【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カプセル内視鏡、詳しくは、少なくとも撮像装置および光源が組み込まれた、錠剤カプセル形状からなるカプセル内視鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、先端に撮像素子等を備えた管状の挿入部、およびこの挿入部に連設された操作部からなる電子内視鏡と、これに接続された画像処理装置並びに表示装置等を有し、挿入部を被検者の口腔等から体腔内へと挿入し、該体腔内における所望の部位を観察し、撮像することにより、患部等を検査し得る内視鏡装置が実用化されているが、このような内視鏡装置は、体腔内に挿入される挿入部の長さや太さ等に制約があることから、術者が観察や検査等を行い得る範囲には限界があった。
【０００３】
こうした事情から、例えば錠剤カプセル形状の筐体の内部に撮影光学系、および固体撮像素子、並びに体腔内を照射する光源等を収納した超小型の内視鏡、所謂カプセル内視鏡が近年開発されている。このカプセル内視鏡は、これを被検者が嚥下する等の手段によって体腔内へ挿入し、患部を撮像することで、体腔内の観察や検査等を行い得るようになっている。したがって、従来の挿入部を有する内視鏡によっては観察や検査等を行うのが困難であった、例えば小腸等の臓器の観察や検査等を比較的容易に行うことができる。
【０００４】
ところが、このようなカプセル内視鏡を用いて体腔内の撮影を行う場合、光源の照射ムラまたは体腔内組織表面での光の反射ムラ等が発生すると、適正な露光条件で撮影を行うことが難しい。つまり、露光条件が適正でないことに起因する撮像素子のセンサ飽和により、撮像画像に白とびが発生すると、体腔内の状態を正確に診断することができず、再診しなければならないといった問題がある。
【０００５】
このような問題に鑑み、特許文献１では、撮影の際には、複数の異なる照射時間あるいは光度で照射サイクルを実行する、所謂オートブラッケティングを行うことで露光量を変化させて画像を複数枚撮影し、その中から適正な露光条件のものを見つけ出す提案がなされている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１―２２４５５３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に開示されたカプセル内視鏡においては、光源の具体的な制御方法については何ら記載がなく、適正な露光条件下で撮像できるか否かが定かではない。また、白とびに対しても何ら考慮がなされていない。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数の露光条件下で連続撮影できるように光源光量を調節する機能を有するカプセル内視鏡を提供するにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段、及び作用】
上記の目的を達成するために本発明によるカプセル内視鏡は、少なくとも撮影光学系、光源、撮像部、電源とを有するカプセル内視鏡であって、被写体の露光状態をモニタする光電変換素子と、該光電変換素子からの出力信号により露光条件の演算および光源の制御を行う光源駆動制御部とを具備し、上記光源駆動制御部により演算された複数の上記露光条件で被写体を連続撮影することを特徴とし、また、上記光源駆動制御部は、上記光源の駆動電流の供給時間および／または上記光源の駆動電流の振幅を変調することにより、上記複数の露光条件の演算並びに光源の駆動制御を行うことを特徴とし、さらに、上記光源駆動制御部による上記光源の駆動制御は、該光源の発光量、または照射時間であることを特徴とし、また、上記光電変換素子は、上記撮像部の固体撮像素子を共用するか、または該固体撮像素子とは別個に配設された光電変換素子であることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明によるカプセル内視鏡は、被写体を照射する光源と、上記光源により照射された被写体を撮像する撮像部と、上記撮像部または該撮像部とは別個に設けられ、被写体の露光状態をモニタする光電変換素子と、上記撮像部の駆動制御、および上記光電変換素子からの出力信号により被写体の露光条件の演算を行う駆動制御・信号処理回路と、上記光電変換素子からの出力信号、並びに上記駆動制御・信号処理回路からの同期信号により、被写体の露光条件の演算および光源の駆動制御を行う光源駆動制御部と、を具備し、上記光源駆動制御部により演算された複数の上記露光条件で被写体を連続撮影することを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図示の実施の形態によって本発明を説明する。
図１は、本発明の第１実施の形態を示すカプセル内視鏡の電気回路の構成の概略を示すブロック図である。
【００１２】
図１に示すようにカプセル内視鏡１０は、外観形状がカプセル型の錠剤形状をなし、その縦断面が略楕円形を有するカプセル形状の樹脂等からなる筐体９を有し、その前部は透明部材９ａで形成されている。
【００１３】
そして、上記筐体９の内部には、その透明部材９ａに対向する前部に体腔内の消化器などの撮影対象物を照明する、例えばＬＥＤからなる光源５と、この光源５により照明された対象物の光像を結像する撮影光学系（以下、対物レンズと称す）６と、この対物レンズ６を介して撮像し、所定の光電変換処理を行って画像信号を生成する、例えばＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサからなるエリアセンサ３と、該エリアセンサ３に近接して配設された露光／ＡＥ用の、例えばフォトダイオードからなるモニタ用光電変換素子（以下、モニタ用センサと称す）４とが配設されており、また、これらの後方には、モニタ用センサ４からの出力を受けて、光源５の光量の制御および駆動を行う光源駆動制御部２と、エリアセンサ３の駆動制御回路および信号処理回路を有する駆動制御・信号処理ユニット１と、この駆動制御・信号処理ユニット１から出力される画像信号を受けて、これを体腔外に設けられる所定の受信記録装置（図示せず）に向けて、例えば無線通信を用いて伝送出力する通信ユニット７と、電源電池８ａ、電源電池８ｂからなる電源８が配設されて、カプセル内視鏡１０の主要部が構成されている。
【００１４】
