JP6072374B2 - 観察装置 - Google Patents

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Description

本発明は、観察装置に関するものである。
病変の発見を容易にするために、NBI(Narrow Band Imaging)やBLI(Blue LASER Imaging)等の狭帯域光を被観察部位に照射し、その反射光を画像化して観察する特殊光観察方法が知られている。また、白色光観察において、色再現を良好に保ちながら同時観察を行うよう、原色ベイヤのカラーフィルタを搭載したイメージセンサを用いた内視鏡スコープが用いられている。
特殊光観察方法では、毛細血管の画像はB画素に入った情報が大きく寄与するため、B画素の情報を主として用いて表示している。原色ベイヤのカラーフィルタでそれを実現する場合に、B画素が全体画素の1/4しかないため、毛細血管の解像が不足してしまう。
G画素にB領域の副感度領域をもたせ、G画素でもB領域の情報を取得し、画像処理によってG画素からB情報を分離する方法が知られている(例えば、特許文献1参照。)。
特開2012−170639号公報
G画素にB領域の情報を持たせた場合には、G領域とB領域の波長は比較的近接しているため特性としては近いものとなり、画像処理によって分離することが難しい。高い精度の色再現が求められる白色光観察時には、G画素に対するB領域の混色が影響し、色再現性が低下する。
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、白色光観察時の色再現性を良好に保ちながら、狭帯域光による観察時の表層血管の解像を向上することができる観察装置を提供する。
本発明の一態様は、波長390nmから490nmのB領域の照明光の光量を、第1のB領域および該第1のB領域よりも長波長の第2のB領域ごとに調整可能な光源部と、該光源部から射出された照明光の被写体における反射光を撮影する撮像素子とを備え、前記光源部が、白色光観察時と狭帯域光観察時とで、前記第1のB領域の光量と前記第2のB領域の光量との比率を変化させ、かつ、条件式(4)を満足し、前記撮像素子が、RGBのカラーフィルタを画素ごとに配列してなるとともに、Rのカラーフィルタが、R領域および前記第1のB領域の光を前記第2のB領域の光よりも多く透過し、条件式(1),(2)を満足する分光特性を有する観察装置である。
0<Srb2/Srr≦0.1 (1)
0.5≦Sbb1/Srb1≦2 (2)
Lnb2/Lnb1<Lwb2/Lwb1 (4)
ここで、Srrは、R画素のR領域での感度、Srb1は、R画素の前記第1のB領域での感度、Srb2は、R画素の前記第2のB領域での感度、Sbb1は、B画素の前記第1のB領域での感度、Lnb1は、狭帯域光観察時の前記光源部の前記第1のB領域の光量、Lnb2は、狭帯域光観察時の前記光源部の前記第2のB領域の光量、Lwb1は、白色光観察時の前記光源部の前記第1のB領域の光量、Lwb2は、白色光観察時の前記光源部の前記第2のB領域の光量である。
本態様によれば、Rのカラーフィルタが配置されている画素(以下、R画素という。)は第1のB領域に高い感度を有するが、第2のB領域の感度は低い。したがって、白色光観察時には光源部を調整して第1のB領域の照明光成分を0または第2のB領域の照明光成分より弱くすることにより、R画素に、主としてR領域の感度を持たせ、通常のRGBの原色カラーフィルタを備えた撮像素子と同様の色再現の画像を取得することができる。
一方、狭帯域光観察時には、光源部を調整して、第2のB領域の照明光成分を0または第1のB領域の照明光成分より弱くすることにより、R画素は、Bのカラーフィルタが配されている画素(以下、B画素という。)と同様に、第1のB領域に感度を有することになる。その結果、狭帯域光観察時は、R画素およびB画素により第1のB領域の光を撮影することができ、表層血管の情報を多く取得することができるようになる。
条件式(1)はR画素のR領域の感度に対する第2のB領域の感度の比率を表したものである。条件式(1)が0.1より大きいと、白色光観察時に、R画素がB領域に感度を持ってしまうため、色再現性が低下する。条件式(1)を満たすことにより、色再現性を向上することができる。
