JP3235832B2 - 内視鏡装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、内視鏡装置、詳
しくは被写体に照射する照明光による熱傷に対する対策
を講じた内視鏡装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、体腔内に細長な挿入部を挿入する
ことにより、体腔内の臓器を観察したり、必要に応じ、
処置具チャンネル内に挿入した処置具を用いて、各種治
療処置のできる内視鏡が広く用いられている。

【０００３】また、ボイラー・ガスタービンエンジン・
化学プラント等の配管・自動車エンジン等の内部の傷や
腐蝕等の観察や検査等に、工業用内視鏡が広く利用され
ている。

【０００４】さらに、電荷結合素子（ＣＣＤ）などの固
体撮像素子を撮像手段に用いた電子内視鏡も各種用いら
れている。

【０００５】前記電子内視鏡装置は、光ファイバを画像
伝送手段として用いる従来の光学式ファイバ内視鏡に比
べ、ファイバの折損による画質劣化がないこと、画像記
録が容易であること等により、固体撮像素子の性能向上
に伴って広く用いられる状況にある。

【０００６】電子内視鏡を用いた電子内視鏡装置におい
ては、観察画像の明るさを最適に制御するため、測光手
段及び露光量制御手段が設けられているものがある。す
なわち、この装置は、測光手段で検出された画像の明る
さが常に一定となるように撮像素子の露光量を制御して
いる。

【０００７】また、露光量の調節とは別に、撮像手段に
入射される光量が適正レベルとなるように自動的に制御
する自動調光回路を設けた装置も提案されている。この
装置は、撮像手段に入射される光量を適正に保ち、得ら
れる画像の画質が低下することを防止している。例え
ば、特開昭６２−１４０５６４号公報やこれを改良し応
答性を良くした特開平３−１１８０２２号公報に記載の
技術がある。これらの技術では、撮像手段である固体撮
像素子の出力を用いて調光信号を生成し、光源側絞りの
開閉量を制御し、光源装置の光源から発する照明光量を
適正に制御している。これにより、撮像手段に入射され
る光量が適正レベルに維持される。

【０００８】一方、電子内視鏡またはファイバ式内視鏡
を用いた内視鏡装置において、観察部位に多量の照明光
が照射され、この熱のために観察部位が傷損することを
防止する技術が提案されている。この技術は、特開平３
−２１２１９号公報において提案されている特殊な構成
の装置である。すなわち、内視鏡先端部より出射される
照明光のうち、体外へ透過する光の増大いわゆるトラン
スイルミネーションによって、内視鏡先端部の位置を確
認できる構成であり、体外観察モードが選択されると時
間設定手段により一定時間経過後に同モードを解除する
ようになっている。このようにトランスイルミネーショ
ンによる光の増大は、自動的に解除されるので観察光に
よる火傷の発生が防止できる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来の電子内視鏡装置
においては、光源の照明光量を制御する自動調光にあた
り、固体撮像素子にて受光される全光量で制御してい
た。しかし、十分な撮像光量を得るために照射光量を上
げすぎると、トランスイルミネーション程ではないにし
ても、照射光の光エネルギーによって生体組織が熱変性
（熱傷）をおこす可能性があった。

【００１０】また、撮像手段側のアイリスを自動的に制
御するオートアイリス付内視鏡では、オートアイリスと
光源の絞りを関連させて制御するのは回路規模が大きく
なり、技術的にも困難なためオートアイリス優先の制御
となっていた。すなわち、従来は、オートアイリスと光
源絞りの検波時定数を変えて制御しており、撮像側アイ
リスの時定数を小さくして優先化を図っている。従っ
て、光源が最大光量付近で使用されることが多く、体内
での熱傷に対する対策を講じる必要がある。

【００１１】本発明は前記事情にかんがみてなされたも
ので、照明光の熱により被写体である生体組織が熱傷を
負わないように制御する内視鏡装置を提供することを目
的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明による内視鏡装置
は、被写体を照明する照明光を発する光源手段と、前記
被写体の被写体像を結像する対物光学系と、前記対物光
学系が結像する前記被写体像を撮像する固体撮像素子
と、前記固体撮像素子の出力信号から輝度成分を検出す
る光量検波回路と、前記光量検波回路により検出された
輝度成分に基づき、前記固体撮像素子の露光期間を制御
する駆動信号を前記固体撮像素子へ送出する固体撮像素
子駆動回路と、前記固体撮像素子駆動回路により制御さ
れる前記撮像素子の前記露光期間を制御する前記駆動信
号に同期して前記光源手段を点滅させる光源発光期間制
御手段と、前記固体撮像素子の前面に配置され、前記光
量検波回路により検出された輝度成分に基づき開口量が
制御される撮像側絞り手段と、前記撮像側絞り手段の前
記開口量に応じて、前記光源手段が発する前記照明光の
強度を制御する調光制御回路とを具備したことを特徴と
する。

