內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的制作方法
內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明可降低制造成本并且不使裝置大型化而獲取有效地擴大了景深的圖像。提供內(nèi)窺鏡系統(tǒng)（1)，具備：對物光學(xué)系統(tǒng)（16)，其設(shè)置在插入部（6)前端，獲取被攝體像；光路分割單元，其將上述被攝體像分割為焦點不同的兩個光學(xué)像；攝像元件，其同時拍攝焦點不同的兩個上述光學(xué)像而獲取兩個圖像；圖像校正單元（32)，其對通過該攝像元件獲取的兩個上述圖像進行校正，以使兩個上述圖像的除焦點以外的相互差異大致相同；以及圖像合成處理部（33)，其在通過該圖像校正單元進行校正后的兩個上述圖像之間的對應(yīng)的規(guī)定區(qū)域中選擇對比度相對高的圖像來生成合成圖像。
【專利說明】內(nèi)窺鏡系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種內(nèi)窺鏡系統(tǒng)、特別是景深內(nèi)窺鏡系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] -般，已知在以內(nèi)窺鏡系統(tǒng)為首的具備攝像元件的設(shè)備中，伴隨著攝像元件的高 像素化，景深變淺。即，在攝像元件中，當為了增加像素數(shù)而減小像素間距（單位像素的縱 橫尺寸）時，容許模糊圈也隨之減小，因此攝像裝置的景深變淺。為了擴大景深，例如在專 利文獻1中公開了以下的技術(shù)：利用光路分割單元將被攝體像分割為焦點不同的兩個像， 使這些各像分別在不同的攝像元件中成像，對兩個像進行合成而獲取擴大了景深的像。
[0003] 另一方面，為了維持景深，能夠考慮增大光學(xué)系統(tǒng)的光圈值，但存在噪聲增加而使 畫質(zhì)劣化、或衍射的影響變大而使分辨率降低的問題。作為提高分辨率的技術(shù)，例如在專利 文獻2中公開了以下的技術(shù)：使通過光路分割元件進行分割后的焦點不同的兩個被攝體像 在一個攝像元件中成像，通過對兩個像進行加法處理來獲取提高了分辨率的合成圖像。
[0004] 專利文獻1 :日本特開2003-078802號公報
[0005] 專利文獻2 :日本特開2004-313523號公報
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] 發(fā)明要解決的問是頁
[0007] 然而，在上述的專利文獻1的技術(shù)中，為了使焦點不同的被攝體像成像而設(shè)置有 多個攝像元件，因此攝像裝置變得大型化、制造成本增大。另外，在專利文獻2的技術(shù)中，雖 然能夠?qū)崿F(xiàn)動態(tài)范圍的擴大、分辨率的提高，但兩個被攝體像的焦點差過大，因此在各個景 深之間產(chǎn)生焦點不重合的區(qū)域、或各景深過于重合而無法擴大景深。
[0008] 本發(fā)明是鑒于上述的情況而完成的，其目的在于提供一種內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，該內(nèi)窺鏡 系統(tǒng)能夠降低制造成本，不會使裝置大型化而獲取擴大了景深的圖像。
[0009] 用于解決問題的方案
[0010] 為了達到上述目的，本發(fā)明提供以下手段。
[0011] 本發(fā)明的一個方式提供一種內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，具備：對物光學(xué)系統(tǒng)，其設(shè)置在插入部前 端，用于獲取被攝體像；光路分割單元，其將上述被攝體像分割為焦點不同的兩個光學(xué)像； 攝像元件，其對上述焦點不同的兩個光學(xué)像同時進行拍攝而獲取兩個圖像；圖像校正單元， 其對通過該攝像元件獲取到的兩個上述圖像進行校正，使得兩個上述圖像的焦點以外的相 互差異大致相同；以及圖像合成處理部，其在通過該圖像校正單元進行校正后的兩個上述 圖像之間的對應(yīng)的規(guī)定區(qū)域中選擇對比度相對高的圖像來生成合成圖像。
[0012] 根據(jù)本方式，在生成合成圖像之前，先同時拍攝焦點不同的兩個光學(xué)像而得到兩 個圖像，對兩個上述圖像進行校正以使兩個上述圖像的焦點以外的相互差異大致相同，因 此消除了兩個圖像的光學(xué)像的偏差。然后，在進行校正后的兩個圖像之間的對應(yīng)的規(guī)定區(qū) 域中選擇對比度相對高的圖像來生成合成圖像，因此例如能夠防止由于噪聲等而在合成圖 像中產(chǎn)生不連續(xù)區(qū)域或光學(xué)像模糊的情況，并且能夠獲取擴大了景深的圖像。另外，通過同 一攝像元件拍攝兩個圖像，因此與具備多個攝像元件的結(jié)構(gòu)相比，能夠降低制造成本，不使 裝置大型化而獲取擴大了景深的圖像。
[0013] 在上述方式的基礎(chǔ)上，優(yōu)選在兩個上述圖像之間的對應(yīng)的規(guī)定區(qū)域中各規(guī)定區(qū)域 的對比度大致相同的情況下，上述圖像合成處理部對各規(guī)定區(qū)域進行加權(quán)來生成合成圖 像。
[0014] 由此，能夠防止合成圖像的不連續(xù)區(qū)域的產(chǎn)生、光學(xué)像的模糊并且獲取擴大了景 深的圖像。
[0015] 在上述方式的基礎(chǔ)上，優(yōu)選上述圖像校正單元對上述圖像進行校正，以使兩個上 述光學(xué)像的位置、角度以及倍率大致相同。
[0016] 由此，能夠防止生成合成圖像時的光學(xué)像的偏差、模糊。
[0017] 在上述方式的基礎(chǔ)上，優(yōu)選上述圖像校正單元對上述圖像進行校正，以使兩個上 述光學(xué)像的亮度和顏色大致相同。
[0018] 由此，能夠防止生成合成圖像時的光學(xué)像的偏差、模糊。
[0019] 在上述方式的基礎(chǔ)上，優(yōu)選在上述光路分割單元使分割得到的一方的光學(xué)像在上 述攝像元件中鏡像反轉(zhuǎn)而成像的情況下，上述圖像校正單元使兩個上述圖像中的任意一方 鏡像反轉(zhuǎn)。
[0020] 由此，能夠使兩個圖像的光學(xué)像的方向一致。
[0021] 在上述發(fā)明的基礎(chǔ)上，優(yōu)選在將上述對物光學(xué)系統(tǒng)的有效光圈值表示為Fno、將上 述攝像元件的垂直方向像素尺寸表示為Pix的情況下，上述對物光學(xué)系統(tǒng)和上述攝像元件 滿足以下的條件
[0022] 2. 4 彡 Fno/Pix 彡 4. 28。
[0023] 由此，能夠維持希望的亮度、分辨率并且獲取擴大了景深的圖像。
[0024] 在上述形式的基礎(chǔ)上，優(yōu)選上述光路分割單元具備偏轉(zhuǎn)分離單元和λ /4板，該偏 轉(zhuǎn)分離單元對來自上述對物光學(xué)系統(tǒng)的被攝體像進行偏振分離，該λ/4板配置于比該偏 振分離單元更靠被攝體側(cè)的位置，是賦予1/4波長量的相位差的1/4波長相位元件，該λ /4 板的高速軸配置為：相對于包含配置在上述插入部前端的照明光學(xué)系統(tǒng)的光軸和上述對物 光學(xué)系統(tǒng)的光軸的平面大致平行或垂直。
[0025] 由此，能夠防止在兩個圖像中產(chǎn)生極端的亮度差，抑制合成圖像的亮度不均。
[0026] 在上述方式的基礎(chǔ)上，優(yōu)選在上述插入部前端配置有多個照明光學(xué)系統(tǒng)，上述 λ/4板的高速軸配置為：相對于包含上述對物光學(xué)系統(tǒng)的光軸和多個上述照明光學(xué)系統(tǒng) 中的離上述對物光學(xué)系統(tǒng)最遠的照明光學(xué)系統(tǒng)的光軸的平面大致平行或垂直。
[0027] 由此，能夠進一步抑制合成圖像的亮度不均。
[0028] 在上述方式的基礎(chǔ)上，優(yōu)選在上述插入部前端配置有多個照明光學(xué)系統(tǒng)，上述 λ/4板的高速軸配置為：相對于包含上述對物光學(xué)系統(tǒng)的光軸和多個上述照明光學(xué)系統(tǒng) 中的照明光量最多的照明光學(xué)系統(tǒng)的光軸的平面大致平行或垂直。
[0029] 由此，能夠進一步抑制合成圖像的亮度不均。
[0030] 在上述方式的基礎(chǔ)上，優(yōu)選上述λ /4板是高分子薄膜。
[0031] 由此，能夠有助于內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的小型化。
[0032] 發(fā)明的效果
[0033] 根據(jù)本發(fā)明，起到以下的效果，S卩，能夠降低制造成本并不使裝置大型化而獲取更 加有效地擴大了景深的圖像。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0034] 圖1是本發(fā)明的實施方式所涉及的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的概要結(jié)構(gòu)圖。
[0035] 圖2是應(yīng)用于本發(fā)明的實施方式所涉及的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的攝像單元的概要結(jié)構(gòu)圖。
[0036] 圖3是應(yīng)用于本發(fā)明的實施方式所涉及的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的攝像元件的概要結(jié)構(gòu)圖。
[0037] 圖4是以幾何光學(xué)的方式?jīng)Q定的景深的說明圖。
[0038] 圖5是表示得到合成景深的情況下的MTF和散焦之間的關(guān)系的圖表。
[0039] 圖6(A)是通過對物光學(xué)系統(tǒng)16的調(diào)焦來整體地示出遠方觀察焦點狀態(tài)的說明 圖，圖6(B)是通過對物光學(xué)系統(tǒng)的調(diào)焦來整體地示出接近觀察焦點的狀態(tài)的圖。
[0040] 圖7A是與本發(fā)明的各實施例所涉及的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的景深等數(shù)值數(shù)據(jù)相關(guān)的圖 表。
[0041] 圖7B是與本發(fā)明的各實施例所涉及的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的景深等數(shù)值數(shù)據(jù)相關(guān)的圖 表。
[0042] 圖7C是與本發(fā)明的各實施例所涉及的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的景深等數(shù)值數(shù)據(jù)相關(guān)的圖 表。
[0043] 圖8是表示在本發(fā)明的實施方式所涉及的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)中將兩個光學(xué)像合成的情 況下的流程的流程圖。
[0044] 圖9是表示在本發(fā)明的實施方式所涉及的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)中將兩個圖像合成時的加 權(quán)系數(shù)的圖表。
[0045] 圖10是表示在本發(fā)明的實施方式所涉及的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)中通過偏振分束器進行奇 數(shù)次的反射后在攝像元件中成像的情況下的成像狀態(tài)的圖。
[0046] 圖11是表示內(nèi)窺鏡前端的結(jié)構(gòu)和布儒斯特角之間的關(guān)系的圖。
[0047] 圖12是表示將λ/4板配置在比光路分割元件的偏振分離膜更靠物體側(cè)的位置的 例子的圖。
[0048] 圖13是表不λ/4板和照明光學(xué)系統(tǒng)之間的配置關(guān)系的圖。
【具體實施方式】
[0049] 以下，參照【專利附圖】
【附圖說明】本發(fā)明的實施方式。
[0050](第一實施方式）
[0051] 如圖1所示，本發(fā)明的第一實施方式的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)1具備：內(nèi)窺鏡2,其插入到被 檢體內(nèi)；光源裝置3,其向該內(nèi)窺鏡2供給照明光；處理器裝置4,其對通過設(shè)置于內(nèi)窺鏡2 的攝像元件獲取的圖像信號進行圖像處理；以及圖像顯示裝置5,其將通過處理器裝置4進 行規(guī)定的圖像處理所得到的圖像信號顯示為內(nèi)窺鏡圖像。
[0052] 內(nèi)窺鏡2還具備插入到被檢體內(nèi)的細長的插入部6、設(shè)置于該插入部6的后端的 操作部7、從操作部7延伸出的第一線纜8,在第一線纜8貫通有用于傳送照明光的光導(dǎo)9。 在內(nèi)窺鏡2的插入部6的前端部6a設(shè)置有使從光導(dǎo)9射出的照明光擴散的照明透鏡15、獲 取被攝體像的對物光學(xué)系統(tǒng)16、以及拍攝被攝體像的攝像單元19。第一線纜8的端部的光 導(dǎo)連接器8a以使光導(dǎo)9的貫通第一線纜8的后端部成為照明光的入射端的方式可自由裝 卸地連接于光源裝置3。
[0053] 光源裝置3例如內(nèi)置氙氣燈等燈11作為光源。此外，作為光源，并不限于氙氣燈 等燈11，也可以使用發(fā)光二極管（簡稱為LED)。由燈11產(chǎn)生的白色光在通過光圈12被調(diào) 整了通過光量后，通過聚光鏡13聚光而入射（供給）到光導(dǎo)9的入射端面。此外，對于光 圈12,通過光圈驅(qū)動部14使光圈12的開口量可變。
[0054] 光導(dǎo)9將從光源裝置3入射到入射端（后端側(cè)）的照明光引導(dǎo)至插入部6的前端 部6a側(cè)。引導(dǎo)至前端部6a的照明光從光導(dǎo)9的出射端（前端側(cè)）通過配置于前端部6a 的前端面的照明透鏡15擴散并經(jīng)由照明窗15a射出，以對被檢體內(nèi)部的觀察對象部位進行 照明。
[0055] 被照明的觀察對象部位通過安裝在前端部6a的與照明窗15a相鄰地設(shè)置的觀察 窗20上的對物光學(xué)系統(tǒng)16,在配置在該對物光學(xué)系統(tǒng)16后方側(cè)的攝像元件17中成像為被 攝體像。
