足する光学面の分光特性（反射率）を示し、破線は第１の分光特性（透過率）を示し、一点鎖線は、第１の分光特性と第２の分光特性との差を示している。

条件式（１）を満足する光学面では、図２（ａ）に示すように、６００ｎｍから７００ｎｍにかけて、反射率が徐々に小さくなっている。これに伴い、第１の分光特性においても、６００ｎｍから７００ｎｍにかけて、透過率が徐々に小さくなっている。

上述のように、長波長域における透過率の低下や反射率の低下は、第２の分光特性において顕著になる。よって、図２（ａ）では図示していないが、第２の分光特性においても、６００ｎｍから７００ｎｍにかけて、透過率が徐々に小さくなっている。

図２（ａ）では、第１の分光特性における透過率の低下量は、各波長で、第２の分光特性における透過率の低下量とほぼ同じになっている。そのため、第１の分光特性と第２の分光特性との差は、４５０ｎｍから７００ｎｍまでの範囲で、ほぼゼロになっている（図２（ａ）では、ゼロを示す横軸とほぼ重なっている）。

これに対して、条件式（１）を満足しない光学面では、図２（ｂ）に示すように、４５０ｎｍから７００ｎｍにかけて、反射率は、ほぼ一定になっている。これに伴い、第１の分光特性においても、４５０ｎｍから７００ｎｍにかけて、透過率は、ほぼ一定になっている。

この場合、６００ｎｍから７００ｎｍにかけての透過率は、第１の分光特性の方が第２の分光特性よりも大きくなる。そのため、第１の分光特性と第２の分光特性との差は、６２０ｎｍよりも長波長側で徐々に大きくなり、７００ｎｍでは２０％を超えてしまう。

このように、条件式（１）を満足する光学面が第１の光路に位置することで、第１の分光特性と第２の分光特性とを略同じにすることができる。その結果、明るさの差や色調の差が少ない光学像を複数形成できる。

図１に示す対物光学系ＯＢＪでは、光学面Ｓ２２が、条件式（１）を満足する光学面になっている。図３は、光学面Ｓ２２における分光特性である。図３に示すように、光学面Ｓ２２では、破線で囲んだ範囲、すなわち、５５０ｎｍから７００ｎｍにかけて、反射率が徐々に小さくなっている。

図３における分光特性では、ＭＲ650／ＭＲ550＝０．８７である。このように、光学面Ｓ２２を、条件式（１）を満足する光学面にすることで、明るさや色調を、光学像Ｉ１と光学像Ｉ２とで、ほぼ同じにすることができる。

上述のように、被写界深度の大きな画像を取得する方法では、複数の画像からピントが合っている領域だけを抽出し、抽出した領域の合成が行われる。本実施形態の対物光学系では、複数の光学像における明るさの差や色調の差を少なくすることができる。よって、合成した画像において明るさのムラや色調の違いを少なくすることができる。

また、第１の光路における光路長と第２の光路における光路長を同じにすると、同一平面内の異なる位置に、ピントの合った光学像が２つ形成される。上述のように、画像の色再現性を向上させる方法では、複数の画像を用いた画像合成が行われる。本実施形態の対物光学系では、複数の光学像における明るさの差や色調の差を少なくすることができる。よって、合成した画像の色再現性をより向上させることができる。

カバーガラスＣ１とカバーガラスＣ２は、必ずしも必要ではない。また、光学面Ｓ１３を反射面にすることで、結像光２を反射させることができる。よって、ミラーＭは、必ずしも必要ではない。

本実施形態の対物光学系では、以下の条件式（２）を満足する光学面が、第１の光路に位置していることが好ましい。
０．７５≦ＭＲB≦０．８０ （２）
ここで、
ＭＲBは、波長３９０ｎｍにおける反射率、
である。

内視鏡の観察方法の１つに、狭い波長域の光を用いて観察する方法（以下、「狭帯域観察」という）がある。狭帯域観察では、例えば、４００ｎｍから４３０ｎｍまでの波長帯域の光が用いられる。

第２の分光特性において、透過率や反射率が短波長域で低い場合、短波長域における透過率や反射率は、第１の分光特性に比べて第２の分光特性で低くなる。この場合、第２の総和が第１の総和よりも多いと、短波長域における透過率の低下や反射率の低下は、第２の分光特性において顕著になる。

本実施形態の対物光学系では、上述の条件式（２）を満足する光学面が、第１の光路に位置している。

図４は、分光特性を示す図である。図４（ａ）は、条件式（２）を満足する光学面が、第１の光路に配置されている場合を示し、図４（ｂ）は、条件式（２）を満足しない光学面が、第１の光路に配置されている場合を示している。

図４（ａ）において、実線は、条件式（２）を満足する光学面の分光特性（反射率）を示し、破線は第１の分光特性（透過率）を示し、一点鎖線は、第１の分光特性と第２の分光特性との差を示している。

条件式（２）を満足する光学面では、図４（ａ）に示すように、４３０ｎｍから４００ｎｍにかけて、反射率が徐々に小さくなっている。これに伴い、第１の分光特性においても、４３０ｎｍから４００ｎｍにかけて、透過率が徐々に小さくなっている。

上述のように、短波長域における透過率の低下や反射率の低下は、第２の分光特性において顕著になる。よって、図４（ａ）では図示していないが、第２の分光特性においても、４３０ｎｍから４００ｎｍにかけて、透過率が徐々に小さくなっている。

図４（ａ）では、第１の分光特性における透過率の低下量は、各波長で、第２の分光特性における透過率の低下量とほぼ同じになっている。そのため、第１の分光特性と第２の分光特性との差は、４３０ｎｍから４００ｎｍまでの範囲で、ほぼゼロになっている（図４（ａ）では、ゼロを示す横軸とほぼ重なっている）。

これに対して、条件式（２）を満足しない光学面では、図４（ｂ）に示すように、４００ｎｍから７００ｎｍにかけて、反射率は、ほぼ一定になっている。これに伴い、第１の分光特性においても、４００ｎｍから７００ｎｍにかけて、透過率は、ほぼ一定になっている。

この場合、４３０ｎｍから４００ｎｍにかけての透過率は、第１の分光特性の方が第２の分光特性よりも大きくなる。そのため、第１の分光特性と第２の分光特性との差は、４３０ｎｍよりも短波長側で徐々に大きくなり、４００ｎｍでは４０％に達してしまう。

このように、条件式（２）を満足する光学面が第１の光路に位置することで、第１の分光特性と第２の分光特性とを略同じにすることができる。その結果、狭帯域観察においても、明るさの差や色調の差が少ない光学像を複数形成できる。

本実施形態の対物光学系では、条件式（１）を満足する光学面と条件式（２）を満足する光学面が、同一の光学面であることが好ましい。

２つの分光特性を１つの光学面に持たせることで、光路分割素子の小型化ができる。また、製造工程を短縮することができる。

図１に示す対物光学系ＯＢＪでは、光学面Ｓ２２が、条件式（２）を満足する光学面になっている。上述のように、光学面Ｓ２２は、条件式（１）を満足する光学面にすることができる。このように、光学面Ｓ２２は、条件式（１）と条件式（２）を満足する光学面にすることができる。

