CN115227187A - 内窥镜光源装置及内窥镜系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种内窥镜光源装置及内窥镜系统，该内窥镜光源装置包括：至少两个光源部；至少一个二向色镜，二向色镜用于将对应光源部的发射光进行长波截止滤波、短波截止滤波或窄带滤波，并将滤波后的光束进行光路集成后输出合成光。本申请提供的上述方案，其二向色镜不但具有合光功能，而且能够对光源部的发射光进行长波截止滤波、短波截止滤波或窄带滤波，即二向色镜具有双重功能，有效简化了整体系统，且降低了成本。

Description

内窥镜光源装置及内窥镜系统

技术领域

本发明涉及内窥镜技术领域，特别是涉及一种内窥镜光源装置及内窥镜系统。

背景技术

在医疗领域，内窥镜通过插入到人体体腔，如食管、胃、大肠内部进行观察诊断，并通过照明装置为体腔内部观察对象观察提供相应的照明，广泛应用于病变的发现、诊断和治疗。

作为内窥镜光源装置，代替传统氙灯和卤素灯，使用LED(Light Emitting Diode发光二级管)、LD(Laser Diode激光二极管)等固体发光元件的光源装置被广泛使用，具有寿命大幅提升的特点，包括荧光型LED或LD，如荧光型绿色LED或LD。采用LED或/和LD作为光源部的光源装置，使用不同波段的多个光源部进行合光，生成目标观察的多样化照明光，各光源部分量相对于氙灯单一宽光谱光源可以自由地进行比例变化，灵活地实现满足观察需求和提高诊断准确度的照明光观察，即除普通白光观察外，实现各种不同的特殊光观察/混合光观察,根据粘膜和血管的吸收、反射和散射特性，可以得到不同观察对象高对比度的增强图像。

在一种特殊光观察中，为增强显示观察目标(粘膜层或粘膜下层的血管)的状态，窄带光被运用且需要充足的光量，以更好实现观察目标与背景(粘膜)的对比度，专利CN102469931B采用了蓝色第一光源与紫色第二光源，以及由部分第一光源激励发光而生成白光的波长转换构件，紫色第二光源为窄带光源，通过调节第一光源与第二光源的光量比，实现图像增强观察，以便于更容易观察粘膜由表层到深层的毛细血管，然而，白光由蓝光第一光源及其激励光混合而成，其光谱比例无法任意调整，因此无法匹配摄像模组进行照明光色调的调整，且对白光进行亮度调节时，白光中蓝光第一光源成分以及激励光成分的比例难以控制为稳定值，而容易出现白光色调无法保持恒定的情况，影响对病变的细微变化观察。专利CN 201180002976.7通过第一和第二旋转滤波器部以及频带旋转滤波器部实现NBI(Narrow Band Imaging)特殊光观察模式和红外观察照明光，通过窄带滤光片对宽频带光(氙灯)的滤波实现NBI观察的蓝色窄频带和绿色窄频带光，以及通过窄带滤光片对宽频带光(氙灯)滤波实现红外观察的800～830nm的第一红外光与910～950nm的第二红外光，由于宽频带氙灯光源的使用，系统寿命受到限制，且光路中布置三个滤波器部导致系统实现复杂，光效低。

在另一种特殊光观察中，根据观察对象(粘膜和血管)对不同光谱的吸收、反射和散射特性不同，对特定光源部进行波长截止滤波，实现观察目标关键信息的显示，如血管血液中的氧饱和度信息，US10278628B2专利中使用第一滤光片截止蓝光LED中高于450～460nm峰值波长的光，实现血管强调显示的第一蓝光，使用第二滤光片截止蓝光LED中低于450～460nm峰值波长的光，实现氧饱和度观察的第二蓝光，第一蓝光和第二蓝光通过光路装置分时输出，然而，光路装置使用具有运动机构的带域限制部在第一滤光片与第二滤光片之间进行切换，从而获得第一蓝光和第二蓝光，或者使用电控实现的第一透过率可变部和第二透过率可变部，两种实现方法均具有复杂的光路装置构成，运动(旋转或切换)机构和电控透过率可变部降低了系统可靠性，运动机构的速率也限制了系统帧率。

专利CN201410524810.7中，第二二向色滤光器具有合光及荧光型LED激发光截止滤波的双重功能，对系统起到了简化的作用，一方面，反射第一蓝光与第二蓝光(比第一蓝色波长短)和透射红光与蓝光进行光路集成，另一方面，截止荧光型绿光半导体光源发射的蓝色激发光，防止蓝色激发光与第一蓝光混合，以通过简单的控制稳定获得作为目标的发光光谱的照明光，第二二向色镜不涉及特定光源部的窄带滤波，同时，专利中仅涉及到光谱波段互不相同的多个光源部的合光，对光谱波段相同或相近的光源部的使用，专利不涉及。

在考虑普通白光观察、特殊光观察/混合光观察等多种观察模式的内窥镜系统中，特别是同时照明方式的内窥镜系统，使用多个光源部进行合光，便于通过自由的光量比例设置得到适合目标观察的多种普通白光、特殊光/混合光；并且多个光源部的点亮和熄灭，适合高帧频图像输出的内窥镜多种观察模式之间的快速切换。

目前，多个光源部在合光时，主要通过二向色镜完成光路合成，但是现有的二向色镜的功能单一，只能够实现合光作用，并不能对发射光中多种波段的光进行截止，从而造成整体系统结构复杂。

