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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022178297
(43)【公開日】2022-12-02
(54)【発明の名称】電子内視鏡システム
(51)【国際特許分類】
A61B 1/06 20060101AFI20221125BHJP
【ＦＩ】
A61B1/06 612
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021085010
(22)【出願日】2021-05-20
(71)【出願人】
【識別番号】000113263
【氏名又は名称】ＨＯＹＡ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000165
【氏名又は名称】グローバル・アイピー東京特許業務法人
(72)【発明者】
【氏名】下田代 真哉
【テーマコード（参考）】
4C161
【Ｆターム（参考）】
4C161CC06
4C161DD03
4C161NN01
4C161RR02
4C161RR23
(57)【要約】
【課題】発光素子により生体組織を照明中の任意のタイミングで発光素子の射出光量を補正することができる電子内視鏡システムを提供する。
【解決手段】本発明の一実施形態は、生体組織の撮像を行うように構成された撮像素子を備える電子内視鏡と、生体組織の照明のために照明光を出射する発光素子を備える光源装置と、撮像素子の露光のタイミングと照明光の点灯のタイミングを制御するとともに、照明光を制御するように構成されたプロセッサと、発光素子が出射する出射光を検出する光検出器と、を備えた電子内視鏡システムである。プロセッサは、撮像素子の撮像によって得られる画像の隣接するフレーム間に補正期間を設定する補正期間設定部と、補正期間内に発光素子から参照光を出射するように制御し、光検出器によって受光される参照光に基づいて発光素子から出射される照明光の光量を補正する補正部と、を有する。
【選択図】図３
【解決手段】本発明の一実施形態は、生体組織の撮像を行うように構成された撮像素子を備える電子内視鏡と、生体組織の照明のために照明光を出射する発光素子を備える光源装置と、撮像素子の露光のタイミングと照明光の点灯のタイミングを制御するとともに、照明光を制御するように構成されたプロセッサと、発光素子が出射する出射光を検出する光検出器と、を備えた電子内視鏡システムである。プロセッサは、撮像素子の撮像によって得られる画像の隣接するフレーム間に補正期間を設定する補正期間設定部と、補正期間内に発光素子から参照光を出射するように制御し、光検出器によって受光される参照光に基づいて発光素子から出射される照明光の光量を補正する補正部と、を有する。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
生体組織の撮像を行うように構成された撮像素子を備える電子内視鏡と、
前記生体組織の照明のために照明光を出射する発光素子を備える光源装置と、
前記撮像素子の露光のタイミングと前記照明光の点灯のタイミングを制御するとともに、前記照明光を制御するように構成されたプロセッサと、
前記発光素子が出射する出射光を検出する光検出器と、
を備え、
前記プロセッサは、
前記撮像素子の撮像によって得られる画像の隣接するフレーム間に補正期間を設定する補正期間設定部と、
前記補正期間内に前記発光素子から参照光を出射するように制御し、前記光検出器によって受光される前記参照光に基づいて前記発光素子から出射される照明光の光量を補正する補正部と、を有する、
電子内視鏡システム。
前記生体組織の照明のために照明光を出射する発光素子を備える光源装置と、
前記撮像素子の露光のタイミングと前記照明光の点灯のタイミングを制御するとともに、前記照明光を制御するように構成されたプロセッサと、
前記発光素子が出射する出射光を検出する光検出器と、
を備え、
前記プロセッサは、
前記撮像素子の撮像によって得られる画像の隣接するフレーム間に補正期間を設定する補正期間設定部と、
前記補正期間内に前記発光素子から参照光を出射するように制御し、前記光検出器によって受光される前記参照光に基づいて前記発光素子から出射される照明光の光量を補正する補正部と、を有する、
電子内視鏡システム。
【請求項2】
前記撮像素子は、前記生体組織の撮像をローリングシャッター方式で行うように構成され、
前記プロセッサは、電子シャッタにより前記撮像素子のライン毎の露光期間を設定する露光期間設定部を備え、
前記補正期間設定部は、Ｎ番目フレームの走査対象ラインの露光終了時刻からＮ＋１番目フレームの前記電子シャッタによる露光開始時刻までの間に前記補正期間を設定する、
請求項１に記載された電子内視鏡システム。
前記プロセッサは、電子シャッタにより前記撮像素子のライン毎の露光期間を設定する露光期間設定部を備え、
前記補正期間設定部は、Ｎ番目フレームの走査対象ラインの露光終了時刻からＮ＋１番目フレームの前記電子シャッタによる露光開始時刻までの間に前記補正期間を設定する、
請求項１に記載された電子内視鏡システム。
【請求項3】
前記撮像素子の撮像によって得られる画像の連続する複数フレームは、表示用画像として使用される表示用フレームと、表示用画像として使用されない非表示用フレームと、を含み、
前記プロセッサは、電子シャッタにより前記撮像素子の走査対象ラインに対する露光期間を設定する露光期間設定部を備え、
