JP7224985B2 - 医療用光源装置及び医療用観察システム - Google Patents
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Description
本発明は、医療用光源装置及び医療用観察システムに関する。
従来、ローリングシャッタ方式の撮像素子であるＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）を用いて被写体（生体内）を撮像し、当該生体内を観察する医療用観察システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載の医療用観察システムでは、生体内に照射するための照明光を供給する医療用光源装置として、以下の構成が採用されている。
当該医療用光源装置は、供給される電流に応じて発光する発光素子と、当該発光素子に供給する電流の印加パルス幅（電流の供給時間）及び電流値の少なくとも一方を制御することにより光源制御値に応じた発光量で発光素子を発光させる制御部とを備える。なお、当該光源制御値は、ＣＭＯＳの全ての水平ラインが同時に露光される全ライン露光期間ＴＥ（図６参照）と当該ＣＭＯＳの読み出し期間ＴＲ（図６参照）とからなる１フレーム期間ＴＦ（図６参照）における発光素子の発光量の目標値を示す値である。
特許文献１に記載の医療用観察システムでは、生体内に照射するための照明光を供給する医療用光源装置として、以下の構成が採用されている。
当該医療用光源装置は、供給される電流に応じて発光する発光素子と、当該発光素子に供給する電流の印加パルス幅（電流の供給時間）及び電流値の少なくとも一方を制御することにより光源制御値に応じた発光量で発光素子を発光させる制御部とを備える。なお、当該光源制御値は、ＣＭＯＳの全ての水平ラインが同時に露光される全ライン露光期間ＴＥ（図６参照）と当該ＣＭＯＳの読み出し期間ＴＲ（図６参照）とからなる１フレーム期間ＴＦ（図６参照）における発光素子の発光量の目標値を示す値である。
図６は、従来の調光制御を説明する図である。具体的に、図６（ａ）は、ＣＭＯＳの露光タイミングを示した図であって、縦軸でＣＭＯＳの水平ラインを示し（最上段が最も上の水平ライン（１ライン目の水平ライン）を示し、最下段が最も下の水平ライン（最終ライン）を示し）、横軸で時間を示している。図６（ｂ）は、光源制御値を示している。なお、図６（ｂ）では、光源制御値として、最小値を「１」とし、最大値を「１００」としている。図６（ｃ）は、制御部による調光制御を示した図であって、縦軸で発光素子に供給する電流値を示し、横軸で発光素子に供給する電流の印加パルス幅（電流の供給時間）を示している。以下では、説明の便宜上、発光素子に供給する電流値を「電流値」とのみ記載し、発光素子に供給する電流の印加パルス幅を「供給時間」とのみ記載する。なお、図６は、光源制御値が減少していく場合（発光素子の発光量を減少させていく場合（図６の矢印Ａｒ１））での調光制御（以下、第１の調光制御と記載）と、光源制御値が増加していく場合（発光素子の発光量を増加させていく場合（図６の矢印Ａｒ２））での調光制御（以下、第２の調光制御と記載）の双方を示している。
そして、特許文献１に記載の医療用光源装置を構成する制御部は、例えば、以下に示すように調光制御を実行する。
先ず、光源制御値が減少していく場合での第１の調光制御について説明する。
制御部は、光源制御値が最大値「１００」である場合には、１フレーム期間ＴＦにおける読み出し期間ＴＲの全期間、及び全ライン露光期間ＴＥの全期間で電流値を最大定格電流値Ｉmaxとする。
また、光源制御値が最大値「１００」から減少していくと、制御部は、全ライン露光期間ＴＥの全期間での電流値を最大定格電流値Ｉmaxで維持しつつ、読み出し期間ＴＲの全期間での電流値を減少させていく。そして、光源制御値が「３４」に到達した際に、制御部は、読み出し期間ＴＲの全期間での電流値を最小定格電流値Ｉminとする。
先ず、光源制御値が減少していく場合での第１の調光制御について説明する。
制御部は、光源制御値が最大値「１００」である場合には、１フレーム期間ＴＦにおける読み出し期間ＴＲの全期間、及び全ライン露光期間ＴＥの全期間で電流値を最大定格電流値Ｉmaxとする。
また、光源制御値が最大値「１００」から減少していくと、制御部は、全ライン露光期間ＴＥの全期間での電流値を最大定格電流値Ｉmaxで維持しつつ、読み出し期間ＴＲの全期間での電流値を減少させていく。そして、光源制御値が「３４」に到達した際に、制御部は、読み出し期間ＴＲの全期間での電流値を最小定格電流値Ｉminとする。
さらに、光源制御値が「３４」から「３３」に減少すると、制御部は、全ライン露光期間ＴＥの全期間での電流値を最大定格電流値Ｉmaxで維持しつつ、読み出し期間ＴＲの全期間において発光素子３１を消灯させる。
また、光源制御値が「３３」から減少していくと、制御部は、読み出し期間ＴＲの全期間において発光素子を消灯させた状態を維持しつつ、全ライン露光期間ＴＥの全期間での電流値を最大定格電流値Ｉmaxから減少させていく。そして、光源制御値が「１０」に到達した際に、制御部は、全ライン露光期間ＴＥの全期間での電流値を最小定格電流値Ｉminとする。
また、光源制御値が「３３」から減少していくと、制御部は、読み出し期間ＴＲの全期間において発光素子を消灯させた状態を維持しつつ、全ライン露光期間ＴＥの全期間での電流値を最大定格電流値Ｉmaxから減少させていく。そして、光源制御値が「１０」に到達した際に、制御部は、全ライン露光期間ＴＥの全期間での電流値を最小定格電流値Ｉminとする。
