JP2008073346A - 電子内視鏡装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体レーザ光源からのレーザ光の蛍光体への供給状況を検知し、半導体レーザ光源を制御する。
【解決手段】CCU５は、電源線１０１の断線／短絡を検知するための検出抵抗５５が電源線１０１に挿入されている。そして、検出抵抗５５における検出電位が２つのコンパレータ５６a、５６b（入力端子A）にて、２つの基準電圧５７a、５７b（入力端子B）と比較されて、比較結果がレーザ発振制御手段としてのLD制御部５８に出力されるようになっている。このLD制御部５８は、比較結果に基づき、LDドライバ６１を制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体レーザを光源とする電子内視鏡装置に関するものである。

内視鏡装置は、医療用分野及び工業用分野で広く使用されている。工業用分野で用いられる内視鏡装置としては、例えば特開２００４−２７５３５９号広報に開示されているように、細長の内視鏡挿入部をジェットエンジン内や発電所の配管などへ挿入して、被検部位の観察や各種処置を行えるものがある。また、医療用分野で用いられる内視鏡装置としては、例えば特開２００１−２１８７３５号公報の電子内視鏡システムのように、体腔内に挿入可能な挿入部を有し、該挿入部の先端部に配置された対物光学系により結像した体腔内の像を固体撮像素子等の撮像手段により撮像して撮像信号として出力し、該撮像信号に基づいてモニタ等の表示手段に体腔内の像の画像を表示するという作用及び構成を有する。

一方、上記内視鏡装置では、管腔内の被写体を照明する照明光が必要であり、また、照明された被写体の目視にて検査するためには、観察画像の色情報が重要となるため、従来は、キセノンランプやメタルハライドランプ等を使用した光源装置を用いていた。

また、小型で電力効率がよく、かつ鮮やかな色再現が可能な照明光源として、例えば特開２００５−２０５１９５号公報に開示されているように、レーザダイオード素子等の半導体レーザを用いた光源装置がある。

このような半導体レーザを用いた光源装置を備えた内視鏡装置では、半導体レーザから励起光レーザを発振させ、内視鏡の挿入部内に設置した通信用の光ファイバにてこの励起光レーザを先端に伝送し、挿入部先端内部に設けた蛍光体に励起光レーザに照射することで、この蛍光体からの白色光を被写体に照明するようになっている。
特開２００４−２７５３５９号広報 特開２００１−２１８７３５号公報 特開２００５−２０５１９５号公報

しかしながら、上記半導体レーザを光源とする内視鏡装置においては、内視鏡挿入部内に設置した通信用ファイバによりレーザ光を挿入部先端に伝送する必要があるが、内視鏡挿入部は可撓性を有するため、通信用ファイバが折れたり等の損傷があると、レーザ光を挿入部先端に伝送することができず、蛍光体より所望の白色光を発光できないばかりか、レーザ光が挿入部外部に漏れる恐れがあるといった問題がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、半導体レーザ光源からのレーザ光の蛍光体への供給状況を検知し、半導体レーザ光源を制御することのできる電子内視鏡装置を提供することを目的としている。

本発明の電子内視鏡装置は、
検査対象空間内に挿入される挿入部と、レーザ光を発振するレーザ発振部と、を備えた電子内視鏡装置において、
前記挿入部内を通る信号伝送手段と、
前記信号伝送手段によって伝送される信号の伝送状況を検知する状況検知手段と、
前記状況検知手段による検知結果に基づいて前記レーザ発振部の出力を制限するレーザ出力制御手段と、
を備えて構成される。

本発明によれば、半導体レーザ光源からのレーザ光の蛍光体への供給状況を検知し、半導体レーザ光源を制御することができるという効果がある。

以下、図面を参照しながら本発明の実施例について述べる。

図１ないし図３は本発明の実施例１に係わり、図１は内視鏡装置の構成を示す構成図、図２は図１の内視鏡装置の詳細な構成を示すブロック図、図３は図２の内視鏡装置の変形例の詳細な構成を示すブロック図である。

図１に示すように、本実施例の内視鏡装置１は、細長で可撓性を有する挿入部２と、挿入部２に連結された光源と信号処理部を有してモニタ４に観察画像を表示させる装置本体部３とからなる。

装置本体部３は、半導体レーザ素子であるレーザダイオード（以下、LDと記す）を駆動しレーザ光を発振するLD光源部６を有している。このLD光源部６から発振したレーザ光は、挿入部２内に設置したレーザ光伝送手段である通信用ファイバ７を伝送し、挿入部７の先端部内に設けた蛍光体フィルタ８に照射される。蛍光体フィルタ８は、照射されたレーザ光により白色光を発光し、図示しない被写体を照明する。

