(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
蛍光体を有する被写体に可視光を照射する第１の照明部と、
前記蛍光体から蛍光を発生させるために前記被写体に励起光を照射する第２の照明部と、
前記第１の照明部により照射された前記可視光と前記蛍光体から発生した前記蛍光とを透過させ、前記第２の照明部により照射された前記励起光を遮蔽する光学フィルタ部と、
入射された光に基づいて画像信号をそれぞれ生成することが可能な複数の撮像素子と、前記複数の撮像素子から前記画像信号をインターレース方式でそれぞれ読み出し、前記読み出した各画像信号に基づいて、フレーム画像情報を構成する第１のフィールド画像情報と第２のフィールド画像情報とをそれぞれ出力する出力部とを有する撮像部と、
前記光学フィルタ部を透過した前記可視光を複数の成分光に分光し、前記分光された各成分光を前記複数の撮像素子にそれぞれ入射させ、前記蛍光体から発生した前記蛍光を前記複数の撮像素子のうち少なくとも１つに入射させる光学素子と、
前記可視光と前記励起光とを前記第１及び前記第２のフィールド画像情報のフィールドレートに合わせて相互に切り替えて照射させ、前記各成分光がそれぞれ入射された前記複数の撮像素子から読み出された前記各画像信号に基づく前記可視光の画像情報を前記第１のフィールド画像情報として、前記蛍光が入射された前記少なくとも１つの撮像素子から読み出された少なくとも１つの前記画像信号に基づく前記蛍光の画像情報を前記第２のフィールド画像情報として、これらを相互に切り替えて出力させる制御手段と
を具備する撮像装置。
【請求項２】
蛍光体を有する被写体に可視光を照射する第１の照明部と、
前記蛍光体から蛍光を発生させるために前記被写体に励起光を照射する第２の照明部と、
前記第１の照明部により照射された前記可視光と前記蛍光体から発生した前記蛍光とを透過させ、前記第２の照明部により照射された前記励起光を遮蔽する光学フィルタ部と、
入射された光に基づいて画像信号をそれぞれ生成することが可能な複数の撮像素子と、前記複数の撮像素子から前記画像信号をそれぞれ読み出し、前記読み出した各画像信号に基づいて、第１のフレーム画像情報と、前記第１のフレーム画像情報に連続する第２のフレーム画像情報とをそれぞれ出力する出力部とを有する撮像部と、
前記光学フィルタ部を透過した前記可視光を複数の成分光に分光し、前記分光された各成分光を前記複数の撮像素子にそれぞれ入射させ、前記蛍光体から発生した前記蛍光を前記複数の撮像素子のうち少なくとも１つに入射させる光学素子と、
前記可視光と前記励起光とを前記第１及び前記第２のフレーム画像情報のフレームレートに合わせて前記可視光及び前記励起光の照射を停止させる期間を間に設けながら相互に切り替えて照射させ、前記各成分光がそれぞれ入射された前記複数の撮像素子から読み出された前記各画像信号に基づく前記可視光の画像情報を前記第１のフレーム画像情報として、前記蛍光が入射された前記少なくとも１つの撮像素子から読み出された少なくとも１つの前記画像信号に基づく前記蛍光の画像情報を前記第２のフレーム画像情報として、これらを相互に切り替えて出力させる制御手段と
を具備し、
前記各撮像素子は、前記画像信号をローリングシャッタ方式で生成するＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor Image Sensor）センサであり、
前記可視光及び前記励起光の照射を停止させる期間は、前記出力部により前記各ＣＭＯＳセンサから前記画像信号が読み出されている間の期間である
撮像装置。
【請求項３】
第１の励起光が照射されることで第１の蛍光を発生する第１の蛍光体と、前記第１の励起光と異なる第２の励起光が照射されることで第２の蛍光を発生する第２の蛍光体とを有する被写体に可視光を照射する第１の照明部と、
前記被写体に前記第１の励起光を照射する第１の励起光照明部と、前記被写体に前記第２の励起光を照射する第２の励起光照明部とを有する第２の照明部と、
前記第１の照明部により照射された前記可視光と前記第１の蛍光体から発生した前記第１の蛍光とを透過させ前記第１の励起光を遮蔽する第１のフィルタと、前記第１の照明部により照射された前記可視光と前記第２の蛍光体から発生した前記第２の蛍光とを透過させ前記第２の励起光を遮蔽する第２のフィルタとを有する光学フィルタ部と、
入射された光に基づいて画像信号をそれぞれ生成することが可能な複数の撮像素子と、前記複数の撮像素子から前記画像信号をそれぞれ読み出し、前記読み出した各画像信号に基づいて、第１のフレーム画像情報と、前記第１のフレーム画像情報に連続する第２のフレーム画像情報と、前記第２のフレーム画像情報に連続する第３のフレーム画像情報とをそれぞれ出力する出力部とを有する撮像部と、
前記第１又は前記第２のフィルタを透過した前記可視光を複数の成分光に分光し、前記分光された各成分光を前記複数の撮像素子にそれぞれ入射させ、前記第１の蛍光と前記第２の蛍光とを前記複数の撮像素子のうち少なくとも１つにそれぞれ入射させる光学素子と、
前記可視光と前記第１の励起光と前記第２の励起光とを前記第１、前記第２、及び前記第３のフレーム画像情報のフレームレートに合わせてそれぞれ切り替えて照射させ、前記切り替えのタイミングに基づいて前記第１及び前記第２のフィルタを相互に切り替え、前記各成分光がそれぞれ入射された前記複数の撮像素子から読み出された前記各画像信号に基づく前記可視光の画像情報を前記第１のフレーム画像情報として、前記第１の蛍光が入射された前記少なくとも１つの撮像素子から読み出された少なくとも１つの前記画像信号に基づく前記第１の蛍光の画像情報を前記第２のフレーム画像情報として、前記第２の蛍光が入射された前記少なくとも１つの撮像素子から読み出された少なくとも１つの前記画像信号に基づく前記第２の蛍光の画像情報を前記第３のフレーム画像情報として、これらをそれぞれ切り替えて出力させる制御手段と
を具備する撮像装置。
【請求項４】
蛍光体を有する被写体に可視光を照射する第１の照明部と、前記蛍光体から蛍光を発生させるために前記被写体に励起光を照射する第２の照明部とを有する照明装置と、
前記第１の照明部により照射された前記可視光と前記蛍光体から発生した前記蛍光とを透過させ、前記第２の照明部により照射された前記励起光を遮蔽する光学フィルタ部と、
入射された光に基づいて画像信号をそれぞれ生成することが可能な複数の撮像素子と、前記複数の撮像素子から前記画像信号をインターレース方式でそれぞれ読み出し、前記読み出した各画像信号に基づいて、フレーム画像情報を構成する第１のフィールド画像情報と第２のフィールド画像情報とをそれぞれ出力する出力部とを有する撮像部と、
前記光学フィルタ部を透過した前記可視光を複数の成分光に分光し、前記分光された各成分光を前記複数の撮像素子にそれぞれ入射させ、前記蛍光体から発生した前記蛍光を前記複数の撮像素子のうち少なくとも１つに入射させる光学素子と
を有する撮像装置と、
前記可視光と前記励起光とを前記第１及び前記第２のフィールド画像情報のフィールドレートに合わせて相互に切り替えて照射させ、前記各成分光がそれぞれ入射された前記複数の撮像素子から読み出された前記各画像信号に基づく前記可視光の画像情報を前記第１のフィールド画像情報として、前記蛍光が入射された前記少なくとも１つの撮像素子から読み出された少なくとも１つの前記画像信号に基づく前記蛍光の画像情報を前記第２のフィールド画像情報として、これらを相互に切り替えて出力させる制御手段と
を具備する撮像システム。
【請求項５】
ディスプレイと、
蛍光体が投与された術部に可視光を照射する第１の照明部と、前記蛍光体から蛍光を発生させるために前記術部に励起光を照射する第２の照明部とを有する照明装置と、
前記第１の照明部により照射された前記可視光と前記蛍光体から発生した前記蛍光とを透過させ、前記第２の照明部により照射された前記励起光を遮蔽する光学フィルタ部と、
入射された光に基づいて画像信号をそれぞれ生成することが可能な複数の撮像素子と、前記複数の撮像素子から前記画像信号をインターレース方式でそれぞれ読み出し、前記読み出した各画像信号に基づいて、フレーム画像情報を構成する第１のフィールド画像情報と第２のフィールド画像情報とをそれぞれ出力する出力部とを有する撮像部と、
