CN106572787A - 光扫描型观察装置 - Google Patents

Abstract

光扫描型内窥镜装置(10)具有：照明用光纤(11)，其引导来自激光器(33R、33G、33B)的光，使该光从被支承成能够摆动的前端部向对象物(100)进行照射；致动器(21)，其对照明用光纤(11)的前端部进行振动驱动；光检测器(35)，其检测通过光的照射而从对象物(100)得到的光并将其转换为电信号；信号处理部(37)，其根据由光检测器(35)输出的电信号生成像素信息；以及光检测控制部(31a)，其产生在有效检测期间的期间外对光检测器(35)的检测特性进行控制的信号。

Description

光扫描型观察装置

关联申请的相互参照

本申请主张2014年9月1日申请的日本特许申请2014-177164号的优先权，这里并入该在先申请的公开整体以用于参照。

技术领域

本发明涉及使光在对象物上进行扫描、检测通过该光的照射而得到的光并进行观察的扫描型观察装置。

背景技术

以往，公知有光扫描型观察装置(例如参照专利文献1)。该装置以在观察对象物上形成点的方式照射从光纤射出的激光，使光纤的前端部进行振动，在激光的照射位置进行螺旋扫描或光栅扫描。然后，通过具有受光元件的光检测部检测由此从观察对象物得到的透射光、反射光或荧光等信号光，并将其转换为电信号，通过将其与各扫描时点的扫描位置的数据对应起来，生成图像数据。作为这种装置的一例，例如可以举出用于对活体组织进行观察的光扫描型内窥镜装置。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2013-121455号公报

发明内容

发明要解决的课题

作为光扫描型观察装置中使用的光检测部的受光元件，使用光电二极管或光电倍增管等。公知光检测器输出与接收到的光对应的模拟信号，但是，根据动作中的温度变化等使用条件的变化，信号的倍增率或偏置变动。因此，为了得到稳定的输出，需要适当检测光检测部的温度或偏置，根据检测到的温度或偏置进行光检测部的校正。

但是，以往，未提出能够进行这种光检测部的校正的光扫描型观察装置。作为温度校正的方法，考虑如下方法：设置进行光检测部的温度测定的温度传感器，对动作中的光检测部进行温度的检测，适当对光检测部输出基于检测结果的倍增率的校正信号。这里，在进行温度检测的温度传感器的输出为数字信号的情况下，在利用光检测部进行信号光的检测和电信号的输出时进行温度检测时，在温度传感器中数字处理进行动作，所以，由于时钟的影响，光检测部的输出信号中可能混入高频噪声。当光检测部的输出受到高频噪声的影响时，所生成的图像数据中也包含噪声，导致所输出的图像的画质的劣化。

并且，能够在激光的照射停止的状态下从光检测器取得偏置。但是，当基于温度传感器的数字信号的输出与来自光检测器的偏置的检测和调整在时间上重合时，有时两者的信号干扰，偏置的设定不准确。这种情况下，也无法得到稳定的画质的图像。

因此，着眼于这些点而完成的本发明的目的在于，提供能够对光检测部的检测特性进行调整而不对观察对象物的图像输出造成影响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在对象物上扫描来自光源的光而取得该对象物的图像，其特征在于，所述光扫描型观察装置具有：光纤，其引导来自所述光源的光，使该光从被支承成能够摆动的前端部向所述对象物进行照射；驱动部，其对所述光纤的所述前端部进行振动驱动；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其转换为电信号；信号处理部，其根据由所述光检测部输出的电信号生成像素信息；以及光检测控制部，其在设下述的期间为有效检测期间时，在所述有效检测期间的期间外执行所述光检测部的检测特性的控制，其中在该期间中，在所述信号处理部中把所述光检测部输出的所述电信号用于所述对象物的图像的有效像素信息的生成，进行从所述对象物得到的光的检测和所述电信号的输出。

另外，对象物的“有效”像素信息意味着通过光扫描型观察装置生成为了进行观察而输出的对象物的图像时所使用的像素信息。

优选所述光检测部的所述检测特性是光倍增率。或者，所述光检测部的所述检测特性是偏置。

并且，所述光检测部的所述检测特性也可以存在多个，所述光检测控制部在所述有效检测期间的期间外依次对所述多个检测特性进行控制。

所述驱动部以规定的扫描模式对所述光纤进行驱动，在所述对象物上反复进行1帧的扫描，所述光检测控制部在下述的期间中对所述检测特性进行控制，该期间是位于在时间上相邻的各帧的边界处的期间，处于所述有效检测期间的期间外。

