JP2019033971A - 内視鏡装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】接続される内視鏡の種別によらず、被写界深度を拡大した画像を生成することができる内視鏡装置を提供すること。【解決手段】第1の光学系を有する第1の内視鏡と、第1の光学系とは開口径が異なる第2の光学系を有する第2の内視鏡と、第1及び第2の内視鏡のうちのいずれかが接続される撮像装置であって、接続された内視鏡からの光を透過させる光透過領域の大きさを変更可能な開口絞り、及び、開口絞りを通過した光を受光して電気信号に変換する撮像部を有する撮像装置と、撮像装置が生成した電気信号に基づく画像をもとに、撮像装置に接続された内視鏡の開口径を決定する開口径決定部と、開口径決定部により決定された開口径に基づいて開口絞りが形成する光透過領域の大きさを決定し、開口絞りにおける光透過領域を変更する制御を行う制御部と、を備える。【選択図】図2

Description

本発明は、内視鏡装置に関する。
従来、医療分野や工業分野において、人や機械構造物等の被検体内を観察する内視鏡装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に記載の内視鏡装置は、被検体内に挿入され、先端から当該被検体内の被写体像を取り込む内視鏡と、内視鏡が取り付けられ、当該被写体像を撮像して画像信号を出力する撮像装置(撮像素子)と、当該画像信号を処理して表示用の映像信号を生成する制御装置と、当該映像信号に基づく画像を表示する表示装置とを備える。
近年、画像の解像度を高めるための技術として、撮像素子の高画素化が進められている。この際、高画素化により絞り値が小さくなると、被写界深度も浅くなる。この結果、撮像画像の解像度は高くなるものの、被写界深度が浅くなり、被写体によっては観察が困難になるという問題があった。
被写界深度を深くする技術として、絞りの開口の径を小さくすることによって被写界深度を深くする技術が知られている。この技術では、絞りの開口の径を調整することによって被写界深度の深さを調整することが可能である。
特開2015−134039号公報
ところで、上述した撮像装置には、互いに光学特性が異なる別種類の内視鏡を取り付けることが可能である。例えば、光学系の開口径が異なる複数種の内視鏡が取り付けられる。光学系の開口径が異なれば、被写界深度を拡大するために必要な絞りの開口の径も異なる。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、接続される内視鏡の種別によらず、被写界深度を拡大した画像を生成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。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる内視鏡装置は、第1の光学系を有する第1の内視鏡と、前記第1の光学系とは開口径が異なる第2の光学系を有する第2の内視鏡と、前記第1及び第2の内視鏡のうちのいずれかが接続される撮像装置であって、接続された内視鏡からの光を透過させる光透過領域の大きさを変更可能な開口絞り、及び、前記開口絞りを通過した光を受光して電気信号に変換する撮像部を有する撮像装置と、前記撮像装置が生成した前記電気信号に基づく画像をもとに、前記撮像装置に接続された前記内視鏡の開口径を決定する開口径決定部と、前記開口径決定部により決定された前記開口径に基づいて前記開口絞りが形成する光透過領域の大きさを決定し、前記開口絞りにおける前記光透過領域を変更する制御を行う制御部と、を備えることを特徴とする。
また、本発明にかかる内視鏡装置は、上記発明において、前記開口径決定部は、光の透過又は遮光の制御が可能な領域のすべてを前記光透過領域とした前記開口絞りを通過した光に基づく画像をもとに、前記開口径を決定することを特徴とする。
また、本発明にかかる内視鏡装置は、上記発明において、前記開口絞りを通過した光に基づく画像には、前記内視鏡の光軸上に設けられるマスクを通過して得られるマスク像が描出され、前記制御部は、前記マスク像の径を算出し、該算出した径に基づいて前記開口絞りの前記光透過領域の大きさを決定することを特徴とする。
また、本発明にかかる内視鏡装置は、上記発明において、前記制御部は、前記マスク像の重心位置を算出し、該算出した中心位置に対応する位置を前記光透過領域の重心位置として決定することを特徴とする。
また、本発明にかかる内視鏡装置は、上記発明において、前記開口絞りは、板状をなし、前記光透過領域は、前記開口絞りの主面と直交する方向に沿ってみた場合、外縁のなす形状が円であることを特徴とする。
また、本発明にかかる内視鏡装置は、上記発明において、前記開口絞りは、板状をなし、当該開口絞りの主面が、前記撮像部の光軸に対して傾斜しており、前記光透過領域は、前記主面と直交する方向に沿ってみた場合、外縁のなす形状が楕円であり、前記撮像部の光軸方向に沿ってみた場合、外縁のなす形状が円であることを特徴とする。
本発明によれば、接続される内視鏡の種別によらず、被写界深度を拡大した画像を生成することができるという効果を奏する。
図1は、本発明の実施の形態1にかかる内視鏡装置の概略構成を示す図である。 図2は、図1に示したカメラヘッド及び制御装置の構成を示すブロック図である。 図3Aは、本発明の実施の形態1にかかる内視鏡及びカメラヘッドの構成を説明する模式図である。 図3Bは、本発明の実施の形態1にかかる内視鏡及びカメラヘッドの構成を説明する模式図である。 図4は、本発明の実施の形態1にかかる内視鏡が備える開口絞りについて説明する図である。 図5は、本発明の実施の形態1にかかるカメラヘッドによって撮像された画像の一例を示す図である。 図6は、本発明の実施の形態1にかかるカメラヘッドによって撮像された画像の一例を示す図である。 図7は、本発明の実施の形態1にかかる内視鏡が備える開口絞りについて説明する図である。 図8は、本発明の実施の形態1にかかる内視鏡装置が行う処理について説明するフローチャートである。 図9は、本発明の実施の形態2にかかる内視鏡装置が行う処理について説明するフローチャートである。 図10は、本発明の実施の形態2にかかるカメラヘッドによって撮像された画像の一例を示す図である。 図11は、本発明の実施の形態2における内視鏡の開口絞りについて説明する図である。 図12は、本発明の実施の形態2の変形例にかかる内視鏡装置が行う処理について説明するフローチャートである。 図13は、本発明の実施の形態3にかかる内視鏡及びカメラヘッドの構成を説明する模式図である。 図14は、本発明の実施の形態3にかかる内視鏡が備える開口絞りについて説明する図である。 図15は、図14の矢視A方向に沿ってみた開口絞りを示す図である。 図16は、図14の矢視B方向に沿ってみた開口絞りを示す図である。