このように構成されたカプセル内視鏡１０においては、体腔内からの光（反射光）は、対物レンズ６を介してエリアセンサ３およびモニタ用センサ４に入射するようになっており、エリアセンサ３は駆動制御・信号処理ユニット１に接続され、該駆動制御・信号処理ユニット１は通信ユニット７並びに光源駆動制御部２に接続されている。また、電源電池８ｂは、駆動制御・信号処理ユニット１、エリアセンサ３、通信ユニット７にそれぞれ接続されており、さらに、モニタ用センサ４は光源駆動制御部２に接続されていて、該光源駆動制御部２は電源電池８ａおよび光源５に接続されている。そして、光源５は体腔内を照射するようになっている。
【００１５】
エリアセンサ３は、対物レンズ６の後方の焦点位置に配設されており、駆動制御・信号処理ユニット１は、エリアセンサ３から出力される画像信号を受けて所定の画像信号処理等を行い、その画像処理された画像信号を後述する通信ユニット７へと出力する役目をすると共に、エリアセンサ３の駆動制御処理を行う。
【００１６】
また、光源駆動制御部２は、モニタ用センサ４の出力信号に基づいて、後述する複数の露光条件（露光量／露光時間）を決定し、駆動制御・信号処理ユニット１からの駆動信号により、センサ動作と同期して光源５の発光タイミングを制御する。尚、上記複数の露光条件は、駆動制御・信号処理ユニット１内に記憶される。さらに、駆動制御・信号処理ユニット１は、エリアセンサ３を駆動して複数の露光条件で、体腔内の撮像を行う。
【００１７】
光源駆動制御部２は、駆動制御・信号処理ユニット１からの同期信号、およびモニタ用センサ４からの出力を受けて、光源５の駆動電流の供給時間および／または駆動電流の振幅量を変調することにより、後述する複数の露光条件の演算、並びに光源の制御および駆動を行う。
【００１８】
尚、光源駆動制御部２には、電荷を充電しておくためのコンデンサを備えておいても良い。このようにコンデンサを設ければ、後述する電源電池８ａの負荷を小さくすることができるので光源５の電流制御が安定し、また、瞬間的に大きな電荷を光源５に供給することができる。
【００１９】
モニタ用センサ４は、例えばフォトダイオード、フォトトランジスタ、ＣＣＤセンサ、ＣＭＯＳセンサ、またはその他の増幅型イメージセンサ等で構成されており、エリアセンサ３の周辺に近接するように配設されている。
【００２０】
これは、一般に、カプセル内視鏡は、できるだけ小さい構造にしなければならないため、カプセル内視鏡に用いる対物レンズは、レンズ径の小さい暗いレンズが用いられる。よって、レンズにより集光される光の明るさは、結像されるエリアセンサ３の中心部に比べ周辺部の光量が極端に落ちてしまうので、モニタ用センサ４は、対物レンズ６の焦点位置に配設されているエリアセンサ３に近接して配設する必要がある。
【００２１】
また、モニタ用センサ４は、１個または複数個で構成されており、１個であれば、出力の演算が簡単となり、複数個であれば、出力信号の平均値、または既知の荷重平均値等を用いてエリアセンサ３の露光量を決定するため、露光モニタ精度が向上する。
【００２２】
電源８は、光源駆動制御部２に所定の電力を供給する電源電池８ａと、駆動制御・信号処理ユニット１、エリアセンサ３、通信ユニット７に所定の電力を供給する電源電池８ｂから構成されている。一般に、エリアセンサの安定動作と光源の高出力は両立し難い。よって、このように光源用の電源電池８ａを他の回路用の電源電池８ｂと分けて配設することにより、光源５の駆動の際に発生する電圧低下に起因するエリアセンサ３の動作不良を防止することができる。尚、光源５も複数個配設されていても構わない。また、電源８は、電池に限らず、外部給電を用いても良いし、駆動制御・信号処理ユニット１、エリアセンサ３、通信ユニット７、光源駆動制御部２に所定の電力を供給でき、筐体９に内蔵できるものであれば、どのようなものであっても構わない。
【００２３】
次に、このように構成されたカプセル内視鏡１０の露光量の制御方法について説明すると、図２は、図１のモニタ用センサ４を用いて露光量をモニタし、光源５の駆動電流の供給時間を変えることで露光量を制御する方法を示したタイミングチャートである。
【００２４】
図２に示すように、まず光源５を発光させ、体腔内壁等からの反射光がモニタ用センサ４に入射すると、モニタ用センサ４の積分出力が増加し始める。光源駆動制御部２は、モニタ用センサ４の積分出力が任意に設定した露光レベルに達するまでの期間（＊１）を計測するとともに、光源５に一定の振幅Ｘの駆動電流１を流す（＊２）。つまり、一定の大きさの駆動電流を流すことになる。この間にエリアセンサ３による１回目の撮像が行われる。そして、前記積分出力が設定した露光レベルに達したら、光源駆動制御部２は光源駆動電流をゼロにする。このとき光源駆動制御部２においては、期間（＊１）が基準露光時間として記憶される。ここで、期間（＊１）の計測にあたっては、例えば光源駆動制御部２内に設けられたカウンタにより行うことができる。具体的には、光源５が発光すると同時にカウンタがリセットされ、パルスのカウントが開始される。すなわち、光源５の発光時間がパルス数として計測される。なお、露光時間の計測はこれに限定されることはなく、どのような方法を用いても良いことは言うまでもない。尚、上記任意に設定した露光レベルは、エリアセンサ３からの殆どの出力信号が、飽和しないように設定された値であり、例えば、エリアセンサ３からの出力信号が飽和する値の半値から７割程度に設定されている。また、駆動制御・信号処理ユニット１内に記憶されている先に撮影したときの値を基準に設定しても良い。上記駆動電流１に応じて露光され、撮像された信号電荷は、蓄積期間１でエリアセンサ３に蓄積され（＊３）、さらに、読み出し期間１で、駆動制御・信号処理ユニット１により信号１として読み出され（＊４）、その後、通信ユニット７から体腔外に送信される。尚、この信号１は、その平均レベルが、エリアセンサ３の出力が飽和するまでの範囲（適正出力範囲）内にある信号である。
【００２５】
次に、露光アンダになるように、光源駆動制御部２は、上記基準露光時間を基に、光源５に基準露光時間つまり期間（＊１）の数〜数十分の１の期間、駆動電流１と同じ振幅Ｘの駆動電流２を供給する（＊５）。この間にエリアセンサ３による２回目の撮像が露出アンダで行われる。上記駆動電流２に応じて露光され、撮像された信号電荷は、蓄積期間２でエリアセンサ３に蓄積され（＊６）、さらに、読み出し期間２で、駆動制御・信号処理ユニット１により信号２として読み出され（＊７）、その後、通信ユニット７から体腔外へ送信される。尚、この信号２は、露光アンダ時の信号出力であるため、該出力された画像に白つぶれがない。
