JP4270634B2 - 内視鏡装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内視鏡装置に関し、特に生体内物質の可視光及び赤外光に対する吸光特性を利用して生体機能の状態を計測するのに適した内視鏡装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、体腔内に内視鏡挿入部を挿入して、食道、胃、小腸、大腸等の消化管や肺等の気管を観察したり、必要に応じて処置具チャンネル内に挿通した処置具を用いて各種治療処置を行うことができる医療用の内視鏡装置が一般的に利用されている。特に、電荷結合素子（ＣＣＤ）等の電子撮像デバイスを用いた内視鏡装置は、カラーモニタ上にリアルタイムで動画像を表示でき、内視鏡を操作する術者の疲労が少ないので広く利用されている。
【０００３】
最近では、通常の可視光による被写体の画像（以下、通常画像と呼ぶ）を観察するばかりでなく、例えば酸素飽和度に応じて吸光スペクトルが変化するヘモグロビンの特性を利用し、被写体からの反射光を撮像して、被写体に含まれるヘモグロビンの量や酸素飽和度等の生体機能に関する情報を得て画像化する内視鏡装置が提案されている。このような内視鏡装置では、被写体に光を照射してその反射光を撮像することで、非侵襲的に生体機能の状態を調べることができるので、病変部の効率的な診断への応用が期待されている。ここで、ヘモグロビンの量や酸素飽和度等の生体機能情報は、複数の異なる波長の狭帯域光により被写体を撮像し、異なる波長で得られた複数の画像の間で画素毎の信号レベル値を用いた演算（以下、画像間演算と呼ぶ）を行うことにより算出することが可能である。この画像間演算を行うには、例えば、文献「近赤外分光法−人体内部を探る」（田村守著、「計測と制御」、平成９年５月号、第３６巻、第５号、３４４〜３４８頁）に記述されているように、Ｂｅｅｒ−Ｌａｍｂｅｒｔ則を応用した式を用いることができる。
【０００４】
このような生体機能情報を観察できる内視鏡装置として、例えば、特許第２６４８４９４号では、通常画像とヘモグロビンの酸素飽和度を示す画像とを観察できる内視鏡装置が示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来から使用されている内視鏡装置を用いて酸素飽和度等の生体機能情報を得ようとすると、微妙な酸素飽和度の変化を観察したいときや、酸素飽和度の絶対値を得たいときのような厳密な検査を行うときに、次に挙げる幾つかの問題点が生じていた。
まず、感度良く酸素飽和度等を得るためには、照明光或いは反射光の透過波長帯域を制限するフィルタの透過帯域幅を狭くして、被写体の吸光スペクトルの変化を鋭敏に捉えられるようにすると有利である。しかし、フィルタの透過帯域幅を狭くすると、遠い距離から観察した時に十分な光量が得られず信号対ノイズ比が悪くなり、画像のノイズが目立ってしまうという問題があった。
また、従来の内視鏡装置では、被写体までの距離や被写体の形状によって、図１４に示すような照明光が生体の粘膜に何度か反射する多重反射が生じ、この影響により、内視鏡挿入部先端から出射される照明光のスペクトルと被写体の見たい部位即ち関心領域に実際に照射される照明光のスペクトルとが異なるものになってしまい、観察される画像の色の再現性が悪化することがあった。特に臓器の奥の方に位置する関心領域を遠くから観察するときには多重反射の影響を受け易く、この関心領域の通常画像を観察すると、例えば赤みが強い観察画像が得られることがあった。更に、この多重反射の影響により、得られる画像が関心領域の生体粘膜そのものが持つ吸光特性や散乱特性を正確に反映しないことがあり、酸素飽和度やヘモグロビン量等を得る際の大きな誤差要因となっていた。
また、ヘモグロビンの酸素飽和度等の情報を得る際には、多くの波長により被写体を撮像した画像を用いるので、照明光或いは反射光の透過波長帯域を制限するフィルタを内視鏡装置に多数設ける構成にすると、内視鏡装置が大型化するとともに、新たに別の波長の光により被写体を観察しようとする際の拡張性が悪いという問題があった。
【０００６】
本発明は、これらの事情に鑑みてなされたもので、狭い帯域幅の光による観察画像を得て精度良く酸素飽和度等の生体機能情報が得られるとともに、被写体の距離が遠いときに十分に明るくノイズが少ない観察画像を得ることができる内視鏡装置を提供することを目的とする。
【０００７】
前記目的を達成するため本発明の一態様による内視鏡装置は、被写体を照明するための光源から発せられる照明光の光路上に設けられ第１の波長帯域の光を通過させる第１の波長制限手段と、前記照明光の光路上に設けられ前記第１の波長帯域と中心波長が略同じで帯域幅が異なる第２の波長帯域の光を通過させる第２の波長制限手段と、前記第１の波長制限手段を通過して前記被写体に照射される光の量と前記第２の波長制限手段を通過して前記被写体に照射される光の量との割合を変化させる手段と、を備えている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【０００９】
（第１の実施の形態）
図１ないし図８は本発明の第１の実施の形態に係り、図１は内視鏡装置の全体構成を示す説明図、図２は回転フィルタ板の構成を示す説明図、図３は半値全幅１０ｎｍのフィルタの分光透過特性を示す説明図、図４は半値全幅３０ｎｍのフィルタの分光透過特性を示す説明図、図５は脱酸素化ヘモグロビン及び酸素化ヘモグロビンの吸光特性を示す説明図、図６は被写体が近くに位置するときの光束に対するフィルタの位置を示す説明図、図７は被写体が遠くに位置するときの光束に対するフィルタの位置を示す説明図、図８は被写体が中間的な距離に位置するときの光束に対するフィルタの位置を示す説明図である。
【００１０】
図１に示すように、本実施の形態の内視鏡装置は、被写体を照明する照明光を発する光源装置１と、体腔内等に挿入して被写体像を撮像して撮像信号を得る内視鏡２と、前記内視鏡２で得られた撮像信号からモニタ表示可能な映像信号や画像記録装置へ出力可能なデジタル映像信号等を得るための信号処理等を行うビデオプロセッサ３と、前記ビデオプロセッサ３で得られた映像信号を映し出すモニタ４と、前記ビデオプロセッサ３で得られたデジタル映像信号を記録する画像記録装置としてのデジタルファイリング装置５と、前記ビデオプロセッサ３で得られたデジタル映像信号から再生される画像を写真フィルム上に記録する画像記録装置としての写真撮影装置６を備えて構成されている。
【００１１】
前記光源装置１は、光を放射するキセノンランプ等のランプ１１と、このランプ１１の照明光路上に設けられ不必要な光や熱の放射を遮るべく透過波長を制限する赤外カットフィルタ１２と、照明光路上に設けられ照射光量を制限する照明光絞り１３と、回転することで透過波長の異なるフィルタが順次照明光上に挿入される回転フィルタ板１４と、回転フィルタ板１４を回転駆動するためのモータ１５と、回転フィルタ板１４を光軸に対して垂直方向に移動させることで、照明光上に挿入されるフィルタの組み合わせの切り替え等を行うためのモータ１６と、前記ランプ１１から前記赤外カットフィルタ１２と照明光絞り１３と回転フィルタ板１４のフィルタを通過した照明光を後述するライトガイド２３の光入射端へ集光する集光光学系１７を備えて構成されている。前記回転フィルタ板１４は、回転することで、例えば３種類の異なる波長帯域の光、例えば赤、緑、青の３種類の光を時分割で順次透過させるようになっている。
【００１２】
前記内視鏡２は、体腔内等に挿入する細長の挿入部２１と、この挿入部２１の基端側に連設され内視鏡２を把持し操作するための操作部２２と、一端が前記光源装置１に接続され、操作部２２及び挿入部２１を挿通して、前記光源装置１からの照明光を挿入部２１先端へ導光するライトガイド２３と、挿入部２１先端に設けられ前記ライトガイド２３から出射される照明光を被写体へ向けて配光する配光光学系２４と、挿入部２１先端に設けられ照明光を照射された被写体からの反射光による被写体像を結像するための対物光学系２５と、この対物光学系２５の結像位置に受光面が位置し被写体像を撮像して撮像信号を得る撮像手段としてのＣＣＤ２６と、操作部２２の操作者が容易に操作できる位置に設けられ、前記画像記録装置への画像記録を指示するレリーズスイッチ２７と、操作部２２の操作者が容易に操作できる位置に設けられ、照明光上に挿入される前記回転フィルタ板１４のフィルタの組み合わせの切り替え等を指示するフィルタ切替スイッチ２８と、操作部２２の操作者が容易に操作できる位置に設けられ、観察画像の種類を切り替えるための観察モード切替スイッチ２９を備えて構成されている。前記ＣＣＤ２６は、例えば３種類の異なる波長帯域の光による被写体像を時分割で順次撮像し、これら異なる波長帯域の光による被写体像に対応した撮像信号を時分割で順次出力する。
【００１３】
前記ビデオプロセッサ３は、前記ＣＣＤ２６で得られた撮像信号から映像信号成分を抽出するプリプロセス回路３１と、このプリプロセス回路３１で得られた映像信号をアナログ信号からデジタル信号へ変換するＡ／Ｄ変換回路３２と、このＡ／Ｄ変換回路３２から出力される映像信号に対してカラーバランス補正処理等を施すカラーバランス補正回路３３と、このカラーバランス補正回路３３から波長帯域別に時分割で順次出力される映像信号を入力し、各波長帯域毎の映像信号に空間分割して出力するセレクタ３４と、前記セレクタ３４で例えば３つの波長帯域別に空間分割されて出力された映像信号を各波長帯域別に一時記憶する例えば３つの同時化メモリ３５ａ、３５ｂ、３５ｃと、これら同時化メモリ３５ａ、３５ｂ、３５ｃにそれぞれ一時記憶された波長帯域の異なる映像信号の間で演算処理を行うことで、ヘモグロビンの量や酸素飽和度等の生体機能情報を得て画像化する画像間演算回路３６と、この画像間演算回路３６から出力される例えばＲＧＢ式の映像信号をデジタル信号からアナログ信号へ変換するＤ／Ａ変換回路３７ａ、３７ｂ、３７ｃと、前記画像間演算回路３６から出力される映像信号を符号化して画像記録装置へ出力する符号化回路３８と、前記カラーバランス補正回路３３で得られる映像信号の明るさを所定のレベルに維持すべく前記照明光絞り１３に絞り制御信号を与える調光回路３９と、前記フィルタ切替スイッチ２８からの指示に応じて、前記モータ１６を制御して、前記回転フィルタ板１４の光軸に垂直な方向の位置を移動させるフィルタ位置制御回路４０を備えて構成されている。
【００１４】
図２に示すように、回転フィルタ板１４は、回転軸を中心とした最外周に配置された複数のフィルタで構成されるフィルタ群４１と、中間周に配置された複数のフィルタで構成されるフィルタ群４２と、最内周に配置された複数のフィルタで構成されるフィルタ群４３を備えている。
【００１５】
最外周に配置された前記フィルタ群４１は、赤、緑、青の波長帯域の光をそれぞれ透過するフィルタ４１ａ、４１ｂ、４１ｃで構成されている。
【００１６】
中間周に配置された前記フィルタ群４２は、外周寄りに配置された透過帯域幅が狭い複数のフィルタ４２ａａ、４２ａｂ、４２ａｃで構成されるフィルタ群４２ａと、内周寄りに配置された透過帯域幅が広い複数のフィルタ４２ｂａ、４２ｂｂ、４２ｂｃで構成されるフィルタ群４２ｂで構成されており、これらフィルタ群４２ａの内周とフィルタ群４２ｂの外周とは、接して配置されている。また、フィルタ４２ａａとフィルタ４２ｂａ、フィルタ４２ａｂとフィルタ４２ｂｂ、フィルタ４２ａｃとフィルタ４２ｂｃは、回転軸からみてそれぞれ同一方向に配置されている。
【００１７】
最内周に配置された前記フィルタ群４３は、透過波長帯域の中心波長が４３０ｎｍのフィルタ４３ａと、透過波長帯域の中心波長が４５０ｎｍのフィルタ４３ｂと、透過波長帯域の中心波長が４７０ｎｍのフィルタ４３ｃで構成されており、各フィルタ４３ａ、４３ｂ、４３ｃの半値全幅はいずれも１０ｎｍである。
【００１８】
なお、回転フィルタ板１４の各フィルタが配置されている以外の部分は、光を遮光する部材で形成されている。
【００１９】
図３及び図４に示すように、フィルタ４２ａａとフィルタ４２ｂａとは、いずれも透過波長帯域の中心波長が７６０ｎｍで、フィルタ４２ａｂとフィルタ４２ｂｂとは、いずれも透過波長帯域の中心波長が８０５ｎｍで、フィルタ４２ａｃとフィルタ４２ｂｃとは、いずれも透過波長帯域の中心波長が８４０ｎｍである。また、フィルタ４２ａａ、４２ａｂ、４２ａｃの半値全幅はいずれも１０ｎｍであり、フィルタ４２ｂａ、４２ｂｂ、４２ｂｃの半値全幅はいずれも３０ｎｍである。なお、図３及び図４に示される各フィルタの特性曲線には、これらの特性曲線に対応する各フィルタに対して図２で付された符号と同一の符号が付されている。
【００２０】
次に、本実施の形態の作用を説明する。
光源装置１のランプ１１からは、可視領域及び近赤外領域を含む波長領域の光が放射され、この光は、赤外カットフィルタ１２と、照明光絞り１３と、回転フィルタ板１４を通過して、内視鏡２のライトガイド２３に入射される。
【００２１】
このとき、赤外カットフィルタ１２は、３８０ｎｍ以下と９００ｎｍ以上の波長の光を減衰させ、回転フィルタ板１４上の各フィルタに照射される不要な熱や光を遮断する。
【００２２】
また、照明光絞り１３は、ビデオプロセッサ３の調光回路３９から与えられる絞り制御信号に応じて、光源装置１から出射される光の光量を制限し、ＣＣＤ２６で撮像される画像に飽和が生じないようにする。
【００２３】
