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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2016-221299(P2016-221299A)
(43)【公開日】2016年12月28日
(54)【発明の名称】内視鏡用アダプタ
(51)【国際特許分類】
   A61B 1/04 20060101AFI20161205BHJP
   A61B 1/00 20060101ALI20161205BHJP
   G02B 23/26 20060101ALI20161205BHJP
   G02B 23/24 20060101ALI20161205BHJP
   H04N 5/225 20060101ALI20161205BHJP
   H04N 13/02 20060101ALI20161205BHJP
   H04N 7/18 20060101ALN20161205BHJP
【FI】
   A61B1/04 360E
   A61B1/00 300Y
   A61B1/04 370
   A61B1/00 A
   G02B23/26 D
   G02B23/24 B
   H04N5/225 Z
   H04N5/225 C
   H04N5/225 D
   H04N13/02 170
   H04N7/18 M
【審査請求】有
【請求項の数】10
【出願形態】OL
【全頁数】28
(21)【出願番号】特願2016-140087(P2016-140087)
(22)【出願日】2016年7月15日
(62)【分割の表示】特願2012-137459(P2012-137459)の分割
【原出願日】2012年6月19日
(71)【出願人】
【識別番号】000002185
【氏名又は名称】ソニー株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100104215
【弁理士】
【氏名又は名称】大森 純一
(74)【代理人】
【識別番号】100117330
【弁理士】
【氏名又は名称】折居 章
(74)【代理人】
【識別番号】100168181
【弁理士】
【氏名又は名称】中村 哲平
(74)【代理人】
【識別番号】100168745
【弁理士】
【氏名又は名称】金子 彩子
(74)【代理人】
【識別番号】100176131
【弁理士】
【氏名又は名称】金山 慎太郎
(72)【発明者】
【氏名】小杉 弘
(72)【発明者】
【氏名】菊地 雅仁
(57)【要約】
【課題】装置を大型化することなく立体画像の取得が可能であり、かつ、鮮明な立体画像を取得可能な内視鏡用アダプタを提供する。
【解決手段】本技術に係る内視鏡用アダプタは、単眼の硬性鏡に係合可能な内視鏡用アダプタであって、光束分離部と、絞り機構と、を具備する。上記光束分離部は、上記硬性鏡から出射する被写体光束を第1の光束と第2の光束とに分離する。上記絞り機構は、上記第1の光束の光路上に配置された第1の絞り部と、上記第2の光束の光路上に配置された第2の絞り部とを有する。上記絞り機構は、上記第1の光束と上記第2の光束との視差を維持しつつ上記第1及び第2の絞り部の絞り量を調整可能に構成される。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
単眼の硬性鏡に係合可能な内視鏡用アダプタであって、
前記硬性鏡から出射する被写体光束を第1の光束と第2の光束とに分離する光束分離部と、
前記第1の光束の光路上に配置された第1の絞り部と、前記第2の光束の光路上に配置された第2の絞り部とを有し、前記第1の光束と前記第2の光束との視差を維持しつつ前記第1及び第2の絞り部の絞り量を調整可能に構成された絞り機構と
を具備する内視鏡用アダプタ。
【請求項2】
前記光束分離部は、
前記被写体光束のうち第1の偏光成分を前記第1の光束として透過させ前記第1の偏光成分と直交する第2の偏光成分を遮光する第1のフィルタ部と、
前記被写体光束のうち前記第1の偏光成分を遮光し前記第2の偏光成分を前記第2の光束として透過させる第2のフィルタ部と、を有する偏光フィルタを含む
請求項1に記載の内視鏡用アダプタ。
【請求項3】
前記第1の絞り部は、開口面積が相互に異なる複数の第1の開口部が形成された第1の板部を含み、
前記第2の絞り部は、開口面積が相互に異なる複数の第2の開口部が形成された第2の板部を含み、
前記絞り機構は、前記複数の第1の開口部のうちいずれか1つの開口部が前記第1のフィルタ部に対向するように、かつ、前記複数の第2の開口部のうちいずれか1つの開口部が前記第2のフィルタ部に対向するように、前記第1及び第2の板部を移動可能に支持する機構部をさらに含む
請求項2に記載の内視鏡用アダプタ。
【請求項4】
前記第1及び第2の板部は、相互に一体形成される
請求項3に記載の内視鏡用アダプタ。
【請求項5】
前記複数の第1の開口部と前記複数の第2の開口部とは、第1の軸方向に相互に離間し、かつ、前記第1の軸方向と直交する第2の軸方向に沿って、前記第1の板部と前記第2の板部とにそれぞれ配列され、
前記機構部は、前記第2の軸方向に沿って前記第1及び第2の板部をそれぞれ移動させる
請求項3に記載の内視鏡用アダプタ。
【請求項6】
前記複数の第1の開口部は、第1の円周上に沿って前記第1の板部に配列され、
前記複数の第2の開口部は、前記第1の円周と同心的な第2の円周上に沿って前記第2の板部に配列され、
前記機構部は、前記第1及び第2の円周上に沿って前記第1及び第2の板部をそれぞれ移動させる
請求項3に記載の内視鏡用アダプタ。
【請求項7】
前記第1の絞り部は、相互に重なり合うことで前記第1のフィルタ部と対向する第1の開口部を形成可能な第1の一対の板部を含み、
前記第2の絞り部は、相互に重なり合うことで前記第2のフィルタ部と対向する第2の開口部を形成可能な第2の一対の板部を含み、
前記絞り機構は、前記第1及び第2の開口部の大きさを調整可能に前記第1及び第2の一対の板部の重なり量をそれぞれ変化させる機構部をさらに有する
請求項2に記載の内視鏡用アダプタ。
【請求項8】
前記硬性鏡と接続される第1の接続端部と、
撮像ユニットと接続される第2の端部端部とをさらに具備する
請求項1に記載の内視鏡用アダプタ。
【請求項9】
前記絞り機構は、前記偏光フィルタの光出射側に配置される
請求項2に記載の内視鏡用アダプタ。
【請求項10】
前記絞り機構は、前記偏光フィルタの光入射側に配置される
請求項2に記載の内視鏡用アダプタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本技術は、被写体を立体画像として撮像する内視鏡用アダプタに関する。
【背景技術】
【0002】
例えば医療現場においては、内視鏡を用いて撮影した画像を観察しながら外科手術を行う、内視鏡下外科手術が臨床の場で急速に普及しており、特に疾患部を立体視可能な内視鏡装置の需要が高まっている。
【0003】
一般に、立体視可能な映像を撮像する内視鏡装置として、2系統の撮像光学系を有する内視鏡装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。このような内視鏡装置は、2系統の撮像光学系で視差を有する画像をそれぞれ撮像することで、立体画像を生成することが可能となる。しかしながら、このような撮像装置は、装置が大型化するとともに、コスト的にも不利であった。
【0004】
また下記特許文献2には、接眼部の内部の絞りを介した観察部位の像を結像させるレンズと、上記レンズの結像位置に撮像面を有するCCDと、上記レンズにより結像する観察部位の像を左右に分離し上記CCDの結像面に供給するドラムと、上記ドラムを回転駆動するモータとを備えた内視鏡装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開平7−20388号公報
【特許文献2】特開平10−62697号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、上記特許文献1及び2に記載の内視鏡装置は、いずれも装置の大型化及び複雑化が避けられない構成であった。
【0007】
一方で、立体視可能な内視鏡装置を用いて、リアルな患部の画像を見つつ正確かつ迅速な内視鏡手術を行うためには、画像のブレやピントずれがない鮮明な立体画像を提供する内視鏡装置が求められる。
【0008】
以上のような事情に鑑み、本技術の目的は、装置を大型化することなく立体画像の取得が可能であり、かつ、鮮明な立体画像を取得可能な内視鏡用アダプタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
以上の目的を達成するため、本技術の一形態に係る内視鏡用アダプタは、単眼の硬性鏡に係合可能な内視鏡用アダプタであって、光束分離部と、絞り機構と、を具備する。
上記光束分離部は、上記硬性鏡から出射する被写体光束を第1の光束と第2の光束とに分離する。
上記絞り機構は、上記第1の光束の光路上に配置された第1の絞り部と、上記第2の光束の光路上に配置された第2の絞り部とを有する。上記絞り機構は、上記第1の光束と上記第2の光束との視差を維持しつつ上記第1及び第2の絞り部の絞り量を調整可能に構成される。
【0010】
上記内視鏡用アダプタは、上記光束分離部により被写体像を2つの視差画像に分離するため、装置を大型化することなく、被写体の立体画像を取得することができる。さらに、被写体光束の光路上に配置された絞り機構により、2つの視差画像の明るさ及び被写界深度を調整し、鮮明な立体画像を取得することが可能となる。
