本發(fā)明涉及一種內(nèi)窺鏡系統(tǒng)、尤其是景深內(nèi)窺鏡系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

一般眾所周知的是，在以內(nèi)窺鏡系統(tǒng)為首的具備攝像元件的設(shè)備中，隨著攝像元件的高像素化而景深變窄。即，在攝像元件中，當(dāng)為了使像素數(shù)增加而減小像素間距(1個像素的縱橫尺寸)時，與其相應(yīng)地，容許模糊圈也變小，因此攝像裝置的景深變窄。

為了擴(kuò)展景深，例如在專利文獻(xiàn)1中公開了一種將自圖像分割來成像并通過圖像處理將獲取到的圖像合成而使深度擴(kuò)展的結(jié)構(gòu)。另外，例如在專利文獻(xiàn)2中公開了一種將自圖像分割來成像并通過圖像處理將獲取到的圖像合成而使深度擴(kuò)展的結(jié)構(gòu)。在該結(jié)構(gòu)中，能夠使用一個攝像元件來獲取圖像，因此在成本方面也是優(yōu)秀的。

專利文獻(xiàn)1：日本專利第4226235號公報

專利文獻(xiàn)2：日本專利第5593004號公報

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的問題

專利文獻(xiàn)1的結(jié)構(gòu)需要多個攝像元件，成本過高，因此并不理想。另外，專利文獻(xiàn)2的結(jié)構(gòu)沒有關(guān)于中心區(qū)域和周邊區(qū)域的圖像規(guī)定物鏡光學(xué)系統(tǒng)的恰當(dāng)?shù)臈l件。因此，無法從中心區(qū)域到周邊區(qū)域都進(jìn)行充分的像差校正，從而存在難以獲得良好的圖像的情況。

本發(fā)明是鑒于這樣的問題點而完成的，其目的在于提供一種能夠獲取景深被擴(kuò)展并被良好地校正了像差的高圖像質(zhì)量的圖像的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)。

用于解決問題的方案

為了解決上述的問題并達(dá)到目的，本發(fā)明提供以下的方案。

本發(fā)明所涉及的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的一個方式的特征在于，具有：

物鏡光學(xué)系統(tǒng)；

光路分割單元，其將由物鏡光學(xué)系統(tǒng)獲得的被攝體像分割為焦點不同的兩個光學(xué)像；

攝像元件，其獲取光學(xué)像；以及

圖像合成處理部，其針對獲取到的兩個光學(xué)像，在規(guī)定區(qū)域選擇對比度相對高的圖像來生成合成圖像，

其中，物鏡光學(xué)系統(tǒng)在最靠近物體側(cè)的位置具有負(fù)的第一透鏡，

該內(nèi)窺鏡系統(tǒng)滿足以下的條件式(1)、(2)，

3＜D_diff/im_pitch＜100…(1)

0.005＜D_diff/R1_r＜1.0…(2)

在此，D_diff為兩個光學(xué)像的光路長差的空氣當(dāng)量長度，

im_pitch為攝像元件的像素間距，

R1_r為負(fù)的第一透鏡的像側(cè)面的曲率半徑。

發(fā)明的效果

本發(fā)明的一個實施方式所涉及的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)起到如下效果：能夠獲取景深被擴(kuò)展并被良好地校正了像差的高圖像質(zhì)量的圖像。

附圖說明

圖1是表示本發(fā)明的一個實施方式所涉及的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)所具有的物鏡光學(xué)系統(tǒng)、光路分割單元以及攝像元件的截面結(jié)構(gòu)的圖。

圖2是表示本發(fā)明的實施例1所涉及的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)所具有的物鏡光學(xué)系統(tǒng)、光路分割單元以及攝像元件的截面結(jié)構(gòu)的圖，(a)是通常觀察狀態(tài)下的截面圖，(b)是近距觀察狀態(tài)下的截面圖。

圖3的(a)、(b)、(c)、(d)分別表示實施例1的通常觀察狀態(tài)下的球面像差(SA)、像散(AS)、畸變像差(DT)以及倍率色像差(CC)，(e)、(f)、(g)、(h)分別是表示近距觀察狀態(tài)下的球面像差(SA)、像散(AS)、畸變像差(DT)以及倍率色像差(CC)的像差圖。

圖4是表示本發(fā)明的實施例2所涉及的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)所具有的物鏡光學(xué)系統(tǒng)、光路分割單元以及攝像元件的截面結(jié)構(gòu)的圖，(a)是通常觀察狀態(tài)下的截面圖，(b)是近距觀察狀態(tài)下的截面圖。

圖5的(a)、(b)、(c)、(d)分別表示實施例2的通常觀察狀態(tài)下的球面像差(SA)、像散(AS)、畸變像差(DT)以及倍率色像差(CC)，(e)、(f)、(g)、(h)分別是表示近距觀察狀態(tài)下的球面像差(SA)、像散(AS)、畸變像差(DT)以及倍率色像差(CC)的像差圖。

