JP2014000259A - 電子内視鏡の撮像動作制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スコープ内の通信手段に不具合が生じた場合であってもＣＭＯＳセンサの撮像動作を適切に制御する。
【解決手段】光源２１は被写体を照明するための照明光Ａを出力する。制御信号光発信器２２は可視光以外の波長域の制御信号光Ｂを出力する。光ファイバ１２は、スコープ内に設けられ、照明光Ａと制御信号光Ｂをスコープ１０の先端から被写体Ｓに向けて照射する。ＣＭＯＳセンサ１６はスコープ１０の先端に設けられ、照明光Ａの被写体Ｓによる反射光を受光して、被写体像を撮像する。制御信号光検出部はＣＭＯＳセンサ１６の受光面の一部に、被写体Ｓによって反射された制御信号光Ｂを受光する。ＣＭＯＳセンサ１６の撮像動作は制御信号光Ｂに基づいて制御される。
【選択図】図１

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ＣＭＯＳセンサの撮像動作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センサを採用することが開示されている。ＣＭＯＳセンサはＣＣＤとは異なり、ＣＭＯＳセンサの回路基板に電子回路を組み込むことができ、この電子回路によって、例えば電子シャッタ速度や出力ゲインを変更すること等のように撮像動作を制御することができる。

特開２０１０−６８９９２号公報

ＣＭＯＳセンサにおける撮像動作のため、スコープの中には制御用通信線が設けられ、この通信線を介して伝送される電気信号によって撮像動作が制御される。しかし、何らかの原因で通信線が電気信号を伝送できなくなったりすると、ＣＭＯＳセンサを制御することが不可能になり、被写体像が検出できなくなるという問題が発生する。

本発明は、スコープ内の制御用通信線等の通信手段に不具合が生じた場合であってもＣＭＯＳセンサの撮像動作を適切に制御することを可能にすることを目的としている。

本発明に係る電子内視鏡の撮像動作制御装置は、被写体を照明するための照明光を出力する光源と、可視光以外の波長域の制御信号光を出力する制御信号発信器と、スコープ内に設けられ、照明光と制御信号光をスコープの先端から被写体に向けて照射するための光ファイバと、スコープの先端に設けられ、照明光の被写体による反射光を受光して、被写体像を撮像するＣＭＯＳセンサとを備え、ＣＭＯＳセンサの受光面の一部に、被写体によって反射された制御信号光を受光するための制御信号光検出部が形成され、ＣＭＯＳセンサの撮像動作が制御信号光に基づいて制御されることを特徴としている。

好ましくは受光面に被写体像を撮像するための撮像面が設けられ、制御信号光検出部は撮像面を囲繞する外周縁部に形成される。また制御信号光検出部の表面に、可視光をカットするフィルタが設けられてもよい。

撮像動作制御装置は、ＣＭＯＳセンサが制御信号光を適切な状態で受光しているか否かを判断する受光判断手段と、ＣＭＯＳセンサ内に設けられ、制御信号光を適切な状態で受光していないことが受光判断手段によって判断されたときに、撮像動作を制御する自己制御手段とを備えていてもよい。この場合、自己制御手段が撮像動作を制御している間に、制御信号光を適切な状態で受光していると判断されたとき、自己制御手段の駆動が停止され、撮像動作が制御信号光に基づいて制御されるように切り替えられてもよい。

好ましくは、撮像動作を制御するためにＣＭＯＳセンサに対して電気信号を出力する電気制御手段をさらに備える。

本発明によれば、スコープ内の制御用通信線等の通信手段に不具合が生じた場合であってもＣＭＯＳセンサの撮像動作を適切に制御することが可能になる。

本発明の第１の実施形態を適用した電子内視鏡の概略的な構成を示す図である。 ＣＭＯＳセンサの受光面の構成を示す図である。 本発明の第２の実施形態を適用した電子内視鏡の概略的な構成を示す図である。 第２の実施形態におけるＣＭＯＳセンサの制御を示すフローチャートである。

