CN102007339A - 照明装置以及照明摄像装置 - Google Patents

Abstract

能够在不破坏颜色平衡的情况下与摄像曝光期间相应地控制照明期间，并照射指向性高且明亮的照明光。提供一种照明装置(3)，该照明装置(3)具有：光源(9)，其包括排列为圆环状并朝向半径方向内侧射出光的多个发光元件(13)；导光部件(10)，其具有入射端和射出端，将从入射端入射的光引导至射出端，入射端与该光源(9)的半径方向内侧相对，射出端配置在圆环的中心轴上；以及旋转部，其使该导光部件(10)绕圆环的中心轴旋转，光源构成为在周向上排列有多个单位光源块(P)，单位光源块(P)是在周向上排列发出不同颜色的光的多种发光元件(13)而成的。

Description

照明装置以及照明摄像装置

技术领域

本发明涉及照明装置以及照明摄像装置。

背景技术

以往，作为大画面液晶监视器和投影仪等显示装置的照明装置，公知有以下方式的照明装置：依次以大电流对排列成圆环状的多个LED光源进行脉冲点亮，并且通过高速旋转的导光部摄入其发出的光并使该光从旋转中心射出(例如，参照专利文献1。)。

在该照明装置中，由于通过使所发出的光在液晶或DMD(DigitalMicromirror Device：数字微镜器件)这样的显示装置上进行透射或反射来重叠影像信息，因而难以高速地进行影像信息切换，所以将相同颜色的LED光源集中而相邻配置，并依次投影R(红色)、G(绿色)、B(蓝色)的影像。

专利文献1：日本特开2004-199024号公报

但是，在将该照明装置用作伴有摄像的装置，例如用于内窥镜等的照明装置时，存在以下的不利情况。

也就是说，通常，在伴有摄像的情况下需要调光，遮光控制和光量控制都使摄像曝光期间为最大来进行控制。因此，在照明光量较少即可的摄影的情况下，SN比变小噪声显著，从而使图像品质劣化。

此外，在摄像装置侧调节曝光量的电子快门方式中，虽然可以提高SN比来得到高品质的图像，但是在应用上述照明装置的情况下，与摄像装置的电子快门相应地进行点亮控制时，存在以下的不利情况：照明光的颜色偏向某一个颜色，从而颜色平衡恶化。

发明内容

本发明正是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种能够在不破坏颜色平衡的情况下与摄像曝光期间相应地控制照明期间，并能够照射指向性高且明亮的照明光的照明装置，以及使用这种照明装置而能够不破坏颜色平衡地得到高品质图像的照明摄像装置。

为了达到上述目的，本发明提供以下手段。

本发明的第一方式为一种照明装置，其中，该照明装置具有：光源，其包括排列为圆环状并朝向半径方向内侧射出光的多个发光元件；导光部件，其具有入射端和射出端，将从所述入射端入射的光引导至所述射出端，所述入射端与该光源的半径方向内侧相对，所述射出端配置在所述圆环的中心轴上；以及旋转部，其使该导光部件绕所述圆环的中心轴旋转，所述光源构成为在周向上排列有多个单位光源块，所述单位光源块是在周向上排列发出不同颜色的光的多种所述发光元件而成的。

根据上述方式，从发光元件产生的光从与其半径方向内侧相对的入射端入射到导光部件内，在导光部件内被引导而从中心轴上的射出端射出。通过旋转部的动作使导光部件旋转，依次切换产生入射到导光部件内的光的发光元件，并按照与该切换同步的定时，以大电流对发光元件进行脉冲点亮，由此，与以额定电流进行驱动的情况相比，能够得到更明亮的照明，而且不降低发光元件的寿命。

此时，光源构成为在周向上排列多个单位光源块，所述单位光源块是在周向上排列发出不同颜色的光的多种发光元件而成的，因此通过以该单位光源块为单位进行点亮控制，能够不破坏颜色平衡地调节发光量。

