(57)【要約】【課題】光源部のロータリシャッタの回転異常を電子スコープ側のみで検出可能とする。【解決手段】撮像素子の映像信号から画像の輝度レベルを算出する（ステップＳ１００）。算出される輝度レベルの時間変動における上側および下側ピーク値を検出するとともに（ステップＳ１０２）、輝度レベルの変動周期を検出する（ステップＳ１０６）。上側ピーク値Ｙｐ１が所定の閾値Ｙｔ１よりも大きく、かつ下側ピーク値Ｙｐ２が所定の閾値Ｙｔ２よりも小さい場合（ステップＳ１０４）、かつ輝度レベルの変動周期が一定周期である場合（ステップＳ１０８）、異常検出信号を出力する（ステップＳ１１０）。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像素子からの映像信号の輝度レベルの変動を算出する輝度レベル算出手段と、
前記輝度レベルの変動からロータリシャッタの回転異常を検出する回転異常検出手段と
を備えることを特徴とするロータリシャッタの回転異常検出装置。
【請求項２】
前記回転異常検出手段は、前記輝度レベルの変動が所定の上限値および下限値を超えることを前記回転異常の第１の必要条件とすることを特徴とする請求項１に記載の回転異常検出装置。
【請求項３】
前記回転異常検出手段は、前記輝度レベルの変動が周期的であることを前記回転異常の第２の必要条件とすることを特徴とする請求項２に記載の回転異常検出装置。
【請求項４】
前記回転異常検出手段は、前記第１および第２の必要条件が所定期間以上継続していることを前記回転異常の第３の必要条件とすることを特徴とする請求項３に記載の回転異常検出装置。
【請求項５】
請求項１に記載の回転異常検出装置を備えることを特徴とする電子スコープ。
【請求項６】
請求項５に記載の電子スコープと、
前記電子スコープが着脱自在に装着され、第１光源および前記ロータリシャッタを用いて前記第１光源の調光を行う調光手段を備える光源部とを備え、
前記調光手段が、前記回転異常の検出に基づき制御される
ことを特徴とする電子内視鏡システム。
【請求項７】
前記異常検出信号生成時、前記ロータリシャッタの回転が前記第１光源からの光束がシャッタ窓を透過する位置で停止されることを特徴とする請求項６に記載の電子内視鏡システム。
【請求項８】
前記光源部が第２光源を備え、前記異常検出信号生成時、前記第１光源を消灯して前記第２光源からの光を前記電子スコープへ供給することを特徴とする請求項７に記載の電子内視鏡システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータリシャッタで調光した照明光を用いる電子内視鏡システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば電子内視鏡装置では、露光期間以外の照明光の照射を抑える目的で、プロセッサ装置内の光源からライトガイドに至る光路上にチョッパとしてロータリシャッタを配置するものが知られている。ロータリシャッタは、例えば回転円盤の周縁部に円弧状の開口を設けた構成を取り、この開口を通して所定の周期（例えばフレーム周期）で明滅する照明光が生成される。ロータリシャッタを介した照明光はライトガイドに入射され、ライトガイドを通して電子内視鏡先端まで導かれて照明光として照射される。電子内視鏡先端に設けられた撮像素子では、この照明光の下、被写体像が撮影される（特許文献１）。また、ロータリシャッタの縁に周方向に沿った複数の孔を設け、この孔を透過する検知光の受光パターンからロータリシャッタの回転をモニタし、回転異常が検知された場合に光源を主光源から補助光源へと切り替える構成も知られている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１１００１０号公報
【特許文献２】特開２０１０−２５９４６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、光源部にロータリシャッタの回転異常をモニタする機構が常に設けられているとは限らず、ロータリシャッタの回転異常をモニタする機構を備えていないプロセッサ装置（光源装置）とスコープが組み合わせて使用される場合、回転異常を自動検出し、これに合せて適切な処置を取ることはできない。
【０００５】
本発明は、上述のような問題に鑑みてなされたものであり、光源部のロータリシャッタの回転異常を電子スコープ側のみで検出可能とすることを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のロータリシャッタ回転異常検出装置は、撮像素子からの映像信号の輝度レベルの変動を算出する輝度レベル算出手段と、輝度レベルの変動からロータリシャッタの回転異常を検出する回転異常検出手段とを備えたことを特徴としている。
