(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光を被測定部に照射する励起光照射手段と、前記励起光の照射により前記被測定部から発せられた蛍光を撮像する撮像手段と、該撮像手段の動作を制御する撮像制御手段とを有する蛍光撮像装置において、
前記撮像手段が、画素を２次元に多数並べた撮像素子を備え、
前記撮像制御手段が、前記撮像素子から信号電荷を読み出す際に、前記蛍光の撮像に使用される蛍光撮像領域以外の非撮像領域の少なくも一部の画素に蓄積された信号電荷を、蛍光撮像領域の読み出し速度より高速な読み出し速度で読み出す高速読み出しにより、読み出すものであり、
前記撮像素子が、一方向から信号電荷が読み出される水平シフト手段を備え、
前記撮像制御手段が、前記画素に蓄積された信号電荷を一旦前記水平シフト手段に転送し、その後前記水平シフト手段から読み出すものであり、
前記蛍光撮像領域が前記撮像素子の撮像面における前記水平シフト手段の読み出し側に偏って配置されていることを特徴とする蛍光撮像装置。
【請求項２】
励起光を被測定部に照射する励起光照射手段と、前記励起光の照射により前記被測定部から発せられた蛍光を撮像する撮像手段と、該撮像手段の動作を制御する撮像制御手段とを有する蛍光撮像装置において、
前記撮像手段が、画素を２次元に多数並べた撮像素子を備え、
前記撮像制御手段が、前記撮像素子から信号電荷を読み出す際に、前記蛍光の撮像に使用される蛍光撮像領域以外の非撮像領域の少なくも一部の画素に蓄積された信号電荷を、複数個の画素の信号電荷を加算して読み出すビニング読み出しにより、読み出すものであり、
前記撮像素子が、一方向から信号電荷が読み出される水平シフト手段を備え、
前記撮像制御手段が、前記画素に蓄積された信号電荷を一旦前記水平シフト手段に転送し、その後前記水平シフト手段から読み出すものであり、
前記蛍光撮像領域が前記撮像素子の撮像面における前記水平シフト手段の読み出し側に偏って配置されていることを特徴とする蛍光撮像装置。
【請求項３】
励起光を被測定部に照射する励起光照射手段と、前記励起光の照射により前記被測定部から発せられた蛍光を撮像する撮像手段と、該撮像手段の動作を制御する撮像制御手段とを有する蛍光撮像装置において、
前記撮像手段が、画素を２次元に多数並べた撮像素子を備え、
前記撮像制御手段が、前記撮像素子から信号電荷を読み出す際に、前記蛍光の撮像に使用される蛍光撮像領域以外の非撮像領域の少なくも一部の画素に蓄積された信号電荷を読み出さないものであり、
前記撮像素子が、一方向から信号電荷が読み出される水平シフト手段を備え、
前記撮像制御手段が、前記画素に蓄積された信号電荷を一旦前記水平シフト手段に転送し、その後前記水平シフト手段から読み出すものであり、
前記蛍光撮像領域が前記撮像素子の撮像面における前記水平シフト手段の読み出し側に偏って配置されていることを特徴とする蛍光撮像装置。
【請求項４】
励起光を被測定部に照射する励起光照射手段と、前記励起光の照射により前記被測定部から発せられた蛍光を撮像する撮像手段と、該撮像手段の動作を制御する撮像制御手段とを有する蛍光撮像装置において、
前記撮像手段が、画素を２次元に多数並べた電荷転送型の撮像素子を備え、
前記撮像制御手段が、前記撮像素子から信号電荷を読み出す際に、前記蛍光の撮像に使用される蛍光撮像領域以外の非撮像領域の中のある領域の画素に蓄積された信号電荷を、蛍光撮像領域の読み出し速度より高速な読み出し速度で読み出す高速読み出しか、または複数個の画素の信号電荷を加算して読み出すビニング読み出しにより読み出し、また前記非撮像領域の中の他の領域の画素に蓄積された信号電荷を読み出さないものであり、
前記撮像素子が、一方向から信号電荷が読み出される水平シフト手段を備え、
前記撮像制御手段が、前記画素に蓄積された信号電荷を一旦前記水平シフト手段に転送し、その後前記水平シフト手段から読み出すものであり、
前記蛍光撮像領域が前記撮像素子の撮像面における前記水平シフト手段の読み出し側に偏って配置されていることを特徴とする蛍光撮像装置。
【請求項５】
前記撮像素子が前記画素に蓄積された信号電荷をクリアするクリア部を備えることを特徴とする請求項３または４記載の蛍光撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、励起光を照射された被測定部から発せられる蛍光を撮像する蛍光撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、生体内在色素の励起波長領域にある励起光を生体に照射した場合に、正常組織から発せられた蛍光と病変組織から発せられた蛍光では、蛍光スペクトルが異なることが知られている。図９には、発明者等により測定された、励起光が照射された正常組織から発せられた蛍光と病変組織から発せられた蛍光の代表的な蛍光スペクトルが記載されている。これらの蛍光は、ＦＡＤ、コラーゲン、ファイブロネクチン、ポルフィリン、等の種々の生体内在色素からの蛍光が重畳したものと推測されている。
【０００３】