发明内容

基于此，有必要针对现有二向色镜只具备合光功能，不能对发射光中多种波段的光进行截止的问题，提供一种内窥镜光源装置及内窥镜系统。

本申请提供了一种内窥镜光源装置，包括：

至少两个光源部；

至少一个二向色镜，所述二向色镜用于将对应所述光源部的发射光进行长波截止滤波、短波截止滤波或窄带滤波，并将滤波后的光束进行光路集成后输出合成光。

在其中一个实施例中，所述光源部包括蓝色光源部，所述二向色镜能够对所述蓝色光源部发射光中的蓝色波段进行长波截止。

在其中一个实施例中，所述二向色镜的过渡区波长范围为450-470nm，且所述二向色镜能够截止蓝色波段中光谱中大于460nm的波长。

在其中一个实施例中，所述光源部包括绿色光源部，所述绿色光源部由蓝色LED激发荧光体而发射绿光，所述绿色光源部的发射光光谱包括绿色波段光谱和蓝色激发光；

所述二向色镜能够对所述绿色光源部发射光中的蓝色激发光进行短波截止。

在其中一个实施例中，所述二向色镜能够截止所述绿色光源部中光谱小于460nm的波长。

在其中一个实施例中，所述二向色镜的过渡区波长为450-470nm，所述二向色镜能够截止蓝色波段中光谱中大于460nm的波长，且所述二向色镜能够截止绿色光源部中光谱小于460nm的波长。

在其中一个实施例中，所述二向色镜能够对所述光源部发射光中的紫色波段进行长波截止或窄带滤波。

在其中一个实施例中，所述二向色镜能够对紫色波段中波长大于410nm长波段截止，或所述二向色镜能够对紫色波段中以波长405nm为中心进行±10nm的窄带滤波。

在其中一个实施例中，所述光源部包括第一蓝色光和第二蓝色光，所述第一蓝色光的波长小于等于所述第二蓝色光的波长，且所述第一蓝色光和所述第二蓝色光的波长的差值小于等于40nm；

与所述第一蓝色光对应的二向色镜用于对所述第一蓝色光进行长波截止，与所述第二蓝色光对应的二向色镜用于对所述第二蓝色光进行短波截止；

当所述第一蓝色光被启动工作时，所述第一蓝色光能够使粘膜下层血管显示增强；当第二蓝色光被启动工作时，所述第二蓝色光能够实现血液中氧饱和度的观察。

本申请还提供了一种内窥镜系统，包括图像处理部、控制部、导光部、摄像模组、输入部、显示部以及如本申请实施例中任意一项所述的内窥镜光源装置；

所述输入部、所述摄像模组以及所述内窥镜光源装置分别与所述控制部电连接；所述内窥镜光源装置中输出的合成光经过所述导光部内的导光束传输至前端照明透镜进行光束扩散，形成投射于观察目标的照明光；所述摄像模组将观察目标的反射光信号转换为电信号发送给所述图像处理部后再通过所述显示部显示。

在其中一个实施例中，当通过所述输入部使用第一特殊光照明时，所述第一蓝色光能够使粘膜下层血管显示增强；当通过所述输入部使用第二特殊光照明时，所述第二蓝色光能够实现血液中氧饱和度的观察。

本申请的有益效果包括：

本申请提供的内窥镜光源装置中的二向色镜不但具有合光功能，而且能够对光源部的发射光进行长波截止滤波、短波截止滤波或窄带滤波，即二向色镜具有双重功能，有效简化了整体系统，且降低了成本。

附图说明

图1为本申请一实施例提供的内窥镜系统的结构示意图；

图2为本申请一实施例提供的内窥镜光源装置的结构示意图；

图3A为图2中的各LED光谱曲线图；

图3B为图2中的第三二向色镜光谱曲线图；

图3C为图2中的第二二向色镜光谱曲线图；

图3D为图2中的第一二向色镜光谱曲线图；

图3E为图2中的第一二向色镜的另一光谱曲线图；

图4为图2的检测光路示意图；

图5为本申请一实施例提供的另一内窥镜光源装置的结构示意图；

图6A为图5中的第三二向色镜光谱曲线图；

图6B为图5中的第二二向色镜光谱曲线图；

图7为本申请一实施例提供的又一内窥镜光源装置的结构示意图；

图7A为图7中各LED光谱曲线图；

图7B为图7中第四二向色镜光谱曲线图；

图7C为图7中第三二向色镜光谱曲线图；

图7D为图7中第一二向色镜光谱曲线图；

图8为图7中的检测光路示意图。

图中标记如下：

11、第一LED发光元件；12、第二LED发光元件；13、第三LED发光元件；14、第四LED发光元件；21、第一准直透镜；22、第二准直透镜；23、第三准直透镜；24、第四准直透镜；31、第一二向色镜；32、第二二向色镜；33、第三二向色镜；34、第四二向色镜；4、聚焦透镜；5、导光束；61、第一分束镜；62、第二分束镜；63、第三分束镜；64、第四分束镜；81、第一光电传感器；82、第二光电传感器；83、第三光电传感器；84、第四光电传感器；100、内窥镜光源装置；101、内窥镜；10、合光模组；20散热部；30、图像处理部；40、控制部；50、导光部；51、照明透镜；60、摄像模组；70、输入部；80、显示部。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

本申请一实施例中，提供了一种内窥镜光源装置，包括：至少两个光源部和至少一个二向色镜，其中，二向色镜用于将对应光源部的发射光进行长波截止滤波、短波截止滤波或窄带滤波，并将滤波后的光束进行光路集成后输出合成光。

该装置中的二向色镜不但具有合光功能，而且能够对光源部的发射光进行长波截止滤波、短波截止滤波或窄带滤波，即二向色镜具有双重功能，有效简化了整体系统，且降低了成本。

在一些实施例中，光源部包括蓝色光源部，二向色镜能够对蓝色光源部发射光中的蓝色波段进行长波截止。具体地，该二向色镜的过渡区波长范围为450-470nm，且二向色镜能够截止蓝色波段中光谱中大于460nm的波长。

