(57)【要約】【課題】撮影倍率が異なる複数の画像を迅速かつ容易に取得できる内視鏡、及びそのような内視鏡を用いた内視鏡システムを提供することを目的とする。【解決手段】本発明の一実施形態に係る内視鏡は、被検体の体内に挿入される挿入部と、挿入部に設けられた撮像部と、を備えた内視鏡において、撮像部は、それぞれ同一の光軸上に配置された中央部の中央光学系とその周辺部の環状光学系とからなる撮影光学系であって撮影倍率が互いに異なる撮影光学系と、２次元状に配列された光電変換素子により構成された複数の画素を有する指向性センサであって、中央光学系及び環状光学系を介して入射する光束をそれぞれ瞳分割して選択的に受光する複数の画素を含む指向性センサと、中央光学系を介して受光した第１画像を示す画像信号と環状光学系を介して受光した第２画像を示す画像信号とを指向性センサから取得する画像読み出し部と、を備える。【選択図】  図２
2016043187.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体の体内に挿入される挿入部と、前記挿入部に設けられた撮像部と、を備えた内視鏡において、
前記撮像部は、
それぞれ同一の光軸上に配置された中央部の中央光学系とその周辺部の環状光学系とからなる撮影光学系であって撮影倍率が互いに異なる撮影光学系と、
２次元状に配列された光電変換素子により構成された複数の画素を有する指向性センサであって、前記中央光学系及び前記環状光学系を介して入射する光束をそれぞれ瞳分割して選択的に受光する複数の画素を含む指向性センサと、
前記中央光学系を介して受光した第１画像を示す画像信号と前記環状光学系を介して受光した第２画像を示す画像信号とを前記指向性センサから取得する画像読み出し部と、を備える内視鏡。
【請求項２】
前記画像読み出し部は、前記第１画像を示す画像信号及び前記第２画像を示す画像信号を前記内視鏡に接続された表示部に出力して前記第１画像及び前記第２画像を前記表示部に表示させる、請求項１に記載の内視鏡。
【請求項３】
前記画像読み出し部は、前記第１画像と前記第２画像とのうちから選択された画像を示す画像信号を前記表示部に出力して前記選択された画像を前記表示部に表示させる、請求項２に記載の内視鏡。
【請求項４】
前記画像読み出し部は、前記第１画像及び前記第２画像の両方が選択された場合は、前記第１画像を示す画像信号と前記第２画像を示す画像信号とを前記表示部に出力して前記第１画像と前記第２画像とを前記表示部に重畳して表示させる、請求項２または３に記載の内視鏡。
【請求項５】
前記画像読み出し部は、前記第１画像と前記第２画像とのうち前記内視鏡の操作モードに応じた画像を示す画像信号を前記表示部に出力して、前記操作モードに応じた画像を前記表示部に表示させる、請求項２から４のいずれか１項に記載の内視鏡。
【請求項６】
前記画像読み出し部は、前記内視鏡の操作モードの切り替えに応じて、前記表示部に出力する画像信号を前記第１画像を示す画像信号と前記第２画像を示す画像信号との間で切り替え、前記切り替え後の新たな操作モードに対応した画像を前記表示部に表示させる、請求項５に記載の内視鏡。
【請求項７】
前記指向性センサの各画素には光学フィルタが設けられており、前記中央光学系に対応する画素と前記環状光学系に対応する画素とで前記光学フィルタが透過させる光の波長が異なる、請求項１から６のいずれか１項に記載の内視鏡。
【請求項８】
前記光学フィルタは前記指向性センサの受光面上への移動及び前記受光面上からの退避、及び着脱のうち少なくとも１つが可能である、請求項１から７のいずれか１項に記載の内視鏡。
【請求項９】
前記指向性センサの各画素のうち前記環状光学系に対応する画素に設けられた光学フィルタは、前記被検体の特定の組織で反射されやすい波長を透過させる請求項７または８に記載の内視鏡。
【請求項１０】
前記挿入部に設けられた照明部をさらに備え、
前記照明部は前記光学フィルタが透過させる波長に対応した波長の光を照射する、請求項７から９のいずれか１項に記載の内視鏡。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか１項に記載の内視鏡と、
前記内視鏡に接続され前記第１画像及び前記第２画像を表示する表示部と、を備える内視鏡システム。
【請求項１２】
前記第１画像と前記第２画像とのうちから画像を選択する選択部をさらに備え、前記表示部は前記選択部が選択した画像を表示する、請求項１１に記載の内視鏡システム。
【請求項１３】
前記内視鏡の操作モードを設定する操作モード設定部をさらに備え、前記表示部は前記第１画像と前記第２画像とのうち前記設定した操作モードに応じた画像を表示する、請求項１１または１２に記載の内視鏡システム。
【請求項１４】
前記表示部は、前記内視鏡の操作モードが切り替えられたときは、前記第１画像と前記第２画像とのうち前記切り替え後の新たな操作モードに応じた画像を表示する、請求項１１から１３のいずれか１項に記載の内視鏡システム。
【請求項１５】
前記第１画像のうち前記第２画像に対応する範囲を電子ズームするズーム部をさらに備え、
前記表示部は前記電子ズームにより得られた画像と前記第２画像とを表示する、請求項１１から１４のいずれか１項に記載の内視鏡システム。
【請求項１６】
前記第１画像または前記第２画像に対応する画像信号から輝度情報を抽出する抽出部をさらに備え、
