JP2016007353A - 内視鏡システム及びその作動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体光源の光量制御を行っても酸素飽和度の算出精度を維持することができる内視鏡システム及びその作動方法を提供する。
【解決手段】内視鏡システム１０は、Ｂ−ＬＥＤ２０ｂと、帯域制限部２１と、撮像センサ４８と、目標露出量決定部６７と、露出制御部６８と、を備える。Ｂ−ＬＥＤ２０ｂは、青色光Ｂを発する。帯域制限部２１は、青色光から酸素飽和度を測定するための測定光Ｂ_Ｌを生成する。撮像センサ４８は、測定光Ｂ_Ｌが照射された観察対象を撮像する。目標露出量決定部６７は、Ｂ−ＬＥＤ２０ｂに対して発光量を変更する制御が行われた場合に、撮像センサ４８の青色画素における目標露出量を決定する。露出制御部６８は、撮像センサ４８の青色画素の露出量が目標露出量となるように、Ｂ−ＬＥＤ２０ｂまたは撮像センサ４８を制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は、観察対象を照明する照明光を複数色の光源を用いて形成する内視鏡システム及びその作動方法に関する。

医療分野においては、光源装置、内視鏡、及びプロセッサ装置を備える内視鏡システムを用いた診断が広く行われている。内視鏡システムを用いる医療診断においては、内視鏡の挿入部を被検体内に挿入し、その先端部から観察対象に照明光を照射する。そして、照明光で照射中の観察対象を先端部の撮像素子で撮像し、得られた画像をモニタに表示する。医師は、モニタに表示された画像を観察して、病変部の診断を行う。

また、内視鏡システムには、観察対象の画像を得るだけでなく、観察対象の性質を表す情報が得られるものが知られている。例えば、特許文献１の内視鏡システムは、酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの吸光係数に差がある波長帯域を有する酸素飽和度測定用の光（以下、測定光という）を観察対象に照射することにより、観察対象の性質として酸素飽和度を測定し、酸素飽和度を表す画像（以下、酸素飽和度画像という）を生成及び表示している。

特開２０１４−０４６１５０号公報

内視鏡システムの光源装置としては、これまでキセノンランプが広く用いられてきたが、近年では、複数色のＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの半導体光源が用いられつつある。このように複数色の半導体光源を用いて、各色の光の光量を独立に制御することで、様々な色合いを持つ照明光を自在に生成できるようになる。

また、複数色の半導体光源を備える内視鏡システムにおいても、酸素飽和度を測定できるようにすることが望まれる。その方法の一つとして、複数色の半導体光源のうち、特定色の半導体光源の光路上に酸素飽和度測定用のフィルタを挿入して、酸素飽和度の測定に必要な波長帯域を持つ測定光を生成することが考えられる。

ここで、半導体光源のなかでも、ＬＥＤについては、強度変調やパルス変調によってスペクトル変動が生ずることが知られている。このようにスペクトル変動が生じた場合には、測定光の光量は、強度変調やパルス変調によって、線形に増加または減少しなくなる。すなわち、強度変調やパルス変調を行ったにもかかわらず、実際の測定光の光量が目標の光量に達しないことがある。この場合には、酸素飽和度を正確に算出することができなくなる。

これに関して、特許文献１では、キセノンランプにスペクトル変動が生じた場合においても、スペクトル変動に応じて酸素飽和度の算出方法を変更することで、酸素飽和度の算出精度を維持している。しかしながら、キセノンランプの場合は、スペクトルが短波長側または長波長側のいずれか一方向に、長い時間をかけて変動する。そのため、特許文献１では、キセノンランプの累積使用時間に応じて、酸素飽和度の算出方法を変更している。これに対して、半導体光源の場合は、内視鏡システムの使用中に頻繁に行われる強度変調やパルス変調によって、スペクトルが短波長側または長波長側の両方向にリアルタイムに変動する。このように、キセノンランプと半導体光源とではスペクトル変動が全く異なるので、特許文献１の方法を、半導体光源を用いた場合の酸素飽和度の算出精度の維持に適用することは難しいと考えられる。

本発明は、半導体光源で光量制御を行っても酸素飽和度の算出精度を維持することができる内視鏡システム及びその作動方法を提供することを目的とする。

本発明の内視鏡システムは、青色半導体光源と、帯域制限部と、撮像センサと、目標露出量決定部と、露出制御部と、を備える。青色半導体光源は、青色光を発する。帯域制限部は、青色光から酸素飽和度を測定するための測定光を生成する。撮像センサは、測定光が照射された観察対象を撮像する。目標露出量決定部は、青色半導体光源に対して発光量を変更する制御が行われた場合に、撮像センサの青色画素における目標露出量を決定する。露出制御部は、撮像センサの青色画素の露出量が目標露出量となるように、青色半導体光源または撮像センサを制御する。

露出制御部は、目標露出量から、青色半導体光源を制御するための光源制御パラメータを設定する光源制御パラメータ設定部を有し、青色半導体光源を制御する光源制御部に、光源制御パラメータにしたがって青色半導体光源を制御させることが好ましい。

目標露出量と光源制御パラメータとの対応関係を記憶する対応関係記憶部を有し、光源制御パラメータ設定部は、目標露出量と対応関係とを用いて光源制御パラメータを求めることが好ましい。

目標露出量と光源制御パラメータとの対応関係は非線形であることが好ましい。

光源制御パラメータは、青色半導体光源の駆動電力、駆動電流、駆動電圧、パルス幅、パルス数のいずれかであることが好ましい。

露出制御部は、撮像センサの青色画素の露出量が目標露出量となるように、青色半導体光源を制御する場合に、青色半導体光源の発光強度または発光時間を制御することが好ましい。

目標露出量から、撮像センサの露光時間を設定する露光時間設定部と、露光時間設定部が設定する露光時間にしたがって撮像センサを制御する撮像制御部と、を備えることが好ましい。

露出制御部は、目標露出量から、青色半導体光源を制御するための光源制御パラメータと撮像センサの露光時間を設定する露出パラメータ設定部と、露出パラメータ設定部が設定する光源制御パラメータにしたがって青色半導体光源を制御する光源制御部と、露出パラメータ設定部が設定する露光時間にしたがって撮像センサを制御する撮像制御部と、を備えることが好ましい。

緑色光を発する緑色半導体光源と、赤色光を発する赤色半導体光源と、青色半導体光源と緑色半導体光源と赤色半導体光源とを制御する光源制御部と、を備え、光源制御部は、測定光と緑色光と赤色光とを発光する第１発光モードと、測定光を発する第２発光モードで、青色半導体光源、緑色半導体光源、及び赤色半導体光源を制御し、第１発光モードと第２発光モードとを切り替える制御をすることが好ましい。

帯域制限部は、酸化ヘモグロビンの吸光係数が還元ヘモグロビンの吸光係数以下の波長帯域、または酸化ヘモグロビンの吸光係数が還元ヘモグロビンの吸光係数以上の波長帯域のいずれかの波長帯域を有する測定光を生成することが好ましい。

本発明の内視鏡システムの作動方法は、青色半導体光源が、青色光を発するステップと、帯域制限部が、青色光から酸素飽和度を測定するための測定光を生成するステップと、撮像センサが、帯域制限部で生成された測定光で照明された観察対象を撮像するステップと、青色半導体光源に対して発光量を変更する制御が行われた場合に、目標露出量決定部が、撮像センサの青色画素における目標露出量を決定するステップと、撮像センサの青色画素の露出量が目標露出量となるように、露出制御部が、青色半導体光源または撮像センサを制御するステップと、を備える。

本発明によれば、半導体光源の光量制御を行っても酸素飽和度の算出精度が維持される内視鏡システム及びその作動方法を提供することができる。

内視鏡システムの外観図である。 内視鏡システムの機能を示すブロック図である。 紫色光、青色光、緑色光、及び赤色光の分光スペクトルを示すグラフである。 青色光の分光スペクトルの変化を示すグラフである。 帯域制限部の構成を示す説明図である。 ＳＰＦ（ショートパスフィルタ）の分光特性を示すグラフである。 通常観察モード時の照明光の分光スペクトルを示すグラフである。 酸素飽和度観察モード時の帯域制限部の配置を示す説明図である。 ＬＰＦ（ロングパスフィルタ）の分光特性を示すグラフである。 酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの吸光係数を示すグラフである。 第１発光モードで照射する照明光の分光スペクトルを示すグラフである。 第２発光モードで照射する照明光の分光スペクトルを示すグラフである。 カラーフィルタの分光特性を示すグラフである。 酸素飽和度画像処理部の機能を示すブロック図である。 信号比と酸素飽和度の相関関係を示すグラフである。 波長毎の露出量を示すグラフである。 発光強度と露出量の関係を示すグラフである。 目標露出量と発光強度の対応関係を表すグラフである。 第１実施形態のフローチャートである。 通常観察モードの目標露出量と発光強度の対応関係を表すグラフである。 通常観察モードの目標露出量と発光強度の対応関係を表すグラフである。 第２実施形態の内視鏡システムの機能を示すブロック図である。 目標露出量と露光時間の対応関係を表すグラフである。 図３と異なる紫色光及び青色光の分光スペクトルを示すグラフである。 他のＢ−ＬＥＤが発する青色光の分光スペクトルの変化の仕方を示すグラフである。 発光強度と重心波長の関係を示すグラフである。 カプセル内視鏡の概略図である。

