JPWO2013179760A1

JPWO2013179760A1 - 内視鏡システム

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Publication number: JPWO2013179760A1
Application number: JP2013544047A
Authority: JP
Inventors: 悠次酒井; 鵜澤　勉; 勉鵜澤; 克己平川
Original assignee: Olympus Medical Systems Corp
Current assignee: Olympus Medical Systems Corp
Priority date: 2012-06-01
Filing date: 2013-04-03
Publication date: 2016-01-18
Anticipated expiration: 2033-04-03
Also published as: JP5490331B1; CN103889302A; WO2013179760A1; EP2756790B1; EP2756790A1; EP2756790A4; US20140088363A1; CN103889302B; US8882658B2

Abstract

内視鏡システムは、光源から発せられた照明光を導く導光部材と、導光部材により導かれた照明光を被写体へ照射する光学系と、光学系を経て被写体へ照射される照明光の照射位置が所定の走査パターンに沿った照射位置となるように導光部材を揺動させる駆動部と、を備えた内視鏡と、所定の走査パターンに沿って照射される照明光の照射位置を特定可能な座標情報を取得する座標情報取得部と、座標情報に基づく処理を行うことにより、照明光に含まれる所定の波長帯域の光を基準として、照明光に含まれる所定の波長帯域以外の他の波長帯域の光の倍率色収差を補正するための補正情報を取得する補正情報取得部と、を有する。

Description

本発明は、内視鏡システムに関し、特に、被写体を走査して画像を取得する内視鏡システムに関するものである。

医療分野の内視鏡においては、被検者の負担を軽減するために、当該被検者の体腔内に挿入される挿入部を細径化するための種々の技術が提案されている。そして、このような技術の一例として、日本国特開２０１１−１０１６６５号公報には、前述の挿入部に相当する部分に固体撮像素子を有しない光走査型電子内視鏡、及び、当該光走査型電子内視鏡を具備して構成された電子内視鏡システムが開示されている。

具体的には、日本国特開２０１１−１０１６６５号公報には、光源部から発せられた照明光を導光する照明用ファイバの先端部を共振運動させることにより被写体を予め設定された走査パターンで（例えば渦巻状に）走査し、当該被写体からの戻り光を照明用ファイバの周囲に配置された受光用ファイバで受光し、当該受光用ファイバで受光された戻り光を各色成分毎に分離して得た信号を用いて当該被写体の画像を生成する、という構成を具備する電子内視鏡システムが開示されている。

また、日本国特開２０１１−１０１６６５号公報には、前述の電子内視鏡システムにおいて生じる倍率色収差の較正方法として、光源部から出射される橙色光の光量に応じて検出される橙色成分を用い、当該光源部から出射される赤色光の光量に応じて検出される赤色成分を補正する、という較正方法が開示されている。

しかし、日本国特開２０１１−１０１６６５号公報に開示されている較正方法によれば、モニタに表示させる画像の生成の際に用いられる赤色光、緑色光及び青色光の光源に加え、倍率色収差の較正の際に用いられる橙色光の光源をさらに設ける必要が生じるため、結果的に、倍率色収差の較正を行うための構成が煩雑化してしまう、という課題が生じている。

本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであり、走査型の内視鏡を用いて画像を取得する際に生じる倍率色収差を従来に比べて簡易に較正す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、光源から発せられた照明光を導く導光部材と、前記導光部材により導かれた前記照明光を被写体へ照射する光学系と、前記光学系を経て前記被写体へ照射される前記照明光の照射位置が所定の走査パターンに沿った照射位置となるように前記導光部材を揺動させる駆動部と、を備えた内視鏡と、前記所定の走査パターンに沿って照射される前記照明光の照射位置を特定可能な座標情報を取得する座標情報取得部と、前記座標情報に基づく処理を行うことにより、前記照明光に含まれる所定の波長帯域の光を基準として、前記照明光に含まれる前記所定の波長帯域以外の他の波長帯域の光の倍率色収差を補正するための補正情報を取得する補正情報取得部と、を有する。

本発明の実施例に係る内視鏡システムの要部の構成を示す図。被写体の表面に設定される仮想的なＸＹ平面の一例を示す図。内視鏡に設けられた対物光学系の構成の一例を示す図。図３の対物光学系において発生する倍率色収差を示す収差図。内視鏡に設けられたアクチュエータに供給される第１の駆動信号の信号波形の一例を示す図。内視鏡に設けられたアクチュエータに供給される第２の駆動信号の信号波形の一例を示す図。図２のような仮想的なＸＹ平面に照明光が照射された場合における、点ＳＡから点ＹＭＡＸに至るまでの照明光の照射座標の時間的な変位を説明するための図。図２のような仮想的なＸＹ平面に照明光が照射された場合における、点ＹＭＡＸから点ＳＡに至るまでの照明光の照射座標の時間的な変位を説明するための図。画像補正処理を行う際に利用可能な較正用チャートの一例を示す図。図８の較正用チャートを用いて行われる処理の概要を説明するためのフローチャート。図９のステップＳ２において行われる画像補正処理の具体例を説明するためのフローチャート。画像補正処理を行う際に利用可能な較正用チャートの、図８とは異なる例を示す図。

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１１は、本発明の実施例に係るものである。図１は、本発明の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、例えば図１に示すように、被検者の体腔内に挿入される走査型の内視鏡２と、内視鏡２に接続される本体装置３と、本体装置３に接続されるモニタ４と、本体装置３に接続される情報処理装置５と、を有して構成されている。

内視鏡２は、被検者の体腔内に挿入可能な細長形状及び可撓性を備えて形成された挿入部１１を有して構成されている。なお、挿入部１１の基端部には、内視鏡２を本体装置３に着脱自在に接続するための図示しないコネクタ等が設けられている。

挿入部１１の内部における基端部から先端部にかけての部分には、本体装置３の光源ユニット２１から供給された照明光を対物光学系１４へ導く導光部材としての機能を具備する照明用ファイバ１２と、被写体からの戻り光を受光して本体装置３の検出ユニット２３へ導く受光用ファイバ１３と、がそれぞれ挿通されている。