发明效果

根据本发明，在设通过光的照射而由光检测部输出的电信号在信号处理部中被用于对象物的图像的有效像素信息的生成的、进行从对象物得到的光的检测和电信号的输出的期间为有效检测期间时，光检测控制部在有效检测期间的期间外对光检测部的检测特性进行控制，所以，能够对光检测部的检测特性进行调整而不对观察对象物的图像输出造成影响。

附图说明

图1是示出第1实施方式的光扫描型观察装置的一例即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的光扫描型内窥镜的镜体的概观图。

图3是图2的镜体的前端部的剖视图。

图4是示出光扫描型内窥镜装置的致动器和照明用光纤的摆动部的图，图4(a)是侧视图，图4(b)是图4(a)的A-A剖视图。

图5是示出照明用光纤的x方向和y方向的振动波形的图。

图6是示出观察对象物上的照射光的扫描轨迹的图。

图7是示出第1实施方式的光扫描型内窥镜装置的各部的工作状态的时序图。

图8是示出第2实施方式的光扫描型内窥镜装置的各部的工作状态的时序图。

图9是示出第3实施方式的光扫描型内窥镜装置的各部的工作状态的时序图。

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)

图1是示出第1实施方式的光扫描型观察装置的一例即光扫描型内窥镜装置10的概略结构的框图。光扫描型内窥镜装置10构成为包括镜体20、控制装置主体30和显示器40。

控制装置主体30构成为包括对光扫描型内窥镜装置10整体进行控制的控制部31、发光时刻控制部32、激光器33R、33G、33B和耦合器34。发光时刻控制部32根据由控制部31指示的发光时刻，使分别射出红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)的三原色的激光的3个激光器33R、33G、33B依次在指定的时刻发光。

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。从激光器33R、33G、33B出射的激光的路径通过耦合器34而与相同的单模光纤即照明用光纤11耦合。当然，光扫描型内窥镜装置10的光源的结构不限于此，也可以使用其他的多个光源。并且，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、独立于控制装置主体30的壳体中。

照明用光纤11连接到镜体20的前端部，从耦合器34入射到照明用光纤11的光作为被引导至镜体20的前端部的照明光而朝向对象物100进行照射。此时，通过对致动器21(驱动部)进行振动驱动，从照明用光纤11出射的照明光在对象物100的观察表面上以描绘螺旋轨道的方式进行扫描。从控制部31经由控制装置主体30的致动器驱动器38对该致动器21进行控制。通过照明光的照射而从对象物100得到的反射光、散射光、荧光等信号光在由多模光纤构成的多个检测用光纤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。

控制装置主体30还具有用于对信号光进行处理的光检测器35(光检测部)、ADC(模拟-数字转换器)36和信号处理部37。光检测器35构成为包括光电二极管或光电倍增管等受光元件以及信号的放大、读出用的电路，将由检测用光纤12引导的信号光转换为电信号。并且，光检测器35构成为能够根据来自外部的控制信号对偏置和信号的像倍率进行调整。

该光检测器35的输出在ADC36中被转换为数字信号，输出到信号处理部37。控制部31根据由致动器驱动器38施加的振动电压的起动时刻、振幅和相位等信息计算扫描路径上的扫描位置的信息，将其交给信号处理部37。由此，来自光检测器35的输出信号和扫描位置信息关联起来。另外，控制部31也可以将事前计算出的扫描位置信息作为表预先保持。信号处理部37对从ADC36分时输出的各波长的信号进行同时化，进行插值处理、强调处理、γ处理等必要的图像处理并生成对象物100的图像，将其显示在显示器40中。信号处理部37例如通过信号处理用的处理器、存储器和由信号处理用的处理器执行的程序等构成。

在上述各处理中，控制部31对发光时刻控制部32、光检测器35、致动器驱动器38和信号处理部37进行同步控制。

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12和布线缆线13。这些照明用光纤11、检测用光纤12和布线缆线13穿过插入部23内部并被引导至插入部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。前端部24构成为包括致动器21、投影用透镜25a、25b、穿过中心部的照明用光纤11和穿过外周部的检测用光纤12。

