專利名稱：醫療設備的光源裝置以及內視鏡裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及醫療設備的光源裝置以及內視鏡裝置。
背景技術：
通常，對于內視鏡裝置的光源，廣泛使用氙氣燈、金屬鹵化物燈等的白色光燈。向被檢體照射的照明光的光量控制，在白色光燈的情況下，通過由配置在光源的射出光光路的中途的狹縫對光線進行遮光，從而確保了較寬的動態范圍。此外，最近以來，光源的交換壽命較長、省電而且小型的發光二極管元件(LED)作為代替氙氣燈的發光元件而備受關注。作為使用了 LED的內視鏡裝置，例如，提出了如下結構在支撐體上配置多個LED，通過透鏡對來自各LED的射出光進行聚光，導入成為光導 (light guide)的光纖束(專利文獻I)。現有技術文獻專利文獻專利文獻I JP特開2000-66115號公報在通過上述多個LED進行光量控制時，與一樣地控制多個LED的方式相比，個別地進行控制的方式能夠擴大動態范圍。也就是說，在要得到微弱光時，減小LED的驅動電カ并且減少點亮個數；在要得到高強度光時，提高全部LED的驅動電力。據此，能夠從微弱光到高強度光精細地進行光量控制，能夠高效地擴大動態范圍。但是，在從ニ維配置的多個LED中選擇性地使用特定的LED來生成照明光的情況下，容易發生與被點亮的LED的配置模式相對應的照明不均。即，在點亮LED的配置密度高的區域變為高亮度的照明光、在配置密度低的區域變為低亮度的照明光而射出，在照明光的照射區域中產生照明不均(陰影；shading)。此外，在進行與光量指定值(目標光量)相對應地固定要工作的LED的控制的情況下，若目標光量相同則總是點亮相同的LED，在LED的工作率(稼動率)方面產生不均衡。一旦特定的LED的工作率高于其他LED的工作率，則工作率大的LED先達到壽命，射出光量降低，由此也導致產生照明不均。在醫療領域中，病變部的發現以及發展程度的診斷等，因為需要準確地看清病狀，所以對這種照明不均尤其要求嚴格。

發明內容
因此，本發明的目的是提供一種醫療設備的光源裝置以及內視鏡裝置，其能夠通過ニ維配置的多個光源擴大光量控制的動態范圍，同時降低照明不均。本發明由下述結構構成。(I) 一種醫療設備的光源裝置，射出與輸入的光量指示值相應的光量的照明光，其中，具備ニ維排列的多個光源；存儲部，其與所述光量指示值對應地存儲設定了所述多個光源中要點亮的光源的組合的點亮模式；和
光源控制部，其對以與所述光量指示值對應的點亮模式被點亮的光源，分別進行光量控制。(2) ー種內視鏡裝置，其搭載了(I)的醫療設備的光源裝置。發明效果根據本發明的醫療設備的光源裝置以及內視鏡裝置，在確保光量控制的較寬的動態范圍的同時，實現多個光源的工作率的均衡化，由此，能夠高精度地照射適當光量的照明光。


圖I是用于說明本發明的實施方式的圖，是內視鏡裝置的示意性的模塊構成圖。圖2是作為圖I所示的內視鏡裝置的一例的外觀圖。
圖3是光源裝置的示意性的主要部分構成圖。圖4是發光部的概略性俯視圖。圖5是表示由一個錐狀柱體進行聚光的樣子的說明圖。圖6的(A)是表示作為聚光部件的配置例在支撐體上縱橫配置了 4X4個LED的樣子的示意性的立體圖；(B)是表示錐狀柱體的前端部為高密度地密集的捆束狀態的說明圖。圖7是表示變更點亮的LED的個數并且控制相對于光量指示值的輸出光量的控制模式的曲線圖。圖8是表示個別點亮的LED的驅動模式(パターン)的曲線圖。圖9是表示切換為不同的點亮模式的樣子的說明圖。圖10是表示切換為不同的點亮模式的樣子的說明圖。圖11是表示切換為不同的點亮模式的樣子的說明圖。圖12是表示切換為不同的點亮模式的樣子的說明圖。圖13是表示個別點亮的LED的驅動模式的曲線圖。
