CN105848553B - 光扫描型观察装置 - Google Patents

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Abstract

能够抑制图像的分辨率的降低，并且能够减少消耗电流。本发明的光扫描型观察装置(10)具有选择性地射出多个不同颜色的光的光源、根据来自光源的光的每个颜色的规定发光次数比率对发光定时进行控制的发光定时控制部(32)、对来自光源的光进行引导的光纤(11)、对光纤的前端部进行振动驱动的驱动部(21)、用于照射从光纤射出的光的光学系统(25a、25b)、光检测部(35)、信号处理部(37)。

Description

光扫描型观察装置
技术领域
本发明涉及通过光纤的振动而对对象物进行光扫描的光扫描型观察装置。
背景技术
以往，公知有如下的医疗用探针：用于利用从光源照射的多种波长的脉冲光对对象物进行观察，其具有导光单元，对从光源入射的脉冲光进行引导而使该脉冲光向对象物射出；以及光延迟单元，对由所射出的脉冲光照明的对象物的反射脉冲光赋予按照每个波长而不同的规定延迟时间，将赋予了延迟时间的脉冲光输出到规定光检测单元(例如专利文献1)。根据这种结构，能够将光检测部的个数削减为一个。
并且，作为能够将光检测部的个数削减为一个的其他方法，例如如图10所示，假设结合取样率而依次切换红色、绿色、蓝色的激光器，依次对对象物照射各个颜色的脉冲光。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-42128号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是，一般情况下，关于与图像的亮度之间的相关性较小的颜色，预想到与其他颜色相比，即使对发光进行间疏，对图像的分辨率(清晰度)的影响也较小，在图10的例子中，以同等比率进行红、绿、蓝的各颜色的发光，所以，认为存在能够减少发光的消耗电流的余地。
因此，着眼于这点而完成的本发明的目的在于，提供能够抑制图像的分辨率的降低、并且能够减少消耗电流的光扫描型观察装置。
用于解决课题的手段
实现上述目的的光扫描型观察装置的发明具有：光源，其选择性地射出多个不同颜色的光；发光定时控制部，其根据来自所述光源的光的每个颜色的规定发光次数比率对发光定时进行控制；光纤，其对来自所述光源的光进行引导而使光从以能够摆动的方式被支承的前端部射出；驱动部，其对所述光纤的所述前端部进行振动驱动；光学系统，其用于朝向对象物照射从所述光纤射出的光；光检测部，其检测通过所述光的照射而从所述对象物得到的光并将得到的光转换为电信号；以及信号处理部，其根据来自所述光检测部的电信号生成图像信号。
优选所述发光定时控制部使与画质之间的相关性较高的颜色的发光次数比率大于其他颜色的发光次数比率。
这里，画质可以是图像的明亮度或对比度或波段或它们的任意组合。
也可以是，所述光扫描型观察装置还具有对象物颜色检测部，该对象物颜色检测部根据由所述信号处理部生成的所述图像信号，提取与基于该图像信号的图像的明亮度之间的相关性较高的颜色，所述发光定时控制部根据来自所述对象物颜色检测部的输出，对来自所述光源的光的每个颜色的发光次数比率进行控制。
发明效果
根据本发明，能够提供能够抑制图像的分辨率的降低、并且能够减少消耗电流的光扫描型观察装置。
附图说明
图1是示出作为第1实施方式的光扫描型观察装置的一例的光扫描型内窥镜装置的概略结构的框图。
图2是概略地示出图1的镜体的概观图。
图3是图2的镜体的前端部的剖视图。
图4是示出图3的驱动部和照明用光纤的摆动部的图，图4的(a)是侧视图，图4的(b)是图4的(a)的A-A线剖视图。
图5是用于说明光源的发光定时的一例的图。
图6是用于说明光源的发光定时的另一例的图。
图7是示出作为第2实施方式的光扫描型观察装置的一例的光扫描型内窥镜装置的概略结构的框图。
