JP2009207806A - 内視鏡の光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】、キセノンランプ放電開始時の高周波ノイズによるロータリーシャッタ誤動作を防止する。
【解決手段】光源装置１２は、キセノンランプ３３、ロータリーシャッタ３５、及びこれらの駆動を制御するメインＣＰＵ４２、サブＣＰＵ３８を備える。メインＣＰＵ４２は、リセット回路４３からのリセット解除信号を受けて動作を開始する。サブＣＰＵ３８とリセット回路４３との間には、ＡＮＤ回路４４が設けられている。ＡＮＤ回路４４は、リセット回路４３からのリセット解除信号と、キセノンランプ３３の点灯が完了したことを示す点灯完了信号がともに入力されたとき、サブＣＰＵ３８にリセット解除信号を出力する。点灯完了信号の出力後にサブＣＰＵ３８が作動し、ロータリーシャッタ３５も駆動するので、キセノンランプ３３の放電開始時の高周波ノイズの影響を受けない。
【選択図】図２

Description

本発明は、被検体内を照明する照明光を通過および遮光するロータリーシャッタを備える内視鏡の光源装置に関するものである。

内視鏡の光源装置は、光源から照明光を発し、この照明光がライトガイドを介して内視鏡の挿入部先端へ導かれ、被検体内を照明する。この光源装置では、照明光を長時間発し続けると光学部材や各種部品が発熱して劣化することがあるため、光源から発せられる照明光の光量を制御する光量制御手段を備えている。特に内視鏡の挿入部先端に被検体撮像用の撮像素子が設けられた電子内視鏡の場合、発熱量が増加すると撮像素子に熱雑音が発生して画質劣化の原因となったり、挿入部先端の素材が劣化したりするため、照明光の光量、あるいは照明期間の制御が必要となる。また、内視鏡に設けられたライトガイドは、複数本の光ファイバを束ねて構成されるが、光ファイバの本数が多いものは、挿入部先端へ導かれる照明光の光量も多くなり、発熱量も増加する。

上述したような光量制御手段を設けた光源装置としては、例えば特許文献１、２では、電子内視鏡の撮像素子から出力された撮像信号に基づいて光量を検出する光量検出回路と、この光量検出回路により検出された光量に基づき、撮像素子の露光期間に合わせて照明光を発するように光源をパルス点灯させて照明光の光量を調節する制御手段とを備えている。また、特許文献３では、光源からの照明光を調節する絞り調節機構と、電子内視鏡の撮像素子から出力される撮像信号から生成した輝度分布の変位量に基づいて照明光を制限するか否かを判定する判定手段とを備えており、判定手段が制限する必要ありと判定したときは、絞り調節機構を駆動して絞り羽根の開口を閉塞状態として照明光を遮光する。

特許文献３記載の光源装置のように、絞り調節機構を備えたものでは、絞りを小さくすると被検体を照明する照明光の光量も小さくなるため、画像が暗くなり、モニタでの観察が困難になることがある。そこで、特許文献４に記載されている電子内視鏡装置では、絞り調節機構などの光量調節手段に加えて、回転遮光板（ロータリーシャッタ）と、この回転遮光板を回転制御する制御回路とを備えており、ロータリーシャッタを回転させることで、被検体を照明することが可能な照明期間と、照明光を遮光する遮光期間とを交互に繰り返す。そして、照明期間が撮像素子の露光期間と同期するようにロータリーシャッタの回転を制御する。これにより、簡単な構成で、被検体を照明するのに十分な光量が得られるとともに、被検体を照明する照明期間を制限して発熱を低下させることができる。

一方、光源装置に用いる光源としては、以前はハロゲンランプが用いられていたが、近年ではハロゲンランプよりも明るく、また寿命も長いことからキセノンランプが使用されている。キセノンランプは、キセノン管に高電圧を印加して放電を開始させることにより点灯し、点灯完了後は、放電開始時よりも低い定常電圧を印加して発光させる。
特開平８−１５６１７号公報 特開２０００−５６２４０号公報 特開２０００−１８９３８３ 特開２００７−１９５８５０

