JPH10118009A - 内視鏡用ロータリーシャッタ付き光源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 モータの制御によりロータリーシャッタの停
止位置の保持動作を実現し、構成を簡略化できるように
する。 【解決手段】 光源光路Ｐを確保する光通過部２０Ａ及
び遮光する遮光部２０Ｂが形成されたロータリーシャッ
タ２０を回転自在に配置し、このロータリーシャッタ２
０をＤＣモータ２１で回転させ、全画素読出し方式に対
応させて遮光期間を以て光出力をすると共に、従来の方
式にも対応させ、常に光出力する位置でロータリーシャ
ッタ２０を停止させる。この停止時において、ロータリ
ーシャッタ２０の位置ずれが生じたとき、ＰＧセンサ３
２、ストップセンサ３３の検出及び停止制御回路４２等
の制御に基づき、位置修正動作のためのバイアス電圧を
モータ２１へ供給し、ロータリーシャッタ２０を所定の
停止位置へ戻す保持動作を実行する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、医療用又は工業用
として用いられ、照明光を所定期間において遮光する内
視鏡用ロータリーシャッタ付き光源装置の制御に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】電子内視鏡装置又は内視鏡装置は、光源
からの照明光を体腔内等の被観察体内に照射し、この被
観察体内像を観察するものであり、電子内視鏡では、撮
像素子としてＣＣＤ（Charge Coupled Device）が用い
られる。このＣＣＤにおいては、光電変換素子により画
素単位で蓄積された電荷を読み出すことにより、画像信
号（ビデオ信号）が得られ、このビデオ信号を処理する
ことによりディスプレイに被観察体内の画像を表示する
ことができる。

【０００３】上記ＣＣＤからのビデオ信号の読出しとし
て、例えば画素混合読出し方式が採用されている。この
画素混合読出し方式は、１／６０秒（垂直走査期間）内
の露光によりＣＣＤで蓄積された電荷につき、上下の画
素データを加算しながら読み出すものであり、これによ
り１フィールドの画像を形成するようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記の画素
混合読出し方式では、上述のように上下の画素データを
加算混合するため、垂直（上下）方向の解像度がほぼ１
／２になり、垂直解像度が低下する。また、１／６０秒
毎に得られた奇数及び偶数のフィールド情報で１フレー
ム画像（１／３０秒）を形成するため、それぞれのフィ
ールド画像を得る間に動きやブレが生じると、画質が低
下するという問題がある。

【０００５】この問題を解決するものとして、１回の露
光で得られたＣＣＤの上下の画素データを加算せず、全
画素を読み出す方式が考えられる。即ち、１回の露光で
蓄積された上記ＣＣＤの全画素データにつき、最初は奇
数ラインのデータを読み出し、次に偶数ラインのデータ
を読み出したり、或いは奇数及び偶数ラインに拘らず順
にデータを読出したりして、これらのデータに基づいて
画像処理することにより、高画質の画像を得ることがで
きる。

【０００６】そして、この全画素読出し方式によりＣＣ
Ｄから画像信号を抽出する場合、読出し速度を速くする
（例えば倍速）方法もあるが、この方法は、ＣＣＤの構
成（垂直ＣＣＤ等）が複雑になると共に、クロック周波
数が倍となり、コスト的にも問題がある。そこで、本出
願人は、読出し速度は従来と同一とし、照射期間と交互
に設定されるように遮光期間を設けて全画素を読み出す
ようにし、光源装置においても、上記遮光期間を設定す
るためにロータリーシャッタを配置し、更にはこの遮光
期間を必要としない従来の方式にも対応した構成にする
ことを提案している。

【０００７】しかし、この光源装置においては、遮光期
間を設定しない動作では、上記ロータリーシャッタを所
定の位置に停止させる必要があり、この停止を保持させ
るための手段が必要となる。この保持手段として、各種
の機構や電気的な構造を採用することができるが、この
ような別体の機構や電気的な構造体を配置せずに保持動
作が実現できれば、簡略化した構成の低コストの装置を
得ることが可能となる。

