(57)【要約】      （修正有）【課題】光の利用効率が高い波長可変型の狭帯域画像システムを提供する。【解決手段】対物光学系と、対物光学系による像が結像される受光面を有し、受光面に結像した像の画像信号を出力する固体撮像素子と、対物光学系と固体撮像素子の間に配置され常光と異常光の双方を透過し、液晶層に印加する電圧に応じて透過する異常光のピーク波長が変化する波長可変型バンドパスフィルタと、画像信号をメモリに保存する信号処理手段を有し、液晶層に印加する電圧を０Ｖに設定して画像メモリに前記常光による画像の常光画像データを保存させ、液晶層に印加する電圧を０Ｖ以外の大きさに設定して画像メモリに常光と異常光による画像が合成された合成画像データを保存させ、合成画像データから常光画像データを減算することによって異常光による画像の異常光画像データを作成する。【選択図】図１２
2011082886.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所望の狭帯域に分光された狭帯域画像の画像データを得るための狭帯域画像システムであって、
対物光学系と、
前記対物光学系による像が結像される受光面を有し、前記受光面に結像した像に相当する画像信号を出力する固体撮像素子と、
前記対物光学系と前記固体撮像素子の間に配置され、常光と異常光の双方を透過し、表面に電極膜と反射膜が積層形成された一対の基板間に配置された液晶層に印加する電圧に応じて透過する異常光のピーク波長が変化する波長可変型バンドパスフィルタと、
前記固体撮像素子からの画像信号を画像データに変換して画像メモリに保存する第１の信号処理手段と、
前記画像メモリに保存された画像データ間で画像演算を行って演算後画像データを得る画像処理手段と、
前記画像処理手段によって得られた演算後画像データをモニタに表示させるためのビデオ信号を生成する第２の信号処理手段と、
前記波長可変型バンドパスフィルタ及び前記画像処理手段を制御する制御手段と
を有し、
前記制御手段は、
前記液晶層に印加する電圧を０Ｖに設定して前記画像メモリに前記常光による画像の常光画像データを保存させ、
前記液晶層に印加する電圧を０Ｖ以外の大きさに設定して前記画像メモリに前記常光と前記異常光による画像が合成された合成画像データを保存させ、
前記画像処理手段を制御して、前記合成画像データから前記常光画像データを減算することによって異常光による画像の異常光画像データを作成する
ことを特徴とする狭帯域画像システム。
【請求項２】
前記対物光学系、前記固体撮像素子及び前記波長可変型バンドパスフィルタが電子内視鏡の挿入管先端部に内蔵されており、
前記狭帯域画像システムは、前記内視鏡の挿入管先端部周囲の狭帯域画像の画像データを取得する
ことを特徴とする請求項１に記載の狭帯域画像システム。
【請求項３】
前記狭帯域画像システムが、前記電子内視鏡のライトガイドに照明光を供給する為の光源装置を更に有することを特徴とする請求項２に記載の狭帯域画像システム。
【請求項４】
前記光源装置と前記ライトガイドとの間には、透過スペクトルが互いに異なる複数種類の波長固定フィルタをその円周面上に順次設けた回転式フィルタが配置され、
前記第１の信号処理手段は、前記波長固定フィルタの種類ごとに異なる画像データを生成して前記画像メモリに保存可能である
ことを特徴とする請求項３に記載の狭帯域画像システム。
【請求項５】
前記固体撮像素子の受光面には、透過スペクトルが互いに異なる複数種類の波長固定フィルタが設けられており、
前記第１の信号処理手段は、前記波長固定フィルタの種類ごとに異なる画像データを生成して前記画像メモリに保存可能である
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の狭帯域画像システム。
【請求項６】
前記狭帯域画像システムが、所望の狭帯域画像を得る際にどのような大きさの電圧を前記液晶層に加えかつどの波長固定フィルタを介した画像データを使用するかを前記制御手段が判断するためのルックアップテーブルを更に有することを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の狭帯域画像システム。
【請求項７】
前記複数種類の波長固定フィルタは、Ｒ、Ｇ、Ｂの３原色の波長固定フィルタを含むことを特徴とする請求項４から請求項６のいずれか一項に記載の狭帯域画像システム。
【請求項８】
前記光源装置は、白色光源及び該白色光源と前記ライトガイドとの間に配置される赤外光カットフィルタを有する
ことを特徴とする請求項３を引用する請求項７に記載の狭帯域画像システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所望の狭帯域に分光された狭帯域画像の画像データを得るための狭帯域画像システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
患者の体腔内を診断するためのシステムとして、先端部に撮像素子を備えた電子内視鏡と、撮像素子により生成された画像信号を処理してモニタに出力するビデオプロセッサを備えた電子内視鏡システムが広く知られており、実用に供されている。この種の電子内視鏡システムには、特定の対象部位（病変部等）からの戻り光に対応する特徴的な波長帯域の光のみを透過させるバンドパスフィルタを通して観察対象を撮像し、それによって得られた画像信号を処理して得られる狭帯域画像をモニタ上で強調表示させるものがある。
【０００３】