図５は、光学面Ｓ２２における分光特性である。実線は、光学面Ｓ２２が、条件式（１）は満足するが、条件式（２）を満足しない場合、破線は、光学面Ｓ２２が、条件式（１）と条件式（２）を満足する場合、を示している。

例えば、通常観察では、４５０ｎｍから７００ｎｍまでの波長帯域の光で形成された光学像の観察が行われ、狭帯域観察では、４００ｎｍから４３０ｎｍまでの波長帯域の光で形成された光学像の観察が行われるとする。

実線で示す分光特性を光学面Ｓ２２が持つ場合、光学面Ｓ２２では、５５０ｎｍから７００ｎｍにかけて、反射率が徐々に小さくなっている。よって、通常観察では、明るさの差や色調の差が少ない光学像を複数形成できる。実線で示す分光特性では、ＭＲ650／ＭＲ550＝０．８７である。

一方、破線で囲んだ範囲、すなわち、４３０ｎｍから４００ｎｍにかけて、反射率が徐々に小さくなっているが、反射率は７５％未満である。よって、狭帯域観察では、明るさの差や色調の差が少ない光学像を複数形成することは難しい。

これに対して、破線で示す分光特性を光学面Ｓ２２が持つ場合、光学面Ｓ２２では、５５０ｎｍから７００ｎｍにかけて、反射率が徐々に小さくなっている。破線で示す分光特性では、ＭＲ650／ＭＲ550＝０．８８である。よって、通常観察では、明るさの差や色調の差が少ない光学像を複数形成できる。

また、４３０ｎｍから４００ｎｍにかけて、反射率が徐々に小さくなっており、しかも反射率は７５％以上である。破線で示す分光特性では、ＭＲB＝０．７８である。よって、狭帯域観察でも、明るさの差や色調の差が少ない光学像を複数形成できる。

本実施形態の対物光学系は、以下の条件式（３）を満足することが好ましい。
−０．１５≦（Ｂ−Ａ）／Ｂ≦０．１５ （３）
ここで、
Ｂは、第１の光路の所定の波長範囲における透過率、
Ａは、第２の光路の所定の波長範囲における透過率、
所定の波長範囲は、波長４００ｎｍから７００ｎｍまでの範囲、
である。

条件式（３）を満足することで、通常観察と狭帯域観察の両方で、明るさの差や色調の差が少ない光学像を複数形成できる。

条件式（３）に代えて、以下の条件式（３’）を満足することが好ましい。
−０．１０≦（Ｂ−Ａ）／Ｂ≦０．１０ （３’）
条件式（３）に代えて、以下の条件式（３”）を満足することが好ましい。
−０．０５≦（Ｂ−Ａ）／Ｂ≦０．０５ （３”）

本実施形態の対物光学系は、反射面と１／４波長板が、第２の光路に位置し、１／４波長板は、光路分割面と反射面との間に位置し、光学面は、Ｐ偏光の光を透過し、Ｓ偏光の光を反射する特性を有することが好ましい。

図６は、光路分割ユニットを示す図である。光路分割ユニットＢＳ’は、レンズ群の像側に配置されている。光路分割ユニットＢＳ’は、カバーガラスＣ１と、プリズムＰ１’と、プリズムＰ２’と、１／４波長板ＱＷＰと、ミラーＭと、カバーガラスＣ２と、を有する。プリズムＰ１’とプリズムＰ２’とで光路分割素子が形成されている。

図６では、カバーガラスＣ１とプリズムＰ１’とは、空間的に離れているように描かれている。しかしながら、以下で説明するように、実際には接合されている。プリズムＰ２’、１／４波長板ＱＷＰ及びカバーガラスＣ２についても同様である。

カバーガラスＣ１は、プリズムＰ１’の光学面Ｓ１１’に接合されている。プリズムＰ１’は、プリズムＰ２’に接合されている。プリズムＰ１’の光学面Ｓ１２’とプリズムＰ２’の光学面Ｓ２１’とで、光学面ＳＰが形成されている。

ミラーＭは、光学面ＳＭがプリズムＰ１’の光学面Ｓ１３’と対向するように配置されている。１／４波長板ＱＷＰは、ミラーＭとプリズムＰ１’との間に配置されている。カバーガラスＣ２は、プリズムＰ２’の光学面Ｓ２３’に接合されている。

結像光は、光路分割ユニットＢＳ’に入射する。結像光はカバーガラスＣ１を通過して、光学面Ｓ１１’に入射する。光学面Ｓ１１’は透過面なので、結像光は光学面Ｓ１１’を透過する。

続いて、結像光は光学面ＳＰに入射する。光学面ＳＰは、面の法線が光軸に対して４５度となるように配置されている。偏光ビームスプリッターである。よって、光学面ＳＰでは、Ｐ偏光の光が透過され、Ｓ偏光の光が反射される。

Ｐ偏光の光を結像光１とし、Ｓ偏光の光を結像光２とする。結像光１と結像光２は、互いに異なる方向に進行する。結像光１が進行する光路を第１の光路、結像光２が進行する光路を第２の光路とすると、光学面ＳＰによって、第１の光路と第２の光路が形成される。このように、光学面ＳＰは光路分割面である。

第１の光路には、光学面ＳＰ、光学面Ｓ２２’、光学面Ｓ２３’及び光学面ＳＰが位置している。第１の光路では、光学面Ｓ２２’において光の反射が生じ、光学面ＳＰ、光学面Ｓ２３’及び光学面ＳＰにおいて光の透過が生じる。よって、第１の総和は、４回である。

第２の光路には、１／４波長板ＱＷＰが位置している。光学面ＳＰで反射された結像光２は、直線偏光の光である。結像光２は、１／４波長板ＱＷＰを通過することで、円偏光の光に変換される。結像光２は、ミラーＭの光学面ＳＭで反射され、再び、１／４波長板ＱＷＰを通過する。

結像光２は、１／４波長板ＱＷＰを通過することで、直線偏光の光に変換される。１／４波長板ＱＷＰから出射した結像光２では、偏光方向がＳ方向と直交する方向になる。すなわち、結像光２はＰ偏光の光になる。よって、結像光２は、光学面ＳＰを透過する。

このように、光路分割ユニットＢＳ’では、光学面ＳＰで反射されたＳ偏光の結像光２のほとんどは、Ｐ偏光の結像光２となって、光学面ＳＰを通過する。よって、第２の光路にでは、光量損失が少ない光学像の形成ができる。

第２の光路には、光学面ＳＰ、光学面Ｓ１３’、光学面ＳＱ１、光学面ＳＱ２、光学面ＳＭ、光学面Ｓ２３’及び光学面ＳＰが位置している。第２の光路では、光学面ＳＰと光学面ＳＭにおいて光の反射が生じ、光学面ＳＰ、光学面Ｓ１３’、光学面ＳＱ１、光学面ＳＱ２、光学面Ｓ２３’及び光学面ＳＰにおいて光の透過が生じる。光学面Ｓ１３’、光学面ＳＱ１及び光学面ＳＱ２における光の透過は、各々２回である。よって、第２の総和は、１１回である。

