JP2005304634A - 電子内視鏡、電子内視鏡用光源装置及びロータリーシャッタ - Google Patents

Abstract

【課題】 容易に調光することができ、かつ、全画素を読み出して画像ブレが少なく高画質の画像をフレーム合成することのできる電子内視鏡、電子内視鏡用光源装置及びこれに用いるロータリーシャッタを提供する。
【解決手段】 光源と、回転軸が光源の光軸と平行に配置され、光源から入射した照明光を遮光するまたはライトガイドへ向けて出射するロータリーシャッタと、光源の光軸と回転軸との軸間距離を変更する軸間距離変更手段と、を有し、ロータリーシャッタは、半円形の遮光部と、光源からロータリーシャッタへ入射する光束の直径に対応させて周方向において開口率を変化させた開口部と、からなり、軸間距離変更手段によって、光源からロータリーシャッタへ入射する光束の直径の分を単位として、軸間距離を変更することにより出射光量を変更する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、電子内視鏡に関し、とくに電子内視鏡用光源装置に用いるロータリーシャッタに関する。

従来の電子内視鏡においては、適切な調光を行うために、例えば特開昭６２−６９２２２号公報に開示された内視鏡記録装置が提案されていた。この装置は、内視鏡用光源の照射光軸との軸間距離を変更可能な回転軸を備えるロータリーシャッタを有している。このロータリーシャッタは回転したときに半径方向各部位において周速差を生じるような形状となっており、軸間距離を変更することにより周速差を利用して調光を行うものである。

一方、静止画を取り入れる電子内視鏡として、特公平７−８５１３２号公報に開示されたものがあった。この電子内視鏡は、円形の回転遮蔽板を備え、回転遮蔽板上に固体撮像素子におけるフィールド間の光不感時間よりも若干遮蔽時間が大きくなるような狭角部を介して光源からの連続光をパルス状に通過させる第１及び第２の露光開口部が設けられ、回転遮蔽板を連続回転させて光源から発せられた連続光より、第１のフィールド期間の終端部分及び第２のフィールド期間の始端部分にて被写体に照射される光パルスを生成するロータリーシャッタを有している。

また、照明光を所定期間だけ遮光する光源装置を用いた電子内視鏡として、例えば特許第３３７０８７１号公報に開示されるものがあった。この電子内視鏡では、ロータリーシャッタを駆動するモータを回転及び停止制御して所定の遮光期間を介して照明光を出力する回転モードと、照明光を遮光することなく出射する停止モードを備えている。このため、遮光期間を要しない上下の画素データを加算しながら読み出す方式と、遮光期間を要する全画素を読み出す方式との両方式に対応することができる。
特開昭６２−６９２２２号公報 特公平７−８５１３２号公報 特許第３３７０８７１号公報

上述の特開昭６２−６９２２２号公報記載の装置では、調光は可能であるものの、全画素を読み出して静止画を取り入れることはできなかった。また、特公平７−８５１３２号公報記載の電子内視鏡では、第１フィールドと第２フィールドをフレームに合成すると、画像にブレが生じやすかった。さらに、特許第３３７０８７１号公報記載の電子内視鏡では、ロータリーシャッタが照明光からの熱により劣化するおそれがあった。

上記課題を解決するために、本発明の電子内視鏡用光源装置においては、光源と、回転軸が光源の光軸と平行に配置され、光源から入射した照明光を遮光するまたはライトガイドへ向けて出射するロータリーシャッタと、光源の光軸と回転軸との軸間距離を変更する軸間距離変更手段と、を有し、ロータリーシャッタは、半円形の遮光部と、光源からロータリーシャッタへ入射する光束の直径に対応させて周方向において開口率を変化させた開口部と、からなり、軸間距離変更手段によって、光源からロータリーシャッタへ入射する光束の直径の分を単位として、軸間距離を変更することにより出射光量を変更することを特徴としている。

本発明のロータリーシャッタは、光源の光軸と、この光軸に平行に配置された回転軸と、の軸間距離が変更可能に配置されるロータリーシャッタであって、半円形の遮光部と、光源からロータリーシャッタへ入射する光束の直径に対応させて周方向において開口率を変化させた開口部と、を有し、光源からロータリーシャッタへ入射する光束の直径の分を単位として軸間距離を変更することにより出射光量を変更することを特徴としている。