前記補正期間設定部は、Ｎ番目の表示用フレームの走査対象ラインの露光終了時刻からＮ＋１番目の表示用フレームの前記電子シャッタによる露光開始時刻までの間に前記補正期間を設定する、
請求項１に記載された電子内視鏡システム。
前記プロセッサは、電子シャッタにより前記撮像素子の走査対象ラインに対する露光期間を設定する露光期間設定部を備え、
前記補正期間設定部は、Ｎ番目の表示用フレームの走査対象ラインの露光終了時刻からＮ＋１番目の表示用フレームの前記電子シャッタによる露光開始時刻までの間に前記補正期間を設定する、
請求項１に記載された電子内視鏡システム。
【請求項4】
前記撮像素子の撮像によって得られる画像の連続する複数フレームは、表示用画像として使用される表示用フレームと、表示用画像として使用されない非表示用フレームと、を含み、
前記補正期間設定部は、前記非表示用フレームを生成する期間内に前記補正期間を設定する、
請求項１から３のいずれか一項に記載された電子内視鏡システム。
前記補正期間設定部は、前記非表示用フレームを生成する期間内に前記補正期間を設定する、
請求項１から３のいずれか一項に記載された電子内視鏡システム。
【請求項5】
前記表示用フレームは偶数番目又は奇数番目のフレームであり、前記非表示用フレームは奇数番目又は偶数番目のフレームである、
請求項３又は４に記載された電子内視鏡システム。
請求項３又は４に記載された電子内視鏡システム。
【請求項6】
前記補正部は、複数の前記補正期間においてそれぞれ出力レベルが異なる複数の参照光を前記発光素子から出射するように制御するとともに、前記光検出器によって受光される前記複数の参照光に基づいて前記発光素子から出射される照明光の光量を補正する、
請求項１から５のいずれか一項に記載された電子内視鏡システム。
請求項１から５のいずれか一項に記載された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、光源装置を備えた電子内視鏡システムに関する。
【背景技術】
【0002】
医療機器分野においては、体腔内の生体組織を照明し、照明された体腔内の生体組織を被写体として撮像することにより、体腔内に潜む病変部の診断を行うのに好適な画像を生成することが可能な電子内視鏡システムが知られている。従来、照明光として白色光を発するキセノンランプやハロゲンランプ等のランプ光源が使用されていたが、最近では、ランプ光源に代えて、特定の波長帯域の光を発する発光ダイオード（ＬＥＤ：Light emitting diode）やレーザダイオード（ＬＤ：Laser diode）等の発光素子を有する半導体光源が用いられている。
【0003】
例えばＬＥＤなどの発光素子は、経時劣化などで射出光量が徐々に低下することが知られている。そのため、システムを使用する前（つまり、被写体を撮像する前）に所定の発光パターンの光を射出させて発光素子の射出光量を補正したり、システムの使用中に発光素子の出射光を部分的に捕捉して発光素子の射出光量を補正したりすることが行われている。
後者の例として、特許文献１には、光源装置において、ＲＧＢの各色を発光するＬＥＤの近傍に配置され、各ＬＥＤから発せられる各色の光量を露光期間において検知し、検知した光量を示す光量検知信号を生成して出力するＲＧＢの各色用の光検出器が設けられ、制御部が、露光期間において出力される光量検知信号と、光量制御パターンとに基づいて、ＲＧＢの各色を発光するＬＥＤを駆動させるための制御を行うことが記載されている。
後者の例として、特許文献１には、光源装置において、ＲＧＢの各色を発光するＬＥＤの近傍に配置され、各ＬＥＤから発せられる各色の光量を露光期間において検知し、検知した光量を示す光量検知信号を生成して出力するＲＧＢの各色用の光検出器が設けられ、制御部が、露光期間において出力される光量検知信号と、光量制御パターンとに基づいて、ＲＧＢの各色を発光するＬＥＤを駆動させるための制御を行うことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】国際公開第２０１６／０５６４７６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかし、従来の発光素子の射出光量の補正方法には、未だ改善の余地がある。
システムを使用する前に所定の発光パターンの光を射出させて発光素子の射出光量を補正する方法では、射出光量が少ない弱発光から射出横領の多い強発光までの全出力レンジで補正を行う場合、補正に長時間を要し不便である。他方、システムの使用中に発光素子の出射光を部分的に捕捉して発光素子の射出光量を補正する特許文献１の方法では、使用状況次第では発光素子の射出光量の全出力レンジでの補正が困難となる場合がある。例えば、気管支などの狭空洞観察では、発光素子の出射光が弱発光の状態が継続し、全出力レンジでの補正が困難である。
システムを使用する前に所定の発光パターンの光を射出させて発光素子の射出光量を補正する方法では、射出光量が少ない弱発光から射出横領の多い強発光までの全出力レンジで補正を行う場合、補正に長時間を要し不便である。他方、システムの使用中に発光素子の出射光を部分的に捕捉して発光素子の射出光量を補正する特許文献１の方法では、使用状況次第では発光素子の射出光量の全出力レンジでの補正が困難となる場合がある。例えば、気管支などの狭空洞観察では、発光素子の出射光が弱発光の状態が継続し、全出力レンジでの補正が困難である。
