JP2007275243A - 面順次方式電子内視鏡装置 - Google Patents

Abstract

【課題】面順次方式の電子内視鏡装置の色再現性を改善すると共に、照明光量を増大して撮像映像の色割れを少なくしかつぶれの少ない静止画を得る。
【解決手段】面順次方式電子内視鏡装置の光源部において、三原色の光を発光する複数の固体発光素子の内、少なくとも１色分は分光特性が互いに異なる複数の発光素子を含めて構成し広い帯域の分光特性を得る。また、面順次方式電子内視鏡装置の光源部において、三原色の固体発光素子部分の内、各２種類の色の固体発光素子部分を順次同時に発光させて補色照明光を順次発生し、照明光量を増大する。
【選択図】図１

Description

本発明は、面順次方式電子内視鏡装置に関し、特に発光スペクトル特性が異なる複数の固体発光素子を備えた光源装置を用い、前記固体発光素子を選択的に発光させることによって面順次方式で被観察体の観察を行なう電子内視鏡装置に関する。

図１３は、従来の面順次方式の電子内視鏡装置の概略の構成を示す。同図の電子内視鏡装置は、内視鏡本体部（スコープ部）１００と、該内視鏡本体部１００から出力される映像信号を処理する信号処理部２００と、前記内視鏡本体部１００に光学的に結合された光源部３００を有している。また、前記信号処理部２００にはモニタテレビジョンのような表示部４００が接続されている。

内視鏡本体部１００には、その先端部に配置された対物レンズ１０１および固体撮像素子、例えばＣＣＤ素子、１０２を含む撮像系と、照明用レンズ１０３およびライトガイド３０１を含む照明系とが組み込まれている。ライトガイド３０１は例えば光ファイバケーブル束で構成され、照明用レンズ１０３近傍から光源部３００まで延在している。

光源部３００は、コンデンサレンズ３０４、光源ランプ３０５およびこの光源ランプ３０５を駆動するランプ光源３０６を備えている。また、光源ランプ３０５からの光を色分解する色フィルタ３０２と、この色フィルタ３０２を回転させるモータ３０３と、モータ３０３の回転速度および位相などを制御するモータ制御部３０７を備えている。

さらに、信号処理部２００は、内視鏡本体部１００の固体撮像素子１０２から送られてきた映像信号を増幅し、相関二重サンプリングなどの各種の信号処理を行なう増幅部２０１と、三原色の各色、すなわち赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）および青色（Ｂ）の信号をそれぞれ記憶するＲメモリ２０３Ｒ、Ｇメモリ２０３Ｇ、およびＢメモリ２０３Ｂと、これらのメモリを制御するメモリ制御部２０４を有する。信号処理部２００はまた、内視鏡本体部１００の固体撮像素子１０２のための各種駆動信号などを生成するＣＣＤ駆動回路２０２を備えている。

なお、図１３（ｂ）は、色フィルタ３０２の構成を示し、三原色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）の各色を透過させる等しい頂角を有する３つの扇形領域を備えている。

このような従来の面順次方式電子内視鏡装置においては、光源部３００において、光源ランプ３０５がランプ電源３０６からの駆動電源によって白色光に近い照明光を発生し、この照明光がコンデンサレンズ３０４および色フィルタを通ってライトガイド３０１の入力端に供給される。モータ３０３はモータ制御部３０７の制御により所定の回転速度で回転する。これによって、ライトガイド３０１には三原色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）の光が順次供給され、ライトガイド３０１先端から照明用レンズ１０３を介して図示しない被写体を順次各色の光で照明する。

図示しない被写体からの反射光は、内視鏡本体部１００の対物レンズ１０１によって収束され固体撮像素子１０２の撮像面に投影される。これに応じて、固体撮像素子１０２は順次各色の照明光によって得られた映像信号（色信号）を生成し、このような色信号が信号処理部２００の増幅部２０１に送られる。

信号処理部２００の増幅部２０１は順次入力される各色の映像信号に必要な処理を施し各色信号を対応するメモリ２０３Ｒ，２０３Ｇ，２０３Ｂに順次格納する。そして、これら各色のメモリ２０３Ｒ，２０３Ｇ，２０３Ｂから各色の映像信号Ｒ，Ｇ，Ｂが同時に読み出され同時信号として表示部４００に供給される。これによって、表示部４００は図示しない被写体の映像を表示することができる。
特開２００１−８８９２号公報

上述のような、面順次方式の電子内視鏡装置は、ＣＣＤなどの固体撮像素子として白黒用のものを使用することができるため、同じ画素数であれば、同時式と比較して小型の固体撮像素子を使用することができる。また、カラー撮像用の固体撮像素子は、色フィルタを備えており、白黒用と比較して同じ画素数であれば３倍の面積を必要とするのに対し、白黒用であれば撮像素子を小型することができ、内視鏡の細径化を図ることができ、患者への負担を軽くすることができる。また、固体撮像素子出力の信号処理が簡単であり、偽色が発生しにくく、かつ固体撮像素子に色フィルタがないため光源の色特性（ＲＧＢ各色の分光特性）で色再現性を決められるので、忠実度の高い映像を得ることができる。