このように、本実施形態の対物光学系では、第２の総和は、第１の総和よりも多い。

しかしながら、本実施形態の対物光学系では、条件式（１）を満足する光学面が、第１の光路に位置している。よって、第１の分光特性と第２の分光特性とを略同じにすることができる。その結果、明るさの差や色調の差が少ない光学像を複数形成できる。

第１の分光特性と第２の分光特性とを、ほぼ同じにするには、第１の光路に位置する光学面に特定の分光特性を持たせるか、第２の光路に位置する光学面に特定の分光特性を持たせれば良い。

ただし、光路分割素子に偏光ビームスプリッターが用いられ、第２の光路に１／４波長板ＱＷＰが配置された場合、条件式（１）を満足する光学面を第１の光路に位置することが、より好ましい。これにより、６００ｎｍから７００ｎｍにかけての透過率を、第１の分光特性と第２の分光特性とで、ほぼ同じにすることが容易にできる。

１／４波長板ＱＷＰでは、直線偏光から円偏光への変換、又は、その逆の変換が行われる。ただし、特定の波長以外では、この変換は正確には行われない。すなわち、特定の波長以外では、直線偏光や円偏光は楕円偏光に変換されてしまう。楕円になる程度は、波長によって異なる。このように、１／４波長板ＱＷＰは波長分散特性を有する。

光路分割ユニットＢＳでは、１／４波長板ＱＷＰから光学面ＳＰに向かう結像光２は、直線偏光の光になっていることが好ましい。しかしながら、１／４波長板ＱＷＰは波長分散特性を有しているので、波長によっては、１／４波長板ＱＷＰから光学面ＳＰに向かう結像光２は、直線偏光の光にならない。そのため、光学面ＳＰを通過する際に、光量損失が生じる。また光量損失の大きさは、波長によって異なる。

１／４波長板における光量損失の大きさを、どの波長でも同じにする方法としては、複数の波長板を組み合わせる方法がある。しかしながら、この方法でも、性能上の限界がある。また、波長板を複数用いることで、対物光学系が大型化してしまう。

このように、第２の光路に１／４波長板ＱＷＰが配置されている場合、１／４波長板ＱＷＰに特定の分光特性を持たせて、第１の分光特性と第２の分光特性とを、ほぼ同じにすることは難しい。よって、第１の光路に位置する光学面に特定の分光特性を持たせることが好ましい。

本実施形態の対物光学系における分光特性の例を示す。図７は、実施例１における分光特性を示している。実施例１では、光路分割素子として偏光ビームスプリッターを用いている。また、各波長における透過率の値は、偏光ビームスプリッターへの入射光量を１００％としたときの値である。

図７において、実線と点線は、実施例１における分光特性を示し、一点鎖線と破線は、従来例における分光特性を示している。実線は、第１の光路における分光特性を示し、点線は、第２の光路における分光特性を示している。一点鎖線は、第１の光路における分光特性を示し、破線は、第２の光路における分光特性を示している。

図７に示すように、従来例では、短波長側と長波長側で、第１の光路における透過率と第２の光路における透過率が、長波長側で大きく異なり、又、短波長側でも異なっている。よって、通常観察では、長波長側で明るさの差や色調の差が生じ、狭帯域観察では、短波長側で明るさの差や色調の差が生じる。

これに対して、実施例１では、第１の光路の分光特性と第２の光路の分光特性は、ほぼ同じになっている。よって、実施例１によれば、通常観察と狭帯域観察の両方で、明るさの差や色調の差が少ない光学像を複数形成できる。

図８は、実施例２における分光特性を示している。実施例２では、光路分割素子として偏光ビームスプリッターを用いている。また、各波長における透過率の値は、偏光ビームスプリッターへの入射光量を１００％としたときの値である。

図８において、実線は、実施例２における分光特性を示し、破線は、従来例における分光特性を示している。図８では、第１の分光特性と第２の分光特性との差を示している。

第１の分光特性と第２の分光特性との差は、（Ｂ−Ａ）／Ｂから求めている。図８に示すように、従来例では、（Ｂ−Ａ）／Ｂの値が、最大で２５％を超えている。よって、通常観察では、長波長側で明るさの差や色調の差が生じる。

これに対して、実施例２では、（Ｂ−Ａ）／Ｂの値は±５％以内になっている。すなわち、条件式（３）を満足している。よって、実施例２によれば、通常観察と狭帯域観察の両方で、明るさの差や色調の差が少ない光学像を複数形成できる。

図９は、実施例３における分光特性を示している。実施例３では、光路分割素子として偏光ビームスプリッターを用いている。また、各波長における透過率の値は、偏光ビームスプリッターへの入射光量を１００％としたときの値である。

図９において、実線、破線及び点線は、実施例１における分光特性を示している。実線は、第１の光路における分光特性を示し、破線は、第２の光路における分光特性を示している。また、点線は、第１の分光特性と第２の分光特性との差を示している。第１の分光特性と第２の分光特性との差は、（Ｂ−Ａ）／Ｂから求めている。

実施例３では、第１の光路の分光特性と第２の光路の分光特性は、ほぼ同じになっている。また、実施例２では、（Ｂ−Ａ）／Ｂの値は−１５％以内になっている。すなわち、条件式（３）を満足している。よって、実施例３によれば、通常観察と狭帯域観察の両方で、明るさの差や色調の差が少ない光学像を複数形成できる。

本実施形態の対物光学系では、レンズ群と光路分割素子との間に、偏光解消素子が配置されていることが好ましい。

光路分割素子が偏光ビームスプリッターの場合、結像光１の光量と結像光２の光量は、光学面ＳＰに入射する結像光の偏光状態に依存する。例えば、結像光がＰ偏光の光の場合、結像光は全て光学面ＳＰを透過する。そのため、結像光１は生じるが、結像光２は生じない。その結果、光学像Ｉ１は形成されるが、光学像Ｉ２は形成されなくなる。

そこで、レンズ群と光路分割素子との間に、偏光解消素子を配置する。このようにすることで、光学面ＳＰに入射する結像光を、結像光１と結像光２とが生じるような光にすることができる。

偏光解消素子では、偏光方向がランダムとなるような光を生じることが好ましい。偏光解消素子としては、例えば、１／４波長板がある。

本実施形態の対物光学系では、条件式（１）を満足する光学面には、誘電体多層膜が形成されていることが好ましい。

反射コートとしては、金属膜によるコート、例えば、アルミニウムコートや銀コートがある。アルミニウムコートや銀コートでは、各波長における反射率が、ほぼ同じになる。アルミニウムコートや銀コートでは、特定の波長域における反射率を小さくすることが難しい。

このようなことから、条件式（１）を満足する光学面には、誘電体多層膜が形成されていることが好ましい。

誘電体多層膜では、特定の波長域における反射率を小さくすることができる。よって、条件式（１）を満足する光学面を、容易に実現することができる。異物混入防止の観点や分光特性の安定性の観点を考慮して、誘電体膜の膜層数は１０層以下が望ましい。

本実施形態の対物光学系では、条件式（１）を満足する光学面は、金属反射膜を有し、
誘電体多層膜は、金属反射膜の上に形成されていることが好ましい。

このようにすることで、誘電体膜における膜層数を少なくしても、特定の波長域における反射率を小さくすることができる。

本実施形態の対物光学系では、以下の条件式（４）を満足する光学面を有することが好ましい。
０．８５≦ＭＲUV≦０．９ （４）
ここで、
ＭＲUVは、第１の光路の波長３６５ｎｍにおける反射率、
である。

