フィルタ校正装置、及び電子内視鏡システム
【課題】フィルタの反射鏡同士の平行度を精度良く維持するのに好適なフィルタ校正装置を提供すること。
【解決手段】フィルタ校正装置を、ファブリペロー型フィルタによってフィルタリングされた照明光の波長の強度分布を検出する光強度分布検出手段と、検出された検出強度分布に基づいてファブリペロー型フィルタが有する一対の反射鏡の平行度を調節する反射鏡調節手段と、から構成した。
【解決手段】フィルタ校正装置を、ファブリペロー型フィルタによってフィルタリングされた照明光の波長の強度分布を検出する光強度分布検出手段と、検出された検出強度分布に基づいてファブリペロー型フィルタが有する一対の反射鏡の平行度を調節する反射鏡調節手段と、から構成した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、狭帯域フィルタを通して被写体を撮像して強調画像を生成する電子内視鏡システム、及び狭帯域フィルタをキャリブレーションするフィルタ校正装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療分野においては、病巣部からくる光のうち特定の波長の光のみを透過させる狭帯域フィルタを通して被写体を撮像して強調画像を表示する電子内視鏡システムが知られている。この種の電子内視鏡システムの具体的構成例は、特許文献１に記載されている。
【０００３】
特許文献１には、狭帯域観察するためのフィルタ手段として分光透過率不変素子及びエアギャップ可変式分光透過率可変素子を有する電子内視鏡システムが記載されている。特許文献１に記載の電子内視鏡システムは、エアギャップ可変式分光透過率可変素子に印加する電圧を段階的に変化させていき、分光透過率不変素子の分光透過率特性に従って検出光強度が急激に変化したときのエアギャップを基準エアギャップとして設定する。実測値を基に設定された基準位置に基づいてエアギャップが制御されるため、部品個体差や組立誤差に起因するエアギャップ誤差が抑えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４５０４０７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このように、電子内視鏡システムが有する狭帯域フィルタには、特許文献１に示されるように、エアギャップ可変式エタロンを用いて構成されたものが知られている。この種のエアギャップ可変式エタロンにおいては、対向する一対の光学基板（反射鏡）が互いに平行に配置されるほど（言い換えると、反射鏡同士の平行度が高いほど）透過ピーク波長のＦＷＨＭ（Full Width at Half Maximum）が狭くなると共に光強度が高くなる。すなわち、反射鏡同士の平行度が高いほど強調画像において所望の波長（透過ピーク波長）の被写体像がより一層強調されて、病巣部の発見が容易になるため望ましい。そのため、エアギャップ可変式エタロンにおいては、反射鏡同士を高精度に平行配置することが重要な課題の一つとして挙げられる。
【０００６】
特許文献１においても、製造時において反射鏡同士を高精度に平行配置することの重要性が挙げられている。しかし、特許文献１においては、その具体的構成について何ら開示がなく示唆すらない。
【０００７】
また、一対の反射鏡は、エアギャップを変更するため光軸方向に相対移動する。しかし、この種のエアギャップ可変式エタロンは微小で精密なメカ部品であるため、移動に伴う平行度の僅かな低下が光学性能（ＦＷＨＭや光強度）に大きな影響を与えることがある。そのため、反射鏡同士の平行度は、製造時だけでなく使用時にも精度良く維持されることが望ましい。
【０００８】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、狭帯域干渉フィルタの反射鏡同士の平行度を精度良く維持するのに好適なフィルタ校正装置、及び電子内視鏡システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決する本発明の一形態に係るフィルタ校正装置は、ファブリペロー型フィルタによってフィルタリングされた照明光の波長の強度分布を検出する光強度分布検出手段と、検出された検出強度分布に基づいてファブリペロー型フィルタが有する一対の反射鏡の平行度を調節する反射鏡調節手段とを有することを特徴とした装置である。
【００１０】
本発明に係るフィルタ校正装置によれば、フィルタリングされた照明光の強度分布自体を直接検出して反射鏡の平行度を調節するため、平行度を精度良く維持することが可能となる。
【００１１】
本発明に係るフィルタ校正装置は、ファブリペロー型フィルタの透過ピーク波長を指定する指定手段と、指定された指定透過ピーク波長に対する検出強度分布の評価値を演算する評価値演算手段とを有する構成としてもよい。この場合、反射鏡調節手段は、演算された評価値に基づいて平行度の調節を行う。
【００１２】
評価値演算手段は、検出強度分布が表すファブリペロー型フィルタの透過光スペクトルの有効波長域の標準偏差に基づいた値を評価値として演算する構成としてもよい。
【００１３】
反射鏡調節手段は、平行度を調節した後に、指定透過ピーク波長とファブリペロー型フィルタの透過ピーク波長とが一致するように一対の反射鏡のギャップ長を調節する構成としてもよい。
【００１４】
上記の課題を解決する本発明の一形態に係る電子内視鏡システムは、被写体を照明するための照明光を放射する光源と、照明光で照明された被写体を撮像する電子スコープと、電子スコープが出力する撮像信号を用いて画像を生成する画像生成装置と、光源と電子スコープとの間の光路に配置されたファブリペロー型フィルタと、上記フィルタ校正装置とを有することを特徴としたシステムである。
【００１５】
本発明に係る電子内視鏡システムは、電子スコープの先端部に対して着脱自在なアタッチメント部材を有する構成としてもよい。アタッチメント部材は、例えば、電子スコープの先端部に取り付けられたときに光強度分布検出手段の位置が照明光を射出する電子スコープの配光レンズの前方で固定するように光強度分布検出手段を保持した構成としてもよい。
【００１６】
ファブリペロー型フィルタは、フィルタ校正装置の筐体内において光源と電子スコープとの間の光路に対して挿入又は退避可能に支持された構成としてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、狭帯域干渉フィルタの反射鏡同士の平行度を精度良く維持するのに好適なフィルタ校正装置、及び電子内視鏡システムが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態の電子内視鏡システムの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態のプロセッサが有する狭帯域干渉フィルタの構成を模式的に示す側面図である。
【図３】本発明の実施形態のプロセッサが有する信号処理回路の構成を示すブロック図である。
【図４】キャリブレーション時に実行される平行度制御処理を示すフローチャート図である。
【図５】図４の平行度制御処理において平行度の微調節が完了したと同時に実行されるピーク波長調節処理を示すフローチャート図である。
【図６】図４の平行度制御処理において分散を用いて演算を行った際に検出される光強度分布信号（透過光スペクトル）を示す。
【図７】図５のピーク波長調節処理を実行した際に検出される光強度分布信号（透過光スペクトル）を示す。
【図８】別の実施形態の電子内視鏡システムの構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態の電子内視鏡システムについて説明する。
【００２０】
図１は、本実施形態の電子内視鏡システム１の構成を示すブロック図である。図１に示されるように、電子内視鏡システム１は、医療用の撮像システムであり、電子スコープ１００、プロセッサ２００、モニタ３００を有している。電子スコープ１００の基端は、プロセッサ２００と接続されている。プロセッサ２００は、電子スコープ１００が出力する撮像信号を処理して画像を生成する画像処理装置と、自然光の届かない体腔内を電子スコープ１００を介して照明する光源装置とを一体に備えた装置である。別の実施形態では、画像処理装置と光源装置とを別体で構成してもよい。
【００２１】
図１に示されるように、プロセッサ２００は、システムコントローラ２０２、タイミングコントローラ２０４を有している。システムコントローラ２０２は、電子内視鏡システム１を構成する各要素を制御する。タイミングコントローラ２０４は、信号の処理タイミングを調整するクロックパルスを電子内視鏡システム１内の各種回路に出力する。
