JP2002306410A - 声帯観察用の電子内視鏡システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 声帯の観察を可能とした面順次方式の電子内
視鏡システムにおいて、高速で動く声帯の鮮明なカラー
画像を面順次方式で得ることができる内視鏡システムを
提供することである。 【解決手段】 内視鏡システムが、声帯が発する音波を
検知するためのマイクと、前記照明光の一色ごとに、前
記マイクにより検知された音波波形と同期をとって声帯
を照明しては遮光をする音波同期遮光手段とを備えるこ
とにより、上記課題を解決した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、声帯の観察を可能
とした面順次方式の電子内視鏡システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】医用あるいは工業用として用いられる内
視鏡システムは、例えば、体腔内へ挿入される先端部の
対物光学系からの映像を光ファイバで伝達させ接眼部か
ら観察可能な内視鏡（ファイバースコープ）、その内視
鏡へ照明光を供給する光源装置から構成される。また、
ＣＣＤ（Charge Coupled Device）の小型化、高解像度
化などから、体腔内への挿入部の先端にＣＣＤを設けて
映像を撮像可能とした電子内視鏡と、撮像画像を表示す
ることのできるモニタから構成される内視鏡システムも
広く用いられるに至っている。

【０００３】なお、電子内視鏡を用いた内視鏡システム
においては前記ＣＣＤからの信号を処理してモニタやビ
デオプリンタ等の出力機器に撮像画像を表示・印刷させ
る内視鏡用プロセッサに光源装置が内蔵されているのが
一般的である。

【０００４】このような電子内視鏡を用いた内視鏡シス
テムにおいては、内視鏡の先端に収められうる寸法のＣ
ＣＤで高精度のカラー画像を得るため、面順次方式を採
用している。

【０００５】面順次方式の電子内視鏡装置においては、
一般に、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の三色の照明光
を各色別に時間をずらして被写体に順次照射して、その
被写体の像をモノクロのＣＣＤで順次撮像している。そ
して内視鏡用プロセッサに内蔵された画像処理手段によ
り、ＣＣＤから順次送られてくる各色別の映像信号を一
つに合成してカラー画像を生成し、モニタ画面上にこの
カラー画像を表示している。なお、ＮＴＳＣ方式のモニ
タに画像を表示することを前提とした内視鏡システムに
おいては、ＮＴＳＣ信号における１フィールド区間、す
なわち１／３０秒の間に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）
の三色の照明光を１回ずつ照射する。

【０００６】従って、面順次方式の電子内視鏡装置によ
れば、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の三色のカラーフ
ィルタを備えた、いわゆるカラーＣＣＤを用いた電子内
視鏡装置と比べ、ＣＣＤの寸法が同じであれば３倍の解
像度のカラー画像を得ることが可能である。

【０００７】しかし面順次方式では、１フレームの画像
を得るのに、三色の照明光を各色別に時間をずらして被
写体に順次照射して、その各々の像を撮像しなければな
らない。そのため、声帯のような動きの速い被写体を観
察しようとすると、被写体が同じ位置で三色の照明光を
受けることなく移動してしまうので、モニタ上において
は三色の縞模様が繰り返されるいわゆる色ずれが発生し
て、観察不能になってしまう。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、高速で動く
声帯の鮮明なカラー画像を面順次方式で得ることができ
る内視鏡システムを提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、請求項１に記載の声帯観察用の内視鏡システムは、
声帯が発する音波を検知するためのマイクと、前記照明
光の一色ごとに、前記マイクにより検知された音波波形
と同期をとって声帯を照明しては遮光をする音波同期遮
光手段とを有している。

【００１０】従って、一枚のカラー画像を得るために必
要な各色の画像における声帯の開度はほぼ同一に保たれ
るので、色ずれの無い鮮明なカラー画像が得られる。

【００１１】また、前記音波同期遮光手段が前記マイク
により検知された音波の波形に対して常に同じタイミン
グで照明と遮光を行うことにより、所定の開度の声帯の
静止画像を連続してモニタ等の画像表示手段に表示させ
ることができる（請求項２）。

