WO2017042980A1 - Fluoroscopic apparatus and fluoroscopic endoscope apparatus - Google Patents
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- A61B1/04—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor combined with photographic or television appliances
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- A61B1/043—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor combined with photographic or television appliances for fluorescence imaging
Definitions
- the present invention relates to a fluorescence observation apparatus and a fluorescence observation endoscope apparatus.
- ICG indocyanine green
- a configuration for observing fluorescence emission light in the infrared region such as near infrared light is irradiated as excitation light for exciting the ICG, and fluorescence is emitted by the irradiated excitation light. It is equipped with a fluorescence observation device that contrasts a specific protein in the lesion that has emitted light.
- Patent Document 1 discloses an endoscope apparatus that can perform fluorescence observation using excitation light in addition to normal observation using visible light.
- visible light and excitation light are irradiated on the object to be inspected from the distal end portion of the insertion portion, and visible light and excitation light reflected from the object to be inspected, and excitation by the excitation light.
- the fluorescence emitted by the ICG is guided to the camera head through the image guide fiber.
- the endoscope apparatus disclosed in Patent Document 1 first, visible light, excitation light, and fluorescence guided to the camera head are converted into visible light and excitation light by a dichroic mirror provided in the camera head. And fluorescent.
- the visible light separated here is imaged by an imaging means.
- the separated excitation light and fluorescence are removed (cut) by the excitation light cut filter provided in the camera head, and only the fluorescence is image intensities. Amplified by the fire and imaged by an imaging means different from the imaging means for visible light.
- Patent Document 2 an on-chip color filter that transmits light (visible light) in the red (R), green (G), and blue (B) wavelength bands used in normal photographing is used.
- a solid-state imaging device with an on-chip color filter that transmits light in the near-infrared wavelength band (near-infrared light) has been proposed. Therefore, it is conceivable to use the solid-state imaging device disclosed in Patent Document 2 for observation of fluorescence in an endoscope apparatus.
- the imaging unit can be mounted on the distal end portion of the endoscope device. It can be downsized.
- an on-chip color filter that transmits near-infrared light (hereinafter referred to as “IR filter”) is attached to a pixel (hereinafter referred to as “IR pixel”).
- IR filter an on-chip color filter that transmits near-infrared light
- IR pixel a pixel
- the IR filter attached to the IR pixel needs to have a characteristic of sufficiently attenuating visible light by increasing the attenuation factor with respect to visible light.
- the IR filter characteristic necessary for the IR pixel to accurately detect fluorescence by ICG will be described.
- the amount of visible light received by an IR pixel does not affect the detection of fluorescence, that is, the amount of visible light received that can be ignored in fluorescence detection is incident on the solid-state imaging device by 1/10 times the amount of received fluorescence.
- the ratio of the intensity of visible light to the intensity of fluorescence is assumed to be 15: 1
- the ratio of the sensitivity of visible light to fluorescence in the pixels provided in the solid-state imaging device is 2: 1.
- the present invention has been made based on the above-described problems, and is a fluorescence observation apparatus and fluorescence observation endoscopy that can realize downsizing of an imaging system and detection of fluorescence excited by a fluorescent substance with high accuracy.
- the object is to provide a mirror device.
- the fluorescence observation apparatus includes excitation light in a first wavelength band that emits fluorescence by irradiating a phosphor, and visible light in a second wavelength band different from the first wavelength band.
- a light source device capable of simultaneously irradiating light and visible light having a third wavelength band different from the first wavelength band and the second wavelength band; and a first light source that selectively transmits the fluorescence.
- a third filter that selectively transmits visible light in the third wavelength band, or a second filter that selectively transmits visible light in the second wavelength band.
- An image pickup apparatus in which a plurality of light receiving elements are arranged, and an image processing apparatus that performs image processing based on a pixel signal in which light corresponding to each of the light receiving elements is detected.
- the imaging device reflects light in the third wavelength band from the second wavelength band, and the wavelength of the fluorescence.
- a dielectric multilayer filter that transmits light in a band may be further included, and the dielectric multilayer filter may be disposed on the optical path of the first filter.
- the intensity of the excitation light emitted by the light source device is higher than the intensity of each visible light emitted by the light source device. It may be strong.
- the fluorescence observation apparatus is disposed on an optical path from the subject that irradiates the excitation light to the imaging apparatus, and the excitation light is the light receiving element.
- An excitation light cut filter that prevents the light from entering the light source may be further included.
- the fluorescence includes a wavelength of near infrared light, and the visible light in the second wavelength band is green light.
- the visible light in the third wavelength band including a wavelength may include a wavelength of blue light.
- the image processing device converts light detected by the light receiving element from the first filter through the third filter. Image processing may be performed based on a signal level obtained by multiplying each of the corresponding pixel signals by a predetermined value.
- the imaging device is configured to determine a wavelength band through which each of the third filter selectively transmits from the first filter.
- a plurality of light receiving elements provided with a fourth filter that selectively transmits visible light in different fourth wavelength bands are further disposed, and the light source device has the third wavelength band to the third wavelength band.
- Fluorescence imaging in which light is emitted and the image processing device performs the image processing based on each of the pixel signals corresponding to the light detected by the light receiving element from the first filter through the third filter Mode, the light source device emits light of the fourth wavelength band from the second wavelength band, and the image processing device transmits the light receiving element from the second filter through the fourth filter.
- Light detected by Normal mode and a mode switching device for switching the performing the image processing based on each of the pixel signals corresponding may further include a.
- the fluorescence includes a wavelength of near-infrared light, and the visible light in the second wavelength band is green light.
- the visible light of the third wavelength band may include a wavelength of blue light, and the visible light of the fourth wavelength band may include a wavelength of red light.
- the image processing device converts the light detected by the light receiving element from the second filter through the fourth filter. For each of the corresponding pixel signals, an offset process may be performed based on each of the pixel signals corresponding to the light detected by the light receiving element via the first filter.
- the first filter to the third filter may be formed of an organic material.
- the fourth filter may be formed of an organic material.
- a fluorescence observation endoscope apparatus is a fluorescence observation endoscope apparatus that performs a diagnosis using an endoscope by administering a fluorescent substance comprising an indocyanine green derivative-labeled antibody to a living body, Excitation light in a first wavelength band that emits fluorescence by irradiating the fluorescent substance administered to a living body, visible light in a second wavelength band different from the first wavelength band, and the first wavelength
- a light source device capable of simultaneously irradiating a visible light of a third wavelength band different from the band and the second wavelength band, a first filter that selectively transmits the fluorescence, and the second wavelength Imaging in which a plurality of light receiving elements provided with either a second filter that selectively transmits visible light in a band or a third filter that selectively transmits visible light in the third wavelength band are arranged
- Each of the device and the light receiving element It includes an image processing apparatus that performs image processing on the basis of the corresponding pixel signal which detected the
- the imaging device is disposed in an insertion portion that is inserted into the body of the living body in the fluorescence observation endoscope apparatus. May be.
- the fluorescence includes a wavelength of near infrared light, and the visible light in the second wavelength band is green.
- the visible light of the third wavelength band may include the wavelength of blue light.
- the imaging apparatus is configured to move the first filter to the third filter.
- a plurality of light receiving elements provided with a fourth filter that selectively transmits visible light in a fourth wavelength band different from the wavelength band through which each of the filters selectively transmits, the light source device,
- the light of the third wavelength band is irradiated from the first wavelength band, and the image processing device responds to the light detected by the light receiving element from the first filter via the third filter.
- the mode switching device for switching the may further include a.
- the fluorescence includes a wavelength of near infrared light, and the visible light in the second wavelength band is green.
- the visible light of the third wavelength band may include the wavelength of blue light, and the visible light of the fourth wavelength band may include the wavelength of red light.
- the image processing device detects the light receiving element from the second filter through the fourth filter.
- An offset process may be performed on each of the pixel signals corresponding to the received light based on each of the pixel signals corresponding to the light detected by the light receiving element via the first filter.
- FIG. 1 is a configuration diagram showing a schematic configuration of a fluorescence observation endoscope apparatus according to an embodiment of the present invention.
- the fluorescence observation endoscope apparatus 1 includes an endoscope scope unit 10, a light source device 20, an external processing unit 30, and a color monitor 40.
- the fluorescence observation endoscope apparatus 1 is, for example, an endoscope apparatus for laparoscopic surgery.
- the insertion portion of the endoscope scope unit 10 into the body is inserted into the abdomen 900 of the subject to be inspected, and the subject 901 to be inspected, such as a biological tissue in the subject of the subject to be examined. Take a picture.
- FIG. 1 shows a state in which the insertion portion of the endoscope scope portion 10 constituting the fluorescence observation endoscope apparatus 1 is inserted into the abdomen 900 of the subject to be examined and the subject 901 is imaged. .
- the fluorescence observation endoscope apparatus 1 is used for a test subject in a state in which a derivative-labeled antibody (fluorescent drug) such as ICG has been administered into the body in advance.
- a derivative-labeled antibody fluorescent drug
- ICG is administered as a fluorescent agent in the body of the subject to be examined.
- the fluorescence observation endoscope apparatus 1 excites an imaging mode (hereinafter referred to as “normal imaging mode”) for imaging the object 901 by visible light and ICG administered by irradiation with excitation light such as near infrared light. And an imaging mode (hereinafter, referred to as “fluorescence imaging mode”) for imaging the object 901 by fluorescence emitted by fluorescence.
- an imaging mode hereinafter referred to as “normal imaging mode”
- fluorescence imaging mode for imaging the object 901 by fluorescence emitted by fluorescence.
- the endoscope scope unit 10 includes an insertion unit 11 and an operation unit 12.
- the operation unit 12 of the endoscope scope unit 10 and the light source device 20 are connected by an optical signal cable 50.
- the operation unit 12 of the endoscope scope unit 10 and the external processing unit 30 are connected by an electric signal cable 60.
- the insertion unit 11 is inserted into the abdomen 900 or the like of the subject to be inspected, and an image of the inspection object 901 is taken. At this time, the illumination light guided through the optical signal cable 50 is irradiated from the distal end portion of the insertion portion 11 to the device 901 to be inspected.
- the endoscope scope unit 10 outputs an imaging signal corresponding to the captured image of the inspected object 901 to the external processing unit 30 via the electric signal cable 60.
- the insertion unit 11 is inserted into the body of the subject from the abdomen 900 of the subject under test in which ICG has been administered in advance.
- the insertion unit 11 includes an imaging unit 13 at the distal end.
- the imaging unit 13 generates an imaging signal obtained by converting an image of the inspection object 901 into an electrical signal. Then, the imaging unit 13 outputs the generated imaging signal to the external processing unit 30 via the insertion unit 11, the operation unit 12, and the electric signal cable 60.
- the operation unit 12 is, for example, a support unit that controls the operation of the insertion unit 11 and the imaging unit 13 when operated by an examination practitioner (for example, a doctor performing laparoscopic surgery).
- the operation unit 12 includes an imaging mode switching switch 14 for switching an imaging mode in the fluorescence observation endoscope apparatus 1.
- the imaging mode switching switch 14, for example, outputs an electrical signal indicating an imaging mode of the fluorescence observation endoscope apparatus 1 that is switched by an operation of the examination operator via the operation unit 12 and the electrical signal cable 60. Output to.
- the light source device 20 emits illumination light that irradiates the inspection object 901 when the inspection object 901 is observed in the fluorescence observation endoscope apparatus 1. Illumination light emitted from the light source device 20 is guided to the operation unit 12 of the endoscope scope unit 10 through the optical signal cable 50, and irradiated to the object 901 from the imaging unit 13 provided at the distal end of the insertion unit 11. Is done.
- the light source device 20 emits illumination light in a wavelength band corresponding to the photographing mode in the fluorescence observation endoscope device 1. More specifically, when the fluorescence observation endoscope apparatus 1 images the object 901 in the normal imaging mode, the light source device 20 emits visible light as illumination light. In addition, when the fluorescence observation endoscope apparatus 1 images the object 901 in the fluorescence imaging mode, the light source device 20 emits illumination light including excitation light.
- the external processing unit 30 performs predetermined image processing on the imaging signal of the inspected object 901 taken by the imaging unit 13 included in the endoscope scope unit 10 that is input via the electric signal cable 60.
- This is an image processing apparatus that generates an image including a photographed object to be inspected 901.
- the external processing unit 30 outputs the image signal of the image including the generated inspected object 901 to the color monitor 40 for display.
- the external processing unit 30 transmits a control signal (drive signal) when the imaging unit 13 captures the object 901 to the imaging unit 13 via the electric signal cable 60.
- the color monitor 40 is a display device such as a liquid crystal display (LCD) that displays an image including the inspected object 901 according to the image signal input from the external processing unit 30.
- LCD liquid crystal display
- the fluorescence observation endoscope apparatus 1 performs imaging of the inspected object 901 with visible light and imaging of the inspected object 901 with fluorescence obtained by exciting the ICG administered to the subject to be inspected with excitation light. Do. That is, the fluorescence observation endoscope apparatus 1 performs photographing in the normal photographing mode and photographing in the fluorescent photographing mode. Then, the fluorescence observation endoscope apparatus 1 presents an image including the photographed object 901 to the examination practitioner.
- the fluorescence observation endoscope apparatus 1 is an endoscope apparatus for laparoscopic surgery, basically, external light such as visible light does not enter. Therefore, in the following description, when in the fluorescence imaging mode, the abdomen 900 and the insertion unit 11 are completely closed, and external light from the outside of the abdomen 900 in a working environment where the fluorescence observation endoscope apparatus 1 is used. (Environment light) is described as not leaking into the object 901 to be inspected. That is, in the fluorescence imaging mode, description will be made on the assumption that light other than illumination light emitted from the light source device 20 is not irradiated on the inspection object 901.
- FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of the fluorescence observation endoscope apparatus 1 according to the embodiment of the present invention.
- the imaging unit 13 provided at the distal end portion of the endoscope scope unit 10 constituting the fluorescence observation endoscope apparatus 1 includes an imaging lens 130, an excitation light cut filter 131, an image sensor 132, and a light guide. 51.
- the light guide 51 is a light guide cable such as an optical fiber that guides the illumination light emitted from the light source device 20 to the imaging unit 13. Illumination light emitted from the light source device 20 is guided to the imaging unit 13 through the optical signal cable 50, the operation unit 12, and the insertion unit 11 by the light guide 51, and irradiated on the object 901 from the tip of the light guide 51. Is done.
- the imaging lens 130 emits reflected light and fluorescence from the inspected object 901 irradiated with incident light, that is, illumination light emitted from the light source device 20, to the image sensor 132 side, and images the inspected object 901. It is an optical lens that forms an image on the imaging surface of the sensor 132.
- the excitation light cut filter 131 is an optical filter that reflects or absorbs and attenuates only the reflected light from the object 901 emitted from the imaging lens 130 and the light in the wavelength band of the excitation light included in the fluorescence.
- the excitation light cut filter 131 attenuates light in a wavelength band around 700 nm to 800 nm, which is the wavelength band of excitation light.
- the excitation light cut filter 131 attenuates the excitation light included in the incident reflected light and fluorescence to a level substantially close to “0”. "Is used for explanation.
- the excitation light cut filter 131 emits reflected light and fluorescence from the inspection object 901 from which the excitation light is cut to the image sensor 132.
- the image sensor 132 is a solid-state imaging device that exposes (detects) incident light and outputs an electrical signal obtained by photoelectric conversion of the exposed light as an imaging signal.
- the image sensor 132 exposes the reflected light and fluorescence from the inspection object 901 from which the excitation light emitted from the excitation light cut filter 131 is cut, and generates an imaging signal corresponding to the exposed reflected light and fluorescence.
- a plurality of pixels each including a photoelectric conversion element (light receiving element) such as a photodiode that photoelectrically converts incident light is arranged in a matrix.
- the pixels arranged in the image sensor 132 include pixels (hereinafter referred to as “R pixels”) to which an on-chip color filter that transmits light (visible light) in the red (R) wavelength band is attached, and green ( G) a pixel to which an on-chip color filter that transmits light (visible light) in the wavelength band (visible light) (hereinafter referred to as “G pixel”) and blue (B) wavelength band light (visible light) are transmitted.
- Some pixels have an on-chip color filter attached (hereinafter referred to as “B pixel”).
- the pixels arranged in the image sensor 132 include pixels (hereinafter referred to as “IR pixels”) to which an on-chip color filter (hereinafter referred to as “IR filter”) that transmits near-infrared light is attached.
- IR pixels pixels
- IR filter an on-chip color filter
- the IR pixel is a pixel that exposes the fluorescence emitted by the ICG administered to the subject by excitation light such as near-infrared light emitted by the light source device 20.
- the image sensor 132 outputs an imaging signal corresponding to an electrical signal (hereinafter referred to as a “pixel signal”) photoelectrically converted by exposure of each pixel through the insertion unit 11, the operation unit 12, and the electrical signal cable 60. Output to the external processing unit 30 by the line 61. Note that the image sensor 132 performs analog / digital conversion (A / D conversion) on an analog pixel signal output from each pixel disposed in the image sensor 132, and a so-called digital value representing the magnitude of the pixel signal.
- the RAW data is output to the external processing unit 30 as an imaging signal. This RAW data is a parallel digital value representing the magnitude of each pixel signal.
- the image sensor 132 reduces the number of signal lines of the imaging signal line 61 for transmitting RAW data as imaging signals to the external processing unit 30, so that RAW data (hereinafter, “parallel RAW data”) that is a parallel digital value is used.
- RAW data hereinafter, “parallel RAW data”
- serial RAW data serial digital value
- the light source device 20 constituting the fluorescence observation endoscope apparatus 1 includes a light emission control unit 21, four white light sources 221 to 224, and four dichroic mirrors 231 to dichroic mirrors. 234 and the light irradiation lens 24.
- Each of the white light source 221 to the white light source 224 is a light source that emits white light.
- Each of the white light source 221 to the white light source 224 emits white light having an intensity according to the control from the light emission control unit 21.
- white light source 220 when the white light source 221 to the white light source 224 are not distinguished, they are referred to as “white light source 220”.
- Each of the dichroic mirror 231 to the dichroic mirror 234 corresponds to each of the white light source 221 to the white light source 224, and selects (separates) light in a specific wavelength band from the white light emitted from the corresponding white light source 220. To do.
- Each of the dichroic mirror 231 to the dichroic mirror 234 emits the separated light to the light irradiation lens 24.
- the light irradiation lens 24 emits light in the blue (B) wavelength band (for example, light in the wavelength band of 400 nm to 500 nm) in the white light emitted from the corresponding white light source 221.
- the blue (B) light (visible light) separated by reflecting in the arranged direction is emitted to the light irradiation lens 24.
- the dichroic mirror 232 is a direction in which the light irradiation lens 24 is disposed in the light of the green (G) wavelength band (for example, light in the wavelength band of 500 nm to 600 nm) in the white light emitted from the corresponding white light source 222.
- the green (G) light (visible light) separated by reflecting the light is emitted to the light irradiation lens 24.
- the dichroic mirror 233 emits light in the red (R) wavelength band (for example, light in the wavelength band of 600 nm to 700 nm) in the white light emitted from the corresponding white light source 223 in the direction in which the light irradiation lens 24 is disposed.
- the red (R) light (visible light) separated by being reflected is emitted to the light irradiation lens 24.
- the dichroic mirror 234 reflects light in the wavelength band of excitation light (for example, light in the wavelength band of 700 nm to 800 nm) in the white light emitted from the corresponding white light source 224 in the direction in which the light irradiation lens 24 is disposed.
- Excitation light near infrared light
- the light irradiation lens 24 is emitted to the light irradiation lens 24.
- the light irradiation lens 24 is an optical lens that condenses light in a specific wavelength band emitted from each of the dichroic mirror 231 to the dichroic mirror 234 to the same extent as the diameter of the light guide 51.
- the light irradiation lens 24 emits the condensed light to the first end face of the light guide 51.
- the light guide 51 guides the light emitted from the light irradiation lens 24 to the imaging unit 13 and emits it from the second end face disposed at the tip of the imaging unit 13 as illumination light emitted from the light source device 20 ( Irradiate the inspection object 901).
- the light emission control unit 21 controls the emission of white light and the intensity of the emitted white light in each of the white light sources 220 based on the information on the photographing mode of the fluorescence observation endoscope apparatus 1 input from the external processing unit 30. To do. A detailed description of the control of each white light source 220 based on information on the shooting mode in the light emission control unit 21 will be described later.
- the external processing unit 30 constituting the fluorescence observation endoscope apparatus 1 includes a mode determination unit 31, a deserializer 32, an image processing unit 33, and a digital / analog conversion unit (D / A conversion unit). 34.
- the mode determination unit 31 outputs information on the imaging mode of the fluorescence observation endoscope apparatus 1 to each of the image processing unit 33 and the light emission control unit 21 in the light source device 20. More specifically, the mode determination unit 31 inspects the photographing mode changeover switch 14 included in the operation unit 12 included in the electric signal transmitted from the operation unit 12 through the mode signal line 62 passing through the electric signal cable 60. Information on the shooting mode switched by the operator is output to each of the image processing unit 33 and the light emission control unit 21 in the light source device 20.
- the deserializer 32 restores the original parallel RAW data that has been analog / digital converted by the image sensor 132 from the imaging signal (serial RAW data) output from the image sensor 132 included in the imaging unit 13 and transmitted through the imaging signal line 61. To do. That is, the deserializer 32 performs serial / parallel conversion on the input serial RAW data to restore the parallel RAW data. Then, the deserializer 32 outputs the restored parallel RAW data to the image processing unit 33.
- the image processing unit 33 performs image processing on the parallel raw data output from the deserializer 32 in accordance with the shooting mode information input from the mode determination unit 31, and the inspected object 901 captured by the image sensor 132. An image including is generated.
- the image processing unit 33 outputs image data including the generated inspected object 901 (hereinafter referred to as “image data”) to the digital / analog conversion unit 34.
- the image processing unit 33 includes a demosaicing unit 330, a white balance unit 331, and a gamma correction unit 332.
- the demosaicing unit 330 generates red (R), green (G), blue (B), and near from the parallel RAW data input from the deserializer 32 according to the shooting mode information input from the mode determination unit 31.
- Image data is generated for each infrared light. That is, the demosaicing unit 330 generates respective image data including only pixel signals (digital values) of any one of R pixels, G pixels, B pixels, and IR pixels arranged in the image sensor 132.
- the demosaicing unit 330 performs image processing similar to so-called three-plate processing (hereinafter referred to as “demosaicing processing”) on the input parallel raw data (reconstructed parallel raw data). ),
- the pixel signals corresponding to the light of any one of red (R), green (G), blue (B), and near-infrared light are positioned at all the pixels arranged in the image sensor 132.
- Image data represented by (digital value) is generated.
- a pixel signal (digital value) at a position where a pixel corresponding to light in another wavelength band is arranged from a pixel signal (digital value) corresponding to light in a certain wavelength band arranged in the image sensor 132.
- the demosaicing unit 330 performs a demosaicing process for each light in each wavelength band.
- the demosaicing unit 330 performs one-frame image data consisting only of a pixel signal (digital value) corresponding to the pixel signal output from the R pixel and a pixel signal corresponding to the pixel signal output from the G pixel by the demosaicing process.
- Image data of one frame including only (digital value) and image data corresponding to one frame including only a pixel signal (digital value) corresponding to the pixel signal output from the B pixel are generated.
- the demosaicing unit 330 also generates image data for one frame including only a pixel signal (digital value) corresponding to the pixel signal output from the IR pixel by the demosaicing process.
- image data for one frame consisting only of a pixel signal (digital value) corresponding to the pixel signal output from the R pixel is referred to as “R image data” and corresponds to the pixel signal output from the G pixel.
- Image data for one frame consisting only of pixel signals (digital values) is referred to as “G image data”
- image data for one frame consisting only of pixel signals (digital values) corresponding to pixel signals output by B pixels This is called “B image data”.
- R image data, G image data, and B image data are referred to as “RGB image data” when they are not distinguished from each other.
- image data for one frame including only a pixel signal (digital value) corresponding to the pixel signal output from the IR pixel is referred to as “IR image data”.
- the demosaicing unit 330 determines the magnitude of the digital value of the pixel signal corresponding to the pixel at the same position in each of the generated R image data, G image data, and B image data based on the generated IR image data.
- Image processing to be corrected (hereinafter referred to as “offset processing”) is performed to generate final R image data, G image data, and B image data.
- offset processing IR image data is subtracted from each of R image data, G image data, and B image data.
- the demosaicing unit 330 performs offset processing on each image data.
- demosaicing processing for generating RGB image data and IR image data from parallel raw data, and offset processing based on the RGB image data based on the IR image data. Will be described later.
- the demosaicing unit 330 outputs the generated RGB image data, that is, final RGB image data that has been subjected to digital value size correction (offset processing) based on the IR image data, to the white balance unit 331. To do.
- the white balance unit 331 performs image processing (hereinafter referred to as “white balance processing”) for adjusting the white level of the image on the RGB image data input from the demosaicing unit 330. That is, when a white subject is photographed, the white balance unit 331 has the same digital signal magnitude corresponding to the pixel at the same position in each of the R image data, the G image data, and the B image data. Image processing is performed to adjust the digital value so that the value becomes.
- the RGB image data is a digital value representing a white subject
- the magnitude of the digital value of the red (R) pixel signal at the same position included in the RGB image data and the green (G) The digital value of the pixel signal constituting each of the RGB image data so that the magnitude of the digital value of the pixel signal and the magnitude of the digital value of the blue (B) pixel signal are the same for the white subject.
- Image processing for multiplying the value by the gain value is performed for each pixel.
- the white balance processing when the photographed subject is white, it is desirable that the digital value of each pixel signal of the RGB image data is the same value as the white subject. However, in the present invention, it is not stipulated that the magnitude of the digital value of the pixel signal constituting each of the RGB image data is the same value for a white subject. That is, in the present invention, the white balance deviation is allowed within a predetermined range. Note that the white balance deviation allowed in a predetermined range in the present invention is the same as a generally considered white balance deviation, and the amount of white balance deviation is not particularly defined.
- the white balance unit 331 outputs each of the RGB image data subjected to white balance adjustment to the gamma correction unit 332.
- the gamma correction unit 332 performs gamma offset processing that corrects the color when the image corresponding to each of the RGB image data input from the white balance unit 331 is output to the color monitor 40 and displayed. That is, the gamma correction unit 332 is generated based on the white balance processed RGB image data so that the color of the object 901 imaged by the image sensor 132 is correctly displayed on the color monitor 40, and the color monitor 40. The color nonlinearity between the image signal inputted to the image and the image actually displayed on the color monitor 40 is corrected.
- the gamma correction unit 332 outputs each of the RGB image data subjected to gamma correction to the digital / analog conversion unit 34.
- the digital / analog conversion unit 34 performs digital / analog conversion (D / A conversion) on each of the RGB image data (digital values) input from the gamma correction unit 332.
- the digital / analog conversion unit 34 outputs the digital / analog converted image signal (analog signal) to the color monitor 40 as a display image signal generated by the external processing unit 30, and the test object 901 is connected to the color monitor 40. Display the image that contains it.
- the fluorescence observation endoscope apparatus 1 captures an image including the inspection object 901 with visible light in the normal imaging mode, and the fluorescence in which the inspection object 901 is excited with excitation light in the fluorescence imaging mode. Take an image containing And the fluorescence observation endoscope apparatus 1 displays the image
- the excitation light cut filter 131 and the image sensor 132 in the imaging unit 13 provided at the distal end portion of the endoscope scope unit 10, the light source device 20, and the external processing unit 30 are included.
- the demosaicing unit 330 and the white balance unit 331 in the image processing unit 33 provided correspond to the components constituting the fluorescence observation apparatus of the present invention.
- FIG. 3 is a block diagram showing a schematic configuration of the solid-state imaging device (image sensor 132) provided in the fluorescence observation endoscope apparatus 1 according to the embodiment of the present invention.
- the image sensor 132 includes a pixel unit 1321, a reading unit 1322, an analog / digital conversion unit 1323, and a serializer 1324.
- FIG. 3 shows an example of a pixel portion 1321 in which a plurality of pixels 1320 are two-dimensionally arranged in 7 rows and 8 columns.
- Each pixel 1320 arranged in the pixel portion 1321 generates a signal charge having a charge amount corresponding to the light intensity from the light incident on each arranged position, and accumulates the generated signal charge.
- the reading unit 1322 controls reading of signal charges generated and accumulated by the respective pixels 1320 arranged in the pixel unit 1321.
- the reading unit 1322 includes, for example, a control circuit 13220, a vertical scanning circuit 13221, a horizontal scanning circuit 13222, and the like.
- the control circuit 13220 controls each component included in the reading unit 1322, that is, the entire reading unit 1322.
- the vertical scanning circuit 13221 drives each pixel 1320 in the pixel portion 1321 for each row in accordance with control from the control circuit 13220, and outputs a voltage signal corresponding to the signal charge accumulated in each pixel 1320 as a pixel signal. To the vertical signal line 1325.
- a pixel signal (analog signal) output from each pixel 1320 for each row is input to the analog / digital conversion unit 1323.
- the horizontal scanning circuit 13222 controls the analog / digital conversion unit 1323 for each column of the pixels 1320 in the pixel unit 1321 in accordance with the control from the control circuit 13220, and the analog / digital conversion unit 1323 converts the analog / digital conversion.
- the pixel signal (digital value) after the output is sequentially output to the horizontal signal line 1326 for each column of the pixels 1320 in the pixel portion 1321.
- a pixel signal having a digital value representing the magnitude of an analog pixel signal output from each pixel 1320 analog / digital converted by the analog / digital conversion unit 1323 is output from each pixel 1320 arranged in the pixel unit 1321.
- Each column is sequentially input to the serializer 1324.
- the analog / digital conversion unit 1323 performs analog / digital conversion on the analog pixel signal output from each pixel 1320 in the pixel unit 1321 in accordance with control from the vertical scanning circuit 13221 in the reading unit 1322.
- an analog / digital conversion circuit (A / D conversion circuit) 13230 that outputs a digital value obtained by analog / digital conversion of a voltage value of an input analog signal is provided in each pixel 1320 arranged in the pixel portion 1321.
- An example of the analog / digital conversion unit 1323 having a configuration provided for each column is shown.
- Each of the analog / digital conversion circuits 13230 outputs a digital pixel signal obtained by analog / digital conversion of the voltage value of the analog pixel signal input from the pixel 1320 in the corresponding column.
- the analog / digital conversion unit 1323 converts the pixel signal of the digital value that each of the analog / digital conversion circuits 13230 performs analog / digital conversion to the horizontal signal line 1326 according to control from the horizontal scanning circuit 13222 in the reading unit 1322. Via the serializer 1324.
- the analog / digital conversion circuit 13230 is provided for each column of pixels 1320 in the pixel portion 1321, that is, the analog / digital conversion unit 1323 having one analog / digital conversion circuit 13230 in one column. Indicated.
- the configuration in the analog / digital conversion unit 1323 is not limited to the configuration shown in FIG.
- the analog / digital conversion unit 1323 may include a single analog / digital conversion circuit 13230 for a plurality of columns of the pixels 1320 in the pixel unit 1321.
- a configuration may be adopted in which one analog / digital conversion circuit 13230 sequentially performs analog / digital conversion on the voltage value of the analog pixel signal output from the pixel 1320 in each column.
- the serializer 1324 performs parallel / serial conversion on pixel signals (digital values) sequentially input from the analog / digital conversion unit 1323, that is, parallel RAW data.
- the serializer 1324 outputs serial RAW data subjected to parallel / serial conversion to the outside of the image sensor 132 as an imaging signal.
- the serializer 1324 outputs serial RAW data to the outside of the image sensor 132 as an imaging signal in accordance with, for example, a LVDS (Low voltage differential signaling) method that is a differential interface method.
- the serializer 1324 also performs LVDS termination processing and the like.
- the pixels 1320 arranged in the pixel portion 1321 in the image sensor 132 include an R pixel, a G pixel, a B pixel, and an IR pixel.
- the R pixel, the G pixel, the B pixel, and the IR pixel have different structures.
- FIG. 4 is a cross-sectional view showing an example of the structure of the solid-state imaging device (image sensor 132) provided in the fluorescence observation endoscope apparatus 1 according to the embodiment of the present invention.
- FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of the structure of the solid-state imaging device (image sensor 132) provided in the fluorescence observation endoscope apparatus 1 according to the embodiment of the present invention.
- the image sensor 132 is a backside illumination (BSI) type solid-state imaging device.
- BSI backside illumination
- the image sensor 132 is formed by laminating respective layers constituting the pixel 1320 on the support substrate 13200. More specifically, a wiring layer 13201, a photoelectric conversion layer 13202, a dielectric multilayer filter layer 13203, an on-chip color filter layer 13204, and a microlens 13205 are formed from the support substrate 13200 toward the light incident side. Yes.
- the support substrate 13200 supports the semiconductor substrate on which the function of the image sensor 132 on which the wiring layer 13201, the photoelectric conversion layer 13202, the dielectric multilayer filter layer 13203, the on-chip color filter layer 13204, and the microlens 13205 are formed.
- the semiconductor substrate For a semiconductor substrate.
- the wiring layer 13201 is a layer for forming wiring in each circuit element included in the image sensor 132.
- FIG. 4 schematically shows a state in which wirings 13206 that connect circuit elements of the respective pixels 1320 are formed in the wiring layer 13201.
- Each pixel 1320 outputs a pixel signal (analog signal) corresponding to the drive signal from the vertical scanning circuit 13221 input through the wiring 13206 formed in the wiring layer 13201 to the vertical signal line 1325 through the wiring 13206.
- the photoelectric conversion layer 13202 is a layer for forming a photoelectric conversion element constituting the pixel 1320.
- FIG. 4 schematically illustrates a state in which the photoelectric conversion element 13207 constituting each of the two pixels 1320 is formed on the photoelectric conversion layer 13202.
- Each photoelectric conversion element 13207 generates and accumulates signal charges corresponding to the light intensity of incident light.
- the dielectric multilayer filter layer 13203 is a layer that forms a dielectric multilayer filter in which inorganic materials such as a dielectric that attenuates visible light incident on the photoelectric conversion element 13207 formed in the photoelectric conversion layer 13202 are laminated in multiple layers. is there.
- the image sensor 132 includes an R pixel, a G pixel, and a B pixel with an on-chip color filter that transmits visible light, and an IR pixel with an IR filter that transmits near-infrared light. .
- a dielectric multilayer filter is formed at a position corresponding to the IR pixel. In FIG.
- a transparent material 13208 is formed on the dielectric multilayer filter layer 13203 at a position corresponding to the pixel 1320a that is an R pixel, G pixel, or B pixel, and a dielectric at a position corresponding to the pixel 1320b that is an IR pixel.
- a state in which a dielectric multilayer filter 13209 is formed on the multilayer filter layer 13203 is schematically shown.
- the dielectric multilayer filter 13209 is an optical filter that attenuates visible light incident on the pixel 1320b (IR pixel). For example, a layer of silicon dioxide (SiO 2 ) and a layer of titanium oxide (TiO 2 ) are alternately formed. It is formed by stacking.
- the thickness of the dielectric multilayer filter 13209 is less than 1 ⁇ m. Therefore, it is possible to suppress the sensitivity to incident light and the deterioration of the oblique incidence characteristic with respect to light incident from an oblique direction.
- the dielectric multilayer filter 13209 is not formed in the dielectric multilayer filter layer 13203 so as to attenuate the visible light incident on the pixel 1320b to a negligible level.
- the dielectric multilayer filter 13209 is required to have a characteristic that attenuates visible light to 0.3%, for example, it is necessary to considerably increase the number of layers to be laminated. Will become very thick. Then, the distance from the microlens 13205 to the photoelectric conversion element 13207 is increased, and the sensitivity to light and the characteristic (oblique incident characteristic) with respect to light incident from an oblique direction are remarkably deteriorated. In other words, in the image sensor 132, the incidence of visible light on the pixel 1320b is limited, and the sensitivity to incident light and the remarkable deterioration in oblique incidence characteristics with respect to light incident from an oblique direction are also suppressed.
- the transparent material 13208 has a characteristic of transmitting light incident on the pixel 1320a (R pixel, G pixel, or B pixel) as it is, and is formed of, for example, silicon dioxide (SiO 2 ).
- the transparent material 13208 adjusts the level of the dielectric multilayer filter layer 13203 by adjusting the height of the dielectric multilayer filter layer 13203 by forming the dielectric multilayer filter 13209 at the position of the pixel 1320b (IR pixel). ) Have a role.