【００１３】

【発明の実施の形態】図を参照して本発明の実施の形態
について、以下に説明する。図１は、本発明の適用され
る内視鏡装置の全体的な構成図である。

【００１４】図１に示すように、内視鏡装置１は、撮像
手段としての固体撮像素子２を挿入部先端に配置した内
視鏡３と、この固体撮像素子２の出力を処理して標準的
な映像信号に変換して出力するＣＣＵ（カメラコントロ
ールユニット）４と、このＣＣＵ４の出力を受けて内視
鏡像を表示するモニタ５と、前記内視鏡３に照明光を供
給する光源装置６とを有している。

【００１５】前記内視鏡３は、挿入部先端であって、前
記固体撮像素子２に被写体７を結像する対物光学系８を
配置し、且つ、前記被写体７に照射するために光源装置
６からの照明光を伝達するライトガイド９を挿通してい
る。

【００１６】前記光源装置６は、照明光を発する光源ラ
ンプ１０と、前記ライトガイド９の入射端と光源ランプ
１０との間に絞り１１を設けている。この絞り１１は、
ライトガイド９に入射する照明光の光量を調節してい
る。

【００１７】また、前記固体撮像素子２はＣＣＵ４によ
って駆動されると共に、被写体像を光電変換した電気信
号を信号線１２を介して、ＣＣＵ４に供給するようにな
っている。以上が本発明の適用される内視鏡装置の全体
的な構成図である。

【００１８】図２及び図３は本発明の第１実施形態に係
り、図２は内視鏡装置の要部の構成図、図３は図２の内
視鏡装置の動作を示すタイミングチャ−トである。

【００１９】図２に示す内視鏡装置９５は、生体組織が
熱傷を負わないように、照射光量を最適に制御する構成
になっている。この内視鏡装置９５は、内視鏡９６と、
ＣＣＵ９７と、光源装置９８とを有している。内視鏡９
６は、固体撮像素子としてのＣＣＤ９９と、このＣＣＤ
９９の前方に配置したアイリス１００とを有している。
ＣＣＤ９９の出力は、ＣＣＵ９７のプリアンプを介して
各種信号処理をする信号処理回路１０２により、標準的
な映像信号に変換されて外部に出力される。前記信号処
理回路１０２の処理信号うち、例えば図示しないＣＤＳ
（二重積分サンプリング回路）の出力は、光量検波回路
１０３により輝度成分が検出され制御信号として、アイ
リスドライバ１０４とＣＣＤドライバ１０５に出力され
るようになっている。

【００２０】前記アイリスドライバ１０４は、前記制御
信号に応じて、アイリス１００の開閉量を適正に制御す
る。

【００２１】一方、ＣＣＤドライバ１０５は、転送期間
に蓄積電荷を読み出すようにＣＣＤ９９を制御すると共
に、このＣＣＤ９９が電荷を蓄積する露光期間のタイミ
ングに同期した信号を光源装置９８のパルス幅制御回路
１２７に出力するようになっている。パルス幅制御回路
１２７は、露光期間に同期して光源１２８を制御するよ
うになっている。

【００２２】前記構成で、ＣＣＤ９９の出力より照明光
の光量を検出し、アイリスドライバ１０４によりアイリ
ス１００を制御し且つＣＣＤ素子シャッタと合わせて、
検出光量の最適な制御を行う。このとき、図３（ｂ）に
示すＣＣＤ素子シャッタの露光期間にあわせて、図３
（ａ）に示すように、光源装置９８の光源１２８をパル
ス点灯させる。このとき、ＣＣＤドライバ１０５から
は、図３（ｃ）（ｄ）に示すトリガＴＲＩＧ及びタイミ
ング信号ＳＧがパルス幅制御回路１２７に出力され、光
源１２８は、このトリガＴＲＩＧに同期して発光すると
共に、タイミング信号ＳＧに同期して消灯する。そし
て、ＣＣＤの電子シャッタの露光時間のみ光源１２８が
点灯されることになる。

