JPH02285318A - 内視鏡の照明光量調整装置 - 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］ 本発明は、医療用または工業用として用いられる内視鏡
１＃に電子内視鏡において、被写体像の明るさを一定に
保つように、照明光の光量を調整する内視鏡の照明光量
調整装置に関するものである。

（従来の技術１ 内視鏡は、患者の体内１機械装置の内部等に挿入されて
、検査、観察等を行うために用いられるものであって１
体内等に挿入される挿入部の先端には、観察を行う部位
を照明するための照朋窓及び、このようにして照明され
た部位を観察するための観察窓が設けられている。そし
て、電子内視鏡にあっては、この観察窓に入射される被
写体像を電気信号に変換してプロセッサに伝送し、該フ
ロセッサにより所定の信号処理を行った上で、モニタ画
面上に表示するようにしている。

ここで、被写体像をモニタ画面上において鮮明に表示す
るには、この被写体に向けて適正な光量で照明光を照射
しなければならない。照明光量か不足している場合には
、被写体からの反射して固体撮像素子に入射される光量
か弱くなり、モニタ画面上に表示される画像が鮮明度を
欠くことになる。また、照明光量が過大で、被写体から
の反射光量か強過ぎる場合には、ハレーションが起きる
等により、やはりモニタ画面に表示される画像の画質が
悪くなる。

然るに、被写体に対して照射される照明光の光量か一定
であっても、挿入部の先端から被写体までの間の距離が
異なる場合や、被写体における光の反射率の相違等から
、該被写体からの反射光量は一様ではない。従って、実
際に観察を行う際には、照明光量を適正な状態に保つた
めに、光源と、この光源から照明光を伝送するライトガ
イドとの間に絞り部材を介在させ、被写体の距離や反射
率等に応じてこの絞り部材を適宜操作することにより、
照明光量を調整するように構成している。そこで、第１
図に従来技術による光源先着調整装置を示す。

図中において、１はライトガイドを示し、該ライトガイ
ドｌの一端ｔａは照明光の入射端て、この入射端１ａは
プロセッサにおける光源部り内に臨み、光源２から照射
される照明光はコンデンサレンズ３及び回転式のカラー
フィルタ４を順次介してこのライトガイド１の入射端１
ａに入射されるようになっている。また、ライトガイド
１の他端は照明光の出射端１ｂで、この出射端１ｂは内
視鏡Ｓの挿入部における先端部に設けた照明窓に臨んで
いる。また、この挿入部の先端部には、対物レンズ５を
備えた観察窓が設けられ、この対物レンズ５の結像位置
にはＣＣＤ等からなる固体撮像素子６が設置されている
。この固体撮像素子６によって、観察対象部の光学像を
光電変換して画像信号を形成することかできる構成とな
っている。

固体撮像素子６を駆動するために、該固体撮像素子６に
は駆動回路７か接続されており、この駆動回路７からの
駆動信号に基づいて固体撮像素子６が駆動されて、カラ
ーフィルタ４の回転に伴な゛って該固体撮像素子６にお
いて形成されたＲ２Ｏ，Ｂの各色画像信号か出力される
ようにな９ている。このようにして出力された各色画像
信号は、ビデオ信号検出回路８を介してプロセスアンプ
９に入力されて、Ａ／Ｄ変換器１０を介して順次メモリ
１１に格納されるようになっている。そして、Ｒ，Ｇ、
Ｂの各色画像信号がメモリ１１に取り込まれたときに、
これらの色画像信号がメモリ１１から同時に読み出され
て、０／Ａ変換器１２からエンコーダ１３に入力されて
、コンポジット映像信号として出力されるようになって
いる。この駆動回路７及びメモリ１１．エンコーダ１３
に対してタイミング信号を入力するために、タイミング
信号発生回路１４が設けられるようになっている。

