特開 2022-93867 光源装置および画像取得装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022093867

(43)【公開日】2022-06-24

(54)【発明の名称】光源装置および画像取得装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 23/26 20060101AFI20220617BHJP

   G02B 5/30 20060101ALI20220617BHJP

【ＦＩ】

G02B23/26 B

G02B5/30

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020206581

(22)【出願日】2020-12-14

(71)【出願人】

【識別番号】000226057

【氏名又は名称】日亜化学工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100101683

【弁理士】

【氏名又は名称】奥田 誠司

(74)【代理人】

【識別番号】100155000

【弁理士】

【氏名又は名称】喜多 修市

(74)【代理人】

【識別番号】100180529

【弁理士】

【氏名又は名称】梶谷 美道

(74)【代理人】

【識別番号】100125922

【弁理士】

【氏名又は名称】三宅 章子

(74)【代理人】

【識別番号】100184985

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 悠

(74)【代理人】

【識別番号】100202197

【弁理士】

【氏名又は名称】村瀬 成康

(74)【代理人】

【識別番号】100218981

【弁理士】

【氏名又は名称】武田 寛之

(72)【発明者】

【氏名】宮田 忠明

【テーマコード（参考）】

2H040

2H149

【Ｆターム（参考）】

2H040BA08

2H040CA04

2H040CA09

2H040GA02

2H040GA06

2H040GA11

2H149AA21

2H149AB01

2H149BA02

2H149DA02

2H149DA12

2H149FC10

(57)【要約】

【課題】偏光状態を変化させることのできる光源装置を提供する。
【解決手段】本開示の光源装置（１００）は、被写体（５００）の一部の領域（５２Ｂ）が吸収または反射する光の波長域に含まれるピーク波長を有し、直線偏光したレーザ光Ｌを出射するレーザ光源（１０）と、レーザ光源から出射されたレーザ光を透過させ、レーザ光の偏光状態を変化させる偏光制御素子（１２）と、光を伝搬させる長軸方向に直交する断面が、長軸方向に直交する進相軸と、長軸方向および進相軸の両方に直交する遅相軸とを含む複屈折光ファイバ（１３）とを備える。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

被写体の一部の領域が吸収または反射する光の波長域に含まれるピーク波長を有し、直線偏光したレーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源から出射された前記レーザ光を透過させ、前記レーザ光の偏光状態を変化させる偏光制御素子と、
光を伝搬させる長軸方向に直交する断面が、前記長軸方向に直交する進相軸と、前記長軸方向および前記進相軸の両方に直交する遅相軸とを含む、複屈折光ファイバと、
前記偏光制御素子を透過した前記レーザ光を前記複屈折光ファイバの入射端に集光する収束レンズと、
を備え、
前記偏光制御素子は、前記レーザ光の光軸周りに回転可能に支持された複屈折素子と、前記複屈折素子を前記レーザ光の光軸周りに回転させるアクチュエータとを有している、光源装置。

【請求項2】

前記偏光制御素子は、前記アクチュエータによって前記複屈折素子を回転させて前記複屈折光ファイバに入射する前記レーザ光の偏光軸を回転させ、
前記複屈折光ファイバは、前記複屈折素子の前記回転に応じて異なる方向に偏光した前記レーザ光を出射する、請求項１に記載の光源装置。

【請求項3】

Ｌｂをビート長、Ｎを０以上の整数とするとき、前記複屈折光ファイバの長さは、Ｌｂ×（Ｎ＋１／２）である、請求項１または２に記載の光源装置。

【請求項4】

前記レーザ光のピーク波長は４１０ｎｍ以上６６０ｎｍ以下の範囲にある、請求項１から３のいずれか１項に記載の光源装置。

【請求項5】

前記被写体は生体組織である、請求項１から４のいずれか１項に記載の光源装置。

【請求項6】

照明光を出射する照明光源をさらに有し、
前記照明光源は、
励起レーザ光を出射するレーザダイオードと、
前記励起レーザ光によって照射されて蛍光を発する蛍光体と、
を含む、請求項１から５のいずれか１項に記載の光源装置。

【請求項7】

前記照明光源から出射された前記照明光を伝搬させる光ファイバを備える、請求項６に記載の光源装置。

【請求項8】

請求項１から７のいずれか１項に記載の光源装置と、
撮像装置と、
前記光源装置および前記撮像装置の動作を制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、前記光源装置における前記アクチュエータを駆動して、前記複屈折光ファイバから出射される前記レーザ光の偏光状態を変化させる、画像取得装置。

【請求項9】

前記撮像装置は、前記被写体からの光を透過する偏光フィルタを有している、請求項８に記載の画像取得装置。

【請求項10】

前記撮像装置は、それぞれの偏光透過軸の向きが異なる複数のパターン化偏光子が設けられたイメージセンサを有している、請求項８に記載の画像取得装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、光源装置、および、当該光源装置を備える画像取得装置に関する。

【背景技術】

【0002】

レーザ光源から出射されたレーザ光はコヒーレント光であるため、高い干渉性を有している。レーザ光が粗面などの散乱媒体によって散乱されると、散乱光にはランダムな位相分布が付与され、不規則な干渉が生じる。その結果、「スペックル」と呼ばれるコントラストの高い斑点の模様が観察される。

【0003】

一方、散乱媒体である血球を有する生体組織をレーザ光で照射し、その生体組織から得られるスペックルに基づいて、血球の移動速度（血流速度）を測定するレーザスペックルコントラストイメージング（ＬＳＣＩ）技術が開発されている。ＬＳＣＩ技術におけるスペックルは、血流速度の検出に必要な「信号」として利用される。

【0004】

特許文献１は、生体の所定部位に異なる複数の偏光状態にあるレーザ光を照射し、病変部等からの表出組織を識別可能に表示することができる内視鏡を開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１２－４０２２４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１の内視鏡では、レーザ光が光ファイバを伝搬する過程でレーザ光の偏光状態が意図せず変化してしまう可能性がある。

【0007】

本開示の実施形態は、光ファイバを利用して照射されるレーザ光の偏光状態の変化を抑制することが可能な光源装置および画像取得装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本開示の光源装置は、例示的な実施形態において、被写体の一部の領域が吸収または反射する光の波長域に含まれるピーク波長を有し、直線偏光したレーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光源から出射された前記レーザ光を透過させ、前記レーザ光の偏光状態を変化させる偏光制御素子と、光を伝搬させる長軸方向に直交する断面が、前記長軸方向に直交する進相軸と、前記長軸方向および前記進相軸の両方に直交する遅相軸とを含む、複屈折光ファイバと、前記偏光制御素子を透過した前記レーザ光を前記複屈折光ファイバの入射端に集光する収束レンズとを備える。前記偏光制御素子は、前記レーザ光の光軸周りに回転可能に支持された複屈折素子と、前記複屈折素子を前記レーザ光の光軸周りに回転させるアクチュエータとを有している。

【0009】

本開示の画像取得装置は、例示的な実施形態において、上記の光源装置と、撮像装置と、前記光源装置および前記撮像装置の動作を制御する制御装置とを備える。前記制御装置は、前記光源装置における前記アクチュエータを駆動して、前記複屈折光ファイバから出射される前記レーザ光の偏光状態を変化させる。

【発明の効果】

【0010】

本開示の実施形態によれば、光ファイバを利用して照射されるレーザ光の偏光状態の変化を抑制することが可能な光源装置と、そのような光源装置を備える画像取得装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は、レーザ光源１０から出射されたレーザ光Ｌが被写体５０の表面５５によって反射される様子を模式的に示す図である。

