JP2010008168A - Imaging apparatus, endoscopic apparatus, tomographic image photographing apparatus and imaging method used in them - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光線を2次元的に走査しながら対象物に照射し、その反射光を1台の受光器(1つの受光素子)で検出して対象物の映像を電気的に再構成する撮像装置に関し、特に光ファイバを伝送路に用いて体内の画像診断を行う小型の内視鏡装置や光の干渉効果を用いて組織の断層像を得る断層像撮影(光コヒーレンス・トモグラフィ)装置及びそれらに用いられる撮像方法に関する。 The present invention irradiates an object while scanning a light beam two-dimensionally, and detects the reflected light with a single light receiver (one light receiving element) to electrically reconstruct the image of the object. In particular, the present invention relates to a small endoscope apparatus that performs image diagnosis inside a body using an optical fiber as a transmission path, a tomographic imaging (optical coherence tomography) apparatus that obtains a tomographic image of a tissue using an optical interference effect, and The present invention relates to an imaging method used for them.
近年、撮像装置としては、光線を2次元的に走査しながら対象物に照射し、その反射光を1台の受光器で検出して対象物の映像を電気的に再構成するものが知られている。このような撮像装置において、一般に、走査周波数が高い水平走査の周波数をfH、低い垂直走査の周波数をfVとしたとき、fHはfVの整数倍とされている。すなわち、撮像装置は、例えば垂直走査を1/2周期行う間に、1フレームの画像を撮像する。 2. Description of the Related Art In recent years, an imaging apparatus is known that irradiates an object while scanning light rays two-dimensionally, detects the reflected light with a single light receiver, and electrically reconstructs the image of the object. ing. In such an imaging apparatus, generally, fH is an integral multiple of fV, where fH is a horizontal scanning frequency with a high scanning frequency and fV is a low scanning frequency. That is, for example, the imaging apparatus captures an image of one frame while performing vertical scanning for ½ cycle.
また、特許文献1には、このような撮像装置の変形例として、例えば小口径の筐体に組み込まれており、光源および反射光と外部との結合に光ファイバおよび集光レンズを用いて構成された、小型の内視鏡が開示されている。特許文献1に記載の内視鏡装置は、波長走査型光コヒーレントトモグラフィシステム(Optical Coherence Tomography)であり、水平方向と深さ方向の2次元画像を撮像可能に構成されている。
Further, in
ところで、例えば垂直方向及び水平方向に光線の走査を行う場合、撮影できる画像の垂直方向の解像度にあたる走査線数は、水平方向の走査周波数と垂直方向の走査周波数の比に一致するため、高解像度の画像を撮像するにはその走査周波数の比を大きくする必要がある。しかしながら、偏向器の構造上又は製造コスト上の制約等から一方の軸の走査周波数を高くするには限界があり、必要なフレームレートを確保する必要があるため他方の軸の走査周波数を低くすることもできない場合がある。そのため、走査周波数の比を大きくするには限界があり、所望の解像度の画像を撮像することができない場合がある。このような問題は、例えば設定可能な走査周波数の選択範囲が狭くなるような小型の偏向器を用いる必要がある場合には、さらに顕著になる。特許文献1には、このような問題点に関する解決策は開示されていない。
本発明は、上記問題点を鑑みてなされたものであり、実効的な走査線の数を増やすことができ、解像度の高い画像を表示可能で、且つ、製造コストが低い撮像装置、内視鏡装置、断層像撮影装置、及びそれらに用いられる撮像方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and can increase the number of effective scanning lines, display an image with high resolution, and can be manufactured at low cost. It is an object of the present invention to provide an apparatus, a tomographic imaging apparatus, and an imaging method used for them.
上記目的を達成するため、請求項1の発明は、光源からの光線を2軸それぞれについて所定の走査周波数で2次元的に走査し対象物に照射する2軸の偏向器と、前記偏向器から照射され前記対象物で反射された反射光を検出する受光器と、前記受光器の受光信号と前記偏向器の走査位置情報に基づき前記対象物を示す画像を電気的に再構成する制御回路とを備えた撮像装置において、前記2軸それぞれについての走査周波数は、走査周波数が高い方の軸についての走査周波数をfHとし走査周波数が低い方の軸についての走査周波数をfVとしたとき、fHはfVの倍数ではなく、かつ、Nを2以上の自然数として、N×fHがfVの倍数となるように設定されているものである。 In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention is a two-axis deflector that irradiates an object by two-dimensionally scanning a light beam from a light source at a predetermined scanning frequency for each of two axes, and the deflector. A light receiver that detects reflected light that is irradiated and reflected by the object; a control circuit that electrically reconstructs an image showing the object based on a light reception signal of the light receiver and scanning position information of the deflector; The scanning frequency for each of the two axes is fH when the scanning frequency for the axis with the higher scanning frequency is fH and the scanning frequency for the axis with the lower scanning frequency is fV. It is not a multiple of fV, and N × fH is set to be a multiple of fV, where N is a natural number of 2 or more.
請求項2の発明は、請求項1に記載の撮像装置を有する内視鏡装置であって、対象物からの光を集光するための集光レンズが設けられた筐体内部に、少なくとも前記偏向器が収納されているものである。
Invention of
請求項3の発明は、請求項1に記載の撮像装置を有する断層像撮影装置であって、前記光源からの光線を前記対象物への照射光と参照光とに分岐すると共に、前記対象物からの反射光と前記参照光との干渉光を発生する光干渉部をさらに備え、前記受光器は、前記反射光に替えて前記干渉光を検出するように構成されており、干渉の位相間隔をスイープすることによって深さ方向の分解能をさらに有するように構成されているものである。 A third aspect of the present invention is a tomographic imaging apparatus having the imaging apparatus according to the first aspect, wherein the light beam from the light source is branched into irradiation light and reference light to the target object, and the target object. An optical interference unit that generates interference light between the reflected light from the reference light and the reference light, wherein the light receiver is configured to detect the interference light instead of the reflected light, and the phase interval of the interference Is configured to further have a resolution in the depth direction.
