JP6660823B2 - 内視鏡装置 - Google Patents

Description

本発明は、内視鏡装置に関する。

体腔内の組織を観察する内視鏡装置が広く知られている。一般的に内視鏡装置は、白色光を体腔内の観察部位に照射し、観察部位からの反射光を撮像素子が受光して観察画像を生成する。

特許文献１に記載の電子内視鏡装置は、可視光すなわち白色光を観察部位に照射してフルカラーの通常観察画像を表示する通常観察モードに加え、青色フィルターによって励起光を観察部位に照射して自家蛍光観察画像及び狭帯域画像（ＮＢＩ画像）を表示する特殊観察モードを有する。特殊観察モードによれば、血管走行など通常観察画像に現れないものを観察できる。

特開２００７−５０１０６号公報 特開２０１５−１９２０１５号公報

特許文献１に記載の電子内視鏡装置では、通常観察モード及び特殊観察モードでの観察を行うために２つのＣＣＤ（固体撮像素子）が設けられており、２つのＣＣＤは並列に配置されている。しかし、複数のＣＣＤを並列に配置すると、体腔内に挿入される内視鏡先端部の大径化を招くという問題がある。特許文献２に記載の固体撮像素子では、光電変換部が形成された半導体基板が複数段に積層された構成を有するため、特許文献１の電子内視鏡装置が有する上述の問題を解決できる可能性がある。しかし、内視鏡の撮像部に特許文献２の固体撮像素子を用いるに際しては、感度又は解像度等の性能が所望のレベルを満たすための工夫が必要である。

本発明は、上述した事情に鑑みなされたものであり、２つの撮像素子が積層配置された撮像部を用いた白色光による被検体からの反射光と励起光による同被検体からの蛍光の同時観察を所望の性能を満たして実行可能な内視鏡装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様の内視鏡装置は、
照明光を内視鏡の先端部から出射する照明部と、上記照明光が照射された被検体の被観察領域を撮像する撮像部と、上記照明部及び上記撮像部を制御する制御部と、を備えた内視鏡装置であって、
上記照明部は、白色光を生成するための白色光用光源と、上記被検体から蛍光を発光させる励起光を生成するための励起光用光源と、を有し、
上記撮像部は、光電変換部を有する画素が二次元のマトリクス状に複数配置され、可視光画像を生成する第１撮像素子と、上記第１撮像素子を透過した光を光電変換する光電変換部を有する画素が二次元のマトリクス状に複数配置された第２撮像素子と、上記被検体からの蛍光の波長成分の光を透過する第１光透過膜と、上記白色光の波長成分の光を透過させない第２光透過膜と、を有し、上記被検体からの光の入射側から上記第１光透過膜、上記第１撮像素子、上記第２光透過膜、上記第２撮像素子の順に積層配置されており、
上記制御部は、上記励起光用光源を、上記白色光用光源の発光期間にのみ発光させ、上記第２撮像素子からの画像信号の読み出しを、上記第１撮像素子からの画像信号の読み出し期間の全ての読み出し期間に、上記第１撮像素子からの画像信号の読み出しと同時に行う。
また、本発明の別の一態様の内視鏡装置は、
照明光を内視鏡の先端部から出射する照明部と、上記照明光が照射された被検体の被観察領域を撮像する撮像部と、上記照明部及び上記撮像部を制御する制御部と、を備えた内視鏡装置であって、
上記照明部は、白色光を生成するための白色光用光源と、上記被検体から蛍光を発光させる励起光を生成するための励起光用光源と、を有し、
上記撮像部は、光電変換部を有する画素が二次元のマトリクス状に複数配置され、可視光画像を生成する第１撮像素子と、上記第１撮像素子を透過した光を光電変換する光電変換部を有する画素が二次元のマトリクス状に複数配置された第２撮像素子と、上記被検体からの蛍光の波長成分の光を透過する第１光透過膜と、上記白色光の波長成分の光を透過させない第２光透過膜と、を有し、上記被検体からの光の入射側から上記第１光透過膜、上記第１撮像素子、上記第２光透過膜、上記第２撮像素子の順に積層配置されており、
上記制御部は、上記励起光用光源を、少なくとも上記白色光用光源の発光期間には発光させ、上記第２撮像素子からの画像信号の読み出しを、上記第１撮像素子からの画像信号の読み出し期間の１つ置きの読み出し期間に、上記第１撮像素子からの画像信号の読み出しと同時に行う。

本発明によれば、白色光用光源と励起光用光源の発光期間と、撮像部の２つの撮像素子からの画像信号の読み出しタイミングを制御することによって、２つの撮像素子が積層配置された撮像部を用いた白色光による被検体からの反射光と励起光による同被検体からの蛍光の同時観察を所望の性能を満たして実行可能な内視鏡装置を提供することができる。

