CN103153165B - 光源装置 - Google Patents

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Abstract

光源装置(3)具有：点亮时间测量部(步骤S3、S4、S6、S7)，其测量各LED的点亮时间；结温算定部(步骤S5、S8)，其算定各LED的结温；光量劣化特性存储部，其存储各LED的基于结温的光量劣化特性；光源驱动特性存储部，其存储驱动各LED的电力和光量的特性；劣化光量运算部(步骤S12、S14)，其根据测量出的点亮时间、算定的结温以及存储于光量劣化特性存储部的光量劣化特性对劣化光量进行运算；以及光源电力控制部(步骤S12、S14)，其根据由劣化光量运算部运算得出的劣化光量以及存储于光源驱动特性存储部的特性，对驱动光源的电力进行控制。

Description

光源装置
技术领域
本发明涉及一种光源装置，特别是涉及一种算定结温来对驱动光源的电力进行控制的光源装置。
背景技术
以往，开发了一种除了能够进行使用白色照明的普通观察(WLI)以外、还能够进行能够对生物体组织的粘膜表层附近进行观察的窄频带观察(NBI)等特殊光观察的光源装置。在该光源装置中，具备具有多个光学滤波器的转盘，将与观察模式相应的光学滤波器配置于氙气灯的光路，由此实现普通观察或者特殊光观察的模式切换。
另外，近年来，随着白色LED的大光量化，开发了也在内窥镜领域中使用LED的光源装置。另外，在内窥镜领域中，针对窄频带观察的需求也很大，因此设计出了能够使用白色LED和紫色LED进行窄频带观察的光源装置的结构。
图8是表示白色LED和紫色LED的光量劣化特性的图。如图8所示，白色LED和紫色LED的光量劣化特性不同，因此即使是相同的点亮时间，白色LED与紫色LED的光量也不同。因此，具备多种颜色的LED的光源装置需要进行对各LED的每个LED的光量进行校正的处理。
例如，在日本特开2000-29980号公报中，公开了一种自动地补偿LED的基于经年变化的劣化来延长产品寿命并能够长期维持足够的读取能力的光学读取装置。该光学读取装置通过估计LED的基于经年变化的亮度降低、即劣化来在3000小时和5000小时时执行劣化补偿处理。
然而，由于点亮时的结温等而LED的光量的劣化特性不同。因此，如上述光学读取装置那样，仅通过对LED的基于经年变化的劣化进行补偿处理，有可能无法准确地校正LED的光量。
因此，本发明的目的在于提供一种能够准确地校正LED的光量的光源装置。
发明内容
用于解决问题的方案
本发明的一个方式的光源装置包括具有光量随着点亮时间劣化的半导体元件的光源，该光源装置的特征在于，具备：点亮时间测量部，其测量上述光源的点亮时间；结温算定部，其算定上述光源的结温；光量劣化特性存储部，其存储上述光源的基于结温的光量劣化特性；光源驱动特性存储部，其存储用于驱动上述光源的电力和光量的特性；劣化光量运算部，其根据由上述点亮时间测量部测量出的点亮时间、由上述结温算定部算定的结温以及存储于上述光量劣化特性存储部的光量劣化特性，对劣化光量进行运算；以及光源电力控制部，其根据由上述劣化光量运算部运算得出的劣化光量以及存储于上述光源驱动特性存储部的特性，对用于驱动上述光源的电力进行控制。
附图说明
图1是表示具有本发明的一个实施方式所涉及的光源装置的内窥镜系统的结构的图。
图2是用于说明保存每个结温范围的各LED的点亮时间的存储器的地址映射的例子的图。
图3是用于说明劣化系数表的例子的图。
图4是用于说明劣化率的计算例的图。
图5A是表示驱动白色LED31的电流与光量的电流光量特性的图。
图5B是表示驱动紫色LED37的电流与光量的电流光量特性的图。
图6是表示对光源装置3的光源的劣化进行校正的处理的流程的例子的流程图。
图7是表示对光源装置3的颜色平衡进行校正的处理的流程的例子的流程图。
图8是表示白色LED和紫色LED的光量劣化特性的图。
具体实施方式
下面，参照附图详细说明本发明的实施方式。