さらに、光源制御値が「１０」から最小値「１」に減少すると、制御部は、読み出し期間ＴＲの全期間において発光素子を消灯させた状態を維持し、かつ、全ライン露光期間ＴＥでの電流値を最小定格電流値Ｉminで維持しつつ、ＰＷＭ制御により、当該全ライン露光期間ＴＥでの供給時間を減少させる。
なお、光源制御値が増加していく場合には、制御部は、当該光源制御値毎に第１の調光制御と同様の制御（第２の調光制御）を実行する。
なお、光源制御値が増加していく場合には、制御部は、当該光源制御値毎に第１の調光制御と同様の制御（第２の調光制御）を実行する。
図７は、従来の１フレームの露光量と光源制御値との関係を示す図である。
従来の調光制御では、第１の調光制御での１フレームの露光量と光源制御値との関係を示す曲線（光源制御値が減少する方向を向く矢印が付された曲線）と、第２の調光制御での１フレームの露光量と光源制御値との関係を示す曲線（光源制御値が増加する方向を向く矢印が付された曲線）とは、図７に示すように、同一の経路となる。
従来の調光制御では、第１の調光制御での１フレームの露光量と光源制御値との関係を示す曲線（光源制御値が減少する方向を向く矢印が付された曲線）と、第２の調光制御での１フレームの露光量と光源制御値との関係を示す曲線（光源制御値が増加する方向を向く矢印が付された曲線）とは、図７に示すように、同一の経路となる。
以上説明した従来の調光制御では、読み出し期間ＴＲにおいてＰＷＭ制御により供給時間を変更しない制御としているため、１フレーム内での露光ムラを抑制しつつ、広いダイナミックレンジの調光を実現している。
ところで、第１の調光制御において、電流値が最小定格電流値Ｉminから発光素子を消灯させた場合であっても、読み出し期間ＴＲにおける発光素子の発光量は、比較的に多くの光量が減少する。同様に、第２の調光制御において、発光素子が消灯している状態から電流値を最小定格電流値Ｉminで点灯させた場合であっても、読み出し期間ＴＲにおける発光素子の発光量は、比較的に多くの光量が増加する。そして、発光素子の点灯から消灯、または発光素子の消灯から点灯に伴う光量変化によって、画像品位への影響として、「フレーム間の明るさの不連続性」及び「１フレーム内の露光ムラ」等が懸念される。
特に、従来の調光制御では、第１，第２の調光制御の双方は、発光素子の点灯から消灯、または発光素子の消灯から点灯を同一のポイント（光源制御値が「３４」と「３３」との間）で実行する。このため、調光目標が当該ポイント周辺にある場合には、発光素子の点灯から消灯、及び発光素子の消灯から点灯が繰り返し起こる可能性があり、上述した画像品位への影響がユーザによる観察に支障を与えるレベルとなる虞がある。
そこで、観察に適した画像の生成を可能とする技術が要望されている。
そこで、観察に適した画像の生成を可能とする技術が要望されている。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、観察に適した画像の生成を可能とする医療用光源装置及び医療用観察システムを提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る医療用光源装置は、供給される電流に応じて発光する発光素子と、複数の画素が水平ライン単位で２次元状に配列されたローリングシャッタ方式の撮像素子の全ての前記水平ラインが同時に露光される露光期間と前記複数の画素に蓄積された電荷の読み出し期間とを含む１フレーム期間における前記発光素子の発光量の目標値を示す光源制御値を決定する制御値決定部と、前記発光素子に供給する電流の供給時間及び電流値の少なくとも一方を制御することにより前記光源制御値に応じた発光量で前記発光素子を発光させる発光制御部とを備え、前記発光制御部は、前記読み出し期間において前記発光素子を点灯させている状態で前記光源制御値が第１の値から第２の値に減少した場合に、前記読み出し期間において前記発光素子を消灯させ、前記読み出し期間において前記発光素子を消灯させている状態で前記光源制御値が前記第２の値とは異なる第３の値から第４の値に増加した場合に、前記読み出し期間において前記発光素子を点灯させる。
また、本発明に係る医療用光源装置では、上記発明において、前記発光制御部は、前記光源制御値が前記第１の値及び前記第４の値である場合に、前記読み出し期間での前記電流値を最小定格電流値とする。
また、本発明に係る医療用光源装置では、上記発明において、前記発光制御部は、前記読み出し期間において前記発光素子を点灯させている状態で前記光源制御値が減少していく場合に、前記露光期間での前記発光量を特定の発光量で維持しつつ前記読み出し期間での前記電流値を減少させていくとともに、前記読み出し期間において前記発光素子を消灯させる前に前記露光期間での前記発光量の前記特定の発光量からの減少を開始し、前記読み出し期間において前記発光素子を消灯させている状態で前記光源制御値が増加していく場合に、前記露光期間での前記発光量を増加させていくとともに、前記露光期間での前記発光量が前記特定の発光量に到達した後に前記読み出し期間において前記発光素子を点灯させる。
また、本発明に係る医療用光源装置では、上記発明において、前記発光制御部は、前記読み出し期間において前記発光素子を点灯させている状態で前記光源制御値が前記第４の値よりも小さな前記第１の値から前記第２の値に減少した場合に、前記読み出し期間において前記発光素子を消灯させ、前記読み出し期間において前記発光素子を消灯させている状態で前記光源制御値が前記第２の値よりも大きな前記第３の値から前記第４の値に増加した場合に、前記読み出し期間において前記発光素子を点灯させる。