【図2】図２は、表面５５上において近接する２つの点Ｏ１、Ｏ２の像が撮像面２２Ｓ上に形成される様子を模式的に示す図である。

【図3】図３は、撮像面２２Ｓ上に形成され得るスペックルパターンの一例を示す図である。

【図4】図４は、本開示の実施形態における光源装置１００を備える画像取得装置１０００の構成例を模式的に示す図である。

【図5】図５は、人の血液に含まれるヘモグロビンの吸光係数の波長依存性を示すグラフである。

【図6】図６は、白色光で照らされている被写体５００の画像と、レーザ光源１０および偏光制御素子１２によって形成されたスペックルパターンとが重畳した画像の例を模式的に示す図である。

【図7】図７は、図６の画像における異なる３種類の領域５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃの位置を示す図である。

【図8】図８は、偏光画像の例を模式的に示す図である。

【図9】図９は、レーザ光Ｌを構成する光線の反射を模式的に示す図である。

【図10】図１０は、屈折率Ｎ＝１．５の被写体５００の表面５５に空気（屈折率は１．０）中から光線が入射する場合における、入射角Ψと反射率との関係を示すグラフである。

【図11A】図１１Ａは、被写体５００を照射するレーザ光の偏光軸Ｄ１と、撮像装置２００が備える偏光フィルタの偏光透過軸Ｄ２との関係を示す図である。

【図11B】図１１Ｂは、偏光フィルタを透過した反射光成分から取得される画像を構成する、ある画素における信号出力（画素値）の角度Φの依存性を示すグラフである。

【図12】図１２は、偏光制御素子１２の構成例を示す図である。

【図13】図１３は、レーザ光Ｌの光軸周りに回転可能に支持された複屈折素子１２０を模式的に示す図である。

【図14】進相軸１２０Ａに平行または４５度傾斜した偏光軸を有する直線偏光が複屈折素子１２０を透過する様子を示す斜視図である。

【図15】図１５は、本実施形態における複屈折光ファイバ１３の内部における偏光状態の変化を模式的に示す斜視図である。

【図16】図１６は、複屈折光ファイバ１３の断面構成例を模式的に示す図である。

【図17】図１７は、撮像素子２２の撮像面２２Ｓにおける画素２２０の配列の一部と、画素２２０を覆う位置に置かれたパターン化偏光子２２４ａ、２２４ｂ、２２４ｃ、２２４ｄとの関係を模式的に示す平面図である。

【図18A】図１８Ａは、撮像素子２２の撮像面２２Ｓにおける画素２２０の配列の一部と、幾つかの画素２２０から得られる信号を示す図である。

【図18B】図１８Ｂは、撮像素子２２の撮像面２２Ｓにおける画素２２０の他の配列の一部と、幾つかの画素２２０から得られる信号を示す図である。

【図19】図１９は、撮像面２２Ｓにおける画素２２０の配列の一部と画素ブロックの範囲の例を模式的に示す図である。

【図20】図２０は、内視鏡用の光源装置１００の構成例を模式的に示す図である。

【図21】図２１は、内視鏡に適用された画像取得装置１０００の構成例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

図１は、レーザ光源１０から出射されたレーザ光Ｌが被写体５０の表面５５によって反射される様子を模式的に示す図である。レーザ光Ｌは、可干渉性（コヒーレンス）が高い。本開示におけるレーザ光Ｌの波長は、例えば可視光の範囲にある。可視光の範囲は、例えば３８０ｎｍから７５０ｎｍまでの範囲である。被写体５０の典型例は、生体組織である。生体組織のような被写体５０の表面５５、および／または、表面５５から内部側に位置する表層領域には、レーザ光Ｌの波長程度の微視的な構造が不規則に存在している。被写体５０の表面５５に入射したレーザ光Ｌの一部は、表面５５によって反射される。このとき、表面５５から被写体５０の表層領域に侵入したレーザ光Ｌの一部は、被写体５０の表層領域で吸収されるか、多重散乱によって再び表面５５から入射側の空間に戻ってくる。被写体５０が生体組織である場合、表面５５それ自体が平滑な粘膜で覆われていたとしても、細胞または細胞内微小粒子などによってレーザ光Ｌの散乱が発生し得る。以下、被写体５０の表面５５および表層領域をあわせて「散乱部」と称する場合がある。散乱部で散乱され、入射側の空間に戻ってきたレーザ光Ｌを「散乱光」と呼ぶことにする。散乱光には、表面５５の微細な凹凸および多重散乱などによって空間的にランダムな位相分布が付加されるが、可干渉性は失われていない。

【0013】

撮像装置２００は、レンズを含む撮像光学系２０と、イメージセンサなどの撮像素子２２とを備えている。レーザ光Ｌが被写体５０の表面５５に入射して発生した散乱光の一部は、撮像装置２００の撮像光学系２０によって集められ、撮像素子２２の撮像面（観測面）２２Ｓ上に収束する。なお、レーザ光Ｌが被写体５０に入射するとき、散乱だけではなく、鏡面反射も発生し得る。このため、「反射光」の用語は、被写体５０に入射した光の戻り光を広く含み、散乱光に限定されない。

【0014】

撮像面２２Ｓでは、撮像光学系２０の働きによって被写体５０の結像が生じる。撮像面２２Ｓ上の各位置に収束する光線の束は、表面５５上の対応する位置およびその近傍で散乱された光波の重ね合わせである。より詳細には、表面５５上の各点から出た光線の束が結像によって撮像面上に収束するとき、各点の撮像面上における像は、回折限界および収差などによって定まる「点拡がり分布」を有する。

【0015】

図２は、表面５５上において近接する２つの点Ｏ１、Ｏ２の像が撮像面２２Ｓ上に形成される様子を模式的に示す図である。点Ｏ１、Ｏ２のそれぞれが撮像面２２Ｓ上に形成する２つの像は、相互に部分的に重なり合う点拡がり分布Ｐ１、Ｐ２を有している。点拡がり分布Ｐ１、Ｐ２のそれぞれの大きさは、撮像光学系２０の開口数ＮＡおよびレーザ光Ｌの波長λによって決まる。２つの点拡がり分布Ｐ１、Ｐ２が重なり合うということは、点拡がりをもたらす光線の起点、すなわち点Ｏ１、Ｏ２が、撮像光学系２０の解像限界以下の距離内にあることを意味する。解像限界の長さをｄとする。このような解像限界ｄを直径とする領域を「解像領域」と称する場合がある。解像領域のひとつが、図２の表面５５上における円（直径：ｄ）によって模式的に表されている。

【0016】

撮像面２２Ｓ上の２つの点拡がり分布Ｐ１、Ｐ２が重なり合う領域では、被写体５０の解像領域内からの散乱光が干渉して、位相差に応じた明暗の模様が形成される。このような明暗模様は、表面５５の凹凸、および、被写体５０の散乱部における多重散乱のランダム性に依存するため、統計量によって評価され得る不規則なスペックルパターンを形成する。

【0017】

図３は、撮像面２２Ｓ上に形成され得るスペックルパターンの一例を示す図である。図３では、細かい粒状の明暗模様が観察される。明るい部分では光強度が相対的に高く、暗い部分では光強度が相対的に低い。スペックルの最小寸法は、撮像光学系２０の開口数ＮＡおよびレーザ光Ｌの波長λによって決まる点拡がり分布の大きさ程度である。

