特表 2024-514011 光ビームスプリッタを有するマルチセンサシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-03-27

(54)【発明の名称】光ビームスプリッタを有するマルチセンサシステム

(51)【国際特許分類】

   A61B 1/00 20060101AFI20240319BHJP

【ＦＩ】

A61B1/00 731

A61B1/00 C

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023563886

(86)(22)【出願日】2022-04-27

(85)【翻訳文提出日】2023-10-17

(86)【国際出願番号】 IB2022053891

(87)【国際公開番号】W WO2022238800

(87)【国際公開日】2022-11-17

(31)【優先権主張番号】102021112575.8

(32)【優先日】2021-05-14

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】000113263

【氏名又は名称】ＨＯＹＡ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100114557

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 英仁

(74)【代理人】

【識別番号】100078868

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 登夫

(72)【発明者】

【氏名】マイヤー，ヴォルフガング

(72)【発明者】

【氏名】バウアー，フロリアン

(72)【発明者】

【氏名】ツイシュク，ホルジャー

【テーマコード（参考）】

4C161

【Ｆターム（参考）】

4C161CC06

4C161FF40

4C161LL02

4C161LL08

4C161NN01

4C161PP06

4C161PP07

4C161PP08

4C161PP11

(57)【要約】

第１の画像取得手段と、第２の画像取得手段と、光束に基づいて第１の画像取得手段上に第１のシーンを画像化する第１の画像化装置と、光束に基づいて第２の画像取得手段上に第２のシーンを画像化する第２の画像化装置とを備えており、第１の画像化装置は、前方レンズを含む前方光学ユニット、光束を、第１の光束と、第１の光束とは異なる方向に伝播する第２の光束とに分割するビームスプリッタ、および第１の後方光学ユニットからなり、 第２の画像化装置は、前方光学ユニット、ビームスプリッタ、および第２の後方光学ユニットからなり、一方の画像化装置の焦点が、マクロ焦点であり、他方の画像化装置の焦点が、広角焦点であり、マクロ焦点は、前方レンズの前方０ｍｍ～１ｍｍの範囲内にあり、広角焦点は、前方レンズの前方少なくとも３ｍｍにある、画像化システム。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の画像取得手段と、
第２の画像取得手段と、
光束に基づいて被写体空間内の第１のシーンを前記第１の画像取得手段上に画像化するように構成された第１の画像化装置と、
前記光束に基づいて前記被写体空間内の第２のシーンを前記第２の画像取得手段上に画像化するように構成された第２の画像化装置と
を備えており、
前記第１の画像化装置は、前記光束の伝播方向に前記被写体空間側から前記第１の画像取得手段に向かって、
第１の非ゼロの屈折力を有しており、前記被写体空間に最も近い前方レンズを含んでいる前方光学ユニット、
前記光束および／または前記光束の強度を、第１の光束と、前記第１の光束とは異なる方向に伝播する第２の光束とに、分割するように構成されたビームスプリッタ、および
第１の非ゼロの屈折力を有しており、前記第１のシーンが中間画像を必要とせずに前記第１の光束によって前記第１の画像取得手段上に画像化されるように構成された第１の後方光学ユニット
から構成され、
前記第２の画像化装置は、前記光束の伝播方向に前記被写体空間側から前記第２の画像取得手段に向かって、
前記前方光学ユニット、
前記ビームスプリッタ、および
前記第２のシーンが中間画像を必要とせずに前記第２の光束によって前記第２の画像取得手段上に画像化されるように構成された第２の後方光学ユニット
から構成され、
前記第１の画像化装置または前記第２の画像化装置のいずれかの焦点が、マクロ焦点であり、
前記第１の画像化装置および前記第２の画像化装置の他方の焦点が、広角焦点であり、
前記マクロ焦点は、前記被写体空間側の前記前方レンズの頂点の前方０ｍｍ～１ｍｍの範囲内にあり、
前記広角焦点は、前記被写体空間側の前記前方レンズの頂点の前方３ｍｍ以上にある、画像化システム。

【請求項2】

前記第２の後方光学ユニットは、第２の非ゼロの屈折力を有する、請求項１に記載の画像化システム。

【請求項3】

前記第１の画像化装置の少なくとも１つの光学パラメータの値および／または前記第１の画像取得手段の平均感度が、前記第２の画像化装置の前記少なくとも１つの光学パラメータの値および前記第２の画像取得手段の平均感度から相違し、
前記少なくとも１つの光学パラメータは、前記それぞれの画像化装置の焦点幅、前記それぞれの画像化装置の焦点距離、前記それぞれの画像化装置の最大視野角、前記それぞれの画像化装置の絞り開口、および前記それぞれの画像化装置の透過率からなる群に属し、
前記それぞれの画像化装置の焦点距離は、前記それぞれの画像化手段の前方焦点からの前記それぞれの画像化装置の焦点の距離である、
請求項１または２に記載の画像化システム。

