JP6053653B2

JP6053653B2 - 内視鏡装置

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Publication number: JP6053653B2
Application number: JP2013201252A
Authority: JP
Inventors: 加賀谷　淳; 淳加賀谷
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2013-09-27
Filing date: 2013-09-27
Publication date: 2016-12-27
Anticipated expiration: 2033-09-27
Also published as: JP2015066049A; WO2015045690A1

Description

本発明は、内視鏡装置に関する。

青（Ｂ）、緑（Ｇ）、赤（Ｒ）の照明光を順次照射し、各色の照明光下で撮像して得られた色毎のフィールド画像データを合成して１フレームのカラー画像データを生成する、いわゆる面順次方式の内視鏡装置が知られている（例えば、特許文献１−４参照）。

特許文献１に記載された内視鏡装置では、ハロゲンランプやキセノンランプなどの白色ランプ、及びＢ，Ｇ，Ｒの領域が設けられたカラーフィルタが用いられ、白色ランプから出射される白色光が回転されるカラーフィルタに通されることにより、各色の照明光が生成される。また、特許文献２−４に記載された内視鏡装置では、Ｂ，Ｇ，Ｒの各色の発光ダイオードが用いられ、各色の発光ダイオードが順次点灯されることにより、各色の照明光が生成される。

特開昭６１−１２１５７５号公報特開２００７−２７５２４３号公報特開２００２−１１２９６０号公報特開２００７−２９７４６号公報

近景の撮像と遠景の撮像とでは適正露光に必要な光量が異なり、遠景となる程に必要な光量は増加する。そして、近景から遠景に亘ってカラー画像の色味を安定させるために、Ｂ，Ｇ，Ｒの各色の照明光の光量は一定の比率を保って増減される。

撮像装置の分光感度特性の偏りなどに起因して、一部の照明光が他の照明光に先んじて定格光量に達してしまい、さらなる光量増加の要求に対して光量不足となる場合がある。この場合に、他の照明光は光量を増加させる余裕があるにもかかわらず、光量不足となった一部の照明光の定格光量を基準に内視鏡装置全体として定格光量が決まってしまい、撮像可能な距離が過度に制約されるといった不都合を生じる。

フレームレートを落とし、１フィールド当たりの撮像装置の受光量を増加させることによって照明光の光量不足を補償することも考えられるが、動画表示の滑らかさが損なわれる。

本発明は、上述した事情に鑑みなされたものであり、面順次方式の内視鏡装置において、複数の照明光の各々の定格光量を十分に利用することを目的とする。

内視鏡挿入部の先端部に設けられた撮像装置と、スペクトルが互いに異なる複数の照明光を内視鏡挿入部の先端部から順次照射し且つ複数の照明光の光量を独立に制御可能な照明装置と、照明装置に対して複数の照明光の各々の目標光量を設定する照明制御部と、定格光量に達し且つ目標光量に不足する照明光下で撮像した際に撮像装置から出力される撮像信号の、目標光量に対する光量不足に伴う信号レベルの不足を補償する撮像制御部と、を備える内視鏡装置。

本発明によれば、面順次方式の内視鏡装置において、複数の照明光の各々の定格光量を十分に利用することができる。

本発明の実施形態を説明するための内視鏡装置の一例の構成を示す図である。図１の内視鏡装置の機能ブロック図である。図１の内視鏡装置の動作を説明するための図である。図１の内視鏡装置の動作を説明するための図である。本発明の実施形態を説明するための内視鏡装置の他の例の構成を示す図である。本発明の実施形態を説明するための内視鏡装置の他の例の構成を示す図である。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態を説明するための内視鏡装置の一例を示し、図２は、図１の内視鏡装置の機能ブロックを示す。

内視鏡装置１は、内視鏡本体２と、内視鏡本体２が接続されるプロセッサユニット３と、プロセッサユニット３に接続されたモニタ４とを備えている。

内視鏡本体２は、被検体内に挿入される挿入部１０と、挿入部１０に連なる操作部１１と、操作部１１から延びるユニバーサルコード１２とを有している。内視鏡本体２は、ユニバーサルコード１２を介してプロセッサユニット３に接続される。

挿入部１０の先端部１３には、撮像装置２０が設けられており、さらに図示の例では、スペクトル（発光波長分布特性、もしくは中心発光波長）が互いに異なるＢ，Ｇ，Ｒの各色の照明光を被検体に向けて順次照射する照明装置２２が設けられている。

