(57)【要約】【課題】通常画像と複数の蛍光画像とを時分割で取得する際のフレームレートを最大限に高める。【解決手段】照明光を被写体に照射する照明光源と、励起光を被写体に照射する励起光源と、被写体からの照明光の反射光を撮影する第１の撮像素子と、被写体において発生した蛍光を撮影する第２の撮像素子と、反射光の露光の開始を指示する第１の制御信号Ｓ１と、蛍光の露光の開始を指示する複数の第２の制御信号Ｓ２１，Ｓ２２とを所定の順番で第１の撮像素子および第２の撮像素子に出力する制御部とを備え、該制御部が、時間軸方向に連続する一対の第２の制御信号Ｓ２１，Ｓ２２の時間間隔Ｔ２＋Ｔｒを、当該一対の第２の制御信号Ｓ２１，Ｓ２２のうち先の第２の制御信号Ｓ２１によって開始される露光の露光時間Ｔ２に基づいて、時間軸方向に連続する一対の他の第２の制御信号Ｓ２２，Ｓ２１の時間間隔Ｔ２＋Ｔ１とは独立に設定する蛍光観察装置を提供する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可視域における広帯域の波長を有する照明光を被写体に照射する照明光源と、
前記照明光の波長域のうち一部の狭帯域の波長を有する励起光を前記被写体に照射する励起光源と、
前記照明光源から前記被写体に照射された前記照明光の前記被写体からの反射光を撮影する第１の撮像素子と、
前記励起光源から前記被写体に照射された前記励起光によって前記被写体において発生する蛍光を撮影する第２の撮像素子と、
前記反射光の露光の開始を指示する第１の制御信号を前記第１の撮像素子に出力し、前記蛍光の露光の開始を指示する複数の第２の制御信号を前記第２の撮像素子に出力することによって、前記反射光の撮影と複数回の前記蛍光の撮影とを所定の順番で前記第１の撮像素子および前記第２の撮像素子に実行させる制御部とを備え、
該制御部が、前記第１の制御信号および複数の前記第２の制御信号を時間間隔を空けて前記第１の撮像素子または前記第２の撮像素子に出力するとともに、時間軸方向に連続する一対の前記第２の制御信号の時間間隔を、当該一対の前記第２の制御信号のうち先の第２の制御信号によって開始される露光の露光時間に基づいて、時間軸方向に連続する一対の他の前記第２の制御信号の時間間隔とは独立に設定する蛍光観察装置。
【請求項２】
前記制御部が、前記第１の制御信号と、該第１の制御信号の直後に出力される前記第２の制御信号との時間間隔を、当該第１の制御信号によって開始される露光の露光時間と同一に設定する請求項１に記載の蛍光観察装置。
【請求項３】
前記制御部が、前記第１の制御信号と、該第１の制御信号の直前に出力される前記第２の制御信号との時間間隔を、当該第２の制御信号によって開始される露光の露光時間と同一に設定する請求項１または請求項２に記載の蛍光観察装置。
【請求項４】
前記制御部が、前記複数回の蛍光の撮影の内、少なくとも２回の撮影を露光時間を異ならせて前記第２の撮像素子に実行させる請求項１から請求項３のいずれかに記載の蛍光観察装置。
【請求項５】
前記第２の撮像素子の前段に設けられ、透過させる波長を変更可能であり、前記被写体において発生した異なる波長を有する複数の蛍光を択一的に前記第２の撮像素子へ透過させる可変分光素子を備える請求項１から請求項４のいずれかに記載の蛍光観察装置。
【請求項６】
前記励起光源が、異なる波長を有する前記励起光を発する複数の光源を備える請求項１から請求項５のいずれかに記載の蛍光観察装置。
【請求項７】
前記制御部が、前記第２の撮像素子による前記複数回の蛍光の撮影のうち、露光時間が最も短い撮影の直後に、前記第１の撮像素子による前記反射光の撮影を実行させる請求項１から請求項６のいずれかに記載の蛍光観察装置。
【請求項８】
前記制御部が、前記第１の撮像素子および前記第２の撮像素子による撮影を実行している間、前記励起光源を常時点灯させる請求項１から請求項７のいずれかに記載の蛍光観察装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蛍光観察装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、白色光と励起光とを交互に被写体に対して照射し、白色光用の通常ＣＣＤと微弱な蛍光用の電子増幅型ＣＣＤ（ＥＭＣＣＤ）とによる撮影を交互に実行することによって、白色光画像と蛍光画像とを１フレームずつ交互に取得する内視鏡が知られている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１では、各ＣＣＤからの電荷の読み出しの開始を指示する垂直同期信号ＶＤと同期させて、通常ＣＣＤとＥＭＣＣＤとによる露光を交互に実行させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１５７５５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
血管内を流れる蛍光薬剤や、体動によって位置が時間変化する蛍光標識された病変部等、時間変化の速い蛍光をブレ無く撮影するために、蛍光画像のフレームレートを高めたいという要求がある。そのために、白色光を１回撮影後、蛍光を複数回続けて撮影することによって、蛍光画像のフレームレートを上げるという制御方法が提案されている。
【０００５】
しかしながら、特許文献１は、時間間隔が一定の垂直同期信号ＶＤを基準にしてＥＭＣＣＤの露光開始タイミングを決定しており、ＥＭＣＣＤの露光開始時刻の間隔も一定であるため、上記の制御方法を用いた場合に蛍光画像のフレームレートの向上に限界があるという問題がある。すなわち、図１７に示されるように、蛍光の露光終了と同時に白色光の露光を開始し、白色光の露光終了と同時に次の蛍光の露光を開始したときに、フレームレートが最も高くなる。このときに、蛍光の露光期間と次の蛍光の露光期間との間に、白色光の露光時間に相当する待ち時間が定期的に発生し、待ち時間の分だけフレームレートが低下してしまう。
