專利名稱：攝像裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能夠?qū)梢姽庀窈突诩t外熒光物質(zhì)形成的紅外光 像的合成圖像進(jìn)行攝影的攝像裝置。
背景技術(shù)：
熒光體被利用在對"可見光像中不明確的對象物的構(gòu)造"或"對象物內(nèi)存在特定的物質(zhì)"進(jìn)行檢測的技術(shù)中。例如，特開平10—325798號公 報(bào)所公開的顯微鏡裝置被應(yīng)用在將結(jié)合了 "被稱作靛青綠(Y乂K、乂7二 y夕、']j一y、 indocyaninegreen)(下面稱作ICG)的熒光體"的抗體作為 探針(probe)而使用的"生物組織切片的觀察"中。通過利用該顯微鏡裝 置觀察從"具有容易積聚于癌組織的性質(zhì)的該探針"發(fā)出的熒光，來檢測 生物組織切片中的微小癌的存在。ICG是吸收約800nrn的近紅外光而被激勵(lì)，從而發(fā)出約850nrn的近 紅外光的熒光的色素。ICG還可以作為造影劑投入到人體，基于ICG而得 到的紅外光像被利用于疾病的診斷和治療。例如，通過血管注射ICG，可 以觀察血管的像。另外，ICG與血中的蛋白質(zhì)結(jié)合而被肝臟選擇性地吸入 的性質(zhì)被利用在肝功能的檢查中。在手術(shù)等中，醫(yī)師需要在視覺上能夠掌握手術(shù)的對象部位。此時(shí)，在 作為可見光像而得到的通常圖像的基礎(chǔ)上，能夠得到可掌握"對象部位的 表面或其下部"存在的血管位置的圖像，有時(shí)會起到良好的效果。從該觀 點(diǎn)出發(fā)，期望獲得在可見光像中合成顯示了由熒光造影劑得到的紅外光像 的圖像(紅外合成圖像)。紅外合成圖像的生成需要能夠?qū)梢姽庀窈图t外光像進(jìn)行攝影的攝 像裝置。其中，CCD圖像傳感器等固體攝像元件不僅對于可見光具有靈敏 度，而且對于近紅外光也具有靈敏度。因此，考慮利用固體攝像元件對紅 外合成圖像進(jìn)行攝影的方案。上述的顯微鏡裝置利用"反射對ICG的激勵(lì)光、透射ICG的熒光" 的二向色鏡，將"由光源發(fā)出的激勵(lì)光"朝向試樣反射并照射，另一方 面，使來自試樣的光中所含有的"熒光成分及激勵(lì)光成分"中的熒光成分 選擇性透過，入射到固體攝像元件中。在該顯微鏡裝置中，為了與由熒光 形成的紅外光像同時(shí)進(jìn)行可見光像的觀察，二向色鏡被設(shè)定成反射可見光 的一部分、透過剩余的可見光的特性。這里，通過將可見光的反射率、透過率分別設(shè)定為50%，可以在理論上使由光源發(fā)出的可見光中到達(dá)固體攝像元件的比率最大。其中，在該最大的狀態(tài)下，從試樣到達(dá)固體攝像元件 的可見光的強(qiáng)度成為"不經(jīng)由二向色鏡地將來自光源的可見光直接照射到試樣上，并使其反射光直接入射到固體攝像元件中時(shí)"的強(qiáng)度的25%。作為能夠同時(shí)觀察可見光像和紅外光像雙方的裝置，如上所述，有特 開平10 — 32579S號公報(bào)所公開的裝置，該裝置是顯微鏡裝置，將該構(gòu)成 應(yīng)用到手術(shù)中對象部位的觀察或其他的攝像用途中經(jīng)常是不可能的。例如 在手術(shù)中，有時(shí)在手術(shù)對象部位的周圍需要確保比較大的手術(shù)空間、或確 保手術(shù)者在手術(shù)時(shí)能夠直接目視對象部位的空間。在這樣的情況下，具有 接近攝像對象的構(gòu)成要素的攝像裝置難以確保必要的空間。而且，用于觀 察手術(shù)部位的攝像裝置為了能夠從不妨礙作業(yè)的任意位置進(jìn)行攝影，希望 形成照明機(jī)構(gòu)或攝像機(jī)構(gòu)相對觀察對象的配置自由度高的構(gòu)成。