JP4317297B2

JP4317297B2 - 電子内視鏡装置

Info

Publication number: JP4317297B2
Application number: JP27857199A
Authority: JP
Inventors: 逸司南
Original assignee: Fujinon Corp
Current assignee: Fujinon Corp
Priority date: 1999-09-30
Filing date: 1999-09-30
Publication date: 2009-08-19
Anticipated expiration: 2019-09-30
Also published as: JP2001100111A; US6413207B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子内視鏡装置、特に観察画像を光学的変倍機能により拡大可能となる装置等において、ストロボ発光機構を利用して静止画を形成するための構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近の内視鏡では、照明光により捉えられた被観察体像を拡大するために、観察距離を変更したり（バリフォーカル光学系）、又は焦点距離を可変にする（ズーム光学系）ための変倍駆動機構を挿入先端部に組み込み、この変倍機構の構成部材である可動レンズを駆動することが提案されている。これは、例えばモータの回転駆動力を多重コイルバネ部材等の線状の伝達部材を用いて変倍機構部へ伝達し、ここで回転運動を直線運動に変換して対物光学系の所定の可動レンズを前後移動させ、変倍動作を実行するものである。これによれば、被観察体像を拡大して観察することができ、微細な診断が可能となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の変倍機能を有する電子内視鏡装置では、被観察体内を拡大して病巣などの詳細な画像をモニタ等で観察できる反面、この観察像にぶれが生じることがあるという問題がある。即ち、被観察体像を拡大するということは、観察部位の拍動によるぶれ、挿入時の先端部の揺れによるぶれ等が、標準観察時では小さなものであっても大きなぶれとして現れる（拡大強調される）ことを意味し、特に静止画を形成し、記録する場合には無視できないものとなる。
【０００４】
この観察像のぶれを少なくするためには、固体撮像素子の電荷蓄積時間を制御して電子シャッタ速度を高くすることが考えられる。しかし、被観察体像の拡大時に電子シャッタ速度を高くすると、バリフォーカル光学系では内視鏡先端部と被観察体との距離が小さくなるために照明ムラが生じる。一方、ズーム光学系では内視鏡先端部と被観察体との距離は一定であるため、被観察体に十分な照明光が照射されず、露光量不足を起こすことになる。
【０００５】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、変倍機構を利用して撮像する場合等において画像のぶれを抑制して良好な静止画を形成することができる電子内視鏡装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る電子内視鏡装置は、被観察体を撮像する固体撮像素子と、この固体撮像素子の電荷蓄積時間を制御する電子シャッタ回路と、絞りの開口量により光源からの出力光量を調整する絞り制御手段と、上記光源の発光制御により通常観察時に被観察体へ照射される照明光よりも強いストロボ光を瞬間的に発光させるストロボ発光手段と、フリーズ操作信号により静止画が選択されたとき、上記電子シャッタ回路により動画時よりも高速のシャッタ速度を設定すると共に、上記ストロボ発光手段によりストロボ光を発光するように制御する制御回路とを含んでなることを特徴とする。
請求項２に係る発明は、観察像を対物光学系により光学的に拡大可能な光学変倍機構を設け、この光学変倍機構の動作時に静止画が選択されたとき、上記制御回路では、上記シャッタ速度の高速化及びストロボ発光を実行することを特徴とする。
