JPWO2018008079A1 - 複数の狭帯域光源を備えた照明装置 - Google Patents

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Abstract

照明装置（１４０）は、複数の狭帯域光源（ＬＤ１〜ＬＤ６）と、前記複数の狭帯域光源を制御する光源制御部（１４２）を備えている。前記複数の狭帯域光源は、同色の狭帯域光を出射する複数の同色狭帯域光源（ＬＤ２〜ＬＤ５）を含んでいる。前記複数の同色狭帯域光源は、各々少なくとも１つの狭帯域光源が含まれる複数のグループに分けられる。前記光源制御部は、前記複数の同色狭帯域光源を制御する同色光源制御部（１４４）を有している。前記同色光源制御部は、所定の基準期間内における同色狭帯域光源の出射光量を、前記グループ毎に増減させることによって前記複数の同色狭帯域光源の出射光の調光を行う。

Description

本発明は、複数の狭帯域光源を備えた照明装置に関する。
近年、狭帯域光源たとえばレーザ光源を備えた照明装置が提案されている。レーザ光源を用いた照明装置では、レーザ光の高い干渉性のために干渉パターン（スペックル）が発生してしまうという課題がある。
特開２００２−９５６３４号公報は、スペックルを低減するために、互いに波長の異なる複数の同色レーザ光源を備えた照明装置を開示している。この照明装置では、互いに波長の異なる複数の同色レーザ光源を用いることでスペックルが平均化されるため、単一のレーザ光源を用いた照明装置に比べてスペックルが低減される。
特開２００２−９５６３４号公報は、互いに波長の異なる複数の同色レーザ光源を備えた照明装置を開示しているが、これらの制御方法すなわち調光方法については開示していない。
本発明の目的は、複数の同色狭帯域光源を備えた照明装置であって、スペックルの低減を図りつつ好適な調光を達成する照明装置を提供することである。
本発明の照明装置は、複数の狭帯域光源と、前記複数の狭帯域光源を制御する光源制御部を備えている。前記複数の狭帯域光源は、同色の狭帯域光を出射する複数の同色狭帯域光源を含んでいる。前記複数の同色狭帯域光源は、各々少なくとも１つの狭帯域光源が含まれる複数のグループに分けられる。前記光源制御部は、前記複数の同色狭帯域光源を制御する同色光源制御部を有している。前記同色光源制御部は、所定の基準期間内における同色狭帯域光源の出射光量を、前記グループ毎に増減させることによって前記複数の同色狭帯域光源の出射光の調光を行う。
図１は、本実施形態に係る照明装置を備えた内視鏡の構成を概略的に示している。 図２は、カラーフィルタの分光特性の一例を示している。 図３は、CIE 1976 L*u*v*表色系の色空間座標の図である。 図４は、本実施形態の調光方法にしたがった同色レーザ光源の駆動パルスを示している。 図５は、変形例の調光方法にしたがった同色レーザ光源の駆動パルスを示している。 図６は、直列に接続された同じグループに含まれる同色レーザ光源を示している。 図７は、別の変形例の調光方法にしたがった同色レーザ光源の駆動パルスを示している。 図８は、また別の変形例の調光方法にしたがった同色レーザ光源の駆動パルスを示している。
＜第１実施形態＞
［構成］
図１は、本実施形態に係る照明装置を備えた内視鏡の構成を概略的に示している。
内視鏡１００は、スコープ部１１０と、本体部１３０と、スコープ部１１０と本体部１３０を接続する接続部１２０から構成されている。スコープ部１１０は、操作者が保持するための保持部１１２と、保持部１１２から延びている挿入部１１４を有している。挿入部１１４は、観察対象の内部空間たとえば管腔等に挿入される中空の細長い可撓性部材である。保持部１１２には、挿入部１１４を操作するためのノブやレバーやダイヤルなどの操作部が設けられている。
内視鏡１００はまた、照明光を出射する照明装置１４０と、観察対象を撮像する撮像装置１６０を有している。また、内視鏡１００の本体部１３０には、観察対象の画像を表示する画像表示部１７０が接続されている。
［照明装置１４０］
照明装置１４０は、複数の狭帯域光源であるレーザ光源ＬＤ１〜ＬＤ６と、レーザ光源ＬＤ１〜ＬＤ６を制御する光源制御部１４２と、レーザ光源ＬＤ１〜ＬＤ６から出射されたレーザ光を導光する導光部材である光ファイバＦＢ１〜ＦＢ６と、光ファイバＦＢ１〜ＦＢ６によって導光されたレーザ光を合波する光合波部１４６と、光合波部１４６によって合波されたレーザ光を導光する導光部材である光ファイバＦＢ７と、光ファイバＦＢ７によって導光されたレーザ光を照明光に変換して出射する光変換部１４８から構成されている。例えば、レーザ光源ＬＤ１〜ＬＤ６と光源制御部１４２と光合波部１４６は、本体部１３０の内部に設けられており、光変換部１４８は、挿入部１１４の先端部に設けられている。
照明装置１４０は、別の見方によれば、青色光を出射する青色光源部ＬＳＢと、緑色光を出射する緑色光源部ＬＳＧと、赤色光を出射する赤色光源部ＬＳＲを有している。青色光源部ＬＳＢはレーザ光源ＬＤ１を有し、緑色光源部ＬＳＧはレーザ光源ＬＤ２〜ＬＤ５を有し、赤色光源部ＬＳＲはレーザ光源ＬＤ６を有している。
