(57)【要約】【課題】超音波診断に用いられる液晶表示装置において乳幼児の心臓の弁等の比較的小さな部位の動画表示能力に優れた液晶表示装置を提供する。【解決手段】超音波映像表示装置２０は、制御を司るＣＰＵ２１と、映像表示部と、バックライト駆動部４０と、を含んでおり、超音波診断装置１０から映像及び表示情報を取得する。映像表示部は、スケーリング部３１と、レシーバ部２２と、ダイナミックコントローラ部２３と、ゲートドライバ部２４と、ドレインドライバ部２６と、を有している。バックライト駆動部４０は、ＰＷＭ制御部２９と、ドライバ部２８と、バックライト２７と、を有している。ＰＷＭ制御部２９は、スケーリング部３１より入力される垂直同期信号及びＣＰＵ２１からの指示とバックライトの調光電圧値とにより点灯のＯＮ／ＯＦＦ及びＯＮタイミングの点灯周期を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶パネルと、液晶パネルを背面側から照らすバックライトと、バックライトをＰＷＭ制御するインバータ回路と、を含み、超音波診断装置で測定された映像データを表示する超音波映像表示装置において、
液晶パネルの各画素に書き込む１フレーム分の映像データを一時的に記憶する記憶手段と、
記憶手段への映像データの書込が終了した後、記憶手段に記憶された１フレーム分の映像データを液晶パネルの各画素に対して同時に書き込む書込み手段と、
液晶パネルを駆動する垂直同期信号に同期して、書込み手段による過渡状態時にＰＷＭパルスの消灯タイミングとなるようにインバータ回路を制御するＰＷＭ制御手段と、
を有することを特徴とする超音波映像表示装置。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波映像表示装置において、
ＰＷＭ制御手段は、所定のフレーム毎にＰＷＭパルスの消灯時間を１／１６フレームから１／２フレームまで変化させることを特徴とする超音波映像表示装置。
【請求項３】
請求項１に記載の超音波映像表示装置において、
インバータ回路は、消灯時間に応じてＰＷＭパルスの輝度を高める高輝度点灯手段により輝度低下を防止することを特徴とする超音波映像表示装置。
【請求項４】
液晶パネルと、液晶パネルを背面側から照らすバックライトと、バックライトをＰＷＭ制御するインバータ回路と、を含み、超音波診断装置で測定された映像データを表示する超音波映像表示装置の表示方法において、
液晶パネルの各画素に書き込む１フレーム分の映像データを一時的に記憶する記憶工程と、
記憶工程による映像データの書込が終了した後、記憶工程で記憶された１フレーム分の映像データを液晶パネルの各画素に対して同時に書き込む書込み工程と、
液晶パネルを駆動する垂直同期信号に同期して、書込み工程による過渡状態時にＰＷＭパルスの消灯タイミングとなるようにインバータ回路を制御するＰＷＭ制御工程と、
を有することを特徴とする超音波映像表示装置の表示方法。
【請求項５】
請求項４に記載の超音波映像表示装置の表示方法において、
ＰＷＭ制御工程は、所定のフレーム毎にＰＷＭパルスの消灯時間を１／１６フレームから１／２フレームまで変化させることを特徴とする超音波映像表示装置の表示方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波映像表示装置に関し、特に、液晶パネルを背面側から照らすバックライトと、バックライトをＰＷＭ制御するインバータ回路と、を含み、超音波診断装置で測定された映像データを表示する超音波映像表示装置とその表示方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波診断装置は、超音波を送受信する超音波プローブを用いて体表から超音波を送信し、反射波を受信するだけで胎児の動きや心臓の拍動等をリアルタイム表示することが可能である。この超音波診断装置は、Ｘ線診断で使用するＸ線等のように被爆がないことから安全性が高く、ＣＴ、ＭＲＩ等の診断機器を用いた診断方法に比べて小さなシステム規模となることから広く用いられるようになった。
【０００３】
また、超音波診断装置のさらなる小型化のためにＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ  Ｒａｙ  Ｔｕｂｅ）モニタの代わりに液晶表示装置（ＬＣＤ：Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）を組み込み、小型化した超音波診断装置も開発されている。
【０００４】
液晶表示装置には、透過型の液晶パネルの背面からバックライト装置により照明することで映像を表示させるバックライト方式が視認性の良さから用いられている。液晶表示装置のバックライト装置としては、蛍光管を用いた白色光を発光するＣＣＦＬ（冷陰極蛍光ランプ：Ｃｏｌｄ  Ｃａｔｈｏｄｅ  Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ  Ｌａｍｐ）や発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）などが用いられている。
