JPH07299025A - 電子内視鏡装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】固体撮像素子の画素数の異なる各種電子内視鏡
を用いても、常にその電子内視鏡の特性に合わせて最も
明るく効率のよい照明をすることができる電子内視鏡装
置を提供することを目的とする。 【構成】固体撮像素子１１の画素に関する情報を記憶し
た画素情報記憶手段１７を内視鏡１側に設け、内視鏡１
がビデオプロセッサ１９に接続されたとき、制御手段２
０が、画素情報記憶手段１７から画素情報を入力して、
その画素情報に基づいて発光素子９と固体撮像素子１１
の動作を同期して制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、観察像を撮像して電
気信号に変換して出力する固体撮像素子を挿入部先端に
設けた電子内視鏡装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子内視鏡装置においては、モノクロタ
イプの電荷結合素子（ＣＣＤ）からなる固体撮像素子を
用いて、照明光を赤（Ｒ）、緑（Ｇ）そして青（Ｂ）に
順に変化させて撮像し、それによって時間をずらして得
られる三色の映像を一つに合成する、いわゆるＲＧＢ面
順次方式が広く採用されている。

【０００３】そのような電子内視鏡装置における被写体
の照明方式としては、白色光源から射出された照明光
を、一定速度で回転されるターレットに取り付けられた
Ｒ，Ｇ，Ｂの三色のフィルタを通してライトガイドファ
イババンドルに入射させるライトガイド方式（例えば特
開平１−２１７４１３号）や、内視鏡の挿入部先端に配
置したＲ，Ｇ，Ｂの三色の発光ダイオードを順に点灯さ
せて照明を行う発光素子方式（例えば特開昭６３−３０
９９１２号）などがある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この種の電子内視鏡装
置においては、固体撮像素子から信号が転送・読み出し
される間などは、被写体を照明しないようにする必要が
ある。したがって、ライトガイド方式の場合にはＲ，
Ｇ，Ｂの三色の各フィルタの間に遮光部を形成する必要
があり、発光素子方式の場合には各色発光の間に無発光
期間を設ける必要がある。

【０００５】しかし、ＲＧＢ面順次式で撮像した撮像信
号を映像信号に変換する方式には、ＮＴＳＣ（フレーム
周波数＝３０Ｈｚ）、ＰＡＬ（フレーム周波数＝２５Ｈ
ｚ）、ＳＥＣＡＭ（フレーム周波数＝２５Ｈｚ）等の異
なった映像方式があり、さらに固体撮像素子の画素数に
よっても画素情報読み出し時間が異なる。

【０００６】電子内視鏡装置は、それらのどのような条
件下でも使用可能なことが望ましいが、ターレットに取
り付けられて回転する三色フィルタの最適の開口角は、
各条件によって相違している。

【０００７】ある開口角の三色フィルタを用いて照明を
行うと、最適開口角がそれより大きな条件の装置には使
用可能であるが、図８のタイムチャートに例示されるよ
うに、固体撮像素子の有効受光期間中に照明が行われな
い無駄時間が発生する。

【０００８】開口角が最も小さなものに三色フィルタの
形状を合わせると、すべての条件下で使用可能になる
が、照明の利用効率がさらに極端に下がって、例えば３
分の２以上の光を無駄にすることになる。その結果、必
要以上に強力な光源装置を搭載し、消費電力が増大する
と共に、装置が大型化するという欠点がある。

【０００９】そこで、特開平１−２１７４１３号のもの
では、回転フィルタをカセット式にして最適なものに取
り替えて使用するようにしているが、使用する内視鏡の
種類が変わる毎にカセットを交換する繁雑さがあり、ま
た機構が複雑になって製造コストが相当に高くなってし
まう欠点がある。

【００１０】一方、特開昭６３−３０９９１２号に記載
された発光素子方式の電子内視鏡装置では、映像が暗い
ときは発光ダイオードの点灯回数を増やし、明るいとき
には減らすという簡単な照明制御しか行っていなかった
ので、発光ダイオードの利用効率が低く、また、上述の
ライトガイド方式と同様に一律の動解像度しか得ること
ができない。

