JP2019208898A - 内視鏡用光源装置、内視鏡システム、及びアーク放電制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】生体組織を撮像するための照明光を射出する際、一時的に光源にかかる電圧が上昇しても、光源の光の射出を安定化させる内視鏡用光源装置及び内視鏡システムを提供する。【解決手段】内視鏡用光源装置は、照明光の射出中光源にかかる電圧に電圧スパイクが発生して、前記光源に供給する電力が、前記光源に応じて予め設定された第１電力許容上限値に達する条件を満たすか否か、を検出する検出部と、前記光源に供給する電流を制御する制御本体部と、を備える。前記制御本体部は、前記検出部が、前記条件を満たすことを検出した場合、一定の電流あるいは一定の電力を前記光源に供給する制御から、前記第１電力許容上限値に比べて大きい第２電力許容上限値を超えない範囲で、前記電流を前記照明光の射出を維持する第２の値に固定して前記電流を前記光源に供給する制御に切り替える。【選択図】 図１

Description

本発明は、生体組織を撮像するための照明光を射出する内視鏡用光源装置、内視鏡システム、及び、供給する電流によってアーク放電をする装置を制御するアーク放電制御装置に関する。

内視鏡では、生体組織を照明する照明光を射出する光源として、キセノンランプ等の白色光源が用いられる。このような光源では、キセノンガスを低圧で閉じ込めた空間内に設けられる一対の電極間に電流を流しキセノンガスを電離させてプラズマを形成し、アーク放電を生成することによって光が発する。このような光源は、制御された電流を供給することで所定の光強度の照明光を射出することができる。

アーク放電を用いて照明光を射出する光源は、高輝度であるため、照明光の長期射出によって光源の温度は上昇する場合が多い。特に、内視鏡装置の小型化によって、光源装置も小型化しているため、光源の発熱による蓄熱温度の上昇は大きい。このため、熱による光源装置の破壊防止を行う技術が求められている。

例えば、温度上昇時の点灯装置の出力低減を適正化することにより、点灯装置の光出力を安定化させながら点灯装置の温度ストレスを抑制する技術が知られている（特許文献１）。
具体的には、点灯装置は点灯装置の温度もしくはそれに対応する値を検出し、温度が第１の所定温度より高くなると、負荷が必要とする電力を調整する制御部が、第１の所定温度より高くなった経過時間に応じて出力を低減するように構成されている。

特開２０１１−１１３６４３号公報

これにより、点灯装置の出力低減を適正化させることができ、点灯装置の光出力を安定化させることができる、とされている。
しかし、アーク放電を利用する場合、アークプラズマは、負性抵抗特性（アーク電流が小さくなると、アーク電圧が高くなる特性）を有するので、上述の点灯装置において第１の所定温度より高くなったとき、経過時間に応じて出力を低減すると、場合によって、アークプラズマが消滅して光出力が停止する不都合がある。アークプラズマは、一対の電極間に形成されるが、アークプラズマの形成位置が揺らいで、アーク電圧が一時的に上昇する場合もある。この場合、アーク電圧の上昇によって点灯装置の温度が上昇するため、この温度上昇に合わせてアーク電流を小さく調整する場合、アーク電流が小さくなりすぎて、光出力が停止する場合もある。
一般に、アークプラズマを利用した光源の場合、光源に供給する電力が所定の許容範囲内であればアーク電圧が変動しようと、アーク電流を一定にする定電流制御を行うが、光源に供給する電力が上記許容範囲を超えると、アーク電圧の変動に合わせてアーク電流を制御して、光源に供給する電力を一定にする定電力制御を行う。この場合においても、アーク電流が小さくなりすぎて、光出力が停止する場合もある。
特に、アーク放電では、上述したように、アークプラズマの形成位置が揺らいで、アーク電圧が一時的に上昇する場合、光出力が停止するおそれが高い。

そこで、本発明は、生体組織を撮像するための照明光を射出する際、一時的に光源にかかる電圧が上昇しても、光源の光の射出を安定化させることができる内視鏡用光源装置及び内視鏡システムと、供給する電流によってアーク放電をする装置において、一時的に装置にかかる電圧が上昇しても、装置の出力を安定化させることができるアーク放電制御装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、生体組織を撮像するための照明光を射出する内視鏡用光源装置である。当該内視鏡用光源装置は、
供給する電流によって照明光を射出する光源と、
前記照明光の射出中前記光源にかかる電圧に応じて前記光源に供給する前記電流を設定値に制御する制御ユニットと、を備える。
前記制御ユニットは、
前記光源にかかる前記電圧の計測値から、前記電圧がスパイク状に一時的に上昇し下降する電圧スパイクが発生して、前記電圧スパイクによって前記光源に供給する電力が、前記光源に応じて予め設定された第１電力許容上限値に達する条件を満たすか否か、を検出する検出部と、
前記光源に供給する電力が前記第１電力許容上限値未満の場合、前記電流の前記設定値を予め定めた第１の値に固定して前記電流を前記光源に供給する定電流制御と、
前記光源に供給する電力が前記第１電力許容上限値に達する場合、前記光源に供給する電力が前記第１電力許容上限値を維持するように、前記設定値を、前記電圧の計測値に応じた調整値に設定して前記電流を前記光源に供給する定電力制御と、
前記検出部が、前記条件を満たすことを検出した場合、前記第１電力許容上限値に比べて大きい第２電力許容上限値を超えない範囲で、前記電流の前記設定値を、前記照明光の射出を維持する第２の値に固定して前記電流を前記光源に供給する特殊電流制御と、のいずれか１つの電流制御を行う制御本体部と、を備える。

前記第２の値は、前記第１の値と同じである、あるいは、前記第１の値より大きい、事が好ましい。

前記検出部は、前記電圧の計測値の時間変化に基づいて前記電圧スパイクの発生開始を検出する、ことが好ましい。

前記検出部は、前記電圧の計測値の、予め定めた期間中の頻度分布に基づいて、前記電圧スパイクの終了を検出し、前記制御本体部は、前記特殊電流制御を終了して、前記定電流制御あるいは前記定電力調整制御に切り替える、ことが好ましい。

