JP2001201697A

JP2001201697A - 内視鏡光源装置

Info

Publication number: JP2001201697A
Application number: JP2000007941A
Authority: JP
Inventors: Seiichi Hosoda; 誠一細田; Yuichi Morisane; 祐一森實; Hideki Tashiro; 秀樹田代; Keiji Handa; 啓二半田; Mitsuhiro Ito; 満裕伊藤; Tomoyuki Takashino; 智之高篠; Yutaka Koshikawa; 豊越川; Takeaki Nakamura; 剛明中村
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2000-01-17
Filing date: 2000-01-17
Publication date: 2001-07-27

Abstract

(57)【要約】【課題】光源装置を制御して所要の照明光を供給可能と
した内視鏡光源装置を提供する。【解決手段】内視鏡２の先端部に照明光を供給するラン
プ１１と、このランプに対向する入射端部と内視鏡の先
端部近傍に位置する出射端部とを有するライトガイド８
と、ランプ１１とライトガイド８の入射端部との間に設
けられ、ランプ１１の波長成分の波長毎の割合を可変と
する液晶パネル１４と、この液晶パネル１４とライトガ
イド８の入射端部との間に設けられ、液晶パネル１４を
透過した照明光をライトガイド８の入射端部に集光させ
るレンズ１２とを備える内視鏡光源装置４。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、観察対象を撮像素
子によって撮像し、観察を行う医療用または工業用の内
視鏡装置に係わる。

【０００２】

【従来の技術およびその課題】内視鏡を通じて観察対象
をカラー撮像し、このカラー撮像により観察する場合に
は、固体撮像素子の受光部前面にカラーモザイクフィル
タを配列して固体撮像素子の画素に対応する色を得、映
像信号処理回路にて撮像信号から色分離し、カラー映像
信号を得ることが行われている。このようなカラー映像
信号を得る場合には、照明光およびカラーモザイクフィ
ルタの特性等が標準的カラーバランスを崩す原因となる
要因である。それらの要因を補正するため、色分離した
信号の色バランスをホワイトバランス処理により行い、
標準的カラーバランスを得ていた。

【０００３】しかし、このホワイトバランスによる方法
では、緑波長領域（Ｇ）を基準として、青波長域（Ｂ）
と赤波長域（Ｒ）とのバランス比を調節するものである
ため、照明光源がタングステンランプのボルツマン放射
則による色温度のみが変化するような場合には、ホワイ
トバランスによる補正効果があるとしても、しかし、ボ
ルツマン放射則によらない、キセノンランプまたは特有
の波長に強い発光強度の波長分布を持つメタルハライド
ランプではホワイトバランスの補正効果が少なく、この
ため、標準的なカラーバランスを得ることができなかっ
た。

【０００４】これに対して、特開平６−９０９００号公
報には、ランプの種類によって、カラーバランスをとる
ことを目的として、カラーマトリクスの定数をランプ毎
に用意する方法も提案されている。

【０００５】しかし、この場合には、光源装置に合わせ
て映像信号を処理する処理回路の設定を変更しなければ
ならず、面倒であった。また、メタルハライドランプの
ように経時変化のあるものでは、初期の段階では標準的
な調整ができても、長時間の使用後などでは望むカラー
バランスを得ることができなかった。

【０００６】本発明は、このような事情に基づいてなさ
れたもので、ランプの種類が異なり、あるいは、ランプ
が経時変化しても、光源装置の制御を通じて所要の照明
光を供給することにより標準的カラーバランスを得るこ
とを可能とし、わずらわしい映像信号処理装置側の設定
を変更することなく内視鏡装置を使用可能とする内視鏡
光源装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段および作用】上記目的を達
成する本発明の内視鏡光源装置は、内視鏡の先端部に照
明光を供給する光源ランプと、前記光源ランプより照明
光を入射する入射端部と内視鏡の先端部近傍に位置する
出射端部とを有し、前記照明光を伝送するライトガイド
と、前記光源ランプと前記ライトガイドの入射端部との
間に設けられ、前記光源の波長成分の波長毎の割合を可
変とする色可変手段と、前記色可変手段と前記ライトガ
イドの入射端部との間に設けられ、前記色可変手段を透
過した照明光を前記ライトガイドの入射端部に集光させ
る光学系と、を備えることを特徴とする。

