JP2012245223A - 電子内視鏡装置及び分光画像最適化方法 - Google Patents

Abstract

【課題】所望の波長帯域の帯域制限光による正確な分光画像を取得可能な電子内視鏡装置及び分光画像最適化方法を提供する。
【解決手段】電子内視鏡装置が、互いに対向する面部に反射膜が形成された一対の透過基板と、一方の透過基板を移動させて該一対の透過基板間の間隔を変更することによって該一対の透過基板を通過する光の波長帯域を変更する駆動手段とを備え、一対の透過基板の一方に入射される光源装置からの白色光をフィルタリングして所定波長の帯域制限光を出射する波長フィルタユニットと、波長フィルタユニットから出射又は反射される光の一部を受光し帯域制限光の波長分布を検出する波長分布検出手段と、帯域制限光の波長分布が所定の波長分布となるように一方の透過基板の移動量を最適化する最適化手段と、最適化手段によって最適化された移動量に基づいて駆動手段を制御するコントローラとを有する。
【選択図】 図６

Description

本発明は、電子内視鏡と光源装置を備え、特に分光画像を撮像可能な電子内視鏡装置とその分光画像最適化方法に関する。

近年、病変部の診断をより効果的に行うため、分光画像を撮像可能な電子内視鏡装置が提案されている。分光画像とは、狭波長帯域の光を病変部に照射して得られる内視鏡画像である。例えば、ヘモグロビンが反射するような波長帯域の光を照射した時の分光画像から、生体組織の血管の状態を診断することができる。

一般に、診断に有用な分光画像の波長帯域は、診断対象となる部位及び病変部に応じて異なる。また、部位や病変部の種類によっては、異なる波長帯域で撮像された複数の分光画像を必要とするものもある。そのため、任意の波長帯域にて分光画像を撮像可能な内視鏡装置が望まれる。このような内視鏡装置としては、特許文献１に示されるような、ファブリペロー型の干渉フィルタを波長フィルタとして用いたものがある。ファブリペロー型の干渉フィルタは、一面に反射膜が形成された一対の透過基板を反射膜同士が向かい合わせとなるように平行に並べたものであり、透過基板に入射した光を反射膜間で繰り返し反射及び干渉させて、特定の波長帯域にピークを持つような光（帯域制限光）のみが出射されるようにしたフィルタである。ファブリペロー型の干渉フィルタから出射される帯域制限光のピーク波長は、反射膜同士の間隔、すなわち透過基板同士の間隔によって決まる。そのため、一方の透過基板を他方に対して離接可能とし、圧電アクチュエータによって一方の透過基板を移動させることによって、帯域制限光のピーク波長を変更することが可能となる。

特開２００５−３０８６８８号公報

このような電子内視鏡装置においては、所望の波長帯域の分光画像を得るために（すなわち、所望の帯域制限光を得るために）、透過基板を駆動する圧電アクチュエータに加える電圧の大きさと、その時の帯域制限光のピーク波長との関係をあらかじめ把握する必要がある。

特許文献１の構成においては、ローパスフィルタ及びハイパスフィルタを併用して、特定の狭波長帯域のみを含む光を生成し、この光を干渉フィルタに入射させると共に圧電アクチュエータに与える電圧を変化させ、その時に干渉フィルタを透過する光の光量を検出することによって、特定の波長帯域（基準波長帯域）の帯域制限光を生成するために圧電アクチュエータに加える電圧の大きさを求めていた。

しかしながら、上記構成は、圧電アクチュエータの変位と電圧との関係が正確に判明している場合には、所望の波長帯域の帯域制限光を生成するために圧電アクチュエータに加えるべき電圧を正確に求めることが可能であるが、温度等の影響により圧電アクチュエータの電圧−変位特性が変化すると、圧電アクチュエータに所定の電圧を印加しても所望の波長帯域の帯域制限光が得られなくなる。ファブリペロー型の干渉フィルタを用いて帯域制限光を生成する場合、反射膜同士の間隔は、約λ／１００程度の精度で制御する必要があるが、圧電アクチュエータの電圧−変位特性は温度特性を有し、また圧電アクチュエータ自体も温度特性を有するフレーム等の部材に固定されるため、上記の構成によって反射膜同士の間隔を高精度に制御することは困難であった。

本発明は上記の問題を解決するためになされたものである。すなわち、本発明は圧電アクチュエータを高精度に制御することにより、所望の波長帯域の帯域制限光による正確な分光画像を取得可能な電子内視鏡装置及び分光画像最適化方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明の電子内視鏡装置は、電子内視鏡と、白色光を出射する光源を有し電子内視鏡に照明光を供給する光源装置とを有し、更に、互いに対向する面部に反射膜が形成された一対の透過基板と、一方の透過基板を移動させて該一対の透過基板間の間隔を変更することによって該一対の透過基板を通過する光の波長帯域を変更する駆動手段とを備え、一対の透過基板の一方に入射される光源装置からの白色光をフィルタリングして所定波長の帯域制限光を出射する波長フィルタユニットと、波長フィルタユニットから出射又は反射される光の一部を受光し帯域制限光の波長分布を検出する波長分布検出手段と、帯域制限光の波長分布が所定の波長分布となるように一方の透過基板の移動量を最適化する最適化手段と、最適化手段によって最適化された移動量に基づいて駆動手段を制御するコントローラとを有する。