具體實施例方式
以下，參照附圖對本發明的實施方式進行詳細說明。圖I是用于說明本發明的實施方式的圖，是內視鏡裝置的示意性的模塊構成圖，圖2是作為圖I所示的內視鏡裝置的一例的外觀圖。如圖I所示，作為醫療設備的ー種的內視鏡裝置100，具有內視鏡11、和與該內視鏡11連接的控制裝置13。在控制裝置13上連接顯示圖像信息等的顯示部15、和接受輸入操作的輸入部17。內視鏡11是具有照明光學系統和攝像光學系統的電子內視鏡，所述照明光學系統從插入被檢體內的內視鏡插入部19(參照圖2)的前端射出照明光，所述攝像光學系統包括對被觀察區域進行攝像的攝像元件21。此外，如圖2所示，內視鏡11具備內視鏡插入部19、進行內視鏡插入部19的前端的彎曲操作和/或用于觀察的操作的操作部23、以及將內視鏡11裝卸自由地連接于控制裝置13的連接器部25A、25B。另外，雖然未進行圖示，但是在操作部23以及內視鏡插入部19的內部設置各種通道，例如用于插入處置用具等的鉗子通道、送氣/送水用的通道等。
內視鏡插入部19由具有可撓性的軟性部31、彎曲部33和前端部(以后也稱為內視鏡前端部)35構成。如圖I所示，在內視鏡前端部35具備向被觀察區域照射光的照射ロ 37 ;取得被觀察區域的圖像信息的CCD (Charge Coupled Device :電荷稱合器件)圖像傳感器、CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor :互補金屬氧化物半導體)圖像傳感器等的攝像元件21 ;以及配置在攝像元件21的受光面側并且使觀察像成像的物鏡單元39。圖2所示的彎曲部33構成為通過配置在操作部23的彎角鈕(angle knob) 41的轉動操作而自由彎曲。該彎曲部33能夠按照使用內視鏡11的被檢體的部位等，而向任意方向、任意角度彎曲，能夠使內視鏡前端部35的照射ロ 37以及攝像元件21的觀察方向朝向期望的觀察部位。控制裝置13具備產生向內視鏡前端部35的照射ロ 37供給的照明光的光源裝置47、和對來自攝像元件21的圖像信號進行圖像處理的處理器49，通過連接器部25A、25B而連接于內視鏡11。處理器49根據來自內視鏡11的操作部23、輸入部17的指示，對從內視 鏡11傳送來的攝像信號進行圖像處理，生成顯示用圖像，提供給顯示部15。在攝像元件21上連接處理器49中所設置的放大器(以下簡稱為AMP) 51以及攝像元件驅動器53。AMP51以規定(所定)增益對從攝像元件21輸出的攝像信號實施放大，并將其輸出給相關雙采樣器/可編程增益放大器(相閨二重サンプリング/プログラマブルゲインアンプ)(以下簡稱為⑶S/PGA電路)55。⑶S/PGA電路55將從AMP51輸出的攝像信號作為與攝像元件21的各受光元件的電荷蓄積量對應的R、G、B的圖像數據輸出，并且對該圖像數據實施放大，之后輸出給A/D變換器57。A/D變換器57將從CDS/PGA電路55輸出的模擬的圖像數據作為數字的圖像數據輸出給圖像處理部59。圖像處理部59對由A/D變換器57進行了數字化后的圖像數據實施各種圖像處理，并輸出給顯示部15。在攝像元件驅動器53上連接由控制部45進行控制的定時發生器(以下簡稱為TG) 61。攝像元件驅動器53根據從TG61輸入的定時(timing)信號(時鐘脈沖)，控制攝像元件21的攝像信號(電荷蓄積量)的讀出定時、攝像元件21的電子快門的快門速度等。光源裝置47具備向內視鏡11的照射ロ 37供給照明光的光源部63、控制光源部63的射出光量的光源驅動器65、后面敘述詳細情況的點亮模式存儲部67、累積發光時間存儲部69和控制參數信息存儲部70。