JP2009011676A - 内視鏡システム - Google Patents

Abstract

【課題】電源電圧に撮像信号を重畳して伝送する内視鏡システムにおいて、安定した十分なパルス発光による照明を行うことができる内視鏡システムを提供すること。
【解決手段】撮像部２からの制御信号に従って照明部３の発光素子が駆動されると、発光素子の駆動電流の変化が照明駆動状態検出部４で検出される。駆動状態信号重畳部５では、撮像部２からの撮像信号に照明駆動状態検出部４からの照明駆動状態信号が重畳される。電源重畳部６では、駆動状態信号重畳部５からの重畳信号が電源電圧に重畳され、伝送部７を介して体外装置８に伝送される。体外装置８の電源分離部９、駆動状態信号分離部１０によって分離された照明駆動状態信号は電圧調整部１１に入力される。電圧調整部１１は、照明駆動状態信号に従って電源部１２で生成される電源電圧を調整する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電源電圧に撮像信号を重畳して伝送可能な内視鏡システムに関する。

従来、先端部に撮像部が搭載された細長の挿入部を被検体に挿入することにより被検体の体腔臓器等を観察し、先端部において得られた撮像信号を体外装置において処理してから表示装置に被検体内の画像を表示させる内視鏡システムが広く利用されている。このような内視鏡システムでは、挿入性の改善のため先端部の細径化が求められている。この先端部の細径化の手法の１つとして先端部に挿通される信号線数の低減がある。例えば、特許文献１において提案されている内視鏡では、内視鏡の先端部に搭載された撮像部からの撮像信号を変調して電源電圧に重畳することで、電源電圧を供給するための信号線と撮像信号を伝送するための信号線とを共通化して配線数を少なくしている。
特公平３−３０３６５号公報

一般に、内視鏡は暗い被検体内の観察に用いられるために、先端部に照明部が搭載されていることが多い。特許文献１では、照明部と撮像部とを共通の電源で駆動するようにしている。ここで、特許文献１では、撮像信号を電源電圧に重畳するために周波数によりインピーダンスが変化する特性を有する素子（特許文献１ではトランス）が電源ラインに接続されており、電源のインピーダンスが高くなる。この状態で照明部をパルス発光させると、電源ラインのインピーダンスのために、電源電圧が降下して照明部において安定した十分な発光量が得られない場合がある。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、電源電圧に撮像信号を重畳して伝送する内視鏡システムにおいて、安定した十分なパルス発光による照明を行うことができる内視鏡システムを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の第１の態様の内視鏡システムは、内視鏡先端部と、前記内視鏡先端部に接続された体外装置とを有する内視鏡システムにおいて、前記内視鏡先端部は、前記体外装置から送られる電源電圧に基づいて駆動されて被検体内部を照明する照明部と、前記照明部の駆動状態を検出して照明駆動状態信号を得る照明駆動状態検出部と、前記照明された前記被検体内部の像を撮像して撮像信号を得る撮像部と、前記照明駆動状態信号を前記撮像信号に重畳する駆動状態信号重畳部と、前記駆動状態信号重畳部からの重畳信号を前記電源電圧に重畳する電源重畳部とを具備し、前記体外装置は、前記重畳信号を前記電源電圧から分離する電源分離部と、前記分離された重畳信号から前記照明駆動状態信号を分離する駆動状態信号分離部と、前記分離された照明駆動状態信号が一定となるように前記電源電圧を調整する電圧調整部とを具備することを特徴とする。

本発明によれば、電源電圧に撮像信号を重畳して伝送する内視鏡システムにおいて、安定した十分なパルス発光による照明を行うことができる内視鏡システムを提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
［第１の実施形態］
まず、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る内視鏡システムの構成を示すブロック図である。図１に示す内視鏡システムは、内視鏡先端部１と、体外装置８と、表示装置１４とを有している。そして、内視鏡先端部１は伝送部７を介して体外装置８と接続されている。また、体外装置８は、表示装置１４に接続されている。

