摄像单元、内窥镜以及内窥镜系统

技术领域

本公开涉及在插入到被检体内的内窥镜的插入部的前端设置而对被检体内进行拍摄的摄像单元、内窥镜以及内窥镜系统。

背景技术

以往，在内窥镜中，已知有通过将视差不同的两个图像成像在一个摄像元件的摄像面上，来观察被检体的体内的立体图像(以下简称为“3D图像”)的技术(参照专利文献1)。在该技术中，通过在生成相互具有视差的两个光学像的主光学系统和从光学系统中分别设置不同的焦点调整用的保持框，使由制造误差引起的主光学系统和从光学系统各自的焦点位置的差收敛在一定的容许范围内，从而生成3D图像。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2017/104276号

发明内容

发明要解决的课题

近年来，随着摄像元件的高像素化带来的像素间距的缩小和摄像单元的小型化，光学系统的透镜直径也缩小，因此焦点调整的难度不断增加。

但是，在上述专利文献1中，要使从光学系统的焦点与主光学系统对准，而焦点调整单元的框构造复杂，因此无法简单地进行焦点调整。

本公开是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供能够简单地进行两个光学系统的焦点调整的摄像单元、内窥镜以及内窥镜系统。

用于解决课题的手段

为了解决上述课题并达成目的，本公开的摄像单元具有：第1透镜组，其成像出第1光学像；第2透镜组，其与所述第1透镜组成对，并成像出第2光学像；物镜组，其具有将物体光向所述第1透镜组引导的第1区域和将物体光向所述第2透镜组引导的第2区域；单一的图像传感器，其通过接收所述第1光学像和所述第2光学像而生成图像信号；单一的第1保持框，其具有对所述第1透镜组进行保持的第1保持孔和对所述第2透镜组进行保持的第2保持孔；第2保持框，其保持所述物镜组，并且以与所述第1保持框的前端侧嵌合的状态被粘接于所述第1保持框的前端侧从而被定位固定；以及第3保持框，其保持所述图像传感器，以在内周面与所述第1保持框的基端侧嵌合的状态被粘接于所述第1保持框的基端侧从而被定位固定，由所述物镜组和所述第1透镜组构成第1光学系统，由所述物镜组和所述第2透镜组构成第2光学系统，所述第1光学系统的F数比所述第2光学系统的F数大。

另外，在本公开的摄像单元中，所述第2光学系统在所述第2光学系统的光路上还具有光圈。

另外，本公开的内窥镜具有：插入部，其插入至被检体；摄像单元，其设置于所述插入部的前端侧，通过拍摄所述被检体而生成图像信号；以及基端部，其设置于所述插入部的基端侧，与对所述图像信号进行图像处理的处理装置装卸自如地连接，所述摄像单元具有：第1透镜组，其成像出第1光学像；第2透镜组，其与所述第1透镜组成对，并成像出第2光学像；物镜组，其具有将物体光向所述第1透镜组引导的第1区域和将物体光向所述第2透镜组引导的第2区域；单一的图像传感器，其通过接收所述第1光学像和所述第2光学像而生成所述图像信号；单一的第1保持框，其具有对所述第1透镜组进行保持的第1保持孔和对所述第2透镜组进行保持的第2保持孔；第2保持框，其保持所述物镜组，并且以在内周面与所述第1保持框的前端侧的外周面嵌合的状态被粘接于所述第1保持框的前端侧的外周面从而被定位固定；以及第3保持框，其保持所述图像传感器，以在内周面与所述第1保持框的基端侧的外周面嵌合的状态被粘接于所述第1保持框的基端侧的外周面从而被定位固定，由所述物镜组和所述第1透镜组构成第1光学系统，由所述物镜组和所述第2透镜组构成第2光学系统，所述第1光学系统的F数比所述第2光学系统的F数大。

