JP5560215B2 - 内視鏡装置 - Google Patents
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Description
また、発光ダイオードや半導体レーザダイオードを用いた白色光源装置は、キセノンランプやメタルハライドランプに比べて発熱量が低く抑えられ、発熱による内視鏡の変化が抑えられるというメリットがある。
特に、撮像画像のホワイトバランスが、励起光量を最大とした場合を基準として設定されている場合には、励起光量を低下させることで、青味の足りない、診断に適さない光が照射されてしまう。また、励起光量とは、励起光の発光強度を含む概念であり、励起光とは、蛍光体を蛍光発光させる光をいう。
つまり、励起光量を変えた途端に、その蛍光光の発光強度や発光光量が変化し、被写体へ照射される白色光の色度が変化し、撮像画像のホワイトバランスも変化してしまうため、被写体の距離や反射率に応じて励起光量を大きく変える必要がある内視鏡装置においては、うまく作用するとはいえない。
このように蛍光特性が変化した蛍光体を備える内視鏡は、製造時に想定し得る励起光量によって撮像を行うと、前述と同様に白色光の発光スペクトルが変化しており、撮像画像のホワイトバランスが変化してしまうという問題がある。
図1、図2に示すように、本発明の実施形態に係る内視鏡装置10は、内視鏡11と、光源装置12と、プロセッサ装置13とを有する。プロセッサ装置13には、画像情報等を表示する表示部15と、入力操作を受け付ける入力部17とが接続されている。内視鏡11は、内視鏡挿入部19の先端から照明光を照射する照明光学系と、被観察領域を撮像する撮像素子26(図2参照)を含む撮像光学系とを有する、電子内視鏡である。
また、照明光とは、狭帯域光と、白色光とを問わず、内視鏡11から被写体に向けて照射される光をいう。
内視鏡11とプロセッサ装置13とが接続されると、蛍光特性記憶部29は、内視鏡11ごとに固有の蛍光体20の蛍光特性の情報、実使用時間の情報、及び経時変化テーブルの情報をプロセッサ装置13へ出力する。また、A/D変換器28でA/D変換されたデジタル画像信号は、コネクタ部25Bを介してプロセッサ装置13の画像処理部52に入力される。
また、青紫色レーザ光源44からの第2の狭帯域光もまた、その一部が、内視鏡先端35に設置された後述する蛍光体20を蛍光発光させる励起光として作用して、第2の蛍光光を発生させるが、その発光光量は、前述の第1の蛍光光に比べて1/20程度である。第2の蛍光光もまた、照明光の一部として被写体に照射される。
また、第1の波長及び第2の波長のそれぞれの中心発光波長からのずれを変動とし、想定され得るずれの最大幅を所定の変動範囲として±Δλで表す。よって、前述の中心発光波長λ1及びλ0を用いると、第1の波長は、λ1±Δλの範囲にあり、第2の波長は、λ0±Δλの範囲にある。
また、青紫色レーザ光源44の場合も同様に、第2の狭帯域光の光量であって、回転フィルタ37の透過部37Tを透過した場合の光量と、第2のフィルタ37Bを透過した場合の光量とをそれぞれ検出し、波長算出部47へそれぞれ出力する。
よって、第1の狭帯域光において、照射光量を一定とし、光量検出部39において、第1のフィルタ37Aを透過した場合に検出される光量と、透過部37Tを透過した場合(第1のフィルタ37Aを用いない場合)に検出される光量とから、波長算出部47において、照射された第1の狭帯域光の透過率を算出することで、第1のフィルタ37Aを透過した第1の波長を算出することができる。
また、前述の第1の狭帯域光の場合と同様にして、第2の狭帯域光の透過率を算出することで、第2のフィルタ37Bを透過した第2の波長を算出することができる。
通常観察モードとキャリブレーションモードとは、図示しない光源装置12の入力手段によって切り替えられる。
キャリブレーションモードにより、青色レーザ光源42及び青紫色レーザ光源44の発光波長λ1±Δλ及びλ0±Δλを検出することは、光源装置12単独でできる。