〔複数の狭帯域光源（レーザ光源ＬＤ１〜ＬＤ６）〕
各レーザ光源ＬＤ１〜ＬＤ６は、たとえば、レーザダイオードで構成されてよい。定格光量と波長は、例えば、以下の通りである。
レーザ光源ＬＤ１は、青色レーザダイオードであり、中心波長４４５ｎｍの光を出射する。レーザ光源ＬＤ１の定格光量は３Ｗである。
レーザ光源ＬＤ２は、緑色レーザダイオードであり、中心波長５２５ｎｍの光を出射する。レーザ光源ＬＤ２の定格光量は１Ｗである。
レーザ光源ＬＤ３は、緑色レーザダイオードであり、中心波長５２５ｎｍの光を出射する。レーザ光源ＬＤ３の定格光量は１Ｗである。
レーザ光源ＬＤ４は、緑色レーザダイオードであり、中心波長５２０ｎｍの光を出射する。レーザ光源ＬＤ４の定格光量は１Ｗである。
レーザ光源ＬＤ５は、緑色レーザダイオードであり、中心波長５３０ｎｍの光を出射する。レーザ光源ＬＤ５の定格光量は１Ｗである。
レーザ光源ＬＤ６は、赤色レーザダイオードであり、中心波長６３５ｎｍの光を出射する。レーザ光源ＬＤ６の定格光量は３Ｗである。
複数のレーザ光源ＬＤ１〜ＬＤ６において、レーザ光源ＬＤ２〜ＬＤ５は、同色の狭帯域光（レーザ光）を出射する同色狭帯域光源（同色レーザ光源）である。所定の色に対して所望の出射光量を単一のレーザ光源で得ることができない場合、複数の同色レーザ光源を用いることは有効な手法である。また、複数の同色レーザ光源を用いることにより、その色においてスペックルを平均化し、低減することができる。
本発明における「同色狭帯域光源（同色レーザ光源）」は、互いに同色の狭帯域光（レーザ光）を出射する狭帯域光源（レーザ光源）であると定義される。また、本発明における「同色の狭帯域光（レーザ光）」は、例えば、青色領域と緑色領域と赤色領域の３つの色領域に対して、互いに同じ色領域に含まれる狭帯域光（レーザ光）であると定義される。ここで、青色領域と緑色領域と赤色領域は、例えば、波長４００〜７００ｎｍの可視光領域を３分割して短波長の領域から順に青色領域、緑色領域、赤色領域として割り当てられてよい。また例えば、波長４００〜７００ｎｍの可視光領域を３等分したうえで、２０ｎｍの重なり領域（オーバーラップ）をもたせた波長領域であり、青色領域は、４００〜５１０ｎｍの波長領域であり、緑色領域は、４９０〜６１０ｎｍの波長領域であり、赤色領域は、５９０〜７００ｎｍの波長領域であってよい。その際、４００ｎｍ以下の波長領域と７００ｎｍ以上の波長領域は、それぞれ、青色領域と赤色領域に割り当てられてもよい。
また例えば、撮像装置１６０が、原色カラーフィルタを有する撮像部を有する場合、原色カラーフィルタの分光特性に基づいて青色領域と緑色領域と赤色領域が定義されてもよい。この場合、同色の狭帯域光（レーザ光）は、カラーフィルタの各々において所定の透過率以上の波長範囲に含まれる狭帯域光（レーザ光）であると定義されてよい。図２は、カラーフィルタの分光特性の一例を示している。このカラーフィルタにおいて、例えば、各色のフィルタ特性（Ｒフィルタ特性とＧフィルタ特性とＢフィルタ特性の各々）において２０％以上の透過率を有する波長領域が各色領域と定義される。すなわち、図２に示された分光特性のカラーフィルタにおいては、青色領域は、４００〜５２５ｎｍの波長領域であり、緑色領域は、４７０〜６２５ｎｍの波長領域であり、赤色領域は、５７０〜７００ｎｍの波長領域である。図２に示されるように、各色のフィルタ特性において透過率がゼロになっている波長領域はほとんどなく、可視光の広い領域で数％から１０％程度の透過率を有している。この数％から１０％程度の透過率は、カラー画像の撮影において、無視できるレベルだと考えられる。このため、色領域が、透過率が２０％以上の波長領域で定義されても問題ない。
また例えば、ＮＢＩ（狭帯域光観察）等の特定の波長領域の照明光を照明することによって特定物質を強調して観察する特殊光観察においては、特殊光観察に必要な複数の波長領域の各々に含まれる光は同色であるとみなしてもよい。つまり、特殊光観察の照明に用いられる同色の狭帯域光（レーザ光）は、特殊光観察に必要な複数の波長領域の各々に含まれる狭帯域光（レーザ光）であると定義されてよい。ＮＢＩにおいて、例えば、３９０〜４４５ｎｍの波長範囲内の狭帯域光（レーザ光）は同色とみなし、５３０〜５５０ｎｍの波長範囲内の狭帯域光（レーザ光）は同色とみなしてもよい。
また例えば、特定物質に励起光を照射して特定物質から発せられる蛍光を観察する蛍光観察においては、蛍光観察対象である特定物質の励起波長帯に含まれる光は同色であるとみなしてもよい。つまり、蛍光観察の照明に用いられる同色の狭帯域光（レーザ光）は、特定物質の励起波長帯に含まれる狭帯域光（レーザ光）であると定義されてよい。
また例えば、互いの中心波長が±５０ｎｍの範囲に含まれる狭帯域光（レーザ光）は同色であると定義されてもよい。同色の狭帯域光（レーザ光）は、互いの中心波長が±２０ｎｍの範囲内にあると好ましく、そのような同色の狭帯域光（レーザ光）は、おおよそ同等の色再現性を示す。さらに、同色の狭帯域光（レーザ光）は、互いの中心波長が±１０ｎｍの範囲内にあるとより好ましい。
