JP4495452B2

JP4495452B2 - 電子内視鏡及び電子内視鏡装置

Info

Publication number: JP4495452B2
Application number: JP2003430639A
Authority: JP
Inventors: 秀夫杉本
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 2003-12-25
Filing date: 2003-12-25
Publication date: 2010-07-07
Anticipated expiration: 2023-12-25
Also published as: JP2005185513A

Description

本発明は、自家蛍光のスペクトル分析可能な電子内視鏡、及びこの電子内視鏡を備えた電子内視鏡装置に関する。

近年、体腔内の生体組織に紫外光等の特定の波長の光(励起光)を照射した際に、励起光が照射された生体組織が正常な状態であれば励起光の強さに対応した蛍光を発し、癌細胞などの病変部であれば正常な状態に比べて減弱した蛍光を発するという特性を利用する蛍光観察（自家蛍光観察）が広く知られている。

また、可視光より波長の短い自家蛍光は、生体の状態によって色(即ち波長)が変化することが知られており、自家蛍光をスペクトル分析することによって、より詳細な診断が可能となる。このような診断装置としては、例えば特許文献１によるものがある。特許文献１の診断装置は、光ファイババンドルの近位端にスペクトル分析の為の励起光を入射させ、診断対象となる生体の近辺に配置された光ファイババンドルの遠位端から放射させ、生体を照射する。照射によって発生した蛍光は光ファイババンドルの遠位端に入射し、近位端から放射される。光ファイババンドルの近位端から放射される蛍光はスペクトル分析器に入力されて分析が行われる。
特開昭６１−２５７６３８号公報

上述の特許文献１の装置は、スペクトル分析のみを行うものであり、分析対象となる生体を視認するための内視鏡を別途用意する必要がある。体腔内に診断装置と内視鏡の両者を挿置するのは、患者にとって大きな負担となる。また、生体の視認とスペクトル分析を同時に行うためには、内視鏡の観察領域と診断装置の診断領域とを同一にしなければならないため、術者の操作が煩雑なものとなっていた。

そこで、本発明は上記の事情に鑑み、内視鏡観察とスペクトル分析を同時に行う電子内視鏡、およびこの電子内視鏡を備えた電子内視鏡装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決する本発明の一態様に係る電子内視鏡は、第１の撮像エリアと第２の撮像エリアとを有し、第１および第２の撮像エリアに入射した光を電気信号に変換して内視鏡用プロセッサに映像信号として転送可能な撮像手段と、体腔内の撮像対象の像を第１および第２の撮像エリアに形成する対物光学系と、自家蛍光のみが第２の撮像エリアに入射するよう構成された蛍光観察用フィルタであって、第２の撮像エリアを構成する複数のサブエリア毎に異なる波長帯の自家蛍光を透過させるものと、を有する。

本発明によれば、各サブエリアからの信号出力は、それぞれ異なる波長帯の蛍光の強度を反映したものとなる。従って、各サブエリアからの信号出力を集計することによって、蛍光観察用フィルタに入射した光のスペクトルを求めることができる。すなわち、１つの撮像手段によって、生体の視認とスペクトル分析とを同時に行うことが可能である。

また、蛍光観察用フィルタと対物光学系との間に配置され、対物光学系からの光を波長的に略均一に前記第２の撮像エリアに入射させる拡散フィルタを、電子内視鏡が有する構成としてもよい。

このような構成とすると、拡散フィルタに入射した蛍光光はフィルタ内で混合され、フィルタから蛍光観察用フィルタに入射する蛍光光の波長分布は、蛍光観察用フィルタ内の位置に関わらず、略等しいものとなる。従って、本発明によれば、観察対象となる生体が発する蛍光の波長分布にむらがある場合であっても、観察対象全体のスペクトル分布と等価なスペクトル分析結果が得られる。

また、撮像手段がＣＣＤ（固体撮像素子）を有し、前記第１及び第２の撮像エリアは前記ＣＣＤの受光面上に形成され、第１及び第２の撮像エリアは第1の方向に並列に配置されており、ＣＣＤは、第1の方向が内視鏡挿入管の軸方向に平行となるように内視鏡挿入管内に設置されている構成としてもよい。

このような構成とすると、ＣＣＤの長手方向が内視鏡先端部の軸方向となるため、部品設置スペースの限られた内視鏡先端部内に効率よくＣＣＤを配置することができる。すなわち、内視鏡先端部を大型化することなく内視鏡観察とスペクトル分析の双方が可能な電子内視鏡が実現できる。

また、対物光学系は、第１の撮像エリアと第２の撮像エリアとが光学的に略等価に位置するように、撮像対象側からの光束を第１の撮像エリアと第２の撮像エリアとに向けて分離する光束分離手段をさらに備えている。

このような構成とすると、第２の撮像エリアからの信号から算出されるスペクトル分析結果は、内視鏡観察の観察対象となる部位のスペクトル分布を示すものとなる。電子内視鏡の術者は、内視鏡観察を行いながら、その観察の観察対象となる部位のスペクトル分布を得ることができる。

以上のように、本発明によれば、一台の電子内視鏡にて内視鏡観察とスペクトル分析とを同時に行うことができ、且つ、内視鏡観察の観察対象となる部位のスペクトル分布を得ることができる。

