WO2018173412A1 - 内視鏡システム - Google Patents

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WO2018173412A1
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露木浩
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オリンパス株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an endoscope system.
  • the depth of field becomes narrower as the number of pixels of the imaging device increases. That is, when the pixel pitch (the vertical and horizontal dimensions of one pixel) is reduced in order to increase the number of pixels in the imaging device, the permissible circle of confusion is also reduced accordingly, and the depth of field of the imaging device is reduced.
  • Patent Documents 1, 2, 3, 4, 5, 6, and 7 disclose configurations of elements and devices that eliminate such a polarization state.
  • Patent Document 1 discloses a depolarizing element configured by stacking a plurality of wedge-shaped transparent plates made of a material having birefringence.
  • Patent Document 2 discloses a depolarizing element configured by combining a plurality of prisms having birefringence.
  • Patent Document 3 discloses a depolarizing element having a configuration in which unevenness on the surface of a crystal plate having birefringence is provided and bonded to a transparent plate. These depolarizers have the effect of depolarizing the polarization characteristics of light having any polarization state regardless of the wavelength.
  • Patent Document 4 discloses a configuration in which a ⁇ / 4 wavelength plate is disposed between an objective optical system and a polarizing beam splitter.
  • Patent Document 5 discloses a configuration in which a depolarization plate is disposed on the object side of a polarization beam splitter so that the polarization state of incident light is non-polarized.
  • Patent Document 6 shows a specific example of a depolarizing plate.
  • Patent Document 7 shows a configuration that eliminates polarized light in the visible range by having a wave plate.
  • JP 60-243604 A Japanese Patent Laid-Open No. 02-211404 JP 52-104934 A Special table 2014-524290 gazette International Publication No. 2013/027459 International Publication No. 2016/043107 International Publication No. 2014/002740
  • Patent Documents 1, 2, and 3 the depolarizer has a complicated configuration. For this reason, the optical path dividing unit having the conventional technology is also increased in size. In particular, in an endoscope, when the configuration for expanding the depth of field having the optical path dividing unit as described above is used, it is difficult to make the endoscope distal end portion a compact configuration.
  • the ⁇ / 4 wavelength plates of Patent Documents 4 and 7 are simply wavelength plates that convert linearly polarized light into circularly polarized light or circularly polarized light into linearly polarized light, and do not have a sufficient depolarization effect.
  • Patent Document 5 does not show a specific configuration of the depolarizing plate.
  • Patent Document 6 proposes a zero-order ⁇ / 4 wavelength plate or a multi-order ⁇ / 4 wavelength plate for several wavelengths as a depolarizing plate, but has the same problem as Patent Document 4.
  • multi-order wave plates for several wavelengths cause wavelength dependence, there is a problem that optical path division is not uniform when handling light of a specific narrow band.
  • the present invention has been made in view of the above, and provides a compact endoscope system that does not require the use of a depolarizing plate having a complicated configuration and can obtain a sufficient depolarizing effect. With the goal.
  • an endoscope system includes: In order from the object side, the objective optical system, an optical path dividing unit that divides the light from the objective optical system into two, and an image sensor that captures the two divided images, A ⁇ / 4 wavelength plate made of one birefringent material is disposed in the optical path between the objective optical system and the optical path splitting unit, The ⁇ / 4 wavelength plate satisfies the following conditional expressions (1) and (2).
  • d is the thickness of the ⁇ / 4 wavelength plate
  • d0 is a thickness that is zero order in the e-line of the ⁇ / 4 wavelength plate
  • ⁇ n is the birefringence at the e-line of the ⁇ / 4 wavelength plate, It is.
  • the present invention has an effect that it is not necessary to use a depolarizing plate having a complicated configuration, and a sufficient depolarizing effect can be obtained, thereby providing a compact endoscope system.
  • FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a multi-order ⁇ / 4 wavelength plate, an optical path dividing unit, and an image sensor that the endoscope system according to the embodiment of the present invention has. It is a schematic structure figure of an image sensor which an endoscope system concerning an embodiment of the present invention has. It is a cross-sectional block diagram of a multi-order ⁇ / 4 wavelength plate.
  • (A) is an optical characteristic of a multi-order ⁇ / 4 wave plate for 27 wavelengths
  • (b) is an optical characteristic of a multi-order ⁇ / 4 wave plate for 10 wavelengths
  • (c) is a multi-order ⁇ / wave for 85 wavelengths.
  • It is a functional block diagram which shows the structure of the endoscope system which concerns on embodiment of this invention.
  • the endoscope system is a diagram showing an imaging state when an image is formed on an imaging device after an odd number of reflections by a beam splitter. It is a figure which shows the cross-sectional structure of the objective optical system which the endoscope system which concerns on Example 1 of this invention has, an optical path division unit, and an image pick-up element.
  • A) is sectional drawing in a normal observation state
  • (b) is sectional drawing in a close-up observation state.
  • FIG. 1 shows a schematic configuration of an endoscope system according to the present embodiment.
  • the endoscope system includes, in order from the object side, an objective optical system OBL, an optical path splitting unit 120 that splits light from the objective optical system OBL into two, and an image sensor 122 that captures two split images.
  • a multi-order ⁇ / 4 wavelength plate 121a made of one birefringent material is disposed in the optical path between the objective optical system OBL and the optical path splitting unit 120. The following conditional expressions (1) and (2) are satisfied.
  • d is the thickness of the ⁇ / 4 wavelength plate 121a
  • d0 is a thickness of zero order in the e-line of the ⁇ / 4 wavelength plate 121a
  • ⁇ n is the birefringence at the e-line (546.1 nm) of the ⁇ / 4 wavelength plate 121a, It is.
  • a multi-order ⁇ / 4 wavelength plate 121a made of a birefringent material is disposed between the objective optical system OBL and the optical path splitting unit 120.
  • the light incident on the optical path dividing unit 120 can be made non-polarized light.
  • a description of non-polarization by the multi-order ⁇ / 4 wavelength plate 121a will be described later. Since the light path division unit 120 can always divide the light intensity equally, it is possible to obtain an image with uniform brightness independent of polarization.
  • a depolarizing effect can be obtained by making the multi-order ⁇ / 4 wavelength plate a higher multi-order by generating a higher-order phase difference.
  • Polarization in which the intensity of extraordinary rays (S-polarized light) and the intensity of ordinary rays (P-polarized light) changes with a high frequency depending on the wavelength can be regarded as equivalent to non-polarized light in the visible region (400 nm to 700 nm). .
  • the split intensity of transmitted light and reflected light in the optical path splitting unit varies greatly depending on the incident wavelength and polarization state to the optical path splitting unit. As a result, an image with uniform intensity cannot be obtained.
  • Conditional expressions (1) and (2) are conditions for obtaining depolarization with a multi-order ⁇ / 4 wavelength plate in the visible range.
  • a birefringent material that is a multi-order ⁇ / 4 wavelength plate that generates a phase difference of 10 to 85 wavelengths and has an appropriate birefringence is used. Thereby, a good depolarization effect can be obtained.
  • conditional expressions (1) and (2) If the lower limit value of conditional expressions (1) and (2) is not reached, the depolarization effect becomes insufficient, and the brightness of the image divided by the optical path dividing unit changes depending on the observation wavelength and the polarization state, which is not preferable.
  • the ⁇ / 4 wavelength plate is too thick and the endoscope tip becomes large. Furthermore, the birefringence is too large, and the focus positions of ordinary light and extraordinary light are greatly shifted, and the quality of the composite image is deteriorated.
  • the ⁇ / 4 wavelength plate 121a is configured to be bonded to an isotropic plate material 121g (see FIG. 4) such as optical glass.
  • the birefringence ⁇ n of the birefringent material used for the ⁇ / 4 wavelength plate 121a is relatively thin when the birefringence ⁇ n is 0.09 to 0.23.
  • the thickness is about 62 ⁇ m.
  • the ⁇ / 4 wavelength plate 121a may be arranged on the image side surface of the aperture stop S.
  • ⁇ / 4 wave plate for the same 10 wavelengths is produced using YVO 4 (yttrium vanadate), it becomes a thickness of about 24 ⁇ m and needs to be handled with care so as not to be damaged.
  • a ⁇ / 4 wavelength plate single plate is weak in mechanical strength, the strength is maintained in the state of bonding or optical contact with an isotropic plate material such as ordinary optical glass having no birefringence. Is desirable.
  • the surface of the ⁇ / 4 wavelength plate 121a is provided with an antireflection coating AR (see FIG. 4).
  • the birefringent material in this embodiment has a relatively high refractive index of 2 or more, and problems such as flare, ghost, and brightness loss due to surface reflection are likely to occur. Therefore, it is desirable to apply the antireflection coating AR to the surface of the birefringent material.
  • an antireflection coating on the bonding surface is also effective. It is.
  • the birefringent material of the ⁇ / 4 wave plate 121a is LiNbO 3 (lithium niobate), YVO 4 (yttrium vanadate), calcite, ⁇ -BBO (barium borate). Either one is desirable.
  • An effective depolarization effect can be obtained by using a crystal material having a large birefringence as described above.
  • FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of the ⁇ / 4 wavelength plate 121a, the optical path dividing unit 120, and the image sensor 122.
  • the light emitted from the objective optical system OBL enters the optical path dividing unit 120 via the ⁇ / 4 wavelength plate 121a.
  • the ⁇ / 4 wavelength plate 121a has a function of canceling polarized light with a simple configuration.
  • the optical path dividing unit 120 includes a polarization beam splitter 121 that divides a subject image into two optical images with different focus points, and an imaging element 122 that captures two optical images and acquires two images.