また、ビデオ信号検出回路８には反射光沿検出回路１５
か接続されており、この反射光計検出回路１５において
は、固体撮像素子６に入射された被写体からの反射光量
を測定することかてきるようになっている。そして、こ
のようにして検出した反射光量の信号は減算部１６に入
力され、この検出光量と目標値設定部１７からの目標光
量値との差を演算することにより、実測光量値と目標光
量値との偏差が求められるようにしている。そして、こ
の偏差信号に基づいて、光源部からの照明光量か最適な
値となるように調整される。

ここで、目標値設定部１７において設定される目標光量
値は固定的なものであってもよく、またボリューム等に
より調整可能な構成とすることも可能である。さらに、
第２図に示したように、スイッチング手段により目標値
をハイ、ミドル。

ローの３段階等複数段階に切り換え可能に構成した目標
値設定部１７′として構成することもできる。

前述した偏差信号に基づいて光源部における光量の調整
が行われるが、この光量調整を行うために、光源２とコ
ンデンサレンズ３との間には絞り板１８か設けられてい
る。そして、この絞り板１８の駆動を制御するために、
絞り駆動回路１９が設けられており、前記偏差信号はこ
の絞り駆動回路１９に入力されて、この絞り駆動回路１
９からの駆動信号に基づいてモータ２０を作動させて、
絞り板１８を光路に対して適宜進退させることにより、
照明光が最適な光量となるよう調整できるようになって
いる。

次に、絞り板１８による照明光の光路の絞り駆動機構を
第４図に例示する。同図から明らかなように、絞り板１
８は、ガイド溝２１に沿って照明光の光軸と直交する方
向に移動可能となっており、該ガイド溝２１に沿って絞
り板１８を変位させるために、絞り板１８にはカムフォ
ロワ２２を取り付け、該カムフォロワ２２は螺旋カム２
３に当接されている。そして、この螺旋カム２３の回転
軸２４には従動ギヤ２５か取り付けられており、該従動
ギヤ２５はモータ２０の出力軸に連結した駆動ギヤ２６
と噛合しており、モータ２０を作動させることにより、
＋！！旋カム２３を回転させて、絞り板１８の位置調整
を行うことがてきるようになっている。また１回転軸２
４には、その回転角度を検出するためのポテンショメー
タ２７か装着されており、このポテンショメータ２７に
より絞り位置検出手段が構成される。

而して、前述したように、被写体からの反射光量に基づ
いて、絞り板１８を駆動することにより、照明光の光量
が最適となるように調整するものであるが、光源２から
ライトガイド１に入射される照明光が一定であっても、
挿入部の先端と被写体との間の距離の変化により反射光
量が変化し、また被写体における光の反射率その他の要
因によっても反射光量が変化する。これを式に表すと、
検出光量１＝Ｊ（ξ、η、ｄ）・Ｒ−Ｇ（ｘ）ここて、
Ｊ（ξ、η、ｄ）は、第３図に示したように、照明レン
ズＬ、と対物レンズＬ２と撮像面Ｆとからなる撮像手段
の配設位置から距離ｄたけ離れた位置にある平面Ｌでの
立体角（ξ、η）での対物レンズから見た照明光強度、
Ｒは反射率（０≦Ｒ≦１）、Ｇ（に）は絞り位置Ｘでの
絞り利得（０≦Ｇ　（ｘ）≦１）をそれぞれ示す。

となる。このうち、Ｊ（ξ、η、ｄ）　　・Ｒは被写体
により変化する値てあり、Ｊ（ξ、η、ｄ）Ｒ＝にと置
くと、Ｉ　＝’に−Ｇ　（ｘ）となる。

従って、Ｋの値が変動した場合には、絞り位置Ｘを変え
ることによって、絞り利得Ｇ（ｘ）を変化させて、検出
光量Ｉか目標値設定部１７で設定された目標値ＩＴとな
るように調整する。そこで、この調整を行うために１反
射光量検出回路１５から現在検出されている反射光量、
即ち検出光量Ｉを減算部１６に入力して、これを目標値
設定部１７て設定した目標値１１から減算することによ
って、そのときにおける先着の偏差ΔＩ　（＝Ｉ−ＩＴ
）を求めて、この偏差信号を絞り駆動回路１９に人力し
、この偏差信号に基づいてモータ２０を作動させて、絞
り板１８の位置を変化させることによって、偏差ΔＩが
Ｏとなるように調整している。

