(57)【要約】【課題】偏光特性画像と蛍光画像および狭帯域光画像の少なくとも一方とを組み合わせて表示し、診断精度を向上させることができる内視鏡診断装置を提供する。【解決手段】内視鏡診断装置は、複数種類の照明光を発する光源装置と、照明光を導光して被検体に照射し、その反射光を撮像する内視鏡装置と、撮像した画像信号を画像処理するプロセッサ装置と、画像処理して得られた画像を表示する表示装置とを備える。プロセッサ装置は、偏光状態の異なる複数の偏光光を被検体に順次照射し、その反射光を順次撮像して得られた複数の画像信号に画像処理を施して、所定の偏光特性による偏光特性画像を生成する偏光画像処理部と、蛍光観察用の励起光を被検体に照射し、その反射光を撮像して得られた画像信号に画像処理を施して蛍光画像を生成する蛍光画像処理部と、偏光特性画像と蛍光画像とを組み合わせて合成画像を生成する画像合成部とを備える。【選択図】  図１３
2012024283.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数種類の照明光を発する光源装置と、
前記光源装置から発せられた照明光を導光して被検体に照射し、その反射光を撮像して画像信号を出力する内視鏡装置と、
前記内視鏡装置で得られた画像信号を画像処理して前記照明光に対応する画像を出力するプロセッサ装置と、
前記プロセッサ装置で得られた画像を表示する表示装置とを備え、
前記プロセッサ装置は、前記照明光として、偏光状態の異なる複数の偏光光を被検体に順次照射し、その反射光を順次撮像して得られた複数の画像信号に画像処理を施して、所定の偏光特性による偏光特性画像を生成する偏光画像処理部と、
前記照明光として、蛍光観察用の励起光を被検体に照射し、その反射光を撮像して得られた画像信号に画像処理を施して蛍光画像を生成する蛍光画像処理部、および、前記照明光として、狭帯域光を被検体に照射し、その反射光を撮像して得られた画像信号に画像処理を施して狭帯域光画像を生成する狭帯域光画像処理部の少なくとも一方と、
前記偏光画像処理部で得られた偏光特性画像と前記蛍光画像処理部で得られた蛍光画像および前記狭帯域光画像処理部で得られた狭帯域光画像の少なくとも一方とを組み合わせて合成画像を生成する画像合成部とを備え、
前記表示装置は、前記画像合成部で得られた合成画像を表示するものであることを特徴とする内視鏡診断装置。
【請求項２】
前記画像合成部は、前記偏光特性画像と前記蛍光画像および前記狭帯域光画像の少なくとも一方とを並べて前記合成画像を生成するものである請求項１に記載の内視鏡診断装置。
【請求項３】
前記画像合成部は、前記偏光特性画像と前記蛍光画像および前記狭帯域光画像の少なくとも一方とを重ね合わせて前記合成画像を生成するものである請求項１に記載の内視鏡診断装置。
【請求項４】
前記画像合成部は、前記偏光特性画像と前記蛍光画像および前記狭帯域光画像の少なくとも一方とを演算処理して前記合成画像を生成するものである請求項１に記載の内視鏡診断装置。
【請求項５】
前記プロセッサ装置は、さらに、前記照明光として、白色光を被検体に照射し、その反射光を撮像して得られた画像信号に画像処理を施して白色光画像を生成する白色光画像処理部を備え、
前記画像合成部は、前記偏光特性画像と前記蛍光画像および前記狭帯域光画像の少なくとも一方と、さらに、前記白色光画像処理部で得られた白色光画像とを組み合わせて合成画像を生成するものである請求項１に記載の内視鏡診断装置。
【請求項６】
前記画像合成部は、前記偏光特性画像と前記蛍光画像および前記狭帯域光画像の少なくとも一方とを並べ、さらに、前記白色光画像を並べて前記合成画像を生成するものである請求項５に記載の内視鏡診断装置。
【請求項７】
前記画像合成部は、前記偏光特性画像と前記蛍光画像および前記狭帯域光画像の少なくとも一方とを重ね合わせ、さらに、前記白色光画像を並べて前記合成画像を生成するものである請求項５に記載の内視鏡診断装置。
【請求項８】
前記画像合成部は、前記偏光特性画像と前記蛍光画像および前記狭帯域光画像の少なくとも一方とを演算処理し、さらに、前記白色光画像を並べて前記合成画像を生成するものである請求項５に記載の内視鏡診断装置。
【請求項９】
前記偏光画像処理部は、前記画像信号として、前記偏光状態の異なる複数の偏光光の、被検体からの反射光による複数の光強度画像情報に偏光変換処理を行って、所定の偏光特性の偏光特性画像情報に変換する偏光変換処理部と、
前記偏光特性画像に対応する、前記偏光変換処理部で得られた所定の偏光特性の偏光特性画像情報を可視化して表示するための表示用偏光特性画像情報に変換する表示変換処理部とを備える請求項１〜８のいずれかに記載の内視鏡診断装置。
【請求項１０】
前記偏光変換処理部は、前記偏光特性画像情報として、偏光解消度、光の偏光度、位相差、位相差の方位、吸収の方位、旋光の偏光特性の偏光特性画像情報のいずれかを得るものである請求項９に記載の内視鏡診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数種類の照明光、例えば、蛍光観察用の励起光、狭帯域光および偏光光等の特殊光、さらには、白色光を発する光源装置を用いて、蛍光観察、狭帯域光観察および偏光光観察等の特殊光観察、さらには、白色光観察を実施する内視鏡診断装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
生体に病変部があるか、どの程度病変部が進行しているかの診断をするために、従来から内視鏡、光学顕微鏡などの光学診断システムが使用されている。それらの診断システムでは、生体の一部に光を照射し反射してくる光を撮像して、生体表面の色、明るさ、構造等の変化を観察し、その観察によって医師が病変部の状態を診断している。このような診断システムの光学系では、通常観察用の自然光だけでなく、偏光光を使用することによって、生体の異方性の特徴から正常部と病変部の変化を捉える手法や、生体観察の精度を上げる手法が提案されている（特許文献１、２及び３参照）。
【０００３】
本出願人の出願に係る特許文献１には、その一例として、偏光光を使用し、消化器、特に、胃壁の偏光異方性を持つ粘膜層から戻る戻り光の非偏光光の割合、すなわち戻り光の偏光度に基づいて粘膜層の厚みを算出することにより、胃壁の粘膜層の厚さの変化を検出することにより、がんの浸潤度を診断できる可能性があることが開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、偏光光を使用することにより、高倍率の拡大観察が行われる局所的な部位である関心部位に平行偏光を有する照明光を照射した際の後方散乱光の像と、垂直偏光を有する照明光を照射した際の後方散乱光の像とを用いて、関心部位における深層からの多重散乱光を除去しつつ、拡大観察画像を得、具体的には両画像信号を差分処理して偏光画像信号を得、得られた偏光画像信号に基づいて拡大観察画像を得、モニタに表示することが開示されている。
【０００５】
また、特許文献３には、近赤外光を用いて脂肪内に分布する血管の位置を認識する際に偏光光を利用することにより、脂肪内の血管像を観察する上でノイズとなる、脂肪表面での後方散乱光をカットすることで、脂肪表面で反射した光によるハレーションを防ぐことができ、脂肪内に分布する血管の位置を正確に認識可能であることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２４０６７６号公報
【特許文献２】特開２００６−３２５９７３号公報
【特許文献３】特開２００７−２８２９６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、粘膜内がん（ｍがん）の診断に重要な基準判断として、病変部ががんかそうでないか、また、粘膜内がんか、そうでないがん、例えば、粘膜下層浸潤がん（ｓｍがん）であるかの区別が重要であり、そのため、粘膜筋板があるかないか、すなわち正常に存在しているかが決めてとなる。しかし、上述の特許文献１に記載の手法では、胃壁の粘膜層の厚さの変化によって、がんの浸潤度を診断できる可能性があることが示されているが、どのくらいの厚さの変化がどのくらいの浸潤度となるかについては示されておらず、粘膜内がんか、粘膜下層浸潤がんか、を区別する判断基準がなく、また、そのような判断を可能とする偏光画像を得ることができないという問題があった。
【０００８】
また、特許文献２及び３に開示されている手法は、偏光光を使用することにより、拡大観察画像を表示することができるし、脂肪内に分布する血管の位置を正確に認識することができるので、確かに、生体観察の精度を上げることができるが、関心部位における深層からの多重散乱光を除去するのが目的であり、また、表面反射光によるハレーションを防ぐのが目的であり、生体の異方性を検知するのが目的ではないので、病変部ががんかそうでないか、また、粘膜内がんか、粘膜下層浸潤がんかの判断を可能とする偏光画像を計測することができないという問題があった。
【０００９】
また、内視鏡診断装置において、白色光観察に加えて、狭帯域光観察や蛍光観察等の特殊光観察を行うことによって、診断精度の向上を図るものが知られている。このような内視鏡診断装置では、白色光画像のみ、狭帯域光画像のみ、あるいは、蛍光画像のみを表示する他、例えば、白色光画像と狭帯域光画像、白色光画像と蛍光画像を組み合わせて表示することなどが可能である。しかしながら、例えば、偏光特性画像と狭帯域光画像、偏光特性画像と蛍光画像等のように、偏光特性画像と、狭帯域光画像および蛍光画像等を含む他の特殊光画像とを組み合わせて表示することができる内視鏡診断装置は実現されていない。
【００１０】
本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解消し、複数種類の特殊光観察を実施可能な内視鏡診断装置において、所定の偏光特性による偏光特性画像を得て、病変部等からの表出組織を識別可能に表示することができ、医師が、この偏光特性画像を見て病変部等からの表出組織を識別し、がんの浸潤度等の診断を行うことを支援することができるとともに、偏光特性画像と蛍光画像および狭帯域光画像の少なくとも一方とを組み合わせて表示し、診断精度を向上させることができる内視鏡診断装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明は、複数種類の照明光を発する光源装置と、
前記光源装置から発せられた照明光を導光して被検体に照射し、その反射光を撮像して画像信号を出力する内視鏡装置と、
前記内視鏡装置で得られた画像信号を画像処理して前記照明光に対応する画像を出力するプロセッサ装置と、
前記プロセッサ装置で得られた画像を表示する表示装置とを備え、
前記プロセッサ装置は、前記照明光として、偏光状態の異なる複数の偏光光を被検体に順次照射し、その反射光を順次撮像して得られた複数の画像信号に画像処理を施して、所定の偏光特性による偏光特性画像を生成する偏光画像処理部と、
前記照明光として、蛍光観察用の励起光を被検体に照射し、その反射光を撮像して得られた画像信号に画像処理を施して蛍光画像を生成する蛍光画像処理部、および、前記照明光として、狭帯域光を被検体に照射し、その反射光を撮像して得られた画像信号に画像処理を施して狭帯域光画像を生成する狭帯域光画像処理部の少なくとも一方と、
前記偏光画像処理部で得られた偏光特性画像と前記蛍光画像処理部で得られた蛍光画像および前記狭帯域光画像処理部で得られた狭帯域光画像の少なくとも一方とを組み合わせて合成画像を生成する画像合成部とを備え、
前記表示装置は、前記画像合成部で得られた合成画像を表示するものであることを特徴とする内視鏡診断装置を提供するものである。
【００１２】
ここで、前記画像合成部は、前記偏光特性画像と前記蛍光画像および前記狭帯域光画像の少なくとも一方とを並べて前記合成画像を生成するものであることが好ましい。
【００１３】
また、前記画像合成部は、前記偏光特性画像と前記蛍光画像および前記狭帯域光画像の少なくとも一方とを重ね合わせて前記合成画像を生成するものであることが好ましい。
【００１４】
また、前記画像合成部は、前記偏光特性画像と前記蛍光画像および前記狭帯域光画像の少なくとも一方とを演算処理して前記合成画像を生成するものであることが好ましい。
【００１５】
前記プロセッサ装置は、さらに、前記照明光として、白色光を被検体に照射し、その反射光を撮像して得られた画像信号に画像処理を施して白色光画像を生成する白色光画像処理部を備え、
前記画像合成部は、前記偏光特性画像と前記蛍光画像および前記狭帯域光画像の少なくとも一方と、さらに、前記白色光画像処理部で得られた白色光画像とを組み合わせて合成画像を生成するものであることが好ましい。
【００１６】
ここで、前記画像合成部は、前記偏光特性画像と前記蛍光画像および前記狭帯域光画像の少なくとも一方とを並べ、さらに、前記白色光画像を並べて前記合成画像を生成するものであることが好ましい。
【００１７】
また、前記画像合成部は、前記偏光特性画像と前記蛍光画像および前記狭帯域光画像の少なくとも一方とを重ね合わせ、さらに、前記白色光画像を並べて前記合成画像を生成するものであることが好ましい。
【００１８】
また、前記画像合成部は、前記偏光特性画像と前記蛍光画像および前記狭帯域光画像の少なくとも一方とを演算処理し、さらに、前記白色光画像を並べて前記合成画像を生成するものであることが好ましい。
【００１９】
また、前記偏光画像処理部は、前記画像信号として、前記偏光状態の異なる複数の偏光光の、被検体からの反射光による複数の光強度画像情報に偏光変換処理を行って、所定の偏光特性の偏光特性画像情報に変換する偏光変換処理部と、
前記偏光特性画像に対応する、前記偏光変換処理部で得られた所定の偏光特性の偏光特性画像情報を可視化して表示するための表示用偏光特性画像情報に変換する表示変換処理部とを備えることが好ましい。
【００２０】
ここで、前記偏光変換処理部は、前記偏光特性画像情報として、偏光解消度、光の偏光度、位相差、位相差の方位、吸収の方位、旋光の偏光特性の偏光特性画像情報のいずれかを得るものであることが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、所定の偏光特性による偏光特性画像を得て、病変部等からの表出組織を識別可能に表示することができ、医師が、この偏光特性画像を見て病変部等からの表出組織を識別し、粘膜内がんの浸潤度等の診断を行うことを支援することができる。
【００２２】
また、本発明によれば、病変部等からの表出組織を識別可能に表示することができ、内視鏡手術や腹腔鏡手術等に用いることができる内視鏡診断装置及び腹腔鏡ナビゲーション装置に適用できる。
さらに、本発明によれば、内視鏡検査や診断を容易かつ正確にすることができ、内視鏡手術や腹腔鏡手術等を容易かつ正確に行うための手助けとなる偏光画像を提供することができる。
【００２３】
特に、本発明によれば、生体の消化器等の所定部位の病巣（病変部）ががんかそうでないか、また、粘膜内がんか、そうでないがん、例えば粘膜下層浸潤がんであるかを区別することができ、その区別の判断基準である「粘膜筋板の有り無し」に対応する「粘膜層に表出する膠原線維の有り無し」を偏光計測によって撮像し、かつ識別することができ、それらを示す偏光画像を得ることができる。
【００２４】
また、本発明によれば、がん、粘膜内がん、粘膜下層浸潤がん等の判断基準となる「粘膜層に表出する膠原線維の有り無し」を疑似カラーでモニタ等の表示手段に表示することができる。
【００２５】
さらに、本発明によれば、偏光特性画像と、蛍光画像および狭帯域光画像等を含む特殊光画像とを組み合わせて表示することにより、１枚の合成画像で血管、リンパ管、膠原線維、神経線維等を同時に観察することができるため、医師による診断精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係る偏光画像計測表示システムの一実施形態の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す偏光画像計測表示システムの偏光撮像系の一実施形態の模式図である。
【図３】図１に示す偏光画像計測表示システムの偏光撮像系の他の実施形態の概略構成図である。
【図４】（ａ）は、図１に示す偏光画像計測表示システムの偏光撮像系の他の実施形態の概略構成図であり、（ｂ）は、（ａ）の偏光撮像系に用いられるパターニング偏光／波長板の１画素分の素子を拡大して示す拡大模式図である。
【図５】（ａ）は、図１に示す偏光画像計測表示システムの偏光撮像系の他の実施形態の概略構成図であり、（ｂ）は、（ａ）の偏光撮像系に用いられるパターニング偏光／波長板の１画素分の素子を拡大して示す拡大模式図である。
【図６】図１に示す偏光画像計測表示システムの偏光撮像系の他の実施形態の概略構成図である。
【図７】本発明に用いられるミューラー画像変換アルゴリズムを説明するための行ミューラー計測システムの説明図である。
【図８】図１に示す偏光画像計測表示システムの偏光変換処理部及びその偏光変数分離処理部の一実施形態の模式図である。
【図９】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ図８に示す偏光変数分離処理部で変数分離する際の生体観察モデルの一実施形態の概略構成図である。
