专利名称：医疗用设备的光源装置、以及内窥镜装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及医疗用设备的光源装置、以及内窥镜装置。
背景技术：
众所周知有用于观察体腔内的组织的内窥镜装置。一般的内窥镜装置通过将从氙气灯等白色光源出射的白色光作为照明光而通过光导向体腔内的被观察区域供给，并利用摄像元件对来自被观察区域的反射光的像进行摄像。由此，获取基于白色光的普通观察图像。另外，近年来提出有将寿命更长且省电的发光二极管用作光源的内窥镜装置的方案。例如在专利文献I中记载有使用多个发光二极管的内窥镜用光源。
在先技术文献
专利文献I :日本特开2007-44249号公报发明内容
发明要解决的问题
当同时点亮多个发光二极管时，与点亮的发光二极管的数量相对应而导致发热量增大，发光二极管容易热老化。因此，在上述专利文献I的内窥镜用光源中，用于对供发光二极管配置的基板进行冷却的冷却机构设置于内窥镜用光源。然而，一般地，发光二极管除了因温度上升而导致产生热老化以外，发光特性也发生变化。因此，即使向发光二极管输入恒定的驱动信号，伴随着发光二极管的温度上升而使发光量减少，有时也不能获取想要的观察图像。另外，为了得到与卤素灯等相等的光量而需要同时点亮多个发光二极管，或使用额定光量高的发光二极管，光源越是形成为高亮度，发热量越是增大、发光量越是容易发生变化。
因此，本发明的目的在于，提供一种以简单的结构高精度地生成需要的充足光量的照明光而总是获取良好的观察图像的医疗用设备的光源装置、以及内窥镜装置。
本发明包括下述结构。
(I) 一种医疗用设备的光源装置，该医疗用设备的光源装置具备
光源部，该光源部具有额定光量不同的多个发光元件；以及
光源驱动部，该光源驱动部分别生成向上述多个发光元件发送的驱动信号并对上述发光元件进行驱动，
上述光源驱动部利用用于对来自上述光源部的出射光量进行补偿的驱动信号对上述多个发光元件中的上述额定光量低的发光元件进行驱动。
(2)搭载有(I)的医疗用设备的光源装置的内窥镜装置。
根据本发明的医疗用设备的光源装置、以及内窥镜装置，即使在发光元件产生光量降低，通过利用额定光量低的发光元件对其光量降低量进行补偿，也能够以简单的结构高精度地生成需要的充足光量的照明光而总是得到良好的观察图像。
图I是用于说明本发明的实施方式的图、是内窥镜装置的结构图。
图2是示出内窥镜装置的具体结构例的外观图。
图3是表示LED(L)与LED(S)的出射光量的时间变化的图表。
图4中，(A)是示出LED(L)的驱动信号的图表，(B)是示出LED(S)的驱动信号的图表。
图5是示出照明光的光量变化的图表。
图6是示意性地示出LED(L)与LED (S)的出射光强度的灰度(谐調)值与驱动信号的强度之间的关系的图表。
图7中，(A)是示出LED(L)的驱动信号的图表，(B)是示出LED(S)的驱动信号的图表。
图8是示出照明光的光量变化的图表。
图9是光源装置19A的主要部分结构图。
图中
11内窥镜
13控制装置
19光源装置
19A光源装置
21处理器
45摄像元件
55信息存储部
59光源控制部
61纤束(7 了 -{八' )气y K ^ )
63控制部
65光传感器
100内窥镜装置
LED(L)发光二极管
LED(S)发光二极管
Pa点売脉冲
Pb点売脉冲
Pc点売脉冲具体实施方式
以下，结合附图对本发明的实施方式进行详细的说明。
图I是用于说明本发明的实施方式的图、是作为医疗设备的内窥镜装置的结构图。图2是示出内窥镜装置的具体结构例的外观图。
如图I所示，内窥镜装置100具备内窥镜11、与内窥镜11连接的控制装置13、显示观察图像等的显示部15、以及用于向控制装置13输入信息的键盘、鼠标等输入部17。控制装置13构成为具有光源装置19、以及用于进行摄像图像的信号处理的处理器21。
