(57)【要約】【課題】同時に受光した複数の波長帯の光を用いて画像を作成可能な内視鏡装置を得る。【解決手段】発光輝度信号λ1,1,11は、対応する受光画素からの受光輝度信号を用いる不補間発光輝度信号であり、それ以外の発光輝度信号λ1,1,nは、対応しない受光画素からの受光輝度信号に対し受光画素どうしの距離に応じた重み付けをしながら作成される、被補間発光輝度信号である。重み付けは、距離が近づくにつれて大きくなり、距離が遠くなるにつれて小さくなる。これら１６個の発光輝度信号を全ての画像画素に対して算出する。そして、１つの画像画素を１つの画素とする補間画像を作成する。これにより、水平方向１２８０ピクセル、垂直方向１０２４ピクセルの補間画像が作成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を受光する複数の受光画素を配列して成る撮像部と、
前記受光画素ごとに設けられて前記受光画素に向けて光を透過する複数のフィルタ画素を有し、前記受光画素に向けて透過する光の波長帯を選択可能なである波長フィルタと、
所定の偏光状態を有する光のみを透過して前記フィルタ画素に入射させる偏光フィルタとを備え、
前記フィルタ画素は、複数の液晶分子を備え、前記複数の液晶分子の配列方向を変更することにより、透過する光の波長帯を選択可能である内視鏡装置。
【請求項２】
前記受光画素が受光した波長帯の光の輝度に応じて出力する受光輝度信号を用いて撮影画像を作成する補間処理部をさらに備え、
前記撮影画像は、発光する光の輝度を表す発光輝度信号を有する複数の画像画素から成り、
前記補間処理部は、前記受光輝度信号を用いて前記発光輝度信号を生成する請求項１に記載の内視鏡装置。
【請求項３】
１つのフィルタ画素が１種類の波長帯の光を透過するように構成することによって、波長フィルタは複数種類の波長帯の光を透過し、
前記補間処理部は、１つの画像画素に対応する対応受光画素の受光輝度信号を、１つの画像画素が有する不補間発光輝度信号に割り当て、
前記補間処理部は、前記複数種類の波長帯の光のうち、割り当てられた受光輝度信号にない波長帯に対応する被補間発光輝度信号を、前記対応受光画素の周囲に位置する複数の周辺受光画素が各々出力する受光輝度信号を用いて算出し、
これにより１つの画像画素が、複数種類の波長帯の光に対応する複数種類の発光輝度信号を有する請求項２に記載の内視鏡装置。
【請求項４】
前記補間処理部は、前記対応受光画素から前記周辺受光画素までの距離に応じて、前記周辺受光画素が各々出力する受光輝度信号に重み付けをしながら、被補間発光輝度信号を算出する請求項３に記載の内視鏡装置。
【請求項５】
前記補間処理部は、前記対応受光画素から前記周辺受光画素までの距離が近づくにつれて、前記周辺受光画素が各々出力する受光輝度信号に対する重み付けを大きくしながら、被補間発光輝度信号を算出する請求項４に記載の内視鏡装置。
【請求項６】
１つのフィルタ画素が１種類の波長帯の光を透過するように構成することによって、波長フィルタは複数種類の波長帯の光を透過し、
前記補間処理部は、複数の画像画素に対応する複数の対応受光画素の受光輝度信号を用いて、複数の発光輝度信号を算出し、これにより１つの画像画素が、複数種類の波長帯の光に対応する複数種類の発光輝度信号を有する請求項２に記載の内視鏡装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、干渉型光フィルタを用いて観察対象物を撮影する内視鏡装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内視鏡装置は、被験者の体内に挿入される内視鏡スコープと被験者の体外に設けられて画像処理を行う内視鏡プロセッサとを備える。内視鏡スコープの遠位端部には、複数の光を選択的に透過する波長可変フィルタ、及び１つの波長可変フィルタからの光を受光する撮像素子が設けられる。撮像素子は、波長可変フィルタを介して体内の観察対象物を撮像し、得られた観察画像を内視鏡プロセッサに送信する。内視鏡プロセッサは、観察画像を画像処理した後、表示装置に表示する。