【００１２】また、前記音波同期遮光手段が、一つ又は
複数のカラー画像単位で前記マイクにより検知された音
波の波形に対する照明と遮光のタイミングを所定位相ず
つ変化させることことにより、開閉する声帯を実際の開
閉速度よりも遅い速度で表示する、いわゆるスローモー
ション画像が可能となる（請求項３）。

【００１３】なお、前記音波同期遮光手段によって声帯
が連続して照明される時間は、１０ ^−４秒から１０^−５
秒程度が適切である（請求項４）。

【００１４】また、前記音波同期遮光手段が、前記マイ
クにより検知された音波波形を矩形波に整形する音波整
形手段と、前記音波整形手段によって得られた矩形波の
立ち上がりを検知する矩形波検知手段と、前記矩形波検
知手段によって検知された矩形波の立ち上がり時刻を計
測するタイマー手段とを有し、前記音波同期遮光手段
は、前記タイマー手段によって得られた矩形波の立ち上
がり時刻を基準とするタイミングで声帯を照明しては遮
光をする構成としてもよい（請求項５）。

【００１５】なお、好ましくは、前記音波同期遮光手段
として、扇状の切り欠きを有して照明光を間欠的に遮光
するように回転駆動される円盤状部材を用いられる（請
求項７）。

【００１６】さらに好ましくは、前記円盤状部材は、ス
テッピングモータによって回転駆動される（請求項
８）。

【００１７】

【発明の実態の形態】図１に本発明の実施の形態による
電子内視鏡システムのブロック図を示す。本発明の実施
の形態による内視鏡システム１０００は、電子内視鏡
（電子スコープ）１００と、内視鏡用プロセッサ２００
と、モニタ３００を有している。

【００１８】電子内視鏡１００は、挿入部１０３と、操
作部１０５と、ライトガイド１０２とを有している。ま
た、挿入部１０３の先端には、対物光学系１０１と、ラ
イトガイド１０２の射出端１０２ａが備えられている。
さらに、挿入部１０３の内部にはＣＣＤ１０６が備えら
れている。

【００１９】ＣＣＤ１０６は、ＣＣＤ１０６の撮像面と
対物光学系１０１の結像面とが一致するように取り付け
られており、ＣＣＤ１０６の受光面上で結像された光学
像は、光電変換され電圧信号として取り出されプロセッ
サ２００に送信される。

【００２０】内視鏡用プロセッサ２００は、メイン制御
部２０１と、光源システム２１０と、フロントパネルス
イッチ２０３と、映像信号処理回路２０４と、同期回路
２０６を内蔵している。

【００２１】図２は、光源システム２１０を模式的に示
したものである。光源システム２１０は光源ランプ２１
１を有している。この光源ランプ２１１からの光束は光
軸Ｏに沿って集光レンズ２１２に進み、集光される。さ
らにこの光束はライトガイド１０２の入射端１０２ｂに
入射される。従って電子内視鏡１００の挿入部１０３の
先端付近は、ライトガイド１０２を通過してこのライト
ガイド１０２の射出端から放出される光によって照明さ
れる。

【００２２】また、集光レンズ２１２とライトガイド１
０２の入射端との間には、Ｒ，Ｇ，Ｂ三色のカラーフィ
ルタ２１３ａを交互に挿脱させるために一定速度で回転
駆動されるＲＧＢ回転フィルタ２１３と、扇状の切り欠
き２１４ａを有して照明光を間欠的に遮光するように回
転駆動される円盤状のチョッパ２１４とが配置されてい
る。

【００２３】ＲＧＢ回転フィルタ２１３はＲ、Ｇ、Ｂの
三枚の色フィルタ２１３ａを備える円板形状を有する。
各色フィルタ２１３ａは、フレーム（遮光領域）２１３
ｂを挟んで２π／３ごとに均等に配設されている。各色
フィルタ２１３ａは、入射する光束をフィルタリングし
てそれぞれＲ光、Ｇ光、Ｂ光（三原色の光）を生成す
る。

