專(zhuān)利名稱(chēng)：內(nèi)窺鏡設(shè)備的制作方法
內(nèi)窺鏡設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域明本發(fā)明涉及內(nèi)窺鏡設(shè)備。
背景技術(shù)：
用于觀察體腔中的組織的內(nèi)窺鏡設(shè)備已經(jīng)是廣泛熟知的。通常，內(nèi)窺鏡設(shè)備具有下述構(gòu)造，其中從諸如氙氣燈之類(lèi)的白光源發(fā)出的白光作為照明光通過(guò)光導(dǎo)供給至體腔中的將被觀察區(qū)域，并且基于來(lái)自用白光照亮的將被觀察區(qū)域的反射光的圖像由成像器件捕獲，以產(chǎn)生觀察圖像。近年來(lái)，具有采用專(zhuān)用光的觀察模式的內(nèi)窺鏡設(shè)備也正在使用。所述觀察模式是用于在采用具有特定波長(zhǎng)的窄帶光照亮生物組織的同時(shí)觀察組織表層中的毛細(xì)血管或顯微結(jié)構(gòu)的窄帶光觀察，采用固有熒光或藥物熒光等的熒光觀察。內(nèi)窺鏡設(shè)備中的用于采用專(zhuān)用光的照明的光源可以具有這樣的構(gòu)造其中使來(lái)自諸如氙氣燈的白光源的光通過(guò)濾光片以便引出具有目標(biāo)波段的光，或者這樣的構(gòu)造其中實(shí)際上從激光源或諸如發(fā)光二極管的半導(dǎo)體發(fā)光器件發(fā)出的光的波長(zhǎng)被使用(例如，參見(jiàn) JP-A-2005-319115)。

發(fā)明內(nèi)容
當(dāng)諸如氙氣燈之類(lèi)的白光源用作內(nèi)窺鏡設(shè)備的光源時(shí)，狹縫設(shè)置在出射光的光路途中，以便通過(guò)用狹縫遮蔽光來(lái)控制光通量。根據(jù)該構(gòu)造，可以實(shí)現(xiàn)用于光量控制的約 2400 1的動(dòng)態(tài)范圍。另一方面，當(dāng)半導(dǎo)體光源用于控制光通量時(shí)，通常，常通過(guò)驅(qū)動(dòng)電流的增加/減小或脈沖寬度的調(diào)制來(lái)控制光通量。通過(guò)僅以這種方式控制光通量，對(duì)獲得寬的動(dòng)態(tài)范圍或?qū)崿F(xiàn)高光通量分辨率存在限制。因此難以以高精度令人滿意地控制發(fā)出光的量。雖然窄脈沖發(fā)生器或高分辨率型PWM控制器可以用來(lái)高精度地控制光通量，但每種上述裝置都太昂貴而在實(shí)際上不能安裝在內(nèi)窺鏡設(shè)備上。此外，半導(dǎo)體光源具有的特性在于， 由于光發(fā)出強(qiáng)度的溫度依存性，光通量在一些使用條件中會(huì)波動(dòng)。事實(shí)上，因此，關(guān)于如何與諸如氙氣燈之類(lèi)的白光源等同地或更大程度等同地控制半導(dǎo)體光源的光通量仍然存在多個(gè)問(wèn)題。本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種內(nèi)窺鏡設(shè)備，其中即使采用來(lái)自半導(dǎo)體光源的照明光， 也可以獲得寬的動(dòng)態(tài)范圍和高的光通量分辨率，從而可以高精度地控制光通量。本發(fā)明具有下述構(gòu)造。一種內(nèi)窺鏡設(shè)備，用于以目標(biāo)光通量從內(nèi)窺鏡插入部的前端發(fā)出照明光。該內(nèi)窺鏡設(shè)備包括半導(dǎo)體光源、成像單元和光源控制單元。半導(dǎo)體光源產(chǎn)生所述照明光。成像單元通過(guò)采用電子快門(mén)調(diào)整曝光時(shí)間。光源控制單元，根據(jù)輸入的目標(biāo)光通量產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)脈沖以驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體光源并使半導(dǎo)體光源發(fā)光。