JP2006345947A - 内視鏡装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】CCDの受光感度を有効に利用して、演色性の高い観察像を得られる内視鏡装置を提供すること。
【解決手段】内視鏡装置1は、照明光を出射するLED群12と、LED群12から出射された照明光による被検体からの反射光をカラーフィルタ24を介して受光し、光電変換して被検体の像に関わる画像信号を出力するCCD15とを備え、LED群12が出射する照明光のピーク波長と、カラーフィルタ24を透過する光のピーク波長とを一致させている。
【選択図】図2

Description

本発明は、照明手段として固体発光素子を用い、撮像手段として固体撮像素子を用いた内視鏡装置に関する。
近年、体腔内に細長の挿入部を挿入することにより、体腔内臓器等を観察したり、必要に応じて処置具チャンネル内に挿通した処置具を用いたりして各種治療処置のできる内視鏡装置が広く利用されている。また、電荷結合素子(CCD)などの固体撮像素子を撮像手段に用いた電子内視鏡装置も種々提案され、広く利用されている。
これらの内視鏡装置の照明手段として、近年、発光ダイオードなどの固体発光素子(以下、LEDと示す)を用いたものが種々提案されている。内視鏡装置による病気の診断においては、臓器に生じた微妙な色の違いが認識できることが重要である。観察部位の像に正しい色再現性を得るためには、照明光として波長が400nmから700nmの波長領域にスペクトルを有した白色光を用いることが望ましい。このため、LEDを用いて構成される照明において、例えば、ブルー、グリーン、レッドの三色のLEDを用い、これらLEDを同時に発光させて混色させることにより白色を得ている。
上述のような三色のLEDを用いた電子内視鏡では、図12の従来の電子内視鏡の先端部を説明する概略図で示すように、先端部50に対物レンズ51と照明レンズ52とが近接して配置されている。照明レンズ52の基端側には、ブルーを発光するLED53b、グリーンを発光するLED53g、レッドを発光するLED53rが配設されている。これらLED53b、53g、53rを備えて構成されるLED群53は、図13のブルー、グリーン、レッドの三色のLEDを組み合わせたLED群の光スペクトルを示す特性図に示すような特徴を有している。なお、図13においては横軸に波長〔nm〕を、縦軸に相対発光強度をそれぞれ示している。
対物レンズ51の基端側にはCCD54が配置されている。CCD54には、光を電気信号に変換する画素を配列した受光面55が設けられている。受光面55の前面には、各画素に対して色情報をもたせるためのカラーフィルタ56が設けられている。カラーフィルタ56としては、光の透過率が高く、高感度、かつ高解像度の画像が得られるという利点があることから、例えば図14の補色系カラーフィルタの透過特性を示す特性図に示すような、透過特性を有する、シアン、イエロー、マゼンダからなる補色系カラーフィルタが一般的に用いられる。なお、図14において横軸に波長〔nm〕を、縦軸に相対透過率をそれぞれ示している。
白色光を得るLEDの組合せとしては、上述した三色のLEDの組合せに限定されるものではなく、例えばブルーのLEDと、ブルーの補色であるイエローのLEDとを組み合わせたもの、或いは、ブルーのLEDにイエローの発光体を組み合わせたもの等が知られている。
例えば、ブルーのLEDとイエローのLEDとを用いた従来の他の内視鏡装置では、図15の他の電子内視鏡の先端部を説明する概略図で示すように、先端部57に設けられた対物レンズ58の基端側に、ブルーを発光するLED59bとイエローを発光するLED59yとが設けられる。LED59bとLED59yとで構成されるLED群59では、図16のブルーのLEDとイエローのLEDとを組み合わせた白色光のスペクトルを示す特性図に示すような特性を有している。なお、図16においては横軸に波長〔nm〕を、縦軸に相対発光強度をそれぞれ示している。
また、ブルーのLEDにイエローの発光体を組合わせた従来の別の内視鏡装置では、図17の別の内視鏡装置の先端部を説明する概略図で示すように、先端部60に設けられた対物レンズ61の基端側に、ブルーのLED62に対してイエローの蛍光体を組み込むことによって単一で擬似白色光を発光する。ブルーのLED62にイエローの蛍光体を組み込んだ、LED62では、図18のイエローの蛍光体を組み込んだブルーのLEDの光スペクトルを示す特性図に示すような特性を有している。なお、図18においては横軸に波長〔nm〕を、縦軸に相対発光強度をそれぞれ示している。
なお、図15、及び図17に示す内視鏡装置のCCDに設けられるカラーフィルタとしては、図12に示す内視鏡装置のカラーフィルタ56と同様に、図14に示す透過特性を有する補色系のカラーフィルタが用いられる。