本発明に係る医療用観察システムは、複数の画素が水平ライン単位で２次元状に配列されたローリングシャッタ方式の撮像素子を含む撮像装置と、上述した医療用光源装置とを備える。
本発明に係る医療用光源装置及び医療用観察システムによれば、観察に適した画像の生成を可能とする。
以下に、図面を参照して、本発明を実施するための形態（以下、実施の形態）について説明する。なお、以下に説明する実施の形態によって本発明が限定されるものではない。さらに、図面の記載において、同一の部分には同一の符号を付している。
〔医療用観察システムの概略構成〕
図１は、本実施の形態に係る医療用観察システム１の構成を示す図である。
医療用観察システム１は、医療分野において用いられ、被写体となる生体内（観察対象）を撮像（観察）するシステムである。この医療用観察システム１は、図１に示すように、挿入部２と、光源装置３と、ライトガイド４と、カメラヘッド５と、第１伝送ケーブル６と、表示装置７と、第２伝送ケーブル８と、制御装置９と、第３伝送ケーブル１０とを備える。
図１は、本実施の形態に係る医療用観察システム１の構成を示す図である。
医療用観察システム１は、医療分野において用いられ、被写体となる生体内（観察対象）を撮像（観察）するシステムである。この医療用観察システム１は、図１に示すように、挿入部２と、光源装置３と、ライトガイド４と、カメラヘッド５と、第１伝送ケーブル６と、表示装置７と、第２伝送ケーブル８と、制御装置９と、第３伝送ケーブル１０とを備える。
本実施の形態では、挿入部２は、硬性内視鏡で構成されている。すなわち、挿入部２は、全体が硬質、または一部が軟質で他の部分が硬質である細長形状を有し、生体内に挿入される。この挿入部２内には、１または複数のレンズを用いて構成され、被写体からの光を集光する光学系が設けられている。
光源装置３は、ライトガイド４の一端が接続され、制御装置９による制御の下、当該ライトガイド４の一端に生体内を照明するための光を供給する。この光源装置３は、発光素子３１と、駆動部３２とを備える（図２参照）。
発光素子３１は、供給された電流に応じて発光する。そして、発光素子３１からの光は、ライトガイド４の一端に生体内を照明するための光として供給される。この発光素子３１としては、白色光を発光するＬＥＤ（Light Emitting Diode）等を例示することができる。なお、発光素子３１からの光としては、白色光に限らず、その他の波長帯域の光としても構わない。また、発光素子３１としては、ＬＥＤに限らず、半導体レーザ等で構成しても構わない。
発光素子３１は、供給された電流に応じて発光する。そして、発光素子３１からの光は、ライトガイド４の一端に生体内を照明するための光として供給される。この発光素子３１としては、白色光を発光するＬＥＤ（Light Emitting Diode）等を例示することができる。なお、発光素子３１からの光としては、白色光に限らず、その他の波長帯域の光としても構わない。また、発光素子３１としては、ＬＥＤに限らず、半導体レーザ等で構成しても構わない。
駆動部３２は、制御装置９による制御の下、発光素子３１に電流を供給して当該発光素子３１を駆動する。より具体的に、駆動部３２は、発光素子３１に供給する電流値の変更、発光素子３１に供給する電流の印加パルス幅（電流の供給時間）の変更によって、発光素子３１から発光する光の光量を調整可能とする。
なお、本実施の形態では、光源装置３は、制御装置９とは別体で構成されているが、これに限らず、当該制御装置９内部に設けられた構成を採用しても構わない。
なお、本実施の形態では、光源装置３は、制御装置９とは別体で構成されているが、これに限らず、当該制御装置９内部に設けられた構成を採用しても構わない。
ライトガイド４は、一端が光源装置３に着脱自在に接続されるとともに、他端が挿入部２に着脱自在に接続される。そして、ライトガイド４は、光源装置３から供給された光を一端から他端に伝達し、挿入部２に供給する。挿入部２に供給された光は、当該挿入部２の先端から出射され、生体内に照射される。生体内に照射され、当該生体内で反射された光（被写体像）は、挿入部２内の光学系により集光される。
カメラヘッド５は、本発明に係る撮像装置に相当する。このカメラヘッド５は、挿入部２の基端（接眼部２１（図１））に着脱自在に接続される。そして、カメラヘッド５は、制御装置９による制御の下、挿入部２にて集光された被写体像を撮像し、当該撮像による画像信号（ＲＡＷ信号）を出力する。当該画像信号は、例えば、４Ｋ以上の画像信号である。
なお、カメラヘッド５の詳細な構成については、後述する。
なお、カメラヘッド５の詳細な構成については、後述する。
第１伝送ケーブル６は、一端がコネクタＣＮ１（図１）を介して制御装置９に着脱自在に接続され、他端がコネクタＣＮ２（図１）を介してカメラヘッド５に着脱自在に接続される。そして、第１伝送ケーブル６は、カメラヘッド５から出力される画像信号等を制御装置９に伝送するとともに、制御装置９から出力される制御信号、同期信号、クロック、及び電力等をカメラヘッド５にそれぞれ伝送する。
なお、第１伝送ケーブル６を介したカメラヘッド５から制御装置９への画像信号等の伝送は、当該画像信号等を光信号で伝送してもよく、あるいは、電気信号で伝送しても構わない。第１伝送ケーブル６を介した制御装置９からカメラヘッド５への制御信号、同期信号、クロックの伝送も同様である。
なお、第１伝送ケーブル６を介したカメラヘッド５から制御装置９への画像信号等の伝送は、当該画像信号等を光信号で伝送してもよく、あるいは、電気信号で伝送しても構わない。第１伝送ケーブル６を介した制御装置９からカメラヘッド５への制御信号、同期信号、クロックの伝送も同様である。
