特開 2023-47859 内視鏡装置、照明方法及び照明制御プログラム

(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】P2023047859

(43)【公開日】2023-04-06

(54)【発明の名称】内視鏡装置、照明方法及び照明制御プログラム

(51)【国際特許分類】

   A61B 1/06 20060101AFI20230330BHJP

【ＦＩ】

A61B1/06 610

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021157011

(22)【出願日】2021-09-27

(71)【出願人】

【識別番号】322004393

【氏名又は名称】株式会社エビデント

(74)【代理人】

【識別番号】110002907

【氏名又は名称】弁理士法人イトーシン国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】中井 瑞希

【テーマコード（参考）】

4C161

【Ｆターム（参考）】

4C161CC06

4C161FF47

4C161NN01

4C161QQ06

4C161QQ07

4C161QQ09

4C161RR05

4C161RR06

4C161RR26

(57)【要約】

【課題】照明の配光分布を制御することでシェーディングの発生を抑制しすることができる。
【解決手段】 内視鏡装置は、光軸がセンサの撮像中心に対して偏心状態である２つの光学系による２つの入射光路を有し、前記２つの入射光路を切り替え可能な機構を備えた観察部と、前記２つの入射光路のそれぞれに対応する照明モードでの照明が可能な照明部と、 前記２つの入射光路の切り替えに応じて前記照明モードの切り替えを制御する制御部と、備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

光軸がセンサの撮像中心に対して偏心状態である２つの光学系による２つの入射光路を有し、前記２つの入射光路を切り替え可能な機構を備えた観察部と、
前記２つの入射光路のそれぞれに対応する照明モードでの照明が可能な照明部と、
前記２つの入射光路の切り替えに応じて前記照明モードの切り替えを制御する制御部と、
を備えることを特徴とする内視鏡装置。

【請求項2】

前記照明部は、前記２つの入射光路のうちの一方の入射光路を通過し前記センサに入射する入射光の入射角と前記センサの入射角特性との差分に応じて前記センサの出力に生じるシェーディングを補正する配光分布が設定された照明モードと、前記２つの入射光路のうちの他方の入射光路を通過し前記センサに入射する入射光の入射角と前記センサの入射角特性との差分に応じて前記センサの出力に生じるシェーディングを補正する配光分布が設定された照明モードでの照明を行う、
ことを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。

【請求項3】

前記照明部は、主光源と、補助光源とを有し、
前記制御部は、前記補助光源による配光分布を切り替えることで前記照明モードを切り替える、
ことを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。

【請求項4】

前記照明部は、主光源と、異なる配光分布での照明が可能な１つ以上の補助光源とを有し、
前記制御部は、前記１つ以上の補助光源による配光分布を切り替えることで前記照明モードを切り替える、
ことを特徴とする請求項３に記載の内視鏡装置。

【請求項5】

前記照明部は、主光源と、それぞれ異なる配光分布での照明が可能な複数の補助光源とを有し、
前記制御部は、前記複数の補助光源のうち被写体の照明に用いる補助光源を切り替えることで前記照明モードを切り替える、
ことを特徴とする請求項３に記載の内視鏡装置。

【請求項6】

前記入射角特性は、前記センサの撮像面の中央付近は該撮像面に対して垂直であり、前記センサの撮像面の端に向かうにつれて前記撮像面に対する傾斜角が小さくなる、
ことを特徴とする請求項２から５のいずれか１つに記載の内視鏡装置。

【請求項7】

光軸がセンサの撮像中心に対して偏心状態である２つの光学系による２つの入射光路を有し前記２つの入射光路を切り替え可能な機構を備えた観察部と、前記２つの入射光路のそれぞれに対応する照明モードでの照明が可能な照明部と、制御部とを備えた内視鏡装置の照明方法において、
制御部が、前記観察部を制御して前記２つの入射光路のうちの一方における光の通過を可能にし、前記照明部を制御して前記光が通過する入射光路に対応する照明モードで被写体を照明する、
照明方法。

【請求項8】

光軸がセンサの撮像中心に対して偏心状態である２つの光学系による２つの入射光路を有し、前記２つの入射光路を切り替え可能な機構を備えた観察部と、前記２つの入射光路のそれぞれに対応する照明モードでの照明が可能な照明部とを備えた内視鏡装置の照明制御を行うための照明制御プログラムにおいて、
コンピュータに、
前記観察部を制御して前記２つの入射光路のうちの一方における光の通過を可能にし、前記照明部を制御して前記光が通過する入射光路に対応する照明モードで被写体を照明する、
手順を実行させるための照明制御プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、内視鏡システムに使用される内視鏡装置、照明方法及び照明制御プログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、内視鏡は、例えば医療分野、工業分野など、様々な分野において用いられている。このような内視鏡として、被写体を撮像する撮像部を備えたものもある。被写体からの光学像は、挿入部に設けた光学系を経由して撮像部を構成する撮像素子の撮像面に結像する。撮像素子は、入射した光学像を光電変換して撮像信号を得るようになっている。

【0003】

ところで、管腔等の内部を観察する内視鏡では、被写体を照明する光源装置が必要である。光源装置が発生した照明光は、内視鏡の挿入部を挿通したライトガイドを介して撮像部のある先端部から観察対象の被写体に照射される。この照明光の光量は、撮像信号に基づいて生成される内視鏡画像の明るさに応じて、自動調整されるようになっている。なお、特許文献１においては、観察光学系のズーム状態に応じて適切な配光を得る技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１４－２３０７０８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、２つの光学系を有するスイッチングステレオ内視鏡が採用されることがある。スイッチングステレオ内視鏡は、被写体により反射した照明光の戻り光が、２つの光学系（ステレオ光学系）により構成される光路をそれぞれ通過し、時分割に単一の撮像素子に入射されるように構成される。２つの光学系の各光軸は、いずれも撮像素子の撮像面の中心からずれて偏心している。
このため、ステレオ光学系を採用する内視鏡においては、撮像素子の特性と光線入射角とのミスマッチによって、取得した画像にシェーディング（明るさの勾配）が生じるという問題があった。
本発明は、シェーディングの発生を抑制することができる内視鏡装置、照明方法及び照明制御プログラムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様による内視鏡装置は、光軸がセンサの撮像中心に対して偏心状態である２つの光学系による２つの入射光路を有し、前記２つの入射光路を切り替え可能な機構を備えた観察部と、前記２つの入射光路のそれぞれに対応する照明モードでの照明が可能な照明部と、前記２つの入射光路の切り替えに応じて前記照明モードの切り替えを制御する制御部と、を備える。

【0007】

本発明の一態様による照明方法は、光軸がセンサの撮像中心に対して偏心状態である２つの光学系による２つの入射光路を有し前記２つの入射光路を切り替え可能な機構を備えた観察部と、前記２つの入射光路のそれぞれに対応する照明モードでの照明が可能な照明部と、制御部とを備えた内視鏡装置の照明方法において、制御部が、前記観察部を制御して前記２つの入射光路のうちの一方における光の通過を可能にし、前記照明部を制御して前記光が通過する入射光路に対応する照明モードで被写体を照明する。

【0008】

本発明の一態様による照明制御プログラムは、光軸がセンサの撮像中心に対して偏心状態である２つの光学系による２つの入射光路を有し、前記２つの入射光路を切り替え可能な機構を備えた観察部と、前記２つの入射光路のそれぞれに対応する照明モードでの照明が可能な照明部とを備えた内視鏡装置の照明制御を行うための照明制御プログラムにおいて、コンピュータに、前記観察部を制御して前記２つの入射光路のうちの一方における光の通過を可能にし、前記照明部を制御して前記光が通過する入射光路に対応する照明モードで被写体を照明する、手順を実行させる。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、シェーディングの発生を抑制することができるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】第１の実施形態に係る内視鏡装置の構成を示す構成図。

【図2】挿入部５の先端部１１及び装置本体２の構成の一例を示すブロック図。

【図3】観察光学系２１及び撮像素子２３の概略構成を示す説明図。

【図4】シェーディングの発生原因を説明するための説明図。

【図5】横軸に照明強度をとり縦軸に被写体の位置をとって、被写体の各位置における照明強度を示すグラフ。

【図6】横軸に入射角の差をとり、縦軸に撮像面４４の位置をとって、撮像面４４の各位置における入射角特性光線と実際の入射光線との入射角の差を示すグラフ。

【図7】横軸に輝度値をとり縦軸に撮像面４４の位置をとって、撮像面４４の各位置における輝度値の変化を示すグラフ。

【図8】図４と同様の記載方法によりＬＥＤユニット２６の作用を説明するための説明図。

【図9】横軸に照明強度をとり縦軸に被写体の位置をとって、被写体の各位置におけるＬＥＤユニット２６の照明強度を示すグラフ。

【図10】横軸に入射角の差をとり、縦軸に撮像面４４の位置をとって、撮像面４４の各位置における入射角特性光線と実際の入射光線との入射角の差を示すグラフ。

【図11】横軸に輝度値をとり縦軸に撮像面４４の位置をとって、撮像面４４の各位置における輝度値の変化を示すグラフ。

【図12】図８と同様の記載方法により図８とは異なる入射角特性の例を説明するための説明図。

【図13】被写体の各位置におけるＬＥＤユニット２６の照明強度を示すグラフ。

【図14】撮像面４４の各位置における入射角特性光線と実際の入射光線との入射角の差を示すグラフ。

【図15】撮像面４４の各位置における輝度値の変化を示すグラフ。

【図16】ＬＥＤユニット２６の配置の２つの例を示す説明図。

【図17】図８と同様の記載方法により、光路を切り替える例を説明するための説明図。

【図18】図８と同様の記載方法により、光路を切り替える例を説明するための説明図。

【図19】偏った配光分布を得るためのＬＥＤユニット２６の構成例を示す説明図。

【図20】第１の実施形態の作用を説明するためのフローチャート。

【図21】第１の実施形態の作用を説明するためのフローチャート。

【図22】本発明の第２の実施形態を示すブロック図。

【図23】ＬＥＤユニット５１，５２のように複数の補助光源を配置する３つの例を示す説明図。

【図24】図８と同様の記載方法により、光路を切り替える例を説明するための説明図。

【図25】図８と同様の記載方法により、光路を切り替える例を説明するための説明図。

【図26】第２の実施形態の作用を説明するためのフローチャート。

【図27】第２の実施形態の作用を説明するためのフローチャート。

【図28】本発明の第３の実施形態を示すブロック図。

【図29】ＬＥＤユニット６１，６２のように複数の補助光源を配置する３つの例を示す説明図。

【図30】変形例を示すブロック図。

【図31】偏った配光分布を得るための光源の構成の例を示す説明図。

【図32】偏った配光分布を得るための光源の構成の例を示す説明図。

【図33】図３２に対応するＬＥＤユニットの配置の例を示す説明図。

【図34】偏った配光分布を得るための光源の構成の例を示す説明図。

【図35】図２４に対応する光源８３ａ～８３ｃの配置の例を示す説明図。

【図36】偏った配光分布を得るための光源の構成の例を示す説明図。

【図37】図３６中のシリンドリカルレンズ８６を示す斜視図。

【図38】偏った配光分布を得るための光源の構成の例を示す説明図。

【図39】図３８中のフレネルレンズ８７を示す斜視図。

【図40】偏った配光分布を得るための光源の構成の例を示す説明図。

【図41】図４０中の楔形プリズム８８ａ，８８ｂを示す斜視図。

【図42】偏った配光分布を得るための光源の構成の例を示す説明図。

【図43】偏った配光分布を得るための光源の構成の例を示す説明図。

【図44】偏った配光分布を得るための光源の構成の例を示す説明図。

【図45】液晶レンズ９２の作用を示す説明図。

【図46】偏った配光分布を得るための光源の構成の例を示す説明図。

【図47】偏った配光分布を得るための光源の構成の例を示す説明図。

【図48】偏った配光分布を得るための光源の構成の例を示す説明図。

【図49】偏った配光分布を得るための光源の構成の例を示す説明図。

【図50】上記各実施形態において採用可能なシェーディング補正を示すフローチャート。

【図51】シェーディング補正を説明するためのグラフ。

【発明を実施するための形態】

【0011】

（第１の実施の形態）
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。

【0012】

（第１の実施形態）
図１は第１の実施形態に係る内視鏡装置の構成を示す構成図である。本実施形態は被写体を照明する照明光の配光分布を、２つの光学系の光軸と撮像素子の撮像面の視差方向の中心（以下、撮像中心ともいう）からの偏心の状態に応じて調整することにより、シェーディングの発生を抑制することを可能にするものである。例えば、本実施形態においては、主光源の外に、配光分布調整用の補助光源を採用してもよい。

