(57)【要約】【課題】医療診断又は美容診断において、分光反射率をより効率的かつ正確に利用するために、分光感度を最適化し、メラニンとヘモグロビン成分との分離性をさらに強調できる撮像システムを提供することにある。【解決手段】カラー撮影可能の撮像装置において、480ｎｍ近傍と550ｎｍ近傍それぞれにピーク感度を持つ撮像素子を有し、この撮像素子が各ピーク感度を含む狭帯域の分光感度を有する撮像装置。【選択図】  図２
2006261861.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カラー撮影可能の撮像装置において、
480ｎｍ近傍と550ｎｍ近傍それぞれにピーク感度を持つ撮像素子を有し、この撮像素子が各ピーク感度を含む狭帯域の分光感度を有する撮像装置。
【請求項２】
請求項１記載の撮像装置であって、
前記撮像素子のピーク感度がそれぞれ480ｎｍ±20ｎｍと550ｎｍ±20ｎｍの範囲内にある撮像装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載の撮像装置であって、
前記撮像素子の前記分光感度が半値幅70ｎｍ以下である撮像装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか一項記載の撮像装置であって、
前記撮像素子が赤色光（Ｒ）近傍にピーク感度を有する撮像装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか一項記載の撮像装置であって、
前記撮像素子には、前記ピーク感度毎に設けられた受光素子と、各受光素子の受光部に固定され前記分光感度特性を得るためのフィルタとを有する撮像装置。
【請求項６】
請求項１〜請求項４のいずれか一項記載の撮像装置であって、
前記撮像素子の受光部に対向する位置で移動可能に設けられた前記分光感度特性を得るためのフィルタを有する撮像装置。
【請求項７】
請求項１〜請求項６のいずれか一項記載の撮像装置であって、
前記撮像素子が420ｎｍ近傍のピーク感度を有する撮像装置。
【請求項８】
請求項１〜請求項７のいずれか一項記載の撮像装置であって、
撮像対象物からの光を前記撮像素子に集光する集光レンズと、
前記撮像素子からの光電変換信号を受け且つ前記撮像素子の駆動を制御する画像処理部と、
前記撮像対象物を照らす照明ランプと、
前記画像処理部と接続して前記照明ランプを発光制御する発光制御部と、
前記照明ランプからの光を撮像対象に照射する照明用レンズと、
生体内の前記撮像対象物まで少なくとも前記集光レンズ及び前記照明用レンズを防水する可撓性防水チューブと、を備える撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医療又は美容診断のために、顔や腕などの皮膚部分を撮影する撮像システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
医療診断又は美容診断において、顔や腕などの皮膚（肌）部分を光学的に分析することが提案されている。一方で、肌色の分光特性解析を基に肌色に対する基準データベースの作成が進んでいる。そこで、このようなデータベースを基に、撮像システムにより皮膚（肌）を撮影し、その分光反射率を分析する手法がある。特に、顔や腕などの皮膚部分では、メラニン色素の沈着によるシミ、アザ、皮下の血管の検出能力を高めて診断しやすくする方法について、多くの提案がなされている。
【０００３】
例えば、加齢に伴う肌色の変化として、しみ・ソバカスといったメラニン由来の色むら（色素沈着）が挙げられる。メラニンは紫外線領域で最大の吸収を持つので、紫外線を含む光源を使用し420ｎｍ以下を通す紫外線フィルタを使用することで、白熱光源下の画像に比較して色素沈着の部分が顕著に表れた画像を得ることができる。つまり、通常の視診では感知されない色素沈着を検出する可能性を有している。
【０００４】
更には、肌は複数の色素がその構造や分布状態によって、さまざまな色調を呈するが、基本的には、メラニン色素に由来する色成分（シミ、ホクロなど）と血液（ヘモグロビンなど）に由来する色成分（血管像など）の間で分離性が見出されており、独立成分分析法などの画像解析に利用されている。