また、回転フィルタ板１４は、通常観察時には最外周のフィルタ群４１が光軸上に挿入され、モータ１５により所定の速度で回転駆動されることによりフィルタ４１ａ、４１ｂ、４１ｃが光路上に時分割で順次挿入され、赤、緑、青の光が時分割で順次透過される。また、酸素飽和度やヘモグロビン量を観察するヘモグロビン観察時には、フィルタ位置制御回路４０からのフィルタ位置制御信号に応じて、モータ１６が回転フィルタ板１４を光軸と垂直方向に移動することにより、最外周のフィルタ群４１に代わって、中間周のフィルタ群４２や最内周のフィルタ群４３が光軸上に挿入される。中間周のフィルタ群４２が光路上に挿入されているときには、赤、緑、青に代わって、７６０ｎｍ、８０５ｎｍ、８４０ｎｍを中心波長とする光が時分割で順次透過され、最内周のフィルタ群４３が光路上に挿入されているときには、４３０ｎｍ、４５０ｎｍ、４７０ｎｍを中心波長とする光が時分割で順次透過され、光源装置１から出射される。
【００２４】
図５に、被写体である生体の血液に含まれる色素である酸素化ヘモグロビン（オキシヘモグロビンとも呼ぶ）及び脱酸素化ヘモグロビン（デオキシヘモグロビンとも呼ぶ）のそれぞれの波長に対する分子吸光係数つまり吸光度を対比的に示す。なお、酸素化ヘモグロビンは、酸素と結合したヘモグロビンであり、脱酸素化ヘモグロビンは、酸素と結合していないヘモグロビンであり、また、本願では、酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンを総称してヘモグロビンと呼ぶ。ヘモグロビンの酸素飽和度は、全ヘモグロビンの量に対する酸素化ヘモグロビンの量を得ることにより算出される。図５から分かるように、８０５ｎｍと４５０ｎｍの波長は、酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンとの吸光度の差がほとんどない波長であり、また、７６０ｎｍと４３０ｎｍは脱酸素化ヘモグロビンの方が吸光度が大きい波長であり、８４０ｎｍと４７０ｎｍは酸素化ヘモグロビンの方が吸光度が大きい波長となっている。このように、酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンで吸光度が逆転する液長を選ぶことにより、得られた各波長帯域の映像信号をモニタ４の例えば赤、緑、青の各色に割り当てて画像を観察するときに、酸素飽和度の変化を画像の色の変化として捉えやすくなる。また、ヘモグロビンの吸収は波長が短い方が大きいので、生体への光の透過性は波長が長いほど良い。そのため、７６０ｎｍ、８０５ｎｍ、８４０ｎｍといった長波長の光を用いた場合には、比較的粘膜深層の酸素飽和度やヘモグロビン量の情報を得ることができ、４３０ｎｍ、４５０ｎｍ、４７０ｎｍといった短波長の光を用いた場合には、比較的粘膜表層の酸素飽和度やヘモグロビン量の情報を得ることができる。
【００２５】
なお、光路上に挿入されるフィルタ群４１、４２、４３の選択は、フィルタ切替スイッチ２８からの指示に応じて、フィルタ位置制御回路４０が、モータ１６へフィルタ位置制御信号を与えることで行われる。このとき、最外周のフィルタ群４１或いは最内周のフィルタ群４３が光路上に挿入されているときには、回転フィルタ板１４の光軸に対する位置は一定に維持されるが、中間周のフィルタ群４２が光路上に挿入されているときには、フィルタ位置制御回路４０からのフィルタ位置制御信号によりモータ１６が制御されて、回転フィルタ板１４の光軸に対する位置が移動し、後述するように透過される光の実質的な波長帯域幅が変化する。
【００２６】
内視鏡２のライトガイド２３に入射された照明光は、内視鏡２の挿入部２１の先端部まで導光され、配光光学系から消化管等の被写体へ向けて照射される。そして、被写体で散乱、反射された反射光による被写体像は、対物光学系２５により、ＣＣＤ２６の受光面に結像する。このＣＣＤ２６は、回転フィルタ板１４の回転に同期して駆動されており、回転フィルタ板１４が時分割で順次透過する各波長帯域の照明光に対応して、各波長帯域の反射光による被写体像を時分割で順次撮像し、各波長帯域に対応した撮像信号を時分割で順次ビデオプロセッサ３へ与える。
【００２７】
ビデオプロセッサ３に入力された撮像信号は、先ずプリプロセス回路３１に入力され、このプリプロセス回路３１は、撮像信号にＣＤＳ（相関２重サンプリング）処理等を施して、映像信号成分を抽出する。このプリプロセス回路３１で得られた映像信号は、Ａ／Ｄ変換回路３２により、アナログ信号からデジタル信号に変換され、カラーバランス補正回路３３により、カラーバランス補正処理が施される。このとき、カラーバランス補正回路３３は、回転フィルタ板１４の位置に応じてカラーバランス補正係数を切り替え、回転フィルタ板１４のフィルタ群４１、４２、４３が切り替えられても、常に適切なカラーバランスを保つように処理を行う。
【００２８】
カラーバランス補正回路２０から出力される映像信号は、セレクタ３４により、波長帯域別に空間分割され、波長帯域別に同時化メモリ３５ａ、３５ｂ、３５ｃに振り分けられて一時記憶される。このとき、フィルタ群４１が照明光路に挿入されている通常観察時には、フィルタ４１ａ、４１ｂ、４１ｃが照明光路に順次挿入されることで得られる赤、緑、青の波長帯域に対応した映像信号が同時化メモリ３５ａ、３５ｂ、３５ｃにそれぞれ一時記憶される。また、フィルタ群４２が照明光路に挿入されている際のヘモグロビン観察時には、中心波長が７６０ｎｍ、８０５ｎｍ、８４０ｎｍの波長帯域に対応した映像信号が同時化メモリ３５ａ、３５ｂ、３５ｃにそれぞれ一時記憶される。また、フィルタ群４３が照明光路に挿入されている際のヘモグロビン観察時には、中心波長が４３０ｎｍ、４５０ｎｍ、４７０ｎｍの波長帯域に対応した映像信号が同時化メモリ３５ａ、３５ｂ、３５ｃにそれぞれ一時記憶される。そして、同時化メモリ３５ａ、３５ｂ、３５ｃにそれぞれ記憶された波長帯域別の画像の映像信号は、同時に読み出されることで同時化される。
【００２９】
同時化メモリ３５ａ、３５ｂ、３５ｃで同時化された画像は、画像間演算回路３６へ与えられる。この画像間演算回路３６は、フィルタ切替スイッチ２８及び観察モード切替スイッチ２９からの指示に応じた処理を行い、例えばＲＧＢ式の映像信号を出力する。そして、このＲＧＢ式の映像信号は、Ｄ／Ａ変換回路３７ａ、３７ｂ、３７ｃにより、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の色成分毎に、デジタル信号からアナログ信号に変換されて、モニタ４へ与えられる。つまり、画像間演算回路３６から出力される映像信号のうち、Ｒ信号はモニタ４の赤色に対応し、Ｇ信号はモニタ４の緑色に対応し、Ｂ信号はモニタ４の青色に対応している。
通常観察時、つまりフィルタ切替スイッチ２８によりフィルタ群４１が選択されているときには、画像間演算回路３６は、同時化メモリ３５ａ、３５ｂ、３５ｃから読み出した映像信号をそのままＲ信号、Ｇ信号、Ｂ信号として出力する。従って、赤、緑、青の各色の照明光に対応して得られた映像信号は、そのままモニタ４の赤、緑、青に対応して描出される。
【００３０】
ヘモグロビン観察時、つまりフィルタ切替スイッチ２８によりフィルタ群４２或いはフィルタ群４３が選択されているときには、画像間演算回路３６は、観察モード切替スイッチ２９からの指示に応じて、入力された映像信号をそのまま出力する第１の動作モードと、酸素飽和度分布を示す酸素飽和度画像を得る第２の動作モードと、ヘモグロビン量分布を示すヘモグロビン量画像を得る第３の動作モードのうちいずれかの動作モードの処理を行う。
【００３１】
第１の動作モードでは、画像間演算回路３６は、同時化メモリ３５ａ、３５ｂ、３５ｃから読み出した映像信号をそのままＲ信号、Ｇ信号、Ｂ信号として出力することで、各波長帯域の照明光に対応した画像成分が、モニタ４の赤、緑、青の各色成分に割り当てられて描出される。例えば、フィルタ群４２が選択されているときには、中心波長が７６０ｎｍ、８０５ｎｍ、８４０ｎｍの各波長帯域の照明光に対応した画像成分が、モニタ４の赤、緑、青の各色成分に割り当てられて描出され、また、フィルタ群４３が選択されているときには、中心波長が４３０ｎｍ、４５０ｎｍ、４７０ｎｍの各波長帯域の照明光に対応した画像成分が、モニタ４の赤、緑、青の各色成分に割り当てられて描出される。従って、第１の動作モードでは、酸素飽和度が高い部分は青色より赤色が強く、酸素飽和度が低い部分は赤色より青色が強い画像が、モニタ４に表示され、直観的に酸素飽和度の分布を知ることができるようになっている。
【００３２】
第２の動作モードでは、画像間演算回路３６は、各画素の位置におけるヘモグロビン量を算出し、ヘモグロビン量を表すべく各画素の色や輝度を編集した映像信号を出力する。これにより、モニタ４では、各画素の位置のヘモグロビン量を観察することができる。
【００３３】
第３の動作モードでは、画像間演算回路３６は、各画素の位置における酸素飽和度を算出し、酸素飽和度を表すべく各画素の色や輝度を編集した映像信号を出力する。これにより、モニタ４では、各画素の位置の酸素飽和度を観察することができる。
【００３４】
なお、画像間演算回路３６から出力される映像信号は、必要に応じて、図示しないガンマ補正回路によってモニタ４のガンマ特性を補正する変換が施されてから、Ｄ／Ａ変換回路３７ａ、３７ｂ、３７ｃへ与えられる。
【００３５】
また、画像間演算回路３６から出力される映像信号は、Ｄ／Ａ変換回路３７ａ、３７ｂ、３７ｃを介してモニタ４へあたえられるばかりでなく、符号化回路３８で符号化され、画像記録装置であるデジタルファイリング装置５及び写真撮影装置６へ与えられる。画像記録装置への映像信号の記録は、レリーズスイッチ２７が操作されたときに、このレリーズスイッチ２７から与えられる画像記録指示信号に応じて行われる。
【００３６】
調光回路３９は、カラーバランス補正回路３３で得られる映像信号の信号レベルから画像の明るさを検出し、得られる画像の明るさを概ね一定に保つべく絞り制御信号を照明光絞り１３へ与えて、光源装置１から出射される光量を制御するとともに、回転フィルタ板１４の中間周のフィルタ群４２が照明光路上に挿入されているときには、画像の明るさに応じて、フィルタ位置制御回路４０を介してフィルタ位置制御信号をモータ１６へ与え、以下のように、中間周のフィルタ群４２と照明光の光束との位置関係を調節すべく、回転フィルタ板１４の光軸に垂直な方向の位置を制御する。
先ず、被写体の距離が近くて画像が十分に明るいときには、図６に示すように、照明光の光束が半値全幅１０ｎｍのフィルタ群４２ａを通過するように、モータ１６が駆動制御されて回転フィルタ板１４の位置が調節される。このように照明光の波長帯域幅を狭く絞ることにより、酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンとの吸光度の差が大きくなる波長の照明光に対応して得られる映像信号に含まれる各画素の信号レベルの精度が高くなり、精度良く酸素飽和度やヘモグロビン量を求めることができる。
【００３７】
また、被写体の距離が遠く離れていて強い照明光が必要なときには、図７に示すように、照明光の光束が半値全幅３０ｎｍのフィルタ群４２ｂを通過するように、回転フィルタ板１４の位置が調節され、被写体に照射される光量が大きくなる。このように照明光の波長帯域幅を広くして照明光量を大きくすることにより、遠くの被写体でも十分な明るさでノイズの少ない観察画像を得ることができる。
また、被写体の距離が中間的な距離の場合には、図８に示すように、照明光の光束の一部が半値全幅１０ｎｍのフィルタ群４２ａを通り、一部が半値全幅３０ｎｍのフィルタ群４２ｂを通るようにする。このように、照明光の光束が、フィルタ群４２ａ及びフィルタ群４２ｂに跨るような位置に、回転フィルタ板１４が移動することにより、半値全幅１０ｎｍのフィルタ群４２ａを通過する光の量と半値全幅３０ｎｍのフィルタ群４２ｂを通過する光の量の割合が調節され、被写体に照射される照明光の実質的な波長帯域幅が調節される。
なお、中間周のフィルタ群４２が照明光路に挿入されている際に、照明光絞り１３は、回転フィルタ板１４の移動では対応できないような素早い調光変化が必要なときや、明るさ過度の画像の明るさを調整するときに補助的に利用されるように調光回路３９で制御してもよい。
【００３８】
以上説明したように、本実施の形態によれば、狭い帯域幅の光による観察画像を得て精度良く酸素飽和度等の生体機能情報が得られるとともに、被写体の距離が遠いときに十分に明るくノイズが少ない観察画像を得ることができるという効果が得られる。
【００３９】
なお、本実施の形態の内視鏡装置は、通常観察時及び酸素飽和度やヘモグロビン量等の生体機能情報の観察時において、各波長帯域の照明光を時分割で被写体に順次照射する面順次式の照明を行っているが、これに限らず、例えば、通常観察時において、各波長帯域の照明光を同時に被写体に照射する同時式の照明を行うようにしてもよい。この場合、通常観察時には、回転フィルタ板１４を照明光路上から外して、例えば色分離のための図示しないモザイクフィルタを反射光路上に挿入した状態で観察し、生体機能情報の観察時には、回転フィルタ板１４を照明光路上に挿入して面順次式で観察するようにしてもよい。
また、例えば半値全幅が１０ｎｍの狭波長帯域のフィルタを透過した照明光と例えば半値全幅が３０ｎｍの広波長帯域のフィルタを透過した照明光との量の割合を調節する手段は、本実施の形態のように空間的にそれぞれのフィルタを照明光が透過する面積を変化させる構成のものに限らず、例えばそれぞれのフィルタを透過する時間を変化させるように構成されたものでもよい。
