JP5698883B1 - 内視鏡システム - Google Patents

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Abstract

内視鏡システムは、第１及び第２の狭帯域光を同時にまたは交互に発生する光源部と、分光特性が異なる第１及び第２のフィルタを配置したカラーフィルタと、第１のフィルタを通過した光を第１の画素群で受光し、第２のフィルタを通過した光を第２の画素群で受光するとともに、露光期間及び電気信号の読出期間を各画素毎に設定可能な撮像素子と、第１及び第２の狭帯域光を光源部から交互に発生させる際に、第１の狭帯域光の発生期間と、第１の画素群の露光期間と、第２の画素群の読出期間と、を第１の期間において同期させるとともに、第２の狭帯域光の発生期間と、第２の画素群の露光期間と、第１の画素群の読出期間と、を第２の期間において同期させる制御部と、を有する。

Description

本発明は、内視鏡システムに関し、特に、狭帯域光観察を行うことが可能な内視鏡システムに関するものである。
医療分野においては、例えば、内視鏡等のような、生体に対して低侵襲な装置を用いた手術が従来行われている。また、内視鏡を用いた観察方法としては、例えば、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）及びＢ（青）の各色の光を生体内の被写体に照射することにより、肉眼による観察と略同様の色合いの画像を得る通常光観察、及び、通常光観察の照明光に比べて狭い帯域の光を生体内の被写体に照射することにより、生体の粘膜表層に存在する血管等が強調された画像を得る狭帯域光観察等の観察方法が従来知られている。
そして、例えば、日本国特開２００５−６９７４号公報には、前述した２種類の観察に対応したそれぞれのモードに切り替え可能な構成を具備する内視鏡装置が開示されている。
一方、日本国特開２００５−６９７４号公報に開示されたものを含む内視鏡装置の多くにおいては、面順次式または同時式のいずれかの撮像方式が採用されている。
具体的には、前述の面順次式の撮像方式は、例えば、複数の波長帯域成分を具備する照明光を時分割することにより得られる面順次光が被写体へ照射された際に発生する戻り光を、カラーフィルタが撮像面に設けられていない撮像素子により撮像するような構成として実現され得る。
また、前述の同時式の撮像方式は、例えば、複数の波長帯域成分を具備する照明光が被写体へ照射された際に発生する戻り光を、所定の分光特性をそれぞれ具備する複数の微小なフィルタを所定の配列で配置したカラーフィルタが撮像面に設けられた撮像素子により撮像するような構成として実現され得る。
ところで、撮像素子の撮像面に設けられたカラーフィルタに含まれる各フィルタは、一般的に、所定の色成分の光のみならず、可視域から近赤外域にかけての広い帯域の光を透過させるような分光特性を具備するように構成されている。
そのため、例えば、同時式の撮像方式に対応する構成を用いた狭帯域光観察においては、被写体に照射する照明光の分光特性と、撮像素子の撮像面に設けられたカラーフィルタに含まれる各フィルタの分光特性と、の組合せに起因し、色分離性が低下してしまう場合がある、という課題が存在している。
一方、日本国特開２００５−６９７４号公報には、前述のような色分離性の低下を解消するための手法等について特に言及されておらず、すなわち、前述のような色分離性の低下に係る課題が依然として存在している。
本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであり、同時式の撮像方式に対応する構成を用いた狭帯域光観察において、色分離性を向上させることが可能な内視鏡システムを提供することを目的としている。