另外，本公开的内窥镜系统具有：上述记载的内窥镜；以及处理装置，所述处理装置具有对所述图像信号进行图像处理的图像处理部，所述图像处理部进行如下处理：根据所述图像信号，获取由所述第1光学系统生成的第1图像和由所述第2光学系统生成的第2图像；计算视差值，该视差值是所述第2图像的规定的位置与所述第1图像的规定的位置之间的偏移量；根据所述视差值，计算所述第2图像与所述第1图像的各像素的亮度信息的差分值；以及对所述第2图像的各像素的像素值加上所述差分值。

发明效果

根据本公开实现了如下效果：能够简单地进行两个光学系统的焦点调整。

附图说明

图1是示意性地示出本公开的一个实施方式的内窥镜系统的整体结构的概略图。

图2是示意性地示出本公开的一个实施方式的摄像单元的剖面的图。

图3是示出本公开的一个实施方式的第1光学系统和第2光学系统各自的F数设为相同值时的分辨率与被摄体距离之间的关系的图。

图4是示出本公开的一个实施方式的第1光学系统的F数设为比第2光学系统的F数大的值时的分辨率与被摄体距离之间的关系的图。

图5是示出本公开的一个实施方式的处理装置的功能结构的框图。

图6是示出由本公开的一个实施方式的处理装置执行的处理的概要的流程图。

具体实施方式

以下，作为用于实施本公开的方式(以下称为“实施方式”)，对具有如下内窥镜的内窥镜系统进行说明，该内窥镜在插入到被检体内的插入部的前端侧的前端部具有摄像单元(摄像装置)。另外，本公开并不受该实施方式限定。并且，在附图的记载中，对相同的部分标注相同的标号来进行说明。此外，附图是示意性的，需要注意到各部件的厚度与宽度的关系、各部件的比率等与实际不同。另外，在附图的相互之间也包含彼此的尺寸和比率不同的部分。

(内窥镜系统的结构)

图1是示意性地示出本公开的一个实施方式的内窥镜系统的整体结构的示意图。图1所示的内窥镜系统1具有内窥镜2、处理装置3、显示装置4以及光源装置5。

内窥镜2将包含多个线缆和光导的插入部100插入到被检体的体腔内，将通过对被检体的体内进行拍摄而生成的摄像信号向处理装置3输出。内窥镜2具有插入部100、操作部200、通用线缆300以及基端部400。

插入部100在内部具有多个线缆和光导，该插入部100被插入到被检体的体腔内。插入部100在插入到被检体的体腔内的前端侧的前端部101上设置有通过对被检体的体内进行拍摄而生成摄像信号的摄像单元20，在基端部102侧连接有操作部200。插入部100将从处理装置3提供的电力和驱动信号向摄像单元20传送，并且将由摄像单元20生成的摄像信号向基端侧102传送。

操作部200在内部内置安装有各种电路的基板，并且接受与内窥镜2相关的各种操作的输入。另外，操作部200与通用线缆300连接。操作部200使用各种开关、乒乓开关以及按钮等构成。

通用线缆300在内部具有多个线缆和光导，在基端侧301连接有基端部400。通用线缆300将经由基端部400和操作部200从处理装置3提供的电力和驱动信号向插入部100传送，并且经由插入部100和操作部200将由摄像单元20生成的摄像信号向基端侧102传送。

基端部400与处理装置3和光源装置5装卸自如地连接。基端部400将从处理装置3提供的电力和驱动信号向通用线缆300传送，并且将经由通用线缆300输入的摄像信号向处理装置3传送。

处理装置3向基端部400输出电力和驱动信号，并且接收从基端部400输入的摄像信号。处理装置3对摄像信号实施规定的图像处理并向显示装置4输出。处理装置3控制内窥镜系统1的各部。处理装置3例如使用CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)、GPU(Graphics Processing Unit：图形处理单元)、FPGA(Field Programmable Gate Array现场可编程门阵列)以及DSP(Digital Signal Processing：数字信号处理器)、易失性存储器和非易失性存储器等构成。

