JP2007020763A

JP2007020763A - 光量調整装置、及び、電子内視鏡システム

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Publication number: JP2007020763A
Application number: JP2005205231A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Iriyama; 兼一入山
Original assignee: Pentax Corp
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 2005-07-14
Filing date: 2005-07-14
Publication date: 2007-02-01

Abstract

【課題】被写体の輝度が急激に変化した場合であっても安定した調光を行う。
【解決手段】連続的に照明光を出射する光源と、該照明光を所定期間だけ遮光して断続的なパルス光に変換する照明光変換手段と、外部機器から取得された輝度信号の出力値と所定の参照値との差分を算出する差分算出手段と、算出された差分に基づいて該所定期間を可変させ、該パルス光の幅を調整するパルス光調整手段と、該照明光量を物理的に制限し得る絞りと、該差分の値が第一の閾値より大きくなったときに絞りを動作させる絞り動作手段とを備えた光量調整装置を提供する。
【選択図】図５

Description

この発明は、外部機器に撮像用の照明光を提供し、当該外部機器から取得される輝度信号に基づいて提供すべき照明光の量を調整する光量調整装置、及び、このような光量調整装置を備えた電子内視鏡システムに関する。

その先端部に備えられた撮像素子で体腔内を撮像する電子内視鏡と、該撮像素子から出力される信号を処理してモニタに出力するプロセッサを備えた電子内視鏡システムが広く知られ実用に供されている。このような電子内視鏡システムでは、撮像素子からの出力信号に含まれる輝度信号を参照して照明光の量を調整（調光）することにより、モニタに表示される体腔内の映像の輝度を調整している。

例えば特許文献１や２には、開口部と非開口部を有するチョッパを用い、被写体への照明光の通過期間と遮光期間とを適切に変化させて光量調整を行っている電子内視鏡システムが示されている。ここで使用されているチョッパは、被写体に対して照明光を間欠的に照射させるよう作用するため、あたかも電子シャッタの如く機能し、ぶれのない高精細な静止画像の生成を実現させる。
特公平６−３８１３４号公報特公平７−８５１３２号公報

しかしながら上記特許文献１及び２に示されたような電子内視鏡システムでは、被写体の輝度変化に応じて照明光のパルス幅を変化させるためにチョッパそのものを光源に対してシフトさせなければならず、その結果、調光動作の応答速度が極めて遅くなってしまう。すなわち急激な輝度変化にチョッパのシフト動作が追従できないため、シフト動作の遅延分、被写体を適正な光量で照明できず、体腔内が過度に明るく照明されて画素が光量過剰で白く潰れてしまったり、逆に照明光量不足で画素が黒く潰れてしまったりすることがあった。

そこで、本発明は上記の事情に鑑み、上述の如きチョッパを有した装置やシステムにおいて、被写体の輝度が急激に変化した場合であっても安定した調光を行うことができる光量調整装置、及び、電子内視鏡システムを提供することを課題としている。

上記の課題を解決する本発明の一態様に係る光量調整装置は、外部機器に撮像用の照明光を提供し、当該外部機器から取得される輝度信号に基づいて提供すべき照明光の量を調整するものであり、連続的に照明光を出射する光源と、該照明光を所定期間だけ遮光して断続的なパルス光に変換する照明光変換手段と、取得された輝度信号の出力値と所定の参照値との差分を算出する差分算出手段と、算出された差分に基づいて該所定期間を可変させ、該パルス光の幅を調整するパルス光調整手段と、該照明光量を物理的に制限し得る絞りと、該差分の値が第一の閾値より大きくなったときに絞りを動作させる絞り動作手段とを備えたことを特徴とする。

なお、上記光量調整装置において、絞りは、定常状態で全開しており、該差分に基づいてその開口径が一時的に絞られ得る。また、絞りが絞られると同時にパルス光調整手段が該パルス光の幅を狭めるよう動作しても良く、この場合、絞り動作手段は、該差分の値が第二の閾値より小さくなったとき、絞りを徐々に開放させることができる。

また、上記光量調整装置において、照明光変換手段は同一の開口角を有する複数のチョッパを含み、パルス光調整手段は、複数のチョッパの各々を該差分に基づいて設定された位相差で回転させることができる。

また、上記の課題を解決する本発明の一態様に係る電子内視鏡システムは、上記光量調整装置と、光量調整装置により提供された照明光で体腔内を照明する照明手段、及び、照明された体腔内を撮像する撮像素子を有する電子内視鏡とを備えており、電子内視鏡が、撮像素子によって生成された輝度信号を光量調整装置に出力することを特徴とする。