【００２２】
ランプ２０８は、ランプ電源イグナイタ２０６による始動後、主に可視光領域から不可視である赤外領域に広がる波長域の光束を放射する。ランプ２０８には、キセノンランプ、ハロゲンランプ、水銀ランプ、メタルハライドランプ等の高輝度ランプが適している。ランプ２０８から放射された照明光は、狭帯域干渉フィルタ２３０に入射する。
【００２３】
図２は、狭帯域干渉フィルタ２３０の構成を模式的に示す側面図である。狭帯域干渉フィルタ２３０は、ファブリペロー干渉計と同じ原理で透過光スペクトルを可変するエアギャップ可変式エタロンである。図２に示されるように、狭帯域干渉フィルタ２３０は、保持基板２３２を有している。保持基板２３２には、所定の開口を有する保持枠２３４と、中空部を有するピエゾアクチュエータ２３６が取り付けられている。保持枠２３４は、開口が光路の中心軸ＡＸを含む領域に位置するように配置されている。ピエゾアクチュエータ２３６は、中空部が当該領域に位置するように配置されている。そのため、照明光は、保持枠２３４及びピエゾアクチュエータ２３６によっては遮られない。
【００２４】
保持枠２３４、ピエゾアクチュエータ２３６はそれぞれ、ファブリペローエタロンを構成するガラス基板（平行平板）２３８ａ、２３８ｂを保持している。ガラス基板２３８ａ、２３８ｂは、空気層を挟んで対向配置されている。ガラス基板２３８ａ、２３８ｂの互いの対向面には反射膜（反射鏡）がコートされている。反射膜は、所定の波長域（例えば可視光領域から赤外領域を含む波長域）で反射率が高い半透過性の反射膜であり、金属反射膜、好ましくはＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）膜である。
【００２５】
狭帯域干渉フィルタ２３０に入射した照明光は、各ガラス基板（以下、「反射鏡基板」と記す。）２３８ａ、２３８ｂにコートされた一対の反射膜の間を多重反射する。反射膜同士の光軸方向の距離をＤと定義し、空気層の屈折率をＮと定義した場合、一対の反射膜間の多重反射・干渉により、光学的距離ＮＤによって決まる所定の波長域の照明光のみが狭帯域干渉フィルタ２３０を透過する。
【００２６】
ピエゾアクチュエータ２３６は、複数個（例えば３つ）の独立して制御可能なピエゾ素子を内蔵している。ピエゾアクチュエータ２３６は、少なくとも１つのピエゾ素子に電圧が印加されると、逆圧電効果によるピエゾ素子の変形に伴って反射鏡基板２３８ｂを傾き調節し又は中心軸ＡＸ方向に進退させる。傾き調節は、反射鏡基板２３８ａと２３８ｂとの平行度を高精度に維持して狭帯域干渉フィルタ２３０の透過ピーク波長の誤差を抑えるために行われる。中心軸ＡＸ方向への進退は、光学的距離ＮＤを変化させて透過ピーク波長をコントロールするために行われる。
【００２７】
狭帯域干渉フィルタ２３０によりフィルタリングされた照明光は、ハーフミラー２２２に入射する。狭帯域干渉フィルタ２３０は、プロセッサ２００の筐体内において光路に対して挿入又は退避可能に支持されている。狭帯域干渉フィルタ２３０は、狭帯域観察を行う場合、照明光の波長を特定波長にフィルタリングするため光路に挿入される。通常のカラー画像による観察を行う場合は、ランプ２０８から放射された光を被写体にそのまま照明するため光路から退避される。
【００２８】
ハーフミラー２２２に入射した照明光の大部分は、ハーフミラー２２２を透過して集光レンズ２１０に入射して集光され、絞り２１２を介して適正な光量に制限されてＬＣＢ（Light Carrying Bundle）１０２の入射端に入射する。ハーフミラー２２２に入射したごく一部の残りの照明光は、ハーフミラー２２２で反射して集光レンズ２２４に入射して集光されて、分光センサ２２６に入光する。
【００２９】
絞り２１２には、図示省略されたアームやギヤ等の伝達機構を介してモータ２１４が機械的に連結している。モータ２１４は例えばＤＣモータであり、ドライバ２１６のドライブ制御下で駆動する。絞り２１２は、モニタ３００に表示される映像を適正な明るさにするため、モータ２１４によって動作して開度が変化して、ランプ２０８から放射された照明光の光量を開度に応じて制限する。適正とされる映像の明るさの基準は、術者によるフロントパネル２１８の輝度調節操作に応じて設定変更される。なお、ドライバ２１６を制御して輝度調節を行う調光回路は周知の回路であり、本明細書においては省略することとする。
【００３０】
フロントパネル２１８の構成には種々の形態が想定される。フロントパネル２１８の具体的構成例には、プロセッサ２００のフロント面に実装された機能ごとのハードウェアキーや、タッチパネル式ＧＵＩ（Graphical User Interface）、ハードウェアキーとＧＵＩとの組合せ等が想定される。
【００３１】
ＬＣＢ１０２の入射端に入射した照明光は、ＬＣＢ１０２内を全反射を繰り返すことによって伝播する。ＬＣＢ１０２内を伝播した照明光は、電子スコープ１００の先端に配されたＬＣＢ１０２の射出端から射出する。ＬＣＢ１０２の射出端から射出した照明光は、配光レンズ１０４を介して被写体を照明する。被写体からの反射光は、対物レンズ１０６を介して固体撮像素子１０８の受光面上の各画素で光学像を結ぶ。
【００３２】
固体撮像素子１０８は、例えばベイヤ型画素配置を有する単板式カラーＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサであり、受光面上の各画素で結像した光学像を光量に応じた電荷として蓄積して、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色に応じた撮像信号に変換する。変換された撮像信号は、プリアンプ１１０による信号増幅後、ドライバ信号処理回路１１２を介して信号処理回路２２０に入力する。別の実施形態では、固体撮像素子１０８は、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサであってもよい。
【００３３】
タイミングコントローラ２０４は、システムコントローラ２０２によるタイミング制御に従って、ドライバ信号処理回路１１２にクロックパルスを供給する。ドライバ信号処理回路１１２は、タイミングコントローラ２０４から供給されるクロックパルスに従って、固体撮像素子１０８をプロセッサ２００側で処理される映像のフレームレートに同期したタイミングで駆動制御する。
【００３４】
信号処理回路２２０に入力した撮像信号は、クランプ、ニー、γ補正、補間処理、ＡＧＣ（Auto Gain Control）、ＡＤ変換等の処理後、各色信号別にフレーム単位でＲ、Ｇ、Ｂの各色用のフレームメモリ又はラインメモリ（不図示）にバッファリングされる。バッファリングされた各色信号は、タイミングコントローラ２０４によって制御されたタイミングでフレームメモリから掃き出されて、ＮＴＳＣ（National Television System Committee）やＰＡＬ（Phase Alternating Line）等の所定の規格に準拠した映像信号に変換される。変換された映像信号がモニタ３００に順次入力することにより、被写体の画像がモニタ３００の表示画面上に表示される。
【００３５】
狭帯域干渉フィルタ２３０の透過ピーク波長は、強調表示させたい被写体像の波長（蛍光観察の場合は励起光の波長）に合わせて指定される。透過ピーク波長の指定は、例えば電子スコープ１００の手元操作部１１４又はフロントパネル２１８に対する操作を通じて行われる。
【００３６】
指定される透過ピーク波長（以下、「指定ピーク波長」と記す。）には、例えば赤外領域の波長が想定される。この場合、癌などの病巣に親和性を持つ蛍光標識物質が患者の体内に予め投与される。観察対象の病巣の種類を増やしたい場合は、蛍光波長特性の異なる蛍光標識物質を複数種類投与しておく。狭帯域干渉フィルタ２３０でフィルタリングされた赤外領域の光（励起光）は、生体組織内に進達して蛍光標識物質を励起する。病巣部に蓄積した励起状態の蛍光標識物質は、蛍光を発する。蛍光は、対物レンズ１０６を介して固体撮像素子１０８の受光面上の各画素で光学像を結ぶ。病巣部より反射した励起光は、固体撮像素子１０８の前面に配した励起光カットフィルタ（不図示）により遮断される。モニタ３００の表示画面には、固体撮像素子１０８の撮像処理、信号処理回路２２０の画像生成処理等を経て病巣部の蛍光画像が表示される。
【００３７】
ところで、狭帯域干渉フィルタ２３０の透過ピーク波長は、温度変化や経年変化による機械的特性の変化により指定ピーク波長に対して変動する虞がある。そこで、電子内視鏡システム１には、撮像を行う期間中リアルタイムに又は所定の操作時に狭帯域干渉フィルタ２３０のキャリブレーションを行う機能が実装されている。ここでいう所定の操作とは、例えば電子スコープ１００の手元操作部１１４又はフロントパネル２１８に対して行うキャリブレーションの実行を指示する操作である。狭帯域干渉フィルタ２３０のキャリブレーションは、ハーフミラー２２２で分岐して分光センサ２２６に入光した微弱な照明光を用いて行われる。
