JP2007313166A

JP2007313166A - 内視鏡

Info

Publication number: JP2007313166A
Application number: JP2006148017A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Igarashi; 勉五十嵐
Original assignee: Olympus Medical Systems Corp
Current assignee: Olympus Medical Systems Corp
Priority date: 2006-05-29
Filing date: 2006-05-29
Publication date: 2007-12-06

Abstract

【課題】高画質内視鏡に最適な同時式原色撮像ユニットと対物光学系を備えることにより、小型で高画質な内視鏡を提供することを目的とする。
【解決手段】フォーカス調整機能を有する対物光学系４と、有効画素数３０万以上の原色単板カラー全画素読み出し固体撮像素子とを有し、下記条件式（１）を満足する内視鏡１。
（１）１．９５＜Ｆｎｏ／Ｐｖ＜２．４
ただし、
Ｐｖ：固体撮像素子の垂直方向画素ピッチ
［μm］、Ｆｎｏ：対物光学系４のＦナンバー
【選択図】図１

Description

本発明は、内視鏡に関し、特に外科手術に適した内視鏡に関するものである。

内視鏡挿入部先端に固体撮像素子を搭載した所謂ビデオスコープでは、消化器分野でＨＤＴＶ規格やＰＣフォーマットの高精細ビデオ信号を出力するシステムの商品化が本格化している。消化器分野ではフレーム周波数３０Ｈｚ以下でも実用可能であるため、面順次方式や全画素読み出し原色単板カラー固体撮像素子などの原色撮像系使用により、高精細・高画質化が進めやすい。

これに対し、処置作業上フィールド周波数５０Ｈｚ以上が要求される外科手術向けビデオスコープでは、高周波回路の先端実装制約が厳しく、従来は原色撮像系に対し画質が劣るフィールド読み出し型補色カラーＣＣＤしか事実上の選択肢が存在しなかった。内視鏡外科手術分野でビデオスコープと競合する硬性鏡カメラシステムでは３板カメラシステムが最高画質を有するシステムであり、ビデオスコープは主に先端湾曲機構が必須とされる手技で使用され、それ以外の手技では画質優先で硬性鏡カメラシステムが標準的に使用される状況にある。

このように、機能的に有用性の高い先端湾曲機構付きビデオスコープを外科手術全般に使用するためには画質向上が最大の課題である。しかし、近年のデジタル家電向け固体撮像素子・駆動回路・処理系の発展により、高精細で表示周波数の高い同時式原色撮像ユニット（原色カラーＣＣＤ、多板撮像ユニット）が構築可能になり、それらの内視鏡先端実装が技術的に可能となりつつある。同時式原色撮像ユニットは従来の補色系以上の結像性能を対物光学系に要求するため、回折によるコントラスト、偽色、被写界深度等に関して従来以上の注意が必要である。

内視鏡で対物光学系と固体撮像素子仕様に言及した従来技術として以下が知られている。
特開平６−１９４５８２号公報特開２０００−２６７００２号公報特開２００２−２８１２６号公報特開２００５−３２３８７４号公報

しかしながら、これら文献の実施例には固体撮像素子と対物光学系の仕様データが記載されているが、内視鏡に実装可能で高精細な同時式原色撮像ユニットと組み合わせるのに好ましい仕様設定ではない。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、高画質内視鏡に最適な同時式原色撮像ユニットと対物光学系を備えることにより、小型で高画質な内視鏡を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、フォーカス調整機能を有する対物光学系と、有効画素数３０万以上の原色単板カラー全画素読み出し固体撮像素子とを有し、
条件式（１）１．９５＜Ｆｎｏ／Ｐｖ＜２．４
Ｐｖ：固体撮像素子の垂直方向画素ピッチ
［μm］
Ｆｎｏ：対物光学系のＦナンバー
を満足する内視鏡を提供する。

