JP2534996B2 - 電子内視鏡装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は照明光量を増大して面順次照明を行う電子内
視鏡装置に関する。

［従来の技術］ 近年、内視鏡においても固体撮像素子を用いて電子式
の撮像手段を形成し、ブラウン管等の表示装置にて被写
体像を表示できるようにした電子内視鏡装置が実現化さ
れている。

上記固体撮像素子を用いた電子内視鏡装置において
は、イメージガイドファイバに光学像を結像するものに
比べて、映像を記録することが容易であるし、高集積化
技術の進展と共に、今後ますます小型化できるという利
点を有する。

上記電子内視鏡装置として、例えば特開昭61-90636号
公報に開示されたものとか、第12図に示す従来例があ
り、次のような構成である。

この電子内視鏡装置１は、撮像手段が組込まれた電子
内視鏡２と、この電子内視鏡２に照明光を供給する光源
部３と、電子内視鏡２で撮像された信号を表示装置に表
示できる映像信号に変換する信号処理部４とからなる。

上記電子内視鏡２は、体腔内に挿入し易い様に細長の
挿入部５が形成され、この挿入部５の先端側に対物レン
ズ６と固体撮像素子７とを配置して撮像手段が組込まれ
ている。

又、上記挿入部５内には照射光を伝送するライドガイ
ド８が挿通され、光源部３から供給された照明光を伝送
して、先端面から出射し、この出射された照明光は配光
レンズ９で拡開されて被写体11側を照明する。

上記ライトガイド８の手元側端面に照明光を供給する
光源部３は、光源ランプ12と、この光源ランプ12の照明
光をライトガイド８の端面に集光照射するレンズ13と、
このレンズ13及びライトガイド８の端面の間の光路中に
介装される回転フィルタ14と、この回転フィルタ14を回
転駆動するモータ15とからなる。

上記回転フィルタ14は、赤、緑、青の各波長域の光、
つまりR,G,Bをそれぞれ透過する赤、緑、青の各透過フ
ィルタ14R,14G,14Bが扇状に形成してあり、回転フィル
タ14を回転することによって、これらR,G,B3原色の各光
で面順次で照明するようにしてある。この回転フィルタ
14を回転するモータ15は、回転サーボ回路17でその回転
が制御される。この回転サーボ回路17によって、モータ
15の回転はビデオ信号のフレーム周波数に同期したもの
となる。

上記R,G,Bの各光で面順次に照明された被写体11は対
物レンズ６でCCD等による固体撮像素子７の撮像面に結
像され、CCDドライバ（固体撮像素子７がCCDの場合）18
による読出しクロック信号の印加によって光電変換され
た信号が読出される。尚、このクロック信号と回転サー
ボ回路17の信号は同期信号発生器19に入力され、読出し
た信号を表示する場合の同期信号が生成される。

上記固体撮像素子７の出力信号は、信号処理部４を形
成するプリアンプ21で増幅され、患者に対する感電等か
ら保護するアイソレーション回路22を経てリセットノイ
ズ除去回路23に入力され、リセットノイズの除去が行わ
れる。その後、ローパスフィルタ24を経てCCDキャリア
等の不要高周波が除去され、垂直輪郭補正回路25にて垂
直方向の輪郭補正が行われ、さらにγ補正回路26によっ
てγ補正、つまり表示管で表示する場合の電気・光変換
系の非直線性補正が行われて、A/Dコンバータ27に入力
される。このA/Dコンバータ27によって、ディジタル信
号に変換され、面順次の照射に対応したフレームメモリ
28R,28G,28Bにそれぞれ読出された信号が１フレーム分
書き込まれる。つまり、例えば赤透過フィルタ14Rを通
して赤の光で照明したもとで撮像し、読出された信号は
フレームメモリ28Rに書き込まれる。しかして、各フレ
ームメモリ28R,28G,28Bに１フレーム分の画像データが
書き込まれると、これらは同時に読み出され、それぞれ
D/Aコンバータ29でアナログ信号に変換され、さらにロ
ーパスフィルタ31で不要高周波が除去されて、それぞれ
水平輪郭補正回路32に入力される。上記A/Dコンバータ2
7の変換速度及び各フレームメモリ28R,28G,28Bへのデー
タの書き込み及び読出しはメモリ制御回路33による出力
信号で制御される。このメモリ制御回路33の出力信号
は、上記同期信号発生器19の同期信号と同期して生成さ
れる。

