JP6172738B2 - 電子内視鏡および電子内視鏡システム - Google Patents

Description

本発明は、体腔内の画像を撮像するための撮像素子を備えた電子内視鏡および電子内視鏡システムに関する。

従来、患者の体腔内に細径で長尺の挿入部を挿入することにより、対象部位の観察および撮像を行うことができる電子内視鏡が広く用いられている。電子内視鏡の挿入部先端には撮像素子（ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサなど）および照明光を体腔内に照射するためのライトガイドが設けられている。対象部位によって反射された光は、撮像素子によって光電変換されて画像信号として出力され、電子内視鏡と接続されるビデオプロセッサを介してモニタに表示される。

また、従来の電子内視鏡では、作業中に電子内視鏡の先端部が観察対象に接近した場合などに、電子シャッタ機能を働かせることによって光量の調整を行い、画像のブレを低減する方法が知られている。特許文献１には、電子シャッタ機能を備える電子内視鏡システムが開示されている。電子シャッタ機能においては、フィールド内の任意のタイミングで電荷掃捨パルスを出力し、蓄積された電荷をリセットすることで光量の調整が行われる。

特開２００７−１４４１４３号公報

一般的に、電子シャッタを行う際は、撮像素子の基板電圧が印加されるVsub端子に電荷掃捨パルスが入力される。その結果、電荷掃捨パルスの立ち上がりにより、撮像素子の受光部を構成する各フォトダイオードのアノード−カソード間電位差が無くなり、そこに蓄積されていた電荷が除去される（リセットされる）。その後、電荷掃捨パルスが立ち下がると、電荷の蓄積が再開される。しかしながら、電荷掃捨パルスが入力された後、ある期間に渡って撮像素子の基板電圧が変動してしまうことがある。このような場合、電荷が適切に蓄積されず、取得される画像データにノイズが発生してしまう。また、電子内視鏡は、種類によって撮像素子や体腔内に挿入されるケーブル（可撓管）の仕様（長さなど）が異なる。さらに、ケーブルの仕様によって配線抵抗値や寄生容量値も異なる。そのため、ケーブルによる基板電圧の電圧降下や、電荷掃捨パルス入力時の基板電圧の変動の仕方が、電子内視鏡の種類によって異なってしまい、安定して撮像素子を駆動することが困難となっていた。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、電子内視鏡の種類に応じて撮像素子の基板電圧を適切に制御することが可能な電子内視鏡および電子内視鏡システムを提供することである。

本発明の実施形態によれば、電子内視鏡の先端部に設けられた撮像素子と、電子内視鏡の固有情報を記憶するメモリと、撮像素子に印加する基板電圧を発生する基板電圧発生手段と、撮像素子に印加される基板電圧値を検出する検出手段と、基板電圧発生手段を制御する制御手段と、を備える電子内視鏡が提供される。また、本発明の制御手段は、メモリに記憶された固有情報に基づいて、目標基板電圧値を求め、検出手段により検出された基板電圧値が、該目標基板電圧値に略一致するように、基板電圧発生手段により発生される基板電圧の値を調整することを特徴とする。

この構成によれば、電子内視鏡の種類に応じて撮像素子の基板電圧を制御することが可能となり、共通する制御基板を用いて様々な電子内視鏡に対応することが可能となる。また、検出される基板電圧値に基づいて発生する基板電圧値の調整を行うことにより、基板電圧に変動があった場合も補正することが可能となり、撮像素子を安定して駆動し、ノイズの少ない画像を得ることができる。

また、本発明の電子内視鏡における撮像素子と、基板電圧発生手段とは、長尺のケーブルを介して接続されている。さらに、目標基板電圧値は、固有情報に含まれる撮像素子の種類およびケーブルの長さに基づいて求められても良い。

また、本発明の電子内視鏡は、電子シャッタ機能を備えていても良い。この場合、制御手段は、電子シャッタ機能がＯＮである場合のみ、基板電圧発生手段により発生される基板電圧の値を調整する構成としても良い。この構成によれば、電子シャッタの影響による基板電圧の変動を補正することが可能となる。