請求項4の発明は、光源からの光線を2軸それぞれについて所定の走査周波数で2次元的に走査して対象物に照射し、その対象物からの反射光及び光線の走査位置情報に基づき前記対象物を示す画像を電気的に再構成する撮像方法において、前記2軸それぞれについての走査周波数は、走査周波数が高い方の軸についての走査周波数をfHとし走査周波数が低い方の軸についての走査周波数をfVとしたとき、fHはfVの倍数ではなく、かつ、Nを2以上の自然数として、N×fHがfVの倍数となるように設定されているものである。
According to the invention of
請求項1の発明によれば、走査周波数が低い方の軸についての走査方向にN/2往復走査する毎に1画面(1フレーム)分の撮像を行うことにより、撮像した画像の走査線の数を実効的にN倍にすることができる。従って、2軸それぞれについての走査周波数の比が大きくない偏向器を用いた場合でも、従来と比較して解像度の高い画像を撮像可能であり、且つ、製造コストを低減することができる。また、光線を略水平に走査するラスタ走査に近い方法で走査して画像を撮像することができるため、受光信号と偏向器の走査位置情報に基づいて撮像した画像を再構成することも容易である。 According to the first aspect of the present invention, imaging is performed for one screen (one frame) every time N / 2 reciprocating scanning is performed in the scanning direction with respect to the axis having the lower scanning frequency. The number can be effectively multiplied by N times. Therefore, even when a deflector that does not have a large scanning frequency ratio for each of the two axes is used, it is possible to capture an image with a higher resolution than in the past and to reduce manufacturing costs. In addition, since the image can be picked up by scanning in a manner close to the raster scan in which the light beam is scanned substantially horizontally, it is easy to reconstruct the picked-up image based on the light reception signal and the scanning position information of the deflector. is there.
請求項2の発明によれば、特に偏向器が小型であることを要求され、走査周波数の比を大きくすることができない内視鏡装置においても、上述と同様に、解像度の高い画像を撮像することができる。 According to the second aspect of the present invention, an endoscope apparatus that is particularly required to have a small deflector and that cannot increase the ratio of scanning frequencies picks up a high-resolution image as described above. be able to.
請求項3の発明によれば、断層像撮影装置により、光線の走査周波数が低い方の軸について解像度が高い断層像を撮像することが可能になる。
According to the invention of
請求項4の発明によれば、上述と同様に、実効的に走査線の数をN倍にすることができるので、2軸それぞれについての走査周波数の比が大きくない偏向器を用いた場合でも、従来と比較して解像度の高い画像を撮像可能であり、且つ、製造コストを低減することができる。また、光線を略水平に走査するラスタ走査に近い方法で走査して画像を撮像することができるため、受光信号と偏向器の走査位置情報に基づいて撮像した画像を再構成することも容易である。 According to the fourth aspect of the present invention, the number of scanning lines can be effectively increased N times as described above. Therefore, even when a deflector that does not have a large ratio of scanning frequencies for each of the two axes is used. Therefore, it is possible to capture an image with a higher resolution than in the past, and to reduce the manufacturing cost. In addition, since the image can be picked up by scanning in a manner close to the raster scan in which the light beam is scanned substantially horizontally, it is easy to reconstruct the picked-up image based on the light reception signal and the scanning position information of the deflector. is there.
(第1実施形態)
以下、本発明の第1実施形態について図面を参照して説明する。図1は、第1実施形態に係る撮像装置の一例を示すブロック構成図である。撮像装置1は、入射された光線を偏向させて撮像対象物(以下、対象物と称する)101に向け反射する偏向器10と、例えばレーザダイオードを用いた光源2と、光源2を駆動し光線を出射させる光源電源2aと、対象物101で反射された反射光を検出しそれに応じて受光信号を出力する受光器3と、受光器3から出力された受光信号を増幅する増幅器3aと、偏向器10を駆動する駆動回路部4と、駆動回路部4を制御すると共に受光信号に基づき撮像画像を電気的に再構成する制御回路5等で構成されている。偏向器10は、後述するように、光源2から出射された光線を2次元的に走査可能に構成されたいわゆる2軸型のものである。撮像装置1は、制御回路5による制御の下、受光信号に基づいて撮像画像を示すマトリクス画像データ(画像データ)を生成し、当該画像データを例えば外部のパーソナルコンピュータ100等に出力可能に構成されている。なお、撮像装置1は、パーソナルコンピュータ100に限られず、モニタ機器やプリンタ等、種々の機器に、撮像した画像データを出力可能に構成されている。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block configuration diagram illustrating an example of an imaging apparatus according to the first embodiment. The
