WO2015072427A1 - 内視鏡用撮像装置 - Google Patents

Abstract

シェーディングやクロストークを抑制し撮像素子のマイクロレンズ（ＭＬ）をシフトさせずに複数の画像を並列的に取得して装置の小型化を図る。並列的に２つの被写体像を結像させる対物光学系（２）と、対物光学系からの入射側に配列された複数のＭＬを有しＭＬ毎に画素を割り当てた撮像素子（４）とを備え、各画素の感光部中心がＭＬの光軸に対して撮像素子中央部から周辺部に従って徐々に大きくなるように変位し、対物光学系の射出瞳位置が対物光学系の結像位置よりも物体側であり、条件式（１）を満たす内視鏡用撮像装置。　０．５≦（θＨ－θＤ）／α≦３　（１）　但し、αは水平方向最大像高の主光線と光軸とのなす角であり、θＨは撮像素子中心部から水平方向最大像高（Ｈ）の位置に対応するＭＬの主光線補正量（角度）であり、θＤは、撮像素子中心部からの距離Ｄ上のＭＬの主光線補正量（角度）である。距離Ｄとは、撮像素子中心部に対する、対物光学系の射出瞳位置からα度分撮像素子中心部へ引いた線と撮像素子との交点との距離である。

Description

内視鏡用撮像装置

　　本発明は、撮像装置に係り、特に、被検体を立体的に観察可能な内視鏡に適用される内視鏡用撮像装置に関する。

　立体視が可能な内視鏡に適用される撮像装置においては、被検体を立体的に撮像するために２つの対物光学系に対して１つの撮像素子により画像を取得するため、撮像素子には被写体から光が斜入射することとなる。
　対物光学系の斜入射によるシェーディングの対策方法について、例えば、特許文献１には、対物光学系の斜入射特性に合わせて、撮像素子上のマイクロレンズの位置を撮像素子の中心部より外周部に向かって感光部に対してシフトさせることが開示されている。

　特許文献２では、イメージセンサーの画素間で生じるクロストークによって、混色による色再現性の低下及び解像力の低下が指摘され、特に斜入射角度をもった光線によるクロストークを抑えるため、特許文献１と同様にマイクロレンズをフォトダイオードの中心位置よりも、シフトさせることが開示されている。

　特許文献３では、各対物光学系の中心部からの斜入射特性に合わせてマイクロレンズの位置をシフトすることによって、シェーディングを低減させており、同時にクロストークも抑えることができることが開示されている。

特開平５－３４６５５６号公報 特開２０１０－５６３４５号公報 特許第４０５４０９４号公報

　しかしながら、特許文献３における撮像素子は、２つの対物光学系を備えた撮像装置を想定してマイクロレンズの位置を決定しているため、１つの対物光学系を備えた撮像装置に適用することができない。言い換えると、１つの対物光学系を備えた撮像装置用に適合された撮像素子を、そのまま２つの対物光学系を備えた撮像装置に適用することができない。このため、各撮像装置に応じた撮像素子を製造する必要があり、撮像素子の製造コストが嵩むこととなる。
　ところで、テレセントリック光学系に合わせてマイクロレンズと撮像素子の感光部とのシフトを無くした撮像素子に、テレセントリックな対物光学系を用いて並列的に並べた２つの像を結像させれば、シェーディングは発生しない。しかしながら、このようなテレセントリック光学系を適用する場合には、対物光学系が大きくなり、対物光学系を並列的に並べることが困難となる。

　本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、シェーディングやクロストークを抑制しつつ、複数の画像を並列的に並べて取得することができ、各撮像装置に応じた撮像素子を製造する必要がなく、小型化が可能な内視鏡用撮像装置を提供することを目的とする。

　上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
　本発明の一態様は、被写体からの光を集光し、並列的に２つの像を結像させる対物光学系と、該対物光学系からの光の入射側に配列された複数のマイクロレンズを有し、該マイクロレンズ毎に画素が割り当てられた撮像素子と、を備え、該撮像素子における各画素の感光部の中心が、前記マイクロレンズの光軸に対して前記撮像素子の中央部から周辺部になるに従って徐々に周辺方向に大きくなるように変位しており、前記対物光学系の射出瞳位置が、前記対物光学系の結像位置よりも物体側にあり、以下の条件式を満足する内視鏡用撮像装置を提供する。
　　０．５≦（θＨ－θＤ）／α≦３・・・　（１）
　ただし、αは水平方向最大像高の主光線と光軸とのなす角であり、θＨは撮像素子中心部から水平方向最大像高（Ｈ）のマイクロレンズの主光線補正量（角度）であり、θＤは、撮像素子中心部から水平方向像高（Ｄ）の位置に対応するマイクロレンズの主光線補正量（角度）であり、像高（Ｄ）の位置は対物光学系の光軸を対称軸としてα度分撮像素子の中心部へ引いた線と撮像素子との交点である。

