DE112015001710T5

DE112015001710T5 - Endoskopvorrichtung

Info

Publication number: DE112015001710T5
Application number: DE112015001710.0T
Authority: DE
Inventors: Takeshi Ito; Hiroyuki Kamee
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2014-05-01
Filing date: 2015-04-21
Publication date: 2017-01-19
Also published as: US20170042414A1; US10368728B2; CN106231988A; JP2015211727A; WO2015166843A1

Abstract

Die Farbreproduzierbarkeit in einer Endoskopvorrichtung, in der Schmalbandlicht als Beleuchtungslicht verwendet wird, wird verbessert. Die Endoskopvorrichtung umfasst ein Lichtaustrittsteil (48), das ein aus den Schmalband-Lichtstrahlen bestehendes Beleuchtungslicht auf ein Beobachtungsziel ausstrahlt, einen Bildsensor (58), der ein vom Beobachtungsziel reflektiertes/gestreutes Licht zum Ausgeben eines Bildgebungssignal erfasst und eine Bildverarbeitungsschaltung (62), die das Bildverarbeitungssignal verarbeitet. Die Bildverarbeitungsschaltung (62) umfasst einen Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation-Schätzabschnitt (64), der in Bezug auf jeden Farbempfindlichkeitsbereich des Bildsensors eine Spitzenwellenlänge des im Farbempfindlichkeitsbereich enthaltenen Schmalbandlichts mit der Stärke des von einem Lichterfassungselement (58) entsprechend dem Farbempfindlichkeitsbereich erfassten reflektierten/gestreuten Lichts verknüpft, um die Schmalband-Lichtspektralstärkeninformation abzuleiten, und die Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation auf dieser Basis schätzt, und einen Wellenlängen-Fehlbereich-Korrekturverarbeitungsabschnitt (66), der eine Wellenlängen-Fehlbereich-Korrekturverarbeitung auf Basis der Schmalband-Lichtspektralstärkeninformationen und der Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation durchführt, so dass das Bildsignal näher dem ist, das erzielt wird, wenn ein Beleuchtungslicht ohne Wellenlängen-Fehlbereiche angewendet wird.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Endoskopvorrichtung.
Bisheriger Stand der Technik
Momentan umfasst der Entwicklungsstand eine sogenannte Glasfaser-Lichtquelle, in der kleine Lichtquellen mit Glasfasern kombiniert sind. Die Glasfaser-Lichtquelle wird geeigneterweise als ein optisches System zur Beleuchtung einer Beobachtungsvorrichtung wie einer Endoskopvorrichtung verwendet, um ein Beobachtungsziel vom distalen Ende einer dünnen Struktur zu beobachten.
Beispielsweise schlägt die japanische Kokai-Patentanmeldung Nr. 10-286235 eine mit einer Glasfaser-Lichtquelle ausgestattete Endoskopvorrichtung vor, in der Laserlichtquellen in den drei Farben R, G und B, Glasfasern und eine Streuscheibe kombiniert sind. Die Endoskopvorrichtung gemäß der japanischen Kokai-Patentanmeldung Nr. 10-286235 ist zum Leiten von Laserlicht von einem He-Cd-Laser, der ein Laser mit drei Primärfarben (Weißlicht) zum gleichzeitigen Oszillieren eines blauen Laserlichts mit 441,6 nm, eines grünen Laserlichts mit 537,8 nm und eines roten Laserlichts mit 636,0 nm, die drei Primärfarben darstellen, ist, und von einem He-Ne-Laser zum Ausstrahlen eines Lichts mit einer roten Wellenlänge von 632,8 nm zum distalen Ende eines Endoskops durch einen Lichtleiter und zum Anwenden von Laserlicht auf einen lebenden Körper, der ein Beobachtungsziel darstellt, durch die Streuscheibe und einen Beleuchtungsverteilungs-Anpassungsfilter ausgebildet.
Wenn ein Laserlicht gestreut und als ein Beleuchtungslicht verwendet wird, besteht im Allgemeinen das Problem darin, dass ein Mangel an Information zum Licht besteht, das nicht in der Wellenlänge des Laserlichts enthalten ist. Das heißt es ist bekannt, dass die Farbreproduzierbarkeit abnimmt, wenn ein unterschiedliches Reflexionsvermögen des lebenden Körpers, der ein Beleuchtungsziel darstellt, zwischen dem vom He-Cd-Laser oszillierten roten Laserlicht mit 636,0 nm und Licht mit angrenzenden Wellenlängen sowie Licht mit anderen Wellenlängen in einem roten Bereich besteht. Wenn beispielsweise ein in der Nähe von 636 nm angeordnetes Licht schlecht reflektiert wird, aber anderes Licht im roten Bereich gut reflektiert wird, besteht das Problem darin, dass das Beleuchtungsziel unter der Laserlichtbeleuchtung dunkel erscheint, obwohl das Beleuchtungsziel tatsächlich rot erscheint.
Zum Lösen solcher Probleme schlägt die japanische Kokai-Patentanmeldung Nr. 10-286235 vor, die Farbreproduzierbarkeit durch das Hinzufügen von rotem Licht mit 632,8 nm zu verbessern und Laserlicht mit verschiedenen roten Wellenlängen zu kombinieren.
Zusammenfassung der Erfindung
Technische Aufgabe
Die Wellenlängenbreite eines Laserlichts beträgt normalerweise 1 nm oder weniger, so dass beim Beispiel der japanischen Kokai-Patentanmeldung Nr. 10-286235 die Breite eines Wellenlängenbereichs, in dem das Beleuchtungslicht angeordnet ist, etwa 4 nm oder weniger beträgt, auch wenn ein blauer Lichtstrahl, ein grüner Lichtstrahl und zwei rote Lichtstrahlen kombiniert werden. Ein sichtbarer Lichtbereich, das heißt ein Bereich, in dem ein mit beispielsweise einem Endoskop verwendeter Bildsensor Lichtempfangsempfindlichkeit aufweist, erstreckt sich hingegen in einem Bereich von 400 nm bis 700 nm und weist eine Breite von etwa 300 nm auf. Daher umfasst im Beispiel der japanischen Kokai-Patentanmeldung Nr. 10-286235 der Wellenlängenbereich, in dem das Beleuchtungslicht angeordnet ist, 1,3% oder weniger des sichtbaren Lichtbereichs, so dass kein Beleuchtungslicht in 98% oder mehr des Wellenlängenbereichs angeordnet ist.
Das heißt die Endoskopvorrichtung gemäß der japanischen Kokai-Patentanmeldung Nr. 10-286235 verwendet als Beleuchtungslicht insgesamt vier Laserlichtstrahlen: zwei rote Laserlichtstrahlen, einen grünen Laserlichtstrahl und einen blauen Laserlichtstrahl; es gibt aber im Wesentlichen in 98% oder mehr des Bereichs, in dem der Bildsensor Lichtempfangsempfindlichkeit aufweist, kein Beleuchtungslicht. Somit kann in 98% oder mehr des Wellenlängenbereichs keine Farbinformation in Bezug auf den lebenden Körper, der das Beobachtungsziel darstellt, empfangen werden, was zu einer Konfiguration mit schlechter Farbreproduzierbarkeit führt.
Die vorliegende Erfindung wurde unter diesen Umständen entwickelt und soll die Farbreproduzierbarkeit in einer Endoskopvorrichtung verbessern, in der Schmalband-Lichtstrahlen mit verschiedenen Wellenlängen, typisiert durch Laserlichtstrahlen, als Beleuchtungslicht verwendet werden.
Technische Lösung
Eine Endoskopvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst einen Einführteil mit einem distalen Ende zum Einführen in einen Innenraum eines Beobachtungsziels, ein Lichtaustrittsteil, das ein Beleuchtungslicht auf die Innenraumfläche ausstrahlt und am distalen Ende angeordnet ist, einen Bildsensor, der ein von der Innenraumfläche reflektiertes/gestreutes Licht erfasst, um ein Bildgebungssignal auszugeben, und am distalen Ende angeordnet ist, eine Bildverarbeitungsschaltung, die das Bildgebungssignal verarbeitet, um ein Bildsignal auszugeben, und einen Anzeigeabschnitt, der ein Bild entsprechend dem Bildsignal anzeigt. Das Beleuchtungslicht umfasst Schmalband-Lichtstrahlen. Vom Bildsensor erfassbare Bereiche umfassen Schmalband-Lichtbereiche, in denen die jeweiligen Schmalband-Lichtstrahlen angeordnet sind, einen ersten Wellenlängen-Fehlbereich, das heißt ein Bereich zwischen den angrenzenden zwei Schmalband-Lichtbereichen, und einen ersten Wellenlängen-Fehlbereich, das heißt ein Bereich außerhalb der zwei äußersten Schmalband-Lichtbereiche. Der Bildsensor umfasst eine große Anzahl an Lichterfassungselementen umfassend mehrere Arten von Lichterfassungselementen zum Erfassen von Licht jeweils in mehreren Farbempfindlichkeitsbereichen. Die Bildverarbeitungsschaltung umfasst einen Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation-Schätzabschnitt, der in Bezug auf jeden Farbempfindlichkeitsbereich eine Spitzenwellenlänge des im Farbempfindlichkeitsbereich enthaltenen Schmalbandlichts mit der Stärke des von der Innenraumfläche reflektierten/gestreuten Licht, das vom Lichterfassungselement entsprechend dem Farbempfindlichkeitsbereich erfasst wird, verknüpft, um Schmalband-Lichtspektralstärkeninformationen (Wellenlänge λ, Lichtempfangsstärke P) abzuleiten, und Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation auf Basis der Schmalband-Lichtspektralstärkeninformationen schätzt, wobei die Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation Stärkeinformationen in Bezug auf das von der Innenraumfläche reflektierte/gestreute Licht im ersten Wellenlängen-Fehlbereich sind. Die Bildverarbeitungsschaltung umfasst ebenfalls einen Wellenlängen-Fehlbereich-Korrekturverarbeitungsabschnitt, der eine Wellenlängen-Fehlbereich-Korrekturverarbeitung auf Basis der Schmalband-Lichtspektralstärkeninformationen und der Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation durchführt, so dass sich das Bildsignal näher an einem erzielten Bildsignal befindet, wenn ein Beleuchtungslicht ohne Wellenlängen-Fehlbereiche angewendet wird.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Farbreproduzierbarkeit in einer Endoskopvorrichtung verbessert, in der Schmalbandlicht von verschiedenen Wellenlängen als Beleuchtungslicht verwendet wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt schematisch eine Beobachtungsvorrichtung in einer ersten Ausführungsform.
2 zeigt ein Beispiel für ein Lichtstrahlungsspektrum eines Halbleiterlasers, der ein Licht mit einer Wellenlänge von 450 nm ausstrahlt.
3 zeigt einen Verbindungsteil eines Lichtkombinierers in Glasfaserausführung.
4 zeigt einen Lichtkombinierer in Glasfaserausführung, in den eine Eintrittsseitenöffnung und eine Austrittsseitenöffnung integriert sind.
5 zeigt den Querschnittaufbau eines Lichtaustrittsteils.
6 zeigt die Beziehung zwischen Farbempfindlichkeitsbereichen, Schmalband-Lichtbereichen und Wellenlängen-Fehlbereichen in der ersten Ausführungsform.
7 zeigt Schmalband-Lichtstrahlungsinformationen, Schmalband-Lichtspektralinformationen und Informationen zur geschätzten spektralen Stärke des ersten Wellenlängen-Fehlbereichs in der ersten Ausführungsform.
8 zeigt ein Beispiel für das Suchen eines richtigen Werts für einen Farbempfindlichkeitsbereich 1 aufgrund der Informationen zur geschätzten spektralen Stärke des ersten Wellenlängen-Fehlbereichs.
9 zeigt 2×2 Bereiche von vier Pixeln, die eine Mindesteinheit in einem Bildsensor mit einem Bayer-Array darstellen.
10 zeigt den gesamten Bildgebungsschirm als ein Ziel zum Schätzen und einen Bereich von 10×10 Pixeln.
11 zeigt ein aufgenommenes Bild umfassend Bereiche, in denen eine Einfallslichtmenge im dynamischen Bereich des Bildsensors zu klein oder zu groß ist.
12 zeigt Beispiele für die Schätzung von Schmalband-Lichtstrahlungsinformationen und ersten Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformationen in einer Modifizierung der ersten Ausführungsform.
13 zeigt schematisch die Beobachtungsvorrichtung in einer zweiten Ausführungsform.
14 zeigt die Beziehung zwischen den Farbempfindlichkeitsbereichen, den Schmalband-Lichtbereichen und den Wellenlängen-Fehlbereichen in der zweiten Ausführungsform.
15 zeigt die Schmalband-Lichtstrahlungsinformation, die Schmalband-Lichtspektralinformation und die geschätzte erste Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation in der zweiten Ausführungsform.
16 zeigt die Beziehung zwischen jedem Halbleiterlaser und Rahmentakt in der dritten Ausführungsform.
17 zeigt die Schmalband-Lichtstrahlungsinformation, die Schmalband-Lichtspektralinformation und die geschätzte erste Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation in der dritten Ausführungsform.
18 zeigt Beispiele für die Schätzung von Schmalband-Lichtspektralinformationen und ersten Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformationen in einer Modifizierung der dritten Ausführungsform.
19 zeigt die Schmalband-Lichtstrahlungsinformation, die Schmalband-Lichtspektralinformation und geschätzte erste Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation in Beleuchtungslicht unter Ausschluss eines Schmalbandlichts 2 in der ersten Ausführungsform.
20 zeigt ein Beispiel für Beleuchtungslicht, bei dem drei LED-Elemente kombiniert sind.
21 zeigt Spektren von Spektralreflexionsfaktoren von Testfarben 1, 2, 3, 4, 5 und 6; und
22 zeigt Spektren von Spektralreflexionsfaktoren von Testfarben 7, 8 und 15.
Beschreibung der Ausführungsformen
[Erste Ausführungsform]
Nachfolgend sind ausführlich Ausführungsformen einer Beobachtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung in Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die folgenden Ausführungsformen beschränkt.
[Konfiguration]
1 zeigt schematisch eine Beobachtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Wie in 1 dargestellt umfasst die vorliegende Beobachtungsvorrichtung, die beispielsweise eine Endoskopvorrichtung ist, einen Korpusteil 12 umfassend einen Lichtquellenteil, einen Einführteil 14 mit einem distalen Ende 18 zum Einführen in einen Innenraum 92 eines Beobachtungsziels 90 und einen Anzeigeabschnitt 20, der ein Bild der Oberfläche des Innenraums des Beobachtungsziels 90 anzeigt.
Der Korpusteil 12 ist mit drei Halbleiterlasern (LD) 22A, 22B und 22C, die sich in der Strahlungswellenlänge unterscheiden, Treiberschaltungen 26A, 26B und 26C, die jeweils die entsprechenden Halbleiterlaser 22A, 22B und 22C antreiben, einer Lichtquellen-Steuerschaltung 30, welche die Halbleiterlaser 22A, 22B, und 22C durch die Treiberschaltungen 26A, 26B und 26C steuert, drei Glasfasern 32A, 32B und 32C, die jeweils von den Halbleiterlasern 22A, 22B und 22C ausgestrahltes Licht leiten, einem Lichtkombinierer 34, der die von den drei Glasfasern 32A bis 32C geleiteten Laserlichtstrahlen kombiniert, und einer Glasfaser 46, welche die vom Lichtkombinierer 34 kombinierten Laserlichtstrahlen leitet, ausgestattet.
Die Lichtquellen-Steuerschaltung 30 und die Treiberschaltungen 26A, 26B und 26C sind miteinander durch Steuersignalleitungen 28 verbunden, und die Treiberschaltungen 26A, 26B und 26C sowie die Halbleiterlaser 22A, 22B und 22C sind jeweils miteinander durch Stromleitungen 24 verbunden. Die Lichtquellen-Steuerschaltung 30 kann die Menge eines von jedem der Halbleiterlaser 22A, 22B und 22C ausgestrahlten Laserlichts und/oder das Ein- und Ausschalten von jedem der Halbleiterlaser 22A, 22B und 22C durch die Treiberschaltungen 26A, 26B und 26C steuern. Die Steuersignalleitungen 28 und die Stromleitungen 24 sind durch einzelne gerade Leitungen dargestellt; es können in der Praxis auch mehrfache Leitungen verlegt sein. Ferner sind offensichtliche Erfordernisse wie ein Stromversorgungskabel nicht dargestellt.
Die Glasfaser 46 erstreckt sich in den Einführteil 14 durch einen Verbindungsteil 16 des Einführteils 14 und des Korpusteils 12 und ist optisch mit einem am distalen Ende 18 des gegenüber dem Korpusteil 12 angeordneten Einführteils 14 angeordneten Lichtaustrittsteil 48 verbunden. Das Lichtaustrittsteil 48 verfügt über eine Funktion zum Ausstrahlendes von der Glasfaser 46 geleiteten Laserlichts zur Oberfläche des Innenraums 92 des Beobachtungsziels 90. Obwohl die Glasfaser 46 im Verbindungsteil 16 zum Befestigen und Abnehmen ausgebildet ist, ist zur Vereinfachung kein Befestigungs-/Abnahmmechanismus dargestellt, und sowohl die Seite am Korpusteil 12 und die Seite am Einführteil 14 des in der Nähe des Verbindungsteils 16 angeordneten Befestigungs-/Abnahmemechanismus werden als Glasfaser 46 bezeichnet.
Das distale Ende 18 des Einführteils 14 ist ferner mit einem Bildsensor 58 ausgestattet, der ein von der Oberfläche des Innenraums 92 des Beobachtungsziels 90 reflektiertes/gestreutes Licht erfasst, um ein Bildgebungssignal (ein elektrisches Signal der Bildgebungsinformationen) auszugeben. Der Bildsensor 58 umfasst eine große Anzahl an Lichterfassungselementen umfassend mehrere Arten von Lichterfassungselementen zum Erfassen von Licht jeweils in mehreren Farbempfindlichkeitsbereichen. Eine Signalleitung 60, die das vom Bildsensor 58 ausgegebene Bildgebungssignal sendet, ist mit dem Bildsensor 58 verbunden, und die Signalleitung 60 erstreckt sich in den Korpusteil 12 durch einen Verbindungsteil 16 des Einführteils 14 und des Korpusteils 12. Ein Befestigungs-/Abnahmemechanismus für die Signalleitung ist nicht dargestellt, und eine Signalleitung, die ein gemeinsames Signal überträgt, ist als Signalleitung 60 bezeichnet.
Das heißt der Einführteil 14 umfasst das Lichtaustrittsteil 48 und den Bildsensor 58, die am distalen Ende 18 angeordnet sind, und umfasst teilweise die mit dem Lichtaustrittsteil 48 verbundene Glasfaser 46 und die mit dem Bildsensor 58 verbundene Signalleitung 60.
Die sich im Korpusteil 12 erstreckende Signalleitung 60 ist mit einer Bildverarbeitungsschaltung 62 verbunden, welche die Bildgebungssignal-Ausgabe vom Bildsensor 58 zum Ausgeben eines Bildsignals verarbeitet. Das heißt der Korpusteil 12 umfasst ferner einen Teil der Signalleitung 60 und der Bildverarbeitungsschaltung 62. Die Bildverarbeitungsschaltung 62 umfasst einen Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation-Schätzabschnitt 64 und einen Wellenlängen-Fehlbereich-Korrekturverarbeitungsabschnitt 66, die nachfolgend beschrieben sind.
Die Bildverarbeitungsschaltung 62 ist über eine Signalleitung 68 mit dem Anzeigeabschnitt 20 verbunden. Die Bildsignalausgabe von der Bildverarbeitungsschaltung 62 wird über die Signalleitung 68 an den Anzeigeabschnitt 20 gesendet. Der Anzeigeabschnitt 20 zeigt ein Bild entsprechend dem empfangenen Bildsignal an. Ein Eingabeabschnitt 70 zum Eingeben von Informationen zur Bildverarbeitung ist über eine Stromleitung 72 mit der Bildverarbeitungsschaltung 62 verbunden. Die Signalleitung 68 und die Stromleitung 72 sind durch einzelne gerade Leitungen dargestellt; es können in der Praxis auch mehrfache Leitungen verlegt sein.
Der Einführteil 14 weist ein längliches und im Wesentlichen kreisförmig-zylindrisches Aussehen auf und hat eine Form, die leicht in den Innenraum 92 des Beobachtungsziels 90 eingeführt werden kann. Das heißt der Einführteil 14 weist eine Form auf, welche die Beobachtung im Innenraum 92 des Beobachtungsziels 90 mit einem schmalen Eingang erleichtert, der mit einer normalen Beobachtungsvorrichtung schwierig zu beobachten ist. Beispielsweise kann wie in 1 dargestellt der Innenraum 92 des Beobachtungsziels 90 ein Raum sein, der sich leicht in die Innenseite vom schmalen Eingang verbreitert, und ein Licht von außen wie von der Innenbeleuchtung und Sonnenlicht kann schwer in solch einen Raum eindringen. Insbesondere wenn der Einführteil 14 eingeführt wird, wird der ursprüngliche schmale Eingang durch den Einführteil 14 zusätzlich versperrt und es dringt nahezu kein Licht von außen ein. Das heißt das meiste Beleuchtungslicht im Innenraum 92 des Beobachtungsziels 90 ist das ausschließlich vom Lichtaustrittsteil 48 ausgestrahlte Beleuchtungslicht und im Vergleich zum Beleuchtungslicht ist das Licht von außen nahezu vernachlässigbar. Die Beobachtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist für die Beobachtung des Innenraums 92 geeignet, in dem Licht von außen im Vergleich zum Beleuchtungslicht nahezu vernachlässigbar ist.
<Halbleiterlaser (LD)>
Die Halbleiterlaser sind Festkörper-Lichtquellen, die Laserlicht ausstrahlen, wenn ein Strom durch Halbleiterelemente fließt. In der Praxis werden Halbleiterlaser mit verschiedenen Wellenlängen von Ultraviolettlicht bis Infrarotlicht verwendet. Halbleiterlaser weisen Vorzüge wie eine geringe Größe und einen niedrigen Stromverbrauch auf und wurden in den letzten Jahren aktiv weiterentwickelt, um eine größere Leuchtdichte und eine Diversifizierung der Wellenlängen zu erzielen. Generell ist Laserlicht ein Licht mit der Wellenlängencharakteristik eines Linienspektrums mit einer extrem kleinen Wellenlängenbreite. Bei einem Halbleiterlaser beträgt die Breite einer Spektrallinie (Spektrallinienbreite) im Allgemeinen 1 nm oder weniger. Halbleiterlaser umfassen beispielsweise eine an einer Stirnfläche ausstrahlende Ausführung (Streifenlaser), der ein Licht von einer Spaltebene eines Wafers ausstrahlt, und eine an einer Oberfläche ausstrahlende Ausführung (Vertical Cavity Surface Emitting Laser, VCSEL), der ein Licht von der Oberfläche eines Wafers ausstrahlt. In der Praxis wird ebenfalls ein Schicht-Halbleiterlaser verwendet, der sich durch Erzeugung der zweiten Harmonischen auszeichnet (SHG-Halbleiterlaser) und bei dem nichtlineares Kristall mit einem Austrittsteil eines Halbleiterlasers kombiniert ist, um eine Oszillationswellenlänge des Halbleiterlasers um die Hälfte zu verringern.
Der Korpusteil 12 gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst die drei Halbleiterlaser 22A, 22B und 22C in aufsteigender Reihenfolge der Oszillationswellenlänge.
