JP4745836B2 - 光源装置 - Google Patents

Description

本発明は光源装置に関し、特に、電子内視鏡装置に設けられる光源装置に関する。

電子内視鏡装置は、一般に、被写体である体内組織を照明する照明光を出射するための光源装置等を備えたプロセッサと、照明された被写体からの反射光を受光して蓄積される電荷により被写体画像を形成する撮像素子等を備えたスコープにより構成される。

光源装置からの照明光は、スコープ内に挿通されたライトガイドを介して、スコープの先端部から被写体に照射される。撮像素子で蓄積された電荷の読出し方式等によっては、撮像素子が遮光される期間を設ける必要があるため、光源から出射された照明光を間欠的にライトガイドに入射させる光チョッパが用いられる場合がある（例えば特許文献１および２）。

また、電子内視鏡装置においては、撮像素子からの映像信号の読み出し、画像処理等を所定のタイミングで行なうための垂直・水平同期信号、クロック信号等を生成するタイミングコントロール回路等が設けられている。タイミングコントロール回路は、例えばスコープ側に設けられており、生成された同期信号が撮像素子の駆動、映像信号の読み出し等に用いられ、クロック信号はプロセッサに送信され、プロセッサ側にて画像処理等に使用される。
特許第３３９８５５０号公報（段落［００１９］、［００２４］〜［００２６］、図１、６等参照） 特開平８−６６３５７号公報（段落［００１２］、［００１４］、［００１９］〜［００２１］、図１等参照）

クロック信号等は、映像信号の読み出し、画像処理等の様々な目的で必要である。このため、周波数等が異なる多くの種類のクロック信号等が必要であり、これらの信号を生成するためのタイミングコントロール回路等を設けると電子内視鏡装置の構造が複雑化する。

本発明は、照明光の出射を制御する部材を用いてクロック信号を生成可能であり、電子内視鏡装置の構造を簡素化できる光源装置を提供することを目的とする。

本発明の光源装置は、電子内視鏡装置用の光源装置であって、被写体に照射される照明光を出射する光源と、照明光が間欠的に通過する通過領域と、照明光に基づくクロック信号を生成するための複数の開口とが設けられ、通過領域に照明光を間欠的に通過させるように回転する光チョッパと、開口を通過した照明光を受光することにより、受光した照明光の光量に応じた強度のクロック信号を生成する信号生成手段とを備えることを特徴とする。

光チョッパにおいては、複数の開口が、それぞれ同一形状を有し、同一の間隔で配置されていることが好ましい。この場合、例えば光チョッパは円板状であり、複数の開口が光チョッパの外周に沿って配置されている。また、光チョッパにおいては、複数の開口が通過領域の外周側に配置されていることが好ましい。

光源装置は、照明光を受光する受光素子と、受光素子から出力される検知信号を所定のパルス波形のクロック信号に整形ためのロジック回路とをさらに有することが好ましい。この場合、ロジック回路が、検知信号と同一の周波数を有する基本クロック信号および基本クロック信号の周波数の整数倍の周波数を有する高周波クロック信号を生成可能であることがより好ましい。

本発明の電子内視鏡装置は、先述の光源装置を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、照明光の出射を制御する部材を用いてクロック信号を生成可能であり、電子内視鏡装置の構造を簡素化できる光源装置を実現できる。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態における電子内視鏡装置１０のブロック図である。

電子内視鏡装置１０は、患者の体腔内の撮影に用いられるスコープ２０と、スコープ２０に被写体を照明するための照明光を供給し、スコープ２０から送られてくる映像信号を処理するプロセッサ３０とを備える。スコープ２０は、プロセッサ３０に着脱自在に接続され、プロセッサ３０にはモニタ６０が接続されている。

プロセッサ３０には、照明光を出射するキセノンランプ（図示せず）を内蔵した光源３２と光源用電源３４とを含む光源装置４８、プロセッサ３０全体を制御するシステムコントロール回路５０等が設けられている。光源３２は、光源用電源３４により電力が供給されると照明光を出射する。システムコントロール回路５０は、光源用電源３４が光源３２に供給する電力量を調整することにより、光源３２の出射光量と点灯／消灯の切り換え等を制御する。