【０００８】

【発明の実施の形態】［第１の実施形態］図１から図５
は、第１の実施形態による内視鏡光源装置を示し、この
内視鏡光源装置では、本発明における色可変手段が単板
構造の透過型液晶フィルタで形成される（構成）図１に示すように、電子内視鏡装置１は、電子
内視鏡２とプロセッサ３と光源装置４で構成される。電
子内視鏡１には、操作部５と、この操作部５から延出さ
れる挿入部６と、この挿入部６の先端に配置される電荷
結合素子（以下、ＣＣＤと称する）７と、観察対象を照
明する照明光を伝達するライトガイド８と、ライトガイ
ド８を光源装置に接続するコネクタ９と、ＣＣＤ７をプ
ロセッサ３に接続するコネクタ１０とを備えている。

【０００９】光源装置４には、照明光を発生するランプ
１１が収容されている。このランプ１１は、放電管であ
るメタルハライドランプにより発光し、放物面鏡を有す
る構造とすることにより平行光を放出する。放物面鏡は
紫外域を透過するようになっており、この放物面鏡から
の出射光には約４００ｎｍ以下の波長は含まれない。

【００１０】更に、この光源装置４には、ランプ１１の
平行光をライトガイド８に集光させるために、レンズ１
２が設けられており、このレンズ１２とランプ１１との
間に、赤外線遮断フィルタ１３と、液晶パネル１４とが
設けられる。更に、この液晶パネル１４を駆動するＬＣ
Ｄ（Liquid Crystal Device）駆動回路１５と、ＬＣＤ
制御信号を発生する制御回路１６とがこの光源装置４に
設けられており、制御回路１６は、液晶の色を設定する
操作パネル１７と、プロセッサ３との信号通信を行うた
めのインターフェース（以下、Ｉ／Ｆと称する）１８と
に接続されている。

【００１１】プロセッサ３は、ＣＣＤ７を駆動する駆動
回路２０と、ＣＣＤが撮像した信号を処理する映像信号
処理回路２１と、ＣＣＤの撮像タイミングと光源装置と
のタイミングを制御する制御回路２２と、光源装置４と
信号通信を行うためのＩ／Ｆ２３とを備えている。

【００１２】液晶パネル１４は、図２に概略的に示すよ
うな構造を有しており、データプロジェクタ用として一
般的なものである。この液晶パネル１４には、液晶の画
素毎にマイクロカラーフィルタがＲ，Ｇ，Ｂのような配
列で設けられており、画素毎の液晶シャッターを構成
し、背面から投射された光は、この液晶パネル１４を通
してＲ，Ｇ，Ｂの配列に分割されて出射される。投射す
る光は平行光であるのが好ましく、このような平行光の
場合には、液晶を効率的に使用することができる。Ｒ，
Ｇ，Ｂのマイクロカラーフィルタの分光特性は、図３に
示すようになり、Ｒ，Ｇ，Ｂの各波長帯域での制御が可
能となる。

【００１３】液晶パネル１４の駆動は、本願の特長であ
る色を可変とするために、図４に示すようなタイミング
で駆動を行う。ＣＣＤ７に電子シャッター機能がある場
合には、この電子シャッタータイミングを、液晶パネル
１４のＬＣＤ駆動タイミングと同期させないと、タイミ
ングよって映像がちらつく現象が発生する。電子シャッ
ター機能がなくとも蓄積および読み出しタイミングと同
期をとることが望ましい。

【００１４】図４は、電子シャッターのＣＣＤでの蓄積
タイミングとＬＣＤ駆動タイミングとを示し、（Ａ）は
Ｒ，Ｇ，Ｂを時分割で出射できるようにした場合であ
る。（Ｂ）はＲ，Ｇ，Ｂを同時にそれぞれの出射時間を
変えるようにした場合で、（Ａ）に示す場合は、時間差
によって色ずれを起こす可能性があったが、（Ｂ）に示
す場合ではそれが改良されている。

