JP6025130B2 - 内視鏡及び内視鏡システム - Google Patents

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Description

本開示は、内視鏡及び内視鏡システムに関する。
従来、３色分解プリズムを用いた内視鏡システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。この内視鏡システムは、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の３色の組み合わせで体内の部位が表現されたカラー撮像画像を取得し、この撮像画像に対し、指定された波長成分を強調する画像処理を施す。
特開２０１３−１１６３５３号公報
特許文献１に記載の内視鏡システムでは、ＲＧＢの３色以外にＩＲ光（赤外光）成分を加味すると、内視鏡による撮像画像の画質が不十分であった。
本開示は、上記事情に鑑みてなされたものであり、赤外光成分を加味した画質を向上できる内視鏡及び内視鏡システムを提供する。
本開示は、患部からの光を青色成分、赤色成分、緑色成分にそれぞれ分解する青色分解プリズム、赤色分解プリズム及び緑色分解プリズムと、前記患部からの光をＩＲ成分に分解するＩＲ分解プリズムとを備えた４色分解プリズムと、前記青色分解プリズムに設置され、分解された前記青色成分を電気信号に変換する青色イメージセンサと、前記赤色分解プリズムに設置され、分解された前記赤色成分を電気信号に変換する赤色イメージセンサと、前記緑色分解プリズムに設置され、分解された前記緑色成分を電気信号に変換する緑色イメージセンサと、前記ＩＲ分解プリズムに設置され、分解されたＩＲ成分を電気信号に変換するＩＲイメージセンサと、変換された各電気信号からＲＧＢ信号とＩＲ信号とを出力する信号出力部と、を備え、前記ＩＲ分解プリズムは、前記青色分解プリズム、前記赤色分解プリズム及び前記緑色分解プリズムよりも前記患部からの光の入射に対して対物側に位置され、前記青色成分、前記赤色成分及び前記緑色成分の光を透過させる、内視鏡である。
本開示によれば、赤外光成分を加味して、内視鏡により撮像された撮像画像の画質を向上できる。
第１の実施形態における内視鏡の一例を示す外観図 内視鏡の概略構成例を示す模式図 ４色分解プリズムの構造例を示す模式図 ４色分解プリズムの分光特性の一例を示すグラフ 第１の実施形態における内視鏡システムの構成例を示すブロック図 表示部に表示された同時出力モード時の画像例を示す模式図 表示部に表示された重畳出力モード時の画像例を示す模式図 ３色分解プリズムの分光特性を示すグラフ
以下、本開示の実施形態について、図面を用いて説明する。
（本開示の一形態を得るに至った経緯）
内視鏡を用いた手術では、蛍光物質であるインドシアニングリーン（ＩＣＧ：Ｉｎｄｏｃｙａｍｉｎｅ Ｇｒｅｅｎ）を体内に投与し、過剰に集積した腫瘍等の部位（患部）に近赤外光を当てて患部を光らせ、患部を含む部位を撮像することがある。ＩＣＧは、近赤外光（例えばピーク波長８０５ｎｍ、７５０〜８１０ｎｍ）で励起すると、より長波長の近赤外光（例えばピーク波長８３５ｎｍ）で蛍光発光する物質である。
イメージセンサが１個である単板式カメラが、ＩＲ成分を含む光を受光して患部の画像を取得する場合、イメージセンサの入射面に４分割されたＲ（赤色）成分，Ｇ（緑色）成分，Ｂ（青色）成分、及びＩＲ成分用のフィルタを設ける。そのため、所望の色再現性及び解像度を得ようとすると、イメージセンサのサイズが大きくなる。このため、内視鏡に単板式カメラを適用することは困難である。
また、特許文献１に記載の内視鏡システムに示されるように、３色分解プリズムを用いた３板式カメラが、ＩＲ成分を含む光を受光して患部の画像を取得する場合、図８に示すように、ＩＲ成分（例えば８００ｎｍ以上の波長を有する光）の信号強度が小さい。
図８は、３色分解プリズムの分光特性を示すグラフである。図８では、縦軸は各色の透過率を表し、横軸は波長を表す。この透過率は、Ｒ成分，Ｇ成分，Ｂ成分用の各プリズムへの入射光の光量と、各プリズムに対応する撮像素子への入射光の光量と、の比率に相当する。ｈ１１は、Ｒ成分の光の透過率を示す。ｈ１２は、Ｇ成分の光の透過率を示す。ｈ１３は、Ｂ成分の光の透過率を示す。尚、ｈ１１は、ＩＲ成分の光の透過率も含んでいる。