撮像装置２０は、撮像素子３０と、撮像素子３０を駆動するドライバ３１と、撮像素子３０から撮像信号を読み出す読出回路３２とで構成されている。

撮像素子３０は、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサやＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）イメージセンサである。なお、Ｂ，Ｇ，Ｒの各色の照明光を順次照射する本内視鏡装置１において、撮像素子３０にはモノクロ撮像素子が用いられるが、カラー撮像素子であってもよい。

読出回路３２は、撮像素子３０から読み出された撮像信号を増幅するゲイン可変アンプ３３と、撮像信号をデジタル変換して出力するＡ／Ｄ変換器３４とを含んでいる。図示は省略するが、読出回路３２には、ゲイン可変アンプ３３の前段において撮像信号に含まれるノイズを低減するための相関二重サンプリング（ＣＤＳ：Correlated double sampling）回路なども設けられる。

照明装置２２は、青色発光ダイオード４０Ｂ、緑色発光ダイオード４０Ｇ、赤色発光ダイオード４０Ｒと、これらの発光ダイオード４０Ｂ，４０Ｇ，４０Ｒを駆動するドライバ４１とで構成されている。

ドライバ４１は、発光ダイオード４０Ｂ，４０Ｇ，４０Ｒの各々の点灯・消灯及び光量を独立に制御可能であり、発光ダイオード４０Ｂ，４０Ｇ，４０Ｒが順次点灯されることにより、スペクトルが互いに異なるＢ，Ｇ，Ｒの各色の照明光が内視鏡本体２の挿入部１０の先端部１３から被検体に向けて順次照射される。

被検体は、順次照射される各色の照明光下で撮像装置２０によって撮像され、各色の照明光に対応した撮像信号が撮像装置２０から出力される。

プロセッサユニット３は、ＬＰＦ（Low Pass Filter）５０と、画像処理部５１と、制御部５２とを有している。

ＬＰＦ５０は、詳細は後述するが、撮像装置２０から出力される撮像信号に含まれるノイズを除去する。

画像処理部５１は、Ｂ，Ｇ，Ｒの各色の１フィールドの画像データ（撮像信号）を格納するメモリ５３と、メモリに格納された各色の１フィールドの画像データを基に、ホワイトバランス補正等の各種信号処理を施して１フレームのカラー画像データを合成するＤＳＰ（Digital Signal Processor）５４とを含んで構成されている。ＤＳＰ５４において合成されたカラー画像データは、モニタ４に内視鏡カラー画像として逐次表示される。

制御部５２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を主体として構成され、プロセッサユニット３及び内視鏡本体２の撮像装置２０や照明装置２２の動作を統括制御する。

図３及び図４は、内視鏡装置１の動作を示す。

制御部５２は、照明制御部として機能し、適正露光が得られるように、Ｂ，Ｇ，Ｒの各色の照明光の目標光量を設定する。各色の照明光の目標光量は、カラー画像の色味を安定させるために一定の比率を保って増減される。そして、制御部５２は、設定した目標光量の照明光が照明装置２２から照射されるように、照明装置２２のドライバ４１を制御する。

制御部５２による適正露光の判定及び目標光量の設定は、画像処理部５１のＤＳＰ５４によって生成されるカラー画像データの輝度値のヒストグラムを解析することによって行うことができ、例えばカラー画像データの輝度値の平均値と適正露光の基準とする所定の輝度範囲とを比較し、平均値が所定の輝度範囲に含まれるように目標光量を増減させる。また、Ｂ，Ｇ，Ｒの各色の目標光量を被写体距離との関係で予め定めたテーブルを制御部５２に設け、また、被写体距離及び各色の照明光の光量を測定するセンサを内視鏡本体２に設けておき、制御部５２が、測定された被写体距離との関係で、上記テーブルに基づき各色の照明光の過不足（適正露光）を判定し、また各色の照明光の目標光量を設定するように構成してもよい。

ここで、Ｂ，Ｇ，Ｒの各色の照明光の目標光量が一定の比率を保って増加されることによって、一部の照明光が他の照明光に先んじて定格光量に達してしまい、さらなる光量増加の要求に対して光量不足となる場合がある。なお、照明光の定格光量は、例えば発光ダイオード４０Ｂ，４０Ｇ，４０Ｒの出力可能な最大光量であってもよいし、又は最大光量に対して余裕をもって設定された最大光量未満の所定の光量であってもよい。

