JP3406715B2 - 電子内視鏡装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、光源から出射された
照明光をライトガイドで伝達して観察範囲を照明し、固
体撮像素子によって観察範囲の内視鏡画像信号を取り出
すようにした電子内視鏡装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子内視鏡装置において良質の観察画像
を得るためには、照明の明るさを常に最適な状態にする
必要がある。

【０００３】そこで電子内視鏡装置では、光源ランプに
印加される電圧を変化させたり、光源とライトガイドと
の間の照明光路中に明るさ絞りを出入自在に設けて、画
像の明るさが常に良好になるように制御している。

【０００４】しかし、光源ランプの印加電圧を変化させ
ると照明光の色温度が変化し、明るさ絞りが移動して照
明光路の遮蔽位置が変化すると、光源からライトガイド
に入射する照明光の分光特性が変化して、内視鏡画像の
色調が変わってしまう。

【０００５】そこで従来は、光源電圧や明るさ絞りの絞
り量の変化に対応して、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）
の三原色の各色画像信号のゲインを補正して、内視鏡画
像の色調補正を行っていた（特開平２−１８１５９１
号）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、さらに詳しく
解析してみると、光源電圧を変化させたときや明るさ絞
りを移動させたときに生じる内視鏡画像の色調変化は、
画面全体に一様ではなく、例えば画面の中央部分と周辺
部分のように、画面の部分によって相当の相違があるこ
とが明らかになった。

【０００７】これは、光源電圧変化時の光源ランプの色
温度変化に中心部と周辺部とで違いがあることや、明る
さ絞りが照明光路を一様に遮蔽するのではなく局部的に
遮蔽面積を増減させるので、いろいろな角度でライトガ
イドに入射する光のバランスが変化し、ライトガイドの
光伝達特性からそのような現像が生じるものと考えられ
る。

【０００８】そのような理由から、画面の部分毎の色調
変化は、光源電圧や明るさ絞りの状態変化だけでなく、
ライトガイドの特性やライトガイドと観察光学系との関
係など、用いられる内視鏡の種類にも影響を受ける。

【０００９】そこで本発明は、光源電圧の変化、照明光
路を遮蔽する明るさ絞りの状態変化及び内視鏡の種類な
どに影響されず、内視鏡画像の全範囲において良好な色
再現性を得ることができる電子内視鏡装置を提供するこ
とを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の電子内視鏡装置は、光源から出射された照
射光を伝達して内視鏡の観察範囲を照明するためのライ
トガイドと、上記光源から上記ライトガイドに供給され
る照明光の光束を制御するための光束制御手段と、上記
観察範囲の内視鏡画像を撮像するための固体撮像素子
と、上記固体撮像素子から出力された内視鏡画像信号を
処理するためのプロセッサと、上記プロセッサにより処
理される内視鏡画像を複数部分に分割し、上記光束制御
手段の制御状態に対応して、上記の各部分別に色調補正
を行う色調補正手段とを設けたことを特徴とする。

【００１１】なお、上記光束制御手段が、上記光源とラ
イトガイドとの間の照明光路中に照明光線束の遮蔽面積
を変化させることができるように設けられた明るさ絞り
であってもよく、或いは、上記光源に印加される電圧を
変化させることができるように設けられた光源駆動回路
であってもよい。

【００１２】また、上記色調補正手段が、さらに内視鏡
の種類に対応した色調補正を行うようにしてもよく、上
記色調補正手段は、上記内視鏡画像を一画素単位に分割
して各画素毎に色調補正を行うようにしてもよく、或い
は、上記内視鏡画像を同心円又は同心の多角形によって
複数部分に分割して、その各部分毎に色調補正を行うよ
うにしてもよい。

【００１３】

【実施例】図面を参照して実施例を説明する。図１は第
１の実施例の電子内視鏡装置を示しており、１は内視
鏡、２はその挿入部先端に配置された対物レンズであ
り、対物レンズ２による被写体の結像位置に、例えばＣ
ＣＤ（電荷結合素子）からなる固体撮像素子３の受光面
が配置されている。