内窥镜11具备主体操作部23 ;以及细长状的插入部25，其与该主体操作部23连续设置，且插入被检查体(体腔)内。通用软线27与主体操作部23连接。该通用软线27 的前端经由光导(light guide) (LG)连接器29A而与光源装置19连接，并且经由视频连接器29B而与处理器21连接。
如图2所示，内窥镜11的主体操作部23在插入部25的前端侧排列设置有用于实施抽吸、供气、供水的按钮、以及摄像时的快门按钮等各种操作按钮31，并且设置有一对角度旋钮(angle nub) 33。
插入部25从配置于基端侧的主体操作部23依次由软性部35、弯曲部37、以及前端部(内窥镜前端部)39构成。弯曲部37通过转动主体操作部23的角度旋钮33来牵引未图示的操作线，由此，插入部25能够被远程地弯曲操作，从而使前端部39朝向所希望的方向。
如图I所示，在内窥镜前端部39配置有摄像光学系统的观察窗41、以及照明光学系统的照明窗43。从照明窗43出射的照明光照射到被检查体。进而，利用摄像元件45通过观察窗41摄像来自被检查体的反射光。被摄像的观察图像在与处理器21连接的显示部 15被显示。
此处，摄像光学系统具有CO) (Charge Coupled Device)型影像传感器、 CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor)型影像传感器等摄像兀件 45 ;以及使观察像在摄像元件45成像的透镜等光学部件47。在摄像元件45的受光面成像而获取的观察像变换为电信号而通过信号电缆51输入到处理器21的摄像信号处理部53，在此变换为影像信号。此外，摄像元件45除了具备RGB的原色系列彩色滤波器之外，还可以具备CMY、 CMYG等补色(補色)系列彩色滤波器。
处理器21具备控制部63、用于生成影像信号的摄像信号处理部53、以及详情后述的供各种信息存储的信息存储部55。控制部63对从摄像信号处理部53输出的观察图像的图像数据适当地实施图像处理，并在显示部15映出。另外，向光源装置19的光源控制部59 输出控制信号，并从照明窗43出射所希望的光量的照明光。该控制部63与未图示的LAN 等网络连接，传送包含图像数据的信息等，并对内窥镜装置100整体进行控制。
照明光学系统具有光源装置19、以及经由连接器29A而与光源装置19连接的纤束61。光源装置19作为光源部而具有第一额定光量的高亮度发光元件亦即发光二极管LED(L)、以及比第一额定光量低的第二额定光量的低亮度发光元件亦即发光二极管 LED (S)，合成来自上述LED (L)以及LED (S)的出射光而生成照明光。
LED(L)是白色发光的高亮度型发光二极管，LED(S)是白色发光的小型发光二极管。虽然LED(S)的最大发光强度比LED(L)弱，但点亮的响应特性比LED(L)快。
来自LED(L)、LED(S)的各出射光在分别导入纤维束之后，通过统一于一根纤束而被合成，并从纤束的光出射端出射。
光源控制部59分别输出对LED (L)以及LED (S)驱动的驱动信号，并分别独立地对 LED(L)以及LED (S)进行驱动。
换句话说，处理器21的控制部63对LED (L)、LED⑶进行光量控制，并输出所希望的光量的白色光。该输出的白色光被导入纤束61,直至被导向内窥镜前端部39为止。由此，从内窥镜前端部39的照明窗43出射白色的照明光。
接着，对LED (L)与LED (S)的驱动控制进行说明。
控制部63向光源控制部59输出指示目标光量的控制信号。光源控制部59收到输入的控制信号而生成对LED (L)与LED (S)驱动的驱动信号，并将各驱动信号输出至LED (L) 与LED⑶。
