(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一つの光源と、
前記光源から照射される光束の光路上に設けられ、少なくとも一つの第一の開口と前記第１の開口間に形成される遮光領域とを備える第一の調光部材と、
前記光源から照射される光束の光路上に設けられ、第二の開口を備える第二の調光部材と、
所定の周波数で振動する患部の前記周波数に同期して前記少なくとも一つの第一の開口が前記光束を横切るように、前記第一の調光部材を駆動制御する制御手段と、
間欠的に発光される光束の発光タイミングの位相を変更する位相変更手段と、を有し、
前記第一の開口が前記第二の開口を横切ることにより前記光源から照射される光束が間欠的に発光され、
前記位相変更手段は、前記第二の開口が光束内を移動するように前記第二の調光部材を移動させることにより、前記位相を変更すること、を特徴とする内視鏡用光源システム。
【請求項２】
請求項１に記載の内視鏡用光源システムにおいて、
前記制御手段は、前記第一の調光部材を前記光束の直進方向と平行な方向を軸として回転制御すること、を特徴とする内視鏡用光源システム。
【請求項３】
請求項２に記載の内視鏡用光源システムは、
前記周波数を検出する検出手段をさらに有し、
前記制御手段は、前記検出手段によって検出される周波数に同期して前記第一の調光部材を回転制御すること、を特徴とする内視鏡用光源システム。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載の内視鏡用光源システムにおいて、
前記第一の調光部材は、前記軸を略中心とする円板であり、第一の調光部材の直径方向に延出する複数の前記第１の開口を有し、
複数の前記第１の開口は、互いに隣りあう前記第１の開口のなす角が等しくなるように配設されること、を特徴とする内視鏡用光源システム。
【請求項５】
請求項４に記載の内視鏡用光源システムにおいて、
前記制御手段は、前記患部の振動の周波数をｆ０、前記第一の調光部材の一秒あたりの回転数をｆ１、前記第一の開口の数をｎ、ｋは正の整数、とすると、次の条件式、
ｆ１＝ｆ０／ｎｋ
を満たすように前記第１の調光部材の回転速度を制御することを特徴とする内視鏡用光源システム。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の内視鏡用光源システムにおいて、
前記患部は、声帯であることを特徴とする内視鏡用光源システム。
【請求項７】
周期性を持って振動する患部を通常観察し、ストロボ静止撮影し、あるいはストロボ動画撮影する内視鏡において、
請求項１から請求項６のいずれかに記載の内視鏡用光源システムと、
前記光源システムからの光束を照射する先端部および照明される前記患部の光学像を撮像する撮像手段を備えるスコープ部と、を有することを特徴とする内視鏡。
【請求項８】
請求項７に記載の内視鏡において、
位相変更手段は、ストロボ静止撮影時、第二の開口が光源から照射される光束内の任意の位置に配置されるように第二の調光部材を固定することを特徴とする内視鏡。
【請求項９】
請求項７または請求項８に記載の内視鏡において、
位相変更手段は、ストロボ動画撮影時、第二の調光部材を所定のタイミングで移動させることを特徴とする内視鏡。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、内視鏡、特に声帯の観察に使用される内視鏡に搭載される光源システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、様々な患部を撮影する内視鏡が実用化されている。その中の一つである声帯のように高速で連続振動する患部を撮影するための内視鏡は、少なくとも、患部の連続振動を撮影者の目視できる程度の適切な速度の動画として撮影する機能と、振動中の特定の部位や形状のみを静止画として撮影する機能とを備える必要があった。
【０００３】
そこで従来、常時発光する通常の光源のかわりに、間欠的に発光するストロボ光源を備えた内視鏡が用いられていた。このような内視鏡は、ストロボ光源の発光タイミングを声帯の振動の周波数に同期させる発光制御を行うことにより、上記の各種撮影を可能にしている。