【図１０】（ａ）は、正常な生体の表層近傍の概略構成模式図であり、（ｂ）は、粘膜内がんが発生した生体の表層近傍の概略構成模式図であり、（ｃ）は、粘膜下層浸潤がんに進行した生体の表層近傍の概略構成模式図である。
【図１１】本発明に係る偏光画像計測表示システムで実施される偏光画像表示方法の一例を示すフローチャートである。
【図１２】本発明に係る内視鏡診断装置の構成を表す第１実施形態の外観図である。
【図１３】図１２に示す内視鏡診断装置の内部構成を表すブロック図である。
【図１４】図１２に示す内視鏡診断装置の内視鏡挿入部の先端部の様子を表す概念図である。
【図１５】図１２に示す内視鏡診断装置で用いられるパターニング素子の１画素分の素子を拡大して示す拡大模式図である。
【図１６】合成画像として、白色光画像、偏光特性画像および蛍光画像を横一列に並べて配置した場合の一例を表す概念図である。
【図１７】本発明に係る内視鏡診断装置の構成を表す第２実施形態の外観図である。
【図１８】図１７に示す内視鏡診断装置の内部構成を表すブロック図である。
【図１９】図１７に示す内視鏡診断装置の内視鏡挿入部の先端部の様子を表す概念図である。
【図２０】（ａ）は、投光ユニット１６２Ａ，１６２Ｄの断面構成図、（ｂ）は、投光ユニット１６２Ｂ，１６２Ｃの断面構成図である。
【図２１】レーザ光源ＬＤ２からの青色レーザ光及び青色レーザ光が蛍光体により波長変換された発光スペクトルと、レーザ光源ＬＤ１，ＬＤ３，ＬＤ４，ＬＤ５からの各レーザ光の発光波長を示すグラフである。
【図２２】各照射パターンの一例である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、添付の図面に示す好適実施形態に基づいて、本発明に係る内視鏡診断装置を詳細に説明する。
【００２８】
図１は、本発明に係る偏光画像計測表示システムの一実施形態の概略構成を示す模式的ブロック図である。
図１に示す本実施形態の偏光画像計測表示システム１０は、生体（被検体）の所定部位、例えば人体の消化器等の体腔や人体の腹部内等を検査したり、その病変部や病巣を観察したり、診断したり、その手術や処置等をするのに用いられる内視鏡や腹腔鏡に適用され、また、内視鏡診断装置や腹腔鏡ナビゲーション装置等に用いられるものであり、所定部位の表層に表出する表出組織を表層の組織と識別するための、所定の偏光特性、すなわち偏光変数による偏光特性画像を得、表出組織を表層の組織と識別可能に可視化して表示するものである。
【００２９】
図示例の偏光画像計測表示システム１０は、生体の所定部位に異なる複数の偏光状態の照射光（偏光光）をそれぞれ照射し、所定部位の表層からの複数の異なる偏光状態の反射光による複数の光強度画像を撮像する偏光撮像系１２と、異なる偏光状態の複数の光強度画像に偏光変換処理を行い、所定の偏光特性による偏光特性画像（それぞれ偏光特性の異なる複数の偏光特性画像）を得る偏光変換処理部１４と、偏光特性画像を、表出組織を表層の組織と識別可能に可視化して表示するための表示用偏光特性画像に変換する表示変換処理部１６と、表示用偏光特性画像を表示する表示部１８と、所定部位の通常のカラー画像を取得する通常カラー撮像系２０と、表示用偏光特性画像を通常のカラー画像に重ねて、若しくは並べて表示するために両画像の合成を行う画像合成部２２と、を有する。
なお、偏光撮像系１２及び偏光変換処理部１４は、本発明に係る偏光画像計測装置を構成する。
【００３０】
偏光撮像系１２は、従来のＰ／Ｓ偏光だけではなく、複数の偏向特性（偏光変数）を含む高次の偏光パラメータ（ミューラー（Mueller）行列）を計測することができる偏光撮像システム、すなわち撮影対象のミューラー計測ができるミューラー撮像システムを構成するもので、生体の所定部位にその表層から複数の異なる偏光状態の照射光をそれぞれ照射する偏光照射部２４と、偏光状態の異なる偏光光が偏光照射部２４から生体に照射される毎に、複数の偏光状態の照射光によって照射された所定部位の表層から複数の偏光状態の反射光を順次受光して、所定部位の表層の複数の光強度画像を撮像する撮像部２６と、を有するものである。
【００３１】
本発明においては、偏光撮像系１２は、このようなミューラー撮像システムを構成することができるものであれば、どのような撮像系であってもよく、その偏光照射部２４及び撮像部２６としては、種々のタイプのものを用いることができる。
【００３２】
図２に、本発明の偏光撮像系の一実施形態の模式図を示す。
同図に示す偏光撮像系１２ａは、図１に示す偏光撮像系１２として用いられ、アザム（Ａｚｚａｍ）方式の２重位相子型のミューラー行列偏光計の光学系をなすもので、検査対象又は観察対象となる生体の所定部位である人体腹部Ａに所定の偏光状態の照射光を照射する偏光照射部２４ａと、人体腹部Ａから反射する所定の偏光状態の反射光を検出光として受光して撮像する撮像部２６ａを有する。
【００３３】
偏光照射部２４ａは、光源３４と、光源３４より人体腹部Ａ側に固定的に配置される本発明の第１偏光子である偏光板３６ａ及び人体腹部Ａ側に配置され、所定角度毎に回転される本発明の第１位相差付与手段である回転位相差板３８ａを備え、複数の偏光状態内の１つの偏光状態の照射光のみをそれぞれ順次透過させる照射側の第１偏光フィルタ部４０ａとを有する。
【００３４】
また、撮像部２６ａは、ＣＣＤカメラ４２と、カメラ４２より人体腹部Ａ側に固定的に配置される本発明の第２偏光子である偏光板３６ｂ及び人体腹部Ａ側に配置され、所定角度毎に回転される本発明の第２位相差付与手段である回転位相差板３８ｂを備え、第１偏光フィルタ部４０ａを透過する照射光の１つの偏光状態に対応する１つの偏光状態の反射光のみをそれぞれ順次透過させる反射側の第２偏光フィルタ部４０ｂとを有する。
【００３５】
偏光照射部２４ａに用いられる光源３４としては、人体腹部Ａを撮像可能に照明できる所定波長の光を射出できれば特に制限的ではなく、例えば、所定の狭帯域波長のレーザビームを射出するレーザやＬＥＤ等や、キセノンランプや、蛍光灯、水銀灯などの白色灯等や、３原色、例えばＲＧＢの３色のＬＥＤやレーザからなる白色ＬＥＤや白色レーザ、所定波長のレーザと蛍光体とからなる擬似白色レーザなどを用いることができる。なお、白色灯等や白色ＬＥＤ等を用いる場合には、所定の狭帯域波長を透過する色フィルタや、いわゆるバンドパスフィルタを用いる必要がある。
【００３６】
ここで、照射光の所定の狭帯域波長としては、特に制限的ではないが、例えば、４００ｎｍ〜７００ｎｍ等の可視域であっても良いし、７００ｎｍ〜１３００ｎｍの赤外域であっても良く、波長帯域は、例えば、５ｎｍ〜５０ｎｍ、好ましくは１０ｎｍ〜２０ｎｍである。
【００３７】
カメラ４２は、デジタル画像情報として人体腹部Ａの偏光光による光強度画像情報を取得するものであり、例えば、ＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子を備えた高画素密度カメラを用いることができる。画素数としては特に限定はないが、高精細な偏光画像を得るためには、２０万画素以上であるのが好ましく、１００万画素以上であるのがより好ましい。画素数の上限は特に限定されないが、後述する撮像部２６ａのカメラのＣＣＤや後述するＣＣＤ５６の画素数によって定めればよい。
【００３８】
また、第１及び第２偏光フィルタ部４０ａ及び４０ｂの偏光板３６ａ及び３６ｂは、それぞれ偏光子及び検光子として用いられるもので、同様の偏光板が用いられ、光源３４からの射出光の光軸に垂直に固定して配置される。例えば、光源３４からの射出光は、偏光板３６ａによって直線偏光される。また、回転位相差板３８ｂを透過した反射光は、偏光板３６ｂによって直線偏光される。
【００３９】
また、第１及び第２偏光フィルタ部４０ａ及び４０ｂの回転位相差板３８ａ及び３８ｂは、例えば、回転する円板状のλ／４波長板が用いられ、すなわちλ／４波長板を光軸に垂直な平面内において光軸周りにそれぞれ所定角度毎に回転させることにより構成することができる。例えば、回転位相差板３８ａを透過した光は、直線偏光又は円（楕円）偏光した光となり、人体腹部Ａで反射した光も、直線偏光又は円（楕円）偏光した光となる。なお、回転位相差板３８ａ及び３８ｂとなる２枚のλ／４波長板は、光軸に垂直に所定位相差となるように光軸周りに所定角度ずらした状態で、それぞれ所定角度ずつ回転される。
【００４０】
なお、回転位相差板３８ａ及び３８ｂをそれぞれ回転駆動する機構としては、特に限定的ではなく、回転位相差板３８ａ及び３８ｂを構成する円板の外周を保持して回転させる公知の回転駆動機構を用いることができる。
【００４１】
偏光撮像系１２ａの偏光照射部２４ａの第１偏光フィルタ部４０ａと、撮像部２６ａの第２偏光フィルタ部４０ｂとは、互いに各々の所定の偏光状態に正確に維持する必要があるために、両者を正確に位置合わせしておく必要がある。
【００４２】
この偏光撮像系１２ａは、回転位相差板３８ａ及び３８ｂを回転駆動させる必要があるために、装置が大型化するため、偏光照射部２４ａ及び撮像部２６ａを人体の腹部Ａの外部に設置する必要があるが、偏光特性（偏光変数）は完全であり、腹腔鏡には好適に適用でき、腹腔鏡ナビゲーション装置に好適に用いることができる。なお、回転位相差板３８ａ及び３８ｂとしては、λ／４板に限定されず、λ／２板や、その他の位相差板を用いても良い。
【００４３】
ここで、例えば、図示例の実施形態の偏光撮像系１２ａは、ミューラー撮像システムを構成し、撮影対象（サンプル）Ｍの４行×４列のミューラー行列を求めるための光強度偏光画像を求めるものである。
【００４４】
したがって、本実施形態では、ミューラー行列に含まれる全ての偏光特性、すなわち１６（＝４×４）の偏光変数を全て得るためには、詳細は、後述するが、偏光状態が互いに異なる少なくとも１６枚の光強度偏光画像を取得する必要がある。すなわち、第１偏光フィルタ部４０ａから射出され、人体の腹部Ａに入射される入射光の偏光状態が互いに異なる少なくとも４種類となり、人体の腹部Ａから反射され、第２偏光フィルタ部４０ｂから射出される検出光の偏光状態が互いに異なる少なくとも４種類となり、その組み合わせが少なくとも１６種類の互いに異なる偏光状態となるように、回転位相差板３８ａ及び３８ｂを回転させる必要がある。
【００４５】
例えば、偏光撮像系１２ａでは、第１偏光フィルタ部４０ａの回転位相差板３８ａのλ／４波長板を、入射光の偏光状態が互いに異なる少なくとも４種類となるように、後述する光の偏光状態を表す入射光のストークスパラメータＳ０、Ｓ１、Ｓ２及びＳ３が互いに異なるように回転させると共に、第２偏光フィルタ部４０ｂの回転位相差板３８ｂのλ／４波長板を、入射光のストークスパラメータＳ０、Ｓ１、Ｓ２及びＳ３のそれぞれに対して、出射光の偏光状態が互いに異なる少なくとも４種類となるように、例えば、出射光のストークスパラメータＳ０、Ｓ１、Ｓ２及びＳ３が互いに異なるように回転させながら、撮像部２６は、１６回以上撮影し、１６フレーム（枚）以上の光強度偏光画像、すなわち１６フレーム以上の光強度偏光画像情報を取得する必要がある。この場合に、レジスト処理を行うのが良い。
【００４６】
なお、ストークスパラメータＳ０、Ｓ１、Ｓ２、及びＳ３は、それぞれ、偏光の全体の強度（縦と横との偏光ベクトルの和）、縦と横（水平方向と垂直方向）との偏光ベクトルの差、偏光角４５度と１３５度との偏光ベクトルの差、及び右円偏光と左円偏光との差ということができる。
【００４７】
また、本発明においては、互いに異なる偏光状態の１６フレーム（枚）以上の光強度偏光画像から、入射光及び出射光のストークスパラメータＳ０、Ｓ１、Ｓ２、及びＳ３を求めて、ミューラー行列を求めてもよいが、予め、互いに異なる偏光状態の１６フレーム（枚）以上の光強度偏光画像から直接ミューラー行列を求めるように演算方式を設定しておけば、入射光及び出射光のストークスパラメータＳ０、Ｓ１、Ｓ２、及びＳ３は、必ずしも求めなくても良い。
【００４８】
また、本実施形態においては、回転位相差板３８ａであるλ／４波長板の偏光角度（回転角度）がθである時、回転位相差板３８ｂであるλ／４波長板の偏光角度（回転角度）は、５θ以上、かつ、θの奇数倍、好ましくは５θに設定されることも好ましい。
【００４９】
例えば、第１偏光フィルタ部４０ａの回転位相差板３８ａのλ／４波長板の回転角度θを、０°から１８０°まで所定の角度毎に、例えば、１１．２５°毎に変えると共に、第２偏光フィルタ部４０ｂの回転位相差板３８ｂのλ／４波長板の回転角度を、その５倍以上、すなわち５θ以上の角度毎に変えながら、撮像部２６は、１６（＝１８０／１１．２５）回撮影し、１６フレームの光強度偏光画像を取得することができる。
【００５０】
また、詳細は後述するが、本発明では、偏光撮像系１２ａにおいて、λ／４波長板の偏光角度θを、０度から１８０度まで、例えば、７．２度毎に変えながら、撮像部２６は、２５（＝１８０／７．２）回撮影し、２５フレーム（枚）の光強度偏光画像、すなわち２５フレームの光強度偏光画像情報を取得するのがより好ましい。
【００５１】
なお、回転位相差板３８ａ及び３８ｂの回転方法としては、これに限定されるわけではなく、４行４列のミューラー行列の１６偏光変数（要素）の１つでも欠けて求まらなくなることがないように、基本的には、入射光及び出射光の偏光状態を、円偏光成分と直線偏光成分を含み、方位の変化がある異なる偏光状態にできれば、どのような回転方法であっても良いが、全偏光変数を均等に（例えば、直線偏光←→楕円偏光←→円偏光、光軸方向が０°←→１８０°（＝ポアンカレ球表面全域））、かつ同じ条件が重ならないように変調することが好ましい。例えば、回転位相板３８ａの回転角度を、０°、９０°、１８０°及び２７０°とすると、４５°及び１３５°の円偏光成分が発生せず、ミューラー行列の４行４列の全偏光変数を求めることができないので、間の角度を回転させることが必要である。また、光軸の方も、０°と９０°との２方向しかなく、方位に関しても間の４５°とか１３５°の成分がないと、ミューラー行列の全偏光変数を求めることができず、不完全なものとなる。
【００５２】
なお、ミューラー行列に含まれるすべての偏光特性（偏光変数）を得る必要がなく、特定の偏光特性（偏光変数）のみが必要である場合には、２５フレーム等の少なくとも１６フレームの光強度偏光画像を取得する必要はなく、必要な偏光特性（偏光変数）に応じて必要な数のフレームの光強度偏光画像のみを取得するようにしても良い。例えば、直線偏光に関する偏光状態のみが問題になる場合には、１６フレーム未満、例えば、１２フレームのみの光強度偏光画像を取得するようにしても良い。
【００５３】
なお、図２に示す実施形態の偏光撮像系１２ａは、偏光照射部２４ａの本発明の第１位相差付与手段として、回転位相差板３８ａを用い、撮像部２６ａの本発明の第２位相差付与手段として、回転位相差板３８ｂを用いるものであるが、本発明はこれに限定されず、例えば、第１位相差付与手段として、位相差シート又は２枚の位相変調素子を用いても良いし、第２位相差付与手段として、２枚の位相変調素子、偏光子貼付パターニング素子又は偏光子及び位相子に貼り付けられたパターニング素子を用いても良い。
【００５４】
図３に、第１及び第２位相差付与手段としてそれぞれ２枚の位相変調素子を用いる偏光撮像系の一実施形態を示す。
図３に示す偏光撮像系１２ｂは、回転位相差板３８ａ及び３８ｂの代わりに、それぞれ２枚の位相変調素子４４ａ、４５ａ及び４４ｂ、４５ｂを用いる点を除いて、図２に示す光撮像系１２ａと同様の構成を有するものであるので、その詳細な説明は省略する。
偏光撮像系１２ｂは、偏光照射部２４ｂ、及び撮像部２６ｂを有し、偏光照射部２４ｂは、光源３４と、偏光板３６ａ、第１位相変調素子４４ａ及び第２位相変調素子４５ａからなる第１偏光フィルタ部４６ａと、を有し、撮像部２６ｂは、第１及び第２位相変調素子４４ｂ及び４５ｂ、並びに偏光板３６ｂからなる第２偏光フィルタ部４６ｂと、カメラ４２とを有する。
【００５５】
偏光照射部２４ｂの第１偏光フィルタ部４６ａに用いられる第１及び第２位相変調素子４４ａ及び４５ａは、撮像部２６ｂの第２偏光フィルタ部４６ｂに用いられる第１及び第２位相変調素子４４ｂ及び４５ｂと同様の構成を有するものである。これらの位相変調素子４４ａ、４４ｂ、４５ａ及び４５ｂは、屈折率に方向性があり、その方向に関しては変えることができないが、電気的に駆動することにより、屈折率の高さを変えることができる素子であり、例えば、直線偏光が入った時に、屈折率の高さを変えることにより、直線偏光だけを通すこともできるし、縦と横の屈折率の高さに応じた楕円偏光や円偏光（λ／４）を通すこともできる素子である。なお、このような位相変調素子４４ａ、４４ｂ、４５ａ及び４５ｂとして、例えば、液晶素子等を用いた位相変調素子や、市販の位相変調素子（例えば、メドウラーク（Meadowlark）社製）等を挙げることができる。
このような第１位相変調素子４４ａ及び４４ｂ（例えば０度に配置）に対してそれぞれ第２位相変調素子４５ａ及び４５ｂを４５度傾けて設置（例えば４５度に配置）することにより、楕円偏光や円偏光を直線偏光にすることもできるし、楕円偏光の楕円率を変えることもできるし、様々な角度の楕円偏光にすることもできる。例えば、０°に設置された第１位相変調素子４４ａに、４５°の方向の直線偏光光が入射する場合、位相変調素子４４ａの位相差（複屈折率）が０（＝０°）の場合は、直線偏光光が変化せずそのまま透過して出ていき、一方、位相変調素子４４ａの位相差がλ／４（＝９０°＝π／２）の場合は、直線偏光光はその影響を受けて、円偏光光として出ていくことなる。
