光学システム、方法、およびプログラム
【課題】散乱媒体の厚さを算出することができる光学システムを提供すること。
【解決手段】光学システムであって、光を散乱する散乱媒体、および散乱媒体の下部にあり、光が入射された場合に偏光された光を入射側に戻す下部媒体を有する物体に向けて、光を照射する光照射部と、光照射部から照射されて散乱媒体によって散乱された光、および下部媒体からの光を受光する受光部と、受光部が受光した光の非偏光成分および偏光成分の少なくとも一方に基づいて、下部媒体までの散乱媒体の厚さを算出する厚さ算出部とを備える。
【解決手段】光学システムであって、光を散乱する散乱媒体、および散乱媒体の下部にあり、光が入射された場合に偏光された光を入射側に戻す下部媒体を有する物体に向けて、光を照射する光照射部と、光照射部から照射されて散乱媒体によって散乱された光、および下部媒体からの光を受光する受光部と、受光部が受光した光の非偏光成分および偏光成分の少なくとも一方に基づいて、下部媒体までの散乱媒体の厚さを算出する厚さ算出部とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学システム、方法、およびプログラムに関する。本発明は、特に、光学的に散乱媒体の厚さを算出する光学システムおよび光学的に散乱媒体の厚さを算出する方法、ならびに光学システム用のプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン結晶表面上・アモルファスシリコン薄膜表面の付着異物検出、及びシリコンウエハ内の酸素析出物などの結晶欠陥、アモルファスシリコン薄膜内部の異物測定用の検査装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】国際公開第９６/０２８７２１号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記特許文献に記載の技術によると、散乱媒体の厚さを算出することができない。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するために、本発明の第１の形態によると、光学システムであって、光を散乱する散乱媒体、および散乱媒体の下部にあり、光が入射された場合に偏光された光を入射側に戻す下部媒体を有する物体に向けて、光を照射する光照射部と、光照射部から照射されて散乱媒体によって散乱された光、および下部媒体からの光を受光する受光部と、受光部が受光した光の非偏光成分および偏光成分の少なくとも一方に基づいて、下部媒体までの散乱媒体の厚さを算出する厚さ算出部とを備える。
【０００５】
本発明の第２の形態によると、方法であって、光を散乱する散乱媒体、および散乱媒体の下部にあり、光が入射された場合に偏光された光を入射側に戻す下部媒体を有する物体に向けて、光を照射する光照射段階と、光照射段階において照射されて散乱媒体によって散乱された光、および下部媒体からの光を受光する受光段階と、受光段階において受光された光の非偏光成分および偏光成分の少なくとも一方に基づいて、下部媒体までの散乱媒体の厚さを算出する厚さ算出段階とを備える。
【０００６】
本発明の第３の形態によると、光学システム用のプログラムであって、コンピュータを、光を散乱する散乱媒体、および散乱媒体の下部にあり、光が入射された場合に偏光された光を入射側に戻す下部媒体を有する物体に向けて、光を照射する光照射部、光照射部から照射されて散乱媒体によって散乱された光、および下部媒体からの光を受光する受光部、受光部が受光した光の非偏光成分および偏光成分の少なくとも一方に基づいて、下部媒体までの散乱媒体の厚さを算出する厚さ算出部として機能させる。
【０００７】
なお、上記の発明の概要は、この発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、発明の実施の形態を通じてこの発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【０００９】
図１は、一実施形態に係わる光学システム１０の構成の一例を生体１９０とともに示す。光学システム１０は、撮像装置の一例としての内視鏡１００、鉗子１３５、画像処理装置の一例としての画像処理部１４０、制御部１０５、光照射部１２０、および出力部１５０を備える。なお、図１において、Ａ部は、内視鏡１００の先端部１０２を拡大して示す。なお、光学システム１０は、以下に説明するように、撮像システムあるいは画像処理システムとして機能することができる。また、生体１９０は、この発明における物体の一例であってよい。また、内視鏡１００は、光照射部１２０を内蔵してもよい。
【００１０】
内視鏡１００は、撮像部１１０、鉗子口１３０、ならびに光照射部１２０の一部としてのライトガイド１２４および偏光フィルタ１２６を有する。内視鏡１００の先端部１０２は、ノズル１３８、撮像部１１０の一部としてのレンズ１１２、およびライトガイド１２４の一部としての出射口１２８を有する。なお、内視鏡１００が有する偏光フィルタ１２６およびライトガイド１２４、および内視鏡１００の外部に設けられた発光部１２２は、光照射部１２０として機能する。
【００１１】
鉗子口１３０には鉗子１３５が挿入され、鉗子口１３０は鉗子１３５を先端部１０２にガイドする。なお、鉗子１３５は、各種の先端形状を備えてよい。なお、鉗子口１３０には、鉗子の他に、生体１９０を処置する種々の処置具が挿入されてよい。ノズル１３８は、水あるいは空気を送出する。
【００１２】
発光部１２２は、出射口１２８から生体１９０に向けて照射される照射光を発生する。発光部１２２で発生する光は、たとえば赤成分、緑成分、および青成分の光を含む。
【００１３】
ライトガイド１２４は、例えば光ファイバで形成される。ライトガイド１２４は、発光部１２２で発生した光を内視鏡１００の先端部１０２の出射口１２８にガイドする。出射口１２８の近傍には、発光部１２２で発生した光を偏光させる偏光フィルタ１２６が設けられている。発光部１２２で発生して偏光フィルタ１２６を通過した光は、出射口１２８から生体１９０に向けて照射される。
【００１４】
なお、制御部１０５は、生体１９０に照射される光の光路中に偏光フィルタ１２６を任意のタイミングで挿入することができる。なお、偏光フィルタ１２６は回転フィルタの一部として形成されてよく、制御部１０５は、回転フィルタの回転を制御してよい。
【００１５】
撮像部１１０は、生体１９０からの光を受光して、生体１９０の画像を撮像する。具体的には、撮像部１１０は、出射口１２８から生体１９０に照射されて生体１９０から反射した光、および出射口１２８から生体１９０に照射されて生体１９０内で散乱または反射した光により、生体１９０の画像を撮像する。
【００１６】
画像処理部１４０は、撮像部１１０により得られた画像信号を処理して、種々の画像を生成する。画像処理部１４０は、生成した画像を出力部１５０に供給する。出力部１５０は、画像処理部１４０から供給された画像を出力する。なお、出力部１５０は、画像処理部１４０から供給された画像を表示してよい。また、出力部１５０は、画像処理部１４０から供給された画像を、不揮発性メモリ等の記録媒体に記録してよい。
【００１７】
図２は、撮像部１１０の構成の一例を示す。撮像部１１０は、レンズ１１２、偏光フィルタ２００、カラーフィルタ２２０、および受光部２４０を有する。レンズ１１２は、物体からの光を偏光フィルタ２００およびカラーフィルタ２２０を通じて、受光部２４０に結像させる。なお、偏光フィルタ２００は、この発明における偏光部の一例であってよい。
【００１８】
偏光フィルタ２００は、複数の偏光素子２０１−１〜３（以下、偏光素子２０１と総称する。）を含む。カラーフィルタ２２０は、第１色フィルタ部２２１−１〜３（以下、第１色フィルタ部２２１と総称する。）、第２色フィルタ部２２２−１〜３（以下、第２色フィルタ部２２２と総称する。）を含む。受光部２４０は、第１受光素子２４１−１〜３（以下、第１受光素子２４１と総称する。）および第２受光素子２４２−１〜３（以下、第２受光素子２４２と総称する。）を含む。
【００１９】
第１色フィルタ部２２１は、緑成分の光を透過する。また、第２色フィルタ部２２２は、青成分の光を透過する。
【００２０】
偏光素子２０１は、生体１９０からの光のうち、特定の偏光成分の光を選択的に透過することによって、偏光した光をカラーフィルタ２２０に導く。なお、偏光素子２０１−１、偏光素子２０１−２、および偏光素子２０１−３の透過軸は、互いに異なる向きに配向されている。
【００２１】
一例として、生体１９０からの光のうち偏光素子２０１を通過した光は、第２色フィルタ部２２２を通過して第２受光素子２４２によって受光される。したがって、第２受光素子２４２は、生体１９０からの青成分の光を受光する。なお、図示されるように偏光素子２０１−１と偏光素子２０１−２との間には偏光素子は設けられていない。この位置を通過した光は、第１色フィルタ部２２１を通過して第１受光素子２４１に受光される。したがって、第１受光素子２４１は、生体１９０からの緑成分の光を受光する。
【００２２】
受光部２４０が有する第１受光素子２４１、第２受光素子２４２等の受光素子は、受光した受光量に応じた受光信号を生成する。当該受光信号は、画像信号として画像処理部１４０に供給され、画像処理部１４０において処理される。
【００２３】
図３は、受光部２４０における受光素子の配列および偏光フィルタ２００における偏光素子の配列の一例を示す。受光部２４０は、上述した第１受光素子２４１および複数の第２受光素子２４２の他に、赤成分の光を受光する複数の第３受光素子２４３−１〜３（以下、第３受光素子２４３と総称する。）を有する。
【００２４】
なお、受光部２４０においてＧが付された領域には第１受光素子２４１が形成され、Ｂが付された領域には第２受光素子２４２が形成され、Ｒが付された領域には、第３受光素子２４３が形成される。このように、受光部２４０は、第１受光素子２４１、第２受光素子２４２、および第３受光素子２４３がマトリクス状に設けられて形成される。
【００２５】
このように、第１受光素子２４１は、略同一面上に配列されており、生体１９０からの第１色成分の光をそれぞれ受光する。また、第２受光素子２４２は、物体からの第２色成分の光を受光する。第２受光素子２４２は、第１受光素子２４１より高い面密度で略同一面上に配列されている。なお、第２受光素子２４２は、第１受光素子２４１および第３受光素子２４３より高い数密度で、或いは高い面積密度で、略同一面上に配列されている。また、第１受光素子２４１、第２受光素子２４２、および第３受光素子２４３は、略同一面上に配列されている。
【００２６】
本図の偏光フィルタ２００においては、それぞれの偏光素子２０１の透過軸が矢印で示されている。このように、偏光素子２０１−１、偏光素子２０１−２、および偏光素子２０１−３の透過軸は、異なる方向に配列されている。したがって、偏光素子２０１−１、偏光素子２０１−２、および偏光素子２０１−３は、互いに異なる偏光方向に偏光した光を選択的に透過する。つまり、第１偏光成分の光、第２偏光成分の光、および第３偏光成分の光は、互いに異なる偏光方向に偏光した光となる。
【００２７】
なお、偏光素子２０１−１および偏光素子２０１−２は、透過軸が略直交する向きに配向して配列されている。このように、第１偏光成分の光および第２偏光成分の光は、互いに略直交する偏光成分の光となっている。より具体的には、第１偏光成分の光および第２偏光成分の光は、互いに略直交する偏光方向に偏光した光となっている。なお、略直交する偏光成分の光とは、略直交する直線偏光の光、右回り円偏光・左回り円偏光の光等のように、偏光状態をポアンカレ球で表現した場合に、ポアンカレ球面上において原点に関して対称な２点で表される偏光状態の光であってよい。
【００２８】
このように、偏光素子２０１−１、偏光素子２０１−２、および偏光素子２０１−３は、略同一面上に設けられている。なお、偏光素子２０１−１は第１偏光素子の一例であり、偏光素子２０１−２は第２偏光素子の一例であり、偏光素子２０１−３は第３偏光子の一例であってよい。そこで、以下の説明では、第１偏光素子、第２偏光素子、および第３偏光子を、それぞれ偏光素子２０１−１、偏光素子２０１−２、および偏光素子２０１−３と総称する。
