JP4786915B2 - 電子内視鏡装置 - Google Patents

Description

本発明は、撮像素子を有するビデオスコープとビデオスコープが接続される電子内視鏡装置に関し、特に、静止画記録動作における観察画像の表示処理に関する。

電子内視鏡装置では、インターライン転送方式のＣＣＤを用いて観察画像を動画像としてモニタに表示するとともに、同一露光による１フレーム分の静止画像を表示、記録することが可能である。静止画像を表示、記録する場合、画素読み出しのために１フィールド期間遮光する必要があるため、半円状ロータリシャッタなどの遮光部材を動作させることにより照明光が遮断される。奇数ライン、偶数ラインの画素信号がそれぞれ１フィールド期間ごとに読み出され、その結果、高解像度のブレのない静止画像を得ることができる（特許文献１、特許文献２参照）。
特許第３３７０８７１号公報 特許第３３９８５５０号公報

静止画像を記録するために２フィールド期間（１フレーム期間）に渡って全画素の画素信号を読み出すときに遮光期間があるため、画像をその２フィールド期間に渡って表示することができない。その結果、観察画像が表示されず画面がブラック状態となるブランク期間が生じ、内視鏡術者に不快感を与え、内視鏡作業に悪影響を及ぼす。

本発明の電子内視鏡装置は、撮像素子を有するビデオスコープを備えた電子内視鏡装置であって、被写体を照明するための照明光を射出する光源と、撮像素子から奇数フィールドに応じた画素信号（奇数フィールド画素信号）、偶数フィールドに応じた画素信号（偶数フィールド画素信号）を順に読み出す動画処理手段と、撮像素子から同一露光により得られた１フレーム分の全画素信号を２フィールド期間に渡って読み出し、２フィールド期間のうち後のフィールド期間において照明光を遮断する静止画像処理手段と、フィールド読み出し手段と全画素読み出し手段の実行を切り替える切り替え手段とを備える。

例えば、メモリに順次１フィールド期間に読み出された画素信号が格納し、所定のタイミングで出力するように構成する。この場合、メモリと、１フィールド分の画素信号を一時的にデータとしてメモリに格納し、１フィールド期間経過する度に格納されているデータを更新するメモリ更新手段とが設けられる。

例えば、露光時間を調整するため、１フィールド分の画素信号読み出し期間において照明光を交互に通過、遮断する開口部および遮断部とが形成される回転シャッタが設けられる。遮光に関しては、遮光部材を所定のタイミングで光路中に配置するように構成すればよい。

本発明の電子内視鏡装置は、静止画処理手段により全画素信号を２フィールド期間に渡って読み出す間、静止画記録用の露光タイミング前の動画処理手段により得られる画素信号に基いて、観察画像を表示する暫定画像表示手段とを備える。例えば、暫定画像表示手段は、静止画記録用の露光タイミング直前からメモリにおけるデータ更新を２フィールド期間に変更すればよい。この場合、奇数フィールド信号、偶数フィールド信号に基づいて順番に暫定画像が表示される。あるいは、暫定画像表示手段が、静止画像処理手段により２フィールド期間に渡って全画素信号が読み出される間、メモリにおけるデータ更新を停止すればよい。この場合、一方の画素信号に基づいて動画像が表示される。

本発明の内視鏡用画像処理装置は、ビデオスコープの撮像素子から、奇数フィールドに応じた奇数フィールド画素信号、偶数フィールドに応じた偶数フィールド画素信号を順に読み出す動画処理手段と、撮像素子から同一露光により得られた１フレーム分の全画素信号を２フィールド期間に渡って読み出し、２フィールド期間のうち後のフィールド期間において照明光を遮断する静止画処理手段と、動画処理手段と静止画処理手段の実行を切り替える切り替え手段と、静止画処理手段により全画素信号を２フィールド期間に渡って読み出す間、静止画記録用の露光タイミング前の動画処理手段により得られる奇数フィールド画素信号、偶数フィールド画素信号のうち少なくとも一方の画素信号に基いて、観察画像を表示する処理を実行する信号処理手段とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、静止画を記録する場合においても連続的に観察画像が表示され、術者等に不快感を生じさせず、内視鏡作業を適切に行うことができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。