図８に示すように、Ｒ成分（波形ｈ１１参照）の光を受光するイメージセンサによりＩＲ成分の光が取得されるが、ＩＲ成分（例えば波長８００ｎｍ以上の成分）の透過率は、Ｒ成分，Ｇ成分，Ｂ成分の光の透過率と比較すると、低い。そのため、ＩＲ成分の信号強度が小さく、ＩＲ成分により得られる画像（ＩＲ画像）は不鮮明となる。
一方、特許文献１の内視鏡システムがＩＲ成分の信号強度を大きくするためにＩＲ成分を増幅すると、画像がぼけたりノイズが強調されたりする。そのため、ＩＲ画像の画質が低下する。従って、増幅されたＩＲ成分により得られた画像では、ＩＲ成分を含む所望の部位（患部）を目視することが困難である。
以下、赤外光成分を加味した画質を向上できる内視鏡及び内視鏡システムについて説明する。
以下の実施形態の内視鏡は、腹腔内等の体内の部位（対象物）を観察するために用いられる。
（第１の実施形態）
［内視鏡の構成］
図１は第１の実施形態における内視鏡１０の外観を示す模式図である。図２は内視鏡１０の概略構成を示す模式図である。内視鏡１０は、使用者が片手で取扱い可能な医療器具である。内視鏡１０は、例えば、スコープ１１、マウントアダプタ１２、リレーレンズ１３、カメラヘッド１４、操作スイッチ１９及び光源コネクタ１８を含んで構成される。
スコープ１１は、体内に挿入される、例えば硬性内視鏡の主要部であり、末端から先端まで光を導くことが可能な細長い導光部材である。スコープ１１は、先端に撮像窓１１ｚを有し、撮像窓１１ｚから入射した光学像が伝送される光ファイバと、光源コネクタ１８から導入された光Ｌを先端まで導く光ファイバと、を有する。撮像窓１１ｚには、光学ガラスや光学プラスチック等の光学材料が用いられる。
マウントアダプタ１２は、スコープ１１をカメラヘッド１４に取り付けるための部材である。マウントアダプタ１２には、種々のスコープが着脱自在に装着可能である。また、マウントアダプタ１２には、光源コネクタ１８が装着される。
光源コネクタ１８は、光源装置（不図示）から、体内の部位（患部等）を照明するための照明光を導入する。この照明光は、可視光及びＩＲ光を含む。光源コネクタ１８に導入された光は、スコープ１１を通ってスコープ１１の先端まで導かれ、撮像窓１１ｚから体内の部位（患部等）に照射される。光源は、例えば、ＬＥＤ光源である。尚、光源は、ＬＥＤ光源の代わりに、キセノンランプやハロゲンランプ等の光源でもよい。
リレーレンズ１３は、スコープ１１を通して伝達される光学像を撮像面に収束させる。リレーレンズ１３は、複数のレンズを有し、操作スイッチ１９の操作量に応じて、レンズを移動させて焦点調整及び倍率調整を行う。
カメラヘッド１４は、使用者が手で把持可能な筐体を有し、４色分解プリズム２０（図３参照）、４個のイメージセンサ２３０，２３１，２３２，２３３（図３参照）、及び電子基板２５０を有する（図５参照）。
４色分解プリズム２０は、リレーレンズ１３で収束された光を、Ｒ光（Ｒ成分）、Ｇ光（Ｇ成分）、Ｂ光（Ｂ成分）、の３原色光及びＩＲ光（ＩＲ成分）に分解する４板方式のプリズムである。イメージセンサ２３０〜２３３は、４色分解プリズム２０で分解され、各々の撮像面に結像した光学像を画像信号（電気信号）に変換する。
イメージセンサ２３０〜２３３には、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）やＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等のイメージセンサが用いられる。
４個のイメージセンサ２３０〜２３３は、ＩＲ成分、Ｂ成分、Ｒ成分、及びＧ成分の光をそれぞれ受光する専用のセンサである。そのため、１個のイメージセンサでＩＲ成分、Ｒ成分、Ｇ成分、及びＢ成分の光を受光する単板式カメラと異なり、個々のイメージセンサとしてサイズの小さいイメージセンサを採用できる。例えば、１／３ｔｙｐｅ（４．８ｍｍ×３．６ｍｍ）のサイズのイメージセンサが用いられる。尚、単板式のカメラの場合、少なくとも２／３ｔｙｐｅ（８．８ｍｍ×６．６ｍｍ）のサイズのイメージセンサが必要であった。
電子基板２５０（図５参照）には、例えば、ＬＶＤＳ（Ｌｏｗ Ｖｏｌｔ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ）方式で信号を出力する信号出力回路と、タイミングジェネレータ（ＴＧ：Ｔｉｍｉｎｇ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）の回路（ＴＧ回路）と、を含む回路が搭載される。
