JP6263140B2 - 光源装置及び電子内視鏡システム - Google Patents

Description

本発明は、被写体に光を照射する光源装置に関する。

特殊な画像を撮影することが可能な内視鏡システムが知られている。例えば特許文献１や特許文献２に、この種の内視鏡システムの具体的構成が記載されている。

特許文献１や特許文献２に記載の内視鏡システムは、光源装置を備えている。特許文献１に記載の光源装置には、回転フィルタが搭載されている。この回転フィルタには、３つの光バンドパスフィルタ（５５０ｎｍ帯の光を選択的に透過させる光バンドパスフィルタが２つ、６５０ｎｍ帯の光を選択的に透過させる光バンドパスフィルタが１つ）と白色光を透過させる通常観察用フィルタが円周方向に並べて配置されている。コントローラは、回転フィルタを一定の回転周期で回転駆動させて、各フィルタを白色光の光路に順次挿入し、各フィルタを透過した照射光による生体組織の撮像を順次行う。コントローラは、各光バンドパスフィルタを用いて撮像された画像のデータに基づいて生体組織中の生体分子の分布を示す画像（例えばヘモグロビンの酸素飽和度の分布を示す画像）を生成し、生成された分布画像を、通常観察用フィルタを用いて撮像された通常観察画像と並べて表示画面内に表示させる。

特許文献２に記載の光源装置には、光学フィルタが搭載されている。この光学フィルタは、ヘモグロビンの吸収が大きい帯域に透過ピークを有する狭帯域フィルタであり、狭帯域観察画像の撮像時には照射光の光路に配置され、通常観察画像の撮像時には照射光の光路より退避される。コントローラは、狭帯域フィルタを用いて撮像された狭帯域観察画像や、狭帯域フィルタを用いないで撮像された通常観察画像を表示画面内に表示させる。

国際公開第２０１４／１９２７８１号パンフレット 特開２０１４−３６７５９号公報

撮像可能な特殊画像の種類を増やすため、特許文献１に記載の光源装置に特許文献２に記載の狭帯域フィルタを組み合わせる構成が考えられる。すなわち、特許文献１に記載の回転フィルタ、特許文献２に記載の狭帯域フィルタのそれぞれを照射光の光路に配置する構成が考えられる。この構成において、通常観察画像と分布画像を撮像する場合は、狭帯域フィルタが照射光の光路より退避され、狭帯域観察画像を撮像する場合は、回転フィルタが照射光の光路より退避される。しかし、この構成では、回転フィルタ、狭帯域フィルタのそれぞれを光路より退避させる機構が必要であることから、光源装置の製造コストが高くなると共に光源装置が大型化してしまう。

そこで、本発明の一実施形態に係る光源装置は、照射光を射出する光源と、外周側と内周側の夫々の周領域に複数の光通過領域が円周方向に並べて配置された回転式ターレットと、光源と回転式ターレットとを相対移動させることにより、回転式ターレットの外周側と内周側の一方の周領域を照射光の光路に配置する配置手段と、回転式ターレットを回転させることにより、光路上の周領域に配置される複数の光通過領域を所定の撮像周期と同期したタイミングで該光路に順次挿入する駆動手段とを備える構成となっている。回転式ターレットは、外周側の周領域に第一の数の光通過領域が配置され、内周側の周領域に第一の数と異なる第二の数の光通過領域が配置されている。また、駆動手段は、光路上の周領域に配置される複数の光通過領域が撮像周期と同期したタイミングで該光路に順次挿入されるように、該光路上の周領域に配置される光通過領域の数に応じて回転式ターレットの回転周期を制御する。

本発明の一実施形態によれば、単一の回転式ターレットに全ての光通過領域が配置されているため、ターレットの数が一つに抑えられると共に回転式ターレット用の退避機構が不要となる。そのため、光源装置の製造コストが抑えられると共に光源装置の大型化が抑えられる。

また、本発明の一実施形態において、回転式ターレットの外周側、内周側の各周領域に配置される光通過領域は、光源より入射される照射光から特定の波長域の光を取り出す特定波長光通過領域と、該照射光に含まれる白色光を通過させる白色光通過領域を含む構成としてもよい。

また、本発明の一実施形態において、回転式ターレットの外周側と内周側の一方の周領域に、透過させる光の波長域が異なる第一、第二の特定波長通過領域、及び白色光通過領域が配置される構成としてもよい。また、回転式ターレットの外周側と内周側の他方の周領域に、透過させる光の波長域が第一及び第二の特定波長通過領域と異なる第三の特定波長通過領域、及び白色光通過領域が配置される構成としてもよい。

