(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流により放電点灯させる交流点灯ランプを用い、撮像素子であるＣＣＤからビデオ信号を出力する電子内視鏡装置において、
上記交流点灯ランプにて得られる撮像光量の調整のために電子シャッタ制御を行うＣＣＤ駆動回路と、
このＣＣＤ駆動回路の電子シャッタ制御により可変設定されるシャッタ時間又はその整数分の１に同期した信号を発生する同期回路と、
この同期回路からの信号に基づき、上記シャッタ時間に同期してこのシャッタ時間内に偶数回の点灯が実行される点灯駆動パルスを形成し、この点灯駆動パルスにより交流を上記交流点灯ランプへ供給する点灯駆動回路と、を設けた交流点灯光源を備えた電子内視鏡装置。
【請求項２】
上記点灯駆動回路は、速い方のシャッタ速度で２回の点灯を実行し、遅い方のシャッタ速度で４回以上の点灯を段階的に実行する点灯駆動パルスを形成することを特徴とする請求項１記載の交流点灯光源を備えた電子内視鏡装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は交流点灯光源を備えた電子内視鏡装置、特に交流電流によって放電点灯させる交流点灯ランプを用いて照射光を被観察体内へ供給する内視鏡の光量制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５（Ａ）には、従来において内視鏡装置の光源として用いられるキセノンランプの構成が示されており、このランプは直流（ＤＣ）電力にて放電点灯するようになっている。図において、カソード（陰極）１とアノード（陽極）２がガラス放電管内に配置されており、所定の直流電圧を与えることにより、カソード１からアノード２へ電子が移動し、放電・点灯が行われる。
【０００３】
図５（Ｂ）には、近年、自動車等において使用され、交流（ＡＣ）電力を用いるキセノンランプの構成が示されており、これは高輝度放電ランプ（High intensity discharge lamp）といわれるものである。図示されるように、カソード３とアノード４は鋭角先端を持った同一形状とされており、これらカソード３及びアノード４には、正負の電流が交互に与えられる。従って、カソード３に負電流、アノード４に正電流が与えられたとき、電子はｃ１のようにカソード３からアノード４へ移動し、一方正負電流が逆になるとき、電子はｃ２のようにアノード４からカソード３へ移動することになり、このような交互の電子移動により放電が行われる。
【０００４】
上記のＡＣ点灯のランプによれば、ＤＣ点灯のランプと比較すると、電力の変換効率がよく、高輝度となり、熱の発生が少ない等の利点があると共に、集光させ易いという利点がある。即ち、ＤＣ点灯ランプの場合は、図５（Ａ）に示されるようにカソード１とアノード２との間隔はＤ１と比較的大きいが、図５（Ｂ）のＡＣ点灯ランプのカソード３とアノード４との間隔Ｄ２は上記Ｄ１よりも相当小さくなる。従って、スコープ内に配置される細いライトガイドの入射端に効率よくランプ光を集光させることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記ＡＣ点灯のランプでは、正負電流の切替えの間に点灯されない期間が存在することから、電子シャッタ機能を用いて露光量（シャッタ速度）を可変制御する場合に、その光量が不均一になるという問題がある。
【０００６】
図６には、ランプ点灯、電子シャッタ制御及び撮像素子であるＣＣＤ（Charge Coupled Device）出力の変化量が示されており、従来では、図６（Ａ）に示されるように、例えばランプに対し約５００Ｈｚで交流電流が供給される。この図において、電極に負電流が与えられるときを点灯とすると、アノード４側ではａで示されるタイミング（及び期間）で点灯（放電）し、カソード３側ではｋで示されるタイミングで点灯する。従って、図６（Ｂ）に示される各フィールドでは、両方で約１６回の点灯が行われることになる。