【０００６】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、通常画像と複数の蛍光画像とを時分割で取得する際に、フレームレートを最大限に高めることができる蛍光観察装置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】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の一態様は、可視域における広帯域の波長を有する照明光を被写体に照射する照明光源と、前記照明光の波長域のうち一部の狭帯域の波長を有する励起光を前記被写体に照射する励起光源と、前記照明光源から前記被写体に照射された前記照明光の前記被写体からの反射光を撮影する第１の撮像素子と、前記励起光源から前記被写体に照射された前記励起光によって前記被写体において発生する蛍光を撮影する第２の撮像素子と、前記反射光の露光の開始を指示する第１の制御信号を前記第１の撮像素子に出力し、前記蛍光の露光の開始を指示する第２の制御信号を前記第２の撮像素子に出力することによって、前記反射光の撮影と複数回の前記蛍光の撮影とを所定の順番で前記第１の撮像素子および前記第２の撮像素子に実行させる制御部とを備え、該制御部が、前記第１の制御信号および複数の前記第２の制御信号を時間間隔を空けて前記第１の撮像素子または前記第２の撮像素子に出力するとともに、時間軸方向に連続する一対の前記第２の制御信号の時間間隔を、当該一対の前記第２の制御信号のうち先の第２の制御信号によって開始される露光の露光時間に基づいて、時間軸方向に連続する一対の他の前記第２の制御信号の時間間隔とは独立に設定する蛍光観察装置である。
【０００８】
本態様によれば、照明光源からの照明光の照射によって被写体から戻る反射光が第１の撮像素子によって撮影され、励起光源からの励起光の照射によって被写体において発生した蛍光が第２の撮像素子によって撮影される。ここで、制御部から第１の撮像素子および第２の撮像素子に対して、露光の開始を指示する第１の制御信号と複数の第２の制御信号とが所定の順番で入力されることによって、第１の撮像素子による反射光の撮影と、第２の撮像素子による複数回の蛍光の撮影とが所定の順番で実行され、通常画像と複数フレームの蛍光画像とが所定の順番で取得される。これにより、通常画像と蛍光画像とを１フレームずつ交互に取得する場合と比べて、蛍光画像のフレームレートを高めることができる。
【０００９】
この場合に、制御部は、時間軸方向に連続する一対の第２の制御信号の時間間隔を、当該一対の第２の制御信号の間に実行される露光の露光時間に基づいて任意の時間に設定することができる。このように、第２の制御信号の時間間隔を一定ではなく可変とすることによって、時間軸方向に連続する２つの露光期間の間隔が最短となるように第１の制御信号および第２の制御信号のタイミングを設定し、通常画像および蛍光画像の全体のフレームレートを最大限に高めることができる。さらに、通常、蛍光は微弱であるのに対して照明光の反射光は十分に明るいため、反射光の露光時間を蛍光の露光時間に比べて短縮することができ、フレームレートを効果的に向上することができる。
【００１０】
上記態様においては、前記制御部が、前記第１の制御信号と、該第１の制御信号の直後に出力される前記第２の制御信号との時間間隔を、当該第１の制御信号によって開始される露光の露光時間と同一に設定してもよい。
このようにすることで、反射光の露光終了と同時に蛍光の露光が開始されるので、フレームレートをさらに高めることができる。
【００１１】
上記態様においては、前記制御部が、前記第１の制御信号と、該第１の制御信号の直前に出力される前記第２の制御信号との時間間隔を、当該第２の制御信号によって開始される露光の露光時間と同一に設定してもよい。
このようにすることで、蛍光の露光終了と同時に反射光の露光が開始されるので、フレームレートをさらに高めることができる。
【００１２】
上記態様においては、前記制御部が、前記複数回の蛍光の撮影の内、少なくとも２回の撮影を露光時間を異ならせて前記第２の撮像素子に実行させてもよい。
このようにすることで、互いに波長の異なる種類の蛍光を順番に撮影する際に、第２の撮像素子による複数回の撮影において露光時間を互いに異ならせることで、各蛍光の強度に応じた最適な露光時間で各蛍光を撮影することができる。
【００１３】
上記態様においては、前記第２の撮像素子の前段に設けられ、透過させる波長を変更可能であり、前記被写体において発生した異なる波長を有する複数の蛍光を択一的に前記第２の撮像素子へ透過させる可変分光素子を備えていてもよい。
このようにすることで、被写体において発生した互いに波長の異なる複数の蛍光を可変分光素子によって順番に第２の撮像素子へ透過させて撮影することによって、複数の蛍光を単一の第２の撮像素子を用いて別々に撮影することができる。
【００１４】
上記態様においては、前記励起光源が、異なる波長を有する励起光を発する複数の光源を備えていてもよい。
このようにすることで、励起波長が互いに異なる複数の蛍光を、互いに異なる波長を有する励起光を用いて撮影することができる。
【００１５】
上記態様においては、前記制御部が、前記第２の撮像素子による前記複数回の蛍光の撮影のうち、露光時間が最も短い撮影の直後に、前記第１の撮像素子による前記反射光の撮影を実行させてもよい。
このようにすることで、フレームレートをさらに高めることができる。
【００１６】
上記態様においては、前記制御部が、前記第１の撮像素子および前記第２の撮像素子による撮影を実行している間、前記励起光源を常時点灯させてもよい。