内視鏡先端部１は、撮像部２と、照明部３と、照明駆動状態検出部４と、駆動状態信号重畳部５と、電源重畳部６とを有している。

撮像部２は、電源重畳部６を介して体外装置８から供給される電源電圧に基づいて駆動され、照明部３で照明された被検体内部からの反射像を撮像して撮像信号を得るとともに撮像信号を電源電圧に重畳するために必要な信号処理を行う。この撮像部２で行われる信号処理としては、撮像信号をサンプリングするサンプリング処理、サンプリングされた撮像信号をデジタル信号に変換するＡ/Ｄ変換処理、デジタル化された撮像信号を高周波信号に変調する処理、撮像信号を体外装置８において再生するための同期信号を重畳する処理、パラレル信号として出力されている撮像信号をシリアル信号に変換するパラレルシリアル変換処理が含まれる。また、撮像部２は、これらの信号処理の他に、Ａ／Ｄ変換処理によって得られたデジタルの撮像信号を所定領域毎に累積して明るさを検出し、検出した明るさから照明部３の発光量を制御するための制御信号を照明部３に送信することも行う。

照明部３は、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の発光素子を有し、電源重畳部６を介して体外装置８から供給される電源電圧に基づいて駆動される。そして、撮像部２からの制御信号を受けて被検体内部を照明する。照明駆動状態検出部４は、照明部３の駆動状態を検出し、その結果を照明駆動状態信号として出力する。具体的には、照明部３内の発光素子が発光期間中に安定して発光しているかを、発光素子に供給されている駆動電流又は駆動電流を等価的に反映する電圧の変化を検出することによって検出する。駆動状態信号重畳部５は、照明駆動状態信号を撮像部２からの出力信号に重畳し、この重畳信号を電源重畳部６に出力する。

電源重畳部６は、伝送部７に挿通されている電源ラインを介して供給される電源電圧に駆動状態信号重畳部５からの重畳信号を重畳し、重畳信号を、伝送部７を介して体外装置８に送信するとともに電源ラインを介して供給される電源電圧を内視鏡先端部１の各部に供給する。なお、電源重畳部６の詳細については後述する。

体外装置８は、電源分離部９と、駆動状態信号分離部１０と、電圧調整部１１と、電源部１２と、画像信号生成部１３とを有している。

電源分離部９は、伝送部７を介して伝送された重畳信号を電源電圧から分離し、分離した重畳信号を駆動状態信号分離部１０に出力する。なお、電源分離部９の詳細については後述する。駆動状態信号分離部１０は、電源分離部９からの重畳信号を撮像信号と照明駆動状態信号とに分離し、照明駆動状態信号を電圧調整部１１に、撮像信号を画像信号生成部１３に出力する。

電圧調整部１１は、電源部１２において生成され伝送部７を介して内視鏡先端部１に供給される電源電圧を、照明駆動状態信号が良好（目標値に対して誤差範囲内）となるように調整する。ここで、電源電圧を調整するタイミングは、例えば内視鏡システムの起動直後とし、その後は、電源電圧を調整した値に固定のまま維持させる。また、電源電圧を調整するタイミングは一定期間毎（例えば数分間に１回）としても良い。

さらに、電源電圧の調整は、照明部３の発光素子がパルス発光可能な最大発光時間について実施することが望ましい。これは、最大発光時間で正常であれば、動作中に暗い被写体のために照明時間が長くなったとしても照明部３の駆動状態は安定していると考えられるためである。

画像信号生成部１３は、駆動状態信号分離部１０で分離された撮像信号から同期信号を検出し、検出した同期信号に基づいて、撮像信号を表示のための画像信号に変換した後、表示装置１４に出力する。表示装置１４は、画像信号生成部１３において得られた画像信号に基づいて被検体内部の画像を表示する。

図２は、電源重畳部６及び電源分離部９の詳細を示したブロック図である。
体外装置８の電源部１２からの電源電圧は、電源分離部９のインピーダンス素子９４及び９５と伝送部７の電源ライン７１及びグランドライン７２を介して内視鏡先端部１に供給される。ここで、インピーダンス素子９４、９５は、電源部１２で生成される電源電圧のような低周波信号を通過させ、高周波信号に対して抵抗値を持つコイル等の素子である。

内視鏡先端部１に供給された電源電圧は、インピーダンス素子６４、６５を介して内視鏡電源部６６と、照明部３とに供給される。内視鏡電源部６６には、レギュレータ等の電源電圧を安定化させる回路が設けられている。内視鏡電源部６６に供給された電源電圧は、安定化回路によって撮像部２の動作に必要な所定の電圧に変換された後、撮像部２に供給される。一方、照明部３には関しては、インピーダンス素子６４、６５を介した電源電圧が直接供給される。

