JP2006051334A - 電子内視鏡システム及び電子内視鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】可視帯域の一部の光を励起光として挿入部の先端から射出した際に対物光学系に入射した光から励起光と同じ波長成分を除去できるにも拘わらず、通常観察モードにおける通常観察画像の色再現性が損なわれることを防止することができる電子内視鏡システムを、提供する。
【解決手段】電子内視鏡１０の挿入部１１は、その先端に対向した被写体像を撮像素子１１８の撮像面に形成する対物光学系１１４と、その対物光学系１１４を通過する光の光路に垂直に挿入された回転フィルタ１１６とを備える。回転フィルタ１１６に穿たれた二つの貫通孔には、透明な平行平面板１１６ａと励起光除去フィルタ１１６ｂとが嵌め込まれる。挿入部１１の先端から白色光と励起光とが交互に射出される特殊観察モードでは、回転フィルタ１１６が回転され、挿入部１１の先端から励起光が射出されている期間のみ、励起光除去フィルタ１１６ｂが対物光学系１１４内に挿入される。
【選択図】図２

Description

本発明は、体腔内を観察する際に用いられる電子内視鏡システムと、このような電子内視鏡システムを構成する電子内視鏡とに、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電子内視鏡システムが、開発されている。

この種の電子内視鏡システムの一つとして、少なくとも二つの観察モードを備えた電子内視鏡システムがある。一方の観察モードは、白色光にて照明された体腔壁の画像の画像データを取得し、この画像データに基づいて通常観察画像を表示装置に表示する従来一般の通常観察モードである。他方の観察モードは、蛍光を放射する体腔壁の画像の画像データを蛍光画像データとして取得してこれに所定の処理を施し、処理後の画像データに基づいて特殊観察画像を表示装置に表示する特殊観察モードである。特許文献１には、特殊観察画像を表示装置に表示する技術を備えた電子内視鏡システムが、開示されている。

上記の特殊観察モードを備えた電子内視鏡システムは、蛍光画像データを取得するため、電子内視鏡用プロセッサから、電子内視鏡内に引き通されたライトガイドの入射端面に対し、励起光を供給する。そして、励起光が供給されたライトガイドは、挿入部の先端へ励起光を導き、挿入部の先端に配置された射出端面から、挿入部の先端に対向する被写体に向けて、励起光を射出する。

なお、挿入部の先端が体腔内に挿入されている時に、その挿入部の先端から励起光が射出されると、体腔壁下の生体組織が放射した蛍光が、挿入部内の対物光学系に入射するとともに、体腔壁の表面で反射された励起光も、対物光学系に入射してしまう。すると、蛍光による像が励起光による像に埋没してしまい、蛍光画像データに処理を施した結果に不具合が生じてしまう。このような不具合を解消するため、従来の電子内視鏡は、挿入部の先端から撮像素子に至るまでの対物光学系内に、励起光除去フィルタを備えている。
特開２００２−１５３４１４号公報

ところで、前述した励起光は、紫外線などのような可視帯域以外の波長帯域の光であることが多い。この場合、挿入部内に組み込まれる励起光除去フィルタは、可視帯域以外の波長帯域の光を除去するものとなっているため、通常観察モードの時に、対物光学系内に励起光除去フィルタが配置されたままでも、体腔壁の表面で反射されて対物光学系に入射した光から、可視帯域の波長成分が除去されることがない。このため、通常観察画像は、色欠けすることなく正常に、表示装置に表示される。

その一方、最近では、可視帯域の一部の光を励起光として使用するケースが増えつつある。この場合、励起光除去フィルタは、可視帯域の一部の波長帯域の光を除去するものとせねばならない。しかし、そうすると、通常観察モードの時に、体腔壁の表面で反射されて対物光学系に入射した光のうち、一部の波長成分が、対物光学系内に配置された励起光除去フィルタによって除去されることとなる。そのため、通常観察画像の色再現性が悪化してしまう。

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、可視帯域の一部の光を励起光として挿入部の先端から射出した際に対物光学系に入射した光から励起光と同じ波長成分を除去できるにも拘わらず、通常観察モードにおける通常観察画像の色再現性が損なわれることを防止することができる電子内視鏡システムを、提供することにある。また、本発明の課題は、前述したような電子内視鏡システムを構成する電子内視鏡を、提供することにある。

上記の課題を達成するために発明された電子内視鏡システムは、電子内視鏡の挿入部の先端にその射出端面が配置されるように前記挿入部内に引き通されたライトガイドの入射端面に対し、光源装置から光を供給する電子内視鏡システムであって、前記電子内視鏡は、前記挿入部の先端に対向する被写体の像を形成する対物光学系，前記対物光学系が撮像面上に形成した像を撮像する撮像素子，生体組織を励起するための励起光の波長帯域と同じ可視帯域の光を除去する励起光除去フィルタ，及び、前記対物光学系内を通過する光の光路に前記励起光除去フィルタを挿入するための挿入手段を備え、前記光源装置は、白色光と前記励起光の何れかを選択的に前記ライトガイドの入射端面に供給する光源部，及び、前記励起光源から前記ライトガイドの入射端面に前記励起光が供給されている期間だけ、前記励起光除去フィルタが前記光路内に挿入されるように、前記挿入手段を制御する挿入制御部を備えることを、特徴としている。

このように、電子内視鏡の挿入部の先端から励起光を射出した時だけ、対物光学系内に励起光除去フィルタを挿入するようにすれば、対物光学系に入射した光の中から、励起光の波長帯域と同じ可視帯域の光のみを除去することができ、然も、白色光のみを挿入部の先端から射出する場合において、対物光学系に入射した光の中から何れの波長成分も除去することがない。

