JP6547740B2 - 照明装置及び照明装置の制御方法並びに画像取得システム - Google Patents

照明装置及び照明装置の制御方法並びに画像取得システム Download PDF

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Description

本開示は、照明装置及び照明装置の制御方法並びに画像取得システムに関する。
従来、内視鏡や顕微鏡カメラ等の画像取得システムにおいて、キセノンランプやハロゲンランプ等のランプ光源の代わりに、RGB光源を用いる技術が提案されている。例えば、特許文献1には、内視鏡や顕微鏡カメラ等に使用可能な撮影システムとして、RGBの独立光源を有する可視光LEDを有する光源装置が開示されている。
特許文献1においては、RGBすべての可視光LEDを点灯させた状態で、RGB各色の出射光強度を調整して、イメージセンサの出力におけるホワイトバランスを調整している。具体的に、特許文献1には、ホワイトバランスを調整するに当たり、イメージセンサの出力に基づきホワイトバランス調整装置により検出される色温度に基づいてRGB各色の出射光強度を調整することが記載されている。また、特許文献1には、ホワイトバランスを調整するに当たり、イメージセンサの出力に基づき表示されるモニタ表示を見ながらユーザの入力によりRGB各色の出射光強度を調整することが記載されている。
特開2012−29728号公報
しかし、特許文献1に記載されたホワイトバランスの調整方法は、イメージセンサの出力に基づき、RGBの独立光源それぞれの出射光が合波された照明光の色温度を、モニタ表示を見ながらホワイトバランスの調整を行うものである。したがって、所望の色温度の照明光を照射するには、その都度、イメージセンサの出力を得ながらRGB各色の出射光強度を調整する必要がある。
そこで、本開示では、受光部から取得した輝度と前記出射光の光量との相関関係に基づき複数の光源の光量をそれぞれ調整して、受光部における色温度を精度よく調節することが可能な、新規かつ改良された照明装置及び照明装置の制御方法並びに画像取得システムを提案する。
本開示によれば、出射光の光量を調整可能な複数の光源と、それぞれの前記出射光の光量を検出する光モニタ部と、受光部から取得した輝度と前記出射光の光量との相関関係に基づいて前記出射光の光量を制御する制御部と、を備える、照明装置が提供される。
また、本開示によれば、複数の光源から出射したそれぞれの出射光の光量を検出するステップと、受光部から取得した輝度と前記出射光の光量との相関関係に基づき前記複数の光源の出射光の光量を制御するステップと、を備える、照明装置の制御方法が提供される。
また、本開示によれば、出射光の光量を調整可能な複数の光源と、それぞれの出射光の光量を検出する光モニタ部と、前記出射光を受光する受光部と、前記受光部により検出された輝度と前記出射光の光量との相関関係に基づいてそれぞれの前記出射光の光量を制御する制御部と、を備える、画像取得システムが提供される。
以上説明したように本開示によれば、受光部から取得した輝度と前記出射光の光量との相関関係に基づき複数の光源の光量をそれぞれ調整して、受光部における色温度を精度よく調節することが可能になる。なお、上記の効果は必ずしも限定的なものではなく、上記の効果とともに、又は上記の効果に代えて、本明細書に示されたいずれかの効果、または本明細書から把握され得る他の効果が奏されてもよい。
本開示の第1の実施の形態に係る画像取得システムを示すブロック図である。 同実施形態に係る緑色光源の構成の一例を示す模式図である。 同実施形態に係る光モニタ部を有するRGB合波モジュールを示す模式図である。 ホワイトバランス調整処理の一例を示すフローチャートである。 相関関係取得処理の一例を示すフローチャートである。 赤色光源の光量検出値と受光部における輝度値との相関関係を示す図である。 緑色光源の光量検出値と受光部における輝度値との相関関係を示す図である。 青色光源の光量検出値と受光部における輝度値との相関関係を示す図である。 光量調整処理の一例を示すフローチャートである。 色温度調整処理の一例を示すフローチャートである。 本開示の第2の実施の形態に係る画像取得システムを示すブロック図である。 光源の劣化判定処理の一例を示すフローチャートである。
以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
なお、説明は以下の順序で行うものとする。
<1.第1の実施の形態(光源ごとに制御部を有する例)>
[1.1.画像取得システムの全体構成例]
(1.1.1.照明装置の構成例)
(1.1.2.撮像処理装置の構成例)
[1.2.照明装置の制御処理例]
(1.2.1.ホワイトバランス調整処理例)
(1.2.2.色温度調整処理例)
(1.2.3.光量調整処理例)
<2.第2の実施の形態(すべての光源に共通の制御部を有する例)>
<3.第3の実施の形態(光源の劣化判定処理機能を有する例)>
また、本明細書において、「出射光」とは光源から出射した光を指し、「照明光」とは照明装置から照射された光を指す。
<1.第1の実施の形態>
[1.1.画像取得システムの全体構成例]
まず、図1を参照して、本開示の第1の実施の形態に係る画像取得システム10の概略構成について説明する。図1は、本実施形態に係る画像取得システム10の全体構成を示すブロック図である。この画像取得システム10は照明装置100と撮像処理装置200とを備え、例えば内視鏡システムとして構成される。ただし、内視鏡システムは画像取得システム10の一例であって、電子顕微鏡装置等の他のシステムであってもよい。
(1.1.1.照明装置の構成例)
照明装置100は、赤色光源130R、緑色光源130G、青色光源130B、赤色光源制御部110R、緑色光源制御部110G、青色光源制御部110B、及び合波部170を備えて構成される。また、照明装置100は、赤色光モニタ部150R、緑色光モニタ部150G、青色光モニタ部150B、を備えている。
