JP5698878B2 - 内視鏡装置 - Google Patents
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Description
近年、撮像素子の画素数の高画素化により、撮像素子にカラーフィルタを設けたカラー用撮像素子は、白色照明のもとでカラー撮像ができると共に、面順次照明を必要とするカラーフィルタを設けてないモノクロ用撮像素子よりも色ずれやフレームレートの低下に対する問題を回避できるメリットを有する。
一方、白色光の照明のもとで通常の内視鏡検査を行う用途で使用される他に、特殊な照明光の下で内視鏡検査を行うニーズもある。
同時撮影モードが選択された場合、通常照明光用光源、特殊照明光用光源は、CCDの蓄積期間単位で、通常照明光と特殊照明光とを交互に、または同時に照射する。インターライントランスファ型でのCCDは、第2n回目の撮像動作では、第2n−1回目の撮像動作で、受光素子から垂直CCDに信号電荷を読み出し転送した後から、直ちに受光素子への電荷蓄積を開始する。電荷蓄積後、CCDは、読み出しパルスに応じて読み出し転送を行う。読み出し転送後、CCDは、第2n−1回目の撮像動作による信号電荷の水平転送が終了するまで、信号電荷を垂直CCDに保持する。
本発明は上述した点に鑑みてなされたもので、撮像手段が有するカラーフィルタの透過波長特性に対応して照明光の照明制御を適切に行うことができる内視鏡装置を提供することを目的とする。
(第1の実施形態)
図1に示すように本発明の第1の実施形態の内視鏡装置1は、被検体内に挿入される内視鏡2と、着脱自在に接続される内視鏡2に照明光を供給する光源装置3と、内視鏡2の撮像手段により撮像された撮像信号に対する信号処理を行う信号処理装置としてのビデオプロセッサ4と、このビデオプロセッサ4から出力される画像信号を表示するモニタ5と、画像信号を記録するファイリング装置6とを有する。
内視鏡2は、被検体内に挿入される挿入部7と、この挿入部7の後端(基端)に設けられた操作部8とを有し、操作部8から延出されたライトガイド9の先端のライトガイドコネクタ9aは、光源装置3に着脱自在に接続される。光源装置3から出射される照明光は、ライトガイドコネクタ9aのライトガイド9の入射端面に入射される。
入射された照明光は、ライトガイド9により、操作部8,挿入部7内を経て挿入部7の先端部11に配置されたライトガイド9の先端面から照明窓に取り付けられた照明レンズ12を経て外部に出射され、(被検体内の部位としての)患部等の被写体に照明光を照射して、被写体を照明する。
図2は、カラーフィルタ15の構成を示す。撮像素子14の撮像面14aには、光電変換する受光素子を構成する画素14bが2次元的に配置され、各画素14bの前には、赤(R),緑(G),青(B)の波長帯域の光をそれぞれ透過するR,G,Bフィルタ15R,15G,15Bが画素単位で規則的に配置されて改良ベイヤー方式のカラーフィルタ15が形成されている。なお、図2の場合には、縦方向の4画素分と横方向の2画素分から8画素が色分離するカラーフィルタ15の単位となる配列画素となり、ビデオプロセッサ4においては単位となる配列画素毎にR,G,B信号を生成する。
図1に示すように光源装置3は、照明手段又は照明部としての複数の発光ダイオードユニット(LEDユニットと略記)16と、LEDユニット16を駆動するLED駆動回路17と、LED駆動回路17に駆動用の電源を供給する電源回路18と、LEDユニット16の照明光を集光してライトガイド9に入射させるコンデンサレンズ19とを備える。
LEDユニット16は、NBI観察モード用の(光源手段又は)照明手段として、B,Gの各波長帯域中で狭帯域に発光するLED16NB、LED16NG、Rの波長帯域中で狭帯域にそれぞれ発光するLED16NR1、LED16NR2とを有する。
また、LEDユニット16は、白色LED16W、LED16NB、LED16NG、LED16NRa、LED16NRbの光路前に配置されたミラー20a、ハーフミラー20b−20eを有する。
また、LED16NGの狭帯域の光は、ハーフミラー20cで反射された後、ハーフミラー20dを透過し、ハーフミラー20eで反射され後、コンデンサレンズ19を経てライトガイド9に入射される。また、LED16NRaの狭帯域の光は、ハーフミラー20dで反射された後、ハーフミラー20eで反射され、コンデンサレンズ19を経てライトガイド9に入射される。また、LED16NRbの狭帯域の光は、ハーフミラー20eを透過し、コンデンサレンズ19を経てライトガイド9に入射される。
この場合、Bフィルタ15B,Gフィルタ15Gの各波長帯域には、それぞれLED16NB、LED16NGの狭帯域の光が1つ含まれる。これに対して、Rフィルタ15Rの波長帯域内には、2つのLED16NRa、LED16NRbの狭帯域の光が2つ含まれると共に、短波長側のLED16NRaによる光はGフィルタ15Gの波長帯域内においてもかなりの割合の成分が含まれる。換言すると、LED16NRaの光で照射された被写体からの戻り光は、Rフィルタ15RおよびGフィルタ15Gの主に2つの波長帯域内の成分として抽出されることになる。
このため、後述するように、本実施形態においては、例えば2つの狭帯域の光を用いて狭帯域光観察(NBI観察と略記)を行う場合、制御回路31は、LED16NB、LED16NGとを同時に照射して、撮像素子14による撮像を行うように照明制御する。なお、このように2つ又は2つ以上の複数の波長帯域のLEDを同時に発光させて同時に照射することを同時照射モード又は同時照明モードとも言う。