　本態様によれば、撮像素子における各画素の感光部の中心が、マイクロレンズの光軸に対して撮像素子の中央部から周辺部になるに従って徐々に周辺方向に大きくなるように変位し、対物光学系の射出瞳位置が、対物光学系の結像位置よりも物体側にあり、上記条件式（１）を満たすように構成されている。撮像範囲全体に一つの像を形成する撮像装置用に適合された撮像素子を、並列的に並べた２つの像を形成する撮像装置にそのまま適用しても、シェーディングやクロストークを抑制しつつ、小型化の撮像装置が可能となる。そのため、各撮像装置に応じた撮像素子を製造する必要がなく、撮像素子の製造コストが嵩むことがなくなる。

　上記態様において、以下の条件式を満足することが好ましい。
　　０＜Ｋ×Ｔａｎ（θｃ）≦Ｐ／２・・・　（２）
　ただし、θｃは水平方向の像高（Ｃ）の位置に対応するマイクロレンズの主光線補正量（角度）であり、像高（Ｃ）の位置は前記対物光学系の光軸と撮像素子との交点である。Ｐは撮像素子の画素ピッチであり、Ｋは撮像素子のマイクロレンズの面頂から画素（感光素子）までの距離である。

　このようにすることで、対物光学系の主光線が目的とする画素以外の画素に入射することによる色シェーディングの発生を抑制することができる。

　上記態様において、以下の条件式を満足することが好ましい。
　　Ｐ／２≧Ｋ×（Ｔａｎ（θＨ）－Ｔａｎ（α））・・・　（３）
　　Ｐ／２≧Ｋ×（Ｔａｎ（α）－Ｔａｎ（θＤ））・・・　（４）
　ただし、αは水平方向最大像高の主光線と光軸とのなす角であり、θＨは撮像素子中心部から水平方向最大像高（Ｈ）の位置に対応するマイクロレンズの主光線補正量（角度）であり、θＤは撮像素子中心部から水平方向像高（Ｄ）の位置に対応するマイクロレンズの主光線補正量（角度）であり、像高（Ｄ）の位置は対物光学系の光軸を対称軸としてα度分撮像素子の中心部へ引いた線と撮像素子との交点であり、Ｐは撮像素子の画素ピッチであり、Ｋは撮像素子のマイクロレンズの面頂から画素（感光素子）までの距離である。

　このようにすることで、シェーディング及びクロストークを抑制しながら、さらに混色を抑制することができる。

　上記態様において、前記対物光学系が、並列に配列され、被写体の光学像を前記撮像素子に結像させる二つの対物レンズと、該対物レンズと前記撮像素子との間に配置され、前記対物光学系の光軸を変位させるための反射部材と、を有することが好ましい。

　このようにすることで、光学系も斜入射することができ、プリズムの光束径も小さくなり、撮像装置を小型化することができる。シェーディングを抑制した２つの光学系の像を同時観察することが可能となり、２つの像を左右像として、３Ｄモニターに表示することにより立体観察が可能となる。

　上記態様において、前記対物光学系が、光路分割手段を備え、該光路分割手段によって分割した被写体の光学像を、夫々ピント位置を変えた光学像として前記撮像素子に結像させることが好ましい。

　このようにすることで、小型化が可能であり、かつピント位置が異なる像を同時に撮影することが可能となる。

　本発明によれば、シェーディングやクロストークを抑制しつつ、撮像素子のマイクロレンズをシフトさせることなく複数の画像を並列的に並べて取得することができ、撮像装置の小型化が可能となるという効果を奏する。

本発明の実施形態に係る撮像装置の概略構成を示す説明図である。 本発明の実施形態に係る撮像装置に適用される撮像素子の概略構成を示す説明図である。 本発明の実施形態に係る撮像装置の概略構成を示す説明図である。 本発明の実施形態に係る撮像装置の概略構成を示す説明図である。 マイクロレンズの主光線補正角度及び光学系の斜入射光線角度の関係を示すグラフである。 マイクロレンズの主光線補正角度及び光学系の斜入射光線角度の関係を示すグラフである。 マイクロレンズの主光線補正角度及び光学系の斜入射光線角度の関係を示すグラフである。 本発明の実施例１に係る撮像装置の全体構成を示す断面図である。 本発明の実施例１に係る撮像装置に適用される撮像素子の説明図である。 本発明の実施例２に係る撮像システムの全体構成を示す断面図である。 本発明の実施例２に係る撮像システムの第１及び第２の領域に夫々結像する画像における被写体の向きを示す図である。 本発明の実施例２に係る撮像システムにおいて撮像素子の撮像領域に結像する画像の説明図である。 本発明の実施例２に係る撮像システムにおける画像処理部の構成を示すブロック図である。 本発明の実施例２に係る撮像システムにおける画像処理部の構成を示すブロック図である。