上記水平輪郭補正回路32でそれぞれ水平方向の輪郭補
正が行われた信号は、それぞれ出力アンオプ34で増幅さ
れ、例えば75Ωの出力インピーダンスのR,G,B3原色信号
として出力端から出力できるようにしてある。又、同期
信号発生器19の複合同期信号も出力アンプ35を通して同
期信号出力端から出力される。

上記各出力アンプ34を通したR,G,B出力と、出力アン
プ35を通した同期信号出力はRGB対応モニタに入力する
ことによって被写体像をカラー表示できる。

ところで上記各水平輪郭補正されたR,G,B色信号は、
Ｙマトリックス回路36に入力されて0.59G＋0.3R＋0.11B
の演算が行われて輝度信号Ｙが生成される。又、上記色
信号Ｒと輝度信号Ｙは、Ｒ−Ｙマトリックス回路37によ
ってＲ−Ｙの演算が行われてＲ−Ｙの色差信号が生成さ
れる。同様に上記色信号Ｂと輝度信号ＹとはＢ−Ｙマト
リックス回路38に入力され、Ｂ−Ｙの演算が行われてＢ
−Ｙの色差信号が生成される。

上記色差信号Ｒ−Ｙ及びＢ−Ｙはそれぞれエンコーダ
39,40で、90°の位相差を有し、3.579545MHzのサブキャ
リアで平衡変調され、加算器41でベクトル合成してクロ
ミナンス信号Ｃが生成される。しかして、このクロミナ
ンス信号Ｃは、混合出力アンプ42によって輝度信号Ｙと
多重化され、さらに複合同期信号及びカラーバーストが
付加されてNTSC方式の複合映像信号が生成され、NTSC出
力端から出力される。

上記従来例では体腔内に挿入される挿入部５の外径を
小さくして、体腔内に挿入する場合における患者に与え
る苦痛をできるだけ小さくする必要から固体撮像素子７
としてモノクロのものを用い、一方、照明手段としては
R,G,Bの面順次照明方式のものが採用されることが多
い。これは、白色照明方式の場合には、カラー撮像する
ためには固体撮像素子にモザイク状カラーフィルタを配
設する必要があり、このモザイク状カラーフィルタのた
めにモノクロの場合よりも画素数が数倍低下してしま
う。従って、面順次方式でないモザイクフィルタを用い
た場合には、同等の解像度を実現するためには、固体撮
像素子の画素数を多くしなければならず小型化には不向
きであり、特に小型化するためには面順次照明方式が有
利なものとなる。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、上記面順次照明方式では、キセノンラ
ンプ等の光源ランプ12における白色光を、赤、緑、青の
各透過フィルタ14R,14G,14Bで透過するR,G,Bの各波長域
の光のみで照明するため、照明光量を向上させることに
限界があり、従ってS/Nの高いカラー画像を表示するこ
とに対し、不利になる。

本発明は上述した点にかんがみてなされたもので、面
順次照明方式においても照明光量を増大できる電子内視
鏡装置を提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段及び作用］ 本発明による電子内視鏡装置は、固体撮像素子を用い
た撮像手段と、この撮像手段に被写体像の輝度信号を出
力させるための特定の波長成分からなる照明光を含む複
数種類の照明光を順次発生する照明手段とを備えたこと
を特徴とし、前記特定の波長成分からなる照明光は、
赤、緑、青の波長域の光に対し、それぞれ0.3,0.59,0.1
1の因子を乗じた透過特性を有する光としたことを特徴
とする。

［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図ないし第３図は本発明の第１実施例に係り、第
１図は第１実施例の電子内視鏡装置を示し、第２図は第
１実施例に用いられる回転フィルタを形成する各フィル
タの透過特性を示し、第３図は回転フィルタ部分周辺を
示す。