本発明の一態様の内視鏡システムは、第１の狭帯域光、及び、前記第１の狭帯域光とは異なる第２の狭帯域光を順次発生することが可能な光源部と、前記第１の狭帯域光の帯域を含む第１の色成分の帯域における透過率が他の帯域の透過率より相対的に高くなるような分光特性を具備する第１のフィルタと、前記第２の狭帯域光の帯域を含む第２の色成分の帯域における透過率が他の波長帯域の透過率より相対的に高くなるような分光特性を具備する第２のフィルタと、を少なくとも配置して構成されたカラーフィルタと、前記複数の第１のフィルタを通過した光を第１の画素において受光し、前記複数の第２のフィルタを通過した光を前記第１の画素とは異なる第２の画素において受光するように構成されているとともに、露光期間及び電気信号の読出期間を各画素毎に設定することが可能な撮像素子と、第１の期間において、前記第１の狭帯域光を発生させ、前記第１の画素を露光させ、前記第２の画素から電気信号を読み出すとともに、前記第１の期間とは異なる第２の期間において、前記第２の狭帯域光を発生させ、前記第２の画素を露光させ、前記第１の画素から電気信号を読み出す制御を行う制御部と、を有する。
実施例に係る内視鏡システムの要部の構成を示す図。 実施例に係る内視鏡システムの観察モードが通常光観察モードに設定された場合に行われる制御を説明するための図である。 実施例に係る内視鏡システムの観察モードが狭帯域光観察モードに設定された場合に行われる制御を説明するための図。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明を行う。
図１から図３は、本発明の実施例に係るものである。図１は、実施例に係る内視鏡システムの要部の構成を示す図である。
内視鏡システム１は、図１に示すように、被検者の体腔内に挿入可能な細長の挿入部を具備するとともに、該体腔内に存在する生体組織等の被写体１０１を撮像して画像を取得するように構成された内視鏡２と、被写体１０１へ照射される照明光を内視鏡２に供給するように構成された光源装置３と、内視鏡２により取得された画像に応じた映像信号を生成して出力するように構成されたプロセッサ４と、プロセッサ４から出力される映像信号に応じた画像を表示するように構成された表示装置５と、を有している。また、内視鏡２の内部には、光源装置３から供給される光を内視鏡２の先端部へ伝送するように構成されたライトガイド６が挿通されている。
内視鏡２は、ライトガイド６により伝送された照明光を被写体１０１に対して照射する照明光学系２１と、当該照明光により照明された被写体１０１からの戻り光を結像する対物光学系２２と、対物光学系２２の結像位置に撮像面が配置された撮像素子２３と、撮像素子２３の撮像面に取り付けられたカラーフィルタ２３ａと、を挿入部の先端部に有して構成されている。
また、内視鏡２は、撮像素子２３の駆動に用いられる撮像素子駆動信号を生成して出力する撮像素子駆動部２４と、内視鏡システム１の観察モードの設定に係る指示を行うことが可能なモード設定スイッチ２５と、内視鏡２の種類等を識別するための内視鏡識別情報が予め格納されている記憶部２６と、を有して構成されている。
撮像素子２３は、例えば、ＣＭＯＳイメージャを具備し、プロセッサ４から出力される画素制御信号に基づき、露光期間及び電気信号の読出期間を各画素毎に設定することができるように構成されている。また、撮像素子２３は、撮像素子駆動部２４から出力される撮像素子駆動信号に応じて駆動するように構成されているとともに、プロセッサ４から出力される画素制御信号により指定された各画素から読み出した電気信号に基づいて画像を生成し、当該生成した画像をプロセッサ４へ出力するように構成されている。
カラーフィルタ２３ａは、所定の分光特性をそれぞれ具備する複数のＲ（赤）フィルタ、Ｇ（緑）フィルタ、及び、Ｂ（青）フィルタを、撮像素子２３の各画素に対応する位置にベイヤ配列で（市松状に）配置することにより形成されている。