【０００８】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、モータの制御によりロータリーシ
ャッタの停止位置の保持動作が実現でき、構成を簡略化
することが可能となる内視鏡用ロータリーシャッタ付き
光源装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る内視鏡用ロータリーシャッタ付き光源
装置は、被観察体へ向けて照明光を出射するための光源
と、この光源からの光を通過させる光通過部及び照明光
を遮光する遮光部が形成され、回転自在に取り付けられ
たロータリーシャッタと、このロータリーシャッタを駆
動するモータと、上記ロータリーシャッタの回転位置を
検出する位置センサと、このモータを回転制御すると共
に、上記ロータリーシャッタの光通過部が上記光源の光
路を確保する位置に停止させ、この停止時には、上記位
置センサの出力に基づき位置修正動作のためのバイアス
電圧をモータへ供給し、ロータリーシャッタ停止位置の
保持制御をする制御回路と、を含んでなることを特徴と
する。

【００１０】上記の構成によれば、ロータリーシャッタ
には、例えば約半分（１８０度）の領域に光通過部、残
りの半分に遮光部が形成され、全画素読出し方式等を適
用する場合においては、このロータリーシャッタは１／
３０秒で１回転する速度で回転制御される。従って、約
１／６０秒毎に光出力と光遮蔽が繰り返され、これによ
って全画素の読出しが可能となる。

【００１１】一方、従来の方式等を適用する場合では、
ロータリーシャッタの光通過部が光源光路を確保する位
置で停止され、照明光が常に出力される状態とされる。
そして、この停止時には、ロータリーシャッタの停止位
置のずれ状態が位置センサで検出され、回転方向を特定
した上で停止位置へ戻す修正動作のためのバイアス電圧
がモータへ与えられる。従って、ロータリーシャッタは
常に光源光路を確保する位置に保持され、特別な保持機
構等を配置する必要がない。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１には、実施形態例に係る内視
鏡用ロータリーシャッタ付き光源装置の構成が示され、
図２にはこの光源装置を適用した電子内視鏡装置の構成
が示されており、まず電子内視鏡装置の構成から説明す
る。図２に示されるように、電子内視鏡装置はスコープ
としての電子内視鏡、光源装置及びプロセッサ装置に分
けられており、この電子内視鏡側には、照射レンズ１１
までライトガイド１２が設けられ、このライトガイド１
２がコネクタを介して光源装置側へ接続される。

【００１３】また、観察用の対物光学系１４に接続して
ＣＣＤ１５が設けられ、このＣＣＤ１５はコネクタ回路
部１６に接続される。このコネクタ回路部１６には、Ｃ
ＣＤ駆動回路、例えばビデオ信号の増幅等の処理をする
第１の信号処理回路、そして個々の電子内視鏡に付与さ
れたスコープＩＤ（スコープ識別）信号を発生させるス
コープＩＤ発生回路１７が設けられる。

【００１４】一方、光源装置側には、キセノンランプ等
の光源１９が設けられ、この光源１９の前側にロータリ
ーシャッタ２０が設けられており、このロータリーシャ
ッタ２０は、詳細は後述するが光束の急峻な立上がり、
立下がりを実現するために、１枚羽根で構成している。
このロータリーシャッタ２０に、駆動音が小さいＤＣモ
ータ２１、光源側制御回路２２が接続されると共に、当
該シャッタ２０の各種の回転位置を検出する検出部２３
が設けられており、この検出部２３の検出に基づいて制
御回路２２はＤＣモータ２１を駆動することになる。

【００１５】また、プロセッサ装置側には、画像処理を
する第２の信号処理回路２５及びＣＰＵ２６が設けられ
ており、この第２の信号処理回路２５では、ホワイトバ
ランス処理、ガンマ補正等の各種の画像処理を行い、最
終的な信号をディスプレイ２７へ供給する。上記のＣＰ
Ｕ２６には、全画素読出し方式か画素混合読出し方式か
を識別するフィールドＩＤ信号を発生させるフィールド
ＩＤ信号発生部を有しており、上述の電子内視鏡側のス
コープＩＤ信号を入力してフィールドＩＤ信号を発生す
る。このフィールドＩＤ信号として、ＣＣＤ１５から奇
数ライン信号と偶数ライン信号を読み出すためのＯ（OD
D ）／Ｅ（EVEN）信号（タイミング信号）を用いてい
る。