  • the polarization beam splitter 121 includes an object-side prism 121b, an image-side prism 121e, a mirror 121c, and a ⁇ / 4 plate 121d. Both the object-side prism 121b and the image-side prism 121e have beam split surfaces having an inclination of 45 degrees with respect to the optical axis AX.
  • a polarization separation film 121f is formed on the beam split surface of the object-side prism 121b.
  • the object-side prism 121b and the image-side prism 121e constitute a polarization beam splitter 121 by bringing their beam split surfaces into contact with each other via a polarization separation film 121f.
  • the mirror 121c is provided near the end face of the object-side prism 121b via a ⁇ / 4 plate 121d.
  • An image sensor 122 is attached to the end face of the image-side prism 121e via a cover glass CG.
  • I is an imaging plane (imaging plane).
  • the subject image from the objective optical system OBL is separated into a P-polarized component (transmitted light) and an S-polarized component (reflected light) by the polarization separation film 121f provided on the beam splitting surface in the object-side prism 121b, and reflected light.
  • the optical image is separated into two optical images, ie, an optical image on the side and an optical image on the transmitted light side.
  • the optical image of the S-polarized component is reflected to the imaging element 122 by the polarization separation film 121f, passes through the A optical path, passes through the ⁇ / 4 plate 121d, is reflected by the mirror 121c, and is folded back to the imaging element 122 side. It is.
  • the folded optical image is transmitted through the ⁇ / 4 plate 121d again to rotate the polarization direction by 90 °, passes through the polarization separation film 121f, and is formed on the image sensor 122.
  • the optical image of the P-polarized component is reflected by a mirror surface provided on the side opposite to the beam split surface of the image-side prism 121e that passes through the polarization separation film 121f, passes through the B optical path, and is folded vertically toward the image sensor 122. Then, an image is formed on the image sensor 122.
  • a prism glass path is set so that a predetermined optical path difference of, for example, about several tens of ⁇ m is generated between the A optical path and the B optical path, and two optical images with different focus are received on the light receiving surface of the image sensor 122. To form an image.
  • the optical path length on the transmitted light side to the image sensor 122 in the object-side prism 121b (so that the object-side prism 121b and the image-side prism 121e can separate the subject image into two optical images having different focus positions (
  • the optical path length on the reflected light side is shorter (smaller) than the (glass path length).
  • FIG. 3 is a schematic configuration diagram of the image sensor 122. As illustrated in FIG. 3, the image sensor 122 receives two optical images having different focus positions by separately receiving and capturing two optical images (effective pixels) among all the pixel areas of the image sensor 122. Regions) 122a and 122b are provided.
  • FIG. 4 shows a cross-sectional configuration of the ⁇ / 4 wavelength plate 121a.
  • the multi-order ⁇ / 4 wavelength plate 121a according to the embodiment is adhered to an isotropic plate material such as a normal optical glass 121g having no birefringence, by adhesion or optical contact. Thereby, mechanical strength can be obtained.
  • the example shown in FIG. 4 is a configuration example of a multi-order ⁇ / 4 wavelength plate for 10 wavelengths with a total thickness of 0.3 mm.
  • an antireflection coating AR is applied to the object side surface of the multi-order ⁇ / 4 wavelength plate 121a.
  • FIGS. 5A, 5B, and 5C show optical characteristics of the multi-order ⁇ / 4 wavelength plate 121a included in the endoscope system.
  • a solid line (X intensity) and a dotted line (Y intensity) indicate orthogonal polarization components, respectively.
  • the horizontal axis represents wavelength (nm), and the vertical axis represents the intensity of p-polarized light (for example, X intensity) and s-polarized light (for example, Y intensity) after passing through a multi-order ⁇ / 4 wavelength plate.
  • a multi-order ⁇ / 4 wavelength plate 121a having a large birefringence is disposed between the objective optical system OBL of the endoscope and the polarization beam splitter 121, and used as a depolarization plate.
  • the multi-order ⁇ / 4 wavelength plate 121a can be regarded as equivalent to non-polarized light in the visible range (400 nm to 700 nm) because the polarization changes with a very high period depending on the wavelength.
  • a zero-order or multi-order ⁇ / 4 wave plate for several wavelengths can convert linearly polarized light of a specific wavelength into circularly polarized light, but because of its large wavelength dependence and polarization dependence, Therefore, it is impossible to always keep the divided intensity constant, and an image with uniform intensity cannot be obtained.
  • FIG. 6 shows the configuration of the endoscope system.
  • An endoscope system 1 according to this embodiment includes an endoscope 2 that is inserted into a subject, a light source device 3 that supplies illumination light to the endoscope 2, a processor device 4, and an image display unit 5. Have.
  • the processor device 4 has a function of performing image processing, but also has other functions.
  • the processor device 4 includes an actuator control unit 25, an image processor 30, and a control unit 39.
  • the image display device 5 displays the image signal generated by the processor device 4 as an endoscopic image.
  • the endoscope 2 has an elongated insertion portion 6 to be inserted into the subject and an operation portion 7 provided at the rear end of the insertion portion 6. From the operation unit 7, a light guide cable 8 extends outward. One end of the light guide cable 8 is detachably connected to the light source device 3 via a connection portion 8a.
  • the light guide cable 8 has a light guide 9 inside. A part of the light guide 9 is disposed in the insertion portion 6.
  • the light source device 3 incorporates a lamp 11 such as a xenon lamp as a light source.
  • the light source is not limited to the lamp 11 such as a xenon lamp, and a light emitting diode (abbreviated as LED) may be used.
  • the illumination light generated by the lamp 11, for example, white light is adjusted in passing light amount by the diaphragm 12. Then, the illumination light is collected by the condenser lens 13 and enters the incident end face of the light guide 9.
  • the aperture diameter of the diaphragm 12 can be changed by the diaphragm driver 14.
  • the light guide 9 transmits the illumination light generated by the light source device 3 to the distal end portion 6 a of the insertion portion 6.
  • the transmitted illumination light is emitted from the tip surface of the light guide 9.
  • An illumination lens 15 is disposed at the distal end portion 6a so as to face the distal end surface.
  • the illumination lens 15 emits illumination light from the illumination window 15a. As a result, the site to be observed inside the subject is illuminated.
  • the observation window 20 is provided in the front-end
  • An objective optical system OBL is disposed behind the observation window 20.
  • the objective optical system OBL includes a lens group 16 and an optical path dividing unit 120.
  • the lens group 16 includes a lens 16a and a lens 21.
  • the lens 21 is movable along the optical axis. Thereby, focusing is performed.
  • An actuator 22 is arranged for moving the lens 21.
  • one image sensor 122 (not shown) is arranged in the optical path dividing unit 120. Two optical images are simultaneously formed on the light receiving surface of the image sensor 122. Two optical images are captured by the image sensor.
  • the operation unit 7 is connected to the processor device 4 via the cable 24.
  • a signal connector 24 a is provided at a location where the processor device 4 is connected. Various types of information are transmitted between the endoscope 2 and the processor device 4 via the cable 24.
  • the signal connector 24 a has a correction parameter storage unit 37.
  • the correction parameter storage 37 stores correction parameters (information) used for image correction.
  • the correction parameters are different for each endoscope. Assume that an endoscope having unique endoscope identification information is connected to the processor device 4. In this case, a correction parameter unique to the connected endoscope is read from the correction parameter storage unit 37 based on the endoscope identification information. Based on the read correction parameter, the image correction processing unit 32 corrects the image. The presence or absence of correction is performed by the control unit 39.
  • the actuator 22 is controlled by the actuator control unit 25.
  • the actuator 22 and the actuator controller 25 are connected via a signal line 23.
  • the image sensor is connected to the image processor 30 via the signal line 27a.
  • a signal from the image sensor is input to the image processor 30.
  • Information on the switch 26 provided in the operation unit 7 is also transmitted to the processor device 4 through the signal line 27a.
  • the two optical images are picked up by the image sensor.
  • An image signal obtained by imaging is input to the image processor 30 via the signal line 27a.
  • the image processor 30 includes an image reading unit 31, an image correction processing unit 32, an image composition processing unit 33, a subsequent image processing unit 34, an image output unit 35, and a light control unit 36.
  • the image reading unit 31 reads image signals of a plurality of images from the input image signal.
  • the number of optical images and the number of images are both two.
  • the geometric difference includes a relative deviation (difference) between two optical images, for example, a magnification deviation (difference), a positional deviation (difference), and a rotational deviation (difference). It is difficult to completely eliminate these differences when manufacturing the objective optical system OBL. However, when the amount of deviation (difference) increases, for example, the composite image looks double. Therefore, it is preferable to correct the above-described geometric difference in the image correction processing unit 32.
  • the image correction processing unit 32 performs image correction on the two read images.
  • a process of matching at least one difference among a relative magnification difference, a position difference, and a rotation difference between two images is performed.
  • the image correction processing unit 32 performs color tone correction.
  • the image correction processing unit 32 includes a color tone correction unit (not shown).
  • a color tone correction unit (not shown).
  • the color correction may be performed by the image correction processing unit 32 without providing the color correction unit.
  • the image correction processing unit 32 changes the luminance of one of the two images so that it substantially matches the luminance of the other image.
  • the image correction processing unit 32 changes the saturation in one image so as to substantially match the saturation in the other image.
