(57)【要約】【課題】光の利用効率が高い波長可変型の分光装置を提供する。【解決手段】表面に電極膜と反射膜が積層形成された一対の基板と、所定の間隔で対向配置された一対の基板の間に形成された液晶層とを有し、常光と異常光の双方を透過させる、少なくとも１段の波長可変ファブリペロー型フィルタと、波長固定フィルタとを備え、常光と異常光の少なくとも一方が所定の受光面に到達するよう、少なくとも１段の波長可変ファブリペロー型フィルタと波長固定フィルタとが光源から所定の面に至る光路上に配置された分光装置を提供する。【選択図】図７
2009168597.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から照射された光を所定の受光面に適するように分光する分光装置であって、
表面に電極膜と反射膜が積層形成された一対の基板と、
所定の間隔で対向配置された前記一対の基板の間に形成された液晶層と
を有し、常光と異常光の双方を透過させる、少なくとも１段の波長可変ファブリペロー型フィルタと、
波長固定フィルタと
を備え、
前記常光と異常光の少なくとも一方が前記所定の受光面に到達するよう、前記少なくとも１段の波長可変ファブリペロー型フィルタと前記波長固定フィルタとが前記光源から前記所定の受光面に至る光路上に配置されたことを特徴とする分光装置。
【請求項２】
前記波長可変ファブリペロー型フィルタは、前記一対の基板の表面に形成された電極膜間の印加電圧に応じて異常光の透過スペクトルが変化することを特徴とする請求項１に記載の分光装置。
【請求項３】
前記電極膜は、互いに絶縁された複数の電極膜を含み、前記波長可変ファブリペロー型フィルタの前記所定の受光面に対応する領域毎に異なる電圧を印加することにより該領域毎の異常光の透過スペクトルを変化させることを特徴とする請求項１又は請求項２の何れかに記載の分光装置。
【請求項４】
前記液晶層は、ホモジニアス配向させたｐ型液晶、又はホメオトロピック配向させたｎ型液晶、或いはツイストネマティック配向させた液晶の何れかのタイプの液晶からなることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の分光装置。
【請求項５】
前記所定の受光面が撮像素子の受光面であることを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載の分光装置。
【請求項６】
前記波長固定フィルタは、透過スペクトルが互いに異なる複数種類の波長固定フィルタからなることを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載の分光装置。
【請求項７】
前記波長可変ファブリペロー型フィルタに印加される電圧に応じて、前記複数種類の波長固定フィルタのうち第１の波長固定フィルタを透過して前記所定の面に到達する光は略異常光に制限され、前記第１の波長固定フィルタとは別の第２の波長固定フィルタを透過して前記所定の面に到達する光は略常光に制限されることを特徴とする請求項６に記載の分光装置。
【請求項８】
前記複数種類の波長固定フィルタは、Ｒ、Ｇ、Ｂの３原色の波長固定フィルタを含むことを特徴とする請求項６又は請求項７の何れかに記載の分光装置。
【請求項９】
前記波長固定フィルタは、前記所定の受光面に対して並列に配列された複数の波長固定フィルタから構成されていることを特徴とする請求項６から請求項８の何れかに記載の分光装置。
【請求項１０】
前記複数の波長固定フィルタにおいては、前記複数種類の波長固定フィルタが前記所定の受光面の画素毎に対応させて並べられていることを特徴とする請求項９に記載の分光装置。
【請求項１１】
前記所定の受光面を有する撮像素子および請求項１から請求項１０の何れかに記載の分光装置を先端部に配置したことを特徴とする電子内視鏡。
【請求項１２】
照明光を発生する光源と、前記照明光を伝達するライトガイドと、前記ライトガイドによって伝達された照明光により照明された対象物を撮像する撮像素子を有する電子内視鏡と、該撮像素子が出力する画像信号をモニタに表示可能に処理するビデオプロセッサとを備えた電子内視鏡システムにおいて、
請求項１から請求項１０の何れかに記載の少なくとも１段の波長可変ファブリペロー型フィルタが前記光源と前記ライトガイドの一端との間に配置され、
請求項１から請求項１０の何れかに記載の前記波長固定フィルタが前記所定の受光面である前記撮像素子の受光面の直前に配置されていることを特徴とする電子内視鏡システム。
【請求項１３】
照明光を発生する光源と、前記照明光を伝達するライトガイドと、前記ライトガイドによって伝達された照明光により照明された対象物を撮像する撮像素子を有する電子内視鏡と、該撮像素子が出力する画像信号をモニタに表示可能に処理するビデオプロセッサとを備えた電子内視鏡システムにおいて、
請求項１から請求項８の何れかに記載の前記波長固定フィルタが前記光源の直後に配置された面順次方式に対応するフィルタ配置であり、
請求項１から請求項８の何れかに記載の少なくとも１段の波長可変ファブリペロー型フィルタが前記光源から前記所定の受光面である前記撮像素子の受光面に至る光路上に配置されていることを特徴とする電子内視鏡システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像素子に適した分光を行う分光装置に関連し、より具体的には、常光と異常光の双方を利用可能とした光の利用効率の優れた分光装置、該分光装置を備えた電子内視鏡および電子内視鏡システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
