CN101449962A - 光源装置和内窥镜装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够进行稳定的光量控制的光源装置和具有光源装置的内窥镜装置。该光源装置具有光源以及使用光圈叶片来限制来自光源的光束的光量调节部，光量调节部具有：光圈叶片，其以旋转轴为中心在铅直面内旋转驱动并且重心偏心；位置检测部，其检测光圈叶片的位置；驱动部；以及控制驱动部的光源控制部，光源控制部根据光圈叶片的位置和旋转方向来控制驱动部。

Description

光源装置和内窥镜装置

技术领域

本发明涉及具备利用光圈叶片来限制来自光源的光束的光量调节单元的光源装置以及具备上述光源装置的内窥镜装置。

背景技术

内窥镜装置在医疗领域等被广泛应用。内窥镜构成为具有细长的插入部。内窥镜通过将插入部插入到体内，能够观察体内的脏器等，或者根据需要使用插入到处置器械贯穿通道内的处置器械来进行各种处置。

在具有这样的内窥镜的内窥镜装置中，使用光导管等引导来自光源装置的照明光，对被检体的目标部位进行照明，并取入其返回光从而得到内窥镜像。

内窥镜装置利用CCD等摄像部拍摄内窥镜图像，并利用信号处理装置进行信号处理，由此在监视器上显示内窥镜图像，操作者能够观察目标部位。

而且，在内窥镜装置中，使用透镜等光学系统，使来自产生足够光量的光源的光成为光束，并经光导管将其引导至插入部前端。在此，为了限制来自光源装置的光束以减少为所希望的光量，使用通过光圈叶片来限制光束的光量调节部。例如在日本特开2000-253307号公报中，作为光量调节部的光圈叶片部120，公开了图1所示的结构。图1是表示从光束行进方向观察到的光圈叶片部120的俯视图。光圈叶片112的前端部(遮蔽部)112a形成为圆形，以能够遮蔽从光源平行地射出的所有光束110。在从前端部112a延伸的平板状的支承臂112b的端部侧连接有电动机126，当电动机126旋转时，光圈叶片112以支承臂112b上的旋转轴111为中心旋转。当光圈叶片112旋转时，通过光圈叶片112的光束110的面积即光量与前端部112a的位置对应地变化。以下，将光圈叶片112向光束110侧移动记为光圈叶片112关闭，将光圈叶片112离开光束110记为光圈叶片112打开。

在日本特开2000-253307号公报中公开的光量调节部的光圈叶片部120的光圈叶片112如图1所示那样，以旋转轴111为中心在铅直面内旋转，但是光圈叶片112的重心130相对于旋转轴111偏心，即光圈叶片112为旋转轴111与重心130不一致的形状。因此，光圈叶片112由于自重的影响，移动速度根据其移动方向而不同。

因此，上述光源装置的光亮调节部的光量调节的速度不恒定，难以进行稳定的光量控制。

并且，在内窥镜装置中，往往不仅观察目标部位，而且在内窥镜的插入部的插入过程中也进行观察。在插入部的插入过程中，在以恒定的光量照射CCD的前方时，返回光的光量急剧变化，难以识别监视器上显示的内窥镜图像。因此，希望获得一种能够使监视器上显示的内窥镜图像的明亮度即亮度稳定并保持恒定的光源装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够进行稳定的光量控制的光源装置以及具备上述光源装置的内窥镜装置。

为了达到上述目的，本发明的光源装置具有光源以及使用光圈叶片来限制来自上述光源的光束的光量调节单元，上述光量调节单元具有：上述光圈叶片，其以旋转轴为中心在铅直面内旋转驱动，并且重心相对于上述旋转轴偏心；位置检测单元，其检测上述光圈叶片的位置；驱动单元，其驱动上述光圈叶片旋转；以及控制单元，其控制上述驱动单元，上述控制单元根据上述位置检测单元检测到的上述光圈叶片的位置和旋转方向来控制上述驱动单元。另外，本发明的内窥镜装置具备上述光源装置。