信号出力回路は、各イメージセンサ２３０〜２３３で撮像された画像のＲＧＢ信号及びＩＲ信号を、ＬＶＤＳ（Ｌｏｗ Ｖｏｌｔ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ）方式でパルス信号として出力する。ＴＧ回路は、カメラヘッド１４内の各部にタイミング信号（同期信号）等を供給する。尚、ＲＧＢ信号は、Ｒ成分、Ｇ成分、及びＢ成分の少なくとも１つを含む信号である。
カメラヘッド１４には、後述するＣＣＵ（Ｃａｍｅｒａ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）３０に対して画像信号を伝送するための信号ケーブル１４ｚが装着される。
［４色分解プリズムの構成］
図３は４色分解プリズム２０の構造の一例を示す図である。
４色分解プリズム２０は、リレーレンズ１３により導かれる入射光を、Ｒ成分、Ｇ成分、Ｂ成分の３原色の光及びＩＲ成分の光に分解する。４色分解プリズム２０では、ＩＲ分解プリズム２２０、青色分解プリズム２２１、赤色分解プリズム２２２、及び緑色分解プリズム２２３が、光軸方向に順に組み付けられる。
ＩＲ用のイメージセンサ２３０は、ＩＲ分解プリズム２２０の出射面２２０ｃと対向して配置される。青色用のイメージセンサ２３１は、青色分解プリズム２２１の出射面２２１ｃと対向して配置される。赤色用のイメージセンサ２３２は、赤色分解プリズム２２２の出射面２２２ｃと対向して配置される。緑色用のイメージセンサ２３３は、緑色分解プリズム２２３の出射面２２３ｃと対向して配置される。
イメージセンサ２３０〜２３３は、例えば、水平（Ｈ）方向及び垂直（Ｖ）方向に配列した各画素を含むＣＣＤ又はＣＭＯＳイメージセンサである。イメージセンサ２３０〜２３３は、ＩＲ及びＲ，Ｇ，Ｂの各色に分解された光が各撮像面に結像した光学像を電気信号に変換する。
ＩＲ分解プリズム２２０では、入射光は、ＩＲ分解プリズム２２０の入射面２２０ａに入射される。入射面２２０ａと対向する反射面２２０ｂで反射された光は、ＩＲ分解プリズム２２０の入射面２２０ａの境界で全反射され、入射面２２０ａと対向する出射面２２０ｃから出射され、ＩＲ用のイメージセンサ２３０に入射される。反射面２２０ｂには、ＩＲ反射膜２４０が例えば蒸着によって形成される。ＩＲ分解プリズム２２０は、入射光のうち、ＩＲ成分の光を反射させ、その他の光（Ｂ成分、Ｒ成分及びＧ成分の光）を透過させる。ＩＲ用のイメージセンサ２３０は、反射面２２０ｂ及び入射面２２０ａで反射された光を入射し、受光する。このようにＩＲ分解プリズム２２０において光が進行するよう、ＩＲ分解プリズム２２０が成形される。
青色分解プリズム２２１では、ＩＲ分解プリズム２２０を透過した光（入射光）は、青色分解プリズム２２１の入射面２２１ａに入射される。入射面２２１ａと対向する反射面２２１ｂで反射された光は、青色分解プリズム２２１の入射面２２１ａの境界で全反射され、入射面２２１ａと対向する出射面２２１ｃから出射され、青色用のイメージセンサ２３１に入射される。反射面２２１ｂには、青色反射膜２４１が例えば蒸着によって形成される。青色分解プリズム２２１は、入射光のうち、Ｂ成分の光を反射させ、その他の光（Ｒ成分及びＧ成分の光）を透過させる。青色用のイメージセンサ２３１は、反射面２２１ｂ及び入射面２２１ａで反射された光を入射し、受光する。このように青色分解プリズム２２１において光が進行するよう、青色分解プリズム２２１が成形される。
赤色分解プリズム２２２では、青色分解プリズム２２１を透過した光（入射光）は、赤色分解プリズム２２２の入射面２２２ａに入射される。入射面２２２ａと対向する反射面２２２ｂで反射された光は、赤色分解プリズム２２２の入射面２２２ａの境界で全反射され、入射面２２２ａと対向する出射面２２２ｃから出射され、赤色用のイメージセンサ２３２に入射される。反射面２２２ｂには、赤色反射膜２４２が例えば蒸着によって形成される。赤色分解プリズム２２２は、入射光のうち、Ｒ成分の光を反射させ、その他の光（Ｇ成分の光）を透過させる。赤色用のイメージセンサ２３２は、反射面２２２ｂ及び入射面２２２ａで反射された光を入射し、受光する。このように赤色分解プリズム２２２において光が進行するよう、赤色分解プリズム２２２が成形される。