【０００７】
回転異常検出手段は、例えば輝度レベルの変動が所定の上限値および下限値を超えることを回転異常の第１の必要条件とし、また例えば輝度レベルの変動が周期的であることを回転異常の第２の必要条件とする。また、第１および第２の必要条件が所定期間以上継続していることを回転異常判定のための第３の必要条件としてもよい。
【０００８】
また本発明の電子スコープは、上記回転異常検出装置を備えたことを特徴としている。
【０００９】
また本発明の電子内視鏡システムは、上記の電子スコープと、電子スコープが着脱自在に装着され、第１光源およびロータリシャッタを用いて第１光源の調光を行う調光手段を備える光源部とを備え、調光手段が、回転異常の検出に基づき制御されることを特徴としている。
【００１０】
例えば異常検出信号生成時、ロータリシャッタの回転が第１光源からの光束がシャッタ窓を透過する位置で停止される構成としてもよい。また光源部が第２光源を備え、異常検出信号生成時、第１光源を消灯して第２光源からの光を電子スコープへ供給する構成としてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、光源部のロータリシャッタの回転異常を電子スコープ側のみで検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態のロータリシャッタ回転異常検出装置を搭載した電子内視鏡システムの構成を示すブロック図である。
【図２】本実施形態の調光機構の構成を示す平面図である。
【図３】ドライバ／信号処理部におけるロータリシャッタ回転異常検出信号の生成に関わる部分の電気的な構成を示すブロック図である。
【図４】本実施形態の回転異常検出処理のフローチャートである。
【図５】撮像素子の画像信号の輝度レベル変化を例示するグラフである。
【図６】本実施形態のロータリシャッタ回転異常検出装置を搭載した電子内視鏡システムの変形例の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態であるロータリシャッタ回転異常検出装置を搭載した電子内視鏡システムの構成を示すブロック図である。
【００１４】
電子内視鏡システム１０は、周知のように可撓管状の挿入部を備える電子スコープ１１と、電子スコープ１１が着脱自在に接続されるプロセッサ装置１２と、プロセッサ装置１２に着脱自在に接続されるモニタ１３から主に構成される。
【００１５】
電子スコープ１１の挿入部の先端には例えばＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子１４が設けられ、その駆動は例えばプロセッサ装置１２内に設けられたタイミングコントローラ１５からのクロック信号に基づき駆動される電子スコープ１１内のドライバ／信号処理部１６からの駆動信号によって制御される。撮像素子１４は、撮像レンズ１７を通して撮影を行い、撮像素子１４から出力される撮像素子出力信号は、ドライバ／信号処理部１６へと送られる。
【００１６】
本実施形態のドライバ／信号処理部１６では、撮像素子出力信号に対し所定の信号処理を施し、プロセッサ装置１２に設けられた前段信号処理部１８へ映像信号として送出するとともに、撮像素子出力信号に基づき、後述する調光信号を生成し、これを映像信号とともに前段信号処理部１８へと送出する。また、本実施形態のドライバ／信号処理部１６では、ロータリシャッタの回転異常が検出され、異常検出信号としてプロセッサ装置１２のシステムコントローラ２１へと出力される。
【００１７】
前段信号処理部１８に送られた映像信号は所定の映像信号処理が施された後、プロセッサ装置１２内の画像メモリ１９で一時的に保持され所定のタイミングで後段映像信号処理部２０へと出力される。後段映像信号処理部２０では、入力された映像信号を所定規格の映像信号へと変換し、プロセッサ装置１２から例えばモニタ１３など、電子内視鏡システムにおいて利用される周辺装置へと出力する。
【００１８】
なお、これら前段信号処理部１８、画像メモリ１９、後段映像信号処理部２０における一連の処理は、タイミングコントローラ１５からの信号に基づいて行われ、タイミングコントローラ１５は、例えばプロセッサ装置１２に設けられたシステムコントローラ２１によって制御される。また、プロセッサ装置１２にはフロントパネル（Ｆパネル）２２が接続されており、システムコントローラ２１は、例えばユーザによるフロントパネル２２の操作に基づきプロセッサ装置１２内全体の制御を行う。