また、照明光の波長帯域は、例えば５５０〜６００ｎｍ付近の３つの波長帯域を用いてもよいし、３つの波長帯域だけではなく４つ以上の波長帯域を用いて連立方程式を解くことにより酸素飽和度やヘモグロビン量等の生体機能情報を演算するようにしてもよい。
また、酸素飽和度画像やヘモグロビン量画像がモニタ４に表示されているときにレリーズスイッチ２７が操作された場合には、自動的に回転フィルタ板１４の位置を移動して、通常画像も併せて画像記録装置に記録されるようにしてもよい。
また、照明光絞り１３で照明光量を制御する代わりに、ＣＣＤの電子シャッタ機能を利用することで露光量を制御してもよい。
また、酸素飽和度やヘモグロビン量等の生体機能情報の演算を行う際に、画像をフリーズしてこのフリーズされた静止画像に対してマイクロコンピューターを用いて演算を行うように構成することで、画像間演算回路を小規模化してもよい。
また、所定の波長波長の光を透過するフィルタの代わりに、所定の波長帯域の光を反射するミラーを用いて構成してもよい。
また、撮像手段は、内視鏡挿入部に配置された構成に限らず、図示しない光学内視鏡の接眼部に着脱自在に取り付けられる構成であってもよい。
【００４０】
（第２の実施の形態）
図９ないし図１５は本発明の第２の実施の形態に係り、図９は内視鏡装置の全体構成を示す説明図、図１０は赤外・可視切替フィルタの構成を示す説明図、図１１は可視光透過フィルタ及び赤外光透過フィルタの分光透過特性を示す説明図、図１２は回転フィルタ板の構成を示す説明図、図１３はＲフィルタとＧフィルタとＢフィルタの分光透過特性を示す説明図、図１４は多重反射光が関心領域へ照射される様子を示す説明図、図１５は配光角が調節された照明光を示す説明図である。なお、本実施の形態では、前記第１の実施の形態と同様に構成されている部位には同じ符号を付してその説明を省略する。
【００４１】
図９に示すように、本実施の形態の内視鏡装置では、前記第１の実施の形態の光源装置１（図１参照）と、内視鏡２（図１参照）と、ビデオプロセッサ３（図１参照）に代わって、光源装置５１と、内視鏡５２と、ビデオプロセッサ５３がそれぞれ設けられている。
【００４２】
前記光源装置５１は、前記第１の実施の形態の光源装置１（図１参照）と比して、赤外カットフィルタ１２（図１参照）に代わって、回動位置によってランプ１１から出射された照明光の可視光成分と赤外光成分とを選択的に透過させる赤外・可視切替フィルタ６１と、この赤外・可視切替フィルタ６１を回動させるモータ６２が設けられ、回転フィルタ板１４（図１参照）に代わって、回転フィルタ板６３が設けられ、モータ１６（図１参照）が取り除かれて構成されている。
【００４３】
図１０に示すように、前記赤外・可視切替フィルタ６１は、可視光を透過する可視光透過フィルタ６１ａと、赤外光を透過する赤外光透過フィルタ６１ｂを有して構成されており、これら可視光透過フィルタ６１ａ及び赤外光透過フィルタ６１ｂのそれぞれの分光透過特性は、図１１に示す特性になっている。この赤外・可視切替フィルタ６１が回転軸の周りに回動することによって、可視光透過フィルタ６１ａと赤外光透過フィルタ６１ｂとが、選択的に照明光上に挿入されるようになっている。
【００４４】
図１２に示すように、本実施の形態の回転フィルタ板６３は、可視光領域では赤、緑、青の光をそれぞれ透過するＲフィルタ６３ａ、Ｇフィルタ６３ｂ、Ｂフィルタ６３ｃを有して構成されており、回転フィルタ板６３が回転軸の周りに回転することにより、Ｒフィルタ６３ａとＧフィルタ６３ｂとＢフィルタ６３ｃとが照明光路上に順次挿入されるようになっている。なお、本実施の形態の回転フィルタ板６３は、前記第１の実施の形態の回転フィルタ板１４（図１参照）と異なり、光軸と垂直な方向には位置固定されている。図１３に示すように、Ｒフィルタ６３ａ、Ｇフィルタ６３ｂ、Ｂフィルタ６３ｃは、それぞれ可視光の赤、緑、青の波長帯域だけでなく、それぞれ赤外光の６６０ｎｍ±１５ｎｍ、８０５ｎｍ±１５ｎｍ、９１５ｎｍ±１５ｎｍの波長帯域も透過するようになっている。
【００４５】
図９に示すように、本実施の形態の内視鏡５２は、前記第１の実施の形態の内視鏡２（図１参照）の配光光学系２４（図１参照）に代わって、焦点距離を電気的に制御できる液晶レンズ７１を有する配光光学系が設けられている。
【００４６】
本実施の形態のビデオプロセッサ５３は、前記第１の実施の形態のビデオプロセッサ３（図１参照）のフィルタ位置制御回路４０（図１参照）に代わって、前記モータ６２を駆動することで前記赤外・可視切替フィルタ６１の透過波長帯域を切り替えるフィルタ切替信号を出力するフィルタ切替回路８２が設けられている。
【００４７】
次に、本実施の形態の作用を説明する。
光源装置５１のランプ１１からは、可視光領域及び近赤外領域を含む波長領域の照明光が放射され、この照明光は、赤外・可視切替フィルタ６１と、照明光絞り１３と、回転フィルタ板６３と、集光光学系１７を通過して、内視鏡５２のライトガイド２３の光入射端に入射される。
このとき、赤外・可視切替フィルタ６１は、フィルタ切替回路８２により制御されるモータ６２により回動駆動されてから回動位置が保持され、これにより、可視光透過フィルタ６１ａと赤外光透過フィルタ６１ｂのいずれかが光路上に挿入される。このとき、フィルタ切替回路８２は、フィルタ切替スイッチ２８からの指示に応じて動作する。
【００４８】
また、照明光絞り１３は、前記第１の実施の形態と同様にして、光源装置１から出射される光の光量を制限し、ＣＣＤ２６で撮像される画像に飽和が生じないようにする。
また、回転フィルタ板６３は、モータ１５により回転駆動されることにより、可視光透過フィルタ６１ａが照明光路に挿入されているときには、赤、緑、青の光を順次透過させ、また、赤外光透過フィルタ６１ｂが照明光路に挿入されているときには、赤、緑、青の代わりに、６６０ｎｍ±１５ｎｍ、８０５ｎｍ±１５ｎｍ、９１５ｎｍ±１５ｎｍの波長帯域の光を順次透過させる。図５を参照して前記第１の実施の形態で述べたように、８０５ｎｍは、酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンとの吸光度の差が少ない波長であり、また、６６０ｎｍは脱酸素化ヘモグロビンの方が吸光度が大きい波長であり、９１５ｎｍは酸素化ヘモグロビンの方が吸光度が大きい波長となっており、これらの波長を用いることにより酸素飽和度やヘモグロビン量を算出することができる。
【００４９】
以上のようにして、可視光透過フィルタ６１ａが照明光路に挿入されているときには、通常観察が行われ、赤外光透過フィルタ６１ｂが照明光に挿入されているときにはヘモグロビン観察が行われる。このとき、画像間演算回路３６は、第１の実施の形態と同様にして、ヘモグロビン観察時には、観察モード切替スイッチ２９からの指示に応じて、第１の動作モードと、第２の動作モードと、第３の動作モードのうちいずれかの動作モードの処理を行う。
【００５０】
光源装置５１からの照明光は、ライトガイド２３により導光され、液晶レンズ７１を有する配光光学系から被写体へ向けて照射される。このとき、液晶レンズ７１は、液晶レンズ駆動回路８１により制御される駆動電圧の変化に応じて焦点距離が変化するようになっており、これにより、被写体へ向けて照射される照明光は、液晶レンズ７１によりその配光角が変化し、被写体への照射範囲が調整される。
【００５１】
このとき、被写体への照明光の配光角が調節されないと、図１４に示すように、被写体の関心領域に対して照明光の配光角の広がりが過度であるときに、照明光が生体粘膜に反射して生じる多重反射光が関心領域に照射され、これにより、本来関心領域に照射されるべきスペクトルと異なるスペクトルの光が関心領域に照射されてしまい、例えばヘモグロビン観察時の第２の動作モード及び第３のモードにおける測定精度が悪化してしまう。
【００５２】
そこで、本実施の形態では、液晶レンズ駆動回路８１は、フィルタ切替スイッチ２８及び観察モード切替スイッチ２９の状態に応じて液晶レンズ７１を次に述べるように制御する。例えば、通常観察時及びヘモグロビン観察時の第１の動作モードでは、図１５内の実線矢印で示すように、照明光の配光角が広げられ、照明光は、ＣＣＤ２６で撮像できる全視野に照射される。また、第２の動作モード及び第３の動作モードでは、図１５内の破線矢印で示すように、照明光の配光角が狭くなり、関心領域に対して照明光の広がりが過度になることが抑えられる。このように照明光の配光角が調整されて、照明範囲が狭く絞られることにより、関心領域へ照射される照射光の大部分が内視鏡からの直接光となり、関心領域への多重反射光が減少し、酸素飽和度やヘモグロビン量を求める際に問題となる多重反射による誤差要因が防止され、正確な酸素飽和度やヘモグロビン量が得られる。
【００５３】
以上説明したように、本実施の形態によれば、照明光が被写体に照射される際の多重反射を減少することで、酸素飽和度等の生体機能情報を得る際の誤差を減少できるという効果が得られる。
【００５４】
なお、本実施の形態では、照明光の配光角を変化させるために、液晶レンズ７１を設けているが、このような構成に限らず、照明範囲を制限する絞りを例えば配光光学系に設けてもよいし、また、例えば配光光学系を構成するレンズを機構的に移動させることで配光角を調節する手段を設けて構成してもよい。
また、照明範囲を狭くする際に、これに連動して光学的或いは電子的に画像を拡大し、照明光が照射されていない部位や配光が暗い部位はモニタ等に表示しないように制御してもよい。
また、多重反射光の影響を受け易い遠景の場合には照射光が狭く絞られ、多重反射光の影響を受け難い近接の場合には照射光が広めに照射されるように、被写体と内視鏡先端部の距離に応じて液晶レンズ７１を制御してもよい。
また、本実施の形態では、照明範囲の変更は、赤外・可視切替フィルタ６１の切替や観察モードつまり画像間演算回路３６の動作モードの切替に応じて自動的に行われているが、使用者が必要な時にスイッチを押すことにより行われるようにしてもよい。
また、赤外光透過フィルタ６１ｂを用いて観察するときには、回転フィルタ板６３の回転速度を遅くしてＣＣＤ２６の露光時間を長くすることで、露光量を増やして明るい画像を得るようにしてもよい。
また、本実施の形態の内視鏡は、撮像した画像から生体機能情報として酸素飽和度やヘモグロビン量を得るものであるが、これに限らず、例えば生体粘膜に含まれるヘモグロビン量の指標値であるヘモグロビンインデックス（ＩＨｂ）等を得るものであってもよい。
【００５５】
（第３の実施の形態）
図１６及び図１７は本発明の第３の実施の形態に係り、図１６は内視鏡装置の全体構成を示す説明図、図１７は波長可変フィルタ及びＣＣＤの動作を示すタイミングチャートである。なお、本実施の形態では、前記第１の実施の形態と同様に構成されている部位には同じ符号を付してその説明を省略する。
【００５６】
図１６に示すように、本実施の形態の内視鏡装置は、前記第１の実施の形態の内視鏡装置（図１参照）と比して、光源装置１（図１参照）に代わって、光源装置１０１が設けられ、ビデオプロセッサ３（図１参照）に代わって、ビデオプロセッサ１０３（図１参照）が設けられている。
【００５７】
本実施の形態の光源装置１０１は、第１の実施の形態の光源装置１（図１参照）と比して、回転フィルタ板１４（図１参照）とモータ１５（図１参照）とモータ１６（図１参照）に代わって、照明光の透過波長帯域が可変の波長可変フィルタ１１１が照明光路上に設けられている。この波長可変フィルタ１１１は、液晶セルを積層することにより構成されており、液晶への印加電圧を変化させることによりこの波長可変フィルタ１１１を透過する光の波長を瞬時に変化させることができるようになっている。この波長可変フィルタ１１１は、透過波長として任意の波長を選ぶことができるので、液晶チューナブルフィルタと呼ばれることもある。なお、この波長可変フィルタに関する詳細については、例えば、文献「液晶を用いた波長可変フィルター」（内田龍男著、「応用物理」、平成７年、第６４巻、第５号、４５１〜４５５頁）に記述されている。
【００５８】
本実施の形態のビデオプロセッサ１０３は、前記第１の実施の形態（図１参照）と比して、フィルタ位置制御回路４０（図１参照）に代わって、波長可変フィルタ１１１を制御するための波長制御回路１１２が設けられている。
【００５９】
次に、本実施の形態の作用を説明する。
波長制御回路５５は、フィルタ切替スイッチ２８の切替に応じて、通常観察用のフィルタ制御動作と、深層ヘモグロビン観察用のフィルタ制御動作、表層ヘモグロビン観察用のフィルタ制御動作の３つフィルタ制御動作のいずれかの制御動作を行う。
【００６０】
フィルタ切替スイッチ２８により、通常観察用のフィルタ制御動作が選択されたときには、波長制御回路１１２により制御される波長可変フィルタ１１１は、６２０ｎｍと、５４０ｎｍと、４５０ｎｍをそれぞれ中心波長とする波長帯域の光、つまり、赤と、緑と、青の波長帯域の光を順次透過させる。波長可変フィルタ１１１を順次透過した各波長帯域の照明光は被写体に照射され、その反射光による被写体像は順次ＣＣＤ２６で撮像され、前記第１の実施の形態で述べたように、赤、緑、青の各色に対応した画像を含む映像信号は、それぞれ同時化メモリ３５ａ、３５ｂ、３５ｃに一時記憶されて同時化される等して、通常画像としてモニタ４に表示される。なお、このとき、ＣＣＤ２６からの画素データ信号の読み出しは、図１７に示すように、波長可変フィルタ１１１が透過波長を切り替える合間の移行期間に行われる。
【００６１】
