(57)【要約】  【課題】  光源部を備えた撮像装置において、フリーズ時にぶれの少ない静止画像を得られるようにすると共に照明光による被観察体の発熱を防止する。  【解決手段】  光源部を有する撮像装置において光源部の光源ランプから照明用ライトガイドを介してカメラヘッド部先端に至る光路中に液晶シャッタを設け、該液晶シャッタを通過する照明光の光量を制御して被観察体の照明光量を制御する。液晶シャッタを透過する光量の調整は固体撮像素子の垂直同期信号と同期した駆動信号に基づき行なわれる。これによって、フリーズ時には電子シャッタを光束に設定すると共に、照明光量を増加するため液晶シャッタをフィールドまたはフレーム単位で制御し、露光調整時に生じる過渡的な映像の変化をなくしかつ短時間に最適な露光制御を行なうことができる。  【選択図】      図２
2007000273.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被観察体を照明するための光を導くライトガイドを含む照明系と対物レンズおよび固体撮像素子を含む撮像系とを有するカメラヘッド部と、前記カメラヘッド部から出力される映像信号を処理する信号処理部と、光源ランプを含み前記ライトガイドに光を供給する光源部とを備えた撮像装置において、
前記光源部の光源ランプから前記ライトガイドを介して前記カメラヘッド部先端に至る光路中に液晶シャッタを設け、該液晶シャッタを透過する照明光の光量を制御して、前記被観察体の照明光量を制御することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記液晶シャッタは前記被観察体の照明光の光束の一部の光量を制御することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記被観察体の照明光の光束の断面領域の一部に前記液晶シャッタの透過光量制御領域が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記液晶シャッタを透過する光量の制御は前記固体撮像素子に供給される垂直同期信号と同期して行われることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記光源部はさらに前記光源ランプからの赤外線を除去する赤外カットフィルタと、該赤外カットフィルタを通った光を受けて前記ライトガイドに導くコンデンサレンズを備え、前記液晶シャッタは前記コンデンサレンズと前記ライトガイドとの間に設けられることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記光源部はさらに前記光源ランプからの赤外線を除去する赤外カットフィルタと、該赤外カットフィルタを通った光を受けて前記ライトガイドに導くコンデンサレンズを備え、前記液晶シャッタは前記赤外カットフィルタと前記コンデンサレンズとの間に設けられることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記撮像装置は前記カメラヘッド部を構成する内視鏡本体部を備えた電子内視鏡装置であり、前記ライトガイドは前記光源部から前記内視鏡本体部内まで延在して前記被観察体の照明光を前記光源部から前記内視鏡本体部の先端に導くことを特徴とする請求項１〜６の内のいずれか１項に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明用光源を有する撮像装置に関し、例えば被観察体を撮像するための電子内視鏡装置や固体撮像素子を内蔵した顕微鏡装置などの撮像装置において静止画像のぶれを少なくすると共に照明光による被観察体の発熱を抑えつつ適切な露光調整を可能にする技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
図７は、このような撮像装置の従来例としての電子内視鏡装置の基本的な構成を示す。同図の電子内視鏡装置は、カメラヘッド部を構成する内視鏡本体部（スコープ部）７０と、該内視鏡本体部７０から出力される映像信号を処理する信号処理部８０と、この信号処理部８０に接続された表示部１００を有している。また、内視鏡本体部７０には光源部９０が光学的に結合されている。