また、本発明の一実施形態において、白色光通過領域は、例えば、白色光を透過させる光学フィルタ又は光学フィルタの無い開口部である。

また、本発明の一実施形態において、各光通過領域は、円周方向に等角度ピッチで配置された構成としてもよい。

本発明の一実施形態によれば、波長域の異なる複数種類の光を照射可能な光源装置であって、製造コスト及び装置の大型化を抑えるのに好適なものが提供される。

５５０ｎｍ付近を拡大したヘモグロビンの吸収スペクトルである。 本発明の実施形態に係る電子内視鏡システムの構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係るプロセッサに備えられる回転フィルタ部を集光レンズ側から見た正面図である。 図３中矢印Ａ方向から回転フィルタ部付近を視たときのプロセッサの内部構成を示す図である。 本発明の実施形態に係るプロセッサに備えられるスライドアクチュエータ部の概略構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る回転フィルタ部に備えられる狭帯域観察用フィルタの分光特性例を示す図である。 酸素飽和度分布画像撮像状態時における各処理のタイミング及び期間を示す図である。 狭帯域観察画像撮像状態時における各処理のタイミング及び期間を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下においては、本発明の一実施形態として電子内視鏡システムを例に取り説明する。本実施形態に係る電子内視鏡システムは、波長域の異なる光で撮像した複数の画像に基づいて被写体の生体情報（例えば酸素飽和度）を定量的に分析して画像化することが可能であり、また、特定の生体構造（例えば血管）を強調する分光画像を生成することが可能なシステムである。

［ヘモグロビンの分光特性及び酸素飽和度の計算原理］
本実施形態に係る電子内視鏡システムの構成を詳細に説明する前に、ヘモグロビンの分光特性と、本実施形態における酸素飽和度の計算原理について説明する。

図１に、５５０ｎｍ付近のヘモグロビンの吸収スペクトルを示す。ヘモグロビンは、５５０ｎｍ付近にポルフィリンに由来するＱ帯と呼ばれる強い吸収帯を有している。ヘモグロビンの吸収スペクトルは、酸素飽和度（全ヘモグロビンのうち酸素化ヘモグロビンが占める割合）に応じて変化する。図１における実線の波形は、酸素飽和度が１００％の場合の（すなわち、酸素化ヘモグロビンHbOの）吸収スペクトルを示し、長破線の波形は、酸素飽和度が０％の場合の（すなわち、還元ヘモグロビンHbの）吸収スペクトルを示す。また、短破線は、その中間の酸素飽和度（１０、２０、３０、・・・９０％）におけるヘモグロビン（酸素化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの混合物）の吸収スペクトルを示す。

図１に示されるように、Ｑ帯において、酸素化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンは互いに異なるピーク波長を有している。具体的には、酸素化ヘモグロビンは、波長５４２ｎｍ付近に吸収ピークＰ１を有しており、波長５７８ｎｍ付近に吸収ピークＰ３を有している。一方、還元ヘモグロビンは、５５８ｎｍ付近に吸収ピークＰ２を有している。図１は、各成分（酸素化ヘモグロビン、還元ヘモグロビン）の濃度の和が一定となる２成分系の吸収スペクトルであるため、各成分の濃度（すなわち酸素飽和度）によらず吸収が一定となる等吸収点Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４が現れる。以下の説明では、等吸収点Ｅ１とＥ２とで挟まれた波長領域を「波長域Ｒ１」と記し、等吸収点Ｅ２とＥ３とで挟まれた波長領域を「波長域Ｒ２」と記し、等吸収点Ｅ３とＥ４とで挟まれた波長領域を「波長域Ｒ３」と記す。また、等吸収点Ｅ１とＥ４とで挟まれた波長領域（すなわち波長域Ｒ１、Ｒ２及びＲ３を合わせたもの）を「波長域Ｒ０」と記す。

図１に示されるように、隣接する等吸収点間では、酸素飽和度に対して吸収が単調に増加又は減少する。また、隣接する等吸収点間では、ヘモグロビンの吸収は、酸素飽和度に対してほぼ線形的に変化する。

具体的には、波長域Ｒ１、Ｒ３におけるヘモグロビンの吸収Ａ_Ｒ１、Ａ_Ｒ３は酸素化ヘモグロビンの濃度（酸素飽和度）に対して線形的に単調増加し、波長域Ｒ２におけるヘモグロビンの吸収Ａ_Ｒ２は還元ヘモグロビンの濃度（１−酸素飽和度）に対して線形的に単調増加する。従って、次式（１）により定義される指標Ｘは、酸素化ヘモグロビンの濃度（酸素飽和度）に対して線形的に単調増加する。
（式１）
Ｘ＝（Ａ_Ｒ１＋Ａ_Ｒ３）-Ａ_Ｒ２

従って、予め実験的に酸素飽和度と指標Ｘとの定量的な関係を取得すれば、指標Ｘの値から酸素飽和度を計算することができる。

［電子内視鏡システムの構成］
図２は、本実施形態に係る電子内視鏡システム１の構成を示すブロック図である。図２に示されるように、電子内視鏡システム１は、電子スコープ１００、プロセッサ２００及びモニタ３００を備えている。

プロセッサ２００は、システムコントローラ２０２及びタイミングコントローラ２０４を備えている。システムコントローラ２０２は、メモリ２１２に記憶された各種プログラムを実行し、電子内視鏡システム１全体を統括的に制御する。また、システムコントローラ２０２は、操作パネル２１４に接続されている。システムコントローラ２０２は、操作パネル２１４より入力される術者からの指示に応じて、電子内視鏡システム１の各動作及び各動作のためのパラメータを変更する。タイミングコントローラ２０４は、各部の動作のタイミングを調整するクロックパルスを電子内視鏡システム１内の各回路に出力する。