また、上記の課題を達成するために発明された電子内視鏡は、挿入部の先端にその射出端面が配置されるように前記挿入部内に引き通されたライトガイドを通じて、光源装置から供給される光を前記挿入部の先端へ導く電子内視鏡であって、前記挿入部の先端に対向する被写体の像を形成する対物光学系，前記対物光学系が撮像面上に形成した像を撮像する撮像素子，生体組織を励起するための励起光の波長帯域と同じ可視帯域の光を除去する励起光除去フィルタ，及び、前記光源装置から前記ライトガイドの入射端面に前記励起光が供給されている期間だけ、前記対物光学系内を通過する光の光路に前記励起光除去フィルタを挿入するための挿入手段を備えることを、特徴としている。

従って、この電子内視鏡は、前述した本発明の電子内視鏡システムを構成する電子内視鏡と同等に機能することとなる。

以上に説明したように、本発明によれば、可視帯域の一部の光を励起光として挿入部の先端から射出した際に対物光学系に入射した光から励起光と同じ波長成分を除去する場合であっても、通常観察モードにおける通常観察画像の色再現性が損なわれることを防止することができる。

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。本実施形態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。図２は、電子内視鏡１０の構成図である。電子内視鏡１０は、挿入部１１，操作部１２，ケーブル部１３，及び、接続部１４に、区分される。

挿入部１１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主要な構成としている。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。挿入部１１の内部の構成については後述する。

操作部１２は、各種スイッチ１２１，アングルノブ１２２，鉗子口１２３，ホース継手１２４などを備えた部分であり、挿入部１１の基端に接続されている。アングルノブ１２２は、挿入部１１におけるその先端から基端に向かって所定の長さの部分に組み込まれた湾曲機構を遠隔操作するための把手であり、このアングルノブ１２２が操作されると、挿入部１１の先端部分の湾曲状態が変化する。鉗子口１２３は、挿入部１１の内部に鉗子チャンネルとして引き通された細管１０１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１２３には蓋がされている。ホース継手１２４は、挿入部１１の内部に送気送水チャンネルとして引き通された細管１０２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１２においてアングルノブ１２２がある側とは反対側に備えられている。

ケーブル部１３は、各種の信号線１０３〜１０６とそれら信号線１０３〜１０６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１２の側面に接続されている。ケーブル部１３内に引き通された信号線１０３〜１０６のうち、信号線１０３は、操作部１２の各種スイッチ１２１に接続された信号線である。残りの信号線１０４〜１０６については後述する。

接続部１４は、ケーブル部１３の基端を本体装置２０に着脱自在に装着するためのいわゆるコネクタである。接続部１４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、端子１４１を備えている。この端子１４１の各電極には、ケーブル部１３内に引き通された信号線１０３〜１０６のうち、信号線１０３〜１０５の端部が接続されている。

これら各部１１〜１４に区分される電子内視鏡１０は、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１０７を内蔵している。ライトガイド１０７は、接続部１４，ケーブル部１３，操作部１２，及び、挿入部１１内に順に引き通されており、ライトガイド１０７の基端は、接続部１４における上記の装着面から突出する金属管１４２内に固定されている。ライトガイド１０７の先端部分は、それを構成する多数の光ファイバが二つの束に分けられてそれぞれ別個に束ねられることによって、二股に分岐しており、束ねられてなる各枝部の先端は、双方とも、挿入部１１の先端に固定されている。

図３は、挿入部１１の先端面の正面図である。挿入部１１の先端面には、五個の貫通孔が形成されている。そのうちの二個の貫通孔には、鉗子チャンネルとしての細管１０１，及び、送気送水チャンネルとしての細管１０２が接続されており、双方の貫通孔は、鉗子チャンネルの開口端１１１，及び、送気送水チャンネルの開口端１１２として機能する。なお、送気送水チャンネルの開口端１１２には、送られてきた液体や気体を対物光学系１１４の表面に向けて噴出するための図示せぬノズルが、装着されている。

また、残りの三個の貫通孔のうち、二個の貫通孔には、配光レンズ１１３，１１３が嵌め込まれている。図２に示されるように、二個の配光レンズ１１３，１１３には、それぞれ、ライトガイド１０７の先端部分に形成された各枝部の先端面が対向している。

そして、配光レンズ１１３，１１３が嵌め込まれている二個の貫通孔に挟まれた残りの一個の貫通孔には、第１レンズ１１４ａが嵌め込まれている。第１レンズ１１４ａは、挿入部１１内に配置された第２レンズ１１４ｂ及び第３レンズ１１４ｃとともに、対物光学系１１４を構成する。対物光学系１１４は、挿入部１１の先端に対向した被写体の像を形成する光学系である。第１レンズ１１４ａと第２レンズ１１４ｂとの間には、明るさ絞り１１５が配置されている。明るさ絞り１１５は、第１レンズ１１４ａと第２レンズ１１４ｂとの間を通過する光の量を制限する光学素子である。

挿入部１１は、更に、回転フィルタ１１６を内蔵している。図４は、回転フィルタ１１６の正面図である。回転フィルタ１１６は、同じ大きさで略半円形の二個の貫通孔が穿たれた円板であり、各貫通孔の円弧の中心は、回転フィルタ１１６の外周円の中心に一致している。一方の貫通孔には、透明な平行平面板１１６ａが嵌め込まれており、他方の貫通孔には、この平行平面板１１６ａと同じ大きさの励起光除去フィルタ１１６ｂが嵌め込まれている。なお、平行平面板１１６ａの重さは、励起光除去フィルタ１１６ｂとほぼ同じであり、これにより、回転フィルタ１１６の重心が大幅に偏心するのが防止されている。

