JP5006545B2 - Light source device - Google Patents
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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。 The present invention relates to a light source device, and more particularly, to a light source device provided in an electronic endoscope device.
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。そして、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。 In general, an electronic endoscope apparatus includes a processor including a light source device for emitting illumination light for illuminating a body tissue as a subject, and charges accumulated by receiving reflected light from the illuminated subject. It is configured by a scope including an image sensor that forms a subject image. The illumination light from the light source device is irradiated to the subject from the distal end portion of the scope through a light guide inserted into the scope.
撮像素子で蓄積された電荷の読出し方式によっては、撮像素子が遮光される期間を設ける必要がある。このため、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ための光チョッパが知られている(例えば特許文献1および2)。光チョッパは、所定の回転速度で回転するように制御される。
光チョッパの回転速度は、従来、目標速度を指示する信号を受信した駆動回路等によって調整されているだけであり、実際の回転速度が、指示された目標速度と一致するか否かの確認は行われていない。従って、例えば光チョッパを駆動するモータに起因する誤差が生じていた場合などにおいては、光チョッパの回転速度が正確に調整されないおそれがある。 Conventionally, the rotation speed of the optical chopper has only been adjusted by a drive circuit or the like that has received a signal instructing the target speed, and whether or not the actual rotation speed matches the instructed target speed is Not done. Therefore, for example, when an error due to the motor driving the optical chopper has occurred, the rotational speed of the optical chopper may not be adjusted accurately.
本発明は、光チョッパの回転速度を正確に調整可能な光源装置を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the light source device which can adjust the rotational speed of an optical chopper correctly.
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、被写体を照明するための照明光を出射する光源と、通過領域が設けられ、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、光チョッパの回転速度を調整する速度調整手段と、光チョッパの実際の回転周期を示すタイミング信号を生成させるために、通過領域を通過した照明光の一部を受光する受光素子とを備え、速度調整手段が、タイミング信号が示す実際の回転周期が目標回転周期と一致するように、光チョッパの回転速度を調整することを特徴とする。 The light source device of the present invention is a light source device for an electronic endoscope device, and is provided with a light source that emits illumination light for illuminating a subject and a passage area so that the illumination light is allowed to pass intermittently. A light receiving chopper, a speed adjusting means for adjusting the rotating speed of the light chopper, and a light receiving part of the illumination light that has passed through the passing region in order to generate a timing signal indicating the actual rotation period of the light chopper. And the speed adjusting means adjusts the rotational speed of the optical chopper so that the actual rotational period indicated by the timing signal coincides with the target rotational period.
光源装置は、タイミング信号を生成する信号生成手段をさらに有することが好ましい。この場合、受光素子が、通過領域を通過した照明光の光量を示す出力信号を出力し、信号生成手段が、パルス波としてのタイミング信号を出力信号に基づいて生成することがより好ましい。 The light source device preferably further includes signal generation means for generating a timing signal. In this case, it is more preferable that the light receiving element outputs an output signal indicating the amount of illumination light that has passed through the passage region, and the signal generating unit generates a timing signal as a pulse wave based on the output signal.
光源装置は、目標回転周期を示す目標タイミング信号を受信する受信手段をさらに有することが望ましい。また、光源装置は、光チョッパの実際の回転周期と目標回転周期との差である回転周期差を検出する回転周期差検出手段をさらに有し、速度調整手段が、回転周期差に基づいて光チョッパの回転速度を調整することが望ましい。 It is desirable that the light source device further includes receiving means for receiving a target timing signal indicating the target rotation period. The light source device further includes a rotation cycle difference detection unit that detects a rotation cycle difference that is a difference between the actual rotation cycle of the optical chopper and the target rotation cycle, and the speed adjustment unit performs light emission based on the rotation cycle difference. It is desirable to adjust the rotation speed of the chopper.
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。そして電子内視鏡装置は、照明光の被写体における反射光を受光して映像信号を生成する撮像素子をさらに有し、目標回転周期が、映像信号の読出し周期に対応することが好ましい。 An electronic endoscope apparatus according to the present invention includes the light source device described above. The electronic endoscope apparatus preferably further includes an imaging device that receives reflected light of the illumination light from the subject and generates a video signal, and the target rotation cycle corresponds to the video signal readout cycle.