【０００３】
波長可変フィルタは、金属膜を蒸着した一対のガラス基板と、ガラス基板の間に設けられてガラス基板どうしの間隔を制御する圧電素子とを備える。圧電素子に印加する電圧を制御することにより、ガラス基板どうしの間隔が変化し、これにより所定の波長を有する光のみを透過する構成が知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１６５７７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、撮像素子に対して１つの波長可変フィルタを設ける構成では、撮像素子に対して、１つの狭帯域の光のみしか透過することができない。そのため、このような波長可変フィルタが取り付けられた撮像素子は、複数の帯域の光を一度に受光してカラー画像を作成することができない。仮に、波長可変フィルタが透過する波長帯を時系列で変化させ、これを撮像素子が受光してカラー画像を作成するとしても、それぞれの波長帯の光を撮像して得られる単色画像は同時に撮影されたものではないため、単色画像を画像処理して成る撮影画像は色ずれ等の問題が発生する。
【０００６】
本発明はこれらの問題に鑑みてなされたものであり、同時に受光した複数の波長帯の光を用いて画像を作成可能な内視鏡装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願発明による内視鏡装置は、光を受光する複数の受光画素を配列して成る撮像部と、受光画素ごとに設けられて受光画素に向けて光を透過する複数のフィルタ画素を有し、受光画素に向けて透過する光の波長帯を選択可能なである波長フィルタと、所定の偏光状態を有する光のみを透過してフィルタ画素に入射させる偏光フィルタとを備え、フィルタ画素は、複数の液晶分子を備え、複数の液晶分子の配列方向を変更することにより、透過する光の波長帯を選択可能であることを特徴とする。
【０００８】
受光画素が受光した波長帯の光の輝度に応じて出力する受光輝度信号を用いて撮影画像を作成する補間処理部をさらに備え、撮影画像は、発光する光の輝度を表す発光輝度信号を有する複数の画像画素から成り、補間処理部は、受光輝度信号を用いて発光輝度信号を生成することが好ましい。
【０００９】
１つのフィルタ画素が１種類の波長帯の光を透過するように構成することによって、波長フィルタは複数種類の波長帯の光を透過し、補間処理部は、１つの画像画素に対応する対応受光画素の受光輝度信号を、１つの画像画素が有する不補間発光輝度信号に割り当て、補間処理部は、複数種類の波長帯の光のうち、割り当てられた受光輝度信号にない波長帯に対応する被補間発光輝度信号を、対応受光画素の周囲に位置する複数の周辺受光画素が各々出力する受光輝度信号を用いて算出し、これにより１つの画像画素が、複数種類の波長帯の光に対応する複数種類の発光輝度信号を有することが好ましい。
【００１０】
補間処理部は、対応受光画素から周辺受光画素までの距離に応じて、周辺受光画素が各々出力する受光輝度信号に重み付けをしながら、被補間発光輝度信号を算出する用に構成されればなお好ましい。
【００１１】
補間処理部は、対応受光画素から周辺受光画素までの距離が近づくにつれて、周辺受光画素が各々出力する受光輝度信号に対する重み付けを大きくしながら、被補間発光輝度信号を算出しても良い。
【００１２】