【００３８】
分光センサ２２６は、グレーティングとラインセンサを内蔵したセンサである。分光センサ２２６に入光した照明光は、グレーティングによって波長ごとに異なる方向に回折されて、ラインセンサにより各波長の強度が同時に検出される。分光センサ２２６（ラインセンサ）で検出された光強度分布信号は、信号処理回路２２０に入力する。
【００３９】
信号処理回路２２０は、分光センサ２２６による光強度分布信号を用いて狭帯域干渉フィルタ２３０のキャリブレーションを行う。図３は、信号処理回路２２０の構成を図１よりも詳細に示したブロック図である。図３においては、図面を簡明化する便宜上、キャリブレーションの説明に必要な回路構成以外（例えば上述した画像処理を行う回路構成）の図示を省略する。図４は、キャリブレーション時に実行される平行度制御処理を示すフローチャート図である。説明の便宜上、本明細書中の説明並びに図面において、処理ステップは「Ｓ」と省略して記す。
【００４０】
図３に示されるように、信号処理回路２２０は、初期電圧設定部２２０ａ、Ａ／Ｄコンバータ２２０ｂ、評価関数演算部２２０ｃ、評価・微調節量算出部２２０ｄ、ピーク波長算出部２２０ｅ、波長シフト調節部２２０ｆ、Ｄ／Ａコンバータ２２０ｇを有している。
【００４１】
図４のＳ１の処理では、電子内視鏡システム１の起動後、初期電圧設定部２２０ａが保持する電圧値情報（電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３）がＤ／Ａコンバータ２２０ｇを介してピエゾドライバ２２８に制御信号として入力する。ピエゾドライバ２２８は、入力した制御信号に従ってピエゾアクチュエータ２３６の３つのピエゾ素子の各々に電圧Ｖ１〜Ｖ３を印加する。反射鏡基板２３８ａと２３８ｂとのエアギャップは、印加された電圧Ｖ１〜Ｖ３に応じて可変する。初期電圧設定部２２０ａは、例えば前回のシステム停止時の指定ピーク波長に対応する電圧値情報を制御信号として出力する。
【００４２】
初期電圧設定部２２０ａは、手元操作部１１４又はフロントパネル２１８の操作によって指定可能な各指定ピーク波長に対応する電圧値情報を予め保持している。そのため、図４の平行度制御処理（又は後述の図５に示すピーク波長調節処理）の実行中に透過ピーク波長の指定操作が行われた場合、処理が強制的に図４のＳ１に戻る。初期電圧設定部２２０ａは、指定ピーク波長に対応する電圧値情報を読み出して電圧Ｖ１〜Ｖ３を変更する。図４の平行度制御処理（及び後述の図５のピーク波長調節処理）の非実行時に透過ピーク波長の指定操作が行われた場合は、図４の平行度制御処理の実行が開始される。この場合、初期電圧設定部２２０ａは、指定ピーク波長に対応する電圧値情報を読み出して電圧Ｖ１〜Ｖ３を設定する。
【００４３】
図４のＳ２の処理では、分光センサ２２６が検出する光強度分布信号をＡ／Ｄコンバータ２２０ｂを通じて採取する。
【００４４】
ＡＤ変換後の光強度分布信号は、評価関数演算部２２０ｃ及びピーク波長算出部２２０ｅに入力する。図４のＳ３の処理では、評価関数演算部２２０ｃによる光強度分布信号を用いた評価関数ｅの演算が行われる。説明の便宜上、評価関数ｅから求まる評価関数値に符号ｅ１又はｅ２を付す。符号ｅ２は、評価関数値ｅ１と比較される評価関数値に対してのみ付す。
【００４５】
評価関数ｅは、標準偏差をσと定義し、狭帯域干渉フィルタ２３０の透過光スペクトルの有効波長域の幅を分光センサ２２６の波長分解能で除算した値をｎと定義した場合に、次式により表される。ここで、有効波長域とは、広義には狭帯域干渉フィルタ２３０を透過する可視光領域を意味する。具体的には、例えば、４００〜７００ｎｍの波長域を指す。
【００４６】
【数１】
【００４７】
標準偏差σは、光強度分布信号の波長をλと定義し、光強度分布信号の波長λの光量をＩλと定義し、狭帯域干渉フィルタ２３０の透過光スペクトルの有効波長域の平均光量をＩ￣と定義した場合に、次式により表される。
【００４８】
【数２】
【００４９】
評価関数値ｅ１は、透過光スペクトルの分布がなだらかであるときには小さく、狭帯域で大きな値のピークを持つ場合に高くなる。特にピーク波長のＦＷＨＭが最小で光強度が最大となる場合に高い値をとる。そのため、評価関数値ｅ１が高いほど反射鏡基板２３８ａと２３８ｂとの平行度が高いという保証が得られる。
【００５０】
評価関数演算部２２０ｃにより求められた評価関数値ｅ１は、評価・微調節量算出部２２０ｄに入力する。図４のＳ４の処理では、評価・微調節量算出部２２０ｄにより反射鏡基板２３８ｂの傾き調節の方向が決められる。
【００５１】
反射鏡基板２３８ｂの傾きは、反射鏡基板２３８ａとの平行度が高くなる方向に（評価関数値ｅ１が上がる方向に）調節されるべきである。そこで、反射鏡基板２３８ｂの傾き調節の方向を決定するにあたり、電圧Ｖ１を固定して電圧Ｖ２又はＶ３を所定値だけ変更する電圧制御パターンが複数パターン試行される。試行される電圧制御パターンには、例えば、電圧Ｖ２単独又は電圧Ｖ３単独を増加又は低下させるパターン、電圧Ｖ２及びＶ３を同時に増加又は低下させるパターン、電圧Ｖ２又はＶ３の一方を増加し他方を低下するパターン、などが想定される。評価・微調節量算出部２２０ｄは、最も高い評価関数値ｅ１が求められたときの電圧制御パターンを用いて反射鏡基板２３８ｂの傾き調節を開始する。
【００５２】
図４のＳ５の処理では、Ｓ４の処理で決められた電圧制御パターンを用いて電圧Ｖ２、Ｖ３を微小値変更する。
【００５３】
図４のＳ６の処理では、変更後の電圧Ｖ２、Ｖ３の印加時に分光センサ２２６によって検出される光強度分布信号をＡ／Ｄコンバータ２２０ｂを通じて採取する。
【００５４】
図４のＳ７の処理では、Ｓ６の処理で採取された光強度分布信号を用いて評価関数値ｅ２が求められる。
【００５５】
図４のＳ８の処理では、評価関数値ｅ２が評価関数値ｅ１よりも高いか否かが判定される。評価関数値ｅ２が評価関数値ｅ１よりも高い場合（Ｓ８：ＹＥＳ）、評価関数値ｅ２が評価関数値ｅ１に置き換えられて（Ｓ９）、処理がＳ５に戻り、反射鏡基板２３８ｂの傾き調節が引き続き行われる。
【００５６】
評価関数値ｅ２が評価関数値ｅ１以下の場合は（Ｓ８：ＮＯ）、評価関数値ｅ１がピーク値か否かが判定される（Ｓ１０）。評価関数値ｅ１がピーク値か否かは、過去複数回の評価関数値ｅ１の推移や、指定ピーク波長の光検出強度と所定の閾値との比較などに基づいて判断される。評価関数値ｅ１がピーク値でなければ（Ｓ１０：ＮＯ）、処理がＳ５に戻り、反射鏡基板２３８ｂの傾き調節が引き続き行われる。評価関数値ｅ１がピーク値であれば、指定ピーク波長のＦＷＨＭが最小で光強度が最大となる（又はそれに近い）透過光スペクトルが得られている可能性が高い。そのため、この場合（Ｓ１０：ＹＥＳ）、現在設定されている電圧Ｖ２、Ｖ３を初期電圧設定部２２０ａに保存する（Ｓ１１）。電圧Ｖ２、Ｖ３の保存後、本フローチャートの処理は終了する。
【００５７】
図４の平行度制御処理の実行により、狭帯域干渉フィルタ２３０の透過光スペクトル中に最適な又は最適に近い透過ピーク波長が現れる。この状態でも患者の診断に資する十分に良好な強調画像が得られる。しかし、反射鏡基板２３８ａと２３８ｂとの平行度を微調節する過程で透過ピーク波長が指定ピーク波長からシフトすることがある。そこで、本実施形態では、より一層良好な強調画像が得るべく、次に説明する処理が実行される。
【００５８】
図５は、図４の平行度制御処理において平行度の微調節が完了したと同時に実行されるピーク波長調節処理を示すフローチャート図である。
【００５９】
図５のＳ２１の処理では、図４の平行度制御処理の実行時に初期電圧設定部２２０ａに保存された微調節後の電圧Ｖ１〜Ｖ３をピエゾアクチュエータ２３６の３つのピエゾ素子の各々に印加する。
【００６０】
図５のＳ２２の処理では、微調節後の電圧Ｖ１〜Ｖ３の印加時に分光センサ２２６によって検出される光強度分布信号をＡ／Ｄコンバータ２２０ｂを通じて採取する。
【００６１】
図５のＳ２３の処理では、ピーク波長算出部２２０ｅにより、採取された光強度分布信号中の各波長に対応する信号強度の比較が行われ、比較結果に基づいて透過ピーク波長が検出される。
【００６２】
図５のＳ２４の処理では、ピーク波長算出部２２０ｅにより、Ｓ２３の処理で検出された透過ピーク波長と指定ピーク波長とが一致するか否かが判定される。両ピーク波長が一致する場合（Ｓ２４：ＹＥＳ）、透過ピーク波長が所望の位置に現れているため、本フローチャートの処理が終了する。両ピーク波長が一致しない場合（Ｓ２４：ＮＯ）、処理はＳ２５に進む。