カラーフィルタ２３ａのＲフィルタは、赤色から近赤外までの帯域における透過率が他の帯域の透過率より相対的に高くなるような分光特性を具備して構成されている。
カラーフィルタ２３ａのＧフィルタは、緑色の帯域における透過率が他の帯域の透過率より相対的に高くなるような分光特性を具備して構成されている。
カラーフィルタ２３ａのＢフィルタは、青色の帯域における透過率が他の帯域の透過率より相対的に高くなるような分光特性を具備して構成されている。
すなわち、以上に述べたような撮像素子２３及びカラーフィルタ２３ａの構成によれば、カラーフィルタ２３ａのＲフィルタを通過した光と、カラーフィルタ２３ａのＧフィルタを通過した光と、カラーフィルタ２３ａのＢフィルタを通過した光と、が撮像素子２３のそれぞれ異なる画素群において受光される。
モード設定スイッチ２５は、内視鏡システム１の観察モードを、術者等の操作に応じて通常光観察モードまたは狭帯域光観察モードのいずれか一方の観察モードに設定するための指示を行うことができるように構成されている。
不揮発性メモリ等により構成される記憶部２６には、例えば、内視鏡２におけるカラーフィルタ２３ａの有無に係る情報、及び、カラーフィルタ２３ａにおける各フィルタ（Ｒフィルタ、Ｇフィルタ及びＢフィルタ）の配列に係る情報を含む内視鏡識別情報が予め格納されている。また、記憶部２６は、内視鏡２とプロセッサ４とが接続されたことを検出した際に、内視鏡識別情報をプロセッサ４へ出力するように構成されている。
光源装置３は、ＬＥＤ光源部３１と、ＬＥＤ光源部３１に対する制御を行う光源制御部３２と、ＬＥＤ光源部３１において発せられた光を集光してライトガイド６へ供給する集光光学系３３と、を有している。
ＬＥＤ光源部３１は、ＬＥＤ３１ｒと、ＬＥＤ３１ｇと、ＬＥＤ３１ｂと、を有して構成されている。
ＬＥＤ３１ｒは、光源制御部３２の制御に基づき、例えば、中心波長が６１０ｎｍに設定された狭帯域な赤色光であるＮＲ光を発するように構成されている。
ＬＥＤ３１ｇは、光源制御部３２の制御に基づき、例えば、中心波長が（血液中のヘモグロビンの吸収ピークである）５４０ｎｍに設定された狭帯域な緑色光であるＮＧ光を発するように構成されている。
ＬＥＤ３１ｂは、光源制御部３２の制御に基づき、例えば、中心波長が（血液中のヘモグロビンの吸収ピークである）４１５ｎｍに設定された狭帯域な青色光であるＮＢ光を発するように構成されている。
光源制御部３２は、プロセッサ４から出力される調光信号に基づき、ＬＥＤ光源部３１に設けられた各ＬＥＤを個別に発光または消光させることができるように構成されている。
プロセッサ４は、前処理部４１と、画像処理部４２と、調光部４３と、画素制御部４４と、主制御部４５と、を有している。
前処理部４１は、内視鏡２から出力される画像に対してノイズ除去等の処理を施し、当該処理を施した画像を画像処理部４２及び調光部４３へ出力するように構成されている。
画像処理部４２は、主制御部４５から出力される制御信号に基づき、前処理部４１から出力される画像に対し、同時化等の画像処理を施すことにより映像信号を生成し、当該生成した映像信号を表示装置５へ出力するように構成されている。
調光部４３は、主制御部４５から出力される制御信号に基づいて調光信号を生成し、当該生成した調光信号を光源制御部３２へ出力するように構成されている。
画素制御部４４は、主制御部４５から出力される制御信号に基づいて画素制御信号を生成し、当該生成した画素制御信号を撮像素子２３へ出力するように構成されている。
主制御部４５は、ＣＰＵ及びタイミングジェネレータ等を具備し、モード設定スイッチ２５においてなされた指示と、記憶部２６から出力される内視鏡識別情報と、に応じた動作を行わせるための制御信号を画像処理部４２、調光部４３及び画素制御部４４の各部に対して出力するように構成されている。