示例性的，该光源部能够发出蓝色波段B光的B-LED，该B-LED，优选地具有430～460nm的峰值波长，进一步地，其峰值波长优选为430～450nm，其波长范围优选为窄带，带宽约为20nm或30nm。通过460nm以下光谱对表层或浅表层血管与粘膜的反射率差异较大，来提高表层血管与粘膜的对比度。

在一些实施例中，光源部包括绿色光源部，绿色光源部由蓝色LED激发荧光体而发射绿光，绿色光源部的发射光光谱包括绿色波段光谱和蓝色激发光；二向色镜能够对绿色光源部发射光中的蓝色激发光进行短波截止；且该二向色镜能够截止绿色光源部中光谱小于460nm的波长。

示例性的，光源部包括由蓝色LED激发荧光体而发射绿光,即荧光型G_LED，该蓝色LED具有峰值波长位于410～440nm的蓝色激发光，由蓝色激发光激发荧光物质产生绿光，少量蓝色激发光不被荧光物质吸收而直接透射，即荧光型G_LED发光光谱除包含绿色波段光谱，还包含少量蓝色激发光，相对于本身发光为绿色的LED，荧光型绿色LED更容易实现高输出光功率；

在一些实施例中，二向色镜能够对光源部发射光中的紫色波段进行长波截止或窄带滤波。具体地，该二向色镜能够对紫色波段中波长高于410nm长波段截止，或二向色镜能够对紫色波段中以波长405nm为中心进行±10nm的窄带滤波。

示例性的，光源部包括发出紫色到蓝色区域波段UV光的UV_LED，该二向色镜具有过渡区波长约为400-420nm，能够截止UV_LED的光谱中大于410nm波长成分，对UV_LED的光谱长波进行截止滤波。可选地，该二向色镜具有405±10nm的带通特性，对UV_LED的光谱以405nm为中心进行±10nm的窄带滤波，消除LED个体差异性，如不同批次的LED峰值波长偏差，更好将照明光谱限制在血红蛋白高吸收波段，来增加表层血管与粘膜的对比度。

进一步地，参考图2所示，该光源部包括第一LED发光元件11、第二LED发光元件12、第三LED发光元件13以及第四LED发光元件14，其中，第一LED发光元件11能够发出紫色到蓝色区域波段UV光的UV_LED，第二LED发光元件12能够发出蓝色波段B光的B-LED，第三LED发光元件13能够发出绿色波段G光的G-LED，第四LED发光元件14能够发出红色波段R光的R-LED。

其中，UV-LED，根据血红蛋白对405～415nm波段光谱具强吸收的特性，优选地具有405～415nm的峰值波长，其波长范围优选为窄带，带宽约为20nm，根据其高散射和强吸收的特点，用于描绘近表层或浅表层附近血管形态；B-LED，优选地具有430～460nm的峰值波长，进一步地，其峰值波长优选为430～450nm，其波长范围优选为窄带，带宽约为20nm或30nm；G-LED，优选地具有530～560nm的峰值波长，其带宽可选择为宽带，如带宽约为100nm；R-LED，优选地具有610～640nm峰值波长，其波长范围优选为窄带，带宽约为20nm。

同时，参考图3A所示，光谱L1对应UV_LED紫外光光谱，L2对应B_LED蓝光光谱，L3对应G_LED蓝色激发光与(荧光型)绿光的混合光光谱，L4对应R_LED红光光谱。

参考图3B所示，第三二向色镜33，具有过渡区波长约为590-610nm的短波通特性，反射R_LED光谱L4高于600nm且透射G_LED光谱L3光低于600nm的光谱成分，将G_LED发射的绿光光路与R_LED发射的红光光路完成集成。

第二二向色镜32，具有过渡区波长约为460-480nm的短波通特性，反射R_LED光谱L4和G_LED光谱L3中高于470nm且透射B_LED光谱L2低于470nm的光谱成分，将R_LED发射的红光光路、G_LED发射的绿光与B_LED发射的蓝光光路完成集成；第二二向色镜32对G_LED光谱L3中的蓝色激发光进行截止滤波，阻止蓝色激发光进入后续光路。

第一二向色镜31，具有过渡区波长约为410-430nm的短波通特性，反射B_LED、G_LED、R_LED光谱L2、L3和L4光高于420nm且透射UV_LED光谱L1低于420nm的光谱成分，将B_LED发射的蓝光、G_LED发射的绿光、R_LED发射的红光光路与UV_LED发射的紫外光路完成集成。

特别地，UV_LED或B_LED，根据各LED自身发射光谱的中心波长以及自身光谱带宽，需要在其光路中设置滤光片来达到其波段选择需求，更好的控制输出光谱波段在要求的范围。

参考图3C所示，第二二向色镜32，具有过渡区波长约为450-470nm的短波通特性，截止B_LED的L2光谱中大于460nm波长成分，即第二二向色镜，对B_LED的L1光谱长波进行截止滤波，通过460nm以下光谱对表层或浅表层血管与粘膜的反射率差异较大，来提高表层血管与粘膜的对比度。

第二二向色镜32，在合光的同时具有滤波性能二：实现B_LED长波截止滤波，即第二二向色镜32结合了具有滤波性能二的滤光片功能，具有简化系统的特点，其中长波滤波的滤波性能二，消除了LED个体差异性对照明输出光的影响，如不同批次LED峰值波长偏差5～10nm，降低内窥镜光源装置对LED峰值波长的严格挑选要求带来的成本增加。