照明用ファイバ１２の光入射面を含む端部は、本体装置３の内部に設けられた合波器３２に配置されている。また、照明用ファイバ１２の光出射面を含む端部は、挿入部１１の先端部に設けられた対物光学系１４の光入射面の近傍において、固定部材等により固定されない状態で配置されている。すなわち、照明用ファイバ１２により導かれた照明光は、対物光学系１４を経て被写体へ照射される。

なお、本実施例においては、後述の対物光学系１４の設計データに対応する設計値として、例えば、照明用ファイバ１２の光出射面を含む端部の開口数ＮＡが０．０９６３となるように設定されていることが望ましい。

受光用ファイバ１３の光入射面を含む端部は、挿入部１１の先端部の先端面における、対物光学系１４の光出射面の周囲に固定配置されている。また、受光用ファイバ１３の光出射面を含む端部は、本体装置３の内部に設けられた分波器３６に配置されている。

挿入部１１の先端部側における照明用ファイバ１２の中途部には、本体装置３のドライバユニット２２から出力される駆動信号に基づいて駆動するアクチュエータ１５が取り付けられている。

ここで、以降においては、挿入部１１の長手方向の軸に相当する挿入軸（または対物光学系１４の光軸）に対して垂直な仮想の平面として、図２に示すようなＸＹ平面を被写体の表面に設定する場合を例に挙げつつ説明を進める。図２は、被写体の表面に設定される仮想的なＸＹ平面の一例を示す図である。

具体的には、図２のＸＹ平面上の点ＳＡは、紙面手前側から奥側に相当する方向に挿入部１１の挿入軸が存在するものとして仮想的に設定した場合における、当該挿入軸と紙面との交点を示している。また、図２のＸＹ平面におけるＸ軸方向は、紙面左側から右側に向かう方向として設定されている。また、図２のＸＹ平面におけるＹ軸方向は、紙面下側から上側に向かう方向として設定されている。また、図２のＸＹ平面を構成するＸ軸及びＹ軸は、点ＳＡにおいて交差している。

アクチュエータ１５は、本体装置３のドライバユニット２２から出力される第１の駆動信号に基づき、照明用ファイバ１２の光出射面を含む端部をＸ軸方向に揺動させるように動作するＸ軸用アクチュエータ（図示せず）と、本体装置３のドライバユニット２２から出力される第２の駆動信号に基づき、照明用ファイバ１２の光出射面を含む端部をＹ軸方向に揺動させるように動作するＹ軸用アクチュエータ（図示せず）と、を有して構成されている。そして、照明用ファイバ１２の光出射面を含む端部は、前述のようなＸ軸用アクチュエータ及びＹ軸用アクチュエータの動作に伴い、点ＳＡを中心として渦巻状に揺動される。

なお、本実施例においては、後述の対物光学系１４の設計データに対応する設計値として、例えば、アクチュエータ１５により揺動される照明用ファイバ１２の（光出射面を含む端部の）長さが３．４ｍｍとなるように設定されていることが望ましい。

挿入部１１の内部には、例えば、対物光学系１４の特性に応じて決定される光学特性情報等のような、内視鏡２に関連する種々の情報を含む内視鏡情報が予め格納されたメモリ１６が設けられている。そして、メモリ１６に格納された内視鏡情報は、内視鏡２と本体装置３とが接続された際に、本体装置３のコントローラ２５によって読み出される。なお、メモリ１６に格納された対物光学系１４の光学特性情報の詳細については、後程説明する。

ここで、挿入部１１の先端部に設けられた対物光学系１４の具体的な構成例について、図３及び図４を参照しつつ説明を行う。図３は、本実施例に係る内視鏡に設けられた対物光学系の構成の一例を示す図である。図４は、図３の対物光学系において発生する倍率色収差を示す収差図である。

対物光学系１４は、例えば図３に示すように、正の屈折力を有する２つの平凸レンズにより構成されている。また、本実施例の対物光学系１４は、下記のような設計データを具備して設計されている。

なお、下記の対物光学系１４の設計データにおいては、曲率半径をｒとして示し、面間隔をｄとして示し、各レンズのｄ線（５８７．６ｎｍ）に対する屈折率をｎｄとして示し、各レンズのｄ線のアッベ数をνｄとして示している。また、下記の対物光学系１４の設計データにおいては、曲率半径ｒの“∞”が無限大であることを示し、面番号の“物体面”におけるＤ＝７．５０（ｍｍ）が対物光学系１４の焦点位置を示している。また、曲率半径ｒ及び面間隔ｄ等の距離に関するデータの単位は、特段の記載がない場合においては、ミリメートル（ｍｍ）であるとする。また、下記の対物光学系１４の設計データ及び図３内の“物体面”は、観察対象物の表面を示すものとする。また、下記の対物光学系１４の設計データ及び図３内の、“像面”は、渦巻状に揺動される照明用ファイバ１２の光出射面の軌跡が投影される仮想的な面を示すものとする。

（設計データ）

一方、上記の設計データを具備して設計された対物光学系１４においては、例えば図４に示すような倍率色収差が発生する。

なお、図４の一点鎖線は、緑色の波長帯域の光（以降、Ｇ光とも称する）を基準とした場合（Ｇ光の倍率色収差＝０と規定した場合）における、赤色の波長帯域の光（以降、Ｒ光とも称する）の像高（図４の“ＦＩＹ”に相当）と倍率色収差に起因する収差量との間の相関を示している。また、図４の二点鎖線は、Ｇ光を基準とした場合における、青色の波長帯域の光（以降、Ｂ光とも称する）の像高と倍率色収差に起因する収差量との間の相関を示している。また、図４の“ＦＩＹ”の最大値に相当する最大像高は、被写体の表面における点ＳＡから後述の点ＹＭＡＸまでの距離（例えば０．２（ｍｍ））に略一致する値であるとともに、アクチュエータ１５により揺動される照明用ファイバ１２の最大振幅に応じて決定される値である。

すなわち、挿入部１１のメモリ１６には、対物光学系１４の特性に応じて決定される光学特性情報として、上記のような設計データと、図４の収差図として例示したような、対物光学系１４に起因して発生する倍率色収差の基準をＧ光に設定した場合における、Ｒ光及びＢ光の像高と収差量との間の対応関係を示すデータと、が併せて格納されている。

