JP6865719B2 - 医療用光学顕微鏡 - Google Patents

Description

本開示は、医療用光学顕微鏡に関する。

従来、３色分解プリズムを用いた内視鏡システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。この内視鏡システムは、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の３色の組み合わせで体内の部位が表現されたカラー撮像画像を取得し、この撮像画像に対し、指定された波長成分を強調する画像処理を施す。

特開２０１３−１１６３５３号公報

特許文献１に記載の内視鏡システムでは、ＲＧＢの３色以外にＩＲ光（赤外光）成分を加味すると、内視鏡による撮像画像の画質が不十分であった。

本開示は、上記事情に鑑みてなされたものであり、赤外光成分を加味した画質を向上できる医療用光学顕微鏡を提供する。

本開示は、手術時に使われ、使用者が手で把持可能なカメラヘッドに用いられ、患部からの光を、青色成分、赤色成分、緑色成分、およびＩＲ成分にそれぞれ分解する青色プリズム、赤色プリズム、緑色プリズム、およびＩＲプリズムからなる４つのプリズムを有する光学装置を備えた医療用光学顕微鏡であって、前記ＩＲプリズムの出射面と前記患部に２番目に近い側に配置された前記青色プリズム、前記赤色プリズムおよび前記緑色プリズムのうちいずれかのプリズムの出射面とは、前記ＩＲプリズムの患部側入射面に垂直に入射する入射光線を挟んで反対に配置され、前記ＩＲプリズムの前記患部側入射面と前記ＩＲプリズムの反射面との成す第１の角度は、前記ＩＲプリズムの前記患部側入射面の延長線と前記青色プリズムの反射面との成す第２の角度よりも大きく、前記患部からの光を、ＩＲイメージセンサ、青色イメージセンサ、赤色イメージセンサおよび緑色イメージセンサのそれぞれの撮像面に集光させるレンズユニットを備え、前記レンズユニットのフランジ面から前記ＩＲイメージセンサ、前記青色イメージセンサ、前記赤色イメージセンサおよび前記緑色イメージセンサのそれぞれの撮像面までの光学的な距離がＣマウント規格により定められ、前記光学装置は使用時にユーザに把持される前記カメラヘッドに収容され、前記ＩＲイメージセンサ、前記青色イメージセンサ、前記赤色イメージセンサ、前記緑色イメージセンサのそれぞれは、前記ＩＲプリズム、前記青色プリズム、前記赤色プリズム、前記緑色プリズムのそれぞれの出射面に対向させて接続して前記カメラヘッド内に設けられ、前記ＩＲプリズム、前記青色プリズム、前記赤色プリズム、前記緑色プリズムのそれぞれで反射した出射光を入射して撮像する、医療用光学顕微鏡を提供する。

本開示によれば、赤外光成分を加味して、医療用カメラにより撮像された撮像画像の画質を向上できる。

第１の実施形態における内視鏡の外観を示す模式図 内視鏡の概略構成を示す模式図 結合されたカメラヘッドとリレーレンズを示す図 （Ａ），（Ｂ）イメージセンサの構成部品及び外観を示す図 ４色分解プリズムの第１構造例を示す図 ４色分解プリズムの第２構造例を示す図 イメージセンサのセンサ感度の一例を示すグラフ ４色分解プリズムの分光特性の一例を示すグラフ ４つのイメージセンサを用いた場合の分光感度を示すグラフ 第１の実施形態における内視鏡システムの構成を示すブロック図 表示部に表示された同時出力モード時の画像を示す模式図 表示部に表示された重畳出力モード時の画像を示す模式図 比較例における３色分解プリズムの分光感度を示すグラフ

（本開示の一形態を得るに至った経緯）
内視鏡を用いた手術では、蛍光物質であるインドシアニングリーン（ＩＣＧ：Ｉｎｄｏｃｙａｍｉｎｅ Ｇｒｅｅｎ）を体内に投与し、過剰に集積した腫瘍等の部位（患部）に近赤外光を当てて患部を光らせ、患部を含む部位を撮像することがある。ＩＣＧは、近赤外光（例えばピーク波長８０５ｎｍ、７５０〜８１０ｎｍ）で励起すると、より長波長の近赤外光（例えばピーク波長８３５ｎｍ）で蛍光発光する物質である。

イメージセンサが１個である単板式カメラが、ＩＲ成分を含む光を受光して患部の画像を取得する場合、イメージセンサの入射面に４分割されたＲ（赤色）成分，Ｇ（緑色）成分，Ｂ（青色）成分、及びＩＲ成分用のフィルタを設ける。そのため、所望の色再現性及び解像度を得ようとすると、イメージセンサのサイズが大きくなる。このため、内視鏡に単板式カメラを適用することは困難である。

また、特許文献１に記載の内視鏡システムに示されるように、３色分解プリズムを用いた３板式カメラが、ＩＲ成分を含む光を受光して患部の画像を取得する場合、図１３に示すように、ＩＲ成分（例えば８００ｎｍ以上の波長を有する光）の信号強度が小さい。

図１３は比較例における３板式カメラの分光感度を示すグラフである。図１３では、縦軸は分光感度を表し、横軸は波長を表す。この分光感度は、Ｒ成分，Ｇ成分，Ｂ成分用の各プリズムへの入射光の光量と、各プリズムに対応する撮像素子により検出された光量と、の比率に相当する。ｈ１１は、Ｒ成分の光の分光感度を示す。ｈ１２は、Ｇ成分の光の分光感度を示す。ｈ１３は、Ｂ成分の光の分光感度を示す。尚、ｈ１１は、ＩＲ成分の光の分光感度も含んでいる。

図１３に示すように、Ｒ成分（波形ｈ１１参照）の光を受光するイメージセンサによりＩＲ成分の光が取得され得る。図１３では、ＩＲ成分（例えば波長８００ｎｍ以上の成分）の分光感度は、Ｒ成分，Ｇ成分，Ｂ成分の光の分光感度と比較すると、低い。ＩＲ成分の信号強度が小さいと、ＩＲ成分により得られる画像（ＩＲ画像）は不鮮明となるため、ＩＲ成分の信号強度を大きくし、ＩＲ成分により得られる画像（ＩＲ画像）をより鮮明とすることが好ましい。

一方、特許文献１の内視鏡システムがＩＲ成分の信号強度を大きくするためにＩＲ成分を増幅すると、画像がぼけたりノイズが強調されたりする。そのため、ＩＲ画像の画質が低下する。従って、増幅されたＩＲ成分により得られた画像では、ＩＲ成分を含む所望の部位（患部）を目視することが困難である。

尚、３板式カメラを用いる場合、３色分解プリズムでは、通常、光が入射する対物側のプリズムとして、青色分解プリズムが配置される（参考特許文献１〜３参照）。これは、青色成分が赤色成分及び緑色成分よりも短波長であり、短波長である程、偏光の影響を受け難いことに起因する。
参考特許文献１：国際公開第２００９／１１７４８３号
参考特許文献２：特開平０９−０１１４４５号公報
参考特許文献３：特開平０７−２８１０１２号公報

また、内視鏡において４色分解プリズムを配置する場合、内視鏡では４色分解プリズムの配置スペースが限られているので、各色用のプリズムの配置方法（プリズムの配置向き、プリズムに係る角度、等）を工夫することが好ましい。

以下、赤外光成分を加味した画質を向上できる内視鏡及び内視鏡システムについて説明する。

以下、適宜図面を参照しながら、実施形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になることを避け、当業者の理解を容易にするためである。尚、添付図面及び以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるものであり、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。

（第１の実施形態）
第１の実施形態では、内視鏡のカメラヘッドに、４色分解プリズム及び４つのイメージセンサを用いた４板式カメラを示す。４色分解プリズムは、リレーレンズで収束された光を、Ｒ光（Ｒ成分）、Ｇ光（Ｇ成分）、Ｂ光（Ｂ成分）、の３原色光及びＩＲ光（ＩＲ成分）に分解する。ＩＲ成分は、例えば、７５０ｎｍ〜９００ｎｍの波長帯域の少なくとも一部を含む。

［内視鏡の構成］
図１は、第１の実施形態における内視鏡１０の外観を示す模式図である。図２は内視鏡１０の概略構成を示す模式図である。内視鏡１０は、使用者が片手で取扱い可能な医療器具である。内視鏡１０は、例えば、スコープ１１、マウントアダプタ１２、リレーレンズ１３、カメラヘッド１４、操作スイッチ１９及び光源コネクタ１８を含んで構成される。

