JP2017205247A - 電子スコープ - Google Patents

Abstract

【課題】上下左右の広い範囲を撮像することが可能な構成にすると、部品実装スペースが狭い製品では、規模の大きい高性能な信号処理回路を実装することが難しいため、動画像の表示に十分なフレームレートを維持することが難しくなる。【解決手段】電子スコープを、撮影方向を指定する指定手段と、所定のアスペクト比を持つ複数の画素領域が撮影レンズのイメージサークル内に配置されたエリアセンサと、複数の画素領域の中から画像信号の読み出しが行われる１つの画素領域を設定する設定手段とを備える構成とする。複数の画素領域は、基準となる基準画素領域と、基準画素領域に対して撮影方向に応じた位置に配置された少なくとも１つの副画素領域とを含む。設定手段は、指定手段により撮影方向が指定されると、画像信号の読み出しが行われる画素領域を、該撮影方向に応じた位置に配置された副画素領域に設定する。【選択図】図４

Description

本発明は、電子スコープに関する。

耳鼻咽喉用内視鏡が知られている。例えば特許文献１に、耳鼻咽喉用内視鏡の具体的構成が記載されている。

特許文献１に例示される耳鼻咽喉用内視鏡は、一般に、消化器系用内視鏡よりも細径に設計する都合上、手元操作部によって操作可能な先端部の可動方向が二方向（例えば上下方向）に限られている。そのため、術者は、耳鼻咽喉用内視鏡の撮影方向を上記の二方向と異なる方向に変える場合、例えばその方向に手首をねじって耳鼻咽喉用内視鏡全体を回転させることにより、先端部の向きを変える必要がある。

特開２０１１−２３９９８９号公報

例えば、広角レンズと高画素なエリアセンサを耳鼻咽喉用内視鏡に搭載することにより、先端部を可動させることなく上下左右の広い範囲を撮像することが可能になるものと考えられる。しかし、細径な耳鼻咽喉用内視鏡では、規模の大きい高性能な信号処理回路を実装することが難しいため、エリアセンサを高画素にすると、動画像の表示に十分なフレームレートを維持することが難しくなる。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、動画像の表示に十分なフレームレートを維持しつつも先端部を可動させることなく広い範囲を撮像することが可能な電子スコープを提供することである。

本発明の一実施形態に係る電子スコープは、撮影方向を指定する指定手段と、所定のアスペクト比を持つ複数の画素領域が撮影レンズのイメージサークル内に配置されたエリアセンサと、複数の画素領域の中から画像信号の読み出しが行われる１つの画素領域を設定する設定手段とを備える。複数の画素領域は、基準となる基準画素領域と、基準画素領域に対して撮影方向に応じた位置に配置された少なくとも１つの副画素領域とを含む。設定手段は、指定手段により撮影方向が指定されると、画像信号の読み出しが行われる画素領域を、該撮影方向に応じた位置に配置された副画素領域に設定する。

また、本発明の一実施形態において、指定手段は、撮影方向を、基準画素領域の中心軸と直交する第一の方向と、該第一の方向とは逆の第二の方向に指定することができる構成としてもよい。この構成において、エリアセンサは、基準画素領域を挟んで第一の方向と第二の方向に副画素領域が１つずつ配置された構成を有する。

また、本発明の一実施形態において、エリアセンサは、１つの有効画素領域を持つ構成としてもよい。この構成において、設定手段は、有効画素領域内の中央領域を基準画素領域として設定し、有効画素領域のうち、中央領域を挟んで第一の方向と第二の方向に位置する各画素領域を、副画素領域として設定する。

また、本発明の一実施形態において、設定手段は、中央領域を挟んで第一の方向と第二の方向に位置する各画素領域の中から、所定の設定情報に応じた画素ブロックを、副画素領域として設定する構成としてもよい。

