JPH02285317A

JPH02285317A - 内視鏡用光源光量調整装置

Info

Publication number: JPH02285317A
Application number: JP1105881A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Yamatari; 山足　陽一
Original assignee: Fuji Photo Optical Co Ltd
Current assignee: Fujinon Corp
Priority date: 1989-04-27
Filing date: 1989-04-27
Publication date: 1990-11-22
Anticipated expiration: 2014-07-12
Also published as: JP2917292B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、医療用または工業用として用いられる内視鏡
、特に電子内視鏡において、被写体の色再現性か良好と
なるように、照明光の光＋ｉ：を調整する内視鏡の照明
光量調整装置に関するものである。

［従来の技術］内視鏡は、患者の体内１機械装置の内部等に挿入されて
、検査、観察等を行うために用いられるものであって、
体内等に挿入される挿入部の先端には、観察を行う部位
を照明するための照明窓及び、このようにして照明され
た部位を観察するための観察窓か設けられている。そし
て、電子内視鏡にあっては、この観察窓に入射される被
写体像を電気信号に変換してプロセッサに伝送し、該フ
ロセ・ンサにより所定の信号処理を行った上で、モニタ
画面りに表示するようにしている。

ここで、被写体像をモニタ画面五において鮮明に表示す
るには、この被写体に向けて適正な先着で照明光を照射
しなければならない。照明光量が不足している場合には
、被写体からの反射して固体撮像素ｆに入射される先部
−か弱くなり、モニタ画面」二に表示される画像が鮮明
度を欠くことになる。また、照明光量か過大て、被写体
からの反射光着か強過ぎる場合には、ハレーションか起
きる等により、やはりモニタ画面に表示される画像の画
質が悪くなる。

然るに、被写体に対して照射される照明光の光量か一定
であっても、挿入部の先端から被写体までの間の距離が
異なる場合や、被写体における光の反射率の相違等から
、該被写体からの反射光量′ヨは一様てはない。従って
、実際に観察を行う際には、照明光量を適正な状態に保
つために、光源と、この光源から照明光を伝送するライ
トカイトとの間に絞り部材を介在させ、被写体の距離や
反射率等に応じてこの絞り部材を適宜操作することによ
り、照明光量を調整するように構成している。そこて、
第１図に従来技術による光源先着調整装置を示す。

図中において、１はライトガイドを示し、該ライトガイ
ドｌの一端１ａは照明光の入射端で、この入射端１ａは
プロセ・ンサにおける光源部り内に臨み、光源２から照
射される照明光はコンデンサレンズ３及び回転式のカラ
ーフィルタ４を順次介してこのライトガイド１の入射端
１ａに入射されるようになっている。また、ライトガイ
ドｌの他端は照明光の出射端１ｂで、この出射端１ｂは
内視鏡Ｓの挿入部における先端部に設けた照明窓に臨ん
でいる。さらに、この挿入部の先端部には、対物レンズ
５を備えた観察窓か設けられ、この対物レンズ５の結像
位置にはＣＣＤ等からなる固体撮像素子６が設置されて
いる。この固体撮像素子６によって、観察対象部の光学
像を光電変換して画像信号を形成することができる構成
となっている。

固体撮像素子６を駆動するために、該固体撮像素子６に
は駆動回路７か接続されており、この駆動回路７からの
駆動信号に基づいて固体撮像素子６か駆動されて、カラ
ーフィルタ４の回転に伴なって該固体撮像素子６におい
て形成されたＲｌＧ、Ｂの各色画像信号か出力されるよ
うになっている。このようにして出力された各色画像信
号は、ビデ１信号検出回路８を介してプロセスアンプ９
に入力されてそれぞれ所定の増幅率て増幅されたＪ−で
、Ａ／Ｄ変換器ＩＯから順次メモリ１１に格納されるよ
うになっている。そして、Ｒ，Ｇ、Ｂの各色画像信号か
メモリ１１に増り込まれたときに、これらの色画像信号
かメモリ１１から同時に１読み出されて、Ｄ／Ａ変換器
１２を介してエンコータ１３に人力されて、コンポジッ
ト映像信号として出力されるようになっている。この駆
動回路７及びメモリ１１、エンコーダ１３に対してタイ
ミング信号を入力するために、タイミング信号発生回路
１４か設けられるようになっている。