【００２３】本実施形態では、ＣＣＤの素子シャッタが
露光している期間のみ光源を点灯させることにより、生
体組織に照射する全光量を減少させ、生体組織が熱傷を
負わないようにすることができる。

【００２４】図４及び図５は本発明の第２実施形態に係
り、図４は内視鏡装置の構成図、図５は内視鏡装置の動
作を示すタイミングチャートである。

【００２５】本実施形態の内視鏡装置１２１は、第１実
施形態の構成に加えて、ＣＣＤ９９側のアイリス１００
の開口量に対して、光源の発光パルス幅を変化させる構
成も有している。このため、第１実施形態のＣＣＵ９７
及び光源装置９８に代えてＣＣＵ１２２及び光源装置１
２３を有している。その他、第１実施形態と同様の構成
及び作用については、同じ符号を付して、その説明を省
略し、異なる点についてのみ説明する。

【００２６】前記ＣＣＵ１２２は、前記光量検波回路１
０３の出力を調光制御回路１２４を介して、前記ＣＣＤ
ドライバ１０５と前記アイリスドライバ１０４に供給し
ている。

【００２７】前記アイリスドライバ１０４は、前記調光
制御回路１２４の出力に応じて、前記アイリス１００の
開口量と、光源装置１２３のアイリス制御回路１２５に
より光源側絞り１２６の開口量を制御している。また、
前記ＣＣＤドライバ１０５は、ＣＣＤ９９の素子シャッ
タのスピードつまり露光時間を制御すると共に、制御信
号を光源装置１２３のパルス幅制御回路１２７に供給し
ている。このパルス幅制御回路１２７は、前記制御信号
により光源１２８をパルス発光させ、且つその発光期間
を制御している。

【００２８】前記構成で、アイリスドライバ１０４の制
御によりアイリス１００を図５（ｄ）に示すように閉じ
る方向に駆動すると、ＣＣＤ９９に入射する光量が減少
する。このため、調光制御回路１２４の制御により、ア
イリス制御回路１２５が光源側絞り１２６を開く方向に
駆動し、図５（ｅ）に示すように、照明パルス強度が強
くなる。逆に、アイリス１００を開く方向に駆動する
と、照明パルス強度が弱くなる。つまり、本装置１２１
は、ＣＣＤ側のアイリスの開口量に応じて、発光パルス
強度を変え、ＣＣＤ画像の明るさを適正に維持するよう
に制御している。

【００２９】また、調光制御回路１２４はＣＣＤ画像の
明るさに応じて、ＣＣＤ９９のシャッタスピードを可変
し、適正な露光で撮像しようとする。このとき、ＣＣＤ
９９のシャッタスピードが図５（ａ）に示すように、速
くなった場合、図５（ｂ）に示すトリガＴＲＩＧに対し
て図５（ｃ）に示すタイミング信号ＳＧの発生するタイ
ミングが速くなり、発光期間も短くなる。すなわち、本
装置１２１は、ＣＣＤ９９の露光期間に照明光の発光期
間が同期するように制御している。

【００３０】前記調光制御回路１２４は、光量検波回路
１０３の出力を基に前記制御を行っており、つまりシャ
ッタスピード、アイリスの開口量及び照明パルスの発光
期間等は、照明光が照射される被写体（撮像対象）の明
るさに応じて制御される。

【００３１】本実施形態では、ＣＣＤの素子シャッタが
露光している期間のみ光源を点灯させることにより、生
体組織に照射する全光量を減少させ、生体組織が熱傷を
負わないようにすることができる。そして本実施の形態
では、ＣＣＤ素子シャッタの露光期間は撮像対象の明る
さに応じて可変され、対象が変わっても画質を良好に維
持することができる。

【００３２】図６及び図７は本発明の第３実施形態に係
り、図６は内視鏡装置の構成図、図７は内視鏡装置の動
作を説明するための波形図である。

【００３３】本実施形態の内視鏡装置１３１は、ＣＣＤ
９９側のアイリス１００の開口量に対して、光源の発光
パルス波形を変化させる構成になっている。このため、
第２実施形態のＣＣＵ１２２及び光源装置１２３に代え
てＣＣＵ１３２及び光源装置１３３を有している。その
他、第２実施形態と同様の構成及び作用については、同
じ符号を付して、その説明を省略し、異なる点について
のみ説明する。

