JP2006006832A - 電子内視鏡の絞り制御機構 - Google Patents

Abstract

【課題】 使用時間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、タイマ４１、絞り駆動回路３７、およびモータ３６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。タイマ４１はキセノンランプ３２が使用される時間を積算してキセノンランプ３２の累積使用時間を測定する。絞り駆動回路３７はタイマ４１により測定される累積使用時間に基づいて駆動信号をモータ３６に出力する。モータ３６は絞り駆動回路３７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そのまま被写体に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１０−８５１７５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機構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機構は、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源を発光させて使用した時間を積算することにより光源の累積使用時間を計測する時間計測手段と時間計測手段により計測された累積使用時間に応じて絞りの開口率を増大させる絞り駆動手段とを備えることを特徴としている。

絞り駆動手段が前記累積使用時間に対して前記絞りの開口率を段階的に増大させることが好ましい。

また、絞りが面に垂直な回動軸の周りに回動可能な板部材であり、回動軸の周りの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、絞りが回動軸を軸に回動して孔のいずれかの内部に光源から発光された光の光束が位置するように制御されることが好ましい。あるいは絞りが面に垂直な回動軸の周りに回動可能な板部材であり、回動軸の周りの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、絞りが回動軸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。さらに板部材の外周形状が円であることが好ましい。

時間計測手段が光源の交換あるいは初期化入力手段により初期化の入力が行われたときに累積使用時間を初期化することが好ましい。光源はキセノンランプであることが好ましい。

電子内視鏡が、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が入射されるライトガイドと、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、光源を発光させて使用した時間を積算することにより光源の累積使用時間を計測する時間計測手段と、時間計測手段により計測された累積使用時間に応じて絞りの開口率を増大させる絞り駆動手段とを備えることを特徴としている。

また本発明にかかる絞り制御プログラムは、光源を発光させて使用した時間を積算することにより光源の累積使用時間を計測する時間計測手段から累積使用時間を検出する検出手段と、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の開口率を変更する絞り駆動手段に検出手段により検出された累積使用時間に応じた絞り駆動量に相当する絞り駆動信号を出力する出力手段としてコンピュータを機能させ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常に一定のレベル以上に保持できるため、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被写体を撮像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機構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。

ライトガイド２２はプロセッサ３０内に設けられたキセノンランプ３２と光学的に接続され、キセノンランプ３２からの照射光がライトガイド２２の入射端２２ａに入射される。一方でライトガイド２２の出射端２２ｂは挿入部２３の先端に配置される。

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、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、信号処理回路３１で一定の処理が行われた画像信号はモニタ６０に出力される。このようにして被写体の画像がモニタ６０に表示される。

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、および集光レンズ３４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により光中の赤外線成分が除去され、集光レンズ３４で集光されて入射端２２ａに入射される。

図２に示すように、絞り５０の外周形状は円状に形成され、円中心が所定の位置に軸支され、該円中心から外周の間において回転方向に沿って同一の開口面積である複数の孔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３５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。

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、絞り５０が配置される。絞り５０はモータ３６により段階的に駆動され、モータ３６の駆動により絞り５０の開口率が調節される。モータ３６は絞り駆動回路３７に接続され、その動作が制御される。

キセノンランプ３２はランプスイッチ３８を介してランプ電源３９と接続される。ランプ釦４０はランプスイッチ３８とタイマ４１とに接続される。ランプ釦４０を押すとランプスイッチ３８がＯＮになると同時にタイマ４１が使用時間を測定する。したがってランプ釦４０を押すことにより、キセノンランプ３２が発光して使用され、タイマ４１によりキセノンランプ３２の使用時間が積算され、ランプの累積使用時間（以下、単に「累積使用時間」とする）が計測される。

タイマ４１は絞り駆動回路３７に接続される。絞り駆動回路３７は、タイマ４１で計測されるキセノンランプ３２の累積使用時間に応じて、絞り５０の開口率を大きくするようにモータ３６を動作させる。すなわち絞り駆動回路３７は累積使用時間に応じたモータ３６の駆動量に相当する駆動信号をモータ３６に出力する。