在图3示出表示LED (L)与LED⑶的出射光量的时间变化的图表。
LED(L)基于输入的驱动信号而接收以出射光量形成为规定的目标光量的方式生成的驱动信号并开始点亮。LED(L)的出射光量从时刻(t0到tl逐渐增加，在时刻tl达到目标光量。之后，因LED(L)本身因点亮而发热，LED(L)的出射光量因发光特性发生变化而使出射光量慢慢降低。而且，出射光量在减少了光量Id的量的状态下形成为稳定状态。
换句话说，当只有LED (L)生成照明光时，在时刻tl之后距离目标光量相差光量Id 的量而形成为光量不足。因此，光源控制部59为了对不足的光量Id进行补偿而点亮驱动 LED (S)。换句话说，在时刻tl之后，以光量Id的量将LED (S)点亮，对LED (S)进行控制，以使得LED (L)与LED (S)的出射光量的合计与目标光量一致。
图4(A)、⑶示出具体的驱动信号的例子。图4(A)是示出LED(L)的驱动信号的图表，图4(B)是示出LED(S)的驱动信号的图表。如图4(A)所示，施加对LED(L)驱动的驱动信号在时刻t0从OFF变成ON的点亮脉冲Pa。于是，来自LED(L)的出射光量如附图中点线所示那样在时刻tl达到目标光量，之后减少。因此，如图4(B)所示，在从使向LED(L)施加的点亮脉冲Pa变成ON的时刻t0起规定时间Λ t后的时刻tl，对LED (S)施加驱动信号为从OFF变成ON的点亮脉冲Pb。此时的点亮脉冲Pb的信号强度(脉冲幅度与振幅的积分强度)被设定为得到光量Id。
对时刻tl进行规定的规定时间Λ t由点亮LED (L)的响应特性决定。另外，来自 LED(L)的出射光的降低光量Id由LED(L)所包含的荧光体材料等的个体特性决定。上述 LED(L)的响应特性、个体特性的信息被预先存储于图I所示的信息存储部55，控制部63随时(随時)参照该信息，由此能够求得规定时间At、以及降低光量Id。
这样，当光源控制部59生成图4 (A)、⑶所示的驱动信号并对LED (L)、LED⑶进行驱动时，来自双方的出射光所合成的照明光迅速地达到所希望的光量。即，照明光如图5 所示的表示照明光的光量变化的图表那样，在时刻tl之后形成为所希望的目标光量。
此处，如果LED(L)的出射光量的降低主要是因为点亮时的发热所导致的温度上升，则能够解析地求得其出射光降低量。
在该情况下，控制部63将驱动LED (L)的驱动履历作为驱动履历信息而存储于信息存储部55。控制部63读出直到该存储之前为止的驱动履历，并求得与LED(L)的点亮强度、点亮时间等点亮履历对应的发热的累积状态。进而，推断LED(L)的当前的元件温度。
接着，控制部63参照存储于信息存储部55的温度依存特性信息，并求得与推断的 LED(L)的现在温度对应的LED(L)的发光效率，从而推断LED (L)的实际的发光量。该推断的实际发光量与目标光量之差成为出射光的降低光量Id。
控制部63以形成为相当于降低光量Id的光量的方式设定信号强度，并将图4(B) 的LED (S)的驱动信号作为控制信号而输出至光源控制部59。
根据以上的控制，内窥镜装置能够将如所希望的目标光量那样的照明光照射至被检查体。由此，不会形成光量不足而总是能够得到良好的观察图像。
通过同时点亮上述结构的额定发光量不同的LED(L)与LED(S)，与利用单一发光元件进行光量的灰度控制的情况相比，能够提高光量控制的精度。虽然LED(L)与LED(S) 的灰度控制考虑有各种控制模式，但能够形成为例如图6所示那样的灰度控制。
图6是示意性地示出LED(L)与LED(S)的出射光强度的灰度值与驱动信号的强度之间的关系的图表。LED(L)的灰度控制在O Nljnax的范围内，LED(S)的灰度控制在O Nsmax的范围内。当将LED (L)的最小灰度控制范围设为St时，在该最小灰度控制范围St内进行基于LED