【０００７】
しかし、フィールド期間とランプ点灯の周期が一致しないため、図６（Ｃ）の電子シャッタ制御のＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４に示されるように、各フィールドにおいて同一のシャッタ速度で同一の露光期間を設定したとすると、露光期間Ｌ１，Ｌ４ではカソード点灯ｋが２回、アノード点灯ａが１回で、合計３回の点灯となるが、他の露光期間Ｌ２，Ｌ３ではカソード点灯ｋが１．６回、アノード点灯ａが１回で、合計２．６回の点灯というように点灯回数が異なることになる。
【０００８】
従って、同一の露光時間（シャッタ速度）であっても、その時間内のランプの発光量が異なることになり、図６（Ｄ）に示されるように、ＣＣＤ出力においてもｆの量だけ輝度変化が生じる。即ち、１フィールド期間を露光時間としたときの出力（輝度レベル）を１００％とすると、上記Ｌ１，Ｌ４では１８．７５％の出力が得られるが、上記Ｌ２，Ｌ３においては１６．２５％の出力しか得られない。この結果、同一の撮影条件であってもフィールド間で輝度レベルが変化し、表示画面上でフリッカーが生じることになる。このような現象は、電子シャッタ速度が速くなればなる程、顕著に現れる。
【０００９】
また、図５（Ｂ）に示されるように、ＡＣ点灯のランプのカソード３５とアノード３６の電極形状は同一とされるが、製造上のバラツキが生じることが多く、カソード点灯ｋとアノード点灯ａではその発光量が必ずしも一致しないという問題がある。従って、電子シャッタ制御で設定される露光時間内に奇数回の点灯が行われる場合は、上記の場合と同様に、同一のシャッタ速度であっても発光量に不均一が生じることになる。
【００１０】
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、同一シャッタ時間内のランプ点灯回数及び発光量を均一化することによりフリッカー現象をなくし、交流点灯ランプを使用できるようにする交流点灯光源を備えた電子内視鏡装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、交流により放電点灯させる交流点灯ランプを用い、撮像素子であるＣＣＤからビデオ信号を出力する電子内視鏡装置において、上記交流点灯ランプにて得られる撮像光量の調整のために電子シャッタ制御を行うＣＣＤ駆動回路と、このＣＣＤ駆動回路の電子シャッタ制御により可変設定されるシャッタ時間（露光時間）又はその整数分の１に同期した信号を発生する同期回路と、この同期回路からの信号に基づき、上記シャッタ時間に同期してこのシャッタ時間内に偶数回の点灯が実行される点灯駆動パルスを形成し、この点灯駆動パルスにより交流を上記交流点灯ランプへ供給する点灯駆動回路と、を設けた交流点灯光源を備えたことを特徴とする。
請求項２に係る発明は、上記点灯駆動回路において、速い方のシャッタ速度で２回の点灯を実行し、遅い方のシャッタ速度で４回以上の点灯を段階的に実行する点灯駆動パルスを形成することを特徴とする。
【００１２】
上記の構成によれば、ＣＣＤ駆動回路は掃出しパルスの制御により、例えば１／６０秒から１／４０００秒程度のシャッタ速度が設定されることになるが、この掃出しパルスの制御に合わせて同期回路及び点灯駆動回路では、例えば２回（偶数回）の点灯が実行される周波数の点灯駆動パルスが形成され、この駆動パルスに基づいて交流電流が交流点灯ランプに与えられる。