【0006】
そこで、本発明は、発光素子により生体組織を照明中の任意のタイミングで発光素子の射出光量を補正することができる電子内視鏡システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の一態様は、生体組織の撮像を行うように構成された撮像素子を備える電子内視鏡と、前記生体組織の照明のために照明光を出射する発光素子を備える光源装置と、前記撮像素子の露光のタイミングと前記照明光の点灯のタイミングを制御するとともに、前記照明光を制御するように構成されたプロセッサと、前記発光素子が出射する出射光を検出する光検出器と、を備えた電子内視鏡システムである。
前記プロセッサは、前記撮像素子の撮像によって得られる画像の隣接するフレーム間に補正期間を設定する補正期間設定部と、前記補正期間内に前記発光素子から参照光を出射するように制御し、前記光検出器によって受光される前記参照光に基づいて前記発光素子から出射される照明光の光量を補正する補正部と、を有する。
前記プロセッサは、前記撮像素子の撮像によって得られる画像の隣接するフレーム間に補正期間を設定する補正期間設定部と、前記補正期間内に前記発光素子から参照光を出射するように制御し、前記光検出器によって受光される前記参照光に基づいて前記発光素子から出射される照明光の光量を補正する補正部と、を有する。
【0008】
前記撮像素子は、前記生体組織の撮像をローリングシャッター方式で行うように構成され、前記プロセッサは、電子シャッタにより前記撮像素子のライン毎の露光期間を設定する露光期間設定部を備えてもよい。その場合、前記補正期間設定部は、Ｎ番目フレームの走査対象ラインの露光終了時刻からＮ＋１番目フレームの前記電子シャッタによる露光開始時刻までの間に前記補正期間を設定してもよい。
【0009】
前記撮像素子の撮像によって得られる画像の連続する複数フレームは、表示用画像として使用される表示用フレームと、表示用画像として使用されない非表示用フレームと、を含んでもよい。その場合、前記プロセッサは、電子シャッタにより前記撮像素子の走査対象ラインに対する露光期間を設定する露光期間設定部を備え、前記補正期間設定部は、Ｎ番目の表示用フレームの走査対象ラインの露光終了時刻からＮ＋１番目の表示用フレームの前記電子シャッタによる露光開始時刻までの間に前記補正期間を設定する。
【0010】
前記撮像素子の撮像によって得られる画像の連続する複数フレームが、表示用画像として使用される表示用フレームと、表示用画像として使用されない非表示用フレームと、を含む場合、前記補正期間設定部は、前記非表示用フレームを生成する期間内に前記補正期間を設定してもよい。
【0011】
前記表示用フレームは偶数番目又は奇数番目のフレームであり、前記非表示用フレームは奇数番目又は偶数番目のフレームであってもよい。
【0012】
前記補正部は、複数の前記補正期間においてそれぞれ出力レベルが異なる複数の参照光を前記発光素子から出射するように制御するとともに、前記光検出器によって受光される前記複数の参照光に基づいて前記発光素子から出射される照明光の光量を補正してもよい。
【発明の効果】
【0013】
上述の電子内視鏡システムによれば、発光素子により生体組織を照明中の任意のタイミングで発光素子の射出光量を補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】一実施形態の内視鏡システムの構成の一例を示すブロック図である。
【図2】一実施形態の電源装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図3】一実施形態の内視鏡システムにおいて照明光の光量補正を行うための構成を示すブロック図である。
【図4】参照光の点灯タイミングの一例を示すタイミングチャートである。
【図5】参照光の点灯タイミングの一例を示すタイミングチャートである。
【図6】参照光の点灯タイミングの一例を示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、電子内視鏡システムについて添付の図面を参照しながら詳細に説明する。
一実施形態の電子内視鏡システムは、電子内視鏡と、光源装置と、プロセッサとを備える。
電子内視鏡は、生体組織の撮像を行うように構成された撮像素子を備える。光源装置は、生体組織の照明のために照明光を出射する発光素子（発光ダイオードやレーザダイオード等）を備える。プロセッサは、撮像素子の露光のタイミングと、光源装置の発光素子による照明光の点灯のタイミングを制御するとともに、照明光を制御するように構成される。
一実施形態の電子内視鏡システムは、術者が患者の生体組織を観察中である場合等、生体組織を照明中の任意のタイミングで発光素子による照明光の光量を補正するため、発光素子が出射する出射光を検出する光検出器を備える。生体組織の観察に必要な照明光の出射光量とは無関係に広い出射光の光量レンジで補正を行うために、撮像素子によって生成される撮像画像に影響が生じないように、撮像画像の隣接するフレーム間に補正期間が設定される。この補正期間内に発光素子から補正のための出射光である参照光を出射するように制御される。出射された参照光は光検出器により検出され、検出結果が発光素子の光量補正に使用される。
一実施形態の電子内視鏡システムは、電子内視鏡と、光源装置と、プロセッサとを備える。
