JP2013248149A - 電子内視鏡の撮像素子制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スコープの径を大きくすることなく、スコープの先端に設けられた撮像素子に対して信号処理を行う。
【解決手段】スコープに設けられたライトガイドは光源からの照明光をスコープの先端まで導く。撮像素子はスコープの先端に設けられ、照明光が照射された被写体からの反射光を検出して被写体像の画像信号を生成する。撮像素子制御部はスコープの先端に設けられ、画像信号に対して信号処理を施す。光源はライトガイドにより導かれる照明光を、信号処理のための指令信号として撮像素子制御部に出力する。指令信号はＶＤ信号から照明光を瞬間的にオフする動作Ｂ、Ｃまでの時間である。
【選択図】図３

Description

本発明は電子内視鏡に関し、より詳しくはスコープの先端に設けられる撮像素子を制御する装置に関する。

電子内視鏡のスコープの先端に設けられる撮像素子として、特許文献１には、ＣＭＯＳを採用することが開示されている。ＣＭＯＳはＣＣＤとは異なり、ＣＭＯＳの回路基板に電子回路を組み込むことができ、例えば各画素信号に増幅率を乗じて出力すること等、種々の処理を画素信号に施すことができる。

特開２０１０−２１３９９３号公報

しかし、ＣＭＯＳにおいて生じた画素信号に処理を施そうとする場合、スコープが接続されたプロセッサにおいて、その信号処理に関する指令信号をＣＭＯＳに伝送する必要がある。そのためにプロセッサからスコープの先端まで延びる信号線を設けなければならず、これによりスコープの径が大きくなるという問題が発生する。

本発明の目的は、スコープの径を大きくすることなく、スコープの先端に設けられた撮像素子に対して信号処理を行うことができる電子内視鏡の撮像素子制御装置を提供することである。

本発明に係る電子内視鏡の撮像素子制御装置は、プロセッサに設けられ、照明光を出力する光源と、プロセッサに接続されるスコープに設けられ、照明光をスコープの先端まで導くライトガイドと、スコープの先端に設けられ、照明光が照射された被写体からの反射光を検出して被写体像の画像信号を生成する撮像素子と、スコープに設けられ、画像信号に対して信号処理を施すための撮像素子制御部とを備え、光源は、ライトガイドにより導かれる照明光を、信号処理のための指令信号として撮像素子制御部に出力することを特徴としている。

指令信号は例えば、照明光を瞬間的にオフする動作であり、より具体的には、撮像素子に対して出力される基準信号から照明光がオフされるときまでの時間である。また基準信号は垂直同期信号であることが好ましい。

照明光がオフされる時間は被写体像の検出に影響がない程度の長さであることが好ましい。撮像素子は例えばＣＭＯＳである。

指令信号に基づいて、例えば信号処理の種類を指令するコマンドと、信号処理に関する値の大きさを示すパラメータとが決定される。

本発明によればライトガイドを用いて信号処理のための指令信号を伝送するので、スコープの径を大きくすることなく、スコープの先端に設けられた撮像素子に対して信号処理を行うことができる電子内視鏡の撮像素子制御装置を得ることができる。

本発明の一実施形態を適用した電子内視鏡の電気的構成を示すブロック図である。 挿入管の先端部の構成を概念的に示す図である。 照明光を用いて指令信号を出力する動作を示すタイミングチャートである。 プロセッサにおいて指令信号を出力する動作のフローチャートである。 スコープにおいて指令信号を認識する動作のフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態を図面を参照して説明する。
図１に概略的に示されるように電子内視鏡はスコープ１０とプロセッサ３０を有する。スコープ１０とプロセッサ３０は電気的および機械的に接続される。スコープ１０の挿入管１１は体内に挿入される部分で、実際には細長く形成され可撓性を有する。

スコープ１０の挿入管１１の先端部には、体内の観察対象である被写体の画像を検出するための撮像素子１２が設けられる。撮像素子１２は照明光が照射された被写体からの反射光を検出して被写体像の画像信号を生成する。撮像素子１２はＣＭＯＳであり、これに隣接して設けられた集積回路である先端制御部（撮像素子制御部）１３によって電気的に制御される。先端制御部１３はプロセッサ３０の電源３１から電力を供給され、ＶＤ（垂直同期）信号等の先端制御信号に基づいて撮像素子１２の動作を制御する。ＶＤ信号はプロセッサ３０の撮像素子駆動部３２から出力され、バッファ１４を介して入力される。先端制御部１３は撮像素子１２によって生成された画像信号に対して信号処理を施し、バッファ１５を介してプロセッサ３０の画像信号処理部３３に伝送する。