【0013】

図１に示すように、内視鏡装置１は、ビデオプロセッサ等の機能を備えた装置本体２と、装置本体２に接続される内視鏡３とを有して構成されている。装置本体２は、内視鏡画像、操作メニュー等が表示される、例えば液晶パネル（ＬＣＤ）等の表示部４を有する。この表示部４には、タッチパネルが設けられていてもよい。

【0014】

内視鏡３は、被検体内に挿入される内視鏡挿入部としての挿入部５と、挿入部５の基端に連設された操作部６と、操作部６から延出したユニバーサルコード７とを有して構成されている。内視鏡３は、ユニバーサルコード７を介して装置本体２と着脱可能になっている。

【0015】

挿入部５は、先端側から順に、先端部１１と、湾曲部１２と、長尺な可撓部１３とを有して構成されている。湾曲部１２は、先端部１１の基端に連設され、例えば上下左右方向に湾曲自在に構成されている。可撓部１３は、湾曲部１２に基端に連設され、可撓性を有する。

【0016】

挿入部５の先端部１１には、例えばＣＭＯＳイメージセンサ等の撮像素子２３（図２参照）が内蔵されている。撮像素子２３は、挿入部５の先端部１１に設けられた観察窓に入射した入射光を受光する。

【0017】

操作部６には、湾曲部１２を上下左右方向に湾曲させる湾曲ジョイスティック６ａが設けられている。ユーザは、湾曲ジョイスティック６ａを傾倒操作することで、湾曲部１２を所望の方向に湾曲させることができる。また、操作部６には、湾曲ジョイスティック６ａの他に、内視鏡機能を指示するボタン類、例えば、フリーズボタン、湾曲ロックボタン、記録指示ボタン等の各種操作ボタンが設けられている。

【0018】

装置本体２の表示部４には、先端部１１内に設けられた撮像ユニットの撮像素子２３（図２参照）によって撮像された内視鏡画像が表示される。また、装置本体２の内部には、画像処理や各種制御を行う制御部３１（図２参照）、処理画像を記録媒体（図示せず）に記録する記録装置、等々の各種回路が設けられている。

【0019】

操作部６には、さらに、後述する右眼及び左眼のいずれの画像を取得するかの画像切替ボタン６ｂ１，６ｂ２も設けられている。なお、表示部４にタッチパネルが設けられている構成の場合、ユーザは、タッチパネルを操作して、内視鏡装置１の種々の操作を指示してもよい。

【0020】

図２は挿入部５の先端部１１及び装置本体２の構成の一例を示すブロック図である。また、図３は観察光学系２１及び撮像素子２３の概略構成を示す説明図である。図２及び図３を用いて、先端部１１及び装置本体２の構成について説明する。

【0021】

装置本体２は、制御部３１と、撮像素子駆動回路３２と、光源装置３３と、光源駆動回路３４と、光路切替駆動回路３５と、ＬＥＤ駆動回路３６と、画像処理回路３７、表示部４と、操作部３８と、メモリ３９とを有して構成されている。

【0022】

制御部３１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等を用いたプロセッサによって構成されていてもよい。制御部３１は、メモリ３９に記憶されたプログラムに従って動作して各部を制御するものであってもよいし、ハードウェアの電子回路で機能の一部又は全部を実現するものであってもよい。制御部３１は、装置本体２の各部を制御すると共に、内視鏡装置１の全体の動作制御を行う。

【0023】

撮像素子駆動回路３２は、撮像素子２３を駆動するための各種駆動信号を発生して撮像素子２３に供給する。画像処理回路３７は、撮像素子２３からの撮像信号を受信して、各種画像処理を施して、内視鏡画像信号を生成し、内視鏡画像信号を制御部３１に出力する。制御部３１は、内視鏡画像信号を表示部４に与えて、表示部４の表示画面上に内視鏡画像を表示する。画像処理回路３７は、生成した内視鏡画像信号を、メモリ３９に記録するようにしてもよい。

【0024】

主光源を構成する光源装置３３は、例えばキセノンランプ、ＬＥＤ、レーザーダイオード等により構成されている。装置本体２、内視鏡３及び先端部１１内には、ライトガイド２５ａが挿通されており、光源装置３３は、ライトガイド２５ａの基端面に対向して配置されている。光源駆動回路３４は、制御部３１に制御されて、光源装置３３を駆動する。光源装置３３は、光源駆動回路３４による制御によって、ライトガイド２５ａの基端面に照明光を入射する。ライトガイド２５ａの基端面に入射された照明光は、先端部１１の先端面の照明窓（図示せず）から出射され、被写体に照明光が照射される。なお、光源装置３３は、装置本体２に設けられているが、例えば、内視鏡３の操作部６内に設けられていてもよい。

【0025】

装置本体２に設けられた操作部３８は、スイッチやボタン等の各種操作装置によって構成されており、制御部３１に対するユーザ操作を受け付けて、制御部３１に操作信号を出力する。

【0026】

先端部１１にはステレオ光学系２０、光路切替シャッタ２２及び撮像素子２３が配設される。これらのステレオ光学系２０、光路切替シャッタ２２及び撮像素子２３により観察部（観察装置）が構成される。これらの先端部１１は、着脱可能な光学アダプタ１１ａを有する。図３に示すように、ステレオ光学系２０は、右及び左の２つの観察光学系である第１の光学系２１Ｒ及び第２の光学系２１Ｌ（以下、これらを区別する必要がない場合には観察光学系２１という）と、結像光学系２２とにより構成される。

【0027】

なお、図３は先端部１１に光学アダプタ１１ａを装着する例を示しており、光学アダプタ１１ａ内に観察光学系２１と結像光学系２２の一部を設けた構成にしているが、光学アダプタ１１ａを省略し、光学アダプタ１１ａ内の構成を先端部１１の先端に構成するようになっていてもよい。

【0028】

第１の光学系２１Ｒは、レンズ２１ａＲ，２１ｂＲにより構成され、第２の光学系２１Ｌは、レンズ２１ａＬ，２１ｂＬにより構成される。また、結像光学系２２は、レンズ２２ａ，２２ｂにより構成される。観察光学系２１のレンズ２１ｂＲ，２１ｂＬと結像光学系２２のレンズ２２ａとの間に光路切替シャッタ２４が設けられる。

【0029】

第１の光学系２１Ｒのレンズ２１ａＲ，２１ｂＲと第２の光学系２１Ｌのレンズ２１ａＬ，２１ｂＬとは、視差方向に互いに離間して配置されている。第１の光学系２１Ｒの光軸と第２の光学系２１Ｌの光軸とは、視差方向に離間し、これらの光軸はいずれも視差方向に直交する方向に延びている。結像光学系２２を構成するレンズ２２ａ，２２ｂの光軸は、撮像素子２３の撮像面の中心を通り、且つ第１の光学系２１Ｒの光軸と第２の光学系２１Ｌの光軸に平行で、第１の光学系２１Ｒの光軸と第２の光学系２１Ｌの光軸との中間の位置を通過するように構成される。

【0030】

この構成により、被写体を反射した戻り光は、先端部１１の先端（光学アダプタ１１ａの先端）面に設けた図示しない観察窓を通過して、第１の光学系２１Ｒ及び第２の光学系２１Ｌに入射する。第１の光学系２１Ｒを通過し撮像素子２３の撮像面に至る戻り光の光路（以下、第１の光路ともいう）と、第２の光学系２１Ｌを通過し撮像素子２３の撮像面に至る戻り光の光路（以下、第２の光路ともいう）とは、相互に異なり、後述する光路切替シャッタ２４により切り替え可能である。第１の光路及び第２の光路を通過した光が、撮像素子２３の撮像面に結像する。

【0031】

図２において、撮像素子２３は、撮像ケーブル２３ｓを介して装置本体２の撮像素子駆動回路３２及び画像処理回路３７に接続されている。撮像素子駆動回路３２は、撮像素子２３を駆動するための各種信号を発生して撮像素子２３に与える。撮像素子２３は、撮像素子駆動回路３２により制御されて、撮像面に結像された光学像を光電変換して撮像信号を得る。この撮像信号は、撮像ケーブル２３ｓを経由して、画像処理回路３７に供給される。

【0032】

光路切替シャッタ２４は、第１及び第２の光路の絞りを構成する。例えば、光路切替シャッタ２４は、第１及び第２の光路の一方の光の通過を阻止する遮断部材及び遮断部材を第１又は第２の光路の一方を閉塞する位置に移動させる移動機構により構成してもよい。例えば、このような移動機構は、コイルと磁石とにより構成し、コイルと磁石による電磁作用によって遮断部材を移動させるように構成されていてもよい。これにより、光路切替シャッタ２４は、第１及び第２の光路の一方の光の通過を阻止して、第１の光路を通過した光のみを撮像素子２３の撮像面に結像させるか又は第２の光路を通過した光のみを撮像素子２３の撮像面に結像させる。

【0033】

例えば、ユーザは、光路切替シャッタ２４により光路を切り替える場合、装置本体２に接続されている操作部６を操作する。操作部６には、図１に示すように、第１の光学系２１Ｒによる右眼画像を取得するために、光路切替シャッタ２４により第２の光学系２１Ｌの光の通過を遮断するための右眼画像取得用の画像切替ボタン６ｂ１と、第２の光学系２１Ｌによる左眼画像を取得するために、光路切替シャッタ２４により第１の光学系２１Ｒの光の通過を遮断するための左眼画像取得用の画像切替ボタン６ｂ２とが設けられる。

【0034】

ユーザは、右眼画像取得用の画像切替ボタン６ｂ１と左眼画像取得用の画像切替ボタン６ｂ２の所望のいずれ一方を操作する。画像切替ボタン６ｂ１が操作されると、操作部６から制御部３１を経由して光路切替駆動回路３５に左眼遮断指示信号が出力され、画像切替ボタン６ｂ２が操作されると、操作部６から制御部３１を経由して光路切替駆動回路３５に右眼遮断指示信号が出力される。なお、光路切替シャッタ２４の切り替えは、装置本体２の操作部３８や表示部４のタッチパネル等を用いて行ってもよい。光路切替駆動回路３５は、左眼遮断指示信号又は右眼遮断指示信号に応じて、信号線２４ｓを経由してＬＥＤユニット２６に駆動信号を出力して遮断部材を駆動し、第１の光学系２１Ｒによる第１の光路又は第２の光学系２１Ｌによる第２の光路を遮断する。こうして、撮像素子２３の撮像面には、第１の光路又は第２の光路を経由した視差を有する光学像が結像することになる。これにより、内視鏡装置１は、ステレオ計測若しくはステレオ観察内視鏡装置を構成することができる。

【0035】

なお、第１の光学系２１Ｒ，第２の光学系２１Ｌとして、相互に焦点距離が異なる光学系を採用することにより、ステレオ計測又はステレオ観察以外の用途に内視鏡装置１を用いることができる。即ち、希望する焦点距離の観察光学系を選択することで、異なる焦点距離での観察を可能にするのである。本実施形態はこのような用途に用いる場合にも有効である。

