JP2018198189A

JP2018198189A - 照明装置

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Publication number: JP2018198189A
Application number: JP2017103367A
Authority: JP
Inventors: 菅野　哲生; Tetsuo Sugano; 哲生菅野; 大河北口; Taiga Kitaguchi
Original assignee: Mitsubishi Electric Engineering Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Electric Engineering Co Ltd
Priority date: 2017-05-25
Filing date: 2017-05-25
Publication date: 2018-12-13
Anticipated expiration: 2037-05-25
Also published as: JP6893830B2

Abstract

【課題】波長の異なる複数の光源を用いる照明において、光出力や色温度の検出や調整を使用者への影響を最小限に精度よく行うことができる照明装置を提供する。【解決手段】観察や診断に使用される照明装置であって、複数の波長帯域の光を発光させる複数の発光手段（３，５，７）と、前記複数の発光手段の出力を検出する複数の検出手段と、前記複数の検出手段の出力に基づき前記複数の発光手段の出力を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、予め設定された照明出力と色温度となるよう前記複数の発光手段を制御して出力の調整を行う。【選択図】図１

Description

本発明は、観察や診断などで使用される照明装置に関し、特に、長時間安定した光出力や色温度が求められる照明装置に関するものである。

医療用顕微鏡に用いられる照明では、現在、キセノンランプを光源としたものが主流である。キセノンランプは、それ以前に主流のハロゲンランプより明るいというメリットがあるが、ランプであるため寿命が短いだけでなく時間の経過とともに光出力の低下や色温度の変化など、医療用としての観察や診断に対して不安定な要素があった。

一方、最近では、ＬＥＤや固体レーザーなどの半導体素子が照明の光源に用いられるようになり、ランプ系照明と比較して寿命の飛躍的向上とともに、出力だけでなく色温度の制御も容易となり、長時間安定した光出力が得られる。

このような従来例として、複数のレーザー光源を用い、これら複数のレーザー光源の光出力を制御する手法である（例えば、特許文献１参照）。これは、複数の光源から単一出力を得た後、１つのセンサーで検出する構成である。

特開２００４−２０７４２０号公報

しかしながら、上述した従来例では、複数の光源の出力を単一出力に集約した後、１つのセンサーで検出する構成のため、通常の使用状態では複数センサーの出力を個々に検出することはできない。この構成において、個々の光源の出力を検出して、出力の調整や光源の確認を行うためには、複数の光源を時分割で発光させた上で、それぞれの発光状態に対応した光出力を時系列的に検出する必要がある。

つまり、光出力の調整や内部検査を、例えば、調整モードのような特別な状態を設けて実施することになり、使用者が観察や診断に影響なく行うことができないという問題があった。

また、個々の光源の出力を検出する目的で複数のセンサーを備える場合、個々のセンサーの波長検出特性によっては、意図しない近傍の光出力も含めて検出してしまうことがある。この場合、制御出力に誤差が含まれることになり、精度のよい光出力制御ができないなどの課題がある。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、波長の異なる複数の光源を用いる照明において、光出力や色温度の検出や調整を使用者への影響を最小限に精度よく行うことができる照明装置を提供することを目的とする。

本発明に係る照明装置は、観察や診断に使用される照明装置であって、複数の波長帯域の光を発光させる複数の発光手段と、前記複数の発光手段の出力を検出する複数の検出手段と、前記複数の検出手段の出力に基づき前記複数の発光手段の出力を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、予め設定された照明出力と色温度となるよう前記複数の発光手段を制御して出力の調整を行うものである。

本発明によれば、波長帯域の異なる複数の発光手段を用いる照明装置において、光出力や色温度の検出や調整を使用者への影響を最小限に精度よく行うことができる。

本発明の実施の形態１に係る照明装置のブロック構成図である。本発明の実施の形態１に係る照明装置の説明に供するもので、発光波長と検出波長の特性図である。本発明の実施の形態２に係る照明装置のブロック構成図である。本発明の実施の形態２に係る照明装置の説明に供するもので、発光波長と検出波長の特性図である。本発明の実施の形態２に係る照明装置の説明に供するもので、検出モード制御例の説明図である。本発明の実施の形態２に係る照明装置の説明に供するもので、検出モード結果例の説明図である。本発明の実施の形態２に係照明装置の説明に供するもので、出力制御補正例の説明図である。

実施の形態１．

以下、本発明の実施の形態１に係る照明装置について図面を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態１に係る照明装置のブロック構成図である。また、図２は本発明の実施の形態１に係る照明装置の説明に供するもので、発光波長と検出波長の特性図である。

