(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
医療行為時に使用される３板式カメラであって、
観察部位からの光のうちＩＲ光を反射する第１反射膜が形成され、前記ＩＲ光を第１イメージセンサに受光させる第１プリズムと、
前記第１反射膜を透過したＡ％（Ａ：既定の実数）の可視光を反射しかつ残りの（１００−Ａ）％の可視光を透過する第２反射膜が形成され、前記Ａ％の可視光を第２イメージセンサに受光させる第２プリズムと、
前記第２反射膜を透過した前記（１００−Ａ）％の可視光を第３イメージセンサに受光させる第３プリズムと、
前記第１イメージセンサ、前記第２イメージセンサおよび前記第３イメージセンサのそれぞれの撮像出力に基づいて、前記観察部位の第１映像信号、第２映像信号、第３映像信号を生成し、前記第１映像信号、前記第２映像信号および前記第３映像信号を合成してモニタに出力する映像信号処理部と、を備え、
前記映像信号処理部は、明るさが略等しい前記第２映像信号および前記第３映像信号の一方を画素ずらしして第４映像信号を生成し、前記第４映像信号と前記第１映像信号とを合成した映像信号を前記モニタに出力する、
３板式カメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、３板式カメラに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、手術あるいは検査時に、被検体内に蛍光試薬としてＩＣＧ（インドシアニングリーン）が投与され、励起光の照射等によりＩＣＧを励起させ、ＩＣＧが発する近赤外の蛍光像を被写体像とともに撮像し、観察することにより診断を行う方法が注目されている。例えば特許文献１には、入射光の青色成分の光および特定の波長領域の近赤外光の一部を反射させてその他の光を透過させる青色分解プリズムと、赤色成分の光および特定の波長領域の近赤外光の一部を反射させてその他の光を透過させる赤色分解プリズムと、赤色分解プリズムを透過した光が入射する緑色分解プリズムとを有する撮像装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−７５８２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の構成では、患部等からの光のうち近赤外光の一部の光量が複数の色分解プリズムのそれぞれに分担されるように入射されて撮像される。このため、例えば近赤外光の波長領域に特化した光を対応する撮像素子に受光させることはできないという課題があった。したがって、上述した手術あるいは検査時に、蛍光試薬が投与された観察部位のより鮮明な蛍光画像の出力が困難であり、医師等が患部の把握をより簡易にする点において改善の余地があった。
【０００５】
本開示は、上述した従来の事情に鑑みて案出され、蛍光試薬が投与された観察部位のより鮮明な蛍光画像を生成して出力し、医師等による患部の容易な把握を支援する３板式カメラを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示は、医療行為時に使用される３板式カメラであって観察部位からの光のうちＩＲ光を反射する第１反射膜が形成され、前記ＩＲ光を第１イメージセンサに受光させる第１プリズムと、前記第１反射膜を透過したＡ％（Ａ：既定の実数）の可視光を反射しかつ残りの（１００−Ａ）％の可視光を透過する第２反射膜が形成され、前記Ａ％の可視光を第２イメージセンサに受光させる第２プリズムと、前記第２反射膜を透過した前記（１００−Ａ）％の可視光を第３イメージセンサに受光させる第３プリズムと、前記第１イメージセンサ、前記第２イメージセンサおよび前記第３イメージセンサのそれぞれの撮像出力に基づいて、前記観察部位の第１映像信号、第２映像信号、第３映像信号を生成し、前記第１映像信号、前記第２映像信号および前記第３映像信号を合成してモニタに出力する映像信号処理部と、を備え、前記映像信号処理部は、明るさが略等しい前記第２映像信号および前記第３映像信号の一方を画素ずらしして第４映像信号を生成し、前記第４映像信号と前記第１映像信号とを合成した映像信号を前記モニタに出力する、３板式カメラを提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本開示によれば、蛍光試薬が投与された観察部位のより鮮明な蛍光画像を生成して出力でき、医師等による患部の容易な把握を支援できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１に係る３板式カメラの内部構成例を示すブロック図
【図２】実施の形態１の変形例に係る３板式カメラの内部構成例を示すブロック図
【図３】図１あるいは図２に示す分光プリズムの構造例を示す図
【図４Ａ】ダイクロイックミラーの分光特性例を示すグラフ
【図４Ｂ】ビームスプリッタの分光特性例を示すグラフ
【図４Ｃ】ビームスプリッタの分光特性例を示すグラフ
【図５】第２可視光および第１可視光のそれぞれの露光時間が同一となる場合の、可視光分割比率と感度、ダイナミックレンジ、解像度との関係例を示すグラフ
【図６】第２可視光および第１可視光のそれぞれの露光時間が１０：１となる場合の、可視光分割比率と感度、ダイナミックレンジ、解像度との関係例を示すグラフ
【図７】第２可視光および第１可視光のそれぞれの露光時間が１００：１となる場合の、可視光分割比率と感度、ダイナミックレンジ、解像度との関係例を示すグラフ
【図８】第２可視光および第１可視光のそれぞれの露光時間が１：１０となる場合の、可視光分割比率と感度、ダイナミックレンジ、解像度との関係例を示すグラフ
【図９】実施の形態１に係る３板式カメラにより生成された可視・ＩＲ合成映像信号のモニタでの表示例を示す図
【図１０】実施の形態２に係る３板式カメラの内部構成例を示すブロック図
【図１１】図１０に示す分光プリズムの構造例を示す図
【図１２Ａ】ダイクロイックミラーの分光特性例を示すグラフ
【図１２Ｂ】ダイクロイックミラーの分光特性例を示すグラフ
【図１２Ｃ】ダイクロイックミラーの分光特性例を示すグラフ
【図１３】可視光と第１ＩＲ光と第２ＩＲ光との関係例を示すグラフ
【図１４】実施の形態２に係る３板式カメラにより生成された可視・ＩＲ合成映像信号のモニタでの表示例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、適宜図面を参照しながら、本開示に係る３板式カメラおよび分光プリズムを具体的に開示した実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明および実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。
【００１１】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る３板式カメラ１の内部構成例を示すブロック図である。３板式カメラ１は、レンズ１１と、分光プリズム１３と、撮像素子１５１，１５２，１５３と、映像信号処理部１７とを含む構成である。映像信号処理部１７は、カメラ信号処理部１９１，１９２，１９３と、長短露光合成・広ダイナミックレンジ処理部２１と、可視・ＩＲ合成処理部２３とを有する。それぞれの構成について詳細に説明する。
【００１２】
３板式カメラ１，１Ａは、例えば手術あるいは検査時に、患者等の被検体内の観察部位（例えば患部）に予め投与された蛍光試薬（例えばインドシアニングリーン。以下「ＩＣＧ」と略記する。）に所定の波長帯（例えば７６０ｎｍ〜８００ｎｍ）の励起光を照射し、その励起光に基づいて長波長側（例えば８２０〜８６０ｎｍ）に蛍光発光した観察部位を撮像する医療観察システムで使用される。３板式カメラ１，１Ａにより撮像された画像（例えば観察部位の映像）は、モニタＭＮ１により表示され（図９参照）、医師等のユーザによる医療行為の実行を支援する。分光プリズム１３，１３Ａは、例えば上述した医療観察システムで使用される例を説明するが、使用は医療用途に限定されず工業用途でもよい。
