JP2007167550A - 電子内視鏡装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】簡易な構成によって、高精度な自動調光処理を実行する。
【解決手段】ビデオスコープおよびプロセッサを備えた電子内視鏡装置において、1枚のロータリーシャッタを、ランプとライトガイドとの間に配置し、ロータリーシャッタの透過部と遮光部とが順次光束を通過するように、1フィールド期間に同期して回転させる。そして、被写体像の明るさが適正な明るさで維持されるように、ロータリーシャッタの回転位相がシフト制御される。
【選択図】図3

Description

本発明は、被写体像の明るさを調整可能な電子内視鏡装置に関し、特に、ロータリーシャッタを使用した自動調光処理に関する。
内視鏡装置では、絞りなどの調光機構、あるいは電子シャッタ機能を利用して自動調光可能であり、モニタに表示される被写体像の明るさを適正な明るさで維持するように、被写体へ照射する光の光量調整、あるいは撮像素子の電荷蓄積時間の調整を行う。
ロータリーシャッタを備えた調光機構では、光の透過部と遮光部とがそれぞれ周方向に沿って形成された2枚のロータリーシャッタが回転し、透過部の重なる透過領域とそれ以外の遮光部とが交互に照明光の光速を通る(横切る)ことによって蓄積された電荷が遮光順次読み出される。被写体像の明るさを調整するため、2枚のロータリーシャッタの相対的な回転位相差を変化させ、光の透過領域の周方向長さを変化させることによって照明光の光量を調整する(特許文献1参照)。
特開2002−119464号公報
2枚のロータリーシャッタを使用する場合、調光機構の構成が複雑になり、同時に回転している2つのロータリーシャッタの相対的な位相制御を行うため、精度ある自動調光処理が難しい。
本発明の電子内視鏡装置は、撮像素子を有するビデオスコープを備えた電子内視鏡装置であって、1枚のロータリーシャッタで明るさ調整可能な電子内視鏡装置である。電子内視鏡装置は、被写体を照明する光源と、撮像素子から読み出される画像信号に基づいて、被写体像に応じた輝度信号を検出する輝度信号検出手段と、画像信号読み出し用の電荷蓄積時間に従い、1フレーム又は1フィールド期間内において撮像素子へ電荷掃き出しパルスを出力する電荷蓄積時間調整手段とを備える。
本発明では、光源からの照明光を透過する透過部と、照明光を遮断する遮光部とを有する1枚のロータリーシャッタが設けられており、ロータリーシャッタは、遮光部と透過部とが照明光の光路を順に通過する(横切る)ように配置され、回転する。透過部は、例えば周方向に沿った開口部として形成される。そして、本発明の電子内視鏡装置は、ロータリーシャッタの回転を制御するロータリーシャッタ制御手段を備える。ロータリーシャッタ制御手段は、ロータリーシャッタの回転を1フレーム又は1フィールド期間に同期させるとともに、画像信号読み出し用の電荷蓄積時間内に照明期間の少なくとも一部が含まれるように、ロータリーシャッタを回転させる。ここで、照明期間は、透過部が照明光の光路を横切る期間を表す。例えば、照明期間を、電荷吐き出しパルス後から1フレームもしくは1フィールド期間までの電荷蓄積時間と一致させればよい。
ロータリーシャッタは、撮像方式等に従って構成すればよい。たとえば、単板同時式の場合、1フィールド期間に合わせて半回転させるロータリーシャッタの構成としては、半円分だけ周方向に沿って透過部が形成される。あるいは、1フィールド期間に合わせて半回転させるロータリーシャッタの構成としては、向かい合う四半分円の周方向に沿って一対の透過部が形成される。一方、面順次方式の場合、ロータリーシャッタを三等分して形成される3つの扇形状部それぞれに遮光部と透過部とが周方向に沿って形成される。透過部の周方向長さは、画像信号読み出し用の電荷蓄積時間に合わせて定めればよい。
