JP4531433B2 - 電子内視鏡及び電子内視鏡用光源装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子内視鏡に関し、とくに回転チョッパと絞りを併用した電子内視鏡用光源装置に関する。

従来、静止画を取り入れる電子内視鏡として、特開平１０−８５１７５号公報に開示されたものがあった。この電子内視鏡においては、光源とライトガイドの入射端との間に光チョッパと絞りが配置されている。この光チョッパによれば、この光チョッパが１回転するのに要する時間のうちの所定時間だけ照明光を出射することができ、この１回転の残りの時間において照明光を遮断して１フィールド分のデータの読み出しが可能である。また、絞りによれば、輝度信号が所定値となるような制御信号を駆動回路に供給することにより、光源の出力光量を調整することが可能である。
特開平１０−８５１７５号公報

上述の特開平１０−８５１７５号公報記載の電子内視鏡では、調光は可能であるものの、全画素を読み出して静止画を取り入れるには、光チョッパを２回転させる時間が必要であるため、動画レートの低下を招いていた。

上記課題を解決するために、本発明の電子内視鏡用光源装置においては、光源と、回転軸が光源の光軸と平行に配置され、回転軸を中心に回転することにより、光源からの照明光を、遮光部により遮る遮光期間と、開口部からライトガイドへ向けて出射する発光期間とを順次繰り返す回転チョッパと、光源とライトガイドとの間に配置された、ライトガイドに入射する照明光の光量を調整する絞りと、絞りの動作を制御するコントローラと、を備え、回転チョッパの発光期間において、コントローラの制御により絞りを全閉してライトガイドに照明光が入射しない遮光期間とすることを特徴としている。

本発明の電子内視鏡においては、操作部と、操作部から延び、観察対象内部に挿入される挿入部と、操作部及び挿入部に内挿され、その先端が挿入部先端まで延びるライトガイドと、ライトガイドに照明光を入射する光源装置と、を有し、光源装置は、光源と、回転軸が光源の光軸と平行に配置され、回転軸を中心に回転することにより、光源から入射した照明光を遮光部により遮る、または開口部からライトガイドへ向けて出射する回転チョッパと、光源とライトガイドとの間に配置された絞りと、絞りの動作を制御するコントローラと、を備え、開口部から照明光が出射している発光期間において、コントローラの制御により絞りを全閉とすることによりライトガイドに照明光が入射しない遮光期間を延長することを特徴としている。

本発明の電子内視鏡においては、操作部と、操作部から延び、観察対象内部に挿入される挿入部と、操作部及び挿入部に内挿され、その先端が挿入部先端まで延びているライトガイドと、ライトガイドに照明光を入射する光源装置と、光源装置により照明された観察部位の画像を電荷として取得する撮像手段と、撮影手段により取得された電荷を画像データとして蓄積する画像データ蓄積手段と、画像データ蓄積手段に蓄積された画像データをフレーム画像に展開する画像処理装置と、画像処理装置により展開されたフレーム画像を表示する表示装置と、を有し、光源装置は、光源と、回転軸が光源の光軸と平行に配置され、回転軸を中心に回転することにより、光源からの照明光を、遮光部により遮る遮光期間と、開口部からライトガイドへ向けて出射する発光期間とを順次繰り返す回転チョッパと、光源とライトガイドとの間に配置された、ライトガイドに向けて出射する照明光の光量を調整する絞りと、絞り及び撮像手段の動作を制御するコントローラと、を備え、コントローラは、撮像手段を、インターレース駆動及びプログレッシブ駆動のいずれかで駆動し、撮像手段をインターレース駆動するときは、発光期間ごとに、撮像手段において１フィールド分の画像を電荷として取得し、発光期間に続いて遮光部により光源からの照明光が遮断される遮光期間中に、撮像手段に蓄積された電荷のうち上下に隣接する画素データを加算して画像データ蓄積手段に転送蓄積し、撮像手段をプログレッシブ駆動するときは、発光期間に、撮像手段において２フィールド分の画像を電荷として取得し、その後絞りを全閉して回転チョッパの動作にかかわらず遮光し、この遮光期間に撮像手段に蓄積された電荷を画像データ蓄積手段に転送蓄積することを特徴としている。

上記回転チョッパは、円板形状のうち中心角１２０°の円弧部分を切り欠いてなる開口部と、この円板形状の残りの中心角２４０°の円弧部分からなる遮光部と、から構成することができる。

本発明によると、簡便な構成によって、容易に調光することができ、かつ、動画レートの低下を招くことなく全画素を読み出して高画質の画像をフレーム合成することのできる電子内視鏡及び電子内視鏡用光源装置を提供することができる。