条件式(2)はR画素の第1のB領域の感度に対するB画素の第1のB領域の感度の比率を表している。条件式(2)が0.5より小さいもしくは2より大きいと、狭帯域光観察時にR画素とB画素の信号に差が出てしまい、差を調整するために画素値にゲインをかける必要が生じるため、結果として、ノイズ等で画像が劣化してしまう。条件式(2)を満たすことにより、ノイズによる画像の劣化を低減することができる。
上記態様においては、前記撮像素子が、条件式(3)を満足してもよい。
Srb1/Srb2≧3 (3)
条件式(3)はR画素の第2のB領域の感度に対する第1のB領域の感度を表している。条件式(3)が3より小さい場合には、白色光観察時の色再現と狭帯域光観察時の解像の両立が難しくなる。
上記態様においては、前記第1のB領域が、390nm以上440nmより小さい波長範囲であり、前記第2のB領域が、440nm以上490nmより小さい波長範囲であってもよい。
このようにすることで、狭帯域光観察時に、R画素が表層血管の解像情報を得ることができかつ、白色光観察時にB画素がB領域に高い感度を持つことができるようになる。
上記態様においては、前記カラーフィルタがベイヤ配列されていてもよい。
このようにすることで、Rのカラーフィルタの透過率特性に工夫した一般的な構造の撮像素子を採用することができる。
上記態様においては、前記光源部が条件式(4)を満足する。
Lnb2/Lnb1<Lwb2/Lwb1 (4)
ここで、Lnb1は、狭帯域光観察時の前記光源部の前記第1のB領域の光量、Lnb2は、狭帯域光観察時の前記光源部の前記第2のB領域の光量、Lwb1は、白色光観察時の前記光源部の前記第1のB領域の光量、Lwb2は、白色光観察時の前記光源部の前記第2のB領域の光量である。
条件式(4)は白色光観察時および狭帯域光観察時における第1のB領域と第2のB領域の光源部の光量の比の大小関係を表している。この条件式(4)を満足することにより、白色光観察時は狭帯域光観察時よりR画素のB領域成分を減らすことができ、色再現を良好にすることができる。また、狭帯域光観察時には白色光観察時よりR画素のB領域成分を増やすことができ、解像感を良好にすることができる。
上記態様においては、前記光源部が、前記第1のB領域にピークを有する少なくとも1つの固体照明素子と、前記第2のB領域のピークを有する少なくとも1つの固体照明素子とを備えていてもよい。
このようにすることで、第1のB領域および第2のB領域の光量を独立して制御することができる。
上記態様においては、前記光源部が、波長580nmから650nmにピークを有する固体照明素子を有していてもよい。
このようにすることで、R領域の光量を独立して調整をすることができる。その結果、白色光観察時にR画素のR領域成分を増大させることができ、狭帯域光観察時にはR領域成分を低減させて第1のB領域成分を増大させることができる。
本発明によれば、白色光観察時の色再現性を良好に保ちながら、狭帯域光による観察時の表層血管の解像を向上することができるという効果を奏する。
本発明の第1の実施形態に係る観察装置を示す全体構成図である。 図1の観察装置の撮像素子におけるベイヤ配列されたR,G,Bのカラーフィルタを示す図である。 図2の撮像素子のR,G,Bの各領域における分光感度を示す図である。 図1の観察装置の白色観察時における光源の波長特性を示す図である。 図3の分光感度と図4の波長特性とを合成した図である。 図1の観察装置の狭帯域光観察時における光源の波長特性を示す図である。 図3の分光感度と図6の波長特性とを合成した図である。 本発明の第2の実施形態に係る観察装置を示す全体構成図である。 図8の観察装置のランプの光源の波長特性を示す図である。 図8の観察装置の狭帯域光観察時におけるフィルタの透過率特性を示す図である。
本発明の第1の実施形態に係る観察装置1について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る観察装置1は、例えば、内視鏡装置であって、図1に示されるように、体内に挿入される細長い挿入部2と、該挿入部2の基端側に接続された装置本体3と、モニター4とを備えている。
