JP2014023828A - 内視鏡装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スコープ内のファイバが断線しても、観察画像を適正な明るさで表示する。
【解決手段】光量調整処理、ホワイトバランス調整処理を実行可能な内視鏡装置において、ホワイトバランス調整処理に合わせて輝度値Ｙを算出する。このとき、絞りを所定の開度で固定する。そして、輝度値Ｙが閾値Ｙｓよりも小さい場合、ファイバ断線が存在すると判断する。そして、光量調整処理のとき、ファイバ断線に起因する光量低下分を補償するように、ガンマ補正値を変更する。
【選択図】図２

Description

本発明は、器官内壁などの被写体を撮像する内視鏡装置に関し、特に、ライトガイドのファイバ損傷、断線に伴う明るさ調整に関する。

内視鏡装置では、ビデオスコープ内部にライトガイドが設けられており、光源部からの照明光をスコープ先端部へ伝達する。ライトガイドは、複数のファイバを集束させたものである。

ライトガイドは経時変化によって劣化し、一部の光ファイバが損傷し、破断、断線してしまうことがある。光ファイバが断線すると出射光量が低下し、絞り等によって光量増加を行っても、観察画像を適正な明るさで表示できない恐れがある。

光ファイバの断線を検出する方法としては、テストチャートを撮影し、得られる輝度情報からファイバ断線数を算出する構成が知られている（特許文献１）。そこでは、テストチャートを配置した専用キャップ内部にスコープ先端部を挿入し、検査モードが設定されると、検出した平均輝度値と理想的平均輝度値とに基いてファイバ断線数を求める。そして、画像信号を増幅させることによって輝度値の低下分を補償する。

特開２００９−２１３６７３号公報

ファイバ断線数を求めるには、スコープ先端部とテストチャートとの距離、光源の減衰率など様々な情報を検知しなければならず、測光、測距両方可能なテストチャートを撮影する必要がある。そのため、専用用具をあらかじめ用意しなければならない。これは、ファイバ断線検知機能を従来の内視鏡装置に付加させることの妨げとなる。

したがって、専用器具を用いることなくファイバ損傷／断線を容易に検知することが求められる。

本発明の内視鏡装置は、観察画像の明るさを適正な明るさで維持するように、被写体へ照射される照明光の光量を調整する光量調整手段と、ホワイトバランス調整用具にスコープを挿入して撮影している状態において、画像信号に対しホワイトバランス調整処理を実行可能なホワイトバランス調整処理手段とを備える。

光量調整手段は、絞りの開閉によって光量調整することが可能であり、例えば所定時間間隔で実行される。また、ホワイトバランス調整処理手段は、オペレータなどの操作に応じてホワイトバランス調整処理を実行開始することが可能である。ホワイトバランス調整処理としては、Ｒ、Ｇ、Ｂの画像信号を１：１：１とするようにＲ、Ｇ、Ｂゲイン値を設定することができる。

本発明では、ホワイトバランス調整時にファイバ断線を検知すべく、ホワイトバランス調整処理の実行に応じて、照明光の光量一定の下で輝度レベルを検出し、検出した輝度レベルが閾値よりも小さいか否かを判断するファイバ状態判断手段を備える。白色被写体を撮影しているホワイトバランス調整時に輝度値が検出されるため、ファイバ断線がある場合とない場合の輝度差が明瞭に現れる。

さらに本発明の内視鏡装置は、輝度レベルが閾値よりも小さい場合、被写体像の明るさを補正する明るさ補正手段を備える。光量調整手段は、前記明るさ補正手段によって補正された観察画像の明るさに基いて、光量調整を実行することが可能である。

輝度値としては、平均輝度値など被写体像の代表的な輝度値を算出することが可能である。そして、ファイバ状態判断手段は、輝度レベルを検出するとき、前記光量調整手段によって調整可能な最大光量を維持することが可能である。例えば、絞りなどを最大開放にして光量最大状態で輝度値を検出することによって、ファイバ断線による光量低下をより正確に検知することができる。