　以下に、本発明の実施例に係る内視鏡用撮像装置について図面を参照して説明する。
　図１に示すように、内視鏡用撮像装置は、２つの対物光学系２及び撮像素子４を備えている。

　２つの対物光学系２は、並列に配置され、それぞれ被写体からの光を集光し、撮像素子の受光面に集光した光を入射させる。図２に示すように、撮像素子４は、対物光学系２からの光を受光する感光部１２を有すると共に、感光部１２の入射側に配列された複数のマイクロレンズ１０及び色フィルタ１１を有し、マイクロレンズ１０毎に画素が割り当てられている。

　撮像素子４における各画素の感光部１２の中心は、マイクロレンズ１０の光軸に対して撮像素子４の中央部から周辺部になるに従って徐々に周辺方向に大きくなるように変位しており、対物光学系２の射出瞳位置が、対物光学系２の結像位置よりも物体側に位置するようになっている。

　ところで、光学系の像側のテレセントリックに合わせた撮像素子、すなわち、マイクロレンズの中心位置と感光部との中心の変位量が無い撮像素子（以下、この変位量を「マイクロレンズの補正量」とする）を並列的に並べ、かつ射出瞳からの主光線角度αで出射される左右立体撮像用光学系を用いて撮像した場合、対物光学系の主光線角度とマイクロレンズの補正量との差は、水平方向でα、－αであり、水平方向の差としては２αとなり、差異が大きくなる（図６参照）。

　一方、図１及び図２に示すように、対物光学系の水平方向最大像高Ｈ時の出射角度αとし、その位置での撮像素子のマイクロレンズの補正量θＨとすると、補正量と出射角度との差は
　　α－θＨ
で表すことができる。

　対物光学系の水平方向最大像高Ｈとは対物光軸に対して反対方向上でのマイクロレンズの補正量θＤと対物光学系の主光線出射角度αとの差異は、
　　－α―θＤ
で表すことができる。

　ここで、マイクロレンズの主光線補正量と対物光学系の主光線出射角度の差が、夫々の撮像範囲で、不均一だと隣の画素に移り込み等の量が変化し、シェーディングが発生する。言い換えると、マイクロレンズの補正量と対物光学系の射出瞳から主光線角度の差が、夫々の撮像範囲で均一であればシェーディングは発生しない。
　よって、シェーディングを抑制することができるマイクロレンズの補正量と対物光学系の射出瞳から主光線角度の差は、
　　（α－θＨ）－（－α―θＤ）＝２α－（θＨ－θＤ）・・・　（Ａ）
となる。

　ここで、図１に示すように、θＨ＞θＤであるため、シェーディングを抑制することができるマイクロレンズの補正量と対物光学系の射出瞳から主光線角度の差は、２αより小さくなり上記（Ａ）式よりもより良い条件ということができ、シェーディングを抑制することが可能となる。よって、θＨが有限であること、すなわち、マイクロレンズの補正量が有限であることが望ましい。

　そして、α－θＨ＝－α－θＤであるとき、夫々のマイクロレンズの補正量と対物レンズの主光線角度の差が均一であり、シェーディングが発生しないと言うことができる。
　よって、（θＨ－θＤ）／α＝２がシェーディング発生しない望ましい条件である。

　一方、画面中心の色再現低下、解像力低下は画質に大きな影響を与えると考えられるため、クロストークは全体的に抑えつつ、画面中心ではより抑える構成にするのが望ましい。

　以下に、クロストークは全体的に抑えつつ、画面中心ではより抑えるための条件を考察する。
　図４に示すように、マイクロレンズの主光線補正角度、及び光学系の斜入射光線角度の符号を撮像素子中心軸から水平方向最大像高の方向を負と設定する。
　この場合、マイクロレンズの主光線補正角度及び光学系の斜入射光線角度は図５Ａ及び図５Ｂに示すグラフのように負の方向に大きくなっていく。

　緑色の線は上記二つの角度の差（斜入射角－主光線補正量）である。主光線補正角（青色グラフ）をパラメータとし、画面全体で差が均等になるようにバランスをとったものが左である。

　以上のことから、本実施形態に係る内視鏡用撮像装置は、以下の条件式を満足するように構成することが好ましい。以下の条件式の上限を超える、又は下限を下回るとシェーディングが大きくなる。

　　０．５≦（θＨ－θＤ）／α≦３・・・　（１）
　ただし、αは水平方向最大像高の主光線と光軸とのなす角であり、θＨは撮像素子中心部から水平方向最大像高（Ｈ）の位置に対応するマイクロレンズの主光線補正量（角度）であり、θＤは撮像素子中心部から水平方向像高（Ｄ）の位置に対応するマイクロレンズの主光線補正量（角度）であり、像高（Ｄ）の位置は対物光学系の光軸を対称軸としてα度分撮像素子の中心部へ引いた線と撮像素子との交点である。