本発明によれば、帯域制限光の波長分布が所定の波長分布となるように波長フィルタユニットの駆動手段が制御されるため、波長フィルタユニットの特性が温度等によって変化するような場合であっても正確な波長分布の帯域制限光を得ることができ、正確な分光画像を取得することが可能となる。

また、最適化手段は、帯域制限光の波長分布の中心波長、強度及び半値幅の少なくとも１つについて目標値との差が最小となるように、移動量を最適化する構成とすることができる。また、この場合、最適化手段は、減衰最小２乗法によって、移動量を最適化する構成としてもよい。このような構成によれば、波長フィルタユニットの特性が非線形に変化する場合であっても正確な波長分布の帯域制限光を得ることができる。

また、波長分布検出手段は、波長フィルタユニットから出射又は反射される光の一部を複数の位置で受光して複数の波長分布を検出し、最適化手段は、複数の波長分布が略一致するように一方の透過基板の移動量を最適化する構成とすることができる。この場合、複数の位置は、少なくとも３カ所以上で構成することが好ましい。このような構成によれば、一対の透過基板を平行に保つことが可能となるため、より正確な波長分布の帯域制限光を得ることができる。

また、波長分布検出手段は、波長フィルタユニットから出射又は反射される光の一部を複数の位置で受光して導光する複数のライトガイドと、該複数のライトガイドの出射端に配置され該複数のライトガイドによって導光された光の波長分布を検出するセンサとを有し、複数のライトガイドは、出射端において束ねられ、複数のライトガイドによって導光された光が同時にセンサに入射される構成とすることができる。このような構成によれば、帯域制限光の波長分布を異なる位置で同時に検出することが可能となるため、電子内視鏡装置の構成が簡素化されると共に、最適化の処理を一度に行うことが可能となる。

また、駆動手段が、波長フィルタユニットのフレームと一方の透過基板との間に配置された圧電アクチュエータを有する構成としてもよい。この場合、圧電アクチュエータは、該圧電アクチュエータが取り付けられる透過基板の面上に少なくとも３つ設けられていることが好ましい。

また、別の観点からは、本発明の分光画像最適化方法は、電子内視鏡と、白色光を出射する光源を有し、電子内視鏡に照明光を供給する光源装置とを有し、更に、互いに対向する面部に反射膜が形成された一対の透過基板と、一方の透過基板を移動させて該一対の透過基板間の間隔を変更することによって該一対の透過基板を通過する光の波長帯域を変更する駆動手段とを備え、一対の透過基板の一方に入射される光源装置からの白色光をフィルタリングして所定波長の帯域制限光を出射する波長フィルタユニットと、波長フィルタユニットから出射又は反射される光の一部を受光し、帯域制限光の波長分布を検出する波長分布検出手段とを有した電子内視鏡装置の分光画像最適化方法であって、帯域制限光の波長分布が所定の波長分布となるように、一方の透過基板の移動量を最適化する最適化ステップと、最適化ステップによって最適化された移動量に基づいて駆動手段を制御する駆動ステップとを有する。

以上のように、本発明によれば、圧電アクチュエータが高精度に制御されるため、所望の波長帯域の帯域制限光による正確な分光画像を取得可能な電子内視鏡装置及び分光画像最適化方法が実現される。

図１は、本発明の実施の形態に係る電子内視鏡装置のブロック図である。 図２は、本発明の実施の形態に係る電子内視鏡装置に内蔵される波長フィルタユニットの側面図である。 図３は、図２のＡ−Ａ線図である。 図４は、本発明の実施の形態の分光計を模式的に示したものである。 図５は、図４の分光計で検出されるフィードバック光の波長分布を模式的に示したものである。 図６は、本発明の実施の形態のコントローラで実行される画像取得処理のフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。図１は、本実施形態の電子内視鏡装置のブロック図である。本実施形態の電子内視鏡装置１は、電子内視鏡１０と、プロセッサ２０と、モニタ３０を有するものであり、電子内視鏡１０の挿入管１１の先端部１１ａの周囲の映像がモニタ３０に表示されるようになっている。

電子内視鏡１０は、挿入管先端部１１ａに配置された対物光学系１２と、挿入管１１の内部の、挿入管先端部１１ａの近傍に配置された撮像素子１３を有する。撮像素子１３は、対物光学系１２による挿入管先端部１１ａの周囲の像が撮像素子１３の受光面に結像するような位置に配置されている。

プロセッサ２０は、電子内視鏡１０によって撮像された映像を処理してモニタ３０に表示可能なビデオ信号を生成するビデオプロセッサとしての機能と、電子内視鏡１０の挿入管先端部１１ａの周囲に照明光を供給する光源装置としての機能を有するものである。