光源装置４８には、絞り３６、照明光を間欠的に通過させるための光チョッパ４０等が設けられている。光源３２から出射され、絞り３６と光チョッパ４０を通過した照明光は、集光レンズ３５によって集光されてライトガイド１２の入射端１２Ａに入射する。絞り３６は、絞り用モータ３８によって開閉され、照明光の光量を調整する。絞り制御回路４４は、システムコントロール回路５０の制御により絞り用モータ３８を駆動させることにより、絞り３６を制御する。また、チョッパ用モータ５６は、システムコントロール回路５０の制御により光チョッパ４０を所定の速度で回転させる。

光源装置４８には、さらに受光素子２６、およびクロック信号生成回路４２（信号生成手段）が設けられている。受光素子２６は、集光レンズ３５を通過した照明光の一部を受光し、受光した照明光の光量に比例した強度を有する検知信号をクロック信号生成回路４２に出力する。

クロック信号生成回路４２にはロジック回路４５が設けられている。ロジック回路４５は、後述するように、受光素子２６からの検知信号に基づいてパルス波としてのクロック信号を生成する。生成されたクロック信号は、所定の処理が施された後に、クロック信号生成回路４２からシステムコントロール回路５０に送信される。クロック信号は、さらに、システムコントロール回路５０から絞り制御回路４４等に送信され、タイミング制御のために用いられる。

ライトガイド１２は、入射端１２Ａに入射した照明光を、観察部位のあるスコープ２０の先端部へ伝達する。ライトガイド１２を通った照明光は出射端１２Ｂから出射され、配向レンズ２２を介して被写体に向けて照射される。照明された被写体である観察部位で反射した光は、対物レンズ２８を通り、カラーフィルタ（図示せず）が設けられたＣＣＤ２４に到達する。

ＣＣＤ２４では、カラーフィルタを通過する光の色に応じた被写体像の映像信号が光電変換により発生する。ＣＣＤ２４に蓄積された信号電荷は、撮像素子駆動回路５４の制御によって順次読み出される。ここで、撮像素子駆動回路５４は、システムコントロール回路５０から送信されるクロック信号等に基づいて、信号電荷を読み出す。なお一般に、スコープ２０においては、垂直および水平同期信号に基づいて電荷が読み出されるが、ここでは、垂直および水平同期信号として、先述のクロック信号が用いられる。

読み出された映像信号には、増幅処理、アナログ映像信号からデジタル映像信号への変換処理、ホワイトバランス調整など様々な処理が施され、輝度信号、色差信号が生成される。輝度信号及び色差信号は、プロセッサ３０の映像信号処理回路４６へ送られ、ＮＴＳＣ信号などの映像信号に変換され、モニタ６０へ出力される。この結果、被写体像がモニタ６０に表示される。

図２は、光チョッパ４０を示す図である。図３は、光源３２から出射された照明光が光チョッパ４０を通過する状態を概略的に示す図である。

光チョッパ４０は、薄い円板状の光遮蔽部材であり、光チョッパ４０には、照明光の一部が通過するための複数の第１開口Ｍ₁（開口）と、一対の第２開口Ｍ₂（通過領域）とが設けられている。第１開口Ｍ₁を通過した照明光は、受光素子２６によって受光され、第２開口Ｍ₂を通過した照明光は、ライトガイド１２の入射端１２Ａに入射し、被写体の照明に用いられる（図３参照）。

複数の第１開口Ｍ₁は、互いに同じ形状を有し、光チョッパ４０の外周に沿うように互いに等間隔で配置されている。このため、第１開口Ｍ₁の間にあって、照明光を遮蔽する領域の形状もまた、いずれも互いに等しい。

複数の第１開口Ｍ₁は、光チョッパ４０の中心点Ｃ付近に設けられた第２開口Ｍ₂よりも外側に配置されており、第２開口Ｍ₂よりも狭い。これは、クロック信号生成のために第１開口Ｍ₁を通過する照明光の光量は、第２開口Ｍ₂を通過し、被写体照明に使用される照明光の光量ほど大きい必要がないからである。