【0011】
上記絞り機構は、
上記第1のフィルタ部に対向する第1の絞り部と、上記第2のフィルタ部に対向する第2の絞り部と、を有し、上記第1及び第2の視差画像の視差を維持しつつ上記第1及び第2の絞り部の絞り量を調整可能に構成される。
これにより、上記第1及び第2の絞り部は、例えば2つの視差画像の画像光がそれぞれ入射することが可能となり、それぞれの視差画像の絞り量を調整することが可能となる。したがって、これらの視差画像から形成される立体画像の視差を変化させることなく、当該立体画像の被写界深度を調整することが可能となる。
【0012】
上記光束分離部は、第1のフィルタ部と、第2のフィルタ部とを有する偏光フィルタを含んでもよい。
上記第1のフィルタ部は、上記被写体光束のうち第1の偏光成分を上記第1の光束として透過させ、上記第1の偏光成分と直交する第2の偏光成分を遮光する。上記第2のフィルタ部は、上記被写体光束のうち上記第1の偏光成分を遮光し、上記第2の偏光成分を上記第2の光束として透過させる。
【0013】
上記第1の絞り部は、開口面積が相互に異なる複数の第1の開口部が形成された第1の板部を含み、
上記第2の絞り部は、開口面積が相互に異なる複数の第2の開口部が形成された第2の板部を含み、
上記絞り機構は、上記複数の第1の開口部のうちいずれか1つの開口部が上記第1のフィルタ部に対向するように、かつ、上記複数の第2の開口部のうちいずれか1つの開口部が上記第2のフィルタ部に対向するように、上記第1及び第2の板部を移動可能に支持する機構部をさらに含んでもよい。
これにより、第1及び第2の板部を移動させ、所望の開口面積の開口部を第1及び第2のフィルタ部に対向させることで、第1及び第2の絞り部の絞り量を変化させることが可能となる。
【0014】
上記第1及び第2の板部は、相互に一体形成されてもよい。
これにより、上記絞り機構の構成を簡素なものとすることができ、かつ、第1及び第2の板部の位置を一度に調整することが可能となる。
【0015】
上記複数の第1の開口部と上記複数の第2の開口部とは、第1の軸方向に相互に離間し、かつ、上記第1の軸方向と直交する第2の軸方向に沿って、上記第1の板部と上記第2の板部とにそれぞれ配列され、
上記機構部は、上記第2の軸方向に沿って上記第1及び第2の板部をそれぞれ移動させてもよい。
これにより、第1及び第2の板部を直線的に移動させることで、容易に絞り量を変化させることができる。
【0016】
上記複数の第1の開口部は、第1の円周上に沿って上記第1の板部に配列され、
上記複数の第2の開口部は、上記第1の円周と同心的な第2の円周上に沿って上記第2の板部に配列され、
上記機構部は、上記第1及び第2の円周上に沿って上記第1及び第2の板部をそれぞれ移動させてもよい。
これにより、第1及び第2の板部を上記第1及び第2の円周上に沿って回転させることで、容易に絞り量を変化させることができる。
【0017】
上記第1の絞り部は、相互に重なり合うことで上記第1のフィルタ部と対向する第1の開口部を形成可能な第1の一対の板部を含み、
上記第2の絞り部は、相互に重なり合うことで上記第2のフィルタ部と対向する第2の開口部を形成可能な第2の一対の板部を含み、
上記絞り機構は、上記第1及び第2の開口部の大きさを調整可能に上記第1及び第2の一対の板部の重なり量をそれぞれ変化させてもよい。
これにより、第1及び第2の開口部の開口面積を連続的に変化させることが可能となる。
【0018】
上記内視鏡用アダプタは、上記硬性鏡に接続される第1の接続端部と、撮像ユニットに接続される第2の接続端部とをさらに具備してもよい。
【0019】
また、上記絞り機構は、上記偏光フィルタの光出射側に配置されてもよい。
あるいは、上記絞り機構は、上記偏光フィルタの光入射側に配置されてもよい。
【発明の効果】
【0020】
以上のように、本技術によれば、装置を大型化することなく立体画像の取得が可能であり、かつ、絞り機構により画像の被写界深度を調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【0021】
図1】本技術の第1の実施形態に係る撮像装置を含む撮像システムの構成を示す概略図である。
図2】上記撮像装置の全体構成を示す概略断面図である。
図3】(A)は、上記撮像装置の光学系の一例を示す概略図であり、(B)は上記撮像装置に組み込まれる偏光フィルタの概略正面図であり、(C)は上記撮像装置に組み込まれる撮像素子の受光面を示す概略図である。
図4】上記撮像装置に組み込まれる絞り機構の要部構成を示す概略平面図である。
図5】上記絞り機構の構成を示す概略平面図である。
図6】(A)は上記撮像素子の構成を模式的に示す断面図であり、(B)は上記撮像素子の受光面を示す概略図である。
図7】(A)及び(B)は、被写体から上記撮像素子へ到達する光の概念図であり、(C)及び(D)は、(A)及び(B)に示した光によって撮像素子に結像した画像を模式的に示す図である。
図8】上記撮像素子の受光面を説明する概念図である。
図9】上記撮像素子の受光面を説明する概念図を示す。
図10】上記絞り機構の要部構成を示す概略平面図であり、(A),(B)及び(C)はそれぞれ異なる絞り量に調整された態様を示す。
図11】第1の実施形態の参考例に係る絞り機構の要部構成を示す概略平面図であり、(A),(B)及び(C)はそれぞれ異なる絞り量に調整された態様を示す。
図12】本技術の第2の実施形態に係る絞り機構の構成を示す概略平面図である。
図13】本技術の第3の実施形態に係る絞り機構の構成を示す概略平面図である。
図14】本技術の第4の実施形態に係る撮像装置の要部構成を示す概略断面図である。
図15】本技術の第1の実施形態に係る撮像装置の変形例における光学系の一例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0022】
以下、本技術に係る実施形態を、図面を参照しながら説明する。
【0023】
<第1の実施形態>
[撮像システム]
図1は、本技術の第1の実施形態に係る撮像装置を含む撮像システムの構成を示す概略図である。本実施形態では、例えば医療現場において使用される内視鏡装置に上記撮像装置を適用した例について説明する。
【0024】
撮像システム1は、内視鏡装置10と、制御ユニット20と、モニタ30とを有する。以下、本実施形態の撮像システム1の概要を説明する。
【0025】
内視鏡装置10は、鏡筒11と、撮像ユニット12とを有する。鏡筒11は、患者の体内に挿入され、疾患部(被写体)へ照明光を照射する。撮像ユニット12は、鏡筒11内を伝送される疾患部の反射光(被写体光束)を受光し、電気信号に変換して画像信号を生成し、生成された画像信号を制御ユニット20へ出力する。
【0026】
制御ユニット20は、光源21と、信号処理部22とを有する。光源21は、光ファイバ等の光伝送部材21aを介して鏡筒11の光源接続部11aに接続され、鏡筒11へ照明光を導入する。信号処理部22は、光源21を制御するとともに、撮像ユニット12から出力される画像信号を処理する。信号処理部22は、画像信号に基づいて疾患部の立体画像(3次元画像)を生成し、モニタ30へ出力する。モニタ30は、X軸方向に水平方向、X軸方向に直交するY軸方向に垂直方向を有する表示部(画面)を有し、上記表示部に疾患部の立体画像を表示させる。
【0027】
[内視鏡装置]
次に、内視鏡装置10の詳細について説明する。
【0028】
図2は、内視鏡装置10の全体構成を示す概略断面図である。内視鏡装置10は、鏡筒11と、撮像ユニット12と、アダプタ13とを有する。なお、図中のX軸方向は第1の軸方向を示し、内視鏡装置10の「左右方向」とする。Y軸方向はX軸方向と直交する第2の軸方向を示し、内視鏡装置10の「上下方向」とする。Z軸方向は、X軸方向及びY軸方向とそれぞれ直交する方向を示す。
【0029】
鏡筒11は、図2においてZ軸方向に平行な軸心を有する円筒状の硬性鏡111と、接眼部(アイピース)112とを有する。
【0030】
硬性鏡111は、患者の体内に挿入される先端部111aと、接眼部112と接続される基部111bとを有する。先端部111aは照明光を出射し、被写体からの照明光の反射光が入射するように構成されている。硬性鏡111の内部には、光源接続部11aに導入された照明光を先端部111aへ伝送する照明伝送路と、先端部111aへ入射した被写体光束を基部111bへ伝送する撮像光学系111c(図3(A))が設けられている。
【0031】
接眼部112は、直視により疾患部を観察する際に使用される。接眼部112は、内部に接眼レンズを有してもよい。本実施形態においては、接眼部112を介して疾患部を直視するユーザ(医師あるいは手術助手)の瞳の位置に被写体光束の絞り位置が対応するように、撮像光学系111cが構成されている。
【0032】
撮像ユニット12は、被写体光束を受光する受光面を有する単板の撮像素子15を有する。撮像素子15は、X軸方向及びY軸方向に沿って配列された複数の画素を有し、例えばCCD(Charge Coupled Device)、CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)等の固体撮像素子で構成される。撮像素子15の受光面には後述するようにワイヤグリッド偏光子の配列体が構成されている。
【0033】