緑色分解プリズム２２３では、赤色分解プリズム２２２を透過した光（入射光）は、緑色分解プリズム２２３の入射面２２３ａに入射し、入射面２２３ａと対向する出射面２２３ｃから出射され、緑色用のイメージセンサ２３３に入射される。このように緑色分解プリズム２２３において光が進行するよう、緑色分解プリズム２２３が成形される。
ここで、ＩＲ用のイメージセンサ２３０は、そのまま各画素値（信号レベル）の電気信号を出力してもよいが、水平（Ｈ）及び垂直（Ｖ）方向に隣接する画素の画素値を加算するＨ／Ｖ画素加算処理を行い、Ｈ／Ｖ画素加算処理後の画素値の電気信号を出力してもよい。
Ｈ／Ｖ画素加算されると、例えば、ＩＲ用のイメージセンサ２３０の画素値が「３０」程度である場合、画素加算を行うことで、ＩＲ成分の画素値が「１２０」（＝３０×４）となる。
従来のＩＲ成分の画素値が「１０」程度であるとすると、本実施形態の内視鏡１０によれば、ＩＲ用のイメージセンサ２３０を独立に設けたことで、従来と比較すると、およそ３倍〜１２倍のＩＲ成分の画素値が得られる。
また、本実施形態のＲＧＢ用の各イメージセンサ２３１，２３２，２３３の画素値が「１００」程度であるとする。この場合、Ｈ／Ｖ画素加算を加味すると、Ｒ成分、Ｇ成分、Ｂ成分の各信号レベルとＩＲ成分の信号レベルとが同程度となり、ＲＧＢ画像及びＩＲ画像を見易くなる。ＲＧＢ画像は、Ｒ成分、Ｇ成分、Ｂ成分の少なくとも１つの信号により得られる画像である。ＩＲ画像は、ＩＲ成分の信号により得られる画像である。
［４色分解プリズムの分光特性］
図４は４色分解プリズム２０の分光特性の一例を示すグラフである。図４の縦軸は、各透過率（％）を示し、各プリズムへの入射光の光量に対する、各プリズムに対するイメージセンサ２３０〜２３３への入射光の光量の比率に相当する。図４の横軸は、各イメージセンサ２３０〜２３３に入射する光の波長（ｎｍ）を表す。
図４では、波形ｈ１（実線）は、ＩＲ用のイメージセンサ２３０に入射するＩＲ成分の光の分光特性を示す。４色分解プリズム２０に入射した光のうち、ＩＲ用のイメージセンサ２３０に入射するＩＲ成分の光の透過率は、波長８００〜１０００ｎｍにかけて、波長９００ｎｍ付近で透過率が７０％程度となるピーク波形を有する。
波形ｈ２（一点鎖線）は、赤色用のイメージセンサ２３２に入射するＲ成分の光の分光特性を示す。赤色用のイメージセンサ２３２に入射するＲ成分の光の透過率は、波長６００ｎｍ付近で透過率が８０％程度となるピーク波形を有する。
波形ｈ３（点線）は、青色用のイメージセンサ２３１に入射するＢ成分の光の分光特性を示す。青色用のイメージセンサ２３１に入射するＢ成分の光の透過率は、波長４５０ｎｍ近辺で透過率が６０％を超えるピーク波形を有する。
波形ｈ４（二点鎖線）は、緑色用のイメージセンサ２３３に入射するＧ成分の光の分光特性を示す。緑色用のイメージセンサ２３３に入射するＧ成分の光の透過率は、波長５３０ｎｍ近辺で透過率が９０％程度となるピーク波形を有する。
このように、４色分解プリズム２０で分散されたＩＲ成分、Ｒ成分、Ｂ成分、及びＧ成分の光の透過率は、いずれも６０％を超える。従って、ＩＲ成分、Ｒ成分、Ｂ成分、及びＧ成分の各画素値を好適に得られ、ＩＲ成分の信号を大きく増幅しなくても済む。これにより、患部を撮像した場合に、ＩＲ成分を含めて撮像画像の色再現性が向上する。
［内視鏡システムの構成］
図５は内視鏡システム５の構成を示すブロック図である。内視鏡システム５は、内視鏡１０、ＣＣＵ３０、及び表示部４０を含んで構成される。内視鏡１０のカメラヘッド１４は、前述した４色分解プリズム２０及びイメージセンサ２３０，２３１，２３２，２３３を有する。図５では、カメラヘッド１４は、更に、各素子駆動部１４１ｉ，１４１ｒ，１４１ｂ，１４１ｇ，駆動信号発生部１４２、同期信号発生部１４３、及び信号出力部１４５を有する。
素子駆動部１４１ｉは、イメージセンサ２３０を駆動信号に従って駆動する。素子駆動部１４１ｒは、イメージセンサ２３１を駆動信号に従って駆動する。素子駆動部１４１ｂは、イメージセンサ２３２を駆動信号に従って駆動する。素子駆動部１４１ｇは、イメージセンサ２３３を駆動信号に従って駆動する。