このようにすることで、励起光源の点灯および消灯に伴う励起光の強度の変動が生じず、励起光の強度が安定するので、被写体における実際の蛍光の強度に対する蛍光画像内の蛍光の明るさの定量性を高めることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、通常画像と複数の蛍光画像とを時分割で取得する際に、レームレートを最大限に高めることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る蛍光観察装置の全体構成図である。
【図２】図１の蛍光観察装置の動作を示すタイミングチャートである。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る蛍光観察装置の全体構成図である。
【図４】図３の蛍光観察装置の動作を示すタイミングチャートである。
【図５】図３の蛍光観察装置の動作の変形例を示すタイミングチャートである。
【図６】図３の蛍光観察装置の動作のもう１つの変形例を示すタイミングチャートである。
【図７】本発明の第３の実施形態に係る蛍光観察装置の全体構成図である。
【図８】図７の蛍光観察装置の動作を示すタイミングチャートである。
【図９】図７の蛍光観察装置の動作の変形例を示すタイミングチャートである。
【図１０】本発明の第４の実施形態に係る蛍光観察装置の全体構成図である。
【図１１】図１０の蛍光観察装置の動作を示すタイミングチャートである。
【図１２】図１０の蛍光観察装置の動作の変形例を示すタイミングチャートである。
【図１３】本発明の第５の実施形態に係る蛍光観察装置の動作を示すタイミングチャートである。
【図１４】図１３の蛍光観察装置の動作の変形例を示すタイミングチャートである。
【図１５】図１の蛍光観察装置の動作の変形例を示すタイミングチャートである。
【図１６】図１の蛍光観察装置の動作の変形例を示すタイミングチャートである。
【図１７】従来の蛍光観察装置の動作の一例を示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（第１の実施形態）
以下に、本発明の第１の実施形態に係る蛍光観察装置１００について図１および図２を参照して説明する。
本実施形態に係る蛍光観察装置１００は、蛍光内視鏡装置であって、図１に示されるように、体内に挿入される細長い挿入部２と、光源ユニット（光源部）３と、該光源ユニット３からの白色光（照明光）および励起光を挿入部２の先端２ａから生体組織（被写体）Ｘに向けて照射する照明ユニット４と、挿入部２の先端２ａに設けられ、生体組織Ｘの画像情報Ｉ１，Ｉ２を取得する撮像ユニット５と、画像情報Ｉ１，Ｉ２を処理する画像プロセッサ６と、該画像プロセッサ６に接続された撮影条件設定部７と、画像プロセッサ６によって生成された画像Ｐ，Ｑを表示する表示部８とを備えている。
【００２０】
光源ユニット３は、白色光源３１と、励起光源３２と、カップリングレンズ３３とを備えている。白色光源３１は、例えば半導体光源であり、可視域における広帯域の波長を有する白色光を出力する。励起光源３２は、例えば半導体光源であり、白色光の波長域のうちの一部の狭帯域の波長を有する励起光を出力する。白色光源３１から出力された白色光および励起光源３２から出力された励起光は、図示しない光学系によって単一の光路に合成され、カップリングレンズ３３によって収束されるようになっている。
【００２１】
照明ユニット４は、挿入部２の長手方向のほぼ全長にわたって配置されたライトガイドファイバ４１と、挿入部２の先端２ａに設けられた照明光学系４２とを備えている。ライトガイドファイバ４１は、カップリングレンズ３３によって収束された光をその基端から先端まで導光する。照明光学系４２は、ライトガイドファイバ４１の先端から出射された白色光および励起光を拡散させ、挿入部２の先端２ａに対向する生体組織Ｘに照射する。
【００２２】
撮像ユニット５は、生体組織Ｘからの光を集める対物レンズ５１と、該対物レンズ５１によって集められた光を２つに分割するビームスプリッタ５２と、該ビームスプリッタ５２によって分割された光をそれぞれ収束させる２つの収束レンズ５３，５４と、収束レンズ５３，５４によって収束された光をそれぞれ撮影する第１の撮像素子５５および第２の撮像素子５６と、ビームスプリッタ５２と第２の撮像素子５６との間に配置され、蛍光のみを選択的に透過させる励起光カットフィルタ５７とを備えている。
【００２３】
ビームスプリッタ５２は、対物レンズ５１によって集められた光を２つに分割し、一方を第１の撮像素子５５へ向かって透過させ、他方を第２の撮像素子５６へ向かって反射させる。
第１の撮像素子５５は、例えば、カラーＣＣＤまたはカラーＣＭＯＳであり、ビームスプリッタ５２を透過した白色光をカラー撮影して白色光画像情報Ｉ１を生成する。
第２の撮像素子５６は、例えば、高感度モノクロＣＣＤであり、生体組織Ｘから発せられて励起光カットフィルタ５７を透過した蛍光を撮影して蛍光画像情報Ｉ２を生成する。
【００２４】
画像プロセッサ６は、第１の撮像素子５５によって取得された白色光画像情報Ｉ１から白色光画像Ｐを生成する白色光画像生成部６１と、第２の撮像素子５６によって取得された蛍光画像情報Ｉ２から蛍光画像Ｑを生成する蛍光画像生成部６２と、光源３１，３２および撮像素子５５，５６を制御する制御部６３とを備えている。
【００２５】
制御部６３は、白色光源３１および第１の撮像素子５５を駆動するための第１の制御信号Ｓ１を生成し、該第１の制御信号Ｓ１を白色光源３１および第１の撮像素子５５に同時に出力することによって、白色光源３１の点灯動作と第１の撮像素子５５の露光動作とを同期して実行させる。また、制御部６３は、励起光源３２および第２の撮像素子５６を駆動するための第２の制御信号Ｓ２１，Ｓ２２を生成し、該第２の制御信号Ｓ２１，Ｓ２２を励起光源３２および第２の撮像素子５６に同時に出力することによって、励起光源３２の点灯動作と第２の撮像素子５６の露光動作とを同期して実行させる。