１つのフィルタ画素が１種類の波長帯の光を透過するように構成することによって、波長フィルタは複数種類の波長帯の光を透過し、補間処理部は、複数の画像画素に対応する複数の対応受光画素の受光輝度信号を用いて、複数の発光輝度信号を算出し、これにより１つの画像画素が、複数種類の波長帯の光に対応する複数種類の発光輝度信号を有しても良い。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、同時に受光した複数の波長帯の光を用いて画像を作成可能な内視鏡装置を得る。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１の実施形態による内視鏡装置を概略的に示した図である。
【図２】撮像素子とその周辺に設けられる部材を示した図である。
【図３】撮像素子の撮像面を示した図である。
【図４】撮像画像を示した図である。
【図５】撮像画像の一部を示した図である。
【図６】補間画像を示した図である。
【図７】撮像画像の一部を示した図である。
【図８】画像表示処理を示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明における内視鏡装置１について添付図面を参照して説明する。まず、図１から３を用いて内視鏡装置１の構成について説明する。
【００１６】
内視鏡装置１は、被験者の体内に挿入される内視鏡スコープ２０と、被験者の体外に設けられて画像処理を行う内視鏡プロセッサ１０と、内視鏡プロセッサ１０に接続されるモニタ４０とを主に備える。
【００１７】
内視鏡スコープ２０の遠位端部２２は被験者の体内に挿入される。遠位端部２２には、撮像レンズ２１、撮像部を成すＣＣＤ３１、及び波長フィルタ３０が主に設けられる。
【００１８】
ＣＣＤ３１は、撮像面２８を備え、撮像画像信号を内視鏡プロセッサ１０に送信する。撮像面２８には、水平方向に１２８０個、垂直方向に１０２４個の受光画素２９が設けられる。受光画素２９は、撮像レンズ２１を介して光を受光し、受光した光の輝度に応じて受光輝度信号を出力する。これにより、水平方向に１２８０ピクセル、垂直方向に１０２４ピクセルの撮像画像を成す撮像画像信号がＣＣＤ３１から出力される。
【００１９】
波長フィルタ３０は、ＣＣＤ３１の撮像面２８に密着して取り付けられ、受光画素２９に入射する光の波長帯を調節する。詳細については後述する。
【００２０】
内視鏡プロセッサ１０は、波長フィルタ３０に接続される電圧制御部１１と、ＣＣＤ３１に接続される補間処理部１２と、補間処理部１２からの出力信号を処理してモニタ４０に出力する信号処理部１３とを主に備える。
【００２１】
電圧制御部１１は、波長フィルタ３０に電圧を印加して波長フィルタ３０の動作を制御する。補間処理部１２は、ＣＣＤ３１から受信した撮像画像信号に対して、後述する補間処理を実行する。これにより、補間画像信号が補間処理部１２から出力される。信号処理部１３は、補間処理部１２から補間画像信号を受信して、補間画像を作成し、モニタ４０に送信する。
【００２２】
モニタ４０は、内視鏡プロセッサ１０の外部に設けられ、内視鏡プロセッサ１０から補間画像を受信して表示する。
【００２３】
次に、波長フィルタ３０の構成について説明する。
【００２４】
波長フィルタ３０は、ファブリーペロー型干渉フィルタであって、偏光板３２、第１のガラス基板３３、第１の透明電極３４、液晶セル３５、第２の透明電極３６、第２のガラス基板３７を有する。
【００２５】
第１の透明電極３４は、第１のガラス基板３３上に形成され、第２の透明電極３６は、第２のガラス基板３７上に形成される。液晶セル３５は、第１の透明電極３４と第２の透明電極３６との間に挟まれる。第２のガラス基板３７において第２の透明電極３６が形成される面の裏面には、ＣＣＤ３１の撮像面２８が密着して取り付けられる。第１のガラス基板３３において第１の透明電極３４が形成される面の裏面には、偏光板３２が密着して取り付けられる。
【００２６】
偏光板３２は、所定の偏光方向を有する光のみを透過する。
【００２７】