以下、本発明を実施するための形態(以下、「実施の形態」という)を説明する。実施の形態では、本発明にかかる内視鏡装置の一例として、患者等の被検体内の画像を撮像して表示する医療用の内視鏡装置について説明する。また、この実施の形態により、この発明が限定されるものではない。さらに、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付して説明する。
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1にかかる内視鏡装置1の概略構成を示す図である。内視鏡装置1は、医療分野において用いられ、人等の観察対象物の内部(生体内)の被写体を観察する装置である。この内視鏡装置1は、図1に示すように、内視鏡2と、撮像装置3(医療用撮像装置)と、表示装置4と、制御装置5(画像処理装置)と、光源装置6とを備え、撮像装置3と制御装置5とで、医療用画像取得システムを構成している。なお、本実施の形態1では、内視鏡2及び撮像装置3により、硬性鏡を用いた内視鏡装置を構成している。
光源装置6は、ライトガイド7の一端が内視鏡2に接続され、当該ライトガイド7の一端に生体内を照明するための白色の照明光を供給する。ライトガイド7は、一端が光源装置6に着脱自在に接続されるとともに、他端が内視鏡2に着脱自在に接続される。そして、ライトガイド7は、光源装置6から供給された光を一端から他端に伝達し、内視鏡2に供給する。
撮像装置3は、内視鏡2からの被写体像を撮像して当該撮像結果を出力する。この撮像装置3は、図1に示すように、信号伝送部である伝送ケーブル8と、カメラヘッド9とを備える。本実施の形態1では、伝送ケーブル8とカメラヘッド9とにより医療用撮像装置が構成される。
内視鏡2は、硬質で細長形状を有し、生体内に挿入される。この内視鏡2の内部には、1又は複数のレンズを用いて構成され、被写体像を集光する光学系が設けられている。内視鏡2は、ライトガイド7を介して供給された光を先端から出射し、生体内に照射する。そして、生体内に照射された光(被写体像)は、内視鏡2内の光学系により集光される。
カメラヘッド9は、内視鏡2の基端に着脱自在に接続される。そして、カメラヘッド9は、制御装置5による制御の下、内視鏡2にて集光された被写体像を撮像し、当該撮像による撮像信号を出力する。なお、カメラヘッド9の詳細な構成については、後述する。
伝送ケーブル8は、一端がコネクタを介して制御装置5に着脱自在に接続されるとともに、他端がコネクタを介してカメラヘッド9に着脱自在に接続される。具体的に、伝送ケーブル8は、最外層である外被の内側に複数の電気配線(図示略)が配設されたケーブルである。当該複数の電気配線は、カメラヘッド9から出力される撮像信号、制御装置5から出力される制御信号、同期信号、クロック、及び電力をカメラヘッド9にそれぞれ伝送するための電気配線である。
表示装置4は、制御装置5による制御のもと、制御装置5により生成された画像を表示する。表示装置4は、観察時の没入感を得やすくするために、表示部が55インチ以上を有するものが好ましいが、これに限らない。
制御装置5は、カメラヘッド9から伝送ケーブル8を経由して入力された撮像信号を処理し、表示装置4へ画像信号を出力するとともに、カメラヘッド9及び表示装置4の動作を統括的に制御する。なお、制御装置5の詳細な構成については、後述する。
次に、撮像装置3及び制御装置5の構成について説明する。図2は、カメラヘッド9及び制御装置5の構成を示すブロック図である。なお、図2では、カメラヘッド9及び伝送ケーブル8同士を着脱可能とするコネクタの図示を省略している。
以下、制御装置5の構成、及びカメラヘッド9の構成の順に説明する。なお、以下では、制御装置5の構成として、本発明の要部を主に説明する。制御装置5は、図2に示すように、信号処理部51と、画像生成部52と、通信モジュール53と、入力部54と、制御部55と、メモリ56と、開口決定部57と、を備える。なお、制御装置5には、制御装置5及びカメラヘッド9を駆動するための電源電圧を生成し、制御装置5の各部にそれぞれ供給するとともに、伝送ケーブル8を介してカメラヘッド9に供給する電源部(図示略)などが設けられていてもよい。
信号処理部51は、カメラヘッド9が出力した撮像信号に対してノイズ低減処理や、必要に応じてA/D変換等の信号処理を行うことによって、デジタル化された画像信号(RAW信号)を画像生成部52に出力する。
また、信号処理部51は、撮像装置3及び制御装置5の同期信号、及びクロックを生成する。撮像装置3への同期信号(例えば、カメラヘッド9の撮像タイミングを指示する同期信号等)やクロック(例えばシリアル通信用のクロック)は、図示しないラインで撮像装置3に送られ、この同期信号やクロックを基に、撮像装置3は駆動する。
画像生成部52は、信号処理部51から入力される撮像信号をもとに、表示装置4が表示する表示用の画像信号を生成する。画像生成部52は、撮像信号に対して、所定の信号処理を実行して被写体画像を含む表示用の画像信号を生成する。ここで、画像生成部52は、画像処理としては、補間処理や、色補正処理及びノイズ低減処理等の各種画像処理等の公知の画像処理を施して撮像画像の生成を行う。画像生成部52は、生成した表示用の画像信号を表示装置4に出力する。
具体的に、画像生成部52は、画像信号(RAW信号(デジタル信号))に対して、当該デジタル信号を増幅するデジタルゲインを乗算する。また、画像生成部52は、デジタルゲインを乗算した後の画像信号(RAW信号(デジタル信号))に対してオプティカルブラック減算処理、デモザイク処理等のRAW処理を施し、当該RAW信号(画像信号)をRGB信号(画像信号)に変換する。さらに、画像生成部52は、当該RGB信号(画像信号)に対して、RGB値にそれぞれゲインを乗算するホワイトバランス調整処理、RGBガンマ補正、及びYC変換(RGB信号を輝度信号及び色差信号(Y/Cb/Cr信号)に変換)等のRGB処理を施す。また、画像生成部52は、当該Y/Cb/Cr信号(画像信号)に対して、色差補正及びノイズリダクション等のYC処理を実行する。
