JP5259167B2

JP5259167B2 - 光源装置および内視鏡装置

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Publication number: JP5259167B2
Application number: JP2007316121A
Authority: JP
Inventors: 恭輔水野
Original assignee: Olympus Medical Systems Corp
Current assignee: Olympus Medical Systems Corp
Priority date: 2007-12-06
Filing date: 2007-12-06
Publication date: 2013-08-07
Anticipated expiration: 2027-12-06
Also published as: CN101449962A; JP2009136491A; US8294755B2; US20090147079A1; CN101449962B; EP2067436A1; EP2067436B1

Description

本発明は、光源からの光束を絞り羽により制限する光量調整手段を備えた光源装置および前記光源装置を具備する内視鏡装置に関する。

内視鏡装置は、医療分野等で広く利用されている。内視鏡は、細長い挿入部を有して構成されている。内視鏡は、体内に挿入部を挿入することによって、体内の臓器等を観察したり、必要に応じて処置具挿通チャネル内に挿入した処置具を用いて各種処置をすることができる。

このような内視鏡を備えた内視鏡装置では、光源装置からの照明光をライトガイド等を用いて導光して被検体の目的部位を照明し、その戻り光を取り込んで内視鏡像を得ている。

内視鏡装置は、ＣＣＤ等の撮像部により内視鏡画像を撮像し、信号処理装置にて信号処理することにより、モニタに内視鏡画像を表示して術者が目的部位を観察できるようになっている。

そして、内視鏡装置においては、十分な光量を発生する光源からの光を、レンズ等の光学系を用いて光束とし、ライトガイドを介して挿入部先端まで導光している。ここで、光源装置からの光束を制限して所望の光量に減光するために、絞り羽により光束を制限する光量調整部が用いられている。例えば、特開２０００−２５３３０７号公報には、光量調整部の絞り羽部１２０として、図９に示す構造が開示されている。図９は光束進行方向から見た絞り羽部１２０を示す平面図である。絞り羽１１２の先端部（遮蔽部）１１２ａは、光源から平行に出射する光束１１０をすべて遮蔽できるように円形状に形成されている。先端部１１２ａから延びている平板状の支持アーム１１２ｂの端部側には、モータ１２６が接続されており、モータ１２６が回転すると、絞り羽１１２は支持アーム１１２ｂ上の回転軸１１１を中心に回転する。絞り羽１１２が回転すると、先端部１１２ａの位置に応じて、絞り羽１１２を通過する光束１１０の面積、すなわち、光量が変化する。以下、絞り羽１１２が光束１１０側に移動することを絞り羽１１２が閉じる、絞り羽１１２が光束１１０から離れていくことを絞り羽１１２が開く、とする。
特開２０００−２５３３０７号公報

特開２０００−２５３３０７号公報に開示された光量調整部の絞り羽部１２０の絞り羽１１２は図９に示すように、回転軸１１１を中心に鉛直面を回転しているが、絞り羽１１２は回転軸１１１に対して重心１３０が偏心、すなわち回転軸１１１と重心１３０が一致していない形状をしている。このため、絞り羽１１２は、自重の影響により、その移動方向により移動速度が異なっていた。

このため、上記光源装置の光量調整部は、光量調整の速度が一定ではなく安定した光量制御が困難であった。

また内視鏡装置においては、目的部位を観察するだけでなく、内視鏡の挿入部を挿入過程においても観察を行うことが多い。挿入部の挿入過程では、一定の光量でＣＣＤの前方を照射していたのでは、戻り光の光量が激しく変化し、モニタに表示される内視鏡画像の認識が困難となる。このため、モニタに表示される内視鏡画像の明るさ、すなわち輝度を安定して一定に保持することができる光源装置が望まれていた。

本発明は、安定した光量制御が可能な光源装置および前記光源装置を具備する内視鏡装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成すべく、本発明の一態様の光源装置は、光源と、前記光源からの光束を絞り羽を用いて制限する光量調整手段を備えた光源装置であって、前記光量調整手段は、回転軸を中心に鉛直面を回転駆動し、前記回転軸に対して重心が偏心した前記絞り羽と、前記絞り羽の位置を検出する位置検出手段と、前記絞り羽を回転駆動する駆動手段と、前記駆動手段を制御する制御手段とを有し、前記制御手段は、前記位置検出手段が検出した前記絞り羽の位置、および回転方向に基づいて前記駆動手段を制御し、当該駆動手段の制御は、前記絞り羽の自重の回転方向成分に基づいた補正係数を用いて行われる。