【００２６】
次いで、露光オーバになるように、光源駆動制御部２は、上記基準露光時間を基に、光源５に基準露光時間つまり期間（＊１）の数〜数十倍の期間、駆動電流１および駆動電流２と同じ振幅Ｘの駆動電流３を供給する（＊８）。この間にエリアセンサ３による３回目の撮像が露出オーバで行われる。上記駆動電流３に応じて露光され、撮像された信号電荷は、蓄積期間３でエリアセンサ３に蓄積され（＊９）、さらに、読み出し期間３で、駆動制御・信号処理ユニット１により信号３として読み出され（＊１０）、その後、通信ユニット７から体腔外へ送信される。尚、この信号３は、露光オーバ時の信号出力であるため、該出力された画像に黒つぶれがない。
【００２７】
その後、最終的に、体腔外へ送信された３パターン（設定した露出レベル／露出アンダ／露出オーバ）の画像を合成するか、または明るさの均一な画像を３パターンの中から選択する。これにより、本実施形態のカプセル内視鏡１０では、白つぶれのない広ダイナミックレンジの画像を生成するための画像データを取得することができる。尚、体腔外への画像の転送は、例えば通信ユニット７にＲＯＭを設けておき、一度ＲＯＭに３パターンの画像を保管した後に行っても良い。
【００２８】
また、光源への駆動電流の供給時間に応じて、上述した蓄積期間１，２，３を変えても良い。このことにより、読み出し期間１，２，３も短縮することができるため、短期間で、無駄なく体腔内を撮像することができる。
【００２９】
このように、本実施形態におけるカプセル内視鏡１０では、露光量をモニタするモニタ用センサ４と、該モニタ用センサ４からの出力を基に、駆動制御・信号処理ユニット１と同期して、光源５に流す電流量およびタイミングを調節（電流の供給時間変調）することにより設定した露光量やその他複数の露光量を制御する光源駆動制御部２を設けた。
【００３０】
よって、本実施形態のカプセル内視鏡１０では、光源５の光量を変化させるだけで露光量の調節を行うことができ、また、光源５の駆動制御を、エリアセンサ３の各種回路の制御動作から独立してモニタ用センサ４および光源駆動制御部２で行えるので、簡単なシステム構成で、通常より露光時間を短くすることができる。また、これにより、ブレの少ない画像を連続して取得することができるため、良好な広ダイナミックレンジの画像を生成するための画像データを得ることができる。このように、カプセル内視鏡１０は、得られる画像に露出不良がなく、適正な露光条件下で確実に体腔内を撮像することができる。
【００３１】
尚、本実施の形態においては、光源５の露光量は設定した露光量レベル／露出アンダ／露出オーバの３パターンに設定して、その後、撮像するようにしたが、これに限らず、露光量は、必要に応じて何パターンに設定しても良い。
【００３２】
また、光源駆動制御部２による光源５の発光量の制御は、電流の大きさＸを一定にし、光源の駆動電流の供給時間を変調するようにしたが、これに限らず、光源の駆動電流の供給時間を一定とし、駆動電流の振幅量を変調、即ち、光源に流す電流量（電流の大きさ）を変化して露光量を制御しても良い。またさらに、電流の供給時間を決め、該決められた供給時間に応じて駆動電流量を制御することにより露光量を変化させても構わない。
【００３３】
図３は、本発明の第２実施の形態を示すカプセル内視鏡の電気回路の構成の概略を示すブロック図である。
【００３４】
この第２実施形態のカプセル内視鏡の構成および作用は、前記図１に示した第１実施形態のカプセル内視鏡と殆ど同じであるが、本実施の形態では、モニタ用センサの代わりに露光／ＡＥをエリアセンサで行い、光源５に流れる電流量の調節を、上記エリアセンサからの出力に基づいて、光源駆動制御部が行う点のみが異なる。よって、この相違点のみを説明し、第１実施形態の構成と同様の構成部材には同じ符号を付し、その説明は省略する。
【００３５】
本実施の形態におけるカプセル内視鏡２０の内部には、その透明部材９ａに対向する前部に体腔内の消化器などの撮影対象物を照明する、例えばＬＥＤからなる光源５と、この光源５により照明された対象物の光像を対物レンズ６を介して撮像し、所定の光電変換処理を行って画像信号を生成すると共に、露光量をモニタするエリアセンサ３が配設されており、また、これらの後方には、エリアセンサ３からの出力を受けて、光源５の光量の制御および駆動を行う光源駆動制御部２２と、エリアセンサ３の駆動制御回路および信号処理回路を有する駆動制御・信号処理ユニット２１と、この駆動制御・信号処理ユニット２１から出力される画像信号を受けて、これを体腔外に設けられる所定の受信記録装置（図示せず）に向けて、例えば無線通信を用いて伝送出力する通信ユニット７と、電源電池８ａ、電源電池８ｂからなる電源８が配設されて、カプセル内視鏡２０の主要部が構成されている。
【００３６】
駆動制御・信号処理ユニット２１は、エリアセンサ３の出力信号に基づいて、後述する複数の露光条件（露光量／露光時間）を決定し、光電駆動制御部２２と同期して光源５の発光タイミングを制御する。尚、上記複数の露光条件は、駆動制御・信号処理ユニット２１内に記憶される。さらに、駆動制御・信号処理ユニット２１は、エリアセンサ３を駆動して複数の露光条件で、体腔内の撮像を行う。
【００３７】
光源駆動制御部２２は、駆動制御・信号処理ユニット２１の同期信号、およびモニタ用センサを共用するエリアセンサ３からの出力を受けて、光源５の駆動電流の供給時間および／または駆動電流の振幅量を変調することにより、後述する複数の露光条件の演算、並びに光源の制御および駆動を行う。
【００３８】
この他のカプセル内視鏡２０の構成および作用、並びに各構成部材の接続態様は、上述した本発明の第１実施の形態と同様である。
【００３９】
次に、このように構成されたカプセル内視鏡２０の露光量の制御方法について説明すると、図４は、図３のカプセル内視鏡２０のエリアセンサ３を用いて露光量をモニタし、光源５の駆動電流の振幅を変化させて露光量を制御する方法を示したタイミングチャートである。
【００４０】
図４に示すように、まず、光源駆動制御部２２は、初期に任意に設定した小さめの電流量で一定時間ｔ０の間、光源５に駆動電流０を流す（＊２１）。この間にエリアセンサ３による１回目の撮像が行われる。即ち、上記駆動電流０に応じて光源５が発光し、これによって露光され、撮像された信号電荷は、蓄積期間０でエリアセンサ３に蓄積され（＊２２）、さらに、読み出し期間０で、駆動制御・信号処理ユニット２１により信号０として読み出され（＊２３）、その後、通信ユニット７から体腔外に送信される。尚、この信号０は、その平均レベルが、エリアセンサ３の出力が飽和するまでの範囲（適正出力範囲）内にある信号である。