　内視鏡用撮像装置が、以下の条件式を満足するように構成されていることが好ましい。
　　０＜Ｋ×Ｔａｎ（θｃ）≦Ｐ／２・・・　（２）
　ただし、θｃは水平方向の像高（Ｃ）の位置に対応するマイクロレンズの主光線補正量（角度）であり、像高（Ｃ）の位置は前記対物光学系の光軸と撮像素子との交点である。Ｐは撮像素子の画素ピッチであり、Ｋは撮像素子のマイクロレンズの面頂から画素（感光素子）までの距離である。

　Ｋ×ｔａｎ（θｃ）が負になると図３のように、マイクロレンズの補正量が図１とは光軸を対称軸として反対の方向から入射する光線を補正することになる。このようなマイクロレンズの補正量のθcが負になる光学系は、射出瞳位置が像面より物体側とは反対側にあることになる。そのような光学系は、光学系自体が大きくなり、撮像装置自体が大きくなってしまう。

　Ｋ×ｔａｎ（θｃ）が０になると、対物光学系の主光線角度とマイクロレンズの補正量との差は、水平方向でα、－αであり、水平方向の差としては２αとなり、図６に示すように差異が大きくなる。よって、ｋｔａｎ（θｃ）は０°より大きくすることが望ましい。Ｋｔａｎ（θｃ）が、Ｐ／２を超えてしまうと、主光線が隣の画素に入り、色シェーディングが発生してしまう。

　さらに、以下の条件式を満足するように構成することで、混色を抑えることが可能となる。
　　Ｐ／２≧Ｋ×（Ｔａｎ（θＨ）－Ｔａｎ（α））・・・　（３）
　　Ｐ／２≧Ｋ×（Ｔａｎ（α）－Ｔａｎ（θＤ））・・・　（４）
　ただし、αは水平方向最大像高の主光線と光軸とのなす角であり、θＨは撮像素子中心部から水平方向最大像高（Ｈ）の位置に対応するマイクロレンズの主光線補正量（角度）であり、θＤは撮像素子中心部から水平方向像高（Ｄ）の位置に対応するマイクロレンズの主光線補正量（角度）であり、像高（Ｄ）の位置は対物光学系の光軸を対称軸としてα度分撮像素子の中心部へ引いた線と撮像素子との交点であり、Ｐは撮像素子の画素ピッチであり、Ｋは撮像素子のマイクロレンズの面頂から画素（感光素子）までの距離である。Ｋ×Ｔａｎ（θＨ）－Ｋ×Ｔａｎ（α）がＰ／２を超えてしまうと、対物光学系２から角度αで出射した主光線が、隣の画素に入り、色シェーディングが発生してしまう。また、Ｋ×Ｔａｎ（α）－Ｋ×Ｔａｎ（θＤ）がＰ／２を超えてしまうと、対物光学系２から角度－αで出射した主光線が、隣の画素に入り、色シェーディングが発生してしまう。

（実施例１）
　以下に、本発明の実施例１に係る内視鏡用撮像装置について図面を参照して説明する。
　図７は、本実施例に係る内視鏡用撮像装置の全体構成を示す断面図を示している。図７に示すように、内視鏡用撮像装置は、間隔をあけて並列に配列される２つの対物光学系２と、該対物光学系２の後段に配置される２つの平行四辺形プリズム３と、平行四辺形プリズム３の後段に配置される１つの撮像素子４と、絞り部５ａ，５ｂとを備えている。

　２つの対物光学系２は、夫々物体側から順に、負の屈折力を有する第１群６と、正の屈折力を有する第２群７とを備えている。対物光学系２により集光された光束は、第１群６によって細径にされた後に拡がり、第２群７によって再度集光されてその焦点位置に結像されるようになっている。第２群７の焦点位置は、後述する撮像素子４の撮像面４ａに一致させられている。対物光学系２の射出瞳位置は、撮像素子４よりも物体側となるように設計されている。対物光学系２の水平像高方向Ｈの最大の主光線出射角度は８度である（図５Ａ参照）。

　平行四辺形プリズム３は、第１面３ａ、第２面３ｂ、第３面３ｃ、及び第４面３ｄを備えている。第１面３ａは、対物光学系２の第２群７から出射された光を入射させるように対物光学系２の光軸（入射光軸）Ａに直交して配置され、第２面３ｂは、第１面３ａから内部に入射した光を偏向させるように対物光学系２の光軸Ａに対して４５°の角度をなして配置されている。第３面３ｃは、第２面３ｂに平行に配置され、第４面３ｄは、第１面３ａと平行に配置されている。

　入射光軸Ａに沿って第１面３ａから平行四辺形プリズム３の内部に入射した光は、第２面３ｂと第３面３ｃにおいて２回偏向された後、入射光軸Ａに平行な出射光軸Ｂに沿って第４面３ｄから後段の撮像素子４に向けて出射されるようになっている。