前記光学フィルタ部を透過した前記可視光を複数の成分光に分光し、前記分光された各成分光を前記複数の撮像素子にそれぞれ入射させ、前記蛍光体から発生した前記蛍光を前記複数の撮像素子のうち少なくとも１つに入射させる光学素子と
を有する撮像装置と、
前記可視光と前記励起光とを前記第１及び前記第２のフィールド画像情報のフィールドレートに合わせて相互に切り替えて照射させ、前記各成分光がそれぞれ入射された前記複数の撮像素子から読み出された前記各画像信号に基づく前記可視光の画像情報を前記第１のフィールド画像情報として、前記蛍光が入射された前記少なくとも１つの撮像素子から読み出された少なくとも１つの前記画像信号に基づく前記蛍光の画像情報を前記第２のフィールド画像情報として、これらを相互に切り替えて出力させ、前記出力された前記可視光の画像情報と前記蛍光の画像情報とに基づいて、前記ディスプレイに可視光画像と蛍光画像とが合成された画像を前記フレーム画像情報に基づくフレーム画像として表示させる制御手段と
を具備する手術用ナビゲーションシステム。
【請求項６】
蛍光体を有する被写体に、可視光と、前記蛍光体から蛍光を発生させるための励起光とを所定のフィールドレートに合わせて相互に切り替えて照射し、
光学フィルタ部により、前記被写体に照射された前記可視光と前記蛍光体から発生した前記蛍光とを透過させ、前記被写体に照射された前記励起光を遮蔽し、
前記光学フィルタ部を透過した前記可視光を複数の成分光に分光し、前記分光された各成分光を、入射された光に基づいて画像信号をそれぞれ生成することが可能な複数の撮像素子にそれぞれ入射させ、前記蛍光を前記複数の撮像素子のうち少なくとも１つに入射させ、
前記各成分光がそれぞれ入射された前記複数の撮像素子からインターレース方式で読み出された前記各画像信号に基づく前記可視光の画像情報をフレーム画像情報を構成する第１のフィールド画像情報として、前記蛍光が入射された前記少なくとも１つの撮像素子からインターレース方式で読み出された少なくとも１つの前記画像信号に基づく前記蛍光の画像情報を前記フレーム画像情報を構成する第２のフィールド画像情報として、これらを相互に切り替えて出力させる
撮像方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蛍光色素を含む被写体を撮影することが可能な撮像装置、撮像システム、手術用ナビゲーションシステム及び撮像方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、蛍光色素を投与された観察対象物に赤外光等の励起光を照射し、発光する蛍光色素の分布等に基づいて観察対象物を観察する技術が知られている。この技術に用いられる蛍光色素としては例えばインドシニアグリーン（ＩＣＧ）があり、ＩＣＧは約８００ｎｍの励起光に対して約８５０ｎｍの近赤外光を発光する。例えば乳癌の手術において、人体に投与されたＩＣＧの蛍光現象を撮影しその赤外光像を観察することで、切除されるセンチネルリンパノードの位置を特定することが可能である。
【０００３】
特許文献１に記載の撮像装置では、カラーフィルタが配置された受光画素により、蛍光色素が投与された観察対象物の、可視光像と赤外光像との両方の画像が撮影される。そして可視光像と赤外光像との合成画像が生成される（特許文献１の段落［００１５］［００１７］、図３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−６６１２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の可視光像と赤外光像との合成画像が上記した手術等に用いられる場合、蛍光色素の分布等を正確に把握するために高い精度で赤外光像が撮像されることが求められる。また赤外光象を撮影するための露光時間が長いと、手術中における組織等の状況がリアルタイムで撮像されないので、正確な手術を行うことが難しくなる。
【０００６】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、蛍光体を含む被写体の画像を高精度に短い露光時間で撮像することが可能な撮像装置、撮像システム、手術用ナビゲーションシステム及び撮像方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る撮像装置は、第１の照明部と、第２の照明部と、光学フィルタ部と、撮像部と、光学素子と、制御手段とを具備する。  
前記第１の照明部は、蛍光体を有する被写体に可視光を照射する。  
前記第２の照明部は、前記蛍光体から蛍光を発生させるために前記被写体に励起光を照射する。  
前記光学フィルタ部は、前記第１の照明部により照射された前記可視光と前記蛍光体から発生した前記蛍光とを透過させ、前記第２の照明部により照射された前記励起光を遮蔽する。  
前記撮像部は、複数の撮像素子と、出力部とを有する。前記複数の撮像素子は、入射された光に基づいて画像信号をそれぞれ生成することが可能である。前記出力部は、前記複数の撮像素子から前記画像信号をそれぞれ読み出し前記読み出した各画像信号に基づいて画像情報を出力する。  
前記光学素子は、前記光学フィルタ部を透過した前記可視光を複数の成分光に分光し、前記分光された各成分光を前記複数の撮像素子にそれぞれ入射させ、前記蛍光体から発生した前記蛍光を前記複数の撮像素子のうち少なくとも１つに入射させる。  
前記制御手段は、前記可視光と前記励起光とを相互に切り替えて照射させ、前記各成分光がそれぞれ入射された前記複数の撮像素子から読み出された前記各画像信号に基づく前記可視光の画像情報と、前記蛍光が入射された前記少なくとも１つの撮像素子から読み出された少なくとも１つの前記画像信号に基づく前記蛍光の画像情報とを相互に切り替えて出力させる。
【０００８】
この撮像装置では、撮像部が複数の撮像素子を有しており、複数の撮像素子により生成される画像信号に基づいて可視光画像情報と蛍光画像情報とが相互に切り替えて出力される。従って撮影感度のよい撮像部により、短い露光時間で可視光画像情報と蛍光画像情報とを出力することができる。また高精度の可視光画像と蛍光画像とを得ることができる。この結果、蛍光体を含む被写体の画像を高精度に短い露光時間で撮像することができる。
【０００９】
前記出力部は、前記複数の撮像素子から前記各画像信号をインターレース方式でそれぞれ読み出し、前記読み出した各画像信号に基づいて、フレーム画像情報を構成する第１のフィールド画像情報と第２のフィールド画像情報とをそれぞれ出力することが可能であってもよい。この場合、前記制御手段は、前記可視光画像情報を前記第１のフィールド画像情報として出力させ、前記蛍光画像情報を前記第２のフィールド画像情報として出力させてもよい。
【００１０】
この撮像装置では、可視光画像情報が第１のフィールド画像情報として出力され、蛍光画像情報が第２のフィールド画像情報として出力される。これにより可視光画像と蛍光画像とが合成された画像を容易に得ることができる。
【００１１】
前記各撮像素子は、前記画像信号をローリングシャッタ方式で生成するＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor Image Sensor）センサであってもよい。この場合、前記制御手段は、前記出力部により前記各ＣＭＯＳセンサから前記画像信号が読み出されている間は、前記可視光及び前記励起光の照射を停止させてもよい。
【００１２】
この撮像装置では、ＣＭＯＳセンサから画像信号が読み出されている間は、可視光及び励起光の照射が停止される。これによりローリングシャッタ方式で駆動するＣＭＯＳセンサを有する撮像部により、可視光画像情報と蛍光画像情報とを適正に出力することができる。
【００１３】
前記被写体は、第１の励起光が照射されることで第１の蛍光を発生する第１の蛍光体と、前記第１の励起光と異なる第２の励起光が照射されることで第２の蛍光を発生する第２の蛍光体とを有してもよい。  
この場合、前記第２の照明部は、前記第１の励起光を照射する第１の励起光照明部と、前記第２の励起光を照射する第２の励起光照明部とを有してもよい。  