附图说明

图1是从光束行进方向观察公知的光圈叶片部的俯视图。

图2是表示实施方式涉及的内窥镜装置的整体结构的结构图。

图3是表示实施方式涉及的光源装置的结构的结构图。

图4A是用于说明利用实施方式涉及的光量调节部的光圈叶片进行的光量调节的、从光束行进方向观察到的俯视图，表示全开状态的光圈叶片。

图4B是用于说明利用实施方式涉及的光量调节部的光圈叶片进行的光量调节的、从光束行进方向观察到的俯视图，表示局部关闭状态的光圈叶片。

图4C是用于说明利用实施方式涉及的光量调节部的光圈叶片进行的光量调节的、从光束行进方向观察到的俯视图，表示全闭状态的光圈叶片。

图5A是用于说明实施方式涉及的光量调节部的光圈叶片的位置引起的自重的影响的、表示从光束行进方向观察到的光圈叶片部的俯视图，表示全开状态的光圈叶片。

图5B是用于说明实施方式涉及的光量调节部的光圈叶片的位置引起的自重的影响的、表示从光束行进方向观察到的光圈叶片部的俯视图，表示局部关闭状态的光圈叶片。

图5C是用于说明实施方式涉及的光量调节部的光圈叶片的位置引起的自重的影响的、表示从光束行进方向观察到的光圈叶片部的俯视图，表示全闭状态的光圈叶片。

图6A是用于说明实施方式涉及的光源控制部的控制所使用的校正系数的图。

图6B是用于说明实施方式涉及的光源控制部的控制所使用的校正系数的图。

图6C是用于说明实施方式涉及的光源控制部的控制所使用的校正系数的图。

图7是用于说明实施方式涉及的光源控制部的处理流程的流程图。

图8A是用于说明实施方式的变形例涉及的光量调节部的光圈叶片的形状的、从光束行进方向观察到的俯视图。

图8B是用于说明实施方式的变形例涉及的光量调节部的光圈叶片的形状的、从光束行进方向观察到的俯视图。

图9A是用于说明实施方式的变形例涉及的光量调节部的光圈叶片的形状的、从光束行进方向观察到的俯视图。

图9B是用于说明实施方式的变形例涉及的光量调节部的光圈叶片的形状的、从光束行进方向观察到的俯视图。

图9C是用于说明实施方式的变形例涉及的光量调节部的光圈叶片的形状的、从光束行进方向观察到的俯视图。

图9D是用于说明实施方式的变形例涉及的光量调节部的光圈叶片的形状的、从光束行进方向观察到的俯视图。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的实施方式的内窥镜装置1。

图2是表示本实施方式涉及的内窥镜装置1的整体结构的结构图，图3是表示光源装置6的结构的结构图。如图2所示，内窥镜装置1构成为具有内窥镜2、光源装置6、视频处理器4和监视器5。内窥镜2具有插入到被检体内的细长的插入部3、和与该插入部3的基端侧连接设置的操作部7。插入部3构成为具有设置在具有软性的挠性管部的前端侧的弯曲部3A、和设置在该弯曲部3A的前端侧的前端部3B。在前端部3B中内置有拍摄被检体内的观察对象部位9A的作为摄像元件的CCD 16(参照图3)，CCD 16的摄像信号经视频处理器4显示在监视器5的显示画面上。另一方面，从光源装置6供给的照射光利用配设在插入部3内的光导15(参照图3)传递至插入部3的前端部3B。

即，如图3所示，从光源装置6的光源21供给的光由透镜24等光学系统聚光为光束10，光束10在由光量调节部20调节了光量之后，被引导至光导15的端部15A。然后，照射光通过光导15内，传递至光导15的配设在前端部3B的另一个端部15B，并经配设在端部15B的端面的未图示的照明光学系统，对被检体内的观察对象部位9A进行照明。

