JP6580646B2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、蛍光物質を含む被写体を撮影し、その映像を表示する撮像装置、特に、入射する可視光（Ｒ／Ｇ／Ｂ）と、ＩＲ光のフォーカスずれを補正でき、さらに、これらのレベルも補正することができる撮像装置に関するものである。

従来から、４色分解プリズムを用いた撮像装置や、内視鏡による撮像システムなどが知られている。つまり、撮影において、レンズに入射してくる入射光をＲ／Ｇ／Ｂの各成分と、ＩＲ成分とに分解することができる分解プリズムを用いるというものである。

例えば、特許文献１には、患部からの光を青色成分、赤色成分、緑色成分にそれぞれ分解する青色分解プリズム、赤色分解プリズム及び緑色分解プリズムと、前記患部からの光をＩＲ成分に分解するＩＲ分解プリズムとを備えた４色分解プリズムと、前記青色分解プリズムに設置され、分解された前記青色成分を電気信号に変換する青色イメージセンサと、前記赤色分解プリズムに設置され、分解された前記赤色成分を電気信号に変換する赤色イメージセンサと、前記緑色分解プリズムに設置され、分解された前記緑色成分を電気信号に変換する緑色イメージセンサと、前記ＩＲ分解プリズムに設置され、分解されたＩＲ成分を電気信号に変換するＩＲイメージセンサと、変換された各電気信号からＲＧＢ信号とＩＲ信号とを出力する信号出力部とを備え、前記ＩＲ分解プリズムは、前記青色分解プリズム、前記赤色分解プリズム及び前記緑色分解プリズムよりも前記患部からの光の入射に対して対物側に位置され、前記青色成分、前記赤色成分及び前記緑色成分の光を透過させる内視鏡が開示されている。

また、特許文献２には、可視光波長帯域に属する光と蛍光波長帯域に属する光とを分離するダイクロイック膜を有する色分解プリズムと、前記色分解プリズムの後段に設けられ、前記ダイクロイック膜により分離された前記蛍光波長帯域に属する光が結像する蛍光画像撮像用撮像素子と、前記色分解プリズムの後段に設けられ、前記ダイクロイック膜により分離された前記可視光波長帯域に属する光が結像する可視光画像撮像用撮像素子と、前記色分解プリズムと、前記蛍光画像撮像用撮像素子との間に配置され、光軸に対して垂直な入射面を有するバンドパスフィルタとを備え、前記色分解プリズムを経て前記蛍光画像撮像用撮像素子に結像する蛍光用光路の光路長と、前記色分解プリズムを経て前記可視光画像撮像用撮像素子に結像する可視光用光路の光路長と、の光路差が、前記色分解プリズムの前段に装着される結像レンズによって生じる蛍光結像位置と可視光結像位置とのズレ量に対応するように、前記蛍光画像撮像用撮像素子及び前記可視光画像撮像用撮像素子が配設される撮像装置が開示されている。

そして、この撮像装置では、蛍光画像撮像用撮像素子と、可視光画像撮像用撮像素子が、光路長のズレに対応するようにそれぞれ固定、または、距離を可変できる構造を採用しており、可視光波長帯域のＲＧＢと、蛍光波長帯域のＩＲの焦点ズレを調整するとしている。

特許第６０２５１３０号公報 特開２０１７−５３８９０号公報

しかしながら、上記特許文献１の開示技術は、蛍光物質であるインドシアニングリーン（以下、ＩＣＧ）を用いる撮像への応用を期待しているが、分光特性については論じられていない。また、ＩＣＧなどの励起光は、波長が７５０ｎｍ〜８１０ｎｍであるが、本開示技術の図中にある特性であると、８００ｎｍ以下でも感度があるため、ＲＧＢ成分に漏れ込み、その結果、合成画像などに支障をきたすおそれがある。