前記表示部は前記抽出した輝度情報に基づく画像を表示する、請求項１１から１５のいずれか１項に記載の内視鏡システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内視鏡及び内視鏡システムに関し、特に撮影倍率が異なる複数の画像を取得可能な内視鏡、及びそのような内視鏡を用いた内視鏡システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、複数の焦点距離を有する多焦点レンズを用いて撮像を行う技術が知られている。例えば特許文献１には、円形状または円環状の瞳領域を有する結像レンズを通過した被写体光を選択的に受光可能な受光素子により、空間周波数特性が異なる複数の画像を同時に取得できる撮像装置が記載されている。また特許文献２には、焦点距離が異なるレンズを同心円状に組み合わせたレンズを用いた画像処理装置が記載されている。
【０００３】
また、そのような多焦点レンズを用いた内視鏡も知られるようになってきている。例えば特許文献３には、複数焦点レンズを用いた内視鏡光学系において、絞り開口の形状を変化させることにより、観察範囲を確保しつつ明るい像が得られるようにすることが記載されている。また特許文献４には、複数焦点レンズを用いた内視鏡において、複数焦点レンズの開口比を適宜設定することにより、照明光の下で撮影を行う場合に適正露出の合焦画像が得られるようにすることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−２５３６７０号公報
【特許文献２】特開２００７−３０６４０６号公報
【特許文献３】特公平７−１１９８９３号公報
【特許文献４】ＷＯ２０１３／０８０８２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら特許文献１に記載の撮像装置はフォーカス状態の異なる複数の画像（シャープな画像とソフトフォーカスな画像）を得るためのものであり、また特許文献２に記載の画像処理装置も、合焦状態が異なる画像が重畳された画像を画像処理することで、近距離から遠距離にわたって良好なフォーカス状態の画像を得ようとするものであった。
【０００６】
さらに、特許文献３に記載の内視鏡光学系は複数焦点レンズの絞り開口の形状を変化させることにより合焦位置を変化させて明るさを確保しつつ広い観察範囲（合焦範囲）を得ようとするものであり、特許文献４に記載の内視鏡は多焦点レンズの開口面積比を適切に設定することにより画像間の明るさを揃えた複数の合焦画像を得ようとするものであった。
【０００７】
このように上記文献はいずれも、複数焦点レンズを用いて所望のフォーカス状態や露出状態の画像を得る技術に関するものであり、撮像倍率が異なる複数の画像を同時に得られるものではなかった。このためこのような撮像装置やこれを用いた内視鏡で被検体内を観察する場合、広範囲の観察（広角画像）と特定部分の観察（望遠画像）とでズーム処理を行ったり複数回の撮影を要したりするなど、観察目的に応じた撮影倍率の画像を得るのが困難であった。
【０００８】
本発明はこのような事情に基づいてなされたもので、撮影倍率が異なる複数の画像を迅速かつ容易に取得できる内視鏡、及びそのような内視鏡を用いた内視鏡システム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】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の第１の態様に係る内視鏡は、被検体の体内に挿入される挿入部と、挿入部に設けられた撮像部と、を備えた内視鏡において、撮像部は、それぞれ同一の光軸上に配置された中央部の中央光学系とその周辺部の環状光学系とからなる撮影光学系であって撮影倍率が互いに異なる撮影光学系と、２次元状に配列された光電変換素子により構成された複数の画素を有する指向性センサであって、中央光学系及び環状光学系を介して入射する光束をそれぞれ瞳分割して選択的に受光する複数の画素を含む指向性センサと、中央光学系を介して受光した第１画像を示す画像信号と環状光学系を介して受光した第２画像を示す画像信号とを指向性センサから取得する画像読み出し部と、を備える。
【００１０】
第１の態様に係る内視鏡では、撮像部は同一の光軸上に配置され互いに撮影倍率が異なる中央光学系及び環状光学系と、それら光学系に対し選択的な受光を行う指向性センサと、中央光学系に対応する第１画像と環状光学系に対応する第２画像とを当該指向性センサから取得する画像読み出し部とを備えるので、撮影倍率が異なる複数の画像を迅速かつ容易に取得することができる。
【００１１】
第１の態様では、第１画像を示す画像信号と第２画像を示す画像信号とは、別個の画像信号として指向性センサから読み出すようにしてもよいし、それら画像信号をまとめて読み出して別途画像処理装置で第１画像と第２画像とを取得するようにしてもよい。また、第１画像を示す画像信号と第２画像を示す画像信号とは同時に読み出してもよいし、別々のタイミングで読み出してもよい。
【００１２】
第２の態様に係る内視鏡は第１の態様において、画像読み出し部は、第１画像を示す画像信号及び第２画像を示す画像信号を内視鏡に接続された表示部に出力して第１画像及び第２画像を表示部に表示させる。撮影倍率が異なる第１の画像及び第２の画像を表示することにより、被検体内の観察を容易に行うことができる。
【００１３】
第３の態様に係る内視鏡は第２の態様において、画像読み出し部は、第１画像と第２画像とのうちから選択された画像を示す画像信号を表示部に出力して選択された画像を表示部に表示させる。このように撮影倍率が異なる画像から選択された所望の画像を表示することで、被検体内の観察を容易に行うことができる。なお画像選択の操作は内視鏡の手元操作部分に設けられたスイッチやボタンにより行うようにしてもよいし、内視鏡に接続された画像処理装置等に設けられたスイッチやボタンにより行うようにしてもよい。