上記特許文献４記載のようなロータリーシャッタを備えた光源装置は、他の光量制御手段を備えた光源装置よりも機能的及びコスト的利点がある。しかしながら、ロータリーシャッタを備えた光源装置で、キセノンランプを光源に用いた場合、キセノンランプの放電開始時に発生する高周波ノイズにより、ロータリーシャッタのドライバ回路が誤動作することがある。誤動作が起きると、ロータリーシャッタに回転駆動を与えるモータが脱調するなどして、場合によってはロータリーシャッタが遮光期間にあたる位置で停止してしまって照明光が遮光され、モニタの画面が真っ暗になってしまう。

また、特許文献１，２記載の光源装置では、光源をパルス点灯させて照明光の光量調節を行っているが、上述したキセノンランプを光源に用いる場合、一度消灯すると再度点灯するまでに時間が掛かるため、発光期間を制御することが難しい。また、キセノンランプは、パルス点灯をさせると、上述の高周波ノイズが立て続けに発生してしまう。

特許文献３記載の光源装置では、撮像素子を設けたテレビカメラが内視鏡から外れたときや、挿入部が体外に出たときなどに照明光が不用意に高出力となることを防ぐための構成であり、さらに特許文献３，４では、キセノンランプ放電開始時の高周波ノイズ対策については考慮されていない。

本発明は、上記事情を考慮してなされたものであり、放電ランプの放電開始時の高周波ノイズによるロータリーシャッタ誤動作を防止することが可能な内視鏡の光源装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の内視鏡の光源装置は、被検体内を照明する照明光を発する放電ランプと、前記放電ランプの発光制御を行うランプ制御手段と、前記照明光の光路上に回転可能に取り付けられ、前記照明光を通過させる照明期間、および前記照明光を遮光する遮光期間を一定周期で交互に設けるためのロータリーシャッタと、前記ロータリーシャッタの回転駆動を制御する駆動制御手段とを備えた内視鏡の光源装置において、前記放電ランプの点灯が完了したことを示す点灯完了信号の出力前は前記駆動制御手段を作動させず、前記点灯完了信号が出力された後、前記駆動制御手段の作動を開始させる作動制御手段を備えることを特徴とする。

前記作動制御手段は、装置全体の電源オン／オフに応じて前記ランプ制御手段と前記駆動制御手段に対してリセット解除／リセット信号を出力するリセット回路と、前記駆動制御手段と前記リセット回路の間に設けられ、前記点灯完了信号と前記リセット解除／リセット信号の論理積をとるＡＮＤ回路とからなり、前記リセット信号と、前記点灯完了信号とがともに前記ＡＮＤ回路に入力されたとき、前記駆動制御手段の作動を開始させることを特徴とする。

前記放電ランプは、キセノンランプであることが好ましい。また、前記ランプ制御手段は、装置全体の動作を統括的に制御するメインＣＰＵであり、前記駆動制御手段は、前記ランプ制御手段とは独立して設けられ、前記ロータリーシャッタの回転駆動制御のみを行う専用ＣＰＵであることが好ましい。

本発明によれば、放電ランプの点灯が完了したことを示す点灯完了信号の出力前はロータリーシャッタの駆動制御手段を作動させず、点灯完了信号が出力された後、駆動制御手段の作動を開始させる作動制御手段を備えているので、放電ランプ放電開始時に高周波ノイズが発生するときは、ロータリーシャッタが駆動されず、放電ランプが点灯完了状態となって、高周波ノイズによる誤動作のおそれが無くなってから駆動される。これにより、高周波ノイズによるロータリーシャッタの誤動作を防止することができる。

図１において、電子内視鏡システム２は、電子内視鏡１０と、プロセッサ装置１１と、光源装置１２とから構成される。プロセッサ装置１１の前面には、電子内視鏡システム２全体の電源をオン／オフするための電源スイッチ１３が設けられ、光源装置１２の前面には、キセノンランプ３３（図２参照）を点灯／消灯するための点灯スイッチ１４が設けられている。電子内視鏡１０は、体腔内に挿入される可撓性の挿入部１５と、挿入部１５の基端部分に連設された操作部１６と、プロセッサ装置１１に接続される通信用コネクタ１７と、光源装置１２に接続される光源用コネクタ１８と、操作部１６とコネクタ１７，１８とを繋ぐユニバーサルコード１９とを備えている。プロセッサ装置１１は、電子内視鏡１０及び光源装置１２と電気的に接続しており、電子内視鏡システム２全体の動作を統括的に制御する。