従って、シャッタ速度が任意に設定される場合でも、必ずカソード及びアノードの両電極により２回の点灯が行われることになり、発光量が均一化される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１乃至図２には、実施形態例に係る交流点灯光源を備えた電子内視鏡装置の構成が示されており、図１に示されるように、この内視鏡装置は、電子スコープ１０をプロセッサ本体１２に接続して構成され、映像出力はモニタ等へ供給される。上記電子スコープ１０の先端部には、対物光学系１３、固体撮像素子であるＣＣＤ１４、照射レンズ１５等が配置され、この照射レンズ１５には光源光を先端部へ導くためのライトガイド１６が接続される。また、このスコープ１０には、上記ＣＣＤ１４の出力信号につき、相関二重サンプリングと増幅処理をするＣＤＳ（相関二重サンプリング）／ＡＧＣ（自動利得制御）回路１７、電子スコープ１０のＩＤ識別情報や各種の処理条件等を記憶するＲＯＭ１８が設けられる。
【００１４】
一方、プロセッサ本体１２には、上記ＣＤＳ／ＡＧＣ回路１７から出力された信号をデジタル変換するＡ／Ｄ変換器２０、上記ＣＣＤ１４の電子シャッタ制御（蓄積電荷の掃出し、読出し制御）をすると共に、上記Ａ／Ｄ変換器２０から出力されたデジタルビデオ信号につき各種の画像処理をするＣＣＤ駆動／信号処理回路２１、ビデオ信号をデジタル−アナログ変換するＤ／Ａ変換器２２、出力用アンプ２３等が設けられる。
【００１５】
また、上記スコープ１０に配設されたライトガイド１６の光入射端１６Ａに光を出力するために、集光レンズ２６及び交流（ＡＣ）点灯ランプ２７が設けられる。このランプ２７は、キセノンランプであり、上述した高輝度放電ランプ（ＨＩＤランプ）と同様のもので、詳細は後述するが、例えば図２に示されるようになっている。
【００１６】
このＡＣ点灯ランプ２７には、点灯駆動回路２８及び同期回路であるタイミングジェネレータ（ＴＧ）２９が接続されており、このタイミングジェネレータ２９では、電子シャッタ制御により可変設定されるシャッタ時間又はその整数分の１に同期するタイミング信号を出力し、このタイミング信号により上記点灯駆動回路２８では、上記シャッタ時間内に偶数回の点灯を実行し、かつシャッタ時間に同期する点灯駆動パルスを形成し、この駆動パルス周波数の交流電流をランプ２７に供給する。即ち、可変のシャッタ時間に応じて駆動パルスの周波数を変化させることにより、例えば２回の点灯を必ず行うようにしている。また、このプロセッサ本体１２内には、全体を統括制御するマイコン３１、本体側の各種の画像処理を行うためのデータやプログラムを記憶するＲＯＭ３２が配置される。
【００１７】
図２のＡＣ点灯ランプ２７では、キセノンガスを封入したガラス球３４内に、先端が尖ったカソード３５、アノード３６を所定の間隔で配置しており、これらの電極（３５、３６）は同一形状に形成される。即ち、これらカソード３５、アノード３６には正負電流が交互に与えられ、それぞれがカソードとアノードの役割を交互に果たすことから、ｃ１とｃ２で示されるように、両方向で放電（電子移動）が行われる。従って、ｃ１とｃ２の両方向で同一の発光量の放電を達成するために、両電極を同一の形状にすることになる。
【００１８】
そして、速いシャッタ速度において高速の放電点灯を実現するために、当該例では、上記カソード３５及びアノード３６が、点Ｘ１，Ｘ２を支点として振れる（例えば先端が所定の角度範囲で全方位方向に動く）ように支持されており、このカソード３５及びアノード３６は可動状態で接触する導体線３７，３８を介して上記点灯駆動回路２８に接続される。また、上記ガラス球３４の壁は内部で飛び交う多数の電子の衝突に耐え得る厚さ（強度）とされる。
【００１９】
即ち、上記ｃ１とｃ２の両方向の放電において、例えばカソード３５から飛び出した電子（−）がアノード３６で受け入れられるためには、アノード３６側に電子の数に相当する正孔（＋）が供給されている必要があるが、正負電流を高速で切り替えると、電極間での正孔の移動が遅れ、電子と正孔の数のバランスが崩れ、電子数の増加によってガラス球３４が破損したりする。
