JP5159050B2 - 携帯内視鏡の表示回路 - Google Patents

Description

本発明は、電池を用いる携帯内視鏡の表示回路に関し、特に、携帯内視鏡の電池残量低下を表示して警告する表示回路に関する。

携帯内視鏡（ファイバースコープ等）においては、電源として電池が用いられる。そして携帯内視鏡は、一般に、被写体観察中の電池切れを防止するために、電池残量が低下したことを知らせて、電池の交換を促すための電池残量低下を表示する警告表示機能を有する。この電池残量の低下を、内視鏡のオペレータに知らせるために、所定の基準よりも電池の電圧が低下したときにのみ発光するように制御されたＬＥＤ等の発光素子が用いられる。このＬＥＤ等の発光素子は、通常、電池からの入力電圧に基づく電流を用いて発光する。

また、暗い体内での被写体観察を行なうために、内視鏡装置のスコープの先端に、照明用の光源が設けられる場合がある。この光源として、ＬＥＤ等を使用することが知られている（例えば特許文献１参照）。そして照明用の光源を使用するためには、電池の電圧が変化してもＬＥＤに流れる電流を安定させて、照明する明るさを安定させるために、またより大きい電流をＬＥＤに流して照明の明るさを増すために、高い電圧が必要であることから、一般に昇圧回路が用いられる。
特許第３３１５８０９号公報（段落［００１３］、［００１４］、図３参照）

長期間の使用等による電池残量の低下を知らせるためのＬＥＤ等は、電池からの入力電圧による電流で発光する。このためＬＥＤ等は、既に低下した電圧によって発光することとなり、光の輝度が低下して警告表示が不鮮明になる場合がある。

本発明は、昇圧回路を用いた、電池残量の低下を確実に報知するための表示回路を提供することを目的とする。

本発明の第１の表示回路は、電池から入力される入力電圧を昇圧して所定の昇圧電圧とする昇圧手段に接続される表示回路である。そして第１の表示回路は、入力電圧が所定の基準電圧よりも低いか否かを判断する電圧判断手段と、電流が供給されると発光する表示手段と、電圧判断手段が、入力電圧が基準電圧よりも低いと判断したときに、所定の昇圧電圧に基づいて前記表示手段に電流が供給されるように制御する電流制御手段とを備える。

昇圧手段は、例えばＤＣ／ＤＣコンバータを含む。ＤＣ／ＤＣコンバータは、ステップアップコンバータ方式により動作することが好ましい。そして表示手段は、ＬＥＤであることが好ましい。また電流制御手段は、入力電圧が所定の基準電圧よりも低いことを示すために、前記表示手段が前記内視鏡装置の外部から認識できるように、表示手段に電流を供給させることが好ましい。電流制御手段は、例えばｎチャンネルＦＥＴを含む。

また、表示回路は、所定の昇圧電圧に基づく電流が供給されることにより、照明光を出射する明光射出手段が複数のＬＥＤを備え、複数のＬＥＤは直列に接続され、表示手段への電源の供給が複数のＬＥＤの中の下段側のＬＥＤのアノード端子と上段側のＬＥＤのカソード端子とが接続された節点から行なわれることが好ましい。

また下段側のＬＥＤは最下段のＬＥＤであることが好ましい。更に、表示回路は、例えば照明射出手段の点灯を表示するパイロット用光源としてのＬＥＤを備え、パイロット用光源への電源の供給が下段側のＬＥＤのアノード端子と上段側のＬＥＤのカソード端子とが接続された節点から行なわれることが好ましい。

本発明の内視鏡装置は、第１の表示回路を備えていることを特徴とする。内視鏡装置は、所定の昇圧電圧に基づく電流が供給されることにより、照明光を出射する照明光出射手段を有することが好ましい。そして照明光出射手段は、ＬＥＤを含むことがより好ましい。

本発明の第２の表示回路は、電池から入力される入力電圧が所定の基準電圧よりも低いか否かを判断する電圧判断手段と、電流が供給されると発光する表示手段と、表示手段に電流を供給するための電源と、電圧判断手段が、入力電圧が基準電圧よりも低いと判断したときに、電源から表示手段に電流が供給されるように制御する電流制御手段とを備える。