【００１６】図３には、上述したロータリーシャッタ２
０が示されており、このシャッタ２０は、回転軸２９に
よりＤＣモータ２１に接続され、外周部には光源光路Ｐ
を確保する光通過部２０Ａが１８０度よりもやや小さい
角度で形成され、かつ遮光部２０Ｂが形成される。ま
た、このロータリーシャッタ２０には、ＦＧ（Frequenc
y Generator ）制御を行うために、等間隔で形成された
検出用孔３０とＦＧセンサ３１が設けられると共に、こ
のロータリーシャッタ２０の上側位置にＰＧ（Phase Ge
nerator ）制御を行うためのＰＧセンサ３２、そして下
側位置に停止制御のためのストップセンサ３３が設けら
れる。これらのセンサ３１〜３３は、シャッタ羽根を挟
むようにして配置され、光の通過及び透過状態を検出す
る。

【００１７】上記光通過部２０Ａの領域の角度と、ＰＧ
センサ３２及びストップセンサ３３とは、停止保持動作
時に光源光路Ｐを塞ぐことがない関係に設定される。即
ち、遮光部２０Ｂ（シャッタ羽根）のエッジがＰＧセン
サ３２の遮光境界点Ｑ1 にあるとき、他方のエッジはｑ
1 の位置にあり、また遮光部２０Ｂのエッジがストップ
センサ３３の遮光境界点Ｑ2 にあるとき、他方のエッジ
はｑ2 の位置にある。

【００１８】図１において、上記光源側制御回路２２内
の構成回路として、ＦＧ制御回路３５、ＰＧ制御回路３
６、加算回路（ＭＩＸ．）３７、モード切替え回路３
８、モータドライバ３９、上記フィールドＩＤ信号を入
力するＩＤ判別（モード判別）回路４０、回転方向切替
え回路４１及び停止制御回路４２が設けられる。即ち、
ＦＧセンサ３１の検出出力を入力したＦＧ制御回路３５
は、ロータリーシャッタ２０の安定した回転数制御を行
い、ＰＧセンサ３２の検出出力を入力したＰＧ制御回路
３６は、上記Ｏ／Ｅ信号に同期した信号と、上記光通過
部２０Ａ及び遮光部２０Ｂとの位置が合うようにＰＧ制
御を行う。

【００１９】上記ＩＤ判別回路４０は、例えばＯ／Ｅ信
号（フィールドＩＤ信号）の立上がりでトリガーされて
Highレベルを出力するモノステーブルマルチバイブレー
タからなり、このHighレベルの保持時間を１／３０秒よ
りも長く設定することにより、Highレベルを継続するよ
うに構成される。そして、このＩＤ判別回路４０は上記
Highレベルの信号により、モード切替え回路３８を上側
へ切り替えて回転モードを設定し、Ｏ／Ｅ信号を検出し
ない（Low レベル）とき、モード切替え回路３８を下側
へ接続して停止モードへ切り替える。

【００２０】上記回転方向切替え回路４１は、切替え信
号Ｉ1 ，Ｉ2 により、回転モード設定時に正転方向（図
の反時計方向）を設定し、停止モード設定時に逆転方向
を設定すると共に、ストップセンサ３３からHigh信号が
入力されたときは、正転方向へ切り替える動作を行う。
上記停止制御回路４２は、上記ＰＧセンサ３２とストッ
プセンサ３３の両者がシャッタ２０で遮蔽され、検出出
力がない状態のとき、停止位置であると判定し、ＤＣモ
ータ２１を完全に停止させると共に、停止保持の制御を
行う。

【００２１】即ち、この停止制御回路４２からモータド
ライバ３９へ制御電圧ＶR を供給し、この制御電圧ＶR
に比例したバイアス電圧をＤＣモータ２１へ供給するこ
とにより、修正動作が行われる。例えば、図３の停止状
態からロータリーシャッタ２０が反時計方向へ少し回転
し、ＰＧセンサ３２がHigh出力となったときは、逆回転
するバイアス電圧を与え、ＤＣモータ２１を低速度で逆
転させ、停止位置へ戻す。また、ロータリーシャッタ２
０が時計方向へ少し回転し、ストップセンサ３３がHigh
出力となったときは、正回転するバイアス電圧を与え、
ＤＣモータ２１を低速度で正転させ、停止位置へ戻すよ
うに制御する。

