(57)【要約】【課題】簡単な構成によって、生体組織の深さ方向の広い範囲に亘って適正な情報を獲得できる撮像装置を得る。【解決手段】互いに異なる波長成分を含む光Ｌを受けた生体組織31の像を結像させる結像光学系20と、生体組織31の像を撮像する撮像手段23とを備えてなる撮像装置において、結像光学系20として、Ｆ線（波長486.1ｎｍ）に対する焦点距離を100としたときＣ線（波長643.8ｎｍ）に対する焦点距離が102以上となる軸上色収差を有するものを用いる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに異なる波長成分を含む光を受けた生体組織の像を結像させる結像光学系と、
前記生体組織の像を撮像する撮像手段とを備えてなる撮像装置において、
前記結像光学系が、Ｆ線（波長486.1ｎｍ）に対する焦点距離を100としたときＣ線（波長643.8ｎｍ）に対する焦点距離が102以上となる軸上色収差を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記結像光学系が、比較的長波長の照明光に対する焦点深度が、比較的短波長の照明光に対する焦点深度よりも大となる構成を有することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
前記撮像手段が出力した画像信号に、前記結像光学系による像のボケを低減する画像復元処理を施す手段が設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は撮像装置に関するものであり、特に詳しくは内視鏡装置等の、生体組織を撮像するための撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、生体内部を観察したり、観察しながら治療したりするために、内視鏡装置が広く用いられている。現在の内視鏡装置は、生体内部の部位に光ファイバー等を介して照明光を照射する照明光照射系と、上記部位で反射した照明光による像を結像する結像光学系と、その像を撮像する撮像手段とを備えてなる、いわゆる電子内視鏡が主流となっている。特許文献１および２には、その種の内視鏡装置の一例が示されている。
【０００３】
上記の照明光照射系としては、白色光を発するものや、赤色（Ｒ）領域、緑色（Ｇ）領域および青色（Ｂ）領域の光を順次照射するもの等が適用されているが、生体組織に関しては、観察対象部位の深さ方向位置に応じて照明光の適切な波長が異なるという事情が有る。すなわち生体組織における照明光の深達度はその波長が長いほど大であり、具体的に、青色領域の短波長の照明光は生体組織の比較的表層に近い部分までしか到達しないのに対し、例えば赤領域の長波長の照明光は生体組織のより深い部分まで到達する。一例として生体組織の中の血管について考えると、通常、比較的表層に近い位置には毛細血管が存在し、より深い位置に行くほどより太い血管が存在しているので、毛細血管を観察する上では青色領域の照明光が好適で、また太い血管が存在する深層部を観察する上では赤色領域の照明光が好適であると言える。
【０００４】
そのような事情から、従来、生体組織の観察したい部位に応じて照明光の特性を変化させて、深さ方向の広い範囲に亘って適正な情報を獲得できるようにした内視鏡装置が種々提案されている。例えば前述した特許文献１には、照明光の光路に青色フィルター、緑色フィルター、赤色フィルターを選択的に挿入可能とし、生体組織の浅層部、中層部、深層部を撮像する際に、それぞれ青色フィルター、緑色フィルター、赤色フィルターを通した照明光を照射するようにした内視鏡装置が提案されている。
【０００５】
さらにこの特許文献１には、結像光学系の瞳に中心とその周縁部とで分光透過率特性が異なる平面部を設けて、瞳面積を大きくした波長帯（緑−青色）の光量と高周波伝達特性を獲得する一方、そのままでは焦点深度が浅くなってしまうので、位相マスクと信号処理によって焦点深度を拡大するようにした構成も提案されている。
【０００６】
他方、前記特許文献２には、波長が415ｎｍの光における観察光学系の軸上色収差を補正不足傾向に残存させ、血管強調観察時の合焦物体位置を可視光通常観察時の合焦物体位置よりも近点側に設定することにより、血管強調観察の倍率を可視光通常観察より大きくできるようにした内視鏡観察光学系が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−２１５４６９号公報