プロセッサ２０のビデオプロセッサとしての機能について以下に説明する。プロセッサ２０には、コントローラ２１と、画像処理回路２６が内蔵されている。電子内視鏡１０の撮像素子１３と、プロセッサ２０の画像処理回路２６とは、電子内視鏡１０の挿入管１１に挿通されている信号線１４を介して接続されており、撮像素子１３によって撮像された画像の映像信号は、画像処理回路２６によって処理されて、ＮＴＳＣ（National Television System Committee）等の所定の形式のビデオ信号に変換される。画像処理回路２６によって生成されたビデオ信号は、モニタ３０に入力される。この結果、撮像素子１３によって撮像された挿入管先端部１１ａの周囲の画像がモニタ３０に表示される。なお、撮像素子１３は所定の間隔おきに画像を撮像しており、画像処理回路２６は、撮像素子１３から送信される映像信号を処理して、所定の間隔（例えば、１／３０秒ごと）でビデオ信号をモニタ３０に送信している。この結果、モニタ３０には、撮像素子１３が撮像した挿入管先端部１１ａの周囲の画像が動画として表示されることになる。

なお、撮像素子１３は、その受光面にＲＧＢ三色のカラーフィルタが市松状に設けられたカラー画像撮像用の撮像素子であり、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）である。

次に、プロセッサ２０の光源装置としての機能について説明する。プロセッサ２０は、ランプ２２と、波長フィルタユニット４０と、分光計２４と、集光レンズ２５とを有する。ランプ２２は、例えばキセノンランプなどの、幅広い周波数帯域の光を含む白色光ＬＷを生成するランプである。ランプ２２によって生成された白色光ＬＷは、波長フィルタユニット４０に入射する。

波長フィルタユニット４０は、所定の狭帯域の波長帯以外の成分を白色光ＬＷから取り除くフィルタを内蔵しており、所定の狭帯域の波長帯を主成分とする光（帯域制限光）ＬＬを出射する。波長フィルタユニット４０から出射された帯域制限光ＬＬは、集光レンズ２５に入射する。

図１に示されるように、電子内視鏡１０の挿入管１１には、光ファイババンドル等の照明光用ライトガイド１５が挿通されている。照明光用ライトガイド１５の一端は、プロセッサ２０の内部に挿入された入射端１５ａとなっている。集光レンズ２５は、波長フィルタユニット４０から入射する帯域制限光ＬＬを集光して入射端１５ａに入射させる。照明光用ライトガイド１５の他端は、挿入管先端部１１ａに配置された出射端１５ｂとなっており、入射端１５ａに入射した帯域制限光ＬＬは、照明光用ライトガイド１５を通って出射端１５ｂから出射され、図示されない配光レンズによって挿入管先端部１１ａの周囲を照明する。

波長フィルタユニット４０は、コントローラ２１によって制御されることによって、帯域制限光ＬＬのピーク波長を変更可能となっている。波長フィルタユニット４０の構成について以下に説明する。

図２は、波長フィルタユニット４０の側面図である。また、図３は、図２のＡ−Ａ線図である。波長フィルタユニット４０は、ファブリペロー型の干渉フィルタである。具体的には、波長フィルタユニット４０は、向かい合わせに配置された一対の透過基板４１及び４２を有する。なお、図２に示されるように、透過基板４１はランプ２２側に位置しており、透過基板４２は集光レンズ２５側に位置している。透過基板４１及び４２の、互いに向かい合わせとなる面には、それぞれ光学薄膜４１ａ及び４２ａが設けられている。なお、透過基板４２は、その面部が集光レンズ２５の光軸ａｘに垂直となるよう位置決めされている。

光学薄膜４１ａ及び４２ａは、共にＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）反射層である。ＤＢＲ反射層は、屈折率の異なる２種類の薄膜を互い違いに３層ずつ、計６層重ね合わせたものであり、光学薄膜４１ａ及び４２ａを所定の距離で対面させた干渉条件においては、所定の波長に対して極めて高い（９０％以上）透過率を有するバンドパスフィルタを構成することができる。

このような構成の干渉フィルタにおいては、入射した光が向かい合わせの光学薄膜４１ａ及び４２ａの間で繰り返し反射され、その過程で、特定の複数の波長域を除く成分が干渉によって打ち消され、上記複数の波長域を主成分とする帯域制限光ＬＬが生成される。生成された帯域制限光ＬＬは、透過基板４２を介して集光レンズ２５に向かって出射される。また、後述するように、帯域制限光ＬＬ以外の光は、ランプ２２に向って出射（反射）される。

ファブリペロー型の干渉フィルタにおいて透過する（すなわち、打ち消されない）波長域は、光学薄膜４１ａと４２ａの間隔ｄによって決まる。具体的には、透過基板４１及び４２の屈折率をｎ、干渉フィルタを透過する波長をλ_ｋ（ｋ＝１、２、…）とすると、λ_ｋは下記の数１によって求められる。

