JP2013059664A - 光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】色むらのない内視鏡画像が得られる光源装置を提供すること。
【解決手段】光源装置であって、被写体に照射する第１の発光強度の照明光を発生する第
１の発光素子（Ｒ用発光素子１０Ｒ）と、少なくとも第１の発光素子から発生される照明
光とは異なる波長の光を含む、第２の発光強度の照明光を発生する第２の発光素子（Ｇ用
発光素子１０Ｇ）とを具備し、第１の発光強度のピーク部１００−３と第２の発光強度の
ピーク部１００−１とが、一致するように配置され発光させる。
【選択図】図４

Description

本発明は、複数の異なる波長の光を射出する複数の発光素子を備えた光源装置に関する。

例えば、特開平１１−２２５９５３公報は、挿入部の先端に観察用の撮像手段及びＲ（赤い），Ｇ（緑），Ｂ（青）の３色の発光素子がそれぞれ配設された電子内視鏡を開示している。

特開平１１−２２５９５３号公報

しかしながら、特開平１１−２２５９５３号公報に代表される従来技術では、各Ｒ，Ｇ，ＢのＬＥＤの発光点は、ＣＣＤ等の撮像素子に対して、それぞれに異なっているため、内視鏡画像に色むらが発生するという問題があった。
本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、その目的とするところは、色むらのない内視鏡画像が得られる光源装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明の第１の態様に係る光源装置は、被写体に照射する第１の照明光を発生する複数の第１の発光素子と、少なくとも前記複数の第１の発光素子から発生される照明光とは異なる波長の光を含む、第２の照明光を発生する複数の第２の発光素子と、を具備し、前記第１及び第２の発光素子が配置される面方向に対して、平行な方向に、前記複数の第１の発光素子がそれぞれ出射する前記第１の照明光のピーク部が現れるように配置され、且つ、前記面方向に対して平行な方向に前記複数の第２の発光素子がそれぞれ出射する前記第２の照明光のピーク部が現れるように配置されると、共に、前記複数の第１の発光素子の各々から出射される前記第１の照明光の合成により得られる第１の発光強度のピーク部の位置と、前記複数の第２の発光素子の各々から発光される照明光の合成により得られる第２の発光強度のピーク部の位置とが一致するように、前記複数の第１の発光素子の配置関係に基づいて、前記第１の発光素子の各々の発光量が制御されると共に、前記複数の第２の発光素子の配置関係に基づいて、前記第２の発光素子の各々の発光量が制御される。

本発明によれば、色むらのない内視鏡画像が得られる光源装置を提供することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る面順次内視鏡装置１の構成を示す図である。 図２は、発光ダイオード１０の点灯、ＣＣＤ１１の駆動、撮像信号の格納の各動作のタイミング関係を示すタイムチャートである。 図３は、本発明の第１実施形態において、従来の配置の問題点を説明するための図である。 図４は、本発明の第１実施形態に係る内視鏡先端部の配置と、各発光素子から一定の距離だけ離れた面での照度を示す図である。 図５は、第１実施形態の変形例を示す図である。 図６は、本発明の第２実施形態において、Ｒ，Ｇ，Ｂ用の各発光ダイオードの配光のピークがＣＣＤ１１の画角内においてほぼ一致するように制御する例を示す図である。 図７は、本発明の第２実施形態において、Ｒ用の発光ダイオードを３個配置した場合の例を示す図である。 図８は、本発明の第３実施形態において、従来の配置の問題点を説明するための図である。 図９（ａ）は、本発明の第３実施形態に係る内視鏡先端部の配置を示す図であり、図９（ｂ）はその配向分布を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る面順次の内視鏡装置１の構成を示す図であり、発光ダイオード１０を備えた電子内視鏡２と、発光ダイオード１０の駆動を制御する発光ダイオード駆動制御部３と、電子内視鏡２で取得した画像信号に対して信号処理を行う信号処理装置としてのビデオプロセッサ４と、該ビデオプロセッサ４により処理された画像信号を表示するカラーモニタ５とを備える。電子内視鏡２、発光ダイオード駆動制御部３、ビデオプロセッサ４、カラーモニタ５はそれぞれ信号線等により接続されている。また、図１では、発光ダイオード１０を１つしか示していないが、実際はＲ（Red），Ｇ（Green），Ｂ（Blue）ごとに３つ配置されている。

