JP4538147B2

JP4538147B2 - ワイヤレス電子内視鏡装置とスコープと画像信号処理ユニット

Info

Publication number: JP4538147B2
Application number: JP2000364715A
Authority: JP
Inventors: 実松下; 浩平池谷; 浩佐野; 春彦日比
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 2000-11-30
Filing date: 2000-11-30
Publication date: 2010-09-08
Anticipated expiration: 2020-11-30
Also published as: JP2002165756A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮像部と画像信号処理部をケーブルで接続することなく画像信号の伝送が行なわれるワイヤレス電子内視鏡装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子内視鏡装置は、ＣＣＤ等の固体撮像素子を先端部に有し、体腔内に挿入される電子スコープと、被観察体に照明光を供給するための光源部を有し、固体撮像素子により光電変換された画像信号に所定の処理を施す画像信号処理ユニットとを備える。画像信号処理ユニットで処理される画像信号は、画像信号処理ユニットに接続されるＴＶモニタ等に再現される。電子スコープは可撓性導管を有し、固体撮像素子から画像信号処理ユニットへ画像信号を伝送するための電気ケーブルや、画像信号処理ユニットの光源部から供給される照明光を先端部へ導くためのライトガイドが配設されている。即ち、被観察体を観察する際、電子スコープは画像信号処理ユニットに常時接続された状態で操作される。その結果、電子スコープの操作範囲が限定され、手技における操作性を低下させる要因となっていた。
【０００３】
このような電子スコープの操作性の悪さを解決するものとして、例えば特開平０６−３３５４５０号公報には、スコープとプロセッサを直接接続せずに画像信号の伝送等を行う、ワイヤレス方式の電子内視鏡装置が開示されている。この電子内視鏡装置においては、スコープからプロセッサへの画像信号を赤外線通信で送信している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、同公報の電子内視鏡装置においては、スコープ側に画像信号を赤外線送信に適した周波数に変調するＩＲ変調回路や送信専用赤外発光素子を含むＩＲ送信部を設け、プロセッサ側にＩＲ受信部やＩＲ復調回路を設け、さらに光源を特別に設けなければならない。その結果、部品点数が増加し電子内視鏡装置、とりわけスコープの製造コストを高騰させるという問題がある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以上の問題を解決するものであり、被観察体を照射するための半導体発光素子を具備する光源と、撮像のための固体撮像素子と、固体撮像素子から出力される画像信号を変調する変調手段と、変調手段により変調された信号に基づいて被観察体を照射中の光源を駆動し、その出射光を光信号として外部に送信する送信手段とを有するスコープと、光信号を受信する受信手段と、光信号を画像信号に復調する復調手段を有する画像信号処理ユニットとを備えることを特徴とする。
【０００６】
好ましくは、変調手段は、画像信号を周波数変調し、さらに好ましくは、変調手段による周波数変調の周波数が固体撮像素子の駆動周波数より高い。
【０００７】
半導体発光素子は白色光を出射し、送信手段は半導体発光素子の出射光を赤色光および赤外光のすくなくとも一方のみを透過させる光学フィルタを介して外部に送信する。
【０００８】
光源は選択的に、例えばスコープの先端部に配設され、また、スコープの操作部に配設される。
【０００９】