挿入部１５の先端には、体腔内撮影用のＣＣＤ２０（図２参照）などが内蔵された先端部１５ａが連設されている。先端部１５ａの後方には、複数の湾曲駒を連結した湾曲部１５ｂが設けられている。湾曲部１５ｂは、操作部１６に設けられたアングルノブ２１が操作されて、挿入部１５内に挿設されたワイヤが押し引きされることにより、上下左右方向に湾曲動作する。これにより、先端部１５ａが体腔内の所望の方向に向けられる。

図２において、先端部１５ａには、観察窓２２、照明窓２３が設けられている。観察窓２２の奥には、被検体内の像光を取り込むための光学系２４が取り付けられ、さらに光学系２４の奥には、ＣＣＤ２０が取り付けられている。ＣＣＤ２０は、例えばインターライントランスファ型のＣＣＤからなる。ＣＣＤ２０には、ユニバーサルコード１９を介して光源装置１２との各種信号の遣り取りを媒介するための信号ライン２５，２６が接続されている。信号ライン２５，２６は、ユニバーサルコード１９及び通信用コネクタ１７を介してプロセッサ装置１１に接続される。なお、撮像素子としては、ＣＣＤ２０に限らず、ＣＭＯＳを用いてもよい。

一方、照明窓２３の奥には、照射レンズ２７が設けられる。この照射レンズ２７には、ライトガイド２８の出射端が面している。ライトガイド２８は、挿入部１５、操作部１６、ユニバーサルコード１９、及び光源用コネクタ１８の内部を通っており、光源用コネクタ１８の後方から入射端２８ａが露呈する。ライトガイド２８は、多数の光ファイバー（例えば、石英からなる）を束ねて形成されたものである。

プロセッサ装置１１には、タイミング／ドライバ回路２９、信号処理部３０、これらを制御するＣＰＵ３１が設けられている。電子内視鏡１０の通信用コネクタ１７がプロセッサ装置１１に接続されたとき、ＣＣＤ２０は信号ライン２５を介してタイミング／ドライバ回路２９に接続され、信号ライン２６を介して信号処理部３０に接続される。タイミング／ドライバ回路２９は、ＣＰＵ３１からの指令によって生成したタイミング信号（クロックパルス）により、ＣＣＤ２０の蓄積電荷の読み出しタイミング、ＣＣＤ２０の電子シャッタのシャッタ速度などを制御する。ＣＣＤ２０から出力された撮像信号は、信号処理部３０で増幅、Ａ／Ｄ変換、などの各種画像処理が施されて映像信号とされ、プロセッサ装置１１にケーブル接続されたモニタ３２（図１も参照）に内視鏡画像として表示される。

光源装置１２は、照明光を発するキセノンランプ３３、集光レンズ３４、ロータリーシャッタ３５、モータ３６、モータドライバ３７、このモータドライバ３７を制御するサブＣＰＵ３８、主電源回路３９、ランプ電源回路４０、システム電源回路４１、光源装置１２を統括的に制御するメインＣＰＵ４２、リセット回路４３、ＡＮＤ回路４４、点灯スイッチ１４を含む操作部４５を備える。キセノンランプ３３から発せられる光は、集光レンズ３４によって集光されてライトガイド２８の入射端２８ａに導かれる。なお、光源装置１２に用いられる光源としては、キセノンランプ３３に限らず、他の放電ランプを用いてもよい。