本発明のロータリーシャッタ制御手段は、検出された輝度信号に従い、被写体像の明るさを適正な明るさで維持するように、ロータリーシャッタの回転速度を変えて回転位相をシフトさせる。被写体像が明るすぎる場合、画像信号読み出し用の電荷蓄積時間内における照明期間を短くするように、ロータリーシャッタの位相を時系列に沿って先もしくは後へシフトさせる。一方、被写体像が暗い場合、画像信号読み出し用の電荷蓄積時間内における照明期間を短くするように、ロータリーシャッタの位相をシフトさせる。位相シフトによって照明期間の一部が次、もしくは前の1フィールドまたは1フレーム期間に重なるが、電荷吐き出しパルスによって画像信号読み出しには影響しない。電化蓄積時間調整手段は、ここでは、光量調整する目的で電荷吐き出しパルスを出力するのではなく、ロータリーシャッタの位相シフトによって画像信号読み出しに不必要な蓄積電荷を吐き出す機能を果たす。このような電荷吐き出しパルスの出力を利用した1枚のロータリーシャッタの回転制御によって、自動調光処理が実行される。
電荷蓄積時間に関しては、明るさ調整のために電荷掃き出しパルスの出力タイミングを調整する必要がないが、照明光の漏れを防ぐためにロータリーシャッタの回転位相に合わせて電荷蓄積時間を変えるのがよい。たとえば、電荷蓄積時間調整手段は、ロータリーシャッタの位相シフトに従い、画像信号読み出し用の電荷蓄積時間を照明期間に合わせるのが望ましい。
放電管等を備えた光源を使用する場合、消費電力が非常に高い。そのため、照明期間以外の時間帯では、消費電力を極力0に近いレベル(ローレベル)に落とすのがよい。この場合、照明光の強度を、照明に必要な通常レベルと通常レベルに比べて低いローレベルに設定可能な光源調整手段を儲け、光源調整手段が、ロータリーシャッタの位相シフトに従い、ローレベルの期間を照明期間に合わせ、ローレベルの期間を照明期間以外の期間に定めるのが望ましい。
本発明によれば、簡易な構成によって、高精度な自動調光処理を実行することができる。
以下では、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図1は、第1の実施形態である電子内視鏡装置のブロック図である。
電子内視鏡装置は、ビデオスコープ10とプロセッサ20とを備え、ビデオスコープ10はプロセッサ20に着脱自在に接続される。プロセッサ20には、モニタ60が接続される。
プロセッサ20のランプ電源22がONになると、ランプ電源22からキセノンランプ等の放電管を有するランプ24へ電源が供給され、ランプ24から光が放射される。放射された光は、集光レンズ26Aを介してビデオスコープ10内のライトガイド12の入射端12Aに入射する。ライトガイド12はランプ24の光をスコープ先端部へ伝達し、ライトガイド12から射出した光は配光レンズ14を介して被写体に照射する。
観察部位において反射した光は、対物レンズ16を通ってCCD18に到達し、これにより被写体像がCCD18の受光面に形成される。カラーフィルタが受光面に設けられたCCD18では、被写体像に応じた画像信号が所定時間間隔で読み出され、読み出された画像信号はプロセッサ20の映像信号処理回路26へ送られる。CCD18はCCDドライバ28によって駆動され、ここでは、NTSC方式に従い、1/60秒間隔で1フィールド分の画像信号が読み出される。また、CCD18はインターライン型CCDであり、単板同時式に従って画像信号が読み出される。
映像信号処理回路26では、画像信号に対してホワイトバランス処理、γ補正など様々な処理が施され、NTSC信号等の映像信号が生成される。映像信号はモニタ60へ出力され、これにより観察画像がモニタ60に表示される。また、映像信号処理回路26において輝度信号が生成され、調光回路36へ1フィールド間隔で順次送られる。CPU、ROM、RAMを含むシステムコントロール回路29は、プロセッサ20の動作を制御し、プロセッサ内の各回路へ制御信号を出力し、また、ランプ電源22を制御してランプ24の出力を調整可能である。