また前記光学フィルタ部は、前記可視光と前記第１の蛍光とを透過させ前記第１の励起光を遮蔽する第１のフィルタと、前記可視光と前記第２の蛍光とを透過させ前記第２の励起光を遮蔽する第２のフィルタとを有してもよい。  
また前記光学素子は、前記第１又は前記第２の光学フィルタを透過した前記可視光を複数の成分光に分光し、前記分光された各成分光を前記複数の撮像素子にそれぞれ入射させ、前記第１の蛍光と前記第２の蛍光とを前記複数の撮像素子のうち少なくとも１つにそれぞれ入射させてもよい。  
また前記制御手段は、前記可視光と前記第１の励起光と前記第２の励起光とをそれぞれ切り替えて照射させ、前記切り替えのタイミングに基づいて前記第１及び前記第２の光学フィルタを相互に切り替え、前記可視光画像情報と、前記第１の蛍光が入射された前記少なくとも１つの撮像素子から読み出された少なくとも１つの前記画像信号に基づく第１の蛍光画像情報と、前記第２の蛍光が入射された前記少なくとも１つの撮像素子から読み出された少なくとも１つの前記画像信号に基づく第２の蛍光画像情報とを相互に切り替えて出力させてもよい。
【００１４】
この撮像装置により、例えば異なる種類の蛍光体を複数有する被写体の画像を高精度に短い露光時間で撮像することができる。
【００１５】
本発明の一形態に係る撮像システムは、照明装置と、撮像装置と、制御手段とを具備する。  
前記照明装置は、蛍光体を有する被写体に可視光を照射する第１の照明部と、前記蛍光体から蛍光を発生させるために前記被写体に励起光を照射する第２の照明部とを有する。
前記撮像装置は、光学フィルタ部と、撮像部と、光学素子とを有する。  
前記光学フィルタ部は、前記第１の照明部により照射された前記可視光と前記蛍光体から発生した前記蛍光とを透過させ、前記第２の照明部により照射された前記励起光を遮蔽する。  
前記撮像部は、複数の撮像素子と、出力部とを有する。前記複数の撮像素子は、入射された光に基づいて画像信号をそれぞれ生成することが可能である。前記出力部は、前記複数の撮像素子から前記画像信号をそれぞれ読み出し前記読み出した各画像信号に基づいて画像情報を出力する。  
前記光学素子は、前記光学フィルタ部を透過した前記可視光を複数の成分光に分光し、前記分光された各成分光を前記複数の撮像素子にそれぞれ入射させ、前記蛍光体から発生した前記蛍光を前記複数の撮像素子のうち少なくとも１つに入射させる。  
前記制御手段は、前記可視光と前記励起光とを相互に切り替えて照射させ、前記各成分光がそれぞれ入射された前記複数の撮像素子から読み出された前記各画像信号に基づく前記可視光の画像情報と、前記蛍光が入射された前記少なくとも１つの撮像素子から読み出された少なくとも１つの前記画像信号に基づく前記蛍光の画像情報とを、相互に切り替えて出力させる。
【００１６】
本発明の一形態に係る手術用ナビゲーションシステムは、ディスプレイと、照明装置と、撮像装置と、制御手段とを具備する。  
前記照明装置は、蛍光体が投与された術部に可視光を照射する第１の照明部と、前記蛍光体から蛍光を発生させるために前記術部に励起光を照射する第２の照明部とを有する。
前記撮像装置は、光学フィルタ部と、撮像部と、光学素子とを有する。  
前記光学フィルタ部は、前記第１の照明部により照射された前記可視光と前記蛍光体から発生した前記蛍光とを透過させ、前記第２の照明部により照射された前記励起光を遮蔽する。  
前記撮像部は、複数の撮像素子と、出力部とを有する。前記複数の撮像素子は、入射された光に基づいて画像信号をそれぞれ生成することが可能である。前記出力部は、前記複数の撮像素子から前記画像信号をそれぞれ読み出し前記読み出した各画像信号に基づいて画像情報を出力する。  
前記光学素子は、前記光学フィルタ部を透過した前記可視光を複数の成分光に分光し、前記分光された各成分光を前記複数の撮像素子にそれぞれ入射させ、前記蛍光体から発生した前記蛍光を前記複数の撮像素子のうち少なくとも１つに入射させる。  
前記制御手段は、前記可視光と前記励起光とを相互に切り替えて照射させ、前記各成分光がそれぞれ入射された前記複数の撮像素子から読み出された前記各画像信号に基づく前記可視光の画像情報と、前記蛍光が入射された前記少なくとも１つの撮像素子から読み出された少なくとも１つの前記画像信号に基づく前記蛍光の画像情報とを相互に切り替えて出力させ、前記出力された前記可視光画像情報と前記蛍光画像情報とに基づいて前記ディスプレイに可視光画像と蛍光画像とを表示させる。
【００１７】
本発明の一形態に係る撮像方法は、蛍光体を有する被写体に、可視光と、前記蛍光体から蛍光を発生させるための励起光とを相互に切り替えて照射することを含む。  
光学フィルタ部により、前記被写体に照射された前記可視光と前記蛍光体から発生した前記蛍光とが透過され、前記被写体に照射された前記励起光が遮蔽される。  
前記光学フィルタ部を透過した前記可視光が複数の成分光に分光され、前記分光された各成分光が、入射された光に基づいて画像信号をそれぞれ生成することが可能な複数の撮像素子にそれぞれ入射され、前記蛍光が前記複数の撮像素子のうち少なくとも１つに入射されることで、前記各成分光がそれぞれ入射された前記複数の撮像素子から読み出された前記各画像信号に基づく前記可視光の画像情報と、前記蛍光が入射された前記少なくとも１つの撮像素子から読み出された少なくとも１つの前記画像信号に基づく前記蛍光の画像情報とが相互に切り替えて出力される。
【発明の効果】
【００１８】
以上、本発明によれば、蛍光体を含む被写体の画像を高精度に短い露光時間で撮像することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る撮像システムの構成例を示す模式的な図である。
【図２】図１に示す撮像システムの機能的な構成を示すブロック図である。
【図３】図１に示すカメラの構成例を示す模式的な図である。
【図４】図３に示すカメラが有する光学フィルタ部の光学特性を示すグラフである。
【図５】図３に示すセンサ部の構成を模式的に示す図である。
【図６】図５に示すセンサ部が有する撮像素子を模式的に示す図である。
【図７】図１に示す可視光用フィルタの光学特性を示す模式的なグラフである。
【図８】図１に示す励起光用フィルタの光学特性を示す模式的なグラフである。
【図９】第１の実施形態の拡大コントローラ部として機能するデバイスの一例としてのＰＣの構成を示す模式的な図である。
【図１０】第１の実施形態に係る撮像システムにより撮像された可視光画像を示す模式的な図である。
【図１１】第１の実施形態に係る撮像システムにより撮像された蛍光画像を示す模式的な図である。
【図１２】１つの撮像素子が単体で用いられてカラー画像が撮像される場合の、その撮像素子を示す模式的な図である。
【図１３】第１の実施形態に係る撮像システムにより撮像された可視光画像と蛍光画像とが合成された合成画像を示す模式的な図である。
【図１４】第１の実施形態に係る撮像システムにより撮像された蛍光画像の別の例を示す模式的な図である。
【図１５】第１の実施形態に係る撮像システムにより撮像された可視光画像と図１４に示す蛍光画像とが合成された合成画像を示す模式的な図である。
【図１６】本発明の第２の実施形態に係るカメラ内の回路部により画像情報が出力される動作を説明するための図である。
【図１７】第２の実施形態に係る撮像システムにより生成された合成画像を示す模式的な図である。
【図１８】第２の実施形態に係る撮像システムにより生成された合成画像を示す模式的な図である。
【図１９】本発明の第３の実施形態での、可視光と励起光との照射のタイミングとＣＭＯＳセンサからの画像信号の読み出しのタイミングとの一例を示すタイミングチャートである。
【図２０】本発明の第４の実施形態に係る撮像システムの構成例を示す模式的な図である。
【図２１】本発明の第５の実施形態に係る手術用ナビゲーションシステムの構成例を示す模式的な図である。
【図２２】本発明の第５の実施形態に係る手術用ナビゲーションシステムの構成例を示す模式的な図である。
【図２３】本発明の第６の実施形態に係る撮像装置としての内視鏡の構成例を示す模式的な図である。
【図２４】本発明の第６の実施形態に係る撮像装置としての内視鏡の構成例を示す模式的な図である。