また例えば、白チャートのような代表的な被写体に対する反射光の色差に基づいて同色が定義されてもよい。例えば、図３に示されるCIE 1976 L*u*v*表色系における互いの色空間座標間の距離（[(u*)２＋(v*)２]1/2）が０．２以下である狭帯域光（レーザ光）は同色であると定義される。この範囲内の狭帯域光（レーザ光）はおおよそ同等の色に見える。さらに、同色の狭帯域光（レーザ光）は、互いの色空間座標間の距離（[(u*)２＋(v*)２]1/2）が０．１以下であるとより好ましい。
〔導光部材（光ファイバＦＢ１〜ＦＢ６）〕
光ファイバＦＢ１〜ＦＢ６は、一端が複数のレーザ光源ＬＤ１〜ＬＤ６と光学的に接続され、他端が光合波部１４６と光学的に接続されており、レーザ光源ＬＤ１〜ＬＤ６から出射されたレーザ光を光合波部１４６まで導光する。
光ファイバＦＢ１〜ＦＢ６は、例えば、コア径数十μｍ〜数百μｍの単線ファイバで構成される。各レーザ光源ＬＤ１〜ＬＤ６と光ファイバＦＢ１〜ＦＢ６の間には、レーザ光源ＬＤ１〜ＬＤ６から出射されたレーザ光を収束させて光ファイバＦＢに結合するための結合レンズ（図示せず）が設けられている。
〔光合波部１４６〕
光合波部１４６は、６入力１出力の光合波器であり、６つの入力端には光ファイバＦＢ１〜ＦＢ６が光学的に接続され、１つの出力端には光ファイバＦＢ７が光学的に接続されている。光合波部１４６は、例えば、光ファイバコンバイナで構成される。光合波部１４６は、光ファイバＦＢ１〜ＦＢ６によって導光されたレーザ光を合波し、単一の光ファイバＦＢ７に出力する。また例えば、光合波部１４６は、レンズとダイクロイックミラーを有する空間光学系で構成されてもよい。
〔導光部材（光ファイバＦＢ７）〕
光ファイバＦＢ７は、一端が光合波部１４６と光学的に接続され、他端が光変換部１４８と光学的に接続されており、光合波部１４６から出射されたレーザ光を光変換部１４８まで導光する。
光ファイバＦＢ７は、例えば、コア径数十μｍ〜数百μｍの単線ファイバで構成される。また例えば、光ファイバＦＢ７は、複数本（数百〜数千本）の光ファイバから構成されるバンドルファイバで構成されてもよい。
〔光変換部１４８〕
光変換部１４８は、例えば、光ファイバＦＢ７によって導光されたレーザ光を光拡散させる拡散部材を有する。光拡散は、照明光の配光を広げる効果とともに、レーザ光の位相を乱すことにより干渉性を落とし、スペックルを低減させる効果を有する。拡散部材は、例えば、反射率の高い金属粒子が樹脂やガラスに分散された構造体である。また例えば、光変換部１４８は、配光を広げるためのレンズを備えていてもよい。
〔光源制御部１４２〕
光源制御部１４２は、各レーザ光源ＬＤ１〜ＬＤ６の駆動を制御する。光源制御部１４２は、各レーザ光源ＬＤ１〜ＬＤ６に対して光源駆動信号を出力し、各レーザ光源ＬＤ１〜ＬＤ６のオン／オフ、駆動電流、駆動方式（連続駆動（ＣＷ）、パルス駆動など）を独立に制御可能である。
また、光源制御部１４２は、複数の同色レーザ光源すなわち緑色レーザ光源ＬＤ２〜ＬＤ５を制御する同色光源制御部１４４を有している。同色光源制御部１４４は、レーザ光源ＬＤ２〜ＬＤ５のオン／オフ、駆動電流、駆動方式を独立に制御可能である。
［撮像装置１６０］
撮像装置１６０は、挿入部１１４の先端部に設けられた撮像部１６２と、本体部１３０の内部に設けられた画像処理部１６４を有している。
〔撮像部１６２〕
撮像部１６２は、観察対象からの照明光の反射散乱光を受光し、照明装置１４０によって照明された観察対象の光学像を取得する。撮像部１６２はまた、取得した光学像に対応した電気的な撮像信号を生成し、生成した撮像信号を画像処理部１６４に出力する。撮像部１６２は、例えば、ＣＣＤやＣＭＯＳで構成される。撮像部１６２は、受光部の前面に、例えば、図２に示されたようなＲＧＢのカラーフィルタを有しており、赤色領域と緑色領域と青色領域の３つの波長領域についてそれぞれ分離して光学像を取得し、Ｒ撮像信号とＧ撮像信号とＢ撮像信号を生成する。撮像部１６２は、所定の撮像フレーム期間Ｔｆで繰り返し撮像を行う。また例えば、撮像部１６２は、カラーフィルタを有さないモノクロイメージャであってもよい。その場合は、青色光源部ＬＳＢと緑色光源部ＬＳＧと赤色光源部ＬＳＲは、それぞれ、青色光と緑色光と赤色光を異なるタイミングで順次出射し、撮像部１６２は、青色光と緑色光と赤色光に対する反射散乱光を異なるタイミングで順次受光して撮像信号を生成し、画像処理部１６４においてＲＧＢに割当処理を行う。
〔画像処理部１６４〕
画像処理部１６４は、撮像部１６２から出力される撮像信号に対して、公知の画像処理によって観察対象の画像を生成する。撮像部１６２が、モノクロイメージャである場合は、異なるタイミングで順次生成された撮像信号に対して、ＲＧＢへ割当処理を行ったうえで、観察対象の画像を生成する。
［画像表示部１７０］
画像表示部１７０は、画像処理部１６４によって生成された観察対象の画像を表示する。画像表示部１７０は、例えば、液晶ディスプレイ等のモニタで構成される。
［レーザ光源ＬＤ１〜ＬＤ６の出射光の調光方法］
光源制御部１４２は、複数のレーザ光源ＬＤ１〜ＬＤ６に対して、例えば、照明光が白色光となるように、青色のレーザ光源ＬＤ１と緑色のレーザ光源ＬＤ２〜ＬＤ５と赤色のレーザ光源ＬＤ６の出射光量比を制御する。