光源控制單元進(jìn)行目標(biāo)光通量為降序的第一脈沖調(diào)制控制、第二脈沖調(diào)制控制和第三脈沖調(diào)制控制。在第一脈沖調(diào)制控制中，驅(qū)動(dòng)脈沖的數(shù)量降低以將半導(dǎo)體光源的照明時(shí)間縮短至用于電子快門(mén)在一幀內(nèi)的曝光時(shí)間的預(yù)定照明時(shí)間。在第二脈沖調(diào)制控制中，在其中進(jìn)行第一脈沖調(diào)制控制的區(qū)域中，在預(yù)定照明時(shí)間中以預(yù)定間隔使驅(qū)動(dòng)脈沖變稀疏以便在照明時(shí)間中降低脈沖密度。在第三脈沖調(diào)制控制中， 在其中進(jìn)行第二脈沖調(diào)制控制的區(qū)域中數(shù)量被最小化的每個(gè)驅(qū)動(dòng)脈沖的脈沖寬度減小。根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)窺鏡設(shè)備，即使在使用來(lái)自半導(dǎo)體光源的照明光時(shí)，也能夠獲得寬的動(dòng)態(tài)范圍和高的光通量分辨率。因此，可以根據(jù)期望設(shè)置正常觀察或?qū)Ｓ霉庥^察中的照明光的強(qiáng)度。


圖1為用于說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式的視圖，示出了具有內(nèi)窺鏡和該內(nèi)窺鏡連接至的單元的內(nèi)窺鏡設(shè)備的配置。圖2為示出該內(nèi)窺鏡設(shè)備的配置的具體實(shí)施例的外視圖。圖3為由圖像信號(hào)處理部進(jìn)行的控制的方框圖。圖4為用于控制驅(qū)動(dòng)脈沖的示例的時(shí)序圖。圖5為示出對(duì)范圍從最大光通量至最小光通量的光通量的脈沖控制內(nèi)容的圖表。圖6為示意性地示出光源單元的主要部分配置和用于將光引導(dǎo)至光照射窗的光路的方框配置圖。圖7為示出由從光源單元發(fā)出的光所產(chǎn)生的照明光的光譜的圖表。圖8為示出單燈系統(tǒng)或雙燈系統(tǒng)的組合中的光通量控制圖案的說(shuō)明性視圖。
具體實(shí)施例方式以下將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施方式。圖1為用于說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式的視圖，示出了內(nèi)窺鏡設(shè)備的配置，其中所述內(nèi)窺鏡設(shè)備具有內(nèi)窺鏡和該內(nèi)窺鏡連接至的單元。圖2為外視圖，示出該內(nèi)窺鏡設(shè)備的配置的具體實(shí)施例。如圖1所示，內(nèi)窺鏡設(shè)備100具有內(nèi)窺鏡11、光源單元13、用于對(duì)捕獲的圖像進(jìn)行信號(hào)處理的處理器15、以及監(jiān)視器17。內(nèi)窺鏡11具有體操作部19和插入部21，插入部21 連接至體操作部19，用于插入對(duì)象(體腔)中。通用電纜23連接至體操作部19。通用電纜23的前端通過(guò)光導(dǎo)(LG)連接器25A連接至光源單元13。此外，圖像信號(hào)通過(guò)視頻連接器25B輸入至處理器15。如圖2所示，一對(duì)角度旋鈕四以及各種操作按鈕27 (如用于在插入部21的前端側(cè)中吸取、供給空氣和供給水的按鈕、用于捕獲圖像的快門(mén)按鈕等)設(shè)置在內(nèi)窺鏡11的體操作部19中。插入部21由軟質(zhì)部33、可彎曲部35和前端部(內(nèi)窺鏡前端部)37組成，它們距離體操作部19的距離遞增。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)體操作部19的角度旋鈕四時(shí)，可彎曲部35被遠(yuǎn)程操作以彎曲。因此，前端部37可以轉(zhuǎn)向到期望方向上。此外，如圖1所示，成像光學(xué)系統(tǒng)的觀察窗41和照明光學(xué)系統(tǒng)的光照射窗43設(shè)置在內(nèi)窺鏡11的前端部37中，使得由用來(lái)自光照射窗43的照明光照亮的對(duì)象反射的光可以通過(guò)觀察窗41被捕獲。