【００１４】
第４の態様に係る内視鏡は第２または第３の態様において、画像読み出し部は、第１画像及び第２画像の両方が選択された場合は、第１画像を示す画像信号と第２画像を示す画像信号とを表示部に出力して第１画像と第２画像とを表示部に重畳して表示させる。例えば第１画像と第２画像とのうち一方の画像の中央に他方の画像を表示してもよいし、一方の画像の周辺や隅の部分に他方の画像を表示してもよい。
【００１５】
第５の態様に係る内視鏡は第２から第４の態様のいずれか一において、画像読み出し部は、第１画像と第２画像とのうち内視鏡の操作モードに応じた画像を示す画像信号を表示部に出力して、操作モードに応じた画像を表示部に表示させる。例えば送水により撮像部周辺を洗浄するモードの場合は広角画像（撮影倍率が低い画像）を表示し、処置具により腫瘍部を摘出・切除等するモードの場合は望遠画像（撮影倍率が高い画像）を表示することができる。なお操作モードの設定は内視鏡の手元操作部分に設けられたスイッチやボタンにより行うようにしてもよいし、内視鏡に接続された画像処理装置等に設けられたスイッチやボタンにより行うようにしてもよい。
【００１６】
第６の態様に係る内視鏡は第５の態様において、画像読み出し部は、内視鏡の操作モードの切り替えに応じて、表示部に出力する画像信号を第１画像を示す画像信号と第２画像を示す画像信号との間で切り替え、切り替え後の新たな操作モードに対応した画像を表示部に表示させる。これにより操作モードの切り替えに応じて被検体内の観察や処置を容易に行うことができる。なお第６の態様において、操作モードの設定は第５の態様と同様に内視鏡の手元操作部分に設けられたスイッチやボタンにより行うようにしてもよいし、内視鏡に接続された画像処理装置等に設けられたスイッチやボタンにより行うようにしてもよい。
【００１７】
第７の態様に係る内視鏡は第１から第６の態様のいずれか一において、指向性センサの各画素には光学フィルタが設けられており、中央光学系に対応する画素と環状光学系に対応する画素とで光学フィルタが透過させる光の波長が異なる。被検体の観察に好適な波長は被検体の部位や組織、それらの位置（表皮付近、深部  等）、あるいはそれらの状態（正常・病変  等）等の条件によって異なるため、第７の態様のようにそれらの条件に応じて適切な波長を透過させる光学フィルタを用いることが好ましい。そのような光学フィルタとしては例えば、赤外線をカットし可視光を透過させるフィルタや、可視光をカットし赤外線を透過させるフィルタを用いることができる。
【００１８】
第８の態様に係る内視鏡は第１から第７の態様のいずれか一において、光学フィルタは指向性センサの受光面上への移動及び受光面上からの退避、及び着脱のうち少なくとも１つが可能である。第８の態様によれば、配列パターンが異なる複数の光学フィルタから観察条件に応じて所望の光学フィルタを選択して用いることができる。
【００１９】
第９の態様に係る内視鏡は第７または第８の態様において、指向性センサの各画素のうち環状光学系に対応する画素に設けられた光学フィルタは、被検体の特定の組織で反射されやすい波長を透過させる。なお第８の態様でいう「特定の組織」は、被検体の異なる部位やその位置（表皮付近・深部  等）、および状態（正常・病変  等）等の条件により特定されるものである。
【００２０】
第１０の態様に係る内視鏡は第７から第９の態様のいずれか一において、挿入部に設けられた照明部をさらに備え、照明部は光学フィルタが透過させる波長に対応した波長の光を照射する。第１０の態様では例えば、光学フィルタが可視光を透過させるフィルタの場合は照明部に可視光源を設け、赤外線を透過させるフィルタの場合は赤外光源を設けることができる。このように光学フィルタが透過させる波長に対応した波長の光を照射する照明部を用いることで、被検体内を観察する波長において適切な露出の画像を容易に得ることができる。なお照明部で用いる光源は光学フィルタの種類に対応して複数設けてもよく、また画像表示や操作モードの切り替え等に応じて切り替えるようにしてもよい。
【００２１】
上記目的を達成するため、本発明の第１１の態様に係る内視鏡システムは、第１から第１０の態様のいずれか一に係る内視鏡と、内視鏡に接続され第１画像及び第２画像を表示する表示部と、を備える。第１１の態様は上述した内視鏡を有する内視鏡システムに関するもので、上述した態様の内視鏡により撮影倍率が異なる複数の画像を迅速かつ容易に取得でき、取得した画像を表示して観察することができる。
【００２２】
第１２の態様に係る内視鏡システムは第１１の態様において、第１画像と第２画像とのうちから画像を選択する選択部をさらに備え、表示部は選択部が選択した画像を表示する。このように撮影倍率が異なる画像から選択された所望の画像を表示することで、被検体内の観察を容易に行うことができる。なお画像選択の操作は内視鏡の手元操作部分に設けられたスイッチやボタンにより行うようにしてもよいし、内視鏡に接続された画像処理装置等に設けられたスイッチやボタンにより行うようにしてもよい。
【００２３】
第１３の態様に係る内視鏡システムは第１１または第１２の態様において、内視鏡の操作モードを設定する操作モード設定部をさらに備え、表示部は第１画像と第２画像とのうち設定した操作モードに応じた画像を表示する。これにより操作モードの切り替えに応じて被検体内の観察や処置を容易に行うことができる。なお操作モードの設定は例えば、内視鏡に接続された画像処理装置等に設けられたスイッチやボタンにより行うことができる。
【００２４】