なお、LED16NG及びLED16NRbは、LED16NB及びLED16NGの場合と同様に同時に照射して、撮像素子14による撮像を行うように照明制御手段の機能を持つ制御回路31は、照明制御する。
また、操作部8から延出された信号ケーブル10の端部に設けた信号コネクタ10aは、ビデオプロセッサ4に着脱自在に接続される。
この画像信号は、アンプ22で増幅された後、前処理回路23で相関二重サンプリング処理等の前処理が行われる。この前処理回路23の出力信号は、A/D変換回路24に入力され、アナログの信号からデジタルの信号に変換される。このA/D変換回路24の出力信号は、カラーフィルタ15のR,G,Bフィルタの配列に応じて切り替えられるセレクタ25を介してメモリ部26を構成するRメモリ26R、Gメモリ26G、Bメモリ26BにR,G,Bの信号成分が格納される。この場合、カラーフィルタ15の単位となる配列画素においては、同じ画素のR,G,Bの信号として同じアドレスブロックとして管理されるメモリセルに格納される。
メモリ部26からの出力信号は、画像処理回路27に入力され、色分離演算手段を構成する色分離回路27aによる色分離等の画像処理された後、D/A変換回路部28を構成するD/A変換回路28R,28G,28Bに入力される。
また、ビデオプロセッサ4は、ビデオプロセッサ4、内視鏡装置1全体の動作の制御を行う制御回路31と、所定のタイミングで動作させるタイミング信号を生成するタイミングジェネレータ(TGと略記)32と、調光回路33とを有する。
また、内視鏡2の例えば操作部8には、術者等のユーザが通常光(白色光)によるWBI観察モードと、NBI観察モードとの切替(又は一方の選択)を行うモード切替スイッチ34と、内視鏡2固有の識別情報(IDと略記)を記憶したスコープIDメモリ35とが設けてある。
ユーザがモード切替スイッチ34を操作して一方のモードへの切替指示をすると、そのモード切替指示信号は制御回路31に入力され、制御回路31は、モード切替指示信号に対応したモード切替制御動作を行うモード切替制御部31aの機能を持つ。なお、このモード切替制御部31aは、選択スイッチ34aによる選択された波長帯域でのNBI観察を行うように複数のLEDから発光させるLEDを選択する制御を行うNBI波長帯域選択制御部の機能も持つ。
また、制御回路31は、調光回路33が調光信号を生成する場合、内視鏡2固有のIDを参照して、その内視鏡2に搭載された撮像素子14の特性及びこの撮像素子14のカラーフィルタ15を構成するR,G,Bフィルタの透過波長特性に応じて、調光パラメータ制御を行う調光パラメータ制御部31bの機能を持つ。
また、制御回路31は、内視鏡2がビデオプロセッサ4に接続された場合、上記のようにIDを読み出し、その内視鏡2に搭載された撮像素子14の特性及びこの撮像素子14のカラーフィルタ15の特性と、モード切替スイッチ34等により指示された観察モードに応じて光源装置3内のLEDユニット16による照明制御を行う照明制御部31cの機能を持つ。
照明制御部31cは、撮像素子14のカラーフィルタ15の透過波長帯域を考慮して、観察モードに対応した照明を行う場合、複数の波長帯域の照明光を同時に照射する同時照明方式で照明を行うか、複数の波長帯域の照明光を時分割で照射する時分割方式で照明を行うかを決定(判定)して照明制御を行う。
そのため、本実施形態においては、制御回路31の照明制御部31cは、狭帯域の2つのLED16NRa,16NRbからの照明光を用いてNBI観察を行う場合には、狭帯域の2つのLED16NRa,16NRbを時分割で照明を行うように照明制御する。
また、狭帯域のLED16NGとLED16NRaの場合においても、両波長帯域が近接しているため、Gフィルタ15GとRフィルタ15Rとで十分に分離し難いため、制御回路31の照明制御部31cは、LED16NGとLED16NRaとの照明光を用いてNBI観察を行う場合にも、時分割で照明を行うように照明制御する。
なお、制御回路31は、照明制御を行う場合、LEDユニット16のLEDの構成及び発光(照明)特性も参照する。例えば、LED駆動回路17は、LEDユニット16の狭帯域LEDとしての4つのLED16NB、LED16NG、LED16NRa、LED16NRbの発光する波長帯域の情報を制御回路31に出力し、制御回路31は、その情報を参照して同時方式又は時分割で照明(照射)を行うかを決定した後、照明制御を行う。このようにすることにより、種類が異なる光源装置3を用いて内視鏡装置1を構成する場合にも、適切に対処できる。
また、制御回路31は、内視鏡2に搭載された撮像素子14の特性及びこの撮像素子14のカラーフィルタ15の特性と、モード切替スイッチ34の操作により指示された観察モードに応じて撮像素子14による撮像動作及び撮像動作による撮像信号に対する信号処理の動作を制御する撮像制御部(又は撮像&信号処理制御部)31dの機能を持つ。また、制御回路31は、同時照明を行った場合には、撮像素子14により1フレーム期間内で連続的に戻り光信号を読み出し、時分割照明を行った場合には、撮像素子14により1フレーム期間内で所定期間だけ読出を行うように読出制御を行う読み出し制御部31eの機能も持つ。なお、この動作は、後述する図8及び図9が代表例となる。
