JP2013233219A - 光源装置、電子内視鏡装置及びオプティカルチョッパー - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成により、照明光間の光量差を低く抑え、白とびや黒つぶれを防止する。
【解決手段】光源装置は、少なくとも一つの一定光量の光束から、互いに異なる光路を通り、位相の異なるパルスパルス状の第１及び第２のパルス波光束を生成するパルス波光束生成手段と、第１及び第２のパルス波光束のそれぞれを個別に設定された光量に調光する異なる光路上にそれぞれ配置された第１及び第２の調光手段と、第１及び第２のパルス波光束を結合して結合光束を生成する光束結合手段と、同期信号を取得する同期信号取得手段と、を備え、パルス波光束生成手段は、同期信号に同期して複数のパルス波光束を生成する。
【選択図】図６

Description

本発明は、異なる照明光を使用した観察を同時に行うための電子内視鏡装置、該電子内視鏡装置に適した照明装置、及び該照明装置に適したオプティカルチョッパーに関する。

医療機器分野においては、病変部の診断をより効果的に行うため、波長域の異なる複数の照明光の其々を使用した観察を同時に行うことが可能な電子内視鏡システムが知られている（特許文献１）。

特許文献１には、通常観察用の白色光（通常光）を透過させる通常光フィルタと特定の波長域の光（特殊光）のみを透過する特殊光フィルタが円周方向に交互に配置された回転フィルタを備え、撮像のタイミングと同期して回転する回転フィルタに白色ランプ光を通して得た照明光を使用することにより、１フィールド毎に通常観察像と特殊光観察像とを交互に撮像して、通常観察と特殊光観察の同時観察を可能にした光源装置を備えた内視鏡システムが記載されている。

特開２００４−３２１２４４号公報

白色ランプ光からフィルタによって切り出される通常光と特殊光には、光量に大きな差があるため、通常観察像と特殊光観察像をそれぞれ適正露出で撮像する為には、通常光と特殊光のそれぞれについて光量調整（調光）を行う必要がある。特許文献１に開示された従来の光源装置においては、通常光と特殊光が高い周波数で交互に切り替わりながら共通の光路上を進むため、通常光と特殊光のそれぞれについて調光を行うためには、通常光から特殊光に切り替わる時間よりも短い応答時間で動作する調光手段が必要となる。しかしながら、絞りなどの従来の一般的な調光手段では、このような高速の動作を行うことができない。そのため、通常光と特殊光のいずれか一方に対してしか適正な調光を行うことができず、他方の照明光を使用した観察画像には、露出オーバーによる白とびや露出アンダーによる黒つぶれが発生するといった問題があった。

本発明の実施形態によれば、少なくとも一つの一定光量の光束から、互いに異なる光路を通り、位相の異なるパルス状の第１及び第２のパルス波光束を生成するパルス波光束生成手段と、第１及び第２のパルス波光束のそれぞれを個別に設定された光量に調光する、異なる光路上にそれぞれ配置された第１及び第２の調光手段と、第１及び第２のパルス波光束を結合して結合光束を生成する光束結合手段と、同期信号を取得する同期信号取得手段と、を備え、パルス波光束生成手段は、同期信号に同期して第１及び第２のパルス波光束を生成する光源装置が提供される。

上記の構成によれば、結合光束の光量を位相毎に調整することが可能になる。この構成によれば、それぞれ適正な光量に調整された２つの照明光を順次切り替えて供給可能な光源装置が提供される。

また、同期信号に同期して周期的にフィルタ特性が変化する可変フィルタを更に備え、可変フィルタは、結合された第１及び第２のパルス波光束に対して個別のフィルタ処理を行うように構成されていてもよい。

上記の構成によれば、例えば一つの光源から波長特性の異なる２つの照明光を生成して供給することが可能になる。

また、可変フィルタが、円周方向に配列された第１及び第２の開口領域を有する回転板と、第１及び第２の開口領域の少なくとも一つに設けられたフィルタ素子と、を備えた回転フィルタである構成としてもよい。

上記の構成によれば、照明光毎のフィルタ処理が簡単な構成により可能になる。

また、パルス波光束生成手段が、開口部と非開口部が円周方向に周期的に配列された回転盤を備えたオプティカルチョッパーである構成としてもよい。

上記の構成によれば、パルス波光束の生成が簡単な構成により可能になる。

パルス波光束生成手段が、非開口部にミラーが設けられ、互いに逆位相の透過チョップ光と反射チョップ光を生成するオプティカルチョッパーである構成としてもよい。

上記の構成によれば、簡単な機械的構成により、一つの光束から、２つのパルス波光束（すなわち透過チョップ光と反射チョップ光）を高精度に生成することが可能になる。

また、それぞれ一定光量の光束を放射する２つの光源を備え、パルス波光束生成手段が、２つの光源の光束の一方が回転盤の開口部に入射しているときに、他方が回転盤の非開口部に入射するように配置された構成としてもよい。

上記の構成によれば、簡単な機械的構成により、２つの光源の光束から、それぞれ互いに位相の異なる２つのパルス波光束を生成することが可能になる。

また、パルス波光束生成手段により２つのパルス波光束が生成され、光束結合手段がビームスプリッタであり、２つのパルス波光束が互いに直交する方向からビームスプリッタに入射し、２つのパルス波光束の透過方向にそれぞれ２つの結合光束が出射するように構成され、２つの結合光束の一方の光量を検出する光センサを更に備え、第１及び第２の調光手段は、光センサの信号における、それぞれが調光するパルス波光束と同位相の光量に基づいてパルス波光束を調光する構成としてもよい。

上記の構成によれば、ビームスプリッタから出射する２つの結合光束のうちの光源装置の出力に使用されない一方を有効活用して結合光束の光量のフィードバック制御が行われるため、ランプ光の効率の高い光源装置が実現する。

また第１のパルス波光束は通常観察用の白色光であり、第２のパルス波光束は特殊光である構成としてもよい。

上記の構成によれば、通常観察用の白色光と特殊光とをそれぞれ適正な光量に調光することができるため、通常観察の撮像及び特殊光観察の撮像の両方を適正露出で行うことが可能になる。