本発明によれば、昇圧回路を用いた、電池残量の低下を確実に報知するための表示回路を提供できる。

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、第１の実施形態における携帯内視鏡装置（ファイバースコープ）のブロック図である。

ファイバースコープ１０の先端には、被写体Ｓを照明するための第１および第２ＬＥＤ１４、１６と、第１および第２配光レンズ１８、２０が設けられている。第１、第２ＬＥＤ１４、１６は、点灯駆動部２０の制御の下で、電池１２から供給される電力により照明光を被写体Ｓに出射する。被写体Ｓの表面で反射された照明光の反射光は、対物レンズ２２、ライトガイド２４、及び対眼レンズ２６を介して、オペレータの眼に入射する。こうして、被写体Ｓがオペレータにより観察される。

ファイバースコープ１０の本体（オペレータが保持する部分）の表面には、電池残量警告灯２８が設けられている。電池残量警告灯２８には、警告用ＬＥＤ（図示せず）が含まれている。警告用ＬＥＤは、電池残量が少ないことをオペレータに知らせるため、長期間の使用等により電池１２の電圧が低下すると自動的に点灯する。

図２は、点灯駆動部２０に設けられた電源回路、照明点灯回路および表示回路を示す回路図である。図３は、表示回路を示す回路図である。図４は、従来の表示回路を示す回路図である。

点灯駆動部２０には、電源回路３０、照明点灯回路５０および表示回路６０が設けられている。電源回路３０は、昇圧型のＤＣ／ＤＣコンバータＩＣ３２、トランジスタ４２等で構成され、電池１２から入力される電圧を昇圧するために昇圧型のＤＣ／ＤＣコンバータＩＣ３２に設けられたＤＣ／ＤＣコンバータや、スイッチ３８、コンデンサ４０、コイル４４、ショットキーダイオード４６、平滑コンデンサ４８を含む。照明点灯回路５０には、直列２段のＬＥＤ即ち第１、第２ＬＥＤ１４、１６、および第１抵抗４５が設けられている。また表示回路６０には、警告用ＬＥＤ３４、表示駆動回路３６及び第２抵抗５８が設けられている。

そして、電池１２から入力された電圧がＤＣ／ＤＣコンバータによって昇圧され、生じた昇圧電圧が第１ＬＥＤ１４のアノード端子に印加されると、第１、第２ＬＥＤ１４、１６が照明光を出射するように電流が流れる。この電流は、第１節点３９に接続された第１抵抗４５によりモニターされる。そして、第１節点３９に常に一定な電流が流れるようにＤＣ／ＤＣコンバータＩＣ３２が作動する。

なお電池１２は、使用開始直後には、例えばリチウム電池であれば、３．５（Ｖ）の電圧をＤＣ／ＤＣコンバータブロックに供給するが、長期間の使用に伴って電池１２の入力電圧は低下する。そして、電池１２の入力電圧が所定の電圧よりも低下すると、警告用ＬＥＤ３４に電流が流れるように、表示回路６０に設けられた表示駆動回路３６のＯＵＴ端子がスイッチングされ、警告用ＬＥＤ３４は点灯する。

スイッチ３８がオンになると、第２節点４１を介してＤＣ／ＤＣコンバータＩＣ３２の第３端子３２Ｃに電流が供給される。そしてＤＣ／ＤＣコンバータＩＣ３２は、第５端子３２Ｅに接続されたトランジスタ４２に、ベース電流を供給する。ここで、ＤＣ／ＤＣコンバータＩＣ３２が、第５端子３２Ｅを介してトランジスタ４２に供給する駆動電圧の能動期間、つまり端子がＨＩになる期間は、第１端子３２Ａが検出する第１節点３９での電圧に応じて可変である。すなわち、第１節点３９での電圧が低いほど、第５端子３２Ｅは、単位時間当たりのベース端子の電圧をＨＩにする期間を長くし、トランジスタ４２のオン時間を長くする。この結果、ステップアップコンバータの原理に従って、第１節点３９での電圧および第１、第２ＬＥＤ１４、１６に供給される電圧は一定に保たれる。