本発明のロータリーシャッタは、操作部と、操作部から延び、観察対象内部に挿入される挿入部と、操作部及び挿入部に内挿され、その先端が挿入部先端まで延びるライトガイドと、ライトガイドに照明光を入射する光源装置と、を有し、光源装置は、光源と、回転軸が光源の光軸と平行に配置され、光源から入射した照明光を遮光またはライトガイドへ向けて出射するロータリーシャッタと、光源の光軸と回転軸との軸間距離を変更する軸間距離変更手段と、を備え、ロータリーシャッタは、半円形の遮光部と、光源からロータリーシャッタへ入射する光束の直径に対応させて周方向において開口率を変化させた開口部と、からなり、軸間距離変更手段によって、光源からロータリーシャッタへ入射する光束の直径の分を単位として軸間距離を変更することにより出射光量を変更することを特徴としている。

また、本発明の電子内視鏡においては、操作部と、操作部から延び、観察対象内部に挿入される挿入部と、操作部及び挿入部に内挿され、その先端が挿入部先端まで延びているライトガイドと、ライトガイドに照明光を入射する光源装置と、光源装置により照明された観察部位の画像を電荷として取得する撮像手段と、撮影手段により取得された電荷をフィールド単位の画像データとして蓄積する画像データ蓄積手段と、画像データ蓄積手段に蓄積されたフィールド単位の画像データを合成してフレーム画像に展開する画像処理装置と、画像処理装置により展開されたフレーム画像を表示する表示装置と、を有し、光源装置は、光源と、回転軸が光源の光軸と平行に配置され、光源から入射した照明光を遮光またはライトガイドへ向けて出射するロータリーシャッタと、を備え、ロータリーシャッタは、半円形の遮光部と、光源からロータリーシャッタへ入射する光束の直径に対応させて周方向において開口率を変化させた開口部と、からなり、開口部から照明光が出射される発光期間に、撮像手段において観察部位の画像を電荷として取得し、これに続いて遮光部により光源からの照明光が遮断される遮光期間に、撮像手段に蓄積された二フレーム分の電荷のうち一フレーム分を画像データ蓄積手段に転送蓄積し、さらにこれに続く発光期間に、撮像手段に蓄積された二フレーム分の電荷のうち残りの一フレーム分を画像データ蓄積手段に転送蓄積することを特徴としている。

本発明によると、簡便な構成によって、容易に調光することができ、かつ、全画素を読み出して画像ブレが少なく高画質の画像をフレーム合成することのできる電子内視鏡、電子内視鏡用光源装置及びこれに用いるロータリーシャッタを提供することができる。

以下、本発明に係る実施形態を図面を参照しつつ詳しく説明する。
図１に示すように、本実施形態に係る電子内視鏡１は、操作者が把持する操作部１１、この操作部１１から外方に延出する細長で可撓性を有する挿入部１２、挿入部１２先端から外部に照明光を出射するライトガイド２０、接続連結管１３を介して操作部１１に連結された光源装置３０を有する。ライトガイド２０は挿入部１２、操作部１１及び接続連結管１３内に挿通されて光源装置３０へ接続されている。光源装置３０内にはランプ（光源）３１が配置されており、この光源装置３０が出射した照明光がライトガイド２０内を通って挿入部１２先端から外部へ出射される。照明光による観察部位からの反射光は、挿入部１２先端に配置された対物光学系１５から挿入部１２内に入射してＣＣＤ（固体撮像素子）１６に電荷として蓄積される。ここで、対物光学系１５とＣＣＤ１６とで撮像手段を構成し、ＣＣＤ１６は１フレームを奇数フィールドと偶数フィールドの二つに分けて扱うインターレース駆動の撮像素子である。このＣＣＤ１６の全画素データは、奇数フィールドと偶数フィールドに分けてレジスタ（画像データ蓄積手段）１７に転送されて、これに接続された画像処理装置１８で１フレームに展開され、表示装置１９に映し出される（図２）。