前述と同様に、光量検出部39では、透過部37Tを透過した第1の狭帯域光の光量が検出される。
以上が、キャリブレーションモードによって、光源装置12の波長検出手段により青色レーザ光源42及び青紫色レーザ光源44の発光波長を検出する場合の動作である。
に対して光強度を落とすことなく散乱効果が高められ、凹レンズ等の光路変更手段が不要となり、光学的損失が小さくなる。
また、青紫色レーザ光は、中心発光波長405nmの輝線で表され、青紫色レーザ光による蛍光体20からの第2の蛍光光も、前述のとおり発光光量は第1の蛍光光の1/20程度であるが、第1の蛍光光と略同等の波長帯域で発光強度が増大する分光強度分布となる。また、この第2の蛍光光と青紫色レーザ光とによるプロファイルAは、前述のとおり第2の蛍光光の発光光量が少ないため、単独では略青紫色の光として照射される。
図3に示すように、プロファイルA及びプロファイルBは、青紫色レーザ光及び青色レーザ光を主成分とするB光成分、第1の蛍光光及び第2の蛍光光の起伏中央部分を主成分とするG光成分、並びに前述の起伏の長波長側部分を主成分とするR光成分などに大きく分けられ、撮像画像信号として検出される。
ここで、励起光量とは、励起光の光量であり、励起光とは、第1の狭帯域光はもちろん、追加レーザ光として追加される第2の狭帯域光も含む概念であるが、本明細書においては、これ以降、第1の狭帯域光及びその光量を励起光及び励起光量とし、第2の狭帯域光及びその光量を追加レーザ光及び追加レーザ光量として、区別して記載する。
よって、内視鏡11において、励起光量及び追加レーザ光量に対して、白色板を撮像した際の撮像画像におけるホワイトバランスの変化をグラフとして算出し、それらグラフの情報を蛍光体20の蛍光特性として記憶して、励起光量に対する追加レーザ光量の調整に利用する。
ここで、蛍光体20の蛍光特性としては、発振波長ごとに大きく分けて、励起光に対する第1の蛍光特性と追加レーザ光に対する第2の蛍光特性とが考えられる。
よって、本発明においては、励起光量及び追加レーザ光量に対するG/B比の変化をそれぞれグラフとして算出し、それらグラフの情報を第1の蛍光特性及び第2の蛍光特性として記憶する。
なお、前述のとおり、2つのレーザ光を合波しない場合には、内視鏡11は、内視鏡先端35に、図示しないが、照射口を2つ持ち、一方の照射口は先端部に蛍光体20を備え、青色レーザ光と蛍光光とからなる疑似白色光を、もう一方の照射口は先端部に蛍光体を備えず、そのまま青紫色レーザ光を照射する構成であってもよい。
その際に、制御部50は、第1の蛍光特性及び第2の蛍光特性の取得と同時に、蛍光特性記憶部29の使用時間記憶部61から、内視鏡11の実使用時間の情報と、経時変化テーブル63の経時変化の情報を取得する。
算出された励起光量と追加レーザ光量との関係は、予め補正テーブル56として補正情報記憶部54で記憶され、光源制御部40を通して青紫色レーザ光源44の制御に用いられる。
以上が、本発明の実施形態に係る内視鏡装置の構成である。
また、これ以降、原則としてはホワイトバランスをG/B比として実施形態の説明を行う。
そして、画像処理部52では、例えば、その撮像画像信号をR光成分、G光成分、及びB光成分の3つの成分に分離し、また、出力部15において表示する表示用画像信号を生成する。制御部50は、画像処理部52において分離されたR光成分、G光成分、及びB光成分それぞれの信号値の比率を算出し、撮像素子26における基準のホワイトバランスとして算出する。また、前述のとおり、基準のホワイトバランスは、基準のG/B比でもよく、本発明の実施形態においては、ホワイトバランスとしてG/B比を用いている。また、撮像画像のG/B比は、CDS・AGC回路27において算出されてもよい(S18)。
そして、青色レーザ光源42の発光波長が中心発光波長λ1の際に算出される前述のG/B比を撮像素子26における基準のG/B比として、内視鏡11の蛍光特性記憶部29へ記憶する。(S20)。