挿入部７の先端部内には、この蛍光体フィルタ８に隣接して、イメージセンサを備えた撮像ユニット９が設けられている。撮像ユニット９は、装置本体部３内に設けられている信号処理部であるカメラコントロールユニット（CCU）５により駆動され、CCU５は撮像ユニット９からの撮像信号を信号処理して内視鏡画像をモニタ４に表示するようになっている。

図２に示すように、撮像ユニット９は、イメージセンサとして、例えばCCD９aを有しており、CCU５は、CCD９aを駆動するCCDドライバ５１と、CCD９aからの撮像信号をプリアンプ５２を介してサンプリングするCDS５３と、CDS５３によりサンプリングされた信号を信号処理するビデオプロセッサ５４とを備えている。また、LD光源部６は、LD６２と、このLD６２を発振駆動するレーザ発振手段としてのLDドライバ６１とからなる。

CCU５と撮像ユニット９とはケーブル１００により接続され、ケーブル１００は、CCD９aへの電源線１０１、CCD９aを駆動するためのCCD駆動パルス線１０２、CCD９aからの撮像信号を伝送するためのCCD-OUT線１０３とを有して構成される。

本実施例のCCU５は、電源線１０１の断線／短絡を検知するための検出抵抗５５（例えば、抵抗値＝１０〜３０Ω）が電源線１０１に挿入されている。そして、検出抵抗５５における検出電位が２つのコンパレータ５６a、５６b（入力端子A）にて、２つの基準電圧５７a、５７b（入力端子B）と比較されて、比較結果がレーザ出力制御手段としてのLD制御部５８に出力されるようになっている。このLD制御部５８は、比較結果に基づき、LDドライバ６１を制御するように構成されている。

なお、本実施例では、状況検知手段は、検出抵抗５５、２つのコンパレータ５６a、５６b及び２つの基準電圧５７a、５７bにより構成される。

このように構成された本実施例の作用について説明する。

ケーブル１００の断線：
ケーブル１００が挿入部２内にて断線すると、CCD９aとCCU５とは電気的に切り離されることとなり、電源線１０１には電流が流れなくなる。すると、検出抵抗５５にも電流がその分流れなくなり、その結果として検出抵抗５５での電圧降下が減少し、２つのコンパレータ５６a、５６bのそれぞれの入力端子Aの電位が上昇する。

具体的には、例えばCCD９aの電源電圧を１５V、消費電流（電源線１０１に流れる電流）を１０mAとすると、検出抵抗５５の抵抗値を３０Ωとした場合、検出抵抗５５を通過した後の電位は、正常時には0.3V低くなる。

ケーブル１００が断線した場合、CCD９aがCCU５と切り離されるので、検出抵抗５５に流れる電流は０となり、その分入力端子Aの電位が上昇する。

そこで、コンパレータ５６aの基準電圧５７a（入力端子B）を、「正常時電位×1/4〜3/4（望ましくは正常時電位×1/2）」程度に設定しておけば、ケーブル１００の断線時に、基準電圧５７aを上回ることになり、コンパレータ５６aの比較結果が正常時とは反転する（異常検知）。

このコンパレータ５６aの比較結果は、LD制御部５８によって判断され、コンパレータ５６aにより異常検知がなされたと判断すると、LD制御部５８は、LDドライバ６１に対して、駆動停止の制御信号（OFF信号）を出力し、LDドライバ６１がLD６２の発振を停止する。

なお、LD制御部５８は、LDドライバ６１をトグル的（ON/OFF）に制御するのではなく、コンパレータ５６aの比較結果をA/D入力し、基準電圧との差分に基づき連続可変してLD６２の出力を徐々に絞るように制御してもよい。もちろん、LD出力を十分低いように制御してもよい。

また、LDの出力制御は、単にLDの電源を止めたり、LD駆動電流を減少させる他に、図示はしないが、LDと集光レンズと間に設けた絞り等の光量調整手段よって出力を絞るようにしてもよい。また、LDまたはLDドライバへの電力を供給する図示しない電源回路を停止したり、その電源回路の出力を、半導体のFET等で構成したスイッチ回路によりカットするようにしてもよい。

ケーブル１００の短絡：
ケーブル１００は、断線すると、開放されるだけでなく、むき出しになった裸線が同軸ケーブルの網線や挿入部外装の金属ブレード等とも接触しやすくなり、GNDと短絡する場合もある。ケーブル１００がGNDと短絡すると、検出抵抗５５には異常電流が流れることになる。電流は、通常は駆動回路の能力限界まで流れる。ケーブル１００のインピーダンスは数十Ω程度なので、検出抵抗５５の出力端は、電源電圧の半分以下となる。

