JP2008264514A - 内視鏡用光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置を大型化させることなく、出射光量を調整する電子内視鏡システムの光源装置を提供する。
【解決手段】内視鏡用光源装置は、電子スコープを介して被観察体に光を供給する発光部（ＬＥＤ２２）を備える。発光部からの光を受光する受光素子２６を備える。受光素子２６からの発光部の出射光量に関する情報に基づいて、発光部の駆動量を調整する駆動部（ＬＥＤドライバ２１）を備える。駆動部は、発光部の出射光量が一定になるように、発光部の駆動量を調整する。
【選択図】図２

Description

本発明は、内視鏡用光源装置に関し、特に出射光量を調整する光源装置に関する。

従来、撮像素子が搭載された電子スコープを備えた電子内視鏡システムが提案されている。特許文献１は、光源装置におけるランプの出射光量は変えずに、絞り装置などの機構を駆動することにより光源装置からの出射光量を調整する電子内視鏡システムを開示する。
特開２００６−００６８３２号公報

しかし、特許文献１の装置では、光源装置からの出射光量を調整するために、絞り機構を設けこれを駆動させる必要があるため、装置が大型化する。

したがって本発明の目的は、装置を大型化させることなく、出射光量を調整する電子内視鏡システムの光源装置を提供することである。

本発明に係る内視鏡用光源装置は、電子スコープを介して被観察体に光を供給する発光部と、発光部からの光を受光する受光素子と、受光素子からの発光部の出射光量に関する情報に基づいて、発光部の駆動量を調整する駆動部とを備える。

好ましくは、駆動部は、発光部の出射光量が一定になるように、発光部の駆動量を調整する。

また、好ましくは、発光部の出射光量設定値を設定する操作部を更に備え、駆動部は、設定された出射光量設定値に対応する第１基準値と、出射光量に関する情報とを比較する比較部と、比較部による比較結果に基づいて発光部への駆動量を調整する調整部とを有する。

さらに好ましくは、駆動部を制御する制御部と、出力装置とを更に備え、制御部は、比較部が出力する比較結果としての第１基準値と出射光量に関する情報との差異が一定時間連続して存在するか否かを判断し、存在する場合に出力装置を使って警告を行う。

また、好ましくは、発光部の出射光量設定値を設定する操作部を更に備え、駆動部は、設定された出射光量設定値に対応する第１基準値と被写体を撮像することにより得られた画像の明るさに関する情報とに基づく第２基準値と、出射光量に関する情報とを比較する比較部と、比較部による比較結果に基づいて発光部への駆動量を調整する調整部とを有する。

さらに好ましくは、第２基準値は、画像の明るさに関する情報に画像の領域ごとに設定された重み付けが重畳された状態で、第１基準値に含められたものである。

以上のように本発明によれば、装置を大型化させることなく、出射光量を調整する電子内視鏡システムの光源装置を提供することができる。

以下、第１実施形態における電子内視鏡システムの構成について、図を用いて説明する。第１実施形態に係る電子内視鏡システム１は、電子スコープ１０、画像処理プロセッサ２０、及びモニタ４０を備える（図１参照）。

電子スコープ１０は、患者の体内に挿入される可撓管である挿入部に撮像部１１を有し、施術者が手で保持しながら各種操作を行い画像処理プロセッサ（画像処理装置）２０に接続される操作及び接続部から挿入部の先端にかけて画像処理プロセッサ２０からの光を導光するライトガイド１２を有する。撮像部１１は、撮像素子、及び撮像素子を制御する回路を有する。

画像処理プロセッサ２０は、ＬＥＤドライバ２１、ＬＥＤ２２、絶縁回路２３、第１画像処理部２４、受光素子２６、第２画像処理部２７、制御部２８、及び操作部２９を有する。画像処理プロセッサ２０では電子スコープ１０により取得された画像信号に対し、モニタ４０で表示可能な画像を生成する所定の画像処理が施される。

画像処理プロセッサ２０には、モニタ４０が接続される。モニタ４０は、画像処理プロセッサ２０で画像処理された、所定のビデオ信号の規格に準拠した画像を表示する表示手段である。画像処理プロセッサ２０には、モニタ４０の他に、画像処理プロセッサ２０で画像処理された画像データ等を記録する外部記憶装置や、画像を出力（プリントアウト）するプリンタなどが接続されてもよい。