表示装置７は、液晶または有機ＥＬ（Electro Luminescence）等を用いた表示ディスプレイで構成され、制御装置９による制御の下、当該制御装置９からの映像信号に基づく画像を表示する。
第２伝送ケーブル８は、一端が表示装置７に着脱自在に接続され、他端が制御装置９に着脱自在に接続される。そして、第２伝送ケーブル８は、制御装置９にて処理された映像信号を表示装置７に伝送する。
第２伝送ケーブル８は、一端が表示装置７に着脱自在に接続され、他端が制御装置９に着脱自在に接続される。そして、第２伝送ケーブル８は、制御装置９にて処理された映像信号を表示装置７に伝送する。
制御装置９は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等で構成され、光源装置３、カメラヘッド５、及び表示装置７の動作を統括的に制御する。
なお、制御装置９の詳細な構成については、後述する。
第３伝送ケーブル１０は、一端が光源装置３に着脱自在に接続され、他端が制御装置９に着脱自在に接続される。そして、第３伝送ケーブル１０は、制御装置９からの制御信号を光源装置３に伝送する。
なお、制御装置９の詳細な構成については、後述する。
第３伝送ケーブル１０は、一端が光源装置３に着脱自在に接続され、他端が制御装置９に着脱自在に接続される。そして、第３伝送ケーブル１０は、制御装置９からの制御信号を光源装置３に伝送する。
〔カメラヘッドの構成〕
次に、カメラヘッド５の構成について説明する。
図２は、カメラヘッド５及び制御装置９の構成を示すブロック図である。
なお、図２では、説明の便宜上、制御装置９及びカメラヘッド５と第１伝送ケーブル６との間のコネクタＣＮ１，ＣＮ２、制御装置９及び表示装置７と第２伝送ケーブル８との間のコネクタ、制御装置９及び光源装置３と第３伝送ケーブル１０との間のコネクタの図示を省略している。
カメラヘッド５は、図２に示すように、レンズユニット５１と、撮像部５２と、通信部５３とを備える。
レンズユニット５１は、１または複数のレンズを用いて構成され、挿入部２にて集光された被写体像を撮像部５２（撮像素子５２１）の撮像面に結像する。
次に、カメラヘッド５の構成について説明する。
図２は、カメラヘッド５及び制御装置９の構成を示すブロック図である。
なお、図２では、説明の便宜上、制御装置９及びカメラヘッド５と第１伝送ケーブル６との間のコネクタＣＮ１，ＣＮ２、制御装置９及び表示装置７と第２伝送ケーブル８との間のコネクタ、制御装置９及び光源装置３と第３伝送ケーブル１０との間のコネクタの図示を省略している。
カメラヘッド５は、図２に示すように、レンズユニット５１と、撮像部５２と、通信部５３とを備える。
レンズユニット５１は、１または複数のレンズを用いて構成され、挿入部２にて集光された被写体像を撮像部５２（撮像素子５２１）の撮像面に結像する。
撮像部５２は、制御装置９による制御の下、生体内を撮像する。この撮像部５２は、挿入部２にて集光され、レンズユニット５１が結像した被写体像を受光して電気信号に変換する撮像素子５２１（図２）、及び撮像素子５２１からの電気信号（アナログ信号）に対して信号処理（Ａ／Ｄ変換等）を行って画像信号を出力する信号処理部（図示略）等が一体形成されたセンサチップを用いて構成され、Ａ／Ｄ変換後の画像信号（デジタル信号）を出力する。なお、上述した信号処理部（図示略）は、撮像素子５２１と一体形成せずに別体としても構わない。
本実施の形態では、撮像素子５２１は、複数の画素が水平ライン単位で２次元状に配列されたローリングシャッタ方式の撮像素子であるＣＭＯＳで構成されている。以下では、説明の便宜上、撮像素子５２１をＣＭＯＳ５２１と記載する。
本実施の形態では、撮像素子５２１は、複数の画素が水平ライン単位で２次元状に配列されたローリングシャッタ方式の撮像素子であるＣＭＯＳで構成されている。以下では、説明の便宜上、撮像素子５２１をＣＭＯＳ５２１と記載する。
通信部５３は、第１伝送ケーブル６を介して、撮像部５２から出力される画像信号（ＲＡＷ信号（デジタル信号））を制御装置９に送信するトランスミッタとして機能する。この通信部５３は、例えば、第１伝送ケーブル６を介して、制御装置９との間で、１Ｇｂｐｓ以上の伝送レートで画像信号の通信を行う高速シリアルインターフェースで構成されている。
〔制御装置の構成〕
次に、制御装置９の構成について図２を参照しながら説明する。
制御装置９は、図２に示すように、通信部９１と、画像処理部９２と、表示制御部９３と、入力部９４と、出力部９５と、記憶部９６と、制御部９７とを備える。
通信部９１は、第１伝送ケーブル６を介して、カメラヘッド５（通信部５３）から出力される画像信号（ＲＡＷ信号（デジタル信号））を受信するレシーバとして機能する。この通信部９１は、例えば、通信部５３との間で、１Ｇｂｐｓ以上の伝送レートで画像信号の通信を行う高速シリアルインターフェースで構成されている。
次に、制御装置９の構成について図２を参照しながら説明する。
制御装置９は、図２に示すように、通信部９１と、画像処理部９２と、表示制御部９３と、入力部９４と、出力部９５と、記憶部９６と、制御部９７とを備える。
通信部９１は、第１伝送ケーブル６を介して、カメラヘッド５（通信部５３）から出力される画像信号（ＲＡＷ信号（デジタル信号））を受信するレシーバとして機能する。この通信部９１は、例えば、通信部５３との間で、１Ｇｂｐｓ以上の伝送レートで画像信号の通信を行う高速シリアルインターフェースで構成されている。
