JP2014098653A - 分光測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】受光素子の受光面の各画素位置と入射光波長との対応関係の校正における堅牢性を向上させること。
【解決手段】分光測定装置の演算処理部は、受光素子の受光面に入射した校正光の検出結果を表すスペクトルデータから複数の検出ピークを取得し、校正光における複数の既知ピークの少なくとも１つに対応する少なくとも１つの検出ピークを抽出し、抽出された検出ピークに対応する少なくとも１つの既知ピークを抽出し、抽出された既知ピークに対応する検出ピークが受光面において現れる画素の位置を受光面の既知ピーク出現画素位置として同定する。
【選択図】図１２

Description

本発明は、体内管腔の測定対象部位を分光法により測定するための分光測定装置に関する。

従来、体内管腔の測定対象部位を分光法により測定するための分光測定装置としては、体内管腔の測定対象部位に励起光を照射することでその部位から放射される蛍光又はラマン散乱光のスペクトルデータを取得するものが知られている。

この分光測定装置は、受光面に入射した光を光電変換する受光素子を有する。また、分光測定装置は、受光光を分光光学系によって分光したうえで受光素子の受光面の光の波長に応じた位置に入射させるよう構成されている。よって、分光測定装置が測定対象部位からの放射光を受光すると、この光は分光光学系によって分光された後、受光素子に入射する。このとき、光電変換により得られるアナログ電圧信号は、放射光のスペクトルを表すものとなる。したがって、この信号を処理することで測定対象部位からの放射光のスペクトルデータを取得することができ、そしてこのスペクトルデータを解析することで測定対象部位の病変等の状態を判定することができる。

このような分光測定装置においては、様々な要因による各部材の位置ずれ等により、受光面内の各画素に入射する光の波長が変化することがある。そのため、画素位置（画素座標）と入射光波長との対応関係を適宜校正する必要がある。

従来の一般的な校正方法では、校正のために予め定められた波長つまり既知波長のピーク（既知ピーク）を含むスペクトルを有する光（校正光）を分光光学系経由で受光素子の受光面に入射させる。そして、受光素子での光電変換を通じて得られるスペクトルデータにおいて、既知ピークに相当する真のピークが現れる画素位置を同定する。そして、既知ピークの波長と同定された画素位置とに基づく多項式近似により、受光面の全画素位置に入射する光の波長を特定する。

各既知ピークの画素位置同定においては、既知ピークに相当せず実際はノイズである偽のピークを一切検出することなく真のピーク全てを確実に検出し得る、すなわち過不足なくピークを検出し得るピーク検出精度が要求される。過不足なくピークを検出するための方法が従来から提案されている（例えば特許文献１参照）。

特開２０１１−１１７７７７号公報

上記の同定を含む校正のための演算処理は、通常は例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算処理部において行われるものである。その一般的な手順としては、スペクトルデータにおいてスペクトル強度が極大となる画素位置を複数特定し、特定された画素位置をスペクトル強度の高い順に個々の既知ピークに対応付ける、という手順が挙げられる。既知ピークが十分に鋭く、そのため高いＳＮ（Signal to Noise）比で測定が行える場合には、過不足なくピークを検出することは容易であり、校正も容易且つ確実に行うことができる。

ただし、たとえ既知ピークが十分に鋭いとしても、室内光等の迷光が受光光に混入する場合には、十分なＳＮ比で測定が行えないため、偽のピークを検出する虞がある。したがって、ピーク検出精度を確保するためには、偽のピークの検出（誤検出）も真のピークの不検出（検出逃し）も誘発しない環境が望ましい。しかしながら、ユーザーがこの装置を使用する度にそのような環境を整えることは現実には難しく、たとえ可能であるとしてもユーザーにとっては不便である。

