撮像装置
【課題】深さ方向に位置が異なる２つの観察面を同時に撮像する場合に、いずれの観察面にも焦点の合った鮮明な画像を取得する。
【解決手段】試料Ａの深さ方向に異なる２つの観察面Ｂ，Ｃから発生した互いに波長の異なる２つの観察光を区別して受光する受光面５１ａ，５２ａを有し、２つの観察面Ｂ，Ｃの画像を取得する撮像部５１，５２と、２つの観察面Ｂ，Ｃ間の深さ方向の距離ｚに応じて、少なくとも一方の観察光の観察面Ｃから受光面５２ａまでの光路長を調節する光路長調節手段６，５２とを備える撮像装置１を提供する。
【解決手段】試料Ａの深さ方向に異なる２つの観察面Ｂ，Ｃから発生した互いに波長の異なる２つの観察光を区別して受光する受光面５１ａ，５２ａを有し、２つの観察面Ｂ，Ｃの画像を取得する撮像部５１，５２と、２つの観察面Ｂ，Ｃ間の深さ方向の距離ｚに応じて、少なくとも一方の観察光の観察面Ｃから受光面５２ａまでの光路長を調節する光路長調節手段６，５２とを備える撮像装置１を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、可視光像と赤外光像とを同時に撮像する撮像装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１の撮像装置によれば、例えば、可視光像により手術部位の組織表面を観察し、赤外光像により組織表面下に存在する血管を観察することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１８８１９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の場合、可視光像と赤外光像とでは観察面が深さ方向に異なるが、この２つの像を共通の撮像素子を用いて撮像している。すなわち、一方の像に焦点が合うように光学系と撮像素子との位置を調節すると、他方の像においては焦点がずれて不鮮明になってしまうという問題がある。
【０００５】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、深さ方向に位置が異なる２つの観察面を同時に撮像する場合に、いずれの観察面にも焦点の合った鮮明な画像を取得することができる撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、試料の深さ方向に異なる２つの観察面から発生した互いに波長の異なる２つの観察光を区別して受光する受光面を有し、前記２つの観察面の画像を取得する撮像部と、前記２つの観察面間の深さ方向の距離に応じて、少なくとも一方の前記観察光の前記観察面から前記受光面までの光路長を調節する光路長調節手段とを備える撮像装置を提供する。
【０００７】
本発明によれば、試料の観察面から発生した観察光が撮像部の受光面によって受光されることにより観察面の画像を取得することができる。
この場合に、各観察面の像が結像される結像面位置に受光面が配置されるように、光路長調節手段により少なくとも一方の観察光の光路長を調節することにより、試料の深さ方向に異なる２つの観察面を並行して観察しても、それぞれの観察面に焦点が合った鮮明な画像を取得することができる。
【０００８】
上記発明においては、前記２つの観察光をそれぞれ異なる光路に分岐する光分岐部を備え、前記撮像部が、前記各光路に配置され前記光分岐部によって分岐された観察光を受光する前記受光面をそれぞれ有する撮像素子を備え、前記光路長調節手段が、一方の前記撮像素子を光軸に沿って移動させてもよい。
このようにすることで、一方の撮像素子を、一方の観察光の結像面位置に配置した状態で、他方の撮像素子を他方の観察光の結像面位置に移動させることにより、各撮像素子によって各観察面の鮮明な画像を取得することができる。
【０００９】
また、上記発明においては、一方の前記観察面に、前記試料中の検出すべき物質が異なる光吸収特性を示し波長の異なる２つの検出光を照射する照明部を備え、前記光分岐部が、前記一方の観察面から反射されてきた前記２つの検出光と他方の観察面からの前記観察光をそれぞれ異なる光路に分岐し、前記撮像素子が、前記各光路に配置され、前記光路長調節手段が、前記検出光が分岐される前記光路に配置された２つの前記撮像素子を、該各撮像素子の前記受光面から前記一方の観察面までの光路長が一定になるように、同期させて光軸方向に移動させてもよい。
【００１０】
このようにすることで、試料に照射された２つの検出光は、検出すべき物質が存在する位置において吸収率が異なり、その結果撮像素子に反射される光量が互いに異なる。すなわち、２つの検出光の画像の各位置の明るさを比較することにより、一方の観察面における検出すべき物質の分布を高い感度で検出することができる。
【００１１】
また、上記発明においては、それぞれ異なる前記観察面から前記観察光を発生させる２つの照明光を前記試料に照射する照明部と、前記試料に照射される前記照明光を交互に連続的に切り替える照明切替手段とを備え、前記撮像部が、前記２つの観察光を共通の前記受光面で受光する撮像素子を備え、前記光路長調節手段が、前記照明光切替手段による前記照明光の切り替えに同期させて、前記観察光が発生させられている方の前記観察面の像が形成される結像面位置に前記受光面が配置されるように、前記撮像素子を光軸方向に往復移動させてもよい。
【００１２】
このようにすることで、２つの観察面から観察光が交互に発生させられて１つの撮像素子によって２つの観察面が並行して撮像される。このときに、観察光が発生させられている方の観察面に焦点が合うように撮像素子が移動させられことにより、２つの観察面の両方に焦点が合った画像を取得することができる。
【００１３】
また、上記発明においては、それぞれ異なる前記観察面から前記観察光を発生させる２つの照明光を前記試料に照射する照明部と、前記照明部により前記試料に照射される前記照明光を交互に連続的に切り替える照明切替手段と、物体面から集光した光の像を結像面に結像する撮像光学系とを備え、前記撮像部が、前記２つの観察光を共通の前記受光面で受光する撮像素子を備え、前記光路長調節手段が、前記照明光切替手段による前記照明光の切り替えに同期させて、前記観察光が発生させられている方の前記観察面に前記物体面が配置されるように前記撮像光学系を構成する少なくとも一部の光学素子を光軸方向に往復移動させてもよい。
【００１４】
このようにすることで、２つの観察面から交互に発生させられる観察光が撮像光学系によって集光されて共通の受光面に交互に結像されることにより、１つの撮像素子によって２つの観察面が並行して撮像される。このときに、撮像光学系の物体面が、観察光が発生させられている方の観察面に一致するように移動させられるので、２つの観察面の両方に焦点が合った画像を取得することができる。
【００１５】
また、上記発明においては、前記撮像部は、それぞれ異なる前記観察光を受光する２つの受光素子群がアレイ状に配列されてなる前記受光面を有し、共通の該受光面により前記２つの観察光を受光する撮像素子を備え、前記光路長調節手段が、一方の受光素子群の前段に配置され、該一方の受光素子群により受光される方の前記観察光の光路長を変化させる屈折率を有する光学部材を備えてもよい。
このようにすることで、他方の受光素子群が他方の観察面からの観察光が結像される位置に配置された状態で、一方の観察面からの観察光が一方の受光素子群上に結像するように、光学部材によって一方の観察面から一方の受光素子群までの光路長を調節し、１つの撮像素子により２つの観察面に焦点が合った画像を取得することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、深さ方向に位置が異なる２つの観察面を同時に撮像する場合に、いずれの観察面にも焦点の合った鮮明な画像を取得することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る撮像装置の全体構成図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る撮像装置の全体構成図である。