このような電子内視鏡システムは、従来、対象部位毎に対応するバンドパスフィルタを交換する必要があり、その交換機構および付随作業は技術的負担であった。しかし、近年、透過スペクトルをコントロールできる波長可変型のバンドパスフィルタを搭載した電子内視鏡システムが実用化され、機構および付随作業の省略が可能となっている。電子内視鏡システムに適する波長可変型のバンドパスフィルタとしては、例えば特許文献１に開示される光変調素子が挙げられる。
【０００４】
特許文献１の光変調素子は、２枚の偏光板を光路上に配置し、偏光板の間にスタックされた複数枚の液晶パネルを配置することにより構成されている。そして、液晶パネルに封入された複屈折性と色分散を有する液晶分子の配向を制御することによって液晶パネルを透過する光の偏光状態をコントロールし、特定の偏光成分の波長帯域の光のみを後段の偏光板から射出させるように構成されている。当該光変調素子の透過スペクトルのピークは、高い電圧が液晶パネルに印加されるほど短波長側にシフトする（特許文献１の図８参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−２７２５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１によれば、特定の偏光成分を含まない光は全て、偏光板によってカットされてしまう。また、後段の偏光板を透過する偏光成分の光も偏光板によって一定の吸収を受ける。このため、光の利用効率が低く、撮像素子に到達する光量が少ないという不利な点がある。このような不利な点を解消するため、例えば撮像素子の感度を増加させることが考えられるが、これはＳＮ比の低下や検出時間の増大などの好ましくない効果を同時にもたらす。そのため、光の利用効率が高い波長可変型のバンドパスフィルタが望まれている。
【０００７】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、光の利用効率が高い波長可変型の狭帯域画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】
【０００８】
上記の目的を達成するため、本発明の狭帯域画像システムは、対物光学系と、対物光学系による像が結像される受光面を有し、受光面に結像した像に相当する画像信号を出力する固体撮像素子と、対物光学系と固体撮像素子の間に配置され常光と異常光の双方を透過し、表面に電極膜と反射膜が積層形成された一対の基板間に配置された液晶層に印加する電圧に応じて透過する異常光のピーク波長が変化する波長可変型バンドパスフィルタと、固体撮像素子からの画像信号を画像データに変換して画像メモリに保存する第１の信号処理手段と、画像メモリに保存された画像データ間で画像演算を行って演算後画像データを得る画像処理手段と、画像処理手段によって得られた演算後画像データをモニタに表示させるためのビデオ信号を生成する第２の信号処理手段と、波長可変型バンドパスフィルタ及び画像処理手段を制御する制御手段とを有し、制御手段は、液晶層に印加する電圧を０Ｖに設定して画像メモリに前記常光による画像の常光画像データを保存させ、液晶層に印加する電圧を０Ｖ以外の大きさに設定して画像メモリに常光と異常光による画像が合成された合成画像データを保存させ、画像処理手段を制御して、合成画像データから常光画像データを減算することによって異常光による画像の異常光画像データを作成する。
【０００９】
偏向板を併用しない波長可変型バンドパスフィルタは、液晶層に電圧を印加したときに常光と異常光の双方が、それぞれ異なる透過波長帯を形成する。このため、固体撮像素子の受光面には、常光による常光画像と異常光による異常光画像が合成された合成画像が結像する。本発明の上記構成は、合成画像データから常光画像データを減算することにより、異常光画像データを作成する。異常光画像データは、液晶層に印可される電圧の大きさによって決まる波長を中心波長とする狭帯域の画像データとなる。
【００１０】
このように、本発明によれば、偏向板を用いない簡略な構造のシステムでありながら、狭帯域の画像データを得ることができる。また、偏向板を使用しないため、固体撮像素子に十分な光量の光を到達させることができる（すなわち、照明光の光量が少ない場合であっても、明るく、かつコントラストに優れた狭帯域画像データが得られる）。また、偏向板は一般に青色などの短波長の光の透過率が低く、従来のシステムでは短波長域での狭帯域画像データを得ることができなかったが、本発明の狭帯域画像システムは、偏向板を使用しないため、短波長域での狭帯域画像データを得ることができる。
【００１１】
また、対物光学系、固体撮像素子及び波長可変型バンドパスフィルタが電子内視鏡の挿入管先端部に内蔵されており、狭帯域画像システムは、内視鏡の挿入管先端部周囲の狭帯域画像の画像データを取得する構成としてもよい。
【００１２】
また、狭帯域画像システムが、電子内視鏡のライトガイドに照明光を供給するための光源装置を更に有する構成としてもよい。
【００１３】
好ましくは、光源装置が、白色光源とライトガイドとの間に配置される回転式の波長固定フィルタを有し、第１の信号処理手段は、波長固定フィルタの種類ごとに異なる画像データを生成して画像メモリに保存可能である。或いは、固体撮像素子の受光面には透過スペクトルが互いに異なる複数種類の波長固定フィルタが設けられており、第１の信号処理手段は、波長固定フィルタの種類ごとに異なる画像データを生成して画像メモリに保存可能である。
【００１４】
このような構成とすると、異常光に異なる中心波長を有する複数の狭帯域が形成される場合であっても、波長固定フィルタにより単一の狭帯域の光のみによる狭帯域画像を得ることができる。
【００１５】