首先，根据图1说明具有本发明的一个实施方式所涉及的光源装置的内窥镜系统的结构。
图1是表示具有本发明的一个实施方式所涉及的光源装置的内窥镜系统的结构的图。
如图1所示，内窥镜系统1构成为具有：内窥镜2，其对生物体内部的被摄体进行拍摄来输出摄像信号；光源装置3，其将用于照明被摄体的照明光提供给内窥镜2；视频处理器4，其将从内窥镜2输出的摄像信号转换为影像信号并进行输出；监视器5，其显示与从视频处理器4输出的影像信号相应的图像。
内窥镜2构成为具有：细长的插入部6，其能够插入到生物体内部；操作部7，其形成于插入部6的后端；通用线缆8，其从操作部7延伸出来；光源连接器9，其设置于通用线缆8的端部；电缆10，其从光源连接器9的侧部延伸出来；以及电连接器11，其设置于电缆10的端部。内窥镜2构成为能够通过设置于通用线缆8的端部的光源连接器9装卸于光源装置3，构成为能够通过设置于电缆10的端部的电连接器11装卸于视频处理器4。
在插入部6的前端部设置有照明观察对象的照明透镜12。在照明透镜12的后端面设置有引导照明光的光导件13的前端部。光导件13贯通插入部6、操作部7以及通用线缆8，经由光源连接器9与光源装置3相连接。通过这种结构，从光源装置3射出的照明光经由光导件13提供给照明透镜12，从而照明插入部6前方的被摄体。
另外，在插入部6的前端部与照明透镜12邻接地设置有形成所照明的被摄体的光学图像的物镜14。在物镜14的成像位置设置有CCD等摄像元件15。摄像元件15对所成像的光学图像进行光电转换来生成摄像信号。摄像元件15连接有信号线16。该信号线16经由电缆10和电连接器11与视频处理器4相连接。由此，通过摄像元件15生成的摄像信号经由信号线16提供给视频处理器4。
视频处理器4通过未图示的影像信号处理电路对从摄像元件15提供的摄像信号实施信号处理，生成影像信号。视频处理器4将该影像信号输出到监视器5，从而显示于监视器5的显示画面。
接着，说明光源装置3的详细结构。
光源装置3构成为具有：光学系统21、滤波器切换部22、LED驱动部23、具备存储器24a的控制部24、操作面板25以及通信线缆26。
光学系统21构成为具有：白色LED31、透镜32、移动马达33、光学滤波器34、温度传感器35、电压检测部36、紫色LED37、透镜38、分色镜39、透镜40、温度传感器41以及电压检测部42。
具有光量随着点亮时间劣化的半导体元件的光源即白色LED31射出包含使用于窄频带观察的540nm附近的第一波长带以及430nm～700nm中的除了第一波长带(540nm附近)以外的第二波长带的光。透镜32设置于白色LED31所射出的光的光路上，会聚从白色LED31射出的光。
移动马达33根据滤波器切换部22的控制，使光学滤波器34相对于白色LED31的光路在垂直方向上移动，使光学滤波器34进出于白色LED31的光路。根据观察模式进行该光学滤波器34的出入动作。在本实施方式中，观察模式具有普通观察模式和窄频带观察模式。
当用户操作操作面板25来选择观察模式时，观察模式信号从操作面板25提供给控制部24。此外，也可以通过设置于内窥镜2的操作部7的未图示的操作开关或者设置于视频处理器4的未图示的操作开关等来变更观察模式。
控制部24将与从操作面板25提供的观察模式信号相应的控制信号提供给滤波器切换部22。滤波器切换部22当接收来自控制部24的控制信号时，控制移动马达33，以使光学滤波器34相对于白色LED31的光路在垂直方向上移动从而位于与所选择的观察模式相应的位置。
在选择了普通观察模式的情况下，滤波器切换部22控制移动马达33，以使光学滤波器34不插入进白色LED31的光路。另外，在选择了窄频带观察模式的情况下，滤波器切换部22控制移动马达33，以使光学滤波器34插入进白色LED31的光路。
光学滤波器34在插入进白色LED31的光路时，从包含白色LED31的第一波长带和第二波长带的光透过使用于窄频带观察的540nm附近的第一波长带的光。
控制部24经由通信线缆26将观察模式的信息等发送至视频处理器4。