【図３】水および酸化ヘモグロビンの光吸収特性と、図２の撮像装置における検出光の波長との関係を説明する図である。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る撮像装置の全体構成図である。
【図５】図４の撮像装置の変形例であり、撮像レンズを移動させることにより観察光の光路長を調節する構成を示す図である。
【図６】本発明の第４の実施形態に係る撮像装置の全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明の第１〜第４の実施形態に係る撮像装置１について、生体（試料）Ａの可視光画像および赤外光画像を撮像する場合を例に挙げて説明する。
本発明の第１の実施形態に係る撮像装置１について図１を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る撮像装置１は、図１に示されるように、可視光源２ａおよび赤外光源２ｂを有する照明部２と、生体Ａからの観察光を集光して結像する撮像レンズ３と、該撮像レンズ３により集光された光を波長によって２つの光路に分岐するダイクロイックミラー４（光分岐部）と、該ダイクロイックミラー４によって分岐された光をそれぞれ撮像する第１および第２の撮像素子（撮像部）５１，５２と、該第２の撮像素子（光路長調節手段）５２の位置を制御する制御部（光路長調整手段）６とを備えている。
【００１９】
可視光源２ａは、生体Ａに可視光を照射する。生体Ａに照射された可視光は、生体Ａの表面（観察面）Ｂにおいて反射される。
赤外光源２ｂは、生体Ａに赤外光を照射する。生体Ａに照射された赤外光は、生体Ａの内部まで伝搬し、生体Ａの表面より深い位置において反射される。このときに、生体Ａの表面Ｂ下の血管が存在する部分においては、血管内を流れる赤血球により赤外光が吸収されて他の部分と比べて反射される赤外光の光量が低くなるので、赤外光画像において血管を暗部として観察することができる。
【００２０】
撮像レンズ３は、生体Ａの表面Ｂにおいて反射された可視光および生体Ａの表面より下層の観察面Ｃにおいて反射された赤外光を観察光として集光し、集光した各光の像を、その光が反射された面の位置に応じた結像面位置に結像する。撮像レンズ３は、図示する例では１つのレンズにより構成されているが、複数のレンズにより構成されていてもよい。
ダイクロイックミラー４は、撮像レンズ３により集光された観察光のうち、３５０〜７００ｎｍの波長の可視光を透過させ、８００ｎｍ以上の波長の赤外光を偏向する。
【００２１】
第１の撮像素子５１は、撮像レンズ３に対して位置が固定されており、ダイクロイックミラー４を透過した可視光を受光面５１ａにおいて受光することにより可視光画像を取得する。第１の撮像素子５１は、赤、緑、青の光に対してそれぞれ略同等の感度を有する。具体的には、赤の波長帯域として５５０〜７００ｎｍ、緑の波長帯域として４５０〜６００ｎｍ、青の波長帯域として３８０〜５３０ｎｍの波長に対して感度を有する。したがって、第１の撮像素子５１により取得される可視光画像は、観察者が肉眼で見たときと同様の生体Ａ表面の画像となる。
【００２２】
第２の撮像素子５２は、ダイクロイックミラー４により偏向された赤外光を受光面５２ａによって受光することにより赤外光画像を取得する。第２の撮像素子５２は、ダイクロイックミラー４との間の光軸に沿って移動可能に設けられている。
第１および第２の撮像素子５１，５２はそれぞれ、取得した画像の情報を図示しないディスプレイに送信する。ディスプレイは各撮像素子５１，５２から受信した可視光画像および赤外光画像を並べて表示する。
【００２３】
制御部６は、観察者が赤外光画像により観察したい観察面Ｃの深さ方向の位置に応じて、第２の撮像素子５２を光軸方向に移動させる。例えば、観察者が、可視光画像により観察される観察面から距離ｚだけ深い位置の観察面を赤外光画像により観察したい場合、距離ｚを制御部６に入力する。制御部６は、撮像レンズ３の焦点距離などの光学的設計値に基づき、第１の撮像素子５１により取得される像の物体面位置よりも距離ｚだけ深い位置に配される物体面からの観察光が結像する結像面の位置を算出し、算出した結像面位置に、第２の撮像素子５２の受光面５２ａが配置されるように、第２の撮像素子５２を移動させる。
【００２４】
次に、このように構成された撮像装置１の作用について説明する。
本実施形態に係る撮像装置１を用いて生体Ａを撮像するためには、観察者は、予め、赤外光画像により観察したい観察面Ｃの生体Ａの表面Ｂからの深さｚを制御部６に入力して第２の撮像素子５２を移動させておく。観察者は、２つの光源２ａ，２ｂにより生体Ａを照明し、ディスプレイに表示された可視光画像を観察しながら、生体Ａの表面Ｂに可視光画像の焦点が合うように、撮像装置１の位置を調節する。このときに、赤外光画像において、観察者が観察したい生体Ａの表面下の観察面Ｃに焦点が合わされる。
【００２５】
このように、本実施形態によれば、各画像により観察する観察面Ｂ，Ｃ間の深さ方向の距離に応じて一方の撮像素子５２を移動させることにより、生体Ａの深さ方向に異なる観察面Ｂ，Ｃを観察する場合でも、それぞれ観察面Ｂ，Ｃに焦点の合った可視光画像および赤外光画像を取得することができるという利点がある。
【００２６】
本実施形態においては、第１の撮像素子５１が、青、緑、赤の光に対して略同等な感度を有することとしたが、これに代えて、長波長側に広い赤の波長帯域に対して感度を有していてもよい。例えば、第１の撮像素子５１は、赤の波長帯域として、５５０〜８００ｎｍの波長に対して感度を有していてもよい。
【００２７】
このようにすることで、可視光画像と赤外光画像との波長帯域の間の７００〜８００ｎｍの波長帯域の光も可視光画像の撮像に利用されるので、生体Ａからより多くの情報を得ることができる。例えば、癌のマーカとして用いられるタンパク質であるＤＫ−１は６５０〜８００ｎｍの波長の発光を示すので、可視光画像からＤＫ−１の有無を検出することができる。
【００２８】
また、本実施形態においては、観察したい観察面Ｃの深さ方向の位置に応じて第２の撮像素子５２を予め移動させておくこととしたが、これに代えて、可視光画像により生体Ａの表面Ｂを観察しながら、第２の撮像素子５２を移動させることにより赤外光画像の観察面Ｃの位置を調整することとしてもよい。
このようにすることで、観察面Ｃの深さ方向の位置を任意に選択しつつ、焦点の合った赤外光画像を取得することができる。
【００２９】
次に、本発明の第２の実施形態に係る撮像装置１について図２および図３を参照して説明する。
なお、本実施形態の説明において、第１の実施形態と共通の構成については同一の符号を付して説明を省略し、第１の実施形態と異なる構成について主に説明する。
【００３０】
本実施形態に係る撮像装置１は、図２に示されるように、赤外光源２ｂから波長の異なる２つの赤外光が生体Ａに照射される点、および、赤外光を受光する撮像素子がもう１つ設けられている点において第１の実施形態と異なっている。
照明部２は、例えば、赤外光源２ｂからの赤外光を生体Ａへ向けて照射する２つの光路（図示略）と、該各光路に配置され互いに異なる波長を透過させるバンドパスフィルタ（図示略）とを備えることにより、赤外光の波長帯域において波長の異なる第１の検出光および第２の検出光を生体Ａに照射する。あるいは、異なる波長の赤外光を放射する赤外光源を２つ備え、各赤外光源から赤外光を検出光として生体Ａに照射してもよい。