【請求項4】

以下の条件、すなわち
前記光学パラメータが前記前方焦点からの前記焦点の距離である場合に、前記第１の画像化装置および前記第２の画像化装置の一方の前記焦点の、前記第１の画像化装置および前記第２の画像化装置の前記一方の前記前方焦点からの距離が、前記第１の画像化装置および前記第２の画像化装置の他方の前記焦点の、前記第１の画像化装置および前記第２の画像化装置の前記他方の前記前方焦点からの距離から、少なくとも２５％異なる、
前記光学パラメータが焦点距離である場合に、前記第１の画像化装置および前記第２の画像化装置の一方の前記焦点距離が、前記第１の画像化装置および前記第２の画像化装置の他方の前記焦点距離から、少なくとも１０％異なる、
前記光学パラメータが最大視野角である場合に、前記第１の画像化装置および前記第２の画像化装置の一方の前記最大視野角が、前記第１の画像化装置および前記第２の画像化装置の他方の前記最大視野角から、少なくとも２０％異なる、
前記光学パラメータが絞り開口である場合に、前記第１の画像化装置および前記第２の画像化装置の一方の前記絞り開口の表面が、前記第１の画像化装置および前記第２の画像化装置の他方の前記絞り開口の表面から、少なくとも２５％異なる、
４６０ｎｍ±５ｎｍ、５３２ｎｍ±５ｎｍ、および６５０ｎｍ±５ｎｍの波長範囲のうちの１つの少なくとも１つの波長範囲に関して、前記光学パラメータが透過率である場合に、前記それぞれの波長範囲における前記第１の画像化装置および前記第２の画像化装置の一方の平均透過率が、前記それぞれの波長範囲における前記第１の画像化装置および前記第２の画像化装置の他方の平均透過率から、少なくとも５０％異なる、
４６０ｎｍ±５ｎｍ、５３２ｎｍ±５ｎｍ、および６５０ｎｍ±５ｎｍの波長範囲のうちの１つの少なくとも１つの波長範囲に関して、前記それぞれの波長範囲における前記第１の画像取得手段および前記第２の画像取得手段の一方の前記平均感度が、前記それぞれの波長範囲における前記第１の画像化装置および前記第２の画像取得手段の他方の前記平均感度から相違する場合に、前記一方の画像取得手段の前記平均感度が、前記他方の画像取得手段の前記平均感度から、少なくとも２５％異なる、
のうちの少なくとも１つが満たされる、請求項３に記載の画像化システム。

【請求項5】

前記第１および第２の画像化装置の前記焦点距離は、互いに異なる、請求項３または４に記載の画像化システム。

【請求項6】

第１の波長範囲または第２の波長範囲または第３の波長範囲の第１の波長と、前記第１の波長範囲または前記第２の波長範囲または前記第３の波長範囲の第２の波長と、の各ペアに関して、前記第１の波長についての前記第１の画像化装置の透過率と前記第１の波長についての前記第１の画像取得手段の感度との積の、前記第１の波長についての前記第２の画像化装置の透過率と前記第１の波長についての前記第２の画像取得手段の感度との積に対する比が、前記第２の波長についての前記第１の画像化装置の透過率と前記第２の波長についての前記第１の画像取得手段の感度との積の、前記第２の波長についての前記第２の画像化装置の透過率と前記第２の波長についての前記第２の画像取得手段の感度との積に対する比から、５０％よりも大きくは異ならず、
前記第１の波長範囲は、４６０ｎｍ±５ｎｍであり、
前記第２の波長範囲は、５３２ｎｍ±５ｎｍであり、
前記第３の波長範囲は、６５０ｎｍ±５ｎｍである、
請求項１～５のいずれか一項に記載の画像化システム。

【請求項7】

前記第１の波長範囲および前記第２の波長範囲および前記第３の波長範囲の各々の波長に関して、前記第１の画像化装置の前記少なくとも１つの光学パラメータの前記それぞれの値および／または前記第１の画像取得手段の前記平均感度が、前記第２の画像化装置の前記少なくとも１つの光学パラメータの前記それぞれの値および前記第２の画像取得手段の前記平均感度からそれぞれ相違する、
請求項３に直接的または間接的に従属する請求項６に記載の画像化システム。

【請求項8】

前記パラメータは、透過率であり、前記ビームスプリッタは、前記第１の波長範囲、前記第２の波長範囲、および前記第３の波長範囲のうちの少なくとも１つの波長範囲に関して、前記第１の光束および前記第２の光束の一方についての前記それぞれの波長範囲における前記ビームスプリッタの平均透過率が、前記第１の光束および前記第２の光束の他方についての前記それぞれの波長範囲における前記ビームスプリッタの平均透過率よりも少なくとも２５％高くなるように構成されている、請求項７に記載の画像化システム。

【請求項9】

第４の波長範囲、第５の波長範囲、第６の波長範囲、および第７の波長範囲から選択される少なくとも１つの選択された波長範囲に関して、前記選択された波長範囲の第３の波長と前記第１の波長との各ペアについて、前記第１の波長についての前記第１の画像化装置の透過率と前記第１の波長についての前記第１の画像取得手段の感度との積の、前記第１の波長についての前記第２の画像化装置の透過率と前記第１の波長についての前記第２の画像取得手段の感度との積に対する比が、前記第３の波長についての前記第１の画像化装置の透過率と前記第３の波長についての前記第１の画像取得手段の感度との積の、前記第３の波長についての前記第２の画像化装置の透過率と前記第３の波長についての前記第２の画像取得手段の感度との積に対する比から、５０％よりも大きくは異ならず、
前記第４の波長範囲は、３８０ｎｍ～４５５ｎｍであり、
前記第５の波長範囲は、４６５ｎｍ～５２７ｎｍであり、
前記第６の波長範囲は、５３７ｎｍ～６４５ｎｍであり、
前記第７の波長範囲は、６５５ｎｍ～９００ｎｍである、
請求項６～８のいずれか一項に記載の画像化システム。