前記検出部は、前記電圧の計測値の前記期間中の分散が閾値以下になったとき、前記電圧スパイクの終了とする、ことが好ましい。

前記制御本体部は、前記特殊電流制御の制御開始からの経過時間が予め定めた時間長さに達したとき、前記特殊電流制御から、前記定電流制御及び前記定電力制御のいずれか一方に強制的に切り替える、ことが好ましい。

前記検出部は、前記光源の発熱による蓄熱温度あるいは前記蓄熱温度に対応する温度情報を取得し、
前記制御本体部は、前記蓄熱温度あるいは前記温度情報が閾値に達したとき、前記特殊電流制御から、前記定電流制御及び前記定電力制御のいずれか一方に強制的に切り替える、ことが好ましい。

本発明の他の一態様は、生体組織を撮像して前記生体組織の画像を生成する内視鏡システムである。当該内視鏡システムは、
前記生体組織を照明する照明光を射出する、前記光源装置と、
照明された前記生体組織を撮像する撮像素子を備えた内視鏡と、
前記撮像素子で撮像した前記生体組織の撮像画像を画像処理して、表示用画像を生成する画像処理ユニットを備えたプロセッサと、を備える。

本発明のさらに他の一態様は、供給する電流によってアーク放電をする装置を制御するアーク放電制御装置である。当該アーク放電制御装置は、
アーク放電中の前記装置にかかる電圧に応じて前記装置に供給する前記電流を設定値に制御する制御ユニット、を備える。
前記制御ユニットは、
前記装置にかかる前記電圧の計測値から、前記電圧がスパイク状に一時的に上昇し下降する電圧スパイクが発生して、前記電圧スパイクによって前記装置に供給する電力が、前記装置に応じて予め設定された第１電力許容上限値に達する条件を満たすか否か、を検出する検出部と、
前記装置に供給する電力が前記第１電力許容上限値未満の場合、前記電流の前記設定値を予め定めた第１の値に固定して前記電流を前記装置に供給する定電流制御と、
前記装置に供給する電力が前記第１電力許容上限値に達する場合、前記装置に供給する電力が前記第１電力許容上限値を維持するように、前記設定値を、前記電圧の計測値に応じた調整値に設定して前記電流を前記装置に供給する定電力制御と、
前記検出部が、前記条件を満たすことを検出した場合、前記第１電力許容上限値に比べて大きい第２電力許容上限値を超えない範囲で、前記電流の前記設定値を、アーク放電を維持する第２の値に固定して前記電流を前記装置に供給する特殊電流制御と、のいずれか１つの電流制御を行う制御本体部と、を備える。

（ａ）は、一実施形態のアーク放電制御装置の概略の構成を示す図であり、（ｂ）は、電圧スパイクが発生するときのアーク電圧の変化の一例を示す図であり、（ｃ）は、アーク電流の変化の一例を示す図である。 図１（ａ）に示す制御本体部が行うアーク電圧Ｖａとアーク電流Ｉａの関係の一例を示す図である。 一実施形態の内視鏡システムの概略の外観を示す図である。 一実施形態の内視鏡システムの概略の構成を示す図である。 （ａ）は、一実施形態の制御ユニットの機能ブロック図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す制御ユニットの回路構成の一例を示す回路図である。 （ａ），（ｂ）は、図５（ａ）に示す制御ユニットが取得する一定期間中のランプ電圧の頻度分布の例を示す図である。 一実施形態の光源装置の制御の一例のフローを示す図である。

以下、一実施形態の内視鏡用光源装置及びアーク放電制御装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。

（アーク放電制御装置の概要）
図１（ａ）は、アーク放電制御装置１の概略の構成を示す図である。アーク放電制御装置１は、供給する電流によってアーク放電をするアーク放電負荷装置２を制御する装置である。
アーク放電制御装置１は、制御ユニット４を備える。制御ユニット４は、アーク放電中のアーク放電負荷装置２にかかるアーク電圧Ｖａに応じてアーク放電負荷装置２に供給するアーク電流Ｉａを設定値に制御するように構成されている。制御ユニット４は、検出部６と制御本体部８を備える。

検出部６は、アーク放電負荷装置２のアーク電極間にかかるアーク電圧Ｖａを取得し、電圧スパイクＶＳが発生したか否かを検出する。具体的には、検出部６は、アーク電圧Ｖａの計測値から、アーク電圧Ｖａがスパイク状に一時的に上昇し下降する電圧スパイクＶＳが発生して、電圧スパイクＶＳによってアーク放電負荷装置２に供給する電力が、アーク放電負荷装置２に応じて予め設定された第１電力許容上限値Ｖｃ１に達する条件を満たすか否か、を検出するように構成されている。

電圧スパイクＶＳは、例えば、プラズマ放電によってアーク電極間にアークプラズマが生成される際のアークプラズマの生成位置の変動によって生ずる。アークプラズマの生成位置の変動は、プラズマを生成する希薄なガスの対流等に起因して生じ、これによって電極間のアークプラズマを経由する電流経路が長くなり、インピーダンスも上昇するため、アーク電圧Ｖａは上昇し、電圧スパイクＶＳを発生する。電圧スパイクＶＳは、例えば、数秒から数十秒の間、アーク電圧Ｖａが上昇して下降する、略三角波形状に時間変化する現象である。