【００３１】
２つの検出光の波長は、生体Ａ内の検出すべき物質が異なる吸収特性を示す波長が選択される。本実施形態においては、血液中に含まれる酸化ヘモグロビンを検出する場合を例に挙げて説明する。図３に、酸化ヘモグロビンおよび水の光吸収特性を示す。酸化ヘモグロビンおよび水は、波長８００ｎｍ付近においては十分に異なる光吸収特性を有し、波長９５０ｎｍ付近においては略同一の光吸収特性を有する。そこで、例えば、第１の検出光の波長を８００ｎｍ、第２の検出光の波長を９５０ｎｍに設定する。
【００３２】
ダイクロイックミラー４は、可視光を透過させ、第１の検出光を第２の撮像素子５２の方向へ偏向し、第３の検出光をもう１つの撮像素子である第３の撮像素子５３の方向へ偏向する。
第３の撮像素子５３は、赤外光に対して第２の撮像素子５２と同様の感度を有するとともに、ダイクロイックミラー４との間の光軸に沿って移動可能に設けられている。
制御部６は、第３の撮像素子５３を、第２の撮像素子５２と同期させて、該第２の撮像素子５２と同じく移動させる。
【００３３】
このように構成された撮像装置１の作用について以下に説明する。
本実施形態に係る撮像装置１を用いて生体Ａを撮像するためには、観察者は、第１の実施形態と同様に、赤外光画像により観察したい観察面Ｃの生体Ａの表面Ｂからの深さ位置に応じて第２および第３の撮像素子５２，５３を予め移動させておく。そして、生体Ａに可視光および赤外光を照射し、可視光画像の焦点が生体Ａ表面に合うように撮像装置１の位置を調整する。このときに、第２および第３の撮像素子５２，５３により取得される２つの赤外光画像はともに観察面Ｃに焦点が合わされる。
【００３４】
ここで、第２の撮像素子５２により取得された赤外光画像においては、酸化ヘモグロビンによって第１の検出光が吸収されるため、酸化ヘモグロビンが存在する領域が他の領域に比べて暗くなる。一方、第３の撮像素子５３により取得された赤外光画像においては、酸化ヘモグロビンと水の両方によって第２の検出光が吸収されるため、水と酸化ヘモグロビンの少なくとも一方が存在する領域が他の領域に比べて暗くなる。そこで、例えば、２つの赤外光画像内の対応する画素の明度の比を算出し、算出された比をその画素の明度とした演算画像を作成すると、酸化ヘモグロビンが存在する領域は他の領域とは十分に異なる明度で表示される。
【００３５】
例えば血管を１つの赤外光（検出光）のみで検出しようとすると、得られる情報は画像の明るさ情報のみとなる。この場合、画像の明るさ情報は、観察領域に存在する物質の分布の他に、観察面の距離等によっても変化する。従って、画像の明るさの差が、物質の量に起因しているのか、または、観察面の距離等の照明結像の条件に起因しているのかを画像から判断することは難しくい。
【００３６】
これに対して、検出光として２つの波長の赤外光を用いることで、観察領域に存在する物質の分布を正確に検出することができる。すなわち、例えば、波長８００ｎｍの検出光の画像をＩ＿８００、波長９５０ｎｍの検出光の画像をＩ＿９５０とする。酸化ヘモグロビンの吸収係数は波長８００ｎｍと波長９５０ｎｍとで略同一であるので、観察面の距離などによって画像の明るさが変化しても、２つの画像の各画素の明るさ比（Ｉ＿８００／Ｉ＿９５０）はほぼ一定の値となる。一方、水は波長８００ｎｍと波長９５０ｎｍとでは吸収係数が異なり、水が多く存在する領域では、水の８００ｎｍの吸収係数が小さいためにＩ＿８００の画像が明るくなり、比（Ｉ＿８００／Ｉ＿９５０）の値が大きくなる。つまり、各画素における明るさの比（Ｉ＿８００／Ｉ＿９５０）を画像化した場合に、水が多く存在する領域は明るく表示され、血管等の酸化ヘモグロビンが多く存在する領域は暗く表示される。
【００３７】
このように、本実施形態によれば、可視光画像の他に、同一の観察面Ｃにおいて異なる波長の赤外光画像を２つ取得し、２つの赤外光画像の各位置における明るさの比を算出して画像化することにより、距離等の条件等に影響されることなく、観察面Ｃにおける酸化ヘモグロビン等の物質の分布を高感度で検出することができるという利点がある。なお、明るさの比をＩ＿９５０／Ｉ＿８００としても同様の効果が得られる。
【００３８】
本実施形態においては、光吸収特性の異なる波長の２つの検出光を利用し、第２および第３の撮像素子５２，５３が同じ観察面Ｃを撮像するようにこれらの撮像素子５２，５３を同期させて移動させることとしたが、これに代えて、第２および第３の撮像素子５２，５３が互いに独立に移動することとしてもよい。
この場合、第１および第２の検出光の波長は、互いに異なっていればよい。このようにすることで、第１および第２の検出光は、波長に応じて生体Ａの異なる深さまで到達して反射される。したがって、各赤外光画像においてそれぞれ焦点が合うように第２および第３の撮像素子５２，５３を移動させることにより、生体Ａの表面下の２つの観察面を撮像することができる。
【００３９】
次に、本発明の第３の実施形態について図４および図５を参照して説明する。
本実施形態の説明においても、第１の実施形態と共通の構成については同一の符号を付して説明を省略し、第１の実施形態と異なる構成について主に説明する。
本実施形態に係る撮像装置１は、図３に示されるように、撮像素子５を１つのみ備えている点、および、生体Ａに照射される照明光が制御部６（光源切替手段）によって可視光と赤外光とで交互に切り替えられる点において、第１の実施形態と異なる。
【００４０】
撮像素子５は、可視光と赤外光の両方の波長帯域に感度を有する。このような撮像素子５としては、例えば、赤、緑、青の各波長帯域に対して感度を有する３つの受光素子群がアレイ状に配列された受光面を有し、各受光素子群が赤外光の波長帯域に対しても感度を有するものが用いられる。これにより、可視光と赤外光とを時分割で受光することにより、１つの撮像素子５を用いて可視光画像と赤外光画像の両方を取得することができる。撮像素子５により取得された可視光画像および赤外光画像は、重畳されて１つの画像としてディスプレイに表示されてもよいし、照明光の切り替えに同期させて撮像素子５により取得された画像を処理することにより可視光画像と赤外光画像とに分けて表示されてもよい。
【００４１】
制御部６は、例えば、各光源２ａ，２ｂから可視光および赤外光を生体Ａへ照射する光路（図示略）の途中位置に配置されたシャッター（図示略）を交互に開閉させることにより、可視光および赤外光を交互に連続的に生体Ａへ照射させる。可視光および赤外光の切り替えは、観察者がディスプレイに表示された画像を観察したときに照明光の切り替えを認識しない程度に十分に高速で行われることが好ましい。
【００４２】
制御部６は、可視光と赤外光との切り替えに同期させて、撮像素子（光路長調節手段）５を光軸方向に往復移動させる。この場合も、第１の実施形態と同様に、制御部６は、撮像レンズ３の設計値に基づいて、撮像素子５を移動させる位置を算出する。すなわち、生体Ａに可視光が照明されているときには、生体Ａの表面Ｂからの観察光が結像する結像面の位置に受光面５ａを配置し、生体Ａに赤外光が照射されているときには、生体Ａの表面Ｂから所望の距離だけ深い位置からの観察光が結像する結像面の位置に受光面５ａを配置するように、撮像素子５を往復移動させる。
【００４３】
このように構成された撮像装置１の作用について以下に説明する。
本実施形態に係る撮像装置１を用いて生体Ａを撮像するためには、観察者は、可視光源２ａおよび赤外光源２ｂを点灯させ、ディスプレイに表示された画像の可視光像において生体Ａの表面Ｂに焦点が合うように撮像装置１の位置を調整する。このときに、赤外光像においても、生体Ａの表面下の所望の観察面Ｃに焦点が合った状態となる。
【００４４】
