JP5920444B1 - 光源装置、及び撮影観察システム - Google Patents
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Abstract
Description
狭帯域観察では、波長390nm〜445nm、又は波長530nm〜550nmの狭帯域の照明光が観察箇所に照射され、この観察箇所でのヘモグロビンの吸収度合いの違いが表示装置に強調して映し出される。
蛍光観察では、波長390nm〜470nm、及び波長540nm〜560nmの照明光が観察箇所に照射される。観察箇所では、波長390nm〜470nmの照明光が励起光となってコラーゲンなどの蛍光物質が自家蛍光し、波長540nm〜560nmの照明光が血液中のヘモグロビンに吸収される。これら自家蛍光、及びヘモグロビンの吸収度合いの違いが表示装置に強調して映し出される。
赤外光観察では、波長730〜790nmの照明光が観察箇所に照射される。観察箇所では、照明光が血中に投与されたIGC試薬を励起する励起光となり当該IGC試薬の蛍光が表示装置に映し出される。
しかしながら、照明光の光量の変化に起因して、表示画像のホワイトバランスが変化することがあるものの、従来の技術では、係るホワイトバランスの変化への対策が十分には行われていなかった。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、照明光の光量が変化した場合でも、撮影像のホワイトバランスの変化を抑えることができる光源装置、及び撮影観察システムを提供することを目的とする。
図1は、本実施形態に係る内視鏡システム1の構成を模式的に示す図である。
この内視鏡システム1は、体腔9の内部の画像を表示して観察するためのシステムであり、図1に示すように、光源装置2と、ライトガイド3と、内視鏡装置4と、コントロールユニット5と、表示装置6とを備えている。
ライトガイド3は、一端側の端面3Aに入射した照明光Kを、全反射によって内部を伝搬させながら他端側の端面3Bに導光する導光部材である。このライトガイド3には、例えば複数の光ファイバの素線を束ねて成るバンドルファイバが用いられている。ライトガイド3の端面3Bには内視鏡装置4が連結され、ライトガイド3を通じて光源装置2の照明光Kが内視鏡装置4に導入される。
表示装置6は、各種画像を表示する例えば液晶ディスプレイ装置であり、表示信号D2に基づいて観察箇所Cの観察画像Gを画面表示する。
この内視鏡システム1では、観察画像Gとして、図2に示すように、白色光観察画像G1、蛍光観察画像G2、及び白色蛍光同時観察画像G3が表示装置6に表示される。
白色光観察画像G1は、白色光K1を照明光Kとして、患部の観察箇所Cに照射しながら撮影カメラ4Bで撮影して得られる画像である。
なお、蛍光観察画像G2は、あくまでも例示であり、蛍光物質によって浮彫に映し出される対象物は異なる。例えば蛍光物質が血液成分に作用する物質である場合には、蛍光によって患部ではなく血管が浮彫に映し出される。また、蛍光観察画像G2の背景の明るさはゼロではなく、実際には、励起光K2の波長帯域と、この励起光K2が観察箇所Cに反射した反射光の波長帯域とに対する撮影カメラ4Bの分光感度特性に応じて決まる明るさで映し出される。
この白色蛍光同時観察画像G3により、患部と病変部を対比しながら同時観察が可能になる。
このとき、白色光K1、及び励起光K2が同一光軸に合成した光が照明光Kとして照射されているため、これら白色光K1、及び励起光K2を同一の観察箇所Cに互いに異なる方向から照射して照明する構成に比べ、体腔9の内部で撮影カメラ4Bの位置を変えても観察画像Gにホワイトバランスの変化や色むらを生じさせることがない。
光源装置2は、同図に示すように、光源部10と、操作部12と、光源制御部14とを備えている。
光源部10は、照明光Kを放射するものであり、白色光観察用光源20と、蛍光観察用光源21と、合成光学系22とを備えている。
白色光観察用光源20は、上記白色光K1を放射する白色光源ユニット24を備え、この白色光源ユニット24は調光可能であり、かつ、色温度可変に構成されている。