励起光除去フィルタ１１６ｂは、所定の波長帯域の光を遮蔽してその他の波長帯域の光を透過させる光学素子である。この励起光除去フィルタ１１６ｂが除去できる光の波長帯域は、励起光の波長帯域に一致するように選択されている。励起光は、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光である。本実施形態では、励起光は、可視帯域の一部の波長帯域、例えば４００ｎｍ〜４５０ｎｍの一部の波長帯域を持つ光となっている。

回転フィルタ１１６は、明るさ絞り１１５と第２レンズ１１４ｂとの間において、対物光学系１１４の光軸に対して直交しており、対物光学系１１４を透過する光は、回転フィルタ１１６の偏心位置に入射する。この回転フィルタ１１６の中心は、モータ１１７の駆動軸の先端に固定されている。回転フィルタ１１６は、モータ１１７によって回転されると、対物光学系１１４を透過する光の光路に対し、平行平面板１１６ａと励起光除去フィルタ１１６ｂとを繰り返し交互に挿入する。

なお、図２には、回転フィルタ１１６における対物光学系１１４に挿入されていない部分が配光レンズ１１３と第１レンズ１１４ａとの間の間隙に配置されている状態が、図示されている。この間隙は、回転フィルタ１１６がモータ１１７の駆動軸に固定されていることを説明するために、便宜的に形成したものである。実際には、図３の破線にて示されるように、挿入部１１の先端面に直交する方向から見ると、回転フィルタ１１６は、各チャンネルの開口端１１１，１１２と各配光レンズ１１３，１１３との間において、これらに干渉しないように、且つ、その一部が第１レンズ１１４ａに重なるように、配置されている。

ところで、図３からも明らかなように、回転フィルタ１１６の直径が大きくなると、挿入部１１の直径を大きくしなければならない。これを防ぐため、本実施形態では、回転フィルタ１１６は、図２に示されるように、明るさ絞り１１５の近傍に配置されている。これは、明るさ絞り１１５の近傍では、光束の有効径が小さいため、平行平面板１１６ａや励起光除去フィルタ１１６ｂの大きさを抑えることができ、その結果として、回転フィルタ１１６全体を小さくすることができるからである。

挿入部１１は、更に、撮像素子１１８を内蔵している。撮像素子１１８は、二次元的に配列された多数の画素により構成される撮像面を有する単板のエリアイメージセンサであり、その撮像面上にはカラーフィルタがオンチップされている。撮像素子１１８は、その撮像面が対物光学系１１４の像面に一致する位置に、配置されている。

ケーブル部１３内に引き通された信号線１０３〜１０６のうち、信号線１０４〜１０６は、更に挿入部１１に引き通されており、前述したモータ１１７及び撮像素子１１８に接続されている。これら信号線１０４〜１０６のうち、モータ１１７に接続された信号線１０４，及び、撮像素子１１８の出力側の信号線１０５は、前述したように、接続部１４の端子１４１の電極に直接接続されている。その一方、撮像素子１１８の入力側の信号線１０６は、接続部１４内に配置されたドライバ１４３に接続されており、このドライバ１４３の入力側の信号線１４４が、端子１４１の電極に接続されている。

ドライバ１４３は、撮像素子１１８の駆動を制御するための回路である。本実施形態のドライバ１４３は、２フィールド：１フレームの飛越走査方式にて蓄積電荷を読み出させるように撮像素子１１８を制御する。

本体装置２０は、電子内視鏡１０を制御するためのプロセッサである。本体装置２０は、制御部２１，光源部２２，及び、画像処理部２３に、区分される。

制御部２１は、本体装置２０全体を制御するための機器であり、図示されてはいないが、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。制御部２１に接続されたモータ１１７，ドライバ１４３，光源部２２，及び、画像処理部２３は、これら基準信号に従って各種の処理を進行する。

この制御部２１は、図示されてはいないが、電子内視鏡１０の接続部１４が本体装置２０に装着されると、接続部１４の端子１４１，及び、信号線１０３，１０４，１４４を介して、接続部１４内のドライバ１４３，操作部１２の各種スイッチ１２１，及び、挿入部１１内のモータ１１７に接続される。

そして、制御部２１は、ドライバ１４３に接続されている状態では、そのドライバ１４３に基準信号を送出し続け、ドライバ１４３を通じて撮像素子１１８の駆動を制御する。

また、制御部２１は、操作部１２の各種スイッチ１２１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２２及び画像処理部２３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。

さらに、制御部２１は、モータ１１７に接続されている状態では、そのモータ１１７の駆動の開始又は停止を制御するとともに、モータ１１７の駆動中には基準信号に従って回転位相を制御する。

具体的には、制御部２１は、通常観察モード下では、モータ１１７を制御することによって回転フィルタ１１６の平行平面板１１６ａを、対物光学系１１４を通過する光の光路に挿入する。従って、通常観察モード下では、対物光学系１１４へ入射した光は、対物光学系１１４をそのまま透過することとなる。

他方、特殊観察モード下では、制御部２１は、モータ１１７を制御することによって回転フィルタ１１６を回転させる。このとき、制御部２１は、１フレーム中の第１フィールドの画像データに相当する電荷を撮像素子１１８が蓄積する間、対物光学系１１４内の光路に平行平面板１１６ａを挿入し、１フレーム中の第２フィールドの画像データに相当する電荷を撮像素子１１８が蓄積する間、対物光学系１１４内の光路に励起光除去フィルタ１１６ｂを挿入する。従って、特殊観察モード下では、対物光学系１１４をそのまま通過した光によって形成された像が、撮像素子１１８によって第１フィールドの画像データに変換され、対物光学系１１４に入射した光のうち励起光と同じ波長成分が除去された光によって形成される像が、撮像素子１１８によって第２フィールドの画像データに変換される。