【０００７】
上記の構成によれば、フリーズ釦が押されたとき、動画時よりも露光時間が短くなる高速のシャッタ速度に設定され、かつストロボ光が発光される。このストロボ光は、光源ランプを瞬間的に高い電圧で発光させたり、ストロボ用に追加されたランプやＬＥＤを通常のランプと共に点灯させたりすることにより得られる。これにより、照明ムラや露光量不足を起こすことなく短時間の撮像が可能となり、鮮明な画質の静止画を得ることができる。
【０００８】
上記請求項２の構成によれば、光学変倍機構の例えば可動レンズを駆動することにより、広角（Ｆａｒ）端から拡大（Ｎｅａｒ）端まで観察距離が変えられ、被観察体の拡大した画像を得ることができる。そして、フリーズ釦が押されたとき、上記シャッタ速度（露光時間）の制御においては、標準状態で約１／６０秒に設定した場合、変倍機能動作時には例えば１／５００秒、１／１０００秒というように、拡大率が高くなる程、高速になるように設定され、同時に、ストロボ光が出力される。これによれば、拡大静止画で顕著になるぶれが抑制されるので、良好な画質の拡大静止画を得ることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１には、実施形態例に係る電子内視鏡装置の構成が示されており、図の電子内視鏡（スコープ）１０は光源及びプロセッサ装置１２にコネクタ接続される。この電子内視鏡１０では、観察距離を変更するためのバリフォーカルな対物光学系や焦点距離を可変に対応させたズーム対物光学系として、前側レンズ１３及び前後移動する可動レンズ１４が設けられ、この可動レンズ１４の後方に、被観察体の像光を入射するＣＣＤ１６が配置される。
【００１０】
上記可動レンズ１４は、レンズ移動機構部１８、線状伝達部材１９及び変倍モータ部２０からなる光学変倍駆動機構（この機構の詳細は、例えば特願平１１−７５２６２号等に示される）によって駆動されることになる。上記レンズ移動機構部１８は、回転運動を直線運動に変換するために、例えば可動レンズ１４の保持部材に雌ネジ部を設け、この雌ネジ部に回転駆動体の雄ネジ部を螺合させ、この回転駆動体に線状伝達部材１９を連結する構成となっている。
【００１１】
この線状伝達部材１９としては、多重コイルバネ部材等が用いられ、この線状伝達部材１９は、変倍モータ部２０内の駆動モータに接続される。従って、この光学変倍駆動機構によれば、モータの回転駆動により線状伝達部材１９を回転させ、この回転が上記回転駆動体とレンズ保持部材の連結によって直線運動に変換されることになり、この結果、可動レンズ１４が前後移動して変倍動作が行われる。なお、可動レンズ１４の駆動手段はその他のアクチュエータで代用することができる。
【００１２】
当該例では、可動レンズ１４を前側へ繰り出すことにより観察距離（焦点距離）が広角（縮小）方向へ、後側へ後退させることにより拡大方向へ設定される。また、この変倍（或いはズーム）を操作する変倍スイッチ（例えばシーソースイッチ）２１が操作部等に設けられ、例えばこの変倍スイッチ２１の端子ａへの接続により拡大方向、端子ｂへの接続により広角方向の操作が行われ、またその押し量によって変位スピードを変えることができる。
【００１３】
また、上記可動レンズ１４の上側保持部材にエンコーダ２３が取り付けられ、このエンコーダ２３によって可動レンズ１４の変倍位置（駆動位置）が検出される。このエンコーダ２３の出力は、変倍モータ部２０へ供給され、この現在の検出位置と目標の変倍位置とに基づいて位置制御が行われる。また、電子内視鏡１０では、その操作部に静止画を形成し記録するためのフリーズ釦２５が配置される。
【００１４】
