JP4495469B2 - 内視鏡装置 - Google Patents

Description

本発明は、内視鏡装置に関し、特に、ブレの少ない静止画を撮像する為にランプの光強度を上げて発光を行った場合のランプ寿命低下を防止する内視鏡装置に関する。

従来、内視鏡装置において、体腔内の観察面を撮像してＴＶモニタなどに動画像表示させるのに加えて、静止画像（フリーズ画像）を表示させる要望がある。静止画像を取り込む場合には、画像にブレが生じないようにその撮像時間を通常動画像取り込みの場合の撮像時間（例えば１／６０秒）に比べて短くしなければならないが、その反面露光量が不足して静止画像が暗くなってしまう問題があった。

この問題を解消すべく、静止画像取り込みの際（撮像時間）だけ通常にランプが発光（定常発光）する光量に比べて強い発光をさせること（以後これを強化発光と称する）により、短い撮像時間でも適度な露光量を確保させていた。

しかし、通常のランプ発光はランプの定格電流値近辺で使用され、強化発光の場合には、定格電流を大きく超える電流でランプを発光させるため、強化発光が頻繁に行われると、ランプの電極にかける電気的負荷が多くなり、ランプの寿命を縮めるおそれがある。

特許文献１の装置は、強化発光を行う前後の一定期間の間、定常発光に比べて微弱な発光になるようにランプに与える電流制御装置を開示している。
特開平５−２４４６０１号公報

しかし、特許文献１の装置は、微弱の程度を、ランプの放電を維持できる程度以上としか示していないので、強化発光と微弱な発光の発光強度の割合次第ではランプの定格電力を超えて使用されるおそれがある。定格電力を超えた使用を続けるとランプの寿命を縮める可能性が高くなる。

したがって本発明の目的は、内視鏡装置において、放電ランプの寿命を縮めることなく静止画像撮像時に強化発光させる装置を提供することである。

本発明に係る、内視鏡装置は、観察面に光を照射する光源装置と、静止画像を撮像する第１期間は動画像を撮像する際に観察面を照射する定常発光状態よりも強い光量で発光する強化発光状態になるように光源装置を駆動し、第１期間の直後の第２期間は、定常発光状態よりも弱い光量で発光する微弱発光状態になるように光源装置を駆動する制御装置とを有し、強化発光状態と定常発光状態とを比べて余分に必要な第１エネルギー量の大きさは、微弱発光状態と定常発光状態とを比べて不要となる第２エネルギー量の大きさ以下である。これにより、静止画像を撮像する際に、定常発光よりも強く放電ランプの定格電流を超える強化発光を行った場合でも、その後に定常発光よりも弱い微弱発光させることにより定格電力を超えない使用をすることができる。

好ましくは、第１エネルギー量は第１期間に光源装置を駆動する第１電流の値及び第１期間の値に基づいて算出され、第２エネルギー量は第２期間に光源装置を駆動する第２電流の値及び第２期間の値に基づいて算出される。

さらに好ましくは、第１エネルギー量は第１電流と定常発光状態における基準電流の値との第１電流差と第１期間の値との積によって求められ、第２エネルギー量は基準電流の値と第２電流との第２電流差と第２期間の値との積によって求められる。これにより、電流と発光時間の長さを調整することによってエネルギー量を算出することが可能になる。

また、好ましくは、強化発光状態における発光レベルは、第１期間より前に撮像されて得られた画像信号から生成される輝度情報と、第１期間の値とから算出される。これにより経時的に変化する撮像条件に対応した輝度を確保することが可能になる。

また、好ましくは、第２電流の値は、少なくとも光源装置の有する放電ランプの放電を維持するのに必要な第３電流の値以上である。

以上のように本発明によれば、内視鏡装置において、放電ランプの寿命を縮めることなく静止画像撮像時に強化発光させる装置を提供することができる。

以下、本発明の実施形態について、図を用いて説明する。図１は、本実施形態の内視鏡装置の光源装置に関連する部分の構成図である。

本実施形態に係る内視鏡装置は、スコープ（電子スコープ）１０と、プロセッサ２０とを備える。スコープ１０は、プロセッサ２０の制御により、被写体（観察面）を所定の撮像方式に基づいてフィールドごとに撮像する。撮像により得られた画像信号はプロセッサ２０によってＴＶモニタ（不図示）で出力（画面表示）が可能な映像信号に変換される。変換された映像信号はアナログ信号でＴＶモニタに伝達される。伝達された映像信号は、ＴＶモニタによって出力される。使用者は、ＴＶモニタによる出力結果により、スコープ１０で撮像された被写体映像を観察することができる。