〔発明が解決しようとする課題１ 而して、絞り板１８を移動させると、絞り利得が変化す
るか、前述した如く、照明光路と直交する方向に変位可
能な絞り板１８を用いた場合には、絞り板１８の移動量
Ｘに対する絞り利得Ｇ　（ｘ）の変化は、第５図に示し
た曲線となる。しかも、被写体反射率や挿入部先端から
被写体まての距離等が変化した場合における絞り位置Ｘ
と検出光量Ｉとの関係は、第６図に示したようになる。

ここで、被写体の光反射率が高い場合や、観察窓と被写
体との間の距離か短い場合には、検出光量は絞り位置に
応じて曲線■で示したように変化し、被写体の反射率が
低い場合や、被写体か観察窓から離れている場合には、
検出光量は曲線■で示したように変化する。この第６図
から明らかなように、同じ検出光陽偏差ΔＩにおいて、
曲線■の状態における絞り板１８の必要移動量ｘ１と、
曲線■の状態での絞り板１８の必要移動量ｘ２とは異な
ってくる。

即ち、検出光か強い場合（曲線■の場合）には、絞り板
１８の移動量に対する光量偏差は大きくなり、これとは
反対に検出光か弱い場合に（曲線■の場合）は、絞り板
１８の移動量に対する光量偏差か小さくなる。

前述したことから、例えば観察視界を変えて、挿入部の
先端と被写体との間の距離か変わり、検出光量か変化し
たときに、被写体からの検出光自体を制御信号として用
いて、検出光量を所定の値となるように調整するために
は、曲線■で示したように、被写体からの反射光量か大
きい側、例えば挿入部の先端を被写体に近づけた場合に
は、絞り板１８の動きに対する絞り利得か過大となって
目標値付近でハンチングが生して絞り板１８が安定しな
くなる。また、曲！！■て示したように、被写体からの
反射光量が小さい側、例えば挿入部の先端を被写体を遠
ざけたときには、絞り板１８の動きに対する絞り利得が
過小となって、この絞り板１８の応答性及び静止精度が
悪くなったり、ルたしい場合には目標値に到達させるの
が不可能となることもある。

本発明は叙上の点に鑑みてなされたものであって、その
目的とするところは、検出光量か変化したときに、迅速
かつ確実に目標先着となるように調整することができる
ようにした内視鏡用光源光量調整装置を提供することに
ある。

［課題を解決するための手段１ 前述の目的を達成するために、本発明は、絞り制御手段
に制御されて、内視鏡の光源からの照明光の光路断面積
を変化させる絞り部材と、該絞り部材の位置を検出する
絞り位置検出手段と、当該絞り位置での被写体からの反
射光量を検出する反射光量検出手段と、目標となる照明
光量値を設定する目標光量設定手段と、前記絞り位置検
出手段からの絞り位置信号と反射光量検出手段からの反
射光量信号とに基づいて、現在の状態での絞り位置−反
射光量特性を求め、この特性と前記目標光量設定手段か
らの目標照明光量信号とから目標となる絞り位置を割り
出して、前記絞り制御手段に制御動作信号を与える目標
絞り位置設定手段とから構成したことをその特徴とする
ものである。

［作用１ このように、絞り位置設定手段によって、現在における
絞り位置と、この絞り位置ての反射光量とから、挿入部
先端から被写体までの距離や被写体自体の光反射率等に
依存して変化する現在の状態における絞り効果に関する
特性、即ち絞り位首−反射光場特性を求め、これから目
標値となる照明光量を照射することかてきる絞り部材の
位置を直接割り出して、これを制御動作信号として絞り
部材の駆動制御手段に入力する。従って、この駆動制御
手段に入力される制御動作信号は、被写体の位置や状態
等により変化する要素が除かれることになり、この制御
動作信号により一定の比例ゲインに基づいて比例動作（
Ｐ動作）または比例十微分動作（ＰＤ動作）等の動作を
行わせることによって、絞り部材を極めて安定した状態
で動作させることがてき、また応答性及び停止精度を向
−卜することがてきる。