よって、ピーク検出精度が不十分で検出ピークの数に過不足があった場合でも確実に画素位置と入射光波長との対応関係を校正可能な、校正の堅牢性が要求される。

本発明の目的は、受光素子の受光面の各画素位置とそこに入射する光の波長との対応関係の校正における堅牢性を向上させることができる分光測定装置を提供することである。

本発明に係る分光測定装置は、
外部からの光を分光する分光光学系と、
分光光が入射する位置に配置された複数の画素を有する受光面を有し、前記受光面に入射した光を光電変換する受光素子と、
複数の既知ピークを含むスペクトルを有する校正光が前記分光光学系により分光されて前記受光面に入射したときに、前記受光素子による光電変換を通じて得られるスペクトルデータを用いて、前記受光面の各画素の位置と入射光波長との対応関係を校正する演算処理部と、を有し、
前記演算処理部は、
前記スペクトルデータから複数の検出ピークを取得し、
前記複数の既知ピークの少なくとも１つに対応する少なくとも１つの検出ピークを、取得された複数の検出ピークから抽出し、
抽出された少なくとも１つの検出ピークに対応する少なくとも１つの既知ピークを、前記複数の既知ピークから抽出し、
抽出された少なくとも１つの既知ピークに対応する検出ピークが前記受光面において現れる画素の位置を、前記受光面の既知ピーク出現画素位置として同定し、
同定された既知ピーク出現画素位置に基づいて、前記対応関係を校正する。

本発明によれば、受光素子の各画素位置とそこに入射する光の波長との対応関係の校正における堅牢性を向上させることができる。

本発明の一実施の形態に係る分光測定装置を含む内視鏡システムの構成を示す図 内視鏡本体の先端部の構成を示す図 プローブの内部構成を示す図 分光器の内部構成を示す図 画素位置と入射光波長との対応関係の一例を示す図 校正動作を説明するためのフロー図 校正光として使用される校正用光源からの光のスペクトルデータの一例を示す図 輝線波長データの一例を示す図 校正光として使用される蛍光のスペクトルデータの一例を示す図 校正光として使用されるラマン散乱光のスペクトルデータの一例を示す図 校正光の検出結果を表すスペクトルデータの一例を示す図 図６の校正動作における演算処理の手順を説明するためのフロー図 検出ピークデータの一例を示す図 図１２の演算処理手順における一次照合工程を説明するための図 図１２の演算処理手順における二次照合工程を説明するための図 輝線出現画素位置データの一例を示す図

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係る内視鏡システムの構成を示す図である。図１に示す内視鏡システム１は、内視鏡本体２、内視鏡本体２が接続される内視鏡制御装置３、分光測定装置４、及び分光測定装置４に接続される光学プローブ（以下、単に「プローブ」という）１１を有する。

内視鏡本体２は、体内管腔（以下、単に「管腔」という）に挿入可能となるよう細径且つ長尺に形成された挿入部２１と、挿入部２１の基端部２１ａに設けられた操作部２２と、操作部２２を介して挿入部２１及び内視鏡制御装置３を通信可能に接続するケーブル２３と、を有する。

挿入部２１は、管腔内部を進入する際に管腔の湾曲に応じて容易に湾曲可能な可撓性を、その略全長にわたって有する。また、挿入部２１は、操作部２２のノブ２２ａの操作に従って先端部２１ｂ側の一定範囲（操作可能部２１ｃ）を任意の角度で湾曲させることができる機構（図示せず）を有する。

内視鏡本体２は、図２に示すように、カメラＣＡ及び鉗子チャンネルＣＨを有する。なお、図示しないが、内視鏡本体２に送気送水ノズルを設けても良い。

カメラＣＡは、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサー又はＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサー等の固体撮像素子を備えた電子カメラであり、内視鏡本体２の先端部２１ｂに配置されている。カメラＣＡは、照明光で照明された領域（管腔の観察対象部位）を撮像し、その撮像信号を内視鏡制御装置３に伝送する。

鉗子チャンネルＣＨは、操作部２２に形成された導入口２２ｂと連通するように挿入部２１に形成された数ｍｍ程度の径、例えば２．６［ｍｍ］径の内腔である。鉗子チャンネルＣＨには、鉗子又はプローブ１１等の医療器具を挿通することができる。

