JP4390096B2 - 内視鏡装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＬＥＤ、ＳＬＤ、ＬＤ等の固体発光素子を用いた光源装置、およびこの光源装置を用いた撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、光学像を電気信号に変換するＣＣＤ等の固体撮像素子を用いて、観察部の光学像を撮像する内視鏡装置等の撮像装置が医療分野において利用されている。固体撮像素子から出力された画像データは、モニタ等に表示することにより複数の人間が同時に観察することができる利点を有している。また表示前に画像データに対して種々の画像処理を施すことにより、肉眼では認識することのできない組織変化等もモニタ上に表示することもでき、医療の発展に大きく貢献している。
【０００３】
このような内視鏡装置においては、観察部を照明するために、キセノンランプ、ハロゲンランプあるいはメタルハライド等（以下キセノンランプ等とする）の光源装置が用いられており、このような光源を用いることにより、十分な光量の照明光を観察部に照射することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したキセノンランプ等の光源装置は大型かつ高価であるため、撮像装置自体も大型化しかつ高価なものとなる。また、このような光源装置から射出される照明光には赤外光のような長波長成分が含まれるために、照明光が照射された箇所における熱の発生が大きい。このため、生体に挿入される挿入部に固体撮像素子を配設した内視鏡装置においては、熱によるダークノイズが発生して出力データにノイズが含まれてしまい、得られる画像のＳ／Ｎが低下するという問題もある。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、小型かつ安価であり、かつ熱の発生も少ない光源装置およびこの光源装置を用いた撮像装置を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明による光源装置は、励起光を射出する固体発光素子を有する少なくとも１つの発光源と、
該固体発光素子から発せられた前記励起光の照射により、所定の波長域の照明光を発し、その一端部から該照明光を射出する少なくとも１つの蛍光ファイバとを備えたことを特徴とするものである。
【０００７】
「固体発光素子」としては、具体的にはＬＥＤ、ＬＤおよびＳＬＤ（Super Luminescence Diode）を用いることができる。
【０００８】
「発光源」は、固体発光素子を１つのみ用いるものであってもよいが、より多くの光量を得るために、複数の固体発光素子をライン状あるいはアレイ状に配列させた発光素子アレイを用いるものであってもよい。
【０００９】
「蛍光ファイバ」としては、例えば２００〜４００ｎｍの紫外線領域の励起光の照射により、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色の波長域の光を発生する蛍光ガラス（例えば（株）住田ガラス社製ルミラス）から作成されたものを用いることができる。
【００１０】
なお、本発明による光源装置においては、前記固体発光素子をＳＬＤまたはＬＤとし、該ＳＬＤまたはＬＤの射出端面に前記蛍光ファイバの他端部を接続することが好ましい。
【００１１】
また、本発明による光源装置においては、前記励起光の照射により、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色の波長域の照明光を射出する３種類の蛍光ファイバを有するとともに、該各蛍光ファイバに対してそれぞれ前記励起光を照射する３つの前記発光源を有するものとすることが好ましい。
【００１２】
さらに、本発明による光源装置においては、前記蛍光ファイバが単線ファイバであることが好ましい。
【００１３】
また、この場合、前記単線ファイバのコア径が４００μｍ以下であることが好ましい。
【００１４】
本発明による撮像装置は、照明光を観察部に照射する本発明による光源装置と、
該照明光の照射により前記観察部から発せられた反射光に基づく光学像を撮像して出力データを取得する、電荷増倍型の固体撮像手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００１５】
なお、本発明による撮像装置においては、前記光源装置および前記固体撮像手段の一部または全部が、生体内部に挿入される内視鏡の形態であることが好ましい。
【００１６】
電荷増倍型の固体撮像素子は、例えば特開平７−１７６７２１号公報に記載されたように、増倍率制御信号に基づいた増倍率により、撮像された信号電荷を増倍するものであり、この固体撮像素子を内視鏡装置等の種々の撮像装置に搭載することにより、撮像装置の撮像感度の向上および撮像感度の制御が可能となっている。すなわち、光学像の光量が、従来の撮像素子を用いて撮像するには不十分な場合であっても、この固体撮像素子を用いて撮像を行えば、視認可能な画像として表示することができ、また適宜撮像感度を撮像条件に合わせて制御することも可能である。このような電荷増倍手段を備えた電荷増倍型の固体撮像素子は、ＣＭＤ（Charge Multiplying Detector）−ＣＣＤと呼ばれ、強度の電界領域中で電導電子と原子を衝突させ、このイオン化によって生じる電荷増倍効果により信号電荷を増倍し、撮像素子の撮像感度を向上させるものである。
【００１７】
電荷増倍型の固体撮像素子においては、電荷増倍手段は、信号電荷を順次信号電圧に変換して出力信号として取り出す電荷検出回路より前段において信号電荷を増倍するため、電荷検出回路において生じる読出ノイズを増倍することがない。したがって、信号電荷が増倍されても読出ノイズは変化しないため、出力信号のＳ／Ｎを向上させることができる。
【００１８】
このように、電荷増倍型の固体撮像素子を用いることにより、光学像の光量が不十分な環境下での撮像を行うことがある撮像装置において、出力信号のＳ／Ｎの向上が可能となる。また、増倍率制御信号により信号電荷の増倍率を変更できるため、電荷増倍型の固体撮像素子を搭載した撮像装置では、撮像感度が制御可能となっている。
【００１９】
なお、このような電荷増倍型の固体撮像素子を用いた内視鏡装置が、特開２００１−２９３１３号公報に開示されている。
【００２０】
【発明の効果】
本発明の光源装置によれば、固体発光素子からなる少なくとも１つの発光源から射出された励起光が、蛍光ファイバに照射され、蛍光ファイバの一端部から所定の波長域の照明光が射出される。このように、本発明による光源装置においては、固体発光素子からなる発光源を用いているため、上述したキセノンランプ等の光源装置と比較して光源装置を小型化することができる。また、固体発光素子はキセノンランプ等よりも遙かに低価格であるため、これを複数用いてアレイ状に配列したとしても、キセノンランプ等の光源装置と比較して低価格化を図ることができる。
【００２１】
さらに、蛍光ファイバとして赤外光のような長波長域の光を発生しないものを用いることにより、本発明による光源装置から射出された照明光の照射箇所における熱の発生を防止できる。したがって、本発明による光源装置を、固体撮像素子を用いた撮像装置に適用した場合に、照射箇所の熱を原因とするダークノイズの発生を防止することができ、その結果、Ｓ／Ｎの良好な画像を得ることができる。
【００２２】
また、ＳＬＤおよびＬＤの射出部分は小径であるため、蛍光ファイバの他端部を射出端面に直接接続することにより、励起光を蛍光ファイバへ効率よく入射することができ、その結果、照明光の光量をより大きくすることができる。
【００２３】
さらに、蛍光ファイバをＲ，Ｇ，Ｂの各色の波長域の照明光を射出するものとし、各蛍光ファイバに３つの発光源からそれぞれ励起光を照射することにより、白色の照明光を得ることができる。
【００２４】
ここで、ＳＬＤまたはＬＤの射出端面に蛍光ファイバを接続する場合、蛍光ファイバがバンドルファイバであると、素線のコア間におけるクラッド部により入射効率が低下する。したがって、蛍光ファイバを単線ファイバとすることにより、クラッド部がなくなるため、励起光の入射効率を向上させることができ、これにより照明光の光量をより大きくすることができる。
【００２５】
また、単線ファイバを用いた場合、そのコア径が比較的大きいとファイバが折れやすい。したがって、単線ファイバのコア径を４００μｍ以下とすることによりファイバを折れにくくすることができる。
【００２６】
