(57)【要約】【課題】被写界深度を拡大させる効果を調整する。【解決手段】医療用画像処理システムは、観察対象に対して光を照射する光源と、光が照射された観察対象の撮像を制御する撮像制御部と、硬性または軟性の材料を用いて筒状に形成されるスコープ、画像を撮像する撮像素子を内蔵するカメラヘッド、および鏡筒とカメラヘッドとの間に設けられる光学素子挿入部を有する内視鏡とを備える。そして、光学素子挿入部には、被写界深度を拡大させる効果を有する２枚以上の光学素子を有し、少なくとも一部の光学素子が可動型に構成される。本技術は、例えば、EDOF光学系を有する医療用画像処理システムに適用できる。【選択図】図５
2020162628.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写界深度を拡大させる効果を有する２枚以上の光学素子
を備え、
少なくとも一部の前記光学素子が可動型に構成される
光学系。
【請求項２】
前記光学素子として、所定の偏光方向の偏光素子が組み合わされて配置された複屈折マスクが用いられる
請求項１に記載の光学系。
【請求項３】
前記光学素子は、Ｎ枚以上（Ｎ≧２）の第１の前記複屈折マスクと、少なくともＭ（Ｎ≧Ｍ≧１）の第２の前記複屈折マスクとが組み合わされて用いられ、第２の前記複屈折マスクが可動型で構成される
請求項２に記載の光学系。
【請求項４】
前記光学素子として、固定された第１の前記複屈折マスクと、光軸を中心に回転可能な第２の前記複屈折マスクとが用いられ、第１の前記複屈折マスクの偏光素子の偏光方向と、第２の前記複屈折マスクの偏光素子の偏光方向とを相対的に変化させることにより、被写界深度を拡大させる効果が調整される
請求項２に記載の光学系。
【請求項５】
第１の前記複屈折マスクおよび第２の前記複屈折マスクは、中心近傍から外側に向けて同心円状に、複数の偏光素子が配置され、隣接する前記偏光素子に対して偏光方向が９０度回転した方向となっており、
固定された第１の前記複屈折マスクに対し、光軸を中心に回転可能な第２の前記複屈折マスクを回転駆動させることより、被写界深度を拡大させる効果が調整される
請求項４に記載の光学系。
【請求項６】
第１の前記複屈折マスクは、偶数番目のリングのみを前記偏光素子とし、奇数番目のリングを無偏光素子として構成されるとともに、第２の前記複屈折マスクは、奇数番目のリングのみを前記偏光素子とし、偶数番目のリングを無偏光素子として構成されている
請求項５に記載の光学系。
【請求項７】
第１の前記複屈折マスクは、その中心で十字に分割して４つの扇型に分け、左上および右下の扇形を偏光素子とし、右上および左下の扇形を無偏光素として構成されるとともに、第２の前記複屈折マスクは、その中心で十字に分割して４つの扇型に分け、右上および左下の扇形を偏光素子とし、左上および右下の扇形を無偏光素として構成される
請求項５に記載の光学系。
【請求項８】
第２の前記複屈折マスクに設けられる所定の偏光素子の外形が、硬性鏡の直径に従って設定されている
請求項５に記載の光学系。
【請求項９】
前記光学素子は、Wavefront codingフィルタまたは色収差フィルタである
請求項１に記載の光学系。
【請求項１０】
硬性または軟性の材料を用いて筒状に形成されるスコープと、
画像を撮像する撮像素子を内蔵するカメラヘッドと
を備え、
前記撮像素子は、被写界深度を拡大させる効果を有する２枚以上の光学素子を有する光学系を通過した光を受光し、
前記光学素子のうち少なくとも一部の前記光学素子は、可動型に構成される
内視鏡。
【請求項１１】
前記スコープと前記カメラヘッドとの間には光学素子挿入部が設けられ、
前記可動型に構成される光学素子は、前記光学素子挿入部に配置される
請求項１０に記載の内視鏡。
【請求項１２】
観察対象に対して光を照射する光源と、
前記光が照射された前記観察対象の撮像を制御する撮像制御部と、
硬性または軟性の材料を用いて筒状に形成されるスコープ、および、画像を撮像する撮像素子を内蔵するカメラヘッドを有する内視鏡と
を備え、
前記撮像素子は、被写界深度を拡大させる効果を有する２枚以上の光学素子を有する光学系を通過した光を受光し、
前記光学素子のうち少なくとも一部の前記光学素子は、可動型に構成される
医療用画像処理システム。
【請求項１３】
前記スコープと前記カメラヘッドとの間には光学素子挿入部が設けられ、
前記可動型に構成される光学素子は、前記光学素子挿入部に配置される
請求項１２に記載の医療用画像処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、光学系、内視鏡、および医療用画像処理システムに関し、特に、被写界深度を拡大させる効果を調整することができるようにした光学系、内視鏡、および医療用画像処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内視鏡や顕微鏡などのような医療用観察装置では、一般的に、被写界深度が浅い画像が取得される。これに対し、術野は奥行きがあることが多いため、被写界深度の深い医療用観察装置が求められている。
【０００３】
そこで、被写界深度を深くするために、被写界深度を拡大させるEDOF（Extended Depth of Field）光学系を備えた内視鏡や顕微鏡などが提案されている。
【０００４】
例えば、特許文献１に開示されている画像処理装置は、複屈折マスクによるEDOF光学系と、条件に応じたボケ量を調整する関数を用いる制御部とを備え、被写体像の観察に係る状態や状況などに応じて、より好適な態様で被写体像の観察を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１７−１５８７６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来のEDOF光学系では、被写界深度の拡大を行うのとトレードオフに、画像にノイズが発生したり、変調伝達関数が低下したりすることがあった。そのため、医療シーンによっては、被写界深度を拡大させる効果の強弱やON/OFFなどを行うニーズがあったが、そのようなニーズに対応したEDOF光学系は提供されていなかった。
