JPWO2020115807A1 - 光源装置、及び光量調整方法 - Google Patents

光源装置、及び光量調整方法 Download PDF

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Abstract

光源装置は、互いに波長帯域が異なる複数の光をそれぞれ出射する複数の光源部と、外部へ光を出射する第１の光路上にそれぞれ設けられ、互いに光の透過特性が異なる複数のダイクロイックミラーであって、各々が複数の光源部のいずれかにより出射された光を反射または透過する複数のダイクロイックミラーと、第１の光路とは異なる光路であり、ダイクロイックミラーにより光が反射または透過された後に該光が伝播する光路である複数の第２の光路上にそれぞれ位置し、第２の光路を伝播する光の光量をそれぞれ検出する複数の光センサと、複数の光センサがそれぞれ検出した光量に基づいて、複数の光の光量比を制御する制御部と、を備える。

Description

本発明は、光源装置に関する。
互いに波長が異なる光を出射する複数の光源を備える光源装置において、光源からの漏れ光を光センサが直接検出することによって各光源の出力を制御する技術が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
国際公開第２０１５／０１６１７２号
しかしながら、上述した技術では、各光源の光路から外れた漏れ光を用いているため、検出する光量に揺らぎがあって照明光との一致性が低く、各光源の光量比を精度よく一定に保つことが難しかった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、複数の光源の光量比を精度よく一定に保つことができる光源装置を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る光源装置は、互いに波長帯域が異なる複数の光をそれぞれ出射する複数の光源部と、外部へ光を出射する第１の光路上にそれぞれ設けられ、互いに光の透過特性が異なる複数のダイクロイックミラーであって、各々が前記複数の光源部のいずれかにより出射された光を反射または透過する複数のダイクロイックミラーと、前記第１の光路とは異なる光路であり、前記ダイクロイックミラーにより光が反射または透過された後に該光が伝播する光路である複数の第２の光路上にそれぞれ位置し、前記第２の光路を伝播する光の光量をそれぞれ検出する複数の光センサと、前記複数の光センサがそれぞれ検出した光量に基づいて、前記複数の光の光量比を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。
本発明に係る光源装置は、上記発明において、前記複数の光センサの各々は、各光センサの分光感度特性、各光センサへ入射する光の波長に応じた最大光量、および前記光源部が出射する光の強度分布に基づいて定まる位置に設けられていることを特徴とする。
本発明に係る光源装置は、上記発明において、前記複数の光センサの各々は、各光センサの各波長に対する相対分光感度、各光センサへ入射する光の波長に応じた最大光量、および前記光源部が出射する光の相対強度分布の積が略同一になる位置に設けられていることを特徴とする。
本発明に係る光源装置は、互いに波長帯域が異なる複数の光をそれぞれ出射する複数の光源部と、外部へ光を出射する第１の光路上にそれぞれ設けられ、互いに光の透過特性が異なる複数のダイクロイックミラーであって、各々が前記複数の光源部のいずれかにより出射された光を反射または透過する複数のダイクロイックミラーと、前記第１の光路とは異なる光路であり、前記第１の光路における光の外部への出射位置に最も近い前記ダイクロイックミラーにより光が反射または透過された後に該光が伝播する光路である第２の光路上に位置し、前記第２の光路を伝播する光の光量をそれぞれ検出する複数の光センサと、を備え、各光センサは、各光センサの分光感度特性、各光センサへ入射する光の波長に応じた最大光量、および前記光源部が出射する光の強度分布に基づいて定まる位置に設けられており、前記複数の光のうち他の光センサとは異なる光の光量を検出することを特徴とする。
本発明に係る光源装置は、上記発明において、前記複数の光センサは、前記第２の光路上の前記第２の光路と直交する１つの平面内において、光路中心からの距離が互いに異なる位置に配置される少なくとも２つの前記光センサを含むことを特徴とする。
本発明に係る光源装置は、上記発明において、前記複数の光センサは、同じ波長の光源に対して照度の異なる領域の光量を検出し、複数のセンサの検出値の組み合わせにより、１つの光センサよりも広いダイナミックレンジで光量の検出を行うことを特徴とする。
本発明に係る光源装置は、上記発明において、前記光センサは、前記複数の光の少なくとも一部を含む反射光または透過光の光量を検出し、前記反射光または透過光の光量を前記光センサに対応付けられた１つの光の光量に補正する補正部をさらに備え、前記制御部は、前記補正部が補正した光量に基づいて前記複数の光の光量比を制御することを特徴とする。
本発明に係る光源装置は、上記発明において、前記補正部は、前記複数の光による各センサの検出値と、あらかじめ記憶された各波長の光に対する各センサの出力値と、の対応をもとに行列演算によってを１つの光の光量を算出することを特徴とする。