挿入部2は、長手方向のほぼ全長にわたって配置されて照明光を導光する光ファイバ5と、該光ファイバ5により導光された照明光を挿入部2の先端から射出する照明用レンズ6と、体内の被写体からの照明光の反射光を集光する対物レンズ7と、該対物レンズ7によって集光された光を撮影する撮像素子8とを備えている。また、挿入部2には、撮像素子8により取得された画像信号をA/D変換するA/D変換器9が設けられている。
撮像素子8は、例えば、図2に示されるように、RGBのカラーフィルタを備えたCCDである。カラーフィルタは、撮像素子8の2×2の4画素に、1つのR、2つのG、1つのBのカラーフィルタがそれぞれ配置された、いわゆるベイヤ配列のものである。
また、本実施形態においては、図3に示されるように、RのカラーフィルタがR領域および後述する第1のB領域の光を第2のB領域の光よりも多く透過する波長特性を有している。そして、撮像素子8は、以下の条件式を満足している。
0<Srb2/Srr≦0.1 (1)
0.5≦Sbb1/Srb1≦2 (2)
Srb1/Srb2≧3 (3)
ここで、Srrは、R画素のR領域での感度、Srb1は、R画素の第1のB領域での感度、Srb2は、R画素の後述する第2のB領域での感度、Sbb1は、B画素の第1のB領域での感度である。
装置本体3は、図1に示されるように、照明光を射出する光源部10と、該光源部10を制御する制御部11とを備えている。
また、装置本体3は、白色光観察または狭帯域光観察のいずれかの観察モードを選択するモード切替部12と、挿入部2のA/D変換器9から出力されてきた画像信号に対してホワイトバランスを調整するホワイトバランス調整部13と、ホワイトバランスが調整された画像信号を処理して観察画像を生成しモニター4に出力する画像処理部14とを備えている。
制御部11は、ホワイトバランス調整部13から出力されてきた画像信号から平均輝度値を算出する輝度算出部15と、該輝度算出部15により算出された平均輝度値と光源部10から検出された現在の光量情報とに基づいて、目標光量を算出する光量算出部16と、該光量算出部16により算出された目標光量と、モード切替部12により選択された観察モードとに基づいて、光源部10から射出する照明光の波長特性を算出する演算部17と、該演算部17により算出された波長特性に応じた電流を光源部10に供給する光源制御部18とを備えている。
光源部10は、図1に示されるように、R−LED(固体照明素子)19と、G−LED(固体照明素子)20と、B1−LED(固体照明素子)21と、B2−LED(固体照明素子)22と、これらのLED(以下、単に固体照明素子とも言う。)から射出された照明光を合波するミラー23およびダイクロイックミラー24と、合成された白色照明光を光ファイバ5の入射端に集光して入射させる集光レンズ25とを備えている。
図4および図5に示されるように、R−LED19はR領域(580nmから650nm)にピークを有する光を射出し、G−LED20はG領域(530nmから580nm)にピークを有する光を射出し、B1−LED21はB1領域(第1のB領域:390nmから440nm)にピークを有する光を射出し、B2−LED22はB2領域(第2のB領域:440nmから490nm)にピークを有する光を射出するようになっている。
光源部10は、図1に示されるように、各LED19,20,21,22から射出された照明光の一部を分岐するハーフミラー26と、該ハーフミラー26により分岐された照明光の光量を検出する光量検出部27,28,29,30とを備えている。各光量検出部27,28,29,30により検出された光量情報は光源制御部18にフィードバックされて電流制御に利用されるようになっている。また、G−LED20から射出される照明光の光量情報は、現在の光量情報として光量算出部16にも送られるようになっている。
光量算出部16には、目標輝度値が設定されており、輝度算出部15により算出された平均輝度値と目標輝度値との比率を算出し、光源部10から送られてきた光量情報に、算出された比率とハーフミラー26の分岐比率の逆数とを乗算することによって目標光量を算出するようになっている。