第１の透明電極３４は、水平方向に延びる１２８０本の水平電極から成り、第２の透明電極３６は、垂直方向に延びる１０２４本の垂直電極から成る。第１の透明電極及び第２の透明電極３６は電圧制御部１１に接続される。波長フィルタ３０に入射する光路から第１の透明電極及び第２の透明電極３６を見たとき、水平電極が垂直電極と複数の位置で交点を成す。これらの交点は、水平方向に１２８０行、垂直方向に１０２４列、合計１３１０７２０個存在する。そして、これらの交点では、電圧制御部１１からの電圧に応じて水平電極と垂直電極との間、つまり液晶セル３５に電位差が生じる。
【００２８】
液晶セル３５には、複数の液晶分子が封入される。液晶分子は棒形状を有する。第１の透明電極３４と第２の透明電極３６との間に生じる電位差に応じて、液晶分子の向きが変わる。電位差が生じる位置は、水平電極と垂直電極との交点であるから、液晶セル３５において液晶分子の向きが変わる位置は、水平方向に１２８０行、垂直方向に１０２４列、合計１３１０７２０個存在する。液晶セル３５において液晶分子の向きが変わる位置がフィルタ画素、つまり液晶画素を成す。各液晶画素は、ＣＣＤ３１の受光画素２９の１つ１つに対応して設けられ、１つの液晶画素が透過した光を１つの受光画素２９が受光する。液晶画素に印加される電圧は、第１の透明電極３４と第２の透明電極３６により制御される。これにより、１つ１つの液晶画素を透過する光の屈折率が変化する。すなわち、電圧制御部１１は、液晶セル３５を構成する液晶画素の屈折率を制御可能である。
【００２９】
波長フィルタ３０を透過する光について説明する。
【００３０】
観察対象物において反射された光は、常光と異常光とを有する。常光は第１の偏光方向を有し、異常光は第２の偏光方向を有する。第１の偏光方向と第２の偏光方向は直交する。偏光板３２は、第２の偏光方向を有する光、つまり異常光を透過し、第１の偏光方向を有する光、つまり常光を透過しない。偏光板３２を透過した異常光は、第１のガラス基板３３と第１の透明電極３４とを透過して、液晶画素に入射する。
【００３１】
異常光は、液晶画素が有する液晶分子の配列方向に応じて、屈折率が変化する。そのため、液晶画素に入射した複数の異常光は、液晶画素により屈折される。屈折された複数の異常光は、第１のガラス基板３３と第２のガラス基板３７との間で多重反射し、互いに干渉する。そして、特定の波長帯の異常光のみが液晶画素を透過する。つまり、１つの液晶画素は、ファブリーペロー型干渉フィルタであって、電圧制御部１１が印加する電圧に応じて、特定の波長帯の光のみを透過する性質を持つ。液晶セル３５の屈折率を調整することにより、液晶画素を透過する光の波長を調整することができる。
【００３２】
液晶画素は、受光画素２９ごとに設けられる。そして、フィルタは、例えば２種類、１６種類、３２種類の波長帯の光を透過する。
【００３３】
次に、図４から７を用いて補間処理について説明する。補間処理は、補間処理部１２がＣＣＤ３１から撮像画像信号を受信したときに実行される。
【００３４】
まず、波長フィルタ３０が１６種類の波長帯の光を透過する場合について説明する。
【００３５】
図４は、受光画素２９が出力した撮像画像信号により形成される撮像画像を示した図である。撮像画像は、２５６行×３２０列、合計８１９２０個の画像画素単位から成る。１つの画像画素単位は、４行×４列の行列を成す１６色の画像画素から成る。１つ１つの画像画素は、１つ１つの受光画素２９に対応する。１つの画像画素は、１色、すなわち１つの波長帯の発光輝度信号を有する。モニタ４０に画像を表示するとき、１つの画像画素は、３色以上の波長帯の発光輝度信号を持っていなければ、カラー画像を表示できない。そこで、補間処理を実行して、不足している１５の波長帯の発光輝度信号を補間する。
【００３６】
図５は、撮像画像における左上の一部を拡大した図である。画像画素Ｐl,m,nは、ｌ行ｍ列の画像画素単位における第ｎ番目の画像画素を示す。ｌ、ｍ、ｎは整数であり、１≦ｌ≦２５６、１≦ｍ≦３２０、１≦ｎ≦１６を満たす。第ｎ番目の画像画素Ｐl,m,nは、第ｎ番目の波長帯の発光輝度信号λl,m,nを有する。ｎが小さくなるにつれて、発光輝度信号は低波長帯に属し、ｎが大きくなるにつれて高波長帯に属する。