本発明は、安定した光量制御が可能な光量調整部を有する光源装置および前記光源装置を具備する内視鏡装置を提供するものである。

＜実施の形態＞
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の内視鏡装置１について説明する。
図１は、本実施の形態にかかる内視鏡装置１の全体の構成を示す構成図であり、図２は、光源装置６の構成を示す構成図である。図１に示すように内視鏡装置１は、内視鏡２と、光源装置６と、ビデオプロセッサ４と、モニタ５とを有して構成されている。内視鏡２は、被検体９内に挿入される細長い挿入部３と、この挿入部３の基端側に連設される操作部７とを有している。挿入部３は、軟性を有する可撓管部の先端側に設けられた湾曲部３Ａと、この湾曲部３Ａの先端側に設けられた先端部３Ｂとを有して構成されている。先端部３Ｂには、被検体９内の観察対象部位９Ａを撮像する撮像素子であるＣＣＤ１６（図２参照）が内蔵されており、ＣＣＤ１６の撮像信号はビデオプロセッサ４を介して、モニタ５の表示画面に表示される。一方、光源装置６から供給される照射光は、挿入部３内に配設されたライトガイド１５（図２参照）により挿入部３の先端部３Ｂまで伝達される。

すなわち、図２に示すように、光源装置６の光源２１から供給された光は、レンズ２４等の光学系により光束１０として集光され、光束１０は光量調整部２０にて光量が調整された後に、ライトガイド１５の端部１５Ａに導光される。そして、照射光はライトガイド１５内を通り、先端部３Ｂに配設されたライトガイド１５のもう一方の端部１５Ｂまで伝達され、端部１５Ｂの端面に配設された図示しない照明光学系を介して、被検体９内の観察対象部位９Ａを照明するようになっている。

ここで、モニタ５に表示される撮像画像の明るさ、すなわち輝度が、観察対象部位９Ａと挿入部３の先端部３Ｂとの距離、または観察対象部位９Ａの反射率等の違いにより変動してしまうと、術者は観察対象部位９Ａの正確な認識が困難となる場合がある。このため、光源装置６の制御手段である光源制御部２２は、ビデオプロセッサ４からの輝度信号が、基準信号入力部２３から入力された基準輝度信号と略同一となるように、光量調整部２０の駆動手段である駆動部２６を制御する。

ここで、図３に示すように、本実施の形態の光量調整部２０は、回転軸１１を中心に鉛直面を回転駆動する絞り羽１２により、光源からの光束１０を制限する。図３は、絞り羽１２による光量調整を説明するため、光束進行方向から見た絞り羽を示す平面図であり、（Ａ）は全開状態を、（Ｂ）は部分的に閉じた状態を、（Ｃ）は全閉状態を示している。

絞り羽１２は、切り欠き部１２Ａを有する略楕円形状の先端部１２ａと、先端部から延びている細長い平板状の支持部１２ｂとからなり、支持部１２ｂの先端部１２ａと逆方向側の端部には図示しない駆動部２６であるモータと回転角度を測定するポテンショメータ等が接続されている。ポテンショメータからの出力は、位置検出部２５を介して、絞り羽１２の位置、例えば、後述する重心角度として算出される。

モータが回転すると、絞り羽１２は支持部１２ｂ上の回転軸１１を中心に回転運動を行う。そして、光量調整部２０の絞り羽１２が光束１０を遮断することで、光量調整部２０から出射される光量が調整される。光源２１からの光束１０を回転駆動する絞り羽１２により制限する光量調整部２０は、簡単な構造でありながら、高速応答が可能である。

なお、絞り羽１２が前記形状をしているのは、絞り羽１２の応答速度を、より早くするためには絞り羽１２をより軽くする必要があるためである。なお、前記形状の絞り羽１２は、その重心が回転軸１１からずれて、先端部１２ａ内にある。