患者の体腔内を診断するためのシステムとして、先端部に撮像素子を備えた電子内視鏡と、撮像素子により生成された画像信号を処理してモニタに出力するビデオプロセッサを備えた電子内視鏡システムが広く知られており、実用に供されている。この種の電子内視鏡システムには、特定の対象物（病変部等）からの戻り光に対応する特徴的な波長帯域の光のみを透過させるバンドパスフィルタを通して観察対象を撮像し、それによって得られた画像信号を処理して当該対象物をモニタ上で強調表示させるものがある。
【０００３】
このような電子内視鏡システムは、従来、対象物毎に対応するバンドパスフィルタを交換する必要があり、その交換機構および付随作業は技術的負担であった。しかし、近年、透過スペクトルをコントロールできる波長可変型のバンドパスフィルタを搭載した電子内視鏡システムが実用化され、機構および付随作業の省略が可能となっている。電子内視鏡システムに適する波長可変型のバンドパスフィルタとしては、例えば特許文献１に開示される光変調素子が挙げられる。
【０００４】
特許文献１の光変調素子は、２枚の偏光板を光路上に配置し、偏光板の間にスタックされた複数枚の液晶パネルを配置することにより構成されている。そして、液晶パネルに封入された複屈折性と色分散を有する液晶分子の配向を制御することによって液晶パネルを透過する光の偏光状態をコントロールし、特定の偏光成分の波長帯域の光のみを後段の偏光板から射出させるように構成されている。当該光変調素子の透過スペクトルのピークは、高い電圧が液晶パネルに印加されるほど短波長側にシフトする（特許文献１の図８参照）。
【特許文献１】特開平５−２７２５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１によれば、特定の偏光成分を含まない光は全て、偏光板によってカットされてしまう。また、後段の偏光板を透過する偏光成分の光も偏光板によって一定の吸収を受ける。このため、光の利用効率が低く、撮像素子に到達する光量が少ないという不利な点がある。このような不利な点を解消するため、例えば撮像素子の感度を増加させることが考えられるが、これはＳＮ比の低下や検出時間の増大などの好ましくない効果を同時にもたらす。そのため、光の利用効率が高い波長可変型のバンドパスフィルタが望まれている。
【０００６】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、光の利用効率が高い波長可変型の分光装置、電子内視鏡、および電子内視鏡システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決する本発明の一形態に係る分光装置は、光源から照射された光を所定の受光面に適するように分光する装置であり、表面に電極膜と反射膜が積層形成された一対の基板と、所定の間隔で対向配置された一対の基板の間に形成された液晶層とを有し、常光と異常光の双方を透過させる、少なくとも１段の波長可変ファブリペロー型フィルタと、波長固定フィルタとを備え、常光と異常光の少なくとも一方が所定の受光面に到達するよう、少なくとも１段の波長可変ファブリペロー型フィルタと波長固定フィルタとが光源から所定の面に至る光路上に配置されたことを特徴とした装置である。
【０００８】
すなわち本発明によれば、常光と異常光の双方を撮像や撮影に利用できるようにした光の利用効率が高い分光装置が提供される。
【０００９】
このような分光装置に備えられる波長可変ファブリペロー型フィルタには、一対の基板との表面に形成された電極膜間の印加電圧に応じて異常光の透過スペクトルが変化する構成が適する。
【００１０】
また、例えば、電極膜は、互いに絶縁された複数の電極膜を含み、波長可変ファブリペロー型フィルタの上記所定の受光面に対応する領域毎に異なる電圧を印加することにより該領域毎の異常光の透過スペクトルを変化させることが可能である。
【００１１】
液晶層は、通常ホモジニアス配向させたｐ型液晶、又はホメオトロピック配向させたｎ型液晶、或いはツイストネマティック配向させた液晶の何れかのタイプの液晶が利用可能であるが、それに限られるものではない。
【００１２】
また、所定の受光面は、撮像素子の受光面であることが好ましい。
【００１３】
波長固定フィルタは、透過スペクトルが互いに異なる複数種類の波長固定フィルタからなる構成としてもよい。このような構成においては、例えば波長可変ファブリペロー型フィルタに印加される電圧に応じて、複数種類の波長固定フィルタのうち第１の波長固定フィルタを透過して所定の面に到達する光は略異常光に制限され、第１の波長固定フィルタとは別の第２の波長固定フィルタを透過して所定の面に到達する光は略常光に制限され得る。また、例えばＲ、Ｇ、Ｂの３原色の波長固定フィルタを含む。
【００１４】
また、波長固定フィルタは、所定の受光面に対して並列に配列された複数の波長固定フィルタから構成されたものとしてもよい。当該複数の波長固定フィルタにおいては、複数種類の波長固定フィルタが所定の受光面の画素毎に対応させて並べられている構成が好ましい。
【００１５】
また、上記の課題を解決する本発明の一形態に係る電子内視鏡は、所定の受光面を有する撮像素子および上述した分光装置を先端部に配置したことを特徴とした装置である。
【００１６】
このように構成された電子内視鏡によれば、常光と異常光の双方を利用した光の利用効率が高い撮像処理を行うことができる。
【００１７】
また、上記の課題を解決する本発明の一形態に係る電子内視鏡システムは、照明光を発生する光源と、照明光を伝達するライトガイドと、ライトガイドによって伝達された照明光により照明された対象物を撮像する撮像素子を有する電子内視鏡と、該撮像素子が出力する画像信号をモニタに表示可能に処理するビデオプロセッサとを備え、上述した少なくとも１段の波長可変ファブリペロー型フィルタが光源とライトガイドの一端との間に配置され、かつ、上述した複数の波長固定フィルタが所定の受光面である撮像素子の受光面の直前に配置されていることを特徴としたシステムである。