另外，控制部24根据观察模式、旋转位置、调光信息，将白色LED31和紫色LED37的点亮电流信号和点亮熄灭信号输出到LED驱动部23。
LED驱动部23根据从控制部24提供的点亮电流信号和点亮熄灭信号，驱动白色LED31和紫色LED37。具体地说，LED驱动部23在普通观察模式时点亮白色LED31，在窄频带观察模式时点亮白色LED31和紫色LED37。
具有光量随着点亮时间劣化的半导体元件的光源即紫色LED37射出与第一波长带和第二波长带不同的415nm附近的第三波长带的光。透镜38设置于紫色LED37所射出的光的光路上，会聚从紫色LED37射出的光。
分色镜39反射紫色LED37的415nm附近的波长(第三波长带)的光，透过第三波长带以外的波长带的光。分色镜39使从紫色LED37射出并被透镜38会聚的光反射，使紫色LED37的光路与从白色LED31射出的光的光路结合。
透镜40会聚来自分色镜39的光，并将该光提供给从光源连接器9突出的光导件13的入射端面。
接着，说明光源装置3的劣化校正处理。光源装置3的控制部24每当白色LED31的累计点亮时间为3000小时时执行该劣化校正处理。
安装有白色LED31的基板的基板温度从温度传感器35提供给控制部24。另外，白色LED31的电压值从电压检测部36提供给控制部24。
控制部24使用来自温度传感器35的白色LED31的基板温度、来自电压检测部36的白色LED31的电压值以及后述的式1来算定白色LED31的结温。
具体地说，如式1所示，通过将安装有白色LED31的基板的热电阻Rθj-ref乘以接入电力PDiss并将乘法运算结果加上基板温度Tref来算定白色LED31的结温Tj。此外，将接入到白色LED31的电流值乘以由电压检测部36检测出的电压值来算出接入电力PDiss。
结温Tj=热电阻Rθj-ref×接入电力PDiss+基板温度Tref…(式1)
同样地，安装有紫色LED37的基板的基板温度从温度传感器41提供给控制部24，紫色LED37的电压值从电压检测部42提供给控制部24。控制部24使用来自温度传感器41的紫色LED37的基板温度、来自电压检测部42的紫色LED37的电压值以及上述式1来算定紫色LED37的结温。
而且，控制部24分别测量白色LED31的点亮时间和紫色LED37的点亮时间，将按照每个算定的结温范围测量出的点亮时间保存到存储器24a。
图2是用于说明保存了每个结温范围的各LED的点亮时间的存储器的地址映射的例子的图。
如图2所示，例如，在相对地址“0”中保存结温80℃～90℃范围内的白色LED31的点亮时间，在相对地址“4”中保存结温90℃～100℃范围内的白色LED31的点亮时间。同样地，在相对地址“1C”中保存结温80℃～90℃范围内的紫色LED37的点亮时间，在相对地址“20”中保存结温90℃～100℃范围内的紫色LED37的点亮时间。
另外，在控制部24的存储器24a中存储有将针对各结温范围的劣化系数对应而成的劣化系数表。
图3是用于说明劣化系数表的例子的图。
在作为光量劣化特性存储部的劣化系数表中，按照每个结温范围使白色LED31的劣化系数与紫色LED37的劣化系数对应。例如，结温80℃～90℃范围内的白色LED31和紫色LED37的劣化系数分别为0.002(%/小时)和0.00133(%/小时)。
控制部24根据白色LED31和紫色LED37的使用时间、算定的结温以及存储于劣化系数表的作为光量劣化特性的劣化系数，分别算出白色LED31和紫色LED37的劣化率(劣化光量)。控制部24在算出白色LED31和紫色LED37的劣化率时，保存每个结温范围的白色LED31和紫色LED37的使用时间，在白色LED31的总使用时间为3000小时时，算出白色LED31和紫色LED37的劣化率。此外，控制部24也可以在每次对每个结温范围的白色LED31和紫色LED37的使用时间进行计数时算出白色LED31和紫色LED37的劣化率，将算出的劣化率更新和保存到存储器24a。
