JPWO2016084163A1 - 照明装置及び照明装置を備えた内視鏡 - Google Patents

Abstract

照明装置（１００）は、レーザダイオード（１１−１〜１１−３）と、照明部（１０）と、調光部（１７）とを含む。前記照明部（１０）は、前記レーザダイオードから射出される光を照明光とする。前記調光部（１７）は、前記レーザダイオードに供給する駆動電流をパルス変調することによって前記レーザダイオードの調光を行う。前記調光部（１７）は、前記レーザダイオードから射出される前記光の波長スペクトル幅がしきい波長幅以上になる多発振モード領域において、前記パルス変調により得られるパルス駆動電流のピーク電流とデューティ比とを組み合わせて制御する。

Description

本発明は、レーザダイオードから射出された光を照明光として被観察体に照射する照明装置及び照明装置を備えた内視鏡に関する。

近年、半導体レーザを用いた照明装置の開発が活発に進められている。半導体レーザを用いた照明装置は、小型・高輝度・低消費電力といったメリットを有する。一方、半導体レーザを用いた照明装置は、レーザ光の高い干渉性によってスペックルが生じる。

スペックルとは、レーザ光のような高い干渉性を有する光が対象物に照射されると、対象物の表面で反射したり、散乱された光の位相が重なり、対象物の表面付近の状態を反映した干渉パターンが生じることである。スペックルは、画質低下の原因となるので、スペックル低減の技術開発が行われている。

スペックルを低減する技術としては、例えば特許文献１がある。特許文献１は、半導体レーザに供給する駆動電流に高周波信号を重畳して半導体レーザを多モード発振させる高周波重畳手段を備えることによってスペックルを低減する照明装置を開示する。

特開２０１０−０４２１５３

特許文献１のように駆動電流に高周波信号を重畳する場合には、半導体レーザに供給するバイアス電流を調整することで調光が行われる。
しかしながら、バイアス電流が少ない領域では、半導体レーザの発振モードが減少し、干渉性が高くなる。このため、対象物を低い光量で照明する場合には、スペックルを低減する効果が不十分となる可能性がある。

本発明の目的は、スペックルを低減した状態で、広い可変範囲で調光を行うことができる照明装置及び照明装置を備えた内視鏡を提供することである。

本発明の第１の照明装置は、少なくとも１つのレーザダイオードと、前記レーザダイオードから射出される光を照明光とする照明部と、前記レーザダイオードに供給する駆動電流をパルス変調することによって前記レーザダイオードの調光を行う調光部とを具備し、前記調光部は、前記レーザダイオードから射出される前記光の波長スペクトル幅がしきい波長幅以上になる多発振モード領域において、前記パルス変調によるパルス駆動電流のピーク電流とデューティ比とを組み合わせて制御する。

本発明の第２の照明装置は、少なくとも１つのレーザダイオードと、前記レーザダイオードから射出される光を照明光とする照明部と、前記レーザダイオードに供給する駆動電流をパルス変調することによって前記レーザダイオードから射出される前記光の調光を行う調光部とを具備し、前記調光部は、前記照明光が被観察体に照射されたときに生じる輝度のばらつきがばらつきしきい値以下であるスペックル低減領域において、前記パルス変調により得られるパルス駆動電流のピーク電流とデューティ比とを組み合わせて制御する。

本発明の照明装置を備えた内視鏡は、上記記載の第１の照明装置と、前記被観察体を撮影する撮像部とを含み、前記調光部は、前記パルス変調により得られる前記パルス駆動電流の周波数を前記撮像部のフレームレートに対して２より大きい整数倍とする。
本発明の照明装置を備えた内視鏡は、上記記載の第２の照明装置と、前記被観察体を撮影する撮像部とを含み、前記調光部は、前記パルス変調により得られる前記パルス駆動電流の周波数を前記撮像部のフレームレートに対して２より大きい整数倍とする。

本発明によれば、スペックルを低減した状態で、広い可変範囲で調光を行うことができる照明装置及び照明装置を備えた内視鏡を提供できる。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る内視鏡用照明装置を適用した内視鏡システムを示す概略構成図である。 図２は、同内視鏡システムにおける内視鏡用照明装置を示すブロック構成図である。 図３は、光拡散部を示す構成図である。 図４は、パルス駆動電流に対する第１乃至第３のＬＤから射出される各レーザ光の光量を示す図である。 図５は、多発振モード領域を示す模式図である。 図６は、パルス振幅調光をしたときのパルス駆動電流のピーク電流に対するレーザ光の波長スペクトル幅の変化を示す図である。 図７は、パルス駆動電流のピーク電流をある電流値に設定してデューティ比Ｄの制御（パルス幅調光）をしたときのデューティ比に対するレーザ光の波長スペクトル幅Ｗの変化を示す図である。 図８は、多発振モード領域における最小光量状態を示す図である。 図９は、調光部によりパルス駆動電流のピーク電流の制御（パルス振幅調光）をメインで行う調光において多発振モード領域内の最大光量状態から最小光量状態への経路を示す図である。 図１０は、調光部によりパルス駆動電流のデューティ比の制御（パルス幅調光）をメインで行う調光において多発振モード領域内の最大光量状態から最小光量状態への多発振モード領域内の経路を示す図である。 図１１は、調光部と入力部と画像処理部との間の作用を示す模式図である。 図１２は、第２の変形例に係る内視鏡用照明装置を示すブロック構成図である。 図１３は、第２の変形例における調光部と入力部と画像処理部との間の作用を示す模式図である。 図１４は、スペックル低減領域を示す模式図である。 図１５は、スペックル低減領域内において、調光部によりパルス駆動電流のピーク電流の制御（パルス振幅調光）をメインで行う調光において多発振モード領域内の最大光量状態から最小光量状態への経路を示す図である。

［第１の実施の形態］
以下、第１の実施の形態に係る照明装置を備えた内視鏡システムについて図面を参照して説明する。
図１は照明装置を備えた内視鏡システム１の概略構成図を示す。内視鏡システム１は、内視鏡スコープ部２と、内視鏡スコープ部２に本体側ケーブル３を介して接続された内視鏡本体部４と、内視鏡本体部４に接続された画像表示部５とを含む。なお、内視鏡スコープ部２は、いわゆる内視鏡と称する。
内視鏡スコープ部２は、本体側ケーブル３と、操作部６と、この操作部６に連結された挿入部７とを含む。操作部６は、操作ハンドル６ａを含む。操作ハンドル６ａは、挿入部７を上下方向又は左右方向を湾曲させるためのものである。