スコープ１１は、体内に挿入される、例えば硬性内視鏡の主要部であり、末端から先端まで光を導くことが可能な細長い導光部材である。スコープ１１は、先端に撮像窓１１ｚを有し、撮像窓１１ｚから入射した光学像が伝送される光ファイバと、光源コネクタ１８から導入された光Ｌを先端まで導く光ファイバと、を有する。撮像窓１１ｚには、光学ガラスや光学プラスチック等の光学材料が用いられる。

マウントアダプタ１２は、スコープ１１をカメラヘッド１４に取り付けるための部材である。マウントアダプタ１２には、種々のスコープ１１が着脱自在に装着可能である。

光源コネクタ１８は、光源装置（不図示）から、体内の部位（患部等）を照明するための照明光を導入する。この照明光は、可視光及びＩＲ光を含む。光源コネクタ１８に導入された光は、スコープ１１を通ってスコープ１１の先端まで導かれ、撮像窓１１ｚから体内の部位（患部等）に照射される。光源は、例えば、ＬＥＤ光源である。尚、光源は、ＬＥＤ光源の代わりに、キセノンランプやハロゲンランプ等の光源でもよい。

光源コネクタ１８は、スコープ１１と光源コネクタ１８との接続部を介して、スコープ１１に取り付けられる。この接続部には、内部に図示しないミラーが設けられる。光源コネクタ１８からの光は、ミラーで反射してスコープ１１の先端側へ進行し、患部を照射する。

リレーレンズ１３は、スコープ１１を通して伝達される光学像を撮像面に収束させる。リレーレンズ１３は、１つ以上のレンズを有する。リレーレンズ１３は、操作スイッチ１９の操作量に応じて、レンズを移動させて焦点調整及び倍率調整を行ってもよい。

カメラヘッド１４は、使用時（例えば手術時）に使用者（例えば医者又は助手）が手で把持可能な筐体を有し、４色分解プリズム２０（図５，図６参照）、４個のイメージセンサ２３０，２３１，２３２，２３３（図５，図６参照）、及び電子基板２５０を内部に有する（図１０参照）。

４色分解プリズム２０は、リレーレンズ１３で収束された光を、Ｒ光（Ｒ成分）、Ｇ光（Ｇ成分）、Ｂ光（Ｂ成分）、の３原色光及びＩＲ光（ＩＲ成分）に分解する４板式のプリズムである。４色分解プリズム２０は、ガラス等の透光性部材で構成される。

イメージセンサ２３０〜２３３は、４色分解プリズム２０で分解され、各々の撮像面に結像した光学像を画像信号（電気信号）に変換する。

イメージセンサ２３０〜２３３には、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）やＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等のイメージセンサが用いられる。

４個のイメージセンサ２３０〜２３３は、ＩＲ成分、Ｂ成分、Ｒ成分、及びＧ成分の光をそれぞれ受光する専用のセンサである。そのため、１個のイメージセンサでＩＲ成分、Ｒ成分、Ｇ成分、及びＢ成分の光を受光する単板式カメラと異なり、個々のイメージセンサとしてサイズの小さいイメージセンサを採用できる。例えば、（１／２．８６）インチのサイズのイメージセンサが用いられる。

電子基板２５０（単に基板ともいう）（図１０参照）には、例えば、ＬＶＤＳ（Ｌｏｗ
Ｖｏｌｔ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ）方式で信号を出力する信号出力回路と、タイミングジェネレータ（ＴＧ：Ｔｉｍｉｎｇ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）の回路（ＴＧ回路）と、を含む回路が搭載される。

信号出力回路は、各イメージセンサ２３０〜２３３で撮像された画像のＲＧＢ信号及びＩＲ信号を、ＬＶＤＳ（Ｌｏｗ Ｖｏｌｔ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ）方式でパルス信号として出力する。ＴＧ回路は、カメラヘッド１４内の各部にタイミング信号（同期信号）等を供給する。尚、ＲＧＢ信号は、Ｒ成分、Ｇ成分、及びＢ成分の少なくとも１つを含む信号である。また、ＲＧＢ信号に限らず、他のカラー画像信号（例えばＨＳＶ、ＹＵＶ、ＹｃＣｂＣｒ、ＹＰｂＰｒ）が出力されてもよい。

カメラヘッド１４には、後述するＣＣＵ（Ｃａｍｅｒａ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）３０に対して画像信号を伝送するための信号ケーブル１４ｚが装着される。

図３は、結合されたカメラヘッド１４とリレーレンズ１３を示す図である。カメラヘッド１４に内蔵された４色分解プリズム２０の端面は、リレーレンズ１３のフランジ面１３ｖと対向するように配置される。

リレーレンズ１３は、マウントアダプタ１２に取り付けられたスコープ１１を通って入射する被写体からの光をカメラヘッド１４内部のイメージセンサ２３０〜２３３に結像させる。

リレーレンズ１３は、フォーカスリング１３ｙ及び鏡筒１３ｚを有する。リレーレンズ１３の一端部（図中、下方の端部）は、マウントアダプタ１２の被装着部に取り付けられる。リレーレンズ１３の他端部（図中、上方の端部）には、所定の高さ（例えば４ｍｍ）を有するねじ切り１３ｗが形成されている。

ねじ切り１３ｗに、４色分解プリズム２０を内蔵するカメラヘッド１４が螺合することで、カメラヘッド１４がリレーレンズ１３に装着される。ねじ切り１３ｗによってカメラヘッド１４にリレーレンズ１３が装着されると、カメラヘッド１４内部の４色分解プリズム２０とリレーレンズ１３内部のレンズとは、空隙を介して対向する。空隙により、４色分解プリズム２０とリレーレンズ１３との接触を防止している。

なお、この空隙の距離が短いと、後述するＣマウントの光路長による制限があっても、４つのイメージセンサ２３０〜２３３を外側に配置し易くなる。一方、この空隙の距離が長いと、Ｃマウントの光路長による制限から、４つのイメージセンサ２３０〜２３３を内側（リレーレンズ１３のフランジ面１３ｖ側）に配置する必要がある。

カメラヘッド１４とリレーレンズ１３とは、例えばＣマウントで結合される。Ｃマウントでは、カメラヘッド１４にリレーレンズ１３が装着された状態で、リレーレンズ１３のフランジ面１３ｖから４つのイメージセンサ２３０〜２３３の撮像面までの光学的な距離（光路長）が、Ｌ１＝１７．５２６ｍｍとなるように規格で定められている。Ｃマウントの光路長に適合する４板式カメラ（４色分解プリズム２０及びイメージセンサ２３０〜２３３）をカメラヘッド１４に内蔵させる場合、この光路長になるように、４板式カメラが配置される。

スコープ１１を通ってリレーレンズ１３に導かれ、リレーレンズ１３によって集光された被写体からの光は、カメラヘッド１４内の４色分解プリズム２０を通って４つのイメージセンサ２３０〜２３３に結像する。

図４（Ａ），（Ｂ）は、イメージセンサ２３０の構成部品及び外観を示す図である。４つのイメージセンサ２３０〜２３３は略同一の仕様を有するので、ここでは、ＩＲ用のイメージセンサ２３０を用いて説明する。

図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、センサ素子２３０ｙは、センサパッケージ２３０ｗの内側に収容され、接着剤２３０ｖで固定される。センサパッケージ２３０ｗの前面には、センサパッケージガラス２３０ｘが配されている。センサ素子２３０ｙは、センサパッケージガラス２３０ｘを透過した光を受光する。センサパッケージ２３０ｗは、センサ基板２３０ｚに取り付けられ、イメージセンサ２３０として成形される。

本実施形態では、イメージセンサ２３０は、後述するように、ＩＲ分解プリズム（ＩＲ用の色分解プリズム）２２０の出射面２２０ｃから出射するＩＲ光を受光し、ＩＲ画像を撮像する。可視光画像を撮像するイメージセンサ２３１，２３２，２３３も、ＩＲ用のイメージセンサ２３０と同様の構造を有する。なお、ＩＲ用のイメージセンサ２３０の前面には、７００ｎｍ以下の波長の光を遮断する可視光カットフィルタが設けられている。可視光カットフィルタにより、ＩＲ画像の画質を向上できる。