第１４の態様に係る内視鏡システムは第１１から第１３の態様のいずれか一において、表示部は、内視鏡の操作モードが切り替えられたときは、第１画像と第２画像とのうち切り替え後の新たな操作モードに応じた画像を表示する。これにより操作モードの切り替えに応じて被検体内の観察や処置をいっそう容易に行うことができる。
【００２５】
第１５の態様に係る内視鏡システムは第１１から第１４の態様のいずれか一において、第１画像のうち第２画像に対応する範囲を電子ズームするズーム部をさらに備え、表示部は電子ズームにより得られた画像と第２画像とを表示する。第１画像・第２画像のうちいずれの画像が被検体を観察するのに好適であるかは被検体の部位や組織、位置、状態等の条件によって異なるため、第１５の態様のようにズーム処理及び表示することで、同一の対象を異なる波長で撮影した画像を表示することができ、被検体の観察を容易に行うことができる。
【００２６】
第１６の態様に係る内視鏡システムは第１１から第１５の態様のいずれか一において、第１画像または第２画像に対応する画像信号から輝度情報を抽出する抽出部をさらに備え、表示部は抽出した輝度情報に基づく画像を表示する。第１６の態様は、画像信号から特定の成分を抽出して画像表示する態様を具体的に規定したものである。
【発明の効果】
【００２７】
上述のように本発明の内視鏡によれば、撮影倍率が異なる複数の画像を迅速かつ容易に取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る内視鏡システムの構成を示す図である。
【図２】図２は、図１に示す内視鏡システムの要部構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、撮像部の構成例を示す図である。
【図４】図４は、イメージセンサ上の結像の様子を示す図である。
【図５】図５は、光学フィルタの配列例を示す図である。
【図６】図６は、本実施形態に係る内視鏡システムによる観察の様子を示す図である。
【図７】図７は、本実施形態に係る内視鏡システムにより取得した画像の表示例を示す図である。
【図８】図８は、本実施形態に係る内視鏡システムにより取得した画像の他の表示例を示す図である。
【図９】図９は、本実施形態に係る内視鏡システムにより取得した画像のさらに他の表示例を示す図である。
【図１０】図１０は、光学フィルタの他の配列例を示す図である。
【図１１】図１１は、指向性センサの他の実施形態を示す図である。
【図１２】図１２は、撮像部の他の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
［第１の実施形態］
以下、添付図面を参照しつつ本発明の撮像装置の第１の実施形態について説明する。図１は第１の実施形態に係る内視鏡システム１０００を示す外観図であり、図２は内視鏡システム１０００の要部構成（光学系の構成の詳細等、一部要素について図示を省略する）を示すブロック図である。図１，図２に示すように、内視鏡システム１０００は、主として内視鏡１００、内視鏡プロセッサ（抽出部、選択部、操作モード設定部、ズーム部）２００、光源装置（照明部）３００、モニタ装置（表示部）５００、サーバ７００から構成されている。
【００３０】
内視鏡１００は、手元操作部１０２と、この手元操作部１０２に連設される挿入部１０４とを備える。術者は手元操作部１０２を把持して操作し、挿入部１０４を被験者の体内に挿入して観察を行う。挿入部１０４は、手元操作部１０２側から順に、軟性部１４０、湾曲部１４２、先端部１４４で構成されている。先端部１４４には、撮像部１５０、照明部（照明部）１５３、送水ノズル１５４、鉗子口１５６等が設けられる。
【００３１】
観察や処置の際には、操作部（選択部、操作モード設定部）２０８（後述）の操作により、照明部１５３の照明用レンズ１５３Ａ，１５３Ｂから可視光・赤外光のいずれか、または両方を照射することができる。また操作部２０８の操作により、送水ノズル１５４から洗浄水が放出されて、撮像部１５０や照明部１５３を洗浄することができる。鉗子口１５６には腫瘍摘出や切除のための図示せぬ処置具が挿通され、適宜進退して被検体に必要な処置を施せるようになっている。
【００３２】
先端部１４４の先端面には、撮影光学系１２の第１レンズ１３ａ，１４ａが配設されており、この第１レンズ１３ａ，１４ａの奥にＣＭＯＳ（Complementary MOS）型の撮像素子を有する指向性センサ１７（後述）、ＣＭＯＳドライバ（画像読み出し部）１８１、ＡＦＥ（Analog Front End；画像読み出し部）１８２が配設されて、後述するように広角画像・望遠画像を示す画像信号を出力するようになっている。なお撮影光学系１２の構成についての詳細な説明は後述する。本実施形態では指向性センサ１７がＣＭＯＳ型のイメージセンサ１８（後述）を有する場合について説明するが、イメージセンサ１８としてはＣＣＤ（Charge Coupled Device；電荷結合素子）を用いたものでもよい。
【００３３】
広角画像・望遠画像の画像信号は指向性センサ１７からまとめて読み出して内視鏡プロセッサ２００の画像処理部２０４で広角画像・望遠画像を取得するようにしてもよいし、広角画像の画像信号と望遠画像信号とを個別に読み出して画像を取得するようにしても良い。また広角画像・望遠画像の画像取得は同時に行ってもよいし、別個のタイミングで行ってもよい。
【００３４】
第１レンズ１３ａ，１４ａ等を介して取り込まれた観察像はイメージセンサ１８の受光面に結像されて電気信号に変換され、不図示の信号ケーブルを介して内視鏡プロセッサ２００に出力されて映像信号に変換される。これにより、内視鏡プロセッサ２００に接続されたモニタ装置５００に観察画像が表示される。なお内視鏡プロセッサ２００での画像処理及びモニタ装置５００での画像表示については詳細を後述する。
