JP3871869B2

JP3871869B2 - 交流点灯光源を備えた電子内視鏡装置

Info

Publication number: JP3871869B2
Application number: JP2000298660A
Authority: JP
Inventors: 一則阿部
Original assignee: Fujinon Corp
Current assignee: Fujinon Corp
Priority date: 2000-09-29
Filing date: 2000-09-29
Publication date: 2007-01-24
Anticipated expiration: 2020-09-29
Also published as: JP2002102165A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は交流点灯光源を備えた電子内視鏡装置、特に交流電流によって放電点灯させる交流点灯ランプを用いて照射光を被観察体内へ供給する内視鏡の光量制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４（Ａ）には、従来において内視鏡装置の光源として用いられるキセノンランプの構成が示されており、このランプは直流（ＤＣ）電力にて放電点灯するようになっている。図において、カソード（陰極）１とアノード（陽極）２がガラス放電管内に配置されており、所定の直流電圧を与えることにより、カソード１からアノード２へ電子が移動し、放電・点灯が行われる。
【０００３】
図４（Ｂ）には、近年、自動車等において使用され、交流（ＡＣ）電力を用いるキセノンランプの構成が示されており、これは高輝度放電ランプ（High intensity discharge lamp）といわれるものである。図示されるように、カソード３とアノード４は鋭角先端を持った同一形状とされており、これらカソード３及びアノード４には、正負の電流が交互に与えられる。従って、カソード３に負電流、アノード４に正電流が与えられたとき、電子はｃ１のようにカソード３からアノード４へ移動し、一方正負電流が逆になるとき、電子はｃ２のようにアノード４からカソード３へ移動することになり、このような交互の電子移動により放電が行われる。
【０００４】
上記のＡＣ点灯のランプによれば、ＤＣ点灯のランプと比較すると、電力の変換効率がよく、高輝度となり、熱の発生が少ない等の利点があると共に、集光させ易いという利点がある。即ち、ＤＣ点灯ランプの場合は、図４（Ａ）に示されるようにカソード１とアノード２との間隔はＤ_１と比較的大きいが、図４（Ｂ）のＡＣ点灯ランプの場合のカソード３とアノード４との間隔Ｄ_２は上記Ｄ_１よりも相当小さくなる。従って、スコープ内に配置される細いライトガイドの入射端に効率よくランプ光を集光させることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記ＡＣ点灯のランプでは、正負電流の切替えの間に点灯されない期間が存在することから、電子シャッタ機能を用いて露光量（シャッタ速度）を可変制御する場合に、その光量が不均一になるという問題がある。
【０００６】
図５には、ランプ点灯、電子シャッタ制御及び撮像素子であるＣＣＤ（Charge Coupled Device）出力の変化量が示されており、従来では、図５（Ａ）に示されるように、例えばランプに対し約５００Ｈｚで交流電流が供給される。この図において、電極に負電流が与えられるときを点灯とすると、アノード４側ではａで示されるタイミング（及び期間）で点灯（放電）し、カソード３側ではｋで示されるタイミングで点灯する。従って、図５（Ｂ）に示される各フィールドでは、両方で約１６回の点灯が行われることになる。
【０００７】
しかし、フィールド期間とランプ点灯の周期が一致しないため、図５（Ｃ）の電子シャッタ制御のＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４（約１／３８０秒）に示されるように、各フィールドにおいて同一のシャッタ速度で同一の露光期間を設定したとすると、露光期間Ｌ１，Ｌ４ではカソード点灯ｋが２回、アノード点灯ａが１回で、合計３回の点灯となるが、他の露光期間Ｌ２，Ｌ３ではカソード点灯ｋが１．６回、アノード点灯ａが１回で、合計２．６回の点灯というように点灯回数が異なることになる。