本発明の一実施形態によれば、動画像の表示に十分なフレームレートを維持しつつも先端部を可動させることなく広い範囲を撮像することが可能な電子スコープが提供される。

本発明の一実施形態に係る電子内視鏡システムの外観図である。 本発明の一実施形態に係る電子スコープの先端部内の構成を概略的に示す図である。 本発明の一実施形態において実行される左右切替処理のフローチャートを示す図である。 本発明の一実施形態において実行される左右切替処理の説明を補助する図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下においては、本発明の一実施形態として電子内視鏡システムを例に取り説明する。

［電子内視鏡システム１の構成］
図１は、本発明の一実施形態に係る電子内視鏡システム１の外観図である。図１に示されるように、本実施形態に係る電子内視鏡システム１は、電子スコープ１００及びプロセッサ２００を備えている。

図１に示されるように、電子スコープ１００は、可撓性を有するシースによって外装された挿入部可撓管１０２を備えている。挿入部可撓管１０２の基端には手元操作部１０８が連結されている。

挿入部可撓管１０２の先端部分（湾曲部１０６）は、手元操作部１０８に設けられた上下操作レバー１０８ａに対する術者の操作に応じて２方向に湾曲可能となっている。湾曲機構は、一般的な電子スコープに組み込まれている周知の機構であり、術者による上下操作レバー１０８ａの操作に連動した操作ワイヤの牽引によって湾曲部１０６を湾曲させる。具体的には、湾曲部１０６は、上下操作レバー１０８ａが図１のＵ方向に倒されると上方向に湾曲し、上下操作レバー１０８ａが図１のＤ方向に倒されると下方向に湾曲する。

湾曲部１０６の先端には、硬質性を有する樹脂製筐体によって外装された先端部１０４の基端が連結している。先端部１０４の向きが上下操作レバー１０８ａの操作による湾曲動作に応じて変わることにより、電子スコープ１００の撮影方向（撮影領域）が変わる。

また、詳しくは後述するが、術者は、手元操作部１０８に設けられた左右切替レバー１０８ｂを操作することにより、電子スコープ１００の撮影方向を擬似的（電子的）に切り替えることができる。具体的には、電子スコープ１００の撮影方向は、左右切替レバー１０８ｂが図１のＲ方向に倒されると右方向に擬似的に切り替わり、左右切替レバー１０８ｂが図１のＬ方向に倒されると左方向に擬似的に切り替わる。

手元操作部１０８からはユニバーサルケーブル１１０が延びており、その基端にコネクタ部１１２が接続されている。コネクタ部１１２は、硬質性を有する合成樹脂で成形されたコネクタケース１１２ａを備えている。

コネクタケース１１２ａは、略対称形状を持つ表側ケースと裏側ケースからなり、表側ケースと裏側ケースとを嵌め合わせることによって規定される閉空間内に電子回路基板１１２ｂ等の各種部品を収容し保持すると共に外部衝撃から保護している。コネクタケース１１２ａは、電気接続用プラグＰｅ及び光接続用プラグＰｏを保持している。

プロセッサ２００が持つ筐体２０２のフロントパネル面には、コネクタ部が設けられている。コネクタ部は、電気接続用ジャックＪｅ及び光接続用ジャックＪｏを備えている。電気接続用ジャックＪｅは、プロセッサ２００に内蔵されている画像処理装置と電気的に接続されており、光接続用ジャックＪｏは、プロセッサ２００に内蔵されている光源装置と光学的に接続されている。

電気接続用ジャックＪｅは、電気接続用プラグＰｅに対応する接続構造を有しており、光接続用ジャックＪｏは、光接続用プラグＰｏに対応する接続構造を有している。電気接続用プラグＰｅ、光接続用プラグＰｏがそれぞれ、電気接続用ジャックＪｅ、光接続用ジャックＪｏと接続されることで、電子スコープ１００とプロセッサ２００とが電気的及び光学的に接続される。