通信モジュール53は、制御部55から送信された後述する制御信号を含む制御装置5からの信号を撮像装置3に出力する。また、撮像装置3からの信号(例えば画像信号)を制御装置5に出力する。つまり通信モジュール53は、撮像装置3へ出力する制御装置5の各部からの信号を、例えばパラレルシリアル変換等によりまとめて出力し、また撮像装置3から入力される信号を、例えばシリアルパラレル変換等により振り分け制御装置5の各部に出力する、中継デバイスである。
入力部54は、キーボード、マウス、タッチパネル等のユーザインタフェースを用いて実現され、各種情報の入力を受け付ける。
制御部55は、制御装置5及びカメラヘッド9を含む各構成部の駆動制御、及び各構成部に対する情報の入出力制御などを行う。制御部55は、メモリ56に記録されている通信情報データ(例えば、通信用フォーマット情報など)を参照して制御信号を生成し、該生成した制御信号を、通信モジュール53を介して撮像装置3へ送信する。また、制御部55は、伝送ケーブル8を介して、カメラヘッド9に対して制御信号を出力する。
メモリ56は、フラッシュメモリやDRAM(Dynamic Random Access Memory)等の半導体メモリを用いて実現され、通信情報データ(例えば、通信用フォーマット情報など)が記録されている。なお、メモリ56は、制御部55が実行する各種プログラム等が記録されていてもよい。
開口径決定部57は、画像生成部52が生成した画像に写し出される光学像をもとに、カメラヘッド9に接続された内視鏡2の光学系の開口径を決定する。開口径決定部57は、例えば、内視鏡2がカメラヘッド9に接続された際であって、画像処理部52によりホワイトバランス調整処理を実行した後の画像信号を用いて、開口径の決定処理を行う。開口径の決定処理については、後述する。
なお、信号処理部51が、入力されたフレームの撮像信号を基に、各フレームの所定のAF用評価値を出力するAF処理部、及び、AF処理部からの各フレームのAF用評価値から、最も合焦位置として適したフレーム又はフォーカスレンズ位置等を選択するようなAF演算処理を行うAF演算部を有していてもよい。
上述した信号処理部51、画像生成部52、通信モジュール53、制御部55及び開口径検出部57は、プログラムが記録された内部メモリ(図示略)を有するCPU(Central Processing Unit)等の汎用プロセッサやASIC(Application Specific Integrated Circuit)等の特定の機能を実行する各種演算回路等の専用プロセッサを用いて実現される。また、プログラマブル集積回路の一種であるFPGA(Field Programmable Gate Array:図示略)を用いて構成するようにしてもよい。なおFPGAにより構成される場合は、コンフィグレーションデータを記憶するメモリを設け、メモリから読み出したコンフィグレーションデータにより、プログラマブル集積回路であるFPGAをコンフィグレーションしてもよい。
次に、カメラヘッド9の構成として、本発明の要部を主に説明する。カメラヘッド9は、図2に示すように、開口絞り91と、レンズユニット92と、撮像部93と、駆動部94と、通信モジュール95と、検出部96と、カメラヘッド制御部97と、を備える。
開口絞り91は、カメラヘッド9の光軸が通過する位置、かつレンズユニット92の入射瞳位置に配置される。開口絞り91は、液晶を用いて構成される。具体的には、開口絞り91は、二枚のガラス板を張り合わせた板状をなし、内部に液晶が封入されている。開口絞り91は、液晶の配向によって、光を透過する領域(以下、光透過領域という)と遮光する領域(以下、遮光領域という)とを形成することが可能である。このような液晶を用いた開口絞り91は、駆動部94による制御の下で液晶の配向を変化させることによって、光透過領域の位置及び大きさを変更することが可能である。なお、カメラヘッド9の光軸は、撮像部93の撮像素子の受光面の中央を通過し、かつこの受光面と直交する方向に延びている。
レンズユニット92は、1又は複数のレンズを用いて構成され、開口絞り91を通過した被写体像を、撮像部93を構成する撮像素子の撮像面に結像する。当該1又は複数のレンズは、光軸に沿って移動可能に構成されている。そして、レンズユニット92には、当該1又は複数のレンズを移動させて、画角を変化させる光学ズーム機構(図示略)や焦点位置を変化させるフォーカス機構が設けられている。なお、レンズユニット92は、光学ズーム機構及びフォーカス機構のほか、光軸上に挿脱自在な光学フィルタ(例えば赤外光をカットするフィルタ)等が設けられていてもよい。
撮像部93は、カメラヘッド制御部97による制御の下、被写体を撮像する。この撮像部93は、レンズユニット92が結像した被写体像を受光して電気信号に変換する撮像素子を用いて構成されている。撮像素子は、CCD(Charge Coupled Device)イメージセンサ又はCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサにより構成される。撮像素子がCCDの場合は、例えば、当該撮像素子からの電気信号(アナログ信号)に対して信号処理(A/D変換等)を行って撮像信号を出力する信号処理部(図示略)がセンサチップなどに実装される。撮像素子がCMOSの場合は、例えば、光から電気信号に変換された電気信号(アナログ)に対して信号処理(A/D変換等)を行って撮像信号を出力する信号処理部が撮像素子に含まれる。撮像部93は、生成した電気信号を通信モジュール95に出力する。
駆動部94は、カメラヘッド制御部97による制御の下、観察モードに応じて、開口絞り91の液晶の配向を制御して光透過領域及び遮光領域を形成させる駆動制御を行う。また、駆動部94は、光学ズーム機構やフォーカス機構を動作させ、レンズユニット92の画角や焦点位置を変化させたりするドライバを有していてもよい。