【００６３】
図５のＳ２５の処理では、波長シフト調節部２２０ｆが電圧Ｖ１〜Ｖ３の各電圧を同じだけ微増又は微減する。すなわち、Ｓ２５の処理では、ピエゾアクチュエータ２３６の各ピエゾ素子に同じ電圧変化を与えて反射鏡基板２３８ｂを反射鏡基板２３８ａとの平行度を維持した状態で中心軸ＡＸ方向に僅かに進退させる。このようにして反射鏡基板２３８ａと２３８ｂとのエアギャップが僅かに変更された後、処理はＳ２２に戻る。Ｓ２２〜Ｓ２５の処理は、Ｓ２３の処理で検出される透過ピーク波長と指定ピーク波長とが一致するまで繰り返し行われる。
【００６４】
図４の平行度制御処理及び図５のピーク波長調節処理は、狭帯域干渉フィルタ２３０のキャリブレーションをリアルタイムで行う構成の場合は撮像期間中所定時間経過ごとに実行され、キャリブレーションを所定の操作時に行う構成の場合は当該操作時に限り実行される。本実施形態の電子内視鏡システム１によれば、キャリブレーションを別途の装置を必要とすることなくシステム単体で適時に行うことができる。そのため、温度変化や経年変化による機械的特性の変化による透過光スペクトルの変化が有効に抑えられる。また、分光センサ２２６を用いて狭帯域干渉フィルタ２３０の透過光スペクトルを検出するため、精密なエアギャップ制御が可能である。また、波長自体を直接検出してエアギャップ制御を行っていることから、温度変化に伴う検出誤差（例えば温度変化に伴う静電容量の変化）に起因するエアギャップ精度の低下が起こり得ない。
【００６５】
また、透過ピーク波長を得るための処理（図４の平行度制御処理）と指定ピーク波長に合わせ込むための処理（図５のピーク波長調節処理）とが別個独立に行われるため、ピエゾアクチュエータ２３６の各ピエゾ素子に対する制御が簡易である。ピエゾアクチュエータ２３６を複雑に制御する必要がないため、狭帯域干渉フィルタ２３０のキャリブレーションにかかる時間が結果的に短くなる。
【００６６】
評価関数ｅを用いた演算は、演算速度の向上のため、標準偏差σに代えて分散（＝σ２）を用いてもよい。図６（ａ）〜（ｃ）は、図４の平行度制御処理において分散を用いて演算を行った際に検出される光強度分布信号（透過光スペクトル）を示す。図７は、図５のピーク波長調節処理を実行した際に検出される光強度分布信号（透過光スペクトル）を示す。図６、図７の各図の縦軸は光強度を示し、横軸は波長を示す。
【００６７】
図６（ａ）は、電圧Ｖ２、Ｖ３に対する微調節を行っていない初期的な透過光スペクトルを示す。図６（ｃ）は、反射鏡基板２３８ａと２３８ｂとの平行度の調節が完了したときの透過光スペクトルを示す。図６（ｂ）は、図６（ａ）と図６（ｃ）の間の平行度の調節過程の透過光スペクトルを示す。図６（ａ）〜（ｃ）の３図において、評価関数ｅを用いて求められる値は、図６（ａ）のときに最も小さく、図６（ｃ）のときに最も大きい。すなわち、反射鏡基板２３８ａと２３８ｂとの平行度は、図６（ａ）〜（ｃ）に推移するにつれて高くなる。図６（ａ）〜（ｃ）に示されるように、反射鏡基板２３８ａと２３８ｂとの平行度が高くなるにつれて、指定ピーク波長（本例では５４６ｎｍ）付近にＦＷＨＭが狭く光強度が高いピーク（図６（ｃ）において５３２ｎｍ）が現れる。
【００６８】
図７中、破線は、図４の平行度制御処理の実行後であって図５のピーク波長調節処理の実行前の透過光スペクトル（図６（ｃ）に示す透過光スペクトル）を示し、実線は、図５のピーク波長調節処理の実行後の透過光スペクトルを示す。図５のピーク波長調節処理が実行されると、図７に示されるように、透過光スペクトルは、スペクトル形状をほぼ保ったままＦＷＨＭが狭く光強度が高いピークが指定ピーク波長（５４６ｎｍ）の位置にシフトする。
【００６９】
以上が本発明の実施形態の説明である。本発明は、上記の構成に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲において様々な変形が可能である。例えば狭帯域干渉フィルタ２３０は、エアギャップ可変式エタロンに限らず、反射鏡基板間に液晶セルを配置した液晶チューナブルフィルタであってもよい。
【００７０】
反射鏡基板２３８ｂの傾き調節時の電圧制御（図４のＳ５〜Ｓ９の処理）は、電圧Ｖ２とＶ３を同時に微調節する制御に限らず、電圧Ｖ２、Ｖ３を順に微調節する制御に代えてもよい。また、印加電圧Ｖ１〜Ｖ３の全てを微調節して反射鏡基板２３８ｂの傾き調節を行ってもよい。
【００７１】
狭帯域干渉フィルタ２３０のキャリブレーションは、静電容量センサを併用した場合、更に短い時間で実施することができる。
【００７２】
狭帯域干渉フィルタ２３０のキャリブレーションは、電子内視鏡システム１に簡易に着脱できるアタッチメントを用いて行えるようにしてもよい。図８は、別の実施形態の電子内視鏡システム１の構成を示すブロック図である。別の実施形態において本実施形態と同一の又は同様の構成には同一の又は同様の符号を付して説明を簡略又は省略する。
【００７３】
図８に示されるように、別の実施形態のプロセッサ２００には、ハーフミラー２２２、集光レンズ２２４、分光センサ２２６が配置されていない。そのため、ランプ２０８から放射された照明光は、狭帯域干渉フィルタ２３０によるフィルタリング後、分岐されることなく集光レンズ２１０に入射する。配光レンズ１０４の前方には、電子スコープ１００の先端部に対して着脱自在なアタッチメント２４０が取り付けられている。アタッチメント２４０は、分光センサ２２６、集光レンズ２４２を保持している。集光レンズ２４２は、配光レンズ１０４から射出された照明光を分光センサ２２６に集光する。分光センサ２２６は、信号ケーブル２４４を通じて信号処理回路２２０と接続されている。分光センサ２２６は、照明光の波長の強度分布を検出して光強度分布信号を信号処理回路２２０に出力する。
【００７４】
すなわち、別の実施形態の分光センサ２２６は、配光レンズ１０４から射出された照明光を検出する。別の実施形態によれば、プロセッサ２００に付加する構成を最小限に抑えつつ、狭帯域干渉フィルタ２３０のキャリブレーションを行う構成を電子内視鏡システム１に追加することができる。
【符号の説明】
【００７５】
１ 電子内視鏡システム
１００ 電子スコープ
２００ プロセッサ
２２０ 信号処理回路
２２２ ハーフミラー
２２６ 分光センサ
２３０ 狭帯域干渉フィルタ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、狭帯域フィルタを通して被写体を撮像して強調画像を生成する電子内視鏡システム、及び狭帯域フィルタをキャリブレーションするフィルタ校正装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療分野においては、病巣部からくる光のうち特定の波長の光のみを透過させる狭帯域フィルタを通して被写体を撮像して強調画像を表示する電子内視鏡システムが知られている。この種の電子内視鏡システムの具体的構成例は、特許文献１に記載されている。
【０００３】
特許文献１には、狭帯域観察するためのフィルタ手段として分光透過率不変素子及びエアギャップ可変式分光透過率可変素子を有する電子内視鏡システムが記載されている。特許文献１に記載の電子内視鏡システムは、エアギャップ可変式分光透過率可変素子に印加する電圧を段階的に変化させていき、分光透過率不変素子の分光透過率特性に従って検出光強度が急激に変化したときのエアギャップを基準エアギャップとして設定する。実測値を基に設定された基準位置に基づいてエアギャップが制御されるため、部品個体差や組立誤差に起因するエアギャップ誤差が抑えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４５０４０７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このように、電子内視鏡システムが有する狭帯域フィルタには、特許文献１に示されるように、エアギャップ可変式エタロンを用いて構成されたものが知られている。この種のエアギャップ可変式エタロンにおいては、対向する一対の光学基板（反射鏡）が互いに平行に配置されるほど（言い換えると、反射鏡同士の平行度が高いほど）透過ピーク波長のＦＷＨＭ（Full Width at Half Maximum）が狭くなると共に光強度が高くなる。すなわち、反射鏡同士の平行度が高いほど強調画像において所望の波長（透過ピーク波長）の被写体像がより一層強調されて、病巣部の発見が容易になるため望ましい。そのため、エアギャップ可変式エタロンにおいては、反射鏡同士を高精度に平行配置することが重要な課題の一つとして挙げられる。
【０００６】
