CN107072476B - 观察装置 - Google Patents

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Abstract

为了在良好地保持白色光观察时的颜色再现性的同时提高利用窄频带光进行观察时的表层血管的分辨率，观察装置(1)具备：光源部(10)，其能够按B1区域以及波长比B1区域的波长长的B2区域调整波长为390nm至490nm的照明光的光量；以及摄像元件(8)，其拍摄照明光在被摄体发生反射的反射光，其中，光源部(10)在白色光观察时和窄频带光观察时使B1区域的光量与B2区域的光量之间的比率变化，在摄像元件(8)中，按像素排列R滤色器、G滤色器以及B滤色器，R滤色器使R区域的光和B1区域的光比第二B区域的光透过得多，该摄像元件(8)具有满足下述条件式的光谱特性，0<Srb2/Srr≤0.1(1)、0.5≤Sbb1/Srb1≤2(2)。Srr、Srb1、Srb2以及Sbb1分别是R像素在R区域的灵敏度、R像素在B1区域的灵敏度、R像素在B2区域的灵敏度以及B像素在B1区域的灵敏度。

Description

观察装置
技术领域
本发明涉及一种观察装置。
背景技术
为了易于发现病变，已知的是NBI(Narrow Band Imaging：窄频带成像)、BLI(BlueLASER Imaging：蓝色激光成像)等向被观察部位照射窄频带光并使该窄频带光的反射光图像化来进行观察的特殊光观察方法。另外，在白色光观察中，为了良好地保持颜色再现并且同时进行观察，利用使用了搭载有原色拜尔滤色器的图像传感器的内窥镜镜体。
在特殊光观察方法中，B像素中包含的信息的贡献大，因此主要使用B像素的信息来显示毛细血管的图像。在使用原色拜耳滤色器来实现该特殊光观察方法的情况下，B像素只占整体像素的1/4，因此导致毛细血管的分辨率不足。
已知如下一种方法：使G像素具有B区域的副灵敏度区域，来在G像素也获取B区域的信息，并通过图像处理使B信息从G像素分离(例如参照专利文献1。)。
专利文献1：日本特开2012-170639号公报
发明内容
发明要解决的问题
在使G像素具有B区域的信息的情况下，G区域的波长与B区域的波长比较接近，因此特性接近，从而难以通过图像处理将B区域的信息从G像素分离。在要求高精度的颜色再现的白色光观察时，B区域对G像素的混色产生影响，从而颜色再现性降低。
本发明是鉴于上述的情形而完成的，提供一种能够在良好地保持白色光观察时的颜色再现性的同时提高利用窄频带光进行观察时的表层血管的分辨率。
用于解决问题的方案
本发明的一个方式是一种观察装置，具备：光源部，其能够按第一B区域以及第二B区域调整波长为390nm至490nm的B区域的照明光的光量，该第二B区域是波长比该第一B区域的波长长的区域；以及摄像元件，其拍摄从该光源部射出的照明光在被摄体发生反射的反射光，其中，所述光源部在白色光观察时和窄频带光观察时使所述第一B区域的光量与所述第二B区域的光量之间的比率变化，所述摄像元件是按像素排列R滤色器、G滤色器以及B滤色器而形成的，并且R滤色器使R区域的光和所述第一B区域的光比所述第二B区域的光透过得多，该摄像元件具有满足条件式(1)、(2)的光谱特性，
0＜Srb2/Srr≤0.1 (1)
0.5≤Sbb1/Srb1≤2 (2)，
在此，Srr是R像素在R区域的灵敏度，Srb1是R像素在所述第一B区域的灵敏度，Srb2是R像素在所述第二B区域的灵敏度，Sbb1是B像素在所述第一B区域的灵敏度。
根据本方式，配置有R滤色器的像素(以下称为R像素。)在第一B区域具有高灵敏度，但是在第二B区域的灵敏度低。因而，在白色光观察时调整光源部来使第一B区域的照明光成分为0或者比第二B区域的照明光成分弱，由此使R像素主要在R区域具有灵敏度，从而能够获取与通常的具备RGB原色滤色器的摄像元件同样的颜色再现的图像。