また、本発明の実施形態によれば、複数の照明光のそれぞれを使用した観察を同時に行う電子内視鏡装置であって、同期信号を発生する同期信号発生手段と、同期信号に同期して、第１及び第２の照明光を周期的に順次切り替えて出射する上記の光源装置と、同期信号に同期して撮像して撮像信号を生成する撮像手段と、各照明光の出射中に撮像された撮像信号に基づいて各照明光の照射下での観察像を表示するための映像信号を生成する画像処理手段と、を備えた電子内視鏡装置が提供される。

上記の構成によれば、観察像毎に適正露出で撮像を行うことができる。

また、本発明の実施形態によれば、ブレードにミラーが設けられ、互いに逆位相の透過チョップ光と反射チョップ光を生成するオプティカルチョッパーが提供される。

上記の構成によれば、シンプルな構成でありながら、一つの一定光量の光束から互いに逆位相のパルス波からなる２つのパルス波光束を正確に生成可能なパルス波光束生成手段が提供される。

以上のように、本発明の実施形態の構成によれば、それぞれ適正な光量に調整された複数の照明光を順次切り替えて供給可能な光源装置が提供される。

図１は、本発明の実施の形態に係る電子内視鏡装置１の概略構成を示すブロック図である。 図２は、本発明の第１実施形態に係る光源装置３００の概略構成を示す図である。 図３は、本発明の第１実施形態に係る光源装置３００の概略構成を示す図である。 図４は、回転ミラー板４２０の正面図である。 図５は、回転フィルタ板５２０の正面図である。 図６は、本発明の第１実施形態に係る光源装置３００の動作を説明するタイミングチャートである。 図７は、本発明の第２実施形態に係る光源装置３００’の概略構成を示すブロック図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態の電子内視鏡装置１の概略構成を示すブロック図である。図１に示されるように、本実施形態の電子内視鏡装置１は、電子内視鏡１００、電子内視鏡用プロセッサ２００及び２つのモニタ６００を備えている。

電子内視鏡用プロセッサ２００は、システムコントローラ２０２やタイミングコントローラ２０４を備えている。システムコントローラ２０２は、メモリ２０３に記憶された各種プログラムを実行し、電子内視鏡装置１全体を統合的に制御する。また、システムコントローラ２０２は、タッチパネル２１８に接続され、タッチパネル２１８から入力されるユーザからの指示に応じて、電子内視鏡装置１の各動作及び各動作のためのパラメータを変更する。タイミングコントローラ２０４は、各部の動作のタイミングを調整するクロックパルスＣＰ（タイミング信号）を電子内視鏡装置１内の各種回路に出力する。

また、電子内視鏡用プロセッサ２００は、電子内視鏡１００のＬＣＢ（Light Carrying
Bundle）１０２に照明光Ｌを供給する光源装置３００を備えている。本発明の第１実施形態に係る光源装置３００は、スペクトルの異なる２種類の照明光（例えば白色光と特殊光）を、撮像のタイミングと同期して交互に出射するように構成されている。撮像と同期して動作する光源装置３００を使用することにより、例えば１フレーム毎に撮像に使用する照明光を白色光と特殊光とで切り換えて、通常観察の撮像と特殊光観察の撮像とを交互に行うことができる。また、後述のように、光源装置３００は、通常観察の撮像時にも特殊光観察の撮像時にも適正露出が得られるように、各照明光（白色光及び特殊光）の光量を独立に調光する機能を備えている。光源装置３００の構成の詳細については後述する。

入射端からＬＣＢ１０２に導入された照明光は、ＬＣＢ１０２内を伝播し、電子内視鏡１００の先端に配置されたＬＣＢ１０２の出射端から出射して、配光レンズ１０４を介して被写体に照射される。被写体からの反射光は、対物レンズ１０６を介して固体撮像素子１０８の受光面上で光学像を結ぶ。

固体撮像素子１０８は、ＩＲ（Infra Red）カットフィルタ１０８ａ、ベイヤ配列カラーフィルタ１０８ｂの各種フィルタが受光面に配置された単板式カラーＣＣＤ（Charge-Coupled Device）イメージセンサであり、受光面上で結像した光学像に応じたＲ、Ｇ、Ｂ各色の撮像信号を生成する。生成された撮像信号は、電子内視鏡１００の接続部内に設けられたドライバ信号処理回路１１２においてＡＤ変換、信号増幅等の処理が行われた後、電子内視鏡用プロセッサ２００の前段信号処理回路２２０に入力される。なお、別の実施形態では、固体撮像素子１０８は、ＣＣＤイメージセンサに限らず、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサであってもよい。

ドライバ信号処理回路１１２において、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色の撮像信号が、輝度信号Ｙ及び色差信号Ｃｂ，Ｃｒからなる画像信号に変換され、更にデジタル信号に変換された後、電子内視鏡用プロセッサ２００の前段信号処理回路２２０に送られる。また、ドライバ信号処理回路１１２は、メモリ１１４にアクセスして電子内視鏡１００の固有情報を読み出す。メモリ１１４に記録される電子内視鏡１００の固有情報には、例えば固体撮像素子１０８の画素数や感度、対応可能なレート、型番等が含まれる。ドライバ信号処理回路１１２は、メモリ１１４から読み出した固有情報をシステムコントローラ２０２に出力する。

システムコントローラ２０２は、電子内視鏡１００の固有情報に基づいて各種演算を行い、制御信号を生成する。システムコントローラ２０２は、生成された制御信号を用いて、電子内視鏡用プロセッサ２００に接続中の電子スコープに適した処理がなされるように電子内視鏡用プロセッサ２００内の各種回路の動作やタイミングを制御する。

タイミングコントローラ２０４は、システムコントローラ２０２によるタイミング制御に従って、ドライバ信号処理回路１１２にクロックパルスＣＰを供給する。ドライバ信号処理回路１１２は、タイミングコントローラ２０４から供給されるクロックパルスＣＰに従って、固体撮像素子１０８を電子内視鏡用プロセッサ２００側で処理される映像のフレームレートに同期したタイミングで駆動制御する。