【００２２】実施形態例は以上の構成からなり、以下に
その作用を図４〜図８を参照しながら説明する。当該例
では、全画素読出し方式のとき回転モードが設定され、
画素混合読出し方式のとき停止モードが設定される。こ
の全画素読出し方式では、図２のＣＣＤ１５において、
奇数（ODD ）ラインのビデオ信号（蓄積電荷）と偶数
（EVEN）ラインのビデオ信号を交互に得るために、図６
（Ａ）に示されるＯ／Ｅ信号が用いられる。このＯ／Ｅ
信号は、１／６０秒毎に立上がりと立下がりが繰り返さ
れる矩形波信号である。

【００２３】このＯ／Ｅ信号は、従来の画素混合読出し
方式では必要としないので、回転モードの選択状態を示
す信号として使用され、このＯ／Ｅ信号の有無の判別が
ＩＤ判別回路４０で行われる。即ち、ＣＰＵ２６は電子
内視鏡側のスコープＩＤ信号から、画素混合読出し方式
又は全画素読出し方式のいずれを採用しているかを判定
し、全画素読出し方式を採用している場合は、回転モー
ドを示すフィールドＩＤ信号としてＯ／Ｅ信号をＩＤ判
別回路４０へ出力する。

【００２４】そして、図５に示されるように、図５
（Ａ）のＯ／Ｅ信号がＩＤ判別回路４０へ入力されてい
るときは、図５（Ｂ）のHigh信号が出力され、このHigh
信号によってモード切替え回路３８は加算回路３７側へ
接続され、回転モードへ切り替えられる。この回転モー
ドでは、モータドライバ３９がＤＣモータ２１を駆動制
御することにより、ロータリーシャッタ２０が１／３０
秒で１回転する速度で回転し、この回転状態がＦＧセン
サ３１、ＰＧセンサ３２で検出される。

【００２５】これらセンサ３１，３２の出力は、ＦＧ制
御回路３５、ＰＧ制御回路３６へ供給され、これらの制
御回路３５，３６の出力がモータドライバ３９へ出力さ
れる。このＦＧ制御によれば、ロータリーシャッタ２０
の安定した正転方向（図の反時計方向）の回転が行わ
れ、ＰＧ制御によれば、図６（Ｂ）に示されるように、
図６（Ａ）のＯ／Ｅ信号に同期して、１／３０秒周期で
遮光と光通過が正確に繰り返され、約１／６０秒毎に開
閉位置制御が行われる。

【００２６】このようにして、光源光は１／３０秒おき
に出射され、電子内視鏡の先端部から被観察体内へ照射
される。そして、当該例の全画素読出し方式では、約１
／６０内の１回の露光により、ＣＣＤ１５で得られた全
画素の蓄積電荷（データ）を奇数ラインと偶数ラインに
分けて読み出す。この状態が、図６（Ｃ）に示されてお
り、例えば図６（Ｂ）のｎ番目の露光時に得られたデー
タについては、次の遮光期間に奇数（ODD ）ラインデー
タ（ｎ）が読み出され、この遮光期間に偶数（EVEN）ラ
インデータ（ｎ）が立ち上がり、ｎ＋１の露光期間に出
力伝送が完了する。なお、この偶数ラインデータの読出
し時のＣＣＤ１５のデータは、遮光期間内に転送ライン
に転送されているので、ｎ＋１番目の露光時の電荷蓄積
に支障を来すことはない。