図１に示すように、本発明の実施の形態１に係る照明装置は、青色波長帯域の発光を制御する青色発光制御部２、青色波長帯域を発光する青色発光部３、緑色波長帯域の発光を制御する緑色発光制御部４、緑色波長帯域を発光する緑色発光部５、赤色波長帯域の発光を制御する赤色発光制御部６、赤色波長帯域を発光する赤色発光部７、青色発光部３と緑色発光部５及び赤色発光部７からの光出力を合成する光出力合成部８、光出力を検出するために採取する光出力採取部１０、光出力を外部に出力するための光出力端子１１、光出力採取部１０を介して採取された光出力を検出する光出力検出ブロック９、光出力検出ブロック９からの出力に基づいて青色発光制御部２、緑色発光制御部４、赤色発光制御部６を制御して青色、緑色、赤色波長帯域の発光を制御する制御部１を備えている。

ここで、光出力検出ブロック９は、青色帯域フィルター１２、青色帯域検出部１５、緑色帯域フィルター１３、緑色帯域検出部１６、赤色帯域フィルター１４、赤色帯域検出部１７、検出合成部１８を備えている。

次に、本発明の実施の形態１に係る照明装置の動作について説明する。制御部１は、システムが電源投入されたのち一定時間後に照明機能をＯＮさせる。つまり、青色発光制御部２と緑色発光制御部４及び赤色発光制御部６を制御して、青色発光部３と緑色発光部５と赤色発光部７の全てを発光させる。

このとき、光出力検出ブロック９により、青色帯域出力は青色帯域フィルター１２と青色帯域検出部１５を通して、緑色帯域出力は緑色帯域フィルター１３と緑色帯域検出部１６を通して、赤色帯域出力は赤色帯域フィルター１４と赤色帯域検出部１７を通して、それぞれ検出される。

制御部１は、予め設定された照明出力と色温度となるよう青色発光制御部２と緑色発光制御部４と赤色発光制御部６とを制御して出力の調整を行う。この例では、図２のように、青色出力２１ａは０．５、緑色出力２３は１．０、赤色出力２５は０．５とそれぞれ設定されている。なお、図２において、２０は青色帯域フィルター特性、２２は緑色帯域フィルター特性、２４は赤色帯域フィルター特性を示している。

図１に示す実施の形態１では、複数の光源が存在するが、個々の光源に対応した検出部を備えているため、使用者の通常使用状態においてもリアルタイムに検出を行うことができ、常に最良の状態の確認や調整を行うため全体制御が可能となる。これにより、使用者が観察や診断に適した長時間安定した照明機能を実現できる。

上述した実施の形態１では、３つの光源と３つの検出部であるが、数量はこれに留まらないことは言うまでもなく、通常使用状態においてもリアルタイムに検出を行うことができるなら光源と検出部が１対１でなくともよい。この場合、調整誤差が含まれる可能性があるが、実使用上問題ないレベルであれば許容可能である。

また、可視光発光手段として光の３原色を使用しているが、前述の波長に限るものではなく、発光デバイスもレーザーに限らずＬＥＤもしくはキセノンなどのいずれかの光源を使用してもよいのは言うまでもない。

また、光源の発光方法についても、連続波発振動作（Continuous Wave Operation：CW Operation）による発光であってもパルス発振動作（Pulsed Operation）であってもよく、同様の効果が得られる条件下では、いずれの動作であってもよいのは言うまでもない。
さらに、内視鏡やその他可視光とともに蛍光造影剤のための励起光を発光する光源を必要とする機器などに幅広く利用できることは言うまでもない。

実施の形態２．

次に、本発明の実施の形態２に係る照明装置について図面を参照して説明する。図３は本発明の実施の形態２に係る照明装置のブロック構成図である。また、図４は本発明の実施の形態２に係る照明装置の説明に供するもので、発光波長と検出波長の特性図である。また、図５から図７は本発明の実施の形態２に係る照明装置の説明に供するもので、順次検出モード制御例、検出モード結果例、出力制御補正例をそれぞれ示す説明図である。

図３に示すように、本発明の実施の形態２に係る照明装置は、図１に示す実施の形態１の構成と同様に、制御部１、青色発光制御部２、青色発光部３、緑色発光制御部４、緑色発光部５、赤色発光制御部６、赤色発光部７、光出力合成部８、光出力採取部１０、光出力端子１１、光出力検出ブロック９を備えている。