また、深層ヘモグロビン観察用のフィルタ制御動作が選択されたときには、波長可変フィルタ１１１は、７６０ｎｍと、８０５ｎｍと、８４０ｎｍをそれぞれ中心波長とする波長帯域の光を順次を透過させる。この各波長帯域の照明光に対応した映像信号は、それぞれ同時化メモリ３５ａ、３５ｂ、３５ｃに一時記憶されて同時化され、観察モード切替スイッチ２９で指定される動作モードで動作する画像間演算回路３６により生成された画像がモニタ４に表示される。
【００６２】
また、表層ヘモグロビン観察用のフィルタ制御動作が選択されたときには、波長可変フィルタ１１１は、４３０ｎｍと、４５０ｎｍと、４７０ｎｍをそれぞれ中心波長とする波長帯域の光を順次透過させる。そして、この各波長帯域の照明光に対応した映像信号は、深層ヘモグロビン観察用のフィルタ制御動作の場合と同様に処理され、モニタ４に表示される。
【００６３】
以上説明したように、本実施の形態によれば、第１の実施の形態のような多くのフィルタを備えた回転フィルタ板１４（図１参照）と、この回転フィルタ板１４を回転するモータ１５（図１参照）と、前記回転フィルタ板１４の位置を移動させるモータ１６（図１参照）という多数の大型の部材で一般的に構成されるフィルタが、波長可変フィルタ１１１に組み替えられるので、部品点数が減少し、内視鏡装置を構成する光源装置が小型化する。
また、波長可変フィルタ１１１が透過する波長帯域は、波長制御回路１１２からの信号により制御されるので、例えば透過波長帯域の追加変更を行う際に、機構的な変更作業が削減され、この透過波長帯域の追加変更を行う際の拡張性が向上する。
従って、本実施の形態によれば、内視鏡装置を小型化し、且つ光の透過波長帯域の追加変更を行う際の拡張性を向上できるという効果が得られる。
【００６４】
なお、本実施の形態では、波長可変フィルタ１１１を光源装置１０１内に組み込んで構成しているが、このような構成に限らず、内視鏡２の挿入部２１先端部の照明光路上や、ＣＣＤ２６前面等の位置に波長可変フィルタを組み込んで構成してもよい。ＣＣＤ２６前面に波長可変フィルタを組み込むと、波長可変フィルタが受ける光による熱の影響を小さくすることができる。
また、深層ヘモグロビン観察用の波長帯域と表層ヘモグロビン観察用の波長帯域の光を交互に被写体に照射することにより、粘膜表層と深層のヘモグロビン情報をモニタ上に同時に表示したり、通常観察用の波長帯域とヘモグロビン観察用の波長帯域の光をを交互に被写体に照射することにより、通常画像と酸素飽和度分布画像やヘモグロビン分布から得られる血流量分布画像をモニタ上に同時に表示する等してもよい。
また、モニタ上に、現在選択されているフィルタの波長を表示するようにしてもよい。
また、波長制御回路１１２を例えばマイクロプロセッサを用いて構成し、任意の波長を使用者が設定して観察できる構成としてもよい。
また、波長可変フィルタ１１１と第１の実施の形態で述べたような回転フィルタ板とを照明光路上に選択的に挿入する構成とし、通常観察時には回転フィルタ板を用いて観察し、ヘモグロビン観察時には波長可変フィルタ１１１を用いるようにしてもよい。
また、ヘモグロビンの酸素飽和度やヘモグロビン量は、３つの波長帯域の光を順次被写体に照射して得た映像信号から算出を行っているが、これに限らず、４つ以上の波長帯域の光を用いてもよい。
また、照明光としてヘモグロビンの酸素飽和度やヘモグロビン量を得るための波長帯域の光が用いられているが、これに限らず、適切な波長帯域を選ぶことにより、チトクロームやミオグロビンの酸素代謝を得るために内視鏡装置を応用してもよい。
また、ＣＣＤ２６の前面に色分離のためのモザイクフィルタを設けることで、通常観察時には、各波長帯域を同時に撮像する同時式の撮像を行い、ヘモグロビン観察等の生体機能情報計測時には、波長可変フィルタ１１１を用いて、面順次式の撮像を行って観察するようにしてもよい。
【００６５】
なお、本発明は、上述の実施の形態のみに限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能である。
【００６６】
［付記］
（付記項１−１）
被写体を照明するための光源から発せられる照明光の光路上に設けられ第１の波長帯域の光を通過させる第１の波長制限手段と、
前記照明光の光路上に設けられ前記第１の波長帯域と中心波長が略同じで帯域幅が異なる第２の波長帯域の光を通過させる第２の波長制限手段と、
前記第１の波長制限手段を通過して前記被写体に照射される光の量と前記第２の波長制限手段を通過して前記被写体に照射される光の量との割合を変化させる手段とを備えたことを特徴とする内視鏡装置。
【００６７】
（付記項１−２）
付記項１−１に記載の内視鏡装置であって、
前記第１の波長制限手段及び前記第２の波長制限手段は、光学的なフィルタで構成した。
【００６８】
（付記項１−３）
前記第１の波長制限手段及び前記第２の波長制限手段は、お互いに接するように配置した。
【００６９】
（付記項１−４）
付記項１−３に記載の内視鏡装置であって、
前記第１の波長制限手段及び前記第２の波長制限手段と前記照明光の光軸との前記光軸に垂直な方向の位置を調節することで前記割合を変化させる。
【００７０】
（付記項１−５）
付記項１−１に記載の内視鏡装置であって、
前記第１の波長制限手段及び前記第２の波長制限手段が取り付け固定された固定手段を備え、
前記固定手段と前記照明光の光軸との前記光軸に垂直な方向の位置を調節することで前記割合を変化させる。
【００７１】
（付記項１−６）
付記項１−５に記載の内視鏡装置であって、
前記固定手段の前記光軸に垂直な方向の位置を移動させる移動手段を備えた。
（付記項１−７）
付記項１−６に記載の内視鏡装置であって、
前記移動手段は、モータで構成した。
【００７２】
（付記項１−８）
付記項１−５に記載の内視鏡装置であって、
前記固定手段は回転可能に構成した回転体であり、
前記回転体を回転駆動するモータを設けた。
【００７３】
（付記項１−９）
付記項１−８に記載の内視鏡装置であって、
前記第１の波長制限手段及び前記第２の波長制限手段は、お互いに同心円状に配置した。
【００７４】
（付記項１−１０）
付記項１−８に記載の内視鏡装置であって、
前記回転体が回転することで前記第１の波長制限手段及び前記第２の波長制限手段はそれぞれ複数の波長帯域の光を選択的に順次透過する。
【００７５】
（付記項１−１１）
付記項１−６に記載の内視鏡装置であって、
前記移動手段を駆動制御する制御手段を設けた。
【００７６】
（付記項１−１２）
付記項１−１１に記載の内視鏡装置であって、
前記固定手段の位置を前記制御手段へ指示する入力手段を設けた。
【００７７】
（付記項１−１３）
付記項１−１１に記載の内視鏡装置であって、
前記制御手段は、前記被写体の像を撮像して得られる映像信号に含まれる画像の明るさに応じて前記移動手段を駆動制御する。
【００７８】
（付記項１−１４）
付記項１−１３に記載の内視鏡装置であって、
前記被写体の像を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段で得られる撮像信号から映像信号を得るべく映像信号処理を行う映像信号処理手段とを備えた。
【００７９】
（付記項１−１５）
付記項１−１４に記載の内視鏡装置であって、
前記制御手段は、前記映像信号処理手段と同一筐体内に設けた。
【００８０】
（付記項１−１６）
付記項１−１１に記載の内視鏡装置であって、
前記被写体の像を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段で得られる撮像信号から映像信号を得るべく映像信号処理を行う映像信号処理手段と、
前記映像信号に含まれる画像の色分布から前記被写体に含まれる含有物質の分布情報を得るべく演算を行う演算手段とを備えた。
【００８１】
（付記項１−１７）
付記項１−１６に記載の内視鏡装置であって、
前記含有物質は、生体である被写体に含まれる色素を含む。
【００８２】
（付記項１−１８）
付記項１−１７に記載の内視鏡装置であって、
前記色素は、ヘモグロビンを含む。
【００８３】
（付記項１−１９）
付記項１−１８に記載の内視鏡装置であって、
前記ヘモグロビンは酸素化ヘモグロビン及び脱酸素化ヘモグロビンを含み、
前記酸素化ヘモグロビン及び脱酸素化ヘモグロビンの分布情報から酸素飽和度を得る。
【００８４】
（付記項１−２０）
付記項１−１６に記載の内視鏡装置であって、
前記制御手段は、前記演算手段による前記演算が行われるときに、前記照明光の透過波長帯域幅を狭くすべく前記移動手段を駆動制御する。
【００８５】
（付記項１−２１）
付記項１−１に記載の内視鏡装置であって、
前記第１の波長制限手段及び前記第２の波長制限手段は、前記光源と同一筐体内に設けた。
【００８６】
（付記項２−１）
被写体に照射する照明光の反射光を撮像し、前記被写体に含まれる含有物質の前記照明光の波長に対する吸光特性を利用して前記被写体に含まれる前記含有物質の状態を計測することが可能な内視鏡装置において、
前記照明光の光路上に設けられ前記照明光の配光角を調節するための配光角調節手段を備えたことを特徴とする内視鏡装置。
【００８７】
（付記項２−２）
付記項２−１に記載の内視鏡装置であって、
前記含有物質は、生体である被写体に含まれる色素を含む。
【００８８】
（付記項２−３）
付記項２−２に記載の内視鏡装置であって、
前記色素は、ヘモグロビンを含む。
【００８９】
（付記項２−４）
付記項２−２に記載の内視鏡装置であって、
前記ヘモグロビンは酸素化ヘモグロビン及び脱酸素化ヘモグロビンを含み、
前記酸素化ヘモグロビン及び脱酸素化ヘモグロビンの分布情報から酸素飽和度を得る。
【００９０】
（付記項２−５）
付記項２−１に記載の内視鏡装置であって、
前記配光角調節手段は、電気的に制御されることで焦点距離が変化する液晶レンズを備えて構成した。
【００９１】
（付記項２−６）
付記項２−１に記載の内視鏡装置であって、
前記被写体の像を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段で得られる撮像信号から映像信号を得るべく映像信号処理を行う映像信号処理手段と、
前記映像信号に含まれる画像の色分布から前記被写体に含まれる前記含有物質の状態を計測すべく演算を行う演算手段とを備えた。
【００９２】
（付記項３−１）
被写体を照明する照明光の光路上或いは前記照明光の照射される前記被写体からの反射光による光学像の光路上の少なくともいずれかの光路上に設けられ透過波長帯域が可変の波長制限手段と、
前記波長制限手段による透過波長帯域を制御する波長制御手段とを備えたことを特徴とする内視鏡装置。
【００９３】
（付記項３−２）
付記項３−１に記載の内視鏡装置であって、
前記波長制限手段は、波長可変フィルタを備えて構成した。
【００９４】
（付記項３−３）
付記項３−１に記載の内視鏡装置であって、
前記波長制御手段は、複数の波長帯域の光を選択的に順次透過させるべく前記波長可変フィルタを制御する。
【００９５】
（付記項３−４）
付記項３−１に記載の内視鏡装置であって、
前記波長制御手段は、複数の波長帯域を１組の波長帯域群とする複数の波長帯域群のうちから選択された１組の波長帯域群に含まれる複数の波長帯域の光を選択的に順次透過させるべく前記波長可変フィルタを制御する。
【００９６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、狭い帯域幅の光による観察画像を得て精度良く酸素飽和度等の生体機能情報が得られるとともに、被写体の距離が遠いときに十分に明るくノイズが少ない観察画像を得ることができる効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１ないし図８は本発明の第１の実施の形態に係り、図１は内視鏡装置の全体構成を示す説明図
【図２】回転フィルタ板の構成を示す説明図
【図３】半値全幅１０ｎｍのフィルタの分光透過特性を示す説明図
【図４】半値全幅３０ｎｍのフィルタの分光透過特性を示す説明図
【図５】脱酸素化ヘモグロビン及び酸素化ヘモグロビンの吸光特性を示す説明図
【図６】被写体が近くに位置するときの光束に対するフィルタの位置を示す説明図
【図７】被写体が遠くに位置するときの光束に対するフィルタの位置を示す説明図
【図８】被写体が中間的な距離に位置するときの光束に対するフィルタの位置を示す説明図
【図９】図９ないし図１５は本発明の第２の実施の形態に係り、図９は内視鏡装置の全体構成を示す説明図
【図１０】赤外・可視切替フィルタの構成を示す説明図
【図１１】可視光透過フィルタ及び赤外光透過フィルタの分光透過特性を示す説明図
【図１２】回転フィルタ板の構成を示す説明図
【図１３】ＲフィルタとＧフィルタとＢフィルタの分光透過特性を示す説明図
【図１４】多重反射光が関心領域へ照射される様子を示す説明図
【図１５】配光角が調節された照明光を示す説明図
【図１６】図１６及び図１７は本発明の第３の実施の形態に係り、図１６は内視鏡装置の全体構成を示す説明図
【図１７】波長可変フィルタ及びＣＣＤの動作を示すタイミングチャート
【符号の説明】
１４…回転フィルタ板
１６…モータ
３９…調光回路
４０…フィルタ位置制御回路
４２ａ…（半値全幅１０ｎｍの）フィルタ群
４２ｂ…（半値全幅３０ｎｍの）フィルタ群
７１…液晶レンズ
８１…液晶レンズ駆動回路
１１１…波長可変フィルタ