[0056] 對物光學(xué)系統(tǒng)16具備：光學(xué)元件組16a，其由多個光學(xué)元件構(gòu)成；和作為焦點切換 機構(gòu)的聚焦透鏡21以及致動器22,該聚焦透鏡21選擇性地使焦點（pint)對準遠方觀察和 接近觀察這兩個觀察區(qū)域，該致動器22對聚焦透鏡21進行驅(qū)動。
[0057] 攝像單元19具備：偏振分束器18,其設(shè)置在對物光學(xué)系統(tǒng)16的插入部6后端部 偵牝?qū)⒈粩z體像分割為焦點不同的兩個光學(xué)像；和攝像元件17,其拍攝兩個光學(xué)像而獲取 兩個圖像。
[0058] 如圖2所不，偏振分束器18具備第一棱鏡18a、第二棱鏡18b、反射鏡18c以及λ/4 板18d。第一棱鏡18a和第二棱鏡18b都具有相對于光軸成45度的斜度的光束分離面，在 第一棱鏡18a的光束分離面設(shè)置有偏振分離膜18e。而且，第一棱鏡18a和第二棱鏡18b使 相互的光束分離面經(jīng)由偏振分離膜18e接觸而構(gòu)成偏振分束器18。另外，反射鏡18c隔著 λ /4板18d設(shè)置在第一棱鏡18a的端面附近，攝像元件17安裝于第二棱鏡18b的端面。
[0059] 來自對物光學(xué)系統(tǒng)16的被攝體像在第一棱鏡18a中被設(shè)置在其光束分離面的偏 振分離膜18e分離為P成分（透過光）和S成分（反射光），從而分離成反射光側(cè)的光學(xué)像 和透過光側(cè)的光學(xué)像。
[0060] S成分的光學(xué)像在偏振分離膜18e向攝像元件17的對面?zhèn)确瓷洳⑼ㄟ^A光路，在 透過λ/4板18d后，被反射鏡18c折返到攝像元件17側(cè)。折返的光學(xué)像再次透過λ/4板 18d，由此偏振方向旋轉(zhuǎn)90°，透過偏振分離膜18e并在攝像元件17中成像。
[0061] P成分的光學(xué)像透過偏振分離膜18e并通過B光路，被使光朝向攝像元件17垂直 地折返的、設(shè)置在第二棱鏡18b的與光束分離面相反的一側(cè)的反射鏡面反射，從而在攝像 元件17中成像。這時，以在A光路和B光路中例如產(chǎn)生幾十微米左右的規(guī)定的光路差的方 式設(shè)定棱鏡光程，使焦點不同的兩個光學(xué)像在攝像元件17的受光面上成像。
[0062] S卩，將第一棱鏡18a和第二棱鏡18b配置為，第一棱鏡18a中的、反射光側(cè)的到攝 像元件17的光路長度比透過光側(cè)的到攝像元件17的光路長度（光程）短（?。员隳軌?將被攝體像分離為焦點位置不同的兩個光學(xué)像。
[0063] 如圖3所示，對于攝像元件17,為了分別單獨地接收焦點位置不同的兩個光學(xué)像 并對它們進行拍攝而在攝像元件17的整個像素區(qū)域中設(shè)置有兩個受光區(qū)域（有效像素區(qū) 域）17a、17b。為了拍攝兩個光學(xué)像而將受光區(qū)域17a、17b配置為分別與這些光學(xué)像的成像 面一致。而且，在攝像元件17中，受光區(qū)域17a的焦點位置相對于受光區(qū)域17b的焦點位 置相對地向近點側(cè)移位（偏離），受光區(qū)域17b的焦點位置相對于受光區(qū)域17a的焦點位置 相對地向遠點側(cè)移位。由此，使焦點不同的兩個光學(xué)像在攝像元件17的受光面上成像。
[0064] 此外，也可以通過使第一棱鏡18a和第二棱鏡18b這兩者的折射率不同來改變到 攝像元件17的光路長度，以使受光區(qū)域17a、17b的焦點位置相對地偏離。
[0065] 另外，在受光區(qū)域17a、17b的周圍設(shè)置有用于對分割成兩個像后的光學(xué)像的幾何 偏差進行校正的校正像素區(qū)域17c。通過在校正像素區(qū)域17c內(nèi)抑制制造上的誤差并利用 后述的圖像校正處理部32進行基于圖像處理的校正，由此消除上述光學(xué)像的幾何偏差。
[0066] 聚焦透鏡21能夠移動到光軸方向上的兩個位置，通過致動器22驅(qū)動該聚焦透鏡 21使之在兩個位置之間從一個位置移動至另一個位置、從另一個位置移動至一個位置。在 將聚焦透鏡21設(shè)定在前方側(cè)（物體側(cè)）的位置的狀態(tài)下，將焦點設(shè)定為對準遠方觀察的情 況下的觀察區(qū)域的被攝體，在將聚焦透鏡21設(shè)定在后方側(cè)的位置的狀態(tài)下，將焦點設(shè)定為 對準接近觀察的情況下的觀察區(qū)域的被攝體。
[0067] 此外，致動器22與貫通插入部6內(nèi)的信號線23連接，該信號線23還貫通從操作 部7延伸出的第二線纜24內(nèi)。該第二線纜24的端部的信號連接器24a可自由裝卸地與處 理器裝置4連接，上述信號線23與設(shè)置在處理器裝置4內(nèi)的致動器控制部25連接。
[0068] 例如還對該致動器控制部25輸入來自設(shè)置于內(nèi)窺鏡2的操作部7的切換操作開 關(guān)26的切換操作信號。致動器控制部25根據(jù)切換操作開關(guān)26的操作來施加對致動器22 進行電驅(qū)動的驅(qū)動信號，以此移動聚焦透鏡21。
[0069] 此外，產(chǎn)生切換操作信號的切換操作單元并不限于切換操作開關(guān)26,也可以是切 換操作桿等。由上述聚焦透鏡21、致動器22、致動器控制部25形成焦點切換機構(gòu)。但是， 本申請的聚焦單元并不限于使聚焦透鏡在上述光軸方向上移動的單元。例如，也可以是將 透鏡、濾光器相對于對物光學(xué)系統(tǒng)進行插拔來切換聚焦的單元。
[0070] 攝像元件17與插入部6、操作部7、貫通第二線纜24內(nèi)的信號線27a、27b連接，信 號連接器24a與處理器裝置4連接，由此與設(shè)置在處理器裝置4內(nèi)的作為圖像處理部的圖 像處理器30連接。
[0071] 圖像處理器30具備：圖像讀出部31，其將通過攝像元件17拍攝得到的焦點位置 不同的兩個光學(xué)像所涉及的圖像分別讀出；圖像校正處理部32,其對通過圖像讀出部31讀 出的兩個圖像進行圖像校正；以及圖像合成處理部33,其進行對校正后的兩個圖像進行合 成的圖像合成處理。
[0072] 圖像校正處理部32對在攝像元件17的受光區(qū)域17a、17b分別成像的兩個光學(xué)像 所涉及的圖像進行校正，以使兩個上述圖像的焦點以外的相互差異大致相同。即，對兩個圖 像進行校正以使兩個圖像的各光學(xué)像的相對位置、角度、以及倍率大致相同。
[0073] 在將被攝體像分離為兩個像并使其分別在攝像元件17中成像的情況下，有時會 產(chǎn)生幾何差異。即，分別在攝像元件17的受光區(qū)域17a、17b成像的各光學(xué)像有時會相對地 產(chǎn)生倍率偏差、位置偏差、角度即旋轉(zhuǎn)方向的偏差等。在制造等時難以完全消除這些差異， 且在這些偏差量大時，合成圖像會成為雙層圖像或產(chǎn)生不自然的亮度不均等。因此，通過圖 像校正處理部32來校正上述的幾何差異、亮度差異。
[0074] 在校正兩個圖像之間的亮度差異的情況下，優(yōu)選以兩個像中的亮度低的像或兩個 圖像中的亮度低的圖像、或者兩個像或圖像的同一位置處的亮度相對較低的一方為基準來 進行校正。
[0075] 也就是說，進行亮度校正以使亮度與相對明亮的一方、即亮度信號（例如G信號） 的強度（信號電平）低的一方一致。當與該校正相反地使亮度與相對明亮的一方一致時， 連包含在圖像中的噪聲成分也必須進行放大，會導(dǎo)致成為S/N劣化的合成圖像。
[0076] 通過如上述那樣以亮度低的一方為基準來進行亮度校正，能夠防止由S/N的劣化 導(dǎo)致的合成圖像的畫質(zhì)劣化，上述亮度校正為：使增益降低（或衰減）以使亮度高的一方與 作為基準的亮度低的一方的亮度一致。
[0077] 圖像合成處理部33在通過圖像校正處理部32進行校正后的兩個圖像之間的對應(yīng) 的規(guī)定區(qū)域中選擇對比度相對較高的圖像來生成合成圖像。即，對兩個圖像的空間上相同 的像素區(qū)域各自的對比度進行比較，選擇對比度相對較高的一方的像素區(qū)域，由此生成從 兩個圖像合成的作為一個圖像的合成圖像。在兩個圖像的同一像素區(qū)域的對比度差小、或 大致相同的情況下，通過對該像素區(qū)域賦予規(guī)定的權(quán)重并進行加法計算的合成圖像處理來 生成合成圖像。
[0078] 另外，圖像處理器30具備：后續(xù)圖像處理部34,其對通過圖像合成處理部33合成 的一個圖像進行顏色矩陣處理、輪廓增強、伽馬校正等后續(xù)圖像處理；和圖像輸出部35,其 輸出進行后續(xù)圖像處理后的圖像，該圖像處理器30將從圖像輸出部35輸出的圖像輸出到 圖像顯示裝置5。
[0079] 圖像處理器30還具備：調(diào)光部36,其根據(jù)由圖像讀出部31讀出的圖像生成用于 調(diào)光到基準的亮度的調(diào)光信號，該圖像處理器30將由調(diào)光部36生成的調(diào)光信號輸出到光 源裝置3的光圈驅(qū)動部14。光圈驅(qū)動部14按照調(diào)光信號來調(diào)整光圈12的開口量以維持基 準的亮度。
[0080] 另外，在本實施方式中，設(shè)置有校正參數(shù)存儲部37,該校正參數(shù)存儲部37存儲有 在圖像校正處理部32中校正圖像時使用的校正參數(shù)（的信息）。
[0081] 內(nèi)窺鏡2具有ID存儲器38，該ID存儲器38存儲有內(nèi)窺鏡2所固有的內(nèi)窺鏡識別 信息（內(nèi)窺鏡ID)，并且在該內(nèi)窺鏡2設(shè)置有校正參數(shù)存儲部37,在該內(nèi)窺鏡2中存在要校 正的固有校正參數(shù)的情況下，該校正參數(shù)存儲部37存儲有與該內(nèi)窺鏡2對應(yīng)的校正參數(shù)。
[0082] 在此，對于校正參數(shù)，例如根據(jù)光路分割元件、攝像元件的濃淡特性、λ /4板的波 長特性不同，有時會在兩個光學(xué)像所涉及的圖像中產(chǎn)生上述的幾何差異、亮度差異、或顏色 差異。當兩個圖像之間存在這樣的差異時，會導(dǎo)致在合成圖像中產(chǎn)生不自然的亮度不均、顏 色不均，因此為了校正該差異而考慮光路分割元件、攝像元件、λ /4板的特性來決定校正參 數(shù)。
[0083] 此外，圖像校正處理部也可以從校正參數(shù)部接受預(yù)先設(shè)定的校正參數(shù)來進行校 正。例如能夠在出廠時預(yù)先在上述校正參數(shù)部中設(shè)定偏差量，在將內(nèi)窺鏡連接到圖像處理 器時，識別出連接了內(nèi)窺鏡而從上述校正參數(shù)部調(diào)出對應(yīng)的參數(shù)來進行校正。
[0084] 此外，在沒有要校正的固有校正參數(shù)的情況下，不需要設(shè)置校正參數(shù)存儲部37。另 夕卜，并不限于將校正參數(shù)存儲部37設(shè)置在ID存儲器38的內(nèi)部的情況，也可以設(shè)置在與ID 存儲器38不同的存儲器中。
[0085] 并且，圖像處理器30的控制部39根據(jù)設(shè)置在內(nèi)窺鏡2側(cè)的內(nèi)窺鏡ID來識別校正 的有無，在有校正的情況下，從設(shè)置在內(nèi)窺鏡2側(cè)的ID存儲器38內(nèi)的校正參數(shù)存儲部37 讀取校正參數(shù)，將該校正參數(shù)發(fā)送到圖像校正處理部32。
[0086] 圖像校正處理部32根據(jù)從控制部39傳送的上述校正參數(shù)來進行與安裝在各內(nèi)窺 鏡2中的攝像單元19對應(yīng)的圖像校正。
[0087]另外，圖像校正處理部32使用校正參數(shù)，將兩個像中的一個作為基準像或?qū)蓚€ 圖像中的一個作為基準圖像，以此進行上述的倍率差異的校正、位置差異的校正等圖像的 校正。例如，有時存在因?qū)ξ锕鈱W(xué)系統(tǒng)16的規(guī)格而在兩個圖像中產(chǎn)生倍率偏差的情況。
[0088] 在要將對物光學(xué)系統(tǒng)16的尺寸設(shè)定得比較小的情況下，有時會進行破壞遠心性 而使光線傾斜地向攝像元件17入射的設(shè)計。例如，當將與光軸所成的角設(shè)為入射角、將順 時針方向設(shè)為正、將逆時針方向設(shè)為負時，會進行形成負的入射角那樣的設(shè)計。
[0089] 當在這樣的破壞了遠心性的對物光學(xué)系統(tǒng)中使焦點位置錯開時，會在兩個圖像之 間產(chǎn)生倍率偏差。
[0090] 如果是這樣的設(shè)計規(guī)格，則預(yù)先將該偏差量存儲在上述校正參數(shù)存儲部37中，在 將對象內(nèi)窺鏡2與處理器裝置4連接的情況下，識別該內(nèi)窺鏡2并從上述校正參數(shù)存儲部 37調(diào)出對應(yīng)的參數(shù)來進行校正。
[0091] 在攝像單元19的組裝時，有時兩個圖像的相對的像素位置微微錯開。在該情況 下，將制造時的偏差量存儲在校正參數(shù)存儲部37中，通過圖像校正處理部32進行該偏差校 正。對于位置的偏差校正，例如進行對兩個圖像的讀出位置進行校正以使在攝像元件17的 受光區(qū)域17a中拍攝得到的圖像和在受光區(qū)域17b中的拍攝得到的圖像之間的相對位置一 致的處理，在校正了位置偏差后輸出到圖像合成處理部33。
[0092] 此外，在使用內(nèi)窺鏡時，也可以代替本實施方式的利用預(yù)先設(shè)定的校正參數(shù)進行 的校正而根據(jù)另外準備的調(diào)整用基準圖來進行校正。例如可以在內(nèi)窺鏡2的前端部6a將 基準圖配置在希望的位置，通過圖像校正處理部32讀取兩個圖像相對于基準圖的偏差并 進行該偏差校正。
[0093] 控制部39進行以下控制：在構(gòu)成安裝于各內(nèi)窺鏡2中的對物光學(xué)系統(tǒng)16的聚焦 透鏡21的要驅(qū)動的位置不同的情況下，也向致動器控制部25發(fā)送要驅(qū)動的位置的信息，使 致動器控制部25在內(nèi)窺鏡2的種類不同的情況下也適當?shù)仳?qū)動致動器22。
[0094] 此外，致動器控制部25進行以下控制：不經(jīng)由控制部39而獲取ID，在內(nèi)窺鏡2的 種類不同的情況下也適當?shù)仳?qū)動致動器22。
[0095] 在此，以下參照圖4等說明景深的定義。圖4是以幾何光學(xué)的方式?jīng)Q定的景深的 說明圖。
