JP2015192695A

JP2015192695A - 負荷電圧制御装置、電子内視鏡および電子内視鏡システム

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Publication number: JP2015192695A
Application number: JP2014071141A
Authority: JP
Inventors: 水口　直志; Naoshi Mizuguchi; 直志水口
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 2014-03-31
Filing date: 2014-03-31
Publication date: 2015-11-05
Anticipated expiration: 2034-03-31
Also published as: JP6265815B2

Abstract

【課題】ケーブルの長さや特性にかかわらず、適切な電源電圧を負荷に供給することが可能な負荷電圧制御装置、電子内視鏡および電子内視鏡システムを提供すること。【解決手段】先端部に配置される負荷と、基端部に配置される電源回路と、先端部と基端部とを接続する長尺のケーブルと、を備える負荷電圧制御装置において、ケーブルは、電源電圧を負荷に伝送するための電源線と、負荷にかかる電圧を電源回路に伝送するための信号線と、を備え、電源回路は、電源電圧を生成し、電源線に出力する電源手段と、信号線によって伝送される電圧と、所定の基準電圧とを比較する第一比較手段であって、高い入力インピーダンスを有する第一比較手段と、を備える構成とした。また、電源手段は、第一比較手段の比較結果に基づいて、生成する電源電圧を調整する構成とした。【選択図】図２

Description

本発明は、負荷に供給される電圧を制御する負荷電圧制御装置に関し、より詳しくは、長尺のケーブルを介して負荷に供給される電圧を制御する負荷電圧制御装置、該負荷電圧制御装置を備える電子内視鏡および電子内視鏡システムに関する。

従来、患者の体腔内に細径で長尺の挿入部を挿入することにより、対象部位の観察および撮像を行うことができる電子内視鏡が広く用いられている。電子内視鏡の挿入部先端には体腔内の撮像を行うための撮像素子（ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサなど）が配置されている。撮像素子への電源電圧の供給は、電子内視鏡の基端部（ビデオプロセッサとの接続部）またはビデオプロセッサに配置される電源回路から長尺のケーブルを介して行われる。そのため、ケーブルによる電圧降下は無視できない。そこで、電源回路において、予め電圧降下分を加えた電源電圧を生成し、撮像素子に供給することが考えられる。しかしながら、電子内視鏡の先端部と電源回路とをつなぐケーブルの長さや特性（電気抵抗値など）は、電子内視鏡の種類に応じて異なり、ケーブルによってどれだけの損失が生じるかも、電子内視鏡の種類に応じて異なる。

この問題を解決するため、特許文献１には、内視鏡において、ケーブルの特性に応じた補正値をあらかじめ記憶手段に記憶しておき、当該補正値に基づいて、撮像素子に伝送する信号を補正（増幅など）する技術が提案されている。

特開２００９−１０６４４２号公報

しかしながら、特許文献１に記載される内視鏡では、予めケーブルの特性を計測して記憶する必要があり、大変煩雑である。また、製品ごとのケーブル長や特性のばらつきなどに対応することは困難である。さらに、撮像素子の動作状況（消費電流の変化）などに応じて電源電圧を調整することができない。

また、先端部に撮像素子にかかる電圧を検出するための検出部を設けてフィードバック制御を行うことも考えられるが、先端部の小型化を維持するためには好ましくない。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、ケーブルの長さや特性にかかわらず、適切な電源電圧を負荷に供給することが可能な負荷電圧制御装置、電子内視鏡および電子内視鏡システムを提供することである。

本発明の実施形態によれば、先端部に配置される負荷と、基端部に配置される電源回路と、先端部と基端部とを接続する長尺のケーブルと、を備える負荷電圧制御装置が提供される。また、ケーブルは、電源電圧を負荷に伝送するための電源線と、負荷にかかる電圧を電源回路に伝送するための信号線と、を備え、電源回路は、電源電圧を生成し、電源線に出力する電源手段と、信号線によって伝送される電圧と所定の基準電圧とを比較する第一比較手段であって、高い入力インピーダンスを有する第一比較手段と、を備える。さらに、電源手段は、第一比較手段の比較結果に基づいて、生成する電源電圧を調整することを特徴とする。また、信号線にはほとんど電流が流れない。