偏向器10は、それぞれ1軸について揺動し、それぞれ入射する光線を直線的に往復運動走査する第1ミラー装置11及び第2ミラー装置12を有し、2軸について光線を走査可能に構成されている。本実施形態では、1軸型の第1ミラー装置11及び第2ミラー装置12を組み合わせることにより、2軸の偏向器10を容易に構成することができ、製造コストを低減することができる。また、偏向器10の大きさや形状、及び走査角の大きさ等を、用いる光線の種類や必要な走査範囲に応じて比較的自由に設定することができるので、種々の用途に応じて、撮像装置1を容易に製造することができる。
The
受光器3は、後述するように偏向器10により光線が走査されて対象物101の表面で反射した反射光を受光可能に配置されている。受光器3は、入射した光をその強度に応じた受光信号に変換して出力する。受光信号は、増幅器3aにて増幅された後、制御回路5に入力される。本実施形態では、受光器3として、画素アレイを有するイメージセンサのようなものではなく、受光素子として例えば1つのフォトダイオードを有するものを用いることができる。また、受光器3の受光効率を向上させるため、受光器3の前面にレンズや凹面鏡を配置してもよい。
As will be described later, the
図2は、第1ミラー装置11を示す。第1ミラー装置11は、酸化物である絶縁層110aをボックス層とするSOI(Silicon On Insulator)基板110をいわゆるマイクロマシニング技術により加工して作製されたMEMS(Micro Electro Mechanical System)素子である。第1ミラー装置11は、金属膜であって入射した光線を反射するミラー部111と、ミラー部111が上面に設けられた例えば矩形形状の可動板112と、可動板112の両側部に、梁状で一列に並ぶように形成された2つのねじりばね113と、可動板112の周囲を囲むように配されねじりばね113の端部を支持する固定部114とを有している。可動板112は、ねじりばね113を介して、固定部114に対し、ねじりばね113をねじりながら揺動可能に支持されている。可動板112のうち、ねじりばね113が接続されていない自由端側の側縁部と、固定部114のうち当該側縁に対向する部分には、互いに噛み合うような櫛歯電極115が形成されている。櫛歯電極115のうち可動板112側の電極と固定部114側の電極との間に周期的に電圧が印加されると、両電極間に静電引力が発生し、この静電引力が可動板112の側端部に略垂直に作用する。すなわち、第1ミラー装置11は、櫛歯電極115に駆動電圧が印加されて可動板112に発生するねじりばね113まわりの静電トルクにより駆動され、可動板112は、ねじりばね113を回動軸として揺動する。第1ミラー装置11は、後述のように所定の第1走査周波数で可動板112を揺動させるように構成されている。
FIG. 2 shows the
第2ミラー装置12は、例えば、反射ミラー(図示せず)を、MEMS素子ではない小型モータやその他小型アクチュエータ等を動力源として、周期的に揺動させるものである。本実施形態において、第2ミラー装置12は、例えば、小型モータの回転運動を往復運動に変換し反射ミラーの揺動軸に伝達する伝達機構を有している。第2ミラー装置12は、例えば、所定の駆動電圧が小型モータに継続して印加されている間、所定の周波数(第2走査周波数)で、反射ミラーを揺動させるように構成されている。なお、第2ミラー装置12として、上記の第1ミラー装置11のようなMEMS素子型のものを用いてもよいし、第1ミラー装置11として、第2ミラー装置12のようなMEMS素子ではないものを用いてもよい。
For example, the
第1ミラー装置11のミラー部111には、光源2から出射された光線が入射する。ミラー部111により反射され第1ミラー装置11により走査された光線は、第2ミラー装置12の反射ミラーに入射し、対象物101に向けて反射される。本実施形態において、第2ミラー装置12は、第1ミラー装置11による光線の走査方向とは直交する方向に光線を走査するように配置されている。本実施形態において、第1ミラー装置11による走査方向は対象物101に向けて水平方向に対応し、第2ミラー装置12による走査方向は、対象物101に向けて垂直方向に対応している。対象物101には、光源2から出射された光線が、第1ミラー装置11及び第2ミラー装置12により、2軸について、互いに直交する2方向に、例えば、水平方向、垂直方向に2次元的に走査される。
The light beam emitted from the
駆動回路部4は、第1ミラー装置11を駆動する水平ミラー駆動回路41と、第2ミラー装置12を駆動する垂直ミラー駆動回路42を有している。水平ミラー駆動回路41は、制御回路5から送信される第1駆動信号に基づき、第1ミラー装置11にそれを揺動駆動するための駆動電圧を印加し、第1ミラー装置11を駆動する。また、垂直ミラー駆動回路42は、制御回路5から送信される第2駆動信号に基づき、第2ミラー装置12にそれを揺動駆動するための駆動電圧を印加し、第2ミラー装置12を駆動する。第2ミラー装置12は、上述のように垂直ミラー駆動回路42から駆動電圧が印加されることにより、第2走査周波数で揺動駆動される。
The
本実施形態において、制御回路5は、第1ミラー装置11の可動板112が共振現象を伴い揺動するように制御を行う。制御回路5は、第1走査周波数が第1ミラー装置11のミラー部111及び可動板112とねじりばね113により構成される振動系の共振周波数となるように、その共振周波数の略2倍の周波数の第1駆動信号を送信する。水平ミラー駆動回路41は、この第1駆動信号に基づき、第1走査周波数の略2倍の周波数の矩形波状の駆動電圧を第1ミラー装置11に印加する。これにより、第1ミラー装置11は、共振現象を伴って第1走査周波数で駆動され、その揺動角が大きくなるように構成されている。揺動角が大きくなると、光線を広角に走査することができるため、撮像装置1により撮像する画像の画角を大きく確保することができる。なお、駆動電圧の印加態様や駆動周波数は、上述に限られるものではなく、また、例えば、駆動電圧が正弦波形等で印加されるように構成されていてもよい。
In the present embodiment, the
制御回路5は、上述のように駆動回路部4に駆動信号を送信し偏向器10を駆動させるのに伴い、受光器3から増幅器3aを介して入力された受光信号と偏向器10の走査位置情報に基づき、撮像された対象物101を示す画像を電気的に再構成する。本実施形態において、画像は、光線の走査方向に対応する水平方向及び垂直方向にそれぞれ所定の数の画素がマトリクス状に並んで構成されている。このようなマトリクス画像の再構成は、後述のように、各画素の明るさ等を示す受光信号を走査位置情報に応じて各画素に割り付けていくことにより行われる。偏向器10の走査位置情報としては、例えば、偏向器10を駆動するために駆動回路部4に送出する駆動信号に応じて制御回路5により算出可能な、光線の走査位置を示す情報を用いることができる。これにより、他に走査位置を検知するためのセンサ等を設ける必要なく、走査位置情報を算出することができる。なお、例えば他の偏向器10の第1ミラー装置11や第2ミラー装置12の揺動角を検出するようなセンサ等を用いて走査位置情報が算出されるように構成されていてもよい。
As described above, the