例えば、観察画像の基準となる明るさレベルを、複数の明るさレベルの中から選択された明るさレベルに設定する明るさレベル設定手段を設けた場合、前記ファイバ状態判断手段は、輝度レベルを検出するとき、複数の明るさレベルに応じた複数の設定光量の中から、選択された明るさレベルに応じた設定光量を維持することが可能である。

明るさ補正手段は、例えば、輝度レベルと閾値との差に応じて、ガンマ値を調整することが可能である。あるいは、メイン光源と、補助光源とを設ける構成である場合、前記明るさ補正手段が、輝度レベルと閾値との差に応じた光強度で、前記補助光源から光を照射させることが可能である。

また、駆動電流量に応じて光強度が変化するメイン光源を設ける場合、前記明るさ補正手段は、輝度レベルと閾値との差に応じて、駆動電流量を調整することが可能である。さらに、明るさ補正手段が、輝度レベルと閾値との差に応じて、観察画像の表示される画面の明るさをモニタへの制御信号出力等によって調整することが可能である。

このように本発明によれば、スコープ内のファイバが断線しても、観察画像を適正な明るさで表示することができる。

第１の実施形態である電子内視鏡装置のブロック図である。 システムコントロール回路によって実行されるホワイトバランス調整処理およびファイバ断線検知処理のフローチャートを示した図である。 システムコントロール回路によって実行される光量調整処理のフローチャートを示した図である。 第２の実施形態における光量調整処理のフローチャートを示した図である。 第３の実施形態における光量調整処理のフローチャートを示した図である。 第４の実施形態における光量調整処理のフローチャートを示した図である。

以下では、図面を参照して本実施形態である電子内視鏡装置について説明する。

図１は、第１の実施形態である電子内視鏡装置のブロック図である。

電子内視鏡装置は、その挿入部分が体内へ挿入されるビデオスコープ１０と、プロセッサ３０とを備え、ビデオスコープ１０はプロセッサ３０に着脱自在に接続される。プロセッサ３０には、モニタ６０、キーボード５５が接続されている。

プロセッサ３０は、メイン光源となるランプ３６を備え、ランプ３６から放射された白色光は、絞り３３、集光レンズ３５を介して、ビデオスコープ１０内に設けられたライトガイド１２に入射する。ライトガイド１２に入射した光は、配光レンズ（図示せず）を介してスコープ先端部から射出し、被写体（観察部位）に照射される。

スコープ先端部には、イメージセンサ１４（ここでは、ＣＣＤ）が配置されている。被写体で反射した光は、スコープ先端部に配置された対物レンズ（図示せず）によって結像し、イメージセンサ１４の受光面に被写体像が形成される。イメージセンサ１４の受光面上には、Ｃｙ、Ｙｅ、Ｇ、Ｍｇ、あるいはＲ、Ｇ、Ｂから成る色フィルタ要素をモザイク状に配列させた色フィルタ（図示せず）が配設されている。

内視鏡観察中、１フレーム分の画素信号が所定の時間間隔でイメージセンサ１４から順次読み出される。ここでは、ＮＴＳＣ方式に従い、１／６０秒に定められている。ＰＡＬ方式の場合、１／５０秒に定められる。

読み出された１フィールド分の画素信号は、ビデオスコープ１０のプロセッサ側に設けられた初期回路１６へ送られる。初期回路１６では、増幅処理などの初期処理がアナログ画素信号に対し施された後、デジタル化され、プロセッサ３０へ順次送られる。

画像信号処理回路３２は、デジタル画素信号に対し、ガンマ補正処理、Ｒ、Ｇ、Ｂゲイン処理、色変換処理、ノイズリダクション等などを施す。これにより、Ｒ、Ｇ、Ｂ画像信号が生成される。生成されたＲ、Ｇ、Ｂ画像信号は、モニタ６０へ出力される。これにより、観察画像が表示される。また、輝度信号がシステムコントロール回路４０へ送られる。

絞り３３は、ランプ３６からの照明光の光量を調整するため、絞り駆動部３９から送られてくる駆動信号に基いて開閉する。補助ランプ３８は、メイン光源となるランプ３６の故障、あるいは光量低下のとき、駆動される。補助ランプ３８からの光は、ハーフミラーなどの光学系３７を経てライトガイド１２に入射する。