内視鏡本体２が接続されている内視鏡制御装置３は、内視鏡本体２のカメラＣＡによる撮影並びにその映像の処理及び表示等を制御するための装置であり、映像処理部３２及びＣＰＵ３３を有する。内視鏡制御装置３には、入力装置６及びモニター８も接続されている。入力装置６は、内視鏡制御装置３に対するユーザーの指示を入力する。本実施の形態では、入力装置６は、例えば、キーボード、マウス又はスイッチ等により構成される。モニター８は、例えば液晶表示装置等の表示装置である。

映像処理部３２は、内視鏡本体２から撮像信号を受信し、この撮像信号に対して所定の信号処理を行い、処理後の信号を内視鏡映像信号としてモニター８に出力する。これにより、内視鏡映像信号に基づく内視鏡映像がモニター８の画面上に表示される。すなわち、管腔内の観察対象部位が撮像されると、その映像がモニター８に表示される。ＣＰＵ３３は、カメラＣＡによる撮像、映像処理部３２による映像処理、及びモニター８による映像表示の制御を行う。なお、映像を記憶する記憶装置が内視鏡制御装置３に内蔵又は接続されていても良い。

プローブ１１は、内視鏡本体２の鉗子チャンネルＣＨに挿通可能な長尺且つ細径の管状部材であり、内視鏡本体２の挿入部２１と同様に可撓性を有する。プローブ１１は、プローブ基端部１１ａに設けられたコネクター４６により分光測定装置４に装着される。

また、プローブ１１は、図３に示すように、対物レンズ１２、１３、１４、照明用光ファイバー１５、励起用光ファイバー１６、受光用光ファイバー１７、及び光学フィルター１８、１９を有する。

照明用光ファイバー１５は、分光測定装置４内で生成された照明光を導光する光ファイバー又はその束である。照明用光ファイバー１５により導光されその先端から出射した光は、プローブ先端部１１ｂに配置された対物レンズ１２を介して管腔の観察対象部位へ照射される。照明光の照射により観察対象部位は照明され、カメラＣＡによる撮像に適した状態となる。

なお、上記のように本実施の形態において照明光の照射はプローブ１１経由で行われるが、内視鏡本体２にライトガイドが内蔵され、このライトガイド経由で照明光の照射が行われるようなシステム構成を採用しても良い。この場合、通常は内視鏡制御装置３に照明光の光源が装備される。また、内視鏡本体２に内蔵されたライトガイド経由での照明光照射と、プローブ１１に内蔵された照明用光ファイバー１５経由での照明光照射と、の併用も可能である。

励起用光ファイバー１６は、分光測定装置４内で生成された、測定対象物から放射光を放出させるための光（以下、「励起光」という）を導光する光ファイバー又はその束である。励起用光ファイバー１６により導光されてその先端から出射した光は、励起光の波長と異なる波長の光成分を全て濾去する光学フィルター１８を通過し、さらに、プローブ先端部１１ｂの対物レンズ１３を介して管腔の測定対象部位へ照射される。測定対象部位は、励起光の照射を受けると励起され、励起光を単に反射するだけでなく蛍光又はラマン散乱光を放射する状態となる。

受光用光ファイバー１７は、プローブ先端部１１ｂに配置された対物レンズ１４を介して外部からの光を受光し、この受光光を導光する光ファイバー又はその束である。

ここで、上記「外部からの光」は、測定対象部位の分光測定（以下、単に「分光測定」という）が実行されるときは測定対象部位からの放射光である。また、後述する受光素子４２ｅの受光面４２ｆにおける画素位置と入射光波長との対応関係の校正（以下、単に「校正」という）が実行されるときは、上記「外部からの光」は校正光である。励起光の照射を受けた測定対象部位からの放射光には、測定対象部位の蛍光又はラマン散乱光のほかに、励起光と同一波長の反射光が含まれるが、励起光と同一波長の光成分は光学フィルター１９によって濾去される。校正光は、既知ピークを含むスペクトルを有する光であるが、この光は、所定の校正用光源からの光照射を受けた所定の校正用試料から放射された蛍光又はラマン散乱光であっても良いし、所定の校正用光源から発光された光そのものであっても良い。校正用光源から発光される光が校正光として用いられる場合、この光源からの光は輝線スペクトルをもつ光であることが好ましい。

