JP2014204851A

JP2014204851A - 内視鏡装置

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Publication number: JP2014204851A
Application number: JP2013084307A
Authority: JP
Inventors: 正充小笠原; Masamitsu Ogasawara
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2013-04-12
Filing date: 2013-04-12
Publication date: 2014-10-30
Also published as: CN104104845B; US9247863B2; US20140307073A1; CN104104845A

Abstract

【課題】内視鏡の種類や挿入部の長さに関係なく、ＯＢを正確にクランプすることができる内視鏡装置を提供する。【解決手段】内視鏡装置１は、ＣＣＤ９で撮像して得られた撮像信号をオプティカルブラックパルスで指定されるタイミングでクランプするクランプ回路４３と、クランプ回路４３から出力される撮像信号に対して各種信号処理を施して映像信号に変換する画像処理部２２と、内視鏡２ａの種類または挿入部２の長さに応じて、オプティカルブラックパルスの位相を変更するタイミングジェネレータ２３及び制御部４８と、を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、内視鏡装置に関する。

従来より、医療用分野では、体腔内に細長の挿入部を挿入することにより、体腔内臓器等を観察したり、必要に応じて処置具チャンネル内に挿通した処置具を用いて、各種治療処置を行うことができる内視鏡が広く利用されている。また、工業用分野においても、ボイラ、タービン、エンジン、化学プラント等の内部の傷や腐食等の観察、検査に工業用の内視鏡が広く用いられている。

このような工業用の内視鏡には、特開２００１−２２４５５５号公報に開示されているように、細長の挿入部を有する内視鏡を着脱可能な構成となっており、検査対象に応じて、ユーザが内視鏡を交換することが可能な内視鏡装置が存在する。

このような工業用の内視鏡装置では、様々な検査対象に合わせた様々な長さの挿入部を有する内視鏡がラインナップされている。内視鏡の挿入部の長さは、１ｍ〜３０ｍと幅広い長さに対応されており、本体側はこれらの内視鏡が着脱されても、問題なく信号処理ができるような設計としなければならない。

信号伝送では、本体側から挿入部の先端までの伝送と、挿入部の先端から本体側までの伝送があるため、挿入部の２倍の長さ分の信号遅延が発生する。すなわち、通常の電気信号は、５ｎｓｅｃ／ｍ程度の遅延があるため、１ｍの挿入部を有する内視鏡では５ｎｓｅｃ×２＝１０ｎｓｅｃの遅延を有し、３０ｍの挿入部を有する内視鏡では５ｎｓｅｃ×６０＝３００ｎｓｅｃの遅延を有する。

特開２００１−２２４５５５号公報

しかしながら、従来の本体側の信号処理では、内視鏡の種類や挿入部の長さに応じた信号遅延が考慮されておりず、遅延量が固定されていた。例えば、本体側では、挿入部の先端の撮像素子で撮像された撮像信号からオプティカルブラック（以下、ＯＢという）をＯＢパルスでクランプし、黒レベルを再現するが、遅延量が固定されているＯＢパルスでは、１ｍ〜３０ｍの挿入部の遅延量に対応できす、ＯＢを正確にクランプすることができないという問題がある。

特に近年の内視鏡では挿入部の先端に搭載された撮像素子の画素数が高画素化する傾向にあり、挿入部の信号伝送での信号遅延の影響を無視できなくなってきている。撮像素子の画素数が高画素になればなるほど１画素あたりの周期が短くなるため、遅延量に相当する画素数が増える。そのため、ＯＢパルスでＯＢをクランプする際に、ＯＢ以外の画素が多くクランプされてしまい、ＯＢを正確にクランプすることができなくなる。

ＯＢをクランプする画素数を減らすことで、ある程度遅延してもＯＢを正確にクランプすることが可能であるが、ＯＢをクランプする画素数を減らすと長距離伝送によって重畳されるノイズの影響を受けやすくなる。このため、正確な黒レベルの再現ができなくなり、Ｓ／Ｎが悪化するという問題がある。光源の強さに制限がある内視鏡では、高ゲイン観察が必須で、その場合には、このＳ／Ｎの悪化が致命的になる。

