WO2017086089A1 - 光源装置 - Google Patents
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Abstract
光源と、光源より射出される照射光の光路を第一の光路と第二の光路との間で切り替える切替手段と、第一の光路に固定配置されており、該第一の光路を伝播する照射光を特定の波長域の光にフィルタリングする光学フィルタとを備える光源装置を提供する。
Description
本発明は、被写体に光を照射する光源装置に関する。
特殊な画像を撮影することが可能な内視鏡システムが知られている。例えば国際公開第2012/108420号パンフレット(以下「特許文献1」と記す。)に、この種の内視鏡システムの具体的構成が記載されている。
特許文献1に記載の内視鏡システムは、回転フィルタが搭載された光源装置を備えている。回転フィルタは、特定の波長域の光のみを通過させる光学フィルタであり、単純な円板形状ではなく、外周側の一部の領域が切り欠けられた特殊な形状を有している。コントローラは、回転フィルタを一定の回転周期で回転駆動させて、光学フィルタ部分と切欠き部分を照射光の光路に順次挿入し、光学フィルタ部分を通過した照射光による生体組織の撮像と、切り欠き部分を通過した(すなわち、フィルタリングされていない)照射光による生体組織の撮像を順次行う。コントローラは、光学フィルタ部分を通過した照射光により照射された生体組織の撮像データに基づいて1つの観察画像を生成すると共に、フィルタリングされていない照射光により照射された生体組織の撮像データに基づいてもう1つの観察画像を生成し、生成された2種類の観察画像をモニタの表示画面内に並べて表示させる。
特許文献1に記載の回転フィルタの中心部には、回転フィルタの回転位置を検知するためのシルクがプリントされている。しかし、シルクは非常に小さいため、シルクが極僅かな誤差を持つだけで、回転フィルタの回転位置を精確に検知することができなくなるという問題が指摘される。
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、波長域の異なる2つの照射光を被写体に照射するのに好適な光源装置を提供することである。
本発明の一実施形態に係る光源装置は、光源と、光源より射出される照射光の光路を第一の光路と第二の光路との間で切り替える切替手段と、第一の光路に固定配置されており、該第一の光路を伝播する照射光を特定の波長域の光にフィルタリングする光学フィルタとを備える。
また、本発明の一実施形態において、切替手段は、照射光の光路を所定の撮像周期と同期したタイミングで第一の光路と第二の光路に交互に切り替える構成としてもよい。
また、本発明の一実施形態において、切替手段は、照射光の光路に挿抜可能な光路変更手段を有する構成としてもよい。この構成において、光路変更手段が照射光の光路に挿入されると、該照射光が第二の光路に入射され、光路変更手段が照射光の光路から抜去されると、該照射光が第一の光路に入射される。
また、本発明の一実施形態において、光路変更手段は、例えば、照射光の光路を折り曲げる反射部材である。
また、本発明の一実施形態において、切替手段は、光路変更手段を照射光の光路と直交する方向にシフトさせることにより、該光路変更手段を該照射光の光路に挿入又は抜去する構成としてもよい。
また、本発明の一実施形態において、切替手段は、所定の軸に支えられた光路変更手段を該軸を中心に回転させることにより、該光路変更手段を該照射光の光路に挿入又は抜去する構成としてもよい。
また、本発明の一実施形態に係る光源装置は、光源を複数備えた構成としてもよい。複数の光源は、例えば、第一の照射光を射出する第一の光源、及び第二の照射光を射出する第二の光源を含む。この場合、切替手段により第一の光路と第二の光路とが切り替えられると、これに伴い、第二の光源のオン/オフも切り替えられる。
本発明の一実施形態によれば、波長域の異なる2つの照射光を被写体に照射するのに好適な光源装置が提供される。
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下においては、本発明の一実施形態として電子内視鏡システムを例に取り説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る電子内視鏡システム1の構成を示すブロック図である。図1に示されるように、電子内視鏡システム1は、医療用に特化されたシステムであり、電子スコープ100、プロセッサ200及びモニタ300を備えている。