［４色分解プリズムの第１構造例］
図５は、４色分解プリズム２０の第１構造例（４色分解プリズム２０Ａ）を示す図である。４色分解プリズム２０Ａは、リレーレンズ１３により導かれる入射光を、Ｒ成分、Ｇ成分、Ｂ成分の３原色の光及びＩＲ成分の光に分解する。４色分解プリズム２０Ａでは、ＩＲ分解プリズム２２０、青色分解プリズム２２１、赤色分解プリズム２２２、及び緑色分解プリズム２２３が、光軸方向に順に組み付けられる。尚、この配置順序は一例であり、他の配置順序であってもよい。図５では、後述するように、プリズムに関する角度として、θ１＞θ２を満たす。

図５に示すように、４色分解プリズム２０Ａでは、ＩＲ分解プリズム２２０の対物側入射面２２０ａとＩＲ分解プリズム２２０の反射面２２０ｂとの成す角度θ１は、ＩＲ分解プリズム２２０の対物側入射面２２０ａの延長線と青色分解プリズム２２１の反射面２２１ｂの延長線との成す角度θ２よりも大きく形成される。つまり、θ１＞θ２を満たす。

角度θ１は、言い換えると、ＩＲ分解プリズム２２０の対物側入射面２２０ａに平行な直線と反射面２２０ｂに平行な直線との成す角度である。角度θ２は、言い換えると、ＩＲ分解プリズム２２０の対物側入射面２２０ａに平行な直線と青色分解プリズム２２１の反射面２２１ｂに平行な直線との成す角度である。

ＩＲ用のイメージセンサ２３０は、ＩＲ分解プリズム２２０の出射面２２０ｃと対向して配置される。青色用のイメージセンサ２３１は、青色分解プリズム２２１の出射面２２１ｃと対向して配置される。赤色用のイメージセンサ２３２は、赤色分解プリズム２２２の出射面２２２ｃと対向して配置される。緑色用のイメージセンサ２３３は、緑色分解プリズム２２３の出射面２２３ｃと対向して配置される。

イメージセンサ２３０〜２３３は、例えば、水平（Ｈ）方向及び垂直（Ｖ）方向に配列した各画素を含むＣＣＤ又はＣＭＯＳイメージセンサである。イメージセンサ２３０〜２３３は、ＩＲ及びＲ，Ｇ，Ｂの各色に分解された光が各撮像面に結像した光学像を電気信号に変換する。

ＩＲ分解プリズム２２０では、入射光は、ＩＲ分解プリズム２２０の対物側入射面２２０ａに入射される。対物側入射面２２０ａと対向する反射面２２０ｂで反射された光は、ＩＲ分解プリズム２２０の対物側入射面２２０ａの境界で全反射され、対物側入射面２２０ａと対向する出射面２２０ｃから出射され、ＩＲ用のイメージセンサ２３０に入射される。反射面２２０ｂには、ＩＲ反射膜２４０が例えば蒸着によって形成される。ＩＲ分解プリズム２２０は、入射光のうち、ＩＲ成分の光を反射させ、その他の光（Ｂ成分、Ｒ成分及びＧ成分の光）を透過させる。ＩＲ用のイメージセンサ２３０は、反射面２２０ｂ及び対物側入射面２２０ａで反射された光を入射し、受光する。このようにＩＲ分解プリズム２２０において光が進行するよう、ＩＲ分解プリズム２２０が成形される。

青色分解プリズム２２１では、ＩＲ分解プリズム２２０を透過した光（入射光）は、青色分解プリズム２２１の対物側入射面２２１ａに入射される。対物側入射面２２１ａと対向する反射面２２１ｂで反射された光は、青色分解プリズム２２１の対物側入射面２２１ａの境界で全反射され、対物側入射面２２１ａと対向する出射面２２１ｃから出射され、青色用のイメージセンサ２３１に入射される。反射面２２１ｂには、青色反射膜２４１が例えば蒸着によって形成される。青色分解プリズム２２１は、入射光のうち、Ｂ成分の光を反射させ、その他の光（Ｒ成分及びＧ成分の光）を透過させる。青色用のイメージセンサ２３１は、反射面２２１ｂ及び対物側入射面２２１ａで反射された光を入射し、受光する。このように青色分解プリズム２２１において光が進行するよう、青色分解プリズム２２１が成形される。

赤色分解プリズム２２２では、青色分解プリズム２２１を透過した光（入射光）は、赤色分解プリズム２２２の対物側入射面２２２ａに入射される。対物側入射面２２２ａと対向する反射面２２２ｂで反射された光は、赤色分解プリズム２２２の対物側入射面２２２ａの境界で全反射され、対物側入射面２２２ａと対向する出射面２２２ｃから出射され、赤色用のイメージセンサ２３２に入射される。反射面２２２ｂには、赤色反射膜２４２が例えば蒸着によって形成される。赤色分解プリズム２２２は、入射光のうち、Ｒ成分の光を反射させ、その他の光（Ｇ成分の光）を透過させる。赤色用のイメージセンサ２３２は、反射面２２２ｂ及び対物側入射面２２２ａで反射された光を入射し、受光する。このように赤色分解プリズム２２２において光が進行するよう、赤色分解プリズム２２２が成形される。

緑色分解プリズム２２３では、赤色分解プリズム２２２を透過した光（入射光）は、緑色分解プリズム２２３の対物側入射面２２３ａに入射し、対物側入射面２２３ａと対向する出射面２２３ｃから出射され、緑色用のイメージセンサ２３３に入射される。このように緑色分解プリズム２２３において光が進行するよう、緑色分解プリズム２２３が成形される。

尚、各色の色分解プリズムでの光の反射回数は、通常、偶数回（例えば２回、０回）となる。反射回数が奇数回の場合には、鏡像の情報が色分解プリズムから出力されるためである。

［色分解プリズムの形状、配置関係に係る考察］
次に、４色分解プリズム２０Ａにおける各色の色分解プリズムの形状や配置関係について考察する。

４色分解プリズム２０Ａでは、ＩＲ分解プリズム２２０及びＩＲ用のイメージセンサ２３０と青色分解プリズム２２１及び青色用のイメージセンサ２３１は、入射光中心線ＩＬＣを挟んで反対側に配置される。入射光中心線ＩＬＣは、ＩＲ分解プリズム２２０の対物側入射面２２０ａに垂直に入射する複数の入射光線のうち、ＩＲ分解プリズム２２０を透過し、青色分解プリズム２２１を透過し、赤色分解プリズム２２２を透過し、緑色分解プリズム２２３の出射面２３３ｃに対向する緑色用のイメージセンサ２３３の受光面の中心Ｃ１（図４（Ｂ）参照）に入射する光の光路を示す。ここでは、ＩＲ用のイメージセンサ２３０は、入射光中心線ＩＬＣより上側（図５参照）に配置され、青色用のイメージセンサ２３１は、入射光中心線（図５参照）より下側に配置される。

また、赤色分解プリズム２２２及び赤色用のイメージセンサ２３２は、青色分解プリズム２２１及び青色用のイメージセンサ２３１と緑色分解プリズム２２３及び緑色用のイメージセンサ２３３との間に配置される。ここで、赤色分解プリズム２２２及び赤色用のイメージセンサ２３２は、カメラヘッド１４内の配置スペースの関係上、入射光中心線ＩＬＣより下側に配置される（図５参照）。仮に赤色用のイメージセンサ２３２の配置位置が入射光中心線ＩＬＣより上側に配置しようとすると、カメラヘッド１４内の限られたスペースにおいて、赤色用のイメージセンサ２３２の配置位置がＩＲ用のイメージセンサ２３０の配置位置や緑色分解プリズム２２３の配置位置と重複するため、物理的な配置が困難となる。

赤色用のイメージセンサ２３２が入射光中心線ＩＬＣより下側に配置されることで、内視鏡１０は、４色分解プリズム２０Ａを限られた配置空間内に配置でき、４色分解プリズムを収容するカメラヘッド１４を小型化できる。

図５では、ＩＲ分解プリズム２２０は、各色の色分解プリズムの中で、最も対物側に配置されている。つまり、ＩＲ分解プリズム２２０が、他の色分解プリズム（青色分解プリズム２２１、赤色分解プリズム２２２、及び緑色分解プリズム２２３）よりも患部からの光の入射に対して対物側に配置されている。