一方、本体装置３は、光源ユニット２１と、ドライバユニット２２と、検出ユニット２３と、メモリ２４と、コントローラ２５と、を有して構成されている。

光源ユニット２１は、光源３１ａと、光源３１ｂと、光源３１ｃと、合波器３２と、を有して構成されている。

光源３１ａは、例えばレーザ光源等を具備し、コントローラ２５の制御によりオンされた際に、Ｒ光を合波器３２へ出射するように構成されている。

光源３１ｂは、例えばレーザ光源等を具備し、コントローラ２５の制御によりオンされた際に、Ｇ光を合波器３２へ出射するように構成されている。

光源３１ｃは、例えばレーザ光源等を具備し、コントローラ２５の制御によりオンされた際に、Ｂ光を合波器３２へ出射するように構成されている。

合波器３２は、光源３１ａから発せられたＲ光と、光源３１ｂから発せられたＧ光と、光源３１ｃから発せられたＢ光と、を合波して照明用ファイバ１２の光入射面に供給できるように構成されている。

ドライバユニット２２は、信号発生器３３と、デジタルアナログ（以下、Ｄ／Ａという）変換器３４ａ及び３４ｂと、アンプ３５と、を有して構成されている。

信号発生器３３は、コントローラ２５の制御に基づき、照明用ファイバ１２の光出射面を含む端部をＸ軸方向に揺動させる第１の駆動信号として、例えば図５に示すような、所定の波形の信号を生成してＤ／Ａ変換器３４ａに出力するように構成されている。図５は、内視鏡に設けられたアクチュエータに供給される第１の駆動信号の信号波形の一例を示す図である。

また、信号発生器３３は、コントローラ２５の制御に基づき、照明用ファイバ１２の光出射面を含む端部をＹ軸方向に揺動させる第２の駆動信号として、例えば図６に示すような、前述の第１の駆動信号の位相を９０°ずらした波形の信号を生成してＤ／Ａ変換器３４ｂに出力するように構成されている。図６は、内視鏡に設けられたアクチュエータに供給される第２の駆動信号の信号波形の一例を示す図である。

Ｄ／Ａ変換器３４ａは、信号発生器３３から出力されたデジタルの第１の駆動信号をアナログの第１の駆動信号に変換してアンプ３５へ出力するように構成されている。

Ｄ／Ａ変換器３４ｂは、信号発生器３３から出力されたデジタルの第２の駆動信号をアナログの第２の駆動信号に変換してアンプ３５へ出力するように構成されている。

アンプ３５は、Ｄ／Ａ変換器３４ａ及び３４ｂから出力された第１及び第２の駆動信号を増幅してアクチュエータ１５へ出力するように構成されている。

ここで、図５において例示した第１の駆動信号の振幅値（信号レベル）は、最小値となる時刻Ｔ１を起点として徐々に増加し、時刻Ｔ２において最大値になった後で徐々に減少し、時刻Ｔ３で再び最小値となる。

また、図６において例示した第２の駆動信号の振幅値（信号レベル）は、最小値となる時刻Ｔ１を起点として徐々に増加し、時刻Ｔ２の近辺において最大値になった後で徐々に減少し、時刻Ｔ３で再び最小値となる。

そして、図５に示すような第１の駆動信号がアクチュエータ１５のＸ軸用アクチュエータに供給されるとともに、図６に示すような第２の駆動信号がアクチュエータ１５のＹ軸用アクチュエータに供給されると、照明用ファイバ１２の光出射面を含む端部が点ＳＡを中心とした渦巻状に揺動され、このような揺動に応じて被写体の表面が図７Ａ及び図７Ｂに示すような渦巻状に走査される。図７Ａは、図２のような仮想的なＸＹ平面に照明光が照射された場合における、点ＳＡから点ＹＭＡＸに至るまでの照明光の照射座標の時間的な変位を説明するための図である。図７Ｂは、図２のような仮想的なＸＹ平面に照明光が照射された場合における、点ＹＭＡＸから点ＳＡに至るまでの照明光の照射座標の時間的な変位を説明するための図である。

具体的には、時刻Ｔ１においては、被写体の表面の点ＳＡに相当する位置に照明光が照射される。その後、第１及び第２の駆動信号の振幅値が時刻Ｔ１から時刻Ｔ２にかけて増加するに伴い、被写体の表面における照明光の照射座標が点ＳＡを起点として外側へ第１の渦巻状の軌跡を描くように変位し、さらに、時刻Ｔ２に達すると、被写体の表面における照明光の照射座標の最外点である点ＹＭＡＸに照明光が照射される。そして、第１及び第２の駆動信号の振幅値が時刻Ｔ２から時刻Ｔ３にかけて減少するに伴い、被写体の表面における照明光の照射座標が点ＹＭＡＸを起点として内側へ第２の渦巻状の軌跡を描くように変位し、さらに、時刻Ｔ３に達すると、被写体の表面における点ＳＡに照明光が照射される。

すなわち、アクチュエータ１５は、ドライバユニット２２から供給される第１及び第２の駆動信号に基づき、対物光学系１４を経て被写体へ照射される照明光の照射位置が図７Ａ及び図７Ｂに例示した渦巻形状の走査パターンに沿った照射位置となるように、照明用ファイバ１２の光出射面を含む端部を揺動させることができるように構成されている。

なお、本実施例においては、対物光学系１４を経た照明光が図７Ａ及び図７Ｂのような渦巻形状に沿って照射され、さらに、対物光学系１４の光出射面の周囲に固定配置された受光用ファイバ１３が被写体の表面からの戻り光を受光することに伴い、９０°の画角（視野）の画像が生成されるものとする。

一方、検出ユニット２３は、分波器３６と、検出器３７ａ、３７ｂ及び３７ｃと、アナログデジタル（以下、Ａ／Ｄという）変換器３８ａ、３８ｂ及び３８ｃと、を有して構成されている。

分波器３６は、ダイクロイックミラー等を具備し、受光用ファイバ１３の光出射面から出射された戻り光をＲ（赤）、Ｇ（緑）及びＢ（青）の各色成分毎の光に分離して検出器３７ａ、３７ｂ及び３７ｃへ出射するように構成されている。

検出器３７ａは、分波器３６から出力されるＲ光の強度を検出し、当該検出したＲ光の強度に応じたアナログのＲ信号を生成してＡ／Ｄ変換器３８ａへ出力するように構成されている。