显示装置4显示与处理装置3实施了图像处理后的摄像信号对应的图像。另外，显示装置4显示与内窥镜系统1相关的各种信息。显示装置4使用液晶或有机EL(ElectroLuminescence：电致发光)等构成。

光源装置5提供照明光，以经由基端部400从插入部100的前端部101侧朝向被检体(被摄体)照射照明光。光源装置5使用卤素灯或者发出白色光的白色LED(Light EmittingDiode：发光二极管)等构成。另外，在本实施方式中，对光源装置5采用同时方式的照明方式的情况进行说明，但可以根据摄像单元20的类别而适当变更，例如也可以采用面顺序方式的照明方式。并且，光源装置5也可以向白色光提供特殊光。作为特殊光，例如可以提供能够进行NBI(Narrow Band Imaging：窄带成像)的窄带光、红外光、紫色光、橙色光等。

(摄像单元的结构)

接下来，对摄像单元20的结构进行说明。图2是示意性地示出摄像单元20的剖面的图。

图2所示的摄像单元20具有第1透镜组201、第2透镜组202、物镜组203、图像传感器204、第1保持框205、第2保持框206、第3保持框207以及光圈208。

第1透镜组201将从物镜组203引导的物体光成像在图像传感器204的受光面上作为第1光学像。第1透镜组201使用多个透镜构成。

第2透镜组202与第1透镜组成对，将从物镜组203引导的物体光成像在图像传感器204的受光面上作为第2光学像。第2透镜组202使用多个透镜构成。

物镜组203具有将物体光向第1透镜组201引导的第1区域R1和将物体光向第2透镜组202引导的第2区域R2。物镜组203使用多个透镜构成。以下，将由物镜组203和第1透镜组201构成的光学系统(左侧光学系统)设为第1光学系统L1、将由物镜组203和第2透镜组202构成的光学系统(右侧光学系统)设为第2光学系统L2来进行说明。并且，第1光学系统L1和第2光学系统L2作为具有视差的立体光学系统而发挥功能。

图像传感器204通过接收第1透镜组201成像出的第1光学像和第2透镜组202成像出的第2光学像而生成摄像信号。图像传感器204使用单一的CCD(Charge Coupled Device：电荷耦合器件)或单一的CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor：互补金属氧化物半导体)等构成。另外，图像传感器204并不限于单一的图像传感器，也可以使用分别接收第1光学像和第2光学像的多个板构成。

第1保持框205呈筒状，一体形成有保持第1透镜组201的第1保持孔205a和保持第2透镜组202的第2保持孔205b。第1保持孔205a和第2保持孔205b在内部保持第1透镜组201和第2透镜组202，使得第1透镜组201的光轴O1和第2透镜组202的光轴O2成为规定的视差。

第2保持框206呈筒状，对物镜组203进行保持。第2保持框206以在内周面与第1保持框205的前端侧(一端侧)的外周面嵌合的状态使用粘接剂206a等被粘接于第1保持框205的前端侧的外周面从而被定位固定。另外，作为固定方法，除了粘接剂以外，例如也可以通过在第1保持框205的外周侧设置螺旋状的槽或内螺纹，在第2保持框206的内周侧设置外螺纹来进行固定。

第3保持框207对图像传感器204进行保持。第3保持框207呈筒状，以在内周面与第1保持框205的基端侧(另一端侧)的外周面嵌合的状态使用粘接剂207a等被粘接于第1保持框205的基端侧的外周面从而被定位固定。另外，作为固定方法，除了粘接剂以外，例如也可以通过在第1保持框205的外周侧设置螺旋状的槽或内螺纹，在第3保持框207的内周侧设置内螺纹来进行固定。

光圈208配置在第2光学系统L2的光路上，通过限制入射到第2透镜组202的光而变更第2光学系统L2的F数(F值)。光圈208配置在第2光学系统L2的光路上。具体而言，光圈208配置在第2光学系统L2的光路上的物镜组203与第2透镜组202之间。另外，光圈208的配置位置可以适当变更，例如可以位于第2透镜组202与图像传感器204之间、物镜组203的前端侧、第2透镜组202的任意透镜之间。

