JP2015016096A - 電子内視鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】ローリングシャッタを用いる電子内視鏡を、同期信号を用いずにストロボ光源に同期させることを目的とする。
【解決手段】ローリングシャッタを用いる撮像素子２４を搭載した電子内視鏡１１をプロセッサ装置１２およびストロボ光源装置１４に接続する。ストロボ光を照射した状態で、ホワイトバランス治具に電子内視鏡１１の先端を挿入し、撮像素子２４の２つのラインからの読み出しを繰り返し実行する。輝度値が所定値以上になるタイミングと、その後所定値以下に戻るタイミングを検出することで、ストロボ発光期間およびそのタイミングを検出する。検出されたストロボ発光期間およびそのタイミングから、撮像素子２４の駆動タイミングを調整する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ストロボスコピーを行う電子内視鏡に関し、特にローリングシャッタを用いる電子内視鏡の駆動タイミングの制御方法に関する。

例えば喉頭ストロボスコピーを行う電子内視鏡システムでは、マイクロフォンを用いて被験者の声を検出し、声の基本周波数に合わせて照明光を断続的に照射することで、所定位相における声帯の様子や、声帯のスローモーション画像を撮影する（特許文献１）。

特開２００４−１６６７６１号公報

一方近年では、ＣＭＯＳイメージセンサの普及にともない、電子内視鏡においてもＣＭＯＳイメージセンサの利用が考えられている。しかし、小型のＣＭＯＳイメージセンサはローリングシャッタを用い、グローバルシャッタ機能を備えていない。そのため小型ＣＭＯＳイメージセンサを用いてストロボスコピー撮影を行う場合には、二重露光の問題等を防止するために、ＣＭＯＳイメージセンサからの読出しのタイミングとストロボ光照射のタイミングとを同期させる必要がある。

しかし、小型ＣＭＯＳイメージセンサを搭載した電子内視鏡のストロボ光源として、従来の光源装置や他社の光源装置を流用する場合には、ストロボ光源から同期信号を得られず、適正な画像が得られないと言う問題がある。

本発明は、ローリングシャッタを用いる電子内視鏡を、同期信号を用いずにストロボ光源に同期させることを課題としている。

本発明の電子内視鏡は、ストロボ光源に接続される電子内視鏡であって、ローリングシャッタを用いて読出しを行う撮像素子と、撮像素子の１ラインにおける読出しをストロボ光の照射期間よりも短い間隔で繰り返し、ストロボ光の照射タイミングを検出するタイミング検出手段とを備えたことを特徴とする。

電子内視鏡は、照射タイミングに合わせて撮像素子の読出しのタイミングを調整する撮像素子駆動制御手段を備える。また、タイミング検出手段において、隣接する２つのラインが用いられることが好ましく、ストロボ光の照射期間よりも短い間隔で２つのラインの読み出しが交互に繰り返されることが好ましい。

本発明によれば、ローリングシャッタを用いる電子内視鏡を、同期信号を用いずにストロボ光源に同期させることができる。

本発明の一実施形態である電子内視鏡システムの構成を示すブロック図である。 図１の電子内視鏡の構成を示すブロック図である。 本実施形態の同期処理のフローチャートである。 本実施形態の同期処理における撮像素子の駆動信号とストロボ発光期間の関係を示すタイミングチャートである。 本実施形態のストロボ撮影における撮像素子の駆動タイミングとストロボ発光期間の関係を示すタイミングチャートである。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態である電子内視鏡システムの構成を示すブロック図である。

本実施形態の電子内視鏡システム１０は、例えばストロボスコピーに対応した喉頭電子内視鏡１１であり、画像はプロセッサ装置１２を通してモニタ１３に表示され、照明光はストロボ光源装置１４から供給される。すなわち、電子内視鏡１１のコネクタはプロセッサ装置１２に装着され、ライトガイド１５はストロボ光源装置１４に装着される。