図１は、本発明の第１の実施形態の電子内視鏡１００を備えている電子内視鏡装置５００の構成を示したブロック図である。この電子内視鏡装置５００は、患者の体腔内の画像情報を出力する電子内視鏡１００と、電子内視鏡１００に出力された画像情報に所定の処理を施し映像信号に変換する画像処理装置に加えて観察像を得るための光束を電子内視鏡１００に供給する光源装置を備えたプロセッサ２００と、プロセッサ２００から出力された映像信号を表示するモニタ３００から構成されている。以下に、この図１を用いて、この電子内視鏡装置５００の構成と作用を説明する。

プロセッサ２００は、本実施形態での観察対象である生体組織４００を照明する照明光を射出する光源部２１０を備えている。この光源部２１０が射出する照明光は可視光の波長帯域の光と紫外線の波長帯域の光とを含んだものである。本実施形態の電子内視鏡装置５００では電子内視鏡１００先端部の細径化を達成するために面順次方式の撮像システムを採用している。そのため、この照明光の光路中には後述の光学特性を有するＲＧＢＵＶ回転フィルタ２２０が配置されている。

図２は、本実施形態に用いられるＲＧＢＵＶ回転フィルタ２２０の構成を示した正面図である。また、図３は、ＲＧＢＵＶ回転フィルタ２２０が有している各フィルタの特性と、ＣＣＤ１５０の各受光部のフィルタ特性を示したグラフである。このグラフの縦軸は透過率を示しており横軸は波長を示している。以下に、この図２及び図３を用いて、ＲＧＢＵＶ回転フィルタ２２０について説明する。

このＲＧＢＵＶ回転フィルタ２２０は、中心軸２２０ａを中心として周方向に開口部と遮光部とを有している。さらに説明を加えるとこのＲＧＢＵＶ回転フィルタ２２０は、開口部を４つ、遮光部を４つ有しており、これら４つの開口部に異なった光透過特性を有した光学的なフィルタを具備している。ここでいうそれぞれ異なった光透過特性を有したフィルタとは、図３に示すＲ特性を有したフィルタ、Ｇ特性を有したフィルタ、Ｂ特性を有したフィルタ、及びＵＶ特性を有したフィルタである。

本実施形態において、Ｒ特性を有したフィルタとは、光源部２１０から射出される光束のうち、可視光であるＲ光（レッド）及び波長λｅを有する励起光のみを含む帯域の光を透過するカラーフィルタ２２０Ｒを示す。また、Ｇ特性を有したフィルタとは、可視光であるＧ光（グリーン）及び励起光のみを含む帯域の光を含む紫外線波長帯域の光とを透過するカラーフィルタ２２０Ｇを示す。また、Ｂ特性を有したフィルタとは、可視光であるＢ光（ブルー）及び励起光のみを含む帯域の光を含む紫外線波長帯域の光とを透過するカラーフィルタ２２０Ｂを示す。また、ＵＶ特性を有したフィルタとは、励起光を含む紫外線波長帯域のみの光を透過するカラーフィルタ２２０ＵＶを示す。なお、説明を分かり易くするために、各フィルタは、図３で比較的高い透過率を有した波長帯域のみの光をそれぞれ透過するものとする。

このＲＧＢＵＶ回転フィルタ２２０は、その周方向に、順に、カラーフィルタ２２０Ｒ、遮光部２２０Ｍ、カラーフィルタ２２０Ｇ、遮光部２２０Ｍ、カラーフィルタ２２０Ｂ、遮光部２２０Ｍ、カラーフィルタ２２０ＵＶ、遮光部２２０Ｍを有している。なお、それぞれのカラーフィルタを具備した開口部は、周方向にそれぞれ同一の角度を有した扇状の開口からなる。以下に、このＲＧＢＵＶ回転フィルタ２２０を用いた面順次方式によるカラー画像の生成のプロセスを説明する。

まず、タイミングジェネレータ２３０(図１)は、図示しないモータドライバに駆動信号を送信する。このモータドライバはこの受信した駆動信号に基づいてモータ２２２を駆動させる。このモータ２２２の回転軸は、ＲＧＢＵＶ回転フィルタ２２０を中心軸２２０ａで回転自在に支持している。従って、モータ２２２(図１)の駆動に伴いＲＧＢＵＶ回転フィルタ２２０は、中心軸２２０ａを中心に回転する。ＲＧＢＵＶ回転フィルタ２２０が回転することにより光源部２１０から射出された照明光は、カラーフィルタ２２０Ｒ、カラーフィルタ２２０Ｇ、カラーフィルタ２２０Ｂ、カラーフィルタ２２０ＵＶの各のフィルタが、この順番で連続して各色の光及び励起光を透過する。また、各カラーフィルタの間は、遮光部２２０Ｍにより遮られる。

プロセッサ２００はコネクタ２８０を介して電子内視鏡１００と接続されている。ＲＧＢＵＶ回転フィルタ２２０の各色のフィルタを透過した照明光の各々は、この光路中に配置されている集光レンズ２２４を介して電子内視鏡１００が備えるライトガイド１１０に入射する。そしてこの照明光は、ライトガイド１１０により電子内視鏡１００の先端部に導光される。このライトガイド１１０に導光された照明光は、電子内視鏡１００の先端部の前面に備えられた照明窓１２０を介して生体組織４００を照明する。

生体組織４００を照明した照明光のうちＲ光、Ｇ光、及びＢ光はこの生体組織４００により反射され、観察光として対物光学系１３０に入射する。この対物光学系１３０に入射した観察光は、光路偏向部１４０により対物光学系１３０の光軸と直交する方向、言い換えると電子内視鏡１００の長手方向と直交する方向に折り曲げられる。