[0096] 考慮以下的情況：在普通的內(nèi)窺鏡中，使用將最佳距離設(shè)為X的情況下的對物光 學(xué)系統(tǒng)（其焦距FI)將圖3中所示的像素間距Pix的攝像元件配置在像面位置X'。在固定 了攝像元件的條件下，當使物體（從X)接近到Xn時，接近時的像面位置Xn'從攝像元件的 攝像面位置偏離。
[0097] 這時，當將能夠視為焦點已對準的最大的模糊圈設(shè)為容許模糊圈、將其圓直徑設(shè) 為δ時，在能夠識別為攝像元件的攝像面的模糊圓直徑比δ小的情況下，能夠視為從X到 Xn的物體像焦點對準。
[0098] S卩，能夠?qū)⒌侥：χ睆脚cδ -致為止的范圍定義為近點側(cè)的景深。
[0099] 根據(jù)牛頓的成像公式，以下的公式成立。
[0100] l/Xn-1/X = δ Fno/FI2 ......(1)
[0101] 通過考慮將物體（從X)向遠點側(cè)移動到Xf的情況，也同樣如下定義遠點側(cè)的景 深的公式。
[0102] l/X-1/Xf = δ Fno/FI2 ......(2)
[0103] 當合并公式（1)和公式（2)時，成為以下公式。
[0104] l/Xn-1/Xf = 2 δ Fno/FI2 ......(3)
[0105] 另外，與焦點深度d對應(yīng)的景深為Xn-Xf。
[0106] 其中，如上述那樣將最佳距離設(shè)為X，將到景深近點的距離設(shè)為Xn，將到景深遠點 的距離設(shè)為Xf，將容許模糊圈直徑設(shè)為S，將對物光學(xué)系統(tǒng)的焦距設(shè)為FI，將對物光學(xué)系 統(tǒng)的有效光圈值設(shè)為Fno。
[0107] 以上是以幾何光學(xué)的方式?jīng)Q定的普通的景深定義。
[0108] 本實施方式針對以幾何光學(xué)的方式?jīng)Q定的景深的情況，能夠通過合成圖像來擴大 景深，即使在無法忽視衍射的影響的情況下，也能夠通過合成圖像來擴大景深。
[0109] 已知當使攝像元件更加細微化、高像素化時，在定義景深時一般無法忽視波動光 學(xué)的影響。這是因為：在焦點位置，點尺寸因衍射的影響而相對于以幾何光學(xué)的方式定義的 點尺寸擴大，因此從幾何光學(xué)的景深的計算產(chǎn)生偏差。因此，在安裝有多數(shù)情況下收斂到本 實施方式那樣的接近衍射界限的有效光圈值Fno的多像素的攝像元件的內(nèi)窺鏡2中，衍射 成為無法忽視的影響。
[0110] 在得到焦點位置不同的兩個像的合成景深的情況下，優(yōu)選各深度端以MTF10%以 上重疊，當將像面上的評價空間頻率設(shè)為Fi時，下式成立。
[0111] Fi = 1/klXPix ......(4)
[0112] 如果該Fi的散焦的MTF(Modulation Transfer Function,調(diào)制傳遞函數(shù)）約為 10%，則在主觀評價上能夠判斷為無法識別像的模糊而"能夠看到"。換言之，能夠?qū)TF約 為10 %的散焦位置視為深度端。
[0113] 也就是說，在得到兩個焦點狀態(tài)的合成景深的情況下，深度范圍最大的條件是，在 各自的深度端保持MTF為約10%以上的狀態(tài)下進行合成（參照圖5)。假設(shè)當在MTF不到 10%的端合成兩個圖像時，會產(chǎn)生景深間隙，導(dǎo)致在合成深度內(nèi)產(chǎn)生模糊區(qū)域。
[0114] 優(yōu)選切換兩個焦點時的遠方觀察側(cè)的合成景深和接近觀察側(cè)的合成景深的端以 MTF10%重疊。如果是該設(shè)定，則即使切換兩個焦點也不會產(chǎn)生景深間隙。也可以是切換兩 個焦點時的遠方觀察側(cè)的合成景深和接近觀察側(cè)的合成景深的端不重疊，且接近觀察側(cè)的 合成景深是3mm左右。
[0115] 不勉強進行連續(xù)的景深設(shè)定，而是以能夠進行更接近的放大觀察的方式來提高內(nèi) 窺鏡診斷能力。其中，優(yōu)選是在切換兩個焦點時幾乎不產(chǎn)生視野角變動的調(diào)焦，且考慮到內(nèi) 窺鏡的操作性而將深度幅度確保3_左右。在切換兩個焦點時視野角變化的情況下，也可 以設(shè)為隨著接近而提高觀察倍率那樣的變倍光學(xué)系統(tǒng)。
[0116] 在本實施方式中，配置將被攝體像分離為兩個光學(xué)像的偏振分束器18,在攝像元 件17中分別拍攝近點像和遠點像，如上述那樣，通過偏振分束器18使光學(xué)像到攝像元件17 的近點光程和遠點光程不同，以此得到焦點位置相對不同的像。
[0117] 圖6(A)通過對物光學(xué)系統(tǒng)16的調(diào)焦來整體地示出遠方觀察焦點狀態(tài)，圖6(B)通 過對物光學(xué)系統(tǒng)16的調(diào)焦來整體地示出接近觀察焦點的狀態(tài)。
[0118] 例如，如圖6(A)、（B)所示，在使近點像在攝像元件17上的對物光學(xué)系統(tǒng)16側(cè)成 像、使遠點像在攝像元件17上的內(nèi)窺鏡2側(cè)成像的情況下，當將偏振分束器18到攝像元件 17的光程分別設(shè)為dn、df時，dn>df。
[0119] 也可以與到攝像元件17的近點光路和遠點光路相應(yīng)地利用不同的玻璃構(gòu)成第一 棱鏡18a和第二棱鏡18b，通過使折射率不同來將焦點位置相對地錯開。
[0120] 由此，獲取焦點不同的兩個光學(xué)像所涉及的圖像，能夠通過圖像合成處理部33對 這些圖像進行合成，以此得到合成景深XAf+XBf。在通過內(nèi)窺鏡檢查來大范圍地俯視觀察以 進行篩選時，遠方觀察適合，在觀察病變的詳情或進行診斷時，接近觀察適合。
[0121] 通過采用這樣的結(jié)構(gòu)，即使使用更加多像素化的攝像元件，也能夠不降低分辨率 而擴大景深。并且，由于具有調(diào)焦機構(gòu)，因此能夠自由地切換觀察范圍來進行高畫質(zhì)的內(nèi)窺 鏡觀察、診斷。
[0122] 在此，本實施方式的攝像單元19被設(shè)定為滿足以下的條件。
[0123] 2. 4 彡 Fno/Pix 彡 4. 28 ......(5)
[0124] 公式（5)的條件基于如下的理由。
[0125] 已知對于構(gòu)成對物光學(xué)系統(tǒng)16的透鏡，在成像時，光會受到衍射的影響。對物光 學(xué)系統(tǒng)16的有效光圈值Fno越大，則點像受衍射的影響越大，當該點像的大小超過某一界 限時，即使對焦，被攝體的細節(jié)部分看起來也模糊。
[0126] 瑞利（Rayleigh)將該界限規(guī)定為在兩個點像接近時能夠識別為各個像的界限的 距離，在將λ設(shè)為光的波長、將有效光圈值設(shè)為Fno時，用1.22X λ XFno表示該界限。兩 個點像的分離界限的距離、即分辨率R由下式表示。
[0127] R=1.22XAXFno ......(6)
[0128] 另一方面，在作為攝像元件而通過電荷耦合元件（簡稱為(XD)、CMOS傳感器進行 拍攝的情況下，根據(jù)采樣理論來決定界限分辨率。在將攝像元件的垂直方向的像素尺寸設(shè) 為Pix時，下式成立。
[0129] R = 2XPix ......(7)
[0130] 實際上，由于受所采用的攝像方式的插值方法、電氣系統(tǒng)的特性影響，因此使用任 意的系數(shù)kl如下那樣表示分辨率R。
[0131] R = klXPix ......(8)
[0132] 由于需要充分發(fā)揮攝像元件的性能，因此系數(shù)kl 一般為2 < kl < 3左右。
[0133] 根據(jù)上述的公式（6)、公式（8)可知公式（9)。
[0134] klXPix = 1. 22X λ XFno ......(9)
[0135] 另外，考慮到制造偏差等，為了能夠充分地發(fā)揮光學(xué)性能，需要使對對物光學(xué)系統(tǒng) 16設(shè)定的有效光圈值Fno具有某種程度的富余。
[0136] 因此，實際上考慮任意的余量系數(shù)k2來設(shè)定由瑞利界限公式規(guī)定的有效光圈值 Fno。即，設(shè)定為公式（10)。
[0137] klXPix = 1· 22X λ XFnoXk2 ......(10)
[0138] 此外，對于余量系數(shù)k2,當考慮對物光學(xué)系統(tǒng)16的尺寸、與景深的平衡時， 0. 6彡k2彡1左右是妥當?shù)姆秶?br> [0139] 但是，在容許少許的分辨率劣化而優(yōu)先擴大景深的情況下，也可以設(shè)定為 k2彡1. 2左右。
[0140] 根據(jù)公式（9)、公式（10)，要設(shè)定的對物光學(xué)系統(tǒng)16的有效光圈值Fno滿足下式。
[0141] FnoXk2 = (1/1. 22X λ ) XPixXkl ......(11)
[0142] 在此，當用有效光圈值Fno和像素尺寸Pix的關(guān)系表示公式（11)時，用以下的公 式（12)表示。
[0143] Fno/Pix = (1/1. 22X λ ) XklXk2 ......(12)
[0144] 在使用了高像素的攝像元件的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)中，優(yōu)選滿足上述的公式（5)的關(guān)系。
[0145] 假設(shè)當減小到超出作為公式（5)的范圍的下限的2. 4時，對物光學(xué)系統(tǒng)16的有效 光圈Fno過小而無法得到希望的景深?；蛘撸吧铍m然充分，但成像器的Pix尺寸大而使分 辨率降低?；蛘撸嘞袼鼗狗直媛侍岣叩某上衿鞒叽缱兇?，因此對物光學(xué)系統(tǒng)16大型 化，在安裝在內(nèi)窺鏡2的前端部6a的情況下導(dǎo)致外徑增大（插入性降低），故不優(yōu)選。
[0146] 另外，相反地當增大到超過公式（5)的范圍的上限時，對物光學(xué)系統(tǒng)的有效光圈 值Fn過大而無法得到希望的亮度。同時，會導(dǎo)致大幅地超過衍射界限、或者由于不是妥當 的插值方式而產(chǎn)生分辨率的劣化。
[0147] 在圖7的表中示出了在本實施方式中滿足上述條件式的攝像單元19的例子。
[0148] 在圖7中示出了 Fno/Pix、Pix、Fno、kl、k2、farl深度（遠方觀察時的受光區(qū)域17a 的景深）、far2深度（遠方觀察時的受光區(qū)域17b的景深）、合成far深度（遠方觀察時的 合成圖像的景深）、nearl深度（接近觀察時的受光區(qū)域17a的景深）、near2深度（接近觀 察時的受光區(qū)域17b的景深）、合成near深度（接近觀察時的合成圖像的景深（范圍））、 near深度幅度（從合成near深度近點端到合成near深度遠點端的深度幅度）、攝像方式、 總像素數(shù)（攝像元件的總像素數(shù)）的數(shù)值數(shù)據(jù)。另外，BST表示MTF最大的情況下的作為 物距的最佳距離。
[0149] 以下，示出圖7的各實施例的概要。
[0150] 在實施例1中，攝像單元19是補色系統(tǒng)且是同步型，在該情況下，將系數(shù)kl設(shè)為3 左右，作為攝像元件17而采用100萬像素、具有1. 7 μ m的像素（pixel)尺寸的補色系統(tǒng)的 固體攝影元件。另外，將對物光學(xué)系統(tǒng)16收斂至不產(chǎn)生分辨率劣化的水平，以充分確保景 深。也就是說，將基于對物光學(xué)系統(tǒng)16的衍射界限光圈值的余量系數(shù)k2設(shè)為k2 = 0. 95， 根據(jù)公式（12)，有下式成立。
[0151] Fno/Pix = 4. 28 ......(13)
[0152] 實施例2是面順序方式，系數(shù)kl能夠取2左右。作為攝像元件17而應(yīng)用84萬像 素、像素尺寸為1. 45 μ m的單色攝像元件。將對物光學(xué)系統(tǒng)設(shè)定為使亮度優(yōu)先于衍射界限 光圈值，將基于對物光學(xué)系統(tǒng)16的衍射界限光圈值的余量系數(shù)k2設(shè)為k2 = 0. 8,根據(jù)公式 (12)，有下式成立，在實際使用時能夠得到充分的景深。
[0153] Fno/Pix = 2. 4 ......(14)
[0154] 在實施例3中，作為攝像元件17而應(yīng)用84像素、1. 1 μ m像素的原色拜耳陣列的同 步型攝像元件，是直徑較細（由于是微小像素所以攝像尺寸小）并且高像素的內(nèi)窺鏡的實 施例（kl = 2. 5)。對于衍射界限光圈值具有少許富余余量而保證了實際使用時所需的景深 (k2 = 0.9)。即，保持實際使用時的遠方景深，在接近觀察聚焦時，在最接近時具有與變倍 內(nèi)窺鏡同等的分辨率，實現(xiàn)了兼顧篩選、診斷兩者的內(nèi)窺鏡。
[0155] 在實施例4中，作為攝像元件17而應(yīng)用150萬像素、1. 34 μ m像素的原色拜耳陣列 的同步型攝像元件，通過插值方法的最優(yōu)化實現(xiàn)了分辨率的提高（kl = 2. 2)。對于衍射界 限光圈值，具有少許富余量而保證了實際使用時所需的景深（k2 = 0. 9)。與實施例3同樣 地實現(xiàn)了兼顧篩選、診斷兩者的內(nèi)窺鏡。相對于實施例3,實施例4將重點放在遠方觀察聚 焦以更容易進行篩選。相反，在聚焦之間產(chǎn)生深度間隙，在接近觀察聚焦時，深度幅度比實 施例3小。但是，根據(jù)本申請實施的效果，與現(xiàn)有的變倍內(nèi)窺鏡的遠端深度相比，能夠保持 大致一倍以上的深度。
[0156] 在實施例5中，作為攝像元件17而應(yīng)用84萬像素、1.45 μ m像素的原色拜耳陣列 的同步型攝像元件，對物光學(xué)系統(tǒng)16進行使亮度優(yōu)先于衍射界限光圈值的光圈值設(shè)定（k2 = 0.6)。另外，設(shè)定為能夠得到足夠?qū)嶋H使用的景深。是通過以實際使用時沒有障礙的水 平稍微降低分辨率而分配到深度上來獲取平衡的例子。
[0157] 在實施例6中，作為攝像元件17而使用84萬像素、0. 9 μ m像素的原色拜耳陣列的 同步型攝像元件，是直徑更細（由于是微小像素因此攝像尺寸小）且高像素內(nèi)窺鏡的例子。 以不產(chǎn)生分辨率劣化的水平大致收斂至衍射界限光圈值，從而充分確保了景深。另外，在接 近觀察模式下，在最接近時具有與變倍內(nèi)窺鏡同等的分辨率。
[0158] 另外，在本申請的實施中如果以使用了原色拜耳陣列的同步型攝像元件的攝像方 式為主，則公式（5)也可以為下式。