挿入部７は、例えば観察対象物の管孔内に挿入され、観察対象物内の被観察体を観察するためのものである。挿入部７は、挿入先端部７ａが硬質に形成され、他の部分（以下、挿入湾曲部と称する）７ｂが可撓性に形成されている。これにより、挿入湾曲部７ｂは、受動的に湾曲可能であり、例えば観察対象物の管孔内に挿入されると、管孔内の形状に倣って湾曲する。又、挿入部７は、操作部６の操作によって上下方向又は左右方向を湾曲する。

図２は内視鏡システム１における内視鏡用照明装置１００のブロック構成図を示す。内視鏡本体部４は、被観察体に照明光を照射する照明部１０と、被観察体の画像を取得する画像取得部１１とを含む。画像取得部１１には、被観察体の画像を表示する画像表示部５が接続されている。

照明部１０は、複数のレーザダイオード（以下、ＬＤと称する）、例えば３個の第１乃至第３のＬＤ１１−１〜１１−３と、第１乃至第３の光ファイバ１２−１〜１２−３と、光合波部（以下、光ファイバコンバイナと称する）１３と、第４の光ファイバ１４と、光拡散部１５と、光源制御部１６とを含む。

第１乃至第３のＬＤ１１−１〜１１−３は、互いに異なる発振波長で発振してレーザ光を射出する。例えば、
第１のＬＤ１１−１は、中心波長４４５ｎｍの青色レーザ光を射出する。
第２のＬＤ１１−２は、中心波長５３２ｎｍの緑色レーザ光を射出する。
第３のＬＤ１１−３は、中心波長６３５ｎｍの赤色レーザ光を射出する。

第１の光ファイバ１２−１は、第１のＬＤ１１−１と光合波部１３との間を光学的に接続し、第１のＬＤ１１−１から射出された青色レーザ光を光合波部１３に導光する。
第２の光ファイバ１２−２は、第２のＬＤ１１−２と光合波部１３との間を光学的に接続し、第２のＬＤ１１−２から射出された緑色レーザ光を光合波部１３に導光する。
第３の光ファイバ１２−３は、第１のＬＤ１１−３と光合波部１３との間を光学的に接続し、第３のＬＤ１１−３から射出された赤色レーザ光を光合波部１３に導光する。

光ファイバコンバイナ１３は、第１乃至第３の光ファイバ１２−１〜１２−３によりそれぞれ導光された青色レーザ光と、緑色レーザ光と、赤色レーザ光とを合波し、白色レーザ光を生成する。
第４の光ファイバ１４は、光ファイバコンバイナ１３によって合波された白色レーザ光を光拡散部１５に導光する。
第１乃至第３の光ファイバ１２−１〜１２−３と第４の光ファイバ１４とは、例えばコア径数十μｍ〜数百μｍの単線ファイバである。
第１乃至第３の光ファイバ１２−１〜１２−３と第４の光ファイバ１２−４との各間には、結合レンズ（不図示）が設けられている。この結合レンズは、第１乃至第３の光ファイバ１２−１〜１２−３からそれぞれ射出された青色レーザ光と、緑色レーザ光と、赤色レーザ光とそれぞれ収束させて第４の光ファイバ１２−４に結合する。

図３は光拡散部１５の構成図を示す。光拡散部１５は、第４の光ファイバ１４によって導光された白色レーザ光を光拡散する。光拡散部１５により光拡散された白色レーザ光が照明光Ｑとして射出される。光拡散部１５は、ホルダ１５−１と、ホルダ１５−１内に収容された例えばアルミナ粒子などの拡散部材１５−２とを含む。光拡散部１５による光拡散は、第４の光ファイバ１４によって導光された白色レーザ光の配光を広げる効果と共に、同白色レーザ光の位相を乱すことにより干渉性を低下し、スペックルを低減する。

光源制御部１６は、第１乃至第３のＬＤ１１−１〜１１−３に対する調光を行うための調光部１７を含む。この調光部１７は、第１乃至第３のＬＤ１１−１〜１１−３のオン（ＯＮ）・オフ（ＯＦＦ）と、第１乃至第３のＬＤ１１−１〜１１−３に対する調光とを行う。調光では、第１乃至第３のＬＤ１１−１〜１１−３に供給する各パルス駆動電流Ｉをそれぞれ独立にパルス変調する。

第１乃至第３のＬＤ１１−１〜１１−３においてそれぞれ射出される青色レーザ光と、緑色レーザ光と、赤色レーザ光は、それぞれレーザ光の波長スペクトル幅がしきい波長幅以上になると、図４に示すように多発振モード領域Ｍｓになる。
調光部１７は、第１乃至第３のＬＤ１１−１〜１１−３の多発振モード領域Ｍｓにおいて、パルス変調により得られるパルス駆動電流Ｉのピーク電流ＩＨの制御（パルス振幅調光）と、パルス駆動電流Ｉのデューティ比Ｄの制御（パルス幅調光）とを組み合わせて第１乃至第３のＬＤ１１−１〜１１−３をパルス変調する。

具体的に、調光部１７は、記憶部１７ａを含む。記憶部１７ａには、調光テーブル１７ｂが形成されている。調光テーブル１７ｂには、多発振モード領域Ｍｓ内におけるパルス駆動電流Ｉのピーク電流ＩＨとデューティ比Ｄとの設定に関する調光情報が記憶されている。
記憶部１７ａには、照明光Ｑが所望の色となるための第１乃至第３のＬＤ１１−１〜１１−３から射出される青色と緑色と赤色との各レーザ光量の比を示す情報（以下、光量比情報と称する）が記憶されている。所望の色は、例えば、演色性の高い白色光、例えばキセノンランプ又はハロゲンランプから放射された光に照射されたときの被観察体の色を再現するような照明光Ｑの色である。記憶部１７ａに記録されている情報の詳細は、後述する。

