JP6120770B2 - 分光画像取得装置 - Google Patents
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Description
本発明は、例えば、内視鏡、顕微鏡や監視カメラ等の観察装置において所望の波長による被写体画像を取得する分光画像取得装置に関する。
近年、内視鏡等の観察装置を用いた観察においては、観察用途に応じて特定波長による分光画像を取得し、取得した分光画像を表示装置上に表示して観察する手法が用いられてきている。
例えば、がんなど微細病変の早期発見や術前の病変範囲の精密診断などのために、通常光観察とは異なる光の波長制御を行うことで、組織の特定の構造を強調して表示させて行う、いわゆる「特殊光観察」が広く行なわれている。
例えば、がんなど微細病変の早期発見や術前の病変範囲の精密診断などのために、通常光観察とは異なる光の波長制御を行うことで、組織の特定の構造を強調して表示させて行う、いわゆる「特殊光観察」が広く行なわれている。
特殊光観察としては、例えば、血液中のヘモグロビンに吸収されやすい４００ｎｍ程度の光の狭帯域光画像を取得することで粘膜表層の毛細血管を強調表示させる、あるいはヘモグロビンに吸収されやすい５５０ｎｍ程度の光の狭帯域光画像を取得することで組織の中層領域の血管を強調表示させて行う、狭帯域光観察（ＮＢＩ）や、インドシアニングリーン（ＩＣＧ）等の蛍光物質を静脈注射し８００ｎｍ程度の近赤外励起光を照射した際に発生する８５０ｎｍ程度の近赤外蛍光画像を取得することで深部血管を観察する、近赤外蛍光観察等がある。
従来、分光画像を取得するための光学素子としては、例えば、特許文献１に記載のエタロン型の分光素子が知られている。
エタロン型の分光素子は、光透過物質からなる一対の基板上に反射膜を備えた分光透過率可変素子であり、反射膜を設けた基板の間隔に応じて特定の波長の光を透過させることができる。
エタロン型の分光素子は、光透過物質からなる一対の基板上に反射膜を備えた分光透過率可変素子であり、反射膜を設けた基板の間隔に応じて特定の波長の光を透過させることができる。
しかし、エタロン型の分光素子は、その特性上、所望波長の光を透過させるときに、基板や反射膜での散乱や回折等によって、所望波長以外の光も僅かながらも所定量（例えば、１％程度）透過させてしまう。このため、撮像系にエタロン型の分光素子を組み込んだ、従来の分光画像取得装置においては、所望波長以外の漏れ光を含んで画像を取得してしまい、漏れ光が分光画像におけるノイズとなるため、分光画像のＳ／Ｎが低下して観察に悪影響を及ぼすという問題があった。
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであり、漏れ光の影響を極力低減し高Ｓ／Ｎで所望の波長の分光画像を取得可能な分光画像取得装置を提供することを目的としている。
上記目的を達成するため、本発明による分光画像取得装置は、被写体からの光の光路上に対向配置された一対の光学基板を有し、前記一対の光学基板同士の面間隔及び角度の少なくともいずれかを変えることにより分光特性が可変となる可変分光素子と、前記被写体からの光を構成する波長帯域内において前記可変分光素子が透過させる光の波長を設定するための透過波長設定部と、前記透過波長設定部を介して設定された波長の近傍に透過ピークが存在するような分光特性に前記可変分光素子を制御する第１の制御と、前記被写体からの光を構成する波長帯域内に透過ピークを存在させず、前記第１の制御をしたときに前記可変分光素子を透過する、設定された所望波長以外の波長の光と略同じ波長帯域にわたる略同量の光が、前記可変分光素子を透過する分光特性に前記可変分光素子を制御する第２の制御とを、前記一対の光学基板同士の面間隔又は角度を変化させることにより切替える可変分光素子制御部と、前記可変分光素子を透過した光による画像を取得する画像取得部と、前記可変分光素子制御部が第１の制御を行なっているときに前記画像取得部が取得した、前記可変分光素子を透過する、設定された所望波長の光による成分と所望波長以外の波長の光による成分とを含んでなる第１の画像と、前記可変分光素子制御部が第２の制御を行なっているときに前記画像取得部が取得した、前記可変分光素子を透過する、前記第１の画像における所望波長以外の波長の光と略同様の成分を略同量含んでなる第２の画像との差分を取得する画像補正処理部と、を備えたことを特徴としている。
また、本発明の分光画像取得装置においては、前記可変分光素子制御部は、前記第２の制御において、前記一対の光学基板同士の角度を、前記被写体からの光の波長帯域内での前記可変分光素子の透過ピークが消失する、非平行な所定の角度に傾けるのが好ましい。
また、本発明の分光画像取得装置においては、前記可変分光素子制御部は、前記第２の制御において、前記一対の光学基板同士の面間隔を、前記被写体からの光の波長帯域内での前記可変分光素子の透過ピークが消失する、所定の距離に広げるのが好ましい。
また、本発明の分光画像取得装置においては、前記可変分光素子制御部は、前記第２の制御において、前記一対の光学基板同士の面間隔及び角度を、前記被写体からの光の波長帯域を外れた所定の波長域に前記可変分光素子の透過ピークがシフトする、所定の距離及び角度に制御するのが好ましい。
また、本発明の分光画像取得装置においては、本発明の分光画像取得装置においては、前記第２の画像を取得後に前記画像取得部が最初に取得した前記第１の画像を基準画像とし、前記基準画像中の前記被写体に対する、前記基準画像を取得後に前記画像取得部が取得した前記第１の画像中の前記被写体の位置ずれ量を検出する画像ずれ量検出部を有し、前記可変分光素子制御部は、前記画像ずれ量検出部が検出した前記被写体の位置ずれ量が所定の閾値を超えたときに、前記第１の制御を前記第２の制御に切替え、前記画像取得部が前記第２の画像を取得後に、前記第２の制御を前記第１の制御に切替えるのが好ましい。
また、本発明の分光画像取得装置においては、前記可変分光素子制御部は、前記画像取得部が前記第１の画像と前記第２の画像とを交互に取得することができるタイミングで、前記第１の制御と前記第２の制御とを切替えるのが好ましい。
また、本発明の分光画像取得装置においては、前記画像取得部による前記第１の画像と前記第２の画像の取得タイミングを設定するための第２画像取得タイミング設定部を有し、前記可変分光素子制御部は、前記第２画像取得タイミング設定部を介して設定されたタイミングに同期して、前記第１の制御と前記第２の制御とを切替えるのが好ましい。
本発明によれば、漏れ光の影響を極力低減し高Ｓ／Ｎで所望の波長の分光画像を取得可能な分光画像取得装置が得られる。
実施形態の説明に先立ち、本発明の作用効果について説明する。
本発明の分光画像取得装置は、被写体からの光の光路上に対向配置された一対の光学基板を有し、前記一対の光学基板同士の面間隔及び角度の少なくともいずれかを変えることにより分光特性が可変となる可変分光素子と、前記被写体からの光を構成する波長帯域内において前記可変分光素子が透過させる光の波長を設定するための透過波長設定部と、前記透過波長設定部を介して設定された波長の近傍に透過ピークが存在するような分光特性に前記可変分光素子を制御する第１の制御と、前記被写体からの光を構成する波長帯域内に透過ピークを存在させず、前記第１の制御をしたときに前記可変分光素子を透過する、設定された所望波長以外の波長の光と略同じ波長帯域にわたる略同量の光が、前記可変分光素子を透過する分光特性に前記可変分光素子を制御する第２の制御とを、前記一対の光学基板同士の面間隔又は角度を変化させることにより切替える可変分光素子制御部と、前記可変分光素子を透過した光による画像を取得する画像取得部と、前記可変分光素子制御部が第１の制御を行なっているときに前記画像取得部が取得した、前記可変分光素子を透過する、設定された所望波長の光による成分と所望波長以外の波長の光による成分とを含んでなる第１の画像と、前記可変分光素子制御部が第２の制御を行なっているときに前記画像取得部が取得した、前記可変分光素子を透過する、前記第１の画像における所望波長以外の波長の光と略同様の成分を略同量含んでなる第２の画像との差分を取得する画像補正処理部と、を備えている。