図２（ａ）は、本発明の一実施形態に係る電子スコープ１００の先端部１０４の内部構造を概略的に示す内部構造図である。図２（ａ）に示されるように、先端部１０４内には、撮影レンズ１０４１、エリアセンサ１０４２、パッケージ部材１０４３、受動素子１０４４及びケーブル１０４５が備えられている。

撮影レンズ１０４１は広角レンズであり、例えば１２０°以上（好ましくは１５０°以上）の画角を持つ。

図２（ｂ）は、エリアセンサ１０４２を正面から見たときの図である。エリアセンサ１０４２は、原色ベイヤ型画素配列を有する単板式カラーＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサである。図２（ｂ）に示されるように、エリアセンサ１０４２の正面（撮影レンズ１０４１との対向面）には、有効画素が配列された有効画素領域１０４２ａが設けられており、その周囲に、ＴＧやＡＤ等を備えるオンチップ周辺回路１０４２ｂが実装されている。有効画素領域１０４２ａは、アスペクト比が３：１となっている。

なお、エリアセンサ１０４２は、原色ベイヤ型画素配列のものに限らず、補色市松型画素配置やその他の種類のカラー配列を搭載したものであってもよい。また、有効画素領域１０４２ａのアスペクト比は３：１に限らない。

パッケージ部材１０４３は、エリアセンサ１０４２用のパッケージ部材であり、受動素子１０４４を含む各種電子部品が集積されている。

エリアセンサ１０４２は、ケーブル１０４５を介して、コネクタケース１１２ａ内の電子回路基板１１２ｂに実装されたドライバと接続されている。ドライバは、ケーブル１０４５及びパッケージ部材１０４３上の回路を介して、エリアセンサ１０４２を、フレームレートに同期したタイミングで駆動制御する。

エリアセンサ１０４２は、有効画素領域１０４２ａ内の各画素で結像した光学像を光量に応じた電荷として蓄積して、レッドＲ、グリーンＧ、ブルーＢの各色信号を生成して出力する。

プロセッサ２００内の画像処理装置は、電子スコープ１００より１フレーム周期で入力される画像信号に対してデモザイク処理、マトリックス演算等の所定の信号処理を施してモニタ（不図示）に出力する。これにより、被写体のカラー画像がモニタの表示画面に表示される。

［左右切替処理］
次に、電子スコープ１００の撮影方向を左右に切り替える左右切替処理について具体的に説明する。図３に、左右切替処理のフローチャートを示す。例えば、電子スコープ１００による撮像が開始されると、図３に示される左右切替処理の実行が開始される。

［図３のＳ１１（レバー状態の検知）］
本処理ステップＳ１１では、左右切替レバー１０８ｂの状態が検知される。具体的には、左右切替レバー１０８ｂが初期位置（中立位置）、Ｒ方向に倒された位置、Ｌ方向に倒された位置の何れであるかが検知される。

［図３のＳ１２（基準画素領域での画像信号の読み出し）］
図４（ａ）のＡ図に、撮影レンズ１０４１のイメージサークルＩＣとエリアセンサ１０４２の有効画素領域１０４２ａとの関係を示す。図４（ａ）のＡ図に示されるように、有効画素領域１０４２ａは、その全体が撮影レンズ１０４１のイメージサークルＩＣ内に位置する。なお、図４の例では、電子スコープ１００の先端部１０４と正対する真正面に星形の被写体が位置し、その左方、右方に、それぞれ十字形、五角形の被写体が位置しているものとする。

エリアセンサ１０４２は、１つの有効画素領域１０４２ａが１：１のアスペクト比を持つ同一サイズの３つの画素領域に分けて制御される。本実施形態では、３つの画素領域のうち、中央に位置する画素領域を、基準となる基準画素領域１０４２ａＡとして定義し、基準画素領域１０４２ａＡを挟んで左方向（基準画素領域１０４２ａＡの中心軸と直交する方向）、右方向（基準画素領域１０４２ａＡの中心軸と直交する、上記と逆の方向）に位置する２つの画素領域をそれぞれ、副画素領域１０４２ａＢ、１０４２ａＣと定義する。