【0018】

散乱光の干渉は３次元空間内で生じる。このため、スペックルパターンを規定する「光強度振幅」の分布は、本来、３次元の位置座標に依存する。このような３次元空間内に客観的に存在するスペックルパターンは、「客観的スペックル（objective speckle）」または「非結像系スペックル」と呼ばれる。一方、撮像装置２００によって観測されるスペックルパターンは、撮像光学系２０の位置、向き、および開口数ＮＡなどに依存し、「主観的スペックル（subjective speckle）」または「結像系スペックル」と呼ばれる。撮像装置２００によって実際に観測されるスペックルは、撮像素子２２の撮像面２２Ｓ上におけるスペックルの「強度」の分布である。以下、本開示における「スペックルパターン」は、特に断らない限り、撮像装置２００によって観測される主観的スペックルの二次元パターンを意味する。

【0019】

図１における被写体５０、レーザ光源１０、および撮像装置２００が静止しているとき、客観的スペックルおよび主観的スペックルも静止している。しかし、被写体５０の表面５５、または被写体５０の表層領域における細胞組織が運動している場合、散乱光の位相分布が時間的に変化するため、客観的スペックルおよび主観的スペックルも時間的に変動し得る。例えば、被写体５０の表層付近に血管が存在し、血管内を赤血球が流れている場合、赤血球による散乱光の位相分布が時間的に変化するため、撮像面２２Ｓ上において血管の像が形成されている領域では、スペックルが時間的に変化する。

【0020】

従来、例えば、内視鏡用光源としてレーザ光源を用いる場合、スペックルパターンは画像情報に対するノイズとなるため、可能な限り除去する必要があると考えられてきた。このため、スペックルパターンを形成しないように、レーザ光源から出射されたレーザ光の可干渉性を種々の方法によって低減することが行われてきた。

【0021】

本開示の光源装置では、特定波長を有するレーザ光の偏光状態を可変に制御することにより、レーザ光の反射率を変化させ、それによって被写体の領域に応じて明暗の程度が異なるスペックルパターンを形成する。こうして、従来は取得できなかった画像情報の取得が可能になる。以下、本開示の実施形態における光源装置および画像取得装置の実施形態を説明する。

【0022】

＜実施形態＞
以下、本開示の実施形態における光源装置および画像取得装置を説明する。

【0023】

まず、図４を参照する。図４は、本実施形態における光源装置１００を備える画像取得装置１０００の構成例を模式的に示す図である。

【0024】

図示されている画像取得装置１０００は、光源装置１００と、撮像装置２００と、光源装置１００および撮像装置２００の動作を制御する制御装置３００とを備えている。制御装置３００は、表示装置４００に接続されている。撮像装置２００、制御装置３００、および表示装置４００の詳細については後述する。

【0025】

本実施形態における光源装置１００は、偏光したレーザ光を出射するレーザ光源１０と、レーザ光源１０から出射されたレーザ光を透過させ、レーザ光の偏光状態を変化させる偏光制御素子１２と、複屈折光ファイバ１３とを備えている。複屈折光ファイバ１３は、光を伝搬させる長軸方向に直交する断面が、長軸方向に直交する進相軸と、長軸方向および進相軸の両方に直交する遅相軸とを含む。また、図４には記載されていないが、光源装置１００は、偏光制御素子１２を透過したレーザ光を複屈折光ファイバ１３の入射端に集光する収束レンズを備えている。

【0026】

レーザ光源１０の典型例は、半導体レーザ素子（レーザダイオード）である。レーザ光源１０は、被写体５００の一部の領域５２Ｂが、他の領域５２Ａに比べて、相対的に強く吸収または強く反射する光の波長域に含まれるピーク波長λを有するレーザ光を出射する。レーザ光源１０は、可干渉性を有するレーザ光を出射することにより、被写体５００の領域５２Ａおよび領域５２Ｂに互いに異なるスペックルコントラストを有するスペックルパターンを形成することができる。ここで、例えば「領域５２Ａにスペックルパターンを形成する」とは、「撮像装置２００が取得する画像において、領域５２Ａの像の部分にスペックルパターンを形成する」ことを意味する。領域５２Ａの像の部分に形成されるスペックルパターンは、領域５２Ａで生じた散乱光の干渉に基づく。このため、被写体５００の領域５２Ａと領域５２Ｂとの間で、ピーク波長λのレーザ光に対する吸収・反射特性および散乱特性が異なる場合、スペックルパターンから抽出される特徴量に基づいて、領域５２Ａと領域５２Ｂを識別または判別することが可能になる。ピーク波長λは、撮像装置２００によって検出可能な波長範囲にあればよい。ピーク波長λは、例えば４１０ｎｍ以上６６０ｎｍ以下の範囲にある。

【0027】

図５は、ヘモグロビンの吸光係数の波長依存性を示すグラフである。ヘモグロビンは、ヒトを含む全ての脊椎動物の血液中に見られる赤血球の中に存在するタンパク質である。図５において、ヘモグロビンの吸光係数が実線Ｈで示されている。図５には、参考のために、ヒトの体内組織による散乱係数も破線Ｓによって示されている。図５に示されるように、波長が約４００ｎｍ以上約６００ｎｍ以下の領域では、赤外領域に比べると、ヘモグロビンによる光吸収が相対的に大きい。特に、約４１５ｎｍの波長では、ヘモグロビンの吸光係数が特異的に高くなり、吸光ピークＨｐを示す。一方、波長が約１３５０ｎｍを超えると、水による吸光係数（不図示）が急激に増加する。符号Ｗの白抜き矢印で示される約６５０ｎｍ以上約１３５０ｎｍ以下の波長範囲内では、ヘモグロビンまたは水による光の吸収が相対的に少なく、散乱が生じやすくなる。このため、図５の白抜き矢印で示される波長範囲Ｗの光は、他の波長範囲に比べて生体内部の奥深くに侵入しやすく、この波長範囲Ｗは「生体の窓」と称されている。ヒトの生体組織の内部から情報を取得したい場合、波長範囲Ｗの光で生体組織を照射することが行われる。ただし、従来、このような目的のためには、スペックルノイズが発生しないように可干渉性のない光（インコヒーレント光）が用いられてきた。

【0028】

本開示の実施形態では、レーザ光源１０が、被写体５００の一部の領域が吸収または反射する光の波長域に含まれるピーク波長λを有するレーザ光を出射する。このため、被写体５００の吸収・反射特性に応じて異なるスペックルコントラストを有するスペックルパターンを形成することが可能になる。ピーク波長λは、約４１５ｎｍである必要はなく、例えば４１０～４２０ｎｍの範囲から選択され得る。

【0029】

なお、ピーク波長λのレーザ光には例えば数ｎｍ程度のスペクトル幅が存在する。ピーク波長λは、被写体の一部の領域が特異的に吸収または反射する光の波長と一致している必要はない。例えば、被写体の一部の領域が特異的に吸収または反射する光の波長が約４１５ｎｍである場合において、レーザ光のピーク波長λは、例えば４２０ｎｍであってもよい。そのような場合でも、被写体の当該領域はレーザ光の吸収または反射を引き起こし得るからである。人間の目の視感度は５５５ｎｍ付近で最も高くなる。このため、被写体の一部の領域が吸収する波長域内における吸収ピークの波長よりも５５５ｎｍに近いピーク波長を有するレーザ光でスペックルパターンを形成する方が、人間の目で認識しやすい色の模様が観察される。ただし、スペックルパターンの実際の色（例えば紫色）を、画像処理により、人間の目の視感度が高い波長（５５５ｎｍ）に近い波長の色（例えば緑色）に変換し、スペックルを強調して表示装置４００に表示させてもよい。