画像処理部９２は、制御部９７による制御の下、カメラヘッド５（通信部５３）から出力され、通信部９１にて受信した画像信号（ＲＡＷ信号（デジタル信号））に対して画像処理を実行する。
当該画像処理としては、オプティカルブラック減算処理、ホワイトバランス調整処理、デモザイク処理、色補正マトリクス処理、ガンマ補正処理、ＲＧＢ信号（画像信号）を輝度信号及び色差信号（Ｙ，ＣＢ／ＣＲ信号）に変換するＹＣ処理の他、以下に示す検波処理等を例示することができる。
当該検波処理は、画像信号に基づく撮像画像全体における所定の領域（以下、検波領域と記載）の画素毎のＹ信号（輝度信号）に基づいて、当該検波領域内の輝度平均値を算出する処理である。そして、画像処理部９２は、当該検波処理により得られた検波情報（輝度平均値）を制御部９７に出力する。
当該画像処理としては、オプティカルブラック減算処理、ホワイトバランス調整処理、デモザイク処理、色補正マトリクス処理、ガンマ補正処理、ＲＧＢ信号（画像信号）を輝度信号及び色差信号（Ｙ，ＣＢ／ＣＲ信号）に変換するＹＣ処理の他、以下に示す検波処理等を例示することができる。
当該検波処理は、画像信号に基づく撮像画像全体における所定の領域（以下、検波領域と記載）の画素毎のＹ信号（輝度信号）に基づいて、当該検波領域内の輝度平均値を算出する処理である。そして、画像処理部９２は、当該検波処理により得られた検波情報（輝度平均値）を制御部９７に出力する。
表示制御部９３は、制御部９７による制御の下、画像処理部９２にて処理された画像信号（Ｙ，ＣＢ／ＣＲ信号）に基づく表示用の映像信号を生成する。そして、表示制御部９３は、第２伝送ケーブル８を介して、当該映像信号を表示装置７に出力する。これにより、表示装置７は、当該映像信号に基づく画像を表示する。
入力部９４は、マウス、キーボード、及びタッチパネル等の操作デバイスで構成され、医師等のユーザによるユーザ操作を受け付ける。そして、入力部９４は、当該ユーザ操作に応じた操作信号を制御部９７に出力する。
出力部９５は、スピーカやプリンタ等で構成され、各種情報を出力する。
記憶部９６は、制御部９７が実行するプログラムや、制御部９７の処理に必要な情報等を記憶する。
出力部９５は、スピーカやプリンタ等で構成され、各種情報を出力する。
記憶部９６は、制御部９７が実行するプログラムや、制御部９７の処理に必要な情報等を記憶する。
制御部９７は、例えば、ＣＰＵやＦＰＧＡ等で構成され、第１～第３伝送ケーブル６，８，１０を介して制御信号を出力することで、光源装置３、カメラヘッド５、及び表示装置７の動作を制御するとともに、制御装置９全体の動作を制御する。この制御部９７は、図２に示すように、撮像制御部９７１と、制御値決定部９７２と、発光制御部９７３とを備える。そして、光源装置３及び制御部９７は、本発明に係る医療用光源装置１００（図２）に相当する。
図３及び図４は、調光制御を説明する図である。具体的に、図３（ａ）及び図４（ａ）は、ＣＭＯＳ５２１の露光タイミングを示した図であって、縦軸でＣＭＯＳ５２１の水平ラインを示し（最上段が最も上の水平ライン（１ライン目の水平ライン）を示し、最下段が最も下の水平ライン（最終ライン）を示し）、横軸で時間を示している。図３（ｂ）及び図４（ｂ）は、光源制御値を示している。なお、図３（ｂ）及び図４（ｂ）では、光源制御値として、最小値を「１」とし、最大値を「１００」としている。図３（ｃ）及び図４（ｃ）は、発光制御部９７３による調光制御を示した図であって、縦軸で発光素子３１に供給する電流値を示し、横軸で発光素子３１に供給する電流の印加パルス幅（電流の供給時間）を示している。以下では、説明の便宜上、発光素子３１に供給する電流値を「電流値」とのみ記載し、発光素子３１に供給する電流の印加パルス幅を「供給時間」とのみ記載する。なお、図３（ｃ）は、光源制御値が減少していく場合（発光素子３１の発光量を減少させていく場合（図３の矢印Ａｒ１））での調光制御（以下、第１の調光制御と記載）を示している。一方、図４（ｃ）は、光源制御値が増加していく場合（発光素子３１の発光量を増加させていく場合（図４の矢印Ａｒ２））での調光制御（以下、第２の調光制御と記載）を示している。
撮像制御部９７１は、ＣＭＯＳ５２１の１フレーム期間における露光を水平ライン毎に順次、開始させ、露光開始から所定の期間（所謂、シャッタ速度）が経過した水平ライン毎に順次、読み出しを行わせる所謂、ローリングシャッタ方式による露光制御を行う。本実施の形態では、撮像制御部９７１は、図３（ａ）及び図４（ａ）に示すように、ＣＭＯＳ５２１の全ての水平ラインが同時に露光される全ライン露光期間ＴＥとＣＭＯＳ５２１の複数の画素に蓄積された電荷の読み出し期間ＴＲとで１フレーム期間ＴＦを構成するように露光制御を行う。なお、当該全ライン露光期間ＴＥは、本発明に係る露光期間に相当する。
制御値決定部９７２は、画像処理部９２から出力された検波情報（輝度平均値）に基づいて、撮像部５２による撮像で得られる撮像画像の明るさを基準となる明るさに変更する（検波処理により得られる輝度平均値を基準となる輝度平均値に変更する）ための光源制御値を決定する。当該光源制御値は、１フレーム期間ＴＦにおける発光素子３１の発光量の目標値を示す値である。
発光制御部９７３は、駆動部３２を介して、電流値及び供給時間の少なくとも一方を制御することにより、制御値決定部９７２にて決定された光源制御値に応じた発光量で発光素子３１を発光させる調光制御を実行する。
以下、光源制御値が減少していく場合での第１の調光制御と、光源制御値が増加していく場合での第２の調光制御とを順に説明する。
以下、光源制御値が減少していく場合での第１の調光制御と、光源制御値が増加していく場合での第２の調光制御とを順に説明する。