ここで、本実施形態において、第1走査周波数は第2走査周波数よりも高く設定されており、これら2軸それぞれについての走査周波数は、互いに所定の関係を有するように設定されている。以下、走査周波数が高い方の軸についての走査周波数、すなわち第1ミラー装置11の第1走査周波数をfHとし、走査周波数が低い方の軸についての走査周波数、すなわち第2ミラー装置12の第2走査周波数をfVとする。本実施形態において、第1走査周波数fHは第2走査周波数fVの倍数ではなく、かつ、2×fHが第2走査周波数fVの倍数となるように設定されている。制御回路5は、第1ミラー装置11及び第2ミラー装置12を、このように設定された第1走査周波数及び第2走査周波数でそれぞれ駆動し、後述の走査経路を経由するように光線を走査させる。また、制御回路5は、受光器3から入力された受光信号を、第1走査周波数と第2走査周波数との関係に応じた所定の手順すなわち2×fHがfVの倍数である場合に対応する所定の手順で、マトリクス画像を示す画像データに変換する。画像データは、パーソナルコンピュータ100等に出力されるので、当該パーソナルコンピュータ100等においてその画像データが示す撮像画像の表示や録画等を行うことが可能である。なお、撮像装置1自体に液晶表示パネルや記憶装置等が設けられており、撮像装置1単体で撮像画像の表示や録画等を行うことができるように構成されていてもよい。以下に、撮像装置1による光線の走査動作及び画像データの再構成動作について説明する。
Here, in the present embodiment, the first scanning frequency is set higher than the second scanning frequency, and the scanning frequencies for these two axes are set to have a predetermined relationship with each other. Hereinafter, the scanning frequency for the axis having the higher scanning frequency, that is, the first scanning frequency of the
先ず、光線の走査経路について説明する。図3(a)乃至(f)及び図4は、光線の走査経路(走査線)を示す。説明を簡単にするため、水平走査と垂直走査の走査周波数比を3.5とし、略矩形形状の光線の走査範囲の左上端部を始点として、光線が、走査範囲の上から下へ、水平走査されながら垂直走査されるとする。まず、光線が上から下へ垂直走査される際には、光線は、図3(a)に示すように、下方に走査位置が変位しながら、左から右(1本目の走査線)、右から左(2本目の走査線)、左から右(3本目の走査線)と変位する。その後、光線の走査位置は、右から左に向け走査される途中の左右中央あたりで、走査範囲の下端に到達する。すなわち、上から下への垂直走査時においては、3.5本の走査線が対象物101に照射され、撮像されることになる。次に、図3(b)に示すように、光線が下から上へ垂直走査される際には、光線は、上から下への垂直操作時に走査範囲の下端となった左右中央部から上方に走査位置が変位しながら、中央部から左に向けて走査される。このとき、上から下への垂直走査時に半分だけ走査した部分を含め、4本目の走査線が走査されることになる。その後、光線は、左から右(5本目の走査線)、右から左(6本目の走査線)、左から右(7本目の走査線)と変位し、走査範囲の右上端部に到達する。これにより、下から上への垂直操作時においても、3.5本の走査線が照射され、撮像されることになる。すなわち、本実施形態においては、図3(c)に示すように、垂直方向に上下1往復走査される間に、合計7本の走査線が、互いに重なることなく対象物101に照射されることになる。
First, the light beam scanning path will be described. FIGS. 3A to 3F and FIG. 4 show light beam scanning paths (scanning lines). To simplify the explanation, the scanning frequency ratio of horizontal scanning and vertical scanning is set to 3.5, and the light beam is horizontally shifted from the top to the bottom of the scanning range, starting from the upper left end of the scanning range of the substantially rectangular light beam. Assume that vertical scanning is performed while scanning. First, when the light beam is vertically scanned from top to bottom, as shown in FIG. 3A, the light beam is scanned from left to right (first scanning line) and right while the scanning position is displaced downward. From left to right (second scanning line) and from left to right (third scanning line). Thereafter, the scanning position of the light beam reaches the lower end of the scanning range around the center of the left and right in the middle of scanning from right to left. That is, at the time of vertical scanning from top to bottom, 3.5 scan lines are irradiated onto the
上記のように、光線が走査範囲の左上端部から垂直方向に上下1往復走査された後には、図3(d)に示すように、光線は、走査範囲の右上端部から下方左向きに走査され(1本目の走査線)、左から右(2本目の走査線)、右から左(3本目の走査線)と走査される。その後、左から右に向け走査される途中の走査範囲の左右中央部で、走査範囲の下端に到達する。その後、図3(e)に示すように、光線が下から上へ垂直走査され、光線は、上から下への垂直操作時に走査範囲の下端となった左右中央部から上方に走査位置が変位しながら、中央部から右に向けて走査(4本目の走査線)される。そして、光線は、右から左(5本目の走査線)、左から右(6本目の走査線)、右から左(7本目の走査線)と走査され、走査範囲の左上端部に到達する。このように、上から下への垂直走査時においては、3.5本の走査線が対象物101に照射され、撮像されることになる。下から上への垂直操作時においても、3.5本の走査線が照射され、撮像されることになる。このように、2×fHが第2走査周波数fVの倍数となるように設定されている場合には、垂直走査を上下に2往復する間に、7本の走査線で構成される撮像フレームを2つ撮像し、光線が元の位置に戻ることになる。