【００２６】
さらに、制御部６３は、後で詳述するように、１番目の第２の制御信号Ｓ２１と２番目の制御信号Ｓ２２と第１の制御信号Ｓ１とを、撮像素子５５，５６の露光時間Ｔ１，Ｔ２に従って設定した時間間隔を空けて順番に繰り返し出力する。これにより、制御部６３は、２フレームの蛍光画像Ｑの取得および１フレームの白色光画像Ｐの取得を１サイクルとし、第２の撮像素子５６による同一の撮影条件での２回の蛍光の撮影と、第１の撮像素子５５による１回の白色光の撮影とを、順番に繰り返し実行させるようになっている。
【００２７】
撮影条件設定部７は、第１の撮像素子５５による白色光の撮影条件および第２の撮像素子５６による蛍光の撮影条件を、ユーザが図示しない入力手段を使用して入力可能となっている。撮影条件とは、例えば、露光時間Ｔ１，Ｔ２、ゲイン、黒レベル等である。撮影条件設定部７に入力された撮影条件は制御部６３に送信される。制御部６３は、受信した撮影条件に基づいて各撮像素子５５，５６の撮影条件を決定するようになっている。
【００２８】
次に、このように構成された蛍光観察装置１００の作用について説明する。
本実施形態に係る蛍光観察装置１００を用いて生体組織Ｘを観察するには、予め、例えば病変部Ｙに集積する蛍光物質を生体組織Ｘに投与しておく。
まず、体内に挿入部２を挿入して先端２ａを生体組織Ｘに対向配置し、光源ユニット３の作動によって励起光と白色光とを時分割で、挿入部２の先端２ａから生体組織Ｘに照射する。
【００２９】
生体組織Ｘに励起光が照射されると、病変部Ｙに含まれる蛍光物質が励起光によって励起されて蛍光が発生し、蛍光および励起光の一部が対物レンズ５１によって集められる。対物レンズ５１によって集められた蛍光および励起光は、ビームスプリッタ５２を介して励起光カットフィルタ５７に入射し、該励起光カットフィルタ５７において蛍光のみが抽出される。抽出された蛍光は、収束レンズ５４によって第２の撮像素子５６の撮像面に収束されて、第２の撮像素子５６によって蛍光画像情報Ｉ２として取得される。
【００３０】
一方、生体組織Ｘに照明光が照射されると、生体組織Ｘの表面において白色光が反射され、反射された白色光が対物レンズ５１によって集められる。対物レンズ５１によって集められた白色光は、ビームスプリッタ５２を介して収束レンズ５３に入射し、該収束レンズ５３によって第１の撮像素子５５の撮像面に収束され、第１の撮像素子５５によって白色光画像情報Ｉ１として取得される。
【００３１】
各撮像素子５５，５６によって取得された画像情報Ｉ１，Ｉ２は、画像プロセッサ６に送信される。画像プロセッサ６においては、白色光画像生成部６１によって白色光画像情報Ｉ１から白色光画像Ｐが生成され、蛍光画像生成部６２によって蛍光画像情報Ｉ２から蛍光画像Ｑが生成される。表示部８においては、白色光画像Ｐおよび蛍光画像Ｑがそれぞれ、生成されたものから順番に連続的にライブ動画として表示される。
【００３２】
ここで、制御部６３による光源３１，３２および撮像素子５５，５６の制御について、図２のタイミングチャートを参照して詳細に説明する。
第１の制御信号Ｓ１および第２の制御信号Ｓ２１，Ｓ２２は、図２に示されるように、光源３１，３２の点灯および撮像素子５５，５６の露光開始を指示するパルス信号である。
【００３３】
すなわち、第１の制御信号Ｓ１のローレベル（０Ｖ）からハイレベル（＋５Ｖ）への立ち上がりと同期して、白色光源３１が点灯して白色光の出力を開始し、第１の撮像素子５５が露光を開始する。白色光の出力および露光の開始後、第１の撮像素子５５の露光時間Ｔ１が経過したときに、制御部６３は、白色光源３１および第１の撮像素子５５に、白色光の出力および露光をそれぞれ停止させるようになっている。
【００３４】
同様に、第２の制御信号Ｓ２１，Ｓ２２のローレベル（０Ｖ）からハイレベル（＋５Ｖ）への立ち上がりと同期して、励起光源３２が点灯して励起光の出力を開始し、第２の撮像素子５６が露光を開始する。励起光の出力および露光の開始後、第２の撮像素子５６の露光時間Ｔ２が経過したときに、制御部６３は、励起光源３２および第２の撮像素子５６に、励起光の出力および露光をそれぞれ停止させるようになっている。
以下、１番目の第２の制御信号Ｓ２１の立ち上がり時刻から第１の撮像素子５５の露光終了時刻までを１サイクルと定義する。
【００３５】
制御部６３は、撮影条件設定部７を介してユーザによって設定された撮像素子５５，５６の露光時間Ｔ１，Ｔ２を基準にして、制御信号Ｓ１，Ｓ２１，Ｓ２２の時間間隔を決定する。具体的には、１番目の第２の制御信号Ｓ２１と２番目の第２の制御信号Ｓ２２との時間間隔は、第２の撮像素子５６の露光時間Ｔ２と、第２の撮像素子５６の最小遮光時間Ｔｒとの和と同一の時間に決定される。撮像素子５６の最小遮光時間Ｔｒとは、露光によって蓄積した電荷を読み出して次の露光が可能な状態にリセットするリセット動作に必要な最小時間である。２番目の第２の制御信号Ｓ２２と第１の制御信号Ｓ１との時間間隔は、第２の撮像素子５６の露光時間Ｔ２と同一の時間に決定される。第１の制御信号Ｓ１と、次のサイクルにおける１番目の第２の制御信号Ｓ２１との時間間隔は、第１の撮像素子５５の露光時間Ｔ１と同一の時間に決定される。
【００３６】
以上のように決定された制御信号Ｓ１，Ｓ２１，Ｓ２２に従って、光源３１，３２および撮像素子５５，５６は、以下のように動作する。
１サイクル目において、１番目の第２の制御信号Ｓ２１が出力されると、励起光源３２が励起光の出力を開始し、第２の撮像素子５６が蛍光の露光を開始する。その後、露光開始から露光時間Ｔ２が経過したときに、励起光源３２が励起光の出力を停止し、第２の撮像素子５６が露光を終了する。第２の撮像素子５６は、露光によって蓄積した電荷を読み出して蛍光画像情報Ｉ２を生成する。これにより、１番目の蛍光画像Ｑが生成される。