圖6是表示本發(fā)明的實施例3所涉及的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)所具有的物鏡光學(xué)系統(tǒng)、光路分割單元以及攝像元件的截面結(jié)構(gòu)的圖，(a)是通常觀察狀態(tài)下的截面圖，(b)是近距觀察狀態(tài)下的截面圖。

圖7的(a)、(b)、(c)、(d)分別表示實施例3的通常觀察狀態(tài)下的球面像差(SA)、像散(AS)、畸變像差(DT)以及倍率色像差(CC)，(e)、(f)、(g)、(h)分別是表示近距觀察狀態(tài)下的球面像差(SA)、像散(AS)、畸變像差(DT)以及倍率色像差(CC)的像差圖。

圖8是表示本發(fā)明的實施方式所涉及的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的功能框圖。

圖9是本發(fā)明的實施方式所涉及的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)所具有的光路分割單元和攝像元件的概要結(jié)構(gòu)圖。

圖10是本發(fā)明的實施方式所涉及的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)所具有的攝像元件的概要結(jié)構(gòu)圖。

圖11是表示在本發(fā)明的實施方式所涉及的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)中將兩個光學(xué)像合成時的流程的流程圖。

圖12是表示在本發(fā)明的實施方式所涉及的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)中利用分束器進(jìn)行奇數(shù)次的反射之后成像于攝像元件的情況下的成像狀態(tài)的圖。

具體實施方式

以下，對于本實施方式所涉及的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，使用附圖來說明采用這種結(jié)構(gòu)的理由和作用。此外，本發(fā)明并不限定于以下的實施方式。

本實施方式所涉及的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)具有：物鏡光學(xué)系統(tǒng)；光路分割單元，其將由物鏡光學(xué)系統(tǒng)獲得的被攝體像分割為焦點不同的兩個光學(xué)像；攝像元件，其獲取光學(xué)像；以及圖像合成處理部，其針對獲取到的兩個光學(xué)像，在規(guī)定區(qū)域選擇對比度相對高的圖像來生成合成圖像，其中，物鏡光學(xué)系統(tǒng)在最靠近物體側(cè)的位置具有負(fù)的第一透鏡，該內(nèi)窺鏡系統(tǒng)滿足以下的條件式(1)、(2)。

3＜D_diff/im_pitch＜100…(1)

0.005＜D_diff/R1_r＜1.0…(2)

在此，D_diff為兩個光學(xué)像的光路長差的空氣當(dāng)量長度，

im_pitch為攝像元件的像素間距，

R1_r為負(fù)的第一透鏡的像側(cè)面的曲率半徑。

通過獲取焦點不同的兩個光學(xué)像并生成合成圖像，能夠獲得景深廣的圖像。為了對光路進(jìn)行分割而需要配置棱鏡部件等光學(xué)構(gòu)件。因此，需要使從物鏡光學(xué)系統(tǒng)的最終面到成像位置為止的距離(FB)與通常的光學(xué)系統(tǒng)相比長。

通過對物鏡光學(xué)系統(tǒng)的第一透鏡使用具有負(fù)折射力的透鏡，由此能夠以較少的透鏡構(gòu)成個數(shù)來獲得較長的FB，因此是優(yōu)選的。

條件式(1)規(guī)定了焦點不同的兩個光學(xué)像的適當(dāng)?shù)慕裹c差。在滿足條件式(1)的情況下，能夠維持適當(dāng)?shù)慕裹c差。因此，能夠使景深變大并獲取良好的圖像。

當(dāng)超過條件式(1)的上限值時，導(dǎo)致兩個光學(xué)像的焦點差變得過大。因此，即使生成兩個光學(xué)像的合成圖像，也導(dǎo)致存在不聚焦的被攝體距離，因此并不理想。

當(dāng)?shù)陀跅l件式(1)的下限值時，兩個光學(xué)像的焦點差變得過小。因此，使景深變大的效果降低，因此并不理想。

條件式(2)規(guī)定了兩個光學(xué)像的焦點差與負(fù)的第一透鏡的適當(dāng)?shù)年P(guān)系。

當(dāng)超過條件式(2)的上限值時，由負(fù)的第一透鏡產(chǎn)生的軸外像差的產(chǎn)生量變大。因此，導(dǎo)致圖像周邊處的圖像質(zhì)量劣化，因此并不理想。

當(dāng)?shù)陀跅l件式(2)的下限值時，負(fù)的第一透鏡的焦度(折射力)變得過小。因此，無法獲得需要的FB，從而并不理想。

此外，期望代替條件式(1)而滿足以下的條件式(1)’。

20＜D_diff/im_pitch＜60…(1)’

進(jìn)一步地，期望代替條件式(1)而滿足以下的條件式(1)”。

25＜D_diff/im_pitch＜45…(1)”

此外，期望代替條件式(2)而滿足以下的條件式(2)’。

0.020＜D_diff/R1_r＜0.1…(2)’

進(jìn)一步地，期望代替條件式(2)而滿足以下的條件式(2)”。

0.025＜D_diff/R1_r＜0.045…(2)”

另外，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的方式，期望滿足以下的條件式(3)、(4)。

-0.05＜D_diff/R1_f＜0.05…(3)