【００２９】
このように、偏光フィルタ２００は、生体１９０からの第１偏光成分以外の偏光成分の光を遮断して、第２受光素子２４２の一部の第２受光素子２４２である第２受光素子２４２−１に生体１９０からの第１偏光成分の光を受光させ、生体１９０からの光を透過して複数の第１受光素子２４１に受光させる。また、偏光フィルタ２００は、生体１９０からの第２偏光成分以外の偏光成分の光を遮断して、第２受光素子２４２の一部の第２受光素子２４２である第２受光素子２４２−２に生体１９０からの第２偏光成分の光を受光させる。また、偏光フィルタ２００は、生体１９０からの第３偏光成分以外の偏光成分の光を遮断して、第２受光素子２４２の一部の第２受光素子２４２である第２受光素子２４２−３に生体１９０からの第３偏光成分の光を受光させる。
【００３０】
なお、第２受光素子２４２−１は第１偏光光受光素子の一例であり、受光素子２４２−２は第２偏光光受光素子の一例であり、受光素子２４２−３は、第３偏光光受光素子の一例であってよい。なお、以後の説明では、第２受光素子２４２−１と略同一の偏光成分の光を受光する複数の第２受光素子２４２を、第２受光素子２４２−１と総称する。また、第２受光素子２４２−２と略同一の偏光成分の光を受光する複数の第２受光素子２４２を、第２受光素子２４２−２と総称する。また、第２受光素子２４２−３と略同一の偏光成分の光を受光する複数の第２受光素子２４２を、第２受光素子２４２−３と総称する。
【００３１】
また、光照射部１２０が生体１９０に光を照射した場合における生体１９０からの戻り光を受光部２４０が受光する場合、偏光フィルタ２００は、光照射部１２０により光が照射されることによる生体１９０からの戻り光における第１偏光成分の光を第２受光素子２４２−１に受光させ、戻り光における第２偏光成分の光を第２受光素子２４２−２に受光させ、戻り光における第３偏光成分の光を第２受光素子２４２−３に受光させる。
【００３２】
具体的には、偏光素子２０１−１は、戻り光における第１偏光成分以外の光を遮断して、戻り光における第１偏光成分の光を第２受光素子２４２−１にそれぞれ受光させ、偏光素子２０１−２は、戻り光における第２偏光成分以外の光を遮断して、戻り光における第２偏光成分の光を第２受光素子２４２−２にそれぞれ受光させ、偏光素子２０１−３は、戻り光における第３偏光成分以外の光を遮断して、戻り光における第３偏光成分の光を第２受光素子２４２−３にそれぞれ受光させる。このように、偏光素子２０１−１および偏光素子２０１−２は、第１受光素子２４１および第２受光素子２４２が配列された面と異なる位置に、略同一面上に設けられている。
【００３３】
なお、偏光フィルタ２００は、光透過部３１０を有する。光透過部３１０には、偏光素子が設けられておらず、実質的に全ての偏光成分の光を透過する。
【００３４】
図４は、画像処理部１４０のブロック構成の一例を示す。画像処理部１４０は、光強度算出部４１０、内部画像生成部４２０、表面画像生成部４３０、画像生成部４００、形状変化画像生成部４３５、偏光特性算出部４４０、傾斜算出部４５０、厚さ算出部４６０、および画像生成部４００を有する。
【００３５】
内部画像生成部４２０は、受光部２４０が受光した光により生体１９０の内部の画像を生成する。また、表面画像生成部４３０は、受光部２４０が受光した光により生体１９０の表面の画像を生成する。
【００３６】
例えば、第１受光素子２４１、第２受光素子２４２、および第３受光素子２４３のいずれかの透過軸に平行な方向に偏光した偏光光を、特定の偏光方向に偏光した光として光照射部１２０が照射した場合、受光部２４０は、光照射部１２０により光が照射されることによる生体１９０からの戻り光における特定の偏光方向に偏光した光、および戻り光における特定の偏光方向と異なる偏光方向に偏光した光を受光することができる。そこで、表面画像生成部４３０は、受光部２４０が受光した特定の偏光方向の光、および受光部２４０が受光した特定の偏光方向と略直交する偏光方向の光に基づいて、表面画像を生成する。
【００３７】
このように、光照射部１２０が、特定の偏光方向に偏光した光のように、特定の偏光成分の光を生体１９０に照射した場合、受光部２４０は、戻り光における特定の偏光成分の光、および戻り光における特定の偏光成分と略直交する偏光成分の光を受光する。具体的には、受光部２４０は、戻り光における特定の偏光方向に偏光した光、および戻り光における特定の偏光方向に略直交する偏光方向に偏光した光を受光する。
【００３８】
そして、表面画像生成部４３０は、受光部２４０が受光した特定の偏光成分の光、および受光部２４０が受光した特定の偏光成分と略直交する偏光成分の光に基づいて、表面画像を生成する。具体的には、表面画像生成部４３０は、受光部２４０が受光した特定の偏光方向に偏光した光、および受光部２４０が受光した特定の偏光方向と略直交する偏光方向に偏光した光に基づいて、表面画像を生成する。そして、形状変化画像生成部４３５は、表面画像における空間的な変化成分に基づいて、生体１９０の表面の形状変化を示す形状変化画像を生成する。具体的には、形状変化画像生成部４３５は、表面画像を空間微分することにより形状変化画像を生成する。
【００３９】
このように、表面画像生成部４３０は、受光部２４０が受光した特定の偏光成分の光および受光部２４０が受光した特定の偏光成分と異なる偏光成分の光に基づいて、生体１９０の表面の画像である表面画像を生成する。そして、形状変化画像生成部４３５は、当該表面画像に基づいて形状変化画像を生成する。このように、形状変化画像生成部４３５は、受光部２４０が受光した特定の偏光成分の光（例えば、特定の偏光方向に偏光した光）に基づいて、形状変化画像を生成する。
【００４０】
そして、画像生成部４００は、受光部２４０が受光した特定の偏光成分と異なる偏光成分の光（例えば、特定の偏光方向と異なる偏光方向に偏光した光）に基づく、生体１９０の表面より内部の画像である内部画像に、形状変化画像を重ね合わせることにより合成画像を生成する。具体的には、画像生成部４００は、受光部２４０が受光した特定の偏光成分と略直交する偏光成分の光に基づいて内部画像生成部４２０が生成した内部画像に、形状変化画像を重ね合わせることにより合成画像を生成する。画像生成部４００が生成した合成画像は、出力部１５０に供給され、出力部１５０において表示または記録される。
【００４１】
このように、画像生成部４００は、表面画像の空間微分成分を内部画像に重ね合わせるので、正反射光成分が過度に強調されることを未然に防ぐことができる場合がある。このため、生体１９０の表面の凹凸情報が適度に反映された内視鏡画像を提供することができる。なお、画像生成部４００は、表面画像の空間微分成分に応じて内部画像の輝度成分を強調してもよい。
【００４２】
なお、図３に関連して説明したように、偏光素子２０１−１は、生体１９０からの戻り光における特定の偏光成分以外の偏光成分の光を遮断して、受光部２４０が有する複数の第２受光素子２４２−１に、戻り光における特定の偏光成分の光を受光させることができる。また、偏光素子２０１−２は、戻り光における特定の偏光成分と略直交する偏光成分以外の偏光成分の光を遮断して、受光部２４０が有する複数の第２受光素子２４２−２に戻り光における特定の偏光成分と略直交する偏光成分の光を受光させることができる。
【００４３】
したがって、偏光フィルタ２００は、生体１９０からの戻り光における特定の偏光成分以外の偏光成分の光を遮断して、受光部２４０が有する複数の第２受光素子２４２−１に戻り光における特定の偏光成分の光を受光させ、戻り光における特定の偏光成分と略直交する偏光成分以外の偏光成分の光を遮断して、受光部２４０が有する複数の第２受光素子２４２−２に戻り光における特定の偏光成分と略直交する偏光成分の光を受光させることができる。そして、表面画像生成部４３０は、第１受光素子２４１が受光した特定の偏光成分の光、および第２受光素子２４２が受光した特定の偏光成分と略直交する偏光成分の光に基づいて、表面画像を生成することができる。
【００４４】
また、偏光特性算出部４４０は、受光部２４０が受光した光に基づいて、生体１９０からの光の偏光特性を算出する。例えば、偏光特性算出部４４０は、受光部２４０が受光した光に基づいて、生体１９０からの光の偏光方位を算出する。具体的には、光照射部１２０は、第２色成分を含む円偏光の光を生体１９０に照射する。そして、偏光特性算出部４４０は、第２受光素子２４２−１が受光した第１成分の光の受光量、第２受光素子２４２−２が受光した第２偏光成分の光の受光量、および第２受光素子２４２−３が受光した第３偏光成分の光の受光量に基づいて、生体１９０からの光の偏光方位を算出する。
【００４５】
このように、偏光特性算出部４４０は、生体１９０からの戻り光が楕円偏光である場合に、第２受光素子２４２が受光した異なる３方向の偏光成分の光強度に基づいて、楕円偏光の偏光方位を算出することができる。そして、傾斜算出部４５０は、偏光特性算出部４４０が算出した偏光方位に基づいて、生体１９０の表面の傾きを算出する。
【００４６】
このように、偏光特性算出部４４０は、第２受光素子２４２−１が受光した第１成分の光の受光量、第２受光素子２４２−２が受光した第２偏光成分の光の受光量、および第２受光素子２４２−３が受光した第３偏光成分の光の受光量に基づいて、生体１９０からの光の偏光特性を算出する。なお、偏光特性としては、上記の偏光方位の他に、偏光度を例示することができる。
【００４７】
なお、図３に関連して説明したように、偏光フィルタ２００は、生体１９０からの第１偏光成分の光を複数の第２受光素子２４２−１に受光させ、生体１９０からの第２偏光成分の光を複数の第２受光素子２４２−２に受光させ、生体１９０からの第３偏光成分の光を複数の第２受光素子２４２−３に受光させることができる。そして、偏光特性算出部４４０は、複数の第２受光素子２４２−１がそれぞれ受光した第１偏光成分の光の受光量、複数の第２受光素子２４２−２がそれぞれ受光した第２偏光成分の光の受光量、および複数の第２受光素子２４２−３がそれぞれ受光した第３偏光成分の光の受光量に基づいて、生体１９０からの光の偏光特性の空間分布を算出することができる。これにより、偏光特性算出部４４０は、上記の生体１９０の表面の傾きの分布、あるいは偏光度の分布を算出することができる。
【００４８】
光強度算出部４１０は、第２受光素子２４２−１が受光した第１偏光成分の光の受光量、および第２受光素子２４２−２が受光した第２偏光成分の光の受光量に基づいて、生体１９０からの第２色成分の光強度を算出する。そして、画像生成部４００は、光強度算出部４１０が算出した光強度、および複数の第１受光素子２４１が受光した受光量に基づいて、生体１９０の画像を生成する。本実施形態における光学システム１０では、青成分の光を受光する第２受光素子２４２は、異なる偏光成分の光を受光するが、光強度算出部４１０が青成分光の光強度を算出することができるので、望ましい可視光画像を生成することができる。このため、より多くの偏光素子２０１を第２受光素子２４２に割り当てることができるので、より高解像度な偏光情報を得ることができる。
【００４９】
また、光学システム１０によると、散乱媒体の厚さを算出することができる。例えば生体１９０は、多くの場合、光を散乱する性質を有する。そのような散乱層の下部に、偏光した光を戻す下部媒体が存在していれば、散乱層の厚さの変化に応じて、戻り光の偏光特性が変化することが期待される。そこで、厚さ算出部４６０は、生体１９０からの戻り光の偏光の度合いに基づいて、当該散乱層の厚さを算出する。
【００５０】
具体的には、光照射部１２０は、光を散乱する散乱媒体、および散乱媒体の下部にあり、光が入射された場合に偏光された光を入射側に戻す下部媒体を有する生体１９０に向けて、光を照射する。そして、受光部２４０は、光照射部１２０から照射されて散乱媒体によって散乱された光、および下部媒体からの光を受光する。そして、厚さ算出部４６０は、受光部２４０が受光した光の非偏光成分および偏光成分の少なくとも一方に基づいて、下部媒体までの散乱媒体の厚さを算出する。なお、ここでの「下部」は、重力方向に限らず、光照射部１２０から見て散乱媒体の下方であることを意味する。