また、駆動状態信号重畳部５からの重畳信号（撮像部２からの撮像信号と照明駆動状態検出部４からの照明駆動状態信号との重畳信号）は、差動信号ドライバ６１に入力されて一般的なデジタル差動信号（ＲＳ４２２、ＬＶＤＳ等）に変換される。差動信号ドライバ６１で得られたデジタル差動信号のうちの正極信号（駆動状態信号重畳部５からの重畳信号と極性が一致している信号）は、例えばコンデンサ等の高周波信号を通過させ低周波信号を遮断する素子で構成された高周波通過素子６２を通過して伝送部７の電源ライン７１に出力され、電源ライン７１を介して体外装置８に伝送される。一方、差動信号ドライバ６１で得られた負極信号（駆動状態信号重畳部５からの重畳信号に対して極性が反転されている信号）は、高周波通過素子６３を通過して伝送部７のグランドライン７２に出力され、グランドライン７２を介して体外装置８に伝送される。

ここで、上述したように、電源ライン７１とグランドライン７２の両端にはそれぞれインピーダンス素子が接続されている。これらのインピーダンス素子により、高周波に変調されている差動信号ドライバ６１からの出力信号の、内視鏡電源部６６及び内視鏡先端部１のグランドと電源部１２及び体外装置８のグランドへの流入が防止される。これにより、差動信号ドライバ６１からの出力信号の減衰を少なくして体外装置８に伝送することが可能である。

体外装置８に伝送された差動信号の正極信号は、高周波通過素子９１を通過して差動信号レシーバ９３に入力される。一方、体外装置８に伝送された差動信号の負極信号は、高周波通過素子９２を通過して差動信号レシーバ９３に入力される。差動信号レシーバ９３では、入力された正極信号及び負極信号が差動増幅されて重畳信号が再生され、再生された重畳信号が駆動状態信号分離部１０に出力される。なお、図示していないが差動信号レシーバ９３の入力部には伝送部７との間でインピーダンスマッチングを行うためのマッチング抵抗が設けられている。

電源重畳部６及び電源分離部９を上述したような構成にすることにより伝送部７における外来ノイズを除去することが可能となる。

なお、図２は、インピーダンス素子及び高周波通過素子を利用して撮像信号と照明駆動状態信号との重畳信号を電源電圧に重畳する構成であるが、これらの代わりにトランスによって重畳する構成としても良い。

次に、図３を参照して電源部１２における電源電圧の設定方法について説明する。ここで、図３（ａ）は照明部３の発光素子の発光タイミング（撮像部２からの制御信号の波形に対応している）を示し、図３（ｂ）は図２のＢ点の電圧波形を示し、図３（ｃ）は図２のＣ点の電圧波形を示し、図３（ｄ）は図２のＤ点の電圧波形を示し、図３（ｅ）は照明部３の発光素子に供給される駆動電流の波形を示している。

照明部３の発光素子に出力する制御信号を図３（ａ）に示す波形（ハイレベルが発光オン、ローレベルが発光オフとする）にすると、電源部１２から図２のＢ点までの電圧波形は、間に負荷が存在していないために図３（ｂ）に示すようにして照明部３の駆動状態によらずに安定している。これに対し、図２の電源ライン７１上のＣ点の電圧は図３（ｃ）に示すようにして照明部３の発光タイミングによって変動する。さらに、内視鏡先端部１の電源重畳部６内の内視鏡電源部６６の入力部であるＤ点の電圧は、図３（ｄ）に示すようにして照明部３の発光素子の発光に合わせて降下する。これは、例えばコイル等で構成されるインピーダンス素子にも巻き線抵抗等の低周波成分に対して抵抗値を持つ成分が含まれているためである。このような電圧降下が発生すると、照明部３の発光素子の駆動電流は図３（ｅ）の破線で示すようにして安定した波形とならない。そこで、本実施形態では、発光素子の駆動電流が図３（ｅ）の実線で示すような安定した波形となるように、内視鏡先端部１に供給する電源電圧を電圧調整部１１にて調整する。

