WO2013125268A1

WO2013125268A1 - 内視鏡装置

Info

Publication number: WO2013125268A1
Application number: PCT/JP2013/050841
Authority: WO
Inventors: 大輔秋山; 鵜澤　勉
Original assignee: オリンパスメディカルシステムズ株式会社
Priority date: 2012-02-21
Filing date: 2013-01-17
Publication date: 2013-08-29
Also published as: US20140055585A1; EP2818096A1; CN103582447B; US8872907B2; EP2818096A4; JPWO2013125268A1; JP5385493B1; EP2818096B1; CN103582447A

Abstract

　観察画像における部分的な明暗やハレーションを抑制し、観察対象の部分的な陰影をも的確に描出して良好な観察を行う。光源から射出された照明光を挿入部（２）先端に導光する導光手段（１１）と、該導光手段を所定周期で振動させることにより、前記挿入部から射出する前記照明光を観察対象に対して二次元走査させる走査手段（１２）と、前記照明光の前記観察対象からの戻り光を受光して、前記走査手段による走査位置と前記戻り光の強度とに基づいて画像信号を生成する撮像手段（２５）と、前記挿入部の長手方向と前記照明光の前記観察対象への射出方向とのなす角度に応じて前記挿入部から射出する照明光の強度を変化させるように前記光源を制御する光源制御手段（２１）と、を備えた内視鏡装置（１）を提供する。

Description

内視鏡装置

　本発明は、内視鏡装置、特に、観察対象に照射する照明光を調節可能な内視鏡装置に関する。

　所謂走査型の内視鏡装置においては、挿入部内に設けられたライトガイドファイバの先端がアクチュエータなどによって振動させられ、これにより光源から導光された照明光がライドガイドファイバから射出され観察対象上に走査される。そして、観察対象上での走査位置と、走査位置において反射した光の強度とに基づいて観察対象の画像を取得することで所望の観察を行う。
　このような内視鏡装置において、観察対象に照射される照明光の強度が１つの画像をなすフレーム内で常に一定である場合には、取得した画像中に暗部やハレーション等が生じやすい。特に、観察対象が消化管等の管腔状構造である場合には画像中心が極端に暗くなる一方、周辺部分が過度に明るくなり、ハレーションが生じやすい。
　このため特許文献１には、取得済みのフレーム像の明暗情報に基づいて、照明光の走査位置に応じた任意のエリアの照明光量を調整する内視鏡装置が記載されている。

特開２０１０－１１５３９１号公報

　しかしながら、特許文献１に記載の内視鏡装置では、取得した画像における明暗が、距離に起因するのか、又は、観察対象の凹凸に起因するのかを区別することができないため、単に明暗に基づいて光量調節を行うこととなる。このため光量調節が適切に行われない虞があり、結果的に、襞や陥没部等の観察対象の特徴的構造を描出することができない場合があるという問題があった。

　本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、観察画像における部分的な明暗やハレーションを抑制し、観察対象の部分的な陰影をも的確に描出して良好な観察を行うことができる内視鏡装置を提供する。

　上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
　本発明の一態様は、光源から射出された照明光を挿入部先端に導光する導光手段と、該導光手段を所定周期で振動させることにより、前記挿入部から射出する前記照明光を観察対象に対して二次元走査させる走査手段と、前記照明光の前記観察対象からの戻り光を受光して、前記走査手段による走査位置と前記戻り光の強度とに基づいて画像信号を生成する撮像手段と、前記挿入部の長手方向と前記照明光の前記観察対象への射出方向とのなす角度に応じて前記挿入部から射出する照明光の強度を変化させるように前記光源を制御する光源制御手段と、を備えた内視鏡装置である。

　上記本発明の一態様に係る内視鏡装置によれば、導光手段を振動させて走査手段により挿入部から射出する照明光を観察対象に対して二次元走査させると、走査位置に応じて挿入部から射出する照明光の射出角度が変化する。特に、走査手段が螺旋状に照明光を走査させる場合、１フレームの画像信号を取得する単位走査期間において、挿入部の長手方向と照明光の観察対象への射出方向とのなす角度の変化が大きく、これは挿入部と観察対象との距離が大きいほど顕著となる。