制御本体部８は、定電流制御と、定電力制御と、特殊電流制御、のいずれか１つの電流制御をアーク電圧Ｖａに応じて実行するように構成されている。
定電流制御とは、アーク放電負荷装置２に供給する電力が第１電力許容上限値Ｅｃ１未満の場合、アーク電流Ｉａの設定値を予め定めた第１の値（一定値）に固定してアーク電流Ｉａをアーク放電負荷装置２に供給する制御、すなわち、一定のアーク電流Ｉａを供給する制御である。
定電力制御は、アーク放電負荷装置２に供給する電力が第１電力許容上限値Ｅｃ１に達する場合、アーク放電負荷装置２に供給する電力が第１電力許容上限値Ｅｃ１を維持するように、アーク電流Ｉａの設定値を、アーク電圧Ｖａの計測値に応じた調整値に設定してアーク電流Ｉａをアーク放電負荷装置２に供給する制御である。
特殊電流制御は、検出部６が、電圧スパイクＶＳ発生の条件を満たすことを検出した場合、第１電力許容上限値Ｅｃ１に比べて大きい第２電力許容上限値Ｅｃ２を超えない範囲で、アーク電流Ｉａの設定値を、アーク放電を維持する第２の値に固定してアーク電流Ｉａをアーク放電負荷装置２に供給する。第２の値は、例えば定電流制御で用いるアーク電流Ｉａの第１の値と同じ値（一定値）とすることができる。

図１（ｂ）は、電圧スパイクＶＳが発生するときのアーク電圧Ｖａの変化の一例を示す図であり、図１（ｃ）は、図１（ｂ）に示すアーク電圧Ｖａに対応した時間におけるアーク電流Ｉａの変化の一例を示す図である。図１（ｂ），（ｃ）では、定電流制御中、時刻ｔ１で、第１電力許容上限値Ｅｃ１に達し、定電力制御に切り替わる場合を示し、時刻ｔ２で、電圧スパイクＶＳを検出した例を示している。検出部４は、電圧スパイクＶＳを、例えば、一定時間間隔のサンプリングで計測するアーク電圧Ｖａの、サンプリング時間間隔における変化率に基づいて検出する。例えば、サンプリング時間間隔で得られるアーク電圧Ｖａの、サンプリング時間間隔における変化率が所定値以上であることが連続して所定回数続いた場合、検出部４は、電圧スパイクＶＳの発生を検出することができる。

図１（ｃ）では、制御本体部８が、アーク電流Ｉａの値を一定の値Ｉ１とした定電流制御を、時刻ｔ１で一定電力制御に切り替えている。これにより、アーク電圧Ｖａの増加に伴ってアーク電流Ｉａの値は小さくなる。しかし、時刻ｔ２において、検出部６が電圧スパイクＶＳを検出すると、制御本体部８は、定電力制御を、特殊電流制御に切り替える。これにより、図１（ｃ）に示すようにアーク電流Ｉａが、一定の値Ｉ３に上昇する。値Ｉ３は、値Ｉ１と同じかそれより大きいことが好ましい。
図２は、制御本体部８が行うアーク電圧Ｖａとアーク電流Ｉａの関係の一例を示す図である。図中のＩａ＝Ｉ１の直線領域は、定電流制御におけるアーク電圧Ｖａに対するアーク電流Ｉａの挙動（アーク電圧Ｖａに関わらず一定電流）を示し、Ｉａ＝Ｉ２の曲線領域は、定電力制御におけるアーク電圧Ｖａに対するアーク電流Ｉａの挙動（Ｉ２＝Ｅｃ１／Ｖａ）を示し、Ｉａ＝Ｉ３の直線領域は、定電力制御中に、電圧スパイクＶＳが発生して、特殊電流制御に切り替わったアーク電圧Ｖａに対するアーク電流Ｉａの挙動（アーク電圧Ｖａに関わらず一定電流）を示す。図２に示す定電力制御から特殊電流制御に切り替わる地点は、一例である。定電力制御から特殊電流制御に切り替わる地点は電圧スパイクＶＳの発生開始時点であるが、電圧スパイクＶＳは、いつ生じるか予測できない。

このように、アーク放電制御装置１は、電圧スパイクＶＳの発生を検出すると、特殊電流制御に切り替え、アーク電流Ｉａをアーク放電を維持する値に固定するので、アーク放電制御装置１は、アーク放電負荷装置２の出力を安定化させることができる。電圧スパイクＶＳは、一時的に上昇し下降して電圧スパイク発生前のアーク電圧の値に戻るので、電圧スパイク発生中だけ、第１電力許容上限値Ｅｃ１を引き上げて第２電力許容上限値Ｅｃ２にしても、一定の範囲内の時間長さ、第２電力許容上限値Ｅｃ２内の電力をアーク放電負荷装置２に供給しても、熱によるアーク放電負荷装置２の損傷はない。したがって、アーク放電制御装置１による特殊電流制御では、特殊電流制御の継続時間をカウントし、継続時間が予め設定された時間に達すると、強制的に定電流制御あるいは定電力制御に戻すことが好ましい。このような動作を制御本体部１８は行う。また、電圧スパイクＶＳの発生が終了すること検出すると、特殊電流制御から定電流制御あるいは定電力制御に戻ることができるように、検出部６は、電圧スパイクＶＳの発生の終了を検出することが好ましい。

このようなアーク放電を行ってアークプラズマを生成するアーク放電負荷装置２は、キセノンランプ等のショートアークランプの他に、プラズマを利用して半導体を製造する半導体製造装置、プラズマを利用したアーク溶接装置等に適用することができる。
以下、ショートアークランプをアーク放電負荷装置２に適用する例として、生体組織を撮像するための照明光を射出する内視鏡用光源装置を詳細に説明する。

図３は、一実施形態の内視鏡用光源装置を用いる内視鏡システム１０の概略の外観を示す図である。
内視鏡システム１０は、生体組織を撮影する内視鏡１００と、プロセッサ２００と、ディスプレイ３００と、を有する。内視鏡１００は、照明された生体組織を撮像する固体撮像素子１０８（図４参照）を備える。プロセッサ２００は、撮像した生体組織の撮像画像を画像処理して、表示用画像を生成する画像処理ユニットを備える。