【００１１】そこで本発明は、固体撮像素子の画素数の
異なる各種電子内視鏡を用いても、常にその電子内視鏡
の特性に合わせて最も明るく効率のよい照明をすること
ができる電子内視鏡装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の電子内視鏡装置は、照明光を被写体に向け
て発光する発光素子と、上記発光素子で照明された被写
体の像を撮像して電気信号に変換して出力する固体撮像
素子とを内視鏡挿入部の先端に設け、上記発光素子と上
記固体撮像素子の動作を制御するための制御手段を上記
内視鏡が接続されるビデオプロセッサに設けた電子内視
鏡装置において、上記固体撮像素子の画素に関する情報
を記憶した画素情報記憶手段を上記内視鏡側に設け、上
記内視鏡が上記ビデオプロセッサに接続されたとき、上
記制御手段が、上記画素情報記憶手段から画素情報を入
力して、その画素情報に基づいて上記発光素子と固体撮
像素子の動作を同期して制御することを特徴とする。そ
して、上記制御手段が、上記固体撮像素子からの信号読
み出しを、上記発光素子の消灯直後に行うように制御す
るとよい。

【００１３】なお、上記固体撮像素子としてフルフレー
ム構造の電荷結合素子を用い、上記制御手段が、上記固
体撮像素子からの読み出し信号と上記発光素子の消灯信
号とを同期して制御するようにしてもよく、上記固体撮
像素子としてフレームトランスファ方式の電荷結合素子
を用い、上記制御手段が、遮光された蓄積部への上記固
体撮像素子からの転送信号と上記発光素子の消灯信号と
を同期して制御するようにしてもよい。

【００１４】

【実施例】図面を参照して実施例を説明する。図２は、
本発明の第１の実施例の電子内視鏡１の挿入部の先端の
正面図であり、先端面には、観察像を得るための観察窓
３と並んで、観察窓３を通しての観察視野を照明するた
めの照明窓４が配置されている。５は鉗子チャンネルの
出口、６は送気ノズル、７は送水ノズルである。

【００１５】図３は、その電子内視鏡１の挿入部の側面
断面を略示しており、観察窓３の内部には対物光学系１
０が配置されていて、その対物光学系１０による被写体
の結像位置に、例えばモノクロタイプのＣＣＤ（電荷結
合素子）からなる固体撮像素子１１が配置されている。

【００１６】照明窓４の内部には、配光角を整えるため
の照明光学系８が配置されていて、その奥に、例えば図
４に示されるような発光特性の、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、
青（Ｂ）の三色の発光部９Ｒ，９Ｇ，９Ｂを有する、一
チップの発光ダイオード（ＬＥＤ）９が配置されてい
る。ただし、三色の発光ダイオードを別々に設けてもよ
く、発光ダイオード以外の発光素子を用いてもよい。

【００１７】なお、図３は略示図なので、発光ダイオー
ド９の三色の発光部９Ｒ，９Ｇ，９Ｂが側方に張り出し
て図示されているが、実際には照明光学系８の軸線近く
に三つの発光部９Ｒ，９Ｇ，９Ｂが寄せ集めて配置され
ている。

【００１８】ビデオプロセッサに接続されるコネクタ１
３には、固体撮像素子１１に入出力される信号の増幅な
どを行う駆動回路１４が設けられていて、その駆動回路
１４に接続された端子１５と、発光ダイオード９の各色
発光部９Ｒ，９Ｇ，９Ｂに接続された端子１６とが、ビ
デオプロセッサに接続されるように配置されている。

【００１９】また、その電子内視鏡１に用いられている
固体撮像素子１１の、水平画素数、垂直画素数及び分光
感度などの画素情報を格納した読み出し専用メモリ（Ｒ
ＯＭ）がコネクタ１３に内蔵されていて、端子１８によ
ってビデオプロセッサ側に接続されるように配置されて
いる。