Der Halbleiterlaser 22A ist ein Mehrmoden-Halbleiterlaser, der ein blaues Laserlicht mit einer Wellenlänge von etwa 450 nm ausstrahlt.
Der Halbleiterlaser 22B ist ein Mehrfachmodus-Halbleiterlaser, der ein grünes Laserlicht mit einer Wellenlänge von etwa 540 nm ausstrahlt.
Der Halbleiterlaser 22C ist ein Mehrmoden-Halbleiterlaser, der ein rotes Laserlicht mit einer Wellenlänge von etwa 640 nm ausstrahlt.
Jeder der Halbleiterlaser ist ein Mehrmodenlaser. Beispielsweise oszilliert wie in 2 dargestellt der Mehrmodenlaser mit mehreren Wellenlängen und die Oszillationswellenlängen von der kürzesten Oszillationswellenlänge bis zur längsten Oszillationswellenlänge sind in einem Wellenlängenbereich von 1 nm oder weniger enthalten. 2 zeigt ein Beispiel für ein Lichtstrahlungsspektrum des Halbleiterlasers 22A, der ein Licht mit einer Wellenlänge von 450 nm ausstrahlt. Das Lichtstrahlungspektrum weist Spektrumkomponenten in einer zweistelligen Anzahl auf und das Verhältnis und/oder die Zahl der Linienspektren ändern sich mit der Zeit. Die Breite des Wellenlängenbereichs des Lichtstrahlungsspektrums weist eine Ausdehnung von etwa 1 nm insgesamt auf. Wenn das Mehrmodenlaser-Licht mit solch einem Spektrum als ein Schmalbandlicht verwendet wird, ist eine Spitzenwellenlänge λ_peak des Schmalbandlichts als eine Wellenlänge mit der höchsten Lichtstärke definiert. In der vorliegenden Ausführungsform entspricht eine Spitzenwellenlänge λ_peak des Halbleiterlasers 22A 450 nm. Ebenso entspricht eine Spitzenwellenlänge λ_peak des Halbleiterlasers 22B 540 nm und eine Spitzenwellenlänge λ_peak des Halbleiterlasers 22C entspricht 640 nm.
Wie im unteren Abschnitt von 6 dargestellt sind Bereiche, die vom Bildsensor 58 erfasst werden können und nahezu kein Laserlicht aufweisen, als Wellenlängen-Fehlbereiche definiert. Insbesondere ein Bereich zwischen zwei Laserlichtstrahlen mit angrenzenden Wellenlängen ist als ein erster Wellenlängen-Fehlbereich definiert, und ein Bereich auf der kurzen Wellenlängenseite als das Laserlicht mit der kürzesten Wellenlänge und ein Bereich auf der langen Wellenlängenseite als das Laserlicht mit der längsten Wellenlänge sind als zweite Wellenlängen-Fehlbereiche definiert. Insbesondere wird ein Schmalband-Lichtbereich im Wellenlängenbereich von jedem Laserlichtspektrum angenommen, so dass ein Bereich zwischen den Schmalband-Lichtbereichen von angrenzenden zwei Laserlichtstrahlen als der erste Wellenlängen-Fehlbereich und ein Bereich auf der kurzen Wellenlängenseite als der Schmalband-Lichtbereich des Laserlichts mit der kürzesten Wellenlänge und ein Bereich auf der langen Wellenlängenseite als der Schmalband-Lichtbereich des Laserlichts mit der längsten Wellenlänge als die zweiten Wellenlängen-Fehlbereiche definiert sind. Ferner ist ein Bereich mit einer Stärke größer als die Hälfte der Spitzenstärke des Laserlichts der Schmalband-Lichtbereich. Die Wellenlängen-Fehlbereiche beziehen sich nachfolgend auf einen Bereich, der eine Kombination des ersten Wellenlängen-Fehlbereichs und dem zweiten Wellenlängen-Fehlbereichs darstellt, sofern nicht anders angegeben.
Das heißt in der vorliegenden Ausführungsform ist der vom Bildsensor 58 erfassbare Wellenlängenbereich ein Wellenlängenbereich mit einer Wellenlängenbreite von etwa 300 nm im Bereich von 400 nm bis 700 nm. Der Wellenlängenbereich umfasst drei Schmalband-Lichtbereiche mit einer Breite von 1 nm oder weniger, und weitere Bereiche von 297 nm oder mehr sind Wellenlängen-Fehlbereiche. Das heißt 99% oder mehr der vom Bildsensor 58 erfassbaren Wellenlängenbereiche sind Wellenlängen-Fehlbereiche.
<Treiberschaltungen>
Die Treiberschaltungen 26A, 26B und 26C haben die Funktion, die jeweiligen Halbleiterlaser 22A, 22B und 22C mit entsprechendem Strom zu versorgen, und haben die Funktion, die Halbleiterlaser 22A, 22B und 22C ein-/auszuschalten und/oder ihren Lichtaustrahlungszustand, beispielsweise zum Bewirken eines Lichtpulsierens der Halbleiterlaser 22A, 22B und 22C, auf der Basis eines von der Lichtquellen-Steuerschaltung 30 ausgegebenen Steuersignals durch die Steuersignalleitungen 28 zu steuern. Ferner haben die Treiberschaltungen 26A, 26B und 26C die Funktion, zu verhindern, dass die Halbleiterlaser 22A, 22B und 22C durch eine abrupte Stromzunahme oder das Beaufschlagen mit von der Norm abweichenden Strömen oder Spannungen elektrisch unterbrochen werden. Zusätzlich haben die Treiberschaltungen 26A, 26B und 26C verschiedene Funktionen von normalen Halbleiterlaser-Treiberschaltungen.
<Lichtquellen-Steuerschaltung>
Die Lichtquellen-Steuerschaltung 30 hat eine Funktion zum Steuern der Halbleiterlaser 22A, 22B und 22C in Beziehung zueinander und ebenfalls zum unabhängigen Steuern der Halbleiterlaser 22A, 22B und 22C.
Wenn beispielsweise die drei Halbleiterlaser 22A, 22B und 22C kombiniert sind, wird ein im Wesentlichen weißes Licht erzeugt, sofern die drei Halbleiterlaser 22A, 22B und 22C Licht mit einer im Wesentlichen gleichen Stärke ausstrahlen. Wenn die Farbe des Beleuchtungslichts an den Zweck der Beleuchtung angepasst werden muss, kann Beleuchtungslicht mit verschiedenen Farben erzielt werden, indem das Lichtmengenverhältnis der Halbleiterlaser 22A, 22B und 22C entsprechend angepasst wird. Die Lichtquellen-Steuerschaltung 30 gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann gleichzeitig die Mengen aller Laserlichtstrahlen vergrößern oder verkleinern, während ein konstantes Lichtstärkenverhältnis der Laserlichtstrahlen der drei Halbleiterlaser 22A, 22B und 22C gehalten wird. Die Lichtquellen-Steuerschaltung 30 kann ebenfalls unabhängig die Menge eines bestimmten Laserlichts allein vergrößern oder verkleinern und das bestimmte Laserlicht ein-/ausschalten.
Wenn die Lichtquellen-Steuerschaltung 30 beispielsweise so steuert, dass die gesamte Lichtmenge zunimmt oder abnimmt, während ein konstantes Lichtstärkenverhältnis der Halbleiterlaser 22A, 22B und 22C gehalten wird, ändert sich die Farbe des Beleuchtungslichts nicht, und es kann ausschließlich die Helligkeit des Beleuchtungslichts erhöht oder verringert werden. Wenn die Lichtmengen der Halbleiterlaser 22A, 22B und 22C unabhängig geregelt werden, kann die Farbe des Beleuchtungslichts verschieden angepasst werden. Ferner kann, wenn alle Halbleiterlaser 22A, 22B und 22C gleichzeitig blinken, ein Lichtquellenteil, der der in einer gewünschten Farbe blinkt, erzielt werden. Wenn die Halbleiterlaser 22A, 22B und 22C nacheinander in verschiedenen Zeitabläufen blinken, kann ein Lichtquellenteil, der nacheinander die Farbe des Beleuchtungslichts ändert, erzielt werden.
Ferner kann die Lichtquellen-Steuerschaltung 30 so ausgebildet sein, dass sie verschiedene für bestimmte Zwecke geeignete Steuerungen ausführen kann.
<Glasfasern>
In der vorliegenden Ausführungsform werden die Glasfasern 32A, 32B, 32C und 46 zum Leiten des Laserlichts von den Halbleiterlasern 22A, 22B und 22C zum Lichtkombinierer 34 und Leiten des Laserlichts vom Lichtkombinierer 34 zum Lichtaustrittsteil 48 verwendet. Ferner wird ein Lichtkombinierer 34 in Glasfaserausführung, der nachfolgend beschrieben ist, als Lichtkombinierer 34 verwendet.
Verschiedene Glasfasern, die in der Praxis verwendet werden, sind als diese Glasfasern 32A, 32B, 32C und 46 verfügbar. In der vorliegenden Ausführungsform werden die Mehrmoden-Halbleiterlaser als die Halbleiterlaser 22A, 22B und 22C verwendet, so dass die Glasfasern in Mehrmodenausführung als die Glasfasern 32A, 32B, 32C und 46 für ein wirksames Eintreten und Leiten der Mehrmodenlaser-Lichtstrahlen verwendet werden. Normale Glasfasern in Mehrmodenausführung weisen einen Kerndurchmesser von μm im zweistelligen Bereich bis etwa 200 μm auf. Der Kerndurchmesser der Glasfasern ist vorzugsweise groß, um die Einfallslichtrate des von den Halbleiterlasern 22A, 22B und 22C ausgestrahlten Laserlichts zu verbessern, und ist andererseits vorzugsweise klein, um den Einführteil 14 leicht biegen zu können und den Durchmesser zu verringern. Daher wird der Kerndurchmesser der Glasfasern beispielsweise auf Basis der Streuungen des von den Halbleiterlasern 22A, 22B und 22C ausgestrahlten Laserlichts, der optischen Struktur eines Verbindungsteils zum optischen Verbinden der Halbleiterlaser 22A, 22B und 22C und der Glasfasern 32A, 32B und 32C, der Dicke des Einführteils 14 optischer Eingabe-/Ausgabeanforderungen des nachfolgend beschriebenen Lichtkombinierers 34 gewählt. In der vorliegenden Ausführungsform wird eine Glasfaser mit einem Kerndurchmesser von etwa 50 μm und einem Manteldurchmesser von etwa 125 μm als die Glasfaser 46 verwendet, die auf dem Einführteil 14 montiert ist und das Laserlicht zum Lichtaustrittsteil 48 leitet.
Nicht nur Glasfasern, die verschiedene Kerndurchmesser aufweisen, sondern auch Glasfasern, die verschiedene Merkmale aufweisen, werden in der Praxis für jeden Zweck verwendet. Beispielsweise können Glasfasern passend für Zwecke entsprechend dem Grad einer numerischen Apertur NA auf Basis eines Brechungsindexunterschieds zwischen einem Kern und einem Mantel, oder eines Manteldurchmessers und einer Umhüllungsstruktur der Außenseite des Mantels, welche die Biegbarkeit und Festigkeit beeinflussen, gewählt werden.
Es stehen Glasfasern in verschiedenen Materialien zur Verfügung. Es können nicht nur herkömmlicherweise verwendete Glasfasern mit Glaskernen/Glasmänteln verwendet werden, sondern auch Glasfasern mit Kunststoffkernen und Kunststoffmänteln, die zur Lichtübertragung auf kurzen Strecken weit verbreitet sind. Für einen größeren Brechungsindexunterschied zwischen einem Kern und einem Mantel kann ebenfalls eine Verbundglasfaser verwendet werden, in der ein Glaskern und ein Kunststoffmantel kombiniert sind. In der vorliegenden Ausführungsform werden Glasfasern mit Quarzkernen und Glasmänteln, die eine relativ hohe optische Beständigkeit aufweisen, aufgrund der Stärken und Wellenlängen des zu verwendenden Lichts verwendet.
<Lichtkombinierer>
Der Lichtkombinierer 34 ist ein optisches Element mit einer Funktion zum Kombinieren des von mehreren Eintrittsenden eintretenden Lichts an einem Austrittsende. Es kann ein optisches Element verwendet werden, das Laserlicht von mehreren Lasern zu einer Glasfaser koppeln kann; beispielsweise kann ein optisches Element auf der Basis eines räumlichen optischen Systems, in dem ein Kreuzprisma und ein dichroitischer Spiegel kombiniert sind, oder eines optischen Elements in Glasfaserausführung, in dem Kernteile von Glasfasern mit kleinem Durchmesser mit einem Kernteil einer Glasfaser mit großem Durchmesser verbunden sind, verwendet werden. Ein Beispiel des Lichtkombinierers 34 in Glasfaserausführung ist in 3 dargestellt.
3 zeigt einen Verbindungsteil des Lichtkombinierers 34 in Glasfaserausführung. Das Beispiel in 3 ist der 3-Ein-1-Aus-Lichtkombinierer 34, in dem die drei mit drei Eintrittsöffnungen verbundenen eintrittsseitigen Glasfasern 32A bis 32C und die mit einer Eintrittsöffnung verbundene ausgangsseitige Glasfaser 46 optisch miteinander verbunden sind, so dass ihre Stirnflächen gegenüberliegend zusammengedrückt werden. Obwohl 3 ein Bilddiagramm ist, das vorrangig klar darstellen soll, ist der in der Nähe des Verbindungsteils angeordnete Teil im Anschmelzverfahren verbunden oder beispielsweise mit einem Klebstoff befestigt, und der Verbindungsteil ist vollständig mit einer Hülle o. Ä. umgeben, um die mechanische Festigkeit des Verbindungsteils zu verbessern. Bei solch einem Lichtkombinierer 34 in Glasfaserausführung können Glasfasern 36A, 36B und 36C als eintrittsseitige Öffnungen und eine Glasfaser 42 als eine austrittsseitige Öffnung in einen Lichtkombinierer 40 wie in 4 dargestellt integriert sein. In diesem Fall kann der ausschließlich in der Nähe des Verbindungsteils angeordnete (mit einer Abdeckung o. Ä. abgedeckte) Teil als ein Lichtkombinierer bezeichnet werden, oder der Teil von Verbindungsstücken 38A, 38B und 38C der eintrittsseitigen Öffnungen zu einem Verbindungsstück 44 der austrittsseitigen Öffnung kann als ein Lichtkombinierer bezeichnet werden.
Der in 3 dargestellte Lichtkombinierer 34 ist so ausgebildet, dass der Durchmesser der austrittsseitigen Glasfaser 46 größer ist als der Durchmesser von jeder der eintrittsseitigen Glasfasern 32A bis 32C. Somit können die Glasfasern mit verschiedenen Durchmessern im Lichtquellenteil enthalten sein oder die austrittsseitige Glasfaser 46 kann so bearbeitet werden, dass sie schrittweise dünner wird und spitz zuläuft.
In 3 und 4 ist zwar das Beispiel des 3-Ein-1-Aus-Lichtkombinierers 34 (das heißt drei Eintrittsenden und ein Austrittsende) gemäß der Konfiguration in der vorliegenden Ausführungsform dargestellt; der Lichtkombinierer ist aber nicht darauf beschränkt. In der Praxis werden ein 2-Ein-1-Aus-Lichtkombinierer und ein Mehrfach-1-Aus-Lichtkombinierer, in dem eine große Zahl von eintrittsseitigen Glasfasern zu einer Glasfaser gekoppelt ist, entsprechend dem Zweck verwendet, und es können verschiedene solche Lichtkombinierer verwendet werden. Entsprechend dem Zweck kann die Zahl der Eintrittsenden durch Verbinden von Lichtkombinierern in Reihe angepasst werden. Beispielsweise kann ein 3-Ein-1-Aus-Lichtkombinierer als Ganzes durch Verbinden des Austrittsendes eines weiteren 2-Ein-1-Aus-Lichtkombinierers mit einem Eintrittsende eines 2-Ein-1-Aus-Lichtkombinierers gebildet werden. Es können ebenfalls Lichtkombinierer in verschiedenen Ausführungen durch Verbinden verschiedener Lichtkombinierer in Reihe oder parallel gebildet werden.
Ferner ist, obwohl ausschließlich der 1-Aus-Lichtkombinierer in der vorliegenden Ausführungsform dargestellt ist, der Lichtkombinierer nicht darauf beschränkt. Beispielsweise können mehr als ein Lichtaustrittsteil 48 am distalen Ende 18 angeordnet werden, indem 2 × 2 Optokoppler kombiniert werden, in denen die Seitenflächen von Glasfaserkernen optisch verbunden sind. Somit kann, wenn das Beobachtungsziel 90 uneben ist, ein schattenfreies und zufriedenstellendes Beobachtungsbild erzielt werden. Es können auch verschiedene Optokoppler wie 3 × 3 oder mehr Optokoppler unabhängig oder in Kombination mit dem Lichtkombinierer verwendet werden.
<Lichtaustrittsteil>
Das Lichtaustrittsteil 48 hat eine Funktion zum Anpassen der optischen Merkmale der Laserlichtstrahlen, die drei Schmalband-Lichtstrahlen mit verschiedener Wellenlänge darstellen, die von den drei Halbleiterlasern 22A, 22B und 22C ausgestrahlt und vom Lichtkombinierer 34 der Glasfaser 46 zugeführt werden, an einen Beleuchtungszweck und Ausstrahlen des Laserlichts als Beleuchtungslicht. Das heißt das Lichtaustrittsteil 48 hat eine Funktion zum Anpassen der optischen Merkmale der Laserlichtstrahlen, die vom Lichtquellenteil ausgestrahlte primäre Lichtstrahlen darstellen, und Ausstrahlen des Laserlichts als Beleuchtungslicht.
Wenn Laserlicht unverändert ausgestrahlt wird, kann es je nach Strahlungswinkel oder Lichtstärke pro Einheitenwinkel für den menschlichen Körper schädlich sein. Somit muss der Strahlungswinkel des Laserlichts auf einen sicheren Wert vergrößert werden oder die Größe eines Lichtausstrahlpunkts zunehmen.
Aufgrund des Grads der Kohärenzlänge, die ein optisches Merkmal des Laserlichts darstellt, das heißt aufgrund der Höhe der Kohärenz, wird sogenanntes Fleckenrauschen erzeugt, bei dem leuchtende Stellen zufällig erzeugt werden, wenn das Laserlicht beispielsweise auf eine streuende Oberfläche angewendet wird. Das Fleckenrauschen wird von einem Beobachter nicht nur als unangenehmes Flackern wahrgenommen, sondern beeinträchtigt auch die Beobachtung von Details eines Beobachtungsziels. Daher muss die Kohärenz verringert werden.
Ferner weist die NA, die einen Index auf Basis des Brechungsindexunterschieds zwischen dem Kern und dem Mantel der Glasfaser darstellt, eine Wellenlängenabhängigkeit ähnlich der des Brechungsindex auf. Der Strahlungswinkel des vom Austrittsende der Glasfaser ausgestrahlten Laserlichts hängt von der NA ab, so dass der Strahlungswinkel ebenfalls Wellenlängenabhängigkeit aufweist. Wenn sich der Strahlungswinkel von Wellenlänge zu Wellenlänge ändert, besteht das Problem, dass konzentrische Farbunregelmäßigkeit erzeugt wird, und die Farbe erscheint daher je nach Position des Beleuchtungsziels unterschiedlich. Zum Beseitigen des Unterschieds des Strahlungswinkels von Wellenlänge zu Wellenlänge müssen der Strahlungswinkel und die Lichtverteilung angepasst werden.
Das heißt aus den verschiedenen zuvor beschriebenen Gründen hat das Lichtaustrittsteil 48 eine Funktion zum Anpassen der optischen Merkmale wie Strahlungswinkel und Lichtverteilungswinkel, Kohärenz und Größe eines Lichtausstrahlpunkts. In der vorliegenden Ausführungsform weist das Lichtaustrittsteil 48 einen Aufbau wie in 5 dargestellt auf. 5 zeigt den Querschnitt des Lichtaustrittsteils 48 entlang einer Ebene, die durch die Mittelachse des distalen Endes der Glasfaser 46 verläuft. Das Lichtaustrittsteil 48 umfasst einen Halter 50 mit einem kegelstumpfförmigen Durchgangsloch. Ein Umlenkspiegel 54 ist auf der Innenfläche des Durchgangslochs angeordnet und die Innenfläche bestimmt einen Hohlraum 52. Der Hohlraum 52 ist mit einem Harz gefüllt, das für das von den Halbleiterlasern 22A, 22B und 22C ausgestrahlte Laserlicht transparent ist. Die Glasfaser 46 ist mit dem Hohlraum 52 an seinem Ende auf der Seite mit dem schmalen Durchmesser verbunden und eine Streuscheibe 56 ist in der Form eines Deckels auf einer Öffnung des Durchgangslochs des Halters 50 auf der gegenüberliegenden Seite befestigt.
Die Glasfaser 46 und der Halter 50 sind so montiert, dass eine optische Positionsbeziehung durch nicht dargestellte Elemente wie eine Ferrule und eine Hülse gehalten wird.
Das von der Glasfaser 46 geleitete Licht und von der Glasfaser 46 ausgestrahlte Licht dringt in das transparente Harz im Hohlraum 52 ein, wird mit einem Streuwinkel entsprechend beispielsweise der NA der Glasfaser 46, dem Brechungsindex des Harzes im Hohlraum 52 und der Wellenlänge des Laserlichts gestreut und tritt in die Streuscheibe 56 ein. Für die Streuscheibe 56 kann beispielsweise ein transparentes Harz, in dem Partikel aus beispielsweise Aluminiumoxid mit einem hohen Brechungsindex verstreut sind, ein transparentes Harz, in dem Strukturen wie kleine Luftblasen mit im Gegensatz hierzu einem niedrigen Brechungsindex verstreut sind, Mattglas mit kleinen Vertiefungen und Erhebungen auf der Oberfläche und eine Kombination der zuvor genannten Materialien verwendet werden. Es können ebenfalls verschiedene Elemente verwendet werden, die als Streuscheiben bezeichnet werden.
Einiges Licht des Laserlichts, das in die Streuscheibe 56 eingetreten ist, wird durch die Streuscheibe 56 nach außen abgestrahlt, und das andere Licht wird nach hinten reflektiert/gestreut und anschließend weitergeleitet. Das Laserlicht, das nach hinten gespiegelt/gestreut wurde, wird vom kegelstumpfförmigen Umlenkspiegel 54 reflektiert und anschließend wieder nach vorne weitergeleitet. Einiges Licht wird nach außen abgestrahlt und das andere Licht wird erneut zurückgeleitet. Während eine Reihe dieser Vorgänge wiederholt wird, wird das Laserlicht als ein primäres Licht, das in das Lichtaustrittsteil 48 eingetreten ist, nach außen als ein Beleuchtungslicht weitergeleitet, nachdem Strahlungswinkel, Lichtverteilung und Kohärenz, welche die optischen Merkmale des Laserlichts darstellen, vom Lichtaustrittsteil 48 angepasst wurden. Die Größe des Lichtausstrahlungspunkts entspricht der Größe des Kernteils der Faser, wenn das Lichtaustrittsteil 48 nicht vorhanden ist, entspricht aber der Größe der Außenfläche der Streuscheibe 56 nach Passieren des Lichtaustrittsteils 48. Das heißt die Größe des Lichtausstrahlungspunkts wird größer als das Lichtaustrittsteil 48.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ermöglicht solch ein Lichtaustrittsteil 48 eine im Wesentlichen gleichmäßige Verteilung des von den Halbleiterlasern 22A, 22B und 22C ausgestrahlten Lichts, so dass ein gleichmäßig gefärbtes, sicheres und zufriedenstellendes Beleuchtungslicht mit niedriger Kohärenz erzielt werden kann.