【0030】

本開示の実施形態における光源装置１００は、外部（具体的には制御装置３００）からの制御信号に応答してレーザ光の偏光状態を変化させる偏光制御素子１２を備えている。後述するように、偏光制御素子１２によって偏光状態が変化したレーザ光を複屈折光ファイバ１３に入射し、伝搬させることにより、被写体５００に入射するレーザ光の偏光状態を制御することが可能である。偏光状態を変化させることにより、スペックルパターンも変化する。偏光状態の変化を高速で実行すれば、異なるスペックルパターンが重畳され、スペックルパターンのコントラストは低下する。このため、例えば、スペックルパターンから情報を得たり、反射光に含まれる偏光成分から偏光情報を取得したりする動作モードと、スペックルパターンを抑制して通常の観察を行う動作モードとを切り替えて実行することが可能になる。

【0031】

本実施形態において、光源装置１００は、照明光を出射する照明光源として、白色光源１４を有している。本開示において、「白色」の光とは、赤色（Ｒ）、黄色（Ｙ）、緑色（Ｇ）、および青色（Ｂ）の各色の波長範囲に属する波長成分を少なくとも２つ、より好ましくは全色含む光を広くカバーする。ここで、Ｒ光の波長範囲は、例えば６２０ｎｍから６６０ｎｍである。Ｇ光の波長範囲は、例えば５００ｎｍから５４０ｎｍである。Ｂ光の波長範囲は、例えば４３０ｎｍから４８０ｎｍである。Ｙ光の波長範囲は、例えば５５０ｎｍから５９０ｎｍである。白色光源１４からは、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光が同時に放射される必要はなく、例えば約３０ミリ秒の期間内にＲ光、Ｇ光、Ｂ光が、順次、放射されていれば、目には、それらの色成分の加色混合が生じて白色を認識することが可能になる。また、Ｂ光で蛍光体を励起して、Ｙ光を放射させてもよい。Ｂ光およびＹ光の混色により、白色化が生じる。ＣＣＤ（Charged-Coupled Devices）またはＣＭＯＳ（Complementary metal-oxide-semiconductor）イメージセンサなどの撮像素子が３０フレーム毎秒（＝３０ｆｐｓ）で画像データの読み出し動作を行う場合、１フレーム期間は約３３ミリ秒である。このため、１フレーム期間内において、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光などを、順次または同時に放射すれば、白色化が達成され得る。このため、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光などを、順次または同時に放射し得る光源は、「白色光源」に含まれる。本実施形態において、白色光源１４の典型例は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）またはＬＤ（Laser Diode）である。白色光源１４がＬＤを含む場合、後述するように、スペックルを発生しないように構成される。

【0032】

撮像装置２００は、白色光源１４から放射された光で被写体５００が照らされることにより、被写体５００の画像を取得することができる。内視鏡が使用される環境では、白色光源１４のような照明光源がないと、被写体５００の明瞭な画像を取得することは困難であるが、本開示の光源装置１００は、内視鏡以外の用途にも使用され得る。例えば皮膚または目の状態を観察するための光源としても利用され得る。そのような用途では、他の照明装置または太陽光によって被写体５００を照らすことができるため、上記の白色光源１４は必須ではなくなる。なお、内視鏡が使用される環境下において、白色化されていない光（好ましくは広帯域光）で被写体５００を照らしても、画像処理によって被写体５００の観察を行うことは可能である。

【0033】

本実施形態では、白色光で照らされている被写体５００の画像と、レーザ光源１０および偏光制御素子１２によって形成されたスペックルパターンとを重畳して表示装置４００に表示させることができる。白色光だけでは病変部の見落としが発生し得るような場合に、スペックルパターンの存在が見落としの防止に寄与し得る。

【0034】

図６は、白色光で照らされている被写体５００の画像と、レーザ光源１０および偏光制御素子１２によって形成されたスペックルパターンとが重畳した画像（合成画像）の例を模式的に示す図である。図７は、図６の合成画像における異なる３種類の領域５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃの位置を示す図である。図６では、簡単のため、白色光で照らされている被写体５００の画像が示す微細な構造の記載が省略されており、スペックルパターンのみが表されている。領域５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃは、スペックルパターンの特徴量（例えば明るさおよびコントラストなど）に基づいて、相互に判別され得る。図６の例において、領域５２Ｂは、波長λのレーザ光を領域５２Ａよりも吸収しやすい。このため、領域５２Ｂにおけるスペックルの明るさは、全体として、領域５２Ａにおけるスペックルの明るさに比べて相対的に減少している。これに対して、領域５２Ｃは、波長λのレーザ光を領域５２Ａよりも反射しやすい。このため、領域５２Ｃにおけるスペックルの明るさは、全体として、領域５２Ａにおけるスペックルの明るさに比べて相対的に増加している。このようなスペックルパターンに基づく領域の判別は、レーザ光源１０から出射されるレーザ光のピーク波長λが、被写体５００の一部の領域５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃが特異的に吸収または反射する光の波長域に含まれ、かつ、レーザ光の可干渉性が高く維持されているために実現する。一方、白色光源１４から放射された光のみで被写体５００が照らされているならば、図６のスペックルパターンは観察されないため、領域５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃの識別が困難な場合がある。

【0035】

レーザ光のピーク波長λが約４１５ｎｍである場合、上記の領域５２Ｂは、例えばヘモグロビンを含む血液成分が他の領域よりも多く存在している領域であり得る。ヘモグロビンを含有する赤血球は、本来、レーザ光を散乱してスペックルパターンの形成に寄与し得る。しかし、レーザ光がヘモグロビンに強く吸収される場合には、散乱光の強度が低下するため、スペックルの強度（明るさ）も低下してしまう。なお、赤血球を含む血液が血管内を流れている場合、赤血球による散乱光の位相が時間的に変動する。そのため、時間的に平均化されたスペックルのコントラストは低下する。

【0036】

スペックルパターンに基づく上記の領域判別は、生体組織における病変などの異常を示す領域を検出することに寄与する。このような検出は、人間が視覚に基づいて行う例に限定されず、情報処理技術を用いて「機械的」に行ってもよい。後述するように、スペックルパターンから種々の特徴量を抽出することができるため、これらの特徴量に基づいて、領域の分割（セグメンテーション）または分類を実行することが可能になる。特徴量に基づく領域の分割または分類は、深層学習などの機械学習によって作成された学習済みモデルを用いても実行され得る。

【0037】

通常の白色光源による照明だけでは、生体組織における病変部と周辺部との間に明瞭なコントラスト差が発生せず、画像からは識別することが困難な場合がある。そのような場合、上記のスペックルパターンを利用することにより、見落としの発生を抑制することが可能になる。このため、本実施形態における光源装置は、特に内視鏡用の光源として優れた効果を発揮し得る。

【0038】

図８は、偏光画像の例を模式的に示す図である。偏光画像は、特定の方向に偏光透過軸を有する偏光フィルタを介した撮像を行うことにより取得される。偏光透過軸の方向を変えると、偏光画像の明暗パターンも変化し得る。

