JP2008307148A - 内視鏡装置 - Google Patents

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Koichi Sato
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Abstract

【課題】信号劣化が少ない状態で、情報が含められたアナログ信号を光伝送する内視鏡装置を提供する。
【解決手段】内視鏡装置1における電子内視鏡10は、撮像により画像信号を取得する撮像素子(CCD)15aを備える。画像信号に電気的な変調を施す電気変調部15bを備える。電気的な変調が施された画像信号を光信号に変換し、画像処理を行う装置(プロセッサ30)に出力する光変調部15cを備える。
【選択図】図1

Description

本発明は、内視鏡装置に関し、特に電子内視鏡からプロセッサへの画像信号の伝送を光を介して行う装置に関する。
従来、電子内視鏡とプロセッサとの間の信号伝送について光を介して行う装置が提案されている。
特許文献1は、電子内視鏡からプロセッサに送る画像信号について、光を介して伝送する内視鏡装置を開示する。
特開平10−295635号公報
しかし、特許文献1の装置は、光伝送段階において信号劣化の問題が生じていた。
したがって本発明の目的は、信号劣化が少ない状態で、情報が含められたアナログ信号を光伝送する内視鏡装置を提供することである。
本発明に係る内視鏡装置における電子内視鏡は、撮像により画像信号を取得する撮像素子と、画像信号に電気的な変調を施す電気変調部と、電気的な変調が施された画像信号を光信号に変換し、画像処理を行う装置に出力する光変調部とを備える。
好ましくは、電気変調部は、パルス変調、周波数変調、及び位相変調のうちいずれか1つの変調を行う。
また、本発明に係る内視鏡装置は、撮像により画像信号を取得する撮像素子と、画像信号に電気的な変調を施す電気変調部と、電気的な変調が施された画像信号を光信号に変換し出力する光変調部とを有する電子内視鏡と、光信号を受光し電気信号に変換する受光部と、電気信号の変調が施された状態を復調する電気復調部と、復調された電気信号に画像処理を施す画像処理部とを有するプロセッサとを備える。
また、本発明に係る内視鏡装置は、撮像により画像信号を取得する撮像素子と、画像信号を光信号に変換し出力する光変調部とを有する電子内視鏡と、光信号を受光し電気信号に変換する受光部と、電気信号に画像処理を施す画像処理部とを有するプロセッサとを備え、画像処理部は、画像処理部までの信号伝送において生じる信号劣化を考慮した補正データに基づいて、画像処理を行う。
好ましくは、電子内視鏡またはプロセッサは、補正データ生成のために、キャリブレーション信号を光変調部に出力する補正信号出力部を有する。
また、好ましくは、電子内視鏡は、光信号への変換の前に、画像信号に電気的な変調を施す電気変調部を有し、電子内視鏡またはプロセッサは、補正データ生成のために、キャリブレーション信号を電気変調部に出力する補正信号出力部を有する。
また、好ましくは、補正データは、撮像素子に入射されるキャリブレーション光に基づいて生成される。
さらに好ましくは、電子内視鏡は、撮像素子で撮像する被写体に光を供給する光源部からの光をキャリブレーション光として、撮像素子に入射させる導光部を有する。
また、好ましくは、プロセッサは、撮像素子で撮像する被写体に光を供給する光源部からの光とは別にキャリブレーション光のために光を供給するキャリブレーション用光源部を有する。
また、本発明に係る内視鏡装置における電子内視鏡は、撮像により画像信号を取得する撮像素子と、画像信号のリセットレベルを一定にするクランプ回路と、リセットレベルが一定にされた画像信号を光信号に変換し、画像処理を行う装置に出力する光変調部とを備える。
また、本発明に係る内視鏡装置は、撮像により画像信号を取得する撮像素子と、画像信号のリセットレベルを一定にするクランプ回路と、リセットレベルが一定にされた画像信号を光信号に変換し出力する光変調部とを有する電子内視鏡と、光信号を受光し電気信号に変換する受光部と、電気信号に画像処理を施す画像処理部とを有するプロセッサとを備える。
以上のように本発明によれば、信号劣化が少ない状態で、情報が含められたアナログ信号を光伝送する内視鏡装置を提供することができる。
以下、第1実施形態について、図1を用いて説明する。第1実施形態にかかる内視鏡装置1は、電子内視鏡10、及びプロセッサ30を備える電子内視鏡装置である。
電子内視鏡10は、先端部に照明部11、対物光学系13、及び撮像部15を有し、照明部11によって照らされた被写体である体内などを、対物光学系13を介して撮像部15で撮像する。