本処理ステップＳ１２は、左右切替レバー１０８ｂが初期位置にある場合（Ｓ１１：初期位置）に実行される。本処理ステップＳ１２では、図４（ａ）のＢ図に示されるように、有効画素領域１０４２ａのうち、中央に位置する基準画素領域１０４２ａＡの画像信号だけが読み出される。

補足すると、ＣＭＯＳイメージセンサである（ローリングシャッタ方式で駆動する）エリアセンサ１０４２では、全ての画素ラインを読み出す必要はあるが、各画素ライン内の不要画素（不要な画像信号）の読み出しをスキップすることはできる。なお、エリアセンサ１０４２の各画素ラインは、左右方向（ＬＲ方向）に一列に並ぶ複数の画素よりなる。ここでは、画素ラインの読み出し時において、副画素領域１０４２ａＢ及び１０４２ａＣ内の画素（画像信号）の読み出しがスキップされる。従って、画素ライン内の全ての画素（画像信号）を読み出す場合と比べて、一画素ラインの読み出しに掛かる時間が短くなり、フレームレートが速くなる。

本実施形態では、図２（ｂ）及び図４（ａ）に示されるように、有効画素領域１０４２ａが横長（左右（ＬＲ）方向に長い）形状を有する。これに対し、有効画素領域１０４２ａが縦長（上下（ＵＤ）方向に長い）形状を有する場合を考える。この場合、各画素ラインの並び方向（上下方向）に、副画素領域１０４２ａＣ、基準画素領域１０４２ａＡ、副画素領域１０４２ａＢが並ぶ。この場合、各画素領域に含まれる全ての画素、すなわち、有効画素領域１０４２ａ内に含まれる全ての画素ラインの全ての画素（画像信号）を読み出す必要がある。従って、有効画素領域１０４２ａが横長形状を有する場合と比べて、全画素ラインの読み出しに掛かる時間が長くなる。以上のことから判るように、本実施形態では、フレームレートの高速化のため、有効画素領域１０４２ａを横長形状とすることにより、全画素ラインの読み出しに掛かる時間を短くしている。

［図３のＳ１３（副画素領域での画像信号の読み出し）］
本処理ステップＳ１３は、左右切替レバー１０８ｂがＬ方向に倒されている場合（Ｓ１１：Ｌ位置）に実行される。本処理ステップＳ１３は、図４（ａ）のＣ図に示されるように、有効画素領域１０４２ａのうち、基準画素領域１０４２ａＡの左側に位置する副画素領域１０４２ａＢの画像信号だけが読み出される。

［図３のＳ１４（副画素領域での画像信号の読み出し）］
本処理ステップＳ１４は、左右切替レバー１０８ｂがＲ方向に倒されている場合（Ｓ１１：Ｒ位置）に実行される。本処理ステップＳ１４は、図４（ａ）のＤ図に示されるように、有効画素領域１０４２ａのうち、基準画素領域１０４２ａＡの右側に位置する副画素領域１０４２ａＣの画像信号だけが読み出される。

［図３のＳ１５（撮影画像の表示）］
本処理ステップＳ１５では、処理ステップＳ１２〜Ｓ１４の何れかで読み出された画像信号に基づいて生成された被写体の画像信号がモニタに出力されて、その表示画面に表示される。

・表示画面例１（左右切替レバー１０８ｂが初期位置にある場合）
本例１では、図４（ｂ）に示されるように、基準画素領域１０４２ａＡで撮像された、電子スコープ１００の先端部１０４の真正面に位置する星形の被写体が、モニタの表示画面に表示される。本例１では、有効画素領域１０４２ａの読み出し領域が全体の１／３（基準画素領域１０４２ａＡのみ）に限られるため、有効画素領域１０４２ａ全体の画素数が多く且つ規模の大きい高性能な信号処理回路が実装されていない場合であっても、動画像の表示に十分なフレームレートが維持される。