【００５６】
このため、偏光撮像系１２ｂでは、第１位相変調素子４４ａ及び４４ｂと第２位相変調素子４５ａ及び４５ｂとを組み合わせて電気的に変調駆動することにより、機械的に回転する回転位相差板３８ａ及び３８ｂと同様の機能を発揮させることができる。すなわち、第１位相変調素子４４ａ及び４４ｂをそれぞれ第２位相変調素子４５ａ及び４５ｂと組み合わせることにより、図２に示す偏光撮像系１２ａにおいて回転位相差板３８ａ及び３８ｂを回転させることによって実現した入射光の偏光状態、及び検出光の偏光状態と同じ入射光の偏光状態、及び同じ検出光の偏光状態を達成することができ、偏光照射部２４ｂからの入射光においても、撮像部２６ｂの検出光においても、ストークスパラメータＳ０、Ｓ１、Ｓ２及びＳ３を求めることができ、設定することができる。
【００５７】
すなわち、偏光照射部２４ｂの第１偏光フィルタ部４６ａの第１位相変調素子４４ａを、例えば、その遅相軸が偏光板３６ａの遅相軸に対して０度、すなわち軸（屈折率の高い方向）の角度が０°となるように設定し、直線偏光の縦と横の偏光量（ベクトル）、すなわち位相差がΔ１、Δ２となるようにすると共に、第１位相変調素子４４ｂを、その遅相軸が偏光板３６ａの遅相軸に対して４５度、すなわち軸（屈折率の高い方向）の角度が４５°となるように設定し、偏光の斜め（左右）方向の偏光量、すなわち位相差がΔ１、Δ２となるようにすることにより、偏光照射部２４ｂからの入射光において、後述する光の偏光状態を表すストークスパラメータＳ０、Ｓ１、Ｓ２及びＳ３を互いに異なるものとすることができる。
【００５８】
一方、撮像部２６ｂの第２偏光フィルタ部４６ａの第２位相変調素子４５ａ及び４５ｂについても同様に、第２位相変調素子４５ｂを、軸（屈折率の高い方向）の角度が０°となるように設定し、位相差がΔ１、Δ２となるようにすると共に、第２位相変調素子４４ａを、軸（屈折率の高い方向）の角度が４５°となるように設定し、位相差がΔ１、Δ２となるようにすることにより、撮像部２６ｂの検出光においても、ストークスパラメータＳ０、Ｓ１、Ｓ２及びＳ３を互いに異なるものとすることができる。
【００５９】
したがって、本実施形態の偏光撮像系１２ｂも、ミューラー撮像システムを構成し、互いに偏光状態の異なる偏光光による少なくとも１６枚の光強度画像を得ることができ、ミューラー行列に含まれる全１６の偏光変数を得ることができる。
【００６０】
この偏光撮像系１２ｂは、位相変調素子４４ａ、４４ｂ、４５ａ及び４５ｂを駆動させるので、偏光特性（偏光変数）は完全であるし、回転位相差板３８ａ及び３８ｂを回転駆動させる図１に示す偏光撮像系１２ａに比べて、装置が小型化できるので、腹腔鏡にはより好適に適用でき、腹腔鏡ナビゲーション装置により好適に組み込むことができる。
【００６１】
なお、図２及び図３に示す例では、偏光照射部２４と撮像部２６に同様の偏光フィルタ部を用いているが、本発明は、これに限定されず、両者で異なる偏光フィルタ部を用いても良いし、異なる位相差付与手段を用いても良い。例えば、図２に示す偏光照射部２４ａと、図３に示す撮像部２６ｂとを用いて偏光撮像系を構成しても良いし、逆に図３に示す偏光照射部２４ｂと、図２に示す撮像部２６ａとを用いて偏光撮像系を構成しても良い。
【００６２】
なお、図２及び図３に示す例は、偏光照射部２４と撮像部２６を生体の外部に配置するものであり、腹腔鏡などに適用されものであるが、以下に、内視鏡等の生体内部に適用可能な例を示す。
【００６３】
図４（ａ）は、内視鏡に適用される偏光撮像系の一実施形態の模式図であり、図４（ｂ）は、その偏光撮像系に用いられるパターニング偏光／波長板の１画素分の素子を拡大して示す拡大模式図である。
図４（ａ）に示す偏光撮像系１２ｃは、偏光照射部２４ｃ及び撮像部２６ｃを有し、偏光照射部２４ｃは、光源３４と、偏光板３６ａ、第１及び第２位相変調素子４４ａ及び４５ａからなる第１偏光フィルタ部４６ａと、光ファイバ４８を備える光プローブ５０と、を有し、撮像部２６ｃは、光プローブ５０内に配置されるパターニング偏光／波長板５２からなる第２偏光フィルタ部５４と、ＣＣＤ５６とを有する。
ここで、偏光照射部２４ｃの光源３４及び第１偏光フィルタ部４６ａは、図３に示す偏光撮像系１２ｂと同様の構成を有するものであるので、その詳細な説明は省略する。
【００６４】
光ファイバ４８は、内視鏡の光伝送部として機能し、第２偏光フィルタ部５４を透過した所定の偏光状態の照射光を光プローブ５０の先端まで導光して、その先端から所定の部位に伝送された照射光を、生体の体腔内の所定部位である胃などの消化器Ｂの表層に照射する。
【００６５】
ＣＣＤ５６は、デジタル画像情報として体腔Ｂの表層の偏光光による光強度画像情報を取得する高画素密度撮像素子であるが、ＣＭＯＳなどの他の撮像素子を用いても良い。
【００６６】
光プローブ５０内に配置されるパターニング偏光／波長板５２は、図４（ｂ）に示すように、偏光状態の異なる４つの偏光子のアレイからなる矩形状の偏光板５５ａと、その中の１つの偏光子に貼付された位相子（波長板）５５ｂと、を備える矩形状の偏光子及び位相子パターニング素子５３を、多数、例えば、取得すべき偏光画像の画素数分だけアレイ状に配置したものである。すなわち、パターニング偏光／波長板５２は、単独で第２偏光フィルタ部５４を構成するものであり、図２及び図３に示す第２偏光フィルタ部４０ｂ及び４６ｂと同様の機能を有するものである。
【００６７】
なお、偏光子及び位相子パターニング素子５３としては、図４（ｂ）に拡大して示すように、矩形状の偏光板５５ａの４つの偏光子の内の左下の偏光角（軸（屈折率の高い方向）の角度）０°の偏光子５３ａ、左上の偏光角９０°の偏光子５３ｂ、右上の偏光角４５°の偏光子５３ｃ、及び右上の偏光角９０°の偏光子に偏光角４５°の位相子（波長板）が貼り付けられた位相子貼付偏光子５３ｄが２×２のアレイ状に配置されて、偏光画像の１画素となるものを挙げることができる。
【００６８】
このように、偏光子及び位相子パターニング素子５３の偏光子５３ｂ及び５３ａによって縦（９０°）と横（０°）との偏光成分、偏光子５３ｃによって斜め（４５°）の偏光成分、位相子貼付偏光子５３ｄによって楕円偏光成分（円偏光成分：９０°、４５°）（軸（屈折率の高い方向）の角度：９０°、位相差：Δ１＝０、軸の角度：９０°、位相差：Δ２＝λ／４）を求めることができるので、図２及び図３に示す撮像部２６ａ及び２６ｂの第２偏光フィルタ部４０ｂ及び４６ｂと同様に、撮像部２６ｃの検出光においても、偏光の全体の強度（縦と横との偏光ベクトルの和）、縦と横（水平方向と垂直方向）との偏光ベクトルの差、偏光角４５度と１３５度との偏光ベクトルの差、及び右円偏光と左円偏光との差に対応するストークスパラメータＳ０、Ｓ１、Ｓ２及びＳ３を互いに異なるものとすることができるし、また、求めることもでき、設定することもできる。
【００６９】
したがって、本実施形態の偏光撮像系１２ｃも、ミューラー撮像システムを構成し、互いに偏光状態の異なる偏光光による少なくとも１６枚の光強度画像を得ることができ、ミューラー行列に含まれる全１６の偏光変数を得ることができる。
【００７０】
なお、ミューラー行列に含まれる全１６の偏光変数を得る必要がない場合には、図４（ａ）に示す偏光撮像系１２ｃの第２偏光フィルタ部５４において、偏光子及び位相子パターニング素子５３のアレイからなるパターニング偏光／波長板５２の代わりに、互いに偏光状態の異なる３つの偏光子のアレイからなる偏光子パターニング素子、すなわち、図４（ａ）に示す偏光子及び位相子パターニング素子５３の右下の、楕円偏光成分に対応する位相子貼付偏光子５３ｄがない、偏光子５３ａ，５３ｂ及び５３ｃの３つのみからなる偏光子パターニング素子をアレイ状に配置したパターニング偏光板を用いても良い。この場合には、ミューラー行列に含まれる全１６の偏光変数の内、楕円偏光成分に対応しない、直線偏光に対応する１２偏光変数を求めることができる。
【００７１】
なお、パターニング偏光／波長板５２やパターニング偏光板を用いる場合には、偏光子及び位相子パターニング素子５３や偏光子パターニング素子のアレイ状に配置された偏光子５３ａ〜５３ｄのそれぞれにＣＣＤ５６の１画素を正確に対応させ、各偏光子５３ａ〜５３ｄからの偏光のみを検出する必要がある。しかし、偏光子５３ａ〜５３ｄの各々とＣＣＤ５６の各画素とを完全に対応させて組み立てたり、製造したりすることは困難であるので、対応が不十分な場合には、ＣＣＤ５６で撮像後、電気信号やデータとして補正処理を行うのが好ましい。
【００７２】
上述したように、偏光子及び位相子パターニング素子５３の４つの偏光子のアレイや、偏光子パターニング素子の３つの偏光子のアレイが偏光画像の１画素となるので、ＣＣＤ５６の画素数は、偏光光による光強度画像の画素数の４倍又は３倍必要となる。したがって、光強度画像の画素数が、例えば２０万画素であれば、ＣＣＤ５６の画素数は、８０万画素又は６０万画素となり、光強度画像の画素数が、例えば１００万画素であれば、ＣＣＤ５６の画素数は、４００万画素又は３００万画素となる。
【００７３】
ここで、内視鏡に適用される偏光撮像系としては、図４（ａ）に示す偏光撮像系１２ｃに限定されず、図５（ａ）に示す偏光撮像系１２ｄのように、図４（ａ）に示す偏光照射部２４ｃの第１偏光フィルタ部４６ａの第１及び第２位相変調素子４４ａ及び４５ａの代わりに、図２に示す回転位相差板３８ａを用いる第１偏光フィルタ部４０ａを備える偏光照射部２４ｄを用いても良い。
【００７４】
なお、偏光撮像系１２ｃ及び１２ｄは、光プローブ５０の先端に、図４（ｂ）及び図５（ｂ）に示す偏光子及び位相子パターニング素子５３をアレイ状に配置したパターニング偏光／波長板５２及びＣＣＤ５６を組み込んでいるので、装置が小型化できるにもかかわらず、偏光特性（偏光変数）は完全であるので、内視鏡にはより好適に適用でき、内視鏡診断装置により好適に組み込むことができる。
【００７５】
また、図６に示す偏光撮像系１２ｅのように、図４（ａ）に示す偏光撮像系１２ｃにおいて、撮像部２６ｃの光プローブ５０内に配置されるパターニング偏光／波長板５２及びＣＣＤ５６の代わりに、消化器Ｂからの所定の偏光状態の反射光を光プローブ５０の光ファイバ４８内を光伝送させて、他端から射出させ、生体の外部で、図３に示す第２偏光フィルタ部４６ｂを用い、光ファイバ４８の他端から射出された偏光反射光を、イメージファイバ５８で伝送して、第２偏光フィルタ部４６ｂに入射させ、偏光フィルタ部４６ｂの後ろに配置されたＣＣＤ５６で撮像する撮像部２６ｄを用いても良い。
【００７６】
この偏光撮像系１２ｅでは、消化器Ｂからの偏光反射光を、光ファイバ４８及びイメージファイバ５８によって導光するので、解像度が低下する恐れがあるが、偏光状態の変化は少なく偏光状態は維持されるので、光プローブ５０内に撮像部２６ｄを組み込む必要がないので、装置を小型化する必要はなく、装置構成の自由度を高くすることができる。
【００７７】
本実施形態の偏光撮像系１２ｅでも、偏光撮像系１２ｃ及び１２ｄと同様に、偏光特性（偏光変数）は完全であり、内視鏡にはより容易に適用でき、内視鏡診断装置により容易に組み込むことができる。
【００７８】
なお、内視鏡に適用される偏光撮像系においても、上記偏光撮像系１２ｃ、１２ｄ及び１２ｅに限定されず、偏光照射部２４及び撮像部２６に、異なる又は同じ、種々の偏光フィルタ部を用いても良いし、異なる又は同じ、種々の位相差付与手段を用いても良い。
偏光撮像系１２は、基本的に以上のように、構成される。
【００７９】
次に、偏光変換処理部１４は、図１に示すように、偏光撮像系１２で撮像された偏光光（複数の偏光状態の反射光）による複数枚の光強度画像の画像情報、例えば、２５フレームの光強度画像情報を、撮像部２６から受信し、受信した複数の光強度画像情報にミューラー画像変換を行い、複数（例えば、１６）の偏光変数についての複数枚のミューラー画像（複数フレームのミューラー画像情報）を得るミューラー画像変換部２８と、得られた複数枚のミューラー画像（複数フレームのミューラー画像情報）に偏光変数分離処理を行って、生体の所定部位の表層に表出する表出組織を表層の組織と識別するための、所定の偏光変数（偏光特性）による偏光特性画像（偏光特性画像情報）に変換する偏光変数分離処理部３０と、ミューラー画像変換部２８においてミューラー画像変換に用いられる偏光板（３６ａ、３６ｂ）や回転位相差板（３８ａ、３８ｂ）、位相変調素子（４４ａ、４４ｂ、４５ａ、４５ｂ）、パターニング偏光／波長板（５２）等の位相差付与手段の偏光角等の偏光素子特性を補正する偏光素子特性補正処理部３２とを有する。
【００８０】
ここで、ミューラー画像変換部２８は、高次の偏光パラメータ（ミューラー（Mueller）行列）を得るための変換処理を行う部分である。
【００８１】
ところで、サンプルＭがミューラー行列Ｍの各要素で与えられる偏光特性を持ち、その偏光特性がサンプルＭの特徴を表すものである場合、ミューラー行列Ｍ、すなわちその要素を求める必要がある。ここで、ミューラー行列Ｍは、４行４列の行列であり、下記式（１）で与えられ、１６の要素を持つので、各要素によるサンプルの１６個のミューラー画像を得ることになる。
【００８２】
【数１】
2012024283.tif 000003
【００８３】
ここで、ミューラー行列Ｍの全１６の要素ｍ００〜ｍ３３の各要素と偏光の物理的特性との厳密な対応は難しいが、おおまかな関係としては、要素ｍ００は、輝度を表し、全１６の要素ｍ００〜ｍ３３は、偏光度を表し、要素ｍ０１、ｍ０２、ｍ１０及びｍ２０は、二色性（直線複吸収）を表し、要素ｍ０３及びｍ３０は、円二色性（円複吸収）を表し、要素ｍ１１、ｍ１２、ｍ２１及びｍ２２は、旋光性（円複屈折）を表し、要素ｍ１１〜ｍ１３、ｍ２１〜ｍ２３及びｍ３１〜ｍ３３は、複屈折性（直線複屈折）を表すものである。
なお、ミューラー行列Ｍの全１６の要素ｍ００〜ｍ３３を測定する場合、図７に示すような、サンプルＭがミューラー行列で表わされるミューラー計測システムを構成する必要があり、このミューラー計測システムにおいて、２５種類の異なる偏光状態の光による光強度画像を得る必要がある。なお、このミューラー計測システムは、図２に示す偏光撮像系１２ａと同じ偏光照射部２４ａ及び撮像部２６ａからなるものであることが分かる。
【００８４】
ここで、ミューラー画像変換部２８におけるミューラー行列の変換アルゴリズムについて説明する。
サンプルＭの１６の偏光要素が、上記ミューラー行列Ｍで表わされ、図７に示すミューラー計測システムおいて、サンプルＭへの入射光の偏光状態が、ストークスパラメータ
Ｓ０、Ｓ１、Ｓ２及びＳ３で表わされ、サンプルＭから反射された検出光の偏光状態が、ストークスパラメータＳ’０、Ｓ’１、Ｓ’２及びＳ’３で表わされ、偏光板３６ａ及び３６ｂのミューラー行列がＰ１及びＰ２で、角度θにおける１／４λ板（λ／４波長板）３８ａ及び３８ｂのミューラー行列がＲ１（θ）及びＲ２（５θ）で表わされる場合、下記式（２）を満足する。
【００８５】
【数２】
2012024283.tif 000004
【００８６】
ここで、ストークスパラメータＳ’０は、Ｉ（θ）（Ｓ’０＝Ｉ（θ））であるので、１／４λ板（λ／４波長板）３８ａの角度θの時の光強度をフーリエ変換すると、下記式（３）で表わされる。
【数３】
2012024283.tif 000005
ここで、光強度の実測値をΦ（θ）とすると、最小二乗法によってΦ（θ）とＩ（θ）との誤差が最小になるように、２５個のフーリエ係数（振幅）ａ０〜ａ１２及びｂ１〜ｂ１２を求めることになり、異なるθについての２５個の上記式（３）が必要となるので、上記式（３）において、Ｉ（θ）＝Φ（θ）としたときの２５個の連立方程式を解くことになる。
【００８７】
その結果、ミューラー行列Ｍの各要素ｍ００〜ｍ３３は、下記式（４）に示すように、フーリエ係数ａ０〜ａ１２及びｂ１〜ｂ１２を用いて表すことができるので、ミューラー行列Ｍの各要素ｍ００〜ｍ３３を求めることができる。
ｍ００＝ａ０−ａ２＋ａ８−ａ１０＋ａ１２
ｍ０１＝２（ａ２−ａ８−ａ１２）
ｍ０２＝２（ｂ２＋ｂ８−ｂ１２）
ｍ０３＝ｂ１−２ｂ１１＝ｂ１＋２ｂ９＝ｂ１＋ｂ９−ｂ１１
ｍ１０＝２（−ａ８＋ａ１０−ａ１２）
ｍ１１＝４（ａ８＋ａ１２）
ｍ１２＝４（−ｂ８＋ｂ１２）
ｍ１３＝−４ｂ９＝４ｂ１１＝２（−ｂ９＋ｂ１１）
ｍ２０＝２（−ｂ８＋ｂ１０−ｂ１２）
ｍ２１＝４（ｂ８＋ｂ１２）
ｍ２２＝４（ａ８−ａ１２）
ｍ２３＝４ａ９＝−４ａ１１＝２（ａ９−ａ１１）
ｍ３０＝２ｂ３−ｂ５＝−ｂ５＋２ｂ７＝ｂ３−ｂ５＋ｂ７
ｍ３１＝−４ｂ３＝−４ｂ７＝−２（ｂ３＋ｂ７）
ｍ３２＝−４ａ３＝４ａ７＝２（−ａ３＋ａ７）
ｍ３３＝−２ａ４＝２ａ６＝−ａ４＋ａ６）                  ……（４）
【００８８】
なお、図７に示すミューラー行列偏光計によって構成される偏光撮像系１２ａで設置されるλ／４板は材料の波長特性や製造技術により、厳密にλ／４（９０°）にすることは難しいため、λ／４板３８ａ、３８ｂと偏光板３６ａ、３６ｂとが主軸方位や複屈折位相差を持つ場合には、ミューラー行列の要素ｍ００〜ｍ３３が誤差を含むことになる。したがって、偏光計測の精度向上のために、この誤差をキャリブレーションする必要がある。