制御回路31は、例えば初期設定の状態において、ビデオプロセッサ4に接続された内視鏡2の(カラーフィルタ15を備えた撮像素子14)の情報と、この内視鏡が接続されて使用される光源装置3のLEDユニット16の情報とから各観察モードに対応した同時照明又は時分割照明を行う情報と、撮像素子14を用いて対応する撮像動作等の制御を行う場合の情報とをメモリ37に格納する。そして、実際に観察モードが指示(指定)された場合、メモリ37から対応する情報を読み出し、照明及び撮像の制御を行う。
図4はWBI観察モードなどにおいてR,G,Bの成分信号を格納するメモリ部26の周辺部の構成を示す。本実施形態においては、メモリ部26は、第1メモリ群26aと、第2メモリ群26bとを備える。なお、白色光のもとで撮像を行うWBI観察モードでは、第2メモリ群26bを用いなくても良い。後述するNBI観察モードでは第2メモリ群26bを使用する場合がある。
撮像素子14の出力信号に対して、制御回路31は、例えばTG32を介してセレクタ25の切替を画素単位でR,G,Bの成分信号となるように切替を制御して、メモリ部26を構成する一方のメモリ群26aのR,G,Bメモリ26R,26G,26Bに格納する。
そして、1フレーム分、第1メモリ群26aに格納した後、同時に読み出し、R,G,Bの成分信号を画像処理回路27で輪郭強調等した後、調光回路33と後段側に出力する。調光回路33は、R,G,Bの成分信号から調光信号を生成して、光源装置3側に出力し、基準の明るさとなるようにLED駆動回路17を介して白色LED16Wの発光量を調整する。モニタ5には、R,G,Bの画像信号により、被写体の画像がカラー表示される。
本実施例におけるNBI観察モードにおいては、波長の異なる複数の狭帯域の光を照明し、戻り光を撮像する構成となっているが、実際にカラーフィルタを通して撮像されるRGBの信号は、それぞれのフィルタの透過帯域の戻り光だけでなく、異なる色のフィルタに対応した戻り光の波長帯域成分も含んでいる。これは、撮像素子のカラーフィルタが、実際にはRGBの色の帯域以外の波長帯域に対してもある程度の透過率を有していることに起因する。ここでは、1つの画像信号の中に、波長帯域の異なる複数の戻り光の成分を含んでいるような状態を混色と呼ぶ。
本実施形態においては、特にNBI観察モードにおいては、色分離回路27aを構成するマトリクス変換を行うマトリクス回路を用いて、混色したRGB信号を独立した波長成分に分離するための色分離の演算を行う。
NBI観察モードの場合において、撮像素子14からビデオプロセッサ4内のセレクタ25を経て画像処理回路27に入力されるR,G,Bの成分信号Iに対して、色分離演算を行うためのマトリクスMを積算すると,単位行列Sとなるように、マトリクス変換回路を構成するマトリクスMが以下のように設定される。
例えば、3つの波長帯域の照明光のもとで撮像素子14により撮像し、セレクタ25等を経たR,G,Bの成分信号を3バンド(帯域)の光成分に分離したいときは、以下の(2)式のようになる。
[数式2]
なお、(2)式におけるMij(i,j=1,2,3)はマトリクス係数を示し、またIJ,λiは、J(=R,G,B)がJフィルタを用いた波長λiの信号成分を示す。
この原因は、600nmと630nmの照明光の場合における被写体からの戻り光が、いずれもRフィルタ15Rの透過波長帯域内において最大に近い感度を有することに起因する。従って、この場合には、600nmと630nmの光の同時照明のもとでは、有効に色分離できないことになる。
このため、例えば600nmの光だけ、他の光(540nmと630nm)とは別のタイミングで時分割で照明し、かつ撮像するようにすると、各光の戻り光を分離して撮像できる。
[数式3]
この場合のマトリクスMは、2行3列の非対称行列となるため、マトリクス係数を求めるための式は、以下の(4)式のように信号Iの擬似逆行列I+を用いて求めることができる。
M=S・I+ (4)
(3)式の色分離の演算により色分離した信号の分光特性をグラフ化したものを図5Bに示す。図5Bに示すように540nmと630nmの狭帯域波長の照明光を同時に照射した場合においては、その戻り光を十分に分離できていることが分かる。また、図5Cは600nmの狭帯域波長の照明光だけ独立した時間に照射した場合におけるその戻り光を撮像した場合のマトリクス変換後の出力信号の分光特性を示す。この場合には、混色の課題は発生しない。
図6は、本実施形態の全体的な動作の説明図を示す。図6(A)は、図3(A)に示したカラーフィルタ15のR,G,Bフィルタの分光特性を示し、図6(B)は図3(B)に示したLED16NBと16NGの発光させた場合の光強度の特性を示す。図面中では、簡略化してNB,NGで示している。そして、両LED16NBと16NGの同時照明のもとで、撮像素子14で撮像した場合の信号強度の特性例を図6(C)に示す。
そして、この場合には、色分離回路27aにより色分離演算した場合の信号強度の特性例は図6(D)のようになり、十分に色分離した画像信号が得られる。
この場合には、例えばRフィルタ15Rによる信号強度は、NRa光とNRb光に対する信号強度の差が小さい状態となるため、図5A等において説明したように色分離が不十分となる状態となる(この状態を図6(G)において混色発生で示している)。このため、本実施形態においては、図6(E)の照明光の場合には時分割で照明を行う。
また、光源装置3のLEDユニット16を構成する複数のLEDの発光波長特性の情報を(LED駆動回路17等から)読み出す。