【００２４】ここで、ＲＧＢ回転フィルタ２１３はＮＴ
ＳＣ信号に同期した回転数、すなわち３０Ｈｚで図２中
の矢印で示される所定方向に回転している。なお、ＣＣ
Ｄ１０６（図１）がＲＧＢ回転フィルタ２１３と同期す
るタイミングで電荷の蓄積及び転送を実施するようにメ
イン制御部２０１（図１）はＣＣＤ１０６を制御する。

【００２５】すなわち、光源ランプ２１１からの光束が
Ｒ，Ｇ，Ｂ三色のカラーフィルタ２１３ａのそれぞれを
通過している間はＣＣＤ１０６は電荷の蓄積を行ってお
り、光源ランプ２１１からの光束がＲＧＢ回転フィルタ
２１３のフレーム２１３ｂにマスクされているときは、
直前に蓄積された電荷を映像信号処理回路２０４に転送
している。

【００２６】映像信号処理回路２０４（図１）はＣＣＤ
１０６と接続されており、ＣＣＤ１０６によって取り出
された電圧信号を処理してこの電圧信号を元の光学像に
復号する。次いで、映像信号処理回路２０４は赤、緑、
青の三色に時分割された光学像を一つに合成して、カラ
ー画像を生成する。さらに前記復号された光学像をＮＴ
ＳＣ信号に変換し、モニタ３００（図１）に出力する。

【００２７】ここで、映像信号処理回路２０４における
映像信号処理制御は、メイン制御部２０１からの制御信
号によって行われる。

【００２８】また、チョッパ２１４は図示しないステッ
ピングモータによって任意の速度で、ＲＧＢ回転フィル
タ２１３と同じ方向に回転駆動される。さらに、このス
テッピングモータは任意のタイミングでチョッパ２１４
の回転を開始および／または停止させることが可能であ
る。さらに、チョッパ２１４と集光レンズ２１２との間
にはフォトセンサ２１５が設置されている。このフォト
センサ２１５はチョッパ２１４の切り欠き２１４ａが光
源２１１からの照明光束を横切るときに光源２１１から
の光を検出するものである。また、フォトセンサ２１５
はメイン制御部２０１と接続されており、内視鏡用プロ
セッサ２００のメイン制御部２０１はフォトセンサ２１
５による検出結果から、チョッパ２１４の切り欠き２１
４ａの位相を検知することができる。

【００２９】また、図１に示すように内視鏡用プロセッ
サ２００には、音波を検知するためのマイク２０５が接
続されており、そこで検知された音波の信号が同期回路
２０６を経てメイン制御部２０１に送られる。なお、マ
イク２０５は骨伝導マイクであり、被験者の頸部にこの
マイク２０５を取り付けることにより、声帯から発せら
れる音声を検出するものである。

【００３０】図３は声帯を模式的に示した概略図であ
る。図３に示すように、声帯は閉状態（ａ）と全開状態
（ｂ）との間で開閉する門状の器官である。この声帯を
高速で開閉させながら肺の空気を吐き出すことにより、
声帯通過時の空気は声帯の開度に応じて微妙に気圧変動
を生じる。具体的には、声帯の開度が大きいほど、また
声帯を通過する空気の流速が早いほど気圧は大きくな
る。この気圧変動は一種の疎密波として大気中を伝播す
る。この伝播する疎密波が鼓膜によって感知されると、
当該疎密波は音として認識される。

【００３１】ここで、鼓膜によって感知された「音」の
高さはこの疎密波の疎密の間隔に依存する。すなわち疎
密の間隔が短いほど、「高い」音として認識される。従
って、声帯が一定の高さで音声を発している時は、声帯
は一定の周期で開閉動作を繰り返している。マイク２０
５はこの気圧変動を電圧の変動に変換し、同期回路２０
６を介してプロセッサ２００のメイン制御部２０１に送
信する。