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明涉及一種能夠?qū)Ρ粩z體的可見光像和紅外光像的合成圖像進(jìn) 行攝影的攝像裝置，提供一種能夠獲得簡單、便利性高的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的攝像裝置具有光源，其對含有發(fā)出紅外熒光的紅外熒光物 質(zhì)的被攝體，照射可見光波段的第一成分光及所述紅外熒光物質(zhì)的激勵(lì)波 長的第二成分光；光學(xué)濾光器，其透過來自所述被攝體的光中與所述第一成分光對應(yīng)的波段的成分及所述紅外熒光，阻止"與所述第二成分光對應(yīng)的波段的成分"透過；固體攝像元件，其能夠基于所述光學(xué)濾光器的透過 光，攝影可見光像及紅外光像；和信號處理電路，其對從所述固體攝像元 件的各受光像素讀出的信號進(jìn)行處理，生成表示基于所述可見光像和所述 紅外光像的合成圖像的圖像信號。


圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的攝像裝置的概略構(gòu)成的框圖。圖2是表示光學(xué)濾光器的分光透過特性的示意圖。 圖3是表示CCD圖像傳感器的概略構(gòu)成的示意俯視圖。 圖4是表示RGB各濾光器的分光透過特性、及光電二極管的分光靈 敏度特性的曲線圖。
具體實(shí)施方式
下面參照附圖，對本發(fā)明的實(shí)施方式(以下稱作實(shí)施方式)進(jìn)行說明。本實(shí)施方式涉及一種對將ICG作為熒光造影劑來進(jìn)行血管投入的人 體等被攝體，拍攝可見光像和紅外光像的合成圖像的攝像裝置，例如該裝 置在手術(shù)中使用。圖1是表示本實(shí)施方式的攝像裝置的概略構(gòu)成的框圖。 該攝像裝置例如被劃分成攝像部2和顯示部4，攝像部2包括光源6、光 學(xué)系統(tǒng)8、光學(xué)濾光器10、 CCD圖像傳感器12、驅(qū)動電路14、信號處理 電路16及控制電路18。光源6由可見光源20和激勵(lì)光源22構(gòu)成，該可見光源20射出跨過R (紅)、G (綠)、B (藍(lán))各色的波段比較寬的可見光；激勵(lì)光源22射 出包括ICG的激勵(lì)波長的波段比較窄的光。作為可見光源20，例如可以 采用氙燈或白色LED (Light Emitting Diode)等。激勵(lì)光源22對應(yīng)ICG 的激勵(lì)波長，例如可以采用"在780nm處具有峰值波長的LED"等半導(dǎo) 體發(fā)光器件。尤其是作為780nm頻帶的發(fā)光器件，GaAs系等的激光二極 管(LD)可應(yīng)用于CD (Compact Disc)的讀取，且在本裝置中也能夠采 用。另外，為了鮮明地對ICG發(fā)出的熒光進(jìn)行攝像，優(yōu)選熒光波長附近的 光源6的發(fā)光成分少。由于白色LED能夠抑制紅外區(qū)域的發(fā)光強(qiáng)度，因 此，單獨(dú)使用白色LED能夠?qū)崿F(xiàn)這一點(diǎn)。另一方面，在將"如氙燈那樣 的在紅外區(qū)域也具有比較大的發(fā)光強(qiáng)度的光源"作為可見光源20時(shí)，利 用紅外削減濾光器來除去含有熒光波長的紅外波段成分。來自被攝體的光經(jīng)由光學(xué)系統(tǒng)8被取入到該攝像裝置中。光學(xué)系統(tǒng)8 由透鏡等構(gòu)成，在CCD圖像傳感器12的受光面形成光學(xué)像。光學(xué)濾光器10被配置在朝向CCD圖像傳感器12的入射光路上。