光源装置３０は、ランプ３１のほか、ランプ３１の光軸３１ａと平行な回転軸４０ａを備え、ランプ３１から出射した照明光の調光及び遮光が可能なロータリーシャッタ４０と、ロータリーシャッタ４０の回転軸４０ａとランプ３１の光軸３１ａとの軸間距離Ｘを可変とするリニアアクチュエータ（軸間距離変更手段）３３と、ランプ３１から出射した光を集光してライトガイド２０内へ入射する集光レンズ３４と、を有する。リニアアクチュエータ３３は、光軸３１ａと垂直に延びる基部３３ａと、この基部３３ａの延びる方向（図１の矢印の方向）に摺動可能（相対移動可能）とされたモータ３３ｂからなる。基部３３ａのモータ３３ｂに対する相対移動は、挿入部１２の先端に配置された輝度センサ２１によって検知された観察部位及びその周辺の輝度情報に応じて、輝度センサ２１に接続されたコントローラ３５によって自動的に制御される（図２）。このモータ３３ｂの回転軸３３ｃは、回転軸４０ａと一致するように、ロータリーシャッタ４０の中心孔部４１内に挿入固定されている。この構成により、モータ３３ｂを駆動することによりロータリーシャッタ４０は回転し、モータ３３ｂを基部３３ａ上で摺動させることにより光軸３１ａと回転軸４０ａとの軸間距離Ｘを変更することができる。

つづいて、図３を参照しつつロータリーシャッタ４０の構成について説明する。ロータリーシャッタ４０は、成形により形成される樹脂製の半径Ｒ４０の円板のうちの半円部分にあたる遮光部４２と、この円板の残りの半円部分を所定形状にせしめた開口部４３と、からなる。開口部４３は、回転軸４０ａを中心としてロータリーシャッタ４０を回転させたときに回転軸４０ａからの距離に応じて所定の開口率となるような形状とされている。ここで半径Ｒ４０はランプ３１からロータリーシャッタ４０に入射する照明光の光束３１ｂの直径Ｄ３１の５倍となっている。なお、半径Ｒ４０は直径Ｄ３１の２倍以上であれば何倍（整数倍）であってもよい。

ここで、開口部４３の形状について説明する。開口部４３は、回転軸４０ａを通り遮光部４２を２等分する直線Ａに関して互いに線対称な第一開口部４３ａと第二開口部４３ｂからなる。第二開口部４３ｂは第一開口部４３ａを直線Ａに関して反転したものであるため、以下の説明では第一開口部４３ａのみについて説明する。

第一開口部４３ａは五つの曲線を組み合わせて構成されている。一つ目の曲線４３ａ１は、回転軸４０ａを中心とし半径が「半径Ｒ４０−直径Ｄ３１」の仮想円４５ａ上の曲線であって、回転軸４０ａを通り直線Ａに垂直な直線Ｂから始まり、直線Ｂから回転軸４０ａを中心として反時計回りに直線Ａに向かって４５度の位置の終点４３ａ１２まで続くものである。二つ目の曲線４３ａ２は、曲線４３ａ１の終点４３ａ１２を始点として、回転軸４０ａを中心とし半径が「半径Ｒ４０−２×直径Ｄ３１」の仮想円４５ｂと直線Ａから回転軸４０ａを中心として時計回りに直線Ｂへ２２．５度（９０／４度）回転した直線Ｃとの交点を終点４３ａ２２としている。三つ目の曲線４３ａ３は、曲線４３ａ２の終点４３ａ２２を始点として、回転軸４０ａを中心とし半径が「半径Ｒ４０−３×直径Ｄ３１」の仮想円４５ｃと直線Ａから回転軸４０ａを中心として時計回りに直線Ｂへ操作部１１．２５度（９０／８度）回転した直線Ｄとの交点を終点４３ａ３２としている。四つ目の曲線４３ａ４は、曲線４３ａ３の終点４３ａ３２を始点として、回転軸４０ａを中心とし半径が「半径Ｒ４０−４×直径Ｄ３１」の仮想円４５ｃと直線Ａから回転軸４０ａを中心として時計回りに直線Ｂへ５．６２５度（９０／１６度）回転した直線Ｅとの交点を終点４３ａ４２としている。五つ目の曲線４３ａ５は、曲線４３ａ４の終点４３ａ４２を始点として、回転軸４０ａを終点としている。