プロセッサ200は、システムコントローラ202及びタイミングコントローラ204を備えている。システムコントローラ202は、メモリ222に記憶された各種プログラムを実行し、電子内視鏡システム1全体を統合的に制御する。また、システムコントローラ202は、操作パネル224に接続されている。システムコントローラ202は、操作パネル224より入力される術者からの指示に応じて、電子内視鏡システム1の各動作及び各動作のためのパラメータを変更する。術者による入力指示には、例えば電子内視鏡システム1の観察モードの切替指示がある。観察モードには、通常観察モード、特殊観察モード、ツイン観察モード等がある。タイミングコントローラ204は、各部の動作のタイミングを調整するクロックパルスを電子内視鏡システム1内の各回路に出力する。
プロセッサ200は、光源の一例として複数のLED(Light Emitting Diode)を備えている。具体的には、プロセッサ200は、白色LED206を備えている。図2(a)に、白色LED206の分光強度分布を例示する。図2(a)に示されるように、白色LED206は、不均一な発光スペクトルを有する所謂擬似的な白色光源である。白色LED206より放射された白色光は、コリメータレンズ208、ダイクロイックミラー210を順に通過して、可動ユニット212に入射される。
また、プロセッサ200は、紫外LED216を備えている。図2(b)に、紫外LED216の分光強度分布を例示する。図2(b)に示されるように、紫外LED216は、紫外領域のみを発光する光源である。紫外LED216より放射された紫外光は、コリメータレンズ218を通過してダイクロイックミラー210にて反射されて、可動ユニット212に入射される。
可動ユニット212は、光源より射出される光の光路を切り替える切替手段として動作するものであり、図1に示されるように、可動台212a、リニアシャフト212b、リニアブッシュ212c、第一ミラー212d、第二ミラー212e、第三ミラー212f、第四ミラー212g及びアクチュエータ212hを備えている。可動ユニット212内の各ミラーは、光源より射出される光の光路に挿抜可能な光路変更手段として機能する。
図3に、可動ユニット212の斜視図を示す。なお、図3においては、便宜上、可動ユニット212の各構成要素を支持する支持部材の図示を適宜省略し、また、アクチュエータ212hの図示を省略する。
図3に示されるように、可動台212aの上面にはリニアブッシュ212cが取り付けられている。可動台212aは、プロセッサ200の筐体に固定されたリニアシャフト212bがリニアブッシュ212cを直線状に案内することにより、筐体内において上下方向に(リニアシャフト212bの長手方向に)シフトする。なお、リニアシャフト212bの長手方向は、ダイクロイックミラー210を通過した白色光(又はダイクロイックミラー212にて反射された紫外光)の光路と直交する。
第一ミラー212d及び第四ミラー212gは、可動台212aに取り付けられており、プロセッサ200の筐体内において可動台212aと一体となって上下方向にシフトする。これに対し、第二ミラー212e及び第三ミラー212fは、筐体に取り付けられており、筐体内において位置が固定されている。また、光学フィルタの一例である狭帯域光フィルタ220も筐体に取り付けられており、筐体内において位置が固定されている。狭帯域光フィルタ220は、例えば単純な円板形状を持つ。
可動台212aがアクチュエータ212hにより上方向にシフトされると、第一ミラー212dが白色光(又は紫外光)の光路に挿入される(図1中、実線で示される第一ミラー212d及び図3(a)参照)。以下、説明の便宜上、第一ミラー212dが光路に挿入された状態を「光路挿入状態」と記す。
光路挿入状態では、第一ミラー212dに入射された白色光(又は紫外光)は、第一ミラー212dと第四ミラー212gとの間に位置する狭帯域光フィルタ220を迂回するように、第一ミラー212dにて反射され、可動台212aに形成された孔212aaを通過して、第二ミラー212e、第三ミラー212fにて順に反射され、可動台212aに形成された孔212abを通過して、第四ミラー212gにて反射されて、可動ユニット212の後段に配置された集光レンズ214に入射される。
一方、可動台212aがアクチュエータ212hにより下方向にシフトされると、第一ミラー212d及び第四ミラー212gが白色光(又は紫外光)の光路から抜去される(図1中、破線で示される第一ミラー212d及び図3(b)参照)。以下、説明の便宜上、第一ミラー212dが光路から抜去された状態を「光路抜去状態」と記す。
光路抜去状態では、白色LED206より放射された白色光(又は紫外LED216より放射された紫外光)は、狭帯域光フィルタ220を通過して、集光レンズ214に入射される。
このように、光路挿入状態では、フィルタリングされていない光(実質的にLED放射時の分光強度分布を持つ光)が集光レンズ214に入射され、光路抜去状態では、狭帯域光フィルタ220によりフィルタリングされた光が集光レンズ214に入射される。以下、説明の便宜上、図3(a)に示される、狭帯域光フィルタ220を迂回する光路を「迂回光路」と記し、図3(b)に示される、狭帯域光フィルタ220を通過する光路を「フィルタリング光路」と記す。すなわち、可動ユニット212は、白色LED206より放射された白色光(又は紫外LED216より放射された紫外光)の光路を迂回光路とフィルタリング光路との間で切り替える。
