JPS6053921A - 液晶フイルタを用いた内視鏡用自動調光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、撮像に適した照明強度に自動的に調光可能と
する液晶フィルタを用いた内視鏡用自動調光装置に関す
る。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

近年、内視鏡においても固体撮像素子を用いてブラウン
管等の表示装置に被写体の映像を表示する電子式ｅ！［
−１ｉ６るいは撮像装置が実現化さｉする状況にある。

上記固体撮像素子を用いた電子式の場合には、イメージ
ガイドファイバに光学像を結像するものに比べ、映像を
記録することも容易であるし、高集積化技術の進展と共
に、今後ますます小型にできるという利点を有する。

しかしながら、上記固体撮像素子を用いた場合、撮像面
の受光素子に入射される光量が大きすぎると、周辺に漏
れ、再生画面上においてはにじんでブルーミング現象が
生じ、その部分は像を忠実に再生できなくなると共に、
正規の状態に復帰するまで撮像不能に々るという問題が
ある。

上記ブルーミング現象が生じないように照明光の強度を
光源装置側で機械的に調節できるようにしたものがある
が、内視鏡に用いて体腔内で使用する場合には、被写体
までの距離に応じて調節しなければならないため、ある
いは挿入部の先端側を湾曲した場合体腔壁面との距離は
複雑に変化するため、適尚な照明強度にすることを短時
間で行うことは殆んど不可能になる。

又、体腔内において使用する場合には、患部が体液等で
湿っている場合には反射強度が大きくなシ、患部の状態
によっても適切々照明強度は異る。

逆に、照明強度が小さすぎると、患部を鮮明に撮像する
ことができなくなシ、診断に支障を来たすことになる。

〔発明の目的〕

本発明は上述した点にかんがみてなされたもので、ブル
ーミンク現象が住じることを防止すると共に、撮像に適
した照明強度に自動的に調光可能とする液晶フィルタを
用すた内視鏡用自動調光装置を提供することを目的とす
る。

〔発明の概要〕

本発明は固体撮像素子で受光された光量に応じて出力さ
れる電気信号で照明光源から被写体に照射される照明強
度を液晶フィルタを用いて可変調節することによって、
自動的に観察に適した照明光にできるようになっている
。

〔発明の実施例〕

以下、図面を参照して本発明を具体的に説明する。

第１図および第２図は本発明の第１実施例に係シ、第１
図れ第１実施例を備えた内視鏡装置全体を示し、第２図
は電圧の印加によシ遮光部の面積が拡大する液晶フィル
タを示す。

第１実施例を備えた内視鏡装置（内視鏡）１は、細径の
挿入部２の先端側に結像用の対物レンズ３が配設され、
該対物レンズ３の結像位置にその撮像面が臨むようにＣ
０Ｄ（電荷結合素子）等の固体撮像素子４が配設されて
いる。この固体撮像素子４の撮像面には各受光素子を３
原色の各波長の光のみを、それぞれ透過する図示しない
モザイク状の３原色フィルタが取付けてあシ、該固体撮
像素子４に印加されるクロック信号によって、例えば３
つの出力端からそれぞれ赤、緑、青の透過フィルタを通
した各画素に対応した信号が順次出力されるようになっ
ておシ、該信号は低雑音指数の前置増幅器（プリアンプ
）５で増幅され、信号ケーブル６を経て後方の色増幅器
７Ｒ，７Ｇ、７Ｂでさらに充分増幅されるようになって
いる。

上記固体撮像素子４に、受光されて各画素に対応する信
号読み取り用に印加されるクロック信号は、信号読取多
回路８から出力され、該クロック信号は基準発振器９の
基準信号によって形成される。

又、上記基準信号は、水平偏向回路１０及び垂直偏向回
路１１にそれぞれ入力されて、水平及び垂直偏向信号が
それぞれ形成され、カラーブラウン管１２のＸ及びＹ偏
向端子に印加されるようになっておシ、各色増幅器７Ｒ
，７Ｇ、７Ｂから出力される赤、緑及び青の各色信号Ｒ
、Ｇ　、Ｂを水平及び垂直に掃引し左からカラーブラウ
ン管１２に表示するように構成されてめる。

