JPH0581011B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は内視鏡とモニターテレビとを接続し
た電子内視鏡装置における照明光供給方法に関す
る。

（従来の技術） 公知の電子内視鏡装置について詳述すると、内
視鏡の挿入部を被検者の体腔内に挿入し、この挿
入部の先端に設けられた照明窓から照明光を照射
し、この照明光が体腔内壁に反射して戻つてきた
光を、挿入部の先端に設けられた観察窓から入光
し、この反射光を観察窓の内側に配置したCCD
等の固体撮像素子の受光部で受けて光電変換し、
これによつて得られた各画素の画像信号としての
電荷を一度に固体撮像素子の記憶部に転送する
（転送時間は非常に短くて0.1msec程度である）。
固体撮像素子の記憶部に記憶された各画素の画像
信号は順次映像回路に送出される。映像回路では
この画像信号をテレビ映像信号に変換して、モニ
ターテレビに送り、このモニターテレビで体腔内
の映像を表示する。

上記モニターテレビに対しては、一般のテレビ
信号送受方式と同様に飛び越し走査を行なつてい
る。すなわち、奇数回目および偶数回目の２回の
フイールド走査で、１フレーム走査を行なつてい
る。まず、奇数回目のフイールド走査で粗く水平
走査し、偶数回目のフイールド走査で上記水平走
査線の間を水平走査する。このような飛び越し走
査は、動きの速い被写体に対応する手段として有
効である。また、ブラウン管の蛍光体の残光時間
が短いために生じるちらつきを防ぐ手段としても
有効である。上記飛び越し走査では、各フイール
ド走査に供されるべき画像信号が固体撮像素子か
ら映像回路に送出され、映像回路では、上記画像
信号に基づいて奇偶のフイールド走査のためのテ
レビ映像信号を順に出力する。

ところで、精密な診断をする必要がある場合、
フレームメモリーで１フレーム走査分のテレビ映
像信号を記憶し、このテレビ映像信号に基づいて
モニターテレビで静止映像を映し出して観察した
り、光学デイスクに記録したり、カメラで撮影し
ている。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、上記静止映像が鮮明にならず、精密な
診断が困難となる場合がある。その理由として次
のことが挙げられる。

照明光は、照明窓から体腔内に連続的に照射さ
れている。固体撮像素子の受光部の各画素では、
１回のフイールド走査時間（１／60秒）にわたつ
て反射光を連続的に受光し、受光量の積分値に対
応する電荷が蓄えられる。したがつて、観察対象
の動きが速い場合には１フイールド走査時間にお
ける観察対象の動き量が画像のブレとなつて記憶
されてしまい、１フイールド走査の映像自体の鮮
明度が充分でない。この原理は、カメラのシヤツ
ターの開き時間と撮影像の鮮明度との関係に似て
いる。すなわち、カメラではシヤツターが開いて
いる時間にフイルムに画像情報が連続して蓄積さ
れるため、上記開き時間が長いと動きの速い撮影
対象の像が不鮮明になる。

しかも、モニターテレビに映し出される静止映
像は、２回のフイールド走査の映像が重ね合わさ
れて構成されるため、結局、１フレーム走査時間
（１／30秒）における観察対象の動き量がブレと
なつて現われてしまう。

なお、静止画像を１フイールド走査分のテレビ
映像情報から得ることが考えられる。このこと
は、カメラに例えればシヤツターの開き時間を半
減させることに相当し、静止映像のブレは半減す
るが、前述したように鮮明度が充分でないばかり
か、画質が悪くなつてしまう。

（問題点を解決するための手段） この発明は上記問題点を解決するためになされ
たもので、その要旨は、内視鏡の観察窓から入つ
た画像を固定撮像素子で受け、この固体撮像素子
から画像信号を、映像回路でテレビ映像信号に変
換し、このテレビ映像信号に基づいてモニターテ
レビで飛び越し走査方式により映像を表示するよ
うにした電子内視鏡装置において、内視鏡の照明
光伝達光学系の端部と光源との間に配置されたチ
ヨツパをモータ駆動により移動させ、このチヨツ
パが照明光の光束を横切ることにより間欠的に照
明光パルスを供給し、奇数フイールドのテレビ映
像信号の積分値と、偶数フイールドのテレビ映像
信号の積分値とから、各フイールドの映像の明度
差を検出し、この明度差に基づいてモータを駆動
制御することにより、奇数回目および偶数回目の
内のいずれか一方のフイールド走査に供されるべ
き画像信号を固体撮像素子の受光部から記憶部へ
転送する時点に対して、上記照明光パルスの供給
時間の中心を一致させることを特徴とする電子内
視鏡装置における照明光供給方法にある。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を第１図〜第４図を参
照して説明する。第１図中１０は内視鏡であり、
この内視鏡１０は、接眼部を持たない操作本体１
１と、この操作本体１１の前端から延出された挿
入部１２とを有している。挿入部１２は長尺で柔
軟性を有し、その先端側には湾曲部１２ａを有
し、さらにその先端側には硬性の先端構成部１２
ｂを有している。先端構成部１２ｂの端面には、
観察窓１４および照明窓１５が設けられている。
先端構成部１２ｂ内にはCCDからなる固体撮像
素子１６が配置されており、この固体撮像素子１
６の受光部１６ａと観察窓１４は、凸レンズ１７
を介して光学的に接続されている。固体撮像素子
１６には信号線１３が接続されている。上記照明
窓１５は光学繊維束１８の一方の端部１８ａと光
学的に接続されている。