进一步地，见图3D所示光谱曲线图一，第一二向色镜31，具有过渡区波长约为400-420nm的短波通特性，截止UV_LED的L1光谱中大于410nm波长成分，即第一二向色镜，对UV_LED的L1光谱长波进行截止滤波，可选地，见图3E所示光谱曲线图二，第一二向色镜，具有405±10nm的带通特性，对UV_LED的L1光谱以405nm为中心进行±10nm的窄带滤波，消除LED个体差异性，如不同批次的LED峰值波长偏差，更好将照明光谱限制在血红蛋白高吸收波段，来增加表层血管与粘膜的对比度。

第一二向色镜31，在合光的同时实现滤波性能一：UV_LED的L1的长波进行截止滤波或窄带滤波，即第一二向色镜31结合了滤光片功能，具有简化系统特点，其中窄带滤波的滤波性能一，消除了LED个体差异性对照明输出光的影响，如不同批次LED峰值波长偏差5～10nm，降低内窥镜光源装置对LED峰值波长的严格挑选要求带来的成本增加；

此外，第二二向色镜32，在合光的同时实现G_LED发射光中短波段的蓝色激光光的截止滤波，阻止蓝色激发光进入后续光路，即第二二向色镜32结合了长波通滤光片功能，也具有简化系统的特点。

因此，本申请实施例中的B-LED发射光谱中460nm以上成分被截止，由第二二向色镜32实现；UV_LED发射光谱中410nm以上成分被截止，或UV_LED发射光谱以405nm为中心点进行±10nm的窄带滤波，由第一二向色镜31实现；UV-LED、B-LED、G-LED、R-LED光谱以特定比例混合输出满足摄像模组60白平衡的普通白光照明，用于生成表层粘膜的轮廓图像；以UV-LED或B-LED光谱为主要光谱的特殊光照明，用于浅表层和表层血管强调观察，特别地，UV-LED或B-LED光谱经长波截止或窄带滤波，进一步提高对比度地实施强调观察；混合普通白光照明与特殊光的混合光照明，即适当提高普通白光中UV-LED或B-LED的光谱成分，得到兼顾表层组织整体轮廓和血管强调观察的图像。

为了实现照明光的稳定色调及输出光量的精确控制，如图4所示，本申请还包括第一分束镜61、第二分束镜62、第三分束镜63以及第四分束镜64，其中，第一分束镜61将第一LED发光元件11的发射光分束到对应的第一光电传感器81进行光量检测；第二分束镜62将第二LED发光元件12的发射光分束到对应的第二光电传感器82进行光量检测；第三分束镜63将第三LED发光元件13的发射光分束到对应的第三光电传感器83进行光量检测；第四分束镜64将第四LED发光元件14的发射光分束到对应的第四光电传感器84进行光量检测。一般地，分束镜或分光板的分光比例≤10％，优选地，分束镜与所在光轴具有50°～70°的夹角。

如图2所示，该装置还包括第一准直透镜21、第二准直透镜22、第三准直透镜23以及第四准直透镜24；第一准直透镜21、第二准直透镜22、第三准直透镜23以及第四准直透镜24分别对第一LED发光元件11、第二LED发光元件12、第三LED发光元件13以及第四LED发光元件14发射照明光进行准直得到近似准直光束C1～C4。当第一二向色镜31、第二二向色镜32以及第三二向色镜33通过透射或反射所述近似准直光束C1～C4完成光路集成，就能够得到合光光束C5；合光光束C5在经过聚焦透镜4进行汇聚，在出光口形成具有一定孔径角β的聚焦光束A，该聚焦光束A经耦合进入对应的导光束5中。

如图5所示，本申请还提供了另一内窥镜光源装置的结构示意图，该装置中的第三二向色镜33与图3C所示二向色镜32光谱曲线保持相同或近似，图6A为图5中的第三二向色镜33光谱曲线图；图6B为图5中的第二二向色镜32光谱曲线图，第一二向色镜31与前述第一二向色镜31保持相同；该装置中的光源部也为四路合光系统。

第一二向色镜31、第二二向色镜32、第三二向色镜33特性如下：

见图6A所示，第三二向色镜33，具有过渡区波长约为450-470nm的短波通特性，反射G_LED光谱L3高于460nm且透射B_LED光谱L2光低于460nm的光谱成分，将G_LED发射的绿光光路与B_LED发射的蓝光光路完成集成；第三二向色镜33对光谱G_LED光谱L3中的蓝色激发光进行截止滤波，阻止蓝色激发光进入后续光路；通过B_LED发射光谱中460nm以下光谱对表层或浅表层血管与粘膜的反射率差异，来提高表层血管与粘膜的对比度；

第三二向色镜33，除合光外，兼顾滤波性能二：B_LED的460nm以上的长波截止滤波，以及兼顾滤波性能三：光谱G_LED光谱L3中的蓝色激发光进行截止滤波，阻止蓝色激发光进入后续光路，即第三二向色镜33结合了滤波性能一和二的滤光片功能，具有简化系统的特点；

见图6B所示，第二二向色镜32，具有过渡区波长约为590-610nm的长波通特性，反射B_LED光谱L2和G_LED光谱L3中低于600nm且透射R_LED光谱L4高于600nm的光谱成分，将R_LED发射的红光光路、G_LED发射的绿光与B_LED发射的蓝光光路完成集成；

