JP2014226196A - 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】内視鏡の種類に応じて照明光を適切にライトガイドに入射させることで、好適な画像を取得することが可能な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】内視鏡に照明光を供給する内視鏡用光源装置において、照明光を照射する光源と、光源から照射される照明光を内視鏡のライトガイドの入射端面に収束させる集光レンズと、内視鏡の種類に応じて、集光レンズを光軸方向と平行に移動させるレンズ移動部と、を備える構成とした。【選択図】図４

Description

この発明は、体腔内の画像を観察するための内視鏡に照明光を供給する内視鏡用光源装置、および内視鏡用光源装置を備えた電子内視鏡システムに関する。

患者の体腔内を診断するためのシステムとして、電子内視鏡システムが一般に知られ、実用に供されている。電子内視鏡システムは、患者の体腔内の画像を撮影するための電子内視鏡、電子内視鏡によって撮影された画像を処理してモニタに表示させる信号処理装置、および電子内視鏡に照明光を供給するための光源装置から構成される。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。ライトガイドは複数本の光ファイバーからなり、光源装置から供給される照明光を伝播して体内を照射する。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、信号処理装置によって処理されモニタに表示される。

通常、電子内視鏡の挿入部は細径であるため、ライトガイドの入射端面の径は、光源装置が備えるランプから照射される照明光のビーム径よりも小径である。そのため、特許文献１に記載されるように、一般的な光源装置では、ランプとライトガイドとの間の光軸上に集光レンズを設け、ランプから照射される光をライトガイドの入射端面に収束させる構成となっている。

特開２００２−２２８９４２号公報

患者の体内に挿入される内視鏡の挿入部先端の径は、内視鏡の種類、すなわち観察の目的および観察対象に応じて様々である。そして、内視鏡の径に影響を与えるライトガイドの光ファイバー本数（すなわちライトガイドの入射端面の径）も内視鏡の種類に応じて異なる。そのため、所定の位置に固定された集光レンズによってライトガイドの入射端面に照明光を収束させた場合、内視鏡の種類によっては照明光が適切にライトガイドに入射しないことがある。具体的には、ある光ファイバー本数の内視鏡を基準として集光レンズが配置されている場合、基準となる内視鏡よりも光ファイバーの本数が少ない内視鏡が接続された場合には、集光レンズによって収束されるビーム径が、ライトガイドの入射端面の径より大きくなり、光の一部がライトガイドに入射されなくなってしまう。これにより、光のロスが発生するとともに、体内に照射される光の光量が不足し、得られる画像が暗くなってしまうことがある。また、軸上色収差の影響により、ライトガイドに入射する光の波長成分にも差が生じ、色再現性が悪くなるといった問題もある。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、内視鏡の種類に応じて照明光を適切にライトガイドに入射させることで、好適な画像を取得することが可能な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。

上記の課題を解決する本発明の一形態に係る内視鏡用光源装置は、内視鏡に照明光を供給する内視鏡用光源装置であって、照明光を照射する光源と、光源から照射される照明光を内視鏡のライトガイドの入射端面に収束させる集光レンズと、内視鏡の種類に応じて、集光レンズを光軸方向と平行に移動させるレンズ移動部と、を備えることを特徴とする。

このような構成により、内視鏡の種類に応じて、集光レンズの位置を最適化することができ、内視鏡の種類に関係なく、充分な光量および同等の波長の光を体内に照射させることが可能となる。これにより、適切な明るさおよび色再現性を有する体内画像を取得することができる。

また、レンズ移動部は、ライトガイドの入射端面に収束される照明光のビーム径が、ライトガイドの入射端面の径と略等しくなるように、集光レンズを移動させても良い。このような構成により、ライトガイドに無駄なく適切な照明光を入射させることが可能となる。

また、レンズ移動部は、内視鏡の識別情報に基づいて、集光レンズを移動させても良く、または内視鏡により取得される画像の明るさに基づいて、集光レンズを移動させても良い。このような構成により、術者による操作を必要とすることなく、自動的に集光レンズを最適位置に移動させることが可能となる。

さらに、本発明により、上記いずれかの内視鏡用光源装置と、照明光が照射された被写体からの反射光を受光する固体撮像素子と、固体撮像素子が出力する撮像信号を処理してモニタ表示可能な画像を生成する画像生成手段と、を有することを特徴とする電子内視鏡システムが提供される。また、電子内視鏡システムは、内視鏡の識別情報を記憶するメモリをさらに備えても良い。