具体的には、白色光源ユニット24は、白色光K1Aを出射する白色光源部24Aと、白色光K1の色温度を調整するために可視光波長域の補助光K1Bを出射する補助光源部24Bと、これら白色光K1A、及び補助光K1Bを同一光軸上に合成して白色光K1として出射する合成光学素子24Cとを備えている。
補助光源部24Bは、可視光波長域の光として、光三原色の各色の波長の光を放射する光源であり、赤色を放射する赤色LED24B1、緑色を放射する緑色LED24B2、及び青色を放射する青色LED24B3を備え、これら各色の光を補助光K1Bとして放射する。
補助光源部24Bが放射する三原色の各色の光の出力光量が個別に調整可能であるため、各色の出力光量の比率(放射強度混合比)を変えることで、xy色度図における広い範囲に亘って補助光K1Bの色度を可変できる。
また、白色光源ユニット24の白色光K1は、この補助光源部24Bの補助光K1Bに、白色LED24A1の白色光K1Aを更に同一光軸上に合成して得られているため、白色光源ユニット24の白色光K1は、白色LED24A1も含めて各光の出力光量の比率(放射強度混合比)を変えることで、xy色度図において補助光K1Bよりも更に広い範囲に亘って色度を可変できる。
具体的には、この白色光源ユニット24は、図4に示すように、白色LED24A1、赤色LED24B1、緑色LED24B2、及び青色LED24B3を発光面26Aに備えるLEDチップ26により実現されている。発光面26Aには、これら赤色LED24B1、緑色LED24B2、及び青色LED24B3が当該発光面26Aの中心Oの周りに近接配置されている。この発光面26Aは、合成光学素子24Cたる砲弾型のレンズ27によって覆われており、発光面26Aの白色LED24A1、赤色LED24B1、緑色LED24B2、及び青色LED24B3から放射された各々の光がレンズ27によって同一の光軸に合成されて放射される。
光源装置2が操作部12から受け付ける操作には、蛍光観察用光源21の点灯/消灯の切替操作、白色光観察用光源20の白色光K1の調光操作(いわゆる、光量調整操作)、及び白色光K1の色温度調整操作がある。調光操作は、1%〜100%の間で調光量を指定可能になっており、また色温度調整操作は、黒体放射軌跡上の1500(K)〜15000(K)の間で色温度を指定可能になっている。
係る操作が受け付け可能になっていることで、ユーザは、蛍光観察用光源21を消灯させて白色光観察画像G1のみの観察が可能になり、また蛍光観察用光源21を点灯させて白色光観察画像G1、及び蛍光観察画像G2の重ね合わせた白色蛍光同時観察画像G3による観察が可能になる。
さらに、ユーザは、白色光観察用光源20を1%に調光(すなわち、ほぼ消灯)することで蛍光観察画像G2のみの観察が可能になり、また、白色光観察用光源20を適宜に調光することで、白色蛍光同時観察画像G3における患部と病変部の対比を調整できる。
なお、赤外光源ユニット25が調光可能な光源である場合、この赤外光源ユニット25を調光する回路を赤外光源ユニット制御部31に設けることもできる。
この光源装置2では、図5に示すように、白色光K1の主光源たる白色LED24A1の白色光K1Aの波長帯域ΔE1と、赤外光源ユニット25の励起光K2の波長帯域ΔE2とは、可視光の波長帯域内(例えば約380nm〜約780nmの波長範囲内)で一部の波長帯域ΔE3(図示例では700nm以下の所定範囲)で重複している。この重複によって、白色光K1Aの波長帯域ΔE1の放射強度が補われる。しかしながら、赤外光源ユニット25の励起光K2の有無によって、波長帯域ΔE3の放射強度に変化が生じることから、当該波長帯域ΔE3を含む白色LED24A1の白色光K1Aの色温度が変化したように観測される。
この結果、白色光K1を出射させながら励起光K2の点灯/消灯を切り替えると、白色光K1と励起光K2を合成して成る照明光Kの色温度が変化し、この照明光Kが照明している観察箇所Cの撮影像にホワイトバランスの変化を生じさせてしまうこととなる。