赤色光源130Rは、例えばGaInP量子井戸構造レーザダイオード等の半導体レーザからなり、青色光源130Bは、例えばGaInN量子井戸構造レーザダイオード等の半導体レーザからなる。緑色光源130Gは、例えば、半導体レーザによって励起される固体レーザからなる。本実施形態に係る照明装置100は、光源が半導体レーザの制御によるRGBの3色光源からなることから、キセノンランプやハロゲンランプ等のランプ光源とは異なり、電気的に照明光の光量や色温度を調節することができるものとなっている。
図2は、固体レーザからなる緑色光源130Gの構成例を示す模式図である。図2に例示した緑色光源130Gは、AlGaAs量子井戸構造レーザダイオードからなる励起光源131、集光レンズ133,135及びYVOからなる光学結晶137を有して構成される。また、緑色光源130Gは、共振器ミラー139、PPMgSLTからなる波長変換素子141及び凹面ミラーからなる反射部143を有して構成される。集光レンズ133,135及び光学結晶137は、この順に、励起光源131から出射される光の光路上に配置されている。
光学結晶137の励起光源131側の端面は光軸に対し直交する垂直面とされ、高反射膜137aを有する共振器ミラーとされる。また、光学結晶137の他方の端面は、ブリュースター角以外の角度を持つ傾斜面とされ、この傾斜面に反射防止膜137bが設けられる。反射部143は、光学結晶137から出射される光の出射光路上に配置される。波長変換素子141は、反射部143により反射される光の光路上に配置される。波長変換素子141の両面には反射防止膜が設けられる。共振器ミラー139は、波長変換素子141の反射部143の反対側に設けられる。
この緑色光源130Gは、励起光源131から出射された励起光が集光レンズ133,135でビーム形状の基本波とされて、光学結晶137に入射する。光学結晶137は、入射光により励起され、新たなレーザ光を出射する。出射した光は反射部143により反射されて波長変換素子141に照射され、波長変換素子141を透過して共振器ミラー139により反射される。波長変換素子141から出射する光は変換波とされ、変換波は反射部143を透過して出射光として出射される。
なお、上述した半導体レーザや固体レーザは赤色光源130R、緑色光源130G、青色光源130Bの一例であって、他の光源を用いてもよい。緑色光源130Gは、半導体レーザにより構成してもよい。また、複数の光源はRGBの3色光源に限られず、4色光源等、光源の数は限定されない。ただし、レーザ光源であれば、出射光の拡散が少なく、光モニタ部によって光量を容易に検出することができる。
赤色光モニタ部150R、緑色光モニタ部150G、青色光モニタ部150Bは、例えばフォトダイオードからなる。赤色光モニタ部150Rは赤色光源130Rの出射光の光量Qrを検出する。緑色光モニタ部150Gは緑色光源130Gの出射光の光量Qgを検出する。青色光モニタ部150Bは青色光源130Bの出射光の光量Qbを検出する。赤色光モニタ部150Rについて説明すれば、フォトダイオードからなる赤色光モニタ部150Rは、赤色光源130Rから出射された出射光(赤色光)の一部を受光し、受光した光の光量Qrを電圧信号に変換して赤色光源制御部110Rに送信する。緑色光モニタ部150G、青色光モニタ部150Bも同様に、緑色光又は青色光の一部を受光し、受光した光の光量Qg,Qbを電圧信号に変換して緑色光源制御部110G又は青色光源制御部110Bに送信する。
合波部170は、赤色光源130R、緑色光源130G、青色光源130Bからそれぞれ出射された赤色光、緑色光、青色光を合波する。本実施形態に係る照明装置100においては、赤色光、緑色光、青色光それぞれの光量Qr,Qg,Qbを調節することにより、赤色光、緑色光、青色光の輝度Lr,Lg,Lbのバランスが変更され、合波される光の色温度を調節することができる。
図3は、合波部170の構成例を示す模式図であり、光モニタ付RGB合波モジュール180の構成例が示されている。この合波モジュール180において、合波部170は、ミラー153及びダイクロイックミラー155,157を備えている。ダイクロイックミラー155,157は、それぞれ特定の波長の光を反射する。一方、ダイクロイックミラー155,157は、それ以外の波長の光を透過させる。赤色光源130Rから出射された赤色光は、ミラー153によって反射され、その進路がレンズ159方向に変化する。ミラー153はダイクロイックミラーとしてもよい。また、緑色光源130Gから出射された緑色光は、ダイクロイックミラー155によって反射され、その進路がレンズ159方向に変化する。このとき、ミラー153から送られてきた赤色光は、そのままダイクロイックミラー155を透過する。
さらに、青色光源130Bから出射された青色光は、ダイクロイックミラー157によって反射され、その進路がレンズ159方向に変化する。このとき、ダイクロイックミラー155から送られてきた赤色光及び緑色光は、そのままダイクロイックミラー157を透過する。このようにして、RGB3色の光が同じ光軸上に導かれて重ね合わされる。この合波モジュール180の例では、最も波長の長い赤色光に対して、次に波長の長い緑色光を合波し、さらに最も波長の短い青色光を合波している。合波された光は、さらにレンズ159によって集光されて照明光として出射される。本実施形態に係る内視鏡システムの場合、出射される照明光は、内視鏡プローブの先端に伝達されて照射され、目的部位を照明する。
また、合波モジュール180において、赤色光源130Rから出射された赤色光の一部は、合波される前に、光サンプラ151Rを用いて赤色光モニタ部150Rに入射される。これにより、赤色光の光量Qrが検出可能となっている。緑色光源130G、青色光源130Bから出射される緑色光及び青色光も同様に、その一部が光サンプラ151G,151Bを用いて緑色光モニタ部150G、青色光モニタ部150Bに入射されて、光量Qg,Qbを検出可能となっている。
図1に示した赤色光源制御部110Rは赤色光源130Rを駆動制御する。また、緑色光源制御部110Gは緑色光源130Gを駆動制御し、青色光源制御部110Bは青色光源130Bを駆動制御する。各制御部は、撮像処理装置200の受光部230により検出される輝度Lr(Lg,Lb)と各光モニタ部により検出される光量Qr(Qg,Qb)との相関関係に基づいて、各光源の駆動電流を制御する。例えば、赤色光源制御部110Rは、受光部230により検出される輝度Lrと赤色光モニタ部150Rにより検出される赤色光の光量Qrとの相関関係に基づいて、赤色光源130Rに供給する駆動電流を制御する。