在这样构成的摄像单元20中，第1光学系统L1(主光学系统)的F数(F值)比第2光学系统L2(从光学系统)的F数(F值)大。具体而言，由于在物镜组203与第2透镜组202之间设置有光圈208，因此第2光学系统L2的F数(F值)比第1光学系统L1的F数(F值)小。

图3是示出第1光学系统L1和第2光学系统L2各自的F数设为相同值时的分辨率与被摄体距离之间的关系的图。图4是示出第1光学系统L1的F数设为比第2光学系统L2的F数大的值时的分辨率与被摄体距离之间的关系的图。在图3和图4中，横轴表示被摄体距离，纵轴表示分辨率。另外，图3和图4的曲线L

如图3所示，在现有的结构(以下称为“结构1”)中，第1光学系统L1和第2光学系统L2各自的F数相同，因此调整第1光学系统L1和第2光学系统L2中的任一方的透镜框。由此，在结构1中，由于第1光学系统L1和第2光学系统L2各自的景深D1相同，因此第1光学系统L1和第2光学系统L2各自虽然能够对准相同的焦点位置，但对焦的调整作业变得繁杂。另外，即使采用能够仅将第1光学系统L1和第2光学系统L2中的某一方的一部分透镜调整为与另一方的光学系统的焦点一致的结构(以下称为“结构2”)，除了透镜框会变得复杂之外，对焦的调整作业也变得繁杂。具体而言，在现有的结构2中，在第1光学系统L1和第2光学系统L2之间进行了焦点调整(调整工序1)之后，使构成第2光学系统L2的一部分透镜沿光轴O2的方向移动来进行焦点调整(调整工序2)。即，在现有的结构2中，除了必须进行两次调整工序之外，还需要另外设置仅使第2光学系统L2的一部分透镜移动的构造，因此框机构变得复杂。

与此相对，如图4所示，摄像单元20被设定为第1光学系统L1的F数(F值)比第2光学系统L2的F数(F值)大。具体而言，如图4所示，在摄像单元20中，通过使第1光学系统L1的F数比第2光学系统L2的F数大，放大相对于被摄体P

(处理装置的结构)

接下来，对处理装置3的结构进行说明。图5是示出处理装置3的功能结构的框图。

图5所示的处理装置3具有图像处理部31、控制部32以及记录部33。

图像处理部31对从内窥镜2输入的图像信号进行各种处理并向显示装置4输出。图像处理部31例如使用GPU(Graphics Processing Unit：图形处理单元)、ASIC(ApplicationSpecific Integrated Circuit：专用集成电路)、DSP(Digital Signal Processing：数字信号处理器)以及FPGA(Field Programmable Gate Array：现场可编程门阵列)等构成。

控制部32对内窥镜系统1的各部进行控制。控制部32使用CPU(CentralProcessing Unit：中央处理单元)等构成。

记录部33记录与内窥镜系统1相关的各种数据和要执行的程序。记录部33使用易失性存储器、非易失性存储器以及存储卡等构成。

(处理装置的处理)