撮像ユニット12は、撮像素子15を収容する筐体120等をさらに有する。筐体120には、アダプタ13と接続される開口部121を有し、撮像素子15は、開口部121の内部に配置される。
【0034】
アダプタ13は、鏡筒11の接眼部112と接続される第1の接続端部131と、撮像ユニット12の開口部121と接続される第2の接続端部132と、中空部133とを有する。アダプタ13は、鏡筒11の接眼部112を撮像ユニット12へ接続するマウンタとして機能する。アダプタ13には、例えば、Cマウントアダプタが用いられる。
【0035】
アダプタ13は、接眼部112に対して着脱自在に構成されている。これにより長さや径の異なる複数種の鏡筒に対して共通の撮像ユニットを用いることができる。本実施形態において、アダプタ13は、第1の接続端部131に取り付けられ外部からの操作により接眼部112と係合可能な保持具134を有する。第2の接続端部132はネジ部13cを有し、ネジ部13cを介して撮像ユニット12の開口部121に接続されている。
【0036】
図2に示すようにアダプタ13の第1の接続端部131は、接眼部112の端部を収容可能な凹部13aを有し、凹部13aの底部には接眼部112を位置決めする基準面13bが形成される。接眼部112は、その端部が基準面13bに当接することで、アダプタ13との相対位置が規定される。基準面13bは、Z軸と直交して形成される。保持具134は、凹部13aに対する接眼部112の位置決め状態を保持するためのものであり、外部からの操作により第1の接続端部131(凹部13a)に対して図中Y軸方向に挿脱可能な板状部材で構成され、凹部13aへの挿着時に接眼部112の外周部と係合する係合部vを有する。
【0037】
中空部133は、アダプタ13をZ軸方向に貫通するように形成され、接眼部112から出射する被写体光束を撮像素子15へ導く通路を構成する。中空部133には、偏光フィルタ14と、結像レンズ17がそれぞれ配置されている。またアダプタ13には、中空部133をY軸方向に貫通するように挿入部135が形成されており、挿入部135内には絞り機構16が配置されている。
【0038】
偏光フィルタ14は、接眼部112から投射される被写体光束を2つの偏光成分に分離する2つのフィルタ部を有する。すなわち偏光フィルタ14は、被写体光束のうちX軸方向に振動する第1の偏光成分を透過させY軸方向に振動する第2の偏光成分を遮光する第1のフィルタ部141と、被写体光束のうち上記第1の偏光成分を遮光し上記第2の偏光成分を透過させる第2のフィルタ部142とを有する(図3(B))。
【0039】
本実施形態において偏光フィルタ14は、アダプタ13に内蔵されており、第1の接続端部131の基準面13bに整列するように接眼部112の端部に配置されている。これにより、接眼部112に対するアダプタ13の装着時に、偏光フィルタ14を接眼部112の近傍に自動的に配置することができる。
【0040】
絞り機構16は、アダプタ13の挿入部135に挿入され、偏光フィルタ14の光出射側に隣接して配置される。絞り機構16は、本実施形態において、複数の開口が形成された可動板164と、挿入部135内に配置される機構部163とを有する。機構部163は、後述するように、開口面積の異なる開口が偏光フィルタ14に対向するように、可動板164を移動可能に支持する。これにより、絞り機構16の絞り量を調整することが可能となる。
【0041】
可動板164は、上端部164a及び下端部164bが挿入部135の上方あるいは下方に突出するように構成される。これにより、ユーザが上端部164aまたは下端部164bを把持し、可動板164をY軸方向に沿って移動させることが可能となる。
【0042】
結像レンズ17は、絞り機構16と撮像素子15との間に配置される。結像レンズ17は、偏光フィルタ14及び絞り機構16を通過した被写体光束を撮像素子15の受光面に結像する。
【0043】
図3(A)は、内視鏡装置10の光学系の一例を示す概略図である。
【0044】
撮像光学系111cは、焦点を合わせるためのフォーカスレンズや、被写体を拡大するためのズームレンズ等を含み、一般に、色収差等を補正するために複数枚のレンズの組み合わせによって構成される。偏光フィルタ14及び絞り機構16は、被写体光束Lの光路上に配置される。
【0045】
本実施形態において絞り機構16は、撮像光学系111cの絞り位置に配置され、絞り機構16を通過する被写体光束が平行光となる。さらに絞り機構16は、偏光フィルタ14と隣接して配置されるため、偏光フィルタ14へ平行光の被写体光束を入射させることができ、これにより被写体光束を適正に偏光分離することが可能となる。
【0046】
図3(B)は、Z軸方向から見た偏光フィルタ14の正面図である。偏光フィルタ14は、X軸方向に沿って配列された第1のフィルタ部141及び第2のフィルタ部142を有する。すなわち第1のフィルタ部141及び第2のフィルタ部142は、モニタ30の表示部の左右方向に分割して配列される。第1のフィルタ部141は、被写体光束をX軸方向に偏光し、第2のフィルタ部142は、被写体光束をY軸方向に偏光する。したがって第1のフィルタ部141を通過した第1の偏光光L1の偏光状態と、第2のフィルタ部142を通過した第2の偏光光L2の偏光状態とは、相互に異なる。
【0047】
図4は、Z軸方向から見た絞り機構16の要部正面図であり、偏光フィルタ14と対向する領域を示す。後述するように、絞り機構16はY軸方向に移動することで偏光フィルタ14と対向する領域も変化し、それによって絞り量を変化することが可能に構成されるが、図4においては、偏光フィルタ14と対向する領域の一例を示す。また図中のBLは、偏光フィルタ14の第1のフィルタ部141と第2のフィルタ部142との境界線に対応する境界線を示す。
【0048】
絞り機構16は、第1のフィルタ部141と対向する第1の開口部P1と、第2のフィルタ部142と対向する第2の開口部P2とを有する。本実施形態において、第1の開口部P1の中心C1と、第2の開口部P2の中心C2とは、それぞれ第1のフィルタ部141の重心点BC1と第2のフィルタ部142の重心点BC2とにZ軸方向に対向するように配置される。これにより、第1及び第2の開口部P1,P2は、重心点BC1を通る光を含む第1の偏光光L1と重心点BC2を通る光を含む第2の偏光光L2とをそれぞれ通過させる。
【0049】
図3(C)は、撮像素子15の受光面150を示す概略図である。受光面150は、Y軸方向(垂直方向あるいは上下方向)に沿って交互に配置され、X軸方向(水平方向あるいは左右方向)に延びる複数の第1の偏光領域151と第2の偏光領域152とを有する。第1の偏光領域151は、X軸方向に振動する第1の偏光光L1を透過させ、Y軸方向に振動する被写体光束の第2の偏光光L2を遮光する。第2の偏光領域152は、X軸方向に振動する第1の偏光光L1を遮光し、Y軸方向に振動する被写体光束の第2の偏光光L2を透過させる。したがって第1の偏光光L1は、第1の偏光領域151を通過して撮像素子15に到達し、第2の偏光光L2は、第2の偏光領域152を通過して撮像素子15に到達する。
【0050】
撮像素子15は、両眼視差の基線長さをDとする立体画像を得るための画像を撮像する。ここで、基線長さDは、第1のフィルタ部141の重心点BC1と第2のフィルタ部142の重心点BC2との間の距離に設定される。撮像ユニット12は、撮像素子15の他に、例えば、画像処理部122及び画像記憶部123を有する。
【0051】
画像処理部122は、撮像素子15に到達した第1の偏光光L1及び第2の偏光光L2をそれぞれ電気信号に変換することで、第1の偏光光L1から右眼用の画像データ(第1の視差画像データ)を生成し、第2の偏光光L2から左眼用の画像データ(第2の視差画像データ)を生成する。これらの画像データは、画像記憶部123に記録される。なお、画像処理部122及び画像記憶部123は、制御ユニット20の信号処理部22に構成されてもよい。
【0052】
偏光フィルタ14の外形形状は円形であり、第1のフィルタ部141及び第2のフィルタ部142は、それぞれ、偏光フィルタ14の半分を占める半円状の外形形状を有する。第1のフィルタ部141と第2のフィルタ部142との境界線は、Y軸方向に延びている。2つのフィルタ部の組み合わせからなる偏光フィルタ14は、入射した光を2つの異なる偏光状態に分離する。
【0053】
偏光フィルタ14は、上述したとおり、左右対称の偏光子から構成されており、内視鏡装置10の正立状態に対する左右2つの位置において、互いに直交する直線方向の偏光、又は、互いに逆方向となる回転方向の偏光を生成する。第1のフィルタ部141は、被写体を右眼で見るであろう像(右眼が受けるであろう光)に対して偏光を施すフィルタである。一方、第2のフィルタ部142は、被写体を左眼で見るであろう像(左眼が受けるであろう光)に対して偏光を施すフィルタである。
【0054】
本実施形態においては、偏光フィルタ14の外形形状は、半径r=10mmの円形とした。そして、第1のフィルタ部141及び第2のフィルタ部142は、偏光フィルタ14の半分を占める半円形状とした。したがって、第1のフィルタ部141の重心点BC1と第2のフィルタ部142の重心点BC2との間の距離Dは、[(8r)/(3π)]=8.5mmである。
【0055】
偏光フィルタ14を構成する偏光子は特に限られない。例えば、ガラス板上に屈折率の異なる有機多層膜を積層させた構成の反射型偏光板が用いられてもよい。あるいはワイヤグリッド偏光子、光学異方性のある無機微粒子を用いて偏光分離する偏光子、有機偏光フィルム等でもよい。
【0056】
