JP4169957B2

JP4169957B2 - 電子内視鏡装置

Info

Publication number: JP4169957B2
Application number: JP2001301805A
Authority: JP
Inventors: 大輔綾目; 充樋口; 信次竹内; 一則阿部
Original assignee: Fujinon Corp
Current assignee: Fujinon Corp
Priority date: 2001-09-28
Filing date: 2001-09-28
Publication date: 2008-10-22
Anticipated expiration: 2021-09-28
Also published as: JP2003102684A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子内視鏡装置、特に光源ランプからライトガイドにより導いた照明光をスコープ先端から照射し、被観察体である生体内を撮像素子で撮影、観察する場合の画像のハレーションを防止するための構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子内視鏡装置では、光源ランプからの光がライトガイドを介してスコープ先端部へ導かれ、このスコープ先端部からの光が被観察体に照射されており、この被観察体は対物光学系を介してＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の撮像素子で撮像される。このＣＣＤの撮像信号は、所定のカラー画像処理が施され、モニタ等に出力され、このモニタ上のカラー画像により目的部位の観察が行われる。また、近年では、上記対物光学系に可動レンズを組み込み、この可動レンズを変倍機構により前後移動させ、被観察体像を光学的に拡大することが行われ、拡大画像によって特定部位の細部を観察することも可能となっている。
【０００３】
そして、上記ＣＣＤでは、その撮像面に、補色関係にあるＹｅ（イエロー）、Ｃｙ（シアン）、Ｍｇ（マゼンタ）、Ｇ（グリーン）からなる補色フィルタ、或いはＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）からなる原色フィルタが画素単位で配置されており、これらの色フィルタを介して得られたＣＣＤの蓄積電荷を撮像信号として取り出し、所定の画像処理を施すことにより、被観察体のカラー画像が形成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の電子内視鏡装置では、上記ＣＣＤの補色フィルタ、原色フィルタの各色の分光感度が異なり、また光源ランプ、ライトガイド（光ファイバ）等も固有の分光特性を有することから、ＣＣＤに蓄積される各色の信号が同時に飽和せず、ＣＣＤのダイナミックレンジを有効に使用することができないという問題があった。
【０００５】
特に、電子内視鏡の観察対象は消化器官等、生体内であることが多く、この生体内が赤を中心とした偏った色構成となっていることから、赤系統の色が先に飽和することが多くなる。そして、このような特定の色が先に飽和する結果としてハレーションが生じ、またこのハレーション部分には、飽和していない色の色づきが発生するという不都合がある。