このように、本実施形態によれば、撮像素子５が１つであっても、可視光と赤外光とを切り替えながら生体Ａに照射することにより、可視光画像と赤外光画像の両方を撮像することができる。また、いずれの観察面Ｂ，Ｃから観察光が発生させられているかに応じて、撮像素子５の受光面５ａが、発生させられている観察光の結像する結像面の位置に移動させられるので、可視光画像と赤外光画像のいずれにおいても焦点の合った鮮明な画像を取得することができるという利点がある。
【００４５】
なお、本実施形態においては、制御部６が、照明光の切り替えに同期させて撮像素子５を光軸方向に往復移動させることとしたが、これに代えて、図５に示されるように、撮像レンズ３を構成する少なくとも一部のレンズ（光学素子）を光軸方向に往復移動させることにより撮像レンズ３の物体面を往復移動させてもよい。
生体Ａに可視光が照射されているときは物体面を生体Ａの表面Ｂに合わせ、生体Ａに赤外光が照射されているときは物体面を生体Ａの表面下の所望の観察面Ｃに合わせるように、撮像レンズ３を往復移動させることによっても、可視光画像と赤外光画像のいずれにおいても焦点の合った鮮明な画像を取得することができるという利点がある。
【００４６】
次に、本発明の第４の実施形態に係る撮像装置１について図６を参照して説明する。
本実施形態の説明においても、第１の実施形態と共通の構成については同一の符号を付して説明を省略し、第１の実施形態と異なる構成について主に説明する。
本実施形態に係る撮像装置１は、図６に示されるように、撮像素子５が１つのみ備えている点、および、撮像素子５の受光面５ａに光学部材（光路長調節手段）７を備える点において、第１の実施形態と異なる。
【００４７】
撮像素子５は、赤、緑、青、赤外光の波長帯域に対してそれぞれ感度を有する４つの受光素子群がアレイ状に配列された受光面を有し、１つの撮像素子５により可視光画像と赤外光画像の両方を取得する。撮像素子５により取得された可視光像および赤外光像は、第３の実施形態と同様に、同一の画像として表示されてもよいし、赤、緑、青の受光素子群と赤外光の受光素子群とからそれぞれ画像を生成することによりが別々に表示されてもよい。
【００４８】
赤、緑、青の波長帯域に対して感度を有する受光素子群の表面には光学部材７が貼り付けられている。光学部材７は、赤、緑、青の波長帯域の光の光路長を長くする屈折率を有する。光学部材７は、観察者が赤外光画像により観察したい観察面Ｃの生体Ａの表面Ｂからの深さ距離に応じ、撮像レンズ３の設計値に基づいて、屈折率および光軸方向の寸法が設計されている。すなわち、可視光画像において生体Ａの表面Ｂに焦点を合わせた状態において、観察面Ｃからの観察光が赤外光の受光素子群の位置において結像するように、撮像レンズ３から赤外光の受光素子群までの光路長が光学部材により調節されている。
【００４９】
このように構成された撮像装置１の作用について以下に説明する。
本実施形態に係る撮像装置１を用いて生体Ａを撮像するためには、観察者は、第１の実施形態と同様に、生体Ａに可視光および赤外光を照射する。そして、ディスプレイに表示された画像において可視光像の焦点が生体Ａの表面Ｃに合うように、撮像装置１の位置を調整する。このときに、生体Ａの表面Ｂより深い位置の観察面Ｃに赤外光像の焦点が合うこととなる。
このように、本実施形態によれば、撮像素子５が１つであっても、撮像レンズ３の後方において生体Ａからの赤外光または可視光のいずれかの光路長を調節して結像面の位置を受光面５ａの位置に合わせることにより、生体Ａの表面Ｂと該表面Ｂ下の観察面Ｃのそれぞれに焦点があった可視光画像および赤外光画像を取得することができる。
【００５０】
なお、本実施形態においては、可視光用の受光素子群と赤外光用の受光素子群とを光軸方向にずらした位置に配置してもよい。この場合、可視光用の受光素子群よりも、赤外光用の受光素子群が突出した位置に配置される。このようにして撮像レンズ３の異なる結像面位置に可視光用の受光素子群と赤外光用の受光素子群を配置することにより、可視光画像において生体Ａ表面に焦点を合わせつつ、赤外光画像において生体Ａの表面Ｂ下の観察面Ｃに焦点を合わせることができる。
【符号の説明】
【００５１】
１ 撮像装置
２ 照明部
２ａ 可視光源
２ｂ 赤外光源
３ 撮像レンズ（撮像光学系）
４ ダイクロイックミラー（光分岐部）
５，５１〜５３ 撮像素子（撮像部）
５ａ，５１ａ〜５３ａ 受光面
６ 制御部（光路長調節手段、照明切替手段）
７ 光学部材（光路長調節手段）
Ａ 生体（試料）
Ｂ 生体の表面（観察面）
Ｃ 観察面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、可視光像と赤外光像とを同時に撮像する撮像装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１の撮像装置によれば、例えば、可視光像により手術部位の組織表面を観察し、赤外光像により組織表面下に存在する血管を観察することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１８８１９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の場合、可視光像と赤外光像とでは観察面が深さ方向に異なるが、この２つの像を共通の撮像素子を用いて撮像している。すなわち、一方の像に焦点が合うように光学系と撮像素子との位置を調節すると、他方の像においては焦点がずれて不鮮明になってしまうという問題がある。
【０００５】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、深さ方向に位置が異なる２つの観察面を同時に撮像する場合に、いずれの観察面にも焦点の合った鮮明な画像を取得することができる撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、試料の深さ方向に異なる２つの観察面から発生した互いに波長の異なる２つの観察光を区別して受光する受光面を有し、前記２つの観察面の画像を取得する撮像部と、前記２つの観察面間の深さ方向の距離に応じて、少なくとも一方の前記観察光の前記観察面から前記受光面までの光路長を調節する光路長調節手段とを備える撮像装置を提供する。
【０００７】
本発明によれば、試料の観察面から発生した観察光が撮像部の受光面によって受光されることにより観察面の画像を取得することができる。
この場合に、各観察面の像が結像される結像面位置に受光面が配置されるように、光路長調節手段により少なくとも一方の観察光の光路長を調節することにより、試料の深さ方向に異なる２つの観察面を並行して観察しても、それぞれの観察面に焦点が合った鮮明な画像を取得することができる。
【０００８】
上記発明においては、前記２つの観察光をそれぞれ異なる光路に分岐する光分岐部を備え、前記撮像部が、前記各光路に配置され前記光分岐部によって分岐された観察光を受光する前記受光面をそれぞれ有する撮像素子を備え、前記光路長調節手段が、一方の前記撮像素子を光軸に沿って移動させてもよい。
このようにすることで、一方の撮像素子を、一方の観察光の結像面位置に配置した状態で、他方の撮像素子を他方の観察光の結像面位置に移動させることにより、各撮像素子によって各観察面の鮮明な画像を取得することができる。
【０００９】
また、上記発明においては、一方の前記観察面に、前記試料中の検出すべき物質が異なる光吸収特性を示し波長の異なる２つの検出光を照射する照明部を備え、前記光分岐部が、前記一方の観察面から反射されてきた前記２つの検出光と他方の観察面からの前記観察光をそれぞれ異なる光路に分岐し、前記撮像素子が、前記各光路に配置され、前記光路長調節手段が、前記検出光が分岐される前記光路に配置された２つの前記撮像素子を、該各撮像素子の前記受光面から前記一方の観察面までの光路長が一定になるように、同期させて光軸方向に移動させてもよい。