【００３２】メイン制御部２０１はマイク２０５から得
られた信号を解析し、その解析結果をもとにチョッパ２
１４の回転を制御する。すなわち、メイン制御部２０１
は解析結果をもとにチョッパ２１４を駆動するステッピ
ングモータにパルスを印加し、チョッパ２１４の切り欠
き２１４ａが所望の時刻に照明光束を横切るように制御
する。また、それに対応して映像処理部２０４の信号処
理を制御する。

【００３３】本発明の実施の形態において、振動する声
帯の静止画像をＮＴＳＣ信号としてモニタ３００に出力
する方法を図４のタイミングチャートを用いて説明す
る。ここで、図４のタイミングチャートは声帯全開時の
静止画像を得ることを目的としている。マイク２０５か
らの出力（ａ）は略サインカーブ状の波形である。ここ
で、この出力が最大となる時は声帯が全開となっている
時であり、一方出力が最小となる時は声帯は閉じてい
る。

【００３４】同期回路２０６はこの略サインカーブ状の
出力（ａ）を最大出力と最小出力との中間点で立ち上が
る矩形波（ｂ）に整形する。さらに同期回路２０６はこ
の矩形波（ｂ）の立ち上がりを検知する。従って、メイ
ン制御部２０１は声帯全開時、すなわち矩形波（ｂ）の
立ち上がりから位相がπ／２だけ進んだ時にチョッパ２
１４の切り欠き２１４ａが照明光束を横切るように、チ
ョッパ２１４を駆動するステッピングモータを制御す
る。

【００３５】図４のタイミングチャートにおいては声帯
は１２０Ｈｚで振動している。ここで、チョッパ２１４
の切り欠き部が照明光の光路を横切る位置でチョッパ２
１４をあらかじめ停止させておく。次いで、同期回路２
０６が矩形波（ｂ）の立ち上がりを検知してから１／４
８０秒経過後、図４のチョッパ駆動信号（ｃ）に示され
るように、チョッパ２１４を１２０Ｈｚで回転させるパ
ルスをチョッパ２１４を駆動するステッピングモータに
印加する。よって、チョッパ２１４の切り欠き２１４ａ
が照明光束を横切るときは常に声帯が全開となる。

【００３６】一方、図４の（ｄ）はＲＧＢ回転フィルタ
２１３の挙動を示すチャートであり、（ｅ）はＣＣＤ１
０６の動作状態を示すチャートである。図４に示すよう
に、ＲＧＢ回転フィルタ２１３は３０Ｈｚで回転してお
り、また、ＣＣＤ１０６はＲＧＢ回転フィルタ２１３と
同期を取って電荷の蓄積と転送を行っている。ここで、
ＲＧＢ回転フィルタ２１３のカラーフィルタ２１３ａの
それぞれが照明光束を横切っている期間は１／１１０秒
程度であり、１２０Ｈｚで振動する声帯の振動周期より
も長い。従って、ＲＧＢ回転フィルタ２１３が１回転す
る間に、カラーフィルタ２１３ａのそれぞれとチョッパ
２１４の切り欠き２１４ａが同時に照明光束を横切る状
態が、ＲＧＢ各色について少なくとも１回ずつ起こる。
従って、映像処理信号回路２０４がＲＧＢ回転フィルタ
２１３が１回転する間（すなわち１／３０秒）にＣＣＤ
１０６から受信した映像信号を処理してＮＴＳＣ信号に
変換することにより、映像処理信号回路２０４は全開の
状態で静止した声帯のＮＴＳＣ信号を生成し、モニタ３
００に表示する。

【００３７】また本発明の実施の形態において、振動す
る声帯のスローモーション画像をＮＴＳＣ信号としてモ
ニタ３００に出力する方法を図５のタイミングチャート
を用いて説明する。図５のタイミングチャートに基づい
てチョッパ２１４の回転を制御することより、１２０Ｈ
ｚで振動する声帯を、１秒に一回開閉するうなスローモ
ーション画像としてモニタ３００に表示させることが可
能となる。

