JP2006110149A - 遮光部材を備えた電子内視鏡装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 照明光を遮光する遮光部材を動作させるとき、効率的かつ適切に遮光部材を動作させる。
【解決手段】 ランプからの照明光を遮断するチョッパを設け、チョッパの動作をＰＷＭ駆動回路によって制御する。動画像を表示する場合、チョッパの遮光部材を退避位置で保持するため、Ａ信号を一連のパルス信号としてソレノイドへ出力する一方、Ｂ信号をＬｏｗレベルの信号として出力する。静止画像を表示する場合、チョッパの遮光部材を退避位置から遮光位置へ移動させるため、Ｂ信号を一連のパルス信号としてソレノイドへ出力する一方、Ａ信号をＬｏｗレベルの信号として出力する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、撮像素子を有するビデオスコープとビデオスコープが接続される電子内視鏡装置に関し、特に、撮像素子から画素信号を読み出す時に使用される遮光部材に関する。

電子内視鏡装置では、インターライン転送方式のＣＣＤを用いて観察画像を動画像としてモニタに表示するとともに、同一露光による１フレーム分の静止画像を表示、記録することが可能である。静止画像を表示、記録する場合、画素読み出しのために１フィールド期間遮光する必要があるため、半円状ロータリシャッタなどの遮光部材を動作させることにより照明光が遮断される。奇数ライン、偶数ラインの画素信号がそれぞれ１フィールド期間ごとに読み出され、その結果、高解像度のブレのない静止画像を得ることができる（特許文献１、特許文献２参照）。ロータリシャッタは、ＤＣモータなどによって駆動される。
特許第３３７０８７１号公報 特許第３３９８５５０号公報

ピボット型、クラッパ型ＤＣソレノイドなどを使用して遮光部材を動作させる場合、遮光部材は往復的な運動によって光を遮断し、その位置は断続的に切り替えられる。遮光部材の位置を切り替え、あるいは保持している期間は電圧が印加されるため、ソレノイドが発熱し、性能低下を起こす。また、遮光部材を瞬時に移動させるためにはソレノイドの抵抗を抑える必要があり、消費電力が増加する。

本発明の電子内視鏡装置は、撮像素子を有するビデオスコープを備えた電子内視鏡装置であって、被写体を照明するための照明光を射出する光源と、撮像素子から奇数ラインの画素信号、偶数ラインの画素信号を順に読み出すフィールド読み出し手段とを備える。例えばＣＣＤはインターライン転送型ＣＣＤであり、１フレーム読み出し期間にわたって全画素信号が読み出される。

電子内視鏡装置は、照明光を遮断する遮光部材と、遮光部材を、照明光を通過させる退避位置と照明光を遮る遮光位置とのいずれかに選択的に位置決めさせる駆動部と、撮像素子から同一露光により得られた１フレーム分の全画素信号を読み出すため、１フレーム分の画素信号読み出し期間のうち遮光期間だけ遮光部材を遮光位置に保持し、残りの期間には遮光部材を退避位置に保持するように駆動部を制御する駆動部制御手段とを備える。そして駆動部制御手段は、一連のパルス信号を駆動部へ出力することにより、遮光部材を遮光位置および退避位置に位置決めする。遮光部材は例えば、ライトガイドと光源との間に設けられ、プレート状に形成される。

例えば、駆動部は、退避位置および遮光位置の間を往復運動するようにピボット回転するＤＣソレノイドによって構成される。駆動制御手段は、いわゆるＰＷＭ制御コントローラであればよく、例えば駆動部を正逆転動作させるため、駆動部制御手段はプッシュプル型、フルブリッジ型ＰＷＭコントローラによって構成される。

遮光部材を遮光位置あるいは退避位置で保持している間、パルス信号が駆動部に出力される。これにより消費電力が低下され、駆動部の発熱が抑えられる。また、ＰＷＭ制御であることからデューティー比を調整可能であり、遮光部材の保持するためのトルクと遮光部材の動作を制御することができる。遮光位置から退避位置への移動、またはその逆方向への移動はスムーズに短期間で行うのがよいことから、例えば駆動部制御手段は、第１の一連のパルス信号および第２の一連のパルス信号の中で、最初のパルス信号のデューティー比を他のパルス信号に比べて相対的に大きくすればよい。

