JP2006006803A - 電子内視鏡の絞り制御機構 - Google Patents

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Abstract

【課題】 使用により光量が減少する光源を用いた電子内視鏡システムにおいて被写体への照明光の光量を一定のレベルに保つ。
【解決手段】 プロセッサ30は絞り50、光量センサ40、絞り駆動回路39、およびモータ38を備える。絞り50をキセノンランプ32とライトガイド22の間に設ける。絞り50の開口率は変更可能である。光量センサ40はキセノンランプ32から供給される光の光量を測定する。絞り駆動回路39は光量センサ40により測定される光量に基づいて駆動信号をモータ38に出力する。モータ38は絞り駆動回路39から出力される駆動信号に基づいて動作して絞り50の開口率を変更する。
【選択図】 図1

Description

本発明は、電子内視鏡システムにおける光源の絞り制御に関する。
従来使用されている電子内視鏡システムでは、画像の明るさの自動調整は、絞りによる照明用光源の照射光量調整機能や撮像素子(例えばCCD)の電子シャッタ機能の一方あるいは両方の機能により行われていた(特許文献1参照)。絞りによる照射光量調整については電子シャッタ機能に比べて制御が難しく、構造が複雑となる。一方、電子シャッタ機能については構造を簡単にできるという優位性はあるが、被写体へ供給される照明光が不十分である場合、シャッタ速度を長くする必要があるため静止画像にブレが生じることがある。
ところで近年光源に採用されているキセノンランプの光量は従来使用されていたハロゲンランプに比べて大きい。したがって、キセノンランプを使用した電子内視鏡装置において電子シャッタのみにより画像の明るさの調整を行うものが一般的である。一方でキセノンランプは光量が大きいので、キセノンランプから出力される光を被写体にそのまま照射すると熱傷等の発生する恐れもある。それゆえ、現状では固定した絞りにより照射光量を制限して熱傷等の発生を防いでいる。
このような構造の電子内視鏡システムは調光の制御も簡易であり、高速シャッタを切れることで優れている。しかし、キセノンランプは使用により劣化して光量が減少する。したがって長く使用して光量が減少すると、画像の明るさの自動調整によりシャッタ速度が長くなる傾向となり、上述したように鮮明な静止画像を撮ることができなくなる。そのため、この光量減少を見計らって一定期間使用後にキセノンランプを交換する必要があった。
特開平10−085175号公報
したがって、本発明ではキセノンランプを使用した場合において被写体に対して常に充分な光量を供給可能とする絞り制御装置を備えた電子内視鏡システムの提供を目的とする。
本発明の電子内視鏡の絞り制御装置は、光源から発光された光をライトガイドの入射端に導くための光路に設けられ開口率が変更自在である絞りと、光路に対して所定の位置に配置され絞りを通過した光の光量を検出する光量検出手段と、光量検出手段により検出された光量に応じて絞りの開口率を大きくする絞り駆動手段とを備えることを特徴としている。
絞りとライトガイドの間において光路を通過させる開口が設けられた光束規制部材を備え、光量検出手段が光束規制部材の絞り側の面の開口近傍の位置に配置されることが好ましく、光量検出手段が検出する光量が所定の範囲の下限値を下回り、かつ絞りの開口率を大きくしても所定の範囲の上限値を下回る場合に、絞りの開口率を大きくすることが好ましい。
光源と絞りの間において光源から見て絞りにおける光路に位置する開口の範囲外に設けられた保持部材を備え、光量検出手段が保持部材の光源側の光路近傍の位置に配置されることが好ましい。また、絞り駆動手段が絞りの開口率を段階的に大きくすることが好ましい。
絞りの中心から外周の間において中心を軸とした回転方向に沿って同一の開口面積である孔が複数設けられ、孔の各々にメッシュの異なる網部材が設けられ、絞りが中心を軸に回動して孔のいずれかが光路に位置するように制御されること、あるいは絞りの中心から外周の間において中心を軸とした回転方向に沿って開口面積が変化する孔が複数設けられ、絞りが中心を軸に回動して孔のいずれかが光路に位置するように制御されることが好ましい。