電子内視鏡用プロセッサ２００の前段信号処理回路２２０は、電子内視鏡１００のドライバ信号処理回路１１２から送られてくる画像信号に対して種々の画像処理を施す。前段信号処理回路２２０は、ドライバ信号処理回路１１２から送られてくる輝度信号Ｙ及び色差信号Ｃｂ，Ｃｒをそれぞれ増幅した後、内蔵するマトリクス回路（不図示）に送り、撮像に使用された照明光のスペクトル特性（直接的には、照明光のフィルタリングに使用された光学フィルタのスペクトル特性）に応じて、変換特性を決定するマトリクス係数の値を更新し、画像信号の色補正を行う。マトリクス回路は、入力される輝度信号Ｙ及び色差信号Ｃｂ，Ｃｒを３原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂに変換して出力する。マトリクス回路から出力されたＲ，Ｇ，Ｂの各画像信号は、それぞれ増幅されて適切な信号レベルに調整された後に、色毎に画像メモリ２３０に格納される。

後述のように、光源装置３００による通常光と特殊光の切り替えのタイミングは、撮像素子１０８における撮像期間（フレーム期間）の切り換えのタイミングと同期されている。従って、撮像素子１０８は、ある露光期間に白色光を受光して通常観察像の撮像信号を生成、出力した後に、続く露光期間に特殊光を受光して特殊光観察像の撮像信号を生成、出力し、これを繰り返すことで各観察像の撮像信号を交互に出力する。また、画像メモリ２３０は、通常観察の画像信号を記憶する通常観察画像用メモリと、特殊光観察の画像信号を記憶する特殊光観察画像用メモリを備えている。そして、画像メモリ２３０は、通常観察画像用メモリに書き込む際には特殊光観察画像用メモリへの書き込みを停止し、特殊光観察画像用メモリに書き込む際には通常観察画像用メモリへの書き込みを停止する。この画像メモリ２３０の動作モードの切り換えは、タイミングコントローラ２０４からのクロックパルスＣＰに同期して行われる。

また、前段信号処理回路２２０のマトリクス回路のマトリクス係数は、白色光と各特殊光のそれぞれに対応する係数が用意されており、各マトリクス係数はメモリ２２２に記憶されている。そして、タイミングコントローラ２０４からのクロックパルスＣＰに基づいて、照明光の切り替えのタイミングに合わせて、次に処理する画像信号の撮像に使用される照明光の種類（通常光又は特殊光の一つ）に対応するマトリクス係数がメモリ２２２から前段信号処理回路２２０に送られて、マトリクス回路に設定される。

タイミングコントローラ２０４からのクロックパルスＣＰに同期して画像メモリ２３０の通常観察画像用メモリ又は特殊光観察画像用メモリから読み出された画像信号は、後段信号処理回路２４０に送られる。後段信号処理回路２４０は、画像メモリ２３０から送られてきた通常観察及び特殊光観察の各画像信号と、システムコントローラ２０２から送られてきた観察条件等の情報に基づいてモニタ表示用画面データを生成する画面生成処理を行い、生成したモニタ表示用画面データを各種のデジタル又はアナログビデオ信号に変換する。画面生成処理においては、例えば、各観察画像を縮小及び結合して分割表示画面を生成する処理、一方の観察画像を縮小して他方の観察画像の一部に子画面として挿入する処理、各観察画像のうち一つを選択して選択した画像を全画面表示させる画面を生成する処理、又はタッチパネル２１８によって入力された術者名や患者名、観察日時、観察に使用した照明光の種別等の内視鏡観察に関する情報をスーパーインポーズする処理等が行われる。なお、上記の分割表示画面や子画面を生成する処理により、同一モニタ６００上に、通常観察像と特殊光観察像とを同時に表示するモニタ表示用画面データを生成することができる。通常光観察像と特殊光観察像とを一画面に表示することにより、術者は両観察像を同時に見ながら、患部の診断や識別を容易に行うことが可能になる。画面生成処理は、システムコントローラ２０２の制御に基づいて行われる。また、後段信号処理回路２４０は、複数のビデオ信号を同時に出力することができるように構成されており、例えば、通常観察像の全画面表示のビデオ信号と、特殊光観察像の全画面表示のビデオ信号とを別々のモニタ６００に出力して、各モニタ６００に同時に異なる観察像を表示させることもできる。

後段信号処理回路２４０が生成したビデオ信号は、モニタ６００に入力され、画面表示される。術者は、モニタ６００に表示される観察画像を確認しながら体腔内の部位の観察や治療を行う。

また、後段信号処理回路２４０は、異なる画面表示を行う複数のビデオ信号を同時に出力できるように構成されている。また、電子内視鏡用プロセッサ２００は、後段信号処理回路２４０が出力する複数のビデオ信号に対応した複数のビデオ出力端子（不図示）を備えており、複数のモニタ６００を接続して、各モニタ６００に異なる画面を表示させることができるように構成されている。例えば、後段信号処理回路２４０は、通常観察像を全画面表示させるビデオ信号と、特殊光観察像を全画面表示させるビデオ信号とを同時に生成し、別のモニタ６００に出力して、通常観察像と特殊光観察像を同時に表示させることができる。

次に、本発明の第１実施形態に係る光源装置３００の詳細を説明する。図２及び図３は、光源装置３００の概略構成を示す図である。図中の破線は照明光Ｌの経路Ｐを示す。上述のように、光源装置３００は、白色光と特殊光とを交互に出射するように構成されている。図２には白色光を出射する時の照明光の経路が示されており、図３には特殊光を出射する時の照明光の経路が示されている。図２及び図３に示されるように、照明光は、それぞれ光源装置３００の内部において、通常観察時と特殊光観察時とで異なる経路Ｐ１（図２）とＰ２（図３）を通るように構成されている。

光源装置３００の光学系は、ランプ３１０、調光装置３２１、３２２、偏向ミラー３３３、３３４、ビームスプリッタ３４０、光センサ３５０、集光レンズ３６０、回転ミラー装置４００及び回転フィルタ装置５００を備えている。また、光源装置３００は、モータ制御部３７０、ランプ制御部３８０及び調光制御部３９０を備えている。