- the on-chip color filter layer 13204 is a layer that forms an on-chip color filter that transmits light in a predetermined wavelength band and enters the photoelectric conversion element 13207 formed in the photoelectric conversion layer 13202.
- light visible light
- the on-chip color filter 13210 is formed, and the on-chip color filter 13211 that transmits light in the near-infrared wavelength band (near-infrared light) is formed at a position corresponding to the pixel 1320b (IR pixel). Is shown.
- the microlens 13205 condenses incident light on each of the photoelectric conversion elements 13207 formed in the photoelectric conversion layer 13202.
- the microlens 13205 is formed at a position corresponding to each of the photoelectric conversion elements 13207.
- FIG. 4 schematically shows a state in which the respective microlenses 13205 corresponding to the two photoelectric conversion elements 13207 formed in the photoelectric conversion layer 13202 are formed.
- FIG. 5A is a diagram schematically illustrating an example of an arrangement of on-chip color filters to be attached to the pixels 1320 of the solid-state imaging device (image sensor 132) provided in the fluorescence observation endoscope apparatus 1 according to the embodiment of the present invention. is there.
- FIG. 5B schematically shows an example of the arrangement of the dielectric multilayer filter 13209 corresponding to the pixel 1320 of the solid-state imaging device (image sensor 132) provided in the fluorescence observation endoscope apparatus 1 according to the embodiment of the present invention.
- FIG. 5A is a diagram schematically illustrating an example of an arrangement of on-chip color filters to be attached to the pixels 1320 of the solid-state imaging device (image sensor 132) provided in the fluorescence observation endoscope apparatus 1 according to the embodiment of the present invention.
- FIG. 5B schematically shows an example of the arrangement of the dielectric multilayer filter 13209 corresponding to the pixel 1320 of the solid-state imaging device (image sensor 132) provided in the fluorescence observation endoscope apparatus 1
- the image sensor 132 includes a plurality of pixels 1320 that photoelectrically convert light in different wavelength bands. More specifically, the image sensor 132 photoelectrically converts R pixel that converts light (visible light) in the red (R) wavelength band and light (visible light) in the green (G) wavelength band.
- R pixel that converts light (visible light) in the red (R) wavelength band
- G green
- the arrangement of the pixels 1320 shown in FIG. 5A is such that the R pixel, the G pixel, and the B pixel are arranged in a row in which the R pixel is arranged in the pixel portion 1321 arranged in a so-called Bayer array (the B pixel is In this arrangement, the G pixel in the arranged column) is changed to the IR pixel.
- each on-chip color filter layer 13204 of the pixel portion 1321 of the image sensor 132 includes each on-chip color filter that transmits light in a wavelength band that is photoelectrically converted by each pixel 1320. It is formed at the position of the corresponding pixel 1320.
- an on-chip color filter 13210 (shown in FIG. 5A) that transmits light in the red (R) wavelength band (for example, visible light in the wavelength band of 600 nm to 700 nm) is located at a position corresponding to the R pixel.
- R red
- on-chip color filter 13210 hereinafter referred to as "on-chip color filter 13210R”
- an on-chip color filter 13210 (“G” shown in FIG. 5A) that transmits light in the green (G) wavelength band (for example, visible light in the wavelength band of 500 nm to 600 nm) is located at a position corresponding to the G pixel.
- On-chip color filter 13210 hereinafter referred to as “on-chip color filter 13210G”).
- an on-chip color filter 13210 (“B” shown in FIG. 5A) that transmits light in the blue (B) wavelength band (for example, visible light in the wavelength band of 400 nm to 500 nm) is disposed at a position corresponding to the B pixel.
- On-chip color filter 13210 hereinafter referred to as “on-chip color filter 13210B”.
- ICG administered to the subject is excited at a position corresponding to the IR pixel by light in the wavelength band of excitation light emitted from the light source device 20 (for example, near infrared light in the wavelength band of 700 nm to 800 nm).
- On-chip color filter 13211 that transmits fluorescence for example, near-infrared light having a wavelength band exceeding 800 nm
- IR near-infrared light having a wavelength band exceeding 800 nm
- the dielectric multilayer filter 13209 and the transparent material 13208 corresponding to the pixels 1320 arranged in the pixel portion 1321 of the image sensor 132 will be described using FIG. 5B.
- the dielectric multilayer filter 13209 or the transparent material 13208 is formed on the dielectric multilayer filter layer 13203 of the pixel portion 1321 of the image sensor 132 at a position corresponding to each pixel 1320.
- a dielectric multilayer filter 13209 is provided at a position corresponding to the IR pixel (see FIG. 5A) in the dielectric multilayer filter layer 13203 of the pixel portion 1321 of the image sensor 132.
- a transparent material 13208 is formed at positions corresponding to the R pixel, the G pixel, and the B pixel.
- the light of the on-chip color filter formed on the on-chip color filter layer 13204 corresponding to each pixel 1320 and the dielectric multilayer filter 13209 formed on the dielectric multilayer filter layer 13203 are displayed.
- the characteristics with respect to the wavelength band will be described.
- the transparent material 13208 formed in the dielectric multilayer filter layer 13203 has a characteristic of transmitting incident light as it is, and thus detailed description regarding characteristics of the transparent material 13208 with respect to the wavelength band of light is omitted.
- FIG. 6A is a diagram illustrating an example of characteristics of each filter corresponding to the pixel 1320 of the solid-state imaging device (image sensor 132) provided in the fluorescence observation endoscope apparatus 1 according to the embodiment of the present invention.
- FIG. 6B is a diagram illustrating an example of characteristics of the dielectric multilayer filter 13209 corresponding to the pixel 1320 of the solid-state imaging device (image sensor 132) included in the fluorescence observation endoscope apparatus 1 according to the embodiment of the present invention. It is.
- the horizontal axis represents the wavelength of light
- the vertical axis represents the characteristics (hereinafter referred to as “spectral characteristics”) representing the transmittance of each filter. More specifically, in FIG. 6A, B1 represents the spectral characteristic of the on-chip color filter 13210B, G1 represents the spectral characteristic of the on-chip color filter 13210G, and R1 represents the spectral characteristic of the on-chip color filter 13210R. IR1 represents the spectral characteristic of the on-chip color filter 13211IR. In FIG. 6B, DM1 represents the spectral characteristic of the dielectric multilayer filter 13209. In FIG.
- IR1 + DM1 is a combination of the on-chip color filter 13211IR and the dielectric multilayer filter 13209, that is, in the image sensor 132, all optical filters formed at positions where IR pixels are arranged.
- the spectral characteristics combined with the characteristics are shown.
- FIG. 6A also shows the spectral characteristic EL1 of the excitation light cut filter 131 that attenuates or cuts the light in the wavelength band of the excitation light incident on the image sensor 132.
- the spectral characteristic B1 of the on-chip color filter 13210B corresponding to the B pixel has high transmittance for light in the wavelength band of 400 nm to 500 nm, which is the wavelength band of blue (B). It is a characteristic. Therefore, the on-chip color filter 13210B selects (transmits) visible light in the blue (B) wavelength band of 400 nm to 500 nm and makes it incident on the photoelectric conversion element 13207 of the B pixel.
- the transmission dominant wavelength of the on-chip color filter 13210B is, for example, 450 nm.
- the spectral characteristic G1 of the on-chip color filter 13210G corresponding to the G pixel has a high transmittance for light in the wavelength band of 500 nm to 600 nm, which is the wavelength band of green (G). It has characteristics. Accordingly, the on-chip color filter 13210G selects (transmits) visible light in the green (G) wavelength band of 500 nm to 600 nm and makes it incident on the photoelectric conversion element 13207 of the G pixel. Note that the transmission main wavelength of visible light in the green (G) wavelength band transmitted through the on-chip color filter 13210G corresponding to the G pixel is, for example, 540 nm.
- the spectral characteristic R1 of the on-chip color filter 13210R corresponding to the R pixel has a high transmittance for light in the wavelength band of 600 nm to 700 nm, which is the red (R) wavelength band. It has characteristics. Therefore, the on-chip color filter 13210R selects (transmits) visible light in the red (R) wavelength band of 600 nm to 700 nm and makes it incident on the photoelectric conversion element 13207 of the R pixel. Note that the transmission main wavelength of visible light in the red (R) wavelength band transmitted through the on-chip color filter 13210R corresponding to the R pixel is, for example, 630 nm.
- the spectral characteristic IR1 of the on-chip color filter 13211IR corresponding to the IR pixel has a wavelength band exceeding 800 nm which is a wavelength band of fluorescence emitted by excitation light (near infrared light).
- This characteristic has a high transmittance for light. Accordingly, the on-chip color filter 13211IR selects (transmits) fluorescence (near infrared light) in a wavelength band exceeding 800 nm and makes it incident on the photoelectric conversion element 13207 of the IR pixel.
- the transmission dominant wavelength of near-infrared light in the fluorescence wavelength band transmitted by the on-chip color filter 13211IR corresponding to the IR pixel is, for example, 830 nm. Therefore, the difference between the transmission main wavelength of the on-chip color filter 13211IR and the transmission main wavelengths of the on-chip color filter 13210B, the on-chip color filter 13210G, and the on-chip color filter 13210R is 380 nm, 290 nm, and 200 nm. As described above, in this embodiment, the difference between the transmission main wavelength of the on-chip color filter 13211IR and the transmission main wavelength of the other on-chip color filters is set to 150 nm or more, thereby suppressing the interference of incident light with each other. .
- each of the on-chip color filter 13210 and the on-chip color filter 13211 is formed of an organic material, as illustrated in FIG. 6A, the wavelength band is not a selected wavelength band, that is, a wavelength band that is not the intended wavelength band. Visible light is also transmitted about several percent. Therefore, visible light that is not light in the wavelength band to be exposed also enters the photoelectric conversion element 13207 of each pixel 1320. For example, as shown in FIG. 6A, visible light having a wavelength band of 350 nm to 700 nm is also incident on the photoelectric conversion element 13207 of the IR pixel.
- the image sensor 132 has a structure as shown in FIG. 4 to attenuate light in the visible wavelength band incident on the photoelectric conversion element 13207 of the IR pixel. More specifically, the dielectric multilayer filter 13209 is formed in the dielectric multilayer filter layer 13203 to attenuate light in the visible wavelength band incident on the photoelectric conversion element 13207 of the IR pixel.
- the material of the medium on which light is incident is silicon dioxide (SiO 2 )
- the material of the medium on which light is emitted is silicon (Si).
- the total film thickness of the dielectric multilayer filter 13209 is less than 1 ⁇ m as described above.
- the dielectric multilayer filter 13209 attenuates visible light in the wavelength band of 400 nm to 600 nm, like the spectral characteristic DM1 shown in FIG. 6B. However, as shown in FIG. 6B, the dielectric multilayer filter 13209 does not have spectral characteristics until all visible light in the wavelength band of 400 nm to 600 nm is attenuated or removed (cut).
- the image sensor 132 attenuates visible light contained in fluorescence incident on the photoelectric conversion element 13207 of the IR pixel by matching the dielectric multilayer filter 13209 with the on-chip color filter 13211IR. More specifically, as shown in the spectral characteristic IR1 + DM1 in FIG. 6A, visible light in the wavelength band of 400 nm to 600 nm in the spectral characteristic IR1 of only the on-chip color filter 13211IR is attenuated by the dielectric multilayer filter 13209. As a result, fluorescence in the wavelength band exceeding 800 nm, which attenuates the wavelength band of visible light, is incident on the photoelectric conversion element 13207 of the IR pixel arranged in the pixel portion 1321 of the image sensor 132.
- the dielectric multilayer filter 13209 is further multilayered, that is, by increasing the number of layers of silicon dioxide (SiO 2 ) and titanium oxide (TiO 2 ), the wavelength band of 400 nm to 600 nm is increased. Visible light can be further attenuated. That is, it is possible to increase the attenuation rate (light shielding rate) of visible light in the wavelength band of 400 nm to 600 nm in the dielectric multilayer filter 13209.
- the distance between the microlens 13205 and the photoelectric conversion element 13207 increases as the total film thickness increases due to the multilayer structure of the dielectric multilayer filter 13209. This increases the sensitivity of the image sensor 132 to light and the oblique incidence characteristics.
- the IR pixel as shown in FIGS. 6A and 6B is used.
- the total thickness of the dielectric multilayer filter 13209 is less than 1 ⁇ m while suppressing the attenuation rate (light shielding ratio) of visible light in the wavelength band of 400 nm to 600 nm in the dielectric multilayer filter 13209 to a necessary minimum.
- the attenuation rate light shielding ratio
- the reflected light and fluorescence from the inspected object 901 from which the excitation light emitted from the excitation light cut filter 131 is cut are incident on the image sensor 132.
- the excitation light cut filter 131 is configured by, for example, stacking a plurality of thin films in the same manner as the dielectric multilayer filter 13209.
- the excitation light cut filter 131 has a thickness of 700 nm by forming a multilayer (for example, 100 layers) than the dielectric multilayer filter 13209.
- the attenuation rate (light shielding rate) with respect to excitation light in the wavelength band of ⁇ 800 nm is very high.
- the excitation light cut filter 131 is very thick, as shown in the spectral characteristic EL1 shown in FIG. 6A, the light in the wavelength band of 700 nm to 800 nm, which is the wavelength band of the incident excitation light, is almost Cut all and emit.
- the image sensor 132 provided in the imaging unit 13 of the endoscope scope unit 10 constituting the fluorescence observation endoscope apparatus 1, a plurality of pixels 1320 are arranged in a matrix in the pixel unit 1321, and each pixel is arranged.
- Each of the on-chip color filter 13210 and the transparent material 13208 or the on-chip color filter 13211 and the dielectric multilayer filter 13209 is formed at a position corresponding to 1320.
- the image sensor 132 outputs serial RAW data representing the magnitude of the pixel signal obtained by photoelectric conversion by exposing light in the wavelength band corresponding to each pixel 1320 as an imaging signal.
- Each on-chip color filter in the image sensor 132 that is, the arrangement of the pixels 1320, the configuration of the image sensor 132, and the characteristics of the on-chip color filter and the dielectric multilayer filter are the above-described arrangement, configuration, and characteristics. That is, the present invention is not limited to the arrangement, configuration, and characteristics shown in FIGS. 3 to 6A and 6B.
- the arrangement of IR pixels in the image sensor 132 the number of IR pixels arranged in the pixel unit 1321 may be reduced, and a G pixel may be arranged instead.
- the sensitivity to visible light particularly, visible light in the green (G) wavelength band
- the dielectric multilayer filter 13209 formed in the image sensor 132 if the attenuation rate (light shielding rate) for visible light in the wavelength band of 400 nm to 600 nm can be maintained at a necessary level, silicon dioxide (SiO 2). ) And titanium oxide (TiO 2 ) layers may be reduced in number.
- the dielectric multilayer filter layer 13203 may not be provided, that is, the dielectric multilayer filter 13209 and the transparent material 13208 may not be formed. In the image sensor 132 having these configurations, it is possible to further suppress deterioration in sensitivity to light and oblique incidence characteristics.
- 7A and 7B are diagrams schematically illustrating an example of characteristics of light emitted from the light source device 20 included in the fluorescence observation endoscope apparatus 1 according to the embodiment of the present invention.
- the vertical axis represents the characteristic (hereinafter referred to as “spectral characteristic”) representing the wavelength band and the emission intensity of the illumination light emitted from the light source device 20 with the wavelength of light as the horizontal axis. ing.
- FIG. 7A shows illumination emitted from the light source device 20 when the imaging mode of the fluorescence observation endoscope apparatus 1 is the normal imaging mode, that is, when the examination operator switches the imaging mode changeover switch 14 to the normal imaging mode.
- the spectral characteristic of light is typically shown.
- the light source device 20 emits light when the imaging mode of the fluorescence observation endoscope apparatus 1 is the fluorescence imaging mode, that is, when the examiner switches the imaging mode switch 14 to the fluorescence imaging mode.
- the spectral characteristic of the illumination light to perform is shown typically.
- 7A and 7B show the spectral characteristics of each of the on-chip color filters shown in FIG. 6A, more specifically, the spectral characteristics B1, the spectral characteristics G1, the spectral characteristics R1, and the spectral characteristics IR1. It also shows.
- the light source device 20 emits illumination light in a wavelength band corresponding to the imaging mode of the fluorescence observation endoscope device 1.
- the operation of the light source device 20 and the characteristics of illumination light when the imaging mode of the fluorescence observation endoscope apparatus 1 is the normal imaging mode will be described with reference to FIG. 7A.
- the external processing unit 30 outputs information indicating that the photographing mode is the normal photographing mode to the light source device 20.
- the light source device 20 emits visible light corresponding to information representing the normal imaging mode input from the external processing unit 30 as illumination light for imaging the object 901 to be inspected.
- the light emission control unit 21 provided in the light source device 20 causes the white light source 221, the white light source 222, and the white light source 223 to emit white light having the same intensity.
- the white light source 224 is controlled not to emit white light, that is, to be turned off.
- Each of the dichroic mirror 231 to the dichroic mirror 234 corresponding to each white light source 220 separates light in a specific wavelength band and emits it to the light irradiation lens 24.
- B2 is light in the blue (B) wavelength band (for example, visible light in the wavelength band of 400 nm to 500 nm) emitted from the dichroic mirror 231 corresponding to the white light source 221 and emitted to the light irradiation lens 24.
- B2 is a spectrum of light in the green (G) wavelength band (for example, visible light in the wavelength band of 500 nm to 600 nm) emitted from the dichroic mirror 232 corresponding to the white light source 222 and emitted to the light irradiation lens 24. It represents a characteristic.
- R2 is a spectrum of light in the red (R) wavelength band (for example, visible light in the wavelength band of 600 nm to 700 nm) emitted from the dichroic mirror 233 corresponding to the white light source 223 and emitted to the light irradiation lens 24. It represents a characteristic.
- the center wavelength of visible light in the blue (B) wavelength band emitted by the pair of the white light source 221 and the dichroic mirror 231 is, for example, 450 nm, and depends on the pair of the white light source 222 and the dichroic mirror 232.
- the center wavelength of visible light in the green (G) wavelength band that is emitted is, for example, 540 nm, and the center of visible light in the red (R) wavelength band that is emitted by the combination of the white light source 222 and the dichroic mirror 232.
- the wavelength of is 630 nm, for example.
- the emission intensity in each of the spectral characteristic B2, the spectral characteristic G2, and the spectral characteristic R2 is the same value. Accordingly, white light, which is a combination of the light emitted from the dichroic mirror 231 to the dichroic mirror 233, is emitted from the light irradiation lens 24 to the light guide 51 as illumination light emitted from the light source device 20. . Then, the white light condensed by the light irradiation lens 24 is guided to the imaging unit 13 by the light guide 51, and is irradiated to the object 901 from the tip of the imaging unit 13.
- the image sensor 132 provided in the imaging unit 13 exposes light in a wavelength band corresponding to the photoelectric conversion element 13207 of each pixel 1320 (R pixel, G pixel, and B pixel), and each pixel 1320 Signal charges corresponding to the light intensity of light (visible light) incident on the arranged position are generated and accumulated. Then, the image sensor 132 outputs serial RAW data representing the magnitude of the pixel signal exposed and photoelectrically converted by each pixel 1320 to the external processing unit 30 as an imaging signal.
- the dichroic mirror 234 corresponding to the white light source 224 is light in the wavelength band of the excitation light (the light source 224 is turned off).
- excitation light having a wavelength band of 700 nm to 800 nm is not emitted to the light irradiation lens 24. Therefore, the white light (illumination light) emitted from the front end of the imaging unit 13 to the object 901 is visible light that does not include light in the wavelength band of the excitation light.
- the imaging signal output to the external processing unit 30 by the image sensor 132 in the normal photographing mode includes a component related to near infrared light included in the ambient light.
- the operation of the light source device 20 and the characteristics of illumination light when the imaging mode of the fluorescence observation endoscope apparatus 1 is the fluorescence imaging mode will be described with reference to FIG. 7B.
- the external processing unit 30 outputs information indicating that the imaging mode is the fluorescence imaging mode to the light source device 20.
- the light source device 20 emits illumination light including excitation light corresponding to information indicating that it is the fluorescence imaging mode input from the external processing unit 30 as illumination light for imaging the object 901 to be inspected. .
- the light emission control unit 21 provided in the light source device 20 causes the white light source 221 and the white light source 222 to emit white light having the same weak intensity.
- the white light source 223 is controlled to be turned off, and the white light source 224 emits white light whose intensity is higher than the emission intensity of the white light source 221 and the white light source 222 (for example, three times or more emission intensity).
- Each of the dichroic mirror 231 to the dichroic mirror 234 corresponding to each white light source 220 separates light in a specific wavelength band and emits it to the light irradiation lens 24.
- B3 represents the spectral characteristic of visible light in the blue (B) wavelength band emitted from the dichroic mirror 231 corresponding to the white light source 221 and emitted to the light irradiation lens 24.
- G3 represents the spectral characteristic of visible light in the green (G) wavelength band emitted from the dichroic mirror 232 corresponding to the white light source 222 and emitted to the light irradiation lens 24.
- IR3 is a spectrum of light in the wavelength band of excitation light (for example, near-infrared light in the wavelength band of 700 nm to 800 nm) emitted from the dichroic mirror 234 corresponding to the white light source 224 and emitted to the light irradiation lens 24. It represents a characteristic.
- the center wavelength of near-infrared light in the wavelength band of excitation light emitted by the set of the white light source 224 and the dichroic mirror 234 is, for example, 750 nm.
- the emission intensity in the spectral characteristic IR3 is a strong value relative to the emission intensity in the spectral characteristic B3 and the spectral characteristic G3.
- the combined light emitted from the dichroic mirror 231 and the dichroic mirror 232 and the dichroic mirror 234 is emitted from the light irradiation lens 24 as illumination light emitted from the light source device 20.
- the light is emitted to the guide 51.
- the light condensed by the light irradiation lens 24 is guided to the imaging unit 13 by the light guide 51, and is irradiated to the object 901 from the tip of the imaging unit 13.
- the image sensor 132 included in the imaging unit 13 exposes light in a wavelength band corresponding to the photoelectric conversion element 13207 of each pixel 1320 (G pixel, B pixel, and IR pixel), and each pixel 1320 A signal charge corresponding to the light intensity of the light incident on the arranged position is generated and accumulated. Then, the image sensor 132 outputs serial RAW data representing the magnitude of the pixel signal exposed and photoelectrically converted by each pixel 1320 to the external processing unit 30 as an imaging signal.
- the dichroic mirror 233 corresponding to the white light source 223 has a red (R) wavelength band because the white light source 223 is turned off.
- Light for example, visible light having a wavelength band of 600 nm to 700 nm
- the illumination light applied to the object 901 from the tip of the imaging unit 13 includes visible light other than visible light in the red (R) wavelength band and near infrared light in the wavelength band of excitation light.
- the imaging mode of the fluorescence observation endoscope apparatus 1 is the fluorescence imaging mode, it is assumed that the ambient light does not leak into the inspection object 901.
- the light emission control unit 21 included in the light source device 20 configuring the fluorescence observation endoscope apparatus 1 is configured according to the imaging mode information of the fluorescence observation endoscope apparatus 1 input from the external processing unit 30.
- the white light source 221 to the white light source 224 control the light emission and emission intensity of the white light emitted. Thereby, the light source device 20 emits illumination light having a wavelength band corresponding to the photographing mode of the fluorescence observation endoscope device 1.
- FIG. 9A to FIG. 9C, FIG. 10, and FIG. 11A to FIG. 11C are diagrams schematically showing an example of the image processing operation in the fluorescence observation endoscope apparatus 1 according to the embodiment of the present invention.
- 8 and 9A to 9C show the case where the imaging mode of the fluorescence observation endoscope apparatus 1 is the normal imaging mode, that is, when the examination operator switches the imaging mode changeover switch 14 to the normal imaging mode.
- the image processing which the mosaicing part 330 performs is shown typically.
- FIGS. 8, 9A to 9C, FIG. 10, and FIGS. 11A to 11C show a pixel portion in which a plurality of pixels 1320 are two-dimensionally arranged in 4 rows and 4 columns. An example of 1321 is shown.
- the image processing operation in the demosaicing unit 330 when the imaging mode of the fluorescence observation endoscope apparatus 1 is the normal imaging mode will be described with reference to FIGS. 8 and 9A to 9C.
- the mode determination unit 31 included in the external processing unit 30 includes information indicating that the imaging mode is the normal imaging mode in the image processing unit 33.
- the demosaicing unit 330 receives the parallel RAW data input from the deserializer 32 (the original parallel RAW data restored by the deserializer 32 in accordance with the information indicating the normal shooting mode input from the mode determination unit 31.
- FIG. 8 schematically shows a demosaicing process performed by the demosaicing unit 330 when the imaging mode of the fluorescence observation endoscope apparatus 1 is the normal imaging mode.
- FIGS. 9A to 9C show fluorescence observation endoscopes. An offset process performed by the demosaicing unit 330 when the shooting mode of the mirror device 1 is the normal shooting mode is schematically shown.
- the image sensor 132 uses serial RAW data representing the magnitude of the pixel signal output from each pixel 1320 as an imaging signal. Output to the external processing unit 30.
- the deserializer 32 restores the input serial RAW data to the original parallel RAW data and outputs it to the demosaicing unit 330 in the image processing unit 33. More specifically, the deserializer 32 performs serial / parallel conversion on the input serial RAW data, and, as shown in FIG. Parallel RAW data restored to a state where each of 1320 (R pixel, G pixel, B pixel, or IR pixel) is arranged is generated, and the restored parallel RAW data is output to demosaicing section 330.
- the demosaicing unit 330 performs a demosaicing process on the parallel raw data input from the deserializer 32 to generate R image data, G image data, B image data, and IR image data. More specifically, the demosaicing unit 330 obtains a pixel signal corresponding to red (R) visible light at a position where pixels other than the R pixel are arranged in the pixel unit 1321 by a demosaicing process corresponding to the R pixel. Interpolation is performed based on the pixel signal (digital value) output by the R pixel.
- R red
- the demosaicing unit 330 causes the pixel signals (digital values) at the positions of all the pixels 1320 arranged in the pixel unit 1321 to be pixel signals output by the R pixel, as illustrated in FIG. R image data for one frame, which is a pixel signal (digital value) corresponding to.
- the demosaicing unit 330 receives a pixel signal corresponding to green (G) visible light at a position other than the G pixel in the pixel unit 1321 by a demosaicing process corresponding to the G pixel. Interpolation is performed based on the pixel signal (digital value) output by the pixel.
- the demosaicing unit 330 causes the pixel signals (digital values) at the positions of all the pixels 1320 arranged in the pixel unit 1321 to be the pixel signals output by the G pixel, as illustrated in FIG. G image data for one frame, which is a pixel signal (digital value) corresponding to.
- the demosaicing unit 330 generates a pixel signal corresponding to visible light of blue (B) at a position where pixels other than the B pixel are arranged in the pixel unit 1321 by a demosaicing process corresponding to the B pixel. Interpolation is performed based on the pixel signal (digital value) output by the pixel.
- the demosaicing unit 330 causes the pixel signals (digital values) at the positions of all the pixels 1320 arranged in the pixel unit 1321 to be pixel signals output from the B pixel, as illustrated in FIG. B image data for one frame, which is a pixel signal (digital value) corresponding to.
- the demosaicing unit 330 outputs a pixel signal corresponding to near-infrared light at a position other than the IR pixel in the pixel unit 1321 by the demosaicing process corresponding to the IR pixel. Interpolation is performed based on the pixel signal (digital value).
- the demosaicing unit 330 causes the pixel signals (digital values) at the positions of all the pixels 1320 arranged in the pixel unit 1321 to be pixel signals output from the IR pixels, as illustrated in FIG. IR image data for one frame, which is a pixel signal (digital value) corresponding to.
- the demosaicing unit 330 performs offset processing based on the generated IR image data on each of the generated R image data, G image data, and B image data.
- FIG. 9A schematically shows an offset process performed on the R image data
- FIG. 9B schematically shows an offset process performed on the G image data
- FIG. 4 schematically shows offset processing to be performed.
- the final R image data for one frame consisting only of the pixel signal R ′ (digital value) is generated.
- Final G image data for one frame including only the pixel signal G ′ (digital value) is generated.
- Final B image data for one frame consisting only of the pixel signal B ′ (digital value) is generated.
- the demosaicing unit 330 performs final R image data generated by subtracting IR image data from each of R image data, G image data, and B image data, G image data, Each of the image data is output to the white balance unit 331. Then, the white balance unit 331 performs white balance processing, and the gamma correction unit 332 performs gamma offset processing, so that the inspected object 901 photographed when the photographing mode of the fluorescence observation endoscope apparatus 1 is the normal photographing mode. Can be displayed on the color monitor 40 with the correct color.
- the image sensor 132 captures an IR cut filter, which is an optical filter that is included in a normal image capturing apparatus and removes (cuts) near-infrared light that is unnecessary in photographing with visible light. It cannot be arranged on the lens 130 side. This is because the fluorescence observation endoscope apparatus 1 observes the fluorescence emitted by the ICG, and thus the fluorescence is observed when the IR cut filter is disposed on the light incident side of the image sensor 132. This is because it becomes impossible.
- an IR cut filter is an optical filter that is included in a normal image capturing apparatus and removes (cuts) near-infrared light that is unnecessary in photographing with visible light. It cannot be arranged on the lens 130 side. This is because the fluorescence observation endoscope apparatus 1 observes the fluorescence emitted by the ICG, and thus the fluorescence is observed when the IR cut filter is disposed on the light incident side of the image sensor 132. This is because it becomes impossible.
- the demosaicing unit 330 performs the above-described offset processing, so that it is not necessary for photographing with ambient light that leaks when photographing in the normal photographing mode, that is, photographing with visible light. Removes infrared light components. As a result, the fluorescence observation endoscope apparatus 1 improves the color reproducibility of the image of the taken inspected object 901 even when ambient light leaks when the inspected object 901 is imaged in the normal imaging mode. Can do.
- the mode determination unit 31 included in the external processing unit 30 includes information indicating that the imaging mode is the fluorescence imaging mode in the image processing unit 33.
- the demosaicing unit 330 responds to the information indicating that the fluorescence imaging mode is input from the mode determination unit 31, as in the case where the imaging mode of the fluorescence observation endoscope apparatus 1 is the normal imaging mode.
- a demosaicing process for generating RGB image data and IR image data from the parallel raw data input from the deserializer 32 is performed. Thereafter, the demosaicing unit 330 performs an offset process for correcting the generated RGB image data based on the IR image data.
- FIG. 10 schematically shows a demosaicing process performed by the demosaicing unit 330 when the imaging mode of the fluorescence observation endoscope apparatus 1 is the fluorescence imaging mode.
- FIGS. 11A to 11C show fluorescence observation endoscopes.
- An offset process performed by the demosaicing unit 330 when the imaging mode of the mirror device 1 is the fluorescence imaging mode is schematically shown.
- the image sensor 132 uses the serial RAW data representing the magnitude of the pixel signal output from each pixel 1320 as the imaging signal.
- the deserializer 32 restores the input serial RAW data to the original parallel RAW data and outputs the original parallel RAW data to the demosaicing unit 330, as in the case where the imaging mode of the fluorescence observation endoscope apparatus 1 is the normal imaging mode. . That is, as shown in FIG.
- the deserializer 32 is restored to a state in which each of the R pixel, the G pixel, the B pixel, or the IR pixel is arranged at each position in the pixel unit 1321.
- the RAW data is output to the demosaicing unit 330.
- the demosaicing unit 330 performs demosaicing processing on the parallel RAW data input from the deserializer 32 to obtain G image data and , B image data and IR image data are generated.
- the demosaicing unit 330 performs the demosaicing process corresponding to the G pixel as shown in FIG. G image data for a frame is generated. Similarly, the demosaicing unit 330 performs the demosaicing process corresponding to the B pixel as shown in FIG. 10C as in the case where the photographing mode of the fluorescence observation endoscope apparatus 1 is the normal photographing mode. As described above, B image data for one frame is generated. Similarly, the demosaicing unit 330 performs the demosaicing process corresponding to the IR pixel as shown in FIG. 10D as in the case where the photographing mode of the fluorescence observation endoscope apparatus 1 is the normal photographing mode. As described above, one frame of IR image data is generated.
- the demosaicing unit 330 generates the generated IR for each of the generated G image data and B image data in the same manner as when the imaging mode of the fluorescence observation endoscope apparatus 1 is the normal imaging mode. Perform offset processing based on image data. Further, the demosaicing unit 330 outputs the generated IR image data to the white balance unit 331 as R image data.
- FIG. 11A schematically illustrates offset processing performed on the G image data
- FIG. 11B schematically illustrates offset processing performed on the B image data.
- FIG. 11C schematically shows processing for handling IR image data as R image data.
- the demosaicing unit 330 converts the final G image data and B image data generated by subtracting the IR image data from each of the G image data and the B image data, and the R image data into the R image data.
- the final R image data as image data is output to the white balance unit 331.
- the white balance unit 331 performs white balance processing
- the gamma correction unit 332 performs gamma offset processing, so that the inspected object 901 photographed when the photographing mode of the fluorescence observation endoscope apparatus 1 is the fluorescent photographing mode.
- the portion where the ICG is excited and fluoresced can be made conspicuous and displayed on the color monitor 40. More specifically, it is possible to display on the color monitor 40 a reddish color where the ICG is excited to emit fluorescence.
- the white balance unit 331 constituting the fluorescence observation apparatus of the present invention in the fluorescence observation endoscope apparatus 1 will be described.
- the white balance unit 331 is the magnitude of the digital value of the pixel signal corresponding to the pixel at the same position in each of the R image data, the G image data, and the B image data.
- white balance processing is performed so that the same value is obtained. That is, white balance processing is performed so that a white subject is displayed in white on the color monitor 40.
- the light source device 20 When the imaging mode of the fluorescence observation endoscope apparatus 1 is the normal imaging mode, the light source device 20 has visible light in the blue (B) wavelength band and green (G) wavelength band as shown in FIG. 7A.
- the inspected object 901 is irradiated with white light whose emission intensity is the same for both visible light and visible light in the red (R) wavelength band.
- R red
- the white balance unit 331 performs white balance processing on the R image data, G image data, and B image data obtained by photographing the object 901 in the normal photographing mode
- R The level is adjusted by multiplying the gain value so that the digital values of the pixel signals included in each of the image data, the G image data, and the B image data are approximately the same.
- the digital values of the pixel signals included in each of the R image data, the G image data, and the B image data in the locations other than the white subject are It becomes a digital value corresponding to the color, and is displayed on the color monitor 40 with the correct color.
- the light source device 20 has visible light in the blue (B) wavelength band and green (G) as shown in FIG. 7B.
- Each emission intensity with visible light in the wavelength band is the same weak value, does not include visible light in the red (R) wavelength band, and the emission intensity of near-infrared light in the excitation light wavelength band is blue (B).
- the object 901 is irradiated with light having a value stronger than the emission intensity of green (G), that is, light that is not white light.
- a white subject it is assumed that a white subject is assumed and a fluorescent agent such as ICG is not assumed to be a subject.
- the light source includes near infrared light in the wavelength band of the excitation light.
- the image sensor 132 is not irradiated with fluorescence, and the reflected light from the subject of the excitation light is also cut by the excitation light cut filter 131, so that the light reaching the image sensor 132 is blue (B).
- the R image data (IR image data) in the white balance processing includes visible light in the blue (B) wavelength band and visible light in the green (G) wavelength band, and the on-chip color filter 13211IR and the dielectric multilayer filter. Only the leaked light component that has passed through 13209 is weak.
- the white balance unit 331 performs white balance processing on the R image data (IR image data), G image data, and B image data obtained by photographing the object 901 in the fluorescence photographing mode, a white subject is obtained.
- the digital value of the pixel signal included in the R image data (IR image data) is largely adjusted to a level equivalent to the digital value of the pixel signal at the same position included in each of the G image data or the B image data. (Multiply by a larger gain value) to reproduce a white subject.
- the fluorescence observation endoscope apparatus 1 when the fluorescence observation endoscope apparatus 1 is imaged in the fluorescence imaging mode, at the location where the ICG is excited to emit fluorescence, in addition to the above-described leakage light component, the fluorescence component further excited by the ICG Since the level adjustment is performed on the digital value of the image signal, the image signal of the R image data (IR image data) is a pixel at the same position included in each of the G image data or the B image data. The digital value is larger than the digital value of the signal.
- the white balance processing by the white balance unit 331 causes the R pixel (IR pixel) of the portion where the ICG is excited to emit fluorescence.