ここで、白色光とは、例えばキセノンランプのような広帯域な照明光の色を再現する色である。または、キセノンランプのような広帯域な照明光に照射されたときの観察体の色を再現する色である。より具体的には、例えば、色度座標、相関色温度、黒体軌跡からの色差を用いて定義される。例えば、色度座標において、（ｘ＝０．２〜０．４、ｙ＝０．２〜０．４）、（ｘ＝０．４〜０．５、ｙ＝０．３５〜０．４５）の範囲、また、例えば、相関色温度２０００〜１０００００Ｋの範囲で、黒体軌跡からの色差（ｄｕｖ）が±０．１以内の色として定義される。また、撮像部１６２の分光感度を考慮して定義されてもよい。例えば、照明光のスペクトルに撮像部１６２の分光感度を掛け合わせたスペクトルに対して算出した色度座標または相関色温度に対して、上記のように定義されてもよい。
［同色レーザ光源ＬＤ２〜ＬＤ５の出射光の調光方法］
以下、同色レーザ光源ＬＤ２〜ＬＤ５の出射光の調光方法の一例について説明する。図４は、本実施形態の調光方法にしたがった同色レーザ光源ＬＤ２〜ＬＤ５の駆動パルスを示している。図４は、緑色レーザ光源ＬＤ２〜ＬＤ５の全体としての出射光量Ｑを単位諧調ずつ大きくしていく場合を示している。
レーザ光源ＬＤ２〜ＬＤ５は、各々少なくとも１つのレーザ光源が含まれる複数のグループに分けられる。本実施形態においては、レーザ光源ＬＤ２がグループＧ１、レーザ光源ＬＤ３がグループＧ２、レーザ光源ＬＤ４がグループＧ３、レーザ光源ＬＤ５がグループＧ４というようにすべての同色レーザ光源ＬＤ２〜ＬＤ５が別々のグループに分けられている。
同色光源制御部１４４は、所定の基準期間内における複数の同色レーザ光源ＬＤ２〜ＬＤ５の出射光量Ｑを、グループ毎に増減させることによって複数の同色レーザ光源ＬＤ２〜ＬＤ５の出射光の調光を行う。上記の所定の基準期間は、例えば、撮像部１６２の撮像フレーム期間Ｔｆである。同色光源制御部１４４は、撮像フレーム期間Ｔｆ内における複数の同色レーザ光源ＬＤ２〜ＬＤ５の発光時間をグループ毎に増減させることによって出射光量Ｑを増減させる。また、本実施形態においては、同色光源制御部１４４は、撮像フレーム期間Ｔｆ内における複数の同色レーザ光源ＬＤ２〜ＬＤ５のパルス数を複数のグループ毎に所定の順序で増減させることによって、出射光量Ｑを増減させる。
光量Ｑ１の状態では、撮像フレーム期間Ｔｆ内において、グループＧ１のレーザ光源ＬＤ２のパルスが１つ出射される。
次の光量Ｑ２の状態では、撮像フレーム期間Ｔｆ内において、光量Ｑ１の状態に対して、グループＧ２のレーザ光源ＬＤ３のパルスが１つ追加される。
次の光量Ｑ３の状態では、撮像フレーム期間Ｔｆ内において、光量Ｑ２の状態に対して、グループＧ３のレーザ光源ＬＤ４のパルスが１つ追加される。
次の光量Ｑ４の状態では、撮像フレーム期間Ｔｆ内において、光量Ｑ３の状態に対して、グループＧ４のレーザ光源ＬＤ５のパルスが１つ追加される。
次の光量Ｑ５の状態では、撮像フレーム期間Ｔｆ内において、光量Ｑ４の状態に対して、グループＧ１のレーザ光源ＬＤ２のパルスが１つ追加される。
以下も同様にしてパルスが追加される。
緑色レーザ光源ＬＤ２〜ＬＤ５の全体としての出射光量Ｑを単位諧調ずつ小さくする場合は上記の逆の順序で制御を行う。
また、本実施形態においては、複数の同色レーザ光源ＬＤ２〜ＬＤ５は略等しい特性のレーザ光源である。また、パルスのピーク光量および単一パルス発光時間も略等しく設定されている。
同色光源制御部１４４は、撮像フレーム期間Ｔｆ内において、異なるグループに含まれる複数の同色レーザ光源ＬＤ２〜ＬＤ５の発光時間の差が所定の単位発光時間以内となるように、複数の同色レーザ光源ＬＤ２〜ＬＤ５を制御する。同色光源制御部１４４は、複数のレーザ光源ＬＤ２〜ＬＤ５に対して、撮像フレーム期間Ｔｆ内に少なくとも１つのパルスを出射させ、パルス数を増減させることにより調光を行う。所定の単位発光時間は、パルス１つ当たりの発光時間である単一パルス発光時間である。撮像フレーム期間Ｔｆ内において、異なるグループに含まれる複数のレーザ光源ＬＤ２〜ＬＤ５の発光時間の差は、ゼロまたは単一パルス発光時間である。
このように制御することで、複数の同色レーザ光源ＬＤ２〜ＬＤ５をすべて同じように制御する場合に比べて、同色レーザ光源ＬＤ２〜ＬＤ５の全体としての階調数を多くすることができる。また、このように制御することで、階調数を確保しつつ、所定の光量状態においてできるだけ多くの同色レーザ光が出射されている状態となる。
複数の同色レーザ光源ＬＤ２〜ＬＤ５は、色は同じではあるが別個体であるため、出射光の位相やスペクトルが厳密には異なる。そのため、複数の同色レーザ光を合波した照明光においては、スペックルを同色レーザ光源ＬＤ２〜ＬＤ５の数の分だけ平均化し、低減することができる。互いに独立で同光量のＮ個のレーザ光のスペックル平均化の効果はＮの平方根の逆数（Ｎ−１／２）に比例することが知られている。上記のようにパルスのピーク光量および発光時間を略等しくすることで、平均化される同色レーザ光の出射光量が略等しくなるため、平均化の効果が大きくなる。ここで、「パルスのピーク光量が略等しい」とは、例えば、互いのピーク光量の差が後述する最小ピーク光量階調以下であることである。また、「パルスの発光時間が略等しい」とは、例えば、互いの発光時間の差が後述する単一パルス発光時間以下であることである。