第1及び第2のフィルタ部141,142の形成方法としては、例えば左右対称の偏光子からなる2枚の半円状の偏光板をそれぞれ形成し、これらを直線部分で結合させて円形とし、2枚のガラス板等で挟みこむ方法が挙げられる。これにより、偏光方向の異なる2つの領域を有する偏光フィルタ14を容易に作製することができる。また、円形のガラス板等の上に、一方のフィルタ部が形成される領域をマスクして他方のフィルタ部となる領域に蒸着等により多層膜を形成し、続いて形成済みの多層膜をマスクして他方のフィルタ部を蒸着等により形成する方法を採用してもよい。当該方法により、2枚の偏光板を結合する工程が不要となり、工程を簡略化することができる。
【0057】
図3(B)において、第1の偏光光L1の電場の向き(白抜きの矢印で示す)と第2の偏光光L2の電場の向き(白抜きの矢印で示す)とは直交している。ここで、第1の偏光光L1の電場の向きはX軸方向と平行である。具体的には、例えば、第1の偏光光L1は主としてP波(TM波)を偏光成分として有し、第2の偏光光L2は主としてS波(TE波)を偏光成分として有する。
【0058】
更に図3(C)に示すように、第1の偏光光L1の電場の向きと第1の偏光領域151の電場の向き(白抜きの矢印で示す)とは平行であり、第2の偏光光L2の電場の向きと第2の偏光領域152の電場の向き(白抜きの矢印で示す)とは平行である。また、各偏光子の消光比は、3以上、より好ましくは、10以上である。
【0059】
図5は、Z軸方向から見た絞り機構16の全体構成を示す正面図である。絞り機構16は、第1のフィルタ部141に対向する第1の絞り部161と、第2のフィルタ部142に対向する第2の絞り部162とを有し、第1及び第2の絞り部161,162の絞り量を変化させる。
【0060】
第1の絞り部161は、被写体を右眼で見るであろう像(右眼用の画像光)に対して被写体深度(絞り量)を調整し、同様に第2の絞り部162は、被写体を左眼で見るであろう像(左眼用の画像光)に対して被写体深度(絞り量)を調整する。
【0061】
被写界深度は、撮像された画像のピントが合っているように見える被写体側の距離の範囲である。被写界深度と絞り量との関係については、一般に、絞り量が大きいほど被写界深度は深くなり、絞り量が小さいほど被写界深度は浅くなる。
【0062】
本実施形態に係る絞り機構16は、可動板164がY軸方向に沿って移動することにより、開口面積が異なる開口が偏光フィルタ14に対向する。これによって第1及び第2の絞り部161、162の絞り量が変化し、被写界深度が調整される。なお、ここでいう「絞り量を大きくする」とは、開口部の開口面積を小さくすることに対応し、「絞り量を小さくする」とは、開口部の開口面積を大きくすることに対応する。
【0063】
第1の絞り部161は、右眼用の画像光を透過する複数の右側開口部(第1の開口部)P11,P12,P13と、右側板部(第1の板部)165とを有する。第2の絞り部162は、左眼用の画像光を透過する複数の左側開口部(第2の開口部)P21,P22,P23と、左側板部(第2の板部)166とを有する。右側開口部P11,P12,P13及び左側開口部P21,P22,P23は、それぞれY軸方向に沿って右側板部165、左側板部166に配置される。
【0064】
右側板部165及び左側板部166は、相互に一体形成され、可動板164を構成する。言い換えれば、右側板部165と左側板部166とは、それぞれ1枚の可動板164の右側半分、左側半分の領域を構成する。可動板164は、本実施形態において、黒色の矩形の板状に構成される。これにより、開口部以外の領域を遮光することが可能となる。なお、図中の一点鎖線で示す境界線BL1は、第1の絞り部161と第2の絞り部162(右側板部165と左側板部166)との境界を示す仮想線である。境界線BL1は、偏光フィルタ14へZ軸方向に投影した際、第1及び第2のフィルタ部141,142の境界線に一致する。
【0065】
さらに可動板164は、上端部164a及び下端部164bを含む。上端部164a及び下端部164bは、上述のように、アダプタ13から上方あるいは下方にそれぞれ突出するように構成される。また、右側及び左側板部165、166の左右の端部には、Y軸方向に沿って後述する複数のノッチ168が形成される。ノッチ168は、右側開口部P11,P12,P13及び左側開口部P21,P22,P23とそれぞれX軸方向に対向する位置に形成される。
【0066】
複数の開口部のうち、右側開口部P11と左側開口部P21とは、それぞれ同一の開口面積を有する円形の開口であり、X軸方向に相互に離間して第1の開口対P10を構成する。同様に、右側開口部P12と左側開口部P22とは、それぞれ同一の開口面積を有する円形の開口であり、X軸方向に相互に離間して第2の開口対P20を構成する。
【0067】
また、右側開口部P11と左側開口部P21との中心C11,C21の間の距離は、両眼視差の基線長さのDである。同様に、右側開口部P12と左側開口部P22との中心C12,C22の間の距離もDである。
【0068】
一方、右側開口部P13と左側開口部P23とは、それぞれ、円形の開口P30の右側の半円、左側の半円の領域を構成する。また、右側開口部P13の重心点C13と左側開口部P23の重心点C23との間の距離もDである。
【0069】
本実施形態において第2の開口対P20のそれぞれの開口部P12,P22は、第1の開口対P10のそれぞれの開口部P11,P21よりも大きい開口面積で形成される。さらに、開口P30を構成する開口部P13,P23は、それぞれ第2の開口対P20の開口部P12,P22よりも大きい開口面積で形成される。これにより、開口P30、第2の開口対P20、第1の開口対P10の順で通過する被写体光束の光量が絞られ、絞り量が大きくなる。なお、これらの開口面積は、所望の絞り量が得られれば特に制限されないが、例えば、撮像素子15が1/2インチサイズの場合には、開口P30の開口径が約8mm,1/3インチサイズの場合には、開口P30の開口径が約5mmで形成される。
【0070】
可動板164上には、第1、第2の開口対P10,P20と開口P30とがY軸方向に沿って配列される。これにより、可動板164をY軸方向に移動させることで、第1、第2の開口対P10,P20及び開口P30のうちのいずれか一つを偏光フィルタ14と対向させることが可能となる。
【0071】
より詳しくは、可動板164上には、第1の開口部P1の中心C11,C12,C13と、第2の開口部P2の中心C21,C22,C23とが、それぞれY軸方向に沿って等間隔に配列している。これにより、可動板164をY軸方向に所定距離移動させることで、中心C11,C12,C13のうちのいずれか1つと第1のフィルタ部141の重心点BC1とをZ軸方向に対向させ、中心C21,C22,C23のうちのいずれかと第2のフィルタ部142の重心点BC2とをZ軸方向に対向させることが可能となる。
【0072】
絞り機構16は、本実施形態においてアダプタ13の挿入部135にY軸方向に沿って挿入されている。機構部163は、挿入部135に対して、可動板164(右側板部165及び左側板部166)をY軸方向に沿って移動可能に支持する。すなわち、機構部163は、右側開口部P11,P12,P13のうちいずれか1つの開口部が第1のフィルタ部141に対向するように、かつ、左側開口部P12,P22,P23のうちいずれか1つの開口部が第2のフィルタ部142に対向するように、可動板164を移動可能に支持する。これにより、絞り機構16は、被写体光束の絞り量を調整し、右眼用画像と左眼用画像の明るさ及び被写界深度を調整することが可能となる。
【0073】
機構部163は、例えば、左右方向に対向するノッチ168とそれぞれ係合することが可能な左右の係合部167と、可動板164に形成された複数のノッチ168と、挿入部135に取り付けられ左右の係合部167をノッチ168のうちのいずれかに対して付勢することが可能な左右のバネ部材169と、を有する。すなわち機構部163は、第1及び第2の開口対P10,P20及び開口P30と対応する位置のノッチ168と左右の係合部167とがそれぞれ係合することで、挿入部135(アダプタ13)に対する絞り機構16の相対位置を決定し、維持することが可能に構成される。例えば図5のように、第2の開口対P20に対応するノッチ168と左右の係合部167とが係合している場合には、第2の開口対P20が偏光フィルタ14と対向するように配置される。
【0074】
係合部167は、例えばバネ部材169によってノッチ168に対して付勢されることで可動板164を支持する。これにより、可動板164に対してY軸方向に所定以上の力が加わることで係合部167とノッチ168との係合状態が容易に解除され、さらに他のノッチ168と係合させることができる。すなわち、ユーザが可動板164の上端部164aあるいは下端部164bを把持して可動板164を移動させることで、絞り機構16の絞り量を所望の絞り量とすることが可能となる。
【0075】
なお、上端部164a及び下端部164bは、ユーザが把持しやすいような形状に加工されていてもよい。例えば指孔等が形成されていてもよいし、凹面が形成されていてもよい。
【0076】
撮像素子15の受光面150に配置される第1の偏光領域151及び第2の偏光領域152は、それぞれ、ワイヤグリッド偏光子で構成される。図6(A)は撮像素子15の構成を模式的に示す断面図、図6(B)は第1及び第2の偏光領域151,152の配列状態を模式的に示すZ軸方向から見た正面図である。
【0077】