第一二向色镜31(见图3D)，具有过渡区波长约为400-420nm的短波通特性，反射B_LED、G_LED和R_LED光谱L2、L3和L4光高于410nm且透射UV_LED光谱L1低于410nm的光谱成分；或者，具有405±10nm的带通特性，对UV_LED的L1光谱以405nm为中心进行±10nm的窄带滤波，消除LED个体差异性，如不同批次的LED峰值波长偏差，同时，将B_LED发射的蓝光、G_LED发射的绿光、R_LED发射的红光光路进行反射，与UV_LED发射的紫外光路完成集成；通过将照明光谱限制在血红蛋白高吸收波段，来增加表层血管与粘膜的对比度；

第一二向色镜31，在合光的同时实现滤波性能一：UV_LED的L1的长波进行截止滤波或窄带滤波，即第一二向色镜31结合了滤光片功能，具有简化系统特点，其中窄带滤波的滤波性能一，消除了LED个体差异性对照明输出光的影响，如不同批次LED峰值波长偏差5～10nm，降低内窥镜光源装置对LED峰值波长的严格挑选要求带来的成本增加；

第一、第二、第三二向色镜31、32和33在实现光路集成的同时，实现UV-LED、B-LED、G-LED和R-LED分量光谱曲线相互独立，特别地，第三二向色镜33对G_LED中的蓝色激发光进行截止滤波，UV-LED、B-LED、G-LED和R-LED分量光谱波段几乎互不重叠，通过独立地进行各色光谱成分的比例调整，简化光谱和光通量的控制策略，实现高精度的照明光色调和光通量稳定性控制；

该装置输出B-LED、G-LED、R-LED及UV_LED的混合光，优选地，B-LED发射光谱中460nm以上成分被截止，UV_LED发射光谱中410nm以上成分被截止，或V_LED发射光谱以405nm为中心点进行±10nm的窄带滤波，B-LED、G-LED、R-LED光谱以特定比例混合输出满足摄像模组60白平衡的普通白光照明，用于生成表层粘膜的轮廓图像，特别地，B-LED经长波截止，使粘膜下层血管以高对比度的方式增强显示，实现普通光照明W1；以UV-LED或B-LED光谱为主要光谱的特殊光照明，用于表层和中层血管强调观察，特别地，UV-LED或B-LED光谱经长波截止或窄带滤波，进一步提高对比度地实施强调观察，实现第一特殊光照明W2；混合普通白光照明与特殊光，即适当提高普通白光中UV-LED或B-LED的光谱成分，得到兼顾表层组织整体轮廓和血管强调观察的图像，实现混合光照明W3；

该装置通过二向色镜完成光源部的光谱滤波及合光输出，具有简化的系统构成，对系统成本控制起到良好的优化作用，得到适合内窥镜系统的多种照明光模式，除提供近似白光的普通光照明W1，还具有第一特殊光照明W2，或混合光照明W3；内窥镜光源装置100的具体构成不限于本申请实施例中的装置，例如：第二发光元件12和第三发光元件13互换，第三二向色镜33调整为透射G光光谱、反射B光光谱的长波通二向色镜；二向色镜具体的光谱特性不限于上述实现方式，各光源部依据目标观察需求进行调整、替换或增加，各光源部的峰值波长、带宽不作限定，二向色镜光谱特性也进行相应调整，使得输出照明光符合观察目的。

在一些实施例中，光源部包括第一蓝色光和第二蓝色光，其中，第一蓝色光的波长小于等于第二蓝色光的波长，且第一蓝色光和第二蓝色光的波长的差值小于等于40nm；与第一蓝色光对应的二向色镜用于对第一蓝色光进行长波截止，与第二蓝色光对应的二向色镜用于对第二蓝色光进行短波截止；当第一蓝色光被启动工作时，第一蓝色光能够使粘膜下层血管显示增强；当第二蓝色光被启动工作时，第二蓝色光能够实现血液中氧饱和度的观察。

需要说明的是，本申请实施例中的启动动作即为点亮，当第一蓝色光被启动工作时，第二蓝色光被熄灭，即停止工作；当第二蓝色光被启动工作时，第一蓝色光被熄灭，停止工作。

示例性的，如图7并结合图8所示，该光源部包括第一LED发光元件11、第二LED发光元件12A、第三LED发光元件12B、第四LED发光元件13以及第五LED发光元件14的五路合光系统，其中，第一LED发光元件11为紫外光UV_LED、第二LED发光元件12A为第一蓝色光B_LED、第三LED发光元件12B为第二蓝色光B_LED、第四LED发光元件13为绿光G_LED、第五LED发光元件14为红光R_LED。第二蓝色光B_LED与第一蓝色光B_LED具有一样或略高于第一蓝色光B_LED的峰值波长，UV_LED、G_LED以及R_LED与前述相同，此处不再累述。

本申请中的第一蓝色光B-LED，具有430～460nm的峰值波长，其峰值波长优选为430～450nm，其波长范围优选为窄带，带宽约为20nm或30nm；第二蓝色光B-LED，具有430～460nm的峰值波长，或者，其峰值波长为波长稍长的440～470nm，其波长范围优选为窄带，带宽约为20nm或30nm。同时，第一LED发光元件11、第二LED发光元件12A、第三LED发光元件12B、第四LED发光元件13以及第五LED发光元件14的光谱曲线，见图7A所示，第一蓝色光和第二蓝色光B_LED光谱曲线保持一致。