本発明の実施形態を説明するための内視鏡装置の外観図である。 第１実施形態の内視鏡装置の内部構成を示す図である。 第１実施形態の白色光用光源Ｋ１及び励起光用光源Ｋ２から出射される光の波長と相対強度との関係を示す図である。 固体撮像装置の構造を示す断面図である。 色フィルターの分光透過特性を示す図である。 （Ａ）は色フィルターにおけるベイヤー配列の一例を示す図であり、（Ｂ）は色フィルターにおけるベイヤー配列の他の例を示す図である。 第２撮像素子から得られる画像信号のビニング処理によって統合される画素を示す図である。 第１実施形態での二種同時観察モードの設定時における各光源の発光タイミング及び各撮像素子からの画像信号の読み出しタイミングの一例を示す図である。 第１実施形態での二種同時観察モードの設定時における各光源の発光タイミング及び各撮像素子からの画像信号の読み出しタイミングの他の例を示す図である。 第１実施形態での三種同時観察モードの設定時における各光源の発光タイミング及び各撮像素子からの画像信号の読み出しタイミングの一例を示す図である。 第２実施形態の内視鏡装置の内部構成を示す図である。 第２実施形態の白色光用光源Ｋ１及び励起光用光源Ｋ２から出射される光の波長と相対強度との関係を示す図である。 第２実施形態での三種同時観察モードの設定時における各光源の発光タイミング及び各撮像素子からの画像信号の読み出しタイミングの一例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の実施形態を説明するための内視鏡装置１００の外観図である。

内視鏡装置１００は、内視鏡１１と、制御装置１３と、液晶表示装置等の表示部１５と、制御装置１３に情報を入力するキーボードやマウス等の入力部１７とを備える。

制御装置１３は、照明部４５と、内視鏡１１から出力される画像信号の信号処理等を行う制御部４７とを備える。制御部４７には、表示部１５と入力部１７とが接続されている。

内視鏡１１は、被検体内に挿入される内視鏡挿入部１９と、内視鏡挿入部１９の先端の湾曲操作や観察のための操作を行う操作部２３と、内視鏡１１を制御装置１３に着脱自在に接続するコネクタ部２５，２７とを備える。

内視鏡挿入部１９は、可撓性を持つ軟性部２９と、湾曲部３１と、先端部（以降、内視鏡先端部とも呼称する）３３とから構成される。

なお、図示はしないが、操作部２３及び内視鏡挿入部１９の内部には、組織採取用処置具等を挿入する鉗子チャンネルや、送気・送水用のチャンネル等、各種のチャンネルが設けられる。

図２は、図１に示される内視鏡装置１００の内部構成を示す図である。

内視鏡先端部３３は、被観察領域へ光を照射するための照明窓３５と、照明窓３５に対向配置される拡散板５８と、拡散板５８と照明窓３５の間に配置される照明用のレンズ５９と、被観察領域からの光を受光する撮像部２１と、撮像部２１の受光面に被観察領域からの光を入射させるための観察窓４０と、観察窓４０と撮像部２１との間に設けられる対物レンズ３９とを備える。

湾曲部３１は、軟性部２９と内視鏡先端部３３との間に設けられ、操作部２３に配置されたアングルノブ４３（図１参照）の回動操作により湾曲自在にされている。

この湾曲部３１は、内視鏡１１が使用される被検体の部位等に応じて、任意の方向及び任意の角度に湾曲させることができ、内視鏡先端部３３の照明窓３５及び観察窓４０を、所望の観察部位に向けることができる。

制御装置１３は、被観察領域に供給する照明光を内視鏡先端部３３の照明窓３５から出射する照明部４５と、照明部４５及び撮像部２１を制御する制御部４７とを備える。照明部４５と制御部４７は、それぞれコネクタ部２５，２７を介して内視鏡１１と接続される。

以下、制御装置１３の照明部４５について詳細に説明する。照明部４５は、図２に示すように、光源駆動部４９と、白色光用光源Ｋ１と、励起光用光源Ｋ２と、光ファイババンドル５１と、光ファイバ５３とを備える。

白色光用光源Ｋ１は、通常観察（白色光観察）及び狭帯域光観察のための光を発する半導体素子である。白色光用光源Ｋ１は、Ｒ−ＬＥＤ（Red-Light Emitting Diode）、Ｇ−ＬＥＤ（Green-Light Emitting Diode）、Ｂ−ＬＥＤ（Blue-Light Emitting Diode）、及びＶ−ＬＥＤ（Violet-Light Emitting Diode）の四色のＬＥＤ（Light Emitting Diode）を含む。

図３に示すように、Ｒ−ＬＥＤは、波長帯域が６００〜６５０ｎｍの赤色光を発する発光ダイオードである。Ｇ−ＬＥＤは、波長帯域が４８０〜６００ｎｍの緑色光を発する発光ダイオードである。Ｂ−ＬＥＤは、波長帯域４２０〜５００ｎｍの青色光を発する発光ダイオードである。Ｖ−ＬＥＤは、波長帯域３８０〜４２０ｎｍの紫色光を発する発光ダイオードである。各ＬＥＤによって生成された光が合わさることで白色光が生成され、白色光用光源Ｋ１からは当該白色光が出射される。なお、白色光用光源Ｋ１はキセノンランプであっても、白色ＬＥＤでも良い。