致动器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(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成为被支承成能够摆动的摆动部11b。另一方面，检测用光纤12配置成穿过插入部23的外周部，延伸到插入部23的前端部24的前端。进而，在检测用光纤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(未图示)配置在前端部24的最前端。投影用透镜25a、25b配置成使从照明用光纤11的前端部11c射出的激光大致会聚在对象物100上。因此，投影用透镜25a、25b构成朝向对象物100照射从照明用光纤11射出的光的光学系统。并且，检测用透镜配置成，取入会聚在对象物100上的激光通过对象物100进行反射、散射、折射等后的光或荧光等作为信号光，使其会聚在配置在检测用透镜之后的检测用光纤12并进行耦合。另外，投影用透镜25a、25b不限于两枚结构，也可以由一枚或其他多枚透镜构成。

图4(a)是示出光扫描型内窥镜装置10的致动器21的振动驱动机构和照明用光纤11的摆动部11b的图，图4(b)是图4(a)的A-A剖视图。照明用光纤11贯通具有棱柱状的形状的光纤保持部件29的中央，由此被光纤保持部件29固定保持。光纤保持部件29的4个侧面分别朝向+Y方向和+X方向以及它们的相反方向。而且，在光纤保持部件29的+Y方向和-Y方向固定有Y方向驱动用的一对压电元件28a、28c，在+X方向和-X方向固定有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的致动器驱动器38的布线缆线13。

隔着光纤保持部件29在X方向上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，能够产生X方向的振动。Y方向的振动也同样。例如，作为X方向的压电元件28b和28d，使用相对于要施加的电压的极性而使伸缩方向相同的压电元件，能够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之间也使用相对于要施加的电压的极性而使伸缩方向相同的压电元件，能够始终施加方向相反且大小相等的电压。

致动器驱动器38对压电元件28a～28d进行控制，使得照明用光纤11的前端部11c描绘螺旋状的轨道。具体而言，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施加振幅从0到最大值在时间上变化的交流电压。该交流电压的相位相互相差90°，频率设定在相同的谐振频率的附近。

图5是示出照明用光纤的X方向的振动波形的图。如该图所示，照明用光纤11的前端部11c在X方向上使振幅从0放大到规定最大值并以规定周期进行振动。当振幅成为最大值时，针对压电元件28b、28d的电压的施加停止，或者施加控制成使振幅减小的电压，照明用光纤11的前端部11c的振幅急剧衰减。Y方向也同样进行振幅的放大、衰减。这样，照明用光纤11的前端部反复被驱动。

并且，与致动器驱动器38对照明用光纤11的前端部11c的驱动同步地，控制部31借助于发光时刻控制部32对激光器33R、33G、33B的发光进行控制。对激光器33R、33G、33B进行控制，使得在振幅放大中发光，在振幅成为最大值后，在衰减中熄灭。这样，通过对照明用光纤11的前端部11c进行驱动，从前端部11c射出的照明光如图6中实线所示在对象物100上进行扫描。

接着，返回图1，说明对光检测器35的检测特性进行控制的方法。这里，检测特性是指基于光检测器35中检测到的光的信号的倍增率的特性。光检测器35的倍增率根据温度而变化。因此，在控制装置主体30中设置有用于测定光检测器35的温度的温度传感器39。作为温度传感器39，可以使用温度传感器IC，但是，也可以使用热敏电阻或热电偶等其他种类的温度传感器。温度传感器39以数字信号的方式对控制部31的光检测控制部31a输出温度数据。光检测控制部31a根据该温度数据，计算用于得到优选的输出信号电平的光检测器35的倍增率，产生以该倍增率对光检测器35进行控制的信号。另外，光检测控制部31a是控制部31的一部分，也可以作为执行控制部31的功能的程序的一部分模块来实现。

接着，对从光检测控制部31a控制光检测器35的时刻进行说明。图7是示出第1实施方式的光扫描型内窥镜装置10的各部的工作状态的时序图。如使用图5、图6说明的那样，在激光器33R、33G、33B在对象物100上对照明光进行1帧的扫描(1个周期的螺旋扫描)的期间内，依次存在连续反复进行发光的期间和熄灭的期间。在激光器33R、33G、33B发光的期间中，在光检测器35中检测通过照明光的照射而从对象物得到的反射光、散射光，在ADC36中对检测到的信号进行数字化后，在信号处理部37中进行处理。这样，在光检测器35中，设进行有助于对象物的图像生成的照明光的检测和电信号的输出的期间为有效检测期间。另一方面，如图7所示，即使激光器33R、33G、33B熄灭，光检测器35和信号处理部37也成为工作状态。但是，在熄灭期间中，不产生来自对象物的信号光，所以，不进行有效像素信息的检测、处理。