-1.0＜D_diff/FL_L01＜-0.005…(4)

在此，D_diff為兩個光學(xué)像的光路長差的空氣當(dāng)量長度，

R1_f為負(fù)的第一透鏡的物點側(cè)面的曲率半徑，

FL_L01為第一透鏡的焦距。

此外，F(xiàn)L_L01的焦距為e線上的焦距。

條件式(3)、(4)分別規(guī)定了兩個光學(xué)像的焦點差與負(fù)的第一透鏡之間的適當(dāng)?shù)年P(guān)系。

當(dāng)超過條件式(3)的上限值或低于條件式(3)的下限值時，導(dǎo)致透鏡的第一面的曲率半徑變得過小，疏水性變差。由此，導(dǎo)致形成附著了水滴那樣的局部焦點模糊的圖像，因此并不理想。

當(dāng)?shù)陀跅l件式(4)的下限值時，由負(fù)的第一透鏡產(chǎn)生的軸外像差的產(chǎn)生量變大。因此，導(dǎo)致周邊區(qū)域處的圖像質(zhì)量劣化，因此并不理想。

當(dāng)超過條件式(4)的上限值時，導(dǎo)致負(fù)的第一透鏡的焦度變得過小。由此，無法獲得需要的FB，因此并不理想。

此外，期望代替條件式(3)而滿足以下的條件式(3)’。

-0.005＜D_diff/R1_f＜0.005…(3)’

進(jìn)一步地，期望代替條件式(3)而滿足以下的條件式(3)”。

-0.001＜D_diff/R1_f＜0.001…(3)”

此外，期望代替條件式(4)而滿足以下的條件式(4)’。

-0.8＜D_diff/FL_L01＜-0.02…(4)’

進(jìn)一步地，期望代替條件式(4)而滿足以下的條件式(4)”。

-0.4＜D_diff/FL_L01＜-0.03…(4)”

另外，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的方式，期望滿足以下的條件式(5)、(6)。

0.01＜D_diff/fw＜2.0…(5)

0.002＜D_diff/FB＜0.05…(6)

在此，D_diff為兩個光學(xué)像的光路長差的空氣當(dāng)量長度，

fw為物鏡光學(xué)系統(tǒng)的焦距，

FB為從物鏡光學(xué)系統(tǒng)的最終透鏡到成像位置為止的空氣當(dāng)量長度。

條件式(5)規(guī)定了焦點不同的兩個光學(xué)像的焦點差與物鏡光學(xué)系統(tǒng)的焦距之間的適當(dāng)?shù)年P(guān)系。

在滿足條件式(5)的情況下，兩個圖像存在適當(dāng)?shù)慕裹c差。因此，能夠使景深變大并獲得良好的圖像。

當(dāng)超過條件式(5)的上限值時，兩個圖像的焦點差變得過大。由此，即使生成兩個光學(xué)像的合成圖像，也存在導(dǎo)致焦點模糊的被攝體的距離，因此并不理想。

當(dāng)?shù)陀跅l件式(5)的下限值時，兩個圖像的焦點差過小。由此，使景深變大的效果小，因此并不理想。

條件式(6)規(guī)定了光學(xué)像的焦點差與FB的適當(dāng)?shù)谋取?/p>

當(dāng)超過條件式(6)的上限值時，F(xiàn)B變得過短。因此，不存在用于配置將光路進(jìn)行分割的光學(xué)元件的空間上的間隔，因此并不理想。

當(dāng)?shù)陀跅l件式(6)的下限值時，F(xiàn)B明顯變得過長。其結(jié)果，需要顯著地增大第一透鏡的折射力，主要產(chǎn)生了軸外的像差，因此并不理想。

此外，期望代替條件式(5)而滿足以下的條件式(5)’。

0.03＜D_diff/fw＜1.0…(5)’

進(jìn)一步地，期望代替條件式(5)而滿足以下的條件式(5)”。

0.045＜D_diff/fw＜0.75…(5)”

此外，期望代替條件式(6)而滿足以下的條件式(6)’。

0.005＜D_diff/FB＜0.02…(6)’

進(jìn)一步地，期望代替條件式(6)而滿足以下的條件式(6)”。

0.008＜D_diff/FB＜0.014…(6)”

另外，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的方式，期望的是，物鏡光學(xué)系統(tǒng)通過驅(qū)動物鏡光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)部的透鏡，能夠進(jìn)行通常觀察和近距觀察，并滿足以下的條件式(7)。

1.01＜ω(w)/ω(t)＜2.0…(7)

在此，ω(w)為物鏡光學(xué)系統(tǒng)的通常觀察時的半視角，

ω(t)為物鏡光學(xué)系統(tǒng)的近距觀察時的半視角。

條件式(7)規(guī)定了物鏡光學(xué)系統(tǒng)的視角的變化的適當(dāng)?shù)谋取?/p>

在滿足條件式(7)的情況下，在焦點不同的兩個光學(xué)像中，能夠使景深變大，還能夠進(jìn)行通常觀察和近距觀察。特別地，在近距觀察中，由于倍率變大，因此景深有變小的傾向。在此，通過使用后述的圖像合成技術(shù)，能夠在近距觀察中降低景深變小的情形。