上記のように、正常組織と病変組織とでは、蛍光スペクトルが異なることを利用して、励起光を照射された生体の被測定部から発せられる蛍光を撮像し、蛍光強度あるいは蛍光スペクトルの光強度分布等を反映させた蛍光画像をモニタ上に表すことにより、病変組織の局在・浸潤範囲を色彩変化として表示する装置が提案されている。通常、このような装置には、励起光を照射された生体の被測定部から発せられる蛍光を撮像する蛍光撮像装置が搭載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、励起光を照射された被測定部から発せられる蛍光は微弱なものであり、ノイズの影響を受け易いという問題があった。特に拡散電流等を原因とする暗電流は、画素サイズ、露光時間、読み出し時間および温度等に依存するノイズであり、蛍光画像のＳ／Ｎを低下させる原因の一つとなっていた。
【０００５】
本発明は上記問題に鑑み、励起光を照射された被測定部から発せられる蛍光を撮像する蛍光撮像装置において、蛍光撮像時に生じる暗電流を低減し、Ｓ／Ｎを向上させた蛍光撮像装置を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明による第１の蛍光撮像装置は、励起光を被測定部に照射する励起光照射手段と、前記励起光の照射により前記被測定部から発せられた蛍光を撮像する撮像手段と、該撮像手段の動作を制御する撮像制御手段とを有する蛍光撮像装置において、
前記撮像手段が、画素を２次元に多数並べた撮像素子を備え、
前記撮像制御手段が、前記撮像素子から信号電荷を読み出す際に、前記蛍光の撮像に使用される蛍光撮像領域以外の非撮像領域の少なくも一部の画素に蓄積された信号電荷を、蛍光撮像領域の読み出し速度より高速な読み出し速度で読み出す高速読み出しにより、読み出すことを特徴とするものである。
【０００７】
また、本発明による第２の蛍光撮像装置は、励起光を被測定部に照射する励起光照射手段と、前記励起光の照射により前記被測定部から発せられた蛍光を撮像する撮像手段と、該撮像手段の動作を制御する撮像制御手段とを有する蛍光撮像装置において、
前記撮像手段が、画素を２次元に多数並べた撮像素子を備え、
前記撮像制御手段が、前記撮像素子から信号電荷を読み出す際に、前記蛍光の撮像に使用される蛍光撮像領域以外の非撮像領域の少なくも一部の画素に蓄積された信号電荷を、複数個の画素の信号電荷を加算して読み出すビニング読み出しにより、読み出すことを特徴とするものである。
【０００８】
さらに、本発明による第３の蛍光撮像装置は、励起光を被測定部に照射する励起光照射手段と、前記励起光の照射により前記被測定部から発せられた蛍光を撮像する撮像手段と、該撮像手段の動作を制御する撮像制御手段とを有する蛍光撮像装置において、
前記撮像手段が、画素を２次元に多数並べた撮像素子を備え、
前記撮像制御手段が、前記撮像素子から信号電荷を読み出す際に、前記蛍光の撮像に使用される蛍光撮像領域以外の非撮像領域の少なくも一部の画素に蓄積された信号電荷を読み出さないことを特徴とするものである。
【０００９】
本発明の第４の蛍光撮像装置は、励起光を被測定部に照射する励起光照射手段と、前記励起光の照射により前記被測定部から発せられた蛍光を撮像する撮像手段と、該撮像手段の動作を制御する撮像制御手段とを有する蛍光撮像装置において、
前記撮像手段が、画素を２次元に多数並べた電荷転送型の撮像素子を備え、
前記撮像制御手段が、前記撮像素子から信号電荷を読み出す際に、前記蛍光の撮像に使用される蛍光撮像領域以外の非撮像領域の中のある領域の画素に蓄積された信号電荷を、蛍光撮像領域の読み出し速度より高速な読み出し速度で読み出す高速読み出しか、または複数個の画素の信号電荷を加算して読み出すビニング読み出しにより読み出し、また前記非撮像領域の中の他の領域の画素に蓄積された信号電荷を読み出さないことを特徴とするものである。
【００１０】
上記第３および第４の本発明の蛍光撮像装置においては、前記撮像素子が前記画素に蓄積された信号電荷をクリアするクリア部を備えることが望ましい。
【００１１】
また、前記撮像素子は、一方向から信号電荷が読み出される水平シフト手段を備え、
前記撮像制御手段は、前記画素に蓄積された信号電荷を一旦前記水平シフト手段に転送し、その後前記水平シフト手段から読み出すものであり、
前記蛍光撮像領域は前記撮像素子の撮像面における前記水平シフト手段の読み出し側に偏って配置されているものが好適である。
【００１２】
また、本発明の第５の蛍光撮像装置においては、励起光を被測定部に照射する励起光照射手段と、前記励起光の照射により前記被測定部から発せられた蛍光を撮像する撮像手段と、該撮像手段の動作を制御する撮像制御手段とを有する蛍光撮像装置において、
前記撮像手段が、画素を２次元に多数並べたランダムアクセス型の撮像素子を備え、
前記撮像制御手段が、前記撮像素子から信号電荷を読み出す際に、前記蛍光の撮像に使用される蛍光撮像領域の画素に蓄積された信号電荷のみを読み出すことを特徴とするものである。
【００１３】
なお、上記電荷転送型の撮像素子としては、画素の信号電荷を一方向に、順次並列に転送して読み出す撮像素子であればよく、画素の種類は如何なるものでもよく、フォトダイオードやＣＣＤ等、その種別を問わない。
【００１４】
また、上記ランダムアクセス型の撮像素子としては、画素の信号電荷をランダムに読み出せる撮像素子であればよく、画素の種類は如何なるものでもよく、フォトダイオードや、ＭＯＳ型トランジスタ等、その種別を問わない。
【００１５】
【発明の効果】
上述した本発明による第１の蛍光撮像装置によれば、蛍光撮像領域以外の非撮像領域の少なくも一部の画素に蓄積された信号電荷を、蛍光撮像領域の読み出し速度より速い読み出し速度で読み出す高速読み出しにより読み出すことにより、非撮像領域の画素から信号電荷を読み出すために必要な時間が短縮される。そのため、撮像素子全体の読み出し時間が短縮され、読み出し時間に依存する暗電流を低減することができ、撮像した画像のＳ／Ｎを向上することができる。