また、新たな構成として、光出力検出ブロック９からの出力に基づいてクロストーク誤差を抽出しクロストーク補正をかけるための演算を行う演算調整部１９をさらに備えており、制御部１は、演算調整部１９の演算結果に基づいてクロストーク補正をかけるための検出値や設定値への調整を行うようになされている。

なお、光出力検出ブロック９は、図１に示す実施の形態１の構成と同様に、青色帯域フィルター１２、青色帯域検出部１５、緑色帯域フィルター１３、緑色帯域検出部１６、赤色帯域フィルター１４、赤色帯域検出部１７、検出合成部１８を備えている。

次に、本発明の実施の形態２に係る照明装置の動作について説明する。制御部１は、システムが電源投入されたのち一定時間後に照明機能をＯＮさせる。つまり、青色発光制御部２と緑色発光制御部４と赤色発光制御部６とを制御して、青色発光部３と緑色発光部５と赤色発光部７の全てを発光させる。

ここで、たとえば、青色出力が図４に示す波長特性２１ｂのような場合、青色帯域フィルター特性２０を有する青色帯域検出部１５だけでなく、意図しない緑色帯域フィルター特性２２を有する緑色帯域検出部１６からも検出されてしまう。これらの検出結果をそのまま表すと図７となり、緑色検出結果２７が想定値より高くなる。このままでは、制御部１により調整を行うと、緑色検出結果２７に緑色検出クロストーク誤差２９が含まれるため設定値１．０より高くなり、制御部１により緑色を抑える方向へ動作してしまい、結果的に誤差を含む調正を行うことになる。なお、図７において、２６は青色検出結果、２８は赤色検出結果を示している。

そこで、演算調整部１９は、調整前にこの誤差を抽出し調整時に補正をかける。制御部１は、電源投入時の１回のみ一定期間だけ図５のような特殊発光動作を行うための検出モード例を設け、つまり、図５のような、青色検出モード制御４０による青色発光動作、緑色検出モード制御４１による緑色発光動作、赤色検出モード制御４２による赤色発光動作を順次行うことで、演算調整部１９での誤算抽出をための制御を行う。その検出モードとは、時系列的にそれぞれの発光部だけの発光期間に各検出部が検出を行い、検出値マトリクスを生成する。これが図６及び図７の検出モード結果例である。

この結果例では、図６及び図７に示すように、青色の発光が緑色帯域検出部１６の緑色検出結果２７に０．２のクロストーク誤差２９として検出されることがわかる。演算調整部１９は、これに基づき以下のようなマトリクス演算を行うことで、このクロストーク誤差を把握したうえで検出や設定値への調整が可能となる。

今、照明が持つ同一色内に存在する波長帯域数をｎとし、発光を行う各色をそれぞれＲｎ、Ｇｎ、Ｂｎとする。各色の発光は、パルス駆動にて各色毎に発光、各波長帯域毎に発光を行い、演算調整部１９において、下式（１）、（２）、（３）から各色の真の受光値を算出する。

光検出機器における各色の真の受光値（この場合、青色出力２３は０．５、緑色出力２５は１．０、赤色出力０．５をそれぞれＰＲｎ、ＰＧｎ、ＰＢｎとする。また、各色のクロストーク値をＸＴＲｎ、ＸＴＧｎ、ＸＴＢｎとする。そして、光検出機器における各色の受光感度をそれぞれＳＲｎ、ＳＧｎ、ＳＢｎとする。

ＰＲｎ＝ＳＲｎ×（Ｒｎ−（ＸＴＲｎ＿Ｇ＋ＸＴＲｎ＿Ｂ））・・・（１）
ＰＧｎ＝ＳＧｎ×（Ｇｎ−（ＸＴＧｎ＿Ｒ＋ＸＴＧｎ＿Ｂ））・・・（２）
ＰＢｎ＝ＳＢｎ×（Ｂｎ−（ＸＴＢｎ＿Ｒ＋ＸＴＢｎ＿Ｇ））・・・（３）

また、図３に示すような光反射素子等の光学部品（光出力採取部１０）によって、光検出機器へ光を照射する場合、その素子における各色の光透過率をＴＲＲｎ、ＴＲＧｎ、ＴＲＢｎとする。その場合、下式（４）、（５）、（６）から各色の真の受光値を算出する。