次に、分光測定装置４の構成について説明する。分光測定装置（以下、単に「測定装置」という）４は、図１に示すように、観察用の照明光を生成する照明光源４１ａ、測定用の励起光を生成する励起光源４１ｂ、分光器４２、演算処理部としてのＣＰＵ４３、及び記憶部としての記憶装置４５を有する。測定装置４には、入力装置５及びモニター７が接続されている。入力装置５は、測定装置４に対するユーザーの指示を入力する。本実施の形態では、入力装置５は、例えば、キーボード、マウス又はスイッチ等により構成される。モニター７は、例えば液晶表示装置等の表示装置である。記憶装置４５は、例えばハードディスクドライブ等の記憶装置である。なお、記憶装置４５は、測定装置４に内蔵されたものでなくても良く、例えば測定装置４に外付けされたものであっても良いし、或いは通信ネットワーク上に存在するものであっても良い。

照明光源４１ａは、例えばキセノンランプ又はハロゲンランプ等の発光装置であり、白色光を、又は図示されないフィルターを介してＲＧＢ各色の光を、観察用の照明光として生成する。照明光源４１ａは、管腔内の観察対象部位を照らす処理の実行指示が入力装置５に入力された場合、照明光を発光する。

励起光源４１ｂは、例えば半導体レーザー又は固体レーザー等の発光装置であり、測定対象部位の生体組織を励起して蛍光又はラマン散乱光を生じさせるための励起光として、特定波長の光を生成する。なお、励起光源４１ｂはＬＥＤ（Light Emitting Diode）等、別のタイプの発光装置であっても良い。励起光源４１ｂは、測定対象部位の生体組織を検査する処理の実行指示が入力装置５に入力された場合、励起光を発光する。

分光器４２は、プローブ１１の受光用光ファイバー１７により導光された外部からの受光光の分光及び検出を行う。分光器４２は、例えば図４に示すように、スリット４２ａ、コリメートミラー４２ｂ、回折格子４２ｃ、集光ミラー４２ｄ、及びＣＣＤイメージセンサー又はＣＭＯＳイメージセンサー等の固体撮像素子を備えた受光素子４２ｅを有する。受光素子４２ｅの受光面４２ｆは、分光光が入射する位置に配置された複数の画素を有する。

分光器４２において、受光光は、スリット４２ａを通過することでスリット光となり、コリメートミラー４２ｂで反射することで平行光となる。その後、受光光は回折格子４２ｃにより分光され、集光ミラー４２ｄにより集光されて、受光素子４２ｅの受光面４２ｆに入射する。よって、受光面４２ｆにおける異なる画素位置には異なる波長の光が入射するようになっている。図５は、受光面４２ｆの画素位置と入射光波長との対応関係（以下、単に「対応関係」という）の一例を示す図である。

なお、図５のようにテーブル形式で表される対応関係は、例えば次の式（１）のように数式で、より具体的には多項式で表すこともできる。

ここで、ｘは画素位置（例えば１≦ｘ≦２０４８）であり、ｙは波長（単位はナノメートル）である。

ここで、適切に構成された測定装置４においては、対応関係が大きく変化することはないと考えられる。したがって、測定装置４の初期に得られた（例えば測定装置４が製造工場から出荷される前に測定された）対応関係を初期校正データとして記憶装置４５に記憶させておくことが好ましい。対応関係が校正された場合、記憶装置４５は、校正後の対応関係を記憶する。

受光素子４２ｅは、受光面４２ｆに入射した光を光電変換し、その結果として生成された、放射光のスペクトルを表すアナログ電圧信号を出力する。この信号は、図示されない信号処理部によって増幅及びアナログディジタル変換等の信号処理を受けることでスペクトルデータとなってＣＰＵ４３に入力される。