【０００８】
従って、同一の露光時間（シャッタ速度）であっても、その時間内のランプの発光量が異なることになり、図５（Ｄ）に示されるように、ＣＣＤ出力においてもｆの量だけ輝度変化が生じる。即ち、１フィールド期間を露光時間としたときの出力（輝度レベル）を１００％とすると、上記Ｌ１，Ｌ４では１８．７５％の出力が得られるが、上記Ｌ２，Ｌ３においては１６．２５％の出力しか得られない。この結果、同一の撮影条件であってもフィールド間で輝度レベルが変化し、表示画面上でフリッカーが生じることになる。このような現象は、電子シャッタ速度が速くなればなる程、顕著に現れる。
【０００９】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、同一シャッタ時間内のランプ点灯回数及び発光量を均一化することによりフリッカー現象をなくし、交流点灯ランプを使用できるようにする交流点灯光源を備えた電子内視鏡装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、交流により放電点灯させる交流点灯ランプを用い、撮像素子であるＣＣＤからビデオ信号を出力する電子内視鏡装置において、上記交流点灯ランプにて得られる撮像光量の調整のために電子シャッタ制御を行うＣＣＤ駆動回路と、このＣＣＤ駆動回路による電子シャッタ制御の最速時間内に偶数回の点灯が実行される高速の点灯駆動パルスを発生させ、この高速点灯駆動パルスにより交流を上記交流点灯ランプへ供給する点灯駆動回路と、を設けたことを特徴とする。
請求項２に係る発明は、上記交流点灯ランプは、４ｋＨｚ以上の高速点灯駆動パルスにて駆動するようにしたことを特徴とする。
請求項３に係る発明は、上記電子シャッタ制御のシャッタ速度は、上記最速時間の整数倍にしたことを特徴とする。
【００１１】
上記の構成によれば、例えばシャッタ最速時間（最小露光時間）を１／４０００秒に設定されている場合は、点灯回数が２回となる周波数４ｋＨｚ、或いは４回となる周波数８ｋＨｚ等の高速点灯駆動パルスが形成され、この周波数で交流電流が交流点灯ランプに与えられる。これによれば、最速のシャッタ速度であっても必ず、アノードとカソードの両電極による点灯が実行される。
【００１２】
また、最速よりも遅いシャッタ速度では、多数回の点灯が行われることになり、点灯回数が異なるとしてもその影響が小さくなり、発光量が均一化されることになる。しかも、シャッタ速度の多くは最速時間の整数倍となるため、それぞれのシャッタ速度で偶数の点灯回数を維持することができ、電極形状のバラツキによる発光量の不均一も解消可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１乃至図２には、実施形態例に係る交流点灯光源を備えた電子内視鏡装置の構成が示されており、図１に示されるように、この電子内視鏡装置は、電子スコープ１０をプロセッサ本体１２に接続して構成され、映像出力はモニタ等へ供給される。上記電子スコープ１０の先端部には、対物光学系１３、固体撮像素子であるＣＣＤ１４、照射レンズ１５等が配置され、この照射レンズ１５には光源光を先端部へ導くためのライトガイド１６が接続される。また、このスコープ１０には、上記ＣＣＤ１４の出力信号につき、相関二重サンプリングと増幅処理をするＣＤＳ（相関二重サンプリング）／ＡＧＣ（自動利得制御）回路１７、電子スコープ１０のＩＤ識別情報や各種の処理条件等を記憶するＲＯＭ１８が設けられる。
【００１４】
一方、プロセッサ本体１２には、上記ＣＤＳ／ＡＧＣ回路１７から出力された信号をデジタル変換するＡ／Ｄ変換器２０、上記ＣＣＤ１４の電子シャッタ制御（蓄積電荷の掃出し、読出し制御）をすると共に、上記Ａ／Ｄ変換器２０から出力されたデジタルビデオ信号につき各種の画像処理をするＣＣＤ駆動／信号処理回路２１、ビデオ信号をデジタル−アナログ変換するＤ／Ａ変換器２２、出力用アンプ２３等が設けられる。