【００１３】
図１あるいは図２では図示を省略しているが、３板式カメラ１，１Ａのレンズ１１よりも先端側は観察部位（例えば患部。以下同様。）に挿通されるスコープにより構成されている。このスコープは、例えば観察部位に挿通される硬性内視鏡等の医療器具の主要部であり、観察部位からの光Ｌ１をレンズ１１まで導光可能な細長い導光部材である。
【００１４】
レンズ１１は、分光プリズム１３の対物側（先端側）に取り付けられ、観察部位からの光Ｌ１（例えば観察部位での反射光）を集光する。集光された光Ｌ２は、分光プリズム１３に入射する。
【００１５】
光学部品の一例としての分光プリズム１３は、３板式カメラ１に搭載され、観察部位からの光Ｌ２を入射し、第１可視光Ｖ１と第２可視光Ｖ２とＩＲ光Ｎ１とに分光する。分光プリズム１３は、ＩＲプリズム３１と、可視プリズム３２と、可視プリズム３３とを有する構成である（図３参照）。第１可視光Ｖ１は、可視プリズム３２に対向するように配置された撮像素子１５１に入射する。第２可視光Ｖ２は、可視プリズム３３に対向するように配置された撮像素子１５２に入射する。ＩＲ光Ｎ１は、ＩＲプリズム３１に対向するように配置された撮像素子１５３に入射する。分光プリズム１３の詳細な構造例については、図３を参照して後述する。
【００１６】
第２イメージセンサの一例としての撮像素子１５１は、例えば可視光の撮像に適した複数の画素が配列されたＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）またはＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）と、電子シャッタによる露光制御回路（図示略）とを含む。撮像素子１５１は、可視プリズム３２と対向するように配置される（図３参照）。撮像素子１５１は、カメラ信号処理部１９１からの露光制御信号ＣＳＨ１に基づいて露光制御回路により定められる第１露光時間にわたって入射した第１可視光Ｖ１に基づいて撮像する。撮像素子１５１は、撮像により観察部位の映像信号Ｖ１Ｖを生成して映像信号処理部１７に出力する。
【００１７】
第３イメージセンサの一例としての撮像素子１５２は、例えば可視光の撮像に適した複数の画素が配列されたＣＣＤまたはＣＭＯＳと、電子シャッタによる露光制御回路（図示略）とを含む。撮像素子１５２は、可視プリズム３３と対向するように配置される（図３参照）。撮像素子１５２は、カメラ信号処理部１９２からの露光制御信号ＣＳＨ２に基づいて露光制御回路により定められる第２露光時間にわたって入射した第２可視光Ｖ２に基づいて撮像する。撮像素子１５２は、撮像により観察部位の映像信号Ｖ２Ｖを生成して映像信号処理部１７に出力する。
【００１８】
第１イメージセンサの一例としての撮像素子１５３は、例えばＩＲ光の撮像に適した複数の画素が配列されたＣＣＤまたはＣＭＯＳを含む。撮像素子１５３は、ＩＲプリズム３１と対向するように配置される（図３参照）。撮像素子１５３は、入射したＩＲ光Ｎ１に基づいて撮像する。撮像素子１５３は、撮像により観察部位の映像信号Ｎ１Ｖを生成して映像信号処理部１７に出力する。
【００１９】
映像信号処理部１７は、例えばＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）あるいはＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）等のプロセッサにより構成される。カメラ信号処理部１９１〜１９３、長短露光合成・広ダイナミックレンジ処理部２１および可視・ＩＲ合成処理部２３は、前述したプロセッサにより実行される。
【００２０】
カメラ信号処理部１９１は、撮像素子１５１からの映像信号Ｖ１Ｖを用いて各種のカメラ信号処理を施して観察部位の第１可視映像信号Ｖ１ＶＤを生成し、長短露光合成・広ダイナミックレンジ処理部２１に出力する。また、カメラ信号処理部１９１は、撮像素子１５１の第１露光時間を定めるための露光制御信号ＣＳＨ１を生成して撮像素子１５１に出力する。撮像素子１５１は、この露光制御信号ＣＳＨ１に基づいて第１可視光Ｖ１の露光時間を制御する。
【００２１】
カメラ信号処理部１９２は、撮像素子１５２からの映像信号Ｖ２Ｖを用いて各種のカメラ信号処理を施して観察部位の第２可視映像信号Ｖ２ＶＤを生成し、長短露光合成・広ダイナミックレンジ処理部２１に出力する。詳細は後述するが、第１可視映像信号Ｖ１ＶＤと第２可視映像信号Ｖ２ＶＤとは明るさ（感度）が異なる。また、カメラ信号処理部１９２は、撮像素子１５２の露光時間を定めるための露光制御信号ＣＳＨ２を生成して撮像素子１５２に出力する。撮像素子１５２は、この露光制御信号ＣＳＨ２に基づいて第２可視光Ｖ２の第２露光時間を制御する。詳細は後述するが、第１露光時間と第２露光時間とは同一でもよいし（図５参照）、異なってもよく（図６、図７および図８参照）、以下同様である。
【００２２】
カメラ信号処理部１９３は、撮像素子１５３からの映像信号Ｎ１Ｖを用いて各種のカメラ信号処理を施して観察部位のＩＲ映像信号Ｎ１ＶＤを生成し、可視・ＩＲ合成処理部２３に出力する。
【００２３】
長短露光合成・広ダイナミックレンジ処理部２１は、明るさ（感度）の異なる２つの映像信号（具体的には、カメラ信号処理部１９１からの第１可視映像信号Ｖ１ＶＤとカメラ信号処理部１９２からの第２可視映像信号Ｖ２ＶＤ）を入力して重ね合わせることで合成し、広ダイナミックレンジ映像信号ＶＶＤを生成する。長短露光合成・広ダイナミックレンジ処理部２１は、明るさ（感度）の異なる２つの映像信号を重ね合わせて合成することで、第１可視映像信号Ｖ１ＶＤあるいは第２可視映像信号Ｖ２ＶＤよりもダイナミックレンジを見かけ上広げた広ダイナミックレンジ映像信号ＶＶＤを生成できる。長短露光合成・広ダイナミックレンジ処理部２１は、広ダイナミックレンジ映像信号ＶＶＤを可視・ＩＲ合成処理部２３に出力する。
【００２４】
可視・ＩＲ合成処理部２３は、長短露光合成・広ダイナミックレンジ処理部２１からの広ダイナミックレンジ映像信号ＶＶＤとカメラ信号処理部１９３からのＩＲ映像信号Ｎ１ＶＤとを入力して重ね合わせることで合成し、可視・ＩＲ合成映像信号ＩＭＶＶＤを生成する。可視・ＩＲ合成処理部２３は、可視・ＩＲ合成映像信号ＩＭＶＶＤを、モニタＭＮ１に出力したり録画機器（図示略）に送信して蓄積させたりしてよい。
【００２５】
モニタＭＮ１は、例えば手術あるいは検査時に手術室に配置される画像コンソール（図示略）を構成し、３板式カメラ１により生成された観察部位の可視・ＩＲ合成映像信号ＩＭＶＶＤを表示する。これにより、医師等のユーザは、モニタＭＮ１に表示された可視・ＩＲ合成映像信号ＩＭＶＶＤを目視で視認することで、観察部位中の蛍光発光した部位を詳細に把握できる。録画機器は、例えば３板式カメラ１により生成された可視・ＩＲ合成映像信号ＩＭＶＶＤのデータを録画可能なレコーダである。
【００２６】
図２は、実施の形態１の変形例に係る３板式カメラ１Ａの内部構成例を示すブロック図である。実施の形態１では、撮像素子１５１に入射する第１可視光Ｖ１の光量と撮像素子１５２に入射する第２可視光Ｖ２の光量とは異なる。したがって、カメラ信号処理部１９１からの第１可視映像信号Ｖ１ＶＤとカメラ信号処理部１９２からの第２可視映像信号Ｖ２ＶＤとは明るさ（感度）が異なり、明るさ（感度）が異なる第１可視映像信号Ｖ１ＶＤおよび第２可視映像信号Ｖ２ＶＤが合成されることで見かけ上ダイナミックレンジが広がった広ダイナミックレンジ映像信号ＶＶＤが生成可能となる。