すなわち、光量調整部２０は、その重心が回転軸に対して偏心した絞り羽１２を用いることで、絞り羽１２の質量を小さくし、高い周波数応答性を実現している。

なお、回転軸を中心とした円形の絞り羽を用いること、あるいは、支持部の回転軸をはさんで先端部と反対側に錘を取り付けることで、絞り羽の重心を回転軸上とすることは可能ではある。しかし、前記のような回転軸上に重心を有する絞り羽は重量が重くなり、応答速度が低下するため、高速で光量調整を行う必要のある、例えば内視鏡装置の光源装置には好ましくはない。

次に、図３および図４を用いて光量調整部２０の絞り羽１２の位置による自重の影響について説明する。図４は、絞り羽１２の位置による自重の影響を説明するため、光束進行方向から見た絞り羽１２を示す平面図であり、（Ａ）は全開状態を、（Ｂ）は部分的に閉じた状態を、（Ｃ）は全閉状態を示している。なお、図３および図４において、θ１からθ３は、それぞれの状態における絞り羽１２の重心３０と回転軸１１とを結ぶ直線が、鉛直方向に対してなす角度（以下、「重心角度θ」という。）を示している。

絞り羽１２は、絞り羽１２が閉じる方向（図３（Ａ）から（Ｂ）、または（Ｂ）から（Ｃ））に移動、言い換えれば上方向に回転する際には重力に逆らって回転する必要がある。反対に、絞り羽１２は、絞り羽１２が開く方向（図３（Ｃ）から（Ｂ）、または（Ｂ）から（Ａ））に移動、言い換えれば下方向に回転する際には重力が補助力となって回転する。

すなわち、図４に示すように、質量がＭの絞り羽１２の重心角度がθの場合、絞り羽１２の自重の回転方向成分である「Ｍｇｓｉｎθ」が回転方向に作用する。そして、重心角度θが大きいほど、絞り羽１２の自重の回転方向成分がより大きい。例えば、図４（Ｂ）の状態から図４（Ｃ）の状態に絞り羽１２を回転する際には、絞り羽１２の自重の回転方向成分が、「Ｍｇｓｉｎθ２」から「Ｍｇｓｉｎθ３」に増加するため、光源制御部２２が絞り羽１２を同一の出力信号で回転制御していると、絞り羽１２の回転速度は遅くなる。逆に、図４（Ｂ）の状態から図４（Ａ）の状態に絞り羽１２が回転する際には、絞り羽１２の自重の回転方向成分が、「Ｍｇｓｉｎθ２」から「Ｍｇｓｉｎθ１」に減少するため、光源制御部２２が絞り羽１２を同一の出力信号で回転制御していると、絞り羽１２の回転速度は早くなる。しかし、本実施の形態の光源制御部２２は、補正係数を用いて補正した出力信号にて回転制御するため絞り羽１２の回転速度は安定している。

図５を用いて、上述した光源制御部２２の動作を詳細に説明する。図５は、光源制御部２２による制御のための補正係数を説明するための図である。図５（Ａ）に示すように、絞り羽１２の重心角度θにより絞り羽１２の自重の回転方向成分は変化する。これに対して本実施の形態の光源制御部２２は、絞り羽１２の位置および回転方向に基づいて算出した補正係数を用いて補正した出力信号にて光量調整部２２の駆動部２６を制御する。

すなわち、光源制御部２２は、例えば、図５（Ｂ）に示すように、絞り羽１２が、上方向、言い換えれば閉じる方向に回転する際には、補正関数αから補正係数αを算出して用いる。図５では、絞り羽１２が重心角度θ２の現在位置から重心角度θ３の目標位置に移動する場合の補正係数α１は、α１＝（Ｍｇｓｉｎθ３）／（Ｍｇｓｉｎθ２）であり、すなわち、現在位置の前記絞り羽の自重の回転方向成分と、目標位置の前記絞り羽の自重の回転方向成分との比である。なお、絞り羽１２が重心角度θ２の位置の自重の回転方向成分「Ｍｇｓｉｎθ２」を基準、すなわち１としている。