上記の図４に示される調光方法においては、光量Ｑ２の状態においてレーザ光のスペックル平均化の効果が得られ、光量Ｑ３の状態においてはレーザ光のスペックル平均化のより良好な効果が得られ、光量Ｑ４以降の状態においてはレーザ光のスペックル平均化のさらにより良好な効果が得られる。
パルスのピーク光量は、特に低い光量が必要となる場合を除いては、例えば多発振領域となる光量範囲で設定される。マルチモードレーザ光源においては、ピーク光量（ピーク駆動電流）を大きくするほど発振モードが増加し、スペクトル幅が広がる。スペクトル幅が広がると干渉性が低下し、スペックルが低減される。例えば、ピーク光量１００ｍＷ以上の領域では、発振モードが増加する多発振領域であるといえる。
また、同色レーザ光源ＬＤ２〜ＬＤ５のパルスのピーク光量は略等しいことが望ましい。各調光ステップにおいて光量の増減量が略等しくなるため、調光制御がシンプルとなる。
また、単一パルスの発光時間は、例えばレーザ光源または同色光源制御部１４４において安定したパルス波形を生成可能な時間で設定される。例えば数μｓ〜数十μｓである。
また、本実施形態では、複数の同色レーザ光源ＬＤ２〜ＬＤ５の個数は４つであるが、同色レーザ光源の個数はそれに限らない。例えば、同色レーザ光源の個数は２つや５つ以上であってもよい。
また、本実施形態では、複数の同色レーザ光源ＬＤ２〜ＬＤ５の定格光量はすべて等しいが、それに限らない。
また、パルスの波形は、図４に示された矩形波形に限らず、例えば多段のパルスや三角波などでもよい。ただし、よりスペックルを低減するためにレーザ光源の駆動電流に高周波を重畳する場合があるが、その高周波波形はパルスとみなさない。
＜変形例１＞
以下、同色レーザ光源ＬＤ２〜ＬＤ５の出射光の調光方法の変形例について説明する。図５は、本変形例の調光方法にしたがった同色レーザ光源ＬＤ２〜ＬＤ５の駆動パルスを示している。図５は、図４と同様に、緑色レーザ光源ＬＤ２〜ＬＤ５の全体としての出射光量Ｑを単位諧調ずつ大きくしていく場合を示している。
本変形例においては、レーザ光源ＬＤ２，ＬＤ３がグループＧ１、レーザ光源ＬＤ４，ＬＤ５がグループＧ２というように同色レーザ光源ＬＤ２〜ＬＤ５が２つずつ別々のグループに分けられている。つまり、本変形例においては、同じグループに複数のレーザ光源が含まれている。
本変形例においても、同色光源制御部１４４は、所定の基準期間内における複数の同色レーザ光源ＬＤ２〜ＬＤ５の出射光量Ｑを、グループ毎に増減させることによって複数の同色レーザ光源ＬＤ２〜ＬＤ５の出射光の調光を行う。上記の所定の基準期間は、例えば、撮像部１６２の撮像フレーム期間Ｔｆである。同色光源制御部１４４は、撮像フレーム期間Ｔｆ内における複数の同色レーザ光源ＬＤ２〜ＬＤ５の発光時間をグループ毎に増減させることによって出射光量Ｑを増減させる。同色光源制御部１４４は、撮像フレーム期間Ｔｆ内における同色レーザ光源ＬＤ２〜ＬＤ５のパルス数を複数のグループ毎に所定の順序で増減させることによって、出射光量Ｑを増減させる。
光量Ｑ１の状態では、撮像フレーム期間Ｔｆ内において、グループＧ１のレーザ光源ＬＤ２，ＬＤ３のパルスが１つずつ出射される。
次の光量Ｑ２の状態では、撮像フレーム期間Ｔｆ内において、光量Ｑ１の状態に対して、グループＧ２のレーザ光源ＬＤ４，ＬＤ５のパルスが１つずつ追加される。
次の光量Ｑ３の状態では、撮像フレーム期間Ｔｆ内において、光量Ｑ２の状態に対して、グループＧ１のレーザ光源ＬＤ２，ＬＤ３のパルスが１つずつ追加される。
次の光量Ｑ４の状態では、撮像フレーム期間Ｔｆ内において、光量Ｑ３の状態に対して、グループＧ２のレーザ光源ＬＤ４，ＬＤ５のパルスが１つずつ追加される。
以下も同様にしてパルスが追加される。
図４の場合ほど階調数が必要でない場合には、図５のようにグループ分けをして調光してもよい。この場合、階調数は、図４よりは少なくなるが、すべての光量状態において少なくとも２つの同色レーザ光が出射されていることとなるため、スペックルに対しては安定的に平均化の効果が得られる。また、光量Ｑ１の状態に比べて光量Ｑ２以降の状態の方が、レーザ光のスペックル平均化の効果は高い。
同色光源制御部１４４は、撮像フレーム期間Ｔｆ内において、同じグループに含まれる複数の同色レーザ光源ＬＤ２〜ＬＤ５の出射光量が略等しくなるように、同じグループに含まれる複数の同色レーザ光源ＬＤ２〜ＬＤ５を制御する。この場合、グループＧ１に含まれるレーザ光源ＬＤ２とレーザ光源ＬＤ３が略同じ出射光量であり、グループＧ２に含まれるレーザ光源ＬＤ４とレーザ光源ＬＤ５が略同じ出射光量である。このようにすることで、同じグループに含まれる同色狭帯域光源において、効果的にスペックルが平均化される。