ランプ３１０は、白色光束であるランプ光Ｌを放射する高輝度ランプであり、例えば、キセノンランプ、ハロゲンランプ、水銀ランプ及びメタルハライドランプがランプ３１０として使用される。ランプ３１０は、ランプ制御部３８０から駆動電力の供給を受けることでランプ光Ｌを放射する。ランプ制御部３８０は、ランプ３１０に供給する駆動電力の大きさを制御することにより、ランプ３１０が放射するランプ光Ｌの光量を段階的に（例えば５段階で）調整することができる。

調光装置３２１及び３２２は、それぞれ通常観察及び特殊光観察において適正露出が得られるように、回転ミラー４２０によってランプ光Ｌから切り出されるランプ光Ｌ１及びＬ２の光量をそれぞれ可変的に減光する装置であり、本実施形態ではモータ駆動の絞り羽根機構が使用されている。調光装置３２１、３２２の動作は、調光制御部３９０によって制御される。

ランプ制御部３８０及び調光制御部３９０には、光センサ３５０が接続されており、ランプ制御部３８０及び調光制御部３９０は、光センサ３５０が検出するランプ光Ｌの光量に基づいて、それぞれランプ３１０の発光光量及び調光装置３２１、３２２の減光量を制御する。なお、調光装置３２１及び３２２による調光は、ランプ光Ｌ１及びＬ２の光量が、それぞれ個別に設定された目標値となるように行われる。また、ランプ制御部３８０及び調光制御部３９０は、いずれもランプ光Ｌの光量を制御するものであるが、ランプ制御部３８０は、ランプの劣化に伴う長期的且つ大レンジの光量変化を補正し、調光制御部３９０は、例えば光源装置内の温度変動に伴う短期的且つ小レンジの光量変化を補正する。本実施形態のランプ制御部３８０は、ランプ３１０の光量（駆動電力）を３段階に切り換え可能になっており、各調光装置３２１、３２２によって調整可能なレンジを超えてランプ光Ｌの光量が変動したときに、ランプ３１０の光量のレンジを１段階上げる（又は下げる）ように構成されている。

回転ミラー装置４００は、撮像のタイミングと同期して、周期的にランプ光Ｌの経路を切り換える偏向ミラーである。回転ミラー装置４００は、回転ミラー４２０、モータ４４０及びフォトインタラプタ４６０を備えている。図４に回転ミラー４２０の正面図を示す。回転ミラー４２０は、半面（図４における左上部分）に窓４２２が設けられ、残りの半面（図４における右下部分）にミラー４２４が取り付けられた円盤状の部材である。回転ミラー４２０の中心に設けられた貫通孔には、モータ４４０の駆動軸５４２が差し込まれて固定されており、回転ミラー４２０はモータ４４０の駆動軸４４２と一体に回転する。

回転ミラー４２０の外周部には、回転ミラー４２０の回転の基準位置を示す貫通孔４２６が形成されている。また、コの字状のフォトインタラプタ４６０が、回転ミラー４２０の外周部の一部を凹部内に収容するように配置されている。回転ミラー４２０が回転して、孔４２６がフォトインタラプタ４６０内に移動すると、フォトインタラプタ４６０のセンサ光が貫通孔４２６を通過するため、フォトインタラプタ４６０は貫通孔４２６を検出して基準位置検出信号を出力する。これにより、回転ミラー４２０の回転位置（位相）が検出される。フォトインタラプタ４６０は図示しない通信線によりモータ制御部３７０に接続されており、フォトインタラプタ４６０が出力した基準位置検出信号はモータ制御部３７０へ送られる。

貫通孔４２６は、回転ミラー４２０のミラー４２４が設けられた半面（図４における右下部分）と、窓４２２が形成された半面（図４における左上部分）との境界部に配置されている。また、光源装置３００には、電子内視鏡用プロセッサ２００のタイミングコントローラ２０４からクロックパルスＣＰが供給される。回転ミラー４２０の回転が撮像と完全に同期していれば、タイミングコントローラ２０４のクロックパルスＣＰとフォトインタラプタ４６０の基準位置検出信号が同時に出力されるようになっている。モータ制御部３７０は、クロックパルスＣＰと基準位置検出信号の受信に時間差があった場合は、この時間差が解消するように、モータ４４０の回転の位相を調整する。これにより、回転ミラー４２０が撮像の周期と同期して回転駆動される。

回転ミラー装置４００は、ランプ光Ｌが４５°の入射角で回転ミラー４２０に入射するように、ランプ３１０の光軸上に配置される。ランプ光Ｌは、回転ミラー４２０の窓４２２又はミラー４２４が設けられた領域に入射する。回転ミラー４２０が一定速度で回転すると、ランプ光Ｌは窓４２２とミラー４２４に一定周期で交互に入射する。具体的には、通常観察の撮像期間においては、ランプ光Ｌは窓４２２に入射し、回転ミラー装置４００を通過して、図２に示す第１経路Ｐ１を通ってビームスプリッタ３４０に入射するランプ光Ｌ１となる。なお、第１経路Ｐ１上には調光装置３２１が配置されており、第１経路Ｐ１を通るランプ光Ｌ１が調光装置３２１によって調光される。

また、特殊光観察の撮像期間においては、ランプ光Ｌはミラー４２４に入射する。すなわち、ランプ光Ｌは、回転ミラー装置４００によって反射されて、経路が９０°折り曲げられ、更に偏向ミラー３３３及び３３４によって続けてコの字状に折り曲げられた第２経路Ｐ２（図３）を通り、ビームスプリッタ３４０に入射する。なお、第２経路Ｐ２上には調光装置３２２が配置されており、第２経路Ｐ２を通るランプ光Ｌ２が調光装置３２２によって調光される。

なお、以上の説明から分かるように、回転ミラー装置４００は、ブレードにミラーが設けられ、互いに逆位相のパルス波である透過チョップ光と反射チョップ光を生成する一種のオプティカルチョッパーである。