［第１実施形態］
図１に示すように、内視鏡システム１０は、内視鏡１２と、光源装置１４と、プロセッサ装置１６と、モニタ１８と、コンソール１９とを有する。内視鏡１２は光源装置１４と光学的に接続されるとともに、プロセッサ装置１６と電気的に接続される。内視鏡１２は、被検体内に挿入される挿入部１２ａと、挿入部１２ａの基端部分に設けられた操作部１２ｂと、挿入部１２ａの先端側に設けられた湾曲部１２ｃ及び先端部１２ｄを有している。操作部１２ｂのアングルノブ１２ｅを操作することにより、湾曲部１２ｃは湾曲動作する。この湾曲動作によって、先端部１２ｄが所望の方向に向けられる。

また、操作部１２ｂには、アングルノブ１２ｅの他、モード切り替えスイッチ（以下、モード切替ＳＷという）１３ａ、ズーム操作部１３ｂが設けられている。モード切替ＳＷ１３ａは、観察モードの切り替え操作に用いられる。内視鏡システム１０は、観察モードとして通常観察モードと酸素飽和度観察モードとを有している。通常観察モードは、白色光の反射光によって撮像して得た自然な色合いの画像（以下、通常画像という）をモニタ１８に表示する。酸素飽和度観察モードは、酸素飽和度を測定するための特定波長帯域を有する測定光を観察対象に照射して観察対象の酸素飽和度を測定し、酸素飽和度の値を用いて色付けがされた酸素飽和度画像をモニタ１８に表示する。

プロセッサ装置１６は、モニタ１８及びコンソール１９と電気的に接続される。モニタ１８は、各観察モードの画像や画像に付帯する画像情報等を出力表示する。コンソール１９は、機能設定等の入力操作を受け付けるユーザインタフェースとして機能する。なお、プロセッサ装置１６には、画像や画像情報等を記録する外付けの記録部（図示省略）を接続してもよい。

図２に示すように、光源装置１４は、四色の半導体光源を有し、観察対象に照射するための光を発生させる光源部２０と、観察モード毎に光源部２０が発する光の波長帯域を制限する帯域制限部２１と、光源部２０及び帯域制限部２１の駆動を制御する光源制御部２２と、光源部２０及び帯域制限部２１によって生成される光の光路を結合する光路結合部２３とを備えている。

光源部２０は、Ｖ−ＬＥＤ（Violet Light Emitting Diode）２０ａ、Ｂ−ＬＥＤ（Blue Light Emitting Diode）２０ｂ、Ｇ−ＬＥＤ（Green Light Emitting Diode）２０ｃ、及びＲ−ＬＥＤ（Red Light Emitting Diode）２０ｄの四色のＬＥＤを有する。図３に示すように、Ｖ−ＬＥＤ２０ａは、中心波長４０５ｎｍ、波長帯域３８０〜４２０ｎｍの紫色光Ｖを発光する紫色光源である。Ｂ−ＬＥＤ２０ｂは、中心波長４６０ｎｍ、波長帯域４２０〜５００ｎｍの青色光Ｂを発する青色半導体光源である。Ｇ−ＬＥＤ２０ｃは、波長帯域が４８０〜６００ｎｍに及ぶ緑色光Ｇを発する緑色半導体光源である。Ｒ−ＬＥＤ２０ｄは、中心波長６２０〜６３０ｎｍで、波長帯域が６００〜６５０ｎｍに及び赤色光Ｒを発光する赤色半導体光源である。なお、Ｖ−ＬＥＤ２０ａとＢ−ＬＥＤ２０ｂの中心波長は±５ｎｍから±１０ｎｍ程度の幅を有する。

これらの各ＬＥＤ２０ａ〜２０ｄの点灯や消灯、点灯時の発光量等は、光源制御部２２が各々に独立した制御信号を入力するによって制御される。ＬＥＤ２０ａ〜２０ｄは、制御信号が入力されると点灯し、制御信号が入力されない期間は消灯する。また、光源制御部２２がＬＥＤ２０ａ〜２０ｄに入力する制御信号はパルス信号であり、制御信号の強度変調（パルス強度の変更）やパルス変調（パルス幅またはパルス数の変更）によって、ＬＥＤ２０ａ〜２０ｄの発光量が変更される。制御信号のパルス強度は、ＬＥＤ２０ａ〜２０ｄを駆動するための光源制御パラメータであり、具体的にはＬＥＤ２０ａ〜２０ｄの駆動電力、駆動電圧、及び駆動電流のいずれかである。すなわち、駆動電力、駆動電圧、及び駆動電流は、光源制御パラメータである。パルス幅は、ＬＥＤ２０ａ〜２０ｄが発光する時間の長さに関連する光源制御パラメータである。パルス強度が大きいほど発光量は多くなり、パルス幅が長いほど発光量が多くなる。そして、特定の時間内に入力する制御パルスの数（パルス数）が多いほど発光量は多くなる。

なお、ＬＥＤ２０ａ〜２０ｄは、制御信号の強度変調やパルス変調をすることによって発光量が変更される場合、発光量が線形に変化することが好ましいが、実際には非線形に変化する。例えば、図４に示すように、Ｂ−ＬＥＤ２０ｂに入力する制御信号の強度変調をすることにより、低電力ＰＷ_Ｌ、中電力ＰＷ_Ｍ、高電力ＰＷ_Ｈの三段階の駆動電力で発光させると、駆動電力の増大にともなって、ピーク波長を中心に発光量が増大し、かつ、全体としての発光量（図４に示す分光スペクトルの各グラフの面積）が増大する。このとき、各駆動電力ＰＷ_Ｌ，ＰＷ_Ｍ，ＰＷ_Ｈの各分光スペクトルが相似形であり、その面積（発光量）だけが変化することが望ましいが、ピーク波長のシフトや分光スペクトルの形状も変化する。本実施形態のＢ−ＬＥＤ２０ｂの場合、駆動電力を増加させると、ピーク波長は徐々に長波長側にシフトし、さらにピーク波長を中心とする分光スペクトルの形状も変化する。ピーク波長のシフト幅は、例えば５ｎｍ〜１０ｎｍ程度である。このように発光量を変更するための制御によって、分光スペクトルのピーク波長や形状に変化が生じるのは、Ｖ−ＬＥＤ２０ａ、Ｇ−ＬＥＤ２０ｃ、及びＲ−ＬＥＤ２０ｄも同様である。但し、分光スペクトルの変化の仕方は各々に異なる。

帯域制限部２１は、Ｂ−ＬＥＤ２０ｂの光路上に設けられ、Ｂ−ＬＥＤ２０ｂが発する青色光から各観察モードに適した特定波長帯域を有する光を生成する。具体的には、図５に示すように、帯域制限部２１は、ショートパスフィルタ（ＳＰＦ）２１ａとロングパスフィルタ（以下、ＬＰＦ）２１ｂとを有する。そして、これらは選択された観察モードにしたがって切り替え自在である。ＳＰＦ２１ａとＬＰＦ２１ｂの切り替えは、光源制御部２２によって制御される。

ＳＰＦ２１ａは、通常観察モード時にＢ−ＬＥＤ２０ｂの光路上（例えばＢ−ＬＥＤの前面）に配置され（図５参照）、青色光Ｂから通常観察モード用の青色光（以下、通常観察用青色光という）Ｂ_Ｓを生成する。図６に示すように、ＳＰＦ２１ａは、Ｂ−ＬＥＤ２０ｂが発する青色光Ｂの短波長側の波長帯域（波長４６０ｎｍ未満）を透過し、長波長側の波長帯域（波長４６０ｎｍ以上）をカットする特性を有する。このため、ＳＰＦ２１ａが生成する通常観察用青色光Ｂ_Ｓは、４６０ｎｍ未満の波長帯域の光である。通常は、Ｂ−ＬＥＤ２０ｂの発光量を大きくすることで、ＳＰＦ２１ａが生成する通常観察用青色光Ｂ_Ｓの光量も大きくなるが、前述のようにＢ−ＬＥＤ２０ｂは発光量の変更によって分光スペクトルにも変化があるので、通常観察用青色光Ｂ_Ｓの光量もこの分光スペクトルの変化にしたがった変動がある。本実施形態のＢ−ＬＥＤ２０ｂの場合、発光量（駆動電力）を大きくすることでピーク波長が長波長側にシフトするので、Ｂ−ＬＥＤ２０ｂを低電力ＰＷ_Ｌで駆動した方が、高電力ＰＷ_Ｈ（あるいは中電力ＰＷ_Ｍ）で駆動するよりもＳＰＦ２１ａによって生成される通常観察用青色光Ｂ_Ｓの光量が大きい場合がある。