在此，如果在监视器5上显示的摄像图像的明亮度即亮度由于观察对象部位9A与插入部3的前端部3B的距离、或观察对象部位9A的反射率等的不同而变动，则操作者有时会难以准确地识别观察对象部位9A。因此，作为光源装置6的控制单元的光源控制部22以如下方式对作为光量调节部20的驱动单元的驱动部26进行控制：即，使得来自视频处理器4的亮度信号与从基准信号输入部23输入的基准亮度信号大致相同。

在此，如图4A至图4C所示，本实施方式的光量调节部20利用以旋转轴11为中心在铅直面内旋转驱动的光圈叶片12，来限制来自光源的光束10。图4A至图4C是用于说明光圈叶片12所进行的光量调节的、表示从光束行进方向观察到的光圈叶片的俯视图，图4A表示全开状态，图4B表示局部关闭状态，图4C表示全闭状态。

光圈叶片12由具有切口部12A的大致椭圆形状的前端部12a、和从前端部延伸的细长平板状的支承部12b构成，在支承部12b的与前端部12a反方向侧的端部连接有未图示的作为驱动部26的电动机和测量旋转角度的电位计等。来自电位计的输出经位置检测部25作为光圈叶片12的位置例如后述的重心角度而算出。

当电动机旋转时，光圈叶片12以支承部12b上的旋转轴11为中心进行旋转运动。进而，光量调节部20的光圈叶片12遮断光束10，由此来调节从光量调节部20射出的光量。利用旋转驱动的光圈叶片12来限制来自光源21的光束10的光量调节部20结构简单，并且能够进行高速响应。

此外，光圈叶片12形成上述形状是因为，为了使光圈叶片12的响应速度更快而需要使光圈叶片12更轻。此外，上述形状的光圈叶片12的重心偏离旋转轴11而位于前端部12a内。

即，光量调节部20通过使用其重心相对于旋转轴偏心的光圈叶片12，从而减小了光圈叶片12的质量，实现了较高的频率响应性。

此外，通过使用以旋转轴为中心的圆形的光圈叶片，或者夹着支承部的旋转轴在前端部的相反侧安装重物，能够使光圈叶片的重心位于旋转轴上。但是，如上所述的重心位于旋转轴上的光圈叶片的重量变重，响应速度降低，因此对于需要以高速进行光量调节的例如内窥镜装置的光源装置不是优选的。

接着，使用图4A～图4C和图5A～图5C说明由光量调节部20的光圈叶片12的位置引起的自重的影响。图5A～图5C是用于说明光圈叶片12的位置引起的自重的影响的、表示从光束行进方向观察到的光圈叶片12的重心移动的俯视图，图5A表示全开状态，图5B表示局部关闭状态，图5C表示全闭状态。此外，在图4A～图4C和图5A～图5C中，θ1至θ3表示各个状态下的连接光圈叶片12的重心30和旋转轴11的直线相对于铅直方向所成的角度(以下称为“重心角度θ”。)。

光圈叶片12在向关闭的方向(从图4A至图4B或从图4B至图4C)移动、换言之向上方旋转时，光圈叶片12需要克服重力而旋转。相反地，光圈叶片12在向打开的方向(从图4C至图4B或从图4B至图4A)移动、换言之向下方旋转时，重力成为辅助力而旋转。

即，如图5所示，在质量为M的光圈叶片12的重心角度为θ的情况下，光圈叶片12的自重的旋转方向分量即“Mg sinθ”作用于旋转方向。而且，重心角度θ越大，光圈叶片12的自重的旋转方向分量越大。例如在使光圈叶片12从图5B的状态旋转到图5C的状态时，光圈叶片12的自重的旋转方向分量从“Mg sinθ2”增加为“Mg sinθ3”，所以如果光源控制部22以同一输出信号对光圈叶片12进行旋转控制，则光圈叶片12的旋转速度会变慢。相反地，在光圈叶片12从图5B的状态旋转到图5A的状态时，光圈叶片12的自重的旋转方向分量从“Mg sinθ2”减少为“Mgsinθ1”，所以如果光源控制部22以同一输出信号对光圈叶片12进行旋转控制，则光圈叶片12的旋转速度会加快。但是，本实施方式的光源控制部22由于利用使用校正系数进行了校正的输出信号来进行旋转控制，所以光圈叶片12的旋转速度稳定。