【００１９】
また、電子スコープ１１内のドライバ／信号処理部１６から出力され、前段信号処理部１８に入力された調光信号は、プロセッサ装置１２内に設けられた光源部５０のモータドライバ２３へ入力される。モータドライバ２３では、例えば調光信号の電圧が基準電圧回路２４から出力される基準電圧と比較されるとともに、その比較結果とシステムコントローラ２１から入力される制御信号に基づいて本実施形態の調光機構を構成する絞り羽根２６、ロータリシャッタ３３を駆動するモータ２５、３２の制御を行う。
【００２０】
絞り羽根２６は開口部（または切り欠き部）を有し、その一端に回動軸が設けられた板部材で、ランプ２７から集光レンズ２８を通してライトガイド２９へ到る光路を遮るように配置される。回動軸は光路に平行であり、絞り羽根２６はモータ２５の回転によりその回動位置が調整され、後述するように絞り羽根２６の開口部を透過する光量が調整される。
【００２１】
ロータリシャッタ３３は、例えばその周縁部に開口部（または切り欠き部）が設けられた回転板であり、絞り羽根２６と同様にランプ２７からの照明光の光路を遮るように配置される。また、その回転軸は光路に平行に、かつ回転時開口部が光路（光束）を横切るように配置される。すなわち、ランプ２７からの光は、開口部を通してライトガイド２９へと供給され、ロータリシャッタ３３が回転すると、照明光はロータリシャッタ３３の回転周期および開口部の大きさに合わせて明滅する。なお、絞り羽根２６、ロータリシャッタ３３の構成の詳細については図２を参照して後述する。
【００２２】
絞り羽根２６、ロータリシャッタ３３を含む本実施形態の調光機構を介してライトガイド２９に入射された光は、電子スコープ１１内に配設されたライトガイド２９内を伝送され、挿入部先端から照明レンズ３０を通して照射される。すなわち、絞り羽根２６の回動位置、ロータリシャッタ３３の回転速度、開口部の大きさを制御することで、露光期間のみ照明光を供給しつつも画像の明るさが一定となるように調光される。なお、ランプ２７にはランプ電源３１から電力が供給され、ランプ電源３１は、システムコントローラ２１によって制御される。
【００２３】
図２を参照して、絞り羽根２６、ロータリシャッタ３３からなる本実施形態の調光機構について説明する。図２は、ランプ２７、集光レンズ２８、ライトガイド２９を結ぶ光軸方向に絞り羽根２６およびロータリシャッタ３３を見た平面図であり、ランプ２７からの有効光束の断面が破線Ｌで示される。
【００２４】
絞り羽根２６のアームの一端は、回動軸Ｏ１を中心に軸支され、モータ２５（図１）によりその回動位置が調整可能である。アームの他端には、例えば回動時に光束Ｌを垂直に横切る略円弧板形状を呈する羽本体２６Ａが設けられる。羽本体２６Ａには回動位置に応じて光束Ｌの一部または全部を透過可能な円弧に沿った開口（または切り欠き）２６Ｂが設けられる。開口２６Ｂは、絞り羽根２６による光束Ｌの遮光率が回動位置に応じて例えば０％〜１００％まで変化する形状とされる。図示例において開口２６Ｂの形状は円弧に沿って尾が引き伸ばされた流滴形を呈し、回転軸Ｏ２と光束Ｌの中心を結ぶ直線は、流滴形の開口２６Ｂの略中心を通る回動軸Ｏ１を中心とする円弧の接線に一致する。
【００２５】
一方、ロータリシャッタ３３は、例えば回転軸Ｏ２を中心に軸支される一対の略同じ大きさの円板３３Ａ、３３Ｂから構成され、両円板３３Ａ、３３Ｂはモータ３２により回転軸Ｏ２の周りに回転可能である。円板３３Ａ、３３Ｂは、同軸的に密接して配置され、それぞれ周縁部に沿って円弧状の開口（または切り欠き）３４Ａ、３４Ｂが設けられている。開口３４Ａ、３４Ｂの中心角は各々１８０°未満であり、例えば両開口３４Ａ、３４Ｂの径方向の位置、形状、寸法は略同一である。また、開口３４Ａ、３４Ｂの径方向の幅は有効光束Ｌの径よりも僅かに大きく設定される。なお、回転軸Ｏ２は、開口３４Ａ、３４Ｂの中心円弧が光束Ｌの中心軸と交わるように配置される。
【００２６】
円板３３Ａ、３３Ｂの一方は他方に対して回転可能であり、例えば両開口３４Ａ、３４Ｂが略完全に重なる位置から両者が略重ならない位置までの間の任意の角度で設定可能である。すなわち、円板３３Ａ、３３Ｂの相対回転角を調整することで、両開口３４Ａ、３４Ｂが重なる角度が調整される。すなわち開口３４Ａ、３４Ｂが重なる領域が、ロータリシャッタ３３のシャッタ窓３４を形成する。なお、シャッタ窓３４の大きさは図示しない周知の構成、方法で設定される。