【０００７】
本開示は、このような状況に鑑みてなされたものであり、被写界深度を拡大させる効果を調整することができるEDOF光学系を提供することができるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示の一側面の光学系は、被写界深度を拡大させる効果を有する２枚以上の光学素子を備え、少なくとも一部の前記光学素子が可動型に構成される。
【０００９】
本開示の一側面の内視鏡は、硬性または軟性の材料を用いて筒状に形成されるスコープと、画像を撮像する撮像素子を内蔵するカメラヘッドとを備え、前記撮像素子は、被写界深度を拡大させる効果を有する２枚以上の光学素子を有する光学系を通過した光を受光し、前記光学素子のうち少なくとも一部の前記光学素子は、可動型に構成される。
【００１０】
本開示の一側面の医療用画像処理システムは、観察対象に対して光を照射する光源と、前記光が照射された前記観察対象の撮像を制御する撮像制御部と、硬性または軟性の材料を用いて筒状に形成されるスコープ、および、画像を撮像する撮像素子を内蔵するカメラヘッドを有する内視鏡とを備え、前記撮像素子は、被写界深度を拡大させる効果を有する２枚以上の光学素子を有する光学系を通過した光を受光し、前記光学素子のうち少なくとも一部の前記光学素子は、可動型に構成される。
【００１１】
本開示の一側面においては、被写界深度を拡大させる効果を有する２枚以上の光学素子を備え、少なくとも一部の光学素子が可動型に構成される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本技術を適用した医療用画像処理システムの一実施の形態の構成例を示すブロック図である。
【図２】複屈折マスクの特性について説明する図である。
【図３】複屈折マスクの挿入に伴う一連の光学系の変調伝達関数の変化の一例を示す図である。
【図４】カメラヘッドおよび光学素子挿入部の断面的な構成例を示す図である。
【図５】EDOF光学系の第１の構成例を示す図である。
【図６】可動型複屈折マスクを４５度回転させた状態を示す図である。
【図７】EDOF光学系の第２の構成例を示す図である。
【図８】EDOF光学系の第３の構成例を示す図である。
【図９】EDOF光学系の第４の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本技術を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１４】
＜医療用画像処理システムの構成例＞
図１は、本技術を適用した医療用画像処理システムの一実施の形態の構成例を示すブロック図である。
【００１５】
図１に示すように、医療用画像処理システム１１は、表示装置１２が載置されるカート１３に、内視鏡下手術のための様々な装置が搭載されて構成され、例えば、内視鏡下手術に使用される内視鏡１４により取得される画像に対する画像処理を施すことができる。
【００１６】
表示装置１２は、内視鏡１４により取得される画像や、その画像に対して画像処理が施された画像などを表示する。
【００１７】
カート１３には、図１に示す例では、光源装置２１、ＣＣＵ（ＣＣＵ：Camera Control Unit）２２、および信号処理装置２３が搭載されている。
【００１８】
光源装置２１は、例えば、ＬＥＤ、キセノンランプ、ハロゲンランプ、レーザ光源、または、これらの組み合わせに相当する光源を備えて構成され、観察対象へ向けて照射されるべき照射光を、ライトガイドを通じて内視鏡１４へ供給する。
【００１９】
ＣＣＵ２２は、カメラヘッド３２に内蔵される撮像素子による撮像を制御し、その撮像素子が観察対象を撮像することにより得られる画像が供給される。
【００２０】
信号処理装置２３は、内視鏡１４により取得される画像に基づいた信号処理を行って、その画像に対する画像処理を施す。例えば、信号処理装置２３は、後述するように、複屈折マスクを利用したEDOF技術を適用した信号処理を行うことで、カメラヘッド３２の撮像素子により撮像される画像の被写界深度をより拡大させる画像処理を施すことができる。
【００２１】
内視鏡１４は、鏡筒３１およびカメラヘッド３２により構成され、鏡筒３１およびカメラヘッド３２の間に、光学素子挿入部３３を設けることができる。なお、例えば、光学素子挿入部３３を鏡筒３１およびカメラヘッド３２の両方に対して着脱可能にする構造の他、光学素子挿入部３３を鏡筒３１の一部とする構造や、光学素子挿入部３３をカメラヘッド３２の一部とする構造などを採用してもよい。
【００２２】
鏡筒３１は、硬性または軟性の材料を用いて筒状に形成されるスコープであり、その先端から所定の長さまでの一部分が患者の体腔内に挿入される。例えば、鏡筒３１の先端には、対物レンズが嵌め込まれた開口部が設けられている。また、鏡筒３１の側面には、光源装置２１において生成された光を鏡筒３１の内部に導入する導入部が設けられており、その導入部と光源装置２１とがライトガイドによって接続される。そして、鏡筒３１の内部に導入された光は、鏡筒３１の内部に延設されるライトガイドによって鏡筒３１の先端まで導光され、対物レンズを介して患者の体腔内の観察対象に向かって照射される。
【００２３】
カメラヘッド３２は、図４を参照して後述するように、画像を撮像する撮像素子５３、観察対象の像を結像するための結像光学系５１や、光量を調整する絞り５２などを内蔵しており、ＣＣＵ２２の制御に従って画像を撮像し、その画像をＣＣＵ２２に供給する。
【００２４】