上記した構成において、発光ダイオード１０を発光させて被写体（図示せず）を照明すると、照明された被写体の光学像は、電子内視鏡２内の対物光学系１２により、その焦点面に配置されたＣＣＤ１１上に結像される。前記光学像は、ＣＣＤ１１により光電変換され、信号電荷として蓄積される。

ビデオプロセッサ４内のＣＣＤドライバ８１から当該ＣＣＤ１１にＣＣＤドライブ信号が印加されると、ＣＣＤ１１に蓄積された信号電荷が転送されて撮像信号出力として外部に出力される。
ＣＣＤ１１の出力信号は、ビデオプロセッサ４内のプリアンプ８３により増幅された後、Ａ／Ｄコンバータ８４でデジタル信号に変換される。デジタル信号に変換されたＲ，Ｇ，Ｂ撮像信号は、面順次照明に同期してセレクタ８５を切り替えることによりそれぞれＲ，Ｇ，Ｂメモリ８６Ｒ，８６Ｇ，８６Ｂに格納される。

Ｒ，Ｇ，Ｂメモリ８６Ｒ，８６Ｇ，８６Ｂに格納された撮像信号は同時に読み出され、それぞれＤ／Ａコンバータ８７Ｒ，８７Ｇ，８７Ｂでアナログ信号に変換されてＲ，Ｇ，Ｂ信号となる。このＲ，Ｇ，Ｂ信号は、バッファ８８Ｒ，８８Ｇ，８８Ｂを介して図示しない同期信号と共にカラーモニタ５に出力され、その表示面に被写体像がカラー表示される。

また、Ｄ／Ａコンバータ８７Ｒ、８７Ｇ、８７Ｂを経て出力されるＲ、Ｇ、Ｂ信号は調光用信号生成回路８９に入力され、例えば１フィールド期間積分した調光用信号が生成される。この調光用信号は発光ダイオード駆動制御部３の点灯・調光制御回路７１に入力される。

点灯・調光制御装置７１には、観察に適した明るさに対応する基準レベルを発生する基準レベル発生回路７２から基準電圧Ｅｒが印加される。なお、この基準レベルを可変とすることもできる。点灯・調光制御装置７１は、この基準電圧Ｅｒと入力された調光用信号とを比較して差信号を生成し、この差信号が０になる点灯・調光用信号を発光ダイオードドライバ７３に出力することで発光ダイオード１０の発光強度や発光期間を可変させる。

図２は、発光ダイオード１０の点灯、ＣＣＤ１１の駆動、撮像信号の格納の各動作のタイミング関係を示すタイムチャートである。タイミングコントローラ８２は、図示せぬ同期信号発生回路で発生される垂直同期信号（ＶＤ）により駆動される。ＣＣＤドライバ８１及び点灯・調光制御回路７１は、タイミングコントローラ８２からの出力信号により動作するタイミングが決められる。

すなわち、点灯・調光制御装置７１は、タイミングコントローラ８２からの出力信号に同期して、発光ダイオードドライバ７３に発光ダイオードドライブ信号を出力する。発光ダイオードドライバ７３は、この発光ダイオードドライブ信号に同期して発光ダイオード１０をＲ，Ｇ，Ｂの順に発光させる。発光ダイオード１０の発光・調光制御は基準レベル発生回路７２で発生される基準電圧に基づいて行われる。

ＣＣＤドライバ８１は、Ｒ、Ｇ、Ｂの発光期間の後に、タイミングコントローラ８２からの出力信号に同期して、ＣＣＤドライブ信号をＣＣＤ１１に対して出力する。これによってＣＣＤ１１が駆動されて撮像動作が行われる。この撮像動作により取得された撮像信号は、セレクタ８５の繰り替え動作にしたがって、それぞれＲ，Ｇ，Ｂメモリ８６Ｒ，８６Ｇ，８６Ｂに格納される。上記したＲ、Ｇ、Ｂそれぞれの発光ダイオード１０の発光、ＣＣＤ１１の駆動、撮像信号の格納の動作は２つの画面の区切りを示す１ＶＤ期間内に行われる。