ランプ２０８は、ランプ電源イグナイタ２０６による始動後、照射光Ｌを射出する。ランプ２０８は、例えば、キセノンランプ、ハロゲンランプ、水銀ランプ、メタルハライドランプ等の高輝度ランプやＬＥＤ（Light Emitting Diode）である。照射光Ｌは、主に可視光領域から不可視である赤外光領域に広がるスペクトルを持つ光（又は少なくとも可視光領域を含む白色光）である。

ランプ２０８より射出された照射光Ｌは、回転フィルタ部２６０に入射される。図３は、回転フィルタ部２６０を集光レンズ２１０側から見た正面図である。図４は、図３中矢印Ａ方向から回転フィルタ部２６０付近を視たときのプロセッサ２００の内部構成を示す図である。図２〜図４に示されるように、回転フィルタ部２６０は、回転式ターレット２６１、ＤＣモータ２６２、ドライバ２６３、フォトインタラプタ２６４及びスライドアクチュエータ部２６５を備えている。

図３に示されるように、回転式ターレット２６１の外周側、内周側のそれぞれの周領域に、異なる種類・数の光学フィルタが配置されている。具体的には、回転式ターレット２６１の外周側の周領域には、第一の酸素飽和度観察用フィルタＦｓ１、通常観察用フィルタＦｎ、第二の酸素飽和度観察用フィルタＦｓ２が円周方向に順に並べて配置されており、回転式ターレット２６１の内周側の周領域には、通常観察用フィルタＦｎ、狭帯域観察用フィルタＦｓ３が円周方向に順に並べて配置されている。各光学フィルタは、扇形状を有しており、外周側では１２０°の角度ピッチで配置されており、内周側では１８０°の角度ピッチで配置されている。また、各光学フィルタは、何れも誘電体多層膜フィルタであるが、他の方式の光学フィルタ（例えば、誘電体多層膜を反射膜として用いたエタロンフィルタ等）であってもよい。

第一の酸素飽和度観察用フィルタＦｓ１は、５５０ｎｍ帯の光を選択的に透過させる光バンドパスフィルタである。図１に示されるように、第一の酸素飽和度観察用フィルタＦｓ１は、等吸収点Ｅ１からＥ４までの波長域（すなわち、波長域Ｒ０）の光を低損失で透過させ、それ以外の波長領域の光を遮蔽する分光特性を持つ。第二の酸素飽和度観察用フィルタＦｓ２は、等吸収点Ｅ２からＥ３までの波長域（すなわち、波長域Ｒ２）の光を低損失で透過させ、それ以外の波長領域の光を遮蔽する分光特性を持つ。

通常観察用フィルタＦｎは、紫外線カットフィルタである。通常観察用フィルタＦｎは、単なる開口（光学フィルタの無いもの）や絞り機能を兼ねたスリット（光学フィルタの無いもの）に置き換えてもよい。

図６に、狭帯域観察用フィルタＦｓ３の分光特性を２つ例示する。図６（ａ）、図６（ｂ）の各図中、縦軸は、正規化された透過率を示し、横軸は波長（単位：ｎｍ）を示す。図６（ａ）、図６（ｂ）の各図に示されるように、狭帯域観察用フィルタＦｓ３は、ヘモグロビンに対する吸収特性の高い波長域（４２０ｎｍ付近や５５０ｎｍ付近の波長域）にピークを持つ半値幅の狭い透過特性を持つ。４２０ｎｍ付近の波長域の光は表層付近の血管構造を観察するのに適しており、５５０ｎｍ付近の波長域の光は深層の血管構造を観察するのに適している。

図５は、スライドアクチュエータ部２６５の概略構成を示す図である。図５に示されるように、スライドアクチュエータ部２６５は周知の構成を有したものであり、回転式ターレット２６１を照射光Ｌの光路（図５では紙面に対して垂直な方向）と直交する方向（以下、「光路直交方向」と記す。）にスライドさせることができる。

スライドアクチュエータ部２６５は、光路直交方向に延びるガイドレール２６５ａを有している。ガイドレール２６５ａには、支持フレーム２６５ｂがガイドレール２６５ａの軸線方向（光路直交方向）にスライド可能に保持されている。支持フレーム２６５ｂにはＤＣモータ２６２が保持されている。ＤＣモータ２６２は、モータ軸２６２ａが回転式ターレット２６１の中心を貫通する軸受穴に圧入されている。

スライドアクチュエータ部２６５は、術者による操作パネル２１４の操作に従って駆動するステッピングモータ２６５ｃを有している。ステッピングモータ２６５のモータ軸には、両端が支持ブラケット２６５ｄにより回転可能に支持されたリードスクリュ２６５ｅが連結している。リードスクリュ２６５ｅには、リードナット２６５ｆがリードスクリュ２６５ｅの回転に伴ってリードスクリュ２６５ｅの軸線方向（ガイドレール２６５ａの軸線方向と平行な方向であって、光路直交方向）に進退可能に保持されている。リードナット２６５ｆと支持フレーム２６５ｂは、アーム２６５ｇを介して連結されている。