そして、ステップS2において制御回路31の判定部31fは、内視鏡2に搭載されたカラーフィルタ15の透過波長特性の情報と、光源装置3のLEDユニット16を構成するLEDの発光波長帯域の情報とから、複数の観察モードに対応した照明及び撮像を行う場合、同時照明が可能か否かの判定を行い、同時照明が可能な観察モードの情報と時分割で照明することが必要な観察モードの情報とをメモリ37に格納する。
また、ステップS3において制御回路31は、撮像素子14の特性等に応じて調光パラメータ等の設定を行う。ステップS3において、さらにホワイトバランスの調整を行う。このようにして初期設定の処理が終了すると、ステップS4において制御回路31は、WBIの観察モードに設定する。このステップS4において、制御回路31は、光源装置3のLEDユニット16の白色LED16Wのみを発光させ、白色光で被写体を照明する状態に設定する。また、制御回路31は、白色光の照明光の照射のもとで、カラーフィルタ15を用いて同時式の撮像を行うように制御する。
この同時式の撮像により、ステップS5において、以下のようにモニタ5には、WBIの観察モードのカラー画像が表示される。
この場合、セレクタ25は画素単位で切り替えられ、R,G,Bの成分信号がメモリ部26(一方のメモリ群26a)のR,G,Bメモリ26R,26G,26Bに格納される。そして、1フレーム分、第1メモリ群26aに格納された後、同時に読み出され、R,G,Bの画像信号を画像処理回路27で輪郭強調等した後、調光回路33と後段側に出力する。調光回路33は、R,G,Bの画像信号から調光信号を生成して、光源装置3側に出力し、基準の明るさとなるようにLED駆動回路17を介して白色LED16Wの発光量を調整する。そして、モニタ5には、R,G,Bの画像信号により、被写体の画像がカラー表示される。
術者は、WBI観察モードにおいて患部等を観察し、その表層付近の血管の走行状態をより詳細に観察することを望むような場合には、モード切替スイッチ34を操作して、NBI観察モードに切り替えるようにすると良い。
また、本実施形態において、術者はNBI観察モードに切り替えた場合、さらに、複数の波長帯域の照明光におけるいずれの波長帯域の照明光を用いてNBI観察を行うかの選択も行う。術者により選択が行われていない場合には、制御回路31は、選択を促す表示を行うようにしても良い。或いは、所定時間内に選択が行われない場合にはデフォルトで設定された標準的な波長帯域の照明光を用いるように設定するようにしても良い。
さらに次のステップS8において制御回路31は、この情報に対応する照明方式の情報をメモリ37から読み出す。
そして、次のステップS9において制御回路31は、メモリ37から読み出した情報により、照明方式が同時照明方式に該当するか否かの判定を行う。
同時照明方式に該当する判定結果の場合には、ステップS10において制御回路31の照明制御部31cは、LED駆動回路17を介して選択されたNBI観察モードに対応する複数のLEDを同時に発光させて、同時照明を行うように制御する。
また、次のステップS13において制御回路31は、例えば入力部36から内視鏡検査を終了する指示操作が行われたか否かを判定し、終了する指示操作が行われた場合には、図7の処理を終了する。
一方、終了の指示操作が行われない場合には、次のステップS14において制御回路31は、術者が選択スイッチ34aによりNBI観察モードにおける波長帯域の変更操作が行われたか否かの判定を行う。
モード切替スイッチ34によるWBI観察モードへの切替でなく、波長変更の操作のみの判定結果の場合には、ステップS7の処理に戻る。これに対して、WBI観察モードへの切替操作の判定結果の場合には、ステップS4の処理に戻り、WBI観察モードに設定して上述した処理が繰り返される。
一方、ステップS9において同時照明方式でなく、時分割照明方式に該当する判定結果の場合には、ステップS16において制御回路31の照明制御部31cは、LED駆動回路17を介して選択されたNBI観察モードに対応する複数のLEDを時分割で発光させて、時分割照明を行うように制御する。
また、次のステップS19において制御回路31は、例えば入力部36から内視鏡検査を終了する指示操作が行われたか否かを判定し、終了する指示操作が行われた場合には、図7の処理を終了する。
ステップS19において終了の指示操作が行われない場合には、次のステップS20において制御回路31は、術者が選択スイッチ34aによりNBI観察モードにおける波長帯域の変更操作が行われたか否かの判定を行う。変更する操作が行われない判定結果の場合には、ステップS16の処理の戻り、同様の処理が続行される。
次に同時照明方式の場合の動作を説明する。図8はLED16NB,16NGを用いた場合のNBI観察モードの動作を示す。なお、以下の説明では撮像素子14として、CMOSセンサを用いた場合で説明する。なお、図8の横軸はそれぞれ時間tを示す。この場合には、制御部31の照明制御部31cは、照明手段を構成するLEDユニット16のLED16NB,16NGが2つの波長帯域の照明光を同時に照射するように制御した場合であり、撮像素子14により撮像した戻り光信号を1フレーム期間内で連続的に読み出しを行う。
図8(B)においてCMOSセンサの各水平ライン方向に順次読み出す。図8(B)における横線で示す期間が1フレーム分の画像を取得するために照明を行う照明期間(露光期間)Tdとなり、露光期間Tdの次に2本の斜線で示すその水平方向の短い期間が1水平ラインの読み出し期間となる。また、水平ライン全体(つまり1フレーム分の画像)を読み出す期間が読み出し期間Trとなり、図8(B)の場合には読み出し期間Trは、1フレーム分の画像を取得する1フレーム期間Tfと一致する。
