JP2005342431A - 光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内視鏡のライトガイドの入射端面よりも光源側において白色光と励起光の強度分布をできるだけ揃えることができる光源装置を、提供する。
【解決手段】電子内視鏡システムの本体装置２０内の光源部２０ｂは、電子内視鏡１０のライトガイド１１７の基端面に各光を収斂する第１集光レンズ２２２と同一の光学特性を有する第２集光レンズ２２３と、ライトガイド１１７の基端面に向かう白色光及び励起光の一部を第２集光レンズ２２３へ分離するハーフミラー２２１とを備える。システムコントローラ２６２は、第２集光レンズ２２３の透過光を撮像素子２２４でモニタしながら撮像素子２２４をこのレンズ２２３に対して接離させることにより、白色光と励起光との強度分布の差が最も小さくなる撮像面の位置を特定し、特定した撮像面と第２集光レンズ２２３との位置関係を、第１集光レンズ２２２とライトガイド１１７の基端面との位置関係に反映させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、内視鏡内に引き通されたライトガイドへ光を供給するための光源装置に、関する。

周知のように、生体組織は、特定の波長の光が照射されると、励起して蛍光を発する。また、腫瘍や癌などの病変が生じている異常な生体組織は、正常な生体組織よりも弱い蛍光を発する。この反応現象は、体腔壁下の生体組織によっても引き起こされ得る。近年、体腔壁下の生体組織に生じた異状をこの反応現象を利用して検出する内視鏡システムが、開発されている。特許文献１には、この種の内視鏡システムが、開示されている。

また、この種の内視鏡システムの一つとして、二つの観察モードを備えた内視鏡システムがある。一つ目の通常観察モードでは、内視鏡システムは、白色光にて照明された体腔壁の通常観察画像を表示装置に表示する。二つ目の特殊観察モードでは、内視鏡システムは、参照画像に患部画像がスーパーインポーズされてなる特殊観察画像を、表示装置に表示する。ここで、参照画像は、白色光にて照明された体腔壁のカラー画像であり、患部画像は、病変部として算出された領域を示す画像である。

上記の特殊観察モードについて詳しく説明すると、内視鏡システムは、内視鏡の挿入部の先端から、体腔内を照明するための白色光と、生体組織を励起させるための励起光とを、交互に射出する。また、内視鏡システムは、挿入部の先端から白色光が射出されている期間には、体腔壁の表面で反射された白色光により形成されるその体腔壁の画像のカラー画像データを参照画像データとして取得し、挿入部の先端から励起光が射出されている期間には、体腔壁下の生体組織から放射される蛍光により形成されるその体腔壁の画像のカラー画像データを蛍光画像データとして取得する。さらに、内視鏡システムは、一組の参照画像データと蛍光画像データとを取得するたびに、参照画像データと蛍光画像データとに基づいて、特殊観察画像の画像データを生成する。

この特殊観察画像の画像データの生成手順について、より具体的に説明すると、内視鏡システムは、まず、参照画像データ及び蛍光画像データからそれぞれの輝度成分を抽出し、抽出した各画像データの輝度成分を、互いの階調幅が等しくなるように規格化する。続いて、内視鏡システムは、参照画像データの規格化後の輝度成分から蛍光画像データの規格化後の輝度成分を差し引くことにより（同一座標上の輝度値の差分を全ての座標について算出することにより）、患部画像データを生成する。なお、このように参照画像データの輝度成分から蛍光画像データの輝度成分を差し引くことにより、体腔の奥行きや体腔壁表面の凹凸に起因する陰影が打ち消され、蛍光の強度が他の部分よりも弱い部分の位置及び強度の弱さを示す患部画像データが抽出される。そして、内視鏡システムは、参照画像データの例えば緑色成分に患部画像データを合成することにより、特殊観察画像の画像データを生成する。

このような手順により生成された画像データによって表示される特殊観察画像では、白色光にて照明された体腔壁のカラー画像の上に、相対的に弱い蛍光を発する生体組織の集合体が存在する部分が、緑色にて示されることとなり、然も、緑色の濃さによってその部分の生体組織の病変の程度の進み具合が、示されることとなる。
特開２００２−０３４９１３号公報

ところで、近年、同一の光源から射出される光から白色光と励起光とを取り出そうとすると励起光の強度が低くなるという理由から、白色光と励起光とを別々の光源から交互に内視鏡のライトガイドの入射端面へ供給して挿入部の先端に導いて射出させるという構成が、内視鏡システムに採用されるようになってきた。

しかしながら、白色光と励起光とを別々の光源から同一のライトガイドへ供給するようにすると、射出される白色光と励起光の強度分布（先端面に対向して配置された面における照度の分布）が互いに異なってしまう。すると、参照画像データの輝度成分と蛍光画像データの輝度成分との差分を算出した際に、体腔内の陰影が正確に排除されなくなる。そのため、実際には病変部でないにも拘わらず病変部であるかのように示されてしまう部分が特殊観察画像の中に現れるという問題が、発生していた。このような問題があると、特殊観察画像を通じて体腔内を観察する術者に対し、正常な生体組織と異常な生体組織とを正反対に認識させて、誤診を引き起こさせる可能性が高い。