このような電気的制御に加えて、先端制御部１３はライトガイド２０を介して伝送される照明光のオンオフ動作により制御される。そこで挿入管１１の先端部には、照明光のオンオフを先端制御部１３に伝達するために受光部１６が設けられる。ライトガイド２０は本来、プロセッサ３０に設けられた光源３４から出力される照明光をスコープ１０の先端部まで導いて被写体を照明するものであるが、本実施形態では、照明光を瞬間的にオフする動作により、それが指令信号として先端制御部１３に入力される。この指令信号は、撮像素子１２から出力される画像信号に対して施される信号処理に用いられる。すなわち先端制御部１３では、指令信号に基づいて、画像信号に乗じられるゲイン等の種々のパラメータが設定される。メモリ１７には、照明光のオフ動作に基づいてパラメータを設定するためにテーブルが格納される。この照明光によるパラメータの設定については後に詳述する。

プロセッサ３０に設けられる制御部３５はマイコンであり、キーボード３６を介して種々のコマンドを入力され、電子内視鏡の各部の制御を行う。すなわち制御部３５は、電源３１をオンオフするとともに、撮像素子駆動部３２を制御して撮像素子１２の撮像動作を制御する。画像信号処理部３３はスコープ１０から出力された画像信号に対して所定の画像処理を施し、モニタ３７に出力する。電源３１、撮像素子駆動部３２、画像信号処理部３３は絶縁回路３８を介してスコープ１０に接続される。

またプロセッサ３０には、光源３４のオンオフ動作を制御するために光源制御部４０が設けられる。光源３４は被写体に対する照明光を出射する通常の機能に加えて、上述したようにスコープ１０の先端制御部１３に対して出力される光学的な指令信号を出力する機能を有する。この指令信号を生成するための情報を格納するメモリ４１が制御部３５に設けられる。光源制御部４０は、制御部３５から出力される光源タイミング信号に基づいて動作し、光源３４による照明光の出力動作を制御する。

図２は挿入管１１の先端部の構成を概念的に示している。撮像素子１２の前方（図の上方）には対物光学系２１が設けられ、対物光学系２１と撮像素子１２とライトガイド２０は取付部材２２を介して挿入管１１の先端部に取付けられる。受光部１６は、ライトガイド２０の側面から漏れた光を検知するように構成され、この漏れ光は先端制御部１３に対する指令信号である。すなわち受光部１６は、検知した光に応じて先端制御部１３に電気信号を出力し、先端制御部１３では、この電気信号に基づいて画像信号に信号処理を施す。

図３を参照して、照明光を用いて撮像素子１２に指令信号を出力する動作を説明する。
電子内視鏡の動作時、光源３４は照明光を連続的に出力しており、照明光はライトガイド２０を介して被写体に照射される。ＶＤ（垂直同期）信号は撮像素子駆動部３２から１／６０秒の一定間隔で出力される。ＶＤ信号に同期して、撮像素子１２ではグローバルリセットが実行されて不要電荷が吐き出され、露光による信号電荷の蓄積が始まる（符号Ａ）。このような動作が繰り返し実行されて１／６０秒毎に撮像が行われ、被写体像が動画としてモニタ３７に表示される。

このような撮像の間に例えば、撮像素子１２から出力される画像信号に対するゲインを変更することが必要になると、制御部３５から所定の光源タイミング信号が出力されて光源３４が瞬間的にオフする。すなわち符号Ｂ、Ｃにより示すように、露光中のあるタイミングにおいて照明光は瞬間的に消灯する。符号Ｂ、Ｃにより示されるオフの時間は被写体像の検出に影響がない程度の長さであり、例えば1/60秒（=16.7ms）の１％以下である。

ＶＤ信号はパルス信号であり、各パルス信号のリーディングエッジＤから照明光のオフ動作Ｂ、Ｃまでの時間の長さが指令信号に相当する。例えばリーディングエッジＤから第１のオフ動作Ｂまでの時間は信号処理の種類を指令するコマンドに対応し、第１のオフ動作Ｂの次に出力されるＶＤ信号のリーディングエッジＤから第２のオフ動作Ｃまでの時間は、信号処理に関する値の大きさを示すパラメータに対応する。例えば画像信号に対するゲインを変更する場合、コマンドは「ゲインを変更する」ことを意味する指令であり、パラメータは「変更後のゲインの値」である。