詳述すると、体腔9の内部等の閉鎖空間内にあっては、赤外光源ユニット25を点灯、又は消灯し、かつ、補助光源部24Bを消灯した状態において、白色LED24A1を調光すると、この閉鎖空間内の色温度が変化し、結果として、観察箇所Cの撮影像のホワイトバランスが変化する。
この色度図は、内視鏡システム1の内視鏡装置4を閉鎖空間内に配置し、赤外光源ユニット25を点灯、かつ補助光源部24Bを消灯した状態において、白色LED24A1を15%〜100%の間で調光したときの閉鎖空間内の色温度Fの変化を示すものである。
この図に示すように、白色LED24A1を15%〜100%の間で調光したときに、閉鎖空間内の色温度Fが大きく変動することが分かり、この変動に伴い、当該閉鎖空間内を撮影した撮影像のホワイトバランスも変化することとなる。
また、白色光K1の調光操作が行われた場合には、白色光源ユニット制御部30の調光部32が調光前後で閉鎖空間内の色温度が一定に維持されるように白色光源部24A、及び補助光源部24Bの各光の出力光量の比率を変えている。
調光部32は、白色光源ユニット24の白色光源部24A、及び補助光源部24Bの出力光量の比率を決定する出力光量比率決定部40と、駆動部41とを備えている。
出力光量比率決定部40は、励起光K2の点灯/消灯の切替操作、及び、白色光K1の調光操作に対し、操作前後で照明光Kの色温度が一定に維持されるように、白色光源部24A、及び補助光源部24Bの各光の出力光量(放射強度)の比率を決定する。
また出力光量比率決定部40は、操作部12が照明光Kの色温度の指示操作を受け付けた場合に、この指示された色温度の照明光Kが出射されるように、白色光源部24A、及び補助光源部24Bの各光の出力光量(放射強度)の比率を決定する。
具体的には、出力光量比率決定部40は、色温度維持用参照テーブル42と、色温度可変用参照テーブル43とを記憶した記憶部44を備え、これら色温度維持用参照テーブル42、及び色温度可変用参照テーブル43を参照して出力光量の比率を決定している。
同図に示すように、色温度維持用参照テーブル42には、白色光K1の調光量(%)ごとに、白色LED24A1の調光後の出力光量と、赤色LED24B1、緑色LED24B2、及び青色LED24B3の各々の出力光量との比率(すなわち、白色光K1A、及び補助光K1Bの各色の光の放射光量比率)が規定されており、また、この比率が励起光K2の有無(点灯/消灯)ごとに規定されている。
また励起光K2の有無(点灯/消灯)ごとに規定された出力光量比率は、白色光K1の調光量を固定したときに、励起光K2の有無にかかわらず、照明光Kの色温度が所定値に維持される値を規定するものである。
これらの値は、予め実験によって求められた値が用いられる。
そして、出力光量比率決定部40は、白色LED24A1、赤色LED24B1、緑色LED24B2、及び青色LED24B3の各々の駆動電流調整比率を駆動指令値D5として駆動部41に出力する。
同図に示すように、色温度可変用参照テーブル43には、1500(K)〜1500(K)の範囲の黒体放射軌跡の色温度(K)ごとに、その色温度(K)の白色光K1が得られる白色LED24A1、赤色LED24B1、緑色LED24B2、及び青色LED24B3の出力光量比率が規定されている。この色温度可変用参照テーブル43においても、色温度維持用参照テーブル42と同様に、それぞれの出力光量比率が駆動電流調整比率(図示例ではLED駆動電流バランス調整値(%))によって規定されている。これらの値は、色温度維持用参照テーブル42と同じように、予め実験によって求められた値が用いられている。
この光源装置2では、励起光K2を消灯した状態においてのみ照明光K(すなわち、白色光K1)の色温度が調整されるようになっており、このため、色温度可変用参照テーブル43では、赤外光源ユニット25の赤外LEDに印加する駆動電流が「ゼロ」とされている。
そして、出力光量比率決定部40は、白色LED24A1、赤色LED24B1、緑色LED24B2、及び青色LED24B3の各々の駆動電流調整比率を駆動指令値D5として駆動部41に出力する。
例えば、それぞれのLEDの出力光量の値を直接指定しても良く、また、出力光量に代えて、当該出力光量を間接的に示す上記の駆動電流のような他の物理量を用いて指定することもできる。