【００１０】
このようにすることで、試料に照射された２つの検出光は、検出すべき物質が存在する位置において吸収率が異なり、その結果撮像素子に反射される光量が互いに異なる。すなわち、２つの検出光の画像の各位置の明るさを比較することにより、一方の観察面における検出すべき物質の分布を高い感度で検出することができる。
【００１１】
また、上記発明においては、それぞれ異なる前記観察面から前記観察光を発生させる２つの照明光を前記試料に照射する照明部と、前記試料に照射される前記照明光を交互に連続的に切り替える照明切替手段とを備え、前記撮像部が、前記２つの観察光を共通の前記受光面で受光する撮像素子を備え、前記光路長調節手段が、前記照明光切替手段による前記照明光の切り替えに同期させて、前記観察光が発生させられている方の前記観察面の像が形成される結像面位置に前記受光面が配置されるように、前記撮像素子を光軸方向に往復移動させてもよい。
【００１２】
このようにすることで、２つの観察面から観察光が交互に発生させられて１つの撮像素子によって２つの観察面が並行して撮像される。このときに、観察光が発生させられている方の観察面に焦点が合うように撮像素子が移動させられことにより、２つの観察面の両方に焦点が合った画像を取得することができる。
【００１３】
また、上記発明においては、それぞれ異なる前記観察面から前記観察光を発生させる２つの照明光を前記試料に照射する照明部と、前記照明部により前記試料に照射される前記照明光を交互に連続的に切り替える照明切替手段と、物体面から集光した光の像を結像面に結像する撮像光学系とを備え、前記撮像部が、前記２つの観察光を共通の前記受光面で受光する撮像素子を備え、前記光路長調節手段が、前記照明光切替手段による前記照明光の切り替えに同期させて、前記観察光が発生させられている方の前記観察面に前記物体面が配置されるように前記撮像光学系を構成する少なくとも一部の光学素子を光軸方向に往復移動させてもよい。
【００１４】
このようにすることで、２つの観察面から交互に発生させられる観察光が撮像光学系によって集光されて共通の受光面に交互に結像されることにより、１つの撮像素子によって２つの観察面が並行して撮像される。このときに、撮像光学系の物体面が、観察光が発生させられている方の観察面に一致するように移動させられるので、２つの観察面の両方に焦点が合った画像を取得することができる。
【００１５】
また、上記発明においては、前記撮像部は、それぞれ異なる前記観察光を受光する２つの受光素子群がアレイ状に配列されてなる前記受光面を有し、共通の該受光面により前記２つの観察光を受光する撮像素子を備え、前記光路長調節手段が、一方の受光素子群の前段に配置され、該一方の受光素子群により受光される方の前記観察光の光路長を変化させる屈折率を有する光学部材を備えてもよい。
このようにすることで、他方の受光素子群が他方の観察面からの観察光が結像される位置に配置された状態で、一方の観察面からの観察光が一方の受光素子群上に結像するように、光学部材によって一方の観察面から一方の受光素子群までの光路長を調節し、１つの撮像素子により２つの観察面に焦点が合った画像を取得することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、深さ方向に位置が異なる２つの観察面を同時に撮像する場合に、いずれの観察面にも焦点の合った鮮明な画像を取得することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る撮像装置の全体構成図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る撮像装置の全体構成図である。
【図３】水および酸化ヘモグロビンの光吸収特性と、図２の撮像装置における検出光の波長との関係を説明する図である。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る撮像装置の全体構成図である。
【図５】図４の撮像装置の変形例であり、撮像レンズを移動させることにより観察光の光路長を調節する構成を示す図である。
【図６】本発明の第４の実施形態に係る撮像装置の全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明の第１〜第４の実施形態に係る撮像装置１について、生体（試料）Ａの可視光画像および赤外光画像を撮像する場合を例に挙げて説明する。
本発明の第１の実施形態に係る撮像装置１について図１を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る撮像装置１は、図１に示されるように、可視光源２ａおよび赤外光源２ｂを有する照明部２と、生体Ａからの観察光を集光して結像する撮像レンズ３と、該撮像レンズ３により集光された光を波長によって２つの光路に分岐するダイクロイックミラー４（光分岐部）と、該ダイクロイックミラー４によって分岐された光をそれぞれ撮像する第１および第２の撮像素子（撮像部）５１，５２と、該第２の撮像素子（光路長調節手段）５２の位置を制御する制御部（光路長調整手段）６とを備えている。
【００１９】
可視光源２ａは、生体Ａに可視光を照射する。生体Ａに照射された可視光は、生体Ａの表面（観察面）Ｂにおいて反射される。
赤外光源２ｂは、生体Ａに赤外光を照射する。生体Ａに照射された赤外光は、生体Ａの内部まで伝搬し、生体Ａの表面より深い位置において反射される。このときに、生体Ａの表面Ｂ下の血管が存在する部分においては、血管内を流れる赤血球により赤外光が吸収されて他の部分と比べて反射される赤外光の光量が低くなるので、赤外光画像において血管を暗部として観察することができる。
【００２０】
撮像レンズ３は、生体Ａの表面Ｂにおいて反射された可視光および生体Ａの表面より下層の観察面Ｃにおいて反射された赤外光を観察光として集光し、集光した各光の像を、その光が反射された面の位置に応じた結像面位置に結像する。撮像レンズ３は、図示する例では１つのレンズにより構成されているが、複数のレンズにより構成されていてもよい。
ダイクロイックミラー４は、撮像レンズ３により集光された観察光のうち、３５０〜７００ｎｍの波長の可視光を透過させ、８００ｎｍ以上の波長の赤外光を偏向する。
【００２１】
第１の撮像素子５１は、撮像レンズ３に対して位置が固定されており、ダイクロイックミラー４を透過した可視光を受光面５１ａにおいて受光することにより可視光画像を取得する。第１の撮像素子５１は、赤、緑、青の光に対してそれぞれ略同等の感度を有する。具体的には、赤の波長帯域として５５０〜７００ｎｍ、緑の波長帯域として４５０〜６００ｎｍ、青の波長帯域として３８０〜５３０ｎｍの波長に対して感度を有する。したがって、第１の撮像素子５１により取得される可視光画像は、観察者が肉眼で見たときと同様の生体Ａ表面の画像となる。
【００２２】
第２の撮像素子５２は、ダイクロイックミラー４により偏向された赤外光を受光面５２ａによって受光することにより赤外光画像を取得する。第２の撮像素子５２は、ダイクロイックミラー４との間の光軸に沿って移動可能に設けられている。
第１および第２の撮像素子５１，５２はそれぞれ、取得した画像の情報を図示しないディスプレイに送信する。ディスプレイは各撮像素子５１，５２から受信した可視光画像および赤外光画像を並べて表示する。
【００２３】