【００２７】図７には、この全画素読出しの画像データ
が示されており、図７（Ａ）のＣＣＤ１５上の画像デー
タは、図７（Ｂ）に示される奇数ラインのデータと、図
７（Ｃ）に示される偶数ラインのデータとに分けられて
読み出され、所定の画像処理が施された後、ディスプレ
イ２７へ表示される。ここで、上記奇数及び偶数ライン
データは、そのまま奇数及び偶数フィールドデータとし
て処理してもよく、この場合は、従来と比較すると、垂
直解像度が向上するという利点がある。また、上記奇数
及び偶数ラインデータをメモリに一旦記憶させ、奇数ラ
インと偶数ラインとを交互に読出し、順次信号を形成処
理することで、垂直解像度の高い画像が得られる。この
場合も、ロータリーシャッタにより１回の露光で得られ
た全画素データに基づいて処理するので、動きやブレに
よる画質低下を低減できるという利点がある。

【００２８】次に、電子内視鏡が従来の画素混合読出し
方式を採用しているときは、上記図５（Ａ）のＯ／Ｅ信
号がＩＤ判別回路４０へ出力されず、この回路出力は、
図５（Ｂ）に示されるように、Low 状態となる。従っ
て、モード切替え回路３８が停止制御回路４２側へ接続
されることにより、停止モードへ切り替えられ、モータ
２１が停止制御される。

【００２９】図４には、この停止モードでのロータリー
シャッタ２０の動作が示されており、停止モードへの移
行時では、まず光通過部２０Ａを光源光路Ｐに位置合せ
する動作が行われる。即ち、この停止モード時には、回
転方向切り替え回路４１（Ｉ1 ，Ｉ2 ）により回転方向
が逆転方向（図の時計方向）へ切り替えられており、図
４（Ａ）に示されるように、ＰＧセンサ３２の位置に遮
光部２０Ｂ（シャッタ羽根）が存在せず、図５（Ｃ）と
同様に、ＰＧセンサ出力がHighとなっている場合は、停
止制御回路４２の出力に基づき、ＤＣモータ２１が低速
度で逆転動作する。

【００３０】一方、図４（Ｂ）に示されるように、スト
ップセンサ３３の位置に遮光部２０Ｂが存在せず、図５
（Ｄ）と同様に、ストップセンサ出力のみがHighとなっ
ている場合は、停止制御回路４２の出力に基づき、ＤＣ
モータ２１は低速度で正転動作する。このような正転、
逆転の動作が何回か繰り返され、ロータリーシャッタ２
０の光透過部２０Ａが光源光路Ｐを確保する位置に設定
されることになり、光源光は常に被観察体内へ照射され
る。なお、上記ロータリーシャッタ２０が反対側にある
状態で、ＰＧセンサ３２とストップセンサ３３が遮蔽
（Low ）状態となる場合があるが、この状態は、最後に
ＰＧセンサ３２の出力がLow 状態となったことで判定さ
れ、この場合にも、逆転動作を実行することにより、停
止位置への制御を行うことができる。

【００３１】そして、このロータリーシャッタ２０は特
別なロック手段を設けていないので、振動等の原因でそ
の停止位置からずれることが生じるが、このずれ状態を
解消するために、上記制御回路２２は停止保持動作を行
っており、この動作が図４（Ｃ），（Ｄ）及び図５
（Ｃ）〜（Ｇ）に示されている。即ち、図４（Ｃ）に示
されるように、ロータリーシャッタ２０が反時計方向に
回転し遮光部２０ＢがＰＧセンサ３２の位置から外れる
と、図５（Ｃ）に示されるように、ＰＧセンサ出力がHi
ghとなり、図５（Ｆ）に示されるように、基準電圧Ｖre
f よりも少し高い制御電圧ＶR がモータドライバ３９へ
供給される。

【００３２】この停止モードでは、図５（Ｅ）に示され
るように、回転方向切り替え信号Ｉ1 ，Ｉ2 により回転
方向が反転されているので、図５（Ｇ）に示されるよう
に、ＤＣモータ２１は低速度で所定時間だけ逆転動作す
る。この逆転動作の時間は、図４（Ｃ）の位置から図３
の正規の位置へ戻るための回転量を考慮して設定してお
り、これによりロータリーシャッタ２０は、正規の停止
位置へほぼ正確に戻される。