この場合には、読み出しを行わない非読み出し期間を有しない連続読み出し(ローリングシャッター)方式で撮像する。
図8の場合には、非読み出し期間を有さない連続読み出しを行うので、高速のフレームレートでの撮像及び画像表示が可能になる。
また、図8(C)は、メモリ部26の一方のメモリ群26aにNB光のもとで取得したNB画像とNG光のもとで取得したNG画像とが格納される様子を示す。
また、図8(D)は、色分離回路27aによる色分離演算後のNB画像及びNG画像を示す。
また、図8(E)は、色分離回路27aによる色分離演算後のNB画像及びNG画像をモニタ5に表示する表示例を示す。本実施形態においては、モニタ5のR,G,Bチャンネルにそれぞれ(NG光の)NG画像、(NB光の)NB画像、NB画像を入力して、カラー表示している。なお、図8(E)における例えばR:NG(0)は、RチャンネルのNG画像が第0フレームであることを示す。
この場合には、非読み出し期間Tnrと読み出しを行う読み出し期間Trとの和が1フレーム期間Tfとなる。例えば、第1フレーム(図9(B)中の1)における非読み出し期間Tnrにおいては、NG光とNRb光との同時照明が行われ、この期間後にCMOSセンサの読み出しが行われる読み出し期間Trとなる。また、1フレーム期間Tfにおける所定期間となる読み出し期間Tr以外となる非読み出し期間Tnr中に照明光を照射するようにしている。図9の場合には、照明光を照射する期間を非読み出し期間Tnrと一致させた場合で示している。
また、この読み出し期間Trの後に、第2フレーム(図9(B)中の2)におけるNRa光の照明が行われ、この期間後にCMOSセンサの読み出しが行われる読み出し期間Trとなる。また、この読み出し期間Trの後に、第3フレーム(図9(B)中の3)におけるNG光とNRb光との同時照明が行われ、この期間後にCMOSセンサの読み出しが行われる読み出し期間Trとなる。このような時分割(間欠)の照明及び撮像が繰り返される。
そして、NG光とNRb光との同時照明のもとで撮像された画像信号は、図9(D)に示すように色分離演算手段としての色分離回路27aにより色分離演算され、NG画像とNRb画像に分離される。
また、モニタ5のR,G,Bチャンネルには、図9(E)に示すように色分離された画像信号成分が入力され、NG,Nra,Nrbの狭帯域照明のもとで撮像されたNBI画像が擬似カラー表示される。
この場合、CMOSセンサの全画素読み出しの読み出し期間Trが図8の場合と同様に1/60secとした場合、非読み出し期間Tnrを同じく1/60secとすると、1フレーム期間Tfは1/30secとなり、30Pのフレームレートで(Ng,NRb)の画像と、NRaの画像が交互に取得される。
例えば、読み出し期間Trを1/120sec、非読み出し期間Tnrも1/120secとすることにより、60Pの表示が可能になる。
このように動作する本実施形態によれば、撮像手段を構成する撮像素子14が有するカラーフィルタ15の透過波長特性に対応した照明制御(同時方式の照明又は時分割方式の照明)を適切に行うことができる内視鏡装置1を提供することができる。
また、本実施形態によれば、上記同時方式の照明及び時分割方式の照明に応じて、撮像素子14の駆動及び撮像素子14の出力信号に対する信号処理を行うようにしているので、利便性の高い内視鏡装置1を提供できる。
上述した説明から分かるように、撮像素子14(より具体的にはCMOSセンサ)のカラーフィルタ15の各フィルタは2つの狭帯域光の戻り光を分離できないため、色分離できる組み合わせで時分割の照明及び撮像を行う。
具体的には、LED16NBa、LED16NGa、LED16NRbと、LED16NBb、LED16NGb、LED16NRbとに分けて時分割で照明及び撮像を行う。
この場合には、LED16NBa、LED16NGa、LED16NRbの照明のもとでのNBa画像、NGa画像、NRa画像と、LED16NBb、LED16NGb、LED16NRbの照明のもとでのNBb画像、NGb画像、NRb画像との6つの画像を取得できる。従って、術者は、例えば入力部36からモニタ5に表示する画像を選択して表示させることもできる。例えば、モニタ5のR,G,BチャンネルにNRa,NGb,NBaの画像を入力し、これらをカラー表示させるようにようにしても良い。この場合、このような表示以外の画像を表示させることもできる。
また、モニタ5を2つにして、一方のモニタにNRa,NGb,NBaの画像を、他方のモニタにNRb,NGa,NBbの画像をカラー表示するようにしても良い。
本変形例によれば、NBI観察を行う場合、より術者の要望に対応したNBI画像の表示が可能になる。
次に図10を参照して本発明の第2の実施形態を説明する。本実施形態は、蛍光観察を行うことができるようにした内視鏡装置1Bである。本内視鏡装置1Bは、図1に示した内視鏡2の他に、図10に示すような蛍光観察用内視鏡2Bを接続して蛍光観察を行うことができるようにしている。
この蛍光観察用内視鏡2Bは、図1に示した内視鏡2において、対物レンズ13と撮像素子14との間に励起光をカットする励起光カットフィルタ51が設けている。また、この撮像素子14は、撮像した全画素の信号を1画素づつ読み出す通常の読み出しの他に、隣接する複数の画素を加算して読み出す画素加算読み出し手段を構成するピクセルビニング回路又はピクセルビニング部52を備えている。