【請求項10】

前記第４の波長範囲、前記第５の波長範囲、前記第６の波長範囲、および前記第７の波長範囲のうちの少なくとも１つの各波長に関して、前記第１の画像化装置の前記少なくとも１つの光学パラメータのそれぞれの値および／または前記第１の画像取得手段の前記平均感度が、前記第２の画像化装置の前記少なくとも１つの光学パラメータのそれぞれの値および前記第２の画像取得手段の前記平均感度からそれぞれ相違する、
請求項７に直接的または間接的に従属する請求項９に記載の画像化システム。

【請求項11】

前記前方光学ユニットから見て、前記第１のシーンは前記第２のシーンに少なくとも部分的に重なり、前記第１の光束は、前記前方光学ユニットを通る前記光束の前記断面の第１の領域からもたらされ、前記第２の光束は、前記前方光学ユニットを通る前記光束の前記断面の第２の領域からもたらされ、前記第１の領域は前記第２の領域とは異なる、請求項１～１０のいずれか一項に記載の画像化システム。

【請求項12】

請求項１～１１のいずれか一項に記載の画像化システムを収容した内視鏡先端部またはカプセル型内視鏡であって、前記前方光学ユニットが、前記第１の後方光学ユニットおよび前記第２の後方光学ユニットよりも前記内視鏡先端部の遠位端に近い、内視鏡先端部またはカプセル型内視鏡。

【請求項13】

請求項１２に記載の内視鏡先端部と、
中空空間への挿入のための挿入シャフトと
を備え、
前記内視鏡先端部の近位端が、前記挿入シャフトの遠位端に直接的または間接的に接続される、
内視鏡装置。

【請求項14】

中空空間への挿入のための挿入シャフトと、
前記中空空間への挿入のための内視鏡先端部と、
請求項１～１１のいずれか一項に記載の画像化システムと、
中継光学系と
を備えており、
前記内視鏡先端部の近位端が、前記挿入シャフトの遠位端に直接的または間接的に接続され、
前記中継光学系は、前記光束を前記前方光学ユニットへと導くように構成され、
前記画像化システムは、前記内視鏡先端部の外部に配置される、内視鏡装置。

【請求項15】

中空空間への挿入のための挿入シャフトと、
前記中空空間への挿入のための内視鏡先端部と、
請求項１～１１のいずれか一項に記載の画像化システムと、
中継光学系と
を備えており、
前記内視鏡先端部の近位端が、前記挿入シャフトの遠位端に直接的または間接的に接続され、
前記前方光学ユニットは、前記内視鏡先端部に位置し、
前記中継光学系は、前記光束を前記前方光学ユニットから前記ビームスプリッタへと導くように構成され、
前記ビームスプリッタ、前記第１の後方光学ユニット、および前記第２の後方光学ユニットは、前記内視鏡先端部の外部に配置される、内視鏡装置。

【請求項16】

少なくとも前記第１の後方光学ユニットおよび前記第２の後方光学ユニットは、前記挿入シャフトの外部に配置される、
請求項１４または１５に記載の内視鏡装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光ビームスプリッタを有するマルチセンサシステムに関する。マルチセンサシステムは、好ましくは、内視鏡、とりわけ人体の中空空間に挿入される内視鏡において使用される。しかしながら、使用は、さらなる説明が主に内視鏡における使用に関するとしても、内視鏡に限られない。

【背景技術】

【0002】

固定の光学系を備え、ズーム対物レンズを備えている内視鏡が知られている。これらの内視鏡においては、被写体空間内のシーンの画像、が単一の撮像素子によって取得される。

【発明の概要】

【0003】

内視鏡の対物レンズは、２つ以上の撮像素子（画像取得手段）を含む。各々の撮像素子は、それぞれの画像化装置によって撮像素子上にそれぞれのシーンで形成される画像を取得する。画像化装置は、共通の前方光学ユニットおよび共通のビームスプリッタを有する。それぞれの後方光学ユニットが、ビームスプリッタの後方に続く。少なくとも前方光学ユニットは、非ゼロの光屈折力を有する。さらに、後方光学ユニットのうちの少なくとも１つは、非ゼロの屈折力を有するが、後方光学ユニットのいくつか、またはすべての後方光学ユニットが、非ゼロの屈折力を有してもよい。このようにして、異なる画像が撮像素子上で取得される。光束は、非二色性のやり方で分割されてよい。したがって、画像化装置とそれぞれの撮像素子との組み合わせは、それらの焦点に関して異なる。画像化装置のうちの１つ（「マクロ」）が、その焦点を最も前方のレンズの上または直前（被写体側における最も前方のレンズの頂点の前方最大１ｍｍ）に有する一方で、画像化装置のうちの別の１つ（「広角」）は、その焦点をさらに遠く（頂点の前方３ｍｍ以上、好ましくは頂点の前方３ｍｍ～１２ｍｍの範囲内）に有する。さらに、画像化装置は、それらの焦点幅（すなわち、それぞれの画像化装置の前方焦点からのそれぞれの画像化装置の焦点の距離）、それらの焦点距離、それらの最大視野角、それらの絞り開口、可視光のＲＧＢ波長範囲におけるそれらの平均透過率、および／または可視光のＲＧＢ波長範囲におけるそれらの撮像素子の平均感度によって相違してよい。ここで、ＲＧＢ波長範囲は、それぞれ６５０ｎｍ±５ｎｍ、５３２ｎｍ±５ｎｍ、および４６０ｎｍ±５ｎｍと定義される。例えば、後方光学ユニットは、前記パラメータの少なくとも１つについて異なる値を有してよく、かつ／または撮像素子が、関連の波長範囲において異なる平均感度を有してよい。