α１と同様に重心角度θ１の目標位置に移動する場合の補正係数α２を算出し、図５（Ｂ）に示すように、曲線近似により、補正関数αを算出している。

また、これに対して、例えば、図５（Ｃ）に示すように、絞り羽１２が、下方向、言い換えれば開く方向に回転する際には、補正関数βから補正係数βを算出して用いる。図５では、絞り羽１２が重心角度θ２の現在位置から重心角度θ１の目標位置に移動する場合の補正係数β１は、β１＝（Ｍｇｓｉｎθ２）／（Ｍｇｓｉｎθ１）であり、すなわち、現在位置の前記絞り羽の自重の回転方向成分と、目標位置の前記絞り羽の自重の回転方向成分との比である。なお、絞り羽１２が重心角度θ２の位置の自重の回転方向成分「Ｍｇｓｉｎθ２」を基準、すなわち１としている。

β１と同様に重心角度θ３の目標位置に移動する場合の補正係数β２を算出し、図５（Ｃ）に示すように、曲線近似により、補正関数βを算出している。

そして、光源制御部２２は、位置検出部２５が算出した重心角度θを用い、補正関数により算出した補正係数を用い補正した制御信号で駆動部２６を制御する。ここで、制御信号は、駆動部に印加する電流、電圧または電力等である。

光源装置６は、その光源制御部２２が、絞り羽１２の自重の回転方向成分に基づいた補正係数を用いて制御することで、絞り羽１２の回転方向または位置によらず、移動速度すなわち絞り羽１２が現在位置から目標位置に到達するまでの時間が安定しているため、応答速度が一定であり、安定した光量制御が可能である。

次に、図６を用いて、光源制御部２２の処理の流れを説明する。図６は、光源制御部２２の処理の流れを説明するためのフローチャートである。

＜ステップＳ１１＞
最初に、光源制御部２２は、輝度信号をビデオプロセッサ４から取得する。輝度信号は、ＣＣＤ１６が取得した映像信号をビデオプロセッサ４が処理しモニタ５に表示される表示画面の平均的な明るさの情報である。あるいは、輝度信号として、モニタ５に表示される表示画面の特定の部分のみの情報を用いてもよい。

＜ステップＳ１２＞
光源制御部２２は、基準輝度信号を基準信号入力部２３から取得する。基準輝度信号はモニタ５に表示される表示画面の明るさの目標値である。基準輝度信号は術者が基準信号入力部２３に配設したダイヤル等で入力してもよいし、あるいは、ある時点のビデオプロセッサ４からの輝度信号を基準輝度信号として入力されてもよい。

＜ステップＳ１３＞
光源制御部２２は、輝度信号と基準輝度信号とを比較し、その差が所定値の範囲内であるかどうか判断する。輝度信号と基準輝度信号との差が所定値の範囲内（Ｙｅｓ）の場合には、光源制御部２２は、絞り羽１２を駆動する必要がないため、ステップＳ１１からの動作を繰り返す。一方、輝度信号と基準輝度信号との差が所定値の範囲を越える（Ｎｏ）場合には、光源制御部２２は、絞り羽１２を駆動するために、ステップＳ１４以下の動作を行う。

なお、ここで、輝度信号と基準輝度信号との差の所定値とは、術者あるいは光源装置６の設計時に決定される値であり、所定値が小さすぎると絞り羽１２が常時、細かく駆動される状態となるため、光量調整部２２のレスポンスの遅れ等の影響で、モニタ５の表示画面の明るさがちらつくことがある。反対に所定値が大きすぎると絞り羽１２が駆動すべき状態であっても駆動されないため、モニタ５の表示画面の明るさが適当でなくなる。

＜ステップＳ１４＞
光源制御部２２は、位置検出部２５から絞り羽１２の現在位置の情報、例えば重心角度θを取得する。

＜ステップＳ１５＞
光源制御部２２は、ステップＳ１３で算出した輝度信号と基準輝度信号との差と、ステップＳ１４で取得した絞り羽１２の現在位置の情報から、絞り羽１２の回転方向と、回転量すなわち駆動信号を算出する。ここで、回転方向は、絞り羽１２を開ける方向、すなわち下方向か、あるいは、絞り羽１２を閉める方向、すなわち上方向のいずれかである。また、回転量は、絞り羽１２の位置、すなわち角度と、光量調整部２０から射出される光量の関係を、予め求めておくことで、算出される。