ステッピングモータ２６５ｃが術者の操作に従って駆動すると、リードスクリュ２６５ｅが回転し、リードナット２６５ｆがリードスクリュ２６５ｅの回転に応じて光路直交方向（リードスクリュ２６５ｅの軸線方向）に進退する。アーム２６５ｇを介してリードナット２６５ｆと連結された支持フレーム２６５ｂは、リードナット２６５ｆと共に光路直交方向（ガイドレール２６５ａの軸線方向）にスライドする。これにより、支持フレーム２６５ｂに保持されたＤＣモータ２６２及びＤＣモータ２６２のモータ軸２６２ａに軸支された回転式ターレット２６１が光路直交方向に移動する。

スライドアクチュエータ部２６５が回転式ターレット２６１を光路直交方向に移動させると、ランプ２０８（照射光Ｌの光路）に対する回転式ターレット２６１の位置がシフトする。回転式ターレット２６１の外周側の周領域が照射光Ｌの光路に配置されている場合は、回転式ターレット２６１が光路直交方向にシフトすることにより、回転式ターレット２６１の内周側の周領域が照射光Ｌの光路に配置され、回転式ターレット２６１の内周側の周領域が照射光Ｌの光路に配置されている場合は、回転式ターレット２６１が光路直交方向にシフトすることにより、回転式ターレット２６１の外周側の周領域が照射光Ｌの光路に配置される。

ドライバ２６３は、システムコントローラ２０２による制御下でＤＣモータ２６２を駆動する。ＤＣモータ２６２は、ドライバ２６３より駆動電流が供給されると、回転式ターレット２６１をモータ軸２６２ａ中心に一定速度で回転させる。

回転式ターレット２６１の外周側の周領域が照射光Ｌの光路に配置されている場合を考える。以下、回転式ターレット２６１の外周側の周領域が照射光Ｌの光路に配置されている状態を「酸素飽和度分布画像撮像状態」と記す。酸素飽和度分布画像撮像状態では、ドライバ２６３は、回転式ターレット２６１の外周側の周領域に配置される光学フィルタが３つであることから、回転式ターレット２６１を３フレーム期間で一回転する速度で回転させる。これにより、第一の酸素飽和度観察用フィルタＦｓ１、通常観察用フィルタＦｎ、第二の酸素飽和度観察用フィルタＦｓ２の各光学フィルタが撮像周期（フレーム周期）と同期したタイミングで照射光Ｌの光路に順次挿入される。そのため、ランプ２０８より入射された照射光Ｌから、スペクトルの異なる照射光がフレーム周期と同期したタイミングで順次取り出される。

ここで、説明の便宜上、第一の酸素飽和度観察用フィルタＦｓ１透過後の照射光Ｌを「第一の酸素飽和度観察光Ｌｓ１」と記し、第二の酸素飽和度観察用フィルタＦｓ２透過後の照射光Ｌを「第二の酸素飽和度観察光Ｌｓ２」と記し、狭帯域観察用フィルタＦｓ３透過度の照射光Ｌを「狭帯域観察光Ｌｓ３」と記し、通常観察用フィルタＦｎ透過後の照射光Ｌを「通常光Ｌｎ」と記す。

回転式ターレット２６１は、回転動作中、循環的に、第一の酸素飽和度観察用フィルタＦｓ１より第一の酸素飽和度観察光Ｌｓ１を取り出し、通常観察用フィルタＦｎより通常光Ｌｎを取り出し、第二の酸素飽和度観察用フィルタＦｓ２より第二の酸素飽和度観察光Ｌｓ２を取り出す。回転式ターレット２６１の回転位置や回転の位相は、回転式ターレット２６１の外周付近に形成された開口（不図示）をフォトインタラプタ２６４によって検出することにより制御される。なお、以降の説明において「フレーム」は「フィールド」に置き替えてもよい。本実施形態において、フレーム周期、フィールド周期はそれぞれ、１／３０秒、１／６０秒である。

回転式ターレット２６１の内周側の周領域が照射光Ｌの光路に配置されている場合を考える。以下、回転式ターレット２６１の内周側の周領域が照射光Ｌの光路に配置されている状態を「狭帯域観察画像撮像状態」と記す。狭帯域観察画像撮像状態では、ドライバ２６３は、回転式ターレット２６１の内周側の周領域に配置される光学フィルタが２つであることから、回転式ターレット２６１を２フレーム期間で一回転する速度で回転させる。これにより、通常観察用フィルタＦｎと狭帯域観察用フィルタＦｓ３とが撮像周期（フレーム周期）と同期したタイミングで照射光Ｌの光路に交互に挿入される。そのため、ランプ２０８より入射された照射光Ｌから、通常光Ｌｎと狭帯域観察光Ｌｓ３とがフレーム周期と同期したタイミングで交互に取り出される。

回転フィルタ部２６０より取り出された照射光（第一の酸素飽和度観察光Ｌｓ１、第二の酸素飽和度観察光Ｌｓ２、狭帯域観察光Ｌｓ３、通常光Ｌｎ）は、集光レンズ２１０によって集光されながら羽根絞り（不図示）を介して適正な光量に制限されて、ＬＣＢ（Light Carrying Bundle）１０２の入射端面に集光されてＬＣＢ１０２内に入射される。