ロータリーシャッタ３５は、図３に示すように、円板形状で一部が扇形に切り欠かれている。符号３５ａ，３５ｂは、切り欠き部分が光通過部３５ｂ、残りの部分が遮光部３５ａとなっている。このロータリーシャッタ３５は、キセノンランプ３３の光軸と平行に配されたモータ３６の回転軸４６に接続され、モータ３６の回転によって遮光部３５ａと光通過部３５ｂとが交互に、キセノンランプ３３からの照明光の光路Ｐ（図２参照）内に進入する。光通過部３５ｂが光路Ｐ内に進入すると、ライトガイド２８、照射レンズ２７及び照明窓２３を通して被検体内へ光が照明される照明期間となり（図３（Ａ）に示す状態）、遮光部３５ａが光路Ｐ内に進入すると、被検体内への光が遮光される遮光期間となる（図３（Ｂ）に示す状態）。モータ３６はパルスモータからなり、モータドライバ３７から供給される駆動パルスにより回転する。なお、これに限らずＤＣモータなど他のモータでもよい。モータドライバ３７は、サブＣＰＵ３８の制御の下に、ＣＣＤ２０の露光期間とロータリーシャッタ３５の照明期間とが同期するようにモータ３６を回転させる。

図２にもどって、主電源回路３９は、電源スイッチ１３のオン操作に応じて、ランプ電源回路４０及びシステム電源回路４１、モータドライバ３７等に電源電圧を供給する。システム電源回路４１は、電源電圧を変圧してメインＣＰＵ４２、リセット回路４３、サブＣＰＵ３８などに駆動電力を供給する。リセット回路４３は、リセット信号またはリセット解除信号のいずれかを出力する状態をとる。そして、周辺回路等の動作が不安定なとき、リセット回路４３はメインＣＰＵ４２及びＡＮＤ回路４４へリセット信号を出力し続け、システム電源回路４１から駆動電力が正常に供給され、周辺回路等の動作が安定したとき、リセット回路４３はメインＣＰＵ４２及びＡＮＤ回路４４へリセット解除信号を供給する。システム電源回路４１から駆動電力を受け、リセット回路４３からリセット解除信号を受けると、メインＣＰＵ４２は作動を開始する。作動開始後、点灯スイッチ１４がオンになると、メインＣＰＵ４２は、点灯指示信号をランプ電源回路４０へ入力する。

ランプ電源回路４０は、主電源回路３９から供給される電源電圧を変圧し、メインＣＰＵ４２から入力される点灯指示信号に応じてキセノンランプ３３にトリガ電圧（例えば３０ＫＶ）を印加して、アーク放電による発光を開始させた後、トリガ電圧より低い定常電圧（例えば１２Ｖ）を印加して発光電流を流す。キセノンランプ３３に発光電流が一定時間以上安定して流れると、ランプ電源回路４０は、点灯完了信号をメインＣＰＵ４２に出力する。ランプ電源回路４０から点灯完了信号が入力されると、メインＣＰＵ４２は、ＡＮＤ回路４４へ点灯完了信号を出力する。なお、ランプ電源回路４０から出力される点灯完了信号は、メインＣＰＵ４２を介さずにＡＮＤ回路４４へ直接入力するようにしてもよい。

ＡＮＤ回路４４は、入力端子側にメインＣＰＵ４２及びリセット回路４３が接続され、出力端子側にサブＣＰＵ３８が接続される。このＡＮＤ回路４４は、メインＣＰＵ４２からの点灯完了信号と、リセット回路４３からのリセット解除／リセット信号の論理積をとり、表１に示す真偽表に従って出力を決定する。なお、この表１では、電源オフ（リセット解除信号“０”）のときにキセノンランプ３３が点灯（点灯完了信号“１”）することは有り得ないので記載していない。

この表１によれば、ＡＮＤ回路４４は、リセット解除信号と、点灯完了信号とがともに入力されたときのみ、リセット解除信号と、点灯完了信号との論理積としてのリセット解除信号をサブＣＰＵ３８へ出力する。サブＣＰＵ３８は、システム電源回路４１から駆動電力が供給された後、ＡＮＤ回路４４からリセット解除信号が入力されるまでは、動作しない。このため、モータドライバ３７は作動されず、ひいてはモータ３６、ロータリーシャッタ３５も回転しない。ＡＮＤ回路４４からリセット解除信号が入力されると、サブＣＰＵ３８は動作を開始し、モータドライバ３７へ駆動制御信号を出力して作動を開始させる。サブＣＰＵ３８から駆動制御信号が入力されるとモータドライバ３７は、駆動パルスを供給してモータ３６、ひいてはロータリーシャッタ３５を回転駆動させる。