【0004】

撮像素子上の画像化は、中間の画像化を必要とせず、とくにはビームスプリッタ上の中間の画像化を必要とせずに行われる。これは、画像化誤差の蓄積の回避に役立つ。

【0005】

前方光学ユニットは画像化装置について同一であるため、撮像素子は、前方光学ユニットから見たときに、少なくとも部分的に重なり合い、あるいは同一ですらある特定のシーンを取得する。他方で、少なくとも焦点が異なるため、撮像素子上の画像は異なる。少なくとも２つの撮像素子の画像が組み合わせられる場合、単一の画像によって可能であるよりも高い被写界深度を達成することができる。画像化装置が異なる倍率を可能にすることが、別の選択肢である。例えば、撮像素子を切り替えることにより、多段階（例えば、２段階）のズームを形成することができる。とくには、この形式のズームに関して、画像化システムに可動部分は必要とされない。

【0006】

異なる焦点距離を有する異なる焦点の組み合わせは、同じシーンがそれぞれの画像化装置の焦点にあるときに２つの画像化装置による画像形成に関して異なる倍率が得られるため、とくに有利である。この場合、倍率は、被写体サイズに対する画像化サイズの比として定義される。これを、例えば以下のように内視鏡検査に利用することができる。

【0007】

医師は、最初に、共通の倍率で、より大きい距離から、焦点が比較的遠い（例えば、３ｍｍ以上）センサによって、検査対象の領域を検査することができる。医師は、観察されたシーン内の詳細をより正確に検査しようとする場合、内視鏡を組織に近づけることができ、あるいは組織上に配置することさえ可能である。次いで、医師は、画像化装置がより近い焦点およびより大きな倍率を有する別の撮像素子を利用する。このようにして、医師は、問題の部位を正確に検査することができる。医師が内視鏡を検査対象の部位に配置すると、検査対象の部位は、検査対象の組織を通過する内視鏡の照明装置からの散乱光によって照明される。

【0008】

従来は、医師は、そのような検査のために、ズーム光学系と調整可能な焦点とを備える内視鏡を使用するはずである。そのような内視鏡は、比較的高価であり、取り扱いが困難である。これとは対照的に、本発明による画像化システムを備える内視鏡では、医師は単に２つの撮像素子を切り替えるだけでよい。

【0009】

さらに、例えば、それぞれの画像化装置の透過率と対応する撮像素子の感度との積が、２つの画像化装置に関して、例えば２つの感度のうちの低い方の５０％、好ましくは１００％、さらには４００％も違ってよい。このようにして、画像化のために、広いダイナミックレンジをカバーすることができる。具体的には、例えば、画像化装置の透過率を異ならせることができる。これを、例えば、ビームスプリッタが光束を対称に分割しないという事実によって達成することができ、さらには／あるいは２つの後方光学ユニットにおいて異なる大きさの絞りが使用されるという事実によって達成することができる。これにより、画像化のダイナミックレンジが拡大される。しかしながら、（代わりに、または追加で）撮像素子の感度も異なってよい。このような構成において、例えば、２つの後方光学ユニットは、光屈折力を有さなくてもよい。感度は、撮像素子に衝突する光子あたりの発生電荷数を表す。

【0010】

本発明によって達成され得る効果のいくつかは、以下の列挙に再び要約される。この列挙が網羅的ではなく、各々の実施形態においてこれらの効果のすべてが達成される必要は観察しなければならない。

【0011】

（Ａ）マルチフォーカスシステム
単一の画像の組み合わせが、いかなる可動部品も必要とせずに被写界深度の増加を達成する。

【0012】

通常は、対物レンズからのセンサの距離が変更される（代案として、レンズの距離またはレンズの形状などの対物レンズの特性を動的に変化させる解決策も存在する）。これまでの解決策の欠点は、一度に１つの特定の焦点しか設定できないことである。異なる焦点を有するいくつかの画像を同時に取得することで、きわめて低い絞り段（これにより、画像全体の解像度が向上し、おそらくはカメラシステムの感度が向上する）が可能でありながら、きわめて高い被写界深度のアーチファクトのない生成が可能になる。

【0013】

（Ｂ）光学マルチズーム（マルチ倍率）
通常は、マルチズームシステムは、レンズ群の距離の動的な変更によって達成される。原則として、これは、高い技術的支出によらなければ実現することができず、多くの場合に干渉の影響を受けやすい。非可動システムは、潜在的に、干渉の影響を受けにくく、より細かい調整が可能である。さらに、固定のズーム段を容易に切り替えることができる。

【0014】

（Ｃ）ＨＤＲ（高ダイナミックレンジ）画像化
通常は、ＬＤＲ（低ダイナミックレンジ）センサ（光依存抵抗）によるＨＤＲ画像の形成のために、異なる露光段（照度）のいくつかの画像が取得される。代案として、同じ画像内で、解像度を犠牲にして異なる露出の画素を利用するシステムが存在する。提案されるシステムにおいては、一定の解像度で、ＨＤＲ画像が、複数のＬＤＲセンサによってアーチファクトのないやり方で（移動シーン内の被写体の時間シフトを伴わずに）生成される。

【0015】

本発明のいくつかの実施形態においては、適切な撮像素子を備える２つの画像化装置が使用される。本発明のいくつかの実施形態において、適切な撮像素子を備える３つ以上の画像化装置も使用可能である。例えば、直列に接続された複数のビームスプリッタによって光束を複数回分割することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の一実施形態による画像化システムを概略的に示している。