另一方面，在窄频带光观察时调整光源部，使第二B区域的照明光成分为0或比第一B区域的照明光成分弱，由此R像素与配置有B滤色器的像素(以下称为B像素。)同样地在第一B区域具有灵敏度。其结果，在窄频带光观察时，能够利用R像素和B像素拍摄第一B区域的光，从而能够获取多的表层血管的信息。
条件式(1)是表示R像素在第二B区域的灵敏度与R像素在R区域的灵敏度之间的比率的条件式。当条件式(1)大于0.1时，在白色光观察时，R像素在B区域具有灵敏度，因此颜色再现性降低。通过满足条件式(1)，能够提高颜色再现性。
条件式(2)表示B像素在第一B区域的灵敏度与R像素在第一B区域的灵敏度之间的比率。当条件式(2)小于0.5或大于2时，在窄频带光观察时，R像素的信号与B像素的信号之间产生差，并且为了调整差而需要对像素值乘以增益，因此结果导致图像因噪声等而发生劣化。通过满足条件式(2)，能够降低图像因噪声而产生的劣化。
在上述方式中，也可以是，所述摄像元件满足条件式(3)，
Srb1/Srb2≥3 (3)。
条件式(3)表示R像素在第一B区域的灵敏度与R像素在第二B区域的灵敏度之间的比率。在条件式(3)小于3的情况下，难以兼顾白色光观察时的颜色再现和窄频带光观察时的分辨率这两者。
在上述方式中，也可以是，所述第一B区域是390nm以上且小于440nm的波长范围，所述第二B区域是440nm以上且小于490nm的波长范围。
通过这样，在窄频带光观察时，R像素能够得到表层血管的分辨率信息，并且在白色光观察时，B像素能够在B区域具有高灵敏度。
在上述方式中，也可以是，所述滤色器被配置为拜耳阵列。
通过这样，能够采用对R滤色器的透过率特性进行改进所得到的一般的构造的摄像元件。
在上述方式中，也可以是，所述光源部满足条件式(4)，
Lnb2/Lnb1＜Lwb2/Lwb1 (4)。
在此，Lnb1是窄频带光观察时的所述光源部的在所述第一B区域的光量，Lnb2是窄频带光观察时的所述光源部的在所述第二B区域的光量，Lwb1是白色光观察时的所述光源部的在所述第一B区域的光量，Lwb2是白色光观察时的所述光源部的在所述第二B区域的光量。
条件式(4)表示白色光观察时的光源部的在第二B区域的光量与在第一B区域的光量之比和窄频带光观察时的光源部的在第二B区域的光量与在第一B区域的光量之比的大小关系。通过满足该条件式(4)，在白色光观察时，能够使R像素的B区域成分减少至比窄频带光观察时的R像素的B区域成分少，从而能够使颜色再现良好。另外，在窄频带光观察时，能够使R像素的B区域成分增加至比白色光观察时的R像素的B区域成分多，从而能够使分辨率感觉良好。
在上述方式中，也可以是，所述光源部具备至少一个在所述第一B区域内具有峰值的固体照明元件、以及至少一个在所述第二B区域内具有峰值的固体照明元件。
通过这样，能够独立地控制第一B区域的光量和第二B区域的光量。
在上述方式中，也可以是，所述光源部具有在波长580nm至650nm之间具有峰值的固体照明元件。
通过这样，能够独立地调整R区域的光量。其结果，能够在白色光观察时使R像素的R区域成分增大，并且能够在窄频带光观察时使R区域成分减少并使第一B区域成分增大。
发明的效果
根据本发明，起到能够在良好地保持白色光观察时的颜色再现性的同时提高利用窄频带光进行观察时的表层血管的分辨率这样的效果。
附图说明
图1是示出本发明的第一实施方式所涉及的观察装置的整体结构图。
图2是示出图1的观察装置的摄像元件中的被配置为拜耳阵列的R滤色器、G滤色器、B滤色器的图。
图3是示出图2的摄像元件的R、G、B在各区域中的光谱灵敏度的图。
图4是示出图1的观察装置在白色观察时的光源的波长特性的图。
图5是将图3的光谱灵敏度与图4的波长特性合成所得到的图。