【００２０】
しかし、図２の構成では、各電極（３５，３６）がＸ１，Ｘ２を支点として振れるようになっており、例えば電子ｅａがアノード３６の先端に衝突してこれを鎖線のように跳ね上げたとすると、この動いたアノード３６にガラス球３４の壁で反射した同一の電子ｅａを入射させるというように、各電極（３５，３６）における電子の受入れのタイミングを遅らせることにより、電子と正孔の数のバランスを所定値に維持するようになっている。また、ガラス球３４を電子数のある程度の増加に絶え得る厚さ（強度）にすることにより、高速（１０ｋＨｚ以上）の点灯が実現できることになる。
【００２１】
図３には、上記タイミングジェネレータ２９内の詳細な構成が示されており、このタイミングジェネレータ２９では、電子シャッタ制御で設定された掃出しパルス（ＸＳＵＢ）の数を記憶するレジスタ２９ａ、１垂直走査期間の全掃出しパルス数（水平同期信号パルスの数に対応しており、例えば２６２）を記憶するＲＯＭ２９ｂ、この全掃出しパルス数から上記レジスタ２９ａで記録された掃出しパルス数を差し引き、その値の偶数分の１（例えば１／２）を演算する演算部２９ｃが設けられる。この演算部２９ｃにおいて、全掃出しパルス数からレジスタ２９ａ出力の掃出しパルス数を差し引いた値がシャッタ時間に相当する。
【００２２】
また、水平同期信号（ＨＤ）のパルス数（これは掃出しパルス数と一致する）を上記演算部２９ｃで求めた数だけカウントし、その数に一致したとき同期信号を出力するカウンタ２９ｄ、このカウンタ２９ｄの出力と垂直同期信号（ＶＤ）からカウンタ値をリセットするリセット回路２９ｅが設けられる。このタイミングジェネレータ２９からは、シャッタ時間内に２回の点灯を実行する点灯駆動パルスを形成する同期信号が出力される。
【００２３】
上記の構成によれば、図４の動作によって電子シャッタ制御及び点灯制御が行われる。図４（Ａ）は、１／６０秒周期の垂直同期信号を示しており、この１／６０秒の１垂直走査期間に図４（Ｂ）の水平同期信号（例えば２６２．５個）が形成される。そして、図１のＣＣＤ駆動／信号処理回路２１では、上記水平同期信号に同期して、図４（Ｃ）に示される電子シャッタ制御のための掃出しパルス（ＸＳＵＢ）が形成され、ＣＣＤ１４に与えられる。
【００２４】
ここで、図４（Ｃ）のように、掃出しパルスをｐａの位置で終了させれば、図４（Ｄ）の露光時間ｈａとなるシャッタ速度が設定される。即ち、掃出しパルスｐａではＣＣＤ１４に蓄積された電荷を掃き出し、この後に蓄積された電荷を垂直同期信号の終端（立下り時）で出力される読出しパルスによって読み出すことにより、上記時間ｈａの露光の映像信号が出力される。
【００２５】
そして、図１の点灯駆動回路２８では、図４（Ｅ）に示されるように、上記図４（Ｄ）のシャッタ（露光）時間ｈａの間に、丁度１サイクルの矩形波が収まる点灯駆動パルスが形成される。即ち、図３において、上記掃出しパルスｐａが１００番目のパルスであるとすると、レジスタ２９ａから１００が出力され、演算部２９ｃではＲＯＭ２９ｂから２６２を読み出し、（２６２−１００）／２＝８１を演算する。そして、カウンタ２９ｄでは、８１まで水平同期パルスがカウントされ、カウント値が８１になった時点で同期信号が出力される。この時間ｈａの間では、２回の同期信号が出力されることにより、上記図４（Ｅ）の点灯駆動パルスが形成される。
【００２６】
そして、この点灯駆動パルスによって交流電流がランプ２７に供給され、このランプ２７では図４（Ｆ）のように、上記シャッタ時間ｈａの間にアノード３６（ａ）とカソード３５（ｋ）のそれぞれで１回ずつ、合計で２回の点灯が実行される。
【００２７】