次に、本実施例の内視鏡システム１の作用について説明する。なお、以降においては、撮像素子２３の各画素のうち、カラーフィルタ２３ａのＲフィルタが配置された画素群をＲ画素群とし、カラーフィルタ２３ａのＧフィルタが配置された画素群をＧ画素群とし、カラーフィルタ２３ａのＢフィルタが配置された画素群をＢ画素群として説明を行う。
術者等のユーザは、内視鏡システム１の各部を接続し、さらに、内視鏡システム１の各部の電源を投入した状態でモード設定スイッチ２５を操作することにより、内視鏡システム１の観察モードを通常光観察モードに設定する。また、このようなユーザの操作に伴い、記憶部２６に格納された内視鏡識別情報がプロセッサ４の主制御部４５へ出力される。
一方、主制御部４５は、記憶部２６から出力される内視鏡識別情報に基づき、内視鏡２におけるカラーフィルタ２３ａの有無を識別する。さらに、主制御部４５は、記憶部２６から出力される内視鏡識別情報に基づき、内視鏡２がカラーフィルタ２３ａを有しているとの識別結果を得た場合には、撮像素子２３の各画素の中から、Ｒフィルタを通過した光を受光する画素群と、Ｇフィルタを通過した光を受光する画素群と、Ｂフィルタを通過した光を受光する画素群と、をそれぞれ特定する。
そして、主制御部４５は、内視鏡システム１の観察モードを通常光観察モードに設定する旨の指示がモード設定スイッチ２５において行われ、かつ、内視鏡２がカラーフィルタ２３ａを有しているとの識別結果を得た場合には、Ｒ、Ｇ及びＢの各色成分の画像をフレームレートＦＲ１で同時に取得させるような制御信号ＷＳＹＮを調光部４３及び画素制御部４４に対して出力する。
調光部４３は、主制御部４５から出力される制御信号ＷＳＹＮに基づき、フレームレートＦＲ１に応じて設定した期間毎に、ＬＥＤ光源部３１の各ＬＥＤ（ＬＥＤ３１ｒ、３１ｇ及び３１ｂ）を同時に発光及び同時に消光させるための調光信号ＷＬを生成し、当該生成した調光信号ＷＬを光源制御部３２へ出力する。すなわち、このような調光信号ＷＬが光源制御部３２に供給されることにより、ＮＲ光、ＮＧ光及びＮＢ光が光源装置３から同時に発せられる。
画素制御部４４は、主制御部４５から出力される制御信号ＷＳＹＮに基づき、フレームレートＦＲ１に応じて設定した期間毎に、撮像素子２３の全画素（Ｒ画素群、Ｇ画素群及びＢ画素群）を同時に露光させるとともに、撮像素子２３の全画素から同時に読み出された電気信号に基づく画像を生成させるための画素制御信号ＲＡを撮像素子２３へ出力する。
すなわち、制御信号ＷＳＹＮに基づく制御によれば、ＮＲ光、ＮＧ光及びＮＢ光を光源装置３から同時に発生させる際に、ＬＥＤ光源部３１の各ＬＥＤの発光期間（ＮＲ光、ＮＧ光及びＮＢ光の発生期間）と、撮像素子２３の全画素の露光期間と、を図２に示す期間ＰＲ１において同期させるような制御が行われる。また、制御信号ＷＳＹＮに基づく制御によれば、ＮＲ光、ＮＧ光及びＮＢ光を光源装置３から同時に発生させる際に、ＬＥＤ光源部３１の各ＬＥＤの消光期間と、撮像素子２３の全画素からの電気信号の読出期間と、を図２に示す（期間ＰＲ１とは異なる）期間ＰＲ２において同期させるような制御が行われる。図２は、実施例に係る内視鏡システムの観察モードが通常光観察モードに設定された場合に行われる制御を説明するための図である。
一方、ユーザは、内視鏡２の挿入部を被験者の体腔内に挿入し、さらに、当該挿入部の先端部を所望の観察部位の近傍に配置した状態でモード設定スイッチ２５を操作することにより、内視鏡システム１の観察モードを狭帯域光観察モードに設定する。
