CN106455960A - 光源装置和光源装置的控制方法 - Google Patents

Abstract

光源装置(100)具有：半导体光源(131、132、133)、光源控制部(114)、光传感器(141、142、143)、传感器控制部(112)和强度调整部(115)。光源控制部(114)通过脉冲宽度调制来控制从所述半导体光源射出的光的每场的光量。光传感器(141、142、143)通过接收从所述半导体光源射出的光而取得受光量。传感器控制部(112)使所述光传感器在比所述脉冲宽度调制中的最小脉冲宽度短的曝光期间内进行检测，取得由所述光传感器取得的所述受光量。强度调整部(115)根据所述受光量，调整所述半导体光源的发光强度。

Description

光源装置和光源装置的控制方法

技术领域

本发明涉及光源装置和光源装置的控制方法。

背景技术

例如在国际公开第2013/150897号中公开了用于内窥镜的照明的光源装置。在该光源装置中，作为光源而使用了红色LED、绿色LED和蓝色LED。该光源装置将由这些LED射出的光进行合波并射出白色光作为照明光。在光源装置中设有光传感器，该光传感器检测由各个LED射出的光的量。光源装置根据由光传感器检测出的光量，调节各个LED的发光强度，将照明光的颜色调整为适当的白色。但是，在国际公开第2013/150897号中未具体公开如何检测各个LED的光量。

例如在内窥镜系统中，在照明光的最大光量和最小光量中具有几千倍的宽度。此外，例如为了调整颜色平衡，需要以百分之几的电平调整各个颜色的光量。因此，作为光传感器的检测范围，在最大值和最小值中需要几万倍以上的较大范围。但是，普通的光传感器不具有如此大的检测范围。

发明内容

本发明的目的在于提供在最大光量和最小光量中具有较大的宽度并能够高精度地进行光量调整的光源装置和光源装置的控制方法。

根据本发明的一个方式，光源装置具有：半导体光源；光源控制部，其通过脉冲宽度调制来控制从所述半导体光源射出的光的每场的光量；光传感器，其通过接收从所述半导体光源射出的光而取得受光量；传感器控制部，其使所述光传感器在比所述脉冲宽度调制中的最小脉冲宽度短的曝光期间内进行检测，取得由所述光传感器取得的所述受光量；以及强度调整部，其根据所述受光量调整所述半导体光源的发光强度。

根据本发明的一个方式，光源装置的控制方法具有以下步骤：通过脉冲宽度调制来控制从半导体光源射出的光的每场的光量；使光传感器在比所述脉冲宽度调制中的最小脉冲宽度短的曝光期间内检测从所述半导体光源射出的光，从所述光传感器取得受光量；以及根据所述受光量调整所述半导体光源的发光强度。

根据本发明，能够提供在最大光量和最小光量中具有较大的宽度并能够高精度地进行光量调整的光源装置和光源装置的控制方法。

附图说明

图1是示出本发明的一个实施方式的内窥镜系统的结构例的概略的框图。

图2是示出一个实施方式的光源装置的动作的一例的时序图。

图3是示出变形例的光源装置的动作的一例的时序图。

图4是示出变形例的内窥镜系统的结构例的概略的框图。

具体实施方式

参照附图对本发明的一个实施方式进行说明。如图1所示，本实施方式的内窥镜系统10具有：用于射出照明光的光源装置100、内窥镜200、视频处理器320和监视器340。

内窥镜200是具有呈细长的形状的插入部202的普通内窥镜。内窥镜200具有：光导210、透镜220和摄像元件230。光导210沿着内窥镜200的插入部202，将从光源装置100射出的光引导至插入部202的前端部。透镜220设置于插入部202的前端部。从透镜220射出由光导210引导的光，作为照明光。摄像元件230设置于插入部202的前端部。摄像元件230是例如CCD图像传感器或CMOS图像传感器这样的元件。摄像元件230拍摄被从透镜220射出的光照射的区域，生成图像信号。

光源装置100是作为内窥镜200的照明光的光源发挥作用的装置。在本实施方式中，作为光源，使用了发光二极管(Light Emitting Diode；LED)。光源不限于LED，可以是半导体激光器等，也能够使用各种半导体光源。光源装置100具有：控制部110和LED驱动部120。

此外，作为光源装置100的光源而具有：发出红色光(R)的第1LED131、发出绿色光(G)的第2LED132、和发出蓝色光(B)的第3LED133。此外，光源装置100具有光学系统150。光学系统150包含：第1准直透镜151，其使从第1LED131射出的光为平行光；第2准直透镜152，其使从第2LED132射出的光为平行光；第3准直透镜153，其使从第3LED133射出的光为平行光；以及分色滤光片或反射镜等，用于将从这些聚光透镜射出的光进行合波并引导至光导连接器。这样，在光源装置100中设有波长相互不同的多个光源。以下，根据需要，汇总第1LED131、第2LED132和第3LED133而简单记作LED。