内視鏡１００は、可撓性を有するシースによって外装された可撓管１１０を備えている。可撓管１１０の先端には、硬質性を有する樹脂製筐体によって外装された先端部１２０が連結されている。可撓管１１０と先端部１２０との連結箇所に湾曲部１４０が設けられている。湾曲部１４０は、可撓管１１０の基端に連結された手元操作部１３０からの遠隔操作（回転操作）によって自在に湾曲あるいは屈曲するように構成されている。屈曲部１４０の屈曲機構は、一般的な電子内視鏡に組み込まれている周知の機構であり、遠隔操作に連動した操作ワイヤの牽引によって湾曲部１４０を湾曲あるいは屈曲させるように構成されている。先端部１２０の方向が上記操作に応じて変わることにより、内視鏡１００による撮影領域が移動する。

プロセッサ２００は、内視鏡１００からの信号を処理する信号処理装置と、自然光の届かない体腔内を内視鏡１００を介して照射する光源装置とを一体に備えた装置である。他の一実施形態によれば、信号処理装置と光源装置とを別体で構成される。 ディスプレイ３００は、内視鏡１００で撮像した生体組織の撮像画像を表示するほか、記録装置３２０に記録された動画データを再生表示する。

図４は、一実施形態の内視鏡１００及びプロセッサ２００の概略の構成の一例を示すブロック図である。
プロセッサ２００は、システムコントローラ（制御部）２０２及びタイミングコントローラ２０４を備えている。システムコントローラ２０２は、メモリ２２２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１０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２１８に接続されている。システムコントローラ２０２は、操作パネル２１８より入力されるオペレータからの指示に応じて、内視鏡システム１０の各動作、各動作のためのパラメータを変更する。タイミングコントローラ２０４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１０内の各部分に出力する。

光源２０８は、光源制御装置２０６による始動後、照明光（白色光）Ｌを射出する。光源制御装置２０６及び光源２０８は、内視鏡用光源装置を形成する。光源２０８は、例えば、キセノンランプ、ハロゲンランプ、水銀ランプ、メタルハライドランプ等の高輝度ランプが用いられる。光源２０８より射出された照明光Ｌは、集光レンズ２１０によって集光されつつ絞り２１２を介して適正な光量に制限される。
光源制御装置２０６は、光源２０８を点灯するイグナイタとして機能する点灯ユニット２０６ａと、点灯後、光源２０８に供給するランプ電流を制御する制御ユニット２０６ｂと、を備える。制御ユニット２０６ｂについては、後述する。

絞り２１２には、図示されないアームやギヤ等の伝達機構を介してモータ２１４が機
械的に連結している。モータ２１４は例えばＤＣモータであり、ドライバ２１６のドライ
ブ制御下で駆動する。絞り２１２は、モニタ３００の表示画面に表示される映像を適正な
明るさにするため、モータ２１４により動作され開度が変えられる。光源２０８より照
射された照明光Ｌの光量は、絞り２１２の開度に応じて制限される。適正とされる映像の
明るさの基準は、オペレータによる操作パネル２１８の輝度調節操作に応じて設定変更される。

絞り２１２を通過した照明光Ｌは、ライトガイド１０２の入射端面に集光されてライトガイド１０２内に入射される。ライトガイド１０２内に入射された照明光Ｌは、ライトガイド１０２内を伝播し、先端部１２０にあるライトガイド１０２の射出端面より射出される。

先端部１２０には、配光レンズ１０４と、対物レンズ１０６と、固体撮像素子１０８が設けられている。
照明光Ｌは、配向レンズ１０４を介して生体組織を照明する。
対物レンズ１０６は、照明光Ｌにより照射された生体組織からの戻り光を、固体撮像素子１０８の受光面上で結像させる。
固体撮像素子１０８は、例えば、ベイヤ型画素配置を有する単板式カラーＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサである。単板式カラーＣＣＤイメージセンサは、受光面上の各画素で結像した光学像を光量に応じた電荷として蓄積して、Ｒ（Red）、Ｇ（Green）、Ｂ（Blue）の色成分に対応した画像信号を生成して出力する。固体撮像素子１０８は、ＣＣＤイメージセンサに限らず、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサやその他の種類の撮像装置を用いることもできる。固体撮像素子１０８はまた、補色系フィルタを搭載したものであってもよい。

内視鏡１００のコネクタ部は、ドライバ信号処理回路１１２を備える。
ドライバ信号処理回路１１２には、生体組織の画像信号が固体撮像素子１０８より所定のフレーム周期で入力される。ドライバ信号処理回路１１２は、固体撮像素子１０８より入力される画像信号をプロセッサ２００の前段信号処理回路２２０に出力する。フレーム周期は、例えば、１／３０秒、１／６０秒である。

ドライバ信号処理回路１１２はまた、メモリ１１４にアクセスして内視鏡１００の固有情報を読み出す。メモリ１１４に記録される内視鏡１００の固有情報には、例えば、固体撮像素子１０８の画素数や感度、動作可能なフレームレート、型番等が含まれる。ドライバ信号処理回路１１２は、メモリ１１４より読み出され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、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、生成された制御信号を用い
て、プロセッサ２００に接続されている内視鏡１００に適した処理がなされるようにプロセッサ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２０４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、ドライバ信号処理回路１１２にクロックパルスを供給する。ドライバ信号処理
回路１１２は、タイミングコントローラ２０４から供給されるクロックパルスに従って、
固体撮像素子１０８をプロセッサ２００側で処理される映像のフレームレートに同期した
タイミングで駆動制御する。

プロセッサ２００は、さらに、前段信号処理回路２２０、特殊画像処理部２３０、及び、後段信号処理回路２４０を備える。
一実施形態によれば、前段信号処理回路２２０及び後段信号処理回路２４０は、専用の回路で構成され、特殊画像処理部２３０は、システムコントローラ２０２が、メモリ２２２に記録されたプログラムを読み出して実行することにより機能を発揮するソフトウェアモジュールで構成される。したがって、システムコントローラ２０２が、特殊画像処理部２３０の機能を実質的に司る。また、他の一実施形態によれば、特殊画像処理部２３０は、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）を用いた専用回路で構成される。