しかしながら、前述のような従来の面順次方式の電子内視鏡装置にあっては、照明用光源としてキセノンランプその他のランプを使用するため、消費電力が大きくなりかつ発熱も増大する。また、色フィルタをモータで回転させて面順次光を得るため、構造が複雑になり、信頼性が低下し、かつ光源部の寸法が大きくなるという不都合があった。

本発明の目的は、上記従来技術における問題点に鑑み、電子内視鏡装置の光源部に発光スペクトル特性の異なる複数の固体発光素子、例えば発光ダイオード、を設け、これらの複数の固体発光素子を順次発光させて面順次光を得るという構想に基づき、発光部の消費電力を低減し、小型軽量化し、かつ信頼性を向上させ、もって小型かつ低消費電力で、色再現性に優れ患者への負担を軽くすることができる電子内視鏡装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、電子内視鏡装置の光源部に発光スペクトル特性の異なる複数の固体発光素子を設け、これらの固体発光素子を順次発光させて三原色の光を順次発光させると共に、三原色の光を発光する複数の固体発光素子の内、少なくとも１色分は分光特性が互いに異なる複数の発光素子を含めて構成し、もって広い帯域の分光特性を有する面順次照明光によって被観察体を照明し、小型かつ低消費電力であると共に、色再現性に優れた電子内視鏡装置を提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、光源部に発光スペクトル特性の異なる複数の固体発光素子を設け、これら複数の固体発光素子を順次発光させて面順次光を得ると共に、該面順次光を補色光で構成することにより、照明光量を大幅に増大させてより高い感度の撮像ができるようにすると共に、フィールド周波数を高めて色割れが低減できるようにすることにある。

本発明の一態様では、発光スペクトル特性が異なる複数の固体発光素子を含み、三原色の光を順次発光するための面順次発光光源部、被観察体を照明するために前記面順次発光光源部から出力される光を導くライトガイドを含む照明系と、対物レンズおよび固体撮像素子を含む撮像系とを有する内視鏡本体部、および前記内視鏡本体部から順次出力される各色の信号データを記憶しかつ同時信号に変換する信号処理部、を具備し、前記面順次発光光源部の複数の固体発光素子の各々は前記ライトガイドの光入射面に向かって光を放射するよう配置され、かつ前記三原色光の光を発光する複数の固体発光素子の内、少なくとも１色分は分光特性が互いに異なる複数の発光素子を含めて構成し広い帯域の分光特性を得たことを特徴とする面順次方式電子内視鏡装置が提供される。

本発明の他の態様では、発光スペクトル特性が異なる複数の固体発光素子と、前記複数の固体発光素子からの光を合成して出力する光合成手段とを有する面順次発光光源部、被観察体を照明するために前記面順次発光光源部から出力される光を導くライトガイドを含む照明系と、対物レンズおよび固体撮像素子を含む撮像系とを有する内視鏡本体部、および前記内視鏡本体部から順次出力される各色の信号データを記憶しかつ同時信号に変換する信号処理部、を具備し、前記面順次発光光源部の複数の固体撮像素子の内、少なくとも１色分の固体発光素子を分光特性が互いに異なる複数の発光素子を含めて構成し、広い帯域の分光特性を得たことを特徴とする面順次方式電子内視鏡装置が提供される。

本発明のさらに他の態様では、発光スペクトル特性が異なる複数の固体発光素子を含み、三原色の光を順次発光するための面順次発光光源部、被観察体を照明するために前記面順次発光光源部から出力される光を導くライトガイドを含む照明系と、対物レンズおよび固体撮像素子を含む撮像系とを有する内視鏡本体部、および前記内視鏡本体部から順次出力される各色の信号データを記憶しかつ同時信号に変換する信号処理部、を具備し、前記面順次発光光源部の複数の固体発光素子の各々は前記ライトガイドの光入射面に向かって光を放射するよう配置され、かつ前記三原色の固体発光素子部は赤、緑、青色の光を発生する固体発光素子部からなりこれらの固体発光素子部のうち各二種類の色の固体発光素子部を順次同時に発光させてシアン、黄色、マゼンタの補色照明光を順次発生することを特徴とする面順次方式電子内視鏡装置が提供される。

本発明のさらに他の態様では、発光スペクトル特性が互いに異なる複数の固体発光素子と、前記複数の固体発光素子からの光を合成して出力する光合成手段とを有する面順次発光光源部、被観察体を照明するために前記面順次発光光源部から出力される光を導くライトガイドを含む照明系と、対物レンズおよび固体撮像素子を含む撮像系とを有する内視鏡本体部、および前記内視鏡本体部から順次出力される各色の信号データを記憶しかつ同時信号に変換する信号処理部、を具備し、前記三原色の固体発光素子部は赤、緑、青色の光を発生する固体発光素子部からなりこれらの固体発光素子部のうち各二種類の色の固体発光素子部を順次同時に発光させてシアン、黄色、マゼンタの補色照明光を順次発生することを特徴とする面順次方式電子内視鏡装置が提供される。

本発明によれば、照明用光源として発光ダイオードのような固体撮像素子を使用するため、従来のキセノンランプなどに比較して消費電力が少なくなることに加えて、発光スペクトル特性の異なる複数の固体発光素子を順次に点灯するため、複数の固体発光素子を全て同時に点灯させる同時式に比較して消費電力が大幅に低減できる。