具体的には、青色レーザ光源42を駆動する駆動電流値に対して、画像処理部52で算出される撮像画像信号のホワイトバランスの変化、ここではG/B比の変化を制御部50においてグラフとして算出し、前述と同様に内視鏡11の蛍光特性記憶部29で記憶する。前述のとおり、B光成分に対するG光成分及びR光成分の比率は変わらないため、ここではホワイトバランスとしてG/B比を用いている。
よって、蛍光特性記憶部29には、その内視鏡11固有の蛍光体20の特性として、励起光量の減少に従って、G/B比が大きくなる様子を示す図10(A)のグラフの情報が記憶される(S22)。
青色レーザ光源42からの励起光の発光波長をλ1−Δλとして、前述のステップS16、S18、S22を繰り返す。これによって、図10(B)に示す発光波長がλ1−Δλの場合の青色レーザ光源42の励起光量の減少に従ってG/B比が変化するグラフが算出され、その情報が蛍光特性記憶部29に記憶される(S26)。
青色レーザ光源42からの励起光の発光波長をλ1+Δλとして、前述と同様にステップS16、S18、S22を繰り返す。これによって、図10(B)に示す発光波長がλ1+Δλの場合の青色レーザ光源42の励起光量の減少に従ってG/B比が変化するグラフが算出され、その情報が蛍光特性記憶部29に記憶される(S30)。
基準光源装置を操作して、青紫色レーザ光源44の発光波長を中心発光波長λ0(例えば、405nm)に調整して、ステップS20を除き、ステップS16〜S28までを繰り返す(S32)。
このステップS32により、青色レーザ光源42の場合と同様、図10(C)に示すように、青紫色レーザ光源44の発光波長を中心発光波長λ0とした場合、λ0−Δλとした場合、λ0+Δλとした場合のそれぞれについて、青紫色レーザ光源44からの追加レーザ光量の減少に従ってG/B比が変化するグラフが算出され、その情報が蛍光特性記憶部29に記憶される。
経時変化テーブル63は、図11に示すとおり、横軸に使用時間を、縦軸に蛍光特性比として、当初の蛍光体20の発光強度に対する経時の蛍光体20の発光強度の比を縦軸に、採ったものである。従って、使用時間が経過するにつれて蛍光特性比(発光強度比)が、1.0から徐々に低下する。また、蛍光特性の経時変化は、図11のグラフからも明らかなように、ある使用時間まではゆっくりと進み、ある使用時間を過ぎると急速に進むことが分かる。なお、具体的には、G光の帯域の発光強度から発光強度比を求めている。
青色レーザ光源42からの励起光量と、撮像画像の基準のG/B比を維持するために撮像画像信号におけるB光成分(B光画像信号)に乗じられるゲイン(Bゲイン)との関係示す補正テーブルを作成し、補正テーブルに基づいて、撮像素子26により出力される撮像画像信号に前述のBゲインを乗じることで、G/B比が維持され、基準のホワイトバランスが維持された撮像画像を撮像することができる。
また、算出された蛍光特性の経時変化の情報と経時変化テーブル63とから使用時間記憶部61に記憶された内視鏡11の実使用時間の修正を行ってもよい。
11 内視鏡
12 光源装置
13 プロセッサ装置
15 表示部
17 入力部
18 光ファイバ
19 内視鏡挿入部
20 蛍光体
21 照射口
22 アングルノブ
23 操作部
24 対物レンズユニット
25A、25B コネクタ部
26 撮像素子
27 CDS・AGC回路
28 A/D変換器
29 蛍光特性記憶部
31 軟性部
33 湾曲部
35 先端部(内視鏡先端)
37 回転フィルタ
37A 第1のスロープ型ダイクロイックフィルタ(第1のフィルタ)
37B 第2のスロープ型ダイクロイックフィルタ(第2のフィルタ)
37T 透過部
39 光量検出部
40 光源制御部
42 青色レーザ光源(励起光源)
44 青紫色レーザ光源(追加レーザ光源)
46 合波器
47 波長算出部
49 回転手段
50 制御部
52 画像処理部
54 補正情報記憶部
56 補正テーブル
61 使用時間記憶部
63 経時変化テーブル
65A 第1のテーブル
65B 第2のテーブル
67 波長記憶部
Claims (12)
- 狭帯域化された第1の波長を持つ第1の狭帯域光を照射する第1の光源、