第１実施例の電子内視鏡装置41は、撮像手段が組込ま
れた電子内視鏡42と、この電子内視鏡42に照明光を供給
する光源部43と、電子内視鏡42で撮像された信号を表示
装置に表示できる映像信号に変換する信号処理部44とか
らなる。

上記電子内視鏡42は、体腔内に挿入し易い様に細長の
挿入部45が形成され、この挿入部45の先端側に対物レン
ズ46と固体撮像素子47とを配置して撮像手段が組込まれ
ている。

又、上記挿入部45内には照明光を伝送するライトガイ
ド48が挿通され、光源部43から供給された照明光を伝送
して、先端面から出射し、この出射された照明光は配光
レンズ49で拡開されて被写体51側を照明する。

上記ライトガイド48の手元側端面に照明光を供給する
光源部43は、光源ランプ52と、この光源ランプ52の照明
光をライトガイド48の端面に集光照射するレンズ53と、
このレンズ53及びライトガイド48の端面の間の光路中に
介装される回路フィルタ54と、この回転フィルタ54を回
転駆動するモータ55とからなる。

上記光源ランプ52は、キセノンランプ等の白色光で発
光するものであり、黒体放射に近い発光スペクトル分布
を有する。

上記回転フィルタ54は、３つの扇形状の色透過フィル
タ54R,54Y,54Bからなり、これら色透過フィルタ54R,54
Y,54Bは第２図に示すように、赤、輝度、青の波長域R,
Y,Bをそれぞれ透過する特性を有するものである。尚、
ここで輝度の波長域とは青、緑、青の各波長域R,G,Bの
色透過特性に対し、0.59G＋0.3R＋0.11Bの色透過特性を
示すものを表わす。

第３図に示すように、光源ランプ52の照明光はレンズ
53で集光してライトガイド48の入射端面に向けて照射さ
れるが、モータ55によって回転される回転フィルタ54が
光路途中に介装されることになる。つまり回転フィルタ
54が回転されることによって、レンズ53とライトガイド
48の入射端面との間に介装されることになる色透過フィ
ルタ（第３図では青透過フィルタ54B）を通した波長域
の光によって、被写体51は順次（例えばR,Y,B,R…で）
照明される。

上記回転フィルタ54を回転するモータ55の回転数は、
回転サーボ回路57によって、同期信号発生回路58のフレ
ーム周波数（例えば29.97MHz）に位相同期するよう制御
される。

上記R,Y,Bの各光で面順次に照明された被写体51は対
物レンズ46でCCD等の固体撮像素子47の撮像面に結像さ
れ、CCDドライバ（固体撮像素子47がCCDの場合）59によ
る読出しクロック信号の印加によって光電変換された信
号が読出される。尚、クロック信号及び回転フィルタサ
ーボ回路57は、同期信号発生器58より供給される信号に
同期して動作する。又、読出した信号を表示する為の複
合同期信号も同様に供給される。

上記固体撮像素子47の出力信号は、信号処理部44を形
成するプリアンプ61で増幅され、患者に対する感電等か
ら保護するアイソレーション回路62を経てリセットノイ
ズ除去回路63に入力され、S/N改善のためにリセットノ
イズ等の除去が行われる。その後、ローパスフィルタ64
を経てCCDキャリア等の不要高周波が除去され、垂直輪
郭補正回路65にて被写体像の垂直方向の輪郭補正が行わ
れ、さらにγ補正回路66によって、γ補正、つまり、表
示管で表示する場合の電気・光変換系の非直線性（通常
γ＝2.2）補正が行われて、A/Dコンバータ67に入力され
る。このA/Dコンバータ67によって、ディジタル信号に
変換され、面順次の照明のもとで撮像した信号がフレー
ムメモリ68R,68Y,68Gにそれぞれ１フレーム分書き込ま
れる。つまり、例えば赤透過フィルタ54Rを通して赤の
光で照明したもとで撮像し、固体撮像素子47から読出さ
れた信号はフレームメモリ68Rに書き込まれる。しかし
て、各フレームメモリ68R,68Y,68Bに１フレーム分の画
像データが書き込まれると、これらは同時に読み出さ
れ、それぞれD/Aコンバータ69でアナログ信号に変換さ
れ、さらにローパスフィルタ71で不要高周波が除去され
ると共にD/A変換時に生じる信号の不連続性が滑らかに
されて、それぞれ水平輪郭補正回路72に入力される。上
記A/Dコンバータ67の変換速度及び各フレームメモリ68
R,68Y,68Bへのデータの書き込み及び読出しはメモリ制
御回路73による出力信号で制御される。このメモリ制御
回路73の出力信号は、上記同期信号発生器58の同期信号
と同期して生成される。