图8是示出图7的对象物颜色检测部的处理的流程图。
图9是用于说明图4的驱动部的变形例的图，图9的(a)是镜体的前端部的剖视图，图9的(b)是放大示出图9的(a)的驱动部的立体图，图9的(c)是包含图9的(b)的偏磁场产生用线圈和永久磁铁的部分的基于与光纤的轴垂直的面的剖视图。
图10是用于说明现有的发光定时的例子的图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
(第1实施方式)
参照图1～图6对本发明的第1实施方式进行说明。图1是示出作为第1实施方式的光扫描型观察装置的一例的光扫描型内窥镜装置的概略结构的框图。在图1中，光扫描型内窥镜装置10具有镜体20、控制装置主体30、显示器40。
首先，对控制装置主体30的结构进行说明。控制装置主体30具有对光扫描型内窥镜装置10的整体进行控制的控制部31、发光定时控制部32、激光器33R、33G、33B、耦合器34、驱动控制部38、光检测器35(光检测部)、ADC(模拟-数字转换器)36、信号处理部37。
发光定时控制部32根据来自控制部31的控制信号对分别射出红(R)、绿(G)和蓝(B)的激光的激光器33R、33G、33B的发光定时进行控制。这里，对发光定时进行控制，以使得光的每个颜色的发光次数比率成为设定值。在本实施方式中，光的每个颜色的发光次数比率的值在任意定时由用户经由输入单元(未图示)设定，或者在光扫描型内窥镜装置10的出厂时等预先设定等，存储在控制部31可读写的存储器(未图示)中。发光定时被设定成，各颜色的光按照根据发光次数比率的设定值(例如按照R、G、B的顺序为1：2：1)决定的发光顺序(例如R、G、B、G的顺序)每隔一定时间间隔(发光周期TE)进行发光。
激光器33R、33G、33B构成选择性地射出多个不同颜色(在本实施方式中为R、G和B这3个颜色)的光的光源。这里，“选择性地射出多个不同颜色的光”意味着，在由发光定时控制部32选择出的定时射出由发光定时控制部32选择出的任意一个颜色的光。作为激光器33R、33G、33B，例如可以使用DPSS激光器(半导体激励固体激光器)或激光二极管。
另外，在本说明中，“发光周期TE”不意味着构成光源的激光器33R、33G、33B各自的发光周期，而意味着从光源依次射出的光的发光周期。
从激光器33R、33G、33B射出的激光经由由耦合器34同轴合成的光路，作为照明光入射到单模光纤即照明用光纤11(光纤)。耦合器34例如使用分色镜等构成。
激光器33R、33G、33B和耦合器34也可以收纳在利用信号线而与控制装置主体30连接的、不同于控制装置主体30的壳体中。
从耦合器34入射到照明用光纤11的光被引导至镜体20的前端部，朝向对象物100进行照射。此时，控制装置主体30的驱动控制部38通过对镜体20的驱动部21进行振动驱动，对照明用光纤11的前端部进行振动驱动。由此，从照明用光纤11射出的照明光在对象物100的观察表面上例如呈螺旋状进行二维扫描。通过照明光的照射而从对象物100得到的反射光或散射光等光在由多模光纤构成的检测用光纤束12的前端被接收，穿过镜体20内并被引导至控制装置主体30。
光检测器35按照光源的每个发光周期TE检测通过R、G或B中的任意一个颜色的光的照射而从对象物100经由检测用光纤束12得到的光，输出波段限制为该颜色的模拟信号(电信号)。
ADC36将来自光检测器35的模拟信号转换为数字信号(电信号)，将其输出到信号处理部37。
信号处理部37将按照每个发光周期TE而从ADC36输入的与各颜色对应的数字信号分别与发光定时和扫描位置对应起来依次存储在存储器(未图示)中。从控制部31得到该发光定时和扫描位置的信息。在控制部31中，根据由驱动控制部38施加的振动电压的振幅和相位等信息计算扫描路径上的扫描位置的信息。然后，信号处理部37在扫描结束后或扫描中根据从ADC36输入的各数字信号进行强调处理、γ处理、插值处理等必要的图像处理，生成图像信号，在显示器40中显示对象物100的图像。