また、本発明は、フォーカス調整機能を有する対物光学系と、２板撮像ユニットとを有し、該２板撮像ユニットが、緑色光を撮像する有効画素数６０万以上の固体撮像素子Ｇと、赤色光と青色光とを撮像する有効画素数６０万以上の固体撮像素子ＲＢとを備え、
条件式（１）１．９５＜Ｆｎｏ／Ｐｖ＜２．４
Ｐｖ：固体撮像素子の垂直方向画素ピッチ
［μm］
Ｆｎｏ：対物光学系のＦナンバー
を満足する内視鏡を提供する。

また、本発明は、フォーカス調整機能を有する対物光学系と、２板撮像ユニットとを有し、該２板撮像ユニットが、緑色光を撮像する有効画素数１５万以上の全画素読み出し固体撮像素子Ｇと、赤色光と青色光とを撮像し、前記固体撮像素子Ｇに対して水平・垂直両方向に約１／２ピッチ画素ずらして配置した有効画素数１５万以上の全画素読み出し固体撮像素子ＲＢとを備え、
条件式（２）１．９５＜Ｆｎｏ／（Ｐｖ／２）＜２．４
Ｐｖ：固体撮像素子の垂直方向画素ピッチ
［μm］
Ｆｎｏ：対物光学系のＦナンバー
を満足する内視鏡を提供する。

また、本発明は、フォーカス調整機能を有する対物光学系と、３板撮像ユニットとを有し、該３板撮像ユニットが、緑色光を撮像する有効画素数１５万以上の全画素読み出し固体撮像素子Ｇと、赤色光を撮像し、前記固体撮像素子Ｇに対して水平・垂直両方向に約１／２ピッチ画素ずらして配置した有効画素数１５万以上の全画素読み出し固体撮像素子Ｒと、青色光を撮像し、前記固体撮像素子Ｒの画素配置に略一致するように配置した有効画素数１５万以上の全画素読み出し固体撮像素子Ｂとを備え、
条件式（２）１．９５＜Ｆｎｏ／（Ｐｖ／２）＜２．４
Ｐｖ：固体撮像素子の垂直方向画素ピッチ
［μm］
Ｆｎｏ：対物光学系のＦナンバー
を満足する内視鏡を提供する。

本発明によれば、点分離型の光学ローパスフィルタに頼らずに偽色を軽減し、かつ、輝度再現性の劣化を抑制する同時式原色撮像ユニットと対物光学系を備えることにより、小型で高画質にすることができるという効果を奏する。

〔第１の実施形態〕
以下、本発明の第１の実施形態に係る内視鏡１について、図１〜図３を用いて説明する。
本実施形態に係る内視鏡１は、図１に示されるように、挿入部２の先端に撮像ユニット３と対物光学系４とを備えている。撮像ユニット３は、全画素読み出し型で原色ベイヤー型のフィルタ配列を有する単板カラー固体撮像素子であり、この固体撮像素子の有効画素数は、後述する入力画像と同じ６９１２００となる。
また、本実施形態に係る内視鏡１は、下記条件式（１）を満足している。
１．９５＜Ｆｎｏ／Ｐｖ＜２．４（１）
ただし、
Ｐｖ：固体撮像素子の垂直方向画素ピッチ
［μm］
Ｆｎｏ：対物光学系のＦナンバー
なお、フィルタ配列の補間演算は、水平垂直両方向の単純平均を用いる。

ここで、本発明における画質の評価の原理について、図３、図４および図６を用いて、以下に説明する。
図３、図４および図６において、縦軸は、撮像ユニットの輝度成分Ｙ、色差成分Ｒ−Ｙおよび色差成分Ｂ−Ｙの再現性エラー率（図上では「Ｅｒｒｏｒｒａｔｉｏ」）を示し、横軸は、対物光学系のＦｎｏを示している。

対物光学系４と撮像ユニット３は、入力画像と出力画像の間における画像変換フィルタと見なすことができ、以下２種類の論理演算に分類できる。
演算Ｃ：光学系点像強度分布のコンボリューション演算
演算Ｐ：撮像ユニット固有のプロセス演算
前記演算Ｃ・演算Ｐにより入出力特性が定まるため、入力画像に対する出力画像の変動を再現性エラーと見なせば画質変動の定量評価が可能となる。