第２節点４１と第３節点４３との間には、ステップアップ・インダクタとして昇圧動作を担うコイル４４が設けられ、第３節点４３と第１ＬＥＤ１４との間には、電流の逆流を防止するためのショットキーダイオード４６、電流を平滑する平滑コンデンサ４８が設けられている。

続いて、表示駆動回路３６の動作について説明する（図３参照）。表示駆動回路３６には、基準電圧生成回路５２が設けられており、基準電圧生成回路５２は、例えば２．３（Ｖ）の基準電圧を生成する。この基準電圧と、電池１２から入力される入力電圧を抵抗比で分割した電圧が、それぞれコンパレータ５４に入力される。コンパレータ５４は、これらの電圧の高低を比較し、電池１２からの入力電圧が、基準電圧である２．３（Ｖ）よりも低いか否かを判断する。

コンパレータ５４は、電池１２の電圧が抵抗分割された電圧が基準電圧よりも低いと判断すると、ｎチャンネルＦＥＴ５６のゲートにＨＩの電圧を印加する。このため、電池１２の入力電圧が抵抗分割された電圧が、基準電圧よりも低い場合には、コンパレータ５４の出力端子における電圧が高くなり、ｎチャンネルＦＥＴ５６のゲートの電圧が高くなり、ドレイン、ソース間に電流が流れる。この結果、ｎチャンネルＦＥＴ５６に接続された警告用ＬＥＤ３４に、第２抵抗５８を介して電流が流れ、警告用ＬＥＤ３４は点灯する。

このように、本実施形態における表示回路６０においては、第１、第２ＬＥＤ１４、１６の発光のための昇圧電圧から抵抗を介して得られる電流を用いて、警告用ＬＥＤ３４を発光させている。すなわち、警告用ＬＥＤ３４には、電池１２から直接入力される電圧による電流ではなく、電源回路３０の制御によって昇圧された電圧から第２抵抗５８を介して電流が供給される。

従って、電池１２の電圧が低下した場合においても、電源回路３０が作動する限り、警告用ＬＥＤ３４には、昇圧電圧から第２抵抗５８を介して電流が供給される。このため警告用ＬＥＤ３４には十分な電流を供給できるので、警告用ＬＥＤ３４は、明るい光を発光し、電池残量警告灯２８は、オペレータに電池１２の電圧低下を確実に知らせることができる。本実施形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータは、例えば、２．０（Ｖ）以上の電圧が電池１２から供給されると作動する。

これに対し、図４に示す従来の表示回路６１のように、電池１２からの入力電圧を電源回路３０により昇圧して得られた電圧で照明点灯回路５０を駆動する一方、警告用ＬＥＤ３４が電池１２に接続され、電池１２からの入力電圧から抵抗を介することによって得られる電流を直接用いて発光する場合、その光の輝度は、入力電圧の低下に伴った電流量の減少により低下してしまう。このため、電池１２の残量が少なくなったことを知らせるために警告用ＬＥＤ３４が発光するときには、警告用ＬＥＤ３４に流れる電流は少なくなっており、輝度の低い光による警告表示となってオペレータに認識されないおそれがある。

図５は、電池１２の入力電圧の経時変化を示す図である。図６は、電源回路３０から出力される電圧の経時変化を示す図である。図７は、図６と同様に電池１２の電圧が経時的に変化したときの表示駆動回路３６の出力端子ＯＵＴにおける電圧の経時変化を示す図である。

電池１２が入力する電圧は、使用開始時間である使用時間ｔ＝０の３．５（Ｖ）から、使用時間ｔの経過とともに低下する。そして、電池１２からの入力電圧が２．０（Ｖ）以上であるときには、ＤＣ／ＤＣコンバータが作動するため、ＤＣ／ＤＣコンバータから出力される電圧は、例えばおよそ７．５（Ｖ）程度で一定である（図６参照）。そして電池１２からの入力電圧が２．０（Ｖ）を下回ると、ＤＣ／ＤＣコンバータＩＣ３２が動作できる下限の電圧を下回るために、ＤＣ／ＤＣコンバータは作動せず、電池１２から供給された電圧は、コイル４４、ショットキーダイオード４６、第２抵抗５８等を介してそのまま出力される。このとき、表示用回路５０は、警告用ＬＥＤ３４を点灯すべくスイッチングされているから、警告用ＬＥＤ３４は、点灯することは可能である。