【００４１】
次に、光源駆動制御部２２は、駆動電流０における信号０から得た画像情報（信号平均／最大／最小値）に基づいて、適正と思われる電流量に設定された駆動電流１を光源５に一定時間ｔ１（ｔ１＝ｔ０）の間、流す（＊２４）。この間にエリアセンサ３による２回目の撮像が行われる。その後、上記駆動電流１に応じて露光され、撮像された信号電荷は、蓄積期間１でエリアセンサ３に蓄積され（＊２５）、さらに、読み出し期間１で、駆動制御・信号処理ユニット２１により信号１として読み出され（＊２６）、その後、通信ユニット７から体腔外に送信される。
【００４２】
続いて、露光アンダになるように、光源駆動制御部２２は、上記（＊２４）で設定した電流量の数〜数十分の１に設定された駆動電流２を光源５に一定時間ｔ２（ｔ０＝ｔ１＝ｔ２）の間、流す（＊２７）。この間にエリアセンサ３による３回目の撮像が露出アンダで行われる。その後、上記駆動電流２に応じて露光され、撮像された信号電荷は、蓄積期間２でエリアセンサ３に蓄積され（＊２８）、さらに、読み出し期間２で、駆動制御・信号処理ユニット２１により信号２として読み出され（＊２９）、さらに通信ユニット７から体腔外へ送信される。尚、この信号２は、露光アンダ時の信号出力であるため、該出力された画像に白つぶれがない。
【００４３】
さらに、露光オーバになるように、光源駆動制御部２２は、上記（＊２４）で設定した電流量の数〜数十倍に設定された駆動電流３を光源５に一定時間ｔ３（ｔ０＝ｔ１＝ｔ２＝ｔ３）の間、流す（＊３０）。この間にエリアセンサ３による４回目の撮像が露出オーバで行われる。その後、上記駆動電流３に応じて露光され、撮像された信号電荷は、蓄積期間３でエリアセンサ３に蓄積され（＊３１）、さらに、読み出し期間３で、駆動制御・信号処理ユニット２１により信号３として読み出され（＊３２）、その後通信ユニット７から体腔外へ送信される。尚、この信号３は、露光オーバ時の信号出力であるため、該出力された画像に黒つぶれがない。
【００４４】
その後、最終的に、体腔外へ送信された３パターン（適正設定露出／露出アンダ／露出オーバ）の画像を合成するか、または明るさの均一な画像を３パターンの中から選択する。このことにより、本実施の形態のカプセル内視鏡２０は、白つぶれのない広ダイナミックレンジの画像を生成するための画像データを取得することができる。尚、体腔外への画像の転送は、例えば通信ユニット７にＲＯＭを設けておき、一度ＲＯＭに３パターンの画像を保管した後に行っても良い。
【００４５】
このように、本実施の形態におけるカプセル内視鏡２０では、エリアセンサ３からの出力を基に、駆動制御・信号処理ユニット２１と同期して光源５に流れる電流量およびタイミングを調節（電流の供給時間変調）することにより設定露光量やその他複数の露光量を制御できる光源駆動制御部２２を設けた。
【００４６】
よって、光源５の駆動制御を、駆動制御・信号処理ユニット２１の他の駆動回路制御とは独立して、光源駆動制御部２２により行うことができるので、通常より露光時間を短くすることができ、また、ブレの少ない画像を連続して取得することができるため、良好な広ダイナミックレンジの画像を生成するための画像データを得ることができる。このように、本実施の形態のカプセル内視鏡２０は、得られる画像に露出不良がなく、適正な露光条件下で確実に体腔内を撮像することができる。
【００４７】
尚、本実施の形態においては、光源５の発光量は設定した露光量／露出アンダ／露出オーバの３パターンに設定して、撮像するようにしたが、これに限らず、露光量は、必要に応じて何パターンに設定しても良い。
【００４８】
また、光源駆動制御部２２による光源５の発光量の制御は、電流を流す時間を（ｔ１＝ｔ２＝ｔ３）として一定とし、光源の駆動電流の振幅量の変調に応じて行うようにしたが、これに限らず、光源の駆動電流の振幅量を一定とし、駆動電流の供給時間の変調、即ち光源の発光量（電流の大きさ）に応じて、露光量を制御しても良い。またさらに、発光時間を決め、その後、該決められた発光時間に応じて、光源５の駆動電流量を制御することにより露光量を変化させても構わない。
【００４９】
さらに、カプセル内視鏡２０に、上述した第１実施形態と同様にモニタ用センサを配設すれば、適正と思われる電流量に設定された駆動電流１を信号０を用いずとも算出することができるということは云うまでもない。また、このとき光源駆動制御部２２は、エリアセンサ３からの出力と、モニタ用センサからの出力を比較してモニタ用センサの感度を校正するようにしてもよい。
【００５０】
【発明の効果】
以上、述べたように本発明によれば、複数の露光条件下で連続撮影できるように光源光量を調節する機能を有するカプセル内視鏡を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施の形態を示すカプセル内視鏡の電気回路の構成の概略を示すブロック図、
【図２】図１のカプセル内視鏡におけるモニタ用センサを用いて露光量をモニタし、光源の駆動電流の供給時間で露光量を制御する方法を示したタイミングチャート、
【図３】本発明の第２実施の形態を示すカプセル内視鏡の電気回路の構成の概略を示すブロック図、
【図４】図３のカプセル内視鏡におけるエリアセンサを用いて露光量をモニタし、光源の駆動電流量の振幅で露光量を制御する方法を示したタイミングチャート。
【符号の説明】
１，２１…駆動制御・信号処理ユニット（駆動制御・信号処理回路）
２，２２…光源駆動制御部
３…エリアセンサ（撮像部）（光電変換素子）
４…モニタ用光電変換素子（光電変換素子）
５…光源
６…対物レンズ（撮影光学系）
８…電源
１０，２０…カプセル内視鏡[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a capsule endoscope, and more particularly, to a capsule endoscope having a tablet capsule shape in which at least an imaging device and a light source are incorporated.