また、各グループに含まれる同色レーザ光源ＬＤ２〜ＬＤ３，ＬＤ４〜ＬＤ５の数は等しいことが望ましい。各調光ステップにおいて光量の増減量が略等しくなるため、調光制御がシンプルとなる。各グループに含まれる同色レーザ光源ＬＤ２〜ＬＤ３，ＬＤ４〜ＬＤ５の個数が等しくない場合は、異なるグループに含まれる同色レーザ光源ＬＤ２〜ＬＤ３，ＬＤ４〜ＬＤ５の数の差は１以下であることが望ましい。
また例えば、同色光源制御部１４４は、同じグループに含まれる複数の同色レーザ光源ＬＤ２〜ＬＤ３，ＬＤ４〜ＬＤ５に対して、出射タイミングを同期させて制御してもよい。例えば、同色光源制御部１４４は、複数の同色レーザ光源ＬＤ２〜ＬＤ５に対して駆動電流を供給することで制御を行い、図６に示されるように、同じグループに含まれる同色レーザ光源ＬＤ２〜ＬＤ３，ＬＤ４〜ＬＤ５は直列に接続されていてもよい。
＜変形例２＞
以下、同色レーザ光源ＬＤ２〜ＬＤ５の出射光の調光方法の別の変形例について説明する。図７は、本変形例の調光方法にしたがった同色レーザ光源ＬＤ２〜ＬＤ５の駆動パルスを示している。図７は、図４と同様に、緑色レーザ光源ＬＤ２〜ＬＤ５の全体としての出射光量Ｑを単位諧調ずつ大きくしていく場合を示している。
本変形例においても、レーザ光源ＬＤ２がグループＧ１、レーザ光源ＬＤ３がグループＧ２、レーザ光源ＬＤ４がグループＧ３、レーザ光源ＬＤ５がグループＧ４というようにすべての同色レーザ光源ＬＤ２〜ＬＤ５が別々のグループに分けられている。
本変形例においても、同色光源制御部１４４は、所定の基準期間内における複数の同色レーザ光源ＬＤ２〜ＬＤ５の出射光量Ｑを、グループ毎に増減させることによって複数の同色レーザ光源ＬＤ２〜ＬＤ５の出射光の調光を行う。上記の所定の基準期間は、例えば、撮像部１６２の撮像フレーム期間Ｔｆである。同色光源制御部１４４は、撮像フレーム期間Ｔｆ内における複数の同色レーザ光源ＬＤ２〜ＬＤ５の発光時間をグループ毎に増減させることによって出射光量Ｑを増減させる。しかし、本変形例においては、撮像フレーム期間Ｔｆ内における同色レーザ光源ＬＤ２〜ＬＤ５のパルス幅をグループ毎に増減させることによって、出射光量Ｑを増減させる。
光量Ｑ１〜Ｑ４の状態までは、第１実施形態と同様である。
次の光量Ｑ５の状態では、撮像フレーム期間Ｔｆ内において、光量Ｑ４の状態に対して、グループＧ１のレーザ光源ＬＤ２のパルス幅が最小パルス幅階調だけ広くなる。
次の光量Ｑ６の状態では、撮像フレーム期間Ｔｆ内において、光量Ｑ５の状態に対して、グループＧ２のレーザ光源ＬＤ３のパルス幅が最小パルス幅階調だけ広くなる。
以下も同様にしてパルス幅が広げられる。
このように、同色光源制御部１４４は、撮像フレーム期間Ｔｆ内において、異なるグループに含まれる複数の同色レーザ光源ＬＤ２〜ＬＤ５の発光時間の差が所定の単位発光時間以内となるように、複数の同色レーザ光源ＬＤ２〜ＬＤ５を制御する。同色光源制御部１４４は、複数のレーザ光源ＬＤ２〜ＬＤ５に対して、撮像フレーム期間Ｔｆ内に少なくとも１つのパルスを出射させ、パルス幅を増減させることにより調光を行う。所定の単位発光時間は、パルス幅の増減に対する単位階調である最小パルス幅階調である。撮像フレーム期間Ｔｆ内において異なるグループに含まれる複数のレーザ光源ＬＤ２〜ＬＤ５の発光時間の差はゼロまたは最小パルス幅階調である。
最小パルス幅階調は、例えばレーザ光源または同色光源制御部１４４において安定したパルス波形を生成可能な時間で設定される。最小パルス幅階調は、例えば数μｓ〜数十μｓである。
本変形例においても、上記の第１実施形態と同様の効果が得られる。
＜変形例３＞
以下、同色レーザ光源ＬＤ２〜ＬＤ５の出射光の調光方法のまた別の変形例について説明する。図８は、本変形例の調光方法にしたがった同色レーザ光源ＬＤ２〜ＬＤ５の駆動パルスを示している。図８は、図４と同様に、緑色レーザ光源ＬＤ２〜ＬＤ５の全体としての出射光量Ｑを単位諧調ずつ大きくしていく場合を示している。
本変形例においても、レーザ光源ＬＤ２がグループＧ１、レーザ光源ＬＤ３がグループＧ２、レーザ光源ＬＤ４がグループＧ３、レーザ光源ＬＤ５がグループＧ４というようにすべての同色レーザ光源ＬＤ２〜ＬＤ５が別々のグループに分けられている。
本変形例においても、同色光源制御部１４４は、所定の基準期間内における複数の同色レーザ光源ＬＤ２〜ＬＤ５の出射光量Ｑを、グループ毎に増減させることによって複数の同色レーザ光源ＬＤ２〜ＬＤ５の出射光の調光を行う。上記の所定の基準期間は、例えば、撮像部１６２の撮像フレーム期間Ｔｆである。しかし、本変形例においては、同色光源制御部１４４は、撮像フレーム期間Ｔｆ内における複数の同色レーザ光源ＬＤ２〜ＬＤ５のピーク光量を、グループ毎に増減させることによって、同色レーザ光源ＬＤ２〜ＬＤ５の出射光の調光を行う。
光量Ｑ１の状態では、撮像フレーム期間Ｔｆ内において、グループＧ１のレーザ光源ＬＤ２が最小ピーク光量階調に設定されたピーク光量で出射される。
次の光量Ｑ２の状態では、撮像フレーム期間Ｔｆ内において、光量Ｑ１の状態に対して、グループＧ２のレーザ光源ＬＤ３が最小ピーク光量階調に設定されたピーク光量で出射される。
次の光量Ｑ３の状態では、撮像フレーム期間Ｔｆ内において、光量Ｑ２の状態に対して、グループＧ３のレーザ光源ＬＤ４が最小ピーク光量階調に設定されたピーク光量で出射される。