具体的な調整方法を以下に述べる。まず、内視鏡システムの起動直後のタイミングにおいて、照明部３を動作させる。そして、照明駆動状態検出部４により図３（ｅ）で示すａのタイミング（発光素子の発光開始直後のタイミング）の駆動電流の値とｂのタイミング（発光素子の発光終了直前のタイミング）の駆動電流の値とを検出し、その駆動電流の差をデジタル化して照明駆動状態信号を生成し、生成した照明駆動状態信号を駆動状態信号重畳部５に入力する。駆動状態信号重畳部５は、入力された照明駆動状態信号を撮像部２からの出力信号に重畳して体外装置８へ送信する。体外装置８内の電圧調整部１１は、駆動状態信号分離部１０において分離された照明駆動状態信号が誤差の範囲内にあるかを確認し、誤差範囲内であれば電源部１２において生成される電源電圧を変更しない。一方、照明駆動状態信号が誤差範囲外であれば電流値の差が少なくなるように（照明駆動状態信号が一定となるように）電源電圧を高くして、照明駆動状態信号が誤差範囲内に収まるように調整する。以後は、その高くした電源電圧を維持するようにする。

なお、ここでは、パルス発光するタイミングａの駆動電流とタイミングｂの駆動電流との差を照明駆動状態信号としているが、照明部３の発光素子に印加されている電圧においてタイミングａとタイミングｂとの電圧差を照明駆動状態信号としても良い。

以上説明したように本実施形態によれば、伝送部７の配線を少なくして内視鏡先端部１の細径化を図るとともに、照明部３の発光素子の駆動電流を発光期間中安定させることが可能となる。

ここで、図１では、照明部３の発光素子の電源に体外装置８から直接供給される電源電圧を利用しているが、これに限るものではない。例えば、昇圧回路やレギュレータ等を用いて発光素子を駆動するための電圧を生成する電源部を内視鏡先端部１に設け、この電源部への電源電圧を体外装置８から供給するようにしても良い。その場合、内視鏡先端部１の回路規模が大きくなるが、体外装置８から供給する電源電圧と撮像部２の駆動に必要な電圧との電圧差を少なくすることができ、図１の構成よりも体外装置８から供給する電源電圧を低くすることが可能である。

［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態は、第１の実施形態に対し、照明部３の駆動時のみ電源電圧を変更して高い電圧を内視鏡先端部１に供給するものである。

図４は、本発明の第２の実施形態に係る内視鏡システムの構成を示すブロック図である。なお、図１と共通のブロックについては説明を省略する。

図４では、体外装置８に発光設定期間検出部１５が設けられている点が図１と異なる。発光設定期間検出部１５は、駆動状態信号分離部１０で分離された撮像信号に挿入されている同期信号をカウントすることで、撮像部２において照明部３の発光期間として設定されている期間（発光設定期間）を示す信号を生成し、生成した発光設定期間を示す信号を電圧調整部１１に入力する。ここで、発光設定期間は、照明部３を最大光量で発光させるために必要な期間に基づいて設定する。即ち、照明部３の光量制御を制御信号のパルス幅によって行う場合には、発光設定期間は、撮像部２からの制御信号の最大のパルス幅に相当する期間に対応する。実際には、発光設定期間は、発光素子の駆動電圧の立ち上がり時間と立ち下がり時間とを考慮して最大パルス幅よりも長く設定する。

電圧調整部１１は、発光設定期間検出部１５からの発光設定期間を示す信号を受けて照明部３の発光設定期間を識別し、この発光設定期間中の電源電圧を駆動状態信号分離部１０からの照明駆動状態信号に従って調整する。なお、発光設定期間中の電源電圧の調整方法については第１の実施形態と同様であり、駆動状態信号分離部１０において分離された照明駆動状態信号が誤差の範囲内にあるかを確認し、誤差範囲内であれば電源部１２において生成される電源電圧を変更せず、誤差範囲外であれば電源電圧を高くして、照明駆動状態信号が誤差範囲内に収まるように調整する。

次に、図５を参照して電源部１２における電源電圧の調整方法についてさらに説明する。ここで、図５（ａ）は照明部３の発光素子の発光タイミングを示し、図５（ｂ）は図２のＢ点の電圧波形を示し、図５（ｃ）は図２のＣ点の電圧波形を示し、図５（ｄ）は図２のＤ点の電圧波形を示し、図５（ｅ）は照明部３の発光素子に供給される駆動電流の波形を示している。