本発明に係る光源装置は、上記発明において、２以上の光が伝播する前記第２の光路上において前記光センサの上流に設けられ、前記２以上の光のいずれか１つのみを透過する光学フィルタをさらに備えることを特徴とする。
本発明に係る光源装置は、上記発明において、前記光源部は半導体レーザを含むことを特徴とする。
本発明によれば、複数の光源の光量比を精度よく一定に保つことができる。
図１は、実施の形態１に係る光源装置を備えた内視鏡システムの構成を示す図である。 図２は、赤色レーザ光を反射するダイクロイックミラーの透過特性を示す図である。 図３は、緑色レーザ光を反射するダイクロイックミラーの透過特性を示す図である。 図４は、赤色より短い波長帯域の光のみを透過する光学フィルタの透過特性を示す図である。 図５は、青色レーザ光を反射するダイクロイックミラーの透過特性を示す図である。 図６は、緑色より短い波長帯域の光のみを透過する光学フィルタの透過特性を示す図である。 図７は、バイオレットレーザ光を反射するダイクロイックミラーの透過特性を示す図である。 図８は、青色より短い波長帯域の光のみを透過する光学フィルタの透過特性を示す図である。 図９は、実施の形態１の変形例に係る光源装置の構成を示す図である。 図１０は、光の波長と光センサの分光感度との関係、および入射する各色レーザ光の波長と光センサへ入射する最大光量との関係を示す図である。 図１１は、実施の形態２に係る光源装置が備える光センサの配置位置を模式的に示す図である。 図１２は、実施の形態３に係る光源装置の構成を示す図である。 図１３Ａは、赤色の波長帯域より波長の長い光のみを透過する光フィルタの透過特性を示す図である。 図１３Ｂは、緑色付近の波長帯域の光のみを透過する光フィルタの透過特性を示す図である。 図１３Ｃは、青色付近の波長帯域の光のみを透過する光フィルタの透過特性を示す図である。 図１３Ｄは、バイオレットの波長帯域より短い波長帯域の光のみを透過する光フィルタの透過特性を示す図である。 図１４は、実施の形態３に係る光源装置が備える光センサの配置位置を模式的に示す図である。 図１５は、実施の形態４に係る光源装置の構成を示す図である。 図１６は、実施の形態４に係る光源装置が備える光センサの配置位置を模式的に示す図である。 図１７は、実施の形態５に係る光源装置の構成を示す図である。
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態（以下、「実施の形態」という）を説明する。
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る光源装置を備えた内視鏡システムの構成を示す図である。同図に示す内視鏡システム１は、被検体内に先端部を挿入されて被検体の体内画像を撮像する内視鏡２と、内視鏡システム１全体の動作を統括的に制御する処理装置３と、内視鏡２が撮像した画像などを表示する表示装置４と、内視鏡２の先端から出射する照明光を発生する光源装置５と、を備える。
内視鏡２は、被検体内に挿入する挿入部の先端部に設けられて被検体からの光を集光する光学系２１と、光学系２１が集光した光を光電変換して電気的な画像信号を生成する撮像素子２２と、光源装置５が発生した光を挿入部の先端部まで伝播するライトガイド２３と、ライトガイド２３の先端側に設けられ、ライトガイド２３を伝播してきた光を照明光として内視鏡２の外部に照射する照明レンズ２４とを有する。光学系２１は、１または複数のレンズを用いて構成される。撮像素子２２は、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサまたはＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサを用いて構成される。ライトガイド２３は、例えば細径の光ファイバを複数本束ねることによって構成される。
処理装置３は、画像処理部３１と、同期信号生成部３２と、入力部３３と、制御部３４と、記憶部３５と、を備える。画像処理部３１は、内視鏡２から受信した画像信号に所定の処理を施して表示用の画像データを生成し、表示装置４に出力する。同期信号生成部３２は、内視鏡２および光源装置５と動作の同期を取るための同期信号を生成する。入力部３３は、スイッチ、ボタン、タッチパネル、キーボード、マウス等のユーザインターフェースを用いて構成され、内視鏡システム１の動作を指示する動作指示信号等の各種信号の入力を受け付ける。
制御部３４は、処理装置３を含む内視鏡システム１の動作を統括して制御する。制御部３４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の汎用プロセッサや、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等の特定の機能を実行する専用集積回路等のハードウェアを単独でまたは組み合わせることによって構成される。