しかも、この絞り部材の位置制御を行うために、現在の
絞り位置、この絞り状態における反射光量及び目標光量
値の３つのデータに基づいて絞り部材の位置を直接演算
することがてきるようにしているので、光源光罎調整装
置の機構か格別複雑となることはない。

［実施例１ 以下、本発明の実施例を第６図乃至第７図に基づいて詳
細に説明する。なお、本実施例において、前述した従来
技術と同一または均等な構成要素については、同一の符
号を付して、その説明は省略する。

まず、第７図において、３０は絞り位置設定手段を示し
、この絞り位置設定手段３０にはポテンショメータ２７
の出力信号である絞り位置信号と、固体撮像素子６から
ビデオ信号検出回路８及び反射光量検出回路１５を介し
て出力される反射光量信号と、目標値設定部１７からの
目標照明光量信号とが入力されるようになっており、こ
れら各信号はそれぞれ増幅器３１〜３３により増幅され
るようになっている。

ポテンショメータ２７からの絞り位置Ｘに関する信号は
、Ａ／Ｄ変換器３４によってデジタル信号に変換されて
、このようにしてデジタル化された絞り位置信号は、ル
ックアップチーツル３５を介することにより、このルッ
クアップチーツル３５に記録されている絞り板１８によ
る絞り位置に対する絞り利得曲線のデータを参照して、
現在の絞り位置Ｘにおける絞り利得Ｇ　（ｘ）を求める
ことがてきるようになっている。

次に、３６はＤ／Ａ変換器を内蔵した全開状態反射光量
演算回路を示し、この演算回路３６には、前述したＡ／
Ｄ変換器３４から出力される絞り利得Ｇ　（ｘ）に関す
るデータが伝送されるようになっている。

また、これと共に固体撮像素子６からの出力信号が検波
・積分回路３７により積分されて得た現在の状態での反
射光量信号がフィードバック信号として入力されるよう
になっている。そこで、この演算回路３Ｇにおいて絞り
利得Ｇ　（ｘ）で反射光量信号を割り算することにより
、現在の状態における絞り全開状態での反射光量Ｉ　ｍ
ａｘか求められることになる。そして、この反射光量値
信号Ｉ　ｔｓａｘはこの演算回路３６に内蔵したＤ／Ａ
変換器によりアナログ信号として出力されることになる
。

ここで、既に説明したように、固体撮像素子６における
検出光量Ｉは、絞り位置たけてなく、被写体と挿入部先
端との間の距離や被写体自体の反射率等によっても変化
する。即ち、絞り位置−反射光量特性は被写体の位置や
性質等により変化することになる。従って、まず現在の
撮像状態における絞り位置−反射光量特性を特定する必
要かあるが、この絞り位置−反射光量特性は、固体撮像
素子６により実際にサンプリングした反射光量の値と、
その時における絞り利得Ｇ（に）とから特定することか
できる。而して、本実施例においては、演算回路３６に
より絞り利得Ｇ、（ｘ）で反射光量信号を割り算するこ
とによって、絞り全開状態での反射光１４　Ｉ　ｗａｘ
を求めるようになされている。

この反射光量Ｉ　ｗａｘは絞り位置−反射光量特性によ
り変化するものであるから、この絞り全開状態の反射光
量１　ｌａｘによグ轟該の撮像状態での絞り位置−反射
光量特性を割り出すことができる。

このようにして演算回路３６において得た反射光量信号
Ｉ　ｗａｘは絞り位置割り出し回路３８に参照電圧とし
て入力されるようになっている。そして、この絞り位置
割り出し回路３８においては、目標値設定部１７から出
力される目標照明光量信号１丁か取り込まれて、出線の
撮像状態での絞り位置−反射光量特性から、絞り板１８
をどの位置に置けば、目標となる照明光を照射すること
かできるかの割り出しが行われることになる。