このような構成により、電源回路において負荷にかかる電圧を容易な構成で検出することが可能となり、ケーブル長や特性にかかわらず、精度の高い電源電圧を負荷に供給することが可能となる。また、これにより、負荷を安定して駆動させることができる。

また、上記電源回路は、さらに、信号線と第一比較器との間に配置されるノイズ除去手段を備えても良い。また、ノイズ除去手段は、ローパスフィルタであっても良い。このような構成により、第一比較器にてノイズの影響を受けることなく、精度の高い比較を行うことができる。

また、上記負荷電圧制御装置は、さらに、電源回路を制御する制御手段を備えても良く、電源回路は、さらに、電源電圧と所定の基準電圧とを比較する第二比較手段を備えても良い。また、制御手段は、第二比較手段の比較結果に基づいて、電源電圧が所定の電圧範囲を超えないように電源手段を制御しても良い。このような構成により、電源線または信号線に断線等の異常が発生した場合も、負荷に供給される電源電圧を適切に制限することが可能となる。

また、上記所定の基準電圧は、負荷の種類に応じて異なるものであっても良い。

また、本発明の別の実施形態によれば、先端部に配置される少なくとも撮像素子を含む負荷と、基端部に配置される電源回路と、先端部と基端部とを接続する長尺のケーブルと、を備える電子内視鏡が提供される。また、ケーブルは、電源電圧を負荷に伝送するための電源線と、負荷にかかる電圧を電源回路に伝送するための信号線と、を備え、電源回路は、電源電圧を生成し、電源線に出力する電源手段と、信号線によって伝送される電圧と所定の基準電圧とを比較する第一比較手段であって、高い入力インピーダンスを有する第一比較手段と、を備える。さらに、電源手段は、第一比較手段の比較結果に基づいて、生成する電源電圧を調整することを特徴とする。

さらに、本発明の別の実施形態によれば、電源回路を備えるプロセッサと、該プロセッサに接続される電子内視鏡であって、少なくとも撮像素子を含む負荷と、該負荷と電源回路とを接続する長尺のケーブルとを備える電子内視鏡と、からなる電子内視鏡システムが提供される。また、ケーブルは、電源電圧を負荷に伝送するための電源線と、負荷にかかる電圧を電源回路に伝送するための信号線と、を備え、電源回路は、電源電圧を生成し、電源線に出力する電源手段と、信号線によって伝送される電圧と所定の基準電圧とを比較する第一比較手段であって、高い入力インピーダンスを有する第一比較手段と、を備える。さらに、電源手段は、第一比較手段の比較結果に基づいて、生成する電源電圧を調整することを特徴とする。

以上のように、本発明によれば、ケーブルの長さや特性にかかわらず、精度の高い電源電圧を負荷に供給し、負荷を安定して駆動することが可能となる。

本発明の実施形態に係る電子内視鏡システムの概略構成を示すブロック図である。本発明の実施形態に係る電源回路の構成を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、負荷電圧制御装置を備える電子内視鏡システムを例に、図面を用いて詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る電子内視鏡システム１の概略構成を示すブロック図である。図１に示すように、本実施形態の電子内視鏡システム１は、電子内視鏡１００、電子内視鏡用プロセッサ２００およびモニタ３００を備えている。

電子内視鏡用プロセッサ２００は、システムコントローラ２０２やタイミングコントローラ２０６を備えている。システムコントローラ２０２は、メモリ２０４に記憶された各種プログラムを実行し、電子内視鏡システム１の全体を統合的に制御する。また、システムコントローラ２０２は、操作パネル２０８に入力されるユーザ（術者又は補助者）からの指示に応じて、電子内視鏡システム１の各種設定を変更する。タイミングコントローラ２０６は、各部の動作のタイミングを調整するクロックパルスを電子内視鏡システム１内の各種回路に出力する。