これらの誤差のキャリブレーション方法は、ここでは記載を省略するが、チップマン(Chipman)や、ゴールドシュタイン(Goldstein)が提案するキャリブレーション方法を適用すればよい。
【００８９】
以上から、ミューラー行列Ｍの１６個の全要素についての１６枚のミューラー画像を求めるには、偏光状態の異なる２５枚の光強度画像が必要である。
こうして、ミューラー画像変換部２８は、上記変換処理アルゴリズムによって、角度θを７．２度（１８０／２５）毎に撮像することにより得られた光状態の異なる２５枚の光強度画像（情報）から、ミューラー行列を得ることができ、全１６個の要素に基づく１６枚のミューラー画像（情報）を得ることができる。
【００９０】
なお、上記式（４）から分かるように、フーリエ係数ａ０〜ａ１２及びｂ１〜ｂ１２のなかには、一次独立でないものが存在している。したがって、上述のように、２５枚の光強度画像の全てを用いなくても、ミューラー行列Ｍの１６個の全要素（ミューラーパラメータ）を求めることができる。すなわち、本発明においては、フーリエ変換した場合には、２５枚の光強度画像を取得するのが好ましいが、少なくとも１６枚の光強度画像を取得すればよい。
【００９１】
一方、上記式（１）から分かるように、ミューラー行列Ｍは、１６の要素ｍ００〜ｍ３３を持つものであるので、これらの要素（ミューラーパラメータ）を全部求めるためには、少なくとも１６種類の偏光状態の異なる光強度画像（偏光画像）が必要であることが分かる。
【００９２】
したがって、上記式（２）から明らかなように、サンプルＭへの入射光の偏光状態を表すストークスパラメータがＳ’０、Ｓ’１、Ｓ’２及びＳ’３の４種類で、サンプルＭからの検出光の偏光状態を表すストークスパラメータがＳ０、Ｓ１、Ｓ２及びＳ３であることから、サンプルＭへの入射光の偏光状態及びサンプルＭからの検出光の偏光状態を、互いに異なるように設定し、例えば、上述したように、縦（９０°：垂直）の直線偏光成分、横（０°：水平）の直線偏光成分、斜め（４５°）の直線偏光成分、及び楕円率が異なる（９０°／４５°）の楕円（円）偏光成分となるように設定することにより、それぞれ４種の偏光状態から、それぞれ４種のストークスパラメータＳ’０、Ｓ’１、Ｓ’２及びＳ’３並びにＳ０、Ｓ１、Ｓ２及びＳ３を求めるための、１６種類の偏光状態のサンプルＭの光強度画像を得ることができる。その結果、１６個のミューラーパラメータを全部求めることができる。
【００９３】
次に、偏光変数分離処理部３０は、ミューラー画像変換部２８で得られたミューラー行列に分解処理を行って、ミューラー行列において混在している偏光特性（偏光変数）を分離する処理を行う部分であるということができ、換言すれば、得られた複数枚のミューラー画像（複数フレームのミューラー画像情報）に偏光変数分離処理を行って、生体の所定部位の表層に表出する表出組織を表層の組織と識別するための、所定の偏光変数（偏光特性）による偏光特性画像（偏光特性画像情報）に変換する部分である。なお、偏光特性画像（偏光特性画像情報）は、所定部位の表層に表出する膠原繊維などの表出組織の表出程度を表わすものであるということもできる。
【００９４】
偏光変数分離処理部３０において、ミューラー行列Ｍは、主として、リターダンス特性（複屈折性、旋光性）と、吸収特性（二色性、円二色性）と、偏光解消性との３つに分離される。これらの分離された偏光特性から、生体の所定部位（サンプル）の偏光解消度、位相差、方位（位相差）、方位（吸収）及び旋光性、さらに、光の偏光度及び光の偏光方位等の偏光特性を求めることができる。
【００９５】
ここで、位相差は、光の進行方向に垂直な面での物質の屈折率の縦と横の差であり、偏光解消度は、偏光した光がその物質に入射して、出射した光の偏光状態（偏光しているか否（偏光していない）かを示す状態）がどの程度の影響を受けるかを表す値であり、位相差の方位は、屈折率が最大の方向を角度として表すものであり、吸収の方位は、二色性の方位と同じで、吸収の最も高い方向を角度として表すものであり、旋光性は、直線偏光に対する回転特性を角度として表すもので、方位を持たないことが位相差と異なるものである。
【００９６】
ところで、ミューラー行列をＭとし、偏光解消度を表す行列をＭΔとし、リターダンス（位相差）を表す行列をＭＲとし、２色性を表す行列をＭＤとするとき、下記式（５）で表わすことができる。なお、これらの行列は、４行４列の行列である。
Ｍ＝ＭΔＭＲＭＤ                                      …（５）
【００９７】
したがって、上記式（１）に基づいて、ミューラー行列Ｍを分解することにより、行列ＭΔ、ＭＲ、及びＭＤを求め、行列ＭΔから偏光解消度、行列ＭＲから位相差、及び行列ＭＤから２色性を求めることができる。
【００９８】
なお、ミューラー行列の分解方法及び各特性とミューラー行列の要素との関係についても、アザム(Azzam)や、チップマン(Chipman)や、ゴールドシュタイン(Goldstein)等により、提案されている方法や関係式を適用すれば良いので、ここでは、詳細な記載を省略して、その結果を記載する（”Polarized light”, Dennis Goldstein, 2th ed., Marcel Dekker, NY (2003), Chapter 9  “Mathematics of the Mueller Matrix“ 9.5 “The Lu-Chipman Decomposition” P175-P186、及び、SPIE Vol. 3120 “Decomposition of Mueller Matrix” P385-P396参照）。
【００９９】
すなわち、分解された行列ＭＲは、ミューラー行列Ｍの要素ｍ００〜ｍ３３を用いて下記式（６）で与えられ、位相差Ｒは、下記式（７）で与えられることが分かる。ここで、係数ａ及びｂは、それぞれ下記式（８）及び（９）で与えられる。
【数４】
2012024283.tif 000006
【０１００】
また、分解された行列ＭＤも、ミューラー行列Ｍの要素ｍ００〜ｍ３３を用いて下記式（１０）で与えられ、２色性Ｄは、下記式（１１）で与えられることが分かる。ここでも、係数ａ及びｂは、それぞれ上記式（８）及び（９）で与えられる。
【数５】
2012024283.tif 000007
【０１０１】
また、行列ＭΔは、上記式（５）を変形することにより、下記式（１２）で与えられ、偏光解消度ｍΔは、下記式（１３）で与えられることが分かる。ここで、ｍ‘、κ１、κ２及びκ３は、それぞれ上記式（１４）、（１５）、（１６）、（１７）及び（１８）で与えられる。なお、λ１、λ２、及びλ３は、ｍΔの固有値から導くことができる。
ＭΔ＝ＭＭＤ−１ＭＲ−１                                …（１２）
【数６】
2012024283.tif 000008
【０１０２】
本発明者らは、こうして得られた偏光特性のうち、特定の偏光特性が所定部位の表層に表出する表出組織を表層の組織と識別する性質があることを知見した。
【０１０３】
このような偏光特性としては、位相差、偏光解消度、方位（位相差）、方位（吸収）、旋光性、光の偏光度、光の偏光方位、二色性、二色性方位、ｐ偏光及びｓ偏光等の偏光特性が、所定部位の表層に表出する表出組織を表層の組織と識別する上で好ましい。その結果、これらの偏光特性による偏光特性画像、すなわち、位相差画像、偏光解消度画像、方位画像（位相差）、方位画像（吸収）、旋光性画像、光の偏光度画像、光の偏光方位画
像、二色性画像、二色性方位画像、ｐ偏光及びｓ偏光画像では、表出組織と表層の組織とを区別して、例えば、疑似カラーで識別可能に表示することができる。
【０１０４】
このような偏光特性によって識別できる表出組織は、線維状組織であるのが好ましく、線維状組織は、膠原線維、神経線維、又は筋線維であるのが好ましい。
【０１０５】
図８は、図１に示す偏光画像計測表示システムの偏光変換処理部及びその偏光変数分離処理部の一実施形態の模式図であり、特に、偏光変数分離処理部を詳しく説明した説明図である。
図８に示すように、偏光変数分離処理部３０は、ミューラー画像変換部２８で得られたミューラー行列に分解処理を行う分離部８２と、分離部８２で分離された偏光特性画像に生体の所定部位の表層に表出する表出組織を表層の組織と識別するための強調処理を施した強調偏光特性画像を形成する分離後画像形成部８４とからなり、偏光画像計測表示システム１０の偏光変換処理部１４は、上述したようにミューラー画像変換部２８、偏光変数分離処理部３０及び偏光素子特性補正処理部３２に加え、さらに、ミューラー画像変換部２８から偏光変数分離処理部３０で変数分離する際の生体観察モデルを設定する生体観察モデル設定部８６と、分離後画像形成部８４で形成する強調偏光特性画像の偏光特性の領域を設定する分離後画像形成用パラメータ設定部８８とを有する。
【０１０６】
分離部８２は、生体観察モデル設定部８６で設定された生体観察モデルを用いて、計測されたミューラー行列において混在している偏光特性を分離することにより、すなわちミューラー行列の複数の要素の各々からなる複数枚のミューラー画像に偏光変数分離処理を行うことにより、生体の所定部位の表層に表出する表出組織を表層の組織と識別するのに適した、所定の偏光変数（偏光特性）による偏光特性画像（偏光特性画像情報）を出力する部分である。なお、例えば、偏光特性が位相差であれば、分離部８２の出力信号は、０〜３６０°の画像情報である。
【０１０７】
分離後画像形成部８４は、生体の所定部位の表層に表出する表出組織を表層の組織と識別するために、分離部８２で分離された所定の偏光特性による偏光特性画像に対して、分離後画像形成用パラメータ設定部８８で設定された所定の偏光特性の強調領域（注目領域）に強調処理を施した強調偏光特性画像を形成する部分であり、強調偏光特性画像形成部ということもできる。
【０１０８】
図９（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ図８に示す偏光変数分離処理部で変数分離する際の生体観察モデルの一実施形態の概略構成図であり、それぞれミューラー画像変換部から偏光変数分離処理部で変数分離する際の生体観察モデルを説明した説明図である。
【０１０９】
本発明に用いることができる生体観察モデルとしては、まず、図９（ａ）に示す複数の偏光状態の照射光が観察される生体を透過する「透過モデル」９０ａを挙げることができる。ここで、分離部８２では、この透過モデル９０ａを前提として、偏光変数分離処理部３０で変数分離している。この透過モデル９０ａは、は、図９（ａ）に示すように、「二色性」、「位相差×旋光」及び「偏光解消度」の層を複数重ねたモデルである。なお、この透過モデル９０ａは、生体サンプルの偏光特性を取得するためには有効なモデルである。
【０１１０】
一方、実際の系では、観察される生体に照射光を斜めに照射して、その反射光を撮像することになる。したがって、本発明の生体観察モデルとして、図９（ｂ）に示す「反射モデル」９０ｂを生体観察モデルとすることが考えられる。この場合の生体観察モデルとしては、例えば、図９（ｂ）に示すように、「散乱性（偏光解消度）」、「位相差」「旋光性」及び「二色性」の層を複数重ねたモデルがある。また、反射モデルであることにより各層で反射光が発生し、例えば、散乱＋位相差の混在した反射光が観測される。このような反射モデルでは、これらが想定できるので、偏光変数分離処理部３０で変数分離精度が上がり、リターダンス特性、吸収特性、偏光解消性の精度アップが期待できる。
【０１１１】
なお、図８に示す生体観察モデル設定部８６は、偏光変数分離処理部で変数分離する際の生体観察モデルとして、上述したこの透過モデル９０ａや反射モデル９０ｂ等の生体観察モデルを設定するためのものである。このように、実際の観察系に合わせて、生体観察モデル設定部８６にて、生体観察モデルを選択できるようにすることで、偏光変数分離処理部３０で変数分離精度が上がり、リターダンス特性、吸収特性、偏光解消性の精度アップが期待できる。
【０１１２】
分離後画像形成用パラメータ設定部８８は、特定の偏光特性が所定部位の表層に表出する表出組織を表層の組織と識別するために、分離後画像形成部８４で形成する強調偏光特性画像の偏光特性の領域を設定するためのものであり、観察される組織毎に、位相差などの特定の偏光特性における強調するべき領域を設定することができるものである。
【０１１３】
なお、本発明者らが、このような分離後画像形成用パラメータ設定部８８を設けたのは、特定の偏光特性が所定部位の表層に表出する表出組織を表層の組織と識別するためには、観察組織毎に、強調すべき偏光特性の領域、例えば、偏光特性が位相差であれば、強調すべき位相差領域を設定できるようにする必要があることを知見したからである。
本発明では、偏光特性画像の観察時には、分離後画像形成用パラメータ設定部８８から観察組織毎に適切なパラメータを選択することで、表層に表出する表出組織を明確に表層の組織と識別することができる。
【０１１４】
例えば、偏光特性が位相差であれば、分離部８２からの出力信号は０〜３６０°の画像情報であるので、観察組織が膠原線維である場合には、強調すべき位相差領域として、分離後画像形成用パラメータ設定部８８によって、１４０°±１０°の領域を設定することができる。
【０１１５】
なお、ここでは、強調すべき偏光特性の領域を、観察組織毎（神経、リンパ節、血管）に設定する例を示したが、観察部位（上部消化器、下部消化器、呼吸器）毎に設定するようにしても良い。
【０１１６】
特に、膠原線維の表出度合いは、がんの進行度合いを診断する上で、有効である。
がんの進行度合いと、膠原線維の表出度合いとの関係は、以下のように考えることができる。
【０１１７】
図１０（ａ）は、正常な生体の表層近傍の概略構成模式図であり、図１０（ｂ）は、粘膜内がんが発生した生体の表層近傍の概略構成模式図であり、図１０（ｃ）は、粘膜下層浸潤がんに進行した生体の表層近傍の概略構成模式図である。
図１０（ａ）に示すように、正常な生体の表層近傍の組織６０ａは、表面側から粘膜層６２、その下側に粘膜筋板６４、その下に粘膜下層６６があり、膠原線維６８は、粘膜筋板６４の下側の粘膜下層６６に存在している。
【０１１８】
次に、図１０（ｂ）に示す粘膜内がんが発生した生体の表層近傍の組織６０ｂでは、粘膜層６２に粘膜内がん（ｍがん）７０が発生しているが、粘膜層６２の下側の粘膜筋板６４は破れておらず、粘膜筋板６４の下側の粘膜下層６６に存在している膠原線維６８は、粘膜層６２には表出していない。このため、粘膜内がんが発生した生体の表層近傍の組織６０ｂでは、本発明による偏光計測を行っても、正常な生体の表層近傍の組織６０ａの場合と同様に、粘膜層６２に表出した膠原線維６８を検出することはできない。
【０１１９】
これに対し、図１０（ｃ）に示すがん７２が進行している、すなわち粘膜下層浸潤がん（ｓｍがん）７２が存在する生体の表層近傍の組織６０ｃでは、粘膜下層浸潤がん７２に進行している部分の粘膜筋板６４が破れて、その破れ部分６５から粘膜下層６６の膠原線維６８が粘膜層６２に移動し、表面の粘膜層６２のがん細胞７２の間で成長し、膠原線維６８が表層の粘膜層６２に表出する。このため、粘膜下層浸潤がん７２が存在する生体の表層近傍の組織６０ｃでは、本発明による偏光計測を行って、粘膜層６２に表出した膠原線維６８を検出することができ、他の組織と識別することができる。その結果、粘膜層６２に表出した膠原線維６８を表色することができ、膠原線維６８の粘膜層６２への表出を知ることができ、粘膜下層浸潤がん７２を検出することができる。
【０１２０】
すなわち、図１０（ｃ）に示すように、粘膜下層浸潤がん７２の進行に従い、粘膜筋板６４が破れると、粘膜筋板６４の下層にある粘膜下層６６から膠原線維６８を生成する線維芽細胞が入り込み、粘膜下層６６の膠原線維６８が、その破れから粘膜層６２に移動し、上層の粘膜層６２にて膠原線維６８が多く生成される。すなわち、その膠原線維６８が表面から捉えられるかどうかによって、図１０（ｂ）に示す粘膜内がん７０と図１０（ｃ）に示す粘膜下層浸潤がん７２の区別が可能となる。
【０１２１】
この膠原線維６８は、高分子から構成されており、光学異方性があるために、上記偏光特性によって粘膜層６２と識別でき、識別可能に画像表示できる。したがって、膠原線維６８は、粘膜層６２と識別可能に疑似カラー画像として可視化できる。
したがって、このような画像によって、所定部位の表面のがん細胞の間で膠原線維が成長しており、間質変化（粘膜への膠原線維の表出）を確認できれば、転移可能性高いと診断可能であり、がんか否か、また、粘膜内がんか粘膜下層浸潤がんかを診断することが可能となる。
【０１２２】
次に、表示変換処理部１６は、偏光変換処理部１４の偏光変数分離処理部３０で得られた所定の偏光特性の偏光特性画像（情報）に表示変換処理、すなわち表示色明度画像変換処理を行って、偏光特性画像（情報）を、表出組織を表層の組織と識別可能に可視化して、例えば、疑似カラーに着色して疑似カラー表示するための表示用偏光特性画像情報に変換する部分である。
【０１２３】
ここで、表示変換処理部１６による表示変換処理は、偏光特性画像情報に基づいて、所定の偏光変数の値（偏光特性の強度）に応じて表出組織及び表層の組織に彩色すべき色を決定し、この表出組織及び該表層の組織に彩色すべき色をカラーマッピングすることにより表出組織の表出分布を可視化して表示するための表示用偏光特性画像情報を生成するのが良い。