電子内視鏡は、生体組織の撮像を行うように構成された撮像素子を備える。光源装置は、生体組織の照明のために照明光を出射する発光素子（発光ダイオードやレーザダイオード等）を備える。プロセッサは、撮像素子の露光のタイミングと、光源装置の発光素子による照明光の点灯のタイミングを制御するとともに、照明光を制御するように構成される。
一実施形態の電子内視鏡システムは、術者が患者の生体組織を観察中である場合等、生体組織を照明中の任意のタイミングで発光素子による照明光の光量を補正するため、発光素子が出射する出射光を検出する光検出器を備える。生体組織の観察に必要な照明光の出射光量とは無関係に広い出射光の光量レンジで補正を行うために、撮像素子によって生成される撮像画像に影響が生じないように、撮像画像の隣接するフレーム間に補正期間が設定される。この補正期間内に発光素子から補正のための出射光である参照光を出射するように制御される。出射された参照光は光検出器により検出され、検出結果が発光素子の光量補正に使用される。
【0016】
図１は、一実施形態の電子内視鏡システム１の構成の一例を示すブロック図である。図１に示されるように、電子内視鏡システム１は、電子スコープ１００、電子内視鏡用プロセッサ２００、及び、モニタ３００を備えている。
【0017】
電子内視鏡用プロセッサ２００は、システムコントローラ２０２やタイミングコントローラ２０６を備えている。システムコントローラ２０２は、メモリ２０４に記憶された各種プログラムを実行し、電子内視鏡システム１の全体を統括的に制御する。また、システムコントローラ２０２は、操作パネル２０８に入力されるユーザ（術者又は補助者）による指示に応じて電子内視鏡システム１の各種設定を変更する。タイミングコントローラ２０６は、各部の動作のタイミングを調整するクロックパルスを電子内視鏡システム１内の各回路に出力する。
【0018】
電子内視鏡用プロセッサ２００は、電子スコープ１００に照明光を供給する光源装置２３０を備えている。照明光は、図示されない集光レンズにより集光された後、図示されない調光装置を介して電子スコープ１００の光ファイバ素線の束であるＬＣＢ（Light Carrying Bundle）１０２の入射端に入射されるように光源装置２３０は構成される。
光源装置２３０は、所定の色の波長帯域の光を出射する複数の発光ダイオード（以下、適宜「ＬＥＤ」と表記する。）を備える。ＬＥＤに代えてレーザダイオードを用いることもできる。ＬＥＤ及びレーザダイオードは、他の光源と比較して、低消費電力、発熱量が小さい等の特徴があるため、消費電力や発熱量を抑えつつ明るい画像を取得できるというメリットがある。明るい画像が取得できることにより、病変部の病変の程度に関する評価の精度を向上させることができる。
なお、図１に示す例では、光源装置２３０は、電子内視鏡用プロセッサ２００に内蔵して設けられるが、電子内視鏡用プロセッサ２００とは別体の装置として電子内視鏡システム１に設けられてもよい。また、光源装置２３０は、後述する電子スコープ１００の先端部に設けられてもよい。この場合、照明光を導光するＬＣＢ１０２は不要である。
光源装置２３０は、所定の色の波長帯域の光を出射する複数の発光ダイオード（以下、適宜「ＬＥＤ」と表記する。）を備える。ＬＥＤに代えてレーザダイオードを用いることもできる。ＬＥＤ及びレーザダイオードは、他の光源と比較して、低消費電力、発熱量が小さい等の特徴があるため、消費電力や発熱量を抑えつつ明るい画像を取得できるというメリットがある。明るい画像が取得できることにより、病変部の病変の程度に関する評価の精度を向上させることができる。
なお、図１に示す例では、光源装置２３０は、電子内視鏡用プロセッサ２００に内蔵して設けられるが、電子内視鏡用プロセッサ２００とは別体の装置として電子内視鏡システム１に設けられてもよい。また、光源装置２３０は、後述する電子スコープ１００の先端部に設けられてもよい。この場合、照明光を導光するＬＣＢ１０２は不要である。
【0019】
入射端よりＬＣＢ１０２内に入射した照明光は、ＬＣＢ１０２内を伝播して電子スコープ１００の先端部内に配置されたＬＣＢ１０２の射出端より射出され、配光レンズ１０４を介して被写体に照射される。被写体からの反射光は、対物レンズ１０６を介して撮像素子１０８の受光面上で光学像を結ぶ。
【0020】
撮像素子１０８は、例えば、ＩＲ（Infra Red）カットフィルタ１０８ａ、ベイヤ配列カラーフィルタ１０８ｂの各種フィルタが受光面に配置された単板式カラーＣＣＤ（Charge-Coupled Device）イメージセンサであり、受光面上で結像した光学像に応じたＲ（Red）、Ｇ（Green）、Ｂ（Blue）の各原色信号を生成する。単板式カラーＣＣＤイメージセンサの代わりに、単板式カラーＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサを用いることもできる。
【0021】
電子スコープ１００の接続部内には、ドライバ信号処理回路１５２が備えられている。ドライバ信号処理回路１５２は、撮像素子１０８より入力される原色信号に対して色補間、マトリックス演算等の所定の信号処理を施して画像信号（輝度信号Ｙ、色差信号Ｃｂ、Ｃｒ）を生成し、生成された画像信号を電子内視鏡用プロセッサ２００の画像処理ユニット２２０に出力する。また、ドライバ信号処理回路１５２は、メモリ１５４にアクセスして電子スコープ１００の固有情報を読み出す。メモリ１５４に記録される電子スコープ１００の固有情報には、例えば撮像素子１０８の画素数や感度、動作可能なフレームレート、型番等が含まれる。ドライバ信号処理回路１５２は、メモリ１５４より読み出された固有情報をシステムコントローラ２０２に出力する。このように、電子スコープ１００は、撮像素子１０８を用いて、体腔内の生体組織を撮像する。