前記第1の光源とは異なる、狭帯域化された第2の波長を持つ第2の狭帯域光を照射する第2の光源、及び
前記第1の光源からの前記第1の狭帯域光の前記第1の波長を検出し記憶する波長検出手段を有し、
前記第1の波長は、前記第1の光源の第1の中心発光波長に対して所定の変動範囲内に入るものである光源装置と、
前記第1の狭帯域光の少なくとも一部を透過すると共に、励起光として機能する前記第1の狭帯域光によって励起されて、励起波長である前記第1の波長と異なる波長帯域の第1の蛍光光を発光し、前記第1の狭帯域光の照射光量及び前記第1の中心発光波長に対する前記励起波長の変動に応じて蛍光特性が変化し、また、その使用時間によって蛍光特性が経時変化する蛍光体、
前記蛍光体の実使用時間を記憶する使用時間記憶部及び前記蛍光体の蛍光特性の経時変化を記録した経時変化テーブルを持ち、前記励起光の照射光量及び前記励起波長の変動に対して変化する前記蛍光体の第1の蛍光特性を記憶する蛍光特性記憶部、並びに、
前記蛍光体を透過した前記励起光及び前記蛍光体で発光した前記第1の蛍光光を混合した光、又は前記励起光及び前記第1の蛍光光、並びに前記第2の狭帯域光が混合された光が照明光として照射された被写体からの、前記照明光の戻り光により撮像を行い、撮像画像信号を出力する撮像部、を有する内視鏡と、
前記光源装置の前記波長検出手段から前記励起波長を読み出し、前記内視鏡の蛍光特性記憶部から、読み出された前記励起波長を持つ前記励起光の照射光量及び前記励起波長の変動に対する前記蛍光体の前記第1の蛍光特性を読み出し、また、前記使用時間記憶部から前記蛍光体の前記実使用時間を、前記経時変化テーブルから蛍光体の経時変化の情報をそれぞれ読み出して、前記実使用時間に対応する前記蛍光体の経時変化を算出し、算出された前記経時変化と読み出された前記第1蛍光特性とから第1の経時蛍光特性を算出し、算出された前記第1の経時蛍光特性から、前記撮像画像信号が基準のホワイトバランスを維持するように、前記第1の光源からの前記励起光の照射光量に対して付加される前記第2の光源からの前記第2の狭帯域光の照射光量を算出し、算出された前記第2の狭帯域光の照射光量となるように前記第2の光源を制御する制御部を有するプロセッサ装置と、
を備えることを特徴とする内視鏡装置。 - 前記蛍光特性は、前記第1の蛍光光の発光光量を含む請求項1に記載の内視鏡装置。
- 前記光源装置の前記第2の光源からの前記第2の狭帯域光の前記第2の波長は、前記第2の光源の第2の中心発光波長に対して所定の変動範囲内に入るものであり、
前記波長検出手段は、さらに、前記第2の光源からの前記第2の狭帯域光の前記第2の波長を検出し記憶するものであり、
前記蛍光体は、さらに、前記第2の狭帯域光の少なくとも一部を透過すると共に、前記第2の狭帯域光によって励起されて、前記第2の波長と異なる波長帯域の第2の蛍光光を発光し、前記第2の中心発光波長に対する前記第2の波長の変動に応じて蛍光特性が変化するものであり、
前記蛍光特性記憶部は、さらに、前記第2の狭帯域光の前記第2の波長の変動に対して変化する前記蛍光体の第2の蛍光特性を記憶するものであり、
前記内視鏡は、前記照明光として、前記励起光及び前記第1の蛍光光、並びに前記第2の狭帯域光及び前記第2の蛍光光が混合された光を用いるものであり、
前記プロセッサ装置の前記制御部は、前記光源装置の前記波長検出手段から、さらに前記第2の波長を読み出し、前記内視鏡の蛍光特性記憶部から、さらに、読み出された前記第2の波長の変動に対する前記蛍光体の前記第2の蛍光特性を読み出し、前記算出された経時変化と前記読み出された第2蛍光特性から第2の経時蛍光特性を算出し、算出された前記蛍光体の前記第1及び第2の経時蛍光特性から、前記撮像画像信号が基準のホワイトバランスを維持するように、前記第1の光源からの前記第1の狭帯域光の照射光量に対して付加される前記第2の光源からの前記第2の狭帯域光の照射光量を算出し、算出された前記第2の狭帯域光の照射光量に前記第2の光源を制御するものである請求項1または2に記載の内視鏡装置。 - 前記蛍光特性は、前記第2の蛍光光の発光光量を更に含む請求項3に記載の内視鏡装置。