通常観察モードの場合、光源制御部２２は、Ｖ−ＬＥＤ２０ａ、Ｂ−ＬＥＤ２０ｂ、Ｇ−ＬＥＤ２０ｃ、及びＲ−ＬＥＤ２０ｄを全て点灯させる。このため、通常観察モード時には、図７に示すように、通常観察用青色光Ｂ_Ｓと緑色光Ｇと赤色光Ｒとが光路結合部２３によって結合され、照明光として観察対象に照射される。通常観察用青色光Ｂ_Ｓと緑色光Ｇと赤色光Ｒとからなる照明光は、ほぼ白色光（以下、通常観察用白色光という）である。このように、通常観察モード時にＳＰＦ２１ａによって青色光Ｂから通常観察用青色光Ｂ_Ｓを生成するのは、４６０〜５００ｎｍの波長帯域の光が表層血管やピットパターン等の構造のコントラストを低下させてしまうからである。

なお、本実施形態では、通常観察モードの場合、Ｖ−ＬＥＤ２０ａを点灯させ、紫色光Ｖを含む通常観察用白色光を観察対象に照射させるが、通常観察モードではＶ−ＬＥＤ２０ａを消灯させても良い。また、上記ＳＰＦ２１ａは模式的に波長４６０ｎｍで青色光Ｂをカットしているが、実際のカット特性は波長５〜１０ｎｍ程度の幅を持つ。このため、波長４６０ｎｍ以上をカットするために、ＳＰＦ２１ａは、波長４５０ｎｍ付近から透過率が減衰する特性を有することが好ましい。なお、キセノン光源との演色性を維持するためには、観察対象に照射する照明光の分光スペクトルに離散的な波長帯域がないことが好ましい。このため、ＳＰＦ２１ａのカット特性は、青色光Ｂの波長４６０ｎｍ以上の波長帯域の光を厳密に零にするのものではなく、キセノン光源との演色性が維持可能な程度に波長４６０ｎｍ以上の波長帯域の光を低減する特性を有する。このため、ＳＰＦ２１ａを用いた場合でも、観察対象に照射する照明光には離散的な波長帯域はない（図７参照）。

図８に示すように、ＬＰＦ２１ｂは、酸素飽和度観察モード時にＢ−ＬＥＤ２０ｂの光路上に配置され、青色光Ｂから酸素飽和度を測定するための特定波長帯域を有する測定光Ｂ_Ｌを生成する。図９に示すように、ＬＰＦ２１ｂは、Ｂ−ＬＥＤ２０ｂが発する青色光Ｂの短波長側（４５０ｎｍ未満）をカットし、長波長側（４５０ｎｍ以上）を透過する。このため、ＬＰＦ２１ｂが生成する測定光Ｂ_Ｌは、４５０ｎｍ以上の波長帯域を有する光である。通常は、Ｂ−ＬＥＤ２０ｂの発光量を大きくすることで、ＬＰＦ２１ｂが生成する測定光Ｂ_Ｌの発光量も大きくなるが、前述のようにＢ−ＬＥＤ２０ｂは発光量の変更によって分光スペクトルにも変化があるので、測定光Ｂ_Ｌの光量にもこの分光スペクトルの変化にしたがった変動がある。このため、通常観察用青色光Ｂ_Ｓと同様に、発光量（駆動電力）を大きくすることで測定光Ｂ_Ｌの光量が減ってしまう場合があるが、本実施形態のＢ−ＬＥＤ２０ｂの場合、駆動電力を大きくすることで、ピーク波長が長波長側にシフトするので、Ｂ−ＬＥＤ２０ｂの駆動電力を大きくすれば測定光Ｂ_Ｌの光量も大きくなる。

酸素飽和度を測定するための特定波長帯域とは、酸素飽和度によって吸光量に違いが生じる程度に酸化ヘモグロビンの吸光係数と還元ヘモグロビンの吸光係数に差がある波長帯域である。図１０に示すように、酸化ヘモグロビンの吸光係数（グラフ３０）と還元ヘモグロビンの吸光係数（グラフ３１）の大小関係は波長帯域によって異なり、複数の波長帯域でこれらの大小関係は逆転する。例えば、紫色から青色の波長帯域では、約４２０ｎｍ、約４５０ｎｍ、約５００ｎｍに酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの吸光係数が一致する波長（以下、等吸収点という）があり、４２０〜４５０ｎｍの波長帯域では、酸化ヘモグロビンの吸光係数は還元ヘモグロビンの吸光係数よりも小さく、４５０〜５００ｎｍの波長帯域では酸化ヘモグロビンの吸光係数は還元ヘモグロビンの吸光係数よりも大きい。

これらの各波長帯域はどちらも酸素飽和度を測定するための特定波長帯域として利用することができるが、本実施形態の場合、Ｂ−ＬＥＤ２０ｂは波長帯域４２０〜５００ｎｍの青色光Ｂを発し、ＬＰＦ２１ｂは波長４６０ｎｍ以上を透過して測定光Ｂ_Ｌを生成するので、測定光Ｂ_Ｌは、ほぼ酸化ヘモグロビンの吸光係数が還元ヘモグロビンの吸光係数以下である４６０〜５００ｎｍの波長帯域を有する。ＬＰＦ２１ｂの代わりに、４５０ｎｍ以下の波長帯域を透過するＳＰＦを用いれば、測定光Ｂ_Ｌの波長帯域を、酸化ヘモグロビンの吸光係数が還元ヘモグロビンの吸光係数以上である４２０〜４５０ｎｍの波長帯域にすることができる。また、ＬＰＦ２１ｂの代わりに、４６０〜５００ｎｍの波長帯域または４２０〜４５０ｎｍの波長帯域のいずれかを透過するバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）を用いても良い。但し、観察対象への深達度は波長帯域によって異なり、長波長ほど観察対象の深い位置まで到達することができ、短波長ほど観察対象の浅い位置で反射される。具体的には、４２０〜４５０ｎｍの波長帯域の光は、主に表層と称される程度の深さまで到達し、４６０〜５００ｎｍの波長帯域の光は、表層〜中層と称される程度の深さまで到達する。このため、４２０〜４５０ｎｍの波長帯域の光を測定光Ｂ_Ｌにすると、表層付近の酸素飽和度を測定することができ、４６０〜５００ｎｍの波長帯域の光を測定光Ｂ_Ｌにすると、表層〜中層付近の酸素飽和度を測定することができる。

なお、Ｂ−ＬＥＤ２０ｂが発する青色光Ｂの波長帯域は、等吸収点を含んでいる。このため、青色光Ｂは、酸化ヘモグロビンの吸光係数が還元ヘモグロビンの吸光係数以上の波長帯域と、酸化ヘモグロビンの吸光係数が還元ヘモグロビンの吸光係数以下の波長帯域との両方が含まれているので、青色光Ｂそのものを、酸素飽和度を測定するための測定光として用いると、酸素飽和度を測定できるとしても測定精度が低い。このため、帯域制限部２１は、上記のように、酸化ヘモグロビンの吸光係数が還元ヘモグロビンの吸光係数以下の波長帯域、または酸化ヘモグロビンの吸光係数が還元ヘモグロビンの吸光係数以上の波長帯域のいずれかの波長帯域を有する測定光Ｂ_Ｌを生成する。

本実施形態では模式的に、ＬＰＦ２１ｂが波長４５０ｎｍ未満をカットしているが、実際のカット特性は波長５〜１０ｎｍ程度の幅を持つ。このため、ＬＰＦ２１ｂは、波長４５０ｎｍ未満をカットするために、例えば、波長４６０ｎｍ付近から透過率が減衰する特性を有することが好ましい。これは、上記のように、酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの吸光係数が一致する等吸収点が波長４５０ｎｍにあるからである。このように、ＬＰＦ２１ｂは波長４５０ｎｍ未満の光をカットする特性を有することで、測定光が無駄なく酸素飽和度の算出に利用可能となり、かつ、正確な酸素飽和度を求めることができる。

酸素飽和度観察モード時には、光源制御部２２は、第１発光モードと、第２発光モードとで光源部２０を制御し、第１発光モードと第２発光モードとを切り替える制御をする。第１発光モードは、通常観察モードと同様にほぼ白色光を観察対象に照射するための発光モードであり、光源制御部２２は四色のＬＥＤ２０ａ〜２０ｄを全て点灯させる。このため、第１発光モードでは、図１１に示すように、紫色光Ｖと、ＬＰＦ２１ｂによって青色光Ｂから生成される測定光Ｂ_Ｌと、緑色光Ｇと、赤色光Ｒとが光路結合部２３によって結合され、照明光として観察対象に照射される。第１発光モードで観察対象に照射される照明光は、上記のように紫色光Ｖ，測定光Ｂ_Ｌ，緑色光Ｇ，及び赤色光Ｒを含むほぼ白色光（以下、酸素飽和度観察用白色光という）である。なお、ＬＰＦ２１ｂのカット特性は、青色光Ｂの波長４５０ｎｍ未満の波長帯域の光を厳密に零にするのものではなく、第１発光モードにおいてキセノン光源との演色性が維持可能な程度に波長４５０ｎｍ未満の波長帯域の光を低減する特性を有する。このため、ＬＰＦ２１ｂを用いた場合でも、第１発光モードでは、観察対象に照射する照明光には離散的な波長帯域はない（図１１参照）。