前段信号処理回路２２０は、ドライバ信号処理回路１１２よりフレーム周期で入力され
るＲ，Ｇ，Ｂの各画像信号に対してデモザイク処理を施す。具体的には、Ｒの各画像信号
についてＧ，Ｂの周辺画素による補間処理が施され、Ｇの各画像信号についてＲ，Ｂの周
辺画素による補間処理が施され、Ｂの各画像信号についてＲ、Ｇの周辺画素による補間処
理が施される。これにより、画像信号が全て、Ｒ、Ｇ、Ｂの３つの色成分の情報を持つ動画の画像データに変換される。さらに、前段信号処理回路２２０は、色補正、マトリックス演算、及びホワイトバランス補正等の周知の処理を施す。
特殊画像処理部２３０は、予め指示された処理を実行する部分である。特殊画像処理は、例えば、撮像画像を強調するために、色や諧調を変更する処理を含む。特殊画像処理の内容は特に制限されない。

後段信号処理回路２４０は、特殊画像処理回路２３０より入力される画像データに所定
の信号処理を施して動画データを生成し、生成されたディスプレイ表示用の動画データを所定のビデオフォーマット信号に変換する。変換されたビデオフォーマット信号は、ディスプレイ３００に出力される。また、生成された動画データは、システムコントローラ２０２を介して、記録装置３２０に出力される。記録装置３２０に出力された動画データは、１つの動画ファイルに纏められて記録される。ディスプレイ３００に出力されたビデオフォーマット信号は、ディスプレイ３００で動画の表示のために用いられる。これにより、生体組織の動画がディスプレイ３００の表示画面に表示される。

前段信号処理回路２２０、特殊画像処理部２３０、及び後段信号処理回路２４０は、固体撮像素子２０８で撮像した生体組織の撮像画像を画像処理して、表示用画像を生成する画像処理ユニットを形成する。

図５（ａ）は、光源制御装置２０６の制御ユニット２０６ｂの機能ブロック図である。図５（ｂ）は、制御ユニット２０６ｂの回路構成の一例を示す回路図である。

制御ユニット２０６ｂは、検出部２０６ｂ１と、制御本体部２０ｂ２と、を備える。
検出部２０６ｂ１は、図１（ａ）に示す検出部６と同様の機能を有し、ランプである光源２０８にかかるランプ電圧Ｖａ（図１（ａ）に示すアーク電圧Ｖａに対応）の計測値から、ランプ電圧Ｖａが電圧スパイクＶＳによって光源２０８に供給する電力が、光源２０８に応じて予め設定された第１電力許容上限値ＥＣ１に達する条件を満たすか否か、を検出する部分である。検出部２０６ｂ１は、開始検出部２０６ｂ３と終了検出部２０６ｂ４を備える。

開始検出部２０６ｂ３は、電圧スパイクＶＳの発生の開始を、ランプ電圧Ｖａを取得することによって検出する。例えば、ランプ電圧Ｖａは、一定のサンプリング間隔で計測されるが、計測されるランプ電圧Ｖａの、サンプリング時間間隔における変化率が所定値以上（例えば、変化率が０超）であることが連続して所定回数（例えば１０回）続いた場合、開始検出部２０６ｂ３は、電圧スパイクＶＳの発生の開始を検出することができる。
終了検出部２０６ｂ４は、電圧スパイクＶＳの発生の終了を、ランプ電圧Ｖａを取得することによって検出する。ランプ電圧Ｖａは、一定のサンプリング間隔で計測されるが、終了検出部２０６ｂ４は、ある一定期間中のサンプリングされた複数のランプ電圧Ｖａの分散を算出し、この分散の値が閾値以下になったとき、電圧スパイクＶＳの発生が終了した、と判定する。図６（ａ），（ｂ）は、一定期間中のランプ電圧Ｖａの頻度分布の例を示す図である。頻度分布におけるランプ電圧Ｖａの総数は、例えば５０〜３００であることが好ましい。上記一定期間は、スパイク電圧ＶＳの発生期間が３０秒〜１００秒の場合、例えば１０秒であり、サンプリング間隔は、例えば１００ｍ秒である。図６（ａ）に示す例では、ランプ電圧Ｖａは値１６〜２３の範囲でばらついており、ランプ電圧Ｖａの分散は大きく、電圧スパイクＶＳが発生している状態を示している。一方、図６（ｂ）に示す例では、ランプ電圧Ｖａは値１５のみであり、ランプ電圧Ｖａの分散は小さく、電圧スパイクＶＳが発生していない状態を示している。このように、終了検出部２０６ｂ４は、一定期間中のランプ電圧Ｖａの分散を求めることにより、検出する。分散に代えて、標準偏差等の統計的にばらつきを示す統計量を用いることもできる。
このような開始検出部２０６ｂ３及び終了検出部２０６ｂ４は、ソフトウェアモジュールとして、図５（ｂ）に示すＣＰＵ２０６ｂ５内に形成されて機能する。なお、図５（ｂ）中のＶｄｅｔｅｃは、ランプ電圧Ｖａに対応する信号であり、Ｉｄｅｔｅｃは、ランプ電流Ｉａに対応する信号であり、Ｉｓｅｔは、光源２０８に供給するランプ電流Ｉａの設定値に対応する指令信号である。
開始検出部２０６ｂ３及び終了検出部２０６ｂ４は、ランプ電圧Ｖａを用いて電圧スパイクＶＳの発生の開始及び発生の終了の検出の処理を常時行う。

制御本体部２０６ｂ２は、図１に示す制御本体部８に対応し、定電流制御と、定電力制御と、特殊電流制御と、のいずれか１つの電流制御をランプ電圧Ｖａに応じて実行する。

定電流制御は、光源２０８に供給する電力が第１電力許容上限値Ｅｃ１未満の場合、ランプ電流Ｉａ（図１（ａ）に示すアーク電流Ｉａに対応）の設定値を予め定めた第１の値（一定値）に固定してランプ電流Ｉａを光源２０８に供給する制御、すなわち、一定のランプ電流Ｉａを供給する制御である。