また、本発明に係るワイヤレス電子内視鏡装置は、半導体発光素子と、撮像のための固体撮像素子と、固体撮像素子から出力される画像信号を変調する変調手段と、変調手段により変調された信号に基づいて半導体発光素子を駆動する光源駆動手段と、光源駆動手段により駆動された半導体発光素子の出射光を被観察体に照射する照射手段と、出射光を光信号として外部に送信する送信手段とを有するスコープと、光信号を受信する受信手段と、光信号を画像信号に復調する復調手段を有する画像信号処理ユニットとを備えることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係るワイヤレス電子内視鏡装置のスコープは、撮像のための固体撮像素子と、被観察体を照射するための半導体発光素子からなる光源と、固体撮像素子の出力信号を変調する変調手段と、変調手段により変調された信号に基づいて被観察体を照射中の光源を駆動し、光源の出力光を外部へ送信する送信手段とを備えることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係るワイヤレス電子内視鏡装置の画像信号処理ユニットは、被観察体を照射するための光源と撮像のための固体撮像手段とを備えたスコープから送信される、固体撮像素子の出力信号に基づいて被観察体を照射中の光源を変調した光信号を受信する受信手段と、光信号を復調する復調手段とを備えることを特徴とする。
【００１２】
以上のように、本発明によれば、スコープの固体撮像素子より得られた画像信号を伝送するために、ケーブルによりスコープを画像信号処理ユニットと接続させる必要がない。従って、手技におけるスコープの操作範囲が制限されることがなく、操作性が向上する。
【００１３】
被写体に照射する照明光を、画像信号を画像信号処理ユニットへ送信する光信号に兼用している。従って、送信のための専用の照明手段を設ける必要がなく、経済的である。
【００１４】
画像信号を周波数変調するにあたって、その周波数帯域を固体撮像素子の駆動周波数よりも高く設定している。従って、照明光を変調させてもちらつき等の視覚上の不具合は生じない。
【００１５】
また、光源ユニットをスコープの操作部に配設することにより、多数の半導体発光素子を配置することが可能となり、照明光の光量増加が図られる。従って、ＴＶモニタにおいて、より良好な再現画像が得られる。
【００１６】
半導体発光素子の出射光を赤外光のみを透過させるフィルタを介して外部に送信することにより、画像信号処理ユニットの受信手段との間で、外光の影響を受けることなく良好な通信状態が確保できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明に係る第１実施形態が適用される電子内視鏡装置のブロック図である。スコープ１０の先端部１１には撮像センサ１００が配設される。撮像センサ１００は、対物光学系１０１と、カラーチップフィルタを有するＣＣＤイメージセンサ１０２を備える。対物光学系１０１を介してＣＣＤイメージセンサ１０２の撮像領域に被観察体の光学像が結像される。また、先端部１１において撮像センサ１００の近傍には光源ユニット１１０が配設される。光源ユニット１１０は、白色光を出射する複数の白色ＬＥＤ（Light Emitting Diode）１１１からなる光源と、各白色ＬＥＤ１１１の出射光を被観察体に導く配光光学系１１２が設けられる。尚、図１において３つの白色ＬＥＤ１１１が図示されているがこれに限るものではなく、先端部１１のスペースが許す限りの数の白色ＬＥＤ１１１が配設される。
【００１８】
先端部１１は可撓管１２を介して操作部１３に連結されている。操作部１３の電源ボタン（図示せず）を押すことにより電源が投入されると、後述する各回路に電流が供給される。操作部１３のタイミングパルス発生回路１３０から出力されるＣＣＤ読み出しパルスに基づいて、ＣＣＤ駆動回路１３１によりＣＣＤイメージセンサ１０２から画像信号が読み出される。ＣＣＤイメージ１０２から読み出された画像信号は、可撓管１２に配設された電気ケーブルを介して操作部１３のバッファアンプ１３２に入力される。画像信号はバッファアンプ１３２で増幅処理が施された後、遅延回路１３３に入力され、上述のＣＣＤ駆動回路１３１のパルス駆動に伴う遅延処理が行なわれ、サンプルホールド（Ｓ／Ｈ）回路１３４に入力される。
【００１９】
Ｓ／Ｈ回路１３４で所定のレベルにホールドされた画像信号は輝度調整回路１３５と変調回路１３６に入力される。輝度調整回路１３５では、画像信号から輝度情報が抽出され、所定の参照輝度値との差分が算出される。さらに、その差分が解消されるよう光源ユニット１１０の光量を調節すべく、白色ＬＥＤ１１１の駆動電流値が演算され出力される。一方、変調回路１３６では入力された画像信号が周波数変調（ＦＭ変調）され、発光時間制御回路１３７に入力される。尚、変調回路１３６において画像信号がＦＭ変調される周波数帯域は約２０ＭＨｚ（メガヘルツ）〜５０ＭＨｚであり、通常のＣＣＤ駆動回路１３１の駆動周波数よりも高く設定されている。発光時間制御回路１３７では、ＦＭ変調信号に基づいて白色ＬＥＤ１１１の駆動時間と停止時間、即ち点滅の間隔を表す信号成分が生成される。