演算部17は、観察モードに応じた各LED19,20,21,22の光量比率の情報を記憶していて、モード切替部12から選択された観察モードの情報が送られてくると、観察モードに対応する光量比率の情報を選択し、光量算出部16により算出された目標光量と合わせて、各LED19,20,21,22の光量を算出するようになっている。
さらに具体的には、演算部17は、狭帯域光観察時と白色光観察時とにおいて、以下の条件式を満足するような光量比率の光を各LED19,20,21,22から照射させるようになっている。
Lnb2/Lnb1<Lwb2/Lwb1 (4)
ここで、Lnb1は、狭帯域光観察時の光源部10のB1領域の光量、Lnb2は、狭帯域光観察時の光源部10のB2領域の光量、Lwb1は、白色光観察時の光源部10のB1領域の光量、Lwb2は、白色光観察時の光源部10のB2領域の光量である。
このように構成された本実施形態に係る観察装置1の作用について以下に説明する。
本実施形態に係る観察装置1を用いて観察を行うには、まず、挿入部2を体内に挿入し、挿入部2の先端を被観察部位に対向させる。挿入部2の先端を被観察部位に対向させた状態で、操作者が、モード切替部12によって観察モードを選択する。観察モードとして白色光観察または狭帯域光観察のいずれかが選択された場合には、選択された観察モードの情報が、演算部17に送られる。また、光量算出部16に記憶されている目標輝度値に対応する目標光量の初期値が演算部17に出力される。
演算部17においては、モード切替部12から送られてきた観察モードに対応する各LED19,20,21,22の光量比率の情報と、光量算出部16からの目標光量とから、各LED19,20,21,22の光量が算出され、光源制御部18に送られる。光源制御部18においては、送られてきた光量に対応して各LED19,20,21,22に供給する電流値が算出され、各LED19,20,21,22が駆動される。
すなわち、観察モードとして白色光観察が選択された場合には、図4に示されるように、R−LED19、G−LED20およびB2−LED22が駆動される。R領域の光、G領域の光およびB2領域の光はダイクロイックミラー24およびミラー23を介して合成され、白色光となって光ファイバ5により挿入部2の先端まで導光されて、照明用レンズ6を介して患部に照射される。
このとき、R−LED19、G−LED20およびB2−LED22から発せられた光は、ハーフミラー26によってその一部が分岐され、各光量検出部27,28,29,30によって検出され、光源制御部18にフィードバックされることにより、安定した光量の光を照射することができる。また、G−LED20から射出された光の光量情報は、光量算出部16に送られる。
照明用レンズ6を介して患部に照射された照明光の一部は被写体において反射され対物レンズ7によって集光されて撮像素子8により撮影される。撮像素子8により取得された画像情報は、A/D変換器9によってA/D変換された後に装置本体3に送られる。
装置本体3においては、画像情報はホワイトバランス調整部13においてホワイトバランス調整された後に画像処理部14および輝度算出部15に送られる。画像情報が画像処理部14において画像処理されることにより観察画像が生成される。生成された観察画像はモニター4に送られて表示される。これにより、観察者はモニター4に表示された観察画像によって体内の観察対象部位を観察することができる。
一方、輝度算出部15は、送られてきた画像情報を処理して平均輝度値を算出し光量算出部16に送る。光量算出部16においては、記憶している目標輝度値と、輝度算出部15において算出された平均輝度値との比率が算出され、さらに、算出された比率がG光量検出部27から送られてきたG−LED20から射出されている実際の光量値に乗算されることにより、目標光量が算出される。
これらのステップが、所定のサンプリング周期で繰り返されることにより、光源部10から発せられる照明光の光量が自動調節されて、適正な白色光観察を行うことができる。
そして、本実施形態においては、撮像素子8に備えられたRのカラーフィルタが、R領域およびB1領域の光をB2領域の光より多く透過する波長特性を有しているが、照射されるB領域の光は、B2領域に限られているので、図5に示されるように撮像素子8のR画素がB領域の光を信号として感知せず、白色光観察時における色再現性を向上することができる。