接着，对镜体20的结构进行说明。图2是概略地示出镜体20的概观图。镜体20具有操作部22和插入部23。在操作部22上分别连接有来自控制装置主体30的照明用光纤11、检测用光纤束12和布线缆线13。这些照明用光纤11、检测用光纤束12和布线缆线13穿过插入部23内部而延伸到插入部23的前端部24(图2中的虚线部内的部分)。
图3是放大示出图2的镜体20的插入部23的前端部24的剖视图。镜体20的插入部23的前端部24构成为包括驱动部21、投影用透镜25a、25b(光学系统)、穿过中心部的照明用光纤11和穿过外周部的检测用光纤束12。
驱动部21对照明用光纤11的前端部11c进行振动驱动。驱动部21构成为包括通过安装环26固定在镜体20的插入部23的内部的致动器管27、以及配置在致动器管27内的光纤保持部件29和压电元件28a～28d(参照图4的(a)和(b))。照明用光纤11由光纤保持部件29支承，并且，由光纤保持部件29支承的固定端11a～前端部11c成为以能够摆动的方式被支承的摆动部11b。另一方面，检测用光纤束12配置成穿过插入部23的外周部，延伸到前端部24的前端。进而，在检测用光纤束12的各光纤的前端部具有未图示的检测用透镜。
进而，投影用透镜25a、25b和检测用透镜配置在镜体20的插入部23的前端部24的最前端。投影用透镜25a、25b构成为，从照明用光纤11的前端部11c射出的激光照射到对象物100上且大致会聚在对象物100上。并且，检测用透镜配置成，取入会聚在对象物100上的激光在对象物100进行了反射、散射、折射等的光(与对象物100进行相互作用的光)等，使其在检测用透镜后配置的检测用光纤束12会聚并耦合。另外，投影用透镜不限于两枚结构，也可以由一枚或其他多枚透镜构成。
图4的(a)是示出光扫描型内窥镜装置10的驱动部21的振动驱动机构和照明用光纤11的摆动部11b的图，图4的(b)是图4的(a)的A-A线剖视图。照明用光纤11贯通具有棱柱状形状的光纤保持部件29的中央，固定保持在光纤保持部件29上。光纤保持部件29的4个侧面分别朝向±Y方向和±X方向。而且，在光纤保持部件29的±Y方向的两侧面固定有Y方向驱动用的一对压电元件28a、28c，在±X方向的两侧面固定有X方向驱动用的一对压电元件28b、28d。
各压电元件28a～28d连接有来自控制装置主体30的驱动控制部38的布线缆线13，通过驱动控制部38施加电压而进行驱动。
在X方向的压电元件28b与28d之间始终施加正负相反且大小相等的电压，同样，在Y方向的压电元件28a与28c之间始终施加相反方向且大小相等的电压。隔着光纤保持部件29对置配置的压电元件28b、28d相互在一方伸展时、另一方收缩，由此使光纤保持部件29产生翘曲，通过反复进行该动作，产生X方向的振动。Y方向的振动也同样。
驱动控制部38对X方向驱动用的压电元件28b、28d和Y方向驱动用的压电元件28a、28c施加相同频率的振动电压，或者施加不同频率的振动电压，能够使其进行振动驱动。当分别使Y方向驱动用的压电元件28a、28c和X方向驱动用的压电元件28b、28d进行振动驱动时，图3、图4所示的照明用光纤11的摆动部11b振动，前端部11c偏转，所以，从前端部11c射出的激光依次(例如呈螺旋状)扫描对象物100的表面。
接着，以发光定时控制部32和信号处理部37的处理为中心，参照图5对光扫描型内窥镜装置10的动作进行说明。图5是用于说明光源的发光定时的一例的图，随着从附图的左侧朝向右侧，时间前进。在图5的例子中，R、G、B的光的发光次数比率设定为1：2：1，发光顺序成为R、G、B、G的顺序。发光定时控制部32根据来自控制部31的控制信号，按照每个发光周期TE以R、G、B、G的顺序对激光器33R、33G、33B的发光定时进行控制。图5的(a)～(c)示出此时的激光器33R、33G、33B的发光定时，图5的(d)示出耦合器34的输出，图5的(e)示出光检测器35的输出。