図３に示す例では、Ｒ照明光がＢ照明光及びＧ照明光に先んじて定格光量に達している（ＦＩＧ．３Ａ）。制御部５２は、さらなる光量増加の要求に対して、Ｒ照明光については定格光量を維持し、Ｂ照明光及びＧ照明光については光量をさらに増加させるように照明装置２２のドライバ４１を制御する。この場合に、Ｒ照明光は目標光量に対して不足する（ＦＩＧ．３Ｂ）。

そこで、制御部５２は、図４に示すように、定格光量に達し且つ目標光量に不足する照明光（本例ではＲ照明光）下での撮像の際に、撮像装置２０のゲイン可変アンプ３３のゲインを大きくする。それにより、定格光量に達し且つ目標光量に不足する照明光の光量不足に伴う撮像信号の信号レベルの不足を補償することができ、その照明光が定格光量に達する前後で内視鏡カラー画像の色味が異なってしまうことを防止することができる。

さらに、制御部５２は、定格光量に達し且つ目標光量に不足する照明光（本例ではＲ照明光）下での撮像の際にＬＰＦ５０を動作させ、撮像装置２０から出力される撮像信号に含まれるノイズを除去する。それにより、ゲイン可変アンプ３３のゲインを大きくすることに伴って撮像信号に含まれるノイズが増加することを抑制し、画質を向上させることができる。

以上、内視鏡装置１では、制御部５２及びゲイン可変アンプ３３並びにＬＰＦ５０によって撮像制御部の機能が果たされる。

このように、一部の照明光が他の照明光に先んじて定格光量に達してしまった場合に、定格光量に達した一部の照明光については、さらなる光量増加の要求に対しても定格光量を維持し、この照明光下で撮像した際に撮像装置２０から出力される撮像信号の、目標光量に対する光量不足に伴う信号レベルの不足を補償することによって、光量が増加される他の照明光下で撮像した際に撮像装置２０から出力される撮像信号の信号レベルとの均衡を保つことができ、それにより、他の照明光についても定格光量まで十分に利用することが可能となる。

一般的に、半導体発光素子はキセノンランプに比べて輝度が低いために光量が嵩む傾向にあり、照明装置２２の光源として発光ダイオードを用いた本内視鏡装置１において、照明光の各々の定格光量を十分に利用可能であることは特に有用である。

なお、定格光量に達し且つ目標光量に不足する照明光下での撮像の際に、撮像装置２０にピクセルビニング動作させるように構成してもよい。ピクセルビニングによって画素毎の感度を高めることができ、定格光量に達し且つ目標光量に不足する照明光下での撮像の際に撮像装置２０から出力される撮像信号の信号レベルの不足を補償することができる。撮像信号の信号レベルの不足を、撮像装置２０のピクセルビニング動作単独で補償してもよいし、また、上述したゲイン可変アンプ３３のゲインアップと撮像装置２０のピクセルビニング動作との併用で補償してもよい。ゲイン可変アンプ３３のゲインアップと撮像装置２０のピクセルビニング動作との併用で補償するようにすれば、ゲイン可変アンプ３３のゲインアップのみによって補償する場合に比べて、ゲイン可変アンプ３３のゲインを低く抑えて撮像信号に含まれるノイズの増加を抑制することができ、画質をさらに向上させることができる。

図５は、本発明の実施形態を説明するための内視鏡装置の他の例の構成を示す。

図５に示す内視鏡装置１０１では、照明装置１２２が、発光ダイオード４０Ｂ，４０Ｇ，４０Ｒと、ドライバ４１と、ライトガイド１４２とで構成されている。

発光ダイオード４０Ｂ，４０Ｇ，４０Ｒ及びドライバ４１は、内視鏡本体２及びプロセッサユニット３とは別筐体とされた光源ユニット１０５に設けられており、内視鏡本体２とはユニバーサルコード１２を介して光源ユニット１０５に接続される。

ライトガイド１４２は、内視鏡本体２のユニバーサルコード１２、操作部１１、挿入部１０に跨ってそれらの内部に挿通されており、発光ダイオード４０Ｂ，４０Ｇ，４０Ｒが順次点灯されることによって光源ユニット１０５から順次出射されるＢ，Ｇ，Ｒの各色の照明光を挿入部１０の先端部１３に導光する。先端部１３に導光された照明光は、ライトガイド１４２の先端面から被検体に向けて順次照射される。