【００５１】
なお、胃等の粘膜に癌が生じると、その初期においては癌の種類、進行度等に応じて、粘膜層の厚さが変化する。したがって、光学システム１０によると、厚さ算出部４６０による粘膜層の厚さ検出を通じて、癌の発生場所等を容易に特定することができる場合がある。
【００５２】
図５は、内視鏡１００によって得られた画像５００の一例を示す。画像５００は、撮像部１１０が、偏光フィルタ１２６が光路中から外された状態で受光部２４０が露光されることによって得られた画像の一例であってよい。画像５００には、撮影対象である生体１９０の表面より内部の血管像５１０と、光照射部１２０から照射された光が生体１９０表面で正反射することで形成された正反射像５２０とが含まれる。
【００５３】
なお、画像５００には、生体１９０の表面のおおまかな凹凸情報が含まれている。しかしながら、画像５００は正反射像５２０を含むので、正反射像５２０の領域では生体１９０の情報を視認することができない。例えば、色素による変化成分、表面における細かな凹凸情報を視認することができない。
【００５４】
図６は、内部画像６００、形状変化画像６３０、および合成画像６５０の一例を示す。内部画像生成部４２０は、受光部２４０が受光した、光照射部１２０が照射した光の偏光方向と直交する偏光方向の光に基づいて、内部画像６００を生成する。内部画像６００には、生体１９０の内部の情報が反映されており、血管像６１０および色素変化成分６２０を含む。
【００５５】
形状変化画像生成部４３５は、表面画像を空間微分することによって、形状変化画像６３０を算出する。空間微分処理により、輝度の空間変化成分を強調するとともに、正反射光のような高輝度領域の信号強度を弱めることができる。このように、表面の凹凸情報を適度に反映させた形状変化画像６３０を得ることができる。画像生成部４００は、内部画像６００および形状変化画像６３０を、所定の重み付けで重ね合わせることによって、合成画像６５０を生成する。合成画像６５０から、画像５００では、正反射像５２０に隠されていた色素変化成分６２０を視認することができる。また、凹凸が強調されているので、色素変化成分６２０が生体１９０表面の凸部斜面上に存在することがわかる。
【００５６】
このように、光学システム１０によると、内部画像６００に表面の凹凸情報を反映させることができる。このため、観察者は、生体１９０の表面の凹凸情報と関連付けて、内部の様子を視認することができる。このため、観察者にとって視認し易い画像を提供することができる。また、光学システム１０によると、表面画像の空間微分成分である形状変化画像６３０を内部画像６００に重畳するので、正反射光によるぎらつきを抑えつつ、表面の凹凸を強調することができる。なお、画像生成部４００は、形状変化画像６３０と内部画像６００とを異なるＬＵＴで変換して合成してよい。
【００５７】
図７は、傾斜算出部４５０による傾斜算出方法の一例を示す。傾斜算出部４５０は、上述したように、偏光特性算出部４４０によって算出された偏光方位に基づいて、傾斜の角度を算出する。なお、厚さ算出部４６０は、楕円偏光の偏光方位に対応づけて生体１９０表面の傾斜情報を予め記憶してよい。そして、厚さ算出部４６０は、偏光特性算出部４４０が算出した偏光方位に対応づけて記憶している表面の傾斜情報を抽出する。なお、表面の傾斜情報としては、表面の曲率Ｒを例示することができる。
【００５８】
なお、傾斜算出部４５０が算出した傾斜情報は、画像生成部４００に供給されてよい。既に説明したように、偏光特性算出部４４０は、偏光特性の２次元的な分布を算出することができるので、傾斜算出部４５０は、傾斜情報の２次元的な分布を算出することができる。したがって、画像生成部４００は、傾斜算出部４５０が算出した傾斜情報に基づいて、傾斜の２次元分布を表す画像を生成することができる。
【００５９】
図８は、生体１９０の一例としての胃壁の構造を模式的に示す。胃壁は、生体１９０の表面から下方に向けて、粘膜層８１０、粘膜筋板層８３０、および粘膜下層８４０が順に形成されている。光照射部１２０が光を照射した場合、受光部２４０は、粘膜層８１０の表層で反射した光Ｌａ、散乱媒体の一例としての粘膜層８１０内で散乱された光Ｌｂ、反射媒体の一例としての粘膜筋板層８３０の表面で反射した光Ｌｃ、および偏光異方性を有する粘膜下層８４０内からの光Ｌｄを、戻り光として受光する。
【００６０】
なお、粘膜筋板層８３０および粘膜下層８４０は、以下に説明するように照射光が入射された場合に非偏光光を戻すので、光が入射された場合に偏光光を戻す下部媒体８２０とみなすことができる。
【００６１】
光照射部１２０が偏光光を照射した場合、表面反射光Ｌａは偏光光となる。また、反射媒体である粘膜筋板層８３０で反射された光Ｌｃも偏光光となる。また、偏光異方性を持つコラーゲンを含む粘膜下層８４０からの戻り光Ｌｄにも、偏光成分が含まれ得る。一方、光照射部１２０から照射されて、散乱媒体である粘膜層８１０によって散乱された光であるＬｂは、実質的に非偏光光となる。したがって、粘膜層８１０の厚さＤが厚いほど、生体１９０からの戻り光は非偏光光に近づくことが期待される。
【００６２】
また、光照射部１２０が非偏光光を照射した場合、表面反射光Ｌａ、粘膜層８１０内部での散乱光Ｌｂ、および粘膜筋板層８３０で反射された光Ｌｃは実質的に非偏光光となるが、Ｌｄには偏光成分が含まれ得る。したがって、したがって、非偏光光を照射する場合でも、粘膜層８１０の厚さＤが厚いほど、生体１９０からの戻り光は非偏光光に近づくことが期待される。そこで、厚さ算出部４６０は、受光部２４０が受光した戻り光の偏光度に基づいて、散乱媒体の厚さを算出する。具体的には、厚さ算出部４６０は、受光部２４０が受光した光の偏光度がより小さい場合に、散乱媒体（例えば、粘膜層８１０）の厚さをより厚く算出する。
【００６３】
なお、図３に関連して説明したように、偏光フィルタ２００は、生体１９０からの光のうち、異なる複数の偏光成分の光を選択的に透過して、受光部２４０が有する複数の受光素子（例えば、第２受光素子２４２）にそれぞれ異なる偏光成分の光を受光させる。そして、偏光特性算出部４４０は、第２受光素子２４２等の複数の受光素子が受光した光の受光量に基づいて、偏光度を算出することができる。そして、厚さ算出部４６０は、偏光特性算出部４４０が算出した偏光度がより小さい場合に、散乱媒体の厚さをより厚く算出する。
【００６４】
なお、光照射部１２０は、特定の偏光成分の光を生体１９０に向けて照射してもよい。この場合、受光部２４０は、光照射部１２０から照射された光と同じ特定の偏光成分の光を受光する。そして、厚さ算出部４６０は、受光部２４０が受光した光の特定の偏光成分の強度がより小さい場合に、散乱媒体の厚さをより厚く算出してもよい。
【００６５】
以上説明したように、光照射部１２０が偏光光を生体１９０に向けて照射した場合、および非偏光光を生体１９０に向けて照射した場合のどちらの場合においても、厚さ算出部４６０は、受光部２４０が受光した光の偏光度がより小さい場合に、散乱媒体の厚さをより厚く算出する。したがって、光学システム１０によると、粘膜層８１０の厚さの空間的な変化を検出することができるので、癌の進行に伴う粘膜層８１０の厚さＤの減少を検出することができる場合がある。
【００６６】
図９は、厚さ算出部４６０が記憶している厚さ情報の一例をテーブル形式出示す。厚さ算出部４６０は、偏光度に対応づけて散乱媒体の厚さを予め記憶している。そして、厚さ算出部４６０は、受光部２４０が受光した光の偏光度に対応づけて記憶している厚さを、散乱媒体の厚さとして算出する。
【００６７】
なお、厚さ算出部４６０が算出した厚さ情報は、画像生成部４００に供給されてよい。上述したように、偏光特性算出部４４０は偏光度を面的に算出することができるので、厚さ算出部４６０は厚さを面的に算出することができる。したがって、画像生成部４００は、厚さ算出部４６０が算出した厚さ情報を用いて、散乱層の厚さを示す画像を生成してよい。例えば、画像生成部４００は、内視鏡１００によって得られた生体１９０の画像の輝度情報を、散乱層の厚さ情報で変調した画像を生成してよい。このようにして、散乱層の厚さを示す画像を容易に表示することができる。
【００６８】
図１０は、撮像部１１０の他の構成例を示す。本構成例では、撮像部１１０はいわゆる３板式の構成を有している。
【００６９】
撮像部１１０は、戻り光を分光する光学系１０１０、緑成分の光を透過するカラーフィルタ１０２１、青成分の光を透過するカラーフィルタ１０２２、赤成分の光を透過するカラーフィルタ１０２３、緑成分の光を受光する受光素子アレイ１０４１、青成分の光を受光する受光素子アレイ１０４２、赤成分の光を受光する受光素子アレイ１０４３、および偏光フィルタ１０００を含む。光学系１０１０は、レンズ１１２を包含しており、受光素子アレイ１０４１、受光素子アレイ１０４２、および受光素子アレイ１０４２に生体１９０からの戻り光を分光する。
【００７０】
受光素子アレイ１０４１は、光学系１０１０によって分光されてカラーフィルタ１０２１を透過した緑成分の光を受光する。また、受光素子アレイ１０４３は、光学系１０１０によって分光されてカラーフィルタ１０２３を透過した赤成分の光を受光する。また、受光素子アレイ１０４２は、光学系１０１０によって分光されて、偏光フィルタ１０００およびカラーフィルタ１０２２を透過した青成分の光を受光する。
【００７１】
受光素子アレイ１０４１、受光素子アレイ１０４２、および受光素子アレイ１０４３は、複数の受光素子がそれぞれ略同一面上に配列されて形成される。本図に模式的に示されるように、受光素子アレイ１０４１、受光素子アレイ１０４２、および受光素子アレイ１０４３のうち、受光素子アレイ１０４２において受光素子が最も高い面密度で配列されている。偏光フィルタ１０００は、偏光フィルタ２００と同様に、異なる偏光特性の光を透過する偏光素子が同一面上にマトリクス状に配列されて形成される。本図の構成のように、多板式で形成された撮像部１１０においても、他の受光素子より高い面密度で配列された受光素子アレイに異なる偏光方向の光を受光させることによって、高解像度で偏光情報を測定することができる。
【００７２】
なお、上記の実施形態においては、生体観察用に青成分の光を受光する受光素子を最も高い面密度で配列したが、他の実施形態では、緑成分の光を受光する受光素子を最も高い面密度で配列してもよい。この場合、緑成分の光を受光する受光素子に異なる偏光方向の光を受光させてよい。
【００７３】
また、上記の実施形態においては、最も高い密度で配列された受光素子に異なる偏光方向の光を受光させた。偏光フィルタ２００を通過させると、偏光フィルタ２００を通過させない場合にくらべて光強度が低下してしまうことから、他の実施形態では、最も高い強度の光を受光することが期待される色成分の光を受光する受光素子に、異なる偏光方向の光を受光させてもよい。
【００７４】
すなわち、受光部２４０において、第２受光素子２４２は、生体１９０からの光強度が第１色成分より大きい第２色成分の光を受光する受光素子であってよい。一例として、第２受光素子２４２は、生体１９０からの赤成分の光を受光してよく、第１受光素子２４１および第３受光素子２４３は、生体１９０からの赤成分以外の色成分の光を受光してよい。例えば、第１受光素子２４１は、緑成分の光または青成分の光を受光してよい。なお、色成分としては、ＲＧＢ原色系以外にも、補色系の色成分を例示することができる。
【００７５】
なお、第１受光素子２４１および第２受光素子２４２が、光照射部１２０から照射されて生体１９０により反射された光を受光する場合、第２受光素子２４２が受光する光の波長領域における生体１９０の光の反射率は、第１受光素子２４１が受光する光の波長領域における反射率より高くてよい。さらに、第２受光素子２４２が受光する光の波長領域における反射率と第２受光素子２４２の受光感度とを乗じた値は、第１受光素子２４１が受光する光の波長領域における反射率と第１受光素子２４１の受光感度とを乗じた値より大きくてよい。また、第２受光素子２４２の受光面積は、第１受光素子２４１の受光面積より大きくてよい。