また、白黒用の固体撮像素子を使用することができ、信号処理が簡単になると共に、光源の色特性を調節することにより色再現性を決められるので、優れた撮像特性を実現することができまた撮像特性の自由度が高くなる。

さらに、本発明では、三原色の光を発光する複数の固体発光素子の内、少なくとも１色分は分光特性が互いに異なる複数の発光素子を含めて構成することにより、広い帯域の分光特性を有する照明光を得ることが可能になり、従って簡単な装置構成で色再現性を高めることが可能になる。

さらに、本発明によれば、補色照明などを用いることにより、照明光の光量を増大することができ、撮像画像の品質を向上させることができると共に、フィールド周波数を高めることにより色割れを大幅に低減することができる。また、照明光量が明るいため、固体撮像素子の電子シャッタ速度を速くすることができ、例えば、映像をフリーズして静止画を見る時にぶれの少ない映像を得ることができる。

図１は、本発明の一実施形態に係わる面順次方式電子内視鏡装置の全体構成を概略的に示す。同図の電子内視鏡装置は、内視鏡本体部（スコープ部）１０と、該内視鏡本体部１０から出力される映像信号を処理する信号処理部２０と、前記内視鏡本体部１０にライトガイドによって光学的に結合された光源部３０を有している。また、前記信号処理部２０にはモニタテレビジョンのような表示部４０が接続されている。なお、表示部４０に代えてまたは表示部４０と共に図示しない画像記憶装置や印刷装置などを接続してもよい。

内視鏡本体部１０には、その先端部に配置された対物レンズ１１および例えばＣＣＤ素子のような固体撮像素子１２を含む撮像系と、照明用レンズ１３およびライトガイド３１を含む照明系とが組み込まれている。ライトガイド３１は例えば光ファイバケーブル束で構成され、照明用レンズ１３近傍から光源部３０まで延在している。

光源部３０は、図１の実施形態では、光の三原色である赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、および青（Ｂ）の三種類の光を発生する、それぞれ、発光ダイオード３４Ｒ、３４Ｇ、３４Ｂを備えている。これらの発光ダイオードは、図示しない発光ダイオード取り付け部の例えば凹面の取り付け面上に固定されている。そして、これらの発光ダイオードからの光はコンデンサレンズ３２を介してライトガイド３１の入射端３１ａに向かうよう配置される。なお、発光ダイオードの取り付けは、全てを取り付け部の凹面上に配置する代わりに、一部の発光ダイオードをよりライトガイド３１の入射端３１ａに近く配置して発光強度などを調節してもよい。また、光源部３０は、各発光ダイオードに駆動電流を供給する駆動回路３５を備えている。

さらに、信号処理部２０は、内視鏡本体部１０の固体撮像素子１２から送られてきた映像信号を増幅し、相関二重サンプリングなどの各種の信号処理を行なう増幅部２１と、三原色の各色、すなわち赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）および青色（Ｂ）の信号をそれぞれ記憶するＲメモリ２３Ｒ、Ｇメモリ２３Ｇ、およびＢメモリ２３Ｂと、これらのメモリを制御するメモリ制御部２４を備えている。信号処理部２０はまた、内視鏡本体部１０の固体撮像素子１２のためのタイミング信号や同期信号などを発生するＣＣＤ駆動回路２２を備えている。

図１の電子内視鏡装置においては、光源部３０において、駆動回路３５からの駆動信号に基づき各発光ダイオード３４Ｒ、３４Ｂ、３４Ｇが順次点灯し、コンデンサレンズ３２を介してライトガイド３１の入射端３１ａに面順次光として入射される。この面順次光は、ライトガイド３１を通り内視鏡本体部１０先端の照明用レンズ１３を介して図示しない被観察体に照射される。

このようにして面順次光によって照射された被観察体の映像は、内視鏡本体部１０の対物レンズ１１および固体撮像素子１２を含む撮像系によって撮像される。そして、この撮像によって得られた各色の照明光に対応する映像信号（色信号）が信号処理部２０に送られる。

信号処理部２０の増幅部２１は、順次入力される各色の映像信号に相関二重サンプリングおよび自動利得制御などの処理を施した後、それぞれ対応する色のメモリ、すなわちＲメモリ２３Ｒ、Ｇメモリ２３Ｇ、Ｂメモリ２３Ｂ、に順次格納される。このような各メモリへの格納は、メモリ制御部２４からの制御信号によって各メモリを順次書き込みモードに制御することによって行なわれる。また、メモリ制御部２４は光源部３０の駆動回路３５と同期して動作し、光源部３０から出力される照明光の色に対応した映像信号のデータが対応する色のメモリに記憶されるよう構成されている。そして、各メモリ２３Ｒ、２３Ｇ、２３Ｂに各色の１フィールド分の画像データが格納された後に、メモリ制御部２４からの制御信号によって、これらのメモリ２３Ｒ、２３Ｇ、２３Ｂが同時に読み出されＲＧＢ同時信号として表示部４０に供給される。これによって、表示部４０は図示しない被写体のカラー映像を表示することができる。

図２は、光源部３０からの面順次光と、内視鏡本体部から得られる各色の映像信号の関係を概略的に示す。すなわち、光源部３０から、１フィールド毎に順次色が変化する赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、および青色（Ｂ）の光が面順次光として被観察体に照射される。これに応じて、電子内視鏡本体部１０の固体撮像素子１２からは、各色に対応した映像信号が出力され信号処理部２０に送られる。