なお、白色光と励起光の強度分布を揃えるための機構や光学素子を内視鏡の先端に設置することによって上記の問題を解決することも考えられそうではあるが、通常の内視鏡内にはそのような機構や光学素子を配置する余地がない。また、新たな内視鏡を開発するにしても、そのような機構や光学素子を内視鏡の先端に組み込むためには、それらは小型化されねばならないが、これには多くの開発費用と多くの製造費用とを必要とする。従って、内視鏡の先端において強度分布の調節を行うことは適切でない。

本発明は、前述した従来技術が有する問題点に鑑みてなされたものであり、その課題は、内視鏡のライトガイドの入射端面よりも光源側において、別々の光源から供給される白色光と励起光の強度分布をできるだけ揃えることができる光源装置を、提供することにある。

上記の課題を解決するために発明された光源装置は、内視鏡の挿入部内に引き通されてその挿入部の先端に射出端面が配置されたライトガイドの入射端面に対して光を供給する光源装置であって、白色光を平行光として射出する白色光光源，生体組織を励起させるための励起光を平行光として射出する励起光光源，前記白色光光源から平行光として射出される前記白色光の光路と前記励起光光源から平行光として射出される前記励起光の光路とを同一の光路となるように合成する光路合成素子，前記光路合成素子と前記ライトガイドの入射端面との間においてそのライトガイドの入射端面に対して接離自在に配置され、前記光路合成素子により光路が合成された前記白色光及び前記励起光を収斂させる第１集光レンズ，前記光路合成素子と前記第１集光レンズとの間に配置され、前記白色光の一部及び前記励起光の一部をそれぞれ反射して残りを透過させる部分反射部材，前記第１集光レンズと同一の光学特性を有し、前記部分反射部材において反射された前記白色光及び前記励起光を収斂させる第２集光レンズ，前記第２集光レンズの光軸上に沿ったその第２集光レンズに対する相対的な距離を自在に変化させ得るとともに、その第２集光レンズにより撮像面上に形成された前記白色光及び前記励起光のスポット像を撮像することにより、前記白色光及び前記励起光の強度分布を示す画像データを取得する撮像素子，前記光路合成素子に前記白色光が入射した期間に前記撮像素子が取得した画像データと、前記光路合成素子に前記励起光が入射した期間に前記撮像素子が取得した画像データとに基づいて、前記撮像素子の撮像面が採り得る位置のうち、前記白色光の強度分布と前記励起光の強度分布との差が最も小さくなる位置を検出する位置検出部，及び、前記位置検出部によって検出された前記撮像面の位置と前記第２集光レンズとの間の距離だけ、前記第１集光レンズが前記ライトガイドの入射端面から離れる位置まで、前記第１集光レンズを移動させる反映部を備えることを、特徴としている。

このように、光路合成素子と第１集光レンズとの間に部分反射部材を配置することによって、内視鏡のライトガイドの入射端面に向かう白色光の一部と励起光の一部とを反射させ、反射した光を、第１集光レンズと同一の光学特性を有する第２集光レンズを介して撮像素子の撮像面に入射させるようにすれば、撮像面と第２集光レンズとの位置関係が、第１集光レンズとライトガイドの入射端面との位置関係と等価であることから、白色光の強度分布と励起光の強度分布との差が最も小さくなる撮像素子の撮像面の位置を特定したときに、特定した撮像面と第２集光レンズとの位置関係を、第１集光レンズとライトガイドの入射端面との位置関係に反映させることができる。この反映の結果、ライトガイドの入射端面における白色光と励起光の強度分布が揃うこととなり、ライトガイドの射出端面から白色光と励起光とを射出したときにその射出端面でのそれら光の強度分布も揃うこととなるので、実際には病変部でないにも拘わらず病変部であるかのように示されてしまう部分を特殊観察画像の中に出現させてしまうことがなくなる。

以上に説明したように、本発明によれば、内視鏡のライトガイドの入射端面よりも光源側において、別々の光源から供給される白色光と励起光の強度分布をできるだけ揃えることができるようになる。

以下、添付図面に基づいて、本発明を実施するための形態について、説明する。

図１は、本発明の実施形態である電子内視鏡システムの構成図である。この電子内視鏡システムは、電子内視鏡１０，本体装置２０，及び、表示装置３０を、備えている。

電子内視鏡１０は、光の届かない体腔内を観察するための器具である。電子内視鏡１０は、挿入部１０ａ，操作部１０ｂ，ケーブル部１０ｃ，及び、接続部１０ｄに、区分される。

挿入部１０ａは、体腔内に挿入される部分であり、樹脂製の被覆管とこの被覆管に覆われた管状の骨格構造とを備えている。その骨格構造は、与えられた外力に応じて柔軟に屈曲するとともに、体腔壁を傷つけない程度に屈曲の状態を維持できる剛性を保有する。また、挿入部１０ａは、図示していないが、先端部内に、対物光学系及び撮像素子を備えている。対物光学系は、挿入部１０ａの先端に対向した被写体の像を形成し、撮像素子は、対物光学系によって形成された像を撮像して画像データに変換する。

操作部１０ｂは、各種スイッチ１１１，アングルノブ１１２，鉗子口１１３，図示せぬホース継手などを備えた部分であり、挿入部１０ａの基端に接続されている。なお、アングルノブ１１２は、挿入部１０ａにおけるその先端から基端に向かった所定の長さの部分に組み込まれた湾曲機構を通じて、挿入部１０ａの先端部分の湾曲状態を変化させるための把手である。鉗子口１１３は、挿入部１０ａの内部に引き通された細管（鉗子チャンネル）へ、鉗子や剪刀や凝固電極などの処置具を挿入するための開口である。但し、図１では、鉗子口１１３には蓋がされている。図示せぬホース継手は、挿入部１０ａの内部に引き通された細管（送気送水チャンネル）と図示せぬ送気送水装置から延びるホースとを接続するための口金であり、操作部１０ｂにおいてアングルノブ１１２がある側とは反対側に備えられている。