図１は、第１の実施形態である電子内視鏡装置のブロック図である。

電子内視鏡装置は、ＣＣＤ５４を有するビデオスコープ５０と、ＣＣＤ５４から読み出される画素信号を処理するとともに光源ユニットが一体的に設けられたプロセッサ１０とを備える。ビデオスコープ５０はプロセッサ１０に着脱自在に接続され、また、被写体像を表示するモニタ５２、静止画記録用のレコーダ５３とがプロセッサ１０に接続される。

ランプ点灯スイッチ（図示せず）がＯＮになると、ランプ制御部１１からランプ１２へ電源が供給されてランプ１２が点灯する。ランプ１２から放射された光は、ロータリシャッタ１５、集光レンズ１６を介してビデオスコープ５０内に設けられたライトガイド５１の入射端５１Ａに入射する。ライトガイド５１は、ランプ１２から放射される光をビデオスコープ５０の先端側へ伝達する光ファイバー束であり、ライトガイド５１を通った光は出射端５１Ｂから出射し、拡散レンズである配光レンズ（図示せず）を介して観察部位に光が照射する。

観察部位において反射した光は対物レンズ（図示せず）を介してＣＣＤ５４に到達し、観察部位の像がＣＣＤ５４の受光面に形成される。本実施形態では、カラー撮像方式として単板同時式、色差線順次方式が適用されており、ＣＣＤの受光面上にはイエロー（Ｙｅ）、シアン（Ｃｙ）、マゼンタ（Ｍｇ）、グリーン（Ｇ）の色要素が市松状に並べられた補色カラーフィルタ（図示せず）が受光面の各画素に対応するよう配置されている。ＣＣＤ５４では、補色カラーフィルタを通る色に応じた被写体像の画素信号が光電変換により発生する。ＣＣＤ５４は、ここではインターライン転送型ＣＣＤが適用されている。

カラーテレビジョン方式として例えばＮＴＳＣ方式が適用されており、動画像をモニタ５２に表示させる場合、フィールド読み出しが行われ、ＣＣＤドライバ５９から送られてくる駆動信号に従って、１／６０秒時間間隔ごとに隣接する画素が互いに加算された状態で奇数フィールド、偶数フィールドの画像信号が順次読み出され、増幅回路５５へ送られる。

増幅回路５５では、画素信号に対して増幅処理等が施され、画像素信号として初期信号処理回路５７へ送られる。初期信号処理回路５７では、画像信号に対し所定の処理が施され、プロセッサ１０のプロセッサ側信号処理回路２８へ送られる。

プロセッサ側信号処理回路２８では、初期信号処理回路５７から送られてくる画像信号に対し、ホワイトバランス調整、ガンマ補正など様々な処理が施され、一時的に画像メモリ２９にデータとして格納される。そして、所定のタイミングで画像信号が順次出力され、モニタ５２へ出力される。これにより、観察画像が動画像としてモニタ５２に表示される。

一方、フリーズボタン５３Ａの押下によって静止画像をモニタ５２に表示、あるいは外部の記録装置へ記録させる場合、同一露光による１フレーム分の画素信号が読み出されるフレーム読み出しが行われる。すなわち、１回の露光で各画素に電荷が蓄積されると、ＣＣＤ５４の画素配列において奇数ラインの画素信号、次いで偶数ラインの画素信号が１フィールド分の画素信号として順番に読み出される。１フィールド分の奇数ライン、偶数ラインの画素信号はそれぞれ初期信号処理回路５７、プロセッサ側信号処理回路２８へ送られ、奇数フィールドの画像信号、偶数フィールドの画像信号としてモニタ５２へ出力される。また、１フィールド分の奇数ライン、偶数ラインの画素信号は、所定の処理が施された後、静止画像データとしてレコーダ５３へ送られる。

ＣＰＵを含むシステムコントロール回路２２は、プロセッサ１０の動作を制御し、ランプ制御部１１、プロセッサ側信号処理回路２８などの各回路に制御信号を出力する。プロセッサ側のタイミングコントロール回路（図示せず）では、信号の処理タイミングを調整するクロックパルス信号がプロセッサ１０内の各回路に出力され、また、ビデオ信号に付随される同期信号がプロセッサ側信号処理回路２８へ送られる。システムコントロール回路２２は、各クロックパルス信号の出力タイミングを制御可能であり、フリーズボタン５３Ａの操作に応じて画像メモリ２９に出力されるデータ更新用クロックパルス信号の出力タイミング、ＣＣＤドライバ５９から出力される駆動用クロックパルス信号などを調整する。