さらに、本発明の制御手段は、検出手段により検出された基板電圧値に基づいて補正信号を生成し、該補正信号を用いて基板電圧発生手段により発生される基板電圧の値を調整する構成としても良い。

また、本発明により、電子内視鏡の先端部に設けられた撮像素子と、電子内視鏡の固有情報を記憶するメモリと、撮像素子に印加する基板電圧を発生する基板電圧発生手段と、 撮像素子に印加される基板電圧値を検出する検出手段と、を備える電子内視鏡と、基板電圧発生手段を制御する制御手段と、からなる電子内視鏡システムが提供される。また、本発明の制御手段は、メモリに記憶された固有情報に基づいて、目標基板電圧値を求め、検出手段により検出された基板電圧値が、該目標基板電圧値に略一致するように、基板電圧発生手段により発生される基板電圧の値を調整することを特徴とする。

以上のように、本発明によれば、電子内視鏡の種類に応じて撮像素子の基板電圧を適切に制御することができ、安定して撮像素子を駆動することが可能となる。

本発明の実施形態に係る電子内視鏡システムの概略構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る内視鏡制御部の詳細構成を示すブロック図である。 図３（ａ）は検出された基板電圧を示し、図３（ｂ）は補正信号を示し、図３（ｃ）は、補正された基板電圧を示す。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る電子内視鏡システム１の概略構成を示すブロック図である。図１に示すように、本実施形態の電子内視鏡システム１は、電子内視鏡１００、電子内視鏡用プロセッサ２００およびモニタ３００を備えている。

電子内視鏡用プロセッサ２００は、システムコントローラ２０２やタイミングコントローラ２０６を備えている。システムコントローラ２０２は、メモリ２０４に記憶された各種プログラムを実行し、電子内視鏡システム１の全体を統合的に制御する。また、システムコントローラ２０２は、操作パネル２０８に入力されるユーザ（術者又は補助者）からの指示に応じて、電子内視鏡システム１の各種設定を変更する。タイミングコントローラ２０６は、各部の動作のタイミングを調整するクロックパルスを電子内視鏡システム１内の各種回路に出力する。

また、電子内視鏡用プロセッサ２００は、電子内視鏡１００のＬＣＢ（Light Carrying Bundle）１０２に白色光束である照明光を供給する光源装置２３０を備えている。光源装置２３０は、ランプ２３２、ランプ電源２３４、集光レンズ２３６及び調光装置２４０を備えている。ランプ２３２は、ランプ電源２３４から駆動電力の供給を受けて照明光を放射する高輝度ランプであり、例えば、キセノンランプ、メタルハライドランプ、水銀ランプ又はハロゲンランプが使用される。ランプ２３２が放射した照明光は、集光レンズ２３６により集光された後、調光装置２４０を介してＬＣＢ１０２に導入される。

調光装置２４０は、システムコントローラ２０２の制御に基づいてＬＣＢ１０２に導入する照明光の光量を調整する装置であり、絞り２４２、モータ２４３及びドライバ２４４を備えている。ドライバ２４４は、モータ２４３を駆動するための駆動電流を生成して、モータ２４３に供給する。絞り２４２は、モータ２４３によって駆動され、照明光が通過する開口を変化させて、開口を通過する照明光の光量を調整する。

入射端からＬＣＢ１０２に導入された照明光は、ＬＣＢ１０２内を伝播し、電子内視鏡１００の先端に配置されたＬＣＢ１０２の出射端から出射して、配光レンズ１０４を介して被写体に照射される。被写体からの反射光は、対物レンズ１０６を介してＣＣＤ（Charge-Coupled DeVice）１０８の受光面上で光学像を結ぶ。

ＣＣＤ１０８は、各種フィルタが受光面に配置された単板式カラーＣＣＤイメージセンサであり、受光面上で結像した光学像に応じた３原色Ｒ，Ｇ，Ｂ各色の撮像信号を生成する。生成された撮像信号は、内視鏡制御部１２０においてデジタル画像信号に変換され、電子内視鏡用プロセッサ２００の画像処理ユニット２２０に送られる。また、内視鏡制御部１２０は、メモリ１１４（ＲＯＭまたは不揮発性メモリ）にアクセスして電子内視鏡１００の固有情報を読み出す。メモリ１１４に記録される電子内視鏡１００の固有情報には、例えばＣＣＤ１０８の画素数、感度、動作可能なフレームレート、および後述する基板電圧値等が含まれる。内視鏡制御部１２０は、メモリ１１４から読み出した固有情報をシステムコントローラ２０２に出力する。