また、上記の課題を解決する本発明の別の態様に係る電子内視鏡システムは、上記光量調整装置において複数のチョッパとパルス光調整手段とを備えた光量調整装置と、光量調整装置により提供された照明光で体腔内を照明する照明手段、照明された体腔内を撮像する撮像素子、撮像素子によって生成された輝度信号を光量調整装置に出力する輝度信号出力手段、及び、撮像素子を駆動制御するためのタイミングパルスを発生するパルス発生手段を有する電子内視鏡とを備えており、パルス発生手段が、パルス光調整手段に、チョッパを撮像素子の動作と同期して回転させるためのタイミングパルスを出力することを特徴とする。

本発明の光量調整装置及び電子内視鏡システムでは、例えばチョッパのような、照明光を所定期間だけ遮光して断続的なパルス光に変換する照明光変換手段の動きが急激な輝度変化に追従できない場合に絞りを動作させて照明光量を調整するようにしているため、例えば被写体の輝度が適正な輝度に対して大きく外れてハレーション等が発生しまうことを防止でき、又は、軽減させることができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態の電子内視鏡システムについて説明する。

図１は、本実施形態の電子内視鏡システム１００の構成を示したブロック図である。電子内視鏡システム１００は、患者の体腔内を術者が観察・診断するためのシステムであり、体腔内を撮像するための電子内視鏡１０、光源装置と画像処理装置とを兼ね備えたプロセッサ３０、及び、体腔内の映像を表示可能なモニタ６０を有している。

電子内視鏡１０は、体腔内に挿入される可撓性を有した挿入部可撓管１を有している。電子内視鏡１０内部には、その先端部から末端部に掛けて、光の伝送路である光ファイバから成るライトガイド２が延在している。挿入部可撓管１の先端部前面には照明光を照射するための配光レンズ３が、ライトガイド２の一端（先端側）と結合するように設けられている。また、上記先端部前面には配光レンズ３の他に対物レンズ４が設けられており、その後方に固体撮像素子５が配置されている。また、複数の伝送路が束ねられた信号線６が固体撮像素子５から電子内視鏡１０の末端部に掛けて引き出されている。電子内視鏡１０の末端部にはコネクタ部７が設けられており、これにより、電子内視鏡１０はプロセッサ３０と光学的及び電気的に接続される。なお、コネクタ部７近傍には、電子内視鏡１０とプロセッサ３０との間で信号の整合性をとるため、固体撮像素子５の出力信号に所定の処理を施すＤＳＰ（Digital Signal processor）２１が配置されている。ここでいう所定の処理には、例えば、信号のダイナミックレンジを所定の範囲に制限するクリッピング処理、輝度の階調特性や色再現性特性が適切になるようにγ（ガンマ）特性を補正するガンマ補正処理等が含まれる。上記出力信号は、これらの処理を施されることにより、プロセッサ３０の仕様を満たすよう変換される。

プロセッサ３０は、光源装置として、ランプ用電源３１、ランプ３２、絞り３３、絞り動作機構３４、コンデンサレンズ３５、チョッパ部３６、チョッパ部動作機構３７、及び、調光回路４０を有している。

ランプ３２は、ランプ用電源３１から供給される電圧によって点灯する、体腔内照明用の白色光の光源であり、例えばメタルハライドランプや、キセノンランプ、ハロゲンランプ等が想定される。なお、ランプ３２は、コリメートレンズを有しており、上記白色光を平行光に変換後に出射する。

絞り３３は、ランプ３２から出射された白色光を物理的に制限するものであり、絞り動作機構３４によってその開口径が可変され得る。絞り動作機構３４は、モータ３４ａ、センサ装置３４ｂ、及び、モータドライバ３４ｃを有している。モータドライバ３４ｃは、後述の調光制御を行う調光回路４０からの信号に基づいて作動し、モータ３４ａを駆動制御して絞り３３の開口形状を可変させる。これにより、上記白色光がその開口形状に応じて光束幅を物理的に制限される。なお、センサ装置３４ｂは、モータ３４ａの回転角を検出し、その検出結果に応じた電圧値Ｖ_ａｐを調光回路４０に出力する。例えば絞り３３が全開状態のとき、後述の参照電圧Ｖ_ｒｅｆ２と同一レベルの電圧値Ｖ_ａｐを出力する。また、モータ３４ａが回転して絞り３３が絞られたとき、センサ装置３４ｂは、モータ３４ａの回転角に応じた電圧値であって、参照電圧Ｖ_ｒｅｆ２よりも低い電圧値Ｖ_ａｐを出力する。

絞り３３を通過した上記白色光は、コンデンサレンズ３５に入射し、そのパワーによって収束されてチョッパ部３６に導かれる。チョッパ部３６は、チョッパ部動作機構３７によって動作される。

