JP4875431B2

JP4875431B2 - 光源装置

Info

Publication number: JP4875431B2
Application number: JP2006208851A
Authority: JP
Inventors: 真司山下
Original assignee: Olympus Medical Systems Corp
Current assignee: Olympus Medical Systems Corp
Priority date: 2006-07-31
Filing date: 2006-07-31
Publication date: 2012-02-15
Anticipated expiration: 2026-07-31
Also published as: JP2008029740A

Description

本発明は、例えば面順次式内視鏡用光源装置として用いられる光源装置に関する。

面順次式内視鏡では、内視鏡の先端部から、赤色、緑色、青色の各色光を被険体へと順次照射する。このような光は、光源装置から内視鏡の基端部へと供給され、内視鏡の基端部から先端部へとライトガイドを介して伝達されるものである。光が照射される露光期間では、被険体からの反射光がＣＣＤへと入射され、ＣＣＤにおいて光電変換により電荷が発生され蓄積される。一方、光が照射されない遮光期間では、ＣＣＤに蓄積された電荷を読み出して画像信号を得る。そして、各色光についての画像信号を合成処理することにより、カラー画像を得る。

特許文献１には、面順次式内視鏡用の光源装置が開示されている。特許文献１の光源装置では、光源からの光路上に、カラーホイール及び遮光板を互いに対面させて介設している。カラーホイールには、各色光の夫々のみを透過する各色のカラーフィルタが配設されており、遮光板には、各色のカラーフィルタに夫々対面して光透過部が形成されている。ここで、高画素のＣＣＤほど長い遮光期間が必要となるが、特許文献１の光源装置では、カラーホイールと遮光板とを同じ単位時間毎の回転数で回転させ、カラーホイールの回転の位相に対して遮光板の回転の位相を調整することで、遮光板によって覆われるカラーフィルタの量を調整することができ、遮光期間を調整することが可能である。
特開平９−１６４１１５号公報

特許文献１の光源装置では、露光から遮光への切替と遮光から露光への切替との内、一方の切替ではカラーホイールのカラーフィルタの端部が光路上を横切り、他方の切替では遮光板の光透過部の端部が光路上を横切ることとなる。そして、遮光板の単位時間毎の回転数はカラーホイールの単位時間毎の回転数と同じであるため、遮光板の光透過部の端部による露光と遮光との切替は、カラーホイールのカラーフィルタの端部による露光と遮光との切替よりも迅速に行われるわけではなく、最適な露光が行われているわけではない。

本発明は、上記課題に着目してなされたもので、その目的とするところは、最適な露光を行うことが可能な光源装置を提供することである。

本発明の第１実施態様の光源装置は、フィルタホイール、前記フィルタホイールを中心軸周りに回転させるフィルタホイール駆動部、及び、前記フィルタホイールに複数個設けられ、前記中心軸に対して所定の径を有する周方向に前記中心軸に対して互いに略等しい角度をなすように延び、前記中心軸の周方向に対して等分の位置に配置され、所定の波長の光を透過する少なくとも２つのフィルタ部、を有するフィルタユニットと、前記フィルタホイールに対面している開口ホイール、前記開口ホイールを前記中心軸周りに回転させる開口ホイール駆動部、及び、前記フィルタ部の個数を除した場合に割り切れて商が所定の整数となる個数だけ前記開口ホイールに設けられ、前記中心軸に対して前記所定の径を有する周方向に前記中心軸に対して前記フィルタ部がなす角度に前記所定の整数を乗じた角度をなすように延び、複数設けられている場合には前記中心軸の周方向に対して等分の位置に配置されている、少なくとも１つの開口部、を有する開口ユニットと、前記フィルタホイール及び前記開口ホイールへと、前記中心軸に対して前記所定の径だけ離間して前記中心軸に略平行に光を照射する光源ユニットと、前記フィルタホイール駆動部及び前記開口ホイール駆動部を制御して、前記開口ホイールを前記フィルタホイールの単位時間毎の回転数に前記所定の整数を乗じて得られる単位時間毎の回転数で前記フィルタホイールの回転数より高回転状態で回転すると共に、前記開口ホイールの回転の位相を前記フィルタホイールの回転の位相に対して調節可能である制御ユニットと、を具備することを特徴とする。