此外，光源装置100具有：第1光传感器141，其检测从第1LED131射出的红色光的强度；第2光传感器142，其检测从第2LED132射出的绿色光的强度；以及第3光传感器143，其检测从第3LED133射出的蓝色光的强度。这样，在光源装置100中设有多个传感器，该多个传感器按照每个波长取得受光量。以下，根据需要，汇总第1光传感器141、第2光传感器142和第3光传感器143而记作光传感器。

LED驱动部120分别驱动第1LED131、第2LED132和第3LED133。

控制部110包含例如Central Processing Unit(CPU：中央处理单元)或者Application Specific Integrated Circuit(ASIC：专用集成电路)这样的电路。控制部110依照存储在后述的存储部118中的程序进行动作。控制部110具有：传感器控制部112、LED控制部114和存储部118。

传感器控制部112控制各个光传感器的动作。传感器控制部112取得分别通过第1光传感器141、第2光传感器142和第3光传感器143检测出的光量所涉及的值。

LED控制部114控制由LED驱动部120驱动的各个LED的动作。即，LED控制部114通过控制向各个LED供给的电流，调整各个LED的发光强度。LED控制部114具有强度调整部115。强度调整部115根据由传感器控制部112取得的光传感器的检测值，调整向各个LED供给的电流。强度调整部115为了调整例如颜色平衡，而调整向各个LED供给的电流。

存储部118能够由普通的存储器构成。在存储部118中存储有各种程序和在后述LED中流过的电流与该LED的发光强度之间的关系等信息。

在LED控制部114的控制下，通过光学系统150将分别从第1LED131、第2LED132和第3LED133射出的光进行合波。合波后的光成为白色光。合波后的白色光被导入光导210。如上所述，该光被引导至内窥镜200的插入部202的前端部，作为照明光而被射出。另外，为了使合波后的光成为适当的白色光，需要适当调整从各个LED射出的各个颜色的光的光量。

第1光传感器141配置于能够接收例如从第1LED131射出的光中的、未入射到第1准直透镜151的宽配光部分的光的位置。同样，第2光传感器142配置于能够接收例如从第2LED132射出的光中的、未入射到第2准直透镜152的宽配光部分的光的位置。第3光传感器143配置于能够接收例如从第3LED133射出的光中的、未入射到第3准直透镜153的宽配光部分的光的位置。第1光传感器141、第2光传感器142和第3光传感器143分别在传感器控制部112的控制下进行动作，检测各个波长的光。光传感器向传感器控制部112传递检测出的光量。

操作面板160作为受理用户的操作的操作部发挥作用。在操作面板160上设有例如开关或拨盘或键盘或触摸面板等。

视频处理器320取得通过摄像元件230获得的图像信号，该摄像元件230设置于内窥镜200。视频处理器320对取得的图像信号实施图像处理。视频处理器320为了使监视器340显示由摄像元件230拍摄的图像，向监视器340输出显示信号。此外，视频处理器320计算根据从内窥镜200输出的拍摄信号而生成的图像的平均明亮度与规定的目标明亮度之间的比率，向光源装置100的控制部110输出表示该计算出的比率的亮度控制信息。

监视器340例如是液晶显示器或CRT显示器等普通监视器。监视器340根据由视频处理器320生成的显示信号，显示由内窥镜200拍摄的图像。

对本实施方式的内窥镜系统10的动作进行说明。首先，参照图2所示的时序图，对光源装置100中的光量的控制和光量的检测进行说明。通过按照每个规定的场在LED中流过的电流值和电流流过的时间的组合来控制本实施方式的作为光源装置100的光源的LED的光量。另外，各个场的长度是任意的，但是例如为16.67ms(60Hz)。

图2的第1级表示控制信号。控制信号是定期的脉冲信号。该脉冲信号调整了场的开始时刻。图2的第2级表示向LED供给的电流值。向LED供给的电流能够在最大电流Imax至最小电流Imin之间阶段性地调整。图2的第3级表示由光传感器检测光量的时刻。

如图2的第2级所示，在应射出的光量较高时，通过在各场内控制在LED中流过的电流值，调整从LED射出的光量。这时，在该场中，在整个期间范围内，向LED供给电流。电流值能够在最大电流Imax至最小电流Imin之间阶段性地调整。例如，在图2中，在第1场中，电流值成为最大电流Imax，光量变为最大。另一方面，在第2场中，射出的光量比第1场少，在第3场中，射出的光量进一步减少。这样，通过LED的发光强度，调整每个单位时间的发光光量。