- the level of the pixel signal relatively higher than the level of the pixel signal of the G pixel or B pixel at the same position, the fluorescent light emission portion is highlighted in red and displayed on the color monitor 40.
- the digital value of the pixel signal included in the R image data is a digital value of a size that reproduces a white subject at most, that is, G Since it is a digital value equal to or less than the digital value of the pixel signal at the same position included in each of the image data or the B image data, it is emphasized in red and is not displayed on the color monitor 40.
- the fluorescent emission portion is highlighted in red and displayed on the color monitor 40.
- the display method in the fluorescence observation apparatus of the present invention is not limited to this, and other Different display methods may be adopted based on this signal processing. For example, if the image processing unit 33 performs processing for transmitting data to the digital / analog conversion unit 34 by exchanging R image data (IR image data) and G image data only in the fluorescence photographing mode, the fluorescent light is emitted. The location is displayed in green with high sensitivity for humans, making it easier to identify the fluorescence emission location.
- the level value of the pixel signal obtained by photoelectrically converting the light corresponding to each pixel 1320 will be described as an integer without a unit.
- the optical filter in which the on-chip color filter 13211IR and the dielectric multilayer filter 13209 are combined attenuates visible light contained in incident fluorescent light, but transmits visible light to a small extent.
- the pixel signal output from the IR pixel includes a small amount of transmitted visible light components (visible light in the blue (B) wavelength band and visible light in the green (G) wavelength band). Therefore, for example, the transmittance of light in the on-chip color filter 13210B for visible light in the blue (B) wavelength band, and the transmittance of light in the optical filter in which the on-chip color filter 13211IR and the dielectric multilayer filter 13209 are combined.
- the ratio is assumed to be 100: 1.
- the ratio is assumed to be 100: 1.
- the transmittance with respect to visible light in the blue (B) wavelength band and visible light in the green (G) wavelength band in the optical filter including the on-chip color filter 13211IR and the dielectric multilayer filter 13209 is on-chip.
- the color filter 13210B and the on-chip color filter 13210G are each 1%.
- the state before the white balance unit 331 performs white balance processing that is, the level of the pixel signal at the location of the white subject included in each of the B image data and G image data output from the demosaicing unit 330, That is, a case is assumed in which the pixel signal levels of the B pixel and the G pixel are each “4000”.
- the level of the pixel signal at the location of the white subject included in the R image data (IR image data), that is, the level of the pixel signal at the location of the white subject in the R pixel (IR pixel) is the pixel of the B pixel. From the signal level and the pixel signal level of the G pixel, the following equation (1) is obtained.
- the white balance unit 331 performs the white balance processing for the level “80” of the pixel signal of the R pixel (IR pixel) at the location of the white subject in the above equation (1), and the white balance of the R pixel (IR pixel).
- a white subject is reproduced by adjusting the level of the pixel signal at the location of the subject so as to be a multiple of the following equation (2).
- a white subject is reproduced by multiplying the gain value by which the level of the pixel signal of the R subject (IR pixel) at the location of the white subject is multiplied by 50 as shown in the above equation (2).
- the pixel signal levels of the B pixel and the G pixel at a location where the ICG is not excited to emit fluorescence emit “600”, respectively.
- the level of the pixel signal of the R pixel (IR pixel) at this location is expressed by the following equation (3).
- the white balance unit 331 adjusts the level of the pixel signal of the R pixel (IR pixel) by white balance processing from the above equation (3) and the above equation (2) to the following equation (4). To do.
- the ratio of the level of the pixel signal of the B pixel, the G pixel, and the R pixel (IR pixel) is expressed by the following equation (5). , Reproduce the white subject.
- the intensity of visible light (light in the green wavelength band) incident on the image sensor 132 and the fluorescence at the location where the ICG is excited to emit fluorescence is 15: 1 and the sensitivity ratio of visible light and fluorescence in each pixel 1320 arranged in the image sensor 132 is 2: 1.
- the level of the pixel signal of the R pixel (IR pixel) is expressed by the following formula with respect to the level of the pixel signal of the B pixel or G pixel by exposing (detecting) the fluorescence emitted by the ICG to emit fluorescence. Increase by the level shown in (6).
- the level of the pixel signal of the R pixel (IR pixel) is represented by the following equation (7) from the above equation (3) and the above equation (6).
- the white balance unit 331 changes the level of the pixel signal of the R pixel (IR pixel) to a multiple such as the following expression (8) from the above expression (7) and the above expression (2) by white balance processing. Adjust the level.
- the ratio of the pixel signal levels of the B pixel, G pixel, and R pixel is as shown in the following equation (9).
- the portion where the ICG is excited and fluoresced becomes a reddish color (highlighted in red) and is displayed on the color monitor 40.
- the level of the pixel signal of the B pixel and the level of the pixel signal of the G pixel are rarely the same level.
- an example of a case closer to the actual image of the inspection object 901 will be described.
- the level of the pixel signal of the B pixel is “600” and the level of the pixel signal of the G pixel is “1200” at a location where the ICG in the image of the inspection object 901 is not excited to emit fluorescence.
- the level of the pixel signal of the R pixel (IR pixel) at this location is expressed by the following equation (10).
- the white balance unit 331 adjusts the level of the pixel signal of the R pixel (IR pixel) by white balance processing as shown in the following equation (11) from the above equation (10) and the above equation (2). To do.
- the ratio of the level of the pixel signal of the B pixel, the G pixel, and the R pixel (IR pixel) is expressed by the following equation (12). Even when there is a difference in the pixel signal level between the B pixel and the G pixel, the portion where the ICG is excited and does not emit fluorescence becomes a reddish color (highlighted in red) and is displayed on the color monitor 40. There is nothing.
- the level of the pixel signal of the R pixel is G when the conditions in the image sensor 132 are the same as those described above.
- the level of the pixel signal of the pixel increases by the level shown in the following equation (13).
- the level of the pixel signal of the R pixel is expressed by the following equation (14) from the above equation (10) and the above equation (13).
- the white balance unit 331 changes the level of the pixel signal of the R pixel (IR pixel) to a multiple such as the following equation (15) from the above equation (14) and the above equation (2) by white balance processing. Adjust the level.
- the ratio of the level of the pixel signal of the B pixel, the G pixel, and the R pixel (IR pixel) is expressed by the following equation (16).
- the portion where the ICG is excited and fluoresced becomes a reddish color (highlighted in red) and is displayed on the color monitor 40.
- the IR image data that is the level of the weak pixel signal is set as the R image data.
- the white balance unit 331 performs white balance processing on the final G image data, B image data, and R image data (IR image data) output from the demosaicing unit 330. I do.
- the color monitor 40 emphasizes the reddish color in the portion where the ICG in the image of the inspection object 901 photographed in the fluorescence photographing mode is excited and fluoresced. Can be displayed.
- the fluorescence observation endoscope apparatus 1 excites the ICG administered to the examinee with the excitation light, and displays an image of the inspected object 901 that highlights the location where the excited ICG emits fluorescence. 40 can be displayed to the tester.
- the imaging mode of the fluorescence observation endoscope apparatus 1 is fluorescent. Near-infrared light emission intensity in the wavelength band of excitation light emitted from the light source device 20 in the photographing mode, and visible light emission in the blue (B) wavelength band and green (G) wavelength band. You may make the difference with an intensity
- the illuminated illumination light is reflected by the inspection object 901 and incident on the image sensor 132, and the visible light in the blue (B) wavelength band and the visible light in the green (G) wavelength band and the ICG are excited.
- the difference in light intensity between the fluorescence emitted and the fluorescence incident on the image sensor 132 is reduced, and the sensitivity (detection sensitivity) at which the image sensor 132 detects fluorescence can be improved.
- the ratio of the intensity of visible light (green wavelength band light) incident on the image sensor 132 and the intensity of fluorescence is 15: 1, but the light source device 20 emits light.
- the ratio is reduced. can do.
- the ratio of the intensity of visible light (light in the green wavelength band) incident on the image sensor 132 and the intensity of fluorescence can be set to 10: 1, the above expression (6) and the above expression (13)
- the amount of increase can be increased, and the level of the pixel signal included in the R image data (IR image data) at the location where the ICG is excited to emit fluorescence can be increased.
- the image sensor 132 may be configured such that the dielectric multilayer filter layer 13203 is not provided (see FIG. 4). Even in the fluorescence observation endoscope apparatus 1 having the configuration in which the image sensor 132 having this configuration is provided in the imaging unit 13, a value capable of allowing an attenuation rate (light shielding rate) with respect to visible light in a wavelength band of 400 nm to 600 nm. If it can be reduced to, an image of the inspected object 901 that highlights the portion where the ICG is excited to emit fluorescence can be displayed on the color monitor 40 and presented to the inspector.
- an attenuation rate light shielding rate
- the imaging unit 13 is provided with the image sensor 132 in which the dielectric multilayer filter layer 13203 is not provided, that is, the dielectric multilayer filter 13209 is not provided, thereby improving sensitivity to light and oblique incidence characteristics.
- the fluorescence observation endoscope apparatus 1 having the configuration will be described.
- an image sensor 132 (hereinafter referred to as “image sensor 133”) that does not include the dielectric multilayer filter 13209 will be described.
- image sensor 133 an image sensor 132 (hereinafter referred to as “fluorescence observation endoscope apparatus 2”) having a configuration in which the image sensor 133 is provided in the imaging unit 13 is the same as the fluorescence observation endoscope apparatus illustrated in FIG. 1, the image sensor 132 only replaces the image sensor 133, and detailed description thereof is omitted.
- the configuration of the image sensor 133 is the same as that of the image sensor 132 shown in FIG.
- FIG. 12 is a cross-sectional view showing an example of another structure (structure of the image sensor 133) of the solid-state imaging device provided in the fluorescence observation endoscope apparatus 2 according to the embodiment of the present invention.
- structure of the image sensor 133 of the solid-state imaging device provided in the fluorescence observation endoscope apparatus 2 according to the embodiment of the present invention.
- FIG. 12 similarly to the image sensor 132 illustrated in FIG. 4, a vertical portion of a part of the pixel portion 1321 when the R pixel, the G pixel, or the B pixel and the IR pixel are formed in the image sensor 133.
- the structure is shown.
- the image sensor 133 illustrated in FIG. 12 is a back-illuminated solid-state imaging device.
- the structure of the image sensor 133 is a structure in which the dielectric multilayer filter layer 13203 in the structure of the image sensor 133 shown in FIG.
- Each layer constituting the pixel 1330 which is a pixel arranged at 133 is laminated. More specifically, a wiring layer 13201, a photoelectric conversion layer 13202, an on-chip color filter layer 13204, and a microlens 13205 are formed from the support substrate 13200 toward the light incident side. Since the configuration of each layer is the same as the configuration of each layer in the image sensor 133, detailed description is omitted.
- the arrangement of each on-chip color filter formed in the on-chip color filter layer 13204 and the characteristics (spectral characteristics) with respect to the wavelength band of light are also the same as those in the image sensor 133 shown in FIGS. 5A and 6A. This is the same as the arrangement and spectral characteristics of the on-chip color filter.
- the dielectric multilayer filter layer 13203 since the dielectric multilayer filter layer 13203 is deleted, the transparent material 13208 at a position corresponding to the pixel 1330a that is an R pixel, a G pixel, or a B pixel, and a pixel 1330b that is an IR pixel.
- the dielectric multilayer filter 13209 at the position corresponding to is not formed.
- the photoelectric conversion element 13207 of the IR pixel arranged in the image sensor 133 exposes light (fluorescence) in the near-infrared wavelength band transmitted by the spectral characteristic IR1 of the corresponding on-chip color filter 13211IR to perform photoelectric conversion.
- the pixel signal is output.
- the image sensor 133 outputs serial RAW data representing the magnitude of the pixel signal exposed and photoelectrically converted by each pixel 1330 to the external processing unit 30 as an imaging signal.
- the operations and processing methods of other components such as the light source device 20 and the image processing unit 33 provided in the fluorescence observation endoscope apparatus 2 are the same as those of the fluorescence observation endoscope apparatus 1. Therefore, in the fluorescence observation endoscope apparatus 2, similarly to the fluorescence observation endoscope apparatus 1, the portion of the inspected object 901 in which the ICG is excited and the fluorescent light is emitted has a reddish color (highlighted in red). The image is displayed on the color monitor 40. However, in the fluorescence observation endoscope apparatus 2, the result of the white balance processing performed by the white balance unit 331 is that the dielectric multilayer filter 13209 included in the image sensor 132 in the fluorescence observation endoscope apparatus 1 is deleted. A little different with it.
- the white balance part 331 which comprises the fluorescence observation apparatus of this invention in the fluorescence observation endoscope apparatus 2 is demonstrated.
- the fluorescence observation endoscope apparatus 1 an example of level values displayed as locations where the ICG is excited to emit fluorescence will be described.
- a level value representing the magnitude of a pixel signal obtained by photoelectric conversion of light corresponding to each pixel 1330 will be described.
- each of the optical filters including the on-chip color filter 13211IR and the dielectric multilayer filter 13209 has a transmittance of 5% for visible light in the blue (B) wavelength band and visible light in the green (G) wavelength band, respectively.
- the state before the white balance unit 331 performs white balance processing, that is, the level of the pixel signal at the location of the white subject included in each of the B image data and G image data output from the demosaicing unit 330, That is, a case is assumed in which the pixel signal levels of the B pixel and the G pixel are each “4000”.
- the level of the pixel signal at the location of the white subject included in the R image data (IR image data), that is, the level of the pixel signal at the location of the white subject in the R pixel (IR pixel) is B pixel and G From the level of each pixel signal of the pixel, the following equation (17) is obtained.
- the white balance unit 331 performs the white balance processing for the level “400” of the pixel signal of the R pixel (IR pixel) at the location of the white subject in the above equation (17), and the white balance of the R pixel (IR pixel).
- a white subject is reproduced by adjusting the level of the pixel signal at the location of the subject so as to be a multiple of the following equation (18).
- a white object is reproduced by multiplying the gain value by which the level of the pixel signal of the R pixel (IR pixel) at the location of the white object is multiplied by 10 as shown in the above equation (18). .
- the pixel signal levels of the B pixel and the G pixel at a location where the ICG is not excited to emit fluorescence emit “600”, respectively.
- the level of the pixel signal of the R pixel (IR pixel) at this location is expressed by the following equation (19).
- the white balance unit 331 adjusts the level of the pixel signal of the R pixel (IR pixel) by white balance processing from the above equation (19) and the above equation (18) to the following equation (20). To do.
- the ratio of the level of the pixel signal of the B pixel, the G pixel, and the R pixel (IR pixel) in the portion where the ICG is not excited and does not emit fluorescence is expressed by the following equation (21). , Reproduce the white subject.
- the ratio of the intensity of visible light incident on the image sensor 133 to the intensity of fluorescence is 15: 1, and the ratio of the sensitivity of visible light and fluorescence in each pixel 1330 arranged in the image sensor 133 is 2.
- the level of the pixel signal of the R pixel (IR pixel) is expressed by the following formula with respect to the level of the pixel signal of the B pixel or G pixel by exposing (detecting) the fluorescence emitted by the ICG to emit fluorescence. Increases by the level shown in (22).
- the level of the pixel signal of the R pixel (IR pixel) is expressed by the following equation (23) from the above equation (19) and the above equation (22).
- the white balance unit 331 sets the level of the pixel signal of the R pixel (IR pixel) to a multiple such as the following expression (24) from the above expression (23) and the above expression (18) by white balance processing. Adjust the level.
- the ratio of the pixel signal levels of the B pixel, G pixel, and R pixel is as shown in the following equation (9).
- the portion where the ICG is excited and fluoresced becomes a reddish color (highlighted in red) and is displayed on the color monitor 40.
- the level of the pixel signal of the B pixel at a location where the ICG in the image of the inspection object 901 is excited and not emitting fluorescence is “600”
- the level of the pixel signal of the G pixel is “1200”
- the level of the pixel signal of the R pixel (IR pixel) at this location is expressed by the following equation (26).
- the white balance unit 331 adjusts the level of the pixel signal of the R pixel (IR pixel) by white balance processing as shown in the following equation (27) from the above equation (26) and the above equation (18). To do.
- the ratio of the level of the pixel signal of the B pixel, the G pixel, and the R pixel (IR pixel) is expressed by the following equation (28). Even when there is a difference in the pixel signal level between the B pixel and the G pixel, the portion where the ICG is excited and does not emit fluorescence becomes a reddish color (highlighted in red) and is displayed on the color monitor 40. There is nothing.
- the level of the pixel signal of the R pixel is G when the conditions in the image sensor 133 are the same as those described above.
- the level is increased by the level shown in the following equation (29) with respect to the level of the pixel signal of the pixel.
- the level of the pixel signal of the R pixel is represented by the following equation (30) from the above equation (26) and the above equation (29).
- the white balance unit 331 sets the level of the pixel signal of the R pixel (IR pixel) to a multiple such as the following equation (31) from the above equation (30) and the above equation (18) by white balance processing. Adjust the level.
- the ratio of the level of the pixel signal of the B pixel, the G pixel, and the R pixel (IR pixel) is expressed by the following equation (32).
- the portion where the ICG is excited and fluoresced becomes a reddish color (highlighted in red) and is displayed on the color monitor 40.
- the fluorescence observation endoscope apparatus 2 includes the image sensor 133 in which the sensitivity to light and the oblique incidence characteristic are improved by not including the dielectric multilayer filter 13209 in the imaging unit 13.
- IR image data that is a weak pixel signal level is used as R image data, and the final output from the demosaicing unit 330 is performed.
- the white balance unit 331 performs white balance processing on the G image data, B image data, and R image data (IR image data).
- the fluorescence observation endoscope apparatus 2 As in the fluorescence observation endoscope apparatus 1, the location where the ICG in the image of the inspection object 901 photographed in the fluorescence imaging mode is excited to emit fluorescence. It can be displayed on the color monitor 40 with emphasis on the reddish color.
- the imaging unit 13 preferably includes an image sensor 132 that can detect fluorescence with higher accuracy, that is, can increase sensitivity to fluorescence.
- the image sensor 133 provided in the imaging unit 13 in the fluorescence observation endoscope apparatus 2 has higher sensitivity to light and oblique incidence characteristics than the image sensor 132 provided in the imaging unit 13 in the fluorescence observation endoscope apparatus 1. It is a solid-state imaging device. As described above, for example, the near-infrared light emission intensity in the wavelength band of the excitation light emitted from the light source device 20, the visible light in the blue (B) wavelength band, and the visible light in the green (G) wavelength band. By increasing the difference from the light emission intensity, the level of the pixel signal included in the R image data (IR image data) can be increased.
- the fluorescence observation endoscope apparatus 2 can emphasize the portion where the ICG is excited and fluorescent light is emitted to the same degree as the fluorescence observation endoscope apparatus 1. Moreover, in the fluorescence observation endoscope apparatus 2, since the sensitivity to light and the oblique incidence characteristic are improved by the image sensor 133, it is possible to capture a more delicate image of the inspection object 901 including the normal imaging mode. Can do.
- the white balance unit 331 determines whether the level of the pixel signal of the B pixel or the G pixel is higher than the level of the pixel signal of the R pixel (IR pixel). May be further multiplied by “a value obtained by dividing the pixel signal level of the B pixel and the G pixel by an average level” to adjust the level. Thereby, the fluorescence detection sensitivity can be further improved.
- the level of the pixel signal of the B pixel is “600” and the level of the pixel signal of the G pixel is “1200” at a location where the ICG in the image of the inspection object 901 is not excited to emit fluorescence.
- the level of the pixel signal of the R pixel (IR pixel) at this location is “90” from the above equation (26).
- the white balance unit 331 adjusts the level of the pixel signal of the R pixel (IR pixel) to “900” from the above equation (27) by white balance processing. Further, the white balance unit 331 calculates the higher level (here, the level of the pixel signal of the G pixel) among the levels of the pixel signal of the B pixel or the G pixel, which is obtained by the following equation (33). The pixel signal level of the B pixel and the G pixel is multiplied by a value obtained by dividing the level of the pixel signal of the B pixel and the G pixel by the average level to adjust the level of the pixel signal of the R pixel (IR pixel) as shown in the following equation (34).
- the ratio of the level of the pixel signal of the B pixel, the G pixel, and the R pixel (IR pixel) is expressed by the following equation (35). Even when there is a difference in the pixel signal level between the B pixel and the G pixel, the portion where the ICG is excited and does not emit fluorescence becomes a reddish color (highlighted in red) and is displayed on the color monitor 40. There is nothing.
- the level of the pixel signal of the R pixel (IR pixel) is G when the conditions in the image sensor 133 are the same as those described above.
- the level of the pixel signal of the pixel is increased by “40” from the above equation (29). Therefore, the level of the pixel signal of the R pixel (IR pixel) is “130” from the above equation (30).
- the white balance unit 331 determines the level of the pixel signal of the R pixel (IR pixel) by the white balance process from the above equation (30), the above equation (18), and the above equation (33). The level is adjusted to a multiple such as 36).
- the ratio of the level of the pixel signal of the B pixel, the G pixel, and the R pixel (IR pixel) is expressed by the following equation (37).
- the portion where the ICG is excited and fluoresced becomes a reddish color (highlighted in red) and is displayed on the color monitor 40.
- excitation light in a first wavelength band (for example, a wavelength band of 700 nm to 800 nm) that emits fluorescence by irradiating the phosphor (ICG), and the first wavelength Visible light in a second wavelength band different from the band (for example, a wavelength band from 500 nm to 600 nm) and a third wavelength band different from the first wavelength band and the second wavelength band (for example, from 400 nm to 500 nm).
- a first wavelength band for example, a wavelength band of 700 nm to 800 nm
- the first wavelength Visible light in a second wavelength band different from the band
- a third wavelength band different from the first wavelength band and the second wavelength band
- Light source device capable of simultaneously irradiating visible light in the wavelength band, a first filter that selectively transmits fluorescence (on-chip color filter 13211IR), and visible light in the second wavelength band
- a second filter that selectively transmits light on-chip color filter 13210G
- a third filter that selectively transmits visible light in the third wavelength band on-chip color filter.
- Image processing device image sensor 133) in which a plurality of light receiving elements (pixels 1320) provided with any of the first and second pixels 13210B) are provided, and image processing is performed based on pixel signals obtained by detecting light corresponding to each of the pixels 1320.
- an image processing apparatus image processing unit 33 to perform.
- the imaging device (image sensor 132) reflects a dielectric multilayer filter (dielectric) that reflects light in the third wavelength band from the second wavelength band and transmits light in the fluorescent wavelength band.
- a multilayer multilayer filter 13209 a multilayer multilayer filter 13209
- the dielectric multilayer filter 13209 is disposed on the optical path of the on-chip color filter 13211IR, thereby forming a fluorescence observation apparatus (fluorescence observation endoscope apparatus 1).
- the intensity of the excitation light emitted by the light source device 20 is stronger than the intensity of each visible light emitted by the light source device 20, and the fluorescence observation apparatus (the fluorescence observation endoscope apparatus 1 or the fluorescence observation).
- An endoscope apparatus 2 is configured.
- the excitation light cut is arranged on the optical path from the subject irradiated with the excitation light to the imaging device (the image sensor 132 or the image sensor 133) and prevents the excitation light from entering the pixel 1320.
- a fluorescence observation apparatus fluorescence observation endoscope apparatus 1 or fluorescence observation endoscope apparatus 2) further including a filter (excitation light cut filter 131) is configured.
- the fluorescence includes a wavelength of near infrared light (for example, 830 nm), the visible light in the second wavelength band includes a wavelength of green light (for example, 540 nm), and the third
- the visible light in the wavelength band includes a fluorescence observation apparatus (fluorescence observation endoscope apparatus 1 or fluorescence observation endoscope apparatus 2) including a wavelength of blue light (for example, 450 nm).
- the image processing apparatus (the white balance unit 331 included in the image processing unit 33) is a pixel corresponding to the light detected by the pixel 1320 from the on-chip color filter 13211IR via the on-chip color filter 13210B.
- a fluorescence observation device fluorescence observation endoscope device 1 or fluorescence observation endoscope
- image processing white balance processing
- a mirror device 2 is constructed.
- the image sensor 132 or the image sensor 133 has a fourth wavelength band (for example, 600 nm) different from the wavelength band through which each of the on-chip color filter 13210B and the on-chip color filter 13210B selectively transmits.
- a plurality of pixels 1320 provided with a fourth filter (on-chip color filter 13210R) that selectively transmits visible light in a wavelength band ( ⁇ 700 nm wavelength band) is further arranged, and the light source device 20 is connected to the first wavelength band from the first wavelength band. 3 in response to light detected by the pixel 1320 from the on-chip color filter 13211IR through the on-chip color filter 13210B by the image processing apparatus (white balance unit 331 included in the image processing unit 33).
- the fluorescence photographing mode for performing (white balance processing) and the light source device 20 emit light of the second wavelength band to the fourth wavelength band, and the image processing device (white balance unit 331 included in the image processing unit 33).
- a fluorescence observation apparatus fluorescence observation endoscope apparatus 1 or fluorescence observation endoscope apparatus 2 further including an apparatus (imaging mode changeover switch 14) is configured.
- the fluorescence includes a wavelength of near infrared light (for example, 830 nm), the visible light in the second wavelength band includes a wavelength of green light (for example, 540 nm), and the third
- the visible light in the wavelength band includes a blue light wavelength (for example, 450 nm), and the visible light in the fourth wavelength band includes a red light wavelength (for example, 630 nm).
- An endoscope apparatus 1 or a fluorescence observation endoscope apparatus 2) is configured.
- the image processing apparatus (the demosaicing unit 330 included in the image processing unit 33) is a pixel corresponding to the light detected by the pixel 1320 from the on-chip color filter 13210G via the on-chip color filter 13210R.
- a fluorescence observation apparatus fluorescence observation endoscope apparatus 1 or fluorescence observation
- An endoscope apparatus 2 is configured.
- the on-chip color filter 13211IR to the on-chip color filter 13210B are configured by a fluorescence observation apparatus (the fluorescence observation endoscope apparatus 1 or the fluorescence observation endoscope apparatus 2) formed of an organic material. Is done.
- the on-chip color filter 13210R is configured with a fluorescence observation apparatus (fluorescence observation endoscope apparatus 1 or fluorescence observation endoscope apparatus 2) formed of an organic material.
- a fluorescence observation endoscope apparatus fluorescence observation endoscopy in which a fluorescent substance composed of an indocyanine green derivative-labeled antibody (ICG) is administered to a living body (inspection subject) and diagnosed by an endoscope.
- a first wavelength band for example, a wavelength band of 700 nm to 800 nm
- Excitation light visible light in a second wavelength band (for example, a wavelength band of 500 nm to 600 nm) different from the first wavelength band, and third light different from the first wavelength band and the second wavelength band.
- a light source device capable of simultaneously irradiating visible light in a wavelength band (for example, a wavelength band of 400 nm to 500 nm), and a first filter (Onch) that selectively transmits fluorescence.
- Color filter 13211IR a second filter that selectively transmits visible light in the second wavelength band
- on-chip color filter 13210G a third filter that selectively transmits visible light in the third wavelength band.
- On-chip color filter 13210B each of the pixels 1320 detects light corresponding to an imaging device (image sensor 132 or image sensor 133) in which a plurality of light receiving elements (pixels 1320) provided with any one of them are arranged.
- an image processing device image processing unit 33 that performs image processing based on the pixel signal.
- the image sensor 132 or the image sensor 133 is inserted into the body of the subject to be examined in the fluorescence observation endoscope device 1 or the fluorescence observation endoscope device 2 (the tip of the insertion portion 11).
- the fluorescence observation endoscope apparatus 1 or the fluorescence observation endoscope apparatus 2 arranged in the imaging unit 13) provided in the unit is configured.
- the fluorescence includes a wavelength of near infrared light (for example, 830 nm), the visible light in the second wavelength band includes a wavelength of green light (for example, 540 nm), and the third
- the visible light in the wavelength band includes the fluorescence observation endoscope apparatus 1 or the fluorescence observation endoscope apparatus 2 including the wavelength of blue light (for example, 450 nm).
- the image sensor 132 or the image sensor 133 has a fourth wavelength band (for example, 600 nm) different from the wavelength band through which each of the on-chip color filter 13210B and the on-chip color filter 13210B selectively transmits.
- a plurality of pixels 1320 provided with a fourth filter (on-chip color filter 13210R) that selectively transmits visible light in a wavelength band ( ⁇ 700 nm wavelength band) is further arranged, and the light source device 20 is connected to the first wavelength band from the first wavelength band. 3 in response to light detected by the pixel 1320 from the on-chip color filter 13211IR through the on-chip color filter 13210B by the image processing apparatus (white balance unit 331 included in the image processing unit 33).
- the fluorescence photographing mode for performing (white balance processing) and the light source device 20 emit light of the second wavelength band to the fourth wavelength band, and the image processing device (white balance unit 331 included in the image processing unit 33).
- the fluorescence observation endoscope apparatus 1 or the fluorescence observation endoscope apparatus 2 further includes a device (imaging mode changeover switch 14).
- the fluorescence includes a wavelength of near infrared light (for example, 830 nm), the visible light in the second wavelength band includes a wavelength of green light (for example, 540 nm), and the third The visible light in the wavelength band includes a wavelength of blue light (for example, 450 nm), and the visible light in the fourth wavelength band includes a wavelength of red light (for example, 630 nm). 1 or the fluorescence observation endoscope apparatus 2 is configured.
- the visible light in the second wavelength band includes a wavelength of green light (for example, 540 nm)
- the third The visible light in the wavelength band includes a wavelength of blue light (for example, 450 nm)
- the visible light in the fourth wavelength band includes a wavelength of red light (for example, 630 nm). 1 or the fluorescence observation endoscope apparatus 2 is configured.
- the image processing apparatus (the demosaicing unit 330 included in the image processing unit 33) is a pixel corresponding to the light detected by the pixel 1320 from the on-chip color filter 13210G via the on-chip color filter 13210R.
- the fluorescence observation endoscope apparatus 1 or the fluorescence observation endoscope apparatus that performs offset processing on each of the signals based on each of the pixel signals corresponding to the light detected by the pixel 1320 via the on-chip color filter 13211IR. 2 is configured.
- pixels that expose fluorescence emitted by a derivative-labeled antibody (fluorescent agent: fluorescent substance) such as ICG are arranged.
- the pixel which exposes fluorescence can detect the fluorescence which the fluorescent substance excited and fluorescent-emitted.
- a dielectric multilayer filter having a reduced thickness is formed in the solid-state imaging device at the position of the pixel that exposes the fluorescence arranged in the solid-state imaging device.
- each embodiment of the present invention when observing the object under normal conditions (in the normal imaging mode in the embodiment), visible light in the blue (B) wavelength band and green (G) The light emission intensity of visible light in the wavelength band and visible light in the red (R) wavelength band have the same value, and white light that does not include light in the wavelength band of excitation light is irradiated as illumination light onto the object to be inspected.
- the wavelength band of blue (B) when observing an object to be inspected based on the fluorescence emitted by the fluorescent material and excited (in the embodiment, the fluorescence imaging mode), the wavelength band of blue (B) is used.
- the emission intensity of visible light and visible light in the green (G) wavelength band is weak at the same value, the emission intensity of near-infrared light in the excitation light wavelength band is high, and visible light in the red (R) wavelength band
- the object to be inspected is irradiated with illumination light that does not contain.
- the weak fluorescence detected by the pixel that exposes the fluorescence is red (R).
- White balance processing is performed assuming that visible light in the wavelength band is detected.
- each embodiment of the present invention it is possible to provide fluorescence with high accuracy only by providing an optical filter that does not have a high attenuation rate (light shielding rate) that attenuates incident visible light to 5% or 1%, for example. Can be detected. That is, in each embodiment of the present invention, even when a certain amount of visible light is allowed to be incident on the pixels that are exposed to fluorescence arranged in the solid-state imaging device, the fluorescence emitted by the fluorescent material is detected with high accuracy. can do. For this reason, in each embodiment of this invention, the thickness of an optical filter can be made thin and a solid-state imaging device can be reduced in size.
- the imaging part comprised including a solid-state imaging device in a fluorescence observation apparatus can be reduced in size. Accordingly, in each embodiment of the present invention, when the fluorescence observation apparatus is configured as a fluorescence observation endoscope apparatus, the solid-state imaging device is positioned at the distal end portion of the insertion portion that is inserted into the body of the subject to be examined. It can be easily arranged in the imaging unit.
- the solid-state imaging device cannot be arranged in the imaging unit located at the distal end portion of the insertion unit, for example, a position where the solid-state imaging device is arranged by a relay lens that transmits an image by light in a relay form (for example, since the image of the object to be inspected must be optically guided to the operation unit 12 or the like, it is difficult to freely curve the relay lens, and the function of bending the distal end of the insertion unit is installed. Can not do it.
- the solid-state imaging device can be disposed in the imaging unit located at the distal end portion of the insertion unit, and signals exchanged between the solid-state imaging device and other components (for example, in the embodiment, since an imaging signal or a control signal (drive signal) can be transmitted as an electrical signal, the location of the electrical signal line can be freely bent, and the distal end of the insertion portion can be A function of bending can be mounted.
- an imaging signal or a control signal (drive signal) can be transmitted as an electrical signal
- the location of the electrical signal line can be freely bent, and the distal end of the insertion portion can be A function of bending can be mounted.
- the thickness of the optical filter formed in the solid-state imaging device can be reduced, it is possible to suppress deterioration in sensitivity to light and oblique incidence characteristics in each pixel arranged in the solid-state imaging device. be able to.
- the object to be observed can be observed with higher accuracy.
- the fluorescence observation apparatus is configured as a fluorescence observation endoscope apparatus, the object to be inspected can be observed with higher accuracy.
- an imaging signal output from the solid-state imaging device (in the embodiment, the image sensor 132 or the image sensor 133) provided in the imaging unit that constitutes the fluorescence observation apparatus of the present invention
- RAW data A case where each pixel is a pixel signal corresponding to a signal charge obtained by photoelectric conversion, that is, RAW data is shown.
- the format of the imaging signal output from the solid-state imaging device is not limited to the RAW data shown in each embodiment of the present invention.
- YC processing is performed on each pixel signal of the R pixel, the G pixel, and the B pixel, for example, a YCbCr signal .
- a so-called luminance color difference signal such as a YUV signal may be converted and output.
- the image sensor 132 converts the digital pixel signal output from the analog / digital conversion unit 1323 into a digital luminance / chrominance signal, and then captures the serial luminance / chrominance signal parallel / serial converted by the serializer 1324.
- a configuration in which the signal is output to the outside can be considered.
- the demosaicing unit 330 in the image processing unit 33 performs the three-plate processing.
- image data consisting only of pixel signals of any one of pixels, G pixels, or B pixels is generated.
- the configuration in which the light source device constituting the fluorescence observation apparatus of the present invention emits light in a predetermined wavelength band by a set of a white light source and a dichroic mirror is shown.
- the configuration of the light source device is not limited to the configuration shown in each embodiment of the present invention.
- a light source that emits light in a predetermined wavelength band is provided, and a light emitting lens collects and emits the light emitted from each light source. May be.
- the light source device includes, for example, a blue light source that emits light in a blue (B) wavelength band (for example, visible light in a wavelength band of 400 nm to 500 nm) and light in a green (G) wavelength band (for example, A green light source that emits visible light in the wavelength band of 500 nm to 600 nm, a red light source that emits light in the red (R) wavelength band (eg, visible light in the wavelength band of 600 nm to 700 nm), and the wavelength of the excitation light
- B blue
- G green
- a green light source that emits visible light in the wavelength band of 500 nm to 600 nm
- a red light source that emits light in the red (R) wavelength band
- R red
- the excitation light eg, visible light in the wavelength band of 600 nm to 700 nm
- An infrared light source that emits light in a band for example, near infrared light in a wavelength band of 700 nm to 800
- the fluorescence observation apparatus of the present invention is configured as a fluorescence observation endoscope apparatus.
- the fluorescence observation apparatus of the present invention is not limited to the configuration as the fluorescence observation endoscope apparatus shown in each embodiment.
- the fluorescence observation apparatus of the present invention can be configured as a microscope apparatus.
- each component of the fluorescence observation apparatus of the present invention is arranged at an appropriate position in the microscope apparatus.
