(57)【要約】【課題】Ｓ／Ｎ比や解像度を低下させることなく、画素単位で得られる光量を増やし、撮像素子の小型化及び高画質化を促進する。【解決手段】  例えば、光照明された被観察体をＣＣＤで撮像する電子内視鏡装置において、スコープに配置された固定絞り２２の開口Ｒ１〜Ｒ３を上記ＣＣＤの画素形状と略相似形とする。例えば、画素が長方形の場合は、これに相似の長方形の開口Ｒ１とする。また、この絞り２２では角部を弧状にした開口Ｅ１〜Ｅ３としてもよく、長方形画素に対しては楕円形開口Ｅ１を設定する。これによれば、絞り開口の錯乱長方形が画素形状と一致するので、絞りから光束を効率よく入射させ、画素単位の光量が増加する。また、この場合のＭＴＦ特性は変化せず、解像度を低下させることはない。【選択図】図３
2005195742.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像を構成する画素が配設された撮像素子と、この撮像素子への入射光束を絞るための絞りと、を有する撮像装置において、
上記絞りの開口を上記撮像素子の画素形状と略相似となる形状にしたことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
画像を構成する画素が配設された撮像素子と、この撮像素子への入射光束を絞るための絞りと、を有する撮像装置において、
上記絞りの開口を上記撮像素子の画素形状と略相似となり、かつその角部が弧状となる形状にしたことを特徴とする撮像装置。
【請求項３】
撮像素子の画素形状が縦長の長方形である場合、上記絞りの開口を長方形の縦横比が略同一の楕円形状にしたことを特徴とする上記請求項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、特に長方形状の画素が設定された撮像素子を搭載する撮像装置の開口絞りに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、電子内視鏡、小型カメラ、デジタルカメラ、ビデオカメラ等の撮像装置では、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の固体撮像素子によって被観察体、被写体の撮像が行われている。例えば、電子内視鏡では、開口絞り（固定絞り）を持つ対物光学系とＣＣＤが先端部に配置されており、ライトガイドで導かれた光源光の照明によって、被観察体が対物光学系を介してＣＣＤで撮像される。そして、このＣＣＤから出力された撮像信号につきプロセッサ装置等で各種の信号処理が施されることによって、モニタ画面上で被観察体を観察することができる。
【０００３】
図６には、従来のＣＣＤに設定されている画素形状が示されており、このＣＣＤ１では、図６（Ｂ）のように、画像（映像）の解像度を高めるために、縦横の比が１：１ではなく、縦長の長方形となる画素２が設定される。即ち、画像の解像度を高くするためには、図６（Ａ）のＣＣＤ１の画素数を多くする必要がある。しかし、このＣＣＤ１で撮像された映像はモニタで観察されることが多いことから、垂直方向の画素数がモニタ表示のための垂直走査線の数で制限されており、これ以上に増やしても垂直解像度が上がらない。そこで、画素２の形状を縦横の比が（１以上）：１となる縦長の長方形とし（横幅を短くし）、これにより水平方向の画素数を増やして（高画素化して）、水平解像度を高めることが行われている。なお、画素が横長の長方形に設定されているものも存在する。
【０００４】
【特許文献１】特開平７−１４３４１０号公報
【特許文献２】特開平８−１８１２９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、近年では、電子内視鏡では細径化の要請、その他の撮像装置でも小型化の要請からＣＣＤの小型化が図られており、また画像（映像）の解像度を高めるために、上述のようにＣＣＤの高画素数化が進められていることから、画素単位で得られる光量、明るさが低下する傾向にある。このため、従来の電子内視鏡では、光強度の高いキセノンランプ等を光源として使用することが行われるが、被観察体である人体への影響を考慮すると、照明される光強度にも限界がある。
【０００６】
一方、画像において不足する明るさを改善するために、ＣＣＤで得られた信号を増幅処理する方法も採られるが、この信号増幅の方法では、Ｓ／Ｎ比の低下により画質が悪化するという問題がある。
【０００７】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、Ｓ／Ｎ比や解像度を低下させることなく、画素単位で得られる光量、明るさを増やすことができ、撮像素子の小型化及び高画質化を促進することが可能になる撮像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、画像を構成する画素が配設された撮像素子と、この撮像素子への入射光束を絞るための絞りと、を有する撮像装置において、上記絞りの開口を上記撮像素子の画素形状と略相似となる形状にしたことを特徴とする。