図２は、本実施形態のチョッパ部３６及びチョッパ部動作機構３７の構成を示した図である。チョッパ部３６は、二つのチョッパ３６Ａ及び３６Ｂを有している。これらのチョッパは、同一形状であり、それぞれ、開口部３６１Ａ、３６１Ｂ、中心部３６２Ａ、３６２Ｂ、及び、凸部３６３Ａ、３６３Ｂを有している。また、チョッパ部動作機構３７は、それぞれのチョッパ３６Ａ、３６Ｂに対応して備えられた、モータ３７１Ａ、３７１Ｂ、モータドライバ３７２Ａ、３７２Ｂ、及び、センサ３７３Ａ、３７３Ｂを有している。

モータ３７１Ａは、その回転軸がチョッパ３６Ａの中心部３６２Ａに結合しており、後述の調光制御を行う調光回路４０からの信号に基づいて作動するモータドライバ３７２Ａの駆動制御下で、当該チョッパ３６Ａを、中心部３６２Ａを中心に回転させることができる。

チョッパ３６Ａの凸部３６３Ａは、チョッパ３６Ａの回転角によってはセンサ３７３Ａの前方に位置することがある。ここで、センサ３７３Ａは例えばフォトリフレクタであり、凸部３６３Ａが前記の位置にあるとき、センサ３７３Ａから出射された検出光は、凸部３６３Ａによって反射され、センサ３７３Ａの受光部によって受光される。センサ３７３Ａは、反射光を受光する毎に調光回路４０にパルス（以下、回転検出パルスＡとする）を出力する。すなわちチョッパ３６Ａが一回転する毎にセンサ３７３Ａが回転検出パルスＡを出力するため、調光回路４０は、それに基づいてチョッパ３６Ａの回転数や回転速度等を知ることができる。

また、モータ３７１Ｂは、その回転軸がチョッパ３６Ｂの中心部３６２Ｂに結合しており、後述の調光制御を行う調光回路４０からの信号に基づいて作動するモータドライバ３７２Ｂの駆動制御下で、当該チョッパ３６Ｂを、中心部３６２Ｂを中心に回転させることができる。

チョッパ３６Ｂの凸部３６３Ｂは、チョッパ３６Ｂの回転角によってはセンサ３７３Ｂの前方に位置することがある。ここで、センサ３７３Ｂは例えばフォトリフレクタであり、凸部３６３Ｂが前記の位置にあるとき、センサ３７３Ｂから出射された検出光は、凸部３６３Ｂによって反射され、センサ３７３Ｂの受光部によって受光される。センサ３７３Ｂは、反射光を受光する毎に調光回路４０にパルス（以下、回転検出パルスＢとする）を出力する。すなわちチョッパ３６Ｂが一回転する毎にセンサ３７３Ｂが回転検出パルスＢを出力するため、調光回路４０は、それに基づいてチョッパ３６Ｂの回転数や回転速度等を知ることができる。

ここで、電子内視鏡１０とプロセッサ３０とが接続されているとき、ライトガイド２の他端（末端側）は、チョッパ部３６の前方であり、コンデンサレンズ３５の焦点位置近傍に位置する。従ってコンデンサレンズ３５を通過した白色光は、チョッパ部３６を通過した後にライトガイド２の他端近傍に収束して、その内部に入射して進行し、配光レンズ３を介して外部を照明する。これにより例えば体腔内が照明され、術者は体腔内の観察・診断或いは処置を行うことができる。

配光レンズ３から照射された照明光は、観察対象である生体組織を照明し、当該組織で反射される。この反射光は、対物レンズ４に入射し、そのパワーによって後方に配置された固体撮像素子５の受光面（複数の受光素子がマトリクス状に配列された面）上に観察対象（例えば体腔内の生体組織）の光学像として結像する。結像された光学像は、各受光素子においてその光量に応じた電荷として蓄積され、生体組織の像となり得る画像信号に変換される。ここで生成された画像信号は信号線６を伝送してＤＳＰ２１に入力される。なお、ＤＳＰ２１は所定のタイミングパルスを出力する同期信号発生回路を含んでおり、固体撮像素子５は、このタイミングパルスに基づいて駆動し、蓄積された電荷すなわち画像信号をＤＳＰ２１に出力する。