  • image synthesis using two images is performed. If there is a difference in brightness or color tone between the two optical images, a difference in brightness or color tone also occurs in the two images obtained by imaging. In the endoscope system of the present embodiment, even if brightness differences or color tone differences occur in a plurality of images, brightness differences or color tone differences can be reduced. Therefore, the color reproducibility of the synthesized image can be further improved.
  • contrast comparison is performed using two images. This comparison is performed for each spatially identical pixel area in the two images. Subsequently, a pixel region having a higher contrast is selected. Then, one image is generated using the selected pixel region. In this way, one composite image is generated from the two images.
  • a composite image may be generated after performing composite image processing for adding each image with a predetermined weight.
  • the post-stage image processing unit 34 performs image processing such as contour enhancement and gamma correction on the composite image.
  • the image output unit 35 outputs the image-processed image to the image display device 5.
  • the light control unit 36 generates a light control signal for adjusting light to a reference brightness from the image read by the image reading unit 31.
  • the dimming signal is output to the aperture driving unit 14 of the light source device 3.
  • the aperture drive unit 14 adjusts the aperture amount of the aperture 12 so as to maintain the reference brightness according to the dimming signal.
  • FIG. 7 is a flowchart showing a flow when two optical images are synthesized in the present embodiment.
  • step S101 the image correction processing unit 32 performs correction processing on two images of the perspective image and the image related to the near-point image acquired by the image sensor 122, which are different in focus. That is, according to a preset correction parameter, the two images are corrected so that the relative position, angle, and magnification in the optical images of the two images are substantially the same, and the corrected images are combined.
  • the data is output to the processing unit 33. In addition, you may correct
  • step S102 the two images subjected to the correction processing are combined by the image combining processing unit 33. At this time, contrast values are calculated and compared in the corresponding pixel regions of the two perspective images.
  • step S103 it is determined whether or not there is a difference in the compared contrast values. If there is a difference in contrast, the process proceeds to step S105, where a region having a high contrast value is selected and synthesized.
  • the difference in the contrast value to be compared is small or almost the same, it becomes an unstable factor in processing which of the two perspective images is selected. For example, if there are fluctuations in a signal such as noise, a discontinuous region may be generated in the composite image, or a problem may occur that the originally resolved subject image is blurred.
  • step S104 if the contrast values of the two images are substantially the same in the pixel region to be subjected to the contrast comparison, weighting is performed, and the image weighted in the next step S105 is added to perform image selection. The instability is resolved.
  • the field of view is prevented while preventing a discontinuous region from being generated in the composite image or the optical image from being blurred due to noise or the like.
  • An image with an increased depth can be acquired.
  • FIG. 8 is a diagram showing an imaging state when an image is formed on the image sensor after an odd number of reflections by the polarization beam splitter 121.
  • an optical image is formed on the image sensor 122 after one reflection, that is, an odd number of reflections.
  • any one of the images is brought into an image formation state (mirror image) as shown in FIG. 8, and image processing is performed in the image processor 30 to invert the mirror image and to match the image directions.
  • the correction of the mirror image by the optical even number of reflections may increase the size of the objective optical system and the cost of the prism, the correction of the mirror image by the odd number of reflections may be reversed by the image correction processing unit 32. It is preferable to carry out by.
  • the image sensor 122 has a long shape in the longitudinal direction of the endoscope, it is preferable to appropriately rotate the composite image in consideration of the aspect ratio of the image display device 5.
  • FIGS. 9A and 9B are diagrams showing cross-sectional configurations of the objective optical system, the ⁇ / 4 wavelength plate, the optical path dividing unit, and the image sensor.
  • FIG. 9A is a diagram showing a cross-sectional configuration of the objective optical system in a normal observation state (a long distance object point).
  • FIG. 9B is a diagram showing a cross-sectional configuration of the objective optical system in the close-up observation state (short-distance object point).
  • the objective optical system includes, in order from the object side, a first lens group G1 having a negative refractive power, a second lens group G2 having a positive refractive power, and a third lens group G3 having a positive refractive power. , Is composed of.
  • the aperture stop S is disposed in the third lens group G3.
  • the second lens group G2 moves on the optical axis AX to the image side, and corrects the change in the focal position accompanying the change from the normal observation state to the close observation state.
  • the first lens group G1 includes, in order from the object side, a planoconcave negative lens L1 having a plane facing the object side, a parallel flat plate L2, a biconcave negative lens L3, and a positive meniscus lens L4 having a convex surface facing the image side. It consists of.
  • the negative lens L3 and the positive meniscus lens L4 are cemented.
  • the second lens group G2 includes a positive meniscus lens L5 having a convex surface directed toward the object side.
  • the third lens group G3 includes, in order from the object side, a biconvex positive lens L6, a negative meniscus lens L7 having a convex surface directed toward the image side, an aperture stop S, a biconvex positive lens L8, and a biconvex positive lens L9. And a negative meniscus lens L10 having a convex surface facing the image side.
  • the positive lens L6 and the negative meniscus lens L7 are cemented.
  • the positive lens L9 and the negative meniscus lens L10 are cemented.
  • the above-described ⁇ / 4 wavelength plate 121a and the optical path dividing unit 120 are disposed on the image side of the third lens group G3. In the prism in the optical system, the optical path is bent.
  • the parallel flat plate L2 is a filter provided with a coating for cutting a specific wavelength, for example, 1060 nm of a YAG laser, 810 nm of a semiconductor laser, or an infrared region.
  • I is an imaging plane (imaging plane).
  • a ⁇ / 4 wavelength plate 121a is disposed in the optical path between the third lens group G3 and the optical path dividing unit 120 on the image side.
  • the numerical data of each of the above examples is shown below. Symbols r are radii of curvature of the lens surfaces, d is the distance between the lens surfaces, ne is the refractive index of the e-line of each lens, ⁇ e is the Abbe number of each lens, FNO is the F number, and ⁇ is the half angle of view. It is.
  • the back focus fb represents the distance from the most image-side optical surface to the paraxial image surface in terms of air. The total length is obtained by adding back focus to the distance (not converted to air) from the lens surface closest to the object side to the optical surface closest to the image side.
  • the aperture is a brightness aperture.
  • Numerical example 1 Unit mm Surface data Surface number r d ne ⁇ e 1 ⁇ 0.49 1.88815 40.52 2 1.812 0.79 3 ⁇ 0.84 1.52300 66.3 4 ⁇ 0.34 5 -4.881 0.56 1.88815 40.52 6 1.866 2.13 1.85504 23.59 7 77.332 Variable 8 2.010 0.81 1.48915 70.04 9 2.149 Variable 10 3.354 1.13 1.65222 33.53 11 -1.665 0.32 2.01169 28.07 12 -9.987 0.04 13 (Aperture) ⁇ 0.56 14 512.363 0.95 1.70442 29.89 15 -3.552 0.36 16 9.128 0.94 1.48915 70.04 17 -2.180 0.39 1.93429 18.74 18 -4.093 4.59 19 (imaging surface) ⁇ Various data Normal observation state Close-up observation state Focal length 1.00 1.01 FNO.
  • conditional expression (1) (d / d0) ⁇ 0.25
  • d0 (( ⁇ / 10 ⁇ 6 ) ⁇ 0.25 / ⁇ n) (nm)
  • ⁇ n ne-no (difference between the ordinary ray refractive index and extraordinary ray refractive index in the e-line)
  • conditional expression (1) ′ is satisfied instead of conditional expression (1).
  • Conditional expression (2) combined with conditional expression (1) ′ can be used as it is.
  • Conditional expression (1) ′ corresponds to 4, 7, and 8 in the embodiment.
  • Example 1 Example 2
  • Example 3 Conditional expression (1) 27.4 10.0 84.7
  • Conditional expression (2) 0.08798 0.08798 0.23122 Crystal Material LiNbO 3 LiNbO 3 YVO 4 d (mm) 0.1700 0.0620 0.2 d0 0.0016 0.0016 0.0006 ⁇ n -0.087980025 -0.087980025 0.231221658
  • Example 6 Conditional expression (1) 42.3 83.9 10.0 Conditional expression (2) 0.23122 0.08798 0.23122 Crystalline material YVO 4 LiNbO 3 YVO 4 d (mm) 0.1000 0.5210 0.0235 d0 0.0006 0.0016 0.0006 ⁇ n 0.231221658 -0.087980025 0.231221658
  • Example 7 Example 8 Conditional expression (1) '16.1 48.3 Conditional expression (2) 0.087
  • Example 1 is a representative example of the present embodiment, and is an example in which the thickness is reduced while obtaining a sufficient depolarization effect.
  • Example 2 is an example in which the wave plate is thin-walled while obtaining a minimum depolarization effect and bonded to glass to increase the mechanical strength.
  • Example 3 is an example in which the crystal material of the wave plate is changed to a YVO 4 crystal having higher birefringence, and the depolarization effect is emphasized.
  • Example 4 the thickness of the wave plate of Example 3 is changed to reduce the difference between the focus position of ordinary light and the focus position of extraordinary light due to birefringence, and a sufficient depolarization effect can be obtained.
  • Example 5 is an example in which cost is reduced by increasing the thickness of the wave plate and making the wave plate as a single plate mainly for easy handling.
  • Example 6 is an example in which a YVO 4 crystal is used as a wave plate to further reduce the thickness while increasing the depolarization effect, thereby reducing the size of the endoscope tip.
  • Example 7 is an example in which the thin-wall processing difficulty level is reduced, the cost is reduced, and the mechanical strength is increased by bonding to glass.
  • Example 8 is an example in which the mechanical strength is good and the plate is composed of a single plate.
  • a depolarizing plate which is a multi-order ⁇ / 4 wavelength plate made of one birefringent material and satisfies the following conditional expressions (1) and (2). 10 ⁇ (d / d0) ⁇ 0.25 ⁇ 85 (1) 0.09 ⁇
  • the present invention is useful for a compact endoscope system that does not require the use of a depolarizing plate having a complicated configuration and can obtain a sufficient depolarizing effect.