これにより、ＩＲ分解プリズム２２０の出射面２２０ｃに対向して配置されたＩＲ用のイメージセンサ２３０は、Ｂ成分、Ｒ成分、及びＧ成分と比較すると光強度が小さい蛍光発光のＩＲ光を可能な限り多く受光できる。つまり、４色分解プリズム２０Ａは、４色分解プリズム２０Ａに入射された光に対し、ＩＲ用のイメージセンサ２３０へのＩＲ成分の光の受光量がプリズム透過により低下することを抑制できる。そして、４色分解プリズム２０Ａは、ＩＲ成分の光が患部内の蛍光物質（例えばＩＣＧ）に照射されることで生じる蛍光発光に基づき、患部の鮮明な撮像画像を取得できる。

図５では、青色分解プリズム２２１は、ＩＲ分解プリズム２２０の次に（２番目に）対物側に配置されている。これは、Ｂ成分は、Ｒ成分及びＢ成分よりも短波長であり、短波長である程、各色の色分解プリズムにおける光の反射時に起こり得る偏光の影響が小さくなるためである。従って、４色分解プリズム２０Ａは、青色分解プリズム２２１が赤色分解プリズム２２２及び緑色分解プリズム２２３よりも対物側に配置されることで、上記偏光の影響を抑制できる。

また、青色分解プリズム２２１をＩＲ分解プリズム２２０よりも対物側に配置するとする。この場合、青色分解プリズム２２１に用いる青色反射膜２４１の分光特性上、図８において高波長側（つまり緑色成分及び赤色成分側）の分光透過率が高くなる。そのため、青色反射膜２４１でのＩＲ光の反射量が多くなり、後段に配置されるＩＲ分解プリズム２２０に入射するＩＲ光の光量が低下する。

従って、内視鏡１０は、図５のようにＩＲ分解プリズム２２０が青色分解プリズム２２１よりも対物側に配置されることで、ＩＲ分解プリズム２２０よりも青色分解プリズム２２１が対物側に配置される場合と比較して、ＩＲ光により得られる画像を高画質化できる。つまり、内視鏡１０において、ＩＣＧの蛍光発光を基に、患部の状態を鮮明な画像として取得できる。

また、緑色分解プリズム２２３及び緑色用のイメージセンサ２３３は、入射光中心線ＩＬＣを略中央で受光するように、配置される。これにより、緑色反射膜を設ける必要がなく、緑色分解プリズム２２３の形状を単純化できるので、Ｇ成分に係る構成部の設計を容易化できる。

また、緑色分解プリズム２２３は、光の入射順序が一番最後、つまり複数の色分解プリズムの中で対物側から最遠であることが好ましい。Ｇ成分は、Ｂ成分とＲ成分との中間の波長帯域に含まれるので、緑色分解プリズム２２３よりも前段においてＩＲ反射膜２４０、青色反射膜２４１、及び赤色反射膜２４２によりＧ成分以外の光の成分を遮断し易くできる。これらの反射膜をＬＰＦ（Ｌｏｗ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）又はＨＰＦ（Ｈｉｇｈ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）として設計でき、フィルタ設計を容易化できるためである。

［４色分解プリズムの第２構造例］
図６は、４色分解プリズム２０の第２構造例（４色分解プリズム２０Ｂ）を示す図である。４色分解プリズム２０Ｂにおいて、図５に示した４色分解プリズム２０Ａと同様の構造については、その説明を省略又は簡略化する。

４色分解プリズム２０Ｂは、前述の４色分解プリズム２０Ａと比較すると、θ２＞θ１を満たし、このように角度が異なることに起因して、各色の色分解プリズムの形状、向き、大きさ、等が異なっている。尚、θ２＝θ１の場合も、図６に示す４色分解プリズムＢと同様の構成となることが本発明の発明者の詳細な考察により導き出された。

ＩＲ用のイメージセンサ２３０は、反射面２２０ｂ及び対物側入射面２２０ａで反射された光を入射し、受光する。図６に示す角度θ１は、図５に示した角度θ１よりも小さいため、ＩＲ分解プリズム２２０の反射面２２０ｂでの反射角（反射面２２０ｂに垂直な線と反射面２２０ｂにより反射された光線との成す角）が、図５の場合より小さくなる。同様に、対物側入射面２２０ａでの反射角（対物側入射面２２０ａに垂直な線と対物側入射面２２０ａにより反射された光線との成す角）についても、図５の場合より小さくなる。

従って、対物側入射面２２０ａで反射された光線の向きは、緑色分解プリズム２２３を進む光線の向きに近づき、ＩＲ用のイメージセンサ２３０の位置は、緑色用のイメージセンサ２３３の位置に近づく。

また、ＩＲ分解プリズム２２０は、必要な光路長を確保するために、対物側入射面２２０ａと出射面２２０ｃとの間の距離が、図５の場合より長く設計される。そのため、ＩＲ分解プリズム２２０の反射面２２０ｂは、対物側入射面２２０ａで反射された光線に沿うように折れ曲がり、ＩＲ分解プリズム２２０の形状が複雑化する。反射面２２０ｂは、ＩＲ成分以外の光の成分を透過するために研磨を必要とするが、反射面２２０ｂが折れ曲がると、反射面２２０ｂを研磨し難くなる。

このように、ＩＲ分解プリズム２２０の先端部（出射面２２０ｃ及びＩＲ用のイメージセンサ２３０を含む端部）は緑色分解プリズム２２３側へ寄って形成される。よって、ＩＲ分解プリズム２２０の先端部と緑色分解プリズム２２３との間に赤色分解プリズム２２２が配置されることは、図５の場合よりも更に困難となる。従って、赤色分解プリズム２２２は、青色分解プリズム２２１とともに、入射光中心線ＩＬＣよりも下側に配置される。

青色用のイメージセンサ２３１は、反射面２２１ｂ及び対物側入射面２２１ａで反射された光を入射し、受光する。図６に示す角度θ２は、図５に示したθ２よりも大きいため、青色分解プリズム２２１の反射面２２１ｂでの反射角（反射面２２１ｂに垂直な線と反射面２２１ｂにより反射された光線との成す角）が、図５の場合より大きくなる。同様に、対物側入射面２２１ａでの反射角（対物側入射面２２１ａに垂直な線と対物側入射面２２１ａにより反射された光線との成す角）についても、図５の場合より大きくなる。

従って、そのため、対物側入射面２２１ａで反射されて出射面２２１ｃから出射される光は、４色分解プリズム２０Ｂの入射面（つまりＩＲ分解プリズム２２０の対物側入射面２２０ａ）に近づき、青色用のイメージセンサ２３１における対物側入射面２２０ａ側の端部で受光される。

尚、青色分解プリズム２２１の反射面２２１ｂで反射された光が対物側入射面２２１ａの範囲外に出ずに対物側入射面２２１ａで反射され、対物側入射面２２１ａでの反射が全反射の条件を満たすよう設計される。

次に、画素加算について説明する。

ＩＲ用のイメージセンサ２３０は、そのまま各画素値（信号レベル）の電気信号を出力してもよいが、水平（Ｈ）及び垂直（Ｖ）方向に隣接する画素の画素値を加算するＨ／Ｖ画素加算処理を行い、Ｈ／Ｖ画素加算処理後の画素値の電気信号を出力してもよい。

Ｈ／Ｖ画素加算されると、例えば、ＩＲ用のイメージセンサ２３０の画素値が「３０」程度である場合、画素加算を行うことで、ＩＲ成分の画素値が「１２０」（＝３０×４）となる。

従来のＩＲ成分の画素値が「１０」程度であるとすると、本実施形態の内視鏡１０によれば、ＩＲ用のイメージセンサ２３０を独立に設けたことで、従来と比較すると、およそ３倍〜１２倍のＩＲ成分の画素値が得られる。

また、本実施形態のＲＧＢ用の各イメージセンサ２３１，２３２，２３３の画素値が「１００」程度であるとする。この場合、Ｈ／Ｖ画素加算を加味すると、Ｒ成分、Ｇ成分、Ｂ成分の各信号レベルとＩＲ成分の信号レベルとが同程度となり、ＲＧＢ画像及びＩＲ画像を見易くなる。ＲＧＢ画像は、Ｒ成分、Ｇ成分、Ｂ成分の少なくとも１つの信号により得られる画像である。ＩＲ画像は、ＩＲ成分の信号により得られる画像である。

［イメージセンサのセンサ感度］
図７は、イメージセンサ２３０のセンサ感度を示すグラフである。縦軸はセンサ感度を表す。センサ感度は、イメージセンサ２３０に入射する光の光量に対する、イメージセンサ２３０が検知する光量の比率に相当する。図７のセンサ感度は、光の波長５１０ｎｍにおけるセンサ感度を値１とした場合の相対値である。横軸は光の波長をｎｍ単位で表す。波形ｇｈ１は、光の波長に対する本実施形態のイメージセンサ２３０のセンサ感度の特性を示す。波形ｇｈ２は、光の波長に対する比較例（従来）のイメージセンサのセンサ感度の特性を示す。