本発明の分光画像取得装置は、被写体からの光の光路上に対向配置された一対の光学基板を有し、前記一対の光学基板同士の面間隔及び角度の少なくともいずれかを変えることにより分光特性が可変となる可変分光素子と、前記被写体からの光を構成する波長帯域内において前記可変分光素子が透過させる光の波長を設定するための透過波長設定部と、前記透過波長設定部を介して設定された波長の近傍に透過ピークが存在するような分光特性に前記可変分光素子を制御する第１の制御と、前記被写体からの光を構成する波長帯域内に透過ピークを存在させず、前記第１の制御をしたときに前記可変分光素子を透過する、設定された所望波長以外の波長の光と略同じ波長帯域にわたる略同量の光が、前記可変分光素子を透過する分光特性に前記可変分光素子を制御する第２の制御とを、前記一対の光学基板同士の面間隔又は角度を変化させることにより切替える可変分光素子制御部と、前記可変分光素子を透過した光による画像を取得する画像取得部と、前記可変分光素子制御部が第１の制御を行なっているときに前記画像取得部が取得した、前記可変分光素子を透過する、設定された所望波長の光による成分と所望波長以外の波長の光による成分とを含んでなる第１の画像と、前記可変分光素子制御部が第２の制御を行なっているときに前記画像取得部が取得した、前記可変分光素子を透過する、前記第１の画像における所望波長以外の波長の光と略同様の成分を略同量含んでなる第２の画像との差分を取得する画像補正処理部と、を備えている。
上述のように、エタロン型の分光素子は、所望の波長の光を透過させるときに、所望波長以外の光も僅かながらも所定量（例えば、１％程度）透過させてしまう。
しかるに、本件出願人は、エタロン型の分光素子を構成する一対の光学基板同士の面間隔及び角度と、漏れ光との関係について、調査、分析を行った。その結果、一対の光学基板同士の面間隔及び角度を、透過ピークを存在させない距離及び角度にしたときと、所定の透過ピークを存在させた距離及び角度にしたときとで、略同じ波長帯域にわたって略同量の漏れ光が生じることが判明した。
そこで、本件出願人は、可変分光素子制御部が、透過波長設定部を介して設定された波長の近傍に透過ピークが存在するような分光特性に前記可変分光素子を制御する第１の制御と、被写体からの光を構成する波長帯域内に透過ピークを存在させず、前記第１の制御をしたときに前記可変分光素子を透過する、設定された所望波長以外の波長の光と略同じ波長帯域にわたる略同量の光が、前記可変分光素子を透過する分光特性に前記可変分光素子を制御する第２の制御とを切替え、画像補正処理部が、可変分光素子制御部が第１の制御を行なっているときに画像取得部が取得した、前記可変分光素子を透過する、設定された所望波長の光による成分と所望波長以外の波長の光による成分とを含んでなる第１の画像と、可変分光素子制御部が第２の制御を行なっているときに画像取得部が取得した、前記可変分光素子を透過する、前記第１の画像における所望波長以外の波長の光と略同様の成分を略同量含んでなる第２の画像との差分を取得するようにすることで、分光画像を補正する本発明を着想するに至った。
本発明の分光画像取得装置及び分光画像取得方法によれば、漏れ光の影響を極力低減し高Ｓ／Ｎで所望の波長の分光画像を取得できる。
しかるに、本件出願人は、エタロン型の分光素子を構成する一対の光学基板同士の面間隔及び角度と、漏れ光との関係について、調査、分析を行った。その結果、一対の光学基板同士の面間隔及び角度を、透過ピークを存在させない距離及び角度にしたときと、所定の透過ピークを存在させた距離及び角度にしたときとで、略同じ波長帯域にわたって略同量の漏れ光が生じることが判明した。
そこで、本件出願人は、可変分光素子制御部が、透過波長設定部を介して設定された波長の近傍に透過ピークが存在するような分光特性に前記可変分光素子を制御する第１の制御と、被写体からの光を構成する波長帯域内に透過ピークを存在させず、前記第１の制御をしたときに前記可変分光素子を透過する、設定された所望波長以外の波長の光と略同じ波長帯域にわたる略同量の光が、前記可変分光素子を透過する分光特性に前記可変分光素子を制御する第２の制御とを切替え、画像補正処理部が、可変分光素子制御部が第１の制御を行なっているときに画像取得部が取得した、前記可変分光素子を透過する、設定された所望波長の光による成分と所望波長以外の波長の光による成分とを含んでなる第１の画像と、可変分光素子制御部が第２の制御を行なっているときに画像取得部が取得した、前記可変分光素子を透過する、前記第１の画像における所望波長以外の波長の光と略同様の成分を略同量含んでなる第２の画像との差分を取得するようにすることで、分光画像を補正する本発明を着想するに至った。
本発明の分光画像取得装置及び分光画像取得方法によれば、漏れ光の影響を極力低減し高Ｓ／Ｎで所望の波長の分光画像を取得できる。
図１は本発明の一実施形態にかかる分光画像取得装置の全体構成を概略的に示すブロック図である。
図１の分光画像取得装置は、可変分光素子１と、透過波長設定部２と、可変分光素子制御部３と、画像取得部４と、画像補正処理部５を有している。なお、図１中、１０は生体組織等の被写体である。
図１の分光画像取得装置は、可変分光素子１と、透過波長設定部２と、可変分光素子制御部３と、画像取得部４と、画像補正処理部５を有している。なお、図１中、１０は生体組織等の被写体である。
可変分光素子１は、被写体１０からの光の光路上に対向配置された一対の光学基板を有し、一対の光学基板同士の面間隔及び角度の少なくともいずれかを変えることにより分光特性が可変となる、エタロン型の可変分光素子として構成されている。
透過波長設定部２は、被写体１０からの光を構成する波長帯域内において可変分光素子１が透過させる光の波長を、操作者が例えば画面入力等により設定することができるように構成されている。
透過波長設定部２は、被写体１０からの光を構成する波長帯域内において可変分光素子１が透過させる光の波長を、操作者が例えば画面入力等により設定することができるように構成されている。
可変分光素子制御部３は、透過波長設定部２を介して設定された波長の近傍に透過ピークが存在するような分光特性に可変分光素子１を制御する第１の制御と、被写体１０からの光を構成する波長帯域内に透過ピークを存在させない分光特性に可変分光素子１を制御する第２の制御とを、一対の光学基板同士の面間隔又は角度を変化させることにより切替えるように構成されている。
詳しくは、第１の制御において、可変分光素子制御部３は、可変分光素子１の分光特性が透過波長設定部２を介して設定された波長の近傍に透過ピークが存在するような分光特性となるように、一対の光学基板同士の角度を平行に保持した状態で面間隔を制御する。
また、第２の制御において、可変分光素子制御部３は、可変分光素子１の分光特性が被写体１０からの光を構成する波長帯域内に透過ピークを存在させない分光特性となるように、一対の光学基板同士の面間隔及び角度の少なくともいずれかを制御する。
詳しくは、第１の制御において、可変分光素子制御部３は、可変分光素子１の分光特性が透過波長設定部２を介して設定された波長の近傍に透過ピークが存在するような分光特性となるように、一対の光学基板同士の角度を平行に保持した状態で面間隔を制御する。
また、第２の制御において、可変分光素子制御部３は、可変分光素子１の分光特性が被写体１０からの光を構成する波長帯域内に透過ピークを存在させない分光特性となるように、一対の光学基板同士の面間隔及び角度の少なくともいずれかを制御する。
画像取得部４は、例えば、ＣＣＤやＣＭＯＳなどの固体撮像素子を有し、可変分光素子１を透過した光による画像を取得するように構成されている。
画像補正処理部５は、可変分光素子制御部３が第１の制御を行なっているときに画像取得部４が取得した第１の画像と、可変分光素子制御部３が第２の制御を行なっているときに画像取得部４が取得した第２の画像との差分を取得する。