すなわち、条件式(1)が0.1より大きいと、白色光観察時に、R画素がB領域に感度を持ってしまうため、色再現性が低下する。本実施形態によれば、条件式(1)を満たすことにより、白色光観察時における色再現性を向上することができるという利点がある。
一方、狭帯域光観察時には、図6に示されるように、G−LED20およびB1−LED21が駆動される。この場合において、撮像素子8に備えられたRのカラーフィルタが、B1領域の光をB2領域の光より多く透過する波長特性を有しているので、図7に示されるように、照射されるB1領域の光が、撮像素子8のB画素のみならずR画素においても感知され、表層血管の情報をより多く取得することができかつ、白色光観察時にB画素がB領域に高い感度を持つことができるという利点がある。
条件式(2)が0.5より小さいもしくは2より大きいと、狭帯域光観察時にR画素とB画素の信号に差が出てしまい、出た差を調整するために画素値にゲインをかける必要が生じるため、結果として、ノイズ等で画像が劣化してしまう。本実施形態によれば、条件式(2)を満たすことにより、ノイズによる画像の劣化を低減することができるという利点がある。
さらに、条件式(3)が3より小さいと、白色光観察時の色再現と狭帯域光観察時の解像の両立が難しくなるが、本実施形態においては、条件式(3)が3以上であることから、両者を容易に両立させることができる。
条件式(4)に示されるように、白色光観察時および狭帯域光観察時におけるB1領域とB2領域の光源部10の光量の比の大小関係が成立することにより、白色光観察時は狭帯域光観察時よりR画素のB領域成分を減らすことができ、色再現を良好にすることができる。また、狭帯域光観察時には白色光観察時よりR画素のB領域成分を増やすことができ、解像感を良好にすることができるという利点がある。
次に、本発明の第2の実施形態に係る観察装置31について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態の説明において、上述した第1の実施形態に係る観察装置1と構成を共通とする箇所には同一符号を付して説明を省略する。
本実施形態に係る観察装置31は、図8に示されるように、光源部32が複数のLED19,20,21,22に代えてランプ33、フィルタ切替部34および光量調節部35を有している点において第1の実施形態に係る観察装置1と相違している。
ランプ33は、図9に示されるようなブロードな波長帯域の光を射出する、例えばキセノンランプである。フィルタ切替部34は、白色光観察用のフィルタと狭帯域光観察用のフィルタとを切替可能に備えている。白色光観察用のフィルタは、R領域、G領域およびB2領域の光のみを透過可能な波長特性を有している。また、狭帯域光観察用のフィルタは、図10に示されるように、G領域およびB1領域の光のみを透過可能な波長特性を有している。
光量調節部35は、例えば、可変絞りである。モード切替部12において選択された観察モードの情報はフィルタ切替部34に送られて、各観察モードに適したフィルタが択一的にランプ33からの光路上に挿入されるようになっている。光源制御部18からは、ランプ33および光量調節部35に信号が送られるようになっている。ランプ33への通電量を調節することにより、ランプ33から発せられる光の光量を大まかに調節するとともに、光量調節部35の開度を調節することによって、光ファイバ5に向けて射出される光の光量を微調整することができるようになっている。
本実施形態においては、演算部17から光源制御部18に送られる光量指令値および光量調節部35の調節情報(例えば、可変絞りの開度情報)を光量算出部16にフィードバックして目標光量を算出している。
このように構成された本実施形態に係る観察装置31によれば、モード切替部12において観察モードが選択されると、該観察モードに応じたフィルタがフィルタ切替部34において選択されて、ランプ33からの光軸上に配置される。そして、演算部17において光源制御部18に対する光量指令値および光量調節部35の調節情報が算出されると、該光量指令値および調節情報に応じてランプ33および光量調節部35が光源制御部18によって制御される。