【非特許文献１】日本写真学会誌２００２年６５巻４号特集「分光画像処理−研究の現状と課題」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その課題としては、医療診断又は美容診断において、分光反射率をより効率的かつ正確に利用するために、分光感度を最適化し、メラニンとヘモグロビン成分との分離性をさらに強調できる撮像システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る上記課題は、下記構成により達成される。
（１）  カラー撮影可能の撮像装置において、480ｎｍ近傍と550ｎｍ近傍それぞれにピーク感度を持つ撮像素子を有し、この撮像素子が各ピーク感度を含む狭帯域の分光感度を有する撮像装置。
【０００７】
（２）  （１）記載の撮像装置であって、前記撮像素子のピーク感度がそれぞれ480ｎｍ±20ｎｍと550ｎｍ±20ｎｍの範囲内にある撮像装置。
【０００８】
（３）  （１）又は（２）記載の撮像装置であって、前記撮像素子の前記分光感度が半値幅70ｎｍ以下である撮像装置。
（４）  （１）〜（３）のいずれか一項に記載の撮像装置であって、前記撮像素子が赤色光（Ｒ）近傍にピーク感度を有する撮像装置。
【０００９】
この撮像装置によれば、赤（Ｒ）と、５５０ｎｍ±２０ｎｍのピーク感度における検出値との差分値から、メラニン色素に由来する色成分（シミ、ホクロ、消化器内の黄斑など）と血液に由来する色成分（血管像など）を分離して特定することができ、診断したい病変名に応じてそれらを強調表示することができる。
【００１０】
更に、前記血管像と、480ｎｍ±20ｎｍと550ｎｍ±20ｎｍにピーク感度を有する検出値の差分値とから、その差分値を求めることにより、ヘモグロビンの還元型と酸化型の比率検出に利用することができ、血中の酸素量を特定し、例えば、チアノーゼなどの診断に有用となる。
【００１１】
（５）  （１）〜（４）のいずれか一項に記載の撮像装置であって、前記撮像素子には、前記ピーク感度毎に設けられた受光素子と、各受光素子の受光部に固定されて各ピーク感度に対応する前記分光感度特性のフィルタとを有する撮像装置。
【００１２】
（６）  （１）〜（４）のいずれか一項に記載の撮像装置であって、前記撮像素子の受光部に対向する位置で移動可能に設けられた前記分光感度特性のフィルタを有する撮像装置。
【００１３】
（７）  （１）〜（６）のいずれか一項に記載の撮像装置であって、前記撮像素子が420ｎｍ近傍のピーク感度を有する撮像装置。
前記撮像素子が420ｎｍ以下のピーク感度を備えることで、この帯域の波長光が照射されている場合、紫外線での分光感度が強いメラニン色素沈着部分を強調した画像を得ることができ、通常の視診では感知されない色素沈着を検出する可能性を得ることができる。
【００１４】
（８）  （１）〜（７）のいずれか一項に記載の撮像装置であって、撮像対象物からの光を前記撮像素子に集光する集光レンズと、前記撮像素子からの光電変換信号を受け且つ前記撮像素子の駆動を制御する画像処理部と、前記撮像対象物を照らす照明ランプと、前記画像処理部と接続して前記照明ランプを発光制御する発光制御部と、前記照明ランプからの光を撮像対象に照射する照明用レンズと、生体内の前記撮像対象物まで少なくとも前記集光レンズ及び前記照明用レンズを防水する可撓性防水チューブと、を備える撮像装置。
【００１５】
本実施形態は内視鏡タイプの撮像装置であり、通常、光ファイバーとレンズ部分が体内に導入され、実際の撮像素子については、体外の受像装置に配置されるものが多いが、本発明の撮像装置の場合、実際に体内に入るファイバーの先端、後端又は中間部分においても、所望のフィルタを備えることができる。
このように内視鏡タイプの撮像装置の構成により、例えば、生体内にも本発明を適用でき、消化器内の黄斑などをより鮮明に捉えることを可能とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、医療診断又は美容診断において、分光反射率をより効率的かつ正確に利用するために、分光感度を最適化し、メラニンとヘモグロビン成分との分離性をさらに強調できる撮像システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第一実施形態による撮像装置の概略を示すブロック図である。
図において、対物レンズ系１１の後側に固体撮像素子である受像素子ＣＣＤ１３が配置される。更に、画像信号処理部１５、画像信号出力部１７、ＣＣＤ駆動処理部１９が配置されている。
【００１８】