【００３８】同期回路２０６によって、マイク２０５か
らの出力（ａ）は矩形波（ｂ）に整形されている。ま
た、同期回路２０６はこの矩形波（ｂ）の立ち上がりを
検知する。次いで、チョッパ２１４の切り欠き２１４ａ
が照明光束を横切る位置でチョッパ２１４をあらかじめ
停止させておく。次いで、同期回路２０６が矩形波
（ｂ）の立ち上がりを検知した直後、図５のチョッパ駆
動信号（ｃ）に示されるように、チョッパ２１４を１２
０Ｈｚで回転させるパルスをチョッパ２１４を駆動する
ステッピングモータに印加する。

【００３９】図４と同様、図５の（ｄ）は回転フィルタ
２１３の挙動を示すチャートであり、（ｅ）はＣＣＤ１
０６の動作状態を示すチャートである。ＲＧＢ回転フィ
ルタ２１３は３０Ｈｚで回転しており、また、ＣＣＤ１
０６はＲＧＢ回転フィルタ２１３と同期を取って電荷の
蓄積と転送を行っている。ここで、ＲＧＢ回転フィルタ
２１３のカラーフィルタ２１３ａのそれぞれが照明光束
を横切っている期間は１／１１０秒程度であり、１２０
Ｈｚで振動する声帯の振動周期よりも長い。従って、回
転フィルタ２１３が１回転する間に、カラーフィルタ２
１３ａのそれぞれとチョッパ２１４の切り欠き２１４ａ
が同時に照明光束を横切る状態が、ＲＧＢ各色について
少なくとも１回ずつ起こる。

【００４０】ここで、光束が青色のカラーフィルタ２１
３ａと赤色のカラーフィルタ２１３ａの間のフレーム２
１３ｂを通過している間に、チョッパ２１４が所定時間
ｔだけ停止する。停止時間ｔは声帯の振動周波数ｆと、
モニタ上での声帯の開閉周期Ｔから、数式ｔ＝１／（３
０ｆＴ）を用いて計算される。図４に示すタイムチャー
トにおいては、ｆ＝１２０［Ｈｚ］、Ｔ＝１［ｓｅｃ］
であるので、チョッパ２１４は１／３６００秒だけ停止
する。

【００４１】上記のようなタイミングでチョッパ２１４
が停止する毎に、チョッパ２１４の切り欠き２１４ａが
光束を通過するタイミングは１／３６００秒ずつ後ろに
ずれる。すなわち、１／３０秒ごとにチョッパ２１４の
切り欠き２１４ａが光束を通過したときの声帯の位相は
π／１５ずつ後ろにずれる。

【００４２】従って、映像処理信号回路２０４がＲＧＢ
回転フィルタ２１３が１回転する間にＣＣＤ１０６から
受信した映像信号を処理してＮＴＳＣ信号に変換するこ
とにより、映像処理信号回路２０４は１／３０秒ごとに
位相がπ／１５ずつ進んだ声帯のＮＴＳＣ信号を生成
し、モニタ３００に表示する。すなわち、モニタ３００
には、一秒周期で開閉を繰り返す声帯が表示される。

【００４３】

【発明の効果】本発明によれば、マイクにより検知され
た音波波形と同期をとって複数色の照明光で一色毎に被
写体を照明しては遮光をし、各色照明光によって撮像さ
れた画像を一つに合わせることにより、高速で動く声帯
の鮮明なカラー画像を面順次方式で得ることができ、同
期のタイミングを制御することによって、静止画像でも
スローモーション画像でも得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態による電子内視鏡システム
のブロック図である。