記憶部３５は、内視鏡システム１を動作させるための各種プログラム、および内視鏡システム１の動作に必要な各種パラメータ等を含むデータを記憶する。ＲＡＭ（Random Access Memory）等の揮発性メモリおよびＲＯＭ（Read Only Memory）等の不揮発性メモリを用いて構成される。なお、外部から装着可能なメモリカード等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体を用いて記憶部３５を構成してもよい。上述した各種プログラムは、ハードディスク、フラッシュメモリ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して広く流通させることも可能である。
表示装置４は、処理装置３の画像処理部３１から受信した画像データに対応する表示画像を表示する。表示装置４は、液晶または有機ＥＬ（Electro Luminescence）等のモニタを用いて構成される。
光源装置５は、互いに波長が異なるレーザ光を発生する４つの光源部５１ａ〜５１ｄを備える。光源部５１ａは赤色半導体レーザを有し、光源部５１ｂは緑色半導体レーザを有し、光源部５１ｃは青色半導体レーザを有し、光源部５１ｄはバイオレット半導体レーザを有する。半導体レーザは、レーザダイオード（ＬＤ）とも呼ばれる。
光源部５１ａが発生する赤色レーザ光の光路上には、ダイクロイックミラー５２ａが設けられている。ダイクロイックミラー５２ａの表面は、赤色レーザ光の入射光路に対して４５°傾斜しており、この表面において赤色レーザ光を反射して光路の向きを９０°変更する。以下、赤色レーザ光がダイクロイックミラー５２ａで反射した後の光路を第１の光路という。
図２は、ダイクロイックミラー５２ａの透過特性を示す図である。図２において、横軸は波長で縦軸は透過率であり、破線の棒Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｖは、それぞれ赤、緑、青、バイオレットの中心波長を示している。この点は、後述する図３〜図８についても同様である。
ダイクロイックミラー５２ａは、図２の直線１０１によって示すように、全ての波長帯域の光をほとんど透過しない。このため、ダイクロイックミラー５２ａは、光源部５１ａから入射する赤色レーザ光の大部分を反射し、ごく少量を透過する。以下、赤色レーザ光がダイクロイックミラー５２ａを透過した後の光路を第２の光路という。第２の光路上には、ＮＤ（Neutral Density）フィルタ５３ａ、光センサ５４ａが下流へ向けて順次設けられている。光センサ５４ａは、赤色レーザ光のみを受光する。
光源部５１ｂが発生する緑色レーザ光の光路上には、ダイクロイックミラー５２ｂが設けられている。ダイクロイックミラー５２ｂの表面は、緑色レーザ光の入射光路に対して４５°傾斜しており、入射する緑色レーザ光を反射して光路の向きを９０°変更する。ダイクロイックミラー５２ｂの表面はダイクロイックミラー５２ａの表面と平行であり、緑色レーザ光の反射光路は第１の光路と一致する。緑色レーザ光がダイクロイックミラー５２ｂを透過した後の光路（これも第２の光路という）上には、光学フィルタ５５ｂ、ＮＤフィルタ５３ｂ、光センサ５４ｂが第２の光路の下流へ向けて順次設けられている。
図３は、ダイクロイックミラー５２ｂの透過特性を示す図である。ダイクロイックミラー５２ｂは、図３の曲線１０２によって示すように、４色のレーザ光のうち赤色レーザ光の大部分を透過し、他の３色のレーザ光はほとんど透過しない。このため、ダイクロイックミラー５２ｂは、第１の光路を伝播してくる赤色レーザ光の大部分を透過する一方、光源部５１ｂから入射する緑色レーザ光の大部分を反射し、これらのレーザ光を合波して第１の光路を伝播させる。また、ダイクロイックミラー５２ｂは、ごく少量の赤色レーザ光を反射するとともに、ごく少量の緑色レーザ光を透過して第２の光路を伝播させる。
図４は、光学フィルタ５５ｂの透過特性を示す図である。光学フィルタ５５ｂは、図４の曲線２０１によって示すように、赤より短い波長帯域の光については大部分を透過する一方、その波長帯域よりも長波長側の波長帯域の光をほとんど透過しない。したがって、光学フィルタ５５ｂは、第２の光路を伝播するレーザ光のうち緑色レーザ光のみを透過する。その結果、光センサ５４ｂは緑色レーザ光のみを受光する。
光源部５１ｃが発生する青色レーザ光の光路上には、ダイクロイックミラー５２ｃが設けられている。ダイクロイックミラー５２ｃの表面は、青色レーザ光の入射光路に対して４５°傾斜しており、入射する青色レーザ光を反射して光路の向きを９０°変更する。ダイクロイックミラー５２ｃの表面はダイクロイックミラー５２ａの表面と平行であり、青色レーザ光の反射光路は第１の光路と一致する。青色レーザ光がダイクロイックミラー５２ｃを透過した後の光路（これも第２の光路という）上には、光学フィルタ５５ｃ、ＮＤフィルタ５３ｃ、光センサ５４ｃが第２の光路の下流へ向けて順次設けられている。
図５は、ダイクロイックミラー５２ｃの透過特性を示す図である。ダイクロイックミラー５２ｃは、図５の曲線１０３によって示すように、４色のレーザ光のうち赤色レーザ光および緑色レーザ光の大部分を透過し、青色レーザ光およびバイオレットレーザ光をほとんど透過しない。このため、ダイクロイックミラー５２ｃは、第１の光路を伝播してくる赤色レーザ光および緑色レーザ光の大部分を透過する一方、光源部５１ｃから入射する青色レーザ光の大部分を反射し、これらのレーザ光を合波して第１の光路を伝播させる。また、ダイクロイックミラー５２ｃは、ごく少量の赤色レーザ光および緑色レーザ光を反射するとともに、ごく少量の青色レーザ光を透過して第２の光路を伝播させる。