対物レンズ系１１を通った画像光はＣＣＤ１３で画像信号へ変換される。ＣＣＤ１３を構成する個々の画素はＲ（赤）Ｇ（緑）Ｂ（青）に対応するフィルタにより対応する色のみを受光するように分配されている。ＣＣＤ１３からの信号を受ける画像信号処理部１５では増幅処理・ホワイトバランスなどの調整の後、色差信号と輝度信号が形成され、画像信号出力部１７にて画像表示される。一方で、ＣＣＤ駆動処理部１９は画像信号処理部１５との同期を取りながら、ＣＣＤ１３を制御する。
【００１９】
図２は、本発明の第一実施形態による撮像装置の分光感度を示す特性図である。
図に示すように、Ｇ（緑）Ｂ（青）用に分配されたＣＣＤ１３の画素において、480ｎｍと550ｎｍでピーク感度となっている。そして、各ピーク感度に対して一般の写真撮影（一点鎖線により示す）などよりも狭帯域である半値幅50ｎｍの分光感度（実線により示す）となるように、Ｇ（緑）Ｂ（青）用の各フィルタが設定されている。このように、分光感度を２つのピーク感度とその半値幅に規制することで、より正確な画像診断に対応することが可能となる。なお、Ｒ（赤）光の分光感度は一般の写真撮影用と同等の半価幅で良い。
【００２０】
実際の診断に際しては、例えば、Ｒ（赤）とＧ（緑）の検出値の差分を強調表示することにより血管像を強調した画像が得られる。更に、この血管画像と、Ｂ（青）とＧ（緑）の検出値の差分から、ヘモグロビンの還元型と酸化型の比率を求めることが可能となる。
【００２１】
なお、ピーク感度について、Ｂ（青）に関しては480ｎｍ±20ｎｍ、Ｇ（緑）に関しては550ｎｍ±20ｎｍの範囲で許容される。これを外れると、診断基準の色と異なる色となり、正確な判断が出来なくなる。また、各ピーク感度を含む各分光感度の半値幅については、半値幅70ｎｍ程度が許容範囲である。これ以上広く取り、一般的な半値幅に近づくと、画像診断用の画像強調が困難となる。
【００２２】
図３は、本発明の第二実施形態による撮像装置のブロック図である。
図において、対物レンズ系２１の後側に固体撮像素子である受像素子ＣＣＤ２３（一般的に利用されているＣＣＤであり、市松模様等の三原色フィルタでカラー画像処理するもの）が配置され、対物レンズ系２１とＣＣＤ２３との間の光軸上にはフィルタ２２が配置される。更に、画像信号処理部２５、画像信号出力部２７、ＣＣＤ駆動処理部２９が配置されている。
【００２３】
対物レンズ系２１を通った画像光はフィルタ２２を透過し、ＣＣＤ２３で画像信号へ変換される。このフィルタ２２は、対物レンズ系２１を通った画像光に対して、Ｂ（青）及びＧ（緑）のピーク感度に対して半値幅50ｎｍとなるように分光感度淵部分をカットする。つまり、Ｂ（青）が480ｎｍのピーク感度とその半値幅50ｎｍに分光感度を収められ、Ｇ（緑）では550ｎｍのピーク感度と半値幅50ｎｍに分光感度を収められる。画像信号処理部２５では増幅処理・ホワイトバランスなどの調整の後、色差信号と輝度信号が形成され、画像信号出力部２７にて画像表示される。一方で、ＣＣＤ駆動処理部２９は画像信号処理部２５との同期を取りながら、ＣＣＤ２３を制御する。
【００２４】
図４は、本発明の第二実施形態による撮像装置の分光感度を示す特性図である。
このフィルタ２２は、実線で示すように、Ｂ（青）の分光感度を480ｎｍのピーク感度とその半値幅50ｎｍに収めるように、且つＧ（緑）においてはその分光感度を550ｎｍのピーク感度と半値幅50ｎｍに収めるように、対物レンズ系１１を通った画像光に対してＢ（青）及びＧ（緑）の分光感度淵部分を減衰させる。
このように、分光感度を２つのピーク感度と半値幅に規制することで、フィルタ２２が無い場合に現れる感度部分（一点鎖線）から、実線で示す感度部分へと分光感度淵部分を減衰させ、より正確な画像診断に対応することが可能となる。
【００２５】
図５は図４の分光感度をＣＣＤ２３に与える場合のフィルタ２２の透過率特性を示す概略特性図である。
ここに示す分布は絶対的なものではなく、第二の実施形態の場合で、少なくとも480ｎｍのピーク感度とその半値幅50ｎｍ、及び、550ｎｍのピーク感度と半値幅50ｎｍを与えるものであれば良い。従って、図４及び図５でＲ（赤）域も感度を与えているが、これは表示画像を自然な色合いに表現しようとする場合に必要ではあるが、絶対に必要というものではない。なお、半値幅については特に規定する必要は無い。また、赤外光線が問題となる場合もあるので、より長波長部分に対するフィルタを挿入してもよい。
【００２６】