また、本発明による光源装置を撮像装置に用いた場合、キセノンランプ等の光源装置を用いる場合と比較して観察部に照射される照明光の光量は小さいため、得られる画像のＳ／Ｎが低下するおそれがある。したがって、観察部の光学像を撮像する固体撮像素子を電荷増倍型の固体撮像素子とすることにより、照明光の光量が微弱であっても撮像により得られた信号電荷を増倍して撮影感度を向上させることができ、本発明による光源装置を用いても、得られる画像のＳ／Ｎを向上させることができる。
【００２７】
なお、蛍光ファイバから射出された照明光を単線ファイバにより生体内部に導光するようにすれば、生体内部に挿入される挿入部の小径化を図ることができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は本発明の第１の実施形態による光源装置を用いた内視鏡装置の構成を示す概略構成図である。図１に示すように、この内視鏡装置は生体観察部９に、照明光であるＲ光（赤色光）Ｌｒ、Ｇ光（緑色光）Ｌｇ、Ｂ光（青色光）Ｌｂ、参照光（近赤外光）Ｌｓおよび励起光Ｌｅを順次照射して、生体観察部９において反射された反射像および生体観察部９において発生した蛍光像を電荷増倍型のＣＣＤ撮像素子により撮像し、観察部の画像をカラー画像としてモニタに表示する面順次方式の内視鏡装置であり、先端に電荷増倍型のＣＣＤ撮像素子を備え、患者の病巣と疑われる部位に挿入される内視鏡挿入部１００、生体観察部９において得られた情報を表す画像データを処理する画像データ処理部１、および画像データ処理部１において処理された画像データを可視画像として表示するモニタ２００から構成される。
【００２９】
内視鏡挿入部１００は、内部に先端まで延びるライトガイド１０１およびＣＣＤケーブル１０２を備えている。ライトガイド１０１およびＣＣＤケーブル１０２の先端部、すなわち内視鏡挿入部１００の先端部には、照明光学系１０３、励起光カットフィルタ１０４および集光レンズ１０５を備えている。
【００３０】
照明光学系１０３は、内面が鏡面の鏡筒１０３Ａおよび２枚の照明レンズ１０３Ｂ，１０３Ｃを備える。
【００３１】
ＣＣＤケーブル１０２の先端部には、微少な帯域フィルタ要素がモザイク状に組み合わされたモザイクフィルタ１０８がオンチップされた電荷増倍型のＣＣＤ撮像素子１０６が接続され、ＣＣＤ撮像素子１０６にはプリズム１０７が取り付けられている。励起光カットフィルタ１０４は、波長４２０ｎｍ以上の全蛍光を透過するロングパスフィルタである。ライトガイド１０１の先端部と反対側の端部は後述する照明ユニット１１０へ接続されている。なお、ＣＣＤ撮像素子１０６は、Ｒ光Ｌｒ、Ｇ光ＬｇおよびＢ光Ｌｂの照射により生体観察部９において得られた反射像Ｚｒ，Ｚｇ，Ｚｂと、励起光Ｌｅの照射により生体観察部９から発生した蛍光像Ｚｅと、参照光Ｌｓの照射により生体観察部９において得られた反射像Ｚｓ（以下これらを光学像と称する）とを撮像し、デジタル値に変換して画像データとして出力するものである。
【００３２】
図２はＣＣＤ撮像素子１０６の構成を示す図である。図２に示すように、ＣＣＤ撮像素子１０６はフレームトランスファー型のＣＭＤ−ＣＣＤ撮像素子であり、撮像した光学像を信号電荷へ変換する受光部２１、信号電荷の一時的蓄積および転送を行う蓄積部２２、信号電荷の水平転送を行う水平転送部２３、入力された増倍率制御信号に基づいて信号電荷を増倍する電荷増倍部２４、および信号電荷を信号電圧へ変更し、増幅して出力端子２７から画像処理ユニット１３０へ出力する出力部２５を備えている。
【００３３】
受光部２１は、光電変換および信号電荷の垂直転送を行う垂直転送ＣＣＤ３１が縦ｎ個、横ｎ’個並んで構成されている。説明を簡単にするために、図２においては縦３つ横４つの垂直転送ＣＣＤ３１から構成された受光部２１を記載しているが、実際のＣＣＤ撮像素子１０６は、縦横ともに、数百個の垂直転送ＣＣＤ３１が設けられている。
【００３４】
蓄積部２２は、薄い金属膜等により光遮蔽され、信号電荷の一時的蓄積および垂直転送を行う垂直転送ＣＣＤ３３から構成されている。水平転送部２３は、水平転送ＣＣＤ３５から構成されている。
【００３５】
電荷増倍部２４は、ｍ個の電荷増倍セル３６から構成されている。電荷増倍部２４に入力された信号電荷は、連続したパルス信号である増倍率制御信号に基づいて、増倍されながら順次転送される。この電荷増倍セル３６は、強度の電荷領域中で伝電子と原子を衝突させ、イオン化によって生じる電荷増倍効果を用いて、入力された電荷を増倍して出力するものであり、その増倍率は、上記増倍率制御信号の信号特性により変化する。なお、図２においては、蓄積部２２、水平転送部２３および電荷増倍部２４も、受光部２１と同様に簡略化されて記載されている。
【００３６】
出力部２５は、信号電荷を信号電圧（出力信号）へ変換する電荷検出部３７および出力信号を増幅する出力アンプ３８を備えている。
【００３７】
図３はモザイクフィルタ１０８の構成を示す図である。図２に示すように、モザイクフィルタ１０８は、４００ｎｍ〜９００ｎｍの波長域の光を透過させる広帯域フィルタ要素１０８ａおよび４３０ｎｍ〜５３０ｎｍの波長域の光を透過させる狭帯域フィルタ要素１０８ｂが交互に組み合わされ、各帯域フィルタ要素１０８ａ，１０８ｂはＣＣＤ撮像素子１０６の画素に一対一で対応している。
【００３８】
画像データ処理部１は、照明光を射出する照明ユニット１１０、画像データを表示するための画像処理を行う画像処理ユニット１３０、ＣＣＤ撮像素子１０６の動作を制御するＣＣＤコントローラ１４０、および各ユニットとＣＣＤコントローラ１４０との制御を行うコントローラ１５０から構成されている。
【００３９】
照明ユニット１１０は、紫外光を射出する複数のＬＥＤがアレイ状に配列された３つのＬＥＤ光源１１１，１１２，１１３、各ＬＥＤ光源１１１，１１２，１１３から射出された紫外光の照射によりＲ光Ｌｒ、Ｇ光ＬｇおよびＢ光Ｌｂをそれぞれ発する、一列に接続された蛍光ファイバ１１４，１１５，１１６、蛍光ファイバ１１４，１１５，１１６から発せられたＲ光Ｌｒ、Ｇ光ＬｇおよびＢ光Ｌｂ、ＬＥＤ光源１１１，１１２，１１３から射出された紫外光および後述する参照光Ｌｓの反射および透過を制御するダイクロイックミラー１１７，１１８，１１９，１２０、参照光Ｌｓを射出するＳＬＤからなる参照光源１２１、励起光Ｌｅを射出するＧａＮ−ＬＤからなる励起光源１２２、ＬＥＤ光源１１１，１１２，１１３、参照光源１２１および励起光源１２２から射出される光の光量をモニタするためのパワーモニタ１２３、並びにＬＥＤ光源１１１，１１２，１１３、参照光源１２１および励起光源１２２に電力を供給する光源用電源１２４を備えている。
【００４０】
なお、参照光源１２１から射出された参照光Ｌｓを蛍光ファイバ１１４に導光するファイバ１２５、励起光源１２２から射出された励起光Ｌｅをライトガイド１０１に導光するファイバ１２６および蛍光ファイバ１１４，１１５，１１６は、コア径が４００μｍ以下の単線ファイバからなる。また、ライトガイド１０１内には蛍光ファイバ１１６から連続する単線ファイバおよびファイバ１２５から連続するコア径が４００μｍ以下の単線ファイバが含まれることとなる。
【００４１】
蛍光ファイバ１１４，１１５，１１６は、紫外光の照射により、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色の波長域の光を発生する蛍光ガラス（例えば（株）住田ガラス社製ルミラス）から作成されており、ＬＥＤ光源１１１，１１２，１１３から射出された紫外光を効率よく受光できるようにコイル状に巻回されている。
【００４２】
ダイクロイックミラー１１７は、参照光源１２１から射出されてファイバ１２５により導光された光のうち参照光Ｌｓの波長域の光のみを透過し、蛍光ファイバ１１４から発生したＲ光Ｌｒの波長域の光を反射する特性を有する。ダイクロイックミラー１１８は、蛍光ファイバ１１４から発生したＲ光Ｌｒおよび蛍光ファイバ１１４を導光された参照光Ｌｓの波長域の光を透過し、蛍光ファイバ１１５から発生したＧ光Ｌｇの波長域の光を反射する特性を有する。ダイクロイックミラー１１９は、蛍光ファイバ１１５から発生したＧ光Ｌｇ、蛍光ファイバ１１５を導光されたＲ光Ｌｒ、および参照光Ｌｓの波長域の光を透過し、蛍光ファイバ１１６から発生したＢ光Ｌｂの波長域の光を反射する特性を有する。ダイクロイックミラー１２０は、蛍光ファイバ１１６を導光されたＲ光Ｌｒ、Ｇ光Ｌｇ、Ｂ光Ｌｂおよび参照光Ｌｓの波長域の光を透過し、紫外光の波長域の光を反射する特性を有する。
【００４３】
参照光源１２１は、７５０ｎｍ〜９００ｎｍの波長域の参照光Ｌｓを含む光を射出する。なお、参照光源１２１はＳＬＤであり、射出端面がＬＥＤと比較して小さいため、その射出端面は直接ファイバ１２５と接続されている。
【００４４】
励起光源１２２は、４００ｎｍ〜４２０ｎｍの波長域の励起光Ｌｅを射出する。なお、励起光源１２２はＬＤであり、射出端面がＬＥＤと比較して小さいため、その射出端面は直接ファイバ１２６と接続されている。
【００４５】
