JPS62111225A - 電子内視鏡装置における照明光供給方法 - 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】 （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
内壁に反射して戻ってきた光を、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充電変
換し、これによっ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　、１　＋ｎ５ｅｃ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っている。すなわち、
奇数回目および偶数回目の２回のフィールド走査で、１
フレーム走査を行なっている。まず、奇数回目のフィー
ルド走査で粗く水平走査し、偶数回目のフィールド走査
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、各フィ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ィールド
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、光学ディスクに記録した
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回のフィール
ド走査時間（１／６０秒）にわたっ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。

したがって、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
っ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、カメラのシャッター
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、カメラではシャッターが開いている時間にフィル
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
回のフィ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って現われてしまう。

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
ればシャッターの開す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、画質が悪くなってしまう。　　　
− （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、内視鏡の固体撮像素子で得られた画像信
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
置されたチョッパをモータ駆動により移動させ、このチ
ョッ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、チョッパの特定箇所を位置センサに
より検出して検出位置信号を得、この検出位置信号とモ
ニターテレビの１フレーム走査に対応して生じるフレー
ム同期信号との位相差を検出し、この位相差が設定位相
差と等しくなるように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が一方のフィー
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５図を一参照して
説明する。第１図中１０は内視鏡であり、この内視鏡１
０は、接眼部を持たない繰作本体１１と、この揉作本本
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１２ｂ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ＣＯＤ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１６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１
８ａと光学的に接続されている。

操作木本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の池端部は処理ボックス２
０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を通って
処理ボックス２０内に至る。

処理ボックス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Ｉｓ、維束１８の地方の端部１８ｂに供給
される。

まだ、処理ボックス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ョッパ２６の中央部
が固定されている。このチョッパ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、池の周辺部が遮蔽部２６ｂとなっている。チョッパ
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
を横切るようになっている。チョッパ２６の近傍には、
チョッパ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、処理ボックス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１６に接ａ−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。

処理ボックス２０内には、さらにチョッパ制御回路４０
および同期回路５０が内蔵されている。

同期回路５０では、上記映像回路３０からのテレビ映像
信号Ｓｔと、位置センサ２７からの検出位置信号Ｓｐｏ
とを受けて位相差偏差信号Ｓｅをチョッパ制御回路４０
に出力するものである。チョッパ制御回路４０は、同期
回路５０からの位相差偏差信号Ｓｅを受けて上記チョッ
パ２６の回転速度を制御するようになっている。

第３図に示すように、上記チョッパ制御回路・↓０は、
速度設定回路４１と、速度検出回路４２とコンパレータ
４３と、モータ駆動回路４４とを有している。

上記同期回路５０は、水平同期信号分離回路５１と、垂
直同期信号分離回路５２と、フレーム同期信号発生回路
５３と、位相差偏差信号発生回路５４と、位相差設定回
路５５とを有している。上記位相差検出回路５４は、第
４図に示すように、位相比較回路５６と、Ｄ　／　Ａ変
換回路５７と、フンパレータ５８を有している。

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の繰作本体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
。処理ボックス２０内の電球２１の光は光学繊維束１８
を通って、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を通っ
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、上記投影像を充
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３０がらの転
送タイミング信号により１フィ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１０を繰作
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３
１の指令でフレームメモリー３２に記憶し、処理回路３
１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３３に静止映像を映し出す。

上記静止映像は、チョッパ２６の回転で照明光を間欠的
に供給することにより、鮮明になる。以下、その理由を
詳述する。

モータ２Ｓの駆動によりチョッパ２６が回転する。この
チョッパ２６は１回のフレーム走査時間毎に１回転する
。そして、照明光の光束Ａをチョッパ２６の遮蔽部２６
ｂが遮ぎりでいる時には、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。

第５図に示すように、固体撮像素子１６の受光部１６ａ
から記憶部１６ｂへ奇数フィールド走査に供されるべき
画像信号を転送する時点に、上記照明光パルスの供給時
間の中心が一致する。