使用图6A至图6C详细说明上述的光源控制部22的动作。图6A至图6C是用于说明光源控制部22的控制用的校正系数的图。如图6A所示，光圈叶片12的自重的旋转方向分量根据光圈叶片12的重心角度θ发生变化。针对于此，本实施方式的光源控制部22由使用校正系数进行了校正的输出信号来控制光量调节部20的驱动部26，所述校正系数是根据光圈叶片12的位置和旋转方向算出的。

即，例如如图6B所示，在光圈叶片12向上方、换言之向关闭的方向旋转时，光源控制部22根据校正函数α算出校正系数α并使用该校正系数α。在图6B中，光圈叶片12从重心角度为θ2的当前位置移动到重心角度为θ3的目标位置的情况下的校正系数α1为，α1＝(Mg sinθ3)/(Mg sinθ2)，即为当前位置的上述光圈叶片的自重的旋转方向分量和目标位置的上述光圈叶片的自重的旋转方向分量的比。此外，以光圈叶片12处于重心角度θ2的位置的自重的旋转方向分量“Mg sinθ2”作为基准即1。

与α1同样地算出移动至重心角度为θ1的目标位置的情况下的校正系数α2，如图6B所示，利用曲线近似来算出校正函数α。

另外，与此相对，例如如图6C所示，在光圈叶片12向下方、换言之向打开方向旋转时，光源控制部22根据校正函数β算出校正系数β并使用该校正系数β。在图6中，光圈叶片12从重心角度为θ2的当前位置移动到重心角度为θ1的目标位置的情况下的校正系数β1为，β1＝(Mgsinθ2)/(Mg sinθ1)，即为当前位置的上述光圈叶片的自重的旋转方向分量和目标位置的上述光圈叶片的自重的旋转方向分量的比。此外，以光圈叶片12处于重心角度θ2的位置的自重的旋转方向分量“Mg sinθ2”作为基准即1。

与β1同样地算出移动至重心角度为θ3的目标位置的情况下的校正系数β2，如图6C所示，利用曲线近似来算出校正函数β。

而且，光源控制部22由使用校正系数校正后的控制信号控制驱动部26，所述校正系数是使用位置检测部25算出的重心角度θ并根据校正函数算出的。在此，控制信号是施加在驱动部上的电流、电压或功率等。

对于光源装置6，其光源控制部22使用基于光圈叶片12的自重的旋转方向分量的校正系数进行控制，由此，与光圈叶片12的旋转方向或位置无关，移动速度即光圈叶片12从当前位置到达目标位置的时间稳定，因此响应速度恒定，能够进行稳定的光量控制。

接下来使用图7说明光源控制部22的处理流程。图7是用于说明光源控制部22的处理流程的流程图。

<步骤S11>

最初，光源控制部22从视频处理器4取得亮度信号。亮度信号是视频处理器4对CCD 16所取得的影像信号进行处理并显示在监视器5上的显示画面的平均明亮度的信息。或者，也可以仅使用显示在监视器5上的显示画面的特定部分的信息作为亮度信号。

<步骤S12>

光源控制部22从基准信号输入部23取得基准亮度信号。基准亮度信号是显示在监视器5上的显示画面的明亮度的目标值。基准亮度信号既可以由手术操作者利用配设在基准信号输入部23的刻度盘等输入，或者也可以将某一时刻的来自视频处理器4的亮度信号作为基准亮度信号输入。