【００３７】
次に、第２の撮像素子５６のリセット動作が完了するのと同時に２番目の第２の制御信号Ｓ２２が出力されると、励起光源３２が励起光の出力を開始し、第２の撮像素子５６が蛍光の露光を開始する。その後、露光開始から露光時間Ｔ２が経過したときに、励起光源３２が励起光の出力を停止し、第２の撮像素子５６が露光を終了する。第２の撮像素子５６は、露光によって蓄積した電荷を読み出して蛍光画像情報Ｉ２を生成する。これにより、２番目の蛍光画像Ｑが生成される。さらに、励起光源３２の消灯および第２の撮像素子５６の露光終了と同時に、第１の制御信号Ｓ１が出力される。
【００３８】
第１の制御信号Ｓ１が出力されると、白色光源３１が白色光の出力を開始し、第１の撮像素子５５が白色光の露光を開始する。その後、露光開始から露光時間Ｔ１が経過したときに、白色光源３１が白色光の出力を停止し、第１の撮像素子５５が露光を終了する。第１の撮像素子５５は、露光によって蓄積した電荷を読み出して白色光画像情報Ｉ１を生成する。これにより、白色光画像Ｐが生成される。さらに、白色光源３１の消灯および第１の撮像素子５５の露光終了と同時に、１番目の第２の制御信号Ｓ２１が出力されて２サイクル目が開始する。
【００３９】
このように、本実施形態によれば、２回の蛍光の撮影と１回の白色光の撮影とを交互に繰り返すことによって、単位時間当たりの蛍光画像Ｑの取得数が増え、蛍光画像Ｑのフレームレートが高くなる。これにより、病変部Ｙにおいて蛍光が速く移動する場合においても、ブレの無い蛍光画像Ｑを取得することができるという利点がある。特に、通常、白色光の反射光の輝度は蛍光の輝度に比べて非常に大きいため、Ｔ１＜Ｔ２の関係にある。したがって、第１の撮像素子５５の最小露光時間Ｔｒの終了を待たずに第２撮像素子５６による露光を開始するように第２の制御信号Ｓ２１を出力して、白色光の露光終了と同時に次の蛍光の露光を開始することで、フレームレートを効果的に高めることができる。
【００４０】
さらに、１番目の第２の制御信号Ｓ２１から２番目の第２の制御信号Ｓ２２までの時間（Ｔ２＋Ｔｒ）と、２番目の第２の制御信号Ｓ２２から次のサイクルの１番目の第１の制御信号までの時間（Ｔ２＋Ｔ１）とが、一定ではなく、露光時間Ｔ１，Ｔ２を基準にして互いに独立に任意に決定される。したがって、第２の撮像素子５６による露光開始時刻と、第１の撮像素子５５または第２の撮像素子５６による直前の露光終了時刻との時間間隔が、ゼロまたは必要最低限となるように、第２の撮像素子５６を駆動することができる。これにより、白色光画像Ｐおよび蛍光画像Ｑのフレームレートを最大限まで高めることができるという利点がある。
【００４１】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る蛍光観察装置２００について図３から図６を参照して説明する。
本実施形態に係る蛍光観察装置２００は、同一の励起光によって励起され、互いに異なる波長を有する２種類の蛍光を観察する点で、第１の実施形態と異なっている。
【００４２】
具体的には、蛍光観察装置２００は、図３に示されるように、励起光カットフィルタ５７と第２の撮像素子５６との間に、エタロン（可変分光素子）５８を備えている。励起光カットフィルタ５７を透過した蛍光は、てエタロン５８に入射し、エタロン５８を透過した蛍光は、収束レンズ５９によって第２の撮像素子５６の撮像面に収束されるようになっている。
【００４３】
エタロン５８は、間隔を空けて互いに平行に配置され、対向面に反射膜を有する２つの光学基板と、該２つの光学基板の間隔を調整するアクチュエータとを備えている。エタロン５８は、アクチュエータによって２つの光学基板の間隔を変更することによって、第１の波長を有する第１の蛍光と、第１の波長とは異なる第２の波長を有する第２の蛍光とを択一的に透過させるようになっている。
【００４４】
本実施形態において、制御部６３は、第２の制御信号Ｓ２１，Ｓ２２を、励起光源３２および第２の撮像素子５６に加えて、エタロン５８にも同時に出力してアクチュエータを駆動する。これにより、制御部６３は、励起光源３２の点灯動作および第２の撮像素子５６の露光動作と同期させて、エタロン５８の透過波長の第１の波長と第２の波長との間の切り替え動作を実行させるようになっている。
【００４５】
本実施形態において用いられる第１の制御信号Ｓ１および第２の制御信号Ｓ２１，Ｓ２２は、パルス幅が可変の矩形のパルス信号である。制御部６３は、第１の制御信号Ｓ１のパルス幅を第１の撮像素子５５の撮像時間Ｔ１と同一の時間に決定し、第２の制御信号Ｓ２１，Ｓ２２のパルス幅を第２の撮像素子５６の露光時間Ｔ２と同一の時間に決定する。
【００４６】
このような制御信号Ｓ１，Ｓ２１，Ｓ２２は、光源３１，３２の点灯および撮像素子５５，５６の露光開始に加えて、光源３１，３２の消灯、撮像素子５５，５６の露光終了、およびエタロン５８の透過波長の切り替えを指示する。すなわち、制御信号Ｓ１，Ｓ２１，Ｓ２２のローレベル（０Ｖ）からハイレベル（＋５Ｖ）への立ち上がりと同期して、光源３１，３２が点灯して白色光または励起光の出力を開始し、撮像素子５５，５６が露光を開始し、エタロン５８が透過波長を第１の波長または第２の波長へ切り替える。また、制御信号Ｓ１，Ｓ２１，Ｓ２２のハイレベル（＋５Ｖ）からローレベル（０Ｖ）への立ち下がりと同期して、光源３１，３２が消灯して白色光または励起光の出力を停止し、撮像素子５５，５６が露光を終了する。
蛍光観察装置２００のその他の構成は、第１の実施形態と同様である。
【００４７】
次に、このように構成された蛍光観察装置２００の作用について、図４のタイミングチャートを参照して説明する。