図１に示すように、接合面ＳＣの近傍には光学像Ｉ１や光学像Ｉ２が形成されている。よって、ここに、撮像素子の撮像面を位置させることで、光学像Ｉ１や光学像Ｉ２を撮像することができる。撮像素子の撮像面にはカバーガラスが設けられているので、カバーガラスＣ２は撮像素子のカバーガラスになる。

安定した撮像が行えるように、カバーガラスＣ２とプリズムＰ１とが接合される。この接合では、熱硬化型の接着剤や紫外線硬化型の接着剤が使用される。熱硬化型の接着剤を用いた場合、熱がプリズムＰ１、プリズムＰ２及び撮像素子に伝わる。

図１に示す光路分割ユニットＢＳでは、プリズムＰ１にはカバーガラスＣ１が接合されている。カバーガラスＣ１は、熱に対する耐性が比較的高い。よって、カバーガラスＣ２とプリズムＰ１との接合に、熱硬化型の接着剤を用いても、カバーガラスＣ１に及ぶ熱の影響は大きくない。

図９に示す光路分割ユニットＢＳでは、１／４波長板ＱＷＰが第２の光路中に位置している。図９では、１／４波長板ＱＷＰとプリズムＰ２は離れているが、実際には、１／４波長板ＱＷＰはプリズムＰ２に接着されている。

１／４波長板としては、結晶タイプの１／４波長板や高分子フィルムタイプの１／４波長板があるが、高分子フィルムの１／４波長板が多く用いられる。しかしながら、高分子フィルムは熱の影響を大きく受け易い。そのため、高分子フィルムタイプの１／４波長板も、熱の影響を受け易い。高分子フィルムタイプの１／４波長板では、例えば、熱によって、変形が生じる恐れや、偏光特性に変化が生じる恐れがある。

熱硬化型の接着剤では、一般的に、硬化時の温度は８０℃〜１４０℃で、硬化までの時間は３０分〜６０分である。そのため、高分子フィルムタイプの１／４波長板が、予めプリズムＰ１と接合されている場合、カバーガラスＣ２とプリズムＰ１との接合に熱硬化型の接着剤を用いることは難しい。

このようなことから、高分子フィルムタイプの１／４波長板が、予めプリズムＰ１と接合されている場合は、カバーガラスＣ２とプリズムＰ１との接合に紫外線硬化型の接着剤を使用することが好ましい。これにより、１／４波長板が高分子フィルムタイプの場合であっても、変形が生じる恐れや、偏光特性に変化が生じる恐れは生じない。

また、紫外線硬化型の接着剤として、硬化波長が３６５ｎｍの紫外線硬化型の接着剤を使用することが好ましい。この場合、条件式（４）を満足する光学面を有することが好ましい。

条件式（４）の下限値を下回ると、光学面を介して紫外線を接着剤に照射する場合に、十分な明るさの紫外線が接着剤に照射されない。その結果、接着不良となる恐れが生じる。

条件式（４）の上限値を上回ると、紫外線によるエネルギーが大きくなりすぎる。撮像素子が色フィルタを有する場合、色フィルタにダメージを与えてしまう可能性がある。

本実施形態の対物光学系では、条件式（１）を満足する光学面と条件式（４）を満足する光学面が、同一の光学面であることが好ましい。

２つの分光特性を１つの光学面に持たせることで、光路分割素子の小型化ができる。また、製造工程を短縮することができる。

本実施形態の対物光学系では、条件式（２）を満足する光学面と条件式（４）を満足する光学面が、同一の光学面であることが好ましい。

２つの分光特性を１つの光学面に持たせることで、光路分割素子の小型化ができる。また、製造工程を短縮することができる。

本実施形態の内視鏡装置は、上述の対物光学系と、撮像素子と、画像処理装置と、を有することを特徴とする。

本実施形態の内視鏡装置によれば、通常観察と狭帯域観察の少なくとも一方で、明るさの差や色調の差が少ない画像を得ることができる。

以上の説明では、第２の総和が第１の総和よりも多いと、第１の分光特性に比べて、第２の分光特性において、透過率の低下や反射率の低下が顕著になるとしている。しかしながら、第２の総和が第１の総和と同じであっても、第１の総和における反射回数と第２の総和における反射回数が異なる場合も、同様の現象が生じ得る。

また、第２の総和が第１の総和と同じで、第１の総和における反射回数と第２の総和における反射回数が同じであっても、同様の現象が生じ得る。例えば、第１の光路に、１つのミラーと１つの平行平板が配置され、第２の光路に、１つのミラーと１つの１／４波長板が配置されているとする。

この例では、第１の光路における反射回数と第２の光路における反射回数は、共に１回になる。また、第１の光路における透過回数と第２の光路における透過回数は、共に２回である。よって、第１の総和と第２の総和は、共に３回になる。その結果、この例では、第２の総和が第１の総和と同じで、第１の総和における反射回数と第２の総和における反射回数も同じになる。

ここで、第１の光路に配置されたミラーの分光特性が、第２の光路に配置されたミラーの分光特性と異なる場合、第１の分光特性は第２の分光特性と異なる。また、２つのミラーの分光特性が同じであったとしても、第１の光路に配置された平行平板の分光特性が、第２の光路に配置された１／４波長板の分光特性と異なると、第１の分光特性は第２の分光特性と異なる。

このように、第１の分光特性と第２の分光特性の違いは、反射回数や透過回数の差のみで生じるのではなく、光路に配置されたミラー面の分光特性や、透過素子の分光特性に影響される。

また、第１の光路中に、透過率や反射率を大きく下げる光学面が位置していることもあり得る。このような場合、第２の分光特性に比べて、第１の分光特性において、透過率の低下や反射率の低下が顕著になる。

以上のことから、透過率の低下や反射率の低下がより顕著に現れない光路に、条件式（１）を満足する光学面や条件式（２）を満足する光学面を配置すれば良い。

本実施形態の内視鏡装置は、対物光学系と、撮像素子と、画像処理装置と、を有し、対物光学系は、物体の像を形成するレンズ群と、レンズ群の像側に配置された光路分割素子と、を有し、光路分割素子は、レンズ群の光路上に配置され、光路分割素子は、第１の光路と第２の光路を形成する光路分割面を有し、第１の光路は、レンズ群の光路の延長線上に形成され、第２の光路は、第１の光路と交差するように形成され、第１の光路における光路長は、第２の光路における光路長と異なり、第２の光路における光の透過回数と光の反射回数の総和は、第１の光路における光の透過回数と光の反射回数の総和よりも多く、第１の光路に形成された第１の光学像と、第２の光路に形成された第２の光学像を、撮像素子によって、撮像し、画像処理装置は、撮像によって得られた２つの画像を、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画像補正処理部と、画像補正処理部により補正された２つの画像から、合成画像を生成する画像合成処理部と、を有し、画像補正処理部は、２つの画像の相対的な輝度と彩度を、少なくとも１つの任意の特定波長帯域において略一致させる色調補正部を有することを特徴とする。