本発明では入力画像が正確に再現されることを画質が良いことと見なす。
また、Ｙの再現性エラー率が小さいことは輝度が空間周波数特性も含めて維持されることにつながり、解像力劣化・コントラスト劣化および偽解像が小さいことと見なせる。また、Ｒ−ＹおよびＢ−Ｙの再現性エラー率は色再現性が空間周波数特性も含めて維持されることにつながり、主に偽色の評価尺度として有用である。なぜなら、偽色が強く発生した画素は色差成分の変動が大きくなるため、その総和に基づくＲ−ＹおよびＢ−Ｙの再現性エラー率は偽色の多さを示すためである。

また、上記演算Ｐの色差処理は画像全体としての色再現性に影響を与えないようにするため、低空間周波数領域からの色変動に影響する色マトリクスやガンマなどの不必要なチューニングを一切行わないことが前提である。
なお、演算Ｃおよび演算Ｐが共に無処理の場合は入力画像と出力画像が等しくなるため、再現性エラー率は３種類共０％となり、最も画質が良いこととなる。

また、対物光学系４を無収差の理想レンズと仮定した場合、点像強度分布は波長毎の回折により定まるため、演算Ｃとして理想レンズのベストフォーカス位置における点像強度分布を用いることでレンズ設計前に画質予測可能であり、点像強度分布を変動させるパラメータはＦｎｏとなる。

また、演算Ｐは撮像ユニット形式毎に論理的な補間演算方法がある程度定まっており、ガンマ・ペデスタル・ニー・ホワイトバランス・色マトリクス・エンハンスなどの画像チューニングに類するパラメータを無視することで撮像方式別の論理的な画質劣化が評価可能である。

また、入力画像の周波数成分や色成分により演算Ｃ・演算Ｐによる再現性エラー率は変動する。例えば、実験室評価で多用される白黒やグレースケールのチャートは色差成分を有さないため、実用画質としての色差再現性エラー率評価には適さない。よって、図３、図４および図６の算出時の入力画像は血管等の中〜高周波成分を適度に含む生体内画像をデジタル記録したものを用いる。

また、前記デジタル画像は、正方画素で画素数６９１２００画素（水平９６０画素・垂直７２０画素）、ＲＧＢ各８ビット階調を用い、入力画像と同条件の出力画像を得ることを前提とする。前記出力画像はＸＧＡ解像度（水平１０２４画素・垂直７６８画素）のＰＣモニターにほぼフルサイズ表示可能なものであり、ＮＴＳＣ／ＰＡＬより高解像と見なせる。また、光学系の演算Ｃに関連する条件として、入力画像の水平および垂直画素ピッチ２．１μｍと仮定し、コンボリューションは７×７を用いる。
なお、図３、図４および図６ではＦｎｏが３から１０の範囲で０．５刻みで再現性エラー率をプロットしている。

以下、本発明との比較のため、参考例１および参考例２について、図４〜図６を用いて説明する。
〔参考例1〕
参考例１は、理想的な撮像ユニットとして３枚撮像ユニットで画素ずらし無しとした全画素読み出しの固体撮像素子を備えている。参考例１において、各固体撮像素子の有効画素数は入力画像と同じ６９１２００に相当する。なお、この系では撮像ユニットによる演算Ｐは無処理と見なせるため、演算Ｃによる回折の影響のみがグラフ化されている。

参考例１に係る撮像ユニットにおいては、図４に示すように、再現性エラー率は輝度成分Yも色差成分Ｒ−Ｙおよび色差成分Ｂ−Ｙも共にＦｎｏに対し単調増加傾向であり、Ｆｎｏが大きくボケが増加するほど輝度・色差の再現性が共に劣化する。
また、Ｆｎｏが３．０で輝度成分Y、色差成分Ｒ−Ｙおよび色差成分Ｂ−Ｙの各再現性エラー率がそれぞれほぼ０％となり、Ｆｎｏ３．０以下で収差を除去すれば画質劣化しないことがわかり、本撮像ユニットに対してはＦｎｏの小さい明るい対物光学系ほど画質良好であることがわかる。