【００１５】更に、（Ｂ）に示す場合でも可変を行う時
間に差が出るため、差の部分で、色ずれを起こす可能性
があり画像がぼけたようになってしまう可能性がある。
これに対し、（Ｃ）に示す場合では、時間を細かくする
ことによって色ずれを起こしにくい駆動が可能となる。
しかし、液晶パネルの応答時間が遅いという現象もある
ため、あまり分割同期を早くすることができないが、内
視鏡による観察対象は動きの早いものではないため、液
晶パネルの応答時間で十分な観察画像を得ることができ
る。

【００１６】光源装置４の操作パネル１７には、図５の
（Ａ）に例示するように、キセノン（Ｘｅ）、ハロゲン
（Ｈａ）、バリアブル（Ｖｒ）の３つのモード設定が設
けられ、設定に応じて液晶パネル１４の制御がされる。
例えばキセノンが選択されれば、キセノン光と同等の色
バランスになり、ハロゲンを選択した場合では、ハロゲ
ン光と同等の色バランスとなり、バリアブルではＲ／Ｂ
のバランスを可変とする。可変とする場合のカラーバラ
ンスの考えを、図５の（Ｂ）に色度座標で示す。すなわ
ち、この座標上に示したＲ／Ｂのバランスを自由に調整
できるようになると言うことを意味している。

【００１７】（作用）まず、電子内視鏡２を使用できる
ようにプロセッサ３と光源装置４とを準備する。本発明
の方式によれば、この準備の際、あらかじめ光源装置４
の操作によって出射光のモードを設定する。例えば、プ
ロセッサ３がキセノン光源に合わせたカラーマトリクス
の設定が行われていた場合には、光源装置４の操作パネ
ル１７を操作してキセノンを選択し、光源装置４の出射
光を、プロセッサ３の設定に合わせたキセノン光とす
る。

【００１８】この状態で、内視鏡検査を行う。電子内視
鏡２をプロセッサ３に接続して図示しないホワイトバラ
ンスをとる。このホワイトバランスは、光源装置４以外
のライトガイド８、ＣＣＤのカラーモザイクフィルタ等
の特性を補正して標準的なカラーバランスが得られるよ
うにするものである。

【００１９】（効果）標準的カラーバランスを得るのに
ランプ１１の種類あるいは経時変化が異なっていても、
光源装置４の制御によって所望の照明光が供給できるよ
うになり、わずらわしい映像信号処理装置側の設定を変
更することなく内視鏡装置が使用できる。

【００２０】また、パネルの明るさ設定により光源から
の出射光を制御する場合は、液晶パネル１４の遮光時間
を可変とすることで、明るさ制御が可能となる。例え
ば、図４に示す各Ｒ，Ｇ，Ｂの遮光時間を長くすれば暗
くなり、長くすれば明るくなる。この場合、（Ｂ）に示
す場合の方が、（Ｃ）に示す場合よりも明るい。それ
は、（Ｂ）に示す場合の方が全体の遮光時間が短くなっ
ているためである。

【００２１】液晶パネル１４でＲ，Ｇ，Ｂに分割される
光すなわち液晶セル毎に分割された光は、内視鏡のライ
トガイド８を通過する際に混色され、出射されるときに
は、カラーバランスが整った光となる。このため、イン
テグレーション手段がなくとも色むらになって照明され
ることはない。ライトガイド８が非整列、即ちランダム
性がない場合にはインテグレーション手段を設ける必要
がある。また、液晶セルの微細化が近年進んでおり、高
度に集積された液晶パネルを用いることによって、イン
テグレーション手段が不要となる。

【００２２】本実施形態では、ランプ１１にメタルハラ
イドランプを用いたが、ハロゲンランプのほか同様な高
圧放電ランプとしてキセノンランプ、超高圧水銀ランプ
などであっても同様の効果が得られる。ハロゲンランプ
やキセノンランプの比較的平坦な分光特性を持つランプ
よりも波長にピークをもつメタルハライドランプや超高
圧水銀ランプ等の方がより効果的である。

【００２３】［第２の実施形態］図６から図８は、色可
変手段に、色素を添加させた液晶を用いた実施形態を示
す。なお、以下に説明する実施形態では、上記の第１の
実施形態と同様の部分については同様な符号を付し、そ
の詳細な説明を省略する。