【００３４】図６に示すＣＣＵ１３２は、前記調光制御
回路１２４に代えて、光源装置１３３を制御する調光制
御回路１３４を有している。また、光源装置１３３は、
パルス幅制御回路１２７及びアイリス制御回路１２５に
代えて、パルス幅制御回路１３５及びパルス強度制御回
路１３６を有している。

【００３５】前記調光制御回路１３４は、前記ＣＣＤド
ライバ１０５及びアイリスドライバ１０４の制御に加え
て、光源装置１３３のパルス幅制御回路１３５及びパル
ス強度制御回路１３６を制御するようになっている。そ
して、調光制御回路１３４は、光量検波回路１０３の検
波信号に基づき、ＣＣＤ素子シャッタ、カメラアイリ
ス、光源による調光のバランスを管理し制御している。

【００３６】前記パルス幅制御回路１３５及びパルス強
度制御回路１３６は、調光制御回路１３４が出力するＣ
ＣＤ出力の検波し求めた光量である受光光量情報と、ア
イリスドライバ１０４が指示するアイリス１００の開口
量である開口情報とを用いて、照明光のパルス幅とパル
ス強度を制御している。尚、パルス幅制御回路１３５
は、第２実施形態と同様に、ＣＣＤ素子シャッタに同期
して、光源１２８を点滅させている。

【００３７】前記構成において、ＣＣＤ側のアイリス１
００は、被写界深度を設定するために設けられており、
アイリス優先で制御するため、アイリス１００の開口量
に合わせて照明光量を調整する。アイリス優先とするこ
とで、以下の利点が得られる。すなわち、アイリス１０
０をできるだけ絞った状態で、適正な明るさを得ること
によって、深い観察領域を得ることができ、被写体の距
離が変化しても焦点調整の必要がなくなるので、操作性
が向上する。

【００３８】まず、アイリス１００が閉じている（開口
量が小さい）場合で、且つＣＣＤの受光光量が少ないと
きは、光源光量を増加させるため、図７（ａ）に示すよ
うにパルス幅を狭くし且つ照明光のパルス強度を上げ
る。これにより、光量不足による画質の劣化を防止して
いる。

【００３９】一方、アイリスが開いている（開口量が大
きい）場合で、且つＣＣＤの受光量が大きすぎる場合に
は、図７（ｂ）に示すように、パルス幅を広くし、且つ
照明光のパルス強度を下げる。これにより、光量過多に
よる画像の白飛びを防止している。

【００４０】以上の制御において、パルス幅とパルス強
度の両者は、発光パルスの光エネルギーの総量が同一に
なるように制御される。

【００４１】本実施形態では、照明光をＣＣＤ素子シャ
ッタに同期させて点滅しており、さらにアイリスの開閉
に応じてパルス波形を変化させる、つまり発光パルスの
総エネルギー量が一定になるように制御するので、照明
光による熱傷を防ぐことができる。

【００４２】［付記１］ 請求項１記載の内視鏡装置で
あって、前記固体撮像素子に入射する光量を制御する手
段を有し、前記光量検波回路は、前記固体撮像素子の出
力のうち画像の明るさ成分を検波して制御信号を生成す
る手段であり、前記固体撮像素子駆動手段は、前記固体
撮像素子を所望の露光時間で駆動し信号の読み出しの制
御をすると共に、前記生成する手段の出力する調光信号
に応じて前記固体撮像素子の露光期間を可変する駆動手
段と、前記駆動手段が出力するタイミング信号によって
前記露光期間に合わせて前記光源手段から照明光を発光
させ、それ以外の期間では消灯させる光源発光期間制御
手段とを有している。

【００４３】［付記２］ 付記１記載の内視鏡装置であ
って、前記制御する手段は、前記固体撮像素子と前記対
物光学系との間に配置されて前記固体撮像素子に入射す
る光量を調節するため前記生成する手段の制御信号に応
じて開口量が制御される撮像側絞り手段と、前記光源手
段が発する照明光の光量を調節するため前記生成する手
段の制御信号に応じて開口量が制御される光源側絞り手
段とを有し、前記制御信号により前記撮像側絞りの開口
量が大きなる場合に、前記光源側絞り手段の開口を絞っ
て照明光量を小さくし、前記制御信号により前記撮像側
絞りの開口量が小さくなる場合に、前記光源側絞り手段
の開口を開いて照明光量を大きくするように制御する構
成となっている。