【０００３】
内視鏡本体部７０には、その先端部に配置された対物レンズ７１および固体撮像素子７２を含む撮像系と、照明用レンズ７５およびライトガイド７６を含む照明系が組み込まれている。ライトガイド７６は例えば光ファイバケーブルで構成され、光源部９０まで延在して光学的に結合されている。
【０００４】
光源部９０は、光源ランプ９４、赤外カットフィルタ９３、コンデンサレンズ９２および絞り機構９５を備えている。そして、光源ランプ９４から出射した光は赤外カットフィルタ９３、コンデンサレンズ９２および絞り機構９５を通ってライトガイド７６に送られる。
【０００５】
信号処理部８０は、内視鏡本体部７０から出力される映像信号を表示可能な信号形式に処理するものである。また、表示部１００は内視鏡本体部７０の固体撮像素子７２で撮像された被観察体の映像を信号処理部８０からの処理された映像信号に基づき表示するものである。
【０００６】
このような電子内視鏡装置においては、固体撮像素子の露光調整を行なうために、図７の光源部９０の絞り機構９５によるアイリス制御や固体撮像素子の電荷掃出し時間を制御する電子シャッタの手段が利用できる。一般的には、絞り機構９５は設けず電子シャッタのみによる露光制御を行なうか、あるいは絞り機構９５を設けて電子シャッタと絞り制御を併用した露光制御が行なわれている。後者の場合には、例えば、被観察体の明るさが暗い場合には電子シャッタを１／６０秒に設定して絞り機構で光量調整を行ない、明るくなるに応じて少しずつ電子シャッタを高速にして例えば１／５００秒などに設定した上で絞り機構による光量調整を行なうなどの方法が用いられる。なお、このような露光調整に加えて、ＡＧＣ（自動ゲイン調整）回路によって映像信号のレベルを一定にすることなどが併用されることもある。
【０００７】
また、電子内視鏡装置を使用するにあたって、しばしば被観察体の映像を静止画として観察する必要が生じる。この場合、ぶれの少ない静止画を得るために被観察体への光量を大きくして固体撮像素子の電子シャッタを速い速度、例えば１／５００秒、で動作するようにしている。被観察体への照明光量を大きくするためには、光源ランプ９４として明るいものを使用したり、照明用ライトガイドを構成する光ファイバの数を増加するなどの対応が考えられる。しかしながら、このようにして照明光量を大きくすると、内視鏡先端部の温度が上昇し被観察体の発熱が多くなり問題となる。
【０００８】
また、一般に、電子内視鏡装置の光源ランプとしては、キセノンランプかハロゲンランプが使用されている。しかしながら、キセノンランプは容易に光量を制御することはできず、またハロゲンランプは光量を制御することはできるが光量を制御すると色温度が変化してしまうという問題がある。
【０００９】
以上のことから、電子シャッタだけで露光調整をする場合は、被観察体の発熱の問題を考慮してあまり明るくない光源ランプを使用することになる。このため、電子シャッタの速度を早くすることができず、フリーズ時にぶれの少ない静止画を得るのが困難である。他方、電子シャッタと絞り機構（９５）によるアイリス制御を併用する方法の場合には、明るい光源ランプを使用することができるので、所望の速い電子シャッタ速度、例えば、１／５００秒、１／１０００秒など、を得ることは容易である。しかしながら、この場合は、光量の大きい状態で長時間使用すると、内視鏡先端部の温度上昇が大きくなり被観察体の発熱が問題となるため何らかの対策が必要となる。
【００１０】
上記説明においては、撮像装置として電子内視鏡装置を例にとって種々の問題を示しているが、固体撮像素子を用いた顕微鏡装置などにおいても同様の問題が生じる。
【００１１】
このような問題を解決するため、特開平６−２９６５８０号に示されるように、フリーズ時は絞りを全開状態にすると共に、速い電子シャッタ速度、例えば、１／５００秒、１／１０００秒など、にて固体撮像素子（ＣＣＤ）を駆動制御する方法が提案されている。また、特開２００３−２８４６８７号に示されるように、光源ランプからの光を応答速度の速いマイクロミラーデバイスで反射させてライトガイドへ入射させるような構成とし、マイクロミラーの偏向角度を制御することで内視鏡先端部から出射される光を制御することも提案されている。