本実施形態の内視鏡装置は、複数の光学像において、明るさの差や色調の差が生じていても、明るさの差や色調の差が少ない画像が得られる内視鏡装置を提供することを目的とするものである。

図１１に示すように、本実施形態の内視鏡装置１は、被検体内に挿入される内視鏡２と、この内視鏡２に照明光を供給する光源装置３と、プロセッサ装置４と、画像表示装置５と、を有する。

プロセッサ装置４は、画像処理を行う機能を有するが、それ以外の機能も有する。プロセッサ装置４は、アクチュエータ制御部２５と、画像プロセッサ３０と、制御部３９と、を有する。画像表示装置５は、プロセッサ装置４により生成された画像信号を内視鏡画像として表示する。

内視鏡２は、被検体内に挿入される細長の挿入部６と、この挿入部６の後端に設けられた操作部７とを有する。操作部７からは、ライトガイドケーブル８が外側に向かって延びている。ライトガイドケーブル８の一端は、接続部８ａを介して、光源装置３に着脱自在に接続されている。ライトガイドケーブル８は、内側にライトガイド９を有する。ライトガイド９の一部は挿入部６内に配置されている。

光源装置３は、光源として例えばキセノンランプ等のランプ１１を内蔵する。なお、光源として、キセノンランプ等のランプ１１に限定されるものでなく、発光ダイオード（ＬＥＤと略記）を用いても良い。ランプ１１により発生した照明光、例えば、白色光は、絞り１２により通過光量が調整される。そして、照明光は、コンデンサレンズ１３により集光されて、ライトガイド９の入射端面に入射する。絞り１２の開口径は、絞り駆動部１４によって変えることができる。

ライトガイド９は、光源装置３で生成された照明光を、挿入部６の先端部６ａに伝送する。伝送された照明光は、ライトガイド９の先端面から出射する。先端部６ａには、先端面に対向して照明レンズ１５が配置されている。照明レンズ１５は照明光を照明窓１５ａから出射する。これにより、被検体内部の観察対象部位が照明される。

先端部６ａには、観察窓２０が、照明窓１５ａの隣に設けられている。観察対象部位からの光は、観察窓２０を通過して、先端部６ａ内に入射する。観察窓２０の後方には、対物光学系が配置されている。対物光学系は、レンズ群１６と光路分割ユニット１９とで構成されている。

レンズ群１６は、レンズ１６ａやレンズ２１を有する。レンズ２１は光軸に沿って移動可能になっている。これにより、合焦が行われる。レンズ２１を移動させるために、アクチュエータ２２が配置されている。

光路分割ユニット１９には、１つの撮像素子（不図示）が配置されている。撮像素子の受光面に、２つの光学像が同時に形成される。２つの光学像は、撮像素子によって撮像される。

操作部７は、ケーブル２４を介して、プロセッサ装置４と接続されている。プロセッサ装置４との接続箇所には、信号コネクタ２４ａが設けられている。様々な情報の伝達が、ケーブル２４を介して、内視鏡２とプロセッサ装置４との間で行われる。信号コネクタ２４ａは、補正パラメータ格納部３７を有する。

補正パラメータ格納部３７には、画像の補正に使用する補正パラメータ（の情報）が格納されている。補正パラメータは、個々の内視鏡で異なる。固有の内視鏡識別情報を有する内視鏡が、プロセッサ装置４に接続されたとする。この場合、内視鏡識別情報に基づいて、接続された内視鏡に固有の補正パラメータが、補正パラメータ格納部３７から読み出される。読み出された補正パラメータに基づいて、画像補正処理部３２において、画像の補正が行われる。補正の有無は、制御部３９によって行われる。

アクチュエータ２２の制御は、アクチュエータ制御部２５によって行われる。そのために、アクチュエータ２２とアクチュエータ制御部２５とは、信号線２３を介して接続されている。また、撮像素子は、信号線２７ａを介して、画像プロセッサ３０と接続されている。撮像素子からの信号は、画像プロセッサ３０に入力される。また、操作部７に設けられたスイッチ２６の情報も、信号線を介して、プロセッサ装置４に送信される。

第１の光路における光路長が、第２の光路における光路長と僅かに異なる場合、撮像面の前後に、ピントの合った光学像が２つ形成される。撮像面に対する光学像のズレ量は僅かである。そのため、撮像面には、一部の領域だけにピントが合っている状態の光学像が、２つ形成される。

２つの光学像は撮像素子で撮像される。撮像で得られた画像信号は、信号線２７ａを介して画像プロセッサ３０に入力される。この画像プロセッサ３０は、画像読出部３１と、画像補正処理部３２と、画像合成処理部３３と、後段画像処理部３４と、画像出力部３５と、調光部３６と、を有する。

画像読出部３１では、入力された画像信号から、複数の画像の画像信号を読み出す。ここでは、光学像の数と画像の数は、共に２つとする。

２つの光学像を形成する光学系では、幾何的な差異が生じる場合がある。幾何的な差異としては、２つの光学像における相対的なズレ、例えば、倍率のズレ、位置のズレ及び回転方向のズレ、がある。これらの差異を、対物光学系の製造時などにおいて、完全に無くす事は難しい。しかし、それらのズレ量が大きくなると、例えば、合成画像が２重に見えてしまう。このため、画像補正処理部３２にて上述した幾何的な差異を補正することが好ましい。

画像補正処理部３２は、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３２では、例えば、２つの画像における相対的な倍率の差異、位置の差異、回転の差異のうち、少なくとも１つの差異を合致させる処理が行われる。

更に、画像補正処理部３２では、色調補正を行う。そのために、画像補正処理部３２は、色調補正部（不図示）を有する。色調補正では、２つの画像の相対的な輝度と彩度を、少なくとも１つの任意の特定波長帯域において略一致させる処理を行う。色調補正部を設けずに、画像補正処理部３２で色調補正を行っても良い。

画像補正処理部３２では、２つの画像のうち、一方の画像における輝度を、他方の画像における輝度と略一致するように変更する。また、画像補正処理部３２では、一方の画像における彩度を、他方の画像における彩度と略一致するように変更する。

上述のように、被写界深度の大きな画像を取得する方法では、複数の画像からピントが合っている領域だけを抽出し、抽出した領域の合成が行われる。本実施形態の内視鏡装置では、複数の画像における明るさの差や色調の差を少なくすることができる。よって、合成した画像において明るさのムラや色調の違いを少なくすることができる。

また、画像の色再現性を向上させる方法では、２つの画像を用いた画像合成が行われる。２つの光学像において明るさの差や色調の差が生じていると、撮像で得られた２つの画像にも、明るさの差や色調の差が生じる。本実施形態の内視鏡装置では、複数の画像において明るさの差や色調の差が生じていても、明るさの差や色調の差を少なくすることができる。よって、合成した画像の色再現性をより向上させることができる。

画像合成処理部３３では、まず、２つの画像を用いてコントラストの比較が行われる。この比較は、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ついて行われる。続いて、相対的にコントラストが高い方の画素領域の選択が行われる。そして、選択した画素領域を用いて１つの画像を生成する。このように、２つの画像から１つの合成画像を生成する。なお、２つの画像のコントラスト差が小さい場合は、各画像に所定の重み付けして加算する合成画像処理を行った後、合成画像を生成すれば良い。