[0159] 2. 4 彡 Fno/Pix 彡 3. 56 ......(5)，
[0160] 接著，按照圖8的流程圖來說明在本實施方式中將兩個光學(xué)像合成的情況下的流 程。
[0161] 在步驟S1中，在圖像校正處理部32中對攝像元件17中獲取到的焦點不同的遠點 像所涉及的圖像和近點像所涉及的圖像這遠近兩個圖像進行校正處理。即，根據(jù)預(yù)先設(shè)定 的校正參數(shù)對兩個圖像進行校正以使兩個圖像的各光學(xué)像的相對位置、角度、以及倍率大 致相同，將進行校正后的圖像輸出到圖像合成處理部33。此外，也可以根據(jù)需要來校正兩個 圖像的亮度、顏色的差異。
[0162] 在步驟S2中，通過圖像合成處理部33對進行校正處理后的兩個圖像進行合成。這 時，在遠近兩個圖像各自對應(yīng)的像素區(qū)域中，分別計算出對比度值并進行比較。在步驟S3 中，判斷所比較的對比度值是否存在差，在對比度存在差的情況下，前進到步驟S5,選擇對 比度值高的區(qū)域進行合成。在此，在進行比較的對比度值的差小、或者大致相同的情況下， 選擇遠近兩個圖像中的哪一個成為處理上的不穩(wěn)定因素。例如，當存在噪聲等信號波動時， 會在合成圖像中產(chǎn)生不連續(xù)區(qū)域，或者產(chǎn)生本來分辨出的被攝體像變得模糊這樣的問題。 因此，前進到步驟S4進行加權(quán)。在步驟S4中，在進行對比度比較的像素區(qū)域中，在兩個圖 像中對比度值大致相同的情況下進行加權(quán)，在下一個步驟S5中對進行加權(quán)后的圖像進行 加法處理，由此消除圖像選擇的不穩(wěn)定性。
[0163] 當將兩個圖像的對比度比設(shè)為R、將A和B設(shè)為規(guī)定的任意常數(shù)時，圖像的坐標 (i，j)的加權(quán)系數(shù)W(i，j)如下。
[0164] ff(i, j) = 1 A〈R ......(15)
[0165] ff(i, j) = 0 R〈B ......(16)
[0166] ff(i, j) = (R-B)/(A-B) B ^ R ^ A ......(17)
[0167] 如圖9所示，在上述的公式（15)中，在對比度比大于A的情況下，是能夠可靠地選 擇兩個圖像中的哪一個的狀態(tài)，由于W = 1，因此只選擇遠點像。
[0168] 另外，在公式（16)中，對比度比小于B，是能夠可靠地選擇兩個圖像中的哪一個的 狀態(tài)，由于W = 0,因此只選擇近點像。
[0169] 在公式（17)中，遠近像的對比度比大致相同，是不穩(wěn)定的區(qū)域，因此在該區(qū)域中 線性地賦予加權(quán)系數(shù)W，以某種比例對遠點像（Rf，Gf，Bf)和近點像（Rn，Gn，Bn)進行加法 處理。當不進行該處理時，會導(dǎo)致合成圖像不連續(xù)。
[0170] 因此，當將兩個圖像的RGB信號分別設(shè)為（Rf，Gf，Bf)以及（Rn，Gn，Bn)時，合成 信號R'、G'、B'如下。
[0171] G，= W(i，j)Gf(i，j) + (l_W(i，j))Gn(i，j)……（18)
[0172] R，= W(i，j)Rf(i，j) + (l_W(i，j))Rn(i，j)……（19)
[0173] B，= W(i，j)Bf(i，j) + (l_W(i，j))Bn(i，j)……（20)
[0174] 圖像合成處理部33對通過該圖像校正處理部32進行校正后的兩個圖像生成進行 合成后的合成圖像，并向圖像顯示裝置5側(cè)輸出該合成圖像，圖像顯示裝置5顯示合成圖 像。
[0175] 這樣，根據(jù)本實施方式，無論是在接近觀察中還是在遠方觀察中都能夠防止由于 噪聲等而在合成圖像中產(chǎn)生不連續(xù)區(qū)域、或者防止光學(xué)像模糊，并且能夠獲取擴大了景深 的圖像。另外，由于利用同一攝像元件拍攝兩個圖像，因此與具備多個攝像元件的情況相 t匕，能夠降低制造成本，不使裝置大型化而獲取擴大了景深的圖像。
[0176] 另外，通過設(shè)定為滿足上述公式（5)，能夠得到希望的景深，并且成為能夠安裝到 內(nèi)窺鏡2的前端部6a的尺寸，另外，還能夠確保希望的亮度，并且能夠防止分辨率的劣化。
[0177] 此外，在上述的圖2的偏振分束器18的情況下，在一次、即奇數(shù)次的反射后使光學(xué) 像在攝像元件17中成像，因此任意一方的圖像成為圖10那樣的成像狀態(tài)（鏡像），在處理 器裝置4中實施使鏡像反轉(zhuǎn)而使像方向一致的圖像處理?；诠鈱W(xué)上的偶數(shù)次反射的鏡像 的校正有可能導(dǎo)致對物光學(xué)系統(tǒng)的大型化、棱鏡的成本提高，因此優(yōu)選在圖像校正處理部 32中通過鏡像反射來進行基于奇數(shù)次的反射的鏡像校正。
[0178] 此外，在攝像元件為在內(nèi)窺鏡長度方向上長的形狀的情況下，優(yōu)選考慮顯示裝置 的長寬比來使合成圖像適當?shù)匦D(zhuǎn)。
[0179] 此外，在如本實施方式那樣，應(yīng)用偏振分束器18進行偏振分離的情況下，當所分 離的光的偏振狀態(tài)不是圓偏振時，分離后的像的亮度會產(chǎn)生差。即，比較容易對規(guī)則的亮度 差異進行圖像處理中的校正，但在觀察條件下局部地產(chǎn)生了亮度差異的情況下，會導(dǎo)致校 正不完全、或在合成圖像中產(chǎn)生亮度不均。例如由觀察被攝體的角度決定被攝體像從圓偏 振變形的條件。一般將該角度稱為布儒斯特角（Brewster's angle) 0b，當超過該角度時， 來自被攝體的偏振狀態(tài)從圓偏振變形。
[0180] Θ b = Arctan (n2/nl) ......(21)
[0181] 通過內(nèi)窺鏡觀察的被攝體被粘膜覆蓋，當將該粘膜的折射率設(shè)為與水大致相同 (n2 = 1. 333)時，Θ b約為53°。例如在內(nèi)窺鏡的前端是圖11所示那樣的結(jié)構(gòu)的情況下， 在觀察被攝體時為如下情況。當試著應(yīng)用布儒斯特角9b = 53°時，在比較接近的條件下， 在視野的比較周邊的部分超過該角度。也就是說，在合成圖像的視野的比較周邊的部分有 可能產(chǎn)生亮度不均。此外，當被攝體具有比較飽和的亮度分布時，該偏振狀態(tài)破壞而導(dǎo)致的 亮度不均變得明顯。
[0182] 雖然在視野的周邊部存在該情況，但內(nèi)窺鏡往往比較接近地觀察被攝體像的血管 走向、粘膜構(gòu)造，成為使用戶非常厭煩的圖像的可能性高。
[0183] 因此，例如圖12所示，優(yōu)選在光路分割元件的比偏振分離膜更靠物體側(cè)的位置配 置λ/4板，以便將該偏振狀態(tài)破壞后的狀態(tài)恢復(fù)為圓偏振。此外，優(yōu)選如圖13所示那樣地 在α或β方向上配置λ/4板，以便最大程度地得到偏振狀態(tài)的消除效果。
[0184] S卩，對于λ/4板的高速軸，在插入部前端配置有多個照明光學(xué)系統(tǒng)的情況下，配 置為相對于以下平面大致平行或垂直，該平面包含對物光學(xué)系統(tǒng)的光軸和多個上照明光學(xué) 系統(tǒng)中的離對物光學(xué)系統(tǒng)最遠的照明光學(xué)系統(tǒng)的光軸，或者包含對物光學(xué)系統(tǒng)的光軸和多 個照明光學(xué)系統(tǒng)中的照明光量最多的照明光學(xué)系統(tǒng)的光軸。
[0185] 通常，考慮配光特性而配置有多個內(nèi)窺鏡的照明窗。根據(jù)圖11可知，如果照明窗 和對物窗分離，則布儒斯特角9 b變得更大。也就是說，更優(yōu)選將λ/4板的高速軸配置于 遠離對物窗的照明窗。另外，如上述那樣，在亮度分布飽和的條件下，亮度不均更為明顯，因 此也可以以照明光量更多的照明窗為對象來配置λ/4板。
[0186] 另外，為了實現(xiàn)內(nèi)窺鏡內(nèi)部的小型化而優(yōu)選用于消除偏振的λ/4板、為了實現(xiàn)上 述的偏振分離而配置在光路分割元件中的λ/4板是樹脂薄膜等薄的元件。例如，通過使用 在液晶監(jiān)視器、觸摸屏等中使用的相位差薄膜，能夠期待內(nèi)窺鏡的小型化。此外，如上所述， 不需要將這樣的λ /4板樹脂薄膜配置在光路分割元件的正前方，將其配置在與偏振分離 膜相比更靠物體側(cè)即可，例如也可以粘結(jié)在紅外線截止濾光器等的平面部。
[0187] 另外，也可以將具有從偏振分束器18的物體側(cè)看與入射面成45度角的晶軸的晶 體濾光器配置在偏振分束器18的物體側(cè)，由此消除分離后的兩個像的亮度差。
[0188] 附圖標記說明
[0189] 1 :內(nèi)窺鏡系統(tǒng)；2 :內(nèi)窺鏡；3 :光源裝置；4 :處理器裝置；5 :圖像顯示裝置；6 :插 入部；16 :對物光學(xué)系統(tǒng)；17 :攝像元件；17a、17b :受光區(qū)域；17c :校正像素區(qū)域；18 :偏振 分束器；18a :第一棱鏡；18b :第二棱鏡；18c :反射鏡；18d : λ /4板；18e :偏振分離膜；19 : 攝像單元；30 :圖像處理部；32 :圖像校正處理部；33 :圖像合成處理部。
【權(quán)利要求】
1. 一種內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，具備： 對物光學(xué)系統(tǒng)，其設(shè)置在插入部前端，用于獲取被攝體像； 光路分割單元，其將上述被攝體像分割為焦點不同的兩個光學(xué)像； 攝像元件，其對上述焦點不同的兩個光學(xué)像同時進行拍攝而獲取兩個圖像； 圖像校正單元，其對通過該攝像元件獲取到的兩個上述圖像進行校正，使得兩個上述 圖像的焦點以外的相互差異大致相同；以及 圖像合成處理部，其在通過該圖像校正單元進行校正后的兩個上述圖像之間的對應(yīng)的 規(guī)定區(qū)域中選擇對比度相對高的圖像來生成合成圖像。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，其特征在于， 在兩個上述圖像之間的對應(yīng)的規(guī)定區(qū)域中各規(guī)定區(qū)域的對比度大致相同的情況下，圖 像合成處理部對各規(guī)定區(qū)域進行加權(quán)來生成合成圖像。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，其特征在于， 上述圖像校正單元對上述圖像進行校正，以使兩個上述光學(xué)像的位置、角度以及倍率 大致相同。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1?3中的任一項所述的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，其特征在于， 上述圖像校正單元對上述圖像進行校正，以使兩個上述光學(xué)像的亮度、顏色大致相同。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1?4中的任一項所述的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，其特征在于， 在上述光路分割單元使分割得到的一方的光學(xué)像在上述攝像元件中鏡像反轉(zhuǎn)而成像 的情況下，上述圖像校正單元使兩個上述圖像中的任意一方鏡像反轉(zhuǎn)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1?5中的任一項所述的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，其特征在于， 在將上述對物光學(xué)系統(tǒng)的有效光圈值表示為Fno、將上述攝像元件的垂直方向像素尺 寸表示為Pix的情況下，上述對物光學(xué)系統(tǒng)和上述攝像元件滿足以下的條件 2. 4 彡 Fno/Pix 彡 4. 28。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1?6中的任一項所述的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，其特征在于， 上述光路分割單元具備偏轉(zhuǎn)分離單元和λ /4板，該偏轉(zhuǎn)分離單元對來自上述對物光 學(xué)系統(tǒng)的被攝體像進行偏振分離，該λ/4板配置于比該偏振分離單元更靠被攝體側(cè)的位 置，是賦予1/4波長量的相位差的1/4波長相位元件， 該λ/4板的高速軸配置為：相對于包含配置在上述插入部前端的照明光學(xué)系統(tǒng)的光 軸和上述對物光學(xué)系統(tǒng)的光軸的平面大致平行或垂直。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，其特征在于， 在上述插入部前端配置有多個照明光學(xué)系統(tǒng)，上述λ/4板的高速軸配置為：相對于包 含上述對物光學(xué)系統(tǒng)的光軸和多個上述照明光學(xué)系統(tǒng)中的離上述對物光學(xué)系統(tǒng)最遠的照 明光學(xué)系統(tǒng)的光軸的平面大致平行或垂直。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，其特征在于， 在上述插入部前端配置有多個照明光學(xué)系統(tǒng)，上述λ/4板的高速軸配置為：相對于包 含上述對物光學(xué)系統(tǒng)的光軸和多個上述照明光學(xué)系統(tǒng)中的照明光量最多的照明光學(xué)系統(tǒng) 的光軸的平面大致平行或垂直。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7?9中的任一項所述的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，其特征在于， 上述λ/4板是高分子薄膜。
【文檔編號】G02B23/24GK104219990SQ201380018622
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2013年6月10日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月28日
【發(fā)明者】露木浩, 菅武志, 三本木將夫 申請人:奧林巴斯醫(yī)療株式會社, 奧林巴斯株式會社