図６は、光学フィルタ５５ｃの透過特性を示す図である。光学フィルタ５５ｂは、図６の曲線２０２によって示すように、緑より短い波長帯域の光については大部分を透過し、その波長帯域よりも長波長側の波長帯域の光をほとんど透過しない。したがって、光学フィルタ５５ｃは、第２の光路を伝播するレーザ光のうち青色レーザ光のみを透過する。その結果、光センサ５４ｃは青色レーザ光のみを受光する。
光源部５１ｄが発生するバイオレットレーザ光の光路上には、ダイクロイックミラー５２ｄが設けられている。ダイクロイックミラー５２ｄの表面は、バイオレットレーザ光の入射光路に対して４５°傾斜しており、入射するバイオレットレーザ光を反射して光路の向きを９０°変更する。ダイクロイックミラー５２ｄの表面はダイクロイックミラー５２ａの表面と平行であり、バイオレットレーザ光の反射光路は第１の光路と一致する。バイオレットレーザ光がダイクロイックミラー５２ｄを透過した後の光路（これも第２の光路という）上には、光学フィルタ５５ｄ、ＮＤフィルタ５３ｄ、光センサ５４ｄが第２の光路の下流へ向けて順次設けられている。
図７は、ダイクロイックミラー５２ｄの透過特性を示す図である。ダイクロイックミラー５２ｄは、図７の曲線１０４によって示すように、４色のレーザ光のうちバイオレットレーザ光を除く３色のレーザ光を透過する。このため、ダイクロイックミラー５２ｄは、第１の光路を伝播してくる赤色レーザ光、緑色レーザ光および青色レーザ光の大部分を透過する一方、光源部５１ｄから入射するバイオレットレーザ光の大部分を反射し、これらのレーザ光を合波して第１の光路を伝播させる。また、ダイクロイックミラー５２ｄは、ごく少量の赤色レーザ光、緑色レーザ光および青色レーザ光を反射するとともに、ごく少量のバイオレットレーザ光を透過して第２の光路を伝播させる。
図８は、光学フィルタ５５ｄの透過特性を示す図である。光学フィルタ５５ｄは、図８の曲線２０３によって示すように、青より短い波長帯域の光については大部分を透過し、その波長帯域よりも長波長側の波長帯域の光をほとんど透過しない。したがって、光学フィルタ５５ｄは、第２の光路を伝播するレーザ光のうちバイオレットレーザ光のみを透過する。その結果、光センサ５４ｄはバイオレットレーザ光のみを受光する。
ＮＤフィルタ５３ａ〜５３ｄは、光センサ５４ａ〜５４ｄにそれぞれ入射する各色レーザ光の光量を光センサ５４ａ〜５４ｄの受光レンジに一致させる機能を有する。
光センサ５４ａ〜５４ｄは、例えばフォトダイオード等の受光素子を用いて構成される。光センサ５４ａ〜５４ｄの受光面は、第２の光路の光路中心と交わる位置に光路と直交して配置される。光センサ５４ａ〜５４ｄの分光感度特性は、互いに同等である。
光源装置５は、第１の光路に設けられ、第１の光路を伝播してくる４色のレーザ光を集光してライトガイド２３に供給するレンズ５６と、光源部５１ａ〜５１ｄを駆動するための回路を含む駆動部５７と、光源５１ａ〜５１ｄがそれぞれ出射する複数のレーザ光の光量比を一定とするように駆動部５７を駆動させる制御部５８とをさらに備える。制御部５８はＣＰＵまたはＦＰＧＡ等を用いて構成される。なお、光源装置５を処理装置３と一体で形成してもよい。
なお、図２〜図８に示す直線１０１、曲線１０２〜１０４、２０１〜２０３はあくまでも一例であり、その形状は図示したものに限られるわけではない。
以上の構成を有する光源装置５は、光源部５１ａ〜５１ｄがそれぞれ出射した光の大部分を、ダイクロイックミラー５２ａ〜５２ｄを介して内視鏡２のライトガイド２３へ供給する。また、光源部５１ａ〜５１ｄが出射した光のうちごく少量がダイクロイックミラー５２ａ〜５２ｄをそれぞれ透過して第２の光路を伝播し、光センサ５４ａ〜５４ｄへそれぞれ単色のレーザ光が入射する。
制御部５８は、光センサ５４ａ〜５４ｄが検出した各色のレーザ光の光量に基づいて、光源装置５が出射する照明光の各色成分が所定の光量比を保つように駆動部５７を駆動させることによって光源部５１ａ〜５１ｄの出力を制御する。
以上説明した実施の形態１によれば、光源装置５の外部へ照明光を出射する第１の光路とは異なる第２の光路上に各色のレーザ光を検出する光センサを設けたため、複数の光源の光量比を精度よく一定に保つことができる。
上記特許文献１の光量検出では、光源から直接の漏れ光を光路から外れた照明光として取得していたため、照明光の一部をあえて光路から外す構成とする必要があり、実際の出射光量の損失が大きくなっていた。これに対して実施の形態１では、光源部５１ａ〜５１ｄが出射した光のうち、対応するダイクロイックミラー５２ａ〜５２ｄをごく少量だけ透過する分を利用して光量を検出するため、余分な光量損失を発生させずに各レーザ光の光量をモニタすることができる。
（変形例）
図９は、実施の形態１の変形例に係る光源装置の構成を示す図である。同図に示す光源装置５Ａは、光源部５１ａを出射した赤色レーザ光の大部分を透過するダイクロイックミラー５２ｅが赤色レーザ光の入射光路（第１の光路）上に設けられている。ダイクロイックミラー５２ｅは、赤色レーザ光の大部分を透過し、ごく少量だけ反射する特性を有している。