　このとき、２つの平行四辺形プリズム３を入射光軸Ａの間隔よりも出射光軸Ｂの間隔が狭くなるように配置することにより、２つの対物光学系２により集光されて撮像素子４の撮像面４ａに結像される光学像を相互に近接させることができ、２つの光学像を同時に取得する撮像素子４の撮像面４ａの大きさを小さくすることができる。

　撮像素子４は、例えば、ＣＣＤであって、図８に示すように、撮像面４ａ上の２箇所の有効受光領域に、各対物光学系２により集光された２つの光学像が並んで結像されるようになっている。
　図２に示すように、撮像素子４の感光部（例えば、光電変換素子）１２の物体側にマイクロレンズ１０及び色フィルタ１１が画素毎に配置されている。

　マイクロレンズ１０の中心位置と感光部１２の中心との変位量は、撮像素子４の中心位置Ｑを中心に周辺方向になるにつれて、増えていく。変位量は、マイクロレンズ１０の中心位置と感光部１２の中心を結んだ線と対物光学系２の光軸とのなす角度（以下、「マイクロレンズの補正量」という）で表すと水平方向最大像高位置で２０度となっている。

　このとき、マイクロレンズの補正量と対物光学系２の主光線出射角度との差異をとると図５Ａのようになる。このようにすることで、マイクロレンズの補正量と対物光学系２の主光線出射角度との差異が、撮像面４ｂ，４ｃでは均一的になり、輝度・色シェーディングが発生しない。よって、一つの撮像素子でありながら、左右の視差のある像を結像することで立体観察ができ、かつシェーディングも発生せずに良好な画質で観察が可能となる。

　更に、この撮像素子４のマイクロレンズの補正量に対して、対物光学系１の射出瞳位置を合わせると（図２のような撮像装置の場合）、シェーディングが発生することはない。よって、図２のような撮像素子４の全て画素を一つの像で形成するような撮像装置でも、本撮像素子をそのまま適用することが可能である。かつ、本実施例のような並列的に二つの像を形成する撮像装置にも適用できるため、各撮像装置に応じてマイクロレンズの補正量を変更させた撮像素子を製造する必要がなくなり、撮像素子の製造コストが嵩むことがなくなる。

　対物光学系２の射出瞳位置が、撮像素子４よりも物体側に設計しているため、プリズム３が小さく可能であり、小さい撮像装置でありながら立体観察も可能となる。

（実施例２）
　図９Ａおよび図９Ｂは本発明の実施例２にかかる撮像装置システムの構成を示す説明図で、図９Ａは全体構成を模式的に示す図、図９Ｂは撮像素子の第１及び第２の領域に夫々結像する画像における被写体の向きを示す図である。

　本実施例に係る撮像装置システムは、対物レンズ２１、偏光解消板２２、撮像素子２３、偏光ビームスプリッタ２４、波長板２５、第１反射部材２６、第２反射部材２７及び画像処理部２８を有している。撮像装置システムは、画像表示装置２０に接続され、撮像装置システムにより取得された画像を画像表示装置２０に表示することができるようになっている。

　対物レンズ２１は、物体からの光束を結像させる機能を有し、射出瞳位置は撮像素子２３よりも物体側になるように構成されている。
　偏光解消板２２は、対物レンズ１と偏光ビームスプリッタ２４との間に配置されている。撮像素子２３は、ローリングシャッタ方式のＣＭＯＳセンサで構成され、対物レンズ２１の結像位置近傍に配置されている。撮像素子２３は、撮像素子２３におけるマイクロレンズ（図示せず）の光軸に対する各画素の感光部の中心が、撮像素子２３の中央部から周辺部になるに従って徐々に周辺方向に大きく変位するようになっている。さらに、撮像素子２３よりも物体側に、対物レンズ２１の射出瞳位置が位置するように設定する。

　偏光ビームスプリッタ２４は、対物レンズ２１と撮像素子２３との間の光路上であって撮像素子３における第１領域２３ａの上方に配置され、偏光ビームスプリッタ面２４ａで対物レンズ１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。ここでは、偏光ビームスプリッタ２４は、Ｓ偏光成分の直線偏光を反射し、Ｐ偏光成分の直線偏光を透過するものとする。

　波長板２５は、λ／４板からなり、光軸を中心に回転可能に構成されている。
　第１反射部材２６は、ミラーで構成されており、偏光ビームスプリッタ面２４ａで反射し、波長板２５を透過した光束を折り返して反射させる。
　第２反射部材２７は、プリズムで構成されており、全反射面２７ａで偏光ビームスプリッタ４を透過した光を反射させる。プリズムは、全反射面２７ａにミラーコートを施して反射面を構成してもよい。