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Abstract

複雑な構成の偏光解消板を用いる必要がなく、且つ十分な偏光解消効果を得ることができる、コンパクトな内視鏡システムを提供することを目的とする。　物体側から順に、対物光学系ＯＢＬと、対物光学系からの光を２つに分割する光路分割ユニット１２０と、分割した２つの像を撮像する撮像素子１２２と、を有し、　１つの複屈折素材からなるλ／４波長板１２１ａが、対物光学系ＯＢＬと光路分割ユニット１２０との間の光路中に配置され、　λ／４波長板１２１ａは、以下の条件式（１）、（２）を満足することを特徴とする。　１０≦（ｄ／ｄ０）×０．２５≦８５　（１）　０．０９≦｜Δｎ｜≦０．２３　（２）　ここで、　ｄは、λ／４波長板の厚み、　ｄ０は、λ／４波長板のｅ線においてゼロオーダーとなる厚み、　Δｎは、λ／４波長板のｅ線における複屈折、 である。

Description

内視鏡システム
　本発明は、内視鏡システムに関するものである。
　一般に、内視鏡システムを始め、撮像素子を備えた機器において、撮像素子の高画素化に伴い、被写界深度が狭くなることが知られている。すなわち、撮像素子において、画素数を増やすために画素ピッチ（１画素の縦横の寸法）を小さくすると、これに伴って許容錯乱円も小さくなるため、撮像装置の被写界深度が狭くなる。
　被写界深度を拡大するために、例えば、自画像を分割して結像させ、取得した画像を画像処理で合成し深度を拡大する構成が提案されている。ここで、自画像を分割する際、偏光を利用した光路分割ユニットを用いることが効率的である。偏光を利用した光路分割ユニットでは、偏光状態を解消した光を光路分割ユニットへ入射させることが望ましい。このような偏光状態を解消する素子及び装置の構成は、例えば、特許文献１、２、３、４、５、６、７に開示されている。
　特許文献１は、複屈折を有する材質からなる複数のクサビ状の透明板を重ねて構成される偏光解消素子を開示している。特許文献２は、複屈折を有する複数のプリズムを組合わせて構成する偏光解消素子を開示している。特許文献３は、複屈折を有する結晶板の表面の凹凸を施し、透明板と接着した構成の偏光解消素子を開示している。これらの偏光解消素子は波長によらず、あらゆる偏光状態を有する光に対して、その偏光特性を無偏光化する効果を有する。
　特許文献４は、対物光学系と偏光ビームスプリッターの間にλ／４波長板を配置した構成を開示している。特許文献５は、偏光ビームスプリッターの物体側に偏光解消板を配置して、入射する光の偏光状態を無偏光とする構成を開示している。特許文献６は、偏光解消板の具体的な一例を示している。特許文献７は、波長板を有することで、可視域において偏光を解消する構成が示されている。
特開昭６０－２４３６０４号公報 特開平０２－２１１４０４号公報 特開昭５２－１０４９３４号公報 特表２０１４－５２４２９０号公報 国際公開第２０１３／０２７４５９号 国際公開第２０１６／０４３１０７号 国際公開第２０１４／００２７４０号
　しかしながら、特許文献１、２、３では、偏光解消板は複雑な構成を有している。このため、従来技術を有する光路分割ユニットも大型化してしまう。特に、内視鏡において、上述のような光路分割ユニットを有する被写界深度拡大のための構成を用いると、内視鏡先端部をコンパクトな構成にすることが困難である。一方、特許文献４、７のλ／４波長板は、単に直線偏光を円偏光、あるいは円偏光を直線偏光にする波長板であって、十分な偏光解消作用は有していない。
　特許文献５には、偏光解消板の具体的な構成が示されていない。特許文献６は、偏光解消板としてゼロオーダーλ／４波長板や、数波長分のマルチオーダーλ／４波長板を提案しているが、特許文献４と同じ課題を有している。また、数波長分のマルチオーダー波長板は却って波長依存性を生じさせるため、特定の狭帯域の光を扱う場合は光路分割が均等にならないと言った課題がある。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、複雑な構成の偏光解消板を用いる必要がなく、且つ十分な偏光解消効果を得ることができる、コンパクトな内視鏡システムを提供することを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係る内視鏡システムは、
　物体側から順に、対物光学系と、対物光学系からの光を２つに分割する光路分割ユニットと、分割した２つの像を撮像する撮像素子と、を有し、
　１つの複屈折素材からなるλ／４波長板が、対物光学系と光路分割ユニットとの間の光路中に配置され、
　λ／４波長板は、以下の条件式（１）、（２）を満足することを特徴とする。
　１０≦（ｄ／ｄ０）×０．２５≦８５　　　　　（１）
　０．０９≦｜Δｎ｜≦０．２３　　　　　（２）
　ｄは、λ／４波長板の厚み、
　ｄ０は、λ／４波長板のｅ線においてゼロオーダーとなる厚み、
　Δｎは、λ／４波長板のｅ線における複屈折、
である。
　本発明は、複雑な構成の偏光解消板を用いる必要がなく、且つ十分な偏光解消効果を得られ、コンパクトな内視鏡システムを提供できるという効果を奏する。
本発明の一実施形態に係る内視鏡システムが有する対物光学系、光路分割ユニット及び撮像素子の断面構成を示す図（通常観察状態）である。 本発明の実施形態に係る内視鏡システムが有するマルチオーダーλ／４波長板と、光路分割ユニットと撮像素子との概略構成図である。 本発明の実施形態に係る内視鏡システムが有する撮像素子の概略構成図である。 マルチオーダーλ／４波長板の断面構成図である。 （ａ）は２７波長分のマルチオーダーλ／４波長板の光学特性、（ｂ）は１０波長分のマルチオーダーλ／４波長板の光学特性、（ｃ）は８５波長分のマルチオーダーλ／４波長板の光学特性を示す図である。 本発明の実施形態に係る内視鏡システムの構成を示す機能ブロック図である。 本発明の実施形態に係る内視鏡システムにおいて、２つの光学像を合成する場合の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る内視鏡システムにおいて、ビームスプリッターにより奇数回の反射後に撮像素子に結像される場合の結像状態を示す図である。 本発明の実施例１に係る内視鏡システムが有する対物光学系、光路分割ユニット及び撮像素子の断面構成を示す図である。（ａ）は通常観察状態における断面図、（ｂ）は近接観察状態における断面図である。
　以下に、実施形態に係る内視鏡システムを図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態により、この発明が限定されるものではない。
　図１は本実施形態に係る内視鏡システムの概略構成を示す。内視鏡システムは、物体側から順に、対物光学系ＯＢＬと、対物光学系ＯＢＬからの光を２つに分割する光路分割ユニット１２０と、分割した２つの像を撮像する撮像素子１２２と、を有し、１つの複屈折素材からなるマルチオーダーλ／４波長板１２１ａが、対物光学系ＯＢＬと光路分割ユニット１２０との間の光路中に配置され、マルチオーダーλ／４波長板１２１ａは、以下の条件式（１）、（２）を満足することを特徴とする。
　１０≦（ｄ／ｄ０）×０．２５≦８５　　　　　（１）
　０．０９≦｜Δｎ｜≦０．２３　　　　　（２）
　ここで、
　ｄは、λ／４波長板１２１ａの厚み、
　ｄ０は、λ／４波長板１２１ａのｅ線におけるゼロオーダーとなる厚み、
　Δｎは、λ／４波長板１２１ａのｅ線（５４６．１ｎｍ）における複屈折、
である。