【０００４】
しかし上記のストロボ光源は、高価なだけでなく、発光に伴い騒音や電磁波等が発生するといった弊害がある。使用中に発せられる騒音は、撮影者（例えば医師）および被撮影者（例えば患者）にとって非常に耳障りである。さらに電磁波が発生すると、他の医療機器が誤動作する現象が起こりかねない。つまり検査・処置室に配置される医療機器にはふさわしくない、早急に解決すべき問題を抱えている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は上記の事情に鑑み、操作に支障を生じる諸原因を抑え、かつ撮影者の必要とする様々な観察に適した映像の撮影を可能とする、安価な構成の内視鏡用光源システムおよび内視鏡を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１に記載の内視鏡用光源システムは、一つの光源と、光源から照射される光束の光路上に設けられ、少なくとも一つの第一の開口と第１の開口間に形成される遮光領域とを備える第一の調光部材と、光源から照射される光束の光路上に設けられ、第二の開口を備える第二の調光部材と、所定の周波数で振動する患部の周波数に同期して少なくとも一つの第一の開口が光束を横切るように、第一の調光部材を駆動制御する制御手段と、間欠的に発光される光束の発光タイミングの位相を変更する位相変更手段と、を有し、第一の開口が第二の開口を横切ることにより光源から照射される光束が間欠的に発光され、位相変更手段は、第二の開口が光束内を移動するように第二の調光部材を移動させることにより、位相を変更することを特徴とする。
【０００７】
上記の構成によれば、第一の調光部材が有する第一の開口および遮光領域と、第二の調光部材が有する第二の開口とを用いて、光源からの光を任意に遮光、透光させることができる。
【０００８】
つまり、請求項１に記載の内視鏡用光源システムによれば、ストロボ専用光源を用いずにキセノン光源のような通常の光源を用いてストロボ発光を行うことができる。
【０００９】
またこの発明は、ストロボ光源は使用しないため、ストロボ発光に伴う騒音や電磁波等の発生のおそれもなくなり、撮影者の不快感を無くし、他の医療機器への影響も抑えることができる。
【００１０】
さらに、請求項１に記載の発明によれば、発光タイミングの位相をずらすことができるため、振動中の患部の異なる形状を照明することが可能になる。
【００１１】
請求項２に記載の内視鏡用光源システムによれば、制御手段は、第一の調光部材を光束の直進方向と平行な方向を軸として回転制御することができる。
【００１２】
請求項３に記載の内視鏡用光源システムによれば、周波数を検出する検出手段をさらに有するのが好ましい。この場合、制御手段は、検出手段によって検出される周波数に同期して第一の調光手段を回転制御することができる。
【００１３】
第一の調光部材は、上記軸を略中心とする円板であり、第一の調光部材の直径方向に延出する複数の第１の開口を有し、それらは、互いに隣りあう第１の開口のなす角が等しくなるように配設されることが望ましい（請求項４）。
【００１４】
請求項５に記載の内視鏡用光源システムは、患部の振動の周波数をｆ０、第一の調光手段の一秒あたりの回転数をｆ１、第一の開口の数をｎ、ｋは正の整数、とすると、次の条件式、ｆ１＝ｆ０／ｎｋを満たすように制御手段が第１の調光部材の回転速度を制御することを特徴とする。
【００１５】
上記条件を満たすことで、患部の動きに同期して回転する第一の調光部材上にある第１の開口を透過する光によって照射される患部の形状は常に同一になる。
【００１６】
請求項６に記載の内視鏡用光源システムによれば、声帯が患部である場合にも使用することができる。
【００１７】
請求項７に記載の発明は、周期性を持って振動する患部を通常観察し、ストロボ静止撮影し、あるいはストロボ動画撮影する内視鏡に関する。該内視鏡は、請求項１から請求項６のいずれかに記載の内視鏡用光源システムと、これらの光源システムからの光を照射する先端部および照明される患部の光学像を撮像する撮像手段を備えるスコープ部とを有することを特徴とする。
【００１８】