＜ステップＳ１６＞
光源制御部２２は、ステップＳ１５で算出した絞り羽１２の回転方向から用いる補正係数を判断する。回転方向により制御信号に用いる補正係数が異なるためである。すなわち、光源制御部２２は、絞り羽１２の回転方向が上方向の場合には、ステップＳ１７からの処理を、絞り羽１２の回転方向が下方向の場合には、ステップＳ１９からの処理を行う。

＜ステップＳ１７＞
絞り羽１２が上方向に回転する場合には、光源制御部２２は、図５（Ｂ）に示すような、重心角度θと補正係数αの関係式である補正関数αを算出する。なお、補正関数αは毎回、算出する必要はなく、予め算出しておいた補正関数αを用いたのでよい。

＜ステップＳ１８＞
絞り羽１２が上方向に回転する場合には、光源制御部２２は、絞り羽１２の現在位置の重心角度θを補正関数αに代入することで、補正係数αを算出する。

＜ステップＳ１９＞
絞り羽１２が下方向に回転する場合には、光源制御部２２は、図５（Ｃ）に示すような、重心角度θと補正係数βの関係式である補正関数βを算出する。なお、補正関数βは毎回、算出する必要はなく、予め算出しておいた補正関数βを用いたのでよい。

また、補正関数αおよび補正関数βは、図５（Ｂ）に示すように曲線近似式に限らず、直線近似式または理論式等であってもよい。あるいは、補正関数αおよび補正関数βは、関数式ではなく、一定間隔のθと補正係数からなる表形式等であってもよい。

＜ステップＳ２０＞
絞り羽１２が下方向に回転する場合には、光源制御部２２は、絞り羽１２の現在位置の重心角度θを補正関数βに代入することで、補正係数βを算出する。

＜ステップＳ２１＞
光源制御部２２は、ステップＳ１５で算出した駆動信号に、補正係数αまたは補正係数βを乗じて駆動信号を補正する。

＜ステップＳ２２＞
光源制御部２２は、補正された駆動信号を駆動部２６に出力する。駆動部２６は補正された駆動信号に従い、絞り羽１２を駆動する。

＜ステップＳ２３＞
光源制御部２２は、動作終了指示があるまで、ステップＳ１１からの処理を繰り返す。

上記のように、本実施の形態の光源装置６の光量調整部２０は、絞り羽１２の位置および回転方向に基づいて補正された駆動信号で駆動部２６を制御する光源制御部２２を有するために、応答速度が高速でありながら安定した光量制御が可能である。また、本実施の形態の光源装置６を有する内視鏡装置１は、安定した光量制御が高速で可能であるため、例えば、内視鏡２の挿入部３を挿入しながらも観察を行っても、モニタ画面の明るさが安定している。

＜実施の形態の変形例＞
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の変形例の光源装置の絞り羽について説明する。本変形例の光源装置の基本構成は実施の形態の光源装置６と、ほぼ同じであるため、同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略し、以下、絞り羽についてのみ説明する。

なお、以下に示す本変形例の光源装置の絞り羽は、いずれも、実施の形態の光源装置６の絞り羽１２と同様に、回転軸を中心に鉛直面を回転駆動し、回転軸に対して重心が偏心した形状を有している。

例えば、図７に示す絞り羽２１２は、光束１０を遮蔽した場合（図７（Ｂ））に、光束１０が先端部２１２Ａの周囲から漏れることのないように、先端部２１２Ａの切り欠き部２１２ａの反対側が特に大きく構成されている。このため、絞り羽２１２は、特に、その重心３０が回転軸１１から大きく偏心している。

また、図８（Ａ）に示す絞り羽３１２は、先端部３１２Ａが上から下に回転すると、光束１０が遮断される。すなわち、実施の形態の光源装置６の絞り羽１２と比べると、絞り羽の回転方向と光束１０の開閉方向が逆になっている。絞り羽３１２は、補正係数αと補正係数βを実施の形態の光源装置６と逆に用い補正された駆動信号で駆動される。