そこで、本発明は、内視鏡の種類や挿入部の長さに関係なく、ＯＢを正確にクランプすることができる内視鏡装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様の内視鏡装置は、撮像素子を先端に備えた挿入部を有する内視鏡がプロセッサ装置に接続される内視鏡装置であって、前記撮像素子で撮像して得られた撮像信号をオプティカルブラックパルスで指定されるタイミングでクランプするクランプ回路と、前記クランプ回路から出力される撮像信号に対して各種信号処理を施して映像信号に変換する画像処理部と、前記内視鏡の種類または前記挿入部の長さに応じて、前記オプティカルブラックパルスの位相を変更する位相変更部と、を有する。

本発明の内視鏡装置によれば、内視鏡の種類や挿入部の長さに関係なく、ＯＢを正確にクランプすることができる。

本発明の一実施の形態に係る内視鏡装置の構成を示す図である。ＡＦＥ２１及び画像処理部２２の詳細な構成を説明するための図である。ＥＥＰＲＯＭ３２の記憶されているテーブルの例を説明するための図である。内視鏡装置１の動作を説明するためのタイミングチャートである。本発明の実施の形態に係る内視鏡装置１のクランプ処理の流れの例を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係る内視鏡装置の構成を示す図である。

（全体構成）
図１に示すように、内視鏡装置１は、細長で可撓性を有する挿入部２を備えた内視鏡２ａと、この内視鏡２ａが着脱自在に接続され、内視鏡２ａの挿入部２に搭載された撮像素子に対する信号処理を行うプロセッサ装置としての本体部３と、この本体部３から出力される画像信号が入力されることにより撮像素子で撮像された画像を内視鏡画像として表示する表示部としてのＬＣＤ４とを有して構成されている。

本体部３には、記録媒体５が取り付け可能となっており、記録媒体５に静止画、動画記録が可能となっている。また、内視鏡２ａと本体部３との着脱部分には、それぞれ電気的な接続を行うための着脱コネクタ６ａ及び６ｂ、湾曲用ワイヤを接続する湾曲ワイヤ接続機構７ａ及び７ｂが配置されている。

挿入部２の先端部には、対物レンズ８が取り付けてあり、その結像位置に撮像素子として例えば電荷結合素子（以下、ＣＣＤと略記）９が配置されている。また、挿入部２の先端部には、被検体を照明する照明用のＬＥＤ１０と、湾曲用ワイヤを固定するワイヤ固定部１１と、先端部の温度を計測するサーミスタ１２とが配置されている。

さらに、挿入部２の基端側には、スコープＩＤが記憶されたスコープＩＤ記憶部１３が設けられている。内視鏡種別データ保持部としてのスコープＩＤ記憶部１３には、スコープＩＤとして、少なくとも内視鏡２ａの種類の情報、または、挿入部２の長さの情報が保持されている。内視鏡２ａが本体部３に接続されると、スコープＩＤ記憶部１３からスコープＩＤが読み出され、後述する画像処理部２２に入力される。

また、本体部３は、プリアンプ２０と、アナログフロントエンド（以下、ＡＦＥと略記）２１と、画像処理部２２と、タイミングジェネレータ２３と、ＣＣＤドライブ回路２４と、ＬＥＤドライブ回路２５と、湾曲制御部２６と、ＵＤ湾曲モータ２７と、ＲＬ湾曲モータ２８と、ユーザインターフェース２９と、システム制御部３０と、画像記録部３１と、ＥＥＰＲＯＭ３２とを有して構成される。

（ＬＥＤ制御）
挿入部２の先端部に配置された照明用のＬＥＤ１０は、挿入部２内に挿通されたケーブルを介してＬＥＤドライブ回路２５と接続されている。このＬＥＤドライブ回路２５は、システム制御部３０と接続されている。ＬＥＤドライブ回路２５は、システム制御部３０のＬＥＤ点灯信号により、ＬＥＤ１２の点灯／消灯を制御する。システム制御部３０は、ユーザインターフェース２９からの入力（ＬＥＤ１２のＯＮ／ＯＦＦ信号）を受け取り、ＬＥＤドライブ回路２５を制御する。