【特許文献１】特開平６−２９６５８０号公報
【特許文献２】特開２００３−２８４６８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、これまで提案されている電子内視鏡装置における露光制御技術に関しては、幾つかの解決すべき課題がある。まず、上述のフリーズ時に絞りを全開状態にして速い電子シャッタ速度にてＣＣＤを駆動制御するものにあっては、フリーズスイッチを押してから上記必要な動作が完了して安定した静止画が得られるまでの時間遅れが発生するという問題があった。また、マイクロミラーデバイスを使用するものにあっては、応答速度が速い反面、装置構成が複雑になり信頼性が低下すると共に、装置のコストが高くなるという問題があった。
【００１３】
本発明の目的は、上記従来技術における問題点に鑑み、光源ランプからの照明光量を高速度で制御すると共に被観察体の発熱を抑えることができる電子内視鏡装置などの撮像装置を提供することにある。
【００１４】
本発明の他の目的は、光源ランプからの照明光量を高速度で制御すると共に被観察体の発熱を抑えることができ、しかも装置構成が簡単でありかつ信頼性の高い電子内視鏡装置などの撮像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の一態様によれば、被観察体を照明するための光を導くライトガイドを含む照明系と対物レンズおよび固体撮像素子を含む撮像系とを有するカメラヘッド部と、前記カメラヘッド部から出力される映像信号を処理する信号処理部と、光源ランプを含み前記ライトガイドに光を供給する光源部とを備えた撮像装置が提供され、該撮像装置は、前記光源部の光源ランプから前記ライトガイドを介して前記カメラヘッド部先端に至る光路中に液晶シャッタを設け、該液晶シャッタを透過する照明光の光量を制御して、前記被観察体の照明光量を制御することを特徴とする。
【００１６】
前記液晶シャッタは前記被観察体の照明光の光束の一部の光量を制御するよう構成すると好都合である。
【００１７】
別の観点から述べれば、前記被観察体の照明光の光束の断面領域の一部に前記液晶シャッタの透過光量制御領域が配置されるよう構成してもよい。
【００１８】
前記液晶シャッタを透過する光量の制御は前記固体撮像素子に供給される垂直同期信号と同期して行なうと好都合である。
【００１９】
前記光源部はさらに前記光源ランプからの赤外線を除去する赤外カットフィルタと、該赤外カットフィルタを通った光を受けて前記ライトガイドに導くコンデンサレンズを備え、前記液晶シャッタは前記コンデンサレンズと前記ライトガイドとの間に設けることができる。
【００２０】
この場合、前記液晶シャッタは前記赤外カットフィルタと前記コンデンサレンズとの間に設けてもよい。
【００２１】
前記撮像装置は前記カメラヘッド部を構成する内視鏡本体部を備えた電子内視鏡装置であり、前記ライトガイドは前記光源部から前記内視鏡本体部内まで延在して前記被観察体の照明光を前記光源部から前記内視鏡本体部の先端に導くよう構成することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、機械的な絞り機構に代えて液晶シャッタを利用することで光源ランプからの光量を高速度で制御することができると共に、被観察体の発熱も適切に抑えることが可能になる。また、機械的な絞り機構を用いないため、装置構成が簡単になり信頼性も向上する。
【００２３】
さらに、本発明によれば、垂直同期信号と同期して調光を行なうことが可能になり、電子シャッタによる露光調整と容易に組み合わせることが可能になり、照明光量の制御と電子シャッタによる露光調整とをタイミングを合わせて行なうことが可能になる。このため、フリーズ時には迅速に電子シャッタを高速に設定しかつ電子シャッタ速度に合った照明光を液晶シャッタで制御することができる。したがって、必要な時に迅速にぶれの少ない静止画像を得ることができるだけでなく、通常の撮像動作における照明光量を抑えることができ、被観察体の発熱の問題も適切に解決することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