【００７６】
図１１は、光学システム１０のハードウェア構成の一例を示す。光学システム１０は、ＣＰＵ周辺部と、入出力部と、レガシー入出力部とを備える。ＣＰＵ周辺部は、ホスト・コントローラ１５８２により相互に接続されるＣＰＵ１５０５、ＲＡＭ１５２０、グラフィック・コントローラ１５７５、及び表示デバイス１５８０を有する。入出力部は、入出力コントローラ１５８４によりホスト・コントローラ１５８２に接続される通信インターフェイス１５３０、ハードディスクドライブ１５４０、及びＣＤ−ＲＯＭドライブ１５６０を有する。レガシー入出力部は、入出力コントローラ１５８４に接続されるＲＯＭ１５１０、フレキシブルディスク・ドライブ１５５０、及び入出力チップ１５７０を有する。
【００７７】
ホスト・コントローラ１５８２は、ＲＡＭ１５２０と、より高い転送レートでＲＡＭ１５２０をアクセスするＣＰＵ１５０５、及びグラフィック・コントローラ１５７５とを接続する。ＣＰＵ１５０５は、ＲＯＭ１５１０、及びＲＡＭ１５２０に格納されたプログラムの内容に応じて動作して、各部の制御をする。グラフィック・コントローラ１５７５は、ＣＰＵ１５０５等がＲＡＭ１５２０内に設けたフレーム・バッファ上に生成する画像データを取得して、表示デバイス１５８０上に表示させる。これに代えて、グラフィック・コントローラ１５７５は、ＣＰＵ１５０５等が生成する画像データを格納するフレーム・バッファを、内部に含んでもよい。
【００７８】
入出力コントローラ１５８４は、ホスト・コントローラ１５８２と、比較的高速な入出力装置であるハードディスクドライブ１５４０、通信インターフェイス１５３０、ＣＤ−ＲＯＭドライブ１５６０を接続する。ハードディスクドライブ１５４０は、ＣＰＵ１５０５が使用するプログラム、及びデータを格納する。通信インターフェイス１５３０は、ネットワーク通信装置１５９８に接続してプログラムまたはデータを送受信する。ＣＤ−ＲＯＭドライブ１５６０は、ＣＤ−ＲＯＭ１５９５からプログラムまたはデータを読み取り、ＲＡＭ１５２０を介してハードディスクドライブ１５４０、及び通信インターフェイス１５３０に提供する。
【００７９】
入出力コントローラ１５８４には、ＲＯＭ１５１０と、フレキシブルディスク・ドライブ１５５０、及び入出力チップ１５７０の比較的低速な入出力装置とが接続される。ＲＯＭ１５１０は、光学システム１０が起動するときに実行するブート・プログラム、あるいは光学システム１０のハードウェアに依存するプログラム等を格納する。フレキシブルディスク・ドライブ１５５０は、フレキシブルディスク１５９０からプログラムまたはデータを読み取り、ＲＡＭ１５２０を介してハードディスクドライブ１５４０、及び通信インターフェイス１５３０に提供する。入出力チップ１５７０は、フレキシブルディスク・ドライブ１５５０、あるいはパラレル・ポート、シリアル・ポート、キーボード・ポート、マウス・ポート等を介して各種の入出力装置を接続する。
【００８０】
ＣＰＵ１５０５が実行するプログラムは、フレキシブルディスク１５９０、ＣＤ−ＲＯＭ１５９５、またはＩＣカード等の記録媒体に格納されて利用者によって提供される。記録媒体に格納されたプログラムは圧縮されていても非圧縮であってもよい。プログラムは、記録媒体からハードディスクドライブ１５４０にインストールされ、ＲＡＭ１５２０に読み出されてＣＰＵ１５０５により実行される。ＣＰＵ１５０５により実行されるプログラムは、光学システム１０を、図１から図１０に関連して説明した光学システム１０が有する各構成要素として機能させる。
【００８１】
以上に示したプログラムは、外部の記憶媒体に格納されてもよい。記憶媒体としては、フレキシブルディスク１５９０、ＣＤ−ＲＯＭ１５９５の他に、ＤＶＤまたはＰＤ等の光学記録媒体、ＭＤ等の光磁気記録媒体、テープ媒体、ＩＣカード等の半導体メモリ等を用いることができる。また、専用通信ネットワークあるいはインターネットに接続されたサーバシステムに設けたハードディスクまたはＲＡＭ等の記憶装置を記録媒体として使用して、ネットワークを介したプログラムとして光学システム１０に提供してもよい。このように、プログラムにより制御されるコンピュータが、光学システム１０として機能する。
【００８２】
以上、この発明を実施の形態を用いて説明したが、この発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態もこの発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】一実施形態に係わる光学システム１０の構成の一例を生体１９０とともに示す図である。
【図２】撮像部１１０の構成の一例を示す図である。
【図３】受光部２４０における受光素子の配列および偏光フィルタ２００における偏光素子の配列の一例を示す図である。
【図４】画像処理部１４０のブロック構成の一例を示す図である。
【図５】内視鏡１００によって得られた画像５００の一例を示す図である。
【図６】内部画像６００、形状変化画像６３０、および合成画像６５０の一例を示す図である。
【図７】傾斜の一例を示す図である。
【図８】生体１９０の一例である胃壁の構造を模式的に示す図である。
【図９】厚さ算出部４６０が記憶している厚さ情報の一例をテーブル形式で示す図である。
【図１０】撮像部１１０の他の構成例を示す図である。
【図１１】光学システム１０のハードウェア構成の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００８４】
１０ 光学システム
１００ 内視鏡
１０２ 先端部
１０５ 制御部
１１２ レンズ
１１０ 撮像部
１２０ 光照射部
１２２ 発光部
１２４ ライトガイド
１２８ 出射口
１２６ 偏光フィルタ
１３０ 鉗子口
１３５ 鉗子
１３８ ノズル
１４０ 画像処理部
１５０ 出力部
１９０ 生体
２００ 偏光フィルタ
２０１ 偏光素子
２２０ カラーフィルタ
２２１ 第１色フィルタ部
２２２ 第２色フィルタ部
２４０ 受光部
２４１ 第１受光素子
２４２ 第２受光素子
２４３ 第３受光素子
３１０ 光透過部
４００ 画像生成部
４１０ 光強度算出部
４２０ 内部画像生成部
４３０ 表面画像生成部
４３５ 形状変化画像生成部
４４０ 偏光特性算出部
４５０ 傾斜算出部
４６０ 厚さ算出部
５００ 画像
５１０ 血管像
５２０ 正反射像
６００ 内部画像
６１０ 血管像
６２０ 色素変化成分
６３０ 形状変化画像
６５０ 合成画像
８１０ 粘膜層
８２０ 下部媒体
８３０ 粘膜筋板層
８４０ 粘膜下層
１０００ 偏光フィルタ
１０１０ 光学系
１０２１ カラーフィルタ
１０２２ カラーフィルタ
１０２３ カラーフィルタ
１０４１ 受光素子アレイ
１０４２ 受光素子アレイ
１０４３ 受光素子アレイ
１５０５ ＣＰＵ
１５１０ ＲＯＭ
１５２０ ＲＡＭ
１５３０ 通信インターフェイス
１５４０ ハードディスクドライブ
１５５０ フレキシブルディスク・ドライブ
１５６０ ＣＤ−ＲＯＭドライブ
１５７０ 入出力チップ
１５７５ グラフィック・コントローラ
１５８０ 表示デバイス
１５８２ ホスト・コントローラ
１５８４ 入出力コントローラ
１５９０ フレキシブルディスク
１５９５ ＣＤ−ＲＯＭ
１５９８ ネットワーク通信装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学システム、方法、およびプログラムに関する。本発明は、特に、光学的に散乱媒体の厚さを算出する光学システムおよび光学的に散乱媒体の厚さを算出する方法、ならびに光学システム用のプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン結晶表面上・アモルファスシリコン薄膜表面の付着異物検出、及びシリコンウエハ内の酸素析出物などの結晶欠陥、アモルファスシリコン薄膜内部の異物測定用の検査装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】国際公開第９６/０２８７２１号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記特許文献に記載の技術によると、散乱媒体の厚さを算出することができない。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するために、本発明の第１の形態によると、光学システムであって、光を散乱する散乱媒体、および散乱媒体の下部にあり、光が入射された場合に偏光された光を入射側に戻す下部媒体を有する物体に向けて、光を照射する光照射部と、光照射部から照射されて散乱媒体によって散乱された光、および下部媒体からの光を受光する受光部と、受光部が受光した光の非偏光成分および偏光成分の少なくとも一方に基づいて、下部媒体までの散乱媒体の厚さを算出する厚さ算出部とを備える。
【０００５】
本発明の第２の形態によると、方法であって、光を散乱する散乱媒体、および散乱媒体の下部にあり、光が入射された場合に偏光された光を入射側に戻す下部媒体を有する物体に向けて、光を照射する光照射段階と、光照射段階において照射されて散乱媒体によって散乱された光、および下部媒体からの光を受光する受光段階と、受光段階において受光された光の非偏光成分および偏光成分の少なくとも一方に基づいて、下部媒体までの散乱媒体の厚さを算出する厚さ算出段階とを備える。
【０００６】
本発明の第３の形態によると、光学システム用のプログラムであって、コンピュータを、光を散乱する散乱媒体、および散乱媒体の下部にあり、光が入射された場合に偏光された光を入射側に戻す下部媒体を有する物体に向けて、光を照射する光照射部、光照射部から照射されて散乱媒体によって散乱された光、および下部媒体からの光を受光する受光部、受光部が受光した光の非偏光成分および偏光成分の少なくとも一方に基づいて、下部媒体までの散乱媒体の厚さを算出する厚さ算出部として機能させる。
【０００７】
なお、上記の発明の概要は、この発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、発明の実施の形態を通じてこの発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【０００９】
図１は、一実施形態に係わる光学システム１０の構成の一例を生体１９０とともに示す。光学システム１０は、撮像装置の一例としての内視鏡１００、鉗子１３５、画像処理装置の一例としての画像処理部１４０、制御部１０５、光照射部１２０、および出力部１５０を備える。なお、図１において、Ａ部は、内視鏡１００の先端部１０２を拡大して示す。なお、光学システム１０は、以下に説明するように、撮像システムあるいは画像処理システムとして機能することができる。また、生体１９０は、この発明における物体の一例であってよい。また、内視鏡１００は、光照射部１２０を内蔵してもよい。
【００１０】
内視鏡１００は、撮像部１１０、鉗子口１３０、ならびに光照射部１２０の一部としてのライトガイド１２４および偏光フィルタ１２６を有する。内視鏡１００の先端部１０２は、ノズル１３８、撮像部１１０の一部としてのレンズ１１２、およびライトガイド１２４の一部としての出射口１２８を有する。なお、内視鏡１００が有する偏光フィルタ１２６およびライトガイド１２４、および内視鏡１００の外部に設けられた発光部１２２は、光照射部１２０として機能する。
【００１１】
鉗子口１３０には鉗子１３５が挿入され、鉗子口１３０は鉗子１３５を先端部１０２にガイドする。なお、鉗子１３５は、各種の先端形状を備えてよい。なお、鉗子口１３０には、鉗子の他に、生体１９０を処置する種々の処置具が挿入されてよい。ノズル１３８は、水あるいは空気を送出する。
【００１２】