次に、各部の詳細について説明する。電子スコープ１０に挿通された、照明光導光用の多数の光ファイバから成るライトガイド１２は、画像処理プロセッサ２０にあるＬＥＤ２２からの光が被観察体に照明光として照射される。また、ＬＥＤ２２からの光は、ライトガイド１２の他、ＬＥＤ２２の近傍に設けられた受光素子２６に向けて照射される。

第１実施形態では、画像処理プロセッサ２０の中にＬＥＤドライバ２１、ＬＥＤ２２などの光源装置が含まれる形態を説明するが、画像処理プロセッサ２０と別体構造であってもよい。また、光源装置において発光部として使用されるのは、発光部の駆動量により出射光量が調整可能なものであればＬＥＤに限られない。

ＬＥＤ２２は、制御部２８により制御されたＬＥＤドライバ２１によって駆動される。ＬＥＤ２２の駆動量（例えば電流駆動の場合の電流値、パルス駆動の場合のデューティ比）の調整は、ＬＥＤ２２の出射光量を計測する受光素子２６、及びＬＥＤドライバ２１に基づいて行われる。

ＬＥＤドライバ２１は、基準電圧可変部２１ａ、比較器２１ｂ、サンプルホールド回路２１ｃ、ＬＥＤ駆動回路２１ｄ、及びＩ／Ｖ変換部２１ｅを有する（図２参照）。

基準電圧可変部２１ａは、使用者により操作部２９で設定されたＬＥＤ２２の出射光量設定値に対応して算出された第１基準電圧値を比較器２１ｂのプラス端子に出力する。第１基準電圧値は、ＬＥＤ２２の出射光量設定値、受光素子２６の出力電流値、及びＩ／Ｖ変換部２１ｅによる出力電圧値の関係から算出される。基準電圧可変部２１ａには、制御部２８から、使用者が操作部２９で設定したＬＥＤ２２の出射光量設定値に対応した指示信号が出力され、基準電圧可変部２１ａは、この指示信号に対応して第１基準電圧値を算出する。

受光素子２６は、ＬＥＤ２２からの光を受光し、受光量に比例した電流をＩ／Ｖ変換部２１ｅに出力する。Ｉ／Ｖ変換部２１ｅは、受光素子２６から出力された電流（受光電流値）を電圧（受光電圧値）に変換して、比較器２１ｂのマイナス端子に印加する（受光電圧値を入力する）。

比較器２１ｂは、プラス端子に入力された第１基準電圧値と、マイナス端子に入力された受光電圧値を比較し、二値化信号をサンプルホールド回路２１ｃに出力する。受光電圧値が第１基準電圧値よりも低い場合はＬｏｗ出力が、高い場合にはＨｉｇｈ出力がされる。

サンプルホールド回路２１ｃは、比較器２１ｂの出力がＬｏｗ出力の場合、ＬＥＤ駆動回路２１ｄに対して出力されるアナログ信号の電圧を上げ、比較器２１ｂの出力がＨｉｇｈ出力の場合、ＬＥＤ駆動回路２１ｄに対して出力されるアナログ信号の電圧を下げる。ＬＥＤ駆動回路２１ｄは、サンプルホールド回路２１ｃからのアナログ信号に応じた電流値をＬＥＤ２２に供給する。

ＬＥＤドライバ２１、ＬＥＤ２２、受光素子２６、制御部２８により、ＬＥＤ２２は、電流駆動開始後、徐々に、第１基準電圧値に対応した出射光量で照射することが可能になり、第１基準電圧値に対応した出射光量が維持される。また、ＬＥＤ駆動回路２１ｄからＬＥＤ２２に供給する電流値が、受光素子２６における受光量に応じて変化せしめられるため、ＬＥＤ２２の経年変化に対応した光量劣化などがあっても、第１基準電圧値に対応した一定の出射光量で照射を続けることが可能になる。

なお、ＬＥＤ２２の出射光量の検出は、第１実施形態のような受光素子２６を使わないで、撮像部１１で撮像した画像を第１、第２画像処理部２４、２７で画像処理する段階で輝度を測ることによっても可能である。但し、この場合、輝度が変化する原因がＬＥＤ２２の出射光量によるものか、他の要因（被観察体の変化、撮像部１１などの性能の変化など）によるものかが不明確で、安定的に出射光量を調整することが出来ない。第１実施形態では、輝度が変化する要因のうち、ＬＥＤ２２の出射光量と異なる要因による輝度変化に対応して、モニタ４０に表示される画像の明るさを一定にするために、撮像素子の電子シャッタをつかって電荷蓄積時間が調整される。