图6是示出图1的观察装置在窄频带光观察时的光源的波长特性的图。
图7是将图3的光谱灵敏度与图6的波长特性合成所得到的图。
图8是示出本发明的第二实施方式所涉及的观察装置的整体结构图。
图9是示出图8的观察装置的灯的光源的波长特性的图。
图10是示出图8的观察装置在窄频带光观察时的滤色器的透过率特性的图。
具体实施方式
以下参照附图来说明本发明的第一实施方式所涉及的观察装置1。
本实施方式所涉及的观察装置1例如是内窥镜装置，如图1所示，具备向体内***的细长的***部2、连接于该***部2的基端侧的装置主体3以及监视器4。
***部2具备：光纤5，其遍布长边方向的大致全长地配置，用于引导照明光；照明用透镜6，其用于将由该光纤5引导的照明光从***部2的前端射出；物镜7，其会聚来自体内的被摄体的照明光的反射光；以及摄像元件8，其拍摄由该物镜7会聚的光。另外，***部2中设置有A/D转换器9，该A/D转换器9对由摄像元件8获取到的图像信号进行A/D转换。
摄像元件8例如是如图2所示那样具备R滤色器、G滤色器以及B滤色器的CCD(Charge Coupled Device：电荷耦合器件)。滤色器是在摄像元件8的2×2这4个像素分别配置一个R滤色器、两个G滤色器、一个B滤色器的所谓的拜耳阵列的滤色器。
另外，在本实施方式中，如图3所示，R滤色器具有使R区域的光和后述的第一B区域的光比第二B区域的光透过得多的波长特性。而且，摄像元件8满足以下条件式。
0＜Srb2/Srr≤0.1 (1)
0.5≤Sbb1/Srb1≤2 (2)
Srb1/Srb2≥3 (3)
在此，Srr是R像素在R区域的灵敏度，Srb1是R像素在第一B区域的灵敏度，Srb2是R像素在后述的第二B区域的灵敏度，Sbb1是B像素在第一B区域的灵敏度。
如图1所示，装置主体3具备射出照明光的光源部10以及对该光源部10进行控制的控制部11。
另外，装置主体3具备：模式切换部12，其选择白色光观察和窄频带光观察中的任一个观察模式；白平衡调整部13，其针对从***部2的A/D转换器9输出来的图像信号调整白平衡；以及图像处理部14，其对被调整白平衡后的图像信号进行处理来生成观察图像，并将所生成的观察图像输出到监视器4。
控制部11具备：亮度计算部15，其根据从白平衡调整部13输出来的图像信号来计算平均亮度值；光量计算部16，其基于由该亮度计算部15计算出的平均亮度值和从光源部10检测到的当前的光量信息，来计算目标光量；运算部17，其基于由该光量计算部16计算出的目标光量和由模式切换部12选择出的观察模式，来计算从光源部10射出的照明光的波长特性；以及光源控制部18，其向光源部10供给与由该运算部17计算出的波长特性相应的电流。
如图1所示，光源部10具备R-LED(固体照明元件)19、G-LED(固体照明元件)20、B1-LED(固体照明元件)21、B2-LED(固体照明元件)22、将从这些LED(以下也简称为固体照明元件。)射出的照明光合成的反射镜23及分色镜24、以及使进行合成所得到的白色照明光会聚并入射到光纤5的入射端的聚光透镜25。
如图4和图5所示，R-LED 19射出在R区域(580nm至650nm)具有峰值的光，G-LED 20射出在G区域(530nm至580nm)具有峰值的光，B1-LED 21射出在B1区域(第一B区域：390nm至440nm)具有峰值的光，B2-LED 22射出在B2区域(第二B区域：440nm至490nm)具有峰值的光。
如图1所示，光源部10具备使从各LED19、20、21、22射出的照明光的一部分分支的半透半反镜26、以及对被该半透半反镜26分支出的照明光的光量进行检测的光量检测部27、28、29、30。由各光量检测部27、28、29、30检测出的光量信息被反馈到光源控制部18而在电流控制中使用。另外，从G-LED 20射出的照明光的光量信息还作为当前的光量信息而被发送到光量计算部16。