【００１５】
また、上記スコープ１０に配設されたライトガイド１６の光入射端１６Ａに光を出力するために、集光レンズ２６及び交流（ＡＣ）点灯ランプ２７が設けられる。このランプ２７は、キセノンランプであり、上述した高輝度放電ランプ（ＨＩＤランプ）と同様のもので、詳細は後述するが、例えば図２に示されるようになっている。
【００１６】
このＡＣ点灯ランプ２７には、点灯駆動回路２８及び発振器を有するタイミングジェネレータ（ＴＧ）２９が接続されており、この点灯駆動回路２８では発振信号に基づき電子シャッタ制御の最速時間、例えば１／４０００秒内に４回（偶数回）の点灯が実行される８０００Ｈｚの高速点灯駆動パルスを発生させ、この高速パルスに同期した交流電力を出力する。また、このプロセッサ本体１２内には、全体を統括制御するマイコン３１、本体側の各種の画像処理を行うためのデータやプログラムを記憶するＲＯＭ３２が配置される。
【００１７】
図２のＡＣ点灯ランプ２７では、キセノンガスを封入したガラス球３４内に、先端が尖ったカソード３５、アノード３６を所定の間隔で配置しており、これらの電極（３５、３６）は同一形状に形成される。即ち、これらカソード３５、アノード３６には正負電流が交互に与えられ、それぞれがカソードとアノードの役割を交互に果たすことから、ｃ１とｃ２で示されるように、両方向で放電（電子移動）が行われる。従って、ｃ１とｃ２の両方向で同一の発光量の放電を達成するために、両電極を同一の形状にする必要がある。
【００１８】
そして、高速の放電点灯を実現するために、当該例では、上記カソード３５及びアノード３６が、点Ｘ_１，Ｘ_２を支点として振れる（例えば先端が所定の角度範囲で全方位方向に動く）ように支持されており、このカソード３５及びアノード３６は可動状態で接触する導体線３７，３８を介して上記点灯駆動回路２８に接続される。また、上記ガラス球３４の壁は内部で飛び交う多数の電子の衝突に耐え得る厚さ（強度）とされる。
【００１９】
即ち、上記ｃ１とｃ２の両方向の放電において、例えばカソード３５から飛び出した電子（−）がアノード３６で受け入れられるためには、アノード３６側に電子の数に相当する正孔（＋）が供給されている必要があるが、正負電流を高速で切り替えると、電極間での正孔の移動が遅れ、電子と正孔の数のバランスが崩れ、電子数の増加によってガラス球３４が破損したりする。
【００２０】
しかし、図２の構成では、各電極（３５，３６）がＸ_１，Ｘ_２を支点として振れるようになっており、例えば電子ｅ_ａがアノード３６の先端に衝突してこれを鎖線のように跳ね上げたとすると、この動いたアノード３６にガラス球３４の壁で反射した同一の電子ｅ_ａを入射させるというように、各電極（３５，３６）における電子の受入れのタイミングを遅らせることにより、電子と正孔の数のバランスを所定値に維持するようになっている。また、ガラス球３４を電子数のある程度の増加に絶え得る厚さ（強度）にすることにより、高速の点灯が実現できることになる。
【００２１】
上記の構成によれば、図３の動作によって電子シャッタ制御及び点灯制御が行われる。図３（Ａ）は、１／６０秒周期の垂直同期信号を示しており、この１／６０秒の１垂直走査期間に図３（Ｂ）の水平同期信号（例えば２６２．５個）が形成される。そして、図１のＣＣＤ駆動／信号処理回路２１では、上記水平同期信号に同期して、図３（Ｃ）に示される電子シャッタ制御のための掃出しパルス（ＸＳＵＢ）が形成され、ＣＣＤ１４に与えられる。
【００２２】
ここで、図３（Ｃ）のように、掃出しパルスをｐ_ａの位置で終了させれば、図３（Ｄ）の露光時間ｈ_ａとなるシャッタ速度が設定されることになる。即ち、掃出しパルスｐ_ａではＣＣＤ１４に蓄積された電荷を掃き出し、この後に蓄積された電荷を垂直同期信号の終端位置で出力される読出しパルスによって読み出すことにより、上記時間ｈ_ａの露光の映像信号が出力される。また、当該例の最速シャッタ速度の設定は、図３（Ｅ）のように、掃出しパルス（ＸＳＵＢ）をｐ_ｂの位置で終了させることにより行われ、図３（Ｆ）で示されるように、１／４０００秒（＝ｈ_ｂ）のシャッタ速度が得られる。
【００２３】