請求項８に記載の内視鏡を用いた場合、位相変更手段により第二の開口が光源から照射される光束内の任意の位置に配置されるように第二の調光部材を固定した状態でストロボ静止撮影が行われる。任意の位置を撮影者が決定するための操作手段があればより好ましい。
【００１９】
請求項９に記載の内視鏡を用いた場合、位相変更手段により第二の調光部材を所定のタイミングで移動させることでストロボ静止撮影が行われる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施形態の光源システム１０を搭載する内視鏡の概略構成図である。内視鏡１００は、本体部１００ａ、スコープ部１００ｂとから構成される。本体部１００ａは、光源システム１０、メイン制御部２０、映像処理回路３０、骨伝導型マイク４０、パネルスイッチ５０、モニタ６０とを有する。スコープ部１００ｂは、ＣＣＤ７０、ライトガイド８０とを有する。
【００２１】
内視鏡１００を使用すると患部である声帯は次のようにして撮影される。まず、予め患者の喉付近に固定されたマイク４０が声帯の動きを検出し、検出信号としてメイン制御部２０に送信する。メイン制御部２０は、波形を整形した検出信号に同期させて、以下に詳述する光源システム１０の発光制御をする。
【００２２】
メイン制御部２０の制御に基づいて、光源システム１０から照射される光は、ライトガイド８０内を導かれ、スコープ部１００ｂの先端から体内を照明する。体内が照明されている間、該先端に備えられているＣＣＤ７０は、入射する光により受光面に形成された光学像に対応する電荷を蓄積し、映像信号処理回路３０に出力する。映像信号処理回路３０は、入力される電荷に基づいて所定の処理を行った後、映像信号をモニタ６０に出力する。モニタ６０は、映像信号に対応する画像を表示する。
【００２３】
なお撮影者は、パネルスイッチ５０や図示しないパーソナルコンピュータ等を操作して、メイン制御部２０に撮影に関する指示をすることが可能である。例えば、通常撮影やストロボ静止撮影、ストロボ動画撮影といった各種モードの切り替えをはじめ様々な設定を行うことができる。
【００２４】
本明細書では、患部周辺の状況を撮影し、内視鏡のスコープ部１００ｂを安全確実に患部位置に導入、または導出する際等に使用される撮影モードを通常撮影という。連続振動中にある患部（本実施形態では所定の音を連続発声中の声帯）の一形状だけを抽出して撮影し静止画として撮影するモードをストロボ静止撮影という。また、高速で振動する患部を撮影者の見やすい適当な速度の動画として撮影するモードをストロボ動画撮影という。
【００２５】
図２は、本発明の実施形態の光源システム１０の構成を示す概略図である。光源システム１０は、回転円板１、スリット板２、白色光源３、絞り４、集光レンズ５、ライトガイド口金６、回転円板１用駆動部７、スリット板２用駆動部８を有する。
【００２６】
回転円板１は駆動部７を介して、スリット板２は駆動部８を介してそれぞれメイン制御部２０に接続されている。白色光源３は、本実施形態ではキセノンランプを使用しており、電源がオンされているときは常時発光している。絞り４は、白色光源３から照射される光束を所定の幅に絞る。
【００２７】
図３は、回転円板１およびスリット板２を白色光源３側から見た図である。図３Ａは、回転円板１およびスリット板２の全体図、図３Ｂは、回転円板１およびスリット板２の光入射位置近傍の拡大図である。図３Ａに示すように回転円板１は、複数の長方形状のギャップ１ａと二つのギャップ１ａ間にある遮光領域１ｂとを有する。ギャップ１ａは、スリット２ａを透過した光が２以上のギャップ１ａに入射することがないような所定の間隔をおいて回転円板１上に配設されている。また、ギャップ１ａは、隣り合う二つのギャップ１ａのなす角度が均等になる（各遮光領域１ｂの面積が等しくなる）ように等間隔に配設される。
【００２８】
スリット板２は、二枚の遮光板２ｂを有し、二枚の遮光板２ｂ間に長方形状のスリット２ａが形成されている。本実施形態の光源システム１０は、ギャップ１ａと遮光領域１ｂとスリット２ａとを用いて白色光源３からの光を透過し、あるいは遮光するシャッタ構造を作り出すことにより、擬似的にストロボ発光を形成する。本実施形態では、ギャップ１ａの幅とスリット２ａの幅とは、略同一であるように構成されている。
【００２９】