來自光源部63的射出光，通過由多條光纖的束形成的光導LG，經由照射ロ 37照射到被觀察區域。在本構成例中，作為光源部63的光源，使用了作為半導體發光元件的白色LED (發光二極管以后簡稱為LED)，所述半導體發光元件具有多個發光元件、和分別配置在這些發光元件的光射出面的熒光體層。發光元件是中心波長為例如420 470nm的藍色發光元件。配置在發光元件的光射出面的熒光體層具有通過從發光元件射出的藍色光而發光的熒光體。通過含有吸收來自LED的射出光的一部分從而激發發光為綠色 黃色的多種熒光體物質(例如YAG系熒光體、或者BAM(BaMgAlltlO17)等的熒光體)而構成熒光體層。據此，以藍色光為激發光的緑色 黃色的激發發光光、和不被熒光體吸收而透過的來自發光元件的射出光合在一起，生成白色(疑似白色)的照明光。所生成的白色的照明光通過光導LG而被引導，從照射ロ 37照射到被觀察區域。這里，本說明書中所說的白色光，不局限于嚴格地包含可視光的全部波長成分的光，例如，只要是包含作為基準色的R(紅)、G (緑)、B (藍)等、特定波段的光即可，例如，廣義地也包括包含從綠色到紅色的波長成分的光、包含從藍色到緑色的波長成分的光等。關于上述熒光體，優選為，考慮構成熒光體的熒光物質和作為填充劑的固定/固化用樹脂的折射率差，由對紅外線范圍的光吸收小并且散射大的材料構成熒光物質本身和相對于填充劑的粒徑。據此，對于紅色、紅外線范圍的光，能夠使得光強度不降低，而提高散射效果，減小光學損失。在光源驅動器65上連接控制部45、以及TG61。光源驅動器65將來自TG61的對攝像元件21的攝像信號(蓄積電荷)的讀出定時進行管理(司る)的讀出脈沖、以及在由電子快門脈沖規定的曝光期間內與控制部45的控制相對應的脈沖狀的驅動電流，提供給光源部63。也就是說，光源驅動器65驅動光源部63，使其與攝像元件21的攝像定時同步地將任意強度的照明光照射到被觀察區域。 如上述那樣，各LED從內視鏡前端部35向被觀察區域照射白色光。而且，通過由物鏡單元39使在攝像元件21形成被檢體像，從而作為攝像圖像來取得照射了照明光的被觀察區域的樣子。圖像處理部59針對從攝像元件21輸出并且變換為數字信號的攝像圖像，實施白平衡校正、伽馬(Y)校正、輪廓強調、顔色校正等的各種處理，與各種信息一起生成內視鏡觀察圖像，并將圖像輸出給顯示部15。接下來，針對上述結構的內視鏡裝置100的光源裝置47，進行詳細說明。圖3示出了光源裝置的示意性的主要部分構成圖。光源裝置47具有光源部63，其搭載于前述的光源裝置47 ;以及光導LG，其作為導光部件一端側連接于光源部63的光射出ロ而從另一端側射出照明光。光源部63具有發光部75，其在支撐體71上配置多個LED (光源)73，接受來自光源驅動器65的電カ供應而發光；以及聚光部件77，其配置在該發光部75與光導LG的一端側之間，使來自發光部75的射出光聚光在光導LG的光入射面。此外，在光源部63中，設置熱沉(heat sink)91，通過來自風扇93的送風而使光源部63中產生的熱量散逸到外部。光導LG是具有覆蓋光纖束的外周的套管81的長條狀的導光部件。在光導LG，通過相對于光源裝置47連接連接器部25A，而將覆蓋套管81的外周的保護管83引導并插入嚙合孔85中。據此，光導LG前端的玻璃窗87以與光源部63的光射出窗89相面對的狀態被固定。如圖4中概略性俯視圖所示，發光部75將多個LED73進行ニ維排列(在圖示例中4X4個合計16個LED)，各LED分別連接于光源驅動器65，個別地被控制。聚光部件77是朝向光導LG前端越來越細的多個錐狀柱體79的集合體。