【００１６】
また本発明による第２の蛍光撮像装置によれば、蛍光撮像領域以外の非撮像領域の少なくも一部の画素に蓄積された信号電荷を、複数個の画素の信号電荷を加算して読み出すビニング読み出しによ読み出すことにより、非撮像領域の画素から信号電荷を読み出すために必要な時間が短縮される。そのため、撮像素子全体の読み出し時間も短縮され、撮像した画像に含まれる暗電流を低減することができ、撮像した画像のＳ／Ｎを向上することができる。
【００１７】
さらに、本発明による第３の蛍光撮像装置によれば、蛍光撮像領域以外の非撮像領域の少なくも一部の画素に蓄積された信号電荷を、読み出さないことにより、非撮像領域の画素から信号電荷を読み出すために必要な時間が短縮される。そのため、撮像素子全体の読み出し時間も短縮され、撮像した画像の暗電流を低減する事ができ、画像のＳ／Ｎを向上することができる。
【００１８】
また、本発明による第４の蛍光撮像装置によれば、電荷転送型の撮像素子の蛍光撮像領域以外の非撮像領域の中のある領域の画素に蓄積された信号電荷を、蛍光撮像領域の読み出し速度より高速な読み出し速度で読み出す高速読み出しか、または複数個の画素の信号電荷を加算して読み出すビニング読み出しにより読み出し、また前記非撮像領域の中の他の領域の画素に蓄積された信号電荷を読み出さないことにより、蛍光撮像領域の画素に蓄積された信号電荷を読み出すために読み出す必要のある画素に蓄積された信号電荷のみを読み出すことができるので、非撮像領域の画素から信号電荷を読み出すために必要な時間が短縮できる。そのため、撮像素子全体の読み出し時間も短縮され、撮像した画像に含まれる暗電流が低減され、画像のＳ／Ｎを向上することができる。
【００１９】
なお、上記撮像素子が画素に蓄積された信号電荷をクリアするクリア部を備えれば、読み出されずに撮像素子に残った信号電荷を容易にクリアすることができる。
【００２０】
また、撮像素子として、電荷転送型の撮像素子を用いた場合には、蛍光撮像領域の画素に蓄積された信号電荷を読み出すためには、撮像面における水平シフト手段の読み出し側に配置されている非撮像領域の画素に蓄積された電荷信号は、読み出す必要があるが、反対側、すなわち撮像面における水平シフト手段の読み出し側ではない側に配置されている非撮像領域の画素に蓄積された電荷信号は読み出す必要はない。このため、撮像素子の蛍光撮像領域が、撮像素子の撮像面における水平シフト手段の読み出し側に偏って配置されれば、読み出す必要のある非撮像領域の画素数がすくなくなり、撮像素子全体の読み出し時間を一層短縮することができる。
【００２１】
さらに、本発明の第５の蛍光撮像装置によれば、ランダムアクセス型の撮像素子の蛍光撮像領域の画素に蓄積された信号電荷のみを読み出すことにより、撮像素子全体の読み出し時間を短縮することができるので、読み出し時間に依存する暗電流を低減することができ、撮像した画像のＳ／Ｎを向上することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。まず、図１〜図５を参照して、本発明による蛍光撮像装置を適用した第１の具体的な実施の形態である内視鏡装置について説明する。図１は本発明による蛍光撮像装置を適用した内視鏡装置の概略構成図であり、この内視鏡装置は、生体被測定部に励起光を照射して、被測定部から発せられた蛍光を、内視鏡先端に取り付けられたＣＣＤ撮像素子で撮像し、蛍光像を所定波長帯域の信号強度の相対的比率に応じた疑似カラー画像として、モニタ上に表示するものであり、ＣＣＤ撮像素子から信号電荷を読み出す際に、蛍光撮像領域以外の非撮像領域の画素の信号電荷を、蛍光撮像領域の画素を読み出す読み出し速度より速い高速読み出しで、読み出すものである。
【００２３】
本発明の第１の実施の形態にかかる内視鏡装置は、先端に電荷転送型撮像素子であるＣＣＤ撮像素子を備え、患者の病巣と疑われる部位に挿入される内視鏡100 、蛍光像撮像用の励起光を発する光源を備える照明ユニット110 、ＣＣＤ撮像素子の動作を制御するＣＣＤドライバ120 、蛍光像を所定波長帯域の信号強度の相対的比率に応じた疑似カラー画像として表示するための画像処理を行う画像処理ユニット130 、動作タイミングの制御を行うコントローラ140 、蛍光画像（蛍光像の疑似カラー画像）を表示するモニタ150 から構成されている。
【００２４】
内視鏡100 は、内部に先端まで延びるライトガイド101 およびＣＣＤケーブル102 を備えている。ライトガイド101 およびＣＣＤケーブル102 の先端部、即ち内視鏡100 の先端部には、照明レンズ104 および対物レンズ105 を備えている。ＣＣＤケーブル102 の先端部には、微少な帯域フィルタがモザイク状に組み合わされたモザイクフィルタ106 がオンチップされたＣＣＤ撮像素子108 が接続され、該ＣＣＤ撮像素子108 には、プリズム109 が取り付けられている。
【００２５】
ＣＣＤ撮像素子108 は、図２に示すように、正方形の画素が縦ｎ個、横（４／３）ｎ個並んだ撮像面21と、水平シフトレジスタ22及び出力回路23から構成されるインターライン型のＣＣＤ撮像素子である。
【００２６】