パワーモニタ１２３は、ＬＥＤ光源１１１，１１２，１１３、参照光源１２１および励起光源１２２から射出される光の光量をモニタし、光量が予め定められた値となるように、光源用電源１２４から各光源に供給される電力を制御する。
【００４６】
このような照明ユニット１１０に対し、コントローラ１５０は、各光源１１１，１１２，１１３，１２１，１２２を所定時間この順序により点灯するサイクルを繰り返すように、各光源１１１，１１２，１１３，１２１，１２２の点灯を制御する。
【００４７】
このように、照明ユニット１１０の各光源１１１，１１２，１１３，１２１，１２２の点灯サイクルを制御することにより、Ｒ光Ｌｒ、Ｇ光Ｌｇ、Ｂ光Ｌｂ、参照光Ｌｓおよび励起光Ｌｅの生体観察部９への照射のサイクルが繰り返される。ここで、生体観察部９にＲ光Ｌｒ、Ｇ光Ｌｇ、Ｂ光Ｌｂおよび参照光Ｌｓが照射されている間は、モザイクフィルタ１０８の広帯域フィルタ要素１０８ａを透過した光学像のみをＣＣＤ撮像素子１０６において検出し、励起光Ｌｅが照射されている間は広帯域フィルタ要素１０８ａおよび狭帯域フィルタ要素１０８ｂをそれぞれ透過した蛍光像をＣＣＤ撮像素子１０６において検出する。
【００４８】
ＣＣＤコントローラ１４０は、ＣＣＤ撮像素子１０６の動作タイミングを制御する動作制御信号および電荷増倍部２４における増倍率を制御する増倍率制御信号を出力するものである。使用者により設定された所望のピーク値を有する増倍率制御信号を出力することにより、電荷増倍部２４での電荷増倍率を制御することができる。
【００４９】
画像処理ユニット１３０は、ＣＣＤ撮像素子１０６において得られた電気信号のプロセス処理を行う信号処理回路１３１、信号処理回路１３１において得られた画像データをデジタル化するＡ／Ｄ変換回路１３２、反射像Ｚｒ，Ｚｇ，Ｚｂから得られた画像データを各色毎に保存する画像メモリ１３３、後述するように蛍光像Ｚｅから得られた広帯域蛍光画像を表す広帯域蛍光画像データと狭帯域蛍光画像を表す狭帯域蛍光画像データとをそれぞれ保存する蛍光画像メモリ１３５、反射像Ｚｓから得られた参照画像データを保存する画像メモリ１３６、広帯域蛍光画像データにより表される広帯域蛍光画像および狭帯域蛍光画像データにより表される狭帯域蛍光画像の対応する各画素値の比率を算出して演算値を得、この演算値にその値の大きさに応じた色情報を割り当てて色画像を表す色画像データを生成するとともに、参照画像データにより表される参照画像の各画素値にその値の大きさに応じた輝度情報を割り当てて輝度画像を表す輝度画像データを生成し、色画像データおよび輝度画像データを合成して蛍光診断画像を表す合成画像データを生成して出力する画像生成回路１３７、および画像メモリ１３３から同時化されて出力された３色の画像データ、および画像生成回路１３７において生成された合成画像データをビデオ信号に変換して出力するビデオ信号処理回路１３４を備えている。
【００５０】
なお、画像生成回路１３７は、画像メモリ１３６に記憶された参照画像データにより表される参照画像と、蛍光画像メモリ１３５の広帯域蛍光画像データにより表される広帯域蛍光画像または狭帯域蛍光画像データにより表される狭帯域蛍光画像との対応する各画素値の比率を算出して演算値を得、この演算値にその値の大きさに応じた色情報を割り当てて色画像を表す色画像データを生成するものであってもよい。
【００５１】
以下、第１の実施形態による内視鏡装置の作用について説明する。本実施形態による内視鏡装置においては、反射像Ｚｒ，Ｚｇ，Ｚｂの撮像、反射像Ｚｓの撮像、および蛍光像Ｚｅの撮像が時分割で行われ、反射像Ｚｒ，Ｚｇ，Ｚｂに基づいた通常画像１１および反射像Ｚｓおよび蛍光像Ｚｅに基づいた蛍光診断画像１３がモニタ２００に表示される。各光学像を時分割で撮像するために、コントローラ１５０により照明ユニット１１０におけるＬＥＤ光源１１１，１１２，１１３、参照光源１２１および励起光源１２２の点灯が制御され、Ｒ光Ｌｒ、Ｇ光Ｌｇ、Ｂ光Ｌｂ、参照光Ｌｓおよび励起光Ｌｅが順次生体観察部９に照射される。
【００５２】
まず、通常画像１１を表示する際の動作を説明する。まず、ＬＥＤ光源１１１が駆動され、ＬＥＤ光源１１１から射出された紫外光が蛍光ファイバ１１４に照射される。これにより、蛍光ファイバ１１４からはＲ光Ｌｒが発生し、ダイクロイックミラー１１８，１１９，１２０を透過してライトガイド１０１により導光され、さらに照明光学系１０３を透過して生体観察部９に照射される。
【００５３】
生体観察部９において反射されたＲ光Ｌｒによる反射像Ｚｒは集光レンズ１０５により集光され、励起光カットフィルタ１０４を透過してプリズム１０７により反射され、モザイクフィルタ１０８の広帯域フィルタ要素１０８ａを透過してＣＣＤ撮像素子１０６上に結像される。
【００５４】
ＣＣＤ撮像素子１０６においては、受光部１０の垂直転送ＣＣＤ３１において反射像Ｚｒが受光され、光電変換されて光の強弱に応じた電気信号に変換される。
【００５５】
所定時間が経過すると、ＬＥＤ光源１１１が消灯されてＬＥＤ光源１１２が点灯される。この点灯の切替時に、垂直転送ＣＣＤ３１に蓄積された信号電荷は、蓄積部２２の垂直転送ＣＣＤ３３へ転送される。
【００５６】
蓄積部２２の垂直転送ＣＣＤ３３に転送された信号電荷は、並列に垂直転送され、水平転送部２３の水平転送ＣＣＤ３５に順次送り込まれる。
【００５７】
水平転送部２３では、横１ラインの画素の信号電荷が入ると、信号電荷は水平方向に転送され、順次電荷増倍部２４の電荷増倍セル３６へ転送される。電荷増倍セル３６において、信号電荷は増倍率制御信号に基づいて増倍されながら順次転送される。最後の電荷増倍セル３６から右端に設けられた出力部２５へ出力された信号電荷は、電荷検出部３７において信号電圧へ変換され、出力アンプ３８で増幅されて、出力端子２７から出力信号として出力される。
【００５８】
その後、次の横１ラインの信号電荷が、蓄積部２２から水平転送部２３へ転送される。このような動作を繰り返すことにより、受光部１０の左下の画素から右方向へ順次信号電荷が読み出され、横１ラインの信号電荷が読み出されると、次にその上の横１ラインの信号電荷が読み出され、順番に移動して、Ｒ画像を形成する全信号電荷が読み出される。
【００５９】
なお、上記の蓄積部２２に蓄積された信号電荷の読み出し動作が行われている間に、ＬＥＤ光源１１１に代えてＬＥＤ光源１１２が点灯され、ＬＥＤ光源１１２から射出された紫外光が蛍光ファイバ１１５に照射される。これにより、蛍光ファイバ１１５からはＧ光Ｌｇが発生し、ダイクロイックミラー１１９，１２０を透過してライトガイド１０１により導光され、さらに照明光学系１０３を透過して生体観察部９に照射される。生体観察部９において反射されたＧ光Ｌｇによる反射像Ｚｇは、反射像Ｚｒと同様にＣＣＤ撮像素子１０６に受光されている。また、ＣＣＤ撮像素子１０６における撮像動作は、ＣＣＤコントローラ１４０から入力された動作制御信号に基づいて実行されている。
【００６０】
ＣＣＤ撮像素子１０６より出力されたＲ画像の出力データは、画像処理ユニット１３０の信号処理回路１３１においてプロセス処理が施されてＡ／Ｄ変換回路１３２においてデジタル信号に変換され、画像メモリ１３３のＲ画像データの記憶領域へ記憶される。
【００６１】
以後、同様の動作によりＧ画像データおよびＢ画像データが取得され、画像メモリ１３３のＧ画像データの記憶領域およびＢ画像データの記憶領域にそれぞれ記憶される。
【００６２】
３色の画像データが画像メモリ１３３に記憶されると、表示タイミングに合わせて同時化されて出力され、ビデオ信号処理回路１３４においてビデオ信号に変換されてモニタ２００に出力され、カラー画像である通常画像１１として表示される。
【００６３】
次に蛍光診断画像１３を表示する際の動作を説明する。ＬＥＤ光源１１１，１１２，１１３の点灯および消灯に続いて参照光源１２１が点灯され、ファイバ１２５により導光されて近赤外光の波長域の参照光Ｌｓのみがダイクロイックミラー１１７を透過し、ライトガイド１０１により導光されて生体観察部９に近赤外光である参照光Ｌｓが照射される。
【００６４】
生体観察部９において反射された参照光Ｌｓの反射像Ｚｓは、集光レンズ１０５により集光され、励起光カットフィルタ１０４を透過してプリズム１０７により反射され、モザイクフィルタ１０８の広帯域フィルタ要素１０８ａを透過してＣＣＤ撮像素子１０６上に結像される。
【００６５】
ＣＣＤ撮像素子１０６においては反射像Ｚｓが受光され、光電変換されて電気信号に変換され、上記と同様にして画像処理ユニット１３０に入力される。画像処理ユニット１３０に入力された電気信号は、信号処理回路１３１においてプロセス処理が施されてＡ／Ｄ変換回路１３２においてデジタル信号に変換され、画像メモリ１３６へ参照画像データとして記憶される。
【００６６】