如此捕獲的觀察圖像顯示在連接至處理器15的監(jiān)視器17上。在該實(shí)施方式中，成像光學(xué)系統(tǒng)包括諸如CCD (電荷耦合器件)或CMOS (互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)之類(lèi)的成像器件45和諸如成像透鏡47之類(lèi)的光學(xué)部件。由成像光學(xué)系統(tǒng)接收的觀察圖像在成像器件45的光接收面上聚焦，并被轉(zhuǎn)化成電信號(hào)。電信號(hào)通過(guò)信號(hào)電纜49輸入至處理器15的圖像信號(hào)處理部51，并在圖像信號(hào)處理部51中轉(zhuǎn)化成視頻信號(hào)。另一方面，照明光學(xué)系統(tǒng)包括光源單元13、光纖53和波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換部57。光源單元13 具有半導(dǎo)體光源55。光纖53連接至光源單元13。波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換部57設(shè)置在光纖53的光引出側(cè)。光纖53將激光引導(dǎo)至內(nèi)窺鏡前端部37，以產(chǎn)生白色照明光，其中從前端部37的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換部57發(fā)生的光與激光混合。波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換部57設(shè)置有熒光物質(zhì)，熒光物質(zhì)由激光激勵(lì)從而發(fā)出光。半導(dǎo)體光源陽(yáng)基于來(lái)自控制部61的指令響應(yīng)于來(lái)自于光源驅(qū)動(dòng)電路59的驅(qū)動(dòng)信號(hào)而發(fā)出具有期望強(qiáng)度的光?？刂撇?1連接至作為用于存儲(chǔ)圖像信號(hào)和各種信息的存儲(chǔ)單元的存儲(chǔ)器63，以便從圖像信號(hào)處理部51輸出的圖像數(shù)據(jù)可以顯示在監(jiān)視器17上?？刂撇?1連接至諸如 LAN之類(lèi)的網(wǎng)絡(luò)(未顯示)，以分配包括圖像數(shù)據(jù)的信息。因此，控制部61在總體上控制內(nèi)窺鏡設(shè)備100。半導(dǎo)體光源55具有發(fā)出具有445nm的中心波長(zhǎng)的藍(lán)光的半導(dǎo)體激光器(該半導(dǎo)體光源以后也將稱(chēng)為激光源)。半導(dǎo)體光源55發(fā)出藍(lán)色激光，同時(shí)控制發(fā)生的光通量。內(nèi)窺鏡的插入部21的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換部57由通過(guò)光纖53發(fā)出的光照亮。例如，寬域型^iGaN基激光二極管可以用作半導(dǎo)體光源陽(yáng)。波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換部57包括多種熒光物質(zhì)(如YAG基熒光物質(zhì)，或包含BAM(BaMgAlltlO37) 的熒光物質(zhì))，其可以吸收來(lái)自半導(dǎo)體光源陽(yáng)的激光的一部分，以被激發(fā)從而發(fā)出綠至黃光。因此，來(lái)自半導(dǎo)體光源55的激光與通過(guò)從激光轉(zhuǎn)化獲得的激發(fā)的綠至黃光混合，以產(chǎn)生白光。接下來(lái)，將對(duì)其中如此構(gòu)造的內(nèi)窺鏡設(shè)備100進(jìn)行控制以增大/減小從半導(dǎo)體光源陽(yáng)發(fā)出的光的強(qiáng)度的程序進(jìn)行描述。