（湾曲制御）
挿入部２の先端部にはワイヤ固定部１１が配置されており、このワイヤ固定部１１に４本のワイヤが接続されている。それらの４本のワイヤは、先端部を上下左右方向に湾曲させるものであり、上下方向を制御する２本のワイヤはＵＤ湾曲モータ２７に接続され、左右方向を制御する２本のワイヤはＲＬ湾曲モータ２８に接続されている。なお、図１においては、ＵＤ湾曲モータ２７及びＲＬ湾曲モータ２８に接続されるワイヤをそれぞれ１本のみ記載している。

ＵＤ湾曲モータ２７、及び、ＲＬ湾曲モータ２８は、それぞれ湾曲制御部２６に接続されている。この湾曲制御部２６は、システム制御部３０に接続さている。

ユーザインターフェース２９には、挿入部２の先端部を湾曲させる湾曲用ジョイスティックが搭載されており、その湾曲用ジョイスティックを上下方向に傾倒されると、システム制御部３０は湾曲制御部２６に上下方向湾曲指示信号を送信する。湾曲制御部２６は、受信した上下方向湾曲指示信号に基づいて、ＵＤ湾曲モータ２７を駆動制御してＵＤ湾曲モータ２７に接続さているワイヤを牽引する。それにより、挿入部２の先端部を上下方向に湾曲することができる。

左右方向の湾曲も同様に、挿入部２の先端部を湾曲させる湾曲用ジョイスティックが左右方向に傾倒されると、システム制御部３０は湾曲制御部２６に左右方向湾曲指示信号を送信する。湾曲制御部２６は、受信した左右方向湾曲指示信号に基づいてＲＬ湾曲モータ２８を駆動制御してＲＬ湾曲モータ２８に接続さているワイヤを牽引する。それにより、挿入部２の先端部を左右方向に湾曲することができる。

（画像処理）
ＬＥＤ１２により照明された被写体は、挿入部２の先端部に配置された対物レンズ８による結像位置に配置された、撮像部としてのＣＣＤ９に結像され、光電変換される。このＣＣＤ９に接続される複合同軸ケーブルは、ＣＣＤドライブ回路２４及びプリアンプ２０に接続される。

ＣＣＤドライブ回路２４は、タイミングジェネレータ２３から、ＣＣＤ９を駆動するためのタイミング信号を受信する。そして、ＣＣＤドライブ回路２４は、受信したタイミング信号に対して、ＣＣＤ９までの伝送路長（複合同軸ケーブルの長さ）に応じたドライブ処理を施して、ＣＣＤ駆動信号としてＣＣＤ９に伝送する。

ＣＣＤ９は、ＣＣＤドライブ回路２４からのＣＣＤ駆動信号のタイミングに基づいて光電変換を行い、ＣＣＤ出力信号を出力する。このＣＣＤ出力信号は、電流増幅された後、複合同軸ケーブルを介してプリアンプ２０に入力される。プリアンプ２０は、複合同軸ケーブルでの伝送により減衰した信号レベルを補うためにＣＣＤ出力信号を増幅する。

プリアンプ２０により増幅されたＣＣＤ出力信号は、ＡＦＥ２１に入力される。ＡＦＥ２１は、プリアンプ２０により増幅されたＣＣＤ出力信号に、ＣＤＳ処理（相関２重サンプリング処理）、ＡＧＣ処理（オートゲインコントロール処理）、クランプ処理及びＡＤ変換処理を施し、画像処理部２２に出力する。ＡＦＥ２１には、タイミングジェネレータ２３からＯＢをクランプするためのＯＢパルスが入力される。ＡＦＥ２１は、このＯＢパルスに基づき、ＯＢをクランプする。なお、ＡＦＥ２１の詳細な構成については、後述する図２を用いて説明する。

画像処理部２２は、ガンマ補正、輪郭補正、ホワイトバランス、電子ＺＯＯＭ、色補正、コントラスト補正、ＡＥ制御、フリーズ等の各種画像処理を施して映像信号に変換する。画像処理部２２は、システム制御部３０と通信を行い、システム制御部３０がユーザインターフェース２９からの入力（ＺＯＯＭ信号、Brightness信号等）を受け取り、それぞれに対応した指示を画像処理部２２に対して出力し、その指示に従って画像処理部２２が各処理を行う。なお、画像処理部２２の詳細な構成については、後述する図２を用いて説明する。