電子内視鏡が初期化入力手段を備え、初期化入力手段により初期化の入力が行われた時に絞り駆動手段が絞りの開口率を初期化することが好ましい。また光源はキセノンランプであることが好ましい。電子内視鏡は、電子シャッタ機能を有する撮像手段と、電子シャッタ機能を制御して画像の明るさの自動調整を行う制御手段とを備えることが好ましい。
また、本発明の電子内視鏡システムは、光源と、光源から出力された光を被写体像に伝送するライトガイドと、光源から出力された光をライトガイドの入射端に導くための光路に設けられ開口率が変更自在である絞りと、光路に対して所定の位置に配置され絞りを通過した光の光量を検出する光量検出手段と、光量検出手段により検出された光量に応じて絞りの開口率を大きくする絞り駆動手段とを備えることを特徴としている。
本発明によれば被写体に供給する照明光の光量を熱傷などの発生を防ぐ為に制限しながら、常に一定のレベル以上に保持できる。したがって、キセノンランプの光量が減少したときにおいても高速シャッタを用いて鮮明な被写体像を撮像することが可能となる。よって、キセノンランプの交換時期を長期化することが可能となる。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態である絞り制御装置を備えた電子内視鏡システムの全体構成図である。電子内視鏡システム10は、内視鏡20、プロセッサ30、モニタ60により構成される。
内視鏡20には、撮像素子21とライトガイド22とが備えられる。撮像素子21は例えば画像の明るさの自動調整のための電子シャッタ機能を有するCCDである。撮像素子21は内視鏡20の挿入部23の先端に配置され、内視鏡20がプロセッサ30に接続されると、プロセッサ30内に設けられた信号処理回路31に電気的に接続される。
プロセッサ30内に設けられた光源であるキセノンランプ32からの照射光はライトガイド22の入射端22aに入射され、ライトガイド22の出射端22bから照射される。
撮像素子21は、キセノンランプ32からライトガイド22を介して伝送された光が照射された被写体(図示せず)の画像を撮像する。撮像素子21において撮像された画像は画像信号として信号処理回路31に送られ、画像信号に対して一定の処理が行われる。
信号処理回路31はモニタ60に接続されており、モニタ60では被写体の画像が表示される。また、信号処理回路31は、撮像素子21から得られた画像信号に基づいて撮像素子21の電子シャッタ機能を制御して、モニタ60に表示される被写体の画像の明るさを調整する。
キセノンランプ32から出力された光をライトガイド22の入射端22aに導くための光路中に絞り50、赤外カットフィルタ33、集光レンズ34およびアパーチャ35が設けられる。キセノンランプ32から照射された略平行な光束の光は絞り50で光量が制限され、赤外カットフィルタ33により光中の赤外光成分が除去され、集光レンズ34で集光され、アパーチャ35に設けられた開口部36を通過して入射端22aに入射される。
図2に示すように、絞り50は円板部材であり、絞り50の中心が所定位置に軸支され、該中心から外周の間において回転方向に沿って順番に同一の開口面積である孔51a〜51dが設けられる。孔51a〜51dはキセノンランプ32に設けられた反射鏡37を正面から見た面積(符号B)、すなわち、キセノンランプ32から照射された光束の断面積よりやや大きく形成される。
孔51a〜51dそれぞれの全体はメッシュの異なる網部材52a〜52dにより覆われる。なお、メッシュとは網の目の大きさを表すものであり、異なるメッシュの網目部材を用いることにより、孔51a〜51dの開口率を調節可能である。
網部材52aが設けられた孔51aの開口面積、すなわち、光が通過する領域の面積は孔51aそのものの開口面積に対し開口率が50%となるように定められる。同様に網部材52bを設けられた孔51b、網部材52cを設けられた孔51c、および網部材52dを設けられた孔51dの各開口面積は孔51b、51c、51dそのものの各開口面積に対し開口率がそれぞれ60、65、70%となるように定められる。絞り50を円の中心を軸に段階的に回動させて孔51a〜51dのいずれかが照射光路中に位置することにより、上記の値のように開口率が変更自在である。