【００１４】４は、対物レンズ２の視野範囲を照明する
ための照明光を伝達する照明用ライトガイドファイババ
ンドルであり、その射出端部４ａから射出されて配光レ
ンズ５を通過した照明光によって、観察部位が照明され
る。

【００１５】１０は、ライトガイドファイババンドル４
に照明光を供給するためのビデオプロセッサ付光源装置
であり、ライトガイドファイババンドル４の入射端部４
ｂが着脱自在に差し込まれている。

【００１６】ビデオプロセッサ付光源装置１０内に配置
された光源ランプ１１から平行光線束として射出された
照明光は、集光レンズ１２によって集光し、ライトガイ
ドファイババンドル４の入射端部４ｂに入射する。６
は、ライトガイドファイババンドル４の入射端部４ｂに
配置された入射レンズである。

【００１７】光源ランプ１１と集光レンズ１２との間の
照明光路中には、集光レンズ１２に達する照明光線束の
一部又は全部を遮ることができるように、一対の不透明
な平行平面板１３，１３が照明光路の光軸と平行に配置
されている。

【００１８】この一対の平行平面板１３，１３は、例え
ば図２に示されるように、同じ大きさの長方形状に形成
されていて、それらを連結する連結板１４によって、全
体としてコ字状の断面形状に一体に形成されている。

【００１９】連結板１４の底部中央には、照明光路の光
軸と垂直方向でかつ平行平面板１３，１３と平行の向き
に回転軸１５が連結固着されている。この回転軸１５を
例えばステップモータ１６で回転させることにより、平
行平面板１３，１３の向きを変化させて、任意の位置で
静止させることができる。

【００２０】そしてそれによって、平行平面板１３，１
３による照明光線束の遮蔽面積を変えて、ライトガイド
ファイババンドル４に入射する照明光の光束（明るさ）
を変化させることができる。

【００２１】図１に示されるように、ライトガイドファ
イババンドル４の入射端部４ｂと集光レンズ１２との間
の照明光路中には、モータ２１によって一方向に定速で
回転駆動されるフィルタ円板２２が配置されている。

【００２２】このフィルタ円板２２には、赤（Ｒ）、緑
（Ｇ）、青（Ｂ）の三色のカラーフィルタが、照明光路
中に順次位置するように、互いの間隔をあけて配置され
ている。その結果、対物レンズ２による観察範囲が、そ
の三色の照明光によって順に照明される。

【００２３】フィルタ円板２２の各色フィルタの位置を
検出するために、フィルタダィテクタ２３がフィルタ円
板２２に対向して配置されており、その検出結果はプロ
セッサ３０に入力される。

【００２４】プロセッサ３０は、固体撮像素子３の入出
力信号の制御をして、固体撮像素子３から送られてくる
内視鏡画像信号を処理するものであり、時分割された三
色の照明光による画像を一つに複合するいわゆる面順次
式撮像の処理を行う。そして、その処理の結果出力され
る画像信号によって、モニタ５０に観察範囲のフルカラ
ーの内視鏡画像が写し出される。

【００２５】また、明るさ絞り１３を駆動するためのモ
ータ１６に対しても、プロセッサ３０から制御信号が出
力されて、ライトガイドファイババンドル４に入射する
照明光束を制御する。

【００２６】図３はプロセッサ３０とその周辺の構成を
示している。固体撮像素子（ＣＣＤ）３から送られてく
る内視鏡画像信号は、ＣＣＤプロセス回路３１に入力し
て所定の処理をされ、そのＣＣＤプロセス回路３１から
の出力信号に応じて、ライトコントローラ回路３２にお
いて絞り１３の回転角度（即ち、照明光路に対する明る
さ絞り１３の光束遮蔽状態）が決定される。