励起光用光源Ｋ２は、蛍光観察のための光源である。励起光用光源Ｋ２は、被検体に注入されたＩＣＧ（インドシアニングリーン）を励起するための、中心波長が７８０ｎｍのレーザー光（近赤外帯域の励起光）を発するレーザーダイオードである。なお、ＩＣＧが励起して発する蛍光の波長は８００〜９００ｎｍである。

なお、白色光用光源Ｋ１と励起光用光源Ｋ２とを合わせた光源として、Ｒ成分、Ｇ成分及びＢ成分の各フィルター要素、並びに、透過波長が７８０ｎｍの近赤外成分のフィルター要素を回転方向に並べた回転フィルターとキセノンランプとを組み合わせた面順次露光タイプの照明部を使用しても良い。

白色光用光源Ｋ１及び励起光用光源Ｋ２は、被検体の観察モードに応じて、光源駆動部４９により個別に駆動される。観察モードには、白色光を被検体の被観察領域に照射して反射光を観察する「通常観察モード」と、ＩＣＧが注入された被検体の被観察領域に励起光を照射して蛍光を観察する「蛍光観察モード」と、可視光のうち特定の波長領域だけの光を被検体の被観察領域に照射して反射光を観察する「狭帯域光観察モード」と、通常観察と蛍光観察を同時に行う「二種同時観察モード」と、通常観察と蛍光観察と狭帯域光観察を同時に行う「三種同時観察モード」とがある。光源駆動部４９は、通常観察モード時及び狭帯域光観察モード時には白色光用光源Ｋ１のみから光を出射させ、蛍光観察モード時には励起光用光源Ｋ２のみから光を出射させ、二種同時観察モード時及び三種同時観察モード時には両光源Ｋ１，Ｋ２から光を出射させる。なお、白色光用光源Ｋ１として白色ＬＥＤが用いられる場合、狭帯域光観察を行う際に被観察領域に照射される光は、白色ＬＥＤから発せられた可視光のうち特定の波長領域の光を透過するフィルター（図示せず）を透過した光である。

白色光用光源Ｋ１から出射される白色光は、集光レンズ（図示略）を介して光ファイババンドル５１に入力される。励起光用光源Ｋ２から出射される励起光は、集光レンズ（図示略）を介して光ファイバ５３に入力される。光ファイババンドル５１と光ファイバ５３は、ライトガイド５５によって一つに束ねられる。ライトガイド５５は、コネクタ部２５を介して内視鏡先端部３３まで延設されている。ライトガイド５５の内視鏡先端部３３側の端面から出射した光は、拡散板５８で拡散された後に、レンズ５９を通って照明窓３５から出射される。

光源駆動部４９は、パルス駆動によって両光源Ｋ１，Ｋ２をそれぞれ独立に駆動する。つまり、光源駆動部４９は、それぞれ異なる駆動信号（駆動パルスのパターン）を各光源に供給する。この駆動パルスがハイレベルとなっている期間に光源は光を出射する。なお、光源駆動部４９は、白色光用光源Ｋ１の駆動制御時には、Ｒ−ＬＥＤ、Ｇ−ＬＥＤ、Ｂ−ＬＥＤ及びＶ−ＬＥＤをそれぞれ独立に駆動する。

次に、内視鏡先端部３３に設けられた撮像部２１について詳細に説明する。撮像部２１は、図２に示すように、第１光透過膜６０と、固体撮像装置６１とを有し、照明部４５からの光が照射された被検体の被観察領域を撮像する。被検体からの光は、対物レンズ３９及び第１光透過膜６０を透過して固体撮像装置６１に入射する。第１光透過膜６０は、励起光用光源Ｋ２が出射した励起光の波長成分の光、すなわち７８０ｎｍの光を遮断する特性を有する励起光カットフィルターである。第１光透過膜６０は、固体撮像装置６１の受光面側に積層されている。

固体撮像装置６１は、図４に示すように、色フィルター９３と、第１撮像素子８３と、第２光透過膜８９と、第２撮像素子８７とを備え、被検体からの光の入射側からこの順に積層配置された構成を有する。

色フィルター９３は、固体撮像装置６１に入射する光のＲＧＢ成分を分離し、かつ、約７９０ｎｍ以上の波長の赤外光を透過する。色フィルター９３の配列パターンは、ＲＧＢの各色成分が千鳥状に配列されたベイヤー配列であるが、図６（Ａ）に示す一般的なＧ成分が多いベイヤー配列であっても、図６（Ｂ）に示すＢ成分が多いベイヤー配列であっても良い。なお、色フィルター９３は、第１撮像素子８３の後述する画素に各色成分が対応するよう配置される。