第２発光モードは、酸素飽和度の測定するための発光モードであり、光源制御部２２はＢ−ＬＥＤ２０ｂを点灯させ、Ｖ−ＬＥＤ２０ａ、Ｇ−ＬＥＤ２０ｃ、及びＲ−ＬＥＤ２０ｄを消灯する（あるいは消灯しているとみなせる程度に減光する）。このため、図１２に示すように、第２発光モードでは、測定光Ｂ_Ｌが照明光として観察対象に照射される。

上記のように生成される各種照明光は、光路結合部２３を介して挿入部１２ａ内に挿通されたライトガイド４１に入射される。ライトガイド４１は、内視鏡１２及びユニバーサルコード（内視鏡１２と光源装置１４及びプロセッサ装置１６とを接続するコード）内に内蔵されており、光路結合部２３から導光される照明光を内視鏡１２の先端部１２ｄまで伝搬する。なお、ライトガイド４１としては、マルチモードファイバを使用することができる。一例として、コア径１０５μｍ、クラッド径１２５μｍ、外皮となる保護層を含めた経がφ０．３〜０．５ｍｍの細径なファイバケーブルを使用することができる。

内視鏡１２の先端部１２ｄには、照明光学系３０ａと撮像光学系３０ｂが設けられている。照明光学系３０ａは照明レンズ４５を有しており、この照明レンズ４５を介して、ライトガイド４１によって伝搬された照明光は観察対象に照射される。したがって、照明光学系３０ａ（あるいは照明レンズ４５）は、帯域制限部２１で生成された測定光Ｂ_Ｌ等の照明光を観察対象へ照射する照射部を構成する。撮像光学系３０ｂは、対物レンズ４６、ズームレンズ４７、撮像センサ４８を有している。観察対象からの反射光は、対物レンズ４６及びズームレンズ４７を介して撮像センサ４８に入射する。これにより、撮像センサ４８に観察対象の反射像が結像される。なお、ズームレンズ４７は、ズーム操作部１３ｂを操作することで、テレ端とワイド端の間で自在に移動され、撮像センサ４８に結像する観察対象の反射像を拡大または縮小する。

撮像センサ４８は、撮像光学系３０ａ等で構成される照射部によって測定光Ｂ_Ｌ等の照明光で照明された撮像する。撮像センサ４８はカラー撮像センサであり、観察対象の反射像を撮像して画像信号を出力する。撮像センサ４８としては、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）撮像センサやＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）撮像センサを利用可能である。また、撮像センサ４８は、図１３に示すＲ（赤色）カラーフィルタ，Ｇ（緑色）カラーフィルタ，及びＢ（青色）カラーフィルタの三色のカラーフィルタが画素毎に設けられており、観察対象の反射像を撮像して色毎の画像信号を出力する。すなわち、撮像センサ４８は、Ｒカラーフィルタが設けられたＲ画素（赤色画素）と、Ｇカラーフィルタが設けられたＧ画素（緑色画素）と、Ｂカラーフィルタが設けられたＢ画素（青色画素）とを有し、各画素からそれぞれ画像信号を出力することにより、ＲＧＢ画像信号を出力する。

より具体的には、表１に示すように、通常観察モードの場合、観察対象には通常観察用白色光が照射されるので、撮像センサ４８は、通常観察用白色光のうち紫色光Ｖと通常観察用青色光Ｂ_Ｓの各反射光をＢ画素で受光し、青色画像信号（以下、Ｂ画像信号という）を出力する。同様に、通常観察用白色光のうち緑色光Ｇの反射光をＧ画素で受光し、緑色画像信号（以下、Ｇ画像信号という）を出力し、赤色光Ｒの反射光をＲ画素で受光し、赤色画像信号（以下、Ｒ画像信号という）を出力する。

また、表２に示すように、酸素飽和度観察モードにおいて、光源制御部２２が第１発光モードで光源部２０を制御する場合、観察対象には酸素飽和度観察用白色光が照射されるので、撮像センサ４８は、酸素飽和度観察用白色光のうち紫色光Ｖ及び測定光Ｂ_Ｌの反射光をＢ画素で受光して第１青色画像信号（以下、Ｂ１画像信号という）を出力する。同様に、酸素飽和度観察用白色光のうち、緑色光Ｇの反射光をＧ画素で受光し、第１緑色画像信号（以下、Ｇ１画像信号という）を出力し、赤色光Ｒの反射光をＲ画素で受光し、第１赤色画像信号（以下、Ｒ１画像信号という）を出力する。

表３に示すように、酸素飽和度観察モードにおいて、光源制御部２２が第２発光モードで光源部２０を制御する場合には、観察対象には測定光Ｂ_Ｌが照射されるので、撮像センサ４８は、Ｂ画素で測定光Ｂ_Ｌの反射光を受光し、第２青色画像信号（以下、Ｂ２画像信号）を出力する。なお、撮像センサ４８は、第２発光モード時にもＧ画素から第２緑色画像信号を出力し、Ｒ画素から第２赤色画像信号を出力できるが、これらは酸素飽和度の算出や酸素飽和度画像の生成に利用されないので、本実施形態では、撮像センサ４８はＢ２画像信号だけを出力する。

なお、原色のカラー撮像センサである撮像センサ４８の代わりに、Ｃ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イエロー）及びＧ（緑）の補色フィルタを備えた補色撮像センサを用いても良い。補色撮像センサを用いる場合には、ＣＭＹＧの四色の画像信号が出力されるので、補色−原色色変換によって、ＣＭＹＧの四色の画像信号をＲＧＢの三色の画像信号に変換することにより、撮像センサ４８と同様のＲＧＢ画像信号を得ることができる。また、撮像センサ４８の代わりに、カラーフィルタを設けていないモノクロセンサを用いても良い。この場合、光源制御部２２は、必要に応じて、紫色光Ｖ、青色光Ｂ、緑色光Ｇ、及び赤色光Ｒを時分割で点灯させる。但し、紫色光Ｖと測定光Ｂ_ＬはどちらもＢ画素で受光されるので、紫色光Ｖと青色光Ｂは同時に点灯させても良い。

撮像センサ４８から出力される画像信号は、ＣＤＳ／ＡＧＣ回路５０に送信される。ＣＤＳ／ＡＧＣ回路５０は、アナログ信号である画像信号に相関二重サンプリング（ＣＤＳ；Correlated Double Sampling）や自動利得制御（ＡＧＣ；Automatic Gain Control）を行う。ＣＤＳ／ＡＧＣ回路５０を経た画像信号は、Ａ／Ｄコンバータ５２により、デジタル画像信号に変換される。Ａ／Ｄ変換後のデジタル画像信号がプロセッサ装置１６に入力される。

プロセッサ装置１６は、受信部５３と、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）５６と、ノイズ除去部５８と、画像処理切替部６０と、通常画像処理部６２と、酸素飽和度画像処理部６４と、映像信号生成部６６と、目標露出量決定部６７と、露出制御部６８とを備えている。受信部５３は、内視鏡１２からのデジタルのＲＧＢ画像信号を受信する。

ＤＳＰ５６は、受信した画像信号に対して、欠陥補正処理、オフセット処理、ゲイン補正処理、リニアマトリクス処理、ガンマ変換処理、デモザイク処理等の各種信号処理を施す。欠陥補正処理では、撮像センサ４８の欠陥画素の信号が補正される。オフセット処理では、欠陥補正処理が施されたＲＧＢ画像信号から暗電流成分が除かれ、正確な零レベルが設定される。ゲイン補正処理では、オフセット処理後のＲＧＢ画像信号に特定のゲインを乗じることにより信号レベルが整えられる。ゲイン補正処理後のＲＧＢ画像信号には、色再現性を高めるためのリニアマトリクス処理が施される。その後、ガンマ変換処理によって明るさや彩度が整えられる。リニアマトリクス処理後のＲＧＢ画像信号には、デモザイク処理（等方化処理、または同時化処理とも言う）が施され、各画素で不足した色の信号が補間によって生成される。このデモザイク処理によって、全画素がＲＧＢ各色の信号を有するようになる。