【0039】

図９は、レーザ光Ｌを構成する光線の反射を模式的に示す図である。この光線は、被写体５００の表面５５に入射角Ψで入射し、入射角Ψに等しい反射角で反射されている。ここで「入射角Ψ」は、被写体５００における表面５５の法線（点線）と入射光線との間の角度である。実際の被写体５００の表面５５は、平坦ではなく、起伏を有し得る。例えば、被写体５００がヒトまたは動物の臓器である場合、粘膜表面に凹凸が存在するため、表面５５の法線は、位置に応じて異なる方向を指す。

【0040】

図１０は、屈折率Ｎ＝１．５の被写体５００の表面５５に空気（屈折率は１．０）中から光線が入射する場合における、入射角Ψと反射率との関係を示すグラフである。実線は光線がＳ波偏光（偏光軸が入射面に垂直）、破線は光線がＰ波偏光（偏光軸が入射面に平行）である場合を示す。図１０のグラフは、フレネルの式から算出される。

【0041】

図１０に示されるように、光線の反射率は、光線の偏光軸の向きに依存する。このため、被写体５００を照射するレーザ光Ｌの偏光軸を回転させると、Ｓ波偏光の画像とＰ波偏光の画像との間で反射光強度の差異が顕著に観察される画素または画素群が観察され得る。そのような画素または画素群は、被写体５００における表面５５において光線の入射角Ψが例えば６０°程度になる傾斜した領域に相当し得る。このように、画素単位で取得される反射光強度の偏光依存性を測定すれば、被写体５００の表面５５における凹凸の情報（法線方向の情報）を取得することが可能になる。

【0042】

上記の反射光強度の偏光依存性を取得するためには、被写体５００を照射するレーザ光の偏光軸状態を可変にすることが望ましい。

【0043】

図１１Ａは、被写体５００を照射するレーザ光の偏光軸Ｄ１と、撮像装置２００が備える偏光フィルタの偏光透過軸Ｄ２との関係を示す図である。ここでは、簡単のため、撮像装置２００の水平横方向をＸ軸とする。レーザ光の偏光軸Ｄ１は、このＸ軸を基準として反時計回りに角度θ１だけ回転した方向を向いている。偏光フィルタの偏光透過軸Ｄ２は、Ｘ軸を基準として反時計回りに角度θ２だけ回転した方向を向いている。偏光軸Ｄ１と偏光透過軸Ｄ２との間には、角度Φ＝θ１－θ２が形成されている。

【0044】

図１１Ｂは、被写体５００からの反射光のうち偏光フィルタを透過した成分から取得される画像を構成する、ある画素における信号出力（画素値）の角度Φの依存性を示すグラフである。Φ＝０°のとき、すなわち、偏光軸Ｄ１と偏光透過軸Ｄ２とが一致するとき、画素値は最大値Ｉ_ｍａｘを示す。また、Φ＝９０°のとき、すなわち、偏光軸Ｄ１と偏光透過軸Ｄ２とが直交するとき、画素値は最小値Ｉ_ｍｉｎを示す。最小値Ｉ_ｍｉｎは、ゼロではない。散乱による反射成分は、入射したレーザ光の偏光軸Ｄ１とは異なる方向に偏光している成分を含む。その結果、角度Φがどのような値であっても、画素値はゼロにはならない。

【0045】

図１１Ｂの波形が得られると、偏光度ρ＝（Ｉ_ｍａｘ－Ｉ_ｍｉｎ）／（Ｉ_ｍａｘ＋Ｉ_ｍｉｎ）が算出可能になる。図１１Ｂの正確な波形を取得するためには、θを連続的に変化させることが好ましいが、θが異なる複数の値で画素値Ｉ（θ）を測定すれば、データフィッテングにより、Ｉ_ｍａｘおよびＩ_ｍｉｎの大きさを推定することができる。

【0046】

図１１Ｂに示す波形は、画素によって異なり得る。言い換えると、被写体５００の部位によって、レーザ光の偏光反射率の特性が異なる。図８に模式的に示される偏光画像は、被写体５００を照射するレーザ光の偏光軸を回転させると、異なる明暗の分布を示し得る。

【0047】

被写体５００を照射するレーザ光の偏光軸Ｄ１と同じ方向に偏光透過軸Ｄ２を有する偏光フィルタを介して撮像を行う場合、被写体５００で反射しても偏光が崩れなかった成分が画像を構成する。これに対して、被写体５００を照射するレーザ光の偏光軸Ｄ１のみを例えば９０°回転させると、上記の偏光透過軸Ｄ２を有する偏光フィルタを透過し得る反射光成分は、被写体５００で反射されるとき、偏光方向が９０°回転した成分が画像を構成することになる。

【0048】

このようにレーザ光の偏光軸Ｄ１を回転させることにより、種々の偏光画像を取得することができる。偏光画像において、同じ位置にある画素であっても、入射するレーザ光の偏光軸Ｄ１に依存して反射光の強度が変化し得る。これは、被写体５００の表面における部位によって、反射特性が異なり、しかも、同じ部位であってもレーザ光の偏光方向に依存して反射光の強度が変化し得るからである。

【0049】

次に、図１２から図１６を参照して、本実施形態において、レーザ光の偏光軸Ｄ１を回転させるための構成の例を説明する。

【0050】

偏光制御素子１２は、レーザ光源１０から出射されたレーザ光Ｌを透過させ、レーザ光Ｌの偏光状態を変化させることができる素子である。図１２に示されるように、偏光制御素子１２は、レーザ光Ｌの光軸周りに回転可能に支持された複屈折素子１２０と、複屈折素子１２０をレーザ光Ｌの光軸周りに回転させるアクチュエータ１２２とを有している。

【0051】

図１３は、レーザ光Ｌの光軸（Ｚ軸）周りに回転可能に支持された複屈折素子１２０を模式的に示す図である。図中の矢印Ｒは、時計回り方向の回転を示している。図示されている例において、複屈折素子１２０の進相軸１２０Ａは、Ｙ軸の正方向に対して時計回りに４５°傾斜している。この傾斜の角度は、アクチュエータ１２２の働きによって変更され得る。

【0052】

複屈折素子１２０の進相軸１２０Ａは、屈折率が最も高くなる方向に平行な軸である。図１４の上段に示されるように、進相軸１２０Ａに平行な偏光軸を有する直線偏光が複屈折素子１２０を透過しても、偏光軸の回転は生じない。しかし、例えば複屈折素子１２０が１／２波長板である場合、図１４の下段に示すように、入射光の偏光軸に対して１／２波長板の進相軸１２０Ａが４５°傾いていると、偏光軸に４５°×２＝９０°の回転が発生する。

【0053】

図１５は、本実施形態における複屈折光ファイバ１３の内部における偏光状態の変化を模式的に示す斜視図である。図１６は、複屈折光ファイバ１３の断面構成例を模式的に示す図である。

【0054】

図示された状態の複屈折光ファイバ１３は、図１６に示されるように、光を伝搬させる長軸（Ｚ軸）方向に直交する断面が、長軸方向に直交する進相軸ＦＡと、長軸方向および進相軸の両方に直交する遅相軸ＳＡとを含む光ファイバである。このような屈折率異方性を実現するため、複屈折光ファイバ１３は相対的に屈折率の高いコア１３Ａと、コア１３Ａの外周に位置するクラッド１３Ｂとを有し、クラッド１３Ｂには一対の応力付与部１３Ｃが挿入されている。応力付与部１３Ｃがクラッド１３Ｂに形成する応力分布に起因して図１６の下段に示す屈折率分布が形成される。Ｘ軸方向における屈折率分布とＹ軸方向における屈折率分布とは異なる形状を有しており、Ｙ軸方向の偏光軸を有する直線偏光は、Ｘ軸方向の偏光軸を有する直線偏光よりも速く伝搬される。この性質は、複屈折光ファイバ１３が曲がった状態でも維持される。