【００１８】
このように構成された電子内視鏡システムによれば、常光と異常光の双方を利用した光の利用効率が高い撮像処理を行うことができるとともに、所望の帯域に制限された照明光により照明された対象物の画像をモニタに表示させることができる。
【００１９】
また、上記の課題を解決する本発明の一形態に係る電子内視鏡システムは、照明光を発生する光源と、照明光を伝達するライトガイドと、ライトガイドによって伝達された照明光により照明された対象物を撮像する撮像素子を有する電子内視鏡と、該撮像素子が出力する画像信号をモニタに表示可能に処理するビデオプロセッサとを備え、上述した波長固定フィルタが光源の直後に配置された面順次方式に対応するフィルタ配置であり、上述した少なくとも１段の波長可変ファブリペロー型フィルタが光源から所定の受光面である撮像素子の受光面に至る光路上に配置されていることを特徴としたシステムである。
【００２０】
このように構成された電子内視鏡システムによれば、常光と異常光の双方を利用した光の利用効率が高い撮像処理を行うことができるようになる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、常光と異常光の双方を撮像や撮影に利用できるようにした光の利用効率が高い分光装置、電子内視鏡、および電子内視鏡システムが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態の波長可変型のバンドパスフィルタを備えた電子内視鏡システムについて説明する。
【００２３】
図１は、本実施形態の電子内視鏡システム１の概略外観図である。また、図２は、電子内視鏡システム１の構成を示すブロック図である。これらの図に示されるように、電子内視鏡システム１は、光源装置１００、電子内視鏡２００、ビデオプロセッサ３００、およびモニタ４００から構成される。
【００２４】
電子内視鏡２００の基端部には、撮像素子用ドライバ２１６、液晶用ドライバ２１８等の回路基板を収容するコネクタユニット２１０が備えられている。コネクタユニット２１０からは二本のケーブルが延び、それぞれの先端部にはピンプラグ２１２、２１４が設けられている。ピンプラグ２１２が光源装置１００のジャック１１０に差し込まれることにより、光源装置１００と電子内視鏡２００が光学的に接続される。また、ピンプラグ２１４がビデオプロセッサ３００のジャック３１０に差し込まれることにより、ビデオプロセッサ３００と電子内視鏡２００が電気的に接続される。ビデオプロセッサ３００とモニタ４００は所定のケーブルを介して電気的に接続されている。
【００２５】
上述のように電子内視鏡システム１の各要素が接続され、それぞれの電源が投入されると、術者は、電子内視鏡システム１を使用して患者を診断できるようになる。具体的には、術者は、可撓性を有する挿入部２３０を患者の体腔内に挿入して操作部２２０を操作し、先端部２４０を観察対象近傍に導く。そして、操作部２２０を操作するとともに、ビデオプロセッサ３００の操作部３２０も操作して、その結果得られる画像をモニタ４００で確認する。術者は、モニタ４００を通じて患者の体腔内を観察し、患者の健康状態を検査する。
【００２６】
図２に示されるように、光源装置１００はランプ１２０と集光レンズ１３０を備えている。このようなランプ１２０には、白色光を照射するメタルハライドランプ、キセノンランプ、ハロゲンランプ等が適している。ランプ１２０が照射した白色光は、集光レンズ１３０により集光される。ここで、上述したようにジャック１１０とピンプラグ２１２とが接続されると、電子内視鏡２００のライトガイド２５０の入射端２５０ａが集光レンズ１３０の焦点近傍の位置に固定される。集光レンズ１３０で集光された光束は、光ファイバ束であるライトガイド２５０の入射端２５０ａから当該ライトガイド２５０内に入射される。
【００２７】
なお、図２においては図面の簡略化のため、電子内視鏡２００と光源装置１００およびビデオプロセッサ３００との接続部分の図示を省略している。また、操作部２２０の図示も省略している。
【００２８】
ライトガイド２５０は、電子内視鏡２００内部を電子内視鏡２００の長手方向に沿って配線され、他端（射出端２５０ｂ）が先端部２４０の内部に配置されている。そして、射出端２５０ｂの前方に位置する先端部２４０の前面には、配光レンズ２６０が設けられている。よって、入射端２５０ａからライトガイド２５０に入射された入射光は、ライトガイド２５０内を伝播して射出端２５０ｂから射出され、配光レンズ２６０を介して先端部２４０から外部に照射されて観察対象を照明する。
【００２９】
先端部２４０内部には、光軸ＡＸ上に先端から順に、カバーレンズ、アパーチャ、対物レンズ等で構成される対物光学系２７０、波長可変型バンドパスフィルタ２８０、２８０’、および撮像素子２９０が配置されている。そして、照明された観察対象からの反射光は、対物光学系２７０を構成する各光学素子、波長可変型バンドパスフィルタ２８０、および２８０’を介して撮像素子２９０の受光面２９０ｓで光学像を結ぶ。波長可変型バンドパスフィルタ２８０、２８０’は、光軸ＡＸ上にスタックされ、或いは僅かに離隔して配置されている。これらの波長可変型バンドパスフィルタの構成および作用については後に詳説する。なお、先端部２４０の内径は約φ８〜１５ｍｍであり、波長可変型バンドパスフィルタ２８０、２８０’ は約５〜１０ｍｍ角の板状素子である。
【００３０】
撮像素子２９０は、ベイヤ型画素配置を有する単板式カラーＣＣＤであり、図２に示されるように、受光面２９０ｓが波長可変型バンドパスフィルタ２８０および２８０’のフィルタ面と平行になるように配置されている。そして、撮像素子２９０の受光面２９０ｓ前面には、画素に対応したＲ（Red）、Ｇ（Green）、Ｂ（Blue）の３原色マイクロフィルタがベイヤ配列されたオンチップカラーフィルタ２９２が搭載されている。