【專利摘要】本發(fā)明可降低制造成本并且不使裝置大型化而獲取有效地擴大了景深的圖像。提供內(nèi)窺鏡系統(tǒng)（1)，具備：對物光學(xué)系統(tǒng)（16)，其設(shè)置在插入部（6)前端，獲取被攝體像；光路分割單元，其將上述被攝體像分割為焦點不同的兩個光學(xué)像；攝像元件，其同時拍攝焦點不同的兩個上述光學(xué)像而獲取兩個圖像；圖像校正單元（32)，其對通過該攝像元件獲取的兩個上述圖像進行校正，以使兩個上述圖像的除焦點以外的相互差異大致相同；以及圖像合成處理部（33)，其在通過該圖像校正單元進行校正后的兩個上述圖像之間的對應(yīng)的規(guī)定區(qū)域中選擇對比度相對高的圖像來生成合成圖像。
【專利說明】內(nèi)窺鏡系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種內(nèi)窺鏡系統(tǒng)、特別是景深內(nèi)窺鏡系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] -般，已知在以內(nèi)窺鏡系統(tǒng)為首的具備攝像元件的設(shè)備中，伴隨著攝像元件的高 像素化，景深變淺。即，在攝像元件中，當為了增加像素數(shù)而減小像素間距（單位像素的縱 橫尺寸）時，容許模糊圈也隨之減小，因此攝像裝置的景深變淺。為了擴大景深，例如在專 利文獻1中公開了以下的技術(shù)：利用光路分割單元將被攝體像分割為焦點不同的兩個像， 使這些各像分別在不同的攝像元件中成像，對兩個像進行合成而獲取擴大了景深的像。
[0003] 另一方面，為了維持景深，能夠考慮增大光學(xué)系統(tǒng)的光圈值，但存在噪聲增加而使 畫質(zhì)劣化、或衍射的影響變大而使分辨率降低的問題。作為提高分辨率的技術(shù)，例如在專利 文獻2中公開了以下的技術(shù)：使通過光路分割元件進行分割后的焦點不同的兩個被攝體像 在一個攝像元件中成像，通過對兩個像進行加法處理來獲取提高了分辨率的合成圖像。
[0004] 專利文獻1 :日本特開2003-078802號公報
[0005] 專利文獻2 :日本特開2004-313523號公報
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] 發(fā)明要解決的問是頁
[0007] 然而，在上述的專利文獻1的技術(shù)中，為了使焦點不同的被攝體像成像而設(shè)置有 多個攝像元件，因此攝像裝置變得大型化、制造成本增大。另外，在專利文獻2的技術(shù)中，雖 然能夠?qū)崿F(xiàn)動態(tài)范圍的擴大、分辨率的提高，但兩個被攝體像的焦點差過大，因此在各個景 深之間產(chǎn)生焦點不重合的區(qū)域、或各景深過于重合而無法擴大景深。
[0008] 本發(fā)明是鑒于上述的情況而完成的，其目的在于提供一種內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，該內(nèi)窺鏡 系統(tǒng)能夠降低制造成本，不會使裝置大型化而獲取擴大了景深的圖像。
[0009] 用于解決問題的方案
[0010] 為了達到上述目的，本發(fā)明提供以下手段。
[0011] 本發(fā)明的一個方式提供一種內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，具備：對物光學(xué)系統(tǒng)，其設(shè)置在插入部前 端，用于獲取被攝體像；光路分割單元，其將上述被攝體像分割為焦點不同的兩個光學(xué)像； 攝像元件，其對上述焦點不同的兩個光學(xué)像同時進行拍攝而獲取兩個圖像；圖像校正單元， 其對通過該攝像元件獲取到的兩個上述圖像進行校正，使得兩個上述圖像的焦點以外的相 互差異大致相同；以及圖像合成處理部，其在通過該圖像校正單元進行校正后的兩個上述 圖像之間的對應(yīng)的規(guī)定區(qū)域中選擇對比度相對高的圖像來生成合成圖像。
[0012] 根據(jù)本方式，在生成合成圖像之前，先同時拍攝焦點不同的兩個光學(xué)像而得到兩 個圖像，對兩個上述圖像進行校正以使兩個上述圖像的焦點以外的相互差異大致相同，因 此消除了兩個圖像的光學(xué)像的偏差。然后，在進行校正后的兩個圖像之間的對應(yīng)的規(guī)定區(qū) 域中選擇對比度相對高的圖像來生成合成圖像，因此例如能夠防止由于噪聲等而在合成圖 像中產(chǎn)生不連續(xù)區(qū)域或光學(xué)像模糊的情況，并且能夠獲取擴大了景深的圖像。另外，通過同 一攝像元件拍攝兩個圖像，因此與具備多個攝像元件的結(jié)構(gòu)相比，能夠降低制造成本，不使 裝置大型化而獲取擴大了景深的圖像。
[0013] 在上述方式的基礎(chǔ)上，優(yōu)選在兩個上述圖像之間的對應(yīng)的規(guī)定區(qū)域中各規(guī)定區(qū)域 的對比度大致相同的情況下，上述圖像合成處理部對各規(guī)定區(qū)域進行加權(quán)來生成合成圖 像。
[0014] 由此，能夠防止合成圖像的不連續(xù)區(qū)域的產(chǎn)生、光學(xué)像的模糊并且獲取擴大了景 深的圖像。
[0015] 在上述方式的基礎(chǔ)上，優(yōu)選上述圖像校正單元對上述圖像進行校正，以使兩個上 述光學(xué)像的位置、角度以及倍率大致相同。
[0016] 由此，能夠防止生成合成圖像時的光學(xué)像的偏差、模糊。
[0017] 在上述方式的基礎(chǔ)上，優(yōu)選上述圖像校正單元對上述圖像進行校正，以使兩個上 述光學(xué)像的亮度和顏色大致相同。
[0018] 由此，能夠防止生成合成圖像時的光學(xué)像的偏差、模糊。
[0019] 在上述方式的基礎(chǔ)上，優(yōu)選在上述光路分割單元使分割得到的一方的光學(xué)像在上 述攝像元件中鏡像反轉(zhuǎn)而成像的情況下，上述圖像校正單元使兩個上述圖像中的任意一方 鏡像反轉(zhuǎn)。
[0020] 由此，能夠使兩個圖像的光學(xué)像的方向一致。
[0021] 在上述發(fā)明的基礎(chǔ)上，優(yōu)選在將上述對物光學(xué)系統(tǒng)的有效光圈值表示為Fno、將上 述攝像元件的垂直方向像素尺寸表示為Pix的情況下，上述對物光學(xué)系統(tǒng)和上述攝像元件 滿足以下的條件
[0022] 2. 4 彡 Fno/Pix 彡 4. 28。
[0023] 由此，能夠維持希望的亮度、分辨率并且獲取擴大了景深的圖像。
[0024] 在上述形式的基礎(chǔ)上，優(yōu)選上述光路分割單元具備偏轉(zhuǎn)分離單元和λ /4板，該偏 轉(zhuǎn)分離單元對來自上述對物光學(xué)系統(tǒng)的被攝體像進行偏振分離，該λ/4板配置于比該偏 振分離單元更靠被攝體側(cè)的位置，是賦予1/4波長量的相位差的1/4波長相位元件，該λ /4 板的高速軸配置為：相對于包含配置在上述插入部前端的照明光學(xué)系統(tǒng)的光軸和上述對物 光學(xué)系統(tǒng)的光軸的平面大致平行或垂直。
[0025] 由此，能夠防止在兩個圖像中產(chǎn)生極端的亮度差，抑制合成圖像的亮度不均。
[0026] 在上述方式的基礎(chǔ)上，優(yōu)選在上述插入部前端配置有多個照明光學(xué)系統(tǒng)，上述 λ/4板的高速軸配置為：相對于包含上述對物光學(xué)系統(tǒng)的光軸和多個上述照明光學(xué)系統(tǒng) 中的離上述對物光學(xué)系統(tǒng)最遠的照明光學(xué)系統(tǒng)的光軸的平面大致平行或垂直。
[0027] 由此，能夠進一步抑制合成圖像的亮度不均。
[0028] 在上述方式的基礎(chǔ)上，優(yōu)選在上述插入部前端配置有多個照明光學(xué)系統(tǒng)，上述 λ/4板的高速軸配置為：相對于包含上述對物光學(xué)系統(tǒng)的光軸和多個上述照明光學(xué)系統(tǒng) 中的照明光量最多的照明光學(xué)系統(tǒng)的光軸的平面大致平行或垂直。
[0029] 由此，能夠進一步抑制合成圖像的亮度不均。
[0030] 在上述方式的基礎(chǔ)上，優(yōu)選上述λ /4板是高分子薄膜。
[0031] 由此，能夠有助于內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的小型化。
[0032] 發(fā)明的效果
[0033] 根據(jù)本發(fā)明，起到以下的效果，S卩，能夠降低制造成本并不使裝置大型化而獲取更 加有效地擴大了景深的圖像。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0034] 圖1是本發(fā)明的實施方式所涉及的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的概要結(jié)構(gòu)圖。
[0035] 圖2是應(yīng)用于本發(fā)明的實施方式所涉及的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的攝像單元的概要結(jié)構(gòu)圖。
[0036] 圖3是應(yīng)用于本發(fā)明的實施方式所涉及的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的攝像元件的概要結(jié)構(gòu)圖。
[0037] 圖4是以幾何光學(xué)的方式?jīng)Q定的景深的說明圖。
[0038] 圖5是表示得到合成景深的情況下的MTF和散焦之間的關(guān)系的圖表。
[0039] 圖6(A)是通過對物光學(xué)系統(tǒng)16的調(diào)焦來整體地示出遠方觀察焦點狀態(tài)的說明 圖，圖6(B)是通過對物光學(xué)系統(tǒng)的調(diào)焦來整體地示出接近觀察焦點的狀態(tài)的圖。
[0040] 圖7A是與本發(fā)明的各實施例所涉及的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的景深等數(shù)值數(shù)據(jù)相關(guān)的圖 表。
[0041] 圖7B是與本發(fā)明的各實施例所涉及的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的景深等數(shù)值數(shù)據(jù)相關(guān)的圖 表。
[0042] 圖7C是與本發(fā)明的各實施例所涉及的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的景深等數(shù)值數(shù)據(jù)相關(guān)的圖 表。
[0043] 圖8是表示在本發(fā)明的實施方式所涉及的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)中將兩個光學(xué)像合成的情 況下的流程的流程圖。
[0044] 圖9是表示在本發(fā)明的實施方式所涉及的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)中將兩個圖像合成時的加 權(quán)系數(shù)的圖表。
[0045] 圖10是表示在本發(fā)明的實施方式所涉及的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)中通過偏振分束器進行奇 數(shù)次的反射后在攝像元件中成像的情況下的成像狀態(tài)的圖。
[0046] 圖11是表示內(nèi)窺鏡前端的結(jié)構(gòu)和布儒斯特角之間的關(guān)系的圖。
[0047] 圖12是表示將λ/4板配置在比光路分割元件的偏振分離膜更靠物體側(cè)的位置的 例子的圖。
[0048] 圖13是表不λ/4板和照明光學(xué)系統(tǒng)之間的配置關(guān)系的圖。
【具體實施方式】
[0049] 以下，參照【專利附圖】
【附圖說明】本發(fā)明的實施方式。
[0050](第一實施方式）
[0051] 如圖1所示，本發(fā)明的第一實施方式的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)1具備：內(nèi)窺鏡2,其插入到被 檢體內(nèi)；光源裝置3,其向該內(nèi)窺鏡2供給照明光；處理器裝置4,其對通過設(shè)置于內(nèi)窺鏡2 的攝像元件獲取的圖像信號進行圖像處理；以及圖像顯示裝置5,其將通過處理器裝置4進 行規(guī)定的圖像處理所得到的圖像信號顯示為內(nèi)窺鏡圖像。
[0052] 內(nèi)窺鏡2還具備插入到被檢體內(nèi)的細長的插入部6、設(shè)置于該插入部6的后端的 操作部7、從操作部7延伸出的第一線纜8,在第一線纜8貫通有用于傳送照明光的光導(dǎo)9。 在內(nèi)窺鏡2的插入部6的前端部6a設(shè)置有使從光導(dǎo)9射出的照明光擴散的照明透鏡15、獲 取被攝體像的對物光學(xué)系統(tǒng)16、以及拍攝被攝體像的攝像單元19。第一線纜8的端部的光 導(dǎo)連接器8a以使光導(dǎo)9的貫通第一線纜8的后端部成為照明光的入射端的方式可自由裝 卸地連接于光源裝置3。
[0053] 光源裝置3例如內(nèi)置氙氣燈等燈11作為光源。此外，作為光源，并不限于氙氣燈 等燈11，也可以使用發(fā)光二極管（簡稱為LED)。由燈11產(chǎn)生的白色光在通過光圈12被調(diào) 整了通過光量后，通過聚光鏡13聚光而入射（供給）到光導(dǎo)9的入射端面。此外，對于光 圈12,通過光圈驅(qū)動部14使光圈12的開口量可變。
[0054] 光導(dǎo)9將從光源裝置3入射到入射端（后端側(cè)）的照明光引導(dǎo)至插入部6的前端 部6a側(cè)。引導(dǎo)至前端部6a的照明光從光導(dǎo)9的出射端（前端側(cè)）通過配置于前端部6a 的前端面的照明透鏡15擴散并經(jīng)由照明窗15a射出，以對被檢體內(nèi)部的觀察對象部位進行 照明。
[0055] 被照明的觀察對象部位通過安裝在前端部6a的與照明窗15a相鄰地設(shè)置的觀察 窗20上的對物光學(xué)系統(tǒng)16,在配置在該對物光學(xué)系統(tǒng)16后方側(cè)的攝像元件17中成像為被 攝體像。