當(dāng)?shù)陀跅l件式(7)的下限值時，無法進(jìn)行近距觀察。因此，不需要本實施方式那樣的技術(shù)。

當(dāng)超過條件式(7)的上限值時，視角的變化過大。因此，導(dǎo)致透鏡直徑肥大，致使患者的QOL(Quality Of Life：生活質(zhì)量)下降，并不理想。

此外，期望代替條件式(7)而滿足以下的條件式(7)’。

1.02＜ω(w)/ω(t)＜1.5…(7)’

進(jìn)一步地，期望代替條件式(7)而滿足以下的條件式(7)”。

1.03＜ω(w)/ω(t)＜1.1…(7)”

(實施例1)

接著，說明實施例1所涉及的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)所具有的物鏡光學(xué)系統(tǒng)。

圖2的(a)、(b)是表示物鏡光學(xué)系統(tǒng)的截面結(jié)構(gòu)的圖。在此，圖2的(a)是表示通常觀察狀態(tài)(遠(yuǎn)距離物點)下的物鏡光學(xué)系統(tǒng)的截面結(jié)構(gòu)的圖。圖2的(b)是表示近距觀察狀態(tài)(近距離物點)下的物鏡光學(xué)系統(tǒng)的截面結(jié)構(gòu)的圖。

本實施例所涉及的物鏡光學(xué)系統(tǒng)包括從物體側(cè)起依次配置的負(fù)的折射力的第一透鏡組G1、正的折射力的第二透鏡組G2以及正的折射力的第三透鏡組G3。另外，亮度光圈S配置在第三透鏡組G3內(nèi)。第二透鏡組G2在光軸AX上向像側(cè)移動來對伴隨著從通常觀察狀態(tài)向近距觀察狀態(tài)的變化而引起的焦點位置的變化進(jìn)行校正。

第一透鏡組G1包括平凹負(fù)透鏡L1、平行平板L2、雙凹負(fù)透鏡L3以及雙凸正透鏡L4。在此，負(fù)透鏡L3與正透鏡L4被接合。

第二透鏡組G2包括使凸面朝向物體側(cè)的正彎月透鏡L5。

第三透鏡組G3包括使凸面朝向像側(cè)的正彎月透鏡L6、使凸面朝向像側(cè)的負(fù)彎月透鏡L7、孔徑光圈S、平凸正透鏡L8、雙凸正透鏡L9以及使凸面朝向像側(cè)的負(fù)彎月透鏡L10。在此，正彎月透鏡L6與負(fù)彎月透鏡L7被接合。正透鏡L9與負(fù)彎月透鏡L10被接合。

在第三透鏡組G3的像側(cè)配置有光路分割部20。光學(xué)系統(tǒng)中的棱鏡能夠?qū)⒐饴窂澱?。關(guān)于光路分割部20，在后面記述。此外，平行平板L2是被實施了用于使特定的波長、例如YAG激光器的1060nm、半導(dǎo)體激光器的810nm或者紅外線區(qū)域截止的涂布的濾波器。

圖3的(a)、(b)、(c)、(d)表示本實施例的通常觀察狀態(tài)下的球面像差(SA)、像散(AS)、畸變像差(DT)、倍率色像差(CC)。

圖3的(e)、(f)、(g)、(h)表示本實施例的近距觀察狀態(tài)下的球面像差(SA)、像散(AS)、畸變像差(DT)、倍率色像差(CC)。

這些各像差圖示出了656.27nm(C線)、587.56nm(d線)以及435.84nm(g線)的各波長。另外，在各圖中，“ω”表示半視角。以下，關(guān)于像差圖，是同樣的。

(實施例2)

說明實施例2所涉及的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)所具有的物鏡光學(xué)系統(tǒng)。

圖4的(a)、(b)是表示物鏡光學(xué)系統(tǒng)的截面結(jié)構(gòu)的圖。在此，圖4的(a)是物鏡光學(xué)系統(tǒng)的通常觀察狀態(tài)(遠(yuǎn)距離物點)下的截面圖，圖4的(b)是近距觀察狀態(tài)(近距離物點)下的截面圖。

本實施例所涉及的物鏡光學(xué)系統(tǒng)包括從物體側(cè)起依次配置的負(fù)的折射力的第一透鏡組G1、正的折射力的第二透鏡組G2以及正的折射力的第三透鏡組G3。另外，亮度光圈S配置在第三透鏡組G3內(nèi)。第二透鏡組G2在光軸AX上向像側(cè)移動來對伴隨著從通常觀察狀態(tài)向近距觀察狀態(tài)的變化而引起的焦點位置的變化進(jìn)行校正。