このように構成された図１の分光画像取得装置を用いて所望波長の光による被写体画像の取得を行う場合を説明する。操作者は透過波長設定部２を介して可変分光素子１による透過を所望する光の波長を設定しておく。透過波長設定部２を介して設定された波長情報は、可変分光素子制御部３に送信される。
可変分光素子制御部３は、可変分光素子１の分光特性が透過波長設定部２を介して設定された波長の近傍に透過ピークが存在するような分光特性となるように、一対の光学基板同士の角度を平行に保持した状態で面間隔を制御する第１の制御と、可変分光素子１の分光特性が被写体１０からの光を構成する波長帯域内に透過ピークを存在させない分光特性となるように、一対の光学基板同士の面間隔及び角度の少なくともいずれかを制御する第２の制御とを、所定のタイミングで切替えて行う。
可変分光素子制御部３は、可変分光素子１の分光特性が透過波長設定部２を介して設定された波長の近傍に透過ピークが存在するような分光特性となるように、一対の光学基板同士の角度を平行に保持した状態で面間隔を制御する第１の制御と、可変分光素子１の分光特性が被写体１０からの光を構成する波長帯域内に透過ピークを存在させない分光特性となるように、一対の光学基板同士の面間隔及び角度の少なくともいずれかを制御する第２の制御とを、所定のタイミングで切替えて行う。
被写体１０からの光は、可変分光素子１に入射する。
ここで、可変分光素子制御部３が第１の制御を行っているときには、可変分光素子１は、透過波長設定部２を介して設定された波長の近傍に透過ピークが存在するような分光特性となるように、一対の光学基板同士の角度を平行に保持した状態で面間隔が所定の距離に保持されている。この状態の可変分光素子１からは、透過波長設定部２を介して設定された波長の光が透過するとともに、それ以外の波長の漏れ光が透過する。
また、可変分光素子制御部３が第２の制御を行っているときには、可変分光素子１は、被写体１０からの光を構成する波長帯域内に透過ピークを存在させない分光特性となるように、一対の光学基板同士の面間隔及び角度が保持されている。この状態の可変分光素子１からは、可変分光素子制御部３が第１の制御を行っているときと略同様の漏れ光が略同量透過する。
ここで、可変分光素子制御部３が第１の制御を行っているときには、可変分光素子１は、透過波長設定部２を介して設定された波長の近傍に透過ピークが存在するような分光特性となるように、一対の光学基板同士の角度を平行に保持した状態で面間隔が所定の距離に保持されている。この状態の可変分光素子１からは、透過波長設定部２を介して設定された波長の光が透過するとともに、それ以外の波長の漏れ光が透過する。
また、可変分光素子制御部３が第２の制御を行っているときには、可変分光素子１は、被写体１０からの光を構成する波長帯域内に透過ピークを存在させない分光特性となるように、一対の光学基板同士の面間隔及び角度が保持されている。この状態の可変分光素子１からは、可変分光素子制御部３が第１の制御を行っているときと略同様の漏れ光が略同量透過する。
可変分光素子１を透過した光は、画像取得部４に入射する。画像取得部４は、被写体画像を取得する。
なお、可変分光素子制御部３が第１の制御を行なっているときに画像取得部４が取得した画像を第１の画像（分光画像）、可変分光素子制御部３が第２の制御を行なっているときに画像取得部４が取得した画像を第２の画像（参照画像）と呼ぶこととする。
第１の画像には、透過波長設定部２を介して設定された所望波長の光による成分と、それ以外の波長の漏れ光による成分が含まれている。また、第２の画像には、第１の画像における漏れ光と略同様の成分が略同量含まれている。
画像補正処理部５は、第１の画像と第２の画像との差分を取得する。取得した差分画像には、漏れ光の成分が略除去される。
なお、可変分光素子制御部３が第１の制御を行なっているときに画像取得部４が取得した画像を第１の画像（分光画像）、可変分光素子制御部３が第２の制御を行なっているときに画像取得部４が取得した画像を第２の画像（参照画像）と呼ぶこととする。
第１の画像には、透過波長設定部２を介して設定された所望波長の光による成分と、それ以外の波長の漏れ光による成分が含まれている。また、第２の画像には、第１の画像における漏れ光と略同様の成分が略同量含まれている。
画像補正処理部５は、第１の画像と第２の画像との差分を取得する。取得した差分画像には、漏れ光の成分が略除去される。
このため、図１の分光画像取得装置によれば、漏れ光の影響を極力低減し高Ｓ／Ｎで所望の波長の分光画像を取得できる。
なお、図１の分光画像取得装置においては、可変分光素子制御部３は、第２の制御において、一対の光学基板同士の角度を、被写体１０からの光の波長帯域内での可変分光素子１の透過ピークが消失する、非平行な所定の角度に傾けるのが好ましい。
あるいは、図１の分光画像取得装置においては、可変分光素子制御部３は、第２の制御において、一対の光学基板同士の面間隔を、被写体１０からの光の波長帯域内での可変分光素子１の透過ピークが消失する、所定の距離に広げてもよい。
あるいは、図１の分光画像取得装置においては、可変分光素子制御部３は、第２の制御において、一対の光学基板同士の面間隔及び角度を、被写体１０からの光の波長帯域を外れた所定の波長域に可変分光素子１の透過ピークがシフトする、所定の距離及び角度に制御してもよい。
あるいは、図１の分光画像取得装置においては、可変分光素子制御部３は、第２の制御において、一対の光学基板同士の面間隔を、被写体１０からの光の波長帯域内での可変分光素子１の透過ピークが消失する、所定の距離に広げてもよい。
あるいは、図１の分光画像取得装置においては、可変分光素子制御部３は、第２の制御において、一対の光学基板同士の面間隔及び角度を、被写体１０からの光の波長帯域を外れた所定の波長域に可変分光素子１の透過ピークがシフトする、所定の距離及び角度に制御してもよい。
また、図１の分光画像取得装置においては、さらに、第２の画像を取得後に画像取得部４が最初に取得した第１の画像を基準画像とし、基準画像中の被写体１０に対する、基準画像を取得後に画像取得部４が取得した第１の画像中の被写体１０の位置ずれ量を検出する画像ずれ量検出部６を有し、可変分光素子制御部３は、画像ずれ量検出部が検出した被写体１０の位置ずれ量が所定の閾値を超えたときに、第１の制御を第２の制御に切替え、画像取得部４が第２の画像を取得後に、第２の制御を第１の制御に切替えるようにするのが好ましい。
例えば、内視鏡を用いた特殊光観察においては、通常、１秒間に数十枚の画像を撮像する。ここで、被写体１０の動きが遅い場合、複数枚の画像については、被写体１０の位置に変化がない。観察する被写体のフレームレートを高くするためには、被写体の位置に変化のない複数枚の画像中、第１の画像（分光画像）は極力枚数が多い方が望ましい一方、第２の画像（参照画像）は一枚で足りる。
例えば、内視鏡を用いた特殊光観察においては、通常、１秒間に数十枚の画像を撮像する。ここで、被写体１０の動きが遅い場合、複数枚の画像については、被写体１０の位置に変化がない。観察する被写体のフレームレートを高くするためには、被写体の位置に変化のない複数枚の画像中、第１の画像（分光画像）は極力枚数が多い方が望ましい一方、第２の画像（参照画像）は一枚で足りる。
そこで、上述のように、画像ずれ量検出部６を設け、可変分光素子制御部３は、画像ずれ量検出部６が検出した被写体１０の位置ずれ量が所定の閾値を超えたときに、第１の制御を第２の制御に切替え、画像取得部４が第２の画像を取得後に、第２の制御を第１の制御に切替えるようにする。
このようにすれば、高フレームレート、高効率で、高Ｓ／Ｎで所望の波長の分光画像が得られる。
このようにすれば、高フレームレート、高効率で、高Ｓ／Ｎで所望の波長の分光画像が得られる。
なお、図１の分光画像取得装置においては、可変分光素子制御部３が、画像取得部４が第１の画像と第２の画像とを交互に取得することができるタイミングで、第１の制御と第２の制御とを切替えるようにしてもよい。
このようにすれば、動きの速い被写体１０に対しても、確実に高Ｓ／Ｎで所望の波長の分光画像が得られる。
このようにすれば、動きの速い被写体１０に対しても、確実に高Ｓ／Ｎで所望の波長の分光画像が得られる。
