专利名称：内窥镜设备的制作方法
内窥镜设备技术领域明本发明涉及内窥镜设备。
背景技术：
用于观察体腔中的组织的内窥镜设备已经是广泛熟知的。通常，内窥镜设备具有下述构造，其中从诸如氙气灯之类的白光源发出的白光作为照明光通过光导供给至体腔中的将被观察区域，并且基于来自用白光照亮的将被观察区域的反射光的图像由成像器件捕获，以产生观察图像。近年来，具有采用专用光的观察模式的内窥镜设备也正在使用。所述观察模式是用于在采用具有特定波长的窄带光照亮生物组织的同时观察组织表层中的毛细血管或显微结构的窄带光观察，采用固有荧光或药物荧光等的荧光观察。内窥镜设备中的用于采用专用光的照明的光源可以具有这样的构造其中使来自诸如氙气灯的白光源的光通过滤光片以便引出具有目标波段的光，或者这样的构造其中实际上从激光源或诸如发光二极管的半导体发光器件发出的光的波长被使用(例如，参见 JP-A-2005-319115)。
发明内容
当诸如氙气灯之类的白光源用作内窥镜设备的光源时，狭缝设置在出射光的光路途中，以便通过用狭缝遮蔽光来控制光通量。根据该构造，可以实现用于光量控制的约 2400 1的动态范围。另一方面，当半导体光源用于控制光通量时，通常，常通过驱动电流的增加/减小或脉冲宽度的调制来控制光通量。通过仅以这种方式控制光通量，对获得宽的动态范围或实现高光通量分辨率存在限制。因此难以以高精度令人满意地控制发出光的量。虽然窄脉冲发生器或高分辨率型PWM控制器可以用来高精度地控制光通量，但每种上述装置都太昂贵而在实际上不能安装在内窥镜设备上。此外，半导体光源具有的特性在于， 由于光发出强度的温度依存性，光通量在一些使用条件中会波动。事实上，因此，关于如何与诸如氙气灯之类的白光源等同地或更大程度等同地控制半导体光源的光通量仍然存在多个问题。本发明的目标是提供一种内窥镜设备，其中即使采用来自半导体光源的照明光， 也可以获得宽的动态范围和高的光通量分辨率，从而可以高精度地控制光通量。本发明具有下述构造。一种内窥镜设备，用于以目标光通量从内窥镜插入部的前端发出照明光。该内窥镜设备包括半导体光源、成像单元和光源控制单元。半导体光源产生所述照明光。成像单元通过采用电子快门调整曝光时间。光源控制单元，根据输入的目标光通量产生驱动脉冲以驱动半导体光源并使半导体光源发光。光源控制单元进行目标光通量为降序的第一脉冲调制控制、第二脉冲调制控制和第三脉冲调制控制。在第一脉冲调制控制中，驱动脉冲的数量降低以将半导体光源的照明时间缩短至用于电子快门在一帧内的曝光时间的预定照明时间。在第二脉冲调制控制中，在其中进行第一脉冲调制控制的区域中，在预定照明时间中以预定间隔使驱动脉冲变稀疏以便在照明时间中降低脉冲密度。在第三脉冲调制控制中， 在其中进行第二脉冲调制控制的区域中数量被最小化的每个驱动脉冲的脉冲宽度减小。根据本发明的内窥镜设备，即使在使用来自半导体光源的照明光时，也能够获得宽的动态范围和高的光通量分辨率。因此，可以根据期望设置正常观察或专用光观察中的照明光的强度。
图1为用于说明本发明的实施方式的视图，示出了具有内窥镜和该内窥镜连接至的单元的内窥镜设备的配置。图2为示出该内窥镜设备的配置的具体实施例的外视图。图3为由图像信号处理部进行的控制的方框图。图4为用于控制驱动脉冲的示例的时序图。图5为示出对范围从最大光通量至最小光通量的光通量的脉冲控制内容的图表。图6为示意性地示出光源单元的主要部分配置和用于将光引导至光照射窗的光路的方框配置图。图7为示出由从光源单元发出的光所产生的照明光的光谱的图表。图8为示出单灯系统或双灯系统的组合中的光通量控制图案的说明性视图。
