JP6630702B2 - 光源装置及び内視鏡システム - Google Patents

Description

本発明は、観察対象を照明する照明光を複数の光源が発光する光を用いて生成する光源装置及び内視鏡システムに関する。

医療分野においては、光源装置、内視鏡、及び、プロセッサ装置を備える内視鏡システムを用いて診断することが一般的になっている。光源装置は、例えば、照明光として白色光を生成する。内視鏡は、照明光が照射された観察対象を撮影する。そして、プロセッサ装置は、内視鏡で撮影した観察対象の画像（以下、撮影画像という）を用いて、診断に用いる観察用の画像（以下、観察画像という）を生成してモニタに表示する表示する。

内視鏡システムに用いる光源装置は、例えば特許文献１のようにキセノンランプ等のランプ等が発光する白色の照明光使用していたが、近年では、ＬＥＤ(Light Emitting Diode)等の半導体光源を使用して白色の照明光を発光する光源装置が知られている（特許文献２）。また、特許文献１及び特許文献２のように、内視鏡システムの光源装置においては、光学フィルタを用いて照明光が含む光の成分を調節する場合がある。

特開２００４−１２１４８６号公報 特開２０１６−００７３５５号公報

ＬＥＤ等の半導体光源を用いて照明光を発光する場合、ランプを用いて照明光を発光する従来の光源装置を使用した場合と同様に観察対象を観察できるようにすることが求められる。但し、従来のランプが発光した照明光で撮影した観察画像を、ＬＥＤ等の単色の光源で発光した照明光を用いて再現しようとすると、複数色の光源を用いなければならない。すなわち、少なくとも３原色の光源を揃えておく必要がある。例えば、ＬＥＤを照明光の光源として使用する場合、光源装置には、青色、緑色、及び赤色のＬＥＤを搭載しておく必要がある。そして、さらに観察画像の再現性を高めようとする場合、または、その他の特殊な観察モードを実現しようとする場合には、これらに加えてさらに他の色の光源を追加する必要がある。

上記のように、光源装置に様々な色の光源を設けておけば、ランプを用いた場合の観察画像を再現したり、特殊な観察モードを実現することができるが、光源の色の種類を増やせば増やすほど、これらの配置スペースのために光源装置は巨大化し、かつ、製造コストも増大してしまうという問題がある。

本発明は、従来よりもコンパクトかつ安価な光源装置、及び、コンパクトかつ安価な光源装置を有する内視鏡システムを提供することを目的とする。

光源装置は、青色光を発光する第１光源と、緑色成分の他に赤色成分を含む広帯域な緑色光を発光する第２光源と、広帯域な緑色光の光量を波長ごとに調節する光学フィルタと、を備え、光学フィルタは、広帯域な緑色光を反射する場合に緑色成分の反射率が赤色成分の反射率よりも小さい特性を有し、または、広帯域な緑色光を透過する場合に緑色成分の透過率が赤色成分の透過率よりも小さい特性を有し、光学フィルタを透過後の広帯域の緑色光の緑色成分Ｇと赤色成分Ｒの光量比Ｒ／Ｇは、光学フィルタを透過前の広帯域の緑色光の緑色成分Ｇと赤色成分Ｒの光量比Ｒ／Ｇよりも大きい。

第２光源は、励起光を発光する発光素子と、励起光を照射した際に広帯域な緑色光を発光する蛍光体と、を含み、光学フィルタは、励起光をカットすることが好ましい。

光学フィルタは、成分ごとの反射率または透過率の変化が階段状であることが好ましい。

光学フィルタは、成分ごとの反射率または透過率の変化が滑らかであることが好ましい。

光学フィルタは、青色光と広帯域な緑色光を合波する合波部材であることが好ましい。

第１光源及び第２光源に加えて、酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの吸光係数に差がある光を発光する追加光源を備えることが好ましい。

第１光源及び第２光源に加えて、赤外光を発光する追加光源を備えることが好ましい。

光学フィルタに加えて、または、光学フィルタと交換可能に、広帯域な緑色光から赤色成分を減光する第２の光学フィルタを備えることが好ましい。

青色光を発光する第１光源と、緑色成分の他に赤色成分を含む広帯域な緑色光を発光する第２光源と、前記広帯域な緑色光の光量を波長ごとに調節する光学フィルタと、を有し、前記光学フィルタは、前記広帯域な緑色光を反射する場合に前記緑色成分の反射率が前記赤色成分の反射率よりも小さい特性を有し、または、前記広帯域な緑色光を透過する場合に前記緑色成分の透過率が前記赤色成分の透過率よりも小さい特性を有する光源装置と、
前記青色光と、前記光学フィルタが成分を調節した前記広帯域な緑色光と、を用いて観察対象を撮影するイメージセンサと、を備え、前記光学フィルタを透過後の前記広帯域の緑色光の緑色成分Ｇと赤色成分Ｒの光量比Ｒ／Ｇは、前記光学フィルタを透過前の広帯域の緑色光の緑色成分Ｇと赤色成分Ｒの光量比Ｒ／Ｇよりも大きい内視鏡システム。

イメージセンサは、各画素にカラーフィルタを有するカラーセンサであることが好ましい。

緑色成分を用いて観察対象を撮影した緑色画像にかけるゲインよりも、赤色成分を用いて観察対象を撮影した赤色画像にかけるゲインを大きくすることが好ましい。

本発明の光源装置は、光源としては、青色光を発光する第１光源と、緑色成分の他に赤色成分を含む広帯域な緑色光を発光する第２光源と、を有し、光学フィルタを用いて広帯域な緑色光の光量を波長ごとに調節することにより、全体として、白色の照明光を形成する。このため、本発明の光源装置及び内視鏡システムは、赤色光を発光する赤色光源を省略できるので、従来よりもコンパクトかつ安価である。