- Imaging unit Fluorescence observation device, Fluorescence observation endoscope device
- Insertion part Insertion part (insertion part)
- Operation unit 13 Imaging unit (fluorescence observation device, fluorescence observation endoscope device) 130 Imaging Lens 131 Excitation Light Cut Filter (Fluorescence Observation Device, Fluorescence Observation Endoscope Device, Excitation Light Cut Filter) 132, 133 Image sensor (fluorescence observation device, fluorescence observation endoscope device, imaging device) 1320, 1320a, 1320b, 1330, 1330a, 1330b Pixel (light receiving element, imaging device) 13200 Support substrate 13201 Wiring layer 13202 Photoelectric conversion layer (imaging device) 13203 Dielectric multilayer filter layer (imaging device) 13204 On-chip color filter layer (imaging device) 13205 Microlens 13206 Wiring 13207 Photoelectric conversion element (light receiving element, imaging device) 13208 Transparent material 13209 Dielectric multilayer filter (imaging device, dielectric multilayer filter)
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Abstract
Description
本発明は、蛍光観察装置および蛍光観察内視鏡装置に関する。 The present invention relates to a fluorescence observation apparatus and a fluorescence observation endoscope apparatus.
従来から、癌などを診断するために、ICG(インドシアニングリーン)といわれる誘導体標識抗体(蛍光薬剤)を予め検査対象者の体内に投与することによって、病変の有無を判断する診断法が知られている。ICGは、癌などの病巣に親和性をもった蛍光物質であり、赤外領域の光によって励起し、蛍光発光する。そして、従来から、ICGの蛍光発光を観察する機能を備えた様々な医療用のシステムが提案されている。なお、例えば、医師などの検査実施者は、医療用のシステムによって観察した蛍光発光の明るさから病変の有無を判断している。 Conventionally, in order to diagnose cancer and the like, a diagnostic method for determining the presence or absence of a lesion by previously administering a derivative-labeled antibody (fluorescent drug) called ICG (indocyanine green) into the body of a subject to be examined is known. ing. ICG is a fluorescent substance having affinity for lesions such as cancer, and is excited by light in the infrared region to emit fluorescence. Conventionally, various medical systems having a function of observing ICG fluorescence are proposed. Note that, for example, a practitioner such as a doctor determines the presence or absence of a lesion from the brightness of fluorescent emission observed by a medical system.
従来の医療用のシステムには、蛍光発光を観察するための構成として、近赤外光などの赤外領域の光を、ICGを励起させるための励起光として照射し、照射した励起光によって蛍光発光した病巣部の特定のタンパク質を造影する蛍光観察装置を備えている。 In a conventional medical system, as a configuration for observing fluorescence emission, light in the infrared region such as near infrared light is irradiated as excitation light for exciting the ICG, and fluorescence is emitted by the irradiated excitation light. It is equipped with a fluorescence observation device that contrasts a specific protein in the lesion that has emitted light.
例えば、特許文献1には、可視光を用いた通常の観察に加えて、励起光を用いた蛍光の観察を行うことができる内視鏡装置が開示されている。特許文献1に開示された内視鏡装置では、挿入部の先端部から可視光と励起光とを被検査体に照射し、被検査体から反射した可視光および励起光と、励起光による励起によってICGが蛍光発光した蛍光とをイメージガイドファイバを介してカメラヘッドに導く。そして、特許文献1に開示された内視鏡装置では、まず、カメラヘッドに導かれた可視光、励起光、および蛍光を、カメラヘッド内に備えたダイクロックミラーによって、可視光と、励起光および蛍光とに分離する。ここで分離された可視光は、撮像手段によって撮像される。また、特許文献1に開示された内視鏡装置では、分離された励起光および蛍光は、カメラヘッド内に備えた励起光カットフィルタによって励起光が除去(カット)され、蛍光のみがイメージインテンシファイアによって増幅されて、可視光用の撮像手段とは別の撮像手段によって撮像される。
For example,
しかしながら、特許文献1に開示された内視鏡装置の構成、つまり、ダイクロックミラーによって光を分離する構成では、それぞれの撮像手段によって、可視光の撮像と蛍光の撮像とを同時に行うことができるが、撮像系、つまり、ダイクロックミラーや撮像手段などで構成される撮像部の構成が大きくなってしまう。このため、特許文献1に開示された撮像部の構成を、内視鏡装置の先端部に搭載することができない。このことから、特許文献1に開示された内視鏡装置の技術では、先端部を湾曲させる機能によって広範囲の観察を行う構成の内視鏡装置を実現することが困難である。
However, in the configuration of the endoscope apparatus disclosed in
また、従来から、例えば、特許文献2のように、通常の撮影で用いる赤色(R)、緑色(G)、青色(B)の波長帯域の光(可視光)を透過するオンチップカラーフィルタに加えて、近赤外の波長帯域の光(近赤外光)を透過するオンチップカラーフィルタを貼付した固体撮像装置が提案されている。そこで、特許文献2に開示された固体撮像装置を、内視鏡装置における蛍光の観察に利用することが考えられる。この場合には、特許文献1に開示された内視鏡装置のように、ダイクロックミラーを撮像部に備える必要がなくなり、撮像部を内視鏡装置の先端部に搭載することができるように小型化することができる。
Conventionally, for example, as in
しかしながら、ICGによる蛍光の発光は非常に微弱である。このため、特許文献2に開示された固体撮像装置において、近赤外光を透過するオンチップカラーフィルタ(以下、「IRフィルタ」という)が貼付された画素(以下、「IR画素」という)では、ICGによる蛍光を精度よく検出するために、IR画素が検出してしまう可視光の検出量(受光量)を、蛍光の検出量(受光量)よりも十分に小さくする必要がある。従って、IR画素に貼付するIRフィルタは、可視光に対する減衰率を高くして、可視光を十分に減衰させる特性が必要である。
However, the emission of fluorescence by ICG is very weak. For this reason, in the solid-state imaging device disclosed in
ここで、IR画素がICGによる蛍光を精度よく検出するために必要なIRフィルタの特性の一例について説明する。例えば、IR画素における可視光の受光量が蛍光の検出に影響しない、つまり、蛍光の検出において無視することができる可視光の受光量を蛍光の受光量の1/10倍、固体撮像装置に入射する可視光の強度と蛍光の強度との比を15:1、固体撮像装置に備える画素における可視光と蛍光との感度の比を2:1と仮定した場合を考える。この場合、IRフィルタは、入射した可視光を、1/(10×15×2)倍=0.3%まで減衰させなければならない。 Here, an example of the IR filter characteristic necessary for the IR pixel to accurately detect fluorescence by ICG will be described. For example, the amount of visible light received by an IR pixel does not affect the detection of fluorescence, that is, the amount of visible light received that can be ignored in fluorescence detection is incident on the solid-state imaging device by 1/10 times the amount of received fluorescence. Assume that the ratio of the intensity of visible light to the intensity of fluorescence is assumed to be 15: 1, and the ratio of the sensitivity of visible light to fluorescence in the pixels provided in the solid-state imaging device is 2: 1. In this case, the IR filter must attenuate the incident visible light to 1 / (10 × 15 × 2) times = 0.3%.
ところが、一般的にオンチップカラーフィルタの材料として用いられる有機材料でIRフィルタを形成した場合、数%の可視光の波長帯域の光がIRフィルタを透過してしまう。このため、特許文献2に開示された固体撮像装置を内視鏡装置において蛍光を観察するために利用すれば、蛍光の検出感度が著しく悪化してしまう。
However, when an IR filter is formed of an organic material that is generally used as a material for an on-chip color filter, several% of light in the visible wavelength band passes through the IR filter. For this reason, if the solid-state imaging device disclosed in
本発明は、上記の課題に基づいてなされたものであり、撮像系の小型化と、蛍光物質が励起した蛍光の高い精度での検出とを実現することができる蛍光観察装置および蛍光観察内視鏡装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made based on the above-described problems, and is a fluorescence observation apparatus and fluorescence observation endoscopy that can realize downsizing of an imaging system and detection of fluorescence excited by a fluorescent substance with high accuracy. The object is to provide a mirror device.
本発明の第1の態様の蛍光観察装置は、蛍光体に照射することで蛍光を発光させる第1の波長帯域の励起光と、前記第1の波長帯域とは異なる第2の波長帯域の可視光と、前記第1の波長帯域および前記第2の波長帯域とは異なる第3の波長帯域の可視光と、を同時に照射することができる光源装置と、前記蛍光を選択的に透過する第1のフィルタ、前記第2の波長帯域の可視光を選択的に透過する第2のフィルタ、前記第3の波長帯域の可視光を選択的に透過する第3のフィルタ、のいずれかが設けられた受光素子が複数配置された撮像装置と、前記受光素子のそれぞれが対応する光を検出した画素信号に基づいて画像処理を行う画像処理装置と、を有する。 The fluorescence observation apparatus according to the first aspect of the present invention includes excitation light in a first wavelength band that emits fluorescence by irradiating a phosphor, and visible light in a second wavelength band different from the first wavelength band. A light source device capable of simultaneously irradiating light and visible light having a third wavelength band different from the first wavelength band and the second wavelength band; and a first light source that selectively transmits the fluorescence. Or a third filter that selectively transmits visible light in the third wavelength band, or a second filter that selectively transmits visible light in the second wavelength band. An image pickup apparatus in which a plurality of light receiving elements are arranged, and an image processing apparatus that performs image processing based on a pixel signal in which light corresponding to each of the light receiving elements is detected.
本発明の第2の態様によれば、上記第1の態様の蛍光観察装置において、前記撮像装置は、前記第2の波長帯域から前記第3の波長帯域の光を反射し、前記蛍光の波長帯域の光を透過する誘電体多層膜フィルタ、をさらに有し、前記誘電体多層膜フィルタを前記第1のフィルタの光路上に配置してもよい。 According to the second aspect of the present invention, in the fluorescence observation apparatus according to the first aspect, the imaging device reflects light in the third wavelength band from the second wavelength band, and the wavelength of the fluorescence. A dielectric multilayer filter that transmits light in a band may be further included, and the dielectric multilayer filter may be disposed on the optical path of the first filter.
本発明の第3の態様によれば、上記第1の態様の蛍光観察装置において、前記光源装置が照射する前記励起光の強度は、前記光源装置が照射するそれぞれの前記可視光の強度よりも強くてもよい。 According to the third aspect of the present invention, in the fluorescence observation apparatus according to the first aspect, the intensity of the excitation light emitted by the light source device is higher than the intensity of each visible light emitted by the light source device. It may be strong.
本発明の第4の態様によれば、上記第1の態様の蛍光観察装置において、前記励起光を照射する被写体から前記撮像装置に至るまでの光路上に配置され、前記励起光が前記受光素子に入射するのを防ぐ励起光カットフィルタ、をさらに有してもよい。 According to a fourth aspect of the present invention, in the fluorescence observation apparatus according to the first aspect, the fluorescence observation apparatus is disposed on an optical path from the subject that irradiates the excitation light to the imaging apparatus, and the excitation light is the light receiving element. An excitation light cut filter that prevents the light from entering the light source may be further included.
本発明の第5の態様によれば、上記第1の態様の蛍光観察装置において、前記蛍光は、近赤外光の波長を含み、前記第2の波長帯域の可視光は、緑色の光の波長を含み、前記第3の波長帯域の可視光は、青色の光の波長を含んでもよい。 According to a fifth aspect of the present invention, in the fluorescence observation apparatus according to the first aspect, the fluorescence includes a wavelength of near infrared light, and the visible light in the second wavelength band is green light. The visible light in the third wavelength band including a wavelength may include a wavelength of blue light.
本発明の第6の態様によれば、上記第1の態様の蛍光観察装置において、前記画像処理装置は、前記第1のフィルタから前記第3のフィルタを介して前記受光素子が検出した光に応じた前記画素信号のそれぞれに対して、所定の値を乗じて得られる信号レベルに基づいて画像処理を行ってもよい。 According to a sixth aspect of the present invention, in the fluorescence observation device according to the first aspect, the image processing device converts light detected by the light receiving element from the first filter through the third filter. Image processing may be performed based on a signal level obtained by multiplying each of the corresponding pixel signals by a predetermined value.
本発明の第7の態様によれば、上記第1の態様の蛍光観察装置において、前記撮像装置は、前記第1のフィルタから前記第3のフィルタのそれぞれが選択的に透過する波長帯域とは異なる第4の波長帯域の可視光を選択的に透過する第4のフィルタが設けられた受光素子がさらに複数配置され、前記光源装置が、前記第1の波長帯域から前記第3の波長帯域の光を照射し、前記画像処理装置が、前記第1のフィルタから前記第3のフィルタを介して前記受光素子が検出した光に応じた前記画素信号のそれぞれに基づいて前記画像処理を行う蛍光撮影モードと、前記光源装置が、前記第2の波長帯域から前記第4の波長帯域の光を照射し、前記画像処理装置が、前記第2のフィルタから前記第4のフィルタを介して前記受光素子が検出した光に応じた前記画素信号のそれぞれに基づいて前記画像処理を行う通常撮影モードと、を切り替えるモード切り替え装置、をさらに有してもよい。 According to a seventh aspect of the present invention, in the fluorescence observation apparatus according to the first aspect, the imaging device is configured to determine a wavelength band through which each of the third filter selectively transmits from the first filter. A plurality of light receiving elements provided with a fourth filter that selectively transmits visible light in different fourth wavelength bands are further disposed, and the light source device has the third wavelength band to the third wavelength band. Fluorescence imaging in which light is emitted and the image processing device performs the image processing based on each of the pixel signals corresponding to the light detected by the light receiving element from the first filter through the third filter Mode, the light source device emits light of the fourth wavelength band from the second wavelength band, and the image processing device transmits the light receiving element from the second filter through the fourth filter. Light detected by Normal mode and a mode switching device for switching the performing the image processing based on each of the pixel signals corresponding, may further include a.
本発明の第8の態様によれば、上記第7の態様の蛍光観察装置において、前記蛍光は、近赤外光の波長を含み、前記第2の波長帯域の可視光は、緑色の光の波長を含み、前記第3の波長帯域の可視光は、青色の光の波長を含み、前記第4の波長帯域の可視光は、赤色の光の波長を含んでもよい。 According to an eighth aspect of the present invention, in the fluorescence observation apparatus according to the seventh aspect, the fluorescence includes a wavelength of near-infrared light, and the visible light in the second wavelength band is green light. The visible light of the third wavelength band may include a wavelength of blue light, and the visible light of the fourth wavelength band may include a wavelength of red light.
本発明の第9の態様によれば、上記第7の態様の蛍光観察装置において、前記画像処理装置は、前記第2のフィルタから前記第4のフィルタを介して前記受光素子が検出した光に応じた前記画素信号のそれぞれに対して、前記第1のフィルタを介して前記受光素子が検出した光に応じた前記画素信号のそれぞれに基づいてオフセット処理をしてもよい。 According to a ninth aspect of the present invention, in the fluorescence observation apparatus according to the seventh aspect, the image processing device converts the light detected by the light receiving element from the second filter through the fourth filter. For each of the corresponding pixel signals, an offset process may be performed based on each of the pixel signals corresponding to the light detected by the light receiving element via the first filter.
本発明の第10の態様によれば、上記第1の態様の蛍光観察装置において、前記第1のフィルタから前記第3のフィルタは、有機材料で形成されてもよい。 According to the tenth aspect of the present invention, in the fluorescence observation apparatus according to the first aspect, the first filter to the third filter may be formed of an organic material.
本発明の第11の態様によれば、上記第7の態様の蛍光観察装置において、前記第4のフィルタは、有機材料で形成されてもよい。 According to the eleventh aspect of the present invention, in the fluorescence observation apparatus according to the seventh aspect, the fourth filter may be formed of an organic material.
本発明の第12の態様の蛍光観察内視鏡装置は、インドシアニングリーン誘導体標識抗体からなる蛍光物質を生体に投与して内視鏡による診断を行う蛍光観察内視鏡装置であって、前記生体に投与した前記蛍光物質に照射することで蛍光を発光させる第1の波長帯域の励起光と、前記第1の波長帯域とは異なる第2の波長帯域の可視光と、前記第1の波長帯域および前記第2の波長帯域とは異なる第3の波長帯域の可視光と、を同時に照射することができる光源装置と、前記蛍光を選択的に透過する第1のフィルタ、前記第2の波長帯域の可視光を選択的に透過する第2のフィルタ、前記第3の波長帯域の可視光を選択的に透過する第3のフィルタ、のいずれかが設けられた受光素子が複数配置された撮像装置と、前記受光素子のそれぞれが対応する光を検出した画素信号に基づいて画像処理を行う画像処理装置と、を有する。 A fluorescence observation endoscope apparatus according to a twelfth aspect of the present invention is a fluorescence observation endoscope apparatus that performs a diagnosis using an endoscope by administering a fluorescent substance comprising an indocyanine green derivative-labeled antibody to a living body, Excitation light in a first wavelength band that emits fluorescence by irradiating the fluorescent substance administered to a living body, visible light in a second wavelength band different from the first wavelength band, and the first wavelength A light source device capable of simultaneously irradiating a visible light of a third wavelength band different from the band and the second wavelength band, a first filter that selectively transmits the fluorescence, and the second wavelength Imaging in which a plurality of light receiving elements provided with either a second filter that selectively transmits visible light in a band or a third filter that selectively transmits visible light in the third wavelength band are arranged Each of the device and the light receiving element It includes an image processing apparatus that performs image processing on the basis of the corresponding pixel signal which detected the light.
本発明の第13の態様によれば、上記第12の態様の蛍光観察内視鏡装置において、前記撮像装置は、前記蛍光観察内視鏡装置において前記生体の体内に挿入される挿入部に配置されてもよい。 According to a thirteenth aspect of the present invention, in the fluorescence observation endoscope apparatus according to the twelfth aspect, the imaging device is disposed in an insertion portion that is inserted into the body of the living body in the fluorescence observation endoscope apparatus. May be.
本発明の第14の態様によれば、上記第12の態様の蛍光観察内視鏡装置において、前記蛍光は、近赤外光の波長を含み、前記第2の波長帯域の可視光は、緑色の光の波長を含み、前記第3の波長帯域の可視光は、青色の光の波長を含んでもよい。 According to a fourteenth aspect of the present invention, in the fluorescence observation endoscope apparatus according to the twelfth aspect, the fluorescence includes a wavelength of near infrared light, and the visible light in the second wavelength band is green. The visible light of the third wavelength band may include the wavelength of blue light.
本発明の第15の態様によれば、上記第12の態様から上記第14の態様のいずれか一態様の蛍光観察内視鏡装置において、前記撮像装置は、前記第1のフィルタから前記第3のフィルタのそれぞれが選択的に透過する波長帯域とは異なる第4の波長帯域の可視光を選択的に透過する第4のフィルタが設けられた受光素子がさらに複数配置され、前記光源装置が、前記第1の波長帯域から前記第3の波長帯域の光を照射し、前記画像処理装置が、前記第1のフィルタから前記第3のフィルタを介して前記受光素子が検出した光に応じた前記画素信号のそれぞれに基づいて前記画像処理を行う蛍光撮影モードと、前記光源装置が、前記第2の波長帯域から前記第4の波長帯域の光を照射し、前記画像処理装置が、前記第2のフィルタから前記第4のフィルタを介して前記受光素子が検出した光に応じた前記画素信号のそれぞれに基づいて前記画像処理を行う通常撮影モードと、を切り替えるモード切り替え装置、をさらに有してもよい。 According to a fifteenth aspect of the present invention, in the fluorescence observation endoscope apparatus according to any one of the twelfth aspect to the fourteenth aspect, the imaging apparatus is configured to move the first filter to the third filter. A plurality of light receiving elements provided with a fourth filter that selectively transmits visible light in a fourth wavelength band different from the wavelength band through which each of the filters selectively transmits, the light source device, The light of the third wavelength band is irradiated from the first wavelength band, and the image processing device responds to the light detected by the light receiving element from the first filter via the third filter. Fluorescence imaging mode for performing the image processing based on each of the pixel signals, the light source device irradiates light in the fourth wavelength band from the second wavelength band, and the image processing apparatus From the filter A normal shooting mode for performing the image processing based on each of the pixel signals corresponding to the light receiving element is detected through the fourth filter, the mode switching device for switching the may further include a.
本発明の第16の態様によれば、上記第15の態様の蛍光観察内視鏡装置において、前記蛍光は、近赤外光の波長を含み、前記第2の波長帯域の可視光は、緑色の光の波長を含み、前記第3の波長帯域の可視光は、青色の光の波長を含み、前記第4の波長帯域の可視光は、赤色の光の波長を含んでもよい。 According to a sixteenth aspect of the present invention, in the fluorescence observation endoscope apparatus according to the fifteenth aspect, the fluorescence includes a wavelength of near infrared light, and the visible light in the second wavelength band is green. The visible light of the third wavelength band may include the wavelength of blue light, and the visible light of the fourth wavelength band may include the wavelength of red light.
本発明の第17の態様によれば、上記第15の態様の蛍光観察内視鏡装置において、前記画像処理装置は、前記第2のフィルタから前記第4のフィルタを介して前記受光素子が検出した光に応じた前記画素信号のそれぞれに対して、前記第1のフィルタを介して前記受光素子が検出した光に応じた前記画素信号のそれぞれに基づいてオフセット処理をしてもよい。 According to a seventeenth aspect of the present invention, in the fluorescence observation endoscope apparatus according to the fifteenth aspect, the image processing device detects the light receiving element from the second filter through the fourth filter. An offset process may be performed on each of the pixel signals corresponding to the received light based on each of the pixel signals corresponding to the light detected by the light receiving element via the first filter.
上記各態様によれば、撮像系の小型化と、蛍光物質が励起した蛍光の高い精度での検出とを実現することができる蛍光観察装置および蛍光観察内視鏡装置を提供することができる。 According to each aspect described above, it is possible to provide a fluorescence observation apparatus and a fluorescence observation endoscope apparatus that can realize downsizing of an imaging system and detection of fluorescence excited by a fluorescent substance with high accuracy.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明においては、本発明の蛍光観察装置が、蛍光観察内視鏡装置として構成される場合について説明する。図1は、本発明の実施形態における蛍光観察内視鏡装置の概略構成を示した構成図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, a case where the fluorescence observation apparatus of the present invention is configured as a fluorescence observation endoscope apparatus will be described. FIG. 1 is a configuration diagram showing a schematic configuration of a fluorescence observation endoscope apparatus according to an embodiment of the present invention.
図1において、蛍光観察内視鏡装置1は、内視鏡スコープ部10と、光源装置20と、外部処理部30と、カラーモニタ40と、を備えている。蛍光観察内視鏡装置1は、例えば、腹腔鏡手術用の内視鏡装置である。蛍光観察内視鏡装置1は、内視鏡スコープ部10における体内への挿入部が検査対象者の腹部900に挿入され、検査対象者の体内の生体組織など、観察対象の被検査体901を撮影する。図1には、蛍光観察内視鏡装置1を構成する内視鏡スコープ部10の挿入部が、検査対象者の腹部900に挿入されて被検査体901を撮影している状態を示している。
1, the fluorescence
蛍光観察内視鏡装置1は、ICGなどの誘導体標識抗体(蛍光薬剤)が体内に予め投与された状態の検査対象者に対して使用される。以下の説明においては、蛍光薬剤としてICGが検査対象者の体内に投与されているものとして説明する。
The fluorescence
蛍光観察内視鏡装置1は、可視光による被検査体901の撮影を行う撮影モード(以下、「通常撮影モード」という)と、近赤外光などの励起光の照射によって投与したICGが励起して蛍光発光した蛍光による被検査体901の撮影を行う撮影モード(以下、「蛍光撮影モード」という)と、を備えている。
The fluorescence
蛍光観察内視鏡装置1において、内視鏡スコープ部10は、挿入部11と、操作部12と、を備えている。蛍光観察内視鏡装置1において、内視鏡スコープ部10の操作部12と光源装置20とは、光信号ケーブル50によって接続されている。また、蛍光観察内視鏡装置1において、内視鏡スコープ部10の操作部12と外部処理部30とは、電気信号ケーブル60によって接続されている。
In the fluorescence
内視鏡スコープ部10は、挿入部11が検査対象者の腹部900などに挿入され、被検査体901の像を撮像する。このとき、被検査体901には、光信号ケーブル50を介して導かれた照明光が挿入部11の先端部から照射される。内視鏡スコープ部10は、撮像した被検査体901の像に応じた撮像信号を、電気信号ケーブル60介して外部処理部30に出力する。
In the
挿入部11は、ICGが予め投与された状態の検査対象者の腹部900から検査対象者の体内に挿入される。内視鏡スコープ部10において、挿入部11は、先端部に撮像部13を備えている。撮像部13は、被検査体901の像を電気信号に変換した撮像信号を生成する。そして、撮像部13は、生成した撮像信号を、挿入部11、操作部12、および電気信号ケーブル60を介して外部処理部30に出力する。
The
操作部12は、例えば、検査実施者(例えば、腹腔鏡手術を実施している医師など)が操作することによって、挿入部11および撮像部13の動作を制御する支持部である。内視鏡スコープ部10において、操作部12は、蛍光観察内視鏡装置1における撮影モードを切り替えるための撮影モード切り替えスイッチ14を備えている。撮影モード切り替えスイッチ14は、例えば、検査実施者の操作によって切り替えられた、蛍光観察内視鏡装置1の撮影モードを表す電気信号を、操作部12および電気信号ケーブル60を介して外部処理部30に出力する。
The
光源装置20は、蛍光観察内視鏡装置1において被検査体901を観察する際に被検査体901に照射する照明光を出射する。光源装置20が出射した照明光は、光信号ケーブル50を介して内視鏡スコープ部10の操作部12に導かれ、挿入部11の先端部に備えた撮像部13から被検査体901に照射される。光源装置20は、蛍光観察内視鏡装置1における撮影モードに応じた波長帯域の照明光を出射する。より具体的には、蛍光観察内視鏡装置1が通常撮影モードで被検査体901の撮影を行う場合、光源装置20は、可視光を照明光として出射する。また、蛍光観察内視鏡装置1が蛍光撮影モードで被検査体901の撮影を行う場合、光源装置20は、励起光を含む照明光を出射する。
The
外部処理部30は、電気信号ケーブル60を介して入力された、内視鏡スコープ部10に備えた撮像部13が撮影した被検査体901の撮像信号に対して予め定めた画像処理を行い、撮影した被検査体901を含む画像を生成する画像処理装置である。外部処理部30は、生成した被検査体901を含む画像の画像信号をカラーモニタ40に出力して表示させる。また、外部処理部30は、撮像部13が被検査体901を撮影する際の制御信号(駆動信号)を、電気信号ケーブル60を介して撮像部13に伝送する。
The
カラーモニタ40は、外部処理部30から入力された画像信号に応じた被検査体901を含む画像を表示する、例えば、液晶ディスプレイ(LCD:Liquid Crystal Display)などの表示装置である。
The color monitor 40 is a display device such as a liquid crystal display (LCD) that displays an image including the inspected
このような構成によって蛍光観察内視鏡装置1は、可視光による被検査体901の撮影と、検査対象者に投与されたICGを励起光によって励起させた蛍光による被検査体901の撮影とを行う。つまり、蛍光観察内視鏡装置1では、通常撮影モードでの撮影と蛍光撮影モードでの撮影とを行う。そして、蛍光観察内視鏡装置1は、撮影した被検査体901を含む画像を、検査実施者に提示する。
With such a configuration, the fluorescence
なお、蛍光観察内視鏡装置1は、上述したように、腹腔鏡手術用の内視鏡装置であるため、基本的には可視光などの外光は入射しない。従って、以下の説明においては、蛍光撮影モードのときには、腹部900と挿入部11との間は完全に閉ざし、腹部900の外部から、蛍光観察内視鏡装置1を使用する作業環境などにおける外光(環境光)は、被検査体901の方に漏れ込まないものとして説明する。つまり、蛍光撮影モードにおいては、光源装置20から出射された照明光以外の光が被検査体901に照射されないものとして説明する。ただし、通常撮影モードのときは、被検査体901を観察するための準備を行っていることもあり、蛍光観察内視鏡装置1を使用する作業環境などによっては、腹部900の外部から環境光が漏れ込むことも考えられる。このため、通常撮影モードのときには、近赤外光を含む環境光が被検査体901の方に漏れ込むものとして説明する。
Note that, as described above, since the fluorescence
次に、蛍光観察内視鏡装置1のより詳細な構成について説明する。図2は、本発明の実施形態の蛍光観察内視鏡装置1の概略構成を示したブロック図である。図2において、蛍光観察内視鏡装置1を構成する内視鏡スコープ部10の先端部に備えた撮像部13は、撮像レンズ130と、励起光カットフィルタ131と、イメージセンサ132と、ライトガイド51と、を含んで構成される。
Next, a more detailed configuration of the fluorescence
ライトガイド51は、光源装置20が発光した照明光を撮像部13まで導く、例えば、光ファイバなどの導光ケーブルである。ライトガイド51によって、光源装置20が発光した照明光が、光信号ケーブル50、操作部12、および挿入部11を通って撮像部13まで導かれ、ライトガイド51の先端から被検査体901に照射される。
The
撮像レンズ130は、入射した光、すなわち、光源装置20が発光した照明光が照射された被検査体901からの反射光および蛍光をイメージセンサ132側に出射し、被検査体901の像をイメージセンサ132の撮像面に結像させる光学レンズである。
The
励起光カットフィルタ131は、撮像レンズ130から出射された被検査体901からの反射光および蛍光に含まれる励起光の波長帯域の光のみを反射または吸収して減衰させる光学フィルタである。例えば、励起光カットフィルタ131は、励起光の波長帯域である700nm~800nm近辺の波長帯域の光を減衰させる。なお、以下の説明においては、励起光カットフィルタ131は、入射した反射光および蛍光に含まれる励起光をほぼ“0”に近いレベルまで減衰させるため、「減衰」ではなく、「除去(カット)」という表現を用いて説明する。励起光カットフィルタ131は、励起光をカットした被検査体901からの反射光および蛍光を、イメージセンサ132に出射する。
The excitation light cut
イメージセンサ132は、入射した光を露光(検出)し、露光した光を光電変換した電気信号を、撮像信号として出力する固体撮像装置である。イメージセンサ132は、励起光カットフィルタ131から出射された励起光がカットされた被検査体901からの反射光および蛍光を露光し、露光した反射光および蛍光に応じた撮像信号を生成する。
The
イメージセンサ132には、入射した光を光電変換するフォトダイオードなどの光電変換素子(受光素子)を備えた画素が、行列状に複数配置されている。イメージセンサ132内に配置された画素には、赤色(R)の波長帯域の光(可視光)を透過するオンチップカラーフィルタが貼付された画素(以下、「R画素」という)と、緑色(G)の波長帯域の光(可視光)を透過するオンチップカラーフィルタが貼付された画素(以下、「G画素」という)と、青色(B)の波長帯域の光(可視光)を透過するオンチップカラーフィルタが貼付された画素(以下、「B画素」という)とがある。また、イメージセンサ132内に配置された画素には、近赤外光を透過するオンチップカラーフィルタ(以下、「IRフィルタ」という)が貼付された画素(以下、「IR画素」という)もある。IR画素は、光源装置20が照射した近赤外光などの励起光によって検査対象者に投与したICGが励起して蛍光発光した蛍光を露光する画素である。なお、イメージセンサ132におけるそれぞれの画素の配置や構成に関する詳細な説明は、後述する。
In the
イメージセンサ132は、それぞれの画素が露光して光電変換した電気信号(以下、「画素信号」という)に応じた撮像信号を、挿入部11、操作部12、および電気信号ケーブル60を通る撮像信号線61によって、外部処理部30に出力する。なお、イメージセンサ132は、イメージセンサ132内に配置されたそれぞれの画素が出力したアナログの画素信号をアナログ/デジタル変換(A/D変換)し、画素信号の大きさを表すデジタル値、いわゆる、RAWデータを、撮像信号として外部処理部30に出力する。このRAWデータは、それぞれの画素信号の大きさを表すパラレルのデジタル値である。
The
イメージセンサ132は、RAWデータを撮像信号として外部処理部30に伝送するための撮像信号線61の信号線の数を削減するため、パラレルのデジタル値であるRAWデータ(以下、「パラレルRAWデータ」という)をシリアルのデジタル値のRAWデータ(以下、「シリアルRAWデータ」という)にパラレル/シリアル変換してから、シリアルRAWデータを撮像信号として外部処理部30に出力する。
The
また、図2において、蛍光観察内視鏡装置1を構成する光源装置20は、発光制御部21と、4個の白色光源221~白色光源224と、4個のダイクロックミラー231~ダイクロックミラー234と、光照射レンズ24と、を含んで構成される。
In FIG. 2, the
白色光源221~白色光源224のそれぞれは、白色光を発光する光源である。白色光源221~白色光源224のそれぞれは、発光制御部21からの制御に応じた強度の白色光を発光する。なお、以下の説明において白色光源221~白色光源224のそれぞれを区別しない場合には、「白色光源220」という。
Each of the
ダイクロックミラー231~ダイクロックミラー234のそれぞれは、白色光源221~白色光源224のそれぞれに対応し、対応する白色光源220のそれぞれが発光した白色光から特定の波長帯域の光を選択(分離)する。ダイクロックミラー231~ダイクロックミラー234のそれぞれは、分離した光を光照射レンズ24に出射する。
Each of the
より具体的には、ダイクロックミラー231は、対応する白色光源221が発光した白色光における青色(B)の波長帯域の光(例えば、400nm~500nmの波長帯域の光)を光照射レンズ24が配置された方向に反射することによって分離した青色(B)の光(可視光)を、光照射レンズ24に出射する。また、ダイクロックミラー232は、対応する白色光源222が発光した白色光における緑色(G)の波長帯域の光(例えば、500nm~600nmの波長帯域の光)を光照射レンズ24が配置された方向に反射することによって分離した緑色(G)の光(可視光)を、光照射レンズ24に出射する。また、ダイクロックミラー233は、対応する白色光源223が発光した白色光における赤色(R)の波長帯域の光(例えば、600nm~700nmの波長帯域の光)を光照射レンズ24が配置された方向に反射することによって分離した赤色(R)の光(可視光)を、光照射レンズ24に出射する。また、ダイクロックミラー234は、対応する白色光源224が発光した白色光における励起光の波長帯域の光(例えば、700nm~800nmの波長帯域の光)を光照射レンズ24が配置された方向に反射することによって分離したICGを励起させるための励起光(近赤外光)を、光照射レンズ24に出射する。
More specifically, in the
光照射レンズ24は、ダイクロックミラー231~ダイクロックミラー234のそれぞれから出射された特定の波長帯域の光を、ライトガイド51の径と同程度まで集光させる光学レンズである。光照射レンズ24は、集光させた光をライトガイド51の第1の端面に出射する。これにより、ライトガイド51は、光照射レンズ24から出射された光を撮像部13まで導き、光源装置20が発光した照明光として、撮像部13の先端に配置された第2の端面から出射(被検査体901に照射)する。
The
発光制御部21は、外部処理部30から入力された蛍光観察内視鏡装置1の撮影モードの情報に基づいて、白色光源220のそれぞれにおける白色光の発光や、発光する白色光の強度を制御する。なお、発光制御部21における撮影モードの情報に基づいたそれぞれの白色光源220の制御に関する詳細な説明は、後述する。
The light
また、図2において、蛍光観察内視鏡装置1を構成する外部処理部30は、モード判定部31と、デシリアライザ32と、画像処理部33と、デジタル/アナログ変換部(D/A変換部)34と、を含んで構成される。
In FIG. 2, the
モード判定部31は、蛍光観察内視鏡装置1の撮影モードの情報を、画像処理部33と、光源装置20内の発光制御部21とのそれぞれに出力する。より具体的には、モード判定部31は、操作部12から電気信号ケーブル60を通るモード信号線62によって伝送された電気信号に含まれる、操作部12に備えた撮影モード切り替えスイッチ14を検査実施者が操作して切り替えた撮影モードの情報を、画像処理部33と、光源装置20内の発光制御部21とのそれぞれに出力する。
The
デシリアライザ32は、撮像部13に備えたイメージセンサ132から出力されて撮像信号線61によって伝送された撮像信号(シリアルRAWデータ)から、イメージセンサ132がアナログ/デジタル変換した元のパラレルRAWデータを復元する。つまり、デシリアライザ32は、入力されたシリアルRAWデータに対してシリアル/パラレル変換を行って、パラレルRAWデータに復元する。そして、デシリアライザ32は、復元したパラレルRAWデータを、画像処理部33に出力する。
The
画像処理部33は、モード判定部31から入力された撮影モードの情報に応じて、デシリアライザ32から出力されたパラレルRAWデータに対して画像処理を行って、イメージセンサ132が撮像した被検査体901を含む画像を生成する。画像処理部33は、生成した被検査体901を含む画像のデータ(以下、「画像データ」という)を、デジタル/アナログ変換部34に出力する。画像処理部33は、デモザイキング部330と、ホワイトバランス部331と、ガンマ補正部332と、を含んで構成される。
The
デモザイキング部330は、モード判定部31から入力された撮影モードの情報に応じて、デシリアライザ32から入力されたパラレルRAWデータから、赤色(R)、緑色(G)、青色(B)、および近赤外光のそれぞれの光ごとの画像データを生成する。つまり、デモザイキング部330は、イメージセンサ132に配置されたR画素、G画素、B画素、またはIR画素のいずれかの画素の画素信号(デジタル値)のみからなるそれぞれの画像データを生成する。
The
より具体的には、デモザイキング部330は、入力されたパラレルRAWデータ(復元されたパラレルRAWデータ)に対して、いわゆる、三板化の処理と同様の画像処理(以下、「デモザイキング処理」という)を行うことによって、イメージセンサ132に配置された全ての画素の位置が、赤色(R)、緑色(G)、青色(B)、または近赤外光のいずれかの光に応じた画素信号(デジタル値)で表された画像データを生成する。デモザイキング処理では、イメージセンサ132に配置されたある波長帯域の光に対応した画素信号(デジタル値)から、別の波長帯域の光に対応した画素が配置された位置における画素信号(デジタル値)を補間して、同じ波長帯域の光に対応した画素信号(デジタル値)のみからなる1フレーム分の画像データを生成する。デモザイキング部330は、デモザイキング処理を、それぞれの波長帯域の光ごとに行う。
More specifically, the
デモザイキング部330は、デモザイキング処理によって、R画素が出力した画素信号に相当する画素信号(デジタル値)のみからなる1フレーム分の画像データと、G画素が出力した画素信号に相当する画素信号(デジタル値)のみからなる1フレーム分の画像データと、B画素が出力した画素信号に相当する画素信号(デジタル値)のみからなる1フレーム分の画像データとのそれぞれの画像データを生成する。また、デモザイキング部330は、デモザイキング処理によって、IR画素が出力した画素信号に相当する画素信号(デジタル値)のみからなる1フレーム分の画像データも生成する。
The
以下の説明においては、R画素が出力した画素信号に相当する画素信号(デジタル値)のみからなる1フレーム分の画像データを「R画像データ」といい、G画素が出力した画素信号に相当する画素信号(デジタル値)のみからなる1フレーム分の画像データを「G画像データ」といい、B画素が出力した画素信号に相当する画素信号(デジタル値)のみからなる1フレーム分の画像データを「B画像データ」という。なお、以下の説明においてR画像データ、G画像データ、およびB画像データのそれぞれを区別しない場合には、「RGB画像データ」という。また、以下の説明においては、IR画素が出力した画素信号に相当する画素信号(デジタル値)のみからなる1フレーム分の画像データを「IR画像データ」という。 In the following description, image data for one frame consisting only of a pixel signal (digital value) corresponding to the pixel signal output from the R pixel is referred to as “R image data” and corresponds to the pixel signal output from the G pixel. Image data for one frame consisting only of pixel signals (digital values) is referred to as “G image data”, and image data for one frame consisting only of pixel signals (digital values) corresponding to pixel signals output by B pixels. This is called “B image data”. In the following description, R image data, G image data, and B image data are referred to as “RGB image data” when they are not distinguished from each other. In the following description, image data for one frame including only a pixel signal (digital value) corresponding to the pixel signal output from the IR pixel is referred to as “IR image data”.
