JP2014083375A - 電子内視鏡用光源装置および電子内視鏡システム - Google Patents

Abstract

【課題】白色光および特殊光による同時観察時に電子シャッタを使用した場合も、適切な明るさの画像を取得することが可能な電子内視鏡用光源装置および電子内視鏡システムを提供すること。
【解決手段】電子内視鏡に照明光を供給するための電子内視鏡用光源装置であって、白色光を照射する光源と、回転することにより白色光および特定波長域の特殊光を交互に電子内視鏡に供給するための回転フィルタと、回転フィルタを制御する回転制御手段と、所定のタイミングで前記電子内視鏡に電荷掃捨パルスを出力する電子シャッタ手段と、を備え、回転制御手段は、１フィールドが終了するタイミングで前記白色光および特殊光それぞれの光照射期間が終了するように、回転フィルタを制御し、電子シャッタ手段は、１フィールド内に白色光および前記特殊光が混在しないように、電荷掃捨パルスを出力するよう構成した。
【選択図】図４

Description

本発明は、電子内視鏡用の光源装置および電子内視鏡システムに関し、より詳しくは、通常観察用の白色光と特殊光観察用の特殊光を供給する電子内視鏡用の光源装置および該光源装置を有する電子内視鏡システムに関する。

従来より、患者の体腔内に細径で長尺の挿入部を挿入することにより、対象部位の観察および撮像を行うことができる電子内視鏡システムが広く用いられている。電子内視鏡の挿入部先端には撮像素子（ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサなど）および照明光を体腔内に照射するためのライトガイドが設けられている。対象部位によって反射された光は、撮像素子にて光電変換されて画像信号として出力され、電子内視鏡と接続されるビデオプロセッサを介してモニタに表示される。

また、近年では、白色光（可視光）による通常観察のほかに、狭帯域光、蛍光、赤外光などの特定波長域の光（以下、「特殊光」という）による特殊光観察を行なう電子内視鏡システムも知られている。このような特殊光観察を行なう電子内視鏡システムの一例として、特許文献１に開示されるシステムが挙げられる。特許文献１の電子内視鏡システムでは、白色光を透過させる白色光フィルタと特殊光を透過させる帯域制限フィルタを有する回転板を光路上に設け、撮像素子からの画像信号の転送タイミングに合わせて切り替わるように回転板を回転させる。これにより、白色光と特殊光とが交互に対象部位に照射され、白色光による通常観察画像、および特殊光による特殊光観察画像を生成してモニタに表示することができる。

また、従来の電子内視鏡システムでは、作業中に電子内視鏡の先端部が観察対象に接近した場合などに、電子シャッタ機能を働かせることによって光量の調整を行い、画像のブレを低減する方法も知られている。電子シャッタ機能では、フィールド内の任意の期間で電荷掃捨パルスを出力し、蓄積された電荷をリセットすることで光量の調整が行われる。特許文献２には、回転板と電子シャッタの両方を備える電子内視鏡システムが開示されている。特許文献２の電子内視鏡システムでは、回転板を通って照射される光の安定期間にのみ電荷掃捨パルスを出力することで、輝度のばらつきがない画像を提供することを可能としている。

特開２００４−３２１２４４号公報 特開２００７−１４４１４３号公報

特許文献１に記載される電子内視鏡システムのように、白色光および特殊光の観察画像を交互に取得する際には、１フィールド内における白色光および特殊光の混在を防ぐ必要がある。そのため、１フィールド内に各光のいずれかの露光期間のみが存在するように、回転フィルタの位相および速度が制御される。このような電子内視鏡システムにおいて、電子シャッタ機能を使用する場合、タイミングによっては、電荷掃捨パルスが露光期間の終了後に出力されることがある。この場合、電荷がほとんど蓄積されない状態で画像信号が出力されるため、観察画像が真っ暗になってしまい、正確な観察ができなくなってしまう。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、白色光および特殊光による同時観察時に、電子シャッタを使用した場合も、適切な明るさの画像を取得することが可能な電子内視鏡用光源装置および電子内視鏡システムを提供することである。

上記の目的を達成するため、本発明の電子内視鏡用光源装置は、電子内視鏡に照明光を供給するための電子内視鏡用光源装置であって、白色光を照射する光源と、回転することにより白色光および特定波長域の特殊光を交互に電子内視鏡に供給するための回転フィルタと、回転フィルタを制御する回転制御手段と、所定のタイミングで電子内視鏡に電荷掃捨パルスを出力する電子シャッタ手段と、を備える。また、回転制御手段は、１フィールドが終了するタイミングで白色光および特殊光それぞれの光照射期間が終了するように、回転フィルタを制御し、電子シャッタ手段は、１フィールド内に白色光および特殊光が混在しないように、電荷掃捨パルスを出力することを特徴とする。