調光部１７には、入力部１８と、画像取得部１１とが接続されている。調光部１７には、入力部１８から出力された照明光Ｑに対する第１の光量制御情報Ｌ１、又は画像取得部１１から出力された第２の光量制御情報Ｌ２が入力される。第１の光量制御情報Ｌ１は、被観察体の画像を適正な輝度値とするための情報である。適正な輝度値とは、被観察体の画像上にハレーションや黒つぶれがないような適正な明るさである。第２の光量制御情報Ｌ２は、被観察体の画像が適正な輝度値となるような情報である。

調光部１７は、第１の光量制御情報Ｌ１又は第２の光量制御情報Ｌ２に基づいて第１乃至第３のＬＤ１１−１〜１１−３に供給するパルス駆動電流Ｉに対してピーク電流ＩＨの制御と、デューティ比Ｄの制御とを組み合わせて第１乃至第３のＬＤ１１−１〜１１−３の調光を行う。

図４はパルス駆動電流Ｉに対する第１乃至第３のＬＤ１１−１〜１１−３から射出される青色と緑色と赤色との各レーザ光の光量Ｆを示す。
パルス変調では、図４に示すようにパルス駆動電流Ｉに応じたレーザ光量Ｆの照明光Ｑが射出される。同図は１つのＬＤのパルス駆動電流Ｉに対するレーザ光量Ｆを示すが、第１乃至第３のＬＤ１１−１〜１１−３とも同様のパルス駆動電流Ｉに対するレーザ光量Ｆを示す。
パルス駆動電流Ｉのピーク電流を増加させると、発振モードは増加し、これに伴って波長スペクトル幅Ｗ（Ｗａ＜Ｗｂ＜Ｗｃ）は広くなる。各波長スペクトル幅Ｗａ、Ｗｂ、Ｗｃは、例えば波長スペクトルのピーク強度に対する相対強度が半分となる波長幅によって定義される。

発振モードが増加する理由は、第１乃至第３のＬＤ１１−１〜１１−３に供給するパルス駆動電流Ｉが増加すると、当該各ＬＤ１１−１〜１１−３内のキャリア密度及び屈折率が変動することによる。第１乃至第３のＬＤ１１−１〜１１−３から射出される各レーザ光量Ｆが増加すると、当該各ＬＤ１１−１〜１１−３の内部温度の上昇によっても同様にキャリア密度及び屈折率に変動が生じ、発振モードが増加する。

パルス駆動電流Ｉのデューティ比Ｄは、第１乃至第３のＬＤ１１−１〜１１−３の発光時間（＝発熱時間）と消灯時間（＝冷却時間）との割合（発光時間／消灯時間）である。デューティ比Ｄが大きくなると、第１乃至第３のＬＤ１１−１〜１１−３の各発光時間（＝発熱時間）が長くなるので、第１乃至第３のＬＤ１１−１〜１１−３の内部温度は上昇する。
このように第１乃至第３のＬＤ１１−１〜１１−３の内部温度の上昇によって発振モードが増加するので、デューティ比Ｄを低デューティ比から高デューティ比に大きくすると、発振モードは増加し、照明光Ｑの波長スペクトル幅Ｗ（Ｗａ＜Ｗｂ＜Ｗｃ）は広くなる。
発振モードが増加し、波長スペクトル幅Ｗ（Ｗａ＜Ｗｂ＜Ｗｃ）が広くなるということは、時間的コヒーレンスの低下、すなわち干渉性が低下する。これにより、スペックルは低減される。

調光部１７は、第１乃至第３のＬＤ１１−１〜１１−３に対してパルス変調を行うときに、これらＬＤ１１−１〜１１−３から射出される各レーザ光の各波長スペクトル幅Ｗ（Ｗａ、Ｗｂ、Ｗｃ）がそれぞれしきい波長幅以上となる多発振モード領域Ｍｓの領域内において、パルス駆動電流Ｉに対するピーク電流ＩＨの制御と、デューティ比Ｄの制御とを行う。すなわち、図４に示すようにパルス駆動電流Ｉのピーク電流ＩＨが多発振モードしきい電流Ｉｓ以上になると、第１乃至第３のＬＤ１１−１〜１１−３は、多発振モード領域Ｍｓになる。この多発振モード領域Ｍｓ内において、調光部１７は、パルス駆動電流Ｉに対するピーク電流ＩＨの制御と、デューティ比Ｄの制御とを行う。

単一のＬＤ、ここでは第１、第２又は第３のＬＤ１１−１〜１１−３の多発振モード領域Ｍｓについて図５に示す多発振モード領域Ｍｓの模式図を参照して説明する。
多発振モード領域Ｍｓは、デューティ比Ｄとパルス駆動電流Ｉのピーク電流ＩＨとの関係で決まる領域で生じる。

この多発振モード領域Ｍｓにおいて、波長スペクトル幅Ｗが最大波長スペクトル幅の７０％となるときのデューティ比Ｄを多発振モードしきいデューティ比Ｄｓと称する。
波長スペクトル幅Ｗが最大波長スペクトル幅の７０％となるときのパルス駆動電流のピーク電流ＩＨを多発振モードしきい電流Ｉｓと称する。
従って、デューティ比Ｄが多発振モードしきいデューティ比Ｄｓ以上で、かつパルス駆動電流のピーク電流ＩＨが多発振モードしきい電流Ｉｓ以上であれば、第１、第２又は第３のＬＤ１１−１〜１１−３は、多発振モード領域Ｍｓとなる。

図６はパルス振幅調光をしたときのパルス駆動電流Ｉのピーク電流ＩＨに対するレーザ光の波長スペクトル幅の変化を示す。
多発振モード領域Ｍｓを判定するためのしきい波長幅Ｗｓは、内視鏡用照明装置１００から射出される照明光Ｑが最大光量の状態にあるときの第１、第２又は第３のＬＤ１１−１〜１１−３の最大波長スペクトル幅Ｗｍの７０％の波長幅Ｗｍ×０．７に設定される。
通常、波長スペクトル幅Ｗは、最大光量の状態において最も広くなる。最大波長スペクトル幅Ｗｍの７０％以上であれば、十分にコヒーレンスが低下した状態で、スペックルが低減された状態にある。