ところで、図１に示すように、電子内視鏡２の先端部には撮像素子としてのＣＣＤ１１や光源としての発光ダイオード１０が配置されるが、細い径を有する先端部にこれらの素子を配置するにあたって、その配置の仕方によっては内視鏡画像に色むらが発生するという問題がある。以下では、ＣＣＤ１１に対してＲ，Ｇ，Ｂの各発光ダイオード１０をどのように配置したらよいかについて考察する。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態ではＣＣＤを内視鏡先端部の中央位置よりもずれた位置に配置した場合について説明する。図３は従来の配置の問題点を説明するための図である。各発光ダイオード１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂは縦一列に配置されており、Ｒ，Ｇ，Ｂ用の各発光ダイオード１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂは配光を考慮した配置とはなっていない。このような配置状態で各発光ダイオード１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂを発光させると、ＣＣＤ１１に対して発光ダイオード１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂの発光点がそれぞれ異なるため、ＣＣＤ１１の画角内において配光分布が各発光ダイオード１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂで、照明のピーク位置がずれてしまうため、内視鏡画像に色むらが発生する。

図４は、本発明の第１実施形態に係る内視鏡先端部の配置と、内視鏡先端から一定の距離だけ離れた面での照度（図面の縦（Ｙ軸）方向）を示している。図面の横（Ｘ軸）方向は、同種類の２つの発光素子の中心を通る直線上の距離を示す。図４において、Ｒ，Ｇ，Ｂの各波長の光によって照明される照度の高い部分をそれぞれ発光強度のピーク部１００−３，１００−１，１００−２と呼ぶことにする。これら３つの発光強度のピーク部１００−３，１００−１，１００−２はＣＣＤ１１の光軸上にあり、位置が一致している。

ここではＲ，Ｇ，Ｂ用の各発光ダイオード１０Ｒと１０Ｒ−１、１０Ｇと１０Ｇ−１、１０Ｂと１０Ｂ−１で各々ＣＣＤ１１を挟み込むように配置している。また、発光ダイオード１０Ｒ、１０Ｒ−１はＣＣＤ１１から等しい距離だけ離れた位置に配置されているのでそれぞれの発光強度のピークは一致している。他の色の発光ダイオード１０Ｇと１０Ｇ−１、１０Ｂと１０Ｂ−１についても同様である。
なお、ここでは、Ｒ，Ｇ，Ｂ用の発光素子を２個ずつ配置したが、どれか１色の発光素子が２個以上配置されていればよい。

このように、各色の発光ダイオードの配置に関して、各色の発光ダイオードでＣＣＤ１１を挟み込む位置、あるいは囲い込む位置に配置することにより、ＣＣＤ１１から見て各色の発光ダイオードの発光強度のピーク位置は、意図的にＣＣＤ１１に近い距離に設定することが可能となり、各色の配光を改善することができる。

上記のことより、ＣＣＤ１１に対して各発光ダイオード１０Ｒ及び１０Ｒ−１の発光点と、１０Ｇ及び１０Ｇ−１の発光点と、１０Ｂ及び１０Ｂ−１の発光点とはほぼ一致するので同じ一点から発光しているように見える。このようにして、色むらのない内視鏡画像が得られる。

（第２実施形態）
以下に、本発明の第２実施形態について説明する。図５は、本発明の第１の実施形態のみでは解決出来ない場合の問題点を説明するための図であり、Ｒ，Ｇ，Ｂ用の各発光ダイオード１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂが例えば内視鏡先端部のレイアウト上の制約などによってＣＣＤ１１に対して非対称に配置されている場合のようすを示している。このような配置では、ＣＣＤ１１の画角内において各発光ダイオード１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂの配光ではピークも一致しないので、内視鏡画像に発生する色むらの問題は実使用上解消できない。

そこで本実施形態では、各発光ダイオード１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂの配置を変更するのではなく、各発光ダイオード１０Ｒ及び１０Ｒ−１，１０Ｇ及び１０Ｇ−１，１０Ｂ及び１０Ｂ−１の発光強度をそれぞれ可変させることにより、Ｒ，Ｇ，Ｂ用の各発光ダイオード１０Ｒ及び１０Ｒ−１の配光のピークと、１０Ｇ及び１０Ｇ−１の配光のピークと、１０Ｂ及び１０Ｂ−１の配光のピークとが図６に示すように、ＣＣＤ１１の画角内においてほぼ一致するように制御する。ここで各発光素子の発光強度（発光量）は他の発光素子に関連して制御させてもよいし、発光素子ごとにそれぞれ独立して制御するようにしてもよい。

