JP3665554B2 - 電子内視鏡装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生体から発せられる自家蛍光による蛍光観察が可能な電子内視鏡装置に、関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、被検体としての生体に紫外光等の励起光を照射した場合にこの生体から発せられる蛍光（自家蛍光）を撮像することにより、生体の観察に供する電子内視鏡装置が、利用されている。なお、病変の生じた生体組織から発せられる自家蛍光の強度は、健康な生体組織から発せられる自家蛍光の強度よりも小さいことが知られている。従って、術者は、この自家蛍光による被検体の蛍光画像を観察することにより、その蛍光強度の小さい領域に、病変が生じている可能性が高いと、認識することができる。
【０００３】
この電子内視鏡装置は、白色光と励起光とを交互に切り換えて射出する光源ユニット，射出された白色光及び励起光を導くライトガイド光学系，及び，照明光により照明された被検体を撮像するＣＣＤを、備えている。
【０００４】
そして、ライトガイド光学系から射出された白色光が被検体を照明している間に、ＣＣＤは、その被検体の像を取得し、参照画像信号として出力する。一方、ライトガイド光学系から射出された励起光が被検体を照射すると、この被検体は、自家蛍光を発する。すると、ＣＣＤは、この自家蛍光による被検体像を撮像して、蛍光画像信号として出力する。
【０００５】
これら参照画像信号及び蛍光画像信号に基づいて、被検体の診断用画像信号が生成される。即ち、参照画像信号における特定の色成分に対応した部分から、蛍光画像信号が減算されることにより、診断用画像信号が生成される。この診断用画像信号は、モニタに診断用画像として表示される。
【０００６】
この診断用画像は、被検体における自家蛍光の発せられていない部分については、モノクロ画像と同様に表示される。しかし、この診断用画像は、被検体における自家蛍光が発せられている部分については、その自家蛍光の強度に応じて着色された状態で、表示される。従って、術者は、この診断用画像を観察することにより、被検体の形状を把握するとともに、当該被検体における自家蛍光の強度を認識して、診断を行うことができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術による電子内視鏡装置には、以下のような問題がある。図１０に示されるように、この電子内視鏡装置の光源ユニットは、集光レンズ７１を、有する。また、この電子内視鏡装置のライトガイド光学系は、光ファイバが多数束ねられてなるライトガイド・ファイババンドル（以下、ライトガイドと略記）７２，及び配光レンズ７３を、有する。ライトガイド７２は、その基端面が、集光レンズ７１と所定の間隔を開けて対向するように、配置されている。また、配光レンズ７３は、ライトガイド７２の先端面に対向させて、配置されている。
【０００８】
そして、光源ユニットは、白色光及び励起光を、夫々、平行光束としてその集光レンズ７１へ入射させる。この集光レンズ７１は、入射した平行光束を、ライトガイド７２の基端面に収束させる。なお、この集光レンズ７１は、入射した白色光及び励起光を、夫々、互いに等しい角度αの範囲内でライトガイド７２へ入射させる。
【０００９】
このライトガイド７２は、入射した白色光及び励起光を、夫々、その先端面から射出させる。射出された白色光及び励起光は、夫々、配光レンズ７３により拡散されて、被検体を照明する。
【００１０】
なお、ライトガイド７２は、短波長の光についての開口角が長波長の光についての開口角よりも大きくなるという性質を、有している。このため、ライトガイド７２は、入射した白色光を、所定の第１の開口角の範囲で射出させるのに対し、入射した励起光を、第１の開口角よりも大きい第２の開口角の範囲で射出させる。
【００１１】
そして、ライトガイド７２から射出された白色光は、配光レンズ７３により拡散されて、角度γの範囲内で射出される。一方、ライトガイド７２から射出された励起光は、配光レンズ７３により拡散されて、角度δ（δ＞γ）の範囲内で射出される。
【００１２】
すると、被検体における白色光の照射範囲よりも、励起光の照射範囲の方が広くなってしまう。このため、診断用画像のうち、励起光の照射範囲に入っているものの白色光の照射範囲に入っていない領域に相当する部分は、被検体の状態を正しく示すことにならない。従って、術者は、この診断用画像を観察したとしても、被検体の状態を正確に知ることができない。
【００１３】
そこで、被検体に対する両照明光の照射範囲を互いに等しくすることができる電子内視鏡装置を提供することを、本発明の課題とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明による電子内視鏡装置は、上記課題を解決するために、以下のような構成を採用した。
【００１５】