ダイクロイックミラー５２ｅによって反射されて第２の光路を伝播する赤色レーザー光は、第２の光路上に設けられた光センサ５４ａに入射する。なお、本変形例では、ＮＤフィルタ５３ａは必須ではない。ここで説明した事項を除く光源装置５Ａの構成は、上述した光源装置５の構成と同様であり、得られる効果も実施の形態１と同様である。
（実施の形態２）
実施の形態２に係る光源装置は、光センサの配置位置を光センサの分光感度に基づいて設定する。この点を除く光源装置および内視鏡システムの構成は、実施の形態１と同様である。以下、光源装置５の構成要素と同じ構成要素には、光源装置５の構成要素と同じ符号を付して説明する。
図１０は、光の波長λと光センサの分光感度Ｓ（λ）との関係、および入射する各色レーザ光の波長λと光センサへ入射する最大光量Ｐ（λ）との関係を示す図である。図１０において、曲線３０１は分光感度Ｓ（λ）を示す曲線である。また、棒４０１、４０２、４０３、４０４の高さは、それぞれ赤色レーザ光、緑色レーザ光、青色レーザ光、バイオレットレーザ光の最大光量Ｐ（λ）を示す。
図１０に示す場合、分光感度Ｓ（λ）は、λが４００〜８００ｎｍ程度の波長帯域では波長の増加とともに単調増加して８００ｎｍ付近で最大値に達し、それより大きい波長帯域では波長の増加とともに単調減少する。また、図１０に示す場合、光センサへ入射する最大光量Ｐ（λ）は、大きい順に緑、赤、青、バイオレットである。なお、曲線３０１はあくまでも一例に過ぎず、光センサの分光特性がこれに限られるわけではない。
光源部５１ａ〜５１ｄを構成する半導体レーザが出射するレーザ光の強度分布は、レーザ光の中心からの距離の関数として、中心を最大値とするガウス分布によって表される。実施の形態２では、レーザ光の強度分布として、光センサの受光面内において、第２の光路の中心をゼロとするときの位置ｒにおける相対光強度Ｉ（ｒ）を適用する。
図１１は、光センサ５４ａ〜５４ｄの配置位置を模式的に示す図である。図１１において、曲線５０１は、位置ｒに応じた相対光強度Ｉ（ｒ）を示す曲線である。図１１に示す光センサ５４ａ〜５４ｄの配置位置は、第２の光路と直交する平面で見たときの配置位置である。４つの円の直径は、レーザ光のビーム径に相当している。ビーム径は、相対光強度Ｉ（λ）の最大値を１とするときの相対光強度が１／ｅ2である２つの位置同士の距離である。光センサ５４ａ〜５４ｄは、入射する最大光量Ｐ（λ）、位置ｒにおける相対光強度Ｉ（ｒ）および分光感度Ｓ（λ）の積Ｐ（λ）×Ｉ（ｒ）×Ｓ（λ）が互いに一定となる位置にそれぞれ配置される。
光センサ５４ａ〜５４ｄにおいて、積Ｐ（λ）×Ｉ（ｒ）×Ｓ（λ）が一定である位置までの光路中心からの距離｜ｒ｜をそれぞれｒａ、ｒｂ、ｒｃ、ｒｄとおくと、これらの距離は、図１１に示すように、ｒａ＞ｒｂ＞ｒｃ＞ｒｄ＝０の関係にある。このように光源部５１ａ〜５１ｄを配置することにより、光源部５１ａ〜５１ｄの出力を最大としたときに、光センサ５４ａ〜５４ｄに対して互いに同等の照度のレーザ光を照射することができる。
以上説明した実施の形態２によれば、実施の形態１と同様に、複数の光源の光量比を精度よく一定に保つことができる。
また、実施の形態２によれば、各光センサの光路における配置位置をそれぞれ調整することにより、各光センサへの入射光量を最適化することができる。
また、実施の形態２によれば、ＮＤフィルタを用いることなく、光センサのダイナミックレンジを上げることができる。ＮＤフィルタを用いて光センサのダイナミックレンジを上げる場合には、分光感度特性や光量比を考慮して各ＮＤフィルタの光学濃度をそれぞれ調整して最適化する必要があった。これに対して、実施の形態２によれば、ＮＤフィルタが不要であるため、部品点数を減らすことができる上、ＮＤフィルタを個別に最適化する必要がない。その結果、製品組立時に類似部品の組間違いを防止し、組立手順も簡易化されるため、製造に要するコストを抑制することができ、経済的な光源装置を提供することができる。
（実施の形態３）
図１２は、実施の形態３に係る光源装置の構成を示す図である。同図に示す光源装置６は、４つの光源部５１ａ〜５１ｄ、３つのダイクロイックミラー５２ａ〜５２ｄ、ＮＤフィルタ５３ｅ、駆動部５７、制御部５８、および光センサユニット６１を備える。以下、光源装置５の構成要素と同じ構成要素には、光源装置５の構成要素と同じ符号を付して説明する。
光センサユニット６１は、赤色レーザ光、緑色レーザ光、青色レーザ光、およびバイオレットレーザ光をそれぞれ検出する４つの光センサ６１ａ〜６１ｄを有する。光センサ６１ａ〜６１ｄの各々は、透過する波長帯域が他と異なる光学フィルタと、フォトダイオード等の光学素子とを組み合わせて構成される。図１３Ａ〜図１３Ｄは、光センサ６１ａ〜６１ｄがそれぞれ有する光学フィルタの透過特性を示す図である。図１３Ａ〜図１３Ｄにおいて、横軸は波長で縦軸は透過率であり、破線の棒Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｖは、それぞれ赤、緑、青、バイオレットの中心波長を示している。