【0036】

ところで、光学アダプタ１１ａには、ライトガイド２５ａの出射面に対向する位置に入射面を有し、照明窓に対向して出射面を有する照明光学系２５が配設されている。照明光学系２５は、ロッドレンズ等のレンズやプリズム等の各種光学素子により構成されており、光源装置３３からの照明光を所定の配光分布で被写体に照明する。即ち、主光源による照明光の配光分布は照明光学系２５によって規定される。仮に、主光源による照明光のみによって照明を行った場合には、第１の光学系２１Ｒ及び第２の光学系２１Ｌの光軸のずれに起因して、撮像素子２３による撮像画像にシェーディングが生じる。

【0037】

（ステレオ光学系とシェーディングの関係）
図４はシェーディングの発生原因を説明するための説明図である。また、図５は横軸に照明強度をとり縦軸に被写体の位置をとって、被写体の各位置における照明強度を示すグラフである。また、図６は横軸に入射角の差をとり、縦軸に撮像面４４の位置をとって、撮像面４４の各位置における入射角特性光線と実際の入射光線との入射角の差を示すグラフである。また、図７は横軸に輝度値をとり縦軸に撮像面４４の位置をとって、撮像面４４の各位置における輝度値の変化を示すグラフである。

【0038】

第１の光路４１及び第２の光路４２は、例えば第１の光学系２１Ｒ及び光学系２１Ｒにより構成される光路であるものとする。上述したように、第１の光学系２１Ｒと第２の光学系２１Ｌの各光軸は視差方向（図４の紙面上下方向）に所定の距離離間して配置される。被写体４３により反射した光は、第１の光路４１又は第２の光路４２を通過し、撮像素子２３を構成する撮像面４４上に入射する。

【0039】

いま、主光源である光源装置３３からの照明光を出射する照明光学系２５により、被写体４３が略一様な光量で照明されるものとする。被写体４３からの戻り光が第１の光路４１を通過して撮像素子２３の撮像面４４に入射する例を説明する。図４の実線は、被写体４３上の各点Ａ’，Ｂ’，Ｃ’からの光が撮像面４４上の点Ａ，Ｂ，Ｃに結像することを示している。

【0040】

ところで、一般的に撮像素子には、撮像中心の前方の点光源からの光を受光すると、撮像面周辺において撮像面の中央よりも光量が減少するシェーディングが発生する。そこで、撮像素子によっては、撮像面に入射する光の入射角に応じて、マイクロレンズの配置や増幅特性等を画素位置に応じて変更することで、周辺においても中央と同様の感度での受光を可能にする。このように、撮像面内の位置に拘わらず均一な感度で光を受光可能にするように、撮像面位置毎に設定された光線入射角度の特性を入射角特性という。

【0041】

図４の破線は、このような入射角特性を、入射角特性に基づく入射角を示す光線（以下、入射角特性光線という）により示すものであり、一般的な撮像素子に設定される入射角特性と同様の特性を示している。図４に示す入射角特性は、例えば、撮像面４４の中央では撮像面４４に垂直な入射角、撮像面４４の周辺では所定の角度の入射角で光が入射された場合に、受光感度が撮像面４４内で均一になって最適な撮像を可能にするものである。即ち、撮像面４４の全ての位置において入射角特性光線と同じ入射角で光線が入射された場合に、撮像面４４の位置に拘わらず一様な感度が得られる。

【0042】

しかしながら、このような入射角特性は、単一の撮像素子に対して観察光学系の光軸が撮像中心から偏心していない場合を想定している。ところが、ステレオ光学系では、視差方向にずれた２つの観察光学系を採用しており、これらの観察光学系の光軸は、撮像素子２３の撮像中心からずれて偏心している。この結果、撮像面４４の位置Ａ，Ｂ，Ｃにおける入射角特性光線と、撮像面４４の位置Ａ，Ｂ，Ｃにおける実際の入射光線との入射角の差は、位置毎に異なる。撮像面４４上の各位置において、この入射角の差が大きいほど、受光感度が低下する。位置Ａ，Ｂ，Ｃにおける入射角特性光線と入射光線との入射角の差をそれぞれθＡ，θＢ，θＣとすると、図４の例では、図６に示すように、θＡ＜θＢ＜θＣとなる。従って、図５に示すように、被写体４３の各位置から一様な光量の反射光が得られた場合において、撮像素子２３により得られる撮像画像４５には、図７に示すように、位置Ａに対応する領域が最も明るく、位置Ｃの領域に向かって徐々に暗くなるシェーディングが生じる。

【0043】

（補助光源）
そこで、本実施形態においては、シェーディングの発生を抑制する補助光源を採用する。

【0044】

図２において、ＬＥＤユニット２６は補助光源を構成する。照明部（照明装置）を構成するＬＥＤユニット２６は、図示しないＬＥＤ（light emitting diode）及び照明光学系により構成される。ＬＥＤユニット２６の照明光学系は、レンズやプリズム等の各種光学素子により構成されており、ＬＥＤが発生した照明光を所定の配光分布で被写体に照明する。

【0045】

ＬＥＤユニット２６は、配線２６ｓにより装置本体２内のＬＥＤ駆動回路３６に接続される。ＬＥＤ駆動回路３６は、制御部３１に制御されて、ＬＥＤユニット２６を駆動する。これにより、ＬＥＤユニット２６は、各種照明モードで、照明光を出射することができるようになっている。即ち、ＬＥＤユニット２６は、出射する照明光の強度が変更可能であると共に、後述するように、所定の配光分布による照明が可能なように構成されている。なお、ＬＥＤユニット２６は、配光分布が変更可能に構成されていてもよい。

【0046】

次に、このように構成された実施形態の作用について図８から図１１を参照して説明する。図８は図４と同様の記載方法によりＬＥＤユニット２６の作用を説明するための説明図である。また、図９は横軸に照明強度をとり縦軸に被写体の位置をとって、被写体の各位置におけるＬＥＤユニット２６の照明強度を示すグラフである。また、図１０は横軸に入射角の差をとり、縦軸に撮像面４４の位置をとって、撮像面４４の各位置における入射角特性光線と実際の入射光線との入射角の差を示すグラフである。また、図１１は横軸に輝度値をとり縦軸に撮像面４４の位置をとって、撮像面４４の各位置における輝度値の変化を示すグラフである。

【0047】

第１の光学系２１Ｒにより構成される第１の光路４１と第２の光学系２１Ｌにより構成される第２の光路４２とは、各光軸が視差方向（紙面上下方向）に所定の距離離間して配置される。主光源である光源装置３３からの照明光を出射する照明光学系２５により、被写体４３が略一様な光量で照明されるものとする。

【0048】

図８の例では、補助光源であるＬＥＤユニット２６は、視差方向には、第１の光路４１の光軸と第２の光路４２の光軸との間の略中央に配置される。図８では、ＬＥＤユニット２６から延びた直線によってＬＥＤユニット２６による大まかな照明範囲を示している。ＬＥＤユニット２６は、被写体４３の位置Ｃ’に対する光量が最も大きく、位置Ｃ’から位置Ａ’に向かうにつれて光量が小さくなるような配光分布で照明を行う。

【0049】

いま、主光源を構成する照明光学系２５及び補助光源を構成するＬＥＤユニット２６により被写体４３が照明され、被写体４３からの戻り光が第１の光路４１を通過して撮像素子２３の撮像面４４に入射するものとする。図８の実線は、被写体４３上の各点Ａ’，Ｂ’，Ｃ’からの光が撮像面４４上の点Ａ，Ｂ，Ｃに結像することを示している。図８の破線は入射角特性光線を示している。

【0050】

上述したように、位置Ａ，Ｂ，Ｃにおける入射角特性光線と入射光線との入射角の差をそれぞれθＡ，θＢ，θＣとすると、図８の例では、図１０に示すように、θＡ＜θＢ＜θＣとなる。従って、図４の例のように、被写体４３の各位置から一様な光量の反射光が得られた場合には、撮像素子２３により得られる撮像画像４５には、位置Ａに対応する領域が最も明るく、位置Ｃの領域に向かって徐々に暗くなるシェーディングが生じてしまう。

【0051】

これに対し、本実施形態においては、図９に示すように、ＬＥＤユニット２６による被写体４３の位置Ｃ’，Ｂ’，Ａ’における照明強度（光量）をそれぞれＬＣ’，ＬＢ’，ＬＡ’とすると、ＬＣ’＞ＬＢ’＞ＬＡ’となる。即ち、ＬＥＤユニット２６の配光分布は、位置Ｃ’において最も照明強度が強く、位置Ａ’に向かって位置Ｃ’から離れる程、照明強度が低下する特性を有する。つまり、ＬＥＤユニット２６の配光分布は、撮像面４４における位置Ｃに対応する領域を明るくし、位置Ａの領域に向かって位置Ｃから離れる程徐々に暗くする特性を付与する。これにより、図１１に示すように、撮像面４４の位置Ａから位置Ｃを含む全域において一様な輝度を得ることができる。即ち、ＬＥＤユニット２６の配光分布を適宜設定することにより、撮像面４４の各位置における感度を撮像面４４内で均一にすることが可能である。こうして、図８に示すように、撮像素子２３により得られる撮像画像４５ａのシェーディングが解消される。

【0052】

なお、図８においては、被写体４３からの戻り光が第１の光路４１を通過する例について説明したが、被写体４３からの戻り光が第２の光路４２を通過する場合においても、ＬＥＤユニット２６の配光分布を適宜設定することにより、シェーディングの発生を抑制できることは明らかである。

【0053】

上記説明では、ＬＥＤユニット２６は、視差方向には、第１の光路４１の光軸と第２の光路４２の光軸との間の略中央に配置され、その配光分布は、位置Ｃ’において最も照明強度が強く、位置Ａ’に向かって位置Ｃ’から離れる程、照明強度は低下するものと説明した。しかし、ＬＥＤユニット２６の配光分布は、これに限定されるものではなく、撮像素子２３の入射角特性に応じて設定されるものであり、所望の配光分布が得られるならば、ＬＥＤユニット２６を設ける位置等は特に限定されるものではない。

【0054】

（入射角特性の他の例）（真っ直ぐな入射角特性）
図１２は図８と同様の記載方法により図８とは異なる入射角特性の例を説明するための説明図である。また、図１３から図１５はそれぞれ図９から図１１と同様の記載方法により、図１２の例を説明するためのグラフである。即ち、図１３は被写体の各位置におけるＬＥＤユニット２６の照明強度を示すグラフ、図１４は撮像面４４の各位置における入射角特性光線と実際の入射光線との入射角の差を示すグラフ、図１５は撮像面４４の各位置における輝度値の変化を示すグラフを示している。

【0055】

図１２の例では、補助光源であるＬＥＤユニット２６は、視差方向には、第２の光路４２から最も離間した第１の光路４１の端部に配置される。図１２のＬＥＤユニット２６は、被写体４３の位置Ａ’に対する光量が最も大きく、位置Ａ’から位置Ｃ’に向かうにつれて光量が小さくなるような配光分布で照明を行う。

【0056】

いま、主光源を構成する照明光学系２５及び補助光源を構成するＬＥＤユニット２６により被写体４３が照明され、被写体４３からの戻り光が第１の光路４１を通過して撮像素子２３の撮像面４４に入射するものとする。図１２の実線は、被写体４３上の各点Ａ’，Ｂ’，Ｃ’からの光が撮像面４４上の点Ａ，Ｂ，Ｃに結像することを示している。図１２の破線は入射角特性光線を示している。即ち、図１２の例は、撮像素子２３として、撮像面４４の全域で撮像面に垂直な方向から光線が入射された場合に、撮像面４４の各位置で均一な受光感度を得られる素子が採用される例を示している。