（画像記録）
画像処理部２２から出力された映像信号は、画像記録部３１に入力される。画像記録部３１は、静止画記録、動画記録の制御を行う。画像記録部３１に入力された映像信号は、画像記録部３１内の図示しないエンコーダにより圧縮され、静止画、若しくは動画として記録媒体５に記録される。この画像記録動作は、システム制御部３０がユーザインターフェース２９からの入力に基づいて記録信号を送信して、それを画像記録部３１が受信した場合に行われる。なお、画像記録部３１は、一旦画面のフリーズが実施しされた後に記録をする場合には静止画撮影（静止画記録）を行い、フリーズが実施されずに記録をする場合には動画撮影（動画記録）を行う。

また、記録媒体５に記録されている静止画、若しくは動画は、画像記録部３１内の図示しないデコーダにより伸張され、ＬＣＤ４に出力される。この画像再生動作は、システム制御部３０がユーザインターフェース２９からの入力に基づいて再生信号を送信して、それを画像記録部３１が受信した場合に行われる。

（ＬＣＤ表示）
画像記録部３１では、画像処理部２２から入力された映像信号に対して、接続されているＬＣＤ４に最適な画像処理、例えば、ＲＧＢ変換処理やフレームレート変換処理等を施し、ＬＣＤ４に出力する。ＬＣＤ４は、入力された映像信号に基づき映像信号を表示画像として表示する。

（温度制御）
挿入部２の先端部に配置されたサーミスタ１２は、ケーブルを介してシステム制御部３０と接続されている。システム制御部３０は、サーミスタ１２からの情報を基づき、挿入部２の先端の温度情報をＬＣＤ４に表示する。また、システム制御部３０は、挿入部２の先端部の温度が所定の温度以上になった場合、温度上昇の警告をＬＣＤ４に表示する。

次に、ＡＦＥ２１及び画像処理部２２の詳細な構成について説明する。図２は、ＡＦＥ２１及び画像処理部２２の詳細な構成を説明するための図である。

図２に示すように、ＡＦＥ２１は、ＣＤＳ回路４１と、ＡＧＣ回路４２と、クランプ回路４３と、ＡＤ回路４４とを有して構成されている。また、画像処理部２２は、画像取得位置調整部４５と、画素補間色差変換部４６と、画像処理回路４７と、制御部４８とを有して構成されている。

ＣＤＳ回路４１には、タイミングジェネレータ２３からサンプリングパルスＳＨＰ及びＳＨＤが入力される。ＣＤＳ回路４１は、サンプリングパルスＳＨＰ及びＳＨＤに基づいて、ＣＣＤ出力信号からフィードスルー部及びデータ部をサンプリングし、フィードスルー部及びデータ部の差を出力する相関二重サンプリング処理を施し、ＡＧＣ回路４２に出力する。

ＡＧＣ回路４２は、制御部４８からの制御に基づき、ＣＤＳ回路４１から出力された画像信号のゲインを調整し、クランプ回路４３に出力する。

クランプ回路４３には、タイミングジェネレータ２３からＯＢをクランプするためのＯＢパルスが入力される。このＯＢパルスは、後述するが、内視鏡２ａの種類や挿入部２の長さに応じて、所定の時間遅延されたＯＢパルスである。クランプ回路４３は、この所定の時間遅延されたＯＢパルスでＯＢをクランプする。クランプ回路４３は、ＯＢパルスでクランプされたＯＢの画素を平均化して黒レベルを決定し、決定した黒レベルに応じた画像信号をＡＤ回路４４に出力する。

ＡＤ回路４４は、クランプ回路４３からの画像信号をデジタル信号に変換し、画像処理部２２の画像取得位置調整部４５に出力する。

制御部４８は、スコープＩＤ記憶部１３からスコープＩＤを読み出すと、ＥＥＰＲＯＭ３２に記憶されている後述するテーブル３２ａを参照し、スコープＩＤに対応する遅延時間Δｔを読み出す。制御部４８は、読み出した遅延時間Δｔをタイミングジェネレータ２３及び画像取得位置調整部４５に出力する。