図５は、色フィルター９３の分光透過特性を示す図である。色フィルター９３のＲ成分は、図５に点線で示すように、波長帯域が５５０〜７００ｎｍの赤色光Ｒと、約７９０ｎｍ以上の波長の赤外光を透過する。また、Ｇ成分は、図５に一点鎖線で示すように、波長帯域が４６０〜６３０ｎｍの緑色光Ｇと、約７９０ｎｍ以上の波長の赤外光を透過する。また、Ｂ成分は、図５に二点鎖線で示すように、波長帯域が３８０〜５５０ｎｍの青色光Ｂと、約７９０ｎｍ以上の波長の赤外光を透過する。このように、色フィルター９３はどの色成分も、蛍光成分である８００〜９００ｎｍの光を含む赤外光を十分に透過する。但し、３つの成分のうち、ベイヤー配列における構成比が高いＧ成分又はＢ成分のみが約７９０ｎｍ以上の波長の赤外光を透過しても良い。

第１撮像素子８３は、光電変換部８１を有する画素が二次元のマトリクス状に複数配置されて構成され、可視光画像を生成する。

第２光透過膜８９は、白色光の波長成分、すなわち、波長帯域が約７５０ｎｍ以下の光を遮断する特性を有する白色光カットフィルターである。第２光透過膜８９を第１撮像素子８３と第２撮像素子８７の間に設けることで、第２撮像素子８７にとっての光のノイズ成分を除去することができる。

第２撮像素子８７は、第１撮像素子８３及び第２光透過膜８９を透過した、被検体からの蛍光の波長成分（８００〜９００ｎｍ）の光を光電変換する光電変換部８５を有する画素が二次元のマトリクス状に複数配置されて構成されている。光の入射側から見た第１撮像素子８３の画素の位置と第２撮像素子８７の画素の位置は互いに重なっている。したがって、色フィルター９３の各色成分と、第１撮像素子８３の画素と、第２撮像素子８７の画素は、光の入射側から見て互いに重なっている。

また、第２撮像素子８７の各画素における光電変換部８５の受光面積は、第１撮像素子８３の各画素における光電変換部８１の受光面積よりも大きい。光電変換部８５の受光面積が大きければ、被検体からの蛍光が微弱であっても第２撮像素子８７は所望の感度を実現できる。

第１撮像素子８３及び第２撮像素子８７はどちらもＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）構造の撮像素子であり、ローリングシャッター方式により駆動される。このため、第１撮像素子８３及び第２撮像素子８７は、駆動単位となる複数列の画素行（Line１〜Lineｎのｎ行）を有し、制御部４７による制御の下、画素行毎に露光時間と画像信号（電荷）の読出期間をずらして駆動される。すなわち、撮像素子からの画像信号の読み出しは画素行毎にずらして順次行われ、撮像素子の露光は電子シャッターによって画素行毎に行われ、画像信号の読み出し時以外は露光される。

次に、制御装置１３の制御部４７について詳細に説明する。制御部４７は、図２に示すように、記憶部７１と、タイミング制御部６９と、信号処理部６６とを備える。

記憶部７１は、照明部４５が有する白色光用光源Ｋ１の各ＬＥＤに供給される駆動信号を構成する各駆動パルスのデューティ比と、各駆動パルスのオンオフレベルが切り替わるタイミングと、撮像部２１が有する固体撮像装置６１の第１撮像素子８３から画像信号（電荷）を読み出すタイミングとが規定された第１テーブルを記憶する。また、記憶部７１は、励起光用光源Ｋ２に供給される駆動信号を構成する駆動パルスのデューティ比と、当該駆動パルスのオンオフレベルが切り替わるタイミングと、撮像部２１が有する固体撮像装置６１の第２撮像素子８７から画像信号（電荷）を読み出すタイミングとが規定された第２テーブルを記憶する。

タイミング制御部６９は、内視鏡１１の操作部２３や入力部１７からの指示に従い設定された観察モードに応じて、駆動する光源を決定する。また、タイミング制御部６９は、記憶部７１が記憶する第１テーブルに規定された情報及び第２テーブルに規定された情報の少なくとも一方に基づいて、光源駆動部４９が行う両光源Ｋ１，Ｋ２の駆動のタイミングと、第１撮像素子８３及び第２撮像素子８７からの信号処理部６６による画像信号の読み出しのタイミングを制御する。

信号処理部６６は、タイミング制御部６９からの制御に従って読み出した内視鏡１１からの画像信号を信号処理して画像データを生成する。信号処理部６６が生成した画像データに基づく画像は表示部１５に表示される。なお、信号処理部６６が生成した通常観察画像、蛍光観察画像及び狭帯域光観察画像は、それぞれ並んで表示されても重ねて表示されても良い。

なお、信号処理部６６は、第２撮像素子８７からの画像信号をビニング処理して読み出す。すなわち、信号処理部６６は、図７に示すように、第２撮像素子８７の隣り合う複数（例えば２×２＝４個）の画素を１つの画素と見なして、隣り合う複数の画素の画像信号を１つの画像信号に統合する。これにより、約７９０ｎｍ以上の波長の赤外光を受光する第２撮像素子８７の受光感度が見かけ上向上する。また、ビニング処理して読み出される第２撮像素子８７の画素を色フィルター９３のベイヤー配列の繰り返し単位に対応させることにより、色フィルター９３のＲＧＢ成分による赤外光の透過率の差による影響を排除できる。なお、ビニング処理により統合される画素数は２×２の倍数であれば良い。なお、ビニング処理を行う代わりに、第２撮像素子８７の画素の大きさを色フィルター９３のベイヤー配列の繰り返し単位に対応した大きさにしても良い。

