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JP6463573B1 - 内視鏡撮像システム - Google Patents

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Abstract

小型でダイナミックレンジの広い画像、特に動画を得ることができる内視鏡撮像システムを提供すること。同一の被写体に対して、明るさが異なる２つの光学像を同時に得る撮像光学系と、第１のフレームデータと第２のフレームデータが、交互に撮像されるタイミングと同期して、第１の照明光量と第２の照明光量とに切り替える照明部２８と、第１のフレームデータで得られる明るさの異なる２つの画像と、第２のフレームデータで得られる明るさの異なる２つの画像と、によりハイダイナミックレンジの画像を生成する合成部２３と、を有し、明るさの異なる２つの画像の明るさ比をαとするとき、第１の照明光量と第２の照明光量の比は１／αである。

Description

本発明は、内視鏡撮像システムに関するものである。
従来、スマートフォン等では、輝度の明暗差が大きい被写体を撮影するために、ハイダイナミックレンジと呼ばれる技術が開発されている。ハイダイナミックレンジでは、被写体像が、白く飛ぶこと、黒くつぶれることを低減するための技術である。ハイダイナミックレンジでは、長い露光時間にて撮影した明るい画像と、短い露光時間にて撮影した暗い画像とを合成する。これにより、ハイダイナミックレンジの画像を得ることができる。
ハイダイナミックレンジは、静止画だけでなく動画生成にも応用できる。例えば、特許文献１には、撮像素子に入射する光を周期的に変化させる減光装置を用いてハイダイナミックレンジの動画を得る構成が開示されている。
また、特許文献２、特許文献３には、内視鏡用の光学系において、１つの光学像を光束分離部により２つの光学像に分離して、分離された２つの光学像を１つの撮像素子の撮像面に結像させる構成が開示されている。
特許文献４は、取得したい画像特性に応じた最適な照明特性で被写体を照明することにより、複雑な画像処理を必要とせずに取得したい画像特性の画像を得ることが可能な構成が開示されている。
特許文献５は、２つの受光部を有し、ダイナミックレンジを向上させる構成が開示されている。
特開２００７−２７４２８５号公報 特開２００５−１７６９４０号公報 特許第６０１７７３５号公報 特開２０１３−２５５６５５号公報 特開２００４−３１３５２３号公報
安定したハイダイナミックレンジを得るためには３枚以上の複数画像を合成させることが好ましいことが一般に知られている。また、内視鏡では、動画の生成が必須である。このため、内視鏡による動画において、周期的に減光させる構成を採用すると、３フレーム以上を用いて動画を得るためには、フレームレートが速くなってしまうという問題がある。一方で、１つの撮像素子で３枚以上の画像を得ようとすると、撮像系が大型化してしまう。また、２つの画像の明るさを変えるために一方の画像に関してＮＤフィルターのような吸収フィルターを使用すると、装置は大型化してしまう。上記いずれの文献に開示された構成では、このような問題を解決できない。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、小型でダイナミックレンジの広い画像、特に動画を得ることができる内視鏡撮像システムを提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係る内視鏡撮像システムは、同一の被写体に対して、明るさが異なる２つの光学像を同時に得る撮像光学系と、第１のフレームデータと第２のフレームデータが、交互に撮像されるタイミングと同期して、第１の照明光量と第２の照明光量とに切り替える照明部と、第１のフレームデータで得られる明るさの異なる２つの画像と、第２のフレームデータで得られる明るさの異なる２つの画像と、によりハイダイナミックレンジの画像を生成する合成部と、を有し、明るさの異なる２つの画像の明るさ比をαとするとき、第１の照明光量と第２の照明光量の比は