本発明の内視鏡用光源装置は、撮像素子を有するビデオスコープが接続される内視鏡用光源装置であって、被写体を照明するための照明光を射出する光源と、照明光を遮断する遮光部材と、遮光部材を、照明光を通過させる退避位置と照明光を遮る遮光位置いずれかに選択的に位置決めさせる駆動部と、撮像素子から同一露光により得られた１フレーム分の全画素信号を読み出すため、１フレーム分の画素信号読み出し期間のうち遮光期間だけ遮光部材を遮光位置に保持し、残りの期間には遮光部材を退避位置に保持するように駆動部を制御する駆動部制御手段とを備え、駆動部制御手段が、一連のパルス信号を駆動部へ出力することにより、遮光部材を遮光位置および退避位置に位置決めすることを特徴とする。

本発明の内視鏡用遮光部材駆動装置は、内視鏡用光源装置に設けられた光源から放射される照明光を遮断する遮光部材と、遮光部材を、照明光を通過させる退避位置と照明光を遮る遮光位置いずれかに選択的に位置決めさせる駆動部と、撮像素子から同一露光により得られた１フレーム分の全画素信号を読み出すため、１フレーム分の画素信号読み出し期間のうち遮光期間だけ遮光部材を遮光位置に保持し、残りの期間には遮光部材を退避位置に保持するように駆動部を制御する駆動部制御手段とを備え、駆動部制御手段が、一連のパルス信号を駆動部へ出力することにより、遮光部材を遮光位置および退避位置に位置決めすることを特徴とする。

本発明によれば、効率的かつ適切に遮光部材を動作させることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。

図１は、本実施形態である電子内視鏡装置のブロック図である。

電子内視鏡装置は、ＣＣＤ５４を有するビデオスコープ５０と、ＣＣＤ５４から読み出される画素信号を処理するとともに光源ユニットが一体的に設けられたプロセッサ１０とを備える。ビデオスコープ５０はプロセッサ１０に着脱自在に接続され、また、被写体像を表示するモニタ５２がプロセッサ１０に接続される。

ランプ点灯スイッチ（図示せず）がＯＮになると、ランプ制御部１１からランプ１２へ電源が供給されてランプ１２が点灯する。ランプ１２から放射された光は、ロータリシャッタ１５、集光レンズ１６を介してビデオスコープ５０内に設けられたライトガイド５１の入射端５１Ａに入射する。ライトガイド５１は、ランプ１２から放射される光をビデオスコープ５０の先端側へ伝達する光ファイバー束であり、ライトガイド５１を通った光は出射端５１Ｂから出射し、拡散レンズである配光レンズ（図示せず）を介して観察部位に光が照射する。

観察部位において反射した光は対物レンズ（図示せず）を介してＣＣＤ５４に到達し、観察部位の像がＣＣＤ５４の受光面に形成される。本実施形態では、カラー撮像方式として単板同時式かつ色差線順次方式が適用されており、ＣＣＤの受光面上にはイエロー（Ｙｅ）、シアン（Ｃｙ）、マゼンタ（Ｍｇ）、グリーン（Ｇ）の色要素が市松状に並べられた補色カラーフィルタ（図示せず）が受光面の各画素に対応するよう配置されている。ＣＣＤ５４では、補色カラーフィルタを通る色に応じた被写体像の画素信号が光電変換により発生する。ＣＣＤ５４は、ここではインターライン転送型ＣＣＤが適用されている。

カラーテレビジョン方式として例えばＮＴＳＣ方式が適用されており、動画像をモニタ５２に表示させる場合、フィールド読み出しが行われ、ＣＣＤドライバ５９から送られてくる駆動信号に従って、１／６０秒時間間隔ごとに隣接する画素が互いに加算された状態で奇数フィールド、偶数フィールドの画像信号が順次読み出され、増幅回路５５へ送られる。

増幅回路５５では、画素信号に対して増幅処理等が施され、画像素信号として初期信号処理回路５７へ送られる。初期信号処理回路５７では、画像信号に対し所定の処理が施され、プロセッサ１０のプロセッサ側信号処理回路２８へ送られる。