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、累積使用時間が第１の設定時間である５０時間を経過す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。同様に第２、第３の設定時間である１００、２００時間を経過するときに第２、第３の設定開口率である６５、７０％に開口率が段階的に変更され大きくなる。

なお、タイマ４１における累積使用時間はキーボード７０のリセットキー（図示せず）あるいはリセット釦４２等の手動のリセット入力によりゼロ時間に初期化することが可能である。ランプ交換検知回路４３はキセノンランプ３２およびタイマ４１に接続される。ランプ交換検知回路４３によりランプ交換が検知され、検知信号がタイマ４１に出力される時に、タイマ４１に出力される検知信号により自動的に初期化される。

図３のフローチャートを参照して、電子内視鏡システム１０のタイマ４１において機能するプログラムによる絞り制御の処理について説明する。ステップＳ１００においてランプ交換検知回路４３からキセノンランプ３２が交換されたことを示す検知信号の入力、あるいはキーボード７０のリセットキー又はリセット釦４２から初期化するためのリセット入力があるか否かチェックされる。

ランプ交換の検知信号あるいはリセット入力が確認された場合はステップＳ１０２に進み、タイマ４１の累積使用時間を初期化し絞り５０の開口率を初期化する。すなわち累積使用時間をゼロ時間にし、開口率を初期設定開口率である５０％にする。

ステップＳ１００でランプ交換あるいは手動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Ｓ１０２の処理後ステップＳ１０４に進む。ステップＳ１０４では、タイマ４１において計測される累積使用時間を検出し、ステップＳ１０６に進む。ステップＳ１０６において累積使用時間が第１の設定時間である５０時間を超えているか否かを判断する。５０時間を超えていない場合はステップＳ１０４に戻る。すなわち累積使用時間が５０時間を超えるまで、ステップＳ１０４、ステップＳ１０６の処理が繰返される。

ステップＳ１０６において累積使用時間が５０時間を超えている場合はステップＳ１０８に進み、開口率を第１の設定開口率である６０％に変更する信号をモータ３６に出力する。次にステップＳ１１０に進む。

ステップＳ１１０において再び累積使用時間を検出する。次にステップＳ１１２に進み、累積使用時間が第２の設定時間である１００時間を超えているか否かを判断する。１００時間を超えていない場合はステップＳ１１０に戻る。すなわち累積使用時間が１００時間を超えるまで、ステップＳ１１０、ステップＳ１１２の処理が繰返される。

ステップＳ１１２において累積使用時間が１００時間を超えている場合はステップＳ１１４に進み、開口率を第２の設定開口率である６５％に変更する信号をモータ３６に出力する。

すなわちステップＳ１０４〜ステップＳ１０８は、第１の設定時間を超えるまで開口率を初期設定開口率である５０％に保ち、超えたときに第１の設定開口率に変更する処理を行う。ステップＳ１１０〜ステップＳ１１４は、第２の設定時間を超えるか否かの判断をして、第２の設定開口率に適宜変更する処理を行う。

次にステップＳ１１６〜ステップＳ１２０においては、ステップＳ１０４〜ステップＳ１０８およびステップＳ１１０〜ステップＳ１１４同様に第３の設定時間を超えるか否かの判断をして、第３の設定開口率に適宜変更する処理を行う。したがって累積使用時間が第３の設定時間である２００時間を超えたときに、第３の設定開口率である７０％に変更する処理が行われる。ステップＳ１２０の処理終了後に本プログラムは終了する。

以上のように本実施形態の絞り制御機構によればキセノンランプ３２の発光光量がランプの累積使用時間に応じて減少するのに対し、絞り５０の開口率を増大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の交換期間をより長くすることが可能となる。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量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。

本実施形態において、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、絞りの変形例として、図４に示すように、円板状の絞り１５０の円中心からに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。

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（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）に設けられる。図３のフローチャートのステップＳ１０２、ステップＳ１０８、ステップＳ１１４、およびステップＳ１２０において絞り１５０を段階的に回動させたときに、キセノンランプ３２から照射された光束の中心が孔１５１ａ〜１５１ｄの中心と重なるように構成される。