図１は、本発明の一実施形態に係わる撮像装置としての電子内視鏡装置の概略的な構成を示す。同図の装置は、内視鏡本体部（スコープ部）１０、信号処理部２０、光源部３０および表示部４０より構成される。
【００２５】
内視鏡本体部１０には、その先端部に配置された対物レンズ１１およびＣＣＤなどの固体撮像素子１２を含む撮像系と、照明用レンズ１５およびライトガイド１６を含む照明系が組み込まれている。また、固体撮像素子１２の出力映像信号を信号処理部２０に送るためにバッファアンプ（ＢＡ）１３が設けられている。
【００２６】
信号処理部２０は、内視鏡本体部１０の固体撮像素子１２からの映像信号を受けて、相関二重サンプリングおよび自動利得制御などを行なうＣＤＳ／ＡＧＣ部２１と、タイミングおよび同期信号を発生するタイミング発生・同期信号発生器（ＴＧ／ＳＳＧ）２２と、液晶シャッタ制御信号を発生する駆動回路２３と、マイクロプロセッサその他で構成される信号処理回路２４とを備えている。
【００２７】
また、光源部３０は、光源用ランプ３４、赤外カットフィルタ３３、コンデンサレンズ３２の他に、本発明に従って設けられた液晶シャッタ３１を備えている。
【００２８】
図１の電子内視鏡装置においては、光源部３０における光源ランプ３４からの光は、赤外カットフィルタ３３、コンデンサレンズ３２を通った後、後に説明するように液晶シャッタ３１で透過光量を調整されて、ライトガイド１６に入射される。ライトガイド１６を通った照明光は、内視鏡本体部１０先端の照明用レンズ１５を介して図示しない被観察体に照射される。
【００２９】
内視鏡本体部１０の、撮像レンズおよび固体撮像素子１２を含む撮像系によって被観察体の映像が撮像され、得られた映像信号がバッファアンプ１３を介して信号処理部２０に送られる。信号処理部２０においては、この映像信号にＣＤＳ／ＡＧＣ部２１において相関二重サンプリングおよび自動利得制御などの処理が行なわれた後信号処理回路２４に入力される。信号処理回路２４は、この入力された信号にさらに必要な処理、例えばガンマ補正、同期信号の付与その他、を行ない表示部４０に供給して被観察体の画像を表示させる。
【００３０】
この場合、ＴＧ／ＳＳＧ部２２は、内視鏡本体部１０の固体撮像素子１２、信号処理部２０内の信号処理回路２４、および駆動回路２３などに必要なタイミング信号および同期信号を供給して、各部の動作タイミングを制御する。
【００３１】
駆動回路２３は、ＴＧ／ＳＳＧ部２２からの垂直同期信号と同期して信号処理ユニット２４からの指令に基づき液晶シャッタ制御信号を発生し光源部３０の液晶シャッタ３１に供給する。したがって、この駆動信号によって、液晶シャッタ３１を透過する照明光の光量を調整することができる。
【００３２】
液晶シャッタ３１としては、例えば立体視用液晶シャッタ眼鏡に使用されているπ・セル（π  ｃｅｌｌ）、その他の液晶ユニットを用いることができる。π・セルによって構成した液晶シャッタの応答速度は、約１６０Ｈｚ（６．２５ｍｓ）とかなり高く、またオン・オフ時のコントラスト比も３００：１程度あるので光量調整に適している。
【００３３】
図２（Ａ）は、光源部３０の液晶シャッタ３１を含む部分の詳細な構成および動作を説明するための概略図である。また、図２（Ｂ）は、液晶シャッタ３１と照明光の光束Ｒとの位置関係を示す。
【００３４】
これらの図に示されるように、液晶シャッタ３１は、光源ランプ３４から赤外カットフィルタおよびコンデンサレンズ３２を経てライトガイド１６に入射する光路中に配置されている。本実施形態では、液晶シャッタ３１の大きさは、照明光の光路中の全光束Ｒをカバーするように、照明光の光束Ｒの直径より大きいものが使用されている。このような構成とすることで、照明光の光束全体を高速かつ広範囲に制御することができる。すなわち、照明光量を高速かつ広範囲に制御することができる。