ストロボ光源装置１４は、連続的に点灯される光源１６からの光を、例えばロータリーシャッタ１７を介して間欠的なストロボ光とし、ライトガイド１５へと供給する。ロータリーシャッタ１７はモータ１８により回転され、モータ１８の回転速度はモータドライバ１９により制御される。ストロボ光源装置１４にはマイク２０が接続され、被験者の音声が集音されるとともに、その基本周波数がシステムコントローラ２１において抽出される。すなわちロータリーシャッタ１７の回転速度は、抽出された音声の基本周波数に合わせて調整され、ロータリーシャッタ１７は例えば振動する声帯のスローモーション画像が撮影されるようにストロボ光を生成する。

ライトガイド１５に供給されたストロボ光は電子内視鏡１１の挿入部先端から照明レンズ２２を介して被写体に照射され、被写体のストロボ画像は撮像レンズ２３を介して撮像素子２４において撮影される。撮像素子２４は、ローリングシャッタを用いるＣＭＯＳイメージセンサであり、撮影された画像信号は内視鏡制御部２５を介して、プロセッサ装置１２の前段信号処理回路２６へと送られる。なお、撮像素子２４の駆動は、内視鏡制御部２５からの駆動信号により制御され、駆動信号はプロセッサ装置１２の駆動補助回路２７からの同期信号に基づいて生成される。

前段信号処理回路２６に入力された画像信号は、デジタル画像信号に変換され、フレームメモリ２８に一旦保存される。フレームメモリ２８からは、順次画像データが後段信号処理回路２９へと出力され、後段信号処理回路２９では、画像データが所定規格の画像信号に変換され、モニタ１３などの外部装置へと出力される。

前段信号処理回路２６、駆動補助回路２７、フレームメモリ２８等は、タイミングコントローラ３０からのクロック信号に基づき駆動され、タイミングコントローラ３０は、システムコントローラ（ＣＰＵ）３１によって制御される。また、システムコントローラ３１には、インジケータや各種操作スイッチが設けられたフロントパネル３２が接続され、システムコントローラ３１はユーザのスイッチ操作に対応して所定の処理を行う。

図２は、電子内視鏡１１の内視鏡制御部２５の構成を示すブロック図である。通常電子内視鏡１１は、体内へ挿入される可撓性を備えた挿入部と、挿入部が接続され術者が保持・操作する操作部と、電子内視鏡１１をプロセッサ装置１２へ接続するためのコネクタ部３３と、操作部とコネクタ部３３を連絡する可撓管とから構成される。なお本実施形態において内視鏡制御部２５は、コネクタ部３３に配置され、本図においてコネクタ部３３以外の構成は省略して描かれる。

コネクタ部３３は、コネクタ３４をプロセッサ装置１２側のコネクタ３５に物理的に連結することで、プロセッサ装置１２に装着され、これにより両者は各信号線は電気的に接続される。すなわち電子内視鏡１１の信号処理回路３６、タイミングジェネレータ（ＴＧ）３７、ＣＰＵ３８が、それぞれプロセッサ装置１２の前段信号処理回路２６、駆動補助回路２７、システムコントローラ３１へ接続される。

タイミングジェネレータ３７は、駆動補助回路２７からの同期信号と、ＣＰＵ３８によりその駆動が制御され、撮像素子２４の駆動信号が生成される。信号処理回路３６は、撮像素子２４からの画像信号に所定の処理を施して、プロセッサ装置１２の前段信号処理回路２６へ出力する。ＣＰＵ３８は、信号処理回路３６にも接続されており、画像信号の有無をモニタするとともに、文字列等の情報を画像信号へ重畳することも可能である。また、ＣＰＵ３８は、プロセッサ装置１２のシステムコントローラ３１との間で通信を行い、後述するように例えばプロセッサ装置１２のシステムコントローラ３１の要請に応じて、タイミングジェネレータ３７の駆動モードを切り替える。なお、コネクタ部３３にはメモリ３９も設けられ、ＣＰＵ３８は、必要な情報をメモリ３９から読出し、あるいは保存する。