即ち、この電子内視鏡装置は、ファイババンドルを有するとともにその基端側に入射した光束を先端側から射出するライトガイド光学系と、可視光，及び，生体組織自体からの蛍光を励起する励起光を発し、これら可視光と励起光とを交互に切り換えて前記ライトガイド光学系の基端側に収束させることにより、前記ライトガイド光学系へ導く光源ユニットと、前記ライトガイド光学系の基端側に入射する際の可視光の角度の範囲と励起光の角度の範囲とを、相違させる光束調整部と、前記被検体表面からの光のうちの励起光以外の成分を収束させて、この被検体表面の像を形成する対物光学系と、前記対物光学系によって形成された被検体表面の像を撮像して画像信号に変換する撮像素子と、前記ライトガイド光学系の先端側から射出された可視光が拡散する角度の範囲と前記ライトガイド光学系の先端側から射出された励起光が拡散する角度の範囲とを一致させるように前記光束調整部を制御し、前記撮像素子により取得された画像信号のうち、前記ライトガイド光学系に可視光が導かれている期間に対応する部分に基づいて参照画像信号を生成し、前記ライトガイド光学系に励起光が導かれている期間に対応する部分に基づいて蛍光画像信号を生成するプロセッサとを、備えたことを特徴とする。
【００１６】
このように構成されると、光束調整部は、ライトガイド光学系の基端側に可視光が入射する角度の範囲よりも、励起光が入射する角度の範囲を小さくすることにより、ライトガイド光学系の先端側から拡散する可視光及び励起光の角度の範囲を、互いに一致させることができる。
【００１７】
なお、この電子内視鏡装置は、所定のチャートを用いて、励起光の照射範囲と可視光の照射範囲とを一致させることができる。このチャートは、被検体と等価な性質を有するものである。即ち、このチャートは、可視光により照射されると該可視光を被検体と同様に反射するとともに、励起光により照射されると被検体と同様に励起して蛍光を発する。
【００１８】
そして、ライトガイド光学系から射出された可視光と励起光とが、このチャートを交互に照射している際に、プロセッサは、参照画像信号と蛍光画像信号とを比較することにより、前記チャートにおける可視光の照射範囲と励起光の照射範囲とが互いに一致するように、前記光束調整部を制御して、前記ライトガイドの基端側に入射する際の可視光の角度の範囲と励起光の角度の範囲とを、相対的に変化させる。
【００１９】
なお、光束調整部は、励起光の光束径を変化させることによって、ライトガイド光学系に入射する励起光の角度の範囲を変化させてもよく、可視光の光束径を変化させることによって、ライトガイド光学系に入射する可視光の角度の範囲を変化させてもよい。また、この光束調整部は、正レンズ及び負レンズからなる調整光学系を、有していてもよい。さらに、この光束調整部は、負レンズをその光軸方向へ移動させる移動機構を、有していてもよい。この移動機構は、負レンズを移動させることにより、調整光学系から射出される光束の径を、変化させることができる。さらに、この負レンズは、複数枚のレンズによりなる負レンズ群であってもよい。この場合には、移動機構は、負レンズ群における各レンズ間の距離を調節することにより、入射した平行光束を、径の異なる平行光束として射出させることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の一実施形態による電子内視鏡装置について、説明する。図１は、この電子内視鏡装置の構成図である。この図１に示されるように、電子内視鏡装置は、電子内視鏡１，及び，外部装置（光源・プロセッサ装置）２を、備えている。
【００２１】
まず、電子内視鏡（以下、内視鏡と略記）１について説明する。この内視鏡１は、図１にはその形状が示されていないが、生体内に挿入される可撓管状の挿入部，この挿入部の基端側に対して一体に連結された操作部，及び，この操作部と外部装置２とを連結するライトガイド可撓管を、備えている。
【００２２】
内視鏡１の挿入部の先端は、硬質部材製の図示せぬ先端部により封止されている。また、この挿入部の先端近傍の所定領域には、図示せぬ湾曲機構が組み込まれており、当該領域を湾曲させることができる。操作部には、湾曲機構を湾曲操作するためのダイヤル，及び各種操作スイッチが、設けられている。
【００２３】
この内視鏡１の先端部には、少なくとも３つの開口が開けられており、これら３つの開口のうちの２つは、配光レンズ１１，及び，対物レンズ１２により、夫々封止されている。なお、他の開口の一つは、鉗子孔として利用される。
【００２４】
さらに、内視鏡１は、光ファイバが多数束ねられてなるライトガイド・ファイババンドル（以下、ライトガイドと略記）１３を、有している。そして、このライトガイド１３は、その先端面（出射面）を配光レンズ１１に対向させるとともに、挿入部，操作部及びライトガイド可撓管内を引き通され、その基端側が外部装置２内に引き込まれている。なお、これらライトガイド１３及び配光レンズ１１は、ライトガイド光学系に相当する。
【００２５】
また、内視鏡１は、撮像素子としてのＣＣＤ（charge-coupled device）エリアセンサ１４を備えている。このＣＣＤエリアセンサ（以下ＣＣＤと略記）１４の撮像面は、内視鏡１の先端部が被検体に対向配置された状態において、対物レンズ１２が当該被検体の像を結ぶ位置に、配置されている。なお、これら対物レンズ１２及びＣＣＤ１４間の光路中には、図示せぬ励起光カットフィルタが、挿入配置されている。この励起光カットフィルタは、生体の自家蛍光を励起する励起光を遮断するとともに、可視光を透過させる。これら対物レンズ１２及び励起光カットフィルタは、対物光学系に相当する。
【００２６】