【００２７】
次に図３〜図５を参照して画像信号からロータリシャッタ３３の回転異常を検出する本実施形態の回転異常検出処理について説明する。
【００２８】
図３は図１のドライバ／信号処理部１６における異常検出信号、調光信号の生成に関わる部分の電気的な構成を示すブロック図であり、図４は、ドライバ／信号処理部１６において実行される本実施形態の回転異常検出処理のフローチャートである。また、図５は、撮像素子１４の画像信号の輝度レベル変化を例示するグラフである。
【００２９】
撮像素子１４からの撮像素子出力信号（アナログ画像信号）は、まずＡ／Ｄ変換器３５においてデジタルの映像信号に変換され、前段信号処理回路３６に入力される。前段信号処理回路３６では、映像信号に対して所定の前段処理が施され、その後映像信号処理回路３７において、例えば輪郭強調処理、ガンマ補正など必要に応じた画像処理が適宜施され、プロセッサ装置１２の前段信号処理部１８へと出力される。
【００３０】
このとき前段信号処理回路３６では同時に、例えば撮影画像全体あるいはその一部を調光領域として、その領域の輝度信号から調光信号を生成し、プロセッサ装置１２へと出力する。なお調光信号には例えば輝度信号の平均値など画像の明るさに応じた信号が用いられる。
【００３１】
また前段信号処理回路３６からは、例えばその調光領域の画像（全画像でもよい）が所定フィールド数分（あるいは所定フレーム数分（以下同じ））に亘り画像メモリ３８に順次記録・更新され、それぞれ一時的に保持されている。画像メモリ３８に保持された画像データは、フィールド毎にシステムコントローラ３９によって読み出され、輝度レベル（例えば輝度信号の平均値）Ｙが算出され、算出された輝度レベルは、例えばメモリ４０に記録される。なお、使用されるフィールド数（画像数）は、ロータリシャッタの回転異常による光源の明滅を検知できる期間であればよい。
【００３２】
システムコントローラ３９では、後述するように輝度レベルＹの変動の上下ピーク値を検出し、これらの値やその検出タイミングから、輝度レベルＹの変動が閾値以上でかつその変動が周期的であるか、また両条件が一定時間以上継続するかなどが判定される。そして同条件が成立するときにロータリシャッタの回転に異常が発生しているものとして、異常検知信号が例えばプロセッサ装置１２のシステムコントローラ２１（図１）へと出力される。
【００３３】
なおプロセッサ装置１２のシステムコントローラ２１は、異常検知信号を受信するとロータリシャッタ３３の回転をシャッタ窓３４が光束を透過する位置で停止するようにモータドライバ２３へ指示する。
【００３４】
図４に示される回転異常検知処理は、電子スコープ１１のドライバ／信号処理部１６のシステムコントローラ３９で実行される処理である。ステップＳ１００では、輝度レベル算出処理が実行され、画像メモリ３８からの画像データに基づき上述した所定フレーム数分の輝度レベルＹが求められるとともにメモリ４０に記憶される。ステップＳ１０２では、求められた所定フレーム数分の輝度レベルＹに基づき上下ピーク値検出処理が実行される。
【００３５】
すなわち、ステップＳ１０２では、輝度レベルＹの変化から上側ピークおよび下側ピークが検知され、上下ピーク値Ｙｐ１、Ｙｐ２およびそれぞれが検出されたタイミングが保持される。ステップＳ１０４では、メモリ４０に記録された所与の上下閾値Ｙｔ１、Ｙｔ２（Ｙｔ１＞Ｙｔ２）と、上下ピーク値Ｙｐ１、Ｙｐ２の大小が比較され、輝度レベルの振幅が所定値以上であるか否かが判断される。本実施形態では、Ｙｐ１＞Ｙｔ１かつＹｐ２＜Ｙｔ２であるか否かが判定される。
【００３６】
ステップＳ１０４において、Ｙｐ１＞Ｙｔ１かつＹｐ２＜Ｙｔ２ではないと判定されるときには、処理はステップＳ１００に戻り輝度レベルＹの更新が行われる。一方、Ｙｐ１＞Ｙｔ１かつＹｐ２＜Ｙｔ２のとき、すなわち輝度レベルの変動の振幅が所定値以上であると判断されるときには、ステップＳ１０６において輝度レベルＹの変動の周期検出処理が実行される。
【００３７】
本実施形態では、例えば隣り合う上側ピークと下側ピークの間の時間、あるいは同じ側のピーク同士の間の時間を算出し、輝度レベル変動の仮周期としてメモリ４０に保持する。ステップＳ１０８では、算出される所定の数の仮周期が連続して実質的に等しいか否かが判定され、輝度レベル変動が周期的であるか、また一定時間以上継続しているかが判断される。一定でなければステップＳ１００へ戻り輝度レベルＹの更新が行われる。一方、ステップＳ１０８において一定周期が存在する（周期的変動が所定時間維持されている）と判定されるとステップＳ１１０において回転異常信号が生成されプロセッサ装置１２へと出力され、処理はステップＳ１００へと戻り同様の処理が繰り返される。