接下来，对处理装置3执行的处理的概要进行说明。图6是示出处理装置3执行的处理的概要的流程图。另外，内窥镜2即使在进行3D观察时的情况下，也基本上能够记录2D图像、例如由第1光学系统L1生成的第1图像(以下称为“副主图像”)和由第2光学系统L2生成的第2图像(以下称为“主图像”)中任何一方。优选内窥镜2记录主图像。目前，在内窥镜2中，已知有超分辨率技术，但由于绝大部分的超分辨率技术中图像传感器204的摄像像素数几乎都比显示装置4的显示像素数小，因此在显示图像数与摄像像素数之间产生差异，因此通过在连接有内窥镜2的处理装置3内进行插值处理和边缘强调处理来再现精彩的图像。另外，目前，在内窥镜2中，已知学习型的超分辨率技术，但与静物不同，由于被检体是移动的，因此难以得到示教数据，而且实时性不足，因此还存在与CADe、CADx这样的自动检测/自动诊断的相容性缺乏的问题。并且，目前，在内窥镜2中，处理装置3进行边缘强调，但是存在对与边缘相邻的信息的影响、例如不仅深灰色变黑，浅灰色也变白的影响。因此，以下对内窥镜系统1不是在3D图像观察时，而是在2D图像观察时或2D图像保存时执行的处理装置3的处理进行说明。

如图6所示，首先，图像处理部31根据由内窥镜2的图像传感器204生成的图像信号而获取主图像和副图像(步骤S101)。

接着，图像处理部31执行副图像相对于主图像的图像调整处理(步骤S102)。具体而言，图像处理部分31执行计算视差值的偏移处理、调整主图像和副图像的倍率的倍率调整处理、调整主图像和副图像的失真的失真调整处理、以及调整主图像和副图像的水平和垂直的旋转处理等，其中，该视差值是主图像的规定的位置例如中心与副像素的中心的偏移量。

然后，图像处理部31根据在偏移处理中计算出的视差值，计算主图像与副图像的各像素的亮度信息的差分值(步骤S103)。具体而言，图像处理部31根据在偏移处理中计算出的视差量(偏移量)，在使主图像与副图像的各像素的位置对准之后，计算主图像的各像素与副像素的各像素的亮度信息(像素值)的差分值。

接着，图像处理部31对主图像的各像素的像素值加上在步骤S103中计算出的差分值(步骤S104)，并记录到记录部33中(步骤S105)。在步骤S105之后，图像处理部31结束本处理。另外，图像处理部31对主图像的各像素的像素值仅加上在步骤S103中计算出的差分值，但不限于此，也可以将差分值的绝对值加到主图像的各像素的像素值上。由此，根据一个实施方式，通过使用一个图像传感器204同时获取主图像和副图像这两个图像，能够以简单的计算进行强调处理，因此能够提高实时性。根据一个实施方式，能够以简单的计算进行强调处理，因此能够缩小构成图像处理部31的电路规模。并且，根据一个实施方式，第2光学系统L2的F数(F值)比第1光学系统L1的F数(F值)小。因此，在第1光学系统L1(从光学系统)中，由于被摄体深度较深，因此成为通过强调处理保存的2D图像的被摄体深度被放大的图像。此外，根据一个实施方式，能够提高对比度和分辨率，而且能够防止在副图像中产生的对周边像素的影响，因此能够提供没有不协调感的强调图像。

根据以上说明的本公开的一个实施方式，通过使第1光学系统L1的F数(F值)比第2光学系统L2的F数(F值)大，能够以简单的结构进行第1光学系统L1和第2光学系统L2的焦点调整。

另外，根据本公开的一个实施方式，第1光学系统L1的F数(F值)比第2光学系统L2的F数(F值)大，但不限于此，也可以使第2光学系统L2的F数(F值)比第1光学系统L1的F数(F值)大。即，通过使两个光学系统中的某一方的F数比另一方的F数大，能够以简单的结构进行两个光学系统的焦点调整。

另外，在本公开的一个实施方式中，可以在第1光学系统L1和第2光学系统L2中的任一方的光路上设置截止一部分波段的光的滤镜，也可以对透镜实施涂层。这里，作为一部分波段的光，有PDT(Photodynamic Therapy：光动力学疗法)的波段(600～800nm)、波长可变YAG激光的波段(例如1064nm)以及LD激光的波段(650～905nm)等，可以实施截止这些波段的滤镜的插入或涂层。由此，能够进行与各模式对应的2D图像的观察。