制御部６は、観察者が赤外光画像により観察したい観察面Ｃの深さ方向の位置に応じて、第２の撮像素子５２を光軸方向に移動させる。例えば、観察者が、可視光画像により観察される観察面から距離ｚだけ深い位置の観察面を赤外光画像により観察したい場合、距離ｚを制御部６に入力する。制御部６は、撮像レンズ３の焦点距離などの光学的設計値に基づき、第１の撮像素子５１により取得される像の物体面位置よりも距離ｚだけ深い位置に配される物体面からの観察光が結像する結像面の位置を算出し、算出した結像面位置に、第２の撮像素子５２の受光面５２ａが配置されるように、第２の撮像素子５２を移動させる。
【００２４】
次に、このように構成された撮像装置１の作用について説明する。
本実施形態に係る撮像装置１を用いて生体Ａを撮像するためには、観察者は、予め、赤外光画像により観察したい観察面Ｃの生体Ａの表面Ｂからの深さｚを制御部６に入力して第２の撮像素子５２を移動させておく。観察者は、２つの光源２ａ，２ｂにより生体Ａを照明し、ディスプレイに表示された可視光画像を観察しながら、生体Ａの表面Ｂに可視光画像の焦点が合うように、撮像装置１の位置を調節する。このときに、赤外光画像において、観察者が観察したい生体Ａの表面下の観察面Ｃに焦点が合わされる。
【００２５】
このように、本実施形態によれば、各画像により観察する観察面Ｂ，Ｃ間の深さ方向の距離に応じて一方の撮像素子５２を移動させることにより、生体Ａの深さ方向に異なる観察面Ｂ，Ｃを観察する場合でも、それぞれ観察面Ｂ，Ｃに焦点の合った可視光画像および赤外光画像を取得することができるという利点がある。
【００２６】
本実施形態においては、第１の撮像素子５１が、青、緑、赤の光に対して略同等な感度を有することとしたが、これに代えて、長波長側に広い赤の波長帯域に対して感度を有していてもよい。例えば、第１の撮像素子５１は、赤の波長帯域として、５５０〜８００ｎｍの波長に対して感度を有していてもよい。
【００２７】
このようにすることで、可視光画像と赤外光画像との波長帯域の間の７００〜８００ｎｍの波長帯域の光も可視光画像の撮像に利用されるので、生体Ａからより多くの情報を得ることができる。例えば、癌のマーカとして用いられるタンパク質であるＤＫ−１は６５０〜８００ｎｍの波長の発光を示すので、可視光画像からＤＫ−１の有無を検出することができる。
【００２８】
また、本実施形態においては、観察したい観察面Ｃの深さ方向の位置に応じて第２の撮像素子５２を予め移動させておくこととしたが、これに代えて、可視光画像により生体Ａの表面Ｂを観察しながら、第２の撮像素子５２を移動させることにより赤外光画像の観察面Ｃの位置を調整することとしてもよい。
このようにすることで、観察面Ｃの深さ方向の位置を任意に選択しつつ、焦点の合った赤外光画像を取得することができる。
【００２９】
次に、本発明の第２の実施形態に係る撮像装置１について図２および図３を参照して説明する。
なお、本実施形態の説明において、第１の実施形態と共通の構成については同一の符号を付して説明を省略し、第１の実施形態と異なる構成について主に説明する。
【００３０】
本実施形態に係る撮像装置１は、図２に示されるように、赤外光源２ｂから波長の異なる２つの赤外光が生体Ａに照射される点、および、赤外光を受光する撮像素子がもう１つ設けられている点において第１の実施形態と異なっている。
照明部２は、例えば、赤外光源２ｂからの赤外光を生体Ａへ向けて照射する２つの光路（図示略）と、該各光路に配置され互いに異なる波長を透過させるバンドパスフィルタ（図示略）とを備えることにより、赤外光の波長帯域において波長の異なる第１の検出光および第２の検出光を生体Ａに照射する。あるいは、異なる波長の赤外光を放射する赤外光源を２つ備え、各赤外光源から赤外光を検出光として生体Ａに照射してもよい。
【００３１】
２つの検出光の波長は、生体Ａ内の検出すべき物質が異なる吸収特性を示す波長が選択される。本実施形態においては、血液中に含まれる酸化ヘモグロビンを検出する場合を例に挙げて説明する。図３に、酸化ヘモグロビンおよび水の光吸収特性を示す。酸化ヘモグロビンおよび水は、波長８００ｎｍ付近においては十分に異なる光吸収特性を有し、波長９５０ｎｍ付近においては略同一の光吸収特性を有する。そこで、例えば、第１の検出光の波長を８００ｎｍ、第２の検出光の波長を９５０ｎｍに設定する。
【００３２】
ダイクロイックミラー４は、可視光を透過させ、第１の検出光を第２の撮像素子５２の方向へ偏向し、第３の検出光をもう１つの撮像素子である第３の撮像素子５３の方向へ偏向する。
第３の撮像素子５３は、赤外光に対して第２の撮像素子５２と同様の感度を有するとともに、ダイクロイックミラー４との間の光軸に沿って移動可能に設けられている。
制御部６は、第３の撮像素子５３を、第２の撮像素子５２と同期させて、該第２の撮像素子５２と同じく移動させる。
【００３３】
このように構成された撮像装置１の作用について以下に説明する。
本実施形態に係る撮像装置１を用いて生体Ａを撮像するためには、観察者は、第１の実施形態と同様に、赤外光画像により観察したい観察面Ｃの生体Ａの表面Ｂからの深さ位置に応じて第２および第３の撮像素子５２，５３を予め移動させておく。そして、生体Ａに可視光および赤外光を照射し、可視光画像の焦点が生体Ａ表面に合うように撮像装置１の位置を調整する。このときに、第２および第３の撮像素子５２，５３により取得される２つの赤外光画像はともに観察面Ｃに焦点が合わされる。
【００３４】
ここで、第２の撮像素子５２により取得された赤外光画像においては、酸化ヘモグロビンによって第１の検出光が吸収されるため、酸化ヘモグロビンが存在する領域が他の領域に比べて暗くなる。一方、第３の撮像素子５３により取得された赤外光画像においては、酸化ヘモグロビンと水の両方によって第２の検出光が吸収されるため、水と酸化ヘモグロビンの少なくとも一方が存在する領域が他の領域に比べて暗くなる。そこで、例えば、２つの赤外光画像内の対応する画素の明度の比を算出し、算出された比をその画素の明度とした演算画像を作成すると、酸化ヘモグロビンが存在する領域は他の領域とは十分に異なる明度で表示される。
【００３５】
例えば血管を１つの赤外光（検出光）のみで検出しようとすると、得られる情報は画像の明るさ情報のみとなる。この場合、画像の明るさ情報は、観察領域に存在する物質の分布の他に、観察面の距離等によっても変化する。従って、画像の明るさの差が、物質の量に起因しているのか、または、観察面の距離等の照明結像の条件に起因しているのかを画像から判断することは難しくい。
【００３６】
これに対して、検出光として２つの波長の赤外光を用いることで、観察領域に存在する物質の分布を正確に検出することができる。すなわち、例えば、波長８００ｎｍの検出光の画像をＩ＿８００、波長９５０ｎｍの検出光の画像をＩ＿９５０とする。酸化ヘモグロビンの吸収係数は波長８００ｎｍと波長９５０ｎｍとで略同一であるので、観察面の距離などによって画像の明るさが変化しても、２つの画像の各画素の明るさ比（Ｉ＿８００／Ｉ＿９５０）はほぼ一定の値となる。一方、水は波長８００ｎｍと波長９５０ｎｍとでは吸収係数が異なり、水が多く存在する領域では、水の８００ｎｍの吸収係数が小さいためにＩ＿８００の画像が明るくなり、比（Ｉ＿８００／Ｉ＿９５０）の値が大きくなる。つまり、各画素における明るさの比（Ｉ＿８００／Ｉ＿９５０）を画像化した場合に、水が多く存在する領域は明るく表示され、血管等の酸化ヘモグロビンが多く存在する領域は暗く表示される。
【００３７】
このように、本実施形態によれば、可視光画像の他に、同一の観察面Ｃにおいて異なる波長の赤外光画像を２つ取得し、２つの赤外光画像の各位置における明るさの比を算出して画像化することにより、距離等の条件等に影響されることなく、観察面Ｃにおける酸化ヘモグロビン等の物質の分布を高感度で検出することができるという利点がある。なお、明るさの比をＩ＿９５０／Ｉ＿８００としても同様の効果が得られる。