・表示画面例２（左右切替レバー１０８ｂがＬ位置にある場合）
本例２では、左右切替レバー１０８ｂがＬ方向に倒される（言い換えると、電子スコープ１００の撮影方向が左方向に指定される）ことにより、図４（ｃ）に示されるように、基準画素領域１０４２ａＡに対して左方向に位置する副画素領域１０４２ａＢで撮像された十字形の被写体がモニタの表示画面に表示される。本例２では、電子スコープ１００の先端部１０４の向きが機械的には変えられていないが、先端部１０４の左方に位置する十字形の被写体がモニタの表示画面に表示される。

すなわち、本例２では、画像信号の読み出し領域が副画素領域１０４２ａＢに切り替えられることにより、電子スコープ１００の撮影方向が擬似的（電子的）に左方向に切り替わる。そのため、電子スコープ１００の先端部１０４の向きを機械的に変えることなく、先端部１０４の左方に位置する十字形の被写体をモニタの表示画面に表示させることができる。また、本例２においても、有効画素領域１０４２ａの読み出し領域が全体の１／３（副画素領域１０４２ａＢのみ）に限られるため、有効画素領域１０４２ａ全体の画素数が多く且つ規模の大きい高性能な信号処理回路が実装されていない場合であっても、動画像の表示に十分なフレームレートが維持される。

・表示画面例３（左右切替レバー１０８ｂがＲ位置にある場合）
本例３では、左右切替レバー１０８ｂがＲ方向に倒される（言い換えると、電子スコープ１００の撮影方向が右方向に指定される）ことにより、図４（ｄ）に示されるように、基準画素領域１０４２ａＡに対して右方向に位置する副画素領域１０４２ａＣで撮像された五角形の被写体がモニタの表示画面に表示される。本例３では、電子スコープ１００の先端部１０４の向きが機械的には変えられていないが、先端部１０４の右方に位置する五角形の被写体がモニタの表示画面に表示される。

すなわち、本例３では、画像信号の読み出し領域が副画素領域１０４２ａＣに切り替えられることにより、電子スコープ１００の撮影方向が擬似的（電子的）に右方向に切り替わる。そのため、電子スコープ１００の先端部１０４の向きを機械的に変えることなく、先端部１０４の右方に位置する五角形の被写体をモニタの表示画面に表示させることができる。また、本例３においても、有効画素領域１０４２ａの読み出し領域が全体の１／３（副画素領域１０４２ａＣのみ）に限られるため、有効画素領域１０４２ａ全体の画素数が多く且つ規模の大きい高性能な信号処理回路が実装されていない場合であっても、動画像の表示に十分なフレームレートが維持される。

以上が本発明の例示的な実施形態の説明である。本発明の実施形態は、上記に説明したものに限定されず、本発明の技術的思想の範囲において様々な変形が可能である。例えば明細書中に例示的に明示される実施形態等又は自明な実施形態等を適宜組み合わせた内容も本発明の実施形態に含まれる。

上記の実施形態では、正方形のセンサチップに対して有効画素領域１０４２ａを横長矩形とし、且つセンサチップ上の空いたスペースを有効利用してオンチップ周辺回路１０４２ｂを構成する各種電子部品を実装することにより（例えば図２（ａ）参照）、左右の広い範囲を撮像することが可能な有効画素領域１０４２ａを配置したことによる電子スコープ１００の先端部１０４の大径化が効果的に抑えられている。ここで、センサチップに対する有効画素領域１０４２ａの位置関係は、図２（ａ）に示されるものに限らない。別の実施形態では、図２（ａ）の例に対し、正方形のセンサチップを横長矩形の有効画素領域１０４２ａに対して４５°回転させた構成としてもよい。この場合も、左右の広い範囲を撮像することが可能な有効画素領域１０４２ａを配置したことによる電子スコープ１００の先端部１０４の大径化が効果的に抑えられる。