本内視鏡装置１０１においても、上述した内視鏡装置１と同様にして、一部の照明光が他の照明光に先んじて定格光量に達してしまった場合に、定格光量に達した一部の照明光については、さらなる光量増加の要求に対しても定格光量を維持し、この照明光下で撮像した際に撮像装置２０から出力される撮像信号の、目標光量に対する光量不足に伴う信号レベルの不足を補償することにより、Ｂ，Ｇ，Ｒの各色の照明光について定格光量まで十分に利用することが可能となる。

なお、照明装置１２２の光源が光源ユニット１０５に設けられる本内視鏡装置１０１においては、光源としてハロゲンランプやキセノンランプなどの白色ランプを用いることもできる。その場合に、光源ユニット１０５には、Ｂ，Ｇ，Ｒの各色の領域が設けられたカラーフィルタ及び絞りが設けられ、白色ランプから出射される白色光が回転されるカラーフィルタに通されることによりＢ，Ｇ，Ｒの各色の照明光が生成され、カラーフィルタの回転に同期して絞りが開閉されることによりＢ，Ｇ，Ｒの各色の照明光の光量が独立に制御される。

図６は、本発明の実施形態を説明するための内視鏡装置の他の例の構成を示す。

ここまで、Ｂ，Ｇ，Ｒの各色の照明光を順次照射する内視鏡装置の例を説明したが、図６に示す内視鏡装置２０１は、白色光及び特殊光を順次照射するものである。

特殊光による内視鏡観察の一例として、生体組織の自家蛍光の観察が挙げられる。生体組織に波長４０５ｎｍ前後の光を照射すると、正常組織では波長５２０ｎｍ前後の緑色の蛍光が発生するのに対して、癌などの病変組織では蛍光が発生ぜず、又は蛍光が微弱となる。

白色光及び特殊光を順次照射する内視鏡装置２０１の照明装置２２２は、第１の光源２４０ａ及び第２の光源２４０ｂと、第１の光源２４０ａ及び第２の光源２４０ｂを駆動するドライバ２４１と、ライトガイド２４２と、蛍光体２４３とで構成されている。

第１の光源２４０ａ及び第２の光源２４０ｂ並びにドライバ２４１は、内視鏡本体２及びプロセッサユニット３とは別筐体とされた光源ユニット２０５に設けられており、ライトガイド２４２は内視鏡本体２のユニバーサルコード１２、操作部１１、挿入部１０に跨ってそれらの内部に挿通されており、蛍光体２４３は挿入部１０の先端部１３においてライトガイド２４２の光出射側に設けられている。

第１の光源２４０ａは、発振波長４４０ｎｍ〜４６０ｎｍである青色レーザ光を発生させる半導体発光素子である。第１の光源２４０ａより出射される青色レーザ光は蛍光体２４３を励起する励起光である。

第２の光源２４０ｂは、発振波長４００ｎｍ〜４２０ｎｍである青色レーザ光を発生される半導体発光素子である。第２の光源２４０ｂより出射される青色レーザ光は生体組織に自家蛍光を生じさせる特殊光である。

第１の光源２４０ａ及び第２の光源２４０ｂに用いられる上記の半導体発光素子としては、例えばブロードエリア型のＩｎＧａＮ系レーザダイオードやＩｎＧａＮＡｓ系レーザダイオードやＧａＮＡｓ系レーザダイオードなどが用いられる。

蛍光体２４３は、第１の光源２４０ａによる青色レーザ光（励起光）の一部を吸収して緑色〜黄色に励起発光する一種以上の蛍光物質で構成されている。蛍光物質としては、例えばＹＡＧ（Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２）系蛍光物質やＢＡＭ（ＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７）系蛍光物質などが用いられる。蛍光体２４３で生じる緑色〜黄色の蛍光と、吸収されずに蛍光体２４３を透過した第１の光源２４０ａによる青色レーザ光（励起光）とが合わされて白色光となる。

ドライバ２４１は、第１の光源２４０ａ及び第２の光源２４０ｂの各々の点灯・消灯及び光量を独立に制御可能であり、第１の光源２４０ａ及び第２の光源２４０ｂが順次点灯されることにより、スペクトルが互いに異なる白色光及び特殊光が先端部１３から被検体に向けて順次照射される。被検体は、順次照射される白色光及び特殊光下で撮像装置２０によって撮像され、白色光及び特殊光の各照明光に対応した撮像信号が撮像装置２０から出力される。なお、本内視鏡装置２０１では、撮像装置２０の撮像素子３０としてカラー撮像素子が用いられる。そして、白色光及び特殊光の各照明光に対応した画像データ（撮像信号）は、プロセッサユニット３によって画像処理されてモニタ４に画像表示される。