設(shè)置在圖1中示出的處理器15中的圖像信號(hào)處理部51接收由連接至處理器15 的內(nèi)窺鏡11的成像器件45輸出的RAW數(shù)據(jù)，并輸出用于控制半導(dǎo)體光源55至光源驅(qū)動(dòng)電路59的控制信號(hào)，從而根據(jù)RAW數(shù)據(jù)優(yōu)化照明光的量。圖3示出了由圖像信號(hào)處理部51進(jìn)行的控制的方框圖。從成像器件45輸出的 RAW數(shù)據(jù)(原始圖像的信息)輸入至圖像信號(hào)處理部51。柱狀圖產(chǎn)生部65產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于RAW 數(shù)據(jù)的光通量的柱狀圖，并將產(chǎn)生的柱狀圖供給至光度值計(jì)算部67。光度值計(jì)算部67基于供給的柱狀圖和由各種光度模式獲得的亮度檢測(cè)值(峰值、均值等)計(jì)算光度值。目標(biāo)光通量計(jì)算部69根據(jù)計(jì)算出的光度值計(jì)算下一幀的目標(biāo)光通量。在這里，目標(biāo)光通量具有對(duì)應(yīng)于諸如氙氣燈之類(lèi)的背景白光源的F-數(shù)的值。目標(biāo)光通量例如以12位灰度表示(0至 4096)。接下來(lái)，目標(biāo)光通量轉(zhuǎn)化成表示由半導(dǎo)體光源55發(fā)出的光通量的信號(hào)。圖1中示出的控制部61通過(guò)用驅(qū)動(dòng)脈沖進(jìn)行脈沖發(fā)光控制來(lái)控制由半導(dǎo)體光源發(fā)出的光通量。驅(qū)動(dòng)脈沖由光源驅(qū)動(dòng)電路59產(chǎn)生并輸入至半導(dǎo)體光源55。包括PW(脈沖數(shù)調(diào)制)，PDM(脈沖密度調(diào)制)和PWM(脈沖寬度調(diào)制)的三種控制或包括除前述三種控制之外的電流值控制的四種控制用于控制驅(qū)動(dòng)脈沖。接下來(lái)的描述將在其中使用前述四種控制的實(shí)施例中進(jìn)行。圖4示出用于控制驅(qū)動(dòng)脈沖的示例的時(shí)序圖。最大光通量由驅(qū)動(dòng)脈沖[1]獲得，驅(qū)動(dòng)脈沖[1]使得在由垂直同步信號(hào)VD限定的圖像的一幀的周期內(nèi)能夠在電子快門(mén)的全部曝光時(shí)間W內(nèi)都照明。在這里，假設(shè)一幀的周期為3:3ms，并且快門(mén)速度為l/60s。此外， 假設(shè)驅(qū)動(dòng)脈沖[1]的頻率為120kHz，因而在電子快門(mén)的曝光時(shí)間內(nèi)包括2000個(gè)脈沖。假設(shè)光通量從由驅(qū)動(dòng)脈沖[1]提供的最大光通量開(kāi)始降低。在該情況中，P匪控制、PDM控制、PWM控制和電流值控制以光通量遞減的順序分別在第一至第四調(diào)制區(qū)中進(jìn)行，以便光通量逐漸降低。首先，在TOM控制中，脈沖數(shù)在電子快門(mén)的全部曝光時(shí)間W內(nèi)斗以沿時(shí)間軸線后對(duì)準(zhǔn)(rear-aligned)的方式減少，以便縮短照明時(shí)間，也就是說(shuō)，驅(qū)動(dòng)脈沖的數(shù)量減少，以延遲驅(qū)動(dòng)啟動(dòng)定時(shí)，直到驅(qū)動(dòng)脈沖的數(shù)量與電子快門(mén)在一幀中的曝光時(shí)間達(dá)到預(yù)定最小比， 如驅(qū)動(dòng)脈沖[2]中所示。因此，半導(dǎo)體光源55的照明時(shí)間被縮短。順便提及，最大光通量不必對(duì)應(yīng)于電子快門(mén)的全部曝光時(shí)間W內(nèi)的照明，而是可以對(duì)應(yīng)于用于一幀的全部時(shí)間的照明，或者可以對(duì)應(yīng)于連續(xù)照明。接下來(lái)，如驅(qū)動(dòng)脈沖[3]中所示，通過(guò)P匪控制將半導(dǎo)體光源55的照明時(shí)間縮短至預(yù)定照明時(shí)間W，并且驅(qū)動(dòng)脈沖隨后通過(guò)PDM控制變稀疏。