駆動信号発生部１４２は、各素子駆動部１４１ｉ，１４１ｒ，１４１ｂ，１４１ｇに対し、駆動信号を発生する。同期信号発生部１４３は、タイミングジェネレータ（ＴＧ）開路の機能に相当し、駆動信号発生部１４２等に同期信号（タイミング信号）を供給する。
信号出力部１４５は、信号ケーブル１４ｚを介してイメージセンサ２３０，２３１，２３２，２３３からの電気信号を、例えばＬＶＤＳ方式でＣＣＵ３０に伝送する。信号出力部１４５は、信号ケーブル１４ｚを介して、同期信号発生部１４３からの同期信号をＣＣＵ３０に伝送してもよい。信号出力部１４５は、信号ケーブル１４ｚを介して、操作スイッチ１９の操作信号をＣＣＵ３０に伝送してもよい。信号出力部１４５は、信号出力回路の機能に相当する。
ＣＣＵ３０は、ＣＣＵ３０の内部又は外部のメモリ（不図示）が保持するプログラムを実行することで、各種機能を実現する。各種機能は、ＲＧＢ信号処理部２２、ＩＲ信号処理部２３及び出力部２８の機能を含む。
ＲＧＢ信号処理部２２は、イメージセンサ２３１，２３２，２３３からのＢ成分、Ｒ成分、Ｇ成分の電気信号を、表示部４０に表示可能な映像信号に変換し、出力部２８に出力する。
ＩＲ信号処理部２３は、イメージセンサ２３０からのＩＲ成分の電気信号を映像信号に変換し、出力部２８に出力する。また、ＩＲ信号処理部２３は、ゲイン調整部２３ｚを有してもよい。ゲイン調整部２３ｚは、ＩＲ用のイメージセンサ２３０からのＩＲ成分の電気信号を映像信号に変換する際、増幅度（ゲイン）を調整する。ゲイン調整部２３ｚは、例えば、ＲＧＢ成分の映像信号の信号強度とＩＲ成分の映像信号の信号強度とを略同一に調整してもよい。
ゲイン調整部２３ｚにより、使用者がＲＧＢ画像に対するＩＲ画像を任意の強度で再現可能である。尚、ＩＲ成分の電気信号の増幅度が調整される代わりに、又はこの調整とともに、ＲＧＢ信号処理部２２は、ＲＧＢ成分の電気信号の増幅度を調整してもよい。
ＲＧＢ信号処理部２２及びＩＲ信号処理部２３は、信号処理を行う際、同期信号発生部１４３からの同期信号を受け取り、この同期信号に従って動作する。これにより、ＲＧＢ各色成分の画像（映像）及びＩＲ成分の画像は、時間的なずれが生じないように調整される。
出力部２８は、同期信号発生部１４３からの同期信号に従い、ＲＧＢ各色成分の映像信号及びＩＲ成分の映像信号の少なくとも一方を表示部４０に出力する。例えば、出力部２８は、同時出力モード及び重畳出力モードのいずれかに基づいて、映像信号を出力する。
同時出力モードでは、出力部２８は、ＲＧＢ画像Ｇ１とＩＲ画像Ｇ２（図６参照）とを別画面により同時に出力する。同時出力モードにより、ＲＧＢ画像とＩＲ画像とを別画面にて比較して、患部ｔｇを観察できる。
重畳出力モードでは、出力部２８は、ＲＧＢ画像とＩＲ画像とが重畳された合成画像ＧＺを出力する。重畳出力モードにより、例えば、ＲＧＢ画像内で、ＩＣＧ及び照明光としてのＩＲ光により蛍光発光した患部ｔｇを明瞭に観察できる。
尚、ＲＧＢ信号処理部２２、ＩＲ信号処理部２３及び出力部２８は、ＣＣＵ３０内のプロセッサがメモリと協働してソフトウェアにより処理することを例示したが、それぞれ専用のハードウェアで構成されてもよい。
表示部４０は、ＣＣＵ３０からの映像信号に基づいて、内視鏡１０で撮像され、ＣＣＵ３０から出力される患部ｔｇ等の対象物の画像を画面に表示する。同時出力モードの場合、表示部４０は、画面を複数に分割（例えば２分割）し、各画面にＲＧＢ画像Ｇ１及びＩＲ画像Ｇ２を並べて表示する（図６参照）。重畳出力モードの場合、表示部４０は、ＲＧＢ画像Ｇ１とＩＲ画像Ｇ２とが重ねられた合成画像ＧＺを１画面で表示する（図７参照）。
このように、内視鏡システム５では、内視鏡１０を使用して体内の部位を撮像する場合、蛍光物質であるインドシアニングリーン（ＩＣＧ）を体内に投与し、過剰に集積した腫瘍等の部位（患部）に近赤外光を当てて患部を光らせて患部を撮像してもよい。
使用者が操作スイッチ１９を操作して光源コネクタ１８に導入された光Ｌは、スコープ１１の先端側に導かれ、撮像窓１１ｚから投射されることで、患部を含む患部周囲の部位を照明する。患部等で反射された光は、撮像窓１１ｚを通してスコープ１１の後端側に導かれ、リレーレンズ１３で収束し、カメラヘッド１４の４色分解プリズム２０に入射する。