操作本体１１の下面にはケーブル１９の一端部
が連結されており、このケーブル１９の他端部は
処理ボツクス２０に連結されている。光学繊維束
１８および信号線１３は、挿入部１２、操作本体
１１、ケーブル１９を通つて処理ボツクス２０内
に至る。

処理ボツクス２０は、光源となる電球２１を内
蔵している。電球２１は凹面鏡からなる笠２２の
中央に取り付けられており、電球２１の光はこの
笠２２に反射されて集光し上記光学繊維束１８の
他方の端部１８ｂに供給される。

また、処理ボツクス２０内には、サーボモータ
２５が内蔵されており、このサーボモータ２５の
出力軸２５ａには、第２図に示すような円板状の
チヨツパ２６の中央部が固定されている。このチ
ヨツパ２６の周辺部を所定の角度範囲で切り欠く
ことにより窓２６ａが形成されており、他の周辺
部が遮蔽部２６ｂとなつている。チヨツパ２６の
窓２６ａおよび遮蔽部２６ｂは、電球２１から光
学繊維束１８の端部１８ｂへ供給される照明光の
光束Ａを横切るようになつている。チヨツパ２６
の近傍には、チヨツパ２６上の特定箇所（本例で
は窓２６ａの一側縁）の位置を検出する位置セン
サ２７が配置されている。この位置センサ２７は
例えば発光部と受光部を備えた光学センサからな
る。

第１図に示すように、処理ボツクス２０内に
は、映像回路３０が配置されており、この映像回
路３０は上記信号線１３を介して固体撮像素子１
６に接続されている。この映像回路３０には、処
理回路３１を介してフレームメモリー３２が接続
されるとともにモニターテレビ３３が接続されて
いる。これら映像回路３０、処理回路３１、フレ
ームメモリー３２、モニターテレビ３３は公知で
あるので、詳細な説明を省略する。

処理ボツクス２０内には、さらにチヨツパ制御
回路４０および同期回路５０が内蔵されている。
これらチヨツパ制御回路４０および同期回路５０
の構成は第３図に示されているが、詳細な説明は
後述する。

上記構成をなす電子内視鏡装置の作用を説明す
る。術者は内視鏡１０の操作本体１１を手で持
ち、挿入部１２を被検者の体腔内に挿入する。例
えば口から胃へ挿入する。処理ボツクス２０内の
電球２１の光は光学繊維束１８を通つて、照明窓
１５から体腔内に照射される。体腔の内壁からの
反射光は、観察窓１４、凸レンズ１７を通つて固
体撮像素子１６に達する。この結果、体腔内壁の
像が固体撮像素子１６の受光部１６ａに結像され
る。

固体撮像素子１６の受光部１６ａでは、上記投
影像を光電変換し、画像信号を電荷として貯え
る。そして、固体撮像素子１６では、映像回路３
０からの転送タイミング信号により１フイールド
走査分の電荷が受光部１６ａから記憶部１６ｂへ
短時間で転送される。映像回路３０では、固体撮
像素子１６の記憶部１６ａからの画像信号Sgを
受け、これをNTSCテレビ映像信号Stに変換し、
モニターテレビ３３に送る。この結果、モニター
テレビ３３では飛び越し走査方式で体腔内壁の映
像が映し出される。

術者はモニターテレビ３３を見ながら内視鏡１
０を操作し、体腔内を観察する。精密検査を必要
とする時は、上記テレビ映像信号Stの１フレーム
走査分を処理回路３１の指令でフレームメモリ３
２に記憶し、処理回路３１で読み出してモニター
テレビ３３に送ることにより、モニターテレビ３
３に静止映像を映し出す。