発光部１２２は、出射口１２８から生体１９０に向けて照射される照射光を発生する。発光部１２２で発生する光は、たとえば赤成分、緑成分、および青成分の光を含む。
【００１３】
ライトガイド１２４は、例えば光ファイバで形成される。ライトガイド１２４は、発光部１２２で発生した光を内視鏡１００の先端部１０２の出射口１２８にガイドする。出射口１２８の近傍には、発光部１２２で発生した光を偏光させる偏光フィルタ１２６が設けられている。発光部１２２で発生して偏光フィルタ１２６を通過した光は、出射口１２８から生体１９０に向けて照射される。
【００１４】
なお、制御部１０５は、生体１９０に照射される光の光路中に偏光フィルタ１２６を任意のタイミングで挿入することができる。なお、偏光フィルタ１２６は回転フィルタの一部として形成されてよく、制御部１０５は、回転フィルタの回転を制御してよい。
【００１５】
撮像部１１０は、生体１９０からの光を受光して、生体１９０の画像を撮像する。具体的には、撮像部１１０は、出射口１２８から生体１９０に照射されて生体１９０から反射した光、および出射口１２８から生体１９０に照射されて生体１９０内で散乱または反射した光により、生体１９０の画像を撮像する。
【００１６】
画像処理部１４０は、撮像部１１０により得られた画像信号を処理して、種々の画像を生成する。画像処理部１４０は、生成した画像を出力部１５０に供給する。出力部１５０は、画像処理部１４０から供給された画像を出力する。なお、出力部１５０は、画像処理部１４０から供給された画像を表示してよい。また、出力部１５０は、画像処理部１４０から供給された画像を、不揮発性メモリ等の記録媒体に記録してよい。
【００１７】
図２は、撮像部１１０の構成の一例を示す。撮像部１１０は、レンズ１１２、偏光フィルタ２００、カラーフィルタ２２０、および受光部２４０を有する。レンズ１１２は、物体からの光を偏光フィルタ２００およびカラーフィルタ２２０を通じて、受光部２４０に結像させる。なお、偏光フィルタ２００は、この発明における偏光部の一例であってよい。
【００１８】
偏光フィルタ２００は、複数の偏光素子２０１−１〜３（以下、偏光素子２０１と総称する。）を含む。カラーフィルタ２２０は、第１色フィルタ部２２１−１〜３（以下、第１色フィルタ部２２１と総称する。）、第２色フィルタ部２２２−１〜３（以下、第２色フィルタ部２２２と総称する。）を含む。受光部２４０は、第１受光素子２４１−１〜３（以下、第１受光素子２４１と総称する。）および第２受光素子２４２−１〜３（以下、第２受光素子２４２と総称する。）を含む。
【００１９】
第１色フィルタ部２２１は、緑成分の光を透過する。また、第２色フィルタ部２２２は、青成分の光を透過する。
【００２０】
偏光素子２０１は、生体１９０からの光のうち、特定の偏光成分の光を選択的に透過することによって、偏光した光をカラーフィルタ２２０に導く。なお、偏光素子２０１−１、偏光素子２０１−２、および偏光素子２０１−３の透過軸は、互いに異なる向きに配向されている。
【００２１】
一例として、生体１９０からの光のうち偏光素子２０１を通過した光は、第２色フィルタ部２２２を通過して第２受光素子２４２によって受光される。したがって、第２受光素子２４２は、生体１９０からの青成分の光を受光する。なお、図示されるように偏光素子２０１−１と偏光素子２０１−２との間には偏光素子は設けられていない。この位置を通過した光は、第１色フィルタ部２２１を通過して第１受光素子２４１に受光される。したがって、第１受光素子２４１は、生体１９０からの緑成分の光を受光する。
【００２２】
受光部２４０が有する第１受光素子２４１、第２受光素子２４２等の受光素子は、受光した受光量に応じた受光信号を生成する。当該受光信号は、画像信号として画像処理部１４０に供給され、画像処理部１４０において処理される。
【００２３】
図３は、受光部２４０における受光素子の配列および偏光フィルタ２００における偏光素子の配列の一例を示す。受光部２４０は、上述した第１受光素子２４１および複数の第２受光素子２４２の他に、赤成分の光を受光する複数の第３受光素子２４３−１〜３（以下、第３受光素子２４３と総称する。）を有する。
【００２４】
なお、受光部２４０においてＧが付された領域には第１受光素子２４１が形成され、Ｂが付された領域には第２受光素子２４２が形成され、Ｒが付された領域には、第３受光素子２４３が形成される。このように、受光部２４０は、第１受光素子２４１、第２受光素子２４２、および第３受光素子２４３がマトリクス状に設けられて形成される。
【００２５】
このように、第１受光素子２４１は、略同一面上に配列されており、生体１９０からの第１色成分の光をそれぞれ受光する。また、第２受光素子２４２は、物体からの第２色成分の光を受光する。第２受光素子２４２は、第１受光素子２４１より高い面密度で略同一面上に配列されている。なお、第２受光素子２４２は、第１受光素子２４１および第３受光素子２４３より高い数密度で、或いは高い面積密度で、略同一面上に配列されている。また、第１受光素子２４１、第２受光素子２４２、および第３受光素子２４３は、略同一面上に配列されている。
【００２６】
本図の偏光フィルタ２００においては、それぞれの偏光素子２０１の透過軸が矢印で示されている。このように、偏光素子２０１−１、偏光素子２０１−２、および偏光素子２０１−３の透過軸は、異なる方向に配列されている。したがって、偏光素子２０１−１、偏光素子２０１−２、および偏光素子２０１−３は、互いに異なる偏光方向に偏光した光を選択的に透過する。つまり、第１偏光成分の光、第２偏光成分の光、および第３偏光成分の光は、互いに異なる偏光方向に偏光した光となる。
【００２７】
なお、偏光素子２０１−１および偏光素子２０１−２は、透過軸が略直交する向きに配向して配列されている。このように、第１偏光成分の光および第２偏光成分の光は、互いに略直交する偏光成分の光となっている。より具体的には、第１偏光成分の光および第２偏光成分の光は、互いに略直交する偏光方向に偏光した光となっている。なお、略直交する偏光成分の光とは、略直交する直線偏光の光、右回り円偏光・左回り円偏光の光等のように、偏光状態をポアンカレ球で表現した場合に、ポアンカレ球面上において原点に関して対称な２点で表される偏光状態の光であってよい。
【００２８】
このように、偏光素子２０１−１、偏光素子２０１−２、および偏光素子２０１−３は、略同一面上に設けられている。なお、偏光素子２０１−１は第１偏光素子の一例であり、偏光素子２０１−２は第２偏光素子の一例であり、偏光素子２０１−３は第３偏光子の一例であってよい。そこで、以下の説明では、第１偏光素子、第２偏光素子、および第３偏光子を、それぞれ偏光素子２０１−１、偏光素子２０１−２、および偏光素子２０１−３と総称する。
【００２９】
このように、偏光フィルタ２００は、生体１９０からの第１偏光成分以外の偏光成分の光を遮断して、第２受光素子２４２の一部の第２受光素子２４２である第２受光素子２４２−１に生体１９０からの第１偏光成分の光を受光させ、生体１９０からの光を透過して複数の第１受光素子２４１に受光させる。また、偏光フィルタ２００は、生体１９０からの第２偏光成分以外の偏光成分の光を遮断して、第２受光素子２４２の一部の第２受光素子２４２である第２受光素子２４２−２に生体１９０からの第２偏光成分の光を受光させる。また、偏光フィルタ２００は、生体１９０からの第３偏光成分以外の偏光成分の光を遮断して、第２受光素子２４２の一部の第２受光素子２４２である第２受光素子２４２−３に生体１９０からの第３偏光成分の光を受光させる。
【００３０】
なお、第２受光素子２４２−１は第１偏光光受光素子の一例であり、受光素子２４２−２は第２偏光光受光素子の一例であり、受光素子２４２−３は、第３偏光光受光素子の一例であってよい。なお、以後の説明では、第２受光素子２４２−１と略同一の偏光成分の光を受光する複数の第２受光素子２４２を、第２受光素子２４２−１と総称する。また、第２受光素子２４２−２と略同一の偏光成分の光を受光する複数の第２受光素子２４２を、第２受光素子２４２−２と総称する。また、第２受光素子２４２−３と略同一の偏光成分の光を受光する複数の第２受光素子２４２を、第２受光素子２４２−３と総称する。
【００３１】
また、光照射部１２０が生体１９０に光を照射した場合における生体１９０からの戻り光を受光部２４０が受光する場合、偏光フィルタ２００は、光照射部１２０により光が照射されることによる生体１９０からの戻り光における第１偏光成分の光を第２受光素子２４２−１に受光させ、戻り光における第２偏光成分の光を第２受光素子２４２−２に受光させ、戻り光における第３偏光成分の光を第２受光素子２４２−３に受光させる。
【００３２】
具体的には、偏光素子２０１−１は、戻り光における第１偏光成分以外の光を遮断して、戻り光における第１偏光成分の光を第２受光素子２４２−１にそれぞれ受光させ、偏光素子２０１−２は、戻り光における第２偏光成分以外の光を遮断して、戻り光における第２偏光成分の光を第２受光素子２４２−２にそれぞれ受光させ、偏光素子２０１−３は、戻り光における第３偏光成分以外の光を遮断して、戻り光における第３偏光成分の光を第２受光素子２４２−３にそれぞれ受光させる。このように、偏光素子２０１−１および偏光素子２０１−２は、第１受光素子２４１および第２受光素子２４２が配列された面と異なる位置に、略同一面上に設けられている。
【００３３】
なお、偏光フィルタ２００は、光透過部３１０を有する。光透過部３１０には、偏光素子が設けられておらず、実質的に全ての偏光成分の光を透過する。
【００３４】
図４は、画像処理部１４０のブロック構成の一例を示す。画像処理部１４０は、光強度算出部４１０、内部画像生成部４２０、表面画像生成部４３０、画像生成部４００、形状変化画像生成部４３５、偏光特性算出部４４０、傾斜算出部４５０、厚さ算出部４６０、および画像生成部４００を有する。
【００３５】
内部画像生成部４２０は、受光部２４０が受光した光により生体１９０の内部の画像を生成する。また、表面画像生成部４３０は、受光部２４０が受光した光により生体１９０の表面の画像を生成する。
【００３６】
例えば、第１受光素子２４１、第２受光素子２４２、および第３受光素子２４３のいずれかの透過軸に平行な方向に偏光した偏光光を、特定の偏光方向に偏光した光として光照射部１２０が照射した場合、受光部２４０は、光照射部１２０により光が照射されることによる生体１９０からの戻り光における特定の偏光方向に偏光した光、および戻り光における特定の偏光方向と異なる偏光方向に偏光した光を受光することができる。そこで、表面画像生成部４３０は、受光部２４０が受光した特定の偏光方向の光、および受光部２４０が受光した特定の偏光方向と略直交する偏光方向の光に基づいて、表面画像を生成する。
【００３７】
このように、光照射部１２０が、特定の偏光方向に偏光した光のように、特定の偏光成分の光を生体１９０に照射した場合、受光部２４０は、戻り光における特定の偏光成分の光、および戻り光における特定の偏光成分と略直交する偏光成分の光を受光する。具体的には、受光部２４０は、戻り光における特定の偏光方向に偏光した光、および戻り光における特定の偏光方向に略直交する偏光方向に偏光した光を受光する。
【００３８】
そして、表面画像生成部４３０は、受光部２４０が受光した特定の偏光成分の光、および受光部２４０が受光した特定の偏光成分と略直交する偏光成分の光に基づいて、表面画像を生成する。具体的には、表面画像生成部４３０は、受光部２４０が受光した特定の偏光方向に偏光した光、および受光部２４０が受光した特定の偏光方向と略直交する偏光方向に偏光した光に基づいて、表面画像を生成する。そして、形状変化画像生成部４３５は、表面画像における空間的な変化成分に基づいて、生体１９０の表面の形状変化を示す形状変化画像を生成する。具体的には、形状変化画像生成部４３５は、表面画像を空間微分することにより形状変化画像を生成する。
【００３９】