以下、本発明の第１の実施形態を図面を参照して説明する。
図１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２０を有し、プロセッサ２０にはモニタ３０が接続される。スコープ１０によって得られた被写体像はプロセッサ２０において画像処理され、モニタ３０によって表示される。

スコープ１０は可撓性のある挿入管１１を有し、挿入管１１内には光ファイバ１２と、第１および第２の電気信号線１３、１４が設けられる。第１の電気信号線１３はＣＭＯＳセンサの電源用および出力信号の伝送用など複数の信号線から成る。光ファイバ１２の基端部はプロセッサ２０の近傍まで延び、光ファイバ１２の先端部は挿入管１１の先端まで延びる。挿入管１１の先端には対物レンズ１５が設けられ、対物レンズ１５の後方には、撮像素子であるＣＭＯＳセンサ１６が設けられる。ＣＭＯＳセンサ１６の基板には電子回路が組み込まれており、ＣＭＯＳセンサ１６は第２の電気信号線１４を介して電子回路に入力される電気信号によって制御される。被写体Ｓは光ファイバ１２から出射される照明光Ａによって照明され、ＣＭＯＳセンサ１６は照明光Ａの被写体Ｓによる反射光を受光して被写体像を撮像する。

プロセッサ２０には、照明光Ａを出力する光源２１と、可視光以外の波長域の制御信号光Ｂと出力する制御信号光発信器２２とが設けられる。光源２１と制御信号光発信器２２は光ファイバ１２の基端部に対向しており、照明光Ａと制御信号光Ｂは光ファイバ１２を介して伝送され、スコープ１０の先端から被写体Ｓに向けて照射される。照明光Ａは被写体Ｓを照明するためであり、制御信号光ＢはＣＭＯＳセンサ１６の撮像動作の制御、すなわち電子シャッタ速度や出力ゲイン等を変更するために用いられる。

またプロセッサ２０には、センサ制御／画像処理部２３が設けられる。センサ制御／画像処理部２３は第１の電気信号線１３を介してＣＭＯＳセンサ１６に電力を供給するとともに駆動信号（電気信号）を伝送し、ＣＭＯＳセンサ１６を駆動する。ＣＭＯＳセンサ１６において生じた被写体像の画像信号は、第１の電気信号線１３を介してセンサ制御／画像処理部２３に伝送される。画像信号はセンサ制御／画像処理部２３において画像処理され、モニタ３０により画像が表示される。またセンサ制御／画像処理部２３は第２の電気信号線１４を介して、ＣＭＯＳセンサ１６の撮像動作（電子シャッタ速度の変更や出力ゲインの調整等）を制御することが可能である。

さらにセンサ制御／画像処理部２３は、ＣＭＯＳセンサ１６の撮像動作のため、制御信号光発信器２２に対して指令信号を出力することもできる。すなわちＣＭＯＳセンサ１６の撮像動作の制御は第２の電気信号線１４を用いて行うことに加えて、後述するように光ファイバ１２を用いて行うことも可能である。撮像動作の制御は通常、第２の電気信号線１４を用いて行われ、第２の電気信号線１４に異常が生じたときに光ファイバ１２を用いて行われる。これとは逆に、通常は光ファイバ１２を用い、光ファイバ１２に異常が生じたときに第２の電気信号線１４を用いるようにしてもよい。

光ファイバ１２は上述のように照明光Ａと制御信号光Ｂを同時に伝送する。照明光Ａは可視光であるが、制御信号光Ｂは可視光よりも波長が短く、例えば赤外光である。照明光Ａと制御信号光Ｂは共に被写体Ｓに照射され、反射してＣＭＯＳセンサ１６によって受光される。ＣＭＯＳセンサ１６の受光面３１には、次に述べるように照明光Ａの反射光を検知する領域と、制御信号光Ｂの反射光を検知する領域とが設けられる。