この絞り位置割り出し回路３８は、ルックアッフテーブ
ル参照型のＡ／Ｄ変換器からなるもので、その構成は、
第８図に示したように、タイミンク回路３９からのクロ
ック信号により駆動される逐次比較近似レジスタ４０と
、それぞれの絞り全開状態での反射光量に基づく絞り位
置−反射光量特性のデータが記録されているＲＯＭを備
えたルツクア・シブテーブル４１及びＤ／Ａ変換器４２
とを有し、逐次比較近似レジスタ４０とルックアップテ
ーブル４１との間はアドレスバス４３を介して接続され
、またルックアップテーブル４１とＤ／Ａ変換器４２と
の間はデータバス４４により接続されている。

従って、Ｄハ変換器４１には演算回路３６から出力され
る信号が参照電圧として入力され、この信号に基づいて
ルックアップテーブル４０から読み出されたデータをＤ
／Ａ変換して比較器４５に入力し、これと目標値設定部
１７から送られる目標光量信号とをこの比較器４２によ
り比較する。そして、この比較結果を逐次比較近似レジ
スタ４０に書き込むことによって、現在の被写体の状態
において、目標照明光量エアとなる絞り位置Ｘを割り出
すようにしている。

このようにして割り出された目標となる絞り位置に関す
る信号は、デジタル信号であるために、これをＤ／Ａ変
換器４６によりアナロク値に置き換えて、絞り駆動回路
１９に制御動作信号として入力されることになり、この
制御動作信号に基づいて絞り板１８が駆動されて、照明
光量の調整か行われることになる。

而して、このようにして求めた絞り駆動回路１９への制
御動作信号は、被写体の位置や状態等による変化成分か
除かれているので、比例ゲインの一定化を図ることがで
きることになる。このために、通常の比例動作またはこ
の制御動作信号に所定の時間的微分値による調整を加え
た信号による比例＋微分動作により正確かつ確実に、し
かも安定した状態で絞り板１８を動作させることができ
るようになり、ゲインが過大となり過ぎてハンチングを
起したり、またゲインが過小となって作動遅れ等を生じ
る不都合はない。

次に、第９図に絞り位置設定手段の具体的な回路構成を
示す。この図においては、単一のＤ／Ａ変換器５０を用
い、これと比較器５１．５２及びマイクロプロセッサ５
３と、ラッチ回路５４に接続されて、マイクロプロセッ
サ５３からの信号に基づいて切換制御されるアナログス
イッチＳＯ〜Ｓ７を用いて、このアナログスイッチＳＯ
〜Ｓ７によるモード切換により目標となる絞り位置を求
めるように構成している。このように構成することによ
り、回路構成は極めて簡略化することができるようにな
る。

即ち、まず、スイッチＳＯを閉成し、スイッチＳ３を接
点ａ側と接続することにより、マイクロプロセッサ５３
から絞り位置を制御する制御動作信号に基づいて、当該
の状態において目標となる光量で照明されている。そし
て、観察視野が変わると、被写体からの反射光量が変化
する。そこで、反射絞り位置検出用のスイ・ンチＳ６が
閉成すると共に、反射光量検出用のスイッチＳ４が閉成
する。この結果、ポテンショメータ２７から現在におけ
る絞り位置信号と固体撮像素子６から現在の反射光量信
号とがサンプリングされる。

このようにして絞り位置信号と反射光量信号とのサンプ
リングが完了すると、スイッチＳＯが開成されると共に
、スイッチＳ６及びスイッチＳ４か開成する。そこて、
スイッチＳ７を接点ａ側と接続し、またスイッチＳｌを
接点ａ側に接続することにより、絞り位置信号か比較器
５１．５２を介してバッファ回路５４からマイクロプロ
セッサ５３に取り込まれ、このマイクロプロセッサ５３
てＤ／Ａ変換されると共に、絞り板１８における当該絞
り位置での絞り利得Ｇ　（ｘ）の演算か行われる。