光学素子挿入部３３は、鏡筒３１とカメラヘッド３２との間に、複屈折マスク（ＢＭ：Birefringent Mask）４１などのような光学素子を挿入可能にするために設けられる。なお、その他、光学素子挿入部３３により挿入可能な光学素子としては、３次元位相マスク（Cubic Phase Mask）などが挙げられる。また、光学素子挿入部３３の詳細な構成については、図４を参照して後述する。
【００２５】
例えば、医療用画像処理システム１１においては、光学素子挿入部３３を利用して各種の光学素子を鏡筒３１とカメラヘッド３２との間に介在させることで、カメラヘッド３２内の撮像素子に対して被写体像を結像する一連の光学系の光学的な特性を変化させ、撮像される画像のボケ量を調整する（例えば、被写界深度を制御する）ことができる。
【００２６】
ここで、内視鏡１４の鏡筒３１およびカメラヘッド３２の間に設けられる光学素子挿入部３３に挿入される光学素子の構成について説明する。
【００２７】
近年では、カメラ等の撮像装置に用いられる撮像素子（所謂イメージセンサ）の解像度はより高くなる傾向にあり、「ＨＤ（１２８０×７２０）」に限らず、「４Ｋ ＵＨＤ（３８４０×２１６０）」や「８Ｋ ＵＨＤ（７６８０×４３２０）」のものも提案されている。そのため、本実施形態に係る内視鏡１４のような医療用の観察装置（撮像装置）においても、撮像される画像の高解像度化が望まれている。一方で、高解像度化に伴い撮像素子の画素サイズもより小さくなる傾向にあり、相対的に各画素により集光される光の光量がより少なくなる傾向にある。このような状況下では、例えば、絞りをより開く（即ち、Ｆ値をより小さくする）ことで光量不足を補う場合があるが、その一方で、絞りの開放に伴い被写界深度がより狭くなる場合がある。
【００２８】
以上のような状況を鑑み、例えば、EDOFと称される、被写界深度を拡大させる技術が適用される場合がある。本実施形態に係る内視鏡１４では、このEDOF技術の中でも、複屈折マスクを利用したEDOF技術を適用することで、撮像される画像の被写界深度をより拡大させることができる。具体的には、本実施形態に係る内視鏡１４は、前述したように、鏡筒３１とカメラヘッド３２との間に設けられる光学素子挿入部３３によって光学素子を挿入可能に構成されており、その光学素子として複屈折マスクが挿入されることで、撮像される画像の被写界深度が制御される。
【００２９】
例えば、図１には、光学素子挿入部３３によって挿入される複屈折マスク４１の一例として、複屈折マスク４１をカメラヘッド３２の光軸方向から見た場合における構成が示されている。なお、図１に示す複屈折マスク４１について、図面の破線内の横方向をｘ方向、縦方向をｙ方向、奥行き方向（即ち、カメラヘッド３２の光軸方向）をｚ方向とする。また、以降の説明では、特に定義が無い場合には、カメラヘッド３２に内蔵される撮像素子の光軸方向（換言すると、奥行き方向）をｚ方向、その撮像素子により撮像される画像の横方向および縦方向（即ち、光軸に垂直な方向）をｘ方向およびｙ方向とする。
【００３０】
複屈折マスク４１は、中心近傍から外側に向けて同心円状に、複数の偏光素子４２が配置されており、図１に示す例では、３つの偏光素子４２ａ乃至４２ｃが配置されている。即ち、複屈折マスク４１は、光軸に対して垂直なｘｙ平面上において、３つの偏光素子４２ａ乃至４２ｃが同心円状に配置されている。なお、図１において、複屈折マスク４１に対して示された矢印は、それぞれの矢印が付された偏光素子４２の偏光方向を模式的に示している。即ち、偏光素子４２ａ乃至４２ｃは、互いに隣接するものどうしの偏光方向が互いに異なる（略直交となる）ように設けられている。
【００３１】
例えば、図１に示す例では、偏光素子４２ａの偏光方向はｘ方向である。これに対して、偏光素子４２ａに隣接する偏光素子４２ｂの偏光方向はｙ方向であり、偏光素子４２ａの偏光方向（ｘ方向）に対して９０度回転した方向となっている。同様に、偏光素子４２ｂに隣接する偏光素子４２ｃの偏光方向はｘ方向であり、偏光素子４２ｂの偏光方向（ｙ方向）に対して９０度回転した方向となっている。
【００３２】
このような構成により、鏡筒３１により集光された光は、光軸（ｚ方向）に垂直なｘｙ平面上の位置に応じて、複屈折マスク４１の偏光素子４２ａ乃至４２ｃのうちいずれかに入射し、偏光素子４２ａ乃至４２ｃにより偏光された光が、カメラヘッド３２に入射することとなる。
【００３３】
ここで、図２を参照して、図１に示す複屈折マスク４１の特性について説明する。
【００３４】
図２は、本実施形態に係る複屈折マスク４１の特性について説明するための説明図である。具体的には、図２のＡは、鏡筒３１とカメラヘッド３２との間に複屈折マスク４１が介在しない場合の一例であり、鏡筒３１により集光されカメラヘッド３２に導かれた光の光路を模式的に示している。また、図２のＢは、鏡筒３１とカメラヘッド３２との間に複屈折マスク４１を介在させた場合の一例であり、鏡筒３１により集光され複屈折マスク４１を介してカメラヘッド３２に導かれた光の光路を模式的に示している。
【００３５】
図２のＡに示すように、鏡筒３１により集光されカメラヘッド３２に導かれた光は、カメラヘッド３２の結像光学系により、撮像素子の像面に結像するように光路が制御される。図２のＡにおいて、参照符号ｖ１１で示す像は、参照符号ｐ１１で示された位置において結像する被写体像を模式的に示している。また、参照符号ｖ１３で示す像は、参照符号ｐ１３で示された位置において結像する被写体像を模式的に示したものである。
【００３６】
これに対して、図２のＢに示すように、鏡筒３１により集光され光は、複屈折マスク４１を介してカメラヘッド３２に導かれ、カメラヘッド３２の結像光学系により光路が制御される。図２のＢにおいて、参照符号ｖ２１で示す像は、参照符号ｐ１１で示された位置において結像する被写体像を模式的に示している。また、参照符号ｖ２３で示す像は、参照符号ｐ１３で示された位置において結像する被写体像を模式的に示したものである。
【００３７】