【図２】本発明の実施の形態による内視鏡用プロセッサ
ーの光源システムを模式的に図示した概略図である。

【図３】声帯を模式的に示した概略図である。

【図４】本発明の実施の形態において、所定の周波数で
音声を発している声帯を観察した時のタイミングチャー
トの一例を示したものである。

【図５】本発明の実施の形態において、所定の周波数で
音声を発している声帯を観察した時のタイミングチャー
トの別例を示したものである。

【符号の説明】

１００ 電子内視鏡 １０１ 対物光学系 １０２ ライトガイド １０３ 挿入部 １０５ 操作部 １０５ａ 観察モード切換ボタン １０６ ＣＣＤ ２００ プロセッサ ２０１ メイン制御部 ２０３ フロントパネルスイッチ ２０４ 映像信号処理回路 ２０５ マイク ２０６ 同期回路 ２１０ 光源システム ２１１ 光源ランプ ２１２ 集光レンズ ２１３ ＲＧＢ回転フィルタ ２１３ａ カラーフィルタ ２１３ｂ フレーム ２１４ チョッパ ２１４ａ 切り欠き ３００ モニタ １０００ 内視鏡システム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 榎本 貴之 東京都板橋区前野町２丁目36番９号 旭光 学工業株式会社内 (72)発明者 小澤 了 東京都板橋区前野町２丁目36番９号 旭光 学工業株式会社内 Ｆターム(参考） 2H040 BA01 CA02 CA07 CA10 CA23 DA18 DA42 DA51 GA02 GA05 GA11 4C061 AA13 CC06 GG01 LL02 MM03 QQ09 RR03 RR15 RR18

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数色の照明光を各色別に時間をずらし
   て声帯に順次照射する発光手段と、 前記発光手段によって照射された前記声帯の各色別の像
   を順次撮像する固体撮像素子を先端に備えた電子内視鏡
   と、 前記固体撮像素子によって撮像された前記声帯の各色別
   の像を処理してカラー画像を得る画像処理手段と、 前記画像処理手段によって得られたカラー画像を表示す
   る、画像表示手段と、 を有する、面順次方式の声帯観察用の電子内視鏡システ
   ムにおいて、 前記電子内視鏡システムが、 声帯が発する音波を検知するためのマイクと、 前記照明光の一色ごとに、前記マイクにより検知された
   音波波形と同期をとって声帯を照明しては遮光をする音
   波同期遮光手段と、 を有することを特徴とする、声帯観察用の電子内視鏡シ
   ステム。
2. 【請求項２】 前記音波同期遮光手段が前記マイクによ
   り検知された音波の波形に対して常に同じタイミングで
   照明と遮光を行うことを特徴とする、請求項１に記載の
   声帯観察用の電子内視鏡システム。
3. 【請求項３】 前記音波同期遮光手段が、一つ又は複数
   のカラー画像単位で前記マイクにより検知された音波の
   波形に対する照明と遮光のタイミングを所定位相づつ変
   化させることを特徴とする、請求項１に記載の声帯観察
   用の電子内視鏡システム。
4. 【請求項４】 前記音波同期遮光手段によって声帯が連
   続して照明される時間は、１０^−４秒から１０^−５秒で
   あることを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれか
   に記載の声帯観察用の電子内視鏡システム。
5. 【請求項５】 前記音波同期遮光手段が、 前記マイクにより検知された音波波形を矩形波に整形す
   る音波整形手段と、 前記音波整形手段によって得られた矩形波の立ち上がり
   を検知する、矩形波検知手段と、 前記矩形波検知手段によって検知された矩形波の立ち上
   がり時刻を計測するタイマー手段と、を有し、 前記音波同期遮光手段は、前記タイマー手段によって得
   られた矩形波の立ち上がり時刻を基準とするタイミング
   で声帯を照明しては遮光をすることを特徴とする、請求
   項１から請求項４に記載の声帯観察用の電子内視鏡シス
   テム。
6. 【請求項６】 前記画像表示手段が、ＮＴＳＣ方式のモ
   ニタであり、 前記発光手段は、１／３０秒の間に赤、緑、青の三色の
   照明光を１回ずつ照射することを特徴とする、請求項１
   から請求項５のいずれかに記載の声帯観察用の電子内視
   鏡システム。
7. 【請求項７】 前記音波同期遮光手段が、扇状の切り欠
   きを有して照明光を間欠的に遮光するように回転駆動さ
   れる円盤状部材であることを特徴とする、請求項１から
   請求項６のいずれかに記載の声帯観察用の電子内視鏡シ
   ステム。
8. 【請求項８】 前記円盤状部材は、ステッピングモータ
   によって回転駆動されることを特徴とする、請求項７に
   記載の声帯観察用の電子内視鏡システム。