この場合において、白色光観察が選択された場合には、R領域、G領域およびB2領域の光のみを透過可能な波長特性を有するフィルタが選択されるので、撮像素子8に備えられたRのカラーフィルタが、R領域およびB1領域の光を透過する波長特性を有していても、照射されるB領域の光は、B2領域に限られているために、撮像素子8のR画素がランプ33から射出されたB領域の光を感知することはなく、白色光観察時における色再現性を向上することができる。
一方、狭帯域光観察時には、図10に示されるように、G領域およびB1領域のみを透過可能なフィルタが選択される。この場合においても、撮像素子8に備えられたRのカラーフィルタが、R領域およびB1領域の光を透過する波長特性を有しているので、照射されるB1領域の光が、撮像素子8のB画素のみならずR画素においても感知され、ベイヤ配列内の少ないB画素のみによって感知していた場合と比較して、表層血管の情報をより多く取得することができるという利点がある。
なお、上記各実施形態においては、撮像素子8に備えられたRのカラーフィルタが、B2領域の光を遮断することとして説明したが、完全に遮断する場合のみに限定するものではなく、B1領域の光との比較において十分に低くする場合もこの発明の範囲に含まれる。
本実施形態においては、撮像素子8のカラーフィルタがベイヤ配列されているものを例示したが、これに限定されるものではなく、他の任意のフィルタ配列のものを採用してもよい。
1,31 観察装置
8 撮像素子
10,32 光源部
19 R−LED(固体照明素子)
20 G−LED(固体照明素子)
21 B1−LED(固体照明素子)
22 B2−LED(固体照明素子)

Claims (6)

  1. 波長390nmから490nmのB領域の照明光の光量を、第1のB領域および該第1のB領域よりも長波長の第2のB領域ごとに調整可能な光源部と、
    該光源部から射出された照明光の被写体における反射光を撮影する撮像素子とを備え、
    前記光源部が、白色光観察時と狭帯域光観察時とで、前記第1のB領域の光量と前記第2のB領域の光量との比率を変化させ、かつ、条件式(4)を満足し、
    前記撮像素子が、RGBのカラーフィルタを画素ごとに配列してなるとともに、Rのカラーフィルタが、R領域および前記第1のB領域の光を前記第2のB領域の光よりも多く透過し、条件式(1),(2)を満足する分光特性を有する観察装置。
    0<Srb2/Srr≦0.1 (1)
    0.5≦Sbb1/Srb1≦2 (2)
    Lnb2/Lnb1<Lwb2/Lwb1 (4)
    ここで、
    Srrは、R画素のR領域での感度、
    Srb1は、R画素の前記第1のB領域での感度、
    Srb2は、R画素の前記第2のB領域での感度、
    Sbb1は、B画素の前記第1のB領域での感度
    Lnb1は、狭帯域光観察時の前記光源部の前記第1のB領域の光量、
    Lnb2は、狭帯域光観察時の前記光源部の前記第2のB領域の光量、
    Lwb1は、白色光観察時の前記光源部の前記第1のB領域の光量、
    Lwb2は、白色光観察時の前記光源部の前記第2のB領域の光量
    である。
  2. 前記撮像素子が、条件式(3)を満足する請求項1に記載の観察装置。
    Srb1/Srb2≧3 (3)
  3. 前記第1のB領域が、390nm以上440nmより小さい波長範囲であり、
    前記第2のB領域が、440nm以上490nmより小さい波長範囲である請求項1に記載の観察装置。
  4. 前記カラーフィルタがベイヤ配列されている請求項1に記載の観察装置。
  5. 前記光源部が、前記第1のB領域にピークを有する少なくとも1つの固体照明素子と、前記第2のB領域のピークを有する少なくとも1つの固体照明素子とを備える請求項1に記載の観察装置。
  6. 前記光源部が、波長580nmから650nmにピークを有する固体照明素子を有する請求項1に記載の観察装置。
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