ノイズ除去部５８は、ＤＳＰ５６でデモザイク処理等が施されたＲＧＢ画像信号に対してノイズ除去処理（例えば移動平均法やメディアンフィルタ法等による）を施すことによって、ＲＧＢ画像信号からノイズを除去する。ノイズが除去されたＲＧＢ画像信号は、画像処理切替部６０に送信される。画像処理切替部６０は、モード切替ＳＷ１３ａによって通常観察モードにセットされている場合には、ＲＧＢ画像信号を通常画像処理部６２に送信し、酸素飽和度観察モードにセットされている場合には、ＲＧＢ画像信号を酸素飽和度画像処理部６４に送信する。

通常画像処理部６２は、通常観察モードにセットされている場合に作動し、ＲＧＢ画像信号に対して、色変換処理、色彩強調処理、及び構造強調処理を行い、通常画像を生成する。色変換処理では、ＲＧＢ画像信号に対して３×３のマトリックス処理、階調変換処理、及び３次元ＬＵＴ（ルックアップテーブル）処理などにより色変換処理を行う。色彩強調処理は、色変換処理済みのＲＧＢ画像信号に対して行われる。構造強調処理は、例えば表層血管やピットパターン等の観察対象の構造を強調する処理であり、色彩強調処理後のＲＧＢ画像信号に対して行われる。上記のように、構造強調処理まで各種画像処理等を施したＲＧＢ画像信号を用いたカラー画像が通常画像である。

酸素飽和度画像処理部６４は、図１４に示すように、信号比算出部７１と、相関関係記憶部７２と、酸素飽和度算出部７３と、色変換処理部７６と、色彩強調処理部７７と、構造強調処理部７８と、画像生成部７９とを備える。

信号比算出部７１は、酸素飽和度算出部７３で酸素飽和度の算出のために用いる信号比を算出する。具体的には、信号比算出部７１は、第２発光モードの測定光Ｂ_Ｌの反射光によって観察対象を撮像して得られるＢ２画像信号と第１発光モードの照明光の反射光によって観察対象を撮像して得られるＧ１画像信号の比（以下、信号比Ｂ２／Ｇ１という）をそれぞれ画素毎に算出する。また、第１発光モードの照明光の反射光によって観察対象を撮像して得られるＲ１画像信号とＧ１画像信号の比（以下、信号比Ｒ１／Ｇ１という）をそれぞれ画素毎に算出する。

相関関係記憶部７２は、信号比算出部７１が算出する各信号比と、酸素飽和度との相関関係を記憶している。この相関関係は、図１５に示すように、二次元空間上に酸素飽和度の等値線を定義した二次元テーブルで記憶されている。信号比に対する等値線の位置及び形状は、光散乱の物理的なシミュレーションによって予め得られる。各等値線の間隔は血液量を表す信号比Ｒ１／Ｇ１に応じて変化する。なお、信号比と酸素飽和度との相関関係はｌｏｇスケールで記憶されている。

上記相関関係は、酸化ヘモグロビン及び還元ヘモグロビンの吸光特性（図１０参照）や光散乱特性と密接に関連している。酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの吸光係数の差が大きい測定光Ｂ_Ｌの波長帯域では、酸素飽和度の情報を取り扱いやすいが、測定光Ｂ_Ｌに対応するＢ２画像信号は、酸素飽和度だけでなく、血液量にも依存度が高い。そこで、Ｂ２画像信号に加え、主として血液量に依存して変化するＧ１画像信号と、酸素飽和度及び血液量に愛する依存度が低いＲ１画像信号とから求められる信号比Ｒ１／Ｇ１を用いることで血液量に依存することなく、酸素飽和度を正確に求めることができるようにしている。

酸素飽和度算出部７３は、相関関係記憶部７２に記憶された相関関係を参照して、信号比算出部７１で算出される信号比Ｂ２／Ｇ１と信号比Ｒ１／Ｇ１に対応する酸素飽和度を算出する。例えば、特定画素において信号比がＢ２^＊／Ｇ１^＊とＲ１^＊／Ｇ１^＊である場合、相関関係を参照すると、これらに対応する酸素飽和度は「６０％」である（図１４参照）。このため、酸素飽和度算出部７３は、この特定画素の酸素飽和度を「６０％」と算出する。

なお、信号比Ｂ２／Ｇ１及び信号比Ｒ１／Ｇ１が極めて大きくなってしまったり、極めて小さくなったりすることはほとんどない。すなわち、信号比Ｂ２／Ｇ１と信号比Ｒ１／Ｇ１の組み合わせが、酸素飽和度０％を表す下限等値線を上回ったり、酸素飽和度１００％を表す上限等値線を下回ったりすることはほとんどない。但し、算出する酸素飽和度が下限等値線を下回った場合、酸素飽和度算出部７３は酸素飽和度を０％と算出し、上限等値線を上回ったりしてしまった場合には、酸素飽和度算出部７３は酸素飽和度を１００％と算出する。

上記のように酸素飽和度を算出する一方で、酸素飽和度画像処理部６４は、色変換処理部７６、色彩強調処理部７７、及び構造強調処理部７８によって酸素飽和度画像のベースとなる画像（以下、ベース画像という）を生成する。色変換処理部７６は、第１発光モードの照明光の反射光によって観察対象を撮像して得られるＢ１画像信号、Ｇ１画像信号、及びＲ１画像信号に対して、３×３のマトリックス処理、階調変換処理、及び３次元ＬＵＴ処理などにより色変換処理を行う。色彩強調処理部７７は、色変換処理済みのＢ１画像信号、Ｇ１画像信号、及びＲ１画像信号に対して色彩強調処理を施す。構造強調処理部７８は、色彩強調処理済みのＢ１画像信号、Ｇ１画像信号、及びＲ１画像信号に対して、例えば表層血管やピットパターン等の観察対象の構造を強調する構造強調処理を施す。すなわち、ベース画像は、通常画像処理部６２と同様の各種画像処理等を施したＢ１画像信号、Ｇ１画像信号、及びＲ１画像信号によって形成される。

画像生成部７９は、酸素飽和度算出部７３が算出する酸素飽和度と、上記各種画像処理等が施されたＢ１画像信号、Ｇ１画像信号、及びＲ１画像信号とを用いて、観察対象の酸素飽和度を表す酸素飽和度画像を生成する。具体的には、画像生成部７９は、Ｂ１画像信号、Ｇ１画像信号、及びＲ１画像信号に対して酸素飽和度に応じたゲインを画素毎に施す。例えば、画像生成部７９は、酸素飽和度が６０％以上の画素ではＢ１画像信号、Ｇ１画像信号、及びＲ１画像信号に同じゲイン「１」を乗じる。これに対して、酸素飽和度が６０％未満の画素では、酸素飽和度の値を用いて、Ｂ１画像信号に対して「１」未満のゲインを乗じ、Ｇ１画像信号とＲ１画像信号に対しては「１」以上のゲインを乗じる。このゲイン処理後のＢ１画像信号、Ｇ１画像信号、及びＲ１画像信号を用いたカラー画像が酸素飽和度画像である。したがって、酸素飽和度画像では、高酸素の画素（酸素飽和度が６０〜１００％の画素）では通常画像と同様の色で表されるが、低酸素の画素（酸素飽和度が６０％未満の画素）は通常画像とは異なる色（疑似カラー）で表される。

なお、本実施形態では、画像生成部７９は、低酸素の画素だけを疑似カラー化するゲインを乗じているが、高酸素の画素も酸素飽和度に応じたゲインを施し、酸素飽和度画像の全体を疑似カラー化しても良い。また、低酸素の画素と高酸素の画素を酸素飽和度６０％で分けているがこの境界は任意である。

上記のように、通常画像処理部６２が生成する通常画像、及び、酸素飽和度画像処理部６４が生成する酸素飽和度画像は、映像信号生成部６６に入力される。映像信号生成部６６は通常画像や酸素飽和度画像をモニタ１８で表示可能な画像として表示するための映像信号に変換する。この映像信号を用いて、モニタ１８は、通常画像や酸素飽和度画像を表示する。

目標露出量決定部６７は、ノイズ除去部５８から画像信号を取得し、取得した画像信号を用いて目標露出量を決定する。目標露出量は、撮像センサ４８のＲＧＢ各色画素の露出量の目標値であり、目標露出量にしたがって、適切な明るさ及び色合いの画像を得るためのＬＥＤ２０ａ〜２０ｄの発光量または撮像センサ４８の露光時間が制御される。本実施形態では、目標露出量にしたがってＬＥＤ２０ａ〜２０ｄの発光量が制御される。

通常観察モードの場合、目標露出量決定部６７はノイズ除去部５８からＢ画像信号、Ｇ画像信号、及びＲ画像信号を取得し、これらを用いて輝度信号Ｙを生成する。そして、生成した輝度信号Ｙを用いて、撮像センサ４８のＢ画素での露出量を定めるＢ画素目標露出量と、Ｇ画素での露出量を定めるＧ画素目標露出量と、Ｒ画素での露出量を定めるＲ画素目標露出量とを決定する。例えば、輝度信号Ｙの信号値が平均的範囲から外れている場合には、輝度信号Ｙが平均的範囲に近づくようにこれらの各色画素の目標露出量を決定する。