プロセッサ側信号処理回路２８では、初期信号処理回路５７から送られてくる画像信号に対し、ホワイトバランス調整、ガンマ補正など様々な処理が施され、アナログ映像信号が生成される。アナログ映像信号はモニタ５２へ出力され、これにより観察画像が動画像としてモニタ５２に表示される。

一方、フリーズボタン５３の押下によって静止画像をモニタ５２に表示させる場合、同一露光による１フレーム分の画素信号が読み出されるフレーム読み出しが行われる。すなわち、１回の露光で各画素に電荷が蓄積されると、ＣＣＤ５４の画素配列において奇数ラインの画素信号、次いで偶数ラインの画素信号が１フィールド分の画素信号として順番に読み出される。１フィールド分の奇数ライン、偶数ラインの画素信号はそれぞれ初期信号処理回路５７、プロセッサ側信号処理回路２８へ送られ、奇数フィールドの映像信号、偶数フィールドの映像信号としてモニタ５２へ出力される。

ＣＰＵを含むシステムコントロール回路２２は、プロセッサ１０の動作を制御し、ランプ制御部１１、プロセッサ側信号処理回路２８などの各回路に制御信号を出力する。プロセッサ側のタイミングコントロール回路（図示せず）では、信号の処理タイミングを調整するクロックパルス信号がプロセッサ１０内の各回路に出力され、また、ビデオ信号に付随される同期信号がプロセッサ側信号処理回路２８へ送られる。

ビデオスコープ５０には、ビデオスコープ５０を制御するスコープコントローラ５６が設けられており、初期信号処理回路５７、タイミングコントロール回路５８を制御する。タイミングコントロール回路５８は、スコープコントローラ５６から送られてくる制御信号に基づいてＣＣＤドライバ５９に駆動信号を出力し、ＣＣＤ５４の画素信号読み出し処理を制御する。ビデオスコープ５０がプロセッサ１０に接続されると、スコープコントローラ５６とシステムコントロール回路２２との間でデータが送受信される。

ロータリシャッタ１５はモータ(図示せず)に取り付けられており、モータドライバ２３から送られてくる駆動信号に基づいて一定速度で回転する。ロータリシャッタ１５と集光レンズ１６との間には、遮光用のチョッパ１７が設けられており、ＤＣソレノイドによって構成されている。チョッパ１７は、ＰＷＭ駆動回路２４から送られてくる一連のパルス信号に基づいて動作する。

図２は、ロータリシャッタ１５の平面図である。図３は、チョッパ１７の平面図である。

ロータリシャッタ１５では、その半円部１５Ｐが１フィールド期間（ＮＴＳＣ方式では１／６０秒）に対応し、照明光を透過する開口部１５Ａと照明光を遮断する遮光部１５Ｂによって半円部１５Ｐが構成されている。ロータリシャッタ１５は、１フレーム読み出し期間（ＮＴＳＣ方式では１／３０秒）で一回転し、ランプ１２から放射される照明光の光路上に開口部１５Ａ、遮光部１５Ｂが順番に通過する。その結果、遮光、光の透過が１フレーム読み出し期間に渡って２回繰り返される。１フィールド期間の間に露光期間と遮光期間が設けられ、これにより電子シャッタと同様に観察画像の明るさ調整が行われる。

静止画像を記録する場合、一方の開口部１５Ａを通った照明光により得られる（同一露光により得られる）１フレーム分の全画素信号が、１フレーム期間（ＮＴＳＣ方式では１／３０秒）かけて読み出される。１フィールド読み出し期間（ＮＴＳＣ方式では１／６０秒）でロータリシャッタ１５が半周することから、照明光の光路上に他方の開口部１５Ａが移動してきたとき、開口部１５Ａを遮蔽して照明光を遮断する必要がある。そのため、チョッパ１７が開口部１５Ａを覆うように動作する。図３では、チョッパ１７の退避位置が実線で表されており、開口部１５Ａを覆う遮光位置は破線によって表されている。

チョッパ１７は、駆動部としてＤＣソレノイド１７Ａを備え、その可動部であるプレート状遮光部材１７Ｂが軸１７Ｃを中心として回転するピボット型ＤＣソレノイドである。チョッパ１７が遮光のため動作した場合、遮光部材１７Ｂの先端部１７Ｄによってロータリシャッタ１５の開口部が覆われる。開口部チョッパ駆動回路２４はＰＷＭコントローラであり、パルス信号をＤＣソレノイド１７Ａに出力する。また、ＰＷＭ駆動回路２４はフルブリッジ型ドライバであり、遮光部材１７Ｂを正逆転方向に沿って断続的に往復運動させるため、２種類の一連のパルス信号を出力する。