【図2】本発明の一実施形態による画像化システムを備える内視鏡を概略的に示している。

【図3】本発明の一実施形態による画像化システムを備える内視鏡システムを概略的に示している。

【図4】本発明の第１の実施形態による画像化システムの断面図を示している。

【図5】本発明の第２の実施形態による画像化システムの断面図を示している。

【図6】本発明の実施形態によるいくつかの画像化システムにおいて使用されるビームスプリッタの正面図および側面図を示している。

【図7】本発明の実施形態によるいくつかの画像化システムにおいて使用されるビームスプリッタの正面図を示している。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下で、この類型の画像化システムの詳細を説明する。

【0018】

図１が、本発明のいくつかの実施形態による画像化システム１を概略的に示している。画像化システム１は、被写体空間内のそれぞれのシーンをそれぞれの撮像素子（画像取得手段）５１および５２上へと画像化する２つの画像化装置１１および１２を含む。画像化装置１１は、前方光学ユニット２と、ビームスプリッタ３と、後方光学ユニット４１とから構成されている。画像化装置１２は、同じ前方光学ユニット２と、同じビームスプリッタ３と、後方光学ユニット４１とは異なる後方光学ユニット４２とから構成されている。

【0019】

撮像素子５１、５２は、ＣＭＯＳチップまたはＣＣＤチップなどの半導体センサであってよい。撮像素子５１、５２は、可視波長範囲、とりわけ６５０ｎｍ±５ｎｍ（赤色）、５３２ｎｍ±５ｎｍ（緑色）、および４６０ｎｍ±５ｎｍ（青色）の３つの波長範囲（以下では、ＲＧＢ波長範囲ともいう）に感度を有する。例えば、各々の波長に関して、ＲＧＢ波長範囲のうちの少なくとも１つにおける撮像素子５１、５２の各々について、感度は、それぞれの撮像素子の最大感度の５０％よりも高くてよい。好ましくは、少なくとも１つのＲＧＢ波長範囲における感度は、それぞれの撮像素子の最大感度の６０％よりも高い。すなわち、少なくとも１つのＲＧＢ波長範囲において、両方の画像取得手段は、適切な品質の画像検出のための充分な感度を有する。より好ましくは、少なくとも１つの波長範囲における感度は、７０％よりも高く、あるいは８０％よりも高い。いくつかの実施形態において、２つの撮像素子５１および５２は、少なくとも１つのＲＧＢ波長範囲にわたって同じ感度を有する。好ましくは、ＲＧＢ波長範囲のうちの少なくとも１つについて本明細書で説明される特性は、３つのＲＧＢ波長範囲すべてに適用可能である。

【0020】

いくつかの実施形態において、後方光学ユニット４１、４２の少なくとも一方は、２つの画像化装置１１、１２の画像平面が１つの平面内に位置するように、それぞれの光束を（例えば、１つ以上のミラーによって、必要に応じて中継光学系も使用して）偏向させる。したがって、２つの別個の撮像素子の代わりに、ただ１つの撮像素子を使用することができ、１つの撮像素子の異なる領域が、２つの画像取得手段５１、５２に対応する。

【0021】

いくつかの実施形態においては、ＲＧＢ波長範囲における画像化システム１の全体が、非二色性である。好ましくは、画像化システムの全体は、可視スペクトル（４０５ｎｍ～７００ｎｍ）の全体にわたって非二色性であり、場合によっては、さらに可視スペクトルを過ぎて、例えば、それぞれ３８０ｎｍおよび９００ｎｍ（あるいは、８００ｎｍまたは８５０ｎｍ）まで非二色性である。とくには、ビームスプリッタ３も、それぞれの波長範囲において非二色性であってよい。本出願の目的において、「非二色性」という用語は、ＲＧＢ波長範囲のうちの或る波長範囲の第１の波長と、ＲＧＢ波長範囲のうちの別の波長範囲の第２の波長とからなる各ペアに関して、第１の波長についての第１の画像化装置１１の透過率と第１の波長についての第１の画像取得手段５１の感度との積の、第１の波長についての第２の画像化装置１２の透過率と第１の波長についての第２の画像取得手段５２の感度との積に対する比が、第２の波長についての第１の画像化装置１１の透過率と第２の波長についての第１の画像取得手段５１の感度との積の、第２の波長についての第２の画像化装置１２の透過率と第２の波長についての第２の画像取得手段５２の感度との積に対する比から、５０％よりも大きくは異ならないことを意味する。好ましくは、これらの比の相違は２５％未満であり、より好ましくは、関連の波長範囲からの２つの波長からなる各ペアについての比が等しい。上述のパーセンテージについての基準値は、２つの比が等しい場合を除き、２つの比のうちの小さい方である。

【0022】

前方光学ユニット２は、２つの画像化装置１１、１２に共通である。前方光学ユニット２は、非ゼロの屈折力を有する。前方光学ユニット２は、被写体空間に最も近い前方レンズを有する。さらに、前方光学ユニット２は、シーンからの光束の断面を決定することができる。すなわち、前方光学ユニット２は、絞り機能を有することができる。このようにして、例えば、最大可能視野角（ＦＯＶ）は、前方光学ユニット２によって決定される。