【0055】

図１６に示されるような構成を備える複屈折光ファイバ１３は、「ＰＡＮＤＡファイバ」とも呼ばれる偏波保持ファイバである。偏波保持ファイバは応力付与部１３Ｃで発生する応力のため、コア１３Ａは、Ｘ軸方向の引っ張り応力とＹ軸方向の圧縮応力を受け、光弾性効果により、複屈折が誘起される。偏光軸がＸ軸に平行な直線偏光（Ｘ偏波モード）の伝搬定数をβＸ、偏光軸がＹ軸に平行な直線偏光（Ｙ偏波モード）の伝搬定数をβＹ、波数をｋとすると、複屈折Δβは（βＸ－βＹ）／ｋである。Δβがゼロより大きくなると、Ｘ偏波モードとＹ偏波モードとが結合しにくくなる。このため、ＰＡＮＤＡファイバは、Ｘ偏波モードまたはＹ偏波モードの直線偏光を、その偏光状態を保持したまま伝搬させることができる。

【0056】

本実施形態では、例えば第１の動作状態では、Ｘ偏波モードまたはＹ偏波モードの直線偏光を伝搬させる。そして、第２の動作状態では、Ｘ偏波モードおよびＹ偏波モードが合成された偏光状態にある直線偏光（Ｘ軸およびＹ軸に４５°で交差する方向に偏光した光）を伝搬させる。第２の動作状態では、Ｌｂ＝２π／Δβで表される「ビート長」の伝搬距離を周期として偏光状態が変化する。本実施形態では、Ｎを０以上の整数とするとき、複屈折光ファイバ１３の長さは、Ｌｂ×（Ｎ＋１／２）である。なお、図１５の例において、複屈折光ファイバ１３の進相軸ＦＡは、図１４の下段に示される複屈折素子１２０の進相軸１２０Ａに平行である。

【0057】

図１４に示すように、複屈折素子１２０を回転させることにより、複屈折光ファイバ１３に入射するレーザ光の偏光軸を回転させることが可能である。そして、複屈折光ファイバ１３に入射するレーザ光の偏光軸を回転させることにより、複屈折光ファイバ１３から出射されるレーザ光の偏光状態を制御することができる。具体的には、複屈折光ファイバ１３から出射されるレーザ光の偏光状態を直交する２つの方向でスイッチングすることが可能になる。このことは、図１０を参照して説明したＳ波偏光とＰ波偏光とを切り替えて被写体５００を照射することを可能にする。

【0058】

なお、複屈折光ファイバ１３の内部でレーザ光の偏光状態を変化させる代わりに、偏光状態を保持したまま、複屈折光ファイバ１３そのものを軸周りに９０度捩じることによっても、複屈折光ファイバ１３から出射されるレーザ光の偏光方向を直交する２つの方向でスイッチングすることが可能になる。

【0059】

図１７は、撮像装置２００が有する撮像素子２２の撮像面２２Ｓにおける画素２２０の配列の一部と、画素２２０を覆う位置に置かれたパターン化偏光子２２４ａ、２２４ｂ、２２４ｃ、２２４ｄとの関係を模式的に示す平面図である。パターン化偏光子２２４ａ、２２４ｂ、２２４ｃ、２２４ｄは、それぞれ、４５°ずつ異なる方向を向いた偏光透過軸を有している。簡単のため、撮像素子２２の光軸は、複屈折光ファイバ１３の長軸方向と同軸であるとする。パターン化偏光子２２４ａ、２２４ｂ、２２４ｃ、２２４ｄは、それぞれ、Ｘ軸に対する角度θ２＝０°、４５°、９０°、１３５°の偏光透過軸を有している。ある偏光状態にあるレーザ光で被写体５００を照射しているとき、パターン化偏光子２２４ａ、２２４ｂ、２２４ｃ、２２４ｄによって覆われた４個の画素２２０から出力された信号の強度（画素値）に基づいて、図１１Ｂに示される正弦波カーブ上の４点に相当するデータを取得することが可能である。

【0060】

こうして取得された正弦波カーブに基づいて、被写体５００の各部位における偏光反射特性を４画素単位の分解能で取得することができる。

【0061】

更に、図１２のアクチュエータ１２２を用いて複屈折素子１２０を高速で回転させると、撮像素子が画像データの読み出し動作を行うときの１フレーム期間（例えば約３３ミリ秒）の間に、被写体５００を照射するレーザ光の偏光状態を変化させることが可能になる。１フレーム期間内に異なる複数の偏光状態でレーザ光を照射すると、偏光状態に応じてコヒーレンスが変わるため、個々の偏光状態で異なるスペックルパターンが形成され、それらが重畳される。その結果、各フレーム期間内で複数のスペックルパターンが重なり合って、そのコントラストが低下する。このように本実施形態によれば、レーザ光の偏光状態を可変にすることにより、そのレーザ光のコヒーレンスを制御してスペックルコントラストを増減させることも可能になる。

【0062】

本開示の実施形態によれば、被写体の観察者が、図４の表示装置４００に表示される映像を視認しながら、随時、スペックルコントラストを増減させることが可能になる。具体的には、図４に示される被写体５００の観察者、あるいは画像取得装置１０００の操作者は、不図示の入力デバイスを用いて制御装置３００を操作し、偏光制御素子１２の動作を制御することが可能である。例えば、最初は、スペックルパターンを形成しない状態で被写体５００の像を観察し、適宜、スペックルパターンを通常の被写体像に重畳することが可能になる。また、被写体を照射するレーザ光の偏光状態を制御することによって、被写体から偏光情報を所得して被写体の表面状態を更に詳しく観察することが可能になる。

【0063】

次に、撮像装置２００によって得られる画像信号の例を説明する。撮像装置２００は、図１に示されるように、撮像光学系２０と撮像素子２２を有している。

【0064】

図１８Ａは、ある偏光状態にあるレーザ光で被写体を照射したとき、撮像素子２２の撮像面２２Ｓにおける画素２２０の配列の一部と、幾つかの画素２２０から得られる信号を示す図である。個々の画素２２０は、入射光量に応じた電気信号を出力する光電変換部を有している。各画素２２０は、不図示の配線を介して読み出し回路などに接続されている。図１８Ａの上段には、２行４列に配置された８個の画素２２０と、撮像面２２Ｓ上に形成されたスペックル２２２とが模式的に示されている。図１８Ａの下段には、上段のＢ１－Ｂ１線が横切る４個の画素２２０からそれぞれ出力された信号Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１４の大きさが、各バーの高さで表わされている。撮像素子２２の前面には偏光フィルタが配置され得る。この偏光フィルタの偏光透過軸の向きが変わると、各画素２２０から得られる信号の大きさも変化し得る。偏光フィルタの透過軸は、全ての画素２２０について共通であってもよいし、図１７に示すように異なっていてもよい。被写体を照射するレーザ光の偏光状態を変化させることにより、撮像面２２Ｓに形成されるスペックルパターンも変化し得る。

【0065】

図１８Ａから明らかなように、この例における画素２２０はスペックル２２２よりも小さい。画素２２０がスペックル２２２よりも大きい場合、スペックルパターンを明瞭に観察することは難しい。スペックルパターンが静止しているとき、各画素２２０から出力される信号の大きさは、時間的に一定である。