検出器３７ｂは、分波器３６から出力されるＧ光の強度を検出し、当該検出したＧ光の強度に応じたアナログのＧ信号を生成してＡ／Ｄ変換器３８ｂへ出力するように構成されている。

検出器３７ｃは、分波器３６から出力されるＢ光の強度を検出し、当該検出したＢ光の強度に応じたアナログのＢ信号を生成してＡ／Ｄ変換器３８ｃへ出力するように構成されている。

Ａ／Ｄ変換器３８ａは、検出器３７ａから出力されたアナログのＲ信号をデジタルのＲ信号に変換してコントローラ２５へ出力するように構成されている。

Ａ／Ｄ変換器３８ｂは、検出器３７ｂから出力されたアナログのＧ信号をデジタルのＧ信号に変換してコントローラ２５へ出力するように構成されている。

Ａ／Ｄ変換器３８ｃは、検出器３７ｃから出力されたアナログのＢ信号をデジタルのＢ信号に変換してコントローラ２５へ出力するように構成されている。

メモリ２４には、本体装置３の制御を行うための制御プログラム等が予め格納されているとともに、情報処理装置５の処理結果として得られる画像補正情報が格納される。なお、このような画像補正情報の詳細については、後程説明する。

コントローラ２５は、メモリ２４に格納された制御プログラムを読み出し、当該読み出した制御プログラムに基づいて光源ユニット２１及びドライバユニット２２の制御を行うように構成されている。

コントローラ２５は、挿入部１１が本体装置３に接続された際にメモリ１６から出力される内視鏡情報を情報処理装置５へ出力することができるように構成されている。また、コントローラ２５は、情報処理装置５から出力された画像補正情報をメモリ２４に格納させるように動作する。

コントローラ２５は、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２に相当する期間に検出ユニット２３から出力されるＲ信号、Ｇ信号及びＢ信号に基づいて１フレーム分の画像を生成するように構成されている。また、コントローラ２５は、時刻Ｔ２から時刻Ｔ３に相当する期間に検出ユニット２３から出力されるＲ信号、Ｇ信号及びＢ信号に基づいて１フレーム分の画像を生成するように構成されている。

さらに、コントローラ２５は、メモリ２４に画像補正情報が格納されている場合において、当該画像補正情報に基づく画像補正処理を各フレームの画像に対して施し、当該画像補正処理を施した補正後の画像を所定のフレームレートでモニタ４に表示させるように動作する。

情報処理装置５は、コントローラ２５から出力される光学特性情報と、光照射座標検出モジュール１０１から出力される座標情報と、に基づいて画像補正情報の取得に係る処理を行う演算処理部５１を有して構成されている。

ここで、座標情報取得部としての機能を備えた光照射座標検出モジュール１０１は、位置検出素子（ＰＳＤ：ＰｏｓｉｔｉｏｎＳｅｎｓｉｔｉｖｅＤｅｔｅｃｔｏｒ）等を具備し、対物光学系１４を経て出射された照明光を受光した際の位置を検出するとともに、当該検出した位置に応じた座標情報を出力するように構成されている。

なお、本実施例の光照射座標検出モジュール１０１においては、図２、図７Ａ及び図７Ｂに例示したＸＹ平面上の点ＳＡの座標位置が（０，０）となるように予め設定されているものとする。すなわち、光照射座標検出モジュール１０１から出力される座標情報は、図２、図７Ａ及び図７Ｂに例示したＸＹ平面上の点ＳＡの座標位置（０，０）を基準とした相対的な座標位置を示す情報である。

そのため、演算処理部５１は、以上に述べたような構成を具備する光照射座標検出モジュール１０１から出力される座標情報に基づき、内視鏡２から渦巻状に照射される照明光の照射位置を特定することができる。

また、演算処理部５１は、光照射座標検出モジュール１０１から出力される座標情報と、コントローラ２５から出力される内視鏡情報に含まれる光学特性情報と、に基づいて後述の処理を行うことにより画像補正情報を取得し、当該取得した画像補正情報を本体装置３のコントローラ２５へ出力するように構成されている。

続いて、以上に述べたような構成を具備する内視鏡システム１の各部の動作等について、以下に説明する。

まず、術者等は、内視鏡２、モニタ４及び情報処理装置５の各部を本体装置３にそれぞれ接続し、内視鏡２の先端面に対向する位置に光照射座標検出モジュール１０１を配置し、さらに、光照射座標検出モジュール１０１から出力される座標情報が情報処理装置５へ入力されるように設定する。

その後、内視鏡システム１の各部の電源が投入されると、挿入部１１のメモリ１６に格納された内視鏡情報が、コントローラ２５を介して情報処理装置５へ出力される。

なお、本実施例によれば、内視鏡２の種類を特定可能なＩＤ情報が内視鏡情報としてメモリ１６に格納され、かつ、複数の内視鏡２の種類に応じた光学特性情報がメモリ２４に格納されるようにしてもよい。さらに、このような場合において、コントローラ２５が、メモリ１６から出力されるＩＤ情報に基づいて本体装置３に接続された内視鏡２の種類を識別し、当該識別した結果に応じて内視鏡２に適合する光学特性情報を選択し、当該選択した光学特性情報を情報処理装置５へ出力するようにしてもよい。

一方、コントローラ２５は、メモリ１６から読み込んだ内視鏡情報を情報処理装置５へ出力した略直後のタイミングにおいて、光源３１ａ及び３１ｃをオフしたまま光源３１ｂをオフからオンへ切り替える制御を光源ユニット２１に対して行うとともに、第１及び第２の駆動信号をアクチュエータ１５へ出力させる制御をドライバユニット２２に対して行う。そして、このようなコントローラ２５の制御により、Ｇ光が光照射座標検出モジュール１０１の表面に渦巻状に照射され、当該渦巻状に照射されたＧ光を受光した座標位置に対応する座標情報が光照射座標検出モジュール１０１から順次出力される。

補正情報取得部としての機能を備えた演算処理部５１は、Ｇ光の所定の像高に対応する１つの座標情報が光照射座標検出モジュール１０１から出力されたことを検出すると、当該所定の像高におけるＲ光及びＢ光の収差量を光学特性情報に基づいてそれぞれ検出し、さらに、当該検出した各収差量に基づき、Ｒ光の照射に応じて生成されるＲ画像の補正処理に用いられるＲ画像補正情報、及び、Ｂ光の照射に応じて生成されるＢ画像の補正処理に用いられるＢ画像補正情報をそれぞれ取得する処理を行う。