ＤＳＰ２１は、例えば本出願人により提案された特許文献３（特開平１１−１６９３３９号公報）に記載された信号処理装置と同様の機能を有しており、固体撮像素子５からの出力信号をサンプリングして色分離して色差信号Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙ、輝度信号Ｙ_ＩＲＩＳ、及び、輝度信号Ｙとし、プロセッサ３０に向けて出力する。なお、輝度信号Ｙ_ＩＲＩＳは、クリッピングやガンマ補正等の処理が施される前の段階の輝度信号であり、固体撮像素子５からの出力信号と互いにリニアの関係（すなわち比例関係）にある。従って調光用の信号として最適である。

プロセッサ３０は、画像処理を行う構成として、システムコントロールユニット５１、Ａ／Ｄ変換器５３Ａ、５３Ｂ、５３Ｃ、タイミング発生器５４、メモリ５５、Ｄ／Ａ変換器５６Ａ、５６Ｂ、５６Ｃ、及び、映像信号処理回路５７を有している。

ＤＳＰ２１から出力された色差信号Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙ、輝度信号Ｙは、それぞれ、Ａ／Ｄ変換器５３Ａ、５３Ｂ、５３Ｃに入力してデジタル信号に変換され、タイミング発生器５４によって出力されるタイミングパルスに同期してメモリ５５に格納される。メモリ５５は、複数のフレームメモリを有しており、各色成分に対応した信号をそれぞれのフレームメモリに格納する。これらの各信号は、所定のタイミングで同時に読み出しされ、Ｄ／Ａ変換器５６Ａ、５６Ｂ、５６Ｃによってアナログ信号に変換され、映像信号処理回路５７によって所定のフォーマットの映像信号に変換されてモニタ６０に出力される。これにより、モニタ６０に例えば患者の体腔内の映像が表示される。なお、ここでいう所定のフォーマットには、例えばコンポジットビデオ信号や、Ｙ／Ｃビデオ信号、ＲＧＢビデオ信号等がある。

ここで、本実施形態の電子内視鏡システムでは、画像表示方式としてＮＴＳＣ（National Television Standards Committee）を採用している。すなわち固体撮像素子５は、ＤＳＰ２１の同期信号発生回路で生成される６０Ｈｚの垂直同期信号に基づいて駆動し、１／６０秒毎に、奇数フィールドの画像信号と偶数フィールドの画像信号とを交互に出力する。これに伴ってモニタ６０には、奇数フィールドの画像と偶数フィールドの画像とが交互に出力され、例えば体腔内の映像が表示される。なお、モニタ６０に静止画像を表示させるようプロセッサ３０の操作パネル（不図示）を操作すると、奇数フィールドの画像とそれに対応する偶数フィールドの画像とがメモリ５５に一旦蓄積され、それが、Ｄ／Ａ変換器５６Ａ、５６Ｂ、５６Ｃ、及び、映像信号処理回路５７を介してモニタ６０に出力され、一枚のフレーム画像として表示される。

ＤＳＰ２１から出力された輝度信号Ｙ_ＩＲＩＳは、調光回路４０に入力する。図３は、本実施形態の調光回路４０を示したブロック図である。調光回路４０は、位相比較器４０１、４０８、補償器４０２、４０９、比較器４０３、４１０、ＬＰＦ（Low Pass Filter）４０４、アンプ４０５、４１１、４１４、積分器４０６、遅延器４０７、不感帯フィルタ４１２、微分器４１３、飽和処理部４１５、及び、加算器４１６を有している。

位相比較器４０１には、ＤＳＰ２１から出力された垂直同期信号と回転検出パルスＢとが入力される。位相比較器４０１は、これらの信号の位相を比較し、その比較結果を補償器４０２に出力する。補償器４０２は、前記の比較結果に基づいて所定の信号を生成し、モータドライバ３７２Ｂに出力する。なお、補償器４０２で生成される上記信号は、垂直同期信号と回転検出パルスＢとの位相差をなくすようモータドライバ３７２Ｂを制御する信号である。モータ３７１Ｂは、前記の信号に基づいて作動するモータドライバ３７２Ｂによって駆動制御されることにより、チョッパ３６Ｂを毎秒６０回転させる。すなわちチョッパ３６Ｂは、固体撮像素子５の駆動と同期して回転する。ここで、チョッパ３６Ｂに形成された開口部３６１Ｂは、１８０°の開口角を有している。従ってチョッパ３６Ｂ単体の場合（すなわちチョッパ３６Ａを考慮に入れない場合）、チョッパ部３６は、コンデンサレンズ３５からの白色光を、固体撮像素子５の駆動タイミングと同期させた状態で１／１２０秒間毎に交互に通過させ又は遮光する。