数１に示されるように、干渉フィルタを透過する波長λ_ｋは、光学薄膜４１ａと４２ａとの間隔ｄに比例した大きさとなる。本実施形態の波長フィルタユニット４０は、一方の透過基板４１を、他方の透過基板４２に対して離接させるよう駆動することによって、間隔ｄを変動させることが可能となっている。前述のように、電子内視鏡１０の撮像素子１３は、ＲＧＢカラーフィルタが設けられた撮像素子であり、各カラーフィルタが透過させる波長帯域の中に含まれる波長λ_ｋが一つ以下となるよう、間隔ｄを制御することによって、特定の波長λ_ｋのみを成分とする内視鏡画像の映像信号が撮像素子１３から出力されるようになる。そして、波長λ_ｋを少しずつ変化させるように透過基板４１を移動させながら、撮像素子１３から出力される画像を得ることによって、様々な狭波長帯域の内視鏡画像（分光画像）を得ることができる。本実施形態においては、コントローラ２１が、後述する画像取得処理を実行することによって、波長フィルタユニット４０を制御し、４００、４０５、４１０、・・・、８００ｎｍを中心波長λ_ｋとする狭波長帯域（帯域幅約５ｎｍ）の光が順次選択される。そして、画像処理回路２６が、各波長λ_ｋで得られる分光画像を撮影して一時記憶メモリ（不図示）に記録すると共に、記録された分光画像を適宜読み出すことで、カラー画像及び所定の波長での分光画像を得ることができるように構成されている。

透過基板４１を駆動する機構について以下に説明する。図２及び図３に示されるように、透過基板４１は、３つの圧電アクチュエータ４４ａ、４４ｂ及び４４ｃを介してリング状のフレーム４３に取り付けられている。圧電アクチュエータ４４ａ、４４ｂ及び４４ｃは、それぞれ集光レンズ２５の光軸ａｘを中心とする円周Ｃ（図３）上に、１２０°おきに並べて透過基板４１に配置されている。そして、圧電アクチュエータ４４ａ、４４ｂ及び４４ｃのそれぞれに電圧を印加することによって、圧電アクチュエータ４４ａ、４４ｂ及び４４ｃは、透過基板４１を透過基板４２に向かって移動させる。

フレーム４３の熱膨張等によっても、間隔ｄ及び透過基板４２に対する透過基板４１の傾きが変化する。透過基板４２に対して透過基板４１が平行でない状態においては、透過基板４１上の各位置に応じて間隔ｄが異なるため、透過する帯域制限光ＬＬの波長λ_ｋが透過基板４１上の位置によって変わることになり、正確な分光画像を得ることができない。そのため、本実施形態においては、３つの圧電アクチュエータ４４ａ、４４ｂ及び４４ｃに印加される電圧の大きさをフィードバック制御することによって、透過基板４１が透過基板４２に対して平行な状態を保ちつつ、間隔ｄを調整可能としている。

次に、波長λ_ｋを正確に制御するために行われる、圧電アクチュエータ４４ａ、４４ｂ及び４４ｃに印加される電圧のフィードバック制御について説明する。フィードバック制御には、フレーム４３に取り付けられた分光特性取得用ライトガイド４５ａ、４５ｂ及び４５ｃ並びに、分光計２４（図１）が使用される。分光特性取得用ライトガイド４５ａ、４５ｂ及び４５ｃは、その一端（入射端）が円周Ｃ上に１２０°おきに位置するよう並べて配置されている。なお、分光特性取得用ライトガイド４５ａの入射端は圧電アクチュエータ４４ａと４４ｂの間に配置され、分光特性取得用ライトガイド４５ｂの入射端は圧電アクチュエータ４４ｂと４４ｃの間に配置され、分光特性取得用ライトガイド４５ｃの入射端は圧電アクチュエータ４４ｃと４４ａの間に配置されている。上述のように、ランプ２２から出射された白色光ＬＷは、波長フィルタユニット４０によって波長選択され、波長フィルタユニット４０からは帯域制限光ＬＬが出射される。そして、この時、白色光ＬＷに含まれる帯域制限光ＬＬ以外の波長の光は、波長フィルタユニット４０からランプ２２側に反射されることとなる。換言すると、ランプ２２から出射された白色光ＬＷが波長フィルタユニット４０を通ることにより、帯域制限光ＬＬのみが集光レンズ２５側に出射され、帯域制限光ＬＬ以外の光は、ランプ２２側に出射（反射）されることとなる。本実施形態においては、このランプ２２側に出射される反射光の一部が分光特性取得用ライトガイド４５ａ、４５ｂ及び４５ｃに入射するように構成され、フィードバック制御は、分光特性取得用ライトガイド４５ａ、４５ｂ及び４５ｃによって導光される反射光（以下、それぞれ、フィードバック光ＦＬａ、ＦＬｂ及びＦＬｃ、という）を利用して行われる。

分光特性取得用ライトガイド４５ａ、４５ｂ及び４５ｃの他端（出射端）は、１つに束ねられ、分光計２４に接続されている。分光計２４の構成を図４に示す。

分光計２４は、分光特性取得用ライトガイド４５ａ、４５ｂ及び４５ｃを通過したＦＬａ、ＦＬｂ及びＦＬｃをスペクトル分解するためのプリズム２４ａと、プリズム２４ａによってスペクトル分解された光ＬＤを受光するためのライン型撮像素子２４ｂを有する。コントローラ２１（図１）は、ライン型撮像素子２４ｂを構成する複数の画素セルＰＸの出力を検出可能であり、画素セルＰＸのそれぞれに入射した光ＬＤの光量を検出可能である。ここで、分光特性取得用ライトガイド４５ａ、４５ｂ及び４５ｃの出射端、プリズム２４ａ及びライン型撮像素子２４ｂの位置は厳密に位置決めされており、スペクトル分解された光ＬＤのうち、どの周波数帯域の光が複数の画素セルＰＸのどれに入射するかは既知である。そのため、コントローラ２１は、画素セルＰＸのそれぞれの出力から、分光特性取得用ライトガイド４５ａ、４５ｂ及び４５ｃを通過したフィードバック光ＦＬａ、ＦＬｂ及びＦＬｃの波長分布を得ることが可能である。