以下、第１実施形態の内視鏡装置１００の動作について、図８〜図１０を参照して詳細に説明する。内視鏡１１に設けられた観察モード切替ボタン７３（図２参照）を操作者が押下することにより、タイミング制御部６９は、通常観察モード、蛍光観察モード、狭帯域光観察モード、通常観察と蛍光観察を同時に行う二種同時観察モード、通常観察と蛍光観察と狭帯域光観察を同時に行う三種同時観察モードの各種観察モードに切り替える。

図８は、二種同時観察モードの設定時における内視鏡装置１００の動作の一例が示されている。図８に示す例では、タイミング制御部６９は、白色光用光源Ｋ１の全てのＬＥＤを所定のデューティ比で発光させ、励起光用光源Ｋ２を白色光用光源Ｋ１の発光期間にのみ発光させるよう光源駆動部４９を制御する。また、タイミング制御部６９は、撮像部２１の固体撮像装置６１が有する第１撮像素子８３及び第２撮像素子８７からの各画像信号の読み出しを、白色光用光源Ｋ１及び励起光用光源Ｋ２の非発光期間に行うよう信号処理部６６を制御する。すなわち、第２撮像素子８７からの画像信号の読み出しは、第１撮像素子８３からの画像信号の読み出し期間の全ての読み出し期間に、第１撮像素子８３からの画像信号の読み出しと同時に行われる。なお、第１撮像素子８３及び第２撮像素子８７からの各画像信号の読み出しは、第１撮像素子８３及び第２撮像素子８７がどちらもＣＭＯＳであるため、各素子における画素行毎にずらして順次行われる。

この動作例によれば、白色光（ＶＧＲＢ）が照射された被観察領域からの反射光の画像信号と、中心波長７８０ｎｍの励起光（ＩＲ）を照射することにより被観察領域から発せられた波長帯域８００〜９００ｎｍの蛍光の画像信号とが同時に読み出されるため、通常観察と蛍光観察を同じフレームレートで同時に行うことができる。また、通常観察のための画像信号と蛍光観察のための画像信号は１つの固体撮像装置６１から得られるため、体腔内に挿入される内視鏡挿入部１９の大径化を招くことなく、同じフレームレートでの二種同時観察モードが可能な内視鏡装置１００を実現できる。

なお、被観察領域から発せられる蛍光が微弱であるために第２撮像素子８７が十分な感度を得ることができない場合には、上述したビニング処理を信号処理部６６が行うことによって、蛍光観察の解像度は低下するものの、所望の感度での蛍光観察が可能である。

図９は、二種同時観察モードの設定時における内視鏡装置１００の動作の他の例が示されている。図９に示す例では、タイミング制御部６９は、白色光用光源Ｋ１の全てのＬＥＤを所定のデューティ比で発光させるよう光源駆動部４９を制御し、撮像部２１の固体撮像装置６１が有する第１撮像素子８３からの画像信号の読み出しを、白色光用光源Ｋ１の非発光期間に行うよう信号処理部６６を制御する。また、タイミング制御部６９は、第２撮像素子８７からの画像信号の読み出しを、第１撮像素子８３からの画像信号の読み出し期間の１つ置きの読み出し期間に、第１撮像素子８３からの画像信号の読み出しと同時に行う。さらに、タイミング制御部６９は、励起光用光源Ｋ２を、白色光用光源Ｋ１の発光期間、及び、第１撮像素子８３からの画像信号の読み出し期間であって、第２撮像素子からの画像信号の読み出しを行わない期間Ｔ１に発光させるよう光源駆動部４９を制御する。

この動作例によれば、中心波長７８０ｎｍの励起光（ＩＲ）を照射することにより被観察領域から発せられた波長帯域８００〜９００ｎｍの蛍光の画像信号の読み出しが、白色光（ＶＧＲＢ）が照射された被観察領域からの反射光の画像信号の読み出しの半分のフレームレートで行われるが、第２撮像素子８７の露光期間は第１撮像素子８３の３倍であるため、被観察領域から発せられる蛍光が微弱であっても所望の感度での蛍光観察と通常観察を同時に行うことができる。また、通常観察のための画像信号と蛍光観察のための画像信号は１つの固体撮像装置６１から得られるため、体腔内に挿入される内視鏡挿入部１９の大径化を招くことなく、所望の感度での二種同時観察モードが可能な内視鏡装置１００を実現できる。