本申请实施例中的第四二向色镜34，见图7B，具有过渡区波长约为400-420nm的长波通特性，反射UV_LED光谱低于410nm且透射第一蓝色光B_LED高于410nm的光谱成分，实现第一蓝色光B_LED发射的蓝色光与UV_LED发射的紫外光路集成；第三二向色镜33，见图7C，具有过渡区波长约为460-480nm的短波通特性，反射G光光谱L3高于470nm且透射第二蓝色光B_LED光谱光低于470nm的光谱成分，实现第二蓝色光B_LED发射的第二蓝色光与G_LED发射的绿光光路集成，同时，第三二向色镜33对光谱L3中的蓝色激发光进行截止滤波，阻止蓝色激发光进入后续光路；第二二向色镜32光谱特性见图6B，实现第二蓝色光B_LED发射的第二蓝色光、G_LED发射的绿光与R_LED发射的红光光路集成；第一二向色镜31，见图7D的透射特性曲线和反射特性曲线，具有过渡区波长约为445-475nm的短波通特性，进一步地，具有450～460nm的短波通特性，反射第二蓝色光B_LED发射的第二蓝色光、G_LED发射的绿光、R_LED发射的红光光路高于455nm的光谱成分，透射第一蓝色光B_LED发射的第一蓝色光、UV_LED发射的紫外光低于455nm的光谱成分，实现第二蓝色光B_LED发射的第二蓝色光、G_LED发射的绿光、R_LED发射的红光光路与第一蓝色光B_LED发射的第一蓝色光、UV_LED发射的紫外光的光路集成。

见图7D所示，第一二向色镜31通过透射截止第一蓝色光B_LED光谱中大于455nm波长成分，得到峰值波长为420～455nm的第一蓝色光BL1；同时，第一二向色镜31通过反射截止第二蓝色光B_LED光谱中小于455nm波长成分，得到峰值波长为455～470nm第二蓝色光BL2；

第一二向色镜31，对第一蓝色光B_LED光谱长波进行截止滤波得到峰值波长为430～455nm的第一蓝色光BL1，通过455nm以下光谱对表层或浅表层血管与粘膜的反射率差异较大，来提高表层血管与粘膜的对比度；对第二蓝色光B_LED光谱短波进行截止滤波得到峰值波长为455～470nm的第二蓝色光BL2，根据450-500nm波长区域，血液中还原血红蛋白与氧化血红蛋白的吸收系数具有较大差异(US20120157768)，且在此区间内，还原血红蛋白的吸收系数均高于氧化血红蛋白的特性，因此，可以通过输出图像体现血液中氧饱和度的情况，实现氧饱和度观察。

该输出第一蓝光B-LED和第二蓝光B-LED、G-LED、R-LED及UV_LED的混合光，实现普通光照明W1、第一特殊光照明W2、混合光照明W3，此外，实现具有氧饱和度观察的的第二特殊光照明W4；

UV_LED经第四二向色镜34截止滤波或窄带滤波，发射光谱中410nm以上成分被截止，或UV_LED发射光谱以405nm为中心点进行±10nm的窄带滤波；

第三二向色镜33对G_LED光谱L3中的蓝色激发光进行截止滤波，阻止蓝色激发光进入后续光路，便于输出光谱中各光谱分量相互独立，更容易对输出光进行比例控制，从而实现照明光的稳定色调；

第一蓝光B-LED经过第一二向色镜31截止滤波后具有波长小于455nm的第一蓝光波长成分，第二蓝光B-LED经过第一二向色镜31截止滤波后具有波长大于455nm的第二蓝光波长成分；

第二特殊光照明W4，包含第一照明光和第二照明光两种照明输出，第一照明光包含UV_LED、第二蓝光B_LED、绿光G_LED和红光R_LED成分，摄像模组60具有B感光元、G感光元、R感光元，分别感知蓝光、绿光、红光波段的光信号，第一照明光经观察目标反射进入摄像模组60，由B感光元、G感光元、R感光元接收并输出信号B1、G1、R1；第二照明光包含第二蓝光B_LED，第二照明光经观察目标反射进入摄像模组60，由B感光元接收并输出信号B2；第一照明光和第二照明光通过控制部40与摄像模组60进行同步，完成以上照明光模式与成像模式的相互对应；B2信号与血液中氧饱和度相关，基于与血液量相关的G1信号，以及与血液中氧饱和度相关性较低的R1信号，通过B2/G1与R1/G1的对应关系得到氧饱和度含量(US10278628B2)；

如图8所示，该第一光电传感器81、第二光电传感器82A、第三光电传感器82B、第四光电传感器83以及第五光电传感器84采用分光方式进行光通量测量，即采用分束镜或分光板61、62A、62B、63、64进行部分光分束到对应光电传感器进行光量检测，一般地，分束镜或分光板61、62A、62B、63、64的分光比例≤10％，优选地，分束镜与所在光轴具有50°～70°的夹角；

进一步地，为实现照明光色调稳定及亮度的高精度控制，至少对入射到第四光电传感器83的测量光谱进行光谱滤波，可选地，对第一光电传感器81、第二光电传感器82A、第三光电传感器82B、第四光电传感器83以及第五光电传感器84测量光谱进行光谱滤波，即在第一光电传感器81、第二光电传感器82A、第三光电传感器82B、第四光电传感器83以及第五光电传感器84的测量光路中配置滤光片，截止非有效输出光谱部分，实现与各LED发光元件输出光谱B1、B2A、B2B、B3和B4一致或近似的测量光谱，通过第一光电传感器81、第二光电传感器82A、第三光电传感器82B、第四光电传感器83以及第五光电传感器84的光量检测与输出光中各LED发光元件分量输出强相关的对应关系，保证光量检测的准确度，从而维持照明光色调稳定性和光通量稳定性，同时也简化了光量控制策略；至少地，在第四光电传感器83前端配置光谱B3范围内具有透射特性的带通滤光片L3，有效滤除荧光型G_LED发光光谱中的蓝色激光发，保持G_LED测量光谱与输出光谱B3近似或一致；进一步地，在第一光电传感器81前端配置光谱B1范围内具有透射特性的短波通或带通滤光片L1；在第二光电传感器82A前端配置第一蓝光光谱B2A范围内具有透射特性的带通滤光片L2A；在第三光电传感器82B前端配置第二蓝光光谱B2B范围内具有透射特性的带通滤光片L2B；在第五光电传感器84前端配置光谱B4范围内具有透射特性的长波通或带通滤光片L4。