【００２７】
そこで、実施の形態１の変形例では、実施の形態１と異なり、撮像素子１５１に入射する第１可視光Ｖ３の光量と撮像素子１５２に入射する第２可視光Ｖ４の光量とが略等しい（言い換えると、あまり差が無い）。したがって、カメラ信号処理部１９１からの第１可視映像信号Ｖ３ＶＤとカメラ信号処理部１９２からの第２可視映像信号Ｖ４ＶＤとは明るさ（感度）が略同等となり、明るさ（感度）が略同等の第１可視映像信号Ｖ３ＶＤおよび第２可視映像信号Ｖ４ＶＤのうち一方の画素ずらしが行われた上で合成処理が施されることで高解像度化が図られた高解像度映像信号ＶＶＤＡが生成可能となる。図２の説明において、図１の構成と同一の構成については同一の符号を付与して説明を簡略化あるいは省略し、異なる内容について説明する。
【００２８】
３板式カメラ１Ａは、レンズ１１と、分光プリズム１３Ａと、撮像素子１５１，１５２，１５３と、映像信号処理部１７Ａとを含む構成である。映像信号処理部１７Ａは、カメラ信号処理部１９１，１９２，１９３と、画素ずらし合成・高解像度化処理部２５と、可視・ＩＲ合成処理部２３とを有する。それぞれの構成について詳細に説明する。なお、図２では、図１の長短露光合成・広ダイナミックレンジ処理部２１の代わりに画素ずらし合成・高解像度化処理部２５が設けられているが、映像信号処理部１７Ａは図１に示す長短露光合成・広ダイナミックレンジ処理部２１を更に有してもよい。言い換えると、図１では、図２の画素ずらし合成・高解像度化処理部２５の代わりに長短露光合成・広ダイナミックレンジ処理部２１が設けられているが、映像信号処理部１７は図２に示す画素ずらし合成・高解像度化処理部２５を更に有してもよい。
【００２９】
分光プリズム１３Ａは、３板式カメラ１Ａに搭載され、観察部位からの光Ｌ２を入射し、第１可視光Ｖ３と第２可視光Ｖ４とＩＲ光Ｎ１とに分光する。分光プリズム１３Ａは、ＩＲプリズム３１と、可視プリズム３２と、可視プリズム３３とを有する構成である（図３参照）。第１可視光Ｖ３は、可視プリズム３２に対向するように配置された撮像素子１５１に入射する。第２可視光Ｖ４は、可視プリズム３３に対向するように配置された撮像素子１５２に入射する。ＩＲ光Ｎ１は、ＩＲプリズム３１に対向するように配置された撮像素子１５３に入射する。分光プリズム１３Ａの詳細な構造例については、図３を参照して後述する。
【００３０】
なお、３板式カメラ１Ａでは、映像信号処理部１７Ａにおいて画素ずらしによる高解像度映像信号ＶＶＤＡが生成される。このため、分光プリズム１３Ａにおいて、第１可視光Ｖ３が入射する撮像素子１５１，第２可視光Ｖ４が入射する撮像素子１５２のそれぞれを、対応する可視プリズム３２，３３に接着するにあたり、撮像素子１５１と撮像素子１５２との位置を光学的に半画素程度（例えば、水平方向にあるいは垂直方向に、または両方の方向に）ずらして接着する必要がある。これにより、光学的に半画素（上述参照）ずらして配置された撮像素子１５１，１５２の撮像に基づいて、画素ずらし合成・高解像度化処理部２５において、画素ずらしによる高解像度映像信号ＶＶＤＡが生成可能となる。
【００３１】
カメラ信号処理部１９１は、撮像素子１５１からの映像信号Ｖ３Ｖを用いて各種のカメラ信号処理を施して観察部位の第１可視映像信号Ｖ３ＶＤを生成し、画素ずらし合成・高解像度化処理部２５に出力する。また、カメラ信号処理部１９１は、撮像素子１５１の第１露光時間を定めるための露光制御信号ＣＳＨ１を生成して撮像素子１５１に出力する。撮像素子１５１は、この露光制御信号ＣＳＨ１に基づいて第１可視光Ｖ３の露光時間を制御する。
【００３２】
カメラ信号処理部１９２は、撮像素子１５１からの映像信号Ｖ４Ｖを用いて各種のカメラ信号処理を施して観察部位の第２可視映像信号Ｖ４ＶＤを生成し、画素ずらし合成・高解像度化処理部２５に出力する。上述したように、第１可視映像信号Ｖ３ＶＤと第２可視映像信号Ｖ４ＶＤとは明るさ（感度）が異なる。また、カメラ信号処理部１９２は、撮像素子１５２の第２露光時間を定めるための露光制御信号ＣＳＨ２を生成して撮像素子１５２に出力する。撮像素子１５２は、この露光制御信号ＣＳＨ２に基づいて第２可視光Ｖ４の露光時間を制御する。
【００３３】
画素ずらし合成・高解像度化処理部２５は、明るさ（感度）が略同等な２つの映像信号（具体的には、カメラ信号処理部１９１からの第１可視映像信号Ｖ３ＶＤとカメラ信号処理部１９２からの第２可視映像信号Ｖ４ＶＤ）を入力する。画素ずらし合成・高解像度化処理部２５は、入力された２つの映像信号を合成処理（つまり、可視プリズム３２に接着された撮像素子１５１の撮像に基づいてカメラ信号処理部１９１により生成された第１可視映像信号Ｖ３ＶＤと、可視プリズム３３に接着された撮像素子１５２の撮像に基づいてカメラ信号処理部１９２により生成された第２可視映像信号Ｖ４ＶＤとの合成）を行い、高解像度映像信号ＶＶＤＡを生成する。画素ずらし合成・高解像度化処理部２５は、入力された２つの映像信号の合成処理（上述参照）を行うことで、第１可視映像信号Ｖ３ＶＤあるいは第２可視映像信号Ｖ４ＶＤよりも高解像度を有する高解像度映像信号ＶＶＤＡを生成できる。画素ずらし合成・高解像度化処理部２５は、高解像度映像信号ＶＶＤＡを可視・ＩＲ合成処理部２３Ａに出力する。
【００３４】
可視・ＩＲ合成処理部２３Ａは、画素ずらし合成・高解像度化処理部２５からの高解像度映像信号ＶＶＤＡとカメラ信号処理部１９３からのＩＲ映像信号Ｎ１ＶＤとを入力して重ね合わせることで合成し、可視・ＩＲ合成映像信号ＩＭＶＶＤＡを生成する。可視・ＩＲ合成処理部２３Ａは、可視・ＩＲ合成映像信号ＩＭＶＶＤＡを、モニタＭＮ１に出力したり録画機器（図示略）に送信して蓄積させたりしてよい。
【００３５】
図３は、図１あるいは図２に示す分光プリズム１３，１３Ａの構造例を示す図である。以下、図１に示す分光プリズム１３の構造例として図３を参照して主に説明することとし、図２に示す分光プリズム１３Ａの説明も適宜補足しながら説明する。つまり、図２に示す分光プリズム１３Ａの説明として、以下の図１に示す分光プリズム１３の説明と重複する内容の説明は省き、分光プリズム１３Ａに特有の説明は別途補足して説明する。
【００３６】
分光プリズム１３は、ＩＲプリズム３１（第１プリズムの一例）と、可視プリズム３２（第２プリズムの一例）と、可視プリズム３３（第３プリズムの一例）とを有する。ＩＲプリズム３１、可視プリズム３２および可視プリズム３３が、レンズ１１により集光された光Ｌ２の光軸方向に順に組み付けられる。
【００３７】
第１プリズムの一例としてのＩＲプリズム３１は、光Ｌ２が入射する入射面３１ａと、光Ｌ２のうちＩＲ光を反射させるダイクロイックミラーＤＹＭ１が形成される反射面３１ｂと、ＩＲ光が出射する出射面３１ｃとを有する。ダイクロイックミラーＤＹＭ１（第１反射膜の一例）は、蒸着等により反射面３１ｂに形成され、光Ｌ２のうちＩＲ光（例えば８００ｎｍ以上の波長帯のＩＲ光）を反射させるとともに、光Ｌ２のうちＩＲ光でない光（例えば４００ｎｍ〜８００ｎｍ程度の光）を透過させる（図４Ａ参照）。具体的には、ＩＲプリズム３１の入射面３１ａに入射した光Ｌ２のうちＩＲ光（上述参照）が反射面３１ｂで反射する。このＩＲ光は、反射面３１ｂで反射した後にＩＲプリズム３１の入射面３１ａで全反射し、出射面３１ｃを介して撮像素子１５３に入射する。
【００３８】
図４Ａは、ダイクロイックミラーＤＹＭ１の分光特性例を示すグラフである。図４Ａの横軸は波長［ｎｍ：ナノメートル（以下同様）］を示し、縦軸は反射率あるいは透過率を示す。特性ＴＰ１はダイクロイックミラーＤＹＭ１の透過率を示し、特性ＴＰ１によれば、ダイクロイックミラーＤＹＭ１は４００ｎｍ〜８００ｎｍ程度の光を透過させることができる。特性ＲＦ１はダイクロイックミラーＤＹＭ１の反射率を示し、特性ＲＦ１によれば、ダイクロイックミラーＤＹＭ１は８００ｎｍ以上のＩＲ光を反射させることができる。したがって、撮像素子１５３には、面積ＡＲ１で示される光量のＩＲ光（言い換えると、光Ｌ２のうちＩＲ光）が全て入射できる。