特許文献１においても、製造時において反射鏡同士を高精度に平行配置することの重要性が挙げられている。しかし、特許文献１においては、その具体的構成について何ら開示がなく示唆すらない。
【０００７】
また、一対の反射鏡は、エアギャップを変更するため光軸方向に相対移動する。しかし、この種のエアギャップ可変式エタロンは微小で精密なメカ部品であるため、移動に伴う平行度の僅かな低下が光学性能（ＦＷＨＭや光強度）に大きな影響を与えることがある。そのため、反射鏡同士の平行度は、製造時だけでなく使用時にも精度良く維持されることが望ましい。
【０００８】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、狭帯域干渉フィルタの反射鏡同士の平行度を精度良く維持するのに好適なフィルタ校正装置、及び電子内視鏡システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決する本発明の一形態に係るフィルタ校正装置は、ファブリペロー型フィルタによってフィルタリングされた照明光の波長の強度分布を検出する光強度分布検出手段と、検出された検出強度分布に基づいてファブリペロー型フィルタが有する一対の反射鏡の平行度を調節する反射鏡調節手段とを有することを特徴とした装置である。
【００１０】
本発明に係るフィルタ校正装置によれば、フィルタリングされた照明光の強度分布自体を直接検出して反射鏡の平行度を調節するため、平行度を精度良く維持することが可能となる。
【００１１】
本発明に係るフィルタ校正装置は、ファブリペロー型フィルタの透過ピーク波長を指定する指定手段と、指定された指定透過ピーク波長に対する検出強度分布の評価値を演算する評価値演算手段とを有する構成としてもよい。この場合、反射鏡調節手段は、演算された評価値に基づいて平行度の調節を行う。
【００１２】
評価値演算手段は、検出強度分布が表すファブリペロー型フィルタの透過光スペクトルの有効波長域の標準偏差に基づいた値を評価値として演算する構成としてもよい。
【００１３】
反射鏡調節手段は、平行度を調節した後に、指定透過ピーク波長とファブリペロー型フィルタの透過ピーク波長とが一致するように一対の反射鏡のギャップ長を調節する構成としてもよい。
【００１４】
上記の課題を解決する本発明の一形態に係る電子内視鏡システムは、被写体を照明するための照明光を放射する光源と、照明光で照明された被写体を撮像する電子スコープと、電子スコープが出力する撮像信号を用いて画像を生成する画像生成装置と、光源と電子スコープとの間の光路に配置されたファブリペロー型フィルタと、上記フィルタ校正装置とを有することを特徴としたシステムである。
【００１５】
本発明に係る電子内視鏡システムは、電子スコープの先端部に対して着脱自在なアタッチメント部材を有する構成としてもよい。アタッチメント部材は、例えば、電子スコープの先端部に取り付けられたときに光強度分布検出手段の位置が照明光を射出する電子スコープの配光レンズの前方で固定するように光強度分布検出手段を保持した構成としてもよい。
【００１６】
ファブリペロー型フィルタは、フィルタ校正装置の筐体内において光源と電子スコープとの間の光路に対して挿入又は退避可能に支持された構成としてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、狭帯域干渉フィルタの反射鏡同士の平行度を精度良く維持するのに好適なフィルタ校正装置、及び電子内視鏡システムが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態の電子内視鏡システムの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態のプロセッサが有する狭帯域干渉フィルタの構成を模式的に示す側面図である。
【図３】本発明の実施形態のプロセッサが有する信号処理回路の構成を示すブロック図である。
【図４】キャリブレーション時に実行される平行度制御処理を示すフローチャート図である。
【図５】図４の平行度制御処理において平行度の微調節が完了したと同時に実行されるピーク波長調節処理を示すフローチャート図である。
【図６】図４の平行度制御処理において分散を用いて演算を行った際に検出される光強度分布信号（透過光スペクトル）を示す。
【図７】図５のピーク波長調節処理を実行した際に検出される光強度分布信号（透過光スペクトル）を示す。
【図８】別の実施形態の電子内視鏡システムの構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態の電子内視鏡システムについて説明する。
【００２０】
図１は、本実施形態の電子内視鏡システム１の構成を示すブロック図である。図１に示されるように、電子内視鏡システム１は、医療用の撮像システムであり、電子スコープ１００、プロセッサ２００、モニタ３００を有している。電子スコープ１００の基端は、プロセッサ２００と接続されている。プロセッサ２００は、電子スコープ１００が出力する撮像信号を処理して画像を生成する画像処理装置と、自然光の届かない体腔内を電子スコープ１００を介して照明する光源装置とを一体に備えた装置である。別の実施形態では、画像処理装置と光源装置とを別体で構成してもよい。
【００２１】
図１に示されるように、プロセッサ２００は、システムコントローラ２０２、タイミングコントローラ２０４を有している。システムコントローラ２０２は、電子内視鏡システム１を構成する各要素を制御する。タイミングコントローラ２０４は、信号の処理タイミングを調整するクロックパルスを電子内視鏡システム１内の各種回路に出力する。
【００２２】
ランプ２０８は、ランプ電源イグナイタ２０６による始動後、主に可視光領域から不可視である赤外領域に広がる波長域の光束を放射する。ランプ２０８には、キセノンランプ、ハロゲンランプ、水銀ランプ、メタルハライドランプ等の高輝度ランプが適している。ランプ２０８から放射された照明光は、狭帯域干渉フィルタ２３０に入射する。
【００２３】
図２は、狭帯域干渉フィルタ２３０の構成を模式的に示す側面図である。狭帯域干渉フィルタ２３０は、ファブリペロー干渉計と同じ原理で透過光スペクトルを可変するエアギャップ可変式エタロンである。図２に示されるように、狭帯域干渉フィルタ２３０は、保持基板２３２を有している。保持基板２３２には、所定の開口を有する保持枠２３４と、中空部を有するピエゾアクチュエータ２３６が取り付けられている。保持枠２３４は、開口が光路の中心軸ＡＸを含む領域に位置するように配置されている。ピエゾアクチュエータ２３６は、中空部が当該領域に位置するように配置されている。そのため、照明光は、保持枠２３４及びピエゾアクチュエータ２３６によっては遮られない。
【００２４】
保持枠２３４、ピエゾアクチュエータ２３６はそれぞれ、ファブリペローエタロンを構成するガラス基板（平行平板）２３８ａ、２３８ｂを保持している。ガラス基板２３８ａ、２３８ｂは、空気層を挟んで対向配置されている。ガラス基板２３８ａ、２３８ｂの互いの対向面には反射膜（反射鏡）がコートされている。反射膜は、所定の波長域（例えば可視光領域から赤外領域を含む波長域）で反射率が高い半透過性の反射膜であり、金属反射膜、好ましくはＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）膜である。
【００２５】
狭帯域干渉フィルタ２３０に入射した照明光は、各ガラス基板（以下、「反射鏡基板」と記す。）２３８ａ、２３８ｂにコートされた一対の反射膜の間を多重反射する。反射膜同士の光軸方向の距離をＤと定義し、空気層の屈折率をＮと定義した場合、一対の反射膜間の多重反射・干渉により、光学的距離ＮＤによって決まる所定の波長域の照明光のみが狭帯域干渉フィルタ２３０を透過する。
【００２６】
ピエゾアクチュエータ２３６は、複数個（例えば３つ）の独立して制御可能なピエゾ素子を内蔵している。ピエゾアクチュエータ２３６は、少なくとも１つのピエゾ素子に電圧が印加されると、逆圧電効果によるピエゾ素子の変形に伴って反射鏡基板２３８ｂを傾き調節し又は中心軸ＡＸ方向に進退させる。傾き調節は、反射鏡基板２３８ａと２３８ｂとの平行度を高精度に維持して狭帯域干渉フィルタ２３０の透過ピーク波長の誤差を抑えるために行われる。中心軸ＡＸ方向への進退は、光学的距離ＮＤを変化させて透過ピーク波長をコントロールするために行われる。
【００２７】
狭帯域干渉フィルタ２３０によりフィルタリングされた照明光は、ハーフミラー２２２に入射する。狭帯域干渉フィルタ２３０は、プロセッサ２００の筐体内において光路に対して挿入又は退避可能に支持されている。狭帯域干渉フィルタ２３０は、狭帯域観察を行う場合、照明光の波長を特定波長にフィルタリングするため光路に挿入される。通常のカラー画像による観察を行う場合は、ランプ２０８から放射された光を被写体にそのまま照明するため光路から退避される。