上記水平輪郭補正回路72でそれぞれ水平方向の輪郭補
正が行われた信号Y,R,Gにおいて、輝度信号Ｙと色信号
はＲ−Ｙマトリックス回路83に入力されてＲ−Ｙの演算
が行われて色差信号Ｒ−Ｙが生成され、輝度信号Ｙと色
信号ＢとはＢ−Ｙマトリックス回路84に入力され、Ｂ−
Ｙの演算によって色差信号Ｂ−Ｙが生成される。

上記色差信号Ｒ−Ｙ及びＢ−Ｙはそれぞれエンコーダ
85,86で、90°の位相差を有し、3.579545MHzのサブキャ
リアで平衡変調され、加算器87でスペクトル合成してク
ロミナンス信号Ｃが生成される。しかして、このクロミ
ナンス信号Ｃは、混合出力アンプ88によって輝度信号Ｙ
と多重化され、さらに複合同期信号及びカラーバースト
が付加されてNTSC方式の複合映像信号が生成され、出力
インピーダンス75ΩのNTSC出力端から出力される。

ところで、上記水平輪郭補正された信号Y,R,GはＧマ
トリックス回路91に入力され、Ｙ−0.3R-0.11Bの演算が
行われて色信号Ｇが生成される。これら色信号G,R,Bは
それぞれ出力アンプ92を経て増幅され、G,R,B出力端か
ら３原色信号を出力する。尚、同期信号発生器58の複合
同期信号も出力アンプ93を経て同期信号出力端から出力
される。

上記各出力アンプ92を通したG,R,B出力と、出力アン
プ35を通した同期信号出力はRGB対応モニタに入力する
ことによって被写体像をカラー表示できる。又、NTSC出
力端から出力される複合映像信号によっても通常のNTSC
方式のモニタでカラー表示することもできる。尚、第１
図で点線部分より右側は光源部43及び信号処理部44を示
す。

この第１実施例によれば従来例ではR,G,Bで面順次照
明を行うのに対し、R,Y,Bで面順次照明を行うと共に、
この面順次照明で撮像した画像信号を表示できるように
している。

この第１実施例では、輝度フィルタ54Yを用いている
ので、時間的に同一なR,G,B情報が得られるため、輝度
信号の像ぶれ（像ずれ）が少なくなり動画像に対する解
像度を向上できる。又、複雑な信号処理をすることな
く、NTSC方式の複合映像信号が得られると共に、R,G,B
から変換する従来よりもPAL方式の信号への変換処理も
簡略化できる。又、キセノンランプ等の白色光源の場合
には、輝度フィルタの方が緑透過フィルタを用いた場合
よりもCCD等の固体撮像素子47による撮像系に対し、実
効的に照明光量を増大できることになり、S/Nの高い画
像を得ることができることになる。

第４図は本発明の第２実施例の主要部を示す。この第
２実施例では、第５図に示すようにそれぞれR,G:G,B:B,
Rの各波長域の光を通す、つまりＲ＋G,G＋B,B＋Ｒの各
透過フィルタ101a,101b,101cからなる回転フィルタ101
が第１図の回転フィルタ54の代りにもちいてある。