またさらに、通常、ＲＧＢとＩＲでは、焦点位置が異なるため、フォーカスずれが起きるが、上記特許文献１の開示技術の場合、センサー接合毎に、使用するレンズ系にて接合して焦点位置を補正することが必要となり、構造が複雑なものとなってしまう。そして、こういった技術において重要なＩＲの感度向上については、周辺画素との加算のみで対応しており、望まれる感度を得ることが難しいと考えられる。

また、上記特許文献２の開示技術は、上述の通り、ＲＧＢとＩＲの焦点ズレに対応して、蛍光画像撮像用撮像素子と、可視光画像撮像用撮像素子が、光路長のズレに対応するようにそれぞれ固定、または、距離を可変できる構造となっているが、やはり、構造が複雑なものとなってしまう。

本発明は、上述の課題を解決するためのもので、ＩＣＧなどの励起光のＲＧＢへの漏れ込みを防ぐとともに、装置全体として複雑な構造としなくとも、可視光とＩＲ光の焦点ズレを補正することができ、また、可視光とＩＲ光のレベルも補正することができる撮像装置を提供することにある。

上述の課題に対応するため、本発明は、以下の技術的手段を講じている。
即ち、請求項１記載の発明は、蛍光物質を含んだ被写体に、前記蛍光物質を励起させる励起光と、前記被写体を照明する光を照射する光照射部と、マウントされたレンズに入射する前記被写体からの入射光をＲ成分・Ｇ成分・Ｂ成分、及び、ＩＲ成分に、それぞれ分解する４色分解手段と、前記４色分解手段により分解された各入射光を受光し、それぞれ光電変換するイメージセンサと、前記イメージセンサによる光電変換で取得される電気信号から映像信号を生成し、出力する映像信号出力部と、前記映像信号出力部により出力された映像信号に基づいて映像を表示する映像表示手段と、前記レンズと、前記４色分解手段との間に介在させ、前記励起光の波長帯域近傍を通過させないバンドパスフィルタと、前記バンドパスフィルタと、前記レンズとの間に介在させる補正フィルタとを備え、前記補正フィルタは、前記入射光のうち、可視光をカットする円形の可視光カット領域と、当該可視光カット領域の中心位置に、前記入射光のうち、ＩＲ光をカットする円形のＩＲカット領域を有し、前記ＩＲカット領域の前記バンドパスフィルタ側に向けられる面には、前記ＩＲカット領域と同円形状の所定の厚さを有するダミーガラスが設けられていることを特徴とする撮像装置である。

また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の撮像装置であって、前記補正フィルタは、前記ＩＲ光に応じた厚さのダミーガラスが設けられているものであることを特徴としている。

本発明によれば、補正フィルタが、撮像装置に取り付ける光学系（レンズ、顕微鏡アダプタ等）の絞り位置に搭載されるため、可視光側に絞りが働くことで、被写界深度が深くなり、さらに、可視光側のＩＲカットと、ダミーガラスの厚み分により、可視光とＩＲ光の焦点ズレを補正することができる。さらに、可視光側に絞りが働くため、可視光のレベルが小さくなり、その結果、光学系に入る可視光とＩＲ光の的確なレベル補正が可能となる。

本発明に係る撮像装置の実施形態における補正フィルタの構造を示したもので、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。 本発明に係る撮像装置の実施形態を示した構成概略図である。 ４色分解プリズムの分光特性を示したグラフである。 光学バンドパスフィルタの特性を示したグラフである。 ４色分解プリズムと、光学バンドパスフィルタを合わせた状態での分光特性（総合の分光特性）を示したグラフである。

本発明に係る撮像装置の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係る撮像装置の実施形態における補正フィルタの構造を示したもので、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図で、図２は、本発明に係る撮像装置の実施形態を示した構成概略図である。

なお、符号については、１０が撮像装置、１２が光照射部、１４がレンズ、１６が４色分解手段、１８がイメージセンサ、２０が映像信号出力部、２２が映像表示手段、２４がバンドパスフィルタ、２６が補正フィルタ、２８がＩＲカット領域、３０が可視光カット領域、３２がダミーガラスを示している。