照明部11は、ライトガイド11a、照明レンズ11bを有する。撮像部15は、CCD15a(CMOSなど他の撮像素子であってもよい)、電気変調部15b、LDドライバやVCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)などの発光部を有する光変調部15c、光伝送ケーブル15j、CCDドライバ回路37dからの制御信号をバッファリングするバッファアンプ17eを有する。
プロセッサ30は、電子内視鏡10に照明光、制御信号、及び電力を供給し、電子内視鏡10で撮像された被写体の画像信号について画像処理を行い、TVモニタ(不図示)で観察可能なビデオ信号に変換する。
プロセッサ30は、光源部31、PD(Photo Diode)などの受光部を有する光復調部35a、電気復調部35b、相関二重サンプリング回路(CDS:Correlated Double Sampling)35c、ADC(Analogue Digital Converter)35d、DSP及びTG回路35e、及びCCDドライバ回路37dを有する。
光源部31は、キセノンランプなどの点燈装置であり、被写体を照らす照明光を発光する。光源部31から発光された照明光は、ライトガイド11a、照明レンズ11bを介して電子内視鏡10の先端部から被写体に向けて照射される。
被写体像は、CCD15aによって対物光学系13を介した光学像として撮像される。光学像に関する画像信号(搬送波)は、電気変調部15bで電気的な変調が施された後、光変調部15cで光信号に変換される。光変調部15cで発光される光信号は、光伝送ケーブル15jを介し、プロセッサ30の光復調部35aで受光されて電気信号に変換され、電気復調部35bで復調される。復調された画像信号は、CDS35cにおける相関二重サンプリング処理、及びADC35dにおけるA/D変換後、DSP及びTG回路35eにおいて画像処理される。
DSP及びTG回路35eによる画像処理後、DAC(不図示)でアナログ信号に変換され、アナログRGBコンポーネント信号、エンコーダ(不図示)でY/C分離されたビデオ信号がTVモニタ(不図示)に送られる。TVモニタはこれを映像信号として表示する。
DSP及びTG回路35eは、タイミングジェネレータとしてクロックパルスを出力する。クロックパルスに基づいて、CCDドライバ回路37dが、バッファアンプ17eを介して、CCD15aの動作制御を行う。また、クロックパルスに基づいて、CDS35c、及びADC35dの動作制御が行われる。
電気変調部15bにおける変調は、パルス変調、周波数変調、位相変調のいずれかで行われる。電気復調部35bにおける復調は、電気変調部15bにおける変調方式に合わせて行われる。CCD15aで得られた画像信号を変調をかけないアナログ信号でプロセッサ30に伝送する場合、光変調器15cにおける光変調、光伝送ケーブル15jにおける伝送、光復調器35aにおける光復調で、画像信号の波形が歪むなどリニアリティ(再現性)が悪くなることが起こり得る。しかし、第1実施形態では、光伝送の前段において、画像信号を電気的に変調させ、光伝送の後段において画像信号を電気的に復調させるため、電気的な変調を行わない形態に比べて、光伝送段階におけるリニアリティが悪くても、電子内視鏡10側からの画像信号を、信号劣化の少ない状態で、プロセッサ30側に伝送させることが可能になる。
また、信号劣化の少ない状態で画像信号を光伝送する形態としては、光伝送の前段において、画像信号をデジタル信号に変換した状態で光伝送を行う形態も考えられるが、デジタル信号に変換するための回路規模が大きくなる問題がある。第1実施形態では、電気変調を行わないでアナログ信号を伝送する形態に比べて、送信側(電子内視鏡10)に電気変調部15bを設け、受信側(プロセッサ30)に電気復調部35bを設けるだけでよいため、回路構成が大きくなることはない。
次に、第2実施形態について説明する。第1実施形態では、画像信号を電気的に変調した状態で光伝送を行うことにより、光伝送段階における波形の歪みを考慮した画像信号の光伝送を行う形態を説明したが、第2実施形態では、波形の歪みを考慮した補正データを用いて画像処理をおこなうことにより、光伝送段階における波形の歪みを考慮した画像信号の光伝送を行う点で異なる。以下、第1実施形態と異なる点を中心に説明する。
第2実施形態における撮像部15は、CCD15a、LDドライバやVCSELなどの発光部を有する光変調部15c、補正信号出力部15d、光伝送ケーブル15j、CCDドライバ回路37dからの制御信号をバッファリングするバッファアンプ17eを有する(図2参照)。