ところで、内視鏡装置１の挿入部２内には、照明光伝達
用のライトガイド１３が挿通され、該ライトガイド１３
の先端（前端）＃ｉ挿入部２の先端部内壁に固定され、
その前方の照明窓部は配光レンズ１４で開基されている
。このライトガイド１３は、その後端側か挿入部２の後
端側から延出されたライトガイドケーブルを介して光源
装置１５に着脱自在で装着できるように女っている。

上記光源装置１５内には照明用ランプ１６が配設され、
該ランプ１６の照明光は反射鏡１７で反射されて略平行
な光束にされ、さらにコンデンサレンズ１８で集光され
てライトガイド１３の後端面（入射端面）に照射される
ようになっている。

上記ランプ１６とコンデンサレンズ１８との間の光路に
は電圧の印加によって、該電圧が印加された電極間の液
晶部分が遮光部となシ、光を透過する透光部の面積が可
変制御される液晶フィルタ（液晶板）２０が配設されて
いる。

この液晶フィルタ２０には例えばｎ個の電極が設けられ
、該電極は色信号Ｒ，Ｇ、Ｂを加算器２１で加算し積分
回路２２を経たアナログの出力信号を取り込み、例えば
基準レベルを段階的にｎ個設けた比較器を通してｎ進の
ディジタル量として信号を出力する液晶駆動回路２３の
ｎ個の出力端が接続されて、自動調光手段が構成されて
いる。

上記液晶フィルタ２０ば、一方の面金域に透明電極が形
成され、他方の面には例えば第２図に示すようにストラ
イプ状に０本の透明電極が隣接するように形成され、さ
らに一定間隔ごとに繰シ返すように形成さｆ′Ｌ％一定
間隔をおいてそれぞれ対応する各ストライプ状電極は互
いに導通されて全体として０本の電極にしておる。

上記液晶フィルタ２０は、液晶駆動回路２３から出力さ
れるｎ個の信号のハイレベルの数によって、電圧が印加
される電極数が変化し、第２図に示すようにハイレベル
の数がＯの場合（同図（ａ））から多くなるにつれて同
図（ｂ）　６るいはさらに多くなった場合の同図（Ｃ）
に示すように、透光部の面積が順次狭くなるようになっ
ている（遮光部の面積が順次広くなるようになっている
）。

尚、第２図において梨地状部分がストライプ状の透明電
極部分で、斜線で示す部分が、ハイレベルの電圧が印加
されて遮光部となった状態を示す。

尚、上記加算器２１は個々の各色信号Ｒ，Ｇ、Ｂで調光
すると均一化されてカラー映像が無色（白色）化してし
まうのを防止するものであシ、積分回路２２は、各受光
素子の信号出力が１フレ一ム期間に受光された光量に応
じた信号を出力するものであるので、その信号による調
光を適切に行うために１フレ一ム期間積分するようにし
たものである。

このように構成された本発明の第１実施例の動作を以下
に説明する。

上記内視鏡装置ｌの挿入部２を体腔内に挿入し、患部等
の被写体を見易い状態で観察できるように挿入部２の先
端部を固定する。

この状態での照明用ランプ１６の照明光は、液晶フィル
タ２０の透光部を通シ、ライトガイド１３の入射端に照
射され、該ライトガイド１３の先端の出射端から被写体
を照明する。しかして被写体で反射された光は、固体撮
像素子４の各受光素子で受光され、電気信号に変換され
た信号は、クロック信号で順次読み出され、プリアンプ
５及び色増幅器７Ｒ，７Ｇ、７Ｂで増幅後、モニタ用の
カラーブラウン管１２に水平及び垂直偏向出力で掃引さ
れながら表示される。

この場合、被写体としての患部に近すぎたり、患部の一
部が光を強く反射する等して照明強度が大きすぎると、
固体撮像素子４の受光素子から出力される信号レベルも
大きくなるので、色増幅器７Ｒ，７Ｇ、７Ｂから出力さ
れる色信号Ｒ、Ｇ　、Ｂを加算器２１で加算し、さらに
積分した調光用信号のレベルが大きくなり、該レベルの
大きさに応じて液晶駆動回路２３のｎ個の出力端から出
力される信号におけるノ・イレベルの数が増大し、この
ノ・イレベルの信号によって、液晶フィルタ２０の遮光
面積が増大し、ライトガイド１３を経て患部を照明する
照明光の強度が低下し、色信号Ｒ，Ｇ。