Ein Bilddiagramm der Spektren des vom Lichtaustrittsteil 48 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ausgestrahlten Beleuchtungslichts ist im unteren Abschnitt von 6 dargestellt.
Wie dargestellt ändern sich die Wellenlänge und das Stärkenverhältnis von jedem Laserlichtstrahl nicht wesentlich im Vergleich zu Wellenlängen und Stärkenverhältnis des von den Halbleiterlasern 22A, 22B und 22C ausgestrahlten Lichts, und die Laserlichtstrahlen, die drei Schmalband-Lichtstrahlen mit im Wesentlichen gleichen Wellenlängen und Stärkenverhältnissen darstellen, werden als Beleuchtungslicht ausgestrahlt. Das heißt die Wellenlängen und das Stärkenverhältnis der drei Laserlichtstrahlen sind im Wesentlichen gleich, wenn das primäre Licht mit dem Beleuchtungslicht verglichen wird.
Die Konfiguration des hier dargestellten Lichtaustrittsteils 48 ist nur ein Beispiel und es können verschiedene Modifizierungen erfolgen. Beispielsweise können verschiedene Modifizierungen vorgenommen werden; das gesamte Lichtaustrittsteil 48 kann leicht in Schwingungen versetzt werden, um die Kohärenz ausreichend zu verringern, so dass nicht einfach Flecken erzeugt werden, oder es kann ein anderes optisches System zum Vermeiden von Flecken nach dem Stand der Technik am folgenden Abschnitt des Lichtaustrittsteils 48 angeordnet werden. Es können ebenfalls zwei oder mehr Streuscheiben 56 oder eine weitere Streuscheibe am folgenden Abschnitt des Lichtaustrittsteils 48 angeordnet werden. Es kann ebenfalls ein optisches System wie eine Linse zur Feinanpassung der Lichtverteilung und des Strahlungswinkels verwendet werden.
<Bildgebungssystem>
Ein Bildgebungssystem umfasst einen Bildgeber, der den am distalen Ende des Einführteils 14 angeordneten Bildsensor 58 darstellt, und die im Korpusteil 12 angeordnete Bildverarbeitungsschaltung 62. Der Bildgeber und die Bildverarbeitungsschaltung sind über die Signalleitung 60 miteinander verbunden (1).
Die Beobachtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform sieht einen in den Innenraum 92 des Beobachtungsziels 90 eingeführten Einführteil 14 vor, und es wird davon ausgegangen, dass sie in einer Umgebung verwendet wird, in dem die Menge von Außenlicht wie natürliches Licht oder Raumlicht im Vergleich zur Menge des Beleuchtungslicht vernachlässigbar ist. Somit erfasst der Bildsensor 58 ein Bild der Oberfläche des Innenraums 92 des Beobachtungsziels 90 durch das reflektierte/gestreute Licht des vom Lichtaustrittsteil 48 zum Beobachtungsziel 90 ausgestrahlten Beleuchtungslichts. Der Bildsensor 58 hat eine Funktion, um Bilder separat und unabhängig für die jeweiligen drei Wellenlängenbereiche zu erfassen: roter Bereich (R-Bereich), grüner Bereich (G-Bereich) und blauer Bereich (B-Bereich). Das heißt der Bildsensor 58 umfasst drei Arten von Lichterfassungselementen: R-Lichterfassungselemente zum Erfassen von Licht im R-Bereich, G-Lichterfassungselemente zum Erfassen von Licht im G-Bereich und B-Lichterfassungselemente zum Erfassen von Licht im B-Bereich. Die R-Lichterfassungselemente, die G-Lichterfassungselement und die B-Lichterfassungselemente sind Erfassungselemente mit R-, G- und B-Filtern, die jeweils spektrale Merkmale aufweisen, die im oberen Abschnitt von 6 dargestellt sind. 6 zeigt ein Beispiel eines normalen Primärfarbfilters für den Bildsensor 58. Wie bei einem normalen Bildsensor 58, wie er weit verbreitet ist, sind die R-Lichterfassungselemente, die G-Lichterfassungselemente und die B-Lichterfassungselemente in großer Anzahl in Matrixform im Bildsensor 58 angeordnet. Die Elemente befinden sich beispielsweise in einem Bayer-Array (nicht dargestellt). Der Bildsensor 58 weist drei Arten von Lichterfassungselementen auf, die sich in den Wellenlängenmerkmalen voneinander unterscheiden.
Wie im oberen Abschnitt von 6 dargestellt weist jedes der RGB-Filter solche Merkmale auf, dass ein hochdurchlässiger Bereich vorhanden ist, von dem die Durchlässigkeit schrittweise abnimmt. Es gibt nahezu keine Bereiche, in denen die Durchlässigkeit 0 Prozent beträgt, und jedes Filter weist mehrere Prozent bis etwa 10 Prozent Restdurchlässigkeit im breiten Bereich von sichtbaren Licht auf. Das heißt jedes Filter weist etwa 5 bis 20 Prozent Durchlässigkeit in anderen Bereichen als der Wellenlängenbereich auf, den der Bildsensor 58 erfassen soll. Somit kann davon ausgegangen werden, dass eine Durchlässigkeit in diesem Grad für den Zweck der Farbbildfotografie zu vernachlässigen ist. Somit ist der Bereich mit 20 Prozent Durchlässigkeit oder mehr unter Ausschluss der zuvor beschriebenen Bereiche als ein Empfindlichkeitsbereich von jedem Lichterfassungselement definiert. In diesem Fall ist der Empfindlichkeitsbereich von jedem Lichterfassungselement in der vorliegenden Ausführungsform im sichtbaren Lichtbereich wie folgt gestaltet: Der Empfindlichkeitsbereich des B-Lichterfassungselements reicht von 400 nm bis 525 nm, der Empfindlichkeitsbereich des G-Lichterfassungselements reicht von 470 nm bis 625 nm und der Empfindlichkeitsbereich des R-Lichterfassungselements reicht von 570 nm bis 700 nm. Ferner ist ein Empfindlichkeitsüberlappungsbereich zwischen den Lichterfassungselementen mit angrenzenden Wellenlängen vorhanden. Ein Empfindlichkeitsüberlappungsbereich 1 (BG) in der vorliegenden Ausführungsform ist ein von 470 nm bis 525 nm reichender Bereich, und ein Empfindlichkeitsüberlappungsbereich 2 (GR) ist ein von 570 nm bis 625 nm reichender Bereich. Das in den Empfindlichkeitsüberlappungsbereichen enthaltene Licht wird mit Empfindlichkeiten erfasst, die in den zwei Lichterfassungselementen mit angrenzenden Wellenlängen nicht vernachlässigbar sind.
Der normale Bildsensor 58 ist mit einem Infrarot-Kantenfilter zum Ausfiltern von unnötigem Infrarotlicht ausgestattet. In der vorliegenden Ausführungsform ist ein Infrarot-Kantenfilter zum Ausfiltern von Licht mit einer Wellenlänge von 700 nm oder mehr vorgesehen. Somit zeigen die R-Filter-Merkmale in einem Farbempfindlichkeitsbereich 3 wie in 6 dargestellt eine hohe Durchlässigkeit nahe 700 nm, aber die Grenze des Bereichs, der vom Bildsensor 58 erfasst werden kann, an der langen Wellenlängenseite liegt bei 700 nm.
Im normalen Bildsensor 58 ist die Wellenlänge an der unteren Grenze, die vom Material, aus dem der Bildsensor 58 besteht, erfasst werden kann, vorgegeben. Ein CCD- oder C-MOS-Bildgeber unter Verwendung eines Siliciumhalbleiters wird als der in der vorliegenden Ausführungsform verwendete Bildsensor 58 verwendet. Diese Erfassungsgrenze des Bildsensors 58 unter Verwendung des Siliciumhalbleiters an der kurzen Wellenlängenseite liegt bei etwa 400 nm. Somit liegt die Grenze an der kurzen Wellenlängenseite des Bereichs, der vom Bildsensor 58 erfasst werden kann, in der vorliegenden Ausführungsform bei 400 nm.
6 zeigt in der vorliegenden Ausführungsform die Farbempfindlichkeitsbereiche, die Empfindlichkeitsüberlappungsbereiche und die Wellenlängenbeziehung zwischen den Wellenlängen, den Schmalband-Lichtbereichen und den Wellenlängen-Fehlbereichen des von den drei Halbleiterlasern 22A, 22B, und 22C ausgestrahlten Lichts.
Wie in 6 dargestellt ist in der vorliegenden Ausführungsform ein vom Halbleiterlaser 22A ausgestrahltes blaues Licht mit einer Wellenlänge von 450 nm im Farbempfindlichkeitsbereich 1 von durch den B-Filter durchgelassenem Blau enthalten, ist ein vom Halbleiterlaser 22B ausgestrahltes grünes Licht mit einer Wellenlänge von 540 nm im Farbempfindlichkeitsbereich 2 von durch den G-Filter durchgelassenem Grün enthalten und ist ein vom Halbleiterlaser 22C ausgestrahltes rotes Licht mit einer Wellenlänge von 640 nm im Farbempfindlichkeitsbereich 3 von durch den R-Filter durchgelassenem Rot enthalten. Das Licht vom Halbleiterlaser 22A, das Licht vom Halbleiterlaser 22B und das Licht vom Halbleiterlaser 22C sind in den Empfindlichkeitsüberlappungsbereichen enthalten.
Das heißt das Lichterfassungselement entsprechend dem Farbempfindlichkeitsbereich 1 erfasst ausschließlich blaues Licht mit einer Wellenlänge von 450 nm vom Halbleiterlaser 22A und erfasst kein anderes Licht. Ebenso erfasst das Lichterfassungselement entsprechend dem Farbempfindlichkeitsbereich 2 ausschließlich grünes Licht mit einer Wellenlänge von 540 nm vom Halbleiterlaser 22B und erfasst kein anderes Licht; und das Lichterfassungselement entsprechend dem Farbempfindlichkeitsbereich 3 erfasst ausschließlich rotes Licht mit einer Wellenlänge von 640 nm vom Halbleiterlaser 22C und erfasst kein anderes Licht. Wenn somit der Farbempfindlichkeitsbereich, der ausschließlich Schmalbandlicht erfasst, als ein einzelner Schmalbandlicht-Farbempfindlichkeitsbereich definiert ist, sind alle Farbempfindlichkeitsbereiche 1, 2 und 3 einzelne Schmalbandlicht-Farbempfindlichkeitsbereiche in der vorliegenden Ausführungsform.
Der Bildsensor 58 wird über ein dargestelltes Stromkabel mit Strom versorgt und zum Beginnen und Beenden der Bildgebung angewiesen. Beim Befehl zum Beginnen der Bildgebung beginnt der Bildsensor 58 mit der Bildgebung und empfängt das von der Oberfläche des Innenraums 92 des Beobachtungsziels 90 reflektierte/gestreute Beleuchtungslicht. Jedes Bilderfassungselement des Bildsensors 58 erfasst das Bildgebungssignal von jedem Farbempfindlichkeitsbereich auf Basis der Wellenlängenmerkmale des kombinierten Filters und überträgt das Bildgebungssignal über die Signalleitung 60 an die Bildverarbeitungsschaltung 62.
<Bildverarbeitungsschaltung>
Die Bildverarbeitungsschaltung 62 hat eine Funktion, das empfangene Bildgebungssignal einer geeigneten Bildverarbeitung zu unterziehen, um das Bildgebungssignal in Bildinformation umzuwandeln, und die Bildinformation an den Anzeigeabschnitt 20 als ein Bildsignal auszugeben.
Das vom Lichtaustrittsteil 48 ausgestrahlte Beleuchtungslicht besteht ausschließlich aus drei Laserlichtstrahlen wie im unteren Abschnitt von 6 dargestellt, und Wellenlängen-Fehlbereiche herrschen im gesamten Bereich vor, der vom Bildsensor 58 erfasst werden kann. Somit führt die Bildverarbeitungsschaltung 62 eine Bildverarbeitung durch, um die Wellenlängen-Fehlbereiche so zu korrigieren, dass das Bild näher an einem durch die Verwendung eines Beleuchtungslichts ohne Wellenlängen-Fehlbereiche erzielten Bild ist (ein Breitbandlicht mit einem sich über den gesamten Wellenlängenbereich, der vom Bildsensor 58 erfasst werden kann, erstreckenden Wellenlängenband).
Die Bildverarbeitungsschaltung 62 umfasst den Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation-Schätzabschnitt 64, der die Spektralstärkeninformationen in Bezug auf die Wellenlängen-Fehlbereiche auf Basis des empfangenen Bildgebungssignals schätzt, und den Wellenlängen-Fehlbereich-Korrekturverarbeitungsabschnitt 66, der eine Korrektur aufgrund der geschätzten Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation vornimmt, so dass das Bild näher am durch die Verwendung des Beleuchtungslichts ohne Wellenlängen-Fehlbereiche erzielten Bild ist.
Der Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation-Schätzabschnitt 64 schätzt das vom Beobachtungsziel 90 in den Wellenlängen-Fehlbereichen reflektierte/gestreute Licht aufgrund der Lichtinformationen in Bezug auf das Beleuchtungslicht, das aus drei Laserlichtstrahlen besteht und das vom Beobachtungsziel 90 reflektiert/gestreut wurde. Der Ablauf ist der Reihenfolge nach auf der Basis von 7 beschrieben.
Die Spektren des Beleuchtungslichts in der vorliegenden Ausführungsformen bestehen aus drei Schmalband-Lichtstrahlen wie im oberen Abschnitt von 7 dargestellt. Das heißt die Schmalband-Lichtstrahlungsstärkeninformation (λ, I) wird aufgrund der Spitzenwellenlänge von jedem Laserlichtstrahl und seiner Stärke bestimmt. Die Schmalband-Lichtstrahlungsstärkeninformation (Wellenlänge λ, Lichtstrahlungsstärke I) kann entsprechend beispielsweise der Verwendung der Beobachtungsvorrichtung festgelegt werden. In der vorliegenden Ausführungsform betragen die Wellenlängen der drei Laserlichtstrahlen jeweils λ₁ = 450 nm, λ₂ = 540 nm und λ₃ = 640 nm. Ihr Stärkenverhältnis wird so angepasst, dass ein nahezu weißes Licht erzeugt wird, wenn alle Laser eingeschaltet sind. Das heißt: I₁:I₂:I₃ = 1:1:1.
Wenn das Beleuchtungslicht mit solch einer Schmalband-Lichtstrahlungsstärkeninformation (λ₁, I₁), (λ₂, I₂) und (λ₃, I₃) auf das Beobachtungsziel 90 angewendet wird, wird eine Schmalband-Lichtspektralstärkeninformation (Wellenlänge λ, Lichtempfangsstärke P), die beispielsweise ein im mittleren Abschnitt von 7 dargestelltes Bildgebungssignal darstellt, erzielt. Nachfolgend ist ein Verfahren zum Ableiten der Schmalband-Lichtspektralstärkeninformation (λ, P) in realen Situationen beschrieben.
Der Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation-Schätzabschnitt 64 berechnet Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation auf Basis der Schmalband-Lichtspektralstärkeninformationen (λ₁, P₁), (λ₂ P₂) und (λ₃, P₃). In der vorliegenden Ausführungsform wird eine erste Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation, die eine Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation in Bezug ausschließlich auf den ersten Wellenlängen-Fehlbereich darstellt, geschätzt. Das heißt der Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation-Schätzabschnitt 64 berechnet durch Interpolieren eine hypothetische Kurve, die glatt und kontinuierlich die Koordinaten von drei Punkten der Schmalband-Lichtspektralstärkeninformation wie im unteren Abschnitt von 7 dargestellt in einem hypothetischen Graphen verbindet, in dem die Wellenlänge λ auf der horizontalen Achse angegeben ist und die Lichtempfangsstärke P auf der vertikalen Achse angegeben ist. Ein Glättungsverfahren auf der Basis einer funktionalen Näherung wird zum Berechnen der Kurve in der vorliegenden Ausführungsform verwendet. Häufig verwendete verschiedene Glättungsverfahren wie die Näherung durch eine Methode der kleinsten Quadrate, die Näherung durch eine hochdimensionale Funktion und die Näherung durch eine Potenzfunktion können als funktionale Näherung verwendet werden.
Die Kurve der ersten Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation, die auf diese Weise erzeugt wurde, kann als eine Schätzung eines Spektrums betrachtet werden, falls das reflektierte/gestreute Licht spektral von einem Spektroskop erfasst wird, wenn ein breites Beleuchtungslicht, das ein Breitbandlicht ohne Wellenlängen-Fehlbereiche ist, auf das Beobachtungsziel 90 angewendet wird. Das Spektroskop, auf das hier Bezug genommen wird, bedeutet einen Fotodetektor, der getrennt die Lichtstärke pro Einheit der Wellenlänge in einem vorgegebenen Wellenlängenbereich erfassen kann.
Somit kann durch Schätzen der ersten Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation, so dass die Schmalband-Lichtspektralstärkeninformation (λ, P) glatt und kontinuierlich verbunden ist, die erste Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation nahe bei dem Fall erzielt werden, in dem eine breites Beleuchtungslicht verwendet wird. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die meisten in der Natur vorhandenen Objekte wie lebende Körper glatte und kontinuierliche und leicht unebene Spektralreflexionsfaktoren statt einen Spektralreflexionsfaktor mit scharfen Teilen wie in einem Liniengraphen oder einem linearen Spektralreflexionsfaktor aufweisen.
Wie zuvor beschrieben schätzt der Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation-Schätzabschnitt 64 die erste Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation, so dass die Schmalband-Lichtspektralstärkeninformation (λ, P) glatt und kontinuierlich verbunden ist.
Nachfolgend ist die Funktion des Wellenlängen-Fehlbereich-Korrekturverarbeitungsabschnitts 66 beschrieben.
Aus der vom Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation-Schätzabschnitt 64 geschätzten ersten Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation schätzt der Wellenlängen-Fehlbereich-Korrekturverarbeitungsabschnitt 66 für jeden Farbempfindlichkeitsbereich die Lichtmengeninformation P_,estimate zum Empfangen vom Lichterfassungselement entsprechend jedem Farbempfindlichkeitsbereich des Bildsensors 58, wenn das Beleuchtungslicht ohne Wellenlängen-Fehlbereiche verwendet wird. Ferner vergleicht der Wellenlängen-Fehlbereich-Korrekturverarbeitungsabschnitt 66 die tatsächlich vom Lichterfassungselement entsprechend dem Farbempfindlichkeitsbereich des Bildsensors 58 empfangene Lichtempfangsstärke P_,detect mit der geschätzten Lichtmenge P_,estimate und berechnet einen Korrekturwert. Der Wellenlängen-Fehlbereich-Korrekturverarbeitungsabschnitt 66 verarbeitet das empfangene Bildgebungssignal auf Basis des berechneten Korrekturwerts und überträgt das Bildgebungssignal an den Anzeigeabschnitt 20 als ein Bildsignal, das eine korrigierte Lichtempfangsmengen-Information PP darstellt. Als die korrigierte Lichtempfangsmengen-Information PP, die ein Bildsignal nahe dem Fall darstellt, in dem das Beleuchtungslicht ohne Wellenlängen-Fehlbereiche zur Beobachtung angewendet wird, kann die geschätzte Lichtmenge P_,estimate unverändert verwendet werden, oder es kann ein mit dem Vergleich zwischen P_,detect und P_,estimate sowie P_,detect ermittelter Koeffizient paarweise verwendet werden. Im ersteren Fall ist eine einfache Konfiguration nahezu ohne Verarbeitungslast des Anzeigeabschnitts 20 möglich. Im letzteren Fall können weitere Feinanpassungen seitens des Anzeigeabschnitts 20 erfolgen. Ferner kann im letzteren Fall, wenn eine Korrektur im gesamten Bildgebungsschirm wie nachfolgend beschrieben erfolgt, die zu übertragende Information vereinfacht werden, indem das Verhältnis zwischen P_,detect und P_,estimate als ein Teil der korrigierten Lichtempfangsmengen-Information PP gesendet und P_,detect für jedes Pixel übertragen wird.
Die Verarbeitung im Wellenlängen-Fehlbereich-Korrekturverarbeitungsabschnitt 66 ist in Bezug auf 8 beschrieben.
8 zeigt ein Bilddiagramm zur Darstellung des Ablaufs der Berechnung des zuvor genannten Korrekturwerts auf Basis der vom Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation-Schätzabschnitt 64 geschätzten ersten Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation.
Der oberste Abschnitt in 8 ist ein Graph zur Darstellung der ersten Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation als ein vom Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation-Schätzabschnitt 64 geschätztes Spektralreflexionsspektrum, in dem die horizontale Achse die Wellenlänge angibt. Der zweite Abschnitt und der dritte Abschnitt sind Bilddiagramme zur Darstellung eines Beispiels, wie ein Korrekturwert für den Farbempfindlichkeitsbereich 1 ermittelt wird.
Sobald das im obersten Abschnitt in 8 dargestellte Spektralreflexionsspektrum geschätzt ist, integriert der Wellenlängen-Fehlbereich-Korrekturverarbeitungsabschnitt 66 das Spektralreflexionsspektrum in Bezug auf den Bereich, der sich im Wellenlängenbereich des Farbempfindlichkeitsbereichs 1 befindet und in dem ein effektives Spektralreflexionsspektrum vorhanden ist. Im in 8 dargestellten Beispiel integriert der Wellenlängen-Fehlbereich-Korrekturverarbeitungsabschnitt 66 das Spektralreflexionsspektrum von der Strahlungswellenlänge λ₁ = 450 nm des Halbleiterlasers 22A bis 525 nm, welche die Wellenlänge an der oberen Grenze des Farbempfindlichkeitsbereichs 1 darstellt, und ermittelt die Fläche eines im Wesentlichen trapezförmigen Bereichs, der im zweiten Abschnitt von 8 schraffiert ist. Der Wellenlängen-Fehlbereich-Korrekturverarbeitungsabschnitt 66 berechnet anschließend ein schraffiertes Rechteck im dritten Abschnitt von 8, das die gleiche Fläche wie der schraffierte, im Wesentlichen trapezförmige Bereich aufweist und in dem eine Breite in der Wellenlängenrichtung gleich der des im Wesentlichen trapezförmigen Bereichs vorliegt, wodurch dessen Höhe als eine korrigierte Lichtmenge P_1,estimate ermittelt wird. Eine Bildverarbeitungsvorrichtung kann den Wert an den Anzeigeabschnitt 20 als ein Bildsignal ohne Änderung senden. Alternativ kann beispielsweise ebenfalls der Wert von P_1,estimate/P_1,detect als ein Korrekturwert berechnet und der Wert für andere Farbbereiche von durch andere Zeitabläufe erzielten Bildern oder gleichzeitig erzielten Bildern verwendet werden.
Zwar ist ausschließlich der Farbempfindlichkeitsbereich 1 des Bildsensors 58 zuvor beschrieben; es kann aber ebenfalls P_2,estimate und P_3,estimate durch das Durchführen einer ähnlichen Verarbeitung für die Farbempfindlichkeitsbereiche 2 und 3 erzielt werden.