【００３９】
第２プリズムの一例としての可視プリズム３２は、ダイクロイックミラーＤＹＭ１を透過した光（第１透過光の一例）が入射する入射面３２ａと、その透過した光（特定波長帯域の光の一例）の一部の光量を反射させるビームスプリッタＢＳＰ１が形成される反射面３２ｂと、その一部の光量の反射した可視光が出射する出射面３２ｃとを有する。ビームスプリッタＢＳＰ１（第２反射膜の一例）は、蒸着等により反射面３２ｂに形成され、入射面３２ａに入射した可視光の一部（例えば入射面３２ａに入射した光の１０％前後）の光量を有する可視光を反射させ、残りの（例えば入射面３２ａに入射した光の９０％前後）の光量を有する可視光を透過させる（図４Ｂ参照）。具体的には、可視プリズム３２の入射面３２ａに入射した可視光のうち一部（例えば１０％）の光量の可視光が反射面３２ｂで反射する。この一部の可視光は、反射面３２ｂで反射した後に可視プリズム３２の入射面３２ａで全反射し、出射面３２ｃを介して撮像素子１５１に入射する。なお、図１に示す分光プリズム１３において、ビームスプリッタＢＳＰ１が反射する可視光の割合は１０％に限定されず、例えば５％〜３０％程度の範囲でもよい。
【００４０】
また、図２に示す分光プリズム１３Ａの場合、ビームスプリッタＢＳＰ１（第２反射膜の一例）は、入射面３２ａに入射した可視光の一部（例えば入射面３２ａに入射した光の５０％前後）の光量を有する可視光を反射させ、残りの（例えば入射面３２ａに入射した光の５０％前後）の光量を有する可視光を透過させる（図４Ｂ参照）。なお、図２に示す分光プリズム１３Ａにおいて、ビームスプリッタＢＳＰ１が反射する可視光の割合は５０％に限定されず、例えば３０％〜５０％程度の範囲でもよい。
【００４１】
第３プリズムの一例としての可視プリズム３３は、ビームスプリッタＢＳＰ１を透過した残りの光量の可視光が入射する入射面３３ａと、その残りの光量の可視光が出射する出射面３３ｃとを有する。具体的には、可視プリズム３３では、ビームスプリッタＢＳＰ１を透過した残りの光量の可視光が入射してそのまま出射して撮像素子１５２に入射する（図４Ｃ参照）。
【００４２】
図４Ｂおよび図４Ｃは、ビームスプリッタＢＳＰ１の分光特性例を示すグラフである。図４Ｂおよび図４Ｃの横軸は波長［ｎｍ］を示し、縦軸は反射率あるいは透過率を示す。特性ＴＰ２は図１に示す分光プリズム１３におけるビームスプリッタＢＳＰ１の透過率（４００ｎｍ〜８００ｎｍにおいて約９０％）を示し、特性ＲＦ２は図１に示す分光プリズム１３におけるビームスプリッタＢＳＰ１の反射率（４００ｎｍ〜８００ｎｍにおいて約１０％）を示す。特性ＴＰ２および特性ＲＦ２によれば、第２反射膜の一例としてのビームスプリッタＢＳＰ１は４００ｎｍ〜８００ｎｍ程度の光のうち約１０％の光量の光（主に可視光）を反射させ、残りの約９０％の光量の光（主に可視光）を透過させることができる。したがって、撮像素子１５１には、面積ＡＲ２で示される光量の可視光（例えば約１０％程度の光量の可視光）が入射できる。なお、透過率が９０％で反射率が１０％であるのはあくまで一例であり、これらの数値に限定されなくてよい。
【００４３】
また、特性ＲＦ２Ａは図２に示す分光プリズム１３ＡにおけるビームスプリッタＢＳＰ１の透過率および反射率（４００ｎｍ〜８００ｎｍにおいて約５０％）を示す。特性ＲＦ２Ａによれば、第２反射膜の一例としてのビームスプリッタＢＳＰ１は４００ｎｍ〜８００ｎｍ程度の可視光のうち約５０％の光量の可視光を反射させ、残りの約５０％の光量の可視光を透過させることができる。したがって、撮像素子１５１には、面積ＡＲ２Ａで示される光量の可視光（例えば約５０％程度の光量の可視光）が入射できる。なお、透過率および反射率が５０％であるのはあくまで一例であり、これらの数値に限定されなくてよい。
【００４４】
図４Ｃに示すように、ビームスプリッタＢＳＰ１は４００ｎｍ〜８００ｎｍ程度の可視光のうち約１０％の光量の可視光を反射させ、残りの約９０％の光量の可視光を透過させることができる。撮像素子１５２には、面積ＡＲ３で示される光量の可視光（例えば約９０％程度の光量の可視光）が入射できる。また、撮像素子１５２には、面積ＡＲ２Ａで示される光量の可視光（例えば約５０％程度の光量の可視光）が入射できる。
【００４５】
図５は、第２可視光Ｖ２および第１可視光Ｖ１のそれぞれの露光時間が同一となる場合の、可視光分割比率と感度ＧＡＮ１、ダイナミックレンジＤＲＧ１、解像度ＲＳＯ１との関係例を示すグラフである。図５の横軸は可視光分割比率であり、言い換えると、これはビームスプリッタＢＳＰ１がダイクロイックミラーＤＹＭ１を透過した光（つまり可視光）を反射する割合である。例えば、可視光分割比率が１０％（つまり９０：１０）である場合、ビームスプリッタＢＳＰ１はダイクロイックミラーＤＹＭ１を透過した光のうち１０％の可視光を反射し、９０％の可視光を透過する。つまり、第２可視光Ｖ２の光量：第１可視光Ｖ１の光量が９０：１０となる。他の可視光分割比率についても上述した具体例と同様に考えることができる。図５の縦軸は映像信号処理部１７，１７Ａにおいて生成される広ダイナミックレンジ映像信号ＶＶＤあるいは高解像度映像信号ＶＶＤＡの感度ＧＡＮ１、ダイナミックレンジＤＲＧ１、解像度ＲＳＯ１をそれぞれ示す。
【００４６】
図５では電子シャッタによる撮像素子１５２，１５１のそれぞれへの露光時間が同一となるように制御された例が示されている。したがって、感度ＧＡＮ１については、可視光分割比率が小さければ小さい程最大（例えば０％の時に最大（１００％）で最も明るくなる）となり、５０％の時に最小（５０％で最も暗くなる）となるような特性（例えば一次関数）に従って推移すると考えられる。これは、第１可視光Ｖ１に基づく第１可視映像信号Ｖ１ＶＤの明るさと第２可視光Ｖ２に基づく第２可視映像信号Ｖ２ＶＤの明るさとのうち、より明るい第２可視光Ｖ２の明るさによって感度が決まるためである。
【００４７】
ダイナミックレンジＤＲＧ１については、同様に可視光分割比率が０より大きい範囲で小さければ小さい程大きく（例えば０．０１％の時に＋約８０ｄＢ）となり、５０％の時に最小（例えば０ｄＢ）となるような特性に従って推移すると考えられる。これは、広ダイナミックレンジ映像信号ＶＶＤあるいは高解像度映像信号ＶＶＤＡにおいて、可視光分割比率が小さければ小さい程、暗い部分と明るい部分の差が広がり易くなるためである。
【００４８】
解像度ＲＳＯ１については、反対に可視光分割比率が小さければ小さい程最小（例えば０％の時に最小で１倍）となり、５０％の時に最大（例えば１．４倍）となるような特性に従って推移すると考えられる。これは、可視光分割比率が大きければ大きい程、隣接する画素間での画素値の差分が小さくなり画素ずらしによって高解像度化を実現し易くなるためである。
【００４９】
図６は、第２可視光Ｖ２および第１可視光Ｖ１のそれぞれの露光時間が１０：１となる場合の、可視光分割比率と感度ＧＡＮ２、ダイナミックレンジＤＲＧ２、解像度ＲＳＯ２との関係例を示すグラフである。図６の横軸は可視光分割比率であり、図５の説明と同様であるため説明を省略する。図６の縦軸は映像信号処理部１７，１７Ａにおいて生成される広ダイナミックレンジ映像信号ＶＶＤあるいは高解像度映像信号ＶＶＤＡの感度ＧＡＮ２、ダイナミックレンジＤＲＧ２、解像度ＲＳＯ２をそれぞれ示す。
【００５０】