また、図１の分光画像取得装置においては、画像取得部４による第１の画像と第２の画像の取得タイミングを操作者が設定するための第２画像取得タイミング設定部７を有し、可変分光素子制御部３が、第２画像取得タイミング設定部７を介して設定されたタイミングに同期して、第１の制御と第２の制御とを切替えるようにしてもよい。
このようにすれば、多様な観察用途に対応して、効率良く、高Ｓ／Ｎで所望の波長の分光画像が得られる。
このようにすれば、多様な観察用途に対応して、効率良く、高Ｓ／Ｎで所望の波長の分光画像が得られる。
次に、本発明の分光画像取得装置の実施例を説明する。なお、便宜上、以下の実施例は、内視鏡装置に用いた構成において説明するものとする。
図２は本発明の各実施例の分光画像取得装置を用いた内視鏡装置における共通の構成を示すブロック図である。
図２は本発明の各実施例の分光画像取得装置を用いた内視鏡装置における共通の構成を示すブロック図である。
図２の内視鏡装置は、光源部１１と、入力部１２と、可変分光素子制御部１３と、撮像部１４と、画像処理部１５と、表示部１６を有している。なお、図２中、１０は被写体としての生体組織である。
光源部１１は、例えば、光源１１ａ１やライトガイド１１ａ２等を備え、被写体１０に対し、例えば、可視波長帯域、近赤外励起波長帯域等、観察用途に応じた所定波長帯域の光を照射するように構成されている。なお、以下の実施例では、便宜上、所定の可視波長帯域の光を照射するものとする。
入力部１２は、例えば、内視鏡本体と接続するパーソナルコンピュータのディスプレイ装置に表示・入力可能な入力画面等で構成されており、図１の分光画像取得装置における透過波長設定部２に相当する機能を備えている。
可変分光素子制御部１３は、図１の分光画像取得装置における可変分光素子制御部３と同様に構成されている。
撮像部１４は、レンズ１４ａと、可変分光素子１４ｂと、撮像素子１４ｃを備えている。
撮像部１４は、レンズ１４ａと、可変分光素子１４ｂと、撮像素子１４ｃを備えている。
レンズ１４ａは、被写体１０からの光を撮像素子１４ｃの撮像面に結像する。
撮像素子１４ｃは、例えば、ＣＣＤやＣＭＯＳなどで構成され、可変分光素子１４ｂを透過した光による画像を撮像する。
撮像素子１４ｃは、例えば、ＣＣＤやＣＭＯＳなどで構成され、可変分光素子１４ｂを透過した光による画像を撮像する。
可変分光素子１４ｂは、被写体１０からの光路上に配置されている。そして、可変分光素子１４ｂは、図１の分光画像取得装置における可変分光素子１に相当し、一対の表面に反射膜として誘電体多層膜が設けられた一対の光学基板１４ｂ１，１４ｂ２を有し、一対の光学基板１４ｂ１，１４ｂ２同士の面間隔または角度を、可変分光素子制御部１３を介して変更することにより分光特性が可変となる、エタロン型の可変分光素子として構成されている。
なお、エタロン型の可変分光素子とは、光の干渉を利用する分光素子であり、対向するように配置された一対のミラー面の間隔を変化させることによって、透過又は反射し得る光の波長を変化させることができる分光素子である。
なお、エタロン型の可変分光素子とは、光の干渉を利用する分光素子であり、対向するように配置された一対のミラー面の間隔を変化させることによって、透過又は反射し得る光の波長を変化させることができる分光素子である。
画像処理部１５は、内視鏡本体と接続するパーソナルコンピュータの中央処理演算部及び記憶領域とソフトウェアとで構成されており、画像生成部１５ａと、分光画像メモリ１５ｂと、参照画像メモリ１５ｃと、画像演算部１５ｄを備えている。
画像生成部１５ａは、撮像素子１４ｃが撮像した画像信号に対して所定の画像変換処理を行い、画像を生成する。
そして、図２の分光画像取得装置では、撮像素子１４ｃ及び画像生成部１５ａが、図１の分光画像取得装置における画像取得部４に相当する。
画像生成部１５ａは、撮像素子１４ｃが撮像した画像信号に対して所定の画像変換処理を行い、画像を生成する。
そして、図２の分光画像取得装置では、撮像素子１４ｃ及び画像生成部１５ａが、図１の分光画像取得装置における画像取得部４に相当する。
分光画像メモリ１５ｂは、可変分光素子制御部１３が第１の制御を行っているときに、撮像素子１４ｃ及び画像生成部１５ａが取得した第１の画像（分光画像）を記憶する記憶領域である。参照画像メモリ１５ｃは、可変分光素子制御部１３が第２の制御を行っているときに、撮像素子１４ｃ及び画像生成部１５ａが取得した第２の画像（参照画像）を記憶する記憶領域である。
画像演算部１５ｄは、図１の分光画像取得装置における画像補正処理部５に相当し、分光画像メモリ１５ｂに記憶されている所定の第１の画像と、参照画像メモリ１５ｃに記憶されている所定の第２の画像との差分を演算する。
画像演算部１５ｄは、図１の分光画像取得装置における画像補正処理部５に相当し、分光画像メモリ１５ｂに記憶されている所定の第１の画像と、参照画像メモリ１５ｃに記憶されている所定の第２の画像との差分を演算する。
表示部１６は、例えば、パーソナルコンピュータに接続されたディスプレイ装置で構成され、画像演算部１５ｄが演算処理した画像を表示する。
実施例１
図３は本発明の実施例１の分光画像取得装置を備えた内視鏡装置を用いた特殊光観察における光学特性の一例を示す説明図で、(a)は照明光のスペクトルを示すグラフ、(b)は第１の制御での可変分光素子を構成する一対の光学基板同士の面間隔及び角度を示す図、(c)は第１の制御での可変分光素子の分光透過率を示すグラフ、(d)は第２の制御での可変分光素子を構成する一対の光学基板同士の面間隔及び角度を示す図、(e)は第２の制御での可変分光素子の分光透過率を示すグラフ、(f)は画像補正処理部が補正処理後の分光画像のスペクトルを示すグラフである。
なお、上述したように、図２に示した基本構成は、以下の各実施例において共通である。
図３は本発明の実施例１の分光画像取得装置を備えた内視鏡装置を用いた特殊光観察における光学特性の一例を示す説明図で、(a)は照明光のスペクトルを示すグラフ、(b)は第１の制御での可変分光素子を構成する一対の光学基板同士の面間隔及び角度を示す図、(c)は第１の制御での可変分光素子の分光透過率を示すグラフ、(d)は第２の制御での可変分光素子を構成する一対の光学基板同士の面間隔及び角度を示す図、(e)は第２の制御での可変分光素子の分光透過率を示すグラフ、(f)は画像補正処理部が補正処理後の分光画像のスペクトルを示すグラフである。
なお、上述したように、図２に示した基本構成は、以下の各実施例において共通である。
実施例１の分光画像取得装置を用いた内視鏡装置では、図３(a)に示すように、光源部１１は、キセノン光源を有し、４００ｎｍ〜７００ｎｍの可視波長帯域の光を発する。
可変分光素子制御部１３は、第１の制御において、図３(b)、図３(c)に示すように、可変分光素子１４ｂが、生体組織１０で反射された４００ｎｍ〜７００ｎｍの可視波長帯域内における所定の狭帯域に例えば２０ｎｍ等所定の半値幅で透過ピークを持つ分光特性となるように、可変分光素子１４ｂにおける一対の光学基板１４ｂ１，１４ｂ２同士を平行に保持しながら所定の距離に制御する。撮像素子１４ｃは、可変分光素子制御部１３により第１の制御が行なわれている可変分光素子１４ｂを透過した光による画像を撮像する。画像生成部１５ａは、撮像素子１４ｃが撮像した信号に対して所定の画像変換処理を行い、第１の画像を生成する。
可変分光素子制御部１３は、第１の制御において、図３(b)、図３(c)に示すように、可変分光素子１４ｂが、生体組織１０で反射された４００ｎｍ〜７００ｎｍの可視波長帯域内における所定の狭帯域に例えば２０ｎｍ等所定の半値幅で透過ピークを持つ分光特性となるように、可変分光素子１４ｂにおける一対の光学基板１４ｂ１，１４ｂ２同士を平行に保持しながら所定の距離に制御する。撮像素子１４ｃは、可変分光素子制御部１３により第１の制御が行なわれている可変分光素子１４ｂを透過した光による画像を撮像する。画像生成部１５ａは、撮像素子１４ｃが撮像した信号に対して所定の画像変換処理を行い、第１の画像を生成する。