另外，在本公开的一个实施方式中，可以在第1光学系统L1和第2光学系统L2中的任一方设置切换焦点位置的致动器，也可以设置切换焦距的致动器。由此，可以依照观察对象来变更焦点位置和焦距。

另外，在本公开的一个实施方式中，也可以在内窥镜2的前端部101设置能够以内窥镜的轴向为中心在径向上移动的呈扇形的光圈机构，滤镜机构、透镜机构等切换机构。在该情况下，切换机构通过向沿内窥镜2的径向驱动的线圈等致动器提供电流，插入至第1光学系统L1或第2光学系统L2的光路上。由此，能够进行与观察对象和处置对象一致的观察，而且能够有效利用在与连结第1光学系统L1和第2光学系统L2的光轴的线垂直的方向上产生的死区，因此能够进行小型化。

另外，在本公开的一个实施方式中，也可以代替配置在图像传感器204的受光面上的拜耳阵列的滤色镜，而配置例如由B滤镜(蓝色滤镜)、Cy滤镜(青色滤镜)、Ye滤镜(黄色滤镜)以及Mg滤镜(品红色滤镜)构成的补色滤镜，该图像传感器204接收第1光学系统L1和第2光学系统L2中的至少一方的光学像。

另外，在本公开的一个实施方式中，也可以使图像传感器204的受光面的的像素区域的帧频比另一方的像素区域的帧频(例如60fps)高(例如120fps)，该图像传感器204接收第1光学系统L1和第2光学系统L2中的至少一方的光学像。通过使被记录为2D图像的像素区域的帧频高速化，能够防止被摄体抖动，而且与第1光学系统L1和第2光学系统L2双方的像素区域的高速化相比，能够使处理电路小型化。并且，在高速切换照明光的种类的面顺序发光模式时，能够以高速帧频进行拍摄，因此能够防止被摄体抖动和颜色偏差。

另外，通过适当地组合在本公开的一个实施方式的内窥镜系统中公开的多个构成要素，可以形成各种实施方式。例如，可以从上述本公开的一个实施方式的内窥镜系统中记载的全部构成要素中删除几个构成要素。并且，可以适当地组合在上述本公开的一个实施方式的内窥镜系统中说明的构成要素。

另外，在本公开的一个实施方式的内窥镜系统中，上述的“部”可以被替换为“单元”、“电路”等。例如，控制部可以替换为控制单元或控制电路。

另外，本公开的一个实施方式的内窥镜系统所执行的程序以可安装形式或可执行形式的文件数据记录在CD-ROM、软盘(FD)、CD-R、DVD(Digital Versatile Disk：数字多功能磁盘)、USB介质、闪存等计算机能够读取的记录介质中来进行提供。

另外，本公开的一个实施方式的内窥镜系统所执行的程序可以构成为：在连接到因特网等网络的计算机上保存，并通过经由网络下载来提供。

另外，在本说明书中的时序图的说明中，使用“首先”、“然后”、“接着”等表现明示了步骤间的处理的前后关系，但是，实施本发明所需的处理的顺序并不由这些表现唯一地确定。即，能够在不矛盾的范围内对本说明书中记载的时序图中的处理的顺序进行变更。

以上，根据附图对本申请的几个实施方式进行了详细说明，但这些是例示的，以本发明的公开栏中记载的方式为基础，能够以基于本领域技术人员的知识而实施了各种变形、改良的其他方式来实施本发明。

标号说明

1：内窥镜系统；2：内窥镜；3：处理装置；4：显示装置；5：光源装置；20：摄像单元；31：图像处理部；32：控制部；33：记录部；100：插入部；101：前端部；102：基端侧；200：操作部；201：第1透镜组；202：第2透镜组；203：物镜组；204：摄像元件；205：第1保持框；205a：第1保持孔；205b：第2保持孔；206：第2保持框；206a、207a：粘接剂；207：第3保持框；208：光圈；300：通用线缆；301：基端侧；400：基端部；L1：第1光学系统；L2：第2光学系统。