次に図２〜図５を参照して、本実施形態の電子内視鏡のＣＰＵ３８において実行されるストロボ光源装置との同期処理について説明する。

本実施形態では、例えば電子内視鏡１１がプロセッサ装置１２に接続されると、本処理が開始され、ステップＳ１００においてユーザ（医師等）にホワイトバランス（ＷＢ）を行うことを促す。例えば、ＣＰＵ３８は、プロセッサ装置１２とのコネクタ３４の接続を検知すると、ホワイトバランスを要求するメッセージを信号処理回路３６において画像信号に重畳し、これによりモニタ１３に同メッセージを表示する。なお、このとき同時にストロボ光を照射するように促してもよい。

ステップＳ１０２では、ユーザによるホワイトバランス（ＷＢ）ボタンの操作の有無の検出処理が行われる。なおユーザは、ステップＳ１００で表示された指示に従い、電子内視鏡１１の挿入部先端をホワイトバランス治具に挿入し、ＷＢボタンを操作する。ＷＢボタンが操作されると、ステップＳ１０４〜Ｓ１１６の処理によりストロボ装置１４におけるストロボ発光期間およびそのタイミングが検出される。

すなわち、ＣＰＵ３８はＷＢボタンが操作されたことを検出すると、タイミングジェネレータ３７の駆動を同期処理モードに切り替え、例えば図４のタイミングチャート（同期処理モードにおける撮像素子駆動処理のタイミングチャート）に示すように隣接する２つのラインのみの読み出しを交互に連続して繰り返す。図４において＃１〜＃ｎは撮像素子２４の水平ラインの番号であり、図４では、ライン＃１、＃２のみが繰り返し読み出され、他のライン（＃３〜＃ｎ）の読み出しは行われない。なお、符号Ｓ１は、各ラインにおける読出し信号、符号Ｓ２は各ラインにおけるリセット信号を示し、読出し信号Ｓ１、リセット信号Ｓ２は、タイミングジェネレータ３７から撮像素子２４へ出力される。

なお、読み出しに使用されるラインは＃１、＃２に限定されるものではなく、ライン数も１ラインであってもよい。ただし１ラインのみを連続して用いると、他のラインで蓄積電荷が飽和し、読み出す信号に影響を受けるので、隣接する２ラインまたは３ラインを読み出すことが好ましい。また１ラインの読み出しの繰り返し周期はストロボ光の照射期間よりも短く、本実施形態では２つのライン＃１、＃２の読み出しの繰り返し周期がストロボ光の照射期間よりも短い。

ステップＳ１０４、Ｓ１０６ではそれぞれライン＃１、＃２から読み出された画像データの有無が信号処理回路３６からＣＰＵ３８に読み込まれる。すなわち、各ラインの画素値（輝度値）の総和が所定値を超える場合には「１」を、所定値以下の場合は「０」が取得される。ステップＳ１０８では、ライン＃１、＃２の何れか「１」に変化したか否かが判定され、何れも「０」の場合にはステップＳ１０４に戻り、次のサイクルの各ラインのモニタが行われる。

またステップＳ１０８において、ライン＃１、＃２の何れかが「１」になったと判定されると、そのタイミングが例えばメモリ３９に記録され、処理はステップＳ１１０、Ｓ１１２へ進み、次のサイクルのライン＃１、＃２の画像データの有無が読み込まれる。そしてステップＳ１１４においてライン＃１、＃２の何れかが「０」に変化したか否かが判定され、何れも「１」の場合にはステップＳ１１０に戻り、次のサイクルの各ラインのモニタが行われる。

一方ステップＳ１１４において、ライン＃１、＃２の何れかが「０」になったと判定されると、そのタイミングが例えばメモリ３９に記録され、処理はステップＳ１１６へと進む。ステップＳ１１６では、「０」から「１」へ変わったタイミング（立ち上がり）ｔ１と、「１」から「０」に変わったタイミング（立下り）ｔ２から、ストロボ発光期間Ｌおよびそのタイミングが特定され、ステップＳ１１８においてタイミングジェネレータ３７の撮像素子２４の同期信号のタイミングがずらされ、駆動タイミングの調整が行われる。これにより、本同期処理は終了し、処理はストロボ撮影へと移行する。