このような面順次方式の電子内視鏡装置においては、固体撮像素子としては白黒用の素子が使用でき、装置の小型化を図り、偽色を発生しにくくすることができる。また、光源の色特性、すなわちＲＧＢ各色の分光特性、で色再現性を決めることができ、高品質のカラー画像を容易に得ることができる。

これに対し、同時式のカラー撮像素子、例えばカラーＣＣＤ素子、においては、各画素に各色のカラーフィルタが一体化して設けられている。このため、色再現性はその一体化して設けられたカラーフィルタの特性によって決定される。

一例として、図３は、同時式カラー用の固体撮像素子を使用したカラーカメラの撮像特性を示す。前述のように、このような撮像特性は、カラー用ＣＣＤのカラーフィルタの分光特性によって決まってしまう。これに対し、面順次方式の場合の色再現性は、光源の発光素子の分光特性によって決まるため、トリミングフィルタなどによって色再現性を改善することも可能である。しかしながら、本発明では、複数個の発光素子をライトガイドの入射端に向けて配置することにより、ライトガイドへ効率よく照明光を伝達することができる。このため、三原色ＲＧＢの各々、あるいは少なくとも１つに分光特性の異なる固体発光素子を複数個並列に使用することで、分光特性を変えることができる。

図４は、赤色の照明光のために、分光特性の異なる２つの固体発光素子、例えばＬＥＤ、を使用した場合の分光特性の例を示す。特に、発光ダイオード（ＬＥＤ）のような固体発光素子の分光特性が急峻である場合、すなわち半値幅が狭い場合には、分光特性の異なる複数の発光素子を並列的に使用することにより色再現性をよくすることができる。

したがって、本発明では、図１の電子内視鏡装置の光源部３０において、図示しない発光素子の凹面の取り付け面に緑色の発光素子３４Ｇと青色の発光素子３４Ｂに加えて、２つの赤色の発光素子３４Ｒ１および３４Ｒ２を配置する。固体発光素子３４Ｒ１および３４Ｒ２は例えば図４に示すように分光特性が異なるものを使用する。また、これらの固体発光素子は放射光が全てコンデンサレンズ３２を介してライトガイド３１の入力端３１ａに照射されるよう配置される。

固体発光素子は三原色全ての色毎に分光特性の異なる発光素子で構成してもよく、あるいは三原色の内１色または２色のみを分光特性の異なる発光素子で構成してもよい。また、各色の発光素子を構成する分光特性の異なる発光素子は任意の数とすることができ、また色毎に発光素子の数を変えてもよい。

すなわち、例えば赤色の発光素子に関して言えば、１種類の赤色ＬＥＤ（Ｒ１またはＲ２）では分光特性が急峻なため、これら２種類の発光素子Ｒ１とＲ２を赤色の発光部として使用し、同時に発光させれば、赤色の分光特性が広がり、色再現性を改善することができる。また、Ｒ（赤）に対して説明したが、Ｇ（緑）やＢ（青）に対しても同様にそれぞれの分光特性の異なる複数のＬＥＤを使用し理想的なカラー撮像特性に近づけることができるので、分光特性の急峻なＬＥＤを利用しても色再現性のよい電子内視鏡装置を実現できる。

図５は、本発明の別の実施形態に係わる電子内視鏡装置の全体構成を概略的に示す。同図の電子内視鏡装置は、前に説明した図１の電子内視鏡装置と比較して、光源部３０ａの構成が異なっており、その他の部分は同じ構成でよい。

光源部３０ａは、図５の実施形態では、固体発光素子部として光の三原色である赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、および青（Ｂ）の三種類の光を発生する、それぞれ、発光ダイオード部３４Ｒ、３４Ｇ、３４Ｂを備えている。また、これらの発光ダイオード部からの光を合成するダイクロイックプリズム３３が設けられている。さらに、光源部３０ａは、ダイクロイックプリズム３３によって得られた面順次光をライトガイド３１の入射端３１ａに集光させるコンデンサレンズ３２と、各発光ダイオード部に駆動電流を供給する発光ダイオード駆動回路３５ａとを備えている。

図５の電子内視鏡装置においては、光源部３０ａにおいて、駆動回路３５ａからの駆動信号に基づき各発光ダイオード部３４Ｒ、３４Ｂ、３４Ｇが順次点灯し、ダイクロイックプリズム３３において時分割的に合成されて照明光として使用される面順次光が生成される。この面順次光は、コンデンサレンズ３２を通った後、ライトガイド３１の入力端３１ａに入射され、ライトガイド３１を通り内視鏡本体部１０先端の照明用レンズ１３を介して図示しない被観察体に照射される。

このようにして面順次光によって照射された被観察体の映像は、内視鏡本体部１０の対物レンズ１１および固体撮像素子１２を含む撮像系によって撮像され、各色の照明光に対応する映像信号（色信号）が信号処理部２０に送られる。信号処理部２０は、図１において述べたのと同様の動作を行ない、表示部４０に図示しない被観察体のカラー映像を表示することができる。