なお、生体組織４００により反射された照明光のうちＲ光、Ｇ光、及びＢ光は、波長を変化させることなく対物光学系１３０に入射する。

また、カラーフィルタ２２０ＵＶを透過した紫外線波長帯域の波長λｅを有する励起光が生体組織４００に照射されたとき、励起光はこの生体組織４００に吸収される。そしてこの生体組織４００は、基底状態から励起状態に変化、すなわちエネルギー準位を上げる。エネルギー準位が上がった生体組織４００は元の基底状態に戻る際に、波長λｅの励起光より長い波長を有した蛍光を発する。この蛍光は、対物光学系１３０に入射する。また、生体組織の発する蛍光の波長帯は、生体組織４００の状態によって変化し、従って、蛍光のスペクトル分布は、生体組織の状態(正常部であるか病変部であるか、或いはどのような病態の病変部であるか)によって変化する。

本実施形態の電子内視鏡１００では、生体組織４００からの観察光を受光して光電変換を行い画像信号を生成する機能を有するＣＣＤ１５０は、電子内視鏡１００の長手方向にその受光面が位置するよう配置されている。

上述した光路偏向部１４０により折り曲げられた観察光は、このＣＣＤ１５０の受光面で結像して、この受光面が有しているマトリクス状に配置された複数の受光素子の各々に受光される。なお、生体組織４００は上述したようにＲＧＢＵＶ回転フィルタ２２０の各フィルタを順に透過した照明光により照明されているため、ＣＣＤ１５０の受光面は、各フィルタに応じた観察光を順次受光する。

プロセッサ２００が備えているドライバ２４０は、タイミングジェネレータ２３０から送信されてくる駆動制御信号によりＣＣＤ１５０を駆動している。さらに詳しく説明すると、このドライバ２４０はタイミングジェネレータ２３０から送信されてくる駆動制御信号に基づいて、ＣＣＤ１５０が蛍光、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光のいずれかの観察光とを受光している期間はその観察光を各受光素子にて光電変換して電荷として蓄積するようＣＣＤ１５０を駆動し、ＲＧＢＵＶ回転フィルタ２２０の遮光部２２０ＭによりＣＣＤ１５０が蛍光、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光のいずれも受光しない期間は各受光素子に蓄積されている電荷を転送して画像信号として出力させるようＣＣＤ１５０を駆動することができる。

ＣＣＤ１５０から出力された画像信号は、プロセッサ２００に送信されて、後述する画像処理を施される。このプロセッサ２００に画像処理を施された信号は、外部機器に表示可能な種々のビデオ信号に変換されてモニタ３００に出力され、このモニタ３００上でカラーの観察画像として表示される。以下に、プロセッサ２００で行われる画像処理のプロセスを説明する。

ＣＣＤ１５０によって得られた体腔内の生体組織４００の画像信号は、プロセッサ２００に備えられている初段映像信号処理部２５０に送信される。この初段映像信号処理部２５０は、送信された画像信号を増幅させ、サンプリング、ホールド等の処理を行う。そして、この画像信号をデジタル信号に変換させる。変換されたデジタル信号は、さらに、初段映像信号処理部２５０が有している図示しないマルチプレクサによってＣＣＤ１５０の駆動と同期して切り替えられ、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色の画像信号、さらには蛍光の画像信号であるＦ信号に分離されて、ＲＧＢＦメモリ２６０が有している各メモリに出力される。

ＲＧＢＦメモリ２６０はＲ、Ｇ、Ｂの各色に対応した３つのフレームメモリである図示しないＲメモリ、Ｇメモリ、Ｂメモリに加えてさらに、Ｆ信号用のフレームメモリである図示しないＦメモリを備えている。初段映像信号処理部２５０に分離された各色の画像信号及びＦ信号は、それぞれ対応するフレームメモリに格納される。

タイミングジェネレータ２３０は、ＲＧＢＦメモリ２６０の各フレームメモリに格納されている画像信号を同時に読み出すためのタイミング信号を送信する。このタイミング信号は、例えば、１秒当たり３０フレームから構成される動画がモニタ上において表示できるタイミングで送信される。すなわち、このタイミングジェネレータ２３０は、ＲＧＢＦメモリ２６０の各フレームメモリに格納されている画像信号をのうち、Ｆメモリ以外のものについて、１秒当たり３０フレーム、同時に読み出すタイミング信号を送信する。このタイミング信号に基づき、ＲＧＢ各色の画像信号は同時に読み出されて、後段信号処理部２７０に出力される。

後段信号処理部２７０は、この信号をアナログ信号に変換させ、さらにこのアナログ信号をモニタ３００に表示させるためのコンポジットビデオ信号や、Ｙ／Ｃ信号、ＲＧＢビデオ信号に変換する。そして、これらのビデオ信号がモニタ３００に出力されると、モニタ３００上に生体組織４００の観察画像がカラー画像で表示される。

図４は、本発明の実施形態の電子内視鏡１００の先端部の内部構造を模式的に示した側断面図である。この図４では電子内視鏡１００の先端部の内部構造を図１より詳細に示したものである。以下に、この図４を用いて、この電子内視鏡１００の先端部の構成と作用をより詳細に説明する。