光源部２２は、電子内視鏡１０のライトガイド１０７の基端面に光を供給するための機器である。なお、図示されてはいないが、電子内視鏡１０の接続部１４が本体装置２０に装着されると、接続部１４の金属管１４２が、光源部２２内に挿入され、ライトガイド１０７の基端が、光源部２２内に固定される。

図５は、光源部２２及び画像処理部２３の構成図である。光源部２２は、白色光源２２１，光束径縮小光学系２２２，回転遮蔽板２２３，励起光源２２４，ダイクロイックミラー２２５，及び、集光レンズ２２６から、構成されている。

白色光源２２１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と、放物面鏡の焦点に発光点が配置されたショートアークランプとを、主要な構成としている。光束径縮小光学系２２２は、一対の凸レンズ２２２ａ，２２２ｂからなるケプラー型のアフォーカル光学系であり、白色光源２２１から平行光として射出される白色光の光束径を縮小する。

回転遮蔽板２２３は、図示せぬ略半円形の開口が一つだけ穿たれた円板である。その開口の円弧の中心は、回転遮蔽板２２３の外周円の中心に一致しており、回転遮蔽板２２３の中心は、モータ２２３ａの駆動軸の先端に固定されている。また、回転遮蔽板２２３は、光束径縮小光学系２２２における凸レンズ２２２ａ，２２２ｂの間の焦点位置において、光束径縮小光学系２２２の光軸に対して直交しており、白色光は、回転遮蔽板２２３の偏心位置に入射する。このため、回転遮蔽板２２３が、モータ２２３ａによってその駆動軸を回転中心として回転されると、光束径縮小光学系２２２を透過する白色光の光路には、図示せぬ開口が繰り返し挿入され、光束径縮小光学系２２２からは、白色光が周期的に射出される。

励起光源２２４は、前述した励起光を平行光として射出する装置であり、励起光を発光点から放射するレーザー発光ダイオードと、このレーザー発光ダイオードから放射される励起光を平行光に変換するコリメートレンズとを、主要な構成としている。励起光源２２４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２２２から平行光として射出される白色光の光路と直交している。

ダイクロイックミラー２２５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２２５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、白色光の光路に対して４５°傾いているとともに、励起光の光路に対しても４５°傾いている。そして、光束径縮小光学系２２２から平行光として射出された白色光が、ダイクロイックミラー２２５を透過するとともに、励起光源２２４から平行光として射出された励起光が、ダイクロイックミラー２２５によって直角に反射されることにより、白色光と励起光とが同一の光路上を同じ方向へ進む。従って、ダイクロイックミラー２２５は、光路合成素子として機能する。

このダイクロイックミラー２２５は、物体を一方向に沿って平行移動させるための図示せぬステージ上に、設置されている。この図示せぬステージが駆動されると、ダイクロイックミラー２２５は、光束径縮小光学系２２２から平行光として射出される白色光の光路と励起光源２２４から平行光として射出される励起光の光路とが交差する位置から、引き抜かれる。図５には、引き抜かれた後の位置にあるダイクロイックミラー２２５が、一点鎖線にて、便宜的に示されている。また、この図示せぬステージがそれとは逆方向に駆動されると、ダイクロイックミラー２２５は、白色光の光路と励起光の光路とが交差する位置に、戻される。

集光レンズ２２６は、平行光を収斂させるためのコンデンサレンズである。集光レンズ２２６は、ダイクロイックミラー２２５を透過した白色光の光路（すなわち当該ミラー２２５にて反射された励起光の光路）上に配置されており、電子内視鏡１０の接続部１４の金属管１４２内に固定されているライトガイド１０７の基端面に向けて、これら光を収斂させる。従って、ライトガイド１０７の基端面は、入射端面として機能し、挿入部１１の先端に配置されるライトガイド１０７の先端面は、射出端面として機能する。

以上に説明した光学構成を有する光源部２２は、図示されてはいないが、白色光源２２１及び励起光源２２４の駆動の開始又は停止，ダイクロイックミラー２２５が設置された図示せぬステージの駆動，回転遮蔽板２２３のモータ２２３ａの駆動の開始又は停止，及び、回転遮蔽板２２３の回転位相を制御するためのシステムコントローラを、備えている。

具体的には、光源部２２の図示せぬシステムコントローラは、観察モードが通常観察モードへ切り替えられると、白色光源２２１に対して白色光の射出を開始させ、モータ２２３ａを制御することによって回転遮蔽板２２３の図示せぬ貫通孔を白色光の光路に挿入させ、さらに、図示せぬ駆動機構を制御して図示せぬステージを移動させることによって、白色光の光路と励起光の光路とが交差する位置からダイクロイックミラー２２５を引き抜く。これにより、白色光のみが集光レンズ２２６に入射するようになるので、電子内視鏡１０の金属管１４２内のライトガイド１０７の入射端面には、白色光が連続して入射し、ライトガイド１０７の射出端面から挿入部１１の先端の前方に向けて、白色光が連続して射出される。