上記回転フィルタ101を用いた場合の第２実施例は、
第１図に示す上記第１実施例において、A/Dコンバータ6
7の出力はＲ＋Ｇメモリ102a、Ｇ＋Ｂメモリ102b、Ｂ＋
Ｒメモリ102cに書き込まれる。各メモリ102a,102b,102c
のデータは同時に読み出され、それぞれD/Aコンバータ6
9、ローパスフィルタ71、水平輪郭補正回路72を経てそ
れぞれ色信号Ｒ＋G,G＋B,B＋Ｒが生成され、これらは加
算器103に入力されて加算されると共に、それぞれ２倍
乗算器104にて乗算された後それぞれ減算器105に入力さ
れる。

上記加算器103によって、２（Ｇ＋Ｒ＋Ｂ）の色信号
にされた後、各減算器105に入力されて他方の色信号２
（Ｒ＋Ｇ）、２（Ｇ＋Ｂ）、２（Ｂ＋Ｒ）がそれぞれ減
算されて、３原色信号2B,2R,2Gが得られる。

この第２実施例では、通常の照明光に対し、２倍の透
過光量で照明できるため、照明光量を大幅に大きくで
き、S/Nの高い画像を得ることができる。又、３原色R,
G,B単色で順次照明する場合に比べて２色で照明するた
め、色ずれを小さくすることもできる。

第６図は本発明の第３実施例の主要部を示す。この第
３実施例では上記第１図に示す実施例において、回転フ
ィルタ54の代りに、第７図に示すようにR,G,B;R,G;G,B
の各波長域の光を通す、つまりＲ＋Ｇ＋B,R＋G,G＋Ｂの
各透過フィルタ111a,111b,111cからなる回転フィルタ11
1が用いてある。

しかして、この回転フィルタ111を用いた場合の第３
実施例の電子内視鏡装置は、第１図において水平輪郭補
正後まではほぼ同様の構成であり（メモリ68Y,68R,68B
が変わる。）、この場合水平輪郭補正後の色信号はＲ＋
Ｇ＋B,R＋G,G＋Ｂとなる。

しかして、色信号Ｒ＋Ｇ＋B,R＋G,G＋Ｂはそれぞれ減
算器112a,112b,112cに入力される。又、各信号Ｒ＋G,G
＋Ｂは加算器113で加算されて色信号Ｒ＋2G＋Ｂが生成
され、この信号Ｒ＋2G＋Ｂは減算器112aによって色信号
Ｒ＋Ｇ＋Ｂが減算されて色信号Ｇが生成される。

又、上記色信号Ｒ＋Ｇ＋Ｂは減算器112bによって色信
号Ｒ＋Ｇが減算されて色信号Ｂが生成される。又、色信
号Ｒ＋Ｇ＋Ｂは減算器112cによって、色信号Ｇ＋Ｂが減
算されて色信号Ｒが生成される。

この第３実施例は、第２実施例よりもさらに照明光量
を増大できる。尚、この場合にはフィルタ101aの代りに
赤外カットフィルタを用いても形成できる場合がある。

第８図は本発明の第４実施例の主要部を示す。この第
４実施例では、第１図に示す回転フィルタ54の代りに第
９図に示すように、0.3R＋0.59G,0.59G＋0.11B,0.11B＋
0.3Rの透過特性を示すフィルタ121a,121b,121cからなる
回転フィルタ121が用いてある。この第４実施例では水
平輪郭補正された信号は0.3R＋0.59G,0.59G＋0.11B,0.1
1B＋0.3Rで表わされる信号となり、これら信号は加算器
122で加算されて２倍の輝度信号2Yが生成され、その後1
/2係数器123で輝度信号Ｙが生成され。この輝度信号Ｙ
は減算器124によって信号0.3R＋0.59Gが減算されて、因
子0.11を有する色信号0.11Bが生成される。この色信号
0.11Bは係数器125によって、0.11で割る演算が行われ、
色信号Ｂが生成される。この色信号Ｂは、減算器126で
輝度信号Ｙが減算されて色差信号Ｒ−Ｙが生成される。
又、輝度信号Ｙは減算器127によって信号0.59G＋0.11B
が減算されて、因子0.3の色信号0.3Rが生成される。こ
の信号0.3Rは係数器128で0.3で割る演算が行われて色信
号Ｒが生成され、この色信号Ｒは減算器129で輝度信号
Ｙが減算されて色差信号Ｒ−Ｙが生成される。