スコープ１０は、放電ランプ２３で発光された光がライトガイド２４を介して観察面に適度な照明光量を与えながら被写体をフィールドごとに撮像する。被写体の撮像によって撮像素子（不図示）に蓄積された電荷は、画像信号としてプロセッサ２０に転送され、ＴＶモニタで出力可能な映像信号に変換する画像処理が行われる。スコープ１０と、プロセッサ２０は、コネクタ部（不図示）で光学的・電気的に接続される。

プロセッサ２０は、マイコン基板２１、ランプ点灯用電源２２、放電ランプ２３、ライトガイド２４とを有しこれらで光源装置及び制御装置を形成する。マイコン基板２１は、画像信号から生成された輝度情報を、使用者によって予め設定された輝度値と比較し、所望の輝度値に近づけるように算出したランプ電流制御信号をランプ点灯用電源２２に出力する。ランプ点灯用電源２２は、入力されたランプ電流制御信号に従って駆動電流（ランプ電流）を放電ランプ２３に供給する。放電ランプ２３は供給されたランプ電流の大きさに応じた光強度で発光する。なお、放電ランプ２３を発光させる際のランプ電流の値は、放電ランプ２３の放電が維持できる程度以上である。発光した放電ランプ２３の光はライトガイド２４を介してスコープ１０の先端から観察面に照射される。

マイコン基板２１は、フィールドごとに撮像された画像信号を映像信号としてＴＶモニタに表示させる。ＴＶモニタはフィールドごとに映像信号が切り替えられて表示されるので、観察面を動画像として映し出すことが可能になる。但し、マイコン基板２１は、静止画撮像直後の一定期間の間は、フィールドごとに映像を切り替えせずＴＶモニタに静止画像を表示させる。この一定期間は後述する第２期間（図２のＴ１８〜Ｔ２０）を含む期間である。

静止画像を撮像するために放電ランプ２３を発光させる際の、各部で出力される信号などの波形を図２に示す。横軸は時間軸ｔである。（１）はマイコン基板２１から出力されるランプ電流制御信号の波形、（２）はランプ点灯用電源２２から放電ランプ２３に供給されるランプ電流変化の波形、（３）は放電ランプ２３の発光量変化の波形を示す。

ランプ電流制御信号は、動画像を撮像している際（Ｔ１７以前）には、マイコン基板２１は基準レベルＬ０のランプ電流制御信号をランプ点灯用電源２２に出力する。基準レベルＬ０のランプ電流制御信号に対応してランプ点灯用電源２２は基準電流Ｉ０を放電ランプ２３に供給する。基準電流Ｉ０に対応して放電ランプ２３は基準発光レベルＨ０の定常発光をする。

静止画像を撮像する際には、動画像の撮像時間よりも短い第１期間（Ｔ１７〜Ｔ１８）の間、マイコン基板２１は基準レベルＬ０よりも大きい第１レベルＬ１のランプ電流制御信号をランプ点灯用電源２２に出力する。第１レベルＬ１のランプ電流制御信号に対応してランプ点灯用電源２２は基準電流Ｉ０（定常電流）よりも大きい第１電流Ｉ１を放電ランプ２３に供給する。第１電流Ｉ１に対応して放電ランプ２３は基準発光レベルＨ０よりも大きいすなわち明るい第１発光レベルＨ１で強化発光する。これによって、動画撮像時に比べて短い撮像時間（電荷蓄積時間）における適度な露光量を確保する。

基準レベルＬ０、第１レベルＬ１の値は、撮像される前に得られた輝度情報の値、第１期間（Ｔ１７〜Ｔ１８）の値によって決定される。例えば、動画像を撮像する際の撮像時間が１／６０秒であれば、静止画像を撮像する際の撮像時間は１／１２５秒、１／２５０秒、１／５００秒の中から選択され、１／２５０秒が選択された場合は、第１発光レベルＨ１が基準発光レベルＨ０のほぼ２倍となるよう第１レベルＬ１の値が定められる。これによって、経時的に変化する撮像条件に対応した輝度が確保される。基準レベルＬ０の値は、基準電流Ｉ０の値が放電ランプ２３の定格電流を超えない程度に設定される。可能な限り明るい状態で観察面を撮像するためである。