また、ビデオ信号検出回路８には反射光重：検出回路１
５か接続されており、この反射光弔検出回路１５におい
ては、固体撮像素子６からの検出信号、または独立した
反射光量検出器によって、被写体からの反射光壁を検出
することができるようになっている。そして、このよう
にして検出した反射光量の信号は減算部１６に入力され
、この検出光量と目標値設定部１７からの目標光量値と
の差を演算することにより、実測光量値と目標光量値と
の偏差か求められるようにしている。そして、この偏差
信号に基づいて、光源部からの照明光量が最適な値とな
るように調整される。

ここで、目標値設定部１７において設定される目標光量
値は固定的なものであってもよく、またボリューム等に
より調整可能な構成とすることも可能である。さらに、
第２図に示したように、スイッチング手段により目標値
をハイ、ミドル。

ローの３段階等、複数段階に切り換え可能に構成した目
標値設定部１７’として構成することもできる。

前述した偏差信号に基づいて光源部における”光量の調
整か行われるが、゛この光量調整を行うために、光＠２
とコンデンサレンズ３との間には絞り板１８が設けられ
ている。そして、この絞り板１８の駆動を制御するため
に、絞り駆動回路１９か設けられており、前記偏差信号
は、制御動作信号として、この絞り駆動回路１９に入力
され、この絞り駆動回路１９によりモータ２０の動作を
制御して、絞り板１８を光路に対して進退させることに
より、照明光か所定の目標光量となるよう調整できるよ
うになっている。

次に、絞り板１８による照明光の光路の絞り駆動機構を
第４図に例示する。同図・から明らかなように、絞り板
１８は、ガイド溝２１に沿って照明光の光軸と直交する
方向に移動可能となっており、該ガイド溝２１に沿って
絞り板１８を変位させるために、絞り板１８にはカムフ
ォロワ２２を取り付け、該カムフォロワ２２は螺旋カム
２３に当接されている。そして、この螺旋カム２３の回
転軸２４には従動ギヤ２５か取り付けられており、該従
動ギヤ２５はモータ２０の出力軸に連結した駆動ギヤ２
６と噛合しており、モータ２０を作動させることにより
、螺旋カム２３を回転させて、絞り板１８の位置調整を
行うことができるようになっている。また、回転軸２４
には、その回転角度を検出するためのポテンショメータ
２７か装着されており、このポテンショメータ２７によ
り絞り位置検出手段が構成される。

而して、前述したように、被写体からの反射光量に基づ
いて、絞り板１８を駆動することにより、照明光の光量
が目標値となるよう調整するものであるが、光源２から
ライトガイドｌに入射される照明光か一定であっても、
挿入部の先端と被写体との間の距離の変化により反射光
量が変化し、また被写体における光の反射率その他の要
因によっても反射光量が変化する。これを式に表すと、
検出光量１＝Ｊ（ξ、η、ｄ）・Ｒ−Ｇ（ｘ）ここて、
Ｊ（ξ、η、ｄ）は、第３図に示したように、照明レン
ズＬ、と対物レンズＬ２及び撮像面Ｆからなる操作手段
の配設位置から距＃ｄたけ離れた位置にある平面上ての
立体角（ξ、η）での対物レンズから見た照明光強度、
Ｒは反射率（０≦Ｒ≦１）、Ｇ（ｘ）は絞り位置Ｘでの
絞り利得（０≦Ｇ（×）≦１）をそれぞれ示す。

となる。このうち、Ｊ（ξ、η、ｄ）　　・Ｒは被写体
により変化する値であり、Ｊ（ξ、η、ｄ）Ｒ＝にと置
くと、Ｉ＝に−Ｇ（ｘ）となる。

従って、Ｋの値が変動した場合には、絞り位置Ｘを変え
ることによって、絞り利得Ｇ　（ｘ）を変化させて、検
出光量Ｉが目標値設定部１７で設定されている目標値■
アとなるように調整する。この調整を行うためには、ま
ず、反射光量検出回路１５から現在検出されている反射
光量、即ち検出光量Ｉを減算部１６に入力して、これを
目標値設定部１７で設定した目標値Ｉアから減算するこ
とによって、そのときにおける光量の偏差ΔＩ　（”　
Ｉ’−ＩＴ　）を求めるようにする。そして、この偏差
信号を制御動作４４号として絞り駆動回路１９に伝送し
て、該絞り駆動回路１９において、この制御動作信号に
比例するように増幅した調節信号によりモータ２０を作
動させる、所謂動作（Ｐ動作）を行わせるが、またはこ
の制御動作信号の時間的微分値に比例した調節信号によ
りモータ２０を作動させる、比例十徽分動作（ＰＤ動作
）を行わせることにより、絞り板１８の位置を変化させ
て、偏差ΔＩが０となるように調整している。