また、デモザイキング部330は、生成したIR画像データに基づいて、生成したR画像データ、G画像データ、およびB画像データのそれぞれにおいて同じ位置の画素に対応する画素信号のデジタル値の大きさを補正する画像処理(以下、「オフセット処理」という)を行って、最終的なR画像データ、G画像データ、およびB画像データを生成する。オフセット処理では、R画像データ、G画像データ、およびB画像データのそれぞれからIR画像データを減算する。デモザイキング部330は、オフセット処理を、それぞれの画像データに対して行う。
Further, the
なお、デモザイキング部330において行うそれぞれの画像処理、つまり、パラレルRAWデータからRGB画像データおよびIR画像データを生成するデモザイキング処理、およびRGB画像データをIR画像データに基づいたオフセット処理に関する詳細な説明は、後述する。
Detailed description regarding each image processing performed in the
デモザイキング部330は、生成したRGB画像データ、つまり、IR画像データに基づいてデジタル値の大きさの補正(オフセット処理)を行った最終的なRGB画像データのそれぞれを、ホワイトバランス部331に出力する。
The
ホワイトバランス部331は、デモザイキング部330から入力されたRGB画像データに対して、画像における白(ホワイト)のレベルを調整する画像処理(以下、「ホワイトバランス処理」という)を行う。つまり、ホワイトバランス部331は、白の被写体を撮影した場合に、R画像データ、G画像データ、およびB画像データのそれぞれにおいて同じ位置の画素に対応した画素信号のデジタル値の大きさが、同様の値になるようにデジタル値を調整する画像処理を行う。より具体的には、RGB画像データが白の被写体を表すデジタル値である場合に、RGB画像データに含まれる同じ位置の赤色(R)の画素信号のデジタル値の大きさと、緑色(G)の画素信号のデジタル値の大きさと、青色(B)の画素信号のデジタル値の大きさとが、白の被写体に対して同様の値になるように、RGB画像データのそれぞれを構成する画素信号のデジタル値にゲイン値を乗じる画像処理を、画素ごとに行う。
The
なお、ホワイトバランス処理では、撮影した被写体が白である場合、RGB画像データのそれぞれの画素信号のデジタル値の大きさが、白の被写体に対して同じ値であることが望ましい。しかし、本発明においては、RGB画像データのそれぞれを構成する画素信号のデジタル値の大きさが、白の被写体に対して完全に同じ値になるということには規定しない。つまり、本発明においては、ホワイトバランスのずれを、予め定めた範囲で許容する。なお、本発明において予め定めた範囲で許容するホワイトバランスのずれは、一般的に考えられるホワイトバランスのずれと同様であり、ホワイトバランスのずれ量に関しては、特に規定しない。 In the white balance processing, when the photographed subject is white, it is desirable that the digital value of each pixel signal of the RGB image data is the same value as the white subject. However, in the present invention, it is not stipulated that the magnitude of the digital value of the pixel signal constituting each of the RGB image data is the same value for a white subject. That is, in the present invention, the white balance deviation is allowed within a predetermined range. Note that the white balance deviation allowed in a predetermined range in the present invention is the same as a generally considered white balance deviation, and the amount of white balance deviation is not particularly defined.
ホワイトバランス部331は、ホワイトバランスの調整を行ったRGB画像データのそれぞれを、ガンマ補正部332に出力する。
The
ガンマ補正部332は、ホワイトバランス部331から入力されたRGB画像データのそれぞれに応じた画像をカラーモニタ40に出力して表示させる際の色味を補正するガンマオフセット処理を行う。つまり、ガンマ補正部332は、イメージセンサ132が撮像した被検査体901の色が、カラーモニタ40に正しく表示されるように、ホワイトバランス処理されたRGB画像データに基づいて生成されてカラーモニタ40に入力される画像信号と、実際にカラーモニタ40に表示される画像との色味の非線形性を補正する。
The
ガンマ補正部332は、ガンマ補正を行ったRGB画像データのそれぞれを、デジタル/アナログ変換部34に出力する。
The
デジタル/アナログ変換部34は、ガンマ補正部332から入力されたRGB画像データ(デジタル値)のそれぞれをデジタル/アナログ変換(D/A変換)する。デジタル/アナログ変換部34は、デジタル/アナログ変換した画像信号(アナログ信号)を、外部処理部30が生成した表示用の画像信号としてカラーモニタ40に出力し、カラーモニタ40に被検査体901を含む画像を表示させる。
The digital /
このような構成によって蛍光観察内視鏡装置1は、通常撮影モードにおいて、被検査体901を含む画像を可視光によって撮影し、蛍光撮影モードにおいて、被検査体901が励起光によって励起された蛍光を含む画像を撮影する。そして、蛍光観察内視鏡装置1は、撮影した被検査体901を含む画像をカラーモニタ40に表示して検査実施者に提示する。
With this configuration, the fluorescence
なお、蛍光観察内視鏡装置1においては、内視鏡スコープ部10の先端部に備えた撮像部13内の励起光カットフィルタ131およびイメージセンサ132と、光源装置20と、外部処理部30に備えた画像処理部33内のデモザイキング部330およびホワイトバランス部331とが、本発明の蛍光観察装置を構成する構成要素に相当する。
In the fluorescence
次に、蛍光観察内視鏡装置1において本発明の蛍光観察装置を構成するイメージセンサ132について説明する。図3は、本発明の実施形態の蛍光観察内視鏡装置1に備えた固体撮像装置(イメージセンサ132)の概略構成を示したブロック図である。図3において、イメージセンサ132は、画素部1321と、読み出し部1322と、アナログ/デジタル変換部1323と、シリアライザ1324と、を備えている。
Next, the
画素部1321は、複数の画素1320が配置されている。図3には、複数の画素1320が、7行8列に2次元的に配置された画素部1321の一例を示している。画素部1321内に配置されたそれぞれの画素1320は、配置されたそれぞれの位置に入射してきた光を、光強度に応じた電荷量の信号電荷を発生し、発生した信号電荷を蓄積する。
In the
読み出し部1322は、画素部1321内に配置されたそれぞれの画素1320が発生して蓄積した信号電荷の読み出しを制御する。読み出し部1322は、例えば、制御回路13220、垂直走査回路13221、水平走査回路13222などを含んで構成される。制御回路13220は、読み出し部1322に備えたそれぞれの構成要素、つまり、読み出し部1322の全体を制御する。垂直走査回路13221は、制御回路13220からの制御に応じて画素部1321内のそれぞれの画素1320を行ごとに駆動し、それぞれの画素1320に蓄積された信号電荷に応じた電圧信号を、画素信号として垂直信号線1325に出力させる。これにより、それぞれの画素1320が行ごとに出力した画素信号(アナログ信号)が、アナログ/デジタル変換部1323に入力される。水平走査回路13222は、制御回路13220からの制御に応じて画素部1321内のそれぞれの画素1320の列ごとに、アナログ/デジタル変換部1323を制御し、アナログ/デジタル変換部1323がアナログ/デジタル変換した後の画素信号(デジタル値)を、画素部1321内のそれぞれの画素1320の列ごとに順次、水平信号線1326に出力させる。これにより、アナログ/デジタル変換部1323がアナログ/デジタル変換したそれぞれの画素1320が出力したアナログの画素信号の大きさを表すデジタル値の画素信号が、画素部1321に配置されたそれぞれの画素1320の列ごとに、シリアライザ1324に順次入力される。
The reading unit 1322 controls reading of signal charges generated and accumulated by the
アナログ/デジタル変換部1323は、読み出し部1322内の垂直走査回路13221からの制御に応じて画素部1321内のそれぞれの画素1320から出力されたアナログの画素信号をアナログ/デジタル変換する。図3には、入力されたアナログ信号の電圧値をアナログ/デジタル変換したデジタル値を出力するアナログ/デジタル変換回路(A/D変換回路)13230を、画素部1321に配置されたそれぞれの画素1320の列ごとに備えた構成のアナログ/デジタル変換部1323の一例を示している。アナログ/デジタル変換回路13230のそれぞれは、対応する列の画素1320から入力されたアナログの画素信号の電圧値をアナログ/デジタル変換したデジタル値の画素信号を出力する。アナログ/デジタル変換部1323は、読み出し部1322内の水平走査回路13222からの制御に応じて、アナログ/デジタル変換回路13230のそれぞれがアナログ/デジタル変換したデジタル値の画素信号を、水平信号線1326を介してシリアライザ1324に出力する。
The analog /
なお、図3には、アナログ/デジタル変換回路13230を画素部1321内の画素1320の列ごと、つまり、1列に1個のアナログ/デジタル変換回路13230を備える構成のアナログ/デジタル変換部1323を示した。しかし、アナログ/デジタル変換部1323内の構成は、図3に示した構成に限定されるものではない。例えば、アナログ/デジタル変換部1323は、画素部1321内の画素1320の複数列に対して1個のアナログ/デジタル変換回路13230を備える構成であってもよい。また、1個のアナログ/デジタル変換回路13230が、それぞれの列の画素1320から出力されたアナログの画素信号の電圧値を順次、アナログ/デジタル変換する構成であってもよい。
In FIG. 3, the analog /
シリアライザ1324は、アナログ/デジタル変換部1323から順次入力された画素信号(デジタル値)、つまり、パラレルRAWデータをパラレル/シリアル変換する。シリアライザ1324は、パラレル/シリアル変換したシリアルRAWデータを、撮像信号としてイメージセンサ132の外部に出力する。このとき、シリアライザ1324は、シリアルRAWデータを、例えば、差動インターフェース方式であるLVDS(Low voltage differential signaling)方式に対応させて、撮像信号としてイメージセンサ132の外部に出力する。この場合、シリアライザ1324は、LVDS方式の終端の処理なども行う。
The
なお、イメージセンサ132において画素部1321に複数配置される画素1320には、上述したように、R画素と、G画素と、B画素と、IR画素とがある。イメージセンサ132では、R画素、G画素、およびB画素と、IR画素とで構造が異なる。ここで、蛍光観察内視鏡装置1において本発明の蛍光観察装置を構成するイメージセンサ132の構造について説明する。図4は、本発明の実施形態の蛍光観察内視鏡装置1に備えた固体撮像装置(イメージセンサ132)の構造の一例を示した断面図である。図4には、イメージセンサ132においてR画素、G画素、またはB画素と、IR画素とが形成されている場合における画素部1321の一部の縦構造を示している。イメージセンサ132は、裏面照射(BackSide Illumination:BSI)型の固体撮像装置である。
In addition, as described above, the
イメージセンサ132は、支持基板13200の上に、画素1320を構成するそれぞれの層が積層されて形成されている。より具体的には、支持基板13200から光が入射する側に向かって配線層13201、光電変換層13202、誘電体多層膜フィルタ層13203、オンチップカラーフィルタ層13204、およびマイクロレンズ13205が形成されている。
The
支持基板13200は、配線層13201、光電変換層13202、誘電体多層膜フィルタ層13203、オンチップカラーフィルタ層13204、およびマイクロレンズ13205が形成されたイメージセンサ132の機能を形成した半導体基板を支持するための半導体基板である。
The
配線層13201は、イメージセンサ132に備えたそれぞれの回路要素における配線を形成する層である。図4には、配線層13201に、それぞれの画素1320の回路要素を接続する配線13206を形成した状態を模式的に示している。それぞれの画素1320は、配線層13201に形成された配線13206を通して入力された垂直走査回路13221からの駆動信号に応じた画素信号(アナログ信号)を、配線13206を通して垂直信号線1325に出力する。
The
光電変換層13202は、画素1320を構成する光電変換素子を形成する層である。図4には、光電変換層13202に、2個の画素1320のそれぞれを構成する光電変換素子13207を形成した状態を模式的に示している。それぞれの光電変換素子13207は、入射した光の光強度に応じた信号電荷を発生して蓄積する。
The
誘電体多層膜フィルタ層13203は、光電変換層13202に形成された光電変換素子13207に入射する可視光を減衰させる誘電体などの無機材料を多層に積層した誘電体多層膜フィルタを形成する層である。なお、イメージセンサ132には、可視光を透過するオンチップカラーフィルタが貼付されたR画素、G画素、およびB画素と、近赤外光を透過するIRフィルタが貼付されたIR画素とがある。誘電体多層膜フィルタ層13203には、IR画素に対応する位置に誘電体多層膜フィルタが形成される。図4には、R画素、G画素、またはB画素である画素1320aに対応する位置の誘電体多層膜フィルタ層13203に透明材13208を形成し、IR画素である画素1320bに対応する位置の誘電体多層膜フィルタ層13203に誘電体多層膜フィルタ13209を形成した状態を模式的に示している。
The dielectric
誘電体多層膜フィルタ13209は、画素1320b(IR画素)に入射する可視光を減衰させる光学フィルタであり、例えば、二酸化シリコン(SiO2)の層と酸化チタン(TiO2)の層とを交互に積層することによって形成する。なお、誘電体多層膜フィルタ13209の厚さは、1um未満である。従って、入射する光に対する感度や斜め方向から入射する光に対する斜入射特性の悪化を抑えることができる。ただし、イメージセンサ132では、誘電体多層膜フィルタ層13203に、画素1320bに入射する可視光を無視できるレベルに減衰させるような高い減衰率の誘電体多層膜フィルタ13209を形成していない。
The
ここで、仮に、誘電体多層膜フィルタ13209に、例えば可視光を0.3%まで減衰させるような特性を求めれば、積層する層の数をかなり増やす必要があり、誘電体多層膜フィルタの厚さが非常に厚くなってしまう。すると、マイクロレンズ13205から光電変換素子13207までの間の距離が長くなり、光に対する感度や斜め方向から入射する光に対する特性(斜入射特性)が著しく悪化してしまう。つまり、イメージセンサ132では、画素1320bへの可視光の入射を制限しつつ、入射する光に対する感度や斜め方向から入射する光に対する斜入射特性の著しい悪化も抑えている。
Here, if the
また、透明材13208は、画素1320a(R画素、G画素、またはB画素)に入射した光をそのまま透過する特性であり、例えば、二酸化シリコン(SiO2)などによって形成する。透明材13208は、画素1320b(IR画素)の位置に誘電体多層膜フィルタ13209を形成したことによる誘電体多層膜フィルタ層13203の段差を整える(誘電体多層膜フィルタ層13203の高さを調整する)役割を担っている。
The
オンチップカラーフィルタ層13204は、予め定めた波長帯域の光を透過して光電変換層13202に形成された光電変換素子13207に入射させるオンチップカラーフィルタを形成する層である。図4には、画素1320a(R画素、G画素、またはB画素)に対応する位置に、赤色(R)、緑色(G)、または青色(B)の波長帯域の光(可視光)を透過するオンチップカラーフィルタ13210を形成し、画素1320b(IR画素)に対応する位置に、近赤外の波長帯域の光(近赤外光)を透過するオンチップカラーフィルタ13211を形成した状態を模式的に示している。
The on-chip
マイクロレンズ13205は、入射した光を、光電変換層13202に形成された光電変換素子13207のそれぞれに集光させる。マイクロレンズ13205は、光電変換素子13207のそれぞれに対応する位置に形成される。図4には、光電変換層13202に形成された2個の光電変換素子13207に対応するそれぞれのマイクロレンズ13205を形成した状態を模式的に示している。
The
次に、イメージセンサ132において、オンチップカラーフィルタ層13204に形成するそれぞれのオンチップカラーフィルタと、誘電体多層膜フィルタ層13203に形成する透明材13208および誘電体多層膜フィルタ13209の配置について説明する。図5Aは、本発明の実施形態の蛍光観察内視鏡装置1に備えた固体撮像装置(イメージセンサ132)の画素1320に貼付するオンチップカラーフィルタの配置の一例を模式的に示した図である。また、図5Bは、本発明の実施形態の蛍光観察内視鏡装置1に備えた固体撮像装置(イメージセンサ132)の画素1320に対応する誘電体多層膜フィルタ13209の配置の一例を模式的に示した図である。
Next, in the
まず、図5Aを用いて、イメージセンサ132の画素部1321に配置する画素1320に対応するオンチップカラーフィルタの配置について説明する。上述したように、イメージセンサ132には、異なる波長帯域の光を光電変換する画素1320が行列状に複数配置される。より具体的には、イメージセンサ132には、赤色(R)の波長帯域の光(可視光)を光電変換するR画素と、緑色(G)の波長帯域の光(可視光)を光電変換するG画素と、青色(B)の波長帯域の光(可視光)を光電変換するB画素と、近赤外の波長帯域の光(近赤外光)を光電変換するIR画素とが行列状に複数配置される。図5Aに示した画素1320の配置は、R画素と、G画素と、B画素とのそれぞれが、いわゆる、ベイヤー配列に配置された画素部1321において、R画素が配置された行(B画素が配置された列)のG画素が、IR画素に変更された配置である。
First, the arrangement of on-chip color filters corresponding to the
従って、図5Aに示したように、イメージセンサ132の画素部1321のオンチップカラーフィルタ層13204には、それぞれの画素1320が光電変換する波長帯域の光を透過するそれぞれのオンチップカラーフィルタが、対応する画素1320の位置に形成される。
Therefore, as illustrated in FIG. 5A, each on-chip
より具体的には、R画素に対応する位置には、赤色(R)の波長帯域の光(例えば、600nm~700nmの波長帯域の可視光)を透過するオンチップカラーフィルタ13210(図5Aにおいて示した「R」のオンチップカラーフィルタ13210、以下、「オンチップカラーフィルタ13210R」という)が形成される。また、G画素に対応する位置には、緑色(G)の波長帯域の光(例えば、500nm~600nmの波長帯域の可視光)を透過するオンチップカラーフィルタ13210(図5Aにおいて示した「G」のオンチップカラーフィルタ13210、以下、「オンチップカラーフィルタ13210G」という)が形成される。また、B画素に対応する位置には、青色(B)の波長帯域の光(例えば、400nm~500nmの波長帯域の可視光)を透過するオンチップカラーフィルタ13210(図5Aにおいて示した「B」のオンチップカラーフィルタ13210、以下、「オンチップカラーフィルタ13210B」という)が形成される。また、IR画素に対応する位置には、光源装置20が発光した励起光の波長帯域の光(例えば、700nm~800nmの波長帯域の近赤外光)によって検査対象者に投与したICGが励起して蛍光発光した蛍光(例えば、800nmを超える波長帯域の近赤外光)を透過するオンチップカラーフィルタ13211(図5Aにおいて示した「IR」のオンチップカラーフィルタ13211、以下、「オンチップカラーフィルタ13211IR」という)が形成される。
More specifically, an on-chip color filter 13210 (shown in FIG. 5A) that transmits light in the red (R) wavelength band (for example, visible light in the wavelength band of 600 nm to 700 nm) is located at a position corresponding to the R pixel. "R" on-
続いて、図5Bを用いて、イメージセンサ132の画素部1321に配置する画素1320に対応する誘電体多層膜フィルタ13209および透明材13208の配置について説明する。上述したように、イメージセンサ132の画素部1321の誘電体多層膜フィルタ層13203には、それぞれの画素1320に対応する位置に、誘電体多層膜フィルタ13209または透明材13208が形成される。
Subsequently, the arrangement of the
より具体的には、図5Bに示したように、イメージセンサ132の画素部1321の誘電体多層膜フィルタ層13203におけるIR画素(図5A参照)に対応する位置には誘電体多層膜フィルタ13209が形成され、R画素、G画素、およびB画素に対応する位置には透明材13208が形成される。
More specifically, as shown in FIG. 5B, a
次に、イメージセンサ132において、それぞれの画素1320に対応したオンチップカラーフィルタ層13204に形成するオンチップカラーフィルタと、誘電体多層膜フィルタ層13203に形成する誘電体多層膜フィルタ13209とにおける光の波長帯域に対する特性について説明する。なお、誘電体多層膜フィルタ層13203に形成する透明材13208は、入射した光をそのまま透過する特性であるため、透明材13208における光の波長帯域に対する特性に関する詳細な説明は省略する。
Next, in the
図6Aは、本発明の実施形態の蛍光観察内視鏡装置1に備えた固体撮像装置(イメージセンサ132)の画素1320に対応するそれぞれのフィルタの特性の一例を示した図である。また、図6Bは、本発明の実施形態の蛍光観察内視鏡装置1に備えた固体撮像装置(イメージセンサ132)の画素1320に対応する誘電体多層膜フィルタ13209の特性の一例を示した図である。
FIG. 6A is a diagram illustrating an example of characteristics of each filter corresponding to the
図6Aおよび図6Bには、光の波長を横軸にして、それぞれのフィルタにおける透過率を表した特性(以下、「分光特性」という)を縦軸に示している。より具体的には、図6Aにおいて、B1は、オンチップカラーフィルタ13210Bの分光特性を表し、G1は、オンチップカラーフィルタ13210Gの分光特性を表し、R1は、オンチップカラーフィルタ13210Rの分光特性を表し、IR1は、オンチップカラーフィルタ13211IRの分光特性を表している。また、図6Bにおいて、DM1は、誘電体多層膜フィルタ13209の分光特性を表している。また、図6Aにおいて、IR1+DM1は、オンチップカラーフィルタ13211IRと誘電体多層膜フィルタ13209とを合わせた、つまり、イメージセンサ132において、IR画素が配置された位置に形成される全ての光学フィルタの分光特性を合わせた分光特性を示している。なお、図6Aには、イメージセンサ132に入射する励起光の波長帯域の光を減衰またはカットする励起光カットフィルタ131の分光特性EL1も併せて示している。
In FIG. 6A and FIG. 6B, the horizontal axis represents the wavelength of light, and the vertical axis represents the characteristics (hereinafter referred to as “spectral characteristics”) representing the transmittance of each filter. More specifically, in FIG. 6A, B1 represents the spectral characteristic of the on-chip color filter 13210B, G1 represents the spectral characteristic of the on-chip color filter 13210G, and R1 represents the spectral characteristic of the on-chip color filter 13210R. IR1 represents the spectral characteristic of the on-chip color filter 13211IR. In FIG. 6B, DM1 represents the spectral characteristic of the
図6Aに示したように、B画素に対応するオンチップカラーフィルタ13210Bの分光特性B1は、青色(B)の波長帯域である400nm~500nmの波長帯域の光に対して高い透過率を持った特性である。従って、オンチップカラーフィルタ13210Bは、400nm~500nmの青色(B)の波長帯域の可視光を選択(透過)して、B画素の光電変換素子13207に入射させる。なお、B画素に対応するオンチップカラーフィルタ13210Bが透過する青色(B)の波長帯域の可視光の中心の波長を透過主波長とした場合、オンチップカラーフィルタ13210Bの透過主波長は、例えば、450nmである。
As shown in FIG. 6A, the spectral characteristic B1 of the on-chip color filter 13210B corresponding to the B pixel has high transmittance for light in the wavelength band of 400 nm to 500 nm, which is the wavelength band of blue (B). It is a characteristic. Therefore, the on-chip color filter 13210B selects (transmits) visible light in the blue (B) wavelength band of 400 nm to 500 nm and makes it incident on the
また、図6Aに示したように、G画素に対応するオンチップカラーフィルタ13210Gの分光特性G1は、緑色(G)の波長帯域である500nm~600nmの波長帯域の光に対して高い透過率を持った特性である。従って、オンチップカラーフィルタ13210Gは、500nm~600nmの緑色(G)の波長帯域の可視光を選択(透過)して、G画素の光電変換素子13207に入射させる。なお、G画素に対応するオンチップカラーフィルタ13210Gが透過する緑色(G)の波長帯域の可視光の透過主波長は、例えば、540nmである。
Further, as shown in FIG. 6A, the spectral characteristic G1 of the on-chip color filter 13210G corresponding to the G pixel has a high transmittance for light in the wavelength band of 500 nm to 600 nm, which is the wavelength band of green (G). It has characteristics. Accordingly, the on-chip color filter 13210G selects (transmits) visible light in the green (G) wavelength band of 500 nm to 600 nm and makes it incident on the
また、図6Aに示したように、R画素に対応するオンチップカラーフィルタ13210Rの分光特性R1は、赤色(R)の波長帯域である600nm~700nmの波長帯域の光に対して高い透過率を持った特性である。従って、オンチップカラーフィルタ13210Rは、600nm~700nmの赤色(R)の波長帯域の可視光を選択(透過)して、R画素の光電変換素子13207に入射させる。なお、R画素に対応するオンチップカラーフィルタ13210Rが透過する赤色(R)の波長帯域の可視光の透過主波長は、例えば、630nmである。
As shown in FIG. 6A, the spectral characteristic R1 of the on-chip color filter 13210R corresponding to the R pixel has a high transmittance for light in the wavelength band of 600 nm to 700 nm, which is the red (R) wavelength band. It has characteristics. Therefore, the on-chip color filter 13210R selects (transmits) visible light in the red (R) wavelength band of 600 nm to 700 nm and makes it incident on the
また、図6Aに示したように、IR画素に対応するオンチップカラーフィルタ13211IRの分光特性IR1は、励起光(近赤外光)によって蛍光発光した蛍光の波長帯域である800nmを超える波長帯域の光に対して高い透過率を持った特性である。従って、オンチップカラーフィルタ13211IRは、800nmを超える波長帯域の蛍光(近赤外光)を選択(透過)して、IR画素の光電変換素子13207に入射させる。なお、IR画素に対応するオンチップカラーフィルタ13211IRが透過する蛍光の波長帯域の近赤外光の透過主波長は、例えば、830nmである。従って、オンチップカラーフィルタ13211IRの透過主波長と、オンチップカラーフィルタ13210B、オンチップカラーフィルタ13210G、およびオンチップカラーフィルタ13210Rのそれぞれの透過主波長の差は、380nm、290nm、200nmである。このように、本実施形態においては、オンチップカラーフィルタ13211IRの透過主波長と、他のオンチップカラーフィルタの透過主波長の差が150nm以上に設定され、互いの入射光の干渉を抑えている。
Further, as shown in FIG. 6A, the spectral characteristic IR1 of the on-chip color filter 13211IR corresponding to the IR pixel has a wavelength band exceeding 800 nm which is a wavelength band of fluorescence emitted by excitation light (near infrared light). This characteristic has a high transmittance for light. Accordingly, the on-chip color filter 13211IR selects (transmits) fluorescence (near infrared light) in a wavelength band exceeding 800 nm and makes it incident on the
なお、オンチップカラーフィルタ13210およびオンチップカラーフィルタ13211のそれぞれは有機材料で形成されるため、図6Aに示したように、選択する波長帯域ではない、つまり、意図した波長帯域ではない波長帯域の可視光も、数%程度透過させる。このため、それぞれの画素1320の光電変換素子13207には、露光する波長帯域の光ではない可視光も入射する。例えば、IR画素の光電変換素子13207には、図6Aに示したように、350nm~700nmの波長帯域の可視光も入射する。
Since each of the on-
そこで、イメージセンサ132では、図4に示したような構造にすることによって、IR画素の光電変換素子13207に入射する可視光の波長帯域の光を減衰させる。より具体的には、誘電体多層膜フィルタ層13203に誘電体多層膜フィルタ13209を形成することによって、IR画素の光電変換素子13207に入射する可視光の波長帯域の光を減衰させる。
Therefore, the
図6Bには、光が入射する側の媒体の材質(入射媒質)を二酸化シリコン(SiO2)とし、光が出射する側の媒体の材質(出射媒質)をシリコン(Si)として、出射媒質から順に、二酸化シリコン(SiO2)の層と酸化チタン(TiO2)の層とを交互に8層分積層した構成の誘電体多層膜フィルタ13209におけるそれぞれの波長帯域の光の透過率をシミュレーションした結果の分光特性を示している。なお、図6Bに示した分光特性DM1を示す誘電体多層膜フィルタ13209における膜の厚さ(総膜厚)は、618nmである。つまり、誘電体多層膜フィルタ13209の総膜厚は、上述したように、1um未満である。誘電体多層膜フィルタ13209は、図6Bに示した分光特性DM1のように、400nm~600nmの波長帯域の可視光を減衰させる。ただし、図6Bに示したように、誘電体多層膜フィルタ13209は、400nm~600nmの波長帯域の可視光を全て減衰または除去(カット)するまでの分光特性ではない。
In FIG. 6B, the material of the medium on which light is incident (incident medium) is silicon dioxide (SiO 2 ), and the material of the medium on which light is emitted (emitter medium) is silicon (Si). Results of simulating light transmittance in each wavelength band in
イメージセンサ132では、オンチップカラーフィルタ13211IRに誘電体多層膜フィルタ13209を合わせることによって、IR画素の光電変換素子13207に入射させる蛍光に含まれる可視光を減衰させる。より具体的には、図6Aの分光特性IR1+DM1に示したように、オンチップカラーフィルタ13211IRのみの分光特性IR1における400nm~600nmの波長帯域の可視光を、誘電体多層膜フィルタ13209によって減衰させる。これにより、イメージセンサ132の画素部1321に配置されたIR画素の光電変換素子13207には、可視光の波長帯域をより減衰させた800nmを超える波長帯域の蛍光が入射される。
The
なお、誘電体多層膜フィルタ13209の構成をさらに多層にする、つまり、二酸化シリコン(SiO2)と酸化チタン(TiO2)とのそれぞれの層の数を増やすことによって、400nm~600nmの波長帯域の可視光をさらに減衰させることができる。つまり、誘電体多層膜フィルタ13209における400nm~600nmの波長帯域の可視光に対する減衰率(遮光率)を増大させることができる。しかし、この場合には、上述したように、誘電体多層膜フィルタ13209の構成をさらに多層にすることによる総膜厚の増大に伴って、マイクロレンズ13205から光電変換素子13207までの間の距離が長くなり、イメージセンサ132における光に対する感度や斜入射特性が悪化してしまう。
Note that the
このため、本発明においては、上述したように、イメージセンサ132に形成する誘電体多層膜フィルタ13209の総膜厚を1um未満とすることによって、図6Aおよび図6Bに示したような、IR画素の光電変換素子13207に対するわずかながらの可視光の入射を許容し、イメージセンサ132における光に対する感度や斜入射特性の悪化を抑えている。つまり、本発明においては、誘電体多層膜フィルタ13209における400nm~600nmの波長帯域の可視光に対する減衰率(遮光率)を必要最低限に抑えて誘電体多層膜フィルタ13209の総膜厚を1um未満とすることによって、イメージセンサ132における光に対する感度や斜入射特性を向上させている。そして、本発明においては、後述するデモザイキング部330とホワイトバランス部331とにおけるそれぞれの処理によって、蛍光を高い精度で検出する。
Therefore, in the present invention, as described above, by setting the total film thickness of the
蛍光観察内視鏡装置1では、上述したように、励起光カットフィルタ131から出射された励起光がカットされた被検査体901からの反射光および蛍光を、イメージセンサ132に入射させる。励起光カットフィルタ131は、例えば、誘電体多層膜フィルタ13209と同様に薄膜を複数積層して構成されるが、誘電体多層膜フィルタ13209よりも多層(例えば、100層)にすることによって、700nm~800nmの波長帯域の励起光に対する減衰率(遮光率)を非常に高くしている。このため、励起光カットフィルタ131の厚さは非常に厚いが、図6Aに示した分光特性EL1に示したように、入射した励起光の波長帯域である700nm~800nmの波長帯域の光をほぼ全てカットして出射する。
In the fluorescence
このように、蛍光観察内視鏡装置1を構成する内視鏡スコープ部10の撮像部13に備えたイメージセンサ132は、画素部1321に複数の画素1320が行列状に配置され、それぞれの画素1320に対応する位置に、オンチップカラーフィルタ13210および透明材13208、またはオンチップカラーフィルタ13211および誘電体多層膜フィルタ13209のそれぞれを形成する。そして、イメージセンサ132は、それぞれの画素1320が対応する波長帯域の光を露光して光電変換した画素信号の大きさを表すシリアルRAWデータを、撮像信号として出力する。
As described above, in the
なお、イメージセンサ132におけるそれぞれのオンチップカラーフィルタ、すなわち、画素1320の配置、イメージセンサ132の構成や、オンチップカラーフィルタおよび誘電体多層膜フィルタの特性は、上述した配置、構成、および特性、つまり、図3~図6Aおよび図6Bに示したような配置、構成、および特性に限定されるものではない。例えば、イメージセンサ132におけるIR画素の配置に関しては、画素部1321に配置するIR画素の数を減らして、代わりにG画素を配置してもよい。この構成のイメージセンサ132では、可視光(特に、緑色(G)の波長帯域の可視光)に対する感度を向上させることができる。
Each on-chip color filter in the
また、例えば、イメージセンサ132に形成する誘電体多層膜フィルタ13209の特性に関しては、400nm~600nmの波長帯域の可視光に対する減衰率(遮光率)を必要なレベルに維持できれば、二酸化シリコン(SiO2)と酸化チタン(TiO2)とのそれぞれの層の数を減らしてもよい。そして、最終的に、例えば、誘電体多層膜フィルタ層13203を設けない、つまり、誘電体多層膜フィルタ13209および透明材13208を形成しない構成にすることもできる。これらの構成のイメージセンサ132では、光に対する感度や斜入射特性の悪化をさらに抑えることができる。
For example, with respect to the characteristics of the
次に、蛍光観察内視鏡装置1において本発明の蛍光観察装置を構成する光源装置20について説明する。図7Aおよび図7Bは、本発明の実施形態の蛍光観察内視鏡装置1に備えた光源装置20が発光する光の特性の一例を模式的に示した図である。図7Aおよび図7Bには、光の波長を横軸にして、光源装置20が出射する照明光の波長帯域と発光強度とを表した特性(以下、「分光特性」という)を縦軸に示している。
Next, the
図7Aには、蛍光観察内視鏡装置1の撮影モードが通常撮影モードである場合、つまり、検査実施者が撮影モード切り替えスイッチ14を通常撮影モードに切り替えた場合に光源装置20が出射する照明光の分光特性を模式的に示している。また、図7Bには、蛍光観察内視鏡装置1の撮影モードが蛍光撮影モードである場合、つまり、検査実施者が撮影モード切り替えスイッチ14を蛍光撮影モードに切り替えた場合に光源装置20が出射する照明光の分光特性を模式的に示している。なお、図7Aおよび図7Bには、図6Aに示したそれぞれのオンチップカラーフィルタの分光特性、より具体的には、分光特性B1、分光特性G1、分光特性R1、および分光特性IR1のそれぞれを併せて示している。