高速で連続振動する声帯を確実にストロボ静止撮影およびストロボ動画撮影するためには、声帯の周波数をｆ０とすると、ギャップ１ａと遮光領域１ｂとスリット２ａとによって形成されるシャッタ構造の開閉の周波数ｆ２が、次の条件（１）を満たせばよい。
ｆ２＝ｆ０／ｋ・・・（１）
但し、ｋは正の整数である。
【００３０】
ここでギャップ１ａをｎ個備える回転円板１の一秒あたりの回転数をｆ１とすると、シャッタ構造の開閉の周波数ｆ２は、ｆ１にｎを乗じた値に等しい。従って、条件（１）は、次の条件（２）のように表すことができる。
ｆ１＝ｆ０／ｎｋ・・・（２）
但し、ｎは正の整数である。
回転円板１は、一秒あたりの回転数ｆ１が条件（２）を満たすような所定の速度で、メイン制御部２０によって、回転制御される。すなわち回転円板１は、マイク４０で検出された声帯の動きに同期した速度で回転制御されている。
スリット板２は、パネルスイッチ５０で設定される撮影モードに対応して駆動制御される。
【００３１】
スリット２ａは、スリット板２に入射する光束の一部を透過する（図３Ｂ参照）。そして回転円板１が回転することでギャップ１ａがスリット２ａを横切るたび、白色光源３からの光は、スリット板２、回転円板１を順に透過する。
【００３２】
集光レンズ５は、回転円板１やスリット板２を介して入射する光束を、ライトガイド口金６（およびライトガイド８０）内に入射するように光束を収束する。また、ライトガイド口金６は、ライトガイド８０の一端と接続されており、集光レンズ５から入射する光束をライトガイドの他端（すなわち、スコープ部１００ｂの先端）に導く（図２参照）。
【００３３】
以下、光源システム１０における撮影モードごとの発光制御を詳説する。まず、通常撮影モード時の発光制御を説明する。
【００３４】
通常撮影モード時、回転円板１は、図示しない駆動手段によって光路上から退避する方向（図３Ａ中、左右方向）へ移動されている。そして白色光源３からの光がスリット２を介して、直接集光レンズ５に入射する構成にする。これにより、白色光源３からの光によって、体内は常時照明され、通常撮影を行うことができる。
【００３５】
次に、声帯の動きの一部のみを静止画として撮影するストロボ静止撮影時の発光制御を図４を参照しつつ説明する。図４中左側にはギャップ１ａがスリット２ａを横切る様子を表し、マイク４０からの出力波形および発光タイミングとを右側に並べて示す。なお、図４のマイク４０からの出力波形と声帯との関係は、山が声帯の開放状態に対応し、谷が声帯の閉塞状態に対応しているものとする。後述する図６も同様である。
【００３６】
通常撮影からストロボ撮影に切り替わると、光路中に回転円板１が挿入される。回転円板１は、条件（２）を満たす所定の速度で回転している。図４に示すように、スリット板２は、所定位置に固定されている。よって、ギャップ１ａとスリット２ａとの位置関係は、特定の一状態に止まることなく連続的に変化する。そのため上記位置関係の推移を、便宜上、図４中ＡからＥまでの５つの位置関係を例示することにより説明する。図４の例示によれば、ギャップ１ａとスリット２ａとの位置関係は、時間の経過と共にＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ａ、Ｂ、・・・というように連続的に推移していく。
【００３７】
図４の例示では、スリット板２は、白色光源３からの光束のスリット板２における断面のほぼ中央部に位置するように固定されている。スリット板２が所定の位置に固定された状態では、白色光源３からの光はギャップ１ａがスリット２ａを横切るときのみ、体内を照明する（図４Ｃ参照）。つまり、白色光源３は、常時、光を照射しているにもかかわらず、回転円板１とスリット板２とによって、所定のタイミングでのみ間欠的に発光し、その発光によって照らされる声帯の形状のみが撮影されるという効果を得ることができる。図４の例示によれば、Ｃに示すように、開放状態よりも若干閉じかかった形状の声帯を静止画として撮影することができる。
【００３８】