【特許文献２】特開２００６−１４１７１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、照明光の光路に複数種類のフィルターを選択的に挿入させる内視鏡装置においては、フィルターを移動させる機構が設けられるために構成が複雑化し、コストも高くなるという問題が認められる。この問題は内視鏡装置に限らず、互いに異なる波長成分を含む光を受けた生体組織の像を撮像するその他の撮像装置においても、同様に発生し得るものである。
【０００９】
他方、結像光学系の瞳に中心とその周縁部とで分光透過率特性が異なる平面部を設けるとともに、位相マスクと信号処理によって焦点深度を拡大するようにした内視鏡装置においては、情報獲得が効率的になされないという問題が認められる。つまりこの構成によれば、真の合焦位置の前後に焦点深度が拡大されるが、観察対象である生体組織は組織表面から深部にかけて存在しているので、焦点深度を組織表面から手前（レンズ）側に拡大しても、撮影される情報量は増大しないのである。
【００１０】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、生体組織の深さ方向の広い範囲に亘って適正な情報を獲得可能で、しかも構成が簡単な撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明による撮像装置は、
互いに異なる波長成分を含む光を受けた生体組織の像を結像させる結像光学系と、
前記生体組織の像を撮像する撮像手段とを備えてなる撮像装置において、
前記結像光学系が、Ｆ線（波長486.1ｎｍ）に対する焦点距離を100としたときＣ線（波長643.8ｎｍ）に対する焦点距離が102以上となる軸上色収差を有することを特徴とするものである。
【００１２】
なお上記の結像光学系は、比較的長波長の照明光に対する焦点深度が、比較的短波長の照明光に対する焦点深度よりも大となる構成を有していることが望ましい。
【００１３】
また本発明の撮像装置においては、撮像手段が出力した画像信号に、結像光学系による像のボケを低減する画像復元処理を施す手段が別途設けられることが望ましい。
【００１４】
また上記の照明光照射系は、例えば白色光照射系のように互いに異なる波長成分を同時に生体組織に照射するものであってもよいし、互いに異なる波長成分を時間をずらして生体組織に照射するものであってもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の撮像装置における結像光学系の軸上色収差は、生体組織を撮像する装置に用いられている従来の結像光学系には存在しない、極めて大きいものである。つまりこの軸上色収差は、多くの場合内視鏡装置等に適用される色消しレンズからなる従来の結像光学系と比べては勿論のこと、さらには、色消しの構成を持たない従来の結像光学系と比べても、明らかに大きいものとなっている。そのように大きな軸上色収差を持つ結像光学系は、例えば、従来の色消しレンズ光学系を構成する複数のレンズを用い、それらを色消しの場合とは違う配置にする等によって実現することができる。
【００１６】
上記の通りの結像光学系を用いたことにより本発明の撮像装置においては、従来の内視鏡装置等の撮像装置と比較すると、比較的短波長の照明光による合焦位置と、比較的長波長の照明光による合焦位置とが、互いにより大きく離れるようになる。そこで本発明の撮像装置によれば、比較的短波長の照明光により生体組織の表層に近い部分を良いピント状態で撮像する一方、比較的長波長の照明光により生体組織のより深い部分も良いピント状態で撮像可能となり、生体組織の深さ方向の広い範囲に亘って適正な情報を獲得できるようになる。
【００１７】
上記の効果は、軸上色収差が従来よりも拡大された結像光学系を適用するだけの構成で得られているものであり、そのような結像光学系は後述するように、硝材タイプと屈折力の組み合わせを通常の色消しレンズにおける組み合わせとは逆にする、等の簡単な手法によって実現可能である。したがって本発明の撮像装置は、上記効果を得るために構成が特に複雑化することもなく、構成が簡単で低コストで作製可能なものとなる。
【００１８】
なお本発明の撮像装置において、特に結像光学系が、比較的長波長の照明光に対する焦点深度が、比較的短波長の照明光に対する焦点深度よりも大となる構成を有している場合は、生体組織の深部を、より広い深さ範囲に亘って鮮明に撮像可能となる。
【００１９】