　そして、挿入部から射出される照明光の強度を一定とすると、挿入部から射出する照明光の射出角度の変化に起因して、取得される観察画像中に明暗差が生じ、挿入部の長手方向と照明光の観察対象への射出方向とのなす角度の変化が大きいほど取得する観察画像中の明暗差が大きくなる。例えば、観察対象が消化管等の管腔状構造である場合には、挿入部から射出する照明光の射出角度が小さく観察画像の中心となる像に照明光が届かない一方、挿入部から射出する照明光の射出角度が大きい挿入部先端周辺部分に過度に照明光が配光されて、ハレーションの原因となる。
　そこで、光源制御手段により挿入部の長手方向と照明光の観察対象への射出方向とのなす角度に応じて挿入部から射出する照明光の強度を変化させるように光源を制御することで、走査期間における配光斑を抑制し、観察画像における部分的な明暗やハレーションを抑制し、観察対象の部分的な陰影をも的確に描出して良好な観察画像を取得することができる。

　上記本発明の一態様に係る内視鏡装置において、前記光源制御手段は、前記角度が大きくなるほど前記挿入部から射出する照明光の強度が小さくなるように前記光源を制御することが好ましい。
　このようにすることで、単位走査期間において、挿入部から射出する照明光の射出角度が小さく、観察画像の中心となる像に対しては相対的に照明光の強度を大きくし、挿入部から射出する照明光の射出角度が大きい挿入部先端周辺部分に対しては相対的に照明光の強度を小さくすることで、取得する観察画像における部分的な明暗差やハレーションを抑制することができる。

　上記本発明の一態様に係る内視鏡装置において、前記光源制御手段は、前記光源から射出される照明光の強度Ｉ１（θ）が、以下の（１）式及び（２）式を満たすよう前記光源を制御することが好ましい。

　ここで、θは、前記挿入部の長手方向と前記挿入部から射出される前記照明光の射出方向とのなす角度であり、Ａは、θ＝０のときの前記挿入部から射出される照明光の強度である。
　このようにすることで、取得する観察画像における明暗差やハレーションを抑制することができる。

　上記本発明の一態様に係る内視鏡装置において、前記導光手段の前記挿入部先端側に配置され、反射防止処理が施された光学部材又は観察角を拡大させる光学部材を備え、前記光源制御手段は、前記角度が大きくなるほど前記光源から前記導光手段へ射出する照明光の強度が大きくなるように前記光源を制御することが好ましい。

　導光手段の挿入部先端側に反射防止処理が施された光学部材又は観察角を拡大させる光学部材を配置した場合には、これらの光学部材により挿入部先端周辺部分の配光ロスが大きくなり周辺部分に配光される照明光の光量が低下する。そこで、例えば、ＡＲコーティング等の反射防止処理が施された光学部材や広角レンズ等の観察角を拡大させる光学部材を導光手段の挿入部先端側に配置した場合には、挿入部から射出する照明光の射出角度が大きくなるほど光源から導光手段へ射出する照明光の強度が大きくなるように光源を制御する。
　このようにすることで、これらの光学部材によって、結果的に、挿入部から射出する照明光の射出角度が小さく、観察画像の中心となる像に対しては相対的に照明光の強度を大きくなり、挿入部から射出する照明光の射出角度が大きい挿入部先端周辺部分に対しては相対的に照明光の強度が小さくなり、取得する観察画像における部分的な明暗差やハレーションを抑制することができる。

　上記本発明の一態様に係る内視鏡装置において、前記光源制御手段は、前記光源から射出される照明光の強度Ｉ２（θ）が、以下の（３）式及び（４）式を満たすよう前記光源を制御することが好ましい。

　上記本発明の一態様に係る内視鏡装置において、前記画像信号に基づいて前記戻り光の強度である輝度情報を検出する輝度検出手段を備え、前記光源制御手段が、前記輝度検出手段による輝度情報に基づいて前記光源を制御することが好ましい。
　このようにすることで、例えば、撮像手段の特性や撮像環境により観察画像全体が暗い場合乃至は明るい場合において、観察画像における部分的な明暗差やハレーションを抑制しながら、観察画像全体の明るさも調節することができ、良好な観察画像を取得することができる。