ケーブル部１０ｃは、各種の信号線とその信号線を覆う樹脂製の管とを備えた電纜であり、その先端は、操作部１０ｂの側面に接続されている。なお、ケーブル部１０ｃ内の信号線は、図示していないが、操作部１０ｂ及び挿入部１０ａに引き通されて挿入部１０ａの撮像素子に接続された信号線，及び、操作部１０ｂの各種スイッチ１１１に接続された信号線を、含んでいる。

接続部１０ｄは、ケーブル部１０ｃの基端を本体装置２０に着脱自在に装着するためのコネクタである。接続部１０ｄは、本体装置２０に装着された際に本体装置２０に当接する装着面に、ケーブル部１０ｃ内に引き通された信号線の端部が接続された端子１１４を、備えている。また、接続部１０ｄは、図１には図示していないが、信号線にて端子１１４に接続されたＲＯＭ１１６（図２参照）を、内部に備えている。このＲＯＭ１１６は、ライトガイドの直径の値を記憶している。

これら各部１０ａ〜１０ｄに区分される電子内視鏡１０は、図１には図示していないが、更に、束ねられた多数の光ファイバからなるライトガイド１１７（図２参照）を、備えている。ライトガイドは、挿入部１０ａ，操作部１０ｂ，ケーブル部１０ｃ，及び、接続部１０ｄ内に順に引き通されており、ライトガイドの先端は、挿入部１０ａの先端に固定され、ライトガイドの基端は、接続部１０ｄにおける上記の装着面から突出する金属管１１５内に固定されている。

本体装置２０は、電子内視鏡１０を制御するための装置である。本体装置２０は、制御部２０ａ，光源部２０ｂ，及び、画像処理部２０ｃに、区分される。

制御部２０ａは、本体装置２０全体を制御するための機器であり、図示していないが、各種の基準信号を生成してその信号の出力を制御するタイミングジェネレータを、備えている。光源部２０ｂ及び画像処理部２０ｃは、この制御部２０ａに接続されており、光源部２０ｂ及び画像処理部２０ｃにおける各種の処理は、上記の基準信号に従って進行する。

また、制御部２０ａは、電子内視鏡１０の接続部１０ｄが本体装置２０に装着されると、接続部１０ｄの端子１１４，及び、ケーブル部１０ｃ内の信号線を介して、挿入部１０ａ内の図示せぬ撮像素子，及び、操作部１０ｂの各種スイッチ１１１に接続される。制御部２０ａは、図示せぬ撮像素子における蓄積電荷の掃き出しタイミングや受光感度を制御する。また、制御部２０ａは、操作部１０ｂの各種スイッチ１１１のうちの一つが操作されると、観察モードを、通常観察モード及び特殊観察モードの何れか一方に、切り替えるとともに、光源部２０ｂ及び画像処理部２０ｃの動作状態を、切替後の観察モードに対応した動作状態へ変化させる。

光源部２０ｂは、電子内視鏡１０のライトガイド１１７の基端面に光を供給するための機器である。なお、電子内視鏡１０の接続部１０ｄが本体装置２０に装着されると、接続部１０ｄの金属管１１５が、光源部２０ｂ内に挿入され、ライトガイド１１７の基端が、所定位置に固定される。

図２は、光源部２０ｂの構成図である。光源部２０ｂは、光学構成として、白色光光源２１１，赤外線除去フィルタ２１２，光束径縮小光学系２１３，回転遮蔽板２１４，光量絞り２１５，励起光光源２１６，平行化レンズ２１７，ダイクロイックミラー２１８，ハーフミラー２２１，第１集光レンズ２２２，第２集光レンズ２２３，及び、撮像素子２２４を、備えている。

白色光光源２１１は、白色光を平行光として射出する装置であり、焦点から放射される光を平行光として反射する放物面鏡，及び、放物面鏡の焦点に発光点が配置されたキセノンランプを、備えている。赤外線除去フィルタ２１２は、入射してきた光の中から赤外領域の光を除去して残りを透過させるためのフィルタであり、白色光光源２１１から射出される白色光の光路上に配置されている。光束径縮小光学系２１３は、一対の凸レンズ２１３ａ，２１３ｂからなるケプラー型のアフォーカル光学系であり、赤外線除去フィルタ２１２を透過した白色光の光束径を、縮小する。

回転遮蔽板２１４は、略半円形の開口が一つだけ穿たれた円板であり、その貫通孔の円弧の中心は、回転遮蔽板２１４の外周円の中心に一致している。回転遮蔽板２１４の中心は、図示せぬモーターの駆動軸の先端に固定されており、図示せぬモーターによって駆動されると、回転遮蔽板２１４は、その駆動軸を回転中心として回転する。回転遮蔽板２１４は、光束径縮小光学系２１３における凸レンズ２１３ａ，２１３ｂの間の焦点位置において、光束径縮小光学系２１３の光軸に対して直交しており、白色光は、回転遮蔽板２１４の偏心位置に入射する。このため、回転遮蔽板２１４が回転していると、光束径縮小光学系２１３内の白色光の光路内に回転遮蔽板２１４の開口が繰り返し挿入されることにより、光束径縮小光学系２１３からは、白色光が周期的に射出される。