図５は、画素セルＰＸで検出されるフィードバック光ＦＬａ、ＦＬｂ及びＦＬｃの波長分布を模式的に示した図である。上述したように、画素セルＰＸの各セル位置は波長を示し、画素セルＰＸの各セルで検出される光量は、各セルに対応する波長の強度に他ならないため、図５においては、横軸波長、縦軸強度として、フィードバック光ＦＬａ、ＦＬｂ及びＦＬｃの波長分布を示している。図５（ａ）は、中心波長λ_ｋが５００ｎｍの帯域制限光ＬＬを得ようとした場合のフィードバック光ＦＬａ、ＦＬｂ及びＦＬｃの波長分布を例示したものであり、図５（ｂ）は、図５（ａ）の波長５００ｎｍ付近を波長方向に拡大して示すものである。

上述したように、フィードバック光ＦＬａ、ＦＬｂ及びＦＬｃは、白色光ＬＷから帯域制限光ＬＬを除いた光であるため、図５（ａ）に示すように、帯域制限光ＬＬの中心波長λ_ｋ（５００ｎｍ）をボトムとする波長分布が得られる。ここで、上述のように、分光特性取得用ライトガイド４５ａ、４５ｂ及び４５ｃは、その一端（入射端）が透過基板４１の円周Ｃ上に１２０°おきに配置されているため、分光特性取得用ライトガイド４５ａ、４５ｂ及び４５ｃのそれぞれは、透過基板４１上の異なる位置の反射光をフィードバック光ＦＬａ、ＦＬｂ及びＦＬｃとして導光する。従って、透過基板４１が透過基板４２に対して平行となっていない場合には、分光特性取得用ライトガイド４５ａ、４５ｂ及び４５ｃのそれぞれが配置される位置における光学薄膜４１ａと４２ａの間隔ｄが異なることとなり、図５（ｂ）に示すように、フィードバック光ＦＬａ、ＦＬｂ及びＦＬｃのそれぞれの波長分布は異なることとなる。換言すると、図５（ｂ）に示す状態の場合、波長フィルタユニット４０から出射される帯域制限光ＬＬは、３つのピーク波長を有する光であり、正確に中心波長λ_ｋに調整、制御された光とはなっていないことを示している。本実施形態のフィードバック制御は、透過基板４１が透過基板４２に対して平行となっていない場合に、フィードバック光ＦＬａ、ＦＬｂ及びＦＬｃのそれぞれの波長分布が異なって観測されることを利用し、これらの波長分布が中心波長λ_ｋにおいて一致するように圧電アクチュエータ４４ａ、４４ｂ及び４４ｃに印加される電圧を制御することで、帯域制限光ＬＬが中心波長λ_ｋのみ有する光となるように制御している。

帯域制限光ＬＬの波長の検出には、帯域制限光ＬＬを直接検出する構成も考えられるが、本実施形態においては、波長フィルタユニット４０よりもランプ２２側に配置した分光特性取得用ライトガイド４５ａ、４５ｂ及び４５ｃによって、波長フィルタユニット４０からランプ２２側に反射される反射光を検出する構成を採っている。これは、帯域制限光ＬＬを直接検出する構成の場合、帯域制限光ＬＬの一部を用いる必要があり、分光画像を得るために必要な帯域制限光ＬＬの光量を低下させてしまうこととなるためである。すなわち、本実施形態のような構成とすることにより、波長フィルタユニット４０の集光レンズ２５側に帯域制限光ＬＬを直接検出するための構成が不要となるため、所定の光量の帯域制限光ＬＬで正確且つ明るい分光画像を得ることが可能となる。

なお、本実施形態においては、分光特性取得用ライトガイド４５ａ、４５ｂ及び４５ｃの出射端は、１つに束ねられ１つの分光計２４に接続されているが、この構成に限定されるものではない。分光特性取得用ライトガイド４５ａ、４５ｂ及び４５ｃのそれぞれに分光計２４が接続される構成としてもよい。しかし、本実施形態のように、分光特性取得用ライトガイド４５ａ、４５ｂ及び４５ｃで導光されるフィードバック光ＦＬａ、ＦＬｂ及びＦＬｃを１つの分光計２４で検出する構成とすると、各分光計２４間の特性のばらつきを考慮する必要がなくなるため、より正確に波長分布を検出することが可能となる点で優れる。

次に、図６を参照しながら、フィードバック制御の動作について説明する。図６は、本実施形態のコントローラ２１で実行される画像取得処理のフローチャートである。画像取得処理は、分光画像を取得し、モニタ３０に表示を行うためのルーチンである。本ルーチンは、電子内視鏡装置１の電源投入によって実行される。