　本発明によれば、観察画像における部分的な明暗やハレーションを抑制し、観察対象の部分的な陰影をも的確に描出して良好な観察を行うことができるという効果を奏する。

本発明の実施形態に係る内視鏡装置の概略構成図である。本発明の実施形態に係る内視鏡装置の挿入部の概略構成図である。照明光の強度Ｉ（θ）と挿入部から射出される照明光の射出方向とのなす角度θとの関係を示すグラフである。本発明の実施形態に係る内視鏡装置において、観察画像全体の明るさのバランスを示すグラフである。照明光の強度Ｉ（θ）と挿入部から射出される照明光の射出方向とのなす角度θとの関係を示すグラフである。

　以下に、本発明の一実施形態に係る内視鏡装置について図面を参照して説明する。
　図１は、本実施形態に係る内視鏡装置の概略構成図を示しており、図１に示すように、内視鏡装置１は、挿入部２及び本体３を備えている。挿入部２は、ライトガイドファイバ（導光手段）１１、アクチュエータ（走査手段）１２、レンズ１３、及び受光用ファイバ１４を備えている。
　本体３は、光源２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂ、光源制御部（光源制御手段）２１、合波器２２、分波器２３、受光器２４Ｒ，２４Ｇ，２４Ｂ、画像処理部２５（撮像手段）、モニタ２６、輝度検出部２７、走査制御部２８、及び全体制御部２９を備えている。

　ライトガイドファイバ１１は、後述する光源から出射された照明光を挿入部先端に導光し、ライトガイドファイバ１１の挿入部先端側に設けられたレンズ１３は、ライトガイドファイバ１１からの照明光を拡散させて照明光を観察対象に出射する。アクチュエータ１２は、ライトガイドファイバ１１を所定の周期で振動させることにより、挿入部から射出する照明光を観察対象に対して二次元走査させる。アクチュエータ１２としては、例えばピエゾ素子を適用することができ、後述する走査制御部２８からの指令に従って、直交する２方向にライトガイドファイバ１１の先端を共振させることによりライトガイドファイバ１１の先端の向きを変更させ、これにより照明光が観察対象上で螺旋状の走査軌跡を描くようになっている。受光用ファイバ１４は、照明光の観察対象における戻り光を受光する。

　光源２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂは、Ｒ，Ｇ，Ｂの光を夫々出射するものであり、光源制御部２１によって駆動し制御される。光源制御部２１は、光源２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂを駆動し制御するほか、挿入部の長手方向と照明光の観察対象への射出方向とのなす角度θに応じて挿入部から射出する照明光の強度を変化させるように光源２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂを制御する（図２参照）。

　特に、光源制御部２１は、角度θが大きくなるほど挿入部から射出する照明光の強度が小さくなるように光源２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂを制御する。より具体的には、光源から射出される照明光の強度Ｉ（θ）が、以下の（５）式及び（６）式を満たすよう光源２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂを制御する。

　またより好ましくは、以下の（７）式を満たすように光源２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂを制御する。

　ここで、θは、前記挿入部の長手方向と前記挿入部から射出される前記照明光の射出方向とのなす角度であり、Ａは、θ＝０のときの前記挿入部から射出される照明光の強度であり、従前に取得した画像信号の輝度情報に基づいて決定することができる。

　αは、配光の相対的な形を示す係数であり、観察対象によって定めることが好ましい。例えば、膵管等の管腔を観察対象とする場合にはα＝２．５、胃等の広い空間や近接観察等平面的な観察対象である場合にはα＝４～５が好ましい。Ａの大きさによってαの値を変更することもできる。βは、内視鏡装置の視野角に応じた係数であり、視野角によって得られる観察画像において、中心と周辺部との光量比が異なるので、これを考慮して定められる。βは、視野角の最大角をΘとすると、β＝Θ／７０が好ましい。照明光の強度Ｉ（θ）と角度θとの関係を図３に示した。