なお、図１における符号１５は、内視鏡１の操作部に設けられた複数の操作スイッチのうちの１つを、模式的に示している。この操作スイッチ１５は、後述する照射範囲調整のために、用いられる。
【００２７】
次に、外部装置２について説明する。この外部装置２は、図２に示されるように、光源ユニット２０，並びに，タイミングコントローラＴ１，画像信号処理回路Ｔ２，システムコントローラＴ３及びステージ駆動回路Ｔ４を有するプロセッサＴを、備えている。
【００２８】
この外部装置２における光源ユニット２０は、白色光源２１及び励起光源２２を、備えている。一方の白色光源２１は、図示せぬキセノンランプ及びリフレクタを、有している。そして、この白色光源２１は、そのキセノンランプが発した白色光を、リフレクタで反射させることにより、平行光束として射出する。なお、この白色光源２１は、可視光源に相当する。
【００２９】
他方の励起光源２２は、図示せぬＵＶランプ及びリフレクタを、有している。なお、この励起光源２２のＵＶランプは、生体の自家蛍光を励起する紫外帯域の励起光を、発する。そして、この励起光源２２は、そのＵＶランプが発した励起光を、リフレクタで反射させることにより、平行光束として射出する。なお、励起光源２２から射出された励起光の光束径は、白色光源２１から射出された白色光の光束径と、一致している。
【００３０】
白色光源２１から発せられた白色光の光路上には、集光レンズ２３が、配置されている。この集光レンズ２３は、入射した平行光束を、ライトガイド１３の基端面（入射面）に収束させる。なお、この集光レンズ２３は、入射した白色光を、角度αの範囲内で、ライトガイド１３へ入射させる。
【００３１】
また、白色光源２１から発せられた白色光の光路上における当該白色光源２１の直後には、第１のロータリーシャッタ２４が、挿入されている。なお、この第１のロータリーシャッタ２４は、第１の遮光部材に相当する。図３の（Ａ）に示されるように、この第１のロータリーシャッタ２４は、円板状に形成され、その外周に沿ったリング状の部分に、１つの開口が開けられている。この開口には、透明な平行平板状の光学部材が填め込まれている。この光学部材が、白色光を透過させる透過部（可視光透過部）２４１になっている。
【００３２】
図２に示されるように、このロータリーシャッタ２４は、モータ２４Ｍに連結されている。そして、このロータリーシャッタ２４は、その中心軸を、白色光源２１から射出される白色光の光路に対して平行に向けた状態で、モータ２４Ｍに駆動されて回転する。そして、このロータリーシャッタ２４が回転すると、その透過部２４１は、間欠的に白色光の光路中に挿入される。
【００３３】
また、励起光源２２から発せられた励起光の光路上には、この励起光の光束径を調整するための第１レンズ２５及び第２レンズ２６が、配置されている。第１レンズは、正レンズによりなり、励起光源２２の直後に配置されている。なお、これら両レンズ２５，２６は、調整光学系として機能する。
【００３４】
一方、第２レンズ２６は、負レンズによりなり、その光軸を第１レンズ２５の光軸と一致させるとともに、当該第１レンズ２５の直後に配置されている。この第２レンズ２６は、ステージＥ１に対して固定されている。なお、このステージＥ１は、移動機構Ｅ２に連結されている。そして、この移動機構Ｅ２は、ステージＥ１を移動させることにより、第２レンズ２６を、その光軸方向へ移動させることができる。これら移動機構Ｅ２，及び両レンズ２５，２６は、光束調整部に相当する。
【００３５】
なお、図２では、第２レンズ２６は、その物体側焦点位置が第１レンズ２５の像側焦点位置と一致する位置へ、移動している。この状態において、これら第１レンズ２５及び第２レンズ２６は、励起光源２２から射出された平行光束を、光束径のより小さい平行光束に変換する。
【００３６】
この第２レンズ２６から射出された励起光の光路は、白色光の光路に対して直交している。即ち、ロータリーシャッタ２４及び集光レンズ２３間の所定位置において、白色光の光路と励起光の光路とは、直交している。これら白色光及び励起光の光路同士が直交する位置には、ハーフミラー２７が、挿入されている。このハーフミラー２７は、該ハーフミラー２７を透過した白色光の光路と同じ光路上を励起光が進むように、この励起光を反射させる。
【００３７】
また、励起光源２２から発せられた励起光の光路上における第２レンズ２６及びハーフミラー２７間の所定位置には、第２のロータリーシャッタ２８が、挿入されている。なお、この第２のロータリーシャッタ２８は、第２の遮光部材に相当する。図３の（Ｂ）に示されるように、この第２のロータリーシャッタ２８は、円板状に形成され、その外周に沿ったリング状の部分に、１つの開口が開けられている。この開口には、透明な平行平板状の光学部材が填め込まれている。この光学部材が、励起光を透過させる透過部（励起光透過部）２８１になっている。
【００３８】
図２に示されるように、このロータリーシャッタ２８は、モータ２８Ｍに連結されている。そして、このロータリーシャッタ２８は、その中心軸を、励起光源２２から射出される励起光の光路に対して平行に向けた状態で、モータ２８Ｍに駆動されて回転する。そして、このロータリーシャッタ２８が回転すると、その透過部２８１は、間欠的に励起光の光路中に挿入される。
【００３９】