内視鏡システムの概略図である。 内視鏡システムのブロック図である。 カラーフィルタの透過率を示すグラフである。 光源装置が有する光源部のブロック図である。 第２光源が発光する広帯域な緑色光の分光スペクトルを示すグラフである。 光学フィルタの特性を示すグラフである。 光学フィルタを介した広帯域な緑色光の分光スペクトルを示すグラフである。 変形例の光学フィルタの特性を示すグラフである。 照明光の分光スペクトルである。 光源装置とプロセッサ装置を一体化した内視鏡システムのブロック図である。 従来の原色系カラーフィルタの配列である。 緑色成分Ｇの感度を下げ、かつ、赤色成分Ｒの感度を上げた原色系カラーフィルタの配列である。 従来の補色系カラーフィルタの配列である。 緑色成分Ｇの感度を下げ、かつ、赤色成分Ｒの感度を上げた補色系カラーフィルタの配列である。 赤色成分Ｒの感度を上げた補色系カラーフィルタの配列である。 赤色成分Ｒの感度を上げた補色系カラーフィルタの配列である。 さらなる追加光源を設けた光源装置のブロック図である。 酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの吸光係数を示すグラフである。 光学フィルタに加えて、第２の光学フィルタを設けた光源部のブロック図である。 第２の光学フィルタの特性を示すグラフである。 光学フィルタに加えて、第２の光学フィルタを設けた別の光源部のブロック図である。 光学フィルタと交換可能に第２の光学フィルタを設けた光源部のブロック図である。 光学フィルタと交換可能に設けた第２の光学フィルタの特性を示すグラフである。 カプセル内視鏡の概略図である。 白色ＬＥＤが発光する白色光の分光スペクトルである。 別の白色ＬＥＤが発光する白色光の分光スペクトルである。

［第１実施形態］
図１に示すように、内視鏡システム１０は、観察対象を撮影する内視鏡１２と、光源装置１４と、プロセッサ装置１６と、表示部であるモニタ１８と、コンソール１９と、を有する。内視鏡１２は、光源装置１４と光学的に接続するとともに、プロセッサ装置１６に電気的に接続する。内視鏡１２は、被検体内に挿入する挿入部１２ａと、挿入部１２ａの基端部分に設けた操作部１２ｂと、挿入部１２ａの先端側に設けた湾曲部１２ｃと、先端部１２ｄとを有する。操作部１２ｂのアングルノブ１２ｅを操作することにより、湾曲部１２ｃが湾曲する。湾曲部１２ｃが湾曲した結果、先端部１２ｄが所望の方向に向く。なお、先端部１２ｄには、観察対象に向けて空気または水等を噴射する噴射口（図示しない）が設けられている。また、操作部１２ｂには、アングルノブ１２ｅの他、ズーム操作部１３ａ及びモード切替スイッチ１３ｂが設けられている。ズーム操作部１３ａは、観察対象を拡大または縮小する際に使用する。モード切替スイッチ１３ｂは、内視鏡システム１０が複数の観察モードを有する場合に、観察モードの切り替えに使用する。

プロセッサ装置１６は、モニタ１８及びコンソール１９と電気的に接続する。モニタ１８は、観察画像と、付帯する画像情報等を必要に応じて出力表示する。コンソール１９は、機能設定等の入力操作を受け付けるユーザインタフェースとして機能する。なお、プロセッサ装置１６には、画像や画像情報等を記録する外付けの記録部（図示省略）を接続してもよい。

図２に示すように、光源装置１４は、照明光を発光する光源部２０と、照明光の発光タイミング、照明光の光量、及び照明光の成分等を制御する光源制御部２２と、を備える。本実施形態においては、照明光は概ね白色光である。

光源部２０が発光した照明光は、ライトガイド４１に入射する。ライトガイド４１は、内視鏡１２及びユニバーサルコード内に内蔵しており、照明光を内視鏡１２の先端部１２ｄまで伝搬する。ユニバーサルコードは、内視鏡１２と光源装置１４及びプロセッサ装置１６とを接続するコードである。なお、ライトガイド４１としては、マルチモードファイバを使用できる。一例として、コア径１０５μｍ、クラッド径１２５μｍ、外皮となる保護層を含めた径がφ０．３〜０．５ｍｍの細径なファイバケーブルを使用できる。

内視鏡１２の先端部１２ｄには、照明光学系３０ａと撮影光学系３０ｂが設けられている。照明光学系３０ａは、照明レンズ４５を有しており、この照明レンズ４５を介して照明光が観察対象に照射される。撮影光学系３０ｂは、対物レンズ４６、ズームレンズ４７、及びイメージセンサ４８を有している。イメージセンサ４８は、対物レンズ４６及びズームレンズ４７を介して、観察対象から戻る照明光の反射光等（反射光の他、散乱光、観察対象が発する蛍光、または、観察対象に投与等した薬剤に起因した蛍光等を含む）を用いて観察対象を撮影する。なお、ズームレンズ４７は、ズーム操作部１３ａの操作をすることで移動する。その結果、イメージセンサ４８を用いて撮影する観察対象を拡大または縮小して観察する。

本実施形態においては、イメージセンサ４８は各画素にカラーフィルタを有する、いわゆる原色系のカラーセンサである。このため、イメージセンサ４８の各画素は、例えば図３に示すＲカラーフィルタ（赤色カラーフィルタ）、Ｇカラーフィルタ（緑色カラーフィルタ）、及びＢカラーフィルタ（青色カラーフィルタ）のうちのいずれかを有する。Ｒカラーフィルタを有する画素がＲ画素であり、Ｇカラーフィルタを有する画素がＧ画素であり、かつ、Ｂカラーフィルタを有する画素がＢ画素である。このように、イメージセンサ４８は、Ｒ画素、Ｇ画素、及びＢ画素の３色の画素を有するので、照明光に白色光を使用して観察対象を撮影すると、Ｒ画素で観察対象を撮影して得るＲ画像、Ｇ画素で観察対象を撮影して得るＧ画像、及び、Ｂ画素で観察対象を撮影して得るＢ画像が同時に得られる。

なお、イメージセンサ４８としては、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサや、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサを利用可能である。また、本実施形態のイメージセンサ４８は、原色系のカラーセンサであるが、補色系のカラーセンサを用いることもできる。補色系のカラーセンサは、例えば、シアンカラーフィルタが設けられたシアン画素、マゼンタカラーフィルタが設けられたマゼンタ画素、黄色カラーフィルタが設けられた黄色画素、及び、緑色カラーフィルタが設けられた緑色画素を有する。補色系カラーセンサを用いる場合に上記各色の画素から得る画像は、補色−原色色変換をすれば、Ｂ画像、Ｇ画像、及びＲ画像に変換できる。また、カラーセンサの代わりに、カラーフィルタを設けていないモノクロセンサをイメージセンサ４８として使用できる。この場合、ＢＧＲ等各色の照明光を用いて観察対象を順次撮影することにより、上記各色の画像を得ることができる。