また、低Ｆｎｏ化による被写界深度低下への対策としては対物光学系のフォーカス機能が必須と言える。本撮像ユニット仕様でフレーム周波数６０Ｈｚを得るには固体撮像素子駆動周波数が単線読み出しで４１ＭＨｚを超えるため、それを３板ユニットとして高密度実装すると発熱が課題となることは必至である。

以上説明したように、参考例１は撮像ユニットとしての画質に優れる明るい収差のとれたフォーカス機能付き対物光学系との組み合わせが望ましいが、ビデオスコープに実装するのは極めて困難であり現実的でない。

〔参考例2〕
参考例２は、撮像ユニットとしてインターレース補色単板カラー固体撮像素子を備えている。図５のＣｙ、Ｙｅ、Ｍｇ、Ｇは夫々シアン、イエロー、マゼンタ、グリーンを意味する。また、参考例２において、固体撮像素子の有効画素数は入力画像と同じ６９１２００に相当する。

参考例２に係る撮像ユニットは、参考例１と大きく傾向が異なり、図６に示すように、輝度成分Ｙの再現性エラー率はＦｎｏに対して変化が少なく、色差の再現性エラー率はＦｎｏが大きいほど改善される。また、各再現性エラー率の絶対値が図４に比べて格段に高い。

この傾向は補色単板方式が周辺４画素の加算で輝度情報を生成するため解像力が低く、かつ、周辺８画素の加減算で色差情報を生成するため偽色が著しいことを示すものであり、回折によるボケが小さくなっても輝度再現性が高まらず、また、回折によるボケが大きくなるほどローパス作用が生じて偽色が低減する。

図６から補色単板方式で光学ローパスフィルタを用いない場合は、Ｆｎｏを大きめに設定するのが望ましいことがわかる。また、Ｆｎｏを大きく設定できる本撮像ユニットでは被写界深度も広くできるため、フォーカス機能が必須とはならない。

以上説明したように、参考例２は撮像ユニットとしての画質が低く、さほど高画質を要求しない内視鏡にてパンフォーカスの対物光学系と組み合わせるのには望ましいが、高精細・高画質ビデオスコープ用の撮像ユニットとしては望ましくない。
以上、上記参考例１および参考例２では、画質と実装の両立が困難である。

これに対して、第１の実施形態に係る内視鏡１においては、図３に示すように、撮像ユニット３が低Ｆｎｏ領域でのＦｎｏの増加に対して、輝度成分Ｙの再現性エラー率は増加傾向にあり、色差の再現性エラー率は減少傾向にあり、上記参考例１および参考例２とは傾向が異なる。このように、輝度・色差のどちらの再現性エラー率を見ても、撮像ユニット３は参考例１に係る撮像ユニットよりエラー率が高く画質が劣るが、参考例２に係る撮像ユニットよりもエラー率が低く画質が優れていることがわかる。

また、色差の再現性エラー率カーブは参考例２と同様に周辺画素との補間演算により偽色を発生することに起因しており、回折によるボケ増加に伴うローパス効果との関連で低Ｆｎｏ側ほど偽色が多く、高Ｆｎｏ側で偽色が低減し飽和傾向となる。また、上記参考例１および参考例２と異なり、内視鏡１においては、図３に示すように、Ｆｎｏに対して輝度・色差の再現性エラー率がトレードオフの関係にあるため、Ｆｎｏの中間域に適切なＦｎｏが存在する。

光学ローパスフィルタを使わずにＦｎｏで輝度再現性と偽色のバランスをとる場合、輝度再現性を優先するならＦｎｏ４．０程度、偽色低減を優先するならＦｎｏ５．５程度であり、Ｆｎｏ４．０〜５．５が必要条件に相当する範囲である。さらに、輝度再現性と偽色のバランスが最も望ましい範囲はＦｎｏ４．５〜５．０であり十分条件に相当する。