第一透鏡組G1包括平凹負(fù)透鏡L1、平行平板L2、雙凹負(fù)透鏡L3以及雙凸正透鏡L4。

第二透鏡組G2包括使凸面朝向物體側(cè)的正彎月透鏡L5。

第三透鏡組G3包括使凸面朝向像側(cè)的正彎月透鏡L6、使凸面朝向像側(cè)的負(fù)彎月透鏡L7、孔徑光圈S、平凸正透鏡L8、雙凸正透鏡L9以及使凸面朝向像側(cè)的負(fù)彎月透鏡L10。在此，正彎月透鏡L6與負(fù)彎月透鏡L7被接合。正透鏡L9與負(fù)彎月透鏡L10被接合。

在第三透鏡組G3的像側(cè)配置有光路分割部20。光學(xué)系統(tǒng)中的棱鏡能夠?qū)⒐饴窂澱邸ｊP(guān)于光路分割部20，在后面記述。此外，平行平板L2是被實施了用于使特定的波長、例如YAG激光器的1060nm、半導(dǎo)體激光器的810nm或者紅外線區(qū)域截止的涂布的濾波器。

圖5的(a)、(b)、(c)、(d)表示本實施例的通常觀察狀態(tài)下的球面像差(SA)、像散(AS)、畸變像差(DT)、倍率色像差(CC)。

圖5的(e)、(f)、(g)、(h)表示本實施例的近距觀察狀態(tài)下的球面像差(SA)、像散(AS)、畸變像差(DT)、倍率色像差(CC)。

(實施例3)

說明實施例3所涉及的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)所具有的物鏡光學(xué)系統(tǒng)。

圖6的(a)、(b)是表示物鏡光學(xué)系統(tǒng)的截面結(jié)構(gòu)的圖。在此，圖6的(a)是物鏡光學(xué)系統(tǒng)的通常觀察狀態(tài)(遠(yuǎn)距離物點)下的截面圖，圖6的(b)是近距觀察狀態(tài)(近距離物點)下的截面圖。

本實施例所涉及的物鏡光學(xué)系統(tǒng)包括從物體側(cè)起依次配置的負(fù)的折射力的第一透鏡組G1、正的折射力的第二透鏡組G2以及正的折射力的第三透鏡組G3。另外，亮度光圈S配置在第三透鏡組G3內(nèi)。第二透鏡組G2在光軸AX上向像側(cè)移動來對伴隨著從通常觀察狀態(tài)向近距觀察狀態(tài)的變化而引起的焦點位置的變化進(jìn)行校正。

第一透鏡組G1包括平凹負(fù)透鏡L1、平行平板L2、雙凹負(fù)透鏡L3以及雙凸正透鏡L4。在此，負(fù)透鏡L3與正透鏡L4被接合。

第二透鏡組G2包括使凸面朝向物體側(cè)的正彎月透鏡L5。

第三透鏡組G3包括使凸面朝向像側(cè)的正彎月透鏡L6、使凸面朝向像側(cè)的負(fù)彎月透鏡L7、孔徑光圈S、雙凸正透鏡L8、雙凸正透鏡L9以及使凸面朝向像側(cè)的負(fù)彎月透鏡L10。在此，正彎月透鏡L6與負(fù)彎月透鏡L7被接合。正透鏡L9與負(fù)彎月透鏡L10被接合。

在第三透鏡組G3的像側(cè)配置有光路分割部20。光學(xué)系統(tǒng)中的棱鏡能夠?qū)⒐饴窂澱?。關(guān)于光路分割部20，在后面記述。此外，平行平板L2是被實施了用于使特定的波長、例如YAG激光器的1060nm、半導(dǎo)體激光器的810nm或者紅外線區(qū)域截止的涂布的濾波器。

圖7的(a)、(b)、(c)、(d)表示本實施例的通常觀察狀態(tài)下的球面像差(SA)、像散(AS)、畸變像差(DT)、倍率色像差(CC)。

圖7的(e)、(f)、(g)、(h)表示本實施例的近距觀察狀態(tài)下的球面像差(SA)、像散(AS)、畸變像差(DT)、倍率色像差(CC)。

以下，示出上述各實施例的數(shù)值數(shù)據(jù)。關(guān)于符號，r為各透鏡面的曲率半徑，d為各透鏡面間的間隔，nd為各透鏡的d線的折射率，νd為各透鏡的阿貝數(shù)，F(xiàn)NO為光圈值，ω為半視角。

數(shù)值實施例1

單位mm

面數(shù)據(jù)

變焦數(shù)據(jù)

各組焦距

f1＝-1.29 f2＝16.55 f3＝2.51

數(shù)值實施例2

單位mm

面數(shù)據(jù)

變焦數(shù)據(jù)

各組焦距

f1＝-1.05 f2＝12.66 f3＝2.30

數(shù)值實施例3

單位mm

面數(shù)據(jù)

變焦數(shù)據(jù)

各組焦距

f1＝-1.16 f2＝10.01 f3＝2.21

以下示出實施例1、實施例2、實施例3所涉及的物鏡光學(xué)系統(tǒng)中的條件式(1)～(7)的數(shù)值。

(內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的實施方式)