撮像素子15は、例えば、シリコン半導体基板60に設けられた光電変換素子61、並びに、その上に、第1の平坦化膜62、カラーフィルタ63、オンチップレンズ64、第2の平坦化膜65、無機絶縁下地層66、及び、ワイヤグリッド偏光子67が積層された構造を有する。そして、ワイヤグリッド偏光子67が、第1の偏光領域151及び第2の偏光領域152のそれぞれを構成する。図6(B)においては、画素の境界領域は実線で示されている。
【0078】
ワイヤグリッド偏光子67を構成する複数のワイヤ68の延びる方向は、X軸方向あるいはY軸方向と平行である。具体的には、第1の偏光領域151を構成するワイヤグリッド偏光子67Aにあっては、ワイヤ68Aの延びる方向はY軸方向と平行であり、第2の偏光領域152を構成するワイヤグリッド偏光子67Bにあっては、ワイヤ68Bの延びる方向はX軸方向と平行である。ワイヤ68の延びる方向と直交する方向がワイヤグリッド偏光子67における光透過軸となる。
【0079】
本実施形態においては、第1の偏光領域151を通過して撮像素子15に到達した第1の偏光光L1によって、右眼用画像データを得るための電気信号が撮像素子15において生成される。また、第2の偏光領域152を通過して撮像素子15に到達した第2の偏光光L2によって、左眼用画像データを得るための電気信号が撮像素子15において生成される。撮像素子15は、これらの電気信号を、同時に、又は、時系列に交互に、出力する。出力された電気信号(撮像素子15から出力された右眼用画像データ及び左眼用画像データを得るための電気信号)に対して、画像処理部122によって画像処理が施され、右眼用画像データ及び左眼用画像データとして画像記憶部123に記録される。
【0080】
図7(A)及び(B)は、被写体から絞り機構16を通り撮像素子15へ達する光の概念図であり、図7(C)及び(D)は、図7(A)及び(B)に示した光によって撮像素子に結像した画像を模式的に示す図である。
【0081】
図7(A)及び(B)に模式的に示すように、四角い形状の物体Aに撮像光学系111cのピントが合っているとする。また、丸い形状の物体Bが、物体Aよりも撮像光学系111cに近く位置しているとする。物体A及び物体B上で反射された光L1,L2は、絞り機構16の右側開口部P1の中心C1と左側開口部P2の中心C2とをそれぞれ通って、撮像素子15へ到達する。四角い物体Aの像は、ピントが合った状態で撮像素子15上に結像する。また、丸い物体Bの像は、ピントが合っていない状態で撮像素子15上に結像する。
【0082】
そして、図7(A)に示す例にあっては、撮像素子15上では、物体Bで反射された光(第1の偏光光)L1は、物体Aの右手側に距離(+ΔX)だけ離れた位置に像を結ぶ。一方、図7(B)に示す例にあっては、撮像素子15上では、物体Bから反射された光(第2の偏光光)L2は、物体Aの左手側に距離(−ΔX)だけ離れた位置に像を結ぶ。従って、距離(2×ΔX)が物体Bの奥行きに関する情報となる。すなわち物体Aよりも内視鏡装置に近い側に位置する物体Bのボケ量及びボケ方向は、内視鏡装置に遠い側に位置する物体のボケ量及びボケ方向と異なるし、物体Aと物体Bとの距離によって物体Bのボケ量は異なる。
【0083】
これにより、右側開口部P1を通る第1の偏光光L1と、左側開口部P2を通る第2の偏光光L2とから、それぞれ異なる右眼用画像(図7(C)の模式図参照)及び左眼用画像(図7(D)の模式図参照)を得ることができる。そして、このようにして得られた右眼用画像及び左眼用画像から、周知の方法に基づき立体画像を得ることができる。なお、右眼用画像データと左眼用画像データとを混合すれば、立体画像ではない、通常の2次元(平面)画像を得ることができる。
【0084】
図8は、撮像素子15の受光面を説明する概念図である。
【0085】
撮像素子15はベイヤ配列を有し、1画素は4つのサブ画素(赤色を受光する1つの赤色画素R、青色を受光する1つの青色画素B、及び、緑色を受光する2つの緑色画素G)から構成されている。そして、X軸方向に沿って配列された1行の画素群に対して第1の偏光領域151が配置されており、同様に、この画素群にY軸方向に隣接し、X軸方向に沿って配列された1行の画素群に対して第2の偏光領域152が配置されている。第1の偏光領域151と第2の偏光領域152とは、Y軸方向に沿って交互に配置されている。
【0086】
第1の偏光領域151及び第2の偏光領域152は全体としてX軸方向に延びているが、第1の偏光領域151及び第2の偏光領域152のX軸方向及びY軸方向に沿った単位長さは、撮像素子15のX軸方向及びY軸方向に沿った長さと等しい。そして、このような構成とすることで、主としてP波成分を有する光に基づくX軸方向に延びる帯状の画像(右眼用画像)、及び、主としてS波成分を有する光に基づくX軸方向に延びる帯状の画像(左眼用画像)が、Y軸方向に沿って交互に生成される。図8において、第1の偏光領域151の内部に縦線を付し、第2の偏光領域152の内部に横線を付しているが、これらは、ワイヤグリッド偏光子67A,67Bのワイヤを模式的に表している。
【0087】
右眼用画像データ及び左眼用画像データのための電気信号は、上述したとおり、Y軸方向に沿って、1行おきに生成される。そこで、画像処理部122は、右眼用画像データ及び左眼用画像データの作成のために、電気信号に対してモザイク処理を施すと共に、例えば、超解像処理を行うことにより、最終的に右眼用画像データ及び左眼用画像データを生成、作成する。また、例えば、左眼用画像データと右眼用画像データからステレオマッチングによりデイスパリティ・マップ(Disparity Map)を作成するといった視差検出技術、及び、デイスパリティ・マップを基に視差を制御する視差制御技術により、視差の強調、適切化を図ることもできる。
【0088】
図9に、撮像素子から得られた電気信号に対するモザイク処理を行い、信号値を得る画像処理(モザイク処理)を説明するためのベイヤ配列を有する受光面の概念図を示す。図9には、左眼用画像における緑色画素に関する信号値を生成する例について示している。
【0089】
通常のデモザイク処理では、近傍の同一色の画素の電気信号の平均値が用いられるのが一般的である。しかしながら、本実施形態のように右眼用画像データを得るための画素群(画素行)と左眼用画像データを得るための画素群(画素行)とが交互に繰り返されている場合、そのまま、近傍の値を用いると本来の画像データが得られなくなる虞がある。そこで、参照される画素の電気信号が右眼用画像データ及び左眼用画像データの何れに相当するものであるかを考慮した上で、デモザイク処理を行う。
【0090】
ベイヤ配列において、位置(4,2)には赤色画素Rが配置されているものとする。このとき、位置(4,2)に相当する緑色画素信号値g'を生成するためには、次式によって表される演算を行う。
【0091】
g'4,2=(g4,1+g4,3+g5,2+g1,2×W3)/(3.0+W3)
【0092】
ここで、左辺のg'i,jは、位置(i,j)における緑色画素信号値である。また、右辺のgi,jは、位置(i,j)における緑色画素の電気信号の値である。更には、「3.0」は、注目画素G4,2に対する隣接画素G4,1,G4,3,G5,2への距離(W1)をそれぞれ例えば「1.0」としたとき、その逆数を重みとして、それら重みの総和に対応するものである。W3は、同様に、3画素分だけ離れた画素G1,2の電気信号の値に対する重みであり、この場合、「1/3」である。上式を一般化すると、次式のようになる。
【0093】
iが偶数の場合(赤色画素Rの位置に相当する緑色画素Gの信号値);
g'i,j=(gi,j-1×W1+gi,j+1×W1+gi+1,j×W1+gi-3,j×W3)/(W1×3.0+W3)
iが帰趨の場合(青色画素Bの位置に相当する緑色画素Gの信号値);
g'i,j=(gi,j-1×W1+gi,j+1×W1+gi-1,j×W1+gi+3,j×W3)/(W1×3.0+W3)
ここで、W1=1.0、W3=1/3である。
【0094】
赤色画素R及び青色画素Bについても、同様の考え方によりモザイク処理を行うことができる。
【0095】
デモザイク処理により各画素位置における画素信号値を得ることができるが、この段階では、上述した1行おきの状態となっている。そのため、画素信号値が存在しない領域に対して、画素信号値を補間(補完)により生成する必要がある。補間の手法としては、近傍の値の加算平均値を利用する方法等、周知の方法を挙げることができる。この補間処理は、デモザイク処理と並行して行ってもよい。X軸方向においては画質は完全に保持されているので、画像全体の解像度低下等の画質劣化は比較的少ない。
【0096】
本実施形態によれば、偏光フィルタ14で左右に分離された2つの異なる画像を同時に生成させることができ、単眼で疾患部の立体画像を取得することができる。また、簡素な構成、構造を有し、構成部品の少ない、小型の内視鏡装置10を提供することができる。また、レンズ及び偏光フィルタの組み合わせを複数組必要としないので、ズーム、絞り部、フォーカス、輻輳角等にズレや差異が生じることもない。更には、偏光フィルタ14をアダプタ13に対して脱着させ得る構造とれば、容易に、2次元画像及び3次元画像を得ることができる。
【0097】
また、本実施形態に係る内視鏡装置10は絞り機構16を有するため、右眼用画像及び左目用画像の両眼視差を維持しつつ、絞り量を変化させることが可能となる。以下、図10及び図11を参照し、本実施形態に係る絞り機構16の作用についてさらに説明する。