在PDM控制中，驅(qū)動(dòng)脈沖在縮短至預(yù)定照明時(shí)間Wmin的照明時(shí)間中以預(yù)定間隔變稀疏，以便降低該照明時(shí)間內(nèi)的脈沖密度。如驅(qū)動(dòng)脈沖[4]中所示，進(jìn)行PDM控制，直到驅(qū)動(dòng)脈沖的脈沖間隔達(dá)到變稀疏極限，也就是說(shuō)，直到驅(qū)動(dòng)脈沖具有預(yù)定最小脈沖密度。接下來(lái)，如驅(qū)動(dòng)脈沖[5]中所示，在驅(qū)動(dòng)脈沖達(dá)到預(yù)定最小脈沖數(shù)之后，通過(guò)PWM 控制減小每個(gè)驅(qū)動(dòng)脈沖的脈沖寬度。隨后，如驅(qū)動(dòng)脈沖M中所示，進(jìn)行PWM控制，直到每個(gè)驅(qū)動(dòng)脈沖的脈沖寬度達(dá)到PWM控制極限，也就是說(shuō)，直到脈沖寬度達(dá)到預(yù)定最小脈沖寬度。接下來(lái)，如驅(qū)動(dòng)脈沖[7]中所示，在每個(gè)驅(qū)動(dòng)脈沖達(dá)到預(yù)定最小脈沖寬度之后，降低驅(qū)動(dòng)電流。也就是說(shuō)，其脈沖寬度已經(jīng)達(dá)到最小的每個(gè)驅(qū)動(dòng)脈沖的脈沖幅度被均勻地減用于范圍從最大光通量至最小光通量的光通量的控制參數(shù)的信息的前述內(nèi)容在圖5中的匯總和表1中示出。圖5和表1中示出的控制參數(shù)信息存儲(chǔ)在圖1中示出的存儲(chǔ)器63中，并在任何時(shí)間由控制部61查閱，以便產(chǎn)生期望的驅(qū)動(dòng)脈沖。[表 1]CN 102525387 A
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)窺鏡設(shè)備，用于以期望光通量從內(nèi)窺鏡插入部的前端發(fā)出照明光，該內(nèi)窺鏡設(shè)備包括半導(dǎo)體光源，產(chǎn)生所述照明光；成像單元，其通過(guò)采用電子快門(mén)調(diào)整曝光時(shí)間；和光源控制單元，其根據(jù)輸入的目標(biāo)光通量產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)脈沖以驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體光源和使半導(dǎo)體光源發(fā)光，其中所述光源控制單元進(jìn)行目標(biāo)光通量為降序的第一脈沖調(diào)制控制、第二脈沖調(diào)制控制和第三脈沖調(diào)制控制；在第一脈沖調(diào)制控制中，驅(qū)動(dòng)脈沖的數(shù)量降低以將半導(dǎo)體光源的照明時(shí)間縮短至用于電子快門(mén)在一幀內(nèi)的曝光時(shí)間的預(yù)定照明時(shí)間；在第二脈沖調(diào)制控制中，在進(jìn)行第一脈沖調(diào)制控制的區(qū)域中，在預(yù)定照明時(shí)間中以預(yù)定間隔使驅(qū)動(dòng)脈沖變稀疏，以便在所述照明時(shí)間中降低脈沖密度；并且在第三脈沖調(diào)制控制中，在進(jìn)行第二脈沖調(diào)制控制的區(qū)域中，數(shù)量被最小化的驅(qū)動(dòng)脈沖的每一個(gè)的脈沖寬度被減小。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)窺鏡設(shè)備，其中當(dāng)目標(biāo)光通量進(jìn)一步低于第三脈沖調(diào)制控制中的光通量時(shí)，光源控制單元進(jìn)行第四脈沖調(diào)制控制，在第四脈沖調(diào)制控制中，在進(jìn)行所述第三脈沖調(diào)制控制的區(qū)域中脈沖寬度被最小化的每個(gè)驅(qū)動(dòng)脈沖的脈沖幅度被降低。