パルス駆動電流Ｉのピーク電流ＩＨを大きくすると、発振モードは増加し、波長スペクトル幅Ｗ（Ｗａ＜Ｗｂ＜Ｗｃ）は広くなる。パルス駆動電流Ｉのピーク電流ＩＨがある電流値以上では、発振モードは増加せずに、波長スペクトル幅Ｗは飽和する。飽和したときの波長スペクトル幅Ｗは、最大波長スペクトル幅Ｗｍと等しくなる。
波長スペクトル幅Ｗが最大波長スペクトル幅Ｗｍの７０％となるときのパルス駆動電流Ｉのピーク電流ＩＨを上記の通り多発振モードしきい電流Ｉｓとする。当該多発振モードしきい電流Ｉｓ以上の電流領域では、多発振モード領域Ｍｓとなる。多発振モードしきい電流Ｉｓは、デューティ比Ｄに依存する。

言い換えれば、設定されたデューティ比Ｄに対して多発振モード領域Ｍｓに含まれる最小のピーク電流を多発振モードしきいピーク電流とする。調光部１７は、多発振モードしきい電流Ｉｓ以上の範囲でパルス駆動電流Ｉのピーク電流ＩＨを制御することにより調光を行う。設定するデューティ比Ｄに対して多発振モード領域Ｍｓに含まれるピーク電流が存在しないデューティ比Ｄは設定されない。

第１乃至第３のＬＤ１１−１〜１１−３は、パルス駆動電流Ｉのピーク電流ＩＨを大きくして安定してレーザ発振するときのピーク電流ＩＨをレーザ発振しきい値電流Iｔｈとする。レーザ発振しきい値電流Iｔｈ以下のパルス駆動電流Ｉでは、第１乃至第３のＬＤ１１−１〜１１−３は、レーザ発振していないＬＥＤ発光状態のために波長スペクトル幅Ｗが広くなっている。レーザ発振しきい値電流Iｔｈより大きいピーク電流ＩＨの領域では、第１乃至第３のＬＤ１１−１〜１１−３は、レーザ発振し、波長スペクトル幅Ｗが狭くなる。これにより、パルス駆動電流Ｉのボトム電流は、レーザ発振しきい値電流Iｔｈ以下に設定される。

図７は、パルス駆動電流Ｉのピーク電流ＩＨをある電流値Ｉ１に設定してパルス駆動電流Ｉのデューティ比Ｄの制御（パルス幅調光）をしたときのデューティ比Ｄに対するレーザ光の波長スペクトル幅Ｗの変化を示す。
デューティ比Ｄは、発光時間（＝発熱時間）と消灯時間（＝冷却時間）との割合なので、デューティ比Ｄが大きくなると、第１乃至第３のＬＤ１１−１〜１１−３の素子内の温度が上昇する。この温度上昇によって第１乃至第３のＬＤ１１−１〜１１−３は、発振モードが増加する。これにより、上記同様に、デューティ比Ｄを低デューティ比から高デューティ比へ大きくしていくと、あるデューティ比Ｄ以上になると、発振モードは増加せずに、波長スペクトル幅Ｗは飽和する。このときの波長スペクトル幅Ｗは、最大波長スペクトル幅Ｗｍと等しくなる。

波長スペクトル幅Ｗが最大波長スペクトル幅Ｗｍの７０％となるときのデューティ比Ｄを多発振モードしきいデューティ比Ｄｓとする。当該多発振モードしきいデューティ比Ｄｓ以上のデューティ比Ｄの領域では、多発振モード領域Ｍｓとなる。
調光部１７は、多発振モードしきいデューティ比Ｄｓ以上の範囲でデューティ比Ｄを制御することにより調光を行う。

パルス駆動電流Ｉをパルス変調により第１乃至第３のＬＤ１１−１〜１１−３を調光するのは、パルス駆動電流Ｉを連続（ＣＷ：デューティ比Ｄが１００％）に供給する第１乃至第３のＬＤ１１−１〜１１−３を調光するのと比較し、キャリア密度及び屈折率に変動が大きくなる。このため、パルス変調時には、ＣＷ時（デューティ比Ｄが１００％）に比べて波長スペクトル幅Ｗが広くなる。従って、ＣＷ時（デューティ比Ｄが１００％）の状態は、調光に使用されず、調光部１７は、多発振モードしきいデューティ比Ｄｓ以上でかつ１００％未満の範囲でデューティ比Ｄを制御することにより調光を行う。

調光部１７は、パルス変調により得られるパルス駆動電流Ｉの周波数を撮像部１９のフレームレートに対して２より大きい整数倍ｎ（２以上の整数）に設定する。フレームレートは、例えば周波数３０Ｈｚ（fps）である。これにより、パルス変調の周波数は、３０×ｎ（Ｈｚ）となる。

パルス変調では、周波数の異なるパルス駆動電流Ｉに対してレーザ光の発振モードが異なる。これにより、パルス駆動電流Ｉの周波数を撮像部１９のフレームレートよりも速くすれば、撮像部１９の露光時間内においてスペックルが時間的に平均化し、スペックルを低減することができる。
整数倍ｎを２以上の整数とするので、撮像部１９の各フレームにおいて露光される光量が等しくなる。これにより、撮像部１９の撮像により取得される動画における明るさの変化によるちらつきを防止できる。

スペックルを十分に平均化し、効果的に低減するためには、整数倍ｎは１０以上、より好ましくは１００以上であることが望ましい。さらに、パルス駆動電流Ｉの周波数がＭＨｚ以上の範囲では、キャリア密度及び屈折率に変動がさらに大きくなり、波長スペクトル幅がさらに広がることで、よりスペックル低減効果が大きくなる。

以上の説明は、主に単一のＬＤに対する多発振モード領域Ｍｓの説明である。第１乃至第３のＬＤ１１−１〜１１−３に対して調光部１７は、記憶部１７ａに記憶されている光量比情報に従ってパルス駆動電流Ｉのピーク電流ＩＨの制御と、デューティ比Ｄの制御とを行う。

記憶部１７ａには、上記の通り、第１乃至第３のＬＤ１１−１〜１１−３の光量比情報が記憶されている。光量比情報は、照明光Ｑの色温度や平均演色評価数などを基に算出される。
調光部１７は、光量比情報が決まると、当該光量比情報と、入力部１８から入力される第１の光量制御情報Ｌ１、又は画像処理部２０から入力される第２の光量制御情報Ｌ２とに基づいて第１乃至第３のＬＤ１１−１〜１１−３の光量を設定する。