【0022】
システムコントローラ２０２は、電子スコープ１００の固有情報に基づいて各種演算を行い、制御信号を生成する。システムコントローラ２０２は、生成された制御信号を用いて、電子内視鏡用プロセッサ２００に接続中の電子スコープ１００に適した処理がなされるように電子内視鏡用プロセッサ２００内の各回路の動作やタイミングを制御する。
【0023】
タイミングコントローラ２０６は、システムコントローラ２０２によるタイミング制御に従ってクロックパルスで構成されたタイミング信号を生成し、このタイミング信号を、撮像素子１０８、ドライバ信号処理回路１５２、画像処理ユニット２２０、及び光源装置２３０に供給する。ドライバ信号処理回路１５２は、タイミングコントローラ２０６から供給されるタイミング信号のクロックパルスに従って駆動する。
【0024】
画像処理ユニット２２０は、システムコントローラ２０２による制御の下、タイミング信号に従がって、ドライバ信号処理回路１５２より入力した画像信号に基づいて内視鏡画像等をモニタ表示するためのビデオ信号を生成し、モニタ３００に出力する。
【0025】
図２に、光源装置２３０のブロック図を示す。光源装置２３０は、第１～第４のＬＥＤ１１１～１１４を備えている。第１～第４のＬＥＤ１１１～１１４はそれぞれ、第１～第４ＬＥＤ駆動回路１４１～１４４によって個別に発光制御される。
【0026】
第１のＬＥＤ１１１は、紫色の波長帯域（例えば、波長が３９５～４３５ｎｍ）の光を射出する紫色発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）である。第２のＬＥＤ１１２は、青色の波長帯域（例えば、波長が４３０～４７０ｎｍ）の光を射出する青色ＬＥＤである。第３のＬＥＤ１１３は、青色の波長帯域（例えば、波長が４２５～４５５ｎｍ）の光を射出する青色ＬＥＤと蛍光体を有している。蛍光体は、青色ＬＥＤから射出された青色ＬＥＤ光によって励起され、緑色の波長帯域（例えば、波長が４６０～６００ｎｍ）の蛍光を発する。第４のＬＥＤ１１４は、赤色の波長帯域（例えば、波長が６２０～６８０ｎｍ）の光を射出する赤色ＬＥＤである。
【0027】
各ＬＥＤ１１１～１１４の光の射出方向の前方にはそれぞれ、コリメートレンズ１２１～１２４が配置されている。第１のＬＥＤ１１１から射出された紫色ＬＥＤ光は、コリメートレンズ１２１によって平行光に変換され、ダイクロイックミラー１３１に入射される。また、第２のＬＥＤ１１２から射出されたＬＥＤ光は、コリメートレンズ１２２によって平行光に変換され、ダイクロイックミラー１３１に入射される。ダイクロイックミラー１３１は、第１のＬＥＤ１１１から射出された光の光路と、第２のＬＥＤ１１２から射出された光の光路とを合成する。詳しくは、ダイクロイックミラー１３１は、波長４３０ｎｍ付近にカットオフ波長を有しており、カットオフ波長よりも短い波長の光を透過させ、カットオフ波長以上の波長の光を反射する特性を有している。そのため、第１のＬＥＤ１１１から射出された紫色ＬＥＤ光はダイクロイックミラー１３１を透過し、第２のＬＥＤ１１２から青色ＬＥＤ光はダイクロイックミラー１３１で反射される。これにより、紫色ＬＥＤ光と青色ＬＥＤ光の光路が合成される。ダイクロイックミラー１３１によって光路が合成された光は、ダイクロイックミラー１３２に入射される。
【0028】
また、第３のＬＥＤ１１３から射出された光、すなわち、青色ＬＥＤ光及び緑色の蛍光は、コリメートレンズ１２３によって平行光に変換され、ダイクロイックミラー１３２に入射される。ダイクロイックミラー１３２は、ダイクロイックミラー１３１から入射された光の光路と、第３のＬＥＤ１１３から射出された光の光路とを合成する。詳しくは、ダイクロイックミラー１３２は、波長５００ｎｍ付近にカットオフ波長を有しており、カットオフ波長よりも短い波長の光を透過させ、カットオフ波長以上の波長の光を反射する特性を有している。そのため、ダイクロイックミラー１３１から入射された紫色ＬＥＤ光及び青色ＬＥＤ光と、第３のＬＥＤ１１３から射出された光のうち、緑色の蛍光は、ダイクロイックミラー１３２によってその光路が合成される。ダイクロイックミラー１３２によって光路が合成された光は、ダイクロイックミラー１３３に入射される。
【0029】
また、第４のＬＥＤ１１４から射出された赤色ＬＥＤ光は、コリメートレンズ１２４によって平行光に変換され、ダイクロイックミラー１３３に入射される。ダイクロイックミラー１３３は、ダイクロイックミラー１３２から入射された光の光路と、第４のＬＥＤ１１４から射出され赤色ＬＥＤ光の光路とを合成する。詳しくは、ダイクロイックミラー１３３は、波長６００ｎｍ付近にカットオフ波長を有しており、カットオフ波長よりも短い波長の光を透過させ、カットオフ波長以上の波長の光を反射する特性を有している。そのため、ダイクロイックミラー１３２から入射された光と、第４のＬＥＤ１１４から射出された赤色ＬＥＤ光は、ダイクロイックミラー１３３によってその光路が合成され、光源装置２３０から照明光Ｌとして射出される。
【0030】
光源装置２３０から射出された照明光Ｌは、集光レンズ２５によりＬＣＢ１０２の入射端面に集光されてＬＣＢ１０２内に入射される。