ＰＲｎ＝（１／ＴＲＲｎ）×ＳＲｎ×（Ｒｎ−（ＸＴＲｎ＿Ｇ＋ＸＴＲｎ＿Ｂ））
・・・（４）
ＰＧｎ＝（１／ＴＲＧｎ）×ＳＧｎ×（Ｇｎ−（ＸＴＧｎ＿Ｒ＋ＸＴＧｎ＿Ｂ））
・・・（５）
ＰＢｎ＝（１／ＴＲＢｎ）×ＳＢｎ×（Ｂｎ−（ＸＴＢｎ＿Ｒ＋ＸＴＢｎ＿Ｇ））
・・・（６）

上記の算出結果を各色毎で用い、制御量を算出し、それを各色毎の駆動部へ伝えることで、各色が正確な出力および安定したホワイトバランスの制御が可能となる。

これにより、電源投入時に誤差を把握しているため、通常使用状態にてリアルタイムにでも正確な検出を行うことができ、常に最良の状態の確認や調整を行うため全体制御が可能となる。これにより使用者が観察や診断に適した長時間安定した照明機能を実現できる。

このような制御により、青色発光部３から青色波長帯域の光を発光し、緑色発光部５から青色波長帯域を含まない緑色波長帯域の光を発光し、赤色発光部７から青色波長帯域と緑色波長帯域を含まない赤色波長帯域の光を発光することになる。

上述した実施の形態２では、３つの光源と３つの検出部であるが、数量はこれに留まらないことは言うまでもなく、通常使用状態においてもリアルタイムに検出を行うことができるなら光源と検出部が１対１でなくともよい。この場合、調整誤差が含まれる可能性があるが、実使用上問題ないレベルであれば許容可能である。

さらに、内視鏡やその他可視光とともに蛍光造影剤のための励起光を発光する光源を必要とする機器などに幅広く利用できることは言うまでもない。

上述した各実施の形態によれば、単一出力の状態であっても、複数の発光手段の個々の出力を通常の連続発光状態においてリアルタイムに検出可能である。

また、検出モードと演算手段により、制御誤差となる意図しない波長出力を検出することができる。

さらに、発光手段に固体光源を使用することで、細かな制御が可能となるとともに、長時間安定した性能を確保できる。

１制御部
２青色発光制御部
３青色発光部
４緑色発光制御部
５緑青色発光部
６赤色発光制御部
８光出力合成部
９光検出ブロック
１２演算調整部
２０青色帯域フィルター特性
２２緑色帯域フィルター特性
２４赤色帯域フィルター特性
２１ａ青色出力１
２１ｂ青色出力２
２６青色検出結果
２７緑色検出結果
２８赤色検出結果
２９緑色検出クロストーク誤差
４０青色検出モード制御
４１緑色検出モード制御
４２赤色検出モード制御

Claims

観察や診断に使用される照明装置であって、
複数の波長帯域の光を発光させる複数の発光手段と、
前記複数の発光手段の出力を検出する複数の検出手段と、
前記複数の検出手段の出力に基づき前記複数の発光手段の出力を制御する制御手段と
を備え、
前記制御手段は、予め設定された照明出力と色温度となるよう前記複数の発光手段を制御して出力の調整を行う
ことを特徴とする照明装置。
前記複数の発光手段は、
第一の波長帯域の光を発光させる第一発光手段と、
第二の波長帯域の光を発光させる第二発光手段と、
第三の波長帯域の光を発光させる第三発光手段と
を有すると共に、
前記複数の検出手段は、
前記第一発光手段の出力を検出する第一検出手段と、
前記第二発光手段の出力を検出する第二検出手段と、
前記第三発光手段の出力を検出する第三検出手段と
を有し、
前記制御手段は、前記第一検出手段、前記第二検出手段及び前記第三検出手段の出力に基づき前記第一発光手段、前記第二発光手段及び前記第三発光手段の出力を制御する
ことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
前記第一検出手段、前記第二検出手段及び前記第三検出手段の出力に基づいてクロストーク誤差を抽出しクロストーク補正をかけるための演算を行う演算手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記演算手段の演算結果に基づいてクロストーク補正をかけるための出力調整を行う
ことを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
前記制御手段は、前記第一発光手段、前記第二発光手段及び前記第三発光手段の出力を連続波発振動作またはパルス発振動作による駆動にて制御する
ことを特徴とする請求項２または３に記載の照明装置。
前記第一発光手段、前記第二発光手段及び前記第三発光手段に、ＬＥＤ光源を用いる
ことを特徴とする請求項２から４までのいずれか１項に記載の照明装置。
前記第一発光手段、前記第二発光手段及び前記第三発光手段に、レーザー光源を用いる
ことを特徴とする請求項２から４までのいずれか１項に記載の照明装置。