後段画像処理部３４では、合成画像に対して、例えば、輪郭強調、ガンマ補正等の画像処理が行われる。画像出力部３５は、画像処理された画像を画像表示装置５に出力する。

調光部３６では、画像読出部３１により読み出された画像から、基準の明るさに調光するための調光信号が生成される。調光信号は、光源装置３の絞り駆動部１４に出力される。絞り駆動部１４は、調光信号に従って、基準の明るさを維持するように絞り１２の開口量を調整する。

本実施形態の内視鏡装置では、６４０ｎｍ以上７６０ｎｍ以下の波長帯域における輝度を補正することが好ましい。

輝度の補正では、画像Ａにおける輝度ＩＡと画像Ｂにおける輝度ＩＢから、補正係数ＫＩ＝ＩＢ／ＩＡを算出する。そして、補正係数ＫＩを用いて、画像Ａにおける輝度を補正する。

図１２に、輝度の補正の様子を示す。図１２（ａ）は、補正前における輝度比の分布を示す図、図１２（ｂ）は、補正後における輝度比の分布を示す図である。図１２において、縦軸は輝度比を表し、横軸は画像上の位置を表している。

撮像素子から出力された信号を用いて、Ｙ信号とＣｒＣｂ信号を算出することができる。Ｙ信号は輝度を表しているので、Ｙ信号から輝度を求めることができる。Ｙ信号とＣｒＣｂ信号の算出には、複数の画素が必要になる。そこで、複数の画素からなる微小領域を設定して、微小領域に含まれる画素からＹ信号とＣｒＣｂ信号を算出する。画像上の位置は、この微小領域の位置を意味している。

輝度の補正では、輝度比が１に近づくように、画像Ａにおける輝度を補正している。図１２（ａ）、（ｂ）に示すように、輝度の補正では、３５０ｎｍから４２０ｎｍまでの波長帯域と、６５０ｎｍから７５０ｎｍまでの波長帯域が用いられる。後述のように、６５０ｎｍから７５０ｎｍまでの波長帯域は、７つの波長帯域に分かれる。よって、輝度の補正では、８つの波長帯域が用いられる。

輝度の補正を１つの広い波長帯域で行うと、補正値の精度が低くなる。この場合、輝度の補正を正確に行うことができない。高い精度の補正値を得るためには、対象とする波長範囲での波長分解能を高める（サンプリング数を多くする）必要がある。

６５０ｎｍから７５０ｎｍまでの波長帯域は、非常に広い波長帯域である。そこで、本実施形態の内視鏡装置では、広い波長帯域を複数の波長帯域に分けることで、輝度の差異を算出している。このようにすることで、各波長帯域で、精度の高い補正値を導き出すことができる。その結果、輝度の補正を正確に行うことができる。

図１２（ａ）において破線の枠で示すように、輝度の補正では、６５０ｎｍから７５０ｎｍまでの波長帯域を、７つの波長帯域に分け、各波長帯域で輝度の補正を行っている。第１の波長帯域は、６５０ｎｍから６６０ｎｍまでの範囲である。第２の波長帯域は、６５０ｎｍから６７０ｎｍまでの範囲である。第３の波長帯域は、６５０ｎｍから６８５ｎｍまでの範囲である。第４の波長帯域は、６６０ｎｍから６７０ｎｍまでの範囲である。第５の波長帯域は、６６０ｎｍから６８５ｎｍまでの範囲である。第６の波長帯域は、６６０ｎｍから７５０ｎｍまでの範囲である。第７の波長帯域は、７００ｎｍから７５０ｎｍまでの範囲である。

図１２（ｂ）に示すように、第１の波長帯域から第５の波長帯域までについて、各波長帯域における輝度比の値を１に近づけることができている。

上述のように、内視鏡では、体内の観察が行われる。体内における被写体は、赤味を帯びていることが多い。また、被写体の撮像には、撮像素子が用いられる。撮像素子の感度は、波長が長くなるほど感度が高くなる。よって、青色光や緑色光に比べると、赤色光に対する感度が高い。

第１の波長帯域から第５の波長帯域は、赤色光の波長域とほぼ一致している。よって、各波長帯域における輝度比の値が１に近づくことで、赤色光の波長域において明るさの差が少ない画像を複数形成できる。

これらの画像を用いることで、赤色光の波長域において、色再現性をより向上させることができる。また、被写界深度の大きな画像では、赤色光の波長域において、明るさのムラを少なくすることができる。

７つの波長帯域では、少なくとも２つの波長帯域で、波長域が重複している。例えば、第１の波長帯域と第２の波長帯域では、６５０ｎｍから６６０ｎｍまでの範囲が重複している。この重複が存在しないように、第２の波長帯域を狭くすると、第２の波長帯域における画像の輝度が低くなってしまう。画像の輝度が低くなりすぎると、輝度とノイズとを区別することが難しくなる。第２の波長帯域に、第１の波長帯域と重複する波長帯域を持たせることで、画像の輝度の低下を防止することができる。

広い波長帯域を複数の波長帯域に分ける場合、分ける数が多くなりすぎると、１つの波長帯域における画像の輝度が低くなる。この場合、補正値は大きな誤差を含むので、高い精度で補正値を得ることができない。また、処理回路が複雑になる。

本実施形態の内視鏡装置では、補正後の輝度比が、０．９８以上１．０２以下となるように補正することが好ましい。

このようにすることで、赤色光の波長域において、色再現性を更に向上させることができる。また、被写界深度の大きな画像では、赤色光の波長域において、明るさのムラを更に少なくすることができる。

図１２に（ｂ）に示すように、第１の波長帯域から第５の波長帯域までの各波長帯域で、補正後の輝度比が、０．９８以上１．０２以下になっている。このようにすることで、通常観察において、明るさの差が少ない画像を得ることができる。

第６の波長帯域における輝度比や、第７の波長帯域における輝度比についても、比率が１に近づくようにすることが好ましい。このようにすることで、更に明るさの差が少ない画像を得ることができる。

本実施形態の内視鏡装置では、６４０ｎｍ以上７６０ｎｍ以下の波長帯域における彩度を補正することが好ましい。

彩度の変更では、画像Ａにおける彩度ＣＡと画像Ｂにおける彩度ＣＢから、補正係数ＫＣ＝ＣＢ／ＣＡを算出する。そして、補正係数ＫＣを用いて、画像Ａにおける彩度を補正する。

図１３に、彩度の補正の様子を示す。図１３（ａ）は、補正前における彩度比の分布を示す図、図１３（ｂ）は、補正後における再度比の分布を示す図である。

図１３において、縦軸は彩度比を表し、横軸は画像上の位置を表している。画像上の位置は図１２で説明したとおりである。上述のように、撮像素子かの出力信号から、Ｙ信号とＣｒＣｂ信号を算出することができる。ＣｒＣｂ信号は色に関する信号なので、ＣｒＣｂ信号から彩度を求めることができる。

彩度の補正でも、８つの波長帯域が用いられる。また、輝度の補正と同じように、６５０ｎｍから７５０ｎｍまでの範囲を、７つの波長帯域に分け、各波長帯域で彩度の補正を行っている。彩度の補正でも、彩度比が１に近づくように画像Ａにおける彩度を補正している。

