(57)【要約】【課題】内視鏡挿入部の細径化を図り、内視鏡挿入部の先端に配置したＬＥＤ素子の発熱を抑えつつ、白色光と特定の狭い可視波長帯域の光とを簡単な構成で選択的に照射して観察することができる内視鏡装置、およびこの内視鏡装置からの画像情報に基づいてより精度の高い分光診断を可能とする画像処理方法を提供する。【解決手段】レーザ光を出射する第１光源３３と、レーザ光を光入射側に入射して内視鏡挿入部先端へ伝送する光ファイバー２１と、該光ファイバー２１の光出射側に配置されレーザ光により励起発光する少なくとも１種の蛍光材料を含む波長変換部材４５と、を有し、レーザ光と波長変換部材４５からの励起発光光とを混合して内視鏡挿入部１３先端から白色光を出射する第１の照明光学系６１と、内視鏡挿入部１３先端に配置され特定の可視波長帯域で発光する発光素子７１，７３を備えた第２の照明光学系６１と、を具備した。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を出射する第１光源と、前記レーザ光を光入射側に入射して内視鏡挿入部先端へ伝送する光ファイバーと、該光ファイバーの光出射側に配置され前記レーザ光により励起発光する少なくとも１種の蛍光材料を含む波長変換部材と、を有し、前記レーザ光と前記波長変換部材からの励起発光光とを混合して前記内視鏡挿入部先端から白色光を出射する第１の照明光学系と、
前記内視鏡挿入部先端に配置され特定の可視波長帯域で発光する発光素子を備えた第２の照明光学系と、
を具備する内視鏡装置。
【請求項２】
請求項１記載の内視鏡装置であって、
前記第２の照明光学系の前記発光素子が、ＬＥＤ素子である内視鏡装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の内視鏡装置であって、
前記第２の照明光学系が、それぞれ異なる中心波長で発光する複数の発光素子を備えた内視鏡装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか１項記載の内視鏡装置であって、
前記第２の照明光学系が、少なくとも緑色光を発光する発光素子を有する内視鏡装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか１項記載の内視鏡装置であって、
前記第２の照明光学系が、少なくとも青色光を発光する発光素子を有する内視鏡装置。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれか１項記載の内視鏡装置であって、
前記第２の照明光学系が、少なくとも赤色光乃至赤外光を発光する発光素子を有する内視鏡装置。
【請求項７】
請求項１〜請求項６のいずれか１項記載の内視鏡装置であって、
前記内視鏡挿入部先端に設けた観察窓を通して被観察部位からの光を受光して撮像信号を出力する撮像素子を含む撮像手段と、
前記第１の照明光学系による白色光と前記第２の照明光学系による特定の可視波長帯域の光とを切り換えて照明する照明光制御手段と、
を備えた内視鏡装置。
【請求項８】
請求項７記載の内視鏡装置であって、
前記第１の照明光学系による白色光の照明光下において撮像した撮像信号を保存する第１のメモリと、
前記第２の照明光学系による前記特定の可視波長帯域の光を含む照明光下において撮像した撮像信号を保存する第２のメモリと、
前記第１のメモリと前記第２のメモリに保存された各撮像信号をそれぞれ異なる表示領域に表示する撮像画像表示手段と、
を備えた内視鏡装置。
【請求項９】
請求項８記載の内視鏡装置であって、
前記照明光制御手段が、前記白色光の照明と、前記特定の可視波長帯域の光を含む照明とを、前記撮像素子による撮像フレーム毎に交互に切り換えることを特徴とする内視鏡装置。
【請求項１０】
請求項７〜請求項９のいずれか１項記載の内視鏡装置であって、
前記撮像素子が特定検出色成分を検出するためのカラーフィルタを備えており、
前記発光素子が発光する前記特定の可視波長帯域の発光スペクトル曲線のピークの半値幅が、前記カラーフィルタの前記特定検出色を検出する波長帯域のスペクトル感度曲線のピークの半値幅より狭い波長幅にされた内視鏡装置。
【請求項１１】
請求項７〜請求項１０のいずれか１項記載の内視鏡装置を用い、それぞれ異なる特定の波長帯域光を検出した検出色画面を複数画面有して構成されるフレーム画像を、複数回にわたって撮像する一方、各フレーム画像の撮像タイミングに同期して複数種の光源からの光をそれぞれ異なる条件で照射する内視鏡装置の画像処理方法であって、
前記第１光源により被検体を照明したときの観察画像を第１フレーム画像、前記第２光源により被検体を照明したときの観察画像を第２フレーム画像として、前記第１フレーム画像と前記第２フレーム画像とを繰り返し撮像し、
前記第１フレーム画像の特定の検出色画面の輝度情報と、前記第２フレーム画像の特定の検出画面の輝度情報とを組み合わせて、前記光源装置からの特定の波長成分の光による観察画像を解析的に求めることを特徴とする内視鏡装置の画像処理方法。
【請求項１２】
請求項１１記載の内視鏡装置の画像処理方法であって、
前記特定の波長成分の光による観察画像が、波長帯域幅の狭い出射光による観察画像を少なくとも含むことを特徴とする内視鏡装置の画像処理方法。
【請求項１３】
請求項１１記載の内視鏡装置の画像処理方法であって、
前記特定の波長成分の光による観察画像が、波長帯域幅の広い出射光による観察画像を少なくとも含むことを特徴とする内視鏡の画像処理方法。
【請求項１４】
請求項１１〜請求項１３のいずれか１項記載の内視鏡装置の画像処理方法であって、