また、分光器４２において、スリット４２ａ、コリメートミラー４２ｂ、回折格子４２ｃ及び集光ミラー４２ｄの組合せは、外部からの受光光を分光する分光光学系を構成する。ただし、分光光学系の構成は、種々変更して実施可能である。例えば、平行光を生成する光学部品として反射型のコリメートミラー４２ｂの代わりに透過型のコリメートレンズを用いても良い。また、分光を行う光学部品として反射型の回折格子４２ｃの代わりに透過型の回折格子を用いても良い。或いは、回折格子４２ｃの代わりにプリズムを用いても良い。また、集光を行う光学部品として反射型の集光ミラー４２ｄの代わりに透過型の集光レンズを用いても良い。

ＣＰＵ４３は、測定に関わる各部の制御を行うと共に、分光器４２からのスペクトルデータを用いて各種の演算処理を実行する。分光測定実行の際に分光器４２で得られるスペクトルデータは、測定対象部位からの放射光の検出結果を表すスペクトルデータである。この場合、ＣＰＵ４３は、スペクトルデータを用いて測定用データを生成する。例えば、測定対象部位における病変の有無及びその種類の判別等の判定のための演算処理を行い、その結果をモニター７に表示させ、或いは記憶装置４５に記憶させる。或いは、外部機器で診断を行うために、スペクトルデータに日時情報等の必要な情報を付加したり、必要なデータ処理を施したりして測定用データを生成し、記憶装置４５に保存したり、図示しない接続端子を通じて外部の機器又はネットワークに送信することもできる。一方、校正実行の際に分光器４２で得られるスペクトルデータは、校正光の検出結果を表すスペクトルデータである。この場合、ＣＰＵ４３は、スペクトルデータを用いて、後述する手順に従って校正のための演算処理を実行する。

次いで、本実施の形態の校正動作について説明する。図６は、校正動作を説明するためのフロー図である。なお、以下説明する校正動作は、校正用光源から発光される光を校正光として使用する場合を例にとって説明する。

まず、ステップＳ１では、ユーザーが、プローブ先端部１１ｂを校正用光源に向けて配置する。例えば、校正用光源を、プローブ先端部１１ｂに被せることができるようにキャップ型のユニットとして構成しておくと、プローブ先端部１１ｂと校正用光源との対向配置を容易に行うことができ、また、迷光の混入を抑制することもできる。

そして、ステップＳ２では、ユーザーが校正用光源を操作して、校正用光源からプローブ１１への校正光の照射を実行させる。これにより、校正光はプローブ１１により受光され、受光光としてプローブ１１により導光されて、分光器４２に入射する。

ここで、校正用光源から照射される光は、例えば図７に示すように、複数のピークとして複数の輝線（図７では５つの輝線）を含む所定の輝線スペクトルを有する光である。これらの輝線の数及び波長は、校正に用いる輝線波長データ（図８参照）として予め記憶装置４５に記憶されており、よって既知である。

なお、図９及び図１０に示すように、複数の既知ピークを含むスペクトルを有する蛍光（図９参照）又はラマン散乱光（図１０参照）を校正用試料から放射させ、その放射光を校正光として使用しても良い。

ステップＳ３では、分光器４２が、入射した受光光を分光光学系により分光し、受光素子４２ｅにより検出する。そして、ステップＳ４では、分光器４２が、受光素子４２ｅでの光電変換によって得た電圧信号に対して所定の信号処理を行うことにより、スペクトルデータ（図１１参照）を取得する。そして、ステップＳ５では、ＣＰＵ４３が、スペクトルデータを用いて、校正のための演算処理を実行する。

校正のための演算処理は、図１２に示す手順に従って実行される。

ＣＰＵ４３は、まず、スペクトルデータにおいてピーク検出を行い、その結果として取得された複数の検出ピークの波長及び画素位置を検出ピークデータ（図１３参照）として記憶装置４５に記憶させる（ステップＳ５１）。