例えば、特許文献1には、照明手段として、ブルー、グリーン、レッドの三色のLEDを用い、撮像手段であるCCDの先端側に、ブルー、グリーン、レッドからなる原色系のカラーフィルタを用いた内視鏡装置が提案されている。
特許第2592455号公報
しかしながら、図12で示した従来の内視鏡装置では、単一色である、ブルーのLED53b、グリーンのLED53g、レッドのLED53rを使用している。このため、それぞれのLED53b、53g、53rから出射される光スペクトルの波長帯域が狭くなっている。また、図13に示すLED群53の光スペクトルの波長特性と、図14に示すカラーフィルタ56の透過特性とが一致していない。このため、LED群53から出射された照明光は、カラーフィルタ56を透過することで減衰されてしまう。すると、CCD54で受光される光量が少なくなって、観察像が暗くなり、演色性が低下するという問題が生じる。
一方、図15で示したブルーのLED59bと、イエローのLED59yとの二色のLEDを用いた内視鏡装置においても、図16に示すLED群59の光スペクトルの波長特性と、図14に示すカラーフィルタ56の透過特性とが一致していない。更に、図17に示すようにブルーのLED62にイエローの蛍光体を組み込むことによって単一で擬似白色を発光させる内視鏡装置においても、図18に示すLED62の光スペクトルの波長特性と、図14に示すカラーフィルタ56の透過特性とが一致していない。このため、図15、及び図17に示した内視鏡装置においても、図12に示した内視鏡装置と同様に、観察像が暗くなり、演色性が低下するという問題が生じる。
この問題を解決するために、観察像を明るくするために高輝度のLEDを用いることが考えられる。しかし、その場合にはLEDの放熱量が大きくなるため、放熱が不十分であるとLEDの温度特性によって内視鏡装置を使用している間にLEDの発光光量が低下して、やはり演色性が低下してしまう。また、LED近傍にCCDが配置されている場合、LEDから発生する熱によってCCDの温度が上昇し、撮像信号にノイズが発生して、内視鏡画像が不鮮明になってしまうという新たな問題も生じてしまう。
また、特許文献1に記載された内視鏡装置では、照明手段であるLEDと、カラーフィルタとで、共にブルー、グリーン、レッドの原色系のもの用いることが記載されているものの、LEDの光スペクトルの波長特性や、カラーフィルタの透過特性については何ら記載されていない。従って、LEDの光スペクトルの波長特性と、カラーフィルタの透過特性とが一致しない可能性がある。このため、上述と同様に演色性が低下してしまう可能性がある。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、LEDとCCDとを組み合わせた内視鏡装置において、CCDの受光感度を有効に利用して、演色性の高い観察像を得られる内視鏡装置を提供することを目的にしている。
本発明の内視鏡装置は、照明光を出射する固体発光素子と、前記固体発光素子から出射された照明光による被検体からの反射光をカラーフィルタを介して受光し、光電変換して前記被検体の像に関わる画像信号を出力する固体撮像素子とを備え、
前記固体発光素子が出射する前記照明光のピーク波長と、前記カラーフィルタを透過する光のピーク波長とが一致している。
この構成によれば、固体発光素子から照射されて、被検体で反射された光が減衰されることなくカラーフィルタを透過する。
本発明によれば、LEDとCCDとを組み合わせた内視鏡装置において、CCDの受光感度を有効に利用して、演色性の高い観察像を得られる内視鏡装置を実現することができる。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図1乃至図9は本発明の第1実施形態に係り、図1は内視鏡装置の全体構成を説明する概略図、図2は挿入部の先端部の構成を説明する概略図、図3はLED群の光スペクトルを示す特性図、図4は撮像光学系の構成を説明する長手方向断面図、図5は図4のV−V線断面図、図6は保護枠とヒートシンクとの構造を説明する斜視図、図7は図4のVII−VII線断面図、図8はカラーフィルタの部分拡大図、図9はカラーフィルタの透過特性を示す特性図である。
図1を参照して内視鏡装置の全体構成について説明する。
図に示すように内視鏡装置1は、内視鏡2と、カメラコントロールユニット(以下、CCUと示す)3と、モニタ4とを備えて主に構成されている。内視鏡2は挿入部5と、操作部6と、ユニバーサルコード7とを備えている。挿入部5は被検体の体腔内に挿入される。挿入部5の内部には照明光学系、及び撮像光学系が備えられている。操作部6は挿入部5の後端に連設して構成されている。ユニバーサルコード7は操作部6の側方から延出されており、ユニバーサルコード7の端部はCCU3に接続されている。