なお、本実施形態において、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５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が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。

この場合、キセノンランプ３２の累積使用時間に関わる設定時間については、前述の実施形態の場合よりもより時間間隔を短くして設定時間の種類をより多くすることが望ましい。これにより、前述の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の明るさのより細かい経時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。

また、絞り５０、１５０、および２５０は円板状であるが、面に垂直な回動軸の周りに回動可能な板部材且つ該回動軸周りに回転対称な形状の板部材であってもよい。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。

図６は、本発明の第２の実施形態である絞り制御機構を備えた電子内視鏡システムの全体構成図である。キセノンランプ３２とタイマ４１とが電気的に接続され、キセノンランプ３２に電力が供給されるときにタイマ４１がキセノンランプ３２の使用時間が積算される。その他の構成要素は第１の実施形態と同様である。本実施形態によればランプ釦４０とタイマ４１との接続が不要である。また本実施形態によれば、キセノンランプ３２を交換することによりタイマ４１における累積使用時間が初期化されゼロとなる構成にすることもできる。

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時間を５０、１００、２００時間とし、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適宜定められる。また開口率を４段階で変化させているが、何段階であってもよい。さらに、タイマ４１の替わりにタイマ機能付きのマイクロコンピュータを用いてもよい。

本発明の第１の実施形態である絞り制御機構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。 本発明を適用した電子内視鏡システムを機能させるプログラムによる絞り制御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。 本発明の第２の実施形態である絞り制御機構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。

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 プロセッサ
３２ キセノンランプ
３６ モータ
３７ 絞り駆動回路
３８ ランプスイッチ
３９ ランプ電源
４０ ランプ釦
４１ タイマ
５０ 絞り

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、
   前記光源を発光させて使用した時間を積算することにより前記光源の累積使用時間を計測する時間計測手段と、
   前記時間計測手段により計測された前記累積使用時間に応じて前記絞りの開口率を増大させる絞り駆動手段と
   を備えることを特徴とする電子内視鏡の絞り制御機構。
2. 前記絞り駆動手段が前記累積使用時間に応じて前記絞りの開口率を段階的に増大させることを特徴とする請求項１に記載の絞り制御機構。
3. 前記絞りが、面に垂直な回動軸の周りに回動可能な板部材であり、
   前記回動軸の周りの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、
   前記絞りが前記回動軸を軸に回動して前記孔のいずれかの内部に前記光源から発光された光の光束が位置するように制御される
   ことを特徴とする請求項２に記載の絞り制御機構。
4. 前記板部材の外周形状が円であることを特徴とする請求項３に記載の絞り制御機構。
5. 前記絞りが、面に垂直な回動軸の周りに回動可能な板部材であり、
   前記回動軸の周りの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、
   前記絞りが前記回動軸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１または請求項２に記載の絞り制御機構。
6. 前記板部材の外周形状が円であることを特徴とする請求項５に記載の絞り制御機構。
7. 前記時間計測手段が前記光源の交換あるいは、初期化入力手段により初期化の入力が行われたときに前記累積使用時間を初期化することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の絞り制御機構。
8. 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乃至請求項７のいずれか１項に記載の絞り制御機構。
9. 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ることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の絞り制御機構。
10. 光源と、
    前記光源から出力された光が入射されるライトガイドと、
    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、
    前記光源を発光させて使用した時間を積算することにより前記光源の累積使用時間を計測する時間計測手段と、
    前記時間計測手段により計測された前記累積使用時間に応じて前記絞りの開口率を増大させる絞り駆動手段と
    を備えることを特徴とする電子内視鏡システム。
11. 光源を発光させて使用した時間を積算することにより前記光源の累積使用時間を計測する時間計測手段から前記累積使用時間を検出する検出手段と、
    前記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の開口率を変更する絞り駆動手段に、前記検出手段により検出された前記累積使用時間に応じた絞り駆動量に相当する絞り駆動信号を出力する出力手段としてコンピュータを機能させること
    を特徴とする絞り制御プログラム。
    
    

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