また、各検出ピークが現れる受光面４２ｆ内の画素位置は、スペクトルデータを構成するデータ値の序列を受光面４２ｆ内の各画素位置の番号（つまり座標値）に対応付けておけば、スペクトルデータから容易に特定可能である。そして、各検出ピークの波長は、予め記憶装置４５に記憶されている対応関係（ここでは前述の初期校正データとする）を参照することで、各検出ピークの画素位置から特定可能である。

ピーク検出の方法としては例えば、ある一定の幅を有する波長範囲（窓）においてスペクトル強度が極大となる波長を探索し、この探索を受光光の全波長範囲にわたって行う、という方法が挙げられる。このピーク検出方法では、迷光の混入等に起因するノイズの大きさ及び設定された窓幅の広さ等によっては誤検出或いは検出逃しを生じることがあり、その結果として輝線数に対する検出ピーク数の過不足を生じることがある。ここでは輝線数が５つ（図７及び図８参照）であるのに対して検出ピーク数が６つ（図１１及び図１３参照）であると仮定する。

なお、ピーク検出の際、スペクトル強度或いはピーク尖鋭度（例えば高さ／半値幅）が一定の閾値未満のピークは、ノイズと見なしても良い。

ちなみに、特許文献１記載のピーク検出方法では、どの画素位置付近にピークが現れるかが予め把握されており、探索窓の位置がピーク出現の予想範囲に予め指定されている。この方法では、探索窓が狭く設定されると、真のピークの出現が予想範囲を超えやすくなるため、検出逃し及び誤検出の双方の可能性が高くなる。この点につき、本実施の形態では、窓幅が可変であるため、窓幅を適宜設定することでピーク検出精度の改善を図ることができる。

ＣＰＵ４３は、記憶装置４５から輝線波長データを読み出し（ステップＳ５２）、ステップＳ５１で得た検出ピークデータとステップＳ５２で得た輝線波長データとの照合（一次照合）を行う（ステップＳ５３）。この一次照合により、少なくとも１つの輝線との対応が想定される検出ピークが抽出され、５つの輝線のいずれとも対応が想定されない検出ピークが除外される。より具体的には、各輝線について、その輝線の波長から最も近い波長を有する検出ピークが、その輝線に対応する検出ピークとして抽出される。抽出されない検出ピークは、対応する輝線が存在しないにもかかわらず検出された偽のピーク（つまりノイズ）と見なされて除外される。ここでは、図１４に示すように、検出ピーク番号＃１、＃５を有する検出ピークが除外され、検出ピーク番号＃２、＃３、＃４、＃６を有する検出ピークが抽出される。ＣＰＵ４３は、抽出された検出ピークだけが残るように検出ピークデータを絞り込む。

続いて、ＣＰＵ４３は、ステップＳ５３で得た一次照合後の検出ピークデータとステップＳ５２で得た輝線波長データとの照合（二次照合）を行う（ステップＳ５４）。この二次照合により、上記抽出された検出ピークのいずれか１つとの対応が想定される輝線が抽出され、上記抽出された検出ピークのいずれとも対応が想定されない輝線が除外される。より具体的には、各検出ピークについて、その検出ピークの波長から最も近い波長を有する輝線が、その検出ピークに対応する輝線として抽出される。抽出されない輝線は、対応する真のピークの不検出（検出逃し）が発生したと見なされて除外される。ここでは、図１５に示すように、輝線番号＃３を有する輝線が除外され、輝線番号＃１、＃２、＃４、＃５を有する輝線が抽出される。ＣＰＵ４３は、抽出された輝線だけが残るように輝線波長データを絞り込む。