これらを比較するとわかるように、複屈折マスク４１が挿入されることにより、カメラヘッド３２の撮像素子に被写体像を結像するための一連の光学系（以降では、単に「一連の光学系」とも称する）の特性が変化する。具体的には、複屈折マスク４１の挿入に伴い、複屈折マスク４１の挿入前に比べて、位置ｐ１１と位置ｐ１３との間における被写体像の結像形状（即ち、点像分布関数（ＰＳＦ：Point Spread Function））の変化がより少なくなる。
【００３８】
例えば、図３は、本実施形態に係る内視鏡１４に適用される複屈折マスク４１の特性の一例について説明するための説明図であり、複屈折マスク４１の挿入に伴う一連の光学系の変調伝達関数（ＭＴＦ：Modulation Transfer Function）の変化の一例を示している。
【００３９】
図３において、横軸は、一連の光学系の結像面（換言すると、合焦位置）を基準とした光軸方向のズレ（即ち、デフォーカス量）を示しており、縦軸は、変調伝達関数（ＭＴＦ）を示している。また、図３において、参照符号ｇ１１で示されたグラフは、図２のＡに示すように、鏡筒３１とカメラヘッド３２との間に複屈折マスク４１が介在しない場合における、一連の光学系の変調伝達関数（ＭＴＦ）の一例を示している。また、参照符号ｇ１３で示されたグラフは、図２のＢに示すように、鏡筒３１とカメラヘッド３２との間に複屈折マスク４１を挿入した場合における、一連の光学系の変調伝達関数（ＭＴＦ）の一例を示している。
【００４０】
図３に示すように、複屈折マスク４１を適用することで、当該複屈折マスク４１の適用前に比べて、光軸方向に沿ったより広い範囲にわたって変調伝達関数（ＭＴＦ）が分布するように、一連の光学系の特性が変化する。即ち、複屈折マスク４１の適用により、被写界深度をより拡大することが可能となる。
【００４１】
一方で、図３を参照するとわかるように、複屈折マスク４１を適用することで、合焦位置における変調伝達関数（ＭＴＦ）の値が、当該複屈折マスク４１の適用前に比べて下がる。そこで、本実施形態に係る医療用画像処理システム１では、図２のＢに示すように、カメラヘッド３２により撮像された画像に対して復元処理（画像処理）を施すことで、変調伝達関数（ＭＴＦ）の低下に伴い生じる被写体像の画像の劣化（所謂ボケ）に対し画像を復元する。例えば、図２のＢにおいて、参照符号ｖ２５で示した像は、被写体像ｖ２３に対して上記復元処理を施した場合における、当該復元処理後の被写体像の一例を示している。なお、当該復元処理（例えば、ボケ量を調整する処理）としては、例えば、デコンボリューションと称される処理が挙げられる。もちろん、上記画像の劣化を復元することが可能であれば、被写体像の画像に適用される復元処理は、必ずしもデコンボリューションのみには限定されない。
【００４２】
以上のような制御により、例えば、被写界深度が拡大され、かつ観察対象がより鮮明に提示された、画像（即ち、より鮮鋭な画像）を得ることが可能となる。
【００４３】
＜複屈折マスクを利用したEDOF技術に関する検討＞
本実施形態に係る医療用画像処理システムのように、複屈折マスクを利用したEDOF技術を適用する場合における技術的課題について説明する。
【００４４】
複屈折マスクと画像処理（復元処理）との組み合わせによって被写界深度を拡大させる場合には、複屈折マスクやその他の光学系の光学特性が既知であるものとして、当該画像処理として実行される処理の内容が設計される。
【００４５】
ここで、複屈折マスクを利用したEDOF技術においては、前述したように、例えば、上記画像処理として、複屈折マスクを含む光学系を介して撮像された画像からボケを除去するためのデコンボリューションと称される処理が適用される。デコンボリューションにおいては、適用されるフィルタのフィルタ係数を、複屈折マスクを含む光学系の光学特性に応じて適応的に切り替えることで、当該複屈折マスクの挿入により生じたボケが除去される。
【００４６】
なお、デコンボリューションフィルタとしては、例えば、逆フィルタやウィナーフィルタ等が挙げられる。逆フィルタは、例えば、複屈折マスクを含む光学系（例えば、内視鏡の鏡筒等）の光学特性（例えば、変調伝達関数（ＭＴＦ）等）に応じて設計されるフィルタに相当する。即ち、当該逆フィルタは、例えば、当該光学系の変調伝達関数の逆特性を有するように設計されてもよい。
【００４７】
また、ウィナーフィルタの空間周波数特性ＷＦについては、以下に示す式（１）の計算式で表される。
【００４８】
【数１】
2020162628.tif 000003
【００４９】
この式（１）において、ｕ及びｖのそれぞれは、画像平面に水平な互いに直交する方向をｘ方向及びｙ方向とした場合に、ｘ方向及びｙ方向それぞれへの空間周波数を表している。また、Ｈ（ｕ，ｖ）は、光学的伝達関数（ＯＴＦ：Optical Transfer Function）を示している。なお、Ｈ*（ｕ，ｖ）は、Ｈ（ｕ，ｖ）の複素共役を示している。また、Ｓf（ｕ，ｖ）及びＳn（ｕ，ｖ）のそれぞれは、原画像及びノイズそれぞれのパワースペクトルを示している。
【００５０】
一方で、手術等のような医療の現場で使用されるカメラヘッドや内視鏡の鏡筒（例えば、硬性鏡や軟性鏡）のような医療機器は、使用される度にオートクレーブ（高圧蒸気）滅菌処理にかけられる。そのため、例えば、内視鏡に対してオートクレーブ滅菌処理が繰り返し施されることで、当該内視鏡の光学系（即ち、硬性鏡や軟性鏡）の光学特性、特に、複屈折マスクの光学特性が徐々に変化する場合がある。このような状況下では、複屈折マスクの光学特性（即ち、変化後の光学特性）と、画像信号処理が想定している光学特性と、の間に乖離が生じ、出力される画像の画質に影響を及ぼす場合がある。
【００５１】
具体的には、複屈折マスクの光学特性として、レタデーション（Retardation）と称される光の位相差を示すパラメータが挙げられる。レタデーションは、屈折率差Δｎ（＝ｎｅ−ｎｏ）と、複屈折物質の厚さｄと、の積Δｎｄで表される。オートクレーブ滅菌処理のような所謂オートクレーブ処理（高圧蒸気処理）が複屈折マスクに適用されることで、当該複屈折マスクの屈折率差Δｎの特性が変化する（即ち、屈折率差Δｎが減少する）ことが推定され得る。この屈折率差Δｎの値が減少することで、例えば、被写界深度の拡大に関する効果が薄れることとなる。