第１の波長帯域は、６５０ｎｍから６６０ｎｍまでの範囲である。第２の波長帯域は、６５０ｎｍから６７０ｎｍまでの範囲である。第３の波長帯域は、６５０ｎｍから６８５ｎｍまでの範囲である。第４の波長帯域は、６６０ｎｍから６７０ｎｍまでの範囲である。第５の波長帯域は、６６０ｎｍから６８５ｎｍまでの範囲である。第６の波長帯域は、６６０ｎｍから７５０ｎｍまでの範囲である。第７の波長帯域は、７００ｎｍから７５０ｎｍまでの範囲である。

図１３（ｂ）に示すように、第１の波長帯域から第６の波長帯域までについて、各波長帯域における彩度比の値を１に近づけることができている。

上述のように、内視鏡では、体内の観察が行われる。体内における被写体は、赤味を帯びていることが多い。また、被写体像の撮像には、撮像素子が用いられる。撮像素子の感度は、波長が長くなるほど感度が高くなる。よって、青色光や緑色光に比べると、赤色光に対する感度が高い。

第１の波長帯域から第６の波長帯域は、赤色光の波長域とほぼ一致している。よって、各波長域における彩度比の値が１に近づくことで、赤色光の波長域において色調の差が少ない画像を複数形成できる。

これらの画像を用いることで、赤色光の波長域において、色再現性をより向上させることができる。また、被写界深度の大きな画像では、赤色光の波長域において、色調の違いを少なくすることができる。

彩度の補正でも、６５０ｎｍから７５０ｎｍまでの波長帯域を、７つの波長帯域に分けている。また、７つの波長帯域では、少なくとも２つの波長帯域で、波長域が重複している。このようにした理由は、輝度の補正で説明したとおりである。このようにすることで、各波長帯域で、精度の高い補正値を導き出すことができる。その結果、彩度の補正を正確に行うことができる。

本実施形態の内視鏡装置では、補正後の彩度比が、０．９５以上１．０５以下となるように補正することが好ましい。

このようにすることで、赤色光の波長域において、色再現性を更に向上させることができる。また、被写界深度の大きな画像では、赤色光の波長域において、色調の違いを更に少なくすることができる。

図１３に（ｂ）に示すように、第１の波長帯域から第５の波長帯域までの各波長帯域で、補正後の輝度比が、０．９５以上１．０５以下になっている。このようにすることで、通常観察において、色調の差が少ない画像を得ることができる。

第６の波長帯域における輝度比や、第７の波長帯域における彩度比についても、比率が１に近づくようにすることが好ましい。このようにすることで、更に色調の差が少ない画像を得ることができる。

本実施形態の内視鏡装置では、４００ｎｍから４５０ｎｍまでの波長帯域における輝度を補正することが好ましい。

このようにすることで、狭帯域観察において、色再現性をより向上させることができる。また、被写界深度の大きな画像では、狭帯域観察において、明るさのムラを少なくすることができる。

本実施形態の内視鏡装置では、４００ｎｍから４５０ｎｍまでの波長帯域における彩度を補正することが好ましい。

このようにすることで、狭帯域観察において、色再現性をより向上させることができる。また、被写界深度の大きな画像では、狭帯域観察において、色調の違いを少なくすることができる。

本実施形態の内視鏡装置では、以下の条件式（１）を満足する光学面が、第１の光路に位置していることが好ましい。
０．８≦ＭＲ650／ＭＲ550≦０．９ （１）
ここで、
ＭＲ550は、波長５５０ｎｍにおける反射率、
ＭＲ650は、波長６５０ｎｍにおける反射率、
である。

上述のように、条件式（１）を満足する光学面が第１の光路に位置することで、第１の分光特性と第２の分光特性とを略同じにすることができる。その結果、明るさの差や色調の差が少ない光学像を複数形成できる。

光学像に明るさの差や色調の差が僅かに残っている場合、撮像によって得た画像にも明るさの差や色調の差が僅かに残る。そこで、色調補正部によって、複数の画像の相対的な輝度と彩度を、少なくとも１つの任意の特定波長帯域において略一致させる。

このようにすることで、色再現性を更に向上させることができる。また、被写界深度の大きな画像では、明るさのムラや色調の差を更に少なくすることができる。

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。

（付記）
なお、これらの実施例から以下の構成の発明が導かれる。

（付記項１）
物体の像を形成するレンズ群と、
レンズ群の像側に配置された光路分割素子と、を有し、
光路分割素子は、レンズ群の光路上に配置され、
光路分割素子は、第１の光路と第２の光路を形成する光路分割面を有し、
第１の光路は、レンズ群の光路の延長線上に形成され、
第２の光路は、第１の光路と交差するように形成され、
第１の光路における光路長は、第２の光路における光路長と異なり、
第２の光路における光の透過回数と光の反射回数の総和は、第１の光路における光の透過回数と光の反射回数の総和よりも多く、
以下の条件式（１）を満足する光学面が、第１の光路に位置していることを特徴とする対物光学系。
０．８≦ＭＲ650／ＭＲ550≦０．９ （１）
ここで、
ＭＲ550は、波長５５０ｎｍにおける反射率、
ＭＲ650は、波長６５０ｎｍにおける反射率、
である。

（付記項２）
以下の条件式（２）を満足する光学面が、第１の光路に位置していることを特徴とする付記項１に記載の対物光学系。
０．７５≦ＭＲB≦０．８０ （２）
ここで、
ＭＲBは、波長３９０ｎｍにおける反射率、
である。

（付記項３）
条件式（１）を満足する光学面と条件式（２）を満足する光学面が、同一の光学面であることと特徴とする付記項２に記載の対物光学系。

（付記項４）
以下の条件式（３）を満足することを特徴とする付記項１から３のいずれか一項に記載の対物光学系。
−０．１５≦（Ｂ−Ａ）／Ｂ≦０．１５ （３）
ここで、
Ｂは、第１の光路の所定の波長範囲における透過率、
Ａは、第２の光路の所定の波長範囲における透過率、
所定の波長範囲は、波長４００ｎｍから７００ｎｍまでの範囲、
である。

（付記項５）
反射面と１／４波長板が、第２の光路に位置し、
１／４波長板は、光路分割面と反射面との間に位置し、
光学面は、Ｐ偏光の光を透過し、Ｓ偏光の光を反射する特性を有することを特徴とする付記項１から４のいずれか一項に記載の対物光学系。

（付記項６）
レンズ群と光路分割素子との間に、偏光解消素子が配置されていることを特徴とする付記項５に記載の対物光学系。

（付記項７）
条件式（１）を満足する光学面には、誘電体多層膜が形成されていることを特徴とする付記項１から５のいずれか一項に記載の対物光学系。

（付記項８）
条件式（１）を満足する光学面は、金属反射膜を有し、
誘電体多層膜は、金属反射膜の上に形成されていることを特徴とする付記項６に記載の対物光学系。

（付記項９）
以下の条件式（４）を満足する光学面を有することを特徴とする付記項１から８のいずれか一項に記載の内視鏡装置。
０．８５≦ＭＲUV≦０．９ （４）
ここで、
ＭＲUVは、波長３６５ｎｍにおける反射率、
である。