[0002]
[Prior art]
As is well known, an electronic endoscope comprising a tubular insertion portion provided with an image pickup device or the like at the tip, and an operation portion connected to the insertion portion, and an image processing device and a display device connected thereto are provided. An endoscope apparatus that can inspect an affected part or the like by inserting an insertion part into the body cavity from the oral cavity of the subject, observing a desired part in the body cavity, and taking an image is put into practical use. However, such an endoscope apparatus has a limit in the range in which an operator can perform observations and examinations because there are restrictions on the length and thickness of the insertion portion inserted into the body cavity. It was.
[0003]
Under these circumstances, for example, a so-called capsule endoscope has recently been developed in which a photographing optical system, a solid-state imaging device, and a light source for irradiating a body cavity are housed inside a tablet capsule-shaped housing. ing. This capsule endoscope is inserted into a body cavity by means such as swallowing by a subject, and the affected part can be imaged to perform observation, inspection, etc. in the body cavity. Therefore, it has been difficult to perform observation or examination with a conventional endoscope having an insertion portion, for example, observation or examination of an organ such as the small intestine can be performed relatively easily.
[0004]
However, when imaging in a body cavity using such a capsule endoscope, if uneven illumination of the light source or uneven reflection of light on the tissue surface in the body cavity occurs, imaging can be performed under appropriate exposure conditions. difficult. In other words, if overexposure occurs in the captured image due to sensor saturation of the image sensor due to inappropriate exposure conditions, the state in the body cavity cannot be accurately diagnosed, and there is a problem that a reexamination is required. is there.
[0005]
In view of such a problem, in Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-260260, when photographing, a plurality of images are obtained by changing the exposure amount by performing so-called auto bracketing in which an irradiation cycle is executed at a plurality of different irradiation times or luminosities. Proposals have been made to shoot and find an appropriate exposure condition.
[0006]
[Patent Document 1]
JP 2001-224553 A
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the capsule endoscope disclosed in Patent Document 1, there is no description about a specific light source control method, and it is not certain whether or not an image can be captured under appropriate exposure conditions. Also, no consideration is given to overexposure.
[0008]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a capsule endoscope having a function of adjusting the light source light amount so that continuous photographing can be performed under a plurality of exposure conditions.
[0009]
[Means for solving the problems and actions]
In order to achieve the above object, a capsule endoscope according to the present invention is a capsule endoscope having at least a photographing optical system, a light source, an imaging unit, and a power source, and a photoelectric conversion element that monitors an exposure state of a subject. A light source drive control unit that calculates an exposure condition and controls a light source based on an output signal from the photoelectric conversion element, and continuously shoots a subject under the plurality of exposure conditions calculated by the light source drive control unit. And the light source drive control unit performs the calculation of the plurality of exposure conditions and the drive control of the light source by modulating the supply time of the drive current of the light source and / or the amplitude of the drive current of the light source. Further, the drive control of the light source by the light source drive control unit is a light emission amount or an irradiation time of the light source, and the photoelectric conversion Child, characterized in that either share the solid-state imaging device of the imaging unit, or a solid-state image capturing device is a photoelectric conversion element which is separately disposed.
[0010]
The capsule endoscope according to the present invention is provided separately from the light source that irradiates the subject, the imaging unit that images the subject irradiated by the light source, and the imaging unit or the imaging unit. A photoelectric conversion element that monitors the above, a drive control of the imaging unit, a drive control / signal processing circuit that calculates an exposure condition of an object based on an output signal from the photoelectric conversion element, an output signal from the photoelectric conversion element, And a light source drive control unit that performs calculation of subject exposure conditions and light source drive control using a synchronization signal from the drive control / signal processing circuit, and a plurality of the exposures calculated by the light source drive control unit It is characterized in that the subject is continuously photographed under conditions.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention will be described below with reference to the illustrated embodiments.
FIG. 1 is a block diagram showing an outline of the configuration of the electric circuit of the capsule endoscope showing the first embodiment of the present invention.
[0012]
As shown in FIG. 1, a capsule endoscope 10 has a casing 9 made of a capsule-shaped resin or the like whose outer shape is a capsule-shaped tablet shape and whose longitudinal section has a substantially elliptical shape. Is formed of a transparent member 9a.
[0013]
The inside of the casing 9 is illuminated by a light source 5 made of, for example, an LED, which illuminates a subject to be imaged such as a digestive organ in a body cavity at the front portion facing the transparent member 9a. An imaging optical system (hereinafter referred to as an objective lens) 6 that forms an optical image of an object and an image is captured through the objective lens 6 and a predetermined photoelectric conversion process is performed to generate an image signal. An area sensor 3 composed of a CMOS sensor and a monitor photoelectric conversion element (hereinafter referred to as a monitor sensor) 4 composed of, for example, a photodiode for exposure / AE disposed in the vicinity of the area sensor 3 are arranged. Behind these, a light source drive control unit 2 that controls and drives the light quantity of the light source 5 by receiving an output from the monitor sensor 4, and a drive control circuit and signals of the area sensor 3 A drive control / signal processing unit 1 having a logic circuit and an image signal output from the drive control / signal processing unit 1 are received and directed to a predetermined reception recording apparatus (not shown) provided outside the body cavity. Thus, for example, a communication unit 7 that transmits and outputs using wireless communication, and a power supply 8 including a power supply battery 8a and a power supply battery 8b are provided, and the main part of the capsule endoscope 10 is configured.