また入力電圧が、基準電圧である２．３（Ｖ）よりも低下すると、表示駆動回路３６のｎチャンネルＦＥＴ５６がオンになり、出力端子ＯＵＴにおける電圧が降下する（図７参照）。この結果、警告用ＬＥＤ３４には降下電圧に対応した電流が供給され、警告用ＬＥＤ３４は発光する。以上の図５〜７に示す電池１２からの入力電圧の低下に伴って、表示回路６０において、警告用ＬＥＤ３４からの光の輝度がどのように変化するかについて、以下に説明する。

図８は、電池１２からの供給電源を直接用いる場合において、従来の表示回路６１における警告用ＬＥＤ３４に流れる電流に対応する、警告用ＬＥＤ３４が発光する光の輝度を示す図である。図９は、図２における表示回路６０において、警告用ＬＥＤ３４が発光する光の輝度を示す図である。

図８および図９の一点鎖線で示す電池１２の入力電圧が、基準電圧である２．３（Ｖ）以上のときには、従来回路（図４参照）においても、本実施形態の表示回路６０においても、警告用ＬＥＤ３４は発光しない。そして電池１２の入力電圧が、基準電圧の２．３（Ｖ）から徐々に低下すると、従来の表示回路６１においては、警告用ＬＥＤ３４からの光の輝度は、基準電圧である２．３（Ｖ）に比例した輝度レベル（以下、レベル１という）から、入力電圧に比例して徐々に低下する。これに対し、表示回路６０における警告用ＬＥＤ３４には、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧（図６参照）に比例し、レベル１よりも大幅に高い安定した電圧が供給されるので、結果的に大きい電流値が安定して供給可能となり、一定の高い輝度レベルを有する光を発光できる（図９参照）。

電池１２の入力電圧が、２．０（Ｖ）まで低下すると、いずれの表示回路６０、６１においてもＤＣ／ＤＣコンバータが作動しないため、ＤＣ／ＤＣコンバータからの電圧供給は停止し、警告用ＬＥＤ３４の発光する光の輝度は、コイル４４、ショットキーダイオード４６、第２抵抗５８等を介した２．０（Ｖ）の入力電圧に比例した輝度レベル（以下、レベル２という）になる。そして、さらに入力電圧が低下すると、警告用ＬＥＤ３４からの光の輝度は、入力電圧に応じてさらに低下する。

以上のように、従来の表示回路６１において警告用ＬＥＤ３４の発光する光の輝度は、ＤＣ／ＤＣコンバータが作動するか否かに係わらず、レベル１からレベル２以下に低下し続ける。これに対し、表示回路６０における警告用ＬＥＤ３４が発光する光は、ＤＣ／ＤＣコンバータが作動しなくなるまでの期間、レベル１よりも大幅に高い輝度レベルを有する。

このように本実施形態によれば、警告用ＬＥＤ３４は、ＤＣ／ＤＣコンバータが作動できなくなる直前であって、電池１２の入力電圧低下を知らせる必要性が最も高い期間において、高輝度の光を発光するため、オペレータに電池残量の低下を確実に知らせることができる。

また、昇圧された電圧を電源に用いているため、第２抵抗５８の抵抗値を大きい値に設定することができる。これにより、電源電圧の変動に対する電流値の変化を小さく抑えることができ、光源の輝度変化を安定させることができる。

本実施形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータは２．０（Ｖ）以上の電圧が供給された場合に作動することから、基準電圧を２．０（Ｖ）よりも多少高い２．３（Ｖ）に設定したものの、基準電圧の大きさは、ＤＣ／ＤＣコンバータ等、昇圧のために用いられる回路が作動するために最低限必要な入力電圧の大きさに応じて、調整することができる。

図１０は、第２の実施形態における電源回路、照明点灯回路および表示回路を示す回路図である。図１０においては、第１の実施形態と同一の構成要素には、同一の符号が付されている。