As described above, after the light beam has been scanned up and down once in the vertical direction from the upper left end of the scanning range, the light beam scans from the upper right end of the scanning range to the lower left as shown in FIG. (First scanning line), scanning from left to right (second scanning line) and from right to left (third scanning line). Thereafter, the lower end of the scanning range is reached at the left and right center of the scanning range during scanning from left to right. Thereafter, as shown in FIG. 3E, the light beam is vertically scanned from the bottom to the top, and the scanning position of the light beam is displaced upward from the left and right center portion which became the lower end of the scanning range during the vertical operation from top to bottom. However, scanning is performed from the center to the right (fourth scanning line). The light beam is scanned from right to left (fifth scanning line), from left to right (sixth scanning line), and from right to left (seventh scanning line), and reaches the upper left end of the scanning range. . Thus, during vertical scanning from top to bottom, 3.5 scan lines are irradiated onto the
次に、撮像した画像の再構成手順について説明する。本実施形態では、垂直走査が上下に1往復行われる間の合計7本の走査線数で、1つの画像を示す1つの撮像フレームを構成することにより、第1走査周波数と第2走査周波数の比を3.5としたときに決まる走査線の数(3.5本)より大きい、当該走査線の数の2倍の本数の走査線で画像を撮像することができる。すなわち、この撮像装置1では、従来と比較し垂直方向で2倍の解像度に相当する画像を撮像することができる。以下の説明では、上述のように2×fHが第2走査周波数fVの倍数となるように設定されている場合について、X×Y(X=1,2,…,NHAとし、Y=1,2,…,NVAとする)の画素からなるマトリクス画像データの画像の撮像を行う際の画像再構成手順の一例を示す。制御回路5は、シリアルデータである受光信号に基づいて、駆動回路部4へ出力する駆動信号から算出した光線の走査位置情報に応じて、マトリクス映像データの複数の画素からなる所定の部分毎に画像の再構成を行う。マトリクス画像データの再構成は、以下のように、再構成するマトリクス画像データの各行を行の中央で2分割して、時系列的な受光信号を相補的に割り付けることにより行われる。
Next, a procedure for reconstructing a captured image will be described. In the present embodiment, the first scanning frequency and the second scanning frequency are configured by configuring one imaging frame indicating one image with a total of seven scanning lines during one vertical reciprocation of vertical scanning. An image can be captured with the number of scanning lines that is twice the number of scanning lines, which is larger than the number of scanning lines (3.5) determined when the ratio is 3.5. In other words, the
図4は、本実施形態における、2つの撮像フレーム分に対応する第1走査フレームから第4走査フレームまでの光線の走査順を示す。図4において言う第1走査フレームと第2走査フレームは、それぞれ、図3(a)と図3(b)に対応する。また、図4において言う第3走査フレームと第4走査フレームとは、それぞれ、図3(c)と図3(d)に対応する。制御回路5は、1つの撮像フレームに相当する受光信号のシリアルデータのうち前半部分を、図4において言う第1走査フレームに相当する部分のマトリクス画像データとして取り扱う。また、その受光信号のシリアルデータのうち後半部分を、図4において言う第2走査フレームに相当する部分のマトリクス画像データとして取り扱う。制御回路5は、これら第1及び第2走査フレーム分の画像データを合わせ、1つの撮像フレーム分の画像データを構成する。また、制御回路5は、その次の1つの撮像フレームに相当する受光信号のシリアルデータのうち、前半部分を第3走査フレームに、後半部分を第4走査フレームにそれぞれ相当するマトリクス画像データとして取り扱う。制御回路5は、これら第3及び第4走査フレーム分の画像データを合わせ、当該撮像フレーム分の画像データを構成する。
FIG. 4 shows the scanning order of rays from the first scanning frame to the fourth scanning frame corresponding to two imaging frames in the present embodiment. The first scanning frame and the second scanning frame in FIG. 4 correspond to FIGS. 3A and 3B, respectively. Further, the third scanning frame and the fourth scanning frame in FIG. 4 correspond to FIGS. 3C and 3D, respectively. The