１１２…波長制御回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、内視鏡装置に関し、特に生体内物質の可視光及び赤外光に対する吸光特性を利用して生体機能の状態を計測するのに適した内視鏡装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、体腔内に内視鏡挿入部を挿入して、食道、胃、小腸、大腸等の消化管や肺等の気管を観察したり、必要に応じて処置具チャンネル内に挿通した処置具を用いて各種治療処置を行うことができる医療用の内視鏡装置が一般的に利用されている。特に、電荷結合素子（ＣＣＤ）等の電子撮像デバイスを用いた内視鏡装置は、カラーモニタ上にリアルタイムで動画像を表示でき、内視鏡を操作する術者の疲労が少ないので広く利用されている。
【０００３】
最近では、通常の可視光による被写体の画像（以下、通常画像と呼ぶ）を観察するばかりでなく、例えば酸素飽和度に応じて吸光スペクトルが変化するヘモグロビンの特性を利用し、被写体からの反射光を撮像して、被写体に含まれるヘモグロビンの量や酸素飽和度等の生体機能に関する情報を得て画像化する内視鏡装置が提案されている。このような内視鏡装置では、被写体に光を照射してその反射光を撮像することで、非侵襲的に生体機能の状態を調べることができるので、病変部の効率的な診断への応用が期待されている。ここで、ヘモグロビンの量や酸素飽和度等の生体機能情報は、複数の異なる波長の狭帯域光により被写体を撮像し、異なる波長で得られた複数の画像の間で画素毎の信号レベル値を用いた演算（以下、画像間演算と呼ぶ）を行うことにより算出することが可能である。この画像間演算を行うには、例えば、文献「近赤外分光法−人体内部を探る」（田村守著、「計測と制御」、平成９年５月号、第３６巻、第５号、３４４〜３４８頁）に記述されているように、Ｂｅｅｒ−Ｌａｍｂｅｒｔ則を応用した式を用いることができる。
【０００４】
このような生体機能情報を観察できる内視鏡装置として、例えば、特許第２６４８４９４号では、通常画像とヘモグロビンの酸素飽和度を示す画像とを観察できる内視鏡装置が示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来から使用されている内視鏡装置を用いて酸素飽和度等の生体機能情報を得ようとすると、微妙な酸素飽和度の変化を観察したいときや、酸素飽和度の絶対値を得たいときのような厳密な検査を行うときに、次に挙げる幾つかの問題点が生じていた。
まず、感度良く酸素飽和度等を得るためには、照明光或いは反射光の透過波長帯域を制限するフィルタの透過帯域幅を狭くして、被写体の吸光スペクトルの変化を鋭敏に捉えられるようにすると有利である。しかし、フィルタの透過帯域幅を狭くすると、遠い距離から観察した時に十分な光量が得られず信号対ノイズ比が悪くなり、画像のノイズが目立ってしまうという問題があった。
また、従来の内視鏡装置では、被写体までの距離や被写体の形状によって、図１４に示すような照明光が生体の粘膜に何度か反射する多重反射が生じ、この影響により、内視鏡挿入部先端から出射される照明光のスペクトルと被写体の見たい部位即ち関心領域に実際に照射される照明光のスペクトルとが異なるものになってしまい、観察される画像の色の再現性が悪化することがあった。特に臓器の奥の方に位置する関心領域を遠くから観察するときには多重反射の影響を受け易く、この関心領域の通常画像を観察すると、例えば赤みが強い観察画像が得られることがあった。更に、この多重反射の影響により、得られる画像が関心領域の生体粘膜そのものが持つ吸光特性や散乱特性を正確に反映しないことがあり、酸素飽和度やヘモグロビン量等を得る際の大きな誤差要因となっていた。
また、ヘモグロビンの酸素飽和度等の情報を得る際には、多くの波長により被写体を撮像した画像を用いるので、照明光或いは反射光の透過波長帯域を制限するフィルタを内視鏡装置に多数設ける構成にすると、内視鏡装置が大型化するとともに、新たに別の波長の光により被写体を観察しようとする際の拡張性が悪いという問題があった。
【０００６】
本発明は、これらの事情に鑑みてなされたもので、狭い帯域幅の光による観察画像を得て精度良く酸素飽和度等の生体機能情報が得られるとともに、被写体の距離が遠いときに十分に明るくノイズが少ない観察画像を得ることができる内視鏡装置を提供することを目的とする。
【０００７】
前記目的を達成するため本発明の一態様による内視鏡装置は、被写体を照明するための光源から発せられる照明光の光路上に設けられ第１の波長帯域の光を通過させる第１の波長制限手段と、前記照明光の光路上に設けられ前記第１の波長帯域と中心波長が略同じで帯域幅が異なる第２の波長帯域の光を通過させる第２の波長制限手段と、前記第１の波長制限手段を通過して前記被写体に照射される光の量と前記第２の波長制限手段を通過して前記被写体に照射される光の量との割合を変化させる手段と、を備えている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【０００９】
（第１の実施の形態）
図１ないし図８は本発明の第１の実施の形態に係り、図１は内視鏡装置の全体構成を示す説明図、図２は回転フィルタ板の構成を示す説明図、図３は半値全幅１０ｎｍのフィルタの分光透過特性を示す説明図、図４は半値全幅３０ｎｍのフィルタの分光透過特性を示す説明図、図５は脱酸素化ヘモグロビン及び酸素化ヘモグロビンの吸光特性を示す説明図、図６は被写体が近くに位置するときの光束に対するフィルタの位置を示す説明図、図７は被写体が遠くに位置するときの光束に対するフィルタの位置を示す説明図、図８は被写体が中間的な距離に位置するときの光束に対するフィルタの位置を示す説明図である。
【００１０】
図１に示すように、本実施の形態の内視鏡装置は、被写体を照明する照明光を発する光源装置１と、体腔内等に挿入して被写体像を撮像して撮像信号を得る内視鏡２と、前記内視鏡２で得られた撮像信号からモニタ表示可能な映像信号や画像記録装置へ出力可能なデジタル映像信号等を得るための信号処理等を行うビデオプロセッサ３と、前記ビデオプロセッサ３で得られた映像信号を映し出すモニタ４と、前記ビデオプロセッサ３で得られたデジタル映像信号を記録する画像記録装置としてのデジタルファイリング装置５と、前記ビデオプロセッサ３で得られたデジタル映像信号から再生される画像を写真フィルム上に記録する画像記録装置としての写真撮影装置６を備えて構成されている。
【００１１】
前記光源装置１は、光を放射するキセノンランプ等のランプ１１と、このランプ１１の照明光路上に設けられ不必要な光や熱の放射を遮るべく透過波長を制限する赤外カットフィルタ１２と、照明光路上に設けられ照射光量を制限する照明光絞り１３と、回転することで透過波長の異なるフィルタが順次照明光上に挿入される回転フィルタ板１４と、回転フィルタ板１４を回転駆動するためのモータ１５と、回転フィルタ板１４を光軸に対して垂直方向に移動させることで、照明光上に挿入されるフィルタの組み合わせの切り替え等を行うためのモータ１６と、前記ランプ１１から前記赤外カットフィルタ１２と照明光絞り１３と回転フィルタ板１４のフィルタを通過した照明光を後述するライトガイド２３の光入射端へ集光する集光光学系１７を備えて構成されている。前記回転フィルタ板１４は、回転することで、例えば３種類の異なる波長帯域の光、例えば赤、緑、青の３種類の光を時分割で順次透過させるようになっている。
【００１２】
前記内視鏡２は、体腔内等に挿入する細長の挿入部２１と、この挿入部２１の基端側に連設され内視鏡２を把持し操作するための操作部２２と、一端が前記光源装置１に接続され、操作部２２及び挿入部２１を挿通して、前記光源装置１からの照明光を挿入部２１先端へ導光するライトガイド２３と、挿入部２１先端に設けられ前記ライトガイド２３から出射される照明光を被写体へ向けて配光する配光光学系２４と、挿入部２１先端に設けられ照明光を照射された被写体からの反射光による被写体像を結像するための対物光学系２５と、この対物光学系２５の結像位置に受光面が位置し被写体像を撮像して撮像信号を得る撮像手段としてのＣＣＤ２６と、操作部２２の操作者が容易に操作できる位置に設けられ、前記画像記録装置への画像記録を指示するレリーズスイッチ２７と、操作部２２の操作者が容易に操作できる位置に設けられ、照明光上に挿入される前記回転フィルタ板１４のフィルタの組み合わせの切り替え等を指示するフィルタ切替スイッチ２８と、操作部２２の操作者が容易に操作できる位置に設けられ、観察画像の種類を切り替えるための観察モード切替スイッチ２９を備えて構成されている。前記ＣＣＤ２６は、例えば３種類の異なる波長帯域の光による被写体像を時分割で順次撮像し、これら異なる波長帯域の光による被写体像に対応した撮像信号を時分割で順次出力する。
【００１３】
前記ビデオプロセッサ３は、前記ＣＣＤ２６で得られた撮像信号から映像信号成分を抽出するプリプロセス回路３１と、このプリプロセス回路３１で得られた映像信号をアナログ信号からデジタル信号へ変換するＡ／Ｄ変換回路３２と、このＡ／Ｄ変換回路３２から出力される映像信号に対してカラーバランス補正処理等を施すカラーバランス補正回路３３と、このカラーバランス補正回路３３から波長帯域別に時分割で順次出力される映像信号を入力し、各波長帯域毎の映像信号に空間分割して出力するセレクタ３４と、前記セレクタ３４で例えば３つの波長帯域別に空間分割されて出力された映像信号を各波長帯域別に一時記憶する例えば３つの同時化メモリ３５ａ、３５ｂ、３５ｃと、これら同時化メモリ３５ａ、３５ｂ、３５ｃにそれぞれ一時記憶された波長帯域の異なる映像信号の間で演算処理を行うことで、ヘモグロビンの量や酸素飽和度等の生体機能情報を得て画像化する画像間演算回路３６と、この画像間演算回路３６から出力される例えばＲＧＢ式の映像信号をデジタル信号からアナログ信号へ変換するＤ／Ａ変換回路３７ａ、３７ｂ、３７ｃと、前記画像間演算回路３６から出力される映像信号を符号化して画像記録装置へ出力する符号化回路３８と、前記カラーバランス補正回路３３で得られる映像信号の明るさを所定のレベルに維持すべく前記照明光絞り１３に絞り制御信号を与える調光回路３９と、前記フィルタ切替スイッチ２８からの指示に応じて、前記モータ１６を制御して、前記回転フィルタ板１４の光軸に垂直な方向の位置を移動させるフィルタ位置制御回路４０を備えて構成されている。
【００１４】
図２に示すように、回転フィルタ板１４は、回転軸を中心とした最外周に配置された複数のフィルタで構成されるフィルタ群４１と、中間周に配置された複数のフィルタで構成されるフィルタ群４２と、最内周に配置された複数のフィルタで構成されるフィルタ群４３を備えている。
【００１５】
最外周に配置された前記フィルタ群４１は、赤、緑、青の波長帯域の光をそれぞれ透過するフィルタ４１ａ、４１ｂ、４１ｃで構成されている。
【００１６】
中間周に配置された前記フィルタ群４２は、外周寄りに配置された透過帯域幅が狭い複数のフィルタ４２ａａ、４２ａｂ、４２ａｃで構成されるフィルタ群４２ａと、内周寄りに配置された透過帯域幅が広い複数のフィルタ４２ｂａ、４２ｂｂ、４２ｂｃで構成されるフィルタ群４２ｂで構成されており、これらフィルタ群４２ａの内周とフィルタ群４２ｂの外周とは、接して配置されている。また、フィルタ４２ａａとフィルタ４２ｂａ、フィルタ４２ａｂとフィルタ４２ｂｂ、フィルタ４２ａｃとフィルタ４２ｂｃは、回転軸からみてそれぞれ同一方向に配置されている。
【００１７】
最内周に配置された前記フィルタ群４３は、透過波長帯域の中心波長が４３０ｎｍのフィルタ４３ａと、透過波長帯域の中心波長が４５０ｎｍのフィルタ４３ｂと、透過波長帯域の中心波長が４７０ｎｍのフィルタ４３ｃで構成されており、各フィルタ４３ａ、４３ｂ、４３ｃの半値全幅はいずれも１０ｎｍである。
【００１８】
なお、回転フィルタ板１４の各フィルタが配置されている以外の部分は、光を遮光する部材で形成されている。
【００１９】
図３及び図４に示すように、フィルタ４２ａａとフィルタ４２ｂａとは、いずれも透過波長帯域の中心波長が７６０ｎｍで、フィルタ４２ａｂとフィルタ４２ｂｂとは、いずれも透過波長帯域の中心波長が８０５ｎｍで、フィルタ４２ａｃとフィルタ４２ｂｃとは、いずれも透過波長帯域の中心波長が８４０ｎｍである。また、フィルタ４２ａａ、４２ａｂ、４２ａｃの半値全幅はいずれも１０ｎｍであり、フィルタ４２ｂａ、４２ｂｂ、４２ｂｃの半値全幅はいずれも３０ｎｍである。なお、図３及び図４に示される各フィルタの特性曲線には、これらの特性曲線に対応する各フィルタに対して図２で付された符号と同一の符号が付されている。
【００２０】
次に、本実施の形態の作用を説明する。
光源装置１のランプ１１からは、可視領域及び近赤外領域を含む波長領域の光が放射され、この光は、赤外カットフィルタ１２と、照明光絞り１３と、回転フィルタ板１４を通過して、内視鏡２のライトガイド２３に入射される。
【００２１】
このとき、赤外カットフィルタ１２は、３８０ｎｍ以下と９００ｎｍ以上の波長の光を減衰させ、回転フィルタ板１４上の各フィルタに照射される不要な熱や光を遮断する。
【００２２】
また、照明光絞り１３は、ビデオプロセッサ３の調光回路３９から与えられる絞り制御信号に応じて、光源装置１から出射される光の光量を制限し、ＣＣＤ２６で撮像される画像に飽和が生じないようにする。
【００２３】
また、回転フィルタ板１４は、通常観察時には最外周のフィルタ群４１が光軸上に挿入され、モータ１５により所定の速度で回転駆動されることによりフィルタ４１ａ、４１ｂ、４１ｃが光路上に時分割で順次挿入され、赤、緑、青の光が時分割で順次透過される。また、酸素飽和度やヘモグロビン量を観察するヘモグロビン観察時には、フィルタ位置制御回路４０からのフィルタ位置制御信号に応じて、モータ１６が回転フィルタ板１４を光軸と垂直方向に移動することにより、最外周のフィルタ群４１に代わって、中間周のフィルタ群４２や最内周のフィルタ群４３が光軸上に挿入される。中間周のフィルタ群４２が光路上に挿入されているときには、赤、緑、青に代わって、７６０ｎｍ、８０５ｎｍ、８４０ｎｍを中心波長とする光が時分割で順次透過され、最内周のフィルタ群４３が光路上に挿入されているときには、４３０ｎｍ、４５０ｎｍ、４７０ｎｍを中心波長とする光が時分割で順次透過され、光源装置１から出射される。