Ｂの出力レベルは低下して明るすぎることなくカラーブ
ラウン管１２に表示される。又、色信号Ｒ。

Ｇ、Ｂの出力レベルが小さい場合には、液晶フィルタ２
０の遮光面積が小さくなシ、大きな照明強度で患部を照
明し、明るく（コントラストのある）ＳＮ比の大きい画
像の撮像及び再生が可能になる。

従って、従来例のように手動による調整作業等を必要と
せず、自動的に常に見やすい状態で診断でき、的確な診
断をすることができる。

又、調光しないと、ブルーミング現象を生じるような過
度の照明状態であっても、速やかに自動調光機能が働い
てブルーミング現象が生じることを防止できる。又、比
較的簡単な構成で且つ低コストで実現できる。

第３図は本発明の第２実施例を備えた内視鏡装置を示す
。

この実施例を備えた内視鏡装置３１においては、モノク
ローム（白黒）の固体撮像素子４′が用いられ、一方光
源装置１５においては、３原色の各色（波長）の光でＩ
諏次照明できるように、照明ランプ１６とコンデンサレ
ンズ１８との間の光路上に、液晶フィルタ（液晶板）２
０′に密着して３原色フィルタ３２が配設しである。

上記３原色フィルタ３２は、例えば第４図に示すように
ストライプ状に赤の色の光のみを通す赤透過フィルタ３
２Ｒ１緑の色の光のみを通す緑透過フィルタ３２Ｇ１青
の色の光のみを通す青透過フィルタ３２Ｂが順次繰シ返
すように配列して形成されている。

しかして、この３原色フィルタ３２に接するように配設
されている液晶板２０′は、各色の透過フィルタ３２Ｒ
、３２Ｇ　、　３２Ｂにおけるストライプ状部分に接す
る部分が上記第１実施例のようにｎ個の電極に分割され
てお９（第５図参照）、同色のフィルタ部分に接する対
応する各電極部分はそれぞれ導通し、各色の透過フィル
タ３２Ｒ、３２Ｇ　、　３２Ｂに対してそれぞれｎ個の
電極が形成され、これら電極に印加されるー・イレベル
の電圧によって遮光部が形成され、透過光量を可変して
被写体への照明強度あるいけ固体撮像素子４′で受光さ
れる光量を可変できるようになっている。

ところで、上記３原色フィルタ３２及び液晶板２０′の
組合せで各色の光で照明された被写体からの反射光が受
光される固体撮像素子４′は、プリアンプ５で増幅され
、さらに信号ケーブル６を介して色増幅器７′でさらに
増幅され、マルチプレクサ３３を経て各色フレームメモ
リ３４Ｒ、３４Ｇ　、　３４Ｂに記憶されるようになっ
ている。

又、上記マルチプレクサ３３で切換えられて導通されて
フレームメモリに書き込まれる色信号Ｒ２Ｇ、Ｂは、加
算器２１及び積分回路２２を介し、それぞれ色補正用の
半固定増幅器３５Ｒ、３５Ｇ　、　３５Ｂをそれぞれ経
て液晶駆動回路２３Ｒ、２３Ｇ　、　２３Ｂの入力端に
それぞれ印加されるようになっている。上記マルチプレ
クサ３３は、信号読取り回路８のクロック信号に基づい
て各色での１フレ一ム分の画素の信号読み取りのたびに
切換え信号が出力される色切換回路３６によって制御さ
れ、又、この切換信号は各液晶駆動回路２３Ｒ、２３Ｇ
　、　２３Ｂにマルチプレクサ３７を介して切換信号が
制御端に印加されるようになっている。この場合、切換
信号が印加されない液晶駆動回路はその回路内あるいは
付加されたアナログスイッチ等を介してｎ個の出力端金
てがハイレベルの電圧を出力し、該出力端に接続された
液晶板２０′の電極を全て遮光するよ５になっている。