(S)的灰度控制，由此合成LED (L)与LED (S)的出射光的照明光的实际灰度控制范围由St/Nsmax表示。因此，通过组合额定发光量不同的LED(L)与LED(S)而进行灰度控制， 能够更细致地设定灰度控制幅度(幅)，从而能够实现细致的光量控制。
虽未图示，在上述的灰度控制中，通过在LED (S)的驱动信号重叠对LED (L)的光量降低量进行补偿的驱动信号，照明光量不降低而能够正确地得到所希望的目标光量。
接着，对为了消除因LED (L)与LED⑶的响应特性不同而导致的点亮初期(初期) 的照明光量不足的、LED(L)与LED(S)的驱动控制进行说明。
如上述的图5所示，驱动开始之后的时刻t0 tl的期间形成为过渡期间，合成 LED(L)与LED(S)的出射光量后的照明光的光量变化为瞬间未达到目标光量而产生响应延迟。因此，如图7㈧、(B)所示，为了消除该响应延迟，与向LED(L)施加的点亮脉冲Pa的上升(时刻t0)同时将在t0 t2的规定期间使响应速度快的LED(S)点亮的点亮脉冲Pc施加于 LED (S)。
由于LED⑶的响应特性快，基于点亮脉冲Pc的来自LED⑶的出射光从时刻t0 瞬间上升。而且，在点亮脉冲Pc的终端亦即时刻t2之后，光量因残光而慢慢降低，光量在时刻tl成为O。由于LED(L)的出射光量在时刻tl与目标光量一致，因此来自LED(S)的出射光量为O也可以。
在时刻tl之后，根据上述相同的向LED(S)施加的点亮脉冲Pb，从LED(S)出射 LED(L)的出射光量所降低的量的光,并使照明光的光量维持为与目标光量一致。
这样，如图8所示，利用向LED⑶施加的点亮脉冲Pa、Pb，将LED (L)与LED⑶的出射光合成后的照明光从施加了点亮脉冲Pa的时刻t0急剧地上升而达到目标光量。
控制部63(参照图I)参照存储于信息存储部55的LED(L)的响应特性而设定向 LED(S)施加的脉冲Pc的信号强度。即，对脉冲Pc的信号强度进行设定，以使得由LED(S) 的发光来补偿因LED(L)的响应延迟而在刚点亮之后产生的LED(L)的出射光量不足的量。
光源控制部59使用组合上述的点亮脉冲Pb、Pc的驱动信号而驱动LED(S)，由此能够生成与向LED(L)施加的驱动信号亦即点亮脉冲Pa的点亮模式大致一致的光量的照明光。由此，能够更高速且正确地调制照明光的光量。另外，即使在进行被检查体急剧地变化的动画摄像等的情况下，也能够随着被检查体的摄像条件的变化，总是能够获取良好的观察图像。
此处，虽然基于向LED⑶施加的点亮脉冲Pb、Pc的信号强度LED (L)的驱动履历信息、温度依存性信息而设定光源控制部59，也可以直接测定来自LED(L)的出射光强度而进行设定。
在该情况下，如在图9示出光源装置19A的主要部分结构那样，在来自LED(L)的出射光的光路中途配置用于检测光量降低的光传感器65,将来自该光传感器65的输出信息输入于光源控制部59。此外,在附图不例中，虽然在LED (L)的光出射口与聚光透镜67之间配置光传感器65，但光传感器65的配置位置并不局限于此。
这样，本发明并不局限于上述的实施方式，本领域技术人员相互组合实施方式的各结构、基于说明书的记载以及公知的技术而进行的变更、应用也在本发明的预定之中，并包含于所寻求保护的范围内。
例如，当利用LED⑶补偿LED (L)的光量降低量Id时，也可以对LED (L)的光量降低进行检测，然后从LED(S)出射预先决定的规定的光量。在该情况下，光量控制的运算负担减少，能够简化装置结构，从而提高处理速度。
另外，虽然LED(L)、LED(S)分别设置有一个，但也可以组合多个LED而构成。另外，LED(L)也可以是由氙气灯、卤素灯等白色光源、组合半导体激光与荧光体的白色光源构成。另外，LED(S)也相同地，也可以由其他白色光源构成。