定電力制御は、光源２０８に供給する電力が第１電力許容上限値Ｅｃ１に達する場合、光源２０８に供給する電力が第１電力許容上限値Ｅｃ１を維持するように、ランプ電流Ｉａの設定値を、ランプ電圧Ｖａの計測値に応じた調整値に設定してランプ電流Ｉａを光源２０８に供給する制御である。

特殊電流制御は、検出部２０６ｂ１が、電圧スパイクＶＳ発生の条件を満たすことを検出した場合、第１電力許容上限値Ｅｃ１に比べて大きい第２電力許容上限値Ｅｃ２を超えない範囲で、ランプ電流Ｉａの設定値を、光源２０８の照明光の射出を維持する第２の値に固定してランプ電流Ｉａを光源２０８に供給する。第２の値は、例えば定電流制御で用いるランプ電流Ｉａの第１の値と同じ値（一定値）とすることができる。また、検出部２０６ｂ１が、電圧スパイクＶＳの発生の終了を検出すると、制御本体部２０６ｂ２は、特殊電流制御から、定電流制御あるいは定電力制御に切り替える。

なお、特殊電流制御から定電流制御あるいは定電力制御に切り替わる場合は、電圧スパイクＶＳの発生の終了の場合の他に、電圧スパイクＶＳの発生する継続時間が予め定めた時間長さに達したとき、すなわち、特殊電流制御の制御開始からの経過時間が予め定めた時間長さに達した場合も含む。すなわち、一実施形態によれば、終了検出部２０６ｂ４は、特殊電流制御の制御開始からの経過時間が予め定めた時間長さに達したとき、制御本体部２０６ｂ２は、特殊電流制御から、定電流制御及び定電力制御のいずれか一方に強制的に切り替えることが好ましい。電圧スパイクＶＳの発生する継続時間が予め定めた時間長さに達すると、光源２０８に蓄積される熱は過大になり、光源２０８の損傷の虞が生じる虞が高くなることから、特殊電流制御から定電流制御あるいは定電力制御への切り替えが行われる。

また、一実施形態によれば、光源２０８に図示されない温度センサが設けられ、終了検出部２０６ｂ４は、温度センサによる光源２０８の蓄熱温度を取得し、この蓄熱温度が所定の温度を超えたとき、制御本体部２０６ｂ２は、特殊電流制御から、定電流制御及び定電力制御のいずれかに強制的に切り替えることが好ましい。また、光源２０８の蓄熱温度の代わりに、終了検出部２０６ｂ４は、蓄熱温度に対応する温度情報を取得し、温度情報が閾値を超えたとき、特殊電流制御から、定電流制御及び定電力制御のいずれかに強制的に切り替えることも好ましい。

図７は、光源制御装置２０６による光源２０８の制御の一例のフローを示す図である。図７に示す処理は、光源２０８の点灯から消灯までの間、常時行われる。

まず、検出部２０６ｂ１は、ランプ電圧Ｖａの計測値を取得する（ステップＳ１０）。開始検出部２０６ｂ３は、電圧スパイクＶＳが継続して発生しているか否かを判定する（ステップＳ２０）。この判定は、電圧スパイクＶＳが発生しているか否かを表すフラグが図示されないメモリに記憶されているので、このフラグを確認することにより行われる。
開始検出部２０６ｂ３が、ステップＳ２０において、電圧スパイクＶＳが発生していると判定した場合、後述する光源２０８の蓄熱温度が限界値を超えているか否かの判定（ステップＳ４０）に進む。

ステップＳ２０において、電圧スパイクＶＳが発生していないと判定した場合、開始検出部２０６ｂ３は、電圧スパイクＶＳの発生が始まっているか、否かを判定する（ステップＳ３０）。電圧スパイクＶＳの発生の判定では、例えば、計測されるランプ電圧Ｖａの、サンプリング時間間隔における変化率が所定値以上（例えば、変化率が０超）であることが連続して所定回数（例えば１０回）続いたことを検出した場合、電圧スパイクＶＳの発生が始まったと判定する。開始検出部２０６ｂ３は、電圧スパイクＶＳの発生が始まっていないと判定した場合、制御本体部２０６ｂ２は、定電流制御あるいは定電力制御のいずれか一方の制御をする（ステップＳ９０）。制御本体部２０６ｂ２が定電流制御及び定電力制御のいずれを選択するかは、現在のランプ電流Ｉａとランプ電圧Ｖａの積によって定まる光源２０８への供給電力によって定まり、供給電力が第１電力許容上限値Ｅｃ１未満の場合、定電流制御が選択され、ランプ供給電力が第１電力許容上限値Ｅｃ１以上の場合、定電力制御が選択される。

ステップＳ３０において、電圧スパイクＶＳが発生していると判定した場合、終了検出部２０６ｂ４が、光源２０８の蓄熱温度が限界値を超えているか否かの判定を行う（ステップＳ４０）。この判定は、例えば、電圧スパイクＶＳの発生の開始からの継続時間、あるいは、光源２０８の蓄熱温度の計測結果から、あるいは蓄熱温度に対応する温度情報が限界値に達したか否かを判定することで行うことができる。また、電圧スパイクＶＳが発生していると判定した場合、開始検出部２０６ｂ３は、電圧スパイクＶＳが発生していることを示すフラグを図示されないメモリに記憶させる。
終了検出部２０６ｂ４は、光源２０８の蓄熱温度が限界値を超えていると判定した場合、光源２０８の破損の虞が高くなるため、制御本体部２０６ｂ２は、光源２０８の供給電力を下げるために、特殊電流制御から定電流制御あるいは定電力制御を行う（ステップＳ９０）。電圧スパイクＶＳが発生していないと判定した場合、開始検出部２０６ｂ３は、電圧スパイクＶＳが発生していないことを示すフラグを図示されないメモリに記憶させる。