CCU3は、内視鏡2の撮像光学系から出力される撮像信号を信号処理して画像信号を生成したり、内視鏡2に設けられた照明光学系、及び撮像光学系を駆動する駆動信号を出力する。モニタ4にはCCU3から出力される画像信号が表示される。
図2に示すように挿入部5には照明光学系9と撮像光学系10とが設けられている。挿入部5の先端部8には照明光学系9を構成する照明レンズ11と、複数の発光ダイオードなどの固体発光素子(以下、LEDと示す)を備えたLED群12とが設けられている。LED群12は、照明レンズ11の後端側に設けられている。LED群12の後端側からは伝送ケーブル13が延出されている。この伝送ケーブル13の基端部はCCU3に接続されている。
本実施の形態においてLED群12は三色の例えば、シアンを発光するLED12cと、イエローを発光するLED12yと、マゼンダを発光するLED12mとで構成されている。通常、被検体を観察する場合には、これらLED12c、12y、12mを同時に発光させる。
挿入部5の先端部8には撮像光学系10を構成する対物レンズユニット14と、固体撮像素子としてのCCD15とが設けられている。対物レンズユニット14は複数のレンズから構成され、照明レンズ11と隣接して設けられている。CCD15は対物レンズユニット14の結像位置に配設されている。CCD15には、対物レンズユニット14を透過した被検体からの光を電気信号に変換する、図示しない複数の画素が規則的に配列して構成された受光面23が設けられている。受光面23の前面には、個々の画素に対して色情報をもたせるためのカラーフィルタ24が設けられている。CCD15の後端側からは伝送ケーブル16が延出されている。この伝送ケーブル16の基端部はCCU3に接続されている。
図3に示すようにLED群12を構成するそれぞれのLED12c、12y、12mのピーク波長は異なっている。シアンを発光するLED12cはピーク波長が500nm付近の光を発生させる。イエローを発光するLED12yはピーク波長が550nm付近の光を発生させる。マゼンダを発光するLED12mは470nm付近と620nm付近の2つのピーク波長を有する光を発生させる。
図4に示すように撮像光学系10を構成する対物レンズユニット14は所定の光学特性を有する複数の光学レンズ14aと、複数の枠体14b、14cとで構成されている。CCD15は、例えばステンレスやニッケルなどの金属製の枠体である保護枠17によって覆い囲まれている。保護枠17の、長手方向中央部付近には切り欠き部18が形成されている。図5、及び図6に示すように保護枠17は長手方向の断面形状が例えば略八角形形状の枠体として構成されいてる。
撮像光学系10を構成する保護枠17には排熱手段であるヒートシンク19が設けられるようになっている。ヒートシンク19は、CCD15から発生する熱を排熱するとともに、LED群12から発生されて撮像光学系10に伝導される熱を排熱する。ヒートシンク19は切り欠き部18に配置される。このため、ヒートシンク19には切り欠き部18の切り欠き面18aに載置される段部19aが設けられている。ヒートシンク19は段部19aより上方側を形作る上部と、段部19aより下方側を形作る下部とで構成されている。ヒートシンク19の上部には、該ヒートシンク19を保護枠17に配設した状態において、該保護枠17の外形を形作る斜面19bが形成されている。これに対して、ヒートシンク19の下部には、例えば基板20a上に搭載された電子部品20bとの逃がし部となる傾斜面19cが形成されている。
このように、保護枠17の所定位置に切り欠き部18を設け、この切り欠き部18にヒートシンク19を配設する。このとき、段部19aが切り欠き面18aに載置されることによって、ヒートシンク19が傾いて配置されることが防止される。よって、ヒートシンク19がCCD15等に接触する不具合を確実に防止して、該ヒートシンク19がCCD15、及び電子部品20bの近傍に配置される。このことによって、CCD15や電子部品20bから発生する熱を効果的に排熱することができる。また、LED群12などで発生して撮像光学系10に伝導された熱を効果的に排熱することができる。
したがって、CCD15の温度が上昇することが抑制されて、熱に起因するノイズが撮像信号にのることが抑制されて、鮮明な観察像を得られる。また、LED群12の温度上昇を抑制して、LED12c、12y、12mの発光光量の低下による不具合が防止され、観察像の演色性の向上を図れる。