图4是用于说明劣化率的计算例的图。
在图4的劣化率的计算例中，示出白色LED31的总使用时间为3000小时时的白色LED31和紫色LED37的劣化率。
在图4的例子中，白色LED31在结温90℃～100℃范围使用500小时，在结温100℃～110℃范围使用2000小时，在结温110℃～120℃范围使用500小时。另外，紫色LED37在结温90℃～100℃范围使用200小时，在结温100℃～110℃范围使用500小时，在结温110℃～120℃范围使用300小时。
例如，将图3的结温90℃～100℃范围的白色LED31的劣化系数0.003乘以使用时间500小时，由此算出结温90℃～100℃范围的白色LED31的劣化率为1.5%。同样地，算出结温100℃～110℃范围的白色LED31的劣化率为8.34%，算出结温110℃～120℃范围的白色LED31的劣化率为2.75%。通过将这样算出的劣化率全部相加，来算出白色LED31使用3000小时时的劣化率为12.59%。同样地，算出紫色LED37使用1000小时时的劣化率为2.58%。
图5是用于说明驱动各LED的电流与光量的电流光量特性的图。
图5A示出驱动白色LED31的电流与光量的电流光量特性，图5B示出驱动紫色LED37的电流与光量的电流光量特性。如图5A和图5B所示的作为光源驱动特性存储部的电流光量特性存储到控制部24的存储器24a。如图5A所示，将电流I1作为初始值施加于白色LED31，使得光量为100%。同样地，将电流I3作为初始值施加于紫色LED37，使得光量为100%。
控制部24根据上述那样算出的劣化率以及图5A和图5B示出的电流光量特性，对驱动白色LED31和紫色LED37的电流进行控制。
具体地说，控制部24根据(100%-劣化率)的逆数来算出校正处理时的光量的提高量。如上所述，在算出白色LED31的劣化率为12.59%的情况下，控制部24进行将用于驱动白色LED31的电流从电流I1变更为电流I2的控制，使得白色LED31的光量为114.40%((100%-12.59%)的逆数)。即，控制部24将点亮电流信号输出到LED驱动部23，该点亮电流信号用于将驱动白色LED31的电流从电流I1变更为电流I2。由此，由于白色LED31的劣化率为12.59%，因此从白色LED31射出100%的光量的光。
同样地，进行将用于驱动紫色LED37的电流从电流I3变更为电流I4的控制，使得紫色LED37的光量为102.65%((100%-2.58%)的逆数)。由此，由于紫色LED37的劣化率为2.58%，因此从紫色LED37射出100%的光量的光。
如上所述，控制部24每当白色LED31的总使用时间经过3000小时时进行将白色LED31和紫色LED37的光量校正为100%的劣化校正处理。
接着，说明具有这种结构的光源装置3的动作。
图6是表示对光源装置3的光源的劣化进行校正的处理的流程的例子的流程图。由控制部24执行该图6的处理。
首先，判断白色LED31是否点亮(步骤S1)。在本实施方式中，在普通观察模式和窄频带观察模式中均点亮白色LED31，因此在步骤S1的处理中，判断白色LED31是否点亮即可。在判断为白色LED31没有点亮的情况下，为“否”，返回到步骤S1来反复进行同样的处理。另一方面，在判断为白色LED31点亮的情况下，为“是”，判断是否为普通观察模式(步骤S2)。
在判断为普通观察模式的情况下，为“是”，对白色LED31的使用时间进行计数(步骤S3)，判断是否经过1秒钟(步骤S4)。在判断为没有经过1秒钟的情况下，为“否”，返回到步骤S1来反复进行同样的处理。在判断为经过了1秒钟的情况下，算定白色LED31的结温(步骤S5)。
另一方面，在步骤S2中判断为并非普通观察模式、即判断为窄频带观察模式的情况下，为“否”，对白色LED31和紫色LED37的使用时间进行计数(步骤S6)，判断是否经过1秒钟(步骤S7)。在判断为没有经过1秒钟的情况下，为“否”，返回到步骤S1来反复进行同样的处理。在判断为经过了1秒钟的情况下，算定白色LED31和紫色LED37的结温(步骤S8)。步骤S3和S4以及步骤S6和S7构成对白色LED31和紫色LED37的点亮时间进行测量的点亮时间测量部。另外，步骤S5和步骤S8构成算定白色LED31和紫色LED37的结温的结温算定部。