光检测控制部31a在激光器33R、33G、33B熄灭的期间、即有效检测期间以外的期间内进行来自温度传感器39的温度数据的接收和针对光检测器35的倍增率的设定。假设在从温度数据的接收到光检测器35中设定的倍增率的数据的发送无法在1帧的激光器33R、33G、33B熄灭的期间内完成的情况下，也可以跨越多帧进行传送。该情况下，将指示倍增率的变更的数据分割成多个，在有效检测期间以外的期间内依次进行发送。光检测器35接收到全部数据后，执行倍增率的变更。

由此，根据本实施方式，在基于光扫描型内窥镜装置10的观察中，即使光检测器35的温度变化，也能够在温度传感器39中检测该温度变化并向光检测控制部31a进行发送。光检测控制部31a根据检测到的温度决定光检测器35的光倍增率，在光检测器35中设定该光倍增率。因此，能够对光检测器35的不期望的输出的变化进行校正，能够得到稳定的观察图像。进而，在无助于图像生成的有效检测期间以外的期间内产生对光检测器35的检测特性进行控制的数据并在光检测器35中进行设定，所以，能够设定光检测器35的检测特性而不对所生成的图像的画质造成影响。

另外，在本实施方式中，示出在使螺旋扫描的振幅放大的期间内取得对象物100的图像数据、在使振幅缩小的期间内不取得数据的例子，但是，螺旋扫描的方法不限于此，例如，也可以设振幅的放大和缩小的期间为相同程度的长度，在振幅的放大和缩小时双方取得1帧的图像数据。这种情况下，在对螺旋扫描的最外周和/或中心进行扫描时，在帧与帧的边界，可能产生不进行用于有效像素信息的生成的照明光的照射和检测的期间。而且，例如，在螺旋扫描的最外周部产生在图像显示时未显示在显示器40上的区域。并且，在螺旋扫描的中心附近，由于取样点的密度较高，所以，存在省略取样的点。因此，在这种无助于图像生成的有效检测期间以外的期间内熄灭激光，能够进行检测器35的倍增率的调整。

(第2实施方式)

图8是示出第2实施方式的光扫描型内窥镜装置的各部的工作状态的时序图。本实施方式的光扫描型内窥镜装置由与图1所示的第1实施方式的光扫描型内窥镜装置10相同的结构要素构成，所以省略与装置结构有关的说明。

本实施方式的光扫描型内窥镜装置10与第1实施方式的光扫描型内窥镜装置10的不同之处在于，控制部31对各部的控制。在第1实施方式中，在使螺旋扫描的振幅减小时，熄灭激光器33R、33G、33B，但是，在本实施方式中，激光器33R、33G、33B的依次的脉冲发光不停止，而使信号处理部37中的信号处理停止。因此，在对象物100上的螺旋扫描的振幅减小的期间内，在光检测器35中检测到通过针对对象物100的照明光的照射而得到的光后，在信号处理部37中丢弃而不进行处理。因此，被用于在图像生成中使用的有效像素信息的生成的、进行从对象物得到的光的检测和电信号的输出的有效检测期间成为信号处理部37进行工作的期间。

光检测控制部31a在信号处理部37停止的期间内，接收温度传感器39的输出，产生用于对光检测器35的倍增率进行控制的信号，对光检测器35的倍增率进行校正。这样，即使是激光器33R、33G、33B发光的期间，在由此由光检测器35检测到的信号光无助于光扫描型内窥镜装置10的图像形成时，即使对光检测器35的检测特性进行控制，也不会对所生成的对象物100的图像造成失真或噪声等影响。

另外，在上述说明中，在不取得螺旋扫描的像素数据的振幅减小的期间内，使信号处理部37停止，但是，取而代之，也可以使光检测器35的检测动作停止。或者，还可以使激光器33R、33G、33B、光检测器35、信号处理部37中的2个以上停止。光检测控制部31a进行控制，使得在光检测器35检测在后续处理中用于有效对象物图像的显示的信号光并作为电信号进行输出的期间以外的期间内，设定光检测器35的倍增率。

(第3实施方式)

图9是示出第3实施方式的光扫描型内窥镜装置的各部的工作状态的时序图。在第1实施方式中，作为光检测器35的检测特性，仅对倍增率进行控制，但是，在第3实施方式中，在此基础上对偏置进行控制。本实施方式的光扫描型内窥镜装置由与图1所示的第1实施方式的光扫描型内窥镜装置10相同的结构要素构成，所以省略与装置结构有关的说明。