図６では電子シャッタによる撮像素子１５２，１５１のそれぞれへの露光時間が１０：１の比率となるように差が設けられた例が示されている。感度ＧＡＮ２については、図５に示す感度ＧＡＮ１と同様に、可視光分割比率が小さければ小さい程最大（例えば０％の時に最大（１００％）で最も明るくなる）となり、５０％の時に最小（５０％で最も暗くなる）となるような特性（例えば一次関数）に従って推移すると考えられる。これは、撮像素子１５２，１５１のそれぞれへの露光時間の比率１０：１に、第２可視光Ｖ２と第１可視光Ｖ１との光量比率を掛け合わせたものが、第２可視映像信号Ｖ２ＶＤと第１可視映像信号Ｖ１ＶＤの明るさの比率となり、そのうち明るい方の第２可視映像信号Ｖ２ＶＤの明るさにより感度が決まるためである。
【００５１】
撮像素子１５２，１５１のそれぞれへの露光時間が同一の時に比べて例えば１０：１の比率となるように差が設けられると、広ダイナミックレンジ映像信号ＶＶＤあるいは高解像度映像信号ＶＶＤＡにおいて、明るい部分と暗い部分との差がより鮮明に現れやすくなりダイナミックレンジをより稼ぐことができると考えられる。したがって、ダイナミックレンジＤＲＧ２については、可視光分割比率が０より大きい範囲で小さければ小さい程大きく（例えば０．１％の時に＋約８０ｄＢ）となり、５０％の時に最小（例えば＋２０ｄＢ）となるような特性に従って推移すると考えられる。つまり、図６の例であれば、最小値であっても＋２０ｄＢを稼ぐことができる。
【００５２】
電子シャッタによる撮像素子１５２，１５１のそれぞれへの露光時間が１０：１の比率となるように差が設けられると、例えば可視光分割比率が１０％（第２可視光Ｖ２：第１可視光Ｖ１＝９０：１０）となる場合、撮像素子１５１に入射する光量：撮像素子１５２に入射する光量＝１００：１程度となると考えられる。つまり、第１可視光Ｖ１では暗いところはほぼ映らず、第２可視光Ｖ２では明るいところはほぼ映らないので重ね合わせた時に解像度を稼ぐことはほぼ難しいと考えることができる。したがって、解像度ＲＳＯ２については、可視光分割比率に拘わらず、小さい値（例えば０％の時に最小で１倍であって、５０％でも１．１倍程度）を推移すると考えられる。
【００５３】
図７は、第２可視光Ｖ２および第１可視光Ｖ１のそれぞれの露光時間が１００：１となる場合の、可視光分割比率と感度ＧＡＮ２、ダイナミックレンジＤＲＧ３、解像度ＲＳＯ３との関係例を示すグラフである。図７の横軸は可視光分割比率であり、図５の説明と同様であるため説明を省略する。図７の縦軸は映像信号処理部１７，１７Ａにおいて生成される広ダイナミックレンジ映像信号ＶＶＤあるいは高解像度映像信号ＶＶＤＡの感度ＧＡＮ２、ダイナミックレンジＤＲＧ３、解像度ＲＳＯ３をそれぞれ示す。
【００５４】
図７では電子シャッタによる撮像素子１５２，１５１のそれぞれへの露光時間が１００：１の比率となるようにかなりの差が設けられた例が示されている。感度ＧＡＮ２については、図６に示す感度ＧＡＮ２と同様に、可視光分割比率が小さければ小さい程最大（例えば０％の時に最大（１００％）で最も明るくなる）となり、５０％の時に最小（５０％で最も暗くなる）となるような特性（例えば一次関数）に従って推移すると考えられる。これは、撮像素子１５２，１５１のそれぞれへの露光時間の比率１００：１に、第２可視光Ｖ２と第１可視光Ｖ１との光量比率を掛け合わせたものが、第２可視映像信号Ｖ２ＶＤと第１可視映像信号Ｖ１ＶＤの明るさの比率となり、そのうち明るい方の第２可視映像信号Ｖ２ＶＤの明るさにより感度が決まるためである。
【００５５】
撮像素子１５２，１５１のそれぞれへの露光時間が同一の時に比べて例えば１００：１の比率となるようにかなりの差が設けられると、広ダイナミックレンジ映像信号ＶＶＤあるいは高解像度映像信号ＶＶＤＡにおいて、明るい部分と暗い部分との差がより一層に鮮明に現れやすくなりダイナミックレンジをより多く稼ぐことができると考えられる。したがって、ダイナミックレンジＤＲＧ３については、可視光分割比率が０より大きい範囲で小さければ小さい程大きく（例えば１％の時に＋約８０ｄＢ）となり、５０％の時に最小（例えば＋４０ｄＢ）となるような特性に従って推移すると考えられる。つまり、図７の例であれば、最小値であっても＋４０ｄＢを稼ぐことができる。
【００５６】
電子シャッタによる撮像素子１５２，１５１のそれぞれへの露光時間が１００：１の比率となるようにかなりの差が設けられると、例えば可視光分割比率が１０％（第２可視光Ｖ２：第１可視光Ｖ１＝９０：１０）となる場合、撮像素子１５２に入射する光量：撮像素子１５１に入射する光量＝１０００：１程度となると考えられる。つまり、第２可視光Ｖ２では明るすぎて暗いところはほぼ映らず、第１可視光Ｖ１では暗すぎて明るいところはほぼ映らないので図６の例に比べて重ね合わせた時に解像度を稼ぐことはほぼ難しいと考えることができる。したがって、解像度ＲＳＯ３については、可視光分割比率に拘わらず、小さい値（例えば０％の時に最小で１倍であって、５０％でも１．０２倍程度）を推移すると考えられる。
【００５７】
図８は、第２可視光Ｖ２および第１可視光Ｖ１のそれぞれの露光時間が１：１０となる場合の、可視光分割比率と感度ＧＡＮ３、ダイナミックレンジＤＲＧ４、解像度ＲＳＯ４との関係例を示すグラフである。図８の横軸は可視光分割比率であり、図５の説明と同様であるため説明を省略する。図８の縦軸は映像信号処理部１７，１７Ａにおいて生成される広ダイナミックレンジ映像信号ＶＶＤあるいは高解像度映像信号ＶＶＤＡの感度ＧＡＮ３、ダイナミックレンジＤＲＧ４、解像度ＲＳＯ４をそれぞれ示す。
【００５８】
図８では電子シャッタによる撮像素子１５２，１５１のそれぞれへの露光時間が１：１０の比率となるように差が設けられた例が示されている。図６の例と反対に、撮像素子１５２，１５１のそれぞれへの露光時間が例えば１：１０の比率となるように差が設けられると、例えば可視光分割比率が１０％（第２可視光Ｖ２：第１可視光Ｖ１＝９０：１０）となる場合、撮像素子１５２に入射する光量と撮像素子１５１に入射する光量とは可視光分割比率と露光時間比との相殺によってほぼ同等になると考えられる。したがって、感度ＧＡＮ３については、可視光分割比率が０％から１０％まで（言い換えると、撮像素子１５２，１５１にそれぞれ入射する光量があまり変わらない場合）は最小となるように略一定に推移し、可視光分割比率が１０％より大きくなり５０％になるまでは一次関数的に単調増加する特性として推移する。例えば５０％の時に最大（５０％、つまり−６ｄＢ）に明るくなる。これは、撮像素子１５２，１５１のそれぞれへの露光時間の比率１：１０に、第２可視光Ｖ２と第１可視光Ｖ１との光量比率を掛け合わせたものが、第２可視映像信号Ｖ２ＶＤと第１可視映像信号Ｖ１ＶＤの明るさの比率となり、そのうち明るい方の映像信号の明るさにより感度が決まるためである。
【００５９】
撮像素子１５２，１５１のそれぞれへの露光時間が同一の時に比べて例えば１：１０の比率となるように差が設けられると、広ダイナミックレンジ映像信号ＶＶＤあるいは高解像度映像信号ＶＶＤＡにおいて、可視光分割比率が０％より大きい範囲で小さければ小さい程明るさの差分が得られ易いが、可視光分割比率が高くなるにつれて明るい部分と暗い部分との差が現れにくくなりダイナミックレンジをより稼ぐことが難しくなると考えられる。したがって、ダイナミックレンジＤＲＧ４については、可視光分割比率が０％より大きい範囲で小さければ小さい程大きくなる（例えば、０．００１％の時に約＋８０ｄＢ）となるが、可視光分割比率が１０％の時に、撮像素子１５２，１５１の露光時間の比率１：１０と相殺されて、第２可視映像信号Ｖ２ＶＤと第１可視映像信号Ｖ１ＶＤとの明るさがほぼ同等となり、ダイナミックレンジＤＲＧ４は最小となる。可視光分割比率が１０％を超えると再び第２可視映像信号Ｖ２ＶＤと第１可視映像信号Ｖ１ＶＤとの明るさに差ができるため、ダイナミックレンジＤＲＧ４が大きくなり、可視光分割比率５０％の場合は、撮像素子１５２，１５１の露光時間の比率１：１０と掛け合わせて、第２可視映像信号Ｖ２ＶＤと第１可視映像信号Ｖ１ＶＤの明るさの比率が１：１０となるため、ダイナミックレンジは＋２０ｄＢとなる。