【0057】

位置Ａ，Ｂ，Ｃにおける入射角特性光線と入射光線との入射角の差をそれぞれθＡ，θＢ，θＣとすると、図１２の例では、図１４に示すように、θＡ＞θＢ＞θＣとなる。従って、図４の例のように、被写体４３の各位置から一様な光量の反射光が得られた場合には、撮像素子２３により得られる撮像画像４７には、位置Ａに対応する領域が最も暗く、位置Ｃに対応する領域に向かって徐々に明るくなるシェーディングが生じてしまう。

【0058】

これに対し、本実施形態においては、図１３に示すように、ＬＥＤユニット２６による被写体４３の位置Ａ’，Ｂ’，Ｃ’における照明強度（光量）をそれぞれＬＡ’，ＬＢ’，ＬＣ’とすると、ＬＡ’＞ＬＢ’＞ＬＣ’となる。即ち、ＬＥＤユニット２６の配光分布は、位置Ａ’において最も照明強度が強く、位置Ｃ’に向かって位置Ａ’から離れる程、照明強度が低下する特性を有する。つまり、図１２の例では、ＬＥＤユニット２６の配光分布は、撮像面４４における位置Ａに対応する領域を明るくし、位置Ｃに対応する領域に向かって位置Ａから離れる程徐々に暗くする特性を付与する。これにより、図１５に示すように、撮像面４４の位置Ａから位置Ｃを含む全域において一様な輝度を得ることができる。即ち、ＬＥＤユニット２６の配光分布を適宜設定することにより、撮像面４４の各位置における感度を撮像面４４内で均一にすることが可能である。こうして、図１２に示すように、撮像素子２３により得られる撮像画像４７のシェーディングが解消される。

【0059】

なお、図１２においては、被写体４３からの戻り光が第１の光路４１を通過する例について説明したが、被写体４３からの戻り光が第２の光路４２を通過する場合においても、ＬＥＤユニット２６の配光分布を適宜設定することにより、シェーディングの発生を抑制できることは明らかである。

【0060】

（補助光源の配置位置の例）
図１６はＬＥＤユニット２６の配置の２つの例を示す説明図である。

【0061】

図１６は光学アダプタ１１ａの先端面を示している。光学アダプタ１１ａの先端面には、照明光学系２５の出射面と、第１の光学系２１Ｒの入射面と第２の光学系２１Ｌの入射面とが臨んでいる。図１６の上段の例は、光学アダプタ１１ａの先端面に、ＬＥＤユニット２６を構成する照明光学系２６ａの出射面が臨んでいることを示している。照明光学系２６ａの出射面は、光学アダプタ１１ａの円周に沿った所定幅の円弧形状を有しており、光学アダプタ１１ａの先端面の中心を通り光学系２１Ｒ，２１Ｌの視差方向に垂直な直線によって線対称な形状を有する。

【0062】

また、図１６の下段の例は、光学アダプタ１１ａの先端面に、ＬＥＤユニット２６を構成する照明光学系２６ｂの出射面が臨んでいることを示している。照明光学系２６ｂの出射面は、視差方向には、光学系２１Ｒ，２１Ｌの光軸同士の中間の位置に設けられて、四角形状を有しており、光学アダプタ１１ａの先端面の中心を通り光学系２１Ｒ，２１Ｌの視差方向に垂直な直線によって線対称な形状に構成される。

【0063】

（光路の切り替え）
図１７及び図１８はそれぞれ図８と同様の記載方法により、光路を切り替える例を説明するための説明図である。

【0064】

図１７及び図１８の例では、補助光源であるＬＥＤユニット２６は、相互に配光分布が異なる第１及び第２の照明モードでの照明が可能である。例えば、ＬＥＤユニット２６は、ＬＥＤの発光面とこの発光面に対向する照明光学系との位置関係を変更することで、配光分布を変更することが可能である。例えば、照明光学系とＬＥＤの発光面との相対位置を移動させる移動機構を設け、ＬＥＤ駆動回路３６によって、この移動機構を駆動することにより、異なる配光分布を得ることが可能である。

【0065】

図１７及び図１８の例では、補助光源であるＬＥＤユニット２６は、視差方向には、第１の光路４１の光軸と第２の光路４２の光軸との間の略中央に配置される。図１７の例では、ＬＥＤユニット２６は、被写体４３の位置Ｃ’に対する光量が最も大きく、位置Ｃ’から位置Ａ’に向かうにつれて光量が小さくなるような配光分布を有する第１の照明モードで照明を行う。

【0066】

いま、図１７に示すように、主光源を構成する照明光学系２５及び補助光源を構成するＬＥＤユニット２６により被写体４３が照明され、被写体４３からの戻り光が第１の光路４１を通過して撮像素子２３の撮像面４４に入射するものとする。図１７の実線は、この場合において、被写体４３上の各点Ａ’，Ｂ’，Ｃ’からの光が撮像面４４上の点Ａ，Ｂ，Ｃに結像することを示している。図１７の破線は入射角特性光線を示している。

【0067】

位置Ａ，Ｂ，Ｃにおける入射角特性光線と入射光線との入射角の差をそれぞれθＡ，θＢ，θＣとすると、図１７の例では、θＡ＜θＢ＜θＣとなる。従って、図４の例のように、被写体４３の各位置から一様な光量の反射光が得られた場合には、撮像素子２３により得られる撮像画像４８には、位置Ａに対応する領域が最も明るく、位置Ｃに対応する領域に向かって徐々に暗くなるシェーディングが生じてしまう。

【0068】

これに対し、図１７の例では、ＬＥＤユニット２６による被写体４３の位置Ａ’，Ｂ’，Ｃ’における照明強度（光量）をそれぞれＬＡ’，ＬＢ’，ＬＣ’とすると、ＬＡ’＜ＬＢ’＜ＬＣ’となる。即ち、ＬＥＤユニット２６の配光分布は、位置Ｃ’において最も照明強度が強く、位置Ａ’に向かって位置Ｃ’から離れる程、照明強度が低下する特性を有する。つまり、図１７の例では、ＬＥＤユニット２６の配光分布は、撮像面４４における位置Ａに対応する領域を暗くし、位置Ｃに対応する領域に向かって位置Ａから離れる程徐々に明るくする特性を付与する。これにより、撮像面４４の位置Ａから位置Ｃを含む全域において一様な輝度を得ることができる。即ち、ＬＥＤユニット２６の配光分布を適宜設定することにより、撮像面４４の各位置における感度を撮像面４４内で均一にすることが可能である。こうして、図１７に示すように、撮像素子２３により得られる撮像画像４８のシェーディングが解消される。

【0069】

一方、図１８の例では、ＬＥＤユニット２６は、被写体４３の位置Ｄ’に対する光量が最も大きく、位置Ｄ’から位置Ｆ’に向かうにつれて光量が小さくなるような配光分布を有する第２の照明モードで照明を行う。いま、図１８に示すように、主光源を構成する照明光学系２５及び補助光源を構成するＬＥＤユニット２６により被写体４３が照明され、被写体４３からの戻り光が第２の光路４２を通過して撮像素子２３の撮像面４４に入射するものとする。図１８の実線は、被写体４３上の各点Ｄ’，Ｅ’，Ｆ’からの光が撮像面４４上の点Ｄ，Ｅ，Ｆに結像することを示している。図１８の破線は入射角特性光線を示している。

【0070】

位置Ｄ，Ｅ，Ｆにおける入射角特性光線と入射光線との入射角の差をそれぞれθＤ，θＥ，θＦとすると、図１８の例では、θＤ＞θＥ＞θＦとなる。従って、図４の例のように、被写体４３の各位置から一様な光量の反射光が得られた場合には、撮像素子２３により得られる撮像画像４９には、位置Ｄに対応する領域が最も暗く、位置Ｆに対応する領域に向かって徐々に明るくなるシェーディングが生じてしまう。

【0071】

これに対し、図１８の例では、ＬＥＤユニット２６による被写体４３の位置Ｄ’，Ｅ’，Ｆ’における照明強度（光量）をそれぞれＬＤ’，ＬＥ’，ＬＦ’とすると、ＬＤ’＞ＬＥ’＞ＬＦ’となる。即ち、ＬＥＤユニット２６の配光分布は、位置Ｄ’において最も照明強度が強く、位置Ｆ’に向かって位置Ｄ’から離れる程、照明強度が低下する特性を有する。つまり、図１８の例では、ＬＥＤユニット２６の配光分布は、撮像面４４における位置Ｄに対応する領域を明るくし、位置Ｆに対応する領域に向かって位置Ｄから離れる程徐々に暗くする特性を付与する。これにより、撮像面４４の位置Ａから位置Ｃを含む全域において一様な輝度を得ることができる。即ち、ＬＥＤユニット２６の配光分布を適宜設定することにより、撮像面４４の各位置における感度を撮像面４４内で均一にすることが可能である。こうして、図１８に示すように、撮像素子２３により得られる撮像画像４９のシェーディングが解消される。

【0072】

このように、図１７及び図１８の例では、ステレオ計測やステレオ観察のために、第１の光学系２１Ｒと第２の光学系２１Ｌを切り替えて用いる場合においても、第１の光学系２１Ｒと第２の光学系２１Ｌの切り替えに応じてＬＥＤユニット２６の照明モードを第１の照明モードと第２の照明モードに切り替えることによって、撮像面４４の各位置における感度を撮像面４４内で均一にしてシェーディングの発生を抑制することができる。

【0073】

（偏った配光分布）
このように、ＬＥＤユニット２６は、視差方向において偏った配光分布を得ることができる。偏った配光分布とは、視差方向には、照明強度が照明範囲の一方から他方に向かって例えば明るい照明から暗い照明に変化する照明強度の分布のことである。例えば、ＬＥＤユニット２６は、第１の光学系２１Ｒ及び第２の光学系２１Ｌの各光軸を含む平面に平行な平面上では、各光軸に平行な直線に対して線対称ではない偏った配光分布を形成するものであってもよい。

【0074】

図１９は偏った配光分布を得るためのＬＥＤユニット２６の構成例を示す説明図である。図１９の上段に示すＬＥＤユニット２６は、半球状の出射面２６ｃに対向してプリズム２６ｐを配置した例を示している。出射面２６ｃの底面は、光学系２１Ｒ，２１Ｌの光軸に直交するように配置される。プリズム２６ｐの作用により偏った配光分布を得ることができる。

【0075】

また、図１９の中段に示すＬＥＤユニット２６は、半球状の出射面２６ｃに対向してレンズ２６ｒを配置した例を示している。出射面２６ｃの底面は、光学系２１Ｒ，２１Ｌの光軸に直交するように配置される。レンズ２６ｒは、光軸が出射面２６ｃの底面の中心からずれて視差方向に偏心している。これにより、図１９の中段のＬＥＤユニット２６は、偏った配光分布を得ることができる。

【0076】

また、図１９の下段に示すＬＥＤユニット２６は、半球状の出射面２６ｃを、底面に垂直な線を光学系２１Ｒ，２１Ｌの光軸に対して傾斜させたものである。これにより、図１９の下段のＬＥＤユニット２６は、偏った配光分布を得ることができる。

【0077】

次に、このように構成された実施形態の作用について図２０及び図２１を参照して説明する。図２０及び図２１は第１の実施形態の作用を説明するためのフローチャートである。なお、図２０はユーザが光路切り替え操作を行う場合の例を示しており、図２１はステレオ計測等のために自動的に光路切り替えが行われる場合の例を示している。