また、図８（Ｂ）に示す絞り羽４１２は、やはり実施の形態の光源装置６の絞り羽１２と比べると、絞り羽の回転方向と光束の開閉方向が逆であり、かつ先端部と支持部が一体化した形状となっている。

また、図８（Ｃ）に示す絞り羽５１２は、２枚の絞り羽５１２ａと５１２ｂとが互いに逆方向に回転することで、光束１０を制限する。このような場合には、２枚の絞り羽５１２ａと５１２ｂとが、それぞれ補正係数αと補正係数βのいずれか一方を用いて補正された駆動信号で駆動される。

やはり、図８（Ｄ）に示す絞り羽６１２は、２枚の絞り羽６１２ａと６１２ｂとが互いに逆方向に回転することで、光束１０を制限する。

上記のような本変形例の絞り羽３１２〜６１２を有する光源装置は、いずれも本発明の実施の形態の光源装置６と同様の作用効果を奏することができる。また、本変形例の絞り羽３１２〜６１２を有する光源装置を備えた内視鏡装置も、本発明の実施の形態の光源装置６を有する内視鏡装置１と同様の作用効果を奏することができる。

本発明は、上述した実施の形態および変形例に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。

実施の形態にかかる内視鏡装置の全体の構成を示す構成図である。実施の形態にかかる光源装置の構成を示す構成図である。実施の形態にかかる光量調整部の絞り羽による光量調整を説明するための光束進行方向から見た平面図である。（Ａ）は全開状態を、（Ｂ）は部分的に閉じた状態を、（Ｃ）は全閉状態を示している。実施の形態にかかる光量調整部の絞り羽の位置による自重の影響を説明するための光束進行方向から見た絞り羽部を示す平面図である。（Ａ）は全開状態を、（Ｂ）は部分的に閉じた状態を、（Ｃ）は全閉状態を示している。実施の形態にかかる光源制御部による制御に用いる補正係数を説明するための図である。実施の形態にかかる光源制御部の処理の流れを説明するためのフローチャートである。実施の形態の変形例にかかる光量調整部の絞り羽の形状を説明するための光束進行方向から見た平面図である。実施の形態の変形例にかかる光量調整部の絞り羽の形状を説明するための光束進行方向から見た平面図である。公知の絞り羽部を光束進行方向から見た平面図である。

符号の説明

１…内視鏡装置、２…内視鏡、３…挿入部、３Ａ…湾曲部、３Ｂ…先端部、４…ビデオプロセッサ、５…モニタ、６…光源装置、７…操作部、９…被検体、９Ａ…観察対象部位、１０…光束、１１…回転軸、１２…絞り羽、１５…ライトガイド、２０…光量調整部、２１…光源、２２…光源制御部、２３…基準信号入力部、２４…レンズ、２５…位置検出部、２６…駆動部、３０…重心、１１０…光束、１１１…回転軸、１１２…絞り羽、１２０…絞り羽部、１２６…モータ、１３０…重心、２１２、３１２、４１２、５１２、６１２…絞り羽、α…補正関数、β…補正関数、θ…重心角度

Claims

光源と、前記光源からの光束を絞り羽を用いて制限する光量調整手段を備えた光源装置であって、
前記光量調整手段は、
回転軸を中心に鉛直面を回転駆動し、前記回転軸に対して重心が偏心した前記絞り羽と、
前記絞り羽の位置を検出する位置検出手段と、
前記絞り羽を回転駆動する駆動手段と、
前記駆動手段を制御する制御手段とを有し、
前記制御手段は、前記位置検出手段が検出した前記絞り羽の位置、および回転方向に基づいて前記駆動手段を制御し、当該駆動手段の制御は、前記絞り羽の自重の回転方向成分に基づいた補正係数を用いて行われることを特徴とする光源装置。
前記補正係数は、現在位置の前記絞り羽の自重の回転方向成分と、目標位置の前記絞り羽の自重の回転方向成分との比であることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
請求項１または請求項２に記載の光源装置を具備することを特徴とする内視鏡装置。