ランプ24と集光レンズ26Aとの間にはロータリーシャッタ32が設けられており、エンコーダ(ここでは図示せず)が取付けられたモータ34によって回転する。モータ34はステッピングモータであり、調光回路36から送られてくるパルス信号に従って回転する。調光回路36は、映像信号処理回路26から送られてくる輝度信号に基づき、モータ34の回転、すなわちロータリーシャッタ32の回転を制御し、ここではDSP(Digital Signal Processor)によって構成されている。本実施形態では、モニタ60に表示される被写体像を適正な明るさで維持するため、調光回路36によってロータリーシャッタ32の回転の位相が制御される。
タイミングコントローラ30は、ロータリーシャッタ32の回転とCCDドライバ28による画像信号読み出し動作を同期させるように、クロックパルス信号を出力する。プロセッサ20のフロントパネルには、被写体像の明るさを設定する参照輝度レベルスイッチ38が設けられており、調光回路36は、検出される輝度信号の輝度レベルと参照輝度レベルとの差に基づいて自動調光処理を実行する。
図2は、ロータリーシャッタ32の平面図である。
図2(A)に示すように、ロータリーシャッタ32は、軸C周りに回転するディスク状の光量調整部材であり、互いに向かい合う四半分円の周方向に沿って一対の弧状の透過部32Aが形成されている。一対の透過部32Aは開口部として形成され、ランプ24からライトガイド12の入射端12Aへ進む光を通過させる。透過部32A以外の遮光部32Bはランプ24の光を遮光する。
ランプ24から放射される光の光束LBの光路がロータリーシャッタ32の外縁近くになるように、ロータリーシャッタ32は配置され、ロータリーシャッタ32が回転することによって光を透過する透過部32Aと遮光部32Bとが順番に光束LBの光路を繰り返し通過する(横切る)。ロータリーシャッタ32は、ここでは1フィールド期間で半回転し、NTSC方式に従い1/60秒毎(1/30秒毎)に半回転(1回転)する。
なお、図2(B)に示すように、半円分だけ周方向に沿って形成される弧状の透過部32A’と遮光部32’Bとから構成されるロータリーシャッタ32’を用いてもよい。この場合、ロータリーシャッタ32’は、1フィールド期間で1回転する。
図3は、自動調光処理のタイミングチャートを示した図である。
1フィールド期間C0は、ロータリーシャッタ32の透過部32Aが光束LBの光路を通る照明期間Cと、遮光部32Bが拘束LBを通る遮光期間C1とに分かれ、照明期間Cだけランプ24からの照明光がCCD18に到達する。CCDドライバ28は、各1フィールド期間内において電荷掃き出しパルス信号Kを出力し、パルス信号Kの出力は、照明期間Cに従う。その結果、パルス信号Kの出力前の期間Bにおいて蓄積された電荷は捨てられ、期間Aの間照明光によって蓄積された電荷が次のフィールド期間において転送され、画像信号として読み出される。透過部32Aが光束LBを通過する照明期間Cと画像信号読み出し用の電荷蓄積時間Aとが一致した状態においては、照明期間Cにわたって得られる照明光量全部が画像信号生成に利用される。
あらかじめ定められた参照輝度レベルと検出された1フィールド分の輝度信号の輝度レベルとの差に基づき、被写体像の明るさが適正であるか判断される。そして、輝度差が生じている場合、ロータリーシャッタ32の位相が制御される。ここでロータリーシャッタ32の位相は、1フィールド期間を基準にした時のロータリーシャッタ32の回転角度を表し、遮光部32の光束LBの通過開始時を基準角度とし、基準角度に基づいてロータリーシャッタ32の位相が定められている。
被写体像の明るさが適正な明るさを超えている場合、すなわち、検出された輝度レベルが参照輝度レベルに比べて大きい場合、照明光量を減少させるようにロータリーシャッタ32の位相がシフトされる。ここでは、ロータリーシャッタ32の回転速度を低下させ、輝度差に応じた期間CSだけロータリーシャッタ32の位相をシフトする。モータ34はステッピングモータであることから、モータ34へ出力するパルス周期を低下させることによってロータリーシャッタ32の回転速度が低下する。