具体的には、演算処理部５１は、例えば、Ｇ光の所定の像高に対応する１つの座標情報が光照射座標検出モジュール１０１から出力されたことを検出すると、図４の収差図に基づき、当該所定の像高におけるＲ光の収差量を検出し、当該検出したＲ光の収差量が最大像高に対して占める割合Ｐ（％）を算出し、当該算出した割合Ｐ（％）の値をＲ画像補正情報として取得する。また、演算処理部５１は、例えば、Ｇ光の所定の像高に対応する１つの座標情報が光照射座標検出モジュール１０１から出力されたことを検出すると、図４の収差図に基づき、当該所定の像高におけるＢ光の収差量を検出し、さらに、当該検出したＢ光の収差量が最大像高に対して占める割合Ｑ（％）を算出し、当該算出した割合Ｑ（％）の値をＢ画像補正情報として取得する。

そして、演算処理部５１は、前述のように取得したＲ画像補正情報及びＢ画像補正情報をコントローラ２５へ出力する。

コントローラ２５は、Ｒ画像補正情報及びＢ画像補正情報が情報処理装置５から出力されたことを検出すると、各画像補正情報をメモリ２４に格納させるとともに、光源３１ｂをオンしたまま光源３１ａ及び３１ｃをオフからオンへ切り替える制御を光源ユニット２１に対して行う。そして、このようなコントローラ２５の制御により、Ｒ光、Ｇ光及びＢ光の混合光が（光照射座標検出モジュール１０１等の）任意の被写体の表面に渦巻状に照射され、当該任意の被写体の表面に照射された混合光の戻り光が受光用ファイバ１３により受光され、当該受光された戻り光に応じた各色信号（Ｒ信号、Ｇ信号及びＢ信号）が検出ユニット２３から順次出力される。

コントローラ２５は、検出ユニット２３から出力されるＲ信号に応じたＲ画像を生成し、当該生成したＲ画像に対し、メモリ２４に格納されたＲ画像補正情報に基づく画像補正処理を施す。また、コントローラ２５は、検出ユニット２３から出力されるＢ信号に応じたＢ画像を生成し、当該生成したＢ画像に対し、メモリ２４に格納されたＢ画像補正情報に基づく画像補正処理を施す。

具体的には、コントローラ２５は、前述の画像補正処理として、例えば、検出ユニット２３から出力されるＲ信号に応じて生成したＲ画像を、メモリ２４に格納されたＲ画像補正情報の割合に相当するＰ（％）だけ収縮させるような処理を行う。また、コントローラ２５は、前述の画像補正処理として、例えば、検出ユニット２３から出力されるＢ信号に応じて生成したＢ画像を、メモリ２４に格納されたＢ画像補正情報の割合に相当するＱ（％）だけ膨張させるような処理を行う。

そして、コントローラ２５は、画像補正処理をそれぞれ施した補正後のＲ画像及びＢ画像と、検出ユニット２３から出力されるＧ信号に応じて生成したＧ画像と、を各フレーム毎に合成し、当該合成した画像を所定のフレームレートでモニタ４に表示させる。

なお、本実施例においては、Ｇ光を基準として（Ｇ光の倍率色収差＝０と規定して）Ｒ画像補正情報及びＢ画像補正情報を取得するように構成したものに限らず、例えば、Ｒ光を基準として（Ｒ光の倍率色収差＝０と規定して）Ｇ画像の補正処理に用いられるＧ画像補正情報及びＢ画像補正情報を取得するように構成してもよい。または、本実施例においては、Ｂ光を基準として（Ｂ光の倍率色収差＝０と規定して）Ｒ画像補正情報及びＧ画像補正情報を取得するように構成してもよい。

以上に述べたように、本実施例によれば、前述のような光学特性情報と、所定の１つの色成分の光を光照射座標検出モジュール１０１の表面に照射した際に検出される座標情報と、に基づき、当該所定の１つの色成分とは異なる他の色成分の光の照射に伴って生じる倍率色収差を補正するための情報を取得することができる。その結果、本実施例によれば、走査型の内視鏡を用いて画像を取得する際に生じる倍率色収差を従来に比べて簡易に較正することができる。

また、本実施例によれば、正の屈折力を有する光学部材のみを具備して構成された対物光学系１４において発生する倍率色収差を画像補正処理により補正することができる。その結果、本実施例によれば、走査型の内視鏡における挿入部の先端部の構成を簡易化しつつ、倍率色収差に起因して生じる色ずれを補正することができる。

なお、本実施例によれば、例えば、対物光学系１４の歪曲収差を特定可能な収差図等の情報が光学特性情報に含まれているような場合において、光照射座標検出モジュール１０１の代わりに、図８に示すような較正用チャート２０１を用いて画像補正処理を行うようにしてもよい。図８は、画像補正処理を行う際に利用可能な較正用チャートの一例を示す図である。

較正用チャート２０１は、たる型の歪曲収差を具備する対物光学系１４に適合するように構成されており、図８に示すように、白色の背景領域内に黒色で描かれた複数のドットからなるドットパターンを有している。

なお、図８のドットパターンに含まれる各ドットは、較正用チャート２０１の中央部から外縁部へ向かうにつれてドットの径が大きくなり、かつ、較正用チャート２０１の中央部から外縁部へ向かうにつれてドット同士の間隔が広くなるように描かれている。

続いて、このような較正用チャート２０１を用いた場合における画像補正処理等について、以下に説明する。図９は、図８の較正用チャートを用いて行われる処理の概要を説明するためのフローチャートである。

まず、術者等は、内視鏡２、モニタ４及び情報処理装置５の各部を本体装置３にそれぞれ接続する。さらに、術者等は、内視鏡２の先端面に対向する位置であり、かつ、ドットパターンの中央のドットと対物光学系１４の光軸とが略一致するような位置に較正用チャート２０１を配置する。