システムコントロール回路４０は、画像信号処理回路３２、絞り駆動部３９、タイミングジェネレータ（図示せず）等へ制御信号を出力し、プロセッサ全体の動作を制御する。タイミングジェネレータは、各回路へクロックパルス信号を出力し、信号入出力タイミング、画素信号読み出しタイミング等を調整する。また、画面明るさ等の調整のため、モニタ６０のモニタ制御部６２へ制御信号を出力可能である。

さらにシステムコントロール回路４０は、絞り３３を使った自動調光処理を実行するため、画像信号処理回路３２から順次送られてくる輝度信号に基き、観察画像の明るさを適正な明るさで維持するように、絞り３３の開度を制御する。

ビデオスコープ１０に設けられたフリーズボタン１５が操作されると、静止画像記録動作が実行される。一方、プロセッサ３０のフロントパネルに設けられた一連のパネルスイッチ５０が操作されると、スイッチに応じた処理が実行される。

ここでは、自動調光処理時の基準となる明るさレベルをオペレータがパネルスイッチによって設定可能であり、複数の輝度レベルに応じた明るさレベルを段階的に変更することができる。また、内部底面が白色であるホワイトバランス調整用器具（図示せず）を用いてホワイトバランス調整処理を実行開始するためのスイッチが設けられている。

図２は、システムコントロール回路４０によって実行されるホワイトバランス調整処理およびファイバ断線検知処理のフローチャートを示した図である。

ビデオスコープ１０の接続を検出してパラメータを初期設定した後（Ｓ１０１、Ｓ１０２）、ホワイトバランス調整処理が実行される（Ｓ１０３）。具体的には、オペレータがホワイトバランス調整用具内にスコープ先端部を挿入して撮影し、ホワイトバランス調整スイッチを操作することによって処理が開始される。

ホワイトバランス調整処理では、Ｒ、Ｇ、Ｂ画像信号がそれぞれ１：１：１となるようにＲ、Ｇ、Ｂのゲイン値が設定される。Ｒ、Ｇ、Ｂゲイン値が設定されると、システムコントロール回路４０がＲ、Ｇ、Ｂゲイン値を画像信号処理回路３２へ送信する。その結果、画像信号処理回路３２では、内視鏡作業中、送られてきたゲイン値に基いてゲイン処理（ホワイトバランス処理）がＲ、Ｇ、Ｂ画像信号に対して施される。

このようなホワイトバランス調整処理が実行されるのに合わせて、ファイバ断線があるか否かを判断する処理を平行して行うため、輝度値／輝度レベルＹが検出される（Ｓ１０４）。このとき、絞り３３は、所定の開度で維持、固定される。Ｒ、Ｇ、Ｂゲイン値はすでに設定された値が維持され、電子シャッタ等の露光条件も固定される。輝度値Ｙは、撮影した白色被写体像の代表的値であればよく、例えば輝度平均値として算出される。

固定される絞り３３の開度は、オペレータによって設定される自動調光処理時の明るさレベルに応じて設定されている。具体的には、明るさレベルが大きいほど固定される開度が大きくなるように、複数の開度があらかじめ用意されており、選択された明るさレベルに応じた開度に設定される。明るさレベルが最大レベルのとき、絞り３３は全開状態（最大開放状態）に維持される。

ステップＳ１０５では、算出された輝度値Ｙが閾値Ｙｓよりも小さいか否かが判断される。閾値Ｙｓは、ファイバ断線、損傷によって光量が低下したとき、絞り３３によって光量低下分を補償することが可能な限界値を示す。したがって、ある一定以上のファイバ断線が生じたときに、ファイバ断線があると判断する。閾値Ｙｓは、輝度値Ｙを算出するときの絞り３３の固定開度、すなわち明るさレベルに合わせて設定される。特に、絞り３３の開度が最大で固定された場合、閾値Ｙｓは検出可能な最大輝度値に輝度レベルが近い。