これにより、赤色光源130Rから出射される出射光の光量が調節され、照明光中の赤色光の輝度Lrを所望の値に調節することができる。本実施形態に係る赤色光源制御部110Rは、赤色光源130Rのみ点灯させた状態で、そのときに受光部230により検出される輝度Lrと赤色光モニタ部150Rにより検出される赤色光の光量Qrとの相関関係を算出するように構成される。このとき、緑色光源130G及び青色光源130Bは点灯させない。
緑色光源制御部110G及び青色光源制御部110Bも同様にして、緑色光モニタ部150G又は青色光モニタ部150Bにより検出される光量Qg(Qb)と受光部230により検出される輝度Lg(Lb)との相関関係を算出するように構成される。すなわち、緑色光源制御部110G及び青色光源制御部110Bは、緑色光源130G又は青色光源130Bのみを点灯させた状態で、光量Qg(Qb)と輝度Lg(Lb)との相関関係を算出する。緑色光源制御部110G及び青色光源制御部110Bは、輝度Lg(Lb)と光量Qg(Qb)との相関関係に基づいて、緑色光源130G又は青色光源130Bに供給する駆動電流を制御する。これにより、緑色光源130G及び青色光源130Bから出射される出射光の光量Qg(Qb)が調節され、照明光中の緑色光及び青色光の輝度Lg(Lb)を所望の値に調節することができる。
本実施形態に係る照明装置100は、それぞれ撮像処理装置200の受光部230により検出される輝度Lr、Lg,Lbと各光モニタ部により検出される赤色光、緑色光、青色光の光量Qr,Qg,Qbとの相関関係に基づいて、各光源の駆動電流が調節される。したがって、例えば本実施形態に係る内視鏡システムの場合、内視鏡プローブの取付け後に必ず行われるホワイトバランス調整中に、赤色光、緑色光、青色光それぞれについて輝度Lr,Lg,Lbと光量Qr,Qg,Qbとの相関関係を取得する。これにより、以降、撮像処理装置200により検出される輝度や色温度を参照することなく、照明光の色温度や光量の調整を正確に行うことができる。
(1.1.2.撮像処理装置の構成例)
撮像処理装置200は、光学系210、受光部230、撮像処理部250を備えて構成されている。光学系210は、照明装置100から照射された照明光を取り込む。本実施形態に係る内視鏡システムの場合、光学系210は、内視鏡プローブの先端に設けられた観察窓を介して、照明光を取り込むことができるように構成されている。
受光部230は、例えばCCD(Charge Coupled Device)やCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等の固体撮像素子を有して構成される。受光部230は、光学系210の結像位置に配置されており、目的部位に照射されて反射された照明光により、目的部位を撮像した被写体像が撮像される。受光部230は、撮像した被写体像を光電変換して撮像信号を生成し、生成した撮像信号を撮像処理部250に出力する。
撮像処理部250は、CPUや記憶素子を備えて構成され、受光部230から出力された撮像信号に基づいて画像を生成し、図示しないモニタ等に画像を表示させる。このとき、撮像処理部250は、画像全体、あるいは、あらかじめ定めた領域に含まれる各画素についての輝度を検出する。さらに、撮像処理部250は、各画素について検出した輝度の平均値を算出し、算出した輝度の平均値を、照明装置100の赤色光源制御部110R、緑色光源制御部110G、青色光源制御部110Bに出力する。このとき、本実施形態に係る内視鏡システムにおいては、受光部230により検出される輝度値は、内視鏡プローブの個体差によって異なり得るものとなっている。
[1.2.照明装置の制御処理例]
以上、本実施形態に係る画像取得システム10の全体構成例について説明した。次に、本実施形態に係る画像取得システム10における照明装置100の制御処理について説明する。
(1.2.1.ホワイトバランス調整処理例)
図4は、本実施形態に係る照明装置100によるホワイトバランス調整処理例のフローチャートを示している。このホワイトバランス調整処理のフローは、例えば、使用者によって、図示しないホワイトバランス調整処理開始ボタンが押下されたときに開始される。
まず、ステップS100において、赤色光源制御部110R、緑色光源制御部110G、青色光源制御部110Bは、赤色光、緑色光、青色光それぞれについて、出射光の光量(光モニタ値)Qr,Qg,Qbと輝度Lr,Lg,Lbとの相関関係を算出する。本実施形態では、赤色光源130R、緑色光源130G、青色光源130Bからの出射光の光量(光モニタ値)Qr,Qg,Qbと、受光部230により検出される輝度Lr,Lg,Lbとの相関関係を表す校正式Fr,Fg,Fbが算出される。係る校正式Fr,Fg,Fbの算出は、例えば、内視鏡システムの使用開始時に、内視鏡プローブを照明装置100に装着した段階で行うようにしてもよい。係る校正式Fr,Fg,Fbを算出することにより、使用する内視鏡プローブの個体差を加味した上で、各光源からの出射光の光量Qr,Qg,Qbと受光部230により検出される輝度値Lr,Lg,Lbとの関連付けがなされる。
図5は、照明装置100による相関関係取得処理のフローチャートを示している。本実施形態に係る内視鏡システムの場合、以下の相関関係取得処理は、基準となる白色の被写体が撮像されるように、例えば内視鏡プローブの先端にカバーを装着して実施される。内視鏡プローブの先端にカバーを装着する以外に、あらかじめ決められた白色の被写体を撮像しながら、相関関係取得処理を行うようにしてもよい。
まず、ステップS210において、赤色光源制御部110Rは、赤色光について、赤色光原130Rの駆動電流に対する光モニタ値(電圧値:V)及び受光部230により検出される輝度値を測定する。具体的に、赤色光源制御部110Rは、緑色光及び青色光を出射させない状態で、赤色光源130Rに供給する駆動電流を変化させながら赤色光を出射させる。この状態で、赤色光源制御部110Rは、複数の駆動電流値A(k=1〜n)について、赤色光モニタ部150Rにより検出される光モニタ値Qr(k=1〜n)と受光部230により検出される輝度値Lr(k=1〜n)とを取得する。