なお、保護枠17の内部、及び保護枠17と伝送ケーブル16との間には、例えば熱可塑性樹脂などの接着剤21が充填されている。接着剤21を充填することによって保護枠17に対してヒートシンク19が固定される等、保護枠17と各部材とが一体的に構成される。保護枠17、伝送ケーブル16、及び接着剤21の表面には、フッ素樹脂を含有したコーティング層22が設けられている。コーティング層22を設けることによって、接着剤21に水蒸気や水分が付着して、この接着剤21が加水分解することが防止される。
図7、及び図8を参照してカラーフィルタ24について説明する。
図に示すようにカラーフィルタ24は補色系のカラーフィルタであって、顔料や染料を用いて染色された、シアンのカラーフィルタ24c、イエローのカラーフィルタ24y、マゼンダのカラーフィルタ24m、及び、グリーンのカラーフィルタ24gを、所定の規則性に従って配置して構成されている。カラーフィルタ24は、受光面23に設けられた画素のそれぞれに対して、1つの色のフィルタが対応するように構成されている。
カラーフィルタ24は、図9に示すような透過特性を有している。即ち、シアンのカラーフィルタ24cは495nm付近の光を透過させる。また、イエローのカラーフィルタ24yは545nm付近の光を透過させる。また、マゼンダのカラーフィルタ24mは440nmと615nm付近の光を透過させる。また、グリーンのカラーフィルタ24gは520nm付近の光を透過させる。
本実施形態においては、カラーフィルタ24c、24y、24mとして、透過される光のピーク波長が、それぞれLED12c、12y、12mから発光される光スペクトルのピーク波長とほぼ等しくなる透過特性を有するフィルタが選択され、そして、所定の位置に設置されている。
このように、LED12c、12y、12mから発光される光スペクトルのピーク波長と、カラーフィルタ24c、24y、24mを透過する光のピーク波長とをほぼ等しく設定している。このことによって、LED群12から照射される照明光による被検体からの反射光がカラーフィルタ24を透過する際に減衰する度合いを低減させることができる。したがって、CCD15の受光感度を有効に利用して、演色性の高い観察像を得られる。
また、ヒートシンク20を設けることが可能な保護枠17でCCD15の周囲を覆っている。このことにより、LED群12から発生して撮像光学系10に伝導された熱を効果的に排熱して、LED群12の温度が上昇することを抑制することができるとともに、CCD15の温度が上昇することを抑制することができる。したがって、演色性が高く、かつ鮮明な観察像を得られる。
なお、本実施形態においては、LED群12として、シアン、イエロー、マゼンダを発光する三色のLED12c、12y、12mを用いているが、マゼンダがブルーとレッドの混色である性質を利用するようにしてもよい。即ち、マゼンダのLED12mの替わりにブルーを発光するLEDとレッドを発光するLEDとを用いる。或いは、ブルーのLEDにレッドの蛍光体を組み込んで擬似的にマゼンダを発光させる。
また、上述した三色のLED12c、12y、12mに加えて、グリーンを発光するLEDを組み合わせてLED群12を構成するようにしてもよい。グリーンのLEDを組み合わせることで、グリーンのカラーフィルタ24gにおける被検体からの光の減衰の度合いを低減することができる。このことによって、観察像の演色性が更に向上する。また、CCD15から出力される撮像信号の中で、グリーンの色信号が輝度の情報を最も多く含む。このため、CCD15においてグリーンの受光感度が高めて、観察像の解像度の向上を図れる。
また、本実施の形態においては補色系のカラーフィルタ24を用いているが、カラーフィルタはこれに限定されるものではなく、LED群12から発光される光スペクトルのピーク波長が、透過される光のピーク波長と一致するように透過特性が調整されたカラーフィルタであれば適用可能である。
例えば、LED群としてブルー、グリーン、レッドの光をそれぞれ発光する原色系の三色のLEDを用いた場合、これらのLEDから発光される光スペクトルのピーク波長と一致するように透過特性を調整した、ブルー、グリーン、レッドの原色系のカラーフィルタを使用する。原色系のLED、及びカラーフィルタを用いた場合にも、このように発光される光の波長特性、及び透過される光の透過特性を一致させることによって、CCD15の受光感度を有効に利用して、演色性の高い観察像を得られる。
更に、LED群12を挿入部5の先端部8に配置する替わりに、例えば操作部6の内部に配置したり、光源装置を別に設け、この中にLED群12を配置するようにしてもよい。この場合、LED群12で照射された照明光を、ライドガイドを用いて先端部8へ導光する。
図10、及び図11は本発明の第2実施形態に係り、図10は挿入部の先端部の他の構成を説明する概略図、図11はLEDの光スペクトルを示す特性図である。