］発明が解決しようとする課題１ところて、絞り板１８を移動させると、絞り利得が変化
するが、前述した如く、照明光路と直交する方向に変位
可能な絞り板１８を用いた場合には、絞り板１８の移動
量Ｘに対する絞り利得Ｇ　（ｘ）の変化は、第５図に示
した曲線となる。そして、被写体反射率や挿入部先端か
ら被写体まての距離等か変化した場合における絞り位置
Ｘと検出光量Ｉとの関係は、第６図に示したようになる
。

ここで、被写体の光反射率か高い場合や、観察窓と被写
体との間の距離が短い場合、即ちＫの値が大きい場合に
は、検出光量は絞り位置に応じて曲線■で示したように
変化することになり、また被写体の反射率が低い場合や
、被写体か観察窓から離れている場合のように、Ｋの値
が小さい場合には、検出光量は曲線■のような変化を示
すことになる。この結果、同じ検出光量偏差Δ■てあっ
ても、曲線■の状態における絞り板１８の必要移動量Ｘ
、と、曲線■の状態での絞り板１８の必要移動量ｘ２と
は異なってくる。即ち、検出光が強い場合（曲線■の場
合）には、絞り板１８の移動量に対する光量変化率は大
きくなり、これとは反対に検出光が弱い場合に（曲線■
の場合）は、絞り板１８の移動量に対する光量変化率が
小さくなる。

前述したことから、例えば観察視界を変えて。

挿入部の先端と被写体との間の距離が変わり、検出光量
か変化したときに、検出光量を所定の値となるように調
整するためには、曲線■で示したように、被写体からの
反射光量が大きい側、例えば挿入部の先端を被写体に近
づけた場合には、絞り板１８の動きに対する絞り利得が
過大となって、目標値付近でハンチングが生じて絞り板
１８の動作が安定しなくなる。また、曲線■で示したよ
うに、被写体からの反射光量が小さい側、例えば挿入部
の先端を被写体から遠ざけたときには、絞り板１８の動
きに対する絞り利得が過小となって、この絞り板１８の
応答性が悪くなるだけでなく、絞り板１８の移動時にお
ける庫擦やギヤ２４．２５のバックラッシュ等から、該
絞り板１８の静止精度が悪くなったり、目標値に到達さ
せるのが不可能となる等、絞り機構の制御性に難点があ
る。

本発明は叙上の点に鑑みてなされたものであって、その
目的とするところは、検出光量が変化したときに、迅速
かつ確実に目標光量となるように調整することかできる
ようにした内視鏡用光源光量調整装置な提供することに
ある。

［課題を解決するための手段１前述した目的を達成するために、本発明は、内視鏡にお
ける照明用光源からの光路に介在される光路絞り部材を
、薄板または円板に開口を設け。

この光路絞り部材を移動させることにより開口量を可変
ならしめる構成となし、前記開口面積による光路絞り利
得が、前記光路絞り部材の移動によりほぼ指数関数的に
変化する構成としたことをその特徴とするものである。

［作用］このような構成を採用することにより、光路絞り部材を
移動させたときにおいて、目標とする光量近傍における
絞り利得が、被写体の位置や状態等によって変化するこ
とかなく、はぼ一定となる。従って、実測光量と目標光
量との偏差に基づく制御動作信号を光路絞り部材の作動
を制御する絞り制御手段に与えて、この光路絞り部材の
作動を制御する際に、この制御動作信号に対する増幅率
を目標光量近傍において安定するようなものに設定して
おくことにより、該光路絞り部材の動作に対する制御性
が良好となり、ハンチングや、作動遅れ等を生じる不都
合を確実に防止することができることになる。

また、目標光量を可変ならしめる構成とした場合におい
ては、目標設定値に応して絞り利得が変化することにな
るので、これにより絞り機構の制御性が悪化するのを防
止するには、それぞれの目標値に応じて、偏差信号に所
定の補正信号を加えるようにすればよい。ここで、絞り
利得がほぼ指数関数的に変化するようになっているので
、この補正信号としては５目標設定値に対して反比例す
るものが最も好ましい。

［実施例１以下１本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。

本実施例において、前述した従来技術で示した構成部材
と同一または均等な部材については、同一の符号を付し
て、その説明を省略するものとする。

而して、本実施例においては、前述した従来技術と同様
、例えば反射光量検出回路１５により被写体からの反射
光量を検出して、この検出光量と、目標値設定部１７に
おいて設定した目標光量とを減算器１６により減算処理
し、その間の偏差を求め、この偏差信号を絞り駆動回路
１９に制御動作信号として入力することにより、絞り量
を可変ならしめる構造となっている。