【０００６】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ハレーションの発生を良好に抑制すると共に、ハレーション部位における色づき等の不都合をなくすことができる電子内視鏡装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、赤外カットフィルタを介して光源ランプの光をライトガイドによってスコープ先端へ導き、このスコープ先端からの光照明により被観察体を撮像素子で撮像する電子内視鏡装置において、上記撮像素子で得られるカラー画像を構成する各色信号の内、赤系統の色信号が先に飽和しないように、４００〜７００ｎｍの波長範囲における最終的な電荷蓄積量の最大値と最小値の差が、少なくとも上記光源ランプの分光特性、上記ライトガイドの分光特性、上記撮像素子の分光感度、正常粘膜分光反射特性を考慮した場合の上記各色信号の電荷蓄積量の最大値と最小値の差よりも小さくなる分光特性に設定した波長較正フィルタを設けたことを特徴とする。
請求項２に係る発明は、上記波長較正フィルタを、４００〜７００ｎｍの波長範囲の各色信号の蓄積量の最大値と最小値の差を最大値に対する比で表したとき、その差が０．３９以下となる分光特性に設定したことを特徴とする。
請求項３に係る発明は、上記波長較正フィルタを、４００〜７００の波長範囲において波長が長くなる程、透過率が低下する特性に設定したことを特徴とする。
【０００８】
上記の構成によれば、波長較正フィルタを光供給ラインに挿入することにより、従来よりも各色信号の電荷蓄積量（積分値）の最大値と最小値の差が小さくなり、ハレーションが抑制される。ここで、上記波長較正フィルタは、４００〜７００ｎｍの波長範囲の各色信号の蓄積量において最大値に対する比の最大値Ｗmaxと最小値Ｗminの差が０．４５以下となるようにすることが好ましい。即ち、従来の装置では、例えば上記最大値ＷmaxはＹｅ（イエロー）で１、最小値ＷminはＧ（グリーン）で０．４７となり、その差が０．５３程度となるが、この差が小さい程、各色信号の飽和状態のズレがなくなり、ハレーションが抑制されることになる。本願出願人は、波長較正フィルタを用い、上記の最大値Ｗmaxと最小値Ｗminの差を０．３９以下まで小さくすることにより、ハレーション抑制効果が向上することを経験的に得たものである。
【０００９】
また、本願発明では、上記波長較正フィルタの特性を決定する要素として、光源ランプの分光特性、ライトガイドの分光特性、撮像素子の分光感度だけでなく、正常粘膜分光反射特性を加えることを特徴としており、これによって、赤系統の多い生体内を撮影する場合の赤系統の信号の飽和状態を抑制し、ハレーションの防止を確実にしている。なお、この波長較正フィルタの特性を決定する要素として、例えば赤外カットフィルタの分光特性等、その他の特性を含ませることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１には、実施形態例に係る電子内視鏡装置の一部の構成が示されており、この電子内視鏡装置は同時式とされ、光源装置１０、スコープ及びプロセッサ装置１２、モニタ１４等を有している。この図１において、スコープ及びプロセッサ装置１２には、そのスコープ先端に照明窓１６、観察窓１８が配置され、この照明窓１６にはライトガイド２０が連結され、このライトガイド２０が光源装置１０へ接続するためのコネクタ２１まで配設される。一方、上記観察窓１８には、対物光学系２２を介して撮像素子であるＣＣＤ２４が光学的に接続される。
【００１１】
また、変倍機構を備えた電子内視鏡装置では、上記対物光学系２２の一部として、図示していないが回転する線状伝達部材等で前後移動される可動レンズが組み込まれる。そして、上記線状伝達部材は例えばモータで駆動されることになり、可動レンズの前後移動によって光学的拡大像が得られる。
【００１２】
上記ＣＣＤ２４の後段には、相関二重サンプリング等を行った後、デジタル信号としてガンマ補正等の各種の映像処理を施す映像処理回路２６が接続されており、この映像処理回路２６から出力された輝度信号及び色差信号等がモニタ１４へ供給される。