このＣＣＤ撮像素子108 の撮像面21に内接する円の内側が蛍光像の撮像に利用される蛍光撮像領域24である。蛍光撮像領域24の両側は、非撮像領域25であり、蛍光撮像領域24以外の部分は、薄い金属膜等により、遮蔽されている。蛍光撮像領域24の面積は、撮像面21の５９％を占め、非撮像領域25は、撮像面21の４１％を占めている。
【００２７】
図３は、上記ＣＣＤ撮像素子108 の部分拡大模式図である。各画素26は、光電変換を行うフォトダイオード27と、垂直転送を行う垂直転送ＣＣＤ28から構成され、水平シフトレジスタ22は、（４／３）ｎ個の水平転送ＣＣＤ29から構成されている。
【００２８】
上記モザイクフィルタ106 は、図４に示すように、４３０nm〜５２０nmの波長帯域の光を透過させる青色帯域フィルタ107aと、４３０nm〜７００nmの波長帯域の光を透過させる全波長帯域フィルタ107bが交互に組み合わされ、各帯域フィルタはＣＣＤ撮像素子108 の画素に一対一で対応している。
【００２９】
ライトガイド101 は、石英ガラスファイバから成り、照明ユニット110 へ接続されている。ＣＣＤケーブル102 は、ＣＣＤ撮像素子108 の駆動信号が送信される駆動ライン103aと、ＣＣＤ撮像素子108 から信号電荷を読み出す出力ライン103bが組み合わされ、駆動ライン103aの一端は、ＣＣＤドライバ120 に接続され、出力ライン103bの一端は、画像処理ユニット130 へ接続されている。
【００３０】
照明ユニット110 は、蛍光像撮像用の励起光L1を発するＧａＮ系半導体レーザ111 および該ＧａＮ系半導体レーザ111 に電気的に接続されている励起光源用電源112 を備えている。
【００３１】
画像処理ユニット130 は、ＣＣＤ撮像素子108 で撮像された蛍光像から疑似カラー画像信号を作成する信号処理回路131 、該信号処理回路131 で得られた疑似カラー画像信号をデジタル化するA/D 変換回路132 、デジタル化された疑似カラー画像信号を保存する蛍光画像メモリ133 、該蛍光画像メモリ133 から出力された疑似カラー画像信号をDA変換するD/A 変換回路134 および疑似カラー画像信号をビデオ信号に変換する蛍光画像エンコーダ135 を備えている。なお、コントローラ140 は、各部位に接続され、動作タイミングを制御している。
【００３２】
また、ＣＣＤドライバ120 は、発明の撮像制御手段を構成するものであり、予めＣＣＤ撮像素子108 における撮像領域24および非撮像領域25の配置および読み出し制御方法が記憶されている。
【００３３】
以下、本発明による蛍光撮像装置を適用した上記構成の内視鏡装置の作用について説明する。コントローラ140 からの信号に基づき、励起光源用電源112 が駆動され、ＧａＮ系半導体レーザ111 から波長４１０nmの励起光L1が射出される。励起光L1は、レンズ113 を透過し、ライトガイド101 に入射され、内視鏡先端部まで導光された後、照明レンズ104 から被測定部10へ照射される。
【００３４】
励起光L1を照射されることにより生じる被測定部10からの蛍光L2は、集光レンズ105 により集光され、プリズム109 に反射して、モザイクフィルタ106 を透過して、ＣＣＤ撮像素子108 で受光される。
【００３５】
ＣＣＤ撮像素子108 では、各画素26のフォトダイオード27において、入射光が光電変換され、光の強弱に応じた電気信号に変換される。フォトダイオード27に蓄積された信号電荷は、一定時間後に各フォトダイオード27に隣接された垂直転送ＣＣＤ28に、一斉に転送される。その後垂直転送ＣＣＤ28は、並列に垂直方向に電荷を転送する。垂直に転送された信号電荷は、水平シフトレジスタ22の水平転送ＣＣＤ29に順次送り込まれる。
【００３６】
水平シフトレジスタ22では、横１ラインの画素の信号電荷が入るたびに、信号は水平方向に転送され、右端に設けられた出力回路23を介して読み出される。水平転送ＣＣＤ29の信号電荷がすべて読み出されると、次のラインの信号電荷が、垂直転送ＣＣＤ28から転送される。このような動作を繰り返すことにより、撮像面21右下の画素から左方向へ順次信号電荷が読み出され、ひとつのラインの信号が読み出されると、次にその上のラインの信号が読み出され、順番に移動して、全画素、１画面の信号が読み出される。
【００３７】
ここで、水平シフトレジスタ22から信号電荷が読み出される際の、読み出し動作の詳細を図５を用いて説明する。図５は、水平シフトレジスタ22に、ｉライン目の画素の信号電荷が転送された時の信号電荷の状態を示す模式図である。
【００３８】
すなわち、次式で示すｋ番目からｋ’番目までの水平転送ＣＣＤ29には、撮像面21の蛍光撮像領域24で撮像された信号電荷が転送されている。
【００３９】
【数１】
0004265851.tif 000002
左端の１番目からｋ−１番目までの水平転送ＣＣＤ29には、撮像面21の非撮像領域25で撮像された信号電荷が転送されている。また、ｋ’＋１番目から右端の（４／３）ｎ個までの水平転送ＣＣＤ29にも、非撮像領域25で撮像された信号電荷が転送されている。
【００４０】
蛍光画像を表示する際に必要な信号は、上記水平シフトレジスタ22に転送されたデータの中のｋ番目からｋ’番目までの水平転送ＣＣＤ29に転送された信号電荷のみで、他の水平転送ＣＣＤ29に転送された信号は不要な信号である。
【００４１】