光検出器１５６は、照明光Ｌの一部を検出するように構成されている。光検出器１５６は、検出した照明光Ｌの一部を電気信号に光電変換する。変換後の電気信号はシステムコントローラ２０２に送られ、光源装置２３０から射出される照明光Ｌの光量補正に利用される。
光検出器１５６は、照明光Ｌの一部を検出するように構成されている。光検出器１５６は、検出した照明光Ｌの一部を電気信号に光電変換する。変換後の電気信号はシステムコントローラ２０２に送られ、光源装置２３０から射出される照明光Ｌの光量補正に利用される。
【0031】
次に、図３を参照して、光源装置２３０から射出される照明光Ｌの光量補正を行うための構成について説明する。図３は、システムコントローラ２０２の内部構成と、光量補正に関連するシステムコントローラ２０２以外の部分とを含む機能ブロック図である。
図３に示すように、システムコントローラ２０２は、露光期間設定部２１と、補正期間設定部２２と、補正部２３とを含む。
露光期間設定部２１は、電子シャッタにより撮像素子１０８のライン毎の露光期間を設定する。
補正期間設定部２２は、撮像素子１０８の撮像によって得られる画像の隣接するフレーム間に補正期間を設定する。
補正部２３は、補正期間Ｔ内に光源装置２３０のＬＥＤから参照光を出射するように制御し、光検出器１５６によって受光される参照光に基づいてＬＥＤ１１１～１１４から出射される照明光の光量を補正する。
これらの各部は、例えば、システムコントローラ２０２に内蔵するマイクロコントローラがプログラムを実行することで実現されてもよいし、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアにより実現されてもよい。
図３に示すように、システムコントローラ２０２は、露光期間設定部２１と、補正期間設定部２２と、補正部２３とを含む。
露光期間設定部２１は、電子シャッタにより撮像素子１０８のライン毎の露光期間を設定する。
補正期間設定部２２は、撮像素子１０８の撮像によって得られる画像の隣接するフレーム間に補正期間を設定する。
補正部２３は、補正期間Ｔ内に光源装置２３０のＬＥＤから参照光を出射するように制御し、光検出器１５６によって受光される参照光に基づいてＬＥＤ１１１～１１４から出射される照明光の光量を補正する。
これらの各部は、例えば、システムコントローラ２０２に内蔵するマイクロコントローラがプログラムを実行することで実現されてもよいし、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアにより実現されてもよい。
【0032】
一実施形態では、撮像素子１０８は、ＣＭＯＳイメージセンサであり、生体組織の撮像をローリングシャッター方式で行うように構成される。この実施形態では、ローリングシャッター方式で撮像を行う場合に、露光のタイミングを調整することで隣接するフレーム間に補正期間を設定する。この補正期間は露光が行われない期間として設けられるため、光源装置２３０による照明光の光量の補正を行うための参照光を出射することができる。
【0033】
具体的な補正期間の設定方法について、図４を参照して説明する。
図４（ａ）は、参考として、タイミング調整を行わない場合の露光タイミングを示している。図４（ｂ）は、一実施形態の露光タイミングを示している。図４（ａ）及び図４（ｂ）の縦方向は、ライン走査方向である。図４以降の各図では、ＲＯは１フレームのラインごとの電荷読出しタイミングを示す。
図４（ｃ）は、一実施形態の照明光の点灯（ＯＮ）及び消灯（ＯＦＦ）のタイミングを示している。なお、図４（ｃ）のタイミングチャートの縦軸は、補正期間に出射される参照光のためにＬＥＤに与える駆動パルス電流Ｐｎ－１，Ｐｎ，Ｐｎ＋１のレベルをも示している。
図４（ａ）は、参考として、タイミング調整を行わない場合の露光タイミングを示している。図４（ｂ）は、一実施形態の露光タイミングを示している。図４（ａ）及び図４（ｂ）の縦方向は、ライン走査方向である。図４以降の各図では、ＲＯは１フレームのラインごとの電荷読出しタイミングを示す。
図４（ｃ）は、一実施形態の照明光の点灯（ＯＮ）及び消灯（ＯＦＦ）のタイミングを示している。なお、図４（ｃ）のタイミングチャートの縦軸は、補正期間に出射される参照光のためにＬＥＤに与える駆動パルス電流Ｐｎ－１，Ｐｎ，Ｐｎ＋１のレベルをも示している。
【0034】
図４（ａ）に示すように、タイミング調整を行わない場合には、全ラインの露光期間が重複することがないように各ラインの露光タイミングが設定されている。それに対して一実施形態では、図４（ｂ）に示すように有効ラインをＥＬ１～ＥＬＮの間に限定することで、グローバル露光期間（時刻ｔ１～ｔ２の期間，時刻ｔ３～ｔ４の期間，時刻ｔ５～ｔ６の期間，…）を設定するとともに、電子シャッタを設定する。電子シャッタが開いている期間は、タイミングＳＳ～ＳＥの間である。このように設定することで、時刻ｔ１，ｔ３，ｔ５，…から電子シャッタが開くまでの間、モニタ３００の表示画像に影響を与えない補正期間Ｔを周期的に設けることができる。図４（ｂ）において、Ｎ－１番目フレームの点灯期間Ｆｎ－１、Ｎ番目フレームの点灯期間Ｆｎ、Ｎ＋１番目フレームの点灯期間Ｆｎ＋１を示しているが、補正期間Ｔは、隣接するフレームの点灯期間の間に設定される。
すなわち、一実施形態では、露光期間設定部２１は、電子シャッタにより撮像素子１０８のライン毎の露光期間を設定する。補正期間設定部２２は、Ｎ番目フレームの走査対象ラインの露光終了時刻ＳＥからＮ＋１番目フレームの電子シャッタが開くタイミングＳＳまでの間に補正期間Ｔを設定する。