以上，在本说明书公开有下述的事项。
(I) 一种医疗用设备的光源装置，该医疗用设备的光源装置具备
光源部，其具有额定光量不同的多个发光元件；以及光源驱动部，其分别生成向上述多个发光元件发送的驱动信号并对上述发光元件进行驱动，上述光源驱动部利用用于对来自上述光源部的出射光量进行补偿的驱动信号对上述多个发光元件中的上述额定光量降低的发光元件进行驱动。
根据该医疗用设备的光源装置，即使在发光元件产生光量降低，利用额定光量低的发光元件对该光量降低量进行补偿，由此能够以简单的结构高精度地生成需要的足够光量的照明光，总是能够进行良好的观察。
(2)在(I)的医疗用设备的光源装置中，上述光源部具有第一额定光量的高亮度发光元件、以及比上述第一额定光量低的第二额定光量的低亮度发光元件。
根据该医疗用设备的光源装置，使用额定光量不同的高亮度发光元件与低亮度发光元件，能够高精度地控制照明光的光量。
(3)在(2)的医疗用设备的光源装置，该医疗用设备的光源装置具备信息存储部， 该信息存储部对供上述高亮度发光元件的点亮驱动履历存储的驱动履历信息、以及表示与上述高亮度发光元件的元件温度相对应的发光量变化的温度依存特性信息进行存储，
上述光源驱动部参照上述驱动履历信息而推断上述高亮度发光元件的元件温度， 并参照上述温度依存特性信息而求得上述高亮度发光元件的对应于该推断的元件温度的出射光量降低量，从而利用上述低亮度发光元件对上述出射光量降低量进行补偿。
根据该医疗用设备的光源装置，根据高亮度发光元件的驱动履历来推断高亮度发光元件的元件温度，并解析地求得该推断温度下的出射光量降低量，由此无需实际测量便能求得来自高亮度发光元件的出射光量。由此，能够以简单的结构使照明光与所希望的光量一致。
(4)在(2)的医疗用设备的光源装置中，还具备对来自上述高亮度发光元件的出射光强度进行测定的光传感器，上述光源驱动部根据由上述光传感器测定的出射光强度来求得上述出射光量降低量，并利用上述低亮度发光元件来对该出射光量降低量进行补偿。
根据该医疗用设备的光源装置，利用光传感器而实际测量来自高亮度发光元件的出射光量，由此能够求得正确的光量降低量。
(5)在(2)至(4)中任一项的医疗用设备的光源装置中，上述低亮度发光元件具有比上述高亮度发光元件快的点亮响应特性，
上述光源驱动部还在上述低亮度发光元件的驱动信号中包含用于对在上述高亮度发光元件的刚点亮之后不足的出射光量进行补偿的点亮脉冲。
根据该医疗用设备的光源装置，能够利用来自低亮度发光元件的出射光对因高亮度发光元件的响应延迟而导致的在刚点亮之后不足的光量进行补偿，从而能够按照驱动信号而不产生响应延迟地生成照明光。
(6)在(5)的医疗用设备的光源装置，上述光源控制部在上述高亮度发光元件的点亮开始时刻(timing)施加上述点亮脉冲。
根据该医疗用设备的光源装置，由于低亮度发光元件在高亮度发光元件的点亮开始时点亮，因此照明光的响应延迟减少，能够在更正确的时刻生成照明光。
(7)在(I)至(6)中任一项的医疗用设备的光源装置中，上述多个发光元件为发光二极管。
根据该医疗用设备的光源装置，用发光二极管构成发光元件，由此发光元件的寿命变长、维护性提高，并且得到省电且能效高的照明光。
(8) 一种内窥镜装置，其搭载有(I) (7)中任一项的医疗用设备的光源装置。
根据该内窥镜装置，总是能够利用稳定的照明光而获取良好的观察图像，从而内窥镜诊断精度提高。
权利要求
1.一种医疗用设备的光源装置，其特征在干， 具备 光源部，其具有额定光量不同的多个发光元件；以及 光源驱动部，其分别生成针对所述多个发光元件的驱动信号而对所述发光元件进行驱动， 所述光源驱动部利用用于对来自所述光源部的出射光量进行补偿的驱动信号对所述多个发光元件中的所述额定光量低的发光元件进行驱动。