具体实施例方式以下将参照附图详细描述本发明的实施方式。图1为用于说明本发明的实施方式的视图，示出了内窥镜设备的配置，其中所述内窥镜设备具有内窥镜和该内窥镜连接至的单元。图2为外视图，示出该内窥镜设备的配置的具体实施例。如图1所示，内窥镜设备100具有内窥镜11、光源单元13、用于对捕获的图像进行信号处理的处理器15、以及监视器17。内窥镜11具有体操作部19和插入部21，插入部21 连接至体操作部19，用于插入对象(体腔)中。通用电缆23连接至体操作部19。通用电缆23的前端通过光导(LG)连接器25A连接至光源单元13。此外，图像信号通过视频连接器25B输入至处理器15。如图2所示，一对角度旋钮四以及各种操作按钮27 (如用于在插入部21的前端侧中吸取、供给空气和供给水的按钮、用于捕获图像的快门按钮等)设置在内窥镜11的体操作部19中。插入部21由软质部33、可弯曲部35和前端部(内窥镜前端部)37组成，它们距离体操作部19的距离递增。当转动体操作部19的角度旋钮四时，可弯曲部35被远程操作以弯曲。因此，前端部37可以转向到期望方向上。此外，如图1所示，成像光学系统的观察窗41和照明光学系统的光照射窗43设置在内窥镜11的前端部37中，使得由用来自光照射窗43的照明光照亮的对象反射的光可以通过观察窗41被捕获。如此捕获的观察图像显示在连接至处理器15的监视器17上。在该实施方式中，成像光学系统包括诸如CCD (电荷耦合器件)或CMOS (互补金属氧化物半导体)之类的成像器件45和诸如成像透镜47之类的光学部件。由成像光学系统接收的观察图像在成像器件45的光接收面上聚焦，并被转化成电信号。电信号通过信号电缆49输入至处理器15的图像信号处理部51，并在图像信号处理部51中转化成视频信号。另一方面，照明光学系统包括光源单元13、光纤53和波长转换部57。光源单元13 具有半导体光源55。光纤53连接至光源单元13。波长转换部57设置在光纤53的光引出侧。光纤53将激光引导至内窥镜前端部37，以产生白色照明光，其中从前端部37的波长转换部57发生的光与激光混合。波长转换部57设置有荧光物质，荧光物质由激光激励从而发出光。半导体光源阳基于来自控制部61的指令响应于来自于光源驱动电路59的驱动信号而发出具有期望强度的光。控制部61连接至作为用于存储图像信号和各种信息的存储单元的存储器63，以便从图像信号处理部51输出的图像数据可以显示在监视器17上。控制部61连接至诸如 LAN之类的网络(未显示)，以分配包括图像数据的信息。因此，控制部61在总体上控制内窥镜设备100。半导体光源55具有发出具有445nm的中心波长的蓝光的半导体激光器(该半导体光源以后也将称为激光源)。半导体光源55发出蓝色激光，同时控制发生的光通量。内窥镜的插入部21的波长转换部57由通过光纤53发出的光照亮。例如，宽域型^iGaN基激光二极管可以用作半导体光源阳。波长转换部57包括多种荧光物质(如YAG基荧光物质，或包含BAM(BaMgAlltlO37) 的荧光物质)，其可以吸收来自半导体光源阳的激光的一部分，以被激发从而发出绿至黄光。因此，来自半导体光源55的激光与通过从激光转化获得的激发的绿至黄光混合，以产生白光。