位相シフトにより、図3に示すように、1フィールド期間において照明期間Cの一部期間C’が画像信号読み出し用の電荷蓄積期間Aに収まり、シフトした期間CSは電荷吐き出しパルス信号Kの出力前期間Bに属する。その結果、画像信号生成に対する照明光量が減少し、被写体像の明るさが適正な明るさまで変化する。一方、被写体像の明るさが低下した場合、照明光の光量を増加させるようにロータリーシャッタ32の回転速度を上昇させ、それによってロータリーシャッタ32の回転位相が所定量だけシフトされる。回転速度を上昇させる場合、モータ34へ出力するパルス周期が高められる。
図4は、自動調光処理の制御ブロック図である。
自動調光処理の制御システムは、位相補償器T1、増幅器T2、速度検出部T3、駆動部T4とを備える。輝度位相変換部T5では、あらかじめ設定された参照輝度レベルを表す信号と、検出された被写体像の輝度レベルを表す信号とを加算した信号が入力され、その差がロータリーシャッタ32の回転位相シフト量を表す信号に変換される。
この回転位相シフト量を表す信号は、エンコーダ33から送られてくる検出されたロータリーシャッタ32の回転位相信号と加算され、タイミングコントローラ30から送られてくる同期信号とともに位相補償器T1に入力される。位相シフト量に基づいて位相補償器T1からロータリーシャッタ32の回転速度を上昇/低下させる速度信号が出力される。速度信号は、増幅器T2を介してエンコーダ33から出力される検出用速度信号と加算され、駆動部T4へ入力される。
駆動部T4へ入力されると、駆動信号であるパルス信号がモータ34へ出力される。モータ34に同軸的に取付けられたエンコーダ33は、モータ34の回転速度および回転の位相を検出し、一回転するごとに位相検出用のパルス信号を出力するとともに、回転速度検出用に一連のパルス信号を出力する。速度検出部T3から検出された検出用回転速度信号はフィードバックされて増幅器T2から出力される制御信号、すなわち速度信号と加算され、駆動部T4へ入力される。このようなフィードバック制御によって回転速度が制御される。また、エンコーダ33から出力される位相信号がフィードバックされて輝度位相変換部T5からの回転位相シフト量とともに位相補償器T1に入力されることにより、ロータリーシャッタ32の位相が制御される。
このように第1の実施形態によれば、1枚のロータリーシャッタ32がランプ24とライトガイド12との間に配置され、ロータリーシャッタ32の透過部32Aと遮光部32Bが順次光束LBの光路を通過するように、1フィールド期間に同期して回転する。そして、被写体像の明るさが適正な明るさで維持されるように、ロータリーシャッタ32の回転位相がシフト制御される。
次に、図5を用いて第2の実施形態について説明する。第2の実施形態では、ロータリーシャッタの回転位相制御に合わせて電荷蓄積時間の制御およびランプの光強度制御が実行される。それ以外の構成については、第1の実施形態と同じである。
図5は、第2の実施形態における自動調光処理のタイミングチャートである。
第1の実施形態と同様に光量減少のためロータリーシャッタ32の回転位相をシフトさせると、それに合わせて、画像信号読み出し用の電荷蓄積時間A’が1フィールド期間内の照明期間C’と同じになるように、電荷掃き出し用パルス信号Kの出力タイミングが調整される。このとき電荷掃き出し用パルス信号Kは、調光回路36からシステムコントロール回路29へ送られてくる電荷蓄積時間A’に応じた信号にもとづいてCCDドライバ28から所定のタイミングで出力される。
さらに、第2の実施形態では、ランプ24の光強度、すなわちランプ24へ供給される電流量が制御され、画像信号生成に必要な期間だけ照明用レベル(通常レベル)の電流量に設定され、それ以外はローレベルの電流量に設定される。調光回路36から制御信号がシステムコントロール回路29へ送信され、システムコントロール回路29がランプ電源22を制御する。図5に示すようにロータリーシャッタ34の位相がシフトされると、それに合わせて通常レベルの電流量を供給する時間が電荷蓄積時間A’、すなわち照明期間C’に定められ、それ以外の期間はローレベルに設定される。