以下、本発明に係る実施形態を図面を参照しつつ詳しく説明する。
図１に示すように、本実施形態に係る電子内視鏡１は、操作者が把持する操作部１１、この操作部１１から外方に延出する細長で可撓性を有する挿入部１２、挿入部１２先端から外部に照明光を出射するライトガイド２０、接続連結管１３を介して操作部１１に連結された光源装置３０を有する。ライトガイド２０は挿入部１２、操作部１１及び接続連結管１３内に挿通されて光源装置３０へ接続されている。光源装置３０内にはランプ（光源）３１が配置されており、この光源装置３０が出射した照明光がライトガイド２０内を通って挿入部１２先端から外部へ出射される。照明光による観察部位からの反射光は、挿入部１２先端に配置された対物光学系１５から挿入部１２内に入射してＣＣＤ（固体撮像素子）１６に電荷として蓄積される（図２参照）。ここで、対物光学系１５とＣＣＤ１６とで撮像手段が構成される。ＣＣＤ１６は、１フレームを奇数フィールドと偶数フィールドの二つに分けて扱うインターレース駆動、及び１フレームを一度に扱うプログレッシブ駆動を選択できる撮像素子である。このＣＣＤ１６の全画素データは、奇数フィールドと偶数フィールドに分けてレジスタ（画像データ蓄積手段）１７に転送されて、これに接続された画像処理装置１８で１フレームに展開され、表示装置１９に映し出される（図２）。

光源装置３０は、ランプ３１のほか、ランプ３１の光軸３１ａと平行な回転軸４０ａを備え、ランプ３１から出射した照明光の遮光が可能な回転チョッパ４０と、回転チョッパ４０をその回転軸４０ａを中心として回転させるためのモータ３３と、ランプ３１から出射した光を集光してライトガイド２０内へ入射する集光レンズ３４と、集光レンズ３４と回転チョッパ４０との間に配置され、入射する光を調光して出射可能な絞り３６と、を有する。

モータ３３の回転軸３３ａは、回転軸４０ａと一致するように、回転チョッパ４０の中心孔部４１内に挿入固定されている。この構成により、モータ３３を駆動することにより回転チョッパ４０は回転する。

絞り３６は、既存の構成の絞りであって、これに接続されたボイスコイルモータ３７により、開放から全閉まで開口径が変化し、これにより照明光の調光を行うことができる。ボイスコイルモータ３７は、コントローラ３５から入力される制御電流に応じて、その動作量が変化し、これにより絞り３６の開口径が変化する。開放の状態では入射光をすべて通過させ、全閉状態では入射光の進行を遮る。なお、絞り３６は、集光レンズ３４と回転チョッパ４０との間ではなく、回転チョッパ４０とランプ３１との間に配置することもできる。

図３に示す回転チョッパ４０は、成形により形成される樹脂製の半径Ｒ４０の円板のうち、中心角１２０°の円弧部分を切り欠いて開口部４３とし、残りの中心角２４０°の円弧部分にあたる遮光部４２としたものである。ここで半径Ｒ４０は、少なくとも、光軸３１ａから回転軸４０ａまでの距離に、ランプ３１から回転チョッパ４０に入射する照明光の光束の半径を加算した値と同じまたはそれよりも大きくしてある。回転チョッパ４０は、中心孔部４１内にモータ３３の回転軸３３ａを挿通し互いに接着固定して使用され、遮光部４２に対して照射された光を遮光し、開口部４３に入射した光をそのまま出射させることができる。

次に、図４を参照しつつ、観察部位の実際の撮影表示動作について説明する。観察に先立って、ランプスイッチ（不図示）を押すと、ランプ３１から照明光が出射され、この状態で挿入部１２を観察対象たる患者体内へ挿入し、その先端を観察部位へ向ける。すると、ライトガイド２０を介して観察部位が照明され、観察部位の様子が表示装置に映し出される。このとき、輝度センサ２１により観察部位の輝度が検知されており、輝度が低ければ絞り３６の開口径が大きくなるように、輝度が高ければ絞り３６の開口径が小さくなるように、コントローラ３５からボイスコイルモータ３７に対して所定の制御電流が自動的に出力される。

図４（ａ）〜（ｅ）は、観察部位の輝度が一定である場合の回転チョッパの状態（図４（ａ））、ランプ３１に印加される電流量（図４（ｂ））、絞り３６の動作状態（図４（ｃ））、ＣＣＤ１６への蓄積電荷量（図４（ｄ））、及びレジスタ１７への転送モード（図４（ｅ））をそれぞれ示しているが、観察部位の輝度が一定でない場合においてもタイミングに違いはない。