以上の構成のロータリーシャッタ４０は、中心孔部４１内に回転軸３３ｃを挿通し互いに接着固定して使用される。ロータリーシャッタ４０は、遮光部４２又は開口部４３に対して照射された光を遮光することができる。このため、モータ３３ｂを基部３３ａに対して相対移動させて光軸３１ａに対する開口部４３の位置を変更することによって、ロータリーシャッタ４０から集光レンズ３４へ出射する照明光の光量を所望量に設定することができる。すなわち、開口部４３の形状を利用すると、光軸３１ａに対するロータリーシャッタ４０の位置を変更することにより開口率を変化させて調光することができる。

ロータリーシャッタ４０の機能は、具体的には以下のようにして発現させることができる。まず、直線Ａをモータ３３ｂの移動方向（図１の矢印方向）に一致させるようにロータリーシャッタ４０を配置する。この状態でモータ３３ｂを基部３３ａに対して５段階に相対移動させて、光軸３１ａと開口部４３との相対位置を変更することができる。すなわち、光軸３１ａを中心とする光束３１ｂを、ロータリーシャッタ４０の外周４６と仮想円４５ａの両方に接する最も外側の位置４７ａ、仮想円４５ａと仮想円４５ｂの両方に接する位置４７ｂ、仮想円４５ｂと仮想円４５ｃの両方に接する位置４７ｃ、仮想円４５ｃと４５ｄの両方に接する位置４７ｄ、及び、４５ｄと回転軸４０ａの両方に接する最も内側の位置４７ｅのいずれかに配置することができる。別言すれば、光軸３１ａと回転軸４０ａとの軸間距離Ｘは、光源３１からロータリーシャッタ４０へ入射する光束３１ｂの直径の分を単位として変更される。

光束３１ｂを位置４７ａに配置したとき、ロータリーシャッタ４０を回転させると、ランプ３１からの出射光は遮光部４２によって遮光されるが、開口部４３によっては遮光されない。これに対して、光束３１ｂを位置４７ｂに配置したとき、ロータリーシャッタ４０を回転させると、ランプ３１からの出射光が遮光部４２によって遮光されるのは同様だが、開口部４３では第一開口部４３ａと第二開口部４３ｂによって遮光され、第一開口部４３ａと第二開口部４３ｂの間の区間では遮光されず、この区間では光束３１ｂを位置４７ａに配置したときの半分の時間だけ照明光が出射する。さらに、光束３１ｂを位置４７ｃ、位置４７ｄ、及び位置４７ｅにそれぞれ配置すると、いずれの場合もランプ３１からの出射光は遮光部４２、第一開口部４３ａ、及び第二開口部４３ｂによって遮光され、位置４７ｃ、位置４７ｄ、位置４７ｅの順に徐々に狭くなる第一開口部４３ａと第二開口部４３ｂの間の区間では遮光されずに集光レンズ３４側へ照明光が出射される。この出射の時間は、それぞれ、光束３１ｂを位置４７ａに配置したときの１／４、１／８、１／１６の時間となっている。このような構成により、観察部位の輝度が低い場合は、光束３１ｂを位置４７ａに配置することにより照明光の光量を増加させることができる。よって、観察部位の輝度が高くなるほど光束３１ｂを位置４７ｂ、位置４７ｃ、位置４７ｄ及び位置４７ｅの順に移動させて照明光の光量を減少させることができるため、常に適切な光量の照明光により観察を行うことができる。

次に、図４を参照しつつ、観察部位の実際の撮影表示動作について説明する。観察に先立って、挿入部１２を観察対象たる患者体内へ挿入し、その先端を観察部位へ向ける。この状態でスタートボタン（不図示）を押すと、ランプ３１から照明光が出射され、ライトガイド２０を介して観察部位が照明され、観察部位の様子が表示装置に映し出される。このとき、輝度センサ２１により観察部位の輝度が検知されており、輝度が低ければ開口率の高い位置４７ａ（図３）又はこれに近い位置に光束３１ｂが配置されるように、輝度が高ければ開口率の低い位置４７ｅ又はこれに近い位置に光束３１ｂが配置されるように、コントローラ３５により回転軸３３ｃがモータ３３ｂに対して自動的に相対移動する。