さらに好ましくは、狭帯域画像システムが、所望の狭帯域画像を得る際にどのような大きさの電圧を前記液晶層に加えかつどの波長固定フィルタを介した画像データを使用するかを制御手段が判断するためのルックアップテーブルを更に有する。
【００１６】
また、複数種類の波長固定フィルタは、例えばＲ、Ｇ、Ｂの３原色の波長固定フィルタを含む。
【００１７】
この場合、光源装置は白色光源及び白色光源とライトガイドとの間に配置される赤外光カットフィルタを有する構成とすることがより好ましい。
【００１８】
一般にＲやＧのカラーフィルタは、赤外光の透過率が高くなっており、赤外線カットフィルタを併用しない場合は、所望の狭帯域のみならず、赤外光成分を含む画像が得られる。本構成は、赤外光カットフィルタを用いることにより、ＲやＧのカラーフィルタによって赤外光成分を含まない高品位の狭帯域画像が得られる。
【発明の効果】
【００１９】
以上のように、本発明によれば、光の利用効率が高い波長可変型の狭帯域画像システムが実現される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態の電子内視鏡システムの概略外観図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施の形態の電子内視鏡システムの構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、ベイヤ配列されたオンチップカラーフィルタを構成する各マイクロフィルタと、撮像素子の受光面上の各画素との対応関係を説明する図である。
【図４】図４（ａ）および（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態の波長可変型バンドパスフィルタの構造を概略的に示す図である。
【図５】図５は、本発明の第１の実施の形態の波長可変型バンドパスフィルタの常光の波長−透過率線図である。
【図６】図６は、本発明の第１の実施の形態の波長可変型バンドパスフィルタの液晶層に０．５Ｖの電圧を印加した時の異常光の波長−透過率線図である。
【図７】図７は、本発明の第１の実施の形態の波長可変型バンドパスフィルタの液晶層に１．０Ｖの電圧を印加した時の異常光の波長−透過率線図である。
【図８】図８は、本発明の第１の実施の形態の波長可変型バンドパスフィルタの液晶層に４．０Ｖの電圧を印加した時の異常光の波長−透過率線図である。
【図９】図９は、本発明の第１の実施の形態の波長可変型バンドパスフィルタの液晶層に６．０Ｖの電圧を印加した時の異常光の波長−透過率線図である。
【図１０】図１０は、本発明の第１の実施の形態の波長可変型バンドパスフィルタの液晶層に７．０Ｖの電圧を印加した時の異常光の波長−透過率線図である。
【図１１】図１１は、本発明の第１の実施の形態のオンチップカラーフィルタのＲＧＢ各色のカラーフィルタの波長−透過率線図である。
【図１２】図１２は、本発明の第１の実施の形態のシステムコントロールユニットによって実行される、所望の中心波長の狭帯域画像データを生成するための処理のフローチャートである。
【図１３】図１３は、本発明の第２の実施の形態の電子内視鏡システムの構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。図１は、本発明の第１の実施形態の電子内視鏡システム１の概略外観図である。また、図２は、本実施形態の電子内視鏡システム１の構成を示すブロック図である。これらの図に示されるように、電子内視鏡システム１は、光源装置１００、電子内視鏡２００、ビデオプロセッサ３００、およびモニタ４００から構成される。
【００２２】
図２に示されるように、電子内視鏡２００の基端部には、撮像素子用ドライバ２１６、液晶用ドライバ２１８等の回路基板を収容するコネクタユニット２１０が備えられている。図１に示されるように、コネクタユニット２１０からは二本のケーブルが延び、それぞれの先端部にはピンプラグ２１２、２１４が設けられている。ピンプラグ２１２が光源装置１００のジャック１１０に差し込まれることにより、光源装置１００と電子内視鏡２００が光学的に接続される。また、ピンプラグ２１４がビデオプロセッサ３００のジャック３１０に差し込まれることにより、ビデオプロセッサ３００と電子内視鏡２００が電気的に接続される。ビデオプロセッサ３００とモニタ４００は所定のケーブルを介して電気的に接続されている。
【００２３】
上述のように電子内視鏡システム１の各要素が接続され、それぞれの電源が投入されると、術者は、電子内視鏡システム１を使用して患者を観察・診断できるようになる。具体的には、術者は、電子内視鏡２００の可撓性を有する挿入部２３０を患者の体腔内に挿入して操作部２２０を操作し、挿入部２３０の先端部２４０を観察対象近傍に導く。そして、操作部２２０を操作するとともに、ビデオプロセッサ３００の操作部３２０も操作して、その結果得られる画像をモニタ４００で確認する。術者は、モニタ４００を通じて患者の体腔内を観察し、患者の健康状態を検査する。
【００２４】
図２に示されるように、光源装置１００はランプ１２０と集光レンズ１３０を備えている。当該ランプ１２０には、広帯域の波長成分を含むメタルハライドランプ、キセノンランプ、ハロゲンランプ等が適している。ランプ１２０が照射した白色光は、７００ｎｍ以上の波長の光をカットする赤外線カットフィルタ１２１を通過した後、集光レンズ１３０により集光される。ここで、上述したようにジャック１１０とピンプラグ２１２とが接続されるようになっており、両者が接続されたときには電子内視鏡２００のライトガイド２５０の入射端２５０ａが集光レンズ１３０の焦点近傍の位置に固定される。集光レンズ１３０で集光された光束は、光ファイバ束であるライトガイド２５０の入射端２５０ａから当該ライトガイド２５０内に入射する。