[0056] 對物光學(xué)系統(tǒng)16具備：光學(xué)元件組16a，其由多個光學(xué)元件構(gòu)成；和作為焦點切換 機構(gòu)的聚焦透鏡21以及致動器22,該聚焦透鏡21選擇性地使焦點（pint)對準遠方觀察和 接近觀察這兩個觀察區(qū)域，該致動器22對聚焦透鏡21進行驅(qū)動。
[0057] 攝像單元19具備：偏振分束器18,其設(shè)置在對物光學(xué)系統(tǒng)16的插入部6后端部 偵牝?qū)⒈粩z體像分割為焦點不同的兩個光學(xué)像；和攝像元件17,其拍攝兩個光學(xué)像而獲取 兩個圖像。
[0058] 如圖2所不，偏振分束器18具備第一棱鏡18a、第二棱鏡18b、反射鏡18c以及λ/4 板18d。第一棱鏡18a和第二棱鏡18b都具有相對于光軸成45度的斜度的光束分離面，在 第一棱鏡18a的光束分離面設(shè)置有偏振分離膜18e。而且，第一棱鏡18a和第二棱鏡18b使 相互的光束分離面經(jīng)由偏振分離膜18e接觸而構(gòu)成偏振分束器18。另外，反射鏡18c隔著 λ /4板18d設(shè)置在第一棱鏡18a的端面附近，攝像元件17安裝于第二棱鏡18b的端面。
[0059] 來自對物光學(xué)系統(tǒng)16的被攝體像在第一棱鏡18a中被設(shè)置在其光束分離面的偏 振分離膜18e分離為P成分（透過光）和S成分（反射光），從而分離成反射光側(cè)的光學(xué)像 和透過光側(cè)的光學(xué)像。
[0060] S成分的光學(xué)像在偏振分離膜18e向攝像元件17的對面?zhèn)确瓷洳⑼ㄟ^A光路，在 透過λ/4板18d后，被反射鏡18c折返到攝像元件17側(cè)。折返的光學(xué)像再次透過λ/4板 18d，由此偏振方向旋轉(zhuǎn)90°，透過偏振分離膜18e并在攝像元件17中成像。
[0061] P成分的光學(xué)像透過偏振分離膜18e并通過B光路，被使光朝向攝像元件17垂直 地折返的、設(shè)置在第二棱鏡18b的與光束分離面相反的一側(cè)的反射鏡面反射，從而在攝像 元件17中成像。這時，以在A光路和B光路中例如產(chǎn)生幾十微米左右的規(guī)定的光路差的方 式設(shè)定棱鏡光程，使焦點不同的兩個光學(xué)像在攝像元件17的受光面上成像。
[0062] S卩，將第一棱鏡18a和第二棱鏡18b配置為，第一棱鏡18a中的、反射光側(cè)的到攝 像元件17的光路長度比透過光側(cè)的到攝像元件17的光路長度（光程）短（?。员隳軌?將被攝體像分離為焦點位置不同的兩個光學(xué)像。
[0063] 如圖3所示，對于攝像元件17,為了分別單獨地接收焦點位置不同的兩個光學(xué)像 并對它們進行拍攝而在攝像元件17的整個像素區(qū)域中設(shè)置有兩個受光區(qū)域（有效像素區(qū) 域）17a、17b。為了拍攝兩個光學(xué)像而將受光區(qū)域17a、17b配置為分別與這些光學(xué)像的成像 面一致。而且，在攝像元件17中，受光區(qū)域17a的焦點位置相對于受光區(qū)域17b的焦點位 置相對地向近點側(cè)移位（偏離），受光區(qū)域17b的焦點位置相對于受光區(qū)域17a的焦點位置 相對地向遠點側(cè)移位。由此，使焦點不同的兩個光學(xué)像在攝像元件17的受光面上成像。
[0064] 此外，也可以通過使第一棱鏡18a和第二棱鏡18b這兩者的折射率不同來改變到 攝像元件17的光路長度，以使受光區(qū)域17a、17b的焦點位置相對地偏離。
[0065] 另外，在受光區(qū)域17a、17b的周圍設(shè)置有用于對分割成兩個像后的光學(xué)像的幾何 偏差進行校正的校正像素區(qū)域17c。通過在校正像素區(qū)域17c內(nèi)抑制制造上的誤差并利用 后述的圖像校正處理部32進行基于圖像處理的校正，由此消除上述光學(xué)像的幾何偏差。
[0066] 聚焦透鏡21能夠移動到光軸方向上的兩個位置，通過致動器22驅(qū)動該聚焦透鏡 21使之在兩個位置之間從一個位置移動至另一個位置、從另一個位置移動至一個位置。在 將聚焦透鏡21設(shè)定在前方側(cè)（物體側(cè)）的位置的狀態(tài)下，將焦點設(shè)定為對準遠方觀察的情 況下的觀察區(qū)域的被攝體，在將聚焦透鏡21設(shè)定在后方側(cè)的位置的狀態(tài)下，將焦點設(shè)定為 對準接近觀察的情況下的觀察區(qū)域的被攝體。
[0067] 此外，致動器22與貫通插入部6內(nèi)的信號線23連接，該信號線23還貫通從操作 部7延伸出的第二線纜24內(nèi)。該第二線纜24的端部的信號連接器24a可自由裝卸地與處 理器裝置4連接，上述信號線23與設(shè)置在處理器裝置4內(nèi)的致動器控制部25連接。
[0068] 例如還對該致動器控制部25輸入來自設(shè)置于內(nèi)窺鏡2的操作部7的切換操作開 關(guān)26的切換操作信號。致動器控制部25根據(jù)切換操作開關(guān)26的操作來施加對致動器22 進行電驅(qū)動的驅(qū)動信號，以此移動聚焦透鏡21。
[0069] 此外，產(chǎn)生切換操作信號的切換操作單元并不限于切換操作開關(guān)26,也可以是切 換操作桿等。由上述聚焦透鏡21、致動器22、致動器控制部25形成焦點切換機構(gòu)。但是， 本申請的聚焦單元并不限于使聚焦透鏡在上述光軸方向上移動的單元。例如，也可以是將 透鏡、濾光器相對于對物光學(xué)系統(tǒng)進行插拔來切換聚焦的單元。
[0070] 攝像元件17與插入部6、操作部7、貫通第二線纜24內(nèi)的信號線27a、27b連接，信 號連接器24a與處理器裝置4連接，由此與設(shè)置在處理器裝置4內(nèi)的作為圖像處理部的圖 像處理器30連接。
[0071] 圖像處理器30具備：圖像讀出部31，其將通過攝像元件17拍攝得到的焦點位置 不同的兩個光學(xué)像所涉及的圖像分別讀出；圖像校正處理部32,其對通過圖像讀出部31讀 出的兩個圖像進行圖像校正；以及圖像合成處理部33,其進行對校正后的兩個圖像進行合 成的圖像合成處理。
[0072] 圖像校正處理部32對在攝像元件17的受光區(qū)域17a、17b分別成像的兩個光學(xué)像 所涉及的圖像進行校正，以使兩個上述圖像的焦點以外的相互差異大致相同。即，對兩個圖 像進行校正以使兩個圖像的各光學(xué)像的相對位置、角度、以及倍率大致相同。
[0073] 在將被攝體像分離為兩個像并使其分別在攝像元件17中成像的情況下，有時會 產(chǎn)生幾何差異。即，分別在攝像元件17的受光區(qū)域17a、17b成像的各光學(xué)像有時會相對地 產(chǎn)生倍率偏差、位置偏差、角度即旋轉(zhuǎn)方向的偏差等。在制造等時難以完全消除這些差異， 且在這些偏差量大時，合成圖像會成為雙層圖像或產(chǎn)生不自然的亮度不均等。因此，通過圖 像校正處理部32來校正上述的幾何差異、亮度差異。
[0074] 在校正兩個圖像之間的亮度差異的情況下，優(yōu)選以兩個像中的亮度低的像或兩個 圖像中的亮度低的圖像、或者兩個像或圖像的同一位置處的亮度相對較低的一方為基準來 進行校正。
[0075] 也就是說，進行亮度校正以使亮度與相對明亮的一方、即亮度信號（例如G信號） 的強度（信號電平）低的一方一致。當與該校正相反地使亮度與相對明亮的一方一致時， 連包含在圖像中的噪聲成分也必須進行放大，會導(dǎo)致成為S/N劣化的合成圖像。
[0076] 通過如上述那樣以亮度低的一方為基準來進行亮度校正，能夠防止由S/N的劣化 導(dǎo)致的合成圖像的畫質(zhì)劣化，上述亮度校正為：使增益降低（或衰減）以使亮度高的一方與 作為基準的亮度低的一方的亮度一致。
[0077] 圖像合成處理部33在通過圖像校正處理部32進行校正后的兩個圖像之間的對應(yīng) 的規(guī)定區(qū)域中選擇對比度相對較高的圖像來生成合成圖像。即，對兩個圖像的空間上相同 的像素區(qū)域各自的對比度進行比較，選擇對比度相對較高的一方的像素區(qū)域，由此生成從 兩個圖像合成的作為一個圖像的合成圖像。在兩個圖像的同一像素區(qū)域的對比度差小、或 大致相同的情況下，通過對該像素區(qū)域賦予規(guī)定的權(quán)重并進行加法計算的合成圖像處理來 生成合成圖像。
[0078] 另外，圖像處理器30具備：后續(xù)圖像處理部34,其對通過圖像合成處理部33合成 的一個圖像進行顏色矩陣處理、輪廓增強、伽馬校正等后續(xù)圖像處理；和圖像輸出部35,其 輸出進行后續(xù)圖像處理后的圖像，該圖像處理器30將從圖像輸出部35輸出的圖像輸出到 圖像顯示裝置5。
[0079] 圖像處理器30還具備：調(diào)光部36,其根據(jù)由圖像讀出部31讀出的圖像生成用于 調(diào)光到基準的亮度的調(diào)光信號，該圖像處理器30將由調(diào)光部36生成的調(diào)光信號輸出到光 源裝置3的光圈驅(qū)動部14。光圈驅(qū)動部14按照調(diào)光信號來調(diào)整光圈12的開口量以維持基 準的亮度。
[0080] 另外，在本實施方式中，設(shè)置有校正參數(shù)存儲部37,該校正參數(shù)存儲部37存儲有 在圖像校正處理部32中校正圖像時使用的校正參數(shù)（的信息）。
[0081] 內(nèi)窺鏡2具有ID存儲器38，該ID存儲器38存儲有內(nèi)窺鏡2所固有的內(nèi)窺鏡識別 信息（內(nèi)窺鏡ID)，并且在該內(nèi)窺鏡2設(shè)置有校正參數(shù)存儲部37,在該內(nèi)窺鏡2中存在要校 正的固有校正參數(shù)的情況下，該校正參數(shù)存儲部37存儲有與該內(nèi)窺鏡2對應(yīng)的校正參數(shù)。
[0082] 在此，對于校正參數(shù)，例如根據(jù)光路分割元件、攝像元件的濃淡特性、λ /4板的波 長特性不同，有時會在兩個光學(xué)像所涉及的圖像中產(chǎn)生上述的幾何差異、亮度差異、或顏色 差異。當兩個圖像之間存在這樣的差異時，會導(dǎo)致在合成圖像中產(chǎn)生不自然的亮度不均、顏 色不均，因此為了校正該差異而考慮光路分割元件、攝像元件、λ /4板的特性來決定校正參 數(shù)。
[0083] 此外，圖像校正處理部也可以從校正參數(shù)部接受預(yù)先設(shè)定的校正參數(shù)來進行校 正。例如能夠在出廠時預(yù)先在上述校正參數(shù)部中設(shè)定偏差量，在將內(nèi)窺鏡連接到圖像處理 器時，識別出連接了內(nèi)窺鏡而從上述校正參數(shù)部調(diào)出對應(yīng)的參數(shù)來進行校正。
[0084] 此外，在沒有要校正的固有校正參數(shù)的情況下，不需要設(shè)置校正參數(shù)存儲部37。另 夕卜，并不限于將校正參數(shù)存儲部37設(shè)置在ID存儲器38的內(nèi)部的情況，也可以設(shè)置在與ID 存儲器38不同的存儲器中。
[0085] 并且，圖像處理器30的控制部39根據(jù)設(shè)置在內(nèi)窺鏡2側(cè)的內(nèi)窺鏡ID來識別校正 的有無，在有校正的情況下，從設(shè)置在內(nèi)窺鏡2側(cè)的ID存儲器38內(nèi)的校正參數(shù)存儲部37 讀取校正參數(shù)，將該校正參數(shù)發(fā)送到圖像校正處理部32。
[0086] 圖像校正處理部32根據(jù)從控制部39傳送的上述校正參數(shù)來進行與安裝在各內(nèi)窺 鏡2中的攝像單元19對應(yīng)的圖像校正。
[0087]另外，圖像校正處理部32使用校正參數(shù)，將兩個像中的一個作為基準像或?qū)蓚€ 圖像中的一個作為基準圖像，以此進行上述的倍率差異的校正、位置差異的校正等圖像的 校正。例如，有時存在因?qū)ξ锕鈱W(xué)系統(tǒng)16的規(guī)格而在兩個圖像中產(chǎn)生倍率偏差的情況。
[0088] 在要將對物光學(xué)系統(tǒng)16的尺寸設(shè)定得比較小的情況下，有時會進行破壞遠心性 而使光線傾斜地向攝像元件17入射的設(shè)計。例如，當將與光軸所成的角設(shè)為入射角、將順 時針方向設(shè)為正、將逆時針方向設(shè)為負時，會進行形成負的入射角那樣的設(shè)計。
[0089] 當在這樣的破壞了遠心性的對物光學(xué)系統(tǒng)中使焦點位置錯開時，會在兩個圖像之 間產(chǎn)生倍率偏差。
[0090] 如果是這樣的設(shè)計規(guī)格，則預(yù)先將該偏差量存儲在上述校正參數(shù)存儲部37中，在 將對象內(nèi)窺鏡2與處理器裝置4連接的情況下，識別該內(nèi)窺鏡2并從上述校正參數(shù)存儲部 37調(diào)出對應(yīng)的參數(shù)來進行校正。
[0091] 在攝像單元19的組裝時，有時兩個圖像的相對的像素位置微微錯開。在該情況 下，將制造時的偏差量存儲在校正參數(shù)存儲部37中，通過圖像校正處理部32進行該偏差校 正。對于位置的偏差校正，例如進行對兩個圖像的讀出位置進行校正以使在攝像元件17的 受光區(qū)域17a中拍攝得到的圖像和在受光區(qū)域17b中的拍攝得到的圖像之間的相對位置一 致的處理，在校正了位置偏差后輸出到圖像合成處理部33。
[0092] 此外，在使用內(nèi)窺鏡時，也可以代替本實施方式的利用預(yù)先設(shè)定的校正參數(shù)進行 的校正而根據(jù)另外準備的調(diào)整用基準圖來進行校正。例如可以在內(nèi)窺鏡2的前端部6a將 基準圖配置在希望的位置，通過圖像校正處理部32讀取兩個圖像相對于基準圖的偏差并 進行該偏差校正。
[0093] 控制部39進行以下控制：在構(gòu)成安裝于各內(nèi)窺鏡2中的對物光學(xué)系統(tǒng)16的聚焦 透鏡21的要驅(qū)動的位置不同的情況下，也向致動器控制部25發(fā)送要驅(qū)動的位置的信息，使 致動器控制部25在內(nèi)窺鏡2的種類不同的情況下也適當?shù)仳?qū)動致動器22。
[0094] 此外，致動器控制部25進行以下控制：不經(jīng)由控制部39而獲取ID，在內(nèi)窺鏡2的 種類不同的情況下也適當?shù)仳?qū)動致動器22。
[0095] 在此，以下參照圖4等說明景深的定義。圖4是以幾何光學(xué)的方式?jīng)Q定的景深的 說明圖。
[0096] 考慮以下的情況：在普通的內(nèi)窺鏡中，使用將最佳距離設(shè)為X的情況下的對物光 學(xué)系統(tǒng)（其焦距FI)將圖3中所示的像素間距Pix的攝像元件配置在像面位置X'。在固定 了攝像元件的條件下，當使物體（從X)接近到Xn時，接近時的像面位置Xn'從攝像元件的 攝像面位置偏離。