プロセッサユニット３による画像処理及び画像表示の形態は種々あり、例えば白色光に対応する画像データに基づいて、特殊光に対応する画像データに色情報を付加した画像データを合成し、これを表示する形態を例示することができる。

本内視鏡装置２０１においても、上述した内視鏡装置１と同様にして、白色光及び特殊光のうち一方の照明光が他方の照明光に先んじて定格光量に達してしまった場合に、定格光量に達した一方の照明光については、さらなる光量増加の要求に対しても定格光量を維持し、この照明光下で撮像した際に撮像装置２０から出力される撮像信号の、目標光量に対する光量不足に伴う信号レベルの不足を補償することにより、白色光及び特殊光の双方とも定格光量まで十分に利用することが可能となる。

以上、説明したとおり、本明細書には下記事項が開示されている。

（１）内視鏡挿入部の先端部に設けられた撮像装置と、スペクトルが互いに異なる複数の照明光を上記内視鏡挿入部の先端部から順次照射し且つ複数の照明光の光量を独立に制御可能な照明装置と、上記照明装置に対して上記複数の照明光の各々の目標光量を設定する照明制御部と、定格光量に達し且つ目標光量に不足する照明光下で撮像した際に上記撮像装置から出力される撮像信号の、目標光量に対する光量不足に伴う信号レベルの不足を補償する撮像制御部と、を備える内視鏡装置。
（２）（１）記載の内視鏡装置であって、上記照明制御部は、上記複数の照明光の光量比率を一定に保って複数の照明光の各々の目標光量を設定する内視鏡装置。
（３）（１）又は（２）記載の内視鏡装置であって、上記撮像制御部は、上記撮像信号を増幅するアンプを有し、アンプのゲインを大きくすることによって、上記撮像信号の信号レベルの不足を補償する内視鏡装置。
（４）（１）から（３）のいずれか一つに記載の内視鏡装置であって、上記撮像制御部は、上記撮像装置をビニング動作させることによって、上記撮像信号の信号レベルの不足を補償する内視鏡装置。
（５）（１）から（４）のいずれか一つに記載の内視鏡装置であって、上記撮像制御部は、上記撮像信号に対しローパスフィルタを用いてノイズ除去する内視鏡装置。
（６）（１）から（５）のいずれか一つに記載の内視鏡装置であって、上記照明装置は、半導体発光素子を光源として含む内視鏡装置。

１内視鏡装置
２内視鏡本体
３プロセッサユニット
４モニタ
１０挿入部
１１操作部
１２ユニバーサルコード
１３先端部
２０撮像装置
２２照明装置
３０撮像素子
３１ドライバ
３２読出回路
３３ゲイン可変アンプ
４０Ｂ青色発光ダイオード
４０Ｇ緑色発光ダイオード
４０Ｒ赤色発光ダイオード
４１ドライバ
５０ＬＰＦ
５１画像処理部
５２制御部
５３メモリ
５４ＤＳＰ

Claims

内視鏡挿入部の先端部に設けられた撮像装置と、
スペクトルが互いに異なる複数の照明光を前記内視鏡挿入部の先端部から順次照射し且つ該複数の照明光の光量を独立に制御可能な照明装置と、
前記照明装置に対して前記複数の照明光の各々の目標光量を設定する照明制御部と、
定格光量に達し且つ目標光量に不足する照明光下で撮像した際に前記撮像装置から出力される撮像信号の、目標光量に対する光量不足に伴う信号レベルの不足を補償する撮像制御部と、
を備える内視鏡装置。
請求項１記載の内視鏡装置であって、
前記照明制御部は、前記複数の照明光の光量比率を一定に保って該複数の照明光の各々の目標光量を設定する内視鏡装置。
請求項１又は２記載の内視鏡装置であって、
前記撮像制御部は、前記撮像信号を増幅するアンプを有し、該アンプのゲインを大きくすることによって、前記撮像信号の信号レベルの不足を補償する内視鏡装置。
請求項１から３のいずれか一項記載の内視鏡装置であって、
前記撮像制御部は、前記撮像装置をビニング動作させることによって、前記撮像信号の信号レベルの不足を補償する内視鏡装置。
請求項１から４のいずれか一項記載の内視鏡装置であって、
前記撮像制御部は、前記撮像信号に対しローパスフィルタを用いてノイズ除去する内視鏡装置。
請求項１から５のいずれか一項記載の内視鏡装置であって、
前記照明装置は、半導体発光素子を光源として含む内視鏡装置。