圖2 是表示光學(xué)濾光器10的分光透過特性的示意圖。光學(xué)濾光器IO具有適當(dāng) 阻止激勵(lì)波長為780nm的附近波段的光透過，且適當(dāng)使熒光波長為850nrn 的附近波段的光透過的特性30。由此，能夠防止"通過CCD圖像傳感器 12拍攝因被攝體反射的激勵(lì)光而形成的不要的圖像"，可恰當(dāng)?shù)貙晒馑?形成的紅外光像進(jìn)行攝影。而且，光學(xué)濾光器10還具有透過可見光的特性32。這里，在可見光波段下的透過率與紅外波段下的透過率之間設(shè)置差異。該透過率之差的設(shè) 置目的在于在入射到CCD圖像傳感器12之前對來自被攝體的"可見光 與紅外熒光"之間存在的強(qiáng)度差進(jìn)行調(diào)整，來實(shí)現(xiàn)合成圖像中可見光像與 紅外光像的期望合成平衡。具體而言，由于ICG發(fā)出的熒光一般比較微弱、 如后述的圖4所示CCD圖像傳感器12在紅外波段中的分光靈敏度特性比 可見光波段低，所以，通過將光學(xué)濾光器10在可見光波段下的透過特性 32設(shè)定為比紅外波段下的透過特性30低的透過率，可以相對提高紅外光 像的強(qiáng)度，使其在合成圖像上鮮明地顯示。這里論述的光學(xué)濾光器10的特性，例如可以基于真空蒸鍍反復(fù)層疊 二氧化硅層或二氧化鈦層等，通過形成層疊了 10 60層左右的薄膜而實(shí) 現(xiàn)。CCD圖像傳感器12根據(jù)來自驅(qū)動電路14的各種時(shí)鐘而動作，生成與 被攝體對應(yīng)的圖像信號。圖3是表示CCD圖像傳感器12的概略構(gòu)成的示 意俯視圖。圖3所示的CCD圖像傳感器12是幀傳輸型的傳感器，包括在 半導(dǎo)體基板上形成的攝像部12i、蓄積部12s、水平傳送部12h及輸出部 12d。構(gòu)成攝像部12i的垂直移位寄存器的各位(bit)，分別作為構(gòu)成像素 的受光像素而發(fā)揮功能。各受光像素配置有彩色濾光器，對應(yīng)該彩色濾光 器的透過特性可確定受光像素具有靈敏度的光成分。攝像部12i配置有層 排列的彩色濾光器陣列。彩色濾光器例如由著色的有機(jī)材料形成，分別使對應(yīng)顏色的可見光透 過，在其材質(zhì)上還透過紅外光。例如，圖4是表示RGB各濾光器的分光 透過特性的示意曲線圖。圖4還一并表示了光電二極管的分光靈敏度特性。各色的彩色濾光器的透過率在可見光區(qū)域中對應(yīng)各自的著色表示固有的 分光特性，但在紅外光區(qū)域中表示大致相同的分光特性。另一方面，除了波長為780nm左右的整個(gè)可見光區(qū)域之外，光電二極 管還在波長比780nm左右長的近紅外區(qū)域具有靈敏度。因此，如果紅外光 成分入射到受光像素中，則該紅外光成分會透過彩色濾光器，基于光電二 極管而產(chǎn)生信號電荷。即，在各受光像素中合成蓄積有入射光中與"該像 素中配置的彩色濾光器的顏色"對應(yīng)的可見光成分所對應(yīng)的信號電荷、和 與紅外光成分對應(yīng)的信號電荷。由攝像部12i的各受光像素產(chǎn)生的信號電荷經(jīng)由蓄積部12s、水平傳 送部12h而輸送到輸出部12d。輸出部12d由在電氣上孤立的電容及取出 其電位變化的放大器構(gòu)成，將由水平傳送部12h輸出的信號電荷以一位 (bit)單位接收到電容中，轉(zhuǎn)換為電壓值，并作為時(shí)間系列的圖像信號而 輸出。驅(qū)動電路14接收來自控制電路18的定時(shí)控制信號等，生成對CCD 圖像傳感器12進(jìn)行驅(qū)動的各種時(shí)鐘信號，并提供給CCD圖像傳感器12。 而且，驅(qū)動電路14從控制電路18接收指示，例如與CCD圖像傳感器12 中的攝像動作聯(lián)動，使光源6接通/斷開。