先ず、第1走査フレームについて、光線を偏向器10が走査範囲の上から下へ垂直交差するのに同期して、時系列にディジタル化した受光信号データを順次マトリクス画像データの一部に割り付ける。制御回路5は、マトリクス画像データとして、行についてはj=1→NVAの順すなわち1からNVAに向けた順に割り付け、列については下記のような順で割り付ける。すなわち、列については、行がj=4n+1(n=0,1,2,…)行である場合にはi=1→NHA/2の順で割り付ける。また、列については、行がj=4n+2行である場合には、i=NHA/2→NHAの順で割り付ける。列については、行がj=4n+3行である場合には、i=NHA→NHA/2の順で割り付ける。また、列については、行がj=4n+4行である場合には、i=NHA/2→1の順で割り付ける。このとき、1回の水平走査を行う間に、マトリクス画像データの2行分だけ垂直方向に走査位置が変わることになる。
First, with respect to the first scanning frame, the received light signal data digitized in time series is sequentially assigned to a part of the matrix image data in synchronization with the light beam vertically crossing the
第2走査フレームについて、光線を偏向器10が走査範囲の下から上へ垂直交差するのに同期して、制御回路5は、マトリクス画像データとして、行についてはj=NVA→1の順で割り付け、列については下記のような順で割り付ける。すなわち、列については、行がj=4n+3行である場合には、i=NHA/2→1の順で割り付ける。また、列について、行がj=4n+2行である場合には、i=1→NHA/2の順で割り付ける。さらにまた、列について、行がj=4n+1行である場合には、i=NHA/2→NHAの順で割り付ける。また、列について、j=4n+4行である場合には、i=NHA→NHA/2の順で割り付ける。このとき、1回の水平走査を行う間に、マトリクス画像データの2行分だけ垂直方向に走査位置が変わることになる。
For the second scanning frame, in synchronization with the
同様に、第3走査フレームについて、光線を偏向器10が走査範囲の上から下へ垂直交差するのに同期して、制御回路5は、マトリクス画像データとして、行についてはj=1→NVAの順で割り付け、列については下記のような順で割り付ける。すなわち、列については、行がj=4n+1行である場合にはi=NHA→NHA/2の順で割り付ける。また、列について、行がj=4n+2行である場合には、i=NHA/2→1の順で割り付ける。さらにまた、列については、行がj=4n+3行である場合には、i=1→NHA/2の順で割り付ける。また、列については、j=4n+4行である場合には、i=NHA/2→NHAの順で割り付ける。このとき、1回の水平走査を行う間に、マトリクス画像データの2行分だけ垂直方向に走査位置が変わることになる。
Similarly, for the third scanning frame, in synchronization with the
また、第4走査フレームについて、光線を偏向器10が走査範囲の下から上へ垂直交差するのに同期して、制御回路5は、マトリクス画像データとして、行についてはj=NVA→1の順で割り付け、列については下記のような順で割り付ける。すなわち、列については、行がj=4n+3行である場合には、i=NHA/2→NHAの順で割り付ける。また、列について、行がj=4n+2行である場合には、i=NHA→NHA/2の順で割り付ける。さらにまた、列について、行がj=4n+1行である場合にはi=NHA/2→1の順で割り付ける。また、列について、j=4n+4行である場合には、i=1→NHA/2の順で割り付ける。このとき、1回の水平走査を行う間に、マトリクス画像データの2行分だけ垂直方向に走査位置が変わることになる。
In addition, for the fourth scanning frame, the
制御回路5は、このようにして作成した第1走査フレーム分と第2走査フレーム分のマトリクス画像データを1つの撮像フレームとして合成し、また第3走査フレーム分と第4走査フレーム分のマトリクス画像データを1つの撮像フレームとして合成する。制御回路5は、この画像の再構成処理を、例えば1つ又は2つの撮像フレーム分の受光信号を制御回路5内のメモリ等に蓄積して行うように構成されている。すなわち、制御回路5は、メモリ等からこの受光信号を上記所定の手順で読み出して、偏向器10の水平走査および垂直走査に同期するように駆動回路部4に送信する駆動信号に応じて撮像フレームの生成を行い、画像データとして出力する。なお、上記のように垂直走査を1往復行う間の受光信号と1つの撮像フレーム分のマトリクス画像データとを必ずしも1対1に対応させる必要はなく、例えば、撮像画像の一部分に非表示部分を設けたい場合には、受光信号に表示部分に対応する空白データを付け加えた上で、再構成処理を実施すればよい。
The
このように、本実施形態においては第1の走査周波数fHが第2の走査周波数fVの倍数でなく、2xfHがfVの倍数になるように設定されていることにより、一般的な水平走査周波数fHを垂直走査周波数fVの倍数と設定する方法に比べて、実効的な走査線の数を2倍にすることができる。従って、2軸それぞれについての走査周波数の比が大きくない偏向器10を用いた場合でも、従来と比較して解像度の高い画像を撮像可能であり、且つ、偏向器10を安価に構成可能になるため、製造コストを低減することができる。また、光線を略水平に走査するラスタ走査に近い方法で走査して画像を撮像することができるため、受光信号と偏向器の走査位置情報に基づいて撮像した画像を容易に再構成することができる。
As described above, in the present embodiment, since the first scanning frequency fH is not a multiple of the second scanning frequency fV, and 2xfH is set to be a multiple of fV, a general horizontal scanning frequency fH is set. Compared with the method of setting the value as a multiple of the vertical scanning frequency fV, the number of effective scanning lines can be doubled. Therefore, even when the
(第2実施形態)
図5は、本発明の第2の実施形態に係る撮像装置を用いた内視鏡装置の構成を示す。第2実施形態の説明において、上述の第1実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付し、上述の第1実施形態と相違する部分についてのみ説明する。内視鏡装置(撮像装置)21は、内視鏡装置本体21aと、小型の内視鏡先端部(以下、先端部と称する)21bと、内視鏡装置本体21aと先端部21bとを接続するケーブル部21c等で構成されている。内視鏡装置21は、先端部21bに近接した位置にある対象物101を撮像し、撮像した画像を外部のパーソナルコンピュータ100等に画像データとして出力するように構成されている。内視鏡装置21は、第1実施形態の撮像装置1と比較して、1軸型の第1ミラー装置11及び第2ミラー装置12を用いた偏向器10に替えて、2軸ジンバル型のミラー装置を用いて構成された偏向器20を有している。また、内視鏡装置21は、駆動回路部4に替えて、偏向器20を駆動するための駆動回路部24を有している。