　本実施形態では、対物光学系ＯＢＬと光路分割ユニット１２０の間に複屈折素材からなるマルチオーダーλ／４波長板１２１ａを配置している。これにより、光路分割ユニット１２０に入射する光を無偏光にすることができる。マルチオーダーλ／４波長板１２１ａにより、無偏光にできる説明は後述する。光路分割ユニット１２０で光の強度を常に均等に分割できるので、偏光に依存しない均等な明るさの画像を得ることができる。
　マルチオーダーλ／４波長板を、より高次の位相差を発生させて、超マルチオーダーとすることで偏光解消効果を得ることができる。波長によって、異常光線（Ｓ偏光）の強度と、常光線（Ｐ偏光）の強度と、が高周期で変化する偏波は、可視域（４００ｎｍ－７００ｎｍ）では無偏光と等価と見なすことができる。
　従来技術で示されるゼロオーダー波長板もしくは数波長分のマルチオーダー波長板では光路分割ユニットへの入射波長、偏光状態によって、光路分割ユニットでの透過光と反射光との分割強度が大きく変化してしまい、均等な強度の画像を得る事ができない。
　条件式（１）、（２）は、可視域において、マルチオーダーのλ／４波長板で偏光解消を得るための条件である。本実施形態では、例えば、１０～８５波長分の位相差を発生させるマルチオーダーのλ／４波長板であって、且つ複屈折が適切な範囲である複屈折素材を用いている。これにより、良好な偏光解消効果を得る事ができる。
　条件式（１）、（２）の下限値を下回ると、偏光解消効果が不十分となり、光路分割ユニットで分割した画像の明るさが観察波長、偏光状態によって変化してしまい好ましくない。
　条件式（１）、（２）の上限値を上回ると、λ／４波長板が厚すぎて、内視鏡先端部が大型化してしまう。さらに、複屈折が大きすぎて常光と異常光のピント位置が大きくズレてしまい合成画像の品質を劣化させてしまう。
　また、本実施形態の好ましい態様によれば、λ／４波長板１２１ａは、光学ガラス等の等方性の板素材１２１ｇ(図４参照）と接着されて構成されていることが望ましい。
　λ／４波長板１２１ａに用いる複屈折素材の複屈折Δｎは、０．０９～０．２３とすると、比較的、薄肉の厚みとなる実施形態が存在する。例えば、ＬｉＮｂＯ３（ニオブ酸リチウム）を用いて１０波長分のマルチオーダーλ／４波長板を作成する場合、その厚みは約６２μｍとなる。
　また、λ／４波長板１２１ａは、明るさ絞りＳの像側面に配置しても良い。
　例えば、ＹＶＯ４（イットリウム・バナデート）を用いて同じ１０波長分のマルチオーダーλ／４波長板を作成する場合、約２４μｍの厚みとなり、破損をしないように慎重な扱いが必要となる。
　従って、λ／４波長板単板であると機械強度的に弱いため、複屈折を持たない通常光学ガラスの様な等方性の板素材と接着、もしくはオプティカルコンタクトの状態にて強度を保つのが望ましい。
　また、本実施形態の好ましい態様によれば、λ／４波長板１２１ａの表面には反射防止コーティングＡＲ（図４参照）が施されていることが望ましい。
　本実施形態における複屈折素材は比較的、屈折率が２以上と高く、表面反射によるフレア、ゴースト、明るさロスという問題が生じやすい。そのため、複屈折素材の表面に反射防止コーティングＡＲを施すことが望ましい。また、上述したように、等方性の素材（ガラス板１２１ｇ）と接着した構成とする場合、一般に接着剤の屈折率が１．５程度である事から、接着面への反射防止コーティングも有効である。
　また、本実施形態の好ましい態様によれば、λ／４波長板１２１ａの複屈折素材は、ＬｉＮｂＯ３（ニオブ酸リチウム）、ＹＶＯ４（イットリウム・バナデート）、方解石、α―ＢＢＯ（バリウムボーレイト）のいずれかであることが望ましい。
　上述のような複屈折が大きい結晶素材を用いることで、効果的な偏光解消効果を得ることができる。
　図２は、λ／４波長板１２１ａと、光路分割ユニット１２０と、撮像素子１２２との概略構成を示す図である。
　対物光学系ＯＢＬを射出した光は、λ／４波長板１２１ａを経て、光路分割ユニット１２０に入射する。λ／４波長板１２１ａは、図５を用いて後述するように、簡易な構成で偏光を解消する機能を有する。
　光路分割ユニット１２０は、被写体像をピントの異なる２つの光学像に分割する偏光ビームスプリッター１２１と、２つの光学像を撮像して２つの画像を取得する撮像素子１２２と、を有する。
　偏光ビームスプリッター１２１は、図２に示すように、物体側のプリズム１２１ｂ、像側のプリズム１２１ｅ、ミラー１２１ｃ、及びλ／４板１２１ｄを備えている。物体側のプリズム１２１ｂ及び像側のプリズム１２１ｅは共に光軸ＡＸに対して４５度の斜度であるビームスプリット面を有する。
　物体側のプリズム１２１ｂのビームスプリット面には偏光分離膜１２１ｆが形成されている。そして、物体側のプリズム１２１ｂ及び像側のプリズム１２１ｅは、互いのビームスプリット面を偏光分離膜１２１ｆを介して当接させて偏光ビームスプリッター１２１を構成している。
　また、ミラー１２１ｃは、物体側のプリズム１２１ｂの端面近傍にλ／４板１２１ｄを介して設けられている。像側のプリズム１２１ｅの端面には、カバーガラスＣＧを介して撮像素子１２２が取り付けられている。Ｉは、結像面（撮像面）である。
　対物光学系ＯＢＬからの被写体像は、物体側のプリズム１２１ｂにおいてビームスプリット面に設けられた偏光分離膜１２１ｆによりＰ偏光成分（透過光）とＳ偏光成分（反射光）とに分離され、反射光側の光学像と透過光側の光学像との２つの光学像に分離される。
　Ｓ偏光成分の光学像は、偏光分離膜１２１ｆで撮像素子１２２に対して対面側に反射されＡ光路を通り、λ／４板１２１ｄを透過後、ミラー１２１ｃで反射され、撮像素子１２２側に折り返される。折り返された光学像は、λ／４板１２１ｄを再び透過する事で偏光方向が９０°回転し、偏光分離膜１２１ｆを透過して撮像素子１２２に結像される。
　Ｐ偏光成分の光学像は、偏光分離膜１２１ｆを透過してＢ光路を通り、撮像素子１２２に向かって垂直に折り返す像側のプリズム１２１ｅのビームスプリット面と反対側に設けられたミラー面によって反射され、撮像素子１２２に結像される。この際、Ａ光路とＢ光路で、例えば、数十μｍ程度の所定の光路差を生じさせるように、プリズム硝路を設定しておき、ピントが異なる２つの光学像を撮像素子１２２の受光面に結像させる。
　すなわち、物体側のプリズム１２１ｂ及び像側のプリズム１２１ｅが、被写体像をピント位置が異なる２つの光学像に分離できるように、物体側のプリズム１２１ｂにおける撮像素子１２２に至る透過光側の光路長（硝路長）に対して反射光側の光路長が短く（小さく）なるように配置する。
　図３は、撮像素子１２２の概略構成図である。撮像素子１２２は、図３に示すように、ピント位置が異なる２つの光学像を各々個別に受光して撮像するために、撮像素子１２２の全画素領域の中に、２つの受光領域（有効画素領域）１２２ａ、１２２ｂが設けられている。
　図４は、λ／４波長板１２１ａの断面構成を示す。実施例に係るマルチオーダーλ／４波長板１２１ａは、複屈折を持たない通常光学ガラス１２１ｇの様な等方性の板素材と接着、もしくはオプティカルコンタクトにより密着されている。これにより、機械的強度を得られる。図４に示す例は、総厚さ０．３ｍｍとした１０波長分のマルチオーダーλ／４波長板の構成例である。
　また、マルチオーダーλ／４波長板１２１ａの物体側表面には、反射防止コーティングＡＲが施されている。これにより、表面反射によるフレア、ゴースト、明るさロスという問題を低減できる。