光量计算部16中设定有目标亮度值，该光量计算部16计算由亮度计算部15计算出的平均亮度值与目标亮度值之间的比率，通过对从光源部10发送来的光量信息乘以所计算出的比率和半透半反镜26的分支比率的倒数来计算目标光量。
运算部17存储有与观察模式相应的各LED19、20、21、22的光量比率的信息，当从模式切换部12向运算部17发送所选择出的观察模式的信息时，该运算部17选择与观察模式对应的光量比率的信息，与由光量计算部16计算出的目标光量相符合地计算各LED19、20、21、22的光量。
更具体地说，运算部17在窄频带光观察时和白色光观察时，使各LED19、20、21、22照射满足以下条件式的光量比率的光。
Lnb2/Lnb1＜Lwb2/Lwb1 (4)
在此，Lnb1是窄频带光观察时的光源部10的在B1区域的光量，Lnb2是窄频带光观察时的光源部10的在B2区域的光量，Lwb1是白色光观察时的光源部10的在B1区域的光量，Lwb2是白色光观察时的光源部10的在B2区域的光量。
以下对这样构成的本实施方式所涉及的观察装置1的作用进行说明。
在使用本实施方式所涉及的观察装置1来进行观察时，首先，将***部2***体内，使***部2的前端与被观察部位相向。在使***部2的前端与被观察部位相向的状态下，操作者利用模式切换部12选择观察模式。在选择了白色光观察和窄频带光观察中的某一个作为观察模式的情况下，所选择出的观察模式的信息被发送到运算部17。另外，与光量计算部16中存储的目标亮度值对应的目标光量的初始值被输出到运算部17。
在运算部17中，根据与从模式切换部12发送来的观察模式对应的各LED19、20、21、22的光量比率的信息以及来自光量计算部16的目标光量，来计算各LED19、20、21、22的光量，并将所计算出的各LED19、20、21、22的光量发送到光源控制部18。在光源控制部18中，计算与所发送来的光量对应地向各LED19、20、21、22供给的电流值，来驱动各LED19、20、21、22。
即，在选择了白色光观察来作为观察模式的情况下，如图4所示，R-LED19、G-LED20以及B2-LED 22被驱动。R区域的光、G区域的光以及B2区域的光经由分色镜24和反射镜23被合成为白色光后被光纤5引导至***部2的前端，经由照明用透镜6向患部照射。
此时，利用半透半反镜26使从R-LED 19、G-LED 20以及B2-LED 22发出的光的一部分分支，该光的一部分被各光量检测部27、28、29、30检测并被反馈至光源控制部18，由此能够照射光量稳定的光。另外，从G-LED 20射出的光的光量信息被发送至光量计算部16。
经由照明用透镜6而向患部照射的照明光的一部分在被摄体发生反射并被物镜7会聚后被摄像元件8拍摄。由摄像元件8获取到的图像信息在被A/D转换器9进行A/D转换之后被发送到装置主体3。
在装置主体3中，图像信息在被白平衡调整部13进行白平衡调整之后发送至图像处理部14和亮度计算部15。通过在图像处理部14对图像信息进行图像处理来生成观察图像。所生成的观察图像被发送至监视器4并在监视器4中显示。由此，观察者能够通过监视器4中显示的观察图像来观察体内的观察对象部位。
另一方面，亮度计算部15对所发送来的图像信息进行处理来计算平均亮度值，并将所计算出的平均亮度值发送至光量计算部16。在光量计算部16中，计算所存储的目标亮度值与在亮度计算部15中计算出的平均亮度值之间的比率，并且将所计算出的比率与从G光量检测部27发送来的从G-LED 20射出的实际的光量值相乘，由此计算目标光量。
通过以规定的采样周期反复进行这些步骤，能够自动调节从光源部10发出的照明光的光量，从而能够进行适当的白色光观察。