【０００５】
また、液晶パネルとしては、パネル内部に液晶を封入し、例えば、各表示画素に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）などのスイッチ素子を設け、スイッチ素子により各画素が制御されたアクティブマトリックス型の液晶パネルが主流となっている。
【０００６】
このような液晶パネルは、二次元マトリックス状に縦横に配置された液晶セルに、垂直方向（縦方向）に配置されたデータ線を介して映像信号を供給するデータ線駆動回路と、ＴＦＴ等のスイッチ素子を水平方向（横方向）に配列されたゲート線を介してアクティブにするゲート線駆動回路と、を有している。
【０００７】
液晶表示装置は、映像信号に応じてデータ線駆動回路及びゲート線駆動回路をそれぞれ駆動する液晶パネルと、バックライト装置と、を組み合わせることにより色彩と明度とを有する映像を表示することができる。
【０００８】
液晶パネルの表示は、画面の上方から下方に順番にゲート線を走査して、液晶画素に映像データを順番に書き込むという表示方式で行われる。液晶画素はその表裏を透明電極によって挟む構造となっているため、コンデンサと同様な電荷を持ち、各液晶画素に蓄積された電荷が１フレーム期内で時間の経過と共に指数関数的に徐々に減衰する指数型表示方式となる。
【０００９】
ＣＲＴでは、電子銃から飛び出した電子ビームが画面を上から順に走査していくことで表示を行うため、画面のある１点が発光しているのは１フレーム期間のわずかな時間である。これに対して、バックライトが常に点灯している液晶パネルでは、全ての画素が光っていることになる。このような発光形態の違いに対して、ＣＲＴは「インパルス型発光」、液晶パネルは「ホールド型発光」と呼ばれる。
【００１０】
このような液晶特有の表示方式や応答速度の制限から、液晶表示装置はＣＲＴモニタに比べて動画表示性能が低く、さらに、回路規模の増大による部品の高密度実装とあいまって、ノイズに対する影響を受けやすいという問題がある。
【００１１】
そこで、このような問題を解決するために特許文献１には、バックライトを点灯して映像表示データを表示する時間を１フレーム時間（１６ｍｓ）の概ね１／３（約５ｍｓ）以下に設定し、全走査ラインに対して発光許可時間を一致させ、発光許可時間以外のフレーム期間で１画面分の表示データを全液晶画素に書き込み、バックライトの点灯状態を制御する機構を備える液晶表示装置が開示されている。
【００１２】
また、特許文献２には、照明装置の間欠点灯とプリセット電圧印加を組み合わせた液晶表示装置において、残像やフリッカ等のぼけのない映像を表示可能とし、さらに、表示の中央部ほど輝度が高く、走査境界における輝度差の無い液晶表示装置に関する技術が開示されている。
【００１３】
【特許文献１】特開２０００−２９３１４２号公報
【特許文献２】特開２００３−１３１６３５号公報
【特許文献３】特開２００６−２４７１２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上述した液晶表示装置は、テレビ放送における動きの速いスポーツなどの動画表示においてぼけのない映像を表示可能とする技術である。しかし、このような液晶表示装置を超音波診断装置に用いる場合、大まかな全体表示には適するが、乳幼児の心臓の細かい動きには追従しにくく、超音波映像がぶれてしまう。そこで、特許文献３に示されるようなスキャン断面の動きに起因して生じる超音波映像のぶれを抑制する超音波診断装置が開示されている。
【００１５】
しかし、特許文献３の超音波診断装置では、映像のぶれを抑制することは可能であるが、動きの速い超音波映像をぼやけることなく表示するには無理があった。そこで、このような問題を解決するために、本発明は、超音波診断に用いられる液晶表示装置において比較的小さな部位の動画表示能力に優れた液晶表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
以上のような目的を達成するために、本発明に係る超音波映像表示装置は、液晶パネルと、液晶パネルを背面側から照らすバックライトと、バックライトをＰＷＭ制御するインバータ回路と、を含み、超音波診断装置で測定された映像データを表示する超音波映像表示装置において、液晶パネルの各画素に書き込む１フレーム分の映像データを一時的に記憶する記憶手段と、記憶手段への映像データの書込が終了した後、記憶手段に記憶された１フレーム分の映像データを液晶パネルの各画素に対して同時に書き込む書込み手段と、液晶パネルを駆動する垂直同期信号に同期して、書込み手段による過渡状態時にＰＷＭパルスの消灯タイミングとなるようにインバータ回路を制御するＰＷＭ制御手段と、を有することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係る超音波映像表示装置において、ＰＷＭ制御手段は、所定のフレーム毎にＰＷＭパルスの消灯時間を１／１６フレームから１／２フレームまで変化させることを特徴とする。