ー個錐狀柱體79對應于ー個LED73而配置。圖5中示出基于ー個錐狀柱體79的聚光的樣子。錐狀柱體79由具有透光性的玻璃或樹脂形成，剖面是朝向光路前方而縮小的楔型的柱體。這里，使多個錐狀柱體79為能夠較高密度地進行捆束的三棱柱形狀，但是此外，既可以是圓柱形狀或其他多棱柱形狀，也可以是圓錐體、多棱錐體形狀。錐狀柱體79的前端部79a連接于與光導LG的光入射面相面對的平面狀的光射出窗89 (參照圖3)，基端部79b被配置為與LED73的發光面相面對。而且，來自LED73的射出光，一邊在錐狀柱體79內反復全反射一邊聚光到前端部79a而被導光。據此,能夠將來自發光體的射出光的幾乎全部光作為有效光而取入光導LG中，能夠提高光的利用效率。此外，錐狀柱體79在前端部79a、基端部79b的至少一方的光路中途，配置了限制紅外線成分透過的選擇透光部件。作為該選擇透光部件，例如可以利用作為紅外線吸收體的紅外線截止濾波器。此外，錐狀柱體79整體可以是具有選擇性地去除紅外線的光學功能的部件。優選限制透過的紅外線的波長為650nm以上，據此，在通過通常的攝像元件取得彩色攝像圖像吋，不會將波長比攝像元件的R(紅)光更靠長波長側的、可感光波段(有感度域)中的受光成分重疊在圖像數據中，能夠防止混色的發生。如圖6(A)中所示的聚光部件的配置例那樣，本構成例的光源部63在支撐體71上縱橫配置了 4X4個LED73。，以使錐狀柱體79的基端部79b與各LED73的光射出面相面對的狀態，例如通過透明粘合劑或未圖示的固定用夾具等，固定這些基端部7%。而且，不將其 排列弄得太亂地將多個錐狀柱體79的前端部79a進行捆束，形成微小尺寸的光射出窗89。若將光射出窗89的一部分擴大，則如圖6(B)所示，成為錐狀柱體79的前端部79a高密度地密集的捆束狀態。這些前端部79a的每ー個構成光射出窗89。這里，LED73使用表面貼裝(実裝)型(SMD)、直接貼裝在支撐體上的板上芯片型(Chip On Board ;C0B),其發光面的尺寸為0. 6mm2 IOmm2左右的大致正方形狀,優選為Imm2左右。此外,錐狀柱體79的前端部79a中的光射出窗的面積為I 5mm2,優選為2mm2左右，錐狀柱體79的長邊方向的全長為20_左右。根據上述結構的光源部63，來自多個LED73的射出光分別被導入錐狀柱體79的基端部79b，在錐狀柱體79內進行全反射導光而成為高密度的光束從前端部79a射出。光射出窗89為將許多錐狀柱體79光學地連接，從光射出側觀察時，表現為如萬花筒(カレイドスコープkaleidoscope)那樣，利用多個鏡面分散配置了無數發光體。因此，從捆束了多個錐狀柱體79的前端部79a的光射出窗89，射出高效率并且高強度的光。此外，各錐狀柱體79的前端部79a維持LED73的配置關系的情況下被捆束，所以能夠以與各LED73的射出光量相對應的、如支撐體71上的排列那樣的光射出模式，使光射出窗89聚光。另外，上述支撐體71不局限于平板狀，也可以采用凹面狀的支撐體71A。在該情況下，能夠不依賴于支撐體71上的LED73的配置位置，而使從LED73到光射出窗89的距離均等化，在以同一光量驅動各LED73的情況下，能夠使光導LG的光入射面中的光量分布均等。接下來，說明基于光量指示值控制來自光源部63的射出光量的方法。另外，這里所說的點亮，指的是在使其點亮的LED的個數為一個時，使該ー個LED點亮；在LED的個數為2個以上的情況下，使該2個以上的LED同時點亮。<第I點亮控制>圖7是表示一邊變更所點亮的LED的個數ー邊控制與光量指示值對應的輸出光量的控制模式的曲線圖。