信號處理電路16根據(jù)"CCD圖像傳感器12所輸出的圖像信號"，生 成表示"可見光像與紅外光像合成后的合成圖像"的圖像信號。信號處理 電路16包括模擬信號處理電路、A/D變換電路及數(shù)字信號處理電路。模擬信號處理電路針對輸出部12d所輸出的模擬信號的圖像信號，實(shí) 施放大或采樣保持等處理。A/D變換電路通過將由模擬信號處理電路輸出 的圖像信號變換成規(guī)定量化位數(shù)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，來生成圖像數(shù)據(jù)，并將其輸 出。數(shù)字信號處理電路從A/D變換電路取入圖像數(shù)據(jù)，進(jìn)行各種處理。例 如，數(shù)字信號處理電路針對由RGB各受光像素采樣的RGB各數(shù)據(jù)進(jìn)行濾 波處理。作為該濾波處理，針對在相互不同的采樣點(diǎn)處得到的RGB各數(shù) 據(jù)進(jìn)行插補(bǔ)處理，通過該插補(bǔ)處理，分別在構(gòu)成圖像的各采樣點(diǎn)處定義 RGB各數(shù)據(jù)。而且，在濾波處理中，還進(jìn)行除去像素缺陷與隨機(jī)噪聲的處 理。該濾波處理后的RGB各數(shù)據(jù)分別表示為〈R〉、 <G〉、 <B>。數(shù)字信號處理電路利用<尺>、<G>、 <B>，進(jìn)行表示合成圖像的圖像 信號的生成處理，生成各采樣點(diǎn)的亮度數(shù)據(jù)(亮度信號)Y及色差數(shù)據(jù)(色差信號)Cr、 Cb。例如，可以根據(jù)下述公式算出Y、 Cr、 Cb。 Ysa 〈R〉 +0 (G〉 +y 〈B) (1) Cr=" 〈R) —Y) (2) Cbs" 〈B〉 一Y) (3)其中，ou p、 Y、 ？u p是系數(shù)，尤其在，(x、 |3、 Y之間存在著 a+|3+Y=l(4)的關(guān)系。<R〉、 <G>、 <8>含有來自被攝體的"可見光成分和紅外熒光成分"， 若將向CCD圖像傳感器12的入射光中含有的與本來的R、 G、 B成分對 應(yīng)的信號成分設(shè)為R。、 G。、 B。，另外將與之重疊的紅外光所對應(yīng)的信號成 分設(shè)為Ir、 Ig、 Ib,則下述公式成立。 (R〉 =R0+ Ir 〈G〉 =G0+Ig (5) 〈B〉 -B0+Ib如上所述，RGB各受光像素中配置的彩色濾光器在紅外光區(qū)域中具有基本相同的分光特性，Ir、 Ig、 Ib成為相同程度。若為了簡化說明，設(shè) !r-T產(chǎn)Ib- (IR〉 (6〉則(5)式成為<formula>formula see original document page 8</formula>當(dāng)利用公式(4) 、 (7)時(shí)，(1) (3)式的Y、 Cr、 Cb表示如下。<formula>formula see original document page 8</formula>(8)式表示了由信號處理電路16得到的亮度信號Y成為在不入射紅 外光成分時(shí)的亮度值中加上紅外熒光的成分(IR)的值。即，對于由信號 處理電路16生成的合成圖像的圖像信號而言，越是紅外熒光強(qiáng)的部分， 明亮度越增加。由信號處理電路16生成的合成圖像的圖像信號被輸入到顯示部4，在
液晶顯示器等顯示器件上進(jìn)行圖像顯示。例如，在向血管中注入ICG來進(jìn) 行手術(shù)的情況下，可得到在由"與RQ、 Go、 Bo對應(yīng)的彩色圖像"表示的 手術(shù)部位的可見光像中合成了 "ICG的濃度高的血管等浮現(xiàn)白色的紅外光 像"的合成圖像。