１サイクル目において、１番目の第２の制御信号Ｓ２１が出力されると、エタロン５８が透過波長を第１の波長に切り替え、励起光源３２が励起光の出力を開始し、第２の撮像素子５６が第１の蛍光の露光を開始する。その後、露光開始から露光時間Ｔ２が経過したときに、励起光源３２が励起光の出力を停止し、第２の撮像素子５６が露光を終了する。これにより、第１の蛍光を撮影した蛍光画像Ｑ１が生成される。
【００４８】
次に、第２の撮像素子５６のリセット動作が完了するのと同時に２番目の第２の制御信号Ｓ２２が出力されると、エタロン５８が透過波長を第２の波長へ切り替え、励起光源３２が励起光の出力を開始し、第２の撮像素子５６が第２の蛍光の露光を開始する。その後、露光開始から露光時間Ｔ２が経過したときに、励起光源３２が励起光の出力を停止し、第２の撮像素子５６が露光を終了する。これにより、第２の蛍光を撮影した蛍光画像Ｑ２が生成される。さらに、励起光源３２の消灯および第２の撮像素子５６の露光終了と同時に、第１の制御信号Ｓ１が出力される。
【００４９】
第１の制御信号Ｓ１が出力されると、白色光源３１が白色光の出力を開始し、第１の撮像素子５５が白色光の露光を開始する。その後、露光開始から露光時間Ｔ１が経過したときに、白色光源３１が白色光の出力を停止し、第１の撮像素子５５が露光を終了する。これにより、白色光画像Ｐが生成される。さらに、白色光源３１の消灯および第１の撮像素子５５の露光終了と同時に、１番目の第２の制御信号Ｓ２１が出力されて２サイクル目が開始する。
【００５０】
このように、本実施形態によれば、エタロン５８を備えることによって、波長の異なる２種類の蛍光を交互に撮影することができるという利点がある。本実施形態のその他の効果は、第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【００５１】
なお、本実施形態においては、１回目の第２の撮像素子５６の露光時間Ｔ２と２回目の第２の撮像素子５６の露光時間Ｔ２とが同一であることとしたが、これに代えて、図５および図６に示されるように、１回目と２回目とで露光時間Ｔ２１，Ｔ２２を異ならせてもよい。
【００５２】
露光時間Ｔ１，Ｔ２１，Ｔ２２と同一のパルス幅を有するパルス信号を制御信号Ｓ１，Ｓ２１，Ｓ２２として用い、制御信号Ｓ１，Ｓ２１，Ｓ２２の立ち下がりを利用して光源３１，３２の消灯および撮像素子５５，５６の露光終了を指示する構成とすることで、１回目と２回目とで第２の撮像素子５６の露光時間Ｔ２１，Ｔ２２が異なっていても、光源３１，３２の消灯および撮像素子５６の露光終了のタイミングを簡単に制御することができる。
【００５３】
１回目と２回目とで第２の撮像素子５６の露光時間Ｔ２１，Ｔ２２が異なる場合には、露光時間が短い方の蛍光の露光の直後に白色光の露光を行うことが好ましい。
撮像素子には、露光と遮光とを１回ずつ行うフレーム時間に下限が存在し、仮に露光時間と最小遮光時間との和が最小フレーム時間よりも短かったとしても、フレーム時間を最小フレーム時間よりも短縮することができず、同一の撮像素子が次の露光を開始するまでに待ち時間が発生する。そこで、短い方の露光時間Ｔ２１またはＴ２２と最小遮光時間Ｔｒとの和が最小フレーム時間よりも短い場合には、露光時間が短い方の蛍光の露光の直後に白色光の露光を行うことによって、蛍光の露光終了後、時間を空けること無く白色光の露光を開始することができ、フレームレートをさらに高めることができるという利点がある。
【００５４】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態に係る蛍光観察装置３００について図７から図９を参照して説明する。
本実施形態に係る蛍光観察装置３００は、励起光源３６が白色光源の一部を構成しており、蛍光および白色光の撮影中に励起光源３６を常時点灯させる点で、第１および第２の実施形態と異なっている。
【００５５】
本実施形態において、光源ユニット３は、図７に示されるように、赤色の狭帯域光（Ｒ光）を出力するＲ光源（照明光源）３４と、緑色の狭帯域光（Ｇ光）を出力するＧ光源（照明光源）３５と、青色の狭帯域光（Ｂ光）を出力するＢ光源（照明光源、励起光源）３６とを備えている。３つの光源３４，３５，３６から出力されたＲ光、Ｇ光およびＢ光は、図示しない光学系によって単一の光路に合成されることによって白色光を形成し、カップリングレンズ３３によって収束されるようになっている。Ｂ光は、第１の蛍光および第２の蛍光用の励起光としても用いられる。
【００５６】
制御部６３は、第１の実施形態と同一の制御信号Ｓ１，Ｓ２１，Ｓ２２を用いる。ただし、制御部６３は、１フレームの白色光画像Ｐの取得および２フレームの蛍光画像Ｑの取得を１サイクルとし、制御信号Ｓ１，Ｓ２１，Ｓ２２を、第１の制御信号Ｓ１、１番目の第２の制御信号Ｓ２１、２番目の第２の制御信号Ｓ２２の順番で出力する。制御部６３は、第１の制御信号Ｓ１を、第１の撮像素子５５、Ｒ光源３４およびＧ光源３５に出力し、１サイクル目においてのみ、第１の制御信号Ｓ１をＢ光源３６にも出力する。また、制御部６３は、第２の制御信号Ｓ２１，Ｓ２２を、第２の撮像素子５６およびエタロン５８に出力する。
蛍光観察装置３００のその他の構成は、第２の実施形態と同様である。
【００５７】
次に、このように構成された蛍光観察装置３００の作用について、図８のタイミングチャートを参照して説明する。
１サイクル目において、第１の制御信号Ｓ１が出力されると、全ての光源３４，３５，３６がＲ光、Ｇ光およびＢ光の出力を開始し、第１の撮像素子５５が白色光の露光を開始する。その後、露光開始から露光時間Ｔ１が経過したときに、Ｒ光源３４およびＧ光源３５のみがＲ光およびＧ光の出力を停止し、第１の撮像素子５５が露光を終了する。これにより、白色光画像Ｐが生成される。さらに、光源３４，３５の消灯および第１の撮像素子５５の露光終了と同時に、１番目の第２の制御信号Ｓ２１が出力される。