本ルーチンが開始すると、ステップＳ１が実行される。ステップＳ１では、コントローラ２１は、電子内視鏡装置１の各種設定を初期化する。本実施形態においては、４００、４０５、４１０、・・・、８００ｎｍを中心波長λ_ｋとする帯域制限光ＬＬを順次出射し分光画像を取得する構成としているため、帯域制限光ＬＬの中心波長λ_ｋの初期値は４００ｎｍである。従って、コントローラ２１は、コントローラ２１のメモリ（不図示）内で管理される帯域制限光ＬＬの中心波長λ_ｋを表すパラメータ（変数）λに「４００」を入力する。次いでステップＳ２に進む。

ステップＳ２では、コントローラ２１は、ランプ２２を点灯させ、ステップＳ３に進む。

ステップＳ３では、コントローラ２１は、パラメータλに記憶されている値（初期値：４００）を読み出し、帯域制限光ＬＬの中心波長λ_ｋがパラメータλで設定されている波長となるように、波長フィルタユニット４０の圧電アクチュエータ４４ａ、４４ｂ及び４４ｃに所定の電圧を印加する。これによって、波長フィルタユニット４０からは、中心波長λ_ｋが略パラメータλの帯域制限光ＬＬが出射される。次に、ステップＳ４に進む。

ステップＳ４では、コントローラ２１は、分光計２４で検出されたフィードバック光ＦＬａ、ＦＬｂ及びＦＬｃの波長分布を得る。上述したように、ステップＳ３において、波長フィルタユニット４０の圧電アクチュエータ４４ａ、４４ｂ及び４４ｃに所定の電圧を印加したのみでは、波長フィルタユニット４０の透過基板４１が透過基板４２に対して平行となっているとは限らず、通常、図５（ｂ）に示すように、フィードバック光ＦＬａ、ＦＬｂ及びＦＬｃのそれぞれの波長分布は異なって観測（検出）される。次いで、ステップＳ５に進む。

ステップＳ５では、コントローラ２１は、ステップＳ４で得られたフィードバック光ＦＬａ、ＦＬｂ及びＦＬｃの波長分布について、所定の評価式を演算し、その結果（評価値）に基づいて、波長フィルタユニット４０の圧電アクチュエータ４４ａ、４４ｂ及び４４ｃに印加している電圧を最適化する。具体的には、ステップＳ４で得られた波長分布の強度Ｐ、中心波長ＷＬ及び半値幅ＨＷについて、実測値と目標値との差の２乗和を求め、これが許容誤差以下となるように、圧電アクチュエータ４４ａ、４４ｂ及び４４ｃに印加している電圧を最適化する。最適化の手法については、周知の様々な最適化手法を適用することが可能であるが、本実施形態においては、減衰最小２乗法を用いている。なお、減衰最小２乗法を適用する場合の評価式Ｅｖは下式によって定義され、中心波長ＷＬ、強度Ｐ及び半値幅ＨＷの実測値をそれぞれＷＬ_ａｃｔ、Ｐ_ａｃｔ及びＨＷ_ａｃｔで表し、目標値をそれぞれＷＬ_ｔ、Ｐ_ｔ及びＨＷ_ｔで表す。また、ｋ_０、ｋ_１及びｋ_２は、それぞれ中心波長ＷＬ、強度Ｐ及び半値幅ＨＷの重み付け係数である。

ここで、評価式Ｅｖは、圧電アクチュエータ４４ａ、４４ｂ及び４４ｃの印加電圧をマトリックス要素ｍｊ（ｊ＝１，２、３）とする関数とみなすことができる。本実施形態の減衰最小２乗法では、評価式Ｅｖをメリット関数φとし、このメリット関数φが所定の閾値以下となるようにマトリックス要素ｍｊ（ｊ＝１，２、３）を最適化する。なお、減衰最小２乗法自体は周知であるため、詳細な説明は省略するが、本実施形態においては、解の収束を保証しつつその効率を高めるため、ダンピング因子Ｄ（＞０）を設定し、出発点ｍｊ０から解への移動量△ｍｊについて解いた下記の正規方程式を用いて最適解を求めている。ここで、△ｍは、△ｍｊ（ｊ＝１，２、３）を要素とする列ベクトルであり、Ａは、出発点ｍｊ０における評価式Ｅｖのヤコビ行列である。また、「（ ）^Ｔ」は転置行列を示し、「（ ）^-１」は逆行列を示し、Ｉは単位行列を示している。

ただし、

以上のように、ステップＳ５においては、出発点を定義し、全てのパラメータ（すなわち、圧電アクチュエータ４４ａ、４４ｂ及び４４ｃの印加電圧）を出発点に対して各々微小に変化させ、評価値の変化量を算出する。そして、評価値の変化量から最適解が存在すると考えられるパラメータを予測し、そのパラメータを更新（すなわち、圧電アクチュエータ４４ａ、４４ｂ及び４４ｃの印加電圧を調整）する。次いで、ステップ、Ｓ６に進む。

ステップＳ６では、コントローラ２１は、ステップＳ５で得られた評価値が最小であるかを判断する。評価値が最小でないと判断された場合には（ステップＳ６：ＮＯ）、処理は、ステップＳ４に進み、ステップＳ４〜Ｓ６が繰り返し実行される。一方、ステップＳ６において、評価値が最小であると判断された場合には（ステップＳ６：ＹＥＳ）、処理はステップＳ７に進む。