ステップＳ４０において、光源２０８の蓄熱温度が限界値を超えていないと判定した場合、特殊電流制御を行う（ステップＳ５０）。これにより、電圧スパイクＶＳが発生しても、ランプ電流Ｉａを下げることがないので、光源２０８の光の射出を停止することを防止できる。
次に、終了検出部２０６ｂ４は、光源２０８の蓄熱温度のモニタを行う（ステップＳ６０）。具体的には、特殊電流制御の継続時間、光源２０８の蓄熱温度の計測結果、あるいは蓄熱温度に対応する温度情報を用いて蓄熱温度のモニタを行う。特殊電流制御の継続時間が長くなると、蓄熱温度も高くなることから、特殊電流制御を行っている時間をカウントすることにより、蓄熱温度のモニタを行うことができる。

次に、終了検出部２０６ｂ４は、光源２０８の蓄熱温度が限界値を超えているか否かの判定を行う（ステップＳ７０）。この判定は、ステップＳ４０と同じように、例えば、電圧スパイクＶＳの発生の開始からの継続時間、あるいは、光源２０８の蓄熱温度の計測結果から、あるいは蓄熱温度に対応する温度情報が限界値に達したか否かを判定することで行うことができる。終了検出部２０６ｂ４は、光源２０８の蓄熱温度が限界値を超えていると判定した場合、制御本体部２０６ｂ２は、特殊電流制御から定電流制御あるいは定電力制御に切り替える（ステップＳ９０）。
一方、光源２０８の蓄熱温度が限界値を超えていないと判定した場合、終了検出部２０６ｂ４は、電圧スパイクＶＳ終了しているか否かを判定する（ステップＳ８０）。終了検出部２０６ｂ４は、一定のサンプリング間隔で計測されたランプ電圧Ｖａから算出されるランプ電圧Ｖａの一定期間の分散を算出し、この分散の値が閾値以下になったとき、電圧スパイクＶＳの発生が終了した、と判定する。終了検出部２０６ｂ４は、電圧スパイクＶＳが発生していないことを示すフラグを図示されないメモリに記憶させる。
電圧スパイクＶＳの発生が終了した場合、制御本体部２０６ｂ２は、特殊電流制御から定電流制御あるいは定電力制御に切り替える（ステップＳ９０）。
一方、電圧スパイクＶＳの発生が終了していない場合、ステップＳ１０に戻り、ステップＳ１０〜９０を繰り返す。

このように、内視鏡システム１０の光源制御装置２０６は、光源２０８の照明光の射出を行うための制御ユニット２０６ｂを備え、制御ユニット２０６ｂは、ランプ電圧Ｖａに応じて、定電流制御、定電力制御、あるいは特殊電流制御のいずれかを行う。特殊電流制御では、電圧スパイクＶＳの発生を検出して、光源２０８に供給する供給電力が、第１電力許容上限値Ｅｃ１に達する場合、第１電力許容上限値Ｅｃ１に比べて大きい第２電力許容上限値Ｅｃ２を超えない範囲で、ランプ電流Ｉａの設定値を、照明光の射出を維持する第２の値に固定してランプ電流Ｉａを光源２０８に供給する。このため、一時的に光源２０８にかかる電圧スパイクの発生によってランプ電圧Ｖａが上昇しても、照明光の射出を停止することなく安定化させることができる。

一実施形態によれば、特殊電流制御で設定するランプ電流Ｉａの第２の値は、定電流制御で設定するランプ電流Ｉａの第１の値と同じである、あるいは、この第１の値より大きい、こが好ましい。これにより、照明光の射出を停止することなく確実に安定化させることができる。

一実施形態によれば、検出部２０６ｂ１は、ランプ電圧Ｖａの計測値の時間変化に基づいて電圧スパイクＶＳの発生開始を検出する、ことが好ましい。例えば、開始検出部２０６ｂ３は、一定時間間隔のサンプリングで計測するアーク電圧ＶＳの、サンプリング時間間隔における変化率に基づいて検出する。これにより、電圧スパイクＶＳの発生開始の検出を正確に行うことができる。

一実施形態によれば、検出部２０６ｂ１は、ランプ電圧Ｖａの計測値の、予め定めた期間中の頻度分布（図６（ａ），（ｂ）参照）に基づいて、電圧スパイクＶＳの終了を検出し、制御本体部２０６ｂ２は、特殊電流制御を終了して、定電流制御あるいは定電力調整制御に切り替える、ことが好ましい。これにより、電圧スパイクＶＳの発生終了の検出を正確に行うことができる。

一実施形態によれば、検出部２０６ｂ１は、ランプ電圧Ｖａの計測値の上記分散が閾値以下になったとき、電圧スパイクＶＳの終了とする、ことが好ましい。これにより、電圧スパイクＶＳの発生終了の検出をより正確に行うことができる。

一実施形態によれば、制御本体部２０６ｂ２は、特殊電流制御の制御開始からの経過時間が予め定めた時間長さに達したとき、特殊電流制御から、定電流制御及び定電力制御のいずれか一方に強制的に切り替える、ことが好ましい。また、一実施形態によれば、終了検出部２０６ｂ４は、光源２０８の発熱による蓄熱温度あるいは蓄熱温度に対応する温度情報を取得し、制御本体部２０６ｂ２は、蓄熱温度あるいは温度情報が閾値に達したとき、特殊電流制御から、定電流制御及び定電力制御のいずれか一方に強制的に切り替える、ことが好ましい。これにより、光源２０８の蓄熱温度を過度に上昇させて破損させることを防止することができる。

このように、内視鏡システム１０は、光源２０８と、点灯ユニット２０６ａ及び制御ユニット２０６ｂを含む光源制御装置２０６とを備えた、生体組織を照明する照明光を射出する光源装置を含むので、一時的に光源２０８にかかるランプ電圧Ｖａが上昇しても、照明光の射出を停止することなく、内視鏡１００を用いた生体組織の観察を安定して行うことができる。