図1に示すように、中心と外周の間において絞り50が、キセノンランプ32から照射される光束の光路と交わり、回動自在な構成となるように配置される。絞り50はモータ38により段階的に駆動され、絞り50の開口率が調節される。モータ38は絞り駆動回路39に接続され、その動作が制御される。
図3に示すように、アパーチャ35の開口部36の形状は、集光レンズ34からライトガイド22の入射端22aに導かれるまでの光路の照明光を通過させるように定められる。絞り50を通過した光の光量を検出する光量センサ40を、アパーチャ35の開口部36の近傍であり絞り50側の面に保持させる。したがって、光量センサ40は光路に対して所定の位置に設けられる。なお、光量センサ40は光路から漏れる光を検出する。
光量センサ40は絞り駆動回路39に接続される(図1参照)。絞り駆動回路39は、光量センサ40で検出される光量に応じて、絞り50の開口率を大きくするようにモータ38を動作させる。
本実施形態においては、キセノンランプ32使用前の初期設定において、絞り50の開口率が初期設定開口率である50%に設定される。また入射端22aに入射される光の光量に対応した光量センサ40で検出される光量Lとして適切な範囲(D1≦L≦U1)が定められ、絞り駆動回路39に接続されたROM(図示せず)に格納される。
光量センサ40で検出する光量Lが下限値の設定光量D1を下回るときに開口率が第1の設定開口率である60%に変更される。したがって、開口率変更後に光量センサ40が検出する光量は一旦大きくなる。ここで検出光量が上限値の設定光量U1を超える場合は一旦絞り50の開口率が50%に戻される。
絞り駆動回路39にはタイマ(図示せず)が内蔵されており開口率を戻して所定時間経過後に再び絞り50の開口率を60%に変更するようにモータ38を駆動する。このとき光量が上限値の設定光量U1を超える場合、再度開口率は50%に戻され、同様の制御が行われる。すなわち、光量センサ40により検出される光量がD1を下回り、かつ絞り50の開口率を大きくしたときの光量センサ40により検出される光量がU1を下回る場合に、絞り50の開口率を大きくなるように制御される。
絞り50の開口率を第1の設定開口率である60%に変更した後、時間の経過とともに光量は減少する。再び、光量が下限値の設定光量D1未満に減少したときに絞り50の開口率が第2の設定開口率である65%に変更される。
このように光量が下限値の設定光量未満になるたびに絞り50は回転して、もともと光路に位置していた網目部材52a〜52dが被せられた孔51a〜51dの開口率が一段階大きくなるように制御される。したがって、センサ40により検出される光量が上限値の設定光量U1を下回る範囲でできるだけ下限値の設定光量D1以上の光量を維持するように絞り50の開口率が調節される。
絞り駆動回路39に接続されたキーボード41のリセットキー(図示せず)あるいはリセット釦42の入力により絞り駆動回路39はモータ38を駆動して光路中に孔51aを配置させる。したがってキセノンランプ32を交換したときにはキーボード41のリセットキーあるいはリセット釦42の入力により絞り50の開口率を初期設定である50%に戻すことが可能である。
図4のフローチャートを参照して、電子内視鏡システム10における絞り制御の処理について説明する。ステップS100においてキーボード41のリセットキーあるいはリセット釦42からの絞り50の開口率を初期化するための手動リセット入力があるか否かチェックされる。手動リセット入力が確認された場合はステップS101に進み、絞り50の開口率を初期化する。すなわち、開口率を初期設定開口率である50%にする。
ステップS100で初期化の入力が確認されなかった場合あるいはステップS101の処理後ステップS102に進む。ステップS102において光量センサ40により検出された光量を絞り駆動回路39が読込み、ステップS103に進む。ステップS103において検出光量が下限値の設定光量D1を下回るか否かを判断する。D1を下回らない場合はステップS102に戻る。すなわち光量がD1を下回るまで、ステップS102、ステップS103の処理が繰返される。