尚、３原色フィルタ３２における２つのフィルタが組合
わせを変えながら上記状態に設定されることになシ、残
部の１つのフィルタが自動調光機能に関与することにな
る。

ところで、上記各フレームメモリ３４Ｒ、３４Ｇ　。

３４Ｂは、ディジタルメモリである場合には、Ｌ０変換
器を介装して書き込まれ、読み出された場合にはＤ／Ａ
変換器を経てアナログ量にされて後、カラーブラウン管
１２に表示される。

又、上記各色フレームメモリ３４Ｒ、３４Ｇ　、　３４
Ｂはマルチプレクサ３３で導通されたものが書き込みモ
ードにされ、導通されない残部の２つ（１つでもよい）
が読み出しモードとなシアドレス信号によって（ディジ
タルメモリの場合）指定されたメモリアルの内容が順次
読み出され（アナログ量にされた後）増幅されてカラー
ブラウン管１２に表示される。この表示される色（の組
合わせ）は順次変わり、視覚上カラー映像（画像）とし
て視認されるようになっている。

尚、半固定増幅器３５Ｒ、３５Ｇ　、　３５Ｂは、照明
ランプ１６の発光スペクトル分布特性、ライトガイド１
３の伝達特性、固体撮像素子４′の感光特性等を考慮し
て適正な色合いでのカラー撮像あるいはカラー再生像を
得ることができるように、各色に対して独立に増幅度を
設定して色補正できるようになっている。

このように構成された第２実施例によれば、最初例えば
マルチプレクサ３３が第３図に示すように赤のフレーム
メモリ３４Ｒと導通すると、この赤色に対する液晶駆動
回路２３Ｒが動作可能な状態になシ、他の液晶駆動回路
２３Ｇ　、　２３Ｂの各ｎ個の出刃端は全てハイレベル
の信号を出力して緑及び青透過フィルタ３２Ｇ　、　３
２Ｂに接する液晶板２０′部分は遮光状態になる。従っ
て、ランプ１６の照明光は液晶板２０’の透光部を通シ
、光透過フィルタ３２Ｒで赤の色のみの照明光となシ、
該照明光で被写体を照明する。被写体で反射された光は
対物レンズ３で固体撮像素子４′の撮像面に結像され、
印加されたクロック信号と共に各受光素子の出力信号は
増幅され、マルチプレクサ３３を経て赤のフレームメモ
リ３４Ｈに書き込まれる。マルチプレクサ３３を経た赤
の色の信号Ｒは、上記フレームメモリ３４ＲＫ書き込ま
れるのと同時に、加算器２１及び積分回路２２を経た後
半固定増幅器３５Ｂを経て液晶駆動回路２３Ｒに入力さ
れ、上記赤の色の信号レベルの大きさに応じ、液晶駆動
回路２３ＲＯ１１個の出力端からそのいくつかがハイレ
ベルとなるディジタル信号が出力され、該−イレベルの
ディジタル信号が印加された液晶板２０′の電極部分が
遮光部となり、該液晶板２０′を透過する光量が減少し
て被写体への照明強度が減少する。従って、上記赤のフ
レームメモリ３４Ｒに書き込まれる赤ノ色信号Ｂは、速
やかに自動調光されて大きすぎた）、小さすぎたシする
ことなく適宜のレベルとなる。

このようにして赤の色の照明のもとで、１フ一一部分の
画像の書き込みを終えると、マルチプレクサ３３は緑の
フレームメモリ３４Ｇと導通し、且つマルチプレクサ３
７は液晶駆動回路２３Ｇを動作状態にし、上述したよう
に緑の色の照明のもとて自動調光する。