上記２つのＦｎｏ範囲と垂直画素ピッチＰｖ（２．１μｍ）で規格化したＦｎｏ／Ｐｖを上記（１）式も含め、以下にまとめて記す。

Ｆｎｏ／Ｐｖは画素ピッチ変動時にも再現性エラー率との相関を維持するためのパラメータであり、Ｆｎｏ／Ｐｖが一定であればＰｖ縮小時に回折によるボケ量も比例して減少することで再現性エラー率を維持できる。
なお、水平画素ピッチでなく垂直画素ピッチを用いた理由は画像フォーマットの基準として走査線数が重視されるためである。

上記（１）式は必要条件と十分条件の中間に範囲を設定したものである。Ｆｎｏ／Ｐｖが１．９５を下回ると偽色が増えるため好ましくなく、２．４を上回ると輝度再現性が劣化するため好ましくない。
なお、撮像ユニット３は約１／７インチ程度の単板であるため、内視鏡１の先端に十分実装可能なサイズである。また、フレーム周波数６０Ｈｚを得るには単線読み出し駆動周波数４１ＭＨｚ以上が必要であるが、撮像ユニット３は、単板であることにより発熱の課題は小さく対策可能である。

以上説明したように、撮像ユニット３は、参考例２の補色型の撮像ユニットより高画質用途に適しており、かつ、参考例１の撮像ユニットのような致命的実装課題がない。
したがって、本実施形態に係る内視鏡１によれば、点分離型の光学ローパスフィルタに頼らずに偽色を軽減し、かつ、輝度再現性の劣化を抑制する同時式原色撮像ユニット３と対物光学系４を備えることにより、小型で高画質にすることができる。

〔第２の実施形態〕
次に、以下、本発明の第２の実施形態に係る内視鏡について、図７〜図８を用いて説明する。
本実施形態に係る内視鏡は、第１の実施形態に係る内視鏡１の単板カラー固体撮像素子に代えて、撮像ユニットとして原色ベイヤー型配列を４５°回転させた配列に相当する所謂ハニカム型配列を有する単板カラー固体撮像素子を備えている。

また、この固体撮像素子の有効画素数は入力画像の半分の３４５６００を実画素と見なし、図７において空白である仮想画素についてはハニカム配列や画素ずらし処理として広く知られた補間処理をかける。具体的にはＲＧＢの低周波画像データと色別の位相差を利用した輝度信号の高周波画像データを別々に生成し、それらを１：１の比率で加える。

本撮像ユニットでは画素の隣接配列方向は４５°方向であり、隣接配列方向の画素ピッチは２．９７μｍ（２．１μｍ＊√２）であるが、上記（１）式のＰｖを垂直方向画素ピッチと定義したので入力画像の垂直画素ピッチである２．１μｍを用いる。
また、図８に示すように、本撮像ユニットの再現性エラー率のグラフは原色ベイヤー型と同傾向であり、その理由は原色ベイヤーの場合と同様である。また、本撮像ユニットでも望ましいＦｎｏ範囲は第１の実施形態と同様として差し支えない。よって、望ましいＦｎｏ／Ｐｖの範囲は第１の実施形態と同じく上記（１）式として問題ない。

以上説明したように、本撮像ユニットは固体撮像素子の駆動周波数が第１の施例形態の撮像ユニット３の１／２ですみ、致命的な実装課題はない。また、本撮像ユニットは隣接配列方向画素ピッチが前記撮像ユニット３よりも大きいため画素開口を大きくして感度を向上しやすい。
したがって、本実施形態に係る内視鏡によれば、第１の実施形態に係る内視鏡１と同様に、点分離型の光学ローパスフィルタに頼らずに偽色を軽減し、かつ、輝度再現性の劣化を抑制する同時式原色撮像ユニットと対物光学系を備えることにより、小型で高画質にすることができる。

〔第３の実施形態〕
以下、本発明の第３の実施形態に係る内視鏡について、図８〜図１０を用いて説明する。
本実施形態に係る内視鏡は、撮像ユニットとして、第１の実施形態に係る内視鏡の撮像ユニット３に代え、２板撮像ユニットで斜め画素ずらしを行った全画素読み出し固体撮像素子の撮像ユニット５を備えている。撮像ユニット５は例えば図９に示すように２枚の固体撮像素子６と色分解プリズム７とを備えている。