【００１８】
さらに、本発明に係る超音波映像表示装置において、インバータ回路は、消灯時間に応じてＰＷＭパルスの輝度を高める高輝度点灯手段により輝度低下を防止することを特徴とする。
【００１９】
また、本発明に係る超音波映像表示装置の表示方法は、液晶パネルと、液晶パネルを背面側から照らすバックライトと、バックライトをＰＷＭ制御するインバータ回路と、を含み、超音波診断装置で測定された映像データを表示する超音波映像表示装置の表示方法において、液晶パネルの各画素に書き込む１フレーム分の映像データを一時的に記憶する記憶工程と、記憶工程による映像データの書込が終了した後、記憶工程で記憶された１フレーム分の映像データを液晶パネルの各画素に対して同時に書き込む書込み工程と、液晶パネルを駆動する垂直同期信号に同期して、書込み工程による過渡状態時にＰＷＭパルスの消灯タイミングとなるようにインバータ回路を制御するＰＷＭ制御工程と、を有することを特徴とする。
【００２０】
さらに、本発明に係る超音波映像表示装置の表示方法において、ＰＷＭ制御工程は、所定のフレーム毎にＰＷＭパルスの消灯時間を１／１６フレームから１／２フレームまで変化させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明を用いることにより、動きの速い超音波映像をぼやけることなく表示することが可能となるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）を、図面に従って説明する。
【実施例】
【００２３】
図１は、超音波診断装置１０で測定された映像を表示する超音波映像表示装置２０の概要を示している。超音波映像表示装置２０は、制御を司るＣＰＵ２１と、映像表示部と、バックライト駆動部４０と、を含んでいる。超音波映像表示装置２０は、超音波診断装置１０で測定された映像信号と表示情報を取得する。
【００２４】
映像表示部は、スケーリング部３１と、レシーバ部２２と、ダイナミックコントローラ部２３と、インバータを構成するゲートドライバ部２４及びドレインドライバ部２６と、を有している。また、バックライト駆動部４０は、ＰＷＭ制御部２９と、インバータを構成するドライバ部２８と、バックライト２７と、を有している。なお、電源回路３０は、液晶パネル２５と、バックライト２７を駆動する電力を供給している。
【００２５】
次に、信号の流れについて説明する。超音波診断装置１０の映像信号は、アナログ信号又はＤＶＩ信号として超音波映像表示装置２０のスケーリング部３１へ送られる。スケーリング部３１は、映像信号をデジタル信号に変換し、液晶パネルにあった周波数に変換してＰＷＭ制御部２９と、レシーバ部２２へ変換した信号を送る。また、コントラストや輝度等の表示情報は、ＣＰＵ２１へ送られる。
【００２６】
レシーバ部２２は、スケーリング部３１より入力されるタイミング信号及び表示データに対してレベル調整及びシリアル・パラレル変換を施してダイナミックコントローラ部２３に送る。ダイナミックコントローラ部２３は、液晶パネルの色むらやフリッカ等を抑える目的で輝度補正と、色味補正を行いゲートドライバ部２４及びドレインドライバ部２６へ信号を送る。
【００２７】
ゲートドライバ部２４とドレインドライバ部２６によって液晶パネル２５内部のトランジスタスイッチの制御が行われ、例えば、１０２４×７６８の画素が制御される。
【００２８】
次に、バックライトの駆動について説明する。ＰＷＭ制御部２９は、スケーリング部３１より入力されるＶ−ＳＹＮＣ（垂直同期信号）等のタイミング信号、ＣＰＵ２１からの調光電圧値の指示、及びバックライト２７の端子電圧等に基づいて点灯のＯＮ／ＯＦＦの制御と、ＯＮタイミングの点灯周期を制御する。ドライバ部２８はＰＷＭ制御部２９からの制御信号に応じてバックライト２７へ電力を供給し、バックライト２７を駆動する。さらに、バックライト２７の端子電圧はＰＷＭ制御部２９にフィードバックされている。
【００２９】
液晶パネル２５は、上述したようなホールド型発光であることから、実際に物体が移動する映像を表示する場合、人間の目は移動方向に映像情報を積分して認識するので、例えば、応答速度が限りなく“０ｍｓ”に近い液晶パネルを用いてもエッジ部分のぼやけが発生する。このようなことから、輝度プロファイルが１００％から０％まで変化するのに必要な時間（Ｅ−ＢＥＷ）を元に中間色間での変化速度を含めた形で算出したＭＰＲＴ（Ｍｏｖｉｎｇ  Ｐｉｃｔｕｒｅ  Ｒｅｓｐｏｎｓｅ  Ｔｉｍｅ）と呼ばれる評価方法が用いられる。