また、上記の実施形態では、図３に示される左右切替処理において画像信号の読み出し制御を電子スコープ１００が行っているが、別の実施形態では、当該制御をプロセッサ２００が行ってもよい。

また、上記の実施形態では、左右切替レバー１０８ｂがＬ方向やＲ方向に倒されたとき、副画素領域１０４２ａＢや１０４２ａＣとして規定の画素領域が読み出し対象として設定されているが、別の実施形態では、読み出し対象の画素領域が所定の設定情報（例えばユーザ操作による画素領域の指定操作入力）に応じて適宜設定変更され、これにより、副画素領域１０４２ａＢや１０４２ａＣの位置や大きさが適宜変更されるようにしてもよい。例示的には、基準画素領域１０４２ａＡの左方に位置する画素領域内の任意の（隣接する複数の画素よりなる）画素ブロックが副画素領域１０４２ａＢとして設定され、基準画素領域１０４２ａＡの右方に位置する画素領域内の任意の画素ブロックが副画素領域１０４２ａＣとして設定されてもよい。

１ 電子内視鏡システム
１００ 電子スコープ
１０２ 挿入部可撓管
１０４ 先端部
１０４１ 撮影レンズ
１０４２ エリアセンサ
１０４２ａ 有効画素領域
１０４２ｂ オンチップ周辺回路
１０４３ パッケージ部材
１０４４ 受動素子
１０４５ ケーブル
１０６ 湾曲部
１０８ 手元操作部
１０８ａ 上下操作レバー
１０８ｂ 左右切替レバー
１１０ ユニバーサルケーブル
１１２ コネクタ部
１１２ａ コネクタケース
１１２ｂ 電子回路基板
Ｐｅ 電気接続用プラグ
Ｐｏ 光接続用プラグ
２００ プロセッサ
２０２ 筐体
Ｊｅ 電気接続用ジャック
Ｊｏ 光接続用ジャック

Claims (4)

1. 撮影方向を指定する指定手段と、
   所定のアスペクト比を持つ複数の画素領域が撮影レンズのイメージサークル内に配置されたエリアセンサと、
   前記複数の画素領域の中から画像信号の読み出しが行われる１つの画素領域を設定する設定手段と、
   を備え、
   前記複数の画素領域は、
   基準となる基準画素領域と、
   前記基準画素領域に対して前記撮影方向に応じた位置に配置された少なくとも１つの副画素領域と、
   を含み、
   前記設定手段は、
   前記指定手段により撮影方向が指定されると、前記画像信号の読み出しが行われる画素領域を、該撮影方向に応じた位置に配置された副画素領域に設定する、
   電子スコープ。
2. 前記指定手段は、
   前記撮影方向を、前記基準画素領域の中心軸と直交する第一の方向と、該第一の方向とは逆の第二の方向に指定することができ、
   前記エリアセンサは、
   前記基準画素領域を挟んで前記第一の方向と前記第二の方向に前記副画素領域が１つずつ配置された構成を有する、
   請求項１に記載の電子スコープ。
3. 前記エリアセンサは、
   １つの有効画素領域を持ち、
   前記設定手段は、
   前記有効画素領域内の中央領域を前記基準画素領域として設定し、
   前記有効画素領域のうち、前記中央領域を挟んで前記第一の方向と前記第二の方向に位置する各画素領域を、前記副画素領域として設定する、
   請求項２に記載の電子スコープ。
4. 前記設定手段は、
   前記中央領域を挟んで前記第一の方向と前記第二の方向に位置する各画素領域の中から、所定の設定情報に応じた画素ブロックを、前記副画素領域として設定する、
   請求項３に記載の電子スコープ。

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