通常水平シフトレジスタ22から出力回路23を介して信号電荷を読み出す場合、ノイズの混入を防ぐために所定の速度で読み出す。しかし不要な信号を読み出す場合には、ノイズの混入を配慮する必要はなく、読み出し速度を高速化することができる。
【００４２】
ＣＣＤドライバ120 には、予め撮像面21上の蛍光撮像領域24および非撮像領域25の配置および各ラインに対応するｋおよびｋ’の値が記憶されている。ＣＣＤドライバ120 は、ｉラインの信号電荷を水平シフトレジスタ22から読み出す際には、ｋ番目からｋ’番目までの水平転送ＣＣＤ29の信号電荷は所定の速度で読み出し、左端の１番目からｋ−１番目までの水平転送ＣＣＤ29およびｋ’＋１番目から右端の（４／３）ｎ個までの水平転送ＣＣＤ29の信号電荷は、上記所定の速度の１０倍の速度で読み出す。
【００４３】
信号処理回路131 では、ＣＣＤ撮像素子108 から読み出された信号の中で、蛍光撮像領域24の画素26から読み出された信号に関して、相関二重サンプリング、クランプ、ブランキング、増幅等のプロセス処理を行い、青色フィルタ107aを透過した青色波長帯域の信号強度Ｂ２と全波長フィルタ107bを透過した全測定波長帯域の信号強度Ｗ２を画素対毎に検出し、両信号強度を用いて、各画素対毎に、NTSC方式による色差マトリクス演算を行い、疑似カラー画像信号である疑似輝度信号Ｙ２、疑似色差信号Ｒ２−Ｙ２およびＢ２−Ｙ２を算出する。
【００４４】
信号処理回路131 で算出された各画素毎の疑似カラー画像信号（疑似輝度信号Ｙ２、疑似色差信号Ｒ２−Ｙ２およびＢ２−Ｙ２）はA/D 変換回路132 へ入力され、それぞれデジタル化された後、蛍光画像メモリ133 に保存される。表示タイミングに合わせて、蛍光画像メモリ133 から読み出された疑似カラー画像信号は、D/A 変換回路134 でDA変換され、蛍光画像エンコーダ135 で所定のビデオ信号に変換され、モニタ150 に出力され、蛍光画像11として表示される。
【００４５】
なお、蛍光画像は、全測定波長帯域の信号強度Ｗ２と青色波長帯域の信号強度Ｂ２の相対的比率の変化に応じて表示色が変化する疑似カラーで表示され、その色合いは、上述した画像信号マトリクス回路137 におけるマトリクス演算式の係数により定まる。
【００４６】
上記係数としては、正常組織から発せられた蛍光と、病変組織から発せられた蛍光の表示色の差異が明らかになるような係数が設定されていることが望まい。例えば正常組織から発せられた蛍光は白色となり、病変組織から発せられた蛍光はピンクあるいは他の色となるように、係数を選択して、疑似カラー表示することにより、観察者は病変組織を容易に認識することができる。
【００４７】
上記のように、電荷転送型撮像素子であるＣＣＤ撮像素子108 における、蛍光撮像領域24以外の非撮像領域25の画素に蓄積された信号電荷を、蛍光撮像領域24の読み出し速度より速い高速読み出しで読み出すことにより、ＣＣＤ撮像素子108 の全画素から信号電荷を読み出す時間が短縮されるので、読み出し時間に依存する暗電流を低減することができ、撮像した画像のＳ／Ｎを向上することができる。
【００４８】
なお、上記第１の具体的な実施の形態である内視鏡装置では、ＣＣＤ撮像領域の非撮像領域25に蓄積された信号電荷を高速読み出しにより読み出したが、本実施の形態の変型例として複数の信号電荷を加算して読み出すビニング読み出しを行なうことも考えられる。この際には、ＣＣＤドライバ120 が水平シフトレジスタ22から信号電荷を読み出す時に、非撮像領域25に蓄積された信号電荷が転送された水平転送ＣＣＤ29の信号電荷、すなわち図５に示す、左端の１番目からｋ−１番目までの水平転送ＣＣＤ29、およびｋ’＋１番目から右端の（４／３）ｎ個までの水平転送ＣＣＤ29の信号電荷を読み出す際には、それぞれ４つの水平転送ＣＣＤ29の信号電荷を加算し、その後で読み出す。
【００４９】
例えば通常の読み出し動作により、４つの水平シフトレジスタ22から信号電荷を読み出す際に必要な時間が４とすれば、このビニング読み出しにより、１．１程度の時間で、信号電荷を読み出すことができる。従って、ＣＣＤ撮像素子108 の全画素から信号電荷を読み出す時間が短縮されるので、読み出し時間に依存する暗電流を低減することができ、撮像した画像のＳ／Ｎを向上することができる。なお、左端の１番目からｋ−１番目までの水平転送ＣＣＤ29、およびｋ’＋１番目から右端の（４／３）ｎ個までの水平転送ＣＣＤ29の信号電荷を、それぞれ全て加算した後読み出すことも可能であり、一層読み出し時間を低減することができる。
【００５０】
さらに、高速読み出しまたはビニング読み出しは、必ずしも非撮像領域25の全領域において行われる必要はなく、適宜望ましい領域のみの高速読み出しまたはビニング読み出しを行なうことができる。また、非撮像領域25の一部を高速読み出しにより読み出し、他の一部をビニング読み出しにより読み出すこともできる。
【００５１】
次に本発明による蛍光撮像装置を適用した第２の具体的な実施の形態である内視鏡装置について説明する。その構成は図１に示す第１の具体的な実施の形態とほぼ同様であるため、異なる要素のみ、図１内に要素番号を記載する。なお、第１の実施の形態と同等の要素についての説明は、特に必要のない限り省略する。
【００５２】
この内視鏡装置は、生体被測定部に励起光を照射して、被測定部から発せられた蛍光を、内視鏡先端に取り付けられたＭＯＳ型撮像素子で撮像し、蛍光像を所定波長帯域の信号強度の相対的比率に応じた疑似カラー画像として、モニタ上に表示するものであり、ＭＯＳ型撮像素子から信号電荷を読み出す際に、蛍光撮像領域の画素の信号電荷のみを読み出すものである。