また、本実施形態のビデオプロセッサ4Bは、図1のビデオプロセッサ4において、さらに蛍光観察モードに対する信号処理を行う機能を有し、スコープIDメモリ35の情報を参照して、この蛍光観察用内視鏡2Bに対応した信号処理をする。また、光源装置3は、図1の場合と同じ構成であり、制御回路31は、蛍光観察用内視鏡2Bが接続された場合には、光源装置3が蛍光観察モードに対応した励起光の発生と、参照光の発生とを行うように制御する。
図11は本実施形態による全体的な動作の説明図を示す。図11(A)は、図3(A)と同じカラーフィルタ15のフィルタ特性を示す。また、図11(B)は、励起光と参照光の光強度、及び励起光カットフィルタ51の透過特性を示す。
このため、本実施形態においては、励起光と参照光の照明を時分割で行う。また、励起光の照射時間を長くして図11(C)に示すように光強度を大きくする。また、この場合、ピクセルビニングで感度も向上させる。なお、図11(D)は、励起光と異なるタイミングで照射される参照光(の戻り光)に対する光強度を示す。
このように時分割の照明により、自家蛍光の画像の画像信号を図11(E)に示すように取得すると共に、図11(F)に示すように参照光の画像の画像信号とを取得する。
また、図11(F)に示すように参照光の画像の画像信号としては、B画像成分とR画像成分は殆ど0となるため、G画像成分のみを用いる。
次に本実施形態の動作を図12のタイミング図を参照して説明する。
自家蛍光は、通常画像又はNBI画像に比較すると非常に暗い画像となるため、できるだけ照明時間(照射時間)を長くすることが望まれる。本実施形態では、自家蛍光の画像を取得する場合、励起光の照明時間を大きく(長く)すると共に、ピクセルビニングを利用して信号強度を増大し、かつ読み出し画素数を低減して、その分読み出し時間を短縮する。
1フレーム期間Tfにおいて、蛍光画像の場合には参照光画像(反射光画像)を取得する場合よりも長くした照明期間にし、この照明期間が蛍光画像の非読み出し期間Tnr1となる。また、参照光画像の場合には、より短い非読み出し期間(照明期間)Tnr2となる。
また、参照光画像の場合には、明るい画像が得られるので、ピクセルビニングを行わないで全画素を読み出し期間Tr2で読み出しを行う。これに対して蛍光画像の場合には、上記のようにピクセルビニングを利用して、短い読み出し期間Tr1で読み出しを行う。例えば、ピクセルビニングにより画素加算する場合の画素の加算数を4に設定して、読み出し期間Tr1を読み出し期間Tr2の1/4に短縮する。そして、短縮した期間分を励起光の照明期間に割り当て、励起光の照明期間を長くする。このようにして、励起光の照射と、その後の(蛍光の)画素読み出しを行った1フレーム期間が参照光の照射と、その後の(参照光画像の)画素読み出しを行った1フレーム期間と同じ1フレーム期間Tfとなるように設定している。
本実施形態によれば、第1の実施形態のように図1に示した内視鏡2の場合には、第1の実施形態の作用効果を有すると共に、図10に示した蛍光観察用内視鏡2Bが接続された場合には蛍光観察を行うことができる。
なお、本実施形態においては、励起光と参照光とを時分割で照射して蛍光画像と参照光画像とを取得して、表示する場合を説明したが、近赤外の蛍光をカラーイメージセンサ、つまりカラーフィルタを備えた撮像素子14を用いて蛍光観察することもできる。以下、本実施形態の第1変形例を説明する。
また、本変形例においては、図10に示す光源装置3において、さらに近赤外(IR)の励起光を発生するLEDを有する。
図13(A)は、この蛍光観察用内視鏡2B′に採用されたカラーフィルタ15のR,G,Bフィルタ15R′,15G′,15B′の分光特性を示す。また、図13(B)は、白色光、参照光(15NG)、IRの励起光、IR蛍光の光強度と、励起光カットフィルタ51′の透過特性(透過光強度)と、を示す。なお、参照光(15NG)をG参照光とも記す。
また、図13(A)に示すようにR,G,Bフィルタ15R′,15G′,15B′は、それぞれの波長帯域よりも長波長側を透過する、つまり長波長側でも感度を有する特性のものを採用している。
そして、本変形例においては図13(C)、図13(D)に示すように、白色光によるWBI観察モード時と、蛍光観察モード時とを時分割で行う。換言すると、WBI観察モードのみ、又は蛍光観察モードのみを行う場合に対しては同時照明方式を採用することができるようにしている。
そして、白色光によるWBI観察モード時の場合には、R,G,Bフィルタ15R′,15G′,15B′を採用して、図13(E)に示すような信号強度の特性でR,G,B画像を取得し、図13(G)に示すようにそのままモニタ5に出力する。
また、図13(H)は、図13(F)の信号出力を色分離回路27aにより色分離した信号強度例を示す。
つまり、図9におけるNG光+NRb光を白色光、図9におけるNRa光をIR励起光、G参照光と置換すると、図14(A)、図14(B)は図9(A)、図9(B)と同様となる。また、この場合には、メモリ群26aには、図14(C)のように白色光(R,G,B反射光、より広義にはR,G,B戻り光)の画像信号が格納され、メモリ群26bには、IR蛍光、G参照光の画像信号が格納される。
また、メモリ群26bのIR蛍光、G参照光の画像信号は色分離演算により、図14(D)のように分離される。
本変形例によれば、蛍光観察を行う場合、励起光と参照光を同時に照射して、同時に撮像した画像信号を色分離して蛍光観察画像として表示できる。