[0097] 這時，當將能夠視為焦點已對準的最大的模糊圈設(shè)為容許模糊圈、將其圓直徑設(shè) 為δ時，在能夠識別為攝像元件的攝像面的模糊圓直徑比δ小的情況下，能夠視為從X到 Xn的物體像焦點對準。
[0098] S卩，能夠?qū)⒌侥：χ睆脚cδ -致為止的范圍定義為近點側(cè)的景深。
[0099] 根據(jù)牛頓的成像公式，以下的公式成立。
[0100] l/Xn-1/X = δ Fno/FI2 ......(1)
[0101] 通過考慮將物體（從X)向遠點側(cè)移動到Xf的情況，也同樣如下定義遠點側(cè)的景 深的公式。
[0102] l/X-1/Xf = δ Fno/FI2 ......(2)
[0103] 當合并公式（1)和公式（2)時，成為以下公式。
[0104] l/Xn-1/Xf = 2 δ Fno/FI2 ......(3)
[0105] 另外，與焦點深度d對應(yīng)的景深為Xn-Xf。
[0106] 其中，如上述那樣將最佳距離設(shè)為X，將到景深近點的距離設(shè)為Xn，將到景深遠點 的距離設(shè)為Xf，將容許模糊圈直徑設(shè)為S，將對物光學(xué)系統(tǒng)的焦距設(shè)為FI，將對物光學(xué)系 統(tǒng)的有效光圈值設(shè)為Fno。
[0107] 以上是以幾何光學(xué)的方式?jīng)Q定的普通的景深定義。
[0108] 本實施方式針對以幾何光學(xué)的方式?jīng)Q定的景深的情況，能夠通過合成圖像來擴大 景深，即使在無法忽視衍射的影響的情況下，也能夠通過合成圖像來擴大景深。
[0109] 已知當使攝像元件更加細微化、高像素化時，在定義景深時一般無法忽視波動光 學(xué)的影響。這是因為：在焦點位置，點尺寸因衍射的影響而相對于以幾何光學(xué)的方式定義的 點尺寸擴大，因此從幾何光學(xué)的景深的計算產(chǎn)生偏差。因此，在安裝有多數(shù)情況下收斂到本 實施方式那樣的接近衍射界限的有效光圈值Fno的多像素的攝像元件的內(nèi)窺鏡2中，衍射 成為無法忽視的影響。
[0110] 在得到焦點位置不同的兩個像的合成景深的情況下，優(yōu)選各深度端以MTF10%以 上重疊，當將像面上的評價空間頻率設(shè)為Fi時，下式成立。
[0111] Fi = 1/klXPix ......(4)
[0112] 如果該Fi的散焦的MTF(Modulation Transfer Function,調(diào)制傳遞函數(shù)）約為 10%，則在主觀評價上能夠判斷為無法識別像的模糊而"能夠看到"。換言之，能夠?qū)TF約 為10 %的散焦位置視為深度端。
[0113] 也就是說，在得到兩個焦點狀態(tài)的合成景深的情況下，深度范圍最大的條件是，在 各自的深度端保持MTF為約10%以上的狀態(tài)下進行合成（參照圖5)。假設(shè)當在MTF不到 10%的端合成兩個圖像時，會產(chǎn)生景深間隙，導(dǎo)致在合成深度內(nèi)產(chǎn)生模糊區(qū)域。
[0114] 優(yōu)選切換兩個焦點時的遠方觀察側(cè)的合成景深和接近觀察側(cè)的合成景深的端以 MTF10%重疊。如果是該設(shè)定，則即使切換兩個焦點也不會產(chǎn)生景深間隙。也可以是切換兩 個焦點時的遠方觀察側(cè)的合成景深和接近觀察側(cè)的合成景深的端不重疊，且接近觀察側(cè)的 合成景深是3mm左右。
[0115] 不勉強進行連續(xù)的景深設(shè)定，而是以能夠進行更接近的放大觀察的方式來提高內(nèi) 窺鏡診斷能力。其中，優(yōu)選是在切換兩個焦點時幾乎不產(chǎn)生視野角變動的調(diào)焦，且考慮到內(nèi) 窺鏡的操作性而將深度幅度確保3_左右。在切換兩個焦點時視野角變化的情況下，也可 以設(shè)為隨著接近而提高觀察倍率那樣的變倍光學(xué)系統(tǒng)。
[0116] 在本實施方式中，配置將被攝體像分離為兩個光學(xué)像的偏振分束器18,在攝像元 件17中分別拍攝近點像和遠點像，如上述那樣，通過偏振分束器18使光學(xué)像到攝像元件17 的近點光程和遠點光程不同，以此得到焦點位置相對不同的像。
[0117] 圖6(A)通過對物光學(xué)系統(tǒng)16的調(diào)焦來整體地示出遠方觀察焦點狀態(tài)，圖6(B)通 過對物光學(xué)系統(tǒng)16的調(diào)焦來整體地示出接近觀察焦點的狀態(tài)。
[0118] 例如，如圖6(A)、（B)所示，在使近點像在攝像元件17上的對物光學(xué)系統(tǒng)16側(cè)成 像、使遠點像在攝像元件17上的內(nèi)窺鏡2側(cè)成像的情況下，當將偏振分束器18到攝像元件 17的光程分別設(shè)為dn、df時，dn>df。
[0119] 也可以與到攝像元件17的近點光路和遠點光路相應(yīng)地利用不同的玻璃構(gòu)成第一 棱鏡18a和第二棱鏡18b，通過使折射率不同來將焦點位置相對地錯開。
[0120] 由此，獲取焦點不同的兩個光學(xué)像所涉及的圖像，能夠通過圖像合成處理部33對 這些圖像進行合成，以此得到合成景深XAf+XBf。在通過內(nèi)窺鏡檢查來大范圍地俯視觀察以 進行篩選時，遠方觀察適合，在觀察病變的詳情或進行診斷時，接近觀察適合。
[0121] 通過采用這樣的結(jié)構(gòu)，即使使用更加多像素化的攝像元件，也能夠不降低分辨率 而擴大景深。并且，由于具有調(diào)焦機構(gòu)，因此能夠自由地切換觀察范圍來進行高畫質(zhì)的內(nèi)窺 鏡觀察、診斷。
[0122] 在此，本實施方式的攝像單元19被設(shè)定為滿足以下的條件。
[0123] 2. 4 彡 Fno/Pix 彡 4. 28 ......(5)
[0124] 公式（5)的條件基于如下的理由。
[0125] 已知對于構(gòu)成對物光學(xué)系統(tǒng)16的透鏡，在成像時，光會受到衍射的影響。對物光 學(xué)系統(tǒng)16的有效光圈值Fno越大，則點像受衍射的影響越大，當該點像的大小超過某一界 限時，即使對焦，被攝體的細節(jié)部分看起來也模糊。
[0126] 瑞利（Rayleigh)將該界限規(guī)定為在兩個點像接近時能夠識別為各個像的界限的 距離，在將λ設(shè)為光的波長、將有效光圈值設(shè)為Fno時，用1.22X λ XFno表示該界限。兩 個點像的分離界限的距離、即分辨率R由下式表示。
[0127] R=1.22XAXFno ......(6)
[0128] 另一方面，在作為攝像元件而通過電荷耦合元件（簡稱為(XD)、CMOS傳感器進行 拍攝的情況下，根據(jù)采樣理論來決定界限分辨率。在將攝像元件的垂直方向的像素尺寸設(shè) 為Pix時，下式成立。
[0129] R = 2XPix ......(7)
[0130] 實際上，由于受所采用的攝像方式的插值方法、電氣系統(tǒng)的特性影響，因此使用任 意的系數(shù)kl如下那樣表示分辨率R。
[0131] R = klXPix ......(8)
[0132] 由于需要充分發(fā)揮攝像元件的性能，因此系數(shù)kl 一般為2 < kl < 3左右。
[0133] 根據(jù)上述的公式（6)、公式（8)可知公式（9)。
[0134] klXPix = 1. 22X λ XFno ......(9)
[0135] 另外，考慮到制造偏差等，為了能夠充分地發(fā)揮光學(xué)性能，需要使對對物光學(xué)系統(tǒng) 16設(shè)定的有效光圈值Fno具有某種程度的富余。
[0136] 因此，實際上考慮任意的余量系數(shù)k2來設(shè)定由瑞利界限公式規(guī)定的有效光圈值 Fno。即，設(shè)定為公式（10)。
[0137] klXPix = 1· 22X λ XFnoXk2 ......(10)
[0138] 此外，對于余量系數(shù)k2,當考慮對物光學(xué)系統(tǒng)16的尺寸、與景深的平衡時， 0. 6彡k2彡1左右是妥當?shù)姆秶?br> [0139] 但是，在容許少許的分辨率劣化而優(yōu)先擴大景深的情況下，也可以設(shè)定為 k2彡1. 2左右。
[0140] 根據(jù)公式（9)、公式（10)，要設(shè)定的對物光學(xué)系統(tǒng)16的有效光圈值Fno滿足下式。
[0141] FnoXk2 = (1/1. 22X λ ) XPixXkl ......(11)
[0142] 在此，當用有效光圈值Fno和像素尺寸Pix的關(guān)系表示公式（11)時，用以下的公 式（12)表示。
[0143] Fno/Pix = (1/1. 22X λ ) XklXk2 ......(12)
[0144] 在使用了高像素的攝像元件的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)中，優(yōu)選滿足上述的公式（5)的關(guān)系。
[0145] 假設(shè)當減小到超出作為公式（5)的范圍的下限的2. 4時，對物光學(xué)系統(tǒng)16的有效 光圈Fno過小而無法得到希望的景深?；蛘撸吧铍m然充分，但成像器的Pix尺寸大而使分 辨率降低?；蛘撸嘞袼鼗狗直媛侍岣叩某上衿鞒叽缱兇?，因此對物光學(xué)系統(tǒng)16大型 化，在安裝在內(nèi)窺鏡2的前端部6a的情況下導(dǎo)致外徑增大（插入性降低），故不優(yōu)選。
[0146] 另外，相反地當增大到超過公式（5)的范圍的上限時，對物光學(xué)系統(tǒng)的有效光圈 值Fn過大而無法得到希望的亮度。同時，會導(dǎo)致大幅地超過衍射界限、或者由于不是妥當 的插值方式而產(chǎn)生分辨率的劣化。
[0147] 在圖7的表中示出了在本實施方式中滿足上述條件式的攝像單元19的例子。
[0148] 在圖7中示出了 Fno/Pix、Pix、Fno、kl、k2、farl深度（遠方觀察時的受光區(qū)域17a 的景深）、far2深度（遠方觀察時的受光區(qū)域17b的景深）、合成far深度（遠方觀察時的 合成圖像的景深）、nearl深度（接近觀察時的受光區(qū)域17a的景深）、near2深度（接近觀 察時的受光區(qū)域17b的景深）、合成near深度（接近觀察時的合成圖像的景深（范圍））、 near深度幅度（從合成near深度近點端到合成near深度遠點端的深度幅度）、攝像方式、 總像素數(shù)（攝像元件的總像素數(shù)）的數(shù)值數(shù)據(jù)。另外，BST表示MTF最大的情況下的作為 物距的最佳距離。
[0149] 以下，示出圖7的各實施例的概要。
[0150] 在實施例1中，攝像單元19是補色系統(tǒng)且是同步型，在該情況下，將系數(shù)kl設(shè)為3 左右，作為攝像元件17而采用100萬像素、具有1. 7 μ m的像素（pixel)尺寸的補色系統(tǒng)的 固體攝影元件。另外，將對物光學(xué)系統(tǒng)16收斂至不產(chǎn)生分辨率劣化的水平，以充分確保景 深。也就是說，將基于對物光學(xué)系統(tǒng)16的衍射界限光圈值的余量系數(shù)k2設(shè)為k2 = 0. 95， 根據(jù)公式（12)，有下式成立。
[0151] Fno/Pix = 4. 28 ......(13)
[0152] 實施例2是面順序方式，系數(shù)kl能夠取2左右。作為攝像元件17而應(yīng)用84萬像 素、像素尺寸為1. 45 μ m的單色攝像元件。將對物光學(xué)系統(tǒng)設(shè)定為使亮度優(yōu)先于衍射界限 光圈值，將基于對物光學(xué)系統(tǒng)16的衍射界限光圈值的余量系數(shù)k2設(shè)為k2 = 0. 8,根據(jù)公式 (12)，有下式成立，在實際使用時能夠得到充分的景深。
[0153] Fno/Pix = 2. 4 ......(14)
[0154] 在實施例3中，作為攝像元件17而應(yīng)用84像素、1. 1 μ m像素的原色拜耳陣列的同 步型攝像元件，是直徑較細（由于是微小像素所以攝像尺寸小）并且高像素的內(nèi)窺鏡的實 施例（kl = 2. 5)。對于衍射界限光圈值具有少許富余余量而保證了實際使用時所需的景深 (k2 = 0.9)。即，保持實際使用時的遠方景深，在接近觀察聚焦時，在最接近時具有與變倍 內(nèi)窺鏡同等的分辨率，實現(xiàn)了兼顧篩選、診斷兩者的內(nèi)窺鏡。
[0155] 在實施例4中，作為攝像元件17而應(yīng)用150萬像素、1. 34 μ m像素的原色拜耳陣列 的同步型攝像元件，通過插值方法的最優(yōu)化實現(xiàn)了分辨率的提高（kl = 2. 2)。對于衍射界 限光圈值，具有少許富余量而保證了實際使用時所需的景深（k2 = 0. 9)。與實施例3同樣 地實現(xiàn)了兼顧篩選、診斷兩者的內(nèi)窺鏡。相對于實施例3,實施例4將重點放在遠方觀察聚 焦以更容易進行篩選。相反，在聚焦之間產(chǎn)生深度間隙，在接近觀察聚焦時，深度幅度比實 施例3小。但是，根據(jù)本申請實施的效果，與現(xiàn)有的變倍內(nèi)窺鏡的遠端深度相比，能夠保持 大致一倍以上的深度。
[0156] 在實施例5中，作為攝像元件17而應(yīng)用84萬像素、1.45 μ m像素的原色拜耳陣列 的同步型攝像元件，對物光學(xué)系統(tǒng)16進行使亮度優(yōu)先于衍射界限光圈值的光圈值設(shè)定（k2 = 0.6)。另外，設(shè)定為能夠得到足夠?qū)嶋H使用的景深。是通過以實際使用時沒有障礙的水 平稍微降低分辨率而分配到深度上來獲取平衡的例子。
[0157] 在實施例6中，作為攝像元件17而使用84萬像素、0. 9 μ m像素的原色拜耳陣列的 同步型攝像元件，是直徑更細（由于是微小像素因此攝像尺寸小）且高像素內(nèi)窺鏡的例子。 以不產(chǎn)生分辨率劣化的水平大致收斂至衍射界限光圈值，從而充分確保了景深。另外，在接 近觀察模式下，在最接近時具有與變倍內(nèi)窺鏡同等的分辨率。
[0158] 另外，在本申請的實施中如果以使用了原色拜耳陣列的同步型攝像元件的攝像方 式為主，則公式（5)也可以為下式。
[0159] 2. 4 彡 Fno/Pix 彡 3. 56 ......(5)，
