(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明光を照射した被観察体を撮像素子にて撮像し、この撮像素子の出力に基づいて画像信号を形成する内視鏡装置において、
上記撮像素子の出力から得られた測光情報に基づき被観察体画像の明るさが一定となるように上記照明光の出力量を調整する光量制御回路と、
上記測光情報に基づき上記画像信号のレベルが一定となるように制御するゲイン制御回路と、
上記照明光の供給ラインに挿入され、この照明光の赤帯域の長波長側をカットする赤成分カット光学フィルタと、
上記光量制御回路を動作させると共に、この光量制御の最大値に達しても光量不足になるときには上記ゲイン制御回路を動作させ、上記赤成分カット光学フィルタの存在による光量低下を解消する制御回路と、を設けたことを特徴とする内視鏡装置。
【請求項２】
上記制御回路は、当該内視鏡装置において上記赤成分カット光学フィルタがセット状態となっているか否かを判定し、この赤成分カット光学フィルタがセット状態にあるとき、上記光量制御回路を動作させると共に、この光量制御に達しても光量不足になるときには上記ゲイン制御回路を動作させ、一方赤成分カット光学フィルタがセット状態にないとき、上記光量制御回路のみを動作させるように制御することを特徴とする請求項１記載の内視鏡装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内視鏡装置、特に被観察体画像上で血管等の微細な構造を観察可能とするために赤成分カット光学フィルタを用い、かつ画像の明るさ及び鮮鋭度を良好に維持するための構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内視鏡装置である例えば電子内視鏡装置は、照明光を照射して対物光学系を介して捉えられた被観察体を、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の撮像素子で撮像し、この被観察体像をモニタ等に表示する。そして、近年では、上記対物光学系に可動レンズを組み込み、この可動レンズを変倍機構により前後移動させ、被観察体像を光学的に拡大することが行われる。この拡大像は、画像処理されてモニタ等に表示されることになり、この拡大画像によって注目部位の細部を観察することが可能となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の内視鏡装置では、観察対象が消化器官等、生体内であることが多く、この生体内の粘膜の表面近傍に存在する血管（毛細血管）やその他の組織の観察が重要となる。即ち、生体内における血管の新生、走行状態や粘膜の微細構造等から有用な診断情報を得ることができる。しかし、血中のヘモグロビンは周辺組織にも存在するため、生体内全体が赤みを帯びており、粘膜と血管やその他の組織との区別が不明瞭になるという問題がある。
【０００４】
図５には、赤外カットフィルタを使用した場合の正常胃粘膜とヒト血液の分光反射率（波長４００〜７５０ｎｍ）が示されており、この図５から分かるように、正常胃粘膜の分光反射率曲線Ｃ1と血液の分光反射率曲線Ｃ2は、波長６００ｎｍの手前で交差し、この６００ｎｍ以上となると、血液の分光反射率が非常に大きくなっている。即ち、可視光は紫から赤へと光の波長が長くなる程、粘膜下の深いところへ到達するため、波長が長い程、また赤色光であっても波長が長い程、粘膜下層で散乱が生じ、この波長の長い光の散乱によって粘膜近傍に存在する血管の撮像状態が低下することになる。
【０００５】
また、従来では、撮像素子として用いられるＣＣＤが赤外線によって飽和状態となるのを避けるために、赤外線をカットする赤外カット光学フィルタが使用されており、この赤外カットフィルタは例えばその分光透過率が６６０ｎｍ近傍で半値となり、７００ｎｍで０となる特性となる。従って、図５に示されるように、上記赤外カットフィルタを使用した場合、７００ｎｍ手前からそれ以上の波長帯域が除去されており、血液の分光反射率においても長波長側がカットされる。
【０００６】
しかしながら、上記の赤外カットフィルタはあくまでも赤外線を除去するものであり、上述したように、赤色光の中でも特にその長波長側の成分の粘膜下の散乱によって赤みを帯びた被観察体像となり、粘膜、血管、その他の組織の識別が十分となるコントラストを得ることができなかった。
【０００７】
そして、この図５の分光反射率特性で考えると、波長４００ｎｍから６００ｎｍ手前の曲線Ｃ1とＣ2で囲まれた領域Ｓ1は、被観察体像において粘膜と血液やその他の組織のコントラストに寄与する成分であり、波長６００ｎｍ手前からそれ以上の曲線Ｃ1とＣ2で囲まれた領域Ｓ2は、粘膜下層での光散乱を招き、むしろ粘膜と血液等とのコントラストの低下をもたらす成分となり、この領域Ｓ2の大きさが問題となる。