なお、本実施形態においては、キセノンランプ３３の発光制御を主に行うメインＣＰＵ４２と、ロータリーシャッタ３５の駆動制御を行うサブＣＰＵ３８とを別々に設けているため、いずれか一方の動作が、ノイズなどの外乱が原因で不安定になっても、他方の動作には支障がなく、外乱に対する耐性を高めることができる。例えば、メインＣＰＵ４２の動作が不安定になった場合、キセノンランプ３３の制御に支障は出るが、サブＣＰＵ３８が機能していれば、ロータリーシャッタ３５の回転制御は可能となる。なお、これに限らず、キセノンランプ３３の発光と、ロータリーシャッタ３５の駆動とを１つのＣＰＵで制御するようにしてもよい。

上記構成の作用について、図４のフローチャートを用いて説明する。電子内視鏡システム２で検査を行う際には、電子内視鏡１０のコネクタ１７，１８をプロセッサ装置１１及び光源装置１２に差し込み、プロセッサ装置１１と光源装置１２とを接続した状態でプロセッサ装置１１の電源スイッチ１３をオンする（ｓｔ１）。電源スイッチ１３がオンされると、主電源回路３９からランプ電源回路４０、システム電源回路４１及びモータドライバ３７などへの電源電圧の供給が開始される（ｓｔ２）。

システム電源回路４１は、主電源回路３９から電源電圧が供給されると、電源電圧を変圧してメインＣＰＵ４２、リセット回路４３、サブＣＰＵ３８へ駆動電力を供給する（ｓｔ３）。システム電源回路４１からの駆動電力が正常に供給され、周辺回路等の動作が安定すると、リセット回路４３は、リセット解除信号をメインＣＰＵ４２及びＡＮＤ回路４４へ入力する（ｓｔ４）。リセット回路４３からリセット解除信号が入力されると、メインＣＰＵ４２は動作を開始する（ｓｔ５）。

そして、メインＣＰＵ４２の動作開始後、点灯スイッチ１４がオンされると（ｓｔ６）、メインＣＰＵ４２は、ランプ電源回路４０へ点灯指示信号を入力する（ｓｔ７）。点灯指示信号が入力されると、ランプ電源回路４０は、先ずキセノンランプ３３にトリガ電圧を印加して放電を開始させた後、トリガ電圧よりも低い定常電圧をキセノンランプ３３に印加する（ｓｔ８）。トリガ電圧を印加してから、定常電圧を印加するまでの間は、比較的高い電圧であるトリガ電圧の印加に伴う高周波ノイズが発生する。そして、定常電圧を印加し、キセノンランプ３３へ供給する発光電流が一定時間以上安定して流れたとき、ランプ電源回路４０はメインＣＰＵ４２へ点灯完了信号を出力する（ｓｔ９）。さらにメインＣＰＵ４２からＡＮＤ回路４４へ点灯完了信号が入力される（ｓｔ１０）。ＡＮＤ回路４４は、メインＣＰＵ４２からの点灯完了信号及びリセット回路４３からのリセット解除信号の両方が入力された状態になり、これらの論理積としてのリセット解除信号をサブＣＰＵ３８へ出力する（ｓｔ１１）。リセット解除信号が入力されると、サブＣＰＵ３８は、モータドライバ３７へ駆動制御信号を出力する。サブＣＰＵ３８から駆動制御信号が入力されると、モータドライバ３７は、モータ３６へ駆動パルスを供給してロータリーシャッタ３５を回転駆動させる（ｓｔ１２）。これにより、キセノンランプ３３が点灯且つロータリーシャッタ３５が回転する状態となり、ＣＣＤ２０の露光期間と同期して、照明期間と遮光期間とが交互に繰り返される。そして、挿入部１５が体腔内に挿入され、光源装置１２からの照明光で体腔内を照明しながら、ＣＣＤ２０よる体腔内の画像をモニタ３２で観察することができる。