【図２５】図３に示すカメラの他の構成例を示す模式的な図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
【００２１】
＜第１の実施形態＞
［撮像システムの構成］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る撮像システムの構成例を示す模式的な図である。図２は、図１に示す撮像システムの機能的な構成を示すブロック図である。
【００２２】
本実施形態の撮像システム１００は、蛍光体１を有する被写体２の画像を撮像するためのシステムであり、撮像装置としてのカメラ３と、カメラ３により撮影される撮影領域４に可視光５及び励起光６を照射する照明装置７と、カメラ３及び照明装置７を制御する制御手段としての拡大コントローラ部８とを有する。本実施形態では、被写体２に含まれる蛍光体１として、蛍光励起波長の中心値が約７８６ｎｍであり、蛍光発光波長が約８４５ｎｍとなるＩＣＧが用いられる。
【００２３】
図３は、カメラ３の構成例を示す模式的な図である。図４は、カメラ３が有する光学フィルタ部の光学特性を示すグラフである。
【００２４】
カメラ３は、本体９と、カメラマウント１０と、カメラマウント１０に取り外し可能に装着されるレンズ部１１とを有する。レンズ部１１は、撮影用のレンズ１２と、レンズ１２の前方側に配置される光学フィルタ部としての光学フィルタ１３とを有する。
【００２５】
光学フィルタ１３は、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の各成分光を含む可視光と、励起されたＩＣＧから発光する蛍光とを透過させる。また光学フィルタ１３は、被写体２に照射される励起光を遮蔽する。具体的には、図４のグラフに示すように、可視光帯域である約４００ｎｍ〜約７４０ｎｍの波長を有する可視光と、約８００ｎｍ以上の波長を有する蛍光とを透過させる。透過率は例えば９０％以上である。そして蛍光励起光の帯域である約７５０ｎｍ〜約７９０ｎｍの波長を有する励起光を光学濃度（ＯＤ）２以上、すなわち透過率１％以内で遮蔽する。この光学フィルタ１３がレンズ１２の前方側に配置されるので、例えばＩＣＧとは異なる蛍光体が撮影されるときに、その蛍光体の励起光及び蛍光の各波長に基づいた光学フィルタをレンズ部１１に容易に取り付けることができる。
【００２６】
本体９には、入射された光の強度に基づいてアナログの画像信号を生成することが可能なセンサ部１４と、センサ部１４から画像信号を読み出し、その画像信号に基づいてデジタルの画像情報を出力する出力手段としての回路部１５とが設けられる。また本体９には、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）や、ＲＯＭ（Read Only Memory）又はＲＡＭ（Random Access Memory）等からなるメインメモリ等を有し、センサ部１４及び回路部１５を含むカメラ３全体を制御する制御部１６が設けられる。センサ部１４及び回路部１５、あるいはセンサ部１４と回路部１５と制御部１６とにより本実施形態に係る撮像部が構成される。
【００２７】
図５は、センサ部１４の構成例を模式的に示す図である。図６は、図５に示すセンサ部１４が有する撮像素子を模式的に示す図である。
【００２８】
センサ部１４は、撮像素子１７を複数有しており、本実施形態では図５に示すように、センサ部１４に３つの撮像素子１７（１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂ）が配置される。撮像素子１７としては、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサやＣＭＯＳセンサが用いられる。
【００２９】
またセンサ部１４は、光学フィルタ１３を透過した可視光を、複数の成分光に分光する光学素子としての分光プリズム１８を有する。分光プリズム１８は、プリズム境界におけるコーティング面１９によりその境界において反射する光と透過する光とがそれぞれ規定されたものである。本実施形態では、分光プリズム１８により、可視光がＲ、Ｇ、Ｂの３つの成分光に分光され、各成分光Ｒ、Ｇ及びＢが３つの撮像素子１７Ｒ、１７Ｇ及び１７Ｂにそれぞれ入射される。また分光プリズム１８により光学フィルタ１３を透過した図示しない蛍光が、３つの撮像素子１７のうち少なくとも１つに入射される。分光プリズム１８としては、例えばダイクロイックプリズム等が用いられる。
【００３０】
図６に示すように、各撮像素子１７には、生成される画像の画素に対応する複数の受光素子２０が形成されており、各成分光Ｒ、Ｇ及びＢがオンチップレンズ２１を介して受光素子２０に入射する。そして各受光素子２０により各成分光Ｒ、Ｇ及びＢが光電変換されることで成分光Ｒ、Ｇ及びＢごとの画像信号が出力される。
【００３１】
回路部１５は、図示しないアナログ信号処理回路、Ａ／Ｄ変換回路、デジタル信号処理回路、及びセンサ部駆動回路等の各種の処理回路を有する。回路部１５は、複数の撮像素子１７から各画像信号を読み出し、読み出した各画像信号に基づいて画像情報をフレーム画像情報として出力する。出力されるフレーム画像情報のフレームレートは、例えば３０ｆｐｓ(frame per second)である。
【００３２】
図１に示すように、照明装置７は、第１の照明部としての可視光照明ユニット２２と、第２の照明部としての励起光照明ユニット２３とを有する。
【００３３】
可視光照明ユニット２２は、例えば白色ＬＥＤ（Light Emitting Diode）又は各色のＬＥＤからなる可視光照明ＬＥＤを有する可視光照明２２ａと、可視光照明２２ａからの可視光５を有効に撮影領域４に導くレンズ２２ｂと、可視光用フィルタ２２ｃとを有する。図７は、可視光用フィルタ２２ｃの光学特性を示す模式的なグラフであるが、このグラフに示すように、可視光用フィルタ２２ｃは約４００ｎｍ〜約７４０ｎｍの波長を有する可視光５を透過させる。
【００３４】
励起光照明ユニット２３は、例えばＩＣＧ励起ＬＥＤを有する励起光照明２３ａと、励起光照明２３ａからの励起光を有効に撮影領域４に導くレンズ２３ｂと、励起光用フィルタ２３ｃとを有する。励起光用フィルタ２３ｃは、励起光照明２３ａから照射される励起光６が、カメラ３に設けられた光学フィルタ１３の透過波長帯域の成分を有しないようにするためのものである。
【００３５】
図８は、励起光用フィルタ２３ｃの光学特性を示す模式的なグラフである。本実施形態の励起光用フィルタ２３ｃは、約７５５ｎｍ〜約７８５ｎｍの波長を有する励起光６を透過させる。すなわち励起光用フィルタ２３ｃの透過波長帯域は、光学フィルタ１３の遮蔽波長帯域に対して、下限値及び上限値においてそれぞれ５ｎｍ狭められている。これにより励起光照明ユニット２３から照射された励起光６がカメラ３内部のセンサ部１４に入射することを十分に防ぐことができる。この結果、可視光画像と蛍光画像とを高い精度で撮像することができる。なお、励起光用フィルタ２３ｃの透過波長帯域はさらに小さくてもよい。あるいは励起光用フィルタ２３ｃの透過波長帯域と光学フィルタ１３の遮蔽波長帯域とが略同一であってもよい。
【００３６】
被写体２に可視光５を照射する可視光照明ユニット２２、及び励起光６を照射する励起光照明ユニット２３の構成は、本実施形態で説明したものに限られない。例えばＬＥＤ以外の光源が用いられてもよい。またレンズ２２ｂ及び２３ｂや可視光用フィルタ２２ｃ等が用いられない構成でもよい。
【００３７】
図２に示すように、拡大コントローラ部８は、システムコントローラ２４と、照明制御ボックス２５と、カメラコントローラ２６とを有する。
【００３８】
システムコントローラ２４は、照明条件についての指示情報を照明制御ボックス２５に出力する。照明条件としては、可視光及び励起光の照射のタイミング、照射時間、あるいは可視光及び励起光の強度等である。
【００３９】
照明制御ボックス２５は、システムコントローラ２４により出力された指示情報に基づいて、可視光照明ＬＥＤを有する可視光照明ユニット２２、及びＩＣＧ励起用ＬＥＤを有する励起光照明ユニット２３を駆動させる。
【００４０】