システムコントローラ２０２は、電子内視鏡１００の固有情報に基づいて各種演算を行い、制御信号を生成する。システムコントローラ２０２は、生成した制御信号を用いて、電子内視鏡用プロセッサ２００に接続された電子内視鏡１００に適した処理がなされるように、電子内視鏡用プロセッサ２００内の各種回路の動作やタイミングを制御する。

タイミングコントローラ２０６は、システムコントローラ２０２によるタイミング制御に従って、内視鏡制御部１２０および画像処理ユニット２２０にクロックパルスを供給する。また、本実施形態の電子内視鏡システム１は電子シャッタ機能を備えており、タイミングコントローラ２０６は、システムコントローラ２０２によるタイミング制御に従って、内視鏡制御部１２０へ電荷掃捨パルスを出力する。

電子内視鏡用プロセッサ２００の画像処理ユニット２２０は、システムコントローラ２０２による制御の下、電子内視鏡１００の内視鏡制御部１２０から送られてくる画像信号に基づいて内視鏡画像等をモニタ表示するためのビデオ信号を生成し、モニタ３００に出力する。術者は、モニタ３００に表示された内視鏡画像を確認しながら例えば消化管内の観察や治療を行う。

続いて、図２を参照して、本実施形態におけるＣＣＤ１０８の駆動制御について詳述する。図２は、電子内視鏡１００内部におけるＣＣＤ１０８および内視鏡制御部１２０の詳細構成を示すブロック図である。内視鏡制御部１２０は、電子内視鏡１００の接続部内に設けられ、長尺（例えば２ｍ）のケーブル１０９を介してＣＣＤ１０８と接続されている。図２に示すように、内視鏡制御部１２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１２１、タイミングジェネレータ１２２、ＣＣＤ垂直クロックドライバ１２３、ＣＣＤ水平クロックドライバ１２４、電源回路１２５、Ａ／Ｄ（Analogue/Digital）変換器１２６、画像処理回路１２７、基板電圧発生回路１３０、Ｄ／Ａ（Digital/Analogue）変換器１３１、Ａ/Ｄ変換器１３２、ならびに増幅器１３３および１３４からなる。

ＣＰＵ１２１は、電子内視鏡用プロセッサ２００のシステムコントローラ２０２とデータ通信を行い、内視鏡制御部１２０の各部を統合的に制御する。タイミングジェネレータ１２２は、ＣＰＵ１２１の制御の下、タイミングコントローラ２０６からから供給されるクロックパルスに従って、ＣＣＤ１０８を電子内視鏡用プロセッサ２００側で処理される映像のフレームレートに同期したタイミングで駆動制御するよう駆動信号を生成する。詳しくは、タイミングジェネレータ１２２は、垂直駆動信号を生成してＣＣＤ垂直クロックドライバ１２３に出力し、水平駆動信号を生成してＣＣＤ水平クロックドライバ１２４に出力する。ＣＣＤ垂直クロックドライバ１２３は、垂直駆動信号を受けて、ＣＣＤ１０８のVdriv端子に垂直クロックを出力する。また、ＣＣＤ水平クロックドライバ１２４は、水平駆動信号を受けて、ＣＣＤ１０８のHdriv端子に水平クロックを出力する。電源回路１２５は、ＣＣＤ１０８を駆動するための電源電圧（例えば＋１５Ｖ、−８Ｖ）を所定のタイミングでＣＣＤ１０８に供給する。