光量絞り２１５は、略円形開口を形成する複数の絞り羽根によって光の一部を遮蔽するという周知の構造により光量を絞るための器具であり、光束径縮小光学系２１３の後側の凸レンズ２１３ｂの直前において、白色光の光路上に配置されている。光量絞り２１５は、各絞り羽根を変位させるための機構を備えており、各絞り羽根が変位されてその開口の直径が変化すると、開口を通過する光束の量が増加又は減少する。

励起光光源２１６は、蛍光の放射という現象を生体組織において引き起こさせるための励起光を射出するレーザー発光ダイオードである。平行化レンズ２１７は、励起光光源２１６から射出される励起光を平行光に変換するコリメートレンズである。平行化レンズ２１７から平行光として射出される励起光の光路は、光束径縮小光学系２１３から平行光として射出される可視色光の光路と直交している。

ダイクロイックミラー２１８は、白色光を透過させるとともに励起光を反射する光学素子である。ダイクロイックミラー２１８は、白色光の光路と励起光の光路とが交差する位置に配置されており、光束径縮小光学系２１３の光軸方向に対して４５°傾いているとともに、平行化レンズ２１７の光軸方向に対しても４５°傾いている。光束径縮小光学系２１３から平行光として射出された白色光は、ダイクロイックミラー２１８を透過し、平行化レンズ２１７から射出された励起光は、ダイクロイックミラー２１８によって直角に反射されることにより、白色光と同一の光路上をこの白色光の進行方向と同じ方向へ進む。従って、ダイクロイックミラー２１８は、光路合成素子として機能する。

ハーフミラー２２１は、入射してきた光のうちの所定割り合いを透過させるとともに残りの光を反射させる光学素子である。なお、本実施形態では、透過光と反射光の割り合いが１：１である必要はない。ハーフミラー２２１は、ダイクロイックミラー２１８を透過した白色光の光路（すなわち、ダイクロイックミラー２１８に反射された励起光の光路）上に配置されている。ハーフミラー２２１は、この白色光の光路に対して４５°傾いており、ハーフミラー２２１にて反射された光は、ハーフミラー２２１を透過した光の光路に対して直角な方向に向かって進行する。

第１集光レンズ２２２は、平行光を収斂させるためのコンデンサレンズである。第１集光レンズ２２２は、ハーフミラー２２１を透過した白色光及び励起光の光路上に配置されており、これら光を電子内視鏡１０のライトガイド１１７の基端面に収斂させる。一方、第２集光レンズ２２３も、平行光を収斂させるためのコンデンサレンズであり、第１集光レンズ２２２と同じ光学特性を有している。第２集光レンズ２２３は、ハーフミラー２２１によって反射された白色光及び励起光の光路上に配置されており、これら光を撮像素子２２４の撮像面に向けて収斂させる。

撮像素子２２４は、モノクロのエリアセンサーであり、第２集光レンズ２２３によって撮像面上に形成されたスポット像を撮像することにより、その撮像面位置でのスポット光の二次元的な強度分布を示す画像データを出力する。

光源部２０ｂは、以上に説明した光学構成を制御するために、更に、第１電源回路２３１，第１ドライブ回路２３２，第２電源回路２３３，第１スライド機構２４１，第２ドライブ回路２４２，第２スライド機構２４３，第３ドライブ回路２４４，解析装置２５０，センサー２６１，及び、システムコントローラ２６２，を、備えている。

第１電源回路２３１は、白色光光源２１１に電力を供給するとともに、システムコントローラ２６２に制御されることによって白色光光源２１１に供給する電力量を調整するための回路である。第１ドライブ回路２３２は、回転遮蔽板２１４を駆動軸の先端に固定しているモータの駆動を制御するための回路であり、システムコントローラ２６２を介して制御部２０ａから入力される基準信号の示すタイミングに、回転遮蔽板２１４の回転位相を同期させる。第２電源回路２３３は、励起光光源２１６に電力を供給するとともに、システムコントローラ２６２に制御されることによって励起光光源２１６に供給する電力量を調整するための回路である。

第１スライド機構２４１は、図示せぬステージ上の物体を一方向に沿って平行移動させるための機構である。この第１スライド機構２４１のステージ上には、第１集光レンズ２２２が設置されており、第１集光レンズ２２２は、ステージの移動に伴って、ライトガイド１１７の基端面に対して同軸な状態を維持しながらこの基端面に対して接離する。また、第１スライド機構２４１のステージは、例えばラックアンドピニオン方式を介して組み付けられた図示せぬモーターによって駆動されるようになっている。第２ドライブ回路２４２は、このモーターを制御するための回路であり、第１集光レンズ２２２の移動方向及び移動量をシステムコントローラ２６２から受信すると、その移動方向へその移動量だけ第１集光レンズ２２２が移動するように、第１スライド機構２４１を駆動させる。

第２スライド機構２４３も、第１スライド機構２４１と同じ機能を発揮する機構であり、図示せぬモーターが組み付けられた図示せぬステージを、備えている。この第２スライド機構２４３のステージ上には、撮像素子２２４が設置されており、撮像素子２２４は、ステージの移動に伴って、撮像面が第２集光レンズ２２３の光軸方向に直交する状態を維持しながら第２集光レンズ２２３に対して接離する。第３ドライブ回路２４４は、第２スライド機構２４３のモーターを制御するための回路であり、撮像素子２２４の移動方向及び移動量をシステムコントローラ２６２から受信すると、その移動方向へその移動量だけ撮像素子２２４が移動するように、第２スライド機構２４３を駆動させる。