<步骤S13>

光源控制部22对亮度信号和基准亮度信号进行比较，并判断其差是否在预定值的范围内。在亮度信号和基准亮度信号的差在预定值的范围内(Yes)的情况下，光源控制部22不需要驱动光圈叶片12，因此反复进行自步骤S11起的动作。另一方面，在亮度信号和基准亮度信号的差超过预定值的范围(No)的情况下，光源控制部22驱动光圈叶片12，因此进行步骤S14以下的动作。

此外，在这里，所谓亮度信号和基准亮度信号的差的预定值是手术操作者或光源装置6设计时确定的值，如果预定值过小，则光圈叶片12始终为被细微地驱动的状态，因此有时会由于光量调节部20的响应延迟等影响，而使监视器5的显示画面的明亮度忽明忽暗。相反地，如果预定值过大，则即使是应驱动光圈叶片12的状态也不驱动，所以监视器5的显示画面的明亮度不合适。

<步骤S14>

光源控制部22从位置检测部25取得光圈叶片12的当前位置的信息、例如重心角度θ。

<步骤S15>

光源控制部22根据在步骤S13中算出的亮度信号和基准亮度信号的差以及在步骤S14中取得的光圈叶片12的当前位置的信息，算出光圈叶片12的旋转方向和旋转量即驱动信号。在此，旋转方向是打开光圈叶片12的方向即下方或关闭光圈叶片12的方向即上方中的任一个。另外，旋转量通过预先求得光圈叶片12的位置即角度与从光量调节部12射出的光量的关系来算出。

<步骤S16>

光源控制部22根据步骤S15中算出的光圈叶片12的旋转方向判断使用的校正系数。这是因为控制信号所使用的校正系数根据旋转方向的不同而不同。即，在光圈叶片12的旋转方向是上方的情况下，光源控制部22进行自步骤S17起的处理，在光圈叶片12的旋转方向是下方的情况下，光源控制部22进行自步骤S19起的处理。

<步骤S17>

在光圈叶片12向上方旋转的情况下，光源控制部22算出图6B所示的重心角度θ与校正系数α的关系式即校正函数α。此外，校正函数α没必要每次计算，使用预先算出的校正函数α即可。

<步骤S18>

在光圈叶片12向上方旋转的情况下，光源控制部22通过将光圈叶片12的当前位置的重心角度θ代入校正函数α中，来算出校正系数α。

<步骤S19>

在光圈叶片12向下方旋转的情况下，光源控制部22算出图6C所示的重心角度θ与校正系数β的关系式即校正函数β。此外，校正函数β没必要每次计算，使用预先算出的校正函数β即可。

另外，校正函数α和校正函数β不限于图6B所示的曲线近似式，也可以是直线近似式或理论式等。或者，校正函数α和校正函数β也可以不是函数式，而是由恒定间隔的θ和校正系数构成的表形式等。

<步骤S20>

在光圈叶片12向下方旋转的情况下，光源控制部22通过将光圈叶片12的当前位置的重心角度θ代入校正函数β中，来算出校正系数β。

<步骤S21>

光源控制部22将在步骤S15中算出的驱动信号乘以校正系数α或校正系数β来校正驱动信号。

<步骤S22>

光源控制部22将校正后的驱动信号输出至驱动部26。驱动部26依照校正后的驱动信号来驱动光圈叶片12。

<步骤S23>

光源控制部22在动作完成指示之前，反复进行自步骤S11起的处理。

如上所述，本实施方式的光源装置6的光量调节部20由于具有光源控制部22，该光源控制部22利用根据光圈叶片12的位置和旋转方向进行了校正的驱动信号控制驱动部26，所以响应速度为高速，并且能够进行稳定的光量控制。另外，具有本实施方式的光源装置6的内窥镜装置1由于能够以高速进行稳定的光量控制，所以即使例如在将内窥镜2的插入部3插入的同时进行观察，监视器画面的明亮度也稳定。

<实施方式的变形例>

以下，参照附图说明本发明的实施方式的变形例的光源装置的光圈叶片。本变形例的光源装置的基本结构与实施方式的光源装置6大致相同，所以对相同的构成要素使用相同的标号并省略说明，以下只说明光圈叶片。