酸素飽和度観察モードの場合、目標露出量決定部６７はノイズ除去部５８から光源部２０を第１発光モードに制御した場合に得られるＢ１画像信号、Ｇ１画像信号、及びＲ１画像信号を取得し、これらを用いて輝度信号Ｙを生成する。そして、輝度信号Ｙを用いて、通常観察モード時と同様に各色画素の目標露出量、すなわちＢ画素目標露出量、Ｇ画素目標露出量、及びＲ画素目標露出量を決定する。なお、これらの目標露出量は光源部２０を第１発光モードに制御する場合のためのものである。光源部２０を第２発光モードに制御する場合のＢ画素目標露出量は、上記第１発光モード時のＧ画素目標露出量を用いて決定される。これは、信号比Ｂ２／Ｇ１を用いる酸素飽和度の算出方法が、Ｂ２画像信号とＧ１画像信号を得る際の各露出量（例えば第１発光モードの緑色光Ｇと第２発光モードの測定光Ｂ_Ｌの光量比）が特定のバランスになっていることを前提としているからである。具体的には、第１発光モード時のＧ画素目標露出量と、第２発光モード時のＢ画素目標露出量の比率は、特定比（以下、ＢＧ露出比という）として予め定められており、第１発光モード時のＧ画素目標露出量をＬ_Ｇ１、第２発光モード時のＢ画素目標露出量をＬ_Ｂ２、ＢＧ露出比をα_Ｂ／Ｇとすると、第２発光モード時のＢ画素目標露出量Ｌ_Ｂ２はＬ_Ｂ２＝α_Ｂ／Ｇ×Ｌ_Ｇ１に決定される

上記のように目標露出量決定部６７が決定した各色画素の目標露出量は、露出制御部６８に入力される。露出制御部６８は、各ＬＥＤ２０ａ〜２０ｄの発光量の変更にともなう分光スペクトルの変動を考慮して、撮像センサ４８の各色画素の露出量が正確に目標露出量となるように光源制御部２２に指示を与えることでＬＥＤ２０ａ〜２０ｄを制御する制御部であり、光源制御パラメータ設定部８１と、対応関係記憶部８２とを備える。

光源制御パラメータ設定部８１は、通常観察モードの場合、目標露出量を用いて各ＬＥＤ２０ａ〜２０ｄの駆動電力等の光源制御パラメータを求め、これを光源制御部２２に入力することにより各ＬＥＤ２０ａ〜２０ｄの発光量を設定する。また、光源制御パラメータ設定部８１は、酸素飽和度観察モードの場合に、各色の目標露出量と、対応関係記憶部８２に記憶された対応関係を用いることで、各ＬＥＤ２０ａ〜２０ｄの発光量の変更にともなう分光スペクトルの変動を考慮して、各色画素の実際の露出量が正確に目標露出量となるように各ＬＥＤ２０ａ〜２０ｄの発光量を設定する。

撮像センサ４８の露光時間が特定の長さに制御されているとすれば、撮像センサ４８の各色画素での露出量は、概ね各ＬＥＤ２０ａ〜２０ｄが発する各色光の分光スペクトルと、観察対象に含まれるヘモグロビンの吸光特性（図１０）と、カラーフィルタの分光特性（図１３）の積になる。ヘモグロビンの吸光特性やカラーフィルタの分光特性は一定であるが、ＬＥＤ２０ａ〜２０ｄは発光量の変更により分光スペクトルの変動があるので、この分光スペクトルの変動を考慮せずにＬＥＤ２０ａ〜２０ｄの発光量を設定すると、撮像センサ４８での実際の露出量にはＬＥＤ２０ａ〜２０ｄの分光スペクトルの変動による誤差が生じて、実際の露出量が目標露出量にならない。また、酸素飽和度は信号比Ｂ２／Ｇ１を用いて求めるので、酸素飽和度の算出精度は概ねＢ２画像信号とＧ１画像信号（特にＢ２画像信号）の露出量で決まるので、第１発光モード時のＧ画素の露出量や第２発光モード時のＢ画素の露出量に誤差が含まれていると、酸素飽和度の算出精度が低下する。

例えば、Ｂ−ＬＥＤ２０ｂを低電力ＰＷ_Ｌ、中電力ＰＷ_Ｍ、高電力ＰＷ_Ｈの三段階で制御する場合、駆動電力に応じたピーク波長のシフトと分光スペクトル形状の変動は、図１６に示すように、Ｂ画素で受光する段階では、観察対象（ヘモグロビン）とカラーフィルタを介することで助長される。このため、図１７に示すように、Ｂ−ＬＥＤ２０ｂの発光量を変更しても青色光Ｂの分光スペクトルに変動が生じなければ、駆動電力とＢ画素での露出量との間には比例関係（一点鎖線で示すグラフ９０）になるが、実際には、駆動電力とＢ画素での露出量との関係は非線形な関係（実線で示すグラフ９１）になる。したがって、分光スペクトルの変動を考慮せずに目標露出量に対応する駆動電力を設定すると、実際の露出量には誤差Δ_Ｌ，Δ_Ｍ，Δ_Ｈが生じ、酸素飽和度の値にもこれに対応する誤差が生じる。

対応関係記憶部８２は、目標露出量と、実際の露出量を目標露出量とするための各ＬＥＤ２０ａ〜２０ｄの光源制御パラメータとの非線形な対応関係を記憶している。この対応関係を用いて得られる光源制御パラメータに基づいてＬＥＤ２０ａ〜２０ｄを制御することで、ＬＥＤ２０ａ〜２０ｄのスペクトル変動による露出量の誤差（例えば、Δ_Ｌ，Δ_Ｍ，Δ_Ｈ）を生じることなく、撮像センサ４８の各色画素の露出量を正確に目標露出量にすることができる。本実施形態では、各ＬＥＤ２０ａ〜２０ｄの発光量を強度変調によって変更するので、図１８に示すように、対応関係記憶部８２は、目標露出量と、実際の露出量を目標露光量にするための各ＬＥＤ２０ａ〜２０ｄの駆動電力との対応関係を記憶する。光源制御パラメータ設定部８１は、この対応関係を用いて、分光スペクトルの変動も含めて目標露出量となる駆動電力を求める。例えば、目標露出量がＥＶ^＊の場合、実際の露出量が目標露出量になるための駆動電力はＰＷ^＊である。なお、対応関係記憶部８２は、上記対応関係を色毎に記憶しており、光源制御パラメータ設定部８１は、これら各色の対応関係に基づいて各ＬＥＤ２０ａ〜２０ｄの駆動電力等の制御パラメータを求め、これを光源制御部２２に入力することにより各ＬＥＤ２０ａ〜２０ｄの発光量を設定する。光源制御部２２は、光源制御パラメータ設定部８１から入力される各ＬＥＤ２０ａ〜２０ｄの制御パラメータにしたがって各ＬＥＤ２０ａ〜２０ｄを制御する。

次に、本実施形態における一連の流れを図１９のフローチャートに沿って説明する。まず、通常観察モードにおいて、遠景状態からスクリーニングを行う（Ｓ１０）。このスクリーニング時に、ブラウニッシュエリアや発赤など、病変の可能性がある部位（以下、病変可能性部位という）を検出したときには（Ｓ１１）、ズーム操作部１３ｂを操作して、病変可能性部位を含む観察対象を拡大表示する拡大観察を行う。これに合わせて、モード切替ＳＷ１３ａを操作して、観察モードを酸素飽和度観察モードに切り替える（Ｓ１２）。

観察モードが酸素飽和度観察モードに切り替えられると、光源制御部２２は、まず、帯域制限部２１のＬＰＦ２１ｂをＢ−ＬＥＤ２０ｂの光路上に配置する。そして、光源制御部２２は、第１発光モードで光源部２０を制御し、紫色光Ｖと測定光Ｂ_Ｌと緑色光Ｇと赤色光Ｒとからなる酸素飽和度観察用白色光を観察対象に照射させ（Ｓ１３）、撮像センサ４８はこの酸素飽和度観察用白色光の反射光により観察対象を撮像して、Ｂ１画像信号、Ｇ１画像信号、及びＲ１画像信号を出力する（Ｓ１４）。

その後、光源制御部２２は、発光モードを自動的に切り替え、第２発光モードで光源部２０を制御し、測定光Ｂ_Ｌを観察対象に照射させ（Ｓ１５）、撮像センサ４８は測定光Ｂ_Ｌの反射光により観察対象を撮像して、Ｂ２画像信号を出力する（Ｓ１６）。