前記特定の波長成分の光による観察画像を、それぞれ特定の色調に変換して疑似カラー画像を生成することを特徴とする内視鏡装置の画像処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内視鏡装置およびその画像処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より広く使用されている内視鏡装置は、光源装置内のランプからの照明光を内視鏡挿入部に沿って設けたライトガイドにより導光し，このライトガイドで導光された照明光を内視鏡挿入部の先端の照明窓から出射して検査対象部位を照明する構成になっている。これに対し、光源としてランプに代えてＬＥＤ素子を用いたものがいくつか提案されている（例えば特許文献１、２）。
特許文献１の光源装置では、ＬＥＤ素子を内視鏡の操作部またはその近傍に配置して、光ファイバ束であるライトガイドを通じて内視鏡挿入部の先端から光出力している。また、特許文献２に記載の光源装置では、ＬＥＤ素子を内視鏡挿入部の先端に配置して、ストロボ撮影時にだけ発光照射し、通常はライトガイドを通して供給されるキセノン光源の光を照射するようにしている。
また、ＬＥＤ素子の他にもレーザ光により照明を行うものがある。特許文献３の光源装置は、青色レーザ光を光ファイバーにより内視鏡挿入部先端に導き、光ファイバー先端に配置された蛍光体を励起発光させることで、白色照明光を照射する構成となっている。
【０００３】
ところで、内視鏡診断においては、上記の白色照明光による観察に加えて、特定の波長帯域の光で照明した画像を利用する分光診断と呼ばれる手法がある。その場合の照明光は、特定の狭い波長帯域の光が用いられる。分光診断では、例えば粘膜層あるいは粘膜下層に発生する新生血管を明瞭に観察でき、通常の観察像では得られない粘膜表面の微細構造の描写が可能であるため、例えば、病変の診断や癌の早期発見等に有益に供されている。分光診断に用いる特定の波長帯域の照明光は、波長が短いほど散乱特性が強くなるので、短波長では比較的浅い層の情報、長波長では比較的深い層からの情報が得られるようになる。そのため、光の深達度を表層に限定して表面微細構造を観察する場合には、照明光を狭帯域化することが撮像画像のコントラストを向上させる上で重要となる。
【特許文献１】特開平５−１４６４０３号公報
【特許文献２】特開２００２−２１９１０２号公報
【特許文献３】特開２００５−２０５１９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、内視鏡を用いて上部消化管の診断を行う際、従来の経口内視鏡でなく、患者にとってより負担の少ない経鼻内視鏡が用いられつつある。しかし、一般的なランプとライトガイドを用いる構成や、特許文献１のように内視鏡の操作部にＬＥＤ素子を配置してＬＥＤ素子の発光光を操作部から内視鏡先端部へライトガイドを通じて導光させる構成では、内視鏡挿入部の細径化には限度がある。つまり、光源が一般的なランプの場合は、照明光を小さく絞ることが困難であり、ＬＥＤの場合は、一般的なランプに対して発光光源の面積は小さいが、高輝度を得ようとすると発光面の面積が増大するので、細径化できない。また、光源からの発光をライトガイドに導入する際の光の損失もあり、光の伝送効率（利用効率）が低下する不利があった。
また、特許文献２のように内視鏡挿入部の先端にＬＥＤ素子を配置した場合、ライトガイドが不要となる。しかし、白色照明用として所定の光量を得るためにはＬＥＤ素子からの発熱は、電気エネルギーを青色光に変換するための発熱と青色から蛍光体光を発生させるための発熱が非常に大きく、これを抑える必要があるが、コンパクトな構成のまま十分に放熱させることは困難であった。特に経鼻内視鏡は、内視鏡挿入部が細く、ライトガイドの太さを確保することが困難になる。そこで、照明光量を十分確保するには単位面積あたりの光量を増やせばよいが、発熱が増大するので好ましくない。そのため、内視鏡挿入部の先端に配置したＬＥＤ素子は、ライトガイドを通じて光源装置から供給される照明光と併用して低輝度で発光させるか、あるいは一時的な点灯であるストロボ撮影時のみに利用する等、使用条件が限られていた。
さらに、特許文献３のように、レーザ光を細径の光ファイバーで導光することで電気エネルギーを青色励行に変換する発熱は先端部ではなく外部になり、先端部では青色の励起光から蛍光体発光への発熱だけとなり、内視鏡挿入部の細径化は図れるが、レーザ光を蛍光体により白色光に変換する際に、所望の発光波長幅を得ること、特に波長幅の狭い発光を得ることは困難であった。また、レーザ光を直接照明光として利用する場合に、そのコヒーレンシーの高さから、スペックル（干渉）により撮影画像にノイズが重畳したり、動画でちらつきが発生しやすくなることがあった。
【０００５】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたもので、内視鏡挿入部の細径化を図り、内視鏡挿入部の先端に配置したＬＥＤ素子の発熱を抑えつつ、白色光と特定の狭い可視波長帯域の光とを簡単な構成で選択的に照射して観察することができる内視鏡装置、およびこの内視鏡装置からの画像情報に基づいてより精度の高い分光診断を可能とする画像処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、下記構成からなる。
（１）  レーザ光を出射する第１光源と、前記レーザ光を光入射側に入射して内視鏡挿入部先端へ伝送する光ファイバーと、該光ファイバーの光出射側に配置され前記レーザ光により励起発光する少なくとも１種の蛍光材料を含む波長変換部材と、を有し、前記レーザ光と前記波長変換部材からの励起発光光とを混合して前記内視鏡挿入部先端から白色光を出射する第１の照明光学系と、