すなわち、ステップＳ１１８の駆動タイミングの調整では、その後のストロボ撮影において、図５のタイミングチャート（ストロボ撮影における各ラインの駆動信号の出力タイミングを示す）に示されるように、ストロボ発光期間Ｌが、１フレーム期間における適正露光期間Ｔに入るように各ライン（＃１〜＃ｎ）の読出し信号Ｓ１、リセット信号Ｓ２が生成される。ここで適正露光期間Ｔは、最後のライン（＃ｎ）のリセット信号Ｓ２の立下りから次の最初のライン（＃１）の読出し信号Ｓ１の立ち上がりまでの期間であり、この期間Ｔにストロボ光が照射されれば全ラインにおいて二重露光は発生しない。

なお本実施形態のストロボ撮影では、通常よりも各ラインの読み出し速度を早くすることで、あるいはラインを間引いて読み出すことで、１フレーム内に適正露光期間Ｔを十分に確保している。

以上のように、本実施形態によれば、電子内視鏡とストロボ光源装置との間で同期信号を遣り取りしなくても、ローリングシャッタを用いる電子内視鏡をストロボ光の照射期間に同期させることができ、適正なストロボスコピーを行うことができる。特に本実施形態によれば、電子内視鏡のみに同システムを搭載すれば済み、小型ＣＭＯＳを搭載した電子内視鏡を、従来のストロボ光源装置に接続して使用することができるので、初期投資費用を下げることができる。

次に、本実施形態の変形例について説明する。図３の同期処理では、電子内視鏡１１をプロセッサ装置１２へ接続した際に同期処理が実行されたが、変形例では、ストロボ観察中（上述のストロボ撮影の実行中）に、ユーザが例えば画像が暗いと感じるなど、適正なタイミングでストロボ撮影が行われていないと判断した場合に、ユーザインターフェース（例えば所定のボタン）を操作して、同期処理を実行する。この場合、ユーザが例えば所定の操作を行うと、図３のステップＳ１０４からの処理が開始され、ステップＳ１０４、Ｓ１０６では、被写体からの反射光（例えば粘膜反射）の輝度値に基づき画像データの有無が判断される。なお、その他の構成は、図１〜図５を参照して説明した実施形態と同様である。以上のように、変形例においても本実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお変形例は、実施形態と組み合わせて採用することもでき、例えば、被験者の音声ピッチが変化した場合などに改めて同期を取ることが可能となる。

本実施形態では、電子内視鏡にのみ本同期処理を行うための構成が搭載されているが、プロセッサ装置にも同処理の一部を搭載してもよい。例えば、ユーザに同期処理の実行を促すメッセージの表示や、同処理の実行を開始するためのトリガー発生（ボタン操作など）の構成をプロセッサ装置に搭載してもよい。また、ストロボ発光装置はロータリーシャッタを用いたものに限定されない。

１０ 電子内視鏡システム
１１ 電子内視鏡
１２ プロセッサ装置
１３ モニタ
１４ ストロボ光源装置
１６ 光源
１７ ロータリーシャッタ
２０ マイクロフォン
２４ 撮像素子（ＣＭＯＳ）
２５ 内視鏡制御部
２７ 駆動補助回路
３０ タイミングコントローラ
３１ システムコントローラ
３３ コネクタ部
３５ コネクタ
３６ 信号処理回路
３７ タイミングジェネレータ
３８ ＣＰＵ
３９ メモリ

Claims (3)

1. ストロボ光源に接続される電子内視鏡であって、
   ローリングシャッタを用いて読出しを行う撮像素子と、
   前記撮像素子の１ラインにおける読出しをストロボ光の照射期間よりも短い間隔で繰り返し、前記ストロボ光の照射タイミングを検出するタイミング検出手段と
   を備えることを特徴とする電子内視鏡。
2. 前記照射タイミングに合わせ、前記撮像素子の読出しのタイミングを調整する撮像素子駆動制御手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡。
3. 前記タイミング検出手段において隣接する２つのラインが用いられ、前記ストロボ光の照射期間よりも短い間隔での前記２つのラインの読み出しが交互に繰り返されることを特徴とする請求項１または請求項２の何れかに記載の電子内視鏡。
   

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