次に励起光Ｌｅによる蛍光像Ｚｅを撮像する際の動作を説明する。参照光源１２１の点灯および消灯に続いて励起光源１２２が点灯され、励起光源１２２から射出された励起光Ｌｅがファイバ１２６およびライトガイド１０１により導光されて、生体観察部９に照射される。
【００６７】
励起光Ｌｅが照射されることにより生じる生体観察部９からの蛍光像Ｚｅは、集光レンズ１０５により集光され、励起光カットフィルタ１０４を透過してプリズム１０７により反射され、モザイクフィルタ１０８の広帯域フィルタ要素１０８ａおよび狭帯域フィルタ要素１０８ｂをそれぞれ透過してＣＣＤ撮像素子１０６上に結像される。
【００６８】
ＣＣＤ撮像素子１０６においては蛍光像Ｚｅが受光され、広帯域フィルタ要素１０８ａおよび狭帯域フィルタ要素１０８ｂにそれぞれ対応する画素毎に光電変換されて電気信号に変換され、上記と同様にして画像処理ユニット１３０に入力される。画像処理ユニット１３０に入力された電気信号は、信号処理回路１３１においてプロセス処理が施されてＡ／Ｄ変換回路１３２においてデジタル信号に変換され、蛍光画像メモリ１３５へ広帯域蛍光画像データおよび狭帯域蛍光画像データとして記憶される。
【００６９】
広帯域蛍光画像データおよび狭帯域蛍光画像データが得られると、画像生成回路１３７では、相対応する画素において広帯域蛍光画像データおよび狭帯域蛍光画像データの信号強度の比率を算出し、その比率に対して色情報を割り当てて色画像データを得、さらに参照画像データの信号強度に輝度情報を割り当てて輝度画像データを得、これらを合成して合成画像データを生成し、ビデオ信号処理回路１３４へ出力する。ビデオ信号処理回路１３４では、合成画像データをビデオ信号に変換しモニタ２００に出力する。モニタ２００には、疑似カラー画像である蛍光診断画像１３が表示される。
【００７０】
なお、蛍光診断画像１３は、広帯域蛍光画像データの信号強度と狭帯域蛍光画像データの信号強度の相対的比率の変化に応じて表示色が変化し、参照画像データの信号強度に応じて輝度が変化する疑似カラーで表示されている。正常組織から発せられた蛍光と、病変組織から発せられた蛍光の表示色の差異が明らかになるような疑似カラーを設定することにより、例えば正常組織から発せられた蛍光を白色に表示し、病変組織から発せられた蛍光はピンクあるいは他の色として表示できる。このため、観察者は病変組織を容易に認識することができる。また、参照画像データの信号強度に応じて輝度が異なるため、生体観察部９の凹凸や、距離感を備えた蛍光診断画像を表示することができる。
【００７１】
このように、本実施形態においては、ＬＥＤ光源１１１，１１２，１１３から射出された紫外光を蛍光ファイバ１１３，１１４，１１６に照射してＲ光Ｌｒ、Ｇ光ＬｇおよびＢ光Ｌｂを得るようにしたため、キセノンランプ、ハロゲンランプ、メタルハライド等の光源装置を用いる場合と比較して、照明ユニット１１０を小型化することができる。また、ＬＥＤはキセノンランプ等よりも遙かに低価格であるため、これを複数用いてアレイ状に配列してＬＥＤ光源１１１，１１２，１１３を構成したとしても、キセノンランプ等の光源装置と比較して低価格化を図ることができる。
【００７２】
さらに、蛍光ファイバ１１４，１１５，１１６はそれぞれＲ光Ｌｒ、Ｇ光ＬｇおよびＢ光Ｌｂを発生し、赤外光のような長波長域の光を発生しないものであるため、Ｒ光Ｌｒ、Ｇ光ＬｇおよびＢ光Ｌｂの照射により生体観察部９において熱が発生することを防止できる。したがって、ＣＣＤ撮像素子１０６において、生体観察部９における熱を原因とするダークノイズの発生を防止することができ、その結果、Ｓ／Ｎの良好な画像を得ることができる。
【００７３】
また、参照光源１２１としてＳＬＤを、励起光源１２２としてＬＤを用いているため、ファイバ１２５，１２６の他端部を参照光源１２１および励起光源１２２の射出端面に直接接続することにより、各ファイバ１２５，１２６へ光を効率よく入射することができ、その結果、より多くの光量の参照光Ｌｓおよび励起光Ｌｅを射出することができる。
【００７４】
また、蛍光ファイバ１１４，１１５，１１６を単線ファイバとすることにより、内視鏡挿入部１００の小径化を図ることができる。
【００７５】
また、単線ファイバを用いた場合、そのコア径が比較的大きいとファイバが折れやすい。したがって、単線ファイバのコア径を４００μｍ以下とすることによりファイバが折れにくくなる。
【００７６】
また、蛍光ファイバ１１４，１１５，１１６から発生するＲ光Ｌｒ、Ｇ光ＬｇおよびＢ光Ｌｂ、参照光源１２１から射出される参照光Ｌｓ並びに励起光源１２２から射出される励起光Ｌｅは、キセノンランプ等の光源装置を用いる場合と比較して光量が小さいため、得られる画像のＳ／Ｎが低下するおそれがある。したがって、生体観察部９の光学像を撮像する固体撮像素子を電荷増倍型のＣＣＤ撮像素子１０６とすることにより、照明光の光量が微弱であっても撮像により得られた信号電荷を増倍して撮影感度を向上させることができ、その結果、得られる画像のＳ／Ｎを向上させることができる。
【００７７】
さらに、照明光学系１０３として内面が鏡面の鏡筒１０３Ａを用いているため、ライトガイド１０１により導光された光の損失を低減することができ、これにより、生体観察部９に照射される光の光量を大きくすることができる。
【００７８】
次いで、本発明の第２の実施形態について説明する。図４は本発明の第２の実施形態による照明装置を適用した内視鏡装置の概略構成図である。なお、第２の実施形態において第１の実施形態と同一の構成については同一の参照番号を付し、詳細な説明は省略する。第２の実施形態による内視鏡装置は、照明ユニット１１０において、紫外光を射出するＳＬＤまたはＬＤからなる光源１７１，１７２，１７３、および光源１７１，１７２，１７３の射出端面に接続され、紫外光の照射によりＲ光Ｌｒ、Ｇ光ＬｇおよびＢ光Ｌｂを発生する単線ファイバからなる蛍光ファイバ１７４，１７５，１７６を備えるようにしたものである。
【００７９】
ここで、ＳＬＤおよびＬＤの射出部分は小径であるため、蛍光ファイバ１７４，１７５，１７６を射出端面に直接接続することができる。これにより、蛍光ファイバ１７４，１７５，１７６への紫外光の入射効率の低下を防止でき、その結果、より多くの光量のＲ光Ｌｒ、Ｇ光ＬｇおよびＢ光Ｌｂを射出することができる。
【００８０】
また、ＳＬＤまたはＬＤの射出端面に蛍光ファイバ１７４，１７５，１７６を接続する場合、蛍光ファイバ１７４，１７５，１７６がバンドルファイバであると、素線のコア間におけるクラッド部により入射効率が低下する。したがって、蛍光ファイバ１７４，１７５，１７６を単線ファイバとすることにより、素線コア間クラッド部による光の損失ががなくなるため、紫外光の入射効率を向上させることができ、これによりより多くの光量のＲ光Ｌｒ、Ｇ光ＬｇおよびＢ光Ｌｂを射出することができる。
【００８１】
さらに、第１の実施形態においては、各色の光を発生させるためにＬＥＤを複数配設したＬＥＤ光源を用いているが、第２の実施形態においては単一のＳＬＤまたはＬＤを用いているため、第１の実施形態と比較して照明ユニット１１０の製造コストを低減することができる。
【００８２】
なお、上記実施形態においては、内視鏡装置に本発明を適用しているが、内視鏡装置以外の他の撮影装置にも本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態による光源装置を用いた内視鏡装置の構成を示す概略構成図
【図２】ＣＣＤ撮像素子の構成を示す図
【図３】モザイクフィルタの構成を示す図
【図４】本発明の第２の実施形態による光源装置を用いた内視鏡装置の構成を示す概略構成図
【符号の説明】
１ 画像データ処理部
９ 生体観察部
１１ 通常画像
１３ 蛍光診断画像
１００ 内視鏡挿入部
１０６ ＣＣＤ撮像素子
１０８ モザイクフィルタ
１１０ 照明ユニット
１１１，１１２，１１３ ＬＥＤ光源
１１４，１１５，１１６，１７４，１７５，１７６ 蛍光ファイバ
１１７，１１８，１１９，１２０ ダイクロイックミラー
１２１ 参照光源
１２２ 励起光源
１２３ パワーモニタ
１２４ 光源用電源
１３０ 画像処理ユニット
１４０ ＣＣＤコントローラ
１５０ コントローラ
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＬＥＤ、ＳＬＤ、ＬＤ等の固体発光素子を用いた光源装置、およびこの光源装置を用いた撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、光学像を電気信号に変換するＣＣＤ等の固体撮像素子を用いて、観察部の光学像を撮像する内視鏡装置等の撮像装置が医療分野において利用されている。固体撮像素子から出力された画像データは、モニタ等に表示することにより複数の人間が同時に観察することができる利点を有している。また表示前に画像データに対して種々の画像処理を施すことにより、肉眼では認識することのできない組織変化等もモニタ上に表示することもでき、医療の発展に大きく貢献している。
