JPS62111226A - 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　ｍ５ｅｃ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
いために生じるもち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
１ツバ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、奇数フィールドのテレビ映像信号の
積分値と、偶数フィールドのテレビ映像信号の積分値と
から、各フィ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名ことにより、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、接眼部を持たない繰作本体１１と、この繰作本体１
１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１８
ａ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、繰作本体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２゛１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の能力の端部１８ｂに供給さ
れる。

また、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３ツバ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。

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

これらチョッパ制御回路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、本腔内壁の像
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１０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。

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の遍蔽部２６ｂが遮ぎってい
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。

チョッパ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っている。

過渡期の制御は以下の通りである。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。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５
３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５
１から受けた最後の水平同期信号Ｓｈと、最初の等化信
号ｓｐど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３０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ィール
ド走査のための垂直同期信号Ｓν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、回転しているチョッパ２６
に光を照射しその反射光を充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、フンパレータ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。

チョッパ制御回路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Ｓ
ｓｄ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Ｌ；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って生じる寸法誤差、
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、安定期におけるチョッパ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、フンパレータ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った時に、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
ィールド積分回路６１で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し、偶数フィール
ド積分回路６２で偶数フィールド走査のテレビ映像信号
ＳＬ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。

上記セレクタ６３は、奇偶切換回路６４によって切り換
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、ト記セレクタＳ３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ハ、
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６
６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Ｓ６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Ｌ＋ｎを比較して、その偏差
信号Ｓｅを出力する。以下、チョッパ制御回路４０では
、この偏差信号Ｓｅに基づいて前述と同様にして、チョ
ッパ２６の回転速度を制御する。なお、上記修正明度差
信号Ｓ［０’には、明度差信号Ｓ＋ｎ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ョッパ２６の制御則において、固体
撮像素子〕６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、鮮明にすることができる。

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
る欠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
の明かるさか異なるため、ちらつきか生じたり、画質か
゛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、奇偶フィールド
走査の映像の明度差に基づいてチョッパ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、特性の変化があっても、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
映像にもらっ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、チョッパ２６
か゛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
奇数フィールド走査に供されるべぎ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ョ／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５
７′に送出し、コンパレータ５７′では、速度レベルＬ
ｖ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
って、モータ２５の駆動初期では、明度差にる制御を行
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５ｓｃｌ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。

チョッパの窓は、等角度間隔をなして複数あってもよい
。この場合、チョッパが１回転する際に、窓の数のフレ
ーム走査を行なう。

チョッパは、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、チョ
ッパにカム７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繰作本体
外に導き、その他端面に固体撮像素子を配置してもよい
。

モータの出力軸にタコジェネレータを設け、このタコジ
ェネレータによっ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ィスクで記録し
たり、７−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１こ、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−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、固体撮像素子が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とる
。

（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、各フィー
ルド走査の映像信号の積分値により、各フィールド走査
の映像の明度差を検出し、この明度差に基づいて、チョ
ッパを制御するから、照明光パルスの中心を、奇偶いず
れかの一方のフィ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図はタイムチャート図である。また、
第５図は本発明の・池の実施例を示す第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・・・チョッパ、３０・・・映像回路、３３・
・・モニターテレビ、４０・・・チョッパ制御回路、５
０・・・同期回路、６１・・・奇数フィールド積分回路
、６２・・・偶数フィールド積分回路、６５・・・フン
パレータ

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、奇数フィールドのテレビ映像信号の積分値と、偶数
   フィールドのテレビ映像信号の積分値とから、各フィー
   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。