Obwohl in der vorhergehenden Erläuterung ausschließlich die erste Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation, die das Spektralreflexionsspektrum darstellt, für den ersten Wellenlängen-Fehlbereich geschätzt wird, kann eine zweite Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation auf Basis eines ähnlichen Verfahrens geschätzt werden. In diesem Fall kann der Spektralreflexionsfaktor des Bereichs durch Extrapolieren zum Schätzen der zweiten Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation ermittelt werden. Das heißt es muss lediglich durch die zuvor beschriebene Glättung auf Basis der funktionalen Näherung extrapoliert und ein Spektralreflexionsspektrum für den gesamten zweiten Wellenlängen-Fehlbereich geschätzt werden (unterster Abschnitt in 8). Zum Zeitpunkt der Korrektur können die Empfindlichkeit des Bildgebers, die Merkmale des Filters und das Lichtstrahlungsspektrum der Lichtquelle berücksichtigt werden.
Wie zuvor beschrieben kann gemäß der Konfiguration in der vorliegenden Ausführungsform die Lichtstärke geschätzt werden, die vom Lichterfassungselement erfasst werden kann, wenn das Beleuchtungslicht ohne Wellenlängen-Fehlbereiche angewendet wird, selbst wenn Beleuchtungslicht mit Wellenlängen-Fehlbereichen, das durch die drei Laserlichtstrahlen dargestellt ist, auf das Beobachtungsziel 90 angewendet wird. Das heißt, wenn die Stärke des vom Lichterfassungselement entsprechend dem Farbempfindlichkeitsbereich 1 erfassten reflektierte/gestreute Licht P_1,detect ist, wird die Information in Bezug auf die Stärke P_2,detect des vom Lichterfassungselement entsprechend dem Farbempfindlichkeitsbereich 2 erfassten reflektierten/gestreuten Licht und die Stärke P_3,detect des vom Lichterfassungselement entsprechend dem Farbempfindlichkeitsbereich 3 erfassten reflektierten/gestreuten Lichts zusätzlich zur zuvor genannten Information zum Schätzen des Spektralreflexionsspektrums des Beobachtungsziels 90 verwendet, so dass die Lichtstärke, die in das Lichterfassungselement entsprechend dem Farbempfindlichkeitsbereich 1 eintritt, wenn das Beleuchtungslicht ohne Wellenlängen-Fehlbereiche angewendet wird, geschätzt werden kann.
<Bildbereich zum Schätzen der Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation>
Nachfolgend ist ein Schmalband-Lichtstärkenableitungsbereich beschrieben, der einen Bildbereich zum Schätzen der Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation darstellt.
Eine Reihe von Schätzungen der Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation wie zuvor beschrieben kann von einer Minimaleinheit umfassend das Lichterfassungselement entsprechend dem Farbempfindlichkeitsbereich 1, das Lichterfassungselement entsprechend dem Farbempfindlichkeitsbereich 2 und das Lichterfassungselement entsprechend dem Farbempfindlichkeitsbereich 3 des Bildsensors 58 durchgeführt werden. Hier bezieht sich die Minimaleinheit auf eine Einheit, die alle Farbpixel des Bildsensors 58 umfasst und den gesamten Bildgebungsschirm des Bildsensors 58 durch Legen der Einheit bilden kann. Beim Bildsensor 58 mit einem normalen Bayer-Array stellen vier Pixel von 2×2, in denen ein B-Pixel, ein R-Pixel und zwei G-Pixel kombiniert sind, die Minimaleinheit dar. Das heißt vier Pixel von 2×2 können als Schmalband-Lichtstärkenableitungsbereich verwendet werden.
In einem normalen Bayer-Array können ebenfalls vorteilhafte Wirkungen der vorliegenden Erfindung erzielt werden, indem nur eines von zwei G-Pixeln verwendet wird, selbst wenn einzelne R-, G- und B-Pixel als Minimaleinheit kombiniert sind. Die Information in Bezug auf das G-Pixel, das nicht in der Kombination enthalten, wird aber nicht verwendet, so dass davon ausgegangen werden kann, dass die Verwendung von vier Pixeln von 2×2 als Minimaleinheit vorzuziehen ist.
Es kann jedoch auch der gesamte Bildgebungsschirm des Bildsensors 58 als Schmalband-Lichtstärkenableitungsbereich verwendet werden. Das heißt es kann ebenfalls ein repräsentativer Wert durch ein Verfahren wie das Mitteln in Bezug auf den Wert der Lichtempfangsstärke P von jedem der Lichterfassungselemente entsprechend den Farbempfindlichkeitsbereichen 1, 2 und 3 im gesamten Bildgebungsschirm des Bildsensors 58 extrahiert und der Wert zum Schätzen der Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation verwendet werden.
Wenn eine Schätzung für die Minimaleinheit erfolgt, kann eine Feinkorrektur des gesamten Bildgebungsschirms erfolgen, so dass die Verbesserungsrate der Farbreproduzierbarkeit hoch ist und das Bild näher am durch die Verwendung des Beleuchtungslichts ohne Wellenlängen-Fehlbereiche erzielten Bild sein kann. Wenn hingegen eine Schätzung unter Verwendung des gesamten Bildgebungsschirms als eine Einheit erfolgt, kann die Last der Bildverarbeitungsschaltung 62 niedrig sein, so dass eine Hochgeschwindigkeitsverarbeitung und eine kleine Bildverarbeitungsschaltung 62 möglich sind.
Hier sind die zwei zuvor beschriebenen Beispiele Extremfälle und es kann natürlich auch ein Zwischenbereich als der Schmalband-Lichtstärkenableitungsbereich festgelegt werden. Beispielsweise kann der Bildgebungsschirm in mehrere Bereiche unterteilt werden und eine Schätzung für jeden dieser Bereiche erfolgen. Solch eine Verarbeitung kann gleichzeitig Farbreproduzierbarkeit, Verarbeitungsgeschwindigkeit und Verringerung der Größe von Schaltungen erzielen.
Das Eingrenzen der Bereiche zum Durchführen der Schätzungen durch Entfernen der Bereiche zum Nichtdurchführen von Schätzungen ist ebenfalls vorteilhaft. Beispielsweise kann eine ordnungsgemäße Korrektur durch Entfernen von Bereichen mit Überstrahlungen und Bereichen mit abgedeckten Schatten sowie Bereichen mit extrem geringer oder hoher Einfallslichtmenge im dynamischen Bereich des Bildsensors 58, das heißt in der Nähe der oberen Grenze und unteren Grenze des dynamischen Bereichs des Bildsensors 58, erfolgen (11). Ferner kann, wenn ein voraussichtliches Verhältnis der Farbempfindlichkeitsbereiche 1, 2 und 3 der Schmalband-Lichtspektralstärkeninformation (Wellenlänge λ, Lichtempfangsstärke P) des Beobachtungsziels 90 bekannt ist, automatisch ein Bildbereich ausschließlich mit einem Verhältnis nahe am zuvor genannten Verhältnis extrahiert und eine Bildkorrektur ausschließlich im Bereich durchgeführt werden. Ein Bediener kann ebenfalls mit dem Eingabeabschnitt 70 einen Bereich festlegen, für den eine Bildkorrektur durchgeführt werden soll. Wie zuvor kann die Last der Bildverarbeitungsschaltung 62 verringert und die Hochgeschwindigkeits-Bildverarbeitung durchgeführt werden, während gleichzeitig die Farbreproduzierbarkeit des gewünschten Beobachtungsziels 90 durch Festlegen des Bereichs zum Verbessern der Farbreproduzierbarkeit und Durchführen einer Bildkorrektur durch Schätzung ausschließlich im Teil verbessert wird.
Wenn sich der Bildbereich zum Schätzen der Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation wie zuvor beschrieben ändert, ändert sich die grundlegende Konfiguration der Beobachtungsvorrichtung wie zuvor beschrieben nicht; aber das Verfahren zum Extrahieren der Schmalband-Lichtspektralstärkeninformation (Wellenlänge λ, Lichtempfangsstärke P) durch die Bildverarbeitungsschaltung 62 unterscheidet sich. Nachfolgend ist die Berechnung der Lichtempfangsstärke P für die Wellenlängeninformation λ in Bezug auf die Schmalband-Lichtspektralstärkeninformation beschrieben.
<Berechnen der Schmalband-Lichtspektralstärkeninformation und der Lichtempfangsstärke P für die Wellenlänge λ>
Im Wesentlichen ist es vorzuziehen, dass die Lichtempfangsstärke P einen Mittelwert im zu schätzenden Bildbereich aufweist. Das heißt, wenn eine Schätzung in Bezug auf vier Pixel von 2×2, das heißt die Minimaleinheit wie in 9 dargestellt, für den Bildsensor 58 mit dem Bayer-Array erfolgt, bleiben die Erfassungswerte P_1,detect und P_3,detect in Bezug auf den Farbempfindlichkeitsbereich 1 (B-Bereich) und den Farbempfindlichkeitsbereich 3 (R-Bereich). In Bezug auf den Farbempfindlichkeitsbereich 2 (G-Bereich) sind hingegen zwei Pixel vorhanden, so dass P_2,detect durch Ermitteln eines Durchschnitts dieser Pixel ermittelt werden kann. Das heißt P_2,detect = (P_2a,detect + P_2b,detect)/2 kann ermittelt werden, wobei P_2a und P_2b von den zwei G-Pixeln erfasste Empfangslichtstärken sind.
Ebenso ist, wenn eine Schätzung und eine Bildkorrektur gemeinsam für den gesamten Bildgebungsschirm erfolgen wie in 10 dargestellt, für jeden Farbempfindlichkeitsbereich eine Berechnung eines Durchschnitts der von den entsprechenden Pixeln des Farbempfindlichkeitsbereichs 1, des Farbempfindlichkeitsbereichs 2 und des Farbempfindlichkeitsbereichs 3 im gesamten Bildgebungsschirm empfangenen Lichtstärken erforderlich, wodurch die Empfangslichtstärken P_1,detect, P_2,detect und P_3,detect ermittelt werden.
Die Empfangslichtstärken können auf eine im Wesentlichen ähnliche Weise ermittelt werden, wenn der zuvor genannte gesamte Bildgebungsbereich in mehrere Zwischenbereiche (beispielsweise Bereiche von 10×10 Pixeln wie in 10 dargestellt) unterteilt und ein Durchschnittswert für jeden der Zwischenbereiche ermittelt wird.
Es können ebenfalls andere Verfahren als das Verfahren des Ermittelns des Durchschnittswerts als ein Verfahren des repräsentativen Werts verwendet werden. Beispielsweise kann ein Wert der höchsten Frequenz in einem vorgegebenen Bereich als ein repräsentativer Wert verwendet werden. Das heißt die Lichtempfangsstärke mit der größten Pixelzahl kann als repräsentativer Wert in einem Histogramm verwendet werden, in dem die Lichtempfangsstärke von jedem Pixel auf der horizontalen Achse angegeben ist und die Pixelzahl auf der vertikalen Achse angegeben ist. Gemäß dem Verfahren kann die Lichtempfangsstärke des Bereichs mit der größten Pixelzahl, das heißt der größte Bereich im vorgegebenen Bereich des gesamten Bildgebungsschirms, als ein repräsentativer Wert verwendet werden, sodass die Farbreproduzierbarkeit des größten Bereichs verbessert werden kann.
Als weiteres Beispiel kann der Wert des Pixels mit der größten Lichtempfangsstärke in einem bestimmten Farbempfindlichkeitsbereich der repräsentative Wert sein. Beispielsweise ist bei einer Endoskopvorrichtung die Farbreproduzierbarkeit des roten Bereichs wesentlich, weil die Innenfläche eines lebenden Körpers, welches das Beobachtungsziel 90 darstellt, meist rot ist. Somit kann, wenn der Wert des Pixels mit der größten Lichtempfangsstärke im Farbempfindlichkeitsbereich 3 (R-Pixel) als repräsentativer Wert verwendet wird, die Farbreproduzierbarkeit des roten Beobachtungsziels 90 weiter verbessert werden (11). Obwohl Zelllinien zur Bildgebung der Pixel nicht mit Linien zur Angabe der Einfallslichtmenge und den Grenzen der Farbregionen zur Vereinfachung in 11 übereinstimmen, sind die Linien natürlich so gewählt, dass Grenzen ebenfalls mit der zuvor genannten Minimaleinheit in realen Situationen übereinstimmen.
Der repräsentative Wert kann ebenfalls durch Kombinieren der zuvor beschriebenen Möglichkeiten ermittelt werden. Beispielsweise kann ein repräsentativer Wert durch Extrahieren von Pixeln mit der größten Lichtempfangsstärke in einem bestimmten Farbempfindlichkeitsbereich wie dem roten Bereich und Ermitteln eines Durchschnittswerts dieser Pixel ermittelt werden. Gemäß solch einem Verfahren kann die Farbreproduzierbarkeit des rot gefärbten Beobachtungsziels 90 einschließlich anderer rot gefärbter Bereiche als hellrote Bereiche verbessert werden.
[Betriebsablauf]
Nachfolgend ist der Betriebsablauf in der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
Wie in 1 dargestellt sind die Halbleiterlaser 22A, 22B und 22C über die Treiberschaltungen 26A, 26B und 26C mit der Lichtquellen-Steuerschaltung 30 verbunden. Die Lichtquellen-Steuerschaltung 30 gibt Steuersignale an die Treiberschaltungen 26A, 26B und 26C über die mit den Treiberschaltungen 26A, 26B und 26C verbundenen Steuersignalleitungen 28 entsprechend einer Eingabe von außen, die nicht dargestellt ist, und Informationen in Bezug auf die Bildverarbeitungsschaltung 62 aus. Die Treiberschaltungen 26A, 26B und 26C versorgen die Halbleiterlaser 22A, 22B und 22C entsprechend den Steuersignalen von der Lichtquellen-Steuerschaltung 30 jeweils mit Strom. Die Halbleiterlaser 22A, 22B und 22C verwenden den erhaltenen Strom zum Ausstrahlen von Laserlicht mit spezifischen Wellenlängen in den von der Lichtquellen-Steuerschaltung 30 geforderten Lichtmengen und Zeitabläufen. Das Laserlicht tritt in den Lichtkombinierer 34 durch die mit den Halbleiterlasern 22A, 22B und 22C verbundenen Glasfasern 32A, 32B und 32C ein. Die Laserlichtstrahlen mit drei verschiedenen Wellenlängen, die in den Lichtkombinierer 34 eintreten, werden optisch miteinander gekoppelt und treten in die Glasfaser 46 ein. Die Laserlichtstrahlen mit den drei Wellenlängen, die in die Glasfaser 46 eintreten, breiten sich durch die Glasfaser 46 aus und treten in den am Ende der Glasfaser angeordneten Lichtaustrittsteil 48 ein. Der Lichtaustrittsteil 48 ist wie beispielhaft in 5 dargestellt ausgebildet. Das Laserlicht, das in den Lichtaustrittsteil 48 eintritt, wird zu Beleuchtungslicht, das durch den Betriebsablauf, der im Abschnitt <Lichtaustrittsteil> beschrieben ist, gestreutes Licht darstellt, und wird auf die Oberfläche des Innenraums 92 des Beobachtungsziels 90 angewendet.
Entsprechend den für das Beleuchtungslicht erforderlichen Merkmalen kann die Lichtquellen-Steuerschaltung 30 das Lichtmengenverhältnis und die Zeitabläufe der Lichtausstrahlung der entsprechenden Halbleiterlaser 22A, 22B und 22C festlegen. Beispielsweise können Rot, Grün und Blau in einer bestimmten Reihenfolge ausgestrahlt werden. Es kann ebenfalls eine bestimmte Kombination von Licht durch einen bestimmten Zeitablauf ausgestrahlt werden.
Das vom Lichtaustrittsteil 48 ausgestrahlte Beleuchtungslicht besteht aus blauem Laserlicht, grünem Laserlicht und rotem Laserlicht, die drei Schmalband-Lichtstrahlen in Bezug auf die Wellenlänge darstellen. Die Verteilung des Beleuchtungslichts wird vollständig gestreut und das Beleuchtungslicht stellt Streulicht mit vollständig verringerter Kohärenz dar. Solch ein Beleuchtungslicht wird auf das Beobachtungsziel 90 angewendet und wird zu einem reflektierten/gestreuten Licht entsprechend dem Spektralreflexionsfaktor des Beobachtungsziels 90. Eine Komponente des reflektierten/gestreuten Licht, das zum am distalen Ende 18 des Einführteils 14 angeordneten Bildsensor 58 gelangt, tritt in den Bildsensor 58 ein und wird als ein Bildsignal erfasst. Der Bildsensor 58 weist einen R-Lichtempfindlichkeitsbereich, einen G-Lichtempfindlichkeitsbereich und einen B-Lichtempfindlichkeitsbereich auf, die drei Wellenlängen-Empfindlichkeitsbänder wie in 6 gezeigt darstellen. Die Beziehung zwischen den Lichtempfindlichkeitsbereichen des Bildsensors 58 und den Wellenlängen der drei Schmalband-Lichtstrahlen gestaltet sich wie zuvor beschrieben. Somit tritt das rote Laserlicht vom Halbleiterlaser 22C in das Lichterfassungselement entsprechend dem R-Lichtempfindlichkeitsbereich ein, nachdem es entsprechend dem Spektralreflexionsfaktor für das rote Licht des Beobachtungsziels 90 reflektiert wurde. Ebenso tritt das grüne Laserlicht vom Halbleiterlaser 22B in das Lichterfassungselement entsprechend dem G-Lichtempfindlichkeitsbereich ein, und das blaue Laserlicht vom Halbleiterlaser 22A tritt in das Lichterfassungselement entsprechend dem B-Lichtempfindlichkeitsbereich ein. Das heißt ein Schmalbandlicht tritt in ein Element der Gruppe umfassend das R-Lichterfassungselement, das G-Lichterfassungselement und das B-Lichterfassungselement ein. In der vorliegenden Ausführungsform entspricht das Stärkenverhältnis der drei Schmalband-Lichtstrahlen, die das von den Halbleiterlasern 22A, 22B und 22C ausgestrahlte und vom Lichtaustrittsteil 48 ausgestrahlte Beleuchtungslicht darstellen, im Wesentlichen dem Stärkenverhältnis wie in 7 dargestellt. Daher ist, wenn der Spektralreflexionsfaktor des Beobachtungsziels 90 flach ist, die Menge des Lichts, das in jedes Lichterfassungselement eintritt, ausgebildet, im Wesentlichen die gleiche Stärke aufzuweisen. Wenn der Spektralreflexionsfaktor nicht flach ist, wird die Menge des Lichts, das in jedes Lichterfassungselement eintritt, von jedem Lichterfassungselement mit einem Stärkenverhältnis empfangen, das dem Spektralreflexionsfaktor bei den Wellenlängen des Schmalbandlichts λ_l bis λ₃, das in das entsprechende Lichterfassungselement eintritt, entspricht.
Das reflektierte/gestreute Licht des Beleuchtungslichts, das in den Bildsensor 58 eintritt, wird vom Bildsensor 58 sowie einer nicht dargestellten elektronischen Schaltung in ein Bildgebungssignal umgewandelt und über die Signalleitung 60 an die Bildverarbeitungsschaltung 62 übertragen. In der Bildverarbeitungsschaltung 62, die das Bildgebungssignal empfängt, schätzt der Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation-Schätzabschnitt 64 die Spektralstärke der Wellenlängen-Fehlbereiche für jede Einheit zum Schätzen der Spektralstärke der Wellenlängen-Fehlbereiche (7). In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Bildsensor 58 mit Bayer-Array angenommen und die Einheit zum Schätzen der Spektralstärke ist die Minimaleinheit von 2×2 Pixeln.
Zunächst berechnet die Bildverarbeitungsschaltung 62 die Schmalband-Lichtspektralstärkeninformation (λ, P) für jede der zuvor genannten Minimaleinheiten von 2×2 Pixeln. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Stärken der drei vom Lichtaustrittsteil 48 ausgestrahlten Laserlichtstrahlen gleich. Das heißt in den Spektren des Beleuchtungslichts wie im obersten Abschnitt von 7 dargestellt sind die Spitzenstärken bei den Spitzenwellenlängen λ₁, λ₂, und λ₃ des jeweiligen Laserlichts I₁ = I₂ = I₃ = I.
Das vom Lichtaustrittsteil 48 ausgestrahlte Beleuchtungslicht wird entsprechend dem Spektralreflexionsfaktor reflektiert/gestreut, der einen Reflexionsfaktor des Beobachtungsziels 90 von Wellenlänge zu Wellenlänge darstellt, und tritt teilweise in den Bildsensor 58 ein. Wenn die Menge des Lichts, das in die Minimaleinheit des Bildsensors 58 zum Schätzen der Spektralstärke eintritt, P₁ im Farbempfindlichkeitsbereich 1 (B-Pixel) und P₃ im Farbempfindlichkeitsbereich 3 (R-Pixel) ist, sind die Schmalband-Lichtstärkenkoordinaten jeweils (λ₁, P₁) und (λ₃, P₃). Im Farbempfindlichkeitsbereich 2 (G-Pixel) mit zwei Pixeln sind die Schmalband-Lichtstärkenkoordinaten (λ₂, P₂) durch die Verwendung von P₂, was ermittelt wird, wenn P₂ = (P_2a + P_2b)/2, wobei P_2a die Stärke des Lichts ist, das in den ersten G-Pixel eintritt, und P_2b die Stärke des Lichts ist, der in den zweiten G-Pixel eintritt.
Hier müssen P₁, P₂ und P₃ in der Schmalband-Lichtspektralstärkeninformation (λ, P) im Verhältnis der Lichtmengen sein, die in die entsprechenden Farbempfindlichkeitsbereiche von Lichtempfangselementen eintreten, wenn ein Licht mit einer konstanten Stärke eintritt. Somit muss, wenn die Stärken der drei Laserlichtstrahlen I₁, I₂ und I₃ sind, P der Schmalband-Lichtspektralstärkeninformation (λ, P) P₁/I₁, P₂/I₂ sein, und P₃/I₃, sofern die Lichtmengen, die in die Lichtempfangselement eintreten, jeweils P₁, P₂ und P₃ sind. Solche eine Berechnung ist allerdings unnötig, da I₁ = I₂ = I₃ = I in der vorliegenden Ausführungsform ist.
Wie zuvor beschrieben leitet die Bildverarbeitungsschaltung 62 die Schmalband-Lichtspektralstärkeninformation als (λ₁, P₁), (λ₂, P₂) und (λ₃, P₃) durch einen Schmalband-Lichtspektralstärkeninformation-Erzeugungsabschnitt ab, der die Schmalband-Lichtspektralstärkeninformation (λ, P) schätzt.
Die Bildverarbeitungsschaltung schätzt anschließend die Spektralstärkeninformation der Wellenlängen-Fehlbereiche durch den Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation-Schätzabschnitt 64. Der Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation-Schätzabschnitt 64 verwendet ein Verfahren der funktionalen Näherung zum Schätzen der Spektralstärkeninformation für den ersten Wellenlängen-Fehlbereich aus der Information in Bezug auf drei Koordinaten, welche die Schmalband-Lichtspektralstärkeninformation darstellen. Das Verfahren der funktionalen Näherung wird in verschiedenen technischen Gebieten eingesetzt. Es kann jedes Verfahren verwendet werden, das zwischen Koordinaten interpoliert. In der vorliegenden Ausführungsform wie in 7 dargestellt erfolgt ausschließlich eine Schätzung für den ersten Wellenlängen-Fehlbereich, der den Bereich zwischen zwei angrenzenden Laserlichtstrahlen zwischen den Wellenlängen-Fehlbereichen darstellt.