先ず、図３（ｃ）を参照しつつ第１の調光制御について説明する。
発光制御部９７３は、光源制御値が最大値「１００」である場合には、１フレーム期間ＴＦにおける読み出し期間ＴＲの全期間、及び全ライン露光期間ＴＥの全期間で電流値を最大定格電流値Ｉmaxとする。
また、光源制御値が最大値「１００」から減少していくと、発光制御部９７３は、全ライン露光期間ＴＥの全期間での電流値を最大定格電流値Ｉmaxで維持しつつ、読み出し期間ＴＲの全期間での電流値を減少させていく。そして、光源制御値が「３４」に到達した際に、発光制御部９７３は、読み出し期間ＴＲの全期間での電流値を最小定格電流値Ｉminとする。
発光制御部９７３は、光源制御値が最大値「１００」である場合には、１フレーム期間ＴＦにおける読み出し期間ＴＲの全期間、及び全ライン露光期間ＴＥの全期間で電流値を最大定格電流値Ｉmaxとする。
また、光源制御値が最大値「１００」から減少していくと、発光制御部９７３は、全ライン露光期間ＴＥの全期間での電流値を最大定格電流値Ｉmaxで維持しつつ、読み出し期間ＴＲの全期間での電流値を減少させていく。そして、光源制御値が「３４」に到達した際に、発光制御部９７３は、読み出し期間ＴＲの全期間での電流値を最小定格電流値Ｉminとする。
さらに、光源制御値が「３４」から「３３」に減少すると、発光制御部９７３は、読み出し期間ＴＲの全期間での電流値を最小定格電流値Ｉminで維持しつつ、全ライン露光期間ＴＥの全期間での電流値を最大定格電流値Ｉmaxから減少させる。すなわち、本実施の形態では、発光制御部９７３は、読み出し期間ＴＲの全期間において発光素子３１を消灯させる前に全ライン露光期間ＴＥの全期間での電流値の最大定格電流値Ｉmaxからの減少を開始する。
また、光源制御値が「３３」から「３２」に減少すると、発光制御部９７３は、全ライン露光期間ＴＥの全期間での電流値を光源制御値が「３３」での電流値で維持しつつ、読み出し期間ＴＲの全期間において発光素子３１を消灯させる。
以上のように、光源制御値「３２」は、本発明に係る第２の値に相当する。また、光源制御値「３３」は、本発明に係る第１の値に相当する。
また、光源制御値が「３３」から「３２」に減少すると、発光制御部９７３は、全ライン露光期間ＴＥの全期間での電流値を光源制御値が「３３」での電流値で維持しつつ、読み出し期間ＴＲの全期間において発光素子３１を消灯させる。
以上のように、光源制御値「３２」は、本発明に係る第２の値に相当する。また、光源制御値「３３」は、本発明に係る第１の値に相当する。
さらに、光源制御値が「３２」から減少していくと、発光制御部９７３は、読み出し期間ＴＲの全期間において発光素子３１を消灯させた状態を維持しつつ、全ライン露光期間ＴＥの全期間での電流値を減少させていく。そして、光源制御値が「１０」に到達した際に、発光制御部９７３は、全ライン露光期間ＴＥの全期間での電流値を最小定格電流値Ｉminとする。
また、光源制御値が「１０」から最小値「１」に減少すると、発光制御部９７３は、読み出し期間ＴＲの全期間において発光素子３１を消灯させた状態を維持し、かつ、全ライン露光期間ＴＥでの電流値を最小定格電流値Ｉminで維持しつつ、ＰＷＭ制御により、当該全ライン露光期間ＴＥでの供給時間を減少させる。
また、光源制御値が「１０」から最小値「１」に減少すると、発光制御部９７３は、読み出し期間ＴＲの全期間において発光素子３１を消灯させた状態を維持し、かつ、全ライン露光期間ＴＥでの電流値を最小定格電流値Ｉminで維持しつつ、ＰＷＭ制御により、当該全ライン露光期間ＴＥでの供給時間を減少させる。
次に、図４（ｃ）を参照しつつ第２の調光制御について説明する。
発光制御部９７３は、光源制御値が最小値「１」から「３２」まで増加していく場合には、図３（ｃ）と図４（ｃ）とを比較して分かるように、当該光源制御値毎に第１の調光制御と同様の制御を実行する。
また、光源制御値が「３２」から「３３」に増加すると、発光制御部９７３は、読み出し期間ＴＲの全期間において発光素子３１を消灯させた状態を維持しつつ、全ライン露光期間ＴＥの全期間での電流値を最大定格電流値Ｉmaxとする。
発光制御部９７３は、光源制御値が最小値「１」から「３２」まで増加していく場合には、図３（ｃ）と図４（ｃ）とを比較して分かるように、当該光源制御値毎に第１の調光制御と同様の制御を実行する。
また、光源制御値が「３２」から「３３」に増加すると、発光制御部９７３は、読み出し期間ＴＲの全期間において発光素子３１を消灯させた状態を維持しつつ、全ライン露光期間ＴＥの全期間での電流値を最大定格電流値Ｉmaxとする。
さらに、光源制御値が「３３」から「３４」に増加すると、発光制御部９７３は、全ライン露光期間ＴＥの全期間での電流値を最大定格電流値Ｉmaxで維持しつつ、読み出し期間ＴＲの全期間において発光素子３１を点灯させる。この際、発光制御部９７３は、最小定格電流値Ｉminで発光素子３１を点灯させる。すなわち、本実施の形態では、発光制御部９７３は、全ライン露光期間ＴＥの全期間での電流値が最大定格電流値Ｉmaxに到達した後に読み出し期間ＴＲの全期間において発光素子３１を点灯させる。
以上のように、光源制御値「３４」は、本発明に係る第４の値に相当する。また、光源制御値「３３」は、本発明に係る第３の値に相当する。すなわち、本実施の形態では、発光制御部９７３は、読み出し期間ＴＲにおいて発光素子３１を点灯させている状態で光源制御値が第４の値「３４」よりも小さな第１の値「３３」から第２の値「３２」に減少した場合に、読み出し期間ＴＲにおいて発光素子３１を消灯させる。また、発光制御部９７３は、読み出し期間ＴＲにおいて発光素子３１を消灯させている状態で光源制御値が第２の値「３２」よりも大きな第３の値「３３」から第４の値「３４」に増加した場合に、読み出し期間ＴＲにおいて発光素子３１を点灯させる。