このように、表面画像生成部４３０は、受光部２４０が受光した特定の偏光成分の光および受光部２４０が受光した特定の偏光成分と異なる偏光成分の光に基づいて、生体１９０の表面の画像である表面画像を生成する。そして、形状変化画像生成部４３５は、当該表面画像に基づいて形状変化画像を生成する。このように、形状変化画像生成部４３５は、受光部２４０が受光した特定の偏光成分の光（例えば、特定の偏光方向に偏光した光）に基づいて、形状変化画像を生成する。
【００４０】
そして、画像生成部４００は、受光部２４０が受光した特定の偏光成分と異なる偏光成分の光（例えば、特定の偏光方向と異なる偏光方向に偏光した光）に基づく、生体１９０の表面より内部の画像である内部画像に、形状変化画像を重ね合わせることにより合成画像を生成する。具体的には、画像生成部４００は、受光部２４０が受光した特定の偏光成分と略直交する偏光成分の光に基づいて内部画像生成部４２０が生成した内部画像に、形状変化画像を重ね合わせることにより合成画像を生成する。画像生成部４００が生成した合成画像は、出力部１５０に供給され、出力部１５０において表示または記録される。
【００４１】
このように、画像生成部４００は、表面画像の空間微分成分を内部画像に重ね合わせるので、正反射光成分が過度に強調されることを未然に防ぐことができる場合がある。このため、生体１９０の表面の凹凸情報が適度に反映された内視鏡画像を提供することができる。なお、画像生成部４００は、表面画像の空間微分成分に応じて内部画像の輝度成分を強調してもよい。
【００４２】
なお、図３に関連して説明したように、偏光素子２０１−１は、生体１９０からの戻り光における特定の偏光成分以外の偏光成分の光を遮断して、受光部２４０が有する複数の第２受光素子２４２−１に、戻り光における特定の偏光成分の光を受光させることができる。また、偏光素子２０１−２は、戻り光における特定の偏光成分と略直交する偏光成分以外の偏光成分の光を遮断して、受光部２４０が有する複数の第２受光素子２４２−２に戻り光における特定の偏光成分と略直交する偏光成分の光を受光させることができる。
【００４３】
したがって、偏光フィルタ２００は、生体１９０からの戻り光における特定の偏光成分以外の偏光成分の光を遮断して、受光部２４０が有する複数の第２受光素子２４２−１に戻り光における特定の偏光成分の光を受光させ、戻り光における特定の偏光成分と略直交する偏光成分以外の偏光成分の光を遮断して、受光部２４０が有する複数の第２受光素子２４２−２に戻り光における特定の偏光成分と略直交する偏光成分の光を受光させることができる。そして、表面画像生成部４３０は、第１受光素子２４１が受光した特定の偏光成分の光、および第２受光素子２４２が受光した特定の偏光成分と略直交する偏光成分の光に基づいて、表面画像を生成することができる。
【００４４】
また、偏光特性算出部４４０は、受光部２４０が受光した光に基づいて、生体１９０からの光の偏光特性を算出する。例えば、偏光特性算出部４４０は、受光部２４０が受光した光に基づいて、生体１９０からの光の偏光方位を算出する。具体的には、光照射部１２０は、第２色成分を含む円偏光の光を生体１９０に照射する。そして、偏光特性算出部４４０は、第２受光素子２４２−１が受光した第１成分の光の受光量、第２受光素子２４２−２が受光した第２偏光成分の光の受光量、および第２受光素子２４２−３が受光した第３偏光成分の光の受光量に基づいて、生体１９０からの光の偏光方位を算出する。
【００４５】
このように、偏光特性算出部４４０は、生体１９０からの戻り光が楕円偏光である場合に、第２受光素子２４２が受光した異なる３方向の偏光成分の光強度に基づいて、楕円偏光の偏光方位を算出することができる。そして、傾斜算出部４５０は、偏光特性算出部４４０が算出した偏光方位に基づいて、生体１９０の表面の傾きを算出する。
【００４６】
このように、偏光特性算出部４４０は、第２受光素子２４２−１が受光した第１成分の光の受光量、第２受光素子２４２−２が受光した第２偏光成分の光の受光量、および第２受光素子２４２−３が受光した第３偏光成分の光の受光量に基づいて、生体１９０からの光の偏光特性を算出する。なお、偏光特性としては、上記の偏光方位の他に、偏光度を例示することができる。
【００４７】
なお、図３に関連して説明したように、偏光フィルタ２００は、生体１９０からの第１偏光成分の光を複数の第２受光素子２４２−１に受光させ、生体１９０からの第２偏光成分の光を複数の第２受光素子２４２−２に受光させ、生体１９０からの第３偏光成分の光を複数の第２受光素子２４２−３に受光させることができる。そして、偏光特性算出部４４０は、複数の第２受光素子２４２−１がそれぞれ受光した第１偏光成分の光の受光量、複数の第２受光素子２４２−２がそれぞれ受光した第２偏光成分の光の受光量、および複数の第２受光素子２４２−３がそれぞれ受光した第３偏光成分の光の受光量に基づいて、生体１９０からの光の偏光特性の空間分布を算出することができる。これにより、偏光特性算出部４４０は、上記の生体１９０の表面の傾きの分布、あるいは偏光度の分布を算出することができる。
【００４８】
光強度算出部４１０は、第２受光素子２４２−１が受光した第１偏光成分の光の受光量、および第２受光素子２４２−２が受光した第２偏光成分の光の受光量に基づいて、生体１９０からの第２色成分の光強度を算出する。そして、画像生成部４００は、光強度算出部４１０が算出した光強度、および複数の第１受光素子２４１が受光した受光量に基づいて、生体１９０の画像を生成する。本実施形態における光学システム１０では、青成分の光を受光する第２受光素子２４２は、異なる偏光成分の光を受光するが、光強度算出部４１０が青成分光の光強度を算出することができるので、望ましい可視光画像を生成することができる。このため、より多くの偏光素子２０１を第２受光素子２４２に割り当てることができるので、より高解像度な偏光情報を得ることができる。
【００４９】
また、光学システム１０によると、散乱媒体の厚さを算出することができる。例えば生体１９０は、多くの場合、光を散乱する性質を有する。そのような散乱層の下部に、偏光した光を戻す下部媒体が存在していれば、散乱層の厚さの変化に応じて、戻り光の偏光特性が変化することが期待される。そこで、厚さ算出部４６０は、生体１９０からの戻り光の偏光の度合いに基づいて、当該散乱層の厚さを算出する。
【００５０】
具体的には、光照射部１２０は、光を散乱する散乱媒体、および散乱媒体の下部にあり、光が入射された場合に偏光された光を入射側に戻す下部媒体を有する生体１９０に向けて、光を照射する。そして、受光部２４０は、光照射部１２０から照射されて散乱媒体によって散乱された光、および下部媒体からの光を受光する。そして、厚さ算出部４６０は、受光部２４０が受光した光の非偏光成分および偏光成分の少なくとも一方に基づいて、下部媒体までの散乱媒体の厚さを算出する。なお、ここでの「下部」は、重力方向に限らず、光照射部１２０から見て散乱媒体の下方であることを意味する。
【００５１】
なお、胃等の粘膜に癌が生じると、その初期においては癌の種類、進行度等に応じて、粘膜層の厚さが変化する。したがって、光学システム１０によると、厚さ算出部４６０による粘膜層の厚さ検出を通じて、癌の発生場所等を容易に特定することができる場合がある。
【００５２】
図５は、内視鏡１００によって得られた画像５００の一例を示す。画像５００は、撮像部１１０が、偏光フィルタ１２６が光路中から外された状態で受光部２４０が露光されることによって得られた画像の一例であってよい。画像５００には、撮影対象である生体１９０の表面より内部の血管像５１０と、光照射部１２０から照射された光が生体１９０表面で正反射することで形成された正反射像５２０とが含まれる。
【００５３】
なお、画像５００には、生体１９０の表面のおおまかな凹凸情報が含まれている。しかしながら、画像５００は正反射像５２０を含むので、正反射像５２０の領域では生体１９０の情報を視認することができない。例えば、色素による変化成分、表面における細かな凹凸情報を視認することができない。
【００５４】
図６は、内部画像６００、形状変化画像６３０、および合成画像６５０の一例を示す。内部画像生成部４２０は、受光部２４０が受光した、光照射部１２０が照射した光の偏光方向と直交する偏光方向の光に基づいて、内部画像６００を生成する。内部画像６００には、生体１９０の内部の情報が反映されており、血管像６１０および色素変化成分６２０を含む。
【００５５】
形状変化画像生成部４３５は、表面画像を空間微分することによって、形状変化画像６３０を算出する。空間微分処理により、輝度の空間変化成分を強調するとともに、正反射光のような高輝度領域の信号強度を弱めることができる。このように、表面の凹凸情報を適度に反映させた形状変化画像６３０を得ることができる。画像生成部４００は、内部画像６００および形状変化画像６３０を、所定の重み付けで重ね合わせることによって、合成画像６５０を生成する。合成画像６５０から、画像５００では、正反射像５２０に隠されていた色素変化成分６２０を視認することができる。また、凹凸が強調されているので、色素変化成分６２０が生体１９０表面の凸部斜面上に存在することがわかる。
【００５６】
このように、光学システム１０によると、内部画像６００に表面の凹凸情報を反映させることができる。このため、観察者は、生体１９０の表面の凹凸情報と関連付けて、内部の様子を視認することができる。このため、観察者にとって視認し易い画像を提供することができる。また、光学システム１０によると、表面画像の空間微分成分である形状変化画像６３０を内部画像６００に重畳するので、正反射光によるぎらつきを抑えつつ、表面の凹凸を強調することができる。なお、画像生成部４００は、形状変化画像６３０と内部画像６００とを異なるＬＵＴで変換して合成してよい。
【００５７】
図７は、傾斜算出部４５０による傾斜算出方法の一例を示す。傾斜算出部４５０は、上述したように、偏光特性算出部４４０によって算出された偏光方位に基づいて、傾斜の角度を算出する。なお、厚さ算出部４６０は、楕円偏光の偏光方位に対応づけて生体１９０表面の傾斜情報を予め記憶してよい。そして、厚さ算出部４６０は、偏光特性算出部４４０が算出した偏光方位に対応づけて記憶している表面の傾斜情報を抽出する。なお、表面の傾斜情報としては、表面の曲率Ｒを例示することができる。
【００５８】
なお、傾斜算出部４５０が算出した傾斜情報は、画像生成部４００に供給されてよい。既に説明したように、偏光特性算出部４４０は、偏光特性の２次元的な分布を算出することができるので、傾斜算出部４５０は、傾斜情報の２次元的な分布を算出することができる。したがって、画像生成部４００は、傾斜算出部４５０が算出した傾斜情報に基づいて、傾斜の２次元分布を表す画像を生成することができる。
【００５９】
図８は、生体１９０の一例としての胃壁の構造を模式的に示す。胃壁は、生体１９０の表面から下方に向けて、粘膜層８１０、粘膜筋板層８３０、および粘膜下層８４０が順に形成されている。光照射部１２０が光を照射した場合、受光部２４０は、粘膜層８１０の表層で反射した光Ｌａ、散乱媒体の一例としての粘膜層８１０内で散乱された光Ｌｂ、反射媒体の一例としての粘膜筋板層８３０の表面で反射した光Ｌｃ、および偏光異方性を有する粘膜下層８４０内からの光Ｌｄを、戻り光として受光する。
【００６０】
なお、粘膜筋板層８３０および粘膜下層８４０は、以下に説明するように照射光が入射された場合に非偏光光を戻すので、光が入射された場合に偏光光を戻す下部媒体８２０とみなすことができる。
【００６１】
光照射部１２０が偏光光を照射した場合、表面反射光Ｌａは偏光光となる。また、反射媒体である粘膜筋板層８３０で反射された光Ｌｃも偏光光となる。また、偏光異方性を持つコラーゲンを含む粘膜下層８４０からの戻り光Ｌｄにも、偏光成分が含まれ得る。一方、光照射部１２０から照射されて、散乱媒体である粘膜層８１０によって散乱された光であるＬｂは、実質的に非偏光光となる。したがって、粘膜層８１０の厚さＤが厚いほど、生体１９０からの戻り光は非偏光光に近づくことが期待される。
【００６２】