【００５８】
１番目の第２の制御信号Ｓ２１が出力されると、エタロン５８が透過波長を第１の波長に切り替え、第２の撮像素子５６が第１の蛍光の露光を開始する。その後、露光開始から露光時間Ｔ２が経過したときに、第２の撮像素子５６が露光を終了する。これにより、第１の蛍光を撮影した蛍光画像Ｑ１が生成される。
【００５９】
次に、第２の撮像素子５６のリセット動作が完了するのと同時に２番目の第２の制御信号Ｓ２２が出力されると、エタロン５８が透過波長を第２の波長へ切り替え、第２の撮像素子５６が第２の蛍光の露光を開始する。その後、露光開始から露光時間Ｔ２が経過したときに、第２の撮像素子５６が露光を終了する。これにより、第２の蛍光を撮影した蛍光画像Ｑ２が生成される。さらに、第２の撮像素子５６の露光終了と同時に、第１の制御信号Ｓ１が出力されて２サイクル目が開始する。
【００６０】
このように、本実施形態によれば、励起光源であるＢ光源３６を繰り返し点灯および消灯させるのではなく、点灯させ続けることによって、励起光であるＢ光の強度が安定し、励起光の強度の変動に伴う蛍光の強度の変動が防止される。これにより、蛍光画像Ｑ１と蛍光画像Ｑ２とを比較する場合や、異なる時刻に同一種類の蛍光を撮影した蛍光画像同士を比較する場合等に、蛍光画像Ｑ１，Ｑ２内の蛍光の明るさに基づいて定量的な比較を行うことができるという利点がある。本実施形態のその他の効果は、第１および第２の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【００６１】
なお、本実施形態においては、制御信号Ｓ１，Ｓ２１，Ｓ２２として、図９に示されるように、第２の実施形態において説明したパルス幅が可変の矩形のパルス信号を用いてもよい。
【００６２】
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態に係る蛍光観察装置４００について図１０から図１２を参照して説明する。
本実施形態に係る蛍光観察装置４００は、図１０に示されるように、３色の狭帯域光を出力する３つの光源３４，３５，３６を備える点で第３の実施形態と共通しているが、Ｂ光源３６に加えてＧ光源３５も励起光源として使用して、Ｂ光を励起光とする第１の蛍光と、Ｇ光を励起光とする第２の蛍光とを観察する点で、第３の実施形態と異なっている。
【００６３】
本実施形態において、制御部６３は、１番目の第２の制御信号Ｓ２１を第２の撮像素子５６およびＧ光源３５に同時に出力する。また、制御部６３は、Ｂ光源３６を駆動するための第３の制御信号Ｓ３を生成し、第１の制御信号Ｓ１を第１の撮像素子５５およびＲ光源３４に出力するのと同時に、第３の制御信号Ｓ３をＢ光源３６に出力する。ただし、制御部６３は、１サイクル目においては、１番目の第２の制御信号Ｓ２１と同時に、第３の制御信号Ｓ３もＢ光源３６に出力する。また、制御部６３は、Ｇ光源３５を駆動するための第４の制御信号Ｓ４を生成し、２番目の第２の制御信号Ｓ２２を第２の撮像素子５６に出力するのと同時に、第４の制御信号Ｓ４をＧ光源３５およびＢ光源３６に出力する。
【００６４】
Ｂ光源３６は、第３の制御信号Ｓ３と同期してＢ光の出力を開始し、第４の制御信号Ｓ４と同期してＢ光の出力を停止するようになっている。Ｇ光源３５は、第４の制御信号Ｓ４と同期してＧ光の出力を開始し、１番目の第２の制御信号Ｓ２１と同期してＧ光の出力を停止するようになっている。
蛍光観察装置４００のその他の構成は、エタロン５８および収束レンズ５９を備えていない点を除いて第３の実施形態と同様である。
【００６５】
次に、このように構成された蛍光観察装置４００の作用について、図１１のタイミングチャートを参照して説明する。
１サイクル目において、１番目の第２の制御信号Ｓ２１および第３の制御信号Ｓ３が出力されると、Ｂ光源３６がＢ光の出力を開始し、第２の撮像素子５６が第１の蛍光の露光を開始する。その後、露光開始から露光時間Ｔ２が経過したときに、第２の撮像素子５６が露光を終了する。これにより、第１の蛍光を撮影した蛍光画像Ｑ１が生成される。
【００６６】
次に、第２の撮像素子５６のリセット動作が完了するのと同時に２番目の第２の制御信号Ｓ２２および第４の制御信号Ｓ４が出力されると、Ｂ光源３６がＢ光の出力を停止し、Ｇ光源３５がＧ光の出力を開始し、第２の撮像素子５６が第２の蛍光の露光を開始する。その後、露光開始から露光時間Ｔ２が経過したときに、第２の撮像素子５６が露光を終了する。これにより、第２の蛍光を撮影した蛍光画像Ｑ２が生成される。さらに、第２の撮像素子５６の露光終了と同時に、第１の制御信号Ｓ１および第３の制御信号Ｓ３が出力される。
【００６７】
第１の制御信号Ｓ１および第３の制御信号Ｓ３が出力されると、Ｒ光源３４およびＢ光源３６がＲ光およびＢ光の出力をそれぞれ開始し、第１の撮像素子５５が白色光の露光を開始する。その後、露光開始から露光時間Ｔ１が経過したときに、Ｒ光源３４がＲ光の出力を停止し、第１の撮像素子５５が露光を終了する。これにより、白色光画像Ｐが生成される。さらに、Ｒ光源３４の消灯および第１の撮像素子５５の露光終了と同時に、１番目の第２の制御信号Ｓ２１が出力されて２サイクル目が開始する。
【００６８】
このように、本実施形態によれば、２つの光源３５，３６を励起光源として使用し、１回目の第２の撮像素子５６による撮影時にはＢ光のみを生体組織Ｘに照射し、２回目の第２の撮像素子５６による撮影時にはＧ光のみを生体組織Ｘに照射することによって、エタロン５８を使用せずとも、波長の異なる２種類の蛍光を交互に撮影することができるという利点がある。本実施形態のその他の効果は、第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【００６９】