記憶部１７ａには、上記の通り、調光テーブル１７ｂが形成されている。この調光テーブル１７ｂには、多発振モード領域Ｍｓ内におけるパルス駆動電流Ｉのピーク電流ＩＨとデューティ比Ｄとの設定に関する調光情報が記憶されている。この調光情報は、光量比情報を基に、第１又は第２の光量制御情報Ｌ１、Ｌ２に対する第１乃至第３のＬＤ１１−１〜１１−３の設定光量、及びこれら設定光量に対するパルス駆動電流Ｉの値とデューティ比Ｄの値との設定の関係を示す情報を含む。

調光テーブル１７ｂの作成について説明する。
第１乃至第３のＬＤ１１−１〜１１−３に対して予めパルス駆動電流Ｉのピーク電流ＩＨの値とデューティ比Ｄとを変化させたときの波長スペクトル幅Ｗが測定される。これにより、図５に示すようなパルス駆動電流Ｉのピーク電流ＩＨに対するデューティ比Ｄの関係から多発振モード領域Ｍｓが把握される。

多発振モード領域Ｍｓ内において、パルス駆動電流Ｉのピーク電流ＩＨとデューティ比Ｄｓの積（＝出射光量）が求められる。このピーク電流ＩＨとデューティ比Ｄｓの積が最小となる最小光量状態と最大となる最大光量状態とが求められ、これら最小光量状態と最大光量状態とによって光量レンジが設定される。

最小光量状態Ｅａは、図８に示すように波長スペクトル幅Ｗがしきい波長幅Ｗｓに等しい多発振モード領域Ｍｓの境界線Ｋと、等出射光量曲線Ｈとが接する点である。最大光量状態Ｅａは、例えば、パルス駆動電流Ｉのピーク電流ＩＨが第１乃至第３のＬＤ１１−１〜１１−３の定格電流で、デューティ比Ｄが９９％である。最小光量状態Ｅａは、第１乃至第３のＬＤ１１−１〜１１−３の多発振モード領域Ｍｓに依存する。

パルス駆動電流Ｉに対してピーク電流ＩＨの制御とデューティ比Ｄの制御とを組み合わせての調光時には、最大光量状態Ｅａと最小光量状態との間の経路が光量を線形にするように設定される。
最大光量状態Ｅａと最小光量状態との間の経路が設定されると、第１乃至第３のＬＤ１１−１〜１１−３の各設定光量に対するパルス駆動電流Ｉのピーク電流ＩＨとデューティ比Ｄとが割り当てられる。これにより、調光テーブル１７ｂが作成される。

図９は、調光部１７によりパルス駆動電流Ｉのピーク電流ＩＨの制御（パルス振幅調光）をメインで行う調光において多発振モード領域Ｍｓ内の最大光量状態Ｅｂから最小光量状態Ｅａへの経路を示す。
この調光の経路では、先ず、最大光量状態Ｅｂからデューティ比Ｄが９９％における多発振モードしきい電流Ｉｓ（Ｐ１状態）までは、パルス駆動電流Ｉのピーク電流ＩＨの制御（パルス振幅調光）によって調光を行う。
次に、最小光量状態Ｅａのデューティ比Ｄにおいて、Ｐ１状態と同一光量となるパルス駆動電流Ｉのピーク電流ＩＨに設定される（Ｐ２状態）。
次に、Ｐ２状態から最小光量状態Ｅａまでは、パルス駆動電流Ｉのデューティ比Ｄの制御（パルス幅調光）が行われる。

図１０は、パルス駆動電流Ｉのデューティ比Ｄの制御（パルス幅調光）をメインで行う調光において最大光量状態Ｅｂから最小光量状態Ｅａへの多発振モード領域Ｍｓ内の経路を示す。
この経路では、最大光量状態Ｅｂから定格電流値における多発振モードしきいデューティ比Ｄｓ（Ｐ１状態）までは、パルス駆動電流Ｉのデューティ比Ｄの制御（パルス幅調光）によって調光を行う。
次に、最小光量状態Ｅａのパルス駆動電流Ｉのピーク電流ＩＨにおいて、Ｐ１状態と同光量となるデューティ比Ｄに設定される（Ｐ２状態）。
次に、Ｐ２状態から最小光量状態Ｅａまでは、パルス駆動電流Ｉのデューティ比Ｄの制御（パルス幅調光）が行われる。

このように多発振モード領域Ｍｓ内においてパルス駆動電流Ｉのピーク電流ＩＨの制御（パルス振幅調光）又はデューティ比Ｄの制御（パルス幅調光）をメインとして調光を行うので、スペックルを低減した状態で、広い可変範囲で調光を行うことができ、そのうえ第１乃至第３のＬＤ１１−１〜１１−３に対する調光制御が単純で簡便とすることができる。

なお、上記各経路では、多発振モードしきい電流Ｉｓ以上でのピーク電流ＩＨの制御（パルス振幅調光）又は多発振モードしきいデューティ比Ｄｓ以上でのデューティ比Ｄの制御（パルス幅調光）をメインとしているが、これに限らず、これらピーク電流ＩＨの制御とデューティ比Ｄの制御とを同時に行う経路であってもよい。この場合、経路は、ピーク電流ＩＨ又はデューティ比Ｄの軸に対して斜めの経路となる。

画像取得部１１は、撮像部１９と、画像処理部２０とを含む。撮像部１９と画像処理部２０との間は、撮像ケーブル２１を介して接続されている。撮像部１９は、被観察体からの反射光像を受光し、被観察体を撮像して撮像信号を出力する。撮像部１９は、具体的に、例えばＣＣＤイメージャ、ＣＭＯＳイメージャを含む。撮像部１９のフレームレートは、例えば周波数３０Ｈｚ（fps）である。

画像処理部２０は、撮像部１９から出力された画像信号を入力し、この画像信号を画像処理して被観察体の画像を取得する。画像処理部２０は、撮像部１９から出力された画像信号に含まれる輝度情報に基づいて画像処理を行って第２の光量制御情報Ｌ２を算出する。第２の光量制御情報Ｌ２は、被観察体の画像を適正な輝度値とするためのもで、調光部１７に送られる。