なお、本変形例は白色光観察とIR蛍光観察とを並行して行う場合で説明しているが、この変形例(第2の実施形態の第2変形例)として、IR蛍光観察のみを行う場合には、IR励起光とG参照光を同時に照射して連続的に上記蛍光観察画像を得ることができる。この場合には、第1の実施形態の同時照明の場合(図8の場合)と同様に撮像することが可能となる。
次に図15を参照して本発明の第3の実施形態を説明する。第1の実施形態及び第2の実施形態においては撮像面14aの画素全体を読み出し可能なプログレッシブ式の撮像素子14を備えた内視鏡2、2Bの場合で説明した。これに対して本実施形態は、図1の内視鏡装置1において、プログレッシブ式の撮像素子14を備えた内視鏡2の代わりに、撮像面14aの画素全体(1フレーム分の画素)を読み出す場合、偶数ラインと奇数ラインとに分けて読み出しを行うインターレース式の電荷結合素子(CCDと略記)14Cを有する内視鏡2Cを用いてWBI及びNBI観察を行うことができるようにした内視鏡装置1Cである。
図15に示す内視鏡装置1Cは、図1に示した内視鏡装置1において、内視鏡2における撮像素子14がインターレース式の撮像素子としてのインターレース式CCD14Cに変更され、また、ビデオプロセッサ4におけるメモリ部26が4つのメモリ群26a,26b,26c,26dを備えたメモリ部26を用いて構成されている。その他は、図1と同様の構成であり、図15においては、図1と異なる構成部分のみを明示するように簡略化して示している。
このため、本実施形態においては、1フレーム期間毎に2種類の照明光を照射する順番を入れ替えて各フィールドでの抜けが無いように制御回路31は、照明制御を行い、その照明に対応した撮像制御(信号処理)を行う。
このため本実施形態においては、制御回路31(の読み出し制御部31e)は、撮像手段がインタレース式撮像素子を用いた構成の場合、照明手段が照射する2つ以上の複数の異なる波長帯域の照明光を2つに時分割して照射するように制御した場合、照明光を時分割でフィールド期間単位で2回照射した期間において前記インタレース式撮像素子における奇数ラインと偶数ラインの画素を連続的に読み出す読み出し制御手段を備える。
なお、本実施形態(及び後述する変形例)において、インターレース式CCD14Cは、奇数ラインの1フィールド画素と偶数ラインの1フィールド画素とでそれぞれ露光及び読み出しが行えるものとして説明する。
このような照明によりインターレース式CCD14Cで撮像した画像信号を図16(C)に示すように4つのメモリ群26a−26dに格納する。例えば、メモリ群26a、26dには、NG光+NRb光のevenフィールドとoddフィールドの照明のもとで撮像したNG,NRbの画像信号が格納され、メモリ群26b、26cには、NRa光のevenフィールドとoddフィールドの照明のもとでそれぞれ撮像したNRaの画像信号が格納される。
また、NRa光の照明のもとで撮像したNRaの画像信号は、図16(D)に示すように図16(C)のまま後段側に出力される。
そして、モニタ5には、例えば図16(E)に示すようにフィールド期間単位でNBI画像を表示する。
本実施形態によれば、インターレース式CCD14Cを用いた場合にも、フィード単位で照明光を照射する順序を変更した時分割照明をすることにより1フレーム分の解像度を持つNBI画像の表示ができる。
上記のように本実施形態においては1フレーム期間Tfにおける2フィールド期間Tfiにおいて、時分割で照明光を照射する順序を入れ替えるように制御していたが、本実施形態の変形例として、読み出すラインを入れ替えるようにしても良い。
本変形例においては、制御回路31(の読み出し制御部31e)は、撮像手段がインタレース式撮像素子を用いた構成の場合、照明手段が照射する2つ以上の複数の異なる波長帯域の照明光を2つに時分割して照射するように制御した場合、照明光を時分割でフィールド期間単位で2回照射した期間において前記インタレース式撮像素子における奇数ライン又は偶数ラインの画素を連続的に2回繰り返し読み出す読み出し制御手段を備える。
この場合、図17(B)に示すようにCCD14Cにより撮像を行う場合、同じevenフィールド及びoddフィールドで2回づつ読み出しを行うことを1フレーム期間Tf毎に繰り返し行う。
図17のように2種類の照明光で照射する場合、図17(A)に示すように第1フレームにおいては、NG光+NRb光をevenフィールド期間において照射した後、NRa光をevenフィールド期間において照射する。続く第2フレームにおいては、NG光+NRb光をoddフィールド期間において照射した後、NRa光をoddフィールド期間において照射するようにする。
また、NRa光の照明のもとで撮像したNRaの画像信号は、図17(D)に示すように図17(C)のまま後段側に出力される。
そして、モニタ5には、例えば図17(E)に示すようにフィールド期間単位でNBI画像を表示する。図16の場合には、1つの波長帯域の画像が更新されるのに1フィールド期間を要するタイミングの場合と、3フィールド期間を要するタイミングの場合とが混在して、画像の更新レートが不規則であったが、本変形例の方式では常に2フィールド期間(つまり1フレーム期間)に1回更新されるので、動画を表示する場合、動画表示の不規則性(又は不連続性)を解消できる利点を有する。その他、第3の実施形態と同様の効果を有する。
なお、上述した変形例の場合を含む実施形態を部分的に組み合わせる等して構成される実施形態も本発明に属する。
Claims (7)
- 被検体に照明するための照明光として、第1の波長帯域の光と、前記第1の波長帯域とは異なる波長帯域を有する第2の波長帯域の光とを少なくとも照射可能な照明部と、