【００３１】
ここで、図１０に、ベイヤ配列されたオンチップカラーフィルタ２９２を構成する各マイクロフィルタと、撮像素子２９０の受光面２９０ｓ上の各画素との対応関係を説明する図を示す。図１０において「Ｒ」、「Ｇ」、「Ｂ」が記されたマイクロフィルタはそれぞれ、Ｒ色、Ｇ色、Ｂ色に対応するマイクロフィルタを意味する。図１０では便宜上、受光面２９０ｓ上の一部の画素、およびオンチップカラーフィルタ２９２を構成する一部のマイクロフィルタのみを示す。
【００３２】
オンチップカラーフィルタ２９２は、フィルタ面が撮像素子２９０の受光面２９０ｓと平行になるように配置されている。附言するに、オンチップカラーフィルタ２９２を構成する各マイクロフィルタは、受光面２９０ｓに並列に配置されており、受光面２９０ｓ上の一の画素に対応して並んでいる。つまり、オンチップカラーフィルタ２９２を構成するマイクロフィルタは、受光面２９０ｓ上の画素に１：１で対応するように並べられている。このため、図１０のマイクロフィルタ２９２０Ｇを透過した光は、対応する画素、ここでは受光面２９０ｓ上の画素２９０１で光学像を結ぶこととなる。また、他のマイクロフィルタ２９２０Ｂ、２９２０Ｒ、２９２１Ｇを透過した光もそれぞれ同様に、対応する画素、すなわち画素２９０２、２９０３、２９０４で光学像を結ぶこととなる。
【００３３】
撮像素子２９０は、撮像素子用ドライバ２１６から信号ケーブル２９８を介して送られる駆動信号に従って駆動し、各画素上で結像した光学像をその光量に応じた電荷として蓄積して、画像信号に変換する。変換された画像信号は、信号ケーブル２９８を伝送してビデオプロセッサ３００の絶縁回路３３０に入力され、次いで、絶縁回路３３０を介して前段処理回路３５０に入力される。なお、絶縁回路３３０は、電子内視鏡２００とビデオプロセッサ３００との間を伝送する信号を、例えばフォトカップラ等を使用して、電気絶縁性の媒体を伝播する非電気信号（ここでは光）として伝送する区間を設けることにより、電子内視鏡２００とビデオプロセッサ３００とを電気的に絶縁させている。
【００３４】
ビデオプロセッサ３００は、ビデオプロセッサ３００全体を統括的に制御するシステムコントロールユニット３４０を備えている。前段処理回路３５０は、システムコントロールユニット３４０の制御下で動作し、電子内視鏡２００から入力される画像信号に対して増幅、Ａ／Ｄ変換等の処理を施して画像メモリ３６０に出力する。なお、システムコントロールユニット３４０は、撮像素子用ドライバ２１６を介して撮像素子２９０の駆動タイミングも制御している（図面の簡略化のため、電子内視鏡２００側の各要素とシステムコントロールユニット３４０との結線は省略する）。
【００３５】
画像メモリ３６０は画像信号をフレーム単位で格納する。そして、画像メモリ３６０に格納されたフレーム単位の画像信号は、所定のタイミング毎にビデオ信号処理回路３７０に出力される。この出力タイミングは、システムコントロールユニット３４０からの同期パルスに従って決定される。この同期パルスは、画像メモリ３６０と撮像素子用ドライバ２１６の双方に同一タイミングで出力される。すなわち同期パルスにより、ビデオプロセッサ３００側での信号処理のタイミングと撮像素子２９０の駆動タイミングとが同期する。
【００３６】
ビデオ信号処理回路３７０は、画像メモリ３６０からの画像信号に周知の画素補間処理を施すとともに、画素補間処理した画像信号をモニタ４００で表示可能な形態（カラー信号と輝度信号）に変換する。そして、変換して得られたカラー信号および輝度信号を出力回路３８０に出力する。
【００３７】
出力回路２５０は、カラー信号および輝度信号を各形式のビデオ信号（例えばコンポジットビデオ信号やＳビデオ信号或いはＲＧＢビデオ信号等）に変換してモニタ４００に出力する。これにより、患者の体腔内の映像がモニタ４００に表示され、術者は患者の体腔内を観察できるようになる。
【００３８】
次に、波長可変型バンドパスフィルタ２８０について詳説する。波長可変型バンドパスフィルタ２８０は、波長可変型の狭帯域フィルタであり、液晶用ドライバ２１８を介したシステムコントロールユニット３４０の制御下で透過スペクトルがコントロールされる。システムコントロールユニット３４０は、術者による操作部３２０の操作に従って液晶用ドライバ２１８を制御する。
【００３９】
図３（ａ）および（ｂ）は、波長可変型バンドパスフィルタ２８０の構造を概略的に示す図である。図３（ａ）および（ｂ）に示されるように、波長可変型バンドパスフィルタ２８０は、液晶層２８１を、２枚のガラス基板２８２から構成されるファブリペロー型干渉フィルタ内に封入して構成されている。ガラス基板２８２は、例えばＮＡ３５等の無アルカリガラスやＢＫ７で構成される。各ガラス基板２８２には、ガラス基板２８２側から液晶層２８１側に向かって反射膜２８３、導電膜２８４、液晶配向膜２８５が順に堆積されている。すなわち液晶層２８１は、一対の液晶配向膜２８５に挟まれて構成されており、その層厚ｄはスペーサ２８６により規定されている。
【００４０】
導電膜２８４は透光性を有する電極膜であり、ＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）で構成されている。反射膜２８３は半透過性の反射膜であり、金属反射膜や好ましくはＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）の構成を用いることが可能である。本発明の構成例ではＳｉＯ２膜とＴｉＯ２膜とを交互に堆積して構成されている。詳しくは、前段の反射膜２８３は、ガラス基板２８２側から導電膜２８４側に向かってＴｉＯ２膜、ＳｉＯ２膜、ＴｉＯ２膜、ＳｉＯ２膜が順に堆積され、それぞれの膜厚が６０ｎｍ、９０ｎｍ、６０ｎｍ、９０ｎｍである。後段の反射膜２８３も同様に、ガラス基板２８２側から導電膜２８４側に向かってＴｉＯ２膜、ＳｉＯ２膜、ＴｉＯ２膜、ＳｉＯ２膜が順に堆積され、それぞれの膜厚が６０ｎｍ、９０ｎｍ、６０ｎｍ、９０ｎｍである。