画像表示部５は、画像処理部２０により取得された被観察体の画像を表示する。画像表示部５は、例えば液晶ディスプレイ等のモニタを含む。

次に、上記の通り構成された内視鏡用照明装置１００の動作について図１１に示す調光部１７と入力部１８と画像処理部２０との作用を示す模式図を参照して説明する。
入力部１８は、オペレータの操作を受けて照明光Ｑに対する第１の光量制御情報Ｌ１を出力する。
画像処理部２０は、撮像部１９から出力された画像信号に含まれる輝度情報に基づいて画像処理を行って第２の光量制御情報Ｌ２を算出する。第２の光量制御情報Ｌ２は、被観察体の画像を適正な輝度値とするためのもで、調光部１７に送られる。

調光部１７は、第１の光量制御情報Ｌ１又は第２の光量制御情報Ｌ２に基づいて第１乃至第３のＬＤ１１−１〜１１−３に供給するパルス駆動電流Ｉに対してピーク電流ＩＨの制御と、デューティ比Ｄの制御とを組み合わせて第１乃至第３のＬＤ１１−１〜１１−３の調光を行う。
この場合、調光部１７は、記憶部１７ａの調光テーブル１７ｂに記憶されている調光情報に従ってパルス駆動電流Ｉに対してピーク電流ＩＨの制御と、デューティ比Ｄの制御とを組み合わせて第１乃至第３のＬＤ１１−１〜１１−３の調光を行う。

調光情報は、照明光Ｑが所望の色となるための第１乃至第３のＬＤ１１−１〜１１−３から射出される青色と緑色と赤色との各レーザ光量の比を示す光量比情報を基に、第１又は第２の光量制御情報Ｌ１、Ｌ２に対する第１乃至第３のＬＤ１１−１〜１１−３の設定光量、及びこれら設定光量に対するパルス駆動電流Ｉに対するピーク電流ＩＨの値とデューティ比Ｄの値との設定の関係を示す情報を含む。

調光された第１乃至第３のＬＤ１１−１〜１１−３からは、青色レーザ光と、緑色レーザ光と、赤色レーザ光とが射出される。これら青色と緑色と赤色との各レーザ光は、各光ファイバ１２−１〜１２−３により導光されて光ファイバコンバイナ１３に入射する。光ファイバコンバイナ１３は、青色と緑色と赤色との各レーザ光を合波して白色レーザ光を射出する。光ファイバコンバイナ１３から射出された白色レーザ光は、光ファイバ１４により導光された光拡散部１５に入射する。

光拡散部１５は、第４の光ファイバ１４によって導光された白色レーザ光を光拡散する。光拡散された白色レーザ光は、照明光Ｑとして被観察体に照射される。

撮像部１９は、被観察体からの反射光像を受光し、被観察体を撮像して撮像信号を出力する。
画像処理部２０は、撮像部１９から出力された画像信号を入力し、この画像信号を画像処理して被観察体の画像を取得する。被観察体の画像は、画像表示部５に表示される。
画像処理部２０は、撮像部１９から出力された画像信号に含まれる輝度情報に基づいて画像処理を行って第２の光量制御情報Ｌ２を算出する。第２の光量制御情報Ｌ２は、調光部１７に送られる。

このように上記第１の実施の形態によれば、多発振モード領域Ｍｓにおいて、第１乃至第３のＬＤ１１−１〜１１−３に供給するパルス駆動電流Ｉに対してピーク電流ＩＨの制御と、デューティ比Ｄの制御とを組み合わせて第１乃至第３のＬＤ１１−１〜１１−３の調光を行うので、スペックルを低減した状態で、広い可変範囲で調光を行うことができる。

パルス駆動電流Ｉの周波数を撮像部１９のフレームレートに対して２より大きい整数倍ｎ（２以上の整数）に設定し、パルス駆動電流Ｉの周波数を撮像部１９のフレームレートよりも速くするので、撮像部１９の露光時間内においてスペックルが時間的に平均化し、スペックルを低減することができる。
整数倍ｎを２以上の整数とするので、撮像部１９の各フレームにおいて露光される光量が等しくなり、撮像部１９の撮像により取得される動画における明るさの変化によるちらつきが防止できる。
整数倍ｎは１０以上、より好ましくは１００以上にすれば、スペックルを十分に平均化して効果的に低減できる。
さらに、パルス駆動電流Ｉの周波数がＭＨｚ以上の範囲であれば、キャリア密度及び屈折率に変動がさらに大きくなり、波長スペクトル幅がさらに広がるので、スペックル低減効果を大きくできる。
［第１の変形例］
上記第１の実施の形態では、３つのＬＤ１１−１〜１１−３を用いて白色色の照明光Ｑを射出して被観察体を観察する場合について説明したが、これに限らず、４つ以上のＬＤを用いてもよい。４つ以上のＬＤを用いれば、例えば、３つのＬＤよりもさらに演色性の高い白色光を用いた観察が可能である。
又、上記第１の実施の形態では、青紫色レーザ光を射出する青紫色ＬＤと、緑色レーザ光を射出する緑色ＬＤとを追加し、これら青紫色ＬＤと緑色ＬＤとの２つのＬＤを用いるようにしてもよい。当該２つのＬＤを用いれば、ヘモグロビンの光吸収特性を利用して血管を強調表示するような観察が可能となる。
上記第１の実施の形態では、近赤外の波長を有するレーザ光を射出するＬＤを設け、当該ＬＤを用いた観察を行うことも適用可能である。
［第２の変形例］
次に、第２の変形例について説明する。なお、図２と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。
図１２は第２の変形例に係る内視鏡用照明装置１００を示すブロック構成図である。
内視鏡用照明装置１００には、１つのＬＤ１１が設けられている。ＬＤ１１は、例えば、青色レーザ光を射出するＬＤ１１−１である。当該ＬＤ１１−１を用いた場合、光拡散部１５は、青色レーザ光によって励起する蛍光体を用いることにより白色光を射出可能である。又、ＬＤ１１は、例えば、近赤外の波長を有するレーザ光を射出するＬＤを用いてもよいし、他の中心波長を有するレーザ光を射出するＬＤでもよい。
ＬＤ１１は、光ファイバ１４を介して光拡散部１５に光学的に接続されている。上記第１の実施の形態における光合波部１３は、１つのＬＤ１１であるので必要が無くなっている。