前記内視鏡挿入部先端に配置され特定の可視波長帯域で発光する発光素子を備えた第２の照明光学系と、
を具備する内視鏡装置。
【０００７】
この内視鏡装置によれば、第１光源によるレーザ光を光ファイバーにより導光し、光ファイバーの出射端に配置した波長変換部材に照射して、波長変換部材を励起発光させることで、もともとの第１光源からのレーザ光と、励起発光光とにより白色光が生成されて、白色光照明用の光学系となる。また、特定の可視波長帯域で発光する発光素子を有する第２の照明光学系を備えたことで、白色光照明と、特定の可視波長帯域の光による照明とを簡素な構成で選択的に出射させることができる。
そして、レーザ光を用いて白色照明光を生成するため、高輝度な光が得られ、しかも光ファイバーにより導光するために内視鏡挿入部の細径化が図られる。
【０００８】
（２）  （１）記載の内視鏡装置であって、
前記第２の照明光学系の前記発光素子が、ＬＥＤ素子である内視鏡装置。
【０００９】
この内視鏡装置によれば、高効率で高輝度の光が得られる。また、第１の照明光学系のレーザ光と併用することで、内視鏡挿入部先端からのＬＥＤ素子の光量を抑制でき、これにより、内視鏡挿入部先端の小型化と発熱の抑制が図られる。
【００１０】
（３）  （１）または（２）記載の内視鏡装置であって、
前記第２の照明光学系が、それぞれ異なる中心波長で発光する複数の発光素子を備えた内視鏡装置。
【００１１】
この内視鏡装置によれば、複数の発光素子を備えることで、観察目的に応じて種々の照明光を出射することができる。
【００１２】
（４）  （１）〜（３）のいずれか１項記載の内視鏡装置であって、
前記第２の照明光学系が、少なくとも緑色光を発光する発光素子を有する内視鏡装置。
【００１３】
この内視鏡装置によれば、緑色光を出射させることで、分光診断における強調画像の生成が行える。
【００１４】
（５）  （１）〜（４）のいずれか１項記載の内視鏡装置であって、
前記第２の照明光学系が、少なくとも青色光を発光する発光素子を有する内視鏡装置。
【００１５】
この内視鏡装置によれば、青色光を出射させることで、分光診断における強調画像の生成が行える。
【００１６】
（６）  （１）〜（５）のいずれか１項記載の内視鏡装置であって、
前記第２の照明光学系が、少なくとも赤色光乃至赤外光を発光する発光素子を有する内視鏡装置。
【００１７】
この内視鏡装置によれば、赤色光乃至赤外光を出射させることで、赤外光が吸収されやすい薬剤を静脈注射した状態で観察する、いわゆる赤外光観察を実施できる。
【００１８】
（７）  （１）〜（６）のいずれか１項記載の内視鏡装置であって、
前記内視鏡挿入部先端に設けた観察窓を通して被観察部位からの光を受光して撮像信号を出力する撮像素子を含む撮像手段と、
前記第１の照明光学系による白色光と前記第２の照明光学系による特定の可視波長帯域の光とを切り換えて照明する照明光制御手段と、
を備えた内視鏡装置。
【００１９】
この内視鏡装置によれば、内視鏡挿入部を細径化でき、また、照射する光を、白色光と特定の可視波長帯域の光とを選択的に出射制御できるので、分光診断等を容易に行うことができる。
【００２０】
（８）  （７）記載の内視鏡装置であって、
前記第１の照明光学系による白色光の照明光下において撮像した撮像信号を保存する第１のメモリと、
前記第２の照明光学系による前記特定の可視波長帯域の光を含む照明光下において撮像した撮像信号を保存する第２のメモリと、
前記第１のメモリと前記第２のメモリに保存された各撮像信号をそれぞれ異なる表示領域に表示する撮像画像表示手段と、
を備えた内視鏡装置。
【００２１】
この内視鏡装置によれば、照明光の種類に対応して撮像信号をそれぞれ異なるメモリに保存し、各メモリの撮像信号をそれぞれ異なる表示領域に表示させることで、例えば、白色光による照明光下の観察像と、特定の可視波長帯域の光による照明光下の観察像とを、それぞれ別々に表示させることができる。これにより、通常の観察像と特定波長で観察される像とを比較しながら診断することができる。
【００２２】
（９）  （８）記載の内視鏡装置であって、
前記照明光制御手段が、前記白色光の照明と、前記特定の可視波長帯域の光を含む照明とを、前記撮像素子による撮像フレーム毎に交互に切り換えることを特徴とする内視鏡装置。
【００２３】
この内視鏡によれば、白色光の照明下の撮像画像と、特定の可視波長帯域の光を含む照明下の撮像画像を交互に撮像することで、双方を略同時に画像取得することができ、２種類の画像情報をリアルタイムで同時に表示させることができる。
【００２４】
（１０）  （７）〜（９）のいずれか１項記載の内視鏡装置であって、
前記撮像素子が特定検出色成分を検出するためのカラーフィルタを備えており、
前記発光素子が発光する前記特定の可視波長帯域の発光スペクトル曲線のピークの半値幅が、前記カラーフィルタの前記特定検出色を検出する波長帯域のスペクトル感度曲線のピークの半値幅より狭い波長幅にされた内視鏡装置。
【００２５】
この内視鏡装置によれば、発光素子が発光する特定の可視波長帯域の発光ピークの半値幅を、カラーフィルタの検出波長帯域ピークの半値幅より狭くすることで、発光素子の発光光が対応する一つの波長帯域のピーク内で検出され、他の波長帯域に影響を及ぼさない。したがって、混色等の影響を受けることがない。また、光の深達度を観察目的とする領域に合わせやすくなり、観察したい層からの情報を確実に取得できるとともに、撮像画像の高コントラスト化が図られる。
【００２６】
（１１）  （７）〜（１０）のいずれか１項記載の内視鏡装置を用い、それぞれ異なる特定の波長帯域光を検出した検出色画面を複数画面有して構成されるフレーム画像を、複数回にわたって撮像する一方、各フレーム画像の撮像タイミングに同期して複数種の光源からの光をそれぞれ異なる条件で照射する内視鏡装置の画像処理方法であって、