上述したように、対物光学系１３０に入射した生体組織４００の観察光は、光路偏向部１４０により電子内視鏡１００の長手方向と直交する方向に折り曲げられる。この光路偏向部１４０は、第１のプリズム１４２と第２のプリズム１４４とを貼り合わせることにより形成されている。また、これらのプリズムは、電子内視鏡１００の長手方向に、対物光学系１３０側から第１のプリズム１４２、第２のプリズム１４４の順に並んで配置されている。

第１のプリズム１４２は、生体組織４００から得られた観察光の光路中に、光を分割する機能を有するビームスプリッタ１４２ａを有している。このビームスプリッタ１４２ａは、対物光学系１３０の光軸と一致する生体組織４００の観察光の光路に対して４５度傾いた状態で配置している。別の言い方をすると、このビームスプリッタ１４２ａは、電子内視鏡１００の長手方向に対して４５度傾いた状態で配置している。そのため、このビームスプリッタ１４２ａに入射した生体組織４００の観察光は、その一部が９０度折り曲げられて電子内視鏡１００の長手方向と直交する方向、すなわちＣＣＤ１５０に向かって進行し、その一部が透過して第２のプリズム１４４内を電子内視鏡１００の長手方向に沿って進行していく。

さらに説明すると、このビームスプリッタ１４２ａは、折り曲げられる光と透過する光との強度比が１：１、若しくは折り曲げられる光の強度が透過する光に比べて高くなるように、生体組織４００の観察光を分割する機能を有している。

第２のプリズム１４４は、ビームスプリッタ１４２ａを透過した観察光の光路中に、光を全反射する機能を有する全反射ミラー１４４ａを有している。この全反射ミラー１４４ａは、対物光学系１３０の光軸と一致するビームスプリッタ１４２ａを透過した観察光の光路に対して４５度傾いた状態で配置している。別の言い方をすると、この全反射ミラー１４４ａは、電子内視鏡１００の長手方向に対して４５度傾いた状態で配置している。従って、ビームスプリッタ１４２ａを透過した観察光は、この全反射ミラー１４４ａにより９０度折り曲げられて、電子内視鏡１００の長手方向と直交する方向、すなわちＣＣＤ１５０に向かって進行する。

図５は、本発明の実施形態の電子内視鏡１００の先端部内に備えられているＣＣＤ１５０の構成を模式的に示した上面図である。このＣＣＤ１５０は、半導体基板上に、複数の受光素子がマトリクス状に配置されている撮像エリア１５２を備えたものである。以下に、この図５を用いて、このＣＣＤ１５０の構成と作用を説明する。なお、このＣＣＤ１５０の基台である半導体基板の撮像エリア１５２を備えている面すなわち受光面は、図５に示す矢印Ｙ方向の辺が矢印Ｘ方向の辺より長い長方形の形状を有している。

ＣＣＤ１５０は、受光部１５２と、水平転送部１５４と、アンプ１５６とを備えている。上述したようにこの電子内視鏡装置５００は面順次方式によりカラー画像を生成しているため、このＣＣＤ１５０はモノクロＣＣＤである。また、電子内視鏡１００の細径化を達成するため、このＣＣＤ１５０は蓄積部を備えないフルフレーム型ＣＣＤである。

受光部１５２は、受光部１５２ａと受光部１５２ｂの２つのイメージエリアを有している。この受光部１５２ａは、ビームスプリッタ１４２ａで折り曲げられた観察光のイメージエリアであって、この観察光の結像面と一致するよう配置されている。また、受光部１５２ｂは、全反射ミラー１４４ａで折り曲げられた観察光のイメージエリアであって、この観察光の結像面と一致するよう配置されている。すなわち、受光部１５２ａと受光部１５２は電子内視鏡１００の長手方向に沿って並んで配置されている。

受光部１５２ａと受光部１５２ｂは、矢印Ｙ方向と矢印Ｘ方向のそれぞれに等しい長さの辺を有しており、また、同一形状及び同一面積を有している。

受光部１５２ａと受光部１５２ｂの前面にはそれぞれ光透過特性の異なった光学的なフィルタが配置されている。受光部１５２ａの前面に配置されているフィルタ１６１ａは、自家蛍光の波長帯の光のみを透過するものである。さらに、フィルタ１６１ａが透過させる蛍光の波長帯はフィルタ１６１ａの位置によって異なる(後述)。

また、受光部１５２ｂの前面に配置されているフィルタ１６１ｂは、図３において点線で示された紫外光を除く波長帯域の光を透過するＲＧＢ特性を有したものである。このＲＧＢ特性は、カラーフィルタ２２０Ｂ、カラーフィルタ２２０Ｇ、及びカラーフィルタ２２０Ｒを透過する光の帯域を全て包含するものである。

従って、受光部１５２ａは蛍光を含んだ波長帯域の光のみを受光することができる。また、受光部１５２ｂは可視光を含んだ波長帯域の光を受光することができる。

また上述したように、このＣＣＤ１５０はフルフレーム型ＣＣＤであるため、この受光部１５２は複数の電荷結合素子１５１ａ、１５１ｂの各々に蓄積された電荷を、図５の矢印Ｘ方向に転送する垂直転送部の機能を兼ね備えている。なお、ＣＣＤ１５０は微少サイズのチップであるため、受光部１５２ａと受光部１５２ｂとは光学的に略等価に配置されている。従って、これら２つの受光部に入射する光は実質的に同一の観察像に相当するものである。