在上述方式中，优选构成所述全部单位光源块的多种所述发光元件在周向上以相同的排列顺序进行排列。

由此，不论从哪一个发光元件开始构成单位光源块都能够不破坏颜色平衡地调节发光量。其结果，能够更灵活地进行曝光调节。

此外，本发明的第二方式为一种照明摄像装置，其具有：上述任意一个照明装置；摄像元件，其对该照明装置发出的光中的从被摄体返回的返回光进行拍摄；以及控制部，其以所述照明装置的单位光源块为单位对该摄像元件的曝光期间进行控制。

根据上述方式，通过控制摄像元件的曝光期间，能够防止发光元件熄灭时的曝光，能够提高SN比，并取得高品质的图像。此时，控制部以单位光源块为单位对摄像元件的曝光期间进行控制，从而能够不破坏颜色平衡地对曝光进行调节。

在上述方式中，优选所述摄像元件的摄影周期与所述旋转部实现的导光部件的旋转周期不同。

由此，能够防止以下的不利情况的发生：在调节发光量时发光元件的点亮频率发生偏差，特定的发光元件提前劣化。

根据本发明的照明装置，能够起到以下效果：在不破坏颜色平衡的情况下与摄像曝光期间相应地控制照明期间，能够照射指向性高且明亮的照明光。此外，根据本发明的照明摄像装置，能够起到以下效果：使用上述照明装置能够不破坏颜色平衡地得到高品质的图像。

附图说明

图1是示出本发明的一个实施方式的照明摄像装置的总体结构图。

图2是部分省略地示出图1的照明摄像装置所具备的本实施方式的照明装置的主视图。

图3是图2的照明装置的X-X剖视图。

图4是示出构成图2的照明装置的光源单元的图。

图5A是说明图2的照明装置中的各光源单元的点亮动作的图，是说明相邻光源单元的位置关系的图。

图5B是说明图2的照明装置中的各光源单元的点亮动作的图，是说明来自各光源单元的光的利用效率的图。

图6是说明图1的照明摄像装置的动作的时序图。

图7是示出图1的照明摄像装置的摄像元件的平均输出与摄像曝光期间之间的关系的曲线图。

图8是部分省略地示出图2的照明装置的变形例的主视图。

图9是说明图1的照明摄像装置的变形例中的动作的时序图。

图10是示出图2的照明装置的另一照明模式的时序图。

图11是示出图4的光源单元的变形例的图。

符号说明：

A：相对内壁(被摄体)；P：单位光源块；1：照明摄像装置；3：照明装置；4b：摄像元件；5：控制部；9：光源；10：导光部件；11：旋转部；13：发光元件；16a：入射端；17a：射出端。

具体实施方式

以下，参照图1至图7对本发明的一个实施方式的照明装置和照明摄像装置进行说明。

本实施方式的照明摄像装置1为例如内窥镜装置，如图1所示，具有：插入部2，其被插入到体腔内；照明装置3，其产生从该插入部2的前端朝向体腔内壁A射出的照明光；摄像装置4，其拍摄体腔内壁A的反射光、荧光等返回光；控制装置5，其对上述部件进行控制；以及显示监视器6，其显示所取得的影像。

在插入部2中，在其长度方向的整个长度范围内具有引导来自照明装置3的照明光的光导2a，并且在其前端部配置有摄像装置4。

摄像装置4具有：摄像镜头4a，其对来自体腔内壁A的返回光进行会聚；以及如CCD那样的摄像元件4b，其拍摄由该摄像镜头4a会聚的返回光。通过摄像元件4b取得的影像信号在插入部2内通过布线7被从前端侧向基端侧传送，被送至控制装置5。