光センサ６１ａが有する光学フィルタは、図１３Ａの曲線６０１によって示すように、赤を含むとともに赤より長波長側の波長帯域の光については大部分を透過し、緑、青、バイオレットの光をほとんど透過しない。これにより、光センサ６１ａは、ダイクロイックミラー５２ｄで反射された４色のレーザ光のうち赤色レーザ光の光量のみを検出する。
光センサ６１ｂが有する光学フィルタは、図１３Ｂの曲線６０２によって示すように、緑の近傍の波長帯域の光については大部分を透過し、赤、青、バイオレットの光はほとんど透過しない。これにより、光センサ６１ｂは、ダイクロイックミラー５２ｄで反射された４色のレーザ光のうち緑色レーザ光の光量のみを検出する。
光センサ６１ｃが有する光学フィルタは、図１３Ｃの曲線６０３によって示すように、青の近傍の波長帯域の光については大部分を透過し、赤、緑、バイオレットの光はほとんど透過しない。これにより、光センサ６１ｃは、ダイクロイックミラー５２ｄで反射された４色のレーザ光のうち青色レーザ光の光量のみを検出する。
光センサ６１ｄが有する光学フィルタは、図１３Ｄの曲線６０４によって示すように、バイオレットを含むとともにバイオレットより短波長側の波長帯域の光については大部分を透過し、赤、緑、青の光はほとんど透過しない。これにより、光センサ６１ｄは、ダイクロイックミラー５２ｄで反射された４色のレーザ光のうちバイオレットレーザ光の光量のみを検出する。
なお、曲線６０１〜６０４はあくまでも一例であり、その形状は図示したものに限られるわけではない。
実施の形態３において、光センサ６１ａ〜６１ｄは、実施の形態２と同様に、レーザ光の強度分布として、光センサの受光面内において、第２の光路の中心をゼロとするときの位置ｒにおける相対光強度Ｉ（ｒ）を適用し、光センサ６１ａ〜６１ｄは、入射する最大光量Ｐ（λ）、位置ｒにおける相対光強度Ｉ（ｒ）および分光感度Ｓ（λ）の積Ｐ（λ）×Ｉ（ｒ）×Ｓ（λ）が互いに一定となる位置にそれぞれ配置される。
図１４は、光センサ６１ａ〜６１ｄの配置位置を模式的に示す図である。具体的には、図１４は、光の波長λと光センサの分光感度Ｓ（λ）との関係が、図１０に示す曲線３０１によって表されるとともに、入射する各色レーザ光の波長λと光センサへ入射する最大光量Ｐ（λ）との関係が、図１０に示す棒４０１〜４０３によって表される場合の光センサ６１ａ〜６１ｄの配置位置を模式的に示している。図１４に示す曲線５０１は、図１１と同じ曲線である。また、図１４に示す光センサ６１ａ〜６１ｄの配置位置は、第２の光路と直交する平面で見たときの配置位置であり、円の直径はレーザ光のビーム径に相当している。図１４に示す場合にも、図１１に示す場合と同様に、光路中心からの距離｜ｒ｜は、ｒａ＞ｒｂ＞ｒｃ＞ｒｄ＝０の関係を満たす。なお、図１４に示す光センサ６１ａ〜６１ｄの配置位置はあくまでも一例に過ぎず、Ｐ（λ）×Ｉ（λ）×Ｓ（λ）が一定であるという関係を満たしていれば適宜変更可能である。
以上説明した実施の形態３によれば、実施の形態１と同様に、複数の光源の光量比を精度よく一定に保つことができる。
また、実施の形態３によれば、同一の第２の光路上に４つの光センサ６１ａ〜６１ｄを最適化して配置しているため、光源部５１ａ〜５１ｄの出力を最大としたときに光センサ５４ａ〜５４ｄに対して互いに同等の照度のレーザ光を照射することができる。
また、実施の形態３によれば、照明光の外部への出射位置に対して最も近いダイクロイックミラー５２ｄに対応する第２の光路上で各色レーザ光を検出することにより、ダイクロイックミラーの特性バラつきや変動などの影響を低減し、内視鏡２に供給する光との一致性をさらに向上させることができる。
（実施の形態４）
図１５は、実施の形態４に係る光源装置の構成を示す図である。同図に示す光源装置７は、実施の形態１で説明した光源装置５と光センサの構成が異なる。これ以外の光源装置７の構成は、光源装置５の構成と同様である。以下、光源装置５が有する構成要素と同じ構成要素には、実施の形態１と同じ符号を付して説明する。
光源装置７は、４つの光センサユニット７１ａ〜７１ｄを有する。光センサユニット７１ａは、高照度領域である光路中心に位置する光センサ７１１ａと、光路中心からビーム径の１／２近くまで離れた低照度領域に位置する光センサ７１２ａとを有する。
図１６は、光センサユニット７１ａにおける光センサ７１１ａ、７１２ａの配置位置を模式的に示す図である。図１６に示す曲線５０１は、図１１と同じ曲線である。また、図１６に示す光センサ７１１ａ、７１２ａの配置位置は、第２の光路と直交する平面平面で見たときの配置位置であり、円の直径はビーム径に相当している。
なお、光センサユニット７１ｂが有する光センサ７１１ｂ、７１２ｂの配置位置、光センサユニット７１ｃが有する光センサ７１１ｃ、７１２ｃの配置位置、光センサユニット７１ｄが有する光センサ７１１ｄ、７１２ｄの配置位置も同様である。
以上説明した実施の形態４によれば、実施の形態１と同様に、複数の光源の光量比を精度よく一定に保つことができる。
また、実施の形態４によれば、１つの色に対して互いに照度が異なる領域で各色のレーザ光を検出するため、１つの光センサがレーザ光を検出する場合と比較して、より広いダイナミックレンジの光を検出することができる。したがって、高い分解能で調光を行うことができ、内視鏡用の光源として好適である。