他方、観察モードが特殊観察モードへ切り替えられると、図示せぬシステムコントローラは、白色光源２２１に対して白色光の射出を開始させ、モータ２２３ａを制御することによって回転遮蔽板２２３を回転させ、励起光源２２４に対して励起光の周期的な射出を開始させ、さらに、図示せぬ駆動機構を制御して図示せぬステージを移動させることによって、白色光の光路と励起光の光路とが交差する位置にダイクロイックミラー２２５を配置させる。このとき、図示せぬシステムコントローラは、１フレーム中の第１フィールドの画像データに相当する電荷を撮像素子１１８が蓄積する間は、集光レンズ２２６に白色光を入射させ、１フレーム中の第２フィールドの画像データに相当する電荷を撮像素子１１８が蓄積する間は、集光レンズ２２６に励起光を入射させる。これにより、電子内視鏡１０の金属管１４２内のライトガイド１０７の入射端面には、白色光と励起光とが交互に入射するようになるので、ライトガイド１０７の射出端面から挿入部１１の先端に向けて、白色光と励起光とが交互に射出される。

画像処理部２３は、電子内視鏡１０の挿入部１１内の撮像素子１１８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機器である。なお、図示されてはいないが、電子内視鏡１０の接続部１４が本体装置２０に装着されると、画像処理部２３は、接続部１４の端子１４１，及び、電子内視鏡１０の各部１１〜１４内の信号線１０５を介して、挿入部１１の先端内の撮像素子１１８に接続される。

図５に示されるように、画像処理部２３は、前段処理回路２３１，Ｒメモリ２３２ｒ，Ｇメモリ２３２ｇ，Ｂメモリ２３２ｂ，マトリックス回路２３３，Ｃメモリ２３４ｃ，Ｆメモリ２３４ｆ，演算回路２３５，合成回路２３６，及び、後段処理回路２３７から、構成されている。

前段処理回路２３１は、電子内視鏡１０の挿入部１１内の撮像素子１１８がアナログ信号の電送形態で出力した画像データのデータ形式を以後の処理に適切なデータ形式へと変換するための回路である。具体的には、前段処理回路２３１は、撮像素子１１８から繰り返し入力される画像データに対し、色分離，デジタル化，色空間変換，及び、カラーバランス等の一般的な処理を施す。前段処理回路２３１は、Ｒメモリ２３２ｒ，Ｇメモリ２３２ｇ，及び、Ｂメモリ２３２ｂに接続されているとともに、マトリックス回路２３３にも接続されており、前述した処理が施されてなるＲＧＢの色成分毎の画像データを、順次、各メモリ２３２ｒ，２３２ｇ，２３２ｂとマトリックス回路２３３とにそれぞれ出力する。

Ｒメモリ２３２ｒ，Ｇメモリ２３２ｇ，及び、Ｂメモリ２３２ｂは、何れも、画像データを一時的に記録しておくための記憶装置である。なお、前述したＲＧＢの色成分毎の画像データは、前段処理回路２３１からその色成分に対応するメモリ２３２ｒ，２３２ｇ，２３２ｂへ順次出力されるが、各メモリ２３２ｒ，２３２ｇ，２３２ｂが画像データを保存するか否かは、図示せぬメモリコントロール回路によって制御される。また、各メモリ２３２ｒ，２３２ｇ，２３２ｂに保存された画像データを出力するタイミングも、図示せぬメモリコントロール回路によって制御される。

具体的には、図示せぬメモリコントロール回路は、通常観察モードの時には、ＲＧＢの色成分毎の画像データを、前段処理回路２３１から送られてくるたびに、各メモリ２３２ｒ，２３２ｇ，２３２ｂに記録させ、後述の後段処理回路２３７が１フィールド分の画像データについての処理を開始するタイミングにて、出力させる。

他方、特殊観察モードの時には、図示せぬメモリコントロール回路は、１フレーム中の第１フィールドの画像データを各メモリ２３２ｒ，２３２ｇ，２３２ｂに記録させ、１フレーム中の第２フィールドの画像データを各メモリ２３２ｒ，２３２ｇ，２３２ｂに記録させない。そして、図示せぬメモリコントロール回路は、各メモリ２３２ｒ，２３２ｇ，２３２ｂに記録されているＲＧＢの色成分毎の画像データを、後述の後段処理回路２３７が第１フィールドの画像データについて処理を開始するタイミングにて出力させるとともに、同じ画像データを、後段処理回路２３７が第２フィールドの画像データについて処理を開始するタイミングにても出力させる。

マトリックス回路２３３は、ＲＧＢ画像データから輝度成分（Ｙ成分）の画像データを生成するための回路である。Ｃメモリ２３４ｃ及びＦメモリ２３４ｆは、何れも、画像データを一時的に記録しておくための記憶装置である。なお、前述した輝度成分の画像データは、マトリックス回路２３３からＣメモリ２３４ｃ及びＦメモリ２３４ｆへ順次出力されるが、各メモリ２３４ｃ，２３４ｆが画像データを保存するか否かは、図示せぬメモリコントロール回路によって制御される。また、これら各メモリ２３４ｃ，２３４ｆに保存された画像データを出力するタイミングも、図示せぬメモリコントロール回路によって制御される。

具体的には、図示せぬメモリコントロール回路は、通常観察モードの時には、Ｃメモリ２３４ｃ及びＦメモリ２３４ｆの何れに対しても、マトリックス回路２３３から出力される画像データを記録させない。

他方、特殊観察モードの時には、図示せぬメモリコントロール回路は、１フレーム中の第１フィールドの画像データの輝度成分をＣメモリ２３４ｃに記録させ、１フレーム中の第２フィールドの画像データの輝度成分をＦメモリ２３４ｆに記録させる。

なお、特殊観察モードにおける第１フィールドの画像データは、挿入部１１の先端の前方にある体腔壁の表面に入射した白色光のうちその表面で反射された光によって形成される像に基づいて、撮像素子１１８により生成されたものである。以下、この画像データを、便宜上、「参照画像データ」と表記する。