【００２４】
図５に、被写体である生体の血液に含まれる色素である酸素化ヘモグロビン（オキシヘモグロビンとも呼ぶ）及び脱酸素化ヘモグロビン（デオキシヘモグロビンとも呼ぶ）のそれぞれの波長に対する分子吸光係数つまり吸光度を対比的に示す。なお、酸素化ヘモグロビンは、酸素と結合したヘモグロビンであり、脱酸素化ヘモグロビンは、酸素と結合していないヘモグロビンであり、また、本願では、酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンを総称してヘモグロビンと呼ぶ。ヘモグロビンの酸素飽和度は、全ヘモグロビンの量に対する酸素化ヘモグロビンの量を得ることにより算出される。図５から分かるように、８０５ｎｍと４５０ｎｍの波長は、酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンとの吸光度の差がほとんどない波長であり、また、７６０ｎｍと４３０ｎｍは脱酸素化ヘモグロビンの方が吸光度が大きい波長であり、８４０ｎｍと４７０ｎｍは酸素化ヘモグロビンの方が吸光度が大きい波長となっている。このように、酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンで吸光度が逆転する液長を選ぶことにより、得られた各波長帯域の映像信号をモニタ４の例えば赤、緑、青の各色に割り当てて画像を観察するときに、酸素飽和度の変化を画像の色の変化として捉えやすくなる。また、ヘモグロビンの吸収は波長が短い方が大きいので、生体への光の透過性は波長が長いほど良い。そのため、７６０ｎｍ、８０５ｎｍ、８４０ｎｍといった長波長の光を用いた場合には、比較的粘膜深層の酸素飽和度やヘモグロビン量の情報を得ることができ、４３０ｎｍ、４５０ｎｍ、４７０ｎｍといった短波長の光を用いた場合には、比較的粘膜表層の酸素飽和度やヘモグロビン量の情報を得ることができる。
【００２５】
なお、光路上に挿入されるフィルタ群４１、４２、４３の選択は、フィルタ切替スイッチ２８からの指示に応じて、フィルタ位置制御回路４０が、モータ１６へフィルタ位置制御信号を与えることで行われる。このとき、最外周のフィルタ群４１或いは最内周のフィルタ群４３が光路上に挿入されているときには、回転フィルタ板１４の光軸に対する位置は一定に維持されるが、中間周のフィルタ群４２が光路上に挿入されているときには、フィルタ位置制御回路４０からのフィルタ位置制御信号によりモータ１６が制御されて、回転フィルタ板１４の光軸に対する位置が移動し、後述するように透過される光の実質的な波長帯域幅が変化する。
【００２６】
内視鏡２のライトガイド２３に入射された照明光は、内視鏡２の挿入部２１の先端部まで導光され、配光光学系から消化管等の被写体へ向けて照射される。そして、被写体で散乱、反射された反射光による被写体像は、対物光学系２５により、ＣＣＤ２６の受光面に結像する。このＣＣＤ２６は、回転フィルタ板１４の回転に同期して駆動されており、回転フィルタ板１４が時分割で順次透過する各波長帯域の照明光に対応して、各波長帯域の反射光による被写体像を時分割で順次撮像し、各波長帯域に対応した撮像信号を時分割で順次ビデオプロセッサ３へ与える。
【００２７】
ビデオプロセッサ３に入力された撮像信号は、先ずプリプロセス回路３１に入力され、このプリプロセス回路３１は、撮像信号にＣＤＳ（相関２重サンプリング）処理等を施して、映像信号成分を抽出する。このプリプロセス回路３１で得られた映像信号は、Ａ／Ｄ変換回路３２により、アナログ信号からデジタル信号に変換され、カラーバランス補正回路３３により、カラーバランス補正処理が施される。このとき、カラーバランス補正回路３３は、回転フィルタ板１４の位置に応じてカラーバランス補正係数を切り替え、回転フィルタ板１４のフィルタ群４１、４２、４３が切り替えられても、常に適切なカラーバランスを保つように処理を行う。
【００２８】
カラーバランス補正回路２０から出力される映像信号は、セレクタ３４により、波長帯域別に空間分割され、波長帯域別に同時化メモリ３５ａ、３５ｂ、３５ｃに振り分けられて一時記憶される。このとき、フィルタ群４１が照明光路に挿入されている通常観察時には、フィルタ４１ａ、４１ｂ、４１ｃが照明光路に順次挿入されることで得られる赤、緑、青の波長帯域に対応した映像信号が同時化メモリ３５ａ、３５ｂ、３５ｃにそれぞれ一時記憶される。また、フィルタ群４２が照明光路に挿入されている際のヘモグロビン観察時には、中心波長が７６０ｎｍ、８０５ｎｍ、８４０ｎｍの波長帯域に対応した映像信号が同時化メモリ３５ａ、３５ｂ、３５ｃにそれぞれ一時記憶される。また、フィルタ群４３が照明光路に挿入されている際のヘモグロビン観察時には、中心波長が４３０ｎｍ、４５０ｎｍ、４７０ｎｍの波長帯域に対応した映像信号が同時化メモリ３５ａ、３５ｂ、３５ｃにそれぞれ一時記憶される。そして、同時化メモリ３５ａ、３５ｂ、３５ｃにそれぞれ記憶された波長帯域別の画像の映像信号は、同時に読み出されることで同時化される。
【００２９】
同時化メモリ３５ａ、３５ｂ、３５ｃで同時化された画像は、画像間演算回路３６へ与えられる。この画像間演算回路３６は、フィルタ切替スイッチ２８及び観察モード切替スイッチ２９からの指示に応じた処理を行い、例えばＲＧＢ式の映像信号を出力する。そして、このＲＧＢ式の映像信号は、Ｄ／Ａ変換回路３７ａ、３７ｂ、３７ｃにより、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の色成分毎に、デジタル信号からアナログ信号に変換されて、モニタ４へ与えられる。つまり、画像間演算回路３６から出力される映像信号のうち、Ｒ信号はモニタ４の赤色に対応し、Ｇ信号はモニタ４の緑色に対応し、Ｂ信号はモニタ４の青色に対応している。
通常観察時、つまりフィルタ切替スイッチ２８によりフィルタ群４１が選択されているときには、画像間演算回路３６は、同時化メモリ３５ａ、３５ｂ、３５ｃから読み出した映像信号をそのままＲ信号、Ｇ信号、Ｂ信号として出力する。従って、赤、緑、青の各色の照明光に対応して得られた映像信号は、そのままモニタ４の赤、緑、青に対応して描出される。
【００３０】
ヘモグロビン観察時、つまりフィルタ切替スイッチ２８によりフィルタ群４２或いはフィルタ群４３が選択されているときには、画像間演算回路３６は、観察モード切替スイッチ２９からの指示に応じて、入力された映像信号をそのまま出力する第１の動作モードと、酸素飽和度分布を示す酸素飽和度画像を得る第２の動作モードと、ヘモグロビン量分布を示すヘモグロビン量画像を得る第３の動作モードのうちいずれかの動作モードの処理を行う。
【００３１】
第１の動作モードでは、画像間演算回路３６は、同時化メモリ３５ａ、３５ｂ、３５ｃから読み出した映像信号をそのままＲ信号、Ｇ信号、Ｂ信号として出力することで、各波長帯域の照明光に対応した画像成分が、モニタ４の赤、緑、青の各色成分に割り当てられて描出される。例えば、フィルタ群４２が選択されているときには、中心波長が７６０ｎｍ、８０５ｎｍ、８４０ｎｍの各波長帯域の照明光に対応した画像成分が、モニタ４の赤、緑、青の各色成分に割り当てられて描出され、また、フィルタ群４３が選択されているときには、中心波長が４３０ｎｍ、４５０ｎｍ、４７０ｎｍの各波長帯域の照明光に対応した画像成分が、モニタ４の赤、緑、青の各色成分に割り当てられて描出される。従って、第１の動作モードでは、酸素飽和度が高い部分は青色より赤色が強く、酸素飽和度が低い部分は赤色より青色が強い画像が、モニタ４に表示され、直観的に酸素飽和度の分布を知ることができるようになっている。
【００３２】
第２の動作モードでは、画像間演算回路３６は、各画素の位置におけるヘモグロビン量を算出し、ヘモグロビン量を表すべく各画素の色や輝度を編集した映像信号を出力する。これにより、モニタ４では、各画素の位置のヘモグロビン量を観察することができる。
【００３３】
第３の動作モードでは、画像間演算回路３６は、各画素の位置における酸素飽和度を算出し、酸素飽和度を表すべく各画素の色や輝度を編集した映像信号を出力する。これにより、モニタ４では、各画素の位置の酸素飽和度を観察することができる。
【００３４】
なお、画像間演算回路３６から出力される映像信号は、必要に応じて、図示しないガンマ補正回路によってモニタ４のガンマ特性を補正する変換が施されてから、Ｄ／Ａ変換回路３７ａ、３７ｂ、３７ｃへ与えられる。
【００３５】
また、画像間演算回路３６から出力される映像信号は、Ｄ／Ａ変換回路３７ａ、３７ｂ、３７ｃを介してモニタ４へあたえられるばかりでなく、符号化回路３８で符号化され、画像記録装置であるデジタルファイリング装置５及び写真撮影装置６へ与えられる。画像記録装置への映像信号の記録は、レリーズスイッチ２７が操作されたときに、このレリーズスイッチ２７から与えられる画像記録指示信号に応じて行われる。
【００３６】
調光回路３９は、カラーバランス補正回路３３で得られる映像信号の信号レベルから画像の明るさを検出し、得られる画像の明るさを概ね一定に保つべく絞り制御信号を照明光絞り１３へ与えて、光源装置１から出射される光量を制御するとともに、回転フィルタ板１４の中間周のフィルタ群４２が照明光路上に挿入されているときには、画像の明るさに応じて、フィルタ位置制御回路４０を介してフィルタ位置制御信号をモータ１６へ与え、以下のように、中間周のフィルタ群４２と照明光の光束との位置関係を調節すべく、回転フィルタ板１４の光軸に垂直な方向の位置を制御する。
先ず、被写体の距離が近くて画像が十分に明るいときには、図６に示すように、照明光の光束が半値全幅１０ｎｍのフィルタ群４２ａを通過するように、モータ１６が駆動制御されて回転フィルタ板１４の位置が調節される。このように照明光の波長帯域幅を狭く絞ることにより、酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンとの吸光度の差が大きくなる波長の照明光に対応して得られる映像信号に含まれる各画素の信号レベルの精度が高くなり、精度良く酸素飽和度やヘモグロビン量を求めることができる。
【００３７】
また、被写体の距離が遠く離れていて強い照明光が必要なときには、図７に示すように、照明光の光束が半値全幅３０ｎｍのフィルタ群４２ｂを通過するように、回転フィルタ板１４の位置が調節され、被写体に照射される光量が大きくなる。このように照明光の波長帯域幅を広くして照明光量を大きくすることにより、遠くの被写体でも十分な明るさでノイズの少ない観察画像を得ることができる。
また、被写体の距離が中間的な距離の場合には、図８に示すように、照明光の光束の一部が半値全幅１０ｎｍのフィルタ群４２ａを通り、一部が半値全幅３０ｎｍのフィルタ群４２ｂを通るようにする。このように、照明光の光束が、フィルタ群４２ａ及びフィルタ群４２ｂに跨るような位置に、回転フィルタ板１４が移動することにより、半値全幅１０ｎｍのフィルタ群４２ａを通過する光の量と半値全幅３０ｎｍのフィルタ群４２ｂを通過する光の量の割合が調節され、被写体に照射される照明光の実質的な波長帯域幅が調節される。
なお、中間周のフィルタ群４２が照明光路に挿入されている際に、照明光絞り１３は、回転フィルタ板１４の移動では対応できないような素早い調光変化が必要なときや、明るさ過度の画像の明るさを調整するときに補助的に利用されるように調光回路３９で制御してもよい。
【００３８】
以上説明したように、本実施の形態によれば、狭い帯域幅の光による観察画像を得て精度良く酸素飽和度等の生体機能情報が得られるとともに、被写体の距離が遠いときに十分に明るくノイズが少ない観察画像を得ることができるという効果が得られる。
【００３９】
なお、本実施の形態の内視鏡装置は、通常観察時及び酸素飽和度やヘモグロビン量等の生体機能情報の観察時において、各波長帯域の照明光を時分割で被写体に順次照射する面順次式の照明を行っているが、これに限らず、例えば、通常観察時において、各波長帯域の照明光を同時に被写体に照射する同時式の照明を行うようにしてもよい。この場合、通常観察時には、回転フィルタ板１４を照明光路上から外して、例えば色分離のための図示しないモザイクフィルタを反射光路上に挿入した状態で観察し、生体機能情報の観察時には、回転フィルタ板１４を照明光路上に挿入して面順次式で観察するようにしてもよい。
また、例えば半値全幅が１０ｎｍの狭波長帯域のフィルタを透過した照明光と例えば半値全幅が３０ｎｍの広波長帯域のフィルタを透過した照明光との量の割合を調節する手段は、本実施の形態のように空間的にそれぞれのフィルタを照明光が透過する面積を変化させる構成のものに限らず、例えばそれぞれのフィルタを透過する時間を変化させるように構成されたものでもよい。
また、照明光の波長帯域は、例えば５５０〜６００ｎｍ付近の３つの波長帯域を用いてもよいし、３つの波長帯域だけではなく４つ以上の波長帯域を用いて連立方程式を解くことにより酸素飽和度やヘモグロビン量等の生体機能情報を演算するようにしてもよい。
また、酸素飽和度画像やヘモグロビン量画像がモニタ４に表示されているときにレリーズスイッチ２７が操作された場合には、自動的に回転フィルタ板１４の位置を移動して、通常画像も併せて画像記録装置に記録されるようにしてもよい。