また、実施の形態４によれば、一組の光センサと共通のＮＤフィルタを用いるだけで照度レンジを拡大することができ、ＮＤフィルタの減光率の調整等が不要であるため、製造に要するコストを抑制することができ、経済的な光源装置を提供することができる。
なお、実施の形態４において、各光センサユニットが有する光センサの数は３以上であってもよい。
（実施の形態５）
図１７は、実施の形態５に係る光源装置の構成を示す図である。同図に示す光源装置８は、実施の形態１で説明した光源装置５と比較して、ＮＤフィルタ５３ａ〜５３ｄ、および光学フィルタ５５ｂ〜５５ｄを有しない一方、補正部８１を有する。以下、説明の便宜上、光源部５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄを、それぞれ光源部５１−１、５１−２、５１−３、５１−４という。また、光センサ５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄをそれぞれ光センサ５４−１、５４−２、５４−３、５４−４という。これら以外の光源装置８の構成要素には、光源装置５の構成要素と同じ符号を付して説明する。
補正部８１は、光センサ５４−１〜５４−４が検出した光量を補正する。補正部８１は、補正の演算を行うために必要な各種プログラムや各種データを記憶している。補正部８１は、ＣＰＵまたはＦＰＧＡ等のハードウェア、およびＲＡＭ、ＲＯＭ等のメモリを用いて構成される。
以下、補正部８１が行う補正の演算について説明する。
光センサ５４−ｉ（ｉ＝１〜４）の検出値をｓiとする。検出値ｓiは光学フィルタを経ていないため、一般に互いに波長帯域が異なる複数の光が混色した状態の検出値である。このうち、検出値ｓ1は赤のみの検出値であり、検出値ｓ2は赤および緑が混色した検出値であり、検出値ｓ3は赤、緑および青が混色した検出値であり、検出値ｓ4は赤、緑、青およびバイオレットが混色した検出値である。
補正部８１は、検出値ｓiを補正することによって単色での検出値ｓ’iを算出する。具体的には、検出値ｓ’1は赤色レーザ光の光量、検出値ｓ’2は緑色レーザ光の光量、検出値ｓ’3は青色レーザ光の光量、検出値ｓ’4はバイオレットレーザ光の光量である。
補正部８１は、検出値ｓ’iを算出するために、あらかじめ光源部５１−ｉが発生するレーザ光の光センサ５４−ｊへの寄与ａijを記憶している。寄与ａijは、光源部５１−ｉのみを起動したときの光センサ５４−ｊの検出値である。例えば、寄与ａ11は、光源部５１−１のみを起動したときの光センサ５４−１の検出値であり、ａ11＝１である。同様に、ａ22＝ａ33＝ａ54＝１である。また、光源装置８の構成からも明らかなように、ａij＝０（ｉ＜ｊ）である。寄与ａijは、以下に示す下三角行列Ａの成分として表される。
Figure 2020115807
 式（１）からも明らかなように、行列Ａの行列式は１であり、逆行列Ａ-1を有する。逆行列Ａ-1は、
Figure 2020115807
 と表される。
ここで、単色の検出値ｓiを成分とする列ベクトルｓ＝（ｓ1，ｓ2，ｓ3，ｓ4）Tと、混色の検出値ｓ’iを成分とする列ベクトルｓ’＝（ｓ’1，ｓ’2，ｓ’3，ｓ’4）Tを定義する。（・・・）Tは転置行列を意味する。このとき、列ベクトルｓと列ベクトルｓ’は、ｓ＝Ａｓ’、またはｓ’＝Ａ-1ｓの関係にある。
補正部８１は、光センサ５４−ｉの検出値を成分とする列ベクトルｓと、あらかじめ成分aijを記憶している行列Ａとを用いて、列ベクトルｓ’＝Ａ-1ｓを算出することにより、光源５１−ｉが発生したレーザ光のうち光センサ５４−ｉが受光する光量を補正する。
以上説明した実施の形態５によれば、実施の形態１と同様に、複数の光源の光量比を精度よく一定に保つことができる。
また、実施の形態５によれば、光学フィルタやＮＤフィルタが不要であるため、部品点数を減らして製造に要するコストを抑制し、経済的な光源装置を提供することができる。
なお、ここでは光源装置８が光源部および光センサを４つずつ備える場合を説明したが、より一般に光源装置が同数の光源部および光センサを備える場合にも、補正部８１が同様の演算を行うことによって単色の光量を算出することができる。例えば、光源部および光センサの数がＮ（Ｎは正の整数）である場合、列ベクトルｓ、ｓ’はそれぞれＮ成分を有し、寄与ａijを成分とする行列ＡはＮ行Ｎ列の行列となるが、補正部８１が行う演算はｓ’＝Ａ-1ｓに他ならない。
また、光源装置内での光の合成の仕方に応じて補正を組み合わせてもよい。例えば、５個の光源部を有する光源装置において、５つの光源部を３個のグループと２個のグループに分けて、各グループで上記同様の補正演算を行い、それらを用いて光を合成してもよい。
（その他の実施の形態）
ここまで、本発明を実施するための形態を説明してきたが、本発明は上述した実施の形態１〜５によってのみ限定されるべきものではない。例えば、半導体レーザの代わりにＬＥＤ（Light Emitting Diode）を用いることによって光源部を構成してもよい。
また、複数の光源部の色の組み合わせおよび第１の光路における配置順序は、上述した実施の形態に限らない。複数のダイクロイックミラーや複数の光学フィルタの透過特性も、複数の光源部の色の組み合わせおよび第１の光路における配置順序に応じて適宜調整すればよい。