【0078】

先ず、ユーザによる光路切り替え操作が行われる場合について説明する。

【0079】

制御部３１は、図２０のステップＳ１において、光路切り替え操作が発生したか否かを判定する。例えば、ユーザによって光路の切り替えのための操作ボタン（図示せず）が操作されるものとする。制御部３１は、ユーザの光路切り替え操作を検出すると（Ｓ１のＹＥＳ判定）、ステップＳ２において、現在の戻り光を入射している光路が第１の光学系２１Ｒによる第１の光路４１であるか否かを判定する。制御部３１は、現在の光路が第１の光学系２１Ｒによる第１の光路４１である場合（Ｓ２のＹＥＳ判定）、即ち、図１７の状態である場合には、光路切替駆動回路３５に第２の光学系２１Ｌによる第２の光路４２への切り替えを指示し、ＬＥＤ駆動回路３６に第２の照明モードでの照明を指示する。

【0080】

これにより、光路切替駆動回路３５は、光路切替シャッタ２４により第１の光学系２１Ｒの光路を遮断させる。また、ＬＥＤ駆動回路３６は、ＬＥＤユニット２６の照明モードを第１の照明モードから第２の照明モードに切り替える。これにより、図１８の状態となり、第２の光学系２１Ｌを用いて被写体光学像が取り込まれて、撮像素子２３から撮像信号が出力される。画像処理回路３７は、撮像素子２３からの撮像信号に対して画像処理を施し、撮像画像を表示部４に与えて表示する。こうして、表示部４の表示画面上に内視鏡画像が表示される。この内視鏡画像は、補助光源であるＬＥＤユニット２６により、シェーディングの発生が抑制されており、表示部４の表示画面において高画質の画像表示が行われる。

【0081】

一方、ステップＳ２において、制御部３１が現在の光路は第１の光学系２１Ｒによる第１の光路４１ではないと判定した場合（Ｓ２のＮＯ判定）、即ち、図１８の状態である場合には、制御部３１は、光路切替駆動回路３５に第１の光学系２１Ｒによる第１の光路４１への切り替えを指示し、ＬＥＤ駆動回路３６に第１の照明モードでの照明を指示する。

【0082】

これにより、光路切替駆動回路３５は、光路切替シャッタ２４により第２の光学系２１Ｌの光路を遮断させる。また、ＬＥＤ駆動回路３６は、ＬＥＤユニット２６の照明モードを第２の照明モードから第１の照明モードに切り替える。これにより、図１７の状態となり、第１の光学系２１Ｒを用いて被写体光学像が取り込まれて、撮像素子２３から撮像信号が出力される。画像処理回路３７は、撮像素子２３からの撮像信号に対して画像処理を施し、撮像画像を表示部４に与えて表示する。こうして、表示部４の表示画面上に内視鏡画像が表示される。この内視鏡画像は、補助光源であるＬＥＤユニット２６により、シェーディングの発生が抑制されており、表示部４の表示画面において高画質の画像表示が行われる。

【0083】

次に、自動的な光路切り替えが行われる場合について説明する。

【0084】

制御部３１は、図２１のステップＳ５において、ステレオ計測モードの実行を開始する。制御部３１は、ステップＳ６において、光路切替駆動回路３５に第１の光学系２１Ｒによる第１の光路４１への切り替えを指示し、ＬＥＤ駆動回路３６に第１の照明モードでの照明を指示する。これにより、図１７の状態となり、第１の光路４１を経由して被写体光学像が撮像素子２３に結像する。制御部３１は、撮像素子２３からの撮像信号を取得して撮像画像（第１画像）を得る（ステップＳ７）。

【0085】

次に、制御部３１は、ステップＳ８において、光路切替駆動回路３５に第２の光学系２１Ｌによる第２の光路４２への切り替えを指示し、ＬＥＤ駆動回路３６に第２の照明モードでの照明を指示する。これにより、図１８の状態となり、第２の光路４２を経由して被写体光学像が撮像素子２３に結像する。制御部３１は、撮像素子２３からの撮像信号を取得して撮像画像（第２画像）を得る（ステップＳ９）。

【0086】

制御部３１は、取得した第１画像及び第２画像を用いて計測を実行する。第１画像及び第２画像は、いずれも補助光源であるＬＥＤユニット２６によりシェーディングの発生が抑制されており、高精度の計測結果を得ることができる。

【0087】

なお、ステレオ観察を行う場合には、ステップＳ６～Ｓ９の処理が繰り返されて、第１画像及び第２画像によるステレオ画像が得られる。

【0088】

（第２の実施形態）
図２２は本発明の第２の実施形態を示すブロック図である。図１２において図２と同一の構成要素には同一符号を付して説明を省略する。本実施の形態はＬＥＤユニット２６に代えて２つのＬＥＤユニット５１，５２を採用した点が図２の挿入部の先端部１１の構成とて異なる。第１の実施形態においては、１つの補助光源を採用する例について説明したが、本実施形態は複数の補助光源を採用するものである。

【0089】

ＬＥＤユニット５１，５２はそれぞれ補助光源を構成する。なお、図２２は２つの補助光源を採用する例を示しているが、３つ以上の補助光源を採用してもよい。ＬＥＤユニット５１，５２は、ＬＥＤユニット２６と同様の構成である。ＬＥＤユニット５１，５２は、いずれも図示しないＬＥＤ及び照明光学系により構成される。ＬＥＤユニット５１，５２の照明光学系は、レンズやプリズム等の各種光学素子により構成されており、ＬＥＤが発生した照明光を所定の配光分布で被写体に照明する。

【0090】

ＬＥＤユニット５１，５２は、装置本体２内のＬＥＤ駆動回路５３により駆動される。ＬＥＤ駆動回路５３は、制御部３１に制御されて、ＬＥＤユニット５１，５２を駆動する。これにより、ＬＥＤユニット５１，５２は、それぞれＬＥＤ駆動回路５３により指定された照明モードで、照明光を出射することができるようになっている。即ち、ＬＥＤユニット５１，５２は、それぞれ出射する照明光の配光分布を、独立して制御されるようになっている。例えば、ＬＥＤ駆動回路５３は、ＬＥＤユニット５１を第１の光路４１に対応する第１の照明モードで点灯させ、ＬＥＤユニット５２を第２の光路４２に対応する第２の照明モードで点灯させるように、照明制御を行ってもよい。

【0091】

（補助光源の配置位置の例）
図２３はＬＥＤユニット５１，５２のように複数の補助光源を配置する３つの例を示す説明図である。

【0092】

図２３は光学アダプタ１１ａの先端面を示している。光学アダプタ１１ａの先端面には、照明光学系２５の出射面と、第１の光学系２１Ｒの入射面と第２の光学系２１Ｌの入射面とが臨んでいる。図２３の上段の例は、光学アダプタ１１ａの先端面に、ＬＥＤユニット５１を構成する照明光学系２７ａの出射面と、ＬＥＤユニット５２を構成する照明光学系２７ｂの出射面とが臨んでいることを示している。照明光学系２７ａ、２７ｂの出射面は、それぞれ第２の光学系２１Ｌの入射面の近傍及び第１の光学系２１Ｒの入射面の近傍の光学アダプタ１１ａ先端面の視差方向の中央側に、互いに視差方向に並んで配置されている。即ち、照明光学系２７ａ，２７ｂは、光学アダプタ１１ａの先端面の中心を通り光学系２１Ｒ，２１Ｌの視差方向に垂直な直線に対して相互に線対称に配置される。

【0093】

また、図２３の中段の例は、光学アダプタ１１ａの先端面に、ＬＥＤユニット５１，５２を構成する照明光学系２８ａ，２８ｂの出射面が臨んでいることを示している。照明光学系２８ａ、２８ｂの出射面は、それぞれ第１の光学系２１Ｒの入射面の近傍及び第２の光学系２１Ｌの入射面の近傍の光学アダプタ１１ａの円周近傍に配置されている。即ち、照明光学系２８ａ，２８ｂは、光学アダプタ１１ａの先端面の中心を通り光学系２１Ｒ，２１Ｌの視差方向に垂直な直線に対して相互に線対称に配置される。

【0094】

また、図２３の下段の例は、図２３の中段に示した照明光学系２８ａ，２８ｂの外に、照明光学系２９の出射面が臨んでいることを示している。照明光学系２９の出射面は、視差方向には、光学系２１Ｒ，２１Ｌの光軸同士の中間の位置に設けられて、四角形状を有しており、光学アダプタ１１ａの先端面の中心を通り光学系２１Ｒ，２１Ｌの視差方向に垂直な直線によって線対称な形状に構成される。

【0095】

（光路の切り替え）
図２４及び図２５はそれぞれ図８と同様の記載方法により、光路を切り替える例を説明するための説明図である。

【0096】

図２４及び図２５の例では、補助光源であるＬＥＤユニット５１，５２のうち、ＬＥＤユニット５１は、第１の光路４１に対応した配光分布による第１の照明モードでの照明が可能であり、ＬＥＤユニット５２は、第２の光路４２に対応した配光分布による第２の照明モードでの照明が可能である。即ち、ＬＥＤ駆動回路５３により、ＬＥＤユニット５１は、被写体４３の位置Ｃ’に対する光量が最も大きく、位置Ｃ’から位置Ａ’に向かうにつれて光量が小さくなるような配光分布を有する第１の照明モードで照明を行う（図２４）。また、ＬＥＤユニット５２は、ＬＥＤ駆動回路５３に制御されて、被写体４３の位置Ｄ’に対する光量が最も大きく、位置Ｄ’から位置Ｆ’に向かうにつれて光量が小さくなるような配光分布を有する第２の照明モードで照明を行う（図２５）。

【0097】

いま、図２４に示すように、主光源を構成する照明光学系２５及び補助光源を構成するＬＥＤユニット５１により被写体４３が照明され、被写体４３からの戻り光が第１の光路４１を通過して撮像素子２３の撮像面４４に入射するものとする。図２４の実線は、この場合において、被写体４３上の各点Ａ’，Ｂ’，Ｃ’からの光が撮像面４４上の点Ａ，Ｂ，Ｃに結像することを示している。図２４の破線は入射角特性光線を示している。

【0098】

位置Ａ，Ｂ，Ｃにおける入射角特性光線と入射光線との入射角の差をそれぞれθＡ，θＢ，θＣとすると、図２４の例では、θＡ＜θＢ＜θＣとなる。従って、図４の例のように、被写体４３の各位置から一様な光量の反射光が得られた場合には、撮像素子２３により得られる撮像画像５０ａには、位置Ａに対応する領域が最も明るく、位置Ｃに対応する領域に向かって徐々に暗くなるシェーディングが生じてしまう。

【0099】

これに対し、図２４の例では、ＬＥＤユニット５２はオフであり、ＬＥＤユニット５１が点灯する。ＬＥＤユニット５１による被写体４３の位置Ａ’，Ｂ’，Ｃ’における照明強度（光量）をそれぞれＬＡ’，ＬＢ’，ＬＣ’とすると、ＬＡ’＜ＬＢ’＜ＬＣ’となる。即ち、ＬＥＤユニット５１の配光分布は、位置Ｃ’において最も照明強度が強く、位置Ａ’に向かって位置Ｃ’から離れる程、照明強度が低下する特性を有する。つまり、図２４の例では、ＬＥＤユニット５１の配光分布は、撮像面４４における位置Ａに対応する領域を暗くし、位置Ｃに対応する領域に向かって位置Ａから離れる程徐々に明るくする特性を付与する。これにより、撮像面４４の位置Ａから位置Ｃを含む全域において一様な輝度を得ることができる。即ち、ＬＥＤユニット２６の配光分布を適宜設定することにより、撮像面４４の各位置における感度を撮像面４４内で均一にすることが可能である。こうして、図２４に示すように、撮像素子２３により得られる撮像画像５０ａのシェーディングが解消される。