これによって、ＣＣＤ１１に対して各発光ダイオード１０Ｒ及び１０Ｒ−１の発光点と、１０Ｇ及び１０Ｇ−１の発光点と、１０Ｂ及び１０Ｂ−１の発光点とはほぼ一致するので同じ一点から発光しているように見えることになり、色むらのない内視鏡画像が得られる。

なお、上記した第２実施形態では、２組のＲ，Ｇ，Ｂの発光ダイオードがＣＣＤ１１に対して挟み込むように配置したが、３組以上の発光ダイオードがそれぞれＣＣＤ１１を囲い込むように配置してもよい。

図７はＲ用の発光ダイオードを３個以上（図７では１０Ｒ，１０Ｒ−１，１０Ｒ−２の３個）配置した場合の例を示しており、１０Ｒと１０Ｒ−１と１０Ｒ−２でＣＣＤ１１を囲い込むように配置される。同様な配置方法でＧ，Ｂの各発光ダイオードに関しても３個以上用いることができる。

（第３実施形態）
以下に、本発明の第３実施形態について説明する。第３実施形態ではＣＣＤを先端部中央位置に配置した場合について説明する。図８は従来の配置の問題点を説明するための図である。このような配置で各発光ダイオード１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂを発光させると、ＣＣＤ１１に対して発光ダイオード１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂの発光点がそれぞれ異なるため、ＣＣＤ１１の画角内において配光のピークが各発光ダイオード１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂで一致することは無く内視鏡画像に色むらが発生する。

図９（ａ）は、本発明の第３実施形態に係る内視鏡先端部の構成を示している。ここではＣＣＤ１１に対してＲ，Ｇ，Ｂ用の各発光ダイオード１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂをほぼ点対称な位置に配置して囲い込んだことを特徴とする。さらに、３組のＲ，Ｇ，Ｂ用発光ダイオード１０Ｒ−１，１０Ｇ−１，１０Ｂ−１、１０Ｒ−２，１０Ｇ−２，１０Ｂ−２、１０Ｒ−３，１０Ｇ−３，１０Ｂ−３についてもＣＣＤ１１を囲い込む位置に配置する。なお、ここでは、Ｒ，Ｇ，Ｂ用の発光素子を４個ずつ配置したが、どれか１色の発光素子が２個以上配置されていればよい。ただし、２個の場合はＣＣＤ１１を概略挟み込む位置に配置することとなる。

以下では、発光ダイオード１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂと、これらとそれぞれ対向する発光ダイオード１０Ｒ−２，１０Ｇ−２，１０Ｂ−２について説明するが、互いに対向する他の発光ダイオードについても同様である。

ＣＣＤ１１の中心から発光ダイオード１０Ｒまでの距離ＬＲ及び発光ダイオード１０Ｒ−２までの距離ＬＲ２と、ＣＣＤ１１の中心から発光ダイオード１０Ｇまでの距離ＬＧ及び発光ダイオード１０Ｇ−２までの距離ＬＧ２と、ＣＣＤ１１の中心から発光ダイオード１０Ｂまでの距離ＬＢ及び発光ダイオード１０Ｂ−２までの距離ＬＢ２と、に応じて各発光ダイオードの発光強度を調整することによって、Ｒ用の発光ダイオード１０Ｒ及び１０Ｒ−２を発光したときの配光のピークと、Ｇ用の発光ダイオード１０Ｇ及び１０Ｇ−２を発光したときの配光のピークと、Ｂ用の発光ダイオード１０Ｂ及び１０Ｂ−２を発光したときの配光のピークとは、図９（ｂ）に示すように、ＣＣＤ１１の画角内においてほぼ一致させることができる。この場合、上記各３つの配向分布における発光強度はいずれもＣＣＤ１１の中心でピークをもつ。

上記のことより、ＣＣＤ１１に対して各発光ダイオード１０Ｒ及び１０Ｒ−２の発光点と、１０Ｇ及び１０Ｇ−２の発光点と、１０Ｂ及び１０Ｂ−２の発光点とはほぼ一致するので同じ一点から発光しているように見える。このようにして、色むらのない内視鏡画像が得られる。

なお、上記した第１実施形態では、ＣＣＤ１１に対して４組のＲ，Ｇ，Ｂの発光ダイオードのそれぞれがＣＣＤ１１に対して対称となるように配置したが、５組以上の発光ダイオードがそれぞれＣＣＤ１１に対して対称となるように配置してもよい。