本実施形態のイメージセンサ２３０の場合、波形ｇｈ１に示すように、光の波長８３０ｎｍにおけるセンサ感度は値０．５５１であり、光の波長５１０ｎｍの場合と比較すると約５５％である。一方、比較例のイメージセンサの場合、波形ｇｈ２に示すように、光の波長８３０ｎｍにおけるセンサ感度は値０．２９８であり、光の波長５１０ｎｍの場合と比較すると約３０％である。尚、８３０ｎｍの波長帯域は、ＩＣＧを用いた蛍光発光の波長帯域である。

本実施形態のイメージセンサ２３０のセンサ感度は、比較例のイメージセンサのセンサ感度と比べ、４００ｎｍ〜５００ｎｍの青色光領域（Ｂ成分）では、ほぼ同じ感度を有するが、５００ｎｍ〜６００ｎｍの緑色光領域（Ｇ成分）、６００ｎｍ〜７００ｎｍの赤色光領域（Ｒ成分）では、高くなっている。さらに、イメージセンサ２３０のセンサ感度は、比較例のイメージセンサのセンサ感度と比べ、７５０ｎｍ〜９００ｎｍの近赤外光（ＩＲ光）領域（ＩＲ成分）においても、高いセンサ感度を有する。

以下、波形ｇｈ１に示すセンサ感度の特性を有するイメージセンサを高感度センサともいう。また、波形ｇｈ２に示すセンサ感度の特性を有するイメージセンサを通常感度センサともいう。図７から理解できるように、高感度センサは、通常感度センサに比べて、長波長側の感度が高くなっている。

第１の実施形態では、イメージセンサ２３０〜２３３には、高感度センサが用いられる。尚、赤色、緑色、青色用のイメージセンサ２３１〜２３３には、高感度センサが用いられても、通常感度センサが用いられてもよい。

［４色分解プリズムの分光特性］
図８は、４色分解プリズム２０の分光特性（分光透過率）の一例を示すグラフである。図８の縦軸は、各分光透過率（％）を示し、各プリズムへの入射光の光量に対する、各プリズムに対するイメージセンサ２３０〜２３３への入射光の光量の比率に相当する。図８の横軸は、各イメージセンサ２３０〜２３３に入射する光の波長（ｎｍ）を表す。尚、各プリズムに対するイメージセンサ２３０〜２３３への入射光の光量は、各プリズムからの出射光の光量に相当する。

図８では、波形ｈ１（実線）は、ＩＲ用のイメージセンサ２３０に入射するＩＲ成分の光の分光特性を示す。４色分解プリズム２０に入射した光のうち、ＩＲ用のイメージセンサ２３０に入射するＩＲ成分の光の透過率は、波長８００〜１０００ｎｍにかけて、波長９００ｎｍ付近で透過率が７０％程度となるピーク波形を有する。

波形ｈ２（一点鎖線）は、赤色用のイメージセンサ２３２に入射するＲ成分の光の分光特性を示す。赤色用のイメージセンサ２３２に入射するＲ成分の光の透過率は、波長６００ｎｍ付近で透過率が８０％程度となるピーク波形を有する。

波形ｈ３（点線）は、青色用のイメージセンサ２３１に入射するＢ成分の光の分光特性を示す。青色用のイメージセンサ２３１に入射するＢ成分の光の透過率は、波長４５０ｎｍ近辺で透過率が６０％を超えるピーク波形を有する。

波形ｈ４（二点鎖線）は、緑色用のイメージセンサ２３３に入射するＧ成分の光の分光特性を示す。緑色用のイメージセンサ２３３に入射するＧ成分の光の透過率は、波長５３０ｎｍ近辺で透過率が９０％程度となるピーク波形を有する。

このように、４色分解プリズム２０で分解されたＩＲ成分、Ｒ成分、Ｂ成分、及びＧ成分の光の透過率は、いずれも６０％を超える。従って、ＩＲ成分、Ｒ成分、Ｂ成分、及びＧ成分の各画素値を好適に得られ、ＩＲ成分の信号を大きく増幅しなくても済む。これにより、患部を撮像した場合に、ＩＲ成分を含めて撮像画像の色再現性が向上する。

［４板式カメラの分光感度］
図９は、４つのイメージセンサ２３０〜２３３を用いた場合の分光感度を示すグラフである。図９の縦軸は、分光感度をパーセント単位で表す。図９の横軸は、各イメージセンサ２３０〜２３３に入射する光の波長（ｎｍ）を表す。分光感度は、４色分解プリズム２０への入射光の光量に対する、イメージセンサ２３０〜２３３が検出した各波長での光の光量に相当する。分光感度は、図７に示したセンサ感度と、図８に示した分光透過率と、を乗算することで得られる。この分光感度は、カメラヘッド１４内の４板式カメラの性能指標の１つである。図９では、図７の波形ｇｈ６に示した通常感度センサのセンサ感度の最大値（通常感度センサ及び高感度センサの双方において波長５１０ｎｍの場合のセンサ感度）を値１として、４色分解プリズム２０の分光透過率を乗算したものである。従って、分光感度１００％は、４色分解プリズム２０の分光透過率が１００％であり、且つ、通常感度センサのセンサ感度が最大である状態を示す。

図９に示す分光感度は、光を４色分解プリズム２０に通すことで、青色光領域、緑色光領域、赤色光領域、近赤外光領域において、それぞれ高い値を有する。

ここで、緑色光領域（５３０ｎｍを含む波長帯）における分光感度のピーク値は、略９０％である（波形ｂｒ２参照）。一方、近赤外光領域（８３０ｎｍを含む波長帯）における分光感度のピーク値は、略４８％であり、緑色光領域（５３０ｎｍ）における分光感度のピーク値（９０％）の４０％以上の値を有する（波形ｂｒ１参照）。従って、ＩＲ領域における分光感度が所望される高い値で得られる。ここでの緑色光領域における分光感度のピーク値は、ＲＧＢの可視光帯域を含む全波長帯の中での分光感度の最大値に相当する。尚、図示はしていないが、従来では、近赤外光領域における分光感度のピーク値は、本実施形態の４板式カメラの分光感度の半分程度（２４％程度）である。

このように、カメラヘッド１４に含まれる４板式カメラは、可視光領域のピーク値（ここでは、緑色光領域のピーク値）に対し、４０％以上のピーク値を有する。つまり、この４板式カメラは、ＩＲ光に対して高い感度を有する。

尚、図７〜図９に示したイメージセンサのセンサ感度、４色分解プリズム２０の分光特性、及び４板式カメラの分光感度は、一例であり、他の特性を有してもよい。

［内視鏡システムの構成］
図１０は、第１の実施形態における内視鏡システム５の構成を示すブロック図である。内視鏡システム５は、内視鏡１０、ＣＣＵ３０、及び表示部４０を含んで構成される。ＣＣＵ３０は、プロセッサの一例である。表示部４０は、ディスプレイの一例である。内視鏡１０のカメラヘッド１４は、前述した４色分解プリズム２０及びイメージセンサ２３０，２３１，２３２，２３３を有する。図１０では、カメラヘッド１４は、更に、各素子駆動部１４１ｉ，１４１ｒ，１４１ｂ，１４１ｇ，駆動信号発生部１４２、同期信号発生部１４３、及び信号出力部１４５を有する。

素子駆動部１４１ｉは、イメージセンサ２３０を駆動信号に従って駆動する。素子駆動部１４１ｒは、イメージセンサ２３１を駆動信号に従って駆動する。素子駆動部１４１ｂは、イメージセンサ２３２を駆動信号に従って駆動する。素子駆動部１４１ｇは、イメージセンサ２３３を駆動信号に従って駆動する。

駆動信号発生部１４２は、各素子駆動部１４１ｉ，１４１ｒ，１４１ｂ，１４１ｇに対し、駆動信号を発生する。同期信号発生部１４３は、タイミングジェネレータ（ＴＧ）回路の機能に相当し、駆動信号発生部１４２等に同期信号（タイミング信号）を供給する。