４色分解プリズム２０では、入射した光のうち、ＩＲ分解プリズム２２０によって分解したＩＲ成分の光は、ＩＲ用のイメージセンサ２３０で赤外光成分の光学像として撮像される。青色分解プリズム２２１によって分解したＢ成分の光は、青色用のイメージセンサ２３１で青色成分の光学像として撮像される。赤色分解プリズム２２２によって分解したＲ成分の光は、赤色用のイメージセンサ２３２で赤色成分の光学像として撮像される。緑色分解プリズム２２３によって分解したＧ成分の光は、緑色用のイメージセンサ２３３で緑色成分の光学像として撮像される。
ＩＲ用のイメージセンサ２３０で変換されたＩＲ成分の電気信号は、ＣＣＵ３０内のＩＲ信号処理部２３で映像信号に変換され、出力部２８に出力される。可視光用のイメージセンサ２３１，２３２，２３３でそれぞれ変換されたＢ成分、Ｒ成分、Ｇ成分の各電気信号は、ＣＣＵ３０内のＲＧＢ信号処理部２２で各映像信号に変換され、出力部２８に出力される。ＩＲ成分の映像信号及びＢ成分、Ｒ成分、Ｇ成分の各映像信号は、同期して、表示部４０に出力される。
表示部４０には、出力部２８で同時出力モードが設定されている場合、ＲＧＢ画像Ｇ１とＩＲ画像Ｇ２とが同時に２画面で表示される。図６は表示部４０に表示された同時出力モード時の画像を示す模式図である。ＲＧＢ画像Ｇ１は、患部ｔｇを含む部位を可視光を照射して撮像したカラー画像である。ＩＲ画像Ｇ２は、患部ｔｇを含む部位をＩＲ光を照射して撮像した白黒画像（任意な色設定可能）である。
表示部４０には、出力部２８で重畳出力モードが設定されている場合、ＲＧＢ画像Ｇ１とＩＲ画像Ｇ２とが重畳（合成）された合成画像ＧＺが表示される。図７は表示部４０に表示された重畳出力モード時の画像を示す模式図である。
［効果等］
内視鏡１０によれば、内視鏡１０に４色分解プリズム２０を用い、ＩＲ光に対し大きな透過率を有するＩＲ分解プリズム２２０から出射されるＩＲ光を、ＩＲ用のイメージセンサ２３０が受光する。そのため、内視鏡１０は、ＩＲ光の受光量を増大できる。従って、ＩＲ成分の信号を過大に増幅させる必要が無くなり、ＩＲ成分を加味した内視鏡１０による撮像画像の画質の低下を抑制できる。
４色分解プリズム２０を用いることで、単板式カメラのイメージセンサと比べ、イメージセンサのサイズを小さくでき、内視鏡１０を小型化できる。例えば、単板式カメラのイメージセンサのサイズは、１インチ又は３８ｍｍであり、本実施形態のイメージセンサ２３０〜２３３のサイズは、１／３インチ以下である。
また、４色分解プリズム２０がＩＲカットフィルタを用いていないので、内視鏡システム５は、ＲＧＢ画像とＩＲ画像とを同時に出力可能である。そのため、ユーザは、例えば、患者の患部を含む全体の部位をＲＧＢ画像で確認できるとともに、蛍光発光した患部をＩＲ画像で確認でき、患部周辺における患部の位置を視認し易くなる。ここでのＲＧＢ画像は、ＲＧＢ成分の画像であり、ＩＲ画像は、ＩＲ成分の画像である。
また、ＩＲ成分の光を電気信号に変換するＩＲ用のイメージセンサ２３０は、Ｈ／Ｖ画素加算処理を行い、加算された画素値の電気信号を出力してもよい。これにより、内視鏡１０は、ＩＲ成分の信号強度を更に増大でき、表示部４０により表示されるＩＲ成分の画像をより強調でき、患部を視認し易くなる。
また、内視鏡システム５は、ＲＧＢ各成分の信号強度とＩＲ成分の信号強度とが略同等になるように、ゲイン調整してもよい。この場合、ＲＧＢ各成分の画素値とＩＲ成分の画素値とを均一化でき、画像を見え易くできる。
また、内視鏡システム５は、ＲＧＢ各成分の信号強度とＩＲ成分による信号強度との間で差を持たせるように、ゲイン調整してもよい。この場合、内視鏡システム５は、ユーザ所望の画質でＲＧＢ画像及びＩＲ画像を表示できる。
また、４色分解プリズム２０を使用する場合、３色分解プリズムを使用する場合と比較すると、ＩＲ用のイメージセンサに入射されるＩＲ成分の信号強度が大きくなる。そのため、ＲＧＢ成分の画素値とＩＲ成分の画素値との差が小さくなり、ＣＣＵ３０によりＩＲ用のイメージセンサ２３０から出力される電気信号を過度に増幅しなくても、ＲＧＢ成分とＩＲ成分との間でバランス良く色を再現できる。従って、内視鏡システム５は、ノイズの増幅を抑制しながら、鮮明なＲＧＢ成分及びＩＲ成分を含む画像が得られる。
また、ＲＧＢ画像とＩＲ画像とが同時に２画面で表示されることで、ユーザは両画像を見比べて確認でき、ユーザの利便性が向上する。
また、ＲＧＢ画像とＩＲ画像とが重畳して１画面で表示されること、ユーザは１つの画像でＲＧＢ成分及びＩＲ成分の画像を確認でき、ユーザの利便性が向上する。