タイミングジェネレータ２３は、制御部４８からの遅延時間Δｔに基づいて、ＯＢパルスの位相（タイミング）を変更したＯＢパルスを生成し、クランプ回路４３に出力する。このように位相を変更したＯＢパルスにより、クランプ回路４３で上述したクランプ処理が行われる。なお、タイミングジェネレータ２３から出力される信号は、位相を変更したＯＢパルスに限定されることなく、例えば、スコープＩＤに応じて変更された位相でＯＢのクランプを行うための制御信号でもよい。このように、制御部４８及びタイミングジェネレータ２３は、内視鏡の種類または挿入部の長さに応じて、ＯＢパルスの位相を変更する位相変更部を構成する。

また画像取得位置調整部４５は、制御部４８からの遅延時間Δｔに基づいて、ＡＤ回路４４から出力された撮像信号の有効画素を取得する位置を調整し、有効画素を取得する。画像取得位置調整部４５で取得された有効画素の撮像信号は、画素補間色差変換部４６に出力される。このように、制御部４８及び画像取得位置調整部４５は、内視鏡の種類または挿入部の長さに応じて、撮像信号の有効画素を取得する位置を調整する位置調整部を構成する。

画素補間色差変換部４６は、画像取得位置調整部４５からの撮像信号に画素補間、色差変換処理を施し、画像処理回路４７に出力する。

画像処理回路４７は、画素補間色差変換部４６からの撮像信号に対し、各種画像処理、例えば、上述したガンマ補正や輪郭補正等を施して、映像信号に変換して画像記録部３１に出力する。

ここで、ＥＥＰＲＯＭ３２の記憶されているテーブルについて説明する。図３は、ＥＥＰＲＯＭ３２の記憶されているテーブルの例を説明するための図である。

図３に示すように、ＥＥＰＲＯＭ３２の記憶されているテーブル３２ａには、スコープＩＤと、そのスコープＩＤに対応したＯＢパルスの遅延時間とが記憶されている。上述したように、スコープＩＤは、例えば、内視鏡の種類の情報、または、挿入部の長さの情報である。例えば、スコープＩＤが内視鏡の種類Ａの場合、遅延時間としてΔｔ１が対応付けられており、スコープＩＤが内視鏡の種類Ｂの場合、遅延時間としてΔｔ２が対応付けられている。同様に、スコープＩＤが挿入部の長さＣの場合、遅延時間としてΔｔ３が対応付けられており、スコープＩＤが挿入部の長さＤの場合、遅延時間としてΔｔ４が対応付けられている。

制御部４８は、スコープＩＤ記憶部１３からスコープＩＤを読み出すと、テーブル３２ａを参照し、スコープＩＤに対応する遅延時間Δｔを読み出す。制御部４８は、例えば、スコープＩＤが挿入部２の長さＣの場合、遅延時間Δｔ３を読み出し、読み出した遅延時間Δｔ３をタイミングジェネレータ２３及び画像取得位置調整部４５に出力する。これにより、上述したスコープＩＤに応じたＯＢパルスによるクランプ処理、及び、有効画素を取得する位置の調整が行われる。

次に、このように構成された内視鏡装置１の動作について説明する。

図４は、内視鏡装置１の動作を説明するためのタイミングチャートである。

出力が反転している水平駆動パルスＨ１及びＨ２がＣＣＤドライブ回路２４からＣＣＤ９に出力されることで、ＣＣＤ出力信号が本体部３に出力される。このＣＣＤ出力信号には、有効画素、不問領域、有効ＯＢの画素が存在する。この有効ＯＢをＯＢパルスでクランプすることで、黒レベルを得るようにしている。

しかしながら、挿入部２が長尺の場合、ＣＣＤ出力信号に遅延が生じする。上述したＯＢパルスで遅延されたＣＣＤ出力信号をクランプすると、有効ＯＢでない画素もクランプすることになり、正確な黒レベルを得ることができない。