在螺旋扫描中的振幅减小时激光器33R、33G、33B熄灭时，光检测控制部31a依次执行与第1实施方式相同的基于由温度传感器39检测到的温度的光检测器35的倍增率的控制和偏置的控制。偏置的控制例如是指，从光检测器35检测激光器33R、33G、33B熄灭的状态下的来自ADC36的输出电平并作为偏置，在偏置产生偏移的情况下返回期望值。在时间上不重合的预定时刻进行倍增率的控制和偏置的控制。或者，光检测控制部31a与光检测器35之间也可以依次交接附加了表示数据种类的标题的数据。

根据以上这种结构，能够由光检测控制部31a对光检测器35设定多个种类的检测特性，所以，能够得到更加稳定的像素信号。进而，倍增率和偏置的控制在时间上分离，所以，能够避免由于2个检测特性的相互控制而产生的信号间的干扰，能够进行稳定的控制。特别是能够避免以下情况：由于从温度传感器39向光检测控制部31a输出的数字信号和光检测器35与光检测控制部31a之间的偏置的检测和控制的信号发生干扰，在光检测器35中将偏置设定为不准确的值。

另外，本发明不限于上述实施方式，能够进行若干的变形或变更。例如，对对象物进行扫描的方法不限于螺旋扫描。也可以是利萨茹扫描或光栅扫描。例如，在光栅扫描的情况下，在对更加低速扫描的方向的两端部进行扫描的过程中，能够停止激光器照射，由光检测控制部对检测器进行检测特性的控制。该情况下，光栅扫描的低速扫描方向的两端部不进行图像显示。

并且，在上述各实施方式中，在显示图像的帧与帧之间进行光检测器的检测特性的控制，但是，对光检测器的检测特性进行控制的时刻不限于此。例如，也可以在基于各个激光器的各脉冲光的照射和像素数据的读出的期间内，对光检测部进行检测特性的控制。

进而，作为光扫描型观察装置的驱动机构，不限于使用压电元件，也可以使用电磁铁通过电磁力进行驱动。照明光的光源的各激光器也可以不是依次在不同的时刻进行脉冲发光，而是使3个波长的激光器同时连续进行振荡(cw振荡)，使对它们进行合波后的白色的照明光在对象物上进行扫描。该情况下，在光检测部的前级按照每个波长对信号光进行分离，在分别不同的光检测器中进行检测，由此，能够得到每个波长的信号。

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；13：布线缆线；20：镜体；21：致动器；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；31a：光检测控制部；32：发光时刻控制部；33R、33G、33B：激光器；34：耦合器；35：光检测器；36：ADC；37：信号处理部；38：致动器驱动器；40：显示器。

Claims (5)

1.一种光扫描型观察装置，其在对象物上扫描来自光源的光而取得该对象物的图像，其中，所述光扫描型观察装置具有：

光纤，其引导来自所述光源的光，使该光从被支承成能够摆动的前端部向所述对象物进行照射；

驱动部，其对所述光纤的所述前端部进行振动驱动；

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其转换为电信号；

信号处理部，其根据由所述光检测部输出的电信号生成像素信息；以及

光检测控制部，其在设下述的期间为有效检测期间时，在所述有效检测期间的期间外执行所述光检测部的检测特性的控制，其中在该期间中，在所述信号处理部中把所述光检测部输出的所述电信号用于所述对象物的图像的有效像素信息的生成，进行从所述对象物得到的光的检测和所述电信号的输出。

2.根据权利要求1所述的光扫描型观察装置，其特征在于，

所述光检测部的所述检测特性是光倍增率。

3.根据权利要求1所述的光扫描型观察装置，其特征在于，

所述光检测部的所述检测特性是偏置。

4.根据权利要求1所述的光扫描型观察装置，其特征在于，

所述光检测部的所述检测特性存在多个，所述光检测控制部在所述有效检测期间的期间外依次对所述多个检测特性进行控制。

5.根据权利要求1～4中的任意一项所述的光扫描型观察装置，其中，

所述驱动部以规定的扫描模式对所述光纤进行驱动，在所述对象物上反复进行1帧的扫描，所述光检测控制部在下述的期间中对所述检测特性进行控制，该期间是位于在时间上相邻的各帧的边界处的期间，处于所述有效检测期间的期间外。