図4(a)に、狭帯域光フィルタ220の分光特性を例示する。また、図4(b)に、狭帯域光フィルタ220について図4(a)とは別の分光特性例を示す。図4(a)や図4(b)に示されるように、狭帯域光フィルタ220は、特定の波長域の光のみを通過させる分光特性を持つ。
集光レンズ214に入射された光は、集光レンズ214によりLCB(Light Carrying Bundle)102の入射端面に集光されてLCB102内に入射される。
LCB102内に入射された光は、LCB102内を伝播する。LCB102内を伝播した光は、電子スコープ100の先端に配置されたLCB102の射出端面より射出され、配光レンズ104を介して被写体に照射される。配光レンズ104からの光より照射された被写体からの戻り光は、対物レンズ106を介して固体撮像素子108の受光面上で光学像を結ぶ。
固体撮像素子108は、ベイヤ型画素配置を有する単板式カラーCCD(Charge Coupled Device)イメージセンサである。固体撮像素子108は、受光面上の各画素で結像した光学像を光量に応じた電荷として蓄積して、R(Red)、G(Green)、B(Blue)の画像信号を生成して出力する。なお、固体撮像素子108は、CCDイメージセンサに限らず、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサやその他の種類の撮像装置に置き換えられてもよい。固体撮像素子108はまた、補色系フィルタを搭載したものであってもよい。
電子スコープ100の接続部内には、ドライバ信号処理回路110が備えられている。ドライバ信号処理回路110には、配光レンズ104からの光により照射された被写体の画像信号がフレーム周期で固体撮像素子108より入力される。なお、以降の説明において「フレーム」は「フィールド」に置き替えてもよい。本実施形態において、フレーム周期、フィールド周期はそれぞれ、1/30秒、1/60秒である。ドライバ信号処理回路110は、固体撮像素子108より入力される画像信号に対して所定の処理を施してプロセッサ200の前段信号処理回路226に出力する。
ドライバ信号処理回路110はまた、メモリ112にアクセスして電子スコープ100の固有情報を読み出す。メモリ112に記録される電子スコープ100の固有情報には、例えば、固体撮像素子108の画素数や感度、動作可能なフレームレート、型番等が含まれる。ドライバ信号処理回路110は、メモリ112より読み出された固有情報をシステムコントローラ202に出力する。
システムコントローラ202は、電子スコープ100の固有情報に基づいて各種演算を行い、制御信号を生成する。システムコントローラ202は、生成された制御信号を用いて、プロセッサ200に接続されている電子スコープに適した処理がなされるようにプロセッサ200内の各種回路の動作やタイミングを制御する。
タイミングコントローラ204は、システムコントローラ202によるタイミング制御に従って、ドライバ信号処理回路110にクロックパルスを供給する。ドライバ信号処理回路110は、タイミングコントローラ204から供給されるクロックパルスに従って、固体撮像素子108をプロセッサ200側で処理される映像のフレームレートに同期したタイミングで駆動制御する。
前段信号処理回路226は、ドライバ信号処理回路110より1フレーム周期で入力される画像信号に対してデモザイク処理、マトリックス演算、Y/C分離等の所定の信号処理を施して、画像メモリ228に出力する。
画像メモリ228は、前段信号処理回路226より入力される画像信号をバッファし、タイミングコントローラ204によるタイミング制御に従い、後段信号処理回路230に出力する。
後段信号処理回路230は、画像メモリ228より入力される画像信号を処理してモニタ表示用の画面データを生成し、生成されたモニタ表示用の画面データを所定のビデオフォーマット信号に変換する。変換されたビデオフォーマット信号は、モニタ300に出力される。これにより、被写体の画像がモニタ300の表示画面に表示される。
図5は、各観察モード時における電子内視鏡システム1の動作の説明を補助する図である。具体的には、図5には、各観察モード時における、各LEDのオン/オフ状態、可動ユニット212の動作状態、狭帯域光フィルタ220によるフィルタリングの有無、各構成要素(各LED、可動ユニット212及び狭帯域光フィルタ220)の模式図が示される。
[通常観察モード]
通常観察モード時における電子内視鏡システム1の動作を説明する。
通常観察モード時における電子内視鏡システム1の動作を説明する。