また、可変分光素子制御部１３は、第２の制御において、図３(d)、図３(e)に示すように、可変分光素子１４ｂが、被写体１０で反射された４００ｎｍ〜７００ｎｍの可視光の波長帯域内における透過ピークを消失させる分光特性となるように、可変分光素子１４ｂにおける一対の光学基板１４ｂ１，１４ｂ２同士が平行でない所定の角度に制御する。撮像素子１４ｃは、可変分光素子制御部１３により第２の制御が行なわれている可変分光素子１４ｂを透過した光による画像を撮像する。画像生成部１５ａは、撮像素子１４ｃが撮像した信号に対して所定の画像変換処理を行い、第２の画像を生成する。第２の制御では、漏れ光の成分のみの画像が取得される。なお、ここでは、可変分光素子制御部１３による第１の制御と第２の制御は、撮像素子１４ｃが１フレームの画像を撮像するごとに切替わるようになっている。
画像演算部１５ｄは、可変分光素子制御部１３により第１の制御が行われているときに撮像素子１４ｃ及び画像生成部１５ａが取得した第１の画像における各画素の階調値と、可変分光素子制御部１３により第１の制御が行われているときに撮像素子１４ｃ及び画像生成部１５ａが取得した第２の画像における各画素の階調値との差分を演算する。
第２の制御のときに得られた第２の画像における漏れ光の階調値は、第１の制御のときに得られた第１の画像における漏れ光の階調値と略同じである。このため、２つの画像の階調値の差分を取ると、第１の画像から漏れ光の階調値が除去される。
画像演算部１５ｄは、可変分光素子制御部１３により第１の制御が行われているときに撮像素子１４ｃ及び画像生成部１５ａが取得した第１の画像における各画素の階調値と、可変分光素子制御部１３により第１の制御が行われているときに撮像素子１４ｃ及び画像生成部１５ａが取得した第２の画像における各画素の階調値との差分を演算する。
第２の制御のときに得られた第２の画像における漏れ光の階調値は、第１の制御のときに得られた第１の画像における漏れ光の階調値と略同じである。このため、２つの画像の階調値の差分を取ると、第１の画像から漏れ光の階調値が除去される。
このため、実施例１の分光画像取得装置によれば、漏れ光の成分が除去された高Ｓ／Ｎな狭帯域光の分光画像を取得することができる。
なお、実施例１の分光画像取得装置における可変分光素子制御部１３による第２の制御での可変分光素子１４ｂ２に対して行う、生体組織１０で反射された４００ｎｍ〜７００ｎｍの可視波長帯域内における透過ピークを存在させない分光特性にするための制御は、図３の例に限定されるものではなく、例えば、次に図４〜図６を用いて説明する実施例１の変形例１〜３のような制御であってもよい。
変形例１
図４は実施例１の変形例１にかかる分光画像取得装置を備えた内視鏡装置を用いた特殊光観察における光学特性の一例を示す説明図で、(a)は照明光のスペクトルを示すグラフ、(b)は第１の制御での可変分光素子を構成する一対の光学基板同士の面間隔及び角度を示す図、(c)は第１の制御での可変分光素子の分光透過率を示すグラフ、(d)は第２の制御での可変分光素子を構成する一対の光学基板同士の面間隔及び角度を示す図、(e)は第２の制御での可変分光素子の分光透過率を示すグラフである。
図４は実施例１の変形例１にかかる分光画像取得装置を備えた内視鏡装置を用いた特殊光観察における光学特性の一例を示す説明図で、(a)は照明光のスペクトルを示すグラフ、(b)は第１の制御での可変分光素子を構成する一対の光学基板同士の面間隔及び角度を示す図、(c)は第１の制御での可変分光素子の分光透過率を示すグラフ、(d)は第２の制御での可変分光素子を構成する一対の光学基板同士の面間隔及び角度を示す図、(e)は第２の制御での可変分光素子の分光透過率を示すグラフである。
変形例１の分光画像取得装置では、可変分光素子制御部１３は、第２の制御において、一対の光学基板１４ｂ１，１４ｂ２同士の面間隔を、被写体１０で反射された４００ｎｍ〜７００ｎｍの可視光の波長帯域内において可変分光素子１４ｂの透過ピークが消失する、所定の距離（例えば、１０μｍ）に制御するように構成されている。
被写体１０からの光の波長帯域内において可変分光素子１４ｂの透過ピークを消失させるには、一対の光学基板１４ｂ１，１４ｂ２同士を平行に保持しながら、一対の光学基板１４ｂ１，１４ｂ２同士の面間隔を被写体１０からの光を構成する波長帯域（ここでは、４００ｎｍ〜７００ｎｍの可視波長帯域）でのコヒーレンス長（可干渉距離）よりも大きく離せばよい。被写体１０からの光は、様々な位相の光からなり、位相が揃ってなくコヒーレンス長が短い。そして、一対の光学基板１４ｂ１，１４ｂ２同士の面間隔を数μｍから数１０μｍ程度離すと、４００ｎｍ〜７００ｎｍの可視波長帯域の光が共振できなくなり、透過ピークが存在しなくなる。
このため、可変分光素子制御部１３による第２の制御を変形例１のようにしても、可変分光素子１４ｂに入射した光のうち、漏れ光以外の光を遮光することができる。これにより、撮像素子１４ｃ及び画像生成部１５ａが取得する第２の画像は、漏れ光の成分のみの画像となり、画像演算部１５ｄが、第１の画像と第２の画像とにおける各画素の階調値の差分を演算したときに、第１の画像から漏れ光の階調値が除去される。
その他の構成及び作用効果は、実施例１の分光画像取得装置と略同じである。
被写体１０からの光の波長帯域内において可変分光素子１４ｂの透過ピークを消失させるには、一対の光学基板１４ｂ１，１４ｂ２同士を平行に保持しながら、一対の光学基板１４ｂ１，１４ｂ２同士の面間隔を被写体１０からの光を構成する波長帯域（ここでは、４００ｎｍ〜７００ｎｍの可視波長帯域）でのコヒーレンス長（可干渉距離）よりも大きく離せばよい。被写体１０からの光は、様々な位相の光からなり、位相が揃ってなくコヒーレンス長が短い。そして、一対の光学基板１４ｂ１，１４ｂ２同士の面間隔を数μｍから数１０μｍ程度離すと、４００ｎｍ〜７００ｎｍの可視波長帯域の光が共振できなくなり、透過ピークが存在しなくなる。
このため、可変分光素子制御部１３による第２の制御を変形例１のようにしても、可変分光素子１４ｂに入射した光のうち、漏れ光以外の光を遮光することができる。これにより、撮像素子１４ｃ及び画像生成部１５ａが取得する第２の画像は、漏れ光の成分のみの画像となり、画像演算部１５ｄが、第１の画像と第２の画像とにおける各画素の階調値の差分を演算したときに、第１の画像から漏れ光の階調値が除去される。
その他の構成及び作用効果は、実施例１の分光画像取得装置と略同じである。
変形例２
図５は実施例１の変形例２にかかる分光画像取得装置を備えた内視鏡装置を用いた特殊光観察における光学特性の一例を示す説明図で、(a)は照明光のスペクトルを示すグラフ、(b)は第２の制御での可変分光素子を構成する一対の光学基板同士の面間隔及び角度を示す図、(c)は第２の制御での可変分光素子の分光透過率を示すグラフである。
図５は実施例１の変形例２にかかる分光画像取得装置を備えた内視鏡装置を用いた特殊光観察における光学特性の一例を示す説明図で、(a)は照明光のスペクトルを示すグラフ、(b)は第２の制御での可変分光素子を構成する一対の光学基板同士の面間隔及び角度を示す図、(c)は第２の制御での可変分光素子の分光透過率を示すグラフである。
変形例２の分光画像取得装置では、可変分光素子制御部１３は、第２の制御において、一対の光学基板１４ｂ１，１４ｂ２同士を平行に保持しながら、一対の光学基板１４ｂ１，１４ｂ２同士の面間隔を、被写体１０で反射された４００ｎｍ〜７００ｎｍの可視光の波長帯域よりも長波長側に外れた所定の波長域（ここでは、７４０ｎｍ）に可変分光素子１４ｂの透過ピークがシフトする、所定の距離に広げるように構成されている。
変形例２の分光画像取得装置によれば、第２の制御において、可変分光素子１４ｂは、被写体１０からの光の波長帯域よりも長波長側に外れた所定の波長域（例えば、図５(c)では７４０ｎｍ）に、透過ピークが存在する分光特性となるが、可変分光素子１４ｂに入射する光は、被写体１０で反射した４００ｎｍ〜７００ｎｍの可視波長帯域の光であり、４００ｎｍ〜７００ｎｍの可視波長帯域の光よりも長波長側の波長域の光は存在しない。