このような構成により、白色光および特殊光による同時観察時に、電子シャッタ機能により電荷蓄積時間が短くなった場合も、露光期間による電荷の蓄積が可能となり、画像が真っ暗になることを防ぐことができる。さらに、１フィールド内に白色光と特殊光とが混在することが防止され、適切な通常画像および特殊光画像をそれぞれ得ることができる。

また、電子シャッタ手段は、１フィールドの最初の光量不安定期間の後に、電荷掃捨パルスを出力する構成であっても良い。このような構成により、１フィールド内に白色光と特殊光とが混在することが防止される。

また、回転フィルタは、白色光を透過するための開口、特定波長域の特殊光のみを透過するためのフィルタ、および何れの光も透過させない遮光部を有する構成であっても良い。このような構成により、白色光および特殊光を交互に照射することができる。また、回転制御手段は、回転フィルタの位相と速度を制御するものであっても良い。

また、電子シャッタ手段は、回転フィルタが回転される場合に、常に、電荷掃捨パルスを所定のタイミングで出力する構成であっても良い。このような構成により、白色光および特殊光による同時観察時において、１フィールド内に白色光と特殊光とが混在することが防止される。

また、本発明により、上記いずれかの電子内視鏡用光源装置と、電子内視鏡用光源装置から供給される照明光を体腔内に照射し、該体腔内の画像を取得する電子内視鏡と、電子内視鏡で取得された画像を処理する画像処理装置と、からなる電子内視鏡システムが提供される。また、電子内視鏡は、白色光による通常画像および特殊光による特殊光画像を交互に取得し、画像処理装置は、通常画像および特殊光画像を同時に表示するよう処理する構成であっても良い。

本発明によれば、白色光および特殊光による同時観察時に電子シャッタを使用した場合も、適切な明るさの画像を取得することが可能な電子内視鏡用光源装置および電子内視鏡システムが提供される。

本発明の実施形態における電子内視鏡システムの概略構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態における回転フィルタの構成を示す図である。 従来技術における回転フィルタの位相を示すタイミングチャートである。 本発明の実施形態における回転フィルタの位相を示すタイミングチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態の電子内視鏡用光源装置および電子内視鏡システムについて説明する。

図１は、本発明の実施形態の電子内視鏡システム１の概略構成を示す図である。図１に示されるように、電子内視鏡システム１は、患者の体腔内に挿入される電子スコープ１００と、プロセッサ２００と、モニタ５００からなる。プロセッサ２００は、電子スコープ１００からの信号を処理する信号処理装置と、自然光の届かない体腔内を、電子スコープ１００を介して照射するための光源を備える光源装置とを一体に備えた装置である。別の実施形態では、信号処理装置と光源装置とを別体で構成してもよい。

プロセッサ２００は、キセノンランプ、ハロゲンランプ、水銀ランプなどの白色光を照射するランプ２２を備えている。ランプ２２から照射された白色光は、集光レンズ３０を介して、電子スコープ１００内に設けられたライトガイド１１に入射する。ライトガイド１１に入射した光は、電子スコープ先端部１００Ｔから射出され、図示しない光学系を通って観察対象である被写体に照射される。

被写体によって反射した光は、電子スコープ先端部１００Ｔに設けられた対物レンズ（不図示）によって結像され、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）１４の受光面に被写体像が形成される。ＣＣＤ１４の受光面上には、Ｃｙ、Ｙｅ，Ｇ、Ｍｇからなる色フィルタ要素をモザイク状に配列させた捕色フィルタが配設されている。ＣＣＤ１４では、受光した光が光電変換されて画像信号が生成される。本実施形態では、撮像方式として、同時式の画像混合読み出し方式が採用される。

ＣＣＤ１４では、ＣＣＤ駆動回路１５から送られてくる駆動信号に従い、１フィールド分の画像信号が所定の時間間隔で読み出される。ＮＴＳＣ方式の場合、１／６０秒間隔で出力されるＣＣＤ垂直転送パルス信号に従って画像信号が読み出され、ＰＡＬ方式の場合は、１／５０秒間隔で出力されるＣＣＤ垂直転送パルス信号に従って画像信号が読み出される。順次読み出される１フィールド分の画像信号は、プロセッサ２００の画像信号処理回路３２へ送られる。