静止画像を撮像した直後の第２期間（Ｔ１８〜Ｔ２０）には、動画像が撮像されるが、マイコン基板２１は基準レベルＬ０よりも小さい第２レベルＬ２のランプ電流制御信号をランプ点灯用電源２２に出力する。第２レベルＬ２のランプ電流制御信号に対応してランプ点灯用電源２２は基準電流Ｉ０（定常電流）よりも小さい第２電流Ｉ２を放電ランプ２３に供給する。第２電流Ｉ２に対応して放電ランプ２３は基準発光レベルＨ０よりも小さいすなわち暗い第２発光レベルＨ２で微弱発光する。なお、第２電流Ｉ２の値は、少なくとも放電ランプ２３の放電が維持される電流の値以上すなわち第２発光レベルＨ２は、少なくとも放電ランプ２３の放電が維持される光量以上である。

従来技術では、図２の２点鎖線で示すように静止画像を撮像した直後のＴ１８時点以降、動画像撮像を行い、マイコン基板２１は基準レベルＬ０のランプ電流制御信号をランプ点灯用電源２２に出力していた。そのため、基準レベルＬ０のランプ電流制御信号に対応してランプ点灯用電源２２は基準電流Ｉ０（定常電流）を放電ランプ２３に供給し、放電ランプ２３は基準発光レベルＨ０で定常発光を行っていた。これでは、放電ランプ２３を強化発光させている第１期間分だけ定格電力を超えた使用になり、何度も強化発光を行うと放電ランプ２３の寿命を縮める原因となっていた。

Ｔ１８の時点から第２期間経過後のＴ２０の時点以後は、通常の動画像を撮像する際と同様に、マイコン基板２１は基準レベルＬ０のランプ電流制御信号をランプ点灯用電源２２に出力する。基準レベルＬ０のランプ電流制御信号に対応してランプ点灯用電源２２は基準電流Ｉ０を放電ランプ２３に供給する。基準電流Ｉ０に対応して放電ランプ２３は基準発光レベルＨ０で定常発光する。

ここで、基準電流Ｉ０、第１、第２電流Ｉ１、Ｉ２の値は、図２（２）のＡとＢの各領域の面積がＡ≦Ｂの関係になるように設定される。なお、領域Ａは、第１電流Ｉ１と基準電流Ｉ０と第１期間（Ｔ１７〜Ｔ１８）で囲まれた領域（波形の実線と点線）であり、領域Ｂは、基準電流Ｉ０と第２電流Ｉ２と第２期間（Ｔ１８〜Ｔ２０）で囲まれた領域（波形の実線と２点鎖線）である。すなわち、基準電流Ｉ０、第１電流Ｉ１、及び第１期間の値は、輝度情報などから算出されて設定されるが、これらの値から求められる強化発光されている間の定常発光に対するエネルギー差としての第１エネルギー量の大きさが、微弱発光されている間の定常発光に対するエネルギー差としての第２エネルギー量の大きさ以下になるように第２電流Ｉ２、第２期間の値を設定して、放電ランプ２３の定格電力を維持するものである。

第１エネルギー量は、第１電流Ｉ１と基準電流Ｉ０の差（第１電流差）と第１期間の値との積すなわち（Ｉ１−Ｉ０）×（Ｔ１８−Ｔ１７）で表される。第２エネルギー量は、基準電流Ｉ０と第２電流Ｉ２の差（第２電流差）と第２期間の値との積すなわち（Ｉ２−Ｉ０）×（Ｔ２０−Ｔ１８）で表される。従って、Ａ≦Ｂの関係式は、具体的には、（Ｉ１−Ｉ０）×（Ｔ１８−Ｔ１７）≦（Ｉ０−Ｉ２）×（Ｔ２０−Ｔ１８）で表される。

次に、図３で、通常に行われる動画像撮像のタイミングチャートも加えて説明する。横軸は時間軸ｔで、図２と共通する時点の符号は共通させている。なお、スコープ１０にある撮像素子（不図示）は電子シャッタ機能を有し、図３の（３）の電荷蓄積タイミングはこの電子シャッタ機能を用いて制御される。動画像撮像、静止画撮像ともに、マイコン基板２１で出力させる垂直同期信号（図３の（１））のカウントに合わせたフィールドごとに行われる（Ｔ１１〜Ｔ１３、Ｔ１３〜Ｔ１５、Ｔ１５〜Ｔ１８など）。動画像撮像の場合は、あるフィールドにおける垂直同期信号のカウント終了時点Ｔ１２から、次のフィールドが始まる時点Ｔ１３までの間で撮像すなわち電荷の蓄積が行われる。蓄積された電荷は、次のフィールドにおける垂直同期信号のカウント終了時点Ｔ１４から、画像信号としてプロセッサ２０のマイコン基板２１への転送が行われ、マイコン基板２１にてＴＶモニタで表示可能な映像信号に変換（画像処理）される。同時に次のフィールドにおける電荷蓄積も行われる。動画像撮像の場合は、フィールドごとにこれらの手順が繰り返される。動画撮像の間、放電ランプ２３は定常発光が維持される。