コントローラ２５は、メモリ１６から読み込んだ内視鏡情報を情報処理装置５へ出力した略直後のタイミングにおいて、光源３１ａ、３１ｂ及び３１ｃをオフからオンへ切り替える制御を光源ユニット２１に対して行うとともに、第１及び第２の駆動信号をアクチュエータ１５へ出力させる制御をドライバユニット２２に対して行う。そして、このようなコントローラ２５の制御により、Ｒ光、Ｇ光及びＢ光の混合光が較正用チャート２０１の表面に渦巻状に照射され、較正用チャート２０１の表面に照射された混合光の戻り光が受光用ファイバ１３により受光され、当該受光された戻り光に応じた各色信号（Ｒ信号、Ｇ信号及びＢ信号）が検出ユニット２３から順次出力される。

そして、コントローラ２５は、検出ユニット２３から出力されるＲ信号、Ｇ信号及びＢ信号に応じてＲ画像、Ｇ画像及びＢ画像を生成し、当該生成した各色の画像を情報処理装置５へ出力する。

演算処理部５１は、図２に例示したＸＹ平面の点ＳＡに相当する座標位置（０，０）と、コントローラ２５から出力される各画像に含まれるドットパターンの中央のドットの位置とを合わせた状態において、当該各画像に含まれるドットパターンの各ドットの座標位置を取得する。すなわち、座標情報取得部としての機能を備えた演算処理部５１は、コントローラ２５から出力される各画像に含まれるドットパターンの各ドットの座標位置を、内視鏡２から渦巻状に照射される照明光の照射位置を特定可能な座標情報として取得する。

演算処理部５１は、Ｇ画像内のドットパターンに含まれるドットの座標位置がＲ画像内のドットパターンにおいてどの程度ずれているかをパターンマッチングを用いて計測することにより、Ｇ画像の画素に対するＲ画像の画素の色ずれの大きさを示す色ずれ量ＲＺＰを、Ｒ画像の各画素において算出する。

そして、補正情報取得部としての機能を備えた演算処理部５１は、前述のように求めたＲ画像の各画素における色ずれ量ＲＺＰをＲ画像補正情報として取得した（図９のステップＳ１）後、当該取得したＲ画像補正情報を本体装置３のコントローラ２５へ出力する。

また、演算処理部５１は、Ｇ画像内のドットパターンに含まれるドットの座標位置がＢ画像内においてどの程度ずれているかをパターンマッチングを用いて計測することにより、Ｇ画像の画素に対するＢ画像の画素の色ずれの大きさを示す色ずれ量ＢＺＰを、Ｂ画像の各画素において算出する。

そして、補正情報取得部としての機能を備えた演算処理部５１は、前述のように求めたＢ画像の各画素における色ずれ量ＢＺＰをＢ画像補正情報として取得した（図９のステップＳ１）後、当該取得したＢ画像補正情報を本体装置３のコントローラ２５へ出力する。

コントローラ２５は、情報処理装置５から出力されるＲ画像補正情報及びＢ画像補正情報をメモリ２４に格納する。

その後、コントローラ２５は、検出ユニット２３から出力されるＲ信号に応じたＲ画像を生成し、当該生成したＲ画像に対し、メモリ２４に格納されたＲ画像補正情報に基づく画像補正処理を施す（図９のステップＳ２）。また、コントローラ２５は、検出ユニット２３から出力されるＢ信号に応じたＢ画像を生成し、当該生成したＢ画像に対し、メモリ２４に格納されたＢ画像補正情報に基づく画像補正処理を施す（図９のステップＳ２）。

ここで、図９のステップＳ２において行われる画像補正処理の具体例について、Ｒ画像の場合を例に挙げて説明する。図１０は、図９のステップＳ２において行われる画像補正処理の具体例を説明するためのフローチャートである。

まず、コントローラ２５は、Ｒ画像内の各画素の中から、補正対象となる注目画素と、当該注目画素の近傍に位置する複数の近傍画素と、をそれぞれ抽出する（図１０のステップＳ１１）。

具体的には、コントローラ２５は、Ｒ画像内の各画素の中から、例えば、補正対象となる注目画素ＰＩと、当該注目画素の近傍に位置する４つの近傍画素ＰＮ１、ＰＮ２、ＰＮ３及びＰＮ４と、をそれぞれ抽出する。

次に、コントローラ２５は、図１０のステップＳ１１において抽出した注目画素と各近傍画素との間の距離をそれぞれ算出し（図１０のステップＳ１２）、さらに、当該算出した各距離に対応する正規化値を取得する（図１０のステップＳ１３）。

具体的には、コントローラ２５は、例えば、注目画素ＰＩと近傍画素ＰＮ１との間の距離ＤＰ１を算出し、注目画素ＰＩと近傍画素ＰＮ２との間の距離ＤＰ２を算出し、注目画素ＰＩと近傍画素ＰＮ３との間の距離ＤＰ３を算出し、注目画素ＰＩと近傍画素ＰＮ４との間の距離ＤＰ４を算出する。さらに、コントローラ２５は、前述のように算出した距離ＤＰ１〜ＤＰ４の合計値が１．０になるように正規化することにより、距離ＤＰ１に対応する正規化値ＤＮ１と、距離ＤＰ２に対応する正規化値ＤＮ２と、距離ＤＰ３に対応する正規化値ＤＮ３と、距離ＤＰ４に対応する正規化値ＤＮ４と、をそれぞれ取得する。

コントローラ２５は、メモリ２４に格納されたＲ画像補正情報に含まれる各近傍画素の色ずれ量を、図１０のステップＳ１３により取得した正規化値により重み付けする（図１０のステップＳ１４）。

具体的には、コントローラ２５は、メモリ２４に格納されたＲ画像補正情報に基づき、例えば、近傍画素ＰＮ１の色ずれ量ＲＺＰＮ１に正規化値ＤＮ１を乗じ、近傍画素ＰＮ２の色ずれ量ＲＺＰＮ２に正規化値ＤＮ２を乗じ、近傍画素ＰＮ３の色ずれ量ＲＺＰＮ３に正規化値ＤＮ３を乗じ、近傍画素ＰＮ４の色ずれ量ＲＺＰＮ４に正規化値ＤＮ４を乗ずるような重み付けを行う。

コントローラ２５は、図１０のステップＳ１４により重み付けされた各近傍画素の色ずれ量に基づき、図１０のステップＳ１１により抽出した注目画素の色ずれ量を算出する（図１０のステップＳ１５）。