ビデオスコープ５０には、ビデオスコープ５０を制御するスコープコントローラ５６が設けられており、初期信号処理回路５７、タイミングコントロール回路５８を制御する。タイミングコントロール回路５８は、スコープコントローラ５６から送られてくる制御信号に基づいてＣＣＤドライバ５９に駆動信号を出力し、ＣＣＤ５４の画素信号読み出し処理を制御する。ビデオスコープ５０がプロセッサ１０に接続されると、スコープコントローラ５６とシステムコントロール回路２２との間でデータが送受信される。

ロータリシャッタ１５はモータ(図示せず)に取り付けられており、モータドライバ２３から送られてくる駆動信号に基づいて一定速度で回転する。ロータリシャッタ１５と集光レンズ１６との間には、遮光用のチョッパ１７が設けられており、ＤＣソレノイドによって構成されている。チョッパ１７は、ＰＷＭ駆動回路２４から送られてくる一連のパルス信号に基づいて動作する。

図２は、ロータリシャッタ１５の平面図である。図３は、チョッパ１７の平面図である。

ロータリシャッタ１５では、照明光を透過する開口部１５Ａと照明光を遮断する遮光部１５Ｂによって半円部１５Ｐが構成されており、半円部１５Ｐは１フィールド期間（ＮＴＳＣ方式では１／６０秒）に対応する。ロータリシャッタ１５は、１フレーム読み出し期間（ＮＴＳＣ方式では１／３０秒）で一回転し、ランプ１２から放射される照明光の光路ＬＢ上に開口部１５Ａ、遮光部１５Ｂが順番に通過する。その結果、遮光、光透過が１フレーム読み出し期間に渡って２回繰り返される。開口部１５Ａのサイズは露光時間（電荷蓄積時間）に応じて定められ、これにより電子シャッタと同様に観察画像の明るさ調整が行われる。

静止画像を記録する場合、一方の開口部１５Ａを通った照明光により得られる（同一露光により得られる）１フレーム分の全画素信号が、１フレーム期間（ＮＴＳＣ方式では１／３０秒）かけて読み出される。１フィールド読み出し期間（ＮＴＳＣ方式では１／６０秒）でロータリシャッタ１５が半周することから、照明光の光路上に他方の開口部１５Ａが移動してきたとき、開口部１５Ａを遮蔽して照明光を遮断する必要がある。そのため、チョッパ１７が開口部１５Ａを覆うように動作する。図３では、チョッパ１７の退避位置が実線で表されており、開口部１５Ａを覆う遮光位置は破線によって表されている。

図４は、静止画記録処理を示したタイミングチャートである。

フリーズボタン５３Ａが押下される前の状態では、画素混合読み出し方式によって奇数フィールド、偶数フィールドに応じた画素信号が交互に１／６０秒間隔で読み出される。ＣＣＤ５４はインターライン型ＣＣＤであることから、ある所定の露光タイミングにおいて蓄積された電荷信号は、次の露光タイミングの期間に読み出される。例えば、ｎ−１番目の露光タイミングにより蓄積される偶数フィールドに応じた混合画素信号は、ｎ番目の露光タイミングの期間に出力される。

フリーズボタン５３Ａが押下されて静止画記録処理が実行開始されると、同一露光による全画素信号を２フィールド期間に渡って読み出すため、ｎ番目の露光タイミングにおいて蓄積された全画素信号は、奇数ラインの画素信号、偶数ラインの画素信号に分けられて順番に読み出される。この間、遮光するためにチョッパ１７が作動する。

さらに、静止画記録処理が実行開始されると、メモリ２９に対する画像データ更新用クロックパルス信号のタイミングは、１フィールド期間から１フレーム期間に変更される。これにより、奇数フィールドの画素信号、あるいは偶数フィールドの画素信号がそれぞれ２フィールド期間（１フレーム期間）に渡って使用され、偶数フィールド、奇数フィールドの画素信号によってそれぞれ１／３０秒間ずつ動画像が表示される。そして、静止画記録処理が終了すると、メモリ２９に対するクロックパルス信号のタイミングは、１フィールド期間へ戻る。