ステップＳ７では、コントローラ２１は、撮像素子１３によって撮像された画像（すなわち、分光画像）を取得し、画像処理回路２６の一次記憶メモリ（不図示）に記憶する。そして、帯域制限光ＬＬの中心波長λ_ｋを表すパラメータλに「５」を加算し、ステップＳ８に進む。

ステップＳ８では、コントローラ２１は、パラメータλの値が「８００」よりも大きいか否かを判断する。上述したように、本実施形態においては、４００、４０５、４１０、・・・、８００ｎｍを中心波長λ_ｋとする狭波長帯域（帯域幅約５ｎｍ）の光を順次照射することによって分光画像を得るように構成されている。従って、ステップＳ８において、パラメータλの値が「８００」以下であると判断された場合（ステップＳ８：ＮＯ）、処理は、ステップＳ３に戻り、ステップＳ３〜Ｓ８が繰り返し実行される。一方、ステップＳ８において、パラメータλの値が「８００」より大きいと判断された場合（ステップＳ８：ＹＥＳ）、全ての波長での分光画像が取得されたと判断され、処理は、ステップＳ９に進む。

ステップＳ９では、コントローラ２１は、ステップＳ３〜Ｓ８にて取得した分光画像のうち、中心波長λ_ｋが４３５ｎｍ、５４５ｎｍ、及び７００ｎｍとなる３枚の画像を取り出し、中心波長λ_ｋが４３５ｎｍの画像を青色プレーンに、中心波長λ_ｋが５４５ｎｍの画像を緑色プレーンに、中心波長λ_ｋが７００ｎｍの画像を赤色プレーンに記憶させた一枚のカラー画像データを生成する。このカラー画像データは、上記のように青色の波長である４３５ｎｍの分光画像、緑色の波長である５４５ｎｍの分光画像及び赤色の波長である７００ｎｍの分光画像から得られるものであり、通常観察の内視鏡画像と同等のカラー画像となる。そして、コントローラ２１は、生成されたカラー画像データをモニタ３０に送りモニタ３０のスクリーンの左側に表示させる。次いで、ステップＳ１０に進む。

ステップＳ１０では、コントローラ２１は、ステップＳ３〜Ｓ８にて取得した分光画像のうち、ユーザが操作部（不図示）を操作することによって選択する中心波長λ_ｋの分光画像を取り出し、この分光画像の画像データをモニタ３０に送りモニタ３０のスクリーンの右側に表示させる。次いで、ステップＳ１１に進む。

ステップＳ１１では、コントローラ２１は、ユーザによって、画像更新を終了する旨の入力がなされたか否かを検出する。ステップＳ１１において、画像更新を終了する旨の入力（例えば、不図示の操作部の操作）がないと判断された場合（ステップＳ１１:ＮＯ）、処理は、ステップＳ１２に進み、パラメータλの値が再び初期値「４００」に設定された上で、ステップＳ３に戻る。一方、ステップＳ１１において、画像更新を終了する旨の入力があったと判断された場合（ステップＳ１１:ＹＥＳ）、本ルーチンは終了する。

以上のように、図６のフローチャートで示されるルーチンをコントローラ２１が実行することにより、４００、４０５、４１０、・・・、８００ｎｍを中心波長λ_ｋとする帯域制限光が順次照射され、４００〜８００ｎｍ間で５ｎｍ刻みの分光画像が取得される。そして、本実施形態においては、ステップＳ４〜Ｓ６の処理において、各中心波長λ_ｋにおいて波長分布が最適化されることにより、正確な波長に調整、制御された帯域制限光が出射されるように構成されている。従って、圧電アクチュエータの電圧−変位特性が温度特性によって変化した場合、及び、温度による影響によって圧電アクチュエータを支持するフレーム等の部材が変形した場合であっても、正確な波長の帯域制限光を得ることが可能となる。また、本実施形態においては、減衰最小２乗法を用いて最適化を行う構成としたため、圧電アクチュエータの電圧−変位特性の変化、及び、圧電アクチュエータを支持するフレーム等の部材の変形が非線形なものであっても最適化が可能である。

以上が本実施形態の説明であるが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、発明の技術的思想の範囲内において、様々な変形が可能である。例えば、ステップＳ５で行われる、波長フィルタユニット４０の圧電アクチュエータ４４ａ、４４ｂ及び４４ｃに印加する電圧の最適化の手法は減衰最小２乗法に限定されるものでなく、周知の非線形関数の最適化手法が適用可能である。

また、本実施形態においては、波長フィルタユニット４０からランプ２２側に反射される帯域制限光ＬＬ以外の波長の光を分光計２４で検出する構成としたが、波長フィルタユニット４０から集光レンズ２５側に出射される帯域制限光ＬＬを分光計２４で検出する構成としてもよい。この場合、分光特性取得用ライトガイド４５ａ、４５ｂ及び４５ｃは、波長フィルタユニット４０の集光レンズ２５側に取り付けられる。

また、本実施形態においては、透過基板４１上において、分光特性取得用ライトガイド４５ａ、４５ｂ及び４５ｃの位置と、圧電アクチュエータ４４ａ、４４ｂ及び４４ｃの位置が異なるものとして説明したが、これらの位置がそれぞれ同じ位置となるように配置してもよい。