　次に、図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ内視鏡システムが有するマルチオーダーλ／４波長板１２１ａの光学特性を示す。実線（Ｘ強度）と点線（Ｙ強度）は、それぞれ直交する偏光成分を示す。横軸は波長（ｎｍ）、縦軸はマルチオーダーのλ／４波長板を透過した後のｐ偏光（例えばＸ強度）、ｓ偏光（例えばＹ強度）の強度を示す。内視鏡の対物光学系ＯＢＬと偏光ビームスプリッター１２１の間に複屈折の大きいマルチオーダーのλ／４波長板１２１ａを配置して、偏光解消板として用いる。マルチオーダーのλ／４波長板１２１ａは、波長によって偏波が非常に高周期で変化するため、可視域（４００ｎｍ－７００ｎｍ）では無偏光と等価と見なす事ができる。
　ゼロオーダーもしくは数波長分のマルチオーダーのλ／４波長板では、特定の波長の直線偏光を円偏光に変換する事はできるが、波長依存性や、偏光依存性が大きいため、偏光ビームスプリッターでの分割強度を常に一定に保つ事ができず、均等な強度の画像を得ることが出来ない。本実施例に示す構成とすることで、十分な偏光解消効果を得て、且つ複雑な構成の偏光解消板を用いる必要が無い。このため、内視鏡システムの内視鏡先端部の小型化が実現できるという作用効果を奏する。
（実施例Ａ、図５（ａ））
　ＬｉＮｂＯ３単板、ｄ＝０．１７ｍｍ
　２７波長分の位相差を発生させたλ／４波長板
（実施例Ｂ、図５（ｂ））
　ＬｉＮｂＯ３＋ガラス、ｄ＝０．０６（ＬＮ）＋０．２４（Ｓ－ＢＳＬ７、オハラ社製）ｍｍ
　１０波長分の位相差を発生させたλ／４波長板の例
（実施例Ｃ、図５（ｃ））
　ＹＶＯ４＋ガラス、ｄ＝０．２（Ｙ）＋０．２（Ｓ－ＢＳＬ７、オハラ社製）ｍｍ
　８５波長分の位相差を発生させたλ／４波長板の例
　図６は、内視鏡システムの構成を示す。本実施形態の内視鏡システム１は、被検体内に挿入される内視鏡２と、この内視鏡２に照明光を供給する光源装置３と、プロセッサ装置４と、画像表示部５と、を有する。
　プロセッサ装置４は、画像処理を行う機能を有するが、それ以外の機能も有する。プロセッサ装置４は、アクチュエータ制御部２５と、画像プロセッサ３０と、制御部３９と、を有する。画像表示装置５は、プロセッサ装置４により生成された画像信号を内視鏡画像として表示する。
　内視鏡２は、被検体内に挿入される細長の挿入部６と、この挿入部６の後端に設けられた操作部７とを有する。操作部７からは、ライトガイドケーブル８が外側に向かって延びている。ライトガイドケーブル８の一端は、接続部８ａを介して、光源装置３に着脱自在に接続されている。ライトガイドケーブル８は、内側にライトガイド９を有する。ライトガイド９の一部は挿入部６内に配置されている。
　光源装置３は、光源として例えばキセノンランプ等のランプ１１を内蔵する。なお、光源として、キセノンランプ等のランプ１１に限定されるものでなく、発光ダイオード（ＬＥＤと略記）を用いても良い。ランプ１１により発生した照明光、例えば、白色光は、絞り１２により通過光量が調整される。そして、照明光は、コンデンサレンズ１３により集光されて、ライトガイド９の入射端面に入射する。絞り１２の開口径は、絞り駆動部１４によって変えることができる。
　ライトガイド９は、光源装置３で生成された照明光を、挿入部６の先端部６ａに伝送する。伝送された照明光は、ライトガイド９の先端面から出射する。先端部６ａには、先端面に対向して照明レンズ１５が配置されている。照明レンズ１５は照明光を照明窓１５ａから出射する。これにより、被検体内部の観察対象部位が照明される。 
　先端部６ａには、観察窓２０が、照明窓１５ａの隣に設けられている。観察対象部位からの光は、観察窓２０を通過して、先端部６ａ内に入射する。観察窓２０の後方には、対物光学系ＯＢＬが配置されている。対物光学系ＯＢＬは、レンズ群１６と光路分割ユニット１２０とで構成されている。
　レンズ群１６は、レンズ１６ａやレンズ２１を有する。レンズ２１は光軸に沿って移動可能になっている。これにより、合焦が行われる。レンズ２１を移動させるために、アクチュエータ２２が配置されている。
　光路分割ユニット１２０には、１つの撮像素子１２２（不図示）が配置されている。撮像素子１２２の受光面に、２つの光学像が同時に形成される。２つの光学像は、撮像素子によって撮像される。
　操作部７は、ケーブル２４を介して、プロセッサ装置４と接続されている。プロセッサ装置４との接続箇所には、信号コネクタ２４ａが設けられている。様々な情報の伝達が、ケーブル２４を介して、内視鏡２とプロセッサ装置４との間で行われる。信号コネクタ２４ａは、補正パラメータ格納部３７を有する。
　補正パラメータ格納部３７には、画像の補正に使用する補正パラメータ（の情報）が格納されている。補正パラメータは、個々の内視鏡で異なる。固有の内視鏡識別情報を有する内視鏡が、プロセッサ装置４に接続されたとする。この場合、内視鏡識別情報に基づいて、接続された内視鏡に固有の補正パラメータが、補正パラメータ格納部３７から読み出される。読み出された補正パラメータに基づいて、画像補正処理部３２において、画像の補正が行われる。補正の有無は、制御部３９によって行われる。
　アクチュエータ２２の制御は、アクチュエータ制御部２５によって行われる。そのために、アクチュエータ２２とアクチュエータ制御部２５とは、信号線２３を介して接続されている。また、撮像素子は、信号線２７ａを介して、画像プロセッサ３０と接続されている。撮像素子からの信号は、画像プロセッサ３０に入力される。また、操作部７に設けられたスイッチ２６の情報も、信号線２７ａを介して、プロセッサ装置４に送信される。
　第１の光路における光路長が、第２の光路における光路長と僅かに異なる場合、撮像面の前後に、ピントの合った光学像が２つ形成される。撮像面に対する光学像のズレ量は僅かである。そのため、撮像面には、一部の領域だけにピントが合っている状態の光学像が、２つ形成される。
　２つの光学像は撮像素子で撮像される。撮像で得られた画像信号は、信号線２７ａを介して画像プロセッサ３０に入力される。この画像プロセッサ３０は、画像読出部３１と、画像補正処理部３２と、画像合成処理部３３と、後段画像処理部３４と、画像出力部３５と、調光部３６と、を有する。
　画像読出部３１では、入力された画像信号から、複数の画像の画像信号を読み出す。ここでは、光学像の数と画像の数は、共に２つとする。
　２つの光学像を形成する光学系では、幾何的な差異が生じる場合がある。幾何的な差異としては、２つの光学像における相対的ズレ（差異）、例えば、倍率のズレ（差異）、位置ズレ（差異）及び回転方向のズレ（差異）、がある。これらの差異を、対物光学系ＯＢＬの製造時などにおいて、完全に無くす事は難しい。しかし、それらのズレ（差異）量が大きくなると、例えば、合成画像が２重に見えてしまう。このため、画像補正処理部３２にて上述した幾何的な差異を補正することが好ましい。 
　画像補正処理部３２は、読み出された２つの画像に対する画像補正を行う。画像補正処理部３２では、例えば、２つの画像における相対的な倍率の差異、位置の差異、回転の差異のうち、少なくとも１つの差異を合致させる処理が行われる。
　更に、画像補正処理部３２では、色調補正を行う。そのために、画像補正処理部３２は、色調補正部（不図示）を有する。色調補正では、２つの画像の相対的な輝度と彩度を、少なくとも１つの任意の特定波長帯域において略一致させる処理を行う。色調補正部を設けずに、画像補正処理部３２で色調補正を行っても良い。
　画像補正処理部３２では、２つの画像のうち、一方の画像における輝度を、他方の画像における輝度と略一致するように変更する。また、画像補正処理部３２では、一方の画像における彩度を、他方の画像における彩度と略一致するように変更する。