【００２４】この実施形態の光源装置４では、ランプ１
１とレンズ１２との間に、Ｒ，Ｂの液晶パネル３０，３
１を配置してあり、これらの液晶パネル３０，３１は、
２色の色素を添加した吸収異方性の特性を用いたゲスト
・ホスト型液晶を使用している。この液晶パネルでは３
０，３１では、メモリー効果のある方式とし、透過率の
制御は印加電圧により記憶されるようにして、透過率を
可変とすることで透過光の着色率を可変にしている。

【００２５】駆動回路１５は、液晶パネル３０，３１の
双方を駆動する。制御回路１６は、設定されたカラーバ
ランスに対応して、ＢまたはＲ領域の液晶の着色率を変
えるように制御される。

【００２６】液晶パネル３０，３１の液晶に投射する光
は、液晶に対して直角の入射角になるように配置する。

【００２７】ちなみに、液晶はこのような使用をした場
合に高輝度の光源からのエネルギーの耐熱性を向上させ
るため、図８に示す構造の液晶を用いるのが好ましい。
この液晶は、マイクロレンズ６０を用いて透過域以外の
部分の光を効果的に使用でき、制御トランジスタ等が配
置された領域に光があたっても散乱させてしまう反射層
６２を設けて耐熱性を向上させている。

【００２８】この第２の実施形態における光源装置は、
基本的には上記の第１実施形態の光源装置と同じであ
り、したがって、上述と同様な作用および効果を奏す
る。

【００２９】特に、この第２の実施形態では、出射光は
連続的にカラーバランスを保っており、断続的でないた
め、プロセッサ３との同期を取る必要がなく使用可能で
ある。用いたゲスト・ホスト型液晶に代えて、複屈折に
よる干渉を用いるＥＣＢ（Electrically Controlled Bi
refringence）方式の液晶を用いても同様の効果が得ら
れる。

【００３０】［第３の実施形態］本実施形態では、ネマ
ティック（Twisted Nematic; 以下ＴＮと称する）タイ
プの液晶パネルと偏向フィルタとを用いて色を可変する
方式について述べる。図９から図１１に示すように、本
実施形態の硬性鏡２は、硬性部の挿入部６と把持部５と
ライトガイド８とから形成されている。ＣＣＤ７は、外
付けカメラヘッド２６に設けられ、硬性鏡２の接眼部に
着脱自在に接続され、ＣＣＤ７の信号は，ＣＣＵ２５に
コネクタ１０を介して接続される。

【００３１】光源装置４には、光源としてメタルハライ
ドランプ１１とランプ１１から赤外線カットフィルタ１
３を介して赤外カットした光が、位相差板（またはポー
ラライザー；polarizerと呼ばれる）３０に入射する。
この位相差板３０は、図１０に示すように、波長５００
ｎｍを中心に２波長に分割されるようになっており、５
５０ｎｍ以上を（ａ）成分、５５０ｎｍ以下を（ｂ）成
分と設定し、この（ａ）の成分をｓ波とする位相差板
と、（ｂ）の成分をｐ波とする位相差板を積層して形成
してあり、ｓ波とｐ波を合成して出射するようになって
いる。

【００３２】この位相差板３０の出射光は、ＴＮタイプ
液晶パネル３１に入射される。ＴＮタイプ液晶パネル３
１は、ねじれ効果をもち、波の振幅方向に角度変化を持
たせるようになっており、角度変化は印加する電圧によ
って最大π／４まで変化する。ＴＮタイプ液晶パネル３
１を出射した光は偏光板３２に入射する。偏光板３２で
はＴＮタイプ液晶パネル３１のねじれ角度によって、透
過量のコントロールがされる。例えば、図１１にねじれ
角度を模式的に表したような角度に変化すると、偏光板
３２はｓ波のみを通過させるため、角度変化量によって
通過量が変わってくる。ねじれ角度は（ａ）成分および
（ｂ）成分が同時に変化するので、ｓ波のみ透過させる
偏光板３２によって（ａ）成分と（ｂ）成分との量を変
えること、すなわち色の可変ができるようになってい
る。