主制御部４５は、内視鏡システム１の観察モードを狭帯域光観察モードに設定する旨の指示がモード設定スイッチ２５において行われ、かつ、内視鏡２がカラーフィルタ２３ａを有しているとの識別結果を得た場合には、Ｇ及びＢの各色成分の画像をフレームレートＦＲ２で交互に取得させるような制御信号ＮＳＥＱを調光部４３及び画素制御部４４に対して出力する。
調光部４３は、主制御部４５から出力される制御信号ＮＳＥＱに基づき、フレームレートＦＲ２に応じて設定した期間毎に、ＬＥＤ３１ｇ及び３１ｂを交互に発光（消光）させるための調光信号ＮＬを生成し、当該生成した調光信号ＮＬを光源制御部３２へ出力する。すなわち、このような調光信号ＮＬが光源制御部３２に供給されることにより、ＮＧ光及びＮＢ光が光源装置３から交互に発せられる。
画素制御部４４は、主制御部４５から出力される制御信号ＮＳＥＱに基づき、フレームレートＦＲ２に応じて設定した期間毎に、Ｇ画素群及びＢ画素群のうちの一方の画素群を露光させるとともに、他方の画素群から読み出された電気信号に基づく画像を生成させるための画素制御信号ＲＢを撮像素子２３へ出力する。
すなわち、制御信号ＮＳＥＱに基づく制御によれば、ＮＧ光及びＮＢ光を光源装置３から交互に発生させる際に、ＬＥＤ３１ｇの発光期間（ＮＧ光の発生期間）と、Ｇ画素群の露光期間と、ＬＥＤ３１ｂの消光期間と、Ｂ画素群からの電気信号の読出期間と、を図３に示す期間ＰＲ３において同期させるような制御が行われる。また、制御信号ＮＳＥＱに基づく制御によれば、ＮＧ光及びＮＢ光を光源装置３から交互に発生させる際に、ＬＥＤ３１ｂの発光期間（ＮＢ光の発生期間）と、Ｂ画素群の露光期間と、ＬＥＤ３１ｇの消光期間と、Ｇ画素群からの電気信号の読出期間と、を図３に示す（期間ＰＲ３とは異なる）期間ＰＲ４において同期させるような制御が行われる。図３は、実施例に係る内視鏡システムの観察モードが狭帯域光観察モードに設定された場合に行われる制御を説明するための図である。
なお、本実施例によれば、内視鏡システム１の観察モードが狭帯域光観察モードに設定され、かつ、内視鏡２がカラーフィルタ２３ａを有しているとの識別結果が得られた場合に、例えば、画像処理部４２による色ずれ補正処理が行われるようにしてもよい。
以上に述べたように、本実施例の内視鏡システム１によれば、観察モードが狭帯域光観察モードに設定された場合において、ＮＧ光の戻り光に応じたＧ成分の画像の取得に係る期間と、ＮＢ光の戻り光に応じたＢ成分の画像の取得に係る期間と、を互いに重複させないような制御を行うことができる。その結果、本実施例の内視鏡システム１によれば、同時式の撮像方式に対応する構成を用いた狭帯域光観察において、色分離性を向上させることができる。
なお、本実施例の内視鏡システム１によれば、例えば、観察モードが狭帯域光観察モードに設定された場合において、ＮＧ光の帯域及びＮＢ光の帯域をさらに狭めるような光学特性を有する帯域制限フィルタが、ＬＥＤ光源部３１の前面に介挿されるように構成してもよい。
また、本実施例によれば、光源装置３からライトガイド６に供給されるＮＲ光が、単一の帯域の光を発するＬＥＤのみを用いて生成されるようにしてもよく、または、相互に異なる帯域の光を発する複数のＬＥＤを組み合わせて生成されるようにしてもよい。
また、本実施例によれば、光源装置３からライトガイド６に供給されるＮＧ光が、単一の帯域の光を発するＬＥＤのみを用いて生成されるようにしてもよく、または、相互に異なる帯域の光を発する複数のＬＥＤを組み合わせて生成されるようにしてもよい。
また、本実施例によれば、光源装置３からライトガイド６に供給されるＮＢ光が、単一の帯域の光を発するＬＥＤのみを用いて生成されるようにしてもよく、または、相互に異なる帯域の光を発する複数のＬＥＤを組み合わせて生成されるようにしてもよい。