ＬＣＢ１０２内に入射された照射光（第一の酸素飽和度観察光Ｌｓ１、第二の酸素飽和度観察光Ｌｓ２、狭帯域観察光Ｌｓ３、通常光Ｌｎ）は、ＬＣＢ１０２内を伝播して電子スコープ１００の先端に配置されたＬＣＢ１０２の射出端面より射出され、配光レンズ１０４を介して被写体に照射される。具体的には、酸素飽和度分布画像撮像状態では、被写体は、第一の酸素飽和度観察光Ｌｓ１、通常光Ｌｎ、第二の酸素飽和度観察光Ｌｓ２により順次照射される。また、狭帯域観察画像撮像状態では、被写体は、通常光Ｌｎと狭帯域観察光Ｌｓ３とにより交互に照射される。照射光により照射された被写体からの戻り光は、対物レンズ１０６を介して固体撮像素子１０８の受光面上で光学像を結ぶ。

固体撮像素子１０８は、ベイヤ型画素配置を有する単板式カラーＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサである。固体撮像素子１０８は、受光面上の各画素で結像した光学像を光量に応じた電荷として蓄積して、Ｒ（Red）、Ｇ（Green）、Ｂ（Blue）の画像信号を生成して出力する。なお、固体撮像素子１０８は、ＣＣＤイメージセンサに限らず、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサやその他の種類の撮像装置に置き換えられてもよい。固体撮像素子１０８はまた、補色系フィルタを搭載したものであってもよい。

回転フィルタ部２６０による各照射光の切り換えのタイミングは、固体撮像素子１０８における撮像期間（フレーム期間）の切り換えのタイミングと同期している。従って、酸素飽和度分布画像撮像状態では、固体撮像素子１０８は、１フレーム期間中、第一の酸素飽和度観察光Ｌｓ１を受光して第一の酸素飽和度観察用画像信号Ｓｓ１を生成して出力し、続く１フレーム期間中、通常光Ｌｎを受光して通常観察用画像信号Ｓｎを生成して出力し、続く１フレーム期間中、第二の酸素飽和度観察光Ｌｓ２を受光して第二の酸素飽和度観察用画像信号Ｓｓ２を生成して出力する。すなわち、固体撮像素子１０８により、第一の酸素飽和度観察用画像信号Ｓｓ１、通常観察用画像信号Ｓｎ、第二の酸素飽和度観察用画像信号Ｓｓ２が順次生成されて出力される。また、狭帯域観察画像撮像状態では、固体撮像素子１０８は、１フレーム期間中、通常光Ｌｎを受光して通常観察用画像信号Ｓｎを生成して出力し、続く１フレーム期間中、狭帯域観察光Ｌｓ３を受光して狭帯域観察用画像信号Ｓｓ３を生成して出力する。すなわち、固体撮像素子１０８により、通常観察用画像信号Ｓｎと狭帯域観察用画像信号Ｓｓ３とが１フレーム周期で交互に生成されて出力される。

電子スコープ１００の接続部内には、ドライバ信号処理回路１１０が備えられている。酸素飽和度分布画像撮像状態では、固体撮像素子１０８からドライバ信号処理回路１１０に画像信号Ｓｓ１、Ｓｎ、Ｓｓ２がフレーム周期で順次入力され、狭帯域観察画像撮像状態では、固体撮像素子１０８からドライバ信号処理回路１１０に画像信号ＳｎとＳｓ３とがフレーム周期で交互に入力される。ドライバ信号処理回路１１０は、固体撮像素子１０８より入力される画像信号に対して所定の処理を施して、プロセッサ２００の前段信号処理回路２２０に出力する。

ドライバ信号処理回路１１０はまた、メモリ１１２にアクセスして電子スコープ１００の固有情報を読み出す。メモリ１１２に記録される電子スコープ１００の固有情報には、例えば、固体撮像素子１０８の画素数や感度、動作可能なフレームレート、型番等が含まれる。ドライバ信号処理回路１１０は、メモリ１１２より読み出された固有情報をシステムコントローラ２０２に出力する。

システムコントローラ２０２は、電子スコープ１００の固有情報に基づいて各種演算を行い、制御信号を生成する。システムコントローラ２０２は、生成された制御信号を用いて、プロセッサ２００に接続されている電子スコープに適した処理がなされるようにプロセッサ２００内の各種回路の動作やタイミングを制御する。

タイミングコントローラ２０４は、システムコントローラ２０２によるタイミング制御に従って、ドライバ信号処理回路１１０にクロックパルスを供給する。ドライバ信号処理回路１１０は、タイミングコントローラ２０４から供給されるクロックパルスに従って、固体撮像素子１０８をプロセッサ２００側で処理される映像のフレームレートに同期したタイミングで駆動制御する。

酸素飽和度分布画像撮像状態では、ドライバ信号処理回路１１０から前段信号処理回路２２０に画像信号Ｓｓ１、Ｓｎ、Ｓｓ２がフレーム周期で順次入力され、狭帯域観察画像撮像状態では、ドライバ信号処理回路１１０から前段信号処理回路２２０に画像信号ＳｎとＳｓ３とがフレーム周期で交互に入力される。前段信号処理回路２２０は、ドライバ信号処理回路１１０より１フレーム周期で入力される画像信号に対して所定の信号処理を施してフレームメモリ２３０に出力する。