図４は、チョッパ１７へ出力されるパルス信号を示すタイミングチャートである。以下では、遮光部材１７Ｂを退避位置から遮光位置へ軸回転させるとともに遮光位置で保持するパルス信号をＢ信号、遮光部材１７Ｂを遮光位置から退避位置へ軸回転させるとともに退避位置で保持するパルス信号をＡ信号とする。

遮光部材１７Ｂは、弾性部材などによって付勢、偏倚された状態で支持されておらず、ソレノイド１７Ａによって駆動されないと、軸１７Ｃに回転自在である。すなわち、退避位置あるいは遮光位置に安定して定まらない。そのため、図４に示すように、動画像を表示している間、遮光部材１７Ｂを退避位置でしっかりと保持するため、Ａ信号が所定のデューティー比をもつ一連のパルス信号としてＰＷＭ駆動回路２４からソレノイド１７Ａへ出力される。一方、Ｂ信号としては、Ｌｏｗレベルの信号がソレノイド１７Ａに出力される。

フリーズ動作によって静止画像を表示する場合、遮光部材１７Ｂを退避位置から遮光位置へ移動させるため、一連のパルス信号としてＢ信号がソレノイド１７Ａへ出力される一方、ＬｏｗレベルのＡ信号がソレノイド１７Ａへ出力される。このとき、Ｂ信号において、最初のパルス信号のパルス幅Ｂ、すなわちデューティー比は、Ｂ信号における他のパルス信号に比べて相対的に大きい。パルス幅Ｂは、遮光部材１７Ｂが退避位置から遮光位置への移動が終了するまでにかかる時間に従って定められる。遮光部材１７Ｂが遮光位置に定まると、同じデューティー比をもつパルス信号が出力される。

再び動画像を表示する場合、遮光部材１７Ａを遮光位置から退避位置へ移動させるため、一連のパルス信号としてＡ信号がソレノイド１７Ａへ出力される一方、ＬｏｗレベルのＢ信号がソレノイド１７Ａへ出力される。このとき、Ａ信号において、最初のパルス信号のパルス幅Ｂ’、すなわちデューティー比は、Ａ信号における他のパルス信号に比べて相対的に大きい。パルス幅Ｂ’（ここでは、Ｂ’＝Ｂ）は、遮光部材１７Ｂが遮光位置から退避位置への移動が終了するまでに掛かる時間に従って定められる。

このように本実施形態によれば、ランプ１２からの照明光を遮断するチョッパ１７が設けられ、チョッパ１７の動作がＰＷＭ駆動回路２４によって制御される。動画像を表示する場合、チョッパ１７の遮光部材１７Ｂを退避位置で保持するため、Ａ信号が一連のパルス信号としてソレノイド１７Ａへ出力される一方、Ｂ信号がＬｏｗレベルの信号として出力される。静止画像を表示する場合、チョッパ１７の遮光部材１７Ｂを退避位置から遮光位置へ移動させるため、Ｂ信号が一連のパルス信号としてソレノイド１７Ａへ出力される一方、Ａ信号がＬｏｗレベルの信号として出力される。

パルス信号でチョッパ１７を動作させるため、退避位置に遮光部材１７Ｂを保持している間の消費電力が削減され、また、発熱を抑えることができる。また、デューティー比を変えることができるため、デューティー比を変えることで遮光部材１７の保持トルク、遮光部材１７Ｂの動作スピードを制御することができる。遮光部材１７の位置を切り替えるときに最初のパルス信号のデューティー比を大きくしたので、遮光部材１７の移動が終了するまで一定の電圧が印加され、これによりパルス信号によっても最短時間で遮光部材１７Ｂを遮光位置まで移動させることができる。

本実施形態である電子内視鏡装置のブロック図である。 ロータリシャッタの平面図である。 チョッパの平面図である。 チョッパへ出力されるパルス信号を示すタイミングチャートである。