図１０で固体撮像素子Ｇに相当するのは（ａ）である。なお、色分解プリズムで緑色光を分離するため固体撮像素子Ｇへのオンチップフィルタ設置は必須ではない。また、固体撮像素子ＲＢに相当するのは（ｂ）であり赤色光と青色光を画素毎に撮像するためのオンチップフィルタを配置し、フィルタ配列は市松状とする。

なお、図１０（ａ）および図１０（ｂ）の空白画素は画素ずらしの水平・垂直１／２ピッチ分の位相ずれを表現するため便宜上残したものであり、それら画素配列の論理合成結果は図１０（ｃ）となり、図８と完全に同一となる。よって、演算Ｐは論理的に第２の実施形態と同一となり図８の再現性エラー率グラフも本実施形態に流用可能である。

本実施形態において、２板の各固体撮像素子の有効画素数は入力画像の１／４である１７２８００であり、各固体撮像素子の垂直画素ピッチＰｖは入力画像の垂直画素ピッチ２．１μｍの２倍である４．２μｍとなる。この場合も好ましいＦｎｏの範囲は第１の実施形態および第２の実施形態の撮像ユニットと何ら変わらないが、固体撮像素子の垂直画素ピッチ表現が変わるため、上記（２）式を用いる。
なお、（２）式は、上記（１）式のＰｖを（Ｐｖ／２）に置き換えただけであり、満たすべき範囲に変更はない。

また、撮像ユニット５は固体撮像素子の駆動周波数が第１の実施形態の撮像ユニット３の１／４、第２の実施形態係の撮像ユニットの１／２ですむため、さらに高画質化する余裕がある。例えば、２板の各固体撮像素子の有効画素数は、夫々水平９６０×垂直５４０とすることでフル規格のＨＤ画像（水平１９２０×垂直１０８０）を生成できる。

また、その状態でフレーム周波数６０Ｈｚでの単線読み出し駆動周波数は３１ＭＨｚとなり、前記撮像ユニット３よりも高精細化できる余力がある。また、撮像ユニット５は画素ピッチが第１の実施形態および第２の実施形態の撮像ユニットよりも大きくとれるため画素開口を大きくして感度を向上しやすい。さらに２板撮像ユニットは３板撮像ユニットよりも小型化できる。
以上説明したように、本実施形態に係る内視鏡によれば、第１の実施形態および第２の実施形態に係る内視鏡よりさらに小型で高画質にすることができる。

〔第４の実施形態〕
次に、以下、本発明の第４の実施形態に係る内視鏡について、図１１および図１２を用いて説明する。
本実施形態に係る内視鏡は、撮像ユニットとして、第１の実施形態に係る内視鏡の撮像ユニット３に代え、２板撮像ユニットでインターレース読み出し固体撮像素子を備えている。図１１で固体撮像素子Ｇに相当するのは（ａ）である。なお、第３の実施形態と同様に、固体撮像素子Ｇへのオンチップフィルタ設置は必須ではない。

固体撮像素子ＲＢに相当するのは図１１（ｂ）であり赤色光と青色光を画素毎に撮像するためのオンチップフィルタを配置するが、フィルタ配列は垂直ストライプ状としインターレース読み出し時に垂直２画素を混合可能とする。
図１１（ｃ）の論理合成結果で各画素でＧＢ、または、ＧＲの２原色の撮像情報が取得可能であるが、不足するＲ・Ｂ情報は水平方向隣接実画素の単純平均を用いる。

本実施形態において、各固体撮像素子の有効画素数は入力画像と同じ６９１２００であり、Ｐｖは２．１μｍとなる。また、再現性エラー率のグラフは第１の実施形態の原色ベイヤー型とほぼ同等であり、望ましい範囲は第１の実施形態の（１）式をそのまま適用できる。
なお、２板で総画素数が増えたにもかかわらず単板原色ベイヤー型との差が小さい理由はインターレース垂直２画素混合により垂直解像度が低下しているためである。