【００４４】［付記３］ 付記１記載の内視鏡装置であ
って、前記光量検波回路は、前記固体撮像素子の出力の
うち画像の明るさ成分を検波して受光光量を検出する手
段であり、前記制御する手段は、前記固体撮像素子を所
定の露光時間で駆動し信号の読み出しの制御をする駆動
手段と、前記固体撮像素子と前記対物光学系との間に配
置されて前記固体撮像素子に入射する光量を調節するた
め前記検出回路が検出した受光光量に応じて開口量が制
御される撮像側絞り手段と、前記光源手段が発する照明
光をパルス点灯させるものであって、前記撮像側絞り手
段の開口量に応じて、前記照明光の発光パルス幅及び発
光パルス強度の両方を同時に可変制御する手段とを有し
ている。

【００４５】［付記４］ 付記３記載の内視鏡装置であ
って、前記可変制御する手段は、前記撮像側絞り手段の
開口量が小さな場合であり且つ前記検波回路が検出した
受光光量が不足している場合には、照明光の発光パルス
幅を狭く且つ発光パルス強度を強くする一方、前記撮像
側絞りの開口量が大きな場合であり且つ前記検波回路が
検出した受光光量が多すぎる場合には、発光パルス幅を
広くし且つ発光パルス強度を弱くし、パルス発光する前
記照明光の総光量がパルス毎に一定になるように可変制
御する。

【００４６】［付記５］ 被写体を結像する対物光学系
と、対物光学系が結像する被写体像を撮像する撮像手段
と、前記被写体に照明光を照射する光源手段とを有する
内視鏡装置において、前記撮像手段の露光期間のみ前記
光源手段の照明光と点灯する点灯制御手段を具備したこ
とを特徴とする。

【００４７】［付記６］ 付記５記載の内視鏡装置にお
いて、前記撮像手段の前面に入射光量制限手段を具備
し、前記入射光量制限手段の状態によって、前記光源手
段の照明光の点灯時間を制御する点灯時間制御手段と、
前記光源手段の照明光量を制御する照明光量制御手段を
設けたことを特徴とする。

【００４８】

【発明の効果】本発明によれば、光源手段が発する照明
光の光量、照明光の発光時間または固体撮像素子に入射
する光量の少なくとも一つを制御して、照明光の熱によ
り被写体である生体組織が熱傷を負わないようすること
ができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】内視鏡装置の全体的なブロック構成図。

【図２】本発明の第１実施形態に係り、内視鏡装置の要
部構成図。

【図３】図２の内視鏡装置の動作を示すタイミングチャ
−ト。

【図４】本発明の第２実施形態に係り、内視鏡装置の要
部構成図。

【図５】図４の内視鏡装置の動作を示すタイミングチャ
ート。

【図６】本発明の第３実施形態に係り、内視鏡装置の要
部構成図。

【図７】図６の内視鏡装置の動作を説明するための波形
図。

【符号の説明】

１，９５，１２１，１３１…内視鏡装置 ２，９９…固体撮像素子 ３，９６…内視鏡 ４，９７，１２２，１３２…ＣＣＵ ６，９８，１２３，１３３…光源装置（光源手段） ７…被写体 ８…対物光学系 １０３…光量検波回路 １０５…ＣＣＤドライバ（固体撮像素子駆動手段） １２７…パルス幅制御回路（光源発光期間制御手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 坂本 信之 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 小柳 秀樹 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 望田 明彦 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 小笠原 弘太郎 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 山下 真司 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 舩橋 一郎 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 平４−341231（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−20816（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 23/26 A16B 1/06 G02B 23/24

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被写体を照明する照明光を発する光源手
   段と、 前記被写体の被写体像を結像する対物光学系と、 前記対物光学系が結像する前記被写体像を撮像する固体
   撮像素子と、 前記固体撮像素子の出力信号から輝度成分を検出する光
   量検波回路と、 前記光量検波回路により検出された輝度成分に基づき、
   前記固体撮像素子の露光期間を制御する駆動信号を前記
   固体撮像素子へ送出する固体撮像素子駆動回路と、前記固体撮像素子駆動回路 により制御される前記撮像素
   子の前記露光期間を制御する前記駆動信号に同期して前
   記光源手段を点滅させる光源発光期間制御手段と、前記固体撮像素子の前面に配置され、前記光量検波回路
   により検出された輝度成分に基づき開口量が制御される
   撮像側絞り手段と 、前記撮像側絞り手段の前記開口量に応じて、前記光源手
   段が発する前記照明光の強度を制御する調光制御回路
   と 、 を具備したことを特徴とする内視鏡装置。