プロセッサ装置１６は、画像取得部５４と、画像処理部６１と、表示制御部６６と、制御部６９と、を有する。

画像取得部５４は、イメージセンサ４８を用いて観察対象を撮影して得る複数色の撮影画像を取得する。具体的には、画像取得部５４は、撮影フレーム毎に、Ｂ画像、Ｇ画像、及びＲ画像の組を取得する。また、画像取得部５４は、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）５６と、ノイズ低減部５８と、変換部５９と、を有し、これらを用いて、取得した画像に各種処理を施す。

ＤＳＰ５６は、取得した画像に対し、必要に応じて欠陥補正処理、オフセット処理、ゲイン補正処理、リニアマトリクス処理、ガンマ変換処理、デモザイク処理、及びＹＣ変換処理等の各種処理を施す。

欠陥補正処理は、イメージセンサ４８の欠陥画素に対応する画素の画素値を補正する処理である。オフセット処理は、欠陥補正処理を施した画像から暗電流成分を低減し、正確な零レベルを設定する処理である。ゲイン補正処理は、オフセット処理をした画像にゲインを乗じることにより各画像の信号レベルを整える処理である。リニアマトリクス処理は、オフセット処理をした画像の色再現性を高める処理であり、ガンマ変換処理は、リニアマトリクス処理後の画像の明るさや彩度を整える処理である。デモザイク処理（等方化処理または同時化処理とも言う）は、欠落した画素の画素値を補間する処理であり、ガンマ変換処理後の画像に対して施す。欠落した画素とは、カラーフィルタの配列のため、イメージセンサ４８において他の色の画素を配置しているために、画素値がない画素である。例えば、Ｂ画像はＢ画素において観察対象を撮影して得る画像なので、イメージセンサ４８のＧ画素やＲ画素に対応する位置の画素には画素値がない。デモザイク処理は、Ｂ画像を補間して、イメージセンサ４８のＧ画素及びＲ画素の位置にある画素の画素値を生成する。ＹＣ変換処理は、デモザイク処理後の画像を、輝度チャンネルＹと色差チャンネルＣｂ及び色差チャンネルＣｒに変換する処理である。

ノイズ低減部５８は、輝度チャンネルＹ、色差チャンネルＣｂ及び色差チャンネルＣｒに対して、例えば、移動平均法またはメディアンフィルタ法等を用いてノイズ低減処理を施す。変換部５９は、ノイズ低減処理後の輝度チャンネルＹ、色差チャンネルＣｂ及び色差チャンネルＣｒを再びＢＧＲの各色の画像に再変換する。

画像処理部６１は、上記各種処理を施した１撮影フレーム分のＢ画像、Ｇ画像、及びＲ画像に対して、色変換処理、色彩強調処理、及び構造強調処理を施し、観察画像を生成する。色変換処理は、ＢＧＲ各色の画像に対して３×３のマトリクス処理、階調変換処理、３次元ＬＵＴ（ルックアップテーブル）処理等を行う。色彩強調処理は、画像の色彩を強調する処理であり、構造強調処理は、例えば、血管やピットパターン等の観察対象の組織や構造を強調する処理である。

表示制御部６６は、画像処理部６１から観察画像を順次取得し、取得した観察画像を表示に適した形式に変換してモニタ１８に順次出力表示する。これにより、医師等は、観察画像の静止画または動画を用いて観察対象を観察できる。

制御部６９は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）であり、照明光の発光タイミングと撮影フレームの同期制御等の内視鏡システム１０の統括的制御を行う。また、内視鏡システム１０が複数の観察モードを有している場合、制御部６９は、モード切替スイッチ１３ｂからの操作入力を受けることにより、光源制御部２２を介して照明光を切り替える。これにより、観察モードが切り替わる。

以下、より詳細に光源装置１４の構成及び作用を説明する。図４に示すように、光源装置１４の光源部２０は、第１光源７１と、第２光源７２と、光学フィルタ７３と、を備える。また、本実施形態においては、光源部２０は、第１光源７１及び第２光源７２の他に、追加光源７４を備える。第１光源７１、第２光源７２、及び、追加光源７４は各々独立に制御可能である。

第１光源７１は青色成分Ｂからなる光（以下、青色光という）を発光する。第１光源７１は、発光素子８１と、発光素子８１が発光した青色光を平行光等に整えるレンズ８２と、を備える。発光素子８１は、例えば、ＬＥＤまたはＬＤ(Laser Diode)等の半導体素子である。第１光源７１が発光した青色光は、青色光を透過する合波部材７６及び合波部材７７を介してライトガイド４１に入射する。合波部材７６及び合波部材７７は、例えば、ダイクロイックミラーまたはダイクロイックプリズム等である。

なお、一般的には、青色の波長は約４４５ｎｍから約４８５ｎｍ程度であり、例えば青色と緑色との中間の色は例えば青緑と称して青色とは区別する場合がある。しかし、内視鏡システム１０においては、少なくとも光源部２０の各光源が発光する光について色の種類（色の名称）を過剰に細分化する必要がない。このため、本明細書においては、約４４０ｎｍ以上約４９０ｎｍ未満の波長を有する光の色を青色という。また、約４９０ｎｍ以上約６００ｎｍ未満の波長を有する光の色を緑色といい、かつ、約６００ｎｍ以上約６８０ｎｍ未満の波長を有する光の色を赤色という。そして、上記青色の波長の下限である「約４４０ｎｍ」未満の波長を有する可視光（例えば約３８０ｎｍ以上約４４０ｎｍ未満の可視光）の色を紫色といい、紫色よりも短波長であるがイメージセンサ４８が感度を有する光の色を表す場合に紫外という。また、上記赤色の波長の上限である「約６８０ｎｍ」以上の波長を有し、かつ、イメージセンサ４８が感度を有する光の色を表す場合に赤外という。また、本明細書において「広帯域」とは、波長範囲が複数の色の波長範囲に及ぶことをいう。白色とは少なくとも上記青色または紫色に属する光と、緑色に属する光と、赤色に属する色の光と、を含む光の色をいう。