次いで、ステップS220において、赤色光源制御部110Rは、取得された光モニタ値Qr(k=1〜n)と輝度値Lr(k=1〜n)とに基づいて、赤色光についての光モニタ値Qrと輝度値Lrとの相関関係を表す校正式Frを算出する。校正式は、例えば2次の多項式とすることができるが、校正式の算出の仕方や、校正式の次数については、適宜設定することができる。
赤色光源130Rについて校正式Frを算出した後、次いで、ステップS230において、緑色光源制御部110Gは、緑色光原130Gの駆動電流に対する光モニタ値(V)及び受光部230により検出される輝度値を測定する。係る測定は、赤色光及び青色光を出射させない状態で、緑色光源130Gに供給する駆動電流を変化させながら行われる。次いで、ステップS240において、緑色光源制御部110Gは、取得された光モニタ値Qg(k=1〜n)と輝度値Lg(k=1〜n)とに基づいて、緑色光についての相関関係を表す校正式Fgを算出する。
緑色光源130Gについて校正式Fgを算出した後、次いで、ステップS250において、青色光源制御部110Bは、青色光原130Bの駆動電流に対する光モニタ値(V)及び受光部230により検出される輝度値を測定する。係る測定は、赤色光及び緑色光を出射させない状態で、青色光源130Bに供給する駆動電流を変化させながら行われる。次いで、ステップS260において、青色光源制御部110Bは、取得された光モニタ値Qb(k=1〜n)と輝度値Lb(k=1〜n)とに基づいて、青色光についての相関関係を表す校正式Fbを算出する。
図6〜図8は、上述した相関関係取得処理の手順で、赤色光、緑色光、青色光それぞれについて、フォトダイオードにより検出された光モニタ値とCCDにより検出された輝度値との相関関係を示している。図6〜図8は、縦軸及び横軸ともに同一の尺度で示されている。図示した例では、各色の光で取得されたデータから算出される校正式Fr,Fg,Fbの勾配は、赤色光が最も小さく、次いで青色光が大きく、緑色光が最も大きくなっている。すなわち、各色の光について、受光部230により検出される輝度値Lr,Lg,Lbを同一とするための光量Qr,Qg,Qbの大きさは、赤色光が最も小さく、次いで青色光が大きく、緑色光が最も大きくなっている。
なお、図5に示す相関関係取得処理においては、赤色光、緑色光、青色光の順に校正式Fr,Fg,Fbを算出しているが、その順序は適宜入れ替えてもよい。また、3色の光源すべての光モニタ値及び輝度値を取得した後に、各色の光についての校正式Fr,Fg,Fbを算出するようにしてもよい。
図4に戻り、ステップS100において各光源から出射される光に関する校正式Fr,Fg,Fbを取得した後、ステップS110に進む。ステップS110において、赤色光源制御部110R、緑色光源制御部110G、青色光源制御部110Bは、校正式Fr,Fg,Fbに基づき、各色の光が、あらかじめ設定された同一の輝度値L0となる光モニタ値Qr_A,Qg_A,Qb_Aを算出する。そして、各制御部は、算出された値Qr_A,Qg_A,Qb_Aをそれぞれの光源の駆動制御の目標値として設定する。例えば、各制御部は、輝度値が200となる光モニタ値を校正式Fr,Fg,Fbに基づき算出して、各光源の駆動制御の目標値として設定する。
次いで、赤色光源制御部110Rは、ステップS120において、赤色光源130Rの駆動電流を増減する。次いで、赤色光源制御部110Rは、ステップS130において、赤色光モニタ部150Rにより検出される光モニタ値QrがステップS110で設定した目標値Qr_Aとなったか否かの判別を行う。赤色光源制御部110Rは、検出される光モニタ値Qrが目標値Qr_Aとなるまで、ステップS120〜ステップS130の処理を繰り返す。緑色光源制御部110G及び青色光源制御部110Bも同様に、緑色光モニタ部150G及び青色光モニタ部150Bにより検出される光モニタ値Qg,QbがステップS110で設定した目標値Qg_A,Qb_Aとなるまで、それぞれ駆動電流の増減及び判別を繰り返す(ステップS140〜ステップS150、ステップS160〜ステップS170)。
赤色光、緑色光、青色光のすべてにおいて、光モニタ値Qr,Qg,Qbが目標値Qr,Qg_A,Qb_Aと一致したときに、ホワイトバランス調整処理は終了する。このようにして、本実施形態に係る内視鏡システムは、一旦、各色の光の光モニタ値と輝度値との校正式Fr,Fg,Fbを得た後は、撮像処理装置200で取得される画像を見ることなく、ホワイトバランスの調整を容易に行うことができる。
(1.2.2.色温度調整処理例)
図9は、本実施形態に係る照明装置100による色温度調整処理例のフローチャートを示している。この色温度調整処理のフローは、現在照射されている照明光の光量Qxを維持したまま、赤色光、緑色光、青色光の輝度の比(RGB比)を変更して照明光の色温度を調節する処理のフローである。
まず、ステップS300において、赤色光源制御部110R、緑色光源制御部110G、青色光源制御部110Bは、赤色光、緑色光、青色光それぞれについて、出射光の光量Qr,Qg,Qbと輝度Lr,Lg,Lbとの相関関係を算出する。本実施形態では、出射光の光量Qr,Qg,Qbと輝度Lr,Lg,Lbとの相関関係を表す校正式Fr,Fg,Fbを算出する。このステップS300は、図4に示すホワイトバランス調整処理のステップS100と同様に図5に例示する手順で行われるものであり、内視鏡プローブを照明装置100に装着した段階で行われるものとするとよい。
次いで、ステップS310において、赤色光源制御部110R、緑色光源制御部110G、青色光源制御部110Bは、照明光の色温度変更の指示の入力を受け取る。次いで、ステップS320において、各制御部は、赤色光モニタ部150R、緑色光モニタ部150G、青色光モニタ部150Bにより検出される光モニタ値Qr,Qg,Qbをそれぞれ読取る。各制御部が、光モニタ値Qr,Qg,Qbの情報を交換するようにしてもよく、あるいは、各制御部が、すべての光モニタ値Qr,Qg,Qbを読み取るようにしてもよい。