当执行步骤S5或者步骤S8的处理时，按照每个结温范围将使用时间写入存储器24a(步骤S9)，判断白色LED31的总使用时间是否经过了3000小时(步骤S10)。在判断为白色LED31的总使用时间没有经过3000小时的情况下，为“否”，返回到步骤S1来反复进行同样的处理。另一方面，在判断为白色LED31的总使用时间经过了3000小时的情况下，为“是”，判断劣化校正处理的执行是否结束(步骤S11)。在判断为劣化校正处理的执行没有结束的情况下，为“否”，执行劣化校正处理(步骤S11)，返回到步骤S1来反复进行同样的处理。
另一方面，在判断为劣化校正处理的执行结束的情况下，为“是”，判断白色LED31的总使用时间是否经过6000小时(步骤S13)。在判断为白色LED31的总使用时间没有经过6000小时的情况下，为“否”，返回到步骤S1来反复进行同样的处理。另一方面，在判断为白色LED31的总使用时间经过了6000小时的情况下，为“是”，执行劣化校正处理(第二次)(步骤S14)，结束处理。
如上所述，步骤S12的劣化校正处理和步骤S14的劣化校正处理(第二次)构成劣化光量运算部和光源电力控制部，其中，该劣化光量运算部根据白色LED31和紫色LED37的每个结温范围的使用时间和图3的光量劣化特性来分别算出劣化率(劣化光量)，该光源电力控制部根据算出的劣化率和图5的电流光量特性来分别对用于驱动白色LED31和紫色LED37的电流进行控制(校正)。
如上所述，光源装置3根据按照每个结温范围测量出的白色LED31和紫色LED37的使用时间以及白色LED31和紫色LED37的劣化系数来算出白色LED31和紫色LED37的劣化率。而且，光源装置3根据算出的白色LED31和紫色LED37的劣化率以及白色LED31和紫色LED37的电流光量特性来分别对用于驱动白色LED31和紫色LED37的电流进行控制。其结果，能够根据按照每个结温范围算出的准确的劣化率，来分别对用于驱动白色LED31和紫色LED37的电流进行校正。
于是，根据本实施方式的光源装置，能够准确地校正LED的光量。
(变形例)
具备多种颜色、在此白色LED31和紫色LED37的光源装置3因结温范围等而白色LED31和紫色LED37的劣化率不同。因此，如图8所示，即使是相同的点亮时间，白色LED31的光量与紫色LED37的光量的劣化特性也不同。另外，光源装置3在普通观察模式时仅点亮白色LED31，在窄频带观察模式时点亮白色LED31和紫色LED37。这样，光源装置3根据观察模式而白色LED31与紫色LED37的点亮时间不同。因此，当长时间使用光源装置3时，无法使白色LED31与紫色LED37的颜色平衡保持为固定。
在白色LED31与紫色LED37的劣化率之差为5%以上的情况下，本变形例的光源装置3执行用于使颜色平衡保持为固定的劣化校正处理。光源装置3的控制部24在该用于使颜色平衡保持为固定的劣化校正处理中，将白色LED31的劣化率校正成与紫色LED37的劣化率一致。在本变形例的劣化校正处理中，分别算出白色LED31和紫色LED37的劣化率(劣化光量)，根据算出的劣化率和图5的劣化光量特性，执行对用于驱动白色LED31的电流进行校正的处理，使得白色LED31的劣化率与紫色LED37的劣化率相同。
例如，在白色LED31使用了3000小时时的白色LED31的劣化率为10%且紫色LED37的劣化率为3%的情况下，控制部24对用于驱动白色LED31的电流进行校正，以使白色LED31的劣化率为3%。此外，劣化校正处理中，将白色LED31的劣化率校正成与紫色LED37的劣化率一致，但是也可以将紫色LED37的劣化率校正成与白色LED31的劣化率一致。