然るに、本発明の特徴とするところは、光量絞り部材と
して、従来技術の絞り板１８とは異なり、第７図に示し
たように、可撓性な有するベルト状の絞り帯片３０が用
いられ、この絞り帯片３０には。

複数本の絞り開口３１が形成されている。該各校り開口
３１における開口面積は、その長手方向における一方側
から他方側に向けてほぼ指数関数的に増大するようにな
っている。そして、この絞り帯片３０は、第８図に示し
たように、光源２とコンデンサレンズ３との間の位置に
おいて、上下のモータ：１２ａ　、　３２ｂに連結した
巻取軸３３ａ、３コｂに巻回して設けられている。

従って、モータ３２ａ　、　３２ｂを駆動するごとによ
り、絞り帯片３０における絞り開口３１の光源２からの
光路に臨む部位の開口面積が変化するが、この変化は、
第９図に示したように、全閉状態から全開状態に、至る
までほぼ指数関数的に変化することになる。従って、こ
の絞り帯片３０による絞り特性をＧ　（ｘ）とすると、
Ｇ　（ｘ）　＝　ｅｘｐ（−ａ　ｘ　）となる（ここで
、ｘ＞Ｏであり、αはＯより大きな定数である）。そこ
て、・絞り位置Ｘに対する反射光量夏の変化の割合は、ｄｌ／ｄｘ＝に−ｄＧ／’ｄｘ＝−α争に争ｅｘｐ（−αｘ）＝−αＩとなり、目標光
量の近傍では、この式から明らかなように、絞り位置による光量の偏差
から、被写体の位置や状態等により変化する要素に、即
ちＪ（ξ、η、ｄ）　・Ｒを除くことができるようにな
り、被写体の反射率、距離等が変化しても、絞り位置に
よる光量変化がほぼ一定となる。

従って、絞り駆動回路１９に入力される制御動作信号に
基づいてＰ動作させたり、ＰＤ動作を行わせるために、
絞り駆動回路１９から出力される調節信号の制御動作信
号に対する増幅率、即ち比例ゲインを、前述した目標光
量近傍で絞り帯片３０を駆動するモータ３２ａ　、　３
２ｂを安定的に作動するように設定しておくことにより
、光量絞り機構の動作制御性か著しく良好となり、ハン
チングや応答遅れ等が生じたりすることなく、円滑かつ
確実で、しかも迅速に光量の調整を行うことができる。

ところで、目標設定手段により設定される目標光量か固
定されている場合には、制御動作信号と調節信号との間
の増幅率を一定にしておけば良いが、目標光量を変化さ
せるように構成した場合においては、第１１図に示した
ように、目標光量がＩＴＩのときとＩＴ２のときとでは
、目標値近傍における光量偏差に対する絞り位置の変化
量がＸｔ。

ｘ２というように異なってくる。従って、絞り帯片３０
の動作をより安定させて、その制御性を良好にするため
には、それぞれの目標値に対して所定の補正を行うよう
にするのが好ましい。

このために、第１１図に示したように、減衰器１６の出
力側に電圧制御型アテネータ、　Ｄ／Ａ変換器等からな
る減衰回路４０が介装され、この減衰回路４０により検
出光量と目標光量との偏差ΔＩに対して、絞り利得Ｇ　
（ｘ）における目標光量・に相当する絞り位置に相当す
る信号電圧Ｘにより減衰させることにより補正して、Δ
Ｉ　／　ｘの制御動作信号を絞り駆動回路１９に入力す
る構成としている。

これにより、低い目標光量の場合には、制御動作信号に
対する増幅率か大きくなり、また目標光量が高い場合に
は、制御動作信号に対する増幅率か小さくなるように補
正される。しかも、この補正信号は目標光量に応して反
比例するようにしているので、指数関数的に変化する絞
り利得Ｇ　（ｘ）の補正に極めて効果的である。この結
果、設定される目標値によりモータ３２ａ　、　３２ｂ
の絞り帯片３０の駆動動作が不安定となるおそれはない
。

また、目標設定値をハイ、ミドル、ローの３段階等、複
数段階に切り換えることができるようにした目標値設定
部１７′を用いる場合には、その目標光量に対する補正
値としては、第１２図に示したように、減算器１６から
出力される偏差信号に各目標値に対して反比例する減衰
信号を与える切換手段４１を用い、この切換手段４１を
目標設定部１７′の切り換えに連動して切り換わるよう
に設定すればよい。