そして、算出された校正式Fr,Fg,Fbに基づき、光モニタ値Qr,Qg,Qbに対応する3色の光それぞれの輝度値Lr,Lg,Lb及び合計の輝度値Lxを算出する。ステップS310の色温度変更の指示は、例えば、使用者がRGB比を設定したり、あるいは、あらかじめRGB比が設定された図示しない入力スイッチが押下されたりすることで入力される。また、ステップS320における合計輝度値Lxの算出は、赤色光源制御部110R、緑色光源制御部110G、青色光源制御部110Bのうちのいずれかの制御部で行い、その他の制御部に合計輝度値Lxを出力するようにしてもよい。
次いで、ステップS330において、赤色光源制御部110R、緑色光源制御部110G、青色光源制御部110Bは、合計輝度値Lxを維持したままで、指示されたRGB比に基づき各色の輝度値Lr_B,Lg_B、Lb_Bを算出する。
次いで、ステップS340において、赤色光源制御部110Rは、ステップS300で求められた校正式Frに基づき、赤色光が、ステップS330で算出された輝度値Lr_Bとなる光モニタ値Qr_Bを算出する。同様に、緑色光源制御部110G、青色光源制御部110Bは、ステップS300で求められた校正式Fg,Fbに基づき、各色の光が、ステップS330で算出された輝度値Lg_B,Lb_Bとなる光モニタ値Qg_B,Qb_Bをそれぞれ算出する。そして、各制御部は、算出された値Qr_B,Qg_B,Qb_Bをそれぞれの光源の駆動制御の目標値として設定する。
次いで、赤色光源制御部110Rは、ステップS350において赤色光源130Rの駆動電流を増減する。次いで、赤色光源制御部110Rは、ステップS355において赤色光モニタ部150Rにより検出される光モニタ値QrがステップS340で設定した目標値Qr_Bとなったか否かの判別を行う。赤色光源制御部110Rは、検出される光モニタ値Qrが目標値Qr_Bとなるまで、ステップS350〜ステップS355の処理を繰り返す。緑色光源制御部110G及び青色光源制御部110Bも同様に、緑色光モニタ部150G及び青色光モニタ部150Bにより検出される光モニタ値Qg,QbがステップS340で設定した目標値Qg_B,Qb_Bとなるまで、駆動電流の増減及び判別を繰り返す(ステップS360〜ステップS365、ステップS370〜ステップS375)。
赤色光、緑色光、青色光のすべてにおいて、光モニタ値Qr,Qg,Qbと目標値Qr_B,Qg_B,Qb_Bとが一致したときに、色温度調整処理は終了する。その結果、照明光の光量を維持したまま、照明光の色温度を、使用者が設定した色温度に、あるいは、あらかじめ設定された色温度に調節することができる。このように、本実施形態に係る内視鏡システムは、例えば内視鏡プローブの装着後に、各色の光の光モニタ値Qr,Qg,Qbと輝度値Lr,Lg,Lbとの相関関係を表す校正式Fr,Fg,Fbを取得する。これにより、以後の使用時に、撮像処理装置200で取得される画像を見ることなく、照明光の光量Qxを維持したままで色温度の調整を容易に行うことができる。
(1.2.3.光量調整処理例)
図10は、本実施形態に係る照明装置100による光量調整処理例のフローチャートを示している。この光量調整処理のフローは、現在照射されている照明光の色温度、すなわち、赤色光、緑色光、青色光の輝度の比(RGB比)を維持したまま、赤色光、緑色光、青色光の光量を変更して照明光の光量を調節する処理のフローである。
まず、ステップS400において、赤色光源制御部110Rは、赤色光について、赤色光源130Rからの出射光の光量Qrと、受光部230により検出される輝度Lrとの相関関係を表す校正式Frを算出する。同様に、緑色光源制御部110G、青色光源制御部110Bは、緑色光、青色光それぞれについて、出射光の光量Qg,Qbと輝度Lg,Lbとの相関関係を表す校正式Fg,Fbを算出する。このステップS400は、図4に示すホワイトバランス調整処理のステップS100と同様に図5に例示する手順で行われるものであり、内視鏡プローブを照明装置100に装着した段階で行われるものとしてもよい。
次いで、ステップS410において、赤色光源制御部110R、緑色光源制御部110G、青色光源制御部110Bは、照明光の光量変更の指示の入力を受け取る。次いで、ステップS420において、各制御部は、赤色光モニタ部150R、緑色光モニタ部150G、青色光モニタ部150Bにより検出される光モニタ値Qr,Qg,Qbをそれぞれ読取る。各制御部が、光モニタ値Qr,Qg,Qbの情報を交換するようにしてもよく、あるいは、各制御部が、すべての光モニタ値Qr,Qg,Qbを読み取るようにしてもよい。
そして、各制御部は、算出された校正式Fr,Fg,Fbに基づき、光モニタ値Qr,Qg,Qbに対応する3色の光それぞれの輝度値Lr,Lg,Lb及び輝度値の比を算出する。ステップS410の光量変更の指示は、例えば、使用者が光量調節ダイヤルを調節したり、あるいは、あらかじめ光量が設定された図示しないスイッチが押下されたりすることで入力される。また、ステップS420における輝度値の比の算出は、赤色光源制御部110R、緑色光源制御部110G、青色光源制御部110Bのうちのいずれかの制御部で行い、その他の制御部に輝度値の比を出力するようにしてもよい。
次いで、ステップS430において、赤色光源制御部110Rは、輝度値の比を維持したままで、赤色光、緑色光、青色光の輝度値の合計が、指示された照明光の光量に対応する輝度値Lyとなるように、赤色光の輝度値Lr_Cを算出する。同様に、緑色光源制御部110G、青色光源制御部110Bは、輝度値の比を維持したままで、各色の光の輝度値の合計が、指示された照明光の光量に対応する輝度値Lyとなるように、各色の光の輝度値Lg_C,Lb_Cを算出する。
次いで、ステップS440において、赤色光源制御部110Rは、ステップS400で求められた校正式Frに基づき、赤色光が、ステップS430で算出された輝度値Lr_Cとなる光モニタ値Qr_Cをそれぞれ算出する。同様に、緑色光源制御部110G、青色光源制御部110Bは、ステップS400で求められた校正式Fg,Fbに基づき、各色の光が、ステップS430で算出された輝度値Lg_C,Lb_Cとなる光モニタ値Qg_C,Qb_Cをそれぞれ算出する。そして、各制御部は、算出された値Qr_C,Qg_C,Qb_Cをそれぞれの光源の駆動制御の目標値として設定する。