【００２０】
輝度調整回路１３５の出力信号と発光時間制御回路１３７の出力信号は合成され、ＬＥＤ駆動回路１３８に入力される。駆動信号はＬＥＤ駆動回路１３８で所定の電力増幅が施され、白色ＬＥＤ１１１に出力される。
【００２１】
以上のように、白色ＬＥＤ１１１の駆動信号において、光量を決定する電流成分はＣＣＤイメージセンサ１０２の撮像領域に結像される光学的被観察体像の輝度が所定の参照輝度値に一致するよう調節され、点滅の間隔を決定する時間成分は、ＣＣＤイメージセンサ１０２により光学的被観察体像から光電変換される画像信号のＦＭ変調信号に基づいて決定される。従って、被観察体に照射される照明光は、光量調節がされると同時に、上述のＦＭ変調信号に基づく周波数成分を含んでいる。
【００２２】
複数の白色ＬＥＤ１１１の出射光の一部は、可撓管１２に配設されたライトガイド１２０により、操作部１３に設けられた光通信用の通信窓１３９に導かれる。通信窓１３９には赤色光ないし赤外線のみを透過させる光学フィルタ１４０が設けられる。従って、白色ＬＥＤ１１１の出射光に含まれる赤色光成分ないし赤外線成分のみが通信窓１３９より外部へ放射される。白色ＬＥＤ１１１から出射される照明光には上述のＦＭ変調信号に基づく周波数成分を含まれている。換言すれば、通信窓１３９から放射される光信号は被観察体像の画像信号が重畳された搬送波信号である。
【００２３】
電子内視鏡プロセッサ（画像信号処理ユニット）２０の側面の一部に光通信用の通信窓（図示せず）が設けられる。通信窓の近傍にはフォトダイオード２１が配設され、スコープ１０の送信窓から放射される光信号が受信される。フォトダイオード２１により受信された光信号は受信回路２２でＦＭ変調信号に変換され、次いで復調回路２３で画像信号に復調される。
【００２４】
復調された画像信号は、タイミングパルス分離回路２４に出力され、タイミングパルス分離回路２４において水平同期信号、垂直同期信号等が分離され、同期発生回路２６に入力される。
【００２５】
また、復調された画像信号は、サンプリング、クランプ、ブランキング、増幅等の処理が施され、輝度信号（Ｙ）と色差信号（Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙ）が作成され、それぞれガンマ補正等の所定の画像処理が施された後、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器２５に入力される。輝度信号及び色差信号は、Ａ／Ｄ変換器２５でデジタル信号に変換され、画像信号処理回路２７を介してそれぞれ画像メモリ２８に格納される。
【００２６】
デジタル化された輝度信号、色差信号は、画像メモリ２８から読み出され、画像信号処理回路２７で、拡大、縮小、ノイズリダクション等の処理が施された後、デジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）変換器２９によりアナログ信号に変換される。また、電子内視鏡プロセッサ２０に接続されたキーボード（図示せず）から入力される文字情報やカードリーダ（図示せず）から読み取られる文字情報が文字コード制御回路３０で所定の処理が施され、文字信号として出力される。輝度信号、色差信号のアナログ信号は、文字コード制御回路３０から出力される文字信号と合成された後、エンコーダ３１により輝度信号（Ｙ）、色信号（Ｃ）にエンコードされてＳビデオ信号（Ｙ／Ｃ）が生成される。Ｓビデオ信号は水平同期信号及び垂直同期信号が付加され、画像信号処理ユニット２０に接続された外部のＴＶモニタ４０に送られる。ＴＶモニタ４０では伝送されたＳビデオ信号に基づいて、画面上に画像が表示される。
【００２７】
尚、Ａ／Ｄ変換器２５、Ｄ／Ａ変換器２９における変換のタイミング、水平同期信号、垂直同期信号の付加は、同期発生回路２６により制御される。
【００２８】
図２は、本発明に係る第２実施形態が適用されるワイヤレス内視鏡装置の電子スコープのブロック図である。図２において、図１と同一の要素には同一の番号が付されている。電子スコープ２００の光源ユニット２０１は、操作部２３０の通信窓２３１の近傍に配設される。光源ユニット２０１は第１実施形態と同様の複数の白色ＬＥＤ１１１と集光レンズ２０２を有する。白色ＬＥＤ１１１の出射光は、例えばハーフミラー（図示せず）により一部は集光レンズ２０２に導かれ、一部は通信窓２３１に導かれる。
【００２９】