また、照明光絞り１３で照明光量を制御する代わりに、ＣＣＤの電子シャッタ機能を利用することで露光量を制御してもよい。
また、酸素飽和度やヘモグロビン量等の生体機能情報の演算を行う際に、画像をフリーズしてこのフリーズされた静止画像に対してマイクロコンピューターを用いて演算を行うように構成することで、画像間演算回路を小規模化してもよい。
また、所定の波長波長の光を透過するフィルタの代わりに、所定の波長帯域の光を反射するミラーを用いて構成してもよい。
また、撮像手段は、内視鏡挿入部に配置された構成に限らず、図示しない光学内視鏡の接眼部に着脱自在に取り付けられる構成であってもよい。
【００４０】
（第２の実施の形態）
図９ないし図１５は本発明の第２の実施の形態に係り、図９は内視鏡装置の全体構成を示す説明図、図１０は赤外・可視切替フィルタの構成を示す説明図、図１１は可視光透過フィルタ及び赤外光透過フィルタの分光透過特性を示す説明図、図１２は回転フィルタ板の構成を示す説明図、図１３はＲフィルタとＧフィルタとＢフィルタの分光透過特性を示す説明図、図１４は多重反射光が関心領域へ照射される様子を示す説明図、図１５は配光角が調節された照明光を示す説明図である。なお、本実施の形態では、前記第１の実施の形態と同様に構成されている部位には同じ符号を付してその説明を省略する。
【００４１】
図９に示すように、本実施の形態の内視鏡装置では、前記第１の実施の形態の光源装置１（図１参照）と、内視鏡２（図１参照）と、ビデオプロセッサ３（図１参照）に代わって、光源装置５１と、内視鏡５２と、ビデオプロセッサ５３がそれぞれ設けられている。
【００４２】
前記光源装置５１は、前記第１の実施の形態の光源装置１（図１参照）と比して、赤外カットフィルタ１２（図１参照）に代わって、回動位置によってランプ１１から出射された照明光の可視光成分と赤外光成分とを選択的に透過させる赤外・可視切替フィルタ６１と、この赤外・可視切替フィルタ６１を回動させるモータ６２が設けられ、回転フィルタ板１４（図１参照）に代わって、回転フィルタ板６３が設けられ、モータ１６（図１参照）が取り除かれて構成されている。
【００４３】
図１０に示すように、前記赤外・可視切替フィルタ６１は、可視光を透過する可視光透過フィルタ６１ａと、赤外光を透過する赤外光透過フィルタ６１ｂを有して構成されており、これら可視光透過フィルタ６１ａ及び赤外光透過フィルタ６１ｂのそれぞれの分光透過特性は、図１１に示す特性になっている。この赤外・可視切替フィルタ６１が回転軸の周りに回動することによって、可視光透過フィルタ６１ａと赤外光透過フィルタ６１ｂとが、選択的に照明光上に挿入されるようになっている。
【００４４】
図１２に示すように、本実施の形態の回転フィルタ板６３は、可視光領域では赤、緑、青の光をそれぞれ透過するＲフィルタ６３ａ、Ｇフィルタ６３ｂ、Ｂフィルタ６３ｃを有して構成されており、回転フィルタ板６３が回転軸の周りに回転することにより、Ｒフィルタ６３ａとＧフィルタ６３ｂとＢフィルタ６３ｃとが照明光路上に順次挿入されるようになっている。なお、本実施の形態の回転フィルタ板６３は、前記第１の実施の形態の回転フィルタ板１４（図１参照）と異なり、光軸と垂直な方向には位置固定されている。図１３に示すように、Ｒフィルタ６３ａ、Ｇフィルタ６３ｂ、Ｂフィルタ６３ｃは、それぞれ可視光の赤、緑、青の波長帯域だけでなく、それぞれ赤外光の６６０ｎｍ±１５ｎｍ、８０５ｎｍ±１５ｎｍ、９１５ｎｍ±１５ｎｍの波長帯域も透過するようになっている。
【００４５】
図９に示すように、本実施の形態の内視鏡５２は、前記第１の実施の形態の内視鏡２（図１参照）の配光光学系２４（図１参照）に代わって、焦点距離を電気的に制御できる液晶レンズ７１を有する配光光学系が設けられている。
【００４６】
本実施の形態のビデオプロセッサ５３は、前記第１の実施の形態のビデオプロセッサ３（図１参照）のフィルタ位置制御回路４０（図１参照）に代わって、前記モータ６２を駆動することで前記赤外・可視切替フィルタ６１の透過波長帯域を切り替えるフィルタ切替信号を出力するフィルタ切替回路８２が設けられている。
【００４７】
次に、本実施の形態の作用を説明する。
光源装置５１のランプ１１からは、可視光領域及び近赤外領域を含む波長領域の照明光が放射され、この照明光は、赤外・可視切替フィルタ６１と、照明光絞り１３と、回転フィルタ板６３と、集光光学系１７を通過して、内視鏡５２のライトガイド２３の光入射端に入射される。
このとき、赤外・可視切替フィルタ６１は、フィルタ切替回路８２により制御されるモータ６２により回動駆動されてから回動位置が保持され、これにより、可視光透過フィルタ６１ａと赤外光透過フィルタ６１ｂのいずれかが光路上に挿入される。このとき、フィルタ切替回路８２は、フィルタ切替スイッチ２８からの指示に応じて動作する。
【００４８】
また、照明光絞り１３は、前記第１の実施の形態と同様にして、光源装置１から出射される光の光量を制限し、ＣＣＤ２６で撮像される画像に飽和が生じないようにする。
また、回転フィルタ板６３は、モータ１５により回転駆動されることにより、可視光透過フィルタ６１ａが照明光路に挿入されているときには、赤、緑、青の光を順次透過させ、また、赤外光透過フィルタ６１ｂが照明光路に挿入されているときには、赤、緑、青の代わりに、６６０ｎｍ±１５ｎｍ、８０５ｎｍ±１５ｎｍ、９１５ｎｍ±１５ｎｍの波長帯域の光を順次透過させる。図５を参照して前記第１の実施の形態で述べたように、８０５ｎｍは、酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンとの吸光度の差が少ない波長であり、また、６６０ｎｍは脱酸素化ヘモグロビンの方が吸光度が大きい波長であり、９１５ｎｍは酸素化ヘモグロビンの方が吸光度が大きい波長となっており、これらの波長を用いることにより酸素飽和度やヘモグロビン量を算出することができる。
【００４９】
以上のようにして、可視光透過フィルタ６１ａが照明光路に挿入されているときには、通常観察が行われ、赤外光透過フィルタ６１ｂが照明光に挿入されているときにはヘモグロビン観察が行われる。このとき、画像間演算回路３６は、第１の実施の形態と同様にして、ヘモグロビン観察時には、観察モード切替スイッチ２９からの指示に応じて、第１の動作モードと、第２の動作モードと、第３の動作モードのうちいずれかの動作モードの処理を行う。
【００５０】
光源装置５１からの照明光は、ライトガイド２３により導光され、液晶レンズ７１を有する配光光学系から被写体へ向けて照射される。このとき、液晶レンズ７１は、液晶レンズ駆動回路８１により制御される駆動電圧の変化に応じて焦点距離が変化するようになっており、これにより、被写体へ向けて照射される照明光は、液晶レンズ７１によりその配光角が変化し、被写体への照射範囲が調整される。
【００５１】
このとき、被写体への照明光の配光角が調節されないと、図１４に示すように、被写体の関心領域に対して照明光の配光角の広がりが過度であるときに、照明光が生体粘膜に反射して生じる多重反射光が関心領域に照射され、これにより、本来関心領域に照射されるべきスペクトルと異なるスペクトルの光が関心領域に照射されてしまい、例えばヘモグロビン観察時の第２の動作モード及び第３のモードにおける測定精度が悪化してしまう。
【００５２】
そこで、本実施の形態では、液晶レンズ駆動回路８１は、フィルタ切替スイッチ２８及び観察モード切替スイッチ２９の状態に応じて液晶レンズ７１を次に述べるように制御する。例えば、通常観察時及びヘモグロビン観察時の第１の動作モードでは、図１５内の実線矢印で示すように、照明光の配光角が広げられ、照明光は、ＣＣＤ２６で撮像できる全視野に照射される。また、第２の動作モード及び第３の動作モードでは、図１５内の破線矢印で示すように、照明光の配光角が狭くなり、関心領域に対して照明光の広がりが過度になることが抑えられる。このように照明光の配光角が調整されて、照明範囲が狭く絞られることにより、関心領域へ照射される照射光の大部分が内視鏡からの直接光となり、関心領域への多重反射光が減少し、酸素飽和度やヘモグロビン量を求める際に問題となる多重反射による誤差要因が防止され、正確な酸素飽和度やヘモグロビン量が得られる。
【００５３】
以上説明したように、本実施の形態によれば、照明光が被写体に照射される際の多重反射を減少することで、酸素飽和度等の生体機能情報を得る際の誤差を減少できるという効果が得られる。
【００５４】
なお、本実施の形態では、照明光の配光角を変化させるために、液晶レンズ７１を設けているが、このような構成に限らず、照明範囲を制限する絞りを例えば配光光学系に設けてもよいし、また、例えば配光光学系を構成するレンズを機構的に移動させることで配光角を調節する手段を設けて構成してもよい。
また、照明範囲を狭くする際に、これに連動して光学的或いは電子的に画像を拡大し、照明光が照射されていない部位や配光が暗い部位はモニタ等に表示しないように制御してもよい。
また、多重反射光の影響を受け易い遠景の場合には照射光が狭く絞られ、多重反射光の影響を受け難い近接の場合には照射光が広めに照射されるように、被写体と内視鏡先端部の距離に応じて液晶レンズ７１を制御してもよい。
また、本実施の形態では、照明範囲の変更は、赤外・可視切替フィルタ６１の切替や観察モードつまり画像間演算回路３６の動作モードの切替に応じて自動的に行われているが、使用者が必要な時にスイッチを押すことにより行われるようにしてもよい。
また、赤外光透過フィルタ６１ｂを用いて観察するときには、回転フィルタ板６３の回転速度を遅くしてＣＣＤ２６の露光時間を長くすることで、露光量を増やして明るい画像を得るようにしてもよい。
また、本実施の形態の内視鏡は、撮像した画像から生体機能情報として酸素飽和度やヘモグロビン量を得るものであるが、これに限らず、例えば生体粘膜に含まれるヘモグロビン量の指標値であるヘモグロビンインデックス（ＩＨｂ）等を得るものであってもよい。
【００５５】
（第３の実施の形態）
図１６及び図１７は本発明の第３の実施の形態に係り、図１６は内視鏡装置の全体構成を示す説明図、図１７は波長可変フィルタ及びＣＣＤの動作を示すタイミングチャートである。なお、本実施の形態では、前記第１の実施の形態と同様に構成されている部位には同じ符号を付してその説明を省略する。
【００５６】
図１６に示すように、本実施の形態の内視鏡装置は、前記第１の実施の形態の内視鏡装置（図１参照）と比して、光源装置１（図１参照）に代わって、光源装置１０１が設けられ、ビデオプロセッサ３（図１参照）に代わって、ビデオプロセッサ１０３（図１参照）が設けられている。
【００５７】
本実施の形態の光源装置１０１は、第１の実施の形態の光源装置１（図１参照）と比して、回転フィルタ板１４（図１参照）とモータ１５（図１参照）とモータ１６（図１参照）に代わって、照明光の透過波長帯域が可変の波長可変フィルタ１１１が照明光路上に設けられている。この波長可変フィルタ１１１は、液晶セルを積層することにより構成されており、液晶への印加電圧を変化させることによりこの波長可変フィルタ１１１を透過する光の波長を瞬時に変化させることができるようになっている。この波長可変フィルタ１１１は、透過波長として任意の波長を選ぶことができるので、液晶チューナブルフィルタと呼ばれることもある。なお、この波長可変フィルタに関する詳細については、例えば、文献「液晶を用いた波長可変フィルター」（内田龍男著、「応用物理」、平成７年、第６４巻、第５号、４５１〜４５５頁）に記述されている。
【００５８】
本実施の形態のビデオプロセッサ１０３は、前記第１の実施の形態（図１参照）と比して、フィルタ位置制御回路４０（図１参照）に代わって、波長可変フィルタ１１１を制御するための波長制御回路１１２が設けられている。
【００５９】
次に、本実施の形態の作用を説明する。
波長制御回路５５は、フィルタ切替スイッチ２８の切替に応じて、通常観察用のフィルタ制御動作と、深層ヘモグロビン観察用のフィルタ制御動作、表層ヘモグロビン観察用のフィルタ制御動作の３つフィルタ制御動作のいずれかの制御動作を行う。
【００６０】
フィルタ切替スイッチ２８により、通常観察用のフィルタ制御動作が選択されたときには、波長制御回路１１２により制御される波長可変フィルタ１１１は、６２０ｎｍと、５４０ｎｍと、４５０ｎｍをそれぞれ中心波長とする波長帯域の光、つまり、赤と、緑と、青の波長帯域の光を順次透過させる。波長可変フィルタ１１１を順次透過した各波長帯域の照明光は被写体に照射され、その反射光による被写体像は順次ＣＣＤ２６で撮像され、前記第１の実施の形態で述べたように、赤、緑、青の各色に対応した画像を含む映像信号は、それぞれ同時化メモリ３５ａ、３５ｂ、３５ｃに一時記憶されて同時化される等して、通常画像としてモニタ４に表示される。なお、このとき、ＣＣＤ２６からの画素データ信号の読み出しは、図１７に示すように、波長可変フィルタ１１１が透過波長を切り替える合間の移行期間に行われる。
【００６１】
また、深層ヘモグロビン観察用のフィルタ制御動作が選択されたときには、波長可変フィルタ１１１は、７６０ｎｍと、８０５ｎｍと、８４０ｎｍをそれぞれ中心波長とする波長帯域の光を順次を透過させる。この各波長帯域の照明光に対応した映像信号は、それぞれ同時化メモリ３５ａ、３５ｂ、３５ｃに一時記憶されて同時化され、観察モード切替スイッチ２９で指定される動作モードで動作する画像間演算回路３６により生成された画像がモニタ４に表示される。
【００６２】