【０００８】
そこで、本願出願人は、上記領域Ｓ2の赤帯域の長波長領域をフィルタを用いてカットすることを提案しているが、この場合には、赤色光の一部を除去することから画像の明るさが低下するという問題が生じることになる。
【０００９】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、被観察体像の赤みを帯びた状態が改善され、粘膜、血管、その他の組織を十分なコントラストの下で観察することができると共に、画像の明るさと鮮鋭度を良好に維持することが可能となる内視鏡装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る内視鏡装置は、照明光を照射した被観察体を撮像素子にて撮像し、この撮像素子の出力に基づいて画像信号を形成する内視鏡装置において、上記撮像素子の出力から得られた画像情報に基づき被観察体画像の明るさが一定となるように上記照明光の出力量を調整する光量制御回路と、上記画像情報に基づき上記画像信号のレベルが一定となるように制御するゲイン制御回路と、上記照明光の供給ラインに挿入され、この照明光の赤成分の長波長側をカットする赤成分カット光学フィルタと、上記光量制御回路を動作させると共に、この光量制御の最大値に達しても光量不足になるときには上記ゲイン制御回路を動作させ、上記赤成分カット光学フィルタの存在による光量低下を解消する制御回路と、を設けたことを特徴とする。
請求項２に係る発明は、上記制御回路は、当該内視鏡装置において上記赤成分カット光学フィルタがセット状態となっているか否かを判定し、この赤成分カット光学フィルタがセット状態にあるとき、上記光量制御回路を動作させると共に、この光量制御の最大値に達しても光量不足になるときには上記ゲイン制御回路を動作させ、一方赤成分カット光学フィルタがセット状態にないとき、上記光量制御回路のみを動作させるように制御することを特徴とする。
【００１１】
本発明は、まず例えば分光透過率が６３０（±１０）ｎｍで半値、６７０ｎｍで０となる赤成分カット光学フィルタを光源光供給ラインに挿入することにより、照明光における主に赤帯域の長波長側の成分を除去し、粘膜と血管等を良好なコントラストで識別可能となる電子内視鏡装置を前提とし、このような構成で生じる光量低下を解消するものである。即ち、赤成分カット光学フィルタがセット状態となっていない場合は、例えば絞りを用いた光量制御が行われるが、このフィルタがセット状態にあるときは、上記絞り光量制御が行われると共に、絞り開口量を最大にしても暗い場合に、画像信号のゲイン制御が行われる。この結果、良好な明るさの被観察体画像で血管等の微細な構造を明瞭に観察できることになる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１には、実施形態の一例に係る電子内視鏡装置の主要構成が示されており、この電子内視鏡装置は、光源装置１０、プロセッサ装置１１、スコープ１２及びモニタ１４等を有している。この図１において、スコープ１２には、その先端に照明窓１６、観察窓１８が配置され、この照明窓１６にはライトガイド２０が連結され、このライトガイド２０が光源装置１０へ接続される。一方、上記観察窓１８には、対物光学系２２を介して撮像素子であるＣＣＤ２４が光学的に接続される。
【００１３】
また、変倍機構を備えた電子内視鏡装置では、上記対物光学系２２の一部として、図示していないが回転する線状伝達部材等で前後移動される可動レンズが組み込まれる。そして、上記線状伝達部材は例えばモータで駆動されることになり、可動レンズの前後移動によって光学的拡大像が得られる。
【００１４】
上記ＣＣＤ２４は、ＣＣＤ駆動回路２６にて駆動制御されており、このＣＣＤ駆動回路２６にはタイミングジェネレータ（ＴＧ）２８を介してスコープ側マイコン３０が接続される。このマイコン３０には、画像処理のための各種のデータや、後述するが赤成分カットフィルタ（５４）を用いたときのゲイン制御のリミット値データを格納したＲＯＭ３１が接続される。
【００１５】
一方、上記ＣＣＤ２４の出力側には、ＣＤＳ（相関二重サンプリング）／ＡＧＣ（オートゲイン制御）回路３２が設けられており、このＡＧＣ回路３２は、マイコン３０から与えられる制御値に一致するように画像信号を増幅処理する。このＣＤＳ／ＡＧＣ回路３２の後段には、Ａ／Ｄ変換器３４を介してＤＶＰ（デジタルビデオプロセッサ）３６が設けられ、このＤＶＰ３６では、デジタル画像信号についてガンマ補正等の各種の画像処理を施し、例えば輝度信号及び色差信号を形成する。また、このＤＶＰ３６では、画像信号（輝度信号）からＣＣＤ２４で捉えられた光量を測定しており、この測光値に基づいて画像の明るさを一定にする制御が行われる。