次の光量Ｑ４の状態では、撮像フレーム期間Ｔｆ内において、光量Ｑ３の状態に対して、グループＧ４のレーザ光源ＬＤ５が最小ピーク光量階調に設定されたピーク光量で出射される。
次の光量Ｑ５の状態では、撮像フレーム期間Ｔｆ内において、光量Ｑ４の状態に対して、グループＧ１のレーザ光源ＬＤ２が最小ピーク光量階調だけピーク光量が増加する。
以下も同様にしてピーク光量が増加される。
このように、同色光源制御部１４４は、撮像フレーム期間Ｔｆ内において、異なるグループに含まれる複数の同色レーザ光源ＬＤ２〜ＬＤ５の各々のピーク光量の差が所定の単位ピーク光量以内となるように、複数の同色レーザ光源ＬＤ２〜ＬＤ５を制御する。本変形例においては、所定の単位ピーク光量は最小ピーク光量階調である。最小ピーク光量階調とは、ピーク光量の増減に対する単位階調である。本変形例においては、撮像フレーム期間Ｔｆ内において異なるグループに含まれるレーザ光源のピーク光量の差は最小ピーク光量階調である。
最小ピーク光量階調は、例えば、同色光源制御部１４４において安定して制御可能な駆動電流の増減の階調に対応する光量である。また例えば、同色レーザ光源ＬＤ２〜ＬＤ５において、安定した状態で光量を維持できる光量範囲である。最小ピーク階調は、例えば数百μＷ〜１ｍＷである。
本変形例においても、上記の第１実施形態と同様の効果が得られる。
＜その他の変形例＞
第１実施形態および変形例では、複数の同色レーザ光源ＬＤ２〜ＬＤ５は緑色レーザ光源であったが、それに限らない。赤色光源部ＬＳＲや青色光源部ＬＳＢが、複数の同色レーザ光源を有していてもよい。
第１実施形態および変形例では、パルス数制御、パルス幅制御、ピーク光量制御で調光を行う例を示したが、それらが組み合わされた調光を行ってもよい。その場合、撮像フレーム期間Ｔｆ内において異なるグループに含まれるレーザ光源は、発光時間の差が単一パルス発光時間または最小パルス幅階調であるか、ピーク光量の差が最小ピーク光量階調であるかのどちらかであることが望ましい。
第１実施形態および変形例では、狭帯域光源はレーザダイオードで構成されているが、狭帯域光源はこれに限らない。例えば、狭帯域光源はＬＥＤで構成されてもよい。
第１実施形態においては、青色レーザ光と緑色レーザ光と赤色レーザ光を合波して白色光を生成する例を示したが、それに限らない。例えば、複数の同色レーザ光源が複数の青色レーザ光源であり、光変換部が波長変換部材を有する構成でもよい。その場合、青色レーザ光の透過光と波長変換部材によって生成された波長変換光との混合光により照明光が生成される。
第１実施形態および変形例では、本発明の照明装置１４０が、撮像装置１６０を有する内視鏡に適用された例が説明されたが、それに限らない。本発明の照明装置１４０は、例えば、顕微鏡のような撮像装置１６０を有するその他の観察装置に適用されてもよい。本発明の照明装置１４０は、また例えば、撮像部１６２を有さないプロジェクタなどの投影装置に適用されもよい。撮像部１６２を有さない場合、撮像フレーム期間Ｔｆの代わりとして、臨界融合周波数（それ以上は人間の目が明暗の変化を認識できなくなる周波数）の逆数の期間より短い期間を基準期間とするとよい。臨界融合周波数は、一般に３０〜５０Ｈｚ程度といわれているので、例えば、５０Ｈｚの逆数である２０ｍｓが基準期間に設定される。
本発明の照明装置は、複数の狭帯域光源と、前記複数の狭帯域光源を制御する光源制御部を備えている。前記複数の狭帯域光源は、同色の狭帯域光を出射する複数の同色狭帯域光源を含んでいる。前記複数の同色狭帯域光源は、各々少なくとも１つの狭帯域光源が含まれる複数のグループに分けられる。前記光源制御部は、前記複数の同色狭帯域光源を制御する同色光源制御部を有している。前記同色光源制御部は、所定の基準期間内における同色狭帯域光源の出射光量を、前記グループ毎に所定の順序で単位諧調ずつ増減させることによって前記複数の同色狭帯域光源の出射光の調光を行う。

Claims (20)

  1. 複数の狭帯域光源と、
    前記複数の狭帯域光源を制御する光源制御部とを備えた照明装置において、
    前記複数の狭帯域光源は、同色の狭帯域光を出射する複数の同色狭帯域光源を含み、
    前記複数の同色狭帯域光源は、各々少なくとも１つの狭帯域光源が含まれる複数のグループに分けられ、
    前記光源制御部は、前記複数の同色狭帯域光源を制御する同色光源制御部を有し、
    前記同色光源制御部は、所定の基準期間内における前記複数の同色狭帯域光源の出射光量を、前記グループ毎に増減させることによって前記複数の同色狭帯域光源の出射光の調光を行うことを特徴とする照明装置。
  2. 前記同色光源制御部は、前記基準期間内における前記複数の同色狭帯域光源の発光時間を、前記グループ毎に増減させることによって前記複数の同色狭帯域光源の出射光の調光を行うことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
  3. 前記同色光源制御部は、前記所定の基準期間内において、異なるグループに含まれる前記複数の同色狭帯域光源の発光時間の差が所定の単位発光時間以内となるように、前記複数の同色狭帯域光源を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の照明装置。