【００２５】
なお、図２においては図面の簡略化のため、電子内視鏡２００と光源装置１００およびビデオプロセッサ３００との接続部分の図示を省略している。また、操作部２２０の図示も省略している。
【００２６】
ライトガイド２５０は、電子内視鏡２００内部を電子内視鏡２００の長手方向に沿って配線され、他端（射出端２５０ｂ）が先端部２４０の内部に配置されている。そして、射出端２５０ｂの前方に位置する先端部２４０の前面には、配光レンズ２６０が設けられている。よって、入射端２５０ａからライトガイド２５０に入射された入射光は、ライトガイド２５０内を伝播して射出端２５０ｂから射出され、配光レンズ２６０を介して先端部２４０から外部に照射されて観察対象部位を照明する。
【００２７】
先端部２４０内部には、光軸ＡＸ上に先端から順に、カバーレンズ、アパーチャ、対物レンズ等で構成される対物光学系２７０、波長可変型バンドパスフィルタ２８０、および撮像素子２９０が配置されている。そして、照明された観察対象部位からの反射光は、対物光学系２７０を構成する各光学素子、波長可変型バンドパスフィルタ２８０を介して撮像素子２９０の受光面２９０ｓで光学像を結ぶ。波長可変型バンドパスフィルタ２８０は、光軸ＡＸ上にスタックされ、或いは僅かに離隔して配置されている。これらの波長可変型バンドパスフィルタの構成および作用については後に詳説する。なお、先端部２４０の内径は約φ３〜１５ｍｍであり、波長可変型バンドパスフィルタ２８０は約１〜１０ｍｍ角の板状素子である。
【００２８】
撮像素子２９０は、ベイヤ型画素配置を有する単板式カラーＣＣＤであり、図２に示されるように、受光面２９０ｓが波長可変型バンドパスフィルタ２８０のフィルタ面と平行になるように配置されている。そして、撮像素子２９０の受光面２９０ｓ前面には、画素に対応したＲ（Red）、Ｇ（Green）、Ｂ（Blue）の３原色マイクロフィルタがベイヤ配列されたオンチップカラーフィルタ２９２が搭載されている。
【００２９】
ここで、図３に、ベイヤ配列されたオンチップカラーフィルタ２９２を構成する各マイクロフィルタと、撮像素子２９０の受光面２９０ｓ上の各画素との対応関係を説明する図を示す。図１０において「Ｒ」、「Ｇ」、「Ｂ」が記されたマイクロフィルタはそれぞれ、Ｒ色、Ｇ色、Ｂ色に対応するマイクロフィルタを意味する。図３では便宜上、受光面２９０ｓ上の一部の画素、およびオンチップカラーフィルタ２９２を構成する一部のマイクロフィルタのみを示す。
【００３０】
オンチップカラーフィルタ２９２は、フィルタ面が撮像素子２９０の受光面２９０ｓと平行になるように配置されている。附言するに、オンチップカラーフィルタ２９２を構成する各マイクロフィルタは、受光面２９０ｓに並列に配置されており、受光面２９０ｓ上の一の画素に対応して並んでいる。つまり、オンチップカラーフィルタ２９２を構成するマイクロフィルタは、受光面２９０ｓ上の画素に１：１で対応するように並べられている。このため、図３のマイクロフィルタ２９２０Ｇを透過した光は、対応する画素、ここでは受光面２９０ｓ上の画素２９０１で光学像を結ぶこととなる。また、他のマイクロフィルタ２９２０Ｂ、２９２０Ｒ、２９２１Ｇを透過した光もそれぞれ同様に、対応する画素、すなわち画素２９０２、２９０３、２９０４で光学像を結ぶこととなる。
【００３１】
撮像素子２９０は、撮像素子用ドライバ２１６から信号ケーブル２９８を介して送られる駆動信号に従って駆動され、受光面２９０ｓ上で結像した光学像を撮像素子２９０の各画素上でその光量に応じた電荷として蓄積して、画像信号に変換する。変換された画像信号は、信号ケーブル２９８を伝送してビデオプロセッサ３００の絶縁回路３３０に入力され、次いで、絶縁回路３３０を介して前段処理回路３５０に入力される。なお、絶縁回路３３０は、電子内視鏡２００とビデオプロセッサ３００との間を伝送する信号を、例えばフォトカプラやトランス等を使用して、電気絶縁性の媒体を伝播する信号（光又は磁界）として伝送する区間を設けることにより、電子内視鏡２００とビデオプロセッサ３００とを電気的に絶縁させるものである。
【００３２】
ビデオプロセッサ３００は、ビデオプロセッサ３００全体を統括的に制御するシステムコントロールユニット３４０を備えている。前段処理回路３５０は、システムコントロールユニット３４０の制御下で動作し、電子内視鏡２００から入力される画像信号に対して増幅、Ａ／Ｄ変換等の処理を施して画像データを生成し、これを画像メモリ３６１に出力する。なお、システムコントロールユニット３４０は、撮像素子用ドライバ２１６を介して撮像素子２９０の駆動タイミングも制御している（図面の簡略化のため、電子内視鏡２００側の各要素とシステムコントロールユニット３４０との結線は省略する）。
【００３３】
画像メモリ３６１は画像データをフレーム単位で格納する。そして、画像メモリ３６１に格納されたフレーム単位の画像データは、システムコントロールユニット３４０によって読み出され、所定の画像処理が施された後、ビデオメモリ３６２に送信される。ビデオメモリ３６２に保存された画像データは、所定のタイミング毎にビデオ信号処理回路３７０に出力される。この出力タイミングは、システムコントロールユニット３４０からの同期パルスに従って決定される。この同期パルスは、ビデオメモリ３６２と撮像素子用ドライバ２１６の双方に同一タイミングで出力される。すなわち同期パルスにより、ビデオプロセッサ３００側での信号処理のタイミングと撮像素子２９０の駆動タイミングとが同期する。
【００３４】