而且，在本实施方式中，设置于摄像元件8中的R滤色器具有使R区域的光和B1区域的光比B2区域的光透过得多的波长特性，但是所照射的B区域的光被限制在B2区域，因此如图5所示那样摄像元件8的R像素不将B区域的光感测为信号，从而能够提高白色光观察时的颜色再现性。
即，当条件式(1)大于0.1时，在白色光观察时，R像素在B区域具有灵敏度，因此颜色再现性降低。根据本实施方式，通过满足条件式(1)，具有能够提高白色光观察时的颜色再现性这样的优点。
另一方面，在窄频带光观察时，如图6所示，G-LED 20和B1-LED 21被驱动。在该情况下，设置于摄像元件8中的R滤色器具有使B1区域的光比B2区域的光透过得多的波长特性，因此如图7所示，所照射的B1区域的光不仅在摄像元件8的B像素中被感测到，还在R像素中被感测到，从而具有如下优点：能够更多地获取表层血管的信息，并且能够在白色光观察时B像素在B区域具有高灵敏度。
当条件式(2)小于0.5或大于2时，在窄频带光观察时，R像素的信号与B像素的信号之间产生差，并且为了调整所产生的差而需要对像素值乘以增益，因此结果导致图像因噪声等而发生劣化。根据本实施方式，通过满足条件式(2)，具有能够降低图像因噪声而发生的劣化这样的优点。
并且，当条件式(3)小于3时，难以兼顾白色光观察时的颜色再现和窄频带光观察时的分辨率这两者，但是在本实施方式中，条件式(3)为3以上，因此能够容易地兼顾两者。
如条件式(4)所示的那样，通过使白色光观察时的光源部10的在B2区域的光量与在B1区域的光量之比和窄频带光观察时的光源部10的在B2区域的光量与在B1区域的光量之比的大小关系成立，能够在白色光观察时使R像素的B区域成分减少至比窄频带光观察时的R像素的B区域成分少，从而能够使颜色再现良好。另外，具有如下优点：能够在窄频带光观察时使R像素的B区域成分增加至比白色光观察时的R像素的B区域成分多，从而能够使分辨率感良好。
接着，以下参照附图来说明本发明的第二实施方式所涉及的观察装置31。
在本实施方式的说明中，对与上述的第一实施方式所涉及的观察装置1结构相同的部位标注同一附图标记，并省略说明。
如图8所示，本实施方式所涉及的观察装置31与第一实施方式所涉及的观察装置1的不同点在于，本实施方式所涉及的观察装置31的光源部32具有灯33、滤色器切换部34以及光量调节部35，来代替多个LED19、20、21、22。
灯33是射出图9所示那样的宽波长范围的光的例如氙气灯。滤色器切换部34被设置为能够在白色光观察用的滤色器与窄频带光观察用的滤色器之间进行切换。白色光观察用的滤色器具有能够只使R区域的光、G区域的光以及B2区域的光透过的波长特性。另外，窄频带光观察用的滤色器具有如图10所示那样能够只使G区域的光和B1区域的光透过的波长特性。
光量调节部35例如是可变光阑。模式切换部12中所选择出的观察模式的信息被发送至滤色器切换部34，来将适于各观察模式的滤色器择一地***到从灯33起的光路上。从光源控制部18向灯33和光量调节部35发送信号。通过调节向灯33通电的通电量，来粗略地调节从灯33发出的光的光量，并且通过调节光量调节部35的开度，能够对朝向光纤5射出的光的光量进行微调整。
在本实施方式中，将从运算部17向光源控制部18发送的光量指令值以及光量调节部35的调节信息(例如可变光阑的开度信息)反馈至光量计算部16以计算目标光量。
根据这样构成的本实施方式所涉及的观察装置31，当在模式切换部12中选择了观察模式时，在滤色器切换部34中选择与该观察模式相应的滤色器，并将该滤色器配置在从灯33起的光轴上。而且，当在运算部17中计算出针对光源控制部18的光量指令值和光量调节部35的调节信息时，光源控制部18根据该光量指令值和调节信息来控制灯33和光量调节部35。