そこで、制御部４８は、スコープＩＤに応じた遅延時間Δｔをテーブル３２ａから読み出し、タイミングジェネレータ２３に出力する。そして、タイミングジェネレータ２３は、制御部４８により読み出された遅延時間Δｔに基づいて、位相が変更されたＯＢパルスを生成し、クランプ回路４３に出力する。これにより、遅延されたＣＣＤ出力信号の有効ＯＢを正確にクランプすることができるため、正確な黒レベルを得ることができる。

図５は、本発明の実施の形態に係る内視鏡装置１のクランプ処理の流れの例を示すフローチャートである。

まず、内視鏡２ａが本体部３に接続されると、スコープＩＤ記憶部１３からスコープＩＤが読み出される（ステップＳ１）。次に、読み出されたスコープＩＤに対応する遅延時間Δｔがテーブル３２ａから読み出される（ステップＳ２）。次に、読み出された遅延時間Δｔに応じて位相が変更されたＯＢパルスが生成される（ステップＳ３）。最後に、生成されたＯＢパルスで指定されるタイミングで撮像信号のＯＢをクランプし（ステップＳ４）、処理を終了する。

以上のように、内視鏡装置１は、本体部３に接続される内視鏡２ａからスコープＩＤをスコープＩＤ記憶部１３から読み出し、そのスコープＩＤに応じた遅延時間をＥＥＰＲＯＭ３２のテーブル３２ａから読み出すようにした。そして、内視鏡装置１は、読み出した遅延時間に基づいて、有効ＯＢをクランプするＯＢパルスの位相を変更し、位相を変更したＯＢパルスでＯＢをクランプするようにした。この結果、内視鏡装置１は、挿入部２の長さ等に応じて遅延されるＣＣＤ出力信号の有効ＯＢを正確にクランプすることができる。

よって、本実施の形態の内視鏡装置によれば、内視鏡の種類や挿入部の長さに関係なく、ＯＢを正確にクランプすることができる。

なお、本明細書におけるフローチャート中の各ステップは、その性質に反しない限り、実行順序を変更し、複数同時に実行し、あるいは実行毎に異なった順序で実行してもよい。

本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。

１…内視鏡装置、２…挿入部、２ａ…内視鏡、３…本体部、４…ＬＣＤ、５…記録媒体、６ａ，６ｂ…着脱コネクタ、７ａ，７ｂ…湾曲ワイヤ接続機構、８…対物レンズ、９…ＣＣＤ、１０…ＬＥＤ、１１…ワイヤ固定部、１２…サーミスタ、１３…スコープＩＤ記憶部、２０…プリアンプ、２１…ＡＦＥ、２２…画像処理部、２３…タイミングジェネレータ、２４…ＣＣＤドライブ回路、２５…ＬＥＤドライブ回路、２６…湾曲制御部、２７…ＵＤ湾曲モータ、２８…ＲＬ湾曲モータ、２９…ユーザインターフェース、３０…システム制御部、３１…画像記録部、３２…ＥＥＰＲＯＭ、３２ａ…テーブル、４１…ＣＤＳ回路、４２…ＡＧＣ回路、４３…クランプ回路、４４…ＡＤ回路、４５…画像取得位置調整部、４６…画素補間色差変換部、４７…画像処理回路、４８…制御部。

Claims

撮像素子を先端に備えた挿入部を有する内視鏡がプロセッサ装置に接続される内視鏡装置であって、
前記撮像素子で撮像して得られた撮像信号をオプティカルブラックパルスで指定されるタイミングでクランプするクランプ回路と、
前記クランプ回路から出力される撮像信号に対して各種信号処理を施して映像信号に変換する画像処理部と、
前記内視鏡の種類または前記挿入部の長さに応じて、前記オプティカルブラックパルスの位相を変更する位相変更部と、
を有することを特徴とする内視鏡装置。
前記内視鏡の種類または前記挿入部の長さに応じて、前記撮像信号の有効画素を取得する位置を調整する位置調整部を有することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
前記内視鏡の種類または前記挿入部の長さの情報を記憶する内視鏡種別データ保持部を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の内視鏡装置。
前記内視鏡は、前記プロセッサ装置に着脱自在に接続されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の内視鏡装置。