本発明によれば、内視鏡の種類に応じて照明光を適切にライトガイドに入射させることで、好適な画像を取得することが可能な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外観図である。 本発明の実施形態における電子内視鏡システムの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電子内視鏡の光学コネクタを示す図である。 本発明の実施形態における集光レンズの移動を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態における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、本実施形態の電子内視鏡システム１の外観図である。図１に示されるように、電子内視鏡システム１は、被写体を撮影するための電子内視鏡１００および電子内視鏡１００が着脱可能に接続されるプロセッサ２００を備えている。電子内視鏡１００は、可撓性を有するシース（外皮）１１ａによって外装された可撓管１１を備えている。可撓管１１の先端には、硬質性を有する樹脂製筐体によって外装された先端部１２が連結されている。可撓管１１の基端には、電子内視鏡１００による撮影領域を移動するために先端部１２の方向を変更させる操作部１３が設けられている。

プロセッサ２００は、電子内視鏡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内視鏡１００を介して照射する光源装置とを一体に備えた装置である。尚、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。

電子内視鏡１００の基端には、コネクタ部１０が設けられており、プロセッサ２００に設けられたコネクタ部２０と着脱可能に接続される。コネクタ部１０は、電子内視鏡１００とプロセッサ２００とを電気的に接続する電気コネクタ１０Ａと、光学的に接続する光学コネクタ１０Ｂとを有している。

図２は、電子内視鏡システム１の構成を示すブロック図である。図２に示されるように、電子内視鏡システム１は、さらに、所定のケーブルを介してプロセッサ２００に接続されたモニタ３００を備える。なお、図１においては、図面を簡略化するため、モニタ３００を図示省略している。

また、図２に示されるように、プロセッサ２００は、電子内視鏡システム１を構成する各要素を制御するシステムコントローラ２０２、信号の処理タイミングを調整するクロックパルスを電子内視鏡システム１内の各種回路に出力するタイミングコントローラ２０４、および操作者によって映像の明るさの調整などに用いられるフロントパネル２１８を有している。プロセッサ２００は、さらに、後述するランプ電源イグナイタ２０６、ランプ２０８、集光レンズ２１０、レンズ駆動機構２１６を有している。

電子内視鏡１００は、基端部に設けられるドライバ信号処理回路１１２およびメモリ１１４、先端部１２に設けられる固体撮像素子１０８、配光レンズ１０４および対物レンズ１０６を有している。電子内視鏡１００は、さらに、光コネクタ１０Ｂから先端部１２まで延びる複数の光ファイバーからなるライトガイド１０２を備えている。

プロセッサ２００のランプ２０８は、ランプ電源イグナイタ２０６によって始動され、主に可視光領域から不可視である赤外光領域に広がるスペクトルを持つ光（又は少なくとも可視光領域を含む光）を照射する。ランプ２０８には、キセノンランプ、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ等の高輝度ランプが用いられる。ランプ２０８から照射された照射光は、集光レンズ２１０によって集光されつつ、図示しない絞りや光学フィルタを通って電子内視鏡１００のライトガイド１０２の入射端面１０２Ｔに入射する。

ライトガイド１０２の入射端面１０２Ｔに入射した照射光は、ライトガイド１０２内を全反射を繰り返すことによって伝播される。ライトガイド１０２内を伝播した照射光は、電子内視鏡１００の先端部１２に配されたライトガイド１０２の射出端から射出する。ライトガイド１０２の射出端から射出した照射光は、配光レンズ１０４を介して被写体を照射する。被写体からの反射光は、対物レンズ１０６を介して固体撮像素子１０８の受光面上の各画素で光学像を結ぶ。

固体撮像素子１０８は、例えば単板式カラーＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサであり、受光面上の各画素で結像した光学像を光量に応じた電荷として蓄積して、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色に応じた撮像信号に変換する。変換された撮像信号は、図示しないプリアンプによる信号増幅後、ドライバ信号処理回路１１２を介してプロセッサ２００の信号処理回路２２０に出力される。なお、別の実施形態では、固体撮像素子１０８は、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサであってもよい。