【００３８】
本実施形態においては、光吸収特性の異なる波長の２つの検出光を利用し、第２および第３の撮像素子５２，５３が同じ観察面Ｃを撮像するようにこれらの撮像素子５２，５３を同期させて移動させることとしたが、これに代えて、第２および第３の撮像素子５２，５３が互いに独立に移動することとしてもよい。
この場合、第１および第２の検出光の波長は、互いに異なっていればよい。このようにすることで、第１および第２の検出光は、波長に応じて生体Ａの異なる深さまで到達して反射される。したがって、各赤外光画像においてそれぞれ焦点が合うように第２および第３の撮像素子５２，５３を移動させることにより、生体Ａの表面下の２つの観察面を撮像することができる。
【００３９】
次に、本発明の第３の実施形態について図４および図５を参照して説明する。
本実施形態の説明においても、第１の実施形態と共通の構成については同一の符号を付して説明を省略し、第１の実施形態と異なる構成について主に説明する。
本実施形態に係る撮像装置１は、図３に示されるように、撮像素子５を１つのみ備えている点、および、生体Ａに照射される照明光が制御部６（光源切替手段）によって可視光と赤外光とで交互に切り替えられる点において、第１の実施形態と異なる。
【００４０】
撮像素子５は、可視光と赤外光の両方の波長帯域に感度を有する。このような撮像素子５としては、例えば、赤、緑、青の各波長帯域に対して感度を有する３つの受光素子群がアレイ状に配列された受光面を有し、各受光素子群が赤外光の波長帯域に対しても感度を有するものが用いられる。これにより、可視光と赤外光とを時分割で受光することにより、１つの撮像素子５を用いて可視光画像と赤外光画像の両方を取得することができる。撮像素子５により取得された可視光画像および赤外光画像は、重畳されて１つの画像としてディスプレイに表示されてもよいし、照明光の切り替えに同期させて撮像素子５により取得された画像を処理することにより可視光画像と赤外光画像とに分けて表示されてもよい。
【００４１】
制御部６は、例えば、各光源２ａ，２ｂから可視光および赤外光を生体Ａへ照射する光路（図示略）の途中位置に配置されたシャッター（図示略）を交互に開閉させることにより、可視光および赤外光を交互に連続的に生体Ａへ照射させる。可視光および赤外光の切り替えは、観察者がディスプレイに表示された画像を観察したときに照明光の切り替えを認識しない程度に十分に高速で行われることが好ましい。
【００４２】
制御部６は、可視光と赤外光との切り替えに同期させて、撮像素子（光路長調節手段）５を光軸方向に往復移動させる。この場合も、第１の実施形態と同様に、制御部６は、撮像レンズ３の設計値に基づいて、撮像素子５を移動させる位置を算出する。すなわち、生体Ａに可視光が照明されているときには、生体Ａの表面Ｂからの観察光が結像する結像面の位置に受光面５ａを配置し、生体Ａに赤外光が照射されているときには、生体Ａの表面Ｂから所望の距離だけ深い位置からの観察光が結像する結像面の位置に受光面５ａを配置するように、撮像素子５を往復移動させる。
【００４３】
このように構成された撮像装置１の作用について以下に説明する。
本実施形態に係る撮像装置１を用いて生体Ａを撮像するためには、観察者は、可視光源２ａおよび赤外光源２ｂを点灯させ、ディスプレイに表示された画像の可視光像において生体Ａの表面Ｂに焦点が合うように撮像装置１の位置を調整する。このときに、赤外光像においても、生体Ａの表面下の所望の観察面Ｃに焦点が合った状態となる。
【００４４】
このように、本実施形態によれば、撮像素子５が１つであっても、可視光と赤外光とを切り替えながら生体Ａに照射することにより、可視光画像と赤外光画像の両方を撮像することができる。また、いずれの観察面Ｂ，Ｃから観察光が発生させられているかに応じて、撮像素子５の受光面５ａが、発生させられている観察光の結像する結像面の位置に移動させられるので、可視光画像と赤外光画像のいずれにおいても焦点の合った鮮明な画像を取得することができるという利点がある。
【００４５】
なお、本実施形態においては、制御部６が、照明光の切り替えに同期させて撮像素子５を光軸方向に往復移動させることとしたが、これに代えて、図５に示されるように、撮像レンズ３を構成する少なくとも一部のレンズ（光学素子）を光軸方向に往復移動させることにより撮像レンズ３の物体面を往復移動させてもよい。
生体Ａに可視光が照射されているときは物体面を生体Ａの表面Ｂに合わせ、生体Ａに赤外光が照射されているときは物体面を生体Ａの表面下の所望の観察面Ｃに合わせるように、撮像レンズ３を往復移動させることによっても、可視光画像と赤外光画像のいずれにおいても焦点の合った鮮明な画像を取得することができるという利点がある。
【００４６】
次に、本発明の第４の実施形態に係る撮像装置１について図６を参照して説明する。
本実施形態の説明においても、第１の実施形態と共通の構成については同一の符号を付して説明を省略し、第１の実施形態と異なる構成について主に説明する。
本実施形態に係る撮像装置１は、図６に示されるように、撮像素子５が１つのみ備えている点、および、撮像素子５の受光面５ａに光学部材（光路長調節手段）７を備える点において、第１の実施形態と異なる。
【００４７】
撮像素子５は、赤、緑、青、赤外光の波長帯域に対してそれぞれ感度を有する４つの受光素子群がアレイ状に配列された受光面を有し、１つの撮像素子５により可視光画像と赤外光画像の両方を取得する。撮像素子５により取得された可視光像および赤外光像は、第３の実施形態と同様に、同一の画像として表示されてもよいし、赤、緑、青の受光素子群と赤外光の受光素子群とからそれぞれ画像を生成することによりが別々に表示されてもよい。
【００４８】
赤、緑、青の波長帯域に対して感度を有する受光素子群の表面には光学部材７が貼り付けられている。光学部材７は、赤、緑、青の波長帯域の光の光路長を長くする屈折率を有する。光学部材７は、観察者が赤外光画像により観察したい観察面Ｃの生体Ａの表面Ｂからの深さ距離に応じ、撮像レンズ３の設計値に基づいて、屈折率および光軸方向の寸法が設計されている。すなわち、可視光画像において生体Ａの表面Ｂに焦点を合わせた状態において、観察面Ｃからの観察光が赤外光の受光素子群の位置において結像するように、撮像レンズ３から赤外光の受光素子群までの光路長が光学部材により調節されている。
【００４９】
このように構成された撮像装置１の作用について以下に説明する。
本実施形態に係る撮像装置１を用いて生体Ａを撮像するためには、観察者は、第１の実施形態と同様に、生体Ａに可視光および赤外光を照射する。そして、ディスプレイに表示された画像において可視光像の焦点が生体Ａの表面Ｃに合うように、撮像装置１の位置を調整する。このときに、生体Ａの表面Ｂより深い位置の観察面Ｃに赤外光像の焦点が合うこととなる。
このように、本実施形態によれば、撮像素子５が１つであっても、撮像レンズ３の後方において生体Ａからの赤外光または可視光のいずれかの光路長を調節して結像面の位置を受光面５ａの位置に合わせることにより、生体Ａの表面Ｂと該表面Ｂ下の観察面Ｃのそれぞれに焦点があった可視光画像および赤外光画像を取得することができる。
【００５０】
なお、本実施形態においては、可視光用の受光素子群と赤外光用の受光素子群とを光軸方向にずらした位置に配置してもよい。この場合、可視光用の受光素子群よりも、赤外光用の受光素子群が突出した位置に配置される。このようにして撮像レンズ３の異なる結像面位置に可視光用の受光素子群と赤外光用の受光素子群を配置することにより、可視光画像において生体Ａ表面に焦点を合わせつつ、赤外光画像において生体Ａの表面Ｂ下の観察面Ｃに焦点を合わせることができる。
【符号の説明】
【００５１】
１ 撮像装置