【００４１】
一対の反射膜２８３は、液晶層２８１を挟んでおよそ距離ｄだけ離間し、互いに平行に配置されている。従って、液晶層２８１の屈折率を「ｎ」とした場合、反射膜２８３間の光学的距離は「ｎｄ」となる（説明の便宜上、液晶配向膜２８５の厚みは無視する）。
【００４２】
波長可変型バンドパスフィルタ２８０に入射された入射光は、一対の反射膜２８３の間（すなわち液晶層２８１内）を多重反射する。そして、反射光間の干渉により、光学的距離ｎｄによって決まる所定の波長帯域の光のみが波長可変型バンドパスフィルタ２８０を透過する。
【００４３】
液晶層２８１には、ホモジニアス配向させたｐ型液晶が封入されている。すなわち、液晶層２８１の液晶分子は、電場がかけられていないときには図３（ａ）に示されるように、一様にガラス基板２８２の面（光軸ＡＸと直交する面）に平行に配向している。また、液晶用ドライバ２１８により導電膜２８４に電圧を印加して液晶層２８１内に電場を発生させた場合、各液晶分子は、発生した電場（あるいは印加電圧）に応じた角度だけガラス基板２８２の上記面に対し傾斜する。各液晶分子は、最大で、図３（ｂ）に示されるように、長軸がガラス基板２８２の面と略垂直な方向を向くまで傾斜する。
【００４４】
液晶層２８１に封入された液晶分子は、一軸性結晶と同様の光学的性質を有し、屈折率異方性、すなわち複屈折性を有する。詳細には、本実施形態で使用される液晶は、配向方向（液晶分子の長軸方向）と平行な振動電場をもつ光（異常光）に対しては屈折率ｎｅを有し、当該配向方向と垂直な振動電場をもつ光（常光）に対しては屈折率ｎｏを有する。このため、液晶用ドライバ２１８による印加電圧により液晶分子の長軸方向を入射光の振動面内で変えることにより、異常光に対する液晶層２８１の実効的な屈折率が、常光に対する値（屈折率ｎｏ）から屈折率ｎｅmaxまでの範囲で変化する。一方、常光に対する液晶層２８１の屈折率は、印加電圧による液晶分子の回転によっては変化しない。
【００４５】
このように常光に対する液晶層２８１の屈折率は変化しないため、常光の光学的距離ｎｄは一定である。従って、常光に対する波長可変型バンドパスフィルタ２８０の透過スペクトルは、液晶層２８１に印加される電圧に拘わらず、常に同じものとなる。これに対して、異常光に対する液晶層２８１の屈折率は液晶層２８１に印加される電圧に応じて増大し、その屈折率変化によって異常光の光学的距離ｎｄが増大する。このため、異常光に対する波長可変型バンドパスフィルタ２８０の透過スペクトルは、液晶層２８１に印加される電圧に応じて変化する。その様子を図４（ａ）〜（ｆ）を用いて説明する。
【００４６】
図４（ａ）〜（ｆ）は、常光と異常光に対する波長可変型バンドパスフィルタ２８０の透過スペクトルを示す図である。縦軸が透過率を示し、横軸が波長を示す。また、実線が常光に対する透過スペクトルを示し、一点鎖線が異常光に対する透過スペクトルを示す。
【００４７】
図４（ａ）は、液晶層２８１に電圧が印加されていない状態における透過スペクトルを示す。この場合、液晶層２８１において異常光と常光に対する屈折率は略等しく、反射膜２８３間での多重反射干渉の波長特性も実質的に同じである。このため、常光、異常光の双方に対する透過スペクトルが略同じとなる。
【００４８】
図４（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）はそれぞれ、０．５Ｖ、１Ｖ、４Ｖ、６Ｖ、７Ｖが液晶層２８１に印加されたときの透過スペクトルを示す。液晶層２８１に印加される電圧を増加させるほど、液晶層２８１において異常光に対する実効的な屈折率が増大し、光学的距離ｎｄが増大する。これにより、反射膜２８３間での多重反射干渉の条件が常光と異常光とで異なったものとなり常光と異常光に対する透過スペクトルにも差が生じる。本実施形態の波長可変型バンドパスフィルタ２８０の構成によれば、図４（ｂ）〜（ｆ）に示されるように、液晶層２８１に印加される電圧を増加させるほど、異常光における透過スペクトルのピークが長波長側にシフトする。
【００４９】
波長可変型バンドパスフィルタ２８０を透過した常光および異常光は、次に、波長可変型バンドパスフィルタ２８０’に入射される。なお、波長可変型バンドパスフィルタ２８０’は、液晶層の厚みを除いて波長可変型バンドパスフィルタ２８０と同一の構成を有する。従って、波長可変型バンドパスフィルタ２８０’の詳細な説明は、波長可変型バンドパスフィルタ２８０の説明をもって省略する。
【００５０】
図５は、図４（ｂ）と同様の図であって、波長可変型バンドパスフィルタ２８０’の液晶層に０．５Ｖが印加されたときの、常光と異常光に対する波長可変型バンドパスフィルタ２８０’の透過スペクトルを示す図である。波長可変型バンドパスフィルタ２８０’は、波長可変型バンドパスフィルタ２８０と比較して液晶層の厚さが大きく（例えば３倍程度）、液晶層の光路長が長い。このように、液晶層の光路長を長くすることにより、波長可変型バンドパスフィルタ２８０’の透過スペクトルは、波長可変型バンドパスフィルタ２８０の透過スペクトルと比較してピークが鋭く、かつ各ピークが狭い波長間隔で配置されたものとなる。
【００５１】
図６は、図４や図５と同様の図であって、波長可変型バンドパスフィルタ２８０に１Ｖ、波長可変型バンドパスフィルタ２８０’に０．５Ｖが印加された状態における、波長可変型バンドパスフィルタ２８０と波長可変型バンドパスフィルタ２８０’の透過スペクトルを重畳した透過スペクトル（以下、「第１段階の重畳透過スペクトル」と記す）を示す図である。図４と同様に、実線が常光に対する透過スペクトルを示し、一点鎖線が異常光に対する透過スペクトルを示す。