すなわち、一実施形態では、露光期間設定部２１は、電子シャッタにより撮像素子１０８のライン毎の露光期間を設定する。補正期間設定部２２は、Ｎ番目フレームの走査対象ラインの露光終了時刻ＳＥからＮ＋１番目フレームの電子シャッタが開くタイミングＳＳまでの間に補正期間Ｔを設定する。
【0035】
図３に示すように、補正部２３は、光検出器１５６から送られる電気信号（照明光Ｌの一部を光電変換した信号）に基づいて、光源装置２３０内のＬＥＤ駆動回路１４１～１４４を制御し、それによって、ＬＥＤ１１１～１１４から出射される照明光の光量を補正する。
好ましくは、補正部２３は、複数の補正期間Ｔにおいてそれぞれ出力レベルが異なる複数の参照光をＬＥＤ１１１～１１４から出射するようにＬＥＤ駆動回路１４１～１４４を制御するとともに、光検出器１５６によって受光される複数の参照光に基づいてＬＥＤ１１１～１１４から出射される照明光の光量を補正する。例えば、図４では、各補正期間Ｔにおいて出力レベルが異なる参照光を出射させるために各ＬＥＤに異なる駆動パルス電流Ｐｎ－１，Ｐｎ，Ｐｎ＋１を与える場合が想定される。出力レベルが異なる参照光を出射することで、補正部２３は、パルス電流に対するＬＥＤの出力（光量）の線形性について補正することができる。
好ましくは、補正部２３は、複数の補正期間Ｔにおいてそれぞれ出力レベルが異なる複数の参照光をＬＥＤ１１１～１１４から出射するようにＬＥＤ駆動回路１４１～１４４を制御するとともに、光検出器１５６によって受光される複数の参照光に基づいてＬＥＤ１１１～１１４から出射される照明光の光量を補正する。例えば、図４では、各補正期間Ｔにおいて出力レベルが異なる参照光を出射させるために各ＬＥＤに異なる駆動パルス電流Ｐｎ－１，Ｐｎ，Ｐｎ＋１を与える場合が想定される。出力レベルが異なる参照光を出射することで、補正部２３は、パルス電流に対するＬＥＤの出力（光量）の線形性について補正することができる。
【0036】
複数の異なる駆動パルス電流Ｐｎ－１，Ｐｎ，Ｐｎ＋１により出射される参照光により照明光の光量を補正する場合、補正部２３は、パルス電流と、当該パルス電流による参照光の光量の目標値との関係を示すデータを予め記憶しておく。そして、補正期間ＴにおいてＬＥＤに与えたパルス電流の値に対応する参照光の光量の目標値と、光検出器１５６によって検出された参照光の光量（検出値）との差分に基づいて、ＬＥＤ駆動回路における信号増幅率等のパラメータを補正する。
【0037】
図４（ｂ）は、有効ラインをＥＬ１～ＥＬＮの間に限定してグローバル露光期間を設定した例を示しているが、ビニング読み出しを行うことによってグローバル露光期間を設定することもできる。ビニング読み出しでは、周辺の同色画素を加算してから電荷転送を行うため、加算後の見かけ上の画素数が減少し、電荷転送時間が通常の読み出しよりも短縮されるため、グローバル露光期間を設定することができる。
【0038】
別の実施形態として、電子シャッタに依存しないようにして補正期間Ｔを設定する方法を採ることもできる。つまり、露光期間設定部２１を設けることは必須ではない。電子シャッタに依存しないようにして補正期間Ｔを設定する方法について、図５を参照して説明する。
図５に示す実施形態では、表示用フレーム（Ｆｎ－１，Ｆｎ＋１）は偶数番目又は奇数番目のフレームであり、非表示用フレームは奇数番目又は偶数番目のフレームであり、１／６０秒単位で撮像素子１０８が駆動される。この場合、例えば３０ｆｐｓ（frames per second）でモニタ３００での表示が行われる。
図４（ｂ）と同様に、図５（ａ）においても、有効ラインをＥＬ１～ＥＬＮの間に限定することで、時刻ｔ１～ｔ２、時刻ｔ５～ｔ６の間にグローバル露出期間を設定し、この期間に照明光を点灯させる（図５（ｂ）のＯＮ）。非表示用フレームの期間（図５に示す例では、時刻ｔ３～ｔ４）に補正期間Ｔを設定し、この補正期間Ｔの間に駆動パルス電流Ｐｎを各ＬＥＤに与える。
なお、表示用フレームと非表示用フレームは、１フレームごとに交互に設定することに限定されない。例えば、隣接する表示用フレームの間に非表示用フレームを複数配置することもできる。
図５に示す実施形態では、表示用フレーム（Ｆｎ－１，Ｆｎ＋１）は偶数番目又は奇数番目のフレームであり、非表示用フレームは奇数番目又は偶数番目のフレームであり、１／６０秒単位で撮像素子１０８が駆動される。この場合、例えば３０ｆｐｓ（frames per second）でモニタ３００での表示が行われる。
図４（ｂ）と同様に、図５（ａ）においても、有効ラインをＥＬ１～ＥＬＮの間に限定することで、時刻ｔ１～ｔ２、時刻ｔ５～ｔ６の間にグローバル露出期間を設定し、この期間に照明光を点灯させる（図５（ｂ）のＯＮ）。非表示用フレームの期間（図５に示す例では、時刻ｔ３～ｔ４）に補正期間Ｔを設定し、この補正期間Ｔの間に駆動パルス電流Ｐｎを各ＬＥＤに与える。
なお、表示用フレームと非表示用フレームは、１フレームごとに交互に設定することに限定されない。例えば、隣接する表示用フレームの間に非表示用フレームを複数配置することもできる。
【0039】
さらに別の実施形態として、グローバル露光期間を設定しないようにして補正期間Ｔを設定する方法を採ることもできる。この方法について図６を参照して説明する。
この実施形態においても図５の実施形態と同様に、表示用フレーム（各フレームに対する点灯期間をＦｎ－１，Ｆｎ＋１で示す。）は偶数番目又は奇数番目のフレームであり、非表示用フレームは奇数番目又は偶数番目のフレームであり、１／６０秒単位で撮像素子１０８が駆動される。この場合、例えば３０ｆｐｓ（frames per second）でモニタ３００での表示が行われる。