このため、可変分光素子制御部１３による第２の制御を変形例２のようにしても、可変分光素子１４ｂに入射した光のうち、漏れ光以外の光を遮光することができる。これにより、撮像素子１４ｃ及び画像生成部１５ａが取得する第２の画像は、漏れ光の成分のみの画像となり、画像演算部１５ｄが、第１の画像と第２の画像とにおける各画素の階調値の差分を演算したときに、第１の画像から漏れ光の階調値が除去される。
その他の構成及び作用効果は、実施例１の分光画像取得装置と略同じである。
このため、可変分光素子制御部１３による第２の制御を変形例２のようにしても、可変分光素子１４ｂに入射した光のうち、漏れ光以外の光を遮光することができる。これにより、撮像素子１４ｃ及び画像生成部１５ａが取得する第２の画像は、漏れ光の成分のみの画像となり、画像演算部１５ｄが、第１の画像と第２の画像とにおける各画素の階調値の差分を演算したときに、第１の画像から漏れ光の階調値が除去される。
その他の構成及び作用効果は、実施例１の分光画像取得装置と略同じである。
変形例３
図６は実施例１の変形例３にかかる分光画像取得装置を備えた内視鏡装置を用いた特殊光観察における光学特性の一例を示す説明図で、(a)は照明光のスペクトルを示すグラフ、(b)は第２の制御での可変分光素子を構成する一対の光学基板同士の面間隔及び角度を示す図、(c)は第２の制御での可変分光素子の分光透過率を示すグラフである。
図６は実施例１の変形例３にかかる分光画像取得装置を備えた内視鏡装置を用いた特殊光観察における光学特性の一例を示す説明図で、(a)は照明光のスペクトルを示すグラフ、(b)は第２の制御での可変分光素子を構成する一対の光学基板同士の面間隔及び角度を示す図、(c)は第２の制御での可変分光素子の分光透過率を示すグラフである。
変形例３の分光画像取得装置では、可変分光素子制御部１３は、第２の制御において、一対の光学基板１４ｂ１，１４ｂ２同士を平行に保持しながら、一対の光学基板１４ｂ１，１４ｂ２同士の面間隔を、被写体１０で反射された４００ｎｍ〜７００ｎｍの可視光の波長帯域よりも短波長側に外れた所定の波長域（ここでは、３８０ｎｍ）に可変分光素子１４ｂの透過ピークがシフトする、所定の距離に狭めるように構成されている。
変形例３の分光画像取得装置によれば、第２の制御において、可変分光素子１４ｂは、被写体１０からの光の波長帯域よりも短波長側に外れた所定の波長域（例えば、図６(c)では３８０ｎｍ）に、透過ピークが存在する分光特性となるが、可変分光素子１４ｂに入射する光は、被写体１０で反射した４００ｎｍ〜７００ｎｍの可視波長帯域の光であり、４００ｎｍ〜７００ｎｍの可視波長帯域の光よりも短波長側の波長域の光は存在しない。
このため、可変分光素子制御部１３による第２の制御を変形例３のようにしても、可変分光素子１４ｂに入射した光のうち、漏れ光以外の光を遮光することができる。これにより、撮像素子１４ｃ及び画像生成部１５ａが取得する第２の画像は、漏れ光の成分のみの画像となり、画像演算部１５ｄが、第１の画像と第２の画像とにおける各画素の階調値の差分を演算したときに、第１の画像から漏れ光の階調値が除去される。
その他の構成及び作用効果は、実施例１の分光画像取得装置と略同じである。
このため、可変分光素子制御部１３による第２の制御を変形例３のようにしても、可変分光素子１４ｂに入射した光のうち、漏れ光以外の光を遮光することができる。これにより、撮像素子１４ｃ及び画像生成部１５ａが取得する第２の画像は、漏れ光の成分のみの画像となり、画像演算部１５ｄが、第１の画像と第２の画像とにおける各画素の階調値の差分を演算したときに、第１の画像から漏れ光の階調値が除去される。
その他の構成及び作用効果は、実施例１の分光画像取得装置と略同じである。
変形例４
図７は実施例１の変形例４にかかる分光画像取得装置を備えた内視鏡装置を用いた特殊光観察における光学特性の一例を示す説明図で、(a)は照明光のスペクトルを示すグラフ、(b)は第２の制御での可変分光素子を構成する一対の光学基板同士の面間隔及び角度を示す図、(c)は第２の制御での可変分光素子の分光透過率を示すグラフである。
図７は実施例１の変形例４にかかる分光画像取得装置を備えた内視鏡装置を用いた特殊光観察における光学特性の一例を示す説明図で、(a)は照明光のスペクトルを示すグラフ、(b)は第２の制御での可変分光素子を構成する一対の光学基板同士の面間隔及び角度を示す図、(c)は第２の制御での可変分光素子の分光透過率を示すグラフである。
変形例４の分光画像取得装置では、可変分光素子制御部１３は、第２の制御において、一対の光学基板１４ｂ１，１４ｂ２同士を平行に保持しながら、一対の光学基板１４ｂ１，１４ｂ２同士の面間隔を、被写体１０で反射された４００ｎｍ〜７００ｎｍの可視光の波長帯域よりも短波長側に外れた所定の波長域（ここでは、３８０ｎｍ）と、長波長側に外れた所定の波長域（ここでは、７４０ｎｍ）に、可変分光素子１４ｂの２つの透過ピークがシフトする、所定の距離に制御するように構成されている。
変形例４の分光画像取得装置によれば、第２の制御において、可変分光素子１４ｂは、被写体１０からの光の波長帯域よりも短波長側に外れた所定の波長域（例えば、図７(c)では３８０ｎｍ）と、被写体１０からの光の波長帯域よりも長波長側に外れた所定の波長域（例えば、図７(c)では７４０ｎｍ）とに、２つの透過ピークが存在する分光特性となるが、可変分光素子１４ｂに入射する光は、被写体１０で反射した４００ｎｍ〜７００ｎｍの可視波長帯域の光であり、４００ｎｍ〜７００ｎｍの可視波長帯域の光よりも短波長側の波長域の光及び長波長側の波長域の光は存在しない。
このため、可変分光素子制御部１３による第２の制御を変形例４のようにしても、可変分光素子１４ｂに入射した光のうち、漏れ光以外の光を遮光することができる。これにより、撮像素子１４ｃ及び画像生成部１５ａが取得する第２の画像は、漏れ光の成分のみの画像となり、画像演算部１５ｄが、第１の画像と第２の画像とにおける各画素の階調値の差分を演算したときに、第１の画像から漏れ光の階調値が除去される。
その他の構成及び作用効果は、実施例１の分光画像取得装置と略同じである。
このため、可変分光素子制御部１３による第２の制御を変形例４のようにしても、可変分光素子１４ｂに入射した光のうち、漏れ光以外の光を遮光することができる。これにより、撮像素子１４ｃ及び画像生成部１５ａが取得する第２の画像は、漏れ光の成分のみの画像となり、画像演算部１５ｄが、第１の画像と第２の画像とにおける各画素の階調値の差分を演算したときに、第１の画像から漏れ光の階調値が除去される。
その他の構成及び作用効果は、実施例１の分光画像取得装置と略同じである。
なお、実施例１及び変形例１〜４においては、上述したように、可変分光素子制御部１３による第１の制御と第２の制御は、撮像素子１４ｃが１フレームの画像を撮像するごとに切替わり、撮像素子１４ｃ及び画像生成部１５ａが、第１の画像（狭帯域画像）と第２の画像（参照画像）とを交互に取得するようにしたが、第２の画像（参照画像）を取得するタイミングは、これに限定されるものではない。
例えば、夫々異なる波長による複数の狭帯域画像の取得を所望する場合には、撮像素子１４ｃ及び画像生成部１５ａが、夫々の狭帯域画像を第１の画像として取得した後に第２の画像（参照画像）を取得するような、夫々異なる波長による複数の狭帯域画像の一セットと、参照画像とを対にして取得するタイミングで、可変分光素子制御部１３が第１の制御と第２の制御とを切替えて行うようにしてもよい。
また、例えば、被写体１０に応じて、第１の画像（狭帯域画像）と第２の画像（参照画像）とを取得する頻度を異ならせるようにしてもよい。例えば、大腸観察のように動きが比較的速い被写体を観察する場合には、撮像素子１４ｃ及び画像生成部１５ａが、第１の画像（狭帯域画像）と第２の画像（参照画像）を交互に取得し、口腔内観察のように動きが比較的遅い被写体を観察する場合には、複数枚の第１の画像（狭帯域画像）を取得する毎に１枚の第２の画像（参照画像）を取得するようなタイミングで、可変分光素子制御部１３が第１の制御と第２の制御とを切替えて行うようにしてもよい。