また、プロセッサＴにおけるタイミングコントローラＴ１，画像信号処理回路Ｔ２，システムコントローラＴ３，及びステージ駆動回路Ｔ４は、相互に接続されている。このプロセッサＴのタイミングコントローラＴ１は、両モータ２４Ｍ，２８Ｍに、夫々接続されている。そして、このタイミングコントローラＴ１は、これら両モータ２４Ｍ，２８Ｍを、互いに同期させて等速回転させる。なお、これら両モータ２４Ｍ，２８Ｍは、切換駆動機構に相当する。
【００４０】
図１に示されるように、システムコントローラＴ３は、操作スイッチ１５に接続されている。そして、操作スイッチ１５が操作されると、このシステムコントローラＴ３は、ステージ駆動回路Ｔ４に、後述する照射範囲調整を実行させる。図２に示されるように、このステージ駆動回路Ｔ４は、移動機構Ｅ２に接続されており、該移動機構Ｅ２を制御してステージＥ１を移動させることにより、第２レンズ２６をその光軸上において前後に移動させる。
【００４１】
なお、ステージＥ１が、図２の上下方向における上向きへ移動すると、第２レンズ２６は、第１レンズ２５から離反する。すると、この第２レンズ２６から射出される励起光の光束径は、小さくなる。そして、集光レンズ２３により収束された励起光がライトガイド１３へ入射する角度βは、小さくなる。一方、ステージＥ１が、図２の上下方向における下向きへ移動すると、第２レンズ２６は、第１レンズ２５に近接する。すると、この第２レンズ２６から射出される励起光の光束径は、大きくなる。そして、集光レンズ２３により収束された励起光がライトガイド１３へ入射する角度βは、大きくなる。
【００４２】
なお、このステージ駆動回路Ｔ４は、第２レンズ２６を後述の如く移動させることにより、被検体における励起光の照射範囲を、白色光の照射範囲と一致させることができる。
【００４３】
上記光源ユニット２０において、白色光源２１から発せられた白色光は、第１のロータリーシャッタ２４の透過部２４１が光路中に挿入されている期間中にのみ、ハーフミラー２７へ向けて射出される。一方、励起光源２２から射出された励起光は、第２のロータリーシャッタ２８の透過部２８１が光路中に挿入されている期間中にのみ、ハーフミラー２７へ向けて射出される。
【００４４】
なお、タイミングコントローラＴ１は、透過部２４１が光路中に挿入されていない期間中に、透過部２８１が光路中に挿入されるように、かつ、透過部２８１が光路中に挿入されていない期間中に、透過部２４１が光路中に挿入されるように、両モータ２４Ｍ，２８Ｍを互いに同期させて等速回転させている。
【００４５】
このため、ハーフミラー２７へは、白色光と励起光とが、交互に繰り返し入射する。このハーフミラー２７を透過した白色光は、集光レンズ２３によりライトガイド１３の入射面に収束される。一方、このハーフミラー２７により反射された励起光は、集光レンズ２３によりライトガイド１３の入射面近傍に収束される。そして、これら白色光及び励起光は、交互に、ライトガイド１３により導かれて、配光レンズ１１へ向かう。すると、配光レンズ１１からは、これら白色光及び励起光が、交互に繰り返し射出される。
【００４６】
そして、被検体に対して白色光が照射されている期間中には、この被検体表面において反射された光は、対物レンズ１２により収束されて、ＣＣＤ１４の撮像面近傍に被検体像を形成する。この被検体像は、ＣＣＤ１４により画像信号に変換される。
【００４７】
一方、この被検体に対して励起光が照射されている期間中には、この被検体は、自家蛍光を発する。このため、対物レンズ１２へは、この被検体から発せられた自家蛍光，及び，この被検体表面において反射された励起光が、入射する。但し、励起光は、図示せぬ励起光カットフィルタにより遮断されるので、ＣＣＤ１４の撮像面近傍には、被検体の自家蛍光のみによる像が形成される。
【００４８】
なお、図１に示されるように、ＣＣＤ１４は、タイミングコントローラＴ１，及び画像信号処理回路Ｔ２と、夫々接続されている。そして、このＣＣＤ１４は、タイミングコントローラＴ１から送信された駆動信号に従って、画像信号を出力する。また、画像信号処理回路Ｔ２は、ＣＣＤ１４から出力された画像信号を取得する。
【００４９】
図４は、照明及び画像取得のタイミングチャートである。この図４の（Ａ）は、タイミングコントローラＴ１から出力されたＣＣＤ１４の駆動信号を示している。また、この図４の（Ｂ）は、配光レンズ１１から被検体へ向けて射出された励起光（ＵＶ光），及び白色光（Ｗ光）の照射期間を示している。
【００５０】
この図４の（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、配光レンズ１１からＵＶ光が射出される「ＵＶ照射」期間が、ＣＣＤ１４の「Ｆ蓄積」期間に相当する。即ち、被検体にＵＶ光が照射された状態において、ＣＣＤ１４の各画素には、自家蛍光（Ｆ光）による被検体像に対応した電荷が蓄積される。このように蓄積された電荷は、直後の「Ｆ転送」期間中に、Ｆ画像信号（蛍光画像信号）として画像信号処理回路Ｔ２へ送信される。
【００５１】
一方、配光レンズ１１からＷ光が射出される「Ｗ照射」期間が、ＣＣＤ１４の「Ｗ蓄積」期間に相当する。即ち、被検体にＷ光が照射された状態において、ＣＣＤ１４の各画素には、Ｗ光による被検体像に対応した電荷が蓄積される。このように蓄積された電荷は、直後の「Ｗ転送」期間中に、Ｗ画像信号（参照画像信号）として画像信号処理回路Ｔ２へ送信される。
【００５２】