以上、本発明の内視鏡用光源装置、内視鏡システム、及びアーク放電制御装置について詳細に説明したが、本発明は実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。

１ アーク放電制御装置
２ アーク放電負荷装置
４ 制御ユニット
６ 検出部
８ 制御本体部
１０ 内視鏡システム
１００ 内視鏡
１０２ ガイドケーブル
１０４ 配光レンズ
１０６ 対物レンズ
１０８ 固体撮像素子
１１２ ドライバ信号処理回路
１１４ メモリ
２００ プロセッサ
２０２ システムコントローラ
２０４ タイミングコントローラ
２０６ 光源制御装置
２０６ａ 点灯ユニット
２０６ｂ 制御ユニット
２０６ｂ１ 検出部
２０６ｂ２ 制御本体部
２０８ 光源
２１０ 集光レンズ
２１２ 絞り
２１４ モータ
２１６ ドライバ
２１８ 操作パネル
２２０ 前段信号処理回路
２２２ メモリ
２３０ 特殊画像処理部
２４０ 後段信号処理回路
３００ ディスプレイ

Claims (9)

1. 生体組織を撮像するための照明光を射出する内視鏡用光源装置であって、
   供給する電流によって照明光を射出する光源と、
   前記照明光の射出中前記光源にかかる電圧に応じて前記光源に供給する前記電流を設定値に制御する制御ユニットと、を備え、
   前記制御ユニットは、
   前記光源にかかる前記電圧の計測値から、前記電圧がスパイク状に一時的に上昇し下降する電圧スパイクが発生して、前記電圧スパイクによって前記光源に供給する電力が、前記光源に応じて予め設定された第１電力許容上限値に達する条件を満たすか否か、を検出する検出部と、
   前記光源に供給する電力が前記第１電力許容上限値未満の場合、前記電流の前記設定値を予め定めた第１の値に固定して前記電流を前記光源に供給する定電流制御と、
   前記光源に供給する電力が前記第１電力許容上限値に達する場合、前記光源に供給する電力が前記第１電力許容上限値を維持するように、前記設定値を、前記電圧の計測値に応じた調整値に設定して前記電流を前記光源に供給する定電力制御と、
   前記検出部が、前記条件を満たすことを検出した場合、前記第１電力許容上限値に比べて大きい第２電力許容上限値を超えない範囲で、前記電流の前記設定値を、前記照明光の射出を維持する第２の値に固定して前記電流を前記光源に供給する特殊電流制御と、のいずれか１つの電流制御を行う制御本体部と、を備える、ことを特徴とする内視鏡用光源装置。
2. 前記第２の値は、前記第１の値と同じである、あるいは、前記第１の値より大きい、請求項１に記載の内視鏡用光源装置。
3. 前記検出部は、前記電圧の計測値の時間変化に基づいて前記電圧スパイクの発生開始を検出する、請求項１または２に記載の内視鏡用光源装置。
4. 前記検出部は、前記電圧の計測値の、予め定めた期間中の頻度分布に基づいて、前記電圧スパイクの終了を検出し、前記制御本体部は、前記特殊電流制御を終了して、前記定電流制御あるいは前記定電力調整制御に切り替える、請求項１〜３のいずれか１項に記載の内視鏡用光源装置。
5. 前記検出部は、前記電圧の計測値の前記期間中の分散が閾値以下になったとき、前記電圧スパイクの終了とする、請求項４に記載の内視鏡用光源装置。
6. 前記制御本体部は、前記特殊電流制御の制御開始からの経過時間が予め定めた時間長さに達したとき、前記特殊電流制御から、前記定電流制御及び前記定電力制御のいずれか一方に強制的に切り替える、請求項１〜５のいずれか１項に記載の内視鏡用光源装置。
7. 前記検出部は、前記光源の発熱による蓄熱温度あるいは前記蓄熱温度に対応する温度情報を取得し、
   前記制御本体部は、前記蓄熱温度あるいは前記温度情報が閾値に達したとき、前記特殊電流制御から、前記定電流制御及び前記定電力制御のいずれか一方に強制的に切り替える、請求項１〜５のいずれか１項に記載の内視鏡用光源装置。
8. 生体組織を撮像して前記生体組織の画像を生成する内視鏡システムであって、
   前記生体組織を照明する照明光を射出する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の光源装置と、
   照明された前記生体組織を撮像する撮像素子を備えた内視鏡と、
   前記撮像素子で撮像した前記生体組織の撮像画像を画像処理して、表示用画像を生成する画像処理ユニットを備えたプロセッサと、を備えたことを特徴とする内視鏡システム。
9. 供給する電流によってアーク放電をする装置を制御するアーク放電制御装置であって、
   アーク放電中の前記装置にかかる電圧に応じて前記装置に供給する前記電流を設定値に制御する制御ユニット、を備え、
   前記制御ユニットは、
   前記装置にかかる前記電圧の計測値から、前記電圧がスパイク状に一時的に上昇し下降する電圧スパイクが発生して、前記電圧スパイクによって前記装置に供給する電力が、前記装置に応じて予め設定された第１電力許容上限値に達する条件を満たすか否か、を検出する検出部と、
   前記装置に供給する電力が前記第１電力許容上限値未満の場合、前記電流の前記設定値を予め定めた第１の値に固定して前記電流を前記装置に供給する定電流制御と、
   前記装置に供給する電力が前記第１電力許容上限値に達する場合、前記装置に供給する電力が前記第１電力許容上限値を維持するように、前記設定値を、前記電圧の計測値に応じた調整値に設定して前記電流を前記装置に供給する定電力制御と、
   前記検出部が、前記条件を満たすことを検出した場合、前記第１電力許容上限値に比べて大きい第２電力許容上限値を超えない範囲で、前記電流の前記設定値を、アーク放電を維持する第２の値に固定して前記電流を前記装置に供給する特殊電流制御と、のいずれか１つの電流制御を行う制御本体部と、を備える、ことを特徴とするアーク放電制御装置。

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