具体的には、コントローラ２５は、例えば、色ずれ量ＲＺＰＮ１に正規化値ＤＮ１を乗じて得られた値と、色ずれ量ＲＺＰＮ２に正規化値ＤＮ２を乗じて得られた値と、色ずれ量ＲＺＰＮ３に正規化値ＤＮ３を乗じて得られた値と、色ずれ量ＲＺＰＮ４に正規化値ＤＮ４を乗じて得られた値と、の総和を、ステップＳ１１により抽出した注目画素の色ずれ量ＲＺＰＩとして算出する。

その後、コントローラ２５は、Ｒ画像内の各画素の色ずれ量ＲＺＰＩの算出が未完了である場合には（図１０のステップＳ１６）、図１０のステップＳ１１〜ステップＳ１５までの処理を繰り返し行う。また、コントローラ２５は、Ｒ画像内の各画素の色ずれ量ＲＺＰＩの算出が完了した際には（図１０のステップＳ１６）、当該算出した各画素の色ずれ量ＲＺＰＩに基づく画像補正処理をＲ画像に対して施す（図１０のステップＳ１７）。

さらに、コントローラ２５は、図１０の一連の処理を適用することにより、Ｒ画像に対して施したものと略同様の画像補正処理をＢ画像に対して施した後、当該画像補正処理が施された補正後のＲ画像及びＢ画像と、検出ユニット２３から出力されるＧ信号に応じて生成した無補正のＧ画像と、をフレーム毎に合成し、当該合成した画像を所定のフレームレートでモニタ４に表示させる（図９のステップＳ３）。

なお、以上に述べたような画像補正処理の手法は、糸巻き型の歪曲収差を具備する対物光学系１４に対しても略同様に適用できる。具体的には、例えば、較正用チャートの中央部から外縁部へ向かうにつれてドットの径が小さくなり、かつ、当該較正用チャートの中央部から外縁部へ向かうにつれてドット同士の間隔が狭くなるように描かれたドットパターンを含むＲ画像及びＢ画像に基づく処理等を行うことにより、前述のものと略同様の画像補正処理を行うことができる。

一方、本実施例によれば、例えば、対物光学系１４の歪曲収差を特定可能な収差図等の情報が光学特性情報に含まれているような場合において、光照射座標検出モジュール１０１の代わりに、図１１に示すような較正用チャート３０１を用いて画像補正処理を行うようにしてもよい。図１１は、画像補正処理を行う際に利用可能な較正用チャートの、図８とは異なる例を示す図である。

較正用チャート３０１は、たる型の歪曲収差を具備する対物光学系１４に適合するように構成されており、図１１に示すように、白色の背景領域内に黒色の線分で描かれた複数の格子からなる格子パターンを有している。

なお、図１１の格子パターンに含まれる各格子は、較正用チャート３０１の中央部から外縁部へ向かうにつれて線幅が太くなり、較正用チャート３０１の中央部から外縁部へ向かうにつれて格子間隔が広くなり、かつ、較正用チャート３０１の中央部から外縁部へ向かうにつれて格子形状が歪むように描かれている。

続いて、このような較正用チャート３０１を用いた場合における画像補正処理等について、以下に説明する。

まず、術者等は、内視鏡２、モニタ４及び情報処理装置５の各部を本体装置３にそれぞれ接続する。さらに、術者等は、内視鏡２の先端面に対向する位置であり、かつ、格子パターンの中央の頂点と対物光学系１４の光軸とが略一致するような位置に較正用チャート３０１を配置する。

コントローラ２５は、メモリ１６から読み込んだ内視鏡情報を情報処理装置５へ出力した略直後のタイミングにおいて、光源３１ａ、３１ｂ及び３１ｃをオフからオンへ切り替える制御を光源ユニット２１に対して行うとともに、第１及び第２の駆動信号をアクチュエータ１５へ出力させる制御をドライバユニット２２に対して行う。そして、このようなコントローラ２５の制御により、Ｒ光、Ｇ光及びＢ光の混合光が較正用チャート３０１の表面に渦巻状に照射され、較正用チャート３０１の表面に照射された混合光の戻り光が受光用ファイバ１３により受光され、当該受光された戻り光に応じた各色信号（Ｒ信号、Ｇ信号及びＢ信号）が検出ユニット２３から順次出力される。

演算処理部５１は、図２に例示したＸＹ平面の点ＳＡに相当する座標位置（０，０）と、コントローラ２５から出力される各画像に含まれる格子パターンの中央の頂点の位置とを合わせた状態において、当該各画像に含まれる格子パターンの各頂点の座標位置を取得する。すなわち、座標情報取得部としての機能を備えた演算処理部５１は、コントローラ２５から出力される各画像に含まれる格子パターンの各頂点の座標位置を、内視鏡２から渦巻状に照射される照明光の照射位置を特定可能な座標情報として取得する。

演算処理部５１は、Ｇ画像内の格子パターンに含まれる頂点の座標位置がＲ画像内のドットパターンにおいてどの程度ずれているかをパターンマッチングを用いて計測することにより、Ｇ画像の画素に対するＲ画像の画素の色ずれの大きさを示す色ずれ量ＲＺＰを、Ｒ画像の各画素において算出する。

また、演算処理部５１は、Ｇ画像内の格子パターンに含まれる頂点の座標位置がＢ画像内においてどの程度ずれているかをパターンマッチングを用いて計測することにより、Ｇ画像の画素に対するＢ画像の画素の色ずれの大きさを示す色ずれ量ＢＺＰを、Ｂ画像の各画素において算出する。

ここで、図９のステップＳ２において行われる画像補正処理の具体例について、Ｒ画像の場合を例に挙げて説明する。

その後、コントローラ２５は、Ｒ画像内の各画素の色ずれ量ＲＺＰＩの算出が未完了である場合には（図１０のステップＳ１６）、図１１のステップＳ１１〜ステップＳ１５までの処理を繰り返し行う。また、コントローラ２５は、Ｒ画像内の各画素の色ずれ量ＲＺＰＩの算出が完了した際には（図１０のステップＳ１６）、当該算出した各画素の色ずれ量ＲＺＰＩに基づく画像補正処理をＲ画像に対して施す（図１０のステップＳ１７）。