与前述相同，对第一光电传感器81、第二光电传感器82A、第三光电传感器82B、第四光电传感器83以及第五光电传感器84检测信号进行标定，建立起各光源部驱动电流、检测信号与输出光通量各LED分量之间的对应关系，标定结果存储于控制部40，通过第一光电传感器81、第二光电传感器82A、第三光电传感器82B、第四光电传感器83以及第五光电传感器84的实时信号检测，结合标定结果，精确地实现各LED发光元件输出光量的反馈控制。

该装置采用两个蓝色光LED：第一蓝色光B_LED、第二蓝色光B_LED,第二蓝色光B_LED与第一蓝色光B_LED具有一样或略高于LED12A的峰值波长，并经过相应的二向色镜的光谱滤波得到430～455nm的第一蓝色光BL1和455～470nm的第二蓝色光BL2，相对于US10278628B2所采用的带域限制部，利用第一二向色镜31的截止滤波功能，增加一路蓝色光LED，实现第一蓝色光BL1和第二蓝色光BL2，去除了系统中进行第一蓝色光与第二蓝色光切换时所需的移动部件或透过率可变部，具有更好的系统可靠性及简单的实现形式，此外，通过控制部40控制各LED的工作状态，熄灭/点亮LED工作或改变LED驱动电流进行照明模式切换，具有高速响应的特点，保证系统可实现高帧率的图像输出；进一步地通过窄带UV光和第一蓝色光BL1,实现表层和中层血管强调观察；

该装置通过各个二向色镜完成对应LED发光元件的光谱滤波及合光输出，具有简化的系统构成，对系统成本控制起到良好的优化作用，得到适合内窥镜系统的多种照明光模式，除提供近似白光的普通光照明W1，还具有第一特殊光照明W2，或混合光照明W3，还具有氧饱和度观察的第二特殊光照明W4。

本申请还提供了一种内窥镜系统，包括图像处理部30、控制部40、导光部50、摄像模组60、输入部70、显示部80以及如本申请实施例描述中任意一项的内窥镜光源装置；其中，输入部70、摄像模组60以及内窥镜光源装置分别与控制部40电连接；内窥镜光源装置中输出的合成光经过导光部50内的导光束传输至前端照明透镜进行光束扩散，形成投射于观察目标的照明光；摄像模组60将观察目标的反射光信号转换为电信号发送给图像处理部30后再通过显示部80显示。

如图1所示，本申请的内窥镜系统具备：内窥镜光源装置100、内窥镜101、图像处理部30、控制部40、输入部70以及显示部80，其中，内窥镜光源装置100包括N个光源部、合光模组10以及散热部20用于对光源部进项散热，光源部11～1N的光源类型为LED或LD，包括荧光型LED或LD，如荧光型绿色LED或LD，或其他类型的光源。

内窥镜101包括设置其中的导光部50，导光部由导光束5构成；内窥镜101还包括设置于前端的照明透镜51和摄像模组60，摄像模组60包含摄像物镜和图像传感器，例如CCD(Charge Coupled Device：电荷耦合元件)或CMOS(Complementary Metal OxideSemiconductor)传感器等光电转换器件；内窥镜101还包括分布于内窥镜101中的连接线缆。

合光模组10将各光源部11～1N输出光进行光路集成后输出合成光，合成光耦合进入内窥镜101内部导光部50，导光部50内部含有紧密排布、用于光传播的光纤组合成的导光束5，经导光部50内导光束传输至前端照明透镜51进行光束扩散，形成投射于观察目标的照明光。

内窥镜光源装置100提供目标(体腔内活体组织)观察所需的照明光，摄像模组60对观察区域(活体组织粘膜及血管等)成像，导光部50将光源检测装置100的输出光传输至内窥镜101前端，由照明透镜51进行照明光发散角扩散，为观察区域提供充足照明；摄像模组60拍摄所得图像信号经连接线缆传输至图像处理部30进行信号处理，然后输出到显示部80进行图像显示。

控制部40基于各光源部11～1N驱动电流(或电压)调整实现输出光通量变化，或通过调节电流脉冲占空比PWM(Pulse Width Modulation)改变光通量；控制部40控制内窥镜光源装置100和摄像模组60的工作状态，例如，根据预设光通量比控制各光源部11～1N的输出光通量比例，根据摄像模组60成像的亮暗水平整体调整各光源部11～1N输出光通量大小，或根据输入部70外部输入指令进行普通白光、混合光或特殊光多种照明光模式之间的切换。

具体地，控制部40通过光通量测量件的测量结果实现对各LED发光元件驱动电流(或电压)反馈控制，首先，对各个光通量测量件检测信号进行标定，建立起各光源部驱动电流、检测信号与输出光通量各LED发光元件分量之间的对应关系。标定时，逐点改变或增加各LED发光元件的驱动电流，分别测试相应电流下各个光通量测量件的检测信号与输出光通量各LED发光元件分量，得到各LED发光元件驱动电流、检测信号及输出光通量三者的关系曲线完成标定，然后将标定结果存储于控制部40中。通过各个光通量测量件的实时信号检测，结合标定结果，精确地实现各个LED发光元件输出光量的反馈控制。