2.根据权利要求I所述的医疗用设备的光源装置，其特征在干， 所述光源部具有第一额定光量的高亮度发光元件、以及比所述第一额定光量低的第二额定光量的低亮度发光元件。
3.根据权利要求2所述的医疗用设备的光源装置，其特征在干， 还具备信息存储部，其对驱动履历信息和温度依存特性信息进行存储，所述驱动履历信息存储有所述高亮度发光元件的点亮驱动履历，所述温度依存特性信息表示所述高亮度发光元件的与元件温度相对应的发光量变化， 所述光源驱动部參照所述驱动履历信息而推断所述高亮度发光元件的元件温度，并參照所述温度依存特性信息而求得与该推断的元件温度相对应的所述高亮度发光元件的出射光量降低量，从而利用所述低亮度发光元件对所述出射光量降低量进行补偿。
4.根据权利要求2所述的医疗用设备的光源装置，其特征在干， 还具备对来自所述高亮度发光元件的出射光强度进行測定的光传感器， 所述光源驱动部根据由所述光传感器測定的出射光強度来求得所述出射光量降低量，并利用所述低亮度发光元件来对该出射光量降低量进行补偿。
5.根据权利要求2所述的医疗用设备的光源装置，其特征在干， 所述低亮度发光元件具有比所述高亮度发光元件迅速的点亮响应特性， 所述光源驱动部在所述低亮度发光元件的驱动信号中包含有用于对在所述高亮度发光元件的刚点亮之后不足的出射光量进行补偿的点亮脉沖。
6.根据权利要求3所述的医疗用设备的光源装置，其特征在干， 所述低亮度发光元件具有比所述高亮度发光元件迅速的点亮响应特性， 所述光源驱动部在所述低亮度发光元件的驱动信号中包含有用于对在所述高亮度发光元件的刚点亮之后不足的出射光量进行补偿的点亮脉沖。
7.根据权利要求4所述的医疗用设备的光源装置，其特征在干， 所述低亮度发光元件具有比所述高亮度发光元件迅速的点亮响应特性， 所述光源驱动部还在所述低亮度发光元件的驱动信号中包含有用于对在所述高亮度发光元件的刚点亮之后不足的出射光量进行补偿的点亮脉沖。
8.根据权利要求5所述的医疗用设备的光源装置，其特征在干， 所述光源控制部与所述高亮度发光元件的点亮开始时刻相同时施加所述点亮脉冲。
9.根据权利要求6所述的医疗用设备的光源装置，其特征在干， 所述光源控制部与所述高亮度发光元件的点亮开始时刻相同时施加所述点亮脉冲。
10.根据权利要求7所述的医疗用设备的光源装置，其特征在干， 所述光源控制部与所述高亮度发光元件的点亮开始时刻相同时施加所述点亮脉冲。
11.根据权利要求I至10中任一项所述的医疗用设备的光源装置，其特征在于，所述多个发光元件为发光二极管。
12.一种内窥镜装置，其特征在于，所述内窥镜装置搭载有权利要求I至11中任一项所述的医疗用设备的光源装置。
全文摘要
本发明公开一种以简单的结构高精度地生成需要的充足光量的照明光而总是获取良好的观察图像的医疗用设备的光源装置、以及内窥镜装置。医疗用设备的光源装置具备具有额定光量不同的多个发光元件的光源部；分别生成向多个发光元件发送的驱动信号并对发光元件进行驱动的光源驱动部。光源驱动部利用用于对来自光源部的出射光量进行补偿的驱动信号对多个发光元件中的额定光量低的发光元件进行驱动。在光源部具有第一额定光量的高亮度发光元件LED(L)、以及比其低的第二额定光量的低亮度发光元件LED(S)的情况下，当高亮度发光元件的出射光量降低时，光源驱动部求得高亮度发光元件的光量降低量，并从低亮度发光元件出射对该光量降低量进行补偿的光量。
文档编号A61B1/07GK102973239SQ20121030794
公开日2013年3月20日 申请日期2012年8月27日 优先权日2011年9月5日
发明者水由明, 斋藤牧, 饭田孝之 申请人:富士胶片株式会社