【０１２４】
表示部１８は、表示変換処理部１６で得られた表示用偏光特性画像情報に基づいて表示画面に表出組織を表層の組織と識別可能に可視化表示、すなわち、疑似カラー表示するものである。表示部１８には、公知のモニタやディスプレイを用いることができる。
なお、表示部１８による偏光特性画像の表示は、表示用偏光特性画像情報に基づいて、彩色すべき色に彩色された表出組織の分布を可視化可能に表示するのが好ましい。
【０１２５】
また、通常カラー撮像系２０は、所定部位に通常観察用の照明光を照射してその反射光を撮像することにより得られた光強度画像（情報）を得るものであり、従来公知の通常カラー画像の撮像系を用いることができる。
【０１２６】
また、画像合成部２２は、表示変換処理部１６で得られた表示用偏光特性画像情報及び通常カラー撮像系２０で得られた通常のカラー光強度画像情報に基づいて、表示用偏光特性画像と通常のカラー光強度画像とを組み合わせて、例えば、両者を重ね合わせて、もしくは並べて、もしくは両者を演算処理して表示するための合成画像情報を生成する。その結果、表示部１８には、合成画像情報に基づく合成画像を表示させることができる。
【０１２７】
本発明に係る偏光画像計測表示システムは、基本的に以上のように構成される。
【０１２８】
以下に、本発明に係る偏光画像計測表示システムの作用、並びにこれらにおいて実施される偏光画像計測方法及び偏光画像表示方法について説明する。
図１１は、本発明に係る偏光画像計測表示システムにおいて実施される偏光画像計測方法による偏光画像表示方法、すなわち偏光画像計測及び表示方法の一例を示すフローチャートである。
【０１２９】
まず、本発明では、ステップＳ１００において、生体の所定部位の表層を偏光計測するために、図１に示す偏光画像計測表示システム１０を準備し、撮像する異なる偏光状態の光強度画像の枚数や、偏光画像計測表示システム１０で用いられる種々の初期値や条件を設定する。
【０１３０】
次に、ステップＳ１０２において、偏光画像計測表示システム１０の偏光撮像系１２の偏光照射部２４によって生体の所定部位に、その表層から所定の偏光状態の照射光をそれぞれ照射する。
【０１３１】
続いて、ステップＳ１０４において、偏光照射部２４によって照射された所定の偏光状態の照射光による、所定部位の表層からの所定の偏光状態の反射光を撮像部２６によって撮像して１枚の偏光変調された、生体の所定部位の表層の光強度画像（データ）を計測し取得する。
【０１３２】
次に、ステップＳ１０６において、取得された光強度画像（データ）が所定枚数、好ましくは、少なくとも１６枚、例えば、２５枚に達しているかどうかの判断をして、所定枚数に達していなければ（ＮＯ）、ステップＳ１０２に戻り、偏光照射部２４から偏光状態を変えて照射光を生体の所定部位に照射する照射光照射ステップＳ１０２と次のステップＳ１０４の、照射光の偏光状態に対応して変更された偏光状態の反射光を撮像部２６で撮像して１枚の光強度画像（データ）を取得する撮像ステップＳ１０４とを、所定枚数に達するまで繰り返し、所定枚数に達していれば、次のステップＳ１０８に移る。
【０１３３】
次に、ステップＳ１０８において、撮像部２６によって取得された少なくとも１６枚の光強度画像（データ）に偏光変換処理部１４によって偏光変換処理を行い、すなわち、サブステップＳ１１０で、偏光変換処理部１４のミューラー画像変換部２８のミューラー画像変換処理によって、１６枚のミューラー画像（データ）を得て、さらに、サブステップＳ１１２で、偏光変数分離処理部３０によって、所定部位の表層に表出する表出組織を前記表層の組織と識別するための、物理的意味の明確な偏光変数（データ）（位相差、位相差方位、偏光解消度、光の偏光度、二色性、二色性方位、旋光、光の偏光方位、Ｐ/Ｓ偏光）に分離変換して、所定の偏光変数（偏光特性）による偏光特性画像（データ）を取得する。
【０１３４】
続いて、ステップＳ１１４において、偏光変換処理部１４で得られた偏光特性画像（データ）を、表示変換処理部１６によって、所定部位の表層に表出する表出組織が表層の組織と識別可能に可視化して表示するために疑似カラーに着色された表示用画像（データ）に変換する。
【０１３５】
なお、ステップＳ１０８で、偏光変数分離処理部３０によって偏光特性画像（データ）を取得した後、分離後画像形成部８４によって、この偏光特性画像の中の注目領域に対して強調処理を施し、強調処理偏光特性画像（データ）を形成し、続くステップＳ１１４で、分離後画像形成部８４によって形成された強調処理偏光特性画像（データ）に対して、表示変換処理部１６によって表示変換処理を行い、疑似カラーに着色された表示用画像（データ）に変換してもよい。
【０１３６】
また、ステップＳ１１４で、表示変換処理部１６によって表示用画像（データ）を取得した後、画像合成部２２によって、表示変換処理部１６で得られた表示用画像（データ）に基づいて、あらかじめ撮像されている同一部位の、偏光解消度画像、光の偏光度画像、位相差画像、位相差の方位画像、吸収の方位画像、旋光画像のうちの２以上を組み合わせて表示、例えば、２以上の偏光特性画像を重ねて、もしくは並べて表示するための合成画像情報を生成し、表示部１８に、合成画像情報（データ）に基づく合成画像を表示させてもよい。
【０１３７】
次に、ステップＳ１１６において、表示変換処理部１６で得られた表示用画像（データ）に基づいて、所定部位の表層に表出する表出組織が表層の組織と識別可能に可視化して表示するために、医師が判断しやすい表示色として疑似カラーに着色された表示用画像を表示部１８のモニタ画面に表示する。
こうして、本発明に係る偏光画像表示方法は終了する。
【０１３８】
なお、本発明者らは、この偏光画像計測表示システム１０を用い、上述の偏光画像表示方法を実施して、偏光撮像系１２にて胃のがん部の表面を計測して、表示部１８のモニタ画面に表示したところ、胃の正常部には見られなかった差が明確にあることをモニタ画面で確認できた。
【０１３９】
なお、本発明に係る偏光画像表示方法において、別のステップで、通常カラー撮像系２０によって所定部位に通常観察用の照明光を照射してその反射光を撮像して通常のカラー光強度画像情報（データ）を取得しておき、次のステップで、画像合成部２２によって、表示変換処理部１６で得られた表示用偏光特性画像情報（データ）及び通常カラー撮像系２０で得られた通常のカラー光強度画像情報（データ）に基づいて、表示用偏光特性画像と通常のカラー光強度画像とを重ねて、もしくは並べて表示するための合成画像情報（データ）を生成し、次のステップで、表示部１８に、合成画像情報（データ）に基づく合成画像を表示させても良い。
【０１４０】
また、本発明において、図１に示す偏光撮像系（光源、偏光カメラ）１２によって、４枚の偏光変調した生体の光強度画像を計測し、位相差画像、位相差方位画像に変換し、医師が判断しやすい表示色として表示部１８のモニタ画面に表示することもできる。
この光学系にて、胃のがん部の表面を計測したところ、胃の正常部には見られなかった位相差が明確にあることを確認できた。
【０１４１】
さらに、本発明においては、図１に示す偏光画像計測表示システム１０の偏光撮像系１２によって、４枚及び３枚の偏光変調した生体の所定部位の表層の光強度画像を計測し、それぞれの場合について、偏光変換処理部１４で偏光変換処理を行い、位相差画像及び位相差方位画像に変換し、表示変換処理部１６において疑似カラーに着色された表示用画像情報に変換し、医師が判断しやすい表示色として表示部１８のモニタ画面に表示する。
【０１４２】
なお、本発明者らは、この光画像計測表示システム１０を用い、偏光撮像系１２にて、胃のがん部の表面を計測したところ、４枚の光強度画像の場合も、３枚の光強度画像の場合も、胃の正常部には見られなかった差が明確にあることをモニタ画面で確認できた。
【０１４３】
次に、本発明の内視鏡診断装置の第１実施形態について説明する。
【０１４４】
図１２は、本発明に係る内視鏡診断装置の構成を表す第１実施形態の外観図、図１３は、その内部構成を表すブロック図である。これらの図に示すように、内視鏡診断装置１０１は、複数種類の照明光を発生する光源装置１０５と、光源装置１０５から発せられる照明光を導光して被検体の被観察領域に照射し、その反射光を撮像して画像信号を出力する内視鏡装置１０３と、内視鏡装置１０３により撮像された画像を画像処理して照明光に対応する内視鏡画像等を出力するプロセッサ装置１０７と、プロセッサ装置１０７によって画像処理して得られた内視鏡画像等を表示する表示装置１０８と、入力操作を受け付ける入力装置１１０とによって構成されている。
【０１４５】
ここで、内視鏡診断装置１０１は、白色光を被検体に照射し、その反射光を撮像して白色光画像を表示（観察）する白色光観察モードと、偏光光を被検体に照射し、その反射光を撮像して偏光特性画像を表示する偏光光観察モードと、蛍光観察用の励起光を蛍光薬剤が注射された被検体に照射し、励起光が照射された薬剤から発せられる自家蛍光を撮像して蛍光画像を表示する蛍光観察モードとを有する。各観察モードは、内視鏡装置１０３の切り替えスイッチ１５８や入力装置１１０から入力される指示に基づき、適宜切り替えられる。
【０１４６】
光源装置１０５は、白色光光源１１１と、狭帯域フィルタ１１５と、偏光フィルタ１１７と、レンズ１１９等の光学系と、分波器であるカプラ１２０と、回転制御部１１３とによって構成されている。
【０１４７】
白色光光源１１１は、光源装置１０５の電源がオンのときに常にオンして白色光を発する。白色光光源１１１は、白色光を発するものであれば何ら制限はなく、例えば、キセノンランプや、蛍光灯、水銀灯などの白色灯が使用される。
【０１４８】
狭帯域フィルタ１１５は、白色光光源１１１から発せられた白色光から、所定の狭帯域の狭帯域光のみを透過させるバンドパスフィルタである。狭帯域フィルタ１１５は、円板形状で、白色光をそのまま通過させる光通過部と、７５０〜７９０ｎｍの第１狭帯域光のみを通過させる第１光透過部と、４０５±１０ｎｍの第２狭帯域光のみを透過させる第２光透過部とを有する。狭帯域フィルタ１１５は、白色光光源１１１とレンズ１１９との間の光路に対して垂直に配置され、回転制御部１１３の制御の基で、図示していないモータによって適宜回転される。白色光観察モードの場合には、光通過部が光路内に挿入され、白色光がそのまま通過する。蛍光観察モードの場合には、第１光透過部が光路内に挿入されて、第１狭帯域光のみが透過し、偏光光観察モードの場合には、第２光透過部が光路内に挿入されて、第２狭帯域光のみが透過する。
【０１４９】
本実施形態では、蛍光画像を撮像する場合の蛍光薬剤として、ＩＣＧ（インドシアニングリーン）を使用する。第１狭帯域光は、被検体の体内に投入されたＩＣＧから蛍光を発せさせるための蛍光観察用の励起光であり、その波長および帯域は、使用する蛍光薬剤の種類に応じて適宜決定すべきものである。また、第２狭帯域光は、偏光特性画像を得るための偏光光を発生させるための照射光である。第２狭帯域光の波長および帯域は何ら限定されず、上記はその一例である。
【０１５０】
偏光フィルタ１１７は、その回転角度に応じて、狭帯域フィルタ１１５を介して入射された照明光（第２狭帯域光）を、例えば、１フレーム毎に１つずつ、合計４種類の偏光状態の異なる偏光光に順次変換する。偏光フィルタ１１７は、円板形状で、照明光をそのまま通過させる光通過部と、照明光を偏光光に変換する光偏光部とを有する。偏光フィルタ１１７は、光路に対して垂直に配置され、回転制御部１１３の制御の基で、図示していないモータによって適宜回転される。白色光観察モードおよび蛍光観察モードの場合には、光通過部が光路内に挿入されて、照明光（白色光および第１狭帯域光）がそのまま通過する。偏光光観察モードの場合には、光偏光部が光路内に挿入され、回転制御部１１３によって回転制御され、その回転角度に応じて、照明光（第２狭帯域光）が、例えば、１フレーム毎に１つずつ、合計４種類の偏光状態の異なる偏光光に順次変換される。
【０１５１】
回転制御部１１３は、プロセッサ装置１０７の制御部１５２の制御の基で、前述のように、狭帯域フィルタ１１５および偏光フィルタ１１７の回転を制御する。白色光光源１１１から発せられた白色光は、回転制御部１１３の制御の基で、狭帯域フィルタ１１５および偏光フィルタ１１７を経てレンズ１１９で集光され、カプラ１２０に入射される。白色光観察モードの場合には、狭帯域フィルタ１１５の光通過部および偏光フィルタ１１７の光通過部が光路内に挿入され、白色光がカプラ１２０に入射される。また、蛍光観察モードの場合には、狭帯域フィルタ１１５の第１光透過部および偏光フィルタ１１７の光通過部が光路内に挿入され、第１狭帯域光がカプラ１２０に入射される。偏光光観察モードの場合には、狭帯域フィルタ１１５の第２光透過部および偏光フィルタ１１７の光偏光部が光路内に挿入され、第２狭帯域光の偏光光がカプラ１２０に入射される。
【０１５２】
カプラ１２０は、レンズ１１９によって集光された照明光を、２系統の同一の照明光に分配する。分配された２系統の照明光は、それぞれ内視鏡装置１０３の２つの光ファイバ１４２Ａ、１４２Ｂの入射端に入射される。
【０１５３】
続いて、内視鏡装置１０３は、被検体内に挿入される内視鏡挿入部１２２の先端から２系統（２灯）の照明光を出射する照明光学系と、被観察領域を撮像する２系統（２眼）の撮像光学系とを有する、電子内視鏡である。内視鏡装置１０３は、内視鏡挿入部１２２と、内視鏡挿入部１２２の先端の湾曲操作や観察のための操作を行う操作部１２４と、内視鏡装置１０３を光源装置１０５およびプロセッサ装置１０７に着脱自在に接続するコネクタ部１２６Ａ，１２６Ｂとを備える。
【０１５４】
内視鏡挿入部１２２は、可撓性を持つ軟性部１２８と、湾曲部１３０と、先端部（以降、内視鏡先端部とも呼称する）１３２とから構成されている。
【０１５５】
湾曲部１３０は、軟性部１２８と先端部１３２との間に設けられ、操作部１２４に配置されたアングルノブ１３４の回動操作により湾曲自在に構成されている。この湾曲部１３０は、内視鏡装置１０３が使用される被検体の部位等に応じて、任意の方向、任意の角度に湾曲でき、内視鏡先端部１３２の照射口１３６Ａ，１３６Ｂ及び撮像素子１３８Ａ、１３８Ｂの観察方向を、所望の観察部位に向けることができる。
【０１５６】
内視鏡先端部１３２には、図１３に示すように、被観察領域へ光を照射する２系統の照射口１３６Ａ，１３６Ｂと、被観察領域からの反射光ないし蛍光を撮像する２系統の観察窓１４０Ａ，１４０Ｂが配置されている。
【０１５７】
照射口１３６Ａ，１３６Ｂの奥には、それぞれ、ライトガイドとしての光ファイバ１４２Ａ、１４２Ｂが収納されている。光ファイバ１４２Ａ、１４２Ｂは、マルチモードファイバであり、一例として、コア径１０５μｍ、クラッド径１２５μｍ、外皮となる保護層を含めた径がφ０．３〜０．５ｍｍの細径なファイバケーブルを使用できる。光ファイバ１４２Ａ、１４２Ｂは、光源装置１０５からコネクタ部１２６Ａを介して内視鏡先端部１３２まで敷設されており、光源装置１０５から発せられ、光ファイバ１４２Ａ、１４２Ｂによって内視鏡先端部１３２まで導かれた照明光は、照射口１３６Ａ，１３６Ｂから被検体の被観察領域に照射される。
【０１５８】
ここで、内視鏡先端部１３２において、照射口１３６Ａ，１３６Ｂは、図１４に示すように、観察窓１４０Ａを挟んでその両脇側に配置されている。この場合、光ファイバ１４２Ａ、１４２Ｂは、両者を結ぶ線が観察窓１４０Ａ上を横切るように、観察窓１４０Ａを挟んでその両脇側に配置されている。従って、両脇側に配置された光ファイバ１４２Ａ、１４２Ｂから同一照明光（白色光、蛍光観察用の励起光、偏光光）を照射することにより、照明光の照明むらの発生を防止することができる。
【０１５９】
観察窓１４０Ａの奥には、被検体の被観察領域の像光を取り込むための対物レンズユニット１４４Ａ等の光学系が取り付けられ、さらに対物レンズユニット１４４Ａの奥には、被観察領域の画像情報を取得するＣＣＤ(Charge Coupled Device）イメージセンサやＣＭＯＳ(Complementary Metal-Oxide Semiconductor）イメージセンサ等の撮像素子１３８Ａが取り付けられている。撮像素子１３８Ａの受光面には、受光される光のうち、第１狭帯域光（蛍光観察用の励起光）を含む所定帯域の波長の光をカット（遮光）する励起光カットフィルタ１４６Ａが装着されている。同様に、観察窓１４０Ｂの奥には、対物レンズユニット１４４Ｂ等の光学系が取り付けられ、さらに対物レンズユニット１４４Ｂの奥には、撮像素子１３８Ｂが取り付けられている。撮像素子１３８Ｂの受光面には、受光面で受光される光を、４種類の異なる偏光状態の偏光光に同時に変換するパターニング素子１４６Ｂが装着されている。撮像素子１３８Ｂは偏光光観察用、撮像素子１３８Ａは、それ以外の観察用（白色光観察用、蛍光観察用）である。
【０１６０】
パターニング素子１４６Ｂは、同様の機能を果たすものであれば何ら限定されず、例えば、図４（ｂ）に示すものの他、図１５に示すように、左上の偏光角（軸（屈折率の高い方向）の角度）０°の矩形状の偏光子、右下の偏光角９０°の矩形状の偏光子、右上の偏光角４５°の矩形状の偏光子、及び左下の偏光角１３５°の矩形状の偏光子が２×２のアレイ状に配置されて、光強度偏光画像の１画素となるもの等を用いることができる。また、３種類の異なる偏光状態の偏光光に変換するパターニング素子を用いてもよい。