本発明によれば、光チョッパの回転速度を正確に調整可能な光源装置を実現できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the light source device which can adjust the rotational speed of an optical chopper correctly can be implement | achieved.
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。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram of an
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。
The
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。
The
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からの指示信号に基づいて絞り用モータ38を駆動させることにより、絞り36を制御する。
The
また、光源装置48には、光チョッパ40の回転を制御するために、受光素子26、チョッパ制御部42、チョッパ用モータ56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、受光した光の光量の変化を示す検出信号をチョッパ制御部42に出力する。チョッパ制御部42は、受光素子26から送信される検出信号等に基づいて、光チョッパ40を所定の速度で回転させるように、チョッパ用モータ56を制御する。
In addition, the
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)が設けられたカラー撮像素子であるCCD24に到達する。
The
スコープ20においては、タイミングコントロール回路(図示せず)が設けられている。タイミングコントロール回路は、垂直同期信号を撮像素子駆動回路54に送信する。撮像素子駆動回路54は、システムコントロール回路50の制御の下で、垂直同期信号に基づいてCCD24を駆動する。
The
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。ここでは、カラーテレビジョン方式としてNTSC方式が適用されており、CCD24の奇数ラインと偶数ラインの信号電荷は、撮像素子駆動回路54の制御によって1フィールド期間、すなわち1/60秒間隔ずつ順次読出され、1フレーム期間ごとに全電荷が読出される。
In the
なお、撮像素子駆動回路54に送信された垂直同期信号は、チョッパ制御部42にも送信される。チョッパ制御部42は、後述するように、受光素子26から出力された信号に加え、垂直同期信号(目標タイミング信号)に基づいてチョッパ用モータ56を制御し、光チョッパ40の回転速度を調整する。
Note that the vertical synchronization signal transmitted to the image
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。
The read video signal is subjected to various processes such as an amplification process, a conversion process from an analog video signal to a digital video signal, and a white balance adjustment to generate a luminance signal and a color difference signal. The luminance signal and the color difference signal are sent to the video
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受光素子26によって受光される状態を概略的に示す図である。図4は、チョッパ制御部42による光チョッパ40の回転制御を概略的に示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing the
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一対の開口M(通過領域)が設けられている。開口Mの形状は、光チョッパ40の中心点Cを中心としたリングの一部であり、一対の開口Mの形状は互いに等しい。さらに、一対の開口M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Sの形状も、開口Mの形状にほぼ等しい。
The
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。光チョッパ40には、照明光の一部が一定の光路で照射され、照射された照明光が開口Mを通過し、もしくは遮蔽領域Sによって遮蔽されるように、光チョッパ40は配置されている。
The
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、開口Mを通過する照明光の光量は、光チョッパ40の回転により変化する。すなわち、光チョッパ40に向かう照明光の光路が、開口Mと重なる回転位置に光チョッパ40があるとき、光チョッパ40を通過する照明光の光量が最大である(図3参照)のに対し、照明光の光路が遮蔽領域S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、照明光は光チョッパ40を通過しない。そして照明光の光路が、開口Mと遮蔽領域Sとの境界線Bを含む領域に重なるときには、開口Mを通過する照明光の光量は、最大量よりも少ない。
As is clear from the above, even when the amount of illumination light emitted from the
開口Mを通過した照明光は、受光素子26によって受光される。受光素子26においては、受光した照明光の光量に応じた強度の信号が出力される。従って、受光素子26から出力される信号の強度は、概略を図3に示すように、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。これは、照明光の光路が、境界線Bを含む領域に重なる時間は、開口Mもしくは遮蔽領域Sのみに重なる時間に比べて短いためである。
The illumination light that has passed through the opening M is received by the