また、位相比較器４０８には、遅延器４０７で生成された遅延パルスと回転検出パルスＡとが入力される。

ここで、遅延パルスについて説明する。遅延パルスは、チョッパ３６Ａを、チョッパ３６Ｂに対して所定の位相差を持った状態（所定の位相分だけ遅延させた状態）で回転させるためのパルスであり、比較器４０３、ＬＰＦ４０４、アンプ４０５、積分器４０６、及び、遅延器４０７を経て生成される。

比較器４０３には、システムコントロールユニット５１から出力された参照電圧Ｖ_ｒｅｆ１と、ＤＳＰ２１から出力されてＬＰＦ４０４でノイズ成分を除去された輝度信号Ｙ_ＩＲＩＳとが入力される。なお、参照電圧Ｖ_ｒｅｆ１は、電子内視鏡１０に供給されるべき照明光の目標光量に対応した参照値であり、モニタ６０に表示される画像の輝度を適正にするためのものである。比較器４０３は、参照電圧Ｖ_ｒｅｆ１と輝度信号Ｙ_ＩＲＩＳとを比較して、参照電圧Ｖ_ｒｅｆに対する輝度信号Ｙ_ＩＲＩＳの出力（すなわち撮像対象の輝度）の差分を算出してアンプ４０５に出力する。アンプ４０５は前記の差分信号を増幅して積分器４０６に出力する。積分器４０６は、前記の差分信号を積分し、これを遅延器４０７に出力する。ここでの積分信号は、参照電圧Ｖ_ｒｅｆ１と輝度信号Ｙ_ＩＲＩＳとの差分に基づいた、チョッパ３６Ｂに対するチョッパ３６Ａの遅延量を現したものとなる。遅延器４０７には、前記の積分信に加えて、ＤＳＰ２１から出力された垂直同期信号も入力する。遅延器４０７は、前記の積分信号と垂直同期信号とを比較し、回転検出パルスＡに対して遅延した遅延パルスに変換し、位相比較器４０８に出力する。

位相比較器４０８は、遅延パルスと回転検出パルスＡの位相を比較し、その比較結果を補償器４０９に出力する。補償器４０９は、前記の比較結果に基づいて所定の信号を生成し、モータドライバ３７２Ａに出力する。なお、補償器４０９で生成される上記信号は、遅延パルスと回転検出パルスＡとの位相差をなくすようモータドライバ３７２Ａを制御する信号である。モータ３７１Ａは、前記の信号に基づいて作動するモータドライバ３７２Ａによって駆動制御されることにより、チョッパ３６Ａを毎秒６０回転させる（すなわちチョッパ３６Ｂと同一の回転速度で回転させる）。

図４（ａ）に、遅延パルスが例えば９０°の位相差を持たせるものである場合のチョッパ３６Ａと３６Ｂの状態を示す。また、図４（ｂ）に、遅延パルスが例えば０°の位相差を持たせる（すなわち位相差を持たせない）ものである場合のチョッパ３６Ａと３６Ｂの状態を示す。なお、図４では、チョッパ３６Ａ及び３６Ｂを、それらの回転方向が紙面と平行になるように描いている。ここでのチョッパ３６Ａ及び３６Ｂの回転方向は反時計回りとなる。

図４（ａ）を参照すると、チョッパ３６Ａがチョッパ３６Ｂに対して９０°遅延して回転していることから、開口部３６１Ａが、開口部３６１Ｂに対して９０°遅延して位置している。チョッパ３６Ａは上述したようにチョッパ３６Ｂと同一形状であり、開口部３６１Ａの開口角が開口部３６１Ｂと同じく１８０°であるため、チョッパ部３６全体としての開口部は、開口角が９０°となる開口部分３６１Ｃだけとなる。また、図４（ｂ）を参照すると、チョッパ３６Ａがチョッパ３６Ｂに対して遅延せずに回転していることから、図４の紙面と直交する方向沿いに開口部３６１Ａと３６１Ｂとが実質的に重なった状態となり、チョッパ部３６全体としての開口部が、開口部３６１Ａ及び３６１Ｂと同一（すなわち開口角１８０°）となる。

なお、図４（ａ）の場合、チョッパ部３６は、コンデンサレンズ３５からの白色光を１／２４０秒間通過させた後に３／２４０秒間遮光し、これを交互に繰り返す。また、図４（ｂ）の場合、１／１２０秒間毎に交互に通過させ又は遮光する。チョッパ部３６は、上記白色光を最長で１／１２０秒間に相当するパルス光とするため、結果として高速の電子シャッタの如く機能する。これにより、固体撮像素子５で生成される画像信号は極めてぶれの小さいものとなるため、プロセッサ３０は、高精細な静止画像を生成することができる。