ビデオ信号処理回路３７０は、ビデオメモリ３６２に格納されている画像データに周知の画素補間処理を施すとともに、画素補間処理した画像データをモニタ４００で表示可能な映像信号に変換する。そして、変換して得られた映像信号を出力回路３８０に出力する。
【００３５】
出力回路３８０は、ビデオ信号処理回路３７０によって生成されたカラー信号および輝度信号を各形式のビデオ信号（例えばコンポジットビデオ信号やＳビデオ信号或いはＲＧＢビデオ信号等）に変換してモニタ４００に出力する。これにより、患者の体腔内の映像がモニタ４００に表示され、術者は患者の体腔内を観察できるようになる。
【００３６】
次に、波長可変型バンドパスフィルタ２８０について詳説する。波長可変型バンドパスフィルタ２８０は、波長可変型の狭帯域フィルタであり、液晶用ドライバ２１８を介したシステムコントロールユニット３４０の制御下で透過スペクトルがコントロールされる。システムコントロールユニット３４０は、術者による操作部３２０の操作に従って液晶用ドライバ２１８を制御する。
【００３７】
図４（ａ）および（ｂ）は、波長可変型バンドパスフィルタ２８０の構造を概略的に示す図である。図４（ａ）および（ｂ）に示されるように、波長可変型バンドパスフィルタ２８０は、液晶層２８１を、２枚のガラス基板２８２から構成されるファブリペロー型干渉フィルタ内に封入して構成されている。ガラス基板２８２は、例えばＮＡ３５等の無アルカリガラスやＢＫ７で構成される。各ガラス基板２８２には、ガラス基板２８２側から液晶層２８１側に向かって反射膜２８３、導電膜２８４、液晶配向膜２８５が順に堆積されている。すなわち液晶層２８１は、一対の液晶配向膜２８５に挟まれて構成されており、その層厚ｄはスペーサ２８６により規定されている。
【００３８】
導電膜２８４は透光性を有する電極膜であり、ＩＴＯ（インジウム−スズ酸化物）で構成されている。反射膜２８３は半透過性の反射膜であり、金属反射膜や好ましくはＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）の構成を用いることが可能である。本発明の構成例ではＳｉＯ２膜とＴｉＯ２膜とを交互に堆積して構成されている。詳しくは、前段の反射膜２８３は、ガラス基板２８２側から導電膜２８４側に向かってＴｉＯ２膜、ＳｉＯ２膜、ＴｉＯ２膜、ＳｉＯ２膜が順に堆積される。後段の反射膜２８３も同様に、ガラス基板２８２側から導電膜２８４側に向かってＴｉＯ２膜、ＳｉＯ２膜、ＴｉＯ２膜、ＳｉＯ２膜が順に堆積さる。
【００３９】
一対の反射膜２８３は、液晶層２８１を挟んでおよそ距離ｄだけ離間し、互いに平行に配置されている。従って、液晶層２８１の屈折率を「ｎ」とした場合、反射膜２８３間の光学的距離は「ｎｄ」となる（説明の便宜上、導電膜２８４、液晶配向膜２８５の厚みは無視する）。
【００４０】
波長可変型バンドパスフィルタ２８０に入射された入射光は、一対の反射膜２８３の間（すなわち液晶層２８１内）で多重反射する。そして、反射光間の干渉により、光学的距離ｎｄによって決まる所定の波長帯域の光のみが波長可変型バンドパスフィルタ２８０を透過する。
【００４１】
液晶層２８１には、ホモジニアス配向させたｐ型液晶が封入されている。すなわち、液晶層２８１の液晶分子は、電場がかけられていないときには図３（ａ）に示されるように、一様にガラス基板２８２の面（光軸ＡＸと直交する面）に平行に配向している。また、液晶用ドライバ２１８により導電膜２８４に電圧を印加して液晶層２８１内に電場を発生させた場合、各液晶分子は、発生した電場（あるいは印加電圧）に応じた角度だけガラス基板２８２の上記面に対し傾斜する。各液晶分子は、最大で、図３（ｂ）に示されるように、長軸がガラス基板２８２の面と略垂直な方向を向くまで傾斜する。
【００４２】
液晶層２８１に封入された液晶分子は、一軸性結晶と同様の光学的性質を有し、屈折率異方性、すなわち複屈折性を有する。詳細には、本実施形態で使用される液晶は、配向方向（液晶分子の長軸方向）と平行な振動電場をもつ光（異常光）に対しては屈折率ｎｅを有し、当該配向方向と垂直な振動電場をもつ光（常光）に対しては屈折率ｎｏを有する。このため、液晶用ドライバ２１８による印加電圧により液晶分子の長軸方向を入射光の振動面内で変えることにより、異常光に対する液晶層２８１の実効的な屈折率が、常光に対する値（屈折率ｎｏ）から屈折率ｎｅmaxまでの範囲で変化する。一方、常光に対する液晶層２８１の屈折率は、印加電圧による液晶分子の回転によっては変化しない。
【００４３】
このように常光に対する液晶層２８１の屈折率は変化しないため、常光の光学的距離ｎｄは液晶層２８１への電圧の印加の有無に関わらず一定である。従って、常光に対する波長可変型バンドパスフィルタ２８０の透過スペクトルは、常に同じものとなる。これに対して、異常光に対する液晶層２８１の屈折率は液晶層２８１に印加される電圧に応じて増大し、その屈折率変化によって異常光の光学的距離ｎｄが増大する。このため、異常光に対する波長可変型バンドパスフィルタ２８０の透過スペクトルは、液晶層２８１に印加される電圧に応じて変化する。
【００４４】
以上の構成の波長可変形バンドパスフィルタ２８０の常光の波長−透過率線図を図５に示す。また、異常光の波長−透過率線図を図６〜１０に示す。図６〜１０は、夫々液晶層２８１に０．５Ｖ、１．０Ｖ、４．０Ｖ、６．０Ｖ及び７．０Ｖの電圧を印加した時の異常光の透過率を示したものである。図５〜図１０に示されるように、波長可変形バンドパスフィルタ２８０による常光及び異常光の透過率分布は、４つのピークを有しており、特に４５０〜７００ｎｍの波長領域では、上記ピークの周辺以外の波長では、常光は殆ど透過しない。常光及び異常光の透過率のピーク波長を表１に示す。