図5に示されるように、通常観察モード中、白色LED206は常時オンされて、紫外LED216は常時オフされる。また、可動ユニット212は、光路挿入状態にセットされる(図3(a)参照)。この場合、白色LED206より放射された白色光は、迂回光路を経由して集光レンズ214に入射され、被写体に照射される。すなわち、被写体には、図2(a)に例示される分光強度分布を持つ白色光が照射される。
固体撮像素子108は、白色光により照射された被写体を撮像し、その画像信号をドライバ信号処理回路110を介して前段信号処理回路226に出力する。画像信号が前段信号処理回路226、画像メモリ228及び後段信号処理回路230にて処理されてモニタ300に出力されることにより、被写体の通常のカラー画像がモニタ300の表示画面に表示される。
[特殊観察モード]
特殊観察モード時における電子内視鏡システム1の動作を説明する。
特殊観察モード時における電子内視鏡システム1の動作を説明する。
図5に示されるように、特殊観察モード中、白色LED206及び紫外LED216は常時オンされる。また、可動ユニット212は、光路抜去状態にセットされる(図3(b)参照)。この場合、白色LED206より放射された白色光及び紫外LED216より放射された紫外光は、フィルタリング光路を経由して集光レンズ214に入射され、被写体に照射される。すなわち、被写体には、白色光と紫外光を足し合わせた光(図2(c)に例示される分光強度分布を持つ光)を狭帯域光フィルタ220でフィルタリングしたものが照射される。以下、説明の便宜上、白色光と紫外光を足し合わせた光を「重畳光」と記し、狭帯域光フィルタ220によりフィルタリングされた光を「特殊光」と記す。
固体撮像素子108は、特殊光により照射された被写体を撮像し、その画像信号をドライバ信号処理回路110を介して前段信号処理回路226に出力する。ここで、特殊光は、特定の生体構造に対する吸収度の高い光である。そのため、画像信号が前段信号処理回路226、画像メモリ228及び後段信号処理回路230にて処理されてモニタ300に出力されることにより、特定の生体構造が強調された分光画像がモニタ300の表示画面に表示される。
[ツイン観察モード]
ツイン観察モード時における電子内視鏡システム1の動作を説明する。
ツイン観察モード時における電子内視鏡システム1の動作を説明する。
ツイン観察モード中、白色LED206は常時オンされる。一方、紫外LED216のオン/オフは、フレーム周期と同期したタイミングで(1フレーム毎に)交互に切り替えられる。また、可動ユニット212は、フレーム周期と同期したタイミングであって(1フレーム毎であって)、紫外LED216がオフされている時には光路挿入状態にセットされ、紫外LED216がオンされている時には光路抜去状態にセットされる。すなわち、照射光の光路は、撮像周期であるフレーム周期と同期したタイミングで(1フレーム毎に)迂回光路とフィルタリング光路に交互に切り替えられる。この場合、被写体には、フレーム周期と同期したタイミングで(1フレーム毎に)白色光と特殊光とが交互に照射される。
固体撮像素子108は、あるフレームにおいて、白色光により照射された被写体を撮像し、その画像信号をドライバ信号処理回路110を介して前段信号処理回路226に出力し、続くフレームにおいて、特殊光により照射された被写体を撮像し、その画像信号をドライバ信号処理回路110を介して前段信号処理回路226に出力する。すなわち、固体撮像素子108は、白色光により照射された被写体の画像信号と、特殊光により照射された被写体の画像信号をドライバ信号処理回路110を介して前段信号処理回路226に交互に出力する。前者と後者の画像信号が前段信号処理回路226、画像メモリ228及び後段信号処理回路230にて処理されてモニタ300に出力される。
モニタ300の表示画面内には、観察画像を表示する領域が2つ並べられている。一方の領域には、白色光により照射された被写体の通常のカラー画像が表示され、もう一方の領域には、特殊光により照射された被写体(特定の生体構造)が強調された分光画像が表示される。すなわち、モニタ300の表示画面には、被写体の通常のカラー画像と分光画像とが並べて表示される。
このように、本実施形態によれば、狭帯域光フィルタ220が被可動部材でなくプロセッサ200の筐体内に固定された部材であることから、シルクのような回転位置を検知するための指標が不要となる。また、狭帯域光フィルタ220は、被可動部材でないことから、形状面での制約が少なく、例えば単純な円板形状でよい。すなわち、本実施形態によれば、厳しい公差管理が求められる指標が不要であり、また、狭帯域光フィルタ220の形状面での制約が少ないため、製造面でのメリット(例えば歩留まりを向上させ易い。)が得られる。
以上が本発明の例示的な実施形態の説明である。本発明の実施形態は、上記に説明したものに限定されず、本発明の技術的思想の範囲において様々な変形が可能である。例えば明細書中に例示的に明示される実施形態等又は自明な実施形態等を適宜組み合わせた内容も本発明の実施形態に含まれる。