上記縁の色信号Ｇをフレームメモリ３４ＧＫ書！込んで
いる間に、他のフレームメモリ３４Ｒ、３４Ｂは読み出
され、カラーブラウン管１２に表示される。（この場合
フレームメモリ３４Ｂにはまだ青の色信号Ｂのデータが
書き込まれてないので、このフレームメモリ３４Ｂにデ
ータが書き込まれるまで、青の色に関する信号は出力さ
れないで、ノイズが出力される可能性がおる。従って、
このノイズが現われないようにデータが書き込まれるま
で一時表示を停止しても良い。） このように自動調光手段が形成しであるので、被写体と
の距離が近くて照明強度が大きすぎる場合にも、自動的
に適正レベルに設定される。従って、術者は調整する手
間を必要とせず、適正な明るさくコントラスト）での撮
像及び再生が可能になる。又、ブルーミンク現象も防止
でキル。

第６図は本発明の第３実施例に係る内視鏡の挿入部先端
側を示す。

この第３実施例を備えた内視鏡４１においては、上記第
２実施例における３原色フィルタ３２及び液晶板２０′
が、光源装置内に収納しないで、ライトガイド１３の前
端面と、該前端面から照９光が出射される光路前方の配
光レンズ１４との間で、例えば該配光レンズ１４の瞳位
置に配設され、リード線束４２を介して（第３図に示す
）液晶駆動回路２３Ｒ、２３Ｇ　、　２３Ｂに接続され
ている。

この実施例の作用効果は上記第２実施例と同様のものと
なる。

第７図は本発明の第４実施例に係る内視鏡挿入部の先端
側を示す。

この実施例の内視鏡５１においては、上δ己第３実施例
におけるライトガイド１３を用いないで、該ライトガイ
ド１３の前端周辺部で、３原色フィルタ３２及び液晶板
２０′の後方に発光ダイオード（３原色を含むもので、
単数に限定されるものでなく、複数個用いても良い。）
あるいはランフ°５２が配設されている。この他は、上
記第４実施例と同様の構成である。この実施例も上暑己
第３実施例と同様に小さな挿入部２内に収容して使用で
きるという特徴を有する。

第８図は本発明の第５実施例の要部を示す。

この実施例においては、上記第１実施例の反身１鏡に３
原色フィルタ３２及び液晶板６１カミ用いである。

即ち、照明ランプ１６で照明光が照射される光路上に（
位置的には後方）凹面状の液晶板６１と、該液晶板６１
の凹面側に３原色フィルタ３２カニ接着する等して形成
しておる。この場合液晶板６１は、例えば電圧が印加さ
れるとその部分力（透ｊ０６となるものであ夛、印加さ
れないと反射してコンデンサレンズ１８を経てライトガ
イド１３の入射端面にフィルタされた各色の照明光を照
射できるようになっている。

この実施例は上記第２実施例と略同様の作用効果を有す
る。

尚、本発明は上述したものに限定されるものでなく、例
えば液晶フィルタ（液晶板）２０．２０’として透光部
あるいは反射部がストライプ状に形成されているが、こ
れに限定されるものでなく、第９図に示すように円心円
状に形成した液晶フィルタ６２でも良い。即ち、電圧を
印加することにょシ、各同心円（同心円３３ｊ　）　６
２ａ　、　６２ｂ−・−・の部分を透光部から遮光部に
変えた）、反射部から透過部に変えた）できるものであ
る。

さらに網目状に形成したものでも良いし、他の形状でも
良いことは明らかである。この場合、３原色フィルタ３
２との組合わせで用いる場合には、勿論フィルタ３２側
の各色透過フィルタ３２Ｒ、３２Ｇ　。

３２Ｂに応じたものとしなければならないことは明らか
である。

又、上記各色で照明する場合には、必ずしも３原色で構
成しなければ々らないものでなく、他の組合わせでも可
能である。

尚、本発明は上述した構成の内視鏡１，３１，４１゜５
１等に限定されるものでなく、例えば上記第３図に示す
第２実施例において、フレームメモ！７３４Ｒ。

３４Ｇ　、　３４Ｂ等を用いることなく実時間で再生す
る構成にすることもできる。

尚、上述した各実施例を組合わせたものも本発明に属す
るものである。

尚、上述した実施例は、被写体に照射される照明強度を
調整しているが、固体撮像素子４，４′の撮像面の前に
液晶フィルタ（液晶板）２０．２０’を配設して受光量
を制御して自動調光手段を形成することもできる。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、受光素子から出力さ
れる信号に基づいて液晶フィルタを用いて被写体への照
明強度を調整する自動調光手段を形成しておるので、プ
ルーミング現象を生じることなく、且つ適度の明るさで
撮像及び再生ができる。従って、被写体との距離を変え
た場合にも速やかに照明強度を自動的に適度のものにで
き、調光作業を必要としないし、患部等被写体を明瞭に
観察でき、的確な診断をすることができることになる。