FIG. 7A shows illumination emitted from the
上述したように、光源装置20は、蛍光観察内視鏡装置1の撮影モードに応じた波長帯域の照明光を出射する。まず、図7Aを用いて、蛍光観察内視鏡装置1の撮影モードが通常撮影モードである場合の光源装置20の動作および照明光の特性について説明する。蛍光観察内視鏡装置1の撮影モードが通常撮影モードであるとき、外部処理部30は、撮影モードが通常撮影モードであることを表す情報を光源装置20に出力する。そして、光源装置20は、外部処理部30から入力された通常撮影モードであることを表す情報に応じた可視光を、被検査体901の撮影を行うための照明光として出射する。
As described above, the
蛍光観察内視鏡装置1の撮影モードが通常撮影モードであるとき、光源装置20に備えた発光制御部21は、白色光源221、白色光源222、および白色光源223を、同じ強度の白色光を発光するように制御し、白色光源224を、白色光を発光しない、つまり、消灯するように制御する。そして、それぞれの白色光源220に対応したダイクロックミラー231~ダイクロックミラー234のそれぞれは、特定の波長帯域の光を分離して光照射レンズ24に出射する。
When the photographing mode of the fluorescence
図7Aにおいて、B2は、白色光源221に対応したダイクロックミラー231が分離して光照射レンズ24に出射する青色(B)の波長帯域の光(例えば、400nm~500nmの波長帯域の可視光)の分光特性を表している。また、G2は、白色光源222に対応したダイクロックミラー232が分離して光照射レンズ24に出射する緑色(G)の波長帯域の光(例えば、500nm~600nmの波長帯域の可視光)の分光特性を表している。また、R2は、白色光源223に対応したダイクロックミラー233が分離して光照射レンズ24に出射する赤色(R)の波長帯域の光(例えば、600nm~700nmの波長帯域の可視光)の分光特性を表している。
In FIG. 7A, B2 is light in the blue (B) wavelength band (for example, visible light in the wavelength band of 400 nm to 500 nm) emitted from the
なお、白色光源221とダイクロックミラー231との組によって出射する青色(B)の波長帯域の可視光の中心の波長は、例えば、450nmであり、白色光源222とダイクロックミラー232との組によって出射する緑色(G)の波長帯域の可視光の中心の波長は、例えば、540nmであり、白色光源222とダイクロックミラー232との組によって出射する赤色(R)の波長帯域の可視光の中心の波長は、例えば、630nmである。
The center wavelength of visible light in the blue (B) wavelength band emitted by the pair of the
図7Aに示したように、分光特性B2、分光特性G2、および分光特性R2とのそれぞれにおける発光強度は、同じ値である。従って、ダイクロックミラー231~ダイクロックミラー233のそれぞれが光照射レンズ24に出射した光が合わさった白色光が、光源装置20が出射する照明光として光照射レンズ24からライトガイド51に出射される。そして、光照射レンズ24によって集光された白色光が、ライトガイド51によって撮像部13に導光され、撮像部13の先端から被検査体901に照射される。
As shown in FIG. 7A, the emission intensity in each of the spectral characteristic B2, the spectral characteristic G2, and the spectral characteristic R2 is the same value. Accordingly, white light, which is a combination of the light emitted from the
そして、撮像部13に備えたイメージセンサ132は、それぞれの画素1320(R画素、G画素、およびB画素)の光電変換素子13207が対応する波長帯域の光を露光して、それぞれの画素1320が配置された位置に入射してきた光(可視光)の光強度に応じた信号電荷を発生して蓄積する。そして、イメージセンサ132は、それぞれの画素1320が露光して光電変換した画素信号の大きさを表すシリアルRAWデータを、撮像信号として外部処理部30に出力する。
The
なお、蛍光観察内視鏡装置1の撮影モードが通常撮影モードであるとき、白色光源224に対応したダイクロックミラー234は、白色光源224が消灯しているため、励起光の波長帯域の光(例えば、700nm~800nmの波長帯域の励起光)を光照射レンズ24に出射しない。従って、撮像部13の先端から被検査体901に照射される白色光(照明光)は、励起光の波長帯域の光を含まない可視光である。
When the imaging mode of the fluorescence
しかし、上述したように、蛍光観察内視鏡装置1の撮影モードが通常撮影モードであるとき、近赤外光を含む環境光が被検査体901の方に漏れ込むものとした。従って、通常撮影モードにおけるイメージセンサ132が外部処理部30に出力する撮像信号には、環境光に含まれる近赤外光に係る成分も含まれている。
However, as described above, when the imaging mode of the fluorescence
続いて、図7Bを用いて、蛍光観察内視鏡装置1の撮影モードが蛍光撮影モードである場合の光源装置20の動作および照明光の特性について説明する。蛍光観察内視鏡装置1の撮影モードが蛍光撮影モードであるとき、外部処理部30は、撮影モードが蛍光撮影モードであることを表す情報を光源装置20に出力する。そして、光源装置20は、外部処理部30から入力された蛍光撮影モードであることを表す情報に応じた励起光を含む照明光を、被検査体901の撮影を行うための照明光として出射する。
Subsequently, the operation of the
蛍光観察内視鏡装置1の撮影モードが蛍光撮影モードであるとき、光源装置20に備えた発光制御部21は、白色光源221および白色光源222を、同じ弱い強度の白色光を発光するように制御し、白色光源223を消灯するように制御し、白色光源224を、白色光源221および白色光源222の発光強度よりも強い強度(例えば、3倍以上の発光強度)の白色光を発光するように制御する。そして、それぞれの白色光源220に対応したダイクロックミラー231~ダイクロックミラー234のそれぞれは、特定の波長帯域の光を分離して光照射レンズ24に出射する。
When the imaging mode of the fluorescence
図7Bにおいて、B3は、白色光源221に対応したダイクロックミラー231が分離して光照射レンズ24に出射する青色(B)の波長帯域の可視光の分光特性を表している。また、G3は、白色光源222に対応したダイクロックミラー232が分離して光照射レンズ24に出射する緑色(G)の波長帯域の可視光の分光特性を表している。また、IR3は、白色光源224に対応したダイクロックミラー234が分離して光照射レンズ24に出射する励起光の波長帯域の光(例えば、700nm~800nmの波長帯域の近赤外光)の分光特性を表している。なお、白色光源224とダイクロックミラー234との組によって出射する励起光の波長帯域の近赤外光の中心の波長は、例えば、750nmである。
7B, B3 represents the spectral characteristic of visible light in the blue (B) wavelength band emitted from the
図7Bに示したように、分光特性IR3における発光強度は、分光特性B3および分光特性G3における発光強度に対して強い値である。そして、ダイクロックミラー231およびダイクロックミラー232と、ダイクロックミラー234とのそれぞれが光照射レンズ24に出射した光が合わさった光が、光源装置20が出射する照明光として光照射レンズ24からライトガイド51に出射される。そして、光照射レンズ24によって集光された光が、ライトガイド51によって撮像部13に導光され、撮像部13の先端から被検査体901に照射される。
As shown in FIG. 7B, the emission intensity in the spectral characteristic IR3 is a strong value relative to the emission intensity in the spectral characteristic B3 and the spectral characteristic G3. Then, the combined light emitted from the
そして、撮像部13に備えたイメージセンサ132は、それぞれの画素1320(G画素、B画素、およびIR画素)の光電変換素子13207が対応する波長帯域の光を露光して、それぞれの画素1320が配置された位置に入射してきた光の光強度に応じた信号電荷を発生して蓄積する。そして、イメージセンサ132は、それぞれの画素1320が露光して光電変換した画素信号の大きさを表すシリアルRAWデータを、撮像信号として外部処理部30に出力する。
The
なお、蛍光観察内視鏡装置1の撮影モードが蛍光撮影モードであるとき、白色光源223に対応したダイクロックミラー233は、白色光源223が消灯しているため、赤色(R)の波長帯域の光(例えば、600nm~700nmの波長帯域の可視光)を光照射レンズ24に出射しない。従って、撮像部13の先端から被検査体901に照射される照明光は、赤色(R)の波長帯域の可視光以外の可視光と、励起光の波長帯域の近赤外光とを含んだ光である。
When the imaging mode of the fluorescence
なお、上述したように、蛍光観察内視鏡装置1の撮影モードが蛍光撮影モードであるときには、環境光が被検査体901の方に漏れ込まないものとした。
As described above, when the imaging mode of the fluorescence
このように、蛍光観察内視鏡装置1を構成する光源装置20に備えた発光制御部21は、外部処理部30から入力された蛍光観察内視鏡装置1の撮影モードの情報に応じて、白色光源221~白色光源224のそれぞれが発光する白色光の発光および発光強度を制御する。これにより、光源装置20は、蛍光観察内視鏡装置1の撮影モードに応じた波長帯域の照明光を出射する。
As described above, the light
次に、蛍光観察内視鏡装置1において本発明の蛍光観察装置を構成するデモザイキング部330について説明する。図8、図9A~図9C、図10、および図11A~図11Cは、本発明の実施形態の蛍光観察内視鏡装置1における画像処理の動作の一例を模式的に示した図である。図8および図9A~図9Cには、蛍光観察内視鏡装置1の撮影モードが通常撮影モードである場合、つまり、検査実施者が撮影モード切り替えスイッチ14を通常撮影モードに切り替えた場合にデモザイキング部330が行う画像処理を模式的に示している。また、図10および図11A~図11Cには、蛍光観察内視鏡装置1の撮影モードが蛍光撮影モードである場合、つまり、検査実施者が撮影モード切り替えスイッチ14を蛍光撮影モードに切り替えた場合に蛍光観察内視鏡装置1の撮影モードが蛍光撮影モードである場合にデモザイキング部330が行う画像処理を模式的に示している。なお、説明を容易にするため、図8、図9A~図9C、図10、および図11A~図11Cには、複数の画素1320が、4行4列に2次元的に配置された画素部1321の一例を示している。
Next, the
まず、図8および図9A~図9Cを用いて、蛍光観察内視鏡装置1の撮影モードが通常撮影モードである場合のデモザイキング部330における画像処理の動作について説明する。蛍光観察内視鏡装置1の撮影モードが通常撮影モードであるとき、外部処理部30に備えたモード判定部31は、撮影モードが通常撮影モードであることを表す情報を画像処理部33に備えたデモザイキング部330に出力する。そして、デモザイキング部330は、モード判定部31から入力された通常撮影モードであることを表す情報に応じて、デシリアライザ32から入力されたパラレルRAWデータ(デシリアライザ32によって復元された元のパラレルRAWデータ)からRGB画像データ(R画像データ、G画像データ、およびB画像データ)およびIR画像データを生成する画像処理(デモザイキング処理)を行う。その後、デモザイキング部330は、生成したRGB画像データをIR画像データに基づいて補正する画像処理(オフセット処理)を行う。図8には、蛍光観察内視鏡装置1の撮影モードが通常撮影モードであるときにデモザイキング部330が行うデモザイキング処理を模式的に示し、図9A~図9Cには、蛍光観察内視鏡装置1の撮影モードが通常撮影モードであるときにデモザイキング部330が行うオフセット処理を模式的に示している。
First, the image processing operation in the
上述したように、蛍光観察内視鏡装置1の撮影モードが通常撮影モードであるとき、イメージセンサ132は、それぞれの画素1320が出力した画素信号の大きさを表すシリアルRAWデータを、撮像信号として外部処理部30に出力する。デシリアライザ32は、入力されたシリアルRAWデータから元のパラレルRAWデータに復元して画像処理部33内のデモザイキング部330に出力する。より具体的には、デシリアライザ32は、入力されたシリアルRAWデータに対してシリアル/パラレル変換を行って、図8の(a)に示したように、画素部1321内のそれぞれの位置に、画素1320(R画素、G画素、B画素、またはIR画素)のそれぞれが配置された状態に復元したパラレルRAWデータを生成し、復元したパラレルRAWデータをデモザイキング部330に出力する。
As described above, when the imaging mode of the fluorescence
デモザイキング部330は、デシリアライザ32から入力されたパラレルRAWデータに対してデモザイキング処理を行って、R画像データと、G画像データと、B画像データと、IR画像データとのそれぞれを生成する。より具体的には、デモザイキング部330は、R画素に対応したデモザイキング処理によって、画素部1321内でR画素以外が配置された位置における赤色(R)の可視光に対応した画素信号を、R画素が出力した画素信号(デジタル値)に基づいて補間する。これにより、デモザイキング部330は、図8の(b)に示したような、画素部1321に配置された全ての画素1320の位置の画素信号(デジタル値)が、R画素が出力した画素信号に相当する画素信号(デジタル値)である1フレーム分のR画像データを生成する。また、同様に、デモザイキング部330は、G画素に対応したデモザイキング処理によって、画素部1321内でG画素以外が配置された位置における緑色(G)の可視光に対応した画素信号を、G画素が出力した画素信号(デジタル値)に基づいて補間する。これにより、デモザイキング部330は、図8の(c)に示したような、画素部1321に配置された全ての画素1320の位置の画素信号(デジタル値)が、G画素が出力した画素信号に相当する画素信号(デジタル値)である1フレーム分のG画像データを生成する。また、同様に、デモザイキング部330は、B画素に対応したデモザイキング処理によって、画素部1321内でB画素以外が配置された位置における青色(B)の可視光に対応した画素信号を、B画素が出力した画素信号(デジタル値)に基づいて補間する。これにより、デモザイキング部330は、図8の(d)に示したような、画素部1321に配置された全ての画素1320の位置の画素信号(デジタル値)が、B画素が出力した画素信号に相当する画素信号(デジタル値)である1フレーム分のB画像データを生成する。また、同様に、デモザイキング部330は、IR画素に対応したデモザイキング処理によって、画素部1321内でIR画素以外が配置された位置における近赤外光に対応した画素信号を、IR画素が出力した画素信号(デジタル値)に基づいて補間する。これにより、デモザイキング部330は、図8の(e)に示したような、画素部1321に配置された全ての画素1320の位置の画素信号(デジタル値)が、IR画素が出力した画素信号に相当する画素信号(デジタル値)である1フレーム分のIR画像データを生成する。
The
続いて、デモザイキング部330は、生成したR画像データと、G画像データと、B画像データとのそれぞれに対して、生成したIR画像データに基づいたオフセット処理を行う。図9Aには、R画像データに対して行うオフセット処理を模式的に示し、図9Bには、G画像データに対して行うオフセット処理を模式的に示し、図9Cには、B画像データに対して行うオフセット処理を模式的に示している。
Subsequently, the
より具体的には、デモザイキング部330は、生成したR画像データ(図8の(b)=図9Aの(a))におけるそれぞれのR画素の位置の画素信号(デジタル値)から、生成したIR画像データ(図8の(e)=図9Aの(b))における同じ位置のIR画素の画素信号(デジタル値)を減算し、図9Aの(c)に示したような、オフセット処理された画素信号R’(デジタル値)のみからなる1フレーム分の最終的なR画像データを生成する。また、同様に、デモザイキング部330は、生成したG画像データ(図8の(c)=図9Bの(a))におけるそれぞれのG画素の位置の画素信号(デジタル値)から、生成したIR画像データ(図8の(e)=図9Bの(b))における同じ位置のIR画素の画素信号(デジタル値)を減算し、図9Bの(c)に示したような、オフセット処理された画素信号G’(デジタル値)のみからなる1フレーム分の最終的なG画像データを生成する。また、同様に、デモザイキング部330は、生成したB画像データ(図8の(d)=図9Cの(a))におけるそれぞれのB画素の位置の画素信号(デジタル値)から、生成したIR画像データ(図8の(e)=図9Cの(b))における同じ位置のIR画素の画素信号(デジタル値)を減算し、図9Cの(c)に示したような、オフセット処理された画素信号B’(デジタル値)のみからなる1フレーム分の最終的なB画像データを生成する。
More specifically, the
このような処理によって、デモザイキング部330では、R画像データ、G画像データ、およびB画像データのそれぞれからIR画像データを減算して生成した最終的なR画像データと、G画像データと、B画像データとのそれぞれを、ホワイトバランス部331に出力する。そして、ホワイトバランス部331がホワイトバランス処理を行い、ガンマ補正部332がガンマオフセット処理を行うことによって、蛍光観察内視鏡装置1の撮影モードが通常撮影モードであるときに撮影した被検査体901の画像を、正しい色味でカラーモニタ40に表示させることができる。
By such processing, the
なお、蛍光観察内視鏡装置1では、通常の撮像装置が備えている、可視光による撮影において不要な近赤外光を除去(カット)する光学フィルタであるIRカットフィルタをイメージセンサ132の撮像レンズ130側に配置することができない。これは、蛍光観察内視鏡装置1は、ICGが励起して蛍光発光した蛍光を観察するため、IRカットフィルタをイメージセンサ132に光が入射する側に配置してしまうと、蛍光を観察することができなくなってしまうためである。しかし、蛍光観察内視鏡装置1では、デモザイキング部330が上述したオフセット処理を行うことによって、通常撮影モードにおいて撮影する際に漏れ込む環境光、すなわち、可視光による撮影においては不要である近赤外光の成分を除去する。これにより、蛍光観察内視鏡装置1では、通常撮影モードにおいて被検査体901を撮影する際に環境光が漏れ込んだ場合でも、撮影した被検査体901の画像の色再現性を向上させることができる。
In the fluorescence
続いて、図10および図11A~図11Cを用いて、蛍光観察内視鏡装置1の撮影モードが蛍光撮影モードである場合のデモザイキング部330における画像処理の動作について説明する。蛍光観察内視鏡装置1の撮影モードが蛍光撮影モードであるとき、外部処理部30に備えたモード判定部31は、撮影モードが蛍光撮影モードであることを表す情報を画像処理部33に備えたデモザイキング部330に出力する。そして、デモザイキング部330は、モード判定部31から入力された蛍光撮影モードであることを表す情報に応じて、蛍光観察内視鏡装置1の撮影モードが通常撮影モードである場合と同様に、デシリアライザ32から入力されたパラレルRAWデータからRGB画像データおよびIR画像データを生成するデモザイキング処理を行う。その後、デモザイキング部330は、生成したRGB画像データをIR画像データに基づいて補正するオフセット処理を行う。図10には、蛍光観察内視鏡装置1の撮影モードが蛍光撮影モードであるときにデモザイキング部330が行うデモザイキング処理を模式的に示し、図11A~図11Cには、蛍光観察内視鏡装置1の撮影モードが蛍光撮影モードであるときにデモザイキング部330が行うオフセット処理を模式的に示している。
Subsequently, an image processing operation in the
上述したように、蛍光観察内視鏡装置1の撮影モードが蛍光撮影モードであるときでも、イメージセンサ132は、それぞれの画素1320が出力した画素信号の大きさを表すシリアルRAWデータを、撮像信号として外部処理部30に出力する。従って、デシリアライザ32は、蛍光観察内視鏡装置1の撮影モードが通常撮影モードである場合と同様に、入力されたシリアルRAWデータから元のパラレルRAWデータに復元してデモザイキング部330に出力する。つまり、デシリアライザ32は、図10の(a)に示したように、画素部1321内のそれぞれの位置にR画素、G画素、B画素、またはIR画素のそれぞれが配置された状態に復元したパラレルRAWデータを、デモザイキング部330に出力する。
As described above, even when the imaging mode of the fluorescence
デモザイキング部330は、蛍光観察内視鏡装置1の撮影モードが通常撮影モードである場合と同様に、デシリアライザ32から入力されたパラレルRAWデータに対してデモザイキング処理を行って、G画像データと、B画像データと、IR画像データとのそれぞれを生成する。
Similar to the case where the imaging mode of the fluorescence
デモザイキング部330は、蛍光観察内視鏡装置1の撮影モードが通常撮影モードである場合と同様に、G画素に対応したデモザイキング処理によって、図10の(b)に示したような、1フレーム分のG画像データを生成する。また、同様に、デモザイキング部330は、蛍光観察内視鏡装置1の撮影モードが通常撮影モードである場合と同様に、B画素に対応したデモザイキング処理によって、図10の(c)に示したような、1フレーム分のB画像データを生成する。また、同様に、デモザイキング部330は、蛍光観察内視鏡装置1の撮影モードが通常撮影モードである場合と同様に、IR画素に対応したデモザイキング処理によって、図10の(d)に示したような、1フレーム分のIR画像データを生成する。
Similar to the case where the imaging mode of the fluorescence
続いて、デモザイキング部330は、蛍光観察内視鏡装置1の撮影モードが通常撮影モードである場合と同様に、生成したG画像データと、B画像データとのそれぞれに対して、生成したIR画像データに基づいたオフセット処理を行う。また、デモザイキング部330は、生成したIR画像データを、R画像データとしてホワイトバランス部331に出力する。図11Aには、G画像データに対して行うオフセット処理を模式的に示し、図11Bには、B画像データに対して行うオフセット処理を模式的に示している。また、図11Cには、IR画像データをR画像データとして扱う処理を模式的に示している。
Subsequently, the
より具体的には、デモザイキング部330は、蛍光観察内視鏡装置1の撮影モードが通常撮影モードである場合と同様に、生成したG画像データ(図10の(b)=図11Aの(a))から生成したIR画像データ(図10の(d)=図11Aの(b))を減算して、図11Aの(c)に示したような、オフセット処理された画素信号G’(デジタル値)のみからなる1フレーム分の最終的なG画像データを生成する。また、同様に、デモザイキング部330は、蛍光観察内視鏡装置1の撮影モードが通常撮影モードである場合と同様に、生成したB画像データ(図10の(c)=図11Bの(a))から生成したIR画像データ(図10の(d)=図11Bの(b))を減算して、図11Bの(c)に示したような、オフセット処理された画素信号B’(デジタル値)のみからなる1フレーム分の最終的なB画像データを生成する。また、デモザイキング部330は、IR画像データ(図10の(d)=図11Cの(a))を、図11Cの(b)に示したように、画素信号R’(デジタル値)のみからなる1フレーム分の最終的なR画像データとする。
More specifically, the
このような処理によって、デモザイキング部330では、G画像データおよびB画像データのそれぞれからIR画像データを減算して生成した最終的なG画像データおよびB画像データのそれぞれと、IR画像データをR画像データとした最終的なR画像データとを、ホワイトバランス部331に出力する。そして、ホワイトバランス部331がホワイトバランス処理を行い、ガンマ補正部332がガンマオフセット処理を行うことによって、蛍光観察内視鏡装置1の撮影モードが蛍光撮影モードであるときに撮影した被検査体901の画像において、ICGが励起して蛍光発光した箇所を目立たせて、カラーモニタ40に表示させることができる。より具体的には、ICGが励起して蛍光発光した箇所を赤みがかった色にしてカラーモニタ40に表示させることができる。
Through such processing, the
次に、蛍光観察内視鏡装置1において本発明の蛍光観察装置を構成するホワイトバランス部331について説明する。上述したように、ホワイトバランス部331は、白の被写体を撮影した場合に、R画像データ、G画像データ、およびB画像データのそれぞれにおいて同じ位置の画素に対応した画素信号のデジタル値の大きさが、同様の値になるようにホワイトバランス処理を行う。つまり、白の被写体がカラーモニタ40に白く表示されるようにホワイトバランス処理を行う。
Next, the
蛍光観察内視鏡装置1の撮影モードが通常撮影モードである場合、光源装置20は、図7Aに示したように、青色(B)の波長帯域の可視光と、緑色(G)の波長帯域の可視光と、赤色(R)の波長帯域の可視光とのそれぞれの発光強度が同じ値である白色光を、被検査体901に照射する。このため、ホワイトバランス部331が、通常撮影モードで被検査体901を撮影したR画像データ、G画像データ、およびB画像データに対してホワイトバランス処理を行うと、白の被写体の箇所では、R画像データ、G画像データ、およびB画像データのそれぞれに含まれる画素信号のデジタル値が同程度になるようにゲイン値を乗じてレベル調整する。従って、このレベル調整を全ての箇所に適用すると、白の被写体以外の箇所では、R画像データ、G画像データ、およびB画像データのそれぞれに含まれる画素信号のデジタル値が、被検査体901の色に応じたデジタル値となり、正しい色味でカラーモニタ40に表示される。
When the imaging mode of the fluorescence
一方、蛍光観察内視鏡装置1の撮影モードが蛍光撮影モードである場合、光源装置20は、図7Bに示したように、青色(B)の波長帯域の可視光と、緑色(G)の波長帯域の可視光とのそれぞれの発光強度が同じ弱い値であり、赤色(R)の波長帯域の可視光が含まれず、励起光の波長帯域の近赤外光の発光強度が青色(B)および緑色(G)の発光強度よりも強い値である光、つまり、白色光ではない光を、被検査体901に照射する。ここで、ホワイトバランス処理では、白の被写体を前提とし、ICG等の蛍光薬剤が被写体となることを前提としないため、前記したように光源に励起光の波長帯域の近赤外光を含んでいても、イメージセンサ132には蛍光は照射せず、また、励起光の被写体からの反射光も励起光カットフィルタ131によりカットされるため、イメージセンサ132に到達する光は、青色(B)の波長帯域の可視光と、緑色(G)の波長帯域の可視光のみとなる。つまり、ホワイトバランス処理におけるR画像データ(IR画像データ)は、青色(B)の波長帯域の可視光と緑色(G)の波長帯域の可視光が、オンチップカラーフィルタ13211IRと誘電体多層膜フィルタ13209を透過した漏れ光の成分のみとなり、微弱である。このため、ホワイトバランス部331が、蛍光撮影モードで被検査体901を撮影したR画像データ(IR画像データ)、G画像データ、およびB画像データに対してホワイトバランス処理を行うと、白の被写体の箇所では、R画像データ(IR画像データ)含まれる画素信号のデジタル値を、G画像データまたはB画像データのそれぞれに含まれる同じ位置の画素信号のデジタル値と同等のレベルまで大きくレベル調整して(より大きなゲイン値を乗じて)白の被写体を再現することになる。従って、蛍光観察内視鏡装置1の撮影モードが蛍光撮影モードで撮影した時に、ICGが励起して蛍光発光した箇所では、前記した漏れ光の成分に加えて、更にICGが励起した蛍光の成分も加算され、その画像信号のデジタル値に対して前記レベル調整が行われるため、R画像データ(IR画像データ)の画像信号は、G画像データまたはB画像データのそれぞれに含まれる同じ位置の画素信号のデジタル値より大きなデジタル値となる。
On the other hand, when the imaging mode of the fluorescence
つまり、ICGが励起して蛍光発光している箇所のR画像データ(IR画像データ)に含まれる画素信号のデジタル値をより大きなデジタル値にすることによって、蛍光のレベルに応じて赤みがかった色になって(赤く強調されて)カラーモニタ40に表示される。言い換えれば、蛍光観察内視鏡装置1の撮影モードが蛍光撮影モードである場合、ホワイトバランス部331によるホワイトバランス処理によって、ICGが励起して蛍光発光している箇所のR画素(IR画素)の画素信号のレベルを、同じ位置のG画素またはB画素の画素信号のレベルよりも相対的に大きくすることによって、蛍光発光している箇所を赤く強調してカラーモニタ40に表示させる。
That is, by making the digital value of the pixel signal included in the R image data (IR image data) where the ICG is excited and emitting fluorescence, a reddish color according to the fluorescence level. (Highlighted in red) and displayed on the
なお、ICGが励起して蛍光発光していない箇所では、R画像データ(IR画像データ)に含まれる画素信号のデジタル値は、最大でも白の被写体を再現する大きさのデジタル値、つまり、G画像データまたはB画像データのそれぞれに含まれる同じ位置の画素信号のデジタル値以下のデジタル値であるため、赤く強調されてカラーモニタ40に表示されることはない。
It should be noted that at a location where the ICG is not excited and does not emit fluorescence, the digital value of the pixel signal included in the R image data (IR image data) is a digital value of a size that reproduces a white subject at most, that is, G Since it is a digital value equal to or less than the digital value of the pixel signal at the same position included in each of the image data or the B image data, it is emphasized in red and is not displayed on the
なお、本実施形態においては、上記したように蛍光発光している箇所を赤く強調してカラーモニタ40に表示しているが、本発明の蛍光観察装置における表示方式はこれに限定されず、他の信号処理に基づいて、異なる表示方式を採用してもよい。例えば、画像処理部33において、蛍光撮影モードの時だけR画像データ(IR画像データ)とG画像データを入れ替えてデジタル/アナログ変換部34にデータを伝送する処理を加えれば、蛍光発光している箇所が人間にとって感度が高い緑色で表示され、より蛍光発光箇所の特定がし易くなる。
In the present embodiment, as described above, the fluorescent emission portion is highlighted in red and displayed on the
ここで、ICGが励起して蛍光発光している箇所として表示されるレベルの値の一例について説明する。なお、以下の説明においては、それぞれの画素1320が対応する光を光電変換した画素信号のレベルの値を、単位のない整数で表して説明する。
Here, an example of the value of the level displayed as a location where the ICG is excited to emit fluorescence will be described. In the following description, the level value of the pixel signal obtained by photoelectrically converting the light corresponding to each
上述したように、オンチップカラーフィルタ13211IRと誘電体多層膜フィルタ13209とを合わせた光学フィルタでは、入射する蛍光に含まれる可視光を減衰させてはいるものの、わずかではあるが、可視光を透過する(図6A参照)。つまり、IR画素が出力する画素信号には、透過したわずかな可視光(青色(B)の波長帯域の可視光と、緑色(G)の波長帯域の可視光)の成分が含まれている。そこで、例えば、青色(B)の波長帯域の可視光に対するオンチップカラーフィルタ13210Bにおける光の透過率と、オンチップカラーフィルタ13211IRと誘電体多層膜フィルタ13209とを合わせた光学フィルタにおける光の透過率との比が、100:1であると仮定した場合を考える。そして、例えば、緑色(G)の波長帯域の可視光に対するオンチップカラーフィルタ13210Gにおける光の透過率と、オンチップカラーフィルタ13211IRと誘電体多層膜フィルタ13209とを合わせた光学フィルタにおける光の透過率との比が、100:1であると仮定した場合を考える。言い換えれば、オンチップカラーフィルタ13211IRと誘電体多層膜フィルタ13209とを合わせた光学フィルタにおける青色(B)の波長帯域の可視光および緑色(G)の波長帯域の可視光に対する透過率が、オンチップカラーフィルタ13210Bとオンチップカラーフィルタ13210Gに対してそれぞれ1%であると仮定した場合を考える。そして、ホワイトバランス部331がホワイトバランス処理を行う前の状態、つまり、デモザイキング部330から出力されたB画像データとG画像データとのそれぞれに含まれる白の被写体の箇所の画素信号のレベル、すなわち、B画素とG画素の画素信号のレベルがそれぞれ“4000”であったと仮定した場合を考える。
As described above, the optical filter in which the on-chip color filter 13211IR and the
この場合、R画像データ(IR画像データ)に含まれる白の被写体の箇所の画素信号のレベル、つまり、R画素(IR画素)における白の被写体の箇所の画素信号のレベルは、B画素の画素信号のレベルと、G画素の画素信号のレベルとから、下式(1)のようになる。 In this case, the level of the pixel signal at the location of the white subject included in the R image data (IR image data), that is, the level of the pixel signal at the location of the white subject in the R pixel (IR pixel) is the pixel of the B pixel. From the signal level and the pixel signal level of the G pixel, the following equation (1) is obtained.
(4000/100)+(4000/100)=80 ・・・(1) (4000/100) + (4000/100) = 80 (1)
従って、ホワイトバランス部331は、上式(1)における白の被写体の箇所のR画素(IR画素)の画素信号のレベル“80”に対するホワイトバランス処理において、このR画素(IR画素)の白の被写体の箇所の画素信号のレベルを、下式(2)のような倍数にするレベル調整を行って白の被写体を再現することになる。
Therefore, the
4000/80=50倍 ・・・(2) 4000/80 = 50 times (2)
つまり、R画素(IR画素)の白の被写体の箇所の画素信号のレベルを、上式(2)に示したように、50倍にするゲイン値を乗じて白の被写体を再現することになる。 In other words, a white subject is reproduced by multiplying the gain value by which the level of the pixel signal of the R subject (IR pixel) at the location of the white subject is multiplied by 50 as shown in the above equation (2). .
このとき、例えば、蛍光撮影モードにおいて撮影した被検査体901の画像において、ICGが励起して蛍光発光していない箇所におけるB画素とG画素の画素信号のレベルがそれぞれ“600”であったとすると、この箇所におけるR画素(IR画素)の画素信号のレベルは、下式(3)のようになる。
At this time, for example, in the image of the
600/100+600/100=12 ・・・(3) 600/100 + 600/100 = 1 2 (3)
このため、ホワイトバランス部331は、ホワイトバランス処理によって、R画素(IR画素)の画素信号のレベルを、上式(3)および上式(2)より、下式(4)のようにレベル調整する。
For this reason, the
12×50=600 ・・・(4) 12 × 50 = 600 (4)
これにより、ICGが励起して蛍光発光していない箇所においては、B画素と、G画素と、R画素(IR画素)との画素信号のレベルの比が、下式(5)のようになり、白の被写体を再現する。 As a result, in the part where the ICG is excited and not emitting fluorescence, the ratio of the level of the pixel signal of the B pixel, the G pixel, and the R pixel (IR pixel) is expressed by the following equation (5). , Reproduce the white subject.
B画素:G画素:R画素(IR画素)=600:600:600
=1:1:1 ・・・(5)
B pixel: G pixel: R pixel (IR pixel) = 600: 600: 600
= 1: 1: 1 (5)
一方、蛍光撮影モードにおいて撮影した被検査体901の画像において、ICGが励起して蛍光発光している箇所において、イメージセンサ132に入射する可視光(緑色の波長帯域の光)の強度と蛍光の強度との比が15:1、イメージセンサ132に配置されたそれぞれの画素1320における可視光と蛍光との感度の比を2:1と仮定した場合を考える。この場合、R画素(IR画素)の画素信号のレベルは、ICGが励起して蛍光発光した蛍光を露光(検出)したことによって、B画素またはG画素の画素信号のレベルに対して、下式(6)に示したレベルだけ上昇する。
On the other hand, in the image of the inspected
600/(15×2)=20 ・・・(6) 600 / (15 × 2) = 20 (6)
従って、R画素(IR画素)の画素信号のレベルは、上式(3)および上式(6)より、下式(7)のようになる。 Therefore, the level of the pixel signal of the R pixel (IR pixel) is represented by the following equation (7) from the above equation (3) and the above equation (6).