また、受光部１５２ａの前面に配置されたフィルタ１６１ａの第１のプリズム１４２に対向する面（すなわち光入射面）は、拡散板１６２に覆われている。この拡散板１６２は、半透明の樹脂部材であり、入射した光を混合して、均一な(即ち、位置に応じて波長分布が変化しない)光として透過する。即ち、フィルタ１６１ａに入射する光は、フィルタ１６１ａの位置に関わらず略等しい波長分布を有する光である。

水平転送部１５４は、受光部１５２が備えている複数の受光素子の各々に蓄積された電荷が最終的に転送されてくる部位であって、半導体基板の長手方向に一列に整列した電荷結合素子から構成されている。この水平転送部１５４は、受光部１５２ａが有している受光素子に蓄積された電荷が転送されてくる水平転送部１５４ａと、受光部１５２ｂが有している受光素子に蓄積された電荷が転送されてくる水平転送部１５４ｂを含んでいる。

水平転送部１５４を構成している電荷結合素子の各々は、矢印Ｙ方向に関して、受光部１５２の受光素子と同ピッチで配置されている。水平転送部１５４に含まれている水平転送部１５４ａは、受光部１５２ａの受光素子各々と矢印Ｙ方向に一致して配置している電荷結合素子から構成されている。また、水平転送部１５４に含まれている水平転送部１５４ｂは、受光部１５２ｂの受光素子各々と矢印Ｙ方向に一致して配置している電荷結合素子から構成されている。

水平転送部１５４ａには、受光部１５２ａが有している電荷結合素子の各々に蓄積された電荷が、矢印Ｘ方向に直交する矢印Ｙ方向の受光素子１ライン毎に順次転送されてくる。また、水平転送部１５４ｂには、受光部１５２ｂが有している受光素子の各々に蓄積された電荷が、矢印Ｘ方向に直交する矢印Ｙ方向の受光素子１ライン毎に順次転送されてくる。そしてこの水平転送部１５４は、受光部１５２ａと受光部１５２ｂから転送されたそれぞれ１ラインずつの電荷をアンプ１５６に出力する。アンプ１５６は、この出力された電荷を増幅してプロセッサ２００が備えている初段映像信号処理部２５０に向けて出力する。

受光部１５２ａの前面に配置されたフィルタ１６１ａの光透過特性に付き、以下説明する。図６は、フィルタ１６１ａの光透過特性を示したものである。フィルタ１６１ａは、受光部１５２ａを構成する各受光素子毎に自家蛍光の波長帯域の中で更に異なる波長帯の光のみを入射させるようになっている。即ち、図５中右下隅の受光素子には350nm±2.5nmの蛍光のみが入射するようになっており、その左隣の受光素子には355nm±2.5nmの蛍光のみが入射するようになっている。本実施形態においては、受光部１５２ａは２５個の受光素子から構成されており、各受光素子には、347.5nm〜472.5nmまでの波長帯の蛍光を5nm刻みで分割した波長帯の光のいずれかが入射する。従って、各受光素子に蓄積された電荷の量から、蛍光の周波数分布を得ることができる。なお、図５では、分割された各波長帯の中心波長の数値のみを表した。

図７は、ＣＣＤ１５０の撮像及び転送の動作タイミングと、各照明光の照射タイミング（即ち、ＣＣＤ１５０に入射してくる各観察光の受光タイミング）とを示したタイミングチャートである。図７（ａ）は、ＣＣＤ１５０の撮像及び転送を行うためのタイミングチャートであって、電荷を蓄積する蓄積期間と、蓄積した各色に対応した電荷を転送する転送期間と、電荷の蓄積も転送も行わない休止期間とを繰り返したものとなっている。また、図７（ｂ）は、ＣＣＤ１５０に入射してくる観察光の周期を示したタイミングチャートであって、蛍光及び各色の光の観察光が入射してくる期間と、蛍光のみが入射してくる期間と、観察光が遮光されている期間とを繰り返したものとなっている。以下に、この図７に示したタイミングチャートの詳細を説明する。

カラーフィルタ２２０Ｒを介して照明された生体組織４００の観察光が受光部１５２ａに入射している期間、ＣＣＤ１５０は、受光部１５２ｂの電荷結合素子の各々に、この観察光による電荷を蓄積している。さらに説明すると、受光部１５２ａに向かった観察光はフィルタ１６１ａを透過しないので受光部１５２ａには電荷は蓄積されず、また受光部１５２ｂは生体組織４００から反射した可視光（Ｒ光）を光電変換して電荷として蓄積する。

１５２ｂに一定期間Ｒ光の観察光が入射するとＲＧＢＵＶ回転フィルタ２２０の遮光部２２０Ｍにより照明光が照射されなくなり、受光部１５２ｂへの観察光による電荷蓄積は一定期間途絶える。この期間、ＣＣＤ１５０は、受光部１５２ｂの受光素子の各々に蓄積されたＲ光の観察光による電荷の各々を、水平転送部１５４ｂに順次転送する。水平転送部１５４ｂに転送された受光部１５２ｂの電荷は、生体組織４００のＲ光の画像情報としてアンプ１５６から順次出力され、初段映像信号処理部２５０に送信される。またこのとき、ＣＣＤ１５０は、受光部１５２ａの受光素子の各々に蓄積された蛍光の観察光による電荷の各々を、水平転送部１５４ａに転送しない。