此外，以下所示的本变形例的光源装置的光圈叶片都与实施方式的光源装置6的光圈叶片12同样，以旋转轴为中心在铅直面内旋转驱动，并且具有重心相对于旋转轴偏心的形状。

例如图8A所示的光圈叶片212构成为前端部212A的切口部212a的相反侧特别大，以便在遮蔽光束10的情况(图8B)下，光束10不会从前端部212A的周围漏出。因此，特别地，光圈叶片212的重心30从旋转轴11大程度地偏心。

另外，图9A所示的光圈叶片312在前端部312A从上向下旋转时，光束10被遮断。即，与实施方式的光源装置6的光圈叶片12相比，光圈叶片的旋转方向与光束10的开闭方向相反。光圈叶片312由与实施方式的光源装置6相反地使用校正系数α和校正系数β而校正后的驱动信号驱动。

另外，图9B所示的光圈叶片412还是与实施方式的光源装置6的光圈叶片12相比，光圈叶片的旋转方向与光束的开闭方向相反，并且是前端部和支承部一体化的形状。

另外，对于图9C所示的光圈叶片512，两片光圈叶片512a和512b相互向相反的方向旋转来限制光束10。在这样的情况下，两片光圈叶片512a和512b由分别使用校正系数α和校正系数β中的某一方校正后的驱动信号驱动。

同样，对于图9D所示的光圈叶片612，两片光圈叶片612a和612b相互向相反的方向旋转来限制光束10。

具有如上所述的本变形例的光圈叶片312～612的光源装置都能够起到与本发明的实施方式的光源装置6同样的作用效果。另外，包括具有本变形例的光圈叶片312～612的光源装置的内窥镜装置也能够起到与具有本发明的实施方式的光源装置6的内窥镜装置1同样的作用效果。

本发明不限于上述的实施方式和变形例，能够在不改变本发明的主旨的范围内进行各种变更、改变等。

Claims (6)

1、一种光源装置，该光源装置具有光源以及使用光圈叶片来限制来自上述光源的光束的光量调节单元，

上述光量调节单元具有：

上述光圈叶片，其以旋转轴为中心在铅直面内旋转驱动，并且重心相对于上述旋转轴偏心；

位置检测单元，其检测上述光圈叶片的位置；

驱动单元，其驱动上述光圈叶片旋转；以及

控制单元，其控制上述驱动单元，

上述控制单元根据上述位置检测单元检测到的上述光圈叶片的位置和旋转方向来控制上述驱动单元。

2、根据权利要求1所述的光源装置，其中，

上述控制单元使用基于上述光圈叶片的自重的旋转方向分量的校正系数进行控制。

3、根据权利要求2所述的光源装置，其中，

上述校正系数是当前位置的上述光圈叶片的自重的旋转方向分量和目标位置的上述光圈叶片的自重的旋转方向分量的比。

4、一种内窥镜装置，其具有光源装置，该光源装置具有光源以及使用光圈叶片来限制来自上述光源的光束的光量调节单元，

上述光量调节单元具有：

上述光圈叶片，其以旋转轴为中心在铅直面内旋转驱动，并且重心相对于上述旋转轴偏心；

位置检测单元，其检测上述光圈叶片的位置；

驱动单元，其驱动上述光圈叶片旋转；以及

控制单元，其控制上述驱动单元，

上述控制单元根据上述位置检测单元检测到的上述光圈叶片的位置和旋转方向来控制上述驱动单元。

5、根据权利要求4所述的内窥镜装置，其中，

上述控制单元使用基于上述光圈叶片的自重的旋转方向分量的校正系数进行控制。

6、根据权利要求5所述的内窥镜装置，其中，

上述校正系数是当前位置的上述光圈叶片的自重的旋转方向分量和目标位置的上述光圈叶片的自重的旋转方向分量的比。

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