またシステムコントローラ２４は、上記した照明条件を情報としてカメラコントローラ２６に出力する。カメラコントローラ２６は、システムコントローラ２４から出力された照明条件情報に基づいて、図３に示すカメラ３内部の制御部１６に撮影命令情報を出力する。またカメラコントローラ２６は、カメラ３から出力された画像情報を図２に示す画像処理部２７に出力する。
【００４１】
画像処理部２７は、カメラコントローラ２６から出力された画像情報に対し、合成処理等の各種画像処理を行う。
【００４２】
図９は、本実施形態の拡大コントローラ部８として機能するデバイスの一例としてのＰＣ（Personal Computer）の構成を示す模式的な図である。なお本実施形態では、このＰＣが上記画像処理部としても機能する。
【００４３】
ＰＣ８００は、ＣＰＵ８０１、ＲＯＭ８０２、ＲＡＭ８０３、入出力インターフェース８０５、及び、これらを互いに接続するバス８０４を備える。
【００４４】
入出力インターフェース８０５には、表示部８０６、入力部８０７、記憶部８０８、通信部８０９、ドライブ部８１０等が接続される。
【００４５】
表示部８０６は、例えば液晶、ＥＬ（Electro-Luminescence）、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）等を用いた表示デバイスである。
【００４６】
入力部８０７は、例えばポインティングデバイス、キーボード、タッチパネル、その他の操作装置である。入力部８０７がタッチパネルを含む場合、そのタッチパネルは表示部８０６と一体となり得る。
【００４７】
記憶部８０８は、不揮発性の記憶デバイスであり、例えばＨＤＤ（Hard Disk Drive）、フラッシュメモリ、その他の固体メモリである。
【００４８】
ドライブ部８１０は、例えば光学記録媒体、フロッピー（登録商標）ディスク、磁気記録テープ、フラッシュメモリ等、リムーバブルの記録媒体８１１を駆動することが可能なデバイスである。これに対し上記記憶部８０８は、主にリムーバブルでない記録媒体を駆動する、ＰＣ８００に予め搭載されたデバイスとして使用される場合が多い。
【００４９】
通信部８０９は、ＬＡＮ（Local Area Network）、ＷＡＮ（Wide Area Network）等に接続可能な、他のデバイスと通信するためのモデム、ルータ、その他の通信機器である。通信部８０９は、有線及び無線のどちらを利用して通信するものであってもよい。通信部８０９は、ＰＣ８００とは別体で使用される場合が多い。
【００５０】
上記のＰＣ８００が、拡大コントローラ部８として動作し、各種のデータ処理が行われる。ＰＣ８００によるデータ処理は、記憶部８０８またはＲＯＭ８０２等に記憶されたソフトウェアと、ＰＣ８００のハードウェア資源との協働により実現される。具体的には、ＣＰＵ８０１が記憶部８０８またはＲＯＭ８０２等に記憶された、ソフトウェアを構成するプログラムをＲＡＭ８０３にロードして実行することにより、各種のデータ処理が実現される。
【００５１】
なお、拡大コントローラ部８及び画像処理部２７としては、ＰＣ８００ではなく、専用の制御デバイスが用いられてもよい。また拡大コントローラ部８及び画像処理部２７として別個のデバイスが用いられてもよい。
【００５２】
［撮像システムの動作］
本実施形態の撮像システム１００の動作を説明する。図１０は、本実施形態の撮像システムにより撮像された可視光画像を示す模式的な図であり、図１１は、本実施形態の撮像システムにより撮像された蛍光画像を示す模式的な図である。
【００５３】
拡大コントローラ部８により、可視光照明ユニット２２及び励起光照明ユニット２３の駆動が制御され、撮影領域４に配置された被写体２に、可視光５及び励起光６が交互に照射される。本実施形態では、可視光５及び励起光６の照射が上記したフレームレートに合わせて１／３０秒ごとに切り替えられる。また拡大コントローラ部８によりカメラ３の駆動が制御され、以下のようにして、可視光５及び励起光６の照射のタイミングに基づいて可視光画像情報及び蛍光画像情報がそれぞれフレーム画像情報として交互に出力される。
【００５４】
可視光照明ユニット２２により被写体２に可視光５が照射されると、被写体２で反射した可視光が、図４に示す光学特性を有する光学フィルタ１３を透過して、センサ部１４に入射する。センサ部１４の分光プリズム１８により、可視光がＲ、Ｇ、Ｂの３つの成分光に分光され、各成分光Ｒ、Ｇ及びＢが３つの撮像素子１７Ｒ、１７Ｇ及び１７Ｂにそれぞれ入射する。そして各撮像素子１７Ｒ、１７Ｇ及び１７Ｂにより成分光Ｒ、Ｇ及びＢごとの画像信号が生成される。生成された成分光Ｒ、Ｇ及びＢの各画像信号は、回路部１５によりそれぞれ読み出され、各画像信号に基づいて可視光画像情報が出力される。この可視光画像情報に基づいて、図１０に示すように被写体２（撮影領域４）のカラー画像である可視光画像２８が撮像される。
【００５５】
励起光照明ユニット２３により被写体２に励起光６が照射されると、被写体２が有する蛍光体１からの蛍光が光学フィルタ１３を透過して、センサ部１４に入射する。本実施形態では、約８５０ｎｍの波長を有する蛍光は、主に成分光Ｇが入射する撮像素子１７Ｇに入射し画像信号が生成される。回路部１５により撮像素子１７Ｇから画像信号が読み出され、その画像信号に基づいて蛍光画像情報が出力される。この蛍光画像情報に基づいて、図１１に示すように蛍光体１のカラー画像である蛍光画像２９が撮像される。なお、蛍光画像２９内の蛍光体１の色は、緑色に限られず、回路部１５により適宜設定され、その蛍光画像情報が出力されてもよい。あるいは画像処理部２７により、蛍光体１の色が適宜設定されてもよい。
【００５６】
例えば１つの撮像素子９７が単体で用いられてカラー画像が撮像される場合、図１２に示すように撮像素子９７にはカラーフィルタ９８が設けられなければならない。この場合、撮像素子９７に入射する光がカラーフィルタ９８により吸収されてしまうので、光の吸収効率が低い。
【００５７】
これに対して本実施形態ではカラーフィルタは用いられず、また図６に示すオンチップレンズ２１には光を吸収する材質が配置されていない。さらに分光プリズム１８は、コーティング面１９における反射と透過の特性により可視光を分光するものであり、この分光プリズム１８にも光を吸収する材質は用いられない。従って本実施形態に係るセンサ部１４に入射する可視光及び蛍光は、高効率、すなわち、高感度でイメージングされることとなり、短い露光時間で可視光画像情報と蛍光画像情報とを出力することができる。また高精度の可視光画像２８と蛍光画像２９とを得ることができる。この結果、蛍光体１を含む被写体２の画像を高精度に短い露光時間で撮像することができる。
【００５８】
可視光及び励起光の照射が１／３０秒ごとに切り替えられるので、照明が暗くなる時間（励起光照射時間）が非常に短い。従って例えば本撮像システムを利用して手術等が行われる場合、手術者の視野が暗くなることは実質的にはない。また３０ｆｐｓのフレームレートで可視光画像情報と蛍光画像情報とが交互に出力されるので、蛍光体１を有する被写体２がリアルタイムで撮像可能である。これらにより手術者は正確な手術を行うことが可能となる。また短い露光時間で被写体２を撮像できるので、可視光及び励起光の照射により発生する熱の被写体２への影響を抑えることができる。
【００５９】
カメラ３により出力された可視光画像情報と蛍光画像情報とが画像処理部２７に出力される。この際に、可視光画像情報と蛍光画像情報とを識別する情報が、各画像情報に付加される。また各画像情報が生成されるときの上記した撮影条件の情報が付加されてもよい。
【００６０】
画像処理部２７により、可視光画像２８と蛍光画像２９とが合成される。図１３は、可視光画像２８と蛍光画像２９とが合成された合成画像３０を示す模式的な図である。
【００６１】
可視光画像２８と蛍光画像２９との合成処理は、例えば両画像の各画素のデータを足し合わせる等、各種の合成処理が適宜採用されてよい。以下に合成処理の一例を示す。
【００６２】
例えば、図１１に示す蛍光画像２９の、蛍光体１が位置しない領域３１を透明であるとして、図１０に示す可視光画像２８に、その蛍光画像２９を合成してもよい。これにより簡単な処理で、図１３に示す合成画像３０を生成することができる。