如图5的(f)所示，信号处理部37根据从光检测器35经由ADC36依次输入的两个颜色(R和G这两个颜色或B和G这两个颜色)的电信号生成图像信号，将其输出到显示器40。此时，优选按照每个像素，从周边像素对不足的颜色进行插值处理。例如，由于针对图5的(f)的像素5输入与R和G分别对应的各电信号，所以，针对不足的B，利用公知的方法从周边像素进行插值处理。通过这种插值处理，能够使每一个像素包含RGB的3个颜色的图像信号成分，能够使图像的清晰度良好。另外，这里所说的“周边像素”是指基于照明用光纤11的前端部11c的扫描轨迹的周边像素、或生成要输出到显示器40的图像信号时存在的周边像素。
这样，在图5所示的发光定时的例子中，每一个像素的发光次数(发光脉冲数)为2次，是图10所示的现有例(3次)的2/3倍。由此，假设在使脉冲宽度与图10的现有例相同的情况下，也能够使基于激光器发光的消耗电流减少到2/3倍。另一方面，一般公知G与图像的明亮度(亮度)之间的相关性高于其他颜色(R、B)，并且B与图像的明亮度之间的相关性低于其他颜色(R、G)。由此，在R和B的成分不是特别多的对象物的情况下，如本例那样使G的发光次数比率大于其他颜色的发光次数比率，由此，能够减少消耗电流，并且能够得到十分良好的图像的分辨率(清晰度)。
并且，在图5的例子中，发光周期TE是输入1个像素的电信号的周期(像素周期)TP的1/2倍，与此相对，在图10的现有例中，发光周期TE’是像素周期TP’的1/3倍。由此，假设在使像素周期TP、TP’相同的情况下，图5的例子的发光周期TE长于图10的现有例的发光周期TE’，所以，在光检测器35中，能够缩窄信号波段，能够减小基于振铃现象等的不同颜色信号的重叠所引起的图像的噪声。另一方面，假设在使发光周期TE、TE’相同的情况下，图5的例子的像素周期TP短于图10的现有例的像素周期TP’，所以，能够提高图像的分辨率。
另外，在映出R成分特别多的对象物(例如血管的内部等)的图像的情况下，由于与图像的明亮度之间的相关性较高的颜色是R，所以，如图6所示的另一例那样，优选使R的发光次数比率大于其他颜色(G、B)的发光次数比率。在图6的例子中，R、G、B的光的发光次数比率设定为2：1：1，发光顺序成为G、R、B、R的顺序。由此，能够将消耗电流减少到现有的2/3倍，并且，能够得到十分良好的图像的分辨率。
同样，在映出B成分特别多的对象物(例如为了易于识别炎症部位而利用蓝色B的色素进行染色的部位等)的图像的情况下，由于与图像的明亮度之间的相关性较高的颜色是B，所以，优选使B的发光次数比率大于其他的颜色(R、G)的发光次数比率。
并且，如上所述，增大与明亮度之间的相关性较高的颜色的发光比率，但是，也可以构成为，决定进行摄像而得到的图像的对比度较高的颜色、频率成分为宽波段的颜色、或根据所述画质的组合进行判断而增大发光比率的颜色进行发光。
如上所述，从消耗电流的减少和图像的分辨率的降低的抑制的观点来看，优选设定各颜色的发光次数比率，以使得与图像的明亮度之间的相关性最高的颜色的发光次数比率大于其他颜色的发光次数比率。
根据第1实施方式，能够抑制图像的分辨率的降低，并且能够减少消耗电流。
(第2实施方式)
参照图7～图8对本发明的第2实施方式进行说明。图7是示出作为第2实施方式的光扫描型观察装置的一例的光扫描型内窥镜装置的概略结构的框图。本实施方式与第1实施方式的不同之处仅在于控制装置主体30还具有对象物颜色检测部70，所以，省略其他结构的详细叙述。
在第1实施方式中，来自光源的光的每个颜色的发光次数比率在任意定时由用户经由输入单元设定，或者在光扫描型内窥镜装置的出厂时等预先设定，但是，在本实施方式中，由对象物颜色检测部70根据对象物来自动优化该发光次数比率。由此，每当观察不同对象物时，用户不需要再次设定发光次数比率，所以，与第1实施方式相比，用户的便利性提高。