第２光源７２は、緑色成分Ｇの他に赤色成分Ｒを含む広帯域な光を発光する。但し、第２光源７２が発光する光は、赤色成分Ｒの光量よりも緑色成分Ｇの光量が多いため、視認すれば概ね緑色である。このため、本明細書においては、第２光源７２が発光する光を緑色光という。すなわち、第２光源７２は、広帯域な緑色光を発光する光源である。

第２光源７２は、励起光Ｅｘを発光する発光素子８３と、発光素子８３が発光した励起光Ｅｘが入射することで緑色光を発光する蛍光体８４と、蛍光体８４が発光した広帯域な緑色光を平行光等に整えるレンズ８５と、を備える。発光素子８３は、例えば、ＬＥＤまたはＬＤ等の半導体素子である。また、図５に示すように、励起光Ｅｘは、約４４５ｎｍにピークを有する青色光であり、かつ、蛍光体８４が発光する緑色光は緑色成分Ｇの他に赤色成分Ｒを含む広帯域な緑色光である。上記のように第２光源７２が発光する広帯域な緑色光は、光学フィルタ７３と、緑色成分Ｇ及び赤色成分Ｒを反射する合波部材７７と、を介してライトガイド４１に入射する。

光学フィルタ７３は、図６に示す分光透過率を有する。このため、図７に示すように、光学フィルタ７３は第２光源７２が発光する広帯域な緑色光の光量を波長ごとに調節する。より具体的には、光学フィルタ７３は、第２光源７２が発光する広帯域な緑色光の緑色成分Ｇと赤色成分Ｒの光量比Ｒ／Ｇを調節する。

例えば、本実施形態においては、第２光源７２が発光した広帯域な緑色光の緑色成分Ｇと赤色成分Ｒの光量比Ｒ／Ｇは約０．１５である。一方、光学フィルタ７３を介することによって、広帯域な緑色光の緑色成分Ｇと赤色成分Ｒの光量比Ｒ／Ｇは、ライトガイド４１に入射する際には約０．２２になる。第２光源７２が発光した（すなわち光学フィルタ７３を介する前の）広帯域な緑色光の緑色成分Ｇの光量を「Ｇｂ」、光学フィルタ７３を介した後の緑色光の光量を「Ｇａ」とする場合、光学フィルタ７３を介する前後の緑色成分Ｇの光量比Ｇａ／Ｇｂは約０．５２である。また、第２光源７２が発光した広帯域な緑色光の赤色成分Ｒの光量を「Ｒｂ」、光学フィルタ７３を介した後の緑色光の光量を「Ｒａ」とする場合、光学フィルタ７３を介する前後の赤色成分Ｒの光量比Ｒａ／Ｒｂは約０．７５である。

上記のように、光学フィルタ７３が広帯域な緑色光の緑色成分Ｇと赤色成分Ｒの光量比Ｒ／Ｇを調節するのは、照明光を観察対象の撮影に適した白色光にするためである。観察対象の撮影に適した白色光とは、例えば、従来の内視鏡システムで照明光として使用している白色光である。内視鏡システム１０の光源装置１４は、青色光を発光する第１光源７１と、広帯域な緑色光を発光する第２光源７２と、を備えるが、赤色光を発光する光源を設けていない。したがって、広帯域な緑色光に赤色成分Ｒが含まれているとはいえ、単に青色光と広帯域な緑色光を合波して照明光を形成すると、合波後の照明光においては、青色成分Ｂ及び緑色成分Ｇに対して赤色成分Ｒが相対的に不足するので、照明光は例えばシアン色（水色）になる。その結果、観察画像の色味が不自然になる。

一方、光学フィルタ７３を用いて広帯域な緑色光の緑色成分Ｇと赤色成分Ｒの光量比Ｒ／Ｇを上記のように調節すると、少なくとも照明光が含む緑色成分Ｇと赤色成分Ｒは観察対象の撮影に適した光量比になる。第１光源７１の青色光の光量と、第２光源７２の広帯域な緑色光の光量は、各々独立に制御可能であるから、光学フィルタ７３を用いて広帯域な緑色光の緑色成分Ｇと赤色成分Ｒの光量比Ｒ／Ｇを上記のように調節し、かつ、光源制御部２２が第１光源７１及び第２光源７２の発光量を適宜調節すれば、照明光は観察対象の撮影に適した白色光になる。

光量比Ｒ／Ｇの具体的な調節目標値は、第２光源７２が発光する広帯域な緑色光の分光特性、イメージセンサ４８の各色のカラーフィルタの分光特性、及び、イメージセンサ４８から画像を取得する際のゲイン、及び、ＤＳＰ５６で行う各種処理の内容（例えば、リニアマトリクス処理で使用するマトリクス）等を考慮して定める。その結果、光学フィルタ７３は、Ｇ画像及びＲ画像の明るさの比を調節する。したがって、光学フィルタ７３を用いて広帯域な緑色光の緑色成分Ｇと赤色成分Ｒの光量比を調節すると、調節目標とする白色光を用いて観察対象を撮影した場合に得るＧ画像及びＲ画像の明るさの比と、光源装置１４が生成する照明光を用いて観察対象を撮影した場合に得るＧ画像及びＲ画像の明るさの比とがほぼ一致する。すなわち、光源装置１４には赤色光を発光する赤色光源がないが、得られる観察画像は、調節目標とする白色光を用いて観察対象を撮影した場合に得る観察画像と同じ色合いになる。