【０００３】
このような内視鏡装置においては、観察部を照明するために、キセノンランプ、ハロゲンランプあるいはメタルハライド等（以下キセノンランプ等とする）の光源装置が用いられており、このような光源を用いることにより、十分な光量の照明光を観察部に照射することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したキセノンランプ等の光源装置は大型かつ高価であるため、撮像装置自体も大型化しかつ高価なものとなる。また、このような光源装置から射出される照明光には赤外光のような長波長成分が含まれるために、照明光が照射された箇所における熱の発生が大きい。このため、生体に挿入される挿入部に固体撮像素子を配設した内視鏡装置においては、熱によるダークノイズが発生して出力データにノイズが含まれてしまい、得られる画像のＳ／Ｎが低下するという問題もある。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、小型かつ安価であり、かつ熱の発生も少ない光源装置およびこの光源装置を用いた撮像装置を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明による光源装置は、励起光を射出する固体発光素子を有する少なくとも１つの発光源と、
該固体発光素子から発せられた前記励起光の照射により、所定の波長域の照明光を発し、その一端部から該照明光を射出する少なくとも１つの蛍光ファイバとを備えたことを特徴とするものである。
【０００７】
「固体発光素子」としては、具体的にはＬＥＤ、ＬＤおよびＳＬＤ（Super Luminescence Diode）を用いることができる。
【０００８】
「発光源」は、固体発光素子を１つのみ用いるものであってもよいが、より多くの光量を得るために、複数の固体発光素子をライン状あるいはアレイ状に配列させた発光素子アレイを用いるものであってもよい。
【０００９】
「蛍光ファイバ」としては、例えば２００〜４００ｎｍの紫外線領域の励起光の照射により、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色の波長域の光を発生する蛍光ガラス（例えば（株）住田ガラス社製ルミラス）から作成されたものを用いることができる。
【００１０】
なお、本発明による光源装置においては、前記固体発光素子をＳＬＤまたはＬＤとし、該ＳＬＤまたはＬＤの射出端面に前記蛍光ファイバの他端部を接続することが好ましい。
【００１１】
また、本発明による光源装置においては、前記励起光の照射により、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色の波長域の照明光を射出する３種類の蛍光ファイバを有するとともに、該各蛍光ファイバに対してそれぞれ前記励起光を照射する３つの前記発光源を有するものとすることが好ましい。
【００１２】
さらに、本発明による光源装置においては、前記蛍光ファイバが単線ファイバであることが好ましい。
【００１３】
また、この場合、前記単線ファイバのコア径が４００μｍ以下であることが好ましい。
【００１４】
本発明による撮像装置は、照明光を観察部に照射する本発明による光源装置と、
該照明光の照射により前記観察部から発せられた反射光に基づく光学像を撮像して出力データを取得する、電荷増倍型の固体撮像手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００１５】
なお、本発明による撮像装置においては、前記光源装置および前記固体撮像手段の一部または全部が、生体内部に挿入される内視鏡の形態であることが好ましい。
【００１６】
電荷増倍型の固体撮像素子は、例えば特開平７−１７６７２１号公報に記載されたように、増倍率制御信号に基づいた増倍率により、撮像された信号電荷を増倍するものであり、この固体撮像素子を内視鏡装置等の種々の撮像装置に搭載することにより、撮像装置の撮像感度の向上および撮像感度の制御が可能となっている。すなわち、光学像の光量が、従来の撮像素子を用いて撮像するには不十分な場合であっても、この固体撮像素子を用いて撮像を行えば、視認可能な画像として表示することができ、また適宜撮像感度を撮像条件に合わせて制御することも可能である。このような電荷増倍手段を備えた電荷増倍型の固体撮像素子は、ＣＭＤ（Charge Multiplying Detector）−ＣＣＤと呼ばれ、強度の電界領域中で電導電子と原子を衝突させ、このイオン化によって生じる電荷増倍効果により信号電荷を増倍し、撮像素子の撮像感度を向上させるものである。
【００１７】
電荷増倍型の固体撮像素子においては、電荷増倍手段は、信号電荷を順次信号電圧に変換して出力信号として取り出す電荷検出回路より前段において信号電荷を増倍するため、電荷検出回路において生じる読出ノイズを増倍することがない。したがって、信号電荷が増倍されても読出ノイズは変化しないため、出力信号のＳ／Ｎを向上させることができる。
【００１８】
このように、電荷増倍型の固体撮像素子を用いることにより、光学像の光量が不十分な環境下での撮像を行うことがある撮像装置において、出力信号のＳ／Ｎの向上が可能となる。また、増倍率制御信号により信号電荷の増倍率を変更できるため、電荷増倍型の固体撮像素子を搭載した撮像装置では、撮像感度が制御可能となっている。
【００１９】
なお、このような電荷増倍型の固体撮像素子を用いた内視鏡装置が、特開２００１−２９３１３号公報に開示されている。
【００２０】
【発明の効果】
本発明の光源装置によれば、固体発光素子からなる少なくとも１つの発光源から射出された励起光が、蛍光ファイバに照射され、蛍光ファイバの一端部から所定の波長域の照明光が射出される。このように、本発明による光源装置においては、固体発光素子からなる発光源を用いているため、上述したキセノンランプ等の光源装置と比較して光源装置を小型化することができる。また、固体発光素子はキセノンランプ等よりも遙かに低価格であるため、これを複数用いてアレイ状に配列したとしても、キセノンランプ等の光源装置と比較して低価格化を図ることができる。
【００２１】
さらに、蛍光ファイバとして赤外光のような長波長域の光を発生しないものを用いることにより、本発明による光源装置から射出された照明光の照射箇所における熱の発生を防止できる。したがって、本発明による光源装置を、固体撮像素子を用いた撮像装置に適用した場合に、照射箇所の熱を原因とするダークノイズの発生を防止することができ、その結果、Ｓ／Ｎの良好な画像を得ることができる。
【００２２】
また、ＳＬＤおよびＬＤの射出部分は小径であるため、蛍光ファイバの他端部を射出端面に直接接続することにより、励起光を蛍光ファイバへ効率よく入射することができ、その結果、照明光の光量をより大きくすることができる。
【００２３】
さらに、蛍光ファイバをＲ，Ｇ，Ｂの各色の波長域の照明光を射出するものとし、各蛍光ファイバに３つの発光源からそれぞれ励起光を照射することにより、白色の照明光を得ることができる。
【００２４】
ここで、ＳＬＤまたはＬＤの射出端面に蛍光ファイバを接続する場合、蛍光ファイバがバンドルファイバであると、素線のコア間におけるクラッド部により入射効率が低下する。したがって、蛍光ファイバを単線ファイバとすることにより、クラッド部がなくなるため、励起光の入射効率を向上させることができ、これにより照明光の光量をより大きくすることができる。
【００２５】
また、単線ファイバを用いた場合、そのコア径が比較的大きいとファイバが折れやすい。したがって、単線ファイバのコア径を４００μｍ以下とすることによりファイバを折れにくくすることができる。
【００２６】
また、本発明による光源装置を撮像装置に用いた場合、キセノンランプ等の光源装置を用いる場合と比較して観察部に照射される照明光の光量は小さいため、得られる画像のＳ／Ｎが低下するおそれがある。したがって、観察部の光学像を撮像する固体撮像素子を電荷増倍型の固体撮像素子とすることにより、照明光の光量が微弱であっても撮像により得られた信号電荷を増倍して撮影感度を向上させることができ、本発明による光源装置を用いても、得られる画像のＳ／Ｎを向上させることができる。
【００２７】