第１経路Ｐ１を進んだランプ光Ｌ１と、第２経路Ｐ２を進んだランプ光Ｌ２は、調光装置３２１、３２２によってそれぞれ調光された後、ビームスプリッタ３４０によって２つの光束に再結合される。ランプ光Ｌ１及びＬ２がビームスプリッタ３４０により再結合して得られた光束の一方は、ランプ光Ｌ１の透過光とランプ光Ｌ２の反射光が結合した再結合光Ｌ３であり、他方は、ランプ光Ｌ１の反射光とランプ光Ｌ２の透過光が結合した再結合光Ｌ４である。なお、本実施形態におけるビームスプリッタ３４０は、反射率及び透過率がそれぞれ５０％のハーフミラーである。

再結合光Ｌ３は、回転フィルタ装置５００により撮像のタイミングと同期したフィルタリングが行われた後、集光レンズ３６０により集光されて入射端からＬＣＢ１０２に導入される。

回転フィルタ装置５００は、スペクトルの異なる２種類の照明光（白色光と特殊光）を、撮像のタイミングと同期して交互に出射するように構成されている。撮像と同期して動作する回転フィルタ装置５００を使用することにより、例えば１フレーム毎に撮像に使用する照明光を白色光と特殊光とで切り換えて、通常観察の撮像と特殊光観察の撮像とを交互に行うことが可能になる。

回転フィルタ装置５００は、回転フィルタ５２０と、回転フィルタ５２０を回転駆動するモータ５４０と、回転板５２１の回転位置を検出するフォトインタラプタ５６０を備えている。図５は、回転フィルタ５２０の正面図である。回転フィルタ５２０の中心に設けられた貫通孔にはモータ５４０の駆動軸５４２が差し込まれて固定されており、回転板５２１はモータ５４０の駆動軸５４２と一体に回転する。モータ５４０には、高精度の回転角制御が可能なステッピングモータが使用される。

回転フィルタ５２０は、略円盤状の基板である回転板５２１と、回転板５２１に取り付けられたフィルタ５２４ａ〜ｃを備えている。また、回転板５２１には、複数のスリット５２２ａ〜ｃ、５２３ａ〜ｃ及び貫通孔５２１ａが形成されている。スリット５２２ａ〜ｃ及び５２３ａ〜ｃは、其々回転板５２１の回転軸（モータ５４０の駆動軸５４２）を中心とする同心円上に形成された円弧帯状の開口である。スリット５２２ａと５２３ａ、５２２ｂと５２３ｂ及び５２２ｃと５２３ｃは、それぞれ同一円周上に形成されて、一対のスリット対を構成する。回転板５２１は、各スリット対が形成された何れかの円周上にランプ光Ｌ３が垂直入射するように配置され、回転板５２１が一定の速度で回転すると、この円周上に形成されたスリット対にランプ光Ｌ３が交互に周期的に入射する。各スリット対のうち、回転板５２１の半面（図５における右下の半面）に形成されたスリット５２３ａ〜ｃにはフィルタ５２４ａ〜ｃがそれぞれ嵌め込まれており、残りの反面（図５における左上の半面）に形成されたスリット５２２ａ〜ｃにはフィルタが設けられていない。

フィルタ５２４ａ〜ｃは、それぞれ異なる分光スペクトルを有する光を選択的に透過させるフィルタであり、スリット５２３ａ〜ｃに隙間無く嵌め込まれ、接着剤等で回転板５２１に固定されている。フィルタ５２４ａ〜ｃとしては、例えば、蛍光観察の励起光として有効な波長４００〜５００ｎｍ付近の紫外域、血中モグロビンの吸収域であり血管観察に有効な波長４１５ｎｍ又は５４０ｎｍ近傍の狭帯域、被写体の深層部観察に有効な波長６５０ｎｍ近傍の狭帯域等の特定の波長域を選択的に透過させる吸収型や反射型の各種光学フィルタが使用される。また、複数の離散的な透過域を有する複峰性のフィルタを使用することもできる。

ランプ光Ｌ３がフィルタ５２４ａ〜ｃで覆われたスリット５２３ａ〜ｃに入射している間は、ランプ光Ｌ３に含まれる波長成分のうち、特定の波長域の光（すなわり特殊光）のみがフィルタ５２４ａ〜ｃ及びスリット５２３ａ〜ｃを介して回転フィルタ５２０を通過し、照明光としてＬＣＢ１０２に供給されて、特殊光観察が行われる。また、ランプ光Ｌ３がフィルタで覆われていないスリット５２２ａ〜ｃに入射している間は、フィルタを介さずに白色光が照明光としてＬＣＢ１０２に供給されて、通常観察が行われる。

また、図５に示すように、フィルタが設けられていないスリット５２２ａ〜ｃは、ランプ光Ｌ３のビーム幅よりも狭いスリット幅を有しており、ランプ光Ｌ３の光量を減少させる減光フィルタとして機能する。分光フィルタの透過損失により、フィルタ５２４ａ〜ｃを透過して生成される特殊光の光量は、フィルタを透過する前の白色光の光量よりも格段に低い。その為、スリット５２２ａ〜ｃにより白色光を減光することにより、回転フィルタ装置５００を通過した白色光と特殊光の光量差が少なくなるよう、白色光の光量を静的に粗調整している。また、通常観察時の光路Ｐ１と特殊光観察時の光路Ｐ２にそれぞれ配置された調光装置３２１と３２２とによって、各照明光の光量がそれぞれ個別に設定された目標値となるように、各照明光の光量の動的な微調整が行われる。スリット５２２ａ〜ｃのスリット幅は、調光装置３２１、３２２による調光を行わない場合（すなわち絞りを全開にした場合）でも、スリット５２２ａ〜ｃを通過した通常光と、スリット５２３ａ〜ｃ及びフィルタ５２４ａ〜ｃを通過した特殊光との光量差が一定範囲内に収まるように設定されている。なお、スリット５２３ａ〜ｃの幅は、ランプ光Ｌ３のビーム幅よりも広く形成されており、特殊光がスリット５２３ａ〜ｃの通過により損失を受けないようになっている。