このフィルタ２２は交換可能とすることができ、ピーク感度及び半値幅を適宜に設定することが可能となる。例えば、三原色フィルタをも廃して、紫外域（420ｎｍ以下）を透過し、且つ、420ｎｍ±20ｎｍのピーク感度とその半値幅50ｎｍ、及び、550ｎｍのピーク感度と半値幅50ｎｍを与えるフィルタを配置することで、紫外光域に強い吸収を持つメラニンを特に強調する処理画像を利用することができる。
更には、フィルタ２２に替えて複数フィルタを切り替え撮影する形態とし、480ｎｍのピーク感度とその半値幅50ｎｍ、及び、550ｎｍのピーク感度と半値幅50ｎｍを与えることを中心として、他の波長を組み合わせた画像を得ることも可能である。
【００２７】
図６は本発明を内視鏡型の撮像装置とした第３実施形態の概念図である。
この図において、内視鏡３０の先端部３０ａには、対物レンズ３１とその光軸上のＣＣＤ３３と、別光軸の照明用レンズ４９が配置されている。内視鏡３０の後端部の内視鏡操作部３０ｂには、照明ランプ４３とそれを駆動する発光制御部４１と集光レンズ４５が備えられている。集光レンズ４５で集光された光は先端部３０ａの内部長手方向に備えられているライトガイド４７（通常、光ファイバ）に導かれ、照明用レンズ４９を介して対象物へ照射される。対象物からの反射光を対物レンズ３１により捉え、ＣＣＤ３３にて光電変換を行う。ＣＣＤ３３には内視鏡操作部３０ｂに備えられたＣＣＤ駆動部３５が接続され、画像信号は画像信号処理部３７で処理される。
【００２８】
本発明の撮像装置は内視鏡３０の先端部３０ａの対物レンズ３１及びＣＣＤ３３と、内視鏡操作部３０ｂのＣＣＤ駆動部３５と画像信号処理部３７に集約される。本発明の第一実施形態を適用する場合、ＣＣＤ３３には、Ｂ（青）Ｇ（緑）用の480ｎｍと550ｎｍでピーク感度を持つフィルタが備えられ、狭帯域である半値幅50ｎｍの分光感度が設定することができる。
【００２９】
この先端部３０ａで対物レンズ３１部分を交換可能とし、図示しないフィルタ設置できる構成とすることもできる。この構成により、本発明の第二実施形態を適用することも可能となる。
本発明の内視鏡型撮像装置の場合、実際に体内に入るファイバーの先端、後端又は中間部分においても、所望のフィルタを備えることができる。
このように内視鏡タイプの撮像装置の構成により、例えば、生体内にも本発明を適用でき、消化器内の黄斑などをより鮮明に捉えることを可能とする。
【００３０】
なお、本発明の場合、ピーク感度に対して狭帯域の分光感度を与えているので、照明光源の分光特性に左右される場合があるが、異なる光源を適用せざるを得ない場合、この分光特性の違いをチャートなどで調整することは可能である。
更に、上記いずれの実施形態についても、ピーク感度について、Ｂ（青）に関しては480ｎｍ±20ｎｍ、Ｇ（緑）に関しては550ｎｍ±20ｎｍの範囲で許容される。これを外れると、診断基準の色と異なる色となり、正確な判断が出来なくなる。また、各ピーク感度を含む各分光感度の半値幅については、半値幅70ｎｍ程度が許容範囲である。これ以上広く取り、一般的な半値幅に近づくと、画像診断用の画像強調が困難となる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第一実施形態による撮像装置の概略を示すブロック図。
【図２】本発明の第一実施形態による撮像装置の分光感度を示す特性図。
【図３】本発明の第二実施形態による撮像装置のブロック図。
【図４】本発明の第二実施形態による撮像装置の分光感度を示す特性図。
【図５】図４の分光感度をＣＣＤ２３に与える場合のフィルタ２２の透過率特性を示す概略特性図。
【図６】本発明を内視鏡型の撮像装置とした第３実施形態の概念図。
【符号の説明】
【００３２】
１１  対物レンズ
１３  ＣＣＤ
１５  画像信号処理部
１７  画像信号出力部
１９  ＣＣＤ駆動処理部
Ｂ  青色光の撮像素子の分光感度
Ｇ  緑色光の撮像素子の分光感度
Ｒ  赤色光の撮像素子の分光感度
２１  対物レンズ
２２  フィルタ
２３  ＣＣＤ
２５  画像信号処理部
２７  画像信号出力部
２９  ＣＣＤ駆動処理部
３０  内視鏡
３０ａ  内視鏡先端部
３０ｂ  内視鏡操作部
３１  対物レンズ
３３  ＣＣＤ
３５  ＣＣＤ駆動部
３７  画像処理装置
４１  発光制御部
４３  照明ランプ
４５  集光レンズ
４７  ライトガイド
４９  照明レンズ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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