以上説明したように、本撮像ユニットは画質面で原色ベイヤー型と大差ないが、インターレースの採用により外科手術で実用可能なフィールド周波数６０Ｈｚにおいて単線読み出し駆動周波数を２１ＭＨｚ程度に抑えることが可能となる。よって、駆動周波数だけを見れば、さらに画素数を増やして高精細化できる余力を有する。また、本撮像ユニットは画素ピッチが第１の実施形態の撮像ユニット３と同じであるが、２画素混合読み出しであるため前記撮像ユニット３の約２倍の感度が得られる。
したがって、本実施形態に係る内視鏡によれば、小型で、第１の実施形態に係る内視鏡１よりさらに高画質にすることができる。

〔第５の実施形態〕
以下、本発明の第５の実施形態に係る内視鏡について、図１３〜図１５を用いて説明する。
本実施形態に係る内視鏡は、撮像ユニットとして、第１の実施形態に係る内視鏡１の撮像ユニット３に代えて、３板撮像ユニットで斜め画素ずらしを行った全画素読み出し固体撮像素子の撮像ユニット８を備えている。撮像ユニット８は例えば図１３に示すように３枚の固体撮像素子６と色分解プリズム７とを備えている。なお、図１３では色分解プリズム７として径方向のサイズが小さいタイプを用いている。

図１４で固体撮像素子Ｒ・ＧおよびＢはそれぞれ（ａ）・（ｂ）および（ｃ）に対応し、色分解プリズムで前記固体撮像素子Ｒ・ＧおよびＢを３色に分離するためそれら各固体撮像素子へのオンチップフィルタの設置は必須ではない。
なお、図１４において、空白画素は画素ずらしの水平・垂直１／２ピッチ分の位相ずれを表現するため便宜上残したものであり、それら画素配列の論理合成結果は図１４（ｄ）となる。

本実施形態において、各固体撮像素子の有効画素数は入力画像の１／４である１７２８００であり、各固体撮像素子の垂直画素ピッチＰｖは入力画像の垂直画素ピッチ２．１μｍの２倍である４．２μｍとなる。

図１４（ｄ）は第２の実施形態の図７および第３の実施形態の図１０（ｃ）と非常に似ており、図１５に示す再現性エラー率のグラフも第２の実施形態および第３の実施形態の図８と非常に似ている。そのため、好ましいＦｎｏの範囲は第２の実施形態および第３の実施形態と何ら変わらないが、第３の実施形態と同様に固体撮像素子の垂直画素ピッチ表現が変わるため、上記（２）式を用いる。

以上説明したように、撮像ユニット８は、第３の実施形態の撮像ユニット５と同様に駆動周波数が低く、高精細化可能な余力を有する。また、前記撮像ユニット５と同様に画素開口を大きくして感度を向上しやすい。
したがって、本実施形態に係る内視鏡によれば、小型で、第３の実施形態に係る内視鏡よりさらに高画質にすることができる。

以上、第１の実施形態〜第５の実施形態では、高精細撮像ユニットでベストフォーカス状態での画質優先で好ましいＦｎｏ設定に関する考察を行ってきたが、現実的な実装課題として高精細化・高画質化に伴う被写界深度低下は避けて通れない。先に示した文献群も基本的には被写界深度低下対策が重要な位置づけを占めている。これに対する構造として、本発明では、例えば対物光学系４（図１参照）にフォーカス機能を搭載することを必須とする。

前記フォーカス機能の構成としては、対物光学系４内の一部のレンズをアクチュエータ等で移動するタイプや、液体レンズ等の可変焦点レンズユニットの採用が考えられる。
なお、撮像ユニット３自身を移動するタイプは撮像ユニット３に付随する電気配線部移動も伴うため望ましくない。

また、対物光学系４でのフォーカス動作に伴いＦｎｏが多少は変動するため、フォーカス範囲内の少なくとも１点において、上記（１）式や（２）式を満足するＦｎｏが存在することが必要である。さらにフォーカス範囲内の全てにおいて、（１）式や（２）式を満足するようにＦｎｏを設定すればより一層好ましい。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