【００５２】
図６に一点鎖線で示される異常光の第１段階の重畳透過スペクトルには、４７０ｎｍ付近（Ｂ帯域）、５７０ｎｍ付近（Ｇ帯域）、および７００ｎｍ付近（Ｒ帯域）において、半値全幅（ＦＷＨＭ：Full Width at Half Maximum）が１０〜２０ｎｍ程度となる狭帯域のピークが配置されている。これらのピークは、異常光のピークであるため、各液晶層に印加される電圧に応じて長波長又は短波長側にシフト可能である。また、実線の常光のスペクトルには、６８０ｎｍ付近（Ｒ帯域）にＦＷＨＭが２０ｎｍ程度となる狭帯域のピークが配置されている。このピークは、常光のピークであるため、各液晶層に印加される電圧に拘わらず６８０ｎｍ付近に固定され、シフトすることがない。
【００５３】
すなわち、第１段階の重畳透過スペクトルには、光の利用効率が高まるように常光、異常光それぞれに対応する狭帯域のピークが配置され、常光と異常光の双方を撮像に利用できるようになっている。具体的には、波長可変型バンドパスフィルタ２８０および２８０’を透過する偏波を制限する偏光板を配置しない構成を採用しているために、常光と異常光の両偏光成分を含む透過スペクトルが得られている。
【００５４】
このため、波長可変型バンドパスフィルタ２８０に入射された入射光は、波長可変型バンドパスフィルタ２８０および２８０’において、図６に例示される異常光の透過ピークのみが波長シフト可変な第１段階の重畳透過スペクトルによってフィルタリングされた後、波長可変型バンドパスフィルタ２８０’から射出されて、撮像素子２９０上のオンチップカラーフィルタ２９２に入射される。上述したように、常光と異常光は何れも各バンドパスフィルタ２８０，２８０’によってカットされることなく、低損失で透過するため、十分な光量の光がオンチップカラーフィルタ２９２に到達することになる。
【００５５】
図７は、撮像素子２９０のオンチップカラーフィルタ２９２の透過スペクトルと、Ｒ帯域の第１段階の重畳透過スペクトルとの重畳を説明するための図である（なお、説明の便宜上、透過率は正規化されている）。２９２Ｂ、２９２Ｇ、２９２Ｒはそれぞれ、オンチップカラーフィルタ２９２を構成するＢ、Ｇ、Ｒ画素用のマイクロフィルタの透過スペクトルである。Ｂ、Ｇ画素用のマイクロフィルタの透過スペクトルはそれぞれ、４７０ｎｍ付近、５４０ｎｍ付近に透過率のピークを有する。Ｒ画素用のマイクロフィルタの透過スペクトルは、６００ｎｍ以上の帯域に高い透過率を有する。
【００５６】
従って、撮像素子２９０のＢ、Ｇ、Ｒ画素の前段にはそれぞれ、図６の第１段階の重畳透過スペクトルと図７のＢ、Ｇ、Ｒ画素用のマイクロフィルタのいずれかの透過スペクトルとを重畳させた透過スペクトル（以下、「第２段階の重畳透過スペクトル」と記す）のフィルタが配置されていることになる。例えば、Ｒ画素に入射される帯域の光は、波長可変型バンドパスフィルタ２８０、２８０’、およびオンチップカラーフィルタ２９２のＲ画素用のマイクロフィルタ２９２Ｒにより、図７に斜線で示される透過スペクトル２９２Ｒ’にフィルタリングされる。すなわち、Ｂ、Ｇ、Ｒの各画素には、波長可変型バンドパスフィルタ２８０および２８０’を透過し、かつ、それぞれのマイクロフィルタによって各色成分に帯域制限された光のみが受光される。本実施形態によれば、波長可変型バンドパスフィルタ２８０および２８０’において常光と異常光の双方を透過させつつ、各画素のマイクロフィルタにおいて不要な帯域をカットする構成を採用することにより、常光と異常光の双方を撮像に利用できるようにした光の利用効率が高いフィルタが提供されている。
【００５７】
このように、第２段階の重畳透過スペクトルは、第１段階の重畳透過スペクトルと各画素用のマイクロフィルタの透過スペクトルとを重畳させたものであるため、第１段階の重畳透過スペクトルの変化に応じて変化する。すなわち、第２段階の重畳透過スペクトルは、波長可変型バンドパスフィルタ２８０と２８０’の各液晶層に電圧を印加して第１段階の重畳透過スペクトルを変化させることにより、コントロールされる。
【００５８】
術者は、操作部３２０を操作して、例えば観察したい対象物からの戻り光に対する透過率が最も高くなるように第１段階の重畳透過スペクトルをコントロールする。例えばを重点的に観察したい波長域が決まっている場合には、第１段階の重畳透過スペクトルを図６に示されるようなスペクトルにコントロールすればよい。
【００５９】
図６の異常光の透過スペクトルには、透過率が最も高いピークが７００ｎｍに配置されている。すなわち、撮像素子２９０は、第１段階の重畳透過スペクトルが図６に示されるものであるとき、波長７００ｎｍ付近の光に対して最も高い感度を有する。従って、観察領域中に波長７００ｎｍ付近の光を強く反射する部位があるとき、観察領域からの７００ｎｍ付近の反射光は波長可変型バンドパスフィルタ２８０、２８０’及びＲ画素用マイクロフィルタによって略減衰されることなくＲ画素で受光される。また、Ｂ成分やＧ成分は波長可変型バンドパスフィルタ２８０および２８０’とＲ画素用マイクロフィルタ等により減衰される。当該Ｂ、Ｇ画素に対応する色はビデオ信号処理回路３７０が施す画素補間処理により補間され、当該部位（波長可変型バンドパスフィルタを透過した波長に対応する部位）が強調された画像がモニタ４００に表示が可能になる。
【００６０】
また、第１段階の重畳透過スペクトルのピークがＲ帯域に設定されている場合、ビデオプロセッサ３００は、入射光量の多いＲ画素周辺のＢ、Ｇ画素の画像信号を無視して画像処理するようにしてもよい。
【００６１】