そこで、コンパレータ５６bの基準電圧５７bを「電源電圧×1/2〜5/6（望ましくは電源電圧×2/3）」程度の電圧にしておけば、ケーブル１００のGNDとの短絡時には、コンパレータ５６bが正常値とは出力反転し、容易に異常を検知できる。

このコンパレータ５６bの比較結果は、LD制御部５８によって判断され、コンパレータ５６bにより異常検知がなされたと判断すると、LD制御部５８は、LDドライバ６１に対して、駆動停止の制御信号（OFF信号）を出力し、LDドライバ６１がLD６２の発振を停止する。

なお、ケーブル短絡時には、CCDドライバ５１側の保護回路が働くように設計しておけば、その結果を利用してLDドライバ６１を止めるようにしてもよい。

また、本実施例では、検出抵抗５５により電流の変化を検知するとしたが、これに限らず、例えば電流プローブ（カレントプローブ）等の電磁界現象の変化を利用した非接触式のセンサや検出器を用いて電流検知を行っても同様な作用を得ることができる。

このように本実施例によれば、検出抵抗と簡単なコンパレータだけで、ケーブルの断線だけでなく、GNDとの短絡も検知して、レーザ光の伝送異常の発生と見なし、LDの出力を制御することができる。

なお、電子内視鏡の場合、図３に示すように、先端部にCCD９aの他にHIC（ハイブリッドIC）８０が搭載される場合がある。HIC８０は、CCD９aの出力の増幅や、駆動パルスの波形成形回路等を含んでいる。このHIC８０の電源線１０５を検出用に用いても、本実施例と同様な作用／効果を得ることができる。

すなわち、図３は図２の変形例であって、撮像ユニット９の近傍にCCD駆動パルスの波形成形を行うHIC８０を設けている。このHIC８０は、ケーブル１０５を通すことによりなまった駆動波形を、短形波状にするようにしている。本例では、HIC８０画あるが、作用については図２の実施例と全く同じである。

図４及び図５は本発明の実施例２に係わり、図４は内視鏡装置の詳細な構成を示すブロック図、図５は図４のCCD駆動パルス線上のCCD駆動パルスの波形を示す図である。

実施例２は、実施例１とほとんど同じであるので、異なる点のみ説明し、同一の構成には同じ符号をつけ説明は省略する。

本実施例では、検出抵抗５５をCCD駆動パルス線１０２に挿入して設けている。その他の構成は実施例１と同じである。

図５にCCD駆動パルスの波形を示す。図５に示すように、CCD駆動パルスは、通常はLレベルとHレベルが固定されているパルスとなる。期間が短い実際のパルス有効期間に注目する必要があるため、本実施例では、CCDドライバ５１からパルス有効期間を示す信号S（図４参照）がLD制御部５８に入力され、LD制御部５８にてパルス有効期間を把握できるようにしている。

このように構成された本実施例の作用について説明する。

ケーブル１００の断線：
電源線１０１がCCD駆動パルス線１０２に代わるだけで、その他は実施例１と作用は同じなので、説明は省略するが、CCD駆動パルス線１０２における電圧上昇分の変化の割合は、実施例１の電源線１０１の場合より小さいため、基準電圧５７aの設定も微妙な設定が要求される。例えば、図示はしないが、コンパレータ５６aの前段に増幅回路を設け、変化分を増幅させてからコンパレータ５６aにて検知するようにしてもよい。また、実際のパルス有効期間内のみで異常検知を実施し、それ以外の期間ではこの検知処理を排除している。

ケーブル１００の短絡：
電源線１０１がCCD駆動パルス線１０２に代わるだけで、その他は実施例１と作用は同じなので、説明は省略するが、実際のパルス有効期間内のみで異常検知を実施し、それ以外の期間ではこの検知処理を排除している。

このように本実施例においても実施例１と同様な効果を得ることができる。

図６及び図７は本発明の実施例３に係わり、図６は内視鏡装置の詳細な構成を示すブロック図、図７は図６のCCD-OUT線上のCCD-OUT信号の波形を示す図である。

実施例３は、実施例１とほとんど同じであるので、異なる点のみ説明し、同一の構成には同じ符号をつけ説明は省略する。

本実施例では、検出抵抗５５の代わりに、プリアンプ５２の出力により異常検知を行う。なお、プリアンプ５２の出力は、微弱であるので、コンパレータ５６a、５６bの入力端子Aの前段にアンプ９０、９１を設け、信号振幅を大きくして異常検知を容易にしている。ここで、アンプ９０、９１を交流結合で接続する場合、APL（Average Picture Level）の変化でDC成分が変化してしまうため、コンパレータ５６a、５６bで正確な比較ができなくなる。そのような場合、本実施例では、図示はしないが、アンプ９０、９１とコンパレータ５６a、５６bとの間に、DC成分を固定するクランプ回路を設ける。