前記第１光源により被検体を照明したときの観察画像を第１フレーム画像、前記第２光源により被検体を照明したときの観察画像を第２フレーム画像として、前記第１フレーム画像と前記第２フレーム画像とを繰り返し撮像し、
前記第１フレーム画像の特定の検出色画面の輝度情報と、前記第２フレーム画像の特定の検出画面の輝度情報とを組み合わせて、前記光源装置からの特定の波長成分の光による観察画像を解析的に求めることを特徴とする内視鏡装置の画像処理方法。
【００２７】
この内視鏡装置の画像処理方法によれば、第１フレーム画像と第２フレーム画像の各検出色画面の情報を組み合わせることで、所望の波長成分の光による観察画像を選択的に抽出することができる。すなわち、１回の撮像によるフレーム画像から直接的に得られない特定の波長成分の光による観察画像を、時間軸前後のフレーム画像を用いることで解析的に求めることができる。
【００２８】
（１２）  （１１）記載の内視鏡装置の画像処理方法であって、
前記特定の波長成分の光による観察画像が、波長帯域幅の狭い出射光による観察画像を少なくとも含むことを特徴とする内視鏡装置の画像処理方法。
【００２９】
この内視鏡装置の画像処理方法によれば、狭波長帯域の光成分による観察画像を解析的に求められ、例えば血管や腺管構造の観察を行う際に、光の深達度が狭い範囲に限定されて、よりコントラストの高い画像を得ることができる。
【００３０】
（１３）  （１１）記載の内視鏡装置の画像処理方法であって、
前記特定の波長成分の光による観察画像が、波長帯域幅の広い出射光による観察画像を少なくとも含むことを特徴とする内視鏡の画像処理方法。
【００３１】
この内視鏡装置の画像処理方法によれば、広い波長帯域幅の光成分による観察画像を解析的に求められ、より演色性の高い白色照明下での画像を得ることができる。
【００３２】
（１４）  （１１）〜（１３）のいずれか１項記載の内視鏡装置の画像処理方法であって、
前記特定の波長成分の光による観察画像を、それぞれ特定の色調に変換して疑似カラー画像を生成することを特徴とする内視鏡装置の画像処理方法。
【００３３】
この内視鏡装置の画像処理方法によれば、組織表面の毛細血管や腺管構造等を強調表示することができ、観察対象の確認を容易にし、診断精度を向上できる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明の内視鏡装置によれば、内視鏡挿入部の細径化を図り、内視鏡挿入部の先端に配置したＬＥＤ素子の発熱を抑えつつ、白色光と特定の狭い可視波長帯域の光とを簡単な構成で選択的に照射して観察することができる。また、内視鏡装置の画像処理方法によれば、この内視鏡装置からの画像情報に基づいてより精度の高い分光診断が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下に、光源装置およびこれを用いた内視鏡装置ならびに画像処理方法の好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１に本実施形態の内視鏡装置の概念的な構成図を示した。
本実施形態の内視鏡装置１００は、主に、内視鏡１０、光源装置２０、画像処理装置３０、モニタ４０を備えて構成される。
内視鏡１０は、本体操作部１１と、この本体操作部１１に連設され、被検体（体腔）内に挿入される内視鏡挿入部１３とを備える。内視鏡挿入部１３の先端部には撮像光学系である撮像素子１５と撮像レンズ１７が配置され、また、撮像光学系の近傍には照明光学系の照明用光学部材１９とこれに接続される光ファイバー２１が配置されている。光ファイバー２１は詳細を後述する光源装置２０に接続され、撮像素子１５からの撮像信号は画像処理装置３０に入力される。
【００３６】
撮像素子１５は、ＣＣＤ(charge coupled device）やＣＭＯＳ(Complementary Metal-Oxide Semiconductor）等の撮像素子が使用され、その撮像信号は、制御部２９からの指令に基づいて撮像信号処理部２７によって画像データに変換されて適宜の画像処理が施される。制御部２９は、撮像信号処理部２７から出力される画像データを撮像画像表示手段であるモニタ４０に映出したり、図示しないＬＡＮ等のネットワークに接続して画像データを含む情報を配信する。また、制御部２９には、撮像信号を保存するための第１のメモリ５１と、第２のメモリ５２が接続されている。これら第１のメモリ５１，第２のメモリ５２については後述する。
【００３７】
次に、照明光学系の構成例を説明する。
図２は図１に示す内視鏡装置の内視鏡挿入部先端における照明光学系の概略的な断面構成図である。
照明光学系は、白色光を出射するための白色光照明系６１と、緑色光、青色光等の特色光を出射するための特色光照明系６３とからなる。白色光照明系６１は、中心波長４４５ｎｍの青色レーザ光源（第１光源）３３と、青色レーザ光源３３からのレーザ光を集光する集光レンズ４１とを励起光源部６５に備え、内視鏡挿入部１３の先端に配される照明用光学部材１９はレーザ光を可視光に変換する波長変換部材４５からなる。また、励起光源部６５と照明用光学部材１９との間は光ファイバー２１により接続されている。
【００３８】
青色レーザ光源３３は、白色光駆動部６７からの指令に基づいて出射光量を制御されつつ青色レーザ光を出射し、この出射光が光ファイバー２１を通じて内視鏡挿入部１３の波長変換部材４５に照射される。