次に、照明光の供給について詳述する。モータ
２５の駆動によりチヨツパ２６が回転する。この
チヨツパ２６ｂは１回のフレーム操作時間毎に１
回転する。そして、照明光の光束Ａをチヨツパ２
６の遮蔽部２６ｂが遮ぎつている時には、照明窓
１５から照明光が体腔内に供給されず、窓２６ａ
が光束Ａの位置にある時にのみ照明光の供給がな
される。この結果、照明光パルスが間欠的に供給
されることになる。

チヨツパ２６の回転制御の方法は、モータ２５
駆動開始直後の過渡期と、それ以降の安定期とで
異なつている。

過渡期の制御は以下の通りである。同期回路５
０では、映像回路３０からのテレビ映像信号St
が、水平同期信号分離回路５１と、垂直同期信号
分離回路５２に送られる。水平同期信号分離回路
５１では、上記テレビ映像信号Stから水平同期信
号Shと等化信号Spとを分離し、これら信号Sh，
Spをフレーム同期信号発生回路５３へ出力する。
また、垂直同期信号分離回路５２では上記テレビ
映像信号Stから垂直同期信号Svを分離してフレ
ーム同期信号発生回路５３へ出力する。このフレ
ーム同期信号発生回路５３では、水平同期信号分
離回路５１から受けた最後の水平同期信号Shと、
最初の等化信号Spとの時間差に基づいて奇数の
フイールド走査か偶数のフイールド走査かを弁別
し、１フレーム走査毎に垂直同期信号分離回路３
０から２回送られてくる垂直同期信号Svの内の
いずれか一方例えば奇数回目のフイールド走査の
ための垂直同期信号Svを受けた時に（すなわち、
１回のフレーム走査毎に１回ずつ）、フレーム同
期信号Sfを位相差偏差信号発生回路５４へ送出す
る。

一方、位置センサ２７では、回転しているチヨ
ツパ２６に光を照射してその反射光を光電変換し
て得られた電圧を微分する。窓２６ａの一方の側
縁がこの位置センサ２７を通過する時に、反射光
量の激増が生じる。この時発生する微分値のパル
スを検出して、検出位置信号Spoを位相差偏差信
号発生回路５４へ送出する。

位相差偏差信号発生回路５４では、フレーム同
期信号発生回路５３からのフレーム同期信号Sf
と、位置センサ２７からの検出位置信号Spoとを
比較してその位相差を検出し、これをＤ／Ａ変換
し、これをアナログの設定位相差信号Liと比較し
て、位相差偏差信号Sreを出力する。この位相差
偏差信号Sreはセレクタ５５を介してコンパレー
タ５６に送られ、コンパレータ５６では上記位相
差偏差信号Sreとゼロ値とを比較して偏差信号Se
を出力する。

チヨツパ制御回路４０の速度設定回路４１で
は、上記偏差信号Seを受け、予め設定された速
度値とこの偏差信号Seに基づいて設定速度信号
Ssdを出力する。一方、速度検出回路４２では、
位置センサ２７からの検出位置信号Spoを一定時
間計数して、検出速度信号Ssを出力する。コン
パレータ４３では、上記設定速度信号Ssdと検出
速度信号Ssとを比較して、その偏差信号をモー
タ駆動回路４４に出力する。モータ駆動回路４４
では、この偏差信号に基づいてモータ２５への供
給電力の増減を行ない、チヨツパ２６の回転速度
を制御する。

上記位相差偏差信号発生回路５４に入力される
設定位相差信号Liは、チヨツパ２６の窓２６ａの
中央部が光束Ａの中央部を通過する時点を、奇数
フイールド走査に供すべき画像信号の転送時点と
一致するように決定されているため、この画像信
号を転送する時点と、上記照明光パルスの供給時
間の中心とが理論上一致する。しかし、上記設定
位相差を理論値から決定しても、実際には各構成
部の製造誤差や温度変化によつて生じる寸法誤
差、電気特性の変化等があるため、照明光パルス
の供給時間の中心を正確に上記画像信号転送時点
と一致させることができない。そこで、安定期に
おけるチヨツパ２６の制御に切り換える。すなわ
ち、上記位相差偏差信号Sreをコンパレータ５７
にも送り、コンパレータ５７では、位相差偏差信
号Sreを設定位相差偏差信号Lreと比較してこれ
より低いレベルになつた時に、セレクタ５５に切
り換え指令信号を出力する。