図２はＣＭＯＳセンサ１６の受光面３１を示す。受光面３１の中央の矩形の領域は照明光Ａの反射光を検知する部分、すなわち被写体像を撮像するための撮像面３２である。撮像面３２を囲繞する外周縁部に形成された領域は制御信号光Ｂの反射光を検知する部分、すなわち制御信号光検出部３３である。制御信号光Ｂは照明光Ａと同様に、被写体Ｓに均一に照射されるが、被写体によっては制御信号光Ｂを反射しにくいことがある。したがって制御信号光Ｂの反射光を確実に検出するため、制御信号光検出部３３は撮像面３２の上下および左右の縁部に形成される。

制御信号光検出部３３は赤外光のみを検出するため、その表面には、可視光をカットするためのフィルタ（図示せず）が設けられる。同様に撮像面３２の表面には、被写体像の色をできるだけ正確に検知できるようにするため、赤外カットフィルタ（図示せず）が設けられる。

制御信号光検出部３３において検出された制御信号光ＢはＣＭＯＳセンサ１６において電気信号に変換され、ＣＭＯＳセンサ１６の電子回路においてデコードされる。すなわち電子回路において、レジスタの所定のアドレスには電子シャッタ速度あるいは出力ゲインの値を示すパラメータが格納されており、制御信号光Ｂの例えばパルス幅あるいはパルス周期等にしたがって、アドレスが指定されるとともにパラメータが変更される。

以上のように第１の実施形態によれば、ＣＭＯＳセンサ１６の撮像動作は第２の電気信号線１４を介して伝送される電気信号に基づいて制御されるだけでなく、光ファイバ１２を介して伝送される制御信号光Ｂに基づいて制御されることもできる。したがって第２の電気信号線１４に不具合が生じた場合であっても、光ファイバ１２を用いてＣＭＯＳセンサ１６の撮像動作を制御することができ、常に被写体の画像データを適切に検出することが可能になる。

図３は第２の実施形態の電子内視鏡の構成を示している。第１の実施形態との違いは第２の電気信号線１４が省略されている点であり、その他の構成は第１の実施形態と同じである。すなわち第２の実施形態では、ＣＭＯＳセンサ１６の撮像動作の制御を電気信号線を用いて行うことはできない。しかし、ＣＭＯＳセンサ１６の撮像動作の制御は光ファイバ１２を介して伝送される制御信号光Ｂのみによって行われるのではなく、次に述べるようにＣＭＯＳセンサ１６内に設けられた自己制御回路によっても可能である。

図４を参照してＣＭＯＳセンサ１６の制御を説明する。
ステップ１０１ではＣＭＯＳセンサ１６が制御信号光を適切な状態で受光できるか否か、すなわち光ファイバ１２による通信が可能であるか否かが判断される。これは、センサ制御／画像処理部２３が制御信号光発信器２２に対してテスト信号を出力することによって照射されたテスト信号光をＣＭＯＳセンサ１６が受光することによって行われる。

光ファイバ１２による通信が可能であるとき、ステップ１０２へ進む。すなわちＣＭＯＳセンサ１６は、プロセッサ２０のセンサ制御／画像処理部２３の制御に従って光ファイバ１２から出力される制御信号光を受光する。ステップ１０３ではＣＭＯＳセンサ１６の電子回路において、制御信号光に対応した電気的な制御信号が生成されるとともに、制御信号がデコードされて撮像条件（電子シャッタ速度、出力ゲイン等）を記憶しているレジスタのパラメータが変更される。これにより、ＣＭＯＳセンサ１６の撮像条件が変更され、ＣＭＯＳセンサ１６の撮像動作が制御される。

ステップ１０３の実行の後、再びステップ１０１が実行される。すなわち、ステップ１０１、１０２、１０３の動作が繰り返し実行される。この間にステップ１０１において、光ファイバ１２による通信が不可能であると判断されると、ステップ１１０へ進み、ＣＭＯＳセンサ１６の撮像動作はＣＭＯＳセンサ１６内に設けられた自己制御回路によって制御されるように切り替えられる。