【００３５】
先端部１４４の先端面にはまた、第１レンズ１３ａ，１４ａに隣接して照明部１５３の照明用レンズ１５３Ａ（可視光用）、１５３Ｂ（赤外光用）が設けられている。照明用レンズ１５３Ａ、１５３Ｂの奥には、後述するライトガイド１７０の射出端が配設され、このライトガイド１７０が挿入部１０４、手元操作部１０２、及びユニバーサルケーブル１０６に挿通され、ライトガイド１７０の入射端がＬＧコネクタ１０８内に配置される。また光源装置３００は、光源３１０、絞り３３０、及び集光レンズ３４０等から構成されており、照明用の光をライトガイド１７０に入射させる。光源３１０は、可視光源３１０Ａ及び赤外光源３１０Ｂを備えており、可視光及び赤外線の一方または両方を照射可能である。したがって、ＬＧコネクタ１０８を光源装置３００に連結することによって、光源装置３００から照射された照明光がライトガイド１７０を介して照明用レンズ１５３Ａ、１５３Ｂに伝送され、照明用レンズ１５３Ａ、１５３Ｂから観察範囲に照射される。
【００３６】
［撮像部の構成］
図３は、内視鏡システム１０００の撮像部１５０の第１の実施形態を示す断面図である。
【００３７】
図３に示すように、撮像部１５０は、撮影光学系１２と指向性センサ１７とから構成されている。
【００３８】
＜撮影光学系＞
撮影光学系１２は、それぞれ同一の光軸Ｌ上に配置された、第１の光学系としての中央部の中央光学系１３と、その周辺部の同心円状の第２の光学系としての環状光学系１４とから構成されている。
【００３９】
中央光学系１３は、第１レンズ１３ａ、第２レンズ１３ｂ、第３レンズ１３ｃ、第４レンズ１３ｄ、及び共通レンズ１５から構成された広角光学系（広角レンズ）であり、指向性センサ１７を構成するマイクロレンズアレイ１６上に広角画像を結像させる。
【００４０】
環状光学系１４は、第１レンズ１４ａ、第２レンズ１４ｂ、反射光学系としての第１反射ミラー１４ｃ、第２反射ミラー１４ｄ、及び共通レンズ１５から構成された望遠光学系（望遠レンズ；上記広角レンズよりも撮影倍率が高い）であり、マイクロレンズアレイ１６上に望遠画像を結像させる。第１レンズ１４ａ、及び第２レンズ１４ｂを介して入射した光束は、第１反射ミラー１４ｃ及び第２反射ミラー１４ｄにより２回反射された後、共通レンズ１５を通過する。第１反射ミラー１４ｃ及び第２反射ミラー１４ｄにより光束が折り返されることにより、焦点距離の長い望遠光学系（望遠レンズ）の光軸方向の長さを短くしている。
【００４１】
＜指向性センサ＞
指向性センサ１７は、マイクロレンズアレイ１６とイメージセンサ１８とから構成されている。
【００４２】
図４は、マイクロレンズアレイ１６及びイメージセンサ１８の要部拡大図である。
【００４３】
マイクロレンズアレイ１６は、複数のマイクロレンズ（瞳結像レンズ）１６ａが２次元状に配列されて構成されており、各マイクロレンズの水平方向及び垂直方向の間隔は、イメージセンサ１８の光電変換素子である受光セル１８ａの３つ分の間隔に対応している。即ち、マイクロレンズアレイ１６の各マイクロレンズは、水平方向及び垂直方向の各方向に対して、２つ置きの受光セルの位置に対応して形成されたものが使用される。
【００４４】
また、マイクロレンズアレイ１６の各マイクロレンズ１６ａは、撮影光学系１２の中央光学系１３及び環状光学系１４に対応する、円形の中央瞳像（第１の瞳像）１７ａ及び環状瞳像（第２の瞳像）１７ｂを、イメージセンサ１８の対応する受光領域の受光セル１８ａ上に結像させる。
【００４５】
図４に示すマイクロレンズアレイ１６及びイメージセンサ１８によれば、マイクロレンズアレイ１６の１マイクロレンズ１６ａ当たりに付き、格子状（正方格子状）の３×３個の受光セル１８ａが割り付けられている。以下、１つのマイクロレンズ１６ａ及び１つのマイクロレンズ１６ａに対応する受光セル群（３×３個の受光セル１８ａ）を単位ブロックという。
【００４６】
中央瞳像１７ａは、単位ブロックの中央の受光セル１８ａのみに結像し、環状瞳像１７ｂは、単位ブロックの周囲の８個の受光セル１８ａに結像する。
【００４７】
上記構成の撮像部１５０によれば、後述するように中央光学系１３に対応する広角画像と、環状光学系１４に対応する望遠画像とを同時に撮像することができる。
【００４８】
［イメージセンサの実施形態］
次に、イメージセンサ１８の実施形態について説明する。この実施形態は、中央光学系（広角）では可視光で撮像し環状光学系（望遠）では赤外線で撮像する場合に対応している。
【００４９】
図５は、イメージセンサ１８に配設された光学フィルタの配列等を示す図である。尚、図５上で、マイクロレンズアレイ１６は省略されているが、円形で示した領域は、マイクロレンズアレイ１６の各マイクロレンズ１６ａにより瞳像が結像される３×３個の受光セルを含む単位ブロックを示している。
【００５０】
図５（ａ）に示すようにイメージセンサ１８の撮像面上には、各受光セル上に配設された光学フィルタにより構成される光学フィルタ配列が設けられる。
【００５１】
この光学フィルタ配列は赤外線をカットし赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、及び青（Ｂ）の可視光の各波長域の光を透過させる３原色のカラーフィルタ（以下、Ｒフィルタ、Ｇフィルタ、Ｂフィルタという）、及び可視光をカットし赤外線を透過させるフィルタ（以下、ＩＲフィルタという）により構成されている。そして、各受光セル上には、ＲＧＢフィルタ、ＩＲフィルタのいずれかが配置される。以下、Ｒフィルタが配置された受光セルを「Ｒ受光セル」、Ｇフィルタが配置された受光セルを「Ｇ受光セル」、Ｂフィルタが配置された受光セルを「Ｂ受光セル」、ＩＲフィルタが配置された受光セルを「ＩＲ受光セル」という。