フレームメモリ２３０は、３つのフレームメモリ（第一のフレームメモリ２３０ｍＡ、第二のフレームメモリ２３０ｍＢ、第三のフレームメモリ２３０ｍＣ）を有している。各フレームメモリには、前段信号処理回路２２０より入力される画像信号が書き込まれる（上書きされる）。具体的には、酸素飽和度分布画像撮像状態では、第一のフレームメモリ２３０ｍＡ、第二のフレームメモリ２３０ｍＢ、第三のフレームメモリ２３０ｍＣのそれぞれに、第一の酸素飽和度観察用画像信号Ｓｓ１、第二の酸素飽和度観察用画像信号Ｓｓ２、通常観察用画像信号Ｓｎが書き込まれる。また、狭帯域観察画像撮像状態では、第一のフレームメモリ２３０ｍＡ、第三のフレームメモリ２３０ｍＣのそれぞれに、狭帯域観察用画像信号Ｓｓ３、通常観察用画像信号Ｓｎが書き込まれる。フレームメモリ２３０は、各フレームメモリの画像信号をタイミングコントローラ２０４からのクロックパルスに同期させて後段信号処理回路２４０に順次出力する。

酸素飽和度分布画像撮像状態では、後段信号処理回路２４０は、上記式（１）を用いて、フレームメモリ２３０より入力される第一の酸素飽和度観察用画像信号Ｓｓ１及び第二の酸素飽和度観察用画像信号Ｓｓ２から指標Ｘを計算する。

後段信号処理回路２４０が備える不揮発性メモリ（不図示）には、予め実験的に取得されたヘモグロビンの酸素飽和度と指標Ｘの値との定量的関係を示す数値表が記憶されている。後段信号処理回路２４０は、この数値表を参照して、上記式（１）を用いて算出された指標Ｘの値に対応する酸素飽和度ＳａｔＯ_２（ｘ，ｙ）を取得する。後段信号処理回路２４０は、取得された酸素飽和度ＳａｔＯ_２（ｘ，ｙ）に所定の定数を乗じた値を各画素（ｘ，ｙ）の画素値とする画像データ（酸素飽和度分布画像データ）を生成する。

また、後段信号処理回路２４０は、フレームメモリ２３０より入力される通常観察用画像信号Ｓｎを用いて通常観察用画像データを生成する。

後段信号処理回路２４０は、酸素飽和度分布画像データ及び通常観察用画像データを所定のビデオフォーマット信号に変換する。変換されたビデオフォーマット信号は、モニタ３００に出力される。これにより、酸素飽和度分布画像や通常観察画像がモニタ３００の表示画面に表示される。

また、狭帯域観察画像撮像状態では、後段信号処理回路２４０は、フレームメモリ２３０より入力される狭帯域観察用画像信号Ｓｓ３を用いて狭帯域観察用画像データを生成すると共に、フレームメモリ２３０より入力される通常観察用画像信号Ｓｎを用いて通常観察用画像データを生成する。

術者は、操作パネル２１４を操作することにより、観察画像の表示形態を設定することができる。観察画像の表示形態としては、例えば、同一サイズの酸素飽和度分布画像と通常観察画像（又は狭帯域観察画像と通常観察画像）とを並べて一画面に表示させる形態、一方の画像を親画面表示し、他方の画像を子画面表示する形態、術者の操作に従って選択された一方の画像を全画面表示させる形態、通常観察画像に酸素飽和度分布画像（又は狭帯域観察画像）をオーバレイ表示させる形態がある。また、表示画面には、操作パネル２１４によって入力された内視鏡観察に関する情報（例えば、術者名、患者名、観察日時、観察に使用した照射光の種別等）をスーパーインポーズ表示させることができる。

図７は、酸素飽和度分布画像撮像状態時における各処理のタイミング及び期間を示す図である。図７（ａ）は、照射光（第一の酸素飽和度観察光Ｌｓ１、通常光Ｌｎ、第二の酸素飽和度観察光Ｌｓ２）により被写体（体腔内）が照射される期間を示す。図７（ａ）に示されるように、第一の酸素飽和度観察光Ｌｓ１、通常光Ｌｎ、第二の酸素飽和度観察光Ｌｓ２の各照射光は、３フレーム毎に被写体に照射される。図７（ｂ）は、第一のフレームメモリ２３０ｍＡへの第一の酸素飽和度観察用画像信号Ｓｓ１の書き込みタイミング及び保持期間を示す。図７（ｃ）は、第二のフレームメモリ２３０ｍＢへの第二の酸素飽和度観察用画像信号Ｓｓ２の書き込みタイミング及び保持期間を示す。図７（ｄ）は、第三のフレームメモリ２３０ｍＣへの通常観察用画像信号Ｓｎの書き込みタイミング及び保持期間を示す。図７（ｅ）、図７（ｆ）、図７（ｇ）はそれぞれ、第一の酸素飽和度観察用画像信号Ｓｓ１、第二の酸素飽和度観察用画像信号Ｓｓ２、通常観察用画像信号Ｓｎがフレームメモリ２３０から読み出される期間を示す。