詳述すると、モータ２５の駆動によりチョッパ２６が回
転するが、位置センサ２７では、チョッパ２６に光を照
射し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を出力する
。

一方、同期回路５０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に送られるようになっている。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、最初の等比信号ｓｐとの時
間差に基づいて奇数のフィールド走査か偶数のフィール
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５２がら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ィールド走査のため
の垂直同期信号Ｓｖを受けた時に、フレーム同期信号Ｓ
ｒを出力する。この結果、フレーム同期信号発生回路５
３では、１回のフレーム走査毎にフレーム同期信号Ｓｆ
を１回出力する。

位相差偏差信号発生回路５４の位相比較回路５６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
Ｓｒと、位置センサ２７がらの検出位置信号Ｓｐｏとを
比較してその位相差信号Ｓｃを出力し、これをＤ／Ａ変
換回路５７でアナログの位相差信号Ｓａに変換してコン
パレータ５８に出力する。コンパレータ５８では、上記
位相差信号Ｓａと、位相差設定回路５５からのアナログ
の設定位相差信号Ｓｄを比較してその偏差信号Ｓｅを出
力する。位相差設定回路５５では、設置位相差の値を手
動で微調節することができる。

チョッパ制御回路４０の速度設定回路４１では、上記位
相差偏差信号Ｓｅを受け、予め設定された速度値とこの
位相差偏差信号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。

フンパレータ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、チョッパ２６の回転速度を制御する。

上記設定位相差は、チョッパ２６の窓部２６ａの中央部
が光束Ａの中央部を通過する時点を、奇数フィールド走
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に、上記
照明光パルスの供給時間の中心が一致する。

固体撮像素子１６の受光部１６ａでは、各フィールド走
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［１１’ｉｌｌ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ィ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
数フィールド走査に供されるべき画像信号の蓄積期間と
、その後の偶数フィ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（
フィールド走査分映像）の重ね合わせによって構成され
る。

したがって、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、鮮明にできる。

上記照明光パルスが奇数回目のフィ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、奇偶のフィ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、位置センサ２７が
らの検出位置信号Ｓｐｏと、フレーム同期信号ＳＦの位
相を比較し、この位相差と設定位相差との偏差に基づい
て、チョッパ２６を自動制御することにより、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。

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、上記実施例の同期回路５０では、位相差設
定回路５５の設定位相差を手動操作により微調節できる
ようにしたが、第６図に示すようにしてもよい。なお、
この実施例において、上記実施例に対応する構成につい
ては、図中同番号を付してその詳細な説明を省略する。

この実施例の同期回路６０では、奇数フィールド走査の
映像と偶数フィールド走査の映像の明度が等しくなるよ
うに上記設定位相差を自動的に微調整することができる
。詳述すると、この同期回路６０は、奇数フィールド走
査のテレビ映像信号Ｓｔを積分してその明度を検出する
奇数フィールド積分回路６１と、偶数フィールド走査の
テレビ映像信号Ｓｔを積分してその明度を検出する偶数
フィールド積分回路６２とを有している。各積分回路６
１．６２は、セレクタ６３を介して映像回路と接続して
おり、テレビ映像信号Ｓｔは奇偶フィールド走査毎にセ
レクタ６３によって、各積分回路６１．６２に振り分け
られるようになっている。セレクタ６３は、奇偶切換回
路６４からの指令により、切り換えを行なう。奇偶切換
回路６４は、垂直同期信号分離回路５１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が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
６３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６１．６２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を位相差設定回路６６へ出力する。位相差設
定回路６６は、上記明度差信号Ｓｍに基づいて設定位相
差を微調整し、この微調整された設定位相差信号を位相
差偏差信号発生回路５４に出力する。