また、図４（Ｇ）には、最速シャッタ速度の掃出しパルス（ＸＳＵＢ）が示されており、この掃出しパルスをｐｂの位置で終了させることにより、図４（Ｈ）に示されるように、１／４０００秒（＝ｈｂ）の最小シャッタ時間（露光時間）が設定される。そして、この場合も、図４（Ｉ）のようにシャッタ時間ｈｂの間に、１サイクルの矩形波が収まる点灯駆動パルス（周波数８０００Ｈｚ）が形成され、ランプ２７では図４（Ｊ）のように、上記シャッタ時間ｈｂの間にアノード３６（ａ）とカソード３５（ｋ）で１回ずつの合計で２回の点灯が行われる。
【００２８】
このようにして、他の任意のシャッタ速度に制御される場合でも、必ず２回の点灯が実行されることになり、点灯回数のバラツキなく発光量が均一となる。当該例では、点灯回数を２回にしたが、４回、６回等、他の偶数回としてもよく、上記演算部２９ｃの演算値係数を変えることにより任意に設定することができる。
【００２９】
また、当該例では必ず偶数回の点灯が行われるようにしたので、カソード３５とアノード３６の両電極の点灯によって更に均一な発光量が得られるという利点がある。即ち、上述したように、カソード３５とアノード３６の電極形状は製造上のバラツキが生じることが多く、カソード点灯とアノード点灯ではその発光量が必ずしも一致しないが、両電極（３５，３６）による点灯が均等に行われるようにすることにより、発光量の不均一を解消することができる。
【００３０】
上記実施形態例では、全てのシャッタ速度において２回の点灯が行われるようにしたが、速い方のシャッタ速度で２回の点灯を実行し、遅い方のシャッタ速度では４回以上の偶数回の点灯を実行するように段階的に切換え制御することも可能である。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電子シャッタ制御により可変設定されるシャッタ時間に同期して当該シャッタ時間内に所定回数の点灯が実行される点灯駆動パルスを形成し、この点灯駆動パルスにより交流電流を交流点灯ランプへ供給するようにしたので、同一シャッタ時間内のランプ点灯回数及び発光量を均一化し、かつフリッカー現象をなくすことができる。その結果、内視鏡装置において、電力変換効率がよく、高輝度で熱の発生が少ない等の利点がある交流点灯ランプを適用することが可能となり、また細いライトガイドの入力端に対してもランプ光を集光させ易くなる等の効果がある。
【００３２】
また、シャッタ時間内に偶数回の点灯が実行されるようにしたので、シャッタ速度が任意に設定される場合でも、必ずカソード及びアノードの両電極により点灯が行われることになり、発光量が更に均一化され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の交流点灯光源を備えた電子内視鏡装置の構成を示すブロック図である。
【図２】実施形態例の交流点灯ランプ（キセノンランプ）の構成を示す図である。
【図３】図１のタイミングジェネレータの構成を示すブロック図である。
【図４】実施形態例の電子シャッタ制御及び点灯制御の動作を示す波形図である。
【図５】従来のキセノンランプの構成を示し、図（Ａ）はＤＣ点灯ランプの図、図（Ｂ）はＡＣ点灯ランプの図である。
【図６】従来のＡＣ点灯ランプを内視鏡に適用した場合の各動作及びＣＣＤ出力の変化を示す波形図である。
【符号の説明】
１，３，３５  …  カソード、
２，４，３６  …  アノード、
１４  …  ＣＣＤ、
２１  …  ＣＣＤ駆動／信号処理回路、
２７  …  ＡＣ点灯ランプ（キセノンランプ）、
２８  …  点灯駆動回路、
２９  …  タイミングジェネレータ、
３１  …  マイコン。
【図１】
0003871870.tif 000002
【図２】
0003871870.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0003871870.tif 000007