【００６０】
電子シャッタによる撮像素子１５２，１５１のそれぞれへの露光時間が１：１０の比率となるように差が設けられると、例えば可視光分割比率が１０％（第２可視光Ｖ２：第１可視光Ｖ１＝９０：１０）となる場合、撮像素子１５２に入射する光量と撮像素子１５１に入射する光量とがほぼ同等になると考えられる（上述参照）。つまり、可視光分割比率と露光時間比（１：１０）との相殺が起きる時（例えば可視光分割比率が１０％）の時に第１可視光Ｖ１に基づく第１可視映像信号Ｖ１ＶＤと第２可視光Ｖ２に基づく第２可視映像信号Ｖ２ＶＤとが同等の明るさとなるので、解像度ＲＳＯ４としては最大となり、相殺が起きにくくなるような可視光分割比率の時に最大値から低下するような特性で推移すると考えられる。
【００６１】
図９は、実施の形態１に係る３板式カメラ１，１Ａにより生成された可視・ＩＲ合成映像信号ＩＭＶＶＤ，ＩＭＶＤＤＡのモニタＭＮ１での表示例を示す図である。図９に示す可視・ＩＲ合成映像信号ＩＭＶＶＤ，ＩＭＶＤＤＡは、被検体である患者の観察部位（例えば肝臓および膵臓の周囲）での撮像に基づいて生成されてモニタＭＮ１に表示されている。図９では、手術あるいは検査の前に予め患者体内の患部に投与されたＩＣＧの蛍光試薬が発光し、可視・ＩＲ合成映像信号ＩＭＶＶＤ，ＩＭＶＤＤＡではその箇所（例えば患部ＦＬ１）が分かるように示されている。このように、３板式カメラ１，１Ａは、例えば手術あるいは検査時に、医師等のユーザによる観察部位の詳細を把握可能な高画質な可視・ＩＲ合成映像信号ＩＭＶＶＤ，ＩＭＶＤＤＡを生成してモニタＭＮ１に表示できる。
【００６２】
以上により、実施の形態１に係る３板式カメラ１，１Ａは、観察部位（例えば被検体内の患部）からの光のうちＩＲ光を反射するダイクロイックミラーＤＹＭ１が形成され、ＩＲ光を撮像素子１５３に受光させるＩＲプリズム３１と、ダイクロイックミラーＤＹＭ１を透過した第１透過光のうち特定波長帯光（例えば８００ｎｍ以上の帯域）を反射しかつ可視光を透過するビームスプリッタＢＳＰ１が形成され、上述した特定波長帯光を撮像素子１５１に受光させる可視プリズム３２と、ビームスプリッタＢＳＰ１を透過した可視光を撮像素子１５２に受光させる可視プリズム３３と、を備える。また、３板式カメラ１，１Ａは、撮像素子１５３，１５１，１５２のそれぞれの撮像出力に基づいて、観察部位の第１映像信号（ＩＲ光Ｎ１）、第２映像信号（第１可視光Ｖ１）、第３映像信号（第２可視光Ｖ２）を生成し、第１映像信号、第２映像信号および第３映像信号を合成してモニタＭＮ１に出力する映像信号処理部１７を備える。
【００６３】
これにより、３板式カメラ１，１Ａは、例えば手術あるいは検査時に予め患者等の被検体内に蛍光試薬（例えばＩＣＧ）が投与された観察部位（例えば患部）からの光のうち特定波長帯域（例えば８００ｎｍ以上）、つまり蛍光試薬の蛍光領域に特化したＩＲ光を分光プリズム１３，１３Ａにより分離（分光）することができる。更に、３板式カメラ１，１Ａは、観察部位からの光のうち上述した特定波長帯域以外の可視光の一部をビームスプリッタＢＳＰ１において反射するとともに残りの可視光を透過して２チャンネル（言い換えると、２つの撮像素子１５１，１５２）において可視光に基づく映像信号を生成して合成するので、感度、ダイナミックレンジあるいは解像度の点において高画質な可視光の映像信号を生成できる。したがって、３板式カメラ１，１Ａは、ＩＲ光および可視光の両方においてより鮮明な蛍光画像を生成して出力でき、医師等による患部の容易な把握を支援できる。
【００６４】
また、３板式カメラ１において（図１、図４Ａ参照）、特定波長帯光は可視光である。ビームスプリッタＢＳＰ１は、ダイクロイックミラーＤＹＭ１を透過した光である可視光のうちＡ（Ａ：既定の実数）％（例えば１０％）の可視光を反射し、残りの（１００−Ａ）％（例えば９０％）の可視光を透過する。Ａの値は（１００−Ａ）の値よりも小さい。これにより、３板式カメラ１は、明るさの異なる２つの映像信号（具体的には、第１可視光Ｖ１に基づく第１可視映像信号Ｖ１ＶＤ、第２可視光Ｖ２に基づく第２可視映像信号Ｖ２ＶＤ）を重ね合わせて合成することで、高感度かつ広いダイナミックレンジを有する広ダイナミックレンジ映像信号ＶＶＤを生成できる。
【００６５】
また、３板式カメラ１は、明るさの異なる第２映像信号および第３映像信号を合成して第５映像信号（例えば広ダイナミックレンジ映像信号ＶＶＤ）を生成し、第５映像信号と第１映像信号（例えばＩＲ映像信号Ｎ１ＶＤ）とを合成した映像信号（例えば可視・ＩＲ合成映像信号ＩＭＶＶＤ）をモニタＭＮ１に出力する。これにより、３板式カメラ１は、明るさの異なる２つの映像信号に基づく高感度かつ広いダイナミックレンジを有する広ダイナミックレンジ映像信号ＶＶＤに、例えば患部の蛍光発光部分の詳細が判別可能なＩＲ映像信号Ｎ１ＶＤを重畳した高画質な映像信号をモニタＭＮ１に出力できる。
【００６６】
また、３板式カメラ１は、撮像素子１５１の露光時間と撮像素子１５２の露光時間との比率を同一あるいは異なるように制御する。これにより、３板式カメラ１は、撮像素子１５１の露光時間と撮像素子１５２の露光時間との比率とビームスプリッタＢＳＰ１による可視光の反射率とに応じて、ユーザの嗜好に沿う感度、ダイナミックレンジおよび解像度をそれぞれ適応的に実現した高画質な映像信号を生成できる（図５〜図８参照）。
【００６７】
また、３板式カメラ１Ａにおいて（図２、図４Ａ参照）、特定波長帯光は可視光である。ビームスプリッタＢＳＰ１は、ダイクロイックミラーＤＹＭ１を透過した光である可視光のうちＡ（Ａ：既定の実数）％（例えば５０％）の可視光を反射し、残りの（１００−Ａ）％（例えば５０％）の可視光を透過する。Ａの値と（１００−Ａ）の値とは略等しい。これにより、３板式カメラ１Ａは、明るさがほぼ同等の２つの映像信号（具体的には、第１可視光Ｖ１に基づく第１可視映像信号Ｖ１ＶＤ、第２可視光Ｖ２に基づく第２可視映像信号Ｖ２ＶＤ）の一方の画素ずらしを行った上で重ね合わせて合成することで、高解像度を有する高解像度映像信号ＶＶＤＡを生成できる。
【００６８】
また、３板式カメラ１Ａは、明るさが略等しい第２映像信号および第３映像信号の一方を画素ずらしして第４映像信号（例えば高解像度映像信号ＶＶＤＡ）を生成し、第４映像信号と第１映像信号（例えばＩＲ映像信号Ｎ１ＶＤ）とを合成した映像信号（例えば可視・ＩＲ合成映像信号ＩＭＶＶＤＡ）をモニタＭＮ１に出力する。これにより、３板式カメラ１Ａは、明るさがほぼ同等の２つの映像信号に基づく高解像度を有する高解像度映像信号ＶＶＤＡに、例えば患部の蛍光発光部分の詳細が判別可能なＩＲ映像信号Ｎ１ＶＤを重畳した高画質な映像信号をモニタＭＮ１に出力できる。
【００６９】
（実施の形態２）
実施の形態１では、３板式カメラ１，１Ａは、可視光の撮像に関して２チャンネル（例えば図１あるいは図２に示す撮像素子１５１，１５２）を有し、撮像素子１５１，１５２のそれぞれにより撮像された第１可視光に基づく第１可視映像信号，第２可視光に基づく第２可視映像信号を適宜重ね合わせて高感度および広ダイナミックレンジを有する可視光による映像信号を生成した。一方で、ＩＲ光については１チャンネル（例えば図１あるいは図２に示す撮像素子１５３）であった。
【００７０】
実施の形態２では、３板式カメラ１Ｂは、ＩＲ光の撮像に関して２チャンネル（例えば図１０に示す撮像素子１５１，１５３）を有する。３板式カメラ１Ｂは、撮像素子１５１，１５３のそれぞれにより撮像された第１ＩＲ光Ｎ２に基づく第１ＩＲ映像信号Ｎ２ＶＤ，第２ＩＲ光Ｎ３に基づく第２ＩＲ映像信号Ｎ３ＶＤを適宜重ね合わせることで、実施の形態１に比べて患部のより詳細な様子を判別可能な映像信号を生成する。