通信モジュール95は、制御装置5から送信された信号をカメラヘッド制御部97等のカメラヘッド9内の各部に出力する。また、通信モジュール95は、カメラヘッド9の現在の状態に関する情報などを予め決められた伝送方式に応じた信号形式に変換し、伝送ケーブル8を介して当該変換した信号を制御装置5に出力する。つまり通信モジュール95は、制御装置5や伝送ケーブル8から入力される信号を、例えばシリアルパラレル変換等により振り分けカメラヘッド9の各部に出力し、また制御装置5や伝送ケーブル8へ出力するカメラヘッド9の各部からの信号を、例えばパラレルシリアル変換等によりまとめて出力する、中継デバイスである。
検出部96は、カメラヘッド9に内視鏡2が接続されているか否かを検出する。検出部96は、公知の検出機構、例えば、ボタン等の機械式の検出機構、又は赤外線等の光学式の検出機構を用いて、カメラヘッド9に内視鏡2が接続されたか否かを検出する。
カメラヘッド制御部97は、伝送ケーブル8を介して入力した駆動信号や、カメラヘッド9の外面に露出して設けられたスイッチ等の操作部へのユーザ操作により操作部から出力される指示信号等に応じて、カメラヘッド9全体の動作を制御する。また、カメラヘッド制御部97は、伝送ケーブル8を介して、カメラヘッド9の現在の状態に関する情報を制御装置5に出力する。
なお、上述した駆動部94、通信モジュール95、検出部96及びカメラヘッド制御部97は、プログラムが記録された内部メモリ(図示略)を有するCPU等の汎用プロセッサやASIC等の特定の機能を実行する各種演算回路等の専用プロセッサを用いて実現される。また、プログラマブル集積回路の一種であるFPGAを用いて構成するようにしてもよい。なお、FPGAにより構成される場合は、コンフィグレーションデータを記憶するメモリを設け、メモリから読み出したコンフィグレーションデータにより、プログラマブル集積回路であるFPGAをコンフィグレーションしてもよい。
なお、カメラヘッド9や伝送ケーブル8に、通信モジュール95や撮像部93により生成された撮像信号に対して信号処理を施す信号処理部を構成するようにしてもよい。また、カメラヘッド9内部に設けられた発振器(図示略)で生成された基準クロックに基づいて、撮像部93を駆動するための撮像用クロック、及び駆動部94を駆動するための駆動用クロックを生成し、撮像部93及び駆動部94にそれぞれ出力するようにしてもよいし、伝送ケーブル8を介して制御装置5から入力した同期信号に基づいて、撮像部93、駆動部94、及びカメラヘッド制御部97における各種処理のタイミング信号を生成し、撮像部93、駆動部94、及びカメラヘッド制御部97にそれぞれ出力するようにしてもよい。また、カメラヘッド制御部97をカメラヘッド9ではなく伝送ケーブル8や制御装置5に設けてもよい。
図3A及び図3Bは、本発明の実施の形態にかかる内視鏡2及びカメラヘッド9の構成を説明する模式図である。図3A及び図3Bは、図1に示す内視鏡2及びカメラヘッド9を、長手軸を回転軸として90°回転させた図である。カメラヘッド9に取り付けられる内視鏡2としては、図3A及び図3Bに示すような内視鏡2A,2Bがある。内視鏡2A,2Bは、先端側で外部の光を取り込んで、基端側でカメラヘッド9に接続する。内視鏡2A,2Bは、互いに開口径の異なる光学系を有している。本実施の形態1では、内視鏡2Aの光軸NAと、カメラヘッド9の光軸とは一致し、内視鏡2Bの光軸NBと、カメラヘッド9の光軸とは一致している。
内視鏡2Aは、挿入部21の内部に光学系21Aを備えている。光学系21Aは、当該光学系21Aの光軸NAに沿って、先端側から対物レンズ21a、第1リレー光学系21b、第2リレー光学系21c、第3リレー光学系21d、接眼レンズ21eの順で配置されてなる。また、内視鏡2Aには、光学系21Aの開口径に応じた円形の開口を有するマスク21fが設けられている。
内視鏡2Bは、挿入部22の径が、挿入部21の径よりも大きい。内視鏡2Bは、挿入部22の内部に光学系22Aを備えている。光学系22Aは、当該光学系22Aの光軸NBに沿って、先端側から対物レンズ22a、第1リレー光学系22b、第2リレー光学系22c、第3リレー光学系22d、接眼レンズ22eの順で配置されてなる。光学系22Aの開口径は、光学系21Aの開口径より大きい。ここでいう開口径とは、各光学系において光を通す部分の直径をさす。また、内視鏡2Bには、光学系22Aの開口径に応じた円形の開口を有するマスク22fが設けられている。
続いて、開口絞り91による深度拡大処理について、図4〜図7を参照して説明する。図4は、本発明の実施の形態1にかかる内視鏡2が備える開口絞り91について説明する図である。図4は、開口絞り91において、光の透過又は遮光の制御が可能な領域のすべてを光透過領域とした状態(以下、この状態を全透過状態という)の例を示している。
まず、接続された内視鏡2の開口径を検出する処理について説明する。内視鏡装置1は、カメラヘッド9を起動し、カメラヘッド9への内視鏡2の接続が検出されると、開口絞り91を全透過状態(図4参照)に制御し、内視鏡2から観察光を受光することによって、その光学像を撮像して画像化する。
図5及び図6は、本発明の実施の形態1にかかるカメラヘッド9によって撮像された画像の一例を示す図である。内視鏡2、例えば内視鏡2Aがカメラヘッド9に接続され、開口絞り91が全透過状態である場合、図5に示す画像IM1のように、光学系21Aの開口径に応じて設けられるマスク21fを通過した光による像(マスク像100)が写し出される。本実施の形態では、マスクの開口が円をなすものとして説明する。なお、マスクの開口の形状は、円のほか、楕円や多角形であってもよい。
一方、内視鏡2Bがカメラヘッド9に接続され、開口絞り91が全透過状態である場合、図6に示す画像IM2のように、光学系22Aの開口径に応じて設けられるマスク21fを通過した光による像(マスク像101)が写し出される。このマスク像101は、内視鏡2Aを接続した際に得られるマスク像100よりも直径が大きい。