また、スイッチＳ１を接点す側と接続する状態に切り換
えることにより、反射光量信号が取り込まれる。そして
、このときに、スイッチＳ２を閉成し、かつスイッチＳ
３を接点す側に接続することにより、この反射光量信号
がフィードバック信号としてＤ／Ａ変換器５０に入力さ
れて、マイクロプロセッサ５３からのデータをＤ／Ａ変
換器５０に読み出すことにより、絞り全開状態での反射
光量Ｉ　ｍａｘの演算か実行される。そして、このデー
タはＤ／Ａ変換器５０に再度書き込まれる。また、これ
と同時にスイッチＳ５を閉成することにより、目標光量
値の取り込みを行う。

さらに、スイッチＳ１を接゛点す側に切り変え、またス
イッチＳ２を開成すると共に、スイッチＳ５を開成する
ことにより、目標光量信号と、前述のようにして求めた
絞り全開状態での反射光量Ｉ　ｗａｘとが比較器５２か
らバッファ回路５４を介してマイクロプロセッサ５３に
送られて、目標となる絞り位置が割り出されることにな
る。そこで、このマイクロプロセッサ５３からの出力デ
ータをＤハ変換器５０によりＤハ変換することにより、
光量偏差に関する信号てはなく、より直接的な絞り板１
８の目標となる絞り位置の信号が得られる。従って、こ
の絞り位置の信号が制御動作信号として絞り駆動回路１
９に入力され、この制御動作信号に基づいて絞り板１８
が作動して、照明光が目標値となるように絞りの調整が
行われることになる。

［発明の効果１ 以り説明したように、本発明は、絞り部材による現在の
絞り位置、この絞り状態における反射光量及び目標光量
値の３つのデータに基づいて、目標となる絞り位置を直
接割り出して、この絞り位置の制御動作信号を絞り部材
を駆動する絞り制御手段に伝達するようにしたのて、該
絞り制御手段に入力される制御動作信号としては、被写
体の位置や状態等により変化する要素が除かれることに
なって、絞り部材を極めて安定した状態で動作させるこ
とができると共に、応答性及び停止精度を向上すること
ができるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来技術の光源光量調整装置の一例を示す構成
説明図、第２図は目標値設定手段の他の例を示す説明図
、第３図は光学系の配置説明図、第４図は照明光の絞り
機構の構成説明図、第５図は絞り部材の絞り特性線図、
第６図は絞り位置−反射光量特性線図、第７図及び第８
図は本発明の第１の実施例を示し、第７図は光源光量調
整装置における絞り位置設定手段の構成説明図第８図は
絞り位置割り出し回路の構成説明図、第９図は本発明の
第２の実施例を示す絞り位置設定手段の構成説明図であ
る。 １ニライトガイド、２：光源、６：固体撮像素子、１５
：反射光量検出回路、１７．１７’　　：目標値設定部
、１８：絞り板、１９：絞り駆動回路、２７：ポテンシ
ョメータ、３０：絞り位置設定手段、３４　：　Ａ／Ｄ
変換器、３５ニルツクアツプテーブル、３６：絞り全開
状態反射光量演算回路、３８二絞り位置割り出し回路、
３９：タイミング回路、４０：逐次比較近似レジスタ、
４］ニルツクアツプテーブル、４２：Ｄ／Ａ変換器、５
０：Ｄ／Ａ変換器、５１，５２：比較器、５３：マイク
ロプロセッサ。 第１図 ビＴ才倍号出力 第 図 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 絞り制御手段に制御されて、内視鏡の光源からの照明光
   の光路断面積を変化させる絞り部材と、該絞り部材の位
   置を検出する絞り位置検出手段と、当該絞り位置での被
   写体からの反射光量を検出する反射光量検出手段と、目
   標となる照明光量値を設定する目標光量設定手段と、前
   記絞り位置検出手段からの絞り位置信号と反射光量検出
   手段からの反射光量信号とに基づいて、現在の状態での
   絞り位置−反射光量特性を求め、この特性と前記目標光
   量設定手段からの目標照明光量信号とから目標となる絞
   り位置を割り出して、前記絞り制御手段に制御動作信号
   を与える目標絞り位置設定手段とから構成したことを特
   徴とする内視鏡の照明光量調整装置。