【００６３】
また、図１１に示す蛍光画像２９に対して、微分処理等の画像処理により蛍光体１の輪郭部３２を検出し、その画像を図１４に示すように輪郭画像３３として生成してもよい。そして輪郭画像３３の、蛍光体１の輪郭部３２が位置しない領域３４を透明であるとして、可視光画像２８と輪郭画像３３とを合成してもよい。これにより、図１５に示すような合成画像３５を生成することができる。例えば、人体の手術等において、蛍光体１が位置する部分を除去したい場合、図１５に示す合成画像３５を用いることで、上記除去作業が容易となる。
【００６４】
上記したように本実施形態では、カメラ３とは別に設けられたＰＣが画像処理部２７として機能した。しかしながら、カメラ３内に画像を処理するブロックが設けられ、カメラ３内にて、上記した画像処理が行われ、画像処理後の可視光画像情報及び蛍光画像情報が出力されてもよい。
【００６５】
また、本実施形態の撮像システム１００は、可視光照明ユニット２２のみを駆動させ被写体２の可視光画像を撮像することで、被写体２の状況を記録する記録システムとして用いることも可能である。
【００６６】
＜第２の実施形態＞
本発明の第２の実施形態に係る撮像システムについて説明する。これ以降の説明では、第１の実施形態で説明した撮像システム１００の構成及び作用と同様な部分については、その説明を省略又は簡略化する。
【００６７】
図１６は、本実施形態に係るカメラ内の回路部により画像情報が出力される動作を説明するための図である。図１７及び図１８は、本実施形態に係る撮像システムにより生成された合成画像を示す模式的な図である。
【００６８】
本実施形態では、カメラ内の回路部により、複数の撮像素子から各画像信号をインターレース方式で読み出すことが可能である。そしてフレーム画像を構成する第１のフィールド画像情報としての偶数（ｅｖｅｎ）フィールド画像情報と、第２のフィールド画像情報としての奇数（ｏｄｄ）フィールド画像情報とが出力される。各フィールド画像情報のフィールドレートは６０ｆｐｓであり、すなわちフレーム画像情報のフレームレートは３０ｆｐｓである。
【００６９】
被写体２への可視光及び励起光の照射が上記したフィールドレートに合わせて１／６０秒ごとに切り替えられる。図１６に示すように、回路部により、可視光画像情報２３６がｅｖｅｎフィールド画像情報２３７として出力され、蛍光画像情報２３８がｏｄｄフィールド画像情報２３９として出力される。これにより画像処理部による画像合成処理を経ずとも、図１７に示すように、被写体２０２の可視光画像と、蛍光体２０１の蛍光画像とが合成された、合成画像２３０を容易に得ることができる。また両画像を合成する際の可視光画像と蛍光画像との位置合わせも不要となる。
【００７０】
またカメラ内にて蛍光画像が処理され、第１の実施形態の図１４で説明した蛍光体２０１の輪郭部２３２の画像である輪郭画像が生成されてもよい。そして輪郭画像の情報が、ｏｄｄフィールド画像情報２３９として出力され、図１８に示すような合成画像２３５が生成されてもよい。
【００７１】
なお、出力される各フィールド画像情報２３７及び２３９のフィールドレートは、可視光照明ユニット及び励起光照明ユニットの各照明光の照射のタイミング、及び回路部による撮像素子からの画像信号の読み出しのタイミングを制御することで、適宜設定することができる。
【００７２】
上記した第１の実施形態で説明したように、可視光画像と蛍光画像とを短い露光時間で高精度に撮像できるので、本実施形態のように６０ｆｐｓのフィールドレートで両画像を撮像することが可能となる。
【００７３】
＜第３の実施形態＞
本発明の第３の実施形態に係る撮像システムについて説明する。本実施形態では、カメラ内の撮像部が有する撮像素子として、画像信号をローリングシャッタ方式で生成するＣＭＯＳセンサが３つ用いられる。
【００７４】
図１９は、本実施形態での、可視光と励起光との照射のタイミングとＣＭＯＳセンサからの画像信号の読み出しのタイミングとの一例を示すタイミングチャートである。
【００７５】
図１９に示すように、時間ｔ1において可視光照明ユニットにより被写体に可視光が照射される。ＣＭＯＳセンサに可視光が入射し、ＣＭＯＳセンサの受光素子に電荷が蓄積される。時間ｔ2において、カメラ内の出力部により蓄積された電荷が可視光に応じた画像信号として、ラインごとに順次読み出される。画像信号がラインごとに順次読み出される時間ｔ2の間は、可視光及び励起光の照射が停止される。
【００７６】
時間ｔ2で画像信号の読み出しが終了すると、時間ｔ3において励起光照明ユニットにより被写体に励起光が照射される。ＣＭＯＳセンサに蛍光体から発生した蛍光が入射し、ＣＭＯＳセンサの受光素子に電化が蓄積される。時間ｔ4において、カメラ内の出力部により蓄積された蛍光に基づく電荷が画像信号として、ラインごとに順次読み出される。画像信号がラインごとに順次読み出される時間ｔ4の間は、可視光及び励起光の照射が停止される。
【００７７】
可視光の照射時間ｔ1、励起光の照射時間ｔ3、各画像信号の読み出し時間ｔ2及びｔ4は、例えば１フレーム単位で定められる。すなわち１フレーム目で可視光が照射され（時間ｔ1）、２フレーム目で照射が停止される（ｔ2）。３フレーム目で励起光が照射され（時間ｔ3）、４フレーム目で照射が停止される（ｔ4）。このように、２フレーム分の時間で、１フレーム分の画像信号が読み出されてもよい。しかしながら、各照明光の照射時間ｔ1及びｔ3、各画像信号の読み出し時間ｔ2及びｔ4が１フレーム分の時間よりも長くてもよいし、短くてもよい。また各時間ｔ1〜ｔ4がそれぞれ異なるように設定されてもよい。
【００７８】
以上、本実施形態に係る撮像システムでは、カメラ内の出力部によりＣＭＯＳセンサから画像信号が読み出されている間（時間時間ｔ2及びｔ4）は、可視光及び励起光の照射が停止される。従って、時間時間ｔ2及びｔ4の間にＣＭＯＳセンサには電荷が蓄積されない。これにより、例えばラインごとの露光のタイミング及び読み出し時間のずれにより、１つのフレーム画像の上半分の領域が可視光画像であり、下半分の領域が蛍光画像となってしまうような、ローリングシャッタ方式の影響を防止することができる。すなわちローリングシャッタ方式で駆動するＣＭＯＳセンサを有するセンサ部及び回路部（撮像部）により、可視光画像情報と蛍光画像情報とを適正に出力することができる。
【００７９】
なお、図１９に示すように、可視光及び蛍光の照射を停止することに代えて、出力部によりＣＭＯＳセンサからの画像信号が読み出されている間は、遮光フィルタ等により可視光及び蛍光が遮蔽されてもよい。また可視光及び蛍光の照射の停止と、遮光フィルタ等による可視光及び蛍光の遮蔽とが併用されてもよい。
【００８０】
＜第４の実施形態＞
図２０は、本発明の第４の実施形態に係る撮像システムの構成例を示す模式的な図である。本実施形態に係る撮像システム４００では、図２０に示すように、第１の蛍光体４０１と第２の蛍光体４５１の２種類の蛍光体を有する被写体４０２（撮影領域４０４）の画像を撮像することができる。第１の蛍光体４０１は、第１の励起光４０６が照射されることで励起し、図示しない第１の蛍光を発生させる。第２の蛍光体４５１は、第２の励起光４５６が照射されることで励起し、図示しない第２の蛍光を発生させる。本実施形態では、第１及び第２の励起光４０６及び４５６と、第１及び第２の蛍光とは、上記したＩＣＧと同様に近赤外光であるものとする。
【００８１】
図２０に示すように、撮像システム４００は、可視光照明ユニット４２２と、励起光照明ユニット４２３とを有している。可視光照明ユニット４２２は、可視光照明４２２ａと、レンズ４２２ｂと、可視光用フィルタ４２２ｃとを有する。
【００８２】
励起光照明ユニット４２３は、第１の励起光４０６を発生させるための第１の励起光照明部としての第１の励起光源ユニット４６０と、第２の励起光４５６を発生させるための第２の励起光照明部としての第２の励起光源ユニット４７０とを有する。第１の励起光源ユニット４６０は、励起光照明４６０ａと、レンズ４６０ｂと、励起光用フィルタ４６０ｃとを有する。第２の励起光源ユニット４７０は、励起光照明４７０ａと、レンズ４７０ｂと、励起光用フィルタ４７０ｃとを有する。
【００８３】