【００５２】
図５（ａ）に示す光学フィルタ配列は、６×６個の受光セルを基本ブロックＰ（図５（ａ）の太枠で示したブロック、及び図５（ｂ）参照）とし、基本ブロックＰが水平方向及び垂直方向に繰り返し配置されて構成されている。
【００５３】
図５（ｂ）に示すように基本ブロックＰは、４個の単位ブロックＰ１〜Ｐ４により構成されている。
【００５４】
図５（ｃ１）及び（ｃ２）は、それぞれ４個の単位ブロックＰ１〜Ｐ４の中央の受光セル（図３に示した中央光学系１３を通過した光束が入射する受光セル）のグループと、周囲の８個の受光セル（図３に示した環状光学系１４を通過した光速が入射する受光セル）のグループとを示す。
【００５５】
図５（ｃ１）に示すように中央の受光セルのグループの画像は、ベイヤ配列のモザイク画像となる。これにより、ベイヤ配列のモザイク画像をデモザイク処理することにより、カラー画像を得ることができる。
【００５６】
一方、図５（ｃ２）に示すように、単位ブロックＰ１〜Ｐ４の各中央の受光セルの周囲の８個の受光セルのグループは、８個の受光セル内にＩＲ受光セルのみを含み、かつ単位ブロックＰ１〜Ｐ４にかかわらず、ＩＲ受光セルが同じパターンで配置されている。したがって、各単位ブロック内の周囲の８個のＩＲ受光セルの画素値の平均値を求めることで中心位置における画素のＩＲの画素値を算出することができ、周囲の８個のＩＲ受光セルの画素値と合わせて赤外画像を得ることができる。
【００５７】
［内視鏡プロセッサ］
次に、内視鏡プロセッサ２００の構成を説明する。内視鏡プロセッサ２００は内視鏡１００から出力される画像信号を画像入力コントローラ２０２を介して入力し、画像処理部２０４で必要な画像処理を行ってビデオ出力部２０６を介して出力する。これにより中央光学系１３に対応する広角画像及び環状光学系１４に対応する望遠画像がモニタ装置（表示部）５００に表示される。これらの処理はＣＰＵ（Central Processing Unit；中央処理装置）２１０の制御下で行われる。
【００５８】
画像処理部２０４では、ホワイトバランス調整等の画像処理の他、モニタ装置５００に表示する画像の切替や重畳表示、電子ズーム処理、操作モードに応じた画像の表示・切替、画像信号からの特定成分（例えば輝度信号）の抽出等を行う。
【００５９】
また、内視鏡プロセッサ２００は操作部２０８を備えている。操作部２０８は図示せぬ操作モード設定・切替スイッチや送水指示ボタン、広角／望遠画像選択・切替ボタン等を備えている。操作モード設定・切替スイッチは観察（画像取得）モード、処置（腫瘍や病変部の摘出、切除等）モード、送水（撮像部１５０、照明部１５３、鉗子口１５６の洗浄）モード、等を設定し、また切り替えるためのものである。送水指示ボタンを押すと、送水ノズル１５４から送水されて撮像部１５０、照明部１５３、鉗子口１５６を洗浄できる。広角／望遠画像選択・切替ボタンは、後述する広角画像・望遠画像からモニタ装置５００の画面に表示する画像を選択し、あるいは切り替えるためのボタンである。
【００６０】
［画像表示の態様］
次に、本実施形態における画像表示の態様を説明する。図６は内視鏡１００の挿入部１０４を被検体内に挿入した状態を示す図であり、撮像部１５０を介して広角画像と望遠画像とを取得する様子を示している。図６中、参照符号Ｗ・Ｔはそれぞれ広角画像・望遠画像の観察範囲を示し、参照符号ｔｍは腫瘍（図６中黒色で隆起している部分）を示す。
【００６１】
図７（ａ），（ｂ）は広角画像及び望遠画像の例を示す図である。図７（ａ）は広角画像ｉｗを示し、図７（ｂ）は望遠画像ｉｔを示す。図７（ａ）中の点線ＦＬは望遠画像ｉｔの取得範囲（枠）を示しており、操作部２０８の操作及び画像処理部２０４の処理により、広角画像ｉｗ中にこのような枠を表示・消去することができるようになっている。
【００６２】
これら広角画像ｉｗ及び望遠画像ｉｔは、一方の画像のみをモニタ装置５００に表示し必要に応じ切り替えるようにしてもよいし、同時に表示してもよい。同時に表示する場合は、モニタ装置５００の異なる表示領域に並べて表示するようにしてもよいし、同一の表示領域に重畳させて表示してもよい。モニタ装置５００に表示させる画像の選択及び表示の切り替えは、操作部２０８の操作及び画像処理部２０４の処理によって行われる。
【００６３】
図８（ａ），（ｂ）は広角画像ｉｗと望遠画像ｉｔとを重畳表示した例を示す図である。図８（ａ）は広角画像ｉｗの中央部分に望遠画像ｉｔを重畳表示した場合の例であり、図８（ｂ）は広角画像ｉｗの右隅部分に望遠画像ｉｔを重畳表示した場合の例である。観察対象（この場合腫瘍ｔｍ）を中心に確認したい場合は図８（ａ）のように表示させることができ、広角画像ｉｗと望遠画像ｉｔを同時に確認したい場合は、図８（ｂ）のように表示させることができる。
【００６４】
上述した画像表示はユーザが操作部２０８を操作することで切り替えることができるが、操作モード及びその切替に応じて表示が自動的に切り替えられるようにしてもよい。例えば広角観察モードの時は広角画像ｉｗを表示して望遠観察モードの時は望遠画像ｉｔを表示したり、処置モードの時は望遠画像ｉｔを表示したり、送水モードの時は広角画像ｉｗを表示したりすることができる。
【００６５】