画像信号処理回路３２では、画像信号に対するデジタル化処理、さらには、ホワイトバランス処理（ゲイン処理）、ガンマ補正処理などの様々な信号処理が施される、これにより、１フィールド分のＲ、Ｇ、Ｂ画像信号が生成される。Ｒ、Ｇ、Ｂ画像信号は、モニタ５００へ出力され、被写体のカラー画像がモニタ５００に表示される。

内視鏡による観察中、オペレータが電子スコープ１００の操作部に設けられたボタン（不図示）を押すと、フリーズ動作が実行される。すなわち、１フィールド分の画素信号がＣＣＤ１４から読み出され、静止画像が画像メモリに記憶される。

また、集光レンズ３０とライトガイド１１の入射端１１Ａとの間には、照明光量を増減調整する絞り２４が配置されている。また、プロセッサ２００の調光回路３５は、画像信号処理回路３２から送られてくる輝度信号に基づいて、絞り２４の開閉を所定の時間間隔で制御し、表示される被写体像の明るさを調整する。

プロセッサ２００の制御回路３４は、ＣＰＵおよびＲＯＭ等を含み、ＣＣＤ駆動回路１５、タイミングコントローラ３３などへ制御信号を出力し、プロセッサ２００全体の動作を制御する。プロセッサ２００の動作制御に関するプログラムは、ＲＯＭ（不図示）に予め格納されている。タイミングコントローラ３３は、ＣＣＤ駆動回路１５、画像信号処理回路３２などへ同期信号を出力する。

プロセッサ２００のフロントパネルには、通常観察モード、特殊光観察モードおよび同時観察モードを切り替えるためのモード変更ボタン（不図示）が設けられている。本実施形態では、上述した通常のカラー画像表示に加え、回転フィルタ４０を使用することで、特定波長域の光に基づく特殊光画像の表示、および回転フィルタ４０を回転させることで、通常画像、特殊光画像の両方を同時に表示することができる。

回転フィルタ４０は、モータ２８の軸中心に取り付けられており、モータ２８は、図示しない支持機構によってプロセッサ２００の筐体内に保持されている。回転フィルタ４０は、ランプ２２と集光レンズ３０との間で移動可能であり、光軸垂直な平面に沿って互いに直交する方向へ移動することができる。

図２は、本実施形態の回転フィルタ４０の構成を示す図である。図２に示すように、回転フィルタ４０は、開口４１およびフィルタ４２を備える。開口４１は、ランプ２２から照射される白色光を透過する。フィルタ４２は、ランプ２２から照射される白色光の内、特定波長域の光のみを透過する帯域制限フィルタである。

通常観察モードの間、回転フィルタ４０は、光路上から退避した場所にある。一方、モード変更ボタンによって、特殊光観察モードが選択されると、回転フィルタ４０が光路上に配置される。回転フィルタ４０は、フィルタ４２がランプ２２から照射される光の光軸ＰＳ上にくるように位置決めされる。これにより、フィルタ４２を通過する特殊光が被写体に照射される。そして、上述した通常観察モードと同様に、電子スコープ１００によって特殊光に基づく画像信号が生成され、画像信号処理回路３２によって処理された特殊光画像がモニタ５００に表示される。

また、モード変更ボタンによって、同時観察モードが選択されると、回転フィルタ４０は、光路上において、開口４１およびフィルタ４２が、ランプ２２から照射される光の光軸ＰＳを横断するように位置決めされる。そして、モータ２８によって回転フィルタ４０が回転され、照明光の透過、遮光が交互に繰り返され、フィルタ４２を通過する特殊光と通常観察用の白色光とが、交互に被写体に照射される。ここで、図２に示されるように、白色光が照射される期間を白色光照射期間Ｔ１、白色光が照射されつつある期間、および遮光されつつある期間を白色光光量不安定期間Ｔ２、何れの光も透過されない期間を遮光期間Ｔ３、特殊光が照射される期間を特殊光照射期間Ｔ４、特殊光が照射されつつある期間、および遮光されつつある期間を特殊光光量不安定期間Ｔ５とする。