另外，合成圖像中的可見光像與紅外光像的平衡可如上所述，基于光 學(xué)濾光器10的透過特性預(yù)先設(shè)定為規(guī)定狀態(tài)。這里，光學(xué)濾光器10在可 見光波段的透過率及在紅外波段的透過率可以為了實(shí)現(xiàn)食成圖像中的期 望合成平衡而自由調(diào)整。例如，該調(diào)整能夠通過更換光學(xué)濾光器10來實(shí) 現(xiàn)。并且，在本裝置中，能夠分別獨(dú)立地控制可見光源20和激勵(lì)光源22 的發(fā)光強(qiáng)度，基于該發(fā)光強(qiáng)度平衡的調(diào)節(jié)，能夠?qū)铣蓤D像中的可見光像 與紅外光像的平衡進(jìn)行可變控制。具體而言，驅(qū)動電路14在控制電路18 的控制之下，對分別提供給可見光源20、激勵(lì)光源22的電源的電壓值、 電流量進(jìn)行增減，來調(diào)節(jié)各光源20、 22的發(fā)光強(qiáng)度。
另一方面，可以構(gòu)成由公共的光源提供可見光和激勵(lì)光的結(jié)構(gòu)。該情 況下，無法獨(dú)立控制各自的發(fā)光強(qiáng)度，例如，可使得可見光相對激勵(lì)光的 發(fā)光強(qiáng)度固定。但是，即便在該情況下，通過如上所述對光學(xué)濾光器10 的特性進(jìn)行調(diào)整，也能夠調(diào)整合成圖像的平衡。尤其在本發(fā)明的構(gòu)成中， 可以在由被攝體反射的可見光強(qiáng)度的0 100%的范圍中，自由調(diào)整透過光 學(xué)濾光器10而到達(dá)CCD圖像傳感器12的可見光的強(qiáng)度。
而且，攝像部2例如可以一體構(gòu)成在一個(gè)框體內(nèi)，該攝像部2可配置 到能夠面對被攝體的任意位置。攝像部2可配置成比較難以遠(yuǎn)離被攝體， 例如，能夠確保手術(shù)中的手術(shù)空間等。另外，可以形成將攝像部2中的光 源6與攝像部2的其他構(gòu)成分離配置的結(jié)構(gòu)、或單獨(dú)設(shè)置與光源6同樣的 照明機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)。并且，顯示部4可以與攝像部2構(gòu)成一體，也可以作為 獨(dú)立的個(gè)體通過線纜等與攝像部2連接。
如以上說明那樣，本裝置不需要多個(gè)固體攝像元件，能夠通過一個(gè) CCD圖像傳感器12對可見光像與紅外光像以期望的平衡合成后的紅外合 成圖像進(jìn)行攝影。由此，可避免可見光像與紅外光像的圖像重合錯(cuò)位。通 過單體的固體攝像元件進(jìn)行攝影的該構(gòu)成，不需要用于將來自被攝體的輸入光在空間上分離成可見光成分和紅外光成分的二向色鏡等光學(xué)機(jī)構(gòu)。因 此，可防止在該光學(xué)機(jī)構(gòu)中熒光的衰減，能夠?qū)崿F(xiàn)對紅外熒光的高靈敏度。 并且，對于由單體的固體攝像元件構(gòu)成的結(jié)構(gòu)而言，由于不需要上述的在 空間上分離可見光成分和紅外光成分的光學(xué)機(jī)構(gòu)，相應(yīng)地可實(shí)現(xiàn)攝像裝置 的小型化。進(jìn)而，通過實(shí)現(xiàn)裝置的小型化，在手術(shù)等作業(yè)中使用該裝置時(shí) 不會引起麻煩，提高了便利性。