また、本実施形態に係る撮像システム４００のカメラ４０３は、光学フィルタ部としてフィルタチェンジャ４４０を有している。フィルタチェンジャ４４０には、第１の蛍光体４０１を撮影するための第１の光学フィルタ４１３と、第２の蛍光体４５１を撮影するための第２の光学フィルタ４５３とが設けられている。第１の光学フィルタ４１３は、可視光と、励起された第１の蛍光体４０１から発生する第１の蛍光とを透過させ、被写体４０２に照射される第１の励起光４０６を遮蔽する。第２の光学フィルタ４５３は、可視光と、励起された第２の蛍光体４５１から発生する第２の蛍光とを透過させ、被写体４０２に照射される第２の励起光４５６を遮蔽する。
【００８４】
フィルタチェンジャ４４０は、カメラ４０３と一体として設けられてもよいし、あるいはカメラ４０３の前方にカメラ４０３と別個に設けられてもよい。フィルタチェンジャ４４０は、拡大コントローラ部４０８により、その駆動が制御される。
【００８５】
拡大コントローラ部４０８により、可視光４０５と第１の励起光４０６と第２の励起光４５６とがそれぞれ切り替えられて照射される。その各照明光の照射のタイミングに基づいて、フィルタチェンジャ４４０が駆動され、第１及び第２の光学フィルタ４１３及び４５３が相互に切り替えられる。具体的には、第１の励起光４０６が照射されるタイミングに基づいて第１の光学フィルタ４１３がセットされる。また第２の励起光４５６が照射されるタイミングに基づいて第２の光学フィルタ４５３がセットされる。可視光４０５が照射されるときには、第１及び第２の光学フィルタ４１３及び４５３の切り替えは行われなくてもよい。
【００８６】
このように、第１及び第２の励起光４０６及び４５６を照射するための第１及び第２の励起光源ユニット４６０及び４７０を設け、各励起光源ユニット４６０及び４７０に対応した第１及び第２の光学フィルタ４１３及び４５３をカメラ４０３に設ける。そして各照明光の照射のタイミングに基づいて、第１及び第２の光学フィルタ４１３及び４５３を相互に切り替えることで、異なる種類の第１及び第２の蛍光体４０１及び４５１を複数有する被写体４０２の画像を高精度に短い露光時間で撮像することができる。
【００８７】
なお、フィルタチェンジャ４４０に、可視光のみを透過させる光学フィルタ、第１の蛍光体４０１から発生する第１の蛍光のみを透過させる光学フィルタ、及び第２の蛍光体４５１から発生する第２の蛍光のみを透過させる光学フィルタをそれぞれ設けてもよい。そして各照明光が照射されるタイミングに基づいて、上記３つのフィルタを相互に切り替えることで、被写体４０２が撮影されてもよい。あるいはこれら３つのフィルタと、上記第１及び第２の光学フィルタ４１３及び４５３とを備えたフィルタチェンジャが用いられてもよい。フィルタチェンジャ４４０に設けられる光学フィルタは、例えば被写体４０２が有する各蛍光体の励起光及び蛍光の波長帯域や、被写体４０２の観察目的に合わせて適宜設定されてよい。
【００８８】
＜第５の実施形態＞
本発明の第５の実施形態に係る手術用ナビゲーションシステムについて説明する。本実施形態に係る手術用ナビゲーションシステムは、上記した各実施形態に係る撮像システムが外科手術のナビゲーションに用いられるものである。本実施形態の手術用ナビゲーションシステムにより、蛍光体が投与された術部の画像が撮像される。
【００８９】
図２１及び図２２は、本実施形態に係る手術用ナビゲーションシステムの構成例を示す模式的な図である。図２１に示すように、手術用ナビゲーションシステム５００は、カメラ５０３と、照明装置５０７に含まれる可視光照明ユニット５２２及び励起光照明ユニット５２３とが設置された傾斜ステージ５４１とを有する。
【００９０】
図２１に示すように、カメラ５０３には撮影用ズームレンズ部５４２が設けられており、可視光照明ユニット５２２及び励起光照明ユニット５２３には、可視光照明用ズームレンズ部５４３及び励起光照明用ズームレンズ部５４４が設けられている。本実施形態では、光学フィルタ部がカメラ５０３内部に設けられているが、光学フィルタ部が撮影用ズームレンズ部５４２の前方に設けられてもよい。可視光照明用ズームレンズ部５４３の前方には可視光用フィルタ５４５が設けられ、励起光照明用ズームレンズ部５４４の前方には励起光用フィルタ５４６が設けられる。
【００９１】
傾斜ステージ５４１と、各ズームレンズ部５４２、５４３及び５４４とは、撮影エリアコントローラ５４７により制御される。本実施形態に係る撮影エリアコントローラ５４７は、図２２に示す拡大コントローラ部５０８内に、カメラコントローラ５２６と共に設けられる。しかしながら撮影エリアコントローラ５４７が、拡大コントローラ部５０８とは別個に設けられてもよい。
【００９２】
また本実施形態の手術用ナビゲーションシステム５００は、拡大コントローラ部５０８を含むシステム５００全体を制御するメインコントローラ５４８が設けられる。メインコントローラ５４８としては、例えば汎用のＰＣが用いられ、そのＰＣが拡大コントローラ部５０８としても機能する。
【００９３】
メインコントローラ５４８には、撮影された画像が表示される画像表示ディスプレイ５４９が接続される。画像表示ディスプレイ５４９の数は単数でもよいが、典型的にはオペレータ用及び手術者用の２つ以上の画像表示ディスプレイ５４９が設けられる。
【００９４】
オペレータ５５７から、術部である撮影領域５０４の位置や大きさの指示、あるいは撮影方法の指示等の情報が入力される。撮影領域５０４の位置等は例えば手術者５５８により手術される切除部分の位置である。また撮影方法は、可視光画像及び蛍光画像の合成画像の撮像や、術部の記録用のために可視光画像のみを撮像する方法等がある。
【００９５】
各種の指示情報を受け付けたメインコントローラ５４８から、拡大コントローラ部５０８へ指示情報が出力され、カメラ５０３と、可視光照明ユニット５２２と、励起光照明ユニット５２３と、傾斜ステージ５４１と、及び各ズームレンズ部５４２、５４３及び５４４とが制御される。これにより蛍光体が投与された術部の可視光画像情報と蛍光画像情報とがメインコントローラ５４８に出力され、これら各画像情報に基づいて、可視光画像及び蛍光画像の合成画像が画像表示ディスプレイ５４９に表示される。
【００９６】
本実施系形態の手術用ナビゲーションシステム５００では、撮影エリアコントローラ５４７により傾斜ステージ５４１が制御されることで、撮影領域５０４の移動、すなわちパンニング（panning）が可能となる。カメラ５０３のパンニングに連動して、可視光照明ユニット５２２及び励起光照明ユニット５２３の各照明領域も移動するので、効率のよい照明及び撮影が可能となる。
【００９７】
また撮影エリアコントローラ５４７により、各ズームレンズ部５４２、５４３及び５４４が制御されることで、撮影領域５０４の大きさの調整、すなわちズーミング（zooming）が可能となる。カメラ５０３のズーミングに連動して、可視光照明ユニット５２２及び励起光照明ユニット５２３の各照明領域の大きさも適宜設定される。
【００９８】
なお本実施形態では、撮影エリアコントローラ５４７の信号が、カメラコントローラ５２６にフィードバックされる。これにより、例えば撮影領域５０４の大きさが変更されたときに、それに連動して励起光照明ユニット５２３により照射される励起光の照明光量を変更すること等が可能となる。
【００９９】
手術者は、蛍光体が投与された術部（撮影領域５０４）の、可視光画像と蛍光画像との合成画像を観察しながら、効率よく、また精度よく手術を行うことができる。
【０１００】
＜第６の実施形態＞
本発明の第６の実施形態に係る撮像装置について説明する。本発明の第６の実施形態に係る撮像装置は、図１及び図２に示す撮像システム１００の、カメラ３と、可視光照明ユニット２２と、励起光照明ユニット２３と、拡大コントローラ部８とが一体となったデバイスである。例えば、カメラ内に設けられる制御部（図３参照）が、拡大コントローラ部８として機能する。
【０１０１】
図２３及び図２４は、本実施形態に係る撮像装置としての内視鏡の構成例を示す模式的な図である。図２３は軟性内視鏡を示しており、図２４は硬性内視鏡を示している。
【０１０２】