[0014]
In the capsule endoscope 10 configured as described above, light (reflected light) from inside the body cavity is incident on the area sensor 3 and the monitor sensor 4 via the objective lens 6. 3 is connected to the drive control / signal processing unit 1, and the drive control / signal processing unit 1 is connected to the communication unit 7 and the light source drive control unit 2. The power supply battery 8b is connected to the drive control / signal processing unit 1, the area sensor 3, and the communication unit 7, and the monitor sensor 4 is connected to the light source drive control unit 2 to drive the light source. The control unit 2 is connected to the power battery 8 a and the light source 5. The light source 5 irradiates the body cavity.
[0015]
The area sensor 3 is disposed at a focal position behind the objective lens 6, and the drive control / signal processing unit 1 receives an image signal output from the area sensor 3 and performs predetermined image signal processing, etc. It serves to output the image signal subjected to the image processing to a communication unit 7 described later, and performs drive control processing for the area sensor 3.
[0016]
The light source drive control unit 2 determines a plurality of exposure conditions (exposure amount / exposure time), which will be described later, based on the output signal of the monitor sensor 4, and the drive signal from the drive control / signal processing unit 1 The light emission timing of the light source 5 is controlled in synchronization with the sensor operation. The plurality of exposure conditions are stored in the drive control / signal processing unit 1. Furthermore, the drive control / signal processing unit 1 drives the area sensor 3 to image the body cavity under a plurality of exposure conditions.
[0017]
The light source drive control unit 2 receives the synchronization signal from the drive control / signal processing unit 1 and the output from the monitor sensor 4 and modulates the drive current supply time and / or the amplitude of the drive current of the light source 5. Thus, calculation of a plurality of exposure conditions, which will be described later, and control and driving of the light source are performed.
[0018]
The light source drive control unit 2 may be provided with a capacitor for charging the electric charge. If the capacitor is provided in this manner, the load of the power supply battery 8a described later can be reduced, so that the current control of the light source 5 is stable, and a large charge can be instantaneously supplied to the light source 5.
[0019]
The monitor sensor 4 is composed of, for example, a photodiode, a phototransistor, a CCD sensor, a CMOS sensor, or other amplification type image sensor, and is disposed so as to be close to the periphery of the area sensor 3.
[0020]
In general, a capsule endoscope must have a structure as small as possible. Therefore, a dark lens having a small lens diameter is used as an objective lens used for a capsule endoscope. Therefore, the brightness of the light collected by the lens is such that the amount of light at the peripheral portion is extremely reduced as compared with the central portion of the area sensor 3 to be imaged. It is necessary to dispose in the vicinity of the area sensor 3 disposed in FIG.
[0021]
The monitor sensor 4 is composed of one or a plurality of sensors. If one sensor is used, the calculation of the output is simplified. If there are a plurality of sensors, the average value of the output signal or the known load average value is obtained. Etc., the exposure amount of the area sensor 3 is determined, so that the exposure monitor accuracy is improved.
[0022]
The power source 8 includes a power source battery 8 a that supplies predetermined power to the light source drive control unit 2, and a power source battery 8 b that supplies predetermined power to the drive control / signal processing unit 1, the area sensor 3, and the communication unit 7. Yes. In general, it is difficult to achieve both stable operation of the area sensor and high output of the light source. Therefore, by disposing the power source battery 8a for the light source separately from the power source battery 8b for other circuits in this way, the malfunction of the area sensor 3 due to the voltage drop generated when the light source 5 is driven can be reduced. Can be prevented. A plurality of light sources 5 may be provided. The power source 8 is not limited to a battery, and may use an external power supply. The power source 8 can supply predetermined power to the drive control / signal processing unit 1, the area sensor 3, the communication unit 7, and the light source drive control unit 2. Anything can be used as long as it can be incorporated in the body 9.
[0023]
Next, a method for controlling the exposure amount of the capsule endoscope 10 configured as described above will be described. FIG. 2 monitors the exposure amount using the monitor sensor 4 of FIG. It is the timing chart which showed the method of controlling exposure amount by changing supply time.
[0024]
As shown in FIG. 2, when the light source 5 is first caused to emit light and reflected light from the inner wall of the body cavity enters the monitor sensor 4, the integrated output of the monitor sensor 4 starts to increase. The light source drive control unit 2 measures a period (* 1) until the integral output of the monitor sensor 4 reaches an arbitrarily set exposure level, and causes a drive current 1 having a constant amplitude X to flow through the light source 5 (* 2). That is, a certain amount of driving current is passed. During this time, the first imaging by the area sensor 3 is performed. When the integrated output reaches the set exposure level, the light source drive control unit 2 sets the light source drive current to zero. At this time, the light source drive control unit 2 stores the period (* 1) as the reference exposure time. Here, the measurement of the period (* 1) can be performed by, for example, a counter provided in the light source drive control unit 2. Specifically, the counter is reset at the same time as the light source 5 emits light, and pulse counting is started. That is, the light emission time of the light source 5 is measured as the number of pulses. Note that the measurement of the exposure time is not limited to this, and it goes without saying that any method may be used. The arbitrarily set exposure level is a value that is set so that most of the output signal from the area sensor 3 is not saturated. For example, the exposure level is set to 7 from the half value of the value at which the output signal from the area sensor 3 is saturated. It is set to about 10%. Alternatively, the value stored in the drive control / signal processing unit 1 and previously taken may be set as a reference. The signal charge exposed and imaged in accordance with the driving current 1 is accumulated in the area sensor 3 in the accumulation period 1 (* 3), and further in the readout period 1 as the signal 1 by the drive control / signal processing unit 1. It is read (* 4), and then transmitted from the communication unit 7 outside the body cavity. The signal 1 is a signal whose average level is within a range (appropriate output range) until the output of the area sensor 3 is saturated.
[0025]
Next, the light source drive control unit 2 applies the drive current to the light source 5 for a period of several to several tenths of the reference exposure time, that is, the period (* 1), based on the reference exposure time so as to be underexposure. A drive current 2 having the same amplitude X as 1 is supplied (* 5). During this time, the second imaging by the area sensor 3 is performed with the exposure under. The signal charge exposed and imaged in accordance with the driving current 2 is accumulated in the area sensor 3 in the accumulation period 2 (* 6), and further in the readout period 2 as the signal 2 by the drive control / signal processing unit 1. It is read (* 7), and then transmitted from the communication unit 7 to the outside of the body cavity. Since this signal 2 is a signal output at the time of underexposure, the output image is not crushed.