この第４実施例によれば比較的容易にNTSC方式の色差
信号Ｒ−Y,B−Ｙとか輝度信号Ｙが得られと共に、色ず
れの少ない画像を得ることができる。

第10図は本発明の第５実施例の主要部を示す。この第
５実施例においては上記第４実施例における回転フィル
タ121における0.11B＋0.3Rのフィルタ121cの代りに輝度
フィルタ131cを用いた回転フィルタ131が用いてある
（第11図参照）。

この第５実施例では水平輪郭補正された信号は第10図
に示すように輝度信号Ｙと信号0.3R＋0.59G,0.59G＋0.1
1Bとなり、輝度信号Ｙが直ちに得られる。

又、この輝度信号Ｙは減算器132で信号0.3R＋0.59Gを
減算して0.11Bの色信号が得られ、系数器133を通して0.
11で除算を行って色信号Ｂにされた後、減算器134で輝
度信号Ｙが減算されて色差信号Ｂ−Ｙが得られる。

又、上記輝度信号Ｙは減算器135で信号0.59G＋0.11B
が減算されて0.3Rの色信号にされ、さらに係数器136で
0.3で除算されて色差信号Ｒ−Ｙが得られる。

この第５実施例によれば、NTSC方式の色差信号Ｒ−Y,
B−Ｙとか輝度信号Ｙを第４実施例よりも容易に得られ
る。又、色ずれの少ない画像を得ることができる。

尚、例えば上記第１実施例において、透過フィルタ54
Yの透過特性として（0.3R＋0.59G＋0.11B）/0.59の透過
特性のフィルタを用いても良い。このようにすると、照
明光量を向上できるし、色ずれも小さくできる。これは
他の実施例にも適用できる。

尚、上記各実施例を部分的に組合わせても他の実施例
を形成することができる。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば、被写体側に面順次
で照明する照明光における少なくとも１つを２色以上の
混色光で照明しているので照明光量を向上できる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明の第１実施例に係り、第１
図は第１実施例の電子内視鏡装置を示す構成図、第２図
は面順次で照明するために用いられる色透過フィルタの
透過特性を示す特性図、第３図は回転フィルタ周辺部を
拡大して示す概略説明図、第４図は本発明の第２実施例
における主要部を示す構成図、第５図は第２実施例に用
いらる回転フィルタを示す正面図、第６図は本発明の第
３実施例における信号処理部の一部を示す説明図、第７
図は第３実施例に用いられる回転フィルタを示す正面
図、第８図は本発明の第４実施例における信号処理部の
一部を示す説明図、第９図は第４実施例に用いられる回
転フィルタを示す正面図、第10図は本発明の第５実施例
における信号処理部の一部を示す説明図、第11図は第５
実施例に用いられる回転フィルタを示す正面図、第12図
は従来の電子内視鏡装置を示す構成図である。 41……電子内視鏡装置、42……電子内視鏡 43……光源部、44……信号処理部 45……挿入部、47……固体撮像素子 48……ライトガイド、52……光源ランプ 54……回転フィルタ 54R,54B,54Y……透過フィルタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大澤 晶 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オ リンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 高橋 豊 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オ リンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 加藤 正 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オ リンパス光学工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−82731（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−139383（ＪＰ，Ｕ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】固体撮像素子を用いた撮像手段と、 この撮像手段に被写体像の輝度信号を出力させるための
   特定の波長成分からなる照明光を含む複数種類の照明光
   を順次発生する照明手段と、 を備えたことを特徴とする電子内視鏡装置。
2. 【請求項２】前記特定の波長成分からなる照明光は、
   赤、緑、青の波長域の光に対し、それぞれ0.3,0.59,0.1
   1の因子を乗じた透過特性を有する光としたことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の電子内視鏡装置。