【００１３】
一方、上記光源装置１０内には、キセノンランプ、ハロゲンランプ等からなる光源ランプ２８、赤外線（ＩＲ）をカットする赤外カットフィルタ２９、光量制御用シャッタ３０、集光レンズ３１が配置され、この集光レンズ３１からの光がライトガイド２０の入射端へ出力される。そして、上記のランプ２８と赤外カットフィルタ２９との間に、波長較正フィルタ３２が挿入される。
【００１４】
図２乃至図４には、上記の各部材の分光特性及び分光感度が示され、図５には、波長較正フィルタ３２の参考例のフィルタ特性等が示されており、まず波長較正フィルタの特性の設定について説明する。電子内視鏡装置での撮影においては、図２に示される光源ランプ２８の分光（透過率）特性１０１（波長４００〜７００ｎｍ）、赤外（ＩＲ）カットフィルタの分光（透過率）特性１０２、後述する波長較正フィルタ３２の分光（透過率）特性１０３、ライトガイド２０の分光特性１０４、そして図３に示される正常粘膜分光反射（率）特性１０５、ＣＣＤ２４の分光感度１０６の全ての光学特性の影響を受けることになり、この結果として、ＣＣＤ２４の電荷蓄積量（１０７）が得られる。
【００１５】
図４には、このＣＣＤ２４の最終的な電荷蓄積量が示されている。即ち、当該例のＣＣＤ２４では、補色フィルタが設けられており、Ｙｅ（イエロー）、Ｃｙ（シアン）、Ｍｇ（マゼンタ）、Ｇ（グリーン）の色信号の電荷蓄積量は、図示の特性となる。ここで、これら各色信号の蓄積量、即ち波長４００ｎｍから７００ｎｍにおいて単位時間当たりの積分値が同じであれば、各信号が同時に飽和状態となり、ハレーションも問題とはならないが、このような状態は現実の被写体ではあり得ない。しかし、各色信号の積分値の差が小さくなるように調整できれば、それに応じてハレーションの抑制が可能となり、本願発明では、各色信号の積分値の差（最大値との比の差）が０．４５以下になるように、波長較正フィルタ３２の特性を設定することとしている。
【００１６】
即ち、波長４００ｎｍから７００ｎｍまでのＹｅ信号の積分値Ａ_Ye、Ｍｇ信号の積分値Ａ_Mg、Ｃｙ信号の積分値Ａ_Cy、Ｇ信号の積分値Ａ_Ｇは、次の数式１で表される。
【数１】

なお、上記のｆ_Ye，ｆ_Mg，ｆ_Cy，ｆ_Ｇの一例が、図４のＹｅ，Ｃｙ，Ｍｇ，Ｇの分光曲線で示される。
【００１７】
そして、この数式１の積分値Ａ_Ye，Ａ_Mg，Ａ_Cy，Ａ_Ｇの中の最大値と最小値の最大値との比における差、即ち、最大値がＡ_Yeであったとすると、Ａ_Ye／Ａ_Ye（＝Ｗ_Ye），Ａ_Mg／Ａ_Ye（＝Ｗ_Mg），Ａ_Cy／Ａ_Ye（＝Ｗ_Cy），Ａ_Ｇ／Ａ_Ye（＝Ｗ_Ｇ）の中の最大値と最小値の差が０．４５以下（Ｗmax−Ｗmin≦０．４５）となるように、波長較正フィルタ３２の特性が設定される。
【００１８】
図５には、この波長較正フィルタ３２の参考例のフィルタ特性［図（Ａ）］と、これを使用したときのＣＣＤ２４での電荷蓄積量［図（Ｂ）］が示されている。この参考例のフィルタは、図示されるように、波長６５０ｎｍで０となり、６３０ｎｍ近傍以上の波長を半分以上カットする分光（透過率）特性を有しており、赤成分の長波長側を主に除去するものとなっている。即ち、生体内の粘膜は赤成分を多く含むため、図３の正常粘膜分光反射特性に示されるように、波長６００〜７００ｎｍの赤成分（帯域）の光の反射が多くなっており、この赤成分の光をカラー画像の構成に支障のない範囲で（カラー表示に必要な赤色量を最小限確保した状態で）カットするようにしている。
【００１９】
このような波長較正フィルタ３２によれば、図５（Ｂ）のような最終的なＣＣＤ２４の電荷蓄積量が得られる。即ち、この場合の各色信号の最大値は、Ｙｅの積分値Ａ_Yeで、Ｗ_Ye＝１、Ｗ_Mg＝０．６８、Ｗ_Cy＝０．７８、Ｗ_Ｇ＝０．５５となり、最大値と最小値の差Ｗmax−Ｗminは、Ｗ_Ye−Ｗ_Ｇ＝０．４５となる。