【００７１】
図１０は、実施の形態２に係る３板式カメラ１Ｂの内部構成例を示すブロック図である。３板式カメラ１Ｂは、レンズ１１と、分光プリズム１３Ｂと、撮像素子１５１Ｂ，１５２Ｂ，１５３Ｂと、映像信号処理部１７Ｂとを含む構成である。映像信号処理部１７Ｂは、カメラ信号処理部１９１Ｂ，１９２Ｂ，１９３Ｂと、可視・ＩＲ合成処理部２３Ｂとを有する。それぞれの構成について、図１あるいは図２に示す構成と同一の構成については説明を簡略化あるいは省略し、異なる内容について説明する。
【００７２】
３板式カメラ１Ｂは、例えば手術あるいは検査時に、患者等の被検体内の観察部位（例えば患部）に予め投与された蛍光試薬（例えばＩＣＧ）に所定の波長帯の励起光を照射し、その励起光に基づいて長波長側（例えば７００〜８００ｎｍおよび８００〜９００ｎｍ）にそれぞれ蛍光発光した観察部位を撮像する医療観察システムで使用される。３板式カメラ１Ｂにより撮像された画像（例えば観察部位の映像）は、モニタＭＮ１により表示され（図１４参照）、医師等のユーザによる医療行為の実行を支援する。分光プリズム１３Ｂは、例えば上述した医療観察システムで使用される例を説明するが、使用は医療用途に限定されず工業用途でもよい。
【００７３】
レンズ１１は、分光プリズム１３Ｂの対物側（先端側）に取り付けられ、観察部位からの光Ｌ１（例えば観察部位での反射光）を集光する。集光された光Ｌ２は、分光プリズム１３Ｂに入射する。
【００７４】
分光プリズム１３Ｂは、観察部位からの光Ｌ２を入射し、第１ＩＲ光Ｎ２と可視光Ｖ５と第２ＩＲ光Ｎ３とに分光する。分光プリズム１３Ｂは、ＩＲプリズム３１と、ＩＲプリズム３４と、可視プリズム３３とを有する構成である（図１１参照）。第１ＩＲ光Ｎ２は、ＩＲプリズム３４に対向するように配置された撮像素子１５１に入射する。可視光Ｖ５は、可視プリズム３３に対向するように配置された撮像素子１５２に入射する。第２ＩＲ光Ｎ３は、ＩＲプリズム３１に対向するように配置された撮像素子１５３に入射する。分光プリズム１３Ｂの詳細な構造例については、図１１を参照して後述する。
【００７５】
第２イメージセンサの一例としての撮像素子１５１Ｂは、例えばＩＲ光の撮像に適した複数の画素が配列されたＣＣＤまたはＣＭＯＳを含む。撮像素子１５１Ｂは、ＩＲプリズム３１と対向するように配置される（図１１参照）。撮像素子１５１Ｂは、入射した第１ＩＲ光Ｎ２に基づいて撮像する。撮像素子１５１Ｂは、撮像により観察部位の映像信号Ｎ２Ｖを生成して映像信号処理部１７Ｂに出力する。
【００７６】
第３イメージセンサの一例としての撮像素子１５２Ｂは、例えば可視光の撮像に適した複数の画素が配列されたＣＣＤまたはＣＭＯＳとを含む。撮像素子１５２Ｂは、可視プリズム３３と対向するように配置される（図１１参照）。撮像素子１５２Ｂは、入射した可視光Ｖ５に基づいて撮像する。撮像素子１５２Ｂは、撮像により観察部位の映像信号Ｖ５Ｖを生成して映像信号処理部１７Ｂに出力する。
【００７７】
第１イメージセンサの一例としての撮像素子１５３Ｂは、例えばＩＲ光の撮像に適した複数の画素が配列されたＣＣＤまたはＣＭＯＳを含む。撮像素子１５３Ｂは、ＩＲプリズム３１と対向するように配置される（図１１参照）。撮像素子１５３Ｂは、入射した第２ＩＲ光Ｎ３に基づいて撮像する。撮像素子１５３Ｂは、撮像により観察部位の映像信号Ｎ３Ｖを生成して映像信号処理部１７Ｂに出力する。
【００７８】
映像信号処理部１７Ｂは、例えばＤＳＰあるいはＦＰＧＡ等のプロセッサにより構成される。カメラ信号処理部１９１Ｂ〜１９３Ｂおよび可視・ＩＲ合成処理部２３Ｂは、前述したプロセッサにより実行される。
【００７９】
カメラ信号処理部１９１Ｂは、撮像素子１５１Ｂからの映像信号Ｎ２Ｖを用いて各種のカメラ信号処理を施して観察部位の第１ＩＲ映像信号Ｎ２ＶＤを生成し、可視・ＩＲ合成処理部２３Ｂに出力する。詳細は後述するが、第１ＩＲ映像信号Ｎ２ＶＤと第２ＩＲ映像信号Ｎ３ＶＤとは撮像に用いられた入射光の波長が異なる（図１２Ａおよび図１２Ｂ参照）。
【００８０】
カメラ信号処理部１９２Ｂは、撮像素子１５２Ｂからの映像信号Ｖ５Ｖを用いて各種のカメラ信号処理を施して観察部位の可視映像信号Ｖ５ＶＤを生成し、可視・ＩＲ合成処理部２３Ｂに出力する。
【００８１】
カメラ信号処理部１９３Ｂは、撮像素子１５３Ｂからの映像信号Ｎ３Ｖを用いて各種のカメラ信号処理を施して観察部位の第２ＩＲ映像信号Ｎ３ＶＤを生成し、可視・ＩＲ合成処理部２３Ｂに出力する。
【００８２】
可視・ＩＲ合成処理部２３Ｂは、カメラ信号処理部１９１Ｂからの第１ＩＲ映像信号Ｎ２ＶＤとカメラ信号処理部１９２Ｂからの可視映像信号Ｖ５ＶＤとカメラ信号処理部１９３Ｂからの第２ＩＲ映像信号Ｎ３ＶＤとを入力して重ね合わせることで合成し、可視・ＩＲ合成映像信号ＩＭＶＶＤＢを生成する。可視・ＩＲ合成処理部２３Ｂは、可視・ＩＲ合成映像信号ＩＭＶＶＤＢを、モニタＭＮ１に出力したり録画機器（図示略）に送信して蓄積させたりしてよい。
【００８３】
図１１は、図１０に示す分光プリズムの構造例を示す図である。分光プリズム１３Ｂは、ＩＲプリズム３１（第１プリズムの一例）と、ＩＲプリズム３４（第２プリズムの一例）と、可視プリズム３３（第３プリズムの一例）とを有する。ＩＲプリズム３１、ＩＲプリズム３４および可視プリズム３３が、レンズ１１により集光された光Ｌ２の光軸方向に順に組み付けられる。
【００８４】
第１プリズムの一例としてのＩＲプリズム３１は、光Ｌ２が入射する入射面３１ａと、光Ｌ２のうちＩＲ光を反射させるダイクロイックミラーＤＹＭ２が形成される反射面３１ｂと、ＩＲ光が出射する出射面３１ｃとを有する。ダイクロイックミラーＤＹＭ２（第１反射膜の一例）は、蒸着等により反射面３１ｂに形成され、光Ｌ２のうちＩＲ光（例えば８００ｎｍ以上の波長帯のＩＲ光）を反射させるとともに、光Ｌ２のうち例えば４００ｎｍ〜８００ｎｍ程度の光を透過させる（図１２Ａ参照）。具体的には、ＩＲプリズム３１の入射面３１ａに入射した光Ｌ２のうちＩＲ光（例えば８００ｎｍ以上の波長帯のＩＲ光）が反射面３１ｂで反射する。このＩＲ光は、反射面３１ｂで反射した後にＩＲプリズム３１の入射面３１ａで全反射し、出射面３１ｃを介して撮像素子１５３Ｂに入射する。
【００８５】
図１２Ａは、ダイクロイックミラーＤＹＭ２の分光特性例を示すグラフである。図１２Ａの横軸は波長［ｎｍ］を示し、縦軸は反射率あるいは透過率を示す。特性ＴＰ３はダイクロイックミラーＤＹＭ２の透過率を示し、特性ＴＰ３によれば、ダイクロイックミラーＤＹＭ２は４００ｎｍ〜８００ｎｍ程度の光を透過させることができる。特性ＲＦ３はダイクロイックミラーＤＹＭ２の反射率を示し、特性ＲＦ３によれば、ダイクロイックミラーＤＹＭ２は８００ｎｍ以上のＩＲ光を反射させることができる。したがって、撮像素子１５３Ｂには、面積ＡＲ４で示される光量のＩＲ光（言い換えると、光Ｌ２のうち８００ｎｍ以上の波長帯の第２ＩＲ光Ｎ３）が全て入射できる。
【００８６】
第２プリズムの一例としてのＩＲプリズム３４は、ダイクロイックミラーＤＹＭ２を透過した光（第１透過光の一例）が入射する入射面３４ａと、その透過した光のうち７００〜８００ｎｍの波長帯（特定波長帯域の光の一例）のＩＲ光（第１ＩＲ光Ｎ２）を反射させるダイクロイックミラーＤＹＭ３が形成される反射面３４ｂと、ダイクロイックミラーＤＹＭ３を透過した光（可視光Ｖ５）が出射する出射面３４ｃとを有する。ダイクロイックミラーＤＹＭ３（第２反射膜の一例）は、蒸着等により反射面３４ｂに形成され、入射面３４ａに入射した光のうち７００〜８００ｎｍの波長帯のＩＲ光を反射させ、４００〜７００ｎｍの波長帯の可視光Ｖ５を透過させる（図１２Ｂ参照）。具体的には、ＩＲプリズム３４の入射面３４ａに入射した光のうち７００〜８００ｎｍの波長帯のＩＲ光（第１ＩＲ光Ｎ２）が反射面３４ｂで反射する。この第１ＩＲ光Ｎ２は、反射面３４ｂで反射した後にＩＲプリズム３４の入射面３４ａで全反射し、出射面３４ｃを介して撮像素子１５１Ｂに入射する。