また、ＬＥＤ２２の出射光量の調整は、受光素子２６などの電気回路で構成されるため、光源装置における絞りなどの機構部品を使うに比べて構成を簡素化することが可能になる。

また、比較器２１ｂからの出力を制御部２８にも行い（不図示）、比較器２１ｂからの出力が一定時間連続してＬｏｗ出力を続ける場合（第１基準電圧値と、受光電圧値との差異が、第１基準電圧値が高い状態で、一定時間連続して存在する場合）には、ＬＥＤ駆動回路２１ｄから上限電流値を供給してもＬＥＤ２２が所定の出射光量を照射できないとして、モニタ４０などの出力装置にＬＥＤ２２の交換などを促す警告を行っても良い。この場合、ＬＥＤ２２が十分な出射光量を照射できなくなるまで使用し続けることが可能になり、使用時間でランプなどの光源装置の寿命を判断する形態よりも効果的に光源装置を使用することが可能になる。

被観察体からの反射光は対物光学系（不図示）を介して撮像部１１の撮像素子に入射し、撮像素子の入射面に被観察体の光学像が結像される。撮像素子では入射した被観察体の光学像が光電変換され、該光学像に基づいた画像信号が出力される。

撮像部１１から出力された画像信号は、増幅後、絶縁回路２３を介して、画像処理プロセッサの第１画像処理部２４に送られ、ＹＣ分離等の前段の画像信号処理が施される。絶縁回路２３は、患者に対する感電等からの保護のための回路である。

第２画像処理部２７では、増幅処理、ガンマ補正、輪郭強調等の後段の画像信号処理が施され、第２画像処理部２７に設けられた画像メモリ（不図示）に画像データとして格納される。

第２画像処理部２７に設けられた画像メモリ内の画像データは、適時読み出されて所定のビデオ信号の仕様に準拠したビデオ信号処理が施され、モニタ４０へ出力される。その結果、モニタ４０に被観察体像が表示される。

制御部２８は、電子スコープ１０や画像処理プロセッサ２０の各部を制御するマイクロプロセッサ等である。操作部２９は、各部の使用条件などを設定する操作キーである。操作部２９を操作することにより、第１実施形態のように、ＬＥＤ２２の出射光量の調整が可能になる。

次に、第２実施形態について説明する。第１実施形態では、使用者により操作部２９で設定されたＬＥＤ２２の出射光量設定値に対応する第１基準電圧値に基づいて、ＬＥＤ２２の出射光量が調整される形態を説明したが、第２実施形態では、第１基準電圧値に、第２画像処理部２７におけるビデオ信号処理が行われて生成されたビデオ信号に含まれる輝度信号すなわち画像の明るさに関する情報を含めた第２基準電圧値に基づいて、ＬＥＤ２２の出射光量が調整される。以下、第１実施形態と異なる点を中心に説明する。

第２実施形態における画像処理プロセッサ２０は、ＬＥＤドライバ２１、ＬＥＤ２２、絶縁回路２３、第１画像処理部２４、受光素子２６、第２画像処理部２７、制御部２８、及び操作部２９を有する点で、第１実施形態と同じである。但し、第２実施形態では、第２画像処理部２７におけるビデオ信号処理が行われて生成されたビデオ信号に含まれる輝度信号に対応する輝度電圧値の電圧が、制御部２８、及びＬＥＤドライバ２１の減算回路２１ｆのマイナス端子に印加される点が、第１実施形態と異なる（図３、図４参照）。

ＬＥＤ２２は、制御部２８により制御されたＬＥＤドライバ２１によって駆動される。ＬＥＤ２２の駆動量（例えば電流駆動の場合の電流値、パルス駆動の場合のデューティ比）の調整は、第２画像処理部２７からの輝度信号、ＬＥＤ２２の出射光量を計測する受光素子２６、及びＬＥＤドライバ２１に基づいて行われる。

ＬＥＤドライバ２１は、基準電圧可変部２１ａ、比較器２１ｂ、サンプルホールド回路２１ｃ、ＬＥＤ駆動回路２１ｄ、Ｉ／Ｖ変換部２１ｅ、減算回路２１ｆ、ゲイン可変アンプ２１ｇ、積分回路２１ｈ、及び加算回路２１ｉを有する（図４参照）。

基準電圧可変部２１ａは、使用者により操作部２９で設定されたＬＥＤ２２の出射光量設定値に対応して算出された第１基準電圧値の電圧を減算回路２１ｆのプラス端子、及び加算回路２１ｉのプラス端子に印加する。