【００３５】
なお、液晶シャッタ３１は光源ランプ３４からの熱の影響を抑えるため、図１および図２（Ａ）に示すように赤外カットフィルタ３３の後方に設けると好都合である。本実施形態では、図１および図２（Ａ）に示すように、赤外カットフィルタ３３よりさらに後方のコンデンサレンズ３２の後に設けているが、液晶シャッタ３１は、赤外カットフィルタ３３とコンデンサレンズ３２との間に設けることもできる。
【００３６】
図３は、本発明の別の実施形態として、照明用光源からの照明光の光束全部ではなく、その一部を液晶シャッタによって調光制御しようとする場合の例を示す。上述のように、液晶シャッタは高い応答速度と高いコントラストが得られる反面、光の透過時に損失が発生する。したがって、照明用光源からの光の透過率をより高くして光量制御を行なう場合には、図３（Ａ），（Ｂ）および（Ｃ）のように照明光の光束Ｒの一部に液晶シャッタ３１、すなわち液晶シャッタの制御領域、を配置し、残りの領域は光がそのまま透過するように構成することができる。
【００３７】
図３（Ａ）は、照明光の光束Ｒの中心部、すなわち同図の斜線部、に液晶シャッタの透過光量制御領域を配置した例を示す。斜線部で示す領域の外側は、透過領域Ｔとし、液晶シャッタ制御を行なわず照明光をそのまま透過させる。これにより、液晶シャッタによって照明光の光量が減少し光量が十分でなくなるような場合に対処することができる。
【００３８】
図３（Ｂ）は、照明光の光束Ｒの周辺部、斜線部、に液晶シャッタ３１、すなわち液晶シャッタの透過光量制御領域を配置し、照明光の光束Ｒの中心部は透過領域Ｔとする構成である。この構成でも、照明用光源からの光の減衰を抑え、照明用光源からの光を効率的に利用することが可能になる。
【００３９】
さらに、図３（Ｃ）は、液晶シャッタ３１に例えば格子状の透過光量制御領域を配置した例を示す。透過光量制御領域は格子状の他、任意のパターンとすることができる。
【００４０】
なお、照明光の光束の断面領域の一部に液晶シャッタの透過光量制御領域を設ける方法は、上記の例に限るものではなく、種々の形態が可能であることは明らかである。
【００４１】
図４は、上述のような液晶シャッタの透過光量制御を垂直同期信号に同期させて行なう場合の動作を概略的に示す。図４（Ａ）は、垂直同期信号の一例を示し、図４（Ｂ）は液晶シャッタ３１に印加される液晶シャッタ駆動信号を示し、そして図４（Ｃ）はこのような液晶シャッタ駆動信号によって駆動される液晶シャッタを透過する光の透過量の変化を示している。
【００４２】
すなわち、図４に示す例では、ＴＧ／ＳＳＧ  ２２（図１）で生成される垂直同期信号に同期させて液晶シャッタ駆動信号を生成している。
【００４３】
垂直同期信号は、ＴＧ／ＳＳＧ  ２２から内視鏡本体部１０の固体撮像素子１２にも供給され、固体撮像素子１２の電子シャッタ動作が行なわれる。したがって、液晶シャッタ３１を垂直同期信号と同期させて制御することにより、固体撮像素子１２の電子シャッタの動作タイミングを考慮して露光調整を好適に行なうことができる。
【００４４】
図５は、ＣＣＤなどの固体撮像素子の電子シャッタ動作を含めた撮像動作の概略を示す。固体撮像素子のある画素に光が入射した場合に蓄積される信号電荷は、同図に示されるように時間と共に直線的に増加していき、通常は１フィールド期間（ＮＴＳＣ方式の場合１／６０秒）たった時点でＣ６０の電荷が蓄積される。この信号電荷が垂直転送クロックによって垂直転送部に一斉に読み出されその画素の電荷がゼロになり、再び電荷蓄積を開始する。実際には、電子シャッタ動作が行なわれるため、ある期間の間蓄積した電荷を掃き出した後、ゼロから再び有効な信号電荷の蓄積が行なわれる。
【００４５】
すなわち、電子シャッタ時間をｔ１に設定すると、１／６０−ｔ１＝ｔｓ時間経過した時点で、それまで蓄積されていた信号電荷Ｃｓが掃き出される。そして、再びゼロから信号電荷の蓄積が始まり、電子シャッタ時間ｔ１の間蓄積された後、Ｃｔ１の信号電荷が得られる。この信号電荷Ｃｔ１は、電子シャッタ時間ｔ１に対応する信号電荷であり、垂直転送部に転送され読み出される。