また、回転板５２１の外周部には、回転板５２１の回転の基準位置を示す貫通孔５２１ａが形成されている。また、コの字状のフォトインタラプタ５６０が、回転フィルタ５２０の外周部の一部を凹部内に収容するように配置されている。回転フィルタ５２０が回転して、貫通孔５２１ａがフォトインタラプタ５６０内に移動すると、フォトインタラプタ５６０のセンサ光が貫通孔５２１ａを通過するため、フォトインタラプタ５６０は貫通孔５２１ａを検出して基準位置検出信号を出力する。これにより、回転フィルタ５の回転位置（位相）が検出される。フォトインタラプタ５６０は図示しない通信線によりモータ制御部３７０に接続されており、フォトインタラプタ５６０が出力した検出信号はモータ制御部３７０へ送られる。

貫通孔５２１ａは、回転板５２１のスリット５２３ａ〜ｃが形成された半面（図５における右下部分）と、スリット５２２ａ〜ｃが形成された半面（図５における左上部分）との境界部に配置されている。すなわち、回転板５２１の回転が撮像と完全に同期していれば、タイミングコントローラ２０４のクロックパルスＣＰとフォトインタラプタ５６０の基準位置検出信号が同時に出力されるようになっている。モータ制御部３７０は、クロックパルスＣＰと基準位置検出信号の受信に時間差があった場合は、この時間差が解消するように、モータ５４０の回転の位相を調整する。これにより、回転フィルタ５２０が撮像の周期と同期して回転駆動される。

また、光源装置３００は、ランプ光Ｌ３が入射する回転フィルタ５２０のスリット対を切り替えることで、出射する特殊光の種類（波長域）を変更可能に構成されている。回転フィルタ５２０は、図示しないリニアアクチュエータに取り付けられており、ランプ光Ｌ３の経路と垂直な方向（図２におけるの矢印Ａの方向）に移動可能に構成されている。術者が、タッチパネル２１８や電子内視鏡１００の操作部に設けられた操作ボタン（不図示）などを用いて、特殊光の種類（波長域）を変更する操作を行うと、この操作に基づいてシステムコントローラ２０２が光源装置３００を制御して、回転フィルタ５２０をランプ光Ｌ３の経路と垂直な方向（すなわち、回転板５２１の半径方向）に移動させて、ランプ光Ｌ３が入射するスリット対が切り換えられる。これにより、回転フィルタ装置５００を通過して電子内視鏡１００に供給される特殊光の種類が切り換えられる。

次に、光源装置３００の動作のタイミングについて説明する。図６は、光源装置３００の動作のタイミングを説明するタイミングチャートである。（ａ）はクロックパルスＣＰが発生するタイミングを示すチャートである。（ｂ）は回転ミラー４２０の窓４２２を通過してランプ光Ｌ１が発生するタイミングを示すチャートである。（ｃ）は回転ミラー４２０のミラー４２４により反射されてランプ光Ｌ２が発生するタイミングを示すチャートである。（ｄ）は照明光（回転フィルタ装置５００を通過したランプ光Ｌ３）の時間変化を示すチャートである。（ｅ）はランプ光Ｌ３が通過するフィルタの種類（Ｆ１：スリット（減光フィルタ）５２２ａ〜ｃ、Ｆ２：フィルタ５２４ａ〜ｃ）を示すチャートである。（ｆ）は撮像のタイミングを示すチャートである。（ｇ）は時刻を示す。

図６（ａ）に示すように、タイミングコントローラ２０４は、周期的に（Δｔミリ秒間隔で）時刻ｔ１〜ｔ５においてクロックパルスＣＰを発生する。図６（ｆ）に示すように、このクロックパルスＣＰによって、１フレームの撮像期間であるフレーム期間Ｔ１〜Ｔ４（すなわち撮像のタイミング）が定義されている。

また、上述のようにモータ制御部３７０がクロックパルスＣＰに同期して回転ミラー４００の回転を制御している為、図６（ｂ）、（ｃ）に示すように、ランプ光Ｌ１及びＬ２が発生する期間の切り替わるタイミングもクロックパルスＣＰの発生時刻と一致している。ランプ光Ｌ１とランプ光Ｌ２は互いに逆位相のパルス状に発生し、奇数次のフレーム期間Ｔ１（時刻ｔ１〜ｔ２）及びフレーム期間Ｔ３（時刻ｔ３〜ｔ４）においてランプ光Ｌ１が発生し、偶数次のフレーム期間Ｔ２（時刻ｔ２〜ｔ３）及びフレーム期間Ｔ４（時刻ｔ４〜ｔ５）においてランプ光Ｌ２が発生する。

図６（ｄ）に示すように、ランプ光Ｌ１とランプ光Ｌ２がビームスプリッタ３４０によって再結合されたランプ光Ｌ３は、経路Ｐ１を通ってビームスプリッタ３４０に入射するランプ光Ｌ１と、経路Ｐ３を通ってビームスプリッタ３４０に入射するランプ光Ｌ２とを、クロックパルスＣＰのタイミングで交互に切り替えた構成を有している。なお、図６（ｄ）は、調光装置３２１によるランプ光Ｌ１の調光の目標値と、調光装置３２２によるランプ光Ｌ２の調光の目標値が同じ値に設定された（すなわちランプ光Ｌ３の光量が常に一定となる）場合のチャートであるが、電子内視鏡１００の光学特性（例えば固体撮像素子１０８の感度）や被写体の反射率のスペクトル特性に応じて、ランプ光Ｌ１とランプ光Ｌ２の光量の目標値を異なる値に設定してもよい。