【００４５】
【表１】
2011082886.tif 000003
【００４６】
表１に示されるように、液晶層２８１に加える電圧が高くなるほど、ピーク波長は大きくなる傾向がある。
【００４７】
前述のように、撮像素子２９０の受光面２９０ｓの前面には、オンチップカラーフィルタ２９２が搭載されている（図２）。オンチップカラーフィルタ２９２のＲＧＢ各色のカラーフィルタの波長−透過率線図を図１１に示す。図１１に示されるように、Ｒのカラーフィルタは、主として５８０ｎｍ以上の波長の光を透過し、５５０ｎｍ以下の波長の光を殆ど透過させない。Ｇのカラーフィルタは、主として５００〜５８０ｎｍの波長の光を透過し、６００〜７００ｎｍ及び４５０ｎｍ以下の波長の光を殆ど透過させない。Ｂのカラーフィルタは、主として４２０〜４８０ｎｍ前後の波長の光を透過し、４００ｎｍ以下及び５００ｎｍ以上の波長の光を殆ど透過させない。
【００４８】
また、前述のように、光源装置１００は、赤外線カットフィルタ１２１によって７００ｎｍ以上の波長の光が殆どカットされた光を供給している（図２）。そのため、Ｒのカラーフィルタは、実質５８０〜７００ｎｍの波長の光を主に透過させるフィルタとして機能する。
【００４９】
図５〜１０の夫々には、オンチップカラーフィルタ２９２のＲＧＢ各色のカラーフィルタが主として透過する波長領域が示されている。図５に示されるように、Ｇのフィルタを通過した常光の像は、５１８ｎｍ付近の狭波長域のみによって構成される像となる。また、Ｒのフィルタを通過した常光の像は、６５２ｎｍ付近の狭波長域のみによって構成される像となる。また、図６に示されるように、Ｇのフィルタを通過した異常光（電圧０．５Ｖ）の像は、５２３ｎｍ付近の狭波長域のみによって構成される像となる。また、Ｒのフィルタを通過した異常光（電圧０．５Ｖ）の像は、６５８ｎｍ付近の狭波長域のみによって構成される像となる。また、図７に示されるように、Ｇのフィルタを通過した異常光（電圧１．０Ｖ）の像は、５５０ｎｍ付近の狭波長域のみによって構成される像となる。また、Ｒのフィルタを通過した異常光（電圧１．０Ｖ）の像は、６８０ｎｍ付近の狭波長域のみによって構成される像となる。また、図８に示されるように、Ｇのフィルタを通過した異常光（電圧４．０Ｖ）の像は、５７０ｎｍ付近の狭波長域のみによって構成される像となる。また、図９に示されるように、Ｂのフィルタを通過した異常光（電圧６．０Ｖ）の像は、４３９ｎｍ付近の狭波長域のみによって構成される像となる。また、図１０に示されるように、Ｇのフィルタを通過した異常光（電圧７．０Ｖ）の像は、５１５ｎｍ付近の狭波長域のみによって構成される像となる。また、Ｒのフィルタを通過した異常光（電圧７．０Ｖ）の像は、６０５ｎｍ付近の狭波長域のみによって構成される像となる。
【００５０】
このように、液晶層２８１に加える電圧及びカラーフィルタを選択することにより、所望の波長を中心とする狭波長域の画像を取得することができる。本実施形態のビデオプロセッサ３００のシステムコントロールユニット３４０に内蔵されるストレージ（フラッシュメモリ等）には、狭波長域の画像の中心波長から、液晶層２８１にどのような大きさの電圧を加えるべきか、及びどのカラーフィルタを選択すべきかを判断するためのルックアップテーブルが記憶されており、所望の中心波長を有する狭波長域の画像を得る際に、システムコントロールユニット３４０は、ルックアップテーブルを参照する。
【００５１】
液晶層２８１（図４）に電圧を印加しない状態では、常光のみが波長可変形バンドパスフィルタ２８０を通過して、固体撮像素子２９０の受光面２９０ｓに入射するようになっている（図３）。一方、液晶層２８１に電圧を印加した状態では、常光と異常光の双方が波長可変形バンドパスフィルタ２８０を通過して、固体撮像素子２９０の受光面２９０ｓに入射するようになっている。すなわち、液晶層２８１に電圧を印加した状態では、常光による画像に異常光による画像を重ね合わせた合成画像が得られる。
【００５２】
本実施形態において、所望の中心波長の狭波長域の画像を得るためには、常光と異常光夫々による像の合成画像から異常光のみによる画像を抽出する必要がある。本実施形態においては、ビデオプロセッサ３００のシステムコントロールユニット３４０が、画像メモリ３６１に記憶された画像データを処理することによって、異常光のみによる画像を生成している。以下、その手順について説明する。
【００５３】
図１２は、本実施形態のシステムコントロールユニット３４０によって実行される、所望の中心波長の狭帯域画像データを生成するための処理のフローチャートである。本フローが開始されると、ステップＳ１が実行される。
【００５４】
ステップＳ１では、システムコントロールユニット３４０は、取得しようとする狭帯域画像データの中心波長をキーとしてルックアップテーブルを参照し、狭帯域画像データの元となる合成画像を得る際、液晶層２８１にどのような大きさの電圧を加えるべきか、及びどのカラーフィルタを選択すべきかを判断する。次いで、ステップＳ２に進む。
【００５５】
ステップＳ２では、システムコントロールユニット３４０は、液晶層２８１に０Ｖの電圧が加えられるよう、液晶用ドライバ２１８を制御する。これにより、常光による画像（常光画像）の画像データが画像メモリ３６１に記憶される。次いで、ステップＳ３に進む。
【００５６】
ステップＳ３では、システムコントロールユニット３４０は、ステップＳ２にて加えるべきと判断された電圧が液晶層２８１に加えられるよう、液晶用ドライバ２１８を制御する。これにより、常光画像と異常光画像が合成された合成画像の画像データが画像メモリ３６１に記憶される。次いで、ステップＳ４に進む。