本実施形態の表示回路７０においては、警告用ＬＥＤ３４が、ＤＣ／ＤＣコンバータと並列に電池１２に接続されている点と、警告用ＬＥＤ３４のための表示用電源３５が設けられている点とが、第１の実施形態の表示回路６０と異なる。そして電池１２の入力電圧が２．３（Ｖ）の基準電圧よりも低下すると、表示駆動回路３６の制御により、電池１２からではなく、表示用電源３５からの電流が警告用ＬＥＤ３４に供給され、警告用ＬＥＤ３４は点灯する。

このため本実施形態においては、電池１２の入力電圧が２.０（Ｖ）以下に低下し、ＤＣ／ＤＣコンバータが作動しないときにおいても、警告用ＬＥＤ３４からの光の輝度を、先述のレベル２以上に維持することができる。このため、表示回路７０においても、電池残量の低下を確実に報知することができる。

図１１は、第３の実施形態における電源回路、照明点灯回路および表示回路を示す回路図である。図１１を参照して、第３の実施形態について説明する。なお、図１１において、第１の実施形態と同様の構成要素については、同一の参照符号が用いられ、その説明は省略される。

第１の実施形態では、照明用のＬＥＤ（１４、１６）の最上段、すなわち照明点灯回路５０の入力端子から警告用ＬＥＤ３４の点灯電源を供給していたが、本実施形態では、照明用ＬＥＤが複数段接続された照明点灯回路５０の中で、電位的な順位で最下段のＬＥＤ１６とその一つ上のＬＥＤ１４の接続点に対応する節点８０から警告用ＬＥＤ３４へ点灯電源を供給する。すなわち、最下段の照明用ＬＥＤ１６のアノード端子と、その一つ上の照明用ＬＥＤ１４のカソード端子が接続された位置から警告用ＬＥＤ３４への点灯電源が供給される。

これにより、第１の実施形態の効果に加え、照明用ＬＥＤの直列の段数を増やし、明るさを増強させた場合にも、警告用ＬＥＤ３４に高い電圧が掛かることを防止することができる。また、警告用ＬＥＤ３４は、照明用ＬＥＤほどの電流値の電流を流さなくともよいので（照明用ＬＥＤ電流値≫警告用ＬＥＤ電流値）、このような構成としても警告用ＬＥＤを十分な明るさで点灯させることができ、かつ照明用ＬＥＤの本来の明るさを損なうことがない。

したがって、照明用ＬＥＤの段数に制限が無くなり、明るさを増強することが可能となるとともに、警告用ＬＥＤの電圧を安定させ、その明るさを一定に保つことができる。なお、実用的には、本実施形態の位置からもう一段上など、耐圧的に可能な位置から警告用ＬＥＤの電源を供給することも可能であるが、安全係数的には、最下段を基準とすることが好ましい。

次に、図１２、１３に、第３の実施形態の変形例を示す。図１２は、本変形例における携帯内視鏡装置１００のブロック図であり、図１３は変形例における電源回路、照明点灯回路および表示回路を示す回路図である。本変形例においては、照明用ＬＥＤの点灯を表示するパイロット用ＬＥＤ８２が付加されている。図に示されるように、パイロット用ＬＥＤ８２には、節点８０から抵抗８４を介して点灯電源が供給される。

また図１４に、パイロット用ＬＥＤ８２の電池１２の電圧の経時的な変化によるオン／オフ状態を示す。図に示されるように、パイロット用ＬＥＤ８２は、電池１２の電圧が２．０（Ｖ）を下回りＤＣ／ＤＣコンバータがオフすると消灯する。

以上のように、本変形例においても、第３の実施形態と同様の効果を得ることができるとともに、照明用のＬＥＤの点灯状態を確認することができる。

いずれの実施形態においても、被写体照明用の光源である第１、第２ＬＥＤ１４、１６、もしくは警告用ＬＥＤ３４の代わりに、ランプを用いても良い。また、光源の数、配置は第１および第２の実施形態に限定されず、例えば照明用に１個の光源を用いたり、あるいは２個の照明用光源を並列に配置しても良い。

また、いずれの実施形態においても、被写体照明用の第１、第２ＬＥＤ１４、１６は、例えばいずれも白色ＬＥＤである。この場合、白色ＬＥＤにおいては順方向電圧が高くなるので、特に昇圧電圧から得られる電流を用いることが好ましい。