また、図６（ｅ）に示すように、奇数次のフレーム期間Ｔ１、Ｔ３においては、回転フィルタ５２０のスリット５２２ａ〜ｃ（減光フィルタ）にランプ光Ｌ３が入射する。すなわち、奇数次のフレーム期間Ｔ１、Ｔ３において発生したランプ光Ｌ１は、減光フィルタによって減光されて、通常観察用の白色光として出射する。また、偶数次のフレーム期間Ｔ２、Ｔ４において発生したランプ光Ｌ２は、分光フィルタ５２４ａ〜ｃによってフィルタ処理されて、特殊光として出射する。従って、奇数次のフレーム期間Ｔ１、Ｔ３においては通常観察が行われ、偶数次のフレーム期間Ｔ２、Ｔ４においては特殊光観察が行われる。

また、通常観察用の白色光が切り出されるランプ光Ｌ１と、特殊光が切り出されるランプ光Ｌ２は、それぞれ別個の調光装置３２１と調光装置３２２によって調光されるため、通常観察及び特殊光観察の両方に対して適正露光を実現することが可能になる。

以上が本発明の第１実施形態の説明である。上述の第１実施形態は、１つのランプ３１０が放射するランプ光Ｌ（白色光）を、回転ミラー装置４００により分割して逆位相のパルス列からなる２つのランプ光Ｌ１、Ｌ２を生成する構成を有しているが、本発明は上記の構成に限定されず、例えば２つのランプから、逆位相のパルス列からなる２つのランプ光Ｌ１、Ｌ２を生成する構成も本発明に含まれる。以下に説明する本発明の第２実施形態は、このように２つのランプを使用して逆位相のパルス列からなる２つのランプ光を生成する構成例である。

（第２実施形態）
次に本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態は、光源装置３００の一部の構成のみが上述の第１実施形態と異なるものである。以下の説明においては、第１実施形態と共通の構成要素に対しては同一の符号を使用して、詳細な説明を省略する。図７は、本発明の第２実施形態の光源装置３００’の概略構成を示すブロック図である。

光源装置３００’は、２つのランプ３１１、３１２を備えている。本実施形態においては、ランプ３１１は第１実施形態のランプ３００と同じ高輝度ランプが使用される。しかしながら、本実施形態においては、ランプ３１１が放射する白色光Ｌ１’は通常観察にのみ使用される為、白色光Ｌ１’の波長成分に特殊光が含まれていなくてもよい。従って、例えば白色ＬＥＤランプのような、不均一な発光スペクトルを有する所謂擬似的な白色光源もランプ３１１として使用することができる。また、ランプ３１２も、特殊光のみを発行する光源（例えば紫外ＬＥＤランプ等）を適用することができる。また、複数の特殊光を切り換えて使用する場合には、例えば、各特殊光を放射する複数種類のランプ３１２を設けて、各ランプ３１２の光束をビームスプリッタ等で合波したものをランプ光Ｌ２’として使用することができる。

ランプ３１１とランプ３１２は、互いに光軸を平行にして配置される。また、回転ミラー４２０’は、ランプ３１１、３１２の光軸と略垂直に（反射光がランプ３１１、３１２に戻らないように僅かに傾斜させて）配置される。図７に示すように、ランプ光Ｌ１’及びＬ２’は、回転ミラー４２０’の同一直径上の、回転軸（モータ４４０の駆動軸４４２）を挟んで互いに反対側の位置において、回転ミラー４２０’に入射する。従って、回転ミラー４２０’を通過したランプ光Ｌ１’とＬ２’の光量変化の波形は、互いに逆位相のパルス波となる。なお、本実施形態においては、回転ミラー４２０’を通過したランプ光Ｌ１’、Ｌ２’のみが照明光の生成に使用され、回転ミラー４２０’の反射光は使用されない。また、本実施形態の回転ミラー４２０’は、第１実施形態の回転ミラー４２０と同じものであるが、反射光は使用されない為、ミラー４２４の替わりに単なる遮蔽板（例えば黒アルマイト処理したアルミ板）や拡散板を設けたオプティカルチョッパーを使用することもできる。

回転ミラー４２０’を通過した後、ランプ光Ｌ１’は、調光装置３２１を介してビームスプリッタ３４０に入射する。また、ランプ光Ｌ２’は、偏向ミラー３３４により経路Ｒ２’が直角に曲げられた後、調光装置３２２を介してビームスプリッタ３４０に入射する。なお、本実施形態においては、調光装置３２１（３２２）がビームスプリッタ３４０の直前に配置されているが、調光装置３２１（３２２）はランプ光Ｌ１’（Ｌ２’）の光路上の任意の位置に配置することができる。以降は、第１実施形態と同様に、ビームスプリッタ３４０によりランプ光Ｌ１’及びＬ２’からランプ光Ｌ３及びＬ４が生成し、光束Ｌ３が回転フィルタ装置５００により撮像と同期したフィルタ処理を受けた後、集光レンズ３６０により集光されて、照明光としてＬＣＢ１０２に導入される。

以上の構成により、第１実施形態と同様に、通常観察に使用される白色光と、特殊光観察に使用される特殊光が、調光装置３２１及び３２２によってそれぞれ独立に調光される為、通常観察の撮像と特殊光観察の撮像を共に適正露出で行うことができる。

以上が、本実施形態の説明であるが、本発明は、本実施形態の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載によって表現された技術的思想の範囲内で様々な変形が可能である。

上記の実施形態においては、通常観察用の白色光の経路上には分光フィルタが設けられていないが、白色光のみが通る経路Ｐ１又はＰ１’上に、通常観察に使用しない波長域の紫外光や赤外光をカットする光フィルタを設けてもよい。これにより、特殊光フィルタの劣化を抑制することができる。また、経路Ｐ１又はＰ１’上に光源の可視域の波長スペクトルを平坦化する平坦化フィルタを設けてもよい。

また、上記の実施形態では、各撮像期間中にＬＣＢ１０２に供給される白色光の光量と特殊光の光量が同程度になるように調光装置３２１、３２２による調光が制御される構成となっているが、白色光と特殊光とでは撮像素子の感度や被写体の反射率が異なる場合があり、これらの影響を補正した実効的な光量が同程度になるように（すなわち、得られる撮像信号の振幅が同程度になるように）調光を制御する構成としてもよい。