(Second Embodiment)
FIG. 5 shows a configuration of an endoscope apparatus using an imaging apparatus according to the second embodiment of the present invention. In the description of the second embodiment, the same components as those in the above-described first embodiment are denoted by the same reference numerals, and only the portions different from those in the above-described first embodiment will be described. The endoscope device (imaging device) 21 connects an endoscope device
内視鏡装置本体21aには、光源2及び光源電源2aと、受光器3及び増幅器3aと、制御回路5と、駆動回路部24等が収納されている。先端部21bは、小型の筐体26に覆われており、偏向器20と、対象物101からの反射光を集光するための集光レンズ27を有している。偏向器20は、筐体26の内部に収納されており、集光レンズ27は、筐体26の表面に設けられている。ケーブル部21cは、例えば、光源2から出射された光線を筐体26の内部に導光し、また、集光レンズ27で集光された反射光を筐体26の内部から受光器3まで導光する光ファイバ29を有している。また、ケーブル部21cは、駆動回路部24から偏向器20に駆動電圧を印加するための配線(図示せず)等を有している。
The endoscope apparatus
図6は、偏向器20を示す。偏向器20は、第1ミラー装置11と同様に、SOI基板110をいわゆるマイクロマシニング技術により加工して作製されたMEMS素子である。偏向器20は、金属膜であって入射した光線を反射するミラー部211と、ミラー部211が上面に設けられた例えば矩形形状の可動板212を有している。可動板212の両側部には、梁状で一列に並ぶように形成された2つの第1ねじりばね213が設けられている。可動板212の周囲には、可動板212を囲むように配され第1ねじりばね213の端部を支持する可動フレーム214が設けられている。可動フレーム214の両側端部には、第1ねじりばね213の長手方向とは略直交するように梁状で一列に並ぶように形成された2つの第2ねじりばね215が設けられている。可動フレーム214の周囲には、可動フレーム214を囲むように配され第2ねじりばね215の端部を支持する固定部216が形成されている。第1ねじりばね213は、可動板212の回動軸を成し、第2ねじりばね215は、可動フレーム214の回動軸を成している。第1ねじりばね213と第2ねじりばね215は、可動板212の回転中心となるそれぞれが成す軸が、上面視で可動板212の重心位置を通過するように、可動板212の正面すなわち後述するように光線が走査される方向から見て互いに略直交するように形成されている。第1ねじりばね213及び第2ねじりばね215の幅寸法は、例えば、それぞれ、5μm程度、30μm程度である。この偏向器20も、上述の第1ミラー装置11と同様に、静電力を用いて可動板212を回動させるものである。可動板212を回動させるため、可動板212と可動フレーム214との間の第1ねじりばね213が形成されていない部位には第1櫛歯電極217が形成されており、可動フレーム214と固定部216との間の第2ねじりばね215が形成されていない部位には第2櫛歯電極218が形成されている。第1櫛歯電極217及び第2櫛歯電極218は、互いに一対に噛み合うように形成された櫛歯を有している。
FIG. 6 shows the
この偏向器20では、固定部216の上面に形成された例えば3つの電極部219のそれぞれの電位を変更することにより、第1櫛歯電極217を構成する一対の櫛歯間、及び第2櫛歯電極218を構成する一対の櫛歯間に、それぞれ独立して駆動電圧を印加することができるように構成されている。第1櫛歯電極217及び第2櫛歯電極218は、それぞれに駆動電圧が印加されることにより、櫛歯間で互いに引き合う方向に作用する静電力を発生する。可動板212は、第1櫛歯電極217の静電力を駆動力として、第1ねじりばね213を回動軸として可動フレーム214に対し揺動する。また、可動板212は、可動フレーム214が、可動板212を含めて、第2櫛歯電極218の静電力を駆動力として第2ねじりばね215を回動軸とし固定部216に対し揺動することにより、固定部216に対し第1ねじりばね213についての揺動方向とは略直交する方向に揺動する。すなわち、偏向器20は、ミラー部211が形成された可動板212が2軸について揺動可能な、2軸ジンバル型のミラー装置を用いて構成されている。
In this
駆動回路部24は、制御回路5からの駆動信号に基づき、偏向器20の第1櫛歯電極217及び第2櫛歯電極218にそれぞれ周期的に駆動電圧を印加し、偏向器20を駆動する。第2実施形態においては、制御回路5は、駆動回路部24から第1櫛歯電極217へ、上述の第1ねじりばね213と可動板212との系の固有振動数の2倍の周期の駆動電圧を印加させる。これにより、可動板212は、第1ねじりばね213について、当該固有振動数に等しい第1走査周波数で駆動され揺動する。また、制御回路5は、同様に、駆動回路部24から第2櫛歯電極218へ、上述の第2ねじりばね215と可動フレーム214及び可動板212との系の固有振動数の2倍の周期の駆動電圧を印加させる。これにより、可動フレーム214及び可動板212は、第2ねじりばね215について、当該固有振動数に等しい第2走査周波数で駆動され揺動する。このように、本実施形態においては、偏向器20は、2軸両方について、それぞれ共振現象を伴い揺動されるので、2軸両方について、光線の走査角を大きくすることができ、広い範囲の撮像を行うことが可能になる。なお、偏向器20の駆動方法はこれに限られず、第1走査周波数又は第2走査周波数のいずれか一方のみをそれに対応する振動系の固有振動数として、一方の軸についてのみ共振現象を伴い揺動させるようにしてもよい。また、2軸とも、共振現象を伴わない任意の周波数で揺動させるようにしてもよい。
Based on the drive signal from the
第2実施形態では、偏向器20を用いることにより、1つのミラー素子を用いて、光源2から出射される光線を対象物101に走査することができる。第2実施形態において、第1ねじりばね213と、第2ねじりばね215とのばね定数の差や、可動板212と、可動板212を含む可動フレーム214との質量差から、第1走査周波数に比べて第2走査周波数が相当小さくなる。偏向器20は、可動板212の第1ねじりばね213についての揺動により、ミラー部211により反射された光線を対象物101に向けて略水平方向に走査する。また、偏向器20は、可動板212が可動フレーム214と共に第2ねじりばね215について揺動することにより、ミラー部211により反射された光線を対象物101に向けて略垂直方向に走査する。従って、内視鏡装置21は、対象物101上に光線を2次元的に走査して画像を撮像することができる。このとき、制御回路5は、例えば上述の第1実施形態と同様に、第1走査周波数をfHとし第2走査周波数をfVとしたとき、fHはfVの倍数ではなく、2×fHがfVの倍数となるように、駆動回路部24を制御する。また、画像の再構成処理も第1実施形態と同様に行う。これにより、上述と同様に、実効的な走査線の数を増加させて撮像することができ、従来と比較して解像度の高い画像を撮像可能であり、且つ、製造コストを低減することができる。