なお、第２開口Ｍ₂の形状は、所定のタイミングで照明光の被写体への出射、出射停止を繰り返すように調整されている。ここでは、照明光の被写体への出射、出射停止を同じ時間ずつ交互に繰り返すように、一対の第２開口Ｍ₂の形状は互いに等しく、さらに、一対の第２開口Ｍ₂の間に位置し、同じリングの一部を形成する一対の遮蔽領域の形状も第２開口Ｍ₂の形状にほぼ等しい。

光チョッパ４０は、チョッパ用モータ５６により、中心点Ｃを通り照明光の光路に平行な軸を中心として矢印Ａの示すように回転される（図３参照）。そして光チョッパ４０は、照明光が一定の光路で照射され、照射された照明光が第１および第２開口Ｍ₁、Ｍ₂を通過し、もしくは遮蔽領域によって遮蔽されるように配置されている。

以上のことから明らかであるように、光源３２から出射される照明光の光量が一定である場合においても、第１および第２開口Ｍ₁、Ｍ₂を通過する照明光の光量は、光チョッパ４０の回転によりそれぞれ変化し、受光素子２６で受光された照明光の強度に基づくクロック信号は、一定の周波数を有する。

図４は、受光素子２６から出力される検知信号と、ロジック回路４５において生成されるクロック信号とを例示する図である。図５は、クロック信号と、被写体に出射される照明光の光量の変化とを例示する図である。

第１開口Ｍ₁を通過し、受光素子２６により受光される照明光の光量は、第１開口Ｍ₁に向かう照明光の光路が第１開口Ｍ₁と重なる回転位置に光チョッパ４０があるときに最大であるのに対し、照明光の光路が遮蔽領域によって遮られる回転位置に光チョッパ４０があるときには、照明光は第１開口Ｍ₁を通過しない。そして照明光の光路が、第１開口Ｍ₁の境界線を含む領域に重なるときには、第１開口Ｍ₁を通過する照明光の光量は、最大量よりも少ない。照明光の光路が第１開口Ｍ₁の境界線を含む領域に重なる時間は、第１開口Ｍ₁もしくは遮蔽領域のみに重なる時間に比べて短い。

従って、受光素子２６から出力される検知信号の強度は、図４（ｂ）に示されるように、最大値ＭＡＸと最小値ＭＩＮとの間で変化し、最大値ＭＡＸ、もしくは最小値ＭＩＮである時間が長いのに対し、比較的短い時間で、最大値ＭＡＸと最小値ＭＩＮとの間で変化する。すなわち、受光素子２６から出力される検知信号は、立ち上がり時間及び立ち下がり時間が長いパルス波形となる。このような波形を有する信号は、タイミング制御のためのパルス信号としては適さない。

そこで、ロジック回路４５において、受光素子２６からの出力された検知信号は、立ち上がり時間及び立ち下がり時間が短いパルス波としてのクロック信号に整形される。このとき、クロック信号は、受光素子２６からの出力信号の強度が最小値ＭＩＮである期間においては強度が低く、受光素子２６からの出力信号の強度が最小値ＭＩＮでない期間においては強度が高くなるように、図４（ａ）に示された２つの電位のみを持つ矩形パルス波として整形される。

このように、立ち上がり時間及び立ち下がり時間が短い矩形パルス波として生成されたクロック信号は、ノイズによる悪影響を受けにくく、タイミング制御に適している。このクロック信号は、システムコントロール回路５０を介して、絞り制御回路４４、映像信号処理回路４６、および撮像素子駆動回路５４等に送信され、絞り用モータ３８による絞り３６の回転制御、映像信号の処理、および映像信号の読出し等のために使用される。

なお、第１開口Ｍ₁が、所定の周波数のクロック信号を生成するように、第２開口Ｍ₂とは異なる間隔で配置されている（図２参照）場合、ロジック回路４５により生成されるクロック信号の強度変化の周期（図５（ａ）参照）と、被写体に出射される照明光の光量変化の周期（図５（ｂ）参照）とは一致しない。このように、第１開口Ｍ₁の数、形状、および配置を調整することにより、タイミングジェネレータ等を含むタイミングコントロール回路を設けることなしに、所望の周波数のクロック信号を生成できる。