【0023】

図６が、ビームスプリッタ３の一例を示している。ビームスプリッタ３は、光束の強度を分割し、後方光学ユニット４１および４２へとそれぞれ向かう異なる方向に導く。ビームスプリッタ３は、非二色性であってよい。ビームスプリッタ３は、例えば、漏れ全反射の原理に従って界面３０において入射光束を分割する半透過ミラーまたはビームスプリッタキューブであってよい。ビームスプリッタ３は、光束の強度を両方向に均等に分割することができ、あるいは一方の方向に他方の方向よりも高い強度を向けることができる。

【0024】

別の可能なビームスプリッタ３が、図７に示されている。このビームスプリッタ３は、光束を幾何学的に分割する。この例においては、ミラー３１（例えば、円形ミラー）が光束の中心に（好ましくは、対称に）配置されている。ミラーは、第２の後方光学ユニット４２へと光を導くように、前方光学ユニット２の光軸に対して（例えば、４５°±３０°の範囲内の）或る角度に傾けられる。ミラーは、少なくともＲＧＢ波長範囲（好ましくは、可視スペクトルの全体、場合によっては上述のように可視スペクトルを過ぎても）において、５０％よりも高く、好ましくは７５％よりも高く、さらにより好ましくは９５％よりも高い反射率を有する。反射率は、１００％であってもよい。ミラーは、同時に、画像化装置１２の絞りであってもよい。

【0025】

前方光学ユニット２からの光束の一部のみが、ミラー３１に入射する。光束の残りの部分が入射するビームスプリッタ３の領域３２は、実質的に透明である。例えば、ビームスプリッタは、ミラーの反射層３１が塗布されたガラスであってよい。したがって、このビームスプリッタは、画像化装置１１のための環状の絞りとして機能する。ＲＧＢ波長範囲（好ましくは、可視スペクトルの全体、場合によっては上述のように可視スペクトルを過ぎても）における領域３２の透過率は、５０％よりも高く、好ましくは７５％よりも高く、さらにより好ましくは９５％よりも高い。透過率は、１００％であってもよい。

【0026】

ミラー３１の形状に制限はない。例えば、丸みを帯びた形状（例えば、円形または楕円形）であってよい。しかしながら、ミラーは多角形（三角形、正方形、・・・）の形状をとってもよい。

【0027】

図７に示される例においては、中央の表面３１が反射性であり、周囲の表面３２が透過性である。しかしながら、いくつかの実施形態においては、代案として、中央の表面が透過性であってよく、周囲の表面が反射性であってよい。

【0028】

反射率および透過率は、それぞれ、勾配を有してもよく、光束の中心において反射率（または、透過率）が高く（例えば、９０％超、あるいは１００％でもよい）、縁部において低い反射率（または、透過率）（例えば、１０％未満、あるいは０％でもよい）が達成されるように、外側へと連続的に減少してもよい。

【0029】

ビームスプリッタ３が二色性である場合、いくつかの実施形態において、２つの画像化装置４１、４２の少なくとも一方に、全体としての画像化システム１が非二色性となるように、ビームスプリッタ３の二色性を補償する構成要素（例えば、カラーフィルタ）を配置することができる。ビームスプリッタ３は、偏光に依存しても、偏光に依存しなくてもよい。

【0030】

後方光学ユニット４１、４２は、ビームスプリッタ３の後方において、前方光学ユニット２から撮像素子５１、５２への光の伝搬方向に位置している。いくつかの実施形態において、後方光学ユニット４１、４２は、非ゼロの屈折力を有し、あるいは後方光学ユニット４１、４２の一方がゼロの屈折力を有し、後方光学ユニット４１、４２の他方が非ゼロの屈折力を有する。それらは、ビームスプリッタ３または前方光学ユニット２が画像化装置４１、４２の少なくとも一方の有効絞りを構成しない場合には、それぞれの画像化装置４１、４２の有効絞りを含む。それらは、レンズおよび／または（曲面）ミラーを含むことができる。

【0031】

一方の画像化装置の焦点が、前方レンズの被写体側頂点の前方０～１ｍｍの範囲にある（「マクロ焦点」）一方で、他方の画像化装置の焦点は、前方レンズの被写体側頂点の前方３ｍｍ～１２ｍｍの範囲にある（「広角焦点」）。焦点は、それぞれの画像化装置１１、１２の光軸と、それぞれの撮像素子５１、５２上に鮮明に画像化される被写体表面（例えば、被写体平面）との交点を指す。マクロ焦点を有する画像化手段の場合、光軸において測定される焦点から入射瞳までの距離が、画像化手段の焦点幅よりも大きく、例えば焦点幅の２～４倍の範囲である。焦点面は、光軸に対して垂直であり、平坦または凸状であってよい。凸状の焦点面の場合、曲率半径は、前方レンズの曲率半径よりも小さくてはならない。

【0032】

ビームスプリッタ３が光束の強度を異なるように分割し、したがって２つの画像化装置１１、１２の異なる透過率を引き起こす場合、および撮像素子の感度が異なる場合とは別に、２つの後方光学ユニット４１、４２は、２つの画像化装置１１、１２が（焦点の位置に加えて）少なくとも１つの光学パラメータによって相違し得るという事実を担当する。当然ながら、ビームスプリッタ３による光束の強度の分割も非対称であり得、２つの後方光学ユニット４１、４２は、少なくとも１つの光学パラメータによってさらに相違し得る。

【0033】

光学パラメータは、例えば、それぞれの画像化装置の焦点幅（すなわち、前方焦点からのそれぞれの画像化装置の焦点の距離）、それぞれの画像化装置１１、１２の焦点距離、それぞれの画像化装置１１、１２の最大視野角、それぞれの画像化装置１１、１２の絞り開口、および／またはＲＧＢ波長範囲（または、可視スペクトルの全体、および上述のように可視スペクトルを過ぎても）におけるそれぞれの画像化装置１１、１２の平均透過率であり得る。

