JP2016185343A - 内視鏡システム及び内視鏡用光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】狭帯域光観察等の特殊光画像観察において、出力画像が暗くなることを防止する。【解決手段】内視鏡システムは、内視鏡１０と、プロセッサ１１と、モニタ１２を備える。プロセッサ１１はランプ２１を有し、ランプ２１から放射した通常光は、フィルタ２７を介して、内視鏡１０の先端部１０Ａから被写体に照射される。フィルタ２７は、通常光の波長帯域の一部を透過させることにより特殊光を生成し、被写体を特殊光によって照射させる。特殊光により被写体が照射されるとき、ランプ２１の出射光量は、ランプ制御部２２によって、奇数フィールドで相対的に大きくなるとともに、偶数フィールドで相対的に小さくなるように制御される。奇数フィールドで得られた特殊光画像データは、奇数・偶数フィールドの特殊光画像として連続してモニタ１２に出力する。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば狭帯域光観察等の特殊光画像観察を行うことが可能な内視鏡システム及び内視鏡用光源装置に関する。

内視鏡システムでは、病変の発見を容易にするために、狭帯域の光を観察部位に照射して画像観察を行う狭帯域光観察と呼ばれる手法が用いられることがある（特許文献１等参照）。従来、狭帯域光観察を通常光画像観察と同じランプによって行うために、例えば、白色光を出射するランプの後段に、光路から退避可能で、かつ所定の波長帯域の光のみを透過させるフィルタを配設させることがある。

特開２０１０−１８４０４６号公報

しかし、上記したフィルタを使用する構成にすると、ランプから発した光の一部はフィルタによりカットされ、被写体に照射される狭帯域光の光量が低下し、観察画像が暗くなるという問題が生じる。また、被写体照明が暗くなるため、速いシャッタースピードの電子シャッターで被写体を撮影することができず、静止画撮影でぶれが生じやすくなる。

そこで、本発明は、狭帯域光観察等の特殊光画像観察において、観察画像が暗くなったり、静止画撮影で画像がぶれたりするのを防止することが可能な内視鏡システム及び内視鏡用光源装置を提供することを目的とする。

本発明に係る内視鏡システムは、ランプと、ランプにより照射された被写体を撮像し、映像信号を生成する撮影素子と、ランプの光路上に配置され、ランプから出射された通常光の波長帯域の一部を透過させて特殊光を生成し、特殊光によって被写体を照射させるフィルタと、特殊光により被写体を照射するとき、奇数フィールドでランプの出射光量を相対的に大きくするとともに、奇数フィールドと連続する偶数フィールドで相対的に出射光量を小さくするようにランプを制御するランプ制御部とを備え、奇数フィールドで被写体を撮像し生成した映像信号を、特殊光画像データとして取得することを特徴とする。

特殊光画像データは、例えば、モニタ等の出力装置に出力され、好ましくは、奇数及び偶数フィールドで得られた画像として、出力装置に連続して出力される。このとき、奇数及び偶数フィールドは繰り返されて複数の特殊光画像データが取得されたほうが良く、それら複数の特殊光画像データは、出力装置に順次出力されて動画として映し出されることになる。

撮像素子は、例えば、奇数及び偶数フィールドそれぞれにおいて、被写体を撮像し映像信号を生成する。そして、特殊光画像データが出力装置に出力されるレートは、撮像素子の映像信号を生成するレートの１／２以下となることが好ましい。この場合、偶数フィールドにおいて被写体を撮像し生成した映像信号は、出力装置に出力されない。

上記フィルタは、被写体への特殊光による照射と通常光による照射を選択的に行わせるように移動可能であったほうが良い。その場合、通常光により照射された被写体を撮像し生成した映像信号は、通常光画像データとして取得されることになる。