接著，說明具有上述的物鏡光學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)。

圖8是內(nèi)窺鏡系統(tǒng)10的功能框圖。圖9是表示光路分割部20的概要結(jié)構(gòu)的圖。

經(jīng)上述的各實施例的物鏡光學(xué)系統(tǒng)OBL射出的光入射至光路分割部20。

光路分割部20具有將被攝體像分割為焦點不同的兩個光學(xué)像的偏振分束器21、對兩個光學(xué)像進(jìn)行攝像而獲取兩個圖像的攝像元件22。

如圖9所示，偏振分束器21具備第一棱鏡21b、第二棱鏡21e、反射鏡21c以及λ/4片21d。第一棱鏡21b和第二棱鏡21e均具有相對于光軸傾斜45度的斜度的分束面。

在第一棱鏡21b的分束面形成有偏振光分離膜21f。而且，第一棱鏡21b和第二棱鏡21e使彼此的分束面經(jīng)由偏振光分離膜21f抵接而構(gòu)成了偏振分束器21。

另外，反射鏡21c隔著λ/4片21d被設(shè)置在第一棱鏡21b的端面附近。在第二棱鏡21e的端面隔著護(hù)罩玻璃CG安裝有攝像元件22。

來自物鏡光學(xué)系統(tǒng)OBL的被攝體像在第一棱鏡21b被在第一棱鏡21b的分束面設(shè)置的偏振光分離膜21f分離為P偏振光成分(透射光)和S偏振光成分(反射光)，從而被分離為反射光側(cè)的光學(xué)像和透射光側(cè)的光學(xué)像這兩個光學(xué)像。

S偏振光成分的光學(xué)像通過偏振光分離膜21f被反射向攝像元件22的對面?zhèn)炔⑼ㄟ^A光路，在透過λ/4片21d之后，被反射鏡21c反射，折返至攝像元件22側(cè)。折返形成的光學(xué)像再次透過λ/4片21d而使偏振方向旋轉(zhuǎn)90°，透過偏振光分離膜21f而在攝像元件22中成像。

P偏振光成分的光學(xué)像透過偏振光分離膜21f并通過B光路，被第二棱鏡21e的與分束面相反一側(cè)設(shè)置的朝向攝像元件22垂直折返的反射鏡面反射，并在攝像元件22中成像。此時，事先以使A光路與B光路產(chǎn)生例如數(shù)十μm左右的規(guī)定的光路差的方式設(shè)定棱鏡光程，使焦點不同的兩個光學(xué)像成像在攝像元件22的受光面。

即，將第一棱鏡21b和第二棱鏡21e配置成使第一棱鏡21b中的反射光側(cè)的到達(dá)攝像元件22的光路長相對于第一棱鏡21b中的透射光側(cè)的到達(dá)攝像元件22的光路長(光程長)而言短(小)，使得能夠?qū)⒈粩z體像分離為焦點位置不同的兩個光學(xué)像。

如圖10所示，攝像元件22為了對焦點位置不同的兩個光學(xué)像分別單獨地接收并攝像，而在攝像元件22的整個像素區(qū)域中設(shè)置有兩個受光區(qū)域(有效像素區(qū)域)22a、22b。

受光區(qū)域22a、22b為了對兩個光學(xué)像進(jìn)行攝像而被配置為分別與這些光學(xué)像的成像面一致。而且，在攝像元件22中，受光區(qū)域22a相對于受光區(qū)域22b而言，其焦點位置相對地向近點側(cè)偏移(偏離)，受光區(qū)域22b相對于受光區(qū)域22a而言，其焦點位置相對地向遠(yuǎn)點側(cè)偏移。由此，構(gòu)成為使焦點不同的兩個光學(xué)像成像于攝像元件22的受光面。

此外，也可以通過使第一棱鏡21b與第二棱鏡21e兩者的玻璃材料的折射率不同，來改變到達(dá)攝像元件22的光路長，從而使針對受光區(qū)域22a、22b的焦點位置相對地錯開。

另外，在受光區(qū)域22a、22b的周圍設(shè)置有用于對被分割為兩個的光學(xué)像的幾何上的偏差進(jìn)行校正的校正像素區(qū)域22c。通過在校正像素區(qū)域22c內(nèi)抑制制造上的誤差并由后述的圖像校正處理部23b(圖8)進(jìn)行基于圖像處理的校正，由此消除上述的光學(xué)像的幾何上的偏差。

上述的各實施例的第二透鏡組G2是調(diào)焦透鏡，能夠選擇性地移動到光軸的方向上的兩個位置。通過未圖示的致動器，將第二透鏡組G2以在兩個位置間從一個位置移動到另一個位置、從另一個位置移動到一個位置的方式進(jìn)行驅(qū)動。

在將第二透鏡組G2設(shè)定于前方側(cè)(物體側(cè))的位置的狀態(tài)下，設(shè)定為聚焦于進(jìn)行遠(yuǎn)處觀察(通常觀察)的情況下的觀察區(qū)域的被攝體。另外，在將第二透鏡組G2設(shè)定于后方側(cè)的位置的狀態(tài)下，設(shè)定為聚焦于進(jìn)行近距觀察(放大觀察)的情況下的觀察區(qū)域的被攝體。