【0034】

以下で、それぞれの相違の好ましい最小値を述べる。

【0035】

・光学パラメータが前方焦点からの焦点の距離である場合、第１の画像化装置および第２の画像化装置の一方の焦点の、第１の画像化装置および第２の画像化装置の一方の前方焦点からの距離は、第１の画像化装置および第２の画像化装置の他方の焦点の、第１の画像化装置および第２の画像化装置の他方の前方焦点からの距離から、少なくとも２５％異なる。
・光学パラメータが焦点距離である場合、第１の画像化装置１１の焦点距離は、第２の画像化装置１２の焦点距離から少なくとも１０％異なり、さらにより好ましくは、相違が少なくとも３０％、あるいは少なくとも５０％である。
・光学パラメータが最大視野角である場合、第１の画像化装置１１の最大視野角は、第２の画像化装置１２の最大視野角から少なくとも２０％異なり、さらにより好ましくは、相違が少なくとも３５％、あるいは５０％である。
・光学パラメータが絞り開口である場合、第１の画像化装置１１の絞り開口の表面は、第２の画像化装置１２の絞り開口の表面から少なくとも２５％異なり、さらにより好ましくは、相違が少なくとも５０％、または少なくとも７５％、あるいは少なくとも１００％である。
・光学パラメータが透過率である場合、ＲＧＢ波長範囲の少なくとも１つ（好ましくは、３つのすべてのＲＧＢ波長範囲または可視スペクトルの全体）における第１の画像化装置１１の平均透過率は、それぞれの波長範囲における第２の画像化装置１２の平均透過率から少なくとも５０％異なり、さらにより好ましくは、相違が少なくとも１００％、または少なくとも４００％である。
・ＲＧＢ波長範囲の少なくとも１つ（好ましくは、３つのすべてのＲＢＧ波長範囲または可視スペクトルの全体）における第１の画像取得手段５１の平均感度が、それぞれの波長範囲における第２の画像取得手段５２の平均感度と異なる場合、第１の画像取得手段５１の平均感度は、第２の画像取得手段５２の平均感度から少なくとも２５％異なり、さらにより好ましくは、相違が少なくとも５０％、少なくとも１００％、または少なくとも４００％である。

【0036】

透過率、感度、および透過率と感度との積の各々の平均は、それぞれ、それぞれの波長範囲にわたって形成される。上述のパーセンテージの各々の基準値は、それぞれ第１および第２の画像化装置ならびに関連の撮像素子に関する対応する値のうちの小さい方の値である。

【0037】

６５０ｎｍ±５ｎｍ（赤色）、５３２ｎｍ±５ｎｍ（緑色）、および４６０ｎｍ±５ｎｍ（青色）のＲＢＧ波長範囲について上述した特性は、好ましくは、これらの間の４６５ｎｍ～５２７ｎｍおよび５３７ｎｍ～６４５ｎｍの一方または両方の波長範囲にも適用可能である。さらに、好ましくは、ＵＶまたは赤外光も含む３８０ｎｍ～４５５ｎｍおよび６５５ｎｍ～９００ｎｍの上方および下方に隣接する波長範囲の少なくとも一方にも適用可能である。さらに、これらの範囲は、それぞれ４０５ｎｍの下側波長ならびに８５０ｎｍまたは８００ｎｍまたは７００ｎｍの上側波長によっても制限され得る。

【0038】

図２が、本発明のいくつかの実施形態による画像化システム１を内視鏡先端部１１０に収容した例を示している。内視鏡先端部は、腔（人体の腔など）への挿入に好適であり得る。したがって、前方光学ユニット２は、２つの後方光学ユニット４１、４２よりも内視鏡先端部１１０の遠位端に近い。図２に示される例において、内視鏡先端部１１０は、内視鏡の挿入シャフト１２０に接続される。しかしながら、本発明のいくつかの実施形態による内視鏡先端部１１０は、挿入シャフトを伴わずに単独で使用することもできる（いわゆる、カプセル型内視鏡検査）。挿入シャフト１２０は、剛体挿入シャフト（パイプまたは管）または可撓管のいずれかであってよい。内視鏡先端部１１０と挿入シャフト１２０との間に、内視鏡先端部１１０が挿入シャフト１２０に間接的にのみ接続されるように、角度セグメントが設けられてもよい（図示せず）。

【0039】

図２に示されるように、画像化システム１が、第１の画像化装置１１が内視鏡先端部の軸線と平行に延在する一方で、第２の画像化装置１２が内視鏡先端部の軸線に対して曲げられるように内視鏡先端部１１０に収容される場合、第１の画像化装置１１は、好ましくは比較的大きい焦点距離を有し、第２の画像化装置１２は、好ましくは比較的小さい焦点距離を有する。

【0040】

図２においては、画像化システム１の全体が内視鏡先端部１１０の内部に位置しているが、画像化システム１の一部が、内視鏡先端部１１０の外部に位置してもよい。この場合、中継光学系が、画像化システム１のうちの内視鏡先端部１１０の内側に位置する部分と、画像化システム１のうちの内視鏡先端部１１０の外部に位置する部分との間で光束を伝達する。とくには、画像化システム１の全体が内視鏡先端部１１０の外部に配置されてもよい。図３に示されるように、この場合に、中継光学系１３０は、被写体空間からの光束を内視鏡先端部１１０の外部の前方光学ユニット２へと伝達する。中継光学系１３０として、例えば、ガラス繊維またはＨｏｐｋｉｎｓ光学系などのロッド光学系が考えられる。図３に概略的に示されているとしても、内視鏡先端部１１０、挿入シャフト１２０、および画像化システム１は、一列に並んでいてもよいが、一列に並んでいる必要はない。