【００５７】
ステップＳ４では、システムコントロールユニット３４０は、ステップＳ３で画像メモリ３６１に保存された合成画像の画像データの、ステップＳ１で選択すべきと判断されたカラーフィルタに対応するデータの各ピクセルの輝度値から、ステップＳ２で画像メモリ３６１に保存された常光画像の画像データの、ステップＳ１で選択すべきと判断されたカラーフィルタに対応するデータの各ピクセルの輝度値を減じて、単色の画像データを生成する。この画像データは、合成画像から常光画像を除去した、異常光画像の画像データである。そして、システムコントロールユニット３４０は、異常光画像の画像データをモノクロ画像としてビデオメモリ３６２に送信する（すなわち、ビデオメモリ３６２のＲＧＢプレーンの全てに、異常光画像の画像データを送信する）。これにより、ビデオメモリ３６２には、特定の波長を中心波長とする狭帯域画像がモノクロ画像として保存されることになる。次いで、本ルーチンを終了する。
【００５８】
以上のルーチンが実行されることにより、ビデオメモリ３６２に狭帯域画像が保存され、この画像データがビデオ信号処理回路３７０及び出力回路３８０によって処理され、モニタ４００に狭帯域画像が表示される。
【００５９】
以上説明した本発明の実施形態においては、赤外光をカットした白色光を生成する光源装置を用い、撮像素子がオンチップカラーフィルタを備えた単板式カラーＣＣＤである。しかしながら、本発明は上記の構成に限定されるものではない。以下に説明する本発明の第２の実施形態は、撮像素子がオンチップカラーフィルタを有さないモノクロＣＣＤであり、光源装置が回転カラーフィルタを備えた面順次方式のカラー光源である。
【００６０】
図１３は、本発明の第２の実施の形態の電子内視鏡システムの構成を示すブロック図である。図１３に示されるように、本実施形態の電子内視鏡システム１´は、電子内視鏡２００の固体撮像素子２９０´の受光面２９０ｓ´にはオンチップカラーフィルタ（第１の実施形態における符号２９２）は設けられていない。一方、本実施形態の光源装置１００´のランプ１２０と赤外線カットフィルタ１２１の間には、その円周面上にＲＧＢ三色のカラーフィルタが順次設けられたロータリーフィルタ１２２が配置されている。即ち、本実施形態の電子内視鏡システム１´は、撮像方式が周知の面順次方式に対応した構成となっている。このロータリーフィルタ１２２は、ステッピングモータ１２３によって回転駆動される。ステッピングモータ１２３は、ビデオプロセッサ３００のシステムコントロールユニット３４０によって制御され、システムコントロールユニット３４０は、ロータリーフィルタ１２２の任意の色のカラーフィルタを通過した光のみが電子内視鏡２００のライトガイド２５０の入射端２５０ａに入射するようにすることができる。なお、ロータリーフィルタ１２２の各カラーフィルタの透過率は、第１の実施形態のオンチップカラーフィルタ２９２の各カラーフィルタと同じ特性を有するものである（すなわち、本実施形態のカラーフィルタの透過率は図１１の波長−透過率線図に従うものである）。従って、システムコントロールユニット３４０がステッピングモータ１２３を駆動制御してロータリーフィルタ１２２を回転させると、ランプ１２０が照射する白色光がロータリーフィルタ１２２によりＲ光、Ｇ光、Ｂ光に順次変換されて集光レンズ１３０に入射し、ライトガイド２５０および配光レンズ２６０を介して対象部位を順に照明する。次いで、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光で照明された対象部位からの戻り光が対物光学系２７０に入射し、波長可変型バンドパスフィルタ２８０によりフィルタリングされた後、撮像素子２９０´に順に受光される。撮像素子２９０´は、モノクロＣＣＤであるので、撮像素子用ドライバ２１６駆動信号によりロータリーフィルタ１２２の回転に同期して、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光に対応する各像の画像信号を順次出力する。出力されたＲ光、Ｇ光、Ｂ光に対応する各像の画像信号は、信号ケーブル２９８を順次伝送して絶縁回路３３０および前段処理回路３５０を介して画像メモリ３６１の各フレームメモリに保持される。そして、通常は、各フレームメモリの画像信号が同時に読み出されてビデオ信号処理回路３７０により同時化された後、出力回路３８０を介してモニタ４００に出力される。
【００６１】
他の構成は、本発明の第１の実施形態と同様であるため、説明は省略する。
【００６２】
以上説明した本発明の第２の実施形態による、狭帯域画像データの生成手順について説明する。本実施形態においても、図１２に示される本発明の第１の実施形態と同様の処理が実行される。本フローが開始されると、ステップＳ１が実行される。
【００６３】
ステップＳ１では、システムコントロールユニット３４０は、取得しようとする狭帯域画像データの中心波長をキーとしてルックアップテーブルを参照し、狭帯域画像データの元となる合成画像を得る際、液晶層２８１にどのような大きさの電圧を加えるべきか、及びどのカラーフィルタを選択すべきかを判断し、次いで、光源装置１００´のステッピングモータ１２３を制御して、選択すべきカラーフィルタを通過した光が電子内視鏡２００のライトガイド２５０の入射端２５０ａに入射するようにする。次いで、ステップＳ２に進む。
【００６４】