本発明の第１実施態様の光源装置では、フィルタホイール単独の場合の露光期間と開口ホイール単独の場合の露光期間とは略同じ長さとなり、フィルタホイールの回転の位相に対して開口ホイールの回転の位相を調整することで、開口ホイールの遮光部によってフィルタホイールのフィルタ部が覆われる量が調整され、全体としての遮光期間が調整される。ここで、遮光から露光への切替と露光から遮光への切替との内の一方の切替では、フィルタホイールのフィルタ部の端部よりも高速で回転する開口ホイールの開口部の端部が光路上を横切るため、切替を迅速に行うことができる。このため、最適な露光を行うことが可能となっている。

以下、本発明の一実施形態を図１乃至図４を参照して説明する。

図１を参照し、本実施形態の内視鏡システムは、内視鏡８と光源装置１０とから形成されている。

本実施形態の光源装置１０のフィルタユニット１２ａ及び開口ユニット１２ｂは、夫々、互いに対面している円板状のフィルタホイール１４ａ及び開口ホイール１４ｂを有する。これらフィルタホイール１４ａ及び開口ホイール１４ｂは、夫々、共通の中心軸を中心として、フィルタホイール駆動手段及び開口ホイール駆動手段としての夫々のモータ１６ａ，１６ｂによって回転される。モータ１６ａ，１６ｂとしては、例えばＰＵＶ三相交流モータが用いられる。

図２及び図３を参照し、フィルタホイール１４ａには、所定の波長の光を透過する少なくとも２つのフィルタ部１８ｒ，１８ｇ，１８ｂが配設されている。本実施形態では、フィルタホイール１４ａには、赤色光、緑色光、青色光の夫々のみを透過する赤色フィルタ部１８ｒ（図中Ｒ参照）、緑色フィルタ部１８ｇ（図中Ｇ参照）、青色フィルタ部１８ｂ（図中Ｂ参照）が配設されている。これらフィルタ部１８ｒ，１８ｇ，１８ｂは、中心軸に対して所定の径を有する周方向に、中心軸に対して互いに略等しい角度をなすように延び、周方向に対して互いに等分の位置に配置されている。本実施形態では、３つのフィルタ部１８ｒ，１８ｇ，１８ｂが、夫々、中心軸に対して略６０°の角度をなしており、３つのフィルタ部１８ｒ，１８ｇ，１８ｂの周方向の一端部間は、中心軸に対して略１２０°の角度をなしている。なお、３つのフィルタ部１８ｒ，１８ｇ，１８ｂは、径方向に対して互いに略等しい幅を有する。

また、フィルタホイール１４ａには、フィルタホイール１４ａの位置を検出するための複数のマーカ２０ａが配置されている。具体的には、フィルタ部１８ｒ，１８ｇ，１８ｂの個数を２倍して得られる個数のマーカ２０ａが、周方向に対して互いに等分の位置に、半分のマーカ２０ａがフィルタ部１８ｒ，１８ｇ，１８ｂの周方向の一端部にアラインメントされるように、配置されている。本実施形態では、６個のマーカ２０ａが中心軸に対して互いに６０°の角度をなして配置され、３つのマーカ２０ａが夫々各フィルタ部１８ｒ，１８ｇ，１８ｂの周方向の一端部にアラインメントされている。さらに、赤色フィルタ部１８ｒの周方向の一端部にアラインメントされているマーカ２０ａの径方向内側に、追加のマーカ２０ｃが配置されている。