また、特殊観察モードにおける第２フィールドの画像データは、励起光が照射された体腔壁下の生体組織から放射される蛍光によって形成される像に基づいて、撮像素子１１８により生成されたものである。以下、この画像データを、便宜上、「蛍光画像データ」と表記する。

つまり、特殊観察モードでは、撮像素子１１８は、参照画像データと蛍光画像データとを交互に生成するので、マトリックス回路２３３からは、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が、交互に出力される。そして、Ｃメモリ２３４ｃには、参照画像データの輝度成分が記録され、Ｆメモリ２３４ｆには、蛍光画像データの輝度成分が記録される。

演算回路２３５は、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に基づいて新たな画像データを生成するための回路である。この演算回路２３５が行う処理内容を具体的に説明すると、まず、演算回路２３５は、１フレーム分の参照画像データ及び蛍光画像データの各輝度成分がＣメモリ２３４ｃ及びＦメモリ２３４ｆにそれぞれ記録されると、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。続いて、演算回路２３５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減算する（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）。その後、演算回路２３５は、その減算の結果得られる差分データを、患部画像データとして、後述の後段処理回路２３７が第１フィールドの画像データについて処理を開始するタイミングにて出力するとともに、同じ患部画像データを、後述の後段処理回路２３７が第２フィールドの画像データについて処理を開始するタイミングにても出力する。

合成回路２３６は、画像データ同士を合成するための回路であり、Ｇメモリ２３２ｇと演算回路２３５とに接続されている。通常観察モードでは、Ｇメモリ２３２ｇからはＧ成分の画像データが入力されるが、演算回路２３５からは患部画像データが入力されない。そのため、合成回路２３６は、通常観察モードでは、Ｇ成分の画像データに何の処理を施すこともなくそのままこれを出力する。一方、特殊観察モードでは、合成回路２３６は、Ｇメモリ２３２ｇからＧ成分の画像データが入力されるとともに、演算回路２３５から患部画像データが入力される。そして、合成回路２３６は、Ｇ成分の画像データの画素群のうち、患部画像データにおける１以上の輝度値を有する画素と同じ位置の画素群を、患部画像データのもので置換することによって、Ｇ成分の画像データに患部画像データを合成し、合成後の画像データを出力する。なお、この合成により、Ｇ成分の画像には、患部画像がオーバーレイされることとなる。

後段処理回路２３７は、ＲＧＢの色成分毎の画像データのデータ形式を外部装置へ出力するのに適切なデータ形式へと変換するための回路である。具体的には、後段処理回路２３７は、Ｒメモリ２３２ｒ及びＢメモリ２３２ｂから出力されるＲＢの色成分毎の画像データと、合成回路２３６から出力される画像データとに対し、アナログ化及びエンコーディング等の一般的な処理を施すことによって、飛越走査方式に準拠した例えばＮＴＳＣ信号などのビデオ信号を生成する。後段処理回路２３７は、生成したビデオ信号を、外部出力端子へ出力する。

表示装置３０は、画像を画面に表示するための装置である。表示装置３０は、本体装置２０の外部出力端子に接続されており、本体装置２０の画像処理部２３からビデオ信号の電送形態で出力された画像データに基づいて、画像を表示する。

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と本体装置２０とを接続してそれぞれの主電源を投入した後、電子内視鏡１０の接続部１４を本体装置２０に接続し、操作部１２のスイッチ１２１を操作することによって通常観察モードに切り替える。すると、前述したように、挿入部１１先端の対物光学系１１４内の光路に回転フィルタ１１６の平行平面板１１６ａが挿入された状態になる。また、白色光源２２１からは白色光が射出されるようになり、光源部２２の光束径縮小光学系２２２内の光路には、回転遮蔽板２２３の図示せぬ開口が挿入され、光束径縮小光学系２２２から射出される白色光の光路と励起光源２２４から射出される励起光の光路とが交差する位置からは、ダイクロイックミラー２２５が引き抜かれる。これにより、電子内視鏡１０の挿入部１１の先端からは、白色光が連続的に射出されるようになる。

術者が、白色光を射出している挿入部１１の先端を被験者の体腔内に挿入すると、白色光が体腔内に照射されるようになり、体腔壁の表面に入射した白色光のうちその表面で反射された光の一部が、対物光学系１１４に入射する。対物光学系１１４に入射した光は、回転フィルタ１１６の平行平面板１１６ａに入射することにより何れの波長成分も除去されることなくそのまま撮像素子１１８の撮像面に入射する。対物光学系１１４を透過した光によって撮像面上に形成された体腔壁の像は、撮像素子１１８によって画像データに変換され、画像処理部２３において前述の処理が施された画像データとして表示装置３０へ出力され、最終的に、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、励起光を利用する特殊観察を行う場合、電子内視鏡１０の操作部１２のスイッチ１２１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、前述したように、挿入部１１の先端の対物光学系１１４内の光路に回転フィルタ１１６の平行平面板１１６ａと励起光除去フィルタ１１６ｂとが交互に挿入されるようになる。また、励起光源２２４からは励起光が周期的に射出されるようになり、光源部２２の光束径縮小光学系２２２内の光路には、回転遮蔽板２２３の図示せぬ開口が繰り返し挿入されるようになり、光束径縮小光学系２２２から射出される白色光の光路と励起光源２２４から射出される励起光の光路とが交差する位置には、ダイクロイックミラー２２５が配置される。これにより、電子内視鏡１０の挿入部１１の先端からは、白色光と励起光とが交互に射出されるようになる。

