JP2015202213A - 画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
Description
〔前置き〕
従来、高品質で画像再現性の高い白色照明装置には、可視光全体に渡り波長欠落のない光が出射されることが不可欠と考えられてきた。しかし、近年の開発により、レーザ光のような単波長光を組み合わせた照明光でも、照明光として十分に高い性能(演色性)が得られることが明らかとなってきている(A. Neumann et al., Opt. Exp., 19, S4, A982(July 4, 2011))。
この画像形成装置は、外光のほとんど入らない物体の「内部」を主に観察する目的の内視鏡など画像形成装置である。図1に装置全体模式図を示す。
レーザ14A〜14Fから発せられた光は、レーザ14A〜14Fに接続された光ファイバ16内を導光し、コンバイナ18に入射して混合される。混合された光は、1本の光ファイバ20内を導光し、スコープ挿入部24の先端に設置された照明配光変換部材22に入射する。照明配光変換部材22に入射した混合光は、その配光が被写体観察に適した状態に調整され、前方にある被写体に照射される。
この実施形態では、1フレームは、第1サブフレームと第2サブフレームの2期間のサブフレームで構成される。ここで、1フレームとは、選択されている観察モード(動画)に対し、それぞれを単位構成する静止画(フレーム)情報すべてを取得する1期間のことをいう。
この実施形態では、通常観察モードと血管深さ観察モードと酸素飽和度観察モードと微細血管観察モードの全4種が選択可能である。
レーザ波長別像情報算出手段30によるレーザ波長別像情報の算出方法の一例を説明する。この算出方法は、簡易的な算出方法である。
レーザ波長別像情報算出手段30によるレーザ波長別像情報の算出方法の別の一例を説明する。
DG=IL×SL×VL×GL+IM×SM×VM×GM+IN×SN×VN×GN
DB=IL×SL×VL×BL+IM×SM×VM×BM+IN×SN×VN×BN
このうち、IL、VL、RL、IM、VM、RM、IN、VN、RN、IL、VL、GL、IM、VM、GM、IN、VN、GN、IL、VL、BL、IM、VM、BM、IN、VN、BNは事前に把握可能であり、DR、DG、DBは撮像することによって各画素について取得可能である。そのため、上記関係式は、未知数がSL、SM、SNの3種だけ残る3連立1次方程式となり、各画素に対するレーザ波長別反射率を算出可能となる。レーザ波長別反射率を画素毎に取得することにより、それが被写体に対する2次元のレーザ波長別像情報となる。
第2サブフレームについても同様である。
カラー撮像手段26は、受光光量に応じた光電変換を行い、電気信号群をレーザ波長別像情報取得手段28に送信する。レーザ波長別像情報取得手段28では、レーザ波長別像情報算出手段30が、上記のようなプロセスに従ってレーザ波長別像情報を算出し、その情報をレーザ波長別像情報分配手段32に送信する。
レーザ波長別像情報分配手段32は、例えば、レーザ波長別像情報を一時的に蓄積した後に、レーザ波長別像情報を分配送信する。この構成例に従った画像形成のプロセスフローの一例を図8に示す。
上記では、レーザ波長別像情報分配手段32が、レーザ波長別像情報を蓄積する構成例を説明したが、別の構成例として、レーザ波長別像情報分配手段32がレーザ波長別像情報を蓄積する代わりに、画像形成手段36がレーザ波長別像情報を蓄積してもよい。この構成例に従った画像形成のプロセスフローの一例を図9に示す。
より画像再現性の高い像情報を取得するため、1フレーム内において同じレーザを複数回点灯してもよい。上記のように3未知数に対して3連立1次方程式を解くのではなく、4連立以上の1次方程式で3未知数を解くことによって、より正確な像情報とすることができる。
レーザを用いて通常光や特殊光などすべての観察モードを構成しているため、どのモードに対してもファイバなど細径導光部材に高効率に導入しやすい利点が得られ、LEDや気体光源と比べてかなり明るさ改善を実現することができる。
本実施形態では、カラーフィルタ種類数よりも多いレーザが一度に点灯される。
〈駆動方法〉
この実施形態では、1フレームは、第1サブフレームと第2サブフレームの2期間のサブフレームで構成される
第1サブフレームでは、420nmの波長の光を発するレーザ14Aと、450nmの波長の光を発するレーザ14Bと、530nmの波長の光を発するレーザ14Cと、590nmの波長の光を発するレーザ14Dと、660nmの波長の光を発するレーザ14Eと、730nmの波長の光を発するレーザ14Fが点灯される。第1サブフレーム中に照射されるレーザ光とカラーフィルタスペクトルの関係を図10に示す。
第1及び第2サブフレーム中に点灯される6つのレーザが発する光の波長をそれぞれ、L、M、N、O、P、Q(nm)とする。
DG=IL×SL×VL×GL+IM×SM×VM×GM+IN×SN×VN×GN+IO×SO×VO×GO+IP×SP×VP×GP+IQ×SQ×VQ×GQ
DB=IL×SL×VL×BL+IM×SM×VM×BM+IN×SN×VN×BN+IO×SO×VO×BO+IP×SP×VP×BP+IQ×SQ×VQ×BQ
DR’=IL’×SL×VL×RL+IM’×SM×VM×RM+IN’×SN×VN×RN+IO’×SO×VO×RO+IP’×SP×VP×RP+IQ’×SQ×VQ×RQ