【００３３】また、図４（Ｄ）に示されるように、ロー
タリーシャッタ２０が時計方向にずれて遮光部２０Ｂが
ストップセンサ３３の位置から外れると、図５（Ｄ）に
示されるように、ストップセンサ出力がHighとなり、図
５（Ｆ）に示されるように、基準電圧Ｖref よりも少し
低い制御電圧ＶR がモータドライバ３９へ供給される。
そして、上記ストップセンサ３３の出力は、回転方向切
替え回路４１へも出力されており、図５（Ｅ）に示され
るように、回転方向が正転へ切り替えられ、図５（Ｇ）
に示されるように、ＤＣモータ２１は低速度で所定時間
だけ正転動作する。従って、この場合も、ロータリーシ
ャッタ２０は所定量だけ回転して正規の停止位置へ戻さ
れる。

【００３４】上記の停止モードでは、次のような画素混
合読出しが行われる。即ち、図６（Ｄ）に示されるよう
に、上記光源光は常に出力状態とされており、１／６０
秒毎の露光で得られたＣＣＤ１５のデータにつき、図６
（Ｅ）に示されるように、奇数フィールド及び偶数フィ
ールドの情報として画素混合信号が読み出される。

【００３５】図８には、この画素混合読出しの画像デー
タが示されており、例えば（０ライン＋１ライン）、
（２ライン＋３ライン）というような奇数（Odd ）フィ
ールド信号と、（１ライン＋２ライン）、（３ライン＋
４ライン）というような偶数（Even）フィールド信号が
読み出される。そして、これらのビデオ信号も所定の画
像処理が施されてディスプレイ２７に表示される。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
光通過部及び遮光部が形成されたロータリーシャッタを
モータで回転させる光源装置で、上記光通過部が光源光
路を確保する位置にロータリーシャッタを停止させ、こ
の停止時には、位置センサの出力に基づき位置修正動作
のためのバイアス電圧をモータへ供給し、ロータリーシ
ャッタ停止位置の保持制御をするようにしたので、モー
タの制御によりロータリーシャッタの停止位置の保持動
作が実現でき、別体の保持機構等を設けることなく、構
成を簡略化することが可能となる。しかも、高画質の全
画素読出し方式と従来の読出し方式との両方式による画
像形成を低コストで実現でき、光源装置の用途を拡大で
きるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態例に係る内視鏡用ロータリー
シャッタ付き光源装置の構成を示す回路ブロック図であ
る。

【図２】図１のロータリーシャッタ付き光源装置を適用
した電子内視鏡装置の構成を示すブロック図である。

【図３】図１のロータリーシャッタの構成を示す図であ
る。

【図４】停止モードでのロータリーシャッタの停止動作
［図（Ａ），（Ｂ）］及び停止保持動作［図（Ｃ），
（Ｄ）］を示す図である。

【図５】実施形態例の光源装置の動作を示すタイミング
チャートである。

【図６】実施形態例での全画素読出し方式と画素混合読
出し方式の画像処理を示すタイミングチャートである。

【図７】実施形態例の全画素読出し方式で得られる画像
データを示す説明図である。

【図８】実施形態例の画素混合読出し方式で得られる画
像データを示す説明図である。

【符号の説明】

１５ … ＣＣＤ、１９ … 光源、２０ … ロータ
リーシャッタ、２０Ａ … 光透過部、２０Ｂ … 遮
光部、２１ … ＤＣモータ、２２ … 光源側制御回
路、２６ … ＣＰＵ、３１ … ＦＧセンサ、３２
… ＰＧセンサ、３３ … ストップセンサ、４０ …
ＩＤ判別回路、４２ … 停止制御回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被観察体へ向けて照明光を出射するため
   の光源と、 この光源からの光を通過させる光通過部及び照明光を遮
   光する遮光部が形成され、回転自在に取り付けられたロ
   ータリーシャッタと、 このロータリーシャッタを駆動するモータと、 上記ロータリーシャッタの回転位置を検出する位置セン
   サと、 このモータを回転制御すると共に、上記ロータリーシャ
   ッタの光通過部が上記光源の光路を確保する位置に停止
   させ、この停止時には、上記位置センサの出力に基づき
   位置修正動作のためのバイアス電圧をモータへ供給し、
   ロータリーシャッタ停止位置の保持制御をする制御回路
   と、を含んでなる内視鏡用ロータリーシャッタ付き光源
   装置。