これにより、白色光が挿入部１１の先端から射出される期間では、体腔壁の表面に入射した白色光のうちその表面で反射された光の一部が、対物光学系１１４へ入射し、対物光学系１１４へ入射した光は、回転フィルタ１１６の平行平面板１１６ａに入射することによって何れの波長成分も除去されることなくそのまま撮像素子１１８の撮像面に入射する。対物光学系１１４を透過した光によって撮像面上に形成された体腔壁の像は、撮像素子１１８によって参照画像データに変換され、画像処理部２３へ出力される。

一方、励起光が挿入部１１の先端から射出される期間では、励起光が照射された体腔壁下の生体組織が放射した蛍光の一部と、体腔壁の表面に入射した励起光のうちその表面で反射された励起光の一部とが、対物光学系１１４へ入射する。対物光学系１１４へ入射した光からは、回転フィルタ１１６の励起光除去フィルタ１１６ｂに入射することによって励起光と同じ波長成分が除去される。つまり、蛍光だけが、対物光学系１１４を透過する。そして、対物光学系１１４を透過した蛍光によって撮像面上に形成された体腔壁の像は、撮像素子１１８によって蛍光画像データに変換され、画像処理部２３へ出力される。

画像処理部２３は、参照画像データと蛍光画像データとが一組入力される毎に、双方の画像データの輝度成分に基づいて患部画像データを生成し、患部画像データと参照画像データとを合成してなる画像データを、特殊観察画像データとして、表示装置３０へ出力する。表示装置３０は、ビデオ信号の形態で特殊観察画像データが入力されると、その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。

術者は、このカラーの特殊観察画像を見ることにより、参照画像を通じて体腔壁の輪郭や凹凸を特定できるとともに、その参照画像の中において斑点状や塊状として緑色にて示された部分（患部画像中の輝度値が１以上の部分）により、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、認識することができる。

以上に説明したように、本実施形態の電子内視鏡システムは、電子内視鏡１０の挿入部１１の先端から励起光を射出した時だけ、対物光学系１１４内に励起光除去フィルタ１１６ｂを挿入するようにしている。そのため、特殊観察モードにおいては、対物光学系１１４に入射した光の中から、励起光の波長帯域と同じ可視帯域の光のみを除去することができ、通常観察モードにおいては、対物光学系１１４に入射した光の中から、何れの波長成分も除去されることがない。この結果、励起光除去フィルタ１１６ｂが挿入部１１内に配置されていたとしても、通常観察モードにおける通常観察画像の色再現性が損なわれることが、防止されることとなる。

ところで、前述した本実施形態の電子内視鏡システムは、白色光と励起光とを交互に射出して特殊観察画像データを生成する特殊観察モードを、備えていたが、さらに、励起光のみを射出して蛍光画像データを生成する蛍光観察モードを、備えていても良い。

なお、この蛍光観察モードへ切り替えられた時の電子内視鏡システムの動作を簡単に説明すると、回転フィルタ１１６の励起光除去フィルタ１１６ｂは、挿入部１１の先端の対物光学系１１４内の光路に挿入された状態になり、励起光源２２４からは励起光が連続的に射出されるようになり、白色光源２２１の駆動及び回転遮蔽板２２３の回転が停止される。これにより、電子内視鏡１０の挿入部１１の先端からは、励起光が連続的に射出されるようになる。

そして、挿入部１１内の対物光学系１１４には、励起光が照射された体腔壁下の生体組織が放射した蛍光の一部と、体腔壁の表面に入射した励起光のうちその表面で反射された励起光の一部とが入射し、対物光学系１１４へ入射した光からは、回転フィルタ１１６の励起光除去フィルタ１１６ｂに入射することよって励起光と同じ波長成分が除去される。対物光学系１１４を透過した蛍光によって撮像面上に形成された体腔壁の像は、撮像素子１１８によって蛍光画像データに変換され、画像処理部２３へ出力される。画像処理部２３は、通常観察モード下と同じように、マトリックス回路２３３を使用しない通常の処理を各画像データに施して、各画像データを表示装置へ出力する。これにより、カラーの蛍光画像が表示装置３０に映し出される。術者は、この蛍光画像をみることにより、白色光照明による観察とは別の観点から、体腔壁の状態を観察することができる。

このような蛍光観察モードを備えた電子内視鏡システムは、蛍光観察モード下では、対物光学系１１４内に励起光除去フィルタ１１６ｂが常時挿入された状態にするものの、通常観察モードの時には、対物光学系１１４内の光路から、励起光除去フィルタ１１６ｂを引き抜くので、やはり、通常観察画像の色再現性が損なわれることが防止されることとなる。

また、前述した本実施形態の電子内視鏡では、励起光除去フィルタ１１６ｂを対物光学系１１４内に挿入するために、円形の回転フィルタ１１６が用いられていたが、そうでなくても良く、例えば、図６に示されるような半円フィルタ１１６’であっても良い。