Auf Basis der vom Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation-Schätzabschnitt 64 geschätzten Spektralstärkeninformation des ersten Wellenlängen-Fehlbereichs nimmt der Wellenlängen-Fehlbereich-Korrekturverarbeitungsabschnitt 66 eine Bildkorrektur vor und führt eine Bildkorrekturverarbeitung durch, so dass das Bild näher am durch die Verwendung des Beleuchtungslichts ohne Wellenlängen-Fehlbereiche (ein Breitbandlicht mit einem sich über den gesamten Wellenlängenbereich, der vom Bildsensor 58 erfasst werden kann, erstreckenden Wellenlängenband) erzielten Bild ist.
Im Farbempfindlichkeitsbereich, der den von jedem Farbempfindlichkeitsbereich des Bildsensors 58 erfassbaren Wellenlängenbereich darstellt, schätzt der Wellenlängen-Fehlbereich-Korrekturverarbeitungsabschnitt 66 auf Basis der ersten Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation die Lichtstärkeninformation P_1,estimate zum Empfang durch jeden Farbempfindlichkeitsbereich des Bildsensors 58, wenn das gleiche Beobachtungsziel 90 durch Verwendung des Beleuchtungslichts ohne Wellenlängen-Fehlbereiche beobachtet wird. Das heißt ein Korrekturwert zum Korrigieren von P_1,detect, das die Information zur Stärke des Lichts, das tatsächlich in den Farbempfindlichkeitsbereich 1 des Bildsensors 58 eintritt, darstellt, durch das Beleuchtungslicht mit Wellenlängen-Fehlbereichen für die Lichtstärkeninformation P_1,estimate wird ermittelt.
Der Wellenlängen-Fehlbereich-Korrekturverarbeitungsabschnitt 66 integriert die geschätzte erste Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation in Bezug auf einen im Farbempfindlichkeitsbereich 1 und zwischen der Wellenlänge des Halbleiterlasers 22A und der Wellenlänge des Halbleiterlasers 22B angeordneten Bereich und ermittelt deren Fläche (8). Der Wellenlängen-Fehlbereich-Korrekturverarbeitungsabschnitt 66 ermittelt anschließend die Höhe eines hypothetischen Rechtecks, das die gleiche Fläche aufweist wie die ermittelte Fläche. Die Höhe ist P_1,estimate.
P_2,estimate und P_3,estimate können ebenfalls für die Farbempfindlichkeitsbereiche 2 und 3 durch eine ähnliche Verarbeitung ermittelt werden.
Obgleich angenommen wird, dass die Schätzung für jedes Bayer-Array durchgeführt wird, das die Minimaleinheit für jedes von der Beobachtungsvorrichtung beobachtete Bild in der vorliegenden Ausführungsform darstellt, ist die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt.
Beispielsweise ist es ebenfalls angemessen, dass die Verarbeitung so erfolgt, dass ein Korrekturkoeffizient P_1,estimate/P_1,detect ermittelt wird, nachdem P_1,estimate für das durch einen bestimmten Zeitablauf erzielte Bild ermittelt wird, und für das nächste erzielte Bild wird der Korrekturkoeffizient mit der Lichtstärkeninformation vor der Korrektur multipliziert. Das heißt P₁'_,estimate = P₁'_,detect × P_1,estimate/P_1,detect kann ermittelt werden, wobei P₁'_,detect die Lichtstärkeninformation des Farbempfindlichkeitsbereichs 1 im nachfolgend erzielten Bild ist. Auf diese Weise kann die Last der Bildverarbeitungsschaltung 62 verringert und eine Hochgeschwindigkeits-Bildanzeige erfolgen.
Obwohl die geschätzte Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation integriert wird, um die Lichtstärkeninformation nach der Korrektur P_,estimate im in der vorliegenden Ausführungsform dargestellten Beispiel zu ermitteln, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann ein Durchschnittswert von Lichtstärken im Wellenlängenbereich der Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation in jedem Farbempfindlichkeitsbereich ermittelt werden. Entsprechend dem Verfahren kann P_,estimate einfacher ermittelt werden als entsprechend dem Verfahren, das eine Integration verwendet. Ferner kann ein Durchschnitt des Minimalwerts und des Maximalwerts des gleichen Wellenlängenbereichs ermittelt werden. Entsprechend diesem Verfahren kann P_,estimate einfacher ermittelt werden.
Die Bildverarbeitungsschaltung 62 überträgt das auf Basis des ermittelten Werts P_,estimate korrigierte Bildsignal wie zuvor an den Anzeigeabschnitt 20 als die korrigierte Lichtempfangsmengeninformation PP.
Obwohl die Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation ausschließlich zum Korrigieren der ersten Wellenlängen-Fehlbereiche geschätzt wird, welche die Wellenlängen-Fehlbereiche zwischen den Schmalband-Lichtstrahlen im in der vorliegenden Ausführungsform dargestellten Beispiel darstellen, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Für die zweiten Wellenlängen-Fehlbereiche kann die Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation durch Extrapolieren zum Ermitteln der Lichtstärkeninformation nach dem Korrigieren P_,estimate durch das zuvor beschriebene Verfahren geschätzt werden. Auf diese Weise kann die Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation in einem breiten Wellenlängenbereich zur Verwendung in P_,estimate geschätzt werden. Dies ist beispielsweise vorteilhaft, wenn sich Schmalband-Lichtstrahlen in einigen Wellenlängenbereichen wie den grünen bis roten Bereichen konzentrieren, ungeachtet ob die Zahl der Schmalband-Lichtstrahlen zwei oder drei oder mehr beträgt.
Es kann ferner eine Korrektur erfolgen, welche die Empfindlichkeitsmerkmale des Bildsensors 58 berücksichtigt. Der Bildsensor 58 weist spezifischen Eigenschaften je nach Unterschieden seiner Materialien auf, und ein Bildsensor 58, der einen Siliciumhalbleiter umfasst, weist eine wesentlich niedrigere Erfassungsempfindlichkeit in einem Wellenlängenbereich von 400 nm oder weniger auf. Der Bildsensor 58 weist hingen eine hohe Erfassungsempfindlichkeit auf der langen Wellenlängenseite auf und weist ebenfalls eine zufriedenstellende Erfassungsempfindlichkeit in einem nahen Infrarot-Bereich auf. Zusätzlich weist der Bildsensor 58 zum Bestimmen der Breite des Farbempfindlichkeitsbereichs ein Filter mit Wellenlängenmerkmalen wie im oberen Abschnitt in 6 dargestellt auf. Ferner werden ein nicht dargestelltes Kantenfilter und verschiedene andere Filter zusammen für jeden Zweck verwendet. Solche Filtermerkmale beeinflussen die Spektren des Beleuchtungslichts und/oder die Stärke der Lichtempfangsstärke P der Schmalband-Lichtspektralstärkeninformation (λ, P) in 7. Die Merkmale des Bildsensors 58 und die Wellenlängenmerkmale des Filter sind vorab bekannt, so dass zum Korrigieren dieser Merkmale P_,detect,real, das in den Bildsensor 58 eintritt, aus der tatsächlich erfassten Lichtstärke P_,detect geschätzt werden kann. Durch das Durchführen solch einer Verarbeitung kann eine genauere Spektralstärkeninformation für die Wellenlängen-Fehlbereiche geschätzt und die Farbreproduzierbarkeit verbessert werden.
[Funktionen – vorteilhafte Wirkungen]
Wie zuvor beschrieben kann entsprechend der Konfiguration in der vorliegenden Ausführungsform die Farbreproduzierbarkeit der Beobachtungsvorrichtung, die das Beleuchtungslicht mit Wellenlängen-Fehlbereichen verwendet, verbessert werden, so dass das Bild näher am durch die Beobachtungsvorrichtung erzielten Bild ist, die das Beleuchtungslicht ohne Wellenlängen-Fehlbereiche verwendet. Insbesondere in der Beobachtungsvorrichtung, die das Laserlicht mit einer besonders schmalen Wellenlängenbreite für das Beleuchtungslicht als Schmalbandlicht aufweist und in dem der Großteil des Bereichs, der vom Bildsensor 58 erfasst werden kann, die Wellenlängen-Fehlbereiche umfasst, kann ein Bild näher am durch die Verwendung des Beleuchtungslichts ohne Wellenlängen-Fehlbereiche erzielten Bild erzielt werden, indem zur Bildverarbeitungsschaltung 62 eine Funktion hinzugefügt wird.
Ferner kann wie zuvor beschrieben ein Bild mit hoher Farbreproduzierbarkeit mit einer mit einer hohen Bildfrequenz kompatiblen Geschwindigkeit durch gemeinsames Durchführen der Wellenlängen-Fehlbereich-Korrekturverarbeitung für den gesamten Bildgebungsschirm erzielt werden.
Es kann ebenfalls ein Bild mit hoher Farbreproduzierbarkeit im gesamten Bildgebungsschirm erzielt werden, indem die Wellenlängen-Fehlbereich-Korrekturverarbeitung für jede Minimaleinheit des Bildsensors 58 durchgeführt wird.
Ferner können verschiedene Kombinationen und Modifizierungen ohne Abweichen von der vorhergehenden Beschreibung durchgeführt werden und es kann eine Beobachtungsvorrichtung bereitgestellt werden, die eine Geschwindigkeit, einen Schaltungsumfang und eine Größe aufweist, die für den Zweck geeignet sind, und die ein Bild erzielen kann, das eine hohe Farbreproduzierbarkeit aufweist.
[Modifizierung der ersten Ausführungsform]
Nachfolgend ist eine Modifizierung der ersten Ausführungsform in Bezug auf 12 beschrieben.
Die vorliegende Modifizierung unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform in der Funktion des Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation-Schätzabschnitts 64 der Bildverarbeitungsschaltung 62. Beim in der ersten Ausführungsform dargestellten Verfahren wie in 7 dargestellt wird eine hypothetische Kurve, die glatt und kontinuierlich die Koordinaten von drei verbindet, durch Interpolieren entsprechend dem Glättungsverfahren unter Verwendung der funktionalen Näherung in Bezug auf die Schmalband-Lichtspektralstärkeninformation (Wellenlänge λ, Lichtempfangsstärke P) entsprechend drei Schmalband-Lichtstrahlen berechnet. Die vorliegende Modifizierung unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dadurch, dass der Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation-Schätzabschnitt 64 die Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation zum Erzielen von diskontinuierlichen geraden Linien wie in 12 dargestellt schätzt.
Eine im mittleren Abschnitt von 12 dargestellte Modifizierung zeigt ein Beispiel für die Schätzung (Schätzung 4) unter der Annahme, dass die vom Lichterfassungselement entsprechend jedem Farbempfindlichkeitsbereich des Bildsensors 58 empfangene Lichtempfangsstärke eine konstante Lichtstärke im gesamten Wellenlängenbereich ist. Beispielsweise wird im Falle der Lichtempfangsstärke P am Punkt der Wellenlänge λ₁ die Spektralstärke des Wellenlängen-Fehlbereichs unter der Annahme geschätzt, dass das Licht mit konstanter Stärke auf den gesamten Wellenlängenbereich angewendet wird, in dem der Farbempfindlichkeitsbereich 1 das Licht empfängt. In dieser Konfiguration kann die Spektralstärkeninformation für den Wellenlängen-Fehlbereich durch eine äußerst einfache Konfiguration geschätzt werden. Zusätzlich ermöglicht solche eine Schätzung das Korrigieren der Filtermerkmale des Bildsensors 58 und der Empfangslichtempfindlichkeitsmerkmale des Bildsensors 58, die nicht mit Informationen an einem Punkt korrigiert werden können, das Schätzen der Spektralinformation für Einfallslicht, wenn das Beleuchtungslicht ohne Wellenlängen-Fehlbereiche vom Beobachtungsziel 90 reflektiert/gestreut wird und in den Bildsensor 58 eintritt.
Ferner überlappt der in der ersten Ausführungsform dargestellte Farbempfindlichkeitsbereich des Bildsensors 58 mit dem angrenzenden Farbempfindlichkeitsbereich. Somit wird in der „Schätzung 1” eine andere Spektralstärkeninformation für jede der Farbempfindlichkeitsbereiche auf beiden Seiten von jedem der Empfindlichkeitsüberlappungsbereiche 1 und 2 geschätzt. Beim im unteren Abschnitt von 12 dargestellten Beispiel der „Schätzung 2” hingegen wird die Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation durch den Durchschnittswert der empfangenen Lichtstärken P, die von den Lichterfassungselementen entsprechend zwei Farbempfindlichkeitsbereichen in Bezug auf den Empfindlichkeitsüberlappungsbereich der angrenzenden Farbempfindlichkeitsbereiche im Wellenlängen-Fehlbereich empfangen werden, geschätzt. Somit kann im Vergleich zum in der „Schätzung 1” dargestellten Beispiel die Farbreproduzierbarkeit verbessert werden, ohne wesentlich die Rechengeschwindigkeit zum Berechnen einer Schätzung zu beeinträchtigen, so dass das Bild näher am durch Verwendung des Beleuchtungslichts ohne Wellenlängen-Fehlbereiche erzielten Bild ist.
In der Konfiguration entsprechend der vorliegenden Modifizierung wird ausschließlich das Schätzungsverfahren des Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation-Schätzabschnitts 64 in der Bildverarbeitungsschaltung 62 geändert, so dass andere Komponenten wie die verschiedenen in der ersten Ausführungsform dargestellten Komponenten verwendet werden können. Solch eine Modifizierung kann erzielt werden, indem ausschließlich die Software der Bildverarbeitungsschaltung 62 geändert wird, und es ist somit ebenfalls angemessen, dass die Modifizierung ausschließlich im Zeitablauf verwendet wird, welcher der Rechengeschwindigkeit Priorität gegenüber den Farbreproduzierbarkeit einräumt, und dass das Glättungsverfahren auf Basis der funktionalen Näherung zum Gewährleisten von Glattheit und Kontinuierlichkeit wie in der ersten Ausführungsform dargestellt in anderen Zeitabläufen verwendet werden kann.
<Zweite Ausführungsform>
Nachfolgend ist die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Bezug auf 13 bis 15 beschrieben.
Die Teile in der zweiten Ausführungsform, die mit der ersten Ausführungsform identisch sind, sind nicht beschrieben, und es sind ausschließlich verschiedene Teile beschrieben.
Beim in der ersten Ausführungsform beschriebenen Beispiel sind die Zahl der Farbempfindlichkeitsbereiche und die Zahl der Schmalband-Lichtstrahlen gleich, das heißt sie ist gleich drei, und ein Schmalbandlicht 1, 2, 3 ist für jeden der drei Farbempfindlichkeitsbereiche 1, 2 und 3 vorhanden. Die vorliegende Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dadurch, dass vier Schmalband-Lichtstrahlen 1, 2, 3-1 und 3-2 für drei Farbempfindlichkeitsbereiche vorhanden sind.
[Konfiguration]
Die Beobachtungsvorrichtung in der vorliegenden Ausführungsform ist in 13 dargestellt.
In der vorliegenden Ausführungsform wird der Lichtquellenteil, der vier Schmalband-Lichtstrahlen ausstrahlt, wie zuvor beschrieben verwendet. Somit umfasst der Korpusteil 12 vier Halbleiterlaser 22A, 22B, 22D und 22E, Treiberschaltungen 26A, 26B und 26D sowie 26E, die mit den Halbleiterlasern kombiniert sind, und vier Glasfasern 32A, 32B, 32D und 32E, die jeweils von den Halbleiterlasern 22A, 22B, 22D und 22E ausgestrahltes Laserlicht leiten. Die Lichtquellen-Steuerschaltung 30 ist elektrisch mit den Treiberschaltungen 26A, 26B und 26D sowie 26E über die Steuersignalleitungen 28 verbunden und kann die Halbleiterlaser 22A, 22B, 22D und 22E über die Treiberschaltungen 26A, 26B und 26D sowie 26E frei steuern. Die Halbleiterlaser 22A, 22B, 22D und 22E sind mit dem Lichtkombinierer 34 jeweils über die Glasfasern 32A, 32B, 32D und 32E gekoppelt. Der Lichtkombinierer 34 kombiniert das von den vier Glasfasern 32A, 32B, 32D und 32E geleitete Laserlicht und gibt das Laserlicht an die Glasfaser 46 aus.
Die in der vorliegenden Ausführungsform verwendeten vier Laser sind wie folgt beschaffen:
Der Halbleiterlaser 22A ist ein Mehrmoden-Halbleiterlaser, der ein blaues Laserlicht ausstrahlt, welches das Schmalbandlicht 1 mit einer Wellenlänge von etwa 450 nm darstellt.
Der Halbleiterlaser 22B ist ein Mehrmoden-Halbleiterlaser, der ein grünes Laserlicht ausstrahlt, welches das Schmalbandlicht 2 mit einer Wellenlänge von etwa 540 nm darstellt.
Der Halbleiterlaser 22D ist ein Mehrmoden-Halbleiterlaser, der ein rotes Laserlicht ausstrahlt, welches das Schmalbandlicht 3-1 mit einer Wellenlänge von etwa 630 nm darstellt.
Der Halbleiterlaser 22E ist ein Mehrmoden-Halbleiterlaser, der ein rotes Laserlicht ausstrahlt, welches das Schmalbandlicht 3-2 mit einer Wellenlänge von etwa 680 nm darstellt.
Das heißt die Halbleiterlaser 22A und 22B sind die gleichen Mehrmoden-Halbleiterlaser wie die in der ersten Ausführungsform. Der Halbleiterlaser 22D ist ein Mehrmoden-Halbleiterlaser mit einer Spitzenwellenlänge von 630 nm, der ein Licht mit einer Spitzenwellenlänge 10 nm kürzer als der Halbleiterlaser 22C in der ersten Ausführungsform ausstrahlt. Der Halbleiterlaser 22E ist ein Mehrmoden-Halbleiterlaser mit einer Spitzenwellenlänge von 680 nm. Die jeweils von den Halbleiterlasern 22D und 22E ausgestrahlten Schmalband-Lichtstrahlen 3-1 und 3-2 sind ausschließlich im Farbempfindlichkeitsbereich 3 enthalten wie in 14 dargestellt.
[Betriebsablauf]
Der grundlegende Betriebsablauf ähnelt dem der ersten Ausführungsform und der Betriebsablauf der Bildverarbeitungsschaltung 62 unterscheidet sich ein wenig.
Auf Befehl von der Lichtquellen-Steuerschaltung 30 strahlt jeder der Halbleiterlaser 22A, 22B, 22D und 22E ein Laserlicht mit einer vorgegebenen Wellenlänge und Lichtmenge aus. Das Schmalbandlicht, welches das von jedem der Halbleiterlaser 22A, 22B, 22D und 22E ausgestrahlte Laserlicht darstellt, wird vom Lichtkombinierer 34 kombiniert, von der Glasfaser 46 geleitet und auf die Oberfläche des Innenraums 92 des Beobachtungsziels 90 vom Lichtaustrittsteil 48 als Beleuchtungslicht angewendet.
Die Halbleiterlaser 22A, 22B, 22D und 22E können Licht durch die Lichtquellen-Steuerschaltung 30 frei ausstrahlen, werden aber in der vorliegenden Ausführungsform so gesteuert, dass alle Halbleiterlaser in einem Basisstrahlungsmodus kontinuierlich eingeschaltet sind. Das heißt die Halbleiterlaser 22A, 22B, 22D und 22E werden auf die im Wesentlichen gleiche Lichtstärke geregelt und strahlen kontinuierlich Licht aus wie im oberen Abschnitt in 15 dargestellt. Das heißt die Halbleiterlaser 22A, 22B, 22D und 22E sind so ausgebildet, dass I₁ = I₂ = I₄ = I₅ = I.
Ein Teil des vom Beobachtungsziel 90 reflektierten/gestreuten Beleuchtungslichts tritt in den Bildsensor 58 ein und wird zur Bildverarbeitungsschaltung 62 als ein Bildgebungssignal übertragen.
In der vorliegenden Ausführungsform wird ebenfalls ein Bildsensor 58 mit Bayer-Array angenommen und die Einheit zum Schätzen der Spektralstärke ist die Minimaleinheit von 2×2 Pixeln. In diesem Fall ist das Licht, dass in die Pixel im Farbempfindlichkeitsbereich 1 und die Pixel im Farbempfindlichkeitsbereich 2 des Bildsensors 58 eintritt, jeweils blaues Laserlicht und grünes Laserlicht ähnlich wie in der ersten Ausführungsform. Das heißt der Farbempfindlichkeitsbereich 1 und der Farbempfindlichkeitsbereich 2 sind einzelne Schmalband-Lichtfarbempfindlichkeitsbereiche. Die Lichtstrahlen hingegen, die Pixel im Farbempfindlichkeitsbereich 3 einbringen, sind zwei Schmalband-Lichtstrahlen: rotes Laserlicht (630 nm) und rotes Laserlicht (680 nm). Das Lichterfassungselement entsprechend dem Farbempfindlichkeitsbereich 3 des Bildsensors 58 empfängt die roten Laserlichtstrahlen mit diesen zwei Wellenlängen ohne Unterscheidung und gibt das entsprechende Bildgebungssignal an die Bildverarbeitungsschaltung 62 aus. Das heißt die Bildverarbeitungsschaltung 62 empfängt das vom Halbleiterlaser 22D ausgestrahlte rote Laserlicht (630 nm) und rote Laserlicht (680 nm) als Information von den Pixeln im Farbempfindlichkeitsbereich 3, der einen Farbempfindlichkeitsbereich darstellt. Der Farbempfindlichkeitsbereich 3 ist mit anderen Worten ein Mehrfach-Schmalbandlicht-Farbempfindlichkeitsbereich, der zwei Schmalband-Lichtstrahlen empfängt: Schmalbandlicht 3-1 und Schmalbandlicht 3-2.
Die Bildverarbeitungsschaltung 62 leitet die Schmalband-Lichtspektralstärkeninformation (λ, P) auf Basis der Information in Bezug auf die drei Farbempfindlichkeitsbereiche 1, 2 und 3 wie bei der ersten Ausführungsform ab. Das heißt in einer bestimmten Einheit sind von den Lichterfassungselementen entsprechend den Farbempfindlichkeitsbereichen 1, 2 und 3 ausgegebene Lichtstärken jeweils P₁, P_2a, P_2b und P₃. In diesem Fall ist die Schmalband-Lichtspektralstärkeninformation für den Farbempfindlichkeitsbereich 1 (B-Pixel) (λ₁, P₁), und die Schmalband-Lichtspektralstärkeninformation für den Farbempfindlichkeitsbereich 2 (G-Pixel) ist (λ₂, P₂ = (P_2a + P_2b)/2), die sich nicht von denen in der ersten Ausführungsform unterscheiden. Die Schmalband-Lichtspektralstärkeninformation des Farbempfindlichkeitsbereichs 3 (R-Pixel) hingegen ist ((λ₄ + λ₅)/2, P₃).