  4. 前記同色光源制御部は、前記複数の同色狭帯域光源に対して、前記所定の基準期間内に少なくとも１つのパルスを出射させ、パルス数を増減させることにより調光を行い、
    前記所定の単位発光時間は、前記パルス１つ当たりの発光時間である単一パルス発光時間であることを特徴とする請求項３に記載の照明装置。
  5. 前記同色光源制御部は、前記複数の同色狭帯域光源に対して、前記所定の基準期間内に少なくとも１つのパルスを出射させ、パルス幅を増減させることにより調光を行い、
    前記所定の単位発光時間は、前記パルス幅の増減に対する単位階調である最小パルス幅階調であることを特徴とする請求項３に記載の照明装置。
  6. 前記同色光源制御部は、前記基準期間内における前記複数の同色狭帯域光源のピーク光量を、前記グループ毎に増減させることによって前記複数の同色狭帯域光源の出射光の調光を行うことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
  7. 前記同色光源制御部は、前記所定の基準期間内において、異なるグループに含まれる前記複数の同色狭帯域光源の各々のピーク光量の差が所定の単位ピーク光量以内となるように、前記複数の同色狭帯域光源を制御することを特徴とする請求項６に記載の照明装置。
  8. 前記所定の単位ピーク光量は、ピーク光量の増減に対する単位階調である最小光量階調であることを特徴とする請求項７に記載の照明装置。
  9. 異なるグループに含まれる同色狭帯域光源の数の差は１以下であることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
  10. 同じグループに複数の同色狭帯域光源が含まれ、前記同色光源制御部は、前記所定の基準期間内において、前記同じグループに含まれる前記複数の同色狭帯域光源の出射光量が略等しくなるように、前記同じグループに含まれる前記複数の同色狭帯域光源を制御することを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
  11. 前記同色光源制御部は、前記複数の同色狭帯域光源に対して、前記所定の基準期間内に少なくとも１つのパルスを出射させ、前記複数の同色狭帯域光源の前記パルスのピーク光量は略等しいことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
  12. 同じグループに複数の同色狭帯域光源が含まれ、前記同色光源制御部は、同じグループに含まれる前記複数の同色狭帯域光源に対して、出射タイミングを同期させて制御することを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
  13. 前記光源制御部は、前記複数の同色狭帯域光源に対して駆動電流を供給することで制御を行い、前記同じグループに含まれる前記複数の同色狭帯域光源は直列に接続されていることを特徴とする請求項１２に記載の照明装置。
  14. 前記照明装置は、前記複数の同色狭帯域光源から出射された前記同色の狭帯域光を合波する光合波部をさらに有し、前記光合波部によって合波された光が照明光として出射されることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
  15. 前記同色の狭帯域光は、青色領域と緑色領域と赤色領域の３つの色領域に対して、互いに同じ色領域に含まれる狭帯域光であることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
  16. 請求項１〜１５のいずれか一項に記載の照明装置と、前記照明装置によって照明された観察対象の光学像を取得する撮像部を備える内視鏡。
  17. 前記所定の基準期間は、前記撮像部の撮像フレーム期間であることを特徴とする請求項１６に記載の内視鏡。
  18. 前記撮像部は、受光部の前面に少なくとも１種類以上のカラーフィルタを有し、
    前記同色の狭帯域光は、前記カラーフィルタの各々において所定の透過率以上の波長範囲に含まれる狭帯域光であることを特徴とする請求項１７に記載の内視鏡。
  19. 特定の波長領域の照明光を照明することによって特定物質を強調して観察する特殊光観察の照明に用いられる同色の狭帯域光は、特殊光観察に必要な波長領域に含まれる狭帯域光である、ことを特徴とする請求項１７に記載の内視鏡。
  20. 特定物質に励起光を照射して前記特定物質から発せられる蛍光を観察する蛍光観察の照明に用いられる同色の狭帯域光は、前記特定物質の励起波長帯に含まれる狭帯域光であることを特徴とする請求項１７に記載の内視鏡。
JP2018525853A 2016-07-05 2016-07-05 複数の狭帯域光源を備えた照明装置および同照明装置を備えた内視鏡 Active JP6682631B2 (ja)

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