図６は、光源部３０ａの各発光ダイオード部から放射された光を合成する手段（光合成手段）の詳細な構成を示す。すなわち、該光合成手段はダイクロイックプリズム３３を使用して構成している。ダイクロイックプリズム３３は、互いに交差する第１の赤反射ダイクロイック面３３Ｒと、第２の青反射ダイクロイック面３３Ｂを備えている。なお、このようなダイクロイックプリズム３３は、例えば、全体が４個のプリズムブロックで構成され、各接合面に所定の色の光を反射させる多層干渉膜などを蒸着させることによって形成できる。

そして、図６において、赤色発光ダイオード部３４Ｒからの放射光は、ダイクロイックプリズム３３の赤反射ダイクロイック面３３Ｒで直角に反射されてコンデンサレンズ３２へ向かう。また、青色発光ダイオード部３４Ｂからの放射光は、ダイクロイックプリズム３３の青反射ダイクロイック面３３Ｂで直角に反射されてコンデンサレンズ３２へ向かう。そして、緑色発光ダイオード部３４Ｇからの放射光は直進してコンデンサレンズ３２へ向かう。したがって、これら各色の光は合成されてダイクロイックプリズム３３から出力され、コンデンサレンズ３２で集光されてライトガイド３１の入射端面３１ａへ入射する。このようにして生成された面順次光は、ライトガイド３１を介して内視鏡本体部先端の照明用レンズ１３を経て被観察体を照明する。

なお、光合成手段としては、ダイクロイックプリズムの代わりに、ダイクロイックミラーなどを使用して構成することもできる。

図７は、光源部３０ａの発光部分の別の構成例を示す。同図の構成では、各色の発光ダイオード部３４Ｒ３，３４Ｇ３および３４Ｂ３を、それぞれ３個の発光ダイオードを３個近接配置して構成している。すなわち、赤色発光ダイオードを３個近接して配置して赤色発光部３４Ｒ３とし、青色発光ダイオードを３個近接配置して青色発光部３４Ｂ３とし、かつ緑色発光ダイオードを３個近接配置して緑色発光部３４Ｇ３を構成している。すなわち、各色の発光部３４Ｒ３，３４Ｂ３および３４Ｇ３が、前記図６の構成における赤色発光ダイオード３４Ｒ、青色発光ダイオード３４Ｂおよび緑色発光ダイオード３４Ｇと置き換えられている。

この場合、各色の発光部は、それぞれ同じ分光特性を有する発光ダイオードで構成してもよいが、例えば分光特性がややずれたものを使用して、各色の光の分光帯域を広くすることができる。これによって色再現性を改善することができる。なお、一部の色のみ分光特性の異なる発光ダイオードを組み合わせて使用し、他の色の発光部は同じ分光特性の発光ダイオードを組み合わせて構成してもよい。また、例えば分光特性が互いに異なる３つの発光ダイオードを使用してさらに分光帯域を広げることもできる。また、このように各発光部を複数の発光ダイオードで構成することにより、照明光を明るくすることができると共に分光特性を改善することができる。

図８は、光源部３０ａの発光部分のさらに別の構成例を示す。この構成例では、赤色発光部３４Ｒ４は赤色発光ダイオードを４個使用し、青色発光部３４Ｂ３および緑色発光部３４Ｇ３はそれぞれ青色発光ダイオードおよび緑色発光ダイオードを各々３個使用して構成している。このように、例えば赤色の発光出力が少ない場合には、出力の少ない発光スペクトルの赤色発光ダイオードの数を他のものの数より多くすることでスペクトルのバランスを取ることができる。また、各色の発光部の分光特性を改善するために、分光特性が少しずつ異なる複数の発光ダイオードを使用して発光部を構成することができる。すなわち、各色の発光部の発光ダイオードの数は所望の分光特性および発光出力などに応じて任意の数とすることができる。

図９は、本発明の別の実施形態に係わる面順次方式電子内視鏡装置の全体構成を概略的に示す。同図の電子内視鏡装置は、内視鏡本体部（スコープ部）１０と、該内視鏡本体部１０から出力される映像信号を処理する信号処理部２０ａと、前記内視鏡本体部１０にライトガイドによって光学的に結合された光源部３０ｂを有している。また、前記信号処理部２０ａにはモニタテレビジョンのような表示部４０が接続されている。なお、表示部４０に代えてまたは表示部４０と共に図示しない画像記憶装置や印刷装置などを接続してもよい。

内視鏡本体部１０には、その先端部に配置された対物レンズ１１および例えばＣＣＤ素子のような固体撮像素子１２を含む撮像系と、照明用レンズ１３およびライトガイド３１を含む照明系とが組み込まれている。ライトガイド３１は例えば光ファイバケーブル束で構成され、照明用レンズ１３近傍から光源部３０まで延在している。

光源部３０ｂは、図９の実施形態では、光の三原色である赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、および青（Ｂ）の三種類の光を発生する、それぞれ、発光ダイオード３４Ｒ、３４Ｇ、３４Ｂを備えている。これらの発光ダイオードは、図示しない発光ダイオード取り付け部の例えば凹面の取り付け面上に固定されている。そして、これらの発光ダイオードからの光はコンデンサレンズ３２を介してライトガイド３１の入射端３１ａに向かうよう配置される。なお、発光ダイオードの取り付けは、全てを取り付け部の凹面上に配置する代わりに、一部の発光ダイオードをよりライトガイド３１の入射端３１ａに近く配置して発光強度などを調節してもよい。光源部３０ｂはさらに各発光ダイオードに駆動電流を供給する駆動回路３５ｂを備えている。