【００２０】
図６には、この波長較正フィルタ３２の第１実施例のフィルタ特性［図（Ａ）］及びＣＣＤ２４での電荷蓄積量［図（Ｂ）］が示されている。この第１実施例のフィルタは、図示されるように、波長が長くなる程、透過率が低下する特性とされており、この場合も赤成分のカット量は他の色成分に比べて多くなっている。このような第１実施例のフィルタによれば、図６（Ｂ）のような最終的なＣＣＤ２４の電荷蓄積量が得られ、この場合の各色信号の最大値は、Ｙｅの積分値Ａ_Yeで、Ｗ_Ye＝１、Ｗ_Mg＝０．６９、Ｗ_Cy＝０．９０、Ｗ_Ｇ＝０．６１となり、最大値と最小値の差Ｗmax−Ｗminは、Ｗ_Ye−Ｗ_Ｇ＝０．３９となる。
【００２１】
このように、第１実施例の波長較正フィルタ３２を挿入した場合は、最大値と最小値の差Ｗmax−Ｗminが従来の０．５３程度から、０．３９に下がることになり、この結果、特定の色が先に飽和することが少なくなり、ハレーションが抑制される。特に、実施形態例では、上述のように赤成分のカット量を多くしており、赤系統の色の飽和状態が良好に改善される。
【００２２】
図１において、光源ランプ２８からの光は、上記の波長較正フィルタ３２や赤外カットフィルタ２９、集光レンズ３１等を介してライトガイド２０の入射端へ出力され、このライトガイド２０を介して被観察体へ照明光として照射される。そして、この被観察体像が、対物光学系２２を介してＣＣＤ２４で捉えられると、映像処理回路２６にて各種の信号処理が施されることにより、モニタ１４に被観察体画像が表示される。当該例では、このモニタ１４に表示された画像において、ハレーションの発生が抑制されることになり、被観察体を良好な画質の下で観察することができる。
【００２３】
なお、上記実施形態例では、波長較正フィルタ３２を光源ランプ２８と赤外カットフィルタ２９の間に挿入したが、このフィルタ３２は、光源ランプ２８とスコープ先端の照明窓１６との間であれば、何れの場所に配置してもよい。
【００２４】
また、電子内視鏡装置では、ＣＣＤ２４にＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の原色フィルタを設けることもでき、この場合の積分値Ａ_Ｒ，Ａ_Ｇ，Ａ_Ｂは次の数式２で表される。
【数２】

なお、上記のｆ_Ｒ，ｆ_Ｇ，ｆ_Ｂは、Ｒ，Ｇ，Ｂの分光曲線である。
【００２５】
そして、この数式２の積分値におけるＡ_Ｒ，Ａ_Ｇ，Ａ_Ｂの中の最大値と最小値の最大値との比における差、即ち、最大値がＡ_Ｒであったとすると、Ａ_Ｒ／Ａ_Ｒ（＝Ｗ_Ｒ），Ａ_Ｇ／Ａ_Ｒ（＝Ｗ_Ｇ），Ａ_Ｂ／Ａ_Ｒ（＝Ｗ_Ｂ）の中の最大値と最小値の差が０．４５以下（Ｗmax−Ｗmin≦０．４５）となるように、波長較正フィルタの特性を設定すればよいことになる。
【００２６】
また、上記の波長較正フィルタ３２は、赤外カットフィルタ２９の特性を合体させた分光特性とし、赤外カットフィルタ２９の配置を不要にすることができる。即ち、図７及び図８には、赤外カットフィルタ２９と波長較正フィルタ３２を合体させた第３実施例及び第４実施例の合体フィルタの特性が示されており、第３実施例は図５（Ａ）の参考例の波長較正フィルタ特性に対応させたもの、第４実施例は図６（Ａ）の第１実施例の波長較正フィルタ特性に対応させたものである。
【００２７】