【0098】
図10は、Z軸方向から見た絞り機構16の要部正面図であり、偏光フィルタ14と重複する領域を示す。また、図10(A)、(B)及び(C)は、絞り機構16の絞り量がそれぞれ異なる態様を示している。
【0099】
図10(A)は、開口P30が偏光フィルタ14と対向している第1の開口状態を示す。第1の開口状態では、絞り機構16における絞り量を最も小さくした、すなわち絞りを最も開けた態様であり、被写体光束の光量が最も多く、また被写界深度が最も浅くなる。また、重心点C31と重心点C32との間の距離は、第1のフィルタ部141と第2のフィルタ部142との重心位置間の距離Dである。
【0100】
図10(B)は、第2の開口対P20が偏光フィルタ14と対向している第2の開口状態を示す。第2の開口状態では、絞り機構16における絞り量が第1の開口状態よりも小さく、被写体光束の光量が第1の開口状態よりも少なく、被写界深度が第1の開口状態よりも深くなる。また、中心C21及び中心C22の間の距離は、Dである。
【0101】
図10(C)は、第1の開口対P10が偏光フィルタ14と対向している第3の開口状態を示す。第3の開口状態では、絞り機構16における絞り量が最も大きく、被写体光束の光量が最も少なく、また被写界深度が最も深くなる。また、中心C11及び中心C12の間の距離は、Dである。
【0102】
このように、第1〜第3の開口状態では、第1及び第2の開口対P10,P20の中心間距離と、開口P30の重心位置間の距離とが、いずれも第1のフィルタ部141と第2のフィルタ部142との重心位置間の距離Dに一致する。また、第1のフィルタ部141から出射した第1の偏光光L1は、中心C11,C12及び重心点C13のうちのいずれかを必ず通過し、第2のフィルタ部142から出射した第2の偏光光L2は、中心C21,C22及び重心点C23のうちのいずれかを必ず通過する。すなわち、第1の偏光光L1から生成される右眼用画像データ及び第2の偏光光L2から生成される左目用画像データについて、両眼視差の基線長さは絞り量に関わらずDに維持されることとなる。
【0103】
一方、図11(A)、(B)及び(C)は、内視鏡装置10に、絞り機構16に代えて絞り機構16Aを配置した内視鏡装置10Aについて説明する図であり、Z軸方向から見た絞り機構16Aの要部正面図である。
【0104】
絞り機構16Aは、複数枚(例えば8枚)の板(絞り羽根)を重ね合わせた虹彩絞りで構成される。絞り機構16Aは、開口面積が可変である1つの開口PA10を有し、第1のフィルタ部141に対向する右側開口部PA1と、第2のフィルタ部142に対向する左側開口部PA2とを有する。
【0105】
図11(A)は、開口PA10の絞り量を最も小さくした、すなわち最も絞りを開けた第4の開口状態を示す。第4の開口状態では、開口PA10は開口P30と同様の大きさの円形に構成され、右側開口部PA1と左側開口部PA1との重心間距離はDである。したがって、内視鏡装置10Aによって撮像される立体画像の両眼視差の基線長さはDに維持される。
【0106】
図11(B)は、第4の開口状態よりも開口PA10の開口径を小さく、絞り量を大きくした第5の開口状態を示す。第5の開口状態では、開口PA10は、絞り羽根により略8角形の形状を有し、第4の開口状態よりも被写体光束の光量を少なく、被写界深度を深くすることができる。右側開口部PA1の重心点CA1と左側開口部PA2の重心点CA2との間の距離は、Dよりも短いd1となる。
【0107】
図11(C)は、第5の開口状態よりも開口PA10の絞り量を大きくした第6の開口状態を示す。第6の開口状態では、開口PA10は、第5の開口状態よりもさらに被写体光束の光量を少なく、被写界深度をさらに深くすることができる。右側開口部PA1の重心点CA1と左側開口部PA2の重心点CA2との間の距離は、D及びd1よりもさらに短いd2となる。
【0108】
以上のように、絞り機構16Aによっても、第1及び第2の偏光光L1,L2とから得られる右眼用画像及び左眼用画像の明るさ及び被写界深度を調整することが可能となる。一方で、絞り機構16Aは、1つの開口PA10を有するため、右側開口部PA1の重心点CA1と左側開口部PA2の重心点CA2との間の距離は、開口径に比例して短くなる。これにより、両眼視差の基線長さも、開口径に比例して短くなる。
【0109】
すなわち、内視鏡装置10Aにおいては、右眼用画像と左眼用画像との両眼視差の基線長さが、開口径に比例して短くなる。したがって、第5及び第6の開口状態のように開口径を絞った場合には、所望の視差を有する立体画像を生成することができないこととなる。
【0110】
これに対して、本実施形態に係る絞り機構16は、第1及び第2の開口対P10,P20の中心間距離がいずれも第1のフィルタ部141と第2のフィルタ部142との重心位置間の距離Dに一致するため、絞りを絞っても、両眼視差の基線長さがDに維持される。これにより、絞り量を変化させつつ、所定の両眼視差を維持することが可能となる。したがって、本実施形態によれば、立体感を損なうことなく、被写界深度を調整することができる内視鏡装置10を提供することができる。
【0111】
<第2の実施形態>
図12は、本技術の第2の実施形態に係る内視鏡装置10Bにおける絞り機構16Bの構成を示す図であり、Z軸方向から見た正面図である。なお、図において上述の第1の実施形態と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略または簡略化するものとする。
【0112】
本実施形態において絞り機構16Bは、円盤状の可動板164BがZ軸まわりに回転することにより、開口面積が異なる開口が偏光フィルタ14に対向し、これによって第1及び第2の絞り部161B、162Bの絞り量を変化させるように構成される。
【0113】
可動板164Bは、本実施形態において、中心CB100を有する円盤状に形成され、中心CB100を含む円形の内周側板部(第1の板部)165Bと、内周側板部165Bの周囲に配置された環状の外周側板部(第2の板部)166Bとの2つの領域で構成される。すなわち、内周側板部165B及び外周側板部166Bは、相互に一体形成され、可動板164Bを構成する。また、図中の一点鎖線で示す境界線BL2は、第1の絞り部161Bと第2の絞り部162B(第1の板部165Bと第2の板部166B)との境界を示す仮想線である。境界線BL2は、偏光フィルタ14に投影した際、偏光フィルタ14の略中心を通ることとなる。
【0114】
第1の絞り部161Bは、第1の円周CB101上に沿って配列される複数の内周側開口部(第1の開口部)PB11,PB12,PB13と、内周側板部165Bとを有する。第2の絞り部162Bは、第2の円周CB102上に沿って配列される外周側開口部(第2の開口部)PB21,PB22,PB23と、外周側板部166Bとを有する。内周側開口部PB11,PB12,PB13は、いずれも右眼用の画像光を透過し、外周側開口部PB21,PB22,PB23は、いずれも左眼用の画像光を透過するように構成される。
【0115】
複数の開口部のうち、内周側開口部PB11と外周側開口部PB21とは、それぞれ同一の開口面積を有する円形の開口であり、径方向に相互に離間して第1の開口対PB10を構成する。同様に、内周側開口部PB12と外周側開口部PB22とは、それぞれ同一の開口面積を有する円形であり、径方向に相互に離間して第2の開口対PB20を構成する。内周側開口部PB13と外周側開口部PB23とは、それぞれ円形の開口PB30の内周側、外周側の半円の領域を構成する。なお、一点鎖線で示す境界線BL23は、内周側開口部PB13と外周側開口部PB23との境界を示し、開口PB30が偏光フィルタ14と対向した際に、第1及び第2のフィルタ部141の境界線とZ軸方向に対向する仮想線である。
【0116】
内周側開口部PB11,PB12の中心CB11,CB12及び内周側開口部PB13の重心点CB13は、それぞれ第1の円周CB101上に配置される。同様に、外周側開口部PB21,PB22の中心及び外周側開口部PB23の重心点CB23は、それぞれ第2の円周CB102上に配置される。第1の円周CB101と第2の円周CB102とは、それぞれ中心CB100を中心とする同心的な仮想円であり、図12において二点鎖線で示される。また、これらの半径の差は第1のフィルタ部141と第2のフィルタ部142との重心位置間の距離Dである。これにより、第1及び第2の開口対PB10、PB20の中心間距離及び開口PB30の重心位置間距離はいずれもDとなり、両眼視差の基線長さDが維持される。
【0117】
第1の実施形態と同様に、第2の開口対PB20のそれぞれの開口部PB21,PB22は、第1の開口対PB10のそれぞれの開口部PB11,P21よりも大きい開口面積で形成される。さらに、開口PB30を構成する開口部PB13,P23は、それぞれ第2の開口対PB20の開口部PB21,P22よりも大きい開口面積で形成される。これにより、開口PB30、第2の開口対PB20、第1の開口対PB10の順で通過する被写体光束の光量が絞られ、絞り量が大きくなる。すなわち、得られる画像の被写界深度はこの順で深くなる。
【0118】
本実施形態において機構部(図示せず)は、第1及び第2の円周CB101、CB102上に沿って可動板164Bを移動させるように構成される。機構部は、内周側開口部PB11,PB12,PB13のうちいずれか1つの開口部が第1のフィルタ部141に対向するように、かつ、外周側開口部PB21,PB22,PB23のうちいずれか1つの開口部が第2のフィルタ部142に対向するように、内周側板部165B及び外周側板部166Bを移動させる。これにより、被写体光束の絞り量を調整し、右眼用画像と左眼用画像の明るさ及び被写界深度を調整することが可能に構成される。