減算回路２１ｆのマイナス端子には、第２画像処理部２７からの輝度信号が入力される。減算回路２１ｆは、第１基準電圧値から輝度信号を差し引いた差異信号をゲイン可変アンプ２１ｇに出力する。

ゲイン可変アンプ２１ｇは、差異信号を増幅して積分回路２１ｈに出力する。ゲイン可変アンプ２１ｇによる差異信号の増幅処理における増幅率は、輝度信号を含むビデオ信号に対応する撮像部１１の撮像素子の撮像領域、すなわちモニタ４０の表示領域ごとに重み付けが重畳された状態で設定される。

具体的には、輝度信号における撮像素子の中心部に対応する領域、すなわちモニタ４０の表示領域の中心部４０ａに対応する部分の重み付けを大きくするように、増幅率が設定される。すなわち、輝度信号における表示領域の中心部４０ａに対応する部分は高い増幅率（例えば１．２倍）で増幅され、輝度信号における表示領域の中心部（画像の中心部）４０ａの周辺部（画像の周辺部）４０ｂに対応する部分は低い増幅率（例えば０．８倍）で増幅され、輝度信号における表示領域の周辺部４０ｂの外側部（画像の外側部）４０ｃに対応する部分は、さらに低い増幅率（例えば０倍）で増幅される（図５参照）。輝度信号における表示領域の場所の特定は、水平ライン、及び水平同期信号のカウントにより行われる。

これにより、観察において最も重要視される部分である表示領域の中心部４０ａ、すなわち撮像素子の中心部で撮像されて得られた画像の明るさを重視した輝度に関する情報が、ＬＥＤ２２の出射光量の調整に用いられる。

積分回路２１ｈは、表示領域ごとに異なる増幅率で増幅された差異信号を足し合わせした電圧値（差異信号の平均電圧値）の電圧を加算回路２１ｉのマイナス端子に印加する。加算回路２１ｉは、差異信号の平均電圧値に第１基準電圧値を加算した第２基準電圧値の電圧を、比較器２１ｂのプラス端子に印加する。

減算回路２１ｆで、第１基準電圧値と輝度電圧値の差異に基づく差異電圧値を求め、加算回路２１ｉでは、減算回路２１ｆで減算の対象とした第１基準電圧値を足し合わせて第２基準電圧値を求める。これにより、輝度信号に対応する輝度電圧値が第１基準電圧値よりも高い場合、すなわち第１基準電圧値に対応した出射光量設定値から想定される画像の明るさに比べて実際の画像が明るい場合には、加算回路２１ｉからは、第１基準電圧値よりも低い値の第２基準電圧値が出力される。一方、輝度電圧値が第１基準電圧値よりも低い場合、すなわち第１基準電圧値に対応した出射光量設定値から想定される画像の明るさに比べて実際の画像が暗い場合には、加算回路２１ｉからは、第１基準電圧値よりも高い値の第２基準電圧値が出力される。

受光素子２６は、ＬＥＤ２２からの光を受光し、受光量に比例した電流をＩ／Ｖ変換部２１ｅに出力する。Ｉ／Ｖ変換部２１ｅは、受光素子２６から出力された電流（受光電流値）を電圧（受光電圧値）に変換して、比較器２１ｂのマイナス端子に印加する（受光電圧値を入力する）。

比較器２１ｂは、プラス端子に入力された第２基準電圧値と、マイナス端子に入力された受光電圧値を比較し、二値化信号をサンプルホールド回路２１ｃに出力する。受光電圧値が第２基準電圧値よりも低い場合はＬｏｗ出力が、高い場合にはＨｉｇｈ出力がされる。

サンプルホールド回路２１ｃは、比較器２１ｂの出力がＬｏｗ出力の場合、ＬＥＤ駆動回路２１ｄに対して出力されるアナログ信号の電圧を上げ、比較器２１ｂの出力がＨｉｇｈ出力の場合、ＬＥＤ駆動回路２１ｄに対して出力されるアナログ信号の電圧を下げる。ＬＥＤ駆動回路２１ｄは、サンプルホールド回路２１ｃからのアナログ信号に応じた電流値をＬＥＤ２２に供給する。