【００４６】
図６は、このような固体撮像素子の電子シャッタ動作と、液晶シャッタにより制御される照明光量の変化の関係を示す。例えば、電子内視鏡装置において、撮像中の映像をフリーズして静止画として観察したい場合には、ぶれを少なくするため電子シャッタ速度を高速、例えば、１／５００秒など、にする必要がある。電子シャッタ動作は不要電荷を除去するので、電子シャッタ速度を高速にするとその分感度低下をきたすため、照明光量を増加する必要がある。したがって、このような場合は、電子シャッタ速度の設定を高くすると共に、照明光量を大きくする必要がある。このような動作を行なう場合、図６に示すように、液晶シャッタによる照明光量の増加を垂直同期信号と同期して行なえるようにすることで、露光調整時に生じる過渡的な映像の変化をなくすことができるだけでなく、短時間に最適な露光制御を行なうことが可能になる。
【００４７】
なお、液晶シャッタによる光量調整は、垂直同期信号と同期して行なうと共に、電子シャッタ時間ｔ１（図５）以外の時間に行なうと好都合である。すなわち、掃出し電荷蓄積期間（ｔｓ）の間に行なえばよいが、掃出し電荷蓄積期間は電子シャッタ速度に応じて変化するから、液晶シャッタによる光量制御は、掃出し電荷蓄積期間の始めなど、電子シャッタ時間ｔ１の電荷蓄積に影響を与えない時間に行なうと好都合である。これによって、露光調整に伴って過渡的な映像の変化を生じることがなくなり、迅速に露光制御を行なうことが可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明は、電子内視鏡装置、固体撮像素子内蔵の顕微鏡装置などの照明用光源を有する撮像装置に適用可能であり、ぶれの少ない静止画像を得ることができると共に照明光による被観察体の発熱を防止して的確な撮像を行なうことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の一実施形態に係わる撮像装置としての電子内視鏡装置の概略の構成を示すブロック回路図である。
【図２】図１の撮像装置における光源部の液晶シャッタ付近の構成を示す説明図（Ａ）、および液晶シャッタと照明光の光束との配置関係を示す説明図（Ｂ）である。
【図３】本発明に係わる撮像装置の液晶シャッタ部分の別の構成例を示し、同図（Ａ）は液晶シャッタの制御領域を照明光の光束の中心部に配置した例を示し、同図（Ｂ）は、液晶シャッタの制御領域を照明光の光束の周辺部に配置した例を示し、（Ｃ）は、液晶シャッタの光量制御領域を格子状のパターンで構成した例を示す。
【図４】本発明に係わる撮像装置における液晶シャッタの光量制御と垂直同期信号との関係を示すタイミング図である。
【図５】固体撮像素子の電子シャッタの動作を示す説明図である。
【図６】本発明に関わる撮像装置において、固体撮像素子の電子シャッタ動作と照明光量の制御動作との時間関係を説明するタイミング図である。
【図７】従来の電子内視鏡装置の概略の構成を示すブロック回路図である。
【符号の説明】
【００５０】
１０  内視鏡本体部（カメラヘッド部）
１１  対物レンズ
１２  固体撮像素子
１３  バッファアンプ
１４  固体撮像素子の駆動信号供給ライン
１５  照明用レンズ
１６  ライトガイド
２０  信号処理部
２１  相関二重サンプリング／自動利得制御部
２２  タイミング発生／同期信号発生回路
２３  液晶シャッタ駆動回路
２４  カメラ用信号処理回路
３０  光源部
３１  液晶シャッタ
３２  コンデンサレンズ
３３  赤外カットフィルタ
３４  光源ランプ
４０  表示部
９５  絞り機構
【図１】
2007000273.tif 000003
【図２】
2007000273.tif 000004
【図３】
2007000273.tif 000005
【図４】
2007000273.tif 000006
【図５】
2007000273.tif 000007
【図６】
2007000273.tif 000008
【図７】
2007000273.tif 000009