（他の実施形態）
以上のように、本開示における技術の例示として、第１の実施形態を説明した。しかし、本開示における技術は、これに限定されず、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施形態にも適用できる。
第１の実施形態では、内視鏡１０として硬性内視鏡を例示したが、４色分解プリズム２０をも用いれば他の構成を有する硬性内視鏡でもよく、軟性内視鏡でもよい。
第１の実施形態では、生体内に光造影剤としてＩＣＧを投与することを例示したが、ＩＣＧ以外の光造影剤が投与されてもよい。この場合、光造影剤を励起するための励起光の波長に応じて、非可視光の波長領域における分光特性を定めてもよい。
第１の実施形態では、赤外光の波長領域において蛍光発光する薬品を用いたが、紫外光の波長領域において蛍光発光する薬品を用いてもよい。この場合でも、近赤外域で蛍光発光する光造影剤を用いた場合と同様に、内視鏡は、蛍光発光された患部の画像を撮像できる。
第１の実施形態では、４色分解プリズム２０において、光の入射側から、ＩＲ分解プリズム２２０、青色分解プリズム２２１、赤色分解プリズム２２２、及び緑色分解プリズム２２３の順に配置されることを例示したが、この配置順序は一例であり、他の配置順序でもよい。
第１の実施形態では、プロセッサの一例としてＣＣＵ３０を説明した。プロセッサは、内視鏡システム５を制御すれば、物理的にどのように構成してもよい。従って、プロセッサは、ＣＣＵ３０に限定されない。ただし、プログラム可能なＣＣＵ３０を用いれば、プログラムの変更により処理内容を変更できるので、プロセッサの設計の自由度を高めることができる。また、プロセッサは、１つの半導体チップで構成してもよいし、物理的に複数の半導体チップで構成してもよい。複数の半導体チップで構成する場合、第１の実施形態の各制御をそれぞれ別の半導体チップで実現してもよい。この場合、それらの複数の半導体チップで１つのプロセッサを構成すると考えることができる。また、プロセッサは、半導体チップと別の機能を有する部材（コンデンサ等）で構成してもよい。また、プロセッサが有する機能とそれ以外の機能とを実現するように、１つの半導体チップを構成してもよい。また、電子基板２５０に搭載される回路についても、プログラム可能な回路を用いれば、プログラムの変更により処理内容を変更できる。また、回路の数は１つでも複数でもよい。
（本開示の実施形態の概要）
本開示の実施形態の内視鏡１０は、４色分解プリズム２０と、４個のイメージセンサ２３０〜２３３と、アウトプットデバイスと、を備える。４色分解プリズム２０は、対象物からの光を３原色光及び赤外光に分解する。イメージセンサ２３０〜２３３は、分解された３原色光及び赤外光の光学像をそれぞれ電気信号に変換する。アウトプットデバイスは、変換された電気信号を出力する。アプトプットデバイスは、例えば信号出力部１４５である。
これにより、内視鏡１０は、３原色光及び赤外光の各々に専用のイメージセンサ２３０〜２３３を備えるので、検出される赤外光の信号強度を増大できる。従って、赤外光についての過大な信号増幅が不要となり、内視鏡１０は、赤外光成分を加味した画質を向上できる。また、内視鏡１０は、４色分解プリズム２０を用いることで、単板方式のイメージセンサを用いる場合と比較すると、内視鏡１０のイメージセンサを小型化でき、例えば１／３インチ以下にできる。その結果、内視鏡１０を小型化できる。
また、イメージセンサ２３０は、複数の画素を用いて赤外光の光学像を電気信号に変換する際、隣接する画素の画素値を加算してもよい。アウトプットデバイスは、加算された画素値の電気信号を出力してもよい。
これにより、内視鏡１０は、赤外光の信号強度を更に増大でき、赤外光成分を含む画像を一層鮮明化できる。
本開示の実施形態の内視鏡システム５は、内視鏡１０、プロセッサ、メモリ、及びディスプレイを備える。プロセッサは、メモリと協働して、３原色光の光学像が変換された第１の電気信号を第１の映像信号に変換し、赤外光の光学像が変換された第２の電気信号を第２の映像信号に変換してもよい。ディスプレイは、第１の映像信号及び第２の映像信号に基づいて表示してもよい。プロセッサは、例えばＣＣＵ３０である。ディスプレイは、例えば表示部４０である。