【００５３】
第２の具体的な実施の形態である内視鏡装置は、先端にＭＯＳ型撮像素子を備え、患者の病巣と疑われる部位に挿入される内視鏡200 、励起光を発する光源を備える照明ユニット110 、ＭＯＳ型撮像素子の動作を制御するドライバ210 、蛍光像を所定波長帯域の信号強度の相対的比率に応じた疑似カラー画像として表示するための画像処理を行う画像処理ユニット220 、動作タイミングの制御を行うコントローラ230 、蛍光画像を表示するモニタ150 から構成されている。
【００５４】
内視鏡200 は、内部に先端まで延びるライトガイド101 およびケーブル202 を備えている。ケーブル202 の先端部には、モザイクフィルタ106 がオンチップされたＭＯＳ型撮像素子201 が接続され、該ＭＯＳ型撮像素子201 には、プリズム109 が取り付けられている。モザイクフィルタ106 の各帯域フィルタはＭＯＳ型撮像素子201 の画素に一対一で対応している。
【００５５】
ＭＯＳ型撮像素子201 は、図６に示すように、正方形の画素が縦ｎ個、横（４／３）ｎ個並んだ撮像面31と、水平走査シフトレジスタ32と、垂直走査シフトレジスタ33と、出力部34とから構成されるランダムアクセス型の撮像素子である。
【００５６】
このＭＯＳ型撮像素子201 の撮像面31に内接する円の内側が蛍光像の撮像に利用される蛍光撮像領域35である。蛍光撮像領域35の両側は、非撮像領域36であり、蛍光撮像領域35以外の部分は、薄い金属膜等により、遮蔽されている。蛍光撮像領域35の面積は、撮像面31の５９％を占め、非撮像領域36の面積は、撮像面31の４１％を占めている。
【００５７】
図７は、上記ＭＯＳ型撮像素子201 の部分拡大模式図である。各画素37は、光電変換を行うフォトダイオード38と、スイッチング動作を行うＭＯＳトランジス39とから構成されている。各画素37のＭＯＳトランジスタ39は、水平走査シフトレジスタ32および垂直走査シフトレジスタ33と接続され、印加されるパルスによって、スイッチされ、各画素37のフォトダイオード38に蓄積された信号電荷を出力部34へ出力する。出力部34は、（４／３）ｎ個の出力ＭＯＳトランジスタ40から構成されている。
【００５８】
ケーブル202 は、ＭＯＳ型撮像素子201 の駆動信号が送信される駆動ライン203aと、ＭＯＳ型撮像素子201 から読み出された画像信号を送信する出力ライン203bが組み合わされ、駆動ライン203aの一端は、ドライバ210 に接続され、出力ライン203bの一端は、疑似カラー画像信号を作成する信号処理回路221 へ接続されている。なお、コントローラ230 は、各部位に接続され、動作タイミングを制御している。
【００５９】
また、ドライバ210 は、発明の撮像制御手段を構成するものであり、予め撮像領域35および非撮像領域36の配置および読み出し制御方法が記憶されている。
【００６０】
以下、本発明による蛍光撮像装置を適用した上記構成の内視鏡装置の作用について説明する。コントローラ230 からの信号に基づき、励起光L1が被測定部10へ照射される。
【００６１】
励起光L1を照射されることにより生じる被測定部10からの蛍光L2は、集光レンズ105 により集光され、プリズム109 に反射して、モザイクフィルタ106 を透過して、ＭＯＳ型撮像素子201 で受光される。
【００６２】
ＭＯＳ型撮像素子201 では、各画素37のフォトダイオード38において、入射光が光電変換され、光の強弱に応じた電気信号に変換される。
【００６３】
読み出しの際には、まず垂直走査シフトレジスタ33により、水平ラインの中の一本が選択される。その後水平走査シフトレジスタ32により、連続してパルスが順次加えられ、水平方向に左から右へ各画素のＭＯＳトランジスタ39がスイッチングされ、フォトダイオード38に蓄積された信号電荷が次々と読み出される。
【００６４】
ドライバ210 は、信号電荷をＭＯＳ型撮像素子201 から読み出す際に、水平走査シフトレジスタ32および垂直走査シフトレジスタ33を介して、蛍光撮像領域35内の画素のみにパルスを加えて信号電荷を読み出し、非撮像領域36内の画素にはパルスを加えず、読み出しを行わない。
【００６５】
信号処理回路221 では、ＭＯＳ型撮像素子201 の蛍光撮像領域35の画素から読み出された画像信号の、相関二重サンプリング、クランプ、ブランキング、増幅等のプロセス処理を行い、青色フィルタ107aを透過した青色波長帯域の信号強度Ｂ２と全波長フィルタ107bを透過した全測定波長帯域の信号強度Ｗ２を画素対毎に検出し、両信号強度を用いて、各画素対毎に、NTSC方式による色差マトリクス演算を行い、疑似カラー画像信号である疑似輝度信号Ｙ２、疑似色差信号Ｒ２−Ｙ２およびＢ２−Ｙ２を算出する。以下第１の具体的な実施の形態と同様の動作を行い、全測定波長帯域の信号強度Ｗ２と青色波長帯域の信号強度Ｂ２の相対的比率の変化に応じて表示色が変化する蛍光画像をモニタ150 上に表示する。
【００６６】
以上の動作により、ランダムアクセス型のＭＯＳ型撮像素子201 において、撮像面31の５９％を占める蛍光撮像領域35内の画素に蓄積された信号電荷のみを読み出し、非撮像領域36の画素に蓄積された信号電荷を読み出さないため、ＭＯＳ型撮像素子201 の画素の全信号電荷を読み出す場合に比べ、読み出し時間を６割程度に短縮することができるので、読み出し時間に依存する暗電流を低減することができ、蛍光撮像時のＳ／Ｎを向上することができる。