【００３８】
図５は、上記本実施形態が適用されたときの輝度レベル変化を例示するグラフで、正常に調光が行われている状態から、ロータリシャッタ３３に回転異常が発生し、それが検出されてプロセッサ装置１２でロータリシャッタが、停止されるまでの輝度レベルＹの経時的な変化を示す。
【００３９】
図示されるように、正常な調光の下での撮影（区間Ａ１）においても、輝度レベルＹはときに上側閾値Ｙｔ１を上回ったり、下側閾値Ｙｔ２を下回ったりして適正値から外れる。しかし、それは周期的ではなく、頻繁に起こるものでもない。一方、ロータリシャッタの回転に異常が発生した場合（区間Ａ２）、輝度レベルＹの変動は周期的となりその振幅も大きくなる。撮像素子１４の画像信号から、輝度レベルＹの変動が設定域値を超え、変動が周期的であることが検出されると、異常検知信号がプロセッサ装置１２へ送出され、上述したように、シャッタ窓３４が光束を透過する位置でロータリシャッタ３３の回転が停止される。これにより輝度レベルＹの変動が抑えられ、安定した内視鏡画像が得られる（区間Ａ３）。
【００４０】
以上のように本実施形態によれば、ロータリシャッタを介した照明光の下で撮影された画像を解析することでロータリシャッタの回転異常を検出しているので、光源部のロータリシャッタの回転異常を電子スコープ側のみで検出することができる。
【００４１】
次に、図６を参照して本実施形態の変形例について説明する。なお、変形例の構成は、光源部の構成を除き、これまでに説明した実施形態と同じであるので、同一の構成に関しては同一の参照符号を用い、その説明を省略する。
【００４２】
図１〜図５を用いて説明した本実施形態のプロセッサ装置１２では、ロータリシャッタ３３の回転異常が検出された際、ロータリシャッタ３３の回転を停止するとともに、主光源であるランプ２７からの光束をロータリシャッタ３３のシャッタ窓３４を通してライトガイド２９へと導いた。しかし、本変形例のプロセッサ装置５２の光源部５０には補助光源４１が設けられ、ロータリシャッタ３３の回転異常が検出されると、主光源であるランプ２７に替えて補助光源４１から照明光がライトガイド２９へ供給される。
【００４３】
すなわち、変形例では、ランプ２７とライトガイド２９を結ぶ光路近くに補助光源４１が配置され、補助光源４１は光路上へと移動可能に構成される。ロータリシャッタ３３が正常に駆動されている間、補助光源４１は、退避位置、すなわち光路から外れた位置に配置される。システムコントローラ２１において電子スコープ１１からの異常検知信号が受信されると、システムコントローラ２１は図示しないアクチュエータを駆動し、補助光源４１を光路上の点灯位置へと移動する。またこのとき、ランプ２７を消灯するとともにモータドライバ２３の駆動、すなわちロータリシャッタ３３の回転を停止する。なお、補助光源４１の移動機構は直動式でもよいし回動式でもよい。
【００４４】
以上のように、変形例においても実施形態と同様の効果を得ることができる。また、変形例では補助光源を用いるため、ロータリシャッタの停止位置を適切に制御できない場合にも対応可能である。
【００４５】
なお、本実施形態や変形例において光源部は映像信号の処理を行うプロセッサ装置内に設けられたが、光源部はプロセッサ装置から独立した装置として構成されてもよく、その際には異常検知信号は光源装置へと送信される。
【符号の説明】
【００４６】
１０  電子内視鏡システム
１１  電子スコープ
１２  プロセッサ装置
１３  モニタ
１４  撮像素子
１６  ドライバ／信号処理部
２１  システムコントローラ
２３  モータドライバ
２５  モータ
２６  絞り羽根
２７  ランプ（第１光源）
２９  ライトガイド
３２  モータ
３３  ロータリシャッタ
３４  シャッタ窓
３８  画像メモリ
３９  システムコントローラ
４０  メモリ
４１  補助光源（第２光源）
５０  光源部
Ｌ  光束
【図１】
2013158360.tif 000003
【図２】
2013158360.tif 000004
【図３】
2013158360.tif 000005
【図４】
2013158360.tif 000006
【図５】
2013158360.tif 000007
【図６】
2013158360.tif 000008