まず、本実施形態における撮像装置１０は、図２に示すように、蛍光物質を含んだ被写体に、蛍光物質を励起させる励起光と、被写体を照明する光を照射する光照射部１２と、マウントされたレンズ１４に入射する被写体からの入射光をＲ成分・Ｇ成分・Ｂ成分、及び、ＩＲ成分に、それぞれ分解する４色分解手段１６を備えている。

さらに、４色分解手段１６により分解された各入射光を受光し、それぞれ光電変換するイメージセンサ１８と、イメージセンサ１８による光電変換で取得される電気信号から映像信号を生成し、出力する映像信号出力部２０と、映像信号出力部２０により出力された映像信号に基づいて映像を表示する映像表示手段２２と、レンズ１４と、４色分解手段１６との間に介在させ、励起光の波長帯域近傍を通過させないバンドパスフィルタ２４と、このバンドパスフィルタ２４と、レンズ１４との間に介在させる補正フィルタ２６とを備えている。

そして、本実施形態においては、補正フィルタ２６は、入射光のうち、可視光をカットする可視光カット領域３０と、可視光カット領域３０の中心位置に入射光のうち、ＩＲ光をカットする円形のＩＲカット領域２８を有し、ＩＲカット領域２８のバンドパスフィルタ２４側に向けられる面には、ＩＲカット領域２８と同円形状の所定の厚さを有するダミーガラス３２が設けられている。

続いて、本発明に係る撮像装置の実施形態についてより詳細に説明する。まず、内視鏡などを備える撮像装置を用いた外科手術においては、蛍光物質、例えば、ＩＣＧ（インドシアニングリーン）を体内に投与しておき、ＩＣＧが集まった患部に近赤外線を当てて蛍光させ、患部を含む部位を撮像するという技術が利用されている。

イメージセンサが１つの単板式の撮像装置により、ＩＲ光を含む光を受光して患部の画像を得る場合には、イメージセンサの入射面に４分割されたＲ・Ｇ・Ｂ及びＩＲ用のフィルタを設ける必要があるため、イメージセンサのサイズが大きくなってしまい、内視鏡などを備える撮像装置には使用しづらい。

そこで、本実施形態では、マウントされたレンズ１４に入射する被写体からの入射光をＲ成分・Ｇ成分・Ｂ成分、及び、ＩＲ成分に、それぞれ分解する４色分解手段１６を備えることで、各イメージセンサのサイズを抑え、全体として小型な構成とし、内視鏡などを備える撮像装置に適用できるようになっている。

ところで、白色光を当て、顕微鏡を備える撮像装置で撮像した場合、その画像には、蛍光画像が含まれるが、白色光（励起光を含む）が背景光となっているため、蛍光画像としてのコントラストが全く出てこない。そこで、照明光を励起光のみとし、励起光側と撮像の色フィルタ側に最適なシャープカットフィルタを設け、同様に撮像すると、蛍光画像としてのコントラストが極めて良好で、白色光とのそれにおいて、歴然とした差となる。

上述のように、コントラストの良い高画質の蛍光画像を得るためには、励起光の背景光をカットする必要がある。そこで、本実施形態では、レンズ１４と、４色分解手段１６との間に、励起光の波長帯域近傍を通過させない、複数の透過率を持つバンドパスフィルタ２４を介在させている。

つまり、図４に示す光学バンドパスフィルタの特性のように、励起光の波長帯域の透過率が極めて小さいバンドパスフィルタを用いることで、励起光の背景光をカットすることが可能となる。このバンドパスフィルタ２４により、図３に示す４色分解プリズムの分光特性が、図５に示す分光特性（４色分解プリズム＋バンドパスフィルタ）を持つことになる。なお、このバンドパスフィルタ２４は、取り換え可能とし、フィルタを交換するだけで、複数の蛍光観察に対応することができる。