開口ホイール１４ｂには、フィルタ部１８ｒ，１８ｇ，１８ｂの個数を除した場合に割り切れて商が所定の整数となる個数だけ開口部１８ｏが配設されている。本実施形態では、開口ホイール１４ｂに１つの開口部１８ｏが配設されている。開口部１８ｏは、中心軸に対して上記所定の径を有する周方向に、中心軸に対してフィルタ部１８ｒ，１８ｇ，１８ｂがなす角度に上記所定の整数を乗じて得られる角度をなすように延びている。本実施形態では、開口部１８ｏは、中心軸に対して、中心軸に対してフィルタ部１８ｒ，１８ｇ，１８ｂがなす角度６０°に上記所定の整数３を乗じて得られる角度１８０°をなしている。開口部１８ｏが複数の場合には、中心軸に対して上記所定の径を有する周方向に対して等分の位置に配置されることとなる。なお、開口部１８ｏは、径方向に対してフィルタ部１８ｒ，１８ｇ，１８ｂの幅に略等しい幅を有する。

また、開口ホイール１４ｂには、開口ホイール１４ｂの位置を検出するための複数のマーカ２０ｂが配置されている。具体的には、開口部１８ｏの個数を２倍して得られる個数のマーカ２０ｂが、周方向に対して互いに等分の位置に、半分のマーカ２０ｂが開口部１８ｏの周方向の一端部にアラインメントされるように、配置されている。本実施形態では、２個のマーカ２０ｂが中心軸に対して互いに１８０°の角度をなして配置され、１個のマーカ２０ｂが開口部１８ｏの周方向の一端部にアラインメントされている。

図１乃至図３を参照し、フィルタユニット１２ａのモータ１６ａは以下のように制御される。リングカウンタ２２から同期信号がコンパレータ２４ａに出力される。コンパレータ２４ａは、同期信号と、ＣＰＵ２６によって設定された第１の比較値とが等しい場合には、フェーズコンパレータ２８ａに同期パルスを出力する。一方、フィルタユニット１２ａに並設されている光センサ３０ａによって、フィルタホイール１４ａの各マーカ２０ａが順次検出され、位置検出パルスがバッファアンプ３２ａで増幅されてフェーズコンパレータ２８ａに出力される。フェーズコンパレータ２８ａで、コンパレータ２４ａからの同期パルスの位相と、光センサ３０ａからの位置検出パルスの位相とが比較され、位相差信号がループフィルタ３４ａを介してモータドライバ３６ａに出力される。モータドライバ３６ａは、位相差信号と、モータ１６ａの回転状態を示すモータ１６ａからのホールセンサ出力とに基いて、モータ１６ａを制御する。なお、追加の光センサ３０ｃによって、赤色フィルタ部１８ｒの追加のマーカ２０ｃが検出される。

同様に、開口ユニット１２ｂのモータ１６ｂは、ＣＰＵ２６によって設定された第２の比較値に基いて、フィルタユニット１２ａのモータ１６ａと同様に制御される。ここでも、開口ユニット１２ｂに並設されている光センサ３０ｂによって、開口ホイール１４ｂの各マーカ２０ｂが順次検出される。

ここで、開口ホイール１４ｂには、開口部１８ｏの個数に２を乗じて得られた個数のマーカ２０ｂが周方向に対して等分に配置されており、フィルタホイール１４ａには、開口ホイール１４ｂのマーカ２０ｂの個数に上記所定の整数を乗じて得られた個数のマーカ２０ａが周方向に対して等分に配置されている。このようなマーカ２０ａ，２０ｂに基いて上述した制御が行われるため、開口ホイール１４ｂの単位時間毎の回転数は、フィルタホイール１４ａの単位時間毎の回転数に上記所定の整数を乗じて得た回転数となっている。本実施形態では、開口ホイール１４ｂの単位時間毎の回転数は、フィルタホイール１４ａの単位時間毎の回転数の３倍である。

そして、第１及び第２の比較値を適宜設定することで、フィルタホイール１４ａの回転の位相に対して、開口ホイール１４ｂの回転の位相を任意に調整することが可能である。

キセノンランプ等により形成される光源ユニット３８から、フィルタホイール１４ａ及び開口ホイール１４ｂの中心軸に対して上記所定の径だけ離間して、中心軸に略平行に光が照射される。この光は、フィルタホイール１４ａ及び開口ホイール１４ｂを介して光源装置１０から出射され、光源装置１０に接続されている内視鏡８へと供給される。