- さらに、前記プロセッサ装置は、前記第1の光源の照射光量と、前記撮像画像信号が基準のホワイトバランスを維持するために必要な前記第2の光源の照射光量との対応関係が記録された補正テーブルを記憶する補正情報記憶部を備え、
前記光源装置、前記内視鏡、及び前記プロセッサ装置が市場において互いに接続され内視鏡装置が構成された際に、
前記制御部は、
前記光源装置の前記波長検出手段で検出され記憶された前記第1の波長及び前記第2の波長と、前記内視鏡の前記蛍光特性記憶部に記憶された前記蛍光体の前記第1の蛍光特性及び前記第2の蛍光特性とを取得し、また、前記使用時間記憶部に記憶された前記蛍光体の実使用時間と、前記経時変化テーブルに記録された経時変化の情報とをそれぞれ取得して、前記第1の経時蛍光特性と前記第2の経時蛍光特性とをそれぞれ算出し、前記補正テーブルを作成して、前記補正情報記憶部に記憶し、
前記補正テーブルと、前記第1の光源の照射光量とから前記第2の光源の必要な照射光量を求め、前記必要な照射光量に基づいて、前記第2の光源の照射光量を制御することを特徴とする請求項3または4に記載の内視鏡装置。 - 前記基準のホワイトバランスは、前記第2の光源からの照射を停止し、前記第1の光源の照射光量を最大とした場合の前記撮像画像信号のホワイトバランスである請求項1〜5のいずれかに記載の内視鏡装置。
- 前記第2の狭帯域光の波長帯域は、前記第1の狭帯域光の波長帯域よりも短波長側にある請求項1〜6のいずれかに記載の内視鏡装置。
- 前記第1の光源は、第1の波長が445±10nmの範囲にある青色レーザ光源であり、前記第2の光源は、第2の波長が405±10nmの範囲にある青紫色レーザ光源である請求項7に記載の内視鏡装置。
- 前記第2の狭帯域光の波長帯域は、前記第1の狭帯域光の波長帯域よりも長波長側にある請求項1〜6のいずれかに記載の内視鏡装置。
- 前記ホワイトバランスとして、前記撮像画像信号の緑色光成分と青色光成分との比であるG/B比を用いることを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の内視鏡装置。
- 前記照明光は、所定波長帯域の赤色光成分、緑色光成分及び青色光成分をそれぞれ含む疑似白色光である請求項1〜10のいずれかに記載の内視鏡装置。
- 前記波長検出手段は、
前記第1の狭帯域光の波長帯域に対応して光の透過率が波長に比例して変化する第1のフィルタ特性を備える第1のスロープ型ダイクロイックフィルタと、前記第2の狭帯域光の波長帯域に対応して光の透過率が波長に比例して変化する第2のフィルタ特性を備える第2のスロープ型ダイクロイックフィルタと、前記第1の狭帯域光及び第2の狭帯域光をそのまま透過させる透過部と、を有し、前記第1及び第2の狭帯域光の光路上にそれぞれを切り替えて設置可能な回転フィルタと、
前記回転フィルタの下流に設置され、照射された前記第1及び第2の狭帯域光の光量を検出する光量検出部と、
前記第1のフィルタ特性を記録した第1のテーブルと、前記第2のフィルタ特性を記録した第2のテーブルと、波長記憶部とを有し、前記光量検出部で検出された前記第1の狭帯域光の前記第1のスロープ型ダイクロイックフィルタ透過後の光量と前記透過部透過後の光量とから前記第1の狭帯域光の前記第1のスロープ型ダイクロイックフィルタの透過率を算出し、算出された前記透過率と前記第1のテーブルとから、前記第1の狭帯域光の第1の波長を算出し、前記光量検出部で検出された前記第2の狭帯域光の前記第2のスロープ型ダイクロイックフィルタ透過後の光量と前記透過部透過後の光量とから前記第2の狭帯域光の前記第2のスロープ型ダイクロイックフィルタの透過率を算出し、算出された前記透過率と前記第2のテーブルとから、前記第2の狭帯域光の第2の波長を算出して、算出した前記第1の波長及び前記第2の波長を前記波長記憶部に記憶する波長算出部と、を備えることを特徴とする請求項1〜11のいずれかに記載の内視鏡装置。
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