如图2和图3所示，本实施方式的照明装置3具有：光源9，其由周向排列的多个光源单元8形成为圆环状，向半径方向内侧射出照明光；导光部件10，其配置在该圆环状的光源9的半径方向内侧并在半径方向上朝向光源9的中心延伸；以及旋转部11，其使该导光部件10绕光源的中心轴旋转。此外，入射端16a将处于与B的发光元件13(Bn)相对的位置时的导光部件10作为基准位置，将从该基准位置开始的导光部件10的旋转角表示为θ。

如图4所示，光源单元8具有：基板12；如LED那样的发光元件13，其被固定在该基板12上并产生照明光；锥形杆14，其针对在该发光元件13中产生的照明光，提高其指向性并且进行引导；以及反射部件15，其对发光元件13向周边方向射出的照明光进行反射而使其入射到锥形杆14内。各光源单元8通过朝向半径方向配置锥形杆14并朝向半径方向内侧配置其射出端14a，能够将在该发光元件13中产生的照明光朝向半径方向内侧射出。

如图3所示，导光部件10由平行杆16和三角棱镜17构成，平行杆16在一端具有入射端16a，入射端16a具有与锥形杆14的射出端14a大致相同的面积，三角棱镜17与该平行杆16的另一端接合。三角棱镜17配置在圆环状的光源9的中心轴上，其射出端17a朝向沿着中心轴的方向配置。

由此，导光部件10在使入射端16a与锥形杆14的射出端14a的半径方向内侧相对的状态下，从入射端16a入射从锥形杆14的射出端14a射出的照明光并将该照明光引导至半径方向内侧，通过三角棱镜17将其引导方向偏转90°，由此使照明光沿着光源9的中心轴射出。

旋转部11具有：圆板状的支撑部件18，其支撑导光部件10；电动机19，其使该支撑部件18绕中心轴旋转；以及旋转位置传感器20，其对导光部件10的旋转位置进行检测。

更具体而言，如图5A所示，将相邻的光源单元8之间的相对角度设为Δθ，在将中央特定的光源单元8A作为基准的±Δθ的范围内进行说明。在图5B中如符号B所示，该特定的光源单元8A在±Δθ的范围内，进行脉冲状点亮。此时，从该特定的光源单元8A入射到导光部件10的照明光的光量在图5B中如三角形的区域C所示那样变化。

即，从导光部件10的入射端16a与相邻的光源单元8B的锥形杆14的射出端14a正面相对的状态开始随着导光部件10的旋转，照明光的光量逐渐增加，在与该光源单元8A的锥形杆14的射出端14a正面相对的位置上变为最大，之后，随着导光部件10的旋转逐渐减少。该情况针对所有的光源单元8都成立，因此各光源单元8中的照明光的利用效率η＝Le/L。

在本实施方式的照明装置3中，将在周向上排列了分别具有产生不同颜色的光的多种发光元件13的多个光源单元8的块设为单位光源块P，并通过在周向上排列多个该单位光源块P来构成。

例如，在图2所示的例子中，单位光源块P由3个光源单元8构成，该3个光源单元8分别具有1个发出R(红色)、G(绿色)、B(蓝色)照明光的发光元件13(Rx(x＝1、2、…、n)、Gx、Bx)。此外，在周向上排列多组该单位光源块P。将全部的单位光源块P内的发光元件13沿顺时针方向以R、G、B的顺序进行排列。

如图1所示，控制装置5具有：旋转驱动控制部21，其控制照明装置3中的导光部件10的旋转；光源控制部22，其控制照明装置3中的发光元件13的发光定时；摄像元件控制部23，其依照该光源控制部22确定的发光定时控制摄像元件4b的曝光期间；影像信号处理部24，其对通过摄像元件4b取得的影像信号进行处理；显示信号处理部25，其将通过该影像信号处理部24处理后的影像处理为显示用；以及系统控制部26，其依照通过影像信号处理部24提取的图像的亮度计算曝光量，并将指令信号输出到旋转驱动控制部21和光源控制部22。