開口径決定部57は、例えば、図5に示す画像IM1について、画像生成部52にて処理された画像信号(Y/Cb/Cr信号)のうち輝度信号(Y信号)を取得する。そして、開口径決定部57は、当該輝度信号(Y信号)に基づいて、画像IM1内の複数本の水平ラインL1、L2、L3、・・・LN(Nは自然数)の輝度値の分布をそれぞれ検出する。ここで、画像IM1において、マスク像100の領域は、他の領域よりも輝度値が高い。すなわち、マスク像100を含む水平ラインでの輝度分布は、マスク像100の領域と他の領域との2つの境界点間で輝度値の差が大きくなる。このため、開口径決定部57は、水平ライン上の輝度値と閾値とを比較して、閾値よりも高い輝度値を有する画素が連続して並ぶ領域をマスク像100の一部であると認識する。開口径決定部57は、以上の処理を全ての水平ラインL1、L2、L3、・・・LNについて実行することで、画像全体としてのマスク像100を認識する。そして、開口径決定部57は、認識したマスク像100の外縁のなす円の直径を算出する。
開口径決定部57は、算出した円の直径に基づいて、接続された内視鏡2の光学系の開口径を決定する。具体的に、例えば、開口径決定部57は、メモリ56に記憶されている、円の直径と開口径との関係を示す情報を参照し、算出した円の直径から開口径を決定する。このようにして、開口径決定部57は、撮像された画像から、接続された内視鏡2の開口径を決定する。
その後、制御部55は、開口径決定部57によって決定された開口径に応じて、開口絞り91の光透過領域の直径を決定し、決定した直径の光透過領域を開口絞り91に形成させる制御信号を生成してカメラヘッド制御部97に出力する。
図7は、本発明の実施の形態1にかかる内視鏡2が備える開口絞り91について説明する図である。カメラヘッド制御部97は、制御部55から開口絞り91に関する制御信号を取得し、かつ、深度拡大モードの設定入力がなされた旨の制御信号を取得すると、開口絞り91に対し、制御信号に従って、制御部55により決定された直径を有する光透過領域910を形成させる(図7参照)。この際、光透過領域910以外の領域は、遮光領域となる。これにより、開口絞り91において、接続された内視鏡2の開口径に応じた光透過領域が形成され、被写界深度を拡大した画像を取得することが可能となる。なお、開口絞り91において光透過領域を形成する際、領域の中央部から外縁に向けて連続的に形成されるようにしてもよいし、領域の中央部から外縁に向けて段階的に形成されるようにしてもよい。
図8は、本発明の実施の形態1にかかる内視鏡装置が行う処理について説明するフローチャートである。以下、制御装置5の制御部55による制御のもとで、各部が処理を実行するものとして説明する。
まず、カメラヘッド9において、検出部96により内視鏡2の接続検出が行われる(ステップS101)。検出部96により内視鏡2の接続が検出されない場合(ステップS101:No)、検出部96による検出処理を繰り返す。これに対し、検出部96により内視鏡2の接続が検出されると(ステップS101:Yes)、制御部55は、ステップS102に移行する。
ステップS102において、制御部55は、開口絞り91を全透過状態に設定する。その後、制御部55は、必要に応じて照明光の照射制御を行いつつ、接続された内視鏡2により画像を取得する(ステップS103)。
続くステップS104、S105において、開口径決定部57は、接続された内視鏡2の光学系の開口径を決定する。開口径決定部57は、取得した画像(例えば、図5に示す画像IM1)から、上述したようにして白色の円であるマスク像100を検出する(ステップS104)。開口径決定部57は、検出した円(マスク像100)の直径を算出し、算出した直径に基づいて、接続された内視鏡2の光学系の開口径を決定する(ステップS105)。
ステップS105に続くステップS106において、制御部55は、開口径決定部57によって決定された開口径に応じて、開口絞り91の開口の径(絞り径)を決定する。
その後、制御部55は、深度拡大モードに設定するか否かを判断する(ステップS107)。制御部55は、入力部54を介して、観察モードを深度拡大モードに設定する旨の信号が入力されていれば(ステップS107:Yes)、ステップS108に移行する。これに対し、制御部55は、入力部54を介して、観察モードを深度拡大モードに設定する旨の信号が入力されていなければ(ステップS107:No)、ステップS109に移行する。ここで、深度拡大モードに設定されていない場合は通常観察モードに設定され、この通常観察モードに設定されている間、開口絞り91は、全透過状態となり、通常観察用の撮像画像の取得及び表示が行われる。
ステップS108において、制御部55は、開口絞り91の光透過領域の径を、決定した直径とする制御信号を生成してカメラヘッド制御部97に出力する。カメラヘッド9では、開口絞り91において、決定された直径の光透過領域を形成させる制御が行われる。開口絞り91では、決定された直径の円をなす光透過領域910が形成される。これにより、被写界深度を拡大した撮像画像を得ることができる。深度拡大モードに設定されている間、開口絞り91には、光透過領域910が形成され、深度拡大した撮像画像の取得及び表示が行われる。
ステップS109において、制御部55は、入力部54を介して、観察を終了する旨の信号が入力されているか否かを判断する。制御部55は、入力部54を介して、観察を終了する旨の信号が入力されていなければ(ステップS109:No)、ステップS107に移行して、上述した観察処理を継続する。これに対し、制御部55は、入力部54を介して、観察を終了する旨の信号が入力されていれば(ステップS109:Yes)、撮像処理等を含むカメラヘッド9の動作を終了する。
上述した実施の形態1では、開口絞り91を全透過状態に制御して、取得したマスク像に基づいて接続された内視鏡2の光学系の開口径を決定し、その開口径から、深度拡大モード時における開口絞り91の光透過領域の径を設定するようにした。上述した実施の形態1によれば、接続された内視鏡2の開口径に応じて開口絞り91の光透過領域の径が設定されるため、接続される内視鏡の種別によらず、被写界深度を拡大した画像を生成することができる。
(実施の形態2)
次に、本発明の実施の形態2について、図9〜図11を参照して説明する。本実施の形態2に係る内視鏡装置の構成は、上述した内視鏡装置1の構成と同様であるため、構成にかかる説明は省略し、上述した実施の形態1とは異なる処理についてのみ説明する。図9は、本発明の実施の形態2にかかる内視鏡装置が行う処理について説明するフローチャートである。