【００２０】図１は、コネクタ１３が接続されるビデオ
プロセッサ１９に設けられた制御回路を示しており、ビ
デオプロセッサ１９にコネクタ１３が接続されると、Ｒ
ＯＭ１７から、電子内視鏡１の画素情報が中央演算装置
（ＣＰＵ）などを内蔵するシステムコントローラ２０に
入力される。

【００２１】システムコントローラ２０は、その画素情
報に基づいて、発光ダイオード駆動回路２１を制御し
て、発光ダイオード９の三色発光部９Ｒ，９Ｇ，９Ｂ
を、順にくり返し駆動する。また、発光ダイオード９の
三色発光部９Ｒ，９Ｇ，９Ｂの駆動と同期して、固体撮
像素子駆動回路２２を動作させて、固体撮像素子１１を
駆動する。

【００２２】図５は、発光ダイオード駆動回路２１の一
例を示しており、システムコントローラ２０の赤色発光
制御信号出力端にデジタルアナログ変換器２１１Ｒが接
続され、アナログ信号に変換された制御信号がバッファ
２１２Ｒを経由してトランジスタ２１３Ｒのベースに入
力されて、発光ダイオード９の赤色発光部９Ｒに駆動電
流を流させる。図５に示されるように、緑色発光部９Ｇ
と青色発光部９Ｂの制御のためにも、それと同様の回路
が併設されている。

【００２３】このような駆動回路２１により、発光ダイ
オード９の各色発光部９Ｒ，９Ｇ，９Ｂの駆動電流や駆
動時間などを変えることによって、各色発光部９Ｒ，９
Ｇ，９Ｂの発光量を変えて、固体撮像素子１１の光電荷
蓄積量を変えることができる。

【００２４】図１に戻って、固体撮像素子１１から映像
信号を含んで出力された撮像信号は、増幅器２３で増幅
された後、サンプルホールド回路２４で映像信号が抽出
されて、ガンマ補正回路２５でガンマ補正が行われる。
そして、ガンマ補正後の信号が、アナログデジタル変換
回路２６でデジタル信号化される。

【００２５】デジタル信号化された映像信号は、マルチ
プレクサ２７によって発光ダイオード９及び固体撮像素
子１１の駆動と同期して切り換えられて、順次、赤
（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各色に対応したフレーム
メモリ２８Ｒ，２８Ｇ，２８Ｂに格納される。

【００２６】フレームメモリ２８Ｒ，２８Ｇ，２８Ｂに
格納された各信号は、同時に読み出されて、各々デジタ
ルアナログ変換回路２９Ｒ，２９Ｇ，２９Ｂでアナログ
の色信号に変換される。

【００２７】そして、その三色の色信号は、各々三原色
信号として出力されると共に、それと並列に、ＮＴＳＣ
エンコーダ３０に入力されてＮＴＳＣ方式の複合ビデオ
信号に変換されてモニタに出力される。

【００２８】このような装置において、システムコント
ローラ２０は、固体撮像素子１１からの信号読み出し
を、図６に示されるように、発光ダイオード９の必要な
点灯時間が終了した直後、即ち発光ダイオード９の消灯
直後から始まるように制御する。

【００２９】固体撮像素子１１としてフルフレーム構造
の電荷結合素子を用いたときは、固体撮像素子１１から
の読み出し信号と発光ダイオード９の消灯信号とを同期
して制御し、固体撮像素子１１としてフレームトランス
ファ方式の電荷結合素子を用いたときは、遮光された蓄
積部への固体撮像素子１１からの転送信号と発光ダイオ
ード９の消灯信号とを同期して制御する。

【００３０】また、発光ダイオード９の点灯は、固体撮
像素子１１の全画素からの信号読み出し（転送）終了と
同時に開始させる。固体撮像素子１１からの信号出力に
要する時間は、ＲＯＭ１７から読み込まれた画素情報か
ら、システムコントローラ２０において算出される。

