JP6086602B2 - 内視鏡装置 - Google Patents

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本発明は、内視鏡装置に関する。
青(B)、緑(G)、赤(R)の各色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1,2参照)。
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の各色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。
撮像装置及び照明光の照射窓が設けられる内視鏡挿入部の先端部は、例えば撮像装置の動作に伴う発熱や照明光の光路における光量ロスに起因した発熱などによって温度が上昇しやすい。そして、内視鏡挿入部の先端部の温度が上昇すると、撮像装置のノイズが増加し、画質が低下する。
内視鏡挿入部の先端部の温度上昇に対して、特許文献1に記載された内視鏡装置では、内視鏡挿入部の先端部に温度センサが設けられ、温度センサによって検出される先端部の温度が基準温度以上となった場合に、照明光の光量を減じるように構成されている。
また、異なるスペクトルの照明光を順次照射する面順次方式ではなく、一定スペクトルの照明光を照射する同時方式の内視鏡装置ではあるが、内視鏡挿入部の先端部の温度が所定温度以上となった場合に、照明光の光量を減じ、且つ照明光の光量の減少に伴って撮像信号を増幅するアンプのゲインを大きくし、画像の明るさを維持するように構成された内視鏡装置(特許文献3参照)や、照明光の光量の減少に伴って撮像装置をピクセルビニング動作させ、画像の明るさを維持するように構成された内視鏡装置も知られている(特許文献4参照)。
特開昭61−121575号公報 特開2007−275243号公報 特開昭63−71233号公報 特開2008−80112号公報
特許文献1に記載された内視鏡装置では、内視鏡挿入部の先端部の温度が基準温度以上となった場合に、白色ランプの光出射側に設けられた絞りが絞られることによって照明光の光量が減じられている。かかる構成では、通常、B,G,Rの各色の照明光の光量が一定比率を保って減じられる。特許文献3,4に記載された同時方式の内視鏡装置についても、照明光に含まれるB,G,Rの各成分の光量は一定比率を保って減じられる。
ここで、照明光のスペクトル(発光波長分布特性、もしくは中心発光波長を指す)に応じて得られる情報が異なる。例えばB照明光によれば血管や血流の情報が得られやすく、G照明光によれば表面の凹凸の情報が得られやすい。これに対し、R照明光によって得られる情報は、典型的には画像の色味の調整に用いられる。すなわち、内視鏡カラー画像の生成において、R照明光によって得られる情報の重要度は相対的に低い。B,G,Rの各色の照明光の光量を一律に減じてしまっては、画像生成上重要な情報の欠落を招く虞がある。
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、画像生成上重要な情報の欠落を防止して光量を減じ、内視鏡挿入部の先端部の温度を下げて画質を高めることを目的とする。
本発明の一態様の内視鏡挿入部の先端部に設けられた、撮像装置、及び先端部の温度を検出する温度センサと、発光色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、温度センサによって検出される温度の上昇に伴い、特定の照明光を含む1つ以上の照明光の光量を減じ、1サイクル内の複数の照明光の光量比率を変化させる照明制御部と、照明制御部によって光量が減じられた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、光量減少に伴う信号レベルの低下を補償する撮像制御部と、を備え、複数の照明光は、青色光、緑色光、及び赤色光を含み、特定の照明光は、赤色光であり、又は、複数の照明光は、白色光及び特殊光を含み、特定の照明光は、白色光である内視鏡装置。
本発明によれば、面順次方式の内視鏡装置において、画像生成上重要な情報の欠落を防止して光量を減じ、内視鏡挿入部の先端部の温度を下げて画質を高めることができる。
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。 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と、先端部13の内部の温度を検出する温度センサ21とが設けられており、さらに図示の例では、スペクトルが互いに異なる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。
温度センサ21には、例えばサーミスタやサーマル・ダイオードなどの測温素子、温度センサIC(例えば、CMOS温度センサIC)、等を用いることができる。
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。この、各色の照明光の照射が繰り返される周期を1サイクルとする。
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や温度センサ21や照明装置22の動作を統括制御する。
図3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、内視鏡本体2の温度センサ21の出力信号に基づいて内視鏡本体2の挿入部10の先端部13の内部の温度を取得する。そして、制御部52は、先端部13の内部の温度が基準温度を超えた場合に、特定色の照明光を含む少なくとも一つの照明光の光量を減じるように照明装置22のドライバ41を制御する。
先端部13の内部の温度に対する基準温度は、撮像装置20のノイズの温度特性を考慮して適宜設定することができる。さらに、基準温度は、種々の安全基準を考慮して適宜設定することができる。
図示の例では、制御部52は、R照明光の光量を減じるようにドライバ41を制御している(FIG.3A)。上述したとおり、照明光のスペクトルに応じて得られる情報は異なり、B照明光によれば血管や血流の情報が得られやすく、G照明光によれば表面の凹凸の情報が得られやすい。これに対して、R照明光により得られる情報は、典型的には画像の色味の調整に用いられ、内視鏡カラー画像の生成において、R照明光によって得られる情報の重要度は相対的に低い。
そこで、R照明光の光量を減じることにより、画像生成上重要な情報の欠落を防止して光量を減じ、内視鏡本体2の挿入部10の先端部13の内部の温度上昇を抑制することができ、それにより、先端部13に設けられた撮像装置20のノイズを低減し、画質を向上させることができる。
そして、制御部52は、光量が減じられた照明光(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(FIG.3B)。それにより、照明光の光量減少に伴う撮像信号の信号レベルの低下を補償することができ、照明光の光量が減じられ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、光量が減じられた照明光(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、画質をさらに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、内視鏡本体2の挿入部10の先端部13の温度の上昇に伴い、R照明光の光量を減じ、光量が減じられたR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低下を補償することにより、画像生成上重要な情報の欠落を防止して光量を減じ、先端部13の温度を下げて画質を高めることができる。発熱源となる光源(発光ダイオード40B,40G,40R)が先端部13に設けられている本例においては先端部13の温度上昇が助長されるので、特に有用である。
なお、内視鏡本体2の挿入部10の先端部13の温度に対して複数の基準温度を設定し、R照明光の光量を多段階に減じるように構成してもよいし、先端部13の温度上昇に応じてR照明光の光量を連続的に減じるように構成してもよい。
また、内視鏡カラー画像の生成において一般的に重要度が低いR照明光の光量を減じるものとして説明したが、目的に応じてB照明光又はG照明光の光量を減じるように構成してもよい。また、R照明光に加えてB照明光やG照明光の光量も適宜減じるように構成してもよい。また、これらは、目的、つまり、観察モードの切替に応じて、減じる照明光を自動切替できるように構成してもよい。
また、光量が減じられた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、光量が減じられた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低下を補償することができる。撮像信号の信号レベルの低下を、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。
また、光量が減じられた照明光下での撮像の際に、露出時間を延長するように構成してもよい。露出時間を延長することによって画素毎の受光量を増加させることができ、光量が減じられた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低下を補償することができる。
図4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4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、先端部13の温度の上昇に伴い、R照明光の光量を減じ、光量が減じられたR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低下を補償することにより、画像生成上重要な情報の欠落を防止して光量を減じ、先端部13の温度を下げて画質を高めることができる。
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。
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5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(YAl12)系蛍光物質やBAM(BaMgAl1017)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るが、一般的には特殊光により得られる情報の重要度が相対的に高く、白色光により得られる情報の重要度は相対的に低い。画像処理及び画像表示の形態として、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が、この場合に、白色光によって得られる情報の重要度は相対的に低い。
そこで、内視鏡本体2の挿入部10の先端部13の温度の上昇に伴い、白色光の光量、つまりは第1の光源240aによる青色レーザ光(励起光)の光量を減じ、光量が減じられた白色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低下を補償することにより、画像生成上重要な情報の欠落を防止して光量を減じ、先端部13の温度を下げて画質を高めることができる。なお、目的に応じて第2の光源240bによる青色レーザ光(特殊光)の光量を減じるように構成してもよい。また、これらは、目的、つまり、観察モード(白色光観察モード及び特殊光観察モード)の切替に応じて、減じる照明光を自動切替できるように構成してもよい。その他、狭帯域光観察に用いる場合は、狭帯域B光(中心波長415nm付近)と狭帯域G光(中心波長540nm付近)2種類の光源を用いればよい。この場合は狭帯域B光の情報が重要となるため、必要に応じ狭帯域G光の光量を減じるように構成すればよい。
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、及び先端部の温度を検出する温度センサと、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、上記温度センサによって検出される温度の上昇に伴い、特定の照明光を含む1つ以上の照明光の光量を減じ、1サイクル内の上記複数の照明光の光量比率を変化させる照明制御部と、上記照明制御部によって光量が減じられた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、光量減少に伴う信号レベルの低下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低下を補償する内視鏡装置。
(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低下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、上記照明制御部によって光量が減じられた照明光下で撮像する際の露出時間を延長することによって、上記撮像信号の信号レベルの低下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、ローパスフィルタを有し、上記撮像信号に対してローパスフィルタを適用し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、上記照明装置の光源が上記内視鏡挿入部の先端部に設けられている内視鏡装置。
(7) (1)から(6)のいずれか一つに記載の内視鏡装置であって、上記複数の照明光は、青色光、緑色光、及び赤色光を含み、上記特定の照明光は、赤色光である内視鏡装置。
(8) (1)から(6)のいずれか一つに記載の内視鏡装置であって、上記複数の照明光は、白色光及び特殊光を含み、上記特定の照明光は、白色光である内視鏡装置。
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
21 温度センサ
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
50 LPF
51 画像処理部
52 制御部
53 メモリ
54 DSP