【0041】

図４および図５が、本発明による画像化システム１の第１および第２の実施形態を詳細に示している。個々のレンズ、絞り、およびビームスプリッタのパラメータは、表１および表２（図４について）ならびに表４および表５（図５について）に記載される。システムの光学特性は、表３（図４について）および表６（図５について）に示される。表１～表６における長さの値は、ｍｍで記載される。ビームスプリッタ３を除き、図４および図５の２つの画像化システム１の光学部品は、光の伝播方向に円形断面を有する。図６は、２つの画像化装置について、ビームスプリッタ３の正面図および側面図を示している。後者は、立方体形状（すなわち、断面が正方形）であり、側面図において、ビームスプリッタの部分反射面が対角線上に位置している。

【0042】

表７が、使用した種類のガラスの屈折率ｎｄおよびアッベ係数ｖｄを示している。屈折率は、５８７．６ｎｍの波長について示されている。アッベ係数は、ｖｄ＝（ｎｄ－１）／（ｎ_Ｆ－ｎ_Ｃ）として定義され、式中、ｎｄ、ｎ_Ｆ、およびｎ_Ｃは、フラウンホーファーのｄ、Ｆ、およびＣスペクトル線の波長（それぞれ、５８７．６ｎｍ、４８６．１ｎｍ、および６５６．３ｎｍ）における材料の屈折率である。

【0043】

画像化装置１における屈折要素は、球面レンズに限定されない。レンズは非球面であってもよい。曲面ミラーなどの反射屈折要素も使用することができる。レンズまたはミラーを、例えばガラスまたはプラスチックから製作することができる。レンズまたはミラーをコーティングすることができる。画像化装置または画像化装置の少なくとも前方光学ユニットが内視鏡先端部に収容される場合、前方光学ユニットの少なくとも最前部の要素（例えば、レンズ）が、引っ掻きおよび衝撃に対する充分な耐性ならびに周囲媒体に対する耐性を有することが望ましい。

【0044】

【表1】

【0045】

【表2】

【0046】

第１の画像化装置：焦点距離大（顕微鏡）
システム開口 Ｆ／＃＝４
有効焦点距離： ０．８６７０１６１
全長： １４．５０１８８
第２の画像化装置：焦点距離小（広角対物レンズ）
システム開口 Ｆ／＃＝４
有効焦点距離： ０．５２１８
全長： １３．０５２９７
表３：第１の実施形態の光学パラメータ

【0047】

【表3】

【0048】

【表4】

【0049】

第１の画像化装置：焦点距離大（顕微鏡）
システム開口 Ｆ／＃＝４
有効焦点距離： ０．９３３１８６６
全長： １４．４８２７７
第２の画像化装置：焦点距離小（広角対物レンズ）
システム開口 Ｆ／＃＝２．８
有効焦点距離： ０．５４６２３３２
全長： １２．３３００６
表６：第２の実施形態の光学パラメータ

【0050】

ガラス名 屈折率ｎｄ アッベ係数ｖｄ
ＢＳＭ５１Ｙ １．６０３１１ ６０．６５
Ｌ－ＴＩＭ２８Ｐ １．６９４５３ ３０．６６
Ｎ－ＦＫ５１Ａ １．４８６５６ ８４．４７
Ｎ－ＦＫ５８ １．４５６ ９０．９
Ｎ－ＬＡＦ２１ １．７８８ ４７．４９
Ｎ－ＬＡＳＦ３１Ａ １．８８３ ４０．７６
Ｎ－ＬＡＳＦ３５ ２．０２２ ２９．０６
Ｎ－ＬＡＳＦ９ＨＴ １．８５０２ ３２．１７
Ｎ－ＳＫ１６ １．６２０４１ ６０．３２
Ｎ－ＳＫ５ １．５８９１３ ６１．２７
Ｎ－ＺＫ７ １．５０８４７ ６１．１９
Ｓ－ＢＳＭ１０ １．６２２８ ５７．０５
Ｓ－ＢＳＭ１６ １．６２０４１ ６０．２９
Ｓ－ＦＴＭ１６ １．５９２７ ３５．３１
Ｓ－ＬＡＨ５５ＶＳ １．８３４８１ ４２．７４
Ｓ－ＬＡＨ５８ １．８８３ ４０．７６
Ｓ－ＬＡＨ６０ＭＱ １．８３４ ３７．１７
Ｓ－ＬＡＬ１４ １．６９６８ ５５．５
Ｓ－ＬＡＬ５８ １．６９３５ ５０．８１
Ｓ－ＮＢＨ５６ １．８５４７８ ２４．８
Ｓ－ＮＰＨ１ １．８０８０９ ２２．７６
Ｓ－ＮＰＨ３ １．９５９０６ １７．４７
Ｓ－ＰＨＭ５２ １．６１８ ６３．４
Ｓ－ＴＩＬ２７ １．５７５０１ ４１．５
Ｓ－ＴＩＭ２８Ｐ １．６９４５３ ３０．６６
表７：使用した種類のガラスの屈折率およびアッベ係数

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【国際調査報告】