また、電子内視鏡用プロセッサ２００は、電子内視鏡１００のＬＣＢ（Light Carrying Bundle）１０２に白色光束である照明光を供給する光源装置２３０を備えている。光源装置２３０は、ランプ２３２、ランプ電源２３４、集光レンズ２３６及び調光装置２４０を備えている。ランプ２３２は、ランプ電源２３４から駆動電力の供給を受けて照明光を放射する高輝度ランプであり、例えば、キセノンランプ、メタルハライドランプ、水銀ランプ又はハロゲンランプが使用される。ランプ２３２が放射した照明光は、集光レンズ２３６により集光された後、調光装置２４０を介してＬＣＢ１０２に導入される。

調光装置２４０は、システムコントローラ２０２の制御に基づいてＬＣＢ１０２に導入する照明光の光量を調整する装置であり、絞り２４２、モータ２４３及びドライバ２４４を備えている。ドライバ２４４は、モータ２４３を駆動するための駆動電流を生成して、モータ２４３に供給する。絞り２４２は、モータ２４３によって駆動され、照明光が通過する開口を変化させて、開口を通過する照明光の光量を調整する。

入射端からＬＣＢ１０２に導入された照明光は、ＬＣＢ１０２内を伝播し、電子内視鏡１００の先端に配置されたＬＣＢ１０２の出射端から出射して、配光レンズ１０４を介して被写体に照射される。被写体からの反射光は、対物レンズ１０６を介して撮像素子１０８の受光面上で光学像を結ぶ。

電源回路１５０は、ケーブル１１０を介して、電子内視鏡１００の先端部ＡＰに配置される撮像素子１０８などの負荷に電源電圧を供給する。撮像素子１０８は、例えば各種フィルタが受光面に配置された単板式カラーＣＣＤイメージセンサである。撮像素子１０８は、スコープコントローラ１２０からケーブル１０９を介して送られる制御信号に従って、受光面上で結像した光学像に応じたカラーフィルタ各色の撮像信号を生成する。生成された撮像信号は、スコープコントローラ１２０においてデジタル画像信号に変換され、電子内視鏡用プロセッサ２００の画像処理ユニット２２０に送られる。また、スコープコントローラ１２０は、メモリ１１４（ＲＯＭまたは不揮発性メモリ）にアクセスして電子内視鏡１００の固有情報を読み出す。メモリ１１４に記録される電子内視鏡１００の固有情報には、例えば撮像素子１０８の画素数、感度、動作可能なフレームレート等が含まれる。スコープコントローラ１２０は、メモリ１１４から読み出した固有情報をシステムコントローラ２０２に出力する。

システムコントローラ２０２は、電子内視鏡１００の固有情報に基づいて各種演算を行い、制御信号を生成する。システムコントローラ２０２は、生成した制御信号を用いて、電子内視鏡用プロセッサ２００に接続された電子内視鏡１００に適した処理がなされるように、電子内視鏡用プロセッサ２００内の各種回路の動作やタイミングを制御する。タイミングコントローラ２０６は、システムコントローラ２０２によるタイミング制御に従って、スコープコントローラ１２０および画像処理ユニット２２０にクロックパルスを供給する。

電子内視鏡用プロセッサ２００の画像処理ユニット２２０は、システムコントローラ２０２による制御の下、電子内視鏡１００の内視鏡制御部１２０から送られてくる画像信号に基づいて内視鏡画像等をモニタ表示するためのビデオ信号を生成し、モニタ３００に出力する。術者は、モニタ３００に表示された内視鏡画像を確認しながら例えば消化管内の観察や治療を行う。

続いて、図２を参照して、本実施形態の電源回路１５０における電源電圧の制御について説明する。図２は、本実施形態における電源回路１５０の構成を示す図である。図２に示すように、電源回路１５０は、電源１５１、ＬＰＦ（Low Pass Filter）１５３、誤差増幅器１５５、および比較器１５７からなる。

電源１５１は、電源電圧Ｖ_OUTを生成し、電源線１１０ａを介して撮像素子１０８に伝送する。ここで、電源線１１０ａは長尺ケーブル（例えば数メートル）である。そのため、以下の式で表されるように、撮像素子１０８にかかる電圧Ｖ_Lには電圧降下（損失）が生じる。なお、Ｒは電源線１１０ａの損失であり、単位長あたりの損失に電源線１１０ａの長さを乗じたものである。
Ｖ_L＝Ｖ_OUT−Ｒ×Ｉ_L