なお、本実施形態においては照明光学系9Aに設けられたLED31の構成が異なる点を除き、第1実施形態の構成と同様である。そのため、照明光学系9Aの構成についてのみ説明し、同部材については同符号を付して説明を省略する。
図10に示すように本実施形態の照明光学系9Aは、先端部8Aの先端側に設けられた照明レンズ11と、照明レンズ11の後端側に設けられたLED31とで構成されている。本実施形態のLED31は単体のLEDであって、SrCaBaMg)5(PO4)3Cl:Eu、LaPO4:Ce,Tb、Y2O3:Euなどの蛍光体を含み、紫外光を発光することで、ブルー、シアン、グリーン、イエロー、レッドを蛍光発光させる。
LED31は、図11に示すような波長特性を有する。一般に、蛍光体による発光を用いたLEDは、蛍光体を用いず単一色発光のLEDよりも発光帯域が広い特徴を有している。図11に示すように本実施形態のLED31は、400nmから700nmまでの波長帯域にわたる広帯域の光を発光させる。
なお、撮像光学系10は先端部8Aの先端側に、照明レンズ11と隣接して設けられている。撮像光学系10は対物レンズユニット14と、CCD15とを備え、CCD15の前面には第1の実施形態と同様の透過特性を有するカラーフィルタ24が設けられている。
このように構成することで、CCD15のカラーフィルタ24においては440nm、495nm、545nm、615nmにピーク波長を有し、この近傍の波長の光を透過させる特性を有する。これに対して、LED31においては、400nmから700nmの波長帯域の光を発光される。したがって、カラーフィルタ24を透過される光のピーク波長が含まれるような波長帯域の光を発光させるLED31を用いることで、LED31から照射される照明光による被検体からの反射光がカラーフィルタ24を透過する際に減衰する度合いを低減させることができる。このことによって、CCD15の受光感度を有効に利用して、演色性の高い観察像を得られる。
なお、本実施形態においては、ブルー、シアン、グリーン、イエロー、レッドを発光させる蛍光体を組み込んだLEDを用いているが、ブルー、グリーン、レッドを発光させる蛍光体を組み込んだLEDを用いるようにしてもよい。
尚、本発明は、以上述べた実施形態のみに限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能である。
図1乃至図9は本発明の第1実施形態に係り、図1は内視鏡装置の全体構成を説明する概略図 挿入部の先端部の構成を説明する概略図 LED群の光スペクトルを示す特性図 撮像光学系の構成を説明する長手方向断面図 図4のV−V線断面図 保護枠とヒートシンクとの構造を説明する斜視図 図4のVII−VII線断面図 カラーフィルタの部分拡大図 カラーフィルタの透過特性を示す特性図 図10、及び図11は本発明の第2実施形態に係り、図10は挿入部の先端部の他の構成を説明する概略図 LEDの光スペクトルを示す特性図 従来の電子内視鏡の先端部を説明する概略図 ブルー、グリーン、レッドの三色のLEDを組み合わせたLED群の光スペクトルを示す特性図 補色系カラーフィルタの透過特性を示す特性図 他の電子内視鏡の先端部を説明する概略図 ブルーのLEDとイエローのLEDとを組み合わせた白色光のスペクトルを示す特性図 別の内視鏡装置の先端部を説明する概略図 イエローの蛍光体を組み込んだブルーのLEDの光スペクトルを示す特性図
符号の説明
1…内視鏡装置 2…内視鏡 3…CCU 5…挿入部 6…操作部
9…照明光学系 10…撮像光学系 12…LED群 15…CCD
24…カラーフィルタ、

Claims (3)

  1. 照明光を出射する固体発光素子と、
    前記固体発光素子から出射された照明光による被検体からの反射光をカラーフィルタを介して受光し、光電変換して前記被検体の像に関わる画像信号を出力する固体撮像素子とを備え、
    前記固体発光素子が出射する前記照明光のピーク波長と、前記カラーフィルタを透過する光のピーク波長とを一致させたことを特徴とする内視鏡装置。
  2. 照明光を出射する固体発光素子と、
    前記固体発光素子から出射された光による被検体からの反射光をカラーフィルタを介して受光し、光電変換して前記被検体の像に関わる画像信号を出力する固体撮像素子とを備え、
    前記固体発光素子が出射する前記照明光の波長帯域に、前記カラーフィルタが透過する光のピーク波長が含まることを特徴とする内視鏡装置。
  3. 前記カラーフィルタは、補色系のカラーフィルタであることを特徴とする請求項1、叉は請求項2に記載の内視鏡装置。
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