【００３０】
ＭＰＲＴは、ＭＰＲＴ＝平均［階調間動画ぼやけ幅（ｐｉｘｅｌ）×１６．７（ｍｓ／ｆｒａｍｅ）／映像に動く速度（ｐｉｘｅｌ／ｆｒａｍｅ）] という式で表すことができ、一般的に応答速度が“０ｍｓ”の液晶パネルであってもＭＰＲＴは約１３ｍｓあるといわれている。このため、黒画面の挿入、倍速ドライブ方式、バックライト点灯方式などが用いられている。
【００３１】
図２には、バックライト駆動部４０の概要が示されている。本実施形態で特徴的なことは、超音波診断装置から得られた垂直断面表示映像や水平断面表示映像のぼやけが少ないようにバックライト消灯及び点灯時の輝度の調整を行っている。
【００３２】
バックライト駆動部４０は、ＣＰＵ２１より与えられた調光電圧値と、スケーリング部３１から与えられたＶ−ＳＹＮＣに同期して制御を行う。ＰＷＭ制御部２９は、バックライト２７のＯＮ−ＯＦＦを１フレーム期間中最小１／１６から最大１／２の間でＯＦＦタイミングを制御する。さらに、ＯＦＦタイミングが増加することにより低下する輝度を補正するために、ＯＮタイミングにおける点灯周期（例えば、４０ｋ〜１００ｋＨｚ程度）を変化させる。これによりホールド発光されている液晶パネルの残像感をパネルの中央部でより少なくなるようにしている。なお、本実施形態ではドライバ部２８からの出力をドライブトランス３２によって高電圧化し、バックライト２７に供給している。
【００３３】
図３は、超音波映像表示装置２０の表示タイミングを示している。図中、上からＶ−ＳＹＮＣ、液晶パネルのゲートライン１〜ｎ、従来のインバータの点灯タイミング及び本実施形態の点灯タイミングである。従来のインバータ点灯タイミングは、Ｖ−ＳＹＮＣに無関係で制御を行っていたが、本実施形態では、Ｖ−ＳＹＮＣに同期してインバータをＯＦＦとし、ＣＰＵ２１からの調光電圧値によりそのＯＦＦ期間を変更している。
【００３４】
図４には、本実施形態におけるバックライト２７の消灯タイミングの一例が示されている。図中、例１は垂直同期に同期して１／１６フレーム間消灯する例であり、例２は２／１６フレーム間消灯し、例３は８／１６（１／２）フレーム間消灯する。
【００３５】
本実施形態では、残像感であるぼやけの調整方法として、液晶パネル上に移動する四角形を表示させ、移動方向前後の四角形の縁のぼやけが、液晶パネル中央部で少なくなるように調整する手法を用いている。例えば、乳幼児の心臓の弁の動きを想定すると、１分間に四角形を２００〜２５０回往復させることとなる。この弁の振れ幅を０．５ｃｍ、１分間に２５０回往復するケースを想定すると、１回の往復に２４０ｍｓ要し、２４０ｍｓで１ｃｍ移動させることと等価となる。
【００３６】
このような状況下で、従来のインバータ点灯タイミングでは約１．５ｍｍのぼやけがあるのに対し、Ｖ−ＳＹＮＣである垂直同期信号に同期してインバータを制御することで約１ｍｍ弱のぼやけとなり、さらに、ＯＦＦタイミングとＯＮタイミングにおける点灯周期とを調整することによりそのぼやけ具合も低減した。
【００３７】
以上、上述したように、本実施形態を用いると、垂直同期信号に同期して１フレーム期間中最小１／１６から最大１／２の間でＯＦＦタイミングを制御し、別途、ＯＮタイミングでの点灯周期を制御することでホールド発光されている液晶パネルの残像感がパネルの中央部でより少なくなり、超音波診断装置に用いられる液晶表示装置において乳幼児の拍動等の比較的小さな部位の動画表示能力に優れた液晶表示装置を実現することが可能となる。なお、本実施形態において、ＯＦＦタイミングを１フレーム期間中最小１／１６から最大１／２の間で制御したが、好ましくは、１／１６から１／４であり、さらに好ましくは垂直同期信号に同期して１フレーム期間中１／１６から２／１６近傍である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施形態に係る超音波映像表示装置の概要を示した概要図である。
【図２】本発明の実施形態に係るバックライト駆動部の概要を示した概要図である。
【図３】本実施形態に係る超音波映像表示装置の表示タイミングを示したタイミング図である。
【図４】本実施形態に係るバックライトの消灯タイミングを示したタイミング図である。
【符号の説明】
【００３９】
１０  超音波診断装置、２０  超音波映像表示装置 、２１  ＣＰＵ、２２  レシーバ部、２３  ダイナミックコントローラ部、２４  ゲートドライバ部、２５  液晶パネル、２６  ドレインドライバ部、２７  バックライト、２８  ドライバ部、２９  ＰＷＭ制御部、３０  電源回路、３１  スケーリング部、３２  ドライブトランス、４０  バックライト駆動部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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