本実施形態では、回転チョッパ４０は１／３０秒で１回転し、１回転のうち１／９０秒間は開口部４３からの発光が行われ（発光期間）、続く１／４５秒間は遮光部４２によってランプ３１からの照明光は遮光される（遮光期間）（図４（ａ））。ランプ３１は、コントローラ３５から入力される駆動信号にしたがって、回転チョッパ４０の動作により定まる発光期間に同期して光量が大きくなる（光量レベルＨ）。一方、遮光期間のランプ３１の光量は、発光期間の光量より小さくされている（光量レベルＬ）（図４（ｂ））。こうして、発光と遮光が１／３０秒ごとに繰り返される。以下に述べるようにキャプチャボタン２２が押されない限りＣＣＤ１６はインターレース駆動で動作しており、発光による観察部位からの反射光は、１／３０秒周期でやってくる１／９０秒間の発光タイミングに合わせて、奇数フィールド（本実施形態ではシアン、イエローのデータに対応）及び偶数フィールド（マゼンタ、グリーンのデータに対応）の一方が交互にＣＣＤ１６に電荷として蓄積される（図４（ｃ））。

ＣＣＤ１６に蓄積された電荷は、上下に隣接する画素データが加算されてレジスタ１７に転送される（図４（ｄ））。このデータ転送は、ランプ３１からの照明光が遮光されたことが輝度センサ２１により検知され、これに基づいてコントローラ３５からレジスタ１７へ転送開始を指示する信号が出力されることにより開始する。

以上のような奇数フィールド及び偶数フィールドのデータのＣＣＤ１６への蓄積、レジスタ１７への転送は、開口部４３からの発光又は遮光部４２による遮光に合わせて、順次繰り返される。２回の発光で得られる奇数フィールド及び偶数フィールドの画素データのレジスタ１７への転送が終了すると、このデータはただちに画像処理装置１８に読み出されて１フレームに展開され、表示装置１９に表示される。

本実施形態の電子内視鏡１では、その使用者がコントローラ３５に接続されたキャプチャボタン２２（図２参照）を操作すると（図４（ｆ））、コントローラ３５からの制御信号によりＣＣＤ１６はプログレッシブ駆動に切り替わって、次の発光期間中に１フレーム分の画像データを蓄積する。ＣＣＤ１６に蓄積された全画素データは、次の遮光期間の開始に同期して、奇数フィールド、偶数フィールドの順に、上下に隣接する画素データを加算することなく、レジスタ１７への転送が開始される。

一方、キャプチャボタン２２が操作されると、コントローラ３５からの制御信号により、次の遮光期間の開始と同期して、絞り３６は閉じられる。図４（ｅ）に示すように、絞り３６は、完全に閉止するまで１／４５秒を要し、１／９０秒間の閉止期間の後に、１／４５秒かけて開口状態にもどる。このように絞り３６を動作させると、図４（ｃ）に示すように、回転チョッパ４０の動作にかかわらず、キャプチャボタン２２の操作後２度目の発光期間の間も遮光することができる。これにより、キャプチャボタン２２の操作後最初の発光期間の後に１／１８秒間ＣＣＤ１６への発光が遮られ、この間及び次の発光期間を合わせた１／１５秒間に全画素データを奇数フィールド、偶数フィールドの順に続けて転送する時間を確保することができる（図４（ｄ））。転送が終了すると、全画素データはただちに画像処理装置１８に読み出されて１フレームに展開され、表示装置１９に表示される。このように全画素データを用いて１フレームを合成するため高画質の画像を表示することができる。

キャプチャボタン２２の操作の後、転送まで終了すると、ＣＣＤ１６は、自動的にインターレース駆動にもどる。その後は、キャプチャボタン２２が操作されない限り、発光による観察部位からの反射光は、回転チョッパ４０の動作により１／３０秒周期の１／９０秒間の発光タイミングに合わせて、奇数フィールド及び偶数フィールドの一方が交互にＣＣＤ１６に電荷として蓄積される。再びキャプチャボタン２２が操作されると、ＣＣＤ１６はプログレッシブ駆動に切り替わり、上述のように絞り３６が閉じられて、全画素データが転送される。

本発明について上記実施形態を参照しつつ説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、改良の目的または本発明の思想の範囲内において改良または変更が可能である。

本発明の実施形態に係る電子内視鏡の内部構成を示す概略図である。 本発明の実施形態に係る電子内視鏡の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る回転チョッパの構成を示す平面図である。 本発明の実施形態に係る電子内視鏡の動作を示すタイミングチャートである。