信号処理部２０ａは、内視鏡本体部１０の固体撮像素子１０から送られてきた映像信号を増幅し、相関二重サンプリングなどの各種の信号処理を行なう増幅部２１と、３つの補色、すなわちシアン（Ｃｙ）、黄色（Ｙｅ）およびマゼンタ（Ｍｇ）の色信号をそれぞれ記憶するＣｙメモリ２３Ｃｙ、Ｙｅメモリ２３Ｙｅ、およびＭｇメモリ２３Ｍｇと、これらのメモリを制御するメモリ制御部２０ａを備えている。信号処理部２０ａはまた、各メモリ２３Ｃｙ，２３Ｙｅおよび２３Ｍｇからの補色信号を赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）および青色（Ｂ）の色信号に変換する色信号変換回路２５を備えている。さらに、信号処理部２０ａは、内視鏡本体部１０の固体撮像素子１２のためのタイミング信号や同期信号などを発生するＣＣＤ駆動回路２２を備えている。

図９の電子内視鏡装置においては、光源部３０ｂにおいて、駆動回路３５ｂからの駆動信号に基づき、各発光ダイオード３４Ｒ，３４Ｂ，３４Ｇの内、２種類の発光ダイオードが順次同時に点灯し、補色の面順次照明光を発生し、コンデンサレンズ３２を介してライトガイド３１の入射端３１ａに入射される。この面順次光は、ライトガイド３１を通り内視鏡本体部１０先端の照明用レンズ１３を介して図示しない被観察体に照射される。

ここで、補色の照明光の発生につき詳細に説明する。すなわち、例えば、三原色の発光ダイオード３４Ｒ，３４Ｂ，３４Ｇの内、赤色（Ｒ）と緑色（Ｇ）を同時に発光させて黄色（Ｙｅ）の照明光を発生し、緑色（Ｇ）および青色（Ｂ）の発光ダイオードを同時に点灯させてシアン（Ｃｙ）の照明光を発生し、また青色（Ｂ）と赤色（Ｒ）の発光ダイオードを同時に発光させてマゼンタ（Ｍｇ）の照明光を発生させることができる。このような補色照明光Ｙｅ，Ｃｙ，Ｍｇで照明することによって、三原色の発光ダイオードの内２種類の発光ダイオードを同時に発光させ、照明光量を約２倍に明るくすることが可能になる。

図１０は、光源部３０ｂからの面順次光と、内視鏡本体部から得られる各種の映像信号の関係を概略的に示す。すなわち、光源部３０ｂから、１フィールド毎に順次色が変化するシアン（Ｃｙ）、黄色（Ｙｅ）、およびマゼンタ（Ｍｇ）の光が面順次光として被観察体に照射される。これに応じて、電子内視鏡装置１０の固体撮像素子１２からは、これら各補色に対応した映像信号が出力され信号処理部２０ａに送られる。

図１０に示される波形例では、従来の面順次内視鏡装置と同様に、フィールド周波数は、一般的にＮＴＳＣの場合約６０Ｈｚ（正確には５９．９４Ｈｚ）、ＰＡＬの場合５０Ｈｚとされる。このような構成は、通常のモニタテレビジョンのフィールド周波数を考慮すると、順次信号から同時信号に変換するのが容易になる。

一般的に、面順次方式の撮像装置は動きのある映像の場合に色割れ、または色ずれ、の発生が避けられない。この色割れを少なくするために、動きを検出して補正する信号処理が一般的に行なわれている。フィールド周波数を高くすれば、動きのある映像の色割れが少なくてすむが、ＣＣＤなどの撮像素子における電荷蓄積時間が短くなるため感度が低下してしまうことになる。

図９に示される補色照明を用いる構成によれば、照明光は従来方式の原色照明と比較して約２倍になるので、フィールド周波数を例えば２倍、例えば１２０Ｈｚ、と高めに設定しても従来方式とほぼ同じ感度が得られることになる。一方、フィールド周波数は２倍になるので色割れも約半分となり、動き補正が不要となるか、動き補正をするにしても容易に行なうことが可能になる。図１１は、このようにフィールド周波数を２倍にした場合の照明光および得られる映像信号の様子を概略的に示すものである。

なお、表示部４０の表示装置として液晶モニタなどを使用する場合は、信号処理部２０ａの映像出力を例えばＤＶＩ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｉｓｕａｌ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）などのデジタル出力とすることができる。この場合は、フィールド周波数を例えば１２０Ｈｚとしても、これをＮＴＳＣの場合の６０Ｈｚにするなどのフィールド変換は不要となる。もちろん、従来通り、フィールド周波数をＮＴＳＣやＰＡＬに適合する周波数に変換してもよい。

また、上述の補色照明を用いることにより、照明光の光量を例えば約２倍に明るくすることができるが、照明が明るいということは、その分固体撮像素子の電子シャッタ速度を速くすることができるので、映像をフリーズして静止画を見る時にぶれの少ない映像が得られるという利点もある。