同時観察モードの間、特殊光に基づいて生成される１フィールド分の画像信号、および白色光に基づいて生成される１フィールド分の画像信号が、ＣＣＤ垂直転送パルスによってＣＣＤ１４から交互に読み出される。特殊光に基づいて生成された画像信号は、図１に示す奇数フィールドに対応した第１メモリ３６に格納され、白色光に基づく画像信号は、偶数フィールドに対応した第２メモリ３８に格納される。

第１メモリ３６に格納された画像信号の出力は、１フィールド分遅延される。そして、並列表示処理回路３９では、第１メモリ３６および第２メモリ３８から同期して出力される画像信号に基づいて表示処理を行う。これにより、白色光による通常観察画像ＰＭ１と特殊光観察画像ＰＭ２が、同一画面に同時に表示される。

また、本実施形態の電子内視鏡システム１は、電子シャッタ機能を備えており、所定のタイミングで、プロセッサ２００の制御回路３４から、ＣＣＤ駆動回路１５へ電荷掃捨パルスが出力される。ここで、同時観察モードにおいては、１フィールド内で白色光および特殊光が混在することを防ぐために、回転フィルタの位相および速度を制御する必要がある。図３は、白色光および特殊光の同時観察を行う場合の、従来技術における回転フィルタの位相を説明するためのタイミングチャートである。図３（ａ）は、白色光および特殊光の照射タイミングを示し、図３（ｂ）はＣＣＤの垂直転送パルスを示す。

従来技術においては、図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、白色光および特殊光が交互に照射される場合、それぞれの光照射期間Ｔ１およびＴ４が１フィールド期間の中央に収まるように、回転フィルタ４０の回転速度および位相が制御される。すなわち、ＣＣＤ垂直転送パルスの立ち上がりが、遮光期間Ｔ３または光量不安定期間Ｔ２もしくはＴ５にくるように、回転フィルタ４０の回転速度および位相が制御される。これにより、１フィールド内に白色光および特殊光が混在することを防ぐことができる。

しかしながら、この場合に電子シャッタ機能を使用すると、電荷掃捨パルスのタイミングによっては、充分な光量を得られないまま露光期間が終了してしまうことがある。具体的には、図３（ｄ）に示されるように、電荷掃捨パルスのタイミングが、１フィールドの終了付近に来る場合（図３の紙面右端の電荷掃捨パルスの場合）、電荷蓄積期間が遮光期間Ｔ３および光量不安定期間Ｔ５のみとなる。この場合、図３（ｃ）に示されるように、電荷がほとんど蓄積されない状態でＣＣＤ垂直転送パルスによって画像信号が出力されるため、得られる観察画像が真っ暗になってしまう。

そこで、本実施形態では、同時観察モードの際に、回転フィルタ４０の速度および位相を制御するとともに、制御回路３４において電荷掃捨パルスの出力タイミングを制御することで、電子シャッタによる観察画像の明るさへの影響を防ぐことを可能とする。本実施形態における、回転フィルタ４０の位相および電荷掃捨パルスのタイミングについて、図４を参照して説明する。

まず、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、本実施形態では、１フィールドが終了するタイミングに白色光照射期間Ｔ１および特殊光照射期間Ｔ４がそれぞれ終了するように、回転フィルタ４０の回転速度および位相が制御される。言い換えると、白色光照射期間Ｔ１および特殊光照射期間Ｔ４の終了のタイミングと、ＣＣＤ垂直転送パルスの立ち上がりのタイミングが同時となるように、回転フィルタ４０の回転速度および位相が制御される。これにより、電荷が転送される直前まで白色光または特殊光が照射されるため、電荷掃捨パルスが１フィールドの終了付近に出力され、電荷の蓄積時間が短くなった場合でも、観察画像が真っ暗になってしまうことを防ぐことができる。

しかしながら、回転フィルタ４０の位相を図４に示されるように制御した場合、１フィールド内に、白色光および特殊光が混在してしまう可能性がある。例えば、図４の紙面左端に示される１フィールドには、白色光照射期間Ｔ１と、直前のフィールドで露光されていた特殊光光量不安定期間Ｔ５が含まれる。そこで、本実施形態では、さらに電子シャッタ機能を用いて、白色光および特殊光が混在することを防ぐ構成となっている。