そして、画像信号処理回路Ｔ２は、後述の如く、これらＦ画像信号，及びＷ画像信号に基づき、被検体の診断用画像信号を生成する。この画像信号処理回路Ｔ２は、生成した診断用画像信号に基づいて、モニタ３に診断用画像を表示させる。
【００５３】
以下、図５を参照して、この画像信号処理回路Ｔ２における処理について説明する。この画像信号処理回路Ｔ２は、タイミングコントローラＴ１と夫々接続された前段信号処理回路Ｔ２１，Ａ／ＤコンバータＴ２２，一対のメモリＴ２３，Ｔ２４，一対のＤ／ＡコンバータＴ２５，Ｔ２６を、備えている。
【００５４】
前段信号処理回路Ｔ２１は、ＣＣＤ１４に接続されている。そして、この前段信号処理回路Ｔ２１は、ＣＣＤ１４から出力された画像信号を取得して、増幅及びγ補正等の処理を施した後に、出力する。Ａ／ＤコンバータＴ２２は、前段信号処理回路Ｔ２１から出力された画像信号をＡ／Ｄ変換して、デジタルの画像データとして出力する。
【００５５】
なお、ＣＣＤ１４からは、Ｆ画像信号，及びＷ画像信号が、交互に繰り返して出力される。そして、これらＦ画像信号，及びＷ画像信号は、夫々、前段信号処理回路Ｔ２１及びＡ／ＤコンバータＴ２２により処理されることにより、Ｆ画像データ，及びＷ画像データに変換される。即ち、Ａ／ＤコンバータＴ２２からは、これらＦ画像データ，及びＷ画像データが、交互に出力される。
【００５６】
一対のメモリＴ２３，Ｔ２４は、いずれも、ＣＣＤ１４の画素毎に所定の複数ビットのデータを記憶可能な記憶領域を、有する。これら各メモリＴ２３，Ｔ２４は、Ａ／ＤコンバータＴ２２に夫々接続されている。そして、これら各メモリＴ２３，Ｔ２４には、タイミングコントローラＴ１により夫々指定された期間中にＡ／ＤコンバータＴ２２から出力された画像データが、格納される。
【００５７】
即ち、Ａ／ＤコンバータＴ２２からＦ画像データが出力されている期間中には、第１のメモリＴ２３に、このＦ画像データが格納され、Ａ／ＤコンバータＴ２２からＷ画像データが出力されている期間中には、第２のメモリＴ２４に、このＷ画像データが格納される。
【００５８】
一対のＤ／ＡコンバータＴ２５，Ｔ２６は、夫々、各メモリＴ２３，Ｔ２４に接続されている。そして、第１のＤ／ＡコンバータＴ２５は、第１のメモリＴ２３から出力されたＦ画像データをアナログのＦ画像信号に変換して出力する。第２のＤ／ＡコンバータＴ２６は、第２のメモリＴ２４から出力されたＷ画像データをアナログのＷ画像信号に変換して出力する。
【００５９】
さらに、この画像信号処理回路Ｔ２は、３つのアンプＴ２７〜Ｔ２９を、備えている。第１のアンプＴ２７には、第２のＤ／ＡコンバータＴ２６からの出力信号と第１のＤ／ＡコンバータＴ２５からの出力信号との差が、入力される。即ち、第１のアンプＴ２７には、Ｗ画像信号からＦ画像信号が差し引かれた信号が、入力される。一方、第２のアンプＴ２８，及び第３のアンプ２９には、いずれも、第２のＤ／ＡコンバータＴ２６からの出力信号が、入力される。即ち、これら各アンプＴ２８，Ｔ２９には、夫々、Ｗ画像信号が入力される。
【００６０】
これら各アンプＴ２７〜Ｔ２９に入力される信号の組が、診断用画像信号に相当する。即ち、この診断用画像信号は、両Ｄ／ＡコンバータＴ２５，Ｔ２６と第１のアンプＴ２７との間に設けられた減算回路により減算された信号，及び，第２のＤ／ＡコンバータＴ２６から出力されたＷ画像信号を、含んでいる。そして、各アンプＴ２７〜Ｔ２９は、夫々、入力した信号を所定の増幅率で増幅し、各出力端子Ｐ１〜Ｐ３へ出力させる。
【００６１】
なお、これら各出力端子Ｐ１〜Ｐ３は、夫々、モニタ３に接続されている。このモニタ３は、カラー画像のＢ成分用の入力端子，Ｇ成分用の入力端子，及びＲ成分用の入力端子を、有する。そして、画像信号処理回路Ｔ２の第１の出力端子Ｐ１は、モニタ３のＢ成分用の入力端子に接続されている。また、画像信号処理回路Ｔ２の第２の出力端子Ｐ２は、モニタ３のＧ成分用の入力端子に接続されている。また、画像信号処理回路Ｔ２の第３の出力端子Ｐ３は、モニタ３のＲ成分用の入力端子に接続されている。
【００６２】
さらに、画像信号処理回路Ｔ２は、動画表示用の所定の仕様に従って出力する同期信号用の図示せぬ出力端子を、有する。一方、モニタ３は、この同期信号用の図示せぬ入力端子を有する。これら画像信号処理回路Ｔ２の同期信号用の出力端子，及び，モニタ３の同期信号用の入力端子は、互いに接続されている。そして、このモニタ３は、そのＢ成分用，Ｇ成分用，Ｒ成分用，及び同期信号用の各入力端子に入力した信号に基づき、被検体の診断用画像をその画面に動画表示する。
【００６３】
仮に、各出力端子Ｐ１〜Ｐ３へＷ画像データのみが出力されるならば、モニタ３には、白色光が照射された状態における被検体のモノクロ画像が、表示されることになる。しかし、実際には、上記のように第１の出力端子Ｐ１へは、Ｗ画像信号からＦ画像信号が減算された画像信号が出力される。このため、モニタ３に表示された診断用画像において、被検体の自家蛍光が発せられていない部分に対応する領域は、当該部分のモノクロ画像と同等になっている。一方、モニタ３に表示された画像において、被検体の自家蛍光が発せられている部分に対応する領域は、その自家蛍光の強度に応じて着色された状態になっている。
【００６４】