上記のように光源部２０には赤色光を発光する赤色光源を設けない代わりに、第２光源７２の広帯域な緑色光の長波長側の一部である赤色成分Ｒを利用して照明光を白色光にするので、赤色成分Ｒに比べて緑色成分Ｇの光量が過多になる。このため、光学フィルタ７３の分光透過率（図６参照）は、少なくとも緑色成分Ｇの透過率が赤色成分Ｒの透過率に比べて小さい。なお、本実施形態では、光学フィルタ７３は、第２光源７２が発光した広帯域な緑色光を透過してライトガイド４１に導光するが、当然ながら、光学フィルタ７３が広帯域な緑色光を反射してライトガイド４１に導光する構成にすることもできる。この場合、光学フィルタ７３の分光反射率は、例えば図６と同様であり、少なくとも緑色成分の反射率が赤色成分の反射率に比べて小さい。すなわち、光学フィルタ７３は、広帯域な緑色光を反射してライトガイド４１に導光する場合に少なくとも緑色成分Ｇの反射率が赤色成分Ｒの反射率よりも小さい特性（分光反射率）を有し、または、広帯域な緑色光を透過してライトガイド４１に導光する場合に少なくとも緑色成分Ｇの透過率が赤色成分Ｒの透過率よりも小さい特性（分光透過率）を有する。

光学フィルタ７３は、波長ごとの透過率の変化がなめらかである。具体的には、緑色成分Ｇの範囲においては波長ごとの透過率は概ね一定であり、かつ、赤色成分Ｒの範囲においては波長ごとの透過率が長波長側にかけてなめらかに徐々に上昇する。この分光透過率は、血管等の構造の再現性（写りやすさ）を考慮したものである。例えば、内視鏡システム１０及び従来の内視鏡システムにおいては、照明光が含む光の波長に応じて、写りやすい血管の深さや太さが変化するので、照明光の分光スペクトル（波長ごとの光量）が異なると、ある深さ及び太さの血管は写りやすさに違いが生じる場合がある。このため、光学フィルタ７３は、波長ごとの反射率の変化をなめらかにして、緑色成分Ｇ及び赤色成分Ｒの範囲において、調節目標とする白色光とほぼ同じ分光スペクトルをほぼ再現する。より簡易に光学フィルタ７３を構成する場合には、波長ごとの透過率の変化を階段状にすることができる。例えば、図８に示すように、光学フィルタ７３の分光透過率が、緑色成分Ｇの波長範囲及び赤色成分Ｒの波長範囲において、それぞれ概ね一定の透過率を有する構成とすることができる。広帯域な緑色光を反射してライトガイド４１に導光する場合における光学フィルタ７３の分光反射率も同様である。

光学フィルタ７３は、分光透過率（図６参照）から分かるように、励起光Ｅｘをカットする励起光カットフィルタとしても機能する。したがって、励起光Ｅｘの一部は蛍光体８４を透過して光学フィルタ７３に入射するが、光学フィルタ７３がカットするのでライトガイド４１には入射しない。なお、本実施形態においては、光学フィルタ７３と合波部材７７を各々別個に設けているが、光学フィルタ７３は合波部材７７と一体にすることができる。この場合、光学フィルタ７３は、広帯域な緑色光を反射してライトガイド４１に導光する際に緑色成分Ｇと赤色成分Ｒの光量比を調節し、かつ、第１光源７１が発光する青色光等と第２光源７２が発光する広帯域な緑色光とを合波する合波部材としても機能する。

追加光源７４は、紫色成分Ｖからなる光（以下、紫色光という）を発光する。追加光源７４は、発光素子８６と、発光素子８６が発光した紫色光を平行光等に整えるレンズ８７と、を備える。発光素子８６は、例えば、ＬＥＤまたはＬＤ等の半導体素子である。追加光源７４が発光した紫色光は、紫色光を反射する合波部材７６及び紫色光を透過する合波部材７７を介してライトガイド４１に入射する。紫色光の紫色成分Ｖはイメージセンサ４８においてはＢ画素で受光する。このため、紫色光の反射光等は、青色光の反射光等とともにＢ画像に寄与する。

なお、光源部２０は、上記第１光源７１、第２光源７２、光学フィルタ７３、及び、追加光源７４の他、光検出器９１，９２及び９３、ビームスプリッタ９４，９５及び９６、並びに、各光源の発光素子を冷却する冷却部材（いわゆるヒートシンク。図示しない）等を備える。ビームスプリッタ９４は第１光源７１が発光した青色光の一部を所定割合で反射し、かつ、光検出器９１はビームスプリッタ９４が反射した青色光を受光する。ビームスプリッタ９５は第２光源７２が発光した広帯域な緑色光の一部を所定割合を反射し、かつ、光検出器９２はビームスプリッタ９４が反射した広帯域な緑色光を受光する。ビームスプリッタ９６は追加光源７４が発光した紫色光の一部を所定割合で反射し、かつ、光検出器９３はビームスプリッタ９６が反射した紫色光を受光する。光源制御部２２は、光検出器９１が検出した光量を用いて第１光源７１の青色光の発光量を自動的に正確に制御する。また、光源制御部２２は、光検出器９２が検出した光量を用いて第２光源７２の広帯域な緑色光の発光量を自動的に正確に制御する。同様に、光源制御部２２は、光検出器９３が検出した光量を用いて追加光源７４の紫色光の発光量を自動的に正確に制御する。

上記のように構成した光源装置１４は、例えば、図９に示すほぼ白色の照明光９８を発光する。そして、イメージセンサ４８は、光源装置１４が発光した青色光と光学フィルタ７３が成分を調節した広帯域な緑色光と、を含む照明光９８を用いて観察対象を撮影する。

照明光９８が含む青色成分Ｂは、第１光源７１が発光した青色光の青色成分Ｂであり、照明光９８が含む紫色成分Ｖは、追加光源７４が発光した紫色光の紫色成分Ｖである。そして、照明光９８が含む緑色成分Ｇ及び赤色成分Ｒは、光学フィルタ７３が第２光源７２が発光した広帯域な緑色光の緑色成分Ｇ及び赤色成分Ｒを、白色光を形成するのに適したバランスに調節している。すなわち、光源部２０は赤色光を発光する赤色光源を有していないが、広帯域な緑色光の赤色成分Ｒを照明光９８の赤色成分Ｒとして利用して、白色の照明光を形成することができる。