なお、前述の実施例においては、光路絞り部材としては
、長手方向に向けて開口面積が連続的に変化する複数本
の開口３１を有する絞り帯片３０を用いるように構成し
たものを示したが、第１３図に示したように、円形また
は方形等の開口３４を多数穿設し、この開口面積を長手
方向に一側から他側に向けてほぼ指数関数的に変化する
ように形成した絞り帯片３５を用いてもよい。さらに、
第１４図に示したように、ディスク状の絞り部材３６を
用い、この絞り部材３６の外周側に回転方向に向けてほ
ぼ指数関数的に開口面積が変化する多数の開口３７を設
けるようになし、この絞り部材３６を単一のモータを用
いて回転させるようにしてもよい。そして、これら光路
絞り部材を構成する絞り帯片３ｆ１，３５または絞り部
材３６による開口面積の変化は正確に指数関数的に変化
するように構成するのが最も好ましいが、実質的に指数
関数的に変化するようになっておればよく１例えば±１
１％程度誤差かあっても、実用り差支えはない。

【発明の効果１以上説明したように、本発明は、絞り開口かほぼ指数関
数的に変化する光路絞り部材を用いるように構成したの
で、光路絞り部材を移動させたときにおいて、目標とす
る光量近傍における絞り利得が、被写体の位置や状態等
によって変化することなくほぼ一定となり、実測光量と
目標光量との偏差に基づいて、この光路絞り部材の作動
を制御する際に、該光路絞り部材の動作に対する制御性
か良好となり、ハンチングや、作動遅れ等を生しる不都
合を確実に防止することかてきる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来技術の光源光量調整装置の一例を示す構成
説明図、第２図は目標値設定手段の他の例を示す説明図
、第３図は光学的な配置関係を示す説明図、第４図は照
明光の絞り機構の構成説明図、第５図は絞り部材の絞り
特性線図、第６図は絞り位置−反射光量特性線図、第７
図乃至第葡は本発明の第１の実施例を示し、第７図は光
路絞り部材の構成説明図、第８図は絞り機構の構成説明
図、第９図は絞り部材の絞り特性線図、第盲動は絞り位
置−反射光量特性線図、第１１図及び第１２図はそれぞ
れ本発明の第２．第３の実施例を示す制御動作信号形成
回路の構成説明図、第１３図及び第１４図はそれぞれ本
発明の第４．第５の実施例を示す光路絞り部材の構成説
明図である。１ニライトガイド、２：光源、６：固体撮像素子、１５
：反射光量検出回路、１７．１７’　　：目標値設定部
、１８：絞り板、１９：絞り駆動回路、２７：ポテンシ
ョメータ、３０．３５＋絞り帯片、３１．３４＋絞り開
口、３２ａ　、　：Ｉ２ｂ　：モータ、３６．絞り部材
、４０：減衰回路４１：切換手段。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）内視鏡における照明用光源からの光路に介在され
る光路絞り部材を、薄板または円板に開口を設け、この
光路絞り部材を移動させることにより開口量を可変なら
しめる構成となし、前記開口面積による光路絞り利得が
、前記光路絞り部材の移動によりほぼ指数関数的に変化
する構成としたことを特徴とする内視鏡用光源光量調整
装置。
（２）前記絞り部材の作動を制御する絞り制御手段と、
目標とする照明光量の設定を行う目標値設定手段と、被
写体からの反射光量を検出する反射光量検出手段とを有
し、該反射光量検出手段による検出光量と前記目標値設
定手段による目標とする照明光量とを比較して、その偏
差信号を制御動作信号として前記絞り制御手段に伝送し
て、前記絞り部材の作動を制御する構成としたことを特
徴とする請求項（１）記載の内視鏡用光源光量調整装置
。
（３）前記目標値設定手段による目標光量を可変ならし
める構成となし、この目標光量を変化させたときに、そ
れぞれの目標光量時にサンプリングした偏差信号に対し
て所定の補正信号により補正した制御動作信号を前記絞
り制御手段に与える構成としたことを特徴とする請求項
（２）記載の内視鏡用光源光量調整装置。
（４）前記偏差信号に対して、前記目標値設定手段によ
る各目標値に反比例する補正信号を与える構成としたこ
とを特徴とする請求項（３）記載の内視鏡用光源光量調
整装置。