上記セレクタ５５の切り換えにより、安定期の
制御すなわち、明度差による制御を行なう。詳述
すると、奇数フイールド積分回路６１で奇数フイ
ールド走査のテレビ映像信号Stを積分してその明
度を検出し、偶数フイールド積分回路６２で偶数
フイールド走査のテレビ映像信号Stを積分してそ
の明度を検出する。各積分回路６１，６２は、セ
レクタ６３を介して映像回路３０と接続してお
り、テレビ映像信号Stは奇偶フイールド走査毎に
セレクタ６３によつて、各積分回路６１，６２に
振り分けられる。

上記セレクタ６３は、奇偶切換回路６４によつ
て切り換えられる。上記奇偶切換回路６４は、垂
直同期信号分離回路５２からの垂直同期信号Sv
だけを受ける場合と、この垂直同期信号Svとフ
レーム同期信号発生回路５３からのフレーム同期
信号Sfとを同時に受ける場合とを判別して、上記
セレクタ５３に切り換え指令信号を出力するもの
である。

上記各積分回路５１，５２から出力された明度
信号は、コンパレータ６５に送られる。コンパレ
ータ６５では、これら明度信号を比較して明度差
信号Smを微分回路６６および混合回路６７に送
出する。微分回路６６では上記明度差信号Smを
微分する。混合回路６７では上記明度差信号Sm
と微分回路６６からの微分信号と、予め設定され
た設定値を加えて、前述したコンパレータ５６に
送出する。コンパレータ５６では、混合回路６２
からのアナログの修正明度差信号Sm′と、上記付
加された設定値と同値の設定値信号Lmを比較し
て、その偏差信号Seを出力する。以下、チヨツ
パ制御回路４０では、この偏差信号Seに基づい
て前述と同様にして、チヨツパ２６の回転速度を
制御する。なお、上記修正明度差信号Sm′には、
明度差信号Smの微分値が含まれているので、敏
感な制御を行なうことができる。

上記明度差によるチヨツパ２６の制御期におい
て、固体撮像素子１６の受光部１６ａでは、各フ
イールド走査期間において照明光パルスが供給さ
れない時は暗視野となるため電荷（すなわち画像
信号）を貯えることなく、照明光パルスの供給時
間の半分の短い期間だけの受光量に対応する電荷
を貯えることになる。また、照明光パルスが奇数
フイールド走査に供される画像信号の転送時点に
またがるようにして供給されるため、奇数フイー
ルド走査に供されるべき画像信号の蓄積期間と、
その後の偶数フイールド走査に供されるべき画像
信号の蓄積期間とが連続している。この結果、モ
ニターテレビ３３に映し出された１フレーム走査
分の静止映像は、連続した時間の各半分の時間で
蓄積された２つの映像（フイールド走査分映像）
の重ね合わせによつて構成される。

したがつて、上記静止映像は、照明光パルスの
供給時間に蓄積された画像情報に基づくものであ
り、従来のような１フレーム走査期間に蓄積され
た画像情報に基づく映像に比べて、ブレが少な
く、観察対象の動きが速い場合でも、鮮明にする
ことができる。

上記照明光パルスが奇数回目のフイールド走査
に供されるべき画像信号の転送時点を境にして正
確に半分ずつ分けられていないと、奇偶のフイー
ルド走査において映像の明かるさが異なるため、
ちらつきが生じたり、画質が悪くなり、カラー映
像の場合には、正確な色を再現できない。本発明
では、前述したように、奇偶フイールド走査の映
像の明度差に基づいてチヨツパ２６を自動制御す
ることにより、各構成部品の製造誤差や、温度変
化に伴なう寸法誤差、特性の変化があつても、常
に照明光パルスを上記転送時点を境にして正確に
半分ずつ分けることができる。この結果、モニタ
ーテレビに映しだされた映像にちらつきがなく画
質が良く色も正確に再現できる。

なお、モータ２５の駆動初期の段階では、チヨ
ツパ２６が１回転する時間は１フレーム走査の時
間と大幅に異なつており、奇偶フイールド走査の
映像の明度差が非常に大きいため、この明度差に
基づいてモータ２５を制御するのは困難である。
また、照明パルスの供給時間を奇数フイールド走
査に供されるべき画像信号の転送時点にまたがる
ようにすることは困難である。このため、最初に
位相差に基づいて大まかなチヨツパ制御を行なう
ものである。

本発明は上記実施例に制約されず種々の態様が
可能である。例えば、照明光パルスを供給するた
めの電気回路を第５図に示すように構成してもよ
い。この例では、速度検出回路４２からの検出速
度信号Ssをコンパレータ５７′に送出し、コンパ
レータ５７′では、速度レベルLvと比較し、この
レベルLvより検出速度が低い場合には、セレク
タ５５を図示の状態に保持しておく。したがつ
て、モータ２５の駆動初期では、明度差による制
御を行なわず、速度設定回路４１において予め決
定されている設定速度信号Ssdと検出速度Ssの偏
差をコンパレータ４３で検出し、この偏差に基づ
いてモータ２５の回転速度を徐々に増大させる。
やがて、検出速度がレベルLvに達すると、コン
パレータ５７′から切り換え信号を送出してセレ
クタ５５を切り換え、明度差による制御を開始す
る。