符号の説明

１ 電子内視鏡
１５ 対物光学系（撮像手段）
１６ ＣＣＤ（撮像手段）
１７ レジスタ（画像データ蓄積手段）
１８ 画像処理装置
１９ 表示装置
２０ ライトガイド
３０ 光源装置
３１ ランプ（光源）
３１ａ 光軸
３６ 絞り
４０ 回転チョッパ
４０ａ 回転軸
４２ 遮光部
４３ 開口部

Claims (5)

1. 光源と、
   回転軸が前記光源の光軸と平行に配置され、前記回転軸を中心に回転することにより、前記光源からの照明光を、遮光部により遮る遮光期間と、開口部からライトガイドへ向けて出射する発光期間とを順次繰り返す回転チョッパと、
   前記光源と前記ライトガイドとの間に配置された、前記ライトガイドに入射する照明光の光量を調整する絞りと、
   前記絞りの動作を制御するコントローラと、
   を備え、
   前記回転チョッパの発光期間において、前記コントローラの制御により前記絞りを全閉して前記ライトガイドに照明光が入射しない遮光期間とすることを特徴とする電子内視鏡用光源装置。
2. 前記回転チョッパは、円板形状のうち中心角１２０°の円弧部分を切り欠いてなる開口部と、前記円板形状の残りの中心角２４０°の円弧部分からなる遮光部と、からなる請求項１記載の電子内視鏡用光源装置。
3. 操作部と、
   前記操作部から延び、観察対象内部に挿入される挿入部と、
   前記操作部及び前記挿入部に内挿され、その先端が前記挿入部先端まで延びるライトガイドと、
   前記ライトガイドに照明光を入射する光源装置と、
   を有し、
   前記光源装置は、光源と、回転軸が前記光源の光軸と平行に配置され、前記回転軸を中心に回転することにより、前記光源から入射した照明光を遮光部により遮る、または開口部からライトガイドへ向けて出射する回転チョッパと、前記光源と前記ライトガイドとの間に配置された絞りと、前記絞りの動作を制御するコントローラと、を備え、前記開口部から照明光が出射している発光期間において、前記コントローラの制御により前記絞りを全閉とすることにより前記ライトガイドに照明光が入射しない遮光期間を延長することを特徴とする電子内視鏡。
4. 前記回転チョッパは、円板形状のうち中心角１２０°の円弧部分を切り欠いてなる開口部と、前記円板形状の残りの中心角２４０°の円弧部分からなる遮光部と、からなる請求項３記載の電子内視鏡。
5. 操作部と、
   前記操作部から延び、観察対象内部に挿入される挿入部と、
   前記操作部及び前記挿入部に内挿され、その先端が前記挿入部先端まで延びているライトガイドと、
   前記ライトガイドに照明光を入射する光源装置と、
   前記光源装置により照明された観察部位の画像を電荷として取得する撮像手段と、
   前記撮影手段により取得された電荷を画像データとして蓄積する画像データ蓄積手段と、
   前記画像データ蓄積手段に蓄積された画像データをフレーム画像に展開する画像処理装置と、
   前記画像処理装置により展開されたフレーム画像を表示する表示装置と、
   を有し、
   前記光源装置は、光源と、回転軸が前記光源の光軸と平行に配置され、前記回転軸を中心に回転することにより、前記光源からの照明光を、遮光部により遮る遮光期間と、開口部からライトガイドへ向けて出射する発光期間とを順次繰り返す回転チョッパと、前記光源と前記ライトガイドとの間に配置された、前記ライトガイドに向けて出射する照明光の光量を調整する絞りと、前記絞り及び前記撮像手段の動作を制御するコントローラと、を備え、
   前記コントローラは、前記撮像手段を、インターレース駆動及びプログレッシブ駆動のいずれかで駆動し、
   前記撮像手段を前記インターレース駆動するときは、前記発光期間ごとに、前記撮像手段において１フィールド分の画像を電荷として取得し、前記発光期間に続いて前記遮光部により前記光源からの照明光が遮断される遮光期間中に、前記撮像手段に蓄積された電荷のうち上下に隣接する画素データを加算して前記画像データ蓄積手段に転送蓄積し、
   前記撮像手段を前記プログレッシブ駆動するときは、前記発光期間に、前記撮像手段において２フィールド分の画像を電荷として取得し、その後前記絞りを全閉して前記回転チョッパの動作にかかわらず遮光し、この遮光期間に前記撮像手段に蓄積された電荷を前記画像データ蓄積手段に転送蓄積することを特徴とする電子内視鏡。

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