解析装置２５０は、撮像素子２２４が生成した画像データに対して所定の処理を施す回路である。解析装置２５０は、切替ＳＷ２５１，Ｖメモリ２５２，Ｅメモリ２５３，及び、演算回路２５４を、備えている。切替ＳＷ２５１は、撮像素子２２４から出力される画像データがＶメモリ２５２及びＥメモリ２５３の何れか一方に入力されるように制御するためのスイッチである。Ｖメモリ２５２及びＥメモリ２５３は、画像データを一時的に記録するための記憶装置である。演算回路２５４は、Ｖメモリ２５２及びＥメモリ２５３にそれぞれ記録された画像データに基づいて演算を行う回路である。

センサー２６１は、ライトガイド１１７の基端部の有無を検出するための検出装置である。電子内視鏡１０の接続部１０ｄが本体装置２０に装着されることによってライトガイド１１７の基端部が光源部２０ｂ内の所定位置に固定されると、センサー３３２は、ライトガイド１１７がセットされた旨をシステムコントローラ２６２に通知し、ライトガイド１１７の基端部が光源部２０ｂから引き抜かれると、ライトガイド１１７が引き抜かれた旨をシステムコントローラ２６２に通知する。

システムコントローラ２６２は、光源部２０ｂ全体を制御するためのコントローラであり、図示していないが、ＣＰＵ，ＳＲＡＭ，ＥＥＰＲＯＭ等のハードウエアを、備えている。システムコントローラ２６２のＥＥＰＲＯＭには、図３を用いて後述するプログラムが、インストールされている。

なお、ライトガイド１１７の基端部が所定位置に固定された旨の通知が、センサー２６１からシステムコントローラ２６２に入力されると、システムコントローラ２６２内の図示せぬＣＰＵがやはり図示せぬＥＥＰＲＯＭ内のプログラムを実行する。図３は、このプログラムに従ってＣＰＵが実行する処理の内容を示すフローチャートである。

図３の処理を開始すると、システムコントローラ２６２は、まず、電子内視鏡１０の接続部１０ｄ内のＲＯＭ１１６からライトガイド１１７の直径の値を読み込み（Ｓ１００１）、次に、第２スライド機構２４３を制御することにより、撮像素子２２４を、その撮像面が原点に位置するまで移動させ（Ｓ１００２）、続いて、例えば無限大の値を初期値として一時記憶し（Ｓ１００３）、その後に、以下の処理ループを実行する。

その処理ループでは、システムコントローラ２６２は、まず、第１ドライブ回路２３２を制御することによって、回転遮蔽板２１４を、その開口が白色光の光路内に常時挿入される位置まで回転させるとともに、第１電源回路２３１を制御することによって白色光光源２１１だけを動作させることによってハーフミラー２２１に白色光のみを入射させる（Ｓ１０１１）。すると、撮像素子２２４の撮像面には、第２集光レンズ２２３によって白色光のスポット像が、形成される。撮像素子２２４は、そのスポット像を撮像することにより、その撮像面位置での白色光の二次元の強度分布を示すモノクロ画像データを生成し、生成したモノクロ画像データを可視配光データとして切替ＳＷ２５１へ向けて出力する。システムコントローラ２６２は、切替ＳＷ２５１を制御することによって撮像素子２２４とＶメモリ２５２とを接続し、可視配光データをＶメモリ２５２に記録する（Ｓ１０１２）。

続いて、システムコントローラ２６２は、第１ドライブ回路２３２を制御することによって、回転遮蔽板２１４を、その開口が白色光の光路から引き抜かれる位置まで回転させる（つまり白色光を遮蔽する）とともに、第２電源回路２３３を制御することによって励起光光源２１６だけを動作させることによってハーフミラー２２１に励起光のみを入射させる（Ｓ１０１３）。すると、撮像素子２２４の撮像面には、第２集光レンズ２２３によって励起光のスポット像が形成される。撮像素子２２４は、そのスポット像を撮像することにより、その撮像面位置での励起光の二次元の強度分布を示すモノクロ画像データを生成し、生成したモノクロ画像データを励起配光データとして切替ＳＷ２５１へ向けて出力する。システムコントローラ２６２は、切替ＳＷ２５１を制御することによって撮像素子２２４とＥメモリ２５３とを接続し、励起配光データをＥメモリ２５３に記録する（Ｓ１０１４）。

可視配光データと励起配光データとを取得した後、システムコントローラ２６２は、可視配光データの中心座標の輝度値と励起配光データの中心座標の輝度値とが互いに同一の階調値となるように、双方の配光データを規格化し、撮像面上の全画素のうち、撮像面内の中心の座標からライトガイド１１７の半径と同じ距離だけ離れた円周上にある画素のそれぞれについて、規格化後の双方の配光データの輝度値の差分を算出し、差分の平均値を、その時点の撮像面の位置での白色光の強度分布と励起光の強度分布との差分値として算出する（Ｓ１０１５）。