振動する声帯の異なる形状を撮影したい場合には、スリット板２の位置を変えて発光タイミングを変えればよい。スリット板２の移動は、撮影者がモニタ６０に映し出される静止映像が声帯の任意の形状になるように、パネルスイッチ５０を操作することにより行われる。図４の例示によれば、図４中、左方向にスリット板２を移動させていけば、閉塞状態から徐々に開放状態するに至る任意の形状の声帯を静止画として撮影することができる。同様に図４中、右方向にスリット板２を移動させていけば、徐々に閉塞状態するに至る任意の形状の声帯を静止画として撮影することができる。
【００３９】
図５は、ストロボ静止撮影時の本体部１００ａにおけるタイミングチャートを示している。声帯の動きに対応してマイク４０から出力される信号（図５（１））は、メイン制御部２０にて整形されて（図５（２））、回転円板１の回転制御に使用される。図４に例示した、ギャップ１ａとスリット２ａとの位置関係は、図５（３）に示されるように推移する。説明の便宜上、図５（３）では、ギャップ１ａの軌跡とスリット２ａの軌跡とは、線分で表す。後述する図７も同様である。
【００４０】
図５（３）において、上方が光束の断面の右端、下方が光束の断面の左端とすると、ギャップ１ａの軌跡は、右上がりの複数の斜線で描かれる。またスリット２ａは、図４の例示では、光束の断面の略中央の位置に固定されているため、一本の直線によって描かれる。各斜線と直線とが交わるところが、ギャップ１ａがスリット２ａを通過するとき、すなわちストロボ発光するときとなる（図５（４））。
【００４１】
なお、ＣＣＤ７０は、ストロボ発光と略同時に電荷蓄積を行い（図５（６）塗りつぶし領域）、発光終了後次の発光までの間に蓄積した電荷を映像処理回路３０に送信している（図５（６）斜線領域）。また映像処理回路３０は、垂直同期信号（図５（５））の立ち下がりに同期して映像信号をモニタ６０に出力し、映像表示させる（図５（７））。
【００４２】
次に、声帯の連続振動を観察に適した速度の動画として撮影するストロボ動画撮影時の発光制御を図６を参照しつつ説明する。図６は、図４同様、左側がギャップ１ａがスリット２ａを通過する様子を表し、マイク４０からの出力波形および発光タイミングとを右側に並べて示したものである。
【００４３】
ストロボ動画撮影時において、回転円板１が、条件（２）を満たす所定の速度で回転している点は、ストロボ静止撮影時と同様である。しかしストロボ動画撮影時は、スリット板２がメイン制御部からの駆動信号に従って、駆動部８によって一定のタイミングで自動的に移動する点ストロボ静止撮影時とは異なる。スリット板２は、スリット２ａが光束内を移動する方向に駆動する（図６参照）。毎回の移動量は一定であり、本実施形態の該移動量は、スリット２ａの幅に設定されている。つまり、ギャップ１ａとスリット２ａとの位置関係は、特定の一状態に止まることなく連続的に変化する。しかも、スリット板２が移動すると、発光タイミングの位相が声帯の振動の波形に対してずれる。これにより異なる形状の声帯を順次撮影していくことができる。
【００４４】
この位置関係の推移を、図６では、便宜上、ＡからＥまでの５つの位置関係を例示することにより表している。ここで光束内を左から右へ移動し終わったスリット板２は、続けて右から左へと移動するように駆動制御される。つまり図６の例示によれば、ギャップ１ａとスリット２ａとの位置関係は、時間の経過と共にＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｄ、Ｃ・・・というように連続的に推移していく。
【００４５】
図７は、ストロボ動画撮影時の本体部１００ａにおけるタイミングチャートを示している。マイク４０から出力される信号（図７（１））およびメイン制御部２０による整形パターン（図７（２））は、図５と同一である。図６に例示した、ギャップ１ａとスリット２ａとの位置関係は、図７（４）に示される。
【００４６】
図７（４）において、上方が光束の断面の右端、下方が光束の断面の左端とすると、ギャップ１ａの軌跡は、図５（３）同様、右上がりの複数の斜線で描かれる。一方スリット２ａは、一定のタイミングで移動する。具体的には、図７（３）に示す垂直同期信号が立ち上がるたびに移動する。従って、スリット２ａの軌跡は、階段状で表される。さらに上述したように、スリット板２は、スリット２ａが光束断面の一端からもう一端までの移動を繰り返す。つまり、スリット２ａの軌跡は、長時間かけて見ると、階段状の正弦波になっている。ストロボ発光タイミングは、各斜線と階段状の線とが交わるところになる（図７（５））。