如图7所示，对象物颜色检测部70与信号处理部37和控制部31连接。对象物颜色检测部70根据由信号处理部37生成的图像信号，提取与图像的明亮度(亮度)之间的相关性较高的颜色，决定各颜色的发光次数比率，以使得提取出的颜色的发光次数比率大于其他颜色的次数比率，将所决定的发光次数比率通知给控制部31。
接着，以发光定时控制部32、信号处理部37和对象物颜色检测部70的处理为中心，参照图8对光扫描型内窥镜装置10的动作进行说明。图8是示出对象物颜色检测部70的处理的流程图。在本例中，作为初始设定，设定图5的发光定时，即，R、G、B的光的发光次数比率设定为1：2：1。关于初始设定，通过来自用户的输入、或光扫描型内窥镜装置10的出厂时进行输入等预先设定。
对象物颜色检测部70当从信号处理部37输入任意一个图像的图像信号时(步骤S1：是)，按照R、G、B的每个颜色计算图像信号值的平均电平(步骤S2)。另外，可以对与一个图像的整体有关的各图像信号实施步骤S1～S2的处理，也可以仅对与一个图像的一部分(例如中央部分等关心区域)有关的各图像信号实施步骤S1～S2的处理。
接着，对象物颜色检测部70对步骤S2中计算出的各颜色的图像信号值的平均电平乘以与各个颜色的亮度相关的系数(步骤S3)。该系数预先存储在存储器(未图示)中，作为其一例，可以使用一般在显示器的亮度信号的计算中使用的系数(R的系数为0.3、G的系数为0.59、B的系数为0.11)。
接着，对象物颜色检测部70对步骤S3中进行相乘后的值彼此进行比较(步骤S4)，提取与最大值对应的颜色作为与图像的明亮度(亮度)之间的相关性最高的颜色(步骤S5～S7)，将该颜色的发光次数比率设定为其他颜色的发光次数比率的2倍(步骤S8～S10)。对象物颜色检测部70设定的发光次数比率传递到控制部31，对控制部31内保持的发光次数比率的设定值进行更新。然后，发光定时控制部32根据来自控制部31的控制信号，按照由对象物颜色检测部70决定的发光次数比率，对来自光源的光的每个颜色的发光次数比率进行控制。因此，例如，对象物颜色检测部70在提取G作为与图像的明亮度之间的相关性最高的颜色的情况下(步骤S5：是)，使R、G、B的光的发光次数比率维持1：2：1(步骤S8)，发光定时控制部32继续沿着图5的发光定时对光源进行控制。另一方面，对象物颜色检测部70在提取R作为与图像的明亮度之间的相关性最高的颜色的情况下(步骤S6：是)，将R、G、B的光的发光次数比率变更为2：1：1，发光定时控制部32按图6的发光定时对光源进行控制。
根据第2实施方式，除了第1实施方式的效果以外，每当观察不同对象物时，用户不用再次设定发光次数比率，自动优化发光次数比率，所以，用户的便利性提高。
另外，能够在对象物的观察(扫描)中在任意定时实施图8的处理，例如，可以仅在观察开始时实施，也可以在观察中定期实施。在观察中实施图8的处理的情况下，步骤S1可以是在从用户经由输入单元(未图示)输入处理开始指示之前待机的步骤，该情况下，当在步骤S1中从用户输入了处理开始指示时，对象物颜色检测部70进行步骤S2以后的处理。
作为图8的处理的初始设定，例如如图10的例子那样，可以设定R、G、B的发光次数比率为1：1：1的发光定时等任意的发光定时。
在图8的步骤S5～S10中，能够将各颜色的发光次数比率设定为任意值，以使得与图像的明亮度之间的相关性最高的颜色的发光次数比率大于其他颜色的发光次数比率。例如，可以设定各颜色的发光次数比率(例如3：2：1)，以使得与步骤S3中计算出的各颜色的乘法值成比例、或者使发光次数比率的大小顺序基于各颜色的乘法值的大小顺序。并且，与第1实施方式同样，如上所述增大与明亮度之间的相关性较高的颜色的发光比率，但是，也可以构成为，决定进行摄像而得到的图像的对比度较高的颜色、频率成分成为宽波段的颜色、或根据所述画质的组合进行判断而增大发光比率的颜色进行发光。