系统控制部26在判断为从影像信号处理部24送出的影像较暗、曝光量不足时，针对光源控制部22输出指令，以使点亮的单位光源块P的数量增大。另一方面，系统控制部26在判断为从影像信号处理部24送出的影像明亮、曝光量过多时，针对光源控制部22输出指令，以使点亮的单位光源块P的数量减少。在图6的左半部分所示的例子中，使3个单位光源块P点亮，在右半部分所示的例子中，使1个单位光源块P点亮。

此外，摄像元件控制部23接收光源控制部22确定的发光定时，在图6的左侧情况下将3个单位光源块P的从点亮开始到熄灭的期间设定为摄像元件4b的曝光期间，在右侧情况下将1个单位光源块P的从点亮开始到熄灭的期间设定为摄像元件4b的曝光期间。此外，将1帧中的剩余期间设定为从摄像元件4b读出数据的期间。其结果，摄像元件4b的输出平均和曝光期间依照图7所示的关系阶段性变化。

以下说明这样构成的本实施方式的照明摄像装置1的作用。

在使用本实施方式的照明摄像装置1进行摄影时，将插入部2插入体腔内使插入部2的前端与要观察的患部附近的体腔内壁A相对。

在该状态下，旋转驱动控制部21根据来自系统控制部26的指令信号，使电动机19动作从而使导光部件10旋转，并依照光源控制部22指示的发光定时，对发光元件13进行脉冲点亮。

从发光元件13发出的照明光从与其半径方向内侧相对的入射端16a入射到导光部件10内，在导光部件10内被引导并从中心轴上的射出端17a射出。通过电动机19的动作使导光部件10旋转，依次切换产生入射到导光部件10内的照明光的发光元件13，并按照与该切换同步的定时，以大电流对发光元件13进行脉冲点亮，由此与以额定电流进行驱动的情况相比，能够得到更明亮的照明，而且不降低发光元件13的寿命。

此外，在本实施方式中，光源控制部22以单位光源块P为单位对发光元件13进行点亮控制。例如，在最初设定的光量为最低光量的情况下，光源控制部22仅使一个单位光源块P点亮。即，在导光部件10的一次旋转期间，仅点亮一个R、G、B的发光元件13而熄灭其它发光元件13，由此产生最低光量的照明光。

此外，摄像元件控制部23接收光源控制部22确定的发光定时，将构成一个单位光源块P的3个发光元件13点亮的期间设定为曝光期间，通过摄像元件4b取得影像。而且，将所取得影像信号发送给系统控制部26并判定其曝光量，在曝光量不足时，增大点亮的单位光源块P的数量，在曝光量过多时，减少点亮的单位光源块P的数量。

此时，根据本实施方式的照明摄像装置1，以相邻的R、G、B三个发光元件13构成的单位光源块P为单位控制照明装置3中的发光元件13的点亮，因此能够调节其发光量而不破坏所照射的照明光中的颜色平衡。

在本实施方式中，所有单位光源块P中的发光元件13的排列顺序相同，因此无论从R、G、B中哪一个发光元件13开始点亮，都能从该位置起构成单位光源块P，并以单位光源块P为单位进行点亮控制。由此，能够更精细地调节摄像元件4b的曝光期间。

根据本实施方式的照明摄像装置1，与照明装置3的发光元件13的发光定时同步调节摄像元件4b的曝光期间，因此具有以下优点：抑制在发光元件13不发光的状态下由于摄像元件4b被曝光而导致的噪声增大，能够得到高SN比的高品质影像。

此外，在本实施方式的照明摄像装置1中，设为按照相同的顺序排列了所有的单位光源块P的R、G、B三个发光元件13，但是也可以取而代之按照不同的顺序进行排列。此时也能够以单位光源块P为单位进行发光元件的点亮控制，从而不破坏颜色平衡地进行光量调整。