ステップＳ５３の一次照合工程及びステップＳ５４の二次照合工程を終えると、検出ピーク番号＃２、＃３、＃４、＃６を有する検出ピークが輝線番号＃１、＃２、＃４、＃５を有する輝線にそれぞれ対応することが判明する。言い換えると、初期校正データによれば波長４５５［ｎｍ］の光が入射するはずの画素位置（９０）に、実際には波長４５０［ｎｍ］の輝線が出現したことが判明する。同様に、初期校正データによれば波長５１５［ｎｍ］、６１５［ｎｍ］及び６９０［ｎｍ］の光が入射するはずの画素位置（２１０、５００、８００）に、実際には波長５２０［ｎｍ］、６００［ｎｍ］及び７００［ｎｍ］の輝線が出現したことが判明する。よって、検出ピーク番号＃２、＃３、＃４、＃６を有する検出ピークの検出画素位置が、受光面４２ｆの輝線出現画素位置（既知ピーク出現画素位置）として同定される（ステップＳ５５）。ＣＰＵ４３は、輝線出現画素位置と輝線波長とを対応付けた輝線出現画素位置データ（図１６参照）を生成し、これを記憶装置４５に記憶させる。

そして、ＣＰＵ４３は、受光面４２ｆを構成する全ての画素の各々における入射光波長を算出するための多項式を、同定された輝線出現画素位置とこれに対応する輝線波長とに基づいて生成する（ステップＳ５６）。

この多項式は、例えば二次関数又は三次関数の多項式を用いることができる。例えば二次関数の場合、多項式では、ｘを各輝線出現画素位置、ｙを対応する輝線波長として、式（２）での関係を満たす係数ａ、ｂ、ｃを最小二乗法によって求める。

例えば図１６に示す輝線出現画素位置データを用いると、係数ａ、ｂ、ｃは次のようにして求められる。

ここで、Ａ^ＴはＡの転置行列であり、（Ａ^ＴＡ）^−１はＡ^ＴＡの逆行列である。

ＣＰＵ４３は、このようにして生成された多項式を、校正後の対応関係として記憶装置４５に記憶させる（ステップＳ５７）。また、ＣＰＵ４３は、このようにして生成された多項式を用いた多項式近似を実行することにより、受光面４２ｆの各画素における入射光波長を算出することができる。したがって、ＣＰＵ４３は、上記多項式によって算出された各画素の入射光波長を示すテーブルを、校正後の対応関係として記憶装置４５に記憶させても良い。このようにして、ＣＰＵ４３は、同定された輝線出現画素位置に基づいて対応関係を校正する。

なお、この多項式は、必ずしも二次関数でなくても良く、例えば三次関数又は四次関数等であっても良い。ただし、同定された輝線出現画素位置の数が、多項式近似に使用する多項式の次数に１を加えた数よりも小さい場合、多項式を生成することができない。よって、同定された輝線出現画素位置の数が多項式の生成に必要な数に満たない場合は、ステップＳ５６の多項式生成工程の実行前に、ステップＳ５１に戻り、ピーク再検出を行うことが好ましい。そして、このピーク再検出においては、前回得られた検出ピークの数よりも多数の検出ピークを得るようにすることが好ましい。このようにすることで、ステップＳ５６では確実に多項式を生成することができる。検出ピークの数を増やすための方法としては、スペクトル強度の極大値を順次探索するための窓幅を縮小する、或いはノイズ判定に用いられるスペクトル強度閾値又はピーク尖鋭度閾値を下げる、等の方法が挙げられる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、校正のための演算処理は次のような手順で行われる。すなわち、複数の輝線を含む輝線スペクトルを有する校正光を分光させ且つ受光素子４２ｅの受光面４２ｆに入射させたときに受光素子４２ｅの光電変換を通じて得られるスペクトルデータにおいて複数の検出ピークを得る。そして、複数の輝線の少なくとも１つに対応する検出ピークを、上記複数の検出ピークから抽出する。さらに、抽出された検出ピークに対応する輝線を、上記複数の輝線から抽出する。さらに、抽出された輝線に対応する検出ピークが受光面４２ｆにおいて現れる画素位置を、受光面４２ｆの輝線出現画素位置として同定する。

この手順で校正を行うことにより、偽のピーク（つまりノイズ）と見なされた検出ピークと、対応する真のピークが検出されなかったと見なされた輝線とを、多項式生成のベースとなる輝線出現画素位置データから除外することができるため、輝線出現画素位置データの信頼性を向上させることができる。よって、たとえ検出ピーク数に過不足が生じたとしても、信頼性の高い輝線出現画素位置データを確実に得ることができるので、信頼性の高い多項式を確実に生成することができる。すなわち、校正の堅牢性を向上させることができる。