又、簡単な構成で、且つ小さなスペース内にも収納でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の第１実施例に係シ、第１図
は第１実施例が適用された内視鏡装置全体の構成を示す
説明図、第２図は液晶フィルタを示し、同図（ａ）は電
圧が印加されない状態を示す説明図、同図（ｂ）は２つ
の電極に電圧が印加された場合での遮光部を示す説明図
、同図（Ｃ）は多数の電極に電圧が印加された場合での
遮光部を示す説明図、第３図ないし第５図は本発明の第
２実施例に係シ、第３図は第２実施例が適用された内視
鏡装置全体の構成を示す説明図、第４図は３Ｍ色フィル
タを示す正面図、第５図は液晶板を示す説明図、第６図
は本発明の第３実施例の要部を示す概略断面図、第７図
は本発明の第４実施例の要部を示す概略断面図、第８図
は本発明の第５実施例の要部を示す概略断面図、第９図
は液晶フィルタの他の実施例を示す説明図である。 １．３１，４１，５１　・・・内視鏡（装置）、２・−
挿入部、　３・・・対物レンズ、４．４′・・・固体撮
像素子、５・・・プリアンプ、７Ｒ，７Ｇ、７Ｂ・・・
色増幅器、 ８・・・信号読取多回路、９−・・基準発振器、１２−
・カラーブラウン管、１３・・・ライトガイド、１４−
・・配光レンズ、１５・・・光源装置、１６・・・照明
ランプ、１７・・・反射鏡、１８−・コンデンサレンズ
、 ２０．２０’、６１．６２・・・液晶フィルタ（液晶板
）、２１・・・加算器、　２２−・・積分回路、２３．
２３Ｒ，２３Ｇ、２３Ｂ・−・液晶駆動回路、３２・−
・３原色フィルタ、３３．３７−・・マルチプレクサ、
第６図 ４１ 第８図 ６２　６１ 第７図 第９図 手　続　補　正　Ｓ　（自発） 特許庁長官　若杉和　夫殿 １、事件の表示 昭和５８年特許願第１６３５９０号 ２、発明の名称 液晶フィルタを用いた内視鏡用自動調光装置３、補正を
する者 事件との関係　特許出願人 代表者　北　村　茂　男 ５、補正命令の日付　自　発 １、明１ＩＩＩＩ書の第１３ページの第１９行目ないし
第１４ページの第８行目にある「又、上記各色・・・に
なっている。」を削除する。 ２、明細書の第１５ページの第１４行目に「・・・上記
赤の色の信Ｊとあるのを「・・・前記積分回路２２から
の信」に訂正する。 以　上

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）照明された被写体を結像光学系にて固体撮像素子
   の撮像面に結像し、表示装置にて被写体像を再生可能と
   する内視鏡において、前記撮像面に配列された各受光素
   子を経て出力される信号に基づき、被写体を照明する光
   路の途中に配設された液晶フィルタを透過又は反射する
   光量を可変制御する調光手段を設けたことを特徴とする
   液晶フィルタを用いた内視鏡用自動調光装置。
2. （２）前記調光手段は、光源装置内の照明光源からライ
   トガイドの入射端に照明光が照射される光路の途中に、
   配設され、前記受光素子の出力信号のレベルに応じたデ
   ィジタル信号出力によって遮光部又は反射部の面積が制
   御されることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   液晶フィルタを用いた内視鏡用自動調光装置。
3. （３）前記液晶フィルタは、内視鏡の挿入部先端側の照
   明光が出射されるライトガイド先端面又はランプ又は発
   光ダイオードの前に配置されたことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の液晶フィルタを用いた内視鏡用自
   動調光装置。