半円フィルタ１１６’は、頂角が９０度の扇形の貫通孔が二つ穿たれた半円形の平板であり、各貫通孔の円弧の中心は、半円フィルタ１１６’の外縁の円弧の中心に一致している。一方の貫通孔には、平行平面板１１６ａが嵌め込まれ、他方の貫通孔には、励起光除去フィルタ１１６ｂが嵌め込まれている。この半円フィルタ１１６’の外縁の円弧の中心は、モータ１１７の駆動軸の先端に固定されており、半円フィルタ１１６’は、特殊観察モードの時には、９０度の範囲内で往復回転運動するようにモータ１１７に駆動される。その往復回転の位相は、挿入部１１の先端から白色光が射出される期間に平行平面板１１６ａが対物光学系１１４内に挿入されるとともに、挿入部１１の先端から励起光が射出される期間に励起光除去フィルタ１１６ｂが対物光学系１１４内に挿入されるように、制御される。また、通常観察モードの時には、平行平面板１１６ａは、対物光学系１１４内に配置される。さらに、励起光のみを射出して蛍光画像データを生成する蛍光観察モードの時には、半円フィルタ１１６’の励起光除去フィルタ１１６ｂは、挿入部１１の先端の対物光学系１１４内の光路に挿入された状態で配置される。

このような半円フィルタ１１６’を備えた電子内視鏡システムによっても、電子内視鏡１０の挿入部１１の先端から励起光を射出した時だけ、対物光学系１１４内に励起光除去フィルタ１１６ｂが挿入されるので、特殊観察モードにおいては、対物光学系１１４に入射した光の中から、励起光の波長帯域と同じ可視帯域の光のみを除去することができ、通常観察モードにおいては、対物光学系１１４に入射した光の中から何れの波長成分も除去することがない。

また、前述した本実施形態の電子内視鏡システムでは、挿入部１１に組み込まれる回転フィルタ１１６は、励起光除去フィルタ１１６ｂの釣り合い錘として、平行平面板１１６ａを備えていたが、励起光除去フィルタ１１６ｂが非常に軽い場合や、釣り合い錘となる別の手段を回転フィルタ１１６に取り付けることができるならば、平行平面板１１６ａは回転フィルタ１１６になくても良い。

本発明の実施形態である電子内視鏡システムの構成図 電子内視鏡の構成図 挿入部の先端面の正面図 挿入部内の回転フィルタの正面図 光源部及び画像処理部の構成図 半円フィルタの正面図

符号の説明

１０ 電子内視鏡
１０７ ライトガイド
１１ 挿入部
１１３ 配光レンズ
１１４ 対物光学系
１１５ 光量絞り
１１６ 回転フィルタ
１１６ａ 平行平面板
１１６ｂ 励起光除去フィルタ
１１７ モータ
１１８ 撮像素子
１２ 操作部
１２１ スイッチ
１３ ケーブル部
１４ 接続部
２０ 本体装置
２１ 制御部
２２ 光源部
２３ 画像処理部

Claims (8)

1. 電子内視鏡の挿入部の先端にその射出端面が配置されるように前記挿入部内に引き通されたライトガイドの入射端面に対し、光源装置から光を供給する電子内視鏡システムであって、
   前記電子内視鏡は、
   前記挿入部の先端に対向する被写体の像を形成する対物光学系，
   前記対物光学系が撮像面上に形成した像を撮像する撮像素子，
   生体組織を励起するための励起光の波長帯域と同じ可視帯域の光を除去する励起光除去フィルタ，及び、
   前記対物光学系内を通過する光の光路に前記励起光除去フィルタを挿入するための挿入手段
   を備え、
   前記光源装置は、
   白色光と前記励起光の何れかを選択的に前記ライトガイドの入射端面に供給する光源部，及び、
   前記励起光源から前記ライトガイドの入射端面に前記励起光が供給されている期間だけ、前記励起光除去フィルタが前記光路内に挿入されるように、前記挿入手段を制御する挿入制御部
   を備える
   ことを特徴とする電子内視鏡システム。
2. 前記光源部は、前記ライトガイドの入射端面に前記白色光のみを供給する第１動作モード，前記ライトガイドの入射端面に前記白色光と前記励起光とを交互に供給する第２動作モード，及び、前記ライトガイドの入射端面に前記励起光のみを供給する第３動作モードのうち、選択された動作モードで動作する
   ことを特徴とする請求項１記載の電子内視鏡システム。
3. 前記挿入手段は、前記励起光除去フィルタが嵌め込まれた開口を有する平板と、その平板をそれと平行な平面内で移動させるためにその平板を駆動軸の先端に固定したモータとからなる
   ことを特徴とする請求項２記載の電子内視鏡システム。
4. 前記挿入制御部は、前記第２動作モードにおいては、前記平板が前記モータの駆動軸を中心として回転するように、前記挿入手段を制御する
   ことを特徴とする請求項３記載の電子内視鏡システム。
5. 前記平板の開口が、扇形に形成され、前記平板における前記開口の円弧の中心に一致する箇所が、前記モータの駆動軸に固定されている
   ことを特徴とする請求項３又は４記載の電子内視鏡システム。
6. 前記平板の開口が、半円形である
   ことを特徴とする請求項５記載の電子内視鏡システム。
7. 前記平板は、半円形の開口が一対穿たれた円板であり、一方の開口には、前記励起光除去フィルタが嵌め込まれ、他方の開口には、透明な平行平面板が嵌め込まれている
   ことを特徴とする請求項６記載の電子内視鏡システム。
8. 挿入部の先端にその射出端面が配置されるように前記挿入部内に引き通されたライトガイドを通じて、光源装置から供給される光を前記挿入部の先端へ導く電子内視鏡であって、
   前記挿入部の先端に対向する被写体の像を形成する対物光学系，
   前記対物光学系が撮像面上に形成した像を撮像する撮像素子，
   生体組織を励起するための励起光の波長帯域と同じ可視帯域の光を除去する励起光除去フィルタ，及び、
   前記光源装置から前記ライトガイドの入射端面に前記励起光が供給されている期間だけ、前記対物光学系内を通過する光の光路に前記励起光除去フィルタを挿入するための挿入手段
   を備えることを特徴とする電子内視鏡。