Das heißt, das Licht, das in die Pixel im Farbempfindlichkeitsbereich 3 eintritt, ist ein Mischlicht des Schmalbandlichts 3-1 mit der Wellenlänge λ₄ und des Schmalbandlichts 3-2 mit der Wellenlänge λ₅. Das Lichterfassungselement entsprechend dem Farbempfindlichkeitsbereich 3 kann aber nicht das Licht von λ₄ und das Licht von λ₅ unterscheidend erfassen und leitet daher die Schmalband-Lichtspektralstärkeninformation als ((λ₄ + λ₅)/2, P₃) aufgrund der Hypothese ab, dass ein Schmalbandlicht von (λ₄ + λ₅)/2 eingetreten ist. Hier entspricht die Stärke I₄ des Schmalbandlichts von λ₄ der Stärke I₅ des Schmalbandlichts von λ₅, so dass die hypothetische Wellenlänge (λ₄ + λ₅)/2 als ein einfaches arithmetisches Mittel ermittelt wird. Im Falle von I₄ ≠ I₅ müssen diese jedoch berücksichtigt werden, so dass die Schmalband-Lichtspektralstärkeninformation (I₄ × λ₄ + I₅ × λ₅)/(I₄ + I₅), P₃) sein kann. Somit muss für den Mehrfach-Schmalband-Lichtfarbempfindlichkeitsbereich 3 die Schmalband-Lichtspektralstärkeninformation (I₄ × λ₄ + I₅ × λ₅)/(I₄ + I₅), P₃) vorhanden sein.
Die Schmalband-Lichtspektralstärkeninformation wird wie zuvor beschrieben ermittelt, so dass die Schmalband-Lichtspektralstärkeninformation auch ermittelt werden kann, wenn ein Farbempfindlichkeitsbereich mehr als einen Schmalband-Lichtstrahl umfasst.
Der Betriebsablauf nach der Ableitung der Schmalband-Lichtspektralstärkeninformation in der vorliegenden Ausführungsform ähnelt dem in der ersten Ausführungsform.
Beim im vorliegenden Beispiel dargestellten Beispiel sind zwei Schmalband-Lichtstrahlen in einem Farbempfindlichkeitsbereich enthalten, die aber nicht im Empfindlichkeitsüberlappungsbereich enthalten sind, in dem zwei Farbempfindlichkeitsbereiche überlappen. Die vorliegende Erfindung ist aber nicht hierauf beschränkt. Hypothetische Wellenlängen können ebenfalls berechnet werden, wenn das Schmalbandlicht in einem Bereich vorhanden ist, der in mehr als einem Farbempfindlichkeitsbereich enthalten ist und in dem die Farbempfindlichkeitsbereiche überlappen. In diesem Fall muss das Schmalbandlicht, das im Bereich vorhanden ist, in dem die Farbempfindlichkeitsbereiche überlappen, in der Berechnung der hypothetischen Wellenlängen von zwei Farbempfindlichkeitsbereichen verwendet werden.
Im Empfindlichkeitsüberlappungsbereich von zwei Farbempfindlichkeitsbereichen sind die Filterdurchlässigkeitsmerkmale gegebenenfalls nicht hoch genug wie in 14 und anderen Figuren dargestellt. In diesem ist eine Berechnung der hypothetischen Wellenlänge unter Einschluss der Filterdurchlässigkeitsmerkmale vorzuziehen.
[Funktionen – vorteilhafte Wirkungen]
Entsprechend der zuvor beschriebenen Konfiguration kann, selbst wenn ein Farbempfindlichkeitsbereich dazu ausgebildet ist, mehr als ein Schmalbandlicht zu umfassen, die Schmalband-Lichtspektralstärkeninformation ermittelt werden, während die jeweiligen Schmalband-Lichtstrahlen gleichzeitig, beispielsweise kontinuierlich, ausgestrahlt werden, und es können verschiedene Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformationen wie in der ersten Ausführungsform dargestellt geschätzt werden. Somit kann, selbst das Beleuchtungslicht mit Wellenlängen-Fehlbereichen verwendet wird, eine Bildverarbeitung so durchgeführt werden, dass das Bild näher am durch die Verwendung des Beleuchtungslichts ohne Wellenlängen-Fehlbereiche erzielten Bild ist.
Entsprechend der Konfiguration in der vorliegenden Ausführungsform sind keine speziellen zusätzlichen Komponenten und keine zusätzliche Verarbeitung erforderlich, und die vorliegende Funktion kann ausschließlich durch das Ändern beispielsweise eines Programm für die Ableitung der Schmalband-Lichtstärkeninformation erzielt werden. Somit kann beispielsweise einfach ein Wechsel beispielsweise zu Beobachtungsziel 90 und Beobachtungszwecken und eine entsprechende Verwendung erfolgen; das Verfahren gemäß der ersten Ausführungsform wird verwendet, wenn ausschließlich die Halbleiterlaser 22A, 22B und 22D gemäß der vorliegenden Ausführungsform eingeschaltet sind, und das Verfahren gemäß der zweiten Ausführungsform wird verwendet, wenn alle Halbleiterlaser 22A, 22B, 22D und 22E einschließlich des Halbleiterlasers 22E eingeschaltet sind.
[Dritte Ausführungsform]
Nachfolgend ist die dritte Ausführungsform in Bezug auf 16 und 17 beschrieben.
Die Teile, die mit der ersten und zweiten Ausführungsform identisch sind, sind nicht beschrieben, und es sind ausschließlich verschiedene Teile beschrieben.
[Konfiguration – Betriebsablauf]
In der vorliegenden Ausführungsform wie in 13 dargestellt ist die Lichtquellen-Steuerschaltung 30 elektrisch mit den Treiberschaltungen 26A, 26B und 26D, sowie 26E verbunden, so dass die Halbleiterlaser 22A, 22B, 22D und 22E mit der gewünschten Helligkeit und dem gewünschten Zeitablauf ein-/ausgeschaltet werden können. Die Wellenlängenbeziehung zwischen dem Bildsensor 58 und den Halbleiterlasern 22A, 22B, 22D und 22E in der vorliegenden Ausführungsform ähnelt der in der zweiten Ausführungsform wie in 14 dargestellt. Das heißt die vier Mehrmoden-Halbleiterlaser 22A, 22B, 22D und 22E weisen die gleiche Strahlungswellenlängen auf als die in der zweiten Ausführungsform und sind so ausgebildet, dass das blaue Laserlicht des Halbleiterlasers 22A nur im Farbempfindlichkeitsbereich 1 enthalten ist, das grüne Laserlicht des Halbleiterlasers 22B nur im Farbempfindlichkeitsbereich 2 enthalten ist und das rote Laserlicht (630 nm) des Halbleiterlasers 22D und das rote Laserlicht (680 nm) des Halbleiterlasers 22E nur im Farbempfindlichkeitsbereich 3 enthalten sind. Der Farbempfindlichkeitsbereich 1 und der Farbempfindlichkeitsbereich 2 sind einzelne Schmalband-Lichtfarbempfindlichkeitsbereiche. Der Farbempfindlichkeitsbereich 3 ist ein Mehrfach-Schmalband-Lichtfarbempfindlichkeitsbereich.
Die vorliegende Ausführungsform unterscheidet sich von der zweiten Ausführungsform darin, dass sich der Zeitablauf der Lichtstrahlung des Halbleiterlasers 22D vom Zeitablauf der Lichtstrahlung des Halbleiterlasers 22E unterscheidet. Das heißt drei Halbleiterlaser und vier Halbleiterlaser strahlen gleichzeitig und kontinuierlich Licht in den Beispielen, die jeweils in der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform dargestellt sind, aus. Der Unterschied in der dritten Ausführungsform besteht aber darin, dass jeder der Halbleiterlaser 22A, 22B, 22D und 22E für jeden Rahmentakt, für den der Bildsensor 58 einen Bildgebungsvorgang für ein Bild durchführt, ein-/ausgeschaltet wird. Die Beziehung zwischen jedem der Halbleiterlaser 22A, 22B, 22D und 22E und dem Rahmentakt in der vorliegenden Ausführungsform ist in 16 dargestellt. In diesem Beispiel treibt die Lichtquellen-Steuerschaltung 30 die Halbleiterlaser 22A, 22B, 22D und 22E entsprechend dem Rahmentakt des Bildsensors 58 an, um abwechselnd einen Rahmen (geradzahliger Rahmen in der Zeichnung), in dem die Halbleiterlaser 22A und 22D eingeschaltet und die Halbleiterlaser 22B und 22E ausgeschaltet werden, und ein Rahmen (ungeradzahliger Rahmen in der Zeichnung), in dem die Halbleiterlaser 22B und 22E eingeschaltet und die Halbleiterlaser 22A und 22D ausgeschaltet werden, zu wiederholen. In diesem Fall wird die Information zum Rahmentakts des Bildsensors 58 an die Lichtquellen-Steuerschaltung 30 durch nicht dargestellte Rahmentaktinformation-Übertragungsmittel übertragen, und die Lichtquellen-Steuerschaltung 30 schaltet jeden der Halbleiterlaser 22A, 22B, 22D und 22E mit dem richtigen Zeitablauf entsprechend der Rahmentaktinformation ein/aus.
Wenn solch eine Lichtstrahlungssteuerung erfolgt, sind die vom Bildsensor 58 übertragenen Bildsignale wie folgt beschaffen: Im geradzahligen Rahmen werden das Bildgebungssignal durch den blauen Laser im Farbempfindlichkeitsbereich 1 und das Bildgebungssignal durch den roten Laser (630 nm) im Farbempfindlichkeitsbereich 3 ausgegeben, und es wird ein tiefschwarzes Bildgebungssignal ausgegeben, weil es kein Beleuchtungslicht des entsprechenden Wellenlängenbereichs im Farbempfindlichkeitsbereich 2 gibt. Ebenso werden im ungeradzahligen Rahmen das Bildgebungssignal durch den grünen Laser im Farbempfindlichkeitsbereich 2 und das Bildgebungssignal durch den roten Laser (680 nm) im Farbempfindlichkeitsbereich 3 ausgegeben, und es wird ein tiefschwarzes Bildgebungssignal ausgegeben, weil es kein Beleuchtungslicht des entsprechenden Wellenlängenbereichs im Farbempfindlichkeitsbereich 1 gibt.
Wenn die Schmalband-Spektralstärkeninformation (λ, P) auf der Basis dieser Information erzeugt wird, können die Lichtstärkeninformation P₄, sofern der Bildsensor 58 ein reflektiertes/gestreutes Licht des Beleuchtungslichts von λ₄ = 630 nm im Farbempfindlichkeitsbereich 3 empfängt, und die Lichtstärkeninformation P₅, sofern der Bildsensor 58 ein reflektiertes/gestreutes Licht des Beleuchtungslichts λ₅ = 680 nm empfängt, separat erfasst werden. Das heißt die im Mehrfach-Schmalband-Lichtfarbempfindlichkeitsbereich enthaltenen Schmalband-Lichtstrahlen werden mit verschiedenen Zeitabläufen eingeschaltet und jedes Bild wird unabhängig erzielt, so dass jeder der Schmalband-Lichtstrahlen separat erfasst werden kann und die Schmalband-Lichtspektralstärkeninformation (λ, P) unabhängig erfasst werden kann.
Somit kann die Zahl von Teilen der Schmalband-Lichtspektralstärkeninformation (λ, P) in der vorliegenden Ausführungsform gleich 4 sein, was größer ist als 3, was die Zahl der Farbempfindlichkeitsbereiche ist und der Zahl der Halbleiterlaser entspricht (17).
In Bezug auf den Betriebsablauf der Bildverarbeitungsschaltung 62 nach Ableitung der Schmalband-Lichtspektralstärkeninformation kann das in der ersten Ausführungsform beschriebene Verfahren verwendet werden. Dies ermöglicht das Schätzen der Lichtstärkeninformation für die Wellenlängen-Fehlbereiche.
[Funktionen – vorteilhafte Wirkungen]
Wie in der vorliegenden Ausführungsform kann eine Zahl von Teilen der Schmalband-Lichtspektralstärkeninformation (λ, P) abgeleitet werden, die größer ist als die Zahl von Farbempfindlichkeitsbereichen des Bildsensors 58 durch richtiges Festlegen des Lichtstrahlungs-Zeitablaufs der Lichtquelle. Somit kann die Schätzungsgenauigkeit der Lichtstärkeninformation für die Wellenlängen-Fehlbereiche ohne Verwenden des speziellen Bildsensors 58 verbessert werden.
Die Halbleiterlaser 22A, 22B, 22D und 22E strahlen zwar Licht mit dem in 16 dargestellten Zeitablauf entsprechend dem Rahmentakt des Bildsensors 58 im in der vorliegenden Ausführungsform dargestellten Beispiel aus; die vorliegende Erfindung ist aber nicht hierauf beschränkt. Um die vorteilhaften Wirkungen gemäß der vorliegenden Ausführungsform zu erzielen, müssen lediglich die Halbleiterlaser 22A, 22B, 22D und 22E, die im gleichen Farbempfindlichkeitsbereich enthalten sind, mit verschiedenen Zeitabläufen ein-/ausgeschaltet werden. Das heißt die zwei Halbleiterlaser 22A und 22B können kontinuierlich eingeschaltet sein und die Summe der Ausgaben des geradzahligen Rahmens und des ungeradzahligen Rahmens kann der Lichtstärkeninformation P₁ und P₂ entsprechen. In diesem Fall können die Lichtstärken I₁ und I₂ des Beleuchtungslichts halbiert sein. Dies kann die Last der Lichtquellen-Steuerschaltung 30 verringern.
[Verschiedene Modifizierungen]
[Modifizierungen der Schätzung der Lichtstärkeninformation für Wellenlängen-Fehlbereiche]
Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschreiben ausschließlich das Glättungsverfahren auf Basis der funktionalen Näherung zur Verwendung als das Verfahren des Schätzens der Lichtstärkeninformation für die Wellenlängen-Fehlbereiche zum Schätzen einer glatten und kontinuierlichen Kurven; die vorliegende Erfindung ist aber nicht hierauf beschränkt.
Beispielsweise kann die Lichtstärkeninformation für die Wellenlängen-Fehlbereiche durch mehrere in 18 dargestellte Verfahren geschätzt werden. 18 zeigt Beispiele für die Schätzung, bei denen die Schmalband-Lichtspektralstärkeninformation (λ, P) in Bezug auf die vier Schmalband-Lichtstrahlen wie in der dritten Ausführungsform beschrieben erzielt wird.
Ein Beispiel für das Glätten, welches das in der ersten bis dritten Ausführungsform verwendete Schätzungsverfahren darstellt, ist als „Schätzung 3” im zweiten Abschnitt von 18 dargestellt. Hingegen ist ein Beispiel für das Schätzen der Wellenlängen-Fehlbereiche durch geradlinige Näherung in der „Schätzung 4” im dritten Abschnitt von 18 dargestellt. Für das Verfahren der geradlinigen Näherung können verschiedene üblicherweise verwendete Verfahren verwendet werden. Beispielsweise kann eine Methode der kleinsten Quadrate zum Berechnen des Quadrats des Unterschieds zwischen der Lichtstärke P der erzielten Schmalband-Lichtspektralstärkeninformation (λ, P) und dem Schnitt einer geraden Linie und der durch einen bestimmten numerischen Ausdruck dargestellten Wellenlänge λ und zum Ermitteln einer Funktion, die eine gerade Linie darstellt, zum Minimieren der Summe wie zuvor beschrieben verwendet werden.
Die Last der Bildverarbeitungsschaltung 62 kann durch Schätzen der Wellenlängen-Fehlbereiche durch die geradlinige Näherung wie zuvor beschrieben verringert werden. Insbesondere der vom Wellenlängen-Fehlbereich-Korrekturverarbeitungsabschnitt verwendete arithmetische Ausdruck wird vereinfacht und es kann daher ein Bild mit relativ hoher Farbreproduzierbarkeit durch eine relativ wenig umfangreiche Schaltungskonfiguration und Programmkonfiguration erzielt werden. Wenn die Zahl von Punkten der Schmalband-Lichtspektralstärkeninformation (λ, P) klein ist und die Punkte gestreut sind, ist ein Glätten schwierig und es besteht eine Gefahr des Erzielens einer Wellenlängen-Fehlbereich-Lichtstärkeninformation, die sich wesentlich von einer tatsächlichen als ein Schätzungsergebnis unterscheidet. In diesem Fall ist das Verfahren durch geradlinige Näherung besonders geeignet, da die Gefahr der Zunahme der Divergenz von der tatsächlichen Wellenlängen-Fehlbereich-Lichtstärkeninformation gering ist.
Die „Schätzung 5” im untersten Abschnitt von 18 zeigt ein Beispiel für ein Schätzungsverfahren durch eine geradlinige Verbindung von benachbarten Punkten wie ein Liniengraph, bei dem benachbarte Koordinaten der Schmalband-Lichtspektralstärkeninformation (λ, P) mit einer geraden Linie für die erzielte Schmalband-Lichtspektralstärkeninformation (λ, P) verbunden sind. Entsprechend solch einem Schätzungsverfahren muss beispielsweise keine komplizierte Verarbeitung insbesondere im Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation-Schätzabschnitt 64 in der Bildverarbeitungsschaltung 62 erfolgen, so dass die Last des Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation-Schätzabschnitts 64 verringert und Schaltungsumfang sowie Programmumfang vereinfacht werden können. In diesem Fall kann ein geschätzter Fehler in der Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation relativ unterdrückt werden. Somit kann entsprechend dem Verfahren der „Schätzung 5” eine solche Bildverarbeitung erzielt werden, dass die Last des Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation-Schätzabschnitts 64 in der Bildverarbeitungsschaltung 62 verringert und dennoch ein Bild mit relativ hoher Farbreproduzierbarkeit erzielt werden kann.
[Modifizierung der Zahl von Schmalband-Lichtstrahlen]
Die Zahl von Farbempfindlichkeitsbereichen beträgt zwar 3 und die Zahl der Schmalband-Lichtstrahlen ist in allen in den Ausführungsformen bisher beschriebenen Fällen gleich oder größer; die vorliegende Erfindung ist aber nicht hierauf beschränkt. Beispielsweise kann, selbst wenn Beleuchtungslicht mit nur zwei Schmalband-Lichtstrahlen mit Ausnahme des Schmalbandlichts 2 in der ersten Ausführungsform wie in 19 dargestellt verwendet wird, das vom Beobachtungsziel 90 reflektierte/gestreute Licht in den Wellenlängen-Fehlbereichen auf Basis der bisher beschriebenen Verfahren geschätzt werden.
Wie in 19 dargestellt umfasst das Spektrum des Beleuchtungslichts zwei Schmalband-Lichtstrahlen: das Schmalbandlicht 1 mit der Schmalband-Lichtspektralstärkeninformation (λ₁, I₁) und das Schmalbandlicht 3 mit der Schmalband-Lichtspektralstärkeninformation (λ₃, I₃). Das Schmalbandlicht 1 ist nur im Farbempfindlichkeitsbereich 1 enthalten und das Schmalbandlicht 3 ist nur im Farbempfindlichkeitsbereich 3 enthalten; es ist kein Schmalbandlicht im Farbempfindlichkeitsbereich 2 enthalten.
Wenn solch ein Beleuchtungslicht auf das Beobachtungsziel 90 angewendet wird, entspricht das vom Beobachtungsziel 90 reflektierte/gestreute Licht, das in den Bildsensor 58 eintritt, der Schmalband-Lichtspektralstärkeninformation (λ₁, I₁) und der Schmalband-Lichtspektralstärkeninformation (λ₃, I₃). Auf der Basis solch einer Information schätzt der Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation-Schätzabschnitt 64 die Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation. Die Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation kann durch eines der in der ersten bis dritten Ausführungsform beschriebenen Schätzungsverfahren geschätzt werden.
Der Wellenlängen-Fehlbereich-Korrekturverarbeitungsabschnitt 66 führt die Korrekturverarbeitung der Wellenlängen-Fehlbereiche entsprechend dem zuvor beschriebenen Verfahren durch. In diesem Fall ist die Lichtempfangsstärke P_,detect, die tatsächlich vom Lichterfassungselement entsprechend dem Farbempfindlichkeitsbereich des Bildsensors 58 empfangen wird, im Farbempfindlichkeitsbereich 1 und Farbempfindlichkeitsbereich 3 vorhanden, während P_,detect im Farbempfindlichkeitsbereich 2 nicht vorhanden ist. Somit entspricht die korrigierte Lichtempfangsmengeninformation PP, die vom Wellenlängen-Fehlbereich-Korrekturverarbeitungsabschnitt 66 ausgegeben wird, genau P_,estimate in Bezug auf wenigstens den Farbempfindlichkeitsbereich 2. P_,estimate kann beispielsweise entsprechend dem in Bezug auf 9 in Verbindung mit der ersten Ausführungsform beschriebenen Verfahren abgeleitet werden.
Obwohl die Zahl von Schmalband-Lichtstrahlen kleiner ist als die Zahl von Farbempfindlichkeitsbereichen im hier beschriebenen Fall, ist die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt. Die vorliegende Erfindung ist anwendbar, wenn Schmalband-Lichtstrahlen in einer Zahl gleich oder größer als die Zahl der Farbempfindlichkeitsbereiche verwendet werden, sofern aber ein Farbempfindlichkeitsbereich ohne Schmalband-Lichtstrahlen vorhanden ist. Beispielsweise kann der Wellenlängen-Fehlbereich-Korrekturverarbeitungsabschnitt die korrigierte Lichtempfangsmengeninformation PP entsprechend dem zuvor beschriebenen Verfahren selbst dann ableiten, wenn zwei Schmalband-Lichtstrahlen im ersten Farbempfindlichkeitsbereich enthalten sind, ein Schmalband-Lichtstrahl im dritten Farbempfindlichkeitsbereich enthalten ist und kein Schmalband-Lichtstrahl im zweiten Farbempfindlichkeitsbereich enthalten ist.
[Modifizierung der Lichtquelle]
Zwar wird ausschließlich ein Mehrmoden-Halbleiterlaser als Lichtquelle zum Ausstrahlen von Schmalbandlicht im in der vorliegenden Ausführungsform dargestellten Beispiel verwendet; die vorliegende Erfindung ist aber nicht hierauf beschränkt. Es können verschiedene Festkörperlaser, Gaslaser, ein mit einem SHG-Element kombinierter Verbund-Halbleiterlaser usw. verwendet werden. Es können ebenfalls eine superstrahlende Diode (SLD) und eine LED verwendet werden. Eine Lichtquelle, bei der eine LED oder ein Laser mit einem fluoreszenten Stoff kombiniert ist und die Wellenlängen-Fehlbereiche aufweist, ist ebenfalls geeignet.
Wenn ein Einmodenlaser verwendet wird, wird die Spitzenwellenlänge des Schmalbandlichts stabil an einem Punkt bestimmt, so dass der Wert von λ der Schmalband-Lichtspektralstärkeninformation (λ, P) stabil wird und sich die Genauigkeit der Spektralschätzung verbessert. Die Verwendung eines Mehrmodenlasers ist hingegen vorteilhaft bei der Beleuchtung eines großen Raums, da ein helles Schmalbandlicht ausgestrahlt werden kann.
Es ist ebenfalls zweckmäßig, eine Beobachtungsvorrichtung unter Verwendung eines Verbund-Lichtquellensystems, bei dem beispielsweise eine LED und ein Laser kombiniert sind, zu verwenden. 20 zeigt ein Beispiel für Beleuchtungslicht, bei dem drei LED-Elemente kombiniert sind. Wie dargestellt gibt es Wellenlängen-Fehlbereiche auch im Falle von mehreren LEDs, aber die Lichtstärkeninformation für die Wellenlängen-Fehlbereiche können mit dem in den Ausführungsformen beschriebenen Verfahren geschätzt werden.