次いで、赤色光源制御部110Rは、ステップS450において赤色光源130Rの駆動電流を増減する。次いで、赤色光源制御部110Rは、ステップS455において赤色光モニタ部150Rにより検出される光モニタ値QrがステップS440で設定した目標値Qr_Cとなったか否かの判別を行う。赤色光源制御部110Rは、検出される光モニタ値Qrが目標値Qr_Cとなるまで、ステップS450〜ステップS455の処理を繰り返す。緑色光源制御部110G及び青色光源制御部110Bも同様に、緑色光モニタ部150G及び青色光モニタ部150Bにより検出される光モニタ値Qg,QbがステップS440で設定した目標値Qg_C,Qb_Cとなるまで、駆動電流の増減及び判別を繰り返す(ステップS460〜ステップS465、ステップS470〜ステップS475)。
赤色光、緑色光、青色光のすべてにおいて、光モニタ値Qr,Qg,Qbが目標値Qr_C,Qg_C,Qb_Cと一致したときに、照明光の光量調整処理は終了する。その結果、照明光の色温度を維持したまま、照明光の光量を、使用者が設定した光量に、あるいは、あらかじめ設定された光量に調節することができる。このようにして、本実施形態に係る内視鏡システムは、例えば内視鏡プローブの装着時に、各色の光の光モニタ値Qr,Qg,Qbと輝度値Lr,Lg,Lbとの相関関係を表す校正式Fr,Fg,Fbを算出する。これにより、以後の使用時に、撮像処理装置200で取得される画像を見ることなく、照明光の色温度を維持したままで光量の調整を容易に行うことができる。
以上説明したように、本開示の第1の実施の形態に係る照明装置100及び画像取得システム10は、赤色光源130Rから出射される赤色光の光量が、赤色光モニタ部150Rにより光モニタ値Qrとして検出される。同様に、照明装置100及び画像取得システム10は、緑色光源130G、青色光源130Bそれぞれから出射される緑色光、青色光の光量が、それぞれ緑色光モニタ部150G、青色光モニタ部150Bにより光モニタ値Qr,Qg,Qbとして検出される。
また、本実施形態に係る照明装置100及び画像取得システム10において、赤色光源制御部110R、緑色光源制御部110G、青色光源制御部110Bは、各光モニタ値Qr,Qg,Qbと併せて、撮像処理装置200の受光部230により検出される輝度値Lr,Lg,Lbを受け取る。そして、照明装置100及び画像取得システム10は、当該輝度値Lr,Lg,Lbと光モニタ値Qr,Qg,Qbとの相関関係を示す校正式Fr,Fg,Fbを取得する。
したがって、本実施形態に係る照明装置100及び画像取得システム10は、当該校正式Fr,Fg,Fbに基づいて各光源の光量を調節することにより、照明光の色温度を正確に調節することができる。これにより、撮像処理装置200の受光部230のゲインを調整する必要がなくなり、電子ノイズを低減して良質な画像を取得することができる。また、受光部230のゲインを調整するのではなく、各光源の光量を調節することで照明光の色温度を調節することにより、各光源の消費電力を低減することができる。また、受光部230のゲインを調整するのではなく、各光源の光量を調節することで照明光の色温度を調節することにより、その都度、撮像処理装置200で取得される画像を参照することなく照明光の色温度を正確に調節することができる。
また、本実施形態に係る照明装置100及び画像取得システム10は、例えば内視鏡プローブの装着時に、一旦、各光モニタ値Qr,Qg,Qbと受光部230により検出される輝度値Lr,Lg,Lbとの相関関係を表す校正式Fr,Fg,Fbを求める。これにより、以後、同一の内視鏡プローブを使用し続ける限り、内視鏡プローブの影響を考慮せずに照明光の色温度を容易に調節することができる。
さらに、異なる内視鏡プローブを用いる場合であっても、それぞれの内視鏡プローブの装着時に上記校正式Fr,Fg,Fbを求めることで、照明光の色温度を正確に調節することができる。したがって、例えば医療現場で使用される内視鏡システムにおいて、内視鏡プローブの個体差にかかわらず、撮像対象に適した所望の撮像画像を得ることができる。
また、本実施形態に係る照明装置100及び画像取得システム10では、各光モニタ値Qr,Qg,Qbと受光部230により検出される輝度値Lr,Lg,Lbとの相関関係を表す校正式Fr,Fg,Fbが取得されている。これにより、照明光の光量を一定としたまま、照明光のRGB比を変更して色温度を容易に調整することができる。また、係る校正式Fr,Fg,Fbが取得されていることにより、照明光の色温度を一定としたまま、照明光の光量を容易に変更することができる。
<2.第2の実施の形態>
本開示の第2の実施の形態は、赤色光源、緑色光源、青色光源が共通の制御部により駆動制御される点で、第1の実施の形態とは異なる。以下、第1の実施の形態に係る照明装置と異なる点を中心に説明する。
図11は、本開示の第2の実施の形態に係る画像取得システム20の全体構成を示すブロック図である。この画像取得システム20は、第1の実施の形態の画像取得システム10と同様に、照明装置300と撮像処理装置200とを備え、例えば、内視鏡システムとして構成される。
このうち、撮像処理装置200は、撮像処理部250から、照明装置300の制御部330に信号が出力される点以外は、第1の実施の形態に係る画像取得システム10の撮像処理装置200と同様に構成することができる。
照明装置300は、赤色光源130R、緑色光源130G、青色光源130B、赤色光源駆動制御回路310R、緑色光源駆動制御回路310G、青色光源駆動制御回路310B、制御部330及び合波部170を備えて構成される。また、照明装置300は、赤色光モニタ部150R、緑色光モニタ部150G、青色光モニタ部150Bを備えている。
赤色光源130R、緑色光源130G、青色光源130Bは、第1の実施の形態に係る照明装置100の光源と同様の構成とすることができる。また、光源はRGBの3色光源に限られず、4色光源等、光源の数は限定されない。赤色光モニタ部150R、緑色光モニタ部150G、青色光モニタ部150Bは、検出した光モニタ値Qr,Qg,Qbを制御部330に送信する以外は、第1の実施の形態に係る照明装置100の各モニタ部と同様の構成とすることができる。合波部170についても、図3に例示した、第1の実施の形態に係る照明装置100の合波部170と同様の構成とすることができる。