Claims (6)

  1. 内視鏡挿入部の先端部に設けられた、撮像装置、及び該先端部の温度を検出する温度センサと、
    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、
    前記温度センサによって検出される温度の上昇に伴い、特定の照明光を含む1つ以上の照明光の光量を減じ、1サイクル内の前記複数の照明光の光量比率を変化させる照明制御部と、
    前記照明制御部によって光量が減じられた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、光量減少に伴う信号レベルの低下を補償する撮像制御部と、
    を備え
    前記複数の照明光は、青色光、緑色光、及び赤色光を含み、前記特定の照明光は、赤色光であり、
    又は、前記複数の照明光は、白色光及び特殊光を含み、前記特定の照明光は、白色光である内視鏡装置。
  2. 請求項1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低下を補償する内視鏡装置。
  3. 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低下を補償する内視鏡装置。
  4. 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、前記照明制御部によって光量が減じられた照明光下で撮像する際の露出時間を延長することによって、前記撮像信号の信号レベルの低下を補償する内視鏡装置。
  5. 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、ローパスフィルタを有し、前記撮像信号に対して該ローパスフィルタを適用してノイズ除去する内視鏡装置。
  6. 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、
    前記照明装置の光源が前記内視鏡挿入部の先端部に設けられている内視鏡装置。
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