ステップ１１０では像動作の制御モードがセンサ自己制御モードに切り替えられる。ステップ１１１では、ＣＭＯＳセンサ１６によって撮像データの明るさ検知され、撮像面全体の輝度の平均値が求められる。ステップ１１２では、撮像データの明るさに基づいて、電子シャッタ速度や出力ゲインの設定値を変更する必要があるか否かが判断される。撮像データの明るさが不適切であり、電子シャッタ速度または出力ゲインを変更することが必要であるときは、ステップ１１３へ進み、ＣＭＯＳセンサ１６の電子回路において、上述したようにレジスタのパラメータが変更され、電子シャッタ速度または出力ゲインが変更される。

ステップ１１３の実行の後、あるいはステップ１１２において撮像データの明るさが適切であると判断されたとき、ステップ１１４において、ステップ１０１と同様に光ファイバ１２による通信が可能であるか否かが判断される。光ファイバ１２による通信が不可能であると判断されたとき、ステップ１１１へ戻り、上述した動作が繰り返される。これに対して、光ファイバ１２による通信が可能であるときは、ステップ１１５においてセンサ自己制御モードが解除されるとともに、ステップ１０１へ戻り、光ファイバ１２を利用する制御モードに復帰する。すなわち自己制御回路がＣＭＯＳセンサ１６の撮像動作を制御している間に、ＣＭＯＳセンサ１６が制御信号光を適切な状態で受光していると判断されたとき、自己制御回路の駆動が停止され、撮像動作は制御信号光に基づいて制御されるように切り替えられる。

以上のように第２の実施形態によれば、第１の実施形態と比較して、第２の電気信号線１４（図１）を有しないので、この分だけスコープ１０の挿入管１１を細く成形することができ、挿入管１１の可撓性を向上させることができる。また光ファイバ１２による通信が不可能になった場合であっても、ＣＭＯＳセンサ１６の自己制御回路によって撮像動作を制御することができるので、常に被写体の画像データを適切に検出することができる。

１０ スコープ
１２ 光ファイバ
１６ ＣＭＯＳセンサ
２１ 光源
２２ 制御信号光発信器
３３ 制御信号光検出部

Claims (6)

1. 被写体を照明するための照明光を出力する光源と、
   可視光以外の波長域の制御信号光を出力する制御信号発信器と、
   スコープ内に設けられ、前記照明光と制御信号光を前記スコープの先端から前記被写体に向けて照射するための光ファイバと、
   前記スコープの先端に設けられ、前記照明光の前記被写体による反射光を受光して、被写体像を撮像するＣＭＯＳセンサとを備え、
   前記ＣＭＯＳセンサの受光面の一部に、前記被写体によって反射された前記制御信号光を受光するための制御信号光検出部が形成され、
   前記ＣＭＯＳセンサの撮像動作が前記制御信号光に基づいて制御されることを特徴とする電子内視鏡の撮像動作制御装置。
2. 前記受光面に前記被写体像を撮像するための撮像面が設けられ、前記制御信号光検出部が前記撮像面を囲繞する外周縁部に形成されることを特徴とする請求項１に記載の撮像動作制御装置。
3. 前記制御信号光検出部の表面に、可視光をカットするフィルタが設けられることを特徴とする請求項１に記載の撮像動作制御装置。
4. 前記ＣＭＯＳセンサが前記制御信号光を適切な状態で受光しているか否かを判断する受光判断手段と、
   前記ＣＭＯＳセンサ内に設けられ、前記制御信号光を適切な状態で受光していないことが前記受光判断手段によって判断されたときに、前記撮像動作を制御する自己制御手段とを備えることを特徴とする請求項１に記載の撮像動作制御装置。
5. 前記自己制御手段が前記撮像動作を制御している間に、前記制御信号光を適切な状態で受光していると判断されたとき、前記自己制御手段の駆動が停止され、前記撮像動作が前記制御信号光に基づいて制御されるように切り替えられることを特徴とする請求項４に記載の撮像動作制御装置。
6. 前記撮像動作を制御するために前記ＣＭＯＳセンサに対して電気信号を出力する電気制御手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の撮像動作制御装置。

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