一方、光源及びプロセッサ装置１２には、各回路を統括制御するＣＰＵ２８及び電子シャッタ回路３０が設けられ、このＣＰＵ２８は、上記フリーズ釦２５の操作信号を入力して静止画形成の制御をすると共に、後述するストロボ発光制御を実行する。このＣＰＵ２８には、上記変倍動作の拡大位置を把握するためのエンコーダ２３の出力がＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換器２７を介して入力されると共に、ＲＯＭ２９が接続され、このＲＯＭ２９には、拡大率に応じて高速化させる電子シャッタ速度或いは静止画選択時に光束化させる電子シャッタ速度の制御パターン（テーブル）データ等が記憶される。
【００１５】
上記電子シャッタ回路３０は、タイミングジェネレータ（ＴＧ）を含み、上記ＣＣＤ１６を駆動する駆動信号によって電子シャッタを制御しており、フリーズ釦２５が操作されたとき、又は変倍スイッチ２１が操作されたときに上記ＣＰＵ２８の指令信号を受けて電子シャッタの高速化制御を実行する。即ち、上記ＲＯＭ２９に記憶された電子シャッタの制御パターンに基づき、ＣＣＤ１６の電荷蓄積動作での掃出し時間を調整して電荷蓄積時間（露光時間）を変化させることにより、変倍機構の不動作時に比べて高くなるシャッタ速度を設定する。この電子シャッタ速度制御により、画像拡大時に顕著となる画像のぶれを抑制することが可能となる。
【００１６】
一方、上記ＣＣＤ１６で得られたビデオ信号を画像処理するために、クランプ処理や信号増幅処理等をするＣＤＳ（Correlated Double Sampling−相関二重サンプリング）／ＡＧＣ（Automatic Gain Control−自動利得制御）回路３２、Ａ／Ｄ変換器３３、例えば色差信号Ｃ及び輝度信号Ｙを形成し、かつガンマ補正、輪郭補正等の各種の処理をする信号処理回路３４、Ｄ／Ａ変換器３５、モニタへの出力処理をするエンコーダ３６等が設けられる。
【００１７】
上記電子内視鏡１０からこの光源及びプロセッサ装置１２の光源部まで、ライトガイド３８が配設され、このライトガイド３８の光入射端に、集光レンズ３９を介して絞り４０が設けられ、この絞り４０の後方に光源ランプ４１が配置される。上記絞り４０は、不図示の絞り駆動回路で駆動されており、その開口量を変えることにより出力光量を調整し、画像の明るさを一定に維持することができる。
【００１８】
上記光源ランプ４１には、ランプ４１の通常の点灯とストロボ発光の制御をするストロボ発光回路４２が接続されており、このストロボ発光回路４２では、動画形成時に通常の点灯電圧を出力し、フリーズ釦２５が押されたときには、所定期間だけ（１垂直走査期間以上の期間）瞬間的に上記通常電圧よりも高い電圧まで立ち上がる点灯電圧を供給し、当該ランプ４１をストロボ発光させる。
【００１９】
上記実施形態例は以上の構成からなり、その作用を図２を参照しながら説明する。図１の光源ランプ４１からの光はライトガイド３８を介して電子内視鏡１０の先端部から照射され、これにより被観察体内が対物光学系１３，１４を介してＣＣＤ１６で捉えられる。当該例では、この電子内視鏡１０の操作部の変倍スイッチ２１又はフリーズ釦２５が操作されないときは、電子シャッタ回路３０でのシャッタ速度制御は実行されず、約１／６０秒の時間に蓄積された電荷が読み出される。そして、この読出し信号がビデオ信号として処理されることにより、エンコーダ４８からは色差信号Ｃと輝度信号Ｙが出力され、これによってモニタに被観察体内の画像が表示される。
【００２０】
一方、変倍スイッチ２１が操作されると、変倍モータ部２０の駆動で線状伝達部材１９を回転させることにより、レンズ移動機構部１８を介して可動レンズ１４が標準位置から前側へ移動し、画像が拡大される。これと同時に、エンコーダ２３で検出された可動レンズ１４の光学変倍位置は変倍モータ部２０へ供給されると共に、現在の変倍位置情報としてＣＰＵ２８へも供給される。
【００２１】
そして、フリーズ釦２５が押されると、図２（Ａ）に示されるフリーズ操作信号ｆ₁がＣＰＵ２８へ入力され、このＣＰＵ２８は、まずストロボ光発光の指令をストロボ発光回路４２へ与える。そうすると、ストロボ発光回路４２では、動画形成時の信号電圧Ｖ₁に比べて短い期間だけ瞬時に立ち上がる波形の電圧Ｖ₂をランプ４１へ供給することになり、これによってストロボ光が数垂直操作期間の間、出力される。