ところで、上述したように、第１段階の重畳透過スペクトルには、波長シフト不能な固定ピーク（常光によるピーク）と波長シフト可能なピーク（異常光によるピーク）が配置されている。このようなピークの性質を利用して、例えば特定の対象物が常に強調表示され、かつ必要に応じて任意の対象物が選択的に強調表示できるように波長可変型バンドパスフィルタ２８０および２８０’が構成される。
【００６２】
図８は、別の実施の形態の波長可変型バンドパスフィルタ２８０および２８０’による第１段階の重畳透過スペクトルを示す図である。図８の第１段階の重畳透過スペクトルは、図４（ａ）と同様に、液晶層に電圧が印加されていない状態を示し、常光と異常光の透過スペクトルが一致している。別の実施の形態では、波長可変型バンドパスフィルタ２８０や２８０’の材料や層構造、膜厚等を本実施形態に対して適宜変更することにより、図８に示される第１段階の重畳透過スペクトルを得ることができる。また、別の実施の形態の波長可変型バンドパスフィルタ２８０および２８０’は、ランプ１２０の直後に配置されている。従って、観察領域には、波長可変型バンドパスフィルタ２８０および２８０’によりフィルタリングされた光が照射される。
【００６３】
図８の第１段階の重畳透過スペクトルによれば、常光の透過ピークが、血液中のヘモグロビンに吸収されやすい波長である４５０ｎｍ、５４０ｎｍ付近に配置されている。このようなスペクトルをもつ光を観察領域に照射することにより、粘膜表層の毛細血管や粘膜微細模様等がモニタ４００に強調表示されるようになる。また、それと同時に、波長可変型バンドパスフィルタ２８０や２８０’の液晶層に電圧を印加して異常光の透過ピークを所望の波長にシフトさせることにより、特定の病変部等を選択的に強調表示させることができる。常光、異常光の双方を有効利用して、複数の対象物を一画面中に強調表示させることができる。この場合、複数の対象物の相関関係等を一画面中で確認できるメリットがある。
【００６４】
続いて図９に、更に別の実施の形態の電子内視鏡システム１ｚの構成をブロック図で示す。電子内視鏡システム１ｚは、撮像方式が周知の面順次方式に対応して構成されており、図９に示されるように、光源装置１００ｚ、電子内視鏡２００ｚ、ビデオプロセッサ３００ｚ、およびモニタ４００から構成される。
【００６５】
電子内視鏡システム１ｚは、光源装置１００ｚが回転フィルタ１４０およびモータ１５０を備え、かつ電子内視鏡２００ｚが撮像素子２９０ｚを備える点において電子内視鏡システム１と相違し、他の構成要素については電子内視鏡システム１と同一又は同様である。厳密には、電子内視鏡システム１ｚは撮像方式が周知の面順次方式に対応して構成されているため、画像メモリ３６０がＲＧＢの各色成分に対応した３つのフレームメモリで構成される点等の相違があるが、そのような相違点は便宜上、図面には示していない。
【００６６】
電子内視鏡システム１ｚは、上述したように、撮像方式が周知の面順次方式に対応した構成となっている。このため、システムコントロールユニット３４０がモータ１５０を駆動制御して回転フィルタ１４０を回転させると、ランプ１２０が照射する白色光が回転フィルタ１４０によりＲ光、Ｇ光、Ｂ光に順次変換されて集光レンズ１３０に入射し、ライトガイド２５０および配光レンズ２６０を介して体腔内を順に照明する。次いで、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光で照明された体腔内からの戻り光が対物光学系２７０に入射し、波長可変型バンドパスフィルタ２８０および２８０’によりフィルタリングされた後、撮像素子２９０ｚに順に受光される。撮像素子２９０ｚは例えばモノクロＣＣＤであり、撮像素子用ドライバ２１６からの駆動信号により回転フィルタ１４０の回転に同期してＲ光、Ｇ光、Ｂ光に対応する各像の画像信号を順次出力する。出力されたＲ光、Ｇ光、Ｂ光に対応する各像の画像信号は、信号ケーブル２９８を順次伝送して絶縁回路３３０および前段処理回路３５０を介して画像メモリ３６０の各フレームメモリに保持される。そして、各フレームメモリの画像信号が同時に読み出されてビデオ信号処理回路３７０により同時化された後、出力回路３８０を介してモニタ４００に出力される。これにより、患者の体腔内の映像がモニタ４００に表示され、術者は患者の体腔内を観察できるようになる。
【００６７】
本発明は、これらの実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲において様々な変形が可能である。例えば仕様に合わせた最適な第１段階の重畳透過スペクトルを得るためには、液晶層２８１や反射膜２８３等の材料や層構造、膜厚等が適宜採用される。
【００６８】
ホモジニアス配向させたｐ型液晶の代替として、図１１（ａ）および（ｂ）に示されるホメオトロピック配向させたｎ型液晶、又は図１２（ａ）および（ｂ）に示されるツイストネマティック配向させたｐ型液晶の何れかを液晶層２８１として使用してもよい。なお、図１１および１２は図３と同様の図であるため、これらの図面の詳細な説明は省略する。
【００６９】
図１１（ａ）および１２（ａ）は、液晶層２８１の液晶分子が電場にかけられていない状態を示す。また、図１１（ｂ）および１２（ｂ）は、液晶層２８１の液晶分子が電場にかけられている状態を示す。図１１（ａ）および（ｂ）に示されるように、ホメオトロピック配向させたｎ型液晶は、ホモジニアス配向させたｐ型液晶とは逆に、電場非印加時には液晶分子の長軸がガラス基板２８２の面と略垂直な方向に向き、電場印加時には該長軸がガラス基板２８２の面に平行に向く。ホメオトロピック配向させたｎ型液晶の場合、液晶層２８１に印加される電圧を増加させるほど、異常光の透過ピークが短波長側にシフトする。
【００７０】