ステップS103において光量が下限値の設定光量D1を下回る場合はステップS104に進み、開口率を1段階大きな設定開口率に変更する信号をモータ38に出力する。すなわち、絞り50の開口率が50%、60%、65%である場合にそれぞれ60%、65%、70%に変更し、次にステップS105に進む。
ステップS105では、検出した光量を読込む。次にステップS106に進み、光量が上限値の設定光量U1を超えるか否か判断する。U1を超えてない場合は終了する。ステップS106において光量が上限値の設定光量U1を超えている場合はステップS107に進み、絞り50の開口率を1段階小さな設定開口率に戻す信号をモータ38に出力する。
次にステップS108に進み、絞り50の開口率を1段階小さな設定開口率に戻してから所定時間経過後に再び開口率を1段階大きな設定開口率に変更し、ステップS109に進む。ここで検出した光量を読込んだ後、ステップS110に進み、読込んだ光量が上限値の設定光量U1を越えているか否か判断する。超えている場合はステップS107に戻る。すなわち、ステップS107〜ステップS110の処理は読込んだ光量が上限値の光量U1以下になるまで繰返される。
ステップS110において、読込んだ光量が上側の設定光量U1以下である場合に絞り制御の処理は終了する。したがって、下側の設定光量D1を下回り、絞り50の開口率を大きくした場合でも上側の設定光量U1を下回る場合に、絞り50の開口率を大きくしたままとする。
以上のように本実施形態の絞り制御装置によればキセノンランプ32が使用により経時変化しその発光光量が減少するのに対し、絞り50の開口率を段階的に大きくさせることにより入射端22aに入射される光の光量を所定のレベル以上に保持することが出来る。
したがって、電子シャッタ機能を高速シャッタで動作させることにより鮮明な静止画像を撮れる期間を長くでき、結果としてキセノンランプ32の交換期間を長くすることが可能となる。また、光量を所定の光量以下に抑えることにより被写体に熱傷を防ぐことが可能である。
一方で、開口率の調節が段階的であり、複雑な制御は必要としない。また、円板状の絞りを回転させる絞り調整を用いることにより構造を単純にすることが可能である。また、絞り50により光量を調節した光の光量を光量センサ40により直接検出して制御するので、適正な範囲内の光量である光を供給可能である。
図5は、本発明の第2の実施形態である絞り制御装置を備えた電子内視鏡システムの全体構成図である。プロセッサ30’において、センサ保持部材43がキセノンランプ32と絞り50の間に設けられる。
センサ保持部材43はキセノンランプ32側から見て絞り50の光路中に位置するいずれかの孔51a〜51dに重ならない位置、すなわち光路中に位置するいずれかの孔51a〜51dの範囲外に配置される。光量センサ40はセンサ保持部材43のキセノンランプ32側であって光路近傍の位置に設けられる。他の構成要素は第1の実施形態と同様である。
本実施形態においては、キセノンランプ32使用前の初期設定において、絞り50の開口率が初期設定開口率である50%に設定され、光量が第1の設定光量P1未満となるときに開口率が第1の設定開口率である60%に変更される。同様に光量が第2、第3の設定光量P2、P3未満となるときに開口率が第2、第3の設定開口率である65%、70%に変更される。
図6のフローチャートを参照して、電子内視鏡システム10における絞り制御の処理について説明する。ステップS200においてキーボード41のリセットキーあるいはリセット釦42からの絞り50の開口率を初期化するための手動のリセット入力があるか否かチェックされる。リセット入力が確認された場合はステップS201に進み、絞り50の開口率を初期化する。すなわち、開口率を初期設定開口率である50%にする。