内視鏡８に供給された光は、内視鏡８に挿通されているライトガイド４２を介して内視鏡８の先端部まで導光され、内視鏡８の先端部から被険体に照射される。被険体からの反射光は、内視鏡８の先端部のＣＣＤ４４に入射される。ＣＣＤ４４に入射された反射光により、ＣＣＤ４４において光電変換により電荷が発生されて蓄積され、蓄積された電荷が読み出されて画像信号が生成される。この画像信号は、内視鏡８に挿通されている信号線を介して、内視鏡８に接続されているビデオプロセッサ４８へと出力される。ビデオプロセッサ４８によって、各色の画像信号が合成処理されて、カラー画像がモニターに表示される。

図４を参照して、本実施形態の内視鏡システムの動作について説明する。

図４（ｂ）を参照し、フィルタホイール１４ａにおいて、赤色フィルタ部１８ｒ、遮光部、緑色フィルタ部１８ｇ、遮光部、青色フィルタ部１８ｂ、遮光部が、中心軸に対して上記所定の径を有する周方向に順次配置されているため、カラーホイールを単位時間毎に所定の回転数で回転させることにより、赤色露光期間、遮光期間、緑色露光期間、遮光期間、青色露光期間、遮光期間が順次繰り返される。本実施形態では、カラーホイールにおいて、各フィルタ部１８ｒ，１８ｇ，１８ｂ、遮光部が中心軸に対して互いに略等しい角度をなすように配置されているため、各色の露光期間及び遮光期間は互いに略等しい長さとなる。

図４（ｃ）を参照し、開口ホイール１４ｂにおいて、開口部１８ｏ、遮光部が、中心軸に対して上記所定の径を有する周方向に順次配置されているため、開口ホイール１４ｂを単位時間毎に所定の回転数で回転させることにより、露光期間、遮光期間が順次繰り返される。本実施形態では、開口部１８ｏ、遮光部が中心軸に対して互いに略等しい角度をなすように配置されているため、露光期間、遮光期間は互いに略等しい長さとなる。

開口部１８ｏの中心軸に対してなす角度は、フィルタ部１８ｒ，１８ｇ，１８ｂの中心軸に対してなす角度に上記所定の整数を乗じて得た角度となっており、開口部１８ｏの単位時間毎の回転数は、フィルタホイール１４ａの単位時間毎の回転数に上記所定の整数を乗じて得た回転数となっている。このため、開口ホイール１４ｂによる露光期間は、フィルタホイール１４ａの各色の露光期間と略同じ長さになる。

図４（ａ）乃至（ｄ）を参照し、フィルタホイール１４ａと開口ホイール１４ｂとが互いに等しい位相で回転される場合には、全体としての遮光期間が最短となる。この遮光期間において、ＣＣＤ４４からの読み出しが行われる。そして、遮光から露光への切替では、フィルタホイール１４ａのフィルタ部１８ｒ，１８ｇ，１８ｂの周方向の先行側端部が光路上を横切り、露光から遮光への切替では、フィルタホイール１４ａのフィルタ部１８ｒ，１８ｇ，１８ｂの周方向の後行側端部が光路上を横切る。

図４（ａ）（ｂ）、並びに、（ｅ）（ｆ）を参照し、フィルタホイール１４ａの位相に対して開口ホイール１４ｂの位相を進ませた場合には、全体としての遮光期間が長くなる。そして、遮光から露光への切替では、フィルタホイール１４ａのフィルタ部１８ｒ，１８ｇ，１８ｂの周方向の先行側端部が光路上を横切り、露光から遮光への切替では、開口ホイール１４ｂの開口部ｏの周方向の後行側端部が光路上を横切る。ここで、開口ホイール１４ｂの回転数はフィルタホイール１４ａの回転数よりも大きいため、露光から遮光への切替が迅速に行われることとなる。