このように構成された本実施例の作用について説明する。

CCD-OUT線１０３のCCD-OUT信号は、通常、図７に示すように、CCD駆動パルスのリセットゲートパルスが貫通して、リセットゲートパルスが重畳される形で出力される。このCCD-OUT信号の波形形状は、例えばCCD９aが暗黒画像を撮像し真っ暗な状態の画像を出力しても残る波形である。つまりクロックが重畳された信号となっている。本実施例はこの特徴を利用して異常検知を行う。

ケーブル１００が断線して、開放（断線）し、あるいはGNDと接触（短絡）すると、CCD-OUT信号の中に含まれるリセットゲートパルスの波形がなくなり、単純な直流信号となる。

そこで、本実施例では、コンパレータ５６a、５６bにて、リセットゲートパルスのパルスであるクロック成分の有無が検出できるように、基準電圧５７a、５７bを設定する。

この設定により、ケーブル１００が断線すれば、クロック成分が検出できず、ケーブル１００の異常検知ができる。

なお、図７に示すように、クロック成分（リセットゲートパルス）には停止期間があるので、実施例２と同様にして停止間はLD制御部５８が異常検知しないようにしてもよいが、単に、コンパレータ出力がパルス的成分を持つかどうかで判断することもできる。

なお、本実施例では、CCDからの直接の出力信号を用いた場合を例に説明したが、CCD出力を一度HIC（図３参照）に入力してインピーダンス変換してHICから出力されるように構成した内視鏡の場合にも全く同様に、応用、利用できる。

このように本実施例においても、クロック成分がCCD-OUT信号に重畳されていることに着目し、このクロック成分の有無を検出して異常検知するので、実施例１と同様な効果を得ることができる。

なお、前述した各実施例では、イメージセンサとして、CCDを例に説明したが、これに限らず、C-MOSセンサによりイメージセンサを構成してもよい。

本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。

本発明の実施例１に係る内視鏡装置の構成を示す構成図 図１の内視鏡装置の詳細な構成を示すブロック図 図２の内視鏡装置の変形例の詳細な構成を示すブロック図 本発明の実施例２に係る内視鏡装置の詳細な構成を示すブロック図、図５は 図４のCCD駆動パルス線上のCCD駆動パルスの波形を示す図 本発明の実施例３に係る内視鏡装置の詳細な構成を示すブロック図 図６のCCD-OUT線上のCCD-OUT信号の波形を示す図

符号の説明

１…内視鏡装置
２…挿入部
３…装置本体部
４…モニタ
５…CCU
６…LD光源部
７…通信用ファイバ
８…蛍光体フィルタ
９…撮像ユニット
９a…CCD
５１…CCDドライバ
５２…プリアンプ
５３…CDS
５４…ビデオプロセッサ
５５…検出抵抗
５６a、５６b…コンパレータ
５７a、５７b…基準電圧
６１…LDドライバ
６２…LD
１００…ケーブル
１０１…電源線
１０２…CCD駆動パルス線
１０３…CCD-OUT線

Claims (7)

1. 検査対象空間内に挿入される挿入部と、レーザ光を発振するレーザ発振部と、を備えた電子内視鏡装置において、
   前記挿入部内を通る信号伝送手段と、
   前記信号伝送手段によって伝送される信号の伝送状況を検知する状況検知手段と、
   前記状況検知手段による検知結果に基づいて前記レーザ発振部の出力を制限するレーザ出力制御手段と、
   を備えたことを特徴とする電子内視鏡装置。
2. 前記状況検知手段は、
   前記挿入部内を通る信号線の電流の変化を検知する
   ことを特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡装置。
3. 前記状況検知手段は、
   電流検出用抵抗で構成される
   ことを特徴とする請求項２に記載の電子内視鏡装置。
4. 固体撮像素子をさらに備え、
   前記状況検知手段は、
   前記固体撮像素子に駆動信号を伝送する信号線において、前記駆動信号の波形の変化を検知する
   ことを特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡装置。
5. 固体撮像素子をさらに備え、
   前記状況検知手段は、
   前記固体撮像素子からの撮像信号を伝送する信号線において、前記撮像信号の波形の変化を検知する
   ことを特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡装置。
6. 前記固体撮像素子はCCDにて構成され、
   前記状況検知手段は、前記CCDからの撮像信号を伝送する信号線において、前記駆動信号の波形のクロック成分を検知する
   ことを特徴とする請求項５に記載の電子内視鏡装置。
7. 前記レーザ光を伝送する光ファイバをさらに備え、
   前記レーザ出力制御手段によって制御され、前記光ファイバを介して伝送される前記レーザ光を受光して白色光を発光する蛍光発光手段が前記挿入部に設けられた
   ことを特徴とする請求項１ないし６の１つに記載の電子内視鏡装置。

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