符号の説明

１０ プロセッサ
１２ ランプ（光源）
１５ ロータリシャッタ
１７ チョッパ
１７Ａ ＤＣソレノイド（駆動部）
１７Ｂ 遮光部材
２４ ＰＷＭ駆動回路（駆動部制御手段）
５０ ビデオスコープ
５２ モニタ
５４ ＣＣＤ（撮像素子）

Claims (7)

1. 撮像素子を有するビデオスコープを備えた電子内視鏡装置であって、
   被写体を照明するための照明光を射出する光源と、
   前記撮像素子から奇数ラインの画素信号、偶数ラインの画素信号を順に読み出すフィールド読み出し手段と、
   前記照明光を遮断する遮光部材と、
   前記遮光部材を、照明光を通過させる退避位置と照明光を遮る遮光位置とのいずれかに選択的に位置決めさせる駆動部と、
   前記撮像素子から同一露光により得られた１フレーム分の全画素信号を読み出すため、１フレーム分の画素信号読み出し期間のうち遮光期間だけ前記遮光部材を前記遮光位置に保持し、残りの期間には前記遮光部材を前記退避位置に保持するように前記駆動部を制御する駆動部制御手段とを備え、
   前記駆動部制御手段が、一連のパルス信号を前記駆動部へ出力することにより、前記遮光部材を前記遮光位置および退避位置に位置決めすることを特徴とする電子内視鏡装置。
2. 露光時間を調整するため、１フィールド分の画素信号読み出し期間において、照明光を交互に通過、遮断する開口部および遮断部とが形成された回転シャッタをさらに有し、
   前記駆動部が、前記開口部を覆うように前記遮光部材を前記遮光位置へ位置決めさせることを特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡装置。
3. 前記駆動部が、前記退避位置および前記遮光位置の間を往復運動するようにピボット回転するＤＣソレノイドであることを特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡装置。
4. 前記駆動部制御手段が、第１の一連のパルス信号と第２の一連のパルス信号を前記駆動部へ出力し、
   前記駆動部が、第１の一連のパルス信号に従って、前記遮光部材を前記退避位置から前記遮光位置へ移動させるとともに前記遮光位置で保持し、
   前記駆動部が、第２の一連のパルス信号に従って、前記遮光部材を前記遮光位置から前記退避位置へ移動させるとともに前記退避位置で保持することを特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡装置。
5. 前記駆動部制御手段が、前記第１の一連のパルス信号および前記第２の一連のパルス信号の中で、最初のパルス信号のデューティー比を他のパルス信号に比べて相対的に大きくすることを特徴とする請求項４に記載の電子内視鏡装置。
6. 撮像素子を有するビデオスコープが接続される内視鏡用光源装置であって、
   被写体を照明するための照明光を射出する光源と、
   前記照明光を遮断する遮光部材と、
   前記遮光部材を、照明光を通過させる退避位置と照明光を遮る遮光位置いずれかに選択的に位置決めさせる駆動部と、
   前記撮像素子から同一露光により得られた１フレーム分の全画素信号を読み出すため、１フレーム分の画素信号読み出し期間のうち遮光期間だけ前記遮光部材を前記遮光位置に保持し、残りの期間には前記遮光部材を前記退避位置に保持するように前記駆動部を制御する駆動部制御手段とを備え、
   前記駆動部制御手段が、一連のパルス信号を前記駆動部へ出力することにより、前記遮光部材を前記遮光位置および退避位置に位置決めすることを特徴とする内視鏡用光源装置。
7. 内視鏡用光源装置に設けられた光源から放射される照明光を遮断する遮光部材と、
   前記遮光部材を、照明光を通過させる退避位置と照明光を遮る遮光位置いずれかに選択的に位置決めさせる駆動部と、
   撮像素子から同一露光により得られた１フレーム分の全画素信号を読み出すため、１フレーム分の画素信号読み出し期間のうち遮光期間だけ前記遮光部材を前記遮光位置に保持し、残りの期間には前記遮光部材を前記退避位置に保持するように前記駆動部を制御する駆動部制御手段とを備え、
   前記駆動部制御手段が、一連のパルス信号を前記駆動部へ出力することにより、前記遮光部材を前記遮光位置および退避位置に位置決めすることを特徴とする内視鏡用遮光部材駆動装置。
   

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