上記の実施形態では、光源装置をプロセッサ200に内蔵しているが、別の実施形態では、プロセッサ200と光源装置とを分離した構成としてもよい。この場合、プロセッサ200と光源装置との間でタイミング信号を送受信するための有線又は無線の通信手段が設けられる。
また、上記の実施形態では、紫外LED216は、通常観察モード中、常時オフされているが、本発明はこれに限らない。紫外LED216は、演色性の向上のため、通常観察モード中、常時オンされていてもよい。
また、上記の実施形態では、紫外LED216は、ツイン観察モード中、1フレーム毎にオン/オフされているが、本発明はこれに限らない。紫外LED216は、演色性の向上のため、ツイン観察モード中、常時オンされていてもよい。
図6に、本実施形態の変形例に係る可動ユニット2120の構成を模式的に示す。図6に示されるように、可動ユニット2120は、第一ミラー2120d、第二ミラー2120e、第三ミラー2120f、第四ミラー2120g、アクチュエータ2120h1及び2120h2を備えている。
図7に、第一ミラー2120d及びアクチュエータ2120h1の斜視図を示す。図7に示されるように、第一ミラー2120dは、ミラー本体2120daと、ミラー本体2120daをねじ止めや接合等によって保持するミラー保持部材2120dbを備えている。アクチュエータ2120h1は、サーボモータやステッピングモータであり、駆動軸がミラー保持部材2120dbの軸受けに圧入されている。第一ミラー2120dは、アクチュエータ2120h1により、駆動軸周りに回転動作する。なお、第四ミラー2120g及びアクチュエータ2120h2も、第一ミラー2120d及びアクチュエータ2120h1と同様の構成を有しており、同様に動作する。
第一ミラー2120d及び第四ミラー2120gが光路に挿入された状態(図6中、破線で示される第一ミラー2120d及び第四ミラー2120g並びに図7(a)参照)では、第一ミラー2120dに入射された白色光(又は紫外光)は、第一ミラー2120dと第四ミラー2120gとの間に位置する狭帯域光フィルタ220を迂回するように、第一ミラー2120d、第二ミラー2120e、第三ミラー2120f、第四ミラー2120gにて順に反射されて、集光レンズ214に入射される。
一方、第一ミラー2120d及び第四ミラー2120gが光路から抜去された状態(図6中、実線で示される第一ミラー2120d及び第四ミラー2120g並びに図7(b)参照)では、白色LED206より放射された白色光(又は紫外LED216より放射された紫外光)は、狭帯域光フィルタ220を通過して、集光レンズ214に入射される。
このように、本変形例においても、前者の状態(図7(a)等参照)では、フィルタリングされていない光(実質的にLED放射時の分光強度分布を持つ光)が集光レンズ214に入射され、後者の状態(図7(b)等参照)では、狭帯域光フィルタ220によりフィルタリングされた光が集光レンズ214に入射される。本変形例では、可動台やシャフトが不要であるため、被可動部の構成が小さく抑えられる。
Claims (7)
- 光源と、
前記光源より射出される照射光の光路を第一の光路と第二の光路との間で切り替える切替手段と、
前記第一の光路に固定配置されており、該第一の光路を伝播する照射光を特定の波長域の光にフィルタリングする光学フィルタと、
を備える、
光源装置。 - 前記切替手段は、
前記照射光の光路を所定の撮像周期と同期したタイミングで前記第一の光路と前記第二の光路に交互に切り替える、
請求項1に記載の光源装置。 - 前記切替手段は、
前記照射光の光路に挿抜可能な光路変更手段
を有し、
前記光路変更手段が前記照射光の光路に挿入されると、該照射光が前記第二の光路に入射され、
前記光路変更手段が前記照射光の光路から抜去されると、該照射光が前記第一の光路に入射される、
請求項1又は請求項2に記載の光源装置。 - 前記光路変更手段は、
前記照射光の光路を折り曲げる反射部材である、
請求項3に記載の光源装置。 - 前記切替手段は、
前記光路変更手段を前記照射光の光路と直交する方向にシフトさせることにより、該光路変更手段を該照射光の光路に挿入又は抜去する、
請求項2又は請求項3に記載の光源装置。 - 前記切替手段は、
所定の軸に支えられた前記光路変更手段を該軸を中心に回転させることにより、該光路変更手段を該照射光の光路に挿入又は抜去する、
請求項2又は請求項3に記載の光源装置。 - 前記光源を複数備えており、
前記複数の光源は、
第一の照射光を射出する第一の光源、及び第二の照射光を射出する第二の光源を含み、
前記切替手段により前記第一の光路と前記第二の光路とが切り替えられると、これに伴い、前記第二の光源のオン/オフも切り替えられる、
請求項1から請求項6の何れか一項に記載の光源装置。
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