照明部３の発光素子の発光タイミングを、図５（ａ）に示す波形（ハイレベルが発光オン、ローレベルが発光オフとする）とすると、照明部３の発光素子が発光している期間は、発光設定期間検出部１５においても検出される。電圧調整部１１はこの発光期間中のみ電源電圧を高くするので、電源部１２から図２のＢ点までの電圧は、図５（ｂ）に示すようにして発光素子の発光設定期間中のみ他の期間よりも高くなる。この他は第１の実施形態で説明したものと同様である。即ち、図２の電源ライン７１上のＣ点の電圧は図５（ｃ）に示すようにして照明部３の発光タイミングによって変動する。さらに、内視鏡先端部１の電源重畳部６内の内視鏡電源部６６の入力部であるＤ点の電圧は、図５（ｄ）に示すようにして照明部３の発光素子の発光に合わせて降下する。このような電圧降下が発生すると、照明部３の発光素子の駆動電流は図５（ｅ）の破線で示すようにして安定した波形とならないが、第２の実施形態では発光設定期間中の電源電圧を他の期間に対して高くしているため、図５（ｅ）の実線で示したようにして安定した駆動電流で発光素子を駆動することが可能である。

以上説明したように本実施形態によれば、照明部３を発光させる発光設定期間中だけ電源電圧を高くすることによって照明部３の駆動によって電圧降下が起きたとしても発光時に十分な電圧を確保することができ、発光素子の駆動電流を安定させることができる。また、第２の実施形態では、発光設定期間中のみ電源電圧を高くしているので、第１の実施形態に比較して消費電力を低減させることが可能である。

以上実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。

さらに、上記した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適当な組合せにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、上述したような課題を解決でき、上述したような効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成も発明として抽出され得る。

本発明の第１の実施形態に係る内視鏡システムの構成を示すブロック図である。 電源重畳部及び電源分離部の詳細を示したブロック図である。 第１の実施形態における電源電圧の調整方法について説明するための図である。 本発明の第２の実施形態に係る内視鏡システムの構成を示すブロック図である。 第２の実施形態における電源電圧の調整方法について説明するための図である。

符号の説明

１…内視鏡先端部、２…撮像部、３…照明部、４…照明駆動状態検出部、５…駆動状態信号重畳部、６…電源重畳部、７…伝送部、８…体外装置、９…電源分離部、１０…駆動状態信号分離部、１１…電圧調整部、１２…電源部、１３…画像信号生成部、１４…表示装置、１５…発光設定期間検出部

Claims (5)

1. 内視鏡先端部と、前記内視鏡先端部に接続された体外装置とを有する内視鏡システムにおいて、
   前記内視鏡先端部は、
   前記体外装置から送られる電源電圧に基づいて駆動されて被検体内部を照明する照明部と、
   前記照明部の駆動状態を検出して照明駆動状態信号を得る照明駆動状態検出部と、
   前記照明された前記被検体内部の像を撮像して撮像信号を得る撮像部と、
   前記照明駆動状態信号を前記撮像信号に重畳する駆動状態信号重畳部と、
   前記駆動状態信号重畳部からの重畳信号を前記電源電圧に重畳する電源重畳部と、
   を具備し、
   前記体外装置は、
   前記重畳信号を前記電源電圧から分離する電源分離部と、
   前記分離された重畳信号から前記照明駆動状態信号を分離する駆動状態信号分離部と、
   前記分離された照明駆動状態信号が一定となるように前記電源電圧を調整する電圧調整部と、
   を具備することを特徴とする内視鏡システム。
2. 前記照明部は、パルス発光する発光素子を有することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡システム。
3. 前記照明駆動状態検出部は、前記発光素子の駆動電流の変化に基づいて前記照明部の駆動状態を検出することを特徴とする請求項２に記載の内視鏡システム。
4. 前記照明駆動状態検出部は、前記発光素子の印加電圧の変化に基づいて前記照明部の駆動状態を検出することを特徴とする請求項２に記載の内視鏡システム。
5. 前記体外装置は、前記駆動状態信号分離部で分離された撮像信号から前記照明部の発光設定期間を検出する発光設定期間検出部をさらに具備し、
   前記電圧調整部は、前記発光設定期間検出部によって検出された前記発光設定期間中の前記電源電圧を前記発光設定期間外の前記電源電圧よりも高くして、前記照明駆動状態信号が一定となるように前記電源電圧を調整することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡システム。

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