電源回路３０、表示回路６０および７０は、汎用的な素子によって構成することが可能であり、例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータとして「東光株式会社」製の「ＴＫ１１８４０Ｌ」を用いることができる。

第１の実施形態における携帯内視鏡装置のブロック図である。 第１の実施形態における電源回路、照明点灯回路および表示回路を示す回路図である。 表示回路を示す回路図である。 従来の表示回路を示す回路図である。 電池の入力電圧の経時変化を示す図である。 電源回路から出力される電圧の経時変化を示す図である。 表示駆動回路の出力端子における電圧の経時変化を示す図である。 従来の表示回路において、警告用ＬＥＤが発光する光の輝度を示す図である。 第１の実施形態における表示回路において、警告用ＬＥＤが発光する光の輝度を示す図である。 第２の実施形態における電源回路、照明点灯回路および表示回路を示す回路図である。 第３の実施形態における電源回路、照明点灯回路および表示回路を示す回路図である。 第３の実施形態の変形例における携帯内視鏡装置のブロック図である。 第３の実施形態の変形例における電源回路、照明点灯回路および表示回路を示す回路図である。 変形例の表示回路において、パイロット用ＬＥＤが発光する光のオン／オフ状態を示す図である。

符号の説明

１０ ファイバースコープ（内視鏡装置）
１２ 電池
１４ 第１ＬＥＤ（照明光出射手段・ＬＥＤ）
１６ 第２ＬＥＤ（照明光出射手段・ＬＥＤ）
３２ ＤＣ／ＤＣコンバータＩＣ（昇圧手段）
３４ 警告用ＬＥＤ（表示手段・ＬＥＤ）
３５ 表示用電源（電源）
３６ 表示駆動回路（電圧判断手段・電流制御手段）
５２ 基準電圧生成回路
５４ コンパレータ（電圧判断手段）
５６ ｎチャンネルＦＥＴ（電流制御手段）
６０ 表示回路

Claims (9)

1. 電池からの入力電圧を所定の昇圧電圧にまで昇圧して照明用光源へ電力を供給する昇圧手段に、前記照明用光源と並列に接続される警告用光源と、
   前記入力電圧が基準電圧よりも低いか否かを判断する電圧判断手段と、
   前記電圧判断手段が、前記入力電圧が前記基準電圧よりも高いと判断したときに前記警告用光源に流れる電流を遮断して前記警告用光源の消灯を維持し、前記入力電圧が前記基準電圧よりも低いと判断したときに、前記昇圧手段から前記警告用光源に電流を流し前記警告用光源を点灯する電流制御手段とを備え、
   前記照明用光源が直列に接続される複数のＬＥＤを備え、前記昇圧手段からの前記警告用光源への電流の供給が前記複数のＬＥＤの中の下段側のＬＥＤのアノード端子とその直ぐ上段側のＬＥＤのカソード端子とが接続された節点から行われる
   ことを特徴とする表示回路。
2. 前記下段側のＬＥＤが最下段のＬＥＤであることを特徴とする請求項１に記載の表示回路。
3. 前記表示回路が更に、前記照明用光源の点灯を表示するパイロット用光源としてのＬＥＤを備え、前記昇圧手段から前記パイロット用光源への電流の供給が前記下段側のＬＥＤのアノード端子と前記上段側のＬＥＤのカソード端子とが接続された前記節点から行なわれることを特徴とする請求項２に記載の表示回路。
4. 前記昇圧手段が、ＤＣ／ＤＣコンバータを含むことを特徴とする請求項１に記載の表示回路。
5. 前記ＤＣ／ＤＣコンバータが、ステップアップコンバータ方式により動作することを特徴とする請求項４に記載の表示回路。
6. 前記警告用光源がＬＥＤであることを特徴とする請求項１に記載の表示回路。
7. 前記電流制御手段が、前記入力電圧が前記所定の基準電圧よりも低いことを示すために、前記警告用光源が外部から認識できるように前記警告用光源に電流を供給させることを特徴とする請求項１に記載の表示回路。
8. 前記電流制御手段が、ｎチャンネルＦＥＴを含むことを特徴とする請求項１に記載の表示回路。
9. 請求項１に記載の表示回路を備えた内視鏡装置。

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