チヨツパの窓は、等角度間隔をなして複数であ
つてもよい。この場合、チヨツパが１回転する際
に、窓の数のフレーム走査を行なう。

チヨツパは、回転でなく直線的に往復移動させ
てもよい。この場合、モータの出力軸に板カムが
固定され、チヨツパにカムフオロアが固定されて
いる。

観察窓から入射した光を、光学繊維束の一端面
で受け、この光学繊維束を照明用の光学繊維束と
同様に操作本体外に導き、その他端面に固体撮像
素子を配置してもよい。また、接眼部を備えた従
来の内視鏡を用いて、観察窓から入射した光をレ
ンズおよび光学繊維束を介して接眼部に送り、こ
の接眼部にモニターテレビ用のテレビカメラを連
結し、このテレビカメラの固体撮像素子で内視鏡
から画像を受けてもよい。

モータの出力軸にタコジエネレータを設け、こ
のタコジエネレータによつて検出速度信号を得て
もよい。

モニターテレビ３２の静止映像を光学デイスク
で記録したり、フード付きカメラで撮影してもよ
い。また、フレームメモリーを用いずに、モニタ
ーテレビに映し出された動映像のうち１フレーム
走査分をフード付きカメラで撮影してもよい。

フレーム同期信号は、種々の手段により得るこ
とができる。例えば、フレームメモリーの書き込
み、読み出しに係わる信号の内フレーム同期に関
する信号を用いてもよいし、固体撮像素子からの
画像信号の読み出しに関する信号を用いてもよ
い。また、垂直同期信号を２回逓降して、フレー
ム同期信号を得るようにしてもよい。

本発明の電子内視鏡装置は工業用の検査にも適
用できる。

（発明の効果） 以上説明したように、この発明では、１フレー
ム走査毎に短時間の照明光パルスを供給するた
め、１フレーム走査分の映像を鮮明にすることが
できる。また、各フイールド走査の映像信号の積
分値により、各フイールド走査の映像の明度差を
検出し、この明度差に基づいて、チヨツパを制御
するから、照明光パルスの中心を、奇偶いずれか
の一方のフイールド走査に供されるべき画像信号
の転送時点に常に正確に一致させることができ、
画面のちらつきを防止でき、良好な画質が得られ
色の再現性もよい。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は本発明の一実施例を示すもの
であり、第１図は電子内視鏡装置の構成を電気回
路も含めて概略的に示す図、第２図は同装置にお
ける照明光パルス供給機構を示す斜視図、第３図
は照明光パルス供給のための電気回路図、第４図
はタイムチヤート図である。また、第５図は本発
明の他の実施例を示す第３図相当図である。 １０……内視鏡、１１……操作本体、１２……
挿入部、１６……固体撮像素子、１６ａ……受光
部、１６ｂ……記憶部、１８……光学繊維束（照
明光伝達光学系）、２１……電球（光源）、２５…
…モータ、２６……チヨツパ、３０……映像回
路、３３……モニターテレビ、４０……チヨツパ
制御回路、５０……同期回路、６１……奇数フイ
ールド積分回路、６２……偶数フイールド積分回
路、６５……コンパレータ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 内視鏡の観察窓から入つた画像を固定撮像素
   子で受け、この固体撮像素子から画像信号を、映
   像回路でテレビ映像信号に変換し、このテレビ映
   像信号に基づいてモニターテレビで飛び越し走査
   方式により映像を表示するようにした電子内視鏡
   装置において、内視鏡の照明光伝達光学系の端部
   と光源との間に配置されたチヨツパをモータ駆動
   により移動させ、このチヨツパが照明光の光束を
   横切ることにより間欠的に照明光パルスを供給
   し、奇数フイールドのテレビ映像信号の積分値
   と、偶数フイールドのテレビ映像信号の積分値と
   から、各フイールドの映像の明度差を検出し、こ
   の明度差に基づいてモータを駆動制御することに
   より、奇数回目および偶数回目の内のいずれか一
   方のフイールド走査に供されるべき画像信号を固
   体撮像素子の受光部から記憶部へ転送する時点に
   対して、上記照明光パルスの供給時間の中心を一
   致させることを特徴とする電子内視鏡装置におけ
   る照明光供給方法。