また、蛍光顕微鏡では、使用する蛍光色素に応じて、励起光と撮像色フィルタがセットになったモジュールを交換する構造になっているが、カメラ等の撮像装置の場合、４板プリズムを交換するのは難しいため、使用する蛍光色素や、蛍光プローブに応じて、励起光と撮像色フィルタのカットオフ特性を共通化し、光学フィルタで特性変更を容易にしている。

本実施形態においては、バンドパスフィルタ２４と、レンズ１４との間に補正フィルタ２６を介在させる。そして、この補正フィルタ２６は、図１（ｂ）に示すように、入射光のうち、可視光をカットする可視光カット領域３０と、可視光カット領域３０の中心位置に、入射光のうち、ＩＲ光をカットする円形のＩＲカット領域２８を有するものである。

このような構成となっているため、光照射部１２に照明された被写体からの可視光が、撮像装置１０のレンズ１４を通して入射してくると、ＩＲカット領域２８の絞りによって、可視光側に絞りが働き、被写界深度を深くすることができる。

そして、図１（ａ）に示すように、ＩＲカット領域２８のバンドパスフィルタ２４側に向けられる面には、ＩＲカット領域２８と同円形状の所定の厚さを有するダミーガラス３２が設けられている。このダミーガラス３２により、可視光の焦点位置をずらし、可視光とＩＲ光の焦点位置を合わせるようになっている。

このような構造となっているため、複雑な設備や、構造をもたなくとも、可視光とＩＲ光の焦点位置を補正することができるわけである。なお、補正フィルタ２６は、ＩＲ光に応じた（波長に応じた）厚さをもつダミーガラス３２が設けられているものを選択的に用いる。そうすることで、どの蛍光物質からのＩＲ光でも、可視光との焦点ずれを的確に補正することができる。

本発明に係る撮像装置は、装置全体として複雑な構造を持たずに、ＩＣＧなどの励起光のＲＧＢへの漏れ込みを防ぐとともに、可視光とＩＲ光の焦点ズレを補正することができ、また、可視光とＩＲ光のレベルも補正することができる。

１０ 撮像装置
１２ 光照射部
１４ レンズ
１６ ４色分解手段
１８ イメージセンサ
２０ 映像信号出力部
２２ 映像表示手段
２４ バンドパスフィルタ
２６ 補正フィルタ
２８ ＩＲカット領域
３０ 可視光カット領域
３２ ダミーガラス

Claims (2)

1. 蛍光物質を含んだ被写体に、前記蛍光物質を励起させる励起光と、前記被写体を照明する光を照射する光照射部と、
   マウントされたレンズに入射する前記被写体からの入射光をＲ成分・Ｇ成分・Ｂ成分、及び、ＩＲ成分に、それぞれ分解する４色分解手段と、
   前記４色分解手段により分解された各入射光を受光し、それぞれ光電変換するイメージセンサと、
   前記イメージセンサによる光電変換で取得される電気信号から映像信号を生成し、出力する映像信号出力部と、
   前記映像信号出力部により出力された映像信号に基づいて映像を表示する映像表示手段と、
   前記レンズと、前記４色分解手段との間に介在させ、前記励起光の波長帯域近傍を通過させないバンドパスフィルタと、
   前記バンドパスフィルタと、前記レンズとの間に介在させる補正フィルタと、を備え、
   前記補正フィルタは、前記入射光のうち、可視光をカットする円形の可視光カット領域と、当該可視光カット領域の中心位置に、前記入射光のうち、ＩＲ光をカットする円形のＩＲカット領域を有し、前記ＩＲカット領域の前記バンドパスフィルタ側に向けられる面には、前記ＩＲカット領域と同円形状の所定の厚さを有するダミーガラスが設けられていることを特徴とする撮像装置。
2. 前記補正フィルタは、前記ＩＲ光に応じた厚さのダミーガラスが設けられているものであることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。

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