[0026]
Next, the light source drive control unit 2 causes the light source 5 to drive the drive current 1 and drive for a period of several to several tens of times the reference exposure time, that is, the period (* 1), based on the reference exposure time so that the overexposure occurs. A drive current 3 having the same amplitude X as that of the current 2 is supplied (* 8). During this time, the third imaging by the area sensor 3 is performed with overexposure. The signal charges exposed and imaged in accordance with the driving current 3 are accumulated in the area sensor 3 in the accumulation period 3 (* 9), and further in the readout period 3 as the signal 3 by the drive control / signal processing unit 1. It is read (* 10), and then transmitted from the communication unit 7 to the outside of the body cavity. Since the signal 3 is a signal output at the time of overexposure, the output image has no blackout.
[0027]
Then, finally, images of three patterns (set exposure level / underexposure / overexposure) transmitted outside the body cavity are synthesized, or an image with uniform brightness is selected from the three patterns. Thereby, in the capsule endoscope 10 of the present embodiment, it is possible to acquire image data for generating an image with a wide dynamic range without being crushed. The transfer of the image outside the body cavity may be performed after the ROM is provided in the communication unit 7 and the three patterns of images are once stored in the ROM.
[0028]
Further, the above-described accumulation periods 1, 2, and 3 may be changed according to the supply time of the drive current to the light source. As a result, the readout periods 1, 2, and 3 can be shortened, so that the body cavity can be imaged in a short period of time without waste.
[0029]
As described above, in the capsule endoscope 10 according to the present embodiment, the monitor sensor 4 for monitoring the exposure amount and the output from the monitor sensor 4 are synchronized with the drive control / signal processing unit 1, A light source drive control unit 2 is provided for controlling the exposure amount set by adjusting the amount of current flowing through the light source 5 and the timing (current supply time modulation) and other exposure amounts.
[0030]
Therefore, in the capsule endoscope 10 of the present embodiment, the exposure amount can be adjusted only by changing the light amount of the light source 5, and the drive control of the light source 5 is performed by controlling various circuits of the area sensor 3. Therefore, the exposure time can be shortened with a simple system configuration. In addition, as a result, it is possible to continuously acquire images with less blurring, and thus it is possible to obtain image data for generating a good wide dynamic range image. Thus, the capsule endoscope 10 has no exposure failure in the obtained image, and can reliably image the inside of the body cavity under appropriate exposure conditions.
[0031]
In the present embodiment, the exposure amount of the light source 5 is set to three patterns of the set exposure amount level / underexposure / overexposure, and then the image is taken. However, the present invention is not limited to this. Can be set to any number of patterns as required.
[0032]
In addition, the light emission amount control of the light source 5 by the light source drive control unit 2 is such that the magnitude of the current X is constant and the supply time of the drive current of the light source is modulated. The exposure time may be controlled by modulating the amplitude of the drive current, that is, by changing the amount of current (the magnitude of the current) flowing through the light source. Furthermore, the exposure amount may be changed by determining the current supply time and controlling the drive current amount according to the determined supply time.
[0033]
FIG. 3 is a block diagram showing an outline of the configuration of the electric circuit of the capsule endoscope showing the second embodiment of the present invention.
[0034]
The configuration and operation of the capsule endoscope of the second embodiment are almost the same as those of the capsule endoscope of the first embodiment shown in FIG. 1, but in this embodiment, instead of the monitor sensor, The only difference is that the exposure / AE is performed by the area sensor, and the amount of current flowing through the light source 5 is adjusted based on the output from the area sensor. Therefore, only this difference is demonstrated, the same code | symbol is attached | subjected to the component similar to the structure of 1st Embodiment, and the description is abbreviate | omitted.
[0035]
Inside the capsule endoscope 20 in the present embodiment, a light source 5 made of, for example, an LED that illuminates a subject to be imaged such as a digestive organ in the body cavity at the front portion facing the transparent member 9a, and the light source 5 An area sensor 3 is provided for capturing an optical image of the object illuminated by the objective lens 6 and performing a predetermined photoelectric conversion process to generate an image signal and monitoring the exposure amount. In the rear of these, a light source drive control unit 22 that receives the output from the area sensor 3 and controls and drives the light amount of the light source 5, and a drive control / control circuit having a drive control circuit and a signal processing circuit for the area sensor 3 The signal processing unit 21 and the image signal output from the drive control / signal processing unit 21 are received and directed to a predetermined reception recording device (not shown) provided outside the body cavity, for example, wirelessly A communication unit 7 for transmitting output using the signal, power battery 8a, the power source 8 made of the power supply battery 8b is disposed, the main part of the capsule endoscope 20 is configured.
[0036]
The drive control / signal processing unit 21 determines a plurality of exposure conditions (exposure amount / exposure time) to be described later based on the output signal of the area sensor 3, and the light emission timing of the light source 5 in synchronization with the photoelectric drive control unit 22. To control. The plurality of exposure conditions are stored in the drive control / signal processing unit 21. Further, the drive control / signal processing unit 21 drives the area sensor 3 to image the body cavity under a plurality of exposure conditions.
[0037]
The light source drive control unit 22 receives the synchronization signal of the drive control / signal processing unit 21 and the output from the area sensor 3 sharing the monitor sensor, and supplies the drive current of the light source 5 and / or the amplitude of the drive current. By modulating the amount, calculation of a plurality of exposure conditions, which will be described later, and control and driving of the light source are performed.
[0038]
The other configurations and operations of the capsule endoscope 20 and the connection modes of the respective constituent members are the same as those of the first embodiment of the present invention described above.