如該圖所示，光量指示值越小，點亮的LED的個數越少，光量指示值越大，點亮的LED的個數越多。例如在光量指示值為Da的情況下，進行使LED-A和LED-B這兩個燈同時點亮的控制，在光量指示值為Db的情況下，進行使LED-A、LED-B, LED-C這3個燈同時點亮的控制。該控制模式存儲在控制參數70中，控制部45 (光量控制部)按照所設定的光量指示值來進行參照。圖I所述的控制部45，在控制光源部63時，從A/D變換器57接收由攝像元件21攝像的圖像信息，設定下ー幀的照明條件。控制部45，在圖像信息為低亮度的圖像時，進行増加光量指示值的控制，在圖像信息為高亮度的圖像時，進行減少光量指示值的控制。即，控制部45將針對各LED73成為個別的光量指示值的驅動信號輸出給光源驅動器65，使得各LED73的合計發光量成為與所指定的光量指示值對應的光量。圖8示出表示個別點亮的LED的驅動模式的曲線圖。在按照光量指示值從小到大的順序，按照I個燈、2個燈、3個燈、……使所點亮的LED的數量增加時，控制部45進行光量控制，使點亮的各LED全部以相同的發光量點亮。即，控制部45，在2個燈的點亮區域中使LED-A、LED-B以相同的發光量同時點亮，在3個燈的點亮區域中使LED-A、LED-B, LED-C 分別以相同的發光量同時點亮。如此，通過使點亮的LED分別以相同的發光量點亮來進行光量控制，在光量指示值要求點亮2個燈以上吋，能夠防止使任一 LED總是以最大光量持續點亮的情況。其結果，能夠防止特定的LED的工作率(稼動率)極端提高、因光源壽命原因而使LED發光量變化。接下來，說明被ニ維排列的多個LED中的點亮的LED的組合。表I示出在I個燈點亮時表示LEDI LED16中成為點亮對象的LED的點亮模式。I個燈點亮的情況下的點亮模式如下表有16個。這些點亮模式，被存儲在圖I所示的點亮模式存儲部67中，控制部45按照所設定的光量指示值來參照。表I
點亮模式
PTlPT2PT3PT4............PT16
LEDl〇
LED2〇
LED3〇
LED4〇控制部45選擇性地使用點亮模式PTl PT16中的任意一個來控制光源部63。在控制部45在時間序列上將光量指示值持續維持為恒定的情況下，與繼續維持特定的點亮模式相比，優選切換為不同的點亮模式。因此，例如如圖9所示，控制部45重復點亮模式PTl — PT2 — PT3 — PT4 — . . — PT16的循環，變更被點亮控制的LED73A的位置。或者，例如如圖10所示，按照如下的方式變更位置即從作為點亮開始點的LEDl側(參照圖4)和作為終點的LED16側(參照圖4)這雙方朝向中間點LED8、LED9交互地對控制部45所點亮控制的LED73A進行點亮。控制部45切換點亮模式的定時，可以采用與攝像元件21的攝像幀周期同步的定吋。也就是說，按照每個攝像幀切換點亮模式。據此，可以進行精細的點亮模式的切換，降低由各LED產生的照明光的不均。此外，也可以跨多個幀連續保持ー個點亮模式。在該情況下，通過照明條件的變化，能夠使觀察圖像的光量、影、色調的變化變得不顯眼。對于上述切換定時，對于以后說明的各點亮控制也同樣。如上所述，通過控制部45維持恒定的光量指示值的情況下，通過依次改變成為點亮對象的LED，能夠防止特定的LED的工作率極端提高、因光源壽命引起的LED發光量變化。此外，通過使成為點亮對象的LED的ニ維排列上的位置標準地依次發生變化，能夠防止在導入光導LG并從照射ロ 37(參照圖I)射出的照明光，產生光強度分布的偏差(陰影)。此夕卜，除了連續維持恒定的光量指示值的情況以外，在多次反復變更到同一光量指示值等、間歇地設定特定的光量指示值的情況下，通過在每次設定時選擇不同的點亮模式，也能夠獲得上述同樣的效果。表2示出了在2個燈同時點亮時表示LEDl LED16中成為點亮對象的LED的點亮模式。作為2個燈點亮的情況的點亮模式的一例，如下表所示。各點亮模式，由點亮的LED的個數相同的多個組合模式構成。表2