図７において、Ｆ_IRは図２に示した赤外カットフィルタ２９の特性、Ｆ_１は波長較正フィルタ３２の参考例の特性であり、これらのフィルタ特性を合体させ、Ｆ_３の分光透過率の第３実施例の合体フィルタを製作することができる。また、図８において、Ｆ_IRは上記と同様に赤外カットフィルタ２９の特性、Ｆ_２は波長較正フィルタ３２の第１実施例の特性であり、これらのフィルタ特性を合体させ、Ｆ_４の分光透過率の第４実施例の合体フィルタを得ることができる。これらの合体フィルタ（Ｆ_３，Ｆ_４）によれば、ハレーションを防止できると共に、フィルタの構成を簡略化することが可能となる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、カラー画像を構成する各色信号の内、赤系統の色信号が先に飽和しないように、４００〜７００ｎｍの波長範囲における撮像素子の最終的な電荷蓄積量の最大値と最小値の差が、少なくとも光源ランプの分光特性、ライトガイドの分光特性、撮像素子の分光感度、正常粘膜分光反射特性を考慮したときの上記各色信号の電荷蓄積量の最大値と最小値の差よりも小さくなる分光特性に設定した波長較正フィルタを設けたので、特定の色が先に飽和することが少なくなり、上記撮像素子の各画素のダイナミックレンジを有効に使用することができる。この結果、ハレーションの発生が抑制され、色づき等の不都合も解消することが可能となる。
また、この波長較正フィルタでは、正常粘膜分光反射特性を考慮して分光特性を設定しており、赤系統の色が多い生体内の撮影でのハレーションを良好に抑制することができる。
【００２９】
更に、赤外カットフィルタと波長較正フィルタは一つのフィルタとして製作することができ、この場合は、フィルタの構成が簡略化されるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態例に係る電子内視鏡装置の主要構成を示す図である。
【図２】実施形態例で用いられる各部材の分光特性及び分光感度を示し、図３にＤで結合される図である。
【図３】実施形態例で用いられる各部材の分光特性及び分光感度を示し、図２にＤで結合される図である。
【図４】実施形態例の波長較正フィルタを使用しないときＣＣＤで蓄積される最終的な蓄積量を示す図である。
【図５】波長較正フィルタの参考例の分光特性（分光透過率）［図（Ａ）］及びＣＣＤで蓄積される最終的な蓄積量［図（Ｂ）］を示す図である。
【図６】波長較正フィルタの第１実施例の分光特性（分光透過率）［図（Ａ）］及びＣＣＤで蓄積される最終的な蓄積量［図（Ｂ）］を示す図である。
【図７】第３実施例の合体フィルタの分光特性（分光透過率）を示す図である。
【図８】第４実施例の合体フィルタの分光特性（分光透過率）を示す図である。
【符号の説明】
１０…光源装置、
１２…スコープ及びプロセッサ装置、
１６…照明窓、１８…観察窓、
２０…ライトガイド、２８…光源ランプ、
２９…赤外カットフィルタ、
３２…波長較正フィルタ。

Claims

赤外カットフィルタを介して光源ランプの光をライトガイドによってスコープ先端へ導き、このスコープ先端からの光照明により被観察体を撮像素子で撮像する電子内視鏡装置において、
上記撮像素子で得られるカラー画像を構成する各色信号の内、赤系統の色信号が先に飽和しないように、４００〜７００ｎｍの波長範囲における最終的な電荷蓄積量の最大値と最小値の差が、少なくとも上記光源ランプの分光特性、上記ライトガイドの分光特性、上記撮像素子の分光感度、正常粘膜分光反射特性を考慮した場合の上記各色信号の電荷蓄積量の最大値と最小値の差よりも小さくなる分光特性に設定した波長較正フィルタを設けたことを特徴とする電子内視鏡装置。
上記波長較正フィルタは、４００〜７００ｎｍの波長範囲の各色信号の蓄積量の最大値と最小値の差を最大値に対する比で表したとき、その差が０．３９以下となる分光特性に設定したことを特徴とする請求項１記載の電子内視鏡装置。
上記波長較正フィルタは、４００〜７００の波長範囲において波長が長くなる程、透過率が低下する特性に設定したことを特徴とする請求項１又は２記載の電子内視鏡装置。