此外，在如本實施方式那樣應(yīng)用偏振分束器21來進(jìn)行偏振光分離的情況下，如果分離的光的偏振狀態(tài)不是圓偏振，則導(dǎo)致分離得到的像的亮度產(chǎn)生差異。有規(guī)則的亮度的差異比較容易進(jìn)行圖像處理中的校正，但是局部性地因觀察條件而產(chǎn)生亮度的差異的情況下，有時不能全部校正，導(dǎo)致合成圖像產(chǎn)生亮度不均。

通過內(nèi)窺鏡來觀察的被攝體有可能在合成圖像的比較靠視場周邊部的地方產(chǎn)生亮度不均。此外，當(dāng)被攝體為比較飽和的亮度分布時，顯著地產(chǎn)生該偏振狀態(tài)走樣的亮度不均。

在視場的周邊部，內(nèi)窺鏡比較靠近地觀察被攝體像的血管走行、粘膜構(gòu)造的情形較多，形成對于用戶而言非常復(fù)雜的圖像的可能性高。

因此，例如圖9所示，優(yōu)選的是為了使該偏振狀態(tài)走樣的狀態(tài)恢復(fù)為圓偏振而將λ/4片21a配置在光路分割部20的比偏振光分離膜21f更靠物體側(cè)的位置。

此外，代替如上述那樣的偏振分束器，也能夠使用對入射光進(jìn)行強(qiáng)度分割的半透半反鏡。

接著，參照圖8來說明獲取到的兩個圖像的合成。

圖像處理器23具有：圖像讀出部23a，其分別讀出由攝像元件22拍攝到的與焦點位置不同的兩個光學(xué)像相關(guān)的圖像；圖像校正處理部23b，其對由圖像讀出部23a讀出的兩個圖像進(jìn)行圖像校正；以及圖像合成處理部23c，其進(jìn)行將校正后的兩個圖像進(jìn)行合成的圖像合成處理。

圖像校正處理部23b對與分別成像在攝像元件22的受光區(qū)域22a、22b的兩個光學(xué)像相關(guān)的圖像進(jìn)行校正使得彼此的焦點以外的差異大致相同。即，以使兩個圖像在各光學(xué)像中的相對的位置、角度以及倍率大致相同的方式對兩個圖像進(jìn)行校正。

在將被攝體像分離為兩個并分別成像于攝像元件22中的情況下，有時產(chǎn)生幾何上的差異。即，分別成像在攝像元件22的受光區(qū)域22a、22b的各個光學(xué)像有時相對地產(chǎn)生倍率偏差、位置偏差、角度即旋轉(zhuǎn)方向的偏差等。

在制造時等難以完全消除這些差異，但是如果它們的偏差量變大，則合成圖像成為重影圖像、或產(chǎn)生不自然的亮度不均等。因此，由圖像校正處理部23b對上述的幾何上的差異、亮度差異進(jìn)行校正。

在對兩個圖像間的亮度的差異進(jìn)行校正的情況下，期望以兩個像或圖像中的亮度低的像或圖像、或者兩個像或圖像的相對在同一位置處的亮度低的像或圖像為基準(zhǔn)來進(jìn)行校正。

圖像合成處理部23c在由圖像校正處理部23b校正后的兩個圖像間的對應(yīng)的規(guī)定區(qū)域選擇對比度相對高的圖像來生成合成圖像。也就是說，將兩個圖像中的在空間上相同的像素區(qū)域各自的對比度進(jìn)行比較，通過選擇對比度相對高的像素區(qū)域，來生成由兩個圖像合成得到的作為一個圖像的合成圖像。

此外，在兩個圖像的同一像素區(qū)域中的對比度差小或大致相同的情況下，通過對該像素區(qū)域進(jìn)行規(guī)定的加權(quán)并相加的合成圖像處理來生成合成圖像。

另外，圖像處理器23對由圖像合成處理部23c合成得到的一個圖像進(jìn)行顏色矩陣處理、輪廓強(qiáng)調(diào)、伽馬校正等后級圖像處理。圖像輸出部23d輸出后級圖像處理后的圖像。從圖像輸出部23d輸出的圖像被輸出到圖像顯示部24。

另外，也可以根據(jù)到達(dá)攝像元件22的近點光路和遠(yuǎn)點光路而由不同的玻璃材料構(gòu)成第一棱鏡21b和第二棱鏡21e，通過使折射率不同，來使焦點位置相對地偏移。

由此，能夠獲取與焦點不同的兩個光學(xué)像相關(guān)的圖像，通過圖像合成處理部23c將這些圖像合成而獲得合成景深。在內(nèi)窺鏡檢查中，俯瞰大范圍地進(jìn)行篩查時，遠(yuǎn)處觀察適合，在對病變的詳情進(jìn)行觀察或診斷時，近距觀察適合。