なお、蛍光ファイバから射出された照明光を単線ファイバにより生体内部に導光するようにすれば、生体内部に挿入される挿入部の小径化を図ることができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は本発明の第１の実施形態による光源装置を用いた内視鏡装置の構成を示す概略構成図である。図１に示すように、この内視鏡装置は生体観察部９に、照明光であるＲ光（赤色光）Ｌｒ、Ｇ光（緑色光）Ｌｇ、Ｂ光（青色光）Ｌｂ、参照光（近赤外光）Ｌｓおよび励起光Ｌｅを順次照射して、生体観察部９において反射された反射像および生体観察部９において発生した蛍光像を電荷増倍型のＣＣＤ撮像素子により撮像し、観察部の画像をカラー画像としてモニタに表示する面順次方式の内視鏡装置であり、先端に電荷増倍型のＣＣＤ撮像素子を備え、患者の病巣と疑われる部位に挿入される内視鏡挿入部１００、生体観察部９において得られた情報を表す画像データを処理する画像データ処理部１、および画像データ処理部１において処理された画像データを可視画像として表示するモニタ２００から構成される。
【００２９】
内視鏡挿入部１００は、内部に先端まで延びるライトガイド１０１およびＣＣＤケーブル１０２を備えている。ライトガイド１０１およびＣＣＤケーブル１０２の先端部、すなわち内視鏡挿入部１００の先端部には、照明光学系１０３、励起光カットフィルタ１０４および集光レンズ１０５を備えている。
【００３０】
照明光学系１０３は、内面が鏡面の鏡筒１０３Ａおよび２枚の照明レンズ１０３Ｂ，１０３Ｃを備える。
【００３１】
ＣＣＤケーブル１０２の先端部には、微少な帯域フィルタ要素がモザイク状に組み合わされたモザイクフィルタ１０８がオンチップされた電荷増倍型のＣＣＤ撮像素子１０６が接続され、ＣＣＤ撮像素子１０６にはプリズム１０７が取り付けられている。励起光カットフィルタ１０４は、波長４２０ｎｍ以上の全蛍光を透過するロングパスフィルタである。ライトガイド１０１の先端部と反対側の端部は後述する照明ユニット１１０へ接続されている。なお、ＣＣＤ撮像素子１０６は、Ｒ光Ｌｒ、Ｇ光ＬｇおよびＢ光Ｌｂの照射により生体観察部９において得られた反射像Ｚｒ，Ｚｇ，Ｚｂと、励起光Ｌｅの照射により生体観察部９から発生した蛍光像Ｚｅと、参照光Ｌｓの照射により生体観察部９において得られた反射像Ｚｓ（以下これらを光学像と称する）とを撮像し、デジタル値に変換して画像データとして出力するものである。
【００３２】
図２はＣＣＤ撮像素子１０６の構成を示す図である。図２に示すように、ＣＣＤ撮像素子１０６はフレームトランスファー型のＣＭＤ−ＣＣＤ撮像素子であり、撮像した光学像を信号電荷へ変換する受光部２１、信号電荷の一時的蓄積および転送を行う蓄積部２２、信号電荷の水平転送を行う水平転送部２３、入力された増倍率制御信号に基づいて信号電荷を増倍する電荷増倍部２４、および信号電荷を信号電圧へ変更し、増幅して出力端子２７から画像処理ユニット１３０へ出力する出力部２５を備えている。
【００３３】
受光部２１は、光電変換および信号電荷の垂直転送を行う垂直転送ＣＣＤ３１が縦ｎ個、横ｎ’個並んで構成されている。説明を簡単にするために、図２においては縦３つ横４つの垂直転送ＣＣＤ３１から構成された受光部２１を記載しているが、実際のＣＣＤ撮像素子１０６は、縦横ともに、数百個の垂直転送ＣＣＤ３１が設けられている。
【００３４】
蓄積部２２は、薄い金属膜等により光遮蔽され、信号電荷の一時的蓄積および垂直転送を行う垂直転送ＣＣＤ３３から構成されている。水平転送部２３は、水平転送ＣＣＤ３５から構成されている。
【００３５】
電荷増倍部２４は、ｍ個の電荷増倍セル３６から構成されている。電荷増倍部２４に入力された信号電荷は、連続したパルス信号である増倍率制御信号に基づいて、増倍されながら順次転送される。この電荷増倍セル３６は、強度の電荷領域中で伝電子と原子を衝突させ、イオン化によって生じる電荷増倍効果を用いて、入力された電荷を増倍して出力するものであり、その増倍率は、上記増倍率制御信号の信号特性により変化する。なお、図２においては、蓄積部２２、水平転送部２３および電荷増倍部２４も、受光部２１と同様に簡略化されて記載されている。
【００３６】
出力部２５は、信号電荷を信号電圧（出力信号）へ変換する電荷検出部３７および出力信号を増幅する出力アンプ３８を備えている。
【００３７】
図３はモザイクフィルタ１０８の構成を示す図である。図２に示すように、モザイクフィルタ１０８は、４００ｎｍ〜９００ｎｍの波長域の光を透過させる広帯域フィルタ要素１０８ａおよび４３０ｎｍ〜５３０ｎｍの波長域の光を透過させる狭帯域フィルタ要素１０８ｂが交互に組み合わされ、各帯域フィルタ要素１０８ａ，１０８ｂはＣＣＤ撮像素子１０６の画素に一対一で対応している。
【００３８】
画像データ処理部１は、照明光を射出する照明ユニット１１０、画像データを表示するための画像処理を行う画像処理ユニット１３０、ＣＣＤ撮像素子１０６の動作を制御するＣＣＤコントローラ１４０、および各ユニットとＣＣＤコントローラ１４０との制御を行うコントローラ１５０から構成されている。
【００３９】
照明ユニット１１０は、紫外光を射出する複数のＬＥＤがアレイ状に配列された３つのＬＥＤ光源１１１，１１２，１１３、各ＬＥＤ光源１１１，１１２，１１３から射出された紫外光の照射によりＲ光Ｌｒ、Ｇ光ＬｇおよびＢ光Ｌｂをそれぞれ発する、一列に接続された蛍光ファイバ１１４，１１５，１１６、蛍光ファイバ１１４，１１５，１１６から発せられたＲ光Ｌｒ、Ｇ光ＬｇおよびＢ光Ｌｂ、ＬＥＤ光源１１１，１１２，１１３から射出された紫外光および後述する参照光Ｌｓの反射および透過を制御するダイクロイックミラー１１７，１１８，１１９，１２０、参照光Ｌｓを射出するＳＬＤからなる参照光源１２１、励起光Ｌｅを射出するＧａＮ−ＬＤからなる励起光源１２２、ＬＥＤ光源１１１，１１２，１１３、参照光源１２１および励起光源１２２から射出される光の光量をモニタするためのパワーモニタ１２３、並びにＬＥＤ光源１１１，１１２，１１３、参照光源１２１および励起光源１２２に電力を供給する光源用電源１２４を備えている。
【００４０】
なお、参照光源１２１から射出された参照光Ｌｓを蛍光ファイバ１１４に導光するファイバ１２５、励起光源１２２から射出された励起光Ｌｅをライトガイド１０１に導光するファイバ１２６および蛍光ファイバ１１４，１１５，１１６は、コア径が４００μｍ以下の単線ファイバからなる。また、ライトガイド１０１内には蛍光ファイバ１１６から連続する単線ファイバおよびファイバ１２５から連続するコア径が４００μｍ以下の単線ファイバが含まれることとなる。
【００４１】
蛍光ファイバ１１４，１１５，１１６は、紫外光の照射により、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色の波長域の光を発生する蛍光ガラス（例えば（株）住田ガラス社製ルミラス）から作成されており、ＬＥＤ光源１１１，１１２，１１３から射出された紫外光を効率よく受光できるようにコイル状に巻回されている。
【００４２】
ダイクロイックミラー１１７は、参照光源１２１から射出されてファイバ１２５により導光された光のうち参照光Ｌｓの波長域の光のみを透過し、蛍光ファイバ１１４から発生したＲ光Ｌｒの波長域の光を反射する特性を有する。ダイクロイックミラー１１８は、蛍光ファイバ１１４から発生したＲ光Ｌｒおよび蛍光ファイバ１１４を導光された参照光Ｌｓの波長域の光を透過し、蛍光ファイバ１１５から発生したＧ光Ｌｇの波長域の光を反射する特性を有する。ダイクロイックミラー１１９は、蛍光ファイバ１１５から発生したＧ光Ｌｇ、蛍光ファイバ１１５を導光されたＲ光Ｌｒ、および参照光Ｌｓの波長域の光を透過し、蛍光ファイバ１１６から発生したＢ光Ｌｂの波長域の光を反射する特性を有する。ダイクロイックミラー１２０は、蛍光ファイバ１１６を導光されたＲ光Ｌｒ、Ｇ光Ｌｇ、Ｂ光Ｌｂおよび参照光Ｌｓの波長域の光を透過し、紫外光の波長域の光を反射する特性を有する。
【００４３】
参照光源１２１は、７５０ｎｍ〜９００ｎｍの波長域の参照光Ｌｓを含む光を射出する。なお、参照光源１２１はＳＬＤであり、射出端面がＬＥＤと比較して小さいため、その射出端面は直接ファイバ１２５と接続されている。
【００４４】
励起光源１２２は、４００ｎｍ〜４２０ｎｍの波長域の励起光Ｌｅを射出する。なお、励起光源１２２はＬＤであり、射出端面がＬＥＤと比較して小さいため、その射出端面は直接ファイバ１２６と接続されている。
【００４５】
パワーモニタ１２３は、ＬＥＤ光源１１１，１１２，１１３、参照光源１２１および励起光源１２２から射出される光の光量をモニタし、光量が予め定められた値となるように、光源用電源１２４から各光源に供給される電力を制御する。
【００４６】
このような照明ユニット１１０に対し、コントローラ１５０は、各光源１１１，１１２，１１３，１２１，１２２を所定時間この順序により点灯するサイクルを繰り返すように、各光源１１１，１１２，１１３，１２１，１２２の点灯を制御する。
【００４７】