【００２７】そして、その情報は絞りドライバ回路３３
に送られて、絞り回転用のモータ１６を駆動することに
なる。決定された絞り角度の情報は、変換回路３４にも
送られる。

【００２８】変換回路３４は、画像メモリ３５内に赤
（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の三色別に格納された内視
鏡画像を、メモリ３６に格納されている変換データにし
たがって変換して、第２の画像メモリ３７に格納させる
動作を行う回路である。

【００２９】ＣＣＤプロセス回路３１からの画像信号
は、Ａ／Ｄコンバータ回路３８を経て画像メモリ３５内
のＲ・Ｇ・Ｂ各メモリに格納される。変換回路３４で
は、絞り角度に応じた色変換情報をメモリ３６から呼び
出し、Ｒ・Ｇ・Ｂの各画像に対して変換情報に基づいて
データの変換が行われる。これによって、内視鏡画像の
色調補正が行われる。

【００３０】そして、変換された結果は次の画像メモリ
３７から、Ｄ／Ａコンバータ回路３９を経てビデオプロ
セス回路４０に送られ、例えばＮＴＳＣ信号としてモニ
タ５０に出力される。

【００３１】４１は、フィルタディテクタ２３からの検
出信号を入力して、ＣＣＤドライバ回路３ａと画像メモ
リ３５等に対して同期信号を出力するタイミングジェネ
レータである。

【００３２】なお、プロセッサ３０は、図４に示される
ように、変換回路３４からの出力信号を直接Ｄ／Ａコン
バータ回路３９以降に伝達する構成にしてもよい。この
方が、第２の画像メモリ３７が不要な分だけ、部品コス
トを下げることができる。

【００３３】色変換情報は、図５に示されるようなＬＵ
Ｔ（ルックアップテーブル）としてメモリ３６内に格納
されている。この例では、１枚目のテーブルは画像メモ
リ３５上の内視鏡画像の１画素目、２枚目のテーブルは
２画素目…の色変換情報を格納しており、画素総数分だ
け設けられている。

【００３４】各テーブルは縦横に区切られていて、縦方
向には対応する絞り角度、横方向には得られたメモリの
値が示される。例えば、絞り角度が２度で、１画素目の
入力レベルが２５４であった場合、表に従って２５５を
変換結果として出力する。

【００３５】メモリ３６には、このようなテーブルがＲ
・Ｇ・Ｂ用として全部で３組設けられていて、変換回路
３４により、画像メモリ３５上の一画素毎に色調補正が
行われる。

【００３６】ＬＵＴとしては、図６に示されるように、
１枚目のテーブルを絞り角度０度、２枚目を２度…とし
て、縦方向を１画素目、２画素目…とするようなＬＵＴ
を用いてもよい（実際のＬＵＴは、配列としてメモリ３
６上に保持される）。

【００３７】図７は、この実施例における色調補正処理
のフロー図であり、Ｓは処理ステップを示す。ここで
は、まず画像メモリ３５から画像一枚分のＲ・Ｇ・Ｂの
画像データを全て入力し（Ｓ１，Ｓ２）、次いで、ライ
トコントローラ３２から絞り１３の角度を読み込む（Ｓ
３）。

【００３８】続いて、メモリ３６のＬＵＴから、絞り角
度に対応する変換データを読み込んで（Ｓ４）、ＬＵＴ
のデータに応じた画素値の変換又は演算を行う（Ｓ
５）。そして、全画素についてその処理が終了したら
（Ｓ６）、その結果を第２の画像メモリ３７に出力して
（Ｓ７）、次の画像の処理に移る。

【００３９】図８は、図７の処理に代わり得る処理例を
示すフロー図であり、画像メモリ３５から読み込んだ一
画素の画像データをＬＵＴのデータに応じて変換した
ら、次の一画素の画像データを処理するようにして（Ｓ
１１〜Ｓ１４）、全画素についてその処理が終了してか
ら（Ｓ１５）、その結果を第２の画像メモリ３７に出力
して（Ｓ１６）、次の画像の処理に移るようにしたもの
である。