12+20=32 ・・・(7) 12 + 20 = 32 (7)
このため、ホワイトバランス部331は、ホワイトバランス処理によって、R画素(IR画素)の画素信号のレベルを、上式(7)および上式(2)より、下式(8)のような倍数にレベル調整する。
For this reason, the
32×50=1600 ・・・(8) 32 × 50 = 1600 (8)
これにより、ICGが励起して蛍光発光している箇所においては、B画素と、G画素と、R画素(IR画素)との画素信号のレベルの比が、下式(9)のようになり、ICGが励起して蛍光発光している箇所が、赤みがかった色になって(赤く強調されて)カラーモニタ40に表示されることになる。
As a result, at the location where the ICG is excited to emit fluorescence, the ratio of the pixel signal levels of the B pixel, G pixel, and R pixel (IR pixel) is as shown in the following equation (9). The portion where the ICG is excited and fluoresced becomes a reddish color (highlighted in red) and is displayed on the
B画素:G画素:R画素(IR画素)=600:600:1600
=1:1:2.7 ・・・(9)
B pixel: G pixel: R pixel (IR pixel) = 600: 600: 1600
= 1: 1: 2.7 (9)
なお、実際の被検査体901の画像では、B画素の画素信号のレベルと、G画素の画素信号のレベルとが同じレベルであることは少ない。ここで、より実際の被検査体901の画像に近い場合の一例を説明する。例えば、被検査体901の画像内のICGが励起して蛍光発光していない箇所におけるB画素の画素信号のレベルが“600”、G画素の画素信号のレベルが“1200”であったとすると、この箇所におけるR画素(IR画素)の画素信号のレベルは、下式(10)のようになる。
In the actual image of the
600/100+1200/100=18 ・・・(10) 600/100 + 1200/100 = 18 (10)
このため、ホワイトバランス部331は、ホワイトバランス処理によって、R画素(IR画素)の画素信号のレベルを、上式(10)および上式(2)より、下式(11)のようにレベル調整する。
Therefore, the
18×50=900 ・・・(11) 18 × 50 = 900 (11)
これにより、ICGが励起して蛍光発光していない箇所においては、B画素と、G画素と、R画素(IR画素)との画素信号のレベルの比が、下式(12)のようになり、B画素とG画素の画素信号のレベルに差がある場合でも、ICGが励起して蛍光発光していない箇所が、赤みがかった色になって(赤く強調されて)カラーモニタ40に表示されることはない。
As a result, in the portion where the ICG is excited and not emitting fluorescence, the ratio of the level of the pixel signal of the B pixel, the G pixel, and the R pixel (IR pixel) is expressed by the following equation (12). Even when there is a difference in the pixel signal level between the B pixel and the G pixel, the portion where the ICG is excited and does not emit fluorescence becomes a reddish color (highlighted in red) and is displayed on the
B画素:G画素:R画素(IR画素)=600:1200:900
=1:2:1.5 ・・・(12)
B pixel: G pixel: R pixel (IR pixel) = 600: 1200: 900
= 1: 2: 1.5 (12)
一方、被検査体901の画像内のICGが励起して蛍光発光している箇所では、イメージセンサ132における条件が上述した条件と同じ場合、R画素(IR画素)の画素信号のレベルは、G画素の画素信号のレベルに対して、下式(13)に示したレベルだけ上昇する。
On the other hand, in the part where the ICG in the image of the
1200/(15×2)=40 ・・・(13) 1200 / (15 × 2) = 40 (13)
従って、R画素(IR画素)の画素信号のレベルは、上式(10)および上式(13)より、下式(14)のようになる。 Therefore, the level of the pixel signal of the R pixel (IR pixel) is expressed by the following equation (14) from the above equation (10) and the above equation (13).
18+40=58 ・・・(14) 18 + 40 = 58 (14)
このため、ホワイトバランス部331は、ホワイトバランス処理によって、R画素(IR画素)の画素信号のレベルを、上式(14)および上式(2)より、下式(15)のような倍数にレベル調整する。
For this reason, the
58×50=2900 ・・・(15) 58 × 50 = 2900 (15)
これにより、ICGが励起して蛍光発光している箇所においては、B画素と、G画素と、R画素(IR画素)との画素信号のレベルの比が、下式(16)のようになり、ICGが励起して蛍光発光している箇所が、赤みがかった色になって(赤く強調されて)カラーモニタ40に表示されることになる。
As a result, at the location where the ICG is excited to emit fluorescence, the ratio of the level of the pixel signal of the B pixel, the G pixel, and the R pixel (IR pixel) is expressed by the following equation (16). The portion where the ICG is excited and fluoresced becomes a reddish color (highlighted in red) and is displayed on the
B画素:G画素:R画素(IR画素)=600:1200:2900
=1:2:4.8 ・・・(16)
B pixel: G pixel: R pixel (IR pixel) = 600: 1200: 2900
= 1: 2: 4.8 (16)
このように、蛍光観察内視鏡装置1では、微弱な画素信号のレベルであるIR画像データをR画像データとする。そして、蛍光観察内視鏡装置1では、デモザイキング部330から出力された最終的なG画像データ、B画像データ、およびR画像データ(IR画像データ)に対してホワイトバランス部331がホワイトバランス処理を行う。これにより、蛍光観察内視鏡装置1では、蛍光撮影モードであるときに撮影した被検査体901の画像内のICGが励起して蛍光発光した箇所を赤みがかった色に強調して、カラーモニタ40に表示させることができる。このことにより、蛍光観察内視鏡装置1では、検査対象者に投与されたICGを励起光によって励起させ、励起したICGが蛍光発光した箇所を目立たせた被検査体901の画像を、カラーモニタ40に表示させて検査実施者に提示することができる。
Thus, in the fluorescence
なお、ICGが励起して蛍光発光している箇所において、R画像データ(IR画像データ)に含まれる画素信号のレベルを高くするために、例えば、蛍光観察内視鏡装置1の撮影モードが蛍光撮影モードである場合に光源装置20が発光する励起光の波長帯域の近赤外光の発光強度と、青色(B)の波長帯域の可視光および緑色(G)の波長帯域の可視光の発光強度との差をより大きくしてもよい。つまり、光源装置20が発光する励起光の波長帯域の近赤外光の発光強度を強くして、青色(B)および緑色(G)の波長帯域の可視光の発光強度との差をより大きくしてもよい。これにより、照射した照明光が被検査体901によって反射してイメージセンサ132に入射する青色(B)の波長帯域の可視光および緑色(G)の波長帯域の可視光と、ICGが励起して蛍光発光してイメージセンサ132に入射する蛍光とにおける光の強度の差が小さくなり、イメージセンサ132が蛍光を検出する感度(検出感度)を向上させることができる。
In order to increase the level of the pixel signal included in the R image data (IR image data) at a location where the ICG is excited and emits fluorescence, for example, the imaging mode of the fluorescence
より具体的には、上述した計算において、イメージセンサ132に入射する可視光(緑色の波長帯域の光)の強度と蛍光の強度との比 を15:1としたが、光源装置20が発光する励起光の波長帯域の近赤外光の発光強度を、青色(B)の波長帯域の可視光および緑色(G)の波長帯域の可視光の発光強度よりも強くすることで、その比率を小さくすることができる。例えば、イメージセンサ132に入射する可視光(緑色の波長帯域の光)の強度と蛍光の強度との比 を10:1とすることができれば、それだけ上式(6)および上式(13)における上昇分を大きくすることができ、ICGが励起して蛍光発光している箇所におけるR画像データ(IR画像データ)に含まれる画素信号のレベルを高くすることができる。
More specifically, in the above-described calculation, the ratio of the intensity of visible light (green wavelength band light) incident on the
また、上述したように、イメージセンサ132の構成として、誘電体多層膜フィルタ層13203を設けない構成にすることもできる(図4参照)。この構成のイメージセンサ132を撮像部13に備えた構成の蛍光観察内視鏡装置1であっても、400nm~600nmの波長帯域の可視光に対する減衰率(遮光率)を許容することができる値にまで低下させることができれば、ICGが励起して蛍光発光している箇所を目立たせた被検査体901の画像を、カラーモニタ40に表示させて検査実施者に提示することができる。
Further, as described above, the
(変形例)
ここで、誘電体多層膜フィルタ層13203を設けていない、つまり、誘電体多層膜フィルタ13209を備えないことによって、光に対する感度や斜入射特性を向上させたイメージセンサ132を撮像部13に備えた構成の蛍光観察内視鏡装置1について説明する。まず、誘電体多層膜フィルタ13209を備えないイメージセンサ132(以下、「イメージセンサ133」という)について説明する。なお、イメージセンサ133を撮像部13に備えた構成の蛍光観察内視鏡装置1(以下、「蛍光観察内視鏡装置2」という)の構成は、図2に示した蛍光観察内視鏡装置1においてイメージセンサ132がイメージセンサ133に代わるのみであるため、詳細な説明は省略する。また、イメージセンサ133の構成も、図3に示したイメージセンサ132の構成と同様であるため、詳細な説明は省略する。
(Modification)
Here, the
図12は、本発明の実施形態の蛍光観察内視鏡装置2に備えた固体撮像装置の別の構造(イメージセンサ133の構造)の一例を示した断面図である。図12には、図4に示したイメージセンサ132と同様に、イメージセンサ133においてR画素、G画素、またはB画素と、IR画素とが形成されている場合における画素部1321の一部の縦構造を示している。図12に示したイメージセンサ133も、イメージセンサ132と同様に、裏面照射型の固体撮像装置である。
FIG. 12 is a cross-sectional view showing an example of another structure (structure of the image sensor 133) of the solid-state imaging device provided in the fluorescence
図12に示したように、イメージセンサ133の構造は、図4に示したイメージセンサ133の構造における誘電体多層膜フィルタ層13203が削除された構造であり、支持基板13200の上に、イメージセンサ133に配置する画素である画素1330を構成するそれぞれの層が積層されて形成されている。より具体的には、支持基板13200から光が入射する側に向かって配線層13201、光電変換層13202、オンチップカラーフィルタ層13204、およびマイクロレンズ13205が形成されている。それぞれの層の構成は、イメージセンサ133におけるそれぞれの層の構成と同様であるため、詳細な説明は省略する。
As shown in FIG. 12, the structure of the
また、イメージセンサ133において、オンチップカラーフィルタ層13204に形成するそれぞれのオンチップカラーフィルタの配置や、光の波長帯域に対する特性(分光特性)も、図5Aおよび図6Aに示したイメージセンサ133におけるオンチップカラーフィルタの配置や分光特性と同様である。ただし、イメージセンサ133では、誘電体多層膜フィルタ層13203が削除されているため、R画素、G画素、またはB画素である画素1330aに対応する位置の透明材13208、およびIR画素である画素1330bに対応する位置の誘電体多層膜フィルタ13209は形成されていない。このため、イメージセンサ133では、図5Bおよび図6Bに示したイメージセンサ132における誘電体多層膜フィルタ13209の配置や分光特性は関係しない。従って、イメージセンサ133に配置されたIR画素の光電変換素子13207は、対応するオンチップカラーフィルタ13211IRの分光特性IR1で透過した近赤外光の波長帯域の光(蛍光)を露光して光電変換した画素信号を出力する。そして、イメージセンサ133は、それぞれの画素1330が露光して光電変換した画素信号の大きさを表すシリアルRAWデータを、撮像信号として外部処理部30に出力する。
In the
なお、蛍光観察内視鏡装置2に備えた光源装置20や画像処理部33などのその他の構成要素の動作や処理方法は、蛍光観察内視鏡装置1と同様である。従って、蛍光観察内視鏡装置2においても、蛍光観察内視鏡装置1と同様に、ICGが励起して蛍光発光している箇所を赤みがかった色にした(赤く強調した)被検査体901の画像をカラーモニタ40に表示する。ただし、蛍光観察内視鏡装置2では、ホワイトバランス部331によって行われるホワイトバランス処理の結果が、蛍光観察内視鏡装置1ではイメージセンサ132に備えていた誘電体多層膜フィルタ13209を削除したことに伴って少し異なる。
The operations and processing methods of other components such as the
ここで、蛍光観察内視鏡装置2において本発明の蛍光観察装置を構成するホワイトバランス部331について説明する。以下の説明においては、蛍光観察内視鏡装置1と同様に、ICGが励起して蛍光発光している箇所として表示されるレベルの値の一例について説明する。なお、以下の説明においても、上述した蛍光観察内視鏡装置1と同様に、それぞれの画素1330が対応する光を光電変換した画素信号の大きさを表すレベルの値として説明する。
Here, the
例えば、青色(B)の波長帯域の可視光に対するオンチップカラーフィルタ13210Bにおける光の透過率と、オンチップカラーフィルタ13211IRにおける光の透過率との比が、20:1であると仮定した場合を考える。そして、例えば、緑色(G)の波長帯域の可視光に対するオンチップカラーフィルタ13210Gにおける光の透過率と、オンチップカラーフィルタ13211IRにおける光の透過率との比が、20:1であると仮定した場合を考える。言い換えれば、オンチップカラーフィルタ13211IRと誘電体多層膜フィルタ13209とを合わせた光学フィルタにおける青色(B)の波長帯域の可視光および緑色(G)の波長帯域の可視光に対する透過率がそれぞれ5%であると仮定した場合を考える。そして、ホワイトバランス部331がホワイトバランス処理を行う前の状態、つまり、デモザイキング部330から出力されたB画像データとG画像データとのそれぞれに含まれる白の被写体の箇所の画素信号のレベル、すなわち、B画素とG画素の画素信号のレベルがそれぞれ“4000”であったと仮定した場合を考える。
For example, it is assumed that the ratio of the light transmittance of the on-chip color filter 13210B to the visible light in the blue (B) wavelength band and the light transmittance of the on-chip color filter 13211IR is 20: 1. Think. For example, it is assumed that the ratio of the light transmittance of the on-chip color filter 13210G to the visible light in the green (G) wavelength band and the light transmittance of the on-chip color filter 13211IR is 20: 1. Think about the case. In other words, each of the optical filters including the on-chip color filter 13211IR and the
この場合、R画像データ(IR画像データ)に含まれる白の被写体の箇所の画素信号のレベル、つまり、R画素(IR画素)における白の被写体の箇所の画素信号のレベルは、B画素とG画素のそれぞれの画素信号のレベルから、下式(17)のようになる。 In this case, the level of the pixel signal at the location of the white subject included in the R image data (IR image data), that is, the level of the pixel signal at the location of the white subject in the R pixel (IR pixel) is B pixel and G From the level of each pixel signal of the pixel, the following equation (17) is obtained.
(4000/20)+(4000/20)=400 ・・・(17) (4000/20) + (4000/20) = 400 (17)
従って、ホワイトバランス部331は、上式(17)における白の被写体の箇所のR画素(IR画素)の画素信号のレベル“400”に対するホワイトバランス処理において、このR画素(IR画素)の白の被写体の箇所の画素信号のレベルを、下式(18)のような倍数にするレベル調整を行って白の被写体を再現することになる。
Therefore, the
4000/400=10倍 ・・・(18) 4000/400 = 10 times (18)
つまり、R画素(IR画素)の白の被写体の箇所の画素信号のレベルを、上式(18)に示したように、10倍にするゲイン値を乗じて白の被写体を再現することになる。 In other words, a white object is reproduced by multiplying the gain value by which the level of the pixel signal of the R pixel (IR pixel) at the location of the white object is multiplied by 10 as shown in the above equation (18). .
このとき、例えば、蛍光撮影モードにおいて撮影した被検査体901の画像において、ICGが励起して蛍光発光していない箇所におけるB画素とG画素の画素信号のレベルがそれぞれ“600”であったとすると、この箇所におけるR画素(IR画素)の画素信号のレベルは、下式(19)のようになる。
At this time, for example, in the image of the
600/20+600/20=60 ・・・(19) 600/20 + 600/20 = 60 (19)
このため、ホワイトバランス部331は、ホワイトバランス処理によって、R画素(IR画素)の画素信号のレベルを、上式(19)および上式(18)より、下式(20)のようにレベル調整する。
For this reason, the
60×10=600 ・・・(20) 60 × 10 = 600 (20)
これにより、ICGが励起して蛍光発光していない箇所においては、B画素と、G画素と、R画素(IR画素)との画素信号のレベルの比が、下式(21)のようになり、白の被写体を再現する。 As a result, the ratio of the level of the pixel signal of the B pixel, the G pixel, and the R pixel (IR pixel) in the portion where the ICG is not excited and does not emit fluorescence is expressed by the following equation (21). , Reproduce the white subject.
B画素:G画素:R画素(IR画素)=600:600:600
=1:1:1 ・・・(21)
B pixel: G pixel: R pixel (IR pixel) = 600: 600: 600
= 1: 1: 1 (21)
一方、上述した蛍光観察内視鏡装置1の場合と同様に、蛍光撮影モードで撮影した被検査体901の画像において、ICGが励起して蛍光発光している箇所において、上述したイメージセンサ132における条件と同様に、イメージセンサ133に入射する可視光の強度と蛍光の強度との比が15:1、イメージセンサ133に配置されたそれぞれの画素1330における可視光と蛍光との感度の比を2:1と仮定した場合を考える。この場合、R画素(IR画素)の画素信号のレベルは、ICGが励起して蛍光発光した蛍光を露光(検出)したことによって、B画素またはG画素の画素信号のレベルに対して、下式(22)に示したレベルだけ上昇する。
On the other hand, as in the case of the fluorescence
600/(15×2)=20 ・・・(22) 600 / (15 × 2) = 20 (22)
従って、R画素(IR画素)の画素信号のレベルは、上式(19)および上式(22)より、下式(23)のようになる。 Therefore, the level of the pixel signal of the R pixel (IR pixel) is expressed by the following equation (23) from the above equation (19) and the above equation (22).
60+20=80 ・・・(23) 60 + 20 = 80 (23)
このため、ホワイトバランス部331は、ホワイトバランス処理によって、R画素(IR画素)の画素信号のレベルを、上式(23)および上式(18)より、下式(24)のような倍数にレベル調整する。
For this reason, the
80×10=800 ・・・(24) 80 × 10 = 800 (24)
これにより、ICGが励起して蛍光発光している箇所においては、B画素と、G画素と、R画素(IR画素)との画素信号のレベルの比が、下式(9)のようになり、ICGが励起して蛍光発光している箇所が、赤みがかった色になって(赤く強調されて)カラーモニタ40に表示されることになる。
As a result, at the location where the ICG is excited to emit fluorescence, the ratio of the pixel signal levels of the B pixel, G pixel, and R pixel (IR pixel) is as shown in the following equation (9). The portion where the ICG is excited and fluoresced becomes a reddish color (highlighted in red) and is displayed on the
B画素:G画素:R画素(IR画素)=600:600:800
=1:1:1.3 ・・・(25)
B pixel: G pixel: R pixel (IR pixel) = 600: 600: 800
= 1: 1: 1.3 (25)
なお、より実際の被検査体901の画像に近い場合では、例えば、被検査体901の画像内のICGが励起して蛍光発光していない箇所におけるB画素の画素信号のレベルが“600”、G画素の画素信号のレベルが“1200”であったとすると、この箇所におけるR画素(IR画素)の画素信号のレベルは、下式(26)のようになる。
In the case where the image is closer to the actual image of the
600/20+1200/20=90 ・・・(26) 600/20 + 1200/20 = 90 (26)
このため、ホワイトバランス部331は、ホワイトバランス処理によって、R画素(IR画素)の画素信号のレベルを、上式(26)および上式(18)より、下式(27)のようにレベル調整する。
Therefore, the
90×10=900 ・・・(27) 90 × 10 = 900 (27)
これにより、ICGが励起して蛍光発光していない箇所においては、B画素と、G画素と、R画素(IR画素)との画素信号のレベルの比が、下式(28)のようになり、B画素とG画素の画素信号のレベルに差がある場合でも、ICGが励起して蛍光発光していない箇所が、赤みがかった色になって(赤く強調されて)カラーモニタ40に表示されることはない。
As a result, in the part where the ICG is excited and does not emit fluorescence, the ratio of the level of the pixel signal of the B pixel, the G pixel, and the R pixel (IR pixel) is expressed by the following equation (28). Even when there is a difference in the pixel signal level between the B pixel and the G pixel, the portion where the ICG is excited and does not emit fluorescence becomes a reddish color (highlighted in red) and is displayed on the
B画素:G画素:R画素(IR画素)=600:1200:900
=1:2:1.5 ・・・(28)
B pixel: G pixel: R pixel (IR pixel) = 600: 1200: 900
= 1: 2: 1.5 (28)
一方、被検査体901の画像内のICGが励起して蛍光発光している箇所では、イメージセンサ133における条件が上述した条件と同じ場合、R画素(IR画素)の画素信号のレベルは、G画素の画素信号のレベルに対して、下式(29)に示したレベルだけ上昇する。
On the other hand, in the part where the ICG in the image of the
1200/(15×2)=40 ・・・(29) 1200 / (15 × 2) = 40 (29)
従って、R画素(IR画素)の画素信号のレベルは、上式(26)および上式(29)より、下式(30)のようになる。 Therefore, the level of the pixel signal of the R pixel (IR pixel) is represented by the following equation (30) from the above equation (26) and the above equation (29).
90+40=130 ・・・(30) 90 + 40 = 130 (30)
このため、ホワイトバランス部331は、ホワイトバランス処理によって、R画素(IR画素)の画素信号のレベルを、上式(30)および上式(18)より、下式(31)のような倍数にレベル調整する。
For this reason, the
130×10=1300 ・・・(31) 130 × 10 = 1300 (31)
これにより、ICGが励起して蛍光発光している箇所においては、B画素と、G画素と、R画素(IR画素)との画素信号のレベルの比が、下式(32)のようになり、ICGが励起して蛍光発光している箇所が、赤みがかった色になって(赤く強調されて)カラーモニタ40に表示されることになる。
As a result, at the location where the ICG is excited to emit fluorescence, the ratio of the level of the pixel signal of the B pixel, the G pixel, and the R pixel (IR pixel) is expressed by the following equation (32). The portion where the ICG is excited and fluoresced becomes a reddish color (highlighted in red) and is displayed on the
B画素:G画素:R画素(IR画素)=600:1200:1300
=1:2:2.2 ・・・(32)
B pixel: G pixel: R pixel (IR pixel) = 600: 1200: 1300
= 1: 2: 2.2 (32)
このように、蛍光観察内視鏡装置2では、誘電体多層膜フィルタ13209を備えないことによって、光に対する感度や斜入射特性を向上させたイメージセンサ133を撮像部13に備える。そして、蛍光観察内視鏡装置2でも、蛍光観察内視鏡装置1と同様に、微弱な画素信号のレベルであるIR画像データをR画像データとし、デモザイキング部330から出力された最終的なG画像データ、B画像データ、およびR画像データ(IR画像データ)に対してホワイトバランス部331がホワイトバランス処理を行う。これにより、蛍光観察内視鏡装置2でも、蛍光観察内視鏡装置1と同様に、蛍光撮影モードであるときに撮影した被検査体901の画像内のICGが励起して蛍光発光した箇所を赤みがかった色に強調して、カラーモニタ40に表示させることができる。
As described above, the fluorescence
なお、上述した一例(上式(16)と上式(32)の比較)からわかるように、蛍光観察内視鏡装置2では、蛍光観察内視鏡装置1に比べて、ICGが励起して蛍光発光した箇所を赤みがかった色に強調する度合いが少ない。つまり、ICGが励起して蛍光発光した蛍光に対する感度が、蛍光観察内視鏡装置1に比べて低くなっている。このため、撮像部13には、蛍光をより高い精度で検出することができる、つまり、蛍光に対する感度を高くすることができるイメージセンサ132を備えることが望ましいと考えられる。しかし、蛍光観察内視鏡装置2において撮像部13に備えたイメージセンサ133は、蛍光観察内視鏡装置1において撮像部13に備えたイメージセンサ132よりも、光に対する感度や斜入射特性が高い固体撮像装置である。そして、上述したように、例えば、光源装置20が発光する励起光の波長帯域の近赤外光の発光強度と、青色(B)の波長帯域の可視光および緑色(G)の波長帯域の可視光の発光強度との差をより大きくすることによって、R画像データ(IR画像データ)に含まれる画素信号のレベルを高くすることができる。従って、上述した一例では、蛍光観察内視鏡装置2におけるICGが励起して蛍光発光した箇所を赤みがかった色に強調する度合いが少ないが、励起光の波長帯域の近赤外光の発光強度を調整することによって、蛍光観察内視鏡装置2でも、蛍光観察内視鏡装置1と同様の度合いに、ICGが励起して蛍光発光した箇所を強調することができる。しかも、蛍光観察内視鏡装置2では、イメージセンサ133によって、光に対する感度や斜入射特性が向上しているため、通常撮影モードを含めて、より繊細な被検査体901の画像を撮影することができる。
As can be seen from the above-described example (comparison between the above equation (16) and the above equation (32)), in the fluorescence
なお、ホワイトバランス部331は、上述した処理に加えて、R画素(IR画素)の画素信号のレベルに対して、“B画素またはG画素の画素信号のレベルの内、いずれか大きい方のレベルを、B画素とG画素の画素信号のレベルを平均したレベルで除算した値”を、さらに乗算してレベル調整してもよい。これにより、蛍光の検出感度を更に向上させることができる。
In addition to the above-described processing, the
例えば、被検査体901の画像内のICGが励起して蛍光発光していない箇所におけるB画素の画素信号のレベルが“600”、G画素の画素信号のレベルが“1200”であったとすると、この箇所におけるR画素(IR画素)の画素信号のレベルは、上式(26)より“90”になる。
For example, if the level of the pixel signal of the B pixel is “600” and the level of the pixel signal of the G pixel is “1200” at a location where the ICG in the image of the
このため、ホワイトバランス部331は、ホワイトバランス処理によって、R画素(IR画素)の画素信号のレベルを、上式(27)より“900”にレベル調整する。さらに、ホワイトバランス部331は、下式(33)で求められる、“B画素またはG画素の画素信号のレベルの内、いずれか大きい方のレベル(ここでは、G画素の画素信号のレベル)を、B画素とG画素の画素信号のレベルを平均したレベルで除算した値”を乗算し、下式(34)のようにR画素(IR画素)の画素信号のレベルを調整する。
Therefore, the
1200/((1200+600)/2)=1.33 ・・・(33)
900×1.33=1200 ・・・(34)
1200 / ((1200 + 600) / 2) = 1.33 (33)
900 × 1.33 = 1200 (34)
これにより、ICGが励起して蛍光発光していない箇所においては、B画素と、G画素と、R画素(IR画素)との画素信号のレベルの比が、下式(35)のようになり、B画素とG画素の画素信号のレベルに差がある場合でも、ICGが励起して蛍光発光していない箇所が、赤みがかった色になって(赤く強調されて)カラーモニタ40に表示されることはない。
As a result, in the portion where the ICG is excited and not emitting fluorescence, the ratio of the level of the pixel signal of the B pixel, the G pixel, and the R pixel (IR pixel) is expressed by the following equation (35). Even when there is a difference in the pixel signal level between the B pixel and the G pixel, the portion where the ICG is excited and does not emit fluorescence becomes a reddish color (highlighted in red) and is displayed on the
B画素:G画素:R画素(IR画素)=600:1200:1200
=1:2:2 ・・・(35)
B pixel: G pixel: R pixel (IR pixel) = 600: 1200: 1200
= 1: 2: 2 (35)
一方、被検査体901の画像内のICGが励起して蛍光発光している箇所では、イメージセンサ133における条件が上述した条件と同じ場合、R画素(IR画素)の画素信号のレベルは、G画素の画素信号のレベルに対して、上式(29)より“40”だけ上昇する。従って、R画素(IR画素)の画素信号のレベルは、上式(30)より“130”となる。このため、ホワイトバランス部331は、ホワイトバランス処理によって、R画素(IR画素)の画素信号のレベルを、上式(30)、上式(18)、および上式(33)より、下式(36)のような倍数にレベル調整する。
On the other hand, in the part where the ICG in the image of the
130×10×1.33=1733 ・・・(36) 130 × 10 × 1.33 = 1733 (36)
これにより、ICGが励起して蛍光発光している箇所においては、B画素と、G画素と、R画素(IR画素)との画素信号のレベルの比が、下式(37)のようになり、ICGが励起して蛍光発光している箇所が、赤みがかった色になって(赤く強調されて)カラーモニタ40に表示されることになる。
As a result, at the location where the ICG is excited to emit fluorescence, the ratio of the level of the pixel signal of the B pixel, the G pixel, and the R pixel (IR pixel) is expressed by the following equation (37). The portion where the ICG is excited and fluoresced becomes a reddish color (highlighted in red) and is displayed on the
B画素:G画素:R画素(IR画素)=600:1200:1733
=1:2:2.9 ・・・(37)
B pixel: G pixel: R pixel (IR pixel) = 600: 1200: 1733
= 1: 2: 2.9 (37)
上述した一例(上式(32)と上式(37)の比較)からわかるように、ホワイトバランス部133において、R画素(IR画素)の画素信号のレベルに対して、“B画素またはG画素の画素信号のレベルの内、いずれか大きい方のレベルを、B画素とG画素の画素信号のレベルを平均したレベルで除算した値”を、さらに乗算してレベル調整することにより、蛍光の検出感度を向上させることができる。
As can be seen from the above-described example (comparison between the above equation (32) and the above equation (37)), in the
実施形態によれば、蛍光体(ICG)に照射することで蛍光を発光させる第1の波長帯域(例えば、700nm~800nmの波長帯域)の励起光(近赤外光)と、第1の波長帯域とは異なる第2の波長帯域(例えば、500nm~600nmの波長帯域)の可視光と、第1の波長帯域および第2の波長帯域とは異なる第3の波長帯域(例えば、400nm~500nmの波長帯域)の可視光と、を同時に照射することができる光源装置(光源装置20)と、蛍光を選択的に透過する第1のフィルタ(オンチップカラーフィルタ13211IR)、第2の波長帯域の可視光を選択的に透過する第2のフィルタ(オンチップカラーフィルタ13210G)、第3の波長帯域の可視光を選択的に透過する第3のフィルタ(オンチップカラーフィルタ13210B)、のいずれかが設けられた受光素子(画素1320)が複数配置された撮像装置(イメージセンサ133)と、画素1320のそれぞれが対応する光を検出した画素信号に基づいて画像処理を行う画像処理装置(画像処理部33)と、を有する。
According to the embodiment, excitation light (near infrared light) in a first wavelength band (for example, a wavelength band of 700 nm to 800 nm) that emits fluorescence by irradiating the phosphor (ICG), and the first wavelength Visible light in a second wavelength band different from the band (for example, a wavelength band from 500 nm to 600 nm) and a third wavelength band different from the first wavelength band and the second wavelength band (for example, from 400 nm to 500 nm). Light source device (light source device 20) capable of simultaneously irradiating visible light in the wavelength band, a first filter that selectively transmits fluorescence (on-chip color filter 13211IR), and visible light in the second wavelength band A second filter that selectively transmits light (on-chip color filter 13210G), and a third filter that selectively transmits visible light in the third wavelength band (on-chip color filter). Image processing device (image sensor 133) in which a plurality of light receiving elements (pixels 1320) provided with any of the first and second pixels 13210B) are provided, and image processing is performed based on pixel signals obtained by detecting light corresponding to each of the
また、実施形態によれば、撮像装置(イメージセンサ132)は、第2の波長帯域から第3の波長帯域の光を反射し、蛍光の波長帯域の光を透過する誘電体多層膜フィルタ(誘電体多層膜フィルタ13209)、をさらに有し、誘電体多層膜フィルタ13209をオンチップカラーフィルタ13211IRの光路上に配置する、蛍光観察装置(蛍光観察内視鏡装置1)が構成される。
Further, according to the embodiment, the imaging device (image sensor 132) reflects a dielectric multilayer filter (dielectric) that reflects light in the third wavelength band from the second wavelength band and transmits light in the fluorescent wavelength band. And a multilayer multilayer filter 13209), and the
また、実施形態によれば、光源装置20が照射する励起光の強度は、光源装置20が照射するそれぞれの可視光の強度よりも強い、蛍光観察装置(蛍光観察内視鏡装置1または蛍光観察内視鏡装置2)が構成される。
Further, according to the embodiment, the intensity of the excitation light emitted by the
また、実施形態によれば、励起光を照射する被写体から撮像装置(イメージセンサ132またはイメージセンサ133)に至るまでの光路上に配置され、励起光が画素1320に入射するのを防ぐ励起光カットフィルタ(励起光カットフィルタ131)、をさらに有する、蛍光観察装置(蛍光観察内視鏡装置1または蛍光観察内視鏡装置2)が構成される。
In addition, according to the embodiment, the excitation light cut is arranged on the optical path from the subject irradiated with the excitation light to the imaging device (the
また、実施形態によれば、蛍光は、近赤外光の波長(例えば、830nm)を含み、第2の波長帯域の可視光は、緑色の光の波長(例えば、540nm)を含み、第3の波長帯域の可視光は、青色の光の波長(例えば、450nm)を含む、蛍光観察装置(蛍光観察内視鏡装置1または蛍光観察内視鏡装置2)が構成される。
According to the embodiment, the fluorescence includes a wavelength of near infrared light (for example, 830 nm), the visible light in the second wavelength band includes a wavelength of green light (for example, 540 nm), and the third The visible light in the wavelength band includes a fluorescence observation apparatus (fluorescence
また、実施形態によれば、画像処理装置(画像処理部33に含まれるホワイトバランス部331)は、オンチップカラーフィルタ13211IRからオンチップカラーフィルタ13210Bを介して画素1320が検出した光に応じた画素信号のそれぞれに対して、所定の値(ゲイン値)を乗じて得られる信号レベルに基づいて画像処理(ホワイトバランス処理)を行う、蛍光観察装置(蛍光観察内視鏡装置1または蛍光観察内視鏡装置2)が構成される。
In addition, according to the embodiment, the image processing apparatus (the
また、実施形態によれば、イメージセンサ132またはイメージセンサ133は、オンチップカラーフィルタ13211IRからオンチップカラーフィルタ13210Bのそれぞれが選択的に透過する波長帯域とは異なる第4の波長帯域(例えば、600nm~700nmの波長帯域)の可視光を選択的に透過する第4のフィルタ(オンチップカラーフィルタ13210R)が設けられた画素1320がさらに複数配置され、光源装置20が、第1の波長帯域から第3の波長帯域の光を照射し、画像処理装置(画像処理部33に含まれるホワイトバランス部331)が、オンチップカラーフィルタ13211IRからオンチップカラーフィルタ13210Bを介して画素1320が検出した光に応じた画素信号のそれぞれに基づいて画像処理(ホワイトバランス処理)を行う蛍光撮影モードと、光源装置20が、第2の波長帯域から第4の波長帯域の光を照射し、画像処理装置(画像処理部33に含まれるホワイトバランス部331)が、オンチップカラーフィルタ13210Gからオンチップカラーフィルタ13210Rを介して画素1320が検出した光に応じた画素信号のそれぞれに基づいて画像処理(ホワイトバランス処理)を行う通常撮影モードと、を切り替えるモード切り替え装置(撮影モード切り替えスイッチ14)、をさらに有する、蛍光観察装置(蛍光観察内視鏡装置1または蛍光観察内視鏡装置2)が構成される。
In addition, according to the embodiment, the
また、実施形態によれば、蛍光は、近赤外光の波長(例えば、830nm)を含み、第2の波長帯域の可視光は、緑色の光の波長(例えば、540nm)を含み、第3の波長帯域の可視光は、青色の光の波長(例えば、450nm)を含み、第4の波長帯域の可視光は、赤色の光の波長(例えば、630nm)を含む、蛍光観察装置(蛍光観察内視鏡装置1または蛍光観察内視鏡装置2)が構成される。
According to the embodiment, the fluorescence includes a wavelength of near infrared light (for example, 830 nm), the visible light in the second wavelength band includes a wavelength of green light (for example, 540 nm), and the third The visible light in the wavelength band includes a blue light wavelength (for example, 450 nm), and the visible light in the fourth wavelength band includes a red light wavelength (for example, 630 nm). An
また、実施形態によれば、画像処理装置(画像処理部33に含まれるデモザイキング部330)は、オンチップカラーフィルタ13210Gからオンチップカラーフィルタ13210Rを介して画素1320が検出した光に応じた画素信号のそれぞれに対して、オンチップカラーフィルタ13211IRを介して画素1320が検出した光に応じた画素信号のそれぞれに基づいてオフセット処理をする、蛍光観察装置(蛍光観察内視鏡装置1または蛍光観察内視鏡装置2)が構成される。
In addition, according to the embodiment, the image processing apparatus (the
また、実施形態によれば、オンチップカラーフィルタ13211IRからオンチップカラーフィルタ13210Bは、有機材料で形成される、蛍光観察装置(蛍光観察内視鏡装置1または蛍光観察内視鏡装置2)が構成される。
Further, according to the embodiment, the on-chip color filter 13211IR to the on-chip color filter 13210B are configured by a fluorescence observation apparatus (the fluorescence
また、実施形態によれば、 オンチップカラーフィルタ13210Rは、有機材料で形成される、蛍光観察装置(蛍光観察内視鏡装置1または蛍光観察内視鏡装置2)が構成される。
In addition, according to the embodiment, the on-chip color filter 13210R is configured with a fluorescence observation apparatus (fluorescence
また、実施形態によれば、インドシアニングリーン誘導体標識抗体(ICG)からなる蛍光物質を生体(検査対象者)に投与して内視鏡による診断を行う蛍光観察内視鏡装置(蛍光観察内視鏡装置1または蛍光観察内視鏡装置2)であって、検査対象者に投与した蛍光物質(ICG)に照射することで蛍光を発光させる第1の波長帯域(例えば、700nm~800nmの波長帯域)の励起光と、第1の波長帯域とは異なる第2の波長帯域(例えば、500nm~600nmの波長帯域)の可視光と、第1の波長帯域および第2の波長帯域とは異なる第3の波長帯域(例えば、400nm~500nmの波長帯域)の可視光と、を同時に照射することができる光源装置(光源装置20)と、蛍光を選択的に透過する第1のフィルタ(オンチップカラーフィルタ13211IR)、第2の波長帯域の可視光を選択的に透過する第2のフィルタ(オンチップカラーフィルタ13210G)、第3の波長帯域の可視光を選択的に透過する第3のフィルタ(オンチップカラーフィルタ13210B)、のいずれかが設けられた受光素子(画素1320)が複数配置された撮像装置(イメージセンサ132またはイメージセンサ133)と、画素1320のそれぞれが対応する光を検出した画素信号に基づいて画像処理を行う画像処理装置(画像処理部33)と、を有する。
In addition, according to the embodiment, a fluorescence observation endoscope apparatus (fluorescence observation endoscopy) in which a fluorescent substance composed of an indocyanine green derivative-labeled antibody (ICG) is administered to a living body (inspection subject) and diagnosed by an endoscope. A first wavelength band (for example, a wavelength band of 700 nm to 800 nm) that emits fluorescence by irradiating a fluorescent substance (ICG) administered to a subject to be examined. ) Excitation light, visible light in a second wavelength band (for example, a wavelength band of 500 nm to 600 nm) different from the first wavelength band, and third light different from the first wavelength band and the second wavelength band. A light source device (light source device 20) capable of simultaneously irradiating visible light in a wavelength band (for example, a wavelength band of 400 nm to 500 nm), and a first filter (Onch) that selectively transmits fluorescence. Color filter 13211IR), a second filter that selectively transmits visible light in the second wavelength band (on-chip color filter 13210G), and a third filter that selectively transmits visible light in the third wavelength band. (On-chip color filter 13210B), each of the
また、実施形態によれば、イメージセンサ132またはイメージセンサ133は、蛍光観察内視鏡装置1または蛍光観察内視鏡装置2において検査対象者の体内に挿入される挿入部(挿入部11の先端部に備えた撮像部13)に配置される、蛍光観察内視鏡装置1または蛍光観察内視鏡装置2が構成される。
In addition, according to the embodiment, the
また、実施形態によれば、蛍光は、近赤外光の波長(例えば、830nm)を含み、第2の波長帯域の可視光は、緑色の光の波長(例えば、540nm)を含み、第3の波長帯域の可視光は、青色の光の波長(例えば、450nm)を含む、蛍光観察内視鏡装置1または蛍光観察内視鏡装置2が構成される。
According to the embodiment, the fluorescence includes a wavelength of near infrared light (for example, 830 nm), the visible light in the second wavelength band includes a wavelength of green light (for example, 540 nm), and the third The visible light in the wavelength band includes the fluorescence
また、実施形態によれば、イメージセンサ132またはイメージセンサ133は、オンチップカラーフィルタ13211IRからオンチップカラーフィルタ13210Bのそれぞれが選択的に透過する波長帯域とは異なる第4の波長帯域(例えば、600nm~700nmの波長帯域)の可視光を選択的に透過する第4のフィルタ(オンチップカラーフィルタ13210R)が設けられた画素1320がさらに複数配置され、光源装置20が、第1の波長帯域から第3の波長帯域の光を照射し、画像処理装置(画像処理部33に含まれるホワイトバランス部331)が、オンチップカラーフィルタ13211IRからオンチップカラーフィルタ13210Bを介して画素1320が検出した光に応じた画素信号のそれぞれに基づいて画像処理(ホワイトバランス処理)を行う蛍光撮影モードと、光源装置20が、第2の波長帯域から第4の波長帯域の光を照射し、画像処理装置(画像処理部33に含まれるホワイトバランス部331)が、オンチップカラーフィルタ13210Gからオンチップカラーフィルタ13210Rを介して画素1320が検出した光に応じた画素信号のそれぞれに基づいて画像処理(ホワイトバランス処理)を行う通常撮影モードと、を切り替えるモード切り替え装置(撮影モード切り替えスイッチ14)、をさらに有する、蛍光観察内視鏡装置1または蛍光観察内視鏡装置2が構成される。
In addition, according to the embodiment, the
また、実施形態によれば、蛍光は、近赤外光の波長(例えば、830nm)を含み、第2の波長帯域の可視光は、緑色の光の波長(例えば、540nm)を含み、第3の波長帯域の可視光は、青色の光の波長(例えば、450nm)を含み、第4の波長帯域の可視光は、赤色の光の波長(例えば、630nm)を含む、蛍光観察内視鏡装置1または蛍光観察内視鏡装置2が構成される。
According to the embodiment, the fluorescence includes a wavelength of near infrared light (for example, 830 nm), the visible light in the second wavelength band includes a wavelength of green light (for example, 540 nm), and the third The visible light in the wavelength band includes a wavelength of blue light (for example, 450 nm), and the visible light in the fourth wavelength band includes a wavelength of red light (for example, 630 nm). 1 or the fluorescence
また、実施形態によれば、画像処理装置(画像処理部33に含まれるデモザイキング部330)は、オンチップカラーフィルタ13210Gからオンチップカラーフィルタ13210Rを介して画素1320が検出した光に応じた画素信号のそれぞれに対して、オンチップカラーフィルタ13211IRを介して画素1320が検出した光に応じた画素信号のそれぞれに基づいてオフセット処理をする、蛍光観察内視鏡装置1または蛍光観察内視鏡装置2が構成される。
In addition, according to the embodiment, the image processing apparatus (the
上記に述べたように、本発明の各実施形態によれば、固体撮像装置において、ICGなどの誘導体標識抗体(蛍光薬剤:蛍光物質)が励起して蛍光発光した蛍光を露光する画素を配置する。これにより、本発明の各実施形態では、蛍光を露光する画素が、蛍光物質が励起して蛍光発光した蛍光を検出することができる。また、本発明の各実施形態では、固体撮像装置に配置した蛍光を露光する画素の位置に、厚さを抑えた(実施形態においては、1um未満)誘電体多層膜フィルタを固体撮像装置に形成する。そして、本発明の各実施形態では、通常の状態で被検査体を観察する(実施形態においては、通常撮影モード)際に、青色(B)の波長帯域の可視光と、緑色(G)の波長帯域の可視光と、赤色(R)の波長帯域の可視光との発光強度が同じ値であり、励起光の波長帯域の光を含まない白色光を照明光として被検査体に照射する。一方、本発明の各実施形態では、蛍光物質が励起して蛍光発光した蛍光に基づいて被検査体を観察する(実施形態においては、蛍光撮影モード)際に、青色(B)の波長帯域の可視光と、緑色(G)の波長帯域の可視光との発光強度が同じ値で弱く、励起光の波長帯域の近赤外光の発光強度が強く、赤色(R)の波長帯域の可視光を含まない照明光を被検査体に照射する。これにより、本発明の各実施形態では、通常の状態での被検査体の観察と、蛍光物質が励起して蛍光発光した蛍光による被検査体の観察とを行うことができる。 As described above, according to each embodiment of the present invention, in the solid-state imaging device, pixels that expose fluorescence emitted by a derivative-labeled antibody (fluorescent agent: fluorescent substance) such as ICG are arranged. . Thereby, in each embodiment of this invention, the pixel which exposes fluorescence can detect the fluorescence which the fluorescent substance excited and fluorescent-emitted. In each embodiment of the present invention, a dielectric multilayer filter having a reduced thickness (less than 1 μm in the embodiment) is formed in the solid-state imaging device at the position of the pixel that exposes the fluorescence arranged in the solid-state imaging device. To do. In each embodiment of the present invention, when observing the object under normal conditions (in the normal imaging mode in the embodiment), visible light in the blue (B) wavelength band and green (G) The light emission intensity of visible light in the wavelength band and visible light in the red (R) wavelength band have the same value, and white light that does not include light in the wavelength band of excitation light is irradiated as illumination light onto the object to be inspected. On the other hand, in each embodiment of the present invention, when observing an object to be inspected based on the fluorescence emitted by the fluorescent material and excited (in the embodiment, the fluorescence imaging mode), the wavelength band of blue (B) is used. The emission intensity of visible light and visible light in the green (G) wavelength band is weak at the same value, the emission intensity of near-infrared light in the excitation light wavelength band is high, and visible light in the red (R) wavelength band The object to be inspected is irradiated with illumination light that does not contain. Thereby, in each embodiment of the present invention, it is possible to perform observation of the inspection object in a normal state and observation of the inspection object by the fluorescence emitted from the fluorescent material and emitting fluorescence.