また、上記第３実施形態ではＣＣＤを先端部中央位置に配置した場合について説明したが、発光強度の調整により発光のピークを移動できるので、ＣＣＤが先端部中央位置から外れた位置に配置された場合においても、各色が同一点から発光しているように見えるように制御可能であることは明らかである。

さらに、本実施形態では、照明手段としての発光素子を発光ダイオードとしたが、レーザーダイオードでもよい。本実施形態では、撮像素子としてＣＣＤを用いたが、ＣＭＯＳでもよい。また、本実施形態では、発光ダイオード駆動制御部３を別個に配置しているが、ビデオプロセッサ４の内部や電子内視鏡２の先端または図示しない電子内視鏡２の操作部（図示せず）等に配置してもよい。

１…内視鏡装置、２…電子内視鏡、３…発光ダイオード駆動制御部、４…ビデオプロセッサ、５…カラーモニタ、１０…発光ダイオード、１１…撮像素子（ＣＣＤ）、１２…対物光学系、７１…点灯・調光制御回路、７２…基準電圧、７３…発光ダイオードドライバ、８１…ＣＣＤドライバ、８２…タイミングコントローラ、８３…プリアンプ、８４…Ａ／Ｄコンバータ、８５…セレクタ、８６Ｒ…Ｒメモリ、８６Ｇ…Ｇメモリ、８６Ｂ…Ｂメモリ、８７Ｒ，８７Ｇ，８７Ｂ…Ｄ／Ａコンバータ、８８Ｒ，８８Ｇ，８８Ｂ…バッファ、
８９…調光用信号生成回路、１００−１〜１００−３…ピーク部。

上記の目的を達成するために、本発明の第１の態様に係る光源装置は、被写体に照射する第１の照明光を発生する複数の第１の発光素子と、少なくとも前記複数の第１の発光素子から発生される照明光とは異なる波長の光を含む、第２の照明光を発生する複数の第２の発光素子と、前記第１及び第２の発光素子が配置される面方向に対して、平行な方向に、前記複数の第１の発光素子がそれぞれ出射する前記第１の照明光のピーク部が現れるように配置され、且つ、前記面方向に対して平行な方向に前記複数の第２の発光素子がそれぞれ出射する前記第２の照明光のピーク部が現れるように配置され、前記複数の第１の発光素子の各々から出射される前記第１の照明光の合成により得られる第１の発光強度のピーク部の位置と、前記複数の第２の発光素子の各々から発光される照明光の合成により得られる第２の発光強度のピーク部の位置とが一致するように、前記複数の第１の発光素子の配置関係に基づいて、前記第１の発光素子の各々の発光量を制御すると共に、前記複数の第２の発光素子の配置関係に基づいて、前記第２の発光素子の各々の発光量を制御する制御部と、を具備する。

Claims (3)

1. 被写体に照射する第１の照明光を発生する複数の第１の発光素子と、
   少なくとも前記複数の第１の発光素子から発生される照明光とは異なる波長の光を含む、第２の照明光を発生する複数の第２の発光素子と、を具備し、
   前記第１及び第２の発光素子が配置される面方向に対して、平行な方向に、前記複数の第１の発光素子がそれぞれ出射する前記第１の照明光のピーク部が現れるように配置され、且つ、前記面方向に対して平行な方向に前記複数の第２の発光素子がそれぞれ出射する前記第２の照明光のピーク部が現れるように配置されると、共に、
   前記複数の第１の発光素子の各々から出射される前記第１の照明光の合成により得られる第１の発光強度のピーク部の位置と、前記複数の第２の発光素子の各々から発光される照明光の合成により得られる第２の発光強度のピーク部の位置とが一致するように、前記複数の第１の発光素子の配置関係に基づいて、前記第１の発光素子の各々の発光量が制御されると共に、前記複数の第２の発光素子の配置関係に基づいて、前記第２の発光素子の各々の発光量が制御されることを特徴とする光源装置。
2. 前記第１の発光強度のピーク部と前記第２の発光強度のピーク部とが、被写体を撮像する撮像素子の中心位置と一致するように配置され発光することを特徴とする請求項１記載の光源装置。
3. 前記制御部は、前記複数の第１及び第２の発光素子における各発光量を制御する際に、所定の発光素子の発光量に関連させて他の発光素子の発光量を調整する、及び、各発光素子の発光量を独立して調整するうちのいずれかの制御を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の光源装置。

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