ランプ制御部は、奇数フィールドで特殊光により被写体を照射し、特殊光画像データを取得するときのランプの出射光量を、通常光により被写体を照明し、通常光画像データを取得するときの出射光量よりも大きくすることが好ましい。また、ランプ制御部は、偶数フィールドで特殊光により被写体を照射するときのランプの出射光量を、通常光により被写体を照射し、通常光画像データを取得するときの出射光量よりも小さくすることが好ましい。さらに、例えば、ランプ制御部は、通常光により被写体を照射するとき、ランプの出射光量が一定になるように制御する。ランプは、例えば、キセノンランプである。

本発明に係る内視鏡用光源装置は、ランプと、ランプの光路上に配置され、ランプから出射された通常光の波長帯域の一部を透過させて特殊光を生成し、特殊光によって被写体を照射させるフィルタと、特殊光により被写体を照射するとき、奇数フィールドでランプの出射光量を相対的に大きくするとともに、奇数フィールドと連続する偶数フィールドで相対的に出射光量を小さくするようにランプを制御するランプ制御部とを備えることを特徴とする。

本発明では、ランプの出射光量を一定期間大きくすることで、特殊光画像観察時に観察画像を明るくすることができ、また、速いシャッタースピードで静止画を撮影しても画像がぶれにくくなる。

本発明の一実施形態に係る電子内視鏡システムを示すためのブロック図である。 通常光画像観察時の動作を示すタイミングチャートである。 特殊光画像観察時の動作を示すタイミングチャートである。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る電子内視鏡システムを示すためのブロック図である。

内視鏡システムは、体内等の観察部位（被写体）を撮像し映像信号を生成する内視鏡（スコープ）１０と、映像信号に対して画像処理を施すプロセッサ１１と、モニタ１２とを備える。内視鏡１０は、可撓管からなり体内等に挿入される挿入部１４を備えるとともに、コネクタ部１５を介してプロセッサ１１に接続される。内視鏡１０には、ライトガイド１６が挿通されており、その出射端は、挿入部１４の先端部１０Ａに配置されるとともに、入射端はプロセッサ１１内部に配置される。

内視鏡１０は、先端部１０Ａに、同時方式のＣＣＤ等から成る撮像素子１７を備える。また、内視鏡１０は、コネクタ部１５内部に、前段信号処理回路１８と、内視鏡１０全体の動作を制御するマイコン１９と、撮像素子１７を駆動・制御するドライバ２０を備える。

プロセッサ１１は、ランプ２１を備え、光源装置としての機能を有する。また、プロセッサ１１は、システムコントローラ３１、プロセッサ信号処理回路３２、タイミングコントローラ３３、及びペリフェラルコントローラ３４を備える。システムコントローラ３１は、プロセッサ１１全体を制御するとともに、内視鏡１０のマイコン１９に制御信号を出力する。タイミングコントローラ３３は、信号処理回路３２、ペリフェラルコントローラ３４や、内視鏡１０のマイコン１９にタイミング信号を出力し、内視鏡１０とプロセッサ１１の動作タイミングを制御する。また、ペリフェラルコントローラ３４は、ランプ２１や後述するフィルタ２７及び絞り２８等の駆動を制御する。

ランプ２１は、ランプ制御部２２を含むランプ電源２３から電源が供給される。ランプ制御部２２は、ランプ２１に入力される電流値を制御して、ランプ２１の出射光量を制御する。ランプ２１は、キセノンランプ等の放電灯によって構成され、白色光（通常光）を放射する。本実施形態におけるランプ２１の定格電流は、２０Ａである。

ランプ２１から出射された光は、集光レンズ２５を介してライトガイド１６の入射端に入射されるとともに、ライトガイド１６により出射端まで伝送され、内視鏡１０の先端部１０Ａから被写体に照射される。

ランプ２１と集光レンズ２５の間には、ランプ２１側から順にフィルタ２７、絞り２８が配置される。フィルタ２７は、特殊光画像観察時には、ランプ２１の光路上に配置され、ランプ２１から放射される白色光のうち一部の波長帯域の光を透過させる。すなわち、フィルタ２７を透過する光は、ランプ２１が発する光よりも狭い波長帯域を有する光となる。この波長帯域が狭い光は、特殊光としてライトガイド１６を介して、先端部１０Ａから被写体に向けて照射される。