【００３３】ＴＮタイプ液晶パネル３４に印加する電圧
は、光源装置のパネル１４に設けた操作スイッチによ
り、色バランスが設定されると、その設定に従って制御
回路１６から色バランスの制御信号が、ＬＣＤ駆動回路
に入力され、適切なカラーバランスで光源からの照明光
が出射されるようになっている。

【００３４】第３実施形態の光源装置では、標準的カラ
ーバランスを得るのに、光源装置のパネル１４によって
色バランスの設定が行え、これにより、上記第１の実施
形態と同様な効果が得られる。

【００３５】［第４の実施形態］本実施形態の光源装置
では、メタルハライドランプは、経時変化により、発光
の波長分布が変化し、ハロゲン化金属の発光より水銀の
発光波長成分が強くなってくる傾向が見られるため、こ
の変化を補正することにより、色温度の変化がないよう
にするものでる。

【００３６】図１２から図１４を参照して本実施形態に
よる光源装置を説明する。第３の実施形態と同様に、図
１２および図１３に示すようなフィルタ特性を用いて補
正を行う。光源装置４には、ランプ電源３３からランプ
の点灯情報がＣＰＵ３４に入力され、ＣＰＵ３４では点
灯時間の積算が行われる。積算結果は記憶手段３５に記
憶され、電源を投入して新たに点灯した時に、記憶手段
３５から前回までの積算時間が読み出され、今回の点灯
で積算された点灯時間は次回のために記憶手段３５に記
憶されるようになっている。この記憶手段３５は電源が
ＯＦＦとなっても、消去されない記憶手段、例えばＥＥ
ＰＲＯＭなどが用いられる。ＣＰＵ３４は積算時間の結
果によって、色の補正量を決定し、ＬＣＤ駆動回路１５
に入力する。ＬＣＤ駆動回路１５は、ＴＮタイプの液晶
パネル３１に印加する電圧を変化させて、ＴＮタイプ液
晶パネル３１の透過光のねじれ角度を制御する。

【００３７】フィルター特性は、メタルハライドランプ
の特徴的な水銀によって発生する波長で色バランスが悪
くなるため、図１３に示すように特に強度の強い５００
ｎｍ付近の波長成分をコントロールできるように、図１
４に示したフィルター特性を持たせるようにする。この
図１４にしめす（ａ）成分をｓ波で出射できるように位
相差板３０を設定し、（ｂ）成分をｐ波で出射できるよ
うに設定する。偏光板３２は、第３の実施形態と同様に
ｓ波成分のみを透過できるようになっている。位相差板
３０の設定により、ＴＮタイプ液晶パネル３１に印加す
る電圧を高くするほど、（ｂ）成分の量が増えることに
なる。

【００３８】本実施形態の光源装置では、メタルハライ
ドランプの使用時間によって、ＣＰＵ３４は、その使用
時間を積算し、色のバランスをＴＮタイプ液晶パネル３
１に印加する電圧で制御する。使用開始時点では、あら
かじめ設定したバランスになるように、電圧を設定し、
経過時間によって、設定電圧を下げるように制御され
る。これによって、水銀による波長成分が強くなった場
合は、相対的に波長成分が少なくなるように光源装置４
から照明光が出射される。

【００３９】本実施形態の光源装置４では、経時的に波
長変化する場合に色バランスを補正できるようになる。
経時的変化は、時間だけでなく、出射光を光源装置４の
内部でモニターすることによっても、検出が可能であ
り、色のモニターによって検出できる色のバランスが、
適正になるように制御することもできる。

【００４０】本発明は上述の各実施形態に限定されるも
のではなく、少なくとも以下に示す特徴事項が得られ
る。＜付記＞１．照明光を供給する光源ランプと、内視鏡の先端に
照明光を伝送するライトガイドと、光源ランプとライト
ガイドとの間に、光の波長の構成成分の波長毎の割合を
可変する色可変手段と、色可変手段を介して光源ランプ
からの光をライトガイドに集光させる光学系とを設け
た、内視鏡光源装置。