上記のように、光源装置１４は、光学フィルタ７３を用いて、広帯域な緑色光の緑色成分Ｇ及び赤色成分Ｒのバランスを調節し、広帯域な緑色光の赤色成分Ｒを利用することで光源部２０に赤色光を発光する赤色光源を有していなくても白色の照明光９８を形成することができる。したがって、光源装置１４は、赤色光を発光する赤色光源を設けなくても良い分、白色の照明光を形成するために赤色光源を有する従来の光源装置よりもコンパクトである。また、光源装置１４は、赤色光を発光する赤色光源を設けなくても良い分、白色の照明光９８を形成するために赤色光源を有する従来の光源装置よりも安価である。

上記実施形態においては、光源装置１４とプロセッサ装置１６はそれぞれ別体の装置となっているが、本発明の光源装置１４は従来の光源装置よりもコンパクトであるから、光源装置１４とプロセッサ装置１６は一体化することができる。例えば、図１０に示すように、内視鏡１２と、光源装置１４の各部からなる光源ブロック１０４と、プロセッサ装置１６の各部からなるプロセッサブロック１０６と、を有し、光源装置１４及びプロセッサ装置１６を一体化した統合制御装置１０２と、を用いて内視鏡システム１０１を構成することができる。

なお、上記実施形態においては、追加光源７４を設けているが、追加光源７４は省略することができる。例えば、観察対象の撮影に紫色光を使用しない場合は、追加光源７４を省略することで、光源装置１４をさらに小型化できる。

なお、上記実施形態においては、光学フィルタ７３が広帯域な緑色光の緑色成分Ｇと赤色成分Ｒの光量比Ｒ／Ｇを調節し、その結果、Ｇ画像及びＲ画像の明るさの比を整えているが、光学フィルタ７３とイメージセンサ４８のカラーフィルタの配列を組み合わせて、Ｇ画像及びＲ画像の明るさの比を整えることができる。例えば、図１１に示すように、イメージセンサ４８のカラーフィルタは、通常、視感度を考慮して、Ｒ：Ｇ：Ｂ＝１：２：１の配列になっている。これに対し、図１２に示すように、イメージセンサ４８のカラーフィルタを、例えばＲ：Ｇ：Ｂ＝２：１：１にする等、Ｇ画素を減らしかつＲ画素を増やせば、緑色成分Ｇの感度を下げ、かつ、赤色成分Ｒの感度を上げることができる。したがって、図１２に示すようなカラーフィルタ配列を有するイメージセンサ４８を使用すれば、光学フィルタ７３とイメージセンサ４８のカラーフィルタの配列を組み合わせて、Ｇ画像及びＲ画像の明るさの比を整えることができる。図１１及び図１２は正方配列のイメージセンサ４８を例にしているが、いわゆるハニカム配列のイメージセンサ４８等、他の配列のイメージセンサ４８を用いる場合も同様である。

これは補色系のカラーフィルタを有するイメージセンサ４８を使用する場合も同様である。図１３に示すように、補色系のカラーフィルタを有するイメージセンサ４８は、例えば、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、黄色（Ｙ）、及び緑色（Ｇ）のカラーフィルタをＣ：Ｍ：Ｙ：Ｇ＝１：１：１：１の比率で有する。したがって、図１４に示すように、例えば、緑色（Ｇ）のカラーフィルタを赤色（Ｒ）のカラーフィルタに置き換えれば、緑色成分Ｇの感度を下げ、かつ、赤色成分Ｒの感度を上げることができる。そして、緑色（Ｇ）のカラーフィルタを赤色（Ｒ）のカラーフィルタに置き換えた補色系のイメージセンサ４８を使用すれば、光学フィルタ７３とイメージセンサ４８のカラーフィルタの配列を組み合わせて、Ｇ画像及びＲ画像の明るさの比を整えることができる。なお、図１３及び図１４は正方配列のイメージセンサ４８を例にしているが、いわゆるハニカム配列のイメージセンサ４８等、他の配列のイメージセンサ４８を用いる場合も同様である。また、補色系のイメージセンサ４８の場合は、上記のように緑色（Ｇ）のカラーフィルタを赤色（Ｒ）のカラーフィルタに置き換える代わりに、図１５に示すように、黄色（Ｙ）のカラーフィルタを赤色（Ｒ）のカラーフィルタに置き換えても良い。また、図１６に示すように、シアン（Ｃ）のカラーフィルタを赤色（Ｒ）のカラーフィルタに置き換えても良い。図１５及び図１６の配列では、緑色成分Ｇの感度に対して赤色成分Ｒの感度を相対的に上げることができるので、結果として、光学フィルタ７３とイメージセンサ４８のカラーフィルタの配列を組み合わせて、Ｇ画像及びＲ画像の明るさの比を整えることができる。

上記のように、光学フィルタ７３とイメージセンサ４８のカラーフィルタの配列を組み合わせて、Ｇ画像及びＲ画像の明るさの比を整えると、白色光を形成するために、光学フィルタ７３によって広帯域な緑色光の緑色成分Ｇを小さくしすぎ、Ｇ画像のノイズが増大してしまうことを防ぐことができる。

上記実施形態においては、光学フィルタ７３が広帯域な緑色光の緑色成分Ｇと赤色成分Ｒの光量比Ｒ／Ｇを調節し、その結果、Ｇ画像及びＲ画像の明るさの比を整えているが、光学フィルタ７３と画像取得部５４の各種処理または画像処理部６１の観察画像の生成処理を組み合わせてＧ画像及びＲ画像の明るさの比を整えることができる。具体的には、光源装置１４を用いる場合、画像取得部５４または画像処理部６１において、緑色成分Ｇを用いて観察対象を撮影したＧ画像にかけるゲインよりも赤色成分Ｒを用いて観察対象を撮影したＲ画像にかけるゲインを大きくし、Ｒ画像の明るさを電子的に増大することが好ましい。このように、Ｒ画像の明るさを電子的に増大する場合には、Ｒ画像にローパスフィルタをかけることが好ましい。Ｒ画像はもともと血管等の写りが少ないので、Ｒ画像の明るさを電子的に増大し、かつ、ローパスフィルタをかけても、観察画像への影響が少ないからである。このように、光学フィルタ７３と、Ｒ画像の明るさの増大及びローパスフィルタ処理と、を組み合わせてＧ画像及びＲ画像の明るさの比を整えれば、白色光を形成するために光学フィルタ７３によって広帯域な緑色光の緑色成分Ｇを小さくしすぎ、Ｇ画像のノイズが増大してしまうことを防ぐことができる。