【００８７】
第３プリズムの一例としての可視プリズム３３は、ダイクロイックミラーＤＹＭ３を透過した可視光Ｖ５（例えば４００〜７００ｎｍの波長帯の可視光）が入射する入射面３３ａと、その可視光Ｖ５が出射する出射面３３ｃとを有する。具体的には、可視プリズム３３では、ダイクロイックミラーＤＹＭ３を透過した可視光Ｖ５が入射してそのまま出射して撮像素子１５２Ｂに入射する（図１２Ｃ参照）。
【００８８】
図１２Ｂおよび図１２Ｃは、ダイクロイックミラーＤＹＭ３の分光特性例を示すグラフである。図１２Ｂおよび図１２Ｃの横軸は波長［ｎｍ］を示し、縦軸は反射率あるいは透過率を示す。特性ＴＰ３は図１１に示す分光プリズム１３ＢにおけるダイクロイックミラーＤＹＭ３の透過率（４００ｎｍ〜７００ｎｍが透過可）を示し、特性ＲＦ４は図１１に示す分光プリズム１３ＢにおけるダイクロイックミラーＤＹＭ３の反射率（７００ｎｍ〜８００ｎｍが反射可）を示す。特性ＴＰ３および特性ＲＦ４によれば、第２反射膜の一例としてのダイクロイックミラーＤＹＭ３は７００ｎｍ〜８００ｎｍ程度のＩＲ光を反射させ、４００〜７００ｎｍの可視光を透過させることができる。したがって、撮像素子１５１には、面積ＡＲ５で示される光量のＩＲ光が入射できる。
【００８９】
図１２Ｃに示すように、ダイクロイックミラーＤＹＭ３は７００ｎｍ〜８００ｎｍ程度のＩＲ光を反射させ、４００〜７００ｎｍの可視光を透過させることができる。撮像素子１５２には、面積ＡＲ６で示される光量の可視光が入射できる。
【００９０】
図１３は、可視光Ｖ５と第１ＩＲ光Ｎ２と第２ＩＲ光Ｎ３との関係例を示すグラフである。実施の形態２では、分光プリズム１３Ｂは、光Ｌ２を、２種類の波長帯域のＩＲ光（具体的には、８００ｎｍ以上の波長を有する第１ＩＲ光Ｎ２と、７００〜８００ｎｍの波長を有する第２ＩＲ光Ｎ３）に分光する。図１３の特性図ＰＲＰ１には、横軸に波長［ｎｍ］、縦軸に動脈血および静脈血のそれぞれの吸光係数の波長ごとの推移が示されている。図１３の特性図ＰＲＰ１によると、７００〜８００ｎｍの波長帯域では、動脈血よりも静脈血の吸光係数が高く、逆に８００〜９００ｎｍの波長帯域では、静脈血よりも動脈血の吸光係数が高いので、第２ＩＲ光Ｎ３と第１ＩＲ光Ｎ２との比率によって、動脈血と静脈血とを識別することが可能となる。なお、上述したように、４００〜７００ｎｍの波長帯域では可視光Ｖ５による映像の撮像が可能となる。
【００９１】
図１４は、実施の形態２に係る３板式カメラ１Ｂにより生成された可視・ＩＲ合成映像信号ＩＭＶＶＤＢのモニタＭＮ１での表示例を示す図である。図１４に示す可視・ＩＲ合成映像信号ＩＭＶＶＤＢは、被検体である患者の観察部位（例えば肝臓および膵臓の周囲）での撮像に基づいて生成されてモニタＭＮ１に表示されている。特に実施の形態２では、可視・ＩＲ合成映像信号ＩＭＶＶＤＢは、２種類の波長帯域に分離（分光）された第１ＩＲ光Ｎ２および第２ＩＲ光Ｎ３の撮像に基づく、第１ＩＲ映像信号Ｎ２ＶＤおよび第２ＩＲ映像信号Ｎ３ＶＤの合成により、観察部位に静脈が存在しているのかあるいは動脈が存在しているのかを医師等のユーザに詳細に把握させることができる。図１４では第１ＩＲ映像信号Ｎ２ＶＤにより動脈が存在していることが示されている。このように、３板式カメラ１Ｂは、例えば手術あるいは検査時に、医師等のユーザによる観察部位の詳細（特に静脈、動脈の存在の有無）を把握可能な高画質な可視・ＩＲ合成映像信号ＩＭＶＶＤＢを生成してモニタＭＮ１に表示できる。
【００９２】
また、３板式カメラ１Ｂにおいて（図１０、図１２Ａ、図１２Ｂ参照）、特定波長帯光はＩＲ光である。ダイクロイックミラーＤＹＭ２は、分光プリズム１Ｂに入射した光Ｌ２のＩＲ成分のうち特定波長（例えば８００ｎｍ）以上のＩＲ光を反射する。ダイクロイックミラーＤＹＭ３は、ダイクロイックミラーＤＹＭ２を透過した光のＩＲ成分のうち特定波長未満（例えば７００〜８００ｎｍ）のＩＲ光を反射する。これにより、３板式カメラ１Ｂは、２種類の波長帯域に分離（分光）された第１ＩＲ光Ｎ２および第２ＩＲ光Ｎ３の撮像に基づく第１ＩＲ映像信号Ｎ２ＶＤおよび第２ＩＲ映像信号Ｎ３ＶＤの合成により、被検体内の観察部位に静脈が存在しているのかあるいは動脈が存在しているのかを医師等のユーザに詳細に把握させることができる。
【００９３】
以上、図面を参照しながら各種の実施の形態について説明したが、本開示はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例、修正例、置換例、付加例、削除例、均等例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した各種の実施の形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
本開示は、蛍光試薬が投与された観察部位のより鮮明な蛍光画像を生成して出力し、医師等による患部の容易な把握を支援する３板式カメラとして有用である。
【符号の説明】
【００９５】
１、１Ａ、１Ｂ  ３板式カメラ
１１  レンズ
１３、１３Ａ、１３Ｂ  分光プリズム
１７、１７Ａ、１７Ｂ  映像信号処理部
２１  長短露光合成・広ダイナミックレンジ処理部
２３、２３Ａ、２３Ｂ  可視・ＩＲ合成処理部
２５  画素ずらし合成・高解像度化処理部
３１、３４  ＩＲプリズム
３１ａ、３２ａ、３３ａ、３４ａ  入射面
３１ｂ、３２ｂ、３４ｂ  反射面
３１ｃ、３２ｃ、３３ｃ、３４ｃ  出射面
３２、３３  可視プリズム
１５１、１５１Ｂ、１５２、１５２Ｂ、１５３、１５３Ｂ  撮像素子
１９１、１９１Ｂ、１９２、１９２Ｂ、１９３、１９３Ｂ  カメラ信号処理部
ＢＳＰ１  ビームスプリッタ
ＤＹＭ１、ＤＹＭ２、ＤＹＭ３  ダイクロイックミラー
ＭＮ１  モニタ
【要約】
【課題】蛍光試薬が投与された観察部位のより鮮明な蛍光画像を生成して出力し、医師等による患部の容易な把握を支援する。
【解決手段】３板式カメラは、観察部位からの光のうちＩＲ光を反射する第１反射膜が形成され、ＩＲ光を第１イメージセンサに受光させる第１プリズムと、第１反射膜を透過した第１透過光のうち特定波長帯光を反射しかつ可視光を透過する第２反射膜が形成され、特定波長帯光を第２イメージセンサに受光させる第２プリズムと、第２反射膜を透過した可視光を第３イメージセンサに受光させる第３プリズムと、第１イメージセンサ、第２イメージセンサおよび第３イメージセンサのそれぞれの撮像出力に基づいて、観察部位の第１映像信号、第２映像信号、第３映像信号を生成し、第１映像信号、第２映像信号および第３映像信号を合成してモニタに出力する映像信号処理部と、を備える。
【選択図】図３【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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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１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３】
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【図１４】
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