ステップS200で初期化のリセット入力が確認されなかった場合あるいはステップS201の処理後ステップS202に進む。ステップS202において光量センサ40により検出された光量を絞り駆動回路39が読込み、ステップS203に進む。ステップS203において光量が第1の設定光量P1を下回るか否かを判断する。P1を下回らない場合はステップS202に戻る。すなわち光量がP1を下回るまで、ステップS202、ステップS203の処理が繰返される。
ステップS203において光量が第1の設定光量P1を下回る場合はステップS204に進み、開口率を第1の設定開口率である65%に変更する信号をモータ38に出力する。すなわちステップS202〜ステップS204は、光量が第1の設定光量P1値を下回るまで絞り50の開口率を初期設定開口率である50%に保ち、下回ったときに第1の設定開口率に変更する処理を行う。
次にステップS205〜ステップS207およびステップS208〜ステップS210においては、ステップS202〜ステップS204同様に第2、第3の設定光量P2、P3を下回るか否かの判断をして第2、第3の設定開口率に変更する処理を行う。したがって光量が第2、第3の設定光量P2、P3を下回るときに、第2、第3の設定開口率である65%、70%に変更する処理が行われる。ステップS210の終了後に絞り制御の処理は終了する。本実施形態によれば、第1の実施形態に比べて、絞り制御の処理は簡易的となる。
第1および第2の実施形態において、円中心から外周の間において回転方向に沿って設けられた同一の開口面積を有する複数の孔51a〜51dをメッシュの異なる網部材で覆った絞り50を用いたが、絞りの変形例として、図7に示すように、円板状の絞り150の円中心から外周の間において回転方向に沿って開口面積そのものが変化する円形孔151a〜151dを設ける構造にしてもよい。
絞り150では、キセノンランプ32から照射された光束の断面積(符号B)に対し孔151aの開口率が初期設定開口率である50%となるように形成される。同様に孔151b、151c、151dの開口率がそれぞれ60、65、70%(第1、第2、第3の設定開口率)となるように形成される。
なお、孔151a〜151dはその中心を、絞り150をその中心を軸に回動した時に絞り150と交錯するキセノンランプ32から照射された光束の中心が描く軌跡が重なる絞り150の同心円の円周上(符号C)に設け、絞り50を段階的に回動させた時にキセノンランプ32からの照射光束の中心が孔151a〜151dの中心と重なるように構成される。孔151a〜151dのいずれかが光路に位置するように絞り50は駆動される。
なお、第1および第2の実施形態において、円中心から外周の間において回転方向に沿って設けられた同一の開口面積を有する複数の孔をメッシュの異なる網部材で覆った円板状の絞りを用いたが、絞りの別の変形例として、図8に示すように、円板状の絞り250において、絞り250をその中心を軸に回動した時に絞り250とキセノンランプ32から照射された光束と交錯する領域を含む円弧部分に、回転方向に沿って連続的に略リニアに開口面積(開口率)が変化するよう複数の小孔251を設ける構造にしてもよい。
第1の実施形態に絞り250を適用した場合、光量センサ40で検出される光量Lについて定められる範囲(D1≦L≦U1)は比較的狭く設定されることが望ましい。また、第2の実施形態に絞り250を適用した場合、第1、第2、第3の設定光量P1、P2、P3の間隔は比較的短く設定されることが望ましい。
これにより、前述の各実施形態と同様の効果を得られるだけでなく、キセノンランプ32の出射光量の細かい変化に対しても絞りの開口率の変更を追従させることが出来る。更に、従来公知の他の形態の開口率調節可能な絞りを用いても本発明の絞り制御を行うことも可能である。
さらに、第1および第2の実施形態において初期設定の開口率を50%とし、開口率を変化させるための設定光量をD1、P1、P2、およびP3とし、変化させるときの設定開口率を60,65,70%としているが、使用するキセノンランプや絞り50などによりこれらの設定は定められる。また絞りの開口率を4段階で変化させているが、何段階であってもよい。