また、本発明の各実施形態では、蛍光物質が励起して蛍光発光した蛍光に基づいて被検査体を観察する際に、蛍光を露光する画素によって検出した微弱な蛍光を、赤色(R)の波長帯域の可視光を検出したものとして、ホワイトバランス処理を行う。これにより、本発明の各実施形態では、被検査体を観察した画像において、蛍光物質が蛍光発光した箇所を赤みがかった色に強調させて検査実施者に提示することができる。このことにより、検査実施者は、蛍光物質が蛍光発光した箇所を容易に確認することができる。 In each embodiment of the present invention, when observing an object to be inspected based on fluorescence emitted from a fluorescent material and excited, the weak fluorescence detected by the pixel that exposes the fluorescence is red (R). White balance processing is performed assuming that visible light in the wavelength band is detected. Thereby, in each embodiment of this invention, the location which the fluorescent substance emitted fluorescence can be emphasized to the reddish color in the image which observed the to-be-inspected object, and can be shown to a tester. Thus, the tester can easily confirm the location where the fluorescent material emits fluorescence.
このように、本発明の各実施形態では、従来の技術のように、蛍光物質が励起して蛍光発光した蛍光を検出するときに可視光も検出されることがないように、可視光に対する減衰率(遮光率)を非常に高くした光学フィルタを設けなくても、蛍光物質が励起して蛍光発光した蛍光を高い精度で検出して提示することができる。より具体的には、従来の技術では、入射する可視光を、例えば0.3%まで減衰させるような非常に高い減衰率(遮光率)の光学フィルタを、蛍光を露光する画素に設ける必要があったが、本発明の各実施形態では、入射する可視光を、例えば5%や1%まで減衰させるような減衰率(遮光率)が高くない光学フィルタを設けるのみで、蛍光を高い精度で検出することができる。つまり、本発明の各実施形態では、固体撮像装置に配置した蛍光を露光する画素に、ある程度の可視光の入射を許容しても、蛍光物質が励起して蛍光発光した蛍光を高い精度で検出することができる。このため、本発明の各実施形態では、光学フィルタの厚さを薄くすることができ、固体撮像装置を小型化することができる。これにより、本発明の各実施形態では、蛍光観察装置において固体撮像装置を含んで構成される撮像部を小型化することができる。このことにより、本発明の各実施形態では、蛍光観察装置を蛍光観察内視鏡装置として構成する場合に、固体撮像装置を、検査対象者の体内に挿入される挿入部の先端部に位置する撮像部内に、容易に配置することができる。 As described above, in each embodiment of the present invention, as in the prior art, attenuation with respect to visible light is prevented so that visible light is not detected when fluorescence emitted from a fluorescent material is detected and fluorescence is detected. Even without providing an optical filter with a very high rate (light-shielding rate), it is possible to detect and present with high accuracy the fluorescence emitted by the fluorescent material and excited. More specifically, in the conventional technology, it is necessary to provide an optical filter having a very high attenuation rate (light shielding rate) that attenuates incident visible light to, for example, 0.3%, on a pixel that exposes fluorescence. However, in each embodiment of the present invention, it is possible to provide fluorescence with high accuracy only by providing an optical filter that does not have a high attenuation rate (light shielding rate) that attenuates incident visible light to 5% or 1%, for example. Can be detected. That is, in each embodiment of the present invention, even when a certain amount of visible light is allowed to be incident on the pixels that are exposed to fluorescence arranged in the solid-state imaging device, the fluorescence emitted by the fluorescent material is detected with high accuracy. can do. For this reason, in each embodiment of this invention, the thickness of an optical filter can be made thin and a solid-state imaging device can be reduced in size. Thereby, in each embodiment of this invention, the imaging part comprised including a solid-state imaging device in a fluorescence observation apparatus can be reduced in size. Accordingly, in each embodiment of the present invention, when the fluorescence observation apparatus is configured as a fluorescence observation endoscope apparatus, the solid-state imaging device is positioned at the distal end portion of the insertion portion that is inserted into the body of the subject to be examined. It can be easily arranged in the imaging unit.
これにより、蛍光観察内視鏡装置では、挿入部の先端部を湾曲させる機能を実現することができる。すなわち、固体撮像装置を挿入部の先端部に位置する撮像部内に配置することができない場合には、例えば、光による像をリレー形式で伝えるリレーレンズによって、固体撮像装置が配置されている位置(例えば、操作部12など)まで、被検査体の像を光学的に導かなければならないため、リレーレンズの箇所を自由に湾曲させる構成は困難であり、挿入部の先端部を湾曲させる機能を搭載することができない。これに対して、本発明の各実施形態では、固体撮像装置を挿入部の先端部に位置する撮像部内に配置することができ、固体撮像装置と他の構成要素との間でやり取りする信号(例えば、実施形態においては、撮像信号や制御信号(駆動信号)など)は、電気信号として伝送することができるため、電気信号線の箇所を自由に湾曲させることができ、挿入部の先端部を湾曲させる機能を搭載することができる。
Thereby, in the fluorescence observation endoscope apparatus, a function of bending the distal end portion of the insertion portion can be realized. That is, when the solid-state imaging device cannot be arranged in the imaging unit located at the distal end portion of the insertion unit, for example, a position where the solid-state imaging device is arranged by a relay lens that transmits an image by light in a relay form ( For example, since the image of the object to be inspected must be optically guided to the
しかも、本発明の各実施形態では、固体撮像装置に形成する光学フィルタの厚さを薄くすることができるため、固体撮像装置に配置したそれぞれの画素おける光に対する感度や斜入射特性の悪化を抑えることができる。これにより、本発明の各実施形態では、観察する対象物を、より高精度に観察することができる。例えば、蛍光観察装置を蛍光観察内視鏡装置として構成した場合には、被検査体をより高精度に観察することができる。 In addition, in each embodiment of the present invention, since the thickness of the optical filter formed in the solid-state imaging device can be reduced, it is possible to suppress deterioration in sensitivity to light and oblique incidence characteristics in each pixel arranged in the solid-state imaging device. be able to. Thereby, in each embodiment of the present invention, the object to be observed can be observed with higher accuracy. For example, when the fluorescence observation apparatus is configured as a fluorescence observation endoscope apparatus, the object to be inspected can be observed with higher accuracy.
なお、本発明の各実施形態では、本発明の蛍光観察装置を構成する撮像部に備えた固体撮像装置(実施形態においては、イメージセンサ132またはイメージセンサ133)が出力する撮像信号が、画素部内のそれぞれの画素が光電変換した信号電荷に応じた画素信号、つまり、RAWデータである場合を示した。しかし、固体撮像装置が出力する撮像信号の形式は、本発明の各実施形態において示したRAWデータに限定されるものではない。例えば、イメージセンサ132が撮像信号線61によって伝送する撮像信号のデータ量を削減するため、R画素、G画素、およびB画素のそれぞれの画素信号に対してYC処理を行って、例えば、YCbCr信号、YUV信号などの、いわゆる、輝度色差信号に変換して出力してもよい。この場合、イメージセンサ132は、アナログ/デジタル変換部1323が出力したデジタル値の画素信号をデジタル値の輝度色差信号に変換した後、シリアライザ1324がパラレル/シリアル変換したシリアルの輝度色差信号を、撮像信号として外部に出力する構成が考えられる。また、この場合、外部処理部30は、デシリアライザ32がシリアルの輝度色差信号を元のパラレルの輝度色差信号に復元した後、画像処理部33内のデモザイキング部330が三板化処理を行ってR画素、G画素、またはB画素のいずれかの画素の画素信号のみからなるそれぞれの画像データを生成する構成が考えられる。
In each embodiment of the present invention, an imaging signal output from the solid-state imaging device (in the embodiment, the
なお、本発明の各実施形態では、本発明の蛍光観察装置を構成する光源装置が、白色光源とダイクロックミラーとの組によって、予め定めた波長帯域の光を発光する構成を示した。しかし、光源装置の構成は、本発明の各実施形態において示した構成に限定されるものではない。例えば、白色光源とダイクロックミラーとの組の代わりに、予め定めた波長帯域の光を発光する光源を備え、それぞれの光源が発光した光を、光照射レンズが集光して出射する構成にしてもよい。この場合、光源装置は、例えば、青色(B)の波長帯域の光(例えば、400nm~500nmの波長帯域の可視光)を発光する青色光源と、緑色(G)の波長帯域の光(例えば、500nm~600nmの波長帯域の可視光)を発光する緑色光源と、赤色(R)の波長帯域の光(例えば、600nm~700nmの波長帯域の可視光)を発光する赤色光源と、励起光の波長帯域の光(例えば、700nm~800nmの波長帯域の近赤外光)を発光する赤外光源と、のそれぞれを備える構成が考えられる。 In each embodiment of the present invention, the configuration in which the light source device constituting the fluorescence observation apparatus of the present invention emits light in a predetermined wavelength band by a set of a white light source and a dichroic mirror is shown. However, the configuration of the light source device is not limited to the configuration shown in each embodiment of the present invention. For example, instead of a pair of a white light source and a dichroic mirror, a light source that emits light in a predetermined wavelength band is provided, and a light emitting lens collects and emits the light emitted from each light source. May be. In this case, the light source device includes, for example, a blue light source that emits light in a blue (B) wavelength band (for example, visible light in a wavelength band of 400 nm to 500 nm) and light in a green (G) wavelength band (for example, A green light source that emits visible light in the wavelength band of 500 nm to 600 nm, a red light source that emits light in the red (R) wavelength band (eg, visible light in the wavelength band of 600 nm to 700 nm), and the wavelength of the excitation light An infrared light source that emits light in a band (for example, near infrared light in a wavelength band of 700 nm to 800 nm) is conceivable.
なお、本発明の各実施形態では、本発明の蛍光観察装置が、蛍光観察内視鏡装置として構成される場合について説明した。しかし、本発明の蛍光観察装置は、各実施形態において示した蛍光観察内視鏡装置としての構成に限定されるものではない。例えば、本発明の蛍光観察装置を、顕微鏡装置として構成することもできる。この場合、本発明の蛍光観察装置のそれぞれの構成要素は、顕微鏡装置における適切な位置にそれぞれ配置する。 In each embodiment of the present invention, the case where the fluorescence observation apparatus of the present invention is configured as a fluorescence observation endoscope apparatus has been described. However, the fluorescence observation apparatus of the present invention is not limited to the configuration as the fluorescence observation endoscope apparatus shown in each embodiment. For example, the fluorescence observation apparatus of the present invention can be configured as a microscope apparatus. In this case, each component of the fluorescence observation apparatus of the present invention is arranged at an appropriate position in the microscope apparatus.
以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこれら実施形態およびその変形例に限定されることはない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。
また、本発明は前述した説明によって限定されることはなく、添付のクレームの範囲によってのみ限定される。
As mentioned above, although preferable embodiment of this invention was described, this invention is not limited to these embodiment and its modification. Additions, omissions, substitutions, and other modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
Further, the present invention is not limited by the above description, and is limited only by the scope of the appended claims.
上記各実施形態によれば、撮像系の小型化と、蛍光物質が励起した蛍光の高い精度での検出とを実現することができる蛍光観察装置および蛍光観察内視鏡装置を提供することができる。 According to each of the embodiments described above, it is possible to provide a fluorescence observation apparatus and a fluorescence observation endoscope apparatus that can realize downsizing of an imaging system and detection of fluorescence excited by a fluorescent substance with high accuracy. .
1,2 蛍光観察内視鏡装置(蛍光観察装置,蛍光観察内視鏡装置)
10 内視鏡スコープ部
11 挿入部(挿入部)
12 操作部
13 撮像部(蛍光観察装置,蛍光観察内視鏡装置)
130 撮像レンズ
131 励起光カットフィルタ(蛍光観察装置,蛍光観察内視鏡装置,励起光カットフィルタ)
132,133 イメージセンサ(蛍光観察装置,蛍光観察内視鏡装置,撮像装置)
1320,1320a,1320b,1330,1330a,1330b 画素(受光素子,撮像装置)
13200 支持基板
13201 配線層
13202 光電変換層(撮像装置)
13203 誘電体多層膜フィルタ層(撮像装置)
13204 オンチップカラーフィルタ層(撮像装置)
13205 マイクロレンズ
13206 配線
13207 光電変換素子(受光素子,撮像装置)
13208 透明材
13209 誘電体多層膜フィルタ(撮像装置,誘電体多層膜フィルタ)
13210 オンチップカラーフィルタ(撮像装置,第2のフィルタ,第3のフィルタ,第4のフィルタ)
13210R オンチップカラーフィルタ(撮像装置,第4のフィルタ)
13210G オンチップカラーフィルタ(撮像装置,第2のフィルタ)
13210B オンチップカラーフィルタ(撮像装置,第3のフィルタ)
13211,13211IR オンチップカラーフィルタ(撮像装置,第1のフィルタ)
1321 画素部(受光素子,撮像装置)
1322 読み出し部
13220 制御回路
13221 垂直走査回路
13222 水平走査回路
1323 アナログ/デジタル変換部
13230 アナログ/デジタル変換回路
1324 シリアライザ
1325 垂直信号線
1326 水平信号線
14 撮影モード切り替えスイッチ(蛍光観察装置,蛍光観察内視鏡装置,モード切り替え装置)
20 光源装置(蛍光観察装置,蛍光観察内視鏡装置,光源装置)
21 発光制御部(蛍光観察装置,蛍光観察内視鏡装置,光源装置)
220,221,222,223,224 白色光源(蛍光観察装置,蛍光観察内視鏡装置,光源装置)
231,232,233,234 ダイクロックミラー(蛍光観察装置,蛍光観察内視鏡装置,光源装置)
24 光照射レンズ(蛍光観察装置,蛍光観察内視鏡装置,光源装置)
30 外部処理部(蛍光観察装置,蛍光観察内視鏡装置,画像処理装置)
31 モード判定部(蛍光観察装置,蛍光観察内視鏡装置,モード切り替え装置)
32 デシリアライザ
33 画像処理部(蛍光観察装置,蛍光観察内視鏡装置,画像処理装置)
330 デモザイキング部(蛍光観察装置,蛍光観察内視鏡装置,画像処理装置)
331 ホワイトバランス部(蛍光観察装置,蛍光観察内視鏡装置,画像処理装置)
332 ガンマ補正部
34 デジタル/アナログ変換部
40 カラーモニタ
50 光信号ケーブル
51 ライトガイド
60 電気信号ケーブル
61 撮像信号線
62 モード信号線
900 腹部
901 被検査体
B1 分光特性
G1 分光特性
R1 分光特性
IR1 分光特性
DM1 分光特性
IR1+DM1 分光特性
EL1 分光特性
B2 分光特性
G2 分光特性
R2 分光特性
B3 分光特性
G3 分光特性
IR3 分光特性
1,2 Fluorescence observation endoscope device (Fluorescence observation device, Fluorescence observation endoscope device)
10
12
130
132, 133 Image sensor (fluorescence observation device, fluorescence observation endoscope device, imaging device)
1320, 1320a, 1320b, 1330, 1330a, 1330b Pixel (light receiving element, imaging device)
13200
13203 Dielectric multilayer filter layer (imaging device)
13204 On-chip color filter layer (imaging device)
13205
13208
13210 On-chip color filter (imaging device, second filter, third filter, fourth filter)
13210R On-chip color filter (imaging device, fourth filter)
13210G On-chip color filter (imaging device, second filter)
13210B On-chip color filter (imaging device, third filter)
13211, 13211IR On-chip color filter (imaging device, first filter)
1321 Pixel unit (light receiving element, imaging device)
1322
20 Light source device (fluorescence observation device, fluorescence observation endoscope device, light source device)
21 Light emission control unit (fluorescence observation device, fluorescence observation endoscope device, light source device)
220, 221, 222, 223, 224 White light source (fluorescence observation apparatus, fluorescence observation endoscope apparatus, light source apparatus)
231, 232, 233, 234 Dichroic mirror (fluorescence observation device, fluorescence observation endoscope device, light source device)
24 Light irradiation lens (fluorescence observation device, fluorescence observation endoscope device, light source device)
30 External processing unit (fluorescence observation device, fluorescence observation endoscope device, image processing device)
31 Mode determination unit (fluorescence observation device, fluorescence observation endoscope device, mode switching device)
32
330 Demosaicing unit (fluorescence observation device, fluorescence observation endoscope device, image processing device)
331 White balance unit (fluorescence observation device, fluorescence observation endoscope device, image processing device)
332
Claims (17)
前記蛍光を選択的に透過する第1のフィルタ、前記第2の波長帯域の可視光を選択的に透過する第2のフィルタ、前記第3の波長帯域の可視光を選択的に透過する第3のフィルタ、のいずれかが設けられた受光素子が複数配置された撮像装置と、
前記受光素子のそれぞれが対応する光を検出した画素信号に基づいて画像処理を行う画像処理装置と、
を有する蛍光観察装置。 Excitation light in a first wavelength band that emits fluorescence by irradiating the phosphor, visible light in a second wavelength band different from the first wavelength band, the first wavelength band, and the second wavelength band A light source device capable of simultaneously irradiating visible light of a third wavelength band different from the wavelength band of
A first filter that selectively transmits the fluorescence; a second filter that selectively transmits visible light in the second wavelength band; and a third filter that selectively transmits visible light in the third wavelength band. An imaging device in which a plurality of light receiving elements provided with any of the filters are arranged,
An image processing device that performs image processing based on a pixel signal in which each of the light receiving elements detects corresponding light;
A fluorescence observation apparatus.
前記第2の波長帯域から前記第3の波長帯域の光を反射し、前記蛍光の波長帯域の光を透過する誘電体多層膜フィルタ、
をさらに有し、
前記誘電体多層膜フィルタを前記第1のフィルタの光路上に配置する、
請求項1に記載の蛍光観察装置。 The imaging device
A dielectric multilayer filter that reflects light in the third wavelength band from the second wavelength band and transmits light in the fluorescence wavelength band;
Further comprising
Disposing the dielectric multilayer filter on an optical path of the first filter;
The fluorescence observation apparatus according to claim 1.
前記光源装置が照射するそれぞれの前記可視光の強度よりも強い、
請求項1に記載の蛍光観察装置。 The intensity of the excitation light irradiated by the light source device is
Stronger than the intensity of each visible light irradiated by the light source device,
The fluorescence observation apparatus according to claim 1.
をさらに有する、
請求項1に記載の蛍光観察装置。 An excitation light cut filter that is disposed on an optical path from the subject that irradiates the excitation light to the imaging device and prevents the excitation light from entering the light receiving element;
Further having
The fluorescence observation apparatus according to claim 1.
近赤外光の波長を含み、
前記第2の波長帯域の可視光は、
緑色の光の波長を含み、
前記第3の波長帯域の可視光は、
青色の光の波長を含む、
請求項1に記載の蛍光観察装置。 The fluorescence is
Including the wavelength of near infrared light,
The visible light in the second wavelength band is
Including the wavelength of green light,
The visible light in the third wavelength band is
Including the wavelength of blue light,
The fluorescence observation apparatus according to claim 1.
前記第1のフィルタから前記第3のフィルタを介して前記受光素子が検出した光に応じた前記画素信号のそれぞれに対して、所定の値を乗じて得られる信号レベルに基づいて画像処理を行う、
請求項1に記載の蛍光観察装置。 The image processing apparatus includes:
Image processing is performed based on a signal level obtained by multiplying each of the pixel signals corresponding to the light detected by the light receiving element from the first filter through the third filter by a predetermined value. ,
The fluorescence observation apparatus according to claim 1.
前記第1のフィルタから前記第3のフィルタのそれぞれが選択的に透過する波長帯域とは異なる第4の波長帯域の可視光を選択的に透過する第4のフィルタが設けられた受光素子がさらに複数配置され、
前記光源装置が、前記第1の波長帯域から前記第3の波長帯域の光を照射し、前記画像処理装置が、前記第1のフィルタから前記第3のフィルタを介して前記受光素子が検出した光に応じた前記画素信号のそれぞれに基づいて前記画像処理を行う蛍光撮影モードと、前記光源装置が、前記第2の波長帯域から前記第4の波長帯域の光を照射し、前記画像処理装置が、前記第2のフィルタから前記第4のフィルタを介して前記受光素子が検出した光に応じた前記画素信号のそれぞれに基づいて前記画像処理を行う通常撮影モードと、を切り替えるモード切り替え装置、
をさらに有する、
請求項1に記載の蛍光観察装置。 The imaging device
A light receiving element provided with a fourth filter that selectively transmits visible light having a fourth wavelength band different from a wavelength band selectively transmitted from each of the first filter to the third filter. Multiple placement,
The light source device irradiates light of the third wavelength band from the first wavelength band, and the image processing device detects the light receiving element from the first filter via the third filter. A fluorescence imaging mode for performing the image processing based on each of the pixel signals corresponding to light; and the light source device irradiates light in the fourth wavelength band from the second wavelength band, and the image processing apparatus. A mode switching device that switches between the second imaging mode and the normal imaging mode in which the image processing is performed based on each of the pixel signals corresponding to the light detected by the light receiving element via the fourth filter,
Further having
The fluorescence observation apparatus according to claim 1.
近赤外光の波長を含み、
前記第2の波長帯域の可視光は、
緑色の光の波長を含み、
前記第3の波長帯域の可視光は、
青色の光の波長を含み、
前記第4の波長帯域の可視光は、
赤色の光の波長を含む、
請求項7に記載の蛍光観察装置。 The fluorescence is
Including the wavelength of near infrared light,
The visible light in the second wavelength band is
Including the wavelength of green light,
The visible light in the third wavelength band is
Including the wavelength of blue light,
The visible light in the fourth wavelength band is
Including the wavelength of red light,
The fluorescence observation apparatus according to claim 7.
前記第2のフィルタから前記第4のフィルタを介して前記受光素子が検出した光に応じた前記画素信号のそれぞれに対して、前記第1のフィルタを介して前記受光素子が検出した光に応じた前記画素信号のそれぞれに基づいてオフセット処理をする、
請求項7に記載の蛍光観察装置。 The image processing apparatus includes:
For each of the pixel signals corresponding to light detected by the light receiving element from the second filter via the fourth filter, depending on light detected by the light receiving element via the first filter Further, an offset process is performed based on each of the pixel signals.
The fluorescence observation apparatus according to claim 7.
有機材料で形成される、
請求項1に記載の蛍光観察装置。 From the first filter to the third filter,
Formed of organic materials,
The fluorescence observation apparatus according to claim 1.
有機材料で形成される、
請求項7に記載の蛍光観察装置。 The fourth filter is:
Formed of organic materials,
The fluorescence observation apparatus according to claim 7.
前記生体に投与した前記蛍光物質に照射することで蛍光を発光させる第1の波長帯域の励起光と、前記第1の波長帯域とは異なる第2の波長帯域の可視光と、前記第1の波長帯域および前記第2の波長帯域とは異なる第3の波長帯域の可視光と、を同時に照射することができる光源装置と、
前記蛍光を選択的に透過する第1のフィルタ、前記第2の波長帯域の可視光を選択的に透過する第2のフィルタ、前記第3の波長帯域の可視光を選択的に透過する第3のフィルタ、のいずれかが設けられた受光素子が複数配置された撮像装置と、
前記受光素子のそれぞれが対応する光を検出した画素信号に基づいて画像処理を行う画像処理装置と、
を有する蛍光観察内視鏡装置。 A fluorescence observation endoscopic device for performing an endoscopic diagnosis by administering a fluorescent substance comprising an indocyanine green derivative-labeled antibody to a living body,
Excitation light of a first wavelength band that emits fluorescence by irradiating the fluorescent material administered to the living body, visible light of a second wavelength band different from the first wavelength band, and the first A light source device capable of simultaneously irradiating a visible light having a wavelength band and a third wavelength band different from the second wavelength band;
A first filter that selectively transmits the fluorescence; a second filter that selectively transmits visible light in the second wavelength band; and a third filter that selectively transmits visible light in the third wavelength band. An imaging device in which a plurality of light receiving elements provided with any of the filters are arranged,
An image processing device that performs image processing based on a pixel signal in which each of the light receiving elements detects corresponding light;
A fluorescence observation endoscope apparatus.
前記蛍光観察内視鏡装置において前記生体の体内に挿入される挿入部に配置される、
請求項12に記載の蛍光観察内視鏡装置。 The imaging device
In the fluorescence observation endoscope device, disposed in the insertion portion to be inserted into the living body,
The fluorescence observation endoscope apparatus according to claim 12.
近赤外光の波長を含み、
前記第2の波長帯域の可視光は、
緑色の光の波長を含み、
前記第3の波長帯域の可視光は、
青色の光の波長を含む、
請求項12に記載の蛍光観察内視鏡装置。 The fluorescence is
Including the wavelength of near infrared light,
The visible light in the second wavelength band is
Including the wavelength of green light,
The visible light in the third wavelength band is
Including the wavelength of blue light,
The fluorescence observation endoscope apparatus according to claim 12.
前記第1のフィルタから前記第3のフィルタのそれぞれが選択的に透過する波長帯域とは異なる第4の波長帯域の可視光を選択的に透過する第4のフィルタが設けられた受光素子がさらに複数配置され、
前記光源装置が、前記第1の波長帯域から前記第3の波長帯域の光を照射し、前記画像処理装置が、前記第1のフィルタから前記第3のフィルタを介して前記受光素子が検出した光に応じた前記画素信号のそれぞれに基づいて前記画像処理を行う蛍光撮影モードと、前記光源装置が、前記第2の波長帯域から前記第4の波長帯域の光を照射し、前記画像処理装置が、前記第2のフィルタから前記第4のフィルタを介して前記受光素子が検出した光に応じた前記画素信号のそれぞれに基づいて前記画像処理を行う通常撮影モードと、を切り替えるモード切り替え装置、
をさらに有する、
請求項12から請求項14のいずれか1の項に記載の蛍光観察内視鏡装置。 The imaging device
A light receiving element provided with a fourth filter that selectively transmits visible light having a fourth wavelength band different from a wavelength band selectively transmitted from each of the first filter to the third filter. Multiple placement,
The light source device irradiates light of the third wavelength band from the first wavelength band, and the image processing device detects the light receiving element from the first filter via the third filter. A fluorescence imaging mode for performing the image processing based on each of the pixel signals corresponding to light; and the light source device irradiates light in the fourth wavelength band from the second wavelength band, and the image processing apparatus. A mode switching device that switches between the second imaging mode and the normal imaging mode in which the image processing is performed based on each of the pixel signals corresponding to the light detected by the light receiving element via the fourth filter,
Further having
The fluorescence observation endoscope apparatus according to any one of claims 12 to 14.
近赤外光の波長を含み、
前記第2の波長帯域の可視光は、
緑色の光の波長を含み、
前記第3の波長帯域の可視光は、
青色の光の波長を含み、
前記第4の波長帯域の可視光は、
赤色の光の波長を含む、
請求項15に記載の蛍光観察内視鏡装置。 The fluorescence is
Including the wavelength of near infrared light,
The visible light in the second wavelength band is
Including the wavelength of green light,
The visible light in the third wavelength band is
Including the wavelength of blue light,
The visible light in the fourth wavelength band is
Including the wavelength of red light,
The fluorescence observation endoscope apparatus according to claim 15.
前記第2のフィルタから前記第4のフィルタを介して前記受光素子が検出した光に応じた前記画素信号のそれぞれに対して、前記第1のフィルタを介して前記受光素子が検出した光に応じた前記画素信号のそれぞれに基づいてオフセット処理をする、
請求項15に記載の蛍光観察内視鏡装置。 The image processing apparatus includes:
For each of the pixel signals corresponding to light detected by the light receiving element from the second filter via the fourth filter, depending on light detected by the light receiving element via the first filter Further, an offset process is performed based on each of the pixel signals.
The fluorescence observation endoscope apparatus according to claim 15.
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