ところで本発明の撮像装置においては、上述のような結像光学系が適用されていることにより、該光学系の劣化特性に応じて、撮像された像にボケが生じやすくなる。そこで、撮像手段が出力した画像信号に、結像光学系による像のボケを低減する画像復元処理を施す手段を設けておけば、ボケが解消された鮮明な画像を取得できるようになる。そのような画像復元処理としては、例えば特開昭２００９−０８９０８２号公報に示されるようなものが従来知られており、本発明においても、そのような従来公知の画像復元処理を施す手段を適宜用いることができる。
【００２０】
なお上記画像復元処理は、撮像手段が出力した画像信号に一律的に施してもよいが、結像光学系の比較的長波長の照明光に対する焦点深度が、比較的短波長の照明光に対する焦点深度よりも大となっていて、かつ、互いに異なる波長成分を時間をずらして生体組織に照射するように照明光照射系が構成されている場合等は、ボケが生じやすくなっている、比較的長波長の照明光による像を示す画像信号だけに施すようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態による内視鏡装置を示す概略側面図
【図２】上記内視鏡装置の結像光学系の特性を、他の特性と併せて示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態による撮像装置の概略側面形状を示すものである。この撮像装置は一例として内視鏡装置であって、白色光である照明光Ｌを発する照明光源10と、この照明光Ｌを集光する集光レンズ11と、集光された照明光Ｌが一端から入射するように配置された光ファイバーからなるライトガイド12とを有している。このライトガイド12の他端に近い部分は、生体30の内部に導入される可撓性のスコープ部13内に収められている。またこのスコープ部13内において、ライトガイド12の他端に向かい合う位置には照明レンズ14が配設されている。
【００２３】
なお本実施形態では、照明光源10、集光レンズ11、ライトガイド12および照明レンズ14により、照明光照射系が構成されている。これらの照明光源10、集光レンズ11およびライトガイド12の上記一端に近い部分は、後述する画像処理回路24とともにプロセッサ部15の中に配設されている。
【００２４】
またスコープ部13の内部には、その挿入側端部（図１中の右端部）に近い位置において、結像光学系20が配置されている。この結像光学系20は、一例として２枚のレンズ21、22から構成されたものである。結像光学系20の後側には、ＣＣＤ撮像素子等の固体撮像素子23が設けられている。この固体撮像素子23は画像処理回路24に接続されており、画像処理回路24はＣＲＴ表示装置等からなる画像表示手段25に接続されている。
【００２５】
以下、上記構成の内視鏡装置の基本的な作用について説明する。生体30の内部の部位（生体組織）31を観察する際には、上記スコープ部13が例えば体腔を通して生体30内に導入され、ライトガイド12から照明光Ｌが部位31に照射される。結像光学系20は、部位31で反射した照明光ＬＲによる部位31の像を、固体撮像素子23の撮像面上に結像させる。固体撮像素子23はこの像を撮像して、その像を示す画像信号Ｓを画像処理回路24に入力する。
【００２６】
画像処理回路24はこの画像信号Ｓに、後述する画像復元処理等の処理を施して画像信号Ｓoを作成し、該画像信号Ｓoを画像表示手段25に送る。画像表示手段25は画像信号Ｓoに基づいて、部位31の画像を表示する。そこで術者や助手等は、この画像表示手段25において、生体の部位31の通常像を観察することができる。
【００２７】
次に、結像光学系20について詳しく説明する。ここで、Ｆ線（波長486.133ｎｍ）に対して焦点距離100ｍｍとなるレンズ光学系、より詳しくは硝材として光学ガラスＢＫ７、ＳＦ２をそれぞれ用いた薄肉２枚のレンズからなる合成レンズ光学系の設計について考える。この２種のガラスで上記焦点距離を実現する組み合わせは幾通りも存在するが、以下の表１に代表的な３タイプを、ＢＫ７からなる凸レンズ１枚のみの場合と併せて示す。
【表１】
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【００２８】
表１において「色消し」と称しているものは、ＢＫ７からなる凸レンズおよびＳＦ２からなる凹レンズを光入射側からこの順に配置して、色消し作用を持たせたものである。なおそれぞれの焦点距離を、凸レンズについては正の値、凹レンズについては負の値として表１中に示す。
【００２９】
また、表１において「色ずらしＡ」、「色ずらしＢ」と称しているものは、ＳＦ２からなる凸レンズおよびＢＫ７からなる凹レンズを光入射側からこの順に配置して、軸上色収差を、ＢＫ７からなる凸レンズ１枚のみの場合よりも意図的に増大させたものである。