まず、カメラヘッド9において、検出部96により内視鏡2の接続検出が行われる(ステップS201)。検出部96により内視鏡2の接続が検出されない場合(ステップS201:No)、検出部96による検出処理を繰り返す。これに対し、検出部96により内視鏡2の接続が検出されると(ステップS201:Yes)、制御部55は、ステップS202に移行する。
ステップS202において、制御部55は、開口絞り91を全透過状態に設定する。その後、制御部55は、必要に応じて照明光の照射制御を行いつつ、接続された内視鏡2により画像を取得する(ステップS203)。
続くステップS204、S205において、開口径決定部57は、接続された内視鏡2の光学系の開口径を決定する。開口径決定部57は、取得した画像(例えば、図5に示す画像IM1)から、白色の円であるマスク像100を検出する(ステップS204)。開口径決定部57は、検出した円(マスク像100)の直径を算出し、算出した直径に基づいて、接続された内視鏡2の光学系の開口径を決定する(ステップS205)。
ステップS205に続くステップS206において、制御部55は、開口径決定部57によって決定された開口径に応じて、開口絞り91の開口の径(絞り径)を決定する。
また、制御部55は、円(マスク像100)の重心位置を算出し、開口絞り91の開口(光透過領域910)の中心位置を決定する(ステップS207)。内視鏡2とカメラヘッド9とを接続した際に、撮像部93の撮像素子において設定されている中心部と、内視鏡2に備わる光学系の光軸とが一致しない場合がある。このような場合に、深度拡大モードに設定した際、上述したマスク像100の中心と、開口絞り91による開口の中心とがずれてしまい、観察光の一部がけられてしまう。
図10は、本発明の実施の形態2にかかるカメラヘッドによって撮像された画像の一例を示す図である。撮像部93の撮像素子において設定されている中心部と、内視鏡に備わる光学系の光軸とが一致しない場合、図10に示すように、撮像画像IM3におけるマスク像100の重心位置G1と、撮像画像IM3の重心位置G2とが異なる位置となる。制御部55は、マスク像100の重心位置G1の座標を読み取る。撮像画像IM3及び開口絞り91には、互いに対応する座標が付与されており、制御部55は、マスク像100の重心位置G1に対応する開口絞り91の座標を、深度拡大モード時に設定する光透過領域910の中心位置に設定する。
上述したステップS206及びS207により、深度拡大モード時の開口絞り91の開口の位置及び大きさが設定される。
その後、制御部55は、深度拡大モードに設定するか否かを判断する(ステップS208)。制御部55は、入力部54を介して、観察モードを深度拡大モードに設定する旨の信号が入力されていれば(ステップS208:Yes)、ステップS209に移行する。これに対し、制御部55は、入力部54を介して、観察モードを深度拡大モードに設定する旨の信号が入力されていなければ(ステップS208:No)、ステップS210に移行する。
ステップS209において、制御部55は、開口絞り91の開口の径を、決定した開口の径とする制御信号を生成してカメラヘッド制御部97に出力する。カメラヘッド9では、開口絞り91において、決定された直径の開口を光透過領域とする開口絞りの制御が行われる。開口絞り91では、決定された直径の円をなす光透過領域910が形成される。
図11は、本発明の実施の形態2における内視鏡2の開口絞り91について説明する図である。撮像画像IM3におけるマスク像100の重心が重心位置G1に位置する場合、深度拡大モードにおいて、開口絞り91では、この重心位置G1に対応する位置(中心位置G3)を中心とする光透過領域910が形成される。なお、撮像画像IM3におけるマスク像100の重心が重心位置G2の場合は、深度拡大モードにおいて、重心位置G2に対応する位置(中心位置G4)を中心とする光透過領域910が形成される。
ステップS210において、制御部55は、入力部54を介して、観察を終了する旨の信号が入力されているか否かを判断する。制御部55は、入力部54を介して、観察を終了する旨の信号が入力されていなければ(ステップS210:No)、ステップS208に移行して、上述した観察処理を継続する。これに対し、制御部55は、入力部54を介して、観察を終了する旨の信号が入力されていれば(ステップS210:Yes)、撮像処理等を含むカメラヘッド9の動作を終了する。
上述した実施の形態2では、開口絞り91を全透過状態に制御して、取得したマスク像に基づいて接続された内視鏡2の光学系の開口径を決定し、その開口径から、深度拡大モード時における開口絞り91の開口の径を設定するようにした。上述した実施の形態2によれば、接続された内視鏡2の開口径に応じて開口絞り91の開口の径が設定されるため、接続される内視鏡の種別によらず、被写界深度を拡大した画像を生成することができる。
また、上述した実施の形態2によれば、マスク像の重心位置に基づいて開口絞り91における光透過領域の中心位置を決定するようにしたので、観察光の一部がけられてしまうことを抑制して、深度を拡大した撮像画像を取得することが可能となる。
なお、上述した実施の形態2において、内視鏡2の開口の中心の変化を、撮像画像に基づいて判断するようにしてもよい。この場合、制御部55は、時系列的で前後する撮像画像を比較して、被写体の動きを検出する。被写体の動きの検出は、パターンマッチングなどの公知の手法を用いることができる。
また、上述した実施の形態2において、カメラヘッド9には、実施の形態1のような開口径の異なる複数の内視鏡が接続される場合もあれば、同一の内視鏡(例えば内視鏡2Aのみ)の脱着が繰り返される場合もある。同一の内視鏡が複数回接続される場合であっても、マスク像の中心位置が異なることがある。本実施の形態2のように、同一の内視鏡を接続する場合であっても、接続される度にマスク像の重心位置を算出して、この重心位置をもとに光透過領域910の中心位置を決定すれば、深度拡大時における適切な撮像画像の取得を維持することができる。
(実施の形態2の変形例)
続いて、上述した実施の形態2の変形例について、図12を参照して説明する。本変形例では、カメラヘッド9の起動及び内視鏡2の接続時に光透過領域の重心位置を決定することに加えて、内視鏡2を使用している最中に、所定時間間隔で、開口中心の位置の再設定を行うか否かを判断する。図12は、本発明の実施の形態2の変形例にかかる内視鏡装置が行う処理について説明するフローチャートである。カメラヘッド9において、内視鏡2の接続検出を行い、開口絞り91を制御して観察終了か否かを判断するまで(ステップS301〜S310)は、上述したステップS201〜ステップS210と同じであるため、説明を省略する。