【0119】
機構部は、例えば、可動板164BをZ軸まわりに回転、あるいは停止させる減速機で構成されてもよい。このような減速機は、例えば出力軸が可動板164Bの中心CB100を通るように配置され、当該出力軸を回転あるいは停止させる。減速機は、ウォーム減速機等を採用することができ、電動モータ等によって駆動されてもよい。これにより、ユーザが直接内視鏡装置10Bに触れずとも、機構部の駆動が可能となる。
【0120】
また、第1の開口対PB10と、第2の開口対PB20と、開口PB30とは、それぞれ中心PB100まわりに等間隔に配置されていてもよい。これにより、第1及び第2の開口対PB10,PB20、開口PB30の切り替えをする際に、可動板164Bを等角度(120°)回転すればよいこととなり、装置構成の単純化することができる。
【0121】
以上の構成を有する本実施形態に係る内視鏡装置10Bにおいても、上述の第1の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。すなわち、絞り機構16Bは、中心間距離がDに維持される複数の開口対PB10,PB20を有するため、絞り量を変化させつつ、両眼視差を維持することが可能となる。
【0122】
<第3の実施形態>
図13は、本技術の第3の実施形態に係る内視鏡装置10Cにおける絞り機構16Cの構成を示す図であり、Z軸方向から見た正面図である。なお、図において上述の第1の実施形態と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略または簡略化するものとする。
【0123】
本実施形態において絞り機構16Cは、Y軸方向に対向する一対の可動板164Ca,164Cbを有し、これらの間に右側開口部(第1の開口部)PC10、左側開口部(第2の開口部)PC20が形成される。
【0124】
第1の絞り部161Cは、相互に重なり合うことで第1のフィルタ部141と対向する右側開口部PC10を形成可能な右側の一対の板部(第1の一対の板部)165Ca、165Cbを含む。また、第2の絞り部162Cは、同様に、相互に重なり合うことで第2のフィルタ部142と対向する左側開口部PC20を形成可能な左側の一対の板部(第2の一対の板部)166Ca、166Cbを含む。すなわち、絞り機構16Cは、右側及び左側の一対の板部165C、166Cの重なり量を変化させることで、右側開口部PC10及び左側開口部PC20の大きさを変化させ、絞り量を調整する。
【0125】
右側の一対の板部165Ca、165Cbと、左側の一対の板部166Ca、166Cbは、一対の可動板164Ca,164Cbの左右の領域をそれぞれ構成する。すなわち、右側の一対の板部165Ca、165Cbは、それぞれ上下対称の形状で構成され、Y軸方向に対向する。左側の一対の板部166Ca、166Cbは、それぞれ上下対称の形状で構成され、Y軸方向に対向し、右側の一対の板部165Ca、165Cbと左右対称な形状で構成される。
【0126】
可動板164Caは、本体168Caと、接続部168Ccと、枠部F1,F2、F3とを有する。枠部F1,F2、F3は、本体168Caの下部にそれぞれ配置され、右側及び左側開口部PC10、PC20の枠を構成する。接続部168Ccは、本体168Caと枠部F1,F2、F3との間に配置され、枠部F1,F2、F3を本体168Caに接続する。
【0127】
枠部F1は、右側開口部PC10の右上側の枠を構成し、本体168Caの右下部に接続部168Ccを介して配置される。枠部F2は、右側及び左側開口部PC10、PC20の境界部に配置され、本体168Caの下部中央に接続部168Ccを介して配置される。枠部F3は、左側開口部PC20の左上側の枠を構成し、本体168Caの左下部に接続部168Ccを介して配置される。枠部F1、F2、F3の形状及び大きさは、開口部の形状及び大きさを鑑み、適宜設定可能である。例えば、開口部が六角形状となるように、枠部F1、F3が略直角三角形状、枠部F2が60°の角を有する左右対称な台形状に形成されてもよい。
【0128】
可動板164Cbは、可動板164Caと上下対称に構成される。すなわち、本体168Cbと、接続部168Cdと、枠部F4,F5、F6とを有する。枠部F4は、右側開口部PC10の右下側の枠を構成し、本体168Cbの右上部に配置される。枠部F5は、右側及び左側開口部PC10、PC20の境界部に配置され、本体168Cbの上部中央に配置される。枠部F6は、左側開口部PC20の左下側の枠を構成し、本体168Cbの左上部に配置される。
【0129】
なお、本体168Ca,168Cb及び枠部F2,F5の右側半分と、枠部F1,F4とが右側の一対の板部165Ca、165Cbを構成する。同様に、本体168Ca,168Cb及び枠部F2,F5の左側半分と、枠部F3,F6とが左側の一対の板部166Ca、166Cbを構成する。
【0130】
機構部(図示せず)は、可動板164Ca,164CbをY軸方向に相互に近接あるいは離間させることで、枠部F1〜F6の重なり量を変化させる。これにより、右側及び左側開口部PC10,PC20の大きさを調整することが可能となる。
【0131】
機構部は、例えば、可動板164Ca,164Cbそれぞれに接続されたボールネジユニットを有してもよい。これにより、Y軸方向に沿った所定位置で164Ca,164Cbの位置をそれぞれ固定させることができる。また、機構部は、ボールネジの駆動源として電動モータ等をさらに有してもよい。これにより、ユーザが直接内視鏡装置10Cに触れずとも、機構部の駆動が可能となる。
【0132】
ここで、図13(A)に示すように、本体168Ca,168Cb間のY軸方向の距離が所定距離以上である場合には、枠部F1、F2、F3と、枠部F4、F5、F6とが重なり合うことがない。これにより、右側及び左側開口部PC10,PC20は、1つの大きな開口となる。
【0133】
一方、図13(B)に示すように、本体168Ca,168Cb間のY軸方向の距離が所定距離以上である場合には、枠部F1と枠部F4、枠部F2と枠部F5、枠部F3と枠部F6とがそれぞれ重なり合う。これにより、六角形状の右側及び左側開口部PC10,PC20が形成される。さらに、これらの重なり量を変化させることで、右側及び左側開口部PC10,PC20の開口面積を変化させることが可能となる。
【0134】
また右側開口部PC10の重心点CC10と左側開口部PC20の重心点CC20との間の距離は、一定に維持される。これは、本実施形態に係る絞り機構16Cが、Y軸方向にのみ可動板164Ca,164Cbを移動させるよう構成されるからである。すなわち、重心点CC10,CC20が対向するX軸方向(左右方向)には、枠部F1〜F6の重複部分の形状以外は変形せず、重心間距離を維持させることができる。したがって、本実施形態に係る内視鏡装置10Cにおいても両眼視差の基線長さDは一定に維持され、絞り量を変化させつつ、右眼用画像と左眼用画像の視差を維持させることが可能となる。
【0135】
以上の構成を有する本実施形態に係る内視鏡装置10Cは、Y軸方向にのみ大きさが可変となる右側開口部PC10及び左側開口部PC20を有するため、X軸方向の視差を維持しつつ、絞り量を変化させることが可能となる。また、2枚の可動板168Ca,168CbのY軸方向の重なり量を調整することにより、右側開口部PC10及び左側開口部PC20の開口面積を連続的に変化させることができる。これにより、絞り量の微調節が可能となり、容易に所望の被写界深度を得ることが可能となる。
【0136】
<第4の実施形態>
図14は、本技術の第4の実施形態に係る内視鏡装置10Dの要部構成を示す概略断面図である。なお、図において上述の第1の実施形態と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略または簡略化するものとする。
【0137】
本実施形態においては、絞り機構16Dが偏光フィルタ14Dの光出射側ではなく、偏光フィルタ14Dの光入射側に配置されている点で、第1の実施形態と異なる。
【0138】
絞り機構16Dは、第1の接続端部131の基準面13bに整列するように接眼部112の端部に配置されている。一方で、偏光フィルタ14Dは、アダプタ13に内蔵され、絞り機構16Dと結像レンズ17との間に配置されている。なお、絞り機構16Dは、偏光フィルタ14Dと隣接して配置されていてもよく、第1の実施形態と同様に、アダプタ13に絞り機構16Dが挿入される挿入部が形成されていてもよい。
【0139】
絞り機構16Dの構成は、第1の実施形態に係る絞り機構16と同様である。すなわち、第1の絞り部161は第1のフィルタ部141と対向し、第2の絞り部162は第2のフィルタ部142と対向する。したがって、第1の絞り部161は、右眼用画像の画像光を所定の絞り量に絞り、第1のフィルタ部141へ入射させる。一方、第2の絞り部162は、左眼用画像の画像光を所定の絞り量に絞り、第2のフィルタ部142へ入射させる。
【0140】
また、第1の第1及び第2の開口対P10,P20の中心間距離は、第1のフィルタ部141と第2のフィルタ部142との重心位置間の距離Dに一致する。これにより、偏光フィルタ14の第1のフィルタ部141を通過した第1の偏光光L1と、第2のフィルタ部142を通過した第2の偏光光L2とから、それぞれ両眼視差の基線長さをDとする右眼用画像データと左眼用画像データとを生成することができる。