具体的には、通常、電子シャッタ機能は、画像のブレを防ぐために自動的にＯＮ／ＯＦＦされる構成となっているが、本実施形態では、同時観察モードの場合には、電子シャッタ機能が常時ＯＮにされる。そして、制御回路３４において、電荷掃捨パルスの出力のタイミングが、１フィールドの最初の光量不安定期間Ｔ２またはＴ５の終了後の期間で可変となるよう制御される。言い換えると、制御回路３４は、電荷掃捨パルスが１フィールドの最初の光量不安定期間Ｔ２またはＴ５中には出力されないように制御する。ここで、１フィールドの最初の光量不安定期間は、図４（ｄ）にＲＴで示される期間であり、直前のフィールドで露光される光の光量不安定期間である。詳しくは、直前のフィールドにおいて白色光が露光されている場合は、白色光の光量不安定期間Ｔ２であり、直前のフィールドにおいて特殊光が露光されている場合は、特殊光の光量不安定期間Ｔ５である。このように電荷掃捨パルスの出力を制御することにより、別の光による電荷をリセットすることができ、１フィールド内に白色光と特殊光とが混在することを防止できる。これにより、適切な通常画像および特殊光画像をそれぞれ得ることができる。

このように、本実施形態では、白色光および特殊光の同時観察の際に、回転フィルタ４０の速度および位相を制御するとともに、制御回路３４において電荷掃捨パルスの出力タイミングを制御することで、充分な明るさを有し、かつ白色光と特殊光が混在しない、適切な観察画像を得ることができる。また、本実施形態では、上記のような構成とすることで、電荷掃捨パルスに併せて回転フィルタの位相を制御して露光期間を可変とする場合に比べ、モータ２８への負担も少なくすることができる。

以上が本発明の実施形態の説明である。本発明は、上記の構成に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲において様々な変形が可能である。まず、回転フィルタについては、上記実施形態で説明したものに限定されるものではなく、様々な構成が可能である。例えば、特殊光を透過するフィルタとして、透過光の境界波長域が異なる複数の色フィルタを径方向に並べた構成としても良い。また、開口の替わりに白色光を透過するフィルタを設けても良い。また、撮像素子として、ＣＣＤ以外のイメージセンサ（ＣＭＯＳなど）を用いることも可能である。

１ 電子内視鏡システム
１００ 電子スコープ
１４ ＣＣＤ
１５ ＣＣＤ駆動回路
２００ プロセッサ
２２ ランプ
２８ モータ
３２ 画像信号処理回路
３３ タイミングコントローラ
３４ 制御回路
３５ 調光回路
４０ 回転フィルタ
５００ モニタ

Claims (7)

1. 電子内視鏡に照明光を供給するための電子内視鏡用光源装置であって、
   白色光を照射する光源と、
   回転することにより、前記白色光および特定波長域の特殊光を交互に前記電子内視鏡に供給するための回転フィルタと、
   前記回転フィルタを制御する回転制御手段と、
   所定のタイミングで前記電子内視鏡に電荷掃捨パルスを出力する電子シャッタ手段と、
   を備え、
   前記回転制御手段は、１フィールドが終了するタイミングで前記白色光および特殊光それぞれの光照射期間が終了するように、前記回転フィルタを制御し、
   前記電子シャッタ手段は、１フィールド内に前記白色光および前記特殊光が混在しないように、前記電荷掃捨パルスを出力する、電子内視鏡用光源装置。
2. 前記電子シャッタ手段は、１フィールドの最初の光量不安定期間の後に、前記電荷掃捨パルスを出力する、請求項１に記載の電子内視鏡用光源装置。
3. 前記回転フィルタは、前記白色光を透過するための開口、前記特定波長域の特殊光のみを透過するためのフィルタ、および何れの光も透過させない遮光部を有する、請求項１または２に記載の電子内視鏡用光源装置。
4. 前記回転制御手段は、前記回転フィルタの位相と速度を制御することを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の電子内視鏡用光源装置。
5. 前記電子シャッタ手段は、前記回転フィルタが回転される場合に、常に、電荷掃捨パルスを所定のタイミングで出力する、請求項１から４のいずれか一項に記載の電子内視鏡用光源装置。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の電子内視鏡用光源装置と、
   前記電子内視鏡用光源装置から供給される照明光を体腔内に照射し、該体腔内の画像を取得する電子内視鏡と、
   前記電子内視鏡で取得された画像を処理する画像処理装置と、からなる電子内視鏡システム。
7. 前記電子内視鏡は、前記白色光による通常画像および前記特殊光による特殊光画像を交互に取得し、
   前記画像処理装置は、前記通常画像および前記特殊光画像を同時に表示するよう処理する、請求項６に記載の電子内視鏡システム。

Images