【0100】

一方、図２５の例では、ＬＥＤユニット５１はオフであり、ＬＥＤユニット５２が点灯する。ＬＥＤユニット５２は、被写体４３の位置Ｄ’に対する光量が最も大きく、位置Ｄ’から位置Ｆ’に向かうにつれて光量が小さくなるような配光分布を有する第２の照明モードで照明を行う。いま、図２５に示すように、主光源を構成する照明光学系２５及び補助光源を構成するＬＥＤユニット５２により被写体４３が照明され、被写体４３からの戻り光が第２の光路４２を通過して撮像素子２３の撮像面４４に入射するものとする。図２５の実線は、被写体４３上の各点Ｄ’，Ｅ’，Ｆ’からの光が撮像面４４上の点Ｄ，Ｅ，Ｆに結像することを示している。図２５の破線は入射角特性光線を示している。

【0101】

位置Ｄ，Ｅ，Ｆにおける入射角特性光線と入射光線との入射角の差をそれぞれθＤ，θＥ，θＦとすると、図２５の例では、θＤ＞θＥ＞θＦとなる。従って、図４の例のように、被写体４３の各位置から一様な光量の反射光が得られた場合には、撮像素子２３により得られる撮像画像５０ｂには、位置Ｄに対応する領域が最も暗く、位置Ｆに対応する領域に向かって徐々に明るくなるシェーディングが生じてしまう。

【0102】

これに対し、図２５の例では、ＬＥＤユニット５２による被写体４３の位置Ｄ’，Ｅ’，Ｆ’における照明強度（光量）をそれぞれＬＤ’，ＬＥ’，ＬＦ’とすると、ＬＤ’＞ＬＥ’＞ＬＦ’となる。即ち、ＬＥＤユニット５２の配光分布は、位置Ｄ’において最も照明強度が強く、位置Ｆ’に向かって位置Ｄ’から離れる程、照明強度が低下する特性を有する。つまり、図２５の例では、ＬＥＤユニット５２の配光分布は、撮像面４４における位置Ｄに対応する領域を明るくし、位置Ｆに対応する領域に向かって位置Ｄから離れる程徐々に暗くする特性を付与する。これにより、撮像面４４の位置Ａから位置Ｃを含む全域において一様な輝度を得ることができる。即ち、ＬＥＤユニット２６の配光分布を適宜設定することにより、撮像面４４の各位置における感度を撮像面４４内で均一にすることが可能である。こうして、図２５に示すように、撮像素子２３により得られる撮像画像５０ｂのシェーディングが解消される。

【0103】

次に、このように構成された実施形態の作用について図２６及び図２７を参照して説明する。図２６及び図２７は第２の実施形態の作用を説明するためのフローチャートである。なお、図２６はユーザが光路切り替え操作を行う場合の例を示しており、図２７はステレオ計測等のために自動的に光路切り替えが行われる場合の例を示している。

【0104】

先ず、ユーザによる光路切り替え操作が行われる場合について説明する。

【0105】

制御部３１は、図２６のステップＳ１１において、光路切り替え操作が発生したか否かを判定する。例えば、ユーザによって光路の切り替えのための操作ボタン（図示せず）が操作されるものとする。制御部３１は、ユーザの光路切り替え操作を検出すると（Ｓ１１のＹＥＳ判定）、ステップＳ１２において、現在の戻り光を入射している光路が第１の光学系２１Ｒによる第１の光路４１であるか否かを判定する。制御部３１は、現在の光路が第１の光学系２１Ｒによる第１の光路４１である場合（Ｓ１２のＹＥＳ判定）、即ち、図２４の状態である場合には、光路切替駆動回路３５に第２の光学系２１Ｌによる第２の光路４２への切り替えを指示し、ＬＥＤ駆動回路３６に第２の照明モードでの照明を指示する。

【0106】

これにより、光路切替駆動回路３５は、光路切替シャッタ２４により第１の光学系２１Ｒの光路を遮断させる。また、ＬＥＤ駆動回路３６は、ＬＥＤユニット５１を消灯し、ＬＥＤユニット５２を第２の照明モードで点灯させる。これにより、図２５の状態となり、第２の光学系２１Ｌを用いて被写体光学像が取り込まれて、撮像素子２３から撮像信号が出力される。画像処理回路３７は、撮像素子２３からの撮像信号に対して画像処理を施し、撮像画像を表示部４に与えて表示する。こうして、表示部４の表示画面上に内視鏡画像が表示される。この内視鏡画像は、補助光源であるＬＥＤユニット５２により、シェーディングの発生が抑制されており、表示部４の表示画面において高画質の画像表示が行われる。

【0107】

一方、ステップＳ１２において、制御部３１が現在の光路は第１の光学系２１Ｒによる第１の光路４１ではないと判定した場合（Ｓ１２のＮＯ判定）、即ち、図２５の状態である場合には、制御部３１は、光路切替駆動回路３５に第１の光学系２１Ｒによる第１の光路４１への切り替えを指示し、ＬＥＤ駆動回路３６に第１の照明モードでの照明を指示する。

【0108】

これにより、光路切替駆動回路３５は、光路切替シャッタ２４により第２の光学系２１Ｌの光路を遮断させる。また、ＬＥＤ駆動回路３６は、ＬＥＤユニット５２を消灯し、ＬＥＤユニット５１を第１の照明モードで点灯させる。これにより、図２４の状態となり、第１の光学系２１Ｒを用いて被写体光学像が取り込まれて、撮像素子２３から撮像信号が出力される。画像処理回路３７は、撮像素子２３からの撮像信号に対して画像処理を施し、撮像画像を表示部４に与えて表示する。こうして、表示部４の表示画面上に内視鏡画像が表示される。この内視鏡画像は、補助光源であるＬＥＤユニット５１により、シェーディングの発生が抑制されており、表示部４の表示画面において高画質の画像表示が行われる。

【0109】

次に、自動的な光路切り替えが行われる場合について説明する。

【0110】

制御部３１は、図２７のステップＳ１５において、ステレオ計測モードの実行を開始する。制御部３１は、ステップＳ１６において、光路切替駆動回路３５に第１の光学系２１Ｒによる第１の光路４１への切り替えを指示し、ＬＥＤ駆動回路３６に第１の照明モードでの照明を指示する。これにより、図２４の状態となり、第１の光路４１を経由して被写体光学像が撮像素子２３に結像する。制御部３１は、撮像素子２３からの撮像信号を取得して撮像画像（第１画像）を得る（ステップＳ１７）。

【0111】

次に、制御部３１は、ステップＳ１８において、光路切替駆動回路３５に第２の光学系２１Ｌによる第２の光路４２への切り替えを指示し、ＬＥＤ駆動回路３６に第２の照明モードでの照明を指示する。これにより、図２５の状態となり、第２の光路４２を経由して被写体光学像が撮像素子２３に結像する。制御部３１は、撮像素子２３からの撮像信号を取得して撮像画像（第２画像）を得る（ステップＳ１９）。

【0112】

制御部３１は、取得した第１画像及び第２画像を用いて計測を実行する。第１画像及び第２画像は、いずれも補助光源であるＬＥＤユニット５１，５２によりシェーディングの発生が抑制されており、高精度の計測結果を得ることができる。

【0113】

なお、ステレオ観察を行う場合には、ステップＳ１６～Ｓ１９の処理が繰り返されて、第１画像及び第２画像によるステレオ画像が得られる。

【0114】

このように、本実施形態においては、主光源の外に複数の補助光源を用いることで、撮像面４４の受光量を面内で均一にすることができ、シェーディングを抑制することができる。

【0115】

（第３の実施形態）
図２８は本発明の第３の実施形態を示すブロック図である。図２８において図２２と同一の構成要素には同一符号を付して説明を省略する。本実施の形態は主光源を省略すると共に、ＬＥＤユニット５１，５２それぞれに代えて、ＬＥＤユニット６１，６２を採用した点が図２２の挿入部の先端部１１の構成と異なる。また、本実施形態では、装置本体２から光源装置３３及び光源駆動回路３４を省略した装置本体２Ａを採用する。第１及び第２の実施形態においては、主光源と補助光源を採用する例について説明したが、本実施形態は複数の補助光源を採用するものである。

【0116】

ＬＥＤユニット６１，６２はそれぞれ主光源と補助光源との機能を有する。図２８は２つの光源を採用する例を示しているが、３つ以上の光源を採用してもよい。ＬＥＤユニット６１，６２は、ＬＥＤユニット５１，５２と同様の構成である。ＬＥＤユニット６１，６２は、いずれも図示しないＬＥＤ及び照明光学系により構成される。ＬＥＤユニット６１，６２の照明光学系は、レンズやプリズム等の各種光学素子により構成されており、ＬＥＤが発生した照明光を所定の配光分布で被写体に照明する。

【0117】

ＬＥＤユニット６１，６２は、装置本体２内のＬＥＤ駆動回路６３により駆動される。ＬＥＤ駆動回路６３は、制御部３１に制御されて、ＬＥＤユニット６１，６２を駆動する。これにより、ＬＥＤユニット６１，６２は、それぞれＬＥＤ駆動回路６３により指定された照明モードで、照明光を出射することができるようになっている。即ち、ＬＥＤユニット６１，６２は、それぞれ出射する照明光の配光分布を、独立して制御されるようになっている。例えば、ＬＥＤ駆動回路６３は、第１の光学系２１Ｒの光軸が撮像素子２３の撮像中心から偏心していることにより生じるシェーディングを抑制するために必要な偏った配光分布でＥＤユニット６１を点灯させる。また、ＬＥＤ駆動回路６３は、第２の光学系２１Ｌの光軸が撮像素子２３の撮像中心から偏心していることにより生じるシェーディングを抑制するために必要な偏った配光分布でＥＤユニット６２を点灯させる。

【0118】

（補助光源の配置位置の例）
図２９はＬＥＤユニット６１，６２のように複数の補助光源を配置する３つの例を示す説明図である。

【0119】

図２９は光学アダプタ１１ａの先端面を示している。光学アダプタ１１ａの先端面には、第１の光学系２１Ｒの入射面と第２の光学系２１Ｌの入射面とが臨んでいる。図２９の上段の例は、光学アダプタ１１ａの先端面に、ＬＥＤユニット６１，６２を構成する照明光学系６５ａ，６５ｂの出射面が臨んでいることを示している。照明光学系６５ａ、６５ｂの出射面は、それぞれ第１の光学系２１Ｒの入射面の近傍及び第２の光学系２１Ｌの入射面の近傍の光学アダプタ１１ａの円周近傍に配置されている。即ち、照明光学系６５ａ，６５ｂは、光学アダプタ１１ａの先端面の中心を通り光学系２１Ｒ，２１Ｌの視差方向に垂直な直線に対して相互に線対称に配置される。

【0120】

また、図２９の中段の例は、照明光学系６６ａ，６６ｂの出射面が臨んでいることを示している。照明光学系６６ａ，６６ｂの出射面は、視差方向には、いずれも光学系２１Ｒ，２１Ｌの光軸同士の中間の位置に設けられる。照明光学系６６ａ，６６ｂは、四角形状を有しており、光学アダプタ１１ａの先端面の中心を通り光学系２１Ｒ，２１Ｌの視差方向の直線に線対称な位置に、光学アダプタ１１ａの先端面の中心を通り光学系２１Ｒ，２１Ｌの視差方向に垂直な直線によって線対称な形状に構成される。

【0121】

また、図１９の下段の例は、光学アダプタ１１ａの先端面に、ＬＥＤユニット６１，６２を構成する照明光学系６７ａ，６７ｂの出射面が臨んでいることを示している。照明光学系６７ａ、６７ｂの出射面は、それぞれ第２の光学系２１Ｌの入射面の近傍及び第１の光学系２１Ｒの入射面の近傍の光学アダプタ１１ａ先端面の視差方向の中央側に、互いに視差方向に並んで配置されている。即ち、照明光学系２７ａ，２７ｂは、光学アダプタ１１ａの先端面の中心を通り光学系２１Ｒ，２１Ｌの視差方向に垂直な直線に対して相互に線対称に配置される。