静止画撮像の場合は、ブレのない画像を取得するため、高速シャッタモードとなり電荷蓄積時間が短く設定される。すなわち、静止画像撮像が行われるフィールドにおける垂直同期信号のカウント終了時点Ｔ１６から不要電荷の掃き出しが行われ、しばらく経ったＴ１７時点から次のフィールドが始まる時点Ｔ１８までの間（第１期間）だけ電荷蓄積が行われる。電荷蓄積する第１期間（Ｔ１７〜Ｔ１８）に合わせて放電ランプ２３は強化発光がされる。強化発光終了時点Ｔ１８から第２期間経過後のＴ２０時点までの間、放電ランプ２３は微弱発光となる。第２期間（Ｔ１８〜Ｔ２０）の間のＴ１９の時点からは静止画撮像がされたフィールドの次のフィールドにおける垂直同期信号のカウントがなされ、動画撮像が行われるがＴ１９〜Ｔ２０の間は、定常発光よりも暗い微弱発光で観察面に光が照射される。

そのため、この間に動画撮像された画像信号は、光量が定常発光状態よりも少ない状態であり、画像処理された映像信号も定常発光で撮像されたものよりも暗い映像が表示されることになる。しかし、静止画撮像の直後の一定期間は静止画像がＴＶモニタに表示されるので、定常発光よりも暗い次のフィールドにおいて撮像された映像がＴＶモニタに表示されることはない。従って、静止画像撮像直後に放電ランプ２３の発光を定常発光よりも弱い微弱発光にしても、微弱発光照射による暗い映像が表示されることはなく観察に支障をきたさない。

なお、図３では、微弱発光がされる第２期間（Ｔ１８〜Ｔ２０）の長さが、フィールドをまたがらない短い状態で説明したが、強化発光される第１期間（Ｔ１７〜Ｔ１８）の長さと第１電流Ｉ１の値と第２電流Ｉ２の値次第では、隣接するフィールドにまたがって第２期間が設定させることも考えられる。この場合も、第２期間の間、第１期間の間に撮像された静止画像の映像信号がＴＶモニタに出力される。

本実施形態の内視鏡装置の構成図である。 本発明の実施形態の静止画像撮像時における放電ランプを発光させる際の各部で出力される信号などの波形を示す。 垂直同期信号と、放電ランプの発光と、電荷蓄積のタイミングを示す。

符号の説明

１０ スコープ
２０ プロセッサ
２１ マイコン基板
２２ ランプ点灯用電源
２３ 放電ランプ
２４ ライトガイド

Claims (4)

1. 観察面に光を照射する光源装置と、
   静止画像を撮像する第１期間は、動画像を撮像する際に観察面を照射する定常発光状態よりも強い光量で発光する強化発光状態になるように前記光源装置を駆動し、第１期間の直後の第２期間は、前記定常発光状態よりも弱い光量で発光する微弱発光状態になるように前記光源装置を駆動する制御装置とを有し、
   前記強化発光状態と前記定常発光状態とを比べて余分に必要な第１エネルギー量の大きさは、前記微弱発光状態と前記定常発光状態とを比べて不要となる第２エネルギー量の大きさ以下であり、
   前記強化発光状態における発光レベルは、前記第１期間より前に動画像を撮像して得られた画像信号から生成される輝度情報と、前記第１期間の値とから算出されることを特徴とする内視鏡装置。
2. 前記第１エネルギー量は前記第１期間に前記光源装置を駆動する第１電流の値及び前記第１期間の値に基づいて算出され、前記第２エネルギー量は前記第２期間に前記光源装置を駆動する第２電流の値及び前記第２期間の値に基づいて算出されることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
3. 前記第１エネルギー量は前記第１電流と前記定常発光状態における基準電流の値との第１電流差と前記第１期間の値との積によって求められ、前記第２エネルギー量は前記基準電流の値と前記第２電流との第２電流差と前記第２期間の値との積によって求められることを特徴とする請求項２に記載の内視鏡装置。
4. 前記第２電流の値は、少なくとも前記光源装置の有する放電ランプの放電を維持するのに必要な第３電流の値以上であることを特徴とする請求項２に記載の内視鏡装置。

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