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的內(nèi)窺鏡設(shè)備，還包括存儲(chǔ)單元，其存儲(chǔ)用于為期望的目標(biāo)光通量限定半導(dǎo)體光源的驅(qū)動(dòng)脈沖的控制參數(shù)的信息；其中光源控制單元根據(jù)輸入的目標(biāo)光通量參考所述控制參數(shù)獲得驅(qū)動(dòng)脈沖，以便通過(guò)采用獲得的驅(qū)動(dòng)脈沖驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體光源并使半導(dǎo)體光源發(fā)光。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的內(nèi)窺鏡設(shè)備，其中所述半導(dǎo)體光源包括發(fā)出具有相同光譜的光的多個(gè)發(fā)光器件；并且光源控制單元產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)脈沖，以獨(dú)立地控制所述發(fā)光器件并使所述發(fā)光器件發(fā)光。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的內(nèi)窺鏡設(shè)備，其中所述半導(dǎo)體光源包括發(fā)出具有彼此不同的光譜的光的多個(gè)發(fā)光器件；并且光源控制單元產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)脈沖，以獨(dú)立地控制所述發(fā)光器件并使所述發(fā)光器件發(fā)光。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的內(nèi)窺鏡設(shè)備，其中所述半導(dǎo)體光源包括產(chǎn)生白光的白光源和產(chǎn)生在預(yù)定波段中的窄帶光的窄帶光源；并且光源控制單元改變白光源和窄帶光源之間的出射光通量比例。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的內(nèi)窺鏡設(shè)備，其中所述窄帶光源發(fā)出具有360nm至530nm的中心波長(zhǎng)的窄帶光。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的內(nèi)窺鏡設(shè)備，其中所述白光源包括激光源和熒光物質(zhì)，所述熒光物質(zhì)響應(yīng)于從該激光源發(fā)出的光而發(fā)光；并且從激光源發(fā)出的光和從熒光物質(zhì)發(fā)出的光混合以產(chǎn)生具有期望光譜的照明光。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種內(nèi)窺鏡設(shè)備，包括用于產(chǎn)生照明光的半導(dǎo)體光源和用于產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)脈沖以驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體光源并使其發(fā)光的光源控制單元。光源控制單元進(jìn)行目標(biāo)光通量為降序的第一、第二和第三脈沖調(diào)制控制。在第一脈沖調(diào)制控制中，驅(qū)動(dòng)脈沖的數(shù)量降低以將半導(dǎo)體光源的照明時(shí)間縮短至用于電子快門(mén)在一幀內(nèi)的曝光時(shí)間的預(yù)定照明時(shí)間。在第二脈沖調(diào)制控制中，以預(yù)定間隔使驅(qū)動(dòng)脈沖變稀疏以便在照明時(shí)間中降低脈沖密度。在第三脈沖調(diào)制控制中，在進(jìn)行第二脈沖調(diào)制控制的區(qū)域中，數(shù)量被最小化的驅(qū)動(dòng)脈沖的每一個(gè)的脈沖寬度減小。
文檔編號(hào)A61B1/06GK102525387SQ20111035301
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月9日
發(fā)明者瀨戶康宏 申請(qǐng)人:富士膠片株式會(huì)社