図１０は、三種同時観察モードの設定時における内視鏡装置１００の動作の一例が示されている。図１０に示す例では、励起光用光源Ｋ２の発光期間と第２撮像素子８７からの画像信号の読み出しタイミングは図９に示した例と同じであるが、タイミング制御部６９は、所定のデューティ比で駆動される白色光用光源Ｋ１の発光期間のうち、通常観察のための全てのＬＥＤの発光と、狭帯域光観察のためのＧ−ＬＥＤ及びＢ−ＬＥＤのみの発光を交互に行うよう光源駆動部４９を制御する。なお、第１撮像素子８３からの画像信号の読み出しは、白色光用光源Ｋ１のＬＥＤが全て消灯している非発光期間に行われる。

この動作例によれば、白色光（ＶＧＲＢ）が照射された被観察領域からの反射光の画像信号の読み出しと、可視光のうち特定の波長帯域だけの光（ＧＢ）が照射された被観察領域からの反射光の画像信号の読み出しが、図８に示した例や図９に示した例とは半分のフレームレートで行われるが、通常観察と蛍光観察と狭帯域光観察を同時に行うことができる。また、通常観察のための画像信号と蛍光観察のための画像信号と狭帯域光観察のための画像信号は１つの固体撮像装置６１から得られるため、体腔内に挿入される内視鏡挿入部１９の大径化を招くことなく、三種同時観察モードが可能な内視鏡装置１００を実現できる。

以上説明したように、本実施形態によれば、照明部４５が有する白色光用光源Ｋ１及び励起光用光源Ｋ２の各発光と、内視鏡挿入部１９の小径化を実現可能な１つの固体撮像装置６１が有する第１撮像素子８３及び第２撮像素子８７の各読み出し動作がそれぞれタイミングを合わせて協働するよう制御される。このため、白色光による被検体からの反射光による通常観察と、励起光による同被検体からの蛍光観察を、同じフレームレート又は所望の感度で同時に行うことができる。また、蛍光が微弱であるために第２撮像素子８７が十分な感度を得ることができない場合には、ビニング処理を行うことによって所望の感度での蛍光観察が可能である。

（第２実施形態）
図１１〜図１３を参照して第２実施形態について説明する。なお、第２の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、励起光用光源Ｋ２が出射する励起光の波長と、被検体に投入される蛍光物質である。この点以外は第１の実施形態と同様であるため、第１実施形態と同一又は同等の事項は説明を簡略化又は省略する。

図１１は、第２実施形態の内視鏡装置の内部構成を示す図である。図１１に示すように、第２実施形態の励起光用光源Ｋ２は、第１実施形態と同様に、蛍光観察のための光源ではあるが、被検体に注入された蛍光物質を励起するための中心波長が６７０ｎｍのレーザー光（励起光）を生成するレーザーダイオードである。なお、上記蛍光物質が励起して発する蛍光の波長は７００〜９００ｎｍである。なお、図１２に示すように、６７０ｎｍの光は可視光のうちＲ成分の波長帯域に属する。このため、本実施形態では、励起光カットフィルターである第１光透過膜６０は設けられない。

以下、第２実施形態の内視鏡装置２００の動作について、図１３を参照して詳細に説明する。

図１３は、三種同時観察モードの設定時における内視鏡装置２００の動作の一例が示されている。図１３に示す例では、タイミング制御部６９は、励起光用光源Ｋ２を所定のデューティ比で発光させるよう光源駆動部４９を制御し、撮像部２１の固体撮像装置６１が有する第２撮像素子８７からの画像信号の読み出しを、励起光用光源Ｋ２の非発光期間に行うよう信号処理部６６を制御する。また、タイミング制御部６９は、白色光用光源Ｋ１の発光期間を励起光用光源Ｋ２の発光期間と同期させるが、白色光用光源Ｋ１の発光期間のうち、通常観察のための全てのＬＥＤの発光と、狭帯域光観察のためのＧ−ＬＥＤ及びＢ−ＬＥＤのみの発光を交互に行うよう光源駆動部４９を制御する。第１撮像素子８３からの画像信号の読み出しは、第２撮像素子８７からの画像信号の読み出しと同時であって、白色光用光源Ｋ１のＬＥＤが全て消灯している非発光期間に行われる。なお、第１撮像素子８３及び第２撮像素子８７からの各画像信号の読み出しは、第１撮像素子８３及び第２撮像素子８７がどちらもＣＭＯＳであるため、各素子における画素行毎にずらして順次行われる。

この動作例によれば、通常観察時の表示部１５の画像には励起光が映り込むため、励起光の照射位置が明確になる。したがって、励起光の正しい照射位置を確認しつつ通常観察を行うことができる。一方、狭帯域光観察時の表示部１５の画像には、色フィルター９３のＧ成分及びＢ成分のフィルター要素の特性により励起光は映り込まない。したがって、励起光の映り込みのない適切な狭帯域光観察画像が得られる。さらに、通常観察と蛍光観察と狭帯域光観察を同時に行うことができる。また、通常観察のための画像信号と蛍光観察のための画像信号と狭帯域光観察は１つの固体撮像装置６１から得られるため、体腔内に挿入される内視鏡挿入部１９の大径化を招くことなく、三種同時観察モードが可能な内視鏡装置２００を実現できる。