フィルタ２７は、ランプ２１の光路から退避可能で、通常光画像観察時には光路から退避され、それにより、ランプ２１からの光はフィルタ２７でカットされず、先端部１０Ａからは白色光（通常光）が出射される。絞り２８は、特殊光や通常光の光量をさらに調整する。

特殊光又は通常光により照射された被写体は、撮像素子１７により撮像される。すなわち、撮像素子１７には、不図示の撮像レンズによって被写体像が結像され、光電変換により映像信号が生成される。映像信号は、不図示のアンプで増幅処理が施され、次いで、前段信号処理回路１８で所定の前段信号処理が施された後、例えばデジタル信号としてプロセッサ１１に送信される。映像信号は、さらにプロセッサ信号処理回路３２で所定の後段画像処理が施されて画像データ（通常光画像データ又は特殊光画像データ）とされ、モニタ１２に動画として出力される。また、内視鏡１０の操作スイッチ３８が押されると、静止画撮影が行われ、画像データは、静止画としてモニタ１２に表示される。なお、動画や静止画の画像データは、適宜、記憶媒体等に記録されても良い。

図２は、被写体に通常光が照射され、通常光画像観察が行われるときの画像出力の様子を示すタイミングチャートである。以下、図２を用いて通常光画像観察時の動作を説明する。

図２に示すように、撮像素子１７は、３０ｆｐｓ（ｆｒａｍｅｓ ｐｅｒ ｓｅｃｏｎｄ）の駆動レートで駆動されており、１フレーム期間は１／３０秒間となる。また、各フレーム期間は、前半の１／６０秒間の奇数フィールド期間、及び後半の１／６０秒間の偶数フィールド期間から成り、これら奇数・偶数フィールドが繰り返される。

撮像素子１７は、各フィールド期間（奇数フィールド期間、偶数フィールド期間）それぞれの露光期間（電荷蓄積期間）において露光され、受光面に結像された被写体像に対応する電荷を蓄積する。その後、撮像素子１７は、蓄積した電荷をそれぞれ奇数・偶数フィールドの映像信号として出力する。ここで、内視鏡１０は通常光を放射するため、撮像素子１７は、通常光の反射光によって形成された通常光画像に対応した奇数フィールド、偶数フィールドの映像信号（ＯＤＤ１、ＥＶＥＮ１、ＯＤＤ２・・・）を繰り返し生成する。このように、撮像素子１７では、各フィールドにおいて映像信号を生成し、６０回／秒のレートで映像信号を生成する。

奇数及び偶数フィールドの映像信号それぞれは、前段信号処理回路１８で所定の前段信号処理が施された後、プロセッサ信号処理回路３２に入力される。奇数及び偶数フィールドの映像信号それぞれは、プロセッサ信号処理回路３２において、所定の後段画像処理が施されて通常光画像データに変換され、奇数及び偶数フィールドの通常光画像としてモニタ１２に順次出力される。このように、通常光画像観察時、モニタ１２の表示更新レートは、６０回／秒となり、撮像素子１７が映像信号を生成するレートと同一である。

通常光画像観察時、ランプ２１に入力される電流は、定格電流である一定値２０Ａに制御され、したがって、奇数及び偶数フィールド期間において、ランプの出射光量は同一である。そのため、奇数及び偶数フィールドの通常光画像データは、いずれも適切な輝度値を有するものとなり、モニタ１２には適切な通常光画像が映し出される。

図３は、被写体に特殊光が照射され、特殊光画像観察が行われるときの画像出力の様子を示すタイミングチャートである。以下、図３を用いて、特殊光画像観察が行われるときの動作を説明する。