【０１６１】
ここで、白色光観察モードの場合、光源装置１０５から発せられる白色光が光ファイバ１４２Ａ、１４２Ｂによって導光され、内視鏡先端部１３２から被検体の被観察領域に向けて照射される。そして、白色光が照射された被検体の被観察領域からの反射光が対物レンズユニット１４４Ａにより集光され、励起光カットフィルタ１４６Ａにより励起光を含む所定帯域の波長の光がカットされた後、撮像素子１３８Ａによって白色光画像が撮像される。
【０１６２】
同様に、蛍光観察モードの場合、光源装置１０５から発せられる励起光が光ファイバ１４２Ａ、１４２Ｂによって導光され、内視鏡先端部１３２から、ＩＣＧを注射された被検体の被観察領域に向けて照射される。そして、励起光が照射された被検体の被観察領域の蛍光薬剤から発せられる自家蛍光が対物レンズユニット１４４Ａにより集光され、励起光カットフィルタ１４６Ａにより励起光を含む所定帯域の波長の光がカットされた後、撮像素子１３８Ａによって蛍光画像が撮像される。
【０１６３】
偏光光観察モードの場合、光源装置１０５から発せられる、偏光状態の異なる４種類の偏光光が光ファイバ１４２Ａ、１４２Ｂによって順次導光され、内視鏡先端部１３２から被検体の被観察領域に向けて照射される。そして、偏光状態の異なる偏光光が照射される毎に、偏光光が照射された被検体の被観察領域からの反射光が対物レンズユニット１４４Ｂにより集光され、パターニング素子１４６Ｂにより４種類の異なる偏光状態の偏光光とされた後、撮像素子１３８Ｂによって光強度偏光画像が撮像される。つまり、合計で１６種類の偏光状態の異なる偏光光の光強度偏光画像が撮像される。
【０１６４】
撮像素子１３８Ａから出力される各画像（白色光画像、蛍光画像）の撮像信号（アナログ信号）は、スコープケーブル１４８Ａを通じてＡ／Ｄ変換器１５０Ａに入力される。また、撮像素子１３８Ｂから出力される画像（光強度偏光画像）の撮像信号（アナログ信号）は、スコープケーブル１４８Ｂを通じてＡ／Ｄ変換器１５０Ｂに入力される。Ａ／Ｄ変換器１５０Ａ、１５０Ｂは、それぞれ、撮像素子１３８Ａ、１３８Ｂからの撮像信号（アナログ信号）を画像信号（デジタル信号）に変換する。変換後の画像信号は、コネクタ部１２６Ｂを介してプロセッサ装置１０７の画像処理部１５４に入力される。
【０１６５】
なお、図示はしていないが、操作部１２４及び内視鏡挿入部１２２の内部には、組織採取用処置具等を挿入する鉗子チャンネルや、送気・送水用のチャンネル等、各種のチャンネルが設けられている。
【０１６６】
続いて、プロセッサ装置１０７は、制御部１５２と、画像処理部１５４と、記憶部１５６とを備えている。制御部１５２には、表示装置１０８および入力装置１１０が接続されている。プロセッサ装置１０７は、内視鏡装置１０３の切り替えスイッチ１５８や入力装置１１０から入力される指示に基づき、光源装置１０５の回転制御部１１３を制御するとともに、内視鏡装置１０３から入力される画像信号を画像処理し、表示用画像を生成して表示装置１０８に出力する。
【０１６７】
制御部１５２は、内視鏡装置１０３の切り替えスイッチ１５８や入力装置１１０からの指示、例えば、観察モード、画像表示モード等の指示に基づいて、画像処理部１５４および光源装置１０５の回転制御部１１３の動作を制御する。画像表示モードは、白色光画像、蛍光画像、所定の偏光特性による偏光特性画像のいずれかを表示する、２以上の画像（白色光画像、蛍光画像、偏光特性画像）を組み合わせて表示する、例えば、２以上の画像を重ね合わせて表示する、並べて表示する、演算処理して表示する等の画像の表示形態を指定する指示である。
【０１６８】
画像処理部１５４は、制御部１５２の制御の基で、観察モードに基づき、白色光画像、蛍光画像、偏光特性画像の画像種別に応じて、内視鏡装置１０３から入力される画像信号に対して所定の画像処理を施す。画像処理部１５４で処理された画像信号は、制御部１５２に送られて、制御部１５２で各種情報と共に内視鏡観察画像にされて表示装置１０８に表示され、必要に応じて、メモリやストレージ装置からなる記憶部１５６に記憶される。
【０１６９】
画像処理部１５４は、白色光画像処理部１５４Ａと、蛍光画像処理部１５４Ｂと、偏光画像処理部１５４Ｄと、画像合成部１５４Ｅとを備えている。白色光観察モードおよび蛍光観察モードの場合には、Ａ／Ｄ変換器１５０Ａによりデジタル信号に変換された画像信号が、白色光画像処理部１５４Ａおよび蛍光画像処理部１５４Ｂに供給される。また、偏光光観察モードの場合には、Ａ／Ｄ変換器１５０Ｂによりデジタル信号に変換された画像信号が、偏光画像処理部１５４Ｄに供給される。
【０１７０】
白色光画像処理部１５４Ａは、白色光観察モードの場合に、白色光画像の画像信号に対して、白色光画像に適した所定の画像処理を施し、白色光画像信号（白色光画像）を出力（生成）する。画像処理としては、例えば、ホワイトバランス補正、ガンマ補正、輪郭強調、色補正等が含まれる。白色光画像処理部１５４Ａは、図１に示す通常カラー撮像系に含まれる画像処理部に相当するものである。
【０１７１】
蛍光画像処理部１５４Ｂは、蛍光観察モードの場合に、蛍光画像の画像信号に対して、蛍光画像に適した所定の画像処理を施し、蛍光画像信号（蛍光画像）を出力する。画像処理には、上記に加えてデジタルゲイン、フレーム加算、デジタルビニング等の高感度化処理が含まれる。デジタルゲインは、デジタル画像データを所定の増幅率で増幅する処理である。フレーム加算は、撮像素子１３８Ａによって撮像される、連続する複数のフレームの画像データを加算する処理である。デジタルビニングは、撮像素子１３８Ａの隣あう複数の撮像画素（ピクセル）を１組とし、受光面積を大きくして撮像素子１３８Ａの感度を上げる処理である。
【０１７２】
偏光画像処理部１５４Ｄは、偏光光観察モードの場合に、光強度偏光画像の画像信号に対して、光強度偏光画像に適した所定の画像処理を施し、所定の偏光特性による偏光画像信号（偏光特性画像）を出力する。画像処理には、上記に加えて、偏光変換処理および表示変換処理が含まれる。また、偏光画像処理部１５４Ｄでは、画像表示モードに応じて、所定の偏光特性の偏光特性画像が生成される。偏光画像処理部１５４Ｄは、図１に示す偏光変換処理部１４および表示変換処理部１６に相当するものである。
【０１７３】
白色光画像信号、蛍光画像信号および偏光画像信号は、例えば、１枚（１フレーム）の画像を単位として記憶部１５６に記憶される。
【０１７４】
画像合成部１５４Ｅは、画像表示モードに従って、記憶装置に記憶された白色光画像信号、蛍光画像信号および偏光画像信号に基づき、白色光画像、蛍光画像および偏光特性画像から２以上の画像を組み合わせて合成画像を生成し、合成画像信号を出力する。画像合成部１５４Ｅは、合成画像として、２以上の画像（白色光画像、蛍光画像、偏光特性画像）を重ね合わせたり、並べて配置したり、演算処理した合成画像を生成する。画像合成部１５４Ｅは、図１に示す画像合成部２２に相当するものである。
【０１７５】
画像処理部１５４からは、白色光画像信号、蛍光画像信号、偏光画像信号および合成画像信号が出力され、制御部１５２に入力される。制御部１５２により、画像表示モードに従って、白色光画像信号、蛍光画像信号、偏光画像信号および合成画像信号に基づき、白色光画像、蛍光画像、偏光特性画像および合成画像のいずれかが表示装置１０８に表示される。
【０１７６】
次に、内視鏡診断装置１０１の動作を説明する。
まず、白色光観察モードのときの動作を説明する。
【０１７７】
観察モードや画像表示モード等の指示が、内視鏡装置１０３の切り替えスイッチ１５８や入力装置１１０からプロセッサ装置１０７の制御部１５２に入力される。そして、制御部１５２により、観察モードに従って、画像処理部１５４および光源装置１０５の回転制御部１１３が制御される。光源装置１０５では、回転制御部１１３により、観察モードに従って、狭帯域フィルタ１１５および偏光フィルタ１１７の回転が制御される。
【０１７８】
白色光観察モードの場合、光源装置１０５では、狭帯域フィルタ１１５の光通過部および偏光フィルタ１１７の光通過部が光路内に挿入され、白色光光源１１１から発せられた白色光がそのままレンズ１１９で集光された後、カプラ１２０により２系統の照明光（白色光）に分配される。
【０１７９】
内視鏡装置１０３では、光源装置１０５から発せられた２系統の白色光が、それぞれの光ファイバ１４２Ａ、１４２Ｂにより導光され、照射口１３６Ａ，１３６Ｂから被検体の被観察領域に照射される。そして、被観察領域からの反射光（白色光）が対物レンズユニット１４４Ａにより集光され、励起光カットフィルタ１４６Ａにより励起光を含む所定帯域の波長の光がカットされた後、撮像素子１３８Ａにより光電変換されて白色光画像の撮像信号（アナログ信号）が出力される。
【０１８０】
白色光画像の撮像信号は、Ａ／Ｄ変換器１５０Ａにより画像信号（デジタル信号）に変換され、観察モードに従って、白色光画像処理部１５４Ａにより白色光画像に適した所定の画像処理が施され、白色光画像信号が出力される。
【０１８１】
画像表示モードに従って、白色光画像信号が表示装置１０８に出力され、白色光画像が表示装置１０８上に表示される。
【０１８２】
観察が終了すると、内視鏡挿入部１２２が被検体の体腔内から取り出され、各装置の電源がオフとされる。
【０１８３】
続いて、蛍光観察モードのときの動作を説明する。
【０１８４】
蛍光観察モードの場合、観察開始前に、蛍光薬剤としてＩＣＧが被検体に静脈注射される。
【０１８５】
光源装置１０５では、狭帯域フィルタ１１５の第１光透過部および偏光フィルタ１１７の光通過部が光路内に挿入され、白色光光源１１１から発せられた白色光のうちの第１狭帯域光がレンズ１１９で集光された後、カプラ１２０により２系統の照明光（蛍光観察用の励起光）に分配される。
【０１８６】
内視鏡装置１０３では、光源装置１０５から発せられた２系統の励起光が、同様に被検体の被観察領域に照射される。そして、励起光が照射された被検体の被観察領域のＩＣＧから発せられる蛍光が対物レンズユニット１４４Ａにより集光され、励起光カットフィルタ１４６Ａにより励起光を含む所定帯域の波長の光がカットされた後、撮像素子１３８Ａにより光電変換されて蛍光画像の撮像信号（アナログ信号）が出力される。
【０１８７】
蛍光画像の撮像信号は、Ａ／Ｄ変換器１５０Ａにより画像信号（デジタル信号）に変換され、観察モードに従って、蛍光画像処理部１５４Ｂにより蛍光画像に適した所定の画像処理が施され、蛍光画像信号が出力される。
【０１８８】
画像表示モードに従って、蛍光画像信号が表示装置１０８に出力され、蛍光画像が表示装置１０８上に表示される。蛍光観察モードでは、励起光の波長に応じて、被観察領域の表面から所定の深さの血管やリンパ管が強調された蛍光画像を得ることができる。本実施形態のように、励起光の波長が７５０〜７９０ｎｍの近赤外光である場合には、被観察領域の表面から２〜３ｍｍの深層血管等を観察することができる。一般的に、励起光の波長が短くなるに従って、被観察領域の中層〜表層血管等を観察することができる。
【０１８９】
観察が終了すると、内視鏡挿入部１２２が被検体の体腔内から取り出され、各装置の電源がオフとされる。
【０１９０】
続いて、偏光光観察モードのときの動作を説明する。
【０１９１】
偏光光観察モードの場合、光源装置１０５では、狭帯域フィルタ１１５の第１光透過部および偏光フィルタ１１７の光偏光部が光路内に挿入され、白色光光源１１１から発せられた白色光のうちの第２狭帯域光が偏光光に変換されてレンズ１１９で集光された後、カプラ１２０により２系統の照明光（偏光光）に分配される。
【０１９２】
ここで、前述のように、偏光光観察モードの場合には、偏光フィルタ１１７の回転角度に応じて、照明光（第２狭帯域光）が、例えば、１フレーム毎に１つずつ、合計４種類の偏光状態の異なる偏光光に順次変換される。
【０１９３】
内視鏡装置１０３では、光源装置１０５から発せられた２系統の偏光光が、同様に被検体の被観察領域に照射される。そして、被観察領域からの反射光（偏光光）が対物レンズユニット１４４Ｂにより集光され、パターニング素子１４６Ｂにより４種類の異なる偏光状態の偏光光に変換された後、撮像素子１３８Ｂにより光電変換されて光強度偏光画像の撮像信号（アナログ信号）が出力される。
【０１９４】
上記のように、偏光光観察モードの場合には、１フレーム毎に１つずつ、合計４種類の偏光状態の異なる偏光光が被検体の被観察領域に順次照射され、偏光光が照射される毎に、パターニング素子１４６Ｂにより４種類の異なる偏光状態の偏光光に同時に変換される。つまり、本実施形態の場合、撮像素子１３８Ｂからは、４フレーム毎に、照射４種類×変換４種類＝１６種類の光強度偏光画像の撮像信号が順次出力される。
【０１９５】
１６種類の光強度偏光画像の撮像信号は、Ａ／Ｄ変換器１５０Ｂにより画像信号（デジタル信号）に変換され、観察モードに従って、偏光画像処理部１５４Ｄにより光強度偏光画像に適した所定の画像処理が施され、偏光画像信号が出力される。偏光光観察モードの場合、１６種類の光強度偏光画像の画像信号に対して偏光変換処理および表示変換処理が施され、画像表示モードに従って、所定の偏光特性の偏光特性画像の偏光画像信号が生成される。
【０１９６】
画像表示モードに従って、偏光画像信号が表示装置１０８に出力され、所定の偏光特性画像が表示装置１０８上に表示される。偏光光観察モードでは、膠原線維や神経線維が強調された偏光特性画像を得ることができる。
【０１９７】
観察が終了すると、内視鏡挿入部１２２が被検体の体腔内から取り出され、各装置の電源がオフとされる。
【０１９８】
続いて、合成画像について説明する。
【０１９９】
内視鏡診断装置１０１では、上記のように、観察モードに応じて、白色光画像、蛍光画像および偏光特性画像を撮像し、画像表示モードに応じて、２以上の画像を組み合わせた合成画像（重ね合わせ表示、並列表示、演算処理表示）を表示させることができる。画像合成部１５４Ｅは、同一被観察領域（被観察部位）の、白色光画像、蛍光画像および偏光特性画像のうちの２以上の画像が撮像された後、画像表示モードに従って、白色光画像、蛍光画像および偏光特性画像のうちの２以上の画像を重ね合わせたり、並べて配置したり、演算処理した合成画像を生成する。
【０２００】
図１６は、合成画像として、白色光画像、偏光特性画像および蛍光画像を横一列に並べて配置した場合の一例を表す概念図である。同図に示すように、白色光画像では、識別が難しい病変部等であっても、合成画像として、例えば、蛍光画像と偏光特性画像を並べて表示させることにより、蛍光画像で血管やリンパ管を強調表示し、偏光特性画像で膠原線維や神経線維を強調表示することができる。このように、蛍光画像と偏光特性画像を並べて表示させることにより、１枚の合成画像で血管、リンパ管、膠原線維、神経線維等を同時に観察することができるため、医師による診断精度を向上させることができる。
【０２０１】
なお、白色光画像を蛍光画像および偏光特性画像の隣に並べて表示することは必須ではない。しかし、白色光画像を並べて表示することにより、蛍光画像および偏光特性画像における被検体の被観察領域の各部位を視認しやすくなるという利点がある。また、偏光特性画像（偏光特性画像情報）としては、前述のように、偏光解消度、光の偏光度、位相差、位相差の方位、吸収の方位、旋光の偏光特性等を含む各種の偏光特性画像を例示することができる。
【０２０２】
次に、本発明の内視鏡診断装置の第２実施形態について説明する。
【０２０３】
図１７は、本発明に係る内視鏡診断装置の構成を表す第２実施形態の外観図、図１８は、その内部構成を表すブロック図である。第１実施形態の内視鏡診断装置１０１と第２実施形態の内視鏡診断装置１００との違いは、光源装置１０４、内視鏡装置１０２およびプロセッサ装置１０６の一部だけであるから、以下の説明では、両者の間で共通の構成要素に同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【０２０４】
すなわち、内視鏡診断装置１００は、図１７および図１８に示すように、光源装置１０４と、内視鏡装置１０２と、プロセッサ装置１０６と、表示装置１０８と、入力装置１１０とによって構成されている。
【０２０５】
ここで、内視鏡診断装置１００は、白色光観察モード、偏光光観察モード、蛍光観察モードに加えて、さらに、狭帯域光を被検体に照射し、その反射光を撮像して狭帯域光画像を表示（観察）する狭帯域光観察モードを有する。
【０２０６】
光源装置１０４は、光源制御部１１２と、互いに中心発光波長の異なるレーザ光を発する複数のレーザ光源ＬＤ１〜ＬＤ５と、光分配器１１４と、偏光変調器１１６と、コンバイナ１１８と、カプラ１２０とによって構成されている。
【０２０７】
本実施形態において、レーザ光源ＬＤ１〜ＬＤ５からは、それぞれ、中心発光波長が４０５ｎｍ、４４５ｎｍ、５３０ｎｍ、６６５ｎｍ、７８５ｎｍの所定の狭帯域の狭帯域光が発せられる。ＬＤ１は紫色レーザ光を出射する狭帯域光観察用、および、偏光光観察用の光源であり、ＬＤ３は組織深層の太い血管観察に適した狭帯域光観察用の光源である。ＬＤ２は、励起光として青色レーザ光を照射して、後述する蛍光体１６０から白色光を発生させるための白色光観察用の光源である。ＬＤ４は、特定波長のレーザ光を比較的強い出力で生体組織表面に照射して癌などの腫瘍を治療する光線力学的治療（Photodynamic Therapy：ＰＤＴ）を行うための光源である。そして、ＬＤ５は、血管に注入したＩＣＧの蛍光観察用の励起光を出射する光源である。