制御部330は、撮像処理装置200の受光部230により検出される赤色光、緑色光、青色光それぞれの輝度Lr,Lg,Lbと、各光モニタ部により検出される光モニタ値Qr,Qg,Qbとの相関関係に基づいて、各光源の駆動電流を設定する。また、制御部330は、設定したく各光源の駆動電流に基づき、赤色光源130R、緑色光源130G、青色光源130Bの駆動指令を、赤色光源駆動制御回路310R、緑色光源駆動制御回路310G、青色光源駆動制御回路310Bに対して送信する。赤色光源駆動制御回路310R、緑色光源駆動制御回路310G、青色光源駆動制御回路310Bは、駆動指令に基づいて、赤色光源130R、緑色光源130G、青色光源130Bを駆動する。
第1の実施の形態に係る照明装置100では、赤色光源制御部110R、緑色光源制御部110G、青色光源制御部110Bそれぞれが、各光モニタ値Qr,Qg,Qbや輝度値Lr,Lg,Lbを受け取り、相関関係を表す校正式Fr,Fg,Fbを算出していた。これに対して、本実施形態に係る照明装置300では、共通の制御部330が各光モニタ値Qr,Qg,Qbや輝度値Lr,Lg,Lbを受け取り、光モニタ値と輝度値との相関関係を表す校正式Fr,Fg,Fbを算出するように構成されている。係る校正式Fr,Fg,Fbの算出方法や、制御部330により実行されるホワイトバランス調整処理、色温度調整処理、光量調整処理の内容は、第1の実施の形態に係る照明装置100と同様に実行することができる。
本実施形態に係る照明装置300及び画像取得システム20によれば、第1の実施の形態に係る照明装置100及び画像取得システム10によって得られる効果と同様の効果を得ることができる。併せて、本実施形態に係る照明装置300及び画像取得システム20によれば、各光源を駆動制御する際の光モニタ値の目標値の演算が一つの制御部で行われることとなり、制御部間で演算結果等の送受信をする負荷を減らすことができる。なお、図11に示した例では、制御部330は、照明装置300に備えられるものとしているが、照明装置300とは別の制御装置として備えられていてもよいし、撮像処理装置200に制御部を備えていてもよい。
<3.第3の実施の形態>
本開示の第3の実施の形態は、各光源の制御部が、光源の劣化を判定する劣化判定部としての機能を有する点で、第1及び第2の実施の形態とは異なっている。例えば、第1の実施の形態に係る赤色光源制御部110R、緑色光源制御部110G、青色光源制御部110B、第2の実施の形態に係る制御部330が、光源の劣化を判定する劣化判定部としての機能を有していてもよい。
本実施形態に係る照明装置及び画像取得システムは、基本的に、図1及び図11に示す照明装置100,300及び画像取得システム10,20と同一の構成とすることができる。一方、本実施形態に係る照明装置及び画像取得システムは、使用期間の経過に伴って、同一の電流を供給しても光量が低下してくるような光源の劣化を判定する機能を有している。以下、図1に示す照明装置100及び画像取得システム10を例に採って、図12を参照しながら、本実施形態に係る照明装置及び画像取得システムについて説明する。
図12は、光源の劣化判定処理例を示すフローチャートである。図1に示す照明装置100の場合、各光源の劣化判定処理は、対応する制御部により実行される。例えば、赤色光源130Rの劣化判定について説明すると、まず、ステップS510において、赤色光源制御部110Rは、赤色光源130Rに供給する駆動電流を、あらかじめ設定した規定値とする。係る規定値は、赤色光源130Rから出射される出射光の光量の変化を検出し得るような値に適宜設定することができる。係る規定値は、赤色光源130Rの劣化判定を実行する際に共通の値として使用される。各光源の劣化判定に対して同一の値の規定値としてもよいし、光源ごとに規定値を異ならせてもよい。
次いで、赤色光源制御部110Rは、規定値の駆動電流を赤色光源130Rに供給した状態で赤色光モニタ部150Rにより検出される光モニタ値Qrを読み取る。次いで、赤色光源制御部110Rは、使用開始時に赤色光源130Rに対して同一の規定値の電流を供給して検出された光モニタ値の初期値Qr0に対する現在の光モニタ値Qrの割合Rが、あらかじめ定めた閾値R0を下回ったか否かを判別する。割合Rが閾値R0以上であれば(S530:No)、ステップS550に進み、赤色光源制御部110Rは、赤色光源130Rに劣化は無いと判定して終了する。一方、割合Rが閾値R0を下回っていれば(S530:Yes)、ステップS540に進み、赤色光源制御部110Rは、赤色光源130Rが劣化していると判定して終了する。
図1に示す照明装置100の場合、緑色光源制御部110G及び青色光源制御部110Bも同様の手順で緑色光源130G及び青色光源130Bの劣化判定処理を実行することができる。また、図11に示す照明装置300の場合、制御部330が、順次、図12に示す手順に沿って各光源の劣化判定を実行することができる。
以上説明した本実施形態に係る照明装置及び画像取得システムは、各光源から出射する出射光の光量を検出する光モニタ部150R,150G,150Bを備えている。したがって、各制御部は、各光源ごとに同一の駆動電流を供給している状態での光モニタ値Qr,Qg,Qbの低下割合に基づいて、各光源の劣化を判定することができる。
以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
例えば、上記実施形態では、ホワイトバランス調整処理において、各色の光の輝度が同一となるときの光モニタ値Qr_A,Qg_A,Qb_Aを求める際の輝度値L0をあらかじめ設定することとしていたが、本技術は係る例に限定されない。例えば、ホワイトバランス調整処理時に、使用者によって適宜の輝度値L0に設定されてもよい。
また、上記実施形態では、赤色光源制御部、緑色光源制御部、青色光源制御部、あるいは、制御部が校正式を算出していたが、本技術は係る例に限定されない。例えば、校正式を算出する演算処理部は、各制御部とは別体の装置となっていてもよい。
また、上記実施形態では、目標とする光モニタ値が得られた後に、各制御部110R,110G,110B,330が駆動電流を増減していたが、本技術は係る例に限定されない。例えば、目標とする光モニタ値が得られた後に、使用者により各光源の駆動電流が調節されるようにしてもよい。