２ 照明部
２ａ 可視光源
２ｂ 赤外光源
３ 撮像レンズ（撮像光学系）
４ ダイクロイックミラー（光分岐部）
５，５１〜５３ 撮像素子（撮像部）
５ａ，５１ａ〜５３ａ 受光面
６ 制御部（光路長調節手段、照明切替手段）
７ 光学部材（光路長調節手段）
Ａ 生体（試料）
Ｂ 生体の表面（観察面）
Ｃ 観察面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料の深さ方向に異なる２つの観察面から発生した互いに波長の異なる２つの観察光を区別して受光する受光面を有し、前記２つの観察面の画像を取得する撮像部と、
前記２つの観察面間の深さ方向の距離に応じて、少なくとも一方の前記観察光の前記観察面から前記受光面までの光路長を調節する光路長調節手段とを備える撮像装置。
【請求項２】
前記２つの観察光をそれぞれ異なる光路に分岐する光分岐部を備え、
前記撮像部が、前記各光路に配置され前記光分岐部によって分岐された観察光を受光する前記受光面をそれぞれ有する撮像素子を備え、
前記光路長調節手段が、一方の前記撮像素子を光軸方向に移動させる請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
一方の前記観察面に、前記試料中の検出すべき物質が異なる光吸収特性を示し波長の異なる２つの検出光を照射する照明部を備え、
前記光分岐部が、前記一方の観察面から反射されてきた前記２つの検出光と他方の観察面からの前記観察光をそれぞれ異なる光路に分岐し、
前記撮像素子が、前記各光路に配置され、
前記光路長調節手段が、前記検出光が分岐される前記光路に配置された２つの前記撮像素子を、該各撮像素子の前記受光面から前記一方の観察面までの光路長が一定になるように、同期させて光軸方向に移動させる請求項２に記載の撮像装置。
【請求項４】
それぞれ異なる前記観察面から前記観察光を発生させる２つの照明光を前記試料に照射する照明部と、
前記試料に照射される前記照明光を交互に連続的に切り替える照明切替手段とを備え、
前記撮像部が、前記２つの観察光を共通の前記受光面で受光する撮像素子を備え、
前記光路長調節手段が、前記照明光切替手段による前記照明光の切り替えに同期させて、前記観察光が発生させられている方の前記観察面の像が形成される結像面位置に前記受光面が配置されるように、前記撮像素子を光軸方向に往復移動させる請求項１に記載の撮像装置。
【請求項５】
それぞれ異なる前記観察面から前記観察光を発生させる２つの照明光を前記試料に照射する照明部と、
前記照明部により前記試料に照射される前記照明光を交互に連続的に切り替える照明切替手段と、
物体面から集光した光の像を結像面に結像する撮像光学系とを備え、
前記撮像部が、前記２つの観察光を共通の前記受光面で受光する撮像素子を備え、
前記光路長調節手段が、前記照明光切替手段による前記照明光の切り替えに同期させて、前記観察光が発生させられている方の前記観察面に前記物体面が配置されるように前記撮像光学系を構成する少なくとも一部の光学素子を光軸方向に往復移動させる請求項１に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記撮像部は、それぞれ異なる前記観察光を受光する２つの受光素子群がアレイ状に配列されてなる前記受光面を有し、共通の該受光面により前記２つの観察光を受光する撮像素子を備え、
前記光路長調節手段が、一方の受光素子群の前段に配置され、該一方の受光素子群により受光される方の前記観察光の光路長を変化させる屈折率を有する光学部材を備える請求項１に記載の撮像装置。
【請求項１】
試料の深さ方向に異なる２つの観察面から発生した互いに波長の異なる２つの観察光を区別して受光する受光面を有し、前記２つの観察面の画像を取得する撮像部と、
前記２つの観察面間の深さ方向の距離に応じて、少なくとも一方の前記観察光の前記観察面から前記受光面までの光路長を調節する光路長調節手段とを備える撮像装置。
【請求項２】
前記２つの観察光をそれぞれ異なる光路に分岐する光分岐部を備え、
前記撮像部が、前記各光路に配置され前記光分岐部によって分岐された観察光を受光する前記受光面をそれぞれ有する撮像素子を備え、
前記光路長調節手段が、一方の前記撮像素子を光軸方向に移動させる請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
一方の前記観察面に、前記試料中の検出すべき物質が異なる光吸収特性を示し波長の異なる２つの検出光を照射する照明部を備え、
前記光分岐部が、前記一方の観察面から反射されてきた前記２つの検出光と他方の観察面からの前記観察光をそれぞれ異なる光路に分岐し、
前記撮像素子が、前記各光路に配置され、
前記光路長調節手段が、前記検出光が分岐される前記光路に配置された２つの前記撮像素子を、該各撮像素子の前記受光面から前記一方の観察面までの光路長が一定になるように、同期させて光軸方向に移動させる請求項２に記載の撮像装置。
【請求項４】
それぞれ異なる前記観察面から前記観察光を発生させる２つの照明光を前記試料に照射する照明部と、
前記試料に照射される前記照明光を交互に連続的に切り替える照明切替手段とを備え、
前記撮像部が、前記２つの観察光を共通の前記受光面で受光する撮像素子を備え、
前記光路長調節手段が、前記照明光切替手段による前記照明光の切り替えに同期させて、前記観察光が発生させられている方の前記観察面の像が形成される結像面位置に前記受光面が配置されるように、前記撮像素子を光軸方向に往復移動させる請求項１に記載の撮像装置。
【請求項５】
それぞれ異なる前記観察面から前記観察光を発生させる２つの照明光を前記試料に照射する照明部と、
前記照明部により前記試料に照射される前記照明光を交互に連続的に切り替える照明切替手段と、
物体面から集光した光の像を結像面に結像する撮像光学系とを備え、
前記撮像部が、前記２つの観察光を共通の前記受光面で受光する撮像素子を備え、
前記光路長調節手段が、前記照明光切替手段による前記照明光の切り替えに同期させて、前記観察光が発生させられている方の前記観察面に前記物体面が配置されるように前記撮像光学系を構成する少なくとも一部の光学素子を光軸方向に往復移動させる請求項１に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記撮像部は、それぞれ異なる前記観察光を受光する２つの受光素子群がアレイ状に配列されてなる前記受光面を有し、共通の該受光面により前記２つの観察光を受光する撮像素子を備え、
前記光路長調節手段が、一方の受光素子群の前段に配置され、該一方の受光素子群により受光される方の前記観察光の光路長を変化させる屈折率を有する光学部材を備える請求項１に記載の撮像装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１０７９４２（Ｐ２０１２−１０７９４２Ａ）
【公開日】平成２４年６月７日（２０１２．６．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２５６０８２（Ｐ２０１０−２５６０８２）
【出願日】平成２２年１１月１６日（２０１０．１１．１６）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月７日（２０１２．６．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月１６日（２０１０．１１．１６）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
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