なお、本実施形態においては、制御信号Ｓ１，Ｓ２１，Ｓ２２、Ｓ３，Ｓ４として、図１２に示されるように、第２の実施形態において説明したパルス幅が可変の矩形のパルス信号を用いてもよい。
【００７０】
（第５の実施形態）
次に、本発明の第５の実施形態に係る蛍光観察装置について図１３および図１４を参照して説明する。
本実施形態に係る蛍光観察装置は、第３の実施形態に係る蛍光観察装置３００と装置構成は同一であるが、制御部６３による光源３４，３５，３６の制御方法が異なる。具体的には、本実施形態に係る蛍光観察装置は、３色の狭帯域光を出力する３つの光源３４，３５，３６を備える点で第３の実施形態と共通しているが、Ｂ光源３６に加えてＧ光源３５も励起光源として使用し、かつ、蛍光および白色光の撮影中にＢ光源３６およびＧ光源３５を常時点灯させる点で、第３の実施形態と異なっている。
【００７１】
本実施形態において、制御部６３は、第１の実施形態と同一の制御信号Ｓ１，Ｓ２１，Ｓ２２を用いる。制御部６３は、第１の制御信号Ｓ１を第１の撮像素子５５およびＲ光源３４に出力し、第２の制御信号Ｓ２１，Ｓ２２を第２の撮像素子５６およびエタロン５８に出力する。また、制御部６３は、１フレーム目においてのみ、１番目の第２の制御信号Ｓ２１をＢ光源３６およびＧ光源３５に出力する。
蛍光観察装置５００のその他の構成は、第３の実施形態と同様である。
【００７２】
次に、このように構成された蛍光観察装置の作用について、図１３のタイミングチャートを参照して説明する。
１サイクル目において、１番目の第２の制御信号Ｓ２１が出力されると、Ｂ光源３６およびＧ光源３５がＢ光およびＧ光の出力を開始し、エタロン５８が透過波長を第１の波長に切り替え、第２の撮像素子５６が第１の蛍光の露光を開始する。この後の動作は、Ｂ光源３６およびＧ光源３５が消灯することなくＢ光およびＧ光を出力し続けることを除いて、第３の実施形態と同様である。
【００７３】
このように、本実施形態によれば、励起光源であるＢ光源３６およびＧ光源３５を繰り返し点灯および消灯させるのではなく、点灯させ続けることによって、励起光であるＢ光およびＧ光の強度が安定し、励起光の強度の変動に伴う蛍光の強度の変動が防止される。これにより、蛍光画像Ｑ１と蛍光画像Ｑ２とを比較する場合や、異なる時刻に同一種類の蛍光を撮影した蛍光画像同士を比較する場合等に、蛍光画像Ｑ１，Ｑ２内の蛍光の明るさに基づいて定量的な比較を行うことができるという利点がある。本実施形態のその他の効果は、第１および第２の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【００７４】
なお、本実施形態においては、制御信号Ｓ１，Ｓ２１，Ｓ２２として、図１４に示されるように、第２の実施形態において説明したパルス幅が可変の矩形のパルス信号を用いてもよい。
【００７５】
また、第１から第５の実施形態においては、１サイクル中に２フレームの蛍光画像Ｑおよび１フレームの白色光画像Ｐを取得することとしたが、１サイクル中に取得する蛍光画像Ｑのフレーム数は、図１５および図１６に示されるように、３以上であってもよい。図１５には、一例として、第１の実施形態において、３フレームの蛍光画像Ｑの取得および１フレームの白色光画像Ｐの取得を１サイクルとした場合を示している。図１６には、もう１つの例として、第２の実施形態において、互いに異なる波長を有する３種類の蛍光を観察する場合を示している。図１６の制御信号Ｓ１，Ｓ２１，Ｓ２２，Ｓ２３は、図４から図６のような矩形のパルス信号であってもよい。
【００７６】
また、第１から第５の実施形態においては、撮像素子５５，５６が、撮影条件設定部７を介してユーザによって設定された露光時間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ２１，Ｔ２２で撮影を続けることとしたが、制御部６３が、白色光画像Ｐまたは蛍光画像Ｑ，Ｑ１，Ｑ２の明るさに基づいて露光時間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ２１，Ｔ２２を自動的に変更してもよい。
【００７７】
また、第１から第５の実施形態においては、蛍光観察装置１００，２００，３００，４００が、対物レンズ５１を１つのみ備える単眼式であり、対物レンズ５１によって集められた光をビームスプリッタ５２によって２つの撮像素子５５，５６に分配することとしたが、これに代えて、蛍光観察装置１００，２００，３００，４００が、２つの対物レンズを備える複眼式であってもよい。複眼式の場合、一方の対物レンズによって白色光を集め、他方の対物レンズによって蛍光を選択的に集めることによって、第１の撮像素子５５による白色光の撮影と第２の撮像素子５６による蛍光の撮影とを並行して行うことができる。
【００７８】
また、第２、第３および第５の実施形態においては、可変分光素子としてエタロン５８を用いることとしたが、可変分光素子はこれに限定されるものではなく、例えば液晶チューナブルフィルタやカラーフィルタ切替方式など、他の形態のものを用いてもよい。
【符号の説明】
【００７９】
１００，２００，３００，４００  蛍光観察装置
３１  白色光源（照明光源）
３２  励起光源
３４  Ｒ光源（照明光源）
３５  Ｇ光源（照明光源、励起光源）
３６  Ｂ光源（照明光源、励起光源）
５５，５６  撮像素子
５８  エタロン（可変分光素子）
６３  制御部
Ｓ１  第１の制御信号
Ｓ２１，Ｓ２２  第２の制御信号
【図１】
2016123576.tif 000003
【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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