ＣＣＤ１０８は、入力される垂直および水平クロックに従って、光電変換された撮像信号を読み出す。ＣＣＤ１０８から読み出された撮像信号は、Ａ/Ｄ変換器１２６によってデジタル信号に変換され、画像処理回路１２７に入力される。画像処理回路１２７は、ＣＰＵ１２１の制御に従って、入力されたデジタル画像データに対して、ブランキング、クランプ、ホワイトバランス調整、ガンマ補正などの各画像処理を施す。当該処理の為に適用されるデータは、メモリ１１４に格納され、ＣＰＵ１２１によって読み出される。これにより、電子内視鏡毎のＣＣＤの色分光特性、ライトガイド７の分光特性のばらつきを調整することができる。画像処理回路１２７にて処理された画像信号は、電子内視鏡用プロセッサ２００の画像処理ユニット２２０に出力される。

基板電圧発生回路１３０は、ＣＰＵ１２１の制御に従って、ＣＣＤ１０８のVsub端子に印加される基板電圧を発生する。ここで、基板電圧の値は一般的にＣＣＤ１０８の種類（仕様）に応じて決められている。しかしながら、基板電圧発生回路１３０とＣＣＤ１０８は、長尺のケーブル１０９によって接続されているため、基板電圧発生回路１３０で発生した基板電圧は、ケーブル１０９の配線抵抗などによって降下してしまう。また、その降下率はケーブル１０９の長さなどによって異なる。さらに、電子シャッタ使用時には、ＣＰＵ１２１の制御の下、ＣＣＤ１０８のVsub端子に電荷掃捨パルスが入力される。具体的には、ＣＰＵ１２１の制御に従って、基板電圧発生回路１３０によって発生される基板電圧が瞬間的に上昇される。この場合、電荷掃捨パルスの立下り後に、ＣＣＤ１０８に印加される基板電圧が変動してしまうことがある。そのため、本実施形態では、電子内視鏡の種類および電子シャッタによる基板電圧の変動を考慮した、基板電圧の制御を行う。

詳しくは、まず、ＣＰＵ１２１は、メモリ１１４から読み出した電子内視鏡１００の固有情報から、ＣＣＤ１０８の定格の基板電圧値Vsub-sを読み出す。続いて、ＣＰＵ１２１は、電子内視鏡１００の固有情報から、ケーブル１０９の仕様に関する情報を読み出す。そして、ケーブル１０９の長さや配線抵抗に基づき、ケーブル１０９による電圧の降下値Vsub-dを算出する。そして、ＣＣＤ１０８の定格基板電圧値Vsub-sに、降下値Vsub-dを加えた電圧値を目標基板電圧Vsub-ｔとし、基板発生回路１３０に指示する。基板電圧発生回路１３０は、ＣＰＵ１２１からの指示に基づき、基板電圧を発生する。基板発生回路１３０にて発生された基板電圧は、Ｄ／Ａ変換器１３１でアナログ信号に変換され、増幅器１３３によって増幅された後、ケーブル１０９を通ってＣＣＤ１０８のVsub端子に入力される。

さらに、本実施形態では、ＣＣＤ１０８のVsub端子に実際に入力される基板電圧の値が検出され、ＣＰＵ１２１にフィードバックされる。具体的には、ＣＣＤ１０８のVsub端子に入力される基板電圧値Vsub-aが増幅器１３４にて増幅され、Ａ/Ｄ変換器１３２でデジタル信号に変換されて、ＣＰＵ１２１に入力される。ＣＰＵ１２１では、フィードバックされてきた検出基板電圧値Vsub-aと、目標基板電圧値Vsub-tとを比較し、検出基板電圧値Vsub-aが目標基板電圧値Vsub-tと一致するように、基板電圧発生回路１３０で発生させる基板電圧の値を調整し、基板電圧発生回路１３０に指示する。具体的には、目標基板電圧値Vsub-tと検出基板電圧値Vsub-aの差分を目標基板電圧値Vsub-tに加えた（または減じた）電圧値を基板電圧発生回路１３０に指示する。これにより、ＣＣＤ１０８に安定した基板電圧を供給することが可能となる。

このように、本実施形態では、メモリ１１４に記憶される電子内視鏡の固有情報に基づいて、電子内視鏡の種類に応じた適切な基板電圧を設定することが可能となる。また、ＣＣＤ１０８に入力される基板電圧を検出してフィードバック制御することで、電子シャッタによって基板電圧が変動した場合も、基板電圧値を目標値となるよう調整する（増減する）ことができる。これにより、ＣＣＤ１０８を安定して駆動することが可能となり、画像のノイズを低減することができる。