そして、白色光及び励起光の強度分布の差分値を算出すると、システムコントローラ２６２は、その強度分布の差分値が前回算出した強度分布の差分値よりも小さいか否かを、判別する（Ｓ１０１６）。但し、初めて強度分布の差分値を算出した場合、システムコントローラ２６２は、初期値と比較する。システムコントローラ２６２は、強度分布の差分値が前回算出した強度分布の差分値（又は初期値）よりも小さいと判断した場合（Ｓ１０１６；ＹＥＳ）、この強度分布の差分値を、次回の処理ループにおける前回の差分値として一時記憶し（Ｓ１０１７）、その後、第２スライド機構２４３を制御することにより、撮像素子２２４を、その撮像面が原点から離れる方向へ、所定の移動量だけ移動させ（Ｓ１０１８）、原点から撮像素子２２４の撮像面の位置までの距離を示す位置情報に対し、その移動量を加算することによって、その位置情報を更新する（Ｓ１０１９）。

以上の処理ループを繰り返し実行している最中に、或る回において、白色光及び励起光の強度分布の差分値がその前の回で算出した強度分布の差分値以上であると判断した場合（Ｓ１０１６；ＮＯ）、システムコントローラ２６２は、第１スライド機構２４１を制御することによって、撮像素子２２４の撮像面の位置情報の示す距離だけライトガイド１１７の基端面から離れた位置へ、第１集光レンズ２２２を移動させ（Ｓ１０２１）、図３の処理を終了する。

この図３の処理を実行した後、光源部２０ｂ内のシステムコントローラ２６２は、各観察モードでの動作ができるようになる。

まず、システムコントローラ２６２は、通常観察モードを示す信号を制御部２０ａから受信すると、第１電源回路２３１を制御することによって白色光光源２１１に対して白色光の射出を開始させ、第１ドライブ回路２３２を制御することによって、回転遮蔽板２１４を、その開口が白色光の光路内に常時挿入される位置まで、回転させ、第２電源回路２３３を制御することによって励起光光源２１６に対して励起光の射出を停止させる。これにより、白色光のみが第１集光レンズ２２２に入射するようになるので、電子内視鏡１０のライトガイド１１７には、白色光が連続して入射し、電子内視鏡１０の挿入部１０ａの先端からは、白色光が連続して射出される。

他方、システムコントローラ２６２は、特殊観察モードを示す信号を制御部２０ａから受信すると、第１電源回路２３１を制御することによって白色光光源２１１に対して白色光の射出を開始させ、第１ドライブ回路２３２を制御することによって回転遮蔽板２１４を回転させ、第２電源回路２３３を制御することによって励起光光源２１６に対して励起光の周期的な射出を開始させる。このとき、システムコントローラ２６２は制御部２０ａから受け取る上記の基準信号の示すタイミングに同期させながら白色光と励起光とを交互にダイクロイックミラー２１８へ入射させるように、回転遮蔽板２１４の回転位相と励起光の射出間隔を制御する。これにより、白色光と励起光とが交互に第１集光レンズ２２２に入射するようになるので、電子内視鏡１０のライトガイド１１７には、白色光と励起光とが交互に入射し、電子内視鏡１０の挿入部１０ａの先端からは、白色光と励起光とが交互に射出される。

画像処理部２０ｃは、電子内視鏡１０の挿入部１０ａ内の図示せぬ撮像素子が生成する画像データに所定の処理を施してビデオ信号に変換するための装置であり、プロセス回路，バッファ，デジタルシグナルプロセッサ，エンコーディング回路などの一般的なハードウエアを、備えている。

画像処理部２０ｃは、通常観察モードを示す信号を制御部２０ａから受信すると、被写体の表面で反射された白色光により形成される当該被写体の画像のカラー画像データを、通常観察画像データとして当該撮像素子から連続的に受信するようになる。

画像処理部２０ｃは、通常観察画像データを受信する毎に、通常観察画像データに対して色分離，デジタル化，カラーバランス等の処理を施し、処理後の通常観察画像データをＮＴＳＣ信号やＰＡＬ信号などのアナログのビデオ信号の形態で、表示装置３０へ出力する。ビデオ信号の形態の通常観察画像データが入力された表示装置３０は、通常観察画像データに基づいて、通常観察画像を映し出す。通常観察画像は、被写体の表面で反射された白色光により形成される当該被写体（すなわち白色光にて照明された被写体）の画像である。

また、画像処理部２０ｃは、特殊観察モードを示す信号を制御部２０ａから受信すると、被写体の表面で反射された白色光により形成される当該被写体の画像のカラー画像データと、被写体から放射された蛍光により形成される当該被写体の画像のカラー画像データとを、参照画像データ及び蛍光画像データとして、挿入部１０ａ内の図示せぬ撮像素子から交互に受信するようになる。画像処理部２０ｃは、画像データを受信する毎に、画像データに対して色分離，デジタル化，カラーバランス等の処理を施す。

画像処理部２０ｃは、処理後の参照画像データと処理後の蛍光画像データとを一組生成すると、双方の画像データから輝度成分を抽出し、双方の画像データの輝度成分を、最大輝度値と最小輝度値との間の階調数が互いに等しくなるようにそれぞれ規格化する。そして、画像処理部２０ｃは、参照画像データの規格化後の輝度成分から蛍光画像データの規格化後の輝度成分を差し引くことによって（同一の座標における輝度値の差分を全座標のそれぞれについて算出することによって）得られる差分データを、患部画像データとして算出する。そして、画像処理部２０ｃは、参照画像データ中の緑色成分に患部画像データを加算することにより、特殊観察画像データを生成する。