波長変換部材４５は、青色レーザ光源３３からの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（例えばYAG系蛍光体、あるいはBAM（BaMgAl10O37）等を含む蛍光体等）を含んで構成される。これにより、青色レーザ光源３３からのレーザ光と、このレーザ光から変換された緑色〜黄色の励起光とが合波されて、白色光が生成される。
【００３９】
この青色レーザ光源３３としては、ブロードエリア型のＩｎＧａＮ系レーザダイオードが使用できる。また、光ファイバー２１は、内視鏡挿入部１３の先端硬質部（金属製ブロック）に形成された開口孔１３ａに挿通され、この開口孔１３ａに嵌挿される固定用治具７５に光軸を合わせて固定される。この固定用治具７５は、光ファイバー２１の光出射側に波長変換部材４５を固定し、光ファイバー２１からの出射光を受けて波長変換部材４５が励起発光する光を光路前方へ出射する。このとき、波長変換部材４５を波長変換せずに透過する青色レーザ光は、波長変換部材４５内の蛍光体により拡散され、直進性の高いレーザ光から光軸に対して６０°〜７０°の拡散角を有する拡散光として出射される。
【００４０】
一方、特色光照明系６３は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）素子を光源として用いており、特色光駆動部６９に接続された青色発光ＬＥＤ素子７１と緑色発光ＬＥＤ素子７３とを備えて構成される。
青色発光ＬＥＤ素子７１と緑色発光ＬＥＤ素子７３は、先端硬質部に窪んで形成され側壁が反射面とされた収容座１３ｂ、１３ｃに配置され、これら収容座１３ｂ、１３ｃの近傍には電極パッド７７Ａ，７７Ｂがそれぞれ配置されて、各ＬＥＤ素子のＮ型電極とＰ型電極にワイヤーボンディングによって接続されている。さらに、これら各ＬＥＤ素子７１，７３と電極パッド７７Ａ，７７Ｂ、と金ワイヤー線は、透明樹脂によりモールドされて、このモールドされた透明樹脂７９Ａ，７９Ｂがレンズとして機能する。なお、青色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤと記載したが、例えば緑色ＬＥＤは発光効率が低いので、４０５ｎｍ紫色ＬＥＤを用いて、透明樹脂に緑色で発光する蛍光体や、染料あるいは顔料等を混入してもよい。また、同様に３７５ｎｍの紫外ＬＥＤと青紫色で発光する蛍光体を樹脂に混入して封止しても良い。
【００４１】
特色光駆動部６９は、青色発光ＬＥＤ素子７１と緑色発光ＬＥＤ７３とを個別に出射光量を制御して、白色光駆動部６７と共に制御部２９（図１）により統括制御される。これら白色光駆動部６７および特色光駆動部６９ならびに制御部２９が、照明光の切り換え等を行う照明光制御手段として機能する。
上記構成により、光ファイバー２１から出射される青色レーザ光源３３からの青色レーザ光は、波長変換部材４５に照射され、波長変換部材４５は、青色レーザ光の一部を吸収して、この青色レーザ光よりも長波長の光（緑色〜黄色の光）を励起発光する。
【００４２】
図３は、青色レーザ光が波長変換部材４５により波長変換された後の光のスペクトル分布を示すグラフである。青色レーザ光源３３からの青色レーザ光は、中心波長４４５ｎｍの輝線で表され、このレーザ光により波長変換部材４５が励起発光する光によって、概ね４５０ｎｍ〜７００ｎｍの波長帯域で発光強度が増大する。この波長帯域の光と青色レーザ光とによって白色光が形成される。
【００４３】
図４は、特色光照明系６３の青色発光ＬＥＤ素子７１と、緑色発光ＬＥＤ素子７３の発光スペクトルである。青色発光ＬＥＤ素子７１による発光スペクトルは、半値幅で波長４５０〜４８０ｎｍ程度の狭波長帯域の光で、緑色発光ＬＥＤ素子７３による発光スペクトルは、半値幅で５２０〜５６０ｎｍ程度の狭波長帯域の光である。
【００４４】
なお、波長変換部材４５から出射する青色、緑色、他の波長域の発光は同時に出射されるが、各光成分による照明光の観察光を検出する際は、撮像素子１５が有するカラーフィルタにより、例えば緑色光成分のみを撮像素子１５で検出することで、緑色光成分と他の光成分とを容易に分離することができる。また、青色光成分も同様に分離できる。したがって、後段の信号処理で混色の問題を生じることはない。
【００４５】
次に、上記構成の光源装置２０が内視鏡１０に組み込まれた内視鏡装置１００の使用例を説明する。
図１に示すように、内視鏡装置１００においては、内視鏡挿入部１３を体腔内に挿入して、内視鏡挿入部１３の先端から白色照明光を照明用光学部材１９を通して出射させ、また、特色光による照明光を各ＬＥＤ素子７１，７３から出射させる。白色光と特色光はそれぞれ切り換えて、いずれか一方のみを出射させる。そして、この出射光が被検体に照射された反射光を、撮像レンズ１７を通して撮像素子１５で撮像する。撮像して得た撮像信号は、撮像信号処理部２７によって適宜な画像処理が施されて、モニタ４０に出力される。あるいは記録媒体に保存する。
【００４６】
このような撮像素子１５を用いた撮像の際、体腔内で白色の照明光を照射して観察する通常の内視鏡診断時には、制御部２９は、図２に示す白色光駆動部６７により、青色レーザ光源３３からのレーザ光の出力をONにし、特色光駆動部６９により青色発光ＬＥＤ素子７１、緑色発光ＬＥＤ素子７３の各出力をＯＦＦにする。この場合には、青色レーザ光源３３からのレーザ光と、波長変換部材４５の励起発光光とによって生成される白色照明光が被検体に照射される。また、内視鏡装置１００による分光診断を行う際は、制御部２９は、特色光駆動部６９により青色発光ＬＥＤ素子７１、緑色発光ＬＥＤ素子７３の各出力をＯＮにし、白色光駆動部６７により青色レーザ光源３３の出力をＯＦＦにする。この場合には、青色発光ＬＥＤ素子７１，緑色発光ＬＥＤ素子７３による狭波長帯域の青色光および緑色光が被検体に照射される。そして、これら緑色光と青色光とを同時に照射した被検体からの反射光を撮像素子１５により撮像し、撮像信号処理部２７は、分光診断用の疑似カラー画像を生成する。例えば、撮像素子１５による緑検出信号（狭帯域の緑色光の反射光成分）を赤色の色調、青検出信号を青色と緑色の色調に変換して疑似カラー画像を生成する。この疑似カラー画像によれば、被検体の表層の表面微細構造（毛細血管や粘膜微細構造等）を明瞭に観察することができる。