また、超音波内視鏡または工業用内視鏡の光源装置として適用してもよいし、内視鏡以外の用途の光源装置として適用してもよい。
１ 内視鏡システム
２ 内視鏡
３ 処理装置
４ 表示装置
５、５Ａ、６、７、８ 光源装置
２１ 光学系
２２ 撮像素子
２３ ライトガイド
２４ 照明レンズ
３１ 画像処理部
３２ 同期信号生成部
３３ 入力部
３４、５８ 制御部
３５ 記憶部
５１ａ〜５１ｄ、５１−１〜５１−４ 光源部
５２ａ〜５２ｅ ダイクロイックミラー
５３ａ〜５３ｅ ＮＤフィルタ
５４ａ〜５４ｄ、５４−１〜５４−４、６１ａ〜６１ｄ、７１１ａ〜７１１ｄ、７１２ａ〜７１２ｄ 光センサ
５５ｂ〜５５ｄ 光学フィルタ
５６ レンズ
５７ 駆動部
６１、７１ａ〜７１ｄ 光センサユニット
８１ 補正部

Claims (10)

  1. 互いに波長帯域が異なる複数の光をそれぞれ出射する複数の光源部と、
    外部へ光を出射する第１の光路上にそれぞれ設けられ、互いに光の透過特性が異なる複数のダイクロイックミラーであって、各々が前記複数の光源部のいずれかにより出射された光を反射または透過する複数のダイクロイックミラーと、
    前記第１の光路とは異なる光路であり、前記ダイクロイックミラーにより光が反射または透過された後に該光が伝播する光路である複数の第２の光路上にそれぞれ位置し、前記第２の光路を伝播する光の光量をそれぞれ検出する複数の光センサと、
    前記複数の光センサがそれぞれ検出した光量に基づいて、前記複数の光の光量比を制御する制御部と、
    を備えることを特徴とする光源装置。
  2. 前記複数の光センサの各々は、各光センサの分光感度特性、各光センサへ入射する光の波長に応じた最大光量、および前記光源部が出射する光の強度分布に基づいて定まる位置に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
  3. 前記複数の光センサの各々は、各光センサの各波長に対する相対分光感度、各光センサへ入射する光の波長に応じた最大光量、および前記光源部が出射する光の相対強度分布の積が略同一になる位置に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の光源装置。
  4. 互いに波長帯域が異なる複数の光をそれぞれ出射する複数の光源部と、
    外部へ光を出射する第１の光路上にそれぞれ設けられ、互いに光の透過特性が異なる複数のダイクロイックミラーであって、各々が前記複数の光源部のいずれかにより出射された光を反射または透過する複数のダイクロイックミラーと、
    前記第１の光路とは異なる光路であり、前記第１の光路における光の外部への出射位置に最も近い前記ダイクロイックミラーにより光が反射または透過された後に該光が伝播する光路である第２の光路上に位置し、前記第２の光路を伝播する光の光量をそれぞれ検出する複数の光センサと、を備え、
    各光センサは、各光センサの分光感度特性、各光センサへ入射する光の波長に応じた最大光量、および前記光源部が出射する光の強度分布に基づいて定まる位置に設けられており、前記複数の光のうち他の光センサとは異なる光の光量を検出することを特徴とする光源装置。
  5. 前記複数の光センサは、前記第２の光路上の前記第２の光路と直交する１つの平面内において、光路中心からの距離が互いに異なる位置に配置される少なくとも２つの前記光センサを含むことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
  6. 前記複数の光センサは、同じ波長の光源に対して照度の異なる領域の光量を検出し、複数のセンサの検出値の組み合わせにより、１つの光センサよりも広いダイナミックレンジで光量の検出を行うことを特徴とする請求項４に記載の光源装置。
  7. 前記光センサは、前記複数の光の少なくとも一部を含む反射光または透過光の光量を検出し、
    前記反射光または透過光の光量を前記光センサに対応付けられた１つの光の光量に補正する補正部をさらに備え、
    前記制御部は、前記補正部が補正した光量に基づいて前記複数の光の光量比を制御することを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
  8. 前記補正部は、前記複数の光による各センサの検出値と、あらかじめ記憶された各波長の光に対する各センサの出力値と、の対応をもとに行列演算によってを１つの光の光量を算出することを特徴とする請求項７に記載の光源装置。
  9. ２以上の光が伝播する前記第２の光路上において前記光センサの上流に設けられ、前記２以上の光のいずれか１つのみを透過する光学フィルタをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
  10. 前記光源部は半導体レーザを含むことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
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