【００５２】
これに対して、上述のような複屈折マスクのレタデーションの変化が生じているにも関わらず、当該レタデーションの変化前と同様の画像処理（復元処理）が、当該複屈折マスクを利用して撮像された画像に適用されると、出力される画像の画質が所謂過強調となる可能性が高い。そのため、複屈折マスクのレタデーションの変化に応じて、画像処理の内容を適応的に切り替えることで、より好適な画質の画像を出力可能とすることが望ましい場合がある。
【００５３】
なお、複屈折マスクの光学特性（レタデーション）については、当該複屈折マスク単体であれば測定することが可能である。しかしながら、内視鏡の光学系（例えば、硬性鏡）やカメラヘッドの光学系等の一部として複屈折マスクが組み込まれている場合もあり、このような場合においては、複屈折マスク単体の光学特性を測定することは困難である。
【００５４】
さらに、カメラヘッド３２により撮像された画像を入力画像として、この入力画像に対する点像分布関数の測定結果に基づき取得したPSF情報に基づいて復元処理を施すことで、被写体像の画像の劣化（即ち、ボケ）を復元することができる。この復元処理としては、例えば、所謂デコンボリューション（deconvolution）と称される処理が挙げられる。より具体的な一例として、入力画像に対して取得したPSF情報の逆特性に基づく画像処理（例えば、フィルタ処理）を施すことで、このPSF情報が示す光学的特性に応じて生じる画像の劣化（ボケ）を復元する。もちろん、PSF情報に基づき、被写体像の画像の劣化を改善することが可能であれば、入力画像に対して施される復元処理は、必ずしもデコンボリューションのみには限定されず、例えば、機械学習などを利用した復元処理を採用してもよい。
【００５５】
ここで、機械学習による復元処理では、例えば、以下の学習処理を行うことにより画像の劣化を復元することができる。まず、復元前の画像と復元後の画像がペアとなった学習データを用意する。次に、この学習データを所定の学習モデルに入力して学習することで、復元前の画像から復元後の画像を推測するためのパラメータを生成する。そして、このパラメータを用いてチューニングされた復元画像生成用モデルに復元前の画像を入力することで、復元画像を生成する。なお、学習モデルおよび復元画像生成用モデルは多層ニューラルネットワークを用いた計算モデルであることが好ましく、多層ニューラルネットワークを用いた強化学習手法による計算モデルであることがより好ましい。
【００５６】
次に、図４を参照して、カメラヘッド３２および光学素子挿入部３３の構成について説明する。
【００５７】
図４に示すように、カメラヘッド３２の内部には、結像光学系５１、絞り５２、および撮像素子５３が光軸に沿って配置されている。
【００５８】
光学素子挿入部３３の内部には、固定型複屈折マスク６１、可動型複屈折マスク６２、駆動部６３、および角度検出部６４が設けられ、光学素子挿入部３３には、スイッチ６５が設けられている。
【００５９】
固定型複屈折マスク６１および可動型複屈折マスク６２は、例えば、図１を参照して説明した複屈折マスク４１と同様の偏光素子４２ａ乃至４２ｃが配置されて、EDOF光学系を構成する。例えば、固定型複屈折マスク６１は、光学素子挿入部３３に対して固定的に取り付けられているのに対し、可動型複屈折マスク６２は、光学素子挿入部３３の内部で光軸を中心に回転可能となるように取り付けられる。
【００６０】
駆動部６３は、可動型複屈折マスク６２を回転駆動させるためのモータや回転伝達機構などを備えて構成される。
【００６１】
角度検出部６４は、駆動部６３による回転駆動に応じて回転する可動型複屈折マスク６２の角度を検出するエンコーダを備えて構成される。例えば、角度検出部６４により検出される角度は、後述するように、９０度や４５度などの所定の角度で可動型複屈折マスク６２の回転駆動を停止させるために用いられる。
【００６２】
スイッチ６５は、可動型複屈折マスク６２の回転駆動を指示する際に操作される操作部である。例えば、スイッチ６５に対する操作に従って、駆動部６３が、角度検出部６４により検出される角度に基づいて、可動型複屈折マスク６２を回転駆動することができる。
【００６３】
このように、カメラヘッド３２および光学素子挿入部３３は構成されており、観察対象からの光は、固定型複屈折マスク６１および可動型複屈折マスク６２により構成されるEDOF光学系を介して、カメラヘッド３２に入射することになる。従って、撮像素子５３により撮像される画像は、EDOF光学系によるEDOF効果を得ることができる。
【００６４】
＜EDOF光学系の構成例＞
図５乃至図９を参照して、固定型複屈折マスク６１および可動型複屈折マスク６２により構成されるEDOF光学系の構成例について説明する。
【００６５】
図５には、EDOF光学系の第１の構成例が示されている。
【００６６】
図５の上側に示す例では、固定型複屈折マスク６１の偏光素子４２ａ乃至４２ｃの偏光方向と、可動型複屈折マスク６２の偏光素子４２ａ乃至４２ｃの偏光方向とは、互いに同一となるように、可動型複屈折マスク６２が固定された状態となっている。このような状態とすることで、即ち、同一設計の偏光素子４２ａ乃至４２ｃを重ねて配置し、相互の回転角を０度とすることで、通常通りの１００％のEDOF効果を得ることができる。
【００６７】
そして、可動型複屈折マスク６２を９０度回転させると、図５の下側に示す例のように、固定型複屈折マスク６１の偏光素子４２ａ乃至４２ｃの偏光方向と、可動型複屈折マスク６２の偏光素子４２ａ乃至４２ｃの偏光方向とは、相対的に９０度で直交した状態となる。このような状態とすることで、即ち、同一設計の偏光素子４２ａ乃至４２ｃを重ねて配置し、相互の回転角を９０度とすることで、光の位相差がキャンセルされることになる結果、０％のEDOF効果を得ること（EDOF効果をオフ）ができる。