具体的には、輝度信号に対応する輝度電圧値が第１基準電圧値よりも高い場合、すなわち第１基準電圧値に対応した出射光量設定値から想定される画像の明るさに比べて実際の画像が明るい場合には、加算回路２１ｉからは、第１基準電圧値よりも低い値の第２基準電圧値に、受光電流値が近づくように、ＬＥＤ駆動回路２１ｄのＬＥＤ２２への電流供給制御が行われる。一方、輝度電圧値が第１基準電圧値よりも低い場合、すなわち第１基準電圧値に対応した出射光量設定値から想定される画像の明るさに比べて実際の画像が暗い場合には、加算回路２１ｉからは、第１基準電圧値よりも高い値の第２基準電圧値に、受光電流値が近づくように、ＬＥＤ駆動回路２１ｄのＬＥＤ２２への電流供給制御が行われる。

その他の構成については、第１実施形態と同様である。

ＬＥＤドライバ２１、ＬＥＤ２２、受光素子２６、第２画像処理部２７、及び制御部２８により、ＬＥＤ２２は、電流駆動開始後、徐々に、画像の明るさに応じて変動する第２基準電圧値に対応した出射光量で照射することが可能になり、第２基準電圧値に対応した出射光量になるように制御される。また、ＬＥＤ駆動回路２１ｄからＬＥＤ２２に供給する電流値が、受光素子２６における受光量に応じて変化せしめられるため、ＬＥＤ２２の経年変化に対応した光量劣化などがあっても、第２基準電圧値に対応した出射光量で照射を続けることが可能になる。

さらに、ビデオ信号に含まれる輝度信号、すなわちモニタ４０に表示される画像の明るさも考慮して、ＬＥＤ２２の出射光量調整が行われるため、撮像素子の電子シャッタ制御を行うことなく、モニタ４０に表示される画像の明るさを、第１基準電圧値に対応した出射光量設定値から想定される画像の明るさに近い一定レベルに保つことが可能になる。

第１実施形態における電子内視鏡システムの構成図である。 第１実施形態におけるＬＥＤドライバの構成図である。 第２実施形態における電子内視鏡システムの構成図である。 第２実施形態におけるＬＥＤドライバの構成図である。 第２実施形態におけるモニタの表示領域の重み付け分布図である。

符号の説明

１ 電子内視鏡システム
１０ 電子スコープ
１１ 撮像部
１２ ライトガイド
２０ 画像処理プロセッサ
２１ ＬＥＤドライバ
２１ａ 基準電圧可変部
２１ｂ 比較器
２１ｃ サンプルホールド回路
２１ｄ ＬＥＤ駆動回路
２１ｅ Ｉ／Ｖ変換部
２１ｆ 減算回路
２１ｇ ゲイン可変アンプ
２１ｈ 積分回路
２１ｉ 加算回路
２２ ＬＥＤ
２３ 絶縁回路
２４ 第１画像処理部
２６ 受光素子
２７ 第２画像処理部
２８ 制御部
２９ 操作部
４０ モニタ

Claims (6)

1. 電子スコープを介して被観察体に光を供給する発光部と、
   前記発光部からの光を受光する受光素子と、
   前記受光素子からの前記発光部の出射光量に関する情報に基づいて、前記発光部の駆動量を調整する駆動部とを備える内視鏡用光源装置。
2. 前記駆動部は、前記発光部の出射光量が一定になるように、前記発光部の駆動量を調整することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡用光源装置。
3. 前記発光部の出射光量設定値を設定する操作部を更に備え、
   前記駆動部は、前記設定された出射光量設定値に対応する第１基準値と、前記出射光量に関する情報とを比較する比較部と、前記比較部による比較結果に基づいて前記発光部への駆動量を調整する調整部とを有することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡用光源装置。
4. 前記駆動部を制御する制御部と、出力装置とを更に備え、
   前記制御部は、前記比較部が出力する比較結果としての前記第１基準値と前記出射光量に関する情報との差異が一定時間連続して存在するか否かを判断し、存在する場合に前記出力装置を使って警告を行うことを特徴とする請求項３に記載の内視鏡用光源装置。
5. 前記発光部の出射光量設定値を設定する操作部を更に備え、
   前記駆動部は、前記設定された出射光量設定値に対応する第１基準値と被写体を撮像することにより得られた画像の明るさに関する情報とに基づく第２基準値と、前記出射光量に関する情報とを比較する比較部と、前記比較部による比較結果に基づいて前記発光部への駆動量を調整する調整部とを有することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡用光源装置。
6. 前記第２基準値は、前記画像の明るさに関する情報に前記画像の領域ごとに設定された重み付けが重畳された状態で、前記第１基準値に含められたものであることを特徴とする請求項５に記載の内視鏡用光源装置。

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