【００４７】
ここで、分光診断を行う場合の具体的な制御例を説明する。
図５は、撮像光学系により撮像して時系列的に得た複数のフレーム画像（ａ）と、これらフレーム画像を並べ替えて表示する様子（ｂ）を概念的に示す説明図である。ここでは、白色光による照明光下の観察像と、特定の可視波長帯域（緑色、青色）の光による照明光下の観察像とを、それぞれ別々にモニタ４０に表示する制御を行う。
制御部２９は、図５（ａ）に示すように、光源装置２０による出射光を制御して、第１フレーム目では、中心波長４４５ｎｍの青色レーザ光を出射させて白色光を被検体に照射する。撮像素子１５は、白色光で照明された被検体を撮像し、その撮像信号を第１のメモリ５１（図１参照）に保存する。
【００４８】
次に、制御部２９は、光源装置２０による出射光を制御して、第２フレーム目では、青色発光ＬＥＤ素子７１と緑色発光ＬＥＤ素子７３による狭波長帯域の緑色光と青色光をそれぞれ被検体に照射する。撮像素子１５は、緑色光と青色光で照明された被検体を撮像し、その撮像信号を第２のメモリ５３に保存する。
【００４９】
以降、同様にして、第３フレーム（奇数フレーム）では第１フレーム目と同様に、第４フレーム（偶数フレーム）では第２フレームと同様に照明・撮像・撮像信号保存の処理を行うことを繰り返す。つまり、白色光の照明と、特定の可視波長帯域の光を含む照明とを撮像素子１５の撮像フレーム毎に交互に切り換える。すると、図５（ｂ）に示すように、第１のメモリ５１には白色光による照明画像が蓄積され、第２のメモリ５３には緑色光と青色光による狭帯域診断用画像が蓄積される。これら２種類の撮像信号による画像情報を、図６に示すように、モニタ４０上の異なる表示領域５５、５７に、第１のメモリ５１と第２のメモリ５３に保存された撮像信号をそれぞれ表示する。各表示領域のサイズは図示例では同一にしているが、いずれか一方を他方より大きく表示したり、いずれか一方の画像表示領域内に、他方の画像を小さく表示する等、任意に設定することができる。
【００５０】
このように、白色光の照明下の撮像画像と、特定の可視波長帯域の光を含む照明下の撮像画像とを交互に撮像することで、双方を略同時に画像取得することができ、２種類の画像情報をリアルタイムで同時に表示させることができる。また、それぞれの撮像画像を並べて表示することで、観察位置とその部位の性状が同時に把握でき、分光診断による診断精度を一層高められる。
【００５１】
また、特定の可視波長帯域の光を照射して撮像し、分光診断を行う際に、上記のように青色発光ＬＥＤ素子による青色光、緑色発光ＬＥＤ素子による緑色光の照明光の組み合わせ以外にも、種々の光成分の組み合わせが可能である。
例えば、青色発光ＬＥＤ素子７１による青色光に代えて、白色照明用の青色レーザ光源３３による青色レーザ光を狭帯域の特色光として用いて疑似カラー画像を生成することもできる。これにより得られる疑似カラー画像は、出射光の波長帯域がＬＥＤ素子よりレーザの方が狭いため、分光診断に有益な画像となる場合がある。
【００５２】
このような光成分の組み合わせを行うには、撮像光学系により撮像して時系列的に得た複数のフレーム画像に対して、撮像タイミングの異なるフレーム画像に跨った画像演算処理を行う。
つまり、図５で説明したように、それぞれ異なる特定の波長帯域光を検出した検出色画面（青、緑、赤の３原色の画面）を複数画面有して構成されるフレーム画像を、複数回にわたって撮像する一方、各フレーム画像の撮像タイミングに同期して複数種の光源からの光をそれぞれ異なる条件で照射する。第１光源により被検体を照明したときの観察画像を第１フレーム画像、第２光源により被検体を照明したときの観察画像を第２フレーム画像としたとき、第１フレーム画像と第２フレーム画像とを繰り返し撮像し、第１フレーム画像の特定の検出色画面の輝度情報と、第２フレーム画像の特定の検出画面の輝度情報とを組み合わせて、特定の波長成分の光による観察画像を解析的に求める。
【００５３】
図７に、図５と同様に撮像した各フレーム画像に対して特定の検出色の画面に含まれる主要な光成分を示した。ここでは、波長変換部材４５の蛍光体として、ＹＡＧ蛍光体とした例で説明する。
中心波長４４５ｎｍの青色レーザ光を照射して撮像して得た撮像信号である第１フレームは、青色の検出光画面B１では、青色レーザ光源３３からの中心波長４４５ｎｍの青色レーザ光による照明光下での観察光が含まれ、緑色の検出光画面G１では、波長変換部材４５のＹＡＧ蛍光体による緑光蛍光による照明光下での観察光が含まれ、赤色の検出光画面R1では、波長変換部材４５のＹＡＧ蛍光体による赤色蛍光による照明光下での観察光が含まれる。
【００５４】
また、次に青色発光ＬＥＤ素子７１と緑色発光ＬＥＤ素子７３を発光させて撮像して得た撮像信号である第２フレームは、青色の検出光画面B２では、青色発光ＬＥＤ素子７１による照明光下での観察光が含まれ、緑色の検出光画面G2では、緑色発光ＬＥＤ素子７３による照明光下での観察光が含まれる。
【００５５】