次に、図6を用いて、第3の実施形態について説明する。第3の実施形態では、撮像方式として面順次方式が適用される。
図6は、第3の実施形態におけるロータリーシャッタを示した図である。
ロータリーシャッタ32”は、扇形状の3つの透過部32”R、32”G、32”Bが周方向に沿って等間隔で形成されている。それ以外の部分が遮光部32”BBとなる。透過部32”R、32”G、32”Bは、それぞれ赤色フィルタ、緑色フィルタ、青色フィルタを開口部に取り付けることによって構成されており、ロータリーシャッタ32”の回転に従い、赤色、緑色、青色に応じた光が順次ライトガイド12の入射端12Aに入射する。ロータリーシャッタ32”は、1フィールド期間で1回転し、電荷吐き出しパルスは、透過部32”R,G,Bが光束LBを通過するのに合わせて3回出力される。なお、面順次方式に従い、映像信号処理回路26においてR,G,Bの画像信号が同期化され、映像信号が生成される。 第1の実施形態と同様に、ロータリーシャッタ32”の回転位相が制御される。
第2の実施形態においては、ランプ32の電流制御、電子シャッタの電荷掃き出しパルス信号出力制御は、どちらか一方を行うようにしてもよい。
透過部の周方向に沿った長さは、画像信号読み出し用の電荷蓄積時間に合わせて定めればよい。また、透過部、遮光部の構成は第1、第2の実施形態以外の構成でもよい。ロータリーシャッタの回転は1フレーム期間に合わせて1回転、半回転させてもよく、これに合わせて透過部、遮光部を規則的に形成すればよい。ロータリーシャッタの回転位相は、時系列的に前後、どちらのシフト制御でも可能である。ロータリーシャッタを駆動するモータは、ステッピングモータ以外のモータを用いてもよい。CCDの電荷転送方式、および撮像方式については、実施形態以外の方式を適用してもよい。
第1の実施形態である電子内視鏡装置のブロック図である。 ロータリーシャッタの平面図である。 自動調光処理のタイミングチャートを示した図である。 自動調光処理の制御ブロック図である。 第2の実施形態における自動調光処理のタイミングチャートである。 第3の実施形態におけるロータリーシャッタを示した図である。
符号の説明
10 ビデオスコープ
18 CCD(撮像素子)
20 プロセッサ
22 ランプ電源
24 ランプ(光源)
26 映像信号処理回路
28 CCDドライバ
29 システムコントロール回路
30 タイミングコントローラ
32 ロータリーシャッタ
34 モータ
36 調光回路

Claims (7)

  1. 撮像素子を有するビデオスコープを備えた電子内視鏡装置であって、
    被写体を照明する光源と、
    前記撮像素子から読み出される画像信号に基づいて、被写体像の明るさを示す輝度信号を検出する輝度信号検出手段と、
    画像信号読み出し用の電荷蓄積時間に従い、1フレーム又は1フィールド期間内において前記撮像素子へ電荷掃き出しパルスを出力する電荷蓄積時間調整手段と、
    前記光源からの照明光を透過する透過部と照明光を遮断する遮光部とを有し、前記遮光部と前記透過部とが順次照明光の光路を横切るように回転する1枚のロータリーシャッタと、
    前記ロータリーシャッタの回転を1フレーム又は1フィールド期間に同期させ、前記透過部が照明光の光路を横切る照明期間の少なくとも一部が、画像信号読み出し用の電荷蓄積時間に含まれるように、前記ロータリーシャッタを回転させるロータリーシャッタ制御手段とを備え、
    前記ロータリーシャッタ制御手段が、検出された輝度信号に従って被写体像の明るさを適正な明るさで維持するように、前記ロータリーシャッタの回転速度を変えて回転位相をシフトさせることを特徴とする電子内視鏡装置。
  2. 前記電荷蓄積時間調整手段が、前記ロータリーシャッタの位相シフトに従い、画像信号読み出し用の電荷蓄積時間を1フレーム又は1フィールド期間のうち照明期間に合わせることを特徴とする請求項1に記載の電子内視鏡装置。