図４（ａ）〜（ｄ）は、観察部位の輝度が一定である場合の観察部位への照射光量、ＣＣＤ１６への蓄積電荷量、レジスタ１７への転送電荷量、及び映像出力のタイミングをそれぞれ示しているが、観察部位の輝度が一定でない場合においてもタイミングに違いはない。

本実施形態では、ロータリーシャッタ４０は１／１５秒で１回転し、１回転のうち１／３０秒間は開口部４３からの発光が行われ（発光期間）、続く１／３０秒間は遮光部４２によってランプ３１からの照明光は遮光される（遮光期間）（図４（ａ））。発光と遮光は１／１５秒ごとに繰り返される。発光による観察部位からの反射光は、発光タイミングに合わせて、１／６０秒ごとに奇数フィールド（本実施形態ではシアン、イエローのデータに対応）及び偶数フィールド（マゼンタ、グリーンのデータに対応）に分けて、かつ両フレームを連続してＣＣＤ１６に電荷として蓄積される（図４（ｂ））。このように奇数フィールド及び偶数フィールドを連続して蓄積するため後にフレームに合成したときに画像にブレが生じるおそれが少なくなる。

開口部４３からの発光に続く遮光部４２による１／３０秒間の遮光期間では、奇数フィールドの画素データがＣＣＤ１６からレジスタ１７に転送される（図４（ｃ））。このデータ転送は、ランプ３１からの照明光が遮光されたことが輝度センサ２１により検知され、これに基づいてコントローラ３５からレジスタ１７へ転送開始を指示する信号が出力されることにより開始する。

さらに、奇数フィールドのデータ転送が終了すると、偶数フィールドの画素データがＣＣＤ１６からレジスタ１７へ転送される。一方、遮光期間が終了すると再び発光期間が開始される。この発光期間と偶数フィールドのデータ転送は同時に開始するが、発光によるＣＣＤ１６への蓄積は奇数フィールド、偶数フィールドの順で行われ、さらに、偶数フィールドのデータの蓄積及び転送は垂直方向上から下へ順次行われるため、偶数フィールドの画素データの新たな蓄積は、前回の偶数フィールドのデータを転送した後に行われることになる。

以上のような奇数フィールド及び偶数フィールドのデータのＣＣＤ１６への蓄積、レジスタ１７への転送は、開口部４３からの発光又は遮光部４２による遮光に合わせて、順次繰り返される。１回の発光で得られた奇数フィールド及び偶数フィールドの全画素データのレジスタ１７への転送が終了すると、このデータはただちに画像処理装置１８に読み出されて１フレームに展開され、表示装置１９に表示される（図４（ｄ））。このような画素データの読み出しは遮光期間の開始に合わせて行われ、次の蓄積データの転送によって重ね書きされることはない。また、次の遮光期間開始までの間、同一画像が表示され続け、遮光期間の開始とともに次の画像に更新される。このように全画素データを用いて１フレームを合成するため高画質の画像を表示することができる。

本実施形態の電子内視鏡１では、その使用者が画像処理装置１８に接続されたキャプチャボタン２２（図２参照）を操作すると（図４（ｅ））、遅延なしに、画像処理装置１８は表示装置１９への表示画像信号の出力を停止し、表示装置１９に表示される画像は現在表示されている画像に維持（フリーズ）される（図４（ｆ））。なお、キャプチャボタン２２が操作された後もレジスタ１７のデータは画像処理装置１８に読み出され続けており、再びキャプチャボタン２２が操作されると、画像処理装置１８は表示装置１９への表示画像信号の出力を再開し最新の画像が表示装置１９に表示される。

本発明について上記実施形態を参照しつつ説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、改良の目的または本発明の思想の範囲内において改良または変更が可能である。

本発明の実施形態に係る電子内視鏡の内部構成を示す概略図である。 本発明の実施形態に係る電子内視鏡の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係るロータリーシャッタの構成を示す平面図である。 本発明の実施形態に係る電子内視鏡の動作を示すタイミングチャートである。