根據(jù)本發(fā)明，由光源發(fā)出的光可以直接照射到被攝體上。而且，來自 被攝體的光可不分離為可見光成分及紅外熒光的成分地入射到固體攝像 元件中。并且，固體攝像元件以單體檢測可見光成分及紅外光成分。艮口， 根據(jù)本發(fā)明，在從光源向被攝體、從被攝體向固體攝像元件的光路中不需 要分支或反射、折射用的構(gòu)成，由此，可提高光源、固體攝像元件的配置 自由度，進(jìn)而，容易在被攝體與光源及固體攝像元件之間確?？臻g，鑒于 此，可實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的簡化和提高便利性。
另外，作為實(shí)施例記載了將本發(fā)明應(yīng)用于CCD圖像傳感器的內(nèi)容，
但本發(fā)明也能夠應(yīng)用于CMOS傳感器。
權(quán)利要求
1、一種攝像裝置，具有光源，其對含有發(fā)出紅外熒光的紅外熒光物質(zhì)的被攝體，照射可見光波段的第一成分光及所述紅外熒光物質(zhì)的激勵(lì)波長的第二成分光；光學(xué)濾光器，其透過來自所述被攝體的光中與所述第一成分光對應(yīng)的波段的成分及所述紅外熒光，阻止與所述第二成分光對應(yīng)的波段的成分透過；固體攝像元件，其能夠基于所述光學(xué)濾光器的透過光，攝影可見光像及紅外光像；和信號處理電路，其對從所述固體攝像元件的各受光像素讀出的信號進(jìn)行處理，生成表示基于所述可見光像和所述紅外光像的合成圖像的圖像信號。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的攝像裝置，其特征在于， 所述固體攝像元件是將對特定顏色的可見光及紅外光具有靈敏度的多種顏色受光像素進(jìn)行二維排列的彩色攝像元件。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的攝像裝置，其特征在于， 所述光學(xué)濾光器具有根據(jù)所述合成圖像中的所述可見光像與所述紅外光像的期望的合成平衡，來調(diào)整來自所述被攝體的所述第一成分光的反 射光與所述紅外熒光之間的強(qiáng)度差的透過特性。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的攝像裝置，其特征在于， 所述光源具有發(fā)出所述第一成分光的第一發(fā)光部；和 發(fā)出所述第二成分光的第二發(fā)光部，上述光源能夠獨(dú)立控制所述第一發(fā)光部及所述第二發(fā)光部各自的發(fā) 光強(qiáng)度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種能夠?qū)Ρ粩z體的可見光像與紅外光像的合成圖像進(jìn)行攝影的攝像裝置，可實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的簡化并提高便利性。作為對含有紅外熒光物質(zhì)的被攝體的光源(6)，具備可見光源(20)和激勵(lì)熒光物質(zhì)的激勵(lì)光源(22)。來自被攝體的光通過光學(xué)濾光器(10)入射到CCD圖像傳感器(12)。光學(xué)濾光器(10)阻止激勵(lì)光并透過熒光。而且，為了在可見光像上清楚地顯示由微弱的熒光形成的紅外光像，將光學(xué)濾光器(10)相對可見光的透過率設(shè)定得比相對熒光的低。由于CCD圖像傳感器(12)不僅對可見光中具有靈敏度，而且對紅外光也具有靈敏度，所以，可通過來自光學(xué)濾光器(10)的入射光來輸出合成圖像的圖像信號。
文檔編號A61B5/00GK101238974SQ20081000530
公開日2008年8月13日 申請日期2008年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月5日
發(fā)明者佐藤隆幸, 谷本孝司 申請人:三洋電機(jī)株式會社;三洋半導(dǎo)體株式會社;國立大學(xué)法人高知大學(xué)