【００４０】ここで、ある色のフィルタを通して照明さ
れて撮像された内視鏡画像上のある一ラインについて考
え、そのラインを、図９に示される四角形の内視鏡画像
に対するラインｘとする。

【００４１】すると、各画素での強度（またはＣＣＤ出
力信号或いは量子化レベル）は、図１０の実線で示され
るようなものになる。左右端（ｘが小さいか大きい時）
では、強度は中央部とくらべて相対的に低下する。また
絞り１３の角度によっても、中央部と周辺部の比が変化
する。

【００４２】周辺光量の低下など照明光学系及び撮像光
学系の特性を考慮すると、理想的な強度曲線（破線）と
実際の曲線（実線）との誤差を補正分として見込んでや
ればよい。そして、図９のラインｘを上から下まで走査
すれば、各画素での補正データが求まり、ＬＵＴを作成
することができる。

【００４３】なおＬＵＴは、図５及び図６に示したもの
に限らず、図１０の曲線（画像上では曲面）の係数とし
て定義することができる。その際、図３に示される変換
回路３４において、画素毎に演算が行われることにな
る。また、図１０の曲線に代えて、それに近似する図１
１に示されるような直線的変化を用いてもよい。

【００４４】次に、第２の実施例について説明をする。
図９に示される照明光の色調変化は、ａ，ｂ，ｃで示さ
れる各範囲のように、同心円によって分割される各領域
内では、ほぼ等しく生じると考えることができる。

【００４５】そこで、図１２に示されるような階段状の
実線で強度曲線を近似することができる。理想的な近似
曲線も階段状に設定すれば、各領域内での補正量を等し
くすることができる。領域分けは円でも多角形でもよ
く、分割数も２以上であれば幾つでもよい。このように
して領域分けを行えば、画素毎にＬＵＴを参照すること
なく色調補正を行うことができるので、処理時間を大幅
に短縮することができる。

【００４６】図１３及び図１４は、この第２の実施例の
色調補正処理のフロー図であり、図１５はＬＵＴを示し
ている。これらは、第１の実施例において画素単位で行
ったことを領域単位で行うようにしている点を除いて、
第１の実施例と同様である。したがってその詳細な説明
は省略する。

【００４７】次に、本発明の第３の実施例について説明
をする。上述の各実施例においては、１組のＬＵＴを有
するメモリ３６によって、絞り１３の角度とライトガイ
ドファイババンドル４の特性とにより生じる色変化の補
正を行っている。

【００４８】しかし、絞り１３の角度はビデオプロセッ
サ付光源装置１０側に固有であるが、ライトガイドファ
イババンドル４は内視鏡１側に固有のものである。しか
も、同じビデオプロセッサ付光源装置１０に対して複数
種類の内視鏡１を接続することが多い。

【００４９】そこでこの実施例においては、絞り１３の
角度に依存する色調補正のための第１のＬＵＴをビデオ
プロセッサ付光源装置１０側に設けると共に、ライトガ
イドファイババンドル４に依存する色調補正のための第
２のＬＵＴを内視鏡１に設けている。

【００５０】図１６はそのような電子内視鏡装置を示し
ており、第２のＬＵＴを格納したメモリ１３６が内視鏡
１側に設けられて、プロセッサ３０と接続されるように
なっている。

【００５１】図１７は、この実施例のプロセッサ３０と
その周辺を示しており、第１の実施例の構成に対して第
２のメモリ１３６が追加されていて、変換回路３４に接
続されている。図１８は内視鏡側のＬＵＴを例示してい
る。ビデオプロセッサ付光源装置側のＬＵＴは図６と同
じものでよい。