これにより、内視鏡システム５は、３原色光及び赤外光の各々に専用のイメージセンサ２３０〜２３３を備えるので、検出される赤外光の信号強度を増大できる。従って、赤外光についての過大な信号増幅が不要となり、内視鏡システム５は、赤外光成分を加味した画質を向上できる。また、内視鏡システム５では、４色分解プリズム２０を用いることで、単板方式のイメージセンサを用いる場合と比較すると、内視鏡１０のイメージセンサを小型化でき、例えば１／３インチ以下にできる。その結果、内視鏡１０を小型化できる。
また、プロセッサは、メモリと協働して、第１の映像信号の信号強度と第２の映像信号の信号強度とを略均等に調整してもよい。
これにより、内視鏡システム５は、３原色光により得られる画像と赤外光により得られる画像との画素値を均一化でき、画像を見え易くできる。また、３原色光により得られる画像と赤外光により得られる画像との画素値を均一化する場合でも、４色分解プリズム２０により得られる赤外光の信号強度を大きくできるので、プロセッサでの信号強度の増幅度を小さくでき、画質の劣化を抑制できる。
また、ディスプレイは、第１の映像信号及び第２の映像信号を同時に表示してもよい。
これにより、ユーザは、３原色光により得られる画像と赤外光により得られる画像とを同時に確認できるので、赤外光を加味して対象物の視認性良く観察できる。
本開示は、赤外光成分を加味した画質を向上できる内視鏡及び内視鏡システム等に有用である。
５ 内視鏡システム
１０ 内視鏡
１１ スコープ
１１ｚ 撮像窓
１２ マウントアダプタ
１３ リレーレンズ
１４ カメラヘッド
１４ｚ 信号ケーブル
１８ 光源コネクタ
１９ 操作スイッチ
２０ ４色分解プリズム
２２ ＲＧＢ信号処理部
２３ ＩＲ信号処理部
２３ｚ ゲイン調整部
２８ 出力部
３０ ＣＣＵ
４０ 表示部
１４１ｉ，１４１ｂ，１４１ｒ，１４１ｇ 素子駆動部
１４２ 駆動信号発生部
１４３ 同期信号発生部
１４５ 信号出力部
２２０ ＩＲ分解プリズム
２２１ 青色分解プリズム
２２２ 赤色分解プリズム
２２３ 緑色分解プリズム
２２０ａ，２２１ａ，２２２ａ，２２３ａ 入射面
２２０ｂ，２２１ｂ，２２２ｂ 反射面
２２０ｃ，２２１ｃ，２２２ｃ，２２３ｃ 出射面
２３０，２３１，２３２，２３３ イメージセンサ
２４０ ＩＲ反射膜
２４１ 青色反射膜
２４２ 赤色反射膜
２５０ 電子基板
ｈ１，ｈ２，ｈ３，ｈ４，ｈ１１ 波形
Ｇ１ ＲＧＢ画像
Ｇ２ ＩＲ画像
ＧＺ 合成画像
ｔｇ 患部

Claims (4)

  1. 患部からの光を青色成分、赤色成分、緑色成分にそれぞれ分解する青色分解プリズム、赤色分解プリズム及び緑色分解プリズムと、前記患部からの光をＩＲ成分に分解するＩＲ分解プリズムとを備えた４色分解プリズムと、
    前記青色分解プリズムに設置され、分解された前記青色成分を電気信号に変換する青色イメージセンサと、
    前記赤色分解プリズムに設置され、分解された前記赤色成分を電気信号に変換する赤色イメージセンサと、
    前記緑色分解プリズムに設置され、分解された前記緑色成分を電気信号に変換する緑色イメージセンサと、
    前記ＩＲ分解プリズムに設置され、分解されたＩＲ成分を電気信号に変換するＩＲイメージセンサと、
    変換された各電気信号からＲＧＢ信号とＩＲ信号とを出力する信号出力部と、を備え、
    前記ＩＲ分解プリズムは、前記青色分解プリズム、前記赤色分解プリズム及び前記緑色分解プリズムよりも前記患部からの光の入射に対して対物側に位置され、前記青色成分、前記赤色成分及び前記緑色成分の光を透過させる、内視鏡。
  2. 請求項１に記載の内視鏡と、
    前記信号出力部から出力されたＲＧＢ信号及びＩＲ信号を入力し、ＲＧＢ画像及びＩＲ画像を生成し、接続された表示部に同時に前記ＲＧＢ画像及び前記ＩＲ画像を表示させるコントローラと、を備える、内視鏡システム。
  3. 請求項２に記載の内視鏡システムであって、
    前記コントローラは、前記ＲＧＢ画像と前記ＩＲ画像を前記表示部の別の領域に同時表示させる、内視鏡システム。
  4. 請求項２に記載の内視鏡システムであって、
    前記コントローラは、前記ＲＧＢ画像と前記ＩＲ画像を前記表示部の同じ領域に重畳して同時表示させる、内視鏡システム。
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