輝度値Ｙが閾値Ｙｓよりも小さい場合、ファイバ断線があるとみなし、ファイバ断線に関連するパラメータ値が、ファイバ断線を表す値に設定される（Ｓ１０６）。例えばフラグが１に設定される。一方、輝度値Ｙが閾値Ｙｓ以上である場合、実質的に光量調整に影響のあるファイバ断線が存在しないとみなし、パラメータ値は、ファイバ非断線を表す値（例えば、フラグ０）に設定される（Ｓ１０７）。

図３は、システムコントロール回路４０によって実行される光量調整処理のフローチャートを示した図である。ここでは、所定時間間隔（例えば、１／６０秒間隔）で実行される。

オペレータが設定した自動調光処理時の基準明るさレベルが検知されると、それに応じた明るさ許容上限値Ｌｍａｘ、許容下限値Ｌｍｉｎが設定される（Ｓ２０１、Ｓ２０２）。そして、先に説明したファイバ断線に関連のパラメータ値が断線を示す値であるか否かが判断される（Ｓ２０３）。

パラメータ値がファイバ断線を表す値の場合、ガンマ補正値が変更される（Ｓ２０４）。具体的には、輝度値Ｙと閾値Ｙとの輝度差に基き、あらかじめ設定されていたガンマ補正値（例えば、２．２）をより大きな値に変更する。ここでは、ファイバ断線による光量低下分を補うのに最も近いガンマ補正値が設定される。この変更したガンマ補正値に基いて画像信号処理回路３２がガンマ補正処理を実行する。一方、ステップＳ２０３において、ファイバ非断線を示すパラメータ値である場合、そのままステップＳ２０５へスキップする。

ステップＳ２０５では、ガンマ値補正処理後のＲ、Ｇ、Ｂ画像信号に基いた光量調整が行われる。すなわち、Ｒ、Ｇ、Ｂ画像信号から算出される輝度値が許容上限値Ｌｍａｘ、許容下限値Ｌｍｉｎの範囲であるか否かを判断し、許容上限値Ｌｍａｘ、許容下限値Ｌｍｉｎの範囲内である場合、絞り３３はそのまま開度を維持する。一方、許容上限値Ｌｍａｘ、許容下限値Ｌｍｉｎ範囲外である場合、輝度値がその範囲内に収まるように、フィードバック制御によって絞り３３が駆動される。

なお、光量調整処理は、電源ＯＮ状態から実行されるが、上述したホワイトバランス調整処理において輝度値Ｙを検出する間、設定された絞り開度が維持され、光量調整は行われない。

このように本実施形態によれば、光量調整処理、ホワイトバランス調整処理を実行可能な内視鏡装置において、ホワイトバランス調整処理に合わせて輝度値Ｙを算出する。このとき、絞り３３を所定の開度で固定する。そして、輝度値Ｙが閾値Ｙｓよりも小さい場合、ファイバ断線が存在すると判断する。そして、光量調整処理のとき、ファイバ断線に起因する光量低下分を補償するように、ガンマ補正値を変更する。

従来あるホワイトバランス調整用具を用いたホワイトバランス調整処理に合わせて輝度値を算出することにより、画面全体が白色となる被写体像の輝度値が算出される。これにより、ファイバ断線状態とファイバ非断線状態との輝度差を容易に検知することができる。

特に、明るさレベルが最大レベルに設定された場合、絞りが最大開度で固定されるため、わずかな本数のファイバ断線であっても容易に輝度値と閾値との差を検知することができる。なお、明るさレベルが最大レベルでなくても絞りを最大開度に設定してもよい。

次に、図４を用いて第２の実施形態である電子内視鏡装置について説明する。第２の実施形態では、ガンマ値を補正する代わりに、補助ランプが駆動される。それ以外の構成については、実質的に第１の実施形態と同じである。

図４は、第２の実施形態における光量調整処理のフローチャートを示した図である。

ステップＳ３０１〜Ｓ３０３の実行は、図３のステップＳ２０１〜Ｓ２０３の実行と同じである。そして、ステップＳ３０４では、補助ランプ３８が駆動される。このときの駆動電流量は、ファイバ断線による光量低下分を補うように、検出された輝度値Ｙと閾値Ｙｓとの差に応じて定められる。ステップＳ３０５では、光強度増加による照明光に基いて得られた輝度値に基いて、絞り３３による光量調整が行われる。