【００６７】
次に本発明による蛍光撮像装置を適用した第３の具体的な実施の形態である内視鏡装置について説明する。その構成は図１に示す第１の具体的な実施の形態とほぼ同様であるため、異なる要素のみ、図１内に要素番号を記載する。なお、第１の実施の形態と同等の要素についての説明は、特に必要のない限り省略する。
【００６８】
この内視鏡装置は、生体被測定部に励起光を照射して、被測定部から発せられた蛍光を、内視鏡先端に取り付けられたＣＣＤ撮像素子で撮像し、蛍光像を所定波長帯域の信号強度の相対的比率に応じた疑似カラー画像として、モニタ上に表示するものであり、ＣＣＤ撮像素子から信号電荷を読み出す際に、蛍光撮像領域以外の非撮像領域の中の所定領域の画素の信号電荷を、蛍光撮像領域の画素を読み出す読み出し速度より速い高速読み出しで読み出し、また非撮像領域の中の他の領域の画素の信号電荷を読み出さないものである。
【００６９】
第３の具体的な実施の形態である内視鏡装置は、先端に電荷転送型撮像素子であるＣＣＤ撮像素子を備え、患者の病巣と疑われる部位に挿入される内視鏡300 、励起光を発する光源を備える照明ユニット110 、ＣＣＤ撮像素子の動作を制御するＣＣＤドライバ310 、蛍光像を所定波長帯域の信号強度の相対的比率に応じた疑似カラー画像として表示するための画像処理を行う画像処理ユニット320 、動作タイミングの制御を行うコントローラ330 、蛍光画像を表示するモニタ150 から構成されている。
【００７０】
内視鏡300 は、内部に先端まで延びるライトガイド101 およびケーブル302 を備えている。ケーブル302 の先端部には、モザイクフィルタ106 がオンチップされたＣＣＤ撮像素子301 が接続され、該ＣＣＤ撮像素子301 には、プリズム109 が取り付けられている。モザイクフィルタ106 の各帯域フィルタはＣＣＤ撮像素子301 の画素に一対一で対応している。
【００７１】
ＣＣＤ撮像素子301 は、図８に示すように、正方形の画素が縦ｎ個、横（４／３）ｎ個並んだ撮像面41と、水平シフトレジスタ42と、出力回路43と、電源ラインに接続されているクリアドレイン44とから構成されるインターライン型のＣＣＤ撮像素子である。
【００７２】
このＣＣＤ撮像素子301 の撮像面41の上端、下端および右端に内接する円の内側が蛍光像の撮像に利用される蛍光撮像領域45である。蛍光撮像領域45の右上および右下には、非撮像領域46があり、蛍光撮像領域45の左側には、非撮像領域47がある。蛍光撮像領域45以外の部分は、薄い金属膜等により、遮蔽されている。蛍光撮像領域45の面積は、撮像面41の５９％を占め、非撮像領域46は、撮像面41の８％を占め、非撮像領域47は、撮像面41の３３％を占めている。
【００７３】
水平シフトレジスタ42は、図示省略された（４／３）ｎ個の水平シフトＣＣＤを備えている。また、信号電荷の読み出し時に、読み出されることなく、水平シフトＣＣＤの残された信号電荷は、クリアドレイン44にシフトされる。
【００７４】
ケーブル302 は、ＣＣＤ撮像素子301 の駆動信号が送信される駆動ライン303aと、ＣＣＤ撮像素子301 から読み出された画像信号を送信する出力ライン303bが組み合わされ、駆動ライン303aの一端は、ＣＣＤドライバ310 に接続され、出力ライン303bの一端は、疑似カラー画像信号を作成する信号処理回路321 へ接続されている。なお、コントローラ330 は、各部位に接続され、動作タイミングを制御している。
【００７５】
また、ＣＣＤドライバ310 は、発明の撮像制御手段を構成するものであり、予め撮像領域45および非撮像領域46、47の配置および読み出し制御方法が記憶されている。なお水平シフトレジスタ42は発明の水平シフト手段を構成し、クリアドレイン44はクリア部を構成する。
【００７６】
以下、本発明による蛍光撮像装置を適用した上記構成の内視鏡装置の作用について説明する。コントローラ330 からの信号に基づき、励起光L1が被測定部10へ照射される。
【００７７】
励起光L1を照射されることにより生じる被測定部10からの蛍光L2は、集光レンズ105 により集光され、プリズム109 に反射して、モザイクフィルタ106 を透過して、ＣＣＤ撮像素子301 で受光される。
【００７８】
ＣＣＤ撮像素子301 では、各画素において、入射光が光電変換され、光の強弱に応じた電気信号に変換される。
【００７９】
読み出しの際には、まずＣＣＤドライバ310 の制御により、各画像に蓄積された信号電荷は、横１ラインずつ水平シフトレジスタ42に転送される。水平シフトレジスタ42では、非撮像領域46で撮像された信号電荷は、通常の１０倍の速度で出力回路43を介して読み出され、蛍光撮像領域45で撮像された信号電荷は、通常の読み出し速度で読み出される。また、非撮像領域47で撮像された信号電荷は、読み出されずに、水平シフトレジスタ42内に残される。
【００８０】
この状態で、次の画素横１ライン分の信号電荷が水平シフトレジスタ42に転送される。このとき、水平シフトレジスタ42内に残されていた非撮像領域47の画素で撮像された信号電荷は、クリアドレイン44にシフトされ、クリアドレイン44から電源ラインに一括クリアされる。
【００８１】