通過采用這樣的結(jié)構(gòu)，即使使用更多像素化的攝像元件也能夠不使分辨率降低地使景深擴(kuò)展。并且，由于具有調(diào)焦機(jī)構(gòu)，因此能夠自如地切換觀察范圍來進(jìn)行高圖像質(zhì)量的內(nèi)窺鏡觀察、診斷。

接著，在本實施方式中，按照圖11的流程圖來說明將兩個光學(xué)像合成的情況下的流程。

在步驟S101中，在攝像元件22中獲取到的焦點不同的與遠(yuǎn)點像相關(guān)的圖像和與近點像相關(guān)的圖像在圖像校正處理部23b中被進(jìn)行遠(yuǎn)近兩個圖像的校正處理。即，按照預(yù)先設(shè)定的校正參數(shù)，對兩個圖像進(jìn)行校正使得兩個圖像的各光學(xué)像中的相對的位置、角度以及倍率大致相同，將校正后的圖像輸出到圖像合成處理部23c。此外，也可以根據(jù)需要來對兩個圖像的亮度、顏色的差異進(jìn)行校正。

在步驟S102中，將進(jìn)行了校正處理的兩個圖像在圖像合成處理部23c中進(jìn)行合成。此時，在遠(yuǎn)近兩個圖像各自對應(yīng)的像素區(qū)域中，分別計算對比度值并進(jìn)行比較。

在步驟S103中判斷進(jìn)行了比較的對比度值是否存在差，在對比度存在差的情況下，進(jìn)入步驟S105，選擇對比度值高的區(qū)域進(jìn)行合成。

在此，在進(jìn)行比較的對比度值的差小或者大致相同的情況下，選擇遠(yuǎn)近兩個圖像中的哪個會成為處理上的不穩(wěn)定因素。如果存在例如噪聲等信號的波動，則合成圖像中產(chǎn)生不連續(xù)區(qū)域、或產(chǎn)生原本分辨出的被攝體像模糊了之類的問題。

因此，進(jìn)入步驟S104，進(jìn)行加權(quán)。在步驟S104中，在進(jìn)行對比度比較的像素區(qū)域中兩個圖像中的對比度值大致相同的情況下，進(jìn)行加權(quán)，在接下來的步驟S105中對進(jìn)行了加權(quán)的圖像進(jìn)行加法處理，由此消除了圖像選擇的不穩(wěn)定性。

這樣，根據(jù)本實施方式，在近距觀察和遠(yuǎn)處觀察中都能夠防止由于噪聲等而在合成圖像中產(chǎn)生不連續(xù)區(qū)域、或光學(xué)像模糊，同時能夠獲取擴(kuò)展了景深的圖像。

另外，由于兩個圖像由同一攝像元件拍攝，因此與具備多個攝像元件相比，能夠降低制造成本，不使裝置大型化地獲取擴(kuò)展了景深的圖像。

另外，能夠獲得期望的景深，并能夠防止分辨率的劣化。

此外，在上述的圖9的偏振分束器21的情況下，在一次、也就是奇數(shù)次的反射后使光學(xué)像成像于攝像元件22。因此，某一個圖像成為圖12那樣的成像狀態(tài)(鏡像)，在圖像處理器23中實施使鏡像翻轉(zhuǎn)來使像方向一致的圖像處理。

利用光學(xué)上的偶數(shù)次的反射進(jìn)行的鏡像的校正有時導(dǎo)致物鏡光學(xué)系統(tǒng)的大型化、棱鏡的成本增高，因此優(yōu)選的是在圖像校正處理部23b中通過鏡像翻轉(zhuǎn)來進(jìn)行利用奇數(shù)次的反射進(jìn)行的鏡像的校正。

此外，在攝像元件22在內(nèi)窺鏡長度方向上成為長條的形狀的情況下，優(yōu)選的是考慮圖像顯示部24的長寬比來使合成圖像適當(dāng)?shù)匦D(zhuǎn)。

以上，說明了本發(fā)明的各種實施方式，但是本發(fā)明并不僅僅限于這些實施方式，在不脫離其宗旨的范圍內(nèi)，將這些實施方式的結(jié)構(gòu)適當(dāng)?shù)亟M合而構(gòu)成的實施方式也為本發(fā)明的范疇。

產(chǎn)業(yè)上的可利用性

如上所述樣，本發(fā)明對于能夠獲取景深被擴(kuò)展并良好地校正了像差的高圖像質(zhì)量的圖像的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)而言是有用的。

附圖標(biāo)記說明

10：內(nèi)窺鏡系統(tǒng)；20：光路分割部；21：偏振分束器；21a：λ/4片；21b：第一棱鏡；21c：反射鏡；21d：λ/4片；21e：第二棱鏡；21f：偏振光分離膜；22：攝像元件；22a、22b：受光區(qū)域；22c：校正像素區(qū)域；23：圖像處理器；23a：圖像讀出部；23b：圖像校正處理部；23c：圖像合成處理部；23d：圖像輸出部；24：圖像顯示部；CG：護(hù)罩玻璃；OBL：物鏡光學(xué)系統(tǒng)；G1：第一透鏡組；G2：第二透鏡組；G3：第三透鏡組；S：亮度光圈。