第2実施形態におけるプロセッサ30は、光源部31、PDなどの受光部を有する光復調部35a、CDS35c、ADC35d、DSP及びTG回路35e、及びCCDドライバ回路37dを有する。
被写体像は、CCD15aによって対物光学系13を介した光学像として撮像される。第2実施形態において、光学像に関する画像信号は、光変調部15cで光信号に変換される(電気的な変調は行われない)。光変調部15cで発光される光信号は、光伝送ケーブル15jを介し、プロセッサ30の光復調部35aで受光されて電気信号に変換される。復調された画像信号は、CDS35cにおける相関二重サンプリング処理、及びADC35dにおけるA/D変換後、DSP及びTG回路35eにおいて画像処理される。
補正信号出力部15dは、DSP及びTG回路35eに記録する補正データを生成する際に、光変調部15cに対してキャリブレーション信号(三角波やのこぎり波)を出力する。この補正データ生成時には、CCD15aから光変調部15cへの信号入力は行われない。補正データ生成時以外は、光変調部15cには、CCD15aからの信号が入力され、補正信号出力部15dからの信号入力は行われない。
DSP及びTG回路35eは、タイミングジェネレータとしてクロックパルスを出力する。クロックパルスに基づいて、CCDドライバ回路37dが、バッファアンプ17eを介して、CCD15aの動作制御を行う。また、クロックパルスに基づいて、CDS35c、及びADC35dの動作制御が行われる。
DSP及びTG回路35eにおける画像処理においては、光伝送段階における波形の歪みを考慮した画像処理が行われる。具体的には、補正信号出力部15dから出力されるキャリブレーション信号と、該キャリブレーション信号が、光変調部15c、光伝送ケーブル15j、光復調部35a、CDS35c、及びADC35dを介して、DSP及びTG回路35eに伝送された信号とを比較した場合の波形の歪み具合を補正データとしてDSP及びTG回路35eなどに記録し、この補正データを使って、光伝送段階における波形の歪みを考慮した画像処理を行う。補正データの作成は、CCD15aによる撮像が行われる前に行われる。
これにより、光伝送段階におけるリニアリティが悪く、電子内視鏡10側からの画像信号が信号劣化した状態でプロセッサ30側に伝送された場合であっても、光伝送段階における信号劣化を補正した画像をプロセッサ30側で生成することが可能になる。
また、第2実施形態では、送信側(電子内視鏡10)にキャリブレーション信号を出力する補正信号出力部15dと、光変調部15cに入力する信号を、CCD15aからの信号と補正信号出力部15dからの信号との間で切り替えするスイッチを設けるだけでよいため、回路構成が大きくなることはない。
また、第2実施形態では、電子内視鏡10の撮像部15が補正信号出力部15dを有する形態を説明したが、プロセッサ30が補正信号出力部15dを有する形態であってもよい(図3参照)。
また、撮像部15は、光変調部15cにおける光変調の前段として、第1実施形態と同じように画像信号に電気的な変調を施す電気変調部15bを有し、補正信号出力部15dは、電気変調部15bにキャリブレーション信号を出力する形態であってもよい(図4参照)。
次に、第3実施形態について説明する。第2実施形態では、補正信号出力部からのキャリブレーション信号に基づいて、波形の歪みを考慮した補正データを生成する形態を説明したが、第3実施形態では、光源部31またはキャリブレーション光源部32からの光をCCD15aで撮像することにより波形の歪みを考慮した補正データを生成する点で異なる。以下、第2実施形態と異なる点を中心に説明する。
第3実施形態における撮像部15は、CCD15a、LDドライバやVCSELなどの発光部を有する光変調部15c、光伝送ケーブル15j、CCDドライバ回路37dからの制御信号をバッファリングするバッファアンプ17eを有し、電子内視鏡10の先端部分には、着脱可能な導光部15eが設けられる(図5参照)。
第3実施形態におけるプロセッサ30の構成は、第2実施形態と同様である。被写体像が撮像されて画像処理される手順も、第2実施形態と同様である。
導光部15eは、ライトガイド11aから出射される光を、対物光学系13を介してCCD15aに入射するように反射するミラー15e1と、ミラー15e1を囲み、電子内視鏡10の先端部分に着脱可能なキャップ形状の遮光部15e2とを有する。導光部15eは、DSP及びTG回路35eに記録する補正データを生成する際に、電子内視鏡10の先端部分に取り付けられ、反射によりCCD15aに対して光源部31からの光を出力する。補正データ生成時以外は、導光部15eは電子内視鏡10の先端部分から取り外される。このため、補正データ生成時とそれ以外の時の切り替えは、キャップ形状の導光部15eの着脱によって行われるため、構成が簡素化できる。