【００２８】
ハーフミラー２２２に入射した照明光の大部分は、ハーフミラー２２２を透過して集光レンズ２１０に入射して集光され、絞り２１２を介して適正な光量に制限されてＬＣＢ（Light Carrying Bundle）１０２の入射端に入射する。ハーフミラー２２２に入射したごく一部の残りの照明光は、ハーフミラー２２２で反射して集光レンズ２２４に入射して集光されて、分光センサ２２６に入光する。
【００２９】
絞り２１２には、図示省略されたアームやギヤ等の伝達機構を介してモータ２１４が機械的に連結している。モータ２１４は例えばＤＣモータであり、ドライバ２１６のドライブ制御下で駆動する。絞り２１２は、モニタ３００に表示される映像を適正な明るさにするため、モータ２１４によって動作して開度が変化して、ランプ２０８から放射された照明光の光量を開度に応じて制限する。適正とされる映像の明るさの基準は、術者によるフロントパネル２１８の輝度調節操作に応じて設定変更される。なお、ドライバ２１６を制御して輝度調節を行う調光回路は周知の回路であり、本明細書においては省略することとする。
【００３０】
フロントパネル２１８の構成には種々の形態が想定される。フロントパネル２１８の具体的構成例には、プロセッサ２００のフロント面に実装された機能ごとのハードウェアキーや、タッチパネル式ＧＵＩ（Graphical User Interface）、ハードウェアキーとＧＵＩとの組合せ等が想定される。
【００３１】
ＬＣＢ１０２の入射端に入射した照明光は、ＬＣＢ１０２内を全反射を繰り返すことによって伝播する。ＬＣＢ１０２内を伝播した照明光は、電子スコープ１００の先端に配されたＬＣＢ１０２の射出端から射出する。ＬＣＢ１０２の射出端から射出した照明光は、配光レンズ１０４を介して被写体を照明する。被写体からの反射光は、対物レンズ１０６を介して固体撮像素子１０８の受光面上の各画素で光学像を結ぶ。
【００３２】
固体撮像素子１０８は、例えばベイヤ型画素配置を有する単板式カラーＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサであり、受光面上の各画素で結像した光学像を光量に応じた電荷として蓄積して、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色に応じた撮像信号に変換する。変換された撮像信号は、プリアンプ１１０による信号増幅後、ドライバ信号処理回路１１２を介して信号処理回路２２０に入力する。別の実施形態では、固体撮像素子１０８は、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサであってもよい。
【００３３】
タイミングコントローラ２０４は、システムコントローラ２０２によるタイミング制御に従って、ドライバ信号処理回路１１２にクロックパルスを供給する。ドライバ信号処理回路１１２は、タイミングコントローラ２０４から供給されるクロックパルスに従って、固体撮像素子１０８をプロセッサ２００側で処理される映像のフレームレートに同期したタイミングで駆動制御する。
【００３４】
信号処理回路２２０に入力した撮像信号は、クランプ、ニー、γ補正、補間処理、ＡＧＣ（Auto Gain Control）、ＡＤ変換等の処理後、各色信号別にフレーム単位でＲ、Ｇ、Ｂの各色用のフレームメモリ又はラインメモリ（不図示）にバッファリングされる。バッファリングされた各色信号は、タイミングコントローラ２０４によって制御されたタイミングでフレームメモリから掃き出されて、ＮＴＳＣ（National Television System Committee）やＰＡＬ（Phase Alternating Line）等の所定の規格に準拠した映像信号に変換される。変換された映像信号がモニタ３００に順次入力することにより、被写体の画像がモニタ３００の表示画面上に表示される。
【００３５】
狭帯域干渉フィルタ２３０の透過ピーク波長は、強調表示させたい被写体像の波長（蛍光観察の場合は励起光の波長）に合わせて指定される。透過ピーク波長の指定は、例えば電子スコープ１００の手元操作部１１４又はフロントパネル２１８に対する操作を通じて行われる。
【００３６】
指定される透過ピーク波長（以下、「指定ピーク波長」と記す。）には、例えば赤外領域の波長が想定される。この場合、癌などの病巣に親和性を持つ蛍光標識物質が患者の体内に予め投与される。観察対象の病巣の種類を増やしたい場合は、蛍光波長特性の異なる蛍光標識物質を複数種類投与しておく。狭帯域干渉フィルタ２３０でフィルタリングされた赤外領域の光（励起光）は、生体組織内に進達して蛍光標識物質を励起する。病巣部に蓄積した励起状態の蛍光標識物質は、蛍光を発する。蛍光は、対物レンズ１０６を介して固体撮像素子１０８の受光面上の各画素で光学像を結ぶ。病巣部より反射した励起光は、固体撮像素子１０８の前面に配した励起光カットフィルタ（不図示）により遮断される。モニタ３００の表示画面には、固体撮像素子１０８の撮像処理、信号処理回路２２０の画像生成処理等を経て病巣部の蛍光画像が表示される。
【００３７】
ところで、狭帯域干渉フィルタ２３０の透過ピーク波長は、温度変化や経年変化による機械的特性の変化により指定ピーク波長に対して変動する虞がある。そこで、電子内視鏡システム１には、撮像を行う期間中リアルタイムに又は所定の操作時に狭帯域干渉フィルタ２３０のキャリブレーションを行う機能が実装されている。ここでいう所定の操作とは、例えば電子スコープ１００の手元操作部１１４又はフロントパネル２１８に対して行うキャリブレーションの実行を指示する操作である。狭帯域干渉フィルタ２３０のキャリブレーションは、ハーフミラー２２２で分岐して分光センサ２２６に入光した微弱な照明光を用いて行われる。
【００３８】
分光センサ２２６は、グレーティングとラインセンサを内蔵したセンサである。分光センサ２２６に入光した照明光は、グレーティングによって波長ごとに異なる方向に回折されて、ラインセンサにより各波長の強度が同時に検出される。分光センサ２２６（ラインセンサ）で検出された光強度分布信号は、信号処理回路２２０に入力する。
【００３９】
信号処理回路２２０は、分光センサ２２６による光強度分布信号を用いて狭帯域干渉フィルタ２３０のキャリブレーションを行う。図３は、信号処理回路２２０の構成を図１よりも詳細に示したブロック図である。図３においては、図面を簡明化する便宜上、キャリブレーションの説明に必要な回路構成以外（例えば上述した画像処理を行う回路構成）の図示を省略する。図４は、キャリブレーション時に実行される平行度制御処理を示すフローチャート図である。説明の便宜上、本明細書中の説明並びに図面において、処理ステップは「Ｓ」と省略して記す。
【００４０】
図３に示されるように、信号処理回路２２０は、初期電圧設定部２２０ａ、Ａ／Ｄコンバータ２２０ｂ、評価関数演算部２２０ｃ、評価・微調節量算出部２２０ｄ、ピーク波長算出部２２０ｅ、波長シフト調節部２２０ｆ、Ｄ／Ａコンバータ２２０ｇを有している。
【００４１】
図４のＳ１の処理では、電子内視鏡システム１の起動後、初期電圧設定部２２０ａが保持する電圧値情報（電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３）がＤ／Ａコンバータ２２０ｇを介してピエゾドライバ２２８に制御信号として入力する。ピエゾドライバ２２８は、入力した制御信号に従ってピエゾアクチュエータ２３６の３つのピエゾ素子の各々に電圧Ｖ１〜Ｖ３を印加する。反射鏡基板２３８ａと２３８ｂとのエアギャップは、印加された電圧Ｖ１〜Ｖ３に応じて可変する。初期電圧設定部２２０ａは、例えば前回のシステム停止時の指定ピーク波長に対応する電圧値情報を制御信号として出力する。
【００４２】
初期電圧設定部２２０ａは、手元操作部１１４又はフロントパネル２１８の操作によって指定可能な各指定ピーク波長に対応する電圧値情報を予め保持している。そのため、図４の平行度制御処理（又は後述の図５に示すピーク波長調節処理）の実行中に透過ピーク波長の指定操作が行われた場合、処理が強制的に図４のＳ１に戻る。初期電圧設定部２２０ａは、指定ピーク波長に対応する電圧値情報を読み出して電圧Ｖ１〜Ｖ３を変更する。図４の平行度制御処理（及び後述の図５のピーク波長調節処理）の非実行時に透過ピーク波長の指定操作が行われた場合は、図４の平行度制御処理の実行が開始される。この場合、初期電圧設定部２２０ａは、指定ピーク波長に対応する電圧値情報を読み出して電圧Ｖ１〜Ｖ３を設定する。
【００４３】
図４のＳ２の処理では、分光センサ２２６が検出する光強度分布信号をＡ／Ｄコンバータ２２０ｂを通じて採取する。