【0122】

実施形態においては、例えば、ＥＤユニット６１により、主光源を構成する照明光学系２５による照明とＬＥＤユニット５１による照明とを合わせた照明を可能にし、ＥＤユニット６２により、主光源を構成する照明光学系２５による照明とＬＥＤユニット５２による照明とを合わせた照明を可能にする。

【0123】

従って、第３の実施形態における作用は、第２の実施形態において、照明光学系２５及びＬＥＤユニット５１による照明に代えてＥＤユニット６１による照明を行い、照明光学系２５及びＬＥＤユニット５２による照明に代えてＥＤユニット６２による照明を行う点が第２実施形態と異なるのみである。

【0124】

このように、本実施形態においても、上記各実施形態と同様の効果を得ることができる。

【0125】

（変形例）
図３０は変形例を示すブロック図である。図３０において図２８と同一の構成要素には同一符号を付して説明を省略する。本実施の形態は主光源を省略すると共に、ＬＥＤユニット６１，６２に代えて、ＬＥＤユニット７１を採用した点が図２８の挿入部の先端部の構成と異なる。第２の実施形態においては、主光源を省略し２つの補助光源を採用する例について説明したが、本実施形態は１つの補助光源を採用するものである。

【0126】

ＬＥＤユニット７１は主光源と補助光源との機能を有する。ＬＥＤユニット７１は、ＬＥＤユニット２６と同様の構成である。ＬＥＤユニット７１は、図示しないＬＥＤ及び照明光学系により構成される。ＬＥＤユニット７１の照明光学系は、レンズやプリズム等の各種光学素子により構成されており、ＬＥＤが発生した照明光を指定された配光分布で被写体に照明する。

【0127】

ＬＥＤユニット７１は、装置本体２内のＬＥＤ駆動回路７２により駆動される。ＬＥＤ駆動回路７２は、制御部３１に制御されて、ＬＥＤユニット７１を駆動する。これにより、ＬＥＤユニット７１は、ＬＥＤ駆動回路７２により指定された照明モードで、照明光を出射することができるようになっている。即ち、ＬＥＤユニット７１は、出射する照明光の配光分布を、照明モードに応じて制御されるようになっている。例えば、ＬＥＤ駆動回路７２は、第１の光学系２１Ｒの光軸が撮像素子２３の撮像面４４の中心から偏心していることにより生じるシェーディングを抑制するために必要な偏った配光分布でＥＤユニット７１を点灯させる。また、ＬＥＤ駆動回路７２は、第２の光学系２１Ｌの光軸が撮像素子２３の撮像面４４の中心から偏心していることにより生じるシェーディングを抑制するために必要な偏った配光分布でＥＤユニット７１を点灯させる。

【0128】

即ち、実施形態においては、ＥＤユニット７１により、ＬＥＤユニット６１による照明を可能にすると共に、ＬＥＤユニット６２による照明を可能にする。従って、第３の実施形態における作用は、使用する光路に応じてＬＥＤユニット７１の照明モードを切り替える点が第２実施形態と異なるのみである。

【0129】

このように、本実施形態においても、上記各実施形態と同様の効果を得ることができる。

【0130】

（偏った配光分布を得る具体的な構成の例）
上記各実施形態の説明では、説明の都合上、上述したシェーディングの問題を回避するために設けられる、偏った配光分布を発生する光源を補助光源とし、シェーディングの問題を考慮していない一般的な光源を主光源として説明したが、このような偏った配光分布を有する照明は、単一の光源によって得ることも可能である。そこで、以後の説明では、主光源及び補助光源の用語を用いずに、偏った配光分布を発生する光源についても単に光源として説明する。

【0131】

図３１から図４９は、上記各実施形態における偏った配光分布を得るための光源の構成の例を示す説明図である。なお、図３１、図３２、図３４、図３６、図３８、図４０、図４２、図４４、図４６、図４７及び図４８において、第１の光学系２１Ｒ及び第２の光学系２１Ｌの光軸に平行な方向を紙面横方向にとっている。また、第１の光学系２１Ｒと第２の光学系２１Ｌとの視差方向を紙面上下方向にとり、第１の光学系２１Ｒが紙面上方向、第２の光学系２１Ｌが紙面下方向に配置されているものとする。以下、これらの各図に示す光源により照明される照明範囲のうち紙面上方側をＲ（右）側、紙面下方側をＬ（左）側として説明する。また、各図の配光分布ＬＤは、第１の光学系２１Ｒ及び第２の光学系２１Ｌの光軸に平行な方向の強度を示している。

【0132】

（例１）
図３１の例は２つの光源８１ａ，８１ｂを用いて、２つの偏った配光分布を得る例を示している。例えば、図２９の３つの例に示すように、２つの補助光源を採用した場合の例である。

【0133】

図３１では、実線矢印によって、光源８１ａの照明範囲を示し、破線矢印によって、光源８１ｂの照明範囲を示している。図３１の例は、光源８１ａ，８１ｂの光軸を第１の光学系２１Ｒ及び第２の光学系２１Ｌの光軸から傾斜させて配置したものである。これにより、光源８１ａの配光分布ＬＤ（実線）は、照明範囲のＲ側において比較的強度が高く、照明範囲のＬ側に向かうに従って強度が低下する分布となる。なお、光源８１ｂによる配光分布（図示省略）は、光源８１ａによる配光分布ＬＤに対して、視差方向に垂直な直線に線対称な分布を有する。なお、比較的容易に光源８１ａ、８１ｂを構成することが可能である。

【0134】

（例２）
図３２の例は４つの光源８２ａ，８２ｂ，８２ｃ，８２ｄを用いて、偏った配光分布を得る例を示している。図３３は図３２に対応するＬＥＤユニットの配置の例を示す説明図である。

【0135】

図３３は光学アダプタ１１ａの先端面を示している。光学アダプタ１１ａの先端面には、第１の光学系２１Ｒの入射面と第２の光学系２１Ｌの入射面とが臨んでいる。光源８２ａ～８２ｄの出射面は、互いに隣接して第１の光学系２１Ｒの入射面の近傍及び第２の光学系２１Ｌの入射面の近傍の光学アダプタ１１ａの円周端部に、視差方向に並んで配置されている。光源８２ａ，８２ｂの出射面と光源８２ｄ，８２ｃの出射面とは、光学アダプタ１１ａの先端面の中心を通り光学系２１Ｒ，２１Ｌの視差方向に垂直な直線に対して相互に線対称に配置される。

【0136】

図３２では、矢印線分の太さによって光源８２ａ～８２ｄから放射される照明光の強度を示している。例えば、光源８２ａ，８２ｄは相互に同様の強度で光を出射し、光源８２ｂ，８２ｃは光源８２ａ，８２ｄよりも強い強度で光を出射する。また、光源８２ｂ，８２ｃは、互いに強度を変更可能であり、図３２の例では光源８２ｂの出射光の強度の方が光源８２ｃの出射光の強度よりも強いことを示している。

【0137】

この場合には、光源８２ａ～８２ｄの配光分布ＬＤは、照明範囲のＲ側において比較的強度が高く、照明範囲のＬ側に向かうに従って強度が低下する分布となる。なお、光源８２ｃの出射光の強度を光源８２ｂの出射光の強度よりも強くした場合には、光源８２ａ～８２ｄによる配光分布（図示省略）は、図示した配光分布ＬＤに対して、視差方向に垂直な直線に線対称な分布となる。

【0138】

（例３）
図３４の例は、光学アダプタ１１ａの先端に配置したＬＥＤユニット等の光源８３ａ～８３ｃと、光源装置８４ａとライトガイド８４ｂを利用した光源８３ｃとにより、偏った配光分布を得る例を示している。図３５は図２４に対応する光源８３ａ～８３ｃの配置の例を示す説明図である。

【0139】

図３５は光学アダプタ１１ａの先端面を示している。光学アダプタ１１ａの先端面には、第１の光学系２１Ｒの入射面と第２の光学系２１Ｌの入射面とが臨んでいる。光源８３ａ，８３ｄの出射面は、それぞれ第１の光学系２１Ｒの入射面の近傍及び第２の光学系２１Ｌの入射面の近傍の光学アダプタ１１ａの円周端部に、視差方向に互いに離間して配置されている。また、光源８３ｃは、第１の光学系２１Ｒの入射面及び第２の光学系２１Ｌの入射面の近傍の光学アダプタ１１ａの円周端部に、視差方向には、光源８３ａ，８３ｂの中間の位置に配置されている。光源８３ａ～８３ｃ出射面は、光学アダプタ１１ａの先端面の中心を通り光学系２１Ｒ，２１Ｌの視差方向に垂直な直線に対して相互に線対称に配置される。

【0140】

図３４では、実線矢印によって、光源８３ａ，８３ｃの照明範囲を示し、破線矢印によって、光源８３ｂの照明範囲を示している。図３４では、光源８３ｃは常に照明するのに対し、光源８３ａ，８３ｂは、照明モードに応じて、点灯又は消灯する。図３４の配光分布ＬＤは、実線矢印に示すように、光源８３ａ，８３ｃが点灯し、光源８３ｂが消灯した例を示している。この場合には、光源８３ａ，８３ｂによる配光分布ＬＤは、照明範囲のＲ側において比較的強度が高く、照明範囲のＬ側に向かうに従って強度が低下する分布となる。なお、光源８３ｃ，８３ｂを点灯し、光源８３ａを消灯することにより、図示した配光分布ＬＤに対して、視差方向に垂直な直線に線対称な分布を得ることができる。

【0141】

なお、図３４の例は、図２３の上段及び中段に示す配置の光源によっても達成することができる。

【0142】

また、光源装置８４としてはレーザーダイオード光源を採用してもよい。なお、ライトガイド８４ｂにロッドレンズを付加してもよい。

【0143】

（例４）
図３６の例は２つの光源８５ａ，８５ｂとシリンドリカルレンズ８６を用いて、２つの偏った配光分布を得る例を示している。図３７は図３６中のシリンドリカルレンズ８６を示す斜視図である。

【0144】

図３７に示すように、シリンドリカルレンズ８６は、立方体の一面が円筒面形状に形成されている。図３６に示すように、光源８５ａ，８５ｂを、シリンドリカルレンズ８６の円筒面に対向させ、シリンドリカルレンズ８６の光軸から視差方向に互いに離間する方向にずらして配置する。

【0145】

図３６では、実線矢印によって、光源８５ａの照明範囲を示し、破線矢印によって、光源８５ｂの照明範囲を示している。シリンドリカルレンズ８６の作用により、光源８５ａの配光分布ＬＤ（実線）は、照明範囲のＲ側において比較的強度が高く、照明範囲のＬ側に向かうに従って強度が低下する分布となる。なお、光源８５ｂによる配光分布（図示省略）は、光源８５ａによる配光分布ＬＤに対して、視差方向に垂直な直線に線対称な分布を有する。

【0146】

なお、シェーディングは、観察系の偏心方向である左右に生じるため、一方向にのみパワーを有するレンズを用いるのが効率的である。また、設計次第で、任意の配光分布を実現できる。

【0147】

（例５）
図３８の例は２つの光源８５ａ，８５ｂとフレネルレンズ８７を用いて、２つの偏った配光分布を得る例を示している。図３９は図３８中のフレネルレンズ８７を示す斜視図である。

【0148】

図３９に示すように、フレネルレンズ８７は、立方体の一面が同心円状の複数の領域に分割された形状を有し、薄型化が可能である。図３８に示すように、光源８５ａ，８５ｂを、フレネルレンズ８７の円筒面に対向させ、フレネルレンズ８７の光軸から視差方向に互いに離間する方向にずらして配置する。