１／αであり、撮像光学系は、物体からの光束を結像させるための対物光学系と、対物光学系の結像位置近傍に配置された１つの撮像素子と、対物光学系と撮像素子との間に配置され、対物光学系からの光束を反射光束と透過光束の２つの光束に分割するための光路分割面を有する光路分割部と、光路分割面で反射した光束を折り返して反射させるための第１反射面と、光路分割面を透過した光を反射させるための第２反射面と、を有し、光路分割面を介して第１反射面で反射した光束を撮像素子における第１領域に結像される第１の光学像と、第２反射面で反射した光束を撮像素子における第１領域とは異なる第２領域に結像される第２の光学像と、を光電変換し、それぞれ第１の撮像信号と第２の撮像信号として出力する撮像信号生成部と、を有し、第１反射面の反射率と第２反射面の反射率は互いに異なり、一方の反射面は反射率ｒ１の反射ミラーを有し、他方の反射面は反射率ｒ１×αの反射ミラーを有し、以下の条件式（１）、（２）を満たすことを特徴とする。
８０≦ｒ１≦９９ （１）
０．２≦α≦０．７ （２）
ここで、
ｒ１は、可視光領域に対する反射率（％）、
である。
本発明は、小型でダイナミックレンジの広い画像を得ることができる内視鏡撮像システムを提供できるという効果を奏する。
実施形態に係る内視鏡撮像システムの概略構成を示す図である。 実施形態における光路分割部と撮像素子との概略構成図である。 （ａ）は実施形態に係る内視鏡撮像システムが有する撮像素子を示す図である。（ｂ）は実施形態に係る内視鏡撮像システムが有する撮像素子を示す他の図である。 実施例１に係る内視鏡撮像システムの概略構成を示す図である。 実施例１に係る内視鏡撮像システムが有する光路分割部と撮像素子との概略構成図である。 実施例２に係る内視鏡撮像システムが有する光路分割部と撮像素子との概略構成図である。 変形例に係る内視鏡撮像システムにおいて被写界深度を大きくすることを説明する図である。
以下に、実施形態に係る内視鏡撮像システムを図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態により、この発明が限定されるものではない。
図１は、実施形態に係る内視鏡撮像システム１００の概略構成を示す図である。内視鏡撮像システム１００は、同一の被写体に対して、明るさが異なる２つの光学像を同時に得る撮像光学系１０と、第１のフレームデータと第２のフレームデータが、交互に撮像されるタイミングと同期して、第１の照明光量と第２の照明光量とに切り替える照明部２８と、第１のフレームデータで得られる明るさの異なる２つの画像と、第２のフレームデータで得られる明るさの異なる２つの画像と、によりハイダイナミックレンジの画像を生成する合成部２３と、を有し、明るさの異なる２つの画像の明るさ比をαとするときに、第１の照明光量と第２の照明光量の比は１／αであることを特徴とする。
図１において、同期信号発生部２５は、撮像素子２２と光源制御部２６とに対して同期信号を出力する。そして、光源部２７は、第１のフレームを撮像する際に必要な輝度の照明光を照射する。光源部２７は、第２のフレームを撮像する際に必要な輝度の照明光を照射する。これにより、第１の照明光量と第２の照明光量を切替えできる。光源制御部２６と光源部２７とで照明部２８を構成する。
これにより、第１のフレームデータにおいて、ＥＸＰ×αとＥＸＰ×１との２つの光学像を得られる。第２のフレームデータにおいて、ＥＸＰ×１とＥＸＰ×１／αとの２つの光学像を得られる。
そして、２つのフレームの光学像を合成することで、ハイダイナミックレンジな画像を得ることができる。
図２は、光路分割部２０と撮像素子２２との概略構成図である。本実施形態の好ましい態様によれば、撮像光学系１０は、物体からの光束を結像させるための対物光学系ＯＢＬと、対物光学系ＯＢＬの結像位置近傍に配置された１つの撮像素子２２と、対物光学系ＯＢＬと撮像素子２２との間に配置され、対物光学系ＯＢＬからの光束を反射光束と透過光束の２つの光束に分割するための光路分割面２１ｄを有する光路分割部２０と、を有する。