こうして、第１発光モードの照明光の反射光によって観察対象を撮像することによってＢ１画像信号、Ｇ１画像信号、及びＲ１画像信号が得られ、第２発光モードの測定光Ｂ_Ｌの反射光によって観察対象を撮像することによってＢ２画像信号が得られると、酸素飽和度画像処理部６４は信号比算出部７１によって信号比Ｂ２／Ｇ１と信号比Ｒ１／Ｇ１を算出し（Ｓ１７）、酸素飽和度算出部７３によって酸素飽和度を算出する（Ｓ１８）。一方で、酸素飽和度画像処理部６４は、色変換処理部７６、色彩強調処理部７７、及び構造強調処理部７８によってＢ１画像信号、Ｇ１画像信号、及びＲ１画像信号に対して各種画像処理等を施して酸素飽和度画像のベースとなる画像を生成する。そして、画像生成部７９によって、各種画像処理等が施されたＢ１画像信号、Ｇ１画像信号、及びＲ１画像信号に酸素飽和度に応じたゲインを施し、酸素飽和度に応じたゲインを施したＢ１画像信号、Ｇ１画像信号、及びＲ１画像信号を用いて酸素飽和度画像を生成する（Ｓ１９）。上記のように生成された酸素飽和度画像は、映像信号生成部６６で映像信号に変換され、モニタ１８に表示される（Ｓ２０）。

一方、目標露出量決定部６７は、Ｂ１画像信号、Ｇ１画像信号、及びＲ１画像信号を取得し、これらを用いて輝度信号Ｙを生成する。そして、輝度信号Ｙを用いて、第１発光モード時の各色画素の目標露出量を決定し、かつ、第１発光モード時のＧ画素目標露出量とＢＧ露出比を用いて第２発光モード時のＢ画素目標露出量を決定する（Ｓ２１）。その後、光源制御パラメータ設定部８１は、対応関係記憶部８２が記憶する対応関係を用いて、分光スペクトルの変動を考慮した各ＬＥＤ２０ａ〜２０ｄの駆動電力等の制御パラメータを求め、これを光源制御部２２に入力することにより各ＬＥＤ２０ａ〜２０ｄの発光量を設定する（Ｓ２２）。上記酸素飽和度観察モードによる観察は、通常観察モードに切り替えるか（Ｓ２３）、診断を終了するまで（Ｓ２４）繰り返し行われ、酸素飽和度観察モードでの観察を継続する場合、光源制御部２２は、次に第１，第２発光モードで光源部２０を制御する際には（Ｓ１３，Ｓ１５）、光源制御パラメータ設定部８１から入力される制御パラメータにしたがってＬＥＤ２０ａ〜２０ｄを発光させる。これにより、酸素飽和度観察モードでは、実際の各色画素の露出量が目標露出量になるように、ＬＥＤ２０ａ〜２０ｄの発光量が分光スペクトルの変動を含めて正確に制御される。このため、内視鏡システム１０によれば、酸素飽和度の算出精度を維持することができる。

なお、上記観察フローは一つの例であり、これ以外のフローで酸素飽和度観察モードを用いた観察及び診断を行って良い。例えば、上記観察フローでは、近景観察時に酸素飽和度観察モードによって観察をしているが、スクリーニング等のために遠景観察をする場合にも酸素飽和度観察モードを使用して観察してよい。

また、上記第１実施形態では、酸素飽和度観察モードの場合に、光源制御パラメータ設定部８１が目標露出量から各ＬＥＤ２０ａ〜２０ｄの制御パラメータを求めるときに対応関係記憶部８２に記憶された対応関係を用いることで、各ＬＥＤ２０ａ〜２０ｄの分光スペクトルの変動があっても実際の露出量が目標露出量になるように制御しているが、通常観察モード時に各ＬＥＤ２０ａ〜２０ｄの発光量を変更すると分光スペクトルに変動が生じるので、通常観察モード時にも酸素飽和度観察モードと同様に分光スペクトルの変動を考慮した制御をすることが好ましい。通常観察モード時には、ＳＰＦ２１ａがＢ−ＬＥＤ２０ｂの光路上に配置されるので、駆動電力と実際の露出量の関係は例えば図２０に示すグラフ９３の関係になる。このため、通常観察モード時に分光スペクトルの変動を考慮した発光量制御をするためには、対応関係記憶部８２には、図２１に示すように、通常観察モード用の目標露出量と各ＬＥＤ２０ａ〜２０ｄの制御パラメータ（駆動電力等）の対応関係を記憶しておく。そして、光源制御パラメータ設定部８１はこの通常観察モード用の対応関係を用いて各ＬＥＤ２０ａ〜２０ｄの発光量を設定する。こうすることで、通常観察モード時も各ＬＥＤ２０ａ〜２０ｄの分光スペクトルの変動によらずに、各色画素の実際の露出量を正確に目標露出量に制御することができる。

［第２実施形態］
図２２に示す内視鏡システム２００は、第１実施形態の内視鏡システム１０に対して撮像制御部２２２を備え、露出制御部６８には光源制御パラメータ設定部８１の代わりに露光時間設定部２８１を備える。また、対応関係記憶部８２には目標露出量と撮像センサ８４の制御パラメータとの対応関係が記憶されている。それ以外の構成は第１実施形態の内視鏡システム１０と同じである。

内視鏡システム２００の対応関係記憶部８２が記憶する対応関係は、目標露出量と撮像センサ８４の露光時間との対応関係である。前述のように、Ｂ−ＬＥＤ２０ｂの駆動電力と実際の露出量の関係は非線形な関係にあり、Ｂ−ＬＥＤ２０ｂの発光量（駆動電力）が大きくなると、分光スペクトルの変動にともなって目標露出量よりも実際の露出量が大きくなる（図１７参照）。このため、内視鏡システム２００の対応関係記憶部８２が記憶する目標露出量と撮像センサ８４の露光時間との対応関係は、グラフ化すると、図２３に示すように、目標露出量が大きくなるほど、基準とする特定露光時間ＥＴ_Ｎよりも露光時間が短くなる非線形なグラフになる。

露光時間設定部２８１は、目標露出量決定部６７が決定する目標露出量と、目標露出量と撮像センサ８４の露光時間との対応関係とを用いて、撮像センサ８４の露光時間を求め、その値を撮像制御部２２２に入力することにより、撮像センサ８４の露光時間を設定する。例えば、目標露出量がＥＶ^＊の場合、露光時間は特定露光時間ＥＴ_Ｎよりも短い露光時間ＥＴ^＊に設定される。撮像センサ８４は、露光時間設定部２８１によって設定される値に撮像センサ８４の露光時間を制御する。

上記内視鏡システム２００のように、目標露出量に応じて撮像センサ８４の露光時間を設定すると、各ＬＥＤ２０ａ〜２０ｄの発光量の変更にともなって分光スペクトルが変動し、実際の発光量に誤差が生じても、この誤差は、露光時間の短縮（あるいは延長）によって補正される。このため、第１実施形態の内視鏡システム１０のように各ＬＥＤ２０ａ〜２０ｄの発光量を分光スペクトルの変動を考慮して制御する場合と同様に、内視鏡システム２００のように目標露出量に応じて撮像センサ８４の露光時間を設定することでも、各色画素の実際の露出量を正確に目標露出量にすることができる。

上記第２実施形態では、各ＬＥＤ２０ａ〜２０ｄの分光スペクトルの変動に応じて撮像センサ８４の露光時間だけを調節しているが、各ＬＥＤ２０ａ〜２０ｄの発光量の制御と撮像センサ８４の露光時間の制御を組み合わせて、各ＬＥＤ２０ａ〜２０ｄの分光スペクトルの変動による各色画素の実際の露出量の誤差を抑えるようにしても良い。この場合、露出制御部６８には、光源制御パラメータ設定部８１や露光時間設定部２８１の代わりに（あるいはこれらの機能を統合して）、発光量と露光時間を設定する露出パラメータ設定部（図示しない）を設ける。そして、対応関係記憶部８２には、目標露出量と、各ＬＥＤ２０ａ〜２０ｄを制御するための光源制御パラメータと、撮像センサ８４の露光時間と、を対応付ける対応関係を記憶しておく。そして、露出パラメータ設定部は、目標露出量と対応関係を用いて、各ＬＥＤ２０ａ〜２０ｄを制御するための光源制御パラメータと、撮像センサ８４の露光時間との二つの露出パラメータを求める。光源制御パラメータと露光時間は、それぞれ光源制御部２２と撮像制御部２２２に入力すれば良い。このように、各ＬＥＤ２０ａ〜２０ｄの発光量と撮像センサ８４の露光時間の両方を制御すると、各ＬＥＤ２０ａ〜２０ｄの発光量の補正量と撮像センサ８４の露光時間の補正量を小さくすることができるので、安定した制御をすることができる。