信号出力部１４５は、信号ケーブル１４ｚを介してイメージセンサ２３０，２３１，２３２，２３３からの電気信号を、例えばＬＶＤＳ方式でＣＣＵ３０に伝送する。信号出力部１４５は、信号ケーブル１４ｚを介して、同期信号発生部１４３からの同期信号をＣＣＵ３０に伝送してもよい。信号出力部１４５は、信号ケーブル１４ｚを介して、操作スイッチ１９の操作信号をＣＣＵ３０に伝送してもよい。信号出力部１４５は、信号出力回路の機能に相当する。

ＣＣＵ３０は、ＣＣＵ３０の内部又は外部のメモリ（不図示）が保持するプログラムを実行することで、各種機能を実現する。各種機能は、ＲＧＢ信号処理部２２、ＩＲ信号処理部２３及び出力部２８の機能を含む。

ＲＧＢ信号処理部２２は、イメージセンサ２３１，２３２，２３３からのＢ成分、Ｒ成分、Ｇ成分の電気信号を、表示部４０に表示可能な映像信号に変換し、出力部２８に出力する。

ＩＲ信号処理部２３は、イメージセンサ２３０からのＩＲ成分の電気信号を映像信号に変換し、出力部２８に出力する。また、ＩＲ信号処理部２３は、ゲイン調整部２３ｚを有してもよい。ゲイン調整部２３ｚは、ＩＲ用のイメージセンサ２３０からのＩＲ成分の電気信号を映像信号に変換する際、増幅度（ゲイン）を調整する。ゲイン調整部２３ｚは、例えば、ＲＧＢ成分の映像信号の信号強度とＩＲ成分の映像信号の信号強度とを略同一に調整してもよい。

ゲイン調整部２３ｚにより、使用者がＲＧＢ画像に対するＩＲ画像を任意の強度で再現可能である。尚、ＩＲ成分の電気信号の増幅度が調整される代わりに、又はこの調整とともに、ＲＧＢ信号処理部２２は、ＲＧＢ成分の電気信号の増幅度を調整してもよい。

ＲＧＢ信号処理部２２及びＩＲ信号処理部２３は、信号処理を行う際、同期信号発生部１４３からの同期信号を受け取り、この同期信号に従って動作する。これにより、ＲＧＢ各色成分の画像（映像）及びＩＲ成分の画像は、時間的なずれが生じないように調整される。

出力部２８は、同期信号発生部１４３からの同期信号に従い、ＲＧＢ各色成分の映像信号及びＩＲ成分の映像信号の少なくとも一方を表示部４０に出力する。例えば、出力部２８は、同時出力モード及び重畳出力モードのいずれかに基づいて、映像信号を出力する。

同時出力モードでは、出力部２８は、ＲＧＢ画像Ｇ１とＩＲ画像Ｇ２（図１１参照）とを別画面により同時に出力する。同時出力モードにより、ＲＧＢ画像とＩＲ画像とを別画面にて比較して、患部ｔｇを観察できる。

重畳出力モードでは、出力部２８は、ＲＧＢ画像とＩＲ画像とが重畳された合成画像ＧＺを出力する（図１２参照）。重畳出力モードにより、例えば、ＲＧＢ画像内で、ＩＣＧ及び照明光としてのＩＲ光により蛍光発光した患部ｔｇを明瞭に観察できる。

尚、ＲＧＢ信号処理部２２、ＩＲ信号処理部２３及び出力部２８は、ＣＣＵ３０内のプロセッサがメモリと協働してソフトウェアにより処理することを例示したが、それぞれ専用のハードウェアで構成されてもよい。

表示部４０は、ＣＣＵ３０からの映像信号に基づいて、内視鏡１０で撮像され、ＣＣＵ３０から出力される患部ｔｇ等の対象物の画像を画面に表示する。同時出力モードの場合、表示部４０は、画面を複数に分割（例えば２分割）し、各画面にＲＧＢ画像Ｇ１及びＩＲ画像Ｇ２を並べて表示する（図１１参照）。重畳出力モードの場合、表示部４０は、ＲＧＢ画像Ｇ１とＩＲ画像Ｇ２とが重ねられた合成画像ＧＺを１画面で表示する（図１２参照）。

このように、内視鏡システム５では、内視鏡１０を使用して体内の部位を撮像する場合、蛍光物質であるインドシアニングリーン（ＩＣＧ）を体内に投与し、過剰に集積した腫瘍等の部位（患部）に近赤外光を当てて患部を光らせて患部を撮像してもよい。

使用者が操作スイッチ１９を操作して光源コネクタ１８に導入された光Ｌは、スコープ１１の先端側に導かれ、撮像窓１１ｚから投射されることで、患部を含む患部周囲の部位を照明する。患部等で反射された光は、撮像窓１１ｚを通してスコープ１１の後端側に導かれ、リレーレンズ１３で収束し、カメラヘッド１４の４色分解プリズム２０に入射する。

４色分解プリズム２０では、入射した光のうち、ＩＲ分解プリズム２２０によって分解したＩＲ成分の光は、ＩＲ用のイメージセンサ２３０で赤外光成分の光学像として撮像される。青色分解プリズム２２１によって分解したＢ成分の光は、青色用のイメージセンサ２３１で青色成分の光学像として撮像される。赤色分解プリズム２２２によって分解したＲ成分の光は、赤色用のイメージセンサ２３２で赤色成分の光学像として撮像される。緑色分解プリズム２２３によって分解したＧ成分の光は、緑色用のイメージセンサ２３３で緑色成分の光学像として撮像される。

ＩＲ用のイメージセンサ２３０で変換されたＩＲ成分の電気信号は、ＣＣＵ３０内のＩＲ信号処理部２３で映像信号に変換され、出力部２８に出力される。可視光用のイメージセンサ２３１，２３２，２３３でそれぞれ変換されたＢ成分、Ｒ成分、Ｇ成分の各電気信号は、ＣＣＵ３０内のＲＧＢ信号処理部２２で各映像信号に変換され、出力部２８に出力される。ＩＲ成分の映像信号及びＢ成分、Ｒ成分、Ｇ成分の各映像信号は、同期して、表示部４０に出力される。

表示部４０には、出力部２８で同時出力モードが設定されている場合、ＲＧＢ画像Ｇ１とＩＲ画像Ｇ２とが同時に２画面で表示される。図１１は表示部４０に表示された同時出力モード時の画像を示す模式図である。ＲＧＢ画像Ｇ１は、患部ｔｇを含む部位を可視光を照射して撮像したカラー画像である。ＩＲ画像Ｇ２は、患部ｔｇを含む部位をＩＲ光を照射して撮像した白黒画像（任意な色設定可能）である。

表示部４０には、出力部２８で重畳出力モードが設定されている場合、ＲＧＢ画像Ｇ１とＩＲ画像Ｇ２とが重畳（合成）された合成画像ＧＺ１が表示される。図１２は表示部４０に表示された重畳出力モード時の画像を示す模式図である。

［効果等］
このように、本実施形態の内視鏡１０は、患部からの光を、青色成分、赤色成分、緑色成分、及びＩＲ成分のうちいずれかである第１色成分、第２色成分、第３色成分、及び第４色成分にそれぞれ分解する第１色分解プリズム、第２色分解プリズム、第３色分解プリズム、及び第４色分解プリズムを備えた４色分解プリズム２０と、第１色分解プリズムに設置され、分解された第１色成分を電気信号に変換する第１色イメージセンサと、第２色分解プリズムに設置され、分解された第２色成分を電気信号に変換する第２色イメージセンサと、第３色分解プリズムに設置され、分解された第３色成分を電気信号に変換する第３色イメージセンサと、第４色分解プリズムに設置され、分解された第４色成分を電気信号に変換する第４色イメージセンサと、変換された各電気信号からカラー画像信号とＩＲ信号とを出力する信号出力部１４５と、を備える。患部からの光の入射に対して対物側から第１色分解プリズム、第２色分解プリズム、第３色分解プリズム、及び第４色分解プリズムの順に配置される。第１色イメージセンサと第２色イメージセンサ及び第３色イメージセンサとは、第１色分解プリズムの対物側入射面に垂直に入射する入射光線を挟んで反対に配置される。入射光線は、例えば入射光中心線ＩＬＣである。