DSP及びTG回路35eにおける画像処理においては、光伝送段階における波形の歪みを考慮した画像処理が行われる。具体的には、光源部31から出射され、ライトガイド11a、照明レンズ11b、導光部15e、及び対物光学系13を介してCCD15aに入射される光(キャリブレーション光)の光量を変化させた場合の、CCD15aで撮像され、光変調部15c、光伝送ケーブル15j、光復調部35a、CDS35c、及びADC35dを介して、DSP及びTG回路35eに伝送される信号の変化を補正データとしてDSP及びTG回路35eなどに記録し、この補正データを使って、光伝送段階における波形の歪みを考慮した画像処理を行う。補正データの作成は、CCD15aによる撮像が行われる前に行われる。
キャリブレーション光の光量変化調整は、光源部31とライトガイド11aの入射端との間に設けられた絞り機構31aによって行われる。補正データ生成時、DSP及びTG回路35eは、光源部31から出射された光のうち、ライトガイド11aに入射される光量がリニアに変化するように絞り機構31aの開度を調整する。
これにより、光伝送段階におけるリニアリティが悪く、電子内視鏡10側からの画像信号が信号劣化した状態でプロセッサ30側に伝送された場合であっても、光伝送段階における信号劣化を補正した画像をプロセッサ30側で生成することが可能になる。また、第3実施形態では、CCD15aにおける撮像特性についても考慮した画像処理が可能になる。
また、キャリブレーション光は、導光部15eに代えて、光源部31とは別のキャリブレーション光用に設けられたLEDなどのキャリブレーション光源部32を設け、補正データ生成時には、キャリブレーション光源部32からの光(キャリブレーション光)が対物光学系13を介して、CCD15aに入射するように、電子内視鏡10の先端部分をプロセッサ30のキャリブレーション光源部32の出射端に配置する形態であってもよい(図6参照)。この場合、補正データ生成時、DSP及びTG回路35eは、キャリブレーション光源部32から出射された光の光量がリニアに変化するようにキャリブレーション光源部32の出射光量(駆動電圧など)を調整する。
第3実施形態では、光源部31からの光を使ったキャリブレーション光に基づいて補正データを生成する形態を説明したが、キャリブレーション光は電子内視鏡10の先端部分に内蔵させた他の光源や、外部の光源を使っても良い。
次に、第4実施形態について説明する。第1実施形態では、画像信号を電気的に変調した状態で光伝送を行うことにより、光伝送段階における波形の歪みを考慮した画像信号の光伝送を行う形態を説明したが、第4実施形態では、CCD15aからの出力のリセットレベルを一定にすることにより、光伝送段階における波形の歪みを考慮した画像信号の光伝送を行う点で異なる。以下、第1実施形態と異なる点を中心に説明する。
第4実施形態における撮像部15は、CCD15a、LDドライバやVCSELなどの発光部を有する光変調部15c、クランプ回路15f、光伝送ケーブル15j、CCDドライバ回路37dからの制御信号をバッファリングするバッファアンプ17eを有する(図7参照)。
第4実施形態におけるプロセッサ30は、光源部31、PDなどの受光部を有する光復調部35a、CDS35c、ADC35d、DSP及びTG回路35e、及びCCDドライバ回路37dを有する。
被写体像は、CCD15aによって対物光学系13を介した光学像として撮像される。第4実施形態において、光学像に関する画像信号は、クランプ回路15fでリセットレベルが一定にされた後、光変調部15cで光信号に変換される(電気的な変調は行われない)。光変調部15cで発光される光信号は、光伝送ケーブル15jを介し、プロセッサ30の光復調部35aで受光されて電気信号に変換される。復調された画像信号は、CDS35cにおける相関二重サンプリング処理、及びADC35dにおけるA/D変換後、DSP及びTG回路35eにおいて画像処理される。
クランプ回路15fは、CCD15aへの入射光量によって変化するリセットレベルを一定にするために使用される。これにより光伝送段階における信号のリセットレベルが一定にされるため、リセットレベルが一定にされない形態に比べて、光伝送段階におけるリニアリティが悪くても、電子内視鏡10側からの画像信号を、信号劣化の少ない状態で、プロセッサ30側に伝送させることが可能になる。
また、第4実施形態では、送信側(電子内視鏡10)にクランプ回路15fを設けるだけでよいため、回路構成が大きくなることはない。