ここで、白色光による観察画像について考えると、照明に用いる白色光は、特定の狭い範囲の波長成分が強くなると、実際の見え方と異なる色調となる。そのため、理想的には、可視波長帯域が比較的平坦なスペクトルの光で照明することが望ましい。しかし、本構成による白色照明は、輝線となる青色レーザ光を白色照明用としているので、これをレーザ光より波長幅の広い青色発光ＬＥＤ７１による発光と入れ替えると、照明光のスペクトルをより平坦化できる。つまり、白色照明時では、輝線成分となるレーザ光が混在する照明光よりも、むしろ第２フレームにおけるＬＥＤ素子による比較的波長帯域幅の広い青色光を用いた方が演色性を向上できる。そこで、白色光による観察光画像として、第１フレームをそのまま用いることなく、第１フレームのG1,R1と、第２フレームのB２を組み合わせることで、より演色性のよい白色光による観察光画像を得ることができる。
【００５６】
また、狭帯域照明光による観察光画像として、Ｂ１で得られる青色レーザ光による観察光と、Ｇ２で得られる緑色発光ＬＥＤ素子７３の発光による狭帯域光による観察光を組み合わせ、これを強調処理用画像として用いることができる。その場合には、青色光の波長幅が狭くされるので、観察対象となる組織表層部を、表面側のより浅い領域に限定することができる。
【００５７】
上記のように、撮像して得られる各フレームの各検出光画面のそれぞれを適宜組み合わせて利用することで、診断に都合のよい画像情報を簡単に提供することができる。また、粘膜の深い部分に到達しにくい青色光が組織の表層部の毛細血管を、また、組織の内部にまで行き届く緑色光が深部の血管をそれぞれ鮮明に映し出した画像を簡単にして得ることができる。
【００５８】
また、白色照明光と特定の狭い可視波長帯域の光とを、内視鏡１０の本体操作部１１に設けたスイッチ１２等により、簡単な手元操作により切り換え自在とする構成としてもよい。この場合、照明光を手動により任意のタイミングで切り換えることができ、使い勝手を向上することができる。
【００５９】
以上説明したように、本実施形態の内視鏡装置１００によれば、照明光学系の白色光源としてレーザ光を用いることで、光ファイバーにより導光でき、高輝度の光を拡散を抑えて高効率で伝搬させることができる。また、白色用の導光路を光ファイバーで構成できるため、従前のライトガイド（光ファイバー束）を要することなく、内視鏡挿入部の細径化が図り易くなる。すなわち、ライトガイドで必要な光を内視鏡挿入部１３の先端に導くためには、ライトガイドの径が少なくとも約１ｍｍ以上必要となるが、単線の光ファイバーを用いる本実施形態の構成では、外皮の保護材を含めた外径で０．３ｍｍ程度の細径にできる。また、ＬＥＤ素子は、必要な波長帯域に直接エネルギを変換して照明するので、高効率で高照度の光が得られ、内視鏡で一般的に用いられるキセノンランプにより狭波長帯域の光をフィルタリングして取り出す場合と比較すると、１／２０程度の消費電力で同等の明るさを実現できる。さらに、排熱も少なくできることから、冷却ファン等の小型化、静音化が図られる。
そして、蛍光体励起光を照明光として使用するため、レーザ光を直接照明光として利用する場合に生じやすい、スペックル（干渉）によるノイズの重畳がなく、動画でのちらつきも発生しない。
【００６０】
また、本実施形態の内視鏡装置１００の構成によれば、内視鏡挿入部１３の細径化に伴って熱容量が小さくなり、ＬＥＤ素子７１，７３からの発熱が危惧されるが、比較的光量を多く必要とする白色照明光をレーザ光を利用して供給し、分光診断に必要となる特色照明光をＬＥＤ素子７１，７３を利用して供給するので、ＬＥＤ素子を常時高出力で点灯する場合と比較して、発熱量を抑えることができる。
【００６１】
また、ＬＥＤ素子７１，７３からの出射光は、透明樹脂７９Ａ，７９Ｂで形成されたレンズにより集光され、所望の照射位置に向けて出射される。そのため、図８に観察領域と特色光照射領域の関係を示すように、撮像素子１５による観察領域８１の全領域をＬＥＤ素子７１，７３で照明することなく、観察領域８１の一部を特色光照明領域８３とすることができる。特色光照明領域８３を狭い領域に選択的に照射することにすれば、ＬＥＤ素子７１，７３からの出射光量が小さくて済み、これにより、発熱量を抑えることができる。
【００６２】
次に、上記構成の内視鏡装置１００の変形例を説明する。
＜変形例１＞
図９に内視鏡挿入部の他の断面構成図を示した。
上記の内視鏡装置１００の内視鏡挿入部１３に形成したＬＥＤ素子７１，７３の収容座は、各ＬＥＤ素子７１，７３にそれぞれ設ける以外にも、複数のＬＥＤ素子７１，７３を一つの収容座１３ｄに配置することもできる。この場合、複数のＬＥＤ素子７１，７３を纏めて透明樹脂７９Ｃでモールドすることができ、製造工程を簡略化して、しかも各ＬＥＤ素子７１，７３が１つの集光レンズを共有することで、出射光の照射むらが抑えられる。
【００６３】
＜変形例２＞
図１０に光源装置の他の光学系の構成図を示した。
この場合のＬＥＤ素子は、青色発光ＬＥＤ素子７１，７３（いずれか一方は紙面垂直方向に並設している）と、赤外（７８０ｎｍ）発光ＬＥＤ素子７６である。これらＬＥＤ素子７１，７３，７４は同一の収容座１３ｅに配置されて透明樹脂７９Ｄでモールドされている。青色発光ＬＥＤ素子７１、緑色発光ＬＥＤ素子７３、赤外発光ＬＥＤ素子７４は、共に特色光駆動部６９に接続され、発光状態がそれぞれ制御される。
【００６４】
図１１は、この場合の青色発光ＬＥＤ素子７１、緑色発光ＬＥＤ素子７３、赤外発光ＬＥＤ素子７４の発光スペクトルである。この構成によれば、分光診断に用いる青色光〜緑色光に加えて、赤外光が出射可能となるので、例えば赤外光観察による診察が可能となる。赤外光観察とは、赤外光が吸収されやすいＩＣＧ（インドシアニンググリーン）を静脈注射した上で、赤外光を照射することで、人間の目では視認が難しい粘膜深部の血管や肥厚を強調表示する技術である。また、血流情報も表示させることができる。
【００６５】
以上説明した、各内視鏡装置においては、分光診断等に用いる狭波長帯域の光、すなわち、青色発光ＬＥＤ素子７１、緑色発光ＬＥＤ素子７３等の発光は、波長帯域が半値幅で４０ｎｍ以下に設定されることが好ましい。これは次の理由による。
ＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子は、カラーフィルタを備えており、例えばＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各原色（他にも補色としてシアン、マゼンタ、イエロー等の組み合わせもある）を特定検出色としてフルカラー画像情報を生成している。各検出色の光強度検出は、ある波長幅の有感度波長帯内の光強度を検出するが、実際には各検出色の波長が近接しており、有感度波長帯の一部が相互にオーバーラップしている。しかし、オーバーラップする領域が多いと混色が生じるため、通常、このオーバーラップする領域を狭めることがなされている。
【００６６】
有感度波長帯は、例えば、Ｂでは１００ｎｍ以下、Ｇでは８０ｎｍ以下、ＲではＧとの混色防止のため１００ｎｍ以下に設計される（本明細書では、これを実質的な有感度波長帯と呼称する）。したがって、撮像素子に混色の影響なく各検出色を検出するには、ＬＥＤ素子の発光の波長帯域をこの実質的な有感度波長帯よりも狭い波長幅にすればよい。換言すれば、ＬＥＤ素子が発光する特定の可視波長帯域の発光スペクトル曲線のピークの半値幅が、カラーフィルタの特定検出色（ＬＥＤ素子の発光色を検出するための検出色）成分を検出する波長帯域のスペクトル感度曲線のピークの半値幅より狭い波長幅にする。これにより、特定の波長帯域の発光光が複数の有感度波長帯に跨って検出されることがなくなる。また、観察したい被検体に合わせてスペクトルの中心をカラーフィルタの中心からずらす場合もあり、その場合には、発光光の波長帯域の幅をより狭くする必要がある。
【００６７】
このため、各ＬＥＤ素子７１，７３の発光光の波長帯域の幅は、６０ｎｍ以下、好ましくは４０ｎｍ以下、さらに好ましくは２０ｎｍ以下に設定する。また、光強度の観点からは１０ｎｍ以上であることが好ましい。
【００６８】
また、狭帯域化の理由は、撮像素子の光強度検出による理由の他に、狭帯域内視鏡（narrow band imaging :NBI)による診断を行う際に、狭帯域化が必要となる点も挙げられる。生体組織に照明光が照射されると、光は拡散的に伝播する。吸収や散乱特性が強いと、光は生体組織内の深くまで伝播されずに反射光として観察される。その吸収・散乱特性は、強い波長依存性を有し、波長が短いほど散乱特性が強くなり、光の生体組織への深達度は照射する光の波長によって決定される。特に、早期病変の診断に重要となる粘膜表面の微細構造の観察には、表面から浅い層内からの情報が重要となるので、その場合には、ＬＥＤ素子の発光光の波長帯域を、所望の波長でしかも帯域を狭くすることで、観察目的とする層からの情報を選択的に抽出することが可能となる。
【００６９】
以上、各実施形態の内視鏡装置によれば、レーザ光と蛍光体の励起発光光とを含んで形成される白色光と、特定の狭い可視波長帯域の光とを、細径化を図りつつ簡単な構成で選択的に照射することができる。
なお、本光源装置およびこれを用いた内視鏡装置は、前述した各実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形や改良等が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の内視鏡装置の概念的な構成図である。
【図２】図１に示す内視鏡装置の内視鏡挿入部先端における照明光学系の概略的な断面構成図である。
【図３】青色レーザ光が波長変換部材により波長変換された後の光のスペクトル分布を示すグラフである。
【図４】特色光照明系の青色発光ＬＥＤ素子と、緑色発光ＬＥＤ素子の発光スペクトルである。
【図５】撮像光学系により撮像して時系列的に得た複数のフレーム画像（ａ）と、これらフレーム画像を並べ替えて表示する様子（ｂ）を概念的に示す説明図である。
【図６】モニタ上の異なる表示領域に、第１のメモリと第２のメモリに保存された撮像信号をそれぞれ表示した様子を模式的に示す説明図である。
【図７】図５と同様に撮像した各フレーム画像に対して特定の検出色の画面に含まれる主要な光成分を示す説明図である。
【図８】観察領域と特色光照射領域の関係を示す説明図である。
【図９】内視鏡挿入部の他の断面を示す構成図である。
【図１０】光源装置の他の光学系を示す構成図である。
【図１１】青色発光ＬＥＤ素子、緑色発光ＬＥＤ素子、赤外発光ＬＥＤ素子の発光スペクトルである。
【符号の説明】
【００７１】
１０  内視鏡
１１  本体操作部
１３  挿入部
１５  撮像素子
１９  照明用光学部材
２０  光源装置
２１  光ファイバー
２７  撮像信号処理部
２９  制御部
３０  画像処理装置
３３  青色レーザ光源
４５  波長変換部材
５１  第１のメモリ
５３  第２のメモリ
５５，５７  表示領域
６１  白色光照明系
６３  特色光照明系
６５  励起光源部
６７  白色光駆動部
６９  特色光駆動部
７１  青色発光ＬＥＤ素子
７３  緑色発光ＬＥＤ素子
７４  赤外発光ＬＥＤ素子
７９Ａ，７９Ｂ  透明樹脂
８１  観察領域
８３  特色光照射領域
１００  内視鏡装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2009297290.tif 000009
【図８】
2009297290.tif 000010
【図９】
2009297290.tif 000011
【図１０】
2009297290.tif 000012
【図１１】
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