これにより、内視鏡１０は、各色の色分解プリズム（特に第３色分解プリズム）を無駄なく効率的に配置でき、４色分解プリズム２０を容易に実現できる。例えば、入射光線の上側（入射光線に対して一方の領域）では、第１色分解プリズム及び第１色イメージセンサの配置位置との関係上、第３色分解プリズムの配置スペースが小さいが、入射光線の中心線の下側（入射光線に対して他方の領域）ではこの配置スペースを確保できる。よって、内視鏡１０は、４色分解プリズム２０を実装でき、各色の色分解プリズムにより分解された各色成分を独立の各イメージセンサにより受光できるので、各色成分の光強度を確保し易い。よって、蛍光発光に発光量は少ないが、内視鏡１０は、赤外光成分を加味した画質が向上する。また、内視鏡１０は、各色成分を独立に制御してカラーバランスを調整でき、各色成分の色再現性を高くできる。

また、第１色分解プリズムは、ＩＲ分解プリズムでもよい。第１色イメージセンサは、ＩＲイメージセンサでもよい。

これにより、内視鏡１０は、患部からの光のＩＲ成分がＩＲ以外の色分解プリズムにおける透過や反射によって減少することを抑制できる。そのため、内視鏡１０は、４色分解プリズム２０に入射する可視光と比較すると光量が小さい蛍光発光に係るＩＲ成分の光の多くを、ＩＲイメージセンサに受光させることができる。よって、内視鏡１０は、ＩＲ画像の画質を向上できる。

また、第２色分解プリズムは、青色分解プリズムでもよい。第２色イメージセンサは、青色イメージセンサでもよい。

これにより、内視鏡１０は、第２色分解プリズムでの光の反射時に起こり得る偏光の影響を低減できる。従って、内視鏡１０は、ＩＲ成分の受光量を確保しながら、偏光の影響を低減できる。

また、第４色分解プリズムは、緑色分解プリズムでもよい。第４色イメージセンサは、緑色イメージセンサでもよい。

これにより、Ｇ成分を反射するための緑色反射膜を設ける必要がなく、緑色分解プリズム２２３の形状を単純化できるので、Ｇ成分に係る構成部の設計を容易化できる。

また、第１色分解プリズムの対物側入射面と第１色分解プリズムの反射面との成す第１の角度は、第１色分解プリズムの対物側入射面と第２色分解プリズムの反射面との成す第２の角度よりも大きくてもよい。第１の角度は、例えば角度θ１であり、第２の角度は、例えば角度θ２である。

これにより、内視鏡１０は、第１色分解プリズムから第１色イメージセンサに至るまでの必要な光路を確保するために、第１色イメージセンサが第４色分解プリズムに近づける必要がなく、第１色分解プリズムの形状の複雑化を回避できる。よって、第１色分解プリズムの出射面が折れ曲がることを回避でき、第１色分解プリズムにおいて光を透過するための研磨を容易にできる。また、第１色イメージセンサの形状の複雑化に伴う４色分解プリズムの大型化を回避できる。つまり、内視鏡１０は、４色分解プリズム２０を小型化できる。

また、４色分解プリズム２０、ＩＲ用のイメージセンサ２３０、青色用のイメージセンサ２３１、赤色用のイメージセンサ２３２、及び緑色用のイメージセンサ２３３は、使用時にユーザに把持されるカメラヘッド１４に収容されてもよい。

これにより、内視鏡１０の先端（つまりスコープ１１の先端）にイメージセンサが配置される場合と比較してイメージセンサの収容スペースを広く確保できる。従って、内視鏡１０の先端に配置するよりもイメージセンサのサイズを大きくでき、画素数を増大できるので、内視鏡１０による撮像画像を高画質化できる。また、使用者（例えば医者又は助手）が使用時（例えば手術時）に、手持ち側に設けられたカメラヘッド１４を把持することで、手術時の使用者の操作性が向上する。また、スコープ１１の洗浄時に生じる下記支障を抑制できる。

一方、内視鏡１０の先端にイメージセンサが配置される場合、収容スペースが小さいので、プリズムを配置することが困難であり、カラーフィルタを用いて４色の色成分に分解する。また、イメージセンサの設置スペースもカメラヘッド１４より更に小さいので、イメージセンサが小さくなり、画素数が少なくなり、高画質化が困難である。また、スコープ１１は医療機器であるために定期的に洗浄を行う必要があるが、スコープ１１内にイメージセンサが存在すると、洗浄作業に支障がある。例えば、洗浄時にはスコープを高温の液体や蒸気に漬け込む。この際、スコープ１１の先端をシールする必要があるが、スコープ１１内にイメージセンサが存在すると、このシールが困難となる。

また、赤外光の波長帯域における色分解プリズム及びイメージセンサによる分光感度のピーク値（最大値）は、可視光帯域における分光感度の最大値の４０％以上でもよい。

これにより、イメージセンサにより検出された、３原色光の波長帯域（可視光帯域）での信号強度に対して赤外光の波長帯域における信号強度を大きくでき、赤外光の波長帯域の光を視認し易くできる。これにより、例えば、ＩＣＧを使って患部を撮像する場合、患部を含む全体の部位を表すＲＧＢ画像に対し、蛍光発光した患部がＩＲ画像で視認し易くなる。また、例えば、３原色光と赤外光との信号強度を同等にするための過大な信号増幅が不要となる。よって、内視鏡１０は、赤外光成分を加味した画質を向上できる。また、内視鏡１０は、色分解プリズムを用いることで、内視鏡１０のイメージセンサを小型化でき、例えば１／２．８６インチにできる。その結果、内視鏡１０を小型化できる。

また、色分解プリズムにより可視光と近赤外光を分光し、赤外光領域の画像を可視光と同時に取り込むことで、複雑なシステムを組むことなく、十分な光量を確保できるカメラヘッドとなる。赤外線領域の分光感度を４０％以上とすることで、蛍光発光した明瞭な画像を取得できる。

また、イメージセンサは、８３０ｎｍの波長帯域におけるセンサ感度が、５１０ｎｍの波長帯域におけるセンサ感度の５０％以上でもよい。

これにより、内視鏡１０は、イメージセンサとして高感度センサを備えるので、従来と比較すると、赤外光の波長帯域における光量が同じでも、検出される信号強度が大きくなる。よって、ユーザは、赤外光の波長帯域の光を視認し易くなる。よって、例えば、ＩＣＧを使って患部を撮像する場合、蛍光発光した患部がＩＲ画像で視認し易くなる。

また、色分解プリズムは、対象物からの光を３原色光の各々及び赤外光の４つの色成分に分解する４色分解プリズム２０を含んでもよい。イメージセンサは、分解された４つの色成分の光学像をそれぞれ電気信号に変換する４個のイメージセンサ２３０〜２３３含んでもよい。

これにより、内視鏡１０は、３原色光及び赤外光の各々の色成分をそれぞれ独立に取得し、制御してカラーバランスを調整できる。よって、内視鏡１０は、各色成分の再現性を高くできる。

また、リレーレンズ１３のフランジ面１３ｖからイメージセンサ２３０〜２３３の撮像面までの光学的な距離は、１７．５２６ｍｍでもよい。

これにより、内視鏡１０は、Ｃマウントの規格に適合させることができ、汎用性が向上する。

また、内視鏡１０は、ＩＲ光の受光量を増大できるので、ＩＲ成分の信号を過大に増幅させる必要が無くなり、ノイズの増幅が抑制され、ＩＲ成分を加味した内視鏡１０による撮像画像の画質の低下を抑制できる。

また、４色分解プリズム２０を用いることで、単板式カメラのイメージセンサと比べ、イメージセンサのサイズを小さくでき、内視鏡１０を小型化できる。例えば、単板式カメラのイメージセンサのサイズは、１インチ又は３８ｍｍであり、本実施形態のイメージセンサ２３０〜２３３のサイズは、１／３インチ以上あり、例えば１／２．８６インチである。

また、４色分解プリズム２０がＩＲカットフィルタを用いていないので、内視鏡システム５は、ＲＧＢ画像とＩＲ画像とを同時に出力可能である。そのため、ユーザは、例えば、患者の患部を含む全体の部位をＲＧＢ画像で確認できるとともに、蛍光発光した患部をＩＲ画像で確認でき、患部周辺における患部の位置を視認し易くなる。ここでのＲＧＢ画像は、ＲＧＢ成分の画像であり、ＩＲ画像は、ＩＲ成分の画像である。

また、ＩＲ成分の光を電気信号に変換するＩＲ用のイメージセンサ２３０は、Ｈ／Ｖ画素加算処理を行い、加算された画素値の電気信号を出力してもよい。これにより、内視鏡１０は、ＩＲ成分の信号強度を更に増大でき、表示部４０により表示されるＩＲ成分の画像をより強調でき、患部を視認し易くなる。