在应射出比电流值为最小电流Imin时的光量低的光量的光时，调整施加最小电流Imin的期间。即，通过脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation；PWM)，控制LED的光量。这时，在LED中流过的电流为最小电流Imin且是恒定的。在各个场中，在LED中流过电流的期间偏向各个场的结束侧。即，在各个场中，开始电流的供给的时刻不同，电流的供给结束的时刻是各个场的结束时刻。

例如，在图2中，第4场的脉冲宽度比第3场窄，第4场相比第3场，1个场的发光光量变低。同样，第5场的脉冲宽度比第4场窄，第5场相比第4场，1个场的发光光量变低。这样，虽然在发光光量较低时，LED的发光强度恒定，但是通过使发光期间不同，调整每个单位时间的发光光量。

如上所述，通过组合电流值的控制和PWM控制，在作为光源装置100的光源的LED中，能够实现较大的动态范围。例如，在最大电流Imax是最小电流Imin的5倍且最小脉冲宽度是1个场的1/1000时，LED可射出的光量的最大值和最小值的比为5000：1。

如图2的第3级所示，将光传感器检测光量的期间、即光传感器的曝光期间设定为各个场的临到结束时的规定期间。该曝光期间比与LED的PWM控制中的最小脉冲宽度对应的期间短。由此，光传感器无论脉冲宽度如何，都能够取得相对于供给到LED的电流值的每单位时间的LED的发光强度所涉及的值。

控制部110构成为，根据从视频处理器320输出的光量指令值和时刻信息，设定用于调整从作为基准LED的第2LED132发出的绿色光的光量的光量控制样式(第2LED132的驱动电流值和PWM驱动时的脉冲宽度的设定值)。此外，控制部110构成为，根据从视频处理器320输出的亮度控制信息、以及光量控制样式，按照每1个场期间，对LED驱动部120进行控制，该控制用于以发出与该亮度控制信息相应的光量的绿色光的方式驱动第2LED132。

控制部110构成为，使用与对发出绿色光的第2LED132应用的光量控制样式相同的控制样式，调整从与基准LED不同的第1LED131发出的红色光的光量。此外，控制部110根据在第1光传感器141的曝光期间输出的光量检测信号、在第2光传感器142的曝光期间输出的光量检测信号、以及光量控制样式，计算成为规定的颜色平衡或者根据操作面板160的操作而设定的颜色平衡的光量比，作为以绿色光的光量为基准光量的情况下的红色光的光量比。控制部110构成为，为了驱动以与该计算出的光量比相应的光量发出红色光的第1LED131，使驱动第1LED131时的PWM驱动的脉冲宽度与第2LED132相同，另一方面，按照每1个场期间，对LED驱动部120进行使驱动电流值成为基于上述光量比的电流值的控制。

控制部110构成为，使用与对发出绿色光的第2LED132应用的光量控制样式相同的控制样式，调整从与基准LED不同的第3LED133发出的蓝色光的光量。此外，控制部110根据在第2光传感器142的曝光期间输出的光量检测信号、在第3光传感器143的曝光期间输出的光量检测信号、以及光量控制样式，计算成为规定的颜色平衡或者根据操作面板160的操作而设定的颜色平衡的光量比，作为以绿色光的光量为基准光量的情况下的蓝色光的光量比。控制部110构成为，为了驱动以与该计算出的光量比相应的光量发出蓝色光的第3LED133，使驱动第3LED133时的PWM驱动的脉冲宽度与第2LED132相同，另一方面，按照每1个场期间，对LED驱动部120进行使驱动电流值为基于上述光量比的电流值的控制。

即，控制部110构成为，具有作为颜色平衡调整部的功能，根据在第1光传感器141、第2光传感器142和第3光传感器143的曝光期间输出的光量检测信号、和光量控制样式，进行用于驱动第1LED131和第3LED133的控制，由此，调整红色光、绿色光和蓝色光的颜色平衡。

根据本实施方式，能够通过1个传感器准确地检测能够根据状况变化的LED的发光强度。即，如上所述，LED的最小发光强度成为最大发光强度的例如1/5000。为了调整发光强度而准确地取得发光强度，需要对1/5000的1/100左右的差进行检测的感光度。即，例如在光传感器检测各个场中的LED的发光光量时，例如光传感器需要1：500000左右的动态范围。通常，难以通过1个光传感器实现这样的大动态范围。因此，例如通过组合使用检测电平的范围不同的多个光传感器，能够实现大动态范围。但是，当使用多个光传感器时，光源装置的成本上升。