上記実施形態においては、紫色光を発光する追加光源７４を設けているが、図１７に示すように、光源装置１４にはさらに追加光源２０１を設けることができる。追加光源２０１は、上記実施形態の紫色光以外の光を発光すること以外、追加光源７４と同様の構成を有する。光源装置１４は赤色光を発光する赤色光源を設けなくても良い分コンパクトであるから、さらに追加光源２０１を設けても従来の光源装置と同じサイズで光源装置１４を構成することができる。もちろん、紫色光を発光する追加光源７４を省略し、その代わりに別の追加光源２０１を設ければ、従来の光源装置よりも光源装置１４をコンパクトに形成することができる。

追加光源２０１は、例えば、酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの吸光係数に差がある光を発光する。図１８に示すように、酸化ヘモグロビン（グラフ２１１）と還元ヘモグロビン（グラフ２１２）の吸光係数に差がある光とは、例えば、波長が約４７０±５ｎｍ程度の青色光である。酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの吸光係数に差がある光を照明光として使用して取得したＢ画像を用いれば観察対象の酸素飽和度を計測することができる。このため、第１光源７１及び第２光源７２に加えて、酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの吸光係数に差がある光を発光する追加光源２０１を設けておけば、観察対象の酸素飽和度を計測する酸素飽和度観察モードを内視鏡システム１０に付加することができる。

追加光源２０１は、赤外光を発光する光源にしてもよい。この場合、観察対象を赤外光または赤外光によって発生する蛍光等によって観察する赤外観察モードを内視鏡システム１０に付加することができる。

なお、図１９及び図２０に示すように、光源部２０には、光学フィルタ７３に加えて、広帯域な緑色光の赤色成分Ｒを減光する第２の光学フィルタ３０１を、広帯域な緑色光の光路中に挿抜自在に備えることが好ましい。広帯域な緑色光の赤色成分Ｒを減光する第２の光学フィルタ３０１を挿抜自在に設けておけば、Ｒ画像が不要で、赤色光の混色がない正確なＢ画像またはＧ画像が必要な観察モードを内視鏡システム１０に付加することができる。Ｒ画像が不要で、赤色光の混色がない正確なＢ画像またはＧ画像が必要な観察モードとは、例えば、Ｂ画像とＧ画像の差分、青色成分Ｂで撮影したＢ画像と紫色成分Ｖで撮影したＢ画像の差分等に基いて、特定の深さまたは太さの血管を抽出及び強調して観察する観察モードである。

図１９においては、第２の光学フィルタ３０１を、第２光源７２と合波部材７７の間に設けているが、図２１に示すように、第２の光学フィルタ３０１を、合波部材７７よりも下流側（合波部材７７とライトガイド４１の間）に設けても良い。また、図１９においては、光学フィルタ７３に加えて、第２の光学フィルタ３０１を設けているが、第２の光学フィルタ３０１の代わりに、図２２及び図２３に示すように、広帯域な緑色光から赤色成分Ｒを減光する第２の光学フィルタ３０２を、光学フィルタ７３と交換可能に設けることができる。これら第２の光学フィルタ３０１及び３０２の挿抜は、光源制御部２２が制御する。

上記実施形態においては、イメージセンサ４８が設けられた内視鏡１２を被検体内に挿入して観察を行う内視鏡システムにおいて本発明を実施しているが、カプセル内視鏡システムにおいても本発明は好適である。図２４に示すように、例えば、カプセル内視鏡システムにおいては、カプセル内視鏡４００と、プロセッサ装置（図示しない）とを少なくとも有する。

カプセル内視鏡４００は、光源部４０２と制御部４０３と、イメージセンサ４０４と、画像処理部４０６と、送受信アンテナ４０８と、を備えている。光源部４０２は、光源部２０に対応する。制御部４０３は、光源制御部２２及び制御部６９と同様に機能する。また、制御部４０３は、送受信アンテナ４０８を用いて、カプセル内視鏡システムのプロセッサ装置と無線を使用して通信可能である。カプセル内視鏡システムのプロセッサ装置は、上記実施形態のプロセッサ装置１６とほぼ同様であるが、画像取得部５４及び画像処理部６１に対応する画像処理部４０６はカプセル内視鏡４００に設け、生成した観察画像は、送受信アンテナ４０８を介してプロセッサ装置に送信する。イメージセンサ４０４はイメージセンサ４８と同様である。

なお、上記実施形態及び変形例においては、第１光源７１、第２光源７２、追加光源７４、及び、追加光源２０１はいずれもはＬＥＤ等の半導体光源であるが、これら半導体光源の代わりに、あるいはこれらのいずれかの半導体光源と組み合わせて、光源装置１４には、キセノンランプまたはその他ハロゲンランプ等の照明ランプを使用することができる。光学フィルターを光路に移動し、照明ランプの発する光から特定波長領域を選択的に出力する場合も含む。

上記実施形態及び変形例においては、第２光源７２は、緑色成分Ｇと赤色成分Ｒを含む広帯域な緑色光を発光するが、第２光源７２が発光する光には少なくとも緑色成分Ｇと赤色成分Ｒを含んでいればよく、この他に青色成分Ｂ、紫色成分Ｖ、紫外成分、または赤外成分を含んでいても良い。例えば、白色光を発光するＬＥＤ（いわゆる白色ＬＥＤ）等を第２光源７２として使用することができる。白色ＬＥＤが発光する白色光は、例えば図２５に示す分光スペクトルを有し、上記実施形態及び変形例の広帯域な緑色光（図５参照）と比較とすれば、赤色成分Ｒの減衰が小さい。また、白色ＬＥＤには、例えば図２６に示すように、自然光に近い分光スペクトルを有する白色光（いわゆる演色性が良い白色光）を発光するものがある。こうした演色性が良い白色光を発光する白色ＬＥＤは第２光源７２に好適である。