【０２０８】
本実施形態において、レーザ光源ＬＤ１は、同一波長の照明光（狭帯域光）を用いる狭帯域光観察用の光源、および、偏光光観察用の光源として共用される。偏光光は、狭帯域光ではなく、例えば、白色光等の広帯域光を発する光源を使用することもできるが、狭帯域光を発する光源を使用した方が偏光光に変換しやすく、適していることが知られている（R.M.A. AZZAM and N.M. BASHARA, "ELLIPSOMETRY AND POLARIZED LIGHT", North-Holland Pub. Co., １９８７年４月１日、p. 398）。従って、狭帯域光観察用の光源と偏光光観察用の光源を共用することにより、１つの光源を２種類の特殊光観察用の光源として使用することができ、必要な光源の個数を削減することができるとともに、偏光光にも変換しやすくなるというメリットがある。
【０２０９】
また、ＬＤ１は、光線力学的診断（Photodynamic Diagnosis：ＰＤＤ）を行うための照明光としても用いる。ＰＤＤは、予め腫瘍親和性があり、かつ、特定の励起光に対して感応する光感受性物質を生体（被検体）に投与した後、励起光となるレーザ光を比較的弱い出力で生体組織表面に照射して、癌などの腫瘍の病巣部で光感受性物質の濃度が高くなった部位からの蛍光を観察する診断方法である。ＰＤＤにより特定された病巣部に対して、ＰＤＴ治療が施される。
【０２１０】
これらのレーザ光源ＬＤ１〜ＬＤ５は、プロセッサ装置１０６の制御部１５２によって制御される光源制御部１１２によりそれぞれ個別に調光制御されており、各レーザ光源ＬＤ１〜ＬＤ５の発光のタイミングや光量比は変更自在になっている。
【０２１１】
上記のレーザ光源ＬＤ１〜ＬＤ５は、ブロードエリア型のＩｎＧａＮ系レーザダイオードが利用でき、また、ＩｎＧａＮＡｓ系レーザダイオードやＧａＮＡｓ系レーザダイオード等を用いることもできる。また、上記光源として、発光ダイオード等の発光体を用いた構成としてもよい。また、ＬＤ２は、白色光を発するキセノンランプや、蛍光灯、水銀灯などの白色灯等を使用してもよい。なお、白色光観察用の光源として、白色光を発する白色灯等を使用した場合には、後述する蛍光体１６０は不要である。
【０２１２】
また、レーザ光源ＬＤ１〜ＬＤ５の中心発光波長は、上記例に限定されず、必要に応じて適宜変更することができる。
【０２１３】
レーザ光源ＬＤ１から出射されるレーザ光は、光分配器１１４に入力される。光分配器１１４は、レーザ光源ＬＤ１から発せられるレーザ光を、同一波長の２つのレーザ光に分配する。光分配器１１４は、例えば、レーザ光を透過光と反射光に分配するビームスプリッタ（ハーフミラー）やビームスプリッタからの反射光を反射する反射ミラー等によって構成することができる。
【０２１４】
偏光変調器１１６は、光分配器１１４から出力される一方のレーザ光を、偏光光観察用の偏光状態の異なる複数の偏光光、本実施形態では、偏光状態の異なる４種類の偏光光に順次変調して出力する。なお、偏光変調器１１６の具体的な構成は何ら限定されないが、例えば、図２に示す第１偏光フィルタ部４０ａや、図３に示す第１偏光フィルタ部４６ａと同様の構成のものを利用することができる。
【０２１５】
光分配器１１４から出力される他方のレーザ光（ＬＤ１）、偏光変調器１１６から出力される偏光光、および、各レーザ光源ＬＤ２〜ＬＤ５から出射されるレーザ光は、集光レンズ（図示略）を介してそれぞれ対応する光ファイバに入力され、合波器であるコンバイナ１１８と、分波器であるカプラ１２０を介してコネクタ部１２６Ａに伝送される。なお、これに限らず、コンバイナ１１８とカプラ１２０を用いずに、光分配器１１４から出力されるレーザ光、偏光変調器１１６から出力される偏光光、および、各光源ＬＤ２〜ＬＤ５からのレーザ光を直接コネクタ部１２６Ａに送出する構成であってもよい。
【０２１６】
なお、出射される照明光の切り替えは、図１７に示す内視鏡装置１０２の切り替えスイッチ１５８の操作、入力装置１１０からの操作、或いは光源装置１０４によって、任意のタイミング、又はプログラムされた規定のタイミングで行うことができる。
【０２１７】
続いて、内視鏡装置１０２は、内視鏡挿入部１２２の先端から４系統（４灯）の照明光を出射する照明光学系と、被観察領域を撮像する２系統（２眼）の撮像光学系とを有する、電子内視鏡である。第１実施形態の内視鏡装置１０３と第２実施形態の内視鏡装置１０２との違いは、照明光学系が４系統（４灯）であることだけであるから、以下、両者の間で異なる部分についてのみ説明を行う。
【０２１８】
すなわち、内視鏡装置１０２は、内視鏡挿入部１２２と、操作部１２４と、コネクタ部１２６Ａ，１２６Ｂとを備えている。また、内視鏡挿入部１２２は、軟性部１２８と、湾曲部１３０と、先端部（内視鏡先端部）１３２とから構成されている。そして、内視鏡先端部１３２には、２つの照射口１３６Ａ，１３６Ｂと、２つの観察窓１４０Ａ，１４０Ｂが配置されている。
【０２１９】
照射口１３６Ａの奥には、２系統の光ファイバ１４２Ａ，１４２Ｃが収納され、照射口１３６Ｂの奥には、２系統の光ファイバ１４２Ｂ，１４２Ｄが収納されている。光ファイバ１４２Ａ〜１４２Ｄは、光源装置１０４からコネクタ部１２６Ａを介して内視鏡先端部１３２まで敷設されており、光源装置１０４から発せられた４系統の照明光は、それぞれ対応する光ファイバ１４２Ａ〜１４２Ｄによって照射口１３６Ａ，１３６Ｂまで導かれる。
【０２２０】
ここで、内視鏡先端部１３２において、照射口１３６Ａ，１３６Ｂは、図１９に示すように、観察窓１４０Ａを挟んでその両脇側に配置されている。この場合、光ファイバ１４２Ａ、１４２Ｄは、両者を結ぶ線が観察窓１４０Ａ上を横切るように、観察窓１４０Ａを挟んでその両脇側に配置され、光ファイバ１４２Ｂ、１４２Ｃは、光ファイバ１４２Ａ、１４２Ｄを結ぶ線と光ファイバ１４２Ｂ、１４２Ｃを結ぶ線が観察窓１４０Ａ上で交差するように、観察窓１４０Ａを挟んでその両脇側に配置されている。そして、両脇側に配置された光ファイバ１４２Ａ、１４２Ｄから同一照明光（白色光）を照射し、光ファイバ１４２Ｂ、１４２Ｃからも同一照明光（蛍光観察用の励起光、狭帯域光、偏光光）を照射することにより、照明光の照明むらの発生を防止することができる。
【０２２１】
光源装置１０４から光ファイバ１４２Ａ〜１４２Ｄによって導光された照明光は、内視鏡先端部１３２から被検体の被観察領域に向けて照射される。そして、照明光が照射された被観察領域の様子が対物レンズユニット１４４Ａ，１４４Ｂにより撮像素子１３８Ａ、１３８Ｂの受光面上に結像され、撮像素子１３８Ａ、１３８Ｂにより光電変換されて撮像される。撮像素子１３８Ａ、１３８Ｂからは、撮像された被検体の被観察領域の撮像信号（アナログ信号）が出力される。
【０２２２】
ここで、白色光観察モードの場合、光源装置１０４から発せられる白色光の励起光が光ファイバ１４２Ａ、１４２Ｄによって導光されて蛍光体１６０に照射され、蛍光体１６０から発せられる白色光が、照射口１３６Ａ，１３６Ｂから被検体の被観察領域に照射される。そして、白色光が照射された被検体の被観察領域からの反射光が対物レンズユニット１４４Ａにより集光され、励起光カットフィルタ１４６Ａにより蛍光観察用の励起光を含む所定帯域の波長の光がカットされた後、撮像素子１３８Ａによって白色光画像が撮像される。
【０２２３】
蛍光観察モードおよび偏光光観察モードの場合、光源装置１０４から発せられる蛍光観察用の励起光および偏光光が光ファイバ１４２Ｂ、１４２Ｃによって導光されることを除いて、第１実施形態の場合と同じである。
【０２２４】
狭帯域光観察モードの場合、光源装置１０４から発せられる狭帯域光（ＬＤ１，ＬＤ３）が光ファイバ１４２Ｂ、１４２Ｃによって導光され、内視鏡先端部１３２から被検体の被観察領域に向けて照射される。そして、狭帯域光が照射された被検体の被観察領域からの反射光が対物レンズユニット１４４Ａにより集光され、励起光カットフィルタ１４６Ａにより蛍光観察用の励起光を含む所定帯域の波長の光がカットされた後、撮像素子１３８Ａによって狭帯域光画像が撮像される。
【０２２５】
撮像素子１３８Ａから出力される各画像（白色光画像、蛍光画像、狭帯域光画像）の撮像信号（アナログ信号）、および、撮像素子１３８Ｂから出力される画像（光強度偏光画像）の撮像信号（アナログ信号）は、それぞれ、スコープケーブル１４８Ａ、１４８Ｂを通じてＡ／Ｄ変換器１５０Ａ、１５０Ｂに入力され、画像信号（デジタル信号）に変換される。変換後の画像信号は、コネクタ部１２６Ｂを介してプロセッサ装置１０６の画像処理部１５４に入力される。
【０２２６】
続いて、プロセッサ装置１０６は、制御部１５２と、画像処理部１５４と、記憶部１５６とを備えている。制御部１５２には、表示装置１０８および入力装置１１０が接続されている。プロセッサ装置１０６は、内視鏡装置１０２の切り替えスイッチ１５８や入力装置１１０から入力される指示に基づき、光源装置１０４の光源制御部１１２を制御するとともに、内視鏡装置１０２から入力される画像信号を画像処理し、表示用画像を生成して表示装置１０８に出力する。
【０２２７】
制御部１５２は、内視鏡装置１０２の切り替えスイッチ１５８や入力装置１１０からの指示、例えば、観察モード、画像表示モード等の指示に基づいて、画像処理部１５４および光源装置１０４の光源制御部１１２の動作を制御する。
【０２２８】
画像処理部１５４は、制御部１５２の制御の基で、観察モードに基づき、白色光画像、蛍光画像、狭帯域光画像、偏光特性画像等の画像種別に応じて、内視鏡装置１０２から入力される画像信号に対して所定の画像処理を施す。画像処理部１５４で処理された画像信号は、制御部１５２に送られて、制御部１５２で各種情報と共に内視鏡観察画像にされて表示装置１０８に表示され、必要に応じて、メモリやストレージ装置からなる記憶部１５６に記憶される。
【０２２９】
画像処理部１５４は、白色光画像処理部１５４Ａと、蛍光画像処理部１５４Ｂと、狭帯域光画像処理部１５４Ｃと、偏光画像処理部１５４Ｄと、画像合成部１５４Ｅとを備えている。白色光観察モード、蛍光観察モードおよび狭帯域光観察モードの場合には、Ａ／Ｄ変換器１５０Ａによりデジタル信号に変換された画像信号が、白色光画像処理部１５４Ａ、蛍光画像処理部１５４Ｂ、狭帯域光画像処理部１５４Ｃに供給される。また、偏光光観察モードの場合には、Ａ／Ｄ変換器１５０Ｂによりデジタル信号に変換された画像信号が、偏光画像処理部１５４Ｄに供給される。
【０２３０】
白色光画像処理部１５４Ａ、蛍光画像処理部１５４Ｂ、偏光画像処理部１５４Ｄは、第１実施形態の場合と同じである。狭帯域光画像処理部１５４Ｃは、狭帯域光観察モードの場合に、狭帯域光画像の画像信号に対して、狭帯域光画像に適した所定の画像処理を施し、狭帯域光画像信号を出力する。
【０２３１】
白色光画像信号、蛍光画像信号、狭帯域光画像および偏光画像信号は、例えば、１枚（１フレーム）の画像を単位として記憶部１５６に記憶される。
【０２３２】
画像合成部１５４Ｅは、画像表示モードに従って、記憶部１５６に記憶された白色光画像信号、蛍光画像信号、狭帯域光画像信号および偏光画像信号に基づき、白色光画像、蛍光画像、狭帯域光画像および偏光特性画像から２以上の画像を組み合わせて合成画像を生成し、合成画像信号を出力する。画像合成部１５４Ｅは、合成画像として、２以上の画像（白色光画像、蛍光画像、狭帯域光画像、偏光特性画像）を重ね合わせたり、並べて配置したり、演算処理した合成画像を生成する。画像合成部１５４Ｅは、図１に示す画像合成部２２に相当するものである。
【０２３３】
画像処理部１５４からは、白色光画像信号、蛍光画像信号、狭帯域光画像、偏光画像信号および合成画像信号が出力され、制御部１５２に入力される。制御部１５２により、画像表示モードに従って、白色光画像、蛍光画像、偏光特性画像および合成画像のいずれかが表示装置１０８に表示される。
【０２３４】
次に、内視鏡先端部１３２の構成について詳細に説明する。
【０２３５】
光ファイバ１４２Ａは投光ユニット１６２Ａの一部を構成し、光ファイバ１４２Ｂは投光ユニット１６２Ｂの一部を構成する。また、光ファイバ１４２Ｃは投光ユニット１６２Ｃの一部を構成し、光ファイバ１４２Ｄは投光ユニット１６２Ｄの一部を構成する。投光ユニット１６２Ａ，１６２Ｃの対と、投光ユニット１６２Ｂ，１６２Ｄの対は、内視鏡先端部１３２の撮像素子１３８Ａ及び対物レンズユニット１４４Ａを挟んだ両脇側に配置される（図１９参照）。
【０２３６】
ここで、図２０（ａ）に投光ユニット１６２Ａ，１６２Ｄの断面構成図、図２０（ｂ）に投光ユニット１６２Ｂ，１６２Ｃの断面構成図を示した。投光ユニット１６２Ａと投光ユニット１６２Ｄは同一構成であり、蛍光体１６０と、蛍光体１６０の外周を覆う筒状のスリーブ部材１６４と、スリーブ部材１６４の一端側を封止する保護ガラス（照明窓）１６６と、スリーブ部材１６４内に挿入され光ファイバ１４２Ａ（１４２Ｄ）を中心軸に保持するフェルール１６８とをそれぞれ備えている。また、フェルール１６８の後端側から延出される光ファイバ１４２Ａ（１４２Ｄ）には、その外皮を覆うフレキシブルスリーブ１７０がスリーブ部材１６４との間に挿入されている。
【０２３７】
一方、投光ユニット１６２Ｂと投光ユニット１６２Ｃは同一構成であり、投光ユニット１６２Ａ，１６２Ｄの蛍光体１６０が設けられておらず、光ファイバ１４２Ｂ，１４２Ｃによって導光される点以外は投光ユニット１６２Ａ，１６２Ｄと同様の構成となっている。
【０２３８】
投光ユニット１６２Ａ，１６２Ｄの蛍光体１６０は、レーザ光源ＬＤ２からの青色レーザ光の一部を吸収して緑色〜黄色に励起発光する複数種の蛍光体物質（例えばＹＡＧ系蛍光体、或いはＢＡＭ（ＢａＭｇＡｌ10Ｏ17）等の蛍光体）を含んで構成される。これにより、青色レーザ光を励起光とする緑色〜黄色の励起発光光と、蛍光体１６０により吸収されず透過した青色レーザ光とが合わされて、白色（疑似白色）の照明光が生成される。
【０２３９】
図２１は、レーザ光源ＬＤ２からの青色レーザ光及び青色レーザ光が蛍光体１６０により波長変換された発光スペクトルと、レーザ光源ＬＤ１，ＬＤ３，ＬＤ４，ＬＤ５からの各レーザ光の発光波長を示すグラフである。青色レーザ光は、中心波長４４５ｎｍの輝線で表され、青色レーザ光による蛍光体１６０からの励起発光光は、概ね４５０ｎｍ〜７００ｎｍの波長帯域で発光強度が増大する分光強度分布となる。この励起発光光と青色レーザ光によるプロファイルによって、前述した白色光が形成される。本構成例のように、半導体発光素子を励起光源として用いれば、高い発光効率で高強度の白色光が得られ、白色光の強度を容易に調整できる上に、白色光の色温度、色度の変化を小さく抑えることができる。
【０２４０】
ここで、本明細書でいう白色光とは、厳密に可視光の全ての波長成分を含むものに限らず、例えば、基準色であるＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）等、特定の波長帯の光を含むものであればよく、例えば、緑色から赤色にかけての波長成分を含む光や、青色から緑色にかけての波長成分を含む光等も広義に含むものとする。
【０２４１】
上記の蛍光体１６０は、レーザ光の可干渉性により生じるスペックルに起因して、撮像の障害となるノイズの重畳や、動画像表示を行う際のちらつきの発生を防止できる。また、蛍光体１６０は、蛍光体を構成する蛍光物質と、充填剤となる固定・固化用樹脂との屈折率差を考慮して、蛍光物質そのものと充填剤に対する粒径を、赤外域の光に対して吸収が小さく、かつ散乱が大きい材料で構成することが好ましい。これにより、赤色や赤外域の光に対して光強度を落とすことなく散乱効果が高められ、光学的損失が小さくなる。
【０２４２】
次に、内視鏡診断装置１００の動作を説明する。
まず、白色光観察モードのときの動作を説明する。
【０２４３】
観察モードや画像表示モード等の指示が、内視鏡装置１０２の切り替えスイッチ１５８や入力装置１１０からプロセッサ装置１０６の制御部１５２に入力される。そして、制御部１５２により、観察モードに従って、画像処理部１５４および光源装置１０４の光源制御部１１２が制御される。光源装置１０４では、光源制御部１１２により、観察モードに従って、レーザ光源ＬＤ１〜ＬＤ５が、それぞれ個別に調光制御される。
【０２４４】
白色光観察モードの場合、光源装置１０４では、レーザ光源ＬＤ２から白色光の励起光（青色レーザ光）が発せられ、コンバイナ１１８を経て、カプラ１２０により２系統の照明光（白色光の励起光）に分配される。
【０２４５】
内視鏡装置１０２では、光源装置１０５から発せられた２系統の照明光が、それぞれの光ファイバ１４２Ａ、１４２Ｄにより導光されて蛍光体１６０に照射され、蛍光体１６０から発せられる白色光が、照射口１３６Ａ，１３６Ｂから被検体の被観察領域に照射される。これ以後の動作は、第１実施形態の場合と同じである。
【０２４６】
続いて、蛍光観察モードのときの動作を説明する。
【０２４７】
蛍光観察モードの場合、観察開始前に、蛍光薬剤としてＩＣＧが被検体に静脈注射される。
【０２４８】
光源装置１０４では、半導体レーザＬＤ５から蛍光観察用の励起光が発せられ、コンバイナ１１８を経て、カプラ１２０により２系統の照明光（蛍光観察用の励起光）に分配される。