図４（ａ）の場合、白色光を通過させる期間が図４（ｂ）の場合に比べて半分であり、ライトガイド２に入射される光量も半分となるため、被写体への照明光量が少ない。従って図４（ａ）の例は、図４（ｂ）の例と比べて被写体の反射率が高いときのチョッパ部３６の動作である。すなわち被写体の反射率が高い場合、照明光量をそれほど必要としないため、調光回路４０は、チョッパ３６Ｂに対するチョッパ３６Ａの位相差（遅延量）を大きくして、チョッパ部３６全体としての開口角を小さくする。これに対して被写体の反射率が低い場合、多量の照明光が必要とされるため、調光回路４０は、チョッパ３６Ｂに対するチョッパ３６Ａの位相差を少なくして、チョッパ部３６全体としての開口角を大きく確保する。調光回路４０がこのように照明光量を調整することにより、被写体の輝度が適正値となり、或いはそのような値に近づけられる。

図４（ｃ）に、遅延パルスが例えば１８０°近くの位相差を持たせるものである場合のチョッパ３６Ａと３６Ｂの状態を示す。図４（ｃ）に示された例ではチョッパ部３６が全閉状態（すなわちチョッパ３６Ａと３６Ｂとの位相差が１８０°）に近く、その開口部が開口部分３６１Ｄである。すなわちその開口角が非常に小さい。

ここで、チョッパ部３６が例えば図４（ｂ）に示される状態（以下、全開状態とする）にある場合、チョッパ３６Ａとチョッパ３６Ｂとの位相差が多少変化しても、ライトガイド２に入射される照明光量の変化率は低い。従って被写体の輝度が急激に変化した場合、その変化に追従するよう調光制御を行うためには、チョッパ３６Ａとチョッパ３６Ｂとによる位相差調整の応答動作を速くする必要がある。応答動作を速くする一例として、モータ３７１Ａ及び３７１Ｂの分解能を粗くし、それにより、その回転速度を上げることが想定される。

これに対してチョッパ部３６が例えば図４（ｃ）に示される全閉状態に近い場合、チョッパ３６Ａとチョッパ３６Ｂとの位相差が多少でも変化すると、ライトガイド２に入射される照明光量は大きく変化する。すなわちこの場合、照明光量の変化率が高い。従って被写体の輝度が僅かに変化した場合、その変化に対応するよう調光制御を行うためには、例えばモータ３７１Ａ及び３７１Ｂの分解能を高くし、細かい角度制御が可能となるようにする必要がある。

このように、図４（ｂ）の状態と図４（ｃ）の状態とでは照明光量の変化特性が大きく異なり、モータ３７１Ａ及び３７１Ｂに求められる特性も相反するものとなる。例えば図４（ｂ）の状態を想定してモータの特性を決定した場合、その分解能が粗くなり、モータを微小量動作させることができない。このため、例えば全閉状態に近いときにハンチング（オーバーシュート）が発生し易く、正確な調光制御が行われなくなってしまう。

上記の如き問題を回避するためには図４（ｃ）の状態を想定してモータの特性を決定する必要がある。ところがこの場合、モータの分解能が細かすぎるため、結果的に応答速度が遅くなってしまう。従って被写体の輝度が急激に変化した場合（ここでは観察箇所が暗い所から明るい所に急に切り替わった場合）、モータの動きがその変化に追従できない期間中、被写体は必要以上の光で照明され、モニタ６０には、画素が白く潰れたような飽和気味の映像が表示されてしまう。

本実施形態では、これらの問題を解決するため、絞り３３を使用することによって被写体の急激な輝度変化にも対応できるようにしている。以下、絞り３３の動作について詳説する。

図５（ａ）は、システムコントロールユニット５１から出力される参照電圧Ｖ_ｒｅｆ１と、ＤＳＰ２１から出力される輝度信号Ｙ_ＩＲＩＳとの関係を示した図である。また、図５（ｂ）は、システムコントロールユニット５１から出力される参照電圧Ｖ_ｒｅｆ２と、センサ装置３４ｂから出力される電圧値Ｖ_ａｐとの関係を示した図である。また、図５（ｃ）は、チョッパ３６Ａとチョッパ３６Ｂとの位相差を示した図である。なお、図５（ａ）及び（ｂ）では、縦軸が比較対象の信号出力の差分を示し、横軸が時間を示す。また、図５（ｃ）では、縦軸がチョッパ３６Ａと３６Ｂとの位相差を示し、横軸が時間を示す。