【００２２】
当該例では、このフリーズ釦２５が押されたとき、同時にＣＣＤ１６における電子シャッタが高速化される。即ち、ＣＰＵ２８は電子シャッタ回路３０に対し静止画形成時の高速化指令を出力することになり、この電子シャッタ回路３０では、例えばシャッタ速度を１／６０秒から１／２００秒に切り替える。図２（Ｄ）には、垂直同期信号のタイミングが示され、図２（Ｅ）には図２（Ｄ）の垂直同期信号を拡大したものにおいてＣＣＤ１６に与えられる掃出しパルスφＳＵＢの出力状態が示されており、この掃出しパルスφＳＵＢの出力が停止された後の電荷蓄積時間Ｈ₀、例えば１／２００秒がシャッタ速度となる。
【００２３】
そして、図２（Ｆ）に示されるように、上記シャッタ速度Ｈ₀の終了時のタイミングｔ₀でＣＣＤ１６からビデオ信号が読み出され、このビデオ信号は、図２（Ｇ）に示されるように、ほぼ同一のタイミングで輝度レベルの判定が行われる。即ち、図１の信号処理回路３４から出力された例えば輝度信号をＣＰＵ２８が入力し、このＣＰＵ２８により画像の明るさが良好であるか否かが判定され、所定の基準値を満足している場合は、図２（Ｈ）に示されるように、上記シャッタ速度Ｈ₀で得られた静止画が出力される。
【００２４】
一方、フリーズ操作信号ｆ₂が出力されたときで、例えば図２（Ｆ）に示すシャッタ速度Ｈ₁（例えば１／５００秒）で得られたビデオ信号の輝度レベルが所定の基準値を満足しないとき、ＣＰＵ２８はシャッタ速度をＨ₂（例えば１／４００秒）に低速化し、同様の輝度レベルの判定を行う。そして、このＨ₂でも輝度レベルが上記基準値を具備しないときは、更に低速のシャッタ速度Ｈ₃（例えば１／３００秒）に設定する。この場合は、図２（Ｈ）に示されるように、所定の明るさを満足するシャッタ速度Ｈ₃で得られた静止画が出力される。
【００２５】
当該例では、上記のストロボ発光及び電子シャッタの高速化は、変倍が操作されているか否かに拘わらず行われるが、これは変倍スイッチ２１により変倍操作したときに特に有効である。即ち、被観察体を拡大すると、ぶれが強調され、静止画では見難い状態となる場合がある。従って、ストロボ発光により光量を増加させ、この光量増加に対応した時間だけシャッタ速度を高速化すれば、ぶれの影響が少なくなり、良好な画質の拡大静止画を得ることが可能となる。
【００２６】
また、当該例では、動画形成中でストロボ光を発光しないときにも、変倍操作時にはシャッタ速度の高速化を実行するようになっている。即ち、上記ＣＰＵ２８は変倍動作中に電子シャッタ回路３０に対し高速化の指令をしており、この電子シャッタ回路３０では、例えば拡大率が高くなる程、高速のシャッタ速度となるように制御される。これによれば、変倍動作中は、動画においてもシャッタ速度の高速化によりぶれの影響が少なくなる。
【００２７】
そして、このときにフリーズ釦２５が押された場合は、電子シャッタ回路３０によりスイッチ操作直前に設定されていたシャッタ速度を基準にして更に所定時間だけ高速となるシャッタ速度を設定し、同時にストロボ発光回路４２によりストロボ発光を実行する。これによって、静止画の更なる良質化が達成できることになる。
【００２８】
上記実施形態例では、静止画形成におけるのストロボ発光及び電子シャッタの高速化は変倍操作をしないときでも行うようにしたが、これを変倍動作時、即ち画像ぶれが顕著となる拡大時のみに限定してもよい。
【００２９】
図３には、ストロボ発光に関する他の構成例が示されており、これは予備の光源ランプを追加してストロボ発光を実行するものである。図３において、ランプ４１とは別個にストロボ発光用のランプ４５が設けられ、これらのランプ４１，４５を点灯制御するストロボ発光回路４６が配置される。そして、上記ランプ４１の前方に回動式のハーフミラー４７、他方のランプ４５の前方に固定式のミラー４８が設けられる。
【００３０】