在该情况下，在选择了白色光观察的情况下，选择具有能够只使R区域的光、G区域的光以及B2区域的光透过的波长特性的滤色器，因此即使设置于摄像元件8中的R滤色器具有使R区域的光和B1区域的光透过的波长特性，所照射的B区域的光也被限制在B2区域，因此摄像元件8的R像素感测不到从灯33射出的B区域的光，从而能够提高白色光观察时的颜色再现性。
另一方面，在窄频带光观察时，选择如图10所示那样能够只使G区域的光和B1区域的光透过的滤色器。在该情况下，设置于摄像元件8的R滤色器也具有使R区域的光和B1区域的光透过的波长特性，因此具有如下的优点：所照射的B1区域的光不仅在摄像元件8的B像素中被感测到，还在R像素中被感测到，从而与只被拜耳阵列中的少的B像素感测到的情况相比能够更多地获取表层血管的信息。
此外，在上述各实施方式中，以设置于摄像元件8中的R滤色器将B2区域的光截止的情形进行了说明，但是并不仅限定于完全截止的情况，使B2区域的光相对于B1区域的光而言足够低的情况也包含在本发明的范围内。
在本实施方式中，例示了摄像元件8的滤色器被配置为拜耳阵列的情形，但是并不限定于此，还可以采用其它任意的滤色器排列的滤色器。
附图标记说明
1、31：观察装置；8：摄像元件；10、32：光源部；19：R-LED(固体照明元件)；20：G-LED(固体照明元件)；21：B1-LED(固体照明元件)；22：B2-LED(固体照明元件)。

Claims (7)

1.一种观察装置，其特征在于，具备：
光源部，其能够按第一B区域以及第二B区域调整波长为390nm至490nm的B区域的照明光的光量，该第二B区域是波长比该第一B区域的波长长的区域；以及
摄像元件，其拍摄从该光源部射出的照明光在被摄体发生反射的反射光，
其中，所述光源部在白色光观察时和窄频带光观察时使所述第一B区域的光量与所述第二B区域的光量之间的比率变化且满足条件式(4)，
所述摄像元件是按像素排列R滤色器、G滤色器以及B滤色器而形成的，并且R滤色器使波长为580nm至650nm的R区域的光和所述第一B区域的光比所述第二B区域的光透过得多，该摄像元件具有满足条件式(1)、(2)的光谱特性，
0＜Srb2/Srr≤0.0 (1)
0.5≤Sbb1/Srb1≤2 (2)
Lnb2/Lnb1<Lwb2/Lwb1 (4)
在此，
Srr是R像素在R区域的灵敏度，
Srb1是R像素在所述第一B区域的灵敏度，
Srb2是R像素在所述第二B区域的灵敏度，
Sbb1是B像素在所述第一B区域的灵敏度，
Lnb1是窄频带光观察时的所述光源部的在所述第一B区域的光量，
Lnb2是窄频带光观察时的所述光源部的在所述第二B区域的光量，
Lwb1是白色光观察时的所述光源部的在所述第一B区域的光量，
Lwb2是白色光观察时的所述光源部的在所述第二B区域的光量。
2.根据权利要求1所述的观察装置，其特征在于，
所述摄像元件满足条件式(3)，
Srb1/Srb2≥3 (3)。
3.根据权利要求1或2所述的观察装置，其特征在于，
所述第一B区域是390nm以上且小于440nm的波长范围，
所述第二B区域是440nm以上且小于490nm的波长范围。
4.根据权利要求1或2所述的观察装置，其特征在于，
所述滤色器被配置为拜耳阵列。
5.根据权利要求3所述的观察装置，其特征在于，
所述滤色器被配置为拜耳阵列。
6.根据权利要求1所述的观察装置，其特征在于，
所述光源部具备至少一个在所述第一B区域内具有峰值的固体照明元件、以及至少一个在所述第二B区域内具有峰值的固体照明元件。
7.根据权利要求1所述的观察装置，其特征在于，
所述光源部具有在波长580nm至650nm之间具有峰值的固体照明元件。
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