　そして、本実施例に係る撮像装置システムは、波長板２５及び偏光ビームスプリッタ２４を介して第１反射部材２６で反射した光束を撮像素子２３における第１領域２３ａに結像させ、他方、第２反射部材２７で反射した光束を撮像素子２３における第１領域２３ａとは異なる第２領域２３ｂに結像させる。

　画像処理部２８は、撮像素子２３に接続し、図示省略した中央処理演算装置に設けられていて、第１画像処理部２８ａ１と、第２画像処理部２８ａ２と、第３画像処理部２８ａ３と、第４画像処理部２８ａ４と、第５画像処理部２８ａ５を有している。
　第１画像処理部２８ａは、第１領域３ａの画像と第２領域２３ｂの画像の向き（回転）を補正するように構成されている。

　第１領域２３ａ、第２領域２３ｂに結像する画像の向きは、例えば、図１０に示すような”Ｆ”の文字を観察する場合、夫々図９Ｂに示すような向きになる。即ち、第１領域２３ａに結像する画像は、第１領域２３ａの中心点を中心として時計回りに９０度回転するとともに、第１領域２３ａの中心点を通る図９Ｂにおける縦方向の軸を中心として１８０度回転した向きとなっている。第２領域２３ｂに結像する画像は、第２領域３ｂの中心点を中心として時計回りに９０度回転した向きとなっている。

　そこで、第１領域２３ａ、第２領域２３ｂの夫々に結像する画像を画像表示装置２０に表示させる場合には、第１画像処理部２８ａを介して、第１領域２３ａ、第２領域２３ｂの夫々に結像する画像を夫々の領域の中心点を中心として反時計回りに９０度回転させ、更に第１領域２３ａの画像に対しては第１領域３ａの中心点を通る図９Ｂにおける縦方向の軸を中心として１８０度回転させて鏡像を補正する。

　第３画像処理部２８ｃは、第１領域２３ａの画像と第２領域２３ｂの画像の夫々のホワイトバランスを調整可能に構成されている。
　第４画像処理部２８ｄは、第１領域２３ａの画像と第２領域２３ｂの画像の夫々の中心位置の移動（選択）可能に構成されている。
　第５画像処理部２８ｅは、第１領域２３ａの画像と第２領域２３ｂの画像の夫々の表示範囲（倍率）を調整可能に構成されている。

　第２画像処理部２８ｂは、本発明の画像選択部に相当し、第１領域２３ａの画像と第２領域２３ｂの画像とを比較し、焦点が合った領域の画像を表示用画像として選択するように構成されている。
　詳しくは、第２画像処理部２８ｂは、例えば、図１１Ａに示すように、夫々の領域２３ａ，２３ｂに接続する高域通過フィルタ２８ｂ１ａ，２８ｂ１ｂと、高域通過フィルタ２８ｂ１ａ，２８ｂ１ｂに接続する比較器２８ｂ２と、比較器２８ｂ２及び夫々の領域２３ａ，２３ｂに接続する切替器２８ｂ３を有し、第１領域２３ａ，第２領域２３ｂの画像を、高域通過フィルタ２８ｂ１ａ，２８ｂ１ｂで高域成分を抽出し、抽出した高域成分を比較器２８ｂ２で比較し、高域成分の多い領域の画像を切替器２８ｂ３で選択するように構成される。

　例えば、図１１Ｂに示すように、一方の領域２３ａのみに接続するデフォーカスフィルタ２８ｂ４と、デフォーカスフィルタ２８ｂ４に接続するとともに他方の領域３ｂに接続する比較器２８ｂ２と、一方の領域２３ａ及び比較器２８ｂ２に接続する切替器８ｂ３を有し、デフォーカスフィルタ２８ｂ４によりデフォーカスされた一方の領域２３ａの画像信号とでフォーカスされていない他方の領域３ｂの画像信号を比較器８ｂ２で比較し、一致した部分は他の領域２３ｂの画像、一致しない部分は領域２３ａの画像、を切替器２８ｂ３で選択するように構成してもよい。

　画像表示装置２０は、第２画像処理部２８ｂが選択した画像を表示する表示領域を有している。画像表示装置２０は、第１及び第２の領域２３ａ，２３ｂの夫々に結像する画像を表示する表示領域を有していてもよい。

　このように構成された撮像装置システムでは、対物レンズ２１からの光束は、偏光解消板２２を通り、偏光方向の偏りが解消された状態で、偏光ビームスプリッタ２４に入射する。偏光ビームスプリッタ２４に入射した光は、偏光ビームスプリッタ面２４ａで直線偏光のＳ偏光成分とＰ偏光成分とに分離される。