接下来，将对其中如此构造的内窥镜设备100进行控制以增大/减小从半导体光源阳发出的光的强度的程序进行描述。设置在图1中示出的处理器15中的图像信号处理部51接收由连接至处理器15 的内窥镜11的成像器件45输出的RAW数据，并输出用于控制半导体光源55至光源驱动电路59的控制信号，从而根据RAW数据优化照明光的量。图3示出了由图像信号处理部51进行的控制的方框图。从成像器件45输出的 RAW数据(原始图像的信息)输入至图像信号处理部51。柱状图产生部65产生对应于RAW 数据的光通量的柱状图，并将产生的柱状图供给至光度值计算部67。光度值计算部67基于供给的柱状图和由各种光度模式获得的亮度检测值(峰值、均值等)计算光度值。目标光通量计算部69根据计算出的光度值计算下一帧的目标光通量。在这里，目标光通量具有对应于诸如氙气灯之类的背景白光源的F-数的值。目标光通量例如以12位灰度表示(0至 4096)。接下来，目标光通量转化成表示由半导体光源55发出的光通量的信号。图1中示出的控制部61通过用驱动脉冲进行脉冲发光控制来控制由半导体光源发出的光通量。驱动脉冲由光源驱动电路59产生并输入至半导体光源55。包括PW(脉冲数调制)，PDM(脉冲密度调制)和PWM(脉冲宽度调制)的三种控制或包括除前述三种控制之外的电流值控制的四种控制用于控制驱动脉冲。接下来的描述将在其中使用前述四种控制的实施例中进行。图4示出用于控制驱动脉冲的示例的时序图。最大光通量由驱动脉冲[1]获得，驱动脉冲[1]使得在由垂直同步信号VD限定的图像的一帧的周期内能够在电子快门的全部曝光时间W内都照明。在这里，假设一帧的周期为3:3ms，并且快门速度为l/60s。此外， 假设驱动脉冲[1]的频率为120kHz，因而在电子快门的曝光时间内包括2000个脉冲。假设光通量从由驱动脉冲[1]提供的最大光通量开始降低。在该情况中，P匪控制、PDM控制、PWM控制和电流值控制以光通量递减的顺序分别在第一至第四调制区中进行，以便光通量逐渐降低。首先，在TOM控制中，脉冲数在电子快门的全部曝光时间W内斗以沿时间轴线后对准(rear-aligned)的方式减少，以便缩短照明时间，也就是说，驱动脉冲的数量减少，以延迟驱动启动定时，直到驱动脉冲的数量与电子快门在一帧中的曝光时间达到预定最小比， 如驱动脉冲[2]中所示。因此，半导体光源55的照明时间被缩短。顺便提及，最大光通量不必对应于电子快门的全部曝光时间W内的照明，而是可以对应于用于一帧的全部时间的照明，或者可以对应于连续照明。接下来，如驱动脉冲[3]中所示，通过P匪控制将半导体光源55的照明时间缩短至预定照明时间W，并且驱动脉冲随后通过PDM控制变稀疏。在PDM控制中，驱动脉冲在缩短至预定照明时间Wmin的照明时间中以预定间隔变稀疏，以便降低该照明时间内的脉冲密度。如驱动脉冲[4]中所示，进行PDM控制，直到驱动脉冲的脉冲间隔达到变稀疏极限，也就是说，直到驱动脉冲具有预定最小脉冲密度。接下来，如驱动脉冲[5]中所示，在驱动脉冲达到预定最小脉冲数之后，通过PWM 控制减小每个驱动脉冲的脉冲宽度。随后，如驱动脉冲M中所示，进行PWM控制，直到每个驱动脉冲的脉冲宽度达到PWM控制极限，也就是说，直到脉冲宽度达到预定最小脉冲宽度。接下来，如驱动脉冲[7]中所示，在每个驱动脉冲达到预定最小脉冲宽度之后，降低驱动电流。也就是说，其脉冲宽度已经达到最小的每个驱动脉冲的脉冲幅度被均勻地减用于范围从最大光通量至最小光通量的光通量的控制参数的信息的前述内容在图5中的汇总和表1中示出。图5和表1中示出的控制参数信息存储在图1中示出的存储器63中，并在任何时间由控制部61查阅，以便产生期望的驱动脉冲。[表 1]CN 102525387 A