　また、光源制御部２１は、後述する輝度検出部２７によって得られた画像信号の輝度情報に基づいて光源２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂを制御する。すなわち、例えば、受光用ファイバ１４や画像処理部２５の特性や撮像環境により観察画像全体が暗い場合乃至は明るい場合において、図４に示すグラフに示すように、観察画像全体の明るさを調節することで、取得する観察画像における相対的な照明光の強度変化を変えずに、すなわち、角度θ毎の照明光の強度変化を維持したまま画像全体の絶対的な明るさを調節することで良好な観察画像を取得することができる。これは、先に述べたＡの値を変更することで実現することができ、輝度検出部２７によって得られた１フレーム分の輝度情報のほか、複数フレーム分の輝度情報の平均値から定めることができる。

　合波器２２は、光源２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂから射出された光を合波して、白色光とした照明光をライトガイドファイバ１１に供給する。分波器２３は、受光用ファイバ１４を介して入射した観察対象からの戻り光をＲ，Ｇ，Ｂの光に分波し、分波されたＲ，Ｇ，Ｂの各光を受光器２４Ｒ，２４Ｇ，２４Ｂに伝送する。受光器２４Ｒ，２４Ｇ，２４Ｂは、分波器２３からのＲ，Ｇ，Ｂの各光の強度に応じた画素信号を生成し、生成した各画素信号を画像処理部２５に出力する。画像処理部２５では、受光器２４Ｒ，２４Ｇ，２４Ｂによる画素信号と照明光の走査位置とに基づいて１フレーム分の画像信号を生成する。モニタ２６は、生成された画像信号に基づいて観察対象の画像を表示する。

　輝度検出部２７は、画像処理部２５で生成された画像信号に基づいて戻り光の強度である輝度情報を検出する。走査制御部２８は、ライトガイドファイバ１１を所定周期で振動させるためにアクチュエータ１２に所定の指令信号を出力することにより、アクチュエータ１２を駆動し制御する。全体制御部２９は、図示しないＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭを含み、ＲＯＭに格納された内視鏡装置１を動作し制御するためのプログラムに従って本体３の動作を制御する。

　このように構成された内視鏡装置において、観察画像を取得する場合、光源２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂは、光源制御部２１からの指令に基づいて、夫々Ｒ，Ｇ，Ｂの光を射出し、射出した各光は合波器２２において合波され白色光の照明光とされ、ライトガイドファイバ１１に供給される。供給された照明光は、ライトガイドファイバ１１によって観察対象上で螺旋状に走査される。このとき、光源２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂから射出される光は、ライトガイドファイバ１１から射出されレンズ１３を介して挿入部から射出される照明光の挿入部の長手方向に対する角度θに応じた強度となっている。このため、観察対象においては、観察対象中の位置によらず均一な照明光が配光される。

　観察対象上で反射された戻り光は、受光用ファイバ１４を介して分波器２３に伝送され、分波器２３においてＲ，Ｇ，Ｂの各光に分波され、受光器２４Ｒ，２４Ｇ，２４Ｂで各光の強度に応じた画素信号に変換される。変換された画素信号は画像処理部２５に出力され、画像処理部２５において画素信号と照明光の走査位置とに基づいて１フレーム分の画像信号が生成される。

　このようにすることで、１フレームの画像信号を取得する単位走査期間において、挿入部から射出する照明光の射出角度が小さく、観察画像の中心となる像に対しては相対的に照明光の強度を大きくし、挿入部から射出する照明光の射出角度が大きい挿入部先端周辺部分に対しては相対的に照明光の強度を小さくすることで、取得する観察画像における部分的な明暗差やハレーションを抑制することができる。

　（変形例）
　上記した実施形態において、レンズ１３には特段の光学特性がなく、例えばカバーガラス等を適用することができる。しかしながら、レンズ１３に例えば、ＡＲコーティング処理が施されたものや、広角レンズ等が適用される場合もあり、このような場合には、光源制御部２１による光源２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂの制御を以下のようにする必要がある。