従って、術者は、このモニタ３に表示された診断用画像を観察することにより、被検体の形状を正確に知ることができるとともに、その自家蛍光の強度分布を知ることができる。即ち、術者は、被検体における自家蛍光の強い正常な部分と、自家蛍光の弱くなった病変部分とを、見分けることができる。
【００６５】
但し、被検体に対する励起光の照射範囲と白色光の照射範囲とが、一致していないと、診断用画像におけるこれら両照射範囲が不一致の領域に相当する部分は、被検体の状態を正しく示すことにならない。このため、実際の被検体に対する観察がなされる前に、励起光の照射範囲と白色光の照射範囲とを一致させる照射範囲調整が、なされる必要がある。
【００６６】
以下、この照射範囲調整について説明する。この照射範囲調整は、被検体の観察の前に、図６の（Ａ）に示される如く内視鏡１の先端部をチャート４に対向させた状態で、なされる。このチャート４は、平板状の部材であり、図６の（Ｂ）にその平面視における形状が示されている。このチャート４の表面には、蛍光塗料が塗布されている。なお、このチャート４に所定の強度の白色光が照射された場合にこのチャート４により反射される光の強度と、このチャート４に所定の強度の励起光が照射された場合にこのチャート４から発せられる蛍光の強度とは、夫々、被検体に各光が照射された場合と同等になるように設定されている。
【００６７】
この内視鏡１の先端部がチャート４に対向配置された状態で、術者は、操作スイッチ１５を操作することにより、レベル調整を指示する。すると、システムコントローラＴ３は、この指示に基づいて、ステージ駆動回路Ｔ４に照射範囲調整を実行させる。
【００６８】
このステージ駆動回路Ｔ４は、図５に示されるように、二値化回路Ｔ４１，積分回路Ｔ４２，基準電圧ブロックＴ４３，増幅回路Ｔ４４，及びドライバＴ４５を、備えている。そして、このステージ駆動回路Ｔ４は、両Ｄ／ＡコンバータＴ２５，Ｔ２６と二値化回路Ｔ４１との間に設けられた減算回路により、各画素毎に、第１のＤ／ＡコンバータＴ２５より出力されたＦ画像信号から、第２のＤ／ＡコンバータＴ２６より出力されたＷ画像信号を差し引いて、二値化回路Ｔ４１へ送信する。
【００６９】
この二値化回路Ｔ４１は、タイミングコントローラＴ１に接続されており、ＣＣＤ１４における所定の１ライン分に相当するＦ画像信号とＷ画像信号との差分信号のみを取得する。そして、この二値化回路Ｔ４１は、取得した差分信号を、所定の閾値で二値化する。
【００７０】
図７は、この二値化回路Ｔ４１からの出力信号の説明図である。この図７に示されるように、ＣＣＤ１４の撮像面には、被検体にＵＶ光が照射された場合のＦ光による像と、この被検体にＷ光が照射された場合の像とが、交互に形成される。そして、被検体に対するＵＶ光による照射範囲が、Ｗ光による照射範囲よりも広い場合には、Ｆ画像信号とＷ画像信号との差分信号（Ｆ−Ｗ）における両照射範囲が重ならない領域に相当する部分は、０にならない。なお、これら両照射範囲が互いに一致している場合には、Ｆ画像信号とＷ画像信号との差分信号（Ｆ−Ｗ）は、常に０になる。
【００７１】
図５に示される積分回路Ｔ４２は、Ｆ画像信号とＷ画像信号との差分信号（Ｆ−Ｗ）を、ＣＣＤ１４における１ラインに亘って積分する。なお、Ｆ画像信号とＷ画像信号との差分信号の値が１ラインに亘って０である場合には、この積分回路Ｔ４２からの出力信号の値も０になる。しかし、実際の積分回路Ｔ４２は、この場合に、０でない値（オフセット値）の信号を出力する特性を有していることがある。そこで、この積分回路Ｔ４２の出力信号から、基準電圧ブロックＴ４３による所定の基準電圧を差し引くことにより、オフセット値を補正する。即ち、Ｆ画像信号とＷ画像信号との差分信号の値が１ラインに亘って０である場合に、積分回路Ｔ４２の出力信号と基準電圧ブロックＴ４３の出力信号との差（エラー信号）の値は、０になる。
【００７２】
なお、図７に示されるように、被検体におけるＵＶ光による照射範囲がＷ光による照射範囲よりも広い場合には、このエラー信号の値は、正になる。一方、被検体におけるＵＶ光による照射範囲がＷ光による照射範囲よりも狭い場合には、このエラー信号の値は、負になる。
【００７３】
このエラー信号は、増幅回路Ｔ４４により増幅されて、ドライバＴ４５へ出力される。このドライバＴ４５は、システムコントローラＴ３に接続されている。そして、システムコントローラＴ３は、操作スイッチ１５が操作された場合に、ドライバＴ４５を動作させる。この場合に、ドライバＴ４５は、増幅回路Ｔ４４からの出力信号を受信して、移動機構Ｅ２を、以下に示すように駆動する。
【００７４】
図８は、移動機構Ｅ２の一例を示す説明図である。この移動機構Ｅ２は、ステージＥ１を所定の平面内における所定の移動方向にのみ移動可能に案内するリニアガイドＬ，モータＥ２１，及びボールネジＥ２２を、有している。このボールネジＥ２２は、そのメネジの部分がステージＥ１に固定され、そのオネジの部分がモータＥ２１の出力軸に連結されている。なお、ボールネジＥ２２は、そのオネジの中心軸をステージＥ１の移動方向と平行に向けて、配置されている。
【００７５】
モータＥ２１は、ドライバＴ４５に接続されている。このドライバＴ４５は、モータＥ２１に対して駆動電流を供給することにより、このモータＥ２１を正方向又は逆方向に回転させる。
【００７６】
なお、エラー信号が正である場合には、ドライバＴ４５は、モータＥ２１を正方向へ回転させる。すると、ボールネジＥ２２のオネジが正方向へ回転して、ステージＥ１は、移動方向における正の向き（図２の上下方向における上向き）へ移動する。