図１２は、本発明の別の実施形態に係わる電子内視鏡装置の全体構成を概略的に示す。同図の電子内視鏡装置は、前に説明した図９の電子内視鏡装置と比較して、光源部３０ｃの構成が異なっており、その他の部分は同じ構成でよい。

光源部３０ｃは、前に説明した図５の電子内視鏡装置における光源部３０ａと同様の構成を有する。すなわち、光源部３０ｃの発光部分として、光の三原色である赤（Ｒ）、緑色（Ｇ）、および青色（Ｂ）の３種類の光を発生する、それぞれ、発光ダイオード部３４Ｒ，３４Ｇ，３４Ｂを備えている。また、これらの発光ダイオード部からの光を合成するダイクロイックプリズム３３が設けられている。さらに、光源部３０ｃは、ダイクロイックプリズム３３によって得られた面順次光をライトガイド３１の入射端３１ａに集光させるコンデンサレンズ３２と、各発光ダイオード部に駆動電流を供給する発光ダイオード駆動回路３５ｃとを備えている。

図１２の電子内視鏡装置においては、光源部３０ｃにおいて、駆動回路３５ｃからの駆動信号に基づき、各発光ダイオード部３４Ｒ，３４Ｂ，３４Ｇの内、２種類の発光ダイオード部が順次同時に点灯し、補色の面順次照明光を発生する。この補色の面順次照明光は、コンデンサレンズ３２を介してライトガイド３１の入射端３１ａに入射される。そして、この面順次光は、ライトガイド３１を通り内視鏡本体部１０先端の照明用レンズ１３を介して図示しない被観察体に照射される。

すなわち、図１２の実施形態においても、例えば、三原色の発光ダイオード部３４Ｒ，３４Ｂ，３４Ｇの内、赤色（Ｒ）と緑色（Ｇ）を同時に発光させて黄色（Ｙｅ）の照明光を発生し、緑色（Ｇ）および青色（Ｂ）の発光ダイオード部を同時に点灯させてシアン（Ｃｙ）の照明光を発生し、また青色（Ｂ）と赤色（Ｒ）の発光ダイオード部を同時に発光させてマゼンタ（Ｍｇ）の照明光を発生させることができる。

このようにして補色の面順次光によって照射された被観察体の映像は、内視鏡本体部１０の対物レンズ１１および固体撮像素子１２を含む撮像系によって撮像され、各補色の照明光に対応する映像信号（色信号）が信号処理部２０ａに送られる。

信号処理部２０ａにおいて、増幅部２１は、順次入力される各色の映像信号に相関二重サンプリングおよび自動利得制御などの処理を施した後、それぞれ対応する補色のメモリ、すなわちＣｙメモリ２３Ｃｙ、Ｙｅメモリ２３Ｙｅ、Ｍｇメモリ２３Ｍｇに順次格納される。このような各メモリへの格納はメモリ制御部２４ａからの制御信号によって各メモリを順次書き込みモードに制御することによって行なわれる。また、メモリ制御部２４ａは、光源部３０ｃの駆動回路３５ｃと同期して動作し、光源部３０ｃから出力される照明光の色に対応した映像信号のデータが対応する色のメモリに記憶されるよう構成されている。そして、各メモリ２３Ｃｙ，２３Ｙｅ，２３Ｍｇに各補色の１フィールド分の画像データが格納された後に、メモリ制御部２４ａからの制御信号によってこれらのメモリ２３Ｃｙ，２３Ｙｅ，２３Ｍｇが同時に読み出され補色の同時信号として色信号変換回路２５に入力される。色信号変換回路２５は、入力された補色Ｃｙ，Ｙｅ，Ｍｇを三原色Ｒ，Ｇ，Ｂの信号に変換し、表示部４０に供給する。これによって、表示部４０は図示しない被写体のカラー映像を表示することができる。

本願発明は、面順次方式の電子内視鏡装置その他の照明用光源を有する撮像装置あるいは観察装置に適用可能である。これらの装置に適応した場合、本発明によれば、光源部を小型化し、消費電力を低減し、光源部自体の発熱を抑制して信頼性の高い撮像装置を実現できる。また、照明光量を増やすことができるので色割れの少ない高品質のカラー画像を撮像することができ、また静止画を見る場合にぶれの少ない映像を得ることもできる。さらに、分光特性の急峻な固体発光素子を使用した場合にも、広い帯域の分光特性を有する照明光を得ることができ、色再現性の良好な電子内視鏡装置などを実現できる。