このように、照明ユニット１１０の各光源１１１，１１２，１１３，１２１，１２２の点灯サイクルを制御することにより、Ｒ光Ｌｒ、Ｇ光Ｌｇ、Ｂ光Ｌｂ、参照光Ｌｓおよび励起光Ｌｅの生体観察部９への照射のサイクルが繰り返される。ここで、生体観察部９にＲ光Ｌｒ、Ｇ光Ｌｇ、Ｂ光Ｌｂおよび参照光Ｌｓが照射されている間は、モザイクフィルタ１０８の広帯域フィルタ要素１０８ａを透過した光学像のみをＣＣＤ撮像素子１０６において検出し、励起光Ｌｅが照射されている間は広帯域フィルタ要素１０８ａおよび狭帯域フィルタ要素１０８ｂをそれぞれ透過した蛍光像をＣＣＤ撮像素子１０６において検出する。
【００４８】
ＣＣＤコントローラ１４０は、ＣＣＤ撮像素子１０６の動作タイミングを制御する動作制御信号および電荷増倍部２４における増倍率を制御する増倍率制御信号を出力するものである。使用者により設定された所望のピーク値を有する増倍率制御信号を出力することにより、電荷増倍部２４での電荷増倍率を制御することができる。
【００４９】
画像処理ユニット１３０は、ＣＣＤ撮像素子１０６において得られた電気信号のプロセス処理を行う信号処理回路１３１、信号処理回路１３１において得られた画像データをデジタル化するＡ／Ｄ変換回路１３２、反射像Ｚｒ，Ｚｇ，Ｚｂから得られた画像データを各色毎に保存する画像メモリ１３３、後述するように蛍光像Ｚｅから得られた広帯域蛍光画像を表す広帯域蛍光画像データと狭帯域蛍光画像を表す狭帯域蛍光画像データとをそれぞれ保存する蛍光画像メモリ１３５、反射像Ｚｓから得られた参照画像データを保存する画像メモリ１３６、広帯域蛍光画像データにより表される広帯域蛍光画像および狭帯域蛍光画像データにより表される狭帯域蛍光画像の対応する各画素値の比率を算出して演算値を得、この演算値にその値の大きさに応じた色情報を割り当てて色画像を表す色画像データを生成するとともに、参照画像データにより表される参照画像の各画素値にその値の大きさに応じた輝度情報を割り当てて輝度画像を表す輝度画像データを生成し、色画像データおよび輝度画像データを合成して蛍光診断画像を表す合成画像データを生成して出力する画像生成回路１３７、および画像メモリ１３３から同時化されて出力された３色の画像データ、および画像生成回路１３７において生成された合成画像データをビデオ信号に変換して出力するビデオ信号処理回路１３４を備えている。
【００５０】
なお、画像生成回路１３７は、画像メモリ１３６に記憶された参照画像データにより表される参照画像と、蛍光画像メモリ１３５の広帯域蛍光画像データにより表される広帯域蛍光画像または狭帯域蛍光画像データにより表される狭帯域蛍光画像との対応する各画素値の比率を算出して演算値を得、この演算値にその値の大きさに応じた色情報を割り当てて色画像を表す色画像データを生成するものであってもよい。
【００５１】
以下、第１の実施形態による内視鏡装置の作用について説明する。本実施形態による内視鏡装置においては、反射像Ｚｒ，Ｚｇ，Ｚｂの撮像、反射像Ｚｓの撮像、および蛍光像Ｚｅの撮像が時分割で行われ、反射像Ｚｒ，Ｚｇ，Ｚｂに基づいた通常画像１１および反射像Ｚｓおよび蛍光像Ｚｅに基づいた蛍光診断画像１３がモニタ２００に表示される。各光学像を時分割で撮像するために、コントローラ１５０により照明ユニット１１０におけるＬＥＤ光源１１１，１１２，１１３、参照光源１２１および励起光源１２２の点灯が制御され、Ｒ光Ｌｒ、Ｇ光Ｌｇ、Ｂ光Ｌｂ、参照光Ｌｓおよび励起光Ｌｅが順次生体観察部９に照射される。
【００５２】
まず、通常画像１１を表示する際の動作を説明する。まず、ＬＥＤ光源１１１が駆動され、ＬＥＤ光源１１１から射出された紫外光が蛍光ファイバ１１４に照射される。これにより、蛍光ファイバ１１４からはＲ光Ｌｒが発生し、ダイクロイックミラー１１８，１１９，１２０を透過してライトガイド１０１により導光され、さらに照明光学系１０３を透過して生体観察部９に照射される。
【００５３】
生体観察部９において反射されたＲ光Ｌｒによる反射像Ｚｒは集光レンズ１０５により集光され、励起光カットフィルタ１０４を透過してプリズム１０７により反射され、モザイクフィルタ１０８の広帯域フィルタ要素１０８ａを透過してＣＣＤ撮像素子１０６上に結像される。
【００５４】
ＣＣＤ撮像素子１０６においては、受光部１０の垂直転送ＣＣＤ３１において反射像Ｚｒが受光され、光電変換されて光の強弱に応じた電気信号に変換される。
【００５５】
所定時間が経過すると、ＬＥＤ光源１１１が消灯されてＬＥＤ光源１１２が点灯される。この点灯の切替時に、垂直転送ＣＣＤ３１に蓄積された信号電荷は、蓄積部２２の垂直転送ＣＣＤ３３へ転送される。
【００５６】
蓄積部２２の垂直転送ＣＣＤ３３に転送された信号電荷は、並列に垂直転送され、水平転送部２３の水平転送ＣＣＤ３５に順次送り込まれる。
【００５７】
水平転送部２３では、横１ラインの画素の信号電荷が入ると、信号電荷は水平方向に転送され、順次電荷増倍部２４の電荷増倍セル３６へ転送される。電荷増倍セル３６において、信号電荷は増倍率制御信号に基づいて増倍されながら順次転送される。最後の電荷増倍セル３６から右端に設けられた出力部２５へ出力された信号電荷は、電荷検出部３７において信号電圧へ変換され、出力アンプ３８で増幅されて、出力端子２７から出力信号として出力される。
【００５８】
その後、次の横１ラインの信号電荷が、蓄積部２２から水平転送部２３へ転送される。このような動作を繰り返すことにより、受光部１０の左下の画素から右方向へ順次信号電荷が読み出され、横１ラインの信号電荷が読み出されると、次にその上の横１ラインの信号電荷が読み出され、順番に移動して、Ｒ画像を形成する全信号電荷が読み出される。
【００５９】
なお、上記の蓄積部２２に蓄積された信号電荷の読み出し動作が行われている間に、ＬＥＤ光源１１１に代えてＬＥＤ光源１１２が点灯され、ＬＥＤ光源１１２から射出された紫外光が蛍光ファイバ１１５に照射される。これにより、蛍光ファイバ１１５からはＧ光Ｌｇが発生し、ダイクロイックミラー１１９，１２０を透過してライトガイド１０１により導光され、さらに照明光学系１０３を透過して生体観察部９に照射される。生体観察部９において反射されたＧ光Ｌｇによる反射像Ｚｇは、反射像Ｚｒと同様にＣＣＤ撮像素子１０６に受光されている。また、ＣＣＤ撮像素子１０６における撮像動作は、ＣＣＤコントローラ１４０から入力された動作制御信号に基づいて実行されている。
【００６０】
ＣＣＤ撮像素子１０６より出力されたＲ画像の出力データは、画像処理ユニット１３０の信号処理回路１３１においてプロセス処理が施されてＡ／Ｄ変換回路１３２においてデジタル信号に変換され、画像メモリ１３３のＲ画像データの記憶領域へ記憶される。
【００６１】
以後、同様の動作によりＧ画像データおよびＢ画像データが取得され、画像メモリ１３３のＧ画像データの記憶領域およびＢ画像データの記憶領域にそれぞれ記憶される。
【００６２】
３色の画像データが画像メモリ１３３に記憶されると、表示タイミングに合わせて同時化されて出力され、ビデオ信号処理回路１３４においてビデオ信号に変換されてモニタ２００に出力され、カラー画像である通常画像１１として表示される。
【００６３】
次に蛍光診断画像１３を表示する際の動作を説明する。ＬＥＤ光源１１１，１１２，１１３の点灯および消灯に続いて参照光源１２１が点灯され、ファイバ１２５により導光されて近赤外光の波長域の参照光Ｌｓのみがダイクロイックミラー１１７を透過し、ライトガイド１０１により導光されて生体観察部９に近赤外光である参照光Ｌｓが照射される。
【００６４】
生体観察部９において反射された参照光Ｌｓの反射像Ｚｓは、集光レンズ１０５により集光され、励起光カットフィルタ１０４を透過してプリズム１０７により反射され、モザイクフィルタ１０８の広帯域フィルタ要素１０８ａを透過してＣＣＤ撮像素子１０６上に結像される。
【００６５】
ＣＣＤ撮像素子１０６においては反射像Ｚｓが受光され、光電変換されて電気信号に変換され、上記と同様にして画像処理ユニット１３０に入力される。画像処理ユニット１３０に入力された電気信号は、信号処理回路１３１においてプロセス処理が施されてＡ／Ｄ変換回路１３２においてデジタル信号に変換され、画像メモリ１３６へ参照画像データとして記憶される。
【００６６】
次に励起光Ｌｅによる蛍光像Ｚｅを撮像する際の動作を説明する。参照光源１２１の点灯および消灯に続いて励起光源１２２が点灯され、励起光源１２２から射出された励起光Ｌｅがファイバ１２６およびライトガイド１０１により導光されて、生体観察部９に照射される。
【００６７】
励起光Ｌｅが照射されることにより生じる生体観察部９からの蛍光像Ｚｅは、集光レンズ１０５により集光され、励起光カットフィルタ１０４を透過してプリズム１０７により反射され、モザイクフィルタ１０８の広帯域フィルタ要素１０８ａおよび狭帯域フィルタ要素１０８ｂをそれぞれ透過してＣＣＤ撮像素子１０６上に結像される。
【００６８】