【００４７】
なお、ＣＣＤ７０の電荷蓄積および、映像処理回路３０での各種処理のタイミングは、図５に示したのと同様であるためここでの説明は省略する。
【００４８】
このように、回転円板１を声帯の動きに同期して回転させた状態で、スリット板２を所定位置に固定すれば、振動する声帯の任意形状の静止画を撮影することができる。また、スリット板２を一定のタイミングで光路を横切るように往復運動させることにより、振動する声帯をモニタ６０で確認できる速度の動画像として撮影することができる。
【００４９】
以上が本発明の実施形態である。本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく趣旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。
【００５０】
上述した実施形態では、患部を所定の音を連続発声中の声帯と仮定して説明したが、内視鏡１００は、声帯を撮影するときのみ使用されるものではない。例えば、鼓動を続ける心臓等、他の振動する患部を撮影するときにも使用できるほか、常に静止状態にある患部も当然撮影可能である。声帯以外の振動する患部を撮影するとき、場合によっては、マイク４０以外の他の振動検出手段を用いることができる。
【００５１】
さらに本実施形態ではギャップ１ａを複数備えた回転円板１を回転させているが、スリット板２と組み合わせることによりシャッタとしての効果を奏することができる部材であれば、上記形状に限定されるものではない。例えば、回転自在な円板１の代わりに、ギャップ１ａが光束を横切るように一定の方向に往復運動する矩形状の板状体を使用することも可能である。またギャップ１ａは、長方形状であると説明したが、上記条件（２）を満たしていれば、円形状等他の形状であってもよい。
【００５２】
また、上記実施形態におけるスリット板２は、２枚の遮光板２ｂとその間に形成されるスリット２ａとから形成されているが、この形状に限るものではない。例えば、回転円板１と略同一の円板状にすることも可能である。さらに、スコープ部１００ｂは、電子スコープ、ファイバスコープいずれのタイプでも使用することができる。スコープ部１００ｂに備えられるＣＣＤ７０は、モノクロ、カラーいずれのタイプでも良い。
【００５３】
【発明の効果】
このように本発明は、単一の通常光源を通常撮影のみならずストロボ撮影にも兼用することにより、安価でかつ簡素な光源システムを提供することができる。さらに、この光源システムを搭載する内視鏡を使用することにより、容易にストロボ発光タイミングを変化させることができ、ストロボ撮影専用光源を使用せずとも、声帯の任意の形状の静止画や観察しやすい速度での動画像を安全確実に撮影することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の光源システムを搭載する内視鏡の概略構成図である。
【図２】本発明の実施形態の光源システムの構成を示す概略図である。
【図３】光源システムの回転円板およびスリット板を白色光源側から見た図である。
【図４】本実施形態の光源システムのストロボ静止撮影時の発光制御の一例を示す。
【図５】ストロボ静止撮影時のタイミングチャートである。
【図６】本実施形態の光源システムのストロボ動画撮影時の発光制御の一例を示す。
【図７】ストロボ動画撮影時のタイミングチャートである。
【符号の説明】
１    回転円板
１ａ  ギャップ
２    スリット板
２ａ  スリット
３    白色光源
１０    光源システム
２０    メイン制御部
４０    骨伝導型マイク
７０    ＣＣＤ
８０    ライトガイド
１００    内視鏡
【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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【図６】
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【図７】
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