光路分割部２０は、光路分割面２１ｄで反射した光束を折り返して反射させるための第１反射面ＲＥＦ１と、光路分割面２１ｄを透過した光を反射させるための第２反射面ＲＥＦ２と、を有する。
第１の光学像は、光路分割面２１ｄを介して第１反射面ＲＥＦ１で反射した光束を撮像素子２２における第１領域２２ａに結像される。第２の光学像は、第２反射面ＲＥＦ２で反射した光束を撮像素子２２における第１領域２２ａ（図３（ａ）、（ｂ））とは異なる第２領域２２ｂ（図３（ａ）、（ｂ））に結像される。撮像信号生成部２３ａ（図１）は、第１の光学像と第２の光学像とを光電変換し、それぞれ第１の撮像信号と第２の撮像信号として出力する。
ここで、第１反射面ＲＥＦ１の反射率と第２反射面ＲＥＦ２の反射率は互いに異なり、一方の反射面は反射率ｒ１の反射ミラーを有し、他方の反射面は反射率ｒ１×αの反射ミラーを有し、
以下の条件式（１）、（２）を満たすことを特徴とする。
８０≦ｒ１≦９９ （１）
０．２≦α≦０．７ （２）
ここで、
ｒ１は、可視光領域における反射率（％）、
αは、係数、
である。
ここで、反射率ｒ１に関して、可視光領域とは、４００ｎｍから７００ｎｍまでの波長領域の平均値をいう。例えば、反射率ｒ１の代表値として、波長５５０ｎｍ時の値を用いることが望ましい。
条件式（１）の下限値は、アルミニウム蒸着の反射面の場合の値である。また、条件式（１）の上限値は、銀蒸着の反射面の場合の値である。光路分割部があるために、明るさは半減する。このために明るさの異なる２つの画像のうち、明るい画像は明るい光学系であることが必要である。条件式（１）の下限値を下回ると、明るさ不足になる。
さらに、条件式（２）の下限値を下回ると、ダイナミックレンジを拡げる効果が低減してしまう。条件式（２）の上限値を上回ると、明るさの異なる２つの画像のうち暗い画像はイメージセンサーによるダークノイズが目立ちやすくなってしまう。
図２を参照して、光路分割部２０の構成をさらに説明する。本実施形態の光路分割部２０は、偏光を利用して光束を分割する例である。
対物光学系ＯＢＬを射出した光は、光路分割部２０に入射する。光路分割部２０は、被写体像を２つの光学像に分割する偏光ビームスプリッタ２１と、２つの光学像を撮像して２つの画像を取得する撮像素子２２と、を有する。
偏光ビームスプリッタ２１は、図２に示すように、物体側のプリズム２１ａ、像側のプリズム２１ｃ、ミラー２１ｂ、及びλ／４板２１ｅを有している。物体側のプリズム２１ａ及び像側のプリズム２１ｃは共に光軸ＡＸに対して４５度の斜度である光路分割面を有している。
物体側のプリズム２１ａの光路分割面には偏光分離膜２１ｄが形成されている。そして、物体側のプリズム２１ａ及び像側のプリズム２１ｃは、互いの光路分割面を偏光分離膜２１ｄを介して当接させて偏光ビームスプリッタ２１を構成している。
また、ミラー２１ｂは、物体側のプリズム２１ａの端面近傍にλ／４板２１ｅを介して設けられている。像側のプリズム２１ｃの端面には、カバーガラスＣＧを介して撮像素子２２が取り付けられている。Ｉは、結像面（撮像面）である。
対物光学系ＯＢＬからの被写体像は、物体側のプリズム２１ａにおいて光路分割面に設けられた偏光分離膜２１ｄによりＰ偏光成分（透過光）とＳ偏光成分（反射光）とに分離され、反射光側の光学像と透過光側の光学像との２つの光学像に分離される。
Ｓ偏光成分の光学像は、偏光分離膜２１ｄで撮像素子２２に対して対面側に反射されＡ光路を通り、λ／４板２１ｅを透過後、ミラー２１ｂで反射され、撮像素子２２側に折り返される。折り返された光学像は、λ／４板２１ｅを再び透過する事で偏光方向が９０°回転し、偏光分離膜２１ｄを透過して撮像素子２２に結像される。
Ｐ偏光成分の光学像は、偏光分離膜２１ｄを透過してＢ光路を通り、撮像素子２２に向かって垂直に折り返す像側のプリズム２１ｃの光路分割面と反対側に設けられたミラー面によって反射され、撮像素子２２に結像される。
このように、物体側のプリズム２１ａ及び像側のプリズム２１ｃは、被写体像を明るさが異なる２つの光学像に分離する。
図３（ａ）は実施形態に係る内視鏡撮像システム１００が有する撮像素子２２の第１のフレームデータを示す図である。図３（ｂ）は実施形態に係る内視鏡撮像システム１００が有する撮像素子２２の第２のフレームデータを示す図である。