【００６８】
このように、固定型複屈折マスク６１および可動型複屈折マスク６２により構成されるEDOF光学系は、EDOF効果のオン／オフを実現することができる。
【００６９】
さらに、固定型複屈折マスク６１の偏光素子４２ａ乃至４２ｃの偏光方向と、可動型複屈折マスク６２の偏光素子４２ａ乃至４２ｃの偏光方向との相対的な角度を０度から９０度の間で調整することで、所望の変化率でEDOF効果を得ることができる。即ち、可動型複屈折マスク６２が任意の角度となるように回転駆動することで、EDOF効果の強弱を調整することを実現することができる。
【００７０】
例えば、図６に示すように、可動型複屈折マスク６２を４５度回転させた状態では、通常通りの１００％のEDOF効果と、０％のEDOF効果との中間の割合のEDOF効果を得ることができる。このとき、可動型複屈折マスク６２を４５度回転させた状態であっても、５０％のEDOF効果を得ることができるとは限らず、偏光素子４２ａ乃至４２ｃのパターンの設計次第で特性の変化率が異なるものとすることができる。
【００７１】
図７には、EDOF光学系の第２の構成例が示されている。
【００７２】
図７に示すように、固定型複屈折マスク６１Ａは、偏光素子４２ａおよび偏光素子４２ｃの間に、偏光特性を備えていない無偏光素子４３ｂが配置されて構成される。即ち、固定型複屈折マスク６１Ａは、偶数番目のリングのみを偏光素子とし、奇数番目のリングを無偏光素子とした構成となっている。例えば、固定型複屈折マスク６１Ａは、図５の固定型複屈折マスク６１の偏光素子４２ｂが、無偏光素子４３ｂに置き換えらえた構成である。
【００７３】
また、可動型複屈折マスク６２Ａは、偏光特性を備えていない無偏光素子４３ａおよび無偏光素子４３ｃの間に、偏光素子４２ｂが配置されて構成される。即ち、可動型複屈折マスク６２Ａは、奇数番目のリングのみを偏光素子とし、偶数番目のリングを無偏光素子とした構成となっている。例えば、可動型複屈折マスク６２Ａは、図５の可動型複屈折マスク６２の偏光素子４２ａおよび偏光素子４２ｃが、無偏光素子４３ａおよび無偏光素子４３ｃに置き換えらえた構成である。
【００７４】
図７の上側に示す例では、固定型複屈折マスク６１Ａの偏光素子４２ａおよび４２ｃの偏光方向と、可動型複屈折マスク６２Ａの偏光素子４２ｂの偏光方向とは、相対的に９０度で直交した状態となっている。即ち、この場合、固定型複屈折マスク６１Ａおよび可動型複屈折マスク６２Ａを光軸方向に沿って見ると、図１に示した複屈折マスク４１と同様の構成となり、通常通りの１００％のEDOF効果を得ることができる。
【００７５】
そして、可動型複屈折マスク６２Ａを９０度回転させると、図７の下側に示す例のように、固定型複屈折マスク６１Ａの偏光素子４２ａおよび４２ｃの偏光方向と、可動型複屈折マスク６２Ａの偏光素子４２ｂの偏光方向とは、互いに一致した状態となる。このような状態とすることで、全ての偏光方向が揃うことになる結果、０％のEDOF効果を得ること（EDOF効果をオフ）ができる。
【００７６】
このように、固定型複屈折マスク６１Ａおよび可動型複屈折マスク６２Ａにより構成されるEDOF光学系は、EDOF効果のオン／オフを実現することができる。さらに、上述したように、可動型複屈折マスク６２Ａの角度を調整することで、所望の変化率でEDOF効果を得ることができる。
【００７７】
また、固定型複屈折マスク６１Ａおよび可動型複屈折マスク６２Ａのような２枚組の構成とすることで、例えば、１枚のみの構成と比較して、位相差を示すリタデーションを半分とすれば、これらの２枚を同一部材とすることができる。これにより、例えば、製造面における大きなメリットを得ることができる。
【００７８】
図８には、EDOF光学系の第３の構成例が示されている。
【００７９】
図８に示すように、固定型複屈折マスク６１Ｂは、その中心で十字に分割して４つの扇型に分け、左上および右下の扇形を偏光素子４４ａ乃至４４ｃ（偏光素子４２ａ乃至４２ｃの左上および右下と同様の偏光方向）とし、右上および左下の扇形を無偏光素４６として構成される。
【００８０】
また、可動型複屈折マスク６２Ｂは、その中心で十字に分割して４つの扇型に分け、右上および左下の扇形を偏光素子４５ａ乃至４５ｃ（偏光素子４２ａ乃至４２ｃの右上および左下と同様の偏光方向）とし、左上および右下の扇形を無偏光素４６として構成される。
【００８１】
図８の上側に示す例では、固定型複屈折マスク６１Ｂの偏光素子４４ａ乃至４４ｃの偏光方向と、可動型複屈折マスク６２Ｂの偏光素子４５ａ乃至４５ｃの偏光方向とは、それぞれ一致した状態となっている。即ち、この場合、固定型複屈折マスク６１Ｂおよび可動型複屈折マスク６２Ｂを光軸方向に沿って見ると、図１に示した複屈折マスク４１と同様の構成となり、通常通りの１００％のEDOF効果を得ることができる。
【００８２】
そして、可動型複屈折マスク６２Ｂを９０度回転させると、図８の下側に示す例のように、固定型複屈折マスク６１Ｂの偏光素子４４ａ乃至４４ｃの偏光方向と、可動型複屈折マスク６２Ｂの偏光素子４５ａ乃至４５ｃの偏光方向とは、それぞれ相対的に９０度で直交した状態となる。このような状態とすることで、光の位相差がキャンセルされることになる結果、０％のEDOF効果を得ること（EDOF効果をオフ）ができる。
【００８３】
このように、固定型複屈折マスク６１Ｂおよび可動型複屈折マスク６２Ｂにより構成されるEDOF光学系は、EDOF効果のオン／オフを実現することができる。さらに、上述したように、可動型複屈折マスク６２Ｂの角度を調整することで、所望の変化率でEDOF効果を得ることができる。
【００８４】
図９には、EDOF光学系の第４の構成例が示されている。
【００８５】