权利要求
1.一种内窥镜设备，用于以期望光通量从内窥镜插入部的前端发出照明光，该内窥镜设备包括半导体光源，产生所述照明光；成像单元，其通过采用电子快门调整曝光时间；和光源控制单元，其根据输入的目标光通量产生驱动脉冲以驱动半导体光源和使半导体光源发光，其中所述光源控制单元进行目标光通量为降序的第一脉冲调制控制、第二脉冲调制控制和第三脉冲调制控制；在第一脉冲调制控制中，驱动脉冲的数量降低以将半导体光源的照明时间缩短至用于电子快门在一帧内的曝光时间的预定照明时间；在第二脉冲调制控制中，在进行第一脉冲调制控制的区域中，在预定照明时间中以预定间隔使驱动脉冲变稀疏，以便在所述照明时间中降低脉冲密度；并且在第三脉冲调制控制中，在进行第二脉冲调制控制的区域中，数量被最小化的驱动脉冲的每一个的脉冲宽度被减小。
2.根据权利要求1所述的内窥镜设备，其中当目标光通量进一步低于第三脉冲调制控制中的光通量时，光源控制单元进行第四脉冲调制控制，在第四脉冲调制控制中，在进行所述第三脉冲调制控制的区域中脉冲宽度被最小化的每个驱动脉冲的脉冲幅度被降低。
3.根据权利要求1或2所述的内窥镜设备，还包括存储单元，其存储用于为期望的目标光通量限定半导体光源的驱动脉冲的控制参数的信息；其中光源控制单元根据输入的目标光通量参考所述控制参数获得驱动脉冲，以便通过采用获得的驱动脉冲驱动半导体光源并使半导体光源发光。
4.根据权利要求1或2所述的内窥镜设备，其中所述半导体光源包括发出具有相同光谱的光的多个发光器件；并且光源控制单元产生驱动脉冲，以独立地控制所述发光器件并使所述发光器件发光。
5.根据权利要求1或2所述的内窥镜设备，其中所述半导体光源包括发出具有彼此不同的光谱的光的多个发光器件；并且光源控制单元产生驱动脉冲，以独立地控制所述发光器件并使所述发光器件发光。
6.根据权利要求5所述的内窥镜设备，其中所述半导体光源包括产生白光的白光源和产生在预定波段中的窄带光的窄带光源；并且光源控制单元改变白光源和窄带光源之间的出射光通量比例。
7.根据权利要求6所述的内窥镜设备，其中所述窄带光源发出具有360nm至530nm的中心波长的窄带光。
8.根据权利要求6所述的内窥镜设备，其中所述白光源包括激光源和荧光物质，所述荧光物质响应于从该激光源发出的光而发光；并且从激光源发出的光和从荧光物质发出的光混合以产生具有期望光谱的照明光。
全文摘要
本发明公开了一种内窥镜设备，包括用于产生照明光的半导体光源和用于产生驱动脉冲以驱动半导体光源并使其发光的光源控制单元。光源控制单元进行目标光通量为降序的第一、第二和第三脉冲调制控制。在第一脉冲调制控制中，驱动脉冲的数量降低以将半导体光源的照明时间缩短至用于电子快门在一帧内的曝光时间的预定照明时间。在第二脉冲调制控制中，以预定间隔使驱动脉冲变稀疏以便在照明时间中降低脉冲密度。在第三脉冲调制控制中，在进行第二脉冲调制控制的区域中，数量被最小化的驱动脉冲的每一个的脉冲宽度减小。
文档编号A61B1/06GK102525387SQ20111035301
公开日2012年7月4日 申请日期2011年11月9日 优先权日2010年11月9日
发明者濑户康宏 申请人:富士胶片株式会社