また出力光量の比率を実験値に基づいて数式化し、当該数式に基づいて、出力光量の比率を指定することもできる。
それぞれの駆動回路46は、対応するLEDを定電流制御し、また、調光量が指示された場合には、当該調光量に基づいてLEDを駆動する。具体的には、駆動回路46は、対応するLEDに駆動電流Ikを印加する駆動電流印加回路50と、指令値出力回路51と、駆動電流センサ54と、電流比較器55と、光量センサ56と、光量比較器57とを備えている。
指令値出力回路51は、駆動指令値D5によって駆動電流調整比率が示されている場合には、当該駆動電流調整比率に応じた駆動電流指令値Icを生成し、これにより、対応するLEDが定電流制御される。
すなわち、この光源装置2では、白色LED24A1、赤色LED24B1、緑色LED24B2、及び青色LED24B3の各々の出力光量を個別にユーザが指示して調光操作可能になされている。係る操作が行われた場合には、出力光量比率決定部40は、色温度維持用参照テーブル42、又は色温度可変用参照テーブル43を参照することなく、白色LED24A1、赤色LED24B1、緑色LED24B2、及び青色LED24B3の各々の調光量を駆動指令値D5として指令値出力回路51に入力する。
指令値出力回路51は、駆動指令値D5によって調光量が示されている場合には、当該調光量に応じた出力光量指令値Pcを生成し、これにより、対応するLEDの出力光量が調整される。
内視鏡観察時にユーザが操作部12を操作すると、係る操作が光源制御部14に入力される(ステップS1)。係る操作には、上述の通り、蛍光観察用光源21が出射する励起光K2の消灯/点灯切替操作、白色光観察用光源20が出射する白色光K1の調光操作、及び、当該白色光K1の色温度調整操作がある。
すなわち、白色光源ユニット制御部30では、調光部32の出力光量比率決定部40が、ステップS1で入力された操作に応じて色温度維持用参照テーブル42、又は色温度可変用参照テーブル43を読み込んで参照する(ステップS2)。具体的には、励起光K2の消灯/点灯切替操作、及び白色光K1の調光操作が入力された場合には、色温度維持用参照テーブル42が参照され、白色光K1の色温度調整操作が入力された場合には、色温度可変用参照テーブル43が参照される。
具体的には、励起光K2の消灯/点灯切替操作、及び白色光K1の調光操作が入力された場合には、ホワイトバランスを維持する出力光量比率が決定され、また白色光K1の色温度調整操作が入力された場合には、ユーザ操作によって指示された色温度に調整する出力光量比率が決定される。
上述の通り、色温度維持用参照テーブル42、又は色温度可変用参照テーブル43では、各LED間の出力光量比率が、各LEDの駆動電流Ikの駆動電流調整値によって規定されていることから、駆動電流調整値の出力(ステップS4)によって出力光量比率の決定(ステップS3)が兼ねられている。
この定電流制御により、出力光量比率決定部40が決定した出力光量比率で、白色LED24A1、赤色LED24B1、緑色LED24B2、及び青色LED24B3が点灯する。
これにより、励起光K2の消灯/点灯切替操作、及び白色光K1の調光操作が入力された場合には、ホワイトバランスを維持したまま、励起光K2の消灯/点灯が切り替えられ、また白色光K1が調光される。
さらに、白色光K1の色温度調整操作が入力された場合には、ユーザ操作によって指定された色温度が正確に得られるように、白色LED24A1、赤色LED24B1、緑色LED24B2、及び青色LED24B3が点灯することとなる。
これにより、観察箇所Cの撮影時にユーザが蛍光観察用光源21の励起光K2の点灯/消灯を切り替えても、撮影像たる観察画像Gにおけるホワイトバランスの変化が抑えられる。
これにより、閉鎖空間内を白色光K1を照明光Kとして照明しながら撮影した場合、白色光K1を調光したときでも、閉鎖空間内の色温度が一定に維持され、観察画像Gにおけるホワイトバランスの変化が抑えられる。
これにより、ユーザが所望の色温度に調整して観察箇所Cを撮影観察することができる。