【００３１】このような制御により、図８に示されるよ
うな、固体撮像素子１１の状態が照明可能な期間中に照
明が行われていない無駄時間を無くして、照明の利用効
率を１００パーセントにすることができる。

【００３２】なお、固体撮像素子１１からの信号読み出
しタイミングはＮＴＳＣやＰＡＬの同期信号とは非同期
であるが、フレームメモリ２８Ｒ，２８Ｇ，２８Ｂに格
納されて同時化された映像信号を、ＮＴＳＣやＰＡＬの
同期信号に同期して読み出して標準映像信号とすること
ができる。

【００３３】なお、固体撮像素子１１の画素数が少ない
ときは、固体撮像素子１１からの信号読み出し時間が短
いので、図７に示されるように、信号読み出しと照明の
サイクルが短くなり、その結果、フレームレートが上が
り、動画質が向上する。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、使用される電子内視鏡
の固体撮像素子の画素情報に基づいて発光素子と固体撮
像素子の動作が同期して制御されるので、照明の効率を
大幅に向上させることができ、固体撮像素子の画素数の
異なる電子内視鏡を用いても、常に効率が良くて明るい
照明を省電力で実現することができる。

【００３５】そして、使用される電子内視鏡の種類が変
われば、照明状態の切り換えが電子的に行われるので、
機械的な操作が不要で操作が非常に容易であり、機構上
の誤差や不安定要因がなくなって、装置を小型化でき、
信頼性も向上する。

【００３６】また、固体撮像素子の画素数が少ないとき
は、固体撮像素子からの信号読み出し時間が短いので、
フレームレートが上がり、その結果動画質が向上する効
果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の制御回路ブロック図である。

【図２】本発明の実施例の電子内視鏡の挿入部先端の正
面図である。

【図３】本発明の実施例の電子内視鏡の側面略示図であ
る。

【図４】本発明の実施例の発光ダイオードの発光特性線
図である。

【図５】本発明の実施例の発光ダイオード駆動回路図で
ある。

【図６】本発明の実施例のタイミングチャート図であ
る。

【図７】本発明の実施例のタイミングチャート図であ
る。

【図８】従来例のタイミングチャート図である。

【符号の説明】

１ 電子内視鏡 ９ 発光ダイオード ９Ｒ，９Ｇ，９Ｂ 発光部 １１ 固体撮像素子 １７ ＲＯＭ １９ ビデオプロセッサ ２０ システムコントローラ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】照明光を被写体に向けて発光する発光素子
   と、上記発光素子で照明された被写体の像を撮像して電
   気信号に変換して出力する固体撮像素子とを内視鏡挿入
   部の先端に設け、上記発光素子と上記固体撮像素子の動
   作を制御するための制御手段を上記内視鏡が接続される
   ビデオプロセッサに設けた電子内視鏡装置において、 上記固体撮像素子の画素に関する情報を記憶した画素情
   報記憶手段を上記内視鏡側に設け、上記内視鏡が上記ビ
   デオプロセッサに接続されたとき、上記制御手段が、上
   記画素情報記憶手段から画素情報を入力して、その画素
   情報に基づいて上記発光素子と固体撮像素子の動作を同
   期して制御することを特徴とする電子内視鏡装置。
2. 【請求項２】上記制御手段が、上記固体撮像素子からの
   信号読み出しを、上記発光素子の消灯直後に行うように
   制御する請求項１記載の電子内視鏡装置。
3. 【請求項３】上記固体撮像素子としてフルフレーム構造
   の電荷結合素子が用いられていて、上記制御手段が、上
   記固体撮像素子からの読み出し信号と上記発光素子の消
   灯信号とを同期して制御する請求項１または２記載の電
   子内視鏡装置。
4. 【請求項４】上記固体撮像素子としてフレームトランス
   ファ方式の電荷結合素子が用いられていて、上記制御手
   段が、遮光された蓄積部への上記固体撮像素子からの転
   送信号と上記発光素子の消灯信号とを同期して制御する
   請求項１または２記載の電子内視鏡装置。