図１２（ａ）に示されるように、ツイストネマティック配向させたｐ型液晶は、電場非印加時には液晶分子が液晶層２８１内で９０度ねじれて配列された状態にある。そして、電場印加時には図１２（ｂ）に示されるように、液晶分子は、長軸がガラス基板２８２の面と略垂直な方向を向いた状態に配列される。ツイストネマティック配向させたｐ型液晶の場合、液晶層２８１に印加される電圧を増加させるほど、ホモジニアス配向させたｐ型液晶と同様に、異常光の透過ピークが長波長側にシフトする。
【００７１】
また、導電膜２８４を複数の透光性を有する線状電極が画素間隔で配列された構成とし、それぞれの線状電極群が互いに直交するように液晶層２８１を挟んで一対の導電膜２８４が配置された構成を採用してもよい。ここで、図１３（ａ）および（ｂ）に、このような一対の導電膜２８４（導電膜２８４１と２８４２）の概略構成を図示する。例えば、導電膜２８４１は前段すなわち対物光学系２７０側に、導電膜２８４２は後段すなわち撮像素子２９０側に配置されている。そして、これらの導電膜は、図１３（ａ）および（ｂ）に示されるように、互いの線状電極群が直交するように配置されている。この場合、液晶層２８１を周知の単純マトリクス方式で動作させることができる。導電膜２８４１と２８４２の線状電極群の本数や配置間隔等を適切に設計することにより、波長可変型バンドパスフィルタ２８０や２８０’の透過スペクトルを例えば画素単位でコントロールできるようになる。
【００７２】
また、波長可変型バンドパスフィルタ２８０および２８０’は、撮像素子２９０の受光面２９０ｓ上に積層された構成としてもよい。この場合、撮像素子２９０の受光面２９０ｓ上に波長可変型バンドパスフィルタ２８０、２８０’、オンチップカラーフィルタ２９２を何れの順序で積層してもよい。
【００７３】
また、集光レンズ１３０の前段に波長可変型バンドパスフィルタ２８０を、撮像素子２９０（オンチップカラーフィルタ２９２）の前段に波長可変型バンドパスフィルタ２８０’を配置する構成を採用してもよい。波長可変型バンドパスフィルタは、用途や仕様に応じて、ランプ１２０から撮像素子２９０（又は撮像素子２９０ｚ）の受光面２９０ｓに至る光路中の何れの位置にも配置され得る。
【００７４】
また、波長可変型バンドパスフィルタの数は２枚に限らず、１枚又は３枚以上としてもよい。
【００７５】
また、撮像素子２９０はＣＣＤに限らず、Ｃ−ＭＯＳとしてもよい。
【００７６】
また、オンチップカラーフィルタ２９２は、ＲＧＢの原色系フィルタに限らず、シアン、マゼンタ、イエローからなる補色系フィルタとしてもよい。
【００７７】
また、波長可変型バンドパスフィルタは、波長可変型バンドパスフィルタ２８０や２８０’のように所定の波長を透過させる透過型フィルタに限定されず、入射面から射出される反射型フィルタであってもよい。波長可変型バンドパスフィルタは、例えば反射膜２８３の膜構成が変更されて反射率が高められることにより、透過型フィルタとしての機能を具備した構成となる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の実施の形態の電子内視鏡システムの概略外観図である。
【図２】本発明の実施の形態の電子内視鏡システムの構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態のホモジニアス配向のp型液晶を用いた場合の波長可変型バンドパスフィルタの積層構造を概略的に示す図である。
【図４】本発明の実施の形態の前段側の波長可変型バンドパスフィルタの透過スペクトルを示す図である。
【図５】本発明の実施の形態の後段側の波長可変型バンドパスフィルタの透過スペクトルを示す図である。
【図６】本発明の実施の形態の二枚の波長可変型バンドパスフィルタの重畳透過スペクトルを示す図である。
【図７】本発明の実施の形態のオンチップカラーフィルタの透過スペクトルと、Ｒ帯域の重畳透過スペクトルとの重畳を説明するための図である。
【図８】別の実施の形態の二枚の波長可変型バンドパスフィルタの重畳透過スペクトルを示す図である。
【図９】別の実施の形態の電子内視鏡システムの構成を示すブロック図である。
【図１０】ベイヤ配列されたオンチップカラーフィルタを構成する各マイクロフィルタと、撮像素子の受光面上の各画素との対応関係を説明する図である。
【図１１】別の実施の形態のホメオトロピック配向させたｎ型液晶を用いた場合の波長可変型バンドパスフィルタの積層構造を概略的に示す図である。
【図１２】別の実施の形態のツイストネマティック配向させたｐ型液晶を用いた場合の波長可変型バンドパスフィルタの積層構造を概略的に示す図である。
【図１３】別の実施の形態の波長可変型バンドパスフィルタを構成する導電膜の概略構成図である。
【符号の説明】
【００７９】
１  電子内視鏡システム
１００  光源装置
２００  電子内視鏡
２８０、２８０’  波長可変型バンドパスフィルタ
２９０  撮像素子
２９２  オンチップカラーフィルタ
３００  ビデオプロセッサ
４００  モニタ
【図１】
2009168597.tif 000003
【図２】
2009168597.tif 000004
【図３】
2009168597.tif 000005
【図４】
2009168597.tif 000006
【図５】
2009168597.tif 000007
【図６】
2009168597.tif 000008
【図７】
2009168597.tif 000009
【図８】
2009168597.tif 000010
【図９】
2009168597.tif 000011
【図１０】
2009168597.tif 000012
【図１１】
2009168597.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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