　上述のように、被写界深度の大きな画像を取得する方法では、複数の画像からピントが合っている領域だけを抽出し、抽出した領域の合成が行われる。本実施形態の内視鏡システムでは、複数の画像における明るさの差や色調の差を少なくすることができる。よって、合成した画像において明るさのムラや色調の違いを少なくすることができる。
　また、画像の色再現性を向上させる方法では、２つの画像を用いた画像合成が行われる。２つの光学像において明るさの差や色調の差が生じていると、撮像で得られた２つの画像にも、明るさの差や色調の差が生じる。本実施形態の内視鏡システムでは、複数の画像において明るさの差や色調の差が生じていても、明るさの差や色調の差を少なくすることができる。よって、合成した画像の色再現性をより向上させることができる。
　画像合成処理部３３では、まず、２つの画像を用いてコントラストの比較が行われる。この比較は、２つの画像における空間的に同一の画素領域それぞれについて行われる。続いて、相対的にコントラストが高い方の画素領域の選択が行われる。そして、選択した画素領域を用いて１つの画像を生成する。このように、２つの画像から１つの合成画像を生成する。なお、２つの画像のコントラスト差が小さい場合は、各画像に所定の重み付けして加算する合成画像処理を行った後、合成画像を生成すれば良い。
　後段画像処理部３４では、合成画像に対して、例えば、輪郭強調、ガンマ補正等の画像処理が行われる。画像出力部３５は、画像処理された画像を画像表示装置５に出力する。
　調光部３６では、画像読出部３１により読み出された画像から、基準の明るさに調光するための調光信号が生成される。調光信号は、光源装置３の絞り駆動部１４に出力される。絞り駆動部１４は、調光信号に従って、基準の明るさを維持するように絞り１２の開口量を調整する。
　次に、図７は、本実施例において、２つの光学像を合成する場合の流れを示すフローチャートである。
　ステップＳ１０１において、撮像素子１２２において取得された、ピントの異なる遠点像に係る画像と近点像に係る画像とが、画像補正処理部３２において、遠近２画像の補正処理が行なわれる。すなわち、予め設定された補正パラメータに従って、２つの画像の各光学像における相対的な位置、角度及び倍率が略同一となるように２つの画像に対して補正を行い、補正後の画像を画像合成処理部３３に出力する。なお、必要に応じて２画像の明るさや色の差異を補正してもよい。
　ステップＳ１０２において、補正処理が行なわれた２つの画像が画像合成処理部３３にて合成される。この際、遠近２画像の各々対応する画素領域において、コントラスト値が各々算出され、比較される。
　ステップＳ１０３において、比較されたコントラスト値に差があるか否か判断し、コントラストに差がある場合、ステップＳ１０５に進み、コントラスト値の高い領域を選択して合成される。
　ここで、比較するコントラスト値の差が小さい乃至はほぼ同じである場合には、遠近２画像のどちらを選択するか処理上の不安定要因となる。例えば、ノイズ等の信号の揺らぎがあると、合成画像に不連続領域が生じたり、本来は解像している被写体像がボケてしまうといった不具合を生じさせたりする。
　そこで、ステップＳ１０４に進み、重み付けを行う。ステップＳ１０４において、コントラス比較を行なう画素領域において、２画像でコントラスト値がほぼ同一である場合には、重み付けを行い、次のステップＳ１０５で重み付けを行った画像の加算処理を行う事で、画像選択の不安定さを解消している。
　このように、本実施形態によれば、近接観察及び遠方観察の何れにおいても、ノイズ等によって合成画像において不連続領域が発生したり、光学像がぼけたりすることを防止しながら、被写界深度を拡大させた画像を取得することができる。
　図８は、偏光ビームスプリッター１２１により奇数回の反射後に撮像素子に結像される場合の結像状態を示す図である。上述した図２の偏光ビームスプリッター１２１の場合には、１回、つまり奇数回の反射後に撮像素子１２２に光学像が結像される。このため、何れか一方の画像が図８のような結像状態（鏡像）となり、画像プロセッサ３０において鏡像を反転させて像方向を一致させる画像処理が施される。
　光学的な偶数回の反射による鏡像の補正は、対物光学系の大型化やプリズムのコスト高となる場合があるので、奇数回の反射による鏡像の補正は、画像補正処理部３２にて鏡像反転により行なうことが好ましい。
　なお、撮像素子１２２が、内視鏡長手方向に長尺な形状となっている場合には、画像表示装置５のアスペクト比を考慮して合成画像を適宜回転させることが好ましい。
　次に、実施例に係る内視鏡システムが有する対物光学系について説明する。
　図９（ａ）、（ｂ）は、対物光学系、λ／４波長板、光路分割ユニット、撮像素子の断面構成を示す図である。ここで、図９（ａ）は、通常観察状態（遠距離物点）における対物光学系の断面構成を示す図である。図９（ｂ）は、近接観察状態（近距離物点）における対物光学系の断面構成を示す図である。
　本実施例に係る対物光学系は、物体側から順に、負の屈折力の第１レンズ群Ｇ１と、正の屈折力の第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力の第３レンズ群Ｇ３と、から構成されている。また、明るさ絞りＳは、第３レンズ群Ｇ３内に配置されている。第２レンズ群Ｇ２は、光軸ＡＸ上を像側に移動して、通常観察状態から近接観察状態への変化に伴う焦点位置の変化を補正する。
　第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、物体側に平面を向けた平凹負レンズＬ１と、平行平板Ｌ２と、両凹負レンズＬ３と、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ４と、からなる。ここで、負レンズＬ３と正メニスカスレンズＬ４とは接合されている。第２レンズ群Ｇ２は、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ５からなる。第３レンズ群Ｇ３は、物体側から順に、両凸正レンズＬ６と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ７と、明るさ絞りＳと、両凸正レンズＬ８と、両凸正レンズＬ９と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１０と、からなる。ここで、正レンズＬ６と負メニスカスレンズＬ７とは接合されている。正レンズＬ９と負メニスカスレンズＬ１０とは接合されている。
　第３レンズ群Ｇ３の像側に、上述したλ／４波長板１２１ａと光路分割ユニット１２０を配置している。光学系中のプリズムでは、光路が折り曲げられる。なお、平行平板Ｌ２は、特定の波長、例えばＹＡＧレーザーの１０６０ｎｍ、半導体レーザーの８１０ｎｍ、あるいは赤外域をカットするためのコーティングが施されたフィルターである。Ｉは、結像面（撮像面）である。
　第３レンズ群Ｇ３の像側で光路分割ユニット１２０との間の光路中にλ/４波長板１２１ａが配置されている。
　以下に、上記各実施例の数値データを示す。記号は、ｒは各レンズ面の曲率半径、ｄは各レンズ面間の間隔、ｎｅは各レンズのｅ線の屈折率、νｅは各レンズのアッベ数、ＦＮＯはＦナンバー、ωは半画角である。また、バックフォーカスｆｂは、最も像側の光学面から近軸像面までの距離を空気換算して表したものである。全長は、最も物体側のレンズ面から最も像側の光学面までの距離（空気換算しない）にバックフォーカスを加えたものである。絞りは明るさ絞りである。
数値実施例１
単位  ｍｍ
 