そして、図１の点灯駆動回路２８では、図３（Ｇ）に示されるように、８ｋＨｚの点灯駆動パルスが形成され、この点灯駆動パルスによって交流電流がランプ２７に供給される。従って、このランプ２７では、図３（Ｈ）のように点灯されることになり、上記最速時間ｈ_ｂの間にアノード３６（ａ）側で２回、カソード３５（ｋ）側で２回、合計で４回の点灯が実行される。
【００２４】
このことは、図５で説明した点灯と比較すると、従来の５００Ｈｚに対し当該例では８０００Ｈｚで点灯させていることから、点灯回数が１６倍となることを意味する。従って、図５の場合のシャッタ速度（Ｌ１〜Ｌ４）では、３０回前後の点灯回数となるため、点灯周期と電子シャッタ時間とが一致しなくても、その影響が小さくなり、発光量の不均一が解消される。もちろん、最速時間であっても４回の点灯があり、発光量のバラツキは従来に比較して大幅に改善される。
【００２５】
しかも、当該例では最速時間に偶数回の点灯が行われるようにするので、特に最速時間或いはそれに近いシャッタ時間において、カソード３５とアノード３６の両電極の点灯によって均一な発光量が得られるという利点がある。上述したように、カソード３５とアノード３６の電極形状は同一とされるが、製造上のバラツキが生じることが多く、カソード点灯とアノード点灯ではその発光量が必ずしも一致しない。従って、奇数回の点灯では発光量に不均一が生じることになるが、当該例ではこの不均一がない。また、当該例における最速時間以外の他の電子シャッタ速度の全て或いは多くを最速時間の整数倍に設定すれば、全て或いは殆どの撮影において均一な露光量が得られることになる。
【００２６】
上記実施形態例では、最速時間を１／４０００秒とし、点灯駆動周波数を８ｋＨｚとしたが、これらの値は任意に設定することができ、この点灯駆動周波数を１０ｋＨｚ以上とすることも可能である。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電子シャッタ制御の最速時間内に偶数回の点灯が実行される高速の点灯駆動パルスを発生させ、この高速点灯駆動パルスにより交流電流を交流点灯ランプへ供給するようにしたので、同一シャッタ時間内のランプ点灯回数及び発光量を均一化し、かつフリッカー現象をなくすことができる。その結果、内視鏡装置において、電力変換効率がよく、高輝度で熱の発生が少ない等の利点がある交流点灯ランプを適用することが可能となり、また細いライトガイドの入力端に対してもランプ光を集光させ易くなる等の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態例の交流点灯光源を備えた電子内視鏡装置の構成を示すブロック図である。
【図２】実施形態例の交流点灯ランプ（キセノンランプ）の構成を示す図である。
【図３】実施形態例の電子シャッタ制御及び点灯制御の動作を示す波形図である。
【図４】従来のキセノンランプの構成を示し、図（Ａ）はＤＣ点灯ランプの図、図（Ｂ）はＡＣ点灯ランプの図である。
【図５】従来のＡＣ点灯ランプを内視鏡に適用した場合の各動作及びＣＣＤ出力の変化を示す波形図である。
【符号の説明】
１，３，３５ … カソード、
２，４，３６ … アノード、
１４ … ＣＣＤ、
２１ … ＣＣＤ駆動／信号処理回路、
２７ … ＡＣ点灯ランプ（キセノンランプ）、
２８ … 点灯駆動回路、
２９ … タイミングジェネレータ（ＴＧ）、
３１ … マイコン。

Claims

交流により放電点灯させる交流点灯ランプを用い、撮像素子であるＣＣＤからビデオ信号を出力する電子内視鏡装置において、
上記交流点灯ランプにて得られる撮像光量の調整のために電子シャッタ制御を行うＣＣＤ駆動回路と、
このＣＣＤ駆動回路による電子シャッタ制御の最速時間内に偶数回の点灯が実行される高速の点灯駆動パルスを発生させ、この高速点灯駆動パルスにより交流を上記交流点灯ランプへ供給する点灯駆動回路と、を設けた交流点灯光源を備えた電子内視鏡装置。
上記交流点灯ランプは、４ｋＨｚ以上の高速点灯駆動パルスにて駆動するようにしたことを特徴とする請求項１記載の電子内視鏡装置。
上記電子シャッタ制御のシャッタ速度は、上記最速時間の整数倍にしたことを特徴とする請求項１又は２記載の電子内視鏡装置。