Eine Lichtquelle strahlt zwar nur ein Schmalbandlicht im in der Ausführungsform gemäß der vorliegenden Ausführungsform dargestellten Beispiel aus; die vorliegende Erfindung ist aber nicht hierauf beschränkt. Beispielsweise kann ein Lichtquellenteil verwendet werden, der gleichzeitig mehr als einen Schmalband-Lichtstrahl ausstrahlen kann, etwa ein He-Cd-Laser, der ein Laser mit drei Primärfarben (Weißlicht) zum gleichzeitigen Oszillieren eines blauen Laserlichts mit 441,6 nm, eines grünen Laserlichts mit 537,8 nm und eines roten Laserlichts mit 636,0 nm ist. In diesem Fall unterscheidet sich in der Konfiguration der in 1 und anderen Figuren dargestellten Endoskopvorrichtung die Zahl der Halbleiterlaser 22A, 22B, ..., die im Lichtquellenteil angeordnete Lichtquellen sind, von der Zahl der vom Lichtquellenteil ausgestrahlten Schmalband-Lichtstrahlen, und die Zahl der Schmalband-Lichtstrahlen ist immer größer als die Zahl der Lichtquellen.
[Glasfaser]
Ferner ist, obwohl in den Ausführungsformen ausschließlich eine Mehrmoden-Einleiter-Glasfaser verwendet wird, die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt. Beispielsweise kann eine Einmodenfaser verwendet werden. Es können auch verschiedene Glasfasern verwendet werden wie etwa eine Stufenindex-Glasfaser oder eine Glasfaser mit variablem Brechungsindex, eine Kunststofffaser und eine Glasfaser in Verbundmaterialausführung mit einem Kunststoffmantel und einem Glaskern.
Es kann auch eine Bündelfaser verwendet werden, bei dem die zuvor genannten Glasfasern gebündelt sind, und ein normaler Wellenleiter in Folienausführung oder ein Wellenleiter in Plattenausführung, bei dem ein Wellenleiter auf einem Harzsubstrat oder einem Halbleitersubstrat mit einer Verteilung des Brechungsindex ausgebildet ist.
[Einsatzgebiet]
Die vorliegende Erfindung eignet sich für die Beobachtung des Inneren eines geschlossenen Raums, in dem Licht von außen nahezu vernachlässigbar ist. Die vorliegende Erfindung eignet sich insbesondere für ein Endoskop, das für medizinische Zwecke verwendet wird und das in Verdauungsorganen, Atmungsorganen, Ohr, Nase und Hals sowie Harnorganen verwendet wird. Ein medizinisches Endoskop weist eine relativ kleine Zahl an Arten von Spektralreflexionsspektren des Beobachtungsziels auf und kann das Spektralreflexionsspektrum der Wellenlängen-Fehlbereiche durch verschiedene in den Ausführungsformen beschriebene Wellenlängen-Fehlbereich-Schätzverfahren problemlos schätzen. Die vorliegende Erfindung eignet sich ebenfalls für in der Industrie verwendete Endoskope, die für verschiedene Inspektionen und Untersuchungen eingesetzt werden. Bei Industrieendoskopen muss ein interessierender Teil des Beobachtungsziels problemlos in Unterscheidung zu anderen Bereichen dargestellt werden können und es kann der Spektralreflexionsfaktor eines Teils geschätzt werden, um einen Fehler oder Rost festzustellen und den Teil in Unterscheidung zu anderen Bereichen darzustellen, indem der Spektralreflexionsfaktor der Wellenlängen-Fehlbereiche auf der Basis eines geringen Unterschieds der Stärken des reflektierten/gestreuten Lichts im Schmalband-Lichtbereich entsprechend den verschiedenen in den Ausführungsformen beschriebenen Wellenlängen-Fehlbereich-Schätzungsverfahren geschätzt wird.
Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind rein illustrativ und es können verschiedene Kombinationen und Modifizierungen vorgenommen werden, ohne von der Wesensart der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
[Ergänzende Erläuterung des Spektralreflexionsspektrums]
Nachfolgend ist der Spektralreflexionsfaktor beschrieben. Ein allgemeiner Farbwiedergabeindex Ra wird üblicherweise als ein Index zum Umrechnen der Farbreproduzierbarkeit in einen numerischen Wert verwendet. Der allgemeine Farbwiedergabeindex ist in der japanischen Industrienorm JIS Z 8726 „Method of Specifying Color Rendering Properties of Light Sources” definiert. Farbproben von 15 Testfarben mit unterschiedlichem Spektralreflexionsfaktor werden zum Bewerten eines Farbwiedergabeindex verwendet, und es werden R1 bis R15 als Farbwiedergabeindizes für die jeweiligen Testfarben gemessen. Die Testfarben 1 bis 8 entsprechend R1 bis R8 sind Spektralreflexionsfaktoren auf der Basis von Objekten in der Natur, und die Testfarben entsprechend R9 bis R14 werden als Spektralreflexionsfaktoren auf der Basis von Objekten mit relativ hohem Chroma festgelegt. Die Testfarbe 15 entsprechend R15 ist eine Farbe, die auf der Haut eines Japaners basiert.
Der allgemeine Farbwiedergabeindex, der am häufigsten als Index der Farbreproduzierbarkeit verwendet wird, ist der Durchschnittswert von R1 bis R8; dieser wird häufig als ein Wert verwendet, der die Farbreproduzierbarkeit darstellt.
21 zeigt Spektren von Spektralreflexionsfaktoren der Testfarben 1, 2, 3, 4, 5 und 6, und 22 zeigt Spektren von Spektralreflexionsfaktoren der Testfarben 7, 8 und 15. Der Spektralreflexionsfaktor, auf den hier Bezug genommen wird, stellt als ein Reflexionsfaktor (%) pro Wellenlänge die Rate dar, mit der ein Licht reflektiert wird, wenn das Licht auf ein Objekt angewendet wird.
Während der Wellenlängenbereich, der sich auf der horizontalen Achse befindet, von 350 nm im Ultraviolettbereich bis 800 nm im Infrarotbereich in 21 angegeben ist, gibt es keine Probe, in der sich der Spektralreflexionsfaktor mit der Wellenlänge in Schritten im Bereich von 400 nm bis 700 nm, der einen Bereich des allgemein sichtbaren Lichts darstellt, ändert. Die Änderungsrate des Spektralreflexionsfaktors bleibt bei etwa 1%/nm auch in der Nähe von 610 nm der Testfarbe 8 und 590 nm der Testfarbe 15, wobei sich der Spektralreflexionsfaktor am meisten im Bereich des sichtbaren Lichts ändert. Wie in der japanischen Kokai-Patentanmeldung Nr. 10-286235 dargestellt ist es bekannt, dass sich die Farbreproduzierbarkeit in einem geringen Grad auch dann ändert, wenn mehrere Laserlichtstrahlen verwendet werden, die sich in der Wellenlänge um mehrere nm unterscheiden.
Wenn die Wellenlänge, bei der sich der Spektralreflexionsfaktor wesentlich ändert, als λ_k definiert ist, gilt λ_k = 610 nm in der Testfarbe 8 und λ_k = 590 nm in der Testfarbe 15 (22).
Wie in 21 und 22 dargestellt ändern sich die Spektralreflexionsfaktoren in den Testfarben 1 bis 8 und 15 am meisten bei λ_k in den Testfarben 8 und 15; aber die Rate dieser Änderungen bleibt bei etwa 1%/nm und bleibt bei geringen Änderungen von etwa 0,5%/nm oder weniger, wenn die zuvor genannten zwei Bereiche ausgeschlossen werden. Das heißt es wird angenommen, dass es einige Beobachtungsziele 90 gibt, bei denen sich das Spektralreflexionsspektrum extrem ändert, und die Wirkung von Farbreproduzierbarkeits-Verbesserungen kann auch dann erwartet werden, wenn die Wellenlängen-Fehlbereiche beispielsweise durch die in den Ausführungsformen beschriebene Glättung interpoliert werden.
Wenn das Spektralreflexionsspektrum des Hauptbeobachtungsziels bekannt ist, ist es für die Wellenlänge des Lasers als eine Schmalband-Lichtquelle vorzuziehen, eine Spitzenwellenlänge λ_peak über die Wellenlänge λ_k zu setzen, bei der sich das Spektralreflexionsspektrum wesentlich ändert. Entsprechend solch einer Konfiguration kann das Spektralreflexionsspektrum selbst für ein Beobachtungsziel mit einer starken Änderung im Spektralreflexionsspektrum selbst bei einer Beleuchtung ohne eine Wellenlänge über den gesamten Ort geschätzt werden und es kann ein Bild mit hoher Farbreproduzierbarkeit erzielt werden.
Es versteht sich jedoch von selbst, dass die Farbreproduzierbarkeit bei einer Beobachtungsvorrichtung höher ist, der mehr Laserlichtstrahlen ausstrahlen kann. Das heißt die Farbreproduzierbarkeit kann wesentlich verbessert werden, wenn 100 oder mehr Laserlichtstrahlen alle paar nm im Bereich des sichtbaren Lichts angeordnet werden können. Die Wellenlängen von allgemein verteilten Laserlichtquellen sind aber auf einen bestimmten Bereich beschränkt, und Laserlichtquellen mit anderen Wellenlängen sind nicht verfügbar oder sind teuer, falls sie verfügbar sind. Die Verwendung einer großen Zahl von Laserlichtquellen führt meist zu hohen Kosten und verursacht verschiedene Probleme wie ein hoher Stromverbrauch und eine Größenzunahme. Daher ist eine kleinstmögliche Zahl von Laserlichtquellen vorzuziehen.
Aufgrund der Umstände bleibt in der vorliegenden Ausführungsform die maximale Zahl von Laserlichtquellen bei 4, was die mindestens erforderliche Zahl zum Erzielen der Farbreproduzierbarkeit ist. Es versteht sich aber, dass die Zahl von Laserlichtquellen 2 oder 5 oder mehr entsprechend der erforderlichen Leistung der Beobachtungsvorrichtung sein kann.
[Zusammenfassung]
Zusammenfassend sind die folgenden Vorrichtungen in der vorliegenden Beschreibung offenbart. Das heißt die zuvor beschriebenen Ausführungsformen können wie folgt verallgemeinert werden.

[1] Beobachtungsvorrichtung zum Beobachten eines Innenraums eines Beobachtungsziels, wobei die Beobachtungsvorrichtung Folgendes umfasst: ein Einführteil mit einem distalen Ende zum Einführen in den Innenraum; ein Lichtaustrittsteil, das ein Beleuchtungslicht zur Oberfläche des Innenraums ausstrahlt und das am distalen Ende angeordnet ist; ein Bildsensor, der ein von der Oberfläche des Innenraums reflektiertes/gestreutes Licht zum Ausgeben eines Bildgebungssignals erfasst und der am distalen Ende angeordnet ist; eine Bildverarbeitungsschaltung, die das Bildgebungssignal zum Ausgeben eines Bildsignals verarbeitet; und ein Anzeigeabschnitt, der ein Bild entsprechend dem Bildsignal anzeigt, wobei das Beleuchtungslicht Schmalband-Lichtstrahlen umfasst, vom Bildsensor erfassbare Bereiche Schmalband-Lichtbereiche, in denen die jeweiligen Schmalband-Lichtstrahlen angeordnet sind, einen ersten Wellenlängen-Fehlbereich, das heißt ein Bereich zwischen den angrenzenden zwei Schmalband-Lichtbereichen, und einen ersten Wellenlängen-Fehlbereich, das heißt ein Bereich außerhalb der zwei äußersten Schmalband-Lichtbereiche, umfassen, der Bildsensor eine große Anzahl an Lichterfassungselementen umfassend mehrere Arten von Lichterfassungselementen zum Erfassen von Licht jeweils in mehreren Farbempfindlichkeitsbereichen umfasst, die Bildverarbeitungsschaltung einen Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation-Schätzabschnitt umfasst, der in Bezug auf jeden Farbempfindlichkeitsbereich eine Spitzenwellenlänge des im Farbempfindlichkeitsbereich enthaltenen Schmalbandlichts mit der Stärke des von der Innenraumfläche reflektierten/gestreuten Licht, das vom Lichterfassungselement entsprechend dem Farbempfindlichkeitsbereich erfasst wird, verknüpft, um Schmalband-Lichtspektralstärkeninformationen (Wellenlänge λ, Lichtempfangsstärke P) abzuleiten, und Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation auf Basis der Schmalband-Lichtspektralstärkeninformationen schätzt, wobei die Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation Stärkeinformationen in Bezug auf das von der Innenraumfläche reflektierte/gestreute Licht im ersten Wellenlängen-Fehlbereich sind, und die Bildverarbeitungsschaltung einen Wellenlängen-Fehlbereich-Korrekturverarbeitungsabschnitt umfasst, der eine Wellenlängen-Fehlbereich-Korrekturverarbeitung auf Basis der Schmalband-Lichtspektralstärkeninformationen und der Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation durchführt, so dass sich das Bildsignal näher an einem erzielten Bildsignal befindet, wenn ein Beleuchtungslicht ohne Wellenlängen-Fehlbereiche angewendet wird.
[2] Beobachtungsvorrichtung nach [1], wobei n eine natürliche Zahl von 2 oder mehr ist, und k eine natürliche Zahl von 1 bis n ist, sowohl die Zahl der Schmalband-Lichtstrahlen und die Zahl der Farbempfindlichkeitsbereiche n sind, und ein Schmalbandlicht ausgebildet ist, in einem Farbempfindlichkeitsbereich enthalten zu sein; die Schmalband-Lichtstrahlen erste, zweite, ... und n-te Schmalband-Lichtstrahlen von einer kurzen Wellenlängenseite zu einer langen Wellenlängenseite sind, und die Farbempfindlichkeitsbereiche erste, zweite, ... und n-te Farbempfindlichkeitsbereiche von der kurzen Wellenlängenseite zur langen Wellenlängenseite sind, in welchem Fall der k-te Schmalband-Lichtstrahl im k-ten Farbempfindlichkeitsbereich enthalten ist; und eine Spitzenwellenlänge des k-ten Schmalband-Lichtstrahls λ_k ist, und die Stärke des von der Innenraumoberfläche reflektierten/gestreuten Lichts, das vom Lichterfassungselement entsprechend dem k-ten Farbempfindlichkeitsbereich erfasst wird, P_k ist, in welchem Fall die Schmalband-Lichtspektralstärkeninformation (Wellenlänge λ, Lichtempfangsstärke P) als (λ_k, P_k) abgeleitet wird.
[3] Beobachtungsvorrichtung nach [1], wobei n und m natürliche Zahlen von 2 oder mehr sind, i und j natürliche Zahlen von 1 bis n sind, und l eine natürliche Zahl von 1 bis m ist; die Zahl der Farbempfindlichkeitsbereiche n ist, die Zahl der Schmalband-Lichtstrahlen größer als n ist, und die Farbempfindlichkeitsbereiche erste, zweite, ... und n-te Farbempfindlichkeitsbereiche von einer kurzen Wellenlängenseite zu einer langen Wellenlängenseite sind, in welchem Fall der Farbempfindlichkeitsbereich, der nur einen Schmalband-Lichtstrahl unter den Farbempfindlichkeitsbereichen umfasst, ein einzelner Schmalband-Lichtfarbempfindlichkeitsbereich ist, und der Farbempfindlichkeitsbereich, der mehrere Schmalband-Lichtstrahlen unter den Farbempfindlichkeitsbereichen umfasst, ein mehrfacher Schmalband-Lichtfarbempfindlichkeitsbereich ist; der im einzelnen Schmalband-Lichtfarbempfindlichkeitsbereich enthaltene Farbempfindlichkeitsbereich ein j-ter Farbempfindlichkeitsbereich ist, und der im mehrfachen Schmalband-Lichtfarbempfindlichkeitsbereich enthaltene Farbempfindlichkeitsbereich ein i-ter (i ≠ j) Farbempfindlichkeitsbereich ist, in welchem Fall der im j-ten Farbempfindlichkeitsbereich enthaltene Schmalband-Lichtstrahl ein j-ter Schmalband-Lichtstrahl ist; und die Zahl der im i-ten Farbempfindlichkeitsbereich enthaltenen Schmalband-Lichtstrahlen m ist, in welchem Fall die im i-ten Farbempfindlichkeitsbereich enthaltenen m Schmalband-Lichtstrahlen jeweils (i – 1)-te, ... und (i – m)-te Schmalband-Lichtstrahlen sind, so dass eine Spitzenwellenlänge des j-ten Schmalband-Lichtstrahls λ_j ist, und die Stärke des von der Innenraumoberfläche reflektierten/gestreuten Lichts, die vom Lichterfassungselement entsprechend dem j-ten Farbempfindlichkeitsbereich erfasst wird, P_j ist, eine Spitzenwellenlänge des (i – l)-ten Schmalband-Lichtstrahls λ_i-l ist, und die Stärke des von der Innenraumoberfläche reflektierten/gestreuten Lichts, das vom Lichterfassungselement entsprechend dem i-ten Farbempfindlichkeitsbereich erfasst wird, P_i ist; und die Schmalband-Lichtspektralstärkeninformation (Wellenlänge λ, Lichtempfangsstärke P) ist abgeleitet als (λ_j, P_j) im j-ten Farbempfindlichkeitsbereich, und abgeleitet als ((Σλ_i-l)/m, P_i) im i-ten Farbempfindlichkeitsbereich, und [4] Beobachtungsvorrichtung nach [1], wobei n und m natürliche Zahlen von 2 oder mehr sind, i und j natürliche Zahlen von 1 bis n sind, und l eine natürliche Zahl von 1 bis m ist; die Zahl der Farbempfindlichkeitsbereiche n ist, die Zahl der Schmalband-Lichtstrahlen größer als n ist, und die Farbempfindlichkeitsbereiche erste, zweite, ... und n-te Farbempfindlichkeitsbereiche von einer kurzen Wellenlängenseite zu einer langen Wellenlängenseite sind, in welchem Fall der Farbempfindlichkeitsbereich, der nur einen Schmalband-Lichtstrahl unter den Farbempfindlichkeitsbereichen umfasst, ein einzelner Schmalband-Lichtfarbempfindlichkeitsbereich ist, und der Farbempfindlichkeitsbereich, der mehrere Schmalband-Lichtstrahlen unter den Farbempfindlichkeitsbereichen umfasst, ein mehrfacher Schmalband-Lichtfarbempfindlichkeitsbereich ist; der im einzelnen Schmalband-Lichtfarbempfindlichkeitsbereich enthaltene Farbempfindlichkeitsbereich ein j-ter Farbempfindlichkeitsbereich ist, und der im mehrfachen Schmalband-Lichtfarbempfindlichkeitsbereich enthaltene Farbempfindlichkeitsbereich ein i-ter (i ≠ j) Farbempfindlichkeitsbereich ist, in welchem Fall der im j-ten Farbempfindlichkeitsbereich enthaltene Schmalband-Lichtstrahl ein j-ter Schmalband-Lichtstrahl ist; und die Zahl der im i-ten Farbempfindlichkeitsbereich enthaltenen Schmalband-Lichtstrahlen m ist, in welchem Fall die im i-ten Farbempfindlichkeitsbereich enthaltenen m Schmalband-Lichtstrahlen jeweils (i – l)-te (l = 1 bis m) Schmalband-Lichtstrahlen sind, so dass das Lichtaustrittsteil zum Ausstrahlen der (i – l)-ten (l = 1 bis m) Schmalband-Lichtstrahlen mit verschiedenen Zeitabläufen ausgebildet ist, und die Stärke P des von der Innenraumoberfläche reflektierten/gestreuten Lichts, das vom Lichterfassungselement entsprechend dem i-ten Farbempfindlichkeitsbereich erfasst wird, zum Trennen von P_i-l (l = 1 bis m) gleichzeitig mit dem Ausstrahlen der (i – l)-ten (l = 1 bis m) Schmalband-Lichtstrahlen erfasst wird, wodurch die Schmalband-Lichtspektralstärkeninformation (Wellenlänge λ, Lichtempfangsstärke P) ist abgeleitet als (λ_j, P_j) im j-ten Farbempfindlichkeitsbereich, und abgeleitet als (P_i-l, P_i) (l = 1 bis m) im i-ten Farbempfindlichkeitsbereich.
[5] Beobachtungsvorrichtung nach einem der Punkte [1] bis [4], wobei die Schmalband-Lichtbereiche Bereiche mit einer Lichtmenge gleich oder mehr als die Hälfte der Spitzenstärke eines Lichtstrahlungsbereichs des Schmalbandlichts sind, und der zweite Wellenlängen-Fehlbereich in den vom Bildsensor erfassbaren Wellenlängenbereichen ist, und einen Bereich auf der langen Wellenlängenseite als der Schmalband-Lichtbereich, der am nächsten zur langen Wellenlängenseite ist, und einen Bereich auf der kurzen Wellenlängenseite als der Schmalband-Lichtbereich, der am nächsten zur kurzen Wellenlängenseite ist.
[6] Beobachtungsvorrichtung nach [5], wobei die Schmalband-Lichtstrahlen Mehrmoden- oder Einmodenlaser-Lichtstrahlen sind, und die vom Bildsensor erfassbaren Wellenlängenbereiche Wellenlängen-Fehlbereiche über den gesamten Ort sind.
[7] Beobachtungsvorrichtung nach [6], wobei die vom Bildsensor erfassbaren Wellenlängenbereiche sogenannte Bereiche des sichtbaren Lichts von etwa 400 nm bis etwa 700 nm sind, eine Grenze auf der kurzen Wellenlängenseite durch eine Empfindlichkeitsgrenze des Bildsensors bestimmt ist, und eine Grenze auf der langen Wellenlängenseite durch eine untere Grenzwellenlänge eines durch ein Infrarot-Kantenfilter ausgefilterten Infrarotlichts bestimmt ist.
[8] Beobachtungsvorrichtung nach einem der Punkte [1] bis [4], wobei die Bildverarbeitungsschaltung nur Informationen in Bezug auf einen Schmalband-Lichtstärkenableitungsbereich aus Informationen in Bezug auf vom Bildsensor ausgegebene Signale zum Ableiten der Stärke P der Schmalband-Lichtspektralstärkeninformation (Wellenlänge λ, Lichtempfangsstärke P) als einen Durchschnitt der Stärkeninformationen für das reflektierte/gestreute Licht entsprechend jeder Wellenlänge λ im gesamten Schmalband-Lichtstärkenableitungsbereich verwendet.
[9] Beobachtungsvorrichtung nach [8], wobei der Schmalband-Lichtstärkenableitungsbereich der gesamte Bildgebungsschirm ist.
[10] Beobachtungsvorrichtung nach [8], wobei der Schmalband-Lichtstärkenableitungsbereich ein Bereich ist, in dem in der Nähe einer oberen Grenze und einer unteren Grenze eines dynamischen Bereichs des Bildsensors angeordnete Bereiche vom gesamten Bildgebungsschirm ausgeschlossen sind.
[11] Beobachtungsvorrichtung nach [8], wobei der Schmalband-Lichtstärkenableitungsbereich ein in der Nähe der Mitte des Bildgebungsschirms angeordneter Bereich ist.
[12] Beobachtungsvorrichtung nach [8], wobei der Schmalband-Lichtstärkenableitungsbereich ein Bereich ist, in dem eine Kombination von Teilen einer Schmalband-Lichtspektralstärkeninformation (Wellenlänge λ, Lichtempfangsstärke P) in einem vorgegebenen Verhältnisbereich oder in einem höchsten Bereich des Bildgebungsschirms ist.
[13] Beobachtungsvorrichtung nach [8], ferner umfassend einen Eingabeabschnitt zum Festlegen des Schmalband-Lichtstärkenableitungsbereichs.