画像処理部２０ｃは、参照画像データと蛍光画像データとを一組生成する毎に、このような処理を実行することにより、特殊観察画像データを順次生成する。そして、画像処理部２０ｃは、特殊観察画像データをＮＴＳＣ信号やＰＡＬ信号などのアナログのビデオ信号の形態で、表示装置３０へ出力する。ビデオ信号の形態で特殊観察画像データが入力された表示装置３０は、特殊観察画像データに基づいて、参照画像に患部画像がスーパーインポーズされてなる特殊観察画像を映し出す。

以上のように構成されるので、本実施形態の電子内視鏡システムは、以下に記述するように、作用する。

電子内視鏡システムを使用して被験者に対して施術を行う術者は、表示装置３０及び本体装置２０の主電源をそれぞれ投入し、電子内視鏡１０の接続部１０ｄを本体装置２０に接続する。すると、本体装置２０内の光源部２０ｂでは、前述した図３の処理が実行されて、白色光の強度分布と励起光の強度分布と差が最も小さくなる位置に、第１集光レンズ２２２が配置される。なお、撮像素子２２４の位置の変化に伴う強度分布の変化について図４及び図５を用いて説明する。

図４は、第２集光レンズ２２３から射出される光の光路上における撮像素子２２４の撮像面の位置とその位置での光の強度分布との関係を示す説明図である。図４では、第２集光レンズ２２３近傍の撮像面位置には（１）の指標が付され、焦点近傍の撮像面位置には（３）の指標が付され、（１）と（３）との中間の撮像面位置には（２）の指標が付されている。また、図４では、（１）乃至（３）の位置での光の二次元の強度分布が、それぞれ、撮像素子２２４の撮像面上に、等高線にて模式的に示されている。なお、等高線が描かれた各撮像面における太線の円は、ライトガイド１１７と等しい直径を持つ円を示している。

また、図５は、（１）乃至（３）の撮像面位置での光の強度分布を径方向に沿った断面で見たときのグラフである。但し、これら三本のグラフは、中心での輝度値（強度）が互いに等しくなるように規格化されている。

これら図４及び図５に示されるように、第２集光レンズ２２３に入射する平行光の断面よりも小さい撮像面に対し、第２集光レンズ２２３によって収斂される光を入射させる場合、その撮像面上での光の強度分布は、その撮像面が焦点に近いと、鋭いピークを持つガウス分布となり、第２集光レンズ２２３に近くなればなるほど、中心と裾野との差があまりないなだらかな分布となる。

なお、撮像面の位置の変化に伴って強度分布のグラフが変形する度合いは、白色光と励起光とで異なっている。このようなグラフの変化の度合いの差異は、光源の相違や、光束径縮小光学系２１３及び第２集光レンズ２２３の色収差に起因する。このような差異があるため、白色光の強度分布と励起光の強度分布との差分値は、撮像素子２２４の位置の変化に伴って一様に変化しないので、その差分値が極小となるような撮像素子２２４の位置が、存在することとなる。

図３の処理によって、このような強度分布の差分値が極小となるような撮像素子２２４の位置が検出されると（Ｓ１０１６；ＮＯ）、第２集光レンズ２２３と撮像素子２２４の撮像面との位置関係（すなわち距離）が、第１集光レンズ２２２とライトガイド１１７の基端面との位置関係に反映される（Ｓ１０２１）。ここで、第２集光レンズ２２３は、第１集光レンズ２２２と同一の光学特性を有しており、且つ、平行光が、第１及び第２集光レンズ２２２，２２３に入射しているため、第２集光レンズ２２３に対する撮像素子２２４の撮像面の変位分を、そのまま、ライトガイド１１７の基端面に対する第１集光レンズ２２２の変位分として利用することができる。図６は、（１）乃至（３）の位置での撮像面と第２集光レンズ２２３との位置関係が第１集光レンズ２２２とライトガイド１１７の基端面との位置関係に反映された場合におけるライトガイド１１７の基端面への光の入射状態を示す模式図である。

電子内視鏡１０の接続部１０ｄを本体装置２０に装着することによって、ライトガイド１１７の基端面での白色光と励起光の強度分布をできるだけ一致させるような調節がなされた後、ハーフミラー２２１は図示せぬ移動機構によって光路中から退避させられる。そして、術者が、電子内視鏡１０の操作部１０ｂのスイッチを操作することによって通常観察モードに切り替え、電子内視鏡１０の挿入部１０ａの先端を被験者の体腔内に挿入する。すると、電子内視鏡１０の挿入部１０ａの先端からは、白色光が連続的に射出され、体腔壁の表面で反射された白色光により形成されたその体腔壁の画像が、カラーの通常観察画像として表示装置３０に映し出される。術者は、この通常観察画像を見ることにより、体腔壁の状態を観察することができる。

次に、術者は、カラーの通常観察画像の観察を通じて選択した部位に対して、特殊観察画像を利用した観察を行う。この場合、術者は、電子内視鏡１０の操作部１０ｂのスイッチを操作することによって特殊観察モードに切り替える。すると、電子内視鏡１０の挿入部１０ａの先端からは、白色光と励起光とが交互に射出され、病変部を緑色にて示す患部画像が体腔内のカラーの参照画像にスーパーインポーズされてなる特殊観察画像が、表示装置３０に映し出される。

