[发明专利]内窥镜装置及其操作方法

说明书

技术领域

本发明涉及内窥镜装置及其操作方法。

背景技术

电子内窥镜装置包括图像捕获单元，其安装在内窥镜观测仪器的插入对象的体腔中的末端部处。由图像捕获单元捕获的图像信号被发送至与内窥镜观测仪器连接的处理器装置，并处理且随后显示在显示单元上。

用于内窥镜装置的图像捕获单元主要分成CCD式和CMOS式，但近年来主要使用CMOS式。在CMOS式图像捕获单元中读出图像捕获信号到外面的驱动方法包括全局快门方法和卷帘快门方法。

全局快门方法在CMOS式图像捕获单元中对一个屏幕中的所有像素同时进行复位以开始曝光操作，即，使一个屏幕中的所有像素的电荷开始聚集。因此，全局快门方法的优点在于，所有像素(光电二极管：PD)从图像捕获单元的聚集开始到图像捕获单元的聚集结束的计时和周期变得彼此相等。然而，需要提供主容量和在每一个像素的区域中传递主容量的FET，这可能会影响大面积的图像捕获单元。因此，该结构可能不利于将图像捕获单元安装在具有小直径的内窥镜观测仪器中。

根据卷帘快门方法，CMOS式图像捕获单元对至少一条扫描线或每一个像素顺序地进行曝光，使得该扫描线或像素被顺序地复位，并且电荷开始聚集以读出聚集的电荷(也被称为局部平面快门方法)。

卷帘快门方法通常用于数字相机，但当卷帘快门方法用于内窥镜装置时，可能出现问题。内窥镜观测仪器插入黑暗部分中，如体腔的内部，使得需要从观测仪器的末端部照射照明光以捕获图像。为闪烁光的脉冲光可以用作照明光，如在专利文献1(JP-A-2011-30985)中描述的那样。如果脉冲光的开/关计时与卷帘快门的顺序读出计时不同步，则照明光的量可能会导致问题。

图7是图示卷帘快门方法的问题的示例的示意图。在该卷帘快门方法的情况中，即使开始电荷的聚集的计时可以大约与扫描线(水平像素行)偏离，则仍然要求为每条扫描线照射相同的光量。

照明光是脉冲调制驱动式脉冲光。因此，驱动信号的脉冲宽度、脉冲数量和脉冲密度可以被控制以彼此相同，使得各条扫描线的总光量在曝光周期期间变得相同。然而，照射的脉冲光的量需要根据至对象的距离或将被观察的图像的亮度动态地改变，使得难以在读出顺序偏移少量位的各条扫描线中均匀地分配脉冲光。如果在控制辐照量以改变的同时未控制照射的脉冲光以在各条扫描线中相同，则在将被观察的图像中产生亮度不规则性或条纹图案，使得被捕获的图像的质量恶化。

图8是图示卷帘快门方法的另一个问题的示意图。图8图示作为示例的内窥镜装置，其可选地使用具有不同发射颜色以照射脉冲光的多个光源。在图8中图示的示例中，交替地重复光源A的1/60秒的辐照操作两次和光源B的1/60秒的辐照操作两次。在卷帘快门式图像捕获单元中，开始电荷聚集的计时和结束电荷聚集的计时以扫描线的顺序偏移，使得每一个帧产生无效帧图像，在无效帧图像中光源A的脉冲光辐射和光源B的脉冲光辐射混合。该无效帧图像(在附图中由“NG”表示)不用作内窥镜的观察图像，使得作为有效帧图像(在附图中由“OK”表示)的速率的有效帧频降低至一半。

通过采用图9的驱动方法可以解决这种问题。例如，1/60的帧周期被分成1/120秒的前半周期和1/120秒的后半周期，并且每条扫描线中的电荷聚集同时开始，且在第一个1/120秒周期内照射脉冲光。随后，在下一个1/120秒的后半周期期间可以以扫描线的顺序读出每条扫描线的聚集电荷。

图9中图示的驱动方法可以在内窥镜装置中目前广泛使用的具有30万个记录像素的图像捕获单元中进行，没有任何问题。然而，难以将该驱动方法应用于提供1百万像素或更多像素的高像素图像捕获单元，这种高像素图像捕获单元可以以高清晰度(HD)图像质量捕获图像。这是因为在提供1百万像素或更多像素的高像素图像捕获单元的情况中，从所有像素中读出的数据的量是巨大的，使得难以在帧周期为1/120秒的后半周期期间从图像捕获单元输出聚集电荷的所有信号并将所述信号发送至处理器装置。以下，将描述记录像素的数量是一百三十万像素的示例。

在增加传输速率以将图像捕获信号传输至内窥镜装置的离内窥镜观测仪器的末端部3至4m远的主体以便延长传输信号的时间时存在限制。即使可以通过增加用于传输信号的信号线的数量以进行并行传输来解决传输信号的时间的问题，但如果信号线的数量增加，则内窥镜观测仪器的容纳信号线的插入单元的直径增加。因此，信号线的增加与对减小插入单元的直径的需求相违背。

发明内容