以上説明したように、本実施形態によれば、照明部４５が有する白色光用光源Ｋ１及び励起光用光源Ｋ２の各発光と、内視鏡挿入部１９の小径化を実現可能な１つの固体撮像装置６１が有する第１撮像素子８３及び第２撮像素子８７の各読み出し動作がそれぞれタイミングを合わせて協働するよう制御される。このため、励起光の波長が可視光の波長領域に含まれる場合であっても、白色光による被検体からの反射光による通常観察と、励起光による同被検体からの蛍光観察と、狭帯域光による被検体からの反射光による狭帯域光観察を同時に行うことができる。また、蛍光が微弱であるために第２撮像素子８７が十分な感度を得ることができない場合には、ビニング処理を行うことによって所望の感度での蛍光観察が可能である。

なお、第２実施形態では、白色光用光源Ｋ１を構成するＲ−ＬＥＤが、被検体に注入された蛍光物質を励起するｓための光（励起光）を生成する光源として兼用されても良い。この場合、照明部４５に励起光用光源Ｋ２は設けられない。

また、上述の第１実施形態では中心波長が７８０ｎｍの励起光を使用する場合について説明し、第２実施形態では中心波長が６７０ｎｍの励起光を使用する場合について説明したが、その他の波長の励起光を使用しても良い。すなわち、被検体に投入される蛍光物質が励起する光の波長に応じた励起光が使用される。

また、上記説明では、第１光透過膜６０と固体撮像装置６１とが別体として構成されているが、第１光透過膜６０と固体撮像装置６１とを一体として構成してもよい。その場合、第１光透過膜６０の機能を色フィルター９３に持たせてもよい。

また、上記説明では、体腔内に挿入される内視鏡挿入部１９が可撓性を有するいわゆる軟性鏡である場合について説明したが、本発明の内視鏡装置１００，２００は、内視鏡挿入部が硬質な材料で形成されたいわゆる硬性鏡のカメラヘッドに適用することも可能である。

以上説明したとおり、本明細書に開示された内視鏡装置は、
照明光を内視鏡の先端部から出射する照明部と、上記照明光が照射された被検体の被観察領域を撮像する撮像部と、上記照明部及び上記撮像部を制御する制御部と、を備えた内視鏡装置であって、
上記照明部は、白色光を生成するための白色光用光源と、上記被検体から蛍光を発光させる励起光を生成するための励起光用光源と、を有し、
上記撮像部は、光電変換部を有する画素が二次元のマトリクス状に複数配置され、可視光画像を生成する第１撮像素子と、上記第１撮像素子を透過した光を光電変換する光電変換部を有する画素が二次元のマトリクス状に複数配置された第２撮像素子と、上記被検体からの蛍光の波長成分の光を透過する第１光透過膜と、を有し、上記被検体からの光の入射側から上記第１光透過膜、上記第１撮像素子、第２撮像素子の順に積層配置されており、
上記制御部は、上記励起光用光源を、少なくとも上記白色光用光源の発光期間には発光させ、上記第２撮像素子からの画像信号の読み出しを、上記第１撮像素子からの画像信号の読み出し期間の少なくとも一部の読み出し期間に、上記第１撮像素子からの画像信号の読み出しと同時に行う。

また、上記制御部が、上記励起光用光源を、上記白色光用光源の発光期間にのみ発光させ、上記第２撮像素子からの画像信号の読み出しを、上記第１撮像素子からの画像信号の読み出し期間の全ての読み出し期間に、上記第１撮像素子からの画像信号の読み出しと同時に行う。

また、上記制御部が、上記第２撮像素子からの画像信号の読み出しを、上記第１撮像素子からの画像信号の読み出し期間の１つ置きの読み出し期間に、上記第１撮像素子からの画像信号の読み出しと同時に行う。

また、上記制御部が、上記第１撮像素子からの画像信号の読み出し期間であって、上記第２撮像素子からの画像信号の読み出しを行わない期間に、上記励起光用光源を発光させる。

また、上記第２撮像素子の光電変換部の受光面積が、上記第１撮像素子の光電変換部の受光面積よりも大きい。

また、上記制御部は、上記第２撮像素子からの画像信号をビニング処理して読み出す。

また、上記撮像部は、上記第１光透過膜と上記第１撮像素子の間に、上記被検体からの蛍光の波長成分の光を透過するベイヤー配列されたＲＧＢの色フィルターを有し、
上記ビニング処理して読み出される上記第２撮像素子の画像信号の画素は、上記ベイヤー配列の繰り返し単位に対応した画素である。

また、上記撮像部が、上記白色光の波長成分の光を透過させない第２光透過膜を、上記第１撮像素子と上記第２撮像素子の間に有する。

また、上記白色光用光源は、発光波長の異なる複数の発光ダイオードによって構成され、上記励起光用光源は、レーザーダイオードによって構成される。

また、上記白色光用光源が、発光波長の異なる複数の発光ダイオードによって構成され、上記励起光用光源は、上記白色光用光源を構成する上記複数の発光ダイオードのうちの１つによって構成される。