図５の実施形態と異なるのは、図６の実施形態では、有効ラインを限定せず、グローバル露光期間を設定しない点にある。その代わり、露光期間設定部２１は、電子シャッタにより撮像素子１０８の走査対象ラインに対する露光期間を設定する。具体的には、図６（ａ）に示すように、表示用フレームに対して、露光期間中に電子シャッタを設定する。電子シャッタが開いている期間は、タイミングＳＳ～ＳＥの間である。そして、補正期間設定部２２は、全走査対象ラインの最後端のタイミング（時刻ｔ２）から電子シャッタ開始端（時刻ｔ３）の間に補正期間Ｔを設ける。
この実施形態においても図５の実施形態と同様に、表示用フレーム（各フレームに対する点灯期間をＦｎ－１，Ｆｎ＋１で示す。）は偶数番目又は奇数番目のフレームであり、非表示用フレームは奇数番目又は偶数番目のフレームであり、１／６０秒単位で撮像素子１０８が駆動される。この場合、例えば３０ｆｐｓ（frames per second）でモニタ３００での表示が行われる。
図５の実施形態と異なるのは、図６の実施形態では、有効ラインを限定せず、グローバル露光期間を設定しない点にある。その代わり、露光期間設定部２１は、電子シャッタにより撮像素子１０８の走査対象ラインに対する露光期間を設定する。具体的には、図６（ａ）に示すように、表示用フレームに対して、露光期間中に電子シャッタを設定する。電子シャッタが開いている期間は、タイミングＳＳ～ＳＥの間である。そして、補正期間設定部２２は、全走査対象ラインの最後端のタイミング（時刻ｔ２）から電子シャッタ開始端（時刻ｔ３）の間に補正期間Ｔを設ける。
【0040】
以上説明したように、実施形態の電子内視鏡システムによれば、生体組織の撮像を行うように構成された撮像素子を備える電子内視鏡と、生体組織の照明のために照明光を出射するＬＥＤを備える光源装置と、撮像素子の露光のタイミングと照明光の点灯のタイミングを制御するとともに、照明光を制御するように構成されたプロセッサと、を備える。
電子内視鏡システムはさらに、光源装置のＬＥＤが出射する出射光を検出する光検出器を備え、プロセッサは、光検出器により受光される参照光に基づいて、ＬＥＤから出射される照明光の光量を補正する。このとき、プロセッサは、撮像素子の撮像によって得られる画像の隣接するフレーム間に補正期間を設定する。そのため、実施形態に係る電子内視鏡システムによれば、ＬＥＤにより生体組織を照明中の任意のタイミングでＬＥＤの射出光量を補正することができる。したがって、例えば、気管支等の狭空洞観察などＬＥＤの出射光が弱発光の状態が継続する状況であっても、ＬＥＤの射出光量の全出力レンジでの補正を実時間で行うことができる。
電子内視鏡システムはさらに、光源装置のＬＥＤが出射する出射光を検出する光検出器を備え、プロセッサは、光検出器により受光される参照光に基づいて、ＬＥＤから出射される照明光の光量を補正する。このとき、プロセッサは、撮像素子の撮像によって得られる画像の隣接するフレーム間に補正期間を設定する。そのため、実施形態に係る電子内視鏡システムによれば、ＬＥＤにより生体組織を照明中の任意のタイミングでＬＥＤの射出光量を補正することができる。したがって、例えば、気管支等の狭空洞観察などＬＥＤの出射光が弱発光の状態が継続する状況であっても、ＬＥＤの射出光量の全出力レンジでの補正を実時間で行うことができる。
【0041】
以上、本発明の電子内視鏡システムについて詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。
【符号の説明】
【0042】
１…電子内視鏡システム
１００…電子スコープ
１０２…ＬＣＢ
１０４…配向レンズ
１０６…対物レンズ
１０８…撮像素子
１０８ａ…カットフィルタ
１０８ｂ…ベイヤ配列カラーフィルタ
１５２…ドライバ信号処理回路
２１…露光期間設定部
２２…補正期間設定部
２３…補正部
２５…集光レンズ
１００…電子スコープ
１０４…配光レンズ
１０６…対物レンズ
１１１～１１４…ＬＥＤ
１２１～１２４…コリメートレンズ
１３１～１３３…ダイクロイックミラー
１４１～１４４…ＬＥＤ駆動回路
１５２…ドライバ信号処理回路
１５４…メモリ
１５６…光検出器
２００…電子内視鏡用プロセッサ
２０２…システムコントローラ
２０４…メモリ
２０６…タイミングコントローラ
２０８…操作パネル
２２０…画像処理ユニット
２３０…光源装置
３００…モニタ
１００…電子スコープ
１０２…ＬＣＢ
１０４…配向レンズ
１０６…対物レンズ
１０８…撮像素子
１０８ａ…カットフィルタ
１０８ｂ…ベイヤ配列カラーフィルタ
１５２…ドライバ信号処理回路
２１…露光期間設定部
２２…補正期間設定部
２３…補正部
２５…集光レンズ
１００…電子スコープ
１０４…配光レンズ
１０６…対物レンズ
１１１～１１４…ＬＥＤ
１２１～１２４…コリメートレンズ
１３１～１３３…ダイクロイックミラー
１４１～１４４…ＬＥＤ駆動回路
１５２…ドライバ信号処理回路
１５４…メモリ
１５６…光検出器
２００…電子内視鏡用プロセッサ
２０２…システムコントローラ
２０４…メモリ
２０６…タイミングコントローラ
２０８…操作パネル
２２０…画像処理ユニット
２３０…光源装置
３００…モニタ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】