符号の説明

１ 電子内視鏡
１５ 対物光学系（撮像手段）
１６ ＣＣＤ（撮像手段）
１７ レジスタ（画像データ蓄積手段）
１８ 画像処理装置
１９ 表示装置
２０ ライトガイド
３０ 光源装置
３１ ランプ（光源）
３１ａ 光軸
３３ リニアアクチュエータ（軸間距離変更手段）
４０ ロータリーシャッタ
４０ａ 回転軸
４２ 遮光部
４３ 開口部
Ｘ 軸間距離

Claims (4)

1. 光源と、
   回転軸が前記光源の光軸と平行に配置され、前記光源から入射した照明光を遮光するまたはライトガイドへ向けて出射するロータリーシャッタと、
   前記光源の光軸と前記回転軸との軸間距離を変更する軸間距離変更手段と、
   を有し、
   前記ロータリーシャッタは、半円形の遮光部と、前記光源から前記ロータリーシャッタへ入射する光束の直径に対応させて周方向において開口率を変化させた開口部と、からなり、
   前記軸間距離変更手段によって、前記光源から前記ロータリーシャッタへ入射する光束の直径の分を単位として、前記軸間距離を変更することにより出射光量を変更することを特徴とする電子内視鏡用光源装置。
2. 光源の光軸と、この光軸に平行に配置された回転軸と、の軸間距離が変更可能に配置されるロータリーシャッタであって、
   半円形の遮光部と、
   前記光源から前記ロータリーシャッタへ入射する光束の直径に対応させて周方向において開口率を変化させた開口部と、を有し、
   前記光源から前記ロータリーシャッタへ入射する光束の直径の分を単位として前記軸間距離を変更することにより出射光量を変更することを特徴とするロータリーシャッタ。
3. 操作部と、
   前記操作部から延び、観察対象内部に挿入される挿入部と、
   前記操作部及び前記挿入部に内挿され、その先端が前記挿入部先端まで延びるライトガイドと、
   前記ライトガイドに照明光を入射する光源装置と、
   を有し、
   前記光源装置は、光源と、回転軸が前記光源の光軸と平行に配置され、前記光源から入射した照明光を遮光またはライトガイドへ向けて出射するロータリーシャッタと、前記光源の光軸と前記回転軸との軸間距離を変更する軸間距離変更手段と、を備え、
   前記ロータリーシャッタは、半円形の遮光部と、前記光源から前記ロータリーシャッタへ入射する光束の直径に対応させて周方向において開口率を変化させた開口部と、からなり、
   前記軸間距離変更手段によって、前記光源から前記ロータリーシャッタへ入射する光束の直径の分を単位として前記軸間距離を変更することにより出射光量を変更することを特徴とする電子内視鏡。
4. 操作部と、
   前記操作部から延び、観察対象内部に挿入される挿入部と、
   前記操作部及び前記挿入部に内挿され、その先端が前記挿入部先端まで延びているライトガイドと、
   前記ライトガイドに照明光を入射する光源装置と、
   前記光源装置により照明された観察部位の画像を電荷として取得する撮像手段と、
   前記撮影手段により取得された電荷をフィールド単位の画像データとして蓄積する画像データ蓄積手段と、
   前記画像データ蓄積手段に蓄積されたフィールド単位の画像データを合成してフレーム画像に展開する画像処理装置と、
   前記画像処理装置により展開されたフレーム画像を表示する表示装置と、
   を有し、
   前記光源装置は、光源と、回転軸が前記光源の光軸と平行に配置され、前記光源から入射した照明光を遮光またはライトガイドへ向けて出射するロータリーシャッタと、を備え、
   前記ロータリーシャッタは、半円形の遮光部と、前記光源から前記ロータリーシャッタへ入射する光束の直径に対応させて周方向において開口率を変化させた開口部と、からなり、
   前記開口部から照明光が出射される発光期間に、前記撮像手段において前記観察部位の画像を電荷として取得し、これに続いて前記遮光部により前記光源からの照明光が遮断される遮光期間に、前記撮像手段に蓄積された二フレーム分の電荷のうち一フレーム分を前記画像データ蓄積手段に転送蓄積し、さらにこれに続く発光期間に、前記撮像手段に蓄積された二フレーム分の電荷のうち残りの一フレーム分を前記画像データ蓄積手段に転送蓄積することを特徴とする電子内視鏡。

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