以上のように、光源制御値「３４」は、本発明に係る第４の値に相当する。また、光源制御値「３３」は、本発明に係る第３の値に相当する。すなわち、本実施の形態では、発光制御部９７３は、読み出し期間ＴＲにおいて発光素子３１を点灯させている状態で光源制御値が第４の値「３４」よりも小さな第１の値「３３」から第２の値「３２」に減少した場合に、読み出し期間ＴＲにおいて発光素子３１を消灯させる。また、発光制御部９７３は、読み出し期間ＴＲにおいて発光素子３１を消灯させている状態で光源制御値が第２の値「３２」よりも大きな第３の値「３３」から第４の値「３４」に増加した場合に、読み出し期間ＴＲにおいて発光素子３１を点灯させる。
また、発光制御部９７３は、光源制御値が「３４」から最大値「１００」まで増加していく場合には、図３（ｃ）と図４（ｃ）とを比較して分かるように、当該光源制御値毎に第１の調光制御と同様の制御を実行する。
図５は、１フレームの露光量と光源制御値との関係を示す図である。具体的に、図５において、光源制御値が減少する方向を向く矢印が付された曲線は、第１の調光制御での１フレームの露光量と光源制御値との関係を示す曲線に相当する。一方、光源制御値が増加する方向を向く矢印が付された曲線は、第２の調光制御での１フレームの露光量と光源制御値との関係を示す曲線に相当する。また、図５において、一点鎖線で示す部分は、第１の調光制御での読み出し期間ＴＲの全期間における発光素子３１の点灯から消灯（以下、ＯＮＯＦＦ制御と記載）の推移、及び第２の調光制御での読み出し期間ＴＲの全期間における発光素子３１の消灯から点灯（以下、ＯＦＦＯＮ制御と記載）の推移を示している。
第１の調光制御での１フレームの露光量と光源制御値との関係を示す曲線と、第２の調光制御での１フレームの露光量と光源制御値との関係を示す曲線とは、図５に示すように、光源制御値が「３４」～「３２」の間において異なる経路を有する、所謂、ヒステリシスの関係となる。すなわち、図５の一点鎖線で示すように、第１の調光制御では光源制御値が「３３」から「３２」に減少するポイント（以下、第１のポイントと記載）でＯＮＯＦＦ制御を実行しているのに対して、第２の調光制御では光源制御値が「３３」から「３４」に増加するポイント（以下、第２のポイントと記載）でＯＦＦＯＮ制御を実行している。
以上説明した本実施の形態によれば、以下の効果を奏する。
本実施の形態に係る医療用光源装置１００では、第１の調光制御と第２の調光制御とは、互いに異なるポイント（第１，第２のポイント）において、ＯＮＯＦＦ制御とＯＦＦＯＮ制御とをそれぞれ実行している。
このため、調光目標が第１のポイント周辺あるいは第２のポイント周辺にある場合であっても、発光素子３１の点灯から消灯、及び発光素子３１の消灯から点灯が繰り返し起こる可能性を軽減することができる。したがって、ＯＮＯＦＦ制御やＯＦＦＯＮ制御時での発光素子３１の発光量の変化による「フレーム間の明るさの不連続性」及び「１フレーム内の露光ムラ」等の画像品位への影響がユーザによる観察に支障を与えるレベルとなることを回避し、観察に適した画像の生成を可能とする。
本実施の形態に係る医療用光源装置１００では、第１の調光制御と第２の調光制御とは、互いに異なるポイント（第１，第２のポイント）において、ＯＮＯＦＦ制御とＯＦＦＯＮ制御とをそれぞれ実行している。
このため、調光目標が第１のポイント周辺あるいは第２のポイント周辺にある場合であっても、発光素子３１の点灯から消灯、及び発光素子３１の消灯から点灯が繰り返し起こる可能性を軽減することができる。したがって、ＯＮＯＦＦ制御やＯＦＦＯＮ制御時での発光素子３１の発光量の変化による「フレーム間の明るさの不連続性」及び「１フレーム内の露光ムラ」等の画像品位への影響がユーザによる観察に支障を与えるレベルとなることを回避し、観察に適した画像の生成を可能とする。
（その他の実施の形態）
ここまで、本発明を実施するための形態を説明してきたが、本発明は上述した実施の形態によってのみ限定されるべきものではない。
上述した実施の形態では、挿入部２を硬性内視鏡で構成した医療用観察システム１に本発明に係る医療用光源装置１００を搭載していたが、これに限らない。例えば、挿入部２を軟性内視鏡で構成した医療用観察システムに本発明に係る医療用光源装置１００を搭載しても構わない。また、被写体内（生体内）や被写体表面（生体表面）の所定の視野領域を拡大して観察する手術用顕微鏡（例えば、特開２０１６－４２９８１号公報参照）等の医療用観察システムに本発明に係る医療用光源装置１００を搭載しても構わない。
上述した実施の形態において、カメラヘッド５の一部の構成や制御装置９の一部の構成を例えばコネクタＣＮ１やコネクタＣＮ２に設けても構わない。
上述した実施の形態では、全ライン露光期間ＴＥにおいて、発光素子３１の発光量を変化させる際、光源制御値「１００」から「１０」では電流値を変化させ、光源制御値「１」でのみ供給時間を変化させていたが、これに限らない。全ライン露光期間ＴＥにおいて、発光素子３１の発光量を変化させる際、電流値及び供給時間の少なくとも一方を変化させれば、その他の構成を採用しても構わない。
ここまで、本発明を実施するための形態を説明してきたが、本発明は上述した実施の形態によってのみ限定されるべきものではない。