例えば図５（ａ）に示されるように、時刻Ｔ_１において被写体の輝度が高くなり、参照電圧Ｖ_ｒｅｆ１と輝度信号Ｙ_ＩＲＩＳとの出力に差が生じると、調光回路４０は、上述したようにチョッパ３６Ａとチョッパ３６Ｂとを互いに位相差を持たせるように回転させ、パルス光の幅を制限して照明光量を減少させ、輝度信号Ｙ_ＩＲＩＳを参照電圧Ｖ_ｒｅｆ１に近づけてその輝度値を適正な値にしようと作用する。しかしながら上述した理由により、モータ３７１Ａ及び３７１Ｂで行われる位相差調整の応答速度は遅いため、被写体の輝度変化が急激な場合、モータ３７１Ａ及び３７１Ｂの動きがそれに追従できず、輝度信号Ｙ_ＩＲＩＳと参照電圧Ｖ_ｒｅｆ１との出力値の差は大きくなってしまう。このような場合に限り、輝度信号Ｙ_ＩＲＩＳを参照電圧Ｖ_ｒｅｆ１に近づけるため、絞り３３が動作する。

調光回路４０は、以下の如く動作して、モータ３７１Ａ及び３７１Ｂの動きが被写体の急激な輝度変化に追従していないかを判断し、モータドライバ３４ｃを制御して絞り３３を絞らせる。すなわち比較器４０３により参照電圧Ｖ_ｒｅｆ１と輝度信号Ｙ_ＩＲＩＳとを比較した後、その結果を不感帯フィルタ４１２に出力する。不感帯フィルタ４１２は、不感帯（すなわち出力変量に感知できる変化を全く生じることのないバンド）を除去して微分器４１３に出力する。この信号は、微分器４１３によって微分され、輝度変化のある部分が強調されたような波形であって、輝度の変化率を現した波形に変換されてアンプ４１４に出力される。アンプ４１４はこれを増幅して飽和処理部４１５に出力し、飽和処理部４１５は、微分器４１３の微分演算結果により生じたノイズ成分を除去して加算器４１６に出力する。

また、比較器４１０に、システムコントロールユニット５１から出力された参照電圧Ｖ_ｒｅｆ２と、センサ装置３４ｂから出力された電圧値Ｖ_ａｐとが入力される。なお、参照電圧Ｖ_ｒｅｆ２は、絞り３３を全開状態に保持するための参照値である。調光回路４０は参照電圧Ｖ_ｒｅｆ２と電圧値Ｖ_ａｐとを通常一致させるよう作動するため、絞り３３は、定常状態で全開位置にある。比較器４１０はこれらを比較してその結果を補償器４１７に出力する。補償器４１７は、前記の比較結果に基づいて所定の信号を生成し、アンプ４１１に出力する。アンプ４１１はこれを増幅して加算器４１６に出力する。なお、補償器４１７で生成される上記信号は、参照電圧Ｖ_ｒｅｆ２と電圧値Ｖ_ａｐとの出力値の差をなくすようモータドライバ３４ｃを制御するための信号である。

なお、本実施形態のプロセッサ３０では、高精細な静止画像を生成するために、チョッパ部３６によって白色光を断続的なパルス光に変換して被写体に対する照明時間を短くしているため、当該被写体を充分な光量で照明できない可能性がある。このような事態を引き起こさないために絞り３３を定常状態で全開とし、被写体に対する照明光量を確保している。

ここで、被写体の輝度が急激に変化してモータ３７１Ａ及び３７１Ｂの動きがそれに追従できず、例えば輝度信号Ｙ_ＩＲＩＳと参照電圧Ｖ_ｒｅｆ１との出力差が所定の閾値Ｓよりも大きくなった時（図５における時刻Ｔ_２）、被写体の輝度変化の度合いが高いことから、加算器４１６に入力される信号も所定値より高い値を有した鋭い波形となる。入力信号がこのような波形を有する場合、加算器４１６は、モータ３７１Ａ及び３７１Ｂの動きが輝度変化に追従できていないものとして、モータドライバ３４ｃに対して絞り３３を絞らせるよう命令する。これにより、モータ３４ａが、モータドライバ３４ｃの駆動制御下で回転し、絞り３３を絞る。絞り３３は、速い応答速度でその開口径が絞られて、コンデンサレンズ３５からの白色光束の幅を物理的に制限する。この結果、被写体に対する照明光量が減少されて、その輝度が低下し、輝度信号Ｙ_ＩＲＩＳと参照電圧Ｖ_ｒｅｆ１との出力差が減少し得る。