また、電源線１１０ａによる損失分は、電源線１１０ａの長さや特性および先端部ＡＰの回路動作における消費電流の変化などによって異なる。そのため、予め設計段階で撮像素子１０８の消費電流と電源線１１０ａの損失分を仕様値から計算した場合も、正確な電圧Ｖ_Lを撮像素子１０８に加えることはできない。撮像素子１０８に正確な電圧が入力されないと、撮像素子１０８が適切に駆動せず、患者の体腔内の観察に必要な画像を得ることができなくなってしまう。

そこで、本実施形態におけるケーブル１１０は、電源線１１０ａに加え、撮像素子１０８にかかる電圧Ｖ_Lを電源回路１５０に伝送するための電圧値信号線１１０ｂを備える構成となっている。電圧値信号線１１０ｂは、ＬＰＦ１５３を介して誤差増幅器１５５の一方の入力端子に接続される。ここで、誤差増幅器１５５は、一般に入力インピーダンスが高く設計されている。そのため、電圧値信号線１１０ｂにはほとんど電流が流れない（Ｉ_S≒０）。これにより、撮像素子１０８にかかる電圧Ｖ_Lがそのまま電源回路１５０に送り返される（Ｖ_S≒Ｖ_L）。また、誤差増幅器１５５におけるノイズの影響を低減するために、ＬＰＦ１５３にてノイズ成分を除去した信号が誤差増幅器１５５に入力される。

誤差増幅器１５５の他方の入力端子には、基準電圧Ｖ_refが入力される。基準電圧Ｖ_refは、撮像素子１０８の定格電圧である。基準電圧Ｖ_refは、例えば、メモリ１１４から読み出した電子内視鏡１００の固有情報に基づいて設定されても良い。誤差増幅器１５５は、電圧Ｖ_Lと基準電圧Ｖ_refとの比較結果を電源１５１に出力する。電源１５１は、誤差増幅器１５５の比較結果に基づいて、電圧Ｖ_Lが基準電圧Ｖ_refと等しくなる、または規格範囲に入るように、生成する電源電圧Ｖ_OUTを調整する。

また、比較器１５７は、異常を検出するために用いられるものであり、電源１５１によって生成される電源電圧Ｖ_OUTおよび基準電圧Ｖ_refがそれぞれ各入力端子に入力される。比較器１５７は、電源電圧Ｖ_OUTと基準電圧Ｖ_refとを比較し、結果をスコープコントローラ１２０に出力する。スコープコントローラ１２０は、比較器１５７の比較結果に基づいて、異常の有無を判断する。詳しくは、電源電圧Ｖ_OUTが基準電圧Ｖ_refよりも一定値以上大きい場合、スコープコントローラ１２０は、何らかの異常が発生したと判断する。そして、電源１５１で生成される電源電圧Ｖ_OUTが所定の電圧値範囲を超えないように、電源１５１を制御する。これにより、電源線１１０ａや電圧値信号線１１０ｂの断線、短絡などの異常が発生した場合に、過大な電圧が撮像素子１０８に供給されることを防ぐことができる。

このように、上記実施形態では、電源線１１０ａに加えて電圧値信号線１１０ｂを設けることで、電源回路１５０で電圧Ｖ_Lを容易に検出することが可能となる。これにより、電子内視鏡１００の種類（ケーブルの長さや仕様）にかかわらず、精度の高い電源電圧Ｖ_OUTを撮像素子１０８に供給し、撮像素子１０８を安定して駆動することが可能となる。

以上が本発明の実施形態の説明であるが、本発明は、上記の構成に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲において様々な変形が可能である。例えば、撮像素子として、ＣＣＤ以外のイメージセンサ（ＣＭＯＳなど）を用いることも可能である。また、電子内視鏡１００の先端部ＡＰには、撮像素子１０８などの撮像素子だけでなく、それ以外の機能（例えばレンズ駆動機能など）を有する回路等を設けることも可能である。この場合も、電源回路１５０は、先端部ＡＰに配置される負荷全体に対して供給される電源電圧を上記の方法で制御する。