權利要求
1.一種醫療設備的光源裝置，射出與光量指示值相對應的光量的照明光，其特征在于， 具備 二維排列的多個光源； 存儲部，其存儲點亮模式，所述點亮模式與所述光量指示值對應地設定了所述多個光源中所點亮的光源的組合；以及 光源控制部，其對以與所述光量指示值相對應的點亮模式被點亮的光源，分別進行光量控制。
2.根據權利要求I所述的醫療設備的光源裝置，其特征在于， 所述光源控制部對所述光源分別個別地進行點亮控制，使得所述多個光源的合計發光量成為與所述光量指示值相對應的光量。
3.根據權利要求I或2所述的醫療設備的光源裝置，其特征在于， 所述光量指示值越小，所述光源控制部使所點亮的所述光源的個數越減少，所述光量指示值越大，所述光源控制部使所點亮的所述光源的個數越增加。
4.根據權利要求I或2所述的醫療設備的光源裝置，其特征在于， 還具備對所述多個光源的累積負荷分別個別地進行累計并存儲的累積負荷存儲部， 所述點亮模式包括使點亮的光源的個數相同的多個組合模式， 所述光源控制部參照所述累積負荷存儲部，從所述多個組合模式進行選擇，使得所述多個光源的累積負荷均衡化。
5.根據權利要求4所述的醫療設備的光源裝置，其特征在于， 所述累積負荷是累積發光時間， 所述光源控制部從所述組合模式中選擇作為所述點亮的光源包括累積發光時間少的光源的模式。
6.根據權利要求4所述的醫療設備的光源裝置，其特征在于， 所述光源控制部從所述組合模式中選擇作為所述點亮的光源包括與當前點亮中的光源不同的配置位置的光源的模式。
7.根據權利要求1、2、5中任意一項所述的醫療設備的光源裝置，其特征在于， 所述光源控制部使所述點亮的光源全部以相同的發光量進行點亮來進行光量控制。
8.根據權利要求1、2、5中任意一項所述的醫療設備的光源裝置，其特征在于， 所述光源控制部將所述點亮的光源分類為以最大發光量點亮的第I組以及以中間發光量點亮的第2組，來分別進行光量控制。
9.根據權利要求1、2、5中任意一項所述的醫療設備的光源裝置，其特征在于， 對所述多個光源的每個，配置聚光部件。
10.根據權利要求9所述的醫療設備的光源裝置，其特征在于， 所述聚光部件是錐狀柱體。
11.根據權利要求1、2、5中任意一項所述的醫療設備的光源裝置，其特征在于， 所述光源由半導體發光元件構成。
12.一種內視鏡裝置，其搭載了權利要求1、2、5中任意一項所述的醫療設備的光源裝置。
13.根據權利要求12所述的內視鏡裝置，其特征在于，具備通過攝像元件取得內視鏡觀察圖像的攝像部，所述光源控制部以與所述攝像元件的攝 像幀周期同步的定時切換所述點亮模式。
全文摘要
本發明提供一種醫療設備的光源裝置以及內視鏡裝置，通過二維配置的多個光源擴大光量控制的動態范圍，并且能夠大幅降低照明不均。醫療設備的光源裝置對被檢體照射與所輸入的光量指示值相應的光量的照明光。該醫療設備的光源裝置具備二維排列的多個光源；與光量指示值對應地存儲設定了多個光源中所點亮的光源的組合的點亮模式的存儲部；以及以與光量指示值對應的點亮模式對點亮的光源分別進行光量控制的光源控制部。從而實現多個光源的工作率的均衡化，能夠高精度地照射適當光量的照明光。
文檔編號A61B1/06GK102764105SQ20121012052
公開日2012年11月7日 申請日期2012年4月23日 優先權日2011年5月2日
發明者瀨戶康宏 申請人:富士膠片株式會社