本発明の一実施形態に係わる電子内視鏡装置の概略の構成を示すブロック図である。 図１の電子内視鏡装置における面順次照明光と得られる映像信号との関係を概略的に示すタイミング図である。 カラーカメラの撮像特性の一例を示すグラフである。 分光特性の異なる発光ダイオードを組み合わせて使用する場合の各発光ダイオードの分光特性の一例を示すグラフである。 本発明の別の実施形態に係わる電子内視鏡装置の概略の構成を示すブロック図である。 図５の電子内視鏡装置における光源部の構成を部分的に示す説明図である。 光源部の別の構成例を示す説明図である。 光源部のさらに別の構成例を示す説明図である。 本発明のさらに別の実施形態に係わる電子内視鏡装置の概略の構成を示すブロック図である。 図９の電子内視鏡装置における面順次照明光と得られる映像信号との関係を概略的に示すタイミング図である。 図９の電子内視鏡装置においてフィールド周波数を２倍にした場合の面順次照明光と映像信号との関係を概略的に示すタイミング図である。 本発明のさらに別の実施形態に係わる電子内視鏡装置の概略の構成を示すブロック図である。 従来の面順次方式の電子内視鏡装置の概略の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１０ 内視鏡本体部
１１ 対物レンズ
１２ 固体撮像素子
１３ 照明用レンズ
２０，２０ａ 信号処理部
３０，３０ａ，３０ｂ 光源部
４０ 表示部
２１ 増幅部
２２ ＣＣＤ駆動回路
２３Ｒ Ｒメモリ
２３Ｇ Ｇメモリ
２３Ｂ Ｂメモリ
２３Ｃｙ Ｃｙメモリ
２３Ｙｅ Ｙｅメモリ
２３Ｍｇ Ｍｇメモリ
２４，２４ａ メモリ制御部
２５ 変換回路
３１ ライトガイド
３１ａ ライトガイド入力端
３２ コンデンサレンズ
３４Ｒ，３４Ｇ，３４Ｂ 発光ダイオード
３３ ダイクロイックプリズム
３５，３５ａ，３５ｂ，３５ｃ 駆動回路

Claims (7)

1. 発光スペクトル特性が異なる複数の固体発光素子を含み、三原色の光を順次発光するための面順次発光光源部、
   被観察体を照明するために前記面順次発光光源部から出力される光を導くライトガイドを含む照明系と、対物レンズおよび固体撮像素子を含む撮像系とを有する内視鏡本体部、および
   前記内視鏡本体部から順次出力される各色の信号データを記憶しかつ同時信号に変換する信号処理部、
   を具備し、前記面順次発光光源部の複数の固体発光素子の各々は前記ライトガイドの光入射面に向かって光を放射するよう配置され、かつ前記三原色光の光を発光する複数の固体発光素子の内、少なくとも１色分は分光特性が互いに異なる複数の発光素子を含めて構成し広い帯域の分光特性を得たことを特徴とする面順次方式電子内視鏡装置。
2. 発光スペクトル特性が異なる複数の固体発光素子と、前記複数の固体発光素子からの光を合成して出力する光合成手段とを有する面順次発光光源部、
   被観察体を照明するために前記面順次発光光源部から出力される光を導くライトガイドを含む照明系と、対物レンズおよび固体撮像素子を含む撮像系とを有する内視鏡本体部、および
   前記内視鏡本体部から順次出力される各色の信号データを記憶しかつ同時信号に変換する信号処理部、
   を具備し、前記面順次発光光源部の複数の固体撮像素子の内、少なくとも１色分の固体発光素子を分光特性が互いに異なる複数の発光素子を含めて構成し、広い帯域の分光特性を得たことを特徴とする面順次方式電子内視鏡装置。
3. 前記発光スペクトル特性が互いに異なる複数の固体発光素子は赤色、緑色、青色を含む三原色の各色を発光する固体発光素子を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の面順次方式電子内視鏡装置。
4. 前記三原色の固体発光素子の内、少なくとも赤色の光を発光する固体発光素子が分光特性が互いに異なる複数の固体発光素子を含んで構成されることを特徴とする請求項３に記載の面順次方式電子内視鏡装置。
5. 発光スペクトル特性が異なる複数の固体発光素子を含み、三原色の光を順次発光するための面順次発光光源部、
   被観察体を照明するために前記面順次発光光源部から出力される光を導くライトガイドを含む照明系と、対物レンズおよび固体撮像素子を含む撮像系とを有する内視鏡本体部、および
   前記内視鏡本体部から順次出力される各色の信号データを記憶しかつ同時信号に変換する信号処理部、
   を具備し、
   前記面順次発光光源部の複数の固体発光素子の各々は前記ライトガイドの光入射面に向かって光を放射するよう配置され、かつ前記三原色の固体発光素子部は赤、緑、青色の光を発生する固体発光素子部からなりこれらの固体発光素子部のうち各二種類の色の固体発光素子部を順次同時に発光させてシアン、黄色、マゼンタの補色照明光を順次発生することを特徴とする面順次方式電子内視鏡装置。
6. 発光スペクトル特性が互いに異なる複数の固体発光素子と、前記複数の固体発光素子からの光を合成して出力する光合成手段とを有する面順次発光光源部、
   被観察体を照明するために前記面順次発光光源部から出力される光を導くライトガイドを含む照明系と、対物レンズおよび固体撮像素子を含む撮像系とを有する内視鏡本体部、および
   前記内視鏡本体部から順次出力される各色の信号データを記憶しかつ同時信号に変換する信号処理部、
   を具備し、
   前記三原色の固体発光素子部は赤、緑、青色の光を発生する固体発光素子部からなりこれらの固体発光素子部のうち各二種類の色の固体発光素子部を順次同時に発光させてシアン、黄色、マゼンタの補色照明光を順次発生することを特徴とする面順次方式電子内視鏡装置。
7. 前記三原色光の光を発光する複数の固体発光素子の内、少なくとも１色分は分光特性が互いに異なる複数の発光素子を含めて構成し広い帯域の分光特性を得たことを特徴とする請求項５または６に記載の面順次方式電子内視鏡装置。
   

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