　偏光ビームスプリッタ面２４ａで反射したＳ偏光成分の直線偏光の光束は、λ／４板２５を通り偏光状態が円偏光に変換され、ミラー２６で反射する。ミラー２６で反射した光束は、再びλ／４板２５を通り、偏光状態が円偏光からＰ偏光成分の直線偏光に変換され、再び偏光ビームスプリッタ２４に入射し、偏光ビームスプリッタ面２４ａを透過して、ＣＭＯＳセンサ２３の第１領域２３ａに結像する。

　対物レンズ１、偏光解消板２２を経て、偏光ビームスプリッタ２４に入射したときに偏光ビームスプリッタ面４ａを透過したＳ偏光成分の直線偏光の光束は、プリズム２７の全反射面２７ａで反射され、ＣＭＯＳセンサ２３の第２領域２３ｂに結像する。
　ＣＭＯＳセンサ３は、上述したようにローリングシャッタ方式で構成されており、図９Ｂに矢印で示す方向に１ラインずつ画像を読み出す。

　第２画像処理部２８ｂは、１ラインずつ読み出された、第１領域２３ａ、第２領域２３ｂの夫々に結像する画像を比較し、焦点が合った画像を表示用画像として選択する。
　第２画像処理部２８ｂが選択した１ラインずつの画像は、合成されて画像表示装置２０に表示される。

　本実施例に係る撮像素子システムによれば、分割素子として偏光ビームスプリッタ２４を用いるとともに、波長板２５を用いたので、波長板２５を介して偏光ビームスプリッタ２４を反射した光束の偏光方向を９０度変換することにより、第１領域２３ａ及び第２領域２３ｂに結像する２つの画像の明るさを略同じに保つことができる。そして、波長板としてλ／４板２５を用いたので、偏光ビームスプリッタ２４を反射した光束を第１の反射部材２５で折り返すことにより光束の偏光方向が９０度変換され、光束の明るさを殆どロスすることなく、効率的に撮像素子２３に結像させることが可能となる。

　第１領域２３ａ及び第２領域２３ｂに夫々結像する２つの画像の明るさを考慮しなくてよい場合には、分割素子２４としてハーフミラーを用いてもよい。
　本実施例に係る撮像装置システムによれば、画像選択部としての第２画像処理部２８ｂが、第１領域２３ａと第２領域２３ｂとに結像した夫々の画像を比較し、焦点が合った領域の画像を表示用画像として選択するので、連続した範囲で焦点深度が深い画像が得られ、画像表示装置２０を介して、連続した広い範囲で被写界深度の深い被観察像を観察することができる。

　本実施例に係る撮像装置システムによれば、第１画像処理部２８ａを有し、第１領域２３ａ及び第２領域２３ｂに結像した２つの画像の向き（回転）を調整可能であるため、２つの画像を同じ向きにして表示することができる。第１画像処理部２８ａにより、プリズム等の製造誤差を原因とする２つの画像の回転量も補正可能であるため、像の向きを補正するための機械的なプリズムの調整機構等を備える必要がなくて済む。このため、撮像装置全体の大きさを小型化することができ、また、製造コストを低減できる。
　第３画像処理部２８ｃを有しているので、光学系のコーティング製造誤差を原因として、第１領域２３ａ及び第２領域２３ｂに結像した２つの画像に色の差が生じる場合、２つの画像の夫々のホワイトバランスを調整することができる。

　さらに、第４画像処理部２８ｄ、第５画像処理部２８ｅを有しているので、プリズム２７や偏光ビームスプリッタ２４の組立誤差や製造誤差等を原因として、第１領域２３ａ及び第２領域２３ｂに結像した２つの画像の中心位置や倍率が合わなくなる場合、中心位置や表示範囲を調整することで、２つの画像の位置ずれ・倍率ずれを補正することができる。

　第１領域２３ａ及び第２領域２３ｂに結像した夫々の画像に対する電子シャッタの速度を調整可能な撮像処理部（図示省略）を備えるとより好ましい。このようにすることで、電子シャッタの速度を調整することで、第１領域２３ａ及び第２領域２３ｂに結像する２つの画像の明るさを調整することができる。

　λ／４板２５を、光軸を中心として回転可能に構成したので、λ／４板２５を回転することで光束の偏光状態を調整し、偏光ビームスプリッタ２４を透過して第１領域２３ａに入射する光量を調整することができる。このため、光学系の製造誤差等を原因とする第１領域２３ａ及び第２領域２３ｂに結像した２つの画像の明るさの差を簡単に調整することができる。

　対物レンズ２１の射出瞳位置を撮像素子よりも物体側に設定したため対物レンズ２１が小さくなり、更にプリズムに入射する光線高も小さくなるため、プリズム２７、偏光ビームスプリッタ２４が小さくなり小型で、ピント位置が異なる撮像装置が可能となる。

　対物レンズ２１の射出瞳位置を撮像素子よりも物体側に設定し、ＣＭＯＳセンサ２３が、マイクロレンズの光軸に対する各画素の感光部の中心の変位がＣＭＯＳセンサの中央部から周辺部になるに従って徐々に周辺方向に大きくなるようにしている。このためシェーディングが少なく、かつ深度が広い撮像装置が可能となる。