【００３０】
上記合計４タイプのレンズ系のＦ線（波長486.133ｎｍ）、ｄ線（波長587.562ｎｍ）、Ｃ線（波長643.847ｎｍ）およびＡ′線（波長768.195ｎｍ）に対する焦点距離を、以下の表２および図２に示す。
【表２】
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【００３１】
本発明の撮像装置においては、先に述べた通り、Ｆ線（波長486.1ｎｍ）に対する焦点距離を100としたときＣ線（波長643.8ｎｍ）に対する焦点距離が102以上となる軸上色収差を有する結像光学系が用いられるが、「色ずらしＡ」および「色ずらしＢ」タイプの光学系はこの軸上色収差の条件を満足している。図１に示した構成においては、一例として「色ずらしＡ」の光学系が結像光学系20として適用されている。すなわち、結像光学系20を構成するレンズ21はＳＦ２からなる焦点距離50.727ｍｍの凸レンズであり、レンズ22はＢＫ７からなる焦点距離−100ｍｍの凹レンズである。なお、これに代えて、「色ずらしＢ」の光学系を結像光学系20に適用することも勿論可能である。
【００３２】
図２から分かる通り、上述のような色ずらし特性を持たせた光学系では、より長波長の光に対するほど焦点位置が長くなる傾向が、色消しレンズ系と比べれば勿論のこと、通常のレンズと比べてもより拡大されている。
【００３３】
生体組織の内部を組織の外側から内視鏡装置によって観察する場合、可視光は組織表面から0.3ｍｍ以下程度の深さにしか到達しないので、合焦位置をほぼ０ｍｍに合わせることが望ましく、その一方、近赤外光は組織表面から６ｍｍ以上の深さまで到達するので、合焦位置を６ｍｍ前後に合わせることが望ましい。例えば波長768ｎｍの近赤外光を照明光とする場合、上記「色ずらしＡ」の光学系は深さ５ｍｍで合焦し、また「色ずらしＢ」の光学系は深さ７ｍｍで合焦する。このように本実施形態の内視鏡装置は、生体組織の内部観察という目的に好適な焦点位置特性を有しており、例えば可視光像と近赤外像とを同時にピント良く撮像することが可能である。それに対して、結像光学系に単レンズや色消しレンズを用いるようにした内視鏡装置では、狙った深さに合焦位置を変化させる必要があり、そのために機構が複雑になってしまう。
【００３４】
なお、本実施形態の内視鏡装置においては、上述の通りの結像光学系20が適用されていることにより、該光学系20の劣化特性に応じて、撮像された像にボケが生じやすくなる。そこで図１に示した画像処理回路24は、固体撮像素子23が出力した画像信号Ｓに、ボケを低減する画像復元処理を施す。それにより画像表示手段25には、結像光学系20の劣化特性によるボケが低減された、鮮明な画像が表示されるようになる。この画像復元処理としては、例えば特開昭２００９−０８９０８２号公報に示されるようなものが従来知られており、本実施形態における画像処理回路24も、そのような従来公知の画像復元処理を施すものとして構成可能である。
【００３５】
以上説明した実施形態では、波長毎の焦点位置をずらす量は、各レンズへの屈折力の与え具合で制御している。また本実施形態では、色消しとは反対になる色ずらしの特性を、２枚のレンズに対する硝材タイプと屈折力の組み合わせを、通常の色消しレンズにおける組み合わせとは逆にする手法によって実現しているが、それに限らず、各レンズの屈折力を一層大きく設定しながらも、同等の合成焦点距離となるようにレンズを構成する、より多い枚数のレンズや、様々なレンズ材料を組み合わせる、といった手法で同様の特性を実現してもよい。
【００３６】
以上、内視鏡装置として構成された本発明の実施形態について説明したが、本発明は内視鏡装置に限らず、例えば顔や肌等を計測する生体画像計測用の撮像装置や、血流速度測定用の撮像装置等にも適用可能である。さらに本発明は、一般的なデジタルカメラの構成を備えて生体組織を撮像する装置にも適用可能である。
【符号の説明】
【００３７】
10    照明光源
11    集光レンズ
12    ライトガイド
13    スコープ部
14    照明レンズ
15    プロセッサ部
20    結像光学系
21、22    レンズ
23    固体撮像素子
24    画像処理回路
25    画像表示手段
30    生体
31    生体組織
【図１】
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【図２】
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