　すなわち、ライトガイドファイバ１１の挿入部先端側にＡＲコーティング（反射防止）処理が施されたレンズ乃至は観察角を拡大させる広角レンズを配置した場合には、これらのレンズにより挿入部先端周辺部分の配光ロスが大きくなり周辺部分に配光される照明光の光量が低下する。
　そこで、このような場合には、挿入部から射出する照明光の射出角度θが大きくなるほど光源２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂからライトガイドファイバ１１へ供給する照明光の強度が大きくなるように光源を制御する。

　具体的には、光源制御部２１は、光源２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂから射出される照明光の強度Ｉ（θ）が、以下の（８）式及び（９）式を満たすよう前記光源を制御することが好ましい。

　ここで、θは、前記挿入部の長手方向と前記挿入部から射出される前記照明光の射出方向とのなす角度であり、Ａは、θ＝０のときの前記挿入部から射出される照明光の強度である。照明光の強度Ｉ１（θ）と角度θとの関係を図５に示した。

　このようにすることで、これらのレンズによって、結果的に、挿入部から射出する照明光の射出角度が小さく、観察画像の中心となる像に対しては相対的に照明光の強度を大きくなり、挿入部から射出する照明光の射出角度が大きい挿入部先端周辺部分に対しては相対的に照明光の強度が小さくなり、取得する観察画像における部分的な明暗差やハレーションを抑制することができる。

　１　内視鏡装置
　２　挿入部
　１１　ライトガイドファイバ
　１２　アクチュエータ
　１３　レンズ
　１４　受光用ファイバ
　２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂ　光源Ｒ，光源Ｇ，光源Ｂ
　２１　光源制御部
　２２　合波器
　２３　分波器
　２４Ｒ，２４Ｇ，２４Ｂ　受光器Ｒ，受光器Ｇ，受光器Ｂ
　２５　画像処理部
　２６　モニタ
　２７　輝度検出部
　２８　走査制御部
　２９　全体制御部

Claims

　光源から射出された照明光を挿入部先端に導光する導光手段と、
　該導光手段を所定周期で振動させることにより、前記挿入部から射出する前記照明光を観察対象に対して二次元走査させる走査手段と、
　前記照明光の前記観察対象からの戻り光を受光して、前記走査手段による走査位置と前記戻り光の強度とに基づいて画像信号を生成する撮像手段と、
　前記挿入部の長手方向と前記照明光の前記観察対象への射出方向とのなす角度に応じて前記挿入部から射出する照明光の強度を変化させるように前記光源を制御する光源制御手段と、
を備えた内視鏡装置。
　前記光源制御手段は、前記角度が大きくなるほど前記挿入部から射出する照明光の強度が小さくなるように前記光源を制御する請求項１記載の内視鏡装置。
　前記光源制御手段は、前記光源から射出される照明光の強度Ｉ１（θ）が、以下の（１）式及び（２）式を満たすよう前記光源を制御する請求項１又は請求項２に記載の内視鏡装置。

　ここで、θは、前記挿入部の長手方向と前記挿入部から射出される前記照明光の射出方向とのなす角度であり、Ａは、θ＝０のときの前記挿入部から射出される照明光の強度である。
　前記導光手段の前記挿入部先端側に配置され、反射防止処理が施された光学部材又は観察角を拡大させる光学部材を備え、
　前記光源制御手段は、前記角度が大きくなるほど前記光源から前記導光手段へ射出する照明光の強度が大きくなるように前記光源を制御する請求項１又は請求項２に記載の内視鏡装置。
　前記光源制御手段は、前記光源から射出される照明光の強度Ｉ２（θ）が、以下の（３）式及び（４）式を満たすよう前記光源を制御する請求項４に記載の内視鏡装置。

　ここで、θは、前記挿入部の長手方向と前記挿入部から射出される前記照明光の射出方向とのなす角度であり、Ａは、θ＝０のときの前記挿入部から射出される照明光の強度である。
　前記画像信号に基づいて前記戻り光の強度である輝度情報を検出する輝度検出手段を備え、
　前記光源制御手段が、前記輝度検出手段による輝度情報に基づいて前記光源を制御する請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の内視鏡装置。