【００５２】図１９及び図２０は、ビデオプロセッサ付
光源装置１０側と内視鏡１側の二つのＬＵＴを変換回路
３４上で合成して一つのＬＵＴとして扱うようにした処
理フロー図であり、Ｓ４４とＳ４５において二つのＬＵ
Ｔから連続してデータを読み込んで、Ｓ４６においてＬ
ＵＴを一つに合成している。他は第１の実施例の図７の
処理と同じである。

【００５３】また、図２１は、一画素毎に入力と変換を
続けて行うようにした場合の処理を示している。なお、
図中において「ＬＣＢ」はライトガイドファイババンド
ル４を意味する。

【００５４】第３の実施例においては、二つのＬＵＴに
よる処理を別々に行ってもよい。そこで、図１９と図２
０に示される処理のうち図２０に示される処理部分を、
図２２に示されるように、Ｓ６６とＳ６７においてＬＵ
Ｔ毎に別々に処理してもよい。また、図２１に示される
処理に代えて、図２３に示されるように、Ｓ７５とＳ７
６において、ＬＵＴ毎に別々に処理するようにしてもよ
い。また、処理の順序を逆にしてもよい。

【００５５】なお、第３の実施例では、ＬＵＴを有する
メモリ１３６を内視鏡１毎に配置したが、これらをビデ
オプロセッサ付光源装置１０内に配置して、接続された
内視鏡１に応じてライトガイドファイババンドル４に依
存するＬＵＴを選択して使用するようにしても良い。ま
た、ＬＵＴの選択は、内視鏡１からの識別信号などに基
づいて自動的に行うようにしてもよく、使用者が選択す
るようにしてもよい。

【００５６】図２４と図２５は、本発明の第４の実施例
の構成を示しており、光源ランプ１１からライトガイド
ファイババンドル４に入射される照明光の光束（明る
さ）の調整を、光源電源１７から光源ランプ１１に印加
される電圧を変えて、光源ランプ１１自体の発光の明る
さを変えることによって行うようにしたものである。

【００５７】したがって、この実施例の場合には、可動
絞り１３及びそれを回転させるためのモータ１６は設け
られておらず、光源電源１７から光源ランプ１１への印
加電圧を変えるための制御信号が、プロセッサ３０の光
源電源ドライバ４２から光源電源１７に対して出力され
る。

【００５８】第４の実施例のその他の部分の構成は第１
の実施例と同じであり、色調補正を行うために図５及び
図６に示されるのと同様のＬＵＴ（ルックアップテーブ
ル）を用いることができる。ただし、そのＬＵＴ中で
は、絞り角度の代わりに光源電源１７の電圧値が用いら
れる。

【００５９】また第４の実施例のプロセッサ３０による
制御処理は、図２６に示されるように、ライトコントロ
ーラ３２から読み込まれるのが光源電源１７から光源ラ
ンプ１１への印加電圧に対応する変換データである（Ｓ
８３）点が図７のＳ３と相違する以外、図７に示される
第１の実施例の制御処理と同じである。

【００６０】なお、上記各実施例におけるメモリ３６，
１３６内のＬＵＴに記録されている色変換情報は、メン
テナンスなどの際に校正して書き換えが可能であるよう
に設置する。

【００６１】また、各種内視鏡に対応する色変換情報を
有するようにしたビデオプロセッサ付光源装置１０で
は、新たな内視鏡が開発された際にＬＵＴのデータを書
き加えることができるようにしておく。

【００６２】

【発明の効果】本発明の電子内視鏡装置によれば、固体
撮像素子から出力されてプロセッサで処理される内視鏡
画像が複数部分に分割されて、ライトガイドに供給され
る照明光の光束を制御する光束制御手段の制御状態に対
応して画像の各部分別に色調補正が行われるので、光束
制御手段の状態変化に影響されることなく、内視鏡画像
の全範囲において良好な色再現性を得ることができる。

【００６３】そして、さらに色調補正を内視鏡の種類に
も対応させることにより、使用される内視鏡の種類が変
わっても、それに影響されることなく、内視鏡画像の全
範囲において良好な色再現性を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例の電子内視鏡装置の構成略示図で
ある。