また、上記第１撮像素子及び上記第２撮像素子が、ローリングシャッター方式によって駆動されるセンサーである。

２１ 撮像部
４５ 照明部
６０ 第１光透過膜
６１ 固体撮像装置
６９ タイミング制御部
８１ 光電変換部
８３ 第１撮像素子
８５ 光電変換部
８７ 第２撮像素子
９３ 色フィルター
１００，２００ 内視鏡装置
８９ 第２光透過膜
Ｋ１ 白色光用光源
Ｋ２ 励起光用光源

Claims (9)

1. 照明光を内視鏡の先端部から出射する照明部と、前記照明光が照射された被検体の被観察領域を撮像する撮像部と、前記照明部及び前記撮像部を制御する制御部と、を備えた内視鏡装置であって、
   前記照明部は、白色光を生成するための白色光用光源と、前記被検体から蛍光を発光させる励起光を生成するための励起光用光源と、を有し、
   前記撮像部は、光電変換部を有する画素が二次元のマトリクス状に複数配置され、可視光画像を生成する第１撮像素子と、前記第１撮像素子を透過した光を光電変換する光電変換部を有する画素が二次元のマトリクス状に複数配置された第２撮像素子と、前記被検体からの蛍光の波長成分の光を透過する第１光透過膜と、前記白色光の波長成分の光を透過させない第２光透過膜と、を有し、前記被検体からの光の入射側から前記第１光透過膜、前記第１撮像素子、前記第２光透過膜、前記第２撮像素子の順に積層配置されており、
   前記制御部は、前記励起光用光源を、前記白色光用光源の発光期間にのみ発光させ、前記第２撮像素子からの画像信号の読み出しを、前記第１撮像素子からの画像信号の読み出し期間の全ての読み出し期間に、前記第１撮像素子からの画像信号の読み出しと同時に行う、内視鏡装置。
2. 照明光を内視鏡の先端部から出射する照明部と、前記照明光が照射された被検体の被観察領域を撮像する撮像部と、前記照明部及び前記撮像部を制御する制御部と、を備えた内視鏡装置であって、
   前記照明部は、白色光を生成するための白色光用光源と、前記被検体から蛍光を発光させる励起光を生成するための励起光用光源と、を有し、
   前記撮像部は、光電変換部を有する画素が二次元のマトリクス状に複数配置され、可視光画像を生成する第１撮像素子と、前記第１撮像素子を透過した光を光電変換する光電変換部を有する画素が二次元のマトリクス状に複数配置された第２撮像素子と、前記被検体からの蛍光の波長成分の光を透過する第１光透過膜と、前記白色光の波長成分の光を透過させない第２光透過膜と、を有し、前記被検体からの光の入射側から前記第１光透過膜、前記第１撮像素子、前記第２光透過膜、前記第２撮像素子の順に積層配置されており、
   前記制御部は、前記励起光用光源を、少なくとも前記白色光用光源の発光期間には発光させ、前記第２撮像素子からの画像信号の読み出しを、前記第１撮像素子からの画像信号の読み出し期間の１つ置きの読み出し期間に、前記第１撮像素子からの画像信号の読み出しと同時に行う、内視鏡装置。
3. 請求項２に記載の内視鏡装置であって、
   前記制御部は、前記第１撮像素子からの画像信号の読み出し期間であって、前記第２撮像素子からの画像信号の読み出しを行わない期間に、前記励起光用光源を発光させる、内視鏡装置。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の内視鏡装置であって、
   前記第２撮像素子の光電変換部の受光面積は、前記第１撮像素子の光電変換部の受光面積よりも大きい、内視鏡装置。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の内視鏡装置であって、
   前記制御部は、前記第２撮像素子からの画像信号をビニング処理して読み出す、内視鏡装置。
6. 請求項５に記載の内視鏡装置であって、
   前記撮像部は、前記第１光透過膜と前記第１撮像素子の間に、前記被検体からの蛍光の波長成分の光を透過するベイヤー配列されたＲＧＢの色フィルターを有し、
   前記ビニング処理して読み出される前記第２撮像素子の画像信号の画素は、前記ベイヤー配列の繰り返し単位に対応した画素である、内視鏡装置。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載の内視鏡装置であって、
   前記白色光用光源は、発光波長の異なる複数の発光ダイオードによって構成され、前記励起光用光源は、レーザーダイオードによって構成される、内視鏡装置。
8. 請求項１及び４から６のいずれか一項に記載の内視鏡装置であって、
   前記白色光用光源は、発光波長の異なる複数の発光ダイオードによって構成され、前記励起光用光源は、前記白色光用光源を構成する前記複数の発光ダイオードのうちの１つによって構成される、内視鏡装置。
9. 請求項１から８のいずれか一項に記載の内視鏡装置であって、
   前記第１撮像素子及び前記第２撮像素子は、ローリングシャッター方式によって駆動されるセンサーである、内視鏡装置。

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