一方、本実施例によれば、例えば、内視鏡システム１の観察モードが通常光観察モードに設定され、かつ、内視鏡２がカラーフィルタ２３ａを有していないとの識別結果が得られた場合に、ＬＥＤ３１ｒの発光期間（ＮＲ光の発生期間）とＲ画素群の露光期間とを期間ＰＲ５で同期させ、ＬＥＤ３１ｇの発光期間（ＮＧ光の発生期間）とＧ画素群の露光期間とを（期間ＰＲ５とは異なる）期間ＰＲ６で同期させ、さらに、ＬＥＤ３１ｂの発光期間（ＮＢ光の発生期間）とＢ画素群の露光期間とを（期間ＰＲ５及びＰＲ６のいずれとも異なる）期間ＰＲ７で同期させるような、面順次式の撮像方式に応じた制御が行われるようにしてもよい。
なお、本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更や応用が可能であることは勿論である。
本出願は、２０１３年５月２９日に日本国に出願された特願２０１３−１１３２２６号を優先権主張の基礎として出願するものであり、上記の開示内容は、本願明細書、請求の範囲、図面に引用されたものとする。

Claims (4)

  1. 第１の狭帯域光、及び、前記第１の狭帯域光とは異なる第２の狭帯域光を順次発生することが可能な光源部と、
    前記第１の狭帯域光の帯域を含む第１の色成分の帯域における透過率が他の帯域の透過率より相対的に高くなるような分光特性を具備する第１のフィルタと、前記第２の狭帯域光の帯域を含む第２の色成分の帯域における透過率が他の波長帯域の透過率より相対的に高くなるような分光特性を具備する第２のフィルタと、を少なくとも配置して構成されたカラーフィルタと、
    前記複数の第１のフィルタを通過した光を第１の画素において受光し、前記複数の第２のフィルタを通過した光を前記第１の画素とは異なる第２の画素において受光するように構成されているとともに、露光期間及び電気信号の読出期間を各画素毎に設定することが可能な撮像素子と、
    第１の期間において、前記第１の狭帯域光を発生させ、前記第１の画素を露光させ、前記第２の画素から電気信号を読み出すとともに、前記第１の期間とは異なる第２の期間において、前記第２の狭帯域光を発生させ、前記第２の画素を露光させ、前記第１の画素から電気信号を読み出す制御を行う制御部と、
    を有することを特徴とする内視鏡システム。
  2. 前記カラーフィルタにおける前記第１のフィルタ及び前記第２のフィルタの配列に係る情報が格納された記憶部をさらに有し、
    前記制御部は、前記記憶部に格納された情報に基づき、前記撮像素子の各画素の中から前記第１の画素及び前記第２の画素をそれぞれ特定する
    ことを特徴とする請求項１に記載の内視鏡システム。
  3. 前記制御部は、前記第１の期間における前記第１の狭帯域光の発生期間と、前記第１の画素の露光期間と、前記第２の画素から電気信号を読み出すための読み出し期間とを同期させるための制御を行うとともに、前記第２の期間における前記第２の狭帯域光の発生期間と、前記第２の画素の露光期間と、前記第１の画素から電気信号を読み出すための読み出し期間とを同期させるための制御を行う
    ことを特徴とする請求項１に記載の内視鏡システム。
  4. 前記光源部は、さらに、前記第１の狭帯域光及び前記第２の狭帯域光を同時に出射することができるように構成されており、
    前記制御部は、前記第１の狭帯域光及び前記第２の狭帯域光を前記光源部から同時に発生させる際に、前記第１の狭帯域光の発生期間と、前記第１の画素の露光期間と、前記第２の狭帯域光の発生期間と、前記第２の画素の露光期間と、を第３の期間において同期させるための制御を行うとともに、前記第１の画素から電気信号を読み出すための読出期間と、前記第２の画素から電気信号を読み出すための読出期間と、を前記第３の期間とは異なる第４の期間において同期させるための制御をさらに行う
    ことを特徴とする請求項３に記載の内視鏡システム。
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