【図２】明るさ絞りの斜視図である。

【図３】第１の実施例のプロセッサ周辺の構成略示図で
ある。

【図４】第１の実施例のプロセッサ周辺の他の例の構成
略示図である。

【図５】第１の実施例のルックアップテーブルの略示図
である。

【図６】第１の実施例のルックアップテーブルの略示図
である。

【図７】第１の実施例の色調補正処理フロー図である。

【図８】第１の実施例の色調補正処理フロー図である。

【図９】内視鏡画像の明るさ分布を説明するための略示
図である。

【図１０】第１の実施例の補正特性線図である。

【図１１】第１の実施例の補正特性線図である。

【図１２】第２の実施例の補正特性線図である。

【図１３】第２の実施例の色調補正処理フロー図であ
る。

【図１４】第２の実施例の色調補正処理フロー図であ
る。

【図１５】第２の実施例のルックアップテーブルの略示
図である。

【図１６】第３の実施例の電子内視鏡装置の構成略示図
である。

【図１７】第３の実施例のプロセッサ周辺の構成略示図
である。

【図１８】第３の実施例のルックアップテーブルの略示
図である。

【図１９】第３の実施例の色調補正処理フロー図であ
る。

【図２０】第３の実施例の色調補正処理フロー図であ
る。

【図２１】第３の実施例の色調補正処理フロー図であ
る。

【図２２】第３の実施例の色調補正処理フロー図であ
る。

【図２３】第３の実施例の色調補正処理フロー図であ
る。

【図２４】第４の実施例の電子内視鏡装置の構成略示図
である。

【図２５】第４の実施例のプロセッサ周辺の構成略示図
である。

【図２６】第４の実施例の色調補正処理フロー図であ
る。

【符号の説明】

１ 内視鏡 ３ 固体撮像素子 ４ ライトガイドファイババンドル １０ ビデオプロセッサ付光源装置 １１ 光源ランプ １３ 明るさ絞り １６ モータ １７ 光源電源 ３０ プロセッサ ３４ 変換回路 ３６ メモリ １３６ メモリ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−41432（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−179129（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−175090（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−181591（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−213817（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−130973（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) A61B 1/00

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光源から出射された照射光を伝達して内視
   鏡の観察範囲を照明するためのライトガイドと、 上記光源から上記ライトガイドに供給される照明光の光
   束を制御するための光束制御手段と、 上記観察範囲の内視鏡画像を撮像するための固体撮像素
   子と、 上記固体撮像素子から出力された内視鏡画像信号を処理
   するためのプロセッサと、 上記プロセッサにより処理される内視鏡画像を複数部分
   に分割し、上記光束制御手段の制御状態に対応して、上
   記の各部分別に色調補正を行う色調補正手段とを設けた
   ことを特徴とする電子内視鏡装置。
2. 【請求項２】上記光束制御手段が、上記光源とライトガ
   イドとの間の照明光路中に照明光線束の遮蔽面積を変化
   させることができるように設けられた明るさ絞りである
   請求項１記載の電子内視鏡装置。
3. 【請求項３】上記光束制御手段が、上記光源に印加され
   る電圧を変化させることができるように設けられた光源
   駆動回路である請求項１記載の電子内視鏡装置。
4. 【請求項４】上記色調補正手段が、さらに内視鏡の種類
   に対応した色調補正を行う請求項１、２又は３記載の電
   子内視鏡装置。
5. 【請求項５】上記色調補正手段は、上記内視鏡画像を一
   画素単位に分割して、各画素毎に色調補正を行う請求項
   １、２、３又は４記載の電子内視鏡装置。
6. 【請求項６】上記色調補正手段は、上記内視鏡画像を同
   心円又は同心の多角形によって複数部分に分割して、そ
   の各部分毎に色調補正を行う請求項１、２、３又は４記
   載の電子内視鏡装置。