通过控制部40的控制策略，使各个LED发光元件的输出光通量按照预设的比例输出且保持恒定，实现适合内窥镜系统的多种观察模式。基本地，具有白光照明的普通光观察模式M1，得到活体组织的整体轮廓图像；还具有区别于普通白光照明的第一特殊光观察模式M2，如通过设置发射紫光或蓝光的第一LED发光元件11或第二LED发光元件12输出光通量为主要照明光分量，根据血管中血液对紫光或蓝光的高吸收特性，用于浅表层或表层血管的强调观察；或者，还具有混合光观察模式M3，区别于普通光照明和特殊光照明，具有特殊光照明的部分光谱，且具有普通光照明的部分光谱，得到区别于二者的混合光谱输出，实现兼顾活体组织整体轮廓和血管强调观察的图像。

在一些实施例中，当输入部70切换光源部中的第一蓝色光工作时，第一蓝色光能够使粘膜下层血管显示增强，实现第一特殊光观察模式M2；当输入部70切换光源部中的第二蓝色光工作时，第二蓝色光能够实现血液中氧饱和度的观察的第二特殊光观察模式M4。

示例性的，该装置输出第一蓝色光B-LED和第二蓝色光B-LED、G-LED、R-LED及UV_LED的混合光，实现普通光照明W1、第一特殊光照明W2、混合普通白光与第一特殊光照明W3，此外，实现具有氧饱和度观察第二特殊光照明W4。

第二特殊光照明W4，包含第一照明光和第二照明光两种照明输出，第一照明光包含UV_LED、第二蓝色光B_LED、绿光G_LED和红光R_LED成分，摄像模组60具有B感光元、G感光元、R感光元，分别感知蓝色光、绿光、红光波段的光信号，第一照明光经观察目标反射进入摄像模组60，由B感光元、G感光元、R感光元接收并输出信号B1、G1、R1；第二照明光包含第二蓝色光B_LED，第二照明光经观察目标反射进入摄像模组60，由B感光元接收并输出信号B2；第一照明光和第二照明光通过控制部40与摄像模组60进行同步，完成以上照明光模式与成像模式的相互对应；B2信号与血液中氧饱和度相关，基于与血液量相关的G1信号，以及与血液中氧饱和度相关性较低的R1信号，通过B2/G1与R1/G1的对应关系得到氧饱和度含量。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (11)

1.一种内窥镜光源装置，其特征在于，包括：

至少两个光源部；

至少一个二向色镜，所述二向色镜用于将对应所述光源部的发射光进行长波截止滤波、短波截止滤波或窄带滤波，并将滤波后的光束进行光路集成后输出合成光。

2.根据权利要求1所述的内窥镜光源装置，其特征在于，所述光源部包括蓝色光源部，所述二向色镜能够对所述蓝色光源部发射光中的蓝色波段进行长波截止。

3.根据权利要求2所述的内窥镜光源装置，其特征在于，所述二向色镜的过渡区波长范围为450-470nm，且所述二向色镜能够截止蓝色波段中光谱中大于460nm的波长。

4.根据权利要求1所述的内窥镜光源装置，其特征在于，所述光源部包括绿色光源部，所述绿色光源部由蓝色LED激发荧光体而发射绿光，所述绿色光源部的发射光光谱包括绿色波段光谱和蓝色激发光；

所述二向色镜能够对所述绿色光源部发射光中的蓝色激发光进行短波截止。

5.根据权利要求4所述的内窥镜光源装置，其特征在于，所述二向色镜能够截止所述绿色光源部中光谱小于460nm的波长。

6.根据权利要求1所述的内窥镜光源装置，其特征在于，所述二向色镜的过渡区波长为450-470nm，所述二向色镜能够截止蓝色波段中光谱中大于460nm的波长，且所述二向色镜能够截止绿色光源部中光谱小于460nm的波长。

7.根据权利要求1所述的内窥镜光源装置，其特征在于，所述二向色镜能够对所述光源部发射光中的紫色波段进行长波截止或窄带滤波。

8.根据权利要求7所述的内窥镜光源装置，其特征在于，所述二向色镜能够对紫色波段中波长大于410nm长波段截止，或所述二向色镜能够对紫色波段中以波长405nm为中心进行±10nm的窄带滤波。

9.根据权利要求1所述的内窥镜光源装置，其特征在于，所述光源部包括第一蓝色光和第二蓝色光，所述第一蓝色光的波长小于等于所述第二蓝色光的波长，且所述第一蓝色光和所述第二蓝色光的波长的差值小于等于40nm；

与所述第一蓝色光对应的二向色镜用于对所述第一蓝色光进行长波截止，与所述第二蓝色光对应的二向色镜用于对所述第二蓝色光进行短波截止；

当所述第一蓝色光被启动工作时，所述第一蓝色光能够使粘膜下层血管显示增强；当第二蓝色光被启动工作时，所述第二蓝色光能够实现血液中氧饱和度的观察。

10.一种内窥镜系统，其特征在于，包括图像处理部、控制部、导光部、摄像模组、输入部、显示部以及如权利要求1～9任意一项所述的内窥镜光源装置；

所述输入部、所述摄像模组以及所述内窥镜光源装置分别与所述控制部电连接；所述内窥镜光源装置中输出的合成光经过所述导光部内的导光束传输至前端照明透镜进行光束扩散，形成投射于观察目标的照明光；所述摄像模组将观察目标的反射光信号转换为电信号发送给所述图像处理部后再通过所述显示部显示。

11.根据权利要求10所述的内窥镜系统，其特征在于，当通过所述输入部使用第一特殊光照明时，所述第一蓝色光能够使粘膜下层血管显示增强；当通过所述输入部使用第二特殊光照明时，所述第二蓝色光能够实现血液中氧饱和度的观察。

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