さらに、各回路で必要とされるクロック信号の周波数は、互いに異なる場合もある。そこで、受光センサ２６からの出力信号と同一の周波数を有するパルス信号を基礎となるクロック信号（基本クロック信号）として、ロジック回路４５が、システムコントロール回路５０の制御により、基本クロック信号及びこの基本クロック信号の整数倍の周波数を有する高周波クロック信号を生成、出力するよう構成することも可能である。このように、ロジック回路４５を含むクロック信号生成回路４２が、逓倍器としても作用することから、より多くの種類のクロック信号が生成可能である。

以上のように、本実施形態の光源装置４８においては、本来、被写体の照明のために照明光を通過させる光チョッパ４０において第１開口Ｍ₁を設け、第１開口Ｍ₁を通過した照明光の強度の変化に応じたクロック信号を生成することができる。従って、光源装置４８が設けられた電子内視鏡装置１０においては、タイミングコントロール回路、波形合成回路等は不要、もしくはわずかな同期信号等のみを生成するもので足りることから、構造の簡素化が可能である。

光チョッパ４０の形状は本実施形態に限定されず、特に第１開口Ｍ₁の数、形状、配置等は、所望のクロック信号の周波数等に応じて調整される。例えば、第１開口Ｍ₁は一つであってもよく、また、複数の第１開口Ｍ₁が異なる間隔で配置されていても良い。いずれの場合においても、光チョッパ４０が所定の速度で回転する限り、一定の周波数を有するクロック信号が生成可能である。

また、第２開口Ｍ₂についても同様に本実施形態には限定されず、例えば、通過領域として光チョッパ４０のほぼ半分の領域を占めても良い。この場合、光チョッパ４０は、ほぼ同じ形状である通過領域と遮蔽領域とを一つずつ備えた半円形状である。

本実施形態における電子内視鏡装置のブロック図である。 光チョッパを示す図である。 光源から出射された照明光が光チョッパを通過する状態を概略的に示す図である。 受光素子からの出力信号とロジック回路において生成されるクロック信号とを例示する図である。 クロック信号と被写体に出射される照明光の光量の変化とを例示する図である。

符号の説明

１０ 電子内視鏡装置
２６ 受光素子（信号生成手段）
３２ 光源
４０ 光チョッパ
４２ クロック信号生成回路（信号生成手段）
４５ ロジック回路（信号生成手段）
４８ 光源装置
Ｍ₁ 第１開口（開口）
Ｍ₂ 第２開口（通過領域）

Claims (7)

1. 被写体に照射される照明光を出射する光源と、
   前記照明光が間欠的に通過する通過領域と、前記照明光に基づくクロック信号を生成するための複数の開口とが設けられ、前記通過領域に前記照明光を間欠的に通過させるように回転する光チョッパと、
   前記開口を通過した前記照明光を受光することにより、受光した前記照明光の光量に応じた強度のクロック信号を生成する信号生成手段とを備えることを特徴とする電子内視鏡装置用の光源装置。
2. 前記複数の開口が、それぞれ同一形状を有し、同一の間隔で配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡装置用の光源装置。
3. 前記光チョッパが円板状であり、前記複数の開口が前記光チョッパの外周に沿って配置されていることを特徴とする請求項２に記載の電子内視鏡装置用の光源装置。
4. 前記光チョッパにおいて、前記複数の開口が前記通過領域の外周側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡装置用の光源装置。
5. 前記照明光を受光する受光素子と、前記受光素子から出力される検知信号を所定のパルス波形のクロック信号に整形するためのロジック回路とをさらに有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用の光源装置。
6. 前記ロジック回路が、前記検知信号と同一の周波数を有する基本クロック信号および前記基本クロック信号の周波数の整数倍の周波数を有する高周波クロック信号を生成可能であることを特徴とする請求項５に記載の電子内視鏡装置用の光源装置。
7. 請求項１に記載の光源装置を備えたことを特徴とする電子内視鏡装置。
   
   

Images