【００４１】２．色可変手段は電気的に分光特性を可
変できるようにした光学素子による上記１に記載の内視
鏡光源装置。

【００４２】３．色可変手段はＬＣＤによる上記１に
記載の内視鏡光源装置。

【００４３】

【発明の効果】以上明らかなように、本発明の内視鏡光
源装置によると、光源の波長成分の波長毎の割合を可変
とする色可変手段を設けることにより、標準的カラーバ
ランスを得るのにランプが異なっても、また、経時変化
があっても、光源装置の制御によって所望の照明光が供
給できるようになり、わずらわしい映像信号処理装置側
の設定を変更することなく内視鏡装置が使用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態による内視鏡光源装置
の概略構成を示す説明図。

【図２】図１の液晶パネルの概略構造を示す説明図。

【図３】図１の内視鏡光源装置におけるカラーフィルタ
の分光特性を、横軸の波長と縦軸の透過率とで示すグラ
フ図。

【図４】液晶パネルの駆動タイミングを説明するグラフ
図。

【図５】（Ａ）は操作パネルの配置例の説明図、（Ｂ）
はこの操作パネルにより調整されるカラーバランスを示
すグラフ図。

【図６】第２の実施形態による内視鏡光源装置の図１と
同様な説明図。

【図７】図６の実施形態に用いる透過率を可変とした液
晶パネルを説明するグラフ図。

【図８】耐熱性を向上した液晶パネルの構造を示す概略
的な断面図。

【図９】第３の実施形態による内視鏡光源装置の図１と
同様な説明図。

【図１０】図９の光源装置に用いる位相差板のフィルタ
ー特性を概略的に示すグラフ図。

【図１１】図９の光源装置に用いる液晶パネルによるね
じれ角度を模式的に示す説明図。

【図１２】第４の実施形態による内視鏡光源装置の図１
と同様な説明図。

【図１３】図１２の光源装置に用いるメタルハライドラ
ンプ特性を概略的に示すグラフ図。

【図１４】図１２の光源装置に用いる位相差板によるフ
ィルター特性を概略的に示すグラフ図。

【符号の説明】

１…内視鏡装置、２…電子内視鏡、３，２５…プロセッ
サ、４…光源装置、５…操作部、６…挿入部、７…ＣＣ
Ｄ、８…ライトガイド、９，１０…コネクタ、１１…ラ
ンプ、１２…レンズ、１３…赤外線遮断フィルタ、１
４，３０，３１，３６，４０，４０，４６，５８，５
９，６０，６１…液晶パネル、１５…ＬＣＤ駆動回路、
１６，２２…制御回路、１７…操作パネル、１８，２３
…Ｉ／Ｆ、２０…駆動回路、２１…映像信号処理回路、
２５…ＣＣＵ、２６…カメラヘッド、３０…位相差板、
３１…ＴＮタイプ液晶パネル、３２…偏向板、３３…ラ
ンプ電源、３４…ＣＰＵ、３５…記憶手段。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者田代秀樹東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号オリンパス光学工業株式会社内 (72)発明者半田啓二東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号オリンパス光学工業株式会社内 (72)発明者伊藤満裕東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号オリンパス光学工業株式会社内 (72)発明者高篠智之東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号オリンパス光学工業株式会社内 (72)発明者越川豊東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号オリンパス光学工業株式会社内 (72)発明者中村剛明東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号オリンパス光学工業株式会社内Ｆターム(参考） 2H040 BA09 CA09 CA11 GA02 GA06 4C061 AA00 BB01 CC06 DD00 GG01 LL01 MM02 NN01 QQ09 RR04 RR12 TT04 5C054 CA04 CC03 CC05 CC07 HA12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内視鏡の先端部に照明光を供給する光源
ランプと、前記光源ランプにより照明光を入射する入射端部と内視
鏡の先端部近傍に位置する出射端部とを有し、前記照明
光を伝送するライトガイドと、前記光源ランプと前記ライトガイドの入射端部との間に
設けられ、前記光源の波長成分の波長毎の割合を可変と
する色可変手段と、前記色可変手段と前記ライトガイドの入射端部との間に
設けられ、前記色可変手段を透過した照明光を前記ライ
トガイドの入射端部に集光させる光学系と、を備えるこ
とを特徴とする内視鏡光源装置。