また、電子内視鏡用プロセッサ２００に電源回路１５０を備え、システムコントローラ２０２によって、電源回路１５０を制御する構成としても良い。また、本発明の電子内視鏡１００は、医療用に限定されるものではなく、工業用の内視鏡であっても良い。さらに、本発明は、内視鏡にも限定されず、長尺のケーブルを介して負荷に電源電圧を供給する電源回路を備える様々な装置に適用可能である。

１電子内視鏡システム
１００電子内視鏡
１０８撮像素子
１１４メモリ
１２０スコープコントローラ
１５０電源回路
１５１電源
１５３ＬＰＦ
１５５誤差増幅器
１５７比較器
２００電子内視鏡用プロセッサ
２０２システムコントローラ
２０６タイミングコントローラ
２２０画像処理ユニット
３００モニタ

Claims

先端部に配置される負荷と、基端部に配置される電源回路と、前記先端部と前記基端部とを接続する長尺のケーブルと、を備える負荷電圧制御装置であって、
前記ケーブルは、
電源電圧を前記負荷に伝送するための電源線と、
前記負荷にかかる電圧を前記電源回路に伝送するための信号線と、を備え、
前記電源回路は、
前記電源電圧を生成し、前記電源線に出力する電源手段と、
前記信号線によって伝送される電圧と、所定の基準電圧とを比較する第一比較手段であって、高い入力インピーダンスを有する第一比較手段と、を備え、
前記電源手段は、前記第一比較手段の比較結果に基づいて、生成する電源電圧を調整することを特徴とする負荷電圧制御装置。
前記信号線にはほとんど電流が流れないことを特徴とする、請求項１に記載の負荷電圧制御装置。
前記電源回路は、さらに、前記信号線と前記第一比較器との間に配置されるノイズ除去手段を備えることを特徴とする、請求項１または２に記載の負荷電圧制御装置。
前記ノイズ除去手段は、ローパスフィルタであることを特徴とする、請求項３に記載の負荷電圧制御装置。
前記負荷電圧制御装置は、さらに、前記電源回路を制御する制御手段を備え、
前記電源回路は、さらに、前記電源電圧と前記所定の基準電圧とを比較する第二比較手段を備え、
前記制御手段は、前記第二比較手段の比較結果に基づいて、前記電源電圧が所定の電圧範囲を超えないように前記電源手段を制御することを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の負荷電圧制御装置。
前記所定の基準電圧は、前記負荷の種類に応じて異なることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の負荷電圧制御装置。
先端部に配置される少なくとも撮像素子を含む負荷と、基端部に配置される電源回路と、前記先端部と前記基端部とを接続する長尺のケーブルと、を備える電子内視鏡であって、
前記ケーブルは、
電源電圧を前記負荷に伝送するための電源線と、
前記負荷にかかる電圧を前記電源回路に伝送するための信号線と、を備え、
前記電源回路は、
前記電源電圧を生成し、前記電源線に出力する電源手段と、
前記信号線によって伝送される電圧と、所定の基準電圧とを比較する第一比較手段であって、高い入力インピーダンスを有する第一比較手段と、を備え、
前記電源手段は、前記第一比較手段の比較結果に基づいて、生成する電源電圧を調整することを特徴とする電子内視鏡。
電源回路を備えるプロセッサと、該プロセッサに接続される電子内視鏡であって、少なくとも撮像素子を含む負荷と、該負荷と前記電源回路とを接続する長尺のケーブルとを備える電子内視鏡と、からなる電子内視鏡システムであって、
前記ケーブルは、
電源電圧を前記負荷に伝送するための電源線と、
前記負荷にかかる電圧を前記電源回路に伝送するための信号線と、を備え、
前記電源回路は、
前記電源電圧を生成し、前記電源線に出力する電源手段と、
前記信号線によって伝送される電圧と、所定の基準電圧とを比較する第一比較手段であって、高い入力インピーダンスを有する第一比較手段と、を備え、
前記電源手段は、前記第一比較手段の比較結果に基づいて、生成する電源電圧を調整することを特徴とする電子内視鏡システム。