本発明の構成物配置を示す図である。本発明の第１の実施形態のベイヤー配列単板カラー固体撮像素子のフィルタ配列を示す図である。本発明の第１の実施形態のベイヤー配列単板カラー固体撮像素子の再現性エラー率を示す図である。参考例１の３板撮像ユニットの再現性エラー率を示す図である。参考例２の補色単板カラー固体撮像素子のフィルタ配列を示す図である。参考例２の補色単板カラー固体撮像素子の再現性エラー率を示す図である。本発明の第２の実施形態のハニカム配列単板カラー固体撮像素子のフィルタ配列を示す図である。本発明の第２の実施形態のハニカム配列単板カラー固体撮像素子および第３の実施形態の２板撮像ユニットの再現性エラー率を示す図である。本発明の第３の実施形態および第４の実施形態の２枚撮像ユニット構成を示す図である本発明の第３の実施形態の２板撮像ユニットの論理画素配列を示す図である。本発明の第４の実施形態の２板撮像ユニットの論理画素配列を示す図である。本発明の第４の実施形態の２板撮像ユニットの再現性エラー率を示す図である。本発明の第５の実施形態の３枚撮像ユニット構成を示す図である。本発明の第５の実施形態の３板撮像ユニットの論理画素配列を示す図である。本発明の第５の実施形態の３板撮像ユニットの再現性エラー率を示す図である。

符号の説明

１内視鏡
２挿入部
３撮像ユニット
４対物光学系

Claims

フォーカス調整機能を有する対物光学系と、
有効画素数３０万以上の原色単板カラー全画素読み出し固体撮像素子とを有し、
下記条件式（１）を満足する内視鏡。
（１）１．９５＜Ｆｎｏ／Ｐｖ＜２．４
ただし、
Ｐｖ：固体撮像素子の垂直方向画素ピッチ
［μm］
Ｆｎｏ：対物光学系のＦナンバー
フォーカス調整機能を有する対物光学系と、
２板撮像ユニットとを有し、
該２板撮像ユニットが、緑色光を撮像する有効画素数６０万以上の固体撮像素子Ｇと、赤色光と青色光とを撮像する有効画素数６０万以上の固体撮像素子ＲＢとを備え、
下記条件式（１）を満足する内視鏡。
（１）１．９５＜Ｆｎｏ／Ｐｖ＜２．４
ただし、
Ｐｖ：固体撮像素子の垂直方向画素ピッチ
［μm］
Ｆｎｏ：対物光学系のＦナンバー
フォーカス調整機能を有する対物光学系と、
２板撮像ユニットとを有し、
該２板撮像ユニットが、緑色光を撮像する有効画素数１５万以上の全画素読み出し固体撮像素子Ｇと、赤色光と青色光とを撮像し、前記固体撮像素子Ｇに対して水平・垂直両方向に約１／２ピッチ画素ずらして配置した有効画素数１５万以上の全画素読み出し固体撮像素子ＲＢとを備え、
下記条件式（２）を満足する内視鏡。
（２）１．９５＜Ｆｎｏ／（Ｐｖ／２）＜２．４
ただし、
Ｐｖ：固体撮像素子の垂直方向画素ピッチ
［μm］
Ｆｎｏ：対物光学系のＦナンバー
フォーカス調整機能を有する対物光学系と、
３板撮像ユニットとを有し、
該３板撮像ユニットが、緑色光を撮像する有効画素数１５万以上の全画素読み出し固体撮像素子Ｇと、赤色光を撮像し、前記固体撮像素子Ｇに対して水平・垂直両方向に約１／２ピッチ画素ずらして配置した有効画素数１５万以上の全画素読み出し固体撮像素子Ｒと、青色光を撮像し、前記固体撮像素子Ｒの画素配置に略一致するように配置した有効画素数１５万以上の全画素読み出し固体撮像素子Ｂとを備え、
下記条件式（２）を満足する内視鏡。
（２）１．９５＜Ｆｎｏ／（Ｐｖ／２）＜２．４
ただし、
Ｐｖ：固体撮像素子の垂直方向画素ピッチ
［μm］
Ｆｎｏ：対物光学系のＦナンバー