撮像素子２２は、図３（ａ）、図３（ｂ）にそれぞれ示すように、明るさが異なる２つの光学像を各々個別に受光して撮像するために、撮像素子２２の全画素領域の中に、２つの受光領域（有効画素領域）２２ａ、２２ｂが設けられている。
ここで、上述のように、第１反射面ＲＥＦ１の反射率と第２反射面ＲＥＦ２の反射率は互いに異なり、一方の反射面は反射率ｒ１（％）の反射ミラーを有し、他方の反射面は反射率ｒ１（％）×αの反射ミラーを有している。
明るさが異なる２つの光学像とは、基準の明るさをＥＸＰとしたとき、図３（ａ）では、ＥＸＰ×αとＥＸＰ×１との２つの光学像をいう。また、図３（ｂ）では、ＥＸＰ×１とＥＸＰ×１／αとの２つの光学像をいう。
受光領域２２ａ、２２ｂは、２つの光学像を撮像するために、これらの光学像の結像面と各々一致するように配置されている。
また、受光領域２２ａ、２２ｂの周囲には、２つに分割された光学像の幾何的なズレを補正するための補正画素領域２２ｃが設けられている。補正画素領域２２ｃ内において製造上の誤差を抑え、後述する画像補正処理部２３ｃ（図１）にて画像処理による補正を行うことで、上記した光学像の幾何学的なズレを解消するようになっている。
また、本実施形態の好ましい態様によれば、反射率が異なる第１反射面ＲＥＦ１と第２反射面ＲＥＦ２のうち、反射率の低い方の反射面の裏面側に減光部材ＡＴＮ（図２）を設置することが望ましい。
減光部材ＡＴＮは、例えば、ＮＤフィルターのような吸収フィルター、遮光部材、黒い布や塗料を用いることができる。また、λ／４板２１ｅを回転することで減光しても良い。さらに、減光部材は、吸収フィルター自体に誘電体膜ミラーコートして構成しても良い。
上述のように、本実施形態では、光路分割面が、偏光分離膜２１ｄ（偏光ビームスプリッタ面）であり、偏光ビームスプリッタ２１と第１反射面ＲＥＦ１との間に、偏光ビームスプリッタ２１で反射した光束の位相を変更するためのλ／４板２１ｅを有し、第１反射面ＲＥＦ１で反射した光束がλ／４板２１ｅ、偏光ビームスプリッタ２１を介して撮像素子２２における第１領域２２ａに結像される。これにより、より有効な光量を用いながら、光束を分割できる。
合成部２３（図１）について説明する。
合成部２３は、撮像素子２２により撮像された明るさが異なる２つの光学像に係る画像を各々読み出す撮像信号生成部２３ａと、撮像信号生成部２３ａにより読み出された２つの画像を記憶するフレームメモリ２３ｂと、画像補正を行う画像補正処理部２３ｃと、補正された２つの画像を合成する画像合成処理を行う画像合成処理部２３ｄと、画像出力部２３ｅと、を有する。
画像補正処理部２３ｃは、撮像素子２２の受光領域２２ａ、２２ｂにそれぞれ結像される２つの光学像に係る画像に対し、相対的な位置、角度及び倍率が略同一となるように２つの画像に対して補正を行う。
被写体像を２つに分離して撮像素子２２に各々結像させる場合、幾何的な差異が生じる場合がある。すなわち、撮像素子２２の受光領域２２ａ、２２ｂ（図３（ａ）、（ｂ））にそれぞれ結像される各々の光学像は、相対的に倍率ズレ、位置ズレ、角度すなわち回転方向のズレ等が発生する場合がある。
これらの差異を製造時などにおいて、完全に解消することは困難であるが、それらのズレ量が大きくなると、合成画像が２重画像となったり、不自然な明るさムラ等を生じたりする。このため、画像補正処理部２３ｃにて上述した幾何的な差異、明るさ差異を補正する。
また、合成部２３は、画像合成処理部２３ｃにより合成された１つの画像に対して、色マトリクス処理、輪郭強調、ガンマ補正等の後段画像処理を行う。画像出力部２３ｅは、後段画像処理された画像を出力する。画像出力部２３ｅから出力される画像は画像表示部２４に出力される。
以下、各実施例について説明する。
（実施例１）
次に、実施例１に係る内視鏡撮像システム２００が有する対物光学系ＯＢＬについて説明する。図４は、内視鏡撮像システム２００の概略構成を示す図である。