[14] Beobachtungsvorrichtung nach einem der Punkte [1] bis [4], wobei die Bildverarbeitungsschaltung Informationen in Bezug auf Schmalband-Lichtstärkenableitungsbereiche aus Informationen in Bezug auf vom Bildsensor ausgegebene Signale zum Ableiten der Stärke P der Schmalband-Lichtspektralstärkeninformation (Wellenlänge λ, Lichtempfangsstärke P) für jeden der Schmalband-Lichtstärkenableitungsbereiche als einen Durchschnitt der Stärkeninformationen für das reflektierte/gestreute Licht entsprechend jeder Wellenlänge λ in jedem Schmalband-Lichtstärkenableitungsbereich verwendet.
[15] Beobachtungsvorrichtung nach [14], wobei die Schmalband-Lichtstärkenableitungsbereiche Einheitenpixel sind.
[16] Beobachtungsvorrichtung nach einem der Punkte [1] bis [4], wobei der Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation-Schätzabschnitt die Spektralstärkeninformation für den ersten Wellenlängen-Fehlbereich auf Basis der Schmalband-Lichtspektralstärkeninformation (Wellenlänge λ, Lichtempfangsstärke P) schätzt.
[17] Beobachtungsvorrichtung nach [16], wobei der Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation-Schätzabschnitt die Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation so schätzt, dass sich diese glatt im gesamten ersten Wellenlängen-Fehlbereich auf Basis der Schmalband-Lichtspektralstärkeninformation (Wellenlänge λ, Lichtempfangsstärke P) fortsetzt.
[18] Beobachtungsvorrichtung nach [17], wobei der Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation-Schätzabschnitt eine Schätzung durch eine funktionale Näherung (beispielsweise lineare Funktionsnäherung, hochdimensionale Funktionsnäherung und Näherung mit kleinsten Quadraten) vornimmt.
[19] Beobachtungsvorrichtung nach [16], wobei der Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation-Schätzabschnitt die Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation so schätzt, dass benachbarte Schmalband-Lichtspektralstärkeninformationen (Wellenlänge λ, Lichtempfangsstärke P) mit einer geraden Linie verbunden sind.
[20] Beobachtungsvorrichtung nach [2], wobei der Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation-Schätzabschnitt die Lichtempfangsstärke P als einen konstanten Wert von P_k in Bezug auf den gesamten k-ten Farbempfindlichkeitsbereich schätzt.
[21] Beobachtungsvorrichtung nach [20], wobei die Farbempfindlichkeitsbereiche überlappen, und wenn ein Überlappungsbereich des k-ten Farbempfindlichkeitsbereich und des (k + 1)-ten Farbempfindlichkeitsbereichs ein Empfindlichkeitsüberlappungsbereich k ist, wird P_k als ein Bildgebungssignal des k-ten Farbempfindlichkeitsbereichs verwendet, und wird P_k + 1 als ein Bildgebungssignal des (k + 1)-ten Farbempfindlichkeitsbereichs in Bezug auf den Überlappungsempfindlichkeitsbereichs k verwendet.
[22] Beobachtungsvorrichtung nach [20], wobei die Farbempfindlichkeitsbereiche überlappen, und wenn ein Überlappungsbereich des k-ten Farbempfindlichkeitsbereich und des (k + 1)-ten Farbempfindlichkeitsbereichs ein Empfindlichkeitsüberlappungsbereich k ist, wird ein Durchschnitt von P_k und P_k + 1 in Bezug auf den Empfindlichkeitsüberlappungsbereich k verwendet.
[23] Beobachtungsvorrichtung nach einem der Punkte [14] bis [22], wobei der Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation-Schätzabschnitt die Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation durch Extrapolieren in Bezug auf den zweiten Wellenlängen-Fehlbereich schätzt.
[24] Beobachtungsvorrichtung nach einem der Punkte [1] bis [4], wobei der Wellenlängen-Fehlbereich-Korrekturverarbeitungsabschnitt die korrigierte Lichtmengeninformation PP für jeden Farbempfindlichkeitsbereich aus der vom Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation-Schätzabschnitt geschätzten Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation berechnet.
[25] Beobachtungsvorrichtung nach [24], wobei der Wellenlängen-Fehlbereich-Korrekturverarbeitungsabschnitt eine vom Lichterfassungselement entsprechend dem Farbempfindlichkeitsbereich empfangene Lichtempfangsmenge schätzt, wenn ein Licht der geschätzten Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation empfangen wird, und die korrigierte Lichtmengeninformation PP als Bildinformation ausgibt.
[26] Beobachtungsvorrichtung nach [25], wobei der Wellenlängen-Fehlbereich-Korrekturverarbeitungsabschnitt die geschätzte Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation integriert und als eine Lichtempfangsmenge einen Wert schätzt, bei dem der integrierte Wert durch die Breite des entsprechenden Wellenlängenbereichs geteilt wird.
[27] Beobachtungsvorrichtung nach einem der Punkte [24] bis [26], wobei der Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation-Schätzabschnitt eine vom Lichterfassungselement entsprechend dem Farbempfindlichkeitsbereich zu empfangende Lichtempfangsmenge auf Basis der Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation, der Durchlässigkeitsspektrumsinformation für ein Wellenlängenfilter des entsprechenden Farbempfindlichkeitsbereichs und/oder der Wellenlängen-Spektrallichtempfangsempfindlichkeitsinformation für den Bildsensor schätzt, und der Wellenlängen-Fehlbereich-Korrekturverarbeitungsabschnitt die Lichtempfangsmenge als Bildinformation ausgibt.
[28] Endoskopvorrichtung umfassend die Beobachtungsvorrichtung nach einem der Punkte [1] bis [26].
[29] Beobachtungsvorrichtung nach [1], wobei n und m natürliche Zahlen von 2 oder mehr sind, i und j natürliche Zahlen von 1 bis n sind, und l eine natürliche Zahl von 1 bis m ist; die Zahl der Farbempfindlichkeitsbereiche n ist, die Zahl der Schmalband-Lichtstrahlen größer als n ist, und die Farbempfindlichkeitsbereiche erste, zweite, ... und n-te Farbempfindlichkeitsbereiche von einer kurzen Wellenlängenseite zu einer langen Wellenlängenseite sind, in welchem Fall der Farbempfindlichkeitsbereich, der nur einen Schmalband-Lichtstrahl unter den Farbempfindlichkeitsbereichen umfasst, ein einzelner Schmalband-Lichtfarbempfindlichkeitsbereich ist, und der Farbempfindlichkeitsbereich, der mehrere Schmalband-Lichtstrahlen unter den Farbempfindlichkeitsbereichen umfasst, ein mehrfacher Schmalband-Lichtfarbempfindlichkeitsbereich ist; der im einzelnen Schmalband-Lichtfarbempfindlichkeitsbereich enthaltene Farbempfindlichkeitsbereich ein j-ter Farbempfindlichkeitsbereich ist, und der im mehrfachen Schmalband-Lichtfarbempfindlichkeitsbereich enthaltene Farbempfindlichkeitsbereich ein i-ter (i ≠ j) Farbempfindlichkeitsbereich ist, in welchem Fall der im j-ten Farbempfindlichkeitsbereich enthaltene Schmalband-Lichtstrahl ein j-ter Schmalband-Lichtstrahl ist; und die Zahl der im i-ten Farbempfindlichkeitsbereich enthaltenen Schmalband-Lichtstrahlen m ist, in welchem Fall die im i-ten Farbempfindlichkeitsbereich enthaltenen m Schmalband-Lichtstrahlen jeweils i-erste, ... und (i – m)-te Schmalband-Lichtstrahlen sind, so dass eine Spitzenwellenlänge des j-ten Schmalband-Lichtstrahls λ ist, und die Stärke des von der Innenraumoberfläche reflektierten/gestreuten Lichts, die vom Lichterfassungselement entsprechend dem j-ten Farbempfindlichkeitsbereich erfasst wird, P_j ist, und die Lichtstärke des vom Austrittsfenster ausgestrahlten (i – l)-ten Schmalband-Lichtstrahls I_i-l ist, wodurch die Schmalband-Lichtspektralstärkeninformation (Wellenlänge λ, Lichtempfangsstärke P) ist abgeleitet als (λ_j, P_j) im j-ten Farbempfindlichkeitsbereich, und abgeleitet als (Σ(λ_i-l × I_i-l)/(ΣI_i-l), P) im i-ten Farbempfindlichkeitsbereich.

Claims

Endoskopvorrichtung zum Beobachten eines Innenraums eines Beobachtungsziels, wobei die Endoskopvorrichtung Folgendes umfasst: ein Einführteil mit einem distalen Ende zum Einführen in den Innenraum; ein Lichtaustrittsteil, das ein Beleuchtungslicht zur Oberfläche des Innenraums ausstrahlt und das am distalen Ende angeordnet ist; ein Bildsensor, der ein von der Oberfläche des Innenraums reflektiertes/gestreutes Licht zum Ausgeben eines Bildgebungssignals erfasst und der am distalen Ende angeordnet ist; eine Bildverarbeitungsschaltung, die das Bildgebungssignal zum Ausgeben eines Bildsignals verarbeitet; und ein Anzeigeabschnitt, der ein Bild entsprechend dem Bildsignal anzeigt, wobei das Beleuchtungslicht Schmalband-Lichtstrahlen umfasst, vom Bildsensor erfassbare Bereiche Schmalband-Lichtbereiche, in denen die jeweiligen Schmalband-Lichtstrahlen angeordnet sind, einen ersten Wellenlängen-Fehlbereich, das heißt ein Bereich zwischen den angrenzenden zwei Schmalband-Lichtbereichen, und einen ersten Wellenlängen-Fehlbereich, das heißt ein Bereich außerhalb der zwei äußersten Schmalband-Lichtbereiche, umfassen, der Bildsensor eine große Anzahl an Lichterfassungselementen umfassend mehrere Arten von Lichterfassungselementen zum Erfassen von Licht jeweils in mehreren Farbempfindlichkeitsbereichen umfasst, die Bildverarbeitungsschaltung einen Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation-Schätzabschnitt umfasst, der in Bezug auf jeden Farbempfindlichkeitsbereich eine Spitzenwellenlänge des im Farbempfindlichkeitsbereich enthaltenen Schmalbandlichts mit der Stärke des von der Innenraumfläche reflektierten/gestreuten Licht, das vom Lichterfassungselement entsprechend dem Farbempfindlichkeitsbereich erfasst wird, verknüpft, um Schmalband-Lichtspektralstärkeninformationen (Wellenlänge λ, Lichtempfangsstärke P) abzuleiten, und Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation auf Basis der Schmalband-Lichtspektralstärkeninformationen schätzt, wobei die Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation Stärkeinformationen in Bezug auf das von der Innenraumfläche reflektierte/gestreute Licht im ersten Wellenlängen-Fehlbereich sind, und die Bildverarbeitungsschaltung einen Wellenlängen-Fehlbereich-Korrekturverarbeitungsabschnitt umfasst, der eine Wellenlängen-Fehlbereich-Korrekturverarbeitung auf Basis der Schmalband-Lichtspektralstärkeninformationen und der Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation durchführt, so dass sich das Bildsignal näher an einem erzielten Bildsignal befindet, wenn ein Beleuchtungslicht ohne Wellenlängen-Fehlbereiche angewendet wird.
Endoskopvorrichtung nach Anspruch 1, bei der n eine natürliche Zahl von 2 oder mehr ist, und k eine natürliche Zahl von 1 bis n ist, sowohl die Zahl der Schmalband-Lichtstrahlen und die Zahl der Farbempfindlichkeitsbereiche n sind, und ein Schmalbandlicht ausgebildet ist, in einem Farbempfindlichkeitsbereich enthalten zu sein; die Schmalband-Lichtstrahlen erste, zweite, ... und n-te Schmalband-Lichtstrahlen von einer kurzen Wellenlängenseite zu einer langen Wellenlängenseite sind, und die Farbempfindlichkeitsbereiche erste, zweite, ... und n-te Farbempfindlichkeitsbereiche von der kurzen Wellenlängenseite zur langen Wellenlängenseite sind, in welchem Fall der k-te Schmalband-Lichtstrahl im k-ten Farbempfindlichkeitsbereich enthalten ist; und eine Spitzenwellenlänge des k-ten Schmalband-Lichtstrahls λ_k ist, und die Stärke des von der Innenraumoberfläche reflektierten/gestreuten Lichts, das vom Lichterfassungselement entsprechend dem k-ten Lichterfassungselement erfasst wird, P_k ist, in welchem Fall die Schmalband-Lichtspektralstärkeninformation (Wellenlänge λ, Lichtempfangsstärke P) als (λ_k, P_k) abgeleitet wird.
Endoskopvorrichtung nach Anspruch 1, bei der n und m natürliche Zahlen von 2 oder mehr sind, i und j natürliche Zahlen von 1 bis n sind, und l eine natürliche Zahl von 1 bis m ist; die Zahl der Farbempfindlichkeitsbereiche n ist, die Zahl der Schmalband-Lichtstrahlen größer als n ist, und die Farbempfindlichkeitsbereiche erste, zweite, ... und n-te Farbempfindlichkeitsbereiche von einer kurzen Wellenlängenseite zu einer langen Wellenlängenseite sind, in welchem Fall der Farbempfindlichkeitsbereich, der nur einen Schmalband-Lichtstrahl unter den Farbempfindlichkeitsbereichen umfasst, ein einzelner Schmalband-Lichtfarbempfindlichkeitsbereich ist, und der Farbempfindlichkeitsbereich, der mehrere Schmalband-Lichtstrahlen unter den Farbempfindlichkeitsbereichen umfasst, ein mehrfacher Schmalband-Lichtfarbempfindlichkeitsbereich ist; der im einzelnen Schmalband-Lichtfarbempfindlichkeitsbereich enthaltene Farbempfindlichkeitsbereich ein j-ter Farbempfindlichkeitsbereich ist, und der im mehrfachen Schmalband-Lichtfarbempfindlichkeitsbereich enthaltene Farbempfindlichkeitsbereich ein i-ter (i ≠ j) Farbempfindlichkeitsbereich ist, in welchem Fall der im j-ten Farbempfindlichkeitsbereich enthaltene Schmalband-Lichtstrahl ein j-ter Schmalband-Lichtstrahl ist; und die Zahl der im i-ten Farbempfindlichkeitsbereich enthaltenen Schmalband-Lichtstrahlen m ist, in welchem Fall die im i-ten Farbempfindlichkeitsbereich enthaltenen m Schmalband-Lichtstrahlen jeweils (i – 1)-te, ... und (i – m)-te Schmalband-Lichtstrahlen sind, so dass eine Spitzenwellenlänge des j-ten Schmalband-Lichtstrahls λ ist, und die Stärke des von der Innenraumoberfläche reflektierten/gestreuten Lichts, die vom Lichterfassungselement entsprechend dem j-ten Farbempfindlichkeitsbereich erfasst wird, P_j ist, eine Spitzenwellenlänge des (i – l)-ten Schmalband-Lichtstrahls λ_i-l ist, und die Stärke des von der Innenraumoberfläche reflektierten/gestreuten Lichts, das vom Lichterfassungselement entsprechend dem i-ten Farbempfindlichkeitsbereich erfasst wird, P_i ist; und die Schmalband-Lichtspektralstärkeninformation (Wellenlänge λ, Lichtempfangsstärke P) ist abgeleitet als (λ_j, P_j) im j-ten Farbempfindlichkeitsbereich, und abgeleitet als ((Σλ_i-l)/m, P_i) im i-ten Farbempfindlichkeitsbereich.
Endoskopvorrichtung nach Anspruch 1, bei dem n und m natürliche Zahlen von 2 oder mehr sind, i und j natürliche Zahlen von 1 bis n sind, und l eine natürliche Zahl von 1 bis m ist; die Zahl der Farbempfindlichkeitsbereiche n ist, die Zahl der Schmalband-Lichtstrahlen größer als n ist, und die Farbempfindlichkeitsbereiche erste, zweite, ... und n-te Farbempfindlichkeitsbereiche von einer kurzen Wellenlängenseite zu einer langen Wellenlängenseite sind, in welchem Fall der Farbempfindlichkeitsbereich, der nur einen Schmalband-Lichtstrahl unter den Farbempfindlichkeitsbereichen umfasst, ein einzelner Schmalband-Lichtfarbempfindlichkeitsbereich ist, und der Farbempfindlichkeitsbereich, der mehrere Schmalband-Lichtstrahlen unter den Farbempfindlichkeitsbereichen umfasst, ein mehrfacher Schmalband-Lichtfarbempfindlichkeitsbereich ist; der im einzelnen Schmalband-Lichtfarbempfindlichkeitsbereich enthaltene Farbempfindlichkeitsbereich ein j-ter Farbempfindlichkeitsbereich ist, und der im mehrfachen Schmalband-Lichtfarbempfindlichkeitsbereich enthaltene Farbempfindlichkeitsbereich ein i-ter (i ≠ j) Farbempfindlichkeitsbereich ist, in welchem Fall der im j-ten Farbempfindlichkeitsbereich enthaltene Schmalband-Lichtstrahl ein j-ter Schmalband-Lichtstrahl ist; und die Zahl der im i-ten Farbempfindlichkeitsbereich enthaltenen Schmalband-Lichtstrahlen m ist, in welchem Fall die im i-ten Farbempfindlichkeitsbereich enthaltenen m Schmalband-Lichtstrahlen jeweils (i – l)-te (l = 1 bis m) Schmalband-Lichtstrahlen sind, so dass das Lichtaustrittsteil zum Ausstrahlen der (i – l)-ten (l = 1 bis m) Schmalband-Lichtstrahlen mit verschiedenen Zeitabläufen ausgebildet ist, und die Stärke P des von der Innenraumoberfläche reflektierten/gestreuten Lichts, das vom Lichterfassungselement entsprechend dem i-ten Farbempfindlichkeitsbereich erfasst wird, zum Trennen von P_i-l (l = 1 bis m) gleichzeitig mit dem Ausstrahlen der (i – l)-ten (l = 1 bis m) Schmalband-Lichtstrahlen erfasst wird, wodurch die Schmalband-Lichtspektralstärkeninformation (Wellenlänge λ, Lichtempfangsstärke P) ist abgeleitet als (λ_j, P_j) im j-ten Farbempfindlichkeitsbereich, und abgeleitet als (P_i-l, P_i) (l = 1 bis m) im i-ten Farbempfindlichkeitsbereich.
Endoskopvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Schmalband-Lichtbereiche Bereiche mit einer Lichtmenge gleich oder mehr als die Hälfte der Spitzenstärke eines Lichtstrahlungsbereichs des Schmalbandlichts sind.
Endoskopvorrichtung nach Anspruch 5, bei der die Schmalband-Lichtstrahlen Mehrmoden- oder Einmodenlaser-Lichtstrahlen sind.
Endoskopvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Bildverarbeitungsschaltung nur Informationen in Bezug auf einen Schmalband-Lichtstärkenableitungsbereich aus Informationen in Bezug auf vom Bildsensor ausgegebene Signale zum Ableiten der Stärke P der Schmalband-Lichtspektralstärkeninformation (Wellenlänge λ, Lichtempfangsstärke P) als einen Durchschnitt der Stärkeninformationen für das reflektierte/gestreute Licht entsprechend jeder Wellenlänge λ im gesamten Schmalband-Lichtstärkenableitungsbereich verwendet.
Endoskopvorrichtung nach Anspruch 7, bei der der Schmalband-Lichtstärkenableitungsbereich der gesamte Bildgebungsschirm ist.
Endoskopvorrichtung nach Anspruch 7, bei der der Schmalband-Lichtstärkenableitungsbereich ein Teil eines Bildgebungsschirms ist, und ein Element ist aus einer Gruppe umfassend (a) einen Bereich, in dem Bereiche in der Nähe einer oberen Grenze und einer unteren Grenze eines dynamischen Bereichs des Bildsensors vom gesamten Bildgebungsschirm ausgeschlossen sind, (b) einen in der Nähe der Mitte des Bildgebungsschirms angeordneten Bereich und (c) einen Bereich, in dem sich eine Kombination von Teilen einer Schmalband-Lichtspektralstärkeninformation (Wellenlänge λ, Lichtempfangsstärke P) in einem vorgegebenen Verhältnisbereich oder in einem höchsten Bereich des Bildgebungsschirms befindet.
Endoskopvorrichtung nach Anspruch 7, ferner umfassend einen Eingabeabschnitt zum Festlegen des Schmalband-Lichtstärkenableitungsbereichs.
Endoskopvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Bildverarbeitungsschaltung Informationen in Bezug auf Schmalband-Lichtstärkenableitungsbereiche aus Informationen in Bezug auf vom Bildsensor ausgegebene Signale zum Ableiten der Stärke P der Schmalband-Lichtspektralstärkeninformation (Wellenlänge λ, Lichtempfangsstärke P) für jeden Schmalband-Lichtstärkenableitungsbereich aus der Stärkeninformationen für das reflektierte/gestreute Licht entsprechend jeder Wellenlänge λ verwendet, und wenn der Schmalband-Lichtstärkenableitungsbereich entsprechend jeder Wellenlänge λ mehrere Pixelbereiche umfasst, die Bildverarbeitungsschaltung die Stärke P als ein Durchschnitt hieraus ableitet.
Endoskopvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der der Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation-Schätzabschnitt die Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation auf der Basis von mehreren Teilen einer Schmalband-Lichtspektralstärkeninformation (Wellenlänge λ, Lichtempfangsstärke P) schätzt, (a) so dass sie sich glatt im gesamten ersten Wellenlängen-Fehlbereich durch funktionale Näherung (das heißt lineare Funktionsnäherung, hochdimensionale Funktionsnäherung und Näherung mit kleinsten Quadraten) fortsetzt, oder (b) so dass benachbarte Schmalband-Lichtspektralstärkeninformationen (Wellenlänge λ, Lichtempfangsstärke) mit einer geraden Linie verbunden sind.
Endoskopvorrichtung nach Anspruch 2, bei der der Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation-Schätzabschnitt die Lichtempfangsstärke P als einen konstanten Wert von P_k in Bezug auf den gesamten k-ten Farbempfindlichkeitsbereich schätzt, die Farbempfindlichkeitsbereiche überlappen, und wenn ein Überlappungsbereich des k-ten Farbempfindlichkeitsbereichs und des (k + 1)-ten Farbempfindlichkeitsbereichs ein Empfindlichkeitsüberlappungsbereich k ist, der Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation-Schätzabschnitt zum Verwenden von P_k als ein Bildgebungssignal des k-ten Farbempfindlichkeitsbereichs und zum Verwenden von P_k + 1 als ein Bildgebungssignal des (k + 1)-ten Farbempfindlichkeitsbereichs in Bezug auf den Überlappungsempfindlichkeitsbereichs k schätzt, oder als einen Durchschnittswert von P_k und P_k + 1 in Bezug auf den Empfindlichkeitsüberlappungsbereich k schätzt.
Endoskopvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, bei der der Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation-Schätzabschnitt die Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation durch Extrapolieren in Bezug auf den zweiten Wellenlängen-Fehlbereich schätzt.
Endoskopvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der der Wellenlängen-Fehlbereich-Korrekturverarbeitungsabschnitt eine vom Lichterfassungselement entsprechend dem jeweiligen Farbempfindlichkeitsbereich zu empfangende Lichtempfangsmenge aus der vom Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation-Schätzabschnitt geschätzten Wellenlängen-Fehlbereich-Spektralstärkeninformation berechnet, und die korrigierte Lichtmengeninformation PP für jeden Farbempfindlichkeitsbereich als Bildinformation ausgibt.