また、ドライバ信号処理回路１１２は、メモリ１１４にアクセスして電子内視鏡１００の固有情報を読み出す。電子内視鏡１００の固有情報には、例えば電子内視鏡１００の種類を示す識別情報、固体撮像素子１０８の画素数や感度、対応可能なレート、および型番等が含まれる。ドライバ信号処理回路１１２は、メモリ１１４から読み出した固有情報をシステムコントローラ２０２に出力する。システムコントローラ２０２は、電子内視鏡１００の固有情報に基づいて各種演算を行い、制御信号を生成する。システムコントローラ２０２は、生成された制御信号を用いて、プロセッサ２００に接続中の電子内視鏡に適した処理がされるようにプロセッサ２００内の各種回路の動作やタイミングを制御する。

タイミングコントローラ２０４は、システムコントローラ２０２によるタイミング制御に従って、ドライバ信号処理回路１１２にクロックパルスを供給する。ドライバ信号処理回路１１２は、タイミングコントローラ２０４から供給さるクロックパルスに従って、固体撮像素子１０８をプロセッサ２００側で処理される映像のフレームレートに同期したタイミングで駆動制御する。

信号処理回路２２０には、ドライバ信号処理回路１１２からの撮像信号が入力する。撮像信号は、クランプ、ニー、γ補正、補間処理、ＡＧＣ（Auto Gain Control）、ＡＤ変換等の処理後、各色信号別にフレーム単位でＲ、Ｇ、Ｂの各色用のフレームメモリ（不図示）にバッファリングされる。バッファリングされた各色信号は、タイミングコントローラ２０４によって制御されたタイミングでフレームメモリから掃き出されて、ＮＴＳＣ（National Television System Committee）やＰＡＬ（Phase Alternating Line）等の所定の規格に準拠した映像信号に変換される。変換された映像信号がモニタ３００に順次入力することにより、被写体の画像がモニタ３００の表示画面上に表示される。

続いて、本実施形態におけるレンズ駆動機構２１６による集光レンズ２１０の移動について図３および図４を参照して詳述する。図３は、電子内視鏡１００の光学コネクタ１０Ｂを光軸方向から見た図、および光学コネクタ１０Ｂ光軸方向に切断した断面図である。図３（ａ）は、ライトガイド１０２が備える光ファイバーの本数が多い場合の例を示し、図３（ｂ）は、ライトガイド１０２が備える光ファイバーの本数が少ない場合の例を示す。図３（ａ）および（ｂ）に示すように、光学コネクタ１０Ｂは、中央に配された複数の光ファイバーからなるライトガイド１０２をステンレスなどからなる金属で覆った構成となっている。また、プロセッサ２００のコネクタ部２０との互換性を保つため、光学コネクタ１０Ｂの外径はライトガイド１０２が備える光ファイバーの本数に関係なく共通となっている。

図３（ａ）および図３（ｂ）に示されるように、ライトガイド１０２および１０２’の入射端面１０２Ｔおよび１０２’Ｔの径Ｄ１およびＤ２は、ライトガイド１０２が有する光ファイバーの本数に応じて異なる。本実施形態では、ライトガイド１０２および１０２’の入射端面１０２Ｔおよび１０２’Ｔの径Ｄ１およびＤ２に応じて、集光レンズ２１０の位置を変更することで、ランプ２０８からの照明光をライトガイド１０２および１０２’の入射端面１０２Ｔおよび１０２’Ｔ上にそれぞれ適切に収束させる構成となっている。

具体的には、まず、電子内視鏡１００がプロセッサ２００に接続されると、ドライバ信号処理回路１１２が、メモリ１１４から読み出した電子内視鏡１００の識別情報をシステムコントローラ２０２に出力する。システムコントローラ２０２は、電子内視鏡１００の識別情報、この識別情報に対応するライトガイド１０２の入射端面１０２Ｔの径、およびこの入射端面１０２Ｔの径に適した集光レンズ２１０の位置を対応付けたテーブルを有している。そして、システムコントローラ２０２は、テーブルを参照して、電子内視鏡１００の識別情報から、集光レンズ２１０の位置を求め、レンズ駆動機構２１６を駆動制御する。

集光レンズ２１０は、図示しないレンズ保持枠に保持され、当該レンズ保持枠は、光軸方向に平行に移動可能な状態で支持部に取り付けられている。レンズ駆動機構２１６は、図示しないモータを備えており、レンズ保持枠はモータの駆動軸に連結されている。これにより、システムコントローラ２０２によってレンズ駆動機構２１６のモータが駆動されると、集光レンズ２１０が光軸に平行な方向に移動する。