【００７７】
一方、エラー信号が負である場合には、ドライバＴ４５は、モータＥ２１を逆方向へ回転させる。すると、ボールネジＥ２２のオネジが逆方向へ回転して、ステージＥ１は、移動方向における負の向き（図２の上下方向における下向き）へ移動する。
【００７８】
なお、システムコントローラＴ３は、エラー信号を監視しており、操作スイッチ１５が操作された後、このエラー信号の値が０になるまでの間、ドライバＴ４５を動作させる。なお、エラー信号が０になると、システムコントローラＴ３は、ドライバＴ４５の動作を停止させる。すると、ステージＥ１は、エラー信号が０になった時点における位置に、固定される。
【００７９】
図９は、エラー信号が０になった場合の照射範囲を示す説明図である。この図９に示されるように、ライトガイド１３へ励起光が入射する範囲を示す角度βは、白色光が入射する範囲を示す角度αよりも、小さくなっている。
【００８０】
なお、ライトガイド１３は、入射した白色光を、所定の第１の開口角の範囲で射出させる。射出された白色光は、配光レンズ１１により拡散されて、角度γの範囲内で射出される。一方、励起光は、角度αよりも小さい角度βの範囲でライトガイド１３へ入射した後、前記第１の開口角よりも小さい所定角度の範囲で射出される。射出された励起光は、配光レンズ１１により拡散される。
【００８１】
この配光レンズ１１は、倍率色収差を有している。従って、仮に、この配光レンズ１１に、励起光と白色光とが同じ角度の範囲で入射したとすると、当該配光レンズ１１は、励起光を白色光よりも大きい角度の範囲で拡散させる。実際には、励起光は、白色光よりも小さい角度の範囲でライトガイド１３から射出されるので、配光レンズ１１は、この励起光を、白色光と同様に角度γの範囲で射出する。このように、被検体における励起光の照射範囲は、白色光の照射範囲と一致する。
【００８２】
上記のように、術者は、内視鏡１の先端をチャート４に対向させた状態で、操作ボタン１５を押すことにより、白色光の照射範囲と励起光の照射範囲とを、簡単に一致させることができる。そして、術者は、両照射範囲を互いに一致させた後に、被検体を観察することにより、この被検体の状態に正確に対応した診断用画像を得ることができる。従って、この診断用画像に基づいてなされる診断の精度が、向上する。
【００８３】
【発明の効果】
以上のように構成された本発明の電子内視鏡装置は、被検体における励起光による照射範囲及び可視光による照射範囲を、互いに一致させることができる。このため、蛍光画像信号及び参照画像信号は、被検体における両照射範囲が互いに一致した条件下で取得される。従って、これら蛍光画像信号及び参照画像信号に基づいて、被検体の状態に正確に対応した診断用画像が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態の電子内視鏡装置を示す構成図
【図２】 外部装置（光源・プロセッサ装置）の説明図
【図３】 ロータリーシャッタを示す図
【図４】 照明及び画像取得のタイミングチャート
【図５】 プロセッサの構成を示すブロック図
【図６】 スケール及び照射範囲を示す説明図
【図７】 二値化回路からの出力信号の説明図
【図８】 移動機構の一例を示す構成図
【図９】 照射範囲調整後の白色光及び励起光の照射範囲を示す説明図
【図１０】 従来の白色光及び励起光の照射範囲を示す説明図
【符号の説明】
１ 電子内視鏡
１１ 配光レンズ
１２ 対物レンズ
１３ ライトガイド
１４ ＣＣＤエリアセンサ
２ 外部装置（光源・プロセッサ装置）
２０ 光源ユニット
２１ 白色光源
２２ 励起光源
２３ 集光レンズ
２４，２８ ロータリーシャッタ
２４１，２８１ 透過部
２４Ｍ，２８Ｍ モータ
２５ 第１レンズ
２６ 第２レンズ
Ｅ１ ステージ
Ｅ２ 移動機構
２７ ハーフミラー
Ｔ プロセッサ
Ｔ１ タイミングコントローラ
Ｔ２ 画像信号処理回路
Ｔ３ システムコントローラ
Ｔ４ ステージ駆動回路

Claims (10)

1. ファイババンドルを有するとともにその基端側に入射した光束を先端側から射出するライトガイド光学系と、
   可視光，及び，生体組織自体からの蛍光を励起する励起光を発し、これら可視光と励起光とを交互に切り換えて前記ライトガイド光学系の基端側に収束させることにより、前記ライトガイド光学系へ導く光源ユニットと、
   前記ライトガイド光学系の基端側に入射する際の可視光の角度の範囲と励起光の角度の範囲とを、相違させる光束調整部と、
   前記被検体表面からの光のうちの励起光以外の成分を収束させて、この被検体表面の像を形成する対物光学系と、
   前記対物光学系によって形成された被検体表面の像を撮像して画像信号に変換する撮像素子と、
   前記ライトガイド光学系の先端側から射出された可視光が拡散する角度の範囲と前記ライトガイド光学系の先端側から射出された励起光が拡散する角度の範囲とを一致させるように前記光束調整部を制御し、前記撮像素子により取得された画像信号のうち、前記ライトガイド光学系に可視光が導かれている期間に対応する部分に基づいて参照画像信号を生成し、前記ライトガイド光学系に励起光が導かれている期間に対応する部分に基づいて蛍光画像信号を生成するプロセッサと