また、上記実施形態では、色温度調整処理及び光量調整処理の実行時において、照明光の光量を維持したまま色温度を調整し、又は、照明光の色温度を維持したまま光量を調整していたが、本技術は係る例に限定されない。例えば、照明光の色温度(RGB比)及び光量が、ともに設定された目標値となるように、各光源の光量を調節することもできる。この場合、設定された光量に対応する合計輝度値と、設定されたRGB比とに基づいて、各色の光の輝度値を求め、各輝度値に対応する光モニタ値を目標値とするようにしてもよい。これにより、各色の光量を調節して、照明光の光量及び色温度を調節することができる。
また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。
なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
(1)複数の光源と、前記光源から出射するそれぞれの出射光の光量を検出する光モニタ部と、受光部から取得した輝度と前記出射光の光量との相関関係に基づいて前記出射光の光量を制御する制御部と、を備える、照明装置。
(2)前記制御部は、前記相関関係を算出するよう構成される、前記(1)に記載の照明装置。
(3)前記複数の光源は、赤色光源、緑色光源及び青色光源を含む、前記(1)又は(2)に記載の照明装置。
(4)前記複数の光源は、レーザ光源である、前記(1)〜(3)のいずれか1項に記載の照明装置。
(5)前記光モニタ部により検出される光量に基づいて前記光源の劣化を判定する劣化判定部を備える、前記(1)〜(4)のいずれか1項に記載の照明装置。
(6)複数の光源から出射したそれぞれの出射光の光量を検出するステップと、受光部から取得した輝度と前記出射光の光量との相関関係に基づき前記複数の光源の出射光の光量を制御するステップと、を備える、照明装置の制御方法。
(7)前記相関関係に基づき、それぞれの前記出射光の輝度が同一になるように前記出射光の光量を変更する、前記(6)に記載の照明装置の制御方法。
(8)前記相関関係に基づき、前記出射光を合成した照明光の光量を維持したままでそれぞれの前記出射光の輝度の比を変更する、前記(6)に記載の照明装置の制御方法。
(9)前記相関関係に基づき、それぞれの前記出射光の輝度の比を維持したままで前記出射光を合成した照明光の光量を変更する、前記(6)に記載の照明装置の制御方法。
(10)複数の光源と、前記光源から出射するそれぞれの出射光の光量を検出する光モニタ部と、前記出射光を受光する受光部と、前記受光部により検出された輝度と前記出射光の光量との相関関係に基づいてそれぞれの前記出射光の光量を制御する制御部と、を備える、画像取得システム。
(11)それぞれの前記出射光の光量と前記輝度との相関関係を算出する算出部を備える、前記(10)に記載の画像取得システム。
(12)前記画像取得システムが内視鏡システム又は顕微鏡カメラ装置である、前記(10)又は(11)に記載の画像取得システム。
10,20 画像取得システム
100 照明装置
110R 赤色光源制御部
110G 緑色光源制御部
110B 青色光源制御部
130R 赤色光源
130G 緑色光源
130B 青色光源
131 励起光源
133,135 集光レンズ
137 光学結晶
139 共振器ミラー
141 波長変換素子
143 反射部
150R 赤色光モニタ部
150G 緑色光モニタ部
150B 青色光モニタ部
151R,151G,151B 光サンプラ
153 ミラー
155,157 ダイクロイックミラー
159 レンズ
170 合波部
180 合波モジュール
200 撮像処理装置
210 光学系
230 受光部
250 撮像処理部
300 照明装置
310R 赤色光源駆動制御回路
310G 緑色光源駆動制御回路
310B 青色光源駆動制御回路
330 制御部

Claims (10)

  1. 複数の光源と、
    前記光源から出射するそれぞれの出射光の光量を検出する光モニタ部と、
    前記複数の光源のそれぞれについて、受光部から取得した輝度と前記出射光の光量との相関関係を算出し、前記相関関係に基づいて前記出射光の光量を制御する制御部と、
    を備える、照明装置。
  2. 前記複数の光源は、赤色光源、緑色光源及び青色光源を含む、請求項に記載の照明装置。
  3. 前記複数の光源は、レーザ光源である、請求項1又は2に記載の照明装置。
  4. 前記光モニタ部により検出される光量に基づいて前記光源の劣化を判定する劣化判定部を備える、請求項1〜3のいずれか1項に記載の照明装置。
  5. 複数の光源から出射したそれぞれの出射光の光量を検出することと、
    前記複数の光源のそれぞれについて受光部から取得した輝度と前記出射光の光量との相関関係を算出することと、
    前記複数の光源のそれぞれについて前記相関関係に基づき前記複数の光源の出射光の光量を制御することと、
    を備える、照明装置の制御方法。
  6. 前記相関関係に基づき、それぞれの前記出射光の輝度が同一になるように前記出射光の光量を変更する、請求項に記載の照明装置の制御方法。
  7. 前記相関関係に基づき、前記出射光を合成した照明光の光量を維持したままでそれぞれの前記出射光の輝度の比を変更する、請求項5又は6に記載の照明装置の制御方法。
  8. 前記相関関係に基づき、それぞれの前記出射光の輝度の比を維持したままで前記出射光を合成した照明光の光量を変更する、請求項5又は6に記載の照明装置の制御方法。
  9. 複数の光源と、
    前記光源から出射するそれぞれの出射光の光量を検出する光モニタ部と、
    前記出射光を受光する受光部と、
    前記複数の光源のそれぞれについて、前記受光部により検出された輝度と前記出射光の光量との相関関係を算出し、前記相関関係に基づいてそれぞれの前記出射光の光量を制御する制御部と、
    を備える、画像取得システム。
  10. 前記画像取得システムが内視鏡システム又は顕微鏡カメラ装置である、請求項に記載の画像取得システム。
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