对此，在本实施方式中，光传感器在比LED的发光的最小脉冲宽度短的曝光期间内检测LED的发光强度。因此，在上述的例子中，该曝光期间中的LED的最小发光强度为最大发光强度的例如1/5。因此，光传感器具有1：500左右的动态范围即可。这样，根据本实施方式，能够以较低价格且高精度地进行所需发光强度的检测。

根据本实施方式，由于能够按照发光颜色不同的每个LED进行发光强度的准确检测，所以能够高精度地进行每个LED的发光强度的调整。这样，能够高精度地实现希望的颜色的调整等调光。

另外，虽然在上述实施方式中，在LED的发光的PWM控制中，发光期间如图2所示地以各个场的结束时为基准进行调整，但是不限于此。如图3所示，也可以是以各个场的开始时为基准进行调整。在该情况下，曝光期间成为从各个场的开始时开始的期间。

此外，虽然在上述实施方式中示出了与3个LED对应地设置3个光传感器的例子，但是不限于此。例如，可以对将从3个LED射出的光进行合波后的白色光进行分光并检测。在该情况下，例如图4所示，替代第1光传感器141、第2光传感器142和第3光传感器143而设有颜色传感器146。该颜色传感器146配置于例如能够在供合波后的照明光入射到光导210的部分中的、检测泄漏光的位置。颜色传感器146具有分光功能，检测每个波长的光量，并将该值传递到传感器控制部112。

虽然在上述实施方式中示出了设置射出的光的波长不同的3个光源，调整各个光源射出的光的光量的例子，但是不限于此。例如，在光源是射出白色光的1个光源，并调整从该光源射出的光的光量的情况下，也能够应用本实施方式。此外，光源的数量为4个以上也同样。这样，光源的数量可以是任意数量。

此外，虽然在上述实施方式中示出了将3个颜色的光进行合波而成为白色光的例子，但是不限于此。例如，在以下结构中也同样能够应用上述实施方式：摄像元件不具有分光功能，通过依次射出3个颜色的光，依次拍摄由各个颜色光照明的被摄体的图像，按照时分方式取得彩色图像。

另外，还可能需要射出极其低光量的光，并且必须将从LED射出的光的脉冲宽度设定为比光传感器的曝光期间短。在该情况下，有可能无法根据光传感器的检测值进行调整值的确定。在这样的情况下，可以使用以前确定的调整值作为被确定的调整值。由于低光量时的发热量比高光量的情况低，所以LED的发光强度与基准值的差异小。因此，有时无需以较高的精度确定调整值，即使使用以前确定的调整值，也不成问题。

上述实施方式的技术不限于内窥镜的光源，也能够应用于通过脉冲宽度调制来控制从半导体光源射出的光的每个场的光量的各种光源装置。

Claims (8)

1.一种光源装置，该光源装置具有：

半导体光源；

光源控制部，其通过脉冲宽度调制来控制从所述半导体光源射出的光的每场的光量；

光传感器，其通过接收从所述半导体光源射出的光而取得受光量；

传感器控制部，其使所述光传感器在比所述脉冲宽度调制中的最小脉冲宽度短的曝光期间内进行检测，取得由所述光传感器取得的所述受光量；以及

强度调整部，其根据所述受光量调整所述半导体光源的发光强度。

2.根据权利要求1所述的光源装置，其中，

所述光源控制部根据所述脉冲宽度调制和所述半导体光源的发光强度，控制每个所述场的所述光量。

3.根据权利要求1所述的光源装置，其中，

所述半导体光源包含发出的光的波长不同的多个光源，

所述光传感器按照每个所述波长接收所述光，

所述传感器控制部取得每个所述波长的所述受光量，

所述强度调整部根据每个所述长的所述受光量，调整所述波长不同的每个所述光源的所述发光强度。

4.根据权利要求3所述的光源装置，其中，

所述光传感器包含按照每个所述波长设置的多个传感器。

5.根据权利要求3所述的光源装置，其中，

从多个所述光源射出的光被合波，

所述光传感器对所述合波后的所述光进行分光，取得每个所述波长的所述受光量。

6.根据权利要求3所述的光源装置，其中，

所述强度调整部以调整颜色平衡的方式，调整所述波长不同的每个所述光源的所述发光强度。

7.根据权利要求6所述的光源装置，其中，

所述多个光源包含：第1光源，其发出红色光；第2光源，其发出绿色光；以及第3光源，其发出蓝色光。

8.一种光源装置的控制方法，其具有以下步骤：

通过脉冲宽度调制来控制从半导体光源射出的光的每场的光量；

使光传感器在比所述脉冲宽度调制中的最小脉冲宽度短的曝光期间内检测从所述半导体光源射出的光，从所述光传感器取得受光量；以及

根据所述受光量调整所述半导体光源的发光强度。