図２３に示す軟性内視鏡６００は、本体６８０とマニピュレータ部６９０とを有する。本体６８０は、撮像部としてのカメラ部６０３と、光学フィルタ部６１３と、投影レンズ６１２と、図示しない可視光照明ユニット及び励起光照明ユニットを有する照明装置６０７とを含む。また本体６８０には、カメラ部６０３及び照明装置６０７を制御する拡大コントローラ部６０８が設けられる。
【０１０３】
マニピュレータ部６９０は、体内に挿入される部分であり、例えばイメージ用ファイバスコープ６９１を有する。図示していないがマニピュレータ部６９０には、体内の術部を切除、あるいは縫合するためのデバイスや、体内の組織を標本として採取するデバイス等が設けられる。マニピュレータ部６９０の前方には、撮像用レンズ６９２が配置される。
【０１０４】
本実施形態では、マニピュレータ部６９０に照明装置６０７からの照明光を術部に導くための照明導光用ファイバ６９３がイメージ用ファイバスコープ６９１の周囲に設けられる。これにより術部に、可視光と励起光とが交互に照射される。術部で反射する可視光と蛍光体から発生した蛍光とは、イメージ用ファイバスコープ６９１を通ってカメラ部６０３内に入射する。これにより高精度の可視光画像及び蛍光画像が撮像される。
【０１０５】
図２４に示す硬性内視鏡７００は、図２３に示す軟性内視鏡６００の本体６８０と同様な構成を有する本体７８０と、マニピュレータ部７９０とを有している。マニピュレータ部７９０は、イメージガイドシャフト７９４を有し、イメージガイドシャフト７９４の内部には複数のリレーレンズ７９５が設けられる。照明導光用ファイバ７９３に導かれた可視光及び励起光が、撮像用レンズ７９２を介して術部に交互に照射される。撮像用レンズ７９２を通った可視光及び蛍光は、複数のリレーレンズ７９５により導かれ、カメラ部７０３内に入射される。
【０１０６】
その他、本実施形態に係る撮像装置として、光学顕微鏡で得られた被写体の像を撮影することができるものが用いられてよい。そのようなものとして例えば光学顕微鏡の機能を有するスキャナ装置等がある。光学顕微鏡の照明光学系に、可視光照明ユニットと励起光照明ユニットが設けられ、各照明光の照射のタイミングに合わせて、可視光画像と蛍光画像とが撮像される。これにより蛍光体を有する被写体の拡大画像が、高精度に短い露光時間で撮像される。
【０１０７】
上記で示した本実施形態に係る撮像装置では、１つのカメラ部６０３あるいは７０３により可視光画像及び蛍光画像が撮像される。従って撮像装置の小型化に有利である。
【０１０８】
＜その他の実施形態＞
本発明に係る実施形態は、以上説明した実施形態に限定されず、他の種々の実施形態がある。
【０１０９】
例えば、可視光画像及び蛍光画像が合成される際に、可視光画像及び蛍光画像の各ゲイン値が独立に調整されてもよい。例えば可視光画像のゲイン値は画像が飽和しない程度、すなわち可視光画像内にてコントラストが得られるように調整される。蛍光画像は、例えば撮像システムや撮像装置が起動する際に、予め設定された設定値に基づいて調整される。
【０１１０】
例えば撮影される蛍光体が、濃度及び保存状態が管理された状態で、基準的な励起光照明下あるいは使用される励起光照明ユニットの励起光照明下において撮影される。そしてその撮影された蛍光体が所望の明るさとなるように上記設定値が定められればよい。
【０１１１】
可視光画像及び蛍光画像の各ゲイン値の調整は、図２に示す拡大コントローラ部８、または画像処理部２７により行われてもよい。あるいはカメラ３内の制御部１６にカメラコントローラ２６の機能をもたせることで図２に示す拡大カメラ部８５が構成され、この拡大カメラ部８５により両画像のゲイン値調整が行われてもよい。
【０１１２】
図１１で示した蛍光画像について、各種の画像処理が行われてもよい。例えば蛍光画像２９の各輝度値に基づいて、その輝度値の分布を示すような画像処理が行われてもよい。すなわち撮影される被写体の温度分布を示すサーモグラフィの画像のように、蛍光画像２９が撮像されてもよい。これにより被写体内において、蛍光の強度に基づいた蛍光体１の分布を把握することが可能となる。あるいは蛍光画像２９の各輝度値に対して予め閾値を定めておき、閾値よりも輝度値が大きい部分のみを、蛍光体１として蛍光画像２９に表示させてもよい。これにより蛍光の強度が強い部分、典型的には蛍光体の中心となる部分を把握することができる。上記の画像処理は、蛍光画像２９の各輝度値ではなく、撮像素子から読み出した画像信号に基づいて行われてもよい。
【０１１３】
上記した実施形態では、図３に示すようにカメラ３内のレンズ１２の前方に光学フィルタ１３が設けられた。しかしながら、図２５に示すように、レンズ９１２の後方であって、本体９０９の前方側にあたるカメラマウント９１０に光学フィルタ９１３が配置されてもよい。
【０１１４】
上記した実施形態では、可視光がＲ、Ｇ、Ｂの３つの成分光に分光された。しかしながら、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、及びイエロー（Ｙ）の３つの成分光に分光されてもよい。あるいは、３色以上の成分光に分光されてもよい。可視光が３色以上に分光される場合、各成分光の数に応じた複数の撮像素子が設けられればよい。
【０１１５】
第１の実施形態において、光学フィルタ部としてフィルタチェンジャが用いられてもよい。この場合、フィルタチェンジャには、可視光のみを透過させる光学フィルタと、蛍光体から発生する蛍光のみを透過させる光学フィルタとが設けられ、可視光及び蛍光の照射のタイミングに合わせて各光学フィルタが切り替えられればよい。
【０１１６】
撮影される蛍光体はＩＣＧに限られない。例えばＤＡＰＩ（４’ｂ−ジアミジン−２−フェニルインドールジヒドロクロライド）等の各種の蛍光体が用いられてよい。
【０１１７】
第５の実施形態で説明した手術用ナビゲーションシステム５００において、例えば手術が行われる手術室の無影灯として例えばＬＥＤ等の照射時間を制御可能な照明デバイスが用いられる場合、その無影灯が可視光照明ユニットの一部あるいは全部として用いられてもよい。
【符号の説明】
【０１１８】
Ｒ、Ｇ、Ｂ…成分光
１、２０１…蛍光体
２、２０２、４０２…被写体
３、４０３、５０３…カメラ
４、５０４…撮影領域
５、４０５…可視光
６…励起光
７、５０７、６０７…照明装置
８、４０８、５０８、６０８…拡大コントローラ部
１３、９１３…光学フィルタ
１４…センサ部
１５…回路部
１６…制御部
１７（１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂ）…撮像素子
１８…分光プリズム
２２、４２２、５２２…可視光照明ユニット
２３、４２３、５２３…励起光照明ユニット
２４…システムコントローラ
２５…照明制御ボックス
２６、５２６…カメラコントローラ
２８…可視光画像
２９…蛍光画像
８５…拡大カメラ部
１００…撮像システム
２３６…可視光画像情報
２３７…偶数（ｅｖｅｎ）フィールド画像情報
２３８…蛍光画像情報
２３９…奇数（ｏｄｄ）フィールド画像情報
４００…撮像システム
４０１…第１の蛍光体
４０６…第１の励起光
４１３…第１の光学フィルタ
４４０…フィルタチェンジャ
４５１…第２の蛍光体
４５３…第２の光学フィルタ
４５６…第２の励起光
４６０…第１の励起光源ユニット
４７０…第２の励起光源ユニット
５００…手術用ナビゲーションシステム
５４８…メインコントローラ
５４９…画像表示ディスプレイ
６００…軟性内視鏡
６０３…カメラ部
６１３…光学フィルタ部
７００…硬性内視鏡
７０３…カメラ部
８００…ＰＣ
８０１…ＣＰＵ
８０６…表示部
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１２】
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【図１６】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１７】
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【図１８】
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