   を備えたことを特徴とする電子内視鏡装置。
2. 可視光により照射されると該可視光を反射するとともに励起光により照射されると励起して蛍光を発するチャートを、前記ライトガイド光学系から射出された可視光と励起光とが交互に照射している際に、
   前記プロセッサは、前記参照画像信号と前記蛍光画像信号とを比較することにより、前記チャートにおける可視光の照射範囲と励起光の照射範囲とが互いに一致するように、前記光束調整部を制御して、前記ライトガイド光学系の基端側に入射する際の可視光の角度の範囲と励起光の角度の範囲とを、相対的に変化させる
   ことを特徴とする請求項１記載の電子内視鏡装置。
3. 前記プロセッサは、前記蛍光画像信号と前記参照画像信号との差による信号を、所定の閾値で二値化し、この二値化した信号の値がそれら画像信号における所定の範囲において０になった場合に、前記チャートにおける励起光の照射範囲と可視光の照射範囲とが互いに一致していると判断する
   ことを特徴とする請求項２記載の電子内視鏡装置。
4. 前記光束調整部は、前記ライトガイド光学系の基端側に入射する際の励起光の角度の範囲を、前記ライトガイド光学系の基端側に入射する際の可視光の角度の範囲よりも、小さくすることにより、前記ライトガイド光学系の先端側から射出された励起光が拡散する角度の範囲を、前記ライトガイド光学系の先端側から射出された可視光が拡散する角度の範囲と一致させる
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電子内視鏡装置。
5. ファイババンドルを有するとともにその基端側に入射した光束を先端側から射出するライトガイド光学系と、
   可視光を平行光束として射出する可視光源と、
   生体組織自体からの蛍光を励起する励起光を平行光束として射出する励起光源と、
   これら両光源から発せられた光束を交互に切り換えていずれかの光束を、前記ライトガイド光学系の基端側へ向けて射出する光源切換部と、
   前記ライトガイド光学系及び前記光源切換部間の光路中に挿入配置されるとともに、前記光源切換部から射出された光束を前記ライトガイド光学系の基端側に収束させる集光レンズと、
   前記集光レンズに入射する可視光及び励起光のうちの少なくとも一方の光束径を、変化させる光束調整部と、
   前記被検体表面からの光のうちの励起光以外の成分を収束させて、この被検体表面の像を形成する対物光学系と、
   前記対物光学系によって形成された被検体表面の像を撮像して画像信号に変換する撮像素子と、
   前記撮像素子により取得された画像信号のうち、前記ライトガイド光学系に可視光が導かれている期間に対応する部分に基づいて参照画像信号を生成し、前記ライトガイド光学系に励起光が導かれている期間に対応する部分に基づいて蛍光画像信号を生成するプロセッサと
   を備えたことを特徴とする電子内視鏡装置。
6. 前記光束調整部は、１枚以上のレンズによりなる調整光学系と、
   この調整光学系における少なくとも１枚のレンズを、その光軸方向へ移動させる移動機構とを、有し、
   前記プロセッサは、前記移動機構を制御して、前記調整光学系から射出される光束の径を変化させる
   ことを特徴とする請求項５記載の電子内視鏡装置。
7. 前記光源切換部は、前記可視光源から発せられた可視光の光路中に挿入されることにより該可視光を遮光可能な第１の遮光部材と、
   前記励起光源から発せられた励起光の光路中に挿入されることにより該励起光を遮光可能な第２の遮光部材と、
   前記第１の遮光部材が可視光を遮光していないときには、前記第２の遮光部材により励起光を遮光させ、前記第２の遮光部材が励起光を遮光していないときには、前記第１の遮光部材により可視光を遮光させる切換駆動機構とを、有する
   ことを特徴とする請求項５又は６記載の電子内視鏡装置。
8. 前記第１の遮光部材は、可視光を遮光する円板状の部材の周方向に沿った領域における所定の部分に、可視光を透過させる可視光透過部が形成された第１のロータリーシャッタを有し、
   前記第２の遮光部材は、励起光を遮光する円板状の部材の周方向に沿った領域における所定の部分に、励起光を透過させる励起光透過部が形成された第２のロータリーシャッタを有し、
   前記切換駆動機構は、前記第１のロータリーシャッタが可視光を遮光しているときに、前記第２のロータリーシャッタの励起光透過部が励起光の光路中に挿入され、前記第２のロータリーシャッタが励起光を遮光しているときに、前記第１のロータリーシャッタの可視光透過部が可視光の光路中に挿入されるように、これら各ロータリーシャッタを夫々回転させる
   ことを特徴とする請求項７記載の電子内視鏡装置。
9. 前記プロセッサは、参照画像信号から蛍光画像信号を減算することにより、診断用画像信号を生成する
   ことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の電子内視鏡装置。
10. 前記プロセッサから出力された画像信号を表示するモニタを、
    さらに備えたことを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の電子内視鏡装置。

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