[0039]
Next, a method for controlling the exposure amount of the capsule endoscope 20 configured as described above will be described. FIG. 4 shows the exposure amount monitored by using the area sensor 3 of the capsule endoscope 20 of FIG. 6 is a timing chart showing a method for controlling the exposure amount by changing the amplitude of the drive current of No. 5;
[0040]
As shown in FIG. 4, first, the light source drive control unit 22 causes the drive current 0 to flow through the light source 5 for a predetermined time t0 with a small amount of current arbitrarily set initially (* 21). During this time, the first imaging by the area sensor 3 is performed. That is, the light source 5 emits light in response to the driving current 0, and the signal charges that are exposed and imaged are accumulated in the area sensor 3 in the accumulation period 0 (* 22), and are further driven in the readout period 0. It is read as signal 0 by the control / signal processing unit 21 (* 23), and then transmitted from the communication unit 7 to the outside of the body cavity. The signal 0 is a signal whose average level is within a range (appropriate output range) until the output of the area sensor 3 is saturated.
[0041]
Next, the light source drive control unit 22 supplies the drive current 1 set to an appropriate current amount based on the image information (signal average / maximum / minimum value) obtained from the signal 0 at the drive current 0 to the light source 5. For a predetermined time t1 (t1 = t0) (* 24). During this time, the second imaging by the area sensor 3 is performed. Thereafter, the signal charge exposed and imaged according to the drive current 1 is accumulated in the area sensor 3 in the accumulation period 1 (* 25), and further, the signal is output by the drive control / signal processing unit 21 in the readout period 1. 1 (* 26), and then transmitted from the communication unit 7 outside the body cavity.
[0042]
Subsequently, the light source drive control unit 22 supplies the light source 5 with the drive current 2 set to several to several tenths of the current amount set in the above (* 24) so as to be underexposure. (t27 = t1 = t2) (* 27). During this time, the third imaging by the area sensor 3 is performed with the exposure under. Thereafter, the signal charge exposed and imaged according to the driving current 2 is accumulated in the area sensor 3 in the accumulation period 2 (* 28), and further, the signal is outputted by the drive control / signal processing unit 21 in the readout period 2. 2 (* 29), and further transmitted from the communication unit 7 outside the body cavity. Since this signal 2 is a signal output at the time of underexposure, the output image is not crushed.
[0043]
Further, the light source drive control unit 22 supplies the drive current 3 set to several to several tens of times the current amount set in (* 24) to the light source 5 for a predetermined time t3 (t0 = t1) so that overexposure occurs. = T2 = t3) (* 30). During this time, the fourth imaging by the area sensor 3 is performed with overexposure. Thereafter, the signal charge exposed and imaged according to the driving current 3 is accumulated in the area sensor 3 in the accumulation period 3 (* 31), and further, the signal is outputted by the drive control / signal processing unit 21 in the readout period 3. 3 (* 32), and then transmitted from the communication unit 7 to the outside of the body cavity. Since the signal 3 is a signal output at the time of overexposure, the output image has no blackout.
[0044]
Then, finally, images of three patterns (appropriately set exposure / underexposure / overexposure) transmitted outside the body cavity are synthesized, or an image with uniform brightness is selected from the three patterns. Thus, the capsule endoscope 20 according to the present embodiment can acquire image data for generating an image with a wide dynamic range that is not crushed. The transfer of the image outside the body cavity may be performed after, for example, a ROM is provided in the communication unit 7 and the three patterns of images are once stored in the ROM.
[0045]
As described above, in the capsule endoscope 20 according to the present embodiment, the amount and timing of the current flowing through the light source 5 is adjusted in synchronization with the drive control / signal processing unit 21 based on the output from the area sensor 3 (current A light source drive control unit 22 that can control a set exposure amount and a plurality of other exposure amounts by performing supply time modulation) is provided.
[0046]
Therefore, since the drive control of the light source 5 can be performed by the light source drive control unit 22 independently of other drive circuit controls of the drive control / signal processing unit 21, the exposure time can be shortened than usual. In addition, since it is possible to continuously acquire images with less blur, it is possible to obtain image data for generating a good wide dynamic range image. As described above, the capsule endoscope 20 according to the present embodiment has no poor exposure in the obtained image, and can reliably image the inside of the body cavity under appropriate exposure conditions.
[0047]
In the present embodiment, the light emission amount of the light source 5 is set to three patterns of set exposure amount / underexposure / overexposure, but the image is not limited to this, but the exposure amount is necessary. Any number of patterns may be set according to the conditions.
[0048]
In addition, the light emission amount control of the light source 5 by the light source drive control unit 22 is performed with the current flowing time constant (t1 = t2 = t3) and is performed according to the modulation of the amplitude amount of the light source drive current. However, the present invention is not limited to this, and the amplitude of the drive current of the light source may be made constant, and the exposure amount may be controlled in accordance with the modulation of the drive current supply time, that is, the light emission amount (current magnitude) of the light source. Furthermore, the exposure time may be changed by determining the light emission time and then controlling the drive current amount of the light source 5 in accordance with the determined light emission time.
[0049]
Further, if the capsule endoscope 20 is provided with a monitoring sensor as in the first embodiment, the driving current 1 set to an appropriate current amount can be calculated without using the signal 0. Needless to say, you can. At this time, the light source drive control unit 22 may calibrate the sensitivity of the monitoring sensor by comparing the output from the area sensor 3 with the output from the monitoring sensor.
[0050]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a capsule endoscope having a function of adjusting the light source light amount so that continuous photographing can be performed under a plurality of exposure conditions.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an outline of a configuration of an electric circuit of a capsule endoscope showing a first embodiment of the present invention;
FIG. 2 is a timing chart showing a method for monitoring an exposure amount using a monitoring sensor in the capsule endoscope of FIG.
FIG. 3 is a block diagram showing an outline of the configuration of an electric circuit of a capsule endoscope showing a second embodiment of the present invention;
4 is a timing chart showing a method of monitoring an exposure amount by using an area sensor in the capsule endoscope of FIG. 3 and controlling the exposure amount with an amplitude of a driving current amount of a light source.
[Explanation of symbols]
1, 21 ... Drive control / signal processing unit (drive control / signal processing circuit)
2, 22 ... Light source drive control unit
3. Area sensor (imaging unit) (photoelectric conversion element)
4 ... photoelectric conversion element for monitoring (photoelectric conversion element)
5 ... Light source
6 ... Objective lens (photographing optical system)
8 ... Power supply
10, 20 ... Capsule endoscope