なお、以上に述べたような画像補正処理の手法は、糸巻き型の歪曲収差を具備する対物光学系１４に対しても略同様に適用できる。具体的には、例えば、較正用チャートの中央部から外縁部へ向かうにつれて線幅が細くなり、較正用チャートの中央部から外縁部へ向かうにつれて格子間隔が狭くなり、かつ、較正用チャート３０１の中央部から外縁部へ向かうにつれて格子形状が歪むように描かれた格子パターンを含むＲ画像及びＢ画像に基づく処理等を行うことにより、前述のものと略同様の画像補正処理を行うことができる。

すなわち、以上に述べたような、対物光学系１４の歪曲収差に適合するように構成された所定の較正用チャートを用いて画像補正処理を行う手法によれば、走査型の内視鏡を用いて画像を取得する際に生じる倍率色収差を従来に比べて簡易に較正することができる。

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、２０１２年６月１日に日本国に出願された特願２０１２−１２６４２２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。

本発明の一態様の内視鏡システムは、光源から発せられた照明光を導く導光部材と、前記導光部材により導かれた前記照明光を被写体へ照射する光学系と、前記光学系を経て前記被写体へ照射される前記照明光の照射位置が所定の走査パターンに沿った照射位置となるように前記導光部材を揺動させる駆動部と、を備えた内視鏡と、前記所定の走査パターンに沿って照射される前記照明光の照射位置を特定可能な座標情報を取得する座標情報取得部と、前記光学系に起因して発生する倍率色収差の基準を所定の波長帯域の光に設定した場合において、他の波長帯域の光の像高と収差量との間の対応関係を示す光学特性情報が予め格納された記憶部と、前記座標情報に基づいて所定の像高に相当する位置に前記所定の波長帯域の光が照射されたことを検出した際に、前記記憶部に格納された前記光学特性情報に基づいて前記所定の像高における前記他の波長帯域の光の収差量を検出し、当該収差量に基づいて前記他の波長帯域の光の戻り光に応じて生成される画像の倍率色収差を補正する画像補正情報を出力する補正情報取得部と、前記画像補正情報に基づいて画像補正処理を施す画像処理部と、を有する。

Claims

光源から発せられた照明光を導く導光部材と、前記導光部材により導かれた前記照明光を被写体へ照射する光学系と、前記光学系を経て前記被写体へ照射される前記照明光の照射位置が所定の走査パターンに沿った照射位置となるように前記導光部材を揺動させる駆動部と、を備えた内視鏡と、
前記所定の走査パターンに沿って照射される前記照明光の照射位置を特定可能な座標情報を取得する座標情報取得部と、
前記座標情報に基づく処理を行うことにより、前記照明光に含まれる所定の波長帯域の光を基準として、前記照明光に含まれる前記所定の波長帯域以外の他の波長帯域の光の倍率色収差を補正するための補正情報を取得する補正情報取得部と、
を有することを特徴とする内視鏡システム。
前記光学系に起因して発生する倍率色収差の基準を前記所定の波長帯域の光に設定した場合における、前記他の波長帯域の光の像高と収差量との間の対応関係を示す光学特性情報が予め格納された記憶部をさらに有し、
前記補正情報取得部は、前記座標情報に基づいて所定の像高に相当する位置に前記所定の波長帯域の光が照射されたことを検出し、前記光学特性情報に基づいて前記所定の像高における前記他の波長帯域の光の収差量を検出し、さらに、当該検出した収差量に基づいて前記他の波長帯域の光の戻り光に応じて生成される画像の補正に用いられる画像補正情報を取得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。
前記画像補正情報は、前記所定の像高における前記他の波長帯域の光の収差量が最大像高に対して占める割合であることを特徴とする請求項２に記載の内視鏡システム。
前記所定の波長帯域の光が緑色の光であり、かつ、前記他の波長帯域の光が赤色の光及び青色の光のうちの少なくとも一方であることを特徴とする請求項２に記載の内視鏡システム。
前記光学系は、正の屈折力を有する光学部材のみを具備して構成されていることを特徴とする請求項２に記載の内視鏡システム。
前記被写体は、前記光学系の歪曲収差に適合するように構成された較正用チャートであり、
前記座標情報取得部は、前記較正用チャートへ照射された前記照明光の戻り光に応じて生成される画像に基づいて前記座標情報を取得し、
前記補正情報取得部は、前記座標情報に基づいて計測される、前記所定の波長帯域の光の照射位置に対する前記他の波長帯域の光の照射位置のずれ量を、前記他の波長帯域の光の戻り光に応じて生成される画像の補正に用いられる画像補正情報として取得し、当該取得した画像補正情報に基づいて画像補正処理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。
前記較正用チャートは、白色の背景領域内に黒色で描かれた図形パターンを具備して構成されていることを特徴とする請求項６に記載の内視鏡システム。
前記所定の波長帯域の光が緑色の光であり、かつ、前記他の波長帯域の光が赤色の光及び青色の光のうちの少なくとも一方であることを特徴とする請求項６に記載の内視鏡システム。
前記図形パターンは、前記較正用チャートの中央部から外縁部へ向かうにつれてドットの径が大きくなり、かつ、前記較正用チャートの中央部から外縁部へ向かうにつれてドット同士の間隔が広くなるように描かれた複数のドットからなるドットパターンであることを特徴とする請求項７に記載の内視鏡システム。
前記図形パターンは、前記較正用チャートの中央部から外縁部へ向かうにつれてドットの径が小さくなり、かつ、前記較正用チャートの中央部から外縁部へ向かうにつれてドット同士の間隔が狭くなるように描かれた複数のドットからなるドットパターンであることを特徴とする請求項７に記載の内視鏡システム。
前記図形パターンは、前記較正用チャートの中央部から外縁部へ向かうにつれて線幅が太くなり、かつ、前記較正用チャートの中央部から外縁部へ向かうにつれて格子間隔が広くなるように描かれた格子パターンであることを特徴とする請求項７に記載の内視鏡システム。
前記図形パターンは、前記較正用チャートの中央部から外縁部へ向かうにつれて線幅が細くなり、かつ、前記較正用チャートの中央部から外縁部へ向かうにつれて格子間隔が狭くなるように描かれた格子パターンであることを特徴とする請求項７に記載の内視鏡システム。