[0160] 接著，按照圖8的流程圖來說明在本實施方式中將兩個光學(xué)像合成的情況下的流 程。
[0161] 在步驟S1中，在圖像校正處理部32中對攝像元件17中獲取到的焦點不同的遠點 像所涉及的圖像和近點像所涉及的圖像這遠近兩個圖像進行校正處理。即，根據(jù)預(yù)先設(shè)定 的校正參數(shù)對兩個圖像進行校正以使兩個圖像的各光學(xué)像的相對位置、角度、以及倍率大 致相同，將進行校正后的圖像輸出到圖像合成處理部33。此外，也可以根據(jù)需要來校正兩個 圖像的亮度、顏色的差異。
[0162] 在步驟S2中，通過圖像合成處理部33對進行校正處理后的兩個圖像進行合成。這 時，在遠近兩個圖像各自對應(yīng)的像素區(qū)域中，分別計算出對比度值并進行比較。在步驟S3 中，判斷所比較的對比度值是否存在差，在對比度存在差的情況下，前進到步驟S5,選擇對 比度值高的區(qū)域進行合成。在此，在進行比較的對比度值的差小、或者大致相同的情況下， 選擇遠近兩個圖像中的哪一個成為處理上的不穩(wěn)定因素。例如，當存在噪聲等信號波動時， 會在合成圖像中產(chǎn)生不連續(xù)區(qū)域，或者產(chǎn)生本來分辨出的被攝體像變得模糊這樣的問題。 因此，前進到步驟S4進行加權(quán)。在步驟S4中，在進行對比度比較的像素區(qū)域中，在兩個圖 像中對比度值大致相同的情況下進行加權(quán)，在下一個步驟S5中對進行加權(quán)后的圖像進行 加法處理，由此消除圖像選擇的不穩(wěn)定性。
[0163] 當將兩個圖像的對比度比設(shè)為R、將A和B設(shè)為規(guī)定的任意常數(shù)時，圖像的坐標 (i，j)的加權(quán)系數(shù)W(i，j)如下。
[0164] ff(i, j) = 1 A〈R ......(15)
[0165] ff(i, j) = 0 R〈B ......(16)
[0166] ff(i, j) = (R-B)/(A-B) B ^ R ^ A ......(17)
[0167] 如圖9所示，在上述的公式（15)中，在對比度比大于A的情況下，是能夠可靠地選 擇兩個圖像中的哪一個的狀態(tài)，由于W = 1，因此只選擇遠點像。
[0168] 另外，在公式（16)中，對比度比小于B，是能夠可靠地選擇兩個圖像中的哪一個的 狀態(tài)，由于W = 0,因此只選擇近點像。
[0169] 在公式（17)中，遠近像的對比度比大致相同，是不穩(wěn)定的區(qū)域，因此在該區(qū)域中 線性地賦予加權(quán)系數(shù)W，以某種比例對遠點像（Rf，Gf，Bf)和近點像（Rn，Gn，Bn)進行加法 處理。當不進行該處理時，會導(dǎo)致合成圖像不連續(xù)。
[0170] 因此，當將兩個圖像的RGB信號分別設(shè)為（Rf，Gf，Bf)以及（Rn，Gn，Bn)時，合成 信號R'、G'、B'如下。
[0171] G，= W(i，j)Gf(i，j) + (l_W(i，j))Gn(i，j)……（18)
[0172] R，= W(i，j)Rf(i，j) + (l_W(i，j))Rn(i，j)……（19)
[0173] B，= W(i，j)Bf(i，j) + (l_W(i，j))Bn(i，j)……（20)
[0174] 圖像合成處理部33對通過該圖像校正處理部32進行校正后的兩個圖像生成進行 合成后的合成圖像，并向圖像顯示裝置5側(cè)輸出該合成圖像，圖像顯示裝置5顯示合成圖 像。
[0175] 這樣，根據(jù)本實施方式，無論是在接近觀察中還是在遠方觀察中都能夠防止由于 噪聲等而在合成圖像中產(chǎn)生不連續(xù)區(qū)域、或者防止光學(xué)像模糊，并且能夠獲取擴大了景深 的圖像。另外，由于利用同一攝像元件拍攝兩個圖像，因此與具備多個攝像元件的情況相 t匕，能夠降低制造成本，不使裝置大型化而獲取擴大了景深的圖像。
[0176] 另外，通過設(shè)定為滿足上述公式（5)，能夠得到希望的景深，并且成為能夠安裝到 內(nèi)窺鏡2的前端部6a的尺寸，另外，還能夠確保希望的亮度，并且能夠防止分辨率的劣化。
[0177] 此外，在上述的圖2的偏振分束器18的情況下，在一次、即奇數(shù)次的反射后使光學(xué) 像在攝像元件17中成像，因此任意一方的圖像成為圖10那樣的成像狀態(tài)（鏡像），在處理 器裝置4中實施使鏡像反轉(zhuǎn)而使像方向一致的圖像處理?；诠鈱W(xué)上的偶數(shù)次反射的鏡像 的校正有可能導(dǎo)致對物光學(xué)系統(tǒng)的大型化、棱鏡的成本提高，因此優(yōu)選在圖像校正處理部 32中通過鏡像反射來進行基于奇數(shù)次的反射的鏡像校正。
[0178] 此外，在攝像元件為在內(nèi)窺鏡長度方向上長的形狀的情況下，優(yōu)選考慮顯示裝置 的長寬比來使合成圖像適當?shù)匦D(zhuǎn)。
[0179] 此外，在如本實施方式那樣，應(yīng)用偏振分束器18進行偏振分離的情況下，當所分 離的光的偏振狀態(tài)不是圓偏振時，分離后的像的亮度會產(chǎn)生差。即，比較容易對規(guī)則的亮度 差異進行圖像處理中的校正，但在觀察條件下局部地產(chǎn)生了亮度差異的情況下，會導(dǎo)致校 正不完全、或在合成圖像中產(chǎn)生亮度不均。例如由觀察被攝體的角度決定被攝體像從圓偏 振變形的條件。一般將該角度稱為布儒斯特角（Brewster's angle) 0b，當超過該角度時， 來自被攝體的偏振狀態(tài)從圓偏振變形。
[0180] Θ b = Arctan (n2/nl) ......(21)
[0181] 通過內(nèi)窺鏡觀察的被攝體被粘膜覆蓋，當將該粘膜的折射率設(shè)為與水大致相同 (n2 = 1. 333)時，Θ b約為53°。例如在內(nèi)窺鏡的前端是圖11所示那樣的結(jié)構(gòu)的情況下， 在觀察被攝體時為如下情況。當試著應(yīng)用布儒斯特角9b = 53°時，在比較接近的條件下， 在視野的比較周邊的部分超過該角度。也就是說，在合成圖像的視野的比較周邊的部分有 可能產(chǎn)生亮度不均。此外，當被攝體具有比較飽和的亮度分布時，該偏振狀態(tài)破壞而導(dǎo)致的 亮度不均變得明顯。
[0182] 雖然在視野的周邊部存在該情況，但內(nèi)窺鏡往往比較接近地觀察被攝體像的血管 走向、粘膜構(gòu)造，成為使用戶非常厭煩的圖像的可能性高。
[0183] 因此，例如圖12所示，優(yōu)選在光路分割元件的比偏振分離膜更靠物體側(cè)的位置配 置λ/4板，以便將該偏振狀態(tài)破壞后的狀態(tài)恢復(fù)為圓偏振。此外，優(yōu)選如圖13所示那樣地 在α或β方向上配置λ/4板，以便最大程度地得到偏振狀態(tài)的消除效果。
[0184] S卩，對于λ/4板的高速軸，在插入部前端配置有多個照明光學(xué)系統(tǒng)的情況下，配 置為相對于以下平面大致平行或垂直，該平面包含對物光學(xué)系統(tǒng)的光軸和多個上照明光學(xué) 系統(tǒng)中的離對物光學(xué)系統(tǒng)最遠的照明光學(xué)系統(tǒng)的光軸，或者包含對物光學(xué)系統(tǒng)的光軸和多 個照明光學(xué)系統(tǒng)中的照明光量最多的照明光學(xué)系統(tǒng)的光軸。
[0185] 通常，考慮配光特性而配置有多個內(nèi)窺鏡的照明窗。根據(jù)圖11可知，如果照明窗 和對物窗分離，則布儒斯特角9 b變得更大。也就是說，更優(yōu)選將λ/4板的高速軸配置于 遠離對物窗的照明窗。另外，如上述那樣，在亮度分布飽和的條件下，亮度不均更為明顯，因 此也可以以照明光量更多的照明窗為對象來配置λ/4板。
[0186] 另外，為了實現(xiàn)內(nèi)窺鏡內(nèi)部的小型化而優(yōu)選用于消除偏振的λ/4板、為了實現(xiàn)上 述的偏振分離而配置在光路分割元件中的λ/4板是樹脂薄膜等薄的元件。例如，通過使用 在液晶監(jiān)視器、觸摸屏等中使用的相位差薄膜，能夠期待內(nèi)窺鏡的小型化。此外，如上所述， 不需要將這樣的λ /4板樹脂薄膜配置在光路分割元件的正前方，將其配置在與偏振分離 膜相比更靠物體側(cè)即可，例如也可以粘結(jié)在紅外線截止濾光器等的平面部。
[0187] 另外，也可以將具有從偏振分束器18的物體側(cè)看與入射面成45度角的晶軸的晶 體濾光器配置在偏振分束器18的物體側(cè)，由此消除分離后的兩個像的亮度差。
[0188] 附圖標記說明
[0189] 1 :內(nèi)窺鏡系統(tǒng)；2 :內(nèi)窺鏡；3 :光源裝置；4 :處理器裝置；5 :圖像顯示裝置；6 :插 入部；16 :對物光學(xué)系統(tǒng)；17 :攝像元件；17a、17b :受光區(qū)域；17c :校正像素區(qū)域；18 :偏振 分束器；18a :第一棱鏡；18b :第二棱鏡；18c :反射鏡；18d : λ /4板；18e :偏振分離膜；19 : 攝像單元；30 :圖像處理部；32 :圖像校正處理部；33 :圖像合成處理部。
【權(quán)利要求】
1. 一種內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，具備： 對物光學(xué)系統(tǒng)，其設(shè)置在插入部前端，用于獲取被攝體像； 光路分割單元，其將上述被攝體像分割為焦點不同的兩個光學(xué)像； 攝像元件，其對上述焦點不同的兩個光學(xué)像同時進行拍攝而獲取兩個圖像； 圖像校正單元，其對通過該攝像元件獲取到的兩個上述圖像進行校正，使得兩個上述 圖像的焦點以外的相互差異大致相同；以及 圖像合成處理部，其在通過該圖像校正單元進行校正后的兩個上述圖像之間的對應(yīng)的 規(guī)定區(qū)域中選擇對比度相對高的圖像來生成合成圖像。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，其特征在于， 在兩個上述圖像之間的對應(yīng)的規(guī)定區(qū)域中各規(guī)定區(qū)域的對比度大致相同的情況下，圖 像合成處理部對各規(guī)定區(qū)域進行加權(quán)來生成合成圖像。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，其特征在于， 上述圖像校正單元對上述圖像進行校正，以使兩個上述光學(xué)像的位置、角度以及倍率 大致相同。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1?3中的任一項所述的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，其特征在于， 上述圖像校正單元對上述圖像進行校正，以使兩個上述光學(xué)像的亮度、顏色大致相同。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1?4中的任一項所述的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，其特征在于， 在上述光路分割單元使分割得到的一方的光學(xué)像在上述攝像元件中鏡像反轉(zhuǎn)而成像 的情況下，上述圖像校正單元使兩個上述圖像中的任意一方鏡像反轉(zhuǎn)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1?5中的任一項所述的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，其特征在于， 在將上述對物光學(xué)系統(tǒng)的有效光圈值表示為Fno、將上述攝像元件的垂直方向像素尺 寸表示為Pix的情況下，上述對物光學(xué)系統(tǒng)和上述攝像元件滿足以下的條件 2. 4 彡 Fno/Pix 彡 4. 28。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1?6中的任一項所述的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，其特征在于， 上述光路分割單元具備偏轉(zhuǎn)分離單元和λ /4板，該偏轉(zhuǎn)分離單元對來自上述對物光 學(xué)系統(tǒng)的被攝體像進行偏振分離，該λ/4板配置于比該偏振分離單元更靠被攝體側(cè)的位 置，是賦予1/4波長量的相位差的1/4波長相位元件， 該λ/4板的高速軸配置為：相對于包含配置在上述插入部前端的照明光學(xué)系統(tǒng)的光 軸和上述對物光學(xué)系統(tǒng)的光軸的平面大致平行或垂直。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，其特征在于， 在上述插入部前端配置有多個照明光學(xué)系統(tǒng)，上述λ/4板的高速軸配置為：相對于包 含上述對物光學(xué)系統(tǒng)的光軸和多個上述照明光學(xué)系統(tǒng)中的離上述對物光學(xué)系統(tǒng)最遠的照 明光學(xué)系統(tǒng)的光軸的平面大致平行或垂直。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，其特征在于， 在上述插入部前端配置有多個照明光學(xué)系統(tǒng)，上述λ/4板的高速軸配置為：相對于包 含上述對物光學(xué)系統(tǒng)的光軸和多個上述照明光學(xué)系統(tǒng)中的照明光量最多的照明光學(xué)系統(tǒng) 的光軸的平面大致平行或垂直。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7?9中的任一項所述的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，其特征在于， 上述λ/4板是高分子薄膜。
【文檔編號】G02B23/24GK104219990SQ201380018622
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2013年6月10日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月28日
【發(fā)明者】露木浩, 菅武志, 三本木將夫 申請人:奧林巴斯醫(yī)療株式會社, 奧林巴斯株式會社
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