【0066】

図１８Ｂは、図１８Ａの例よりも、各画素２２０のサイズおよび配列ピッチが小さな例を示している。図１８Ｂの上段には、４行８列に配置された３２個の画素２２０と、撮像面２２Ｓ上に形成されたスペックル２２２とが模式的に示されている。図１８Ｂの下段には、上段のＢ２－Ｂ２線が横切る８個の画素２２０からそれぞれ出力された信号Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３、Ｓ２４、Ｓ２５、Ｓ２６、Ｓ２７、Ｓ２８の大きさが、各バーの高さで表わされている。

【0067】

図１８Ａおよび図１８Ｂから明らかなように、画素２２０のサイズおよび配列ピッチが小さいほど、スペックルパターンを高精細に観察することが可能になる。ピーク波長λのレーザ光によって形成されるスペックルパターンを観察するには、画素２２０が波長λの光に応答して光電変換を行う必要がある。撮像装置２００がカラーイメージセンサである場合、図１８Ａおよび図１８Ｂに示されている各画素２２０は、例えば、Ｒサブ画素、Ｇサブ画素、およびＢサブ画素を含む。これらのサブ画素は、各画素２２０内において、例えばベイヤ配列の位置に置かれる。この場合、画像信号は、ＲＧＢのそれぞれの信号成分を含む。レーザ光のピーク波長が例えば約４１５ｎｍである場合、スペックルパターンの明るい模様は、Ｂサブ画素によって検知され得る。

【0068】

撮像装置２００に用いられ得る撮像素子（イメージセンサ）は、フレーム単位で画素信号を読み出すことができる。読み出しレートが例えば３０フレーム毎秒の場合、１フレームの期間は、約３３ミリ秒である。この場合、約３３ミリ秒毎に画素信号が読み出される。ある画素２２０から得られる画素信号は、その画素２２０が、１フレームの期間よりも短い露光時間内に光電変換によって蓄積した電荷の量に応じた大きさを有している。従って、露光時間の間にスペックルが画素サイズよりも長い距離だけ移動したならば、スペックルパターンを明瞭に検出することは困難になる。このため、スペックルパターンを観察するモードでは、スペックルパターンが高速度で移動しないようにすることが望ましい。スペックルパターンは、図４の被写体５００に対して光源装置１００および撮像装置２００が移動すると変化する。また、複屈折素子１２０を回転させるなどして、光源装置１００から出射されるレーザ光Ｌのコヒーレンスを時間的に変化させても、スペックルパターンは変化し得る。このため、スペックルパターンを静止させるには、被写体５００に対して光源装置１００および撮像装置２００を実質的に静止し、光源装置１００からコヒーレンスの高いレーザ光Ｌで被写体５００を照射することが望ましい。

【0069】

スペックルパターンを統計的に評価するための量（統計量）として、「スペックルコントラスト」が知られている。「スペックルコントラスト」は、以下の式によって定義される。
Ｃ＝σ／Ｊ ・・・（式１）
ここで、Ｃはスペックルコントラスト、Ｊは光強度の空間平均値、σは光強度の標準偏差である。

【0070】

図１８Ａおよび図１８Ｂに示される画素２２０から出力される信号の大きさから、撮像面２２Ｓ上における「光強度」の空間分布が測定され得る。その結果、Ｊおよびσを算出できる。

【0071】

図１９を参照して、複数の画素から構成されるブロック単位でスペックルコントラストを算出する例を説明する。図１９は、撮像面２２Ｓにおける画素２２０の配列の一部と画素ブロックの例を模式的に示す図である。

【0072】

図１９の例において、撮像面２２Ｓの位置（ｉ，ｊ）にある画素（ｉ，ｊ）のスペックルコントラストＣは、例えば、画素（ｉ，ｊ）を中心に含む７×７個の画素のブロックＢＬから得られる画素信号に基づいて決定することができる。具体的には、その画素ブロックＢＬ内の全ての画素の信号から、平均値Ｊおよび標準偏差σを算出することにより、Ｃ（ｉ，ｊ）を取得できる。画素ブロックＢＬは、７×７個に限定されず、９×９個であってもよいし、他のサイズを有していてもよい。着目する中心の画素（ｉ，ｊ）を行方向または列方向に１画素ずつシフトするように画素ブロックＢＬをスライドさせながら、全ての画素についてＣ（ｉ，ｊ）を算出すれば、Ｃ（ｉ，ｊ）の二次元配列、すなわちコントラスト像を得ることができる。個々の画素がスペックルよりも充分に小さい場合、隣接する幾つかの画素信号を加算することにより、画素密度を実質的に低下させてから、Ｃ（ｉ，ｊ）を算出してもよい。このようなＣ（ｉ，ｊ）は、ローカルなスペックルコントラストと呼ぶことができる。ローカルなスペックルコントラストは、病変部を他の部分から識別するための特徴量として機能し得る。スペックルコントラストの算出は、図４の画像処理装置（演算処理回路）３２によって実行され得る。画像処理装置３２は、プロセッサ３０とともに動作して、撮像装置２００から得られる画像信号に基づいて画像データを生成する。こうして作成された画像データは、表示装置４００によって表示され得る。

【0073】

本実施形態によれば、人間の目によってスペックルパターンの違いを検知しにくい場合でも、画像処理装置３２が生成するコントラスト像に基づいた定量的な評価を行うことにより、病変部などの検知が容易になる。また、被写体を照射するレーザ光の偏光状態を変化させることにより、被写体表面の部位によって異なり得る偏光特性の情報を取得することが可能になる。このような偏光特性は病変部の形状変化などの検知に有効である。

【0074】

なお、前述したように、撮像面２２Ｓ上におけるスペックルの最小サイズは、撮像装置２００が有する撮像光学系２０の開口数ＮＡおよびレーザ光Ｌの波長λに依存する。より正確には、撮像面２２Ｓ上におけるスペックルの最小サイズは、２．４４×λ（１＋Ｍ）×Ｆナンバで表される。Ｍは、撮像光学系２０による横倍率（像倍率）であり、ＦナンバはＦ値とも呼ばれ、２／ＮＡに等しい。（１＋Ｍ）×Ｆナンバは、「実効Ｆナンバ」と呼ばれる。撮像面２２Ｓにおける画素２２０のサイズおよび配列ピッチなどを考慮して、横倍率Ｍを適切な範囲に設定することにより、病変部の種類に応じて検出に適した大きさのスペックルを撮像面２２Ｓ上に形成することが可能である。

【0075】

スペックルパターンの特徴量は、スペックルコントラストに限られず、信号／ノイズ比率（ＳＮ比）であってもよい。スペックルの平均サイズまたは個数密度などを画像処理によって算出し、それらをスペックルパターンの特徴量として採用してもよい。

【0076】

次に、図２０を参照しながら、光源装置１００を内視鏡用光源として用いる形態を説明する。

【0077】

図２０は、内視鏡用の光源装置１００の構成例を模式的に示す図である。図示されている光源装置１００は、偏光制御素子１２によってコヒーレンスが制御されたレーザ光を、複屈折光ファイバ１３に光学的に結合させる集光レンズ１２６を有している。内視鏡の具体的な構成は任意である。内視鏡は、軟性鏡に限られず、硬性鏡であってもよい。