【０２４９】
内視鏡装置１０２では、光源装置１０４から発せられた２系統の励起光が、それぞれの光ファイバ１４２Ｂ、１４２Ｃにより導光され、照射口１３６Ａ，１３６Ｂから被検体の被観察領域に照射される。これ以後の動作は、第１実施形態の場合と同じである。
【０２５０】
続いて、狭帯域光観察モードのときの動作を説明する。
【０２５１】
狭帯域光観察モードの場合、光源装置１０４では、半導体レーザＬＤ１から紫色レーザ光が発せられ、光分配器１１４およびコンバイナ１１８を経て、カプラ１２０により２系統の照明光（狭帯域光）に分配される。
【０２５２】
内視鏡装置１０２では、光源装置１０４から発せられた２系統の狭帯域光が、それぞれの光ファイバ１４２Ｂ、１４２Ｃにより導光され、照射口１３６Ａ，１３６Ｂから被検体の被観察領域に照射される。そして、被観察領域からの反射光（狭帯域光）が対物レンズユニット１４４Ａにより集光され、励起光カットフィルタ１４６Ａにより蛍光観察用の励起光を含む所定帯域の波長の光がカットされた後、撮像素子１３８Ａにより光電変換されて狭帯域光画像の撮像信号（アナログ信号）が出力される。
【０２５３】
狭帯域光画像の撮像信号は、Ａ／Ｄ変換器１５０Ａにより画像信号（デジタル信号）に変換され、観察モードに従って、狭帯域光画像処理部１５４Ｅにより狭帯域光画像に適した所定の画像処理が施され、狭帯域光画像信号が出力される。
【０２５４】
画像表示モードに従って、狭帯域光画像信号が表示装置１０８に出力され、狭帯域光画像が表示装置１０８上に表示される。
【０２５５】
観察が終了すると、内視鏡挿入部１２２が被検体の体腔内から取り出され、各装置の電源がオフとされる。
【０２５６】
続いて、偏光光観察モードのときの動作を説明する。
【０２５７】
偏光光観察モードの場合、光源装置１０４では、半導体レーザＬＤ１から紫色レーザ光が発せられ、光分配器１１４を経て、偏光変調器１１６によって偏光状態の異なる４種類の偏光光に順次変調され、さらに、コンバイナ１１８を経て、カプラ１２０により２系統の照明光（偏光光）に分配される。
【０２５８】
内視鏡装置１０２では、光源装置１０４から発せられた２系統の偏光光が、それぞれの光ファイバ１４２Ｂ、１４２Ｃにより導光され、照射口１３６Ａ，１３６Ｂから被検体の被観察領域に照射される。これ以後の動作は、第１実施形態の場合と同じである。
【０２５９】
続いて、合成画像について説明する。
【０２６０】
内視鏡診断装置１００では、観察モードに応じて、白色光画像、蛍光画像、狭帯域光画像および偏光特性画像を撮像し、画像表示モードに応じて、２以上の画像の合成画像（重ね合わせ表示、並列表示、演算処理表示）を表示させることができる。画像合成部１５４Ｅは、白色光画像、蛍光画像、狭帯域光画像および偏光特性画像のうちの２以上の画像が撮像された後、画像表示モードに従って、白色光画像、蛍光画像、狭帯域光画像および偏光特性画像のうちの２以上の画像を重ね合わせたり、並べて配置したり、演算処理した合成画像を生成する。
【０２６１】
第２実施形態の内視鏡診断装置１００においても、第１実施形態の内視鏡診断装置１０１の場合と同様に、合成画像によって、蛍光画像と偏光特性画像を組み合わせて表示することにより、例えば、血管、リンパ管、膠原線維、神経線維等を同時に観察することができるため、医師による診断精度を向上させることができる。また、狭帯域光画像によっても、血管等を強調表示することができるため、狭帯域光画像と偏光特性画像を組み合わせて表示することにより、同様の効果を得ることができる。つまり、偏光特性画像と、蛍光画像および狭帯域画像の少なくとも一方を含む特殊光画像とを組み合わせることによって、同様に診断精度を向上させることができる。
【０２６２】
次に、上記の投光ユニット１６２Ａ〜１６２Ｄにより、光分配器から出力されるレーザ光（ＬＤ１）、偏光変調器から出力される偏光光、および、レーザ光源ＬＤ２〜ＬＤ５からの各レーザ光を適宜組み合わせて出射させ、種々の照明光を生成する各照明パターンについて説明する。
【０２６３】
図２２に各照射パターンの一例を示した。図示例のように、対物レンズユニット１４４Ａの両脇側のＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、それぞれ投光ユニット１６２Ａ、１６２Ｂ，１６２Ｃ，１６２Ｄを表している。
【０２６４】
＜第１の照射パターン＞
投光ユニット１６２Ａ，１６２Ｄに対してはＬＤ２からの中心波長４４５ｎｍのレーザ光を導入して、それぞれから白色光を照射させる。また、投光ユニット１６２Ｂ，１６２Ｃに対しては光分配器からの中心波長４０５ｎｍのレーザ光（ＬＤ１）を導入して、それぞれから紫色の狭帯域光を照射させる。照射タイミングは、白色光による照明、狭帯域光による照明を個別に行う他、白色光と狭帯域光による照明を同時に行ってもよい。
【０２６５】
この照明パターンによれば、投光ユニット１６２Ａ，１６２Ｄから白色光を照射することで、観察部位に隆起箇所が存在していても、最小限の照明むらで通常観察が行える。また、投光ユニット１６２Ｂ，１６２Ｃから紫色の狭帯域光を照射することで、粘膜組織表層の毛細血管を強調して観察することができる。更に、各投光ユニット１６２Ａ〜１６２Ｄから同時に光照射することで、通常観察画像内に毛細血管が強調された観察画像が得られる。この場合、ＬＤ１とＬＤ２の出射光量比を任意に調整することで、表層血管の深さ方向の分布を観察することもできる。
【０２６６】
また、投光ユニット１６２Ｂ，１６２Ｃからの紫色の狭帯域光は、光分配器からのレーザ光（ＬＤ１）が光ファイバ１４２Ｂ，１４２Ｃを通してそのまま出射されるもので、蛍光体を透過することがない。このため、蛍光体の発光成分が観察画像にノイズとして現れることがなく、また、蛍光体の光吸収や光拡散により、出射光強度を低下させることがない。更に、複数の投光ユニット１６２Ｂ，１６２Ｃから同じ狭帯域光を出射するため、狭帯域光の光強度を向上できる。
【０２６７】
＜第２の照射パターン＞
投光ユニット１６２Ａ，１６２Ｄに対しては、ＬＤ２からの中心波長４４５ｎｍのレーザ光を導入して、それぞれから白色光を照射させる。また、投光ユニット１６２Ｃに対しては光分配器からの中心波長４０５ｎｍのレーザ光（ＬＤ１）を導入して、紫色の狭帯域光を照射させる。そして、投光ユニット１６２Ｂに対しては、ＬＤ３からの中心波長５３０ｎｍのレーザ光を導入する。照射タイミングは、白色光による照明、各狭帯域光による照明を個別に行う他、各狭帯域光同士、或いは白色光と狭帯域光による照明を同時に行ってもよい。
【０２６８】
この照明パターンによれば、投光ユニット１６２Ａ，１６２Ｄから白色光が照射され、また、投光ユニット１６２Ｃから紫色の狭帯域光が照射され、投光ユニット１６２Ｂから緑色の狭帯域光が照射される。これにより、通常観察に加えて、紫色の狭帯域光による粘膜組織表層の毛細血管の観察と、緑色狭帯域光による組織深部の太い血管の観察が選択的に行える。また、この場合、ＬＤ１とＬＤ３の出射光量比を任意に調整することで、粘膜組織表層から深層までの血管の分布を観察することもできる。なお、粘膜組織表層の毛細血管観察では波長３９０〜４４５ｎｍの光を、深部の太い血管観察では波長５３０〜５５０ｎｍの光を照射することが好ましい。
【０２６９】
＜第３の照射パターン＞
投光ユニット１６２Ａ，１６２Ｄに対しては、ＬＤ２からの中心波長４４５ｎｍのレーザ光を導入して、それぞれから白色光を照射させる。また、投光ユニット１６２Ｂに対しては光分配器からの中心波長４０５ｎｍのレーザ光（ＬＤ１）、又はＬＤ３からの中心波長５３０ｎｍのレーザ光を導入して、紫色又は緑色の狭帯域光を照射させる。また、投光ユニット１６２Ｃも投光ユニット１６２Ｂと同様に、ＬＤ１とＬＤ３からのレーザ光を選択的に導入する。
【０２７０】
この照明パターンによれば、投光ユニット１６２Ｂ、１６２Ｃからの出射光をＬＤ１かＬＤ３のいずれかに任意で選定でき、観察シーンに応じて適宜切り替えることができる。このため、観察シーンに応じた必要な情報を自在に抽出することができ、観察目的に適した観察画像が得られる。また、ＬＤ１とＬＤ３からのレーザ光を同時に出射する場合は、ＬＤ１とＬＤ３からのレーザ光を同一の投光ユニット１６２Ｂ，１６２Ｃから出射させることができ、観察画像を演算処理する際に、双方の照明条件を高い精度で一致させることができる。その結果、照明光の違いによる観察画像の変化を正確に抽出することが可能になる。
【０２７１】
＜第４の照射パターン＞
投光ユニット１６２Ａ，１６２Ｄに対しては、ＬＤ２からの中心波長４４５ｎｍのレーザ光を導入する他、場合により、ＬＤ３からの中心波長５３０ｎｍのレーザ光、ＬＤ５からの中心波長７８５ｎｍのレーザ光を選択的に導入する。また、投光ユニット１６２Ｂ，１６２Ｃに対しては、光分配器からの中心波長４０５ｎｍのレーザ光（ＬＤ１）、ＬＤ３からの中心波長５３０ｎｍのレーザ光、ＬＤ５からの中心波長７８５ｎｍのレーザ光の少なくともいずれかを選択的に導入する。
【０２７２】
この照明パターンによれば、白色光に加えて、各種の狭帯域光を各投光ユニット１６２Ａ〜１６２Ｄから自在に出射させることができる。このため、投光ユニットを、例えば気管支周辺の血管の位置情報を得るための内視鏡ナビゲーションシステムに適用する場合に、複数の投光ユニットからの光を合わせて高強度の光照射が可能となり、高精度に処置を実施できる。具体的には、この血管ナビゲーションでは、血管内に注入したインドシアニングリーン（ＩＣＧ）に向けてＬＤ５からの中心波長７８５ｎｍのレーザ光を照射する。すると、血液とＩＣＧが反応した部分では、ピーク波長が８３０ｎｍのブロードな分光特性の蛍光が発生するので、この蛍光を目印としてナビゲーションを行っている。
【０２７３】
なお、ＬＤ３，ＬＤ５のレーザ光については、蛍光体１６０（図２０（ａ）参照）が５００ｎｍ前後の波長帯域では吸収率が低い特性を有しており、蛍光体１６０に照射してもその励起発光は僅かであるため、観察画像に白色光の混色の影響が生じることはない。
【０２７４】
＜第５の照射パターン＞
投光ユニット１６２Ａ，１６２Ｄに対しては、ＬＤ２からの中心波長４４５ｎｍのレーザ光を導入して、それぞれから白色光を照射させる。また、投光ユニット１６２Ｂ，１６２Ｃに対しては、光分配器からの中心波長４０５ｎｍのレーザ光（ＬＤ１）、又はＬＤ４からの中心波長６６５ｎｍのレーザ光の少なくともいずれかを選択的に導入する。
【０２７５】
この照明パターンによれば、白色光に加えて、光分配器からのＰＤＤ用光線（ＬＤ１）、ＬＤ４からのＰＤＴ用光線を出射させることができる。つまり、白色光による通常観察によって病巣部付近に内視鏡を移動させた後、ＰＤＤ用光線を照射して、病巣部の位置を特定する。そして、特定した病巣部に向けてＰＤＴ用光線を照射して、病巣部を治療する。なお、ＰＤＴ用光線は、内視鏡の鉗子孔からＰＤＴ用光線出射用プローブを挿入して、内視鏡先端部からプローブを突出させて、病巣部に照射する方式であってもよい。
【０２７６】
＜第６の照射パターン＞
投光ユニット１６２Ａ，１６２Ｄに対してはＬＤ２からの中心波長４４５ｎｍのレーザ光を導入して、それぞれから白色光を照射させる。また、投光ユニット１６２Ｂ，１６２Ｃに対しては偏光変調器からの中心波長４０５ｎｍの偏光光を導入して、それぞれから偏光状態の異なる４種類の偏光光を順次照射させる。照射タイミングは、白色光による照明、偏光光による照明を個別に行う。
【０２７７】
この照明パターンによれば、投光ユニット１６２Ａ，１６２Ｄから白色光を照射することで、観察部位に隆起箇所が存在していても、最小限の照明むらで通常観察が行える。また、投光ユニット１６２Ｃ，１６２Ｄから偏光状態の異なる４種類の偏光光を順次照射し、偏光状態の異なる偏光光を照射する毎に、偏光光が照射された被検体の被観察領域からの反射光を、パターニング素子で４種類の異なる偏光状態の偏光光とし、これを撮像素子で撮像して合計で１６種類の偏光状態の異なる偏光光の光強度画像を撮像することで、偏光特性画像を観察することができる。
【０２７８】
また、投光ユニット１６２Ｂ，１６２Ｃから照射される偏光光は、光分配器から出力される偏光光が光ファイバを介してそのまま出射されるもので、蛍光体を透過することがない。このため、蛍光体の発光成分が観察画像にノイズとして現れることがなく、また、蛍光体の光吸収や光拡散により、出射光強度を低下させることがない。更に、複数の投光ユニット１６２Ｂ，１６２Ｃから同じ偏光状態の偏光光を出射するため、偏光光の光強度を向上できる。
【０２７９】
なお、出射光の切り替えは、図１７に示す内視鏡装置１０２の切り替えスイッチ１５８の操作、入力装置１１０からの操作、或いは光源装置１０４によって、任意のタイミング、又はプログラムされた規定のタイミングで行うことができる。
【０２８０】
以上説明したように、複数の投光ユニットを組み合わせて、白色光、狭帯域光を照射する構成することで、白色光による通常観察と狭帯域光による特殊光観察を、共に良好な照明環境の下で行うことができる。また、狭帯域光を白色光生成用の蛍光体を通過させることがないので、狭帯域光を不要な光成分を伴うことなく、高強度で照射することができる。
【０２８１】
本構成の内視鏡装置１００は、上記の実施形態に限定されるものではなく、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。
なお、上記の投光ユニット１６２Ａ〜１６２Ｄは、内視鏡装置に適用することに限らず、硬性鏡、鉗子、スコープ内視鏡等の他の種類の医療機器に対しても適用できる。
【０２８２】
本発明は、基本的に以上のようなものである。
以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。
【符号の説明】
【０２８３】
１０  偏光画像計測表示システム
１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ  偏光撮像系
１４  偏光変換処理部
１６  表示変換処理部
１８  表示部
２０  通常カラー撮像系
２２  画像合成部
２４，２４ａ，２４ｂ，２４ｃ  偏光照射部
２６，２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ  撮像部
２８  ミューラー画像変換部
３０  偏光変数分離処理部
３２  偏光素子特性補正処理部
３４  光源
３６ａ，３６ｂ  偏光板
３８ａ，３８ｂ  回転位相差板
４０ａ，４０ｂ，４６ａ，４６ｂ，５４  偏光フィルタ部
４２  カメラ
４４ａ，４４ｂ，４５ａ，４５ｂ  位相変調素子
４８  光ファイバ
５０  光プローブ
５２  パターニング偏光／波長板
５３  偏光子及び位相子パターニング素子
５６  ＣＣＤ  
８２  分離部
８４  分離後画像形成部
８６  生体観察モデル設定部
８８  分離後画像形成パラメータ設定部
１００，１０１  内視鏡診断装置
１０２，１０３  内視鏡装置
１０４，１０５  光源装置
１０６，１０７  プロセッサ装置
１０８  表示装置
１１０  入力装置
１１１  白色光光源
１１２  光源制御部
１１３  回転制御部
１１４  光分配器
１１５  狭帯域フィルタ
１１６  偏光変調器
１１７  偏光フィルタ
１１８  コンバイナ
１１９  レンズ
１２０  カプラ
１２２  内視鏡挿入部
１２４  操作部
１２６Ａ，１２６Ｂ  コネクタ部
１２８  軟性部
１３０  湾曲部
１３２  先端部
１３４  アングルノブ
１３６Ａ，１３６Ｂ  照射口
１３８Ａ，１３８Ｂ  撮像素子
１４０Ａ，１４０Ｂ  観察窓
１４２Ａ〜１４２Ｄ  光ファイバ
１４４Ａ、１４０Ｂ  対物レンズユニット
１４６Ａ  励起光カットフィルタ
１４６Ｂ  パターニング素子
１４８Ａ，１４８Ｂ  スコープケーブル
１５０Ａ，１５０Ｂ  Ａ／Ｄ変換器
１５２  制御部
１５４  画像処理部
１５４Ａ  白色光画像処理部
１５４Ｂ  蛍光画像処理部
１５４Ｃ  狭帯域光画像処理部
１５４Ｄ  偏光画像処理部
１５４Ｅ  画像合成部
１５６  記憶部
１５８  切り替えスイッチ
１６０  蛍光体
１６２Ａ〜１６２Ｄ  投光ユニット
１６４  スリーブ部材
１６６  保護ガラス（照明窓）
１６８  フェルール
１７０  フレキシブルスリーブ
ＬＤ１〜ＬＤ５  レーザ光源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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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１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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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４】
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【図５】
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