【００１６】
上記のＤＶＰ３６の出力を入力するようにして、プロセッサ装置１１には信号処理回路３８が設けられ、この信号処理回路３８はモニタ１４へ出力するための信号処理を実行する。この信号処理回路３８には、プロセッサ側マイコン４０が接続され、このマイコン４０にはフロント操作パネル４２からの操作信号が供給される。
【００１７】
一方、上記光源装置１０内には、キセノンランプやハロゲンランプ等の光源ランプ４４、光学絞り４６、集光レンズ４８が設けられ、この集光レンズ４８から出力された光が上記ライトガイド２０へ供給される。また、上記ランプ４４を駆動するためのランプドライブ回路５０、上記絞り４６の開口量を制御するための絞り制御回路５２が設けられる。
【００１８】
そして、上記ランプ４４と絞り４６の間に、赤成分カットフィルタ５４と赤外カットフィルタ５５を有する回転フィルタ５６が設けられ、この回転フィルタ５６はフィルタドライブ回路５８で駆動される。また、光源装置１０には、上記フィルタドライブ回路５８等を制御するマイコン６０が配置され、このマイコン６０はフロント操作パネル６２からの操作信号を入力すると共に、他のマイコン３０，４０との間でデータの伝送を行う。
【００１９】
上記マイコン６０は、絞り４６による光量制御、フィルタ５４，５５のセット、光量不足に応じたゲイン制御を行う。即ち、マイコン６０は、スコープ１２のＤＶＰ３６により形成されている測光信号を入力して、画像の明るさが一定となるように絞り制御回路５２を介して絞り４６の開口量を制御し、またフロントパネル６２の操作等に基づき、フィルタドライブ回路５８を介して回転フィルタ５６を回転させ、赤成分カットフィルタ５４と赤外カットフィルタ５５のいずれか一方をセットする。
【００２０】
そして、上記赤成分カットフィルタ５４は、図２に示す分光透過率特性のフィルタが用いられ、例えば分光透過率が６３０ｎｍ（±１０ｎｍ）で半値、６７０ｎｍで０となる特性のものが用いられる。この赤成分カットフィルタ５４によれば、図２に示されるように、ランプ４４からの出力光の中の６３０ｎｍ以上の波長成分について半分以上がカットされる。なお、この赤成分カットフィルタ５４としては、分光透過率が０となる波長が６７０ｎｍ近傍以下であればよく、半値の位置は略同じで６５０ｎｍ等で分光透過率が０となるフィルタ等でもよい。
【００２１】
更に、上記マイコン６０は、絞り４６の開口量が最大に達しても所定の明るさが得られない場合に、マイコン３０を介してＣＤＳ／ＡＧＣ回路３２によるオートゲイン制御を行う。即ち、絞り４６の最大位置を維持した状態で、上記測光信号をＣＤＳ／ＡＧＣ回路３２へ与えるように制御すれば、この測光信号に基づきＣＤＳ／ＡＧＣ回路３２では画像の明るさが一定となるように画像信号を増幅する。このオートゲイン制御では、上記ＲＯＭ３１に記憶されているゲインリミット値が読み出されており、画像の鮮鋭度の低下を避けるためにこのリミット値以上にゲインを上げないように制御される。
【００２２】
実施形態例は以上の構成からなり、まず赤成分カットフィルタ５４を使用したときの作用を説明する。
図３には、上記赤成分カットフィルタ５４を使用した場合の胃粘膜と血液の分光反射率が示されており、図３に示されるように、図２の特性カーブに従って赤成分の光が部分的にカットされる。この結果、６７０ｎｍ手前からそれ以上の波長帯域が除去されており、血液の分光反射率においても赤色の長波長側がカットされる。この図３と図５を比較すると、被観察体像において粘膜と血液等とのコントラストに寄与する成分である領域Ｓ1はそまままで、粘膜下層での光散乱を招く曲線Ｃ1とＣ2で囲まれた領域Ｓ3は、従来の図５の領域Ｓ2から著しく縮小していることが分かる。従って、この赤成分カットフィルタ５４によれば、粘膜と血液等のコントラストの低下を招く波長成分（長波長側）を除去し、かつカラー画像を構成する赤成分を最小限確保することにより、粘膜と血液、その他の組織とを良好なコントラストにて表示できることになる。
【００２３】
図１において、このような赤成分カットフィルタ５４を介して出力された光は、集光レンズ４８、ライトガイド２０を介して被観察体へ照明光として照射されており、この被観察体像は、対物光学系２２を介してＣＣＤ２４で捉えられる。このＣＣＤ２４では、画素単位の蓄積電荷がＣＣＤ駆動回路２６にて読み出されており、このＣＣＤ２４の出力信号は、ＣＤＳ／ＡＧＣ回路３２で相関二重サンプリングされ、その後ＤＶＰ３６及び信号処理回路３８にて各種の信号処理が施されることにより、モニタ１４に被観察体画像が表示される。ここで、光学的変倍機構を機能させれば、上記モニタ１４に拡大画像を表示させることができる。そして、このような画像処理においては、画像の明るさを一定に維持するための光量制御が行われる。