前記照明光が照射された前記被検体からの光のうち前記被検体を観察するための内視鏡に設けられた所定の波長帯域の光を受光する第1の画素において生成された撮像信号と、前記被検体からの光のうち前記内視鏡に設けられた前記所定の波長帯域とは異なる波長帯域の光を受光する第2の画素において生成された撮像信号とを、前記第1の波長帯域に対応する撮像信号と、前記第2の波長帯域に対応する撮像信号とに分離するための画像処理部と、
前記照明部が発する光を切り換えることで観察モードを切り換えるスイッチと、
前記スイッチによって前記照明部から照射される光として前記第1の波長帯域の光と前記第2の波長帯域の光が照射される観察モードに切り換えられる場合に、前記内視鏡に設けられた前記第1の画素に対応する前記所定の波長帯域の情報と、前記第2の画素に対応する前記所定の波長帯域とは異なる波長帯域の情報と、前記照明部が照射する第1の波長帯域の光に対応する前記第1の波長帯域の情報と、前記照明部が照射する第2の波長帯域の光に対応する前記第2の波長帯域の情報とに基づき、前記画像処理部において、前記第1の画素において生成された撮像信号と前記第2の画素において生成された撮像信号とを、前記第1の波長帯域に対応する撮像信号と前記第2の波長帯域に対応する撮像信号とに分離可能であるか否かを判定する制御部と、
前記制御部において、前記第1の画素において生成された撮像信号と前記第2の画素において生成された撮像信号とを、前記第1の波長帯域に対応する撮像信号と前記第2の波長帯域に対応する撮像信号とに分離可能であると判定された場合に前記第1の波長帯域の光と前記第2の波長帯域の光とを同時で照射し、分離不可であると判定された場合に前記第1の波長帯域の光と前記第2の波長帯域の光とを時分割に照射するように前記照明部を制御する照明制御部と、
を備えることを特徴とする内視鏡装置。 - 前記照明制御部により前記照明部が照射する前記第1の波長帯域の光と、前記第2の波長帯域の光とを同時に照射するように制御した場合、前記第1の画素および前記第2の画素において撮像した戻り光信号を1フレーム期間内で連続的に読み出しを行い、
前記照明制御部により前記照明部が照射する前記第1の波長帯域の光と、前記第2の波長帯域の光とを時分割で照射するように制御した場合、前記第1の画素および前記第2の画素において撮像した戻り光信号を1フレーム期間内で所定期間だけ読み出しを行う読み出し制御部を更に備えることを特徴とする請求項1に記載の内視鏡装置。 - 前記照明制御部により前記照明部が照射する前記第1の波長帯域の光と、前記第2の波長帯域の光とを時分割で照射するように制御した場合、前記照明部は前記1フレーム期間内の前記所定期間以外の期間中に照明光を照射することを特徴とする請求項2に記載の内視鏡装置。
- 前記第1の画素および前記第2の画素とはインタレース式撮像素子を構成する画素であり、前記照明制御部により前記照明部が照射する前記第1の波長帯域の光と、前記第2の波長帯域の光とを時分割で照射するように制御した場合、照明光を時分割でフィールド期間単位で2回照射した期間において前記インタレース式撮像素子における奇数ライン又は偶数ラインの画素を連続的に2回繰り返し読み出す読み出し制御部を更に備えることを特徴とする請求項1に記載の内視鏡装置。
- 前記画像処理部は、前記照明光が照射された前記被検体からの光のうち前記所定の波長帯域の光を受光する前記第1の画素において生成された撮像信号と、前記被検体からの光のうち前記所定の波長帯域の光とは異なる波長帯域の光を受光する前記第2の画素において生成された撮像信号とに対して、前記第1の波長帯域と前記第2の波長帯域とに対応した独立した画像成分にそれぞれ分離するための色分離演算を行うことを特徴とする請求項1に記載の内視鏡装置。
- 更に、前記撮像部により前記戻り光信号を読み出す場合、前記撮像部を構成する撮像素子の複数画素の信号を加算して読み出す画素加算読み出し部を有し、
前記照明部により前記照明光として参照光と励起光とを照射して、前記撮像部が前記被検体からの戻り光として前記参照光の反射光と蛍光とを撮像する蛍光観察を行う蛍光観察モードの場合において、前記参照光と前記励起光とを時分割で照射する場合、
前記照明制御部は、前記撮像部で撮像した前記反射光の戻り信号を読み出す読み出し期間に対して、前記蛍光の蛍光信号を読み出す読み出し期間を前記画素加算読み出し部により短縮し、短縮した期間だけ、前記励起光を照射する励起光照射期間を増大するように制御することを特徴とする請求項3に記載の内視鏡装置。 - 前記第1の画素及び前記第2の画素は、ローリングシャッタ方式の読み出しを行うCMOSセンサに設けられ、
前記CMOSセンサは、前記制御部において分離可能であると判断された場合に、撮像信号の読み出しを行わない非読み出し期間を設けないように駆動を制御され、前記制御部において分離不可であると判断された場合に、前記非読み出し期間を設けるように駆動を制御され、
前記照明制御部は、前記制御部において分離可能であると判断された場合に、前記第1の波長帯域の光と前記第2の波長帯域の光とを同時に照射するように前記照明部を制御し、前記制御部において分離不可であると判断された場合に、前記非読み出し期間ごとに前記第1の波長帯域の光と前記第2の波長帯域の光とを間欠的に切り換えて照射するように前記照明部を制御する
ことを特徴とする請求項1に記載の内視鏡装置。
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