撮像素子１７は、特殊光画像観察時にも、３０ｆｐｓの駆動レートで駆動されるように制御され、通常光画像観察時と同様に、１フィールド（偶数、奇数フィールド）の映像信号（ＯＤＤ１、ＥＶＥＮ１、ＯＤＤ２・・・）を６０回／秒のレートで生成する。また、特殊光画像観察時には、内視鏡１０は特殊光を放射するため、奇数および偶数フィールドの映像信号は、特殊光が照射された被写体を表す特殊光画像に対応するものである。

ここで、ランプ２１の出射光量は、奇数フィールドにおいて相対的に大きくなるとともに、偶数フィールドにおいて相対的に小さくなる。具体的には、奇数フィールド期間では、ランプ２１に入力される電流は、定格電流（２０Ａ）より大きい３０Ａに制御されるとともに、偶数フィールド期間では、定格電流より小さい１０Ａに制御されている。そのため、奇数フィールドでは、撮像素子１７において輝度値が十分に大きい映像信号が生成される一方、偶数フィールドでは輝度値が小さい映像信号が生成される。

なお、ランプの出射光量は、奇数フィールド期間の全てにわたって相対的に大きくされる必要はなく、図３に示すように露光期間において相対的に大きくされていれば良い。また、特殊光画像観察時には、ランプ２１に入力される電流の算術平均が定格電流２０Ａ以下となるように制御され、ランプ２１は総量として定格電流以下で駆動される。

奇数及び偶数フィールドの映像信号は、通常光画像観察時と同様に前段信号処理回路１８で前段信号処理が施され、次いで、プロセッサ信号処理回路３２において、特殊光画像に対応した信号処理が行われる。

具体的には、奇数フィールドの映像信号は、プロセッサ信号処理回路３２において、所定の後段映像信号処理が施されて、奇数フィールドの特殊光画像データとして、不図示のメモリに保存されるとともにモニタ１２に出力される。一方、偶数フィールドの映像信号は、信号処理回路３２において、後段画像処理が施されずに削除され、モニタ１２に画像として出力されず、代わりに、不図示のメモリに保存されている奇数フィールドの特殊光画像データが読み出され、偶数フィールドの画像としてモニタ１２に出力される。これにより、特殊光画像観察時には、奇数フィールドで得られた画像データは、奇数・偶数フィールドで撮影された画像データとして、モニタ１２に１フレーム期間にわたって連続して出力されることなる。

この動作は繰り返され、奇数フィールドで得られた複数の特殊光画像データは、１フレーム期間毎に順次更新されてモニタに出力されていき、動画として映し出される。すなわち、特殊光画像撮像時、モニタ１２の表示更新レートは、３０回／秒となり、撮像素子１７の映像信号を生成するレート（６０フィールド／秒）の１／２となり、通常光画像撮影時の表示更新レートより遅くなる。

以上のように、本実施形態では、特殊光画像観察において、奇数フィールドの撮像素子露光時にランプの出射光量を大きくすることで、明るい特殊光画像をモニタに出力することが可能になる。また、偶数フィールドでは、ランプ光量が抑えられ、トータルとしてランプ電流が定格を超えることが防止されるとともに、偶数フィールドの映像信号は、画像観察に使用されないため、不自然な画像がモニタに表示されることもない。

なお、以上の説明では、動画が撮影される態様を示したが、静止画が撮影されるときも同様であり、奇数フィールドで得た映像信号により静止画が得られる。このとき、電子シャッターにより露光期間を短くすると、静止画のぶれを防止しやすくなる。なお、静止画撮影において、露光期間が短くされた場合、その露光期間に合わせて、出射光量が相対的に大きくされる期間も短くされても良い。

また、以上の説明では、インターレース方式によって、ＣＣＤで映像信号が生成され、モニタに出力される態様を説明したが、プログレッシブ方式でも良い。プログレッシブ方式でも、１枚目の画像の取得時（奇数フィールド）におけるランプ出射光量を相対的に大きくし、それに続く２枚目の画像の取得時（偶数フィールド）におけるランプ出射光量を相対的に小さくし、これが繰り返し行われ、同様の態様で特殊光画像観察が行われる。