また、例示したこれらの第２の画像（参照画像）を取得するタイミングは、装置内に組み込まれたものでもよいし、あるいは操作者が第２の画像（参照画像）を取得するタイミングを設定できるように、撮像素子１４ｃ及び画像生成部１５ａが第１の画像（分光画像）と第２の画像（参照画像）を取得するタイミングを設定するための、図１の例で説明した第２画像取得タイミング設定部７を入力部１２に備え、可変分光素子制御部１３が、第２画像取得タイミング設定部を介して設定されたタイミングに同期して、第１の制御と第２の制御とを切替えるようにしてもよい。
例えば、夫々異なる波長による複数の狭帯域画像の取得を所望する場合には、撮像素子１４ｃ及び画像生成部１５ａが、夫々の狭帯域画像を第１の画像として取得した後に第２の画像（参照画像）を取得するような、夫々異なる波長による複数の狭帯域画像の一セットと、参照画像とを対にして取得するタイミングで、可変分光素子制御部１３が第１の制御と第２の制御とを切替えて行うようにしてもよい。
また、例えば、被写体１０に応じて、第１の画像（狭帯域画像）と第２の画像（参照画像）とを取得する頻度を異ならせるようにしてもよい。例えば、大腸観察のように動きが比較的速い被写体を観察する場合には、撮像素子１４ｃ及び画像生成部１５ａが、第１の画像（狭帯域画像）と第２の画像（参照画像）を交互に取得し、口腔内観察のように動きが比較的遅い被写体を観察する場合には、複数枚の第１の画像（狭帯域画像）を取得する毎に１枚の第２の画像（参照画像）を取得するようなタイミングで、可変分光素子制御部１３が第１の制御と第２の制御とを切替えて行うようにしてもよい。
また、例示したこれらの第２の画像（参照画像）を取得するタイミングは、装置内に組み込まれたものでもよいし、あるいは操作者が第２の画像（参照画像）を取得するタイミングを設定できるように、撮像素子１４ｃ及び画像生成部１５ａが第１の画像（分光画像）と第２の画像（参照画像）を取得するタイミングを設定するための、図１の例で説明した第２画像取得タイミング設定部７を入力部１２に備え、可変分光素子制御部１３が、第２画像取得タイミング設定部を介して設定されたタイミングに同期して、第１の制御と第２の制御とを切替えるようにしてもよい。
実施例２
図８は本発明の実施例２の分光画像取得装置を用いた内視鏡装置の全体構成を示すブロック図である。
図８は本発明の実施例２の分光画像取得装置を用いた内視鏡装置の全体構成を示すブロック図である。
実施例２の分光画像取得装置は、実施例１の構成に加えて、画像処理部１５に画像ずれ量検出部１５ｅを備えている。
画像ずれ量検出部１５ｅは、図１の画像ずれ量検出部６に相当し、第２の画像（参照画像）を取得後に画像取得部（撮像素子１４ｃ及び画像生成部１５ａ）が最初に取得した第１の画像を基準画像とし、基準画像中の被写体１０に対する、基準画像を取得後に画像取得部が取得した第１の画像中の被写体１０の位置ずれ量を検出するように構成されている。具体的には、例えば、画像中における被写体１０のエッジを検出し、そのエッジを検出した座標の位置ずれ量を画素数で検出する、あるいは、画像の所定座標上における階調変化量を検出する等、公知の方法で行うように構成されている。
また、可変分光素子制御部１３は、画像ずれ量検出部１５ｅが検出した被写体１０の位置ずれ量が所定の閾値（例えば、１〜数画素程度のエッジのずれ量）を超えたときに、第１の制御を第２の制御に切替え、画像取得部（撮像素子１４ｃ及び画像生成部１５ａ）が第２の画像を取得後に、第２の制御を第１の制御に切替えるように構成されている。
画像ずれ量検出部１５ｅは、図１の画像ずれ量検出部６に相当し、第２の画像（参照画像）を取得後に画像取得部（撮像素子１４ｃ及び画像生成部１５ａ）が最初に取得した第１の画像を基準画像とし、基準画像中の被写体１０に対する、基準画像を取得後に画像取得部が取得した第１の画像中の被写体１０の位置ずれ量を検出するように構成されている。具体的には、例えば、画像中における被写体１０のエッジを検出し、そのエッジを検出した座標の位置ずれ量を画素数で検出する、あるいは、画像の所定座標上における階調変化量を検出する等、公知の方法で行うように構成されている。
また、可変分光素子制御部１３は、画像ずれ量検出部１５ｅが検出した被写体１０の位置ずれ量が所定の閾値（例えば、１〜数画素程度のエッジのずれ量）を超えたときに、第１の制御を第２の制御に切替え、画像取得部（撮像素子１４ｃ及び画像生成部１５ａ）が第２の画像を取得後に、第２の制御を第１の制御に切替えるように構成されている。
実施例１の分光画像取得装置において、第１の画像と、第２の画像とで、画像中の被写体１０の位置がずれていると、画像演算部１５ｄで第１の画像と第２の画像との差分を演算しても、分光画像に含まれる漏れ光の成分を除去することができない。
一方、第１の画像を高いフレームレートで取得するためには、第２の画像を取得する回数は極力少なくするのが望ましい。例えば、上述したように、被写体１０の動きが遅い場合、複数枚の画像については、被写体１０の位置に変化がない。観察する被写体のフレームレートを高くするためには、被写体の位置に変化のない複数枚の画像中、第１の画像（分光画像）は極力枚数が多い方が望ましい一方、第２の画像（参照画像）は一枚で足りる。
また、例えば、観察途中で被写体の動きの速さが変化するような場合には、効率よく第２の画像を取得することができず、第１の画像と、第２の画像とで、画像中の被写体１０の位置にズレが生じたり、必要以上に第２の画像を取得することになり易く、分光画像における漏れ光の除去精度が低下したり、フレームレートが低下し易い。
しかるに、実施例２の分光画像取得装置によれば、被写体の位置が画像演算部１５ｄでの第１の画像と第２の画像との差分の演算に悪影響を与える程度移動したときにのみ第２の画像を一枚取得し、それ以外のときは第１の画像を取得するようにすることができるので、被写体の動きの速さ如何にかかわらず、高精度に漏れ光が除去された分光画像を高フレームレートで取得することができる。
一方、第１の画像を高いフレームレートで取得するためには、第２の画像を取得する回数は極力少なくするのが望ましい。例えば、上述したように、被写体１０の動きが遅い場合、複数枚の画像については、被写体１０の位置に変化がない。観察する被写体のフレームレートを高くするためには、被写体の位置に変化のない複数枚の画像中、第１の画像（分光画像）は極力枚数が多い方が望ましい一方、第２の画像（参照画像）は一枚で足りる。
また、例えば、観察途中で被写体の動きの速さが変化するような場合には、効率よく第２の画像を取得することができず、第１の画像と、第２の画像とで、画像中の被写体１０の位置にズレが生じたり、必要以上に第２の画像を取得することになり易く、分光画像における漏れ光の除去精度が低下したり、フレームレートが低下し易い。
しかるに、実施例２の分光画像取得装置によれば、被写体の位置が画像演算部１５ｄでの第１の画像と第２の画像との差分の演算に悪影響を与える程度移動したときにのみ第２の画像を一枚取得し、それ以外のときは第１の画像を取得するようにすることができるので、被写体の動きの速さ如何にかかわらず、高精度に漏れ光が除去された分光画像を高フレームレートで取得することができる。
なお、上記各実施例を用いて説明した本発明の分光画像取得装置においては、画像補正処理部としての画像演算部１５ｄは、第１の画像（分光画像）と第２の画像（参照画像）の撮像条件（例えば、露光時間等）が同じ場合には、単に画像生成部１５ａで生成した第１の画像と第２の画像の差分をとるようにすればよい。
一方、第１の画像（分光画像）と第２の画像（参照画像）の撮像条件（例えば、露光時間等）が異なる場合には、画像補正処理部としての画像演算部１５ｄは、第１の画像（分光画像）と第２の画像（参照画像）とが略同じ撮像条件で取得された画像になるように、第２の画像（参照画像）に対し所定の補正演算処理を行なった後に、差分演算を行うとよい。
所定の補正演算処理としては、例えば、第１の画像（分光画像）を撮像するときの露光時間が２０ｍｓｅｃ、第２の画像（参照画像）を撮像するときの露光時間が１０ｍｓｅｃの場合、画像生成部１５ａにより生成された第２の画像（参照画像）の各画素の階調値を２倍した補正第２画像（補正参照画像）を生成するようにするとよい。