これにより、これら白色光K1A、及び補助光K1Bを同一の観察箇所Cに互いに異なる方向から照射して照明する構成に比べ、撮影カメラ4Bの位置を変えても観察画像Gに生じるホワイトバランスの変化や色むらを生じさせることがない。
この構成により、xy色度座標における広い範囲に亘って補助光K1Bの色度を可変できるので、一定に維持する照明光Kの色温度の選択幅が拡げられ、また白色光K1の色温度を黒体放射軌跡上に沿うように正確、かつ広い範囲で調整できるようになる。
これにより、色温度の維持、及び調整に要する白色光源部24A、及び補助光源部24Bの駆動電流Ikの指示が正確、かつ速やかに行われるようになる。
しかしながら、これに限らず、顕微鏡観察に用いることもできる。
2 光源装置
4 内視鏡装置
4B 撮影カメラ
6 表示装置
9 体腔(閉鎖空間)
10 光源部
12 操作部
14 光源制御部
24A 白色光源部(白色光源)
24B 補助光源部(補助光源)
24C 合成光学素子(合成手段)
25 赤外光源ユニット(第1光源)
30 白色光源ユニット制御部
32 調光部
40 出力光量比率決定部
41 駆動部
42 色温度維持用参照テーブル(データ)
43 色温度可変用参照テーブル(データ)
46 駆動回路
C 観察箇所
G 観察画像(撮影像)
G1 白色光観察画像(撮影像)
G2 蛍光観察画像(撮影像)
G3 白色蛍光同時観察画像(撮影像)
K 照明光
K1、K1A 白色光
K1B 補助光
K2 励起光(第1光)
ΔE1 波長帯域(白色光の波長帯域)
ΔE2 波長帯域(第1波長帯域)
ΔE3 波長帯域(重複する波長帯域)
Claims (7)
- 白色光を放射する白色光源と、
可視光の波長帯域内で前記白色光の波長帯域と一部が重複する第1波長帯域の第1光を放射する第1光源と、を備え、
前記白色光と前記第1光とを同一の光軸に合成して撮影用の照明光を出射するとともに、前記第1光源の点灯、及び消灯を切替可能に構成された光源装置であって、
前記可視光の波長帯域内の互いに異なる波長の光を放射する補助光源と、
前記第1光源の点灯、及び消灯が切替えられるときに、前記白色光源の白色光、及び前記補助光源の各光の出力光量比率を、当該切替の前の前記照明光の色温度が維持される出力光量比率に変える光源制御部と、
を備えることを特徴とする光源装置。 - 前記白色光の調光操作を受け付ける操作部を備え、
前記光源制御部は、
前記調光操作に応じて前記白色光を調光するとき、前記白色光源の白色光、及び前記補助光源の各色の出力光量比率を、前記照明光によって照らされる閉鎖空間内の色温度が一定に維持される出力光量比率に変える
ことを特徴とする請求項1に記載の光源装置。 - 前記白色光の色温度調整操作を受け付ける操作部を備え、
前記光源制御部は、
前記白色光源の白色光、及び前記補助光源の各色の出力光量比率を、前記色温度調整操作によって指定された色温度が得られる出力光量比率に変える
ことを特徴とする請求項1または2に記載の光源装置。 - 前記補助光源の光と前記白色光源の白色光とを同一の光軸に合成する合成手段を備えることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の光源装置。
- 前記補助光源は、光三原色の各色の波長の光を放射する、ことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の光源装置。
- 前記白色光源、及び前記補助光源は、駆動電流値に応じて出力光量が可変する半導体光源であり、
前記光源制御部は、
前記出力光量比率が得られる駆動電流値を規定したデータを予め備える
ことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の光源装置。 - 請求項1〜5のいずれかに記載の光源装置と、
前記光源装置が出射した照明光によって照明された箇所を撮影する撮影カメラと、
前記撮影カメラによって撮影された撮影像を画面に表示する表示装置と、
を備えたことを特徴とする撮影観察システム。
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