以上が本発明の実施形態の説明であるが、本発明は、上記の構成に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲において様々な変形が可能である。例えば、撮像素子として、ＣＣＤ以外のイメージセンサ（ＣＭＯＳなど）を用いることも可能である。また、電子内視鏡用プロセッサ２００のシステムコントローラ２０２において、基板電圧発生回路１３０において発生する基板電圧の値を制御する構成としても良い。

さらに、上記実施形態における基板電圧のフィードバック制御は、電子シャッタ機能がＯＮの場合のみ行う構成としても良い。これにより、基板電圧の変動が発生する可能性が低い場合には、内視鏡制御部１２０における処理を軽減することが可能となる。

さらに、ＣＰＵ１２１は、電子シャッタによる基板電圧の変動に応じた補正信号を用いて、基板電圧を調整する構成としても良い。具体的には、ＣＰＵ１２１は、最初に電荷掃捨パルスを入力した際の基板電圧の変動を検出する。この場合に検出される基板電圧を図３（ａ）に示す。そして、検出された基板電圧の変動部分を反転させて図３（ｂ）に示す補正信号を生成し、メモリ１１４に記憶する。そして、電子シャッタ機能がＯＮの場合には、目標基板電圧値Vsub-tにメモリ１１４に記憶される補正信号を加えた基板電圧を出力するよう、基板電圧発生回路１３０に指示する。このような構成を備えることにより、フィードバック制御を常時行うことなく、ＣＣＤ１０８に図３（ｃ）に示されるような安定した基板電圧を供給することが可能となる。

１ 電子内視鏡システム
１００ 電子内視鏡
１０８ ＣＣＤ
１１４ メモリ
１２０ 内視鏡制御部
１２１ ＣＰＵ
１３０ 基板電圧発生回路
２００ 電子内視鏡用プロセッサ
２０２ システムコントローラ
２０６ タイミングコントローラ
２２０ 画像処理ユニット
３００ モニタ

Claims (5)

1. 電子シャッタ機能を備える電子内視鏡の先端部に設けられた撮像素子と、
   前記電子内視鏡の固有情報を記憶するメモリと、
   前記撮像素子に印加する基板電圧を発生する基板電圧発生手段と、
   前記撮像素子に印加される基板電圧値を検出する検出手段と、
   前記基板電圧発生手段を制御する制御手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、
   前記メモリに記憶された固有情報に基づいて、目標基板電圧値を求め、
   前記電子シャッタ機能がＯＮである場合のみ、前記検出手段により検出された基板電圧値が、該目標基板電圧値に略一致するように、前記基板電圧発生手段により発生される基板電圧の値を調整する、
   電子内視鏡。
2. 前記撮像素子と、前記基板電圧発生手段は、長尺のケーブルを介して接続されている、
   請求項１に記載の電子内視鏡。
3. 前記目標基板電圧値は、前記固有情報に含まれる前記撮像素子の種類および前記ケーブルの長さに基づいて求められる、
   請求項２に記載の電子内視鏡。
4. 前記制御手段は、
   前記検出手段により検出された基板電圧値に基づいて補正信号を生成し、該補正信号を用いて前記基板電圧発生手段により発生される基板電圧の値を調整する、
   請求項１から請求項３の何れか一項に記載の電子内視鏡。
5. 電子シャッタ機能を備える電子内視鏡の先端部に設けられた撮像素子と、
   前記電子内視鏡の固有情報を記憶するメモリと、
   前記撮像素子に印加する基板電圧を発生する基板電圧発生手段と、
   前記撮像素子に印加される基板電圧値を検出する検出手段と、
   を備える電子内視鏡と、
   前記基板電圧発生手段を制御する制御手段と、
   を備える電子内視鏡システムであって、
   前記制御手段は、
   前記メモリに記憶された固有情報に基づいて、目標基板電圧値を求め、
   前記電子シャッタ機能がＯＮである場合のみ、前記検出手段により検出された基板電圧値が、該目標基板電圧値に略一致するように、前記基板電圧発生手段により発生される基板電圧の値を調整する、
   電子内視鏡システム。

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