絞り３３を絞ることにより輝度信号Ｙ_ＩＲＩＳと参照電圧Ｖ_ｒｅｆ１との出力差が減少されて所定の閾値Ｓ（又は閾値Ｓと異なる値）よりも小さくなった時（図５における時刻Ｔ_３）、被写体の輝度変化の度合いが低いことから、加算器４１６に入力される信号も所定値より低い値を有した波形となる。入力信号がこのような波形を有する場合、加算器４１６は、モータ３７１Ａ及び３７１Ｂの動きが輝度変化に追従し始めているものとして、モータドライバ３４ｃに対して絞り３３を開放するよう命令する。モータドライバ３４ｃは、これを受けてモータ３４ａを駆動制御し、絞り３３を徐々に全開状態に近づけるよう開放させる。なお、この時点における輝度信号Ｙ_ＩＲＩＳと参照電圧Ｖ_ｒｅｆ１との出力差が依然として充分な値であることを考慮して、モータドライバ３４ｃは、時刻Ｔ_２から時刻Ｔ_３の間の閉じ速度よりも低速で絞り３３を開放するよう駆動制御する。

以上説明されたように、調光回路４０は、モータ３７１Ａ及び３７１Ｂの動きが急激な輝度変化に追従できず、被写体の輝度（輝度信号Ｙ_ＩＲＩＳ）が適正な輝度（参照電圧Ｖ_ｒｅｆ１）に対して大きく外れて（別の言い方をすると、被写体に対する照明光量が過剰となり）例えばハレーション等が発生しまうことを、絞り３３の開口径を絞って照明光量を制限することにより防止し又は軽減している。そしてモータ３７１Ａ及び３７１Ｂの動きが輝度変化に追従し始めると、絞り３３を開放させてチョッパ３６Ａと３６Ｂとの位相差による調光制御に切り替え、高精細な静止画像の生成に対応できるようにする。

以上が本発明の実施形態である。本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく様々な範囲で変形が可能である。

本発明の実施の形態の電子内視鏡システムの構成を示したブロック図である。本発明の実施の形態のチョッパ部及びチョッパ部動作機構の構成を示した図である。本発明の実施の形態の調光回路を示したブロック図である。ある位相差を持つように回転制御された二つのチョッパの状態を示す。調光回路で処理される各信号と時間との関係を示した図である。

符号の説明

１０電子内視鏡
３０プロセッサ
３３絞り
３４絞り動作機構
３６チョッパ部
３７チョッパ部動作機構
４０調光回路
６０モニタ
１００電子内視鏡システム

Claims

外部機器に撮像用の照明光を提供し、当該外部機器から取得される輝度信号に基づいて提供すべき照明光の量を調整する光量調整装置において、
連続的に照明光を出射する光源と、
該照明光を所定期間だけ遮光して断続的なパルス光に変換する照明光変換手段と、
取得された輝度信号の出力値と所定の参照値との差分を算出する差分算出手段と、
算出された差分に基づいて該所定期間を可変させ、該パルス光の幅を調整するパルス光調整手段と、
該照明光量を物理的に制限し得る絞りと、
該差分の値が第一の閾値より大きくなったときに前記絞りを動作させる絞り動作手段と、を備えたこと、を特徴とする光量調整装置。
前記絞りは、定常状態で全開しており、該差分に基づいてその開口径が一時的に絞られること、を特徴とする請求項１に記載の光量調整装置。
前記絞りが絞られると同時に前記パルス光調整手段が該パルス光の幅を狭めるよう動作し、
前記絞り動作手段は、該差分の値が第二の閾値より小さくなったとき、前記絞りを徐々に開放させること、を特徴とする請求項２に記載の光量調整装置。
前記照明光変換手段は、同一の開口角を有する複数のチョッパを含み、
前記パルス光調整手段は、前記複数のチョッパの各々を、該差分に基づいて設定された位相差で回転させること、を特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の光量調整装置。
請求項１から請求項４の何れかに記載の光量調整装置と、
前記光量調整装置により提供された照明光で体腔内を照明する照明手段と、照明された体腔内を撮像する撮像素子とを有する電子内視鏡と、を備えた電子内視鏡システムであって、
前記電子内視鏡が、前記撮像素子によって生成された輝度信号を前記光量調整装置に出力すること、を特徴とする電子内視鏡システム。
請求項４に記載の光量調整装置と、
前記光量調整装置により提供された照明光で体腔内を照明する照明手段と、照明された体腔内を撮像する撮像素子と、前記撮像素子によって生成された輝度信号を前記光量調整装置に出力する輝度信号出力手段と、前記撮像素子を駆動制御するためのタイミングパルスを発生するパルス発生手段と、を有する電子内視鏡と、を備えた電子内視鏡システムであって、
前記パルス発生手段が、前記パルス光調整手段に、前記チョッパを前記撮像素子の動作と同期して回転させるためのタイミングパルスを出力すること、を特徴とする請求項５に記載の電子内視鏡システム。