利用具有R、G、B三种发光元件13的3个光源单元8构成了单位光源块P，但是，如图8所示，也可以替换为改变颜色构成。在图8所示的例子中，利用具有2个R，1个G、B的发光元件的4个光源单元8构成单位光源块P。也可以不限于此而采用具有其它任意颜色构成的单位光源块P。

此时，如果也在所有的单位光源块P中将发光元件13的排列顺序设为相同，则不论从哪一个发光元件13开始点亮，都能从该位置起构成单位光源块P来以单位光源块P为单位进行点亮控制。

在本实施方式中，例示了使电动机19实现的导光部件10的1次旋转与影像的1帧(摄像周期)一致的情况，但是也可以如图9所示，使导光部件10的旋转周期与摄像周期不同。在图9所示的例子中，将导光部件10的旋转周期设定为比摄像周期长一些。

由此，即使例如通过从摄像周期的开始期间开始调节点亮的发光元件13的数量来调节发光量，也能够防止发光元件13的点亮频率发生偏差的不利情况。其结果，能够使所有的发光元件13均等点亮，从而不会仅使特定的发光元件13的寿命降低。

通过利用同样的技术，设为所有的发光元件13发出单一颜色(例如白色)的照明光的结构，并将摄像周期和旋转周期错开，也能够防止特定的发光元件13的寿命降低。

在本实施方式的照明装置3和照明摄像装置1中，说明了依照光源单元8的排列顺序对发光元件13进行点亮的情况，但是，也可以如图10所示，将其替换为按照照明光的每个颜色集中R、G、B三种发光元件13来进行点亮。在图10所示的例子中，最初仅使R的发光元件13(Rx)点亮，接着仅使G的发光元件13(Gx)点亮，最后仅使B的发光元件13(Bx)点亮。此时，能够通过调节各种发光元件13的点亮个数，使各个颜色的曝光期间变化。

关于照明方法，可以考虑各种发光元件13的发光量或摄像元件4b的摄像感光度，以所拍摄的影像信号成为所期望的影像信号的方式自由选择。

在图10所示的例子中，以将1帧的摄像期间分配为导光部件10的两次旋转的方式进行了设定，但是不限于此，可以任意设定。

此外，在内窥镜装置的情况下，有时根据要观察的部位来更换插入部(内窥镜头)2，但是，此时，在需要根据插入部2所具备的摄像元件4b来变更摄影条件的情况下等，能够容易地变更摄像期间和读出期间。

在本实施方式中，例示并说明了光源单元8具有发出特定颜色的照明光的发光元件13的情况，但是如图11所示，作为替换，也可以采用将发出同一波段的激励光(例如，紫外光)的发光元件与由该激励光激励而产生荧光的荧光体27组合而成的发光元件，作为发光元件13。此时，通过按照每个光源单元8使荧光体27不同，可以使发出的照明光的颜色不同。

Claims (4)

1.一种照明装置，其具有：

光源，其包括排列为圆环状并朝向半径方向内侧射出光的多个发光元件；

导光部件，其具有入射端和射出端，将从所述入射端入射的光引导至所述射出端，所述入射端与该光源的半径方向内侧相对，所述射出端配置在所述圆环的中心轴上；以及

旋转部，其使该导光部件绕所述圆环的中心轴旋转，

所述光源构成为在周向上排列有多个单位光源块，所述单位光源块是在周向上排列发出不同颜色的光的多种所述发光元件而成的。

2.根据权利要求1所述的照明装置，其中，构成所述全部单位光源块的多种所述发光元件在周向上按照相同的排列顺序进行排列。

3.一种照明摄像装置，其具有：

权利要求1或权利要求2所述的照明装置；

摄像元件，其对该照明装置发出的光中的从被摄体返回的返回光进行拍摄；以及

控制部，其以所述照明装置的单位光源块为单位对该摄像元件的曝光期间进行控制。

4.根据权利要求3所述的照明摄像装置，其中，所述摄像元件的摄影周期与所述旋转部实现的导光部件的旋转周期不同。

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