【0078】

以下、光源装置１００の詳細を説明する。図２０の光源装置１００は、レーザ光源１０と、偏光制御素子１２と、白色光源１４とを備えている。

【0079】

レーザ光源１０は、例えば、ピーク波長λが４１５ｎｍの青紫色レーザダイオード（ＬＤ）１０Ｖを含む。青紫色ＬＤ１０Ｖから出射されたレーザ光は、レンズ１１０でコリメートされた後、集光レンズ１１２によって偏光制御素子１２の複屈折素子１２０上に収束される。複屈折素子１２０を透過したレーザ光は、集光レンズ１２６によって複屈折光ファイバ１３の入射側端面に収束され、複屈折光ファイバ１３に光学的に結合する。複屈折光ファイバ１３を伝搬するレーザ光は、やがて内視鏡の先端部分から放射され、生体組織である被写体を照射する。偏光画像を取得するモードでは、偏光制御素子１２を通過したレーザ光の偏光状態が制御され、所望の偏光状態にあるレーザ光で被写体を照射することが可能になる。一方、白色光で被写体を照明しながら観察を行うモードでは、レーザ光源１０からのレーザ光の出射が停止され得る。上記のいずれの観察モードにおいても、被写体は、白色光源１４から出射された白色光によって照らされ得る。

【0080】

図２０の例における白色光源１４は、赤色ＬＤ１４Ｒ、緑色ＬＤ１４Ｇ、および青色ＬＤ１４Ｂを有している。これらのＬＤ１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂから出射されたレーザ光は、それぞれ、レンズ１４２によってコリメートされる。赤色ＬＤ１４Ｒから出射されたレーザ光は、コリメートされた後、ダイクロイックミラー１４４Ｒで反射され、次にダイクロイックミラー１４４Ｂを通過して、集光レンズ１４６に入射する。緑色ＬＤ１４Ｇから出射されたレーザ光は、コリメートされた後、ダイクロイックミラー１４４Ｒおよびダイクロイックミラー１４４Ｂを通過して集光レンズ１４６に入射する。青色ＬＤ１４Ｂから出射されたレーザ光は、コリメートされた後、ダイクロイックミラー１４４Ｂで反射され、集光レンズ１４６に入射する。こうして、ＬＤ１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂから出射されたレーザ光は、集光レンズ１４６によって、回転する拡散素子１４８上に収束する。この回転する拡散素子１４８により、スペックルを形成しないレベルまでレーザ光のコヒーレンスが低減される。拡散素子１４８は、例えば毎分３６００回転またはそれ以上の速度で回転するようにモータによって駆動される。回転する拡散素子１４８を透過したレーザ光は、集光レンズ１５０によって光ファイバなどの光導波路６０の入射側端面に収束され、光導波路６０に光学的に結合する。光導波路６０を伝搬するレーザ光（白色光）は、やがて内視鏡の先端部分から放射され、生体組織である被写体を照射する。

【0081】

図２０の例では、白色光を構成する３原色の色成分が、いずれも、ＬＤ（レーザダイオード）から出射されたレーザ光であるが、本開示の実施形態における白色光源の構成は、この例に限定されない。白色光を構成する３原色の色成分の一部または全部がＬＥＤから放射された光であってもよいし、タングステンランプなどのランプから放射された光であってもよい。ＬＥＤまたはランプから放射される光はインコヒーレントであるため、回転する拡散素子１４８は必要なくなる。あるいは、青色レーザダイオードまたは紫外レーザダイオードから出射された励起レーザ光で蛍光体を励起し、白色光を生成してもよい。蛍光体が発する蛍光は、インコヒーレントである。紫外のレーザ光で蛍光体を励起して白色光を形成する場合も、可視光成分の全ては蛍光によって構成されるため、回転する拡散素子１４８は必要なくなる。また、青色のレーザ光で蛍光体を励起する場合も、レーザ光は蛍光体を透過する過程で散乱され、黄色成分の蛍光と混色されるため、必ずしも回転する拡散素子１４８を使用する必要はない。

【0082】

次に図２１を参照して、内視鏡に適用された画像取得装置１０００の構成例を説明する。

【0083】

図２１に示される画像取得装置１０００は、光源装置１００と、撮像装置２００と、光源装置１００および撮像装置２００の動作を制御する制御装置３００とを備えている。制御装置３００は、プロセッサ３０および画像処理装置３２を有しており、表示装置４００に接続されている。光源装置１００の構成は、例えば図２０を参照して説明した構成と同様であり得る。プロセッサ３０は、典型的には、半導体集積回路を備えるマイクロコントローラである。不図示のメモリには、プロセッサ３０の動作を制御するプログラムが記憶されている。

【0084】

図２１の画像取得装置１０００は、光源装置１００および制御装置３００に接続された内視鏡６００を備えている。内視鏡６００は、光源装置１００の偏光制御素子１２から出射されたレーザ光を伝搬させる複屈折光ファイバ１３を有している。同様に、内視鏡６００は、白色光源１４から出射された白色光を伝搬させ光導波路６０を有している。光導波路６０および複屈折光ファイバ１３は、それぞれ、照明光学系６２Ａ、６２Ｂに光学的に接続されている。光導波路６０の典型例は、光ファイバである。照明光学系６２Ａ、６２Ｂから、それぞれ、白色光およびレーザ光が被写体に向けて放射される。

【0085】

内視鏡６００は、さらに撮像装置２００と、撮像装置２００を制御装置３００に接続する信号伝送路６４とを有している。撮像装置２００の撮像素子は、小型のイメージセンサであり、被写体の撮像を行って画像信号を出力する。撮像素子には、特定方向に偏光透過軸を有する偏光フィルタが設けられている。この偏光フィルタは、例えば、図１７に示されるパターン化偏光子であってもよい。撮像素子から出力された画像信号は、信号伝送路６４を通って制御装置３００の画像処理装置３２に与えられる。画像処理装置３２は、画像信号に基づいて、被写体の画像を表示装置４００に表示させる。スペックルパターンを観察するモードにおいて、画像処理装置３２は、スペックルコントラストおよび偏光度を算出し、算出値に基づいて特定領域の区分を強調する画像を重畳し得る。

【0086】

制御装置３００のプロセッサ３０は、操作者による入力に従って、レーザ光の偏光状態を変化させる制御信号を偏光制御素子１２に送る。この制御信号に応答して、偏光制御素子１２は、レーザ光の偏光状態（例えば、直線偏光の偏光方向）を変化させる。

【0087】

光源装置１００から放射される光を内視鏡６００の先端部分まで導く構成は多様であり、図示されている例に限定されない。白色光は、内視鏡６００内の光導波路を伝搬してきた励起光が、内視鏡６００の先端部分に配置された蛍光部材に入射して形成されてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0088】

本開示の光源装置は、被写体から光学的に情報を取得して被写体の状態を診断するための光源として様々な用途で利用され得る。特に被写体が生体組織である場合、本開示の光源は、生体組織の表面または内部からの情報を非侵襲に取得することを可能にするため、内視鏡用光源として有用である。また、本開示の光源装置および画像取得装置は、工業用内視鏡のように、生体組織以外の被写体から有益な情報を得る用途にも利用され得る。

【符号の説明】

【0089】

１０・・・レーザ光源、１２・・・偏光制御素子、１４・・・白色光源、３０・・・プロセッサ、３２・・・画像処理装置、５０・・・被写体、１００・・・光源装置、２００・・・撮像装置、３００・・・制御装置、４００・・・表示装置、５００・・・被写体、６００・・・内視鏡

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11A】

【図11B】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18A】

【図18B】

【図19】

【図20】

【図21】