また、分光特性取得用ライトガイド４５ａ、４５ｂ及び４５ｃに代えて、ランプ２２と波長フィルタユニット４０との間にビームスプリッタを配置し、該ビームスプリッタによって波長フィルタユニット４０からランプ２２側に反射される帯域制限光ＬＬ以外の波長の光を光軸ａｘに対して９０度屈折させるように構成してもよい。

１ 電子内視鏡装置
１０ 電子内視鏡
１１ 挿入管
１１ａ 挿入管先端部
１２ 対物光学系
１３ 撮像素子
１４ 信号線
１５ 照明光用ライトガイド
１５ａ 入射端
２０ プロセッサ
２１ コントローラ
２２ ランプ
２４ 分光計
２４ａ プリズム
２４ｂ ライン型撮像素子
２５ 集光レンズ
２６ 画像処理回路
４０ 波長フィルタユニット
４１、４２ 透過基板
４１ａ、４２ａ 光学薄膜
４３ フレーム
４４ａ、４４ｂ、４４ｃ 圧電アクチュエータ
４５ａ、４５ｂ、４５ｃ 分光特性取得用ライトガイド

Claims (11)

1. 電子内視鏡と、
   白色光を出射する光源を有し、前記電子内視鏡に照明光を供給する光源装置と、
   互いに対向する面部に反射膜が形成された一対の透過基板と、一方の透過基板を移動させて該一対の透過基板間の間隔を変更することによって該一対の透過基板を通過する光の波長帯域を変更する駆動手段とを備え、該一対の透過基板の一方に入射される前記光源装置からの白色光をフィルタリングして所定波長の帯域制限光を出射する波長フィルタユニットと、
   前記波長フィルタユニットから出射又は反射される光の一部を受光し、前記帯域制限光の波長分布を検出する波長分布検出手段と、
   前記帯域制限光の波長分布が所定の波長分布となるように、前記一方の透過基板の移動量を最適化する最適化手段と、
   前記最適化手段によって最適化された前記移動量に基づいて、前記駆動手段を制御するコントローラと、
   を有することを特徴とする電子内視鏡装置。
2. 前記最適化手段は、前記帯域制限光の波長分布の中心波長、強度及び半値幅の少なくとも１つについて目標値との差が最小となるように、前記移動量を最適化することを特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡装置。
3. 前記最適化手段は、減衰最小２乗法によって、前記移動量を最適化することを特徴とする請求項２に記載の電子内視鏡装置。
4. 前記波長分布検出手段は、前記波長フィルタユニットから出射又は反射される光の一部を複数の位置で受光して複数の波長分布を検出し、
   前記最適化手段は、前記複数の波長分布が略一致するように前記一方の透過基板の移動量を最適化する
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電子内視鏡装置。
5. 前記複数の位置は、少なくとも３カ所以上であることを特徴とする請求項４に記載の電子内視鏡装置。
6. 前記波長分布検出手段は、前記波長フィルタユニットから出射又は反射される光の一部を複数の位置で受光して導光する複数のライトガイドと、該複数のライトガイドの出射端に配置され該複数のライトガイドによって導光された光の波長分布を検出するセンサとを有し、
   前記複数のライトガイドは、前記出射端において束ねられ、前記複数のライトガイドによって導光された光が同時に前記センサに入射されることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の電子内視鏡装置。
7. 前記駆動手段が、前記波長フィルタユニットのフレームと前記一方の透過基板との間に配置された圧電アクチュエータを有することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の電子内視鏡装置。
8. 前記圧電アクチュエータは、該圧電アクチュエータが取り付けられる透過基板の面上に少なくとも３つ設けられていることを特徴とする請求項７に記載の電子内視鏡装置。
9. 電子内視鏡と、
   白色光を出射する光源を有し、前記電子内視鏡に照明光を供給する光源装置と、
   互いに対向する面部に反射膜が形成された一対の透過基板と、一方の透過基板を移動させて該一対の透過基板間の間隔を変更することによって該一対の透過基板を通過する光の波長帯域を変更する駆動手段とを備え、該一対の透過基板の一方に入射される前記光源装置からの白色光をフィルタリングして所定波長の帯域制限光を出射する波長フィルタユニットと、
   前記波長フィルタユニットから出射又は反射される光の一部を受光し、前記帯域制限光の波長分布を検出する波長分布検出手段と、
   を有した電子内視鏡装置の分光画像最適化方法であって、
   前記帯域制限光の波長分布が所定の波長分布となるように、前記一方の透過基板の移動量を最適化する最適化ステップと、
   前記最適化ステップによって最適化された前記移動量に基づいて、前記駆動手段を制御する駆動ステップと、
   を有することを特徴とする分光画像最適化方法。
10. 前記最適化ステップは、前記帯域制限光の波長分布の中心波長、強度及び半値幅の少なくとも１つについて目標値との差が最小となるように、前記移動量を最適化することを特徴とする請求項９に記載の分光画像最適化方法。
11. 前記最適化ステップは、減衰最小２乗法によって、前記移動量を最適化することを特徴とする請求項１０に記載の分光画像最適化方法。

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