　被写体２０から対物レンズ２１を通った光束が、偏光方向の偏った偏光成分（例えば、Ｐ偏光成分のみ）を有している場合、偏光解消板２２を備えていないと偏光ビームスプリッタ２４で反射する光束の光量と透過する光束の光量とが大きく異なってしまう。その結果、画像選択部２８ａ２により第１領域２３ａ及び第２領域２３ｂに結像した２つの画像を比較してピントの合った画像を１ラインごとに選択し、選択した１ラインごとの画像を用いて全体画像を合成したときに、合成した全体画像の明るさがラインごとに異なり、観察に支障をきたす可能性がある。

　このように、本実施例に係る撮像装置システムによれば、偏光解消板２２を備えたので、対物レンズ２１を通った光束が偏光方向の偏った偏光成分を有していても、偏光解消板２２を通過させることで光束の偏光方向をランダムにすることができ、第１領域２３ａ及び第２領域２３ｂに結像する２つの画像の明るさを略同じにすることができる。その結果、画像選択部２８ａ２により第１領域３ａ及び第２領域２３ｂに結像した２つの画像を比較してピントの合った画像を１ラインごとに選択し、選択した１ラインごとの画像を用いて全体画像を合成したときに、各ラインで一様の明るさの全体画像が得られる。

　２　対物レンズ
　４　撮像素子
　１０　マイクロレンズ
　１１　色フィルタ
　１２　感光部

Claims (5)

1. 　被写体からの光を集光し、並列的に２つの像を形成する対物光学系と
   　該対物光学系からの光の入射側に配列された複数のマイクロレンズを有し、該マイクロレンズ毎に画素が割り当てられた撮像素子と、
   を備え、
   　前記撮像素子における各画素の感光部の中心が、前記マイクロレンズの光軸に対して前記撮像素子の中央部から周辺部になるに従って徐々に周辺方向に大きくなるように変位しており、
   　前記対物光学系の射出瞳位置が、前記対物光学系の結像位置よりも物体側にあり、
   　以下の条件式を満足する内視鏡用撮像装置。
   　　０．５≦（θＨ－θＤ）／α≦３・・・　（１）
   ただし、αは対水平方向最大像高の主光線と光軸とのなす角であり、θＨは撮像素子中心部から水平方向最大像高（Ｈ）のマイクロレンズの主光線補正量（角度）であり、θＤは、撮像素子中心部からの距離Ｄ上のマイクロレンズの主光線補正量（角度）であり、像高（Ｄ）の位置は対物光学系の光軸を対称軸としてα度分撮像素子の中心部へ引いた線と撮像素子との交点である。
2. 　以下の条件式を満足する請求項１記載の内視鏡用撮像装置。
   　　０＜Ｋ×Ｔａｎ（θｃ）≦Ｐ／２・・・　（２）
   　ただし、θｃは水平方向の像高（Ｃ）の位置に対応するマイクロレンズの主光線補正量（角度）であり、像高（Ｃ）の位置は前記対物光学系の光軸と撮像素子との交点である。Ｐは撮像素子の画素ピッチであり、Ｋは撮像素子のマイクロレンズの面頂から画素（感光素子）までの距離である。
3. 　以下の条件式を満足する請求項２記載の内視鏡用撮像装置。
   　　Ｐ／２≧Ｋ×（Ｔａｎ（θＨ）－Ｔａｎ（α））・・・　（３）
   　　Ｐ／２≧Ｋ×（Ｔａｎ（α）－Ｔａｎ（θＤ））・・・　（４）
   　αは水平方向最大像高の主光線と光軸とのなす角であり、θＨは撮像素子中心部から水平方向最大像高（Ｈ）の位置に対応するマイクロレンズの主光線補正量（角度）であり、θＤは撮像素子中心部から水平方向像高（Ｄ）の位置に対応するマイクロレンズの主光線補正量（角度）であり、像高（Ｄ）の位置は対物光学系の光軸を対称軸としてα度分撮像素子の中心部へ引いた線と撮像素子との交点であり、Ｐは撮像素子の画素ピッチであり、Ｋは撮像素子のマイクロレンズの面頂から画素（感光素子）までの距離である。
4. 　前記対物光学系が、
   　並列に配列され、被写体の光学像を前記撮像素子に結像させる二つの対物レンズと、
   　該対物レンズと前記撮像素子との間に配置され、前記対物光学系の光軸を変位させるための反射部材と、
   を有する請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の内視鏡用撮像装置。
5. 　前記対物光学系が、光路分割手段を備え、
   　該光路分割手段によって分割した被写体の光学像を、夫々ピント位置を変えた光学像として前記撮像素子に結像させる請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の内視鏡用撮像装置。
   　

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