【００４４】
ＡＤ変換後の光強度分布信号は、評価関数演算部２２０ｃ及びピーク波長算出部２２０ｅに入力する。図４のＳ３の処理では、評価関数演算部２２０ｃによる光強度分布信号を用いた評価関数ｅの演算が行われる。説明の便宜上、評価関数ｅから求まる評価関数値に符号ｅ１又はｅ２を付す。符号ｅ２は、評価関数値ｅ１と比較される評価関数値に対してのみ付す。
【００４５】
評価関数ｅは、標準偏差をσと定義し、狭帯域干渉フィルタ２３０の透過光スペクトルの有効波長域の幅を分光センサ２２６の波長分解能で除算した値をｎと定義した場合に、次式により表される。ここで、有効波長域とは、広義には狭帯域干渉フィルタ２３０を透過する可視光領域を意味する。具体的には、例えば、４００〜７００ｎｍの波長域を指す。
【００４６】
【数１】
【００４７】
標準偏差σは、光強度分布信号の波長をλと定義し、光強度分布信号の波長λの光量をＩλと定義し、狭帯域干渉フィルタ２３０の透過光スペクトルの有効波長域の平均光量をＩ￣と定義した場合に、次式により表される。
【００４８】
【数２】
【００４９】
評価関数値ｅ１は、透過光スペクトルの分布がなだらかであるときには小さく、狭帯域で大きな値のピークを持つ場合に高くなる。特にピーク波長のＦＷＨＭが最小で光強度が最大となる場合に高い値をとる。そのため、評価関数値ｅ１が高いほど反射鏡基板２３８ａと２３８ｂとの平行度が高いという保証が得られる。
【００５０】
評価関数演算部２２０ｃにより求められた評価関数値ｅ１は、評価・微調節量算出部２２０ｄに入力する。図４のＳ４の処理では、評価・微調節量算出部２２０ｄにより反射鏡基板２３８ｂの傾き調節の方向が決められる。
【００５１】
反射鏡基板２３８ｂの傾きは、反射鏡基板２３８ａとの平行度が高くなる方向に（評価関数値ｅ１が上がる方向に）調節されるべきである。そこで、反射鏡基板２３８ｂの傾き調節の方向を決定するにあたり、電圧Ｖ１を固定して電圧Ｖ２又はＶ３を所定値だけ変更する電圧制御パターンが複数パターン試行される。試行される電圧制御パターンには、例えば、電圧Ｖ２単独又は電圧Ｖ３単独を増加又は低下させるパターン、電圧Ｖ２及びＶ３を同時に増加又は低下させるパターン、電圧Ｖ２又はＶ３の一方を増加し他方を低下するパターン、などが想定される。評価・微調節量算出部２２０ｄは、最も高い評価関数値ｅ１が求められたときの電圧制御パターンを用いて反射鏡基板２３８ｂの傾き調節を開始する。
【００５２】
図４のＳ５の処理では、Ｓ４の処理で決められた電圧制御パターンを用いて電圧Ｖ２、Ｖ３を微小値変更する。
【００５３】
図４のＳ６の処理では、変更後の電圧Ｖ２、Ｖ３の印加時に分光センサ２２６によって検出される光強度分布信号をＡ／Ｄコンバータ２２０ｂを通じて採取する。
【００５４】
図４のＳ７の処理では、Ｓ６の処理で採取された光強度分布信号を用いて評価関数値ｅ２が求められる。
【００５５】
図４のＳ８の処理では、評価関数値ｅ２が評価関数値ｅ１よりも高いか否かが判定される。評価関数値ｅ２が評価関数値ｅ１よりも高い場合（Ｓ８：ＹＥＳ）、評価関数値ｅ２が評価関数値ｅ１に置き換えられて（Ｓ９）、処理がＳ５に戻り、反射鏡基板２３８ｂの傾き調節が引き続き行われる。
【００５６】
評価関数値ｅ２が評価関数値ｅ１以下の場合は（Ｓ８：ＮＯ）、評価関数値ｅ１がピーク値か否かが判定される（Ｓ１０）。評価関数値ｅ１がピーク値か否かは、過去複数回の評価関数値ｅ１の推移や、指定ピーク波長の光検出強度と所定の閾値との比較などに基づいて判断される。評価関数値ｅ１がピーク値でなければ（Ｓ１０：ＮＯ）、処理がＳ５に戻り、反射鏡基板２３８ｂの傾き調節が引き続き行われる。評価関数値ｅ１がピーク値であれば、指定ピーク波長のＦＷＨＭが最小で光強度が最大となる（又はそれに近い）透過光スペクトルが得られている可能性が高い。そのため、この場合（Ｓ１０：ＹＥＳ）、現在設定されている電圧Ｖ２、Ｖ３を初期電圧設定部２２０ａに保存する（Ｓ１１）。電圧Ｖ２、Ｖ３の保存後、本フローチャートの処理は終了する。
【００５７】
図４の平行度制御処理の実行により、狭帯域干渉フィルタ２３０の透過光スペクトル中に最適な又は最適に近い透過ピーク波長が現れる。この状態でも患者の診断に資する十分に良好な強調画像が得られる。しかし、反射鏡基板２３８ａと２３８ｂとの平行度を微調節する過程で透過ピーク波長が指定ピーク波長からシフトすることがある。そこで、本実施形態では、より一層良好な強調画像が得るべく、次に説明する処理が実行される。
【００５８】
図５は、図４の平行度制御処理において平行度の微調節が完了したと同時に実行されるピーク波長調節処理を示すフローチャート図である。
【００５９】
図５のＳ２１の処理では、図４の平行度制御処理の実行時に初期電圧設定部２２０ａに保存された微調節後の電圧Ｖ１〜Ｖ３をピエゾアクチュエータ２３６の３つのピエゾ素子の各々に印加する。
【００６０】
図５のＳ２２の処理では、微調節後の電圧Ｖ１〜Ｖ３の印加時に分光センサ２２６によって検出される光強度分布信号をＡ／Ｄコンバータ２２０ｂを通じて採取する。
【００６１】
図５のＳ２３の処理では、ピーク波長算出部２２０ｅにより、採取された光強度分布信号中の各波長に対応する信号強度の比較が行われ、比較結果に基づいて透過ピーク波長が検出される。
【００６２】
図５のＳ２４の処理では、ピーク波長算出部２２０ｅにより、Ｓ２３の処理で検出された透過ピーク波長と指定ピーク波長とが一致するか否かが判定される。両ピーク波長が一致する場合（Ｓ２４：ＹＥＳ）、透過ピーク波長が所望の位置に現れているため、本フローチャートの処理が終了する。両ピーク波長が一致しない場合（Ｓ２４：ＮＯ）、処理はＳ２５に進む。
【００６３】
図５のＳ２５の処理では、波長シフト調節部２２０ｆが電圧Ｖ１〜Ｖ３の各電圧を同じだけ微増又は微減する。すなわち、Ｓ２５の処理では、ピエゾアクチュエータ２３６の各ピエゾ素子に同じ電圧変化を与えて反射鏡基板２３８ｂを反射鏡基板２３８ａとの平行度を維持した状態で中心軸ＡＸ方向に僅かに進退させる。このようにして反射鏡基板２３８ａと２３８ｂとのエアギャップが僅かに変更された後、処理はＳ２２に戻る。Ｓ２２〜Ｓ２５の処理は、Ｓ２３の処理で検出される透過ピーク波長と指定ピーク波長とが一致するまで繰り返し行われる。
【００６４】
図４の平行度制御処理及び図５のピーク波長調節処理は、狭帯域干渉フィルタ２３０のキャリブレーションをリアルタイムで行う構成の場合は撮像期間中所定時間経過ごとに実行され、キャリブレーションを所定の操作時に行う構成の場合は当該操作時に限り実行される。本実施形態の電子内視鏡システム１によれば、キャリブレーションを別途の装置を必要とすることなくシステム単体で適時に行うことができる。そのため、温度変化や経年変化による機械的特性の変化による透過光スペクトルの変化が有効に抑えられる。また、分光センサ２２６を用いて狭帯域干渉フィルタ２３０の透過光スペクトルを検出するため、精密なエアギャップ制御が可能である。また、波長自体を直接検出してエアギャップ制御を行っていることから、温度変化に伴う検出誤差（例えば温度変化に伴う静電容量の変化）に起因するエアギャップ精度の低下が起こり得ない。
【００６５】
また、透過ピーク波長を得るための処理（図４の平行度制御処理）と指定ピーク波長に合わせ込むための処理（図５のピーク波長調節処理）とが別個独立に行われるため、ピエゾアクチュエータ２３６の各ピエゾ素子に対する制御が簡易である。ピエゾアクチュエータ２３６を複雑に制御する必要がないため、狭帯域干渉フィルタ２３０のキャリブレーションにかかる時間が結果的に短くなる。
【００６６】
評価関数ｅを用いた演算は、演算速度の向上のため、標準偏差σに代えて分散（＝σ２）を用いてもよい。図６（ａ）〜（ｃ）は、図４の平行度制御処理において分散を用いて演算を行った際に検出される光強度分布信号（透過光スペクトル）を示す。図７は、図５のピーク波長調節処理を実行した際に検出される光強度分布信号（透過光スペクトル）を示す。図６、図７の各図の縦軸は光強度を示し、横軸は波長を示す。
【００６７】
図６（ａ）は、電圧Ｖ２、Ｖ３に対する微調節を行っていない初期的な透過光スペクトルを示す。図６（ｃ）は、反射鏡基板２３８ａと２３８ｂとの平行度の調節が完了したときの透過光スペクトルを示す。図６（ｂ）は、図６（ａ）と図６（ｃ）の間の平行度の調節過程の透過光スペクトルを示す。図６（ａ）〜（ｃ）の３図において、評価関数ｅを用いて求められる値は、図６（ａ）のときに最も小さく、図６（ｃ）のときに最も大きい。すなわち、反射鏡基板２３８ａと２３８ｂとの平行度は、図６（ａ）〜（ｃ）に推移するにつれて高くなる。図６（ａ）〜（ｃ）に示されるように、反射鏡基板２３８ａと２３８ｂとの平行度が高くなるにつれて、指定ピーク波長（本例では５４６ｎｍ）付近にＦＷＨＭが狭く光強度が高いピーク（図６（ｃ）において５３２ｎｍ）が現れる。