なお、本実施形態では、特殊光画像撮像時のモニタ１２の表示更新レートは、撮像素子１７の駆動レートの１／２であったが、さらに低くても良く、例えば１／３や１／４となっても良い。この場合、３フィールドないし４フィールド期間にわたって同じ画像が、モニタ１２に出力されることになる。また、撮像素子１７は、上記した駆動レート以外で駆動されても良い。

１０ 内視鏡
１１ プロセッサ（光源装置）
１２ モニタ（出力装置）
１７ 撮像素子
１８ 前段信号処理回路
２１ ランプ
２２ ランプ制御部
２３ ランプ電源
２７ フィルタ
３２ プロセッサ信号処理回路

Claims (11)

1. ランプと、
   ランプにより照射された被写体を撮像し、映像信号を生成する撮影素子と、
   前記ランプの光路上に配置され、前記ランプから出射された通常光の波長帯域の一部を透過させて特殊光を生成し、前記特殊光によって被写体を照射させるフィルタと、
   前記特殊光により被写体を照射するとき、奇数フィールドで前記ランプの出射光量を相対的に大きくするとともに、前記奇数フィールドと連続する偶数フィールドで相対的に出射光量を小さくするように前記ランプを制御するランプ制御部とを備え、
   前記奇数フィールドで被写体を撮像し生成した映像信号を、特殊光画像データとして取得することを特徴とする内視鏡システム。
2. 前記特殊光画像データを、前記奇数及び偶数フィールドで得られた画像として、出力装置に連続して出力することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡システム。
3. 前記奇数及び偶数フィールドが繰り返されて複数の前記特殊光画像データが取得され、それら複数の特殊光画像データが前記出力装置に順次出力されて動画として映し出されることを特徴とする請求項２に記載の内視鏡システム。
4. 前記奇数及び偶数フィールドそれぞれにおいて、前記撮像素子が被写体を撮像し映像信号を生成し、前記特殊光画像データが前記出力装置に出力されるレートが、前記撮像素子の前記映像信号を生成するレートの１／２以下となることを特徴とする請求項３に記載の内視鏡システム。
5. 前記偶数フィールドで被写体が撮像され生成された映像信号は、出力装置に出力されないことを特徴とする請求項１に記載の内視鏡システム。
6. 前記フィルタは、前記被写体への前記特殊光による照射と前記通常光による照射を選択的に行わせるように移動可能であることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡システム。
7. 前記通常光により照射された被写体を撮像し生成した映像信号を、通常光画像データとして取得することを特徴とする請求項６に記載の内視鏡システム。
8. 前記ランプ制御部は、前記奇数フィールドで被写体を照射し前記特殊光画像データを取得するときの前記ランプの出射光量を、前記通常光により被写体を照射し前記通常光画像データを取得するときの出射光量よりも大きくすることを特徴とする請求項７に記載の内視鏡システム。
9. 前記ランプ制御部は、前記通常光により前記被写体を照射するとき、前記ランプの出射光量が一定になるように制御することを特徴とする請求項６に記載の内視鏡システム。
10. 前記ランプは、キセノンランプであることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡システム。
11. ランプと、
    前記ランプの光路上に配置され、前記ランプから出射された通常光の波長帯域の一部を透過させて特殊光を生成し、前記特殊光によって被写体を照射させるフィルタと、
    前記特殊光により被写体を照射するとき、奇数フィールドで前記ランプの出射光量を相対的に大きくするとともに、前記奇数フィールドと連続する偶数フィールドで相対的に出射光量を小さくするように前記ランプを制御するランプ制御部とを備え、
    前記奇数フィールドで被写体を撮像し生成した映像信号を、特殊光画像データとして取得することを特徴とする内視鏡用光源装置。

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