ステップS310において、制御部55は、入力部54を介して、観察を終了する旨の信号が入力されているか否かを判断する。制御部55は、入力部54を介して、観察を終了する旨の信号が入力されていなければ(ステップS310:No)、ステップS311に移行する。これに対し、制御部55は、入力部54を介して、観察を終了する旨の信号が入力されていれば(ステップS310:Yes)、撮像処理等を含むカメラヘッド9の動作を終了する。
ステップS311において、制御部55は、前回開口中心の位置を決定した時間から、予め設定されている時間が経過したか否かを判断する(ステップS311)。ここで、制御部55は、予め設定されている時間が経過していなければ(ステップS311:No)、経過時間による判断を繰り返す。これに対し、制御部55は、予め設定されている時間が経過していると判断した場合(ステップS311:Yes)、ステップS312に移行する。
ステップS312において、制御部55は、内視鏡2により取得された画像、例えば、時系列で最新の画像から、輝度値の変化が予め設定されている閾値よりも大きい部分を境界とする境界領域を検出する。
その後、制御部55は、検出した境界領域の形状が、上述したマスク像100の形状と一致するか否かを判断する(ステップS313)。制御部55は、例えば、パターンマッチングなどの公知の手法を用いて、境界領域の形状と、マスク像100の形状との一致度を算出し、この一致度と予め設定されている閾値とを比較して、二つの形状が一致しているか否かを判断する。制御部55は、一致度が大きいほど、一致していると判断できる場合、一致度が閾値よりも大きければ、二つの形状が一致していると判断する。制御部55は、二つの形状が一致していると判断した場合(ステップS313:Yes)、ステップS314に移行する。
ステップS314において、制御部55は、境界領域の重心位置に対応する開口絞り91の座標を、深度拡大モード時に形成する光透過領域910の中心位置に設定する。その後、制御部55は、ステップS308に移行する。この場合、ステップS309において開口絞り91を制御する際には、上述した境界領域に基づいて設定される位置に中心を有する開口(光透過領域)が形成される。
一方、制御部55は、二つの形状が一致していないと判断した場合(ステップS313:No)、現在設定されている開口中心の位置は変えずに、ステップS308に移行する。この場合、ステップS309において開口絞りを制御する際には、例えば、マスク像100に基づいて設定される位置に中心を有する開口(光透過領域)が形成される。
本変形例では、内視鏡2を使用している最中に、開口絞り91における開口中心の位置を変更するようにした。これにより、例えば、内視鏡2を使用するユーザが、内視鏡2をカメラヘッド9に対して回転させるなどして、カメラヘッド9に対して内視鏡2の光軸がずれたとしても、開口絞り91による深度拡大時に、光透過領域のずれによって観察光の一部がけられてしまうことを抑制することが可能となる。特に、内視鏡2として、該内視鏡2の長手方向に対して対物レンズの光軸が傾斜した斜視内視鏡を使用する際、観察のために内視鏡2をカメラヘッド9に対して回転させることがある。このように、本変形例では、内視鏡2の長手方向と平行な光軸の対物レンズを有する内視鏡のほか、上述した斜視内視鏡を使用する場合であっても、深度拡大時の撮像画像を安定して得ることができる。
(実施の形態3)
次に、本発明の実施の形態3について、図13〜図16を参照して説明する。本実施の形態3に係る内視鏡装置の構成は、カメラヘッドの構成のみ異なっており、上述した内視鏡装置1の構成と同様であるため、カメラヘッド9Aの構成にかかる説明以外は省略し、上述した実施の形態1とは異なる構成についてのみ説明する。図13は、本発明の実施の形態3にかかる内視鏡及びカメラヘッドの構成を説明する模式図である。図13では、一例として、上述した内視鏡2Aが接続されたカメラヘッド9Aの構成を示している。
カメラヘッド9Aは、開口絞り91Aと、レンズユニット92と、撮像部93と、駆動部94と、通信モジュール95と、検出部96と、カメラヘッド制御部97と、を備える(駆動部94、通信モジュール95、検出部96及びカメラヘッド制御部97は図2参照)。開口絞り91A以外の構成は、上述した実施の形態1と同様である。このため、以下では開口絞り91Aの構成についてのみ説明する。
開口絞り91Aは、カメラヘッド9Aの光軸が通過する位置、かつレンズユニット92の入射瞳位置に配置される。開口絞り91Aは、上述した開口絞り91と同様、二枚のガラス板を張り合わせた板状をなし、内部に液晶が封入されている。開口絞り91Aは、駆動部94による制御の下で液晶の配向を変化させることによって、開口の形状、位置及び大きさを変更することが可能である。本実施の形態3において、内視鏡2Aの光軸NAと、カメラヘッド9Aの光軸とは一致している。
図14は、本発明の実施の形態3にかかる内視鏡2Aが備える開口絞り91Aについて説明する図である。開口絞り91Aは、図14に示すように、ガラス板の主面が、カメラヘッド9Aの光軸(光軸NA)に対して傾斜している。ここでいう主面とは、ガラス板のうち最も面積の大きな面をさす。
図15は、図14の矢視A方向に沿ってみた開口絞り91Aを示す図である。図16は、図14の矢視B方向に沿ってみた開口絞り91Aを示す図である。光軸方向からみた際に、円をなす光透過領域を形成する場合、開口絞り91Aには、ガラス板の主面と直交する方向(矢視A,図15参照)からみた際に楕円をなす光透過領域911が形成される。この楕円をなす光透過領域911は、光軸方向からみた際に、円となる(矢視B、図16参照)。
開口絞り91Aでは、上述した実施の形態1と同様に、接続された内視鏡2により取得されるマスク像に基づいて、光軸方向からみたときの形状が円となるような光透過領域を形成するように制御される。なお、実施の形態2で説明したように、マスク像の重心位置をもとに、形成する光透過領域の位置を設定するようにしてもよい。