このように本実施形態によれば、プロセッサ１０内にロータリシャッタ１５とチョッパ１７とが設けられ、ロータリシャッタ１５が１フレーム期間で一回転するように回転する。そして、静止画を記録、表示する場合、メモリ２９における画像信号を更新するタイミングが、１フィールド期間から２フィールド期間に変更される。これにより、奇数ラインの画素信号、偶数ラインの画素信号が読み出される２フィールド期間においても観察画像が表示される。

次に図５を用いて、第２の実施形態である電子内視鏡装置について説明する。第２の実施形態では、静止画記録のため露光している間、メモリにおけるデータ更新を行わない。それ以外の構成については、第１の実施形態と実質的に同じである。

図５は、第２の実施形態における静止画記録処理を示したタイミングチャートである。

図５に示すように、静止画を記録、表示する場合、２フィールド期間に渡ってメモリ２９におけるデータ更新用クロックパルス信号が送られない。そして、静止画記録用の露光タイミングにおける直前の露光タイミングにおいて蓄積された奇数フィールドの画素信号に基いて、動画像が表示される。

第１の実施形態である電子内視鏡装置のブロック図である。 ロータリシャッタの平面図である。 チョッパの平面図である。 静止画記録処理を示したタイミングチャートである。 第２の実施形態における静止画記録処理を示したタイミングチャートである。

符号の説明

１０ プロセッサ
２２ システムコントロール回路
２９ 画像メモリ（メモリ）
５０ ビデオスコープ
５４ ＣＣＤ（撮像素子）

Claims (5)

1. 撮像素子を有するビデオスコープを備えた電子内視鏡装置であって、
   被写体を照明するための照明光を射出する光源と、
   前記撮像素子から、奇数フィールドに応じた奇数フィールド画素信号、偶数フィールドに応じた偶数フィールド画素信号を順に読み出す動画処理手段と、
   前記撮像素子から同一露光により得られた１フレーム分の全画素信号を２フィールド期間に渡って読み出し、２フィールド期間のうち後のフィールド期間において照明光を遮断する静止画処理手段と、
   前記動画処理手段と前記静止画処理手段の実行を切り替える切り替え手段と、
   静止画記録処理が実行開始されると、前記静止画処理手段により全画素信号が２フィールド期間に渡って読み出されるまでの間、前記静止画記録用の露光タイミング前の前記動画処理手段により得られる奇数フィールド画素信号、偶数フィールド画素信号のうちいずれか一方の画素信号に基いた暫定画像と、他方の画素信号に基いた暫定画像とを、それぞれ２フィールド期間に渡って順に表示する暫定画像表示手段と
   を備えたことを特徴とする電子内視鏡装置。
2. 露光時間を調整し、１フィールド分の画素信号読み出し期間において照明光を交互に通過、遮断する開口部および遮断部とが形成される回転シャッタをさらに有することを特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡装置。
3. メモリと、
   １フィールド分の画素信号を一時的にデータとして前記メモリに格納し、１フィールド期間経過する度に格納されているデータを更新するメモリ更新手段とをさらに有し、
   前記暫定画像表示手段が、前記静止画記録用の露光タイミング直前から前記メモリにおけるデータ更新を２フィールド期間に変更することを特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡装置。
4. 前記静止画処理手段が、前記後のフィールド期間において光路中に配置される遮光部材を有することを特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡装置。
5. ビデオスコープの撮像素子から、奇数フィールドに応じた奇数フィールド画素信号、偶数フィールドに応じた偶数フィールド画素信号を順に読み出す動画処理手段と、
   前記撮像素子から同一露光により得られた１フレーム分の全画素信号を２フィールド期間に渡って読み出し、２フィールド期間のうち後のフィールド期間において照明光を遮断する静止画処理手段と、
   前記動画処理手段と前記静止画処理手段の実行を切り替える切り替え手段と、
   静止画記録処理が実行開始されると、前記静止画処理手段により全画素信号が２フィールド期間に渡って読み出されるまでの間、前記静止画記録用の露光タイミング前の前記動画処理手段により得られる奇数フィールド画素信号、偶数フィールド画素信号のうちいずれか一方の画素信号に基いた暫定画像と、他方の画素信号に基いた暫定画像とを、それぞれ２フィールド期間に渡って順に表示する処理を実行する信号処理手段と
   を備えたことを特徴とする内視鏡用画像処理装置。
   
   

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