受光素子26により出力された照明光の光量を示す信号は、チョッパ制御部42に設けられたバッファ62(信号生成手段)によって受信される(図4参照)。バッファ62では、後述するように、受信した信号に基づいて、受信した信号の波形に類似した波形を有し、光チョッパ40の実際の回転周期を示すパルス信号(タイミング信号)が生成される。バッファ62において生成されたパルス信号は、比較演算回路66に送信される。
A signal indicating the amount of illumination light output by the
一方、タイミングコントロール回路から撮像素子駆動回路54を介してチョッパ制御部42に送信された垂直同期信号は、チョッパ制御部42に設けられた比較演算回路66(受信手段)によって受信される。垂直同期信号は、本来、CCD24における信号電荷の読み出し周期を示すものである。そして、CCD24にて蓄積された信号電荷が読み出される周期は、照明光が被写体に出射されている時間、すなわち光チョッパ40の回転周期に対応している。従って、垂直同期信号は、光チョッパ40の回転周期の目標値をも示している。
On the other hand, the vertical synchronization signal transmitted from the timing control circuit to the
ここでは、後述するように、1フィールド期間、すなわち1/60秒ごとに照明光の出射と出射停止とが繰り返される必要がある。従って、一回転する間に一対の開口Mと一対の遮蔽領域Sとがそれぞれ照明光を通過させ、遮蔽する光チョッパ40は、1/15秒で一回転する必要がある。すなわち、垂直同期信号が示す光チョッパ40の回転周期の目標値は1/15秒である。
Here, as will be described later, it is necessary to repeat the emission and stop of the illumination light every one field period, that is, every 1/60 seconds. Therefore, the pair of openings M and the pair of shielding regions S each pass illumination light during one rotation, and the
比較演算回路66では、バッファ62により生成されたパルス信号が示す光チョッパ40の実際の回転周期と目標値との差である回転周期差を検出する。そして、チョッパ制御回路64は、回転周期差に基づいてチョッパ用モータ56を制御する。すなわち、チョッパ制御回路64は、回転周期差が生じていなかった場合、1/15秒で正確に一回転している光チョッパ40をそのままの回転速度で回転させるように、チョッパ用モータ56に指示信号を送る。
The
一方、回転周期差が生じていた場合には、チョッパ制御回路64は、回転周期差を打ち消すように、すなわち1/15秒で光チョッパ40が一回転するように、調整させる指示信号をチョッパ用モータ56に送る。この結果、光チョッパ40は、実際の回転周期が垂直同期信号により示される目標回転周期と確実に一致するように、一定の速度で回転される。
On the other hand, if a rotation cycle difference has occurred, the
図5は、照明光の出射と映像信号の読出しのタイミングを示すタイミングチャートである。 FIG. 5 is a timing chart showing the timing of illumination light emission and video signal readout.
照明光の被写体への出射期間L1においてCCD24は露光され、次の奇数フィールド期間T1では、奇数ラインにて生成された映像信号が読み出される。この奇数フィールド期間T1においては、照明光は光チョッパ40により遮蔽されているため、奇数フィールド期間T1は照明光の出射停止期間L2に等しい。引き続いての偶数フィールド期間T2では、出射期間L1におけるCCD24の露光により偶数ラインにて生成された映像信号が読み出されるとともに、再び照明光が被写体に出射される。
The
先述のように、光チョッパ40の実際の回転周期を示すパルス信号(実線)は、受光素子26が受光した照明光の光量を示す、受光素子26からの出力信号(破線と破線間を結ぶ実線)に基づいて生成される。ここで、出力信号の強度が最小値MINである期間においては、照明光は被写体に出射されないことから、生成されるパルス信号の強度も最小値MINである。一方、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、光量は変化するものの照明光は被写体に出射されていることから、パルス信号の強度は最大値MAXとされる。
As described above, the pulse signal (solid line) indicating the actual rotation period of the
このように、強度が最大値MAXもしくは最小値MINのみの方形波としてパルス信号を生成することにより、パルス信号は、光チョッパ40の実際の回転周期、すなわち、最大値MAXに対応する出射期間L1と、最小値MINに対応する出射停止期間L2とを示す。そして、パルス信号の示す出射期間L1および出射停止期間L2が、いずれも垂直同期信号の受信間隔である1フィールド期間に一致するように、光チョッパ40の回転周期、すなわち回転速度がチョッパ制御回路64によって調整される。
In this way, by generating the pulse signal as a square wave having only the maximum value MAX or the minimum value MIN, the pulse signal is output from the actual rotation period of the
以上のように、本実施形態の光源装置48においては、光チョッパ40を通過した照明光の強度の変化に基づいて検出される光チョッパ40の実際の回転周期が、目標となる回転周期と正確に一致するように、光チョッパ40の回転速度を調整することができる。
As described above, in the
光チョッパ40の形状は本実施形態に限定されず、光チョッパ40の回転速度は形状に応じて調整される。例えば、光チョッパ40は、遮蔽領域Sと、遮蔽領域Sとほぼ同じ形状である通過領域とを一つずつ備えた半円形状であっても良く、この場合、回転周期は例えば1/30秒である。
The shape of the
撮像素子等についても本実施形態には限定されず、例えば、モノクロCCDであるCCD24の代わりにカラーCCDを採用しても良く、この場合カラーフィルタは不要である。また、光チョッパ40により、照明光の被写体への出射と出射停止とを切換る電子内視鏡装置である限り、映像信号の読出し方式等も本実施形態の電子内視鏡装置10には限定されない。
The imaging device and the like are not limited to the present embodiment, and for example, a color CCD may be adopted instead of the