また、内視鏡システム５は、ＲＧＢ各成分の信号強度とＩＲ成分の信号強度とが略同等になるように、ゲイン調整してもよい。この場合、ＲＧＢ各成分の画素値とＩＲ成分の画素値とを均一化でき、画像を見え易くできる。

また、内視鏡システム５は、ＲＧＢ各成分の信号強度とＩＲ成分による信号強度との間で差を持たせるように、ゲイン調整してもよい。この場合、内視鏡システム５は、ユーザ所望の画質でＲＧＢ画像及びＩＲ画像を表示できる。

また、ＲＧＢ画像とＩＲ画像とが同時に２画面で表示されることで、ユーザは両画像を見比べて確認でき、ユーザの利便性が向上する。

また、ＲＧＢ画像とＩＲ画像とが重畳して１画面で表示されること、ユーザは１つの画像でＲＧＢ成分及びＩＲ成分の画像を確認でき、ユーザの利便性が向上する。

以上、図面を参照しながら各種の実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

上記実施形態では、各色用の色分解プリズムでは、光の進路に直接関与しない色分解プリズムの一部が切削されてもよい。これにより、色分解プリズムのサイズを小さくできる。

上記実施形態では、イメージセンサ２３０〜２３３として、図７に特性を示した高感度センサ又は通常感度センサが用いられることを例示したが、他の特性を有するイメージセンサが用いられてもよい。

上記各実施形態では、内視鏡１０として硬性内視鏡を例示したが、他の構成を有する硬性内視鏡でもよく、軟性内視鏡でもよい。また、内視鏡１０の構成や動作が光学顕微鏡に適用されてもよい。リレーレンズ１３とカメラヘッド１４とがＣマウントの規格に適合することで汎用性が増すので、上記実施形態を光学顕微鏡に容易に適用できる。

上記実施形態では、生体内に光造影剤としてＩＣＧを投与することを例示したが、ＩＣＧ以外の光造影剤が投与されてもよい。この場合、光造影剤を励起するための励起光の波長に応じて、非可視光の波長領域における分光特性や分光感度を定めてもよい。

また、上記実施形態では、赤外光の波長領域において蛍光発光する薬品を用いたが、紫外光の波長領域において蛍光発光する薬品を用いてもよい。この場合でも、近赤外域で蛍光発光する光造影剤を用いた場合と同様に、内視鏡は、蛍光発光された患部の画像を撮像できる。

また、上記実施形態では、４色分解プリズム２０において、光の入射側から、ＩＲ分解プリズム２２０、青色分解プリズム２２１、赤色分解プリズム２２２、及び緑色分解プリズム２２３の順に配置されることを例示したが、この配置順序は一例であり、他の配置順序でもよい。

また、上記実施形態では、リレーレンズ１３及びカメラヘッド１４が、Ｃマウントの規格に適合することを例示したが、Ｃマウントの規格に適合していないものであってもよい。

また、上記実施形態では、プロセッサの一例としてＣＣＵ３０を説明した。プロセッサは、内視鏡システム５を制御すれば、物理的にどのように構成してもよい。従って、プロセッサは、ＣＣＵ３０に限定されない。ただし、プログラム可能なＣＣＵ３０を用いれば、プログラムの変更により処理内容を変更できるので、プロセッサの設計の自由度を高めることができる。また、プロセッサは、１つの半導体チップで構成してもよいし、物理的に複数の半導体チップで構成してもよい。複数の半導体チップで構成する場合、第１の実施形態の各制御をそれぞれ別の半導体チップで実現してもよい。この場合、それらの複数の半導体チップで１つのプロセッサを構成すると考えることができる。また、プロセッサは、半導体チップと別の機能を有する部材（コンデンサ等）で構成してもよい。また、プロセッサが有する機能とそれ以外の機能とを実現するように、１つの半導体チップを構成してもよい。また、電子基板２５０に搭載される回路についても、プログラム可能な回路を用いれば、プログラムの変更により処理内容を変更できる。また、回路の数は１つでも複数でもよい。

本開示は、赤外光成分を加味した画質を向上できる医療用光学顕微鏡に有用である。

５ 内視鏡システム
１０ 内視鏡
１１ スコープ
１１ｚ 撮像窓
１２ マウントアダプタ
１３ リレーレンズ
１３ｖ フランジ面
１３ｗ ねじ切り
１３ｙ フォーカスリング
１３ｚ 鏡筒
１４ カメラヘッド
１４ｚ 信号ケーブル
１８ 光源コネクタ
１９ 操作スイッチ
２０，２０Ａ，２０Ｂ ４色分解プリズム
２２ ＲＧＢ信号処理部
２３ ＩＲ信号処理部
２３ｚ ゲイン調整部
２８ 出力部
３０ ＣＣＵ
４０ 表示部
１４１ｉ，１４１ｂ，１４１ｒ，１４１ｇ 素子駆動部
１４２ 駆動信号発生部
１４３ 同期信号発生部
１４５ 信号出力部
２２０ ＩＲ分解プリズム
２２１ 青色分解プリズム
２２２ 赤色分解プリズム
２２３ 緑色分解プリズム
２２０ａ，２２１ａ，２２２ａ，２２３ａ 対物側入射面
２２０ｂ，２２１ｂ，２２２ｂ 反射面
２２０ｃ，２２１ｃ，２２２ｃ，２２３ｃ 出射面
２３０，２３１，２３２，２３３ イメージセンサ
２３０ｖ 接着剤
２３０ｗ センサパッケージ
２３０ｘ センサパッケージガラス
２３０ｙ センサ素子
２３０ｚ センサ基板
２４０ ＩＲ反射膜
２４１ 青色反射膜
２４２ 赤色反射膜
２５０ 電子基板
ｂｒ１，ｂｒ２、ｇｈ１，ｇｈ２，ｈ１，ｈ２，ｈ３，ｈ４ 波形
Ｇ１ ＲＧＢ画像
Ｇ２ ＩＲ画像
ＧＺ１ 合成画像
ＩＬＣ 入射光中心線
ｔｇ 患部

Claims (2)

1. 手術時に使われ、ユーザが手で把持可能なカメラヘッドに用いられ、患部からの光を、青色成分、赤色成分、緑色成分、およびＩＲ成分にそれぞれ分解する青色プリズム、赤色プリズム、緑色プリズム、およびＩＲプリズムからなる４つのプリズムを有する光学装置を備えた医療用光学顕微鏡であって、
   前記ＩＲプリズムの出射面と前記患部に２番目に近い側に配置された前記青色プリズム、前記赤色プリズムおよび前記緑色プリズムのうちいずれかのプリズムの出射面とは、前記ＩＲプリズムの患部側入射面に垂直に入射する入射光線を挟んで反対に配置され、
   前記ＩＲプリズムの前記患部側入射面と前記ＩＲプリズムの反射面との成す第１の角度は、前記ＩＲプリズムの前記患部側入射面の延長線と前記青色プリズムの反射面との成す第２の角度よりも大きく、
   前記患部からの光を、ＩＲイメージセンサ、青色イメージセンサ、赤色イメージセンサおよび緑色イメージセンサのそれぞれの撮像面に集光させるレンズユニットを備え、
   前記レンズユニットのフランジ面から前記ＩＲイメージセンサ、前記青色イメージセンサ、前記赤色イメージセンサおよび前記緑色イメージセンサのそれぞれの撮像面までの光学的な距離がＣマウント規格により定められ、
   前記光学装置は、使用時に前記ユーザに把持される前記カメラヘッドに収容され、
   前記ＩＲイメージセンサ、前記青色イメージセンサ、前記赤色イメージセンサ、前記緑色イメージセンサのそれぞれは、前記ＩＲプリズム、前記青色プリズム、前記赤色プリズム、前記緑色プリズムのそれぞれの出射面に対向させて接続して前記カメラヘッド内に設けられ、前記ＩＲプリズム、前記青色プリズム、前記赤色プリズム、前記緑色プリズムのそれぞれで反射した出射光を入射して撮像する、
   医療用光学顕微鏡。
2. 請求項１に記載の医療用光学顕微鏡であって、
   前記ＩＲプリズムを介して出力されるＩＲ画像と、前記青色プリズム、前記赤色プリズムおよび前記緑色プリズムから出力されるＲＧＢ画像とを同時出力、もしくは前記ＩＲ画像と前記ＲＧＢ画像とが重畳された合成画像を出力する信号出力部を有する、
   医療用光学顕微鏡。

Images