上記第１，第２実施形態では、図３に示す分光スペクトルを有する四色の光を用いているが、他の分光スペクトルを有する四色の光を用いても良い。例えば、図２４に示すように、緑色光Ｇ及び赤色光Ｒは上記各実施形態と同様の分光スペクトルを有する一方で、紫色光については、紫色光Ｖ^＊のように中心波長４１０〜４２０ｎｍで、上記各実施形態の紫色光Ｖよりもやや長波長側によった波長帯域を有する光を用いても良い。また、青色光Ｂについては、青色光Ｂ^＊のように、中心波長４４５〜４６０ｎｍで、上記各実施形態よりもやや短波長側によった波長帯域を有する光を用いても良い。また、図３や図２４に示す照明光の分光スペクトルは一例であり、観察画像の所望の色味等に応じて各ＬＥＤ２０ａ〜２０ｄの相対的な発光量を変更してもよい。具体的には、各ＬＥＤ２０ａ〜２０ｄの駆動電流値等を変更することにより、各ＬＥＤ２０ａ〜２０ｄの発光量の割合を変えることができる。

上記第１，第２実施形態では、発光量の変更にともなってピーク波長が長波長側にシフトするＢ−ＬＥＤ２０ｂを用いているが、図２５に示すように、Ｂ−ＬＥＤ２０ｂとほぼ同様の波長帯域を有するＬＥＤでも、駆動電力が大きくなるにつれてピーク波長が短波長側にシフトするものがある。また、色によってもピーク波長のシフト方向やシフト量、分光スペクトルの変動の仕方が異なる。このため、対応関係記憶部８２に記憶する対応関係は、実際に使用するＬＥＤの特性に合わせて予め求めておく必要がある。

上記第１，第２実施形態では、実際の露出量をＬＥＤ２０ａ〜２０ｄが発する各色光の分光スペクトルと、観察対象に含まれるヘモグロビンの吸光特性と、カラーフィルタの分光特性の積を求めることで、分光スペクトルの細かな形状変化も考慮しているが、簡易的には、ピーク波長のシフト方向及びシフト量を分光スペクトルの変動と考えて良い。このため、対応関係記憶部８２に記憶する対応関係は、各ＬＥＤ２０ａ〜２０ｄの駆動電力毎のピーク波長及びその強度と、ヘモグロビンの吸光特性と、カラーフィルタの分光特性によって求めても良い。但し、色やチップの種類等によっては、ピーク波長が明確でないブロードな分光スペクトルを有するＬＥＤもある。こうしたＬＥＤを用いる場合には、波長毎の発光量の重み付け平均で求められる重心波長をピーク波長と考えれば良い。Ｂ−ＬＥＤ２０ｂの場合、重心波長は図２６に示すように変化するので、これを用いて対応関係記憶部８２に記憶する対応関係（図１８参照）を求めることができる。

なお、通常観察用青色光Ｂ_Ｓと測定光Ｂ_Ｌが得られれば、上記第１及び第２実施形態の帯域制限部２１が備えるＳＰＦ２１ａとＬＰＦ２１ｂの特性は任意にして良い。

なお、上記第１及び第２実施形態では、撮像センサ４８が設けられた内視鏡１２を被検体内に挿入して観察を行う内視鏡システム１０，２００によって本発明を実施しているが、カプセル内視鏡システムでも本発明は好適である。例えば、図２７に示すように、カプセル内視鏡システムでは、カプセル内視鏡３００と、プロセッサ装置（図示しない）とを少なくとも有する。

カプセル内視鏡３００は、光源３０２と光源制御部３０３と、撮像センサ３０４と、信号処理部３０６と、送受信アンテナ３０８とを備えている。光源３０２は、紫色光Ｖを発するＶ−ＬＥＤと、青色光Ｂを発するＢ−ＬＥＤと、緑色光Ｇを発するＧ−ＬＥＤと、赤色光Ｒを発するＲ−ＬＥＤと、青色光Ｂから測定光Ｂ_Ｌを生成する帯域制限部とを有しており、第１及び第２実施形態の光源部２０及び帯域制限部２１に対応する。

光源制御部３０３は、第１及び第２実施形態の光源制御部２２と同様にして光源３０２の駆動を制御する。また、光源制御部３０３は、送受信アンテナ３０８によって、カプセル内視鏡システムのプロセッサ装置と無線で通信可能である。カプセル内視鏡システムのプロセッサ装置は、上記第１，第２実施形態のプロセッサ装置１６とほぼ同様であるが、通常画像処理部６２、酸素飽和度画像処理部６４、目標露出量決定部６７、及び露出制御部６８の機能を有する信号処理部３０６はカプセル内視鏡３００に設けられている。信号処理部３０６が生成した通常画像や酸素飽和度画像は、送受信アンテナ３０８を介してプロセッサ装置に送信される。撮像センサ３０４は上記第１，第２実施形態の撮像センサ４８と同様に構成される。

１０，２００ 内視鏡システム
２０ 光源部
２１ 帯域制限部
２２ 光源制御部
６２ 通常画像処理部
６４ 酸素飽和度画像処理部
６７ 目標露出量決定部
６８ 露出制御部
８１ 光源制御パラメータ設定部
８２ 対応関係記憶部
２２２ 撮像制御部
２８１ 露光時間設定部
３００ カプセル内視鏡

Claims (11)

1. 青色光を発する青色半導体光源と、
   前記青色光から酸素飽和度を測定するための測定光を生成する帯域制限部と、
   前記帯域制限部で生成された前記測定光を観察対象へ照射する照射部と、
   前記照射部によって前記測定光で照明された前記観察対象を撮像する撮像センサと、
   前記撮像センサの青色画素における目標露出量を決定する目標露出量決定部と、
   前記撮像センサの青色画素の露出量が前記目標露出量となるように、前記青色半導体光源または前記撮像センサを制御する露出制御部と、
   を備える内視鏡システム。
2. 前記露出制御部は、前記目標露出量から、前記青色半導体光源を制御するための光源制御パラメータを設定する光源制御パラメータ設定部を有し、
   前記光源制御パラメータにしたがって前記青色半導体光源を制御させる請求項１に記載の内視鏡システム。
3. 前記目標露出量と前記光源制御パラメータとの対応関係を記憶する対応関係記憶部を有し、
   前記光源制御パラメータ設定部は、前記目標露出量と前記対応関係とを用いて前記光源制御パラメータを求める請求項２に記載の内視鏡システム。
4. 前記目標露出量と前記光源制御パラメータとの前記対応関係は非線形である請求項３に記載の内視鏡システム。
5. 前記光源制御パラメータは、前記青色半導体光源の駆動電力、駆動電流、駆動電圧、パルス幅、パルス数のいずれかである請求項２〜４のいずれか１項に記載の内視鏡システム。
6. 前記露出制御部は、前記撮像センサの青色画素の露出量が前記目標露出量となるように、前記青色半導体光源を制御する場合に、前記青色半導体光源の発光強度または発光時間を制御する請求項１〜５のいずれか１項に記載の内視鏡システム。
7. 前記目標露出量から、前記撮像センサの露光時間を設定する露光時間設定部と、
   前記露光時間設定部が設定する前記露光時間にしたがって前記撮像センサを制御する撮像制御部と、
   を備える請求項１に記載の内視鏡システム。
8. 前記露出制御部は、前記目標露出量から、前記青色半導体光源を制御するための光源制御パラメータと前記撮像センサの露光時間を設定する露出パラメータ設定部と、
   前記露出パラメータ設定部が設定する前記光源制御パラメータにしたがって前記青色半導体光源を制御する光源制御部と、
   前記露出パラメータ設定部が設定する前記露光時間にしたがって前記撮像センサを制御する撮像制御部と、
   を備える請求項１に記載の内視鏡システム。
9. 緑色光を発する緑色半導体光源と、
   赤色光を発する赤色半導体光源と、
   前記青色半導体光源と前記緑色半導体光源と前記赤色半導体光源とを制御する光源制御部と、を備え、
   前記光源制御部は、前記測定光と前記緑色光と前記赤色光とを発光する第１発光モードと、前記測定光を発する第２発光モードで、前記青色半導体光源、前記緑色半導体光源、及び前記赤色半導体光源を制御し、前記第１発光モードと前記第２発光モードとを切り替える制御をする請求項１に記載の内視鏡システム。
10. 前記帯域制限部は、酸化ヘモグロビンの吸光係数が還元ヘモグロビンの吸光係数以下の波長帯域、または酸化ヘモグロビンの吸光係数が還元ヘモグロビンの吸光係数以上の波長帯域のいずれかの波長帯域を有する測定光を生成する請求項１〜９のいずれか１項に記載の内視鏡システム。
11. 青色半導体光源が、青色光を発するステップと、
    帯域制限部が、前記青色光から酸素飽和度を測定するための測定光を生成するステップと、
    撮像センサが、前記帯域制限部で生成された前記測定光で照明された観察対象を撮像するステップと、
    前記青色半導体光源に対して発光量を変更する制御が行われた場合に、目標露出量決定部が、前記撮像センサの青色画素における目標露出量を決定するステップと、
    前記撮像センサの青色画素の露出量が前記目標露出量となるように、露出制御部が、前記青色半導体光源または前記撮像センサを制御するステップと、
    を備える内視鏡システムの作動方法。

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