【００３７】
まず、画像画素Ｐ1,1,11を有する画像画素単位Ｓ1,1に関して、赤色、青色、緑色の３色の波長帯の発光輝度信号を求める手段について説明する。この手段は、１つの画像画素単位を１つの画素とする補間画像を作成することを目的とする。
【００３８】
赤色の発光輝度信号をＲ、青色の発光輝度信号をＢ、緑色の発光輝度信号をＧとすると、Ｂ、Ｇ、Ｒは以下の式により表される。
Ｂ＝ａ1・λ1,1,1＋ａ2・λ1,1,2＋ａ3・λ1,1,3＋ａ4・λ1,1,4＋ａ5・λ1,1,5
Ｇ＝ａ6・λ1,1,6＋ａ7・λ1,1,7＋ａ8・λ1,1,8＋ａ9・λ1,1,9＋ａ10・λ1,1,10＋ａ11・λ1,1,11
Ｒ＝ａ12・λ1,1,12＋ａ13・λ1,1,13＋ａ14・λ1,1,14＋ａ15・λ1,1,15＋ａ16・λ1,1,16
ここで、ａi(１≦ｉ≦１６、ｉは整数)は、実験により求められる定数である。
【００３９】
これらの発光輝度信号を全ての画像画素単位に対して算出する。そして、１つの画像画素単位を１つの画像画素とする補間画像を作成する。これにより、水平方向３２０ピクセル、垂直方向２５６ピクセルの補間画像が作成される（図６参照）。
【００４０】
次に、画像画素Ｐ1,1,11について、１６色の波長帯の発光輝度信号を求める手段について説明する。この手段は、１つの画像画素を１つの画素とする補間画像を作成することを目的とする。
【００４１】
画像画素Ｐ1,1,11における第ｎ番目の波長帯の発光輝度信号λ1,1,nは、以下の式により求められる。
λ1,1,1＝（λ1,1,1＋λ1,2,1＋λ2,1,1＋λ2,2,1）／４
λ1,1,2＝（３・（λ1,1,2＋λ2,1,2）＋λ1,2,2＋λ2,2,2）／８
λ1,1,3＝（λ1,1,3＋λ2,1,3）／２
λ1,1,4＝（λ1,1,4＋λ2,1,4）／２
λ1,1,5＝（３・（λ1,1,5＋λ1,2,5）＋λ2,1,5＋λ2,2,5）／８
λ1,1,6＝（６・λ1,1,6＋３・（λ1,2,6＋λ2,1,6）＋２・λ2,2,6）／１４
λ1,1,7＝（３・λ1,1,7＋λ2,1,7）／４
λ1,1,8＝（２・λ1,1,8＋λ2,1,8）／３
λ1,1,9＝（λ1,1,9＋λ1,2,9）／２
λ1,1,10＝（３・λ1,1,10＋λ1,2,10）／４
λ1,1,11＝λ1,1,11
λ1,1,12＝（４・λ1,1,12＋λ2,1,12）／５
λ1,1,13＝（λ1,1,13＋λ1,2,13）／２
λ1,1,14＝（２・λ1,1,14＋λ1,2,14）／３
λ1,1,15＝（５・λ1,1,15＋λ1,2,15）／６
λ1,1,16＝（３・λ1,1,16＋λ1,2,16）／４
ここで、発光輝度信号λ1,1,11は、対応する受光画素２９からの受光輝度信号を用いる不補間発光輝度信号であり、それ以外の発光輝度信号λ1,1,nは、対応しない受光画素２９からの受光輝度信号に対し受光画素２９どうしの距離に応じた重み付けをしながら作成される、被補間発光輝度信号である。重み付けは、距離が近づくにつれて大きくなり、距離が遠くなるにつれて小さくなる。
【００４２】
これら１６個の発光輝度信号を全ての画像画素に対して算出する。そして、１つの画像画素を１つの画素とする補間画像を作成する。これにより、水平方向１２８０ピクセル、垂直方向１０２４ピクセルの補間画像が作成される。
【００４３】
波長フィルタ３０が透過する波長帯の種類を増やすと、補間画像における色の階調をより詳細に表現可能であるため、観察対象物における小さな異常も発見しやすくなる。
【００４４】