次いで、ＣＣＤ１５０は、同じ要領でカラーフィルタ２２０Ｇを介して照明された生体組織４００のＧ光の観察光による電荷を受光部１５２ｂに蓄積する。１５２ｂに一定期間Ｇ光の観察光が入射するとＲＧＢＵＶ回転フィルタ２２０の遮光部２２０Ｍにより照明光が照射されなくなり、受光部１５２ｂへの観察光による電荷蓄積は一定期間途絶える。この期間、受光部１５２ｂに蓄積したＧ光の観察光による電荷のみを水平転送部１５４ｂに転送する。水平転送部１５４ｂに転送されたこの電荷は、Ｇ光の画像情報としてアンプ１５６から順次出力され、初段映像信号処理部２５０に送信される。

次いで、ＣＣＤ１５０は、同じ要領でカラーフィルタ２２０Ｂを介して照明された生体組織４００のＢ光の観察光による電荷を蓄積する。１５２ｂに一定期間Ｂ光の観察光が入射するとＲＧＢＵＶ回転フィルタ２２０の遮光部２２０Ｍにより照明光が照射されなくなり、受光部１５２ｂへの観察光による電荷蓄積は一定期間途絶える。この期間、受光部１５２ｂに蓄積したＢ光の観察光による電荷のみを水平転送部１５４ｂに転送する。水平転送部１５４ｂに転送されたこれら電荷は、Ｂ光の画像情報としてアンプ１５６から順次出力され、初段映像信号処理部２５０に送信される。

次いで、ＣＣＤ１５０は、カラーフィルタ２２０ＵＶを介して励起光が照射された生体組織４００から発せられる蛍光による電荷を蓄積する。生体組織４００からの蛍光が受光部１５２ａに入射している期間、ＣＣＤ１５０は、受光部１５２ａの受光素子の各々に、この蛍光による電荷を蓄積している。さらに説明すると、受光部１５２ｂに向かった蛍光はフィルタ１６１ｂを透過しないので受光部１５２ｂには電荷は蓄積されず、また受光部１５２ａは生体組織４００からの蛍光を光電変換して電荷として蓄積する。

受光部１５２ａに一定期間蛍光が入射するとＲＧＢＵＶ回転フィルタ２２０の遮光部２２０Ｍにより照明光が照明されなくなり、受光部１５２ａへの蛍光による電荷蓄積は一定期間途絶える。この期間、受光部１５２ａに蓄積した光による電荷のみを水平転送部１５４ａに転送する。水平転送部１５４ａに転送されたこれら電荷は、蛍光の画像情報としてアンプ１５６から順次出力され、初段映像信号処理部２５０に送信される。

このように、アンプ１５６から出力されたＲ光、Ｇ光、Ｂ光をプロセッサ２００で処理することにより１画面のカラー画像が形成される。また、この作業を繰り返すことによりモニタ３００上に生体組織４００の画像が動画として表示される。

また、図７（ｃ）は、垂直同期信号に対応してＣＣＤ１５０に入力されるリセットパルスＲＰの入力タイミングを示すチャートである。図７（ｃ）のように、電荷の初段映像信号処理部２５０への転送が終了する度に、リセットパルスが入力されるようになっている。リセットパルスＲＰが入力されると、受光部１５２ａ、受光部１５２ｂに蓄積された電荷がリセットされる。通常、自家蛍光の波長は450nm〜550nm程度であり、これはＢ光の波長帯と一部重なる。従って、Ｂ光、およびＵＶ光が照射されているときは受光部１５２ａと受光部１５２ｂの両方に電荷が蓄積される。従って、ＲＧＢ光による画像情報のみ、または蛍光の画像情報のみが初段映像信号処理部２５０に送信されるようにするため、転送終了時に受光部のリセットを行っている。

図８は、図７の期間Ｔｄにおける転送動作を詳細に示したタイミングチャートである。この期間Ｔｄは、受光部１５２ｂに蓄積した観察光による電荷のみが水平転送部１５４に転送されるようタイミングジェネレータ２３０によって制御されているときの、Ｂ光の観察光により蓄積した受光部１５２ｂの電荷のみを水平転送部１５４ｂに順次転送してＢ光の画像情報としてアンプ１５６から出力する期間を示している。以下に、この図８に示したタイミングチャートで電荷の転送動作を説明する。

図８（ａ）は、受光部１５２ａの受光素子各々に蓄積された電荷を、矢印Ｙ方向１ラインの受光素子毎に水平転送部１５４ａに向けて矢印Ｘ方向に順次転送させるＶ１信号のパルスを示したタイミングチャートである。また、図８（ｂ）は、受光部１５２ｂの受光素子各々に蓄積された電荷を、矢印Ｙ方向１ラインの受光素子毎に水平転送部１５４ｂに向けて矢印Ｘ方向に順次転送させるＶ２信号のパルスを示したタイミングチャートである。また、図９（ｃ）は、水平転送部１５４に転送された電荷を、水平転送部１５４の水平方向、すなわち矢印Ｙ方向に転送するＨ信号のパルスを示したタイミングチャートである。