図４は、本実施形態における集光レンズ２１０の移動を説明するための図である。図４に示すように、入射端面１０２Ｔの径がＤ１のライトガイド１０２を有する電子内視鏡２００が接続された場合、集光レンズ２１０は、ランプ２０８から照射される照明光のビーム径がライトガイド１０２の入射端面１０２Ｔの径Ｄ１と略等しくなるような位置Ｌ１に配置される。この位置Ｌ１が基準位置とされる。そして、入射端面１０２’Ｔの径がＤ２のライトガイド１０２’を有する電子内視鏡２００’が接続された場合、システムコントローラ２０２は、電子内視鏡２００’の識別情報およびテーブルから、径Ｄ２に適した集光レンズ２１０の位置Ｌ２を求める。そして、基準位置Ｌ１から求めた位置Ｌ２までの移動距離を算出し、算出された移動距離だけ集光レンズ２１０を移動するように、レンズ駆動機構２１６のモータを駆動する。図４の例では、レンズ駆動機構２１６によって、集光レンズ２１０がランプ２０８側に１ｍｍ移動する。尚、集光レンズ２１０の移動距離は、用いられる集光レンズの特性に応じて適宜設定される。これにより、ライトガイド１０２’の入射端面１０２’Ｔに収束される照明光のビーム径は、ライトガイド１０２’の入射端面１０２’Ｔの径Ｄ２と略等しくなり、ランプ２０８から照射される照明光が無駄なくライトガイド１０２’に入射する。

このように、本実施形態によれば、電子内視鏡の種類に応じて、集光レンズ２１０の位置を変更することにより、ライトガイドに適切な照明光を入射させることが可能となる。これにより、電子内視鏡の種類に関係なく、充分な光量および同等の波長の光を体内に照射させることができ、適切な明るさおよび色再現性を有する体内画像を取得することが可能となる。

以上が本発明の実施形態の説明であるが、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、上記実施形態は、内視鏡の先端部に固体撮像素子を備えた電子内視鏡システムに本発明を適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、集光レンズおよびライトガイドを備えるその他の内視鏡システムにも本発明を適用することができる。

また、上記実施形態においては、電子内視鏡１００の識別情報を読み出し、当該識別情報に基づいて集光レンズ２１０の移動距離を算出する構成としたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、システムコントローラ２０２によって、電子内視鏡１００から出力される撮像信号に基づいて画像の明るさを検出し、適切な明るさとなるよう集光レンズ２１０を移動させる構成としても良い。さらに、フロントパネル２１８を介して、術者が接続される内視鏡の情報を入力する構成としても良い。

１ 電子内視鏡システム
１００ 電子内視鏡
１０２ ライトガイド
１０８ 固体撮像素子
２００ プロセッサ
２０２ システムコントローラ
２０４ タイミングコントローラ
２０８ ランプ
２１０ 集光レンズ
２１６ レンズ駆動機構
２２０ 信号処理回路
３００ モニタ

Claims (6)

1. 内視鏡に照明光を供給する内視鏡用光源装置であって、
   前記照明光を照射する光源と、
   前記光源から照射される照明光を前記内視鏡のライトガイドの入射端面に収束させる集光レンズと、
   前記内視鏡の種類に応じて、前記集光レンズを光軸方向と平行に移動させるレンズ移動部と、
   を備える、内視鏡用光源装置。
2. 前記レンズ移動部は、前記ライトガイドの入射端面に収束される照明光のビーム径が、前記ライトガイドの入射端面の径と略等しくなるように、前記集光レンズを移動させる、請求項１に記載の内視鏡用光源装置。
3. 前記レンズ移動部は、前記内視鏡の識別情報に基づいて、前記集光レンズを移動させる、請求項１に記載の内視鏡用光源装置。
4. 前記レンズ移動部は、前記内視鏡により取得される画像の明るさに基づいて、前記集光レンズを移動させる、請求項１に記載の内視鏡用光源装置。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の内視鏡用光源装置と、
   前記照明光が照射された被写体からの反射光を受光する固体撮像素子と、
   前記固体撮像素子が出力する撮像信号を処理してモニタ表示可能な画像を生成する画像生成手段と、
   を有することを特徴とする電子内視鏡システム。
6. 前記内視鏡の識別情報を記憶するメモリをさらに備える、請求項５に記載の電子内視鏡システム。

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