例えば、図９に示す固定型複屈折マスク６１Ｃおよび可動型複屈折マスク６２Ｃは、硬性鏡の２種類の直径（例えば、１０ｍｍおよび４ｍｍ）の両方に対応させる構成例となっている。
【００８６】
例えば、１０ｍｍおよび４ｍｍの直径の２種類の硬性鏡に対して、EDOF効果を得るためには、１０ｍｍ径の構成では複屈折マスクに設けられたリング状の偏光素子の全てに光が通過するのに対し、４ｍｍ径の構成では中心に近い限られたリング状の偏光素子のみ光が通過する構成になる。このような構成を利用し、１枚目の固定型複屈折マスク６１Ｃは、通常の複屈折マスク４１（図１）と同様の構成とし、２枚目の可動型複屈折マスク６２Ｃは、中央近傍にのみリング状の偏光素子を設ける構成とする。
【００８７】
即ち、固定型複屈折マスク６１Ｃは、図１の複屈折マスク４１と同様に、偏光素子４２ａ乃至４２ｃが配置された構成となる。これに対し、可動型複屈折マスク６２Ｃは、偏光素子４２ａは同一であるが、偏光素子４７ｂの外形を、偏光素子４２ｂの外形よりも小さくなるように構成する。そして、可動型複屈折マスク６２Ｃは、偏光素子４２ｂより外側に、偏光素子４２ｃよりも幅広の無偏光素４８ｃが配置された構成となる。なお、図９において、固定型複屈折マスク６１Ｃに示されている２点鎖線は、偏光素子４７ｂの外形を表し、可動型複屈折マスク６２Ｃに示されている２点鎖線は、偏光素子４２ｂの外形を表している。
【００８８】
そして、図９の上側に示す例では、固定型複屈折マスク６１Ｃの偏光素子４２ａおよび４２ｂの偏光方向と、可動型複屈折マスク６２Ｃの偏光素子４２ａおよび偏光素子４７ｂの偏光方向とは、それぞれ相対的に９０度で直交した状態となっている。従って、この場合、光の位相差がキャンセルされることになる結果、４ｍｍ径の硬性鏡では、０％のEDOF効果を得ること（EDOF効果をオフ）ができ、１０ｍｍ径の硬性鏡では、ある程度のEDOF効果を得ることができる。
【００８９】
そして、可動型複屈折マスク６２Ｂを９０度回転させると、図９の下側に示す例のように、固定型複屈折マスク６１Ｃの偏光素子４２ａおよび４２ｂの偏光方向と、可動型複屈折マスク６２Ｃの偏光素子４２ａおよび偏光素子４７ｂの偏光方向とが、それぞれ一致した状態となる。従って、この場合、固定型複屈折マスク６１Ｃおよび可動型複屈折マスク６２Ｃを光軸方向に沿って見ると、図１に示した複屈折マスク４１と同様の構成となり、通常通りの１００％のEDOF効果を得ることができる。
【００９０】
なお、EDOF光学系を構成する固定型複屈折マスク６１および可動型複屈折マスク６２は、設置の容易性を考慮して、全くの同一サイズとすることが好ましい。もちろん、固定型複屈折マスク６１および可動型複屈折マスク６２が、異なるサイズを採用してもよい。
【００９１】
また、固定型複屈折マスク６１および可動型複屈折マスク６２は、通常、瞳位置に設置されるため、それらの２枚を可能な限り近傍に設置することが好ましい。そして、固定型複屈折マスク６１および可動型複屈折マスク６２は、光学素子挿入部３３の内部に重なるように設置される。その他、光学素子挿入部３３を設けることなく、カメラヘッド３２の内部と、鏡筒３１の内部とに、１枚ずつ設けるような構成としてもよい。
【００９２】
さらに、可動型複屈折マスク６２のような回転駆動以外の機構を採用して、EDOF効果のオン／オフや強弱などを実現してもよい。例えば、可動型複屈折マスク６２に替えて、並行移動（シフト）機構を備えた複屈折マスクを採用したり、跳ね上げ（フリップ）機構を備えた複屈折マスクを採用してもよい。
【００９３】
そして、信号処理装置２３では、可動型複屈折マスク６２の回転角度に連動して、EDOF効果を発揮するための画像信号処理のパラメータを調整することができる。
【００９４】
なお、可動型複屈折マスク６２の回転角度には段階があってもよいし、無段階としてもよい。さらに、可動型複屈折マスク６２の回転範囲には、０度から９０度までの制限を設けてもよいし、無制限で回転するようにしてもよい。例えば、可動型複屈折マスク６２の回転範囲に制限を設ける場合には、その制限以上の回転を防止するようなロック機構を設けることが好適である。
【００９５】
また、可動型複屈折マスク６２の回転駆動は、駆動部６３のようなモータを利用する他、ユーザによる手動であってもよい。
【００９６】
また、可動型複屈折マスク６２の回転角度を表示してユーザに提示しても、ユーザは、その回転角度によるEDOF効果を直感的に認識することは困難である。そこで、可動型複屈折マスク６２の回転角度に対応付けて、EDOF効果の程度をユーザに提示してもよい。例えば、可動型複屈折マスク６２の回転角度が、０度である場合にはEDOF効果が強いことを提示し、４５度である場合にはEDOF効果が中程度ことを提示し、６０度である場合にはEDOF効果が弱程度ことを提示し、９０度である場合にはEDOF効果が無いことを提示する。
【００９７】
ところで、医療用画像処理システム１１では、EDOF効果をオン／オフすることにより、以下のようなユースケースに対応することができる。
【００９８】
即ち、可動型複屈折マスク６２の回転角度を高速に制御することにより、フレームシーケンシャルにEDOF効果をオン／オフすることができる。従って、医療用画像処理システム１１では、EDOF効果を有する画像と、EDOF効果を有さない画像とを交互に撮像することができる。これにより、ユーザは、それぞれの画像を個別に表示することによって、EDOF効果のオン／オフを動画像として同時に観察することができる。なお、この場合、フレームレートは約半分に低下することになる。
【００９９】
また、医療用画像処理システム１１では、動画像中のノイズが気になる場合には、可動型複屈折マスク６２の回転角度を制御してEDOF効果を弱めることで、ノイズの抑制を図ることができる。
【０１００】
さらに、医療用画像処理システム１１において用いられる内視鏡１４の種類を認識し、その種類に応じて可動型複屈折マスク６２の回転角度を制御することができる。これにより、医療用画像処理システム１１では、内視鏡１４の種類ごとに適切なEDOF効果を選択することが可能となり、より良好な観察を行うことができる。