検査が終了して光源装置１２の点灯スイッチ１４をオフにすると、ランプ電源回路４０からキセノンランプ３３への定常電圧の印加、モータドライバ３７からモータ３６への駆動パルスの供給が停止され、瞬時にリセット回路４３から、メインＣＰＵ４２、およびＡＮＤ回路４４を介してサブＣＰＵ３８にリセット信号が出力され、メインＣＰＵ４２、サブＣＰＵ３８がリセットされる。そして、電源電圧の降下とともに主電源回路３９から各部への電源電圧の供給が無くなり、内視鏡システム２全体がオフされる。

上述したようにキセノンランプ３３の点灯が完了した後に、ロータリーシャッタ３５の駆動が開始するように制御されているので、キセノンランプ３３の点灯の際、ロータリーシャッタ３５を駆動するモータ３６が脱調するなど、キセノンランプ３３にトリガ電圧を印加する際に発生する高周波ノイズの影響を受けることが無くなり、ロータリーシャッタ３５が遮光期間で停止してしまい、画像が真っ暗になるなどのトラブルを防ぐことができる。

また、上記実施形態においては、プロセッサ装置及び光源装置を別体にした構成を例に上げているが、本発明はこれに限らず、プロセッサ装置と光源装置とを一体型にした構成としてもよい。さらにまた、上記実施形態では、電子内視鏡１０を例示しているがこれに限らず、超音波トランスデューサが先端部１５ａに一体化された超音波内視鏡や、光学的イメージガイドを採用して被検体の状態を観察する内視鏡（ファイバースコープ）にも適用することができる。

電子内視鏡システムの外観図である。 電子内視鏡システムの電気的構成の概略を示すブロック図である。 ロータリーシャッタの平面図である。 電源オンからロータリーシャッタが駆動されるまでの流れを示すフローチャートである。

符号の説明

２ 電子内視鏡システム
１０ 電子内視鏡
１１ プロセッサ装置
１２ 光源装置
３３ キセノンランプ
３５ ロータリーシャッタ
３６ モータ
３７ モータドライバ
３８ サブＣＰＵ
３９ 主電源回路
４０ ランプ電源回路
４２ メインＣＰＵ
４３ リセット回路
４４ ＡＮＤ回路

Claims (4)

1. 被検体内を照明する照明光を発する放電ランプと、
   前記放電ランプの発光制御を行うランプ制御手段と、
   前記照明光の光路上に回転可能に取り付けられ、前記照明光を通過させる照明期間、および前記照明光を遮光する遮光期間を一定周期で交互に設けるためのロータリーシャッタと、
   前記ロータリーシャッタの回転駆動を制御する駆動制御手段とを備えた内視鏡の光源装置において、
   前記放電ランプの点灯が完了したことを示す点灯完了信号の出力前は前記駆動制御手段を作動させず、前記点灯完了信号が出力された後、前記駆動制御手段の作動を開始させる作動制御手段を備えることを特徴とする内視鏡の光源装置。
2. 前記作動制御手段は、装置全体の電源オン／オフに応じて前記ランプ制御手段と前記駆動制御手段に対してリセット解除／リセット信号を出力するリセット回路と、前記駆動制御手段と前記リセット回路の間に設けられ、前記点灯完了信号と前記リセット解除／リセット信号の論理積をとるＡＮＤ回路とからなり、前記リセット信号と、前記点灯完了信号とがともに前記ＡＮＤ回路に入力されたとき、前記駆動制御手段の作動を開始させることを特徴とする請求項１記載の内視鏡の光源装置。
3. 前記放電ランプは、キセノンランプであることを特徴とする請求項１又は２記載の内視鏡の光源装置。
4. 前記ランプ制御手段は、装置全体の動作を統括的に制御するメインＣＰＵであり、前記駆動制御手段は、前記ランプ制御手段とは独立して設けられ、前記ロータリーシャッタの回転駆動制御のみを行う専用ＣＰＵであることを特徴とする請求項１ないし３いずれか記載の内視鏡の光源装置。

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