また、表層ヘモグロビン観察用のフィルタ制御動作が選択されたときには、波長可変フィルタ１１１は、４３０ｎｍと、４５０ｎｍと、４７０ｎｍをそれぞれ中心波長とする波長帯域の光を順次透過させる。そして、この各波長帯域の照明光に対応した映像信号は、深層ヘモグロビン観察用のフィルタ制御動作の場合と同様に処理され、モニタ４に表示される。
【００６３】
以上説明したように、本実施の形態によれば、第１の実施の形態のような多くのフィルタを備えた回転フィルタ板１４（図１参照）と、この回転フィルタ板１４を回転するモータ１５（図１参照）と、前記回転フィルタ板１４の位置を移動させるモータ１６（図１参照）という多数の大型の部材で一般的に構成されるフィルタが、波長可変フィルタ１１１に組み替えられるので、部品点数が減少し、内視鏡装置を構成する光源装置が小型化する。
また、波長可変フィルタ１１１が透過する波長帯域は、波長制御回路１１２からの信号により制御されるので、例えば透過波長帯域の追加変更を行う際に、機構的な変更作業が削減され、この透過波長帯域の追加変更を行う際の拡張性が向上する。
従って、本実施の形態によれば、内視鏡装置を小型化し、且つ光の透過波長帯域の追加変更を行う際の拡張性を向上できるという効果が得られる。
【００６４】
なお、本実施の形態では、波長可変フィルタ１１１を光源装置１０１内に組み込んで構成しているが、このような構成に限らず、内視鏡２の挿入部２１先端部の照明光路上や、ＣＣＤ２６前面等の位置に波長可変フィルタを組み込んで構成してもよい。ＣＣＤ２６前面に波長可変フィルタを組み込むと、波長可変フィルタが受ける光による熱の影響を小さくすることができる。
また、深層ヘモグロビン観察用の波長帯域と表層ヘモグロビン観察用の波長帯域の光を交互に被写体に照射することにより、粘膜表層と深層のヘモグロビン情報をモニタ上に同時に表示したり、通常観察用の波長帯域とヘモグロビン観察用の波長帯域の光をを交互に被写体に照射することにより、通常画像と酸素飽和度分布画像やヘモグロビン分布から得られる血流量分布画像をモニタ上に同時に表示する等してもよい。
また、モニタ上に、現在選択されているフィルタの波長を表示するようにしてもよい。
また、波長制御回路１１２を例えばマイクロプロセッサを用いて構成し、任意の波長を使用者が設定して観察できる構成としてもよい。
また、波長可変フィルタ１１１と第１の実施の形態で述べたような回転フィルタ板とを照明光路上に選択的に挿入する構成とし、通常観察時には回転フィルタ板を用いて観察し、ヘモグロビン観察時には波長可変フィルタ１１１を用いるようにしてもよい。
また、ヘモグロビンの酸素飽和度やヘモグロビン量は、３つの波長帯域の光を順次被写体に照射して得た映像信号から算出を行っているが、これに限らず、４つ以上の波長帯域の光を用いてもよい。
また、照明光としてヘモグロビンの酸素飽和度やヘモグロビン量を得るための波長帯域の光が用いられているが、これに限らず、適切な波長帯域を選ぶことにより、チトクロームやミオグロビンの酸素代謝を得るために内視鏡装置を応用してもよい。
また、ＣＣＤ２６の前面に色分離のためのモザイクフィルタを設けることで、通常観察時には、各波長帯域を同時に撮像する同時式の撮像を行い、ヘモグロビン観察等の生体機能情報計測時には、波長可変フィルタ１１１を用いて、面順次式の撮像を行って観察するようにしてもよい。
【００６５】
なお、本発明は、上述の実施の形態のみに限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能である。
【００６６】
［付記］
（付記項１−１）
被写体を照明するための光源から発せられる照明光の光路上に設けられ第１の波長帯域の光を通過させる第１の波長制限手段と、
前記照明光の光路上に設けられ前記第１の波長帯域と中心波長が略同じで帯域幅が異なる第２の波長帯域の光を通過させる第２の波長制限手段と、
前記第１の波長制限手段を通過して前記被写体に照射される光の量と前記第２の波長制限手段を通過して前記被写体に照射される光の量との割合を変化させる手段とを備えたことを特徴とする内視鏡装置。
【００６７】
（付記項１−２）
付記項１−１に記載の内視鏡装置であって、
前記第１の波長制限手段及び前記第２の波長制限手段は、光学的なフィルタで構成した。
【００６８】
（付記項１−３）
前記第１の波長制限手段及び前記第２の波長制限手段は、お互いに接するように配置した。
【００６９】
（付記項１−４）
付記項１−３に記載の内視鏡装置であって、
前記第１の波長制限手段及び前記第２の波長制限手段と前記照明光の光軸との前記光軸に垂直な方向の位置を調節することで前記割合を変化させる。
【００７０】
（付記項１−５）
付記項１−１に記載の内視鏡装置であって、
前記第１の波長制限手段及び前記第２の波長制限手段が取り付け固定された固定手段を備え、
前記固定手段と前記照明光の光軸との前記光軸に垂直な方向の位置を調節することで前記割合を変化させる。
【００７１】
（付記項１−６）
付記項１−５に記載の内視鏡装置であって、
前記固定手段の前記光軸に垂直な方向の位置を移動させる移動手段を備えた。
（付記項１−７）
付記項１−６に記載の内視鏡装置であって、
前記移動手段は、モータで構成した。
【００７２】
（付記項１−８）
付記項１−５に記載の内視鏡装置であって、
前記固定手段は回転可能に構成した回転体であり、
前記回転体を回転駆動するモータを設けた。
【００７３】
（付記項１−９）
付記項１−８に記載の内視鏡装置であって、
前記第１の波長制限手段及び前記第２の波長制限手段は、お互いに同心円状に配置した。
【００７４】
（付記項１−１０）
付記項１−８に記載の内視鏡装置であって、
前記回転体が回転することで前記第１の波長制限手段及び前記第２の波長制限手段はそれぞれ複数の波長帯域の光を選択的に順次透過する。
【００７５】
（付記項１−１１）
付記項１−６に記載の内視鏡装置であって、
前記移動手段を駆動制御する制御手段を設けた。
【００７６】
（付記項１−１２）
付記項１−１１に記載の内視鏡装置であって、
前記固定手段の位置を前記制御手段へ指示する入力手段を設けた。
【００７７】
（付記項１−１３）
付記項１−１１に記載の内視鏡装置であって、
前記制御手段は、前記被写体の像を撮像して得られる映像信号に含まれる画像の明るさに応じて前記移動手段を駆動制御する。
【００７８】
（付記項１−１４）
付記項１−１３に記載の内視鏡装置であって、
前記被写体の像を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段で得られる撮像信号から映像信号を得るべく映像信号処理を行う映像信号処理手段とを備えた。
【００７９】
（付記項１−１５）
付記項１−１４に記載の内視鏡装置であって、
前記制御手段は、前記映像信号処理手段と同一筐体内に設けた。
【００８０】
（付記項１−１６）
付記項１−１１に記載の内視鏡装置であって、
前記被写体の像を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段で得られる撮像信号から映像信号を得るべく映像信号処理を行う映像信号処理手段と、
前記映像信号に含まれる画像の色分布から前記被写体に含まれる含有物質の分布情報を得るべく演算を行う演算手段とを備えた。
【００８１】
（付記項１−１７）
付記項１−１６に記載の内視鏡装置であって、
前記含有物質は、生体である被写体に含まれる色素を含む。
【００８２】
（付記項１−１８）
付記項１−１７に記載の内視鏡装置であって、
前記色素は、ヘモグロビンを含む。
【００８３】
（付記項１−１９）
付記項１−１８に記載の内視鏡装置であって、
前記ヘモグロビンは酸素化ヘモグロビン及び脱酸素化ヘモグロビンを含み、
前記酸素化ヘモグロビン及び脱酸素化ヘモグロビンの分布情報から酸素飽和度を得る。
【００８４】
（付記項１−２０）
付記項１−１６に記載の内視鏡装置であって、
前記制御手段は、前記演算手段による前記演算が行われるときに、前記照明光の透過波長帯域幅を狭くすべく前記移動手段を駆動制御する。
【００８５】
（付記項１−２１）
付記項１−１に記載の内視鏡装置であって、
前記第１の波長制限手段及び前記第２の波長制限手段は、前記光源と同一筐体内に設けた。
【００８６】
（付記項２−１）
被写体に照射する照明光の反射光を撮像し、前記被写体に含まれる含有物質の前記照明光の波長に対する吸光特性を利用して前記被写体に含まれる前記含有物質の状態を計測することが可能な内視鏡装置において、
前記照明光の光路上に設けられ前記照明光の配光角を調節するための配光角調節手段を備えたことを特徴とする内視鏡装置。
【００８７】
（付記項２−２）
付記項２−１に記載の内視鏡装置であって、
前記含有物質は、生体である被写体に含まれる色素を含む。
【００８８】
（付記項２−３）
付記項２−２に記載の内視鏡装置であって、
前記色素は、ヘモグロビンを含む。
【００８９】
（付記項２−４）
付記項２−２に記載の内視鏡装置であって、
前記ヘモグロビンは酸素化ヘモグロビン及び脱酸素化ヘモグロビンを含み、
前記酸素化ヘモグロビン及び脱酸素化ヘモグロビンの分布情報から酸素飽和度を得る。
【００９０】
（付記項２−５）
付記項２−１に記載の内視鏡装置であって、
前記配光角調節手段は、電気的に制御されることで焦点距離が変化する液晶レンズを備えて構成した。
【００９１】
（付記項２−６）
付記項２−１に記載の内視鏡装置であって、
前記被写体の像を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段で得られる撮像信号から映像信号を得るべく映像信号処理を行う映像信号処理手段と、
前記映像信号に含まれる画像の色分布から前記被写体に含まれる前記含有物質の状態を計測すべく演算を行う演算手段とを備えた。
【００９２】
（付記項３−１）
被写体を照明する照明光の光路上或いは前記照明光の照射される前記被写体からの反射光による光学像の光路上の少なくともいずれかの光路上に設けられ透過波長帯域が可変の波長制限手段と、
前記波長制限手段による透過波長帯域を制御する波長制御手段とを備えたことを特徴とする内視鏡装置。
【００９３】
（付記項３−２）
付記項３−１に記載の内視鏡装置であって、
前記波長制限手段は、波長可変フィルタを備えて構成した。
【００９４】
（付記項３−３）
付記項３−１に記載の内視鏡装置であって、
前記波長制御手段は、複数の波長帯域の光を選択的に順次透過させるべく前記波長可変フィルタを制御する。
【００９５】
（付記項３−４）
付記項３−１に記載の内視鏡装置であって、
前記波長制御手段は、複数の波長帯域を１組の波長帯域群とする複数の波長帯域群のうちから選択された１組の波長帯域群に含まれる複数の波長帯域の光を選択的に順次透過させるべく前記波長可変フィルタを制御する。
【００９６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、狭い帯域幅の光による観察画像を得て精度良く酸素飽和度等の生体機能情報が得られるとともに、被写体の距離が遠いときに十分に明るくノイズが少ない観察画像を得ることができる効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１ないし図８は本発明の第１の実施の形態に係り、図１は内視鏡装置の全体構成を示す説明図
【図２】回転フィルタ板の構成を示す説明図
【図３】半値全幅１０ｎｍのフィルタの分光透過特性を示す説明図
【図４】半値全幅３０ｎｍのフィルタの分光透過特性を示す説明図
【図５】脱酸素化ヘモグロビン及び酸素化ヘモグロビンの吸光特性を示す説明図
【図６】被写体が近くに位置するときの光束に対するフィルタの位置を示す説明図
【図７】被写体が遠くに位置するときの光束に対するフィルタの位置を示す説明図
【図８】被写体が中間的な距離に位置するときの光束に対するフィルタの位置を示す説明図
【図９】図９ないし図１５は本発明の第２の実施の形態に係り、図９は内視鏡装置の全体構成を示す説明図
【図１０】赤外・可視切替フィルタの構成を示す説明図
【図１１】可視光透過フィルタ及び赤外光透過フィルタの分光透過特性を示す説明図
【図１２】回転フィルタ板の構成を示す説明図
【図１３】ＲフィルタとＧフィルタとＢフィルタの分光透過特性を示す説明図
【図１４】多重反射光が関心領域へ照射される様子を示す説明図
【図１５】配光角が調節された照明光を示す説明図
【図１６】図１６及び図１７は本発明の第３の実施の形態に係り、図１６は内視鏡装置の全体構成を示す説明図
【図１７】波長可変フィルタ及びＣＣＤの動作を示すタイミングチャート
【符号の説明】
１４…回転フィルタ板
１６…モータ
３９…調光回路
４０…フィルタ位置制御回路
４２ａ…（半値全幅１０ｎｍの）フィルタ群
４２ｂ…（半値全幅３０ｎｍの）フィルタ群
７１…液晶レンズ
８１…液晶レンズ駆動回路
１１１…波長可変フィルタ
１１２…波長制御回路
Claims (1)
- 被写体を照明するための光源から発せられる照明光の光路上に設けられ第１の波長帯域の光を通過させる第１の波長制限手段と、
前記照明光の光路上に設けられ前記第１の波長帯域と中心波長が略同じで帯域幅が異なる第２の波長帯域の光を通過させる第２の波長制限手段と、
前記第１の波長制限手段を通過して前記被写体に照射される光の量と前記第２の波長制限手段を通過して前記被写体に照射される光の量との割合を変化させる手段と、
を備えたことを特徴とする内視鏡装置。
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