信号処理回路321 では、ＣＣＤ撮像素子301 の蛍光撮像領域45の画素から読み出された画像信号に関し、相関二重サンプリング、クランプ、ブランキング、増幅等のプロセス処理を行い、青色フィルタ107aを透過した青色波長帯域の信号強度Ｂ２と全波長フィルタ107bを透過した全測定波長帯域の信号強度Ｗ２を画素対毎に検出し、両信号強度を用いて、各画素対毎に、NTSC方式による色差マトリクス演算を行い、疑似カラー画像信号である疑似輝度信号Ｙ２、疑似色差信号Ｒ２−Ｙ２およびＢ２−Ｙ２を算出する。
【００８２】
以下第１の具体的な実施の形態と同様の動作を行い、全測定波長帯域の信号強度Ｗ２と青色波長帯域の信号強度Ｂ２の相対的比率の変化に応じて表示色が変化する蛍光画像をモニタ150 上に表示する。
【００８３】
以上の動作により、ＣＣＤ撮像素子301 において、撮像面41の８％を占める非撮像領域46の画素に蓄積された信号電荷を高速読み出しにより読み出し、撮像面41の３３％を占める非撮像領域47の画素に蓄積された信号電荷は読み出さないため、ＣＣＤ撮像素子301 の画素の全信号電荷を読み出す場合に比べ、読み出し時間を短縮することができるので、読み出し時間に依存する暗電流を低減することができ、撮像した画像のＳ／Ｎを向上することができる。
【００８４】
なお、上記第３の具体的な実施の形態である内視鏡装置では、ＣＣＤ撮像素子301 の蛍光撮像領域45は、撮像面41の右端に接しているが、必ずしも右端に接する必要はなく、撮像面41の中心位置よりも右側、すなわち水平シフトレジスタ42の出力側に偏っていればよく、蛍光撮像領域45が撮像面41の中心位置に配置された場合に比して、読み出しが不用な非撮像領域47が広くなり、読み出し時間の短縮が可能となる。
【００８５】
また、本実施に形態においては、ＣＣＤ撮像素子301 の非撮像領域46の画素に蓄積された信号電荷は高速読み出しにより読み出され、非撮像領域47の画素に蓄積された信号電荷は、クリアされたが、本実施の形態の変型例として非撮像領域46の信号電荷の読み出しを、複数の信号電荷を加算して読み出すビニング読み出しにより行なうことも考えられる。さらに、高速読み出しまたはビニング読み出しは、必ずしも非撮像領域46の全領域において行われる必要はなく、適宜望まし領域のみの高速読み出しまたはビニング読み出しを行なうこともできる。
【００８６】
また、非撮像領域47の一部の画素の読み出しを、高速読み出しまたはビニング読み出しにより行なうこともできる。なお、非撮像領域46および非撮像領域47の一部を高速読み出しにより読み出し、他の一部をビニング読み出しにより読み出すこともできる。
【００８７】
なお、信号電荷のクリア動作は、必ずしも非撮像領域47の全領域において行われる必要はなく、適宜望まし領域のみをクリアすればよい。すなわち読み出し動作により読み出されずに、水平シフトレジスタ42に残された信号電荷をクリアすればよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による蛍光撮像装置を適用した第１の具体的な実施の形態である内視鏡装置の概略構成図
【図２】第１の具体的な実施の形態の内視鏡装置に使用されるＣＣＤ撮像素子の概略構成図
【図３】上記ＣＣＤ撮像素子の部分拡大模式図
【図４】モザイクフィルタの概略構成図
【図５】水平シフトレジスタに転送された信号電荷の模式図
【図６】本発明による蛍光撮像装置を適用した第２の具体的な実施の形態である内視鏡装置に使用されるＭＯＳ型撮像素子の概略構成図
【図７】上記ＭＯＳ型撮像素子の部分拡大模式図
【図８】本発明による蛍光撮像装置を適用した第３の具体的な実施の形態である内視鏡装置に使用されるＣＣＤ撮像素子の概略構成図
【図９】正常組織および病変組織から発せられる蛍光のスペクトル強度分布図
【符号の説明】
10          被測定部
11          蛍光像
21,31,41    撮像面
22,42       水平シフトレジスタ
23,34,43    出力回路
24,35,45    蛍光撮像領域
25,36,46,47     非撮像領域
32          水平走査シフトレジスタ
33          垂直走査シフトレジスタ
44          クリアドレイン
100,200,300     内視鏡
110         照明ユニット
111         ＧａＮ系半導体レーザ
106         モザイクフィルタ
108,301     ＣＣＤ撮像素子
120,320     ＣＣＤドライバ
130,220,320     画像処理ユニット
140,230,330     コントローラ
150         モニタ
201         ＭＯＳ型撮像素子
210         ドライバ
L1          励起光
L2          蛍光
【図１】
0004265851.tif 000003
【図２】
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【図３】
0004265851.tif 000005
【図４】
0004265851.tif 000006
【図５】
0004265851.tif 000007
【図６】
0004265851.tif 000008
【図７】
0004265851.tif 000009
【図８】
0004265851.tif 000010
【図９】
0004265851.tif 000011