このように第１および第２のオフ動作Ｂ、Ｃのタイミングに応じて、画像信号に対するゲイン調整等のように、撮像素子１２から出力される画像信号に対する信号処理が行われる。プロセッサ３０のメモリ４１には信号処理の指令信号を出力するためにいくつかのテーブルが格納される。例えば、コマンドと、そのコマンドに対応した第１のオフ動作Ｂのタイミングとの関係を示すコマンドテーブルや、パラメータと、そのパラメータに対応した第２のオフ動作Ｃのタイミングとの関係を示すパラメータテーブル等が格納される。一方スコープ１０のメモリ１７にもメモリ４１と同様なコマンドテーブルとパラメータテーブルが格納され、第１および第２のオフ動作Ｂ、Ｃのタイミングに応じて、コマンドあるいはパラメータの値を認識できるようになっている。

図４を参照してプロセッサ３０における指令信号の出力動作を説明する。
ステップ１０１ではスコープ１０がプロセッサ３０に接続されていることが認識される。ステップ１０２では光源３４が起動されて通常動作が開始され、ライトガイド２０を介して照明光が挿入管１１の先端から照射される。ステップ１０３では、撮像素子１２から出力される画像信号に対する信号処理を変更するための指令が入力されたか否かが判定される。この指令は、例えば制御部３５においてソフトウェアによって生成されてもよく、あるいはキーボード３６から入力されてもよい。例えば、モニタ３７に表示される画像が暗くなったときには、画像信号に対するゲインを大きくするための指令が制御部３５において生成される。

ステップ１０３において指令が入力されると、ステップ１０４へ進んでスコープ１０へ送信すべきコマンドが選択され、ステップ１０５において、そのコマンドに対応したパラメータが設定される。例えば、ステップ１０３においてゲインを１００に変更すべき指令が入力された場合、ステップ１０４では「ゲインを変更する」旨のコマンドが選択され、ステップ１０５では「１００」を意味するパラメータが設定される。

ステップ１０６ではＶＤ信号の出力に同期してカウンタによる計数が開始される。このカウンタの値は、ＶＤ（垂直同期）信号のリーディングエッジＤ（図３）からの経過時間に対応する。ステップ１０７では、メモリ４１に格納されたコマンドテーブルが参照され、カウンタの値がステップ１０４において選択された送信コマンドに対応するか否かが判定される。例えば、ゲインを変更するコマンドが２ミリ秒に対応することがコマンドテーブルに格納されている場合、カウンタの値が２ミリ秒に一致すると、ステップ１０７からステップ１０８へ進み、光源３４に対してオフ信号が送信される。これにより光源３４が瞬間的にオフする（図３の符号Ｂ）。

その後ステップ１０９が実行され、カウンタがリセットされるとともに、次のＶＤ信号の出力に同期して再びカウンタの計数が開始される。ステップ１１０では、メモリ４１に格納されたパラメータテーブルが参照され、カウンタの値がステップ１０５において設定されたパラメータに対応するか否かが判定される。例えば、変更後のゲインである１００が１０ミリ秒に対応することがパラメータテーブルに格納されている場合、カウンタの値が１０ミリ秒に一致すると、ステップ１１０からステップ１１１へ進み、光源３４に対してオフ信号が送信される。これにより光源３４が瞬間的にオフする（図３の符号Ｃ）。

以上のようにして、コマンドはＶＤ信号から第１のオフ動作Ｂまでの時間の長さとして出力され、パラメータはＶＤ信号から第２のオフ動作Ｃまでの時間の長さとして出力される。スコープ１０では第１および第２のオフ動作Ｂ、Ｃの出力タイミングを検知することにより、指令信号の内容すなわちコマンドとパラメータの内容が認識される。

図５を参照してスコープ１０における指令信号の認識動作を説明する。
ステップ２０１ではスコープ１０がプロセッサ３０に接続されていることが認識される。ステップ２０２では光源３４が起動されたか否かが判定される。光源３４が起動されるとステップ２０３へ進み、ＶＤ信号の出力に同期してカウンタの計数が開始される。ステップ２０４ではカウンタの値がオーバーフローしたか否かが判定される。カウンタは１／６０秒に相当する値でオーバーフローするように構成されている。カウンタがオーバーフローしないときはステップ２０５が実行され、光源３４がオフされたか判定される。光源３４がオフされないときはステップ２０４へ戻る。ステップ２０４、２０５を繰り返し実行している間にカウンタがオーバーフローするとステップ２０３へ戻り、カウンタがリセットされるとともに、次のＶＤ信号の出力に同期して再びカウンタの計数が開始される。