また、光照射部１２０が非偏光光を照射した場合、表面反射光Ｌａ、粘膜層８１０内部での散乱光Ｌｂ、および粘膜筋板層８３０で反射された光Ｌｃは実質的に非偏光光となるが、Ｌｄには偏光成分が含まれ得る。したがって、したがって、非偏光光を照射する場合でも、粘膜層８１０の厚さＤが厚いほど、生体１９０からの戻り光は非偏光光に近づくことが期待される。そこで、厚さ算出部４６０は、受光部２４０が受光した戻り光の偏光度に基づいて、散乱媒体の厚さを算出する。具体的には、厚さ算出部４６０は、受光部２４０が受光した光の偏光度がより小さい場合に、散乱媒体（例えば、粘膜層８１０）の厚さをより厚く算出する。
【００６３】
なお、図３に関連して説明したように、偏光フィルタ２００は、生体１９０からの光のうち、異なる複数の偏光成分の光を選択的に透過して、受光部２４０が有する複数の受光素子（例えば、第２受光素子２４２）にそれぞれ異なる偏光成分の光を受光させる。そして、偏光特性算出部４４０は、第２受光素子２４２等の複数の受光素子が受光した光の受光量に基づいて、偏光度を算出することができる。そして、厚さ算出部４６０は、偏光特性算出部４４０が算出した偏光度がより小さい場合に、散乱媒体の厚さをより厚く算出する。
【００６４】
なお、光照射部１２０は、特定の偏光成分の光を生体１９０に向けて照射してもよい。この場合、受光部２４０は、光照射部１２０から照射された光と同じ特定の偏光成分の光を受光する。そして、厚さ算出部４６０は、受光部２４０が受光した光の特定の偏光成分の強度がより小さい場合に、散乱媒体の厚さをより厚く算出してもよい。
【００６５】
以上説明したように、光照射部１２０が偏光光を生体１９０に向けて照射した場合、および非偏光光を生体１９０に向けて照射した場合のどちらの場合においても、厚さ算出部４６０は、受光部２４０が受光した光の偏光度がより小さい場合に、散乱媒体の厚さをより厚く算出する。したがって、光学システム１０によると、粘膜層８１０の厚さの空間的な変化を検出することができるので、癌の進行に伴う粘膜層８１０の厚さＤの減少を検出することができる場合がある。
【００６６】
図９は、厚さ算出部４６０が記憶している厚さ情報の一例をテーブル形式出示す。厚さ算出部４６０は、偏光度に対応づけて散乱媒体の厚さを予め記憶している。そして、厚さ算出部４６０は、受光部２４０が受光した光の偏光度に対応づけて記憶している厚さを、散乱媒体の厚さとして算出する。
【００６７】
なお、厚さ算出部４６０が算出した厚さ情報は、画像生成部４００に供給されてよい。上述したように、偏光特性算出部４４０は偏光度を面的に算出することができるので、厚さ算出部４６０は厚さを面的に算出することができる。したがって、画像生成部４００は、厚さ算出部４６０が算出した厚さ情報を用いて、散乱層の厚さを示す画像を生成してよい。例えば、画像生成部４００は、内視鏡１００によって得られた生体１９０の画像の輝度情報を、散乱層の厚さ情報で変調した画像を生成してよい。このようにして、散乱層の厚さを示す画像を容易に表示することができる。
【００６８】
図１０は、撮像部１１０の他の構成例を示す。本構成例では、撮像部１１０はいわゆる３板式の構成を有している。
【００６９】
撮像部１１０は、戻り光を分光する光学系１０１０、緑成分の光を透過するカラーフィルタ１０２１、青成分の光を透過するカラーフィルタ１０２２、赤成分の光を透過するカラーフィルタ１０２３、緑成分の光を受光する受光素子アレイ１０４１、青成分の光を受光する受光素子アレイ１０４２、赤成分の光を受光する受光素子アレイ１０４３、および偏光フィルタ１０００を含む。光学系１０１０は、レンズ１１２を包含しており、受光素子アレイ１０４１、受光素子アレイ１０４２、および受光素子アレイ１０４２に生体１９０からの戻り光を分光する。
【００７０】
受光素子アレイ１０４１は、光学系１０１０によって分光されてカラーフィルタ１０２１を透過した緑成分の光を受光する。また、受光素子アレイ１０４３は、光学系１０１０によって分光されてカラーフィルタ１０２３を透過した赤成分の光を受光する。また、受光素子アレイ１０４２は、光学系１０１０によって分光されて、偏光フィルタ１０００およびカラーフィルタ１０２２を透過した青成分の光を受光する。
【００７１】
受光素子アレイ１０４１、受光素子アレイ１０４２、および受光素子アレイ１０４３は、複数の受光素子がそれぞれ略同一面上に配列されて形成される。本図に模式的に示されるように、受光素子アレイ１０４１、受光素子アレイ１０４２、および受光素子アレイ１０４３のうち、受光素子アレイ１０４２において受光素子が最も高い面密度で配列されている。偏光フィルタ１０００は、偏光フィルタ２００と同様に、異なる偏光特性の光を透過する偏光素子が同一面上にマトリクス状に配列されて形成される。本図の構成のように、多板式で形成された撮像部１１０においても、他の受光素子より高い面密度で配列された受光素子アレイに異なる偏光方向の光を受光させることによって、高解像度で偏光情報を測定することができる。
【００７２】
なお、上記の実施形態においては、生体観察用に青成分の光を受光する受光素子を最も高い面密度で配列したが、他の実施形態では、緑成分の光を受光する受光素子を最も高い面密度で配列してもよい。この場合、緑成分の光を受光する受光素子に異なる偏光方向の光を受光させてよい。
【００７３】
また、上記の実施形態においては、最も高い密度で配列された受光素子に異なる偏光方向の光を受光させた。偏光フィルタ２００を通過させると、偏光フィルタ２００を通過させない場合にくらべて光強度が低下してしまうことから、他の実施形態では、最も高い強度の光を受光することが期待される色成分の光を受光する受光素子に、異なる偏光方向の光を受光させてもよい。
【００７４】
すなわち、受光部２４０において、第２受光素子２４２は、生体１９０からの光強度が第１色成分より大きい第２色成分の光を受光する受光素子であってよい。一例として、第２受光素子２４２は、生体１９０からの赤成分の光を受光してよく、第１受光素子２４１および第３受光素子２４３は、生体１９０からの赤成分以外の色成分の光を受光してよい。例えば、第１受光素子２４１は、緑成分の光または青成分の光を受光してよい。なお、色成分としては、ＲＧＢ原色系以外にも、補色系の色成分を例示することができる。
【００７５】
なお、第１受光素子２４１および第２受光素子２４２が、光照射部１２０から照射されて生体１９０により反射された光を受光する場合、第２受光素子２４２が受光する光の波長領域における生体１９０の光の反射率は、第１受光素子２４１が受光する光の波長領域における反射率より高くてよい。さらに、第２受光素子２４２が受光する光の波長領域における反射率と第２受光素子２４２の受光感度とを乗じた値は、第１受光素子２４１が受光する光の波長領域における反射率と第１受光素子２４１の受光感度とを乗じた値より大きくてよい。また、第２受光素子２４２の受光面積は、第１受光素子２４１の受光面積より大きくてよい。
【００７６】
図１１は、光学システム１０のハードウェア構成の一例を示す。光学システム１０は、ＣＰＵ周辺部と、入出力部と、レガシー入出力部とを備える。ＣＰＵ周辺部は、ホスト・コントローラ１５８２により相互に接続されるＣＰＵ１５０５、ＲＡＭ１５２０、グラフィック・コントローラ１５７５、及び表示デバイス１５８０を有する。入出力部は、入出力コントローラ１５８４によりホスト・コントローラ１５８２に接続される通信インターフェイス１５３０、ハードディスクドライブ１５４０、及びＣＤ−ＲＯＭドライブ１５６０を有する。レガシー入出力部は、入出力コントローラ１５８４に接続されるＲＯＭ１５１０、フレキシブルディスク・ドライブ１５５０、及び入出力チップ１５７０を有する。
【００７７】
ホスト・コントローラ１５８２は、ＲＡＭ１５２０と、より高い転送レートでＲＡＭ１５２０をアクセスするＣＰＵ１５０５、及びグラフィック・コントローラ１５７５とを接続する。ＣＰＵ１５０５は、ＲＯＭ１５１０、及びＲＡＭ１５２０に格納されたプログラムの内容に応じて動作して、各部の制御をする。グラフィック・コントローラ１５７５は、ＣＰＵ１５０５等がＲＡＭ１５２０内に設けたフレーム・バッファ上に生成する画像データを取得して、表示デバイス１５８０上に表示させる。これに代えて、グラフィック・コントローラ１５７５は、ＣＰＵ１５０５等が生成する画像データを格納するフレーム・バッファを、内部に含んでもよい。
【００７８】
入出力コントローラ１５８４は、ホスト・コントローラ１５８２と、比較的高速な入出力装置であるハードディスクドライブ１５４０、通信インターフェイス１５３０、ＣＤ−ＲＯＭドライブ１５６０を接続する。ハードディスクドライブ１５４０は、ＣＰＵ１５０５が使用するプログラム、及びデータを格納する。通信インターフェイス１５３０は、ネットワーク通信装置１５９８に接続してプログラムまたはデータを送受信する。ＣＤ−ＲＯＭドライブ１５６０は、ＣＤ−ＲＯＭ１５９５からプログラムまたはデータを読み取り、ＲＡＭ１５２０を介してハードディスクドライブ１５４０、及び通信インターフェイス１５３０に提供する。
【００７９】
入出力コントローラ１５８４には、ＲＯＭ１５１０と、フレキシブルディスク・ドライブ１５５０、及び入出力チップ１５７０の比較的低速な入出力装置とが接続される。ＲＯＭ１５１０は、光学システム１０が起動するときに実行するブート・プログラム、あるいは光学システム１０のハードウェアに依存するプログラム等を格納する。フレキシブルディスク・ドライブ１５５０は、フレキシブルディスク１５９０からプログラムまたはデータを読み取り、ＲＡＭ１５２０を介してハードディスクドライブ１５４０、及び通信インターフェイス１５３０に提供する。入出力チップ１５７０は、フレキシブルディスク・ドライブ１５５０、あるいはパラレル・ポート、シリアル・ポート、キーボード・ポート、マウス・ポート等を介して各種の入出力装置を接続する。
【００８０】
ＣＰＵ１５０５が実行するプログラムは、フレキシブルディスク１５９０、ＣＤ−ＲＯＭ１５９５、またはＩＣカード等の記録媒体に格納されて利用者によって提供される。記録媒体に格納されたプログラムは圧縮されていても非圧縮であってもよい。プログラムは、記録媒体からハードディスクドライブ１５４０にインストールされ、ＲＡＭ１５２０に読み出されてＣＰＵ１５０５により実行される。ＣＰＵ１５０５により実行されるプログラムは、光学システム１０を、図１から図１０に関連して説明した光学システム１０が有する各構成要素として機能させる。
【００８１】
以上に示したプログラムは、外部の記憶媒体に格納されてもよい。記憶媒体としては、フレキシブルディスク１５９０、ＣＤ−ＲＯＭ１５９５の他に、ＤＶＤまたはＰＤ等の光学記録媒体、ＭＤ等の光磁気記録媒体、テープ媒体、ＩＣカード等の半導体メモリ等を用いることができる。また、専用通信ネットワークあるいはインターネットに接続されたサーバシステムに設けたハードディスクまたはＲＡＭ等の記憶装置を記録媒体として使用して、ネットワークを介したプログラムとして光学システム１０に提供してもよい。このように、プログラムにより制御されるコンピュータが、光学システム１０として機能する。
【００８２】
以上、この発明を実施の形態を用いて説明したが、この発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態もこの発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】一実施形態に係わる光学システム１０の構成の一例を生体１９０とともに示す図である。
【図２】撮像部１１０の構成の一例を示す図である。
【図３】受光部２４０における受光素子の配列および偏光フィルタ２００における偏光素子の配列の一例を示す図である。
【図４】画像処理部１４０のブロック構成の一例を示す図である。
【図５】内視鏡１００によって得られた画像５００の一例を示す図である。
【図６】内部画像６００、形状変化画像６３０、および合成画像６５０の一例を示す図である。
【図７】傾斜の一例を示す図である。
【図８】生体１９０の一例である胃壁の構造を模式的に示す図である。
【図９】厚さ算出部４６０が記憶している厚さ情報の一例をテーブル形式で示す図である。
【図１０】撮像部１１０の他の構成例を示す図である。