対物光学系ＯＢＬは、物体側から順に、物体側に平面を向けた平凹負レンズＬ１と、平行平板Ｌ２と、両凹負レンズＬ３と、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ４と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ５と、両凸正レンズＬ６と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ７と、明るさ絞りＳと、両凸正レンズＬ８と、両凸正レンズＬ９と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１０と、からなる。
ここで、負レンズＬ３と正メニスカスレンズＬ４とは接合されている。正レンズＬ６と負メニスカスレンズＬ７とは接合されている。正レンズＬ９と負メニスカスレンズＬ１０とは接合されている。
対物光学系ＯＢＬの像側に、光路分割部２０ａを配置している。光路分割部２０ａ中のプリズムでは、光路が折り曲げられる。なお、平行平板Ｌ２は、特定の波長、例えばＹＡＧレーザーの１０６０ｎｍ、半導体レーザーの８１０ｎｍ、あるいは赤外域をカットするためのコーティングが施されたフィルターである。Ｉは、結像面（撮像面）である。
以下に、上記各実施例の数値データを示す。記号は、ｒは各レンズ面の曲率半径、ｄは各レンズ面間の間隔、ｎｄは各レンズのｄ線の屈折率、νｄは各レンズのアッベ数、ＦＮＯはＦナンバー、ωは半画角である。また、バックフォーカスｆｂは、最も像側の光学面から近軸像面までの距離を空気換算して表したものである。全長は、最も物体側のレンズ面から最も像側の光学面までの距離（空気換算しない）にバックフォーカスを加えたものである。絞りは明るさ絞りである。
数値実施例１
単位 ｍｍ

面データ
面番号 r d nd νd
1 ∞ 0.49 1.88300 40.76
2 1.812 0.79
3 ∞ 0.84 1.52100 65.12
4 ∞ 0.34
5 -4.881 0.56 1.88300 40.76
6 1.866 2.13 1.84666 23.78
7 77.332 可変
8 2.010 0.81 1.48749 70.23
9 2.149 可変
10 3.354 1.13 1.64769 33.79
11 -1.665 0.32 2.00330 28.27
12 -9.987 0.04
13(絞り) ∞ 0.56
14 512.363 0.95 1.69895 30.13
15 -3.552 0.36
16 9.128 0.94 1.48749 70.23
17 -2.180 0.39 1.92286 18.90
18 -4.093 4.59
19(撮像面) ∞

各種データ
焦点距離 1.00
ＦＮＯ． 3.58
画角２ω 144.9
fb (in air) 4.59
全長 (in air) 17.15
d7 0.47
d9 1.43
図５は、実施例１に係る内視鏡撮像システム２００が有する光路分割部２０ａと撮像素子２２との概略構成図である。上述した実施形態と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は、省略する。
光路分割部２０ａの像側のプリズム２１ｃの斜面には、偏光プリズム３０が接合されている。偏光プリズム３０は、減光部材ＡＴＮ２の機能を有する。これにより、機械的な部材での反射による迷光を低減できる。
（実施例２）
図６は、実施例２に係る内視鏡撮像システム２００が有する光路分割部２０ｂと撮像素子２２との概略構成図である。上述した実施形態と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は、省略する。対物光学系ＯＢＬは、実施例１と同一である。
光路分割部２０ｂは、３つの直角プリズムＰ１、Ｐ２、Ｐ３から成り、Ｐ１とＰ２の斜面同士は空隙を空けて配置され、Ｐ２とＰ３は接合されている。ハーフミラー２１ｆ（Ｐ２の像面側）によって２つの光路Ａ、光路Ｂに分離された光束は、それぞれプリズムＰ２、Ｐ３の斜面における全反射により、撮像素子２２に入射する。このように、偏光を利用せずに、強度分割して、上述の２つの明るさの異なる像を得ることもできる。
（変形例）