第６図の実施例において、モータ２５の駆動初期の段階
では、チョッパ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っており、奇偶フィールド走査の映
像の明度差が非常に大きいため、この明度差に基づいて
設定位相差を微調整するのは不可能である。このため、
フンパレータ６５と位相差設定回路６６との間にはセレ
クタ６７が介在されている。このセレクタ６７は、モー
タ２５駆動の初期の段階ではコンパレータ６５と位相差
設定回路６６とを遮断しており、位相差設定回路６６で
は予め設定された設定位相差信号を位相差信号発生回路
５４に出力する。位相差偏差信号発生回路５４では、位
相差偏差信号Ｓｅを速度設定回路４１に出力するととも
に、コンパレータ６８にも出力する。コンパレータ６８
では、設定位相差偏差レベルＬと比較し、このレベルＬ
より上記位相差偏差が低くなった時に、切り換え指令信
号をセレクタ６７に送り、セレクタ６７を切り換えてコ
ンパレータ６５と位相差設定回路６６とを接続する。こ
の後、上述した明度差による設定位相差の微調整を行な
う。

また、第７図に示すように、チョッパ７０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２５ａに板カム７１が固定され、板カム７１のカ
ム面７２にカム７オロア７３のローラ７４が当てられて
いる。カム７オロア７３は上記チョッパ７０に固定され
ている。チョッパ７０は図示しない〃イドにより図中左
右方向にスライド可能に支持されている。モータ駆動に
よりカム７１が回転すると、カム面７２の凹部７２ａに
カム７オロア７３が位置した時に、チョッパ７０が右方
向へ移動して照明光の光束Ａから離れるため、照明光パ
ルスを供給でき、カム７オロア７３がカム面７２の池の
部位に位置している時には、チョッパ７０が光束Ａを遮
断する。

観察窓から入射した光を、光学４１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、その池端面に固体撮像素子を配置してもよ
い。

位置センサは光学センサに限らず、例えば近接スイッチ
等でもよい。この場合、チョッパを非磁性材料により形
成し、チョッパの面の特定箇所にマグネットを取付けて
もよい。また、第７図の実施例では、カム７１の特定箇
所を位置センサで検出することにより、チョッパ７０の
位置を間接的に検出することもできる。

モータの出力軸にタフジェネレータを設け、このタフジ
ェネレータによって検出速度信号を得てもよい。

チョッパ２６の窓２６ａまたはカム７１のカム面７２の
四部７２ａは、等角度間隔をなして複数あってもよい。

この場合、チョッパ２６またはカム７１が１回転する際
に、窓２６ａまたは凹部７２ａの数のフレーム走査を行
なう。

モニターテレビ３２の静止映像を光学ディスクで記録し
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７−１′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９たみ出しに関す
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、チョッパ
の位置を検出して、この検出位置信号とフレーム同期信
号との位相差を得、この位相差と設定位相差との偏差に
基づいて、チョッパを制御することにより、照明光パル
スの中心を、奇偶いずれかの一方のフィールド走査に供
されるべき画像信号の転送時点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図から第５図までの図面はこの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
ス供給のだめの電気回路図、第４図は同回路における位
相差偏差信号発生回路の詳細な回路図、第５図はタイム
チャート図、第６図は照明光パルス供給のための電気回
路の池の実施例を示す回路図、第７図は照明光パルス供
給機構の池の実施例を示す正面図である。 １０・・・内視鏡、１１・・・繰作本体、１２・・・挿
入部、１６・・・固体撮像素子、１６ａ・・・受光部、
１６ｂ・・・記憶部、１８・・・光学ｉ細束（照明光伝
達光学系）、２１・・・電球（光源）、２５・・・モー
タ、２６．７０・・・チョッパ、２７・・・位置センサ
、３０・・・映像回路、３３・・・モニターテレビ、４
０・・・チョッパ制御回路、５０・・・同期回路、Ｓ４
・・・位相差偏差信号発生回路、５６・・・位相比較回
路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 内視鏡の固体撮像素子で得られた画像信号を、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ョッ
   パをモータ駆動により移動させ、このチョッパが照明光
   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、チョッパの位置を位置センサにより検出して検出位
   置信号を得、この検出位置信号とモニターテレビの１フ
   レーム走査に対応して生じるフレーム同期信号との位相
   差を検出し、この位相差が設定位相差と等しくなるよう
   に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ィ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。