ＣＣＤ撮像素子１０６においては蛍光像Ｚｅが受光され、広帯域フィルタ要素１０８ａおよび狭帯域フィルタ要素１０８ｂにそれぞれ対応する画素毎に光電変換されて電気信号に変換され、上記と同様にして画像処理ユニット１３０に入力される。画像処理ユニット１３０に入力された電気信号は、信号処理回路１３１においてプロセス処理が施されてＡ／Ｄ変換回路１３２においてデジタル信号に変換され、蛍光画像メモリ１３５へ広帯域蛍光画像データおよび狭帯域蛍光画像データとして記憶される。
【００６９】
広帯域蛍光画像データおよび狭帯域蛍光画像データが得られると、画像生成回路１３７では、相対応する画素において広帯域蛍光画像データおよび狭帯域蛍光画像データの信号強度の比率を算出し、その比率に対して色情報を割り当てて色画像データを得、さらに参照画像データの信号強度に輝度情報を割り当てて輝度画像データを得、これらを合成して合成画像データを生成し、ビデオ信号処理回路１３４へ出力する。ビデオ信号処理回路１３４では、合成画像データをビデオ信号に変換しモニタ２００に出力する。モニタ２００には、疑似カラー画像である蛍光診断画像１３が表示される。
【００７０】
なお、蛍光診断画像１３は、広帯域蛍光画像データの信号強度と狭帯域蛍光画像データの信号強度の相対的比率の変化に応じて表示色が変化し、参照画像データの信号強度に応じて輝度が変化する疑似カラーで表示されている。正常組織から発せられた蛍光と、病変組織から発せられた蛍光の表示色の差異が明らかになるような疑似カラーを設定することにより、例えば正常組織から発せられた蛍光を白色に表示し、病変組織から発せられた蛍光はピンクあるいは他の色として表示できる。このため、観察者は病変組織を容易に認識することができる。また、参照画像データの信号強度に応じて輝度が異なるため、生体観察部９の凹凸や、距離感を備えた蛍光診断画像を表示することができる。
【００７１】
このように、本実施形態においては、ＬＥＤ光源１１１，１１２，１１３から射出された紫外光を蛍光ファイバ１１３，１１４，１１６に照射してＲ光Ｌｒ、Ｇ光ＬｇおよびＢ光Ｌｂを得るようにしたため、キセノンランプ、ハロゲンランプ、メタルハライド等の光源装置を用いる場合と比較して、照明ユニット１１０を小型化することができる。また、ＬＥＤはキセノンランプ等よりも遙かに低価格であるため、これを複数用いてアレイ状に配列してＬＥＤ光源１１１，１１２，１１３を構成したとしても、キセノンランプ等の光源装置と比較して低価格化を図ることができる。
【００７２】
さらに、蛍光ファイバ１１４，１１５，１１６はそれぞれＲ光Ｌｒ、Ｇ光ＬｇおよびＢ光Ｌｂを発生し、赤外光のような長波長域の光を発生しないものであるため、Ｒ光Ｌｒ、Ｇ光ＬｇおよびＢ光Ｌｂの照射により生体観察部９において熱が発生することを防止できる。したがって、ＣＣＤ撮像素子１０６において、生体観察部９における熱を原因とするダークノイズの発生を防止することができ、その結果、Ｓ／Ｎの良好な画像を得ることができる。
【００７３】
また、参照光源１２１としてＳＬＤを、励起光源１２２としてＬＤを用いているため、ファイバ１２５，１２６の他端部を参照光源１２１および励起光源１２２の射出端面に直接接続することにより、各ファイバ１２５，１２６へ光を効率よく入射することができ、その結果、より多くの光量の参照光Ｌｓおよび励起光Ｌｅを射出することができる。
【００７４】
また、蛍光ファイバ１１４，１１５，１１６を単線ファイバとすることにより、内視鏡挿入部１００の小径化を図ることができる。
【００７５】
また、単線ファイバを用いた場合、そのコア径が比較的大きいとファイバが折れやすい。したがって、単線ファイバのコア径を４００μｍ以下とすることによりファイバが折れにくくなる。
【００７６】
また、蛍光ファイバ１１４，１１５，１１６から発生するＲ光Ｌｒ、Ｇ光ＬｇおよびＢ光Ｌｂ、参照光源１２１から射出される参照光Ｌｓ並びに励起光源１２２から射出される励起光Ｌｅは、キセノンランプ等の光源装置を用いる場合と比較して光量が小さいため、得られる画像のＳ／Ｎが低下するおそれがある。したがって、生体観察部９の光学像を撮像する固体撮像素子を電荷増倍型のＣＣＤ撮像素子１０６とすることにより、照明光の光量が微弱であっても撮像により得られた信号電荷を増倍して撮影感度を向上させることができ、その結果、得られる画像のＳ／Ｎを向上させることができる。
【００７７】
さらに、照明光学系１０３として内面が鏡面の鏡筒１０３Ａを用いているため、ライトガイド１０１により導光された光の損失を低減することができ、これにより、生体観察部９に照射される光の光量を大きくすることができる。
【００７８】
次いで、本発明の第２の実施形態について説明する。図４は本発明の第２の実施形態による照明装置を適用した内視鏡装置の概略構成図である。なお、第２の実施形態において第１の実施形態と同一の構成については同一の参照番号を付し、詳細な説明は省略する。第２の実施形態による内視鏡装置は、照明ユニット１１０において、紫外光を射出するＳＬＤまたはＬＤからなる光源１７１，１７２，１７３、および光源１７１，１７２，１７３の射出端面に接続され、紫外光の照射によりＲ光Ｌｒ、Ｇ光ＬｇおよびＢ光Ｌｂを発生する単線ファイバからなる蛍光ファイバ１７４，１７５，１７６を備えるようにしたものである。
【００７９】
ここで、ＳＬＤおよびＬＤの射出部分は小径であるため、蛍光ファイバ１７４，１７５，１７６を射出端面に直接接続することができる。これにより、蛍光ファイバ１７４，１７５，１７６への紫外光の入射効率の低下を防止でき、その結果、より多くの光量のＲ光Ｌｒ、Ｇ光ＬｇおよびＢ光Ｌｂを射出することができる。
【００８０】
また、ＳＬＤまたはＬＤの射出端面に蛍光ファイバ１７４，１７５，１７６を接続する場合、蛍光ファイバ１７４，１７５，１７６がバンドルファイバであると、素線のコア間におけるクラッド部により入射効率が低下する。したがって、蛍光ファイバ１７４，１７５，１７６を単線ファイバとすることにより、素線コア間クラッド部による光の損失ががなくなるため、紫外光の入射効率を向上させることができ、これによりより多くの光量のＲ光Ｌｒ、Ｇ光ＬｇおよびＢ光Ｌｂを射出することができる。
【００８１】
さらに、第１の実施形態においては、各色の光を発生させるためにＬＥＤを複数配設したＬＥＤ光源を用いているが、第２の実施形態においては単一のＳＬＤまたはＬＤを用いているため、第１の実施形態と比較して照明ユニット１１０の製造コストを低減することができる。
【００８２】
なお、上記実施形態においては、内視鏡装置に本発明を適用しているが、内視鏡装置以外の他の撮影装置にも本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態による光源装置を用いた内視鏡装置の構成を示す概略構成図
【図２】ＣＣＤ撮像素子の構成を示す図
【図３】モザイクフィルタの構成を示す図
【図４】本発明の第２の実施形態による光源装置を用いた内視鏡装置の構成を示す概略構成図
【符号の説明】
１ 画像データ処理部
９ 生体観察部
１１ 通常画像
１３ 蛍光診断画像
１００ 内視鏡挿入部
１０６ ＣＣＤ撮像素子
１０８ モザイクフィルタ
１１０ 照明ユニット
１１１，１１２，１１３ ＬＥＤ光源
１１４，１１５，１１６，１７４，１７５，１７６ 蛍光ファイバ
１１７，１１８，１１９，１２０ ダイクロイックミラー
１２１ 参照光源
１２２ 励起光源
１２３ パワーモニタ
１２４ 光源用電源
１３０ 画像処理ユニット
１４０ ＣＣＤコントローラ
１５０ コントローラ
Claims (4)
- それぞれが、励起光を射出する固体発光素子を有する赤色用、緑色用、および青色用の発光源と、各発光源の固体発光素子から発せられた前記励起光の照射により、赤外光を発することなく、赤色、緑色、および青色の各照明光を発し、その一端部から該照明光を射出する赤色用、緑色用、および青色用の蛍光ファイバとを備え、各照明光を順次観察部に照射する光源装置と、
前記照明光の順次照射により前記観察部から発せられた各反射光に基づく光学像それぞれを順次撮像して前記光学像を表す出力データを取得する、生体内部に挿入される電荷増倍型の固体撮像素子と、
前記光学像を示す出力データを可視画像として表示させるための画像処理を行なって処理済の画像データを得る画像処理ユニットと、
前記処理済の画像データを可視画像として表示する画像モニタとを備えたことを特徴とする内視鏡装置。 - 前記固体発光素子がＳＬＤまたはＬＤであり、該ＳＬＤまたはＬＤの射出端面に前記蛍光ファイバの他端部が接続されてなることを特徴とする請求項１記載の内視鏡装置。
- 前記蛍光ファイバが単線ファイバであることを特徴とする請求項１または２記載の内視鏡装置。
- 前記単線ファイバのコア径が４００μｍ以下であることを特徴とする請求項３記載の内視鏡装置。
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