変形例は、上述したようなハイダイナミックレンジを達成し、かつ被写界深度を大きくすることができる構成である。装置構成は、図１、図２に示す構成と同じである。そして、得られた光学像の処理フローが上述の実施形態とは異なる。
物体側のプリズム２１ａ及び像側のプリズム２１ｃを、被写体像をピント位置が異なる２つの光学像に分離できるように、物体側のプリズム２１ａにおける撮像素子２２に至る透過光側の光路長（硝路長）に対して反射光側の光路長が短く（小さく）なるように配置する。
受光領域２２ａ、２２ｂは、２つの光学像を撮像するために、これらの光学像の結像面と各々一致するように配置されている。そして、撮像素子２２において、受光領域２２ａは受光領域２２ｂに対してそのピント位置が相対的に近点側にシフトしており（ずれており）、受光領域２２ｂは受光領域２２ａに対してそのピント位置が相対的に遠点側にシフトしている。これにより、ピントが異なる２つの光学像を撮像素子２２の受光面に結像させるように構成されている。
なお、物体側のプリズム２１ａと像側のプリズム２１ｃにおける両者の硝材の屈折率を異ならせることにより、撮像素子２２に至る光路長を変えて受光領域２２ａ、２２ｂに対するピント位置を相対的にずらすようにしても良い。
画像合成処理部２３ｄは、上述したハイダイナミックレンジの機能に加えて、２つの画像間の対応する所定領域において、相対的にコントラストが高い画像を選択して合成画像を生成する。つまり、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おけるコントラストを比較し、相対的にコントラストが高い方の画素領域を選択することにより、２つの画像から合成された１つの画像としての合成画像を生成する。
画像出力部２３ｅは、後段画像処理された画像を出力する。画像出力部２３ｅから出力される画像は画像表示部２４に出力される。
これにより、ピントの異なる２つの光学像に係る画像を取得し、これら画像を画像合成処理部２３ｄで合成して合成被写界深度を得ることができる。内視鏡検査で広い範囲を俯瞰してスクリーニングする際には遠方観察が適しており、病変の詳細を観察したり、診断したりする際には、近接観察が適している。
撮像素子２２は、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、ピント位置が異なる２つの光学像を各々個別に受光して撮像する。ここで、図７（ａ）の第１のフレームデータおいて点線で囲んだ画像の明るさと、図７（ｂ）の第２のフレームデータにおいて点線で囲んだ画像の明るさとは同じである。
ここで、近点側と遠点側とで、暗い側を近点に、明るい側を遠点にすることが好ましい。この理由は、近点側は、遠点側よりも明るいためＥＸＰ×１／αの情報が必要無くなることと、遠点側は近点側よりも暗いためＥＸＰ×αの情報は必要無くなるためである。
このような構成をとることで、ハイダイナミックレンジを達成しつつ、より多画素化した撮像素子を使用しても解像力を落とすことなく被写界深度を拡大することが可能となる。
なお、上述の内視鏡撮像システムは、複数の構成を同時に満足してもよい。このようにすることが、良好な内視鏡撮像システムを得る上で好ましい。また、好ましい構成の組み合わせは任意である。また、各条件式について、より限定した条件式の数値範囲の上限値あるいは下限値のみを限定しても構わない。
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）
同一の被写体に対して、明るさが異なる２つの光学像を同時に得る撮像光学系と、
第１のフレームデータと第２のフレームデータが、交互に撮像されるタイミングと同期して、第１の照明光量と第２の照明光量に切り替える照明部と、を有し、
前記第１のフレームデータで得られる明るさの異なる２つの画像と、前記第２のフレームデータで得られる明るさの異なる２つの画像と、によりハイダイナミックレンジの画像を生成し、
前記明るさの異なる２つの画像の明るさ比をαとするとき、前記第１の照明光量と前記第２の照明光量の比は１／αであることを特徴とする内視鏡用光学系。
（付記項２）