このとき、ライトガイド１１７の基端面での白色光と励起光の強度分布がほぼ一致するように調節されているため、ライトガイド１１７の先端面から射出される白色光及び励起光のその先端面上での強度分布もほぼ一致している。そのため、参照画像データの輝度成分と蛍光画像データの輝度成分との差分を取った際に、体腔内の陰影の影響がほぼ排除され、病変部でないにも拘わらず明るく示されてしまうような部分が、特殊観察画像内に生じることがない。つまり、特殊観察画像において斑点状や塊状として緑色にて示された部分は、ほぼ、相対的に弱い蛍光を発する生体組織の集合体（すなわち、腫瘍や癌などの病変が生じている可能性の高い部位）を示すこととなるので、術者が、この緑色の病変部を通じて、正常な生体組織と異常な生体組織とを正反対に認識してしまうことはない。

以上に説明したように作用するため、本実施形態の電子内視鏡システムによれば、電子内視鏡１０のライトガイド１１７の基端面（入射端面）よりも光源側において白色光と励起光の強度分布をできるだけ揃えることができるようになり、その結果として、誤診を引き起こさせるような要因を減らすことができる。

なお、以上に説明した本実施形態の電子内視鏡システムでは、第２集光レンズ２２３に対して撮像素子２２４が接離自在に移動しているが、これに限定されるものではない。例えば、第２集光レンズ２２３が撮像素子２２４に対して接離自在に移動しても良いし、第２集光レンズ２２３と撮像素子２２４とが互いの相対的な距離を変化させながら、それぞれが移動しても良い。何れの場合であっても、第２集光レンズ２２３と撮像素子２２４との位置関係（距離）が、第１集光レンズ２２２とライトガイド１１７の基端面との位置関係に反映されれば良い。

本発明の実施形態である電子内視鏡システムの構成図 光源ユニットの構成図 ライトガイド装着時に光源ユニットのシステムコントローラが実行する処理の内容を示すフローチャート 第２集光レンズから射出される光の光路上における撮像素子の撮像面の位置とその位置での光の強度分布との関係を示す説明図 図４で示された各位置での光の強度分布を径方向に沿った断面で見たときのグラフ 図４で示された各位置での撮像面と第２集光レンズとの位置関係が第１集光レンズとライトガイドの基端面との位置関係に反映されたときの模式図

符号の説明

１０ 電子内視鏡
１１７ ライトガイド
２０ 本体装置
２０ａ 制御部
２０ｂ 光源部
２１１ 白色光光源
２１２ 赤外線除去フィルタ
２１３ 光束径縮小光学系
２１４ 回転遮蔽板
２１５ 光量絞り
２１６ 励起光光源
２１７ 平行化レンズ
２１８ ダイクロイックミラー
２２１ ハーフミラー
２２２ 第１集光レンズ
２２３ 第２集光レンズ
２２４ 撮像素子
２３１ システムコントローラ
２５０ 解析装置
２５１ 切替ＳＷ
２５２ Ｖメモリ
２５３ Ｅメモリ
２５４ 演算回路
２０ｃ 画像処理部
３０ 表示装置

Claims (3)

1. 内視鏡の挿入部内に引き通されてその挿入部の先端に射出端面が配置されたライトガイドの入射端面に対して光を供給する光源装置であって、
   白色光を平行光として射出する白色光光源，
   生体組織を励起させるための励起光を平行光として射出する励起光光源，
   前記白色光光源から平行光として射出される前記白色光の光路と前記励起光光源から平行光として射出される前記励起光の光路とを同一の光路となるように合成する光路合成素子，
   前記光路合成素子と前記ライトガイドの入射端面との間においてそのライトガイドの入射端面に対して接離自在に配置され、前記光路合成素子により光路が合成された前記白色光及び前記励起光を収斂させる第１集光レンズ，
   前記光路合成素子と前記第１集光レンズとの間に配置され、前記白色光の一部及び前記励起光の一部をそれぞれ反射して残りを透過させる部分反射部材，
   前記第１集光レンズと同一の光学特性を有し、前記部分反射部材において反射された前記白色光及び前記励起光を収斂させる第２集光レンズ，
   前記第２集光レンズの光軸上に沿ったその第２集光レンズに対する相対的な距離を自在に変化させ得るとともに、その第２集光レンズにより撮像面上に形成された前記白色光及び前記励起光のスポット像を撮像することにより、前記白色光及び前記励起光の強度分布を示す画像データを取得する撮像素子，
   前記光路合成素子に前記白色光が入射した期間に前記撮像素子が取得した画像データと、前記光路合成素子に前記励起光が入射した期間に前記撮像素子が取得した画像データとに基づいて、前記撮像素子の撮像面が採り得る位置のうち、前記白色光の強度分布と前記励起光の強度分布との差が最も小さくなる位置を検出する位置検出部，及び、
   前記位置検出部によって検出された前記撮像面の位置と前記第２集光レンズとの間の距離だけ、前記第１集光レンズが前記ライトガイドの入射端面から離れる位置まで、前記第１集光レンズを移動させる反映部
   を備えることを特徴とする光源装置。
2. 前記位置検出部は、前記撮像素子の撮像面における前記ライドガイドの入射端面と同じ大きさの領域内についてのみ、前記白色光の強度分布と前記励起光の強度分布とを比較する
   ことを特徴とする請求項１記載の光源装置。
3. 前記位置検出部は、前記ライトガイドの入射端面の大きさを、そのライトガイドが端部近傍に有している記憶装置から読み込み、読み込んだ大きさに基づいて前記撮像面での当該領域を特定する
   ことを特徴とする請求項２記載の光源装置。