图7是表示对光源装置3的颜色平衡进行校正的处理的流程的例子的流程图。此外，在图6中，对与图7相同的处理附加相同的附图标记而省略说明。
当在步骤S11中判断为劣化校正处理的执行没有结束时，判断白色LED31与紫色LED37的劣化率之差是否在5%以上(步骤S21)。在判断为白色LED31与紫色LED37的劣化率之差不在5%以上的情况下，为“否”，返回到步骤S1来反复进行同样的处理。另一方面，在判断为白色LED31与紫色LED37的劣化率之差在5%以上的情况下，为“是”，在步骤S12中执行劣化校正处理，处理返回到步骤S1。
另外，在步骤S11中判断为劣化校正处理的执行结束，在步骤S13中判断为白色LED31的总使用时间经过了6000小时的情况下，判断白色LED31与紫色LED37的劣化率之差是否在5%以上(步骤S22)。在判断为白色LED31与紫色LED37的劣化率之差不在5%以上的情况下，为“否”，返回到步骤S1来反复进行同样的处理。另一方面，在判断为白色LED31与紫色LED37的劣化率之差在5%以上的情况下，为“是”，在步骤S14中执行劣化校正处理(第二次)，处理返回到步骤S1。
此外，在步骤S12的劣化校正处理和步骤S14的劣化校正处理(第二次)中，如上所述，分别算出白色LED31和紫色LED37的劣化率(劣化光量)，根据算出的劣化率和图5的电流光量特性执行如下处理：对用于驱动白色LED31或者紫色LED37的电流进行校正，使其与任意一个LED的劣化率相同。
以往，在保持具备多种颜色的LED的光源装置的颜色平衡的情况下，反馈射出的光，用光传感器检测反馈的返回光的光量。而且，根据由光传感器检测出的光量对用于驱动多种颜色的LED中的各LED的电流进行控制，从而达到颜色平衡。在这种以往的光源装置中，需要设置光源装置内的光传感器，成本增加。
与此相对地，变形例的光源装置3根据算出的劣化率和图5的劣化光量特性来对用于驱动白色LED31或者紫色LED37的电流进行校正使其与任意一个LED的劣化率相同。其结果，变形例的光源装置3不设置光传感器就能够良好地保持颜色平衡，因此能够降低成本。
此外，关于本说明书中的流程图中的各步骤，只要不与其性质相逆，也可以变更执行顺序，同时执行多个，或者每次执行时以不同的顺序执行。
本发明并不限于上述实施方式，能够在不改变本发明的宗旨的范围内进行各种变更、变形等。
本申请是以2011年5月26日在日本申请的特愿2011-118198号公报为要求优先权的基础而申请的，上述公开内容被引用到本申请的说明书、权利要求书、附图中。

Claims (2)

1.一种光源装置，包括具有光量随着点亮时间劣化的半导体元件的多个光源，该光源装置的特征在于，具备：
点亮时间测量部，其测量上述多个光源各自的点亮时间；
结温算定部，其算定上述多个光源各自的结温；
光量劣化特性存储部，其存储上述多个光源各自的基于结温的光量劣化特性；
光源驱动特性存储部，其存储用于驱动上述多个光源中的各个光源的电力和光量的特性；
劣化光量运算部，其根据由上述点亮时间测量部测量出的上述多个光源各自的点亮时间、由上述结温算定部算定的上述多个光源各自的结温以及存储于上述光量劣化特性存储部的上述多个光源各自的光量劣化特性，对上述多个光源各自的劣化光量进行运算；以及
光源电力控制部，其根据由上述劣化光量运算部运算得出的上述多个光源各自的劣化光量以及存储于上述光源驱动特性存储部的上述多个光源各自的特性，对用于驱动上述多个光源的电力进行控制，以使上述多个光源的颜色平衡保持固定。
2.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，
上述光源电力控制部根据由上述劣化光量运算部运算得出的上述多个光源各自的劣化光量以及存储于上述光源驱动特性存储部的上述多个光源各自的特性，对用于驱动上述多个光源的电力进行控制，通过使上述多个光源各自的劣化光量一致，来使得上述多个光源的颜色平衡保持固定。
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