ここで、例えば、上述した開口絞り91の場合、ガラス板の主面が光軸に対して直交している。この場合、ガラス板で反射した観察光は、光軸に沿って反射し、向かいの部材によって再び開口絞り91に入射する(以下、このように再度入射した光を戻り光と呼ぶ)。このような戻り光は、撮像素子で受光されると、撮像画像においてゴーストやフレアとなって現れる。ゴーストとは、戻り光により描出される被写体像であり、フレアとは、画像上で白みを帯びる現象である。
これに対し、上述した実施の形態3では、開口絞り91Aの主面が、光軸に対して傾斜するように配置されるようにしたので、開口絞り91Aのガラス板によって反射した観察光が、光軸方向とは異なる方向に反射され、撮像素子が戻り光を受光することを抑制することができる。これにより、撮像画像におけるゴーストやフレアの出現を抑制することができる。
また、上述した実施の形態3では、上述した実施の形態1、2と同様の処理を行うことによって、実施の形態1、2と同様の効果を得ることができる。例えば、制御部55は、マスク像100の重心位置を算出し、算出した重心位置をもとに、楕円をなす光透過領域の中心位置(長軸と短軸とが交差する位置)を決定する。
なお、上述した実施の形態1〜3では、全透過画像から照明光の像を検出して開口径を判別し、開口絞り91、91Aの開口の径を決定するものとして説明したが、これに限らず、例えば、検出部96が、接続した内視鏡のID等を検出し、検出した結果に応じて開口絞り91の開口の径を決定するようにしてもよい。この際、検出部96は、例えば、内視鏡2A及び内視鏡2Bに設けられ、互いに異なる配置パターンを有する複数のピンの配置を電気的に検出する。検出部96は、内視鏡が接続された際に、ピンの配置パターンを電気的に検出する。検出部96は、検出したピンの配置パターンに関する検出情報を生成する。制御部55は、この検出情報を用いて内視鏡の識別を行う。なお、検出部96が、内視鏡2A及び内視鏡2Bに設けられたICタグ等を読み取ることによって、検出情報を生成するようにしてもよい。
また、上述した実施の形態1〜3では、開口絞り91、91Aが液晶を用いて構成されているものとして説明したが、開口の形状を変化させることができるものであれば、液晶に限らず、例えばエレクトロクロミック(electrochromic)素子を用いて構成してもよい。エレクトロクロミック素子を用いる場合は、形成しうる光透過領域を設定しておく。
ここまで、本発明を実施するための形態を説明してきたが、本発明は上述した実施の形態によってのみ限定されるべきものではない。上述した実施の形態では、制御装置5が信号処理などを行うものとして説明したが、カメラヘッド9側で行うものであってもよい。
以上のように、本発明にかかる内視鏡装置は、接続される内視鏡の種別によらず、被写界深度を拡大した画像を生成するのに有用である。
(付記項1)
光学系を有する内視鏡と、
前記内視鏡が接続される撮像装置であって、接続された内視鏡からの光を透過させる光透過領域が形成される開口絞り、及び、前記開口絞りを通過した光を受光して電気信号に変換する撮像部を有する撮像装置と、
を備え、
前記開口絞りは、板状をなし、当該開口絞りの主面が、前記撮像部の光軸に対して傾斜しており、
前記光透過領域は、前記主面と直交する方向に沿ってみた場合、外縁のなす形状が楕円であり、前記撮像部の光軸方向に沿ってみた場合、外縁のなす形状が円である
ことを特徴とする内視鏡装置。
1 内視鏡装置
2、2A、2B 内視鏡
3 撮像装置
4 表示装置
5 制御装置
6 光源装置
7 ライトガイド
8 伝送ケーブル
9、9A カメラヘッド
51 信号処理部
52 画像生成部
53 通信モジュール
54 入力部
55 制御部
56 メモリ
57 開口径決定部
91、91A 開口絞り
92 レンズユニット
93 撮像部
94 駆動部
95 通信モジュール
96 検出部
97 カメラヘッド制御部

Claims (6)

  1. 第1の光学系を有する第1の内視鏡と、
    前記第1の光学系とは開口径が異なる第2の光学系を有する第2の内視鏡と、
    前記第1及び第2の内視鏡のうちのいずれかが接続される撮像装置であって、接続された内視鏡からの光を透過させる光透過領域の大きさを変更可能な開口絞り、及び、前記開口絞りを通過した光を受光して電気信号に変換する撮像部を有する撮像装置と、
    前記撮像装置が生成した前記電気信号に基づく画像をもとに、前記撮像装置に接続された前記内視鏡の開口径を決定する開口径決定部と、
    前記開口径決定部により決定された前記開口径に基づいて前記開口絞りが形成する光透過領域の大きさを決定し、前記開口絞りにおける前記光透過領域を変更する制御を行う制御部と、
    を備えることを特徴とする内視鏡装置。
  2. 前記開口径決定部は、光の透過又は遮光の制御が可能な領域のすべてを前記光透過領域とした前記開口絞りを通過した光に基づく画像をもとに、前記開口径を決定する
    ことを特徴とする請求項1に記載の内視鏡装置。
  3. 前記開口絞りを通過した光に基づく画像には、前記内視鏡の光軸上に設けられるマスクを通過して得られるマスク像が描出され、
    前記制御部は、前記マスク像の径を算出し、該算出した径に基づいて前記開口絞りの前記光透過領域の大きさを決定する
    ことを特徴とする請求項2に記載の内視鏡装置。
  4. 前記制御部は、前記マスク像の重心位置を算出し、該算出した中心位置に対応する位置を前記光透過領域の重心位置として決定する
    ことを特徴とする請求項3に記載の内視鏡装置。
  5. 前記開口絞りは、板状をなし、
    前記光透過領域は、前記開口絞りの主面と直交する方向に沿ってみた場合、外縁のなす形状が円である
    ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載の内視鏡装置。
  6. 前記開口絞りは、板状をなし、当該開口絞りの主面が、前記撮像部の光軸に対して傾斜しており、
    前記光透過領域は、前記主面と直交する方向に沿ってみた場合、外縁のなす形状が楕円であり、前記撮像部の光軸方向に沿ってみた場合、外縁のなす形状が円である
    ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載の内視鏡装置。
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