図９は広角画像ｉｗのうち望遠画像ｉｔに対応する範囲を電子ズームした画像（広角画像ｉｗ２）と、望遠画像ｉｔとを並列に表示した例を示す図である。上述のように本実施の形態では、広角画像ｉｗは可視光で取得し望遠画像ｉｔは赤外光で取得しているが、観察対象の部位や深度、状態等の条件によっては一方の波長領域では確認が困難であり他方の波長領域で確認が容易な場合がある。そこで図９のように表示させることで、観察を容易かつ確実に行うことができる。なお図９では広角画像ｉｗ２と望遠画像ｉｔとを並列に表示しているが、上述した表示例と同様に重畳表示してもよいし切替表示してもよい。また電子ズームは操作部２０８の操作及び画像処理部２０４の処理によって行われる。
【００６６】
［他の実施形態］
＜イメージセンサの他の実施形態＞
次に、イメージセンサの他の実施形態について説明する。この実施形態は、中央・環状光学系とも可視光で撮像する場合に対応している。図１０は、イメージセンサ１８に配設されたカラーフィルタ配列等を示す図である。尚、図１０上で、マイクロレンズアレイ１６は省略されているが、円形で示した領域は、マイクロレンズアレイ１６の各マイクロレンズ１６ａにより瞳像が結像される３×３個の受光セルを含む単位ブロックを示している。
【００６７】
図１０（ａ）に示すようにイメージセンサ１８の撮像面上には、各受光セル上に配設されたカラーフィルタ（光学フィルタ）により構成されるカラーフィルタ配列が設けられる。
【００６８】
このカラーフィルタ配列は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、及び青（Ｂ）の各波長域の光を透過させる３原色のカラーフィルタ（以下、Ｒフィルタ、Ｇフィルタ、Ｂフィルタという）により構成されている。そして、各受光セル上には、ＲＧＢフィルタのいずれかが配置される。以下、Ｒフィルタが配置された受光セルを「Ｒ受光セル」、Ｇフィルタが配置された受光セルを「Ｇ受光セル」、Ｂフィルタが配置された受光セルを「Ｂ受光セル」という。
【００６９】
図１０（ａ）に示すカラーフィルタ配列は、６×６個の受光セルを基本ブロックＢＬ（図１０（ａ）の太枠で示したブロック、及び図１０（ｂ）参照）とし、基本ブロックＢＬが水平方向及び垂直方向に繰り返し配置されて構成されている。
【００７０】
図１０（ｂ）に示すように基本ブロックＢＬは、４個の単位ブロックＢＬ１〜ＢＬ４により構成されている。
【００７１】
図１０（ｃ１）及び（ｃ２）は、それぞれ４個の単位ブロックＢＬ１〜ＢＬ４の中央の受光セル（図３に示した中央光学系１３を通過した光束が入射する受光セル）のグループと、周囲の８個の受光セル（図３に示した環状光学系１４を通過した光速が入射する受光セル）のグループとを示す。
【００７２】
図１０（ｃ１）に示すように中央の受光セルのグループの画像は、ベイヤ配列のモザイク画像となる。これにより、ベイヤ配列のモザイク画像をデモザイク処理することにより、カラー画像を得ることができる。
【００７３】
一方、図１０（ｃ２）に示すように、単位ブロックＢＬ１〜ＢＬ４の各中央の受光セルの周囲の８個の受光セルのグループは、８個の受光セル内にＲＧＢの全ての受光セル（Ｒ受光セル、Ｇ受光セル、Ｂ受光セル）を含み、かつ単位ブロックＢＬ１〜ＢＬ４にかかわらず、ＲＧＢの受光セルが同じパターンで配置されている。
【００７４】
具体的には、各単位ブロックＢＬ１〜ＢＬ４の４隅の４つの受光セルは、Ｇ受光セルが配置され、中央の受光セルを挟んで上下の２個の受光セルは、Ｒ受光セルが配置され、中央の受光セルを挟んで左右の２個の受光セルは、Ｂ受光セルが配置されている。
【００７５】
また、Ｒ受光セル、Ｇ受光セル、及びＢ受光セルは、それぞれ単位ブロックの中央の受光セル（中心）に対して対称位置に配置されている。これにより、単位ブロック内のＲＧＢの受光セルの出力信号を使用して、その単位ブロック毎のデモザイク処理（同時化処理）後の、画像を構成する１つの画素（ＲＧＢの画素値）を生成することができる。
【００７６】
即ち、単位ブロック内の４個のＧ受光セルの出力信号（画素値）の平均値を求めることにより、単位ブロック（１マイクロレンズ）の中心位置におけるＧ画素の画素値を取得することができ、同様に単位ブロック内の２個のＲ受光セルの画素値の平均値、及び２個のＢ受光セルの画素値の平均値を求めることにより、それぞれ単位ブロックの中心位置におけるＲ画素及びＢ画素の画素値を取得することができる。
【００７７】
これにより、単位ブロックの周囲の８個の受光セルのグループにより生成される、環状光学系１４（望遠光学系）に対応する望遠画像については、単位ブロック内のＲＧＢの受光セルの画素値を使用してデモザイク処理を行うことができ、周囲の単位ブロックの受光セルの画素値を補間して特定の波長域の画素の画素値を生成する必要がなく、出力画像の解像度（実質的な画素数）を低下させることがない。
【００７８】
なお本発明において、光学フィルタまたはこれを配列した光学部材を着脱できるようにしてもよいし、図示せぬ駆動機構により移動可能な複数の光学フィルタを備えこのうちいずれかをイメージセンサ１８の受光面上に挿入して他を退避させるようにしてもよい。また、透過型液晶等を用いて、透過光の波長や配列パターン自体を変更できるようにしてもよい。このように構成することで、図５や図１０を含めた複数パターンの光学フィルタの内から、観察条件に応じて適切な配列パターンの光学フィルタを選択して用いることができる。
【００７９】
＜指向性センサの他の実施形態＞
図１１は、指向性センサの他の実施形態を示す側面図である。
【００８０】