調光部１７は、第１の光量制御情報Ｌ１又は第２の光量制御情報Ｌ２に基づいてＬＤ１１に供給するパルス駆動電流Ｉに対してピーク電流ＩＨの制御と、デューティ比Ｄの制御とを組み合わせてＬＤ１１の調光を行う。この調光部１７は、記憶部１７ａの調光テーブル１７ｂに記憶されている調光情報に従ってパルス駆動電流Ｉに対してピーク電流ＩＨの制御と、デューティ比Ｄの制御とを組み合わせてＬＤ１１の調光を行う。
調光情報は、第１又は第２の光量制御情報Ｌ１、Ｌ２に対するＬＤ１１の設定光量、及びこれら設定光量に対するパルス駆動電流Ｉの値とデューティ比Ｄの値との設定の関係を示す情報を含む。

次に、上記の通り構成された内視鏡用照明装置１００の動作について図１３に示す調光部１７と入力部１８と画像処理部２０との作用を示す模式図を参照して上記第１の実施の形態と相違するところについて説明する。
調光部１７は、第１の光量制御情報Ｌ１又は第２の光量制御情報Ｌ２に基づいてＬＤ１１に供給するパルス駆動電流Ｉに対してピーク電流ＩＨの制御と、デューティ比Ｄの制御とを組み合わせてＬＤ１１の調光を行う。この調光部１７は、記憶部１７ａの調光テーブル１７ｂに記憶されている調光情報に従ってパルス駆動電流Ｉに対してピーク電流ＩＨの制御と、デューティ比Ｄの制御とを組み合わせて第１乃至第３のＬＤ１１−１〜１１−３の調光を行う。なお、調光情報は、第１又は第２の光量制御情報Ｌ１、Ｌ２に対するＬＤ１１の設定光量、及びこれら設定光量に対するパルス駆動電流Ｉの値とデューティ比Ｄの値との設定の関係を示す情報を含む。

ＬＤ１１からは、例えば、青色のレーザ光が射出される。当該レーザ光は、光ファイバ１４により導光されて光拡散部１５に入射する。光拡散部１５は、光ファイバ１４によって導光されたレーザ光を光拡散すると同時に、青色レーザ光の照射によって励起された蛍光を発する。光拡散された青色レーザ光及び蛍光は、照明光Ｑとして被観察体に照射される。

このように上記第２の変形例によれば、多発振モード領域Ｍｓにおいて、ＬＤ１１に供給するパルス駆動電流Ｉに対してピーク電流ＩＨの制御と、デューティ比Ｄの制御とを組み合わせてＬＤ１１の調光を行うので、上記第１の実施の形態と同様の効果を奏することができる。
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態に係る内視鏡用照明装置について説明する。
第２の実施の形態において、調光部１７は、波長スペクトル幅Ｗがしきい波長幅Ｗｓ以上である多発振モード領域Ｍｓの代わりに、図１４に示すような所定の被観察体の画像における輝度ばらつきがしきいばらつき以下であるスペックル低減領域Ｓｓ内でパルス駆動電流Ｉに対してピーク電流ＩＨの制御と、デューティ比Ｄの制御とを組み合わせて第１乃至第３のＬＤ１１−１〜１１−３、又はＬＤ１１の調光を行う。

輝度ばらつきを表す指標は、例えば、スペックルコントラストである。スペックルコントラストは、被観察体の画像における輝度の平均値に対する輝度の標準偏差の比によって定義される。スペックル低減領域Ｓｓにおけるスペックルコントラストは、例えば０．１1以下である。スペックルコントラストが０．１以下であれば、スペックルが十分に低減された状態となる。

波長スペクトル幅Ｗが広いほどレーザ光の干渉性が低くなり、スペックルが生じにくくなるので、スペックルコントラストは低下する。スペックルコントラストは、ＬＤから射出されるレーザ光の波長幅に対して反比例の関係にある。

スペックル低減領域Ｓｓの測定方法は、多発振モード領域Ｍｓに対する測定方法と同様である。
ＬＤに対して予めパルス駆動電流Ｉのピーク電流値ＩＨとデューティ比Ｄとを変化させたときのスペックルコントラストを測定することで、図１４のようなピーク電流値ＩＨとデューティ比Ｄとの関係を示す図においてスペックル低減領域Ｓｓを把握することができる。
スペックル低減領域Ｓｓ内における調光時の経路の設定及び調光テーブル１７ｂの設定方法は、上記多発振モード領域Ｍｓに対する設定方法と同様である。
例えば、図１５は、スペックル低減領域Ｓｓ内において、調光部１７によりパルス駆動電流Ｉのピーク電流ＩＨの制御（パルス振幅調光）をメインで行う調光において多発振モード領域Ｍｓ内の最大光量状態Ｅｂから最小光量状態Ｅａへの経路を示す。
先ず、最大光量状態Ｅｂからデューティ比Ｄが９９％における多発振モードしきい電流Ｉｓ（Ｐ１状態）までは、パルス駆動電流Ｉのピーク電流ＩＨの制御（パルス振幅調光）によって調光を行う。
次に、最小光量状態Ｅａのデューティ比Ｄにおいて、Ｐ１状態と同一光量となるパルス駆動電流Ｉのピーク電流ＩＨに設定される（Ｐ２状態）。
次に、Ｐ２状態から最小光量状態Ｅａまでは、パルス駆動電流Ｉのデューティ比Ｄの制御（パルス幅調光）が行われる。

さらに、上述した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示した複数の構成要件の適当な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示す全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成も発明として抽出され得る。

１００：内視鏡用照明装置、１：内視鏡システム、２：内視鏡スコープ部、３：本体側ケーブル、４：内視鏡本体部、５：画像表示部、６：操作部、６ａ：操作ハンドル、７：挿入部、７ａ：挿入先端部、７ｂ：挿入湾曲部、１０：照明部、１１：画像取得部、１１−１〜１１−３：第１乃至第３のＬＤ、１２−１〜１２−３：第１乃至第３の光ファイバ、１３：光合波部（光ファイバコンバイナ）、１４：第４の光ファイバ、１５：光拡散部、１６：光源制御部、１５−１：ホルダ、１５−２：拡散部材、１７：調光部、１７ａ：記憶部、１７ｂ：調光テーブル、１８：入力部、１９：撮像部、２０：画像処理部。

Claims (17)