【0141】
本実施形態に係る内視鏡装置10Dにおいても、上述の第1の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【0142】
以上、本技術の実施形態について説明したが、本技術は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【0143】
以上の実施形態においては、撮像素子15が1枚の例を示したが、これに限られない。例えば、図15は、第1の実施形態の変形例として、右眼用の撮像素子15aと、左眼用撮像素子15bの2つの撮像素子を有する内視鏡装置10Eの光学系の構成例を示した模式的な図である。
【0144】
本変形例においては、撮像光学系111cから偏光フィルタ14までの構成は第1の実施形態と同様であるが、偏光フィルタ14の出射側にビームスプリッタ18を配置した点が異なる。ビームスプリッタ18は、例えば略矩形に構成され、対角線方向に偏光分離面18aが形成されている。偏光分離面18aでは、P波を偏光成分とする第1の偏光光L1を透過し、S波を偏光成分とする第2の偏光光L2を90°反射する。これにより、第1及び第2の偏光光L2が分離され、右眼用の撮像素子15aと左眼用の撮像素子15bにそれぞれ入射する。なお、図15に示すように、ビームスプリッタ18と撮像素子15a、15bとの間にそれぞれ結像レンズ17a、17bが配置されていてもよい。また、ビームスプリッタ18の構成は、第1の偏光光L1(p偏光成分)と第2の偏光光L2(s偏光成分)とを分離可能であれば、上述の構成に限られない。
【0145】
本変形例においては、撮像素子15の受光面150にワイヤグリッド偏光子を配置せずとも、第1及び第2の偏光光L1,L2から右眼用画像データ及び左眼用画像データをそれぞれ生成することができる。したがって、第1の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。さらに、第2〜4の実施形態に本変形例を適用することも勿論可能である。
【0146】
また、以上の実施形態においては、第1及び第2の開口部として、開口面積の異なる複数の開口部、あるいはY軸方向に対向する可動板によって開口面積を可変とする開口部を有するとしたが、これに限られない。例えば、第1及び第2の開口部として、絞り羽根により開口面積を調整可能な虹彩絞りを用いてもよい(図11参照)。この場合は、第1の開口部が右眼用の虹彩絞りで構成され、第2の開口部が左眼用の虹彩絞りで構成される。このような構成によっても、第1の偏光光L1及び第2の偏光光L2の絞り量をそれぞれ変化させることが可能となる。また、これらの絞りの中心が、Z軸方向に第1及び第2のフィルタ部の重心点にそれぞれ対向することで、両眼視差の基線長さを維持することができる。
【0147】
例えば以上の実施形態では、絞り機構16が偏光フィルタ14及びアダプタ13に対して可動に構成されると説明したが、これに限られず、例えば絞り機構16と偏光フィルタ14が一体として可動な構成としてもよい。例えば絞り機構16の第1の絞り部161に第1のフィルタ141を接着し、第2の絞り部162に第2のフィルタ部142を接着する。この際、第1のフィルタ部141は、第1の可動板165と同様の形状に構成され、第2のフィルタ部142は、第2の可動板166と同様の形状に構成される。このような構成によっても、視差を維持しつつ、第1の偏光光L1(右眼用画像の画像光)と第2の偏光光L2(左眼用画像の画像光)との絞り量をそれぞれ調整することが可能となる。
【0148】
例えば以上の実施形態において絞り機構は、ユーザの手動あるいは電動モータ、シリンダ等の駆動源を用いて駆動されるように構成されたが、これらの駆動源が、無線あるいは有線によって制御ユニット20等と通信可能に接続されてもよい。これにより内視鏡装置10を操作するユーザ以外の者が絞り量の制御を行うことが可能となる。また、例えば術者等のユーザが衛生上手指を滅菌している場合であって、直接内視鏡装置10に触れることができなくとも、絞り量の調整を行うことが可能となる。
【0149】
例えば以上の実施形態では、本技術に係る撮像装置を、医療現場において使用される内視鏡装置へ適用した例を説明したが、本技術はこれに限られず、例えば顕微鏡や工業用内視鏡等にも適用可能である。
【0150】
なお、本技術は以下のような構成も採ることができる。
(1)被写体光束を伝送する鏡筒と、
上記被写体光束のうち第1の偏光成分を透過させ上記第1の偏光成分と直交する第2の偏光成分を遮光する第1のフィルタ部と、上記被写体光束のうち上記第1の偏光成分を遮光し上記第2の偏光成分を透過させ第1の軸方向に上記第1のフィルタ部と隣接する第2のフィルタ部とを有し、上記被写体光束の光路上に配置される偏光フィルタと、
上記第1の偏光成分と上記第2の偏光成分とを受光し上記鏡筒に取り付けられた撮像素子を有し、上記第1の偏光成分から第1の視差画像データを生成し上記第2の偏光成分から第2の視差画像データを生成する撮像ユニットと、
上記被写体光束の光路上に配置された絞り機構と
を具備する撮像装置。
(2)上記(1)に記載の撮像装置であって、
上記絞り機構は、
上記第1のフィルタ部に対向する第1の絞り部と、
上記第2のフィルタ部に対向する第2の絞り部と、を有し、
上記第1及び第2の視差画像の視差を維持しつつ上記第1及び第2の絞り部の絞り量を変化させる
撮像装置。
(3)上記(2)に記載の撮像装置であって、
請求項2に記載の撮像装置であって、
上記第1の絞り部は、開口面積が相互に異なる複数の第1の開口部が形成された第1の板部を含み、
上記第2の絞り部は、開口面積が相互に異なる複数の第2の開口部が形成された第2の板部を含み、
上記絞り機構は、上記複数の第1の開口部のうちいずれか1つの開口部が上記第1のフィルタ部に対向するように、かつ、上記複数の第2の開口部のうちいずれか1つの開口部が上記第2のフィルタ部に対向するように、上記第1及び第2の板部を移動可能に支持する機構部をさらに含む
撮像装置。
(4)上記(3)に記載の撮像装置であって、
上記第1及び第2の板部は、相互に一体形成される
撮像装置。
(5)上記(3)または(4)に記載の撮像装置であって、
上記複数の第1の開口部と上記複数の第2の開口部とは、第1の軸方向に相互に離間し、かつ、上記第1の軸方向と直交する第2の軸方向に沿って、上記第1の板部と上記第2の板部とにそれぞれ配列され、
上記機構部は、上記第2の軸方向に沿って上記第1及び第2の板部をそれぞれ移動させる
撮像装置。
(6)上記(3)または(4)に記載の撮像装置であって、
上記複数の第1の開口部は、第1の円周上に沿って上記第1の板部に配列され、
上記複数の第2の開口部は、上記第1の円周と同心的な第2の円周上に沿って上記第2の板部に配列され、
上記機構部は、上記第1及び第2の円周上に沿って上記第1及び第2の板部をそれぞれ移動させる
撮像装置。
(7)上記(2)に記載の撮像装置であって、
上記第1の絞り部は、相互に重なり合うことで上記第1のフィルタ部と対向する第1の開口部を形成可能な第1の一対の板部を含み、
上記第2の絞り部は、相互に重なり合うことで上記第2のフィルタ部と対向する第2の開口部を形成可能な第2の一対の板部を含み、
上記絞り機構は、上記第1及び第2の開口部の大きさを調整可能に上記第1及び第2の一対の板部の重なり量をそれぞれ変化させる機構部をさらに有する
撮像装置。
(8)上記(1)から(7)のうちいずれか1つに記載の撮像装置であって、
上記絞り機構は、上記偏光フィルタに隣接して配置される
撮像装置。
(9)上記(1)から(8)のうちいずれか1つに記載の撮像装置であって、
上記絞り機構は、上記偏光フィルタの光出射側に配置される
撮像装置。
(10)上記(1)から(9)のうちいずれか1つに記載の撮像装置であって、
上記絞り機構は、上記偏光フィルタの光入射側に配置される
撮像装置。
(11)上記(1)から(10)のうちいずれか1つに記載の撮像装置であって、
上記撮像素子は、上記第1の偏光成分を透過し上記第2の偏光成分を遮光する複数の第1の偏光子と、上記第1の偏光成分を遮光し上記第2の偏光成分を透過する複数の第2の偏光子とがマトリクス状に配列された受光面を有する
撮像装置。
【符号の説明】
【0151】
10,10A,10B,10C,10D・・・内視鏡装置(撮像装置)
11…鏡筒
12…撮像ユニット
14,14A,14B,14C,14D…偏光フィルタ
15…撮像素子
16,16A,16B,16C,16D・・・絞り機構
141…第1のフィルタ部
142…第2のフィルタ部
161,161A,161B,161C…第1の絞り部
162,162A,162B,162C…第1の絞り部
163・・・機構部
165,165A,165B・・・右側板部(第1の板部)
166,166A,166B・・・左側板部(第2の板部)
165Ca,165Cb・・・右側の一対の板部(第1の一対の板部)
166Ca,166Cb・・・左側の一対の板部(第2の一対の板部)
P1、P11、PA11,PB11,PC10・・・右側開口部(第1の開口部)
P2、P12、PA12,PB12,PC20・・・左側開口部(第2の開口部)
CB101・・・第1の円周
CB102・・・第2の円周
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