ステップＳ２では、システムコントロールユニット３４０は、液晶層２８１に０Ｖの電圧が加えられるよう、液晶用ドライバ２１８を制御する。これにより、常光による画像（常光画像）に対応するＲ光、Ｇ光、Ｂ光の各画像データが画像メモリ３６１の各フレームメモリに記憶される。次いで、ステップＳ３に進む。
【００６５】
ステップＳ３では、システムコントロールユニット３４０は、ステップＳ１にて加えるべきと判断された電圧が液晶層２８１に加えられるよう、液晶用ドライバ２１８を制御する。これにより、常光画像と異常光画像が合成された合成画像に対応するＲ光、Ｇ光、Ｂ光の各画像データが画像メモリ３６１の各フレームメモリに記憶される。次いで、ステップＳ４に進む。
【００６６】
ステップＳ４では、システムコントロールユニット３４０は、ステップＳ３で画像メモリ３６１に保存された前記合成画像の各画像データの内、ステップＳ１で選択すべきと判断されたカラーフィルタに対応するデータの各ピクセルの輝度値から、ステップＳ２で画像メモリ３６１に保存された常光画像の各画像データの内、ステップＳ１で選択すべきと判断されたカラーフィルタに対応するデータの各ピクセルの輝度値を減じて、単色の画像データを生成する。この画像データは、合成画像から常光画像を除去した、異常光画像の画像データである。そして、システムコントロールユニット３４０は、異常光画像の画像データをモノクロ画像としてビデオメモリ３６２に送信する（すなわち、ビデオメモリ３６２のＲＧＢプレーンの全てに、異常光画像の画像データを送信する）。これにより、ビデオメモリ３６２には、特定の波長を中心波長とする狭帯域画像がモノクロ画像として保存されることになる。次いで、本ルーチンを終了する。
【００６７】
以上のルーチンが実行されることにより、ビデオメモリ３６２に狭帯域画像が保存され、この画像データがビデオ信号処理回路３７０及び出力回路３８０によって処理され、モニタ４００に狭帯域画像が表示される。
【００６８】
以上説明した本発明の実施形態においては、ホモジニアス配向させたｐ型液晶が封入されたものを液晶層２８１として使用している。しかしながら、本発明は上記の構成に限定されるものではない。すなわち、ホメオトロピック配向させたｎ型液晶が封入されたものを液晶層２８１として使用する構成としてもよい。
【００６９】
この場合は、液晶層２８１の液晶分子は、電場がかけられていないときには一様にガラス基板２８２の面（光軸ＡＸと直交する面）に垂直に（すなわち光軸ＡＸと平行に）配向している。また、液晶用ドライバ２１８により導電膜２８４に電圧を印加して液晶層２８１内に電場を発生させた場合、各液晶分子は、発生した電場（あるいは印加電圧）に応じた角度だけ光軸ＡＸに対し傾斜する。各液晶分子は、最大で、長軸がガラス基板２８２の面と略平行な方向を向くまで傾斜する。
【００７０】
液晶層２８１に封入された液晶分子は、一軸性結晶と同様の光学的性質を有し、屈折率異方性、すなわち複屈折性を有する。詳細には、本実施形態で使用される液晶は、配向方向（液晶分子の長軸方向）と平行な振動電場をもつ光（異常光）に対しては屈折率ｎｅを有し、当該配向方向と垂直な振動電場をもつ光（常光）に対しては屈折率ｎｏを有する。このため、液晶用ドライバ２１８による印加電圧により液晶分子の長軸方向を入射光の振動面内で変えることにより、異常光に対する液晶層２８１の実効的な屈折率が、常光に対する値（屈折率ｎｏ）から屈折率ｎｅｍｉｎまでの範囲で変化する。なお、ｎ型液晶を用いる場合は、液晶層２８１の屈折率は印加する電圧が高いほど小さくなる。一方、常光に対する液晶層２８１の屈折率は、印加電圧による液晶分子の回転によっては変化しない。
【００７１】
このように常光に対する液晶層２８１の屈折率は変化しないため、常光の光学的距離ｎｄは液晶層２８１への電圧の印加の有無に関わらず一定である。従って、常光に対する波長可変型バンドパスフィルタ２８０の透過スペクトルは、常に同じものとなる。これに対して、異常光に対する液晶層２８１の屈折率は液晶層２８１に印加される電圧に応じて増大し、その屈折率変化によって異常光の光学的距離ｎｄが増大する。このため、異常光に対する波長可変型バンドパスフィルタ２８０の透過スペクトルは、液晶層２８１に印加される電圧に応じて変化する。ｎ型液晶を用いる構成では、液晶層２８１の屈折率は印加する電圧が高いほど小さくなるので、異常光に対する波長可変型バンドパスフィルタ２８０の透過スペクトルは、印加される電圧が高くなるほど、ピーク波長は小さくなる。
【符号の説明】
【００７２】
１、１´  電子内視鏡システム
１００、１００´  光源装置
２００  電子内視鏡
２８０  波長可変型バンドパスフィルタ
２９０  撮像素子
２９２  オンチップカラーフィルタ
３００  ビデオプロセッサ
４００  モニタ
【図１】
2011082886.tif 000004
【図２】
2011082886.tif 000005
【図３】
2011082886.tif 000006
【図４】
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【図５】
2011082886.tif 000008
【図６】
2011082886.tif 000009
【図７】
2011082886.tif 000010
【図８】
2011082886.tif 000011
【図９】
2011082886.tif 000012
【図１０】
2011082886.tif 000013
【図１１】
2011082886.tif 000014
【図１２】
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【図１３】
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