1. 少なくとも１つのレーザダイオードと、
   前記レーザダイオードから射出される光を照明光とする照明部と、
   前記レーザダイオードに供給する駆動電流をパルス変調することによって前記レーザダイオードの調光を行う調光部と、
   を具備し、
   前記調光部は、前記レーザダイオードから射出される前記光の波長スペクトル幅がしきい波長幅以上になる多発振モード領域において、前記パルス変調によるパルス駆動電流のピーク電流とデューティ比とを組み合わせて制御する、
   ことを特徴とする照明装置。
2. 前記調光部は、前記多発振モード領域内における前記ピーク電流と前記デューティ比との設定に関する調光情報が記憶された記憶部を含むことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記調光情報に従って設定された前記デューティ比に対応する前記ピーク電流が前記多発振モード領域内に存在する場合、前記多発振モード領域内における最小の前記ピーク電流を多発振モードしきい電流とし、
   前記調光情報に従って設定された前記ピーク電流に対応する前記デューティ比が前記多発振モード領域内に存在する場合、前記多発振モード領域内における最小の前記デューティ比を多発振モードしきいデューティ比とし、
   前記調光部は、前記多発振モード領域内において、前記多発振モードしきい電流以上の前記ピーク電流による制御と、前記多発振モードしきいデューティ比以上の前記デューティ比による制御との組み合わせにより前記調光を行う、
   ことを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
4. 前記調光部は、前記多発振モード領域内において、前記ピーク電流と前記デューティ比との積が最小となる状態を前記照明光の最小光量状態として前記調光を行うことを特徴とする請求項３に記載の照明装置。
5. 前記しきい波長幅は、前記照明光が最大光量状態にあるときに前記レーザダイオードから射出される前記光の最大波長スペクトル幅に基づいて設定されることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
6. 前記しきい波長幅は、前記最大波長スペクトル幅の７０％以上の波長スペクトル幅であることを特徴とする請求項５に記載の照明装置。
7. 少なくとも１つのレーザダイオードと、
   前記レーザダイオードから射出される光を照明光とする照明部と、
   前記レーザダイオードに供給する駆動電流をパルス変調することによって前記レーザダイオードから射出される前記光の調光を行う調光部と、
   を具備し、
   前記調光部は、前記照明光が被観察体に照射されたときに生じる輝度のばらつきがばらつきしきい値以下であるスペックル低減領域において、前記パルス変調によるパルス駆動電流のピーク電流とデューティ比とを組み合わせて制御する、
   ことを特徴とする照明装置。
8. 前記調光部は、前記スペックル低減領域内における前記ピーク電流と前記デューティ比との設定に関する調光情報を記憶する記憶部を含むことを特徴とする請求項７に記載の照明装置。
9. 前記調光情報に従って設定された前記デューティ比に対応する前記ピーク電流が前記スペックル低減領域内に存在する場合、前記スペックル低減領域内における最小のピーク電流をスペックル低減領域しきい電流とし、
   前記調光情報に従って設定された前記ピーク電流に対応する前記デューティ比が前記スペックル低減領域内に存在する場合、前記スペックル低減領域内における最小のデューティ比をスペックル低減領域しきいデューティ比とし、
   前記調光部は、前記スペックル低減領域内において、前記スペックル低減領域しきい電流以上の前記ピーク電流による制御と、前記スペックル低減領域しきいデューティ比以上の前記デューティ比による制御とのを組み合わせにより前記調光を行う、
   ことを特徴とする請求項８に記載の照明装置。
10. 前記調光部は、前記スペックル低減領域内において、前記ピーク電流と前記デューティ比の積が最小となる状態を前記照明光の最小光量状態として前記調光を行うことを特徴とする請求項９に記載の照明装置。
11. 前記被観察体の画像を取得する画像取得部を含み、
    前記輝度のばらつき表す指標は、前記被観察体の画像における輝度の平均値に対する当該輝度の標準偏差の比によって定義されるスペックルコントラストが０．１を含む所定の数値内である、
    ことを特徴とする請求項７に記載の照明装置。
12. 前記照明光の光量を制御するための第１の光量制御情報を入力可能とする入力部と、
    前記被観察体の画像を取得する画像取得部と、
    前記画像取得部により取得された前記被観察体の画像における輝度情報に基づいて第２の光量制御情報を算出する画像処理部と、
    を含み、
    前記記憶部には、前記調光情報として、前記入力部から入力された前記第１の光量制御情報又は前記画像処理部により算出された前記第２の光量制御情報に対する前記ピーク電流及び前記デューティ比の相関の情報が記憶されている、
    ことを特徴とする請求項２又は８に記載の照明装置。
13. 互いに異なる波長の光を発振する複数の前記レーザダイオードと、
    前記複数のレーザダイオードから射出される複数の前記光を合波する光合波部と、
    を含み、
    前記記憶部には、前記照明光を所望の色とするための前記複数のレーザダイオードから射出される前記複数の光の光量比を示す光量比情報と、前記第１又は第２の光量制御情報とが記憶され、
    前記調光部は、前記光量比情報及び前記第１又は第２の光量制御情報に基づいて前記複数のレーザダイオードから射出される前記複数の光の必要光量を算出し、前記記憶部に記憶されている前記調光情報に基づいて前記複数のレーザダイオードに対して前記ピーク電流と前記デューティ比とを組み合わせて制御を行う、
    ことを特徴とする請求項１２に記載の照明装置。
14. 前記調光部は、前記パルス変調による前記パルス駆動電流のボトム電流を前記レーザダイオードの発振しきい値以下に設定することを特徴とする請求項１又は７に記載の照明装置。
15. 前記照明部は、前記レーザダイオードから射出される光を拡散する光拡散部を含み、当該光拡散部により拡散された前記光を前記照明光として出力することを特徴とする請求項１又は７に記載の照明装置。
16. 請求項１に記載の照明装置と、
    前記被観察体を撮影する撮像部と、
    を含み、
    前記調光部は、前記パルス変調により得られる前記パルス駆動電流の周波数を前記撮像部のフレームレートに対して２より大きい整数倍とする、
    ことを特徴とする照明装置を備えた内視鏡。
17. 請求項７に記載の照明装置と、
    前記被観察体を撮影する撮像部と、
    を含み、
    前記調光部は、前記パルス変調により得られる前記パルス駆動電流の周波数を前記撮像部のフレームレートに対して２より大きい整数倍とする、
    ことを特徴とする照明装置を備えた内視鏡。

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