【０００９】
請求項２に係る発明は、画像を構成する画素が配設された撮像素子と、この撮像素子への入射光束を絞るための絞りと、を有する撮像装置において、上記絞りの開口を上記撮像素子の画素形状と略相似となり、かつその角部が弧状となる形状にしたことを特徴とする。
【００１０】
請求項３に係る発明は、撮像素子の画素形状が縦長の長方形である場合、上記絞りの開口を長方形の縦横比が略同一の楕円形状にしたことを特徴とする。
【００１１】
上記の構成によれば、撮像素子の画素形状が長方形である場合は、絞りの開口形状も相似の長方形とし、鉤状形である場合は、絞りの開口形状も相似の鉤状形とする。この結果、絞り開口の錯乱形状（錯乱円に相当する点光源の像形状）が画素形状と一致することになり、絞りから入射される光（光束)の最大量を画素単位に入射させることができる。即ち、従来の撮像装置で一般に使用される絞りの開口は円形となっており、この円形開口の場合は、図６（Ｂ）に示されるように、錯乱円４が長方形の画素２よりも小さくなり、円形開口からの光を良好に画素領域に入射させることができない。本発明は、この錯乱円４を画素形状と一致させ、錯乱長方形とすることにより、照明光を高くすることなく、画素に入射される光量（画素単位における開口を通る光束）を増やすことができる。
【００１２】
また、上記のように画素形状と略相似とされた絞り開口の形状は、その角部を円弧状としてもよく、例えば画素が長方形である場合は、この長方形の縦横比が略同一の楕円形状とすることができ、これらの場合も上記と同様に画素に入射される光量が増加することになる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る撮像装置によれば、絞り開口を撮像素子の画素形状と略相似となる形状又はこの相似形においてその角部が弧状となる形状としたので、解像度を低下させることなく、画素単位で得られる光量、明るさを増やすことができ、また信号増幅処理による明るさ調整の回避によってＳ／Ｎ比の低下もなくすことができ、撮像素子の小型化及び高画質化を促進することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１には、実施例に係る撮像装置としての電子内視鏡装置の構成が示されており、この電子内視鏡装置では、スコープ１０の先端部に照明用レンズ１２及びライトガイド１３が配置される。このライトガイド１３は、光源装置１４に接続され、この光源装置１４内には集光レンズ１５、可変絞り１６及び光源１７が設けられており、この光源１７の光がライトガイド１３を介してスコープ先端部から被観察体Ｓへ照射される。一方、スコープ１０の先端部には、対物光学系として観察用レンズ２０、拡大のための可動レンズ等を含むレンズ群２１が設けられており、このレンズ群２１の中に詳細は後述するが、固定絞り２２（Ａ〜Ｃ）が配置される。
【００１５】
この対物光学系（２０〜２２）の後側に、固体撮像素子であるＣＣＤ２４が設けられ、このＣＣＤ２４の撮像面が上記固定絞り２２を含む対物光学系よって結像される位置に配置される。このＣＣＤ２４には、画素単位の電荷の蓄積制御をすると共に出力された電荷蓄積信号を画像（映像）信号として各種の映像処理をする信号処理回路２５が接続され、この信号処理回路２５の出力はプロセッサ装置へ供給される。
【００１６】
図２には、上記ＣＣＤ２４で設定される画素形状の例が示されており、図２（Ａ）に示されるＣＣＤ２４では、異なる画素数に対応した形状の画素Ｋが設定される。この画素Ｋの形状は、一般には、図２（Ｂ）のように長方形（矩形）画素Ｋ１となっているが、図２（Ｃ）のような鉤形状（Ｌ字）画素Ｋ２、図２（Ｄ）のような階段状画素Ｋ３や多角形の画素を設定することが可能である。
【００１７】
図３には、上記絞り２２に設けられる開口形状が示されている。図３（Ａ）は、上記図２（Ｂ）の画素Ｋ１に対応したもので、この絞り（固定絞り）２２Ａでは、画素Ｋ１の長方形の縦（ｙ）横（ｘ）比と同一の相似形となる長方形開口Ｒ１が設けられる。図３（Ｂ）は、上記図２（Ｃ）の画素Ｋ２に対応したもので、この絞り２２Ｂでは、上記画素Ｋ２の鉤形状と相似形となる鉤形状開口Ｒ２が設けられ、図３（Ｃ）は、上記図２（Ｄ）の階段状画素Ｋ３に対応したもので、この絞り２２Ｃでは、上記画素Ｋ３の形状と相似形となる開口Ｒ３が設けられる。
【００１８】