また、上記実施形態においては、通常観察と特殊光観察を１フレーム毎に交互に行うように構成されているが、２つの異なる波長域の照明光を使用した特殊光観察を交互に行う構成としてもよい。この場合、回転フィルタ５２０のスリット５２２ａ〜ｃには、フィルタ５２４ａ〜ｃとは透過波長域の異なる光学フィルタが設けられる。

また、上記実施形態においては、１回の撮像期間（１フレーム期間）に回転ミラー４２０（回転フィルタ５２０）が１／２回転するように構成されており、これに対応して、回転ミラー４２０（回転フィルタ５２０）の平面領域が円周方向に２分割され、各分割領域内に各撮像に対応する窓４２２（スリット５２２ａ〜ｃ）及びミラー４２４（スリット５２３ａ〜ｃ）が設けられているが、回転板５２１の平面領域を３分割以上の複数分割（ｎ分割）した分割領域内に対応する窓又はミラー（フィルタ）を配置し、１回の撮像期間に回転ミラー４２０（回転フィルタ５２０）が１／ｎ回転する構成としてもよい。この場合は、３種類以上の観察（例えば、通常観察と、５４０ｎｍの波長域を使用した血管観察と、６５０ｎｍの波長域を使用した深層部観察）を同時に行うことができる。また、回転ミラー４２０（回転フィルタ５２０）の回転の１周期が、偶数回撮像が行われる期間となるように構成される場合には、例えば、窓（フィルタを設けたスリット）とミラー（フィルタを設けないスリット）とを円周方向に交互に配列した構成としてもよい。

また、上記実施形態においては、１フレーム毎に照明光を切り換えて撮像する構成が採用されているが、１フィールド毎に照明光を切り換えて撮像する構成としてもよい。

また、上記の実施形態は、内視鏡の先端部に撮像素子を備えた電子内視鏡装置に本発明を適用した例であるが、内視鏡の基端部（プロセッサ側の端部）に撮像機構を設けた別の方式の内視鏡装置（例えばアイピース部にビデオカメラを取り付けたファイバスコープ等）にも本発明を適用することができる。

また、上記の実施形態は、プロセッサ内に光源装置を内蔵した構成のものであるが、プロセッサと光源装置とを分離した構成も本発明の範囲に含まれる。この場合、プロセッサと光源装置との間でタイミング信号を送受信する為の有線又は無線の通信手段が設けられる。

また、本実施形態においては、Ｒ、Ｇ、Ｂのベイヤ配列カラーフィルタ１０８ｂを有する固体撮像素子１０８が使用されているが、補色系のＣｙ（シアン）、Ｍｇ（マゼンタ）、Ｙｅ（イエロー）、Ｇ（グリーン）のフィルタを有した固体撮像素子を使用した構成とすることもできる。

１ 電子内視鏡装置
１００ 電子内視鏡
３００ 光源装置
４００ 回転ミラー装置
５００ 回転フィルタ装置
６００ モニタ

Claims (10)

1. 少なくとも一つの一定光量の光束から、互いに異なる光路を通り、位相の異なるパルス状の第１及び第２のパルス波光束を生成するパルス波光束生成手段と、
   前記第１及び第２のパルス波光束のそれぞれを個別に設定された光量に調光する、前記異なる光路上にそれぞれ配置された第１及び第２の調光手段と、
   前記第１及び第２のパルス波光束を結合して結合光束を生成する光束結合手段と、
   同期信号を取得する同期信号取得手段と、
   を備え、
   前記パルス波光束生成手段は、前記同期信号に同期して前記第１及び第２のパルス波光束を生成することを特徴とする光源装置。
2. 前記同期信号に同期して周期的にフィルタ特性が変化する可変フィルタを更に備え、
   前記可変フィルタは、結合された前記第１及び第２のパルス波光束に対して個別のフィルタ処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記可変フィルタが、
   円周方向に配列された第１及び第２の開口領域を有する回転板と、
   前記第１及び第２の開口領域の少なくとも一つに設けられたフィルタ素子と、
   を備えた回転フィルタであることを特徴とする請求項２に記載の光源装置。
4. 前記パルス波光束生成手段が、開口部と非開口部が円周方向に周期的に配列された回転盤を備えたオプティカルチョッパーであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の光源装置。
5. 前記パルス波光束生成手段が、前記非開口部にミラーが設けられ、互いに逆位相の透過チョップ光と反射チョップ光を生成するオプティカルチョッパーであることを特徴とする請求項４に記載の光源装置。
6. それぞれ前記一定光量の光束を放射する２つの光源を備え、
   前記パルス波光束生成手段が、前記２つの光源の光束の一方が前記回転盤の開口部に入射しているときに、他方が前記回転盤の非開口部に入射するように配置された
   ことを特徴とする請求項４に記載の光源装置。
7. 前記パルス波光束生成手段により２つのパルス波光束が生成され、
   前記光束結合手段がビームスプリッタであり、
   ２つのパルス波光束が互いに直交する方向から前記ビームスプリッタに入射し、前記２つのパルス波光束の透過方向にそれぞれ２つの前記結合光束が出射するように構成され、
   前記２つの結合光束の一方の光量を検出する光センサを更に備え、
   前記第１及び第２の調光手段は、前記光センサの信号における、それぞれが調光する前記パルス波光束と同位相の光量に基づいて該パルス波光束を調光する
   ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の光源装置。
8. 前記第１のパルス波光束は通常観察用の白色光であり、前記第２のパルス波光束は特殊光であることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の光源装置。
9. 複数の照明光のそれぞれを使用した観察を同時に行う電子内視鏡装置であって、
   同期信号を発生する同期信号発生手段と、
   前記同期信号に同期して、前記第１及び第２の照明光を周期的に順次切り替えて出射する請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の光源装置と、
   前記同期信号に同期して撮像して撮像信号を生成する撮像手段と、
   各照明光の出射中に撮像された前記撮像信号に基づいて各照明光の照射下での観察像を表示するための映像信号を生成する画像処理手段と、
   を備えたことを特徴とする電子内視鏡装置。
10. ブレードにミラーが設けられ、互いに逆位相の透過チョップ光と反射チョップ光を生成することを特徴とするオプティカルチョッパー。

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