本発明の第1の実施形態である絞り制御装置を適用した電子内視鏡システムの構成を示すブロック図である。 絞りの平面図である。 本発明の第1の実施形態である制御装置における光量センサの取り付け位置を示す図である。 本発明の第1の実施形態を適用した絞り制御装置の処理手順を示すフローチャートである。 本発明の第2の実施形態である絞り制御装置を適用した電子内視鏡システムの構成を示すブロック図である。 本発明の第2の実施形態を適用した絞り制御装置の処理手順を示すフローチャートである。 絞りの変形例を示す図である。 絞りの別の変形例を示す図である。
符号の説明
10 電子内視鏡システム
20 内視鏡
22 ライトガイド
22a 入射端
30、30’ プロセッサ
32 キセノンランプ
35 アパーチャ
38 モータ
39 絞り駆動回路
40 光量センサ
43 センサ保持部材

Claims (11)

  1. 光源から発光された光をライトガイドの入射端に導くための光路に設けられ開口率が変更自在である絞りと、
    前記光路に対して所定の位置に配置され、前記絞りを通過した光の光量を検出する光量検出手段と、
    前記光量検出手段により検出された前記光量に応じて前記絞りの開口率を大きくする絞り駆動手段と
    を備えたことを特徴とする電子内視鏡の絞り制御装置。
  2. 前記絞りと前記ライトガイドの間において前記光路を通過させる開口が設けられた光束規制部材を備え、前記光量検出手段が前記光束規制部材の前記絞り側の面の前記開口近傍の位置に配置されたことを特徴とする請求項1に記載の絞り制御装置。
  3. 前記光量検出手段が検出する光量が、所定の範囲の下限値を下回り、かつ前記絞りの開口率を大きくしても前記所定の範囲の上限値を下回る場合に、前記絞りの開口率を大きくすることを特徴とする請求項2に記載の絞り制御装置。
  4. 前記光源と前記絞りの間において前記光源から見て前記絞りにおける前記光路に位置する前記開口の範囲外に設けられた保持部材を備え、前記光量検出手段が、前記保持部材の前記光源側の前記光路近傍の位置に配置されたことを特徴とする請求項1に記載の絞り制御装置。
  5. 前記絞り駆動手段が前記絞りの開口率を段階的に大きくすることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の絞り制御装置。
  6. 前記絞りの中心から外周の間において前記中心を軸とした回転方向に沿って同一の開口面積である孔が複数設けられ、前記孔の各々にメッシュの異なる網部材が設けられ、前記絞りが前記中心を軸に回動して前記孔のいずれかが前記光路に位置するように制御されることを特徴とする請求項5に記載の絞り制御装置。
  7. 前記絞りの中心から外周の間において前記中心を軸とした回転方向に沿って開口面積が変化する孔が複数設けられ、前記絞りが前記中心を軸に回動して前記孔のいずれかが前記光路に位置するように制御されることを特徴とする請求項5に記載の絞り制御装置。
  8. 前記電子内視鏡が初期化入力手段を備え、前記初期化入力手段により初期化の入力が行われた時に前記絞り駆動手段が前記絞りの開口率を初期化することを特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれか1項に記載の絞り制御装置。
  9. 前記光源がキセノンランプであることを特徴とする請求項1に記載の絞り制御装置。
  10. 前記電子内視鏡が、電子シャッタ機能を有する撮像手段と、前記電子シャッタ機能を制御して画像の明るさの自動調整を行う制御手段とを備えたことを特徴とする請求項1乃至請求項9のいずれか1項に記載の絞り制御装置。
  11. 光源と、
    前記光源から出力された光を被写体像に伝送するライトガイドと、
    前記光源から出力された光を前記ライトガイドの入射端に導くための光路に設けられ開口率が変更自在である絞りと、
    前記光路に対して所定の位置に配置され、前記絞りを通過した光の光量を検出する光量検出手段と、
    前記光量検出手段により検出された前記光量に応じて前記絞りの開口率を大きくする絞り駆動手段と
    を備えたことを特徴とする電子内視鏡システム。


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