上記実施形態及び変形例においては、第１光源７１、追加光源７４、及び追加光源２０１は、発光素子８１または８６と、レンズ８２または８７と、からなるが、第１光源７１、追加光源７４、及び追加光源２０１も、第２光源７２と同様に、励起光を発光する発光素子と、励起光が入射することで上記各光源が発光する光を発光する蛍光体と、蛍光体が発光した光を平行光等に整えるレンズと、によって構成することができる。逆に、第２光源７２は、広帯域な緑色光を発光することができれば、第１光源７１等のように発光素子とレンズとで構成することができる。この他、第１光源７１、第２光源７２、光学フィルタ７３、追加光源７４、合波部材７６、光検出器９１，９２及び９３、ビームスプリッタ９４，９５及び９６、並びに、追加光源２０１等の光源部２０の各部は光軸に沿って移動可能である。

上記実施形態及び変形例においては、光学フィルタ７３は、青色光等と、広帯域な緑色光との合波部材としても機能するが、青色光等と、広帯域な緑色光との合波部材とは別に、光学フィルタ７３を設けることができる。この場合、光学フィルタ７３は、第２光源７２が発光する広帯域な緑色光からライトガイド４１までの光路中に配置すればよく、青色光等との合波前の位置に配置することが好ましい。

１０，１０１ 内視鏡システム
１２ 内視鏡
１２ａ 挿入部
１２ｂ 操作部
１２ｃ 湾曲部
１２ｄ 先端部
１２ｅ アングルノブ
１３ａ ズーム操作部
１３ｂ モード切替スイッチ
１４ 光源装置
１６ プロセッサ装置
１８ モニタ
１９ コンソール
２０，４０２ 光源部
２２ 光源制御部
３０ａ 照明光学系
３０ｂ 撮影光学系
４１ ライトガイド
４５ 照明レンズ
４６ 対物レンズ
４７ ズームレンズ
４８，４０４ イメージセンサ
５４ 画像取得部
５６ ＤＳＰ
５８ ノイズ低減部
５９ 変換部
６１，４０６ 画像処理部
６６ 表示制御部
６９，４０３ 制御部
７１ 第１光源
７２ 第２光源
７３ 光学フィルタ
７４，２０１ 追加光源
７６，７７ 合波部材
８１ 発光素子
８２，８５，８７ レンズ
８３ 発光素子
８４ 蛍光体
８６ 発光素子
９１，９２，９３ 光検出器
９４，９５，９６ ビームスプリッタ
９８ 照明光
１０２ 統合制御装置
１０４ 光源ブロック
１０６ プロセッサブロック
２１１ 酸化ヘモグロビンの吸光係数を示すグラフ
２１２ 還元ヘモグロビンの吸光係数を示すグラフ
３０１，３０２ 第２の光学フィルタ
４００ カプセル内視鏡
４０８ 送受信アンテナ
Ｂ 青色
Ｃ シアン
Ｍ マゼンタ
Ｅｘ 励起光
Ｇ 緑色
Ｒ 赤色
Ｖ 紫色
Ｙ 黄色

Claims (11)

1. 青色光を発光する第１光源と、
   緑色成分の他に赤色成分を含む広帯域な緑色光を発光する第２光源と、
   前記広帯域な緑色光の光量を波長ごとに調節する光学フィルタと、
   を備え、
   前記光学フィルタは、前記広帯域な緑色光を反射する場合に前記緑色成分の反射率が前記赤色成分の反射率よりも小さい特性を有し、または、前記広帯域な緑色光を透過する場合に前記緑色成分の透過率が前記赤色成分の透過率よりも小さい特性を有し、
   前記光学フィルタを透過後の前記広帯域の緑色光の緑色成分Ｇと赤色成分Ｒの光量比Ｒ／Ｇは、前記光学フィルタを透過前の広帯域の緑色光の緑色成分Ｇと赤色成分Ｒの光量比Ｒ／Ｇよりも大きい光源装置。
2. 前記第２光源は、励起光を発光する発光素子と、前記励起光を照射した際に前記広帯域な緑色光を発光する蛍光体と、を含み、
   前記光学フィルタは、前記励起光をカットする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記光学フィルタは、成分ごとの反射率または透過率の変化が階段状である請求項１または２に記載の光源装置。
4. 前記光学フィルタは、成分ごとの反射率または透過率の変化が滑らかである請求項１または２に記載の光源装置。
5. 前記光学フィルタは、前記青色光と前記広帯域な緑色光を合波する合波部材である請求項１〜４のいずれか１項に記載の光源装置。
6. 前記第１光源及び前記第２光源に加えて、酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの吸光係数に差がある光を発光する追加光源を備える請求項１〜５のいずれか１項に記載の光源装置。
7. 前記第１光源及び前記第２光源に加えて、赤外光を発光する追加光源を備える請求項１〜５のいずれか１項に記載の光源装置。
8. 前記光学フィルタに加えて、または、前記光学フィルタと交換可能に、前記広帯域な緑色光から前記赤色成分を減光する第２の光学フィルタを備える請求項１〜５のいずれか１項に記載の光源装置。
9. 青色光を発光する第１光源と、緑色成分の他に赤色成分を含む広帯域な緑色光を発光する第２光源と、前記広帯域な緑色光の光量を波長ごとに調節する光学フィルタと、を有し、前記光学フィルタは、前記広帯域な緑色光を反射する場合に前記緑色成分の反射率が前記赤色成分の反射率よりも小さい特性を有し、または、前記広帯域な緑色光を透過する場合に前記緑色成分の透過率が前記赤色成分の透過率よりも小さい特性を有する光源装置と、
   前記青色光と、前記光学フィルタが成分を調節した前記広帯域な緑色光と、を用いて観察対象を撮影するイメージセンサと、を備え、
   前記光学フィルタを透過後の前記広帯域の緑色光の緑色成分Ｇと赤色成分Ｒの光量比Ｒ／Ｇは、前記光学フィルタを透過前の広帯域の緑色光の緑色成分Ｇと赤色成分Ｒの光量比Ｒ／Ｇよりも大きい内視鏡システム。
10. 前記イメージセンサは、各画素にカラーフィルタを有するカラーセンサである請求項９に記載の内視鏡システム。
11. 前記緑色成分を用いて前記観察対象を撮影した緑色画像にかけるゲインよりも、前記赤色成分を用いて前記観察対象を撮影した赤色画像にかけるゲインを大きくした請求項９または１０に記載の内視鏡システム。

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