期間ＴｄはＢ光の画像情報のみを転送する期間であって、上述したように受光部１５２ａに蓄積された電荷は転送されないため、Ｖ１信号は入力されずＶ２信号のみが入力される。Ｖ２信号の１パルスが受光部１５２ｂに入力されると、受光部１５２ｂの受光素子各々に蓄積されている全ての電荷は、矢印Ｘ方向に一段シフトする。その結果、水平転送部１５４ｂの最も近くに配置している１ラインの受光素子に蓄積されている電荷の各々は、矢印Ｘ方向にシフトして水平転送部１５４ｂの矢印Ｙ方向に一致する電荷結合素子の各々に転送される。

Ｖ２信号の１パルスにより受光部１５２ｂから水平転送部１５４ｂに電荷が転送されると、次に、Ｈ信号が水平転送部１５４に入力され、水平転送部１５４ｂに転送された上記電荷を矢印Ｙ方向に順次転送する。すなわち、水平転送部１５４ｂに転送された上記電荷は、アンプ１５６に順次掃き出されて増幅し初段映像信号処理部２５０に送信される。

上述した期間Ｔｄにおける一連の動作は、受光部１５２ｂに蓄積されている全ラインの受光素子の電荷を初段映像信号処理部２５０に送信するまで繰り返される。全ラインの電荷がアンプ１５６から出力されると期間Ｔｄの転送動作は終了する。

図９は、図７の期間Ｔｅにおける転送動作を詳細に示したタイミングチャートである。この期間Ｔｅは、受光部１５２ａに蓄積した蛍光の観察光による電荷が水平転送部１５４ａに転送されるようタイミングジェネレータ２３０によって制御されているときの、蛍光の観察光により蓄積した受光部１５２ａの電荷、及びＢ光の観察光により蓄積した受光部１５２ｂの電荷を水平転送部１５４に転送して蛍光の画像情報及びＢ光の画像情報としてアンプ１５６から出力する期間を示している。以下に、この図１０に示したタイミングチャートで電荷の転送動作を説明する。

図９（ａ）は、図８（ａ）と同様に、受光部１５２ａの受光素子各々に蓄積された電荷を、矢印Ｙ方向１ラインの受光素子毎に水平転送部１５４ａに向けて矢印Ｘ方向に順次転送させるＶ１信号のパルスを示したタイミングチャートである。また、図９（ｂ）は、図８（ｂ）と同様に、受光部１５２ｂの受光素子各々に蓄積された電荷を、矢印Ｙ方向１ラインの受光素子毎に水平転送部１５４ｂに向けて矢印Ｘ方向に順次転送させるＶ２信号のパルスを示したタイミングチャートである。また、図９（ｃ）は、図８（ｃ）と同様に、水平転送部１５４に転送された電荷を、水平転送部１５４の水平方向、すなわち矢印Ｙ方向に転送するＨ信号のパルスを示したタイミングチャートである。

期間Ｔｅは蛍光の画像情報のみを転送する期間であるため、Ｖ２信号は入力されずＶ１信号のみが入力される。Ｖ１信号の１パルスが受光部１５２ａに入力されると、受光部１５２ａの受光素子各々に蓄積されている全ての電荷は、矢印Ｘ方向に一段シフトする。その結果、水平転送部１５４ａの最も近くに配置している１ラインの受光素子に蓄積されている電荷の各々は、矢印Ｘ方向にシフトして水平転送部１５４ａの矢印Ｙ方向に一致する電荷結合素子の各々に転送される。

Ｖ１信号の１パルスにより受光部１５２ａから水平転送部１５４ａに電荷が転送されると、次に、Ｈ信号が水平転送部１５４に入力され、水平転送部１５４に転送された上記各電荷を矢印Ｙ方向に順次転送する。すなわち、水平転送部１５４ａに転送された上記各電荷は、アンプ１５６に順次掃き出されて増幅し初段映像信号処理部２５０に送信される。

なお、上述したように、本実施形態のＣＣＤ１５０は、２つのイメージエリアである受光部１５２ａと受光部１５２ｂとが電子内視鏡１００の先端部の長手方向に沿って並んで配置されている。また、本実施形態のＣＣＤ１５０では、受光部１５２ａと受光部１５２ｂの電荷の転送路が１ラインの電荷結合素子である水平転送部１５４で形成されている。さらに、この水平転送部１５４は、電子内視鏡１００の先端部の長手方向に沿って配列されている。従って、本実施形態のＣＣＤ１５０を備えることにより、電子内視鏡の径を太くすることなく、可視光による画像情報と蛍光による画像情報とを得ることができる。

なお、光路偏向部１４０、ＣＣＤ１５０の受光部１５２ａと受光部１５２ｂと水平転送部１５４とを上記配置構成としたことにより、ＣＣＤ１５０から得られる可視光による画像情報と蛍光による画像情報は、そのままでは正像にはならないが、ＲＧＢＦメモリ２６０に展開したときに正像となるよう書き込み処理を行うか、或いは、ＲＧＢＦメモリ２６０に可視光による画像情報と蛍光による画像情報をそのまま展開し、読み出すときに正像となるよう読み出しアドレスを生成する等の処理を行えば、モニタ３００上に正像の画像を表示することができる。

本実施形態による、蛍光のスペクトル分析手順を以下に説明する。前述のように、受光部１５２ａに蓄積した電荷は、ＲＧＢＦメモリ２６０のＦメモリに随時記録されている。Ｆメモリに記憶された内容は、受光部１５２ａの各電荷結合素子１５１ａに蓄積した電荷の量である。フィルタ１６１ａによって、各電荷結合素子１５１ａにはそれぞれ異なる波長帯の蛍光のみが入力されるようになっているため、ＣＣＤ１５０の受光部１５２ａのそれぞれの電荷結合素子１５１ａから読み出されてＦメモリに記憶された内容（信号レベル）は、347.5nm〜472.5nmの蛍光の、5nm刻みのスペクトル分布となる。