図４（ａ）（ｂ）、並びに、（ｇ）（ｈ）を参照し、フィルタホイール１４ａの位相に対して開口ホイール１４ｂの位相を遅らせた場合には、進ませた場合と同様に全体についての遮光期間が長くなる。一方で、遮光から露光への切替では、開口ホイール１４ｂの開口部ｏの周方向の先行側端部が光路上を横切り、露光から遮光への切替では、フィルタホイール１４ａのフィルタ部１８ｒ，１８ｇ，１８ｂの周方向の後行側端部が光路上を横切る。ここで、開口ホイール１４ｂの回転数はフィルタホイール１４ａの回転数よりも大きいため、遮光から露光への切替が迅速に行われることとなる。

従って、本実施形態の光源装置１０は次の効果を奏する。
本実施形態の光源装置１０では、フィルタホイール１４ａ単独の場合の露光期間と開口ホイール１４ｂ単独の場合の露光期間とは略同じ長さとなり、フィルタホイール１４ａの回転の位相に対して開口ホイール１４ｂの回転の位相を調整することで、開口ホイール１４ｂの遮光部によってフィルタホイール１４ａのフィルタ部１８ｒ，１８ｇ，１８ｂが覆われる量が調整され、全体としての遮光期間が調整される。ここで、遮光から露光への切替と露光から遮光への切替との内の一方の切替では、フィルタホイール１４ａのフィルタ部１８ｒ，１８ｇ，１８ｂの端部よりも高速で回転する開口ホイール１４ｂの開口部１８ｏの端部が光路上を横切るため、切替を迅速に行うことができる。このため、一定の露光期間に対して、照射される全光量が増大する等、最適な露光を行うことが可能となっている。

本実施形態では、３つのフィルタ部と１つの開口部を用いているが、フィルタ部及び開口部の個数はこれらに限られない。例えば、赤色フィルタ部、緑色フィルタ部、青色フィルタ部に赤外線フィルタ部を加えた４つのフィルタ部を用いることが可能である。この場合には、１つの開口部、あるいは、２つの開口部を用いることが可能である。

本発明の一実施形態の医療システムを示す模式図。本発明の一実施形態のフィルタホイールを示す上面図。本発明の一実施形態の開口ホイールを示す上面図。本発明の一実施形態の医療システムの動作を説明するためのタイミングチャート図。

符号の説明

１０…光源装置、１２ａ…フィルタユニット、１２ｂ…開口ユニット、１４ａ…フィルタホイール、１４ｂ…開口ホイール、１６ａ…フィルタホイール駆動部、１６ｂ…開口ホイール駆動部、１８ｒ，１８ｇ，１８ｂ…フィルタ部、１８ｏ…開口部、３８…光源ユニット。

Claims

フィルタホイール、前記フィルタホイールを中心軸周りに回転させるフィルタホイール駆動部、及び、前記フィルタホイールに複数個設けられ、前記中心軸に対して所定の径を有する周方向に前記中心軸に対して互いに略等しい角度をなすように延び、前記中心軸の周方向に対して等分の位置に配置され、所定の波長の光を透過する少なくとも２つのフィルタ部、を有するフィルタユニットと、
前記フィルタホイールに対面している開口ホイール、前記開口ホイールを前記中心軸周りに回転させる開口ホイール駆動部、及び、前記フィルタ部の個数を除した場合に割り切れて商が所定の整数となる個数だけ前記開口ホイールに設けられ、前記中心軸に対して前記所定の径を有する周方向に前記中心軸に対して前記フィルタ部がなす角度に前記所定の整数を乗じた角度をなすように延び、複数設けられている場合には前記中心軸の周方向に対して等分の位置に配置されている、少なくとも１つの開口部、を有する開口ユニットと、
前記フィルタホイール及び前記開口ホイールへと、前記中心軸に対して前記所定の径だけ離間して前記中心軸に略平行に光を照射する光源ユニットと、
前記フィルタホイール駆動部及び前記開口ホイール駆動部を制御して、前記開口ホイールを前記フィルタホイールの単位時間毎の回転数に前記所定の整数を乗じて得られる単位時間毎の回転数で前記フィルタホイールの回転数より高回転状態で回転すると共に、前記開口ホイールの回転の位相を前記フィルタホイールの回転の位相に対して調節可能である制御ユニットと、
を具備することを特徴とする光源装置。