（付記項１０）
条件式（１）を満足する光学面と条件式（４）を満足する光学面が、同一の光学面であること特徴とする付記項１から９のいずれか一項に記載の対物光学系。

（付記項１１）
条件式（２）を満足する光学面と条件式（４）を満足する光学面が、同一の光学面であること特徴とする付記項２から１０のいずれか一項に記載の対物光学系。

（付記項１２）
付記項１から１１のいずれか一項に記載の対物光学系と、
撮像素子と、
画像処理装置と、を有することを特徴とする内視鏡装置。

（付記項１３）
対物光学系と、
撮像素子と、
画像処理装置と、を有し、
対物光学系は、
物体の像を形成するレンズ群と、
レンズ群の像側に配置された光路分割素子と、を有し、
光路分割素子は、レンズ群の光路上に配置され、
光路分割素子は、第１の光路と第２の光路を形成する光路分割面を有し、
第１の光路は、レンズ群の光路の延長線上に形成され、
第２の光路は、第１の光路と交差するように形成され、
第１の光路における光路長は、第２の光路における光路長と異なり、
第２の光路における光の透過回数と光の反射回数の総和は、第１の光路における光の透過回数と光の反射回数の総和よりも多く、
第１の光路に形成された第１の光学像と、第２の光路に形成された第２の光学像を、撮像素子によって、撮像し、
画像処理装置は、撮像によって得られた２つの画像を、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画像補正処理部と、
画像補正処理部により補正された２つの画像から、合成画像を生成する画像合成処理部と、を有し、
画像補正処理部は、２つの画像の相対的な輝度と彩度を、少なくとも１つの任意の特定波長帯域において略一致させる色調補正部を有することを特徴とする内視鏡装置。

（付記項１４）
６４０ｎｍから７６０ｎｍまでの波長帯域における輝度を補正することを特徴とする付記項１０に記載の内視鏡装置。

（付記項１５）
補正後の輝度比が、０．９８以上１．０２以下となるように補正することを特徴とする付記項１１に記載の内視鏡装置。

（付記項１６）
６４０ｎｍから７６０ｎｍまでの波長帯域における彩度を補正することを特徴とする付記項１０から１２のいずれか一項に記載の内視鏡装置。

（付記項１７）
補正後の彩度比が、０．９５以上１．０５以下となるように補正することを特徴とする付記項１３に記載の内視鏡装置。

（付記項１８）
４００ｎｍから４５０ｎｍまでの波長帯域における輝度を補正することを特徴とする付記項１０から１４のいずれか一項に記載の内視鏡装置。

（付記項１９）
４００ｎｍから４５０ｎｍまでの波長帯域における彩度を補正することを特徴とする付記項１０から１５のいずれか一項に記載の内視鏡装置。

（付記項２０）
以下の条件式（１）を満足する光学面が、第１の光路に位置していることを特徴とする１０から１５のいずれか一項に記載の内視鏡装置。
０．８≦ＭＲ650／ＭＲ550≦０．９ （１）
ここで、
ＭＲ550は、波長５５０ｎｍにおける反射率、
ＭＲ650は、波長６５０ｎｍにおける反射率、
である。

（付記項２１）
物体の像を形成するレンズ群と、
レンズ群の像側に配置された光路分割素子と、を有し、
光路分割素子は、レンズ群の光路上に配置され、
光路分割素子は、第１の光路と第２の光路を形成する光路分割面を有し、
第１の光路は、レンズ群の光路の延長線上に形成され、
第２の光路は、第１の光路と交差するように形成され、
第１の光路における光路長は、第２の光路における光路長と異なり、
第２の光路における光の透過回数と光の反射回数の総和は、第１の光路における光の透過回数と光の反射回数の総和よりも多く、
以下の条件式（２）を満足する光学面が、第１の光路に位置していることを特徴とする対物光学系。
０．７５≦ＭＲB≦０．８０ （２）
ここで、
ＭＲBは、第１の光路の波長３９０ｎｍにおける反射率、
である。

本発明は、明るさの差や色調の差が少ない光学像を複数形成できる対物光学系及びそれを備えた内視鏡装置に有用である。

ＡＸ 光軸
ＢＳ、ＢＳ’ 光路分割ユニット
Ｃ１、Ｃ２ カバーガラス
ＬＧ レンズ群
Ｌ１〜Ｌ１０ レンズ
Ｍ ミラー
ＯＢＪ 対物光学系
Ｐ１、Ｐ１’、Ｐ２、Ｐ２’ プリズム
ＱＷＰ １／４波長板
Ｓ 明るさ絞り
Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３、ＳＭ 光学面
Ｓ１１’、Ｓ１２’、Ｓ１３’、Ｓ２１’、Ｓ２２’、Ｓ２３’、ＳＱ１、ＳＱ２ 光学面
ＳＣ 接合面
ＳＰ 光学面
Ｉ１、Ｉ２ 光学像
１ 内視鏡装置
２ 内視鏡
３ 光源装置
４ プロセッサ装置
５ 画像表示装置
６ 挿入部
６ａ 先端部
７ 操作部
８ ライトガイドケーブル
８ａ 接続部
９ ライトガイド
１１ ランプ
１２ 絞り
１３ コンデンサレンズ
１４ 絞り駆動部
１５ 照明レンズ
１５ａ 照明窓
１６ レンズ群
１６ａ レンズ
１９ 光路分割ユニット
２０ 観察窓
２１ レンズ
２２ アクチュエータ
２３ 信号線
２４ ケーブル
２４ａ 信号コネクタ
２５ アクチュエータ制御部
２６ スイッチ
２７ａ 信号線
３０ 画像プロセッサ
３１ 画像読出部
３２ 画像補正処理部
３３ 画像合成処理部
３４ 後段画像処理部
３５ 画像出力部
３６ 調光部
３７ 補正パラメータ格納部
３９ 制御部

Claims (3)

1. 物体の像を形成するレンズ群と、
   前記レンズ群の像側に配置された光路分割素子と、を有し、
   前記光路分割素子は、前記レンズ群の光路上に配置され、
   前記光路分割素子は、第１の光路と第２の光路を形成する光路分割面を有し、
   前記第１の光路は、前記レンズ群の光路の延長線上に形成され、
   前記第２の光路は、前記第１の光路と交差するように形成され、
   前記第１の光路における光路長は、前記第２の光路における光路長と異なり、
   前記第２の光路における光の透過回数と光の反射回数の総和は、前記第１の光路における光の透過回数と光の反射回数の総和よりも多く、
   以下の条件式（１）を満足する光学面が、前記第１の光路に位置していることを特徴とする対物光学系。
   ０．８≦ＭＲ650／ＭＲ550≦０．９ （１）
   ここで、
   ＭＲ550は、波長５５０ｎｍにおける反射率、
   ＭＲ650は、波長６５０ｎｍにおける反射率、
   である。
2. 以下の条件式（２）を満足する光学面が、前記第１の光路に位置していることを特徴とする請求項１に記載の対物光学系。
   ０．７５≦ＭＲB≦０．８０ （２）
   ここで、
   ＭＲBは、波長３９０ｎｍにおける反射率、
   である。
3. 請求項１に記載の対物光学系と、
   撮像素子と、
   画像処理装置と、を有することを特徴とする内視鏡装置。

Images