すなわち光源３４が連続してオン状態にあるとき、ステップ２０３、２０４、２０５が繰り返し実行され、一定の撮像条件で被写体像が検出され、モニタ３７に表示される。その間に光源３４がオフされると、ステップ２０５からステップ２０６へ進む。光源３４のオフ動作は受光部１６によって検出され、ステップ２０６ではメモリ１７のコマンドテーブルが参照されて、カウンタの値（すなわちＶＤ信号のリーディングエッジＤから第１のオフ動作Ｂ（図３）までの経過時間）に対応したコマンドが読み出される。

ステップ２０７ではカウンタがリセットされるとともに、次のＶＤ信号に同期して再びカウンタの計数が開始される。その後ステップ２０８において光源３４がオフされたと判定されると、ステップ２０９においてメモリ１７のパラメータテーブルが参照され、カウンタの値（すなわちＶＤ信号のリーディングエッジＤから第２のオフ動作Ｃ（図３）までの経過時間）に対応したパラメータが読み出される。

このようにしてスコープ１０では、コマンドとパラメータすなわち指令信号の内容が認識される。ステップ２１０ではＶＤ信号が検出されたか否かが判定され、次のＶＤ信号が検出されると、ステップ２１１において、ステップ２０６、２０９において読み出された新しいコマンドとパラメータによる信号処理が実行される。例えば、指令信号がゲインを１００に変更するという内容である場合、ステップ２１０において検出されたＶＤ信号の出力後、画像信号に対するゲインが１００に変更される。これにより指令信号の認識動作は終了する。

以上のように本実施形態によれば、撮像素子１２から出力される画像信号に対する信号処理のための指令信号を、電気的な信号線を用いるのではなく、照明光のために使用されるライトガイド２０を用いて先端制御部１３に出力している。したがってスコープ１０の挿入管１１の径を大きくする必要がなく、またスコープ１０の機械的な構成を複雑にすることが回避される。また指令信号に用いられる照明光のオフ時間は、被写体像に影響を与えない程度に短く、モニタ３７を見ても認識できない程度である。

なお本実施形態では、ＶＤ信号を基準信号とし、この基準信号から照明光のオフ動作までの時間の長さを指令信号としているが、基準信号はＶＤ信号である必要はなく、プロセッサ３０はスコープ１０に対する指令信号の出力のために、既存の信号線を介して、特別な基準信号を出力するように構成されていてもよい。

１０ スコープ
１２ 撮像素子
１３ 撮像素子制御部（先端制御部）
２０ ライトガイド
３０ プロセッサ
３２ 撮像素子駆動部
３４ 光源

Claims (7)

1. プロセッサに設けられ、照明光を出力する光源と、
   前記プロセッサに接続されるスコープに設けられ、前記照明光を前記スコープの先端まで導くライトガイドと、
   前記スコープの先端に設けられ、前記照明光が照射された被写体からの反射光を検出して被写体像の画像信号を生成する撮像素子と、
   前記スコープに設けられ、前記画像信号に対して信号処理を施すための撮像素子制御部とを備え、
   前記光源は、前記ライトガイドにより導かれる照明光を、前記信号処理のための指令信号として前記撮像素子制御部に出力することを特徴とする電子内視鏡の撮像素子制御装置。
2. 前記指令信号が、前記照明光を瞬間的にオフする動作であることを特徴とする請求項１に記載の撮像素子制御装置。
3. 前記指令信号が、前記撮像素子に対して出力される基準信号から前記照明光がオフされるときまでの時間であることを特徴とする請求項２に記載の撮像素子制御装置。
4. 前記基準信号が垂直同期信号であることを特徴とする請求項３に記載の撮像素子制御装置。
5. 前記照明光がオフされる時間が、前記被写体像の検出に影響がない程度の長さであることを特徴とする請求項２に記載の撮像素子制御装置。
6. 前記撮像素子がＣＭＯＳであることを特徴とする請求項２に記載の撮像素子制御装置。
7. 前記指令信号に基づいて、前記信号処理の種類を指令するコマンドと、前記信号処理に関する値の大きさを示すパラメータとが決定されることを特徴とする請求項１に記載の撮像素子制御装置。

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