以上、本発明の実施の形態について説明した。今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１ 内視鏡システム
２ 内視鏡本体
３ 内視鏡制御装置
４ 分光測定装置
１１ 光学プローブ
４２ 分光器
４２ａ スリット
４２ｂ コリメートミラー
４２ｃ 回折格子
４２ｄ 集光ミラー
４２ｅ 受光素子
４２ｆ 受光面
４３ ＣＰＵ

Claims (8)

1. 外部からの光を分光する分光光学系と、
   分光光が入射する位置に配置された複数の画素を有する受光面を有し、前記受光面に入射した光を光電変換する受光素子と、
   複数の既知ピークを含むスペクトルを有する校正光が前記分光光学系により分光されて前記受光面に入射したときに、前記受光素子による光電変換を通じて得られるスペクトルデータを用いて、前記受光面の各画素の位置と入射光波長との対応関係を校正する演算処理部と、を有し、
   前記演算処理部は、
   前記スペクトルデータから複数の検出ピークを取得し、
   前記複数の既知ピークの少なくとも１つに対応する少なくとも１つの検出ピークを、取得された複数の検出ピークから抽出し、
   抽出された少なくとも１つの検出ピークに対応する少なくとも１つの既知ピークを、前記複数の既知ピークから抽出し、
   抽出された少なくともの１つの既知ピークに対応する検出ピークが前記受光面において現れる画素の位置を、前記受光面の既知ピーク出現画素位置として同定し、
   同定された既知ピーク出現画素位置に基づいて、前記対応関係を校正する、
   分光測定装置。
2. 前記演算処理部は、前記複数の既知ピークのそれぞれに対応する複数の検出ピークを前記取得された複数の検出ピークから抽出し、抽出された複数の検出ピークのそれぞれに対応する複数の既知ピークを前記複数の既知ピークから抽出し、抽出された複数の既知ピークのそれぞれについて、対応する検出ピークが前記受光面において現れる画素の位置を、前記受光面の既知ピーク出現画素位置として同定し、同定された複数の既知ピーク出現画素に基づいて、前記対応関係を校正する、
   請求項１に記載の分光測定装置。
3. 前記演算処理部は、前記各画素の入射光波長を算出するための数式を、前記同定された既知ピーク出現画素位置と前記抽出された既知ピークの波長とに基づいて生成する、
   請求項１又は２に記載の分光測定装置。
4. 前記演算処理部は、前記スペクトルデータから前記複数の検出ピークを取得した後、前記同定された既知ピーク出現画素位置の数が前記数式の生成に必要な数に満たない場合、前記スペクトルデータにおけるピーク再検出により、より多数の検出ピークを取得する、
   請求項３に記載の分光測定装置。
5. 初期の前記対応関係又は校正後の前記対応関係を記憶する記憶部を有する、
   請求項１〜４の何れか一項に記載の分光測定装置。
6. 前記校正光は、校正用光源から発光される光、又は校正用試料から放射される蛍光若しくはラマン散乱光である、
   請求項１〜５の何れか一項に記載の分光測定装置。
7. 励起光源と、
   前記励起光源からの励起光を測定対象部位に導くための励起用光ファイバーと、
   前記測定対象部位からの放射光を前記分光光学系に導くための受光用光ファイバーと、を更に有し、
   前記演算処理部は、前記励起光の照射に伴って前記測定対象部位から放射される放射光が前記分光光学系により分光されて前記受光面に入射したときに、前記受光素子による光電変換を通じて得られるスペクトルデータから測定用データを生成する、
   請求項１〜６の何れか一項に記載の分光測定装置。
8. 前記励起用光ファイバーと前記受光用光ファイバーとを内部に含む管状のプローブをさらに有する、
   請求項１〜７の何れか一項に記載の分光測定装置。

Images