次に、図５を用いて、第３の実施形態である電子内視鏡装置について説明する。第３の実施形態では、メイン光源のランプの駆動電流を調整する。それ以外の構成については、実質的に第１の実施形態と同じである。

図５は、第３の実施形態における光量調整処理のフローチャートを示した図である。

ステップＳ４０１〜Ｓ４０３の実行は、図３のステップＳ２０１〜Ｓ２０３の実行と同じである。そして、ステップＳ４０４では、ランプ３６の駆動電流量が増加される。このときの駆動電流増加量は、ファイバ断線による光量低下分を補うように、検出された輝度値Ｙと閾値Ｙｓとの差に応じて定められる。ステップＳ４０５では、光強度の増加した照明光から得られる輝度値に基いて、絞り３３による光量調整が行われる。

次に、図６を用いて、第４の実施形態である電子内視鏡装置について説明する。第４の実施形態では、モニタの明るさを調整する。それ以外の構成については、実質的に第１の実施形態と同じである。

図６は、第４の実施形態における光量調整処理のフローチャートを示した図である。

ステップＳ５０１〜Ｓ５０３の実行は、図３のステップＳ２０１〜Ｓ２０３の実行と同じである。そして、ステップＳ５０４では、システムコントロール回路４０からの制御信号に基き、モニタの画面明るさレベルがアップされる。このときの明るさアップ量は、ファイバ断線による光量低下分を補うように、検出された輝度値Ｙと閾値Ｙｓとの差に応じて定められる。

ステップＳ５０５では、光強度の増加した照明光から得られる輝度値に基いて、絞り３３による光量調整が行われる。ただし、光量低下した状態のまま光量調整が行われる。

１０ ビデオスコープ
１４ イメージセンサ
３０ プロセッサ
３２ 画像信号処理回路
３９ 絞り駆動部
４０ システムコントロール回路

Claims (8)

1. 観察画像の明るさを適正な明るさで維持するように、被写体へ照射される照明光の光量を調整する光量調整手段と、
   ホワイトバランス調整用具にスコープを挿入して撮影している状態において、画像信号に対しホワイトバランス調整処理を実行可能なホワイトバランス調整処理手段と
   ホワイトバランス調整処理の実行に応じて、照明光の光量一定の下で輝度レベルを検出し、検出した輝度レベルが閾値よりも小さいか否かを判断するファイバ状態判断手段と、
   輝度レベルが閾値よりも小さい場合、被写体像の明るさを補正する明るさ補正手段と
   を備えたことを特徴とする内視鏡装置。
2. 前記ファイバ状態判断手段が、輝度レベルを検出するとき、前記光量調整手段によって調整可能な最大光量を維持することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
3. 観察画像の基準となる明るさレベルを、複数の明るさレベルの中から選択された明るさレベルに設定する明るさレベル設定手段をさらに備え、
   前記ファイバ状態判断手段が、輝度レベルを検出するとき、複数の明るさレベルに応じた複数の設定光量の中から、選択された明るさレベルに応じた設定光量を維持することを特徴とする請求項１乃至２のいずれかに記載の内視鏡装置。
4. 前記光量調整手段が、前記明るさ補正手段によって補正された観察画像の明るさに基いて、光量調整を実行することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の内視鏡装置。
5. 前記明るさ補正手段が、輝度レベルと閾値との差に応じて、ガンマ値を調整することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の内視鏡装置。
6. メイン光源と、補助光源とをさらに備え、
   前記明るさ補正手段が、輝度レベルと閾値との差に応じた光強度で、前記補助光源から光を照射させることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の内視鏡装置。
7. 駆動電流量に応じて光強度が変化するメイン光源をさらに備え、
   前記明るさ補正手段が、輝度レベルと閾値との差に応じて、駆動電流量を調整することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の内視鏡装置。
8. 前記明るさ補正手段が、輝度レベルと閾値との差に応じて、観察画像の表示される画面の明るさを調整することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の内視鏡装置。
   

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