集光レンズ２０２に導かれた出射光は可撓管２２０に配設されたライトガイド２２１の入射端に集光される。ライトガイド２２１は可撓管２２０の先端部２１０まで伸びており、その出射端には配光光学系２０３が配設されている。即ち、白色ＬＥＤ１１１の出射光はライトガイド２２１によりスコープ１０の先端まで導かれ、配光光学系２０３を介して前方の被観察体に照射される。一方、通信窓２３１に導かれた出射光は、赤外線フィルタ１４０を介して外部に放射される。その他の構成は第１実施形態と同様である。また、電子スコープ２００から送信される画像情報は、第１実施形態と同様の画像信号処理ユニットにより受信され、上述の画像信号処理が行なわれる。
【００３０】
第１及び第２実施形態においては、ＣＣＤイメージセンサ１０２から得られた画像信号の変調方式としてＦＭ変調を用いているがこれに限るものではない。電子スコープの操作部にＡ／Ｄ変換器を設け、ＣＣＤイメージセンサ１０２から得られた画像信号をデジタル化し、そのデジタル信号をパルス符号変調（ＰＣＭ）してもよい。
【００３１】
また、第１及び第２実施形態では、光源として白色ＬＥＤ１１１を用いているがこれに限るものではない。赤色（Ｒ）光を出射するＬＥＤ、緑色（Ｇ）光を出射するＬＥＤ、青色（Ｂ）光を出射するＬＥＤを適宜配置し、各ＬＥＤを同時に発光することによりＲＧＢ各色の出射光が混色され白色光が被観察体に照射する構成としてもよい。この場合、送信光の波長帯域を制限する前述の光学フィルタを設けることなく、Ｒ光を出射するＬＥＤの光を直接通信窓から出射させることもできる。さらにこの時、Ｒ光を出射するＬＥＤのみを画像信号に基づいて変調駆動するようにしてもよい。
【００３２】
また、カラーチップフィルタを備えるＣＣＤイメージセンサ１０２に代えてモノクロのＣＣＤイメージセンサを用いた面順次方式によるスコープにおいても、Ｒ光を出射するＬＥＤ、Ｇ光を出射するＬＥＤ、Ｂ光を出射するＬＥＤを先端部または操作部に設けてＲＧＢを順次発光させつつ光信号を出射し、画像信号処理ユニットにおいて受信した光信号に対して面順次方式により画像処理を行なうことが可能である。この時、ＲＧＢ各色の３フィールド期間の照明光下にて順次生成されたＲＧＢの各画像信号は後のＲのフィールドの照明期間にまとめて送信するようにしてもよい。
【００３３】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、電子スコープと画像信号処理ユニットとをケーブルで連結する必要がないため、体腔内に電子スコープを挿入して手技を行なう際の電子スコープの操作範囲が広がり、操作性が向上する。さらに、本発明によれば、光通信用の光源である発光素子を照明用光源と兼用にしたので、光通信専用の特別な光源として発光素子を必要とせず、部品点数が増加することがない。したがって、製造コストを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１実施形態が適用されるワイヤレス内視鏡装置のブロック図である。
【図２】本発明に係る第２実施形態が適用されるワイヤレス内視鏡装置の電子スコープのブロック図である。
【符号の説明】
１０、２００電子スコープ
１１、２１０先端部
１２、２２０可撓管
１３、２３０操作部
２０画像信号処理ユニット
４０ＴＶモニタ
２１フォトダイオード
１０１対物光学系
１０２ＣＣＤイメージセンサ
１１１白色ＬＥＤ
１１２、２０３配光光学系

Claims

被観察体を照射するための半導体発光素子を具備する光源と、撮像のための固体撮像素子と、前記固体撮像素子から出力される画像信号を変調する変調手段と、前記変調手段により変調された信号に基づいて被観察体を照射中の前記光源を駆動し、その出射光を光信号として外部に送信する送信手段とを有するスコープと、
前記光信号を受信する受信手段と、前記光信号を画像信号に復調する復調手段を有する画像信号処理ユニットとを備えることを特徴とするワイヤレス電子内視鏡装置。
前記変調手段は、前記画像信号を周波数変調することを特徴とする請求項１に記載のワイヤレス電子内視鏡装置。
前記変調手段による周波数変調の周波数が前記固体撮像素子の駆動周波数より高いことを特徴とする請求項２に記載のワイヤレス電子内視鏡装置。
前記半導体発光素子は白色光を出射し、前記送信手段は前記半導体発光素子の出射光を赤色光および赤外光の少なくとも一方のみを透過させる光学フィルタを介して外部に送信することを特徴とする請求項１に記載のワイヤレス電子内視鏡装置。
前記光源は、前記スコープの先端部に配設されることを特徴とする請求項１に記載のワイヤレス電子内視鏡装置。
前記光源は、前記スコープの操作部に配設されることを特徴とする請求項１に記載のワイヤレス電子内視鏡装置。