なお、図７の例では、フレームメモリ２３０への画像信号の書き込み開始タイミング（図７（ｂ）〜図７（ｄ））が照射光の照射開始タイミング（図７（ａ））に対して１フレーム期間遅延して示され、画像信号の読み出し開始タイミング（図７（ｅ）〜図７（ｇ））がフレームメモリへの画像信号の書き込み開始タイミングと同じタイミングで示されている。但し、これらのタイミングは、区切り良く便宜的に示されたものである。照射、書き込み、読み出しの各処理は、実際には、図７（ａ）〜図７（ｇ）に示されるタイミングで開始されるのではなく、極僅かな遅延を持って順次開始される。また、図７の例では、照射、保持、読み出しの各処理は、実行期間長が一律にフレーム単位長となっているが、これらの実行期間長も区切り良く便宜的に示されたものである。照射、保持、読み出しの各処理の実行期間長は、実際には異なる長さとなっている。

また、図７（ａ）において、照射光による照射期間は、説明の便宜上「照射光の符号（序数）」の表記で示される。例えば、図７（ａ）中、「Ｌｓ１（１）」は、第一の酸素飽和度観察光Ｌｓ１による初回の照射期間を示し、「Ｌｓ１（２）」は、第一の酸素飽和度観察光Ｌｓ１による２回目の照射期間を示す。

また、図７（ｂ）〜図７（ｄ）の各図において、フレームメモリ２３０への画像信号の書き込みタイミング及び保持期間は、説明の便宜上「画像信号の符号（序数）」の表記で示される。例えば、図７（ｂ）中、「Ｓｓ１（１）」は、第一の酸素飽和度観察光Ｌｓ１（初回）により照射された被写体の第一の酸素飽和度観察用画像信号Ｓｓ１を第一のフレームメモリ２３０ｍＡへ書き込むタイミング及び書き込まれた該画像信号の保持期間を示し、「Ｓｓ１（２）」は、第一の酸素飽和度観察光Ｌｓ１（２回目）により照射された被写体の第一の酸素飽和度観察用画像信号Ｓｓ１を第一のフレームメモリ２３０ｍＡへ書き込むタイミング及び書き込まれた該画像信号の保持期間を示す。

また、図７（ｅ）〜図７（ｇ）の各図において、画像信号の読み出し期間は、説明の便宜上「画像信号の符号（序数）」の表記で示される。例えば、図７（ｅ）中、「Ｓｓ１（１）」は、第一の酸素飽和度観察用画像信号Ｓｓ１（初回）が第一のフレームメモリ２３０ｍＡから読み出される期間を示し、「Ｓｓ１（２）」は、第一の酸素飽和度観察用画像信号Ｓｓ１（２回目）が第一のフレームメモリ２３０ｍＡから読み出される期間を示す。

図８は、狭帯域観察画像撮像状態時における各処理のタイミング及び期間を示す、図７と同様の図である。図８（ａ）は、照射光（通常光Ｌｎ、狭帯域観察光Ｌｓ３）により被写体（体腔内）が照射される期間を示す。図８（ａ）に示されるように、通常光Ｌｎ、狭帯域観察光Ｌｓ３の各照射光は、２フレーム毎に被写体に照射される。図８（ｂ）は、第一のフレームメモリ２３０ｍＡへの狭帯域観察用画像信号Ｓｓ３の書き込みタイミング及び保持期間を示す。図８（ｄ）は、第三のフレームメモリ２３０ｍＣへの通常観察用画像信号Ｓｎの書き込みタイミング及び保持期間を示す。図８（ｅ）、図８（ｇ）はそれぞれ、狭帯域観察用画像信号Ｓｓ３、通常観察用画像信号Ｓｎがフレームメモリ２３０から読み出される期間を示す。なお、狭帯域観察画像撮像状態時には、図８（ｃ）及び図８（ｆ）に示されるように、第二のフレームメモリ２３０ｍＢへの画像信号の書き込み及び読み出しはない。

本実施形態によれば、単一の回転式ターレット２６１に全ての光学フィルタが配置されているため、ターレットの数が一つに抑えられると共にターレット用の退避機構が不要となる。そのため、光源装置（プロセッサ２００）の製造コストが抑えられると共にプロセッサ２００の大型化が抑えられる。また、光学フィルタが回転式ターレット２６１の外周側と内周側の各周領域に分けて配置されているため、照射光Ｌの光路への各光学フィルタの挿入の周期が酸素飽和度分布画像撮像状態、狭帯域観察画像撮像状態の各状態で長くならず、各種画像のリフレッシュレートの低下が避けられる。

また、図７及び図８に示されるように、回転式ターレット２６１の回転周期が酸素飽和度分布画像撮像状態と狭帯域観察画像撮像状態とで切替制御される。これにより、酸素飽和度分布画像撮像状態において、第一の酸素飽和度観察光Ｌｓ１、通常光Ｌｎ、第二の酸素飽和度観察光Ｌｓ２が撮像周期（フレーム周期）と同期したタイミングで被写体に順次照射されつつ、狭帯域観察画像撮像状態においても、通常光Ｌｎ、狭帯域観察光Ｌｓ３が撮像周期（フレーム周期）と同期したタイミングで被写体に順次照射される。そのため、酸素飽和度分布画像撮像状態において適正な酸素飽和度分布画像や通常観察画像が得られると共に、狭帯域観察画像撮像状態においても適正な通常観察画像や狭帯域観察画像が得られる。