【００６８】
図７中、破線は、図４の平行度制御処理の実行後であって図５のピーク波長調節処理の実行前の透過光スペクトル（図６（ｃ）に示す透過光スペクトル）を示し、実線は、図５のピーク波長調節処理の実行後の透過光スペクトルを示す。図５のピーク波長調節処理が実行されると、図７に示されるように、透過光スペクトルは、スペクトル形状をほぼ保ったままＦＷＨＭが狭く光強度が高いピークが指定ピーク波長（５４６ｎｍ）の位置にシフトする。
【００６９】
以上が本発明の実施形態の説明である。本発明は、上記の構成に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲において様々な変形が可能である。例えば狭帯域干渉フィルタ２３０は、エアギャップ可変式エタロンに限らず、反射鏡基板間に液晶セルを配置した液晶チューナブルフィルタであってもよい。
【００７０】
反射鏡基板２３８ｂの傾き調節時の電圧制御（図４のＳ５〜Ｓ９の処理）は、電圧Ｖ２とＶ３を同時に微調節する制御に限らず、電圧Ｖ２、Ｖ３を順に微調節する制御に代えてもよい。また、印加電圧Ｖ１〜Ｖ３の全てを微調節して反射鏡基板２３８ｂの傾き調節を行ってもよい。
【００７１】
狭帯域干渉フィルタ２３０のキャリブレーションは、静電容量センサを併用した場合、更に短い時間で実施することができる。
【００７２】
狭帯域干渉フィルタ２３０のキャリブレーションは、電子内視鏡システム１に簡易に着脱できるアタッチメントを用いて行えるようにしてもよい。図８は、別の実施形態の電子内視鏡システム１の構成を示すブロック図である。別の実施形態において本実施形態と同一の又は同様の構成には同一の又は同様の符号を付して説明を簡略又は省略する。
【００７３】
図８に示されるように、別の実施形態のプロセッサ２００には、ハーフミラー２２２、集光レンズ２２４、分光センサ２２６が配置されていない。そのため、ランプ２０８から放射された照明光は、狭帯域干渉フィルタ２３０によるフィルタリング後、分岐されることなく集光レンズ２１０に入射する。配光レンズ１０４の前方には、電子スコープ１００の先端部に対して着脱自在なアタッチメント２４０が取り付けられている。アタッチメント２４０は、分光センサ２２６、集光レンズ２４２を保持している。集光レンズ２４２は、配光レンズ１０４から射出された照明光を分光センサ２２６に集光する。分光センサ２２６は、信号ケーブル２４４を通じて信号処理回路２２０と接続されている。分光センサ２２６は、照明光の波長の強度分布を検出して光強度分布信号を信号処理回路２２０に出力する。
【００７４】
すなわち、別の実施形態の分光センサ２２６は、配光レンズ１０４から射出された照明光を検出する。別の実施形態によれば、プロセッサ２００に付加する構成を最小限に抑えつつ、狭帯域干渉フィルタ２３０のキャリブレーションを行う構成を電子内視鏡システム１に追加することができる。
【符号の説明】
【００７５】
１ 電子内視鏡システム
１００ 電子スコープ
２００ プロセッサ
２２０ 信号処理回路
２２２ ハーフミラー
２２６ 分光センサ
２３０ 狭帯域干渉フィルタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ファブリペロー型フィルタによってフィルタリングされた照明光の波長の強度分布を検出する光強度分布検出手段と、
前記検出された検出強度分布に基づいて前記ファブリペロー型フィルタが有する一対の反射鏡の平行度を調節する反射鏡調節手段と、
を有することを特徴とするフィルタ校正装置。
【請求項２】
前記ファブリペロー型フィルタの透過ピーク波長を指定する指定手段と、
前記指定された指定透過ピーク波長に対する前記検出強度分布の評価値を演算する評価値演算手段と、
を有し、
前記反射鏡調節手段は、前記演算された評価値に基づいて前記平行度の調節を行うことを特徴とする、請求項１に記載のフィルタ校正装置。
【請求項３】
前記評価値演算手段は、前記検出強度分布が表す前記ファブリペロー型フィルタの透過光スペクトルの有効波長域の標準偏差に基づいた値を前記評価値として演算することを特徴とする、請求項２に記載のフィルタ校正装置。
【請求項４】
前記反射鏡調節手段は、前記平行度を調節した後に、前記指定透過ピーク波長と前記ファブリペロー型フィルタの透過ピーク波長とが一致するように前記一対の反射鏡のギャップ長を調節することを特徴とする、請求項２又は請求項３に記載のフィルタ校正装置。
【請求項５】
被写体を照明するための照明光を放射する光源と、
前記照明光で照明された前記被写体を撮像する電子スコープと、
前記電子スコープが出力する撮像信号を用いて画像を生成する画像生成装置と、
前記光源と前記電子スコープとの間の光路に配置された前記ファブリペロー型フィルタと、
請求項１から請求項４の何れか一項に記載のフィルタ校正装置と、
を有することを特徴とする電子内視鏡システム。
【請求項６】
前記電子スコープの先端部に対して着脱自在なアタッチメント部材を有し、
前記アタッチメント部材は、前記先端部に取り付けられたときに前記光強度分布検出手段の位置が前記照明光を射出する前記電子スコープの配光レンズの前方で固定するように該光強度分布検出手段を保持することを特徴とする、請求項５に記載の電子内視鏡システム。
【請求項７】
前記ファブリペロー型フィルタは、前記フィルタ校正装置の筐体内において前記光路に対して挿入又は退避可能に支持されていることを特徴とする、請求項５又は請求項６に記載の電子内視鏡システム。
【請求項１】
ファブリペロー型フィルタによってフィルタリングされた照明光の波長の強度分布を検出する光強度分布検出手段と、
前記検出された検出強度分布に基づいて前記ファブリペロー型フィルタが有する一対の反射鏡の平行度を調節する反射鏡調節手段と、
を有することを特徴とするフィルタ校正装置。
【請求項２】
前記ファブリペロー型フィルタの透過ピーク波長を指定する指定手段と、
前記指定された指定透過ピーク波長に対する前記検出強度分布の評価値を演算する評価値演算手段と、
を有し、
前記反射鏡調節手段は、前記演算された評価値に基づいて前記平行度の調節を行うことを特徴とする、請求項１に記載のフィルタ校正装置。
【請求項３】
前記評価値演算手段は、前記検出強度分布が表す前記ファブリペロー型フィルタの透過光スペクトルの有効波長域の標準偏差に基づいた値を前記評価値として演算することを特徴とする、請求項２に記載のフィルタ校正装置。
【請求項４】
前記反射鏡調節手段は、前記平行度を調節した後に、前記指定透過ピーク波長と前記ファブリペロー型フィルタの透過ピーク波長とが一致するように前記一対の反射鏡のギャップ長を調節することを特徴とする、請求項２又は請求項３に記載のフィルタ校正装置。
【請求項５】
被写体を照明するための照明光を放射する光源と、
前記照明光で照明された前記被写体を撮像する電子スコープと、
前記電子スコープが出力する撮像信号を用いて画像を生成する画像生成装置と、
前記光源と前記電子スコープとの間の光路に配置された前記ファブリペロー型フィルタと、
請求項１から請求項４の何れか一項に記載のフィルタ校正装置と、
を有することを特徴とする電子内視鏡システム。
【請求項６】
前記電子スコープの先端部に対して着脱自在なアタッチメント部材を有し、
前記アタッチメント部材は、前記先端部に取り付けられたときに前記光強度分布検出手段の位置が前記照明光を射出する前記電子スコープの配光レンズの前方で固定するように該光強度分布検出手段を保持することを特徴とする、請求項５に記載の電子内視鏡システム。
【請求項７】
前記ファブリペロー型フィルタは、前記フィルタ校正装置の筐体内において前記光路に対して挿入又は退避可能に支持されていることを特徴とする、請求項５又は請求項６に記載の電子内視鏡システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１８７２４２（Ｐ２０１２−１８７２４２Ａ）
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５２４９６（Ｐ２０１１−５２４９６）
【出願日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【出願人】（０００１１３２６３）ＨＯＹＡ株式会社 (3,820)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【出願人】（０００１１３２６３）ＨＯＹＡ株式会社 (3,820)
【Ｆターム（参考）】
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