【０１０１】
例えば、医療用画像処理システム１１では、通常の可視光観察から、蛍光観察などの特殊光観察に切り替わった場合に、可動型複屈折マスク６２の回転角度を制御して、EDOF効果を制御することで、より良好な観察を行うことができる。
【０１０２】
また、EDOF光学系は、少なくとも２枚以上の複屈折マスクを備えて構成されていればよく、例えば、Ｎ枚以上（Ｎ≧２）の固定型複屈折マスク６１と、少なくともＭ（Ｎ≧Ｍ≧１）の可動型複屈折マスク６２とを組み合わせて用い、EDOF効果を調整可能とする構成であればよい。
【０１０３】
なお、EDOF効果を有する光学素子として、複屈折マスクの他、Wavefront codingフィルタまたは色収差フィルタを採用しても、複屈折マスクと同様の効果を得ることができる。
【０１０４】
＜構成の組み合わせ例＞
なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
（１）
被写界深度を拡大させる効果を有する２枚以上の光学素子
を備え、
少なくとも一部の前記光学素子が可動型に構成される
光学系。
（２）
前記光学素子として、所定の偏光方向の偏光素子が組み合わされて配置された複屈折マスクが用いられる
上記（１）に記載の光学系。
（３）
前記光学素子は、Ｎ枚以上（Ｎ≧２）の第１の前記複屈折マスクと、少なくともＭ（Ｎ≧Ｍ≧１）の第２の前記複屈折マスクとが組み合わされて用いられ、第２の前記複屈折マスクが可動型で構成される
上記（２）に記載の光学系。
（４）
前記光学素子として、固定された第１の前記複屈折マスクと、光軸を中心に回転可能な第２の前記複屈折マスクとが用いられ、第１の前記複屈折マスクの偏光素子の偏光方向と、第２の前記複屈折マスクの偏光素子の偏光方向とを相対的に変化させることにより、被写界深度を拡大させる効果が調整される
上記（２）または（３）に記載の光学系。
（５）
第１の前記複屈折マスクおよび第２の前記複屈折マスクは、中心近傍から外側に向けて同心円状に、複数の偏光素子が配置され、隣接する前記偏光素子に対して偏光方向が９０度回転した方向となっており、
固定された第１の前記複屈折マスクに対し、光軸を中心に回転可能な第２の前記複屈折マスクを回転駆動させることより、被写界深度を拡大させる効果が調整される
上記（４）に記載の光学系。
（６）
第１の前記複屈折マスクは、偶数番目のリングのみを前記偏光素子とし、奇数番目のリングを無偏光素子として構成されるとともに、第２の前記複屈折マスクは、奇数番目のリングのみを前記偏光素子とし、偶数番目のリングを無偏光素子として構成されている
上記（５）に記載の光学系。
（７）
第１の前記複屈折マスクは、その中心で十字に分割して４つの扇型に分け、左上および右下の扇形を偏光素子とし、右上および左下の扇形を無偏光素として構成されるとともに、第２の前記複屈折マスクは、その中心で十字に分割して４つの扇型に分け、右上および左下の扇形を偏光素子とし、左上および右下の扇形を無偏光素として構成される
上記（５）に記載の光学系。
（８）
第２の前記複屈折マスクに設けられる所定の偏光素子の外形が、硬性鏡の直径に従って設定されている
上記（５）に記載の光学系。
（９）
前記光学素子は、Wavefront codingフィルタまたは色収差フィルタである
上記（１）から（８）までのいずれかに記載の光学系。
（１０）
硬性または軟性の材料を用いて筒状に形成されるスコープと、
画像を撮像する撮像素子を内蔵するカメラヘッドと
を備え、
前記撮像素子は、被写界深度を拡大させる効果を有する２枚以上の光学素子を有する光学系を通過した光を受光し、
前記光学素子のうち少なくとも一部の前記光学素子は、可動型に構成される
内視鏡。
（１１）
前記スコープと前記カメラヘッドとの間には光学素子挿入部が設けられ、
前記可動型に構成される光学素子は、前記光学素子挿入部に配置される
上記（１０）に記載の内視鏡。
（１２）
観察対象に対して光を照射する光源と、
前記光が照射された前記観察対象の撮像を制御する撮像制御部と、
硬性または軟性の材料を用いて筒状に形成されるスコープ、および、画像を撮像する撮像素子を内蔵するカメラヘッドを有する内視鏡と
を備え、
前記撮像素子は、被写界深度を拡大させる効果を有する２枚以上の光学素子を有する光学系を通過した光を受光し、
前記光学素子のうち少なくとも一部の前記光学素子は、可動型に構成される
医療用画像処理システム。
（１３）
前記スコープと前記カメラヘッドとの間には光学素子挿入部が設けられ、
前記可動型に構成される光学素子は、前記光学素子挿入部に配置される
上記（１２）に記載の医療用画像処理システム。
【０１０５】
なお、本実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。また、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、他の効果があってもよい。
【符号の説明】
【０１０６】
１１  医療用画像処理システム，  １２  表示装置，  １３  カート，  １４  内視鏡，  ２１  光源装置，  ２２  ＣＣＵ，  ２３  信号処理装置，  ３１  鏡筒，  ３２  カメラヘッド，  ３３  光学素子挿入部，  ４１  複屈折マスク，  ４２ａ乃至４２ｃ  偏光素子，  ５１  結像光学系，  ５２  絞り，  ５３  撮像素子，  ６１  固定型複屈折マスク，  ６２  可動型複屈折マスク，  ６３  駆動部，  ６４  角度検出部，  ６５  スイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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