  3. 前記照明光の強度を、照明に必要な通常レベルと通常レベルに比べて低いローレベルに設定可能な光源調整手段をさらに有し、
    前記光源調整手段が、前記ロータリーシャッタの位相シフトに従い、ローレベルの期間を照明期間に合わせ、ローレベルの期間を照明期間以外の期間に定めることを特徴とする請求項1に記載の電子内視鏡装置。
  4. 前記ロータリーシャッタが、向かい合う四半分円の周方向に沿って一対の透過部を有し、前記ロータリーシャッタ制御手段が、前記ロータリーシャッタを1フィールド期間で半回転させることを特徴とする請求項1に記載の電子内視鏡装置。
  5. 撮像素子を有するビデオスコープが接続され、
    被写体を照明する光源と、
    前記撮像素子から読み出される画像信号に基づいて、被写体像に応じた輝度信号を検出する輝度信号検出手段と、
    画像信号読み出し用の電荷蓄積時間に従い、1フレーム又は1フィールド期間内において前記撮像素子へ電荷掃き出しパルスを出力する電荷蓄積時間調整手段と、
    前記光源からの照明光を透過する透過部と照明光を遮断する遮光部とを有し、前記遮光部と前記透過部とが照明光の光路を順に横切るように回転する1枚のロータリーシャッタと、
    前記ロータリーシャッタの回転を1フレーム又は1フィールド期間に同期させ、前記透過部が照明光の光路を横切る照明期間の少なくとも一部が、画像信号読み出し用の電荷蓄積時間に含まれるように、前記ロータリーシャッタを回転させるロータリーシャッタ制御手段とを備え、
    前記ロータリーシャッタ制御手段が、検出された輝度信号に従って被写体像の明るさを適正な明るさで維持するように、前記ロータリーシャッタの回転速度を変えて回転位相をシフトさせることを特徴とする電子内視鏡装置のプロセッサ。
  6. ビデオスコープに設けられた撮像素子から読み出される画像信号に基づいて、被写体像に応じた輝度信号を検出する輝度信号検出手段と、
    画像信号読み出し用の電荷蓄積時間に従い、1フレーム又は1フィールド期間内において前記撮像素子へ電荷掃き出しパルスを出力する電荷蓄積時間調整手段と、
    光源からの照明光を透過する透過部と照明光を遮断する遮光部とを有し、前記遮光部と前記透過部とが照明光の光路を順に横切るように回転する1枚のロータリーシャッタと、
    前記ロータリーシャッタの回転を1フレーム又は1フィールド期間に同期させ、前記透過部が照明光の光路を横切る照明期間の少なくとも一部が、画像信号読み出し用の電荷蓄積時間に含まれるように、前記ロータリーシャッタを回転させるロータリーシャッタ制御手段とを備え、
    前記ロータリーシャッタ制御手段が、検出された輝度信号に従って被写体像の明るさを適正な明るさで維持するように、前記ロータリーシャッタの回転速度を変えて回転位相をシフトさせることを特徴とする電子内視鏡用自動調光装置。
  7. ビデオスコープに設けられた撮像素子から読み出される画像信号に基づいて、被写体像に応じた輝度信号を検出し、
    画像信号読み出し用の電荷蓄積時間に従い、1フレーム又は1フィールド期間内において前記撮像素子へ電荷掃き出しパルスを出力し、
    光源からの照明光を透過する透過部と照明光を遮断する遮光部とを有し、前記遮光部と前記透過部とが照明光の光路を順に横切るように回転する1枚のロータリーシャッタの回転を1フレーム又は1フィールド期間に同期させ、前記透過部が照明光の光路を横切る照明期間の少なくとも一部が、画像信号読み出し用の電荷蓄積時間に含まれるように、前記ロータリーシャッタを回転させ、
    検出された輝度信号に従って被写体像の明るさを適正な明るさで維持するように、前記ロータリーシャッタの回転速度を変えて回転位相をシフトさせることを特徴とする電子内視鏡用自動調光方法。

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