【００２４】
図４には、上記マイコン３０，４０，６０を介して行われる光量制御の動作が示されており、ステップ１０１では、赤成分カットフィルタ５４がセットされているか否かが判定される。このフィルタセット状態は、マイコン６０で把握されており、赤成分カットフィルタ５４がセット中で、Ｙ（YES）のときには、ステップ１０２へ移行する。このステップ１０２では、上記絞り４６の開口量が最大であるか否が判定されており、この絞り４６が最大開口位置に設定されてＹとなるときは、ステップ１０３で光量不足のためのゲイン制御を実行する。
【００２５】
即ち、マイコン６０は、ＤＶＰ３６で得られた測光信号に基づいて上記絞り４６の開口量を制御し、これによって画像の明るさが一定に維持されるが、この絞り４６が最大開口量となっても光量が不足する場合には、ＣＤＳ／ＡＧＣ回路３２に対し、上記測光信号に対応するゲイン制御信号がマイコン３０により与えられ、これによって画像信号が増幅される。この結果、赤成分カットフィルタ５４でカットした赤成分の光に対応する光量を良好に補うことが可能となる。なお、このゲイン制御では、画像信号をリミット値以上にゲインアップ（増幅）することはなく、画像が粗くなることが防止されている。
【００２６】
上記ステップ１０２にて、絞り４６の開口量が最大に設定されておらず、Ｎ（NO）のときは、ステップ１０４にてゲイン制御が実行中であるか否かが判定され、このステップ１０４でＹのとき、ステップ１０５では光量不足のためのゲイン制御を停止する。このような絞り制御とゲイン制御の両方によって、画像の明るさを一定に維持することができ、上記絞り４６による光量制御によれば、ノイズを低減して画像の鮮鋭度を維持する効果がある。また、オートゲイン制御では、リミット値以上のゲインアップをしないことにより、鮮鋭度の低下を防止している。
【００２７】
上記実施形態例では、赤成分カットフィルタ５４と赤外カットフィルタ５５を回転フィルタ５６にて選択的に使用できる場合を説明したが、赤成分カットフィルタ５４のみを取り付けた光源装置１０や、この赤成分カットフィルタをライトガイドコネクタ等に取り付けたスコープ１２を用いる場合には、マイコン同士の情報伝送により赤成分カットフィルタの取付けセット状態を検出判定して、上記と同様の動作及び効果を得ることができる。もちろん、赤成分カットフィルタの配置を必須とする場合は、このような判定は不要となる。
【００２８】
また、実施形態例では絞り４６による照明光の光量制御を説明したが、この光量制御として、ランプドライブ回路５０を用いてランプ４４の点灯電圧を制御する方法を用いることもでき、ランプ点灯電圧が最大値に設定されても光量不足が生じる場合に、上記のゲイン制御を実行することにより、同一の効果を得ることが可能となる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、照明光の赤帯域の長波長側をカットする赤成分カット光学フィルタを設け、或いはこのフィルタがセットされていることを判定し、照明光の出力量を調整する光量制御の最大値に達しても光量不足になるときに、画像信号を増幅するゲイン制御を動作させるようにしたので、赤帯域の長波長側をカットした場合でも、その光量低下を解消して明るさ及び鮮鋭度の良好な画像を得ることができ、同時に赤みを帯びた被観察体像が改善され、粘膜、血管、その他の組織を十分なコントラストの下で撮影、観察することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態例に係る電子内視鏡装置の主要構成を示す図である。
【図２】実施形態例の赤成分カット（光学）フィルタの分光透過率を示す特性図である。
【図３】実施形態例の赤成分カットフィルタを使用した場合の正常胃粘膜と血液の分光反射率を示す特性図である。
【図４】実施形態例のマイコンでの動作を示すフローチャートである。
【図５】従来の赤成分カットフィルタを使用した場合の正常胃粘膜と血液の分光反射率を示す特性図である。
【符号の説明】
１０…光源装置、      １１…プロセッサ装置、
１２…スコープ、      ２０…ライトガイド、
２４…ＣＣＤ、
３２…ＣＤＳ（Correlated Double Sampling）／ＡＧＣ（Automatic Gain Control）回路、
３０，４０，６０…マイコン、
４４…ランプ、        ４６…絞り、
５２…絞り制御回路、
５４…赤成分カットフィルタ、
５５…赤外カットフィルタ、
５６…回転フィルタ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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