その後に、第１の画像（分光画像）と補正第２画像との差分を取得する。
なお、その場合の補正演算処理時には、リードアウトノイズ（撮像素子１４ｃから電気信号を読み込む際に生ずるノイズ）のような露光時間の長短に関係のない固定ノイズ分の階調値はそのままにして（即ち、上記の例では２倍しないで）、補正することが望ましい。
一方、第１の画像（分光画像）と第２の画像（参照画像）の撮像条件（例えば、露光時間等）が異なる場合には、画像補正処理部としての画像演算部１５ｄは、第１の画像（分光画像）と第２の画像（参照画像）とが略同じ撮像条件で取得された画像になるように、第２の画像（参照画像）に対し所定の補正演算処理を行なった後に、差分演算を行うとよい。
所定の補正演算処理としては、例えば、第１の画像（分光画像）を撮像するときの露光時間が２０ｍｓｅｃ、第２の画像（参照画像）を撮像するときの露光時間が１０ｍｓｅｃの場合、画像生成部１５ａにより生成された第２の画像（参照画像）の各画素の階調値を２倍した補正第２画像（補正参照画像）を生成するようにするとよい。
その後に、第１の画像（分光画像）と補正第２画像との差分を取得する。
なお、その場合の補正演算処理時には、リードアウトノイズ（撮像素子１４ｃから電気信号を読み込む際に生ずるノイズ）のような露光時間の長短に関係のない固定ノイズ分の階調値はそのままにして（即ち、上記の例では２倍しないで）、補正することが望ましい。
以上、本発明の分光画像取得装置の実施形態及び実施例を説明したが、本発明の分光画像取得装置は、これらに限定されるものではなく、上記実施形態及び各実施例における特徴的な構成を組み合わせたものであってもよい。また、上記各実施例においては、内視鏡による可視波長帯域内における特定の狭帯域波長の反射光の観察に好適な例について説明したが、可視波長帯域内における所定波長の蛍光観察や、近赤外蛍光観察においても本発明の分光画像取得装置を用いることができる。例えば、近赤外蛍光観察等、蛍光観察の場合、被写体からの光は、被写体で反射した励起波長と被写体から発する蛍光波長を含む。その場合、可変分光素子制御部が、第１の制御においては、可変分光素子の分光特性が蛍光波長の近傍に透過ピークが存在するような分光特性となり、第２の制御においては、可変分光素子の分光特性が被写体で反射した励起波長及び被写体から発する蛍光波長の波長帯域内に可変分光素子の透過ピークを存在させない分光特性となるように、一対の光学基板同士の面間隔及び角度を制御するようにすればよい。
また、本発明の分光画像取得装置は、内視鏡以外にも、顕微鏡や、監視カメラ等の分光観察を行う観察装置においても適用可能である。
また、本発明の分光画像取得装置は、内視鏡以外にも、顕微鏡や、監視カメラ等の分光観察を行う観察装置においても適用可能である。
本発明の分光画像取得装置は、エタロン型の可変分光素子を用いて分光画像による被写体の観察を行う観察装置に有用である。
１ 可変分光素子
２ 透過波長設定部
３ 可変分光素子制御部
４ 画像取得部
５ 画像補正演算部
６ 画像ずれ量検出部
７ 第２画像取得タイミング設定部
１０ 被写体
１１ 光源部
１１ａ 光源
１１ｂ ライトガイド
１２ 入力部
１３ 可変分光素子制御部
１４ 撮像部
１４ａ レンズ
１４ｂ 可変分光素子（エタロン型分光素子）
１４ｂ１、１４ｂ２ 光学基板
１４ｃ 撮像素子
１５ 画像処理部
１５ａ 画像生成部
１５ｂ 分光画像メモリ
１５ｃ 参照画像メモリ
１５ｄ 画像演算部
１５ｅ 画像ずれ量検出部
１６ 表示部
２ 透過波長設定部
３ 可変分光素子制御部
４ 画像取得部
５ 画像補正演算部
６ 画像ずれ量検出部
７ 第２画像取得タイミング設定部
１０ 被写体
１１ 光源部
１１ａ 光源
１１ｂ ライトガイド
１２ 入力部
１３ 可変分光素子制御部
１４ 撮像部
１４ａ レンズ
１４ｂ 可変分光素子（エタロン型分光素子）
１４ｂ１、１４ｂ２ 光学基板
１４ｃ 撮像素子
１５ 画像処理部
１５ａ 画像生成部
１５ｂ 分光画像メモリ
１５ｃ 参照画像メモリ
１５ｄ 画像演算部
１５ｅ 画像ずれ量検出部
１６ 表示部
Claims (7)
- 被写体からの光の光路上に対向配置された一対の光学基板を有し、前記一対の光学基板同士の面間隔及び角度の少なくともいずれかを変えることにより分光特性が可変となる可変分光素子と、
前記被写体からの光を構成する波長帯域内において前記可変分光素子が透過させる光の波長を設定するための透過波長設定部と、
前記透過波長設定部を介して設定された波長の近傍に透過ピークが存在するような分光特性に前記可変分光素子を制御する第１の制御と、前記被写体からの光を構成する波長帯域内に透過ピークを存在させず、前記第１の制御をしたときに前記可変分光素子を透過する、設定された所望波長以外の波長の光と略同じ波長帯域にわたる略同量の光が、前記可変分光素子を透過する分光特性に前記可変分光素子を制御する第２の制御とを、前記一対の光学基板同士の面間隔又は角度を変化させることにより切替える可変分光素子制御部と、
前記可変分光素子を透過した光による画像を取得する画像取得部と、
前記可変分光素子制御部が第１の制御を行なっているときに前記画像取得部が取得した、前記可変分光素子を透過する、設定された所望波長の光による成分と所望波長以外の波長の光による成分とを含んでなる第１の画像と、前記可変分光素子制御部が第２の制御を行なっているときに前記画像取得部が取得した、前記可変分光素子を透過する、前記第１の画像における所望波長以外の波長の光と略同様の成分を略同量含んでなる第２の画像との差分を取得する画像補正処理部と、
を備えたことを特徴とする分光画像取得装置。 - 前記可変分光素子制御部は、前記第２の制御において、前記一対の光学基板同士の角度を、前記被写体からの光の波長帯域内での前記可変分光素子の透過ピークが消失する、非平行な所定の角度に傾けることを特徴とする請求項１に記載の分光画像取得装置。
- 前記可変分光素子制御部は、前記第２の制御において、前記一対の光学基板同士の面間隔を、前記被写体からの光の波長帯域内での前記可変分光素子の透過ピークが消失する、所定の距離に広げることを特徴とする請求項１に記載の分光画像取得装置。
- 前記可変分光素子制御部は、前記第２の制御において、前記一対の光学基板同士の面間隔及び角度を、前記被写体からの光の波長帯域を外れた所定の波長域に前記可変分光素子の透過ピークがシフトする、所定の距離及び角度に制御することを特徴とする請求項１に記載の分光画像取得装置。
- 前記第２の画像を取得後に前記画像取得部が最初に取得した前記第１の画像を基準画像とし、前記基準画像中の前記被写体に対する、前記基準画像を取得後に前記画像取得部が取得した前記第１の画像中の前記被写体の位置ずれ量を検出する画像ずれ量検出部を有し、
前記可変分光素子制御部は、前記画像ずれ量検出部が検出した前記被写体の位置ずれ量が所定の閾値を超えたときに、前記第１の制御を前記第２の制御に切替え、前記画像取得部が前記第２の画像を取得後に、前記第２の制御を前記第１の制御に切替えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の分光画像取得装置。 - 前記可変分光素子制御部は、前記画像取得部が前記第１の画像と前記第２の画像とを交互に取得することができるタイミングで、前記第１の制御と前記第２の制御とを切替えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の分光画像取得装置。
- 前記画像取得部による前記第１の画像と前記第２の画像の取得タイミングを設定するための第２画像取得タイミング設定部を有し、
前記可変分光素子制御部は、前記第２画像取得タイミング設定部を介して設定されたタイミングに同期して、前記第１の制御と前記第２の制御とを切替えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の分光画像取得装置。
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