DG’=IL’×SL×VL×GL+IM’×SM×VM×GM+IN’×SN×VN×GN+IO’×SO×VO×GO+IP’×SP×VP×GP+IQ’×SQ×VQ×GQ
DB’=IL’×SL×VL×BL+IM’×SM×VM×BM+IN’×SN×VN×BN+IO’×SO×VO×BO+IP’×SP×VP×BP+IQ’×SQ×VQ×BQ
このうち、I、V、R、G、Bは事前に把握可能であり、DR、DG、DB、DR’、DG’、DB’は撮像することによって各画素について取得可能である。そのため、上記関係式は、未知数がSL、SM、SN、SO、SP、SQの6種だけ残る6連立1次方程式となり、各画素に対するレーザ波長別反射率を算出可能となる。レーザ波長別反射率を画素毎に取得することにより、それが被写体に対する2次元のレーザ波長別像情報となる。
カラー撮像手段26の色分離数よりも1サブフレーム内で点灯しているレーザ数が多いため、カラー撮像手段26が受光する光量が大きくなる。このため、1サブフレームの露光時間を短くすることができ、動画性能が向上する。また、光量が大きくなるため、カラー撮像手段26による低光量時ノイズが発生しにくく、レーザ波長別像情報を正確に取得できる。このため、そこから構築される様々な観察モード画像の再現性が向上する。
本実施形態は、カラーフィルタを用いたカラー撮像手段の代わりに、色分離機能を持たないモノクロ撮像手段を使用した例である。図12に装置全体模式図を示す。
画像形成装置は、被写体からの光を受けて画像信号を出力するモノクロ撮像手段50と、モノクロ撮像手段50から出力される画像信号から、レーザ14A〜14Fから発せられる光の複数の中心波長にそれぞれ対応する複数のレーザ波長別像情報を取得するレーザ波長別像情報取得手段52を有している。
〈駆動方法〉
この実施形態では、1フレームは、第1サブフレームと第2サブフレームと第3サブフレームと第4サブフレームと第5サブフレームと第6サブフレームの6期間のサブフレームで構成される。
この実施形態でも、第1実施形態と同じく、通常観察モードと血管深さ観察モードと酸素飽和度観察モードと微細血管観察モードの全4種が選択可能である。
レーザ波長別像情報算出手段54によるレーザ波長別像情報の算出方法を説明する。
第1実施形態と同様、IL、VL、MLは事前に把握可能であり、Dは撮像することによって各画素について取得可能である。そのため、未知数がSLの1種だけ残る独立1次方程式となり各画素に対するレーザ波長別反射率を算出可能となる。
より画像再現性の高い像情報を取得するため、1フレーム内で複数回同じレーザを照射してもよい。上記のように6つの未知数に対して6つのそれぞれ独立した1次方程式を解くのではなく、7つ以上の独立した1次方程式で6つの未知数を解くことによって、より正確な像情報とすることができる。特に被写体が限定されている使用用途の装置の場合、像情報に誤差が生じやすい波長が存在することがある。そのような場合、そのレーザ波長の光に関しては複数回光量を変えたり変えなかったりして照射することによって、より正確なレーザ波長別像情報を算出することができる。
モノクロ撮像手段50を使用しているため、画素がそのまま絵素となり、カラー撮像手段26よりも高解像度化できる。
Claims (7)
- 複数の観察モードにおける被写体の観察画像を形成する画像形成装置であり、
被写体に照射される互いに異なる複数の中心波長の光をそれぞれ発する複数のレーザと、
被写体からの光を受けて画像信号を出力する撮像手段と、
前記撮像手段から出力される画像信号から、前記複数のレーザが発する光の中心波長に対する複数の波長別像情報を取得する波長別像情報取得手段と、
前記波長別像情報取得手段から供給される波長別像情報を組み合わせて各観察モードにおける観察画像を形成する画像形成手段を有している、画像形成装置。 - 前記複数の観察モードの一つにおける観察画像形成に使用される波長別像情報の少なくとも一部が、前記複数の観察モードの別の一つにおける観察画像形成に利用される、請求項1に記載の画像形成装置。
- 前記画像形成手段は、前記複数の観察モードにそれぞれ対応する複数の画像形成部を有し、
前記波長別像情報取得手段は、各観察モードに必要とされる波長別像情報を前記複数の波長別像情報から選択して各観察モードに対応する画像形成部に分配送信する波長別像情報分配手段を有している、請求項2に記載の画像形成装置。 - 前記波長別像情報分配手段は、各観察モードに適したレーザの組み合わせを記憶しており、このレーザの組み合わせの情報に従って各観察モードにおける波長別像情報の分配送信を行う、請求項3に記載の画像形成装置。
- 1フレーム内において撮像が繰り返されるサブフレーム数が、選択されている複数の観察モード数と異なっている、請求項4に記載の画像形成装置。
- 前記撮像手段の有する波長感度特性の異なる画素種類の数をN、選択されている前記観察モードに対応した前記波長別像情報の数をL、1フレーム内のサブフレーム数をSとすると、N×S≧Lを満たしている、請求項5に記載の画像形成装置。
- 1回のサブフレーム中に被写体に照射される光に含まれる前記中心波長の数は、常に前記Nよりも少ない、請求項6に記載の画像形成装置。
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