上述した実施の形態では、挿入部２を硬性内視鏡で構成した医療用観察システム１に本発明に係る医療用光源装置１００を搭載していたが、これに限らない。例えば、挿入部２を軟性内視鏡で構成した医療用観察システムに本発明に係る医療用光源装置１００を搭載しても構わない。また、被写体内（生体内）や被写体表面（生体表面）の所定の視野領域を拡大して観察する手術用顕微鏡（例えば、特開２０１６－４２９８１号公報参照）等の医療用観察システムに本発明に係る医療用光源装置１００を搭載しても構わない。
上述した実施の形態において、カメラヘッド５の一部の構成や制御装置９の一部の構成を例えばコネクタＣＮ１やコネクタＣＮ２に設けても構わない。
上述した実施の形態では、全ライン露光期間ＴＥにおいて、発光素子３１の発光量を変化させる際、光源制御値「１００」から「１０」では電流値を変化させ、光源制御値「１」でのみ供給時間を変化させていたが、これに限らない。全ライン露光期間ＴＥにおいて、発光素子３１の発光量を変化させる際、電流値及び供給時間の少なくとも一方を変化させれば、その他の構成を採用しても構わない。
１ 医療用観察システム
２ 挿入部
３ 光源装置
４ ライトガイド
５ カメラヘッド
６ 第１伝送ケーブル
７ 表示装置
８ 第２伝送ケーブル
９ 制御装置
１０ 第３伝送ケーブル
２１ 接眼部
３１ 発光素子
３２ 駆動部
５１ レンズユニット
５２ 撮像部
５３ 通信部
９１ 通信部
９２ 画像処理部
９３ 表示制御部
９４ 入力部
９５ 出力部
９６ 記憶部
９７ 制御部
１００ 医療用光源装置
５２１ 撮像素子
９７１ 撮像制御部
９７２ 制御値決定部
９７３ 発光制御部
Ａｒ１，Ａｒ２ 矢印
ＣＮ１，ＣＮ２ コネクタ
ＴＥ 全ライン露光期間
ＴＦ １フレーム期間
ＴＲ 読み出し期間
２ 挿入部
３ 光源装置
４ ライトガイド
５ カメラヘッド
６ 第１伝送ケーブル
７ 表示装置
８ 第２伝送ケーブル
９ 制御装置
１０ 第３伝送ケーブル
２１ 接眼部
３１ 発光素子
３２ 駆動部
５１ レンズユニット
５２ 撮像部
５３ 通信部
９１ 通信部
９２ 画像処理部
９３ 表示制御部
９４ 入力部
９５ 出力部
９６ 記憶部
９７ 制御部
１００ 医療用光源装置
５２１ 撮像素子
９７１ 撮像制御部
９７２ 制御値決定部
９７３ 発光制御部
Ａｒ１，Ａｒ２ 矢印
ＣＮ１，ＣＮ２ コネクタ
ＴＥ 全ライン露光期間
ＴＦ １フレーム期間
ＴＲ 読み出し期間
Claims (5)
- 供給される電流に応じて発光する発光素子と、
複数の画素が水平ライン単位で２次元状に配列されたローリングシャッタ方式の撮像素子の全ての前記水平ラインが同時に露光される露光期間と前記複数の画素に蓄積された電荷の読み出し期間とを含む１フレーム期間における前記発光素子の発光量の目標値を示す光源制御値を決定する制御値決定部と、
前記発光素子に供給する電流の供給時間及び電流値の少なくとも一方を制御することにより前記光源制御値に応じた発光量で前記発光素子を発光させる発光制御部とを備え、
前記発光制御部は、
前記読み出し期間において前記発光素子を点灯させている状態で前記光源制御値が第１の値から第２の値に減少した場合に、前記読み出し期間において前記発光素子を消灯させ、
前記読み出し期間において前記発光素子を消灯させている状態で前記光源制御値が前記第２の値とは異なる第３の値から第４の値に増加した場合に、前記読み出し期間において前記発光素子を点灯させる医療用光源装置。 - 前記発光制御部は、
前記光源制御値が前記第１の値及び前記第４の値である場合に、前記読み出し期間での前記電流値を最小定格電流値とする請求項１に記載の医療用光源装置。 - 前記発光制御部は、
前記読み出し期間において前記発光素子を点灯させている状態で前記光源制御値が減少していく場合に、前記露光期間での前記発光量を特定の発光量で維持しつつ前記読み出し期間での前記電流値を減少させていくとともに、前記読み出し期間において前記発光素子を消灯させる前に前記露光期間での前記発光量の前記特定の発光量からの減少を開始し、
前記読み出し期間において前記発光素子を消灯させている状態で前記光源制御値が増加していく場合に、前記露光期間での前記発光量を増加させていくとともに、前記露光期間での前記発光量が前記特定の発光量に到達した後に前記読み出し期間において前記発光素子を点灯させる請求項１または２に記載の医療用光源装置。 - 前記発光制御部は、
前記読み出し期間において前記発光素子を点灯させている状態で前記光源制御値が前記第４の値よりも小さな前記第１の値から前記第２の値に減少した場合に、前記読み出し期間において前記発光素子を消灯させ、
前記読み出し期間において前記発光素子を消灯させている状態で前記光源制御値が前記第２の値よりも大きな前記第３の値から前記第４の値に増加した場合に、前記読み出し期間において前記発光素子を点灯させる請求項１～３のいずれか一つに記載の医療用光源装置。 - 複数の画素が水平ライン単位で２次元状に配列されたローリングシャッタ方式の撮像素子を含む撮像装置と、
請求項１～４のいずれか一つに記載の医療用光源装置とを備える医療用観察システム。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2019051415A JP7224985B2 (ja) | 2019-03-19 | 2019-03-19 | 医療用光源装置及び医療用観察システム |
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Applications Claiming Priority (1)
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