10 電子内視鏡装置
24 CCD(撮像素子)
26 受光素子
32 光源
40 光チョッパ
42 チョッパ制御部(速度調整手段・信号生成手段・受信手段)
48 光源装置
64 チョッパ制御回路(速度調整手段)
66 比較演算回路(回転周期差検出手段・受信手段)
M 開口(通過領域)
10
26 Light-receiving
48
66 Comparison operation circuit (rotation period difference detecting means / receiving means)
M opening (passage area)
Claims (3)
前記照明光の通過領域と遮蔽領域が設けられ、前記照明光が前記通過領域を通過する出射期間と前記遮蔽領域により遮蔽される出射停止期間とにより、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、
前記光チョッパの回転速度を調整する速度調整手段と、
前記光チョッパの実際の回転周期を示すタイミング信号を生成させるために、前記通過領域を通過した前記照明光の一部を受光し、前記通過領域を通過した前記照明光の光量を示す出力信号を出力する受光素子と、
前記タイミング信号を、前記出力信号に基づいて、強度が最大値もしくは最小値のみの方形波のパルス信号として生成する信号生成手段と、
前記目標回転周期を示す目標タイミング信号を受信する受信手段と、
前記光チョッパの実際の回転周期と前記目標回転周期との差である回転周期差を検出する回転周期差検出手段とを備え、
前記速度調整手段が、前記タイミング信号が示す実際の回転周期が目標回転周期と一致するように、前記回転周期差に基づいて前記光チョッパの回転速度を調整し、
前記光チョッパの回転速度の調整は、前記照明光の光路が前記光チョッパの前記通過領域と前記遮蔽領域との境界線を含む領域に重なるときの出力信号の強度が、前記最大値の強度と等しくなるように調整することにより、前記最大値に対応する出射期間と、前記最小値に対応する出射停止期間とが、いずれも前記目標タイミング信号の受信間隔に一致するように行われることを特徴とする電子内視鏡装置用の光源装置。 A light source that emits illumination light for illuminating a subject;
A passage area and a shielding area for the illumination light are provided, and the illumination light is intermittently passed through an emission period in which the illumination light passes through the passage area and an emission stop period in which the illumination light is shielded by the shielding area. A rotating light chopper,
Speed adjusting means for adjusting the rotational speed of the light chopper;
In order to generate a timing signal indicating an actual rotation period of the light chopper, an output signal indicating a part of the illumination light that has passed through the passage area and an amount of the illumination light that has passed through the passage area is generated. A light receiving element for output;
Signal generating means for generating the timing signal as a square-wave pulse signal having only a maximum value or a minimum value based on the output signal;
Receiving means for receiving a target timing signal indicating the target rotation period;
A rotation period difference detecting means for detecting a rotation period difference that is a difference between an actual rotation period of the optical chopper and the target rotation period;
The speed adjusting means adjusts the rotation speed of the optical chopper based on the rotation period difference so that an actual rotation period indicated by the timing signal matches a target rotation period ,
The rotation speed of the light chopper is adjusted such that the intensity of the output signal when the optical path of the illumination light overlaps the area including the boundary line between the passage area and the shielding area of the light chopper is the maximum intensity. By adjusting to be equal to each other, the emission period corresponding to the maximum value and the emission stop period corresponding to the minimum value are both made to coincide with the reception interval of the target timing signal. A light source device for an electronic endoscope apparatus.
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