面データ
  面番号         r          d          ne       νe
      1         ∞        0.49      1.88815    40.52
      2        1.812      0.79
      3         ∞        0.84      1.52300    66.3
      4         ∞        0.34
      5       -4.881      0.56      1.88815    40.52
      6        1.866      2.13      1.85504    23.59
      7       77.332      可変
      8        2.010      0.81      1.48915    70.04
      9        2.149      可変
     10        3.354      1.13      1.65222    33.53
     11       -1.665      0.32      2.01169    28.07
     12       -9.987      0.04
     13(絞り)   ∞        0.56
     14      512.363      0.95      1.70442    29.89
     15       -3.552      0.36
     16        9.128      0.94      1.48915    70.04
     17       -2.180      0.39      1.93429    18.74
     18       -4.093      4.59
     19(撮像面) ∞        
 
各種データ
                 通常観察状態  近接観察状態
    焦点距離         1.00          1.01      
    ＦＮＯ．         3.58          3.53      
    画角２ω       144.9         139.4      
    fb (in air)      4.59          4.59      
    全長 (in air)   17.15         17.05    
      d7             0.47          1.20        
      d9             1.43          0.70        
 
各群焦点距離
  1群(f1)   2群(f2)   3群(f3)     
   -1.12     21.78      3.51   
 
　上述した対物光学系に共通して使用される８つの実施例１、２、３、４、５、６、７、８における、マルチオーダーのλ／４波長板１２１ａの条件式対応値を以下に示す。
 
条件式（１）　（ｄ／ｄ０）×０．２５
条件式（２）　｜Δｎ｜
ｄ０＝（（λ／１０－６）×０．２５／Δｎ）  （ｎｍ）
Δｎ＝ｎｅ－ｎｏ（ｅ線における常光線の屈折率と異常光線の屈折率との差分）
 
　また、本実施形態の好ましい態様によれば、条件式（１）に代えて以下の条件式（１）’を満足することが望ましい。
　１６≦（ｄ／ｄ０）×０．２５≦４８　　　（１）’
　条件式（１）’の下限値は、波長板の薄肉加工の容易さ（コストに関連します）を優先する場合の値である(例えば、ｄ＝０．１ｍｍ)。
　条件式（１）’の上限値は、波長板の実装時の機械強度の限界（例えばｄ＝０．３ｍｍ）と、常光、異常光のピント位置のズレ量をより小さく制限する場合の値である。上限値を下回ることで、より安価で破損リスクが少なく、常光、異常光のピント位置のズレが少なく、且つ十分な偏光解消効果を得られるマルチオーダー波長板を得られる。条件式（１）’と組み合わせる条件式（２）はそのまま用いることができる。条件式（１）’は、実施例は４、７、８が該当する。 
 
      　　    実施例1        実施例2        実施例3
条件式(1)　　27.4           10.0           84.7 
条件式(2)　 　 0.08798        0.08798        0.23122 
結晶材料      LiNbO3         LiNbO3         YVO4
d(mm)          0.1700         0.0620         0.2 
d0             0.0016         0.0016         0.0006 
Δn           -0.087980025   -0.087980025    0.231221658
 
              実施例4        実施例5        実施例6
条件式(1)     42.3           83.9           10.0 
条件式(2)      0.23122        0.08798        0.23122 
結晶材料      YVO4           LiNbO3         YVO4
d(mm)          0.1000         0.5210         0.0235 
d0             0.0006         0.0016         0.0006 
Δn            0.231221658   -0.087980025    0.231221658
 
              実施例7        実施例8
条件式(1)'    16.1           48.3   
条件式(2)      0.08798        0.08798
結晶材料      LiNbO3         LiNbO3 
d(mm)          0.1000         0.3000 
d0             0.0016         0.0016 
Δn           -0.087980025   -0.087980025
 
　以下、各実施例の特徴（ア）から（ク）を説明する。
（ア）実施例１は、本実施形態の代表例であって、十分な偏光解消効果を得ながら薄肉化した例である。
（イ）実施例２は、波長板を最低限の偏光解消効果を得ながら薄肉加工して、ガラスと貼り合わせ、機械強度を増した例である。
（ウ）実施例３は、波長板の結晶材料をより複屈折の高いＹＶＯ４結晶に変え、偏光解消効果に重点を置いた例である。
（エ）実施例４は、実施例３の波長板の厚みを変えて、複屈折による常光のピント位置と異常光のピント位置の差異を小さくし、且つ十分な偏光解消効果が得られる様にバランスさせた例である。
（オ）実施例５は、手扱いのし易さを主眼に波長板を厚くし、且つ波長板を単板化してコスト低減を図った例である。
（カ）実施例６は、波長板にＹＶＯ４結晶を使って偏光解消効果を増しつつより薄肉化して、内視鏡先端部の小型化を図った例である。
（キ）実施例７は、薄肉加工難度が低下し、コストも低減し、ガラスと貼り合わせ、機械強度を増した例である。
（ク）実施例８は、機械強度が良好であり、単板で構成した例である。
　以上、本発明の種々の実施形態について説明したが、本発明は、これらの実施形態のみに限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で、これら実施形態の構成を適宜組合せて構成した実施形態も本発明の範疇となるものである。
（付記）
　なお、これらの実施例から以下の構成の発明が導かれる。
（付記項１）
　１つの複屈折素材からなるマルチオーダーλ／４波長板であって、以下の条件式（１）、（２）を満足することを特徴とする偏光解消板。
　１０≦（ｄ／ｄ０）×０．２５≦８５　　　　　（１）
　０．０９≦｜Δｎ｜≦０．２３　　　　　　　　（２）
　ここで、
　ｄは、前記λ／４波長板の厚み、
　ｄ０は、前記λ／４波長板のｅ線においてゼロオーダーとなる厚み、
　Δｎは、前記λ／４波長板のｅ線における複屈折、
である。
　以上のように、本発明に複雑な構成の偏光解消板を用いる必要がなく、且つ十分な偏光解消効果を得ることができる、コンパクトな内視鏡システムに有用である。
　ＯＢＬ　対物光学系
　１　内視鏡システム
　２　内視鏡
　３　光源装置
　４　プロセッサ装置
　５　画像表示装置
　６　挿入部
　６ａ　先端部
　７　操作部
　８　ライトガイドケーブル
　８ａ　接続部
　９　ライトガイド
　１１　ランプ
　１２　絞り
　１３　コンデンサレンズ
　１４　絞り駆動部
　１５　照明レンズ
　１５ａ　照明窓
　１６　レンズ群
　１６ａ　レンズ
　１９　光路分割ユニット
　２０　観察窓
　２１　レンズ
　２２　アクチュエータ
　２３　信号線
　２４　ケーブル
　２４ａ　信号コネクタ
　２５　アクチュエータ制御部
　２６　スイッチ
　２７ａ　信号線
　３０　画像プロセッサ
　３１　画像読出部
　３２　画像補正処理部
　３３　画像合成処理部
　３４　後段画像処理部
　３５　画像出力部
　３６　調光部
　３７　補正パラメータ格納部
　３９　制御部
　１２０　光路分割ユニット
　１２１　偏光ビームスプリッター
　１２１ａ　λ／４波長板
　１２１ｂ　物体側のプリズム
　１２１ｃ　ミラー
　１２１ｄ　λ／４板
　１２１ｅ　像側のプリズム
　１２１ｆ　偏光分離膜
　１２１ｇ　ガラス
　１２２　撮像素子
　１２２ａ、１２２ｂ　受光領域
　１２２ｃ　補正画素領域
　ＡＸ　光軸
　ＣＧ　カバーガラス
　Ｇ１　第１レンズ群
　Ｇ２　第２レンズ群
　Ｇ３　第３レンズ群
　Ｓ　　明るさ絞り（絞り）
　Ｌ１－Ｌ１０　レンズ
　Ｉ　結像面（撮像面）

Claims (4)

  1. 　物体側から順に、対物光学系と、前記対物光学系からの光を２つに分割する光路分割ユニットと、分割した２つの像を撮像する撮像素子と、を有し、
    　１つの複屈折素材からなるλ／４波長板が、前記対物光学系と前記光路分割ユニットとの間の光路中に配置され、
    　前記λ／４波長板は、以下の条件式（１）、（２）を満足することを特徴とする内視鏡システム。
    　１０≦（ｄ／ｄ０）×０．２５≦８５　　　　　（１）
    　０．０９≦｜Δｎ｜≦０．２３　　　　　（２）
    　ここで、
    　ｄは、前記λ／４波長板の厚み、
    　ｄ０は、前記λ／４波長板のｅ線においてゼロオーダーとなる厚み、
    　Δｎは、前記λ／４波長板のｅ線における複屈折、
    である。
  2. 　前記λ／４波長板は等方性の板素材と接着されて構成されていることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡システム。
  3. 　前記λ／４波長板の表面には反射防止コーティングが施されていることを特徴とする請求項１または２に記載の内視鏡システム。
  4. 　前記λ／４波長板の複屈折素材は、ＬｉＮｂＯ３、ＹＶＯ４、方解石、α―ＢＢＯのいずれかであることを特徴とする請求項１または２に記載の内視鏡システム。
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