在第1和第2实施方式中，光扫描型内窥镜装置10的光源的结构仅限于选择性地射出多个不同颜色的光，不限于具有激光器33R、33G、33B，例如也可以使用构成为从白色光源对多个不同颜色的光进行分光并选择性地射出的光源。
并且，在第1和第2实施方式中，照明用光纤11的驱动部21不限于使用压电元件，例如，也可以使用固定在照明用光纤11上的永久磁铁和对其进行驱动的偏磁场产生用线圈(电磁线圈)。下面，参照图9对该驱动部21的变形例进行说明。图9的(a)是镜体20的前端部24的剖视图，图9的(b)是放大示出图9的(a)的驱动部21的立体图，图9的(c)是包含图9的(b)的偏磁场产生用线圈62a～62d和永久磁铁63的部分的基于与照明用光纤11的轴垂直的面的剖视图。
在照明用光纤11的轴方向上被磁化且具有贯通孔的永久磁铁63在照明用光纤11穿过贯通孔的状态下与照明用光纤11的摆动部11b的一部分耦合。并且，以包围摆动部11b的方式设置有将一端部固定在安装环26上的方形管61，在与永久磁铁63的一个极对置的部分的方形管61的各侧面设置有平型的偏磁场产生用线圈62a～62d。
Y方向的偏磁场产生用线圈62a和62c的对儿以及X方向的偏磁场产生用线圈62b和62d的对儿配置在方形管61的分别对置的面上，连接偏磁场产生用线圈62a的中心和偏磁场产生用线圈62c的中心的线以及连接偏磁场产生用线圈62b的中心和偏磁场产生用线圈62d的中心的线在静止时的配置有照明用光纤11的方形管61的中心轴线附近正交。这些线圈经由布线缆线13而与控制装置主体30的驱动部38连接，通过来自驱动控制部38的驱动电流进行驱动。
本发明的光扫描型观察装置不仅能够应用于光扫描型内窥镜装置，还能够应用于光扫描型显微镜等其他光扫描型观察装置。
标号说明
10：光扫描型内窥镜装置；11：照明用光纤；11a：固定端；11b：摆动部；11c：前端部；12：检测用光纤束；13：布线缆线；20：镜体；21：驱动部；22：操作部；23：插入部；24：前端部；25a、25b：投影用透镜；26：安装环；27：致动器管；28a～28d：压电元件；29：光纤保持部件；30：控制装置主体；31：控制部；32：发光定时控制部；33R、33G、33B：激光器；34：耦合器；35：光检测器；36：ADC；37：信号处理部；38：驱动控制部；40：显示器；61：方形管；62a～62d：偏磁场产生用线圈；63：永久磁铁；70：对象物颜色检测部；100：对象物。

Claims (3)

1.一种光扫描型观察装置，其具有：
光源，其选择性地射出多个不同颜色的光；
发光定时控制部，其根据来自所述光源的光的每个颜色的规定发光次数比率对发光定时进行控制；
光纤，其对来自所述光源的光进行引导而使光从以能够摆动的方式被支承的前端部射出；
驱动部，其对所述光纤的所述前端部进行振动驱动；
光学系统，其用于朝向对象物照射从所述光纤射出的光；
光检测部，其检测通过所述光的照射而从所述对象物得到的光并将得到的光转换为电信号；以及
信号处理部，其根据来自所述光检测部的电信号生成图像信号；
其中，所述发光定时控制部使与画质之间的相关性较高的颜色的发光次数比率大于其他颜色的发光次数比率。
2.根据权利要求1所述的光扫描型观察装置，其特征在于，
所述画质是图像的明亮度或对比度或波段或它们的任意组合。
3.根据权利要求1所述的光扫描型观察装置，其特征在于，
所述光扫描型观察装置还具有对象物颜色检测部，该对象物颜色检测部根据由所述信号处理部生成的所述图像信号，提取与基于该图像信号的图像的明亮度之间的相关性较高的颜色，
所述发光定时控制部根据来自所述对象物颜色检测部的输出，对来自所述光源的光的每个颜色的发光次数比率进行控制。
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