以上が本発明の例示的な実施形態の説明である。本発明の実施形態は、上記に説明したものに限定されず、本発明の技術的思想の範囲において様々な変形が可能である。例えば、明細書中に例示的に明示される実施形態等又は自明な実施形態等を適宜組み合わせた内容も本願の実施形態に含まれる。

上記の実施形態では、光源装置をプロセッサ２００に内蔵しているが、別の実施形態では、プロセッサ２００と光源装置とを分離した構成としてもよい。この場合、プロセッサ２００と光源装置との間でタイミング信号を送受信するための有線又は無線の通信手段が設けられる。

また、上記の実施形態では、第一の酸素飽和度観察用フィルタＦｓ１、第二の酸素飽和度観察用フィルタＦｓ２、狭帯域観察用フィルタＦｓ３、通常観察用フィルタＦｎが回転式ターレット２６１に配置されているが、別の実施形態では、赤外光観察用フィルタや蛍光観察用フィルタなど、他の分光特性を持つ光学フィルタが回転式ターレット２６１に配置されてもよい。

また、上記の実施形態では、回転フィルタ２６０部がランプ２０８側に設けられ、照射光Ｌに対してフィルタリングを行う構成が採用されているが、本発明はこの構成に限らない。例えば、回転フィルタ部２６０が固体撮像素子１０８側に設けられ、被写体からの戻り光に対してフィルタリングを行う構成が採用されてもよい。

また、上記の実施形態では、回転式ターレット２６１の外周側の周領域に、第一の酸素飽和度観察用フィルタＦｓ１、通常観察用フィルタＦｎ、第二の酸素飽和度観察用フィルタＦｓ２が配置され、回転式ターレット２６１の内周側の周領域に、通常観察用フィルタＦｎ、狭帯域観察用フィルタＦｓ３が配置されているが、別の実施形態では、外周側と内周側に配置される光学フィルタが上記と逆であってもよい。

１ 電子内視鏡システム
１００ 電子スコープ
１０２ ＬＣＢ
１０４ 配光レンズ
１０６ 対物レンズ
１０８ 固体撮像素子
１１０ ドライバ信号処理回路
１１２ メモリ
２００ プロセッサ
２０２ システムコントローラ
２０４ タイミングコントローラ
２０６ ランプ電源イグナイタ
２０８ ランプ
２１０ 集光レンズ
２１２ メモリ
２１４ 操作パネル
２２０ 前段信号処理回路
２３０ フレームメモリ
２３０ｍＡ 第一のフレームメモリ
２３０ｍＢ 第二のフレームメモリ
２３０ｍＣ 第三のフレームメモリ
２４０ 後段信号処理回路
２６０ 回転フィルタ部
２６１ 回転式ターレット
Ｆｓ１、Ｆｓ２ 酸素飽和度観察用フィルタ
Ｆｓ３ 狭帯域観察用フィルタ
Ｆｎ 通常観察用フィルタ
２６２ ＤＣモータ
２６３ ドライバ
２６４ フォトインタラプタ
２６５ スライドアクチュエータ部

Claims (5)

1. 照射光を射出する光源と、
   外周側と内周側の夫々の周領域に複数の光通過領域が円周方向に並べて配置された回転式ターレットと、
   前記光源と前記回転式ターレットとを相対移動させることにより、前記外周側と前記内周側の一方の周領域を前記照射光の光路に配置する配置手段と、
   前記回転式ターレットを回転させることにより、前記光路上の周領域に配置される複数の光通過領域を所定の撮像周期と同期したタイミングで該光路に順次挿入する駆動手段と、
   を備え、
   前記回転式ターレットは、
   前記外周側の周領域に第一の数の光通過領域が配置され、前記内周側の周領域に前記第一の数と異なる第二の数の光通過領域が配置されており、
   前記駆動手段は、
   前記光路上の周領域に配置される複数の光通過領域が前記撮像周期と同期したタイミングで該光路に順次挿入されるように、該光路上の周領域に配置される光通過領域の数に応じて前記回転式ターレットの回転周期を制御し、
   前記外周側、前記内周側の各周領域に配置される光通過領域は、
   前記光源より入射される照射光から特定の波長域の光を取り出す特定波長光通過領域と、該照射光に含まれる白色光を通過させる白色光通過領域を含む、
   光源装置。
2. 前記外周側と前記内周側の一方の周領域には、
   透過させる光の波長域が異なる第一、第二の特定波長通過領域、及び前記白色光通過領域が配置され、
   前記外周側と前記内周側の他方の周領域には、
   透過させる光の波長域が第一及び第二の特定波長通過領域と異なる第三の特定波長通過領域、及び前記白色光通過領域が配置されている、
   請求項１に記載の光源装置。
3. 前記白色光通過領域は、
   前記白色光を透過させる光学フィルタ又は光学フィルタの無い開口部である、
   請求項１又は請求項２に記載の光源装置。
4. 前記外周側の各前記光通過領域は、
   前記円周方向に第一の等角度ピッチで配置され、
   前記内周側の各前記光通過領域は、
   前記円周方向に前記第一の等角度ピッチと異なる第二の等角度ピッチで配置されている、
   請求項１から請求項３の何れか一項に記載の光源装置。
5. 請求項１から請求項４の何れか一項に記載の光源装置を備える、
   電子内視鏡システム。

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