この指向性センサ１１７は、瞳分割手段としてのマイクロレンズアレイ１１８及び遮光マスクとして機能する遮光部材１２０と、遮光部材１２０により受光セル１１６ａ、１１６ｂの一部が遮光されたイメージセンサ１１６とから構成されている。尚、遮光部材１２０により一部が遮光された受光セル１１６ａと受光セル１１６ｂとは、イメージセンサ１１６の左右方向及び上下方向に交互（チェッカーフラグ状）に設けられている。
【００８１】
マイクロレンズアレイ１１８は、イメージセンサ１１６の受光セル１１６ａ、１１６ｂと一対一に対応するマイクロレンズ１１８ａを有している。
【００８２】
遮光部材１２０は、イメージセンサ１１６の受光セル１１６ａ、１１６ｂの開口を規制するものであり、図３に示した撮影光学系１２の中央光学系１３及び環状光学系１４に対応する開口形状を有している。尚、マイクロレンズアレイ１１８の各レンズの下方には、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のカラーフィルタが配設されている。
【００８３】
受光セル１１６ａは、遮光部材１２０の遮光部１２０ａによりその開口の周辺部が遮光され、一方、受光セル１１６ｂは、遮光部材１２０の遮光部１２０ｂによりその開口の中心部が遮光されている。これにより、撮影光学系１２の中央光学系１３を通過した光束は、マイクロレンズアレイ１１８及び遮光部材１２０の遮光部１２０ａにより瞳分割されて受光セル１１６ａに入射し、一方、撮影光学系１２の環状光学系１４を通過した光束は、マイクロレンズアレイ１１８及び遮光部材１２０の遮光部１２０ｂにより瞳分割されて受光セル１１６ｂに入射する。
【００８４】
これにより、イメージセンサ１１６の各受光セル１１６ａから広角画像の画素信号を読み出すことができ、イメージセンサ１１６の各受光セル１１６ｂから望遠画像の画素信号を読み出すことができる。
【００８５】
＜撮像部の他の実施形態＞
次に、本発明に係る内視鏡に適用される撮像部の他の実施形態について説明する。図１２は、他の実施形態に係る撮像部１５０Ａを示す断面図である。
【００８６】
図１２に示す撮像部１５０Ａは、撮影光学系１１２と、指向性センサ１７とから構成されている。尚、指向性センサ１７は、図２及び図３に示したものと同一であるため、以下、撮影光学系１１２について説明する。
【００８７】
この撮影光学系１１２は、それぞれ同一の光軸上に配置された中央部の中央光学系１１３とその周辺部の環状光学系１１４とから構成されている。
【００８８】
中央光学系１１３は、第１レンズ１１３ａ、第２レンズ１１３ｂ、及び共通レンズ１１５から構成された望遠光学系であり、画角αを有している。
【００８９】
環状光学系１１４は、レンズ１１４ａ及び共通レンズ１１５から構成された広角光学系であり、画角β（β＞α）を有し、中央光学系１１３よりも広角（撮影倍率が小さい）である。
【００９０】
この撮影光学系１１２は、図２に示した撮影光学系１２と比較すると、反射ミラーを使用しておらず、また、中央光学系１１３が望遠光学系であり、環状光学系１１４が広角光学系である点で相違する。
【００９１】
＜画像表示の他の実施形態＞
上述した実施形態では、可視光及び赤外光の波長領域で画像を取得する場合について説明したが、本発明の実施形態はこれらに限られるものではない。上述した実施形態の他にも、紫外線の波長領域で画像を取得したり、また可視光の特定の波長領域（Ｒ，Ｇ，Ｂのいずれか  等）で画像を取得したりするようにしてもよい。画像を取得する波長領域は、観察対象の組織・部位や位置（表皮付近・深部  等）、あるいはその状態（正常・病変  等）等の条件に応じて設定することができる。なおそのようにして画像取得の波長領域を設定する場合は、波長領域に合わせてイメージセンサに配設する光学フィルタの特性（カットする波長・透過させる波長）を設定したり、当該波長領域に合わせた波長の光源を用いたりすることが好ましい。
【００９２】
また、取得した画像信号から特定の成分を抽出して画像を取得・表示するようにしてもよい。例えばイメージセンサが出力するＲＧＢの色情報（Ｒ信号、Ｇ信号、Ｂ信号）から輝度信号Ｙと色差信号Ｃｂ，Ｃｒを生成するＲＧＢ／ＹＣ変換等を行って輝度信号Ｙを抽出し、これに基づく画像を表示するようにしてもよい。このような処理は画像処理部２０４により行うことができる。
【００９３】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。そのような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【符号の説明】
【００９４】
１２、１１２…撮影光学系、１３、１１３…中央光学系、１４、１１４…環状光学系、１６、１１８…マイクロレンズアレイ、１６ａ、１１８ａ…マイクロレンズ、１７、１１７…指向性センサ、１８、１１６…イメージセンサ、１００…内視鏡、１１６ａ、１１６ｂ…受光セル、１５０、１５０Ａ…撮像部、２００…内視鏡プロセッサ、２０４…画像処理部、２０８…操作部、３００…光源装置、３１０Ａ…可視光源、３１０Ｂ…赤外光源、５００…モニタ装置、１０００…内視鏡システム
【図１】
2016043187.tif 000003
【図２】
2016043187.tif 000004
【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】
2016043187.tif 000010
【図９】
2016043187.tif 000011
【図１０】
2016043187.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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