【0149】

図３８では、実線矢印によって、光源８５ａの照明範囲を示し、破線矢印によって、光源８５ｂの照明範囲を示している。フレネルレンズ８７の作用により、光源８５ａの配光分布ＬＤ（実線）は、照明範囲のＲ側において比較的強度が高く、照明範囲のＬ側に向かうに従って強度が低下する分布となる。なお、光源８５ｂによる配光分布（図示省略）は、光源８５ａによる配光分布ＬＤに対して、視差方向に垂直な直線に線対称な分布を有する。

【0150】

（例６）
図４０の例は２つの光源８５ａ，８５ｂと楔形プリズム８８ａ，８８ｂを用いて、２つの偏った配光分布を得る例を示している。図４１は図４０中の楔形プリズム８８ａ，８８ｂを示す斜視図である。

【0151】

図４１に示すように、楔形プリズム８８ａ，８８ｂは、立方体の一面がこの一面に対向する面に対して傾斜することで、一方の側面が他方の側面に対して狭幅となる楔形形状を有する。図４０に示すように、楔形プリズム８８ａ，８８ｂを幅広の側面同士を対向させ傾斜していない面を視線方向に配置し、楔形プリズム８８ａ，８８ｂの傾斜した面にそれぞれ対向させて光源８５ａ，８５ｂを配置する。

【0152】

図４０では、実線矢印によって、光源８５ａの照明範囲を示し、破線矢印によって、光源８５ｂの照明範囲を示している。楔形プリズム８８ａ，８８ｂの作用により、光源８５ａの配光分布ＬＤ（実線）は、照明範囲のＲ側において比較的強度が高く、照明範囲のＬ側に向かうに従って強度が低下する分布となる。なお、光源８５ｂによる配光分布（図示省略）は、光源８５ａによる配光分布ＬＤに対して、視差方向に垂直な直線に線対称な分布を有する。

【0153】

なお、楔形プリズム８８ａ，８８ｂは、加工が容易であるとう利点を有すると共に、分割配置も容易である。

【0154】

（例７）
図４２の例は２つの光源８５ａ，８５ｂと負のパワーを有する凹レンズ８９を用いて、２つの偏った配光分布を得る例を示している。また、図４３は凹レンズ８９に代えて採用可能なフレネルレンズ９１又はプリズム９０ａ，９０ｂの例を示している。なお、プリズム９０ａ，９０ｂについては、それぞれを図４０と同様に光源８５ａ，８５ｂに対向配置する。

【0155】

図４２に示すように、凹レンズ８９は、立方体の一面が円筒面形状に切り欠かれた面を有する。図４２に示すように、光源８５ａ，８５ｂを、凹レンズ８９の曲面に対向させ、光源８５ａ，８５ｂの光軸と凹レンズ８９の光軸とを視差方向に偏心させた状態で配置する。

【0156】

図４２では、実線矢印によって、光源８５ａの照明範囲を示し、破線矢印によって、光源８５ｂの照明範囲を示している。凹レンズ８９の作用により、光源８５ａの配光分布ＬＤ（実線）は、照明範囲のＲ側において比較的強度が高く、照明範囲のＬ側に向かうに従って強度が低下する分布となる。なお、光源８５ｂによる配光分布（図示省略）は、光源８５ａによる配光分布ＬＤに対して、視差方向に垂直な直線に線対称な分布を有する。

【0157】

なお、凹レンズ８９に代えて、同様の特性を有するフレネルレンズ９１やプリズム９０ａ，９０ｂを採用してもよい。

【0158】

（例８）
図４４の例は２つの光源８５ａ，８５ｂと液晶レンズ９２を用いて、２つの偏った配光分布を得る例を示している。また、図４５は液晶レンズ９２の作用を示す説明図である。図４５の左側は液晶レンズ９２に電圧を印加しない状態（電圧Ｖ：ＯＦＦ）を示し、右側は液晶レンズ９２に電圧を印加した状態（電圧Ｖ：ＯＮ）を示している。電圧Ｖ：ＯＦＦの状態では、光は液晶レンズ９２を直線的に進行するのに対し、電圧Ｖ：ＯＮの状態では、光は液晶レンズ９２による光偏向効果によって、光は偏向して進行する。

【0159】

図４４に示すように、光源８５ａ，８５ｂを、液晶レンズ９２に対向配置すると共に、光源８５ａ，８５ｂの光軸を液晶レンズ９２の中心から偏心させた状態で配置する。

【0160】

図４４では、実線矢印によって、光源８５ａの照明範囲を示し、破線矢印によって、光源８５ｂの照明範囲を示している。液晶レンズ９２の作用により、光源８５ａの配光分布ＬＤ（実線）は、照明範囲のＲ側において比較的強度が高く、照明範囲のＬ側に向かうに従って強度が低下する分布となる。なお、光源８５ｂによる配光分布（図示省略）は、光源８５ａによる配光分布ＬＤに対して、視差方向に垂直な直線に線対称な分布を有する。

【0161】

このように、この例では電気的に配光分布を制御可能である。

【0162】

（例９）
図４６の例は光源８５ａとグラデーションＮＤフィルタ９４を用いて、偏った配光分布を得る例を示している。なお、図４６では、上記各図の光源８５ｂについては省略しているが、光源８５ｂとグラデーションＮＤフィルタ９４とを用いて偏った配光分布が得られることは明らかである。グラデーションＮＤフィルタ９４は、透過率の勾配を有する素子であり、視差方向に透過率が変化するように、光源８５ａに対向配置する。

【0163】

図４６の実線矢印は、光源８５ａの照明範囲を示している。グラデーションＮＤフィルタ９４の作用により、光源８５ａの配光分布ＬＤ（実線）は、照明範囲のＲ側において比較的強度が高く、照明範囲のＬ側に向かうに従って強度が低下する分布となる。なお、上述したように、光源８５ｂ及びグラデーションＮＤフィルタ９４を用いることで、光源８５ｂによる配光分布を、光源８５ａによる配光分布ＬＤに対して、視差方向に垂直な直線に線対称な分布にすることも可能である。

【0164】

また、グラデーションＮＤフィルタ９４を用いることで、レンズを用いる場合よりも、任意の配光分布のパターンを比較的容易に得ることができる。

【0165】

（例１０）
図４７の例は光源８５ａと拡散素子９５を用いて、偏った配光分布を得る例を示している。なお、図４７では、上記各図の光源８５ｂについては省略しているが、光源８５ｂと拡散素子９５とを用いて偏った配光分布が得られることは明らかである。拡散素子９５は、拡散度が異なる素子であり、視差方向に拡散度が変化するように、光源８５ａに対向配置する。

【0166】

図４７に示すように、実線矢印によって、光源８５ａの照明範囲を示している。拡散素子９５の作用により、光源８５ａの配光分布ＬＤ（実線）は、照明範囲のＲ側において比較的強度が高く、照明範囲のＬ側に向かうに従って強度が低下する分布となる。なお、上述したように、光源８５ｂ及び拡散素子９５を用いることで、光源８５ｂによる配光分布を、光源８５ａによる配光分布ＬＤに対して、視差方向に垂直な直線に線対称な分布にすることも可能である。

【0167】

なお、上記例１～例１０においては、光学アダプタ１１ａに光源となるＬＥＤユニットを配置するものに限らず、光源からの光をライトガイドにより伝送して、レンズを介して出射するようになっていてもよい。

【0168】

図４８はこの場合の例を示す説明図である。また、図４９は図４８に対応する光学アダプタ１１ａの光源出射面の配置の例を示す説明図である。

【0169】

光源９６ａは、第１の光学系２１Ｒ用の光源であり、光源９６ｂは、第２の光学系２１Ｌ用の光源である。光源９６ａ，９６ｂの出射光は、それぞれライトガイド９７ａ，９７ｂによって光学アダプタ１１ａに導かれる。ライトガイド９７ａ，９７ｂの出射端面は、それぞれレンズ９８ａ，９８ｂに対向し、レンズ９８ａ，９８ｂの中心から視差方向に互いに離間する方向に偏心した位置に配置される。これにより、光源９６ａによる照明光の配光分布と光源９６ｂによる照明光の配光分布とを偏った配光分布であって、互いに視差方向に垂直な直線に対して線対称な配光分布にすることができる。

【0170】

図４９は光学アダプタ１１ａの先端面を示している。光学アダプタ１１ａの先端面には、第１の光学系２１Ｒの入射面と第２の光学系２１Ｌの入射面とが臨んでいる。図４９の上段において、レンズ９８ａ，９８ｂの出射面は、光学アダプタ１１ａの先端面の中心を通り光学系２１Ｒ，２１Ｌの視差方向に垂直な直線に対して互いに線対称の形状を有する。

【0171】

また、図４９の下段の例は、レンズ９８に代えて、ライトガイド９７ａ，９７ｂの各出射面に対向する位置に、上述した分割配置するレンズ９９ａ，９９ｂを有する例を示している。光学アダプタ１１ａには鉗子口等のチャネル開口９９が設けられており、レンズ９９ａ，９９ｂの出射面は、このチャネル開口９９を避ける位置に設けられる。

【0172】

（画像処理によりシェーディング補正）
上記各実施形態の説明では、第１の光学系２１Ｒ及び第２の光学系２１Ｌの光軸と撮像素子２３の撮像面４４の中心との偏心により生じるシェーディングを偏った配光分布を有する光源を用いることで補正する例について説明した。更に、光源の配光分布制御だけではシェーディングが十分でないことを考慮して、画像処理によるシェーディング補正を実施することも考えられる。

【0173】

図５０は上記各実施形態において採用可能なシェーディング補正を示すフローチャートであり、図５１はシェーディング補正を説明するためのグラフである。図５１は横軸に輝度値をとり縦軸に撮像面４４の位置をとって、図４の例において、撮像面４４の各位置における輝度値の変化を示している。いま、説明の都合上、図８に示すようにＬＥＤユニット２６による偏った配光分布による照明を行った場合でも、シェーディングを解消できずに、図５１に示す輝度値の変化が生じているものとする。

【0174】

制御部３１は、図５０のステップＳ２１において、第１の光路４１と第２の光路４２のいずれの入射光路が用いられているかを判定する。制御部３１は、路切替駆動回路３５を制御して光路切替シャッタ２４による光路の切り替えを行っており、入射光路については把握している。制御部３１は、ステップＳ２１において、撮像素子２３の撮像面４４上の各画素位置における輝度値（画素値）に対して、補正目標値を設定する。

【0175】

図５１の輝度値一定の直線はこの補正目標値を示している。撮像面４４上の各画素位置における信号レベルを一定値の補正目標値に設定することで、シェーディング補正が行われる。

【0176】

即ち、制御部３１は、画像処理回路３７を制御して、各画素位置の輝度値を算出する（ステップＳ２３）。制御部３１は、算出した輝度値を補正目標値にするために必要なゲイン値を画素毎に算出する。なお、制御部３１は、このゲイン値をメモリ３９に記憶させるようになっていてもよい。画像処理回路３７は、制御部３１が求めたゲイン値を、画像処理において各画素に付与することでシェーディング補正を行う（ステップＳ２４）。

【0177】

このように、図５０のフローを採用することで、光源の配光分布制御と画像処理によるシェーディング補正によって、確実にシェーディングの発生を防止することができる。

【0178】

本発明は、上記各実施形態にそのまま限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素の幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

【符号の説明】

【0179】

２…装置本体、１１…先端部、２０…ステレオ光学系、２２…光路切替シャッタ、２３…撮像素子、２４…、２５…照明光学系、２６…ＬＥＤユニット、３１…制御部、３２…撮像素子駆動回路、３３…光源装置、３４…光源駆動回路、３５…、光路切替駆動回路、３６…ＬＥＤ駆動回路、３７…画像処理回路。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】

【図31】

【図32】

【図33】

【図34】

【図35】

【図36】

【図37】

【図38】

【図39】

【図40】

【図41】

【図42】

【図43】

【図44】

【図45】

【図46】

【図47】

【図48】

【図49】

【図50】

【図51】