次に、波長フィルタ３０が２種類の波長帯の光を透過する場合について図７を用いて説明する。図７は、撮像画像における左上の一部を拡大した図である。撮像画像は、１０２４行×１２８０列、合計１３１０７２０個の画像画素から成る。画像画素Ｐl,m,nは、ｌ行ｍ列の画像画素における第ｎ番目の画像画素を示す。ｌ、ｍ、ｎは整数であり、１≦ｌ≦１０２４、１≦ｍ≦１２８０、１≦ｎ≦２を満たす。第ｎ番目の画像画素Ｐl,m,nは、第ｎ番目の波長帯の発光輝度信号λl,m,nを有する。ｎが小さくなるにつれて、発光輝度信号は低波長帯に属し、ｎが大きくなるにつれて高波長帯に属する。１つ１つの画像画素は、１つ１つの受光画素２９に対応する。１つの画像画素は、１色、すなわち１つの波長帯の発光輝度信号を有する。２色で画像をモニタ４０に表示するため、補間処理を実行して、不足しているもう１つの波長帯の発光輝度信号を補間する。
【００４５】
画像画素Ｐ2,3,1に関して、２色の波長帯の発光輝度信号を求める手段について説明する。この手段は、１つの画像画素を１つの画素とする補間画像を作成することを目的とする。画像画素Ｐ2,3,1における第ｎ番目の波長帯の発光輝度信号λ2,3,nは、以下の式により求められる。
λ2,3,1＝λ2,3,1
λ2,3,2＝（２・（λ2,2,2＋λ2,4,2）＋λ1,2,2＋λ1,4,2＋λ3,2,2＋λ3,4,2）／８
ここで、発光輝度信号λ2,3,1は、対応する受光画素２９からの受光輝度信号を用いる不補間発光輝度信号であり、発光輝度信号λ2,3,2は、対応しない受光画素２９からの受光輝度信号を用いて作成される被補間発光輝度信号である。
【００４６】
これら２個の発光輝度信号を全ての画像画素に対して算出する。そして、１つの画像画素を１つの画素とする補間画像を作成する。これにより、水平方向１２８０ピクセル、垂直方向１０２４ピクセルの補間画像が作成される。
【００４７】
次に、図８を用いて画像表示処理について説明する。画像表示処理は、内視鏡装置１の電源が入れられたとき内視鏡装置１によって実行される。
【００４８】
ステップＳ７１では、波長フィルタ３０が光をいくつの波長帯に分割するのかを決定する。すなわち、波長帯の数をユーザが決定する。
【００４９】
ステップＳ７２では、波長フィルタ３０に適切な電圧を印加して、各波長帯の受光輝度信号を受光画素２９が取得し、内視鏡プロセッサ１０に送信する。
【００５０】
ステップＳ７３では、補間処理部１２が補間処理を実行して、画像画素あるいは画像画素単位に必要な発光輝度信号を算出する。これにより、補間画像が作成される。
【００５１】
ステップＳ７４では、発光輝度信号を用いてモニタ４０に補間画像を表示する。
【００５２】
そして、ステップＳ７５において、内視鏡装置１の電源が切断されて処理が終了する。
【００５３】
本実施形態によれば、同時に受光した複数の波長帯の光を用いて画像を作成できる。
【００５４】
なお、撮像部はＣＣＤ３１に限定されず、例えばＣＭＯＳ等の撮像素子であっても良い。
【００５５】
また、フィルタが透過する波長帯の種類は２種類又は１６種類に限定されない。液晶分子の屈折率に応じて波長帯の種類が増減できる。
【符号の説明】
【００５６】
１  内視鏡装置
１０  内視鏡プロセッサ
１１  電圧制御部
１２  補間処理部
１３  信号処理部
２０  内視鏡スコープ
２１  撮像レンズ
２２  遠位端部
２８  撮像面
２９  受光画素
３０  波長フィルタ
３１  ＣＣＤ
３２  偏光板
３３  第１のガラス基板
３４  第１の透明電極
３５  液晶セル
３６  第２の透明電極
３７  第２のガラス基板
４０  モニタ
【図１】
2011120703.tif 000003
【図２】
2011120703.tif 000004
【図３】
2011120703.tif 000005
【図４】
2011120703.tif 000006
【図５】
2011120703.tif 000007
【図６】
2011120703.tif 000008
【図７】
2011120703.tif 000009
【図８】
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