図１に示されているように、プロセッサ２００には、トリガボタン２９０が備えられている。電子内視鏡１００の術者は、このトリガボタン２９０を押すことによって、観察対象である生体４００の蛍光スペクトル分析結果をモニタ３００上に表示させることができる。

トリガボタン２９０が押されると、トリガ信号ＴＳが後段信号処理回路２７０に入力される。後段信号処理回路は、このトリガ信号ＴＳを受信すると、ＲＧＢＦメモリ２６０のＦメモリからデータを読みだし、このデータからスペクトル分布グラフを生成する。スペクトル分布グラフとは、受光部１５２ａの電荷結合素子１５１ａに蓄積した電荷の量を、フィルタ１６１ａの透過波長帯の短い電荷結合素子１５１ａのものから順にプロットした折れ線グラフである。すなわち、この折れ線グラフは、350nm±2.5nm、355nm±2.5nm、360nm±2.5nm、・・・、470nm±2.5nmの各周波数帯毎の蛍光の強度（自家蛍光の波長分布）を示したものとなる。

後段信号処理回路２７０によって生成されたスペクトル分布グラフは、モニタ３００上に表示される。なお、スペクトル分布グラフを内視鏡観察画像の上、または隣にオーバーレイ表示させてもよい。

本発明の実施形態の電子内視鏡を備えている電子内視鏡装置の構成を示したブロック図である。本発明の実施形態に用いられるＲＧＢＵＶ回転フィルタの構成を示した正面図である。ＲＧＢＵＶ回転フィルタが有している各フィルタの特性と、ＣＣＤの通常観察用の受光部のフィルタ特性を示したグラフである。本発明の実施形態の電子内視鏡の先端部の内部構造を模式的に示した側断面図である。本発明の実施形態の電子内視鏡の先端部内に備えられているＣＣＤの構成を模式的に示した上面図である。ＣＣＤのスペクトル分析用の受光部のフィルタ特性を示したものである。本発明の実施形態における、固体撮像素子の撮像及び転送の動作タイミングと、固体撮像素子に入射してくる各観察光の受光タイミングとを示したタイミングチャートである。図７の期間Ｔｄにおける転送動作を詳細に示したタイミングチャートである。図７の期間Ｔｅにおける転送動作を詳細に示したタイミングチャートである。

符号の説明

１００電子内視鏡
１４０光路偏向部
１５０ＣＣＤ
１５２ａ、１５２ｂ受光部
１５４ａ、１５４ｂ水平転送部
２００プロセッサ
２２０光源部
２３０タイミングジェネレータ
２７０後段信号処理回路
２９０トリガボタン
５００電子内視鏡装置

Claims

第１の撮像エリアと第２の撮像エリアとを有し、第１および第２の撮像エリアに入射した光を電気信号に変換して内視鏡用プロセッサに映像信号として転送可能な撮像手段と、
体腔内の撮像対象の像を第１および第２の撮像エリアに形成する対物光学系と、
自家蛍光のみが前記第２の撮像エリアに入射するよう構成された蛍光観察用フィルタであって、前記第２の撮像エリアを構成する複数のサブエリア毎に異なる波長帯の自家蛍光を透過させるものと、
前記蛍光観察用フィルタと前記対物光学系との間に配置され、前記対物光学系からの光を波長的に略均一に前記第２の撮像エリアに入射させる拡散フィルタと
を有する電子内視鏡。
前記撮像手段がＣＣＤを有し、前記第１及び第２の撮像エリアは前記ＣＣＤの受光面上に形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の電子内視鏡。
前記第１及び第２の撮像エリアは第１の方向に並列に配置されており、前記ＣＣＤは、前記第1の方向が内視鏡挿入管の軸方向に平行となるように内視鏡挿入管内に設置されていることを特徴とする、請求項２に記載の電子内視鏡。
前記ＣＣＤの水平転送ＣＣＤは、前記ＣＣＤの前記第１の方向に平行な一辺上に配置されていることを特徴とする、請求項３に記載の側視鏡。
前記第１の撮像エリアに蓄積された電荷は第１の垂直転送パルスによって、また、前記第２の撮像エリアに蓄積された電荷は第2の垂直転送パルスによって、それぞれ別箇に移動することを特徴とする、請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の電子内視鏡。
前記対物光学系は、前記第１の撮像エリアと前記第２の撮像エリアとが光学的に略等価に位置するように、撮像対象側からの光束を、前記第１の撮像エリアと前記第２の撮像エリアとに向けて分離する光束分離手段をさらに備えていること、を特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の電子内視鏡。
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の電子内視鏡と、
前記第２の撮像エリアに入射した光を電気信号に変換して得られた映像信号を用いて、前記蛍光観察用フィルタを通して前記サブエリアの各々に入射した光の強度を、前記サブエリア毎に算出する蛍光強度算出手段と、
前記サブエリア毎の前記蛍光観察用フィルタの光透過特性と、前記蛍光強度算出手段の算出結果を用いて、前記第２の撮像エリアに入射した自家蛍光の波長分布を算出する、波長分布算出手段と、
を有する、電子内視鏡装置。