反射率が異なる第１反射面と第２反射面とにより前記明るさの異なる２つの画像が形成され、反射率の低い方の反射面の裏面側に減光部材を有し、
前記減光部材は、吸収フィルター、誘電体多層膜、黒色部材のうちの少なくともいずれか一つであることを特徴とする付記項１に記載の内視鏡用光学系。
以上のように、本発明は、小型でダイナミックレンジの広い画像、特に動画を得ることができる内視鏡撮像システムに有用である。
１００、２００ 内視鏡撮像システム
１０ 撮像光学系
２０、２０ａ、２０ｂ 光路分割部
２１ 偏光ビームスプリッタ
２１ａ 物体側のプリズム
２１ｂ ミラー
２１ｃ 像側のプリズム
２１ｄ 光路分割面、偏光分離膜
２１ｅ λ／４板
２１ｆ ハーフミラー
２２ 撮像素子
２２ａ 第１領域、受光領域
２２ｂ 第２領域、受光領域
２２ｃ 補正画素領域
２３ 合成部
２３ａ 撮像信号生成部
２３ｂ フレームメモリ
２３ｃ 画像補正処理部
２３ｄ 画像合成処理部
２３ｅ 画像出力部
２４ 画像表示部
２５ 同期信号発生部
２６ 光源制御部
２７ 光源部
２８ 照明部
３０ 偏光プリズム
ＡＸ 光軸
ＣＧ カバーガラス
ＯＢＬ 対物光学系
Ｓ 明るさ絞り
Ｌ１−Ｌ１０ レンズ
Ｉ 結像面

Claims (3)

  1. 同一の被写体に対して、明るさが異なる２つの光学像を同時に得る撮像光学系と、
    第１のフレームデータと第２のフレームデータが、交互に撮像されるタイミングと同期して、第１の照明光量と第２の照明光量とに切り替える照明部と、
    前記第１のフレームデータで得られる明るさの異なる２つの画像と、前記第２のフレームデータで得られる明るさの異なる２つの画像と、によりハイダイナミックレンジの画像を生成する合成部と、を有し、
    前記明るさの異なる２つの画像の明るさ比をαとするとき、前記第１の照明光量と前記第２の照明光量の比は１／αであり、
    前記撮像光学系は、
    物体からの光束を結像させるための対物光学系と、
    前記対物光学系の結像位置近傍に配置された１つの撮像素子と、
    前記対物光学系と前記撮像素子との間に配置され、前記対物光学系からの光束を反射光束と透過光束の２つの光束に分割するための光路分割面を有する光路分割部と、
    前記光路分割面で反射した光束を折り返して反射させるための第１反射面と、
    前記光路分割面を透過した光を反射させるための第２反射面と、を有し、
    前記光路分割面を介して前記第１反射面で反射した光束を前記撮像素子における第１領域に結像される第１の光学像と、前記第２反射面で反射した光束を前記撮像素子における前記第１領域とは異なる第２領域に結像される第２の光学像と、を光電変換し、それぞれ第１の撮像信号と第２の撮像信号として出力する撮像信号生成部と、を有し、
    前記第１反射面の反射率と前記第２反射面の反射率は互いに異なり、一方の反射面は反射率ｒ１の反射ミラーを有し、他方の反射面は反射率ｒ１×αの反射ミラーを有し、
    以下の条件式（１）、（２）を満たすことを特徴とする内視鏡撮像システム。
    ８０≦ｒ１≦９９ （１）
    ０．２≦α≦０．７ （２）
    ここで、
    ｒ１は、可視光領域に対する反射率（％）、
    である。
  2. 前記反射率が異なる前記第１反射面と前記第２反射面のうち、反射率の低い方の反射面の裏面側に減光部材を設置することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡撮像システム。
  3. 前記光路分割面が、偏光ビームスプリッタであり、
    前記偏光ビームスプリッタと前記第１反射面との間に、前記偏光ビームスプリッタで反射した光束の位相を変更するためのλ／４板を有し、
    前記第１反射面で反射した光束が前記λ／４板と、前記偏光ビームスプリッタとを介して前記撮像素子における第１領域に結像されることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡撮像システム。
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