【図１１】光学システム１０のハードウェア構成の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００８４】
１０ 光学システム
１００ 内視鏡
１０２ 先端部
１０５ 制御部
１１２ レンズ
１１０ 撮像部
１２０ 光照射部
１２２ 発光部
１２４ ライトガイド
１２８ 出射口
１２６ 偏光フィルタ
１３０ 鉗子口
１３５ 鉗子
１３８ ノズル
１４０ 画像処理部
１５０ 出力部
１９０ 生体
２００ 偏光フィルタ
２０１ 偏光素子
２２０ カラーフィルタ
２２１ 第１色フィルタ部
２２２ 第２色フィルタ部
２４０ 受光部
２４１ 第１受光素子
２４２ 第２受光素子
２４３ 第３受光素子
３１０ 光透過部
４００ 画像生成部
４１０ 光強度算出部
４２０ 内部画像生成部
４３０ 表面画像生成部
４３５ 形状変化画像生成部
４４０ 偏光特性算出部
４５０ 傾斜算出部
４６０ 厚さ算出部
５００ 画像
５１０ 血管像
５２０ 正反射像
６００ 内部画像
６１０ 血管像
６２０ 色素変化成分
６３０ 形状変化画像
６５０ 合成画像
８１０ 粘膜層
８２０ 下部媒体
８３０ 粘膜筋板層
８４０ 粘膜下層
１０００ 偏光フィルタ
１０１０ 光学系
１０２１ カラーフィルタ
１０２２ カラーフィルタ
１０２３ カラーフィルタ
１０４１ 受光素子アレイ
１０４２ 受光素子アレイ
１０４３ 受光素子アレイ
１５０５ ＣＰＵ
１５１０ ＲＯＭ
１５２０ ＲＡＭ
１５３０ 通信インターフェイス
１５４０ ハードディスクドライブ
１５５０ フレキシブルディスク・ドライブ
１５６０ ＣＤ−ＲＯＭドライブ
１５７０ 入出力チップ
１５７５ グラフィック・コントローラ
１５８０ 表示デバイス
１５８２ ホスト・コントローラ
１５８４ 入出力コントローラ
１５９０ フレキシブルディスク
１５９５ ＣＤ−ＲＯＭ
１５９８ ネットワーク通信装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を散乱する散乱媒体、および前記散乱媒体の下部にあり、光が入射された場合に偏光された光を入射側に戻す下部媒体を有する物体に向けて、光を照射する光照射部と、
前記光照射部から照射されて前記散乱媒体によって散乱された光、および前記下部媒体からの光を受光する受光部と、
前記受光部が受光した光の非偏光成分および偏光成分の少なくとも一方に基づいて、前記下部媒体までの前記散乱媒体の厚さを算出する厚さ算出部と
を備える光学システム。
【請求項２】
前記厚さ算出部は、前記受光部が受光した光の偏光度に基づいて、前記散乱媒体の厚さを算出する
請求項１に記載の光学システム。
【請求項３】
前記厚さ算出部は、前記受光部が受光した光の偏光度がより小さい場合に、前記散乱媒体の厚さをより厚く算出する
請求項１に記載の光学システム。
【請求項４】
前記光照射部は、前記物体に向けて、偏光光を照射し、
前記厚さ算出部は、前記受光部が受光した光の偏光度がより小さい場合に、前記散乱媒体の厚さをより厚く算出する
請求項３に記載の光学システム。
【請求項５】
前記光照射部は、入射された前記偏光光を反射する反射媒体である前記下部媒体および前記散乱媒体を有する前記物体に向けて、前記偏光光を照射し、
前記受光部は、前記光照射部から照射されて前記散乱媒体によって散乱された光、および前記光照射部から照射されて前記下部媒体の表面で反射された光を受光する
請求項４に記載の光学システム。
【請求項６】
前記光照射部は、前記物体に向けて、非偏光光を照射し、
前記厚さ算出部は、前記受光部が受光した光の偏光度がより小さい場合に、前記散乱媒体の厚さをより厚く算出する
請求項３に記載の光学システム。
【請求項７】
前記光照射部は、偏光異方性を持つ前記下部媒体および前記散乱媒体を有する前記物体に向けて、前記非偏光光を照射し、
前記受光部は、前記光照射部から照射されて前記散乱媒体によって散乱された光、および前記下部媒体からの戻り光を受光する
請求項６に記載の光学システム。
【請求項８】
前記光照射部は、入射された光を反射する反射媒体である前記下部媒体および前記散乱媒体を有する前記物体に向けて、特定の偏光成分の光を前記物体に向けて照射し、
前記受光部は、前記光照射部から照射されて前記散乱媒体によって散乱された光、および前記光照射部から照射されて前記下部媒体で反射された光を受光し、
前記厚さ算出部は、前記受光部が受光した光の前記特定の偏光成分の強度がより小さい場合に、前記散乱媒体の厚さをより厚く算出する
請求項１に記載の光学システム。
【請求項９】
前記光照射部は、前記物体に向けて、非偏光光を照射し、
前記厚さ算出部は、前記受光部が受光した光の偏光成分の強度がより小さい場合に、前記散乱媒体の厚さをより厚く算出する
請求項１に記載の光学システム。
【請求項１０】
前記物体からの光のうち、異なる複数の偏光成分の光を透過して、前記受光部が有する複数の受光素子にそれぞれ異なる偏光成分の光を受光させる偏光部と、
前記複数の受光素子が受光した光の受光量に基づいて、前記偏光度を算出する偏光特性算出部と
をさらに備え、
前記厚さ算出部は、前記偏光特性算出部が算出した偏光度がより小さい場合に、前記散乱媒体の厚さをより厚く算出する
請求項４に記載の光学システム。
【請求項１１】
前記偏光部は、前記物体からの光のうち、異なる複数の偏光成分の光を透過して、前記複数の受光素子にそれぞれ異なる偏光成分の光を受光させる複数の偏光素子を有し、
前記複数の偏光素子は、略同一面上に配列される
請求項１０に記載の光学システム。
【請求項１２】
光を散乱する散乱媒体、および前記散乱媒体の下部にあり、光が入射された場合に偏光された光を入射側に戻す下部媒体を有する物体に向けて、光を照射する光照射段階と、
前記光照射段階において照射されて前記散乱媒体によって散乱された光、および前記下部媒体からの光を受光する受光段階と、
前記受光段階において受光された光の非偏光成分および偏光成分の少なくとも一方に基づいて、前記下部媒体までの前記散乱媒体の厚さを算出する厚さ算出段階と
を備える方法。
【請求項１３】
光学システム用のプログラムであって、コンピュータを、
光を散乱する散乱媒体、および前記散乱媒体の下部にあり、光が入射された場合に偏光された光を入射側に戻す下部媒体を有する物体に向けて、光を照射する光照射部、
前記光照射部から照射されて前記散乱媒体によって散乱された光、および前記下部媒体からの光を受光する受光部、
前記受光部が受光した光の非偏光成分および偏光成分の少なくとも一方に基づいて、前記下部媒体までの前記散乱媒体の厚さを算出する厚さ算出部
として機能させるプログラム。
【請求項１】
光を散乱する散乱媒体、および前記散乱媒体の下部にあり、光が入射された場合に偏光された光を入射側に戻す下部媒体を有する物体に向けて、光を照射する光照射部と、
前記光照射部から照射されて前記散乱媒体によって散乱された光、および前記下部媒体からの光を受光する受光部と、
前記受光部が受光した光の非偏光成分および偏光成分の少なくとも一方に基づいて、前記下部媒体までの前記散乱媒体の厚さを算出する厚さ算出部と
を備える光学システム。
【請求項２】
前記厚さ算出部は、前記受光部が受光した光の偏光度に基づいて、前記散乱媒体の厚さを算出する
請求項１に記載の光学システム。
【請求項３】
前記厚さ算出部は、前記受光部が受光した光の偏光度がより小さい場合に、前記散乱媒体の厚さをより厚く算出する
請求項１に記載の光学システム。
【請求項４】
前記光照射部は、前記物体に向けて、偏光光を照射し、
前記厚さ算出部は、前記受光部が受光した光の偏光度がより小さい場合に、前記散乱媒体の厚さをより厚く算出する
請求項３に記載の光学システム。
【請求項５】
前記光照射部は、入射された前記偏光光を反射する反射媒体である前記下部媒体および前記散乱媒体を有する前記物体に向けて、前記偏光光を照射し、
前記受光部は、前記光照射部から照射されて前記散乱媒体によって散乱された光、および前記光照射部から照射されて前記下部媒体の表面で反射された光を受光する
請求項４に記載の光学システム。
【請求項６】
前記光照射部は、前記物体に向けて、非偏光光を照射し、
前記厚さ算出部は、前記受光部が受光した光の偏光度がより小さい場合に、前記散乱媒体の厚さをより厚く算出する
請求項３に記載の光学システム。
【請求項７】
前記光照射部は、偏光異方性を持つ前記下部媒体および前記散乱媒体を有する前記物体に向けて、前記非偏光光を照射し、
前記受光部は、前記光照射部から照射されて前記散乱媒体によって散乱された光、および前記下部媒体からの戻り光を受光する
請求項６に記載の光学システム。
【請求項８】
前記光照射部は、入射された光を反射する反射媒体である前記下部媒体および前記散乱媒体を有する前記物体に向けて、特定の偏光成分の光を前記物体に向けて照射し、
前記受光部は、前記光照射部から照射されて前記散乱媒体によって散乱された光、および前記光照射部から照射されて前記下部媒体で反射された光を受光し、
前記厚さ算出部は、前記受光部が受光した光の前記特定の偏光成分の強度がより小さい場合に、前記散乱媒体の厚さをより厚く算出する
請求項１に記載の光学システム。
【請求項９】
前記光照射部は、前記物体に向けて、非偏光光を照射し、
前記厚さ算出部は、前記受光部が受光した光の偏光成分の強度がより小さい場合に、前記散乱媒体の厚さをより厚く算出する
請求項１に記載の光学システム。
【請求項１０】
前記物体からの光のうち、異なる複数の偏光成分の光を透過して、前記受光部が有する複数の受光素子にそれぞれ異なる偏光成分の光を受光させる偏光部と、
前記複数の受光素子が受光した光の受光量に基づいて、前記偏光度を算出する偏光特性算出部と
をさらに備え、
前記厚さ算出部は、前記偏光特性算出部が算出した偏光度がより小さい場合に、前記散乱媒体の厚さをより厚く算出する
請求項４に記載の光学システム。
【請求項１１】
前記偏光部は、前記物体からの光のうち、異なる複数の偏光成分の光を透過して、前記複数の受光素子にそれぞれ異なる偏光成分の光を受光させる複数の偏光素子を有し、
前記複数の偏光素子は、略同一面上に配列される
請求項１０に記載の光学システム。
【請求項１２】
光を散乱する散乱媒体、および前記散乱媒体の下部にあり、光が入射された場合に偏光された光を入射側に戻す下部媒体を有する物体に向けて、光を照射する光照射段階と、
前記光照射段階において照射されて前記散乱媒体によって散乱された光、および前記下部媒体からの光を受光する受光段階と、
前記受光段階において受光された光の非偏光成分および偏光成分の少なくとも一方に基づいて、前記下部媒体までの前記散乱媒体の厚さを算出する厚さ算出段階と
を備える方法。
【請求項１３】
光学システム用のプログラムであって、コンピュータを、
光を散乱する散乱媒体、および前記散乱媒体の下部にあり、光が入射された場合に偏光された光を入射側に戻す下部媒体を有する物体に向けて、光を照射する光照射部、
前記光照射部から照射されて前記散乱媒体によって散乱された光、および前記下部媒体からの光を受光する受光部、
前記受光部が受光した光の非偏光成分および偏光成分の少なくとも一方に基づいて、前記下部媒体までの前記散乱媒体の厚さを算出する厚さ算出部
として機能させるプログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００９−２４０６７６（Ｐ２００９−２４０６７６Ａ）
【公開日】平成２１年１０月２２日（２００９．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−９３３９７（Ｐ２００８−９３３９７）
【出願日】平成２０年３月３１日（２００８．３．３１）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月２２日（２００９．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月３１日（２００８．３．３１）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]