第1実施形態における内視鏡装置の構成図である。 第2実施形態(補正信号出力部が電子内視鏡側にある形態)における内視鏡装置の構成図である。 第2実施形態(補正信号出力部がプロセッサ側にある形態)における内視鏡装置の構成図である。 第2実施形態(キャリブレーション信号を電気変調部に出力する形態)における内視鏡装置の構成図である。 第3実施形態(導光部を使った形態)における内視鏡装置の構成図である。 第3実施形態(キャリブレーション光源部を使った形態)における内視鏡装置の構成図である。 第4実施形態における内視鏡装置の構成図である。
符号の説明
1 内視鏡装置
10 電子内視鏡
11 照明部
11a ライトガイド
11b 照明レンズ
13 対物光学系
15 撮像部
15a CCD
15b 電気変調部
15c 光変調部
15d 補正信号出力部
15e 導光部
15e1 ミラー
15e2 遮光部
15f クランプ回路
15j 光伝送ケーブル
17e バッファアンプ
30 プロセッサ
31 光源部
32 キャリブレーション光源部
35a 光復調部
35b 電気復調部
35c CDS
35d ADC
35e DSP及びTG回路
37d CCDドライバ回路

Claims (11)

  1. 撮像により画像信号を取得する撮像素子と、
    前記画像信号に電気的な変調を施す電気変調部と、
    前記電気的な変調が施された画像信号を光信号に変換し、画像処理を行う装置に出力する光変調部とを備えることを特徴とする内視鏡装置における電子内視鏡。
  2. 前記電気変調部は、パルス変調、周波数変調、及び位相変調のうちいずれか1つの変調を行うことを特徴とする請求項1に記載の電子内視鏡。
  3. 撮像により画像信号を取得する撮像素子と、前記画像信号に電気的な変調を施す電気変調部と、前記電気的な変調が施された画像信号を光信号に変換し出力する光変調部とを有する電子内視鏡と、
    前記光信号を受光し電気信号に変換する受光部と、前記電気信号の前記変調が施された状態を復調する電気復調部と、前記復調された電気信号に画像処理を施す画像処理部とを有するプロセッサとを備えることを特徴とする内視鏡装置。
  4. 撮像により画像信号を取得する撮像素子と、前記画像信号を光信号に変換し出力する光変調部とを有する電子内視鏡と、
    前記光信号を受光し電気信号に変換する受光部と、前記電気信号に画像処理を施す画像処理部とを有するプロセッサとを備え、
    前記画像処理部は、前記画像処理部までの信号伝送において生じる信号劣化を考慮した補正データに基づいて、画像処理を行うことを特徴とする内視鏡装置。
  5. 前記電子内視鏡または前記プロセッサは、前記補正データ生成のために、キャリブレーション信号を前記光変調部に出力する補正信号出力部を有することを特徴とする請求項4に記載の内視鏡装置。
  6. 前記電子内視鏡は、前記光信号への変換の前に、前記画像信号に電気的な変調を施す電気変調部を有し、
    前記電子内視鏡または前記プロセッサは、前記補正データ生成のために、キャリブレーション信号を前記電気変調部に出力する補正信号出力部を有することを特徴とする請求項4に記載の内視鏡装置。
  7. 前記補正データは、前記撮像素子に入射されるキャリブレーション光に基づいて生成されることを特徴とする請求項4に記載の内視鏡装置。
  8. 前記電子内視鏡は、前記撮像素子で撮像する被写体に光を供給する光源部からの光を前記キャリブレーション光として、前記撮像素子に入射させる導光部を有することを特徴とする請求項7に記載の内視鏡装置。
  9. 前記プロセッサは、前記撮像素子で撮像する被写体に光を供給する光源部からの光とは別に前記キャリブレーション光のために光を供給するキャリブレーション用光源部を有することを特徴とする請求項7に記載の内視鏡装置。
  10. 撮像により画像信号を取得する撮像素子と、
    前記画像信号のリセットレベルを一定にするクランプ回路と、
    前記リセットレベルが一定にされた画像信号を光信号に変換し、画像処理を行う装置に出力する光変調部とを備えることを特徴とする内視鏡装置における電子内視鏡。
  11. 撮像により画像信号を取得する撮像素子と、前記画像信号のリセットレベルを一定にするクランプ回路と、前記リセットレベルが一定にされた画像信号を光信号に変換し出力する光変調部とを有する電子内視鏡と、
    前記光信号を受光し電気信号に変換する受光部と、前記電気信号に画像処理を施す画像処理部とを有するプロセッサとを備えることを特徴とする内視鏡装置。
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