このような図３の構成によれば、動画形成時は光源ランプ４１のみを点灯することになるが、フリーズ釦２５が押されたときには、ストロボ発光回路４６によりランプ４１と共にランプ４５を点灯させ、同時にハーフミラー４７を４５度の位置まで駆動してランプ４１の前方に配置する。この結果、ランプ４１と４５の加算光がストロボ光として出射されることになり、これによって動画時よりも明るい照明光によって被観察体の静止画が形成される。
【００３１】
図４には、ストロボ発光に関する更に他の構成例が示されており、これはストロボ発光のために追加されるＬＥＤ（発光ダイオード）を先端部に設けたものである。図４において、電子内視鏡５０の先端にＬＥＤ５１が取り付けられ、この電子内視鏡５０が接続されるプロセッサ装置５２内にＬＥＤ電源回路５３及びこの電源回路５３を駆動するＣＰＵ５４が設けられ、またライトガイド３８が接続される光源装置５５には光源ランプ４１を点灯させる点灯回路５６が設けられる。
【００３２】
このような図４の構成によれば、動画形成時は点灯回路５６により光源ランプ４１のみを点灯することになるが、フリーズ釦２５が押されたときには、ＣＰＵ５４によりＬＥＤ電源回路５３をオンにして先端部のＬＥＤ５１を点灯させる。この結果、ランプ４１とＬＥＤ５１の加算光がストロボ光として出射されることになり、これによって動画時よりも明るい照明光によって被観察体の静止画が形成される。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、固体撮像素子、電子シャッタ回路、絞り制御手段、及び通常観察時の照明光よりも強いストロボ光を発光させるストロボ発光手段を備え、フリーズ操作信号により静止画が選択されたとき、電子シャッタ回路により動画時のシャッタ速度よりも高速となるシャッタ速度を設定すると共に、ストロボ発光手段によりストロボ光を発光するようにしたので、画像のぶれをなくし、照明ムラや露光量不足のない良好な静止画を形成することが可能となる。
【００３４】
請求項２の発明によれば、観察像を対物光学系により光学的に拡大可能な光学変倍機構を設け、この光学変倍機構の動作時に静止画が選択されたとき、上記シャッタ速度の高速化及びストロボ発光を実行するようにしたので、拡大画像において顕著となる画像のぶれを防止した良好な静止画を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態例に係る電子内視鏡装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】図１の実施形態例の動作を示すフローチャートである。
【図３】実施形態例においてストロボ発光の他の構成例を示す図である。
【図４】実施形態例においてストロボ発光の更に他の構成例を示す図である。
【符号の説明】
１０，５０ … 電子内視鏡、
１２ … 光源／プロセッサ装置、
１４ … 可動レンズ、１６ … ＣＣＤ、
１９ … 線状伝達部材、２０ … 変倍モータ部、
２１ … 変倍スイッチ、
２８，５４ … ＣＰＵ、
３０ … 電子シャッタ回路、
４１，４５ … 光源ランプ、
４２ … ストロボ発光回路、
５１ … ＬＥＤ。

Claims

被観察体を撮像する固体撮像素子と、
この固体撮像素子の電荷蓄積時間を制御する電子シャッタ回路と、
絞りの開口量により光源からの出力光量を調整する絞り制御手段と、
上記光源の発光制御により通常観察時に被観察体へ照射される照明光よりも強いストロボ光を瞬間的に発光させるストロボ発光手段と、
フリーズ操作信号により静止画が選択されたとき、上記電子シャッタ回路により動画時よりも高速のシャッタ速度を設定すると共に、上記ストロボ発光手段によりストロボ光を発光するように制御する制御回路とを含んでなる電子内視鏡装置。
観察像を対物光学系により光学的に拡大可能な光学変倍機構を設け、この光学変倍機構の動作時に静止画が選択されたとき、上記制御回路では、上記シャッタ速度の高速化及びストロボ発光を実行することを特徴とする請求項１記載の電子内視鏡装置。