このような相似形開口Ｒ１〜Ｒ３の絞り２２Ａ〜２２Ｃを有する対物光学系によれば、ＣＣＤ２４上の結像面（撮像面）において開口Ｒ１〜Ｒ３の錯乱形状（錯乱円に相当するもの）が画素Ｋ１〜Ｋ３の形状に一致することになる。即ち、長方形開口Ｒ１を持つ絞り２２Ａでは、その錯乱長方形が画素Ｋ１の長方形に一致し（重なり）、鉤形状開口Ｒ２を持つ絞り２２Ｂでは、その錯乱鉤形状が画素Ｋ２の鉤形状に一致し、絞り２２Ｃでも、その錯乱形状が画素Ｋ３の形状に一致する。従って、この相似形の開口Ｒ１〜Ｒ３によれば、図６（Ｂ）の従来の円形開口の場合と比較すると、結像光を効率よく画素Ｋ１〜Ｋ３の領域に入射させることができ、照明光を強くすることなく、画素単位の光量（明るさ）を増加させることが可能となる。例えば、上記開口Ｒ１の縦横比が１．１６：１となる場合、円形開口に比べ約２０％の光量増加が達成される。
【００１９】
図４には、円形開口と長方形開口における画像解像度を評価するためのＰＳＦ（Point Spread Function−点像強度分布関数）が示されている。図４（Ａ）は従来の円形開口のグラフ、図４（Ｂ）は縦横比が１．１６：１の長方形開口のグラフ、図４（Ｃ）は縦横比が１．５７：１の長方形開口のグラフであり、これらのグラフは、ＣＣＤ２４の出力から求めたものである。これらのグラフに示されるように、図４（Ｂ），（Ｃ）の長方形開口の場合も、縦（ｙ）方向を示す実線と横（ｘ）方向を示す点線は略重なり、かつ曲線の上部から裾野への広がりも図４（Ａ）の円形開口の場合と略同一となり、ＭＴＦ（Modulation Transfer Function）特性が一致することになる。即ち、従来の図６のように縦長の長方形画素２に対して縦横比が１：１となる円形開口の絞りを用いる場合、ＭＴＦ特性においては横(水平)方向に比べ縦（垂直）方向に余裕があり、実施例のように縦長の長方形開口Ｒ１としても、ＭＴＦ特性は変わらず、解像度を損なうことがない。
【００２０】
また、上記絞り２２Ａ〜２２Ｃの開口は、その角部を丸くした形状（円弧状）としてもよい。即ち、図３（Ａ）に示されるように、絞り２２Ａの場合は、長方形画素Ｋ１と縦（ｙ）軸と横（ｘ）軸の比が同一となる楕円形の開口Ｅ１とし、図３（Ｂ），（Ｃ）に示されるように、絞り２２Ｂ，２２Ｃの場合は、１８０度以内の角度の角部を円弧状とした開口Ｅ２，Ｅ３とすることができる。これによっても、開口Ｅ１〜Ｅ３を介した結像光を効率よく画素Ｋ１〜Ｋ３の領域に入射させることができ、従来よりも画素単位の光量が増加することになる。
【００２１】
更に、ＣＣＤ等の撮像素子では、その上面側に画素単位でマイクロレンズ（オンチップレンズ）を設ける場合があり、このマイクロレンズの形状と画素形状が異なるときには、マイクロレンズ形状を考慮して絞り形状を設定することが好ましい。例えば、図５に示されるように、長方形画素Ｋ１に対し楕円形のマイクロレンズＭ１が形成されるとき、上記絞り２２Ａの開口をマイクロレンズＭ１の楕円形に略相似となる形に設定する（図３の開口Ｅ１と同様となる）。
【００２２】
上記実施例では、開口絞りとして固定絞り２２Ａ〜２２Ｃを用いた例を示したが、本発明は可変絞りにも適用することができ、この可変絞りとしては、例えば図３の絞り２２Ａ〜２２Ｃにおいて開口Ｒ１〜Ｒ３，Ｅ１〜Ｅ３と相似となる複数の開口の絞りを製作し、これらの絞りを選択的に出し入れすることにより開口量を変えるようにしてもよいし、また上記絞り２２Ａ〜２２Ｃを対角線方向で二つに分離し、この二つの絞り部材を対角線方向へ移動させるようにして開口量を変えてもよい。
【００２３】
また、実施例は電子内視鏡装置で説明したが、その他の小型カメラ、デジタルカメラ、ビデオカメラ等に同様に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施例に係る撮像装置としての電子内視鏡装置の構成を示す図である。
【図２】実施例のＣＣＤで設定される画素形状を示し、図（Ａ）はＣＣＤの図、図（Ｂ）〜（Ｄ）は画素形状の図である。
【図３】実施例の絞りを示し、図（Ａ）は長方形開口を持つ絞りの図、図（Ｂ）は鉤形状開口を持つ絞りの図、図（Ｃ）は階段状開口を持つ絞りの図である。
【図４】実施例の長方形開口の絞りと従来の円形開口の絞りにおけるＰＳＦ（点像強度分布関数）を示すグラフ図である。
【図５】実施例でマイクロレンズが設けられる場合の長方形画素とマイクロレンズの形状を示す図である。
【図６】従来のＣＣＤで設定される画素形状と円形開口による錯乱円を示す図である。
【符号の説明】
【００２５】
２，Ｋ，Ｋ１〜Ｋ３…画素、
Ｒ１〜Ｒ３，Ｅ１〜Ｅ３…絞り開口、
１０…スコープ（電子内視鏡）、
１３…ライトガイド、      １４…光源装置、
１７…光源、
２１…レンズ群（対物光学系）、
２２…固定絞り、          ２４…ＣＣＤ。
【図１】
2005195742.tif 000003
【図２】
2005195742.tif 000004
【図３】
2005195742.tif 000005
【図４】
2005195742.tif 000006
【図５】
2005195742.tif 000007
【図６】
2005195742.tif 000008