In the second embodiment, by using the
第2実施形態では、第1実施形態のように1軸型のミラー装置を2つ組み合わせて用いる場合と比較して、偏向器20を小型化することができる。また、ミラー部211の中心位置は駆動時にほとんど変位しないので、ミラー部211に入射させる光線の大きさを、ミラー部211の大きさに応じて光源2から出射されたレーザ径と同等の1mmから5mm程度の直径以下に小さくすることができる。偏向器20をさらに小さな体積にすることができる。従って、内視鏡装置21の先端部21bを、より小型化することができる。
In the second embodiment, the
なお、第2実施形態において、上記説明したように光源2や受光器3等の内視鏡装置本体21a内に設けられている各部は、それぞれ、例えば先端部21b内に収納されていてもよい。また、光源2及び受光器3が偏向器20と共に先端部21b内に収納されている場合には、ケーブル部21cとして、光ファイバを用いず、電気信号を通す配線のみを配することができる。さらにまた、偏向器20に替えて、上述の第1実施形態のような1軸型のミラー装置を2つ用いた偏向器を用いてもよい。
In the second embodiment, as described above, each part provided in the endoscope apparatus
(第3実施形態)
図7は、本発明の第3実施形態に係る撮像装置を用いた断層像撮影装置の構成を示す。断層像撮影装置(撮像装置)31は、光源の光と反射光とを干渉させ、干渉の位相間隔をスイープすることによって深さ方向の分解能を有する断層像を撮影するものである。断層像撮影装置31は、例えば、人体の一部等の被検体の診断を非侵襲で行うシステムとして用いられるものであり、光コヒーレントトモグラフィ(Optical Coherence Tomography)システム(以下、OCTと称する)とも呼ばれる。OCTとしては、時間領域OCT(TD−OCT)と周波数領域OCT(FD−OCT)が知られているが、断層像撮影装置31は、時間領域OCTである。
(Third embodiment)
FIG. 7 shows a configuration of a tomographic imaging apparatus using an imaging apparatus according to the third embodiment of the present invention. The tomographic imaging apparatus (imaging apparatus) 31 captures a tomographic image having resolution in the depth direction by causing the light from the light source to interfere with the reflected light and sweeping the phase interval of the interference. The
図に示すように、断層像撮影装置31は、光源2と、制御回路5の制御に基づき光源2から光線を出射させる光源ドライバ32aと、光源2からの光線を参照光と対象物101への照射光に分岐し、対象物101からの反射光と参照光との干渉光を発生する光干渉部36と、参照光の位相を走査する位相走査部37とを備える。また、断層像撮影装置31は、光源2から出射された光線を対象物101に2次元走査する偏向器20と、偏向器20を駆動する駆動回路部24と、干渉光を検出する受光器3と、受光器3からの受光信号を増幅し制御回路5に入力する増幅器3aを備える。本実施形態においては、光源2と光干渉部36、光干渉部36と偏向器20、位相走査部37、及び受光器3とは、それぞれ、光ファイバ29を用いて導光可能に接続されている。また、光干渉部36としては、例えば光カプラ(スプリッタ)を用いている。なお、断層像撮像装置31には、必ずしも光ファイバを用いる必要はなく、また、光を干渉させるためには、光カプラに替えてハーフミラーやビームスプリッタを用いてもよい。
As shown in the figure, the
偏向器20は、例えば第2実施形態において説明したものと同様の2軸ジンバルミラー型のものであるが、第1実施形態において説明したものと同様の1軸型のミラー装置を組み合わせたものであってもよい。位相走査部37は、例えば、コリメータレンズや可動ミラーを光路に備え、可動ミラーを光路方向に動かすことによって実現されるが、光路における光の遅延を利用する他の構成であってもよい。
The
制御回路5は、光源ドライバ32aに変調信号を送信し、光源2による光線の出射を制御する。また、制御回路5は、駆動回路部24に上述の第1実施形態等と同様にして駆動信号を送信し、偏向器20を2軸について所定の走査周波数で駆動させる。制御回路5は、例えば上述の第1実施形態と同様に、偏向器20の第1走査周波数をfHとし第2走査周波数をfVとしたとき、fHはfVの倍数ではなく、2×fHがfVの倍数となるように、駆動回路部24を制御する。また、制御回路5は、受光器3により出力され増幅器3aにより増幅された受光信号が入力され、上述の第1実施形態等と同様に、当該受光信号と走査位置情報とに基づいて、画像の再構成処理を実行する。
The
第3実施形態において、光源2からの光線は、例えば、光ファイバ29を介して光干渉部36に導かれる。光干渉部36からの参照光は、光ファイバ29を介して位相走査部37に導かれる。位相走査部37において、参照光は、コリメータレンズで平行光となり可動ミラーによって反射され、光ファイバ29を介して光干渉部36に戻る。一方、光干渉部36からの照射光は、偏向器20によって反射され、対象物101に照射される。照射光は、レンズ38a,38bによって、対象物101に焦点を結び、偏向器20によって対象物101を2次元走査される。照射光としては、赤外線が好ましく、特に近赤外線が好ましい。近赤外光は、対象物101を透過する能力が高く、水の吸収スペクトルが小さいので、例えば血液など水溶液中の生体成分の測定に適するからである。照射光は、対象物101内部の様々なところで吸収・反射され、反射光は、偏向器20、レンズ38b,38aを経て、光干渉部36に戻る。
In the third embodiment, the light beam from the
ここで、光干渉部36において、反射光と参照光は、位相が合致するときに強め合うように干渉する。光干渉部36からの干渉光は、コリメータレンズ3cを経て、受光器3に入力される。この断層像撮影装置31は、位相走査部37により参照光と照射光との干渉の位相間隔をスイープさせることによって、対象物101の深さ方向の分解能を得て、断層像を得ることができる。受光器3からの受光信号は、制御回路5によって処理され、対象物101の生体成分の3次元分布等が測定される。ここで、3次元とは、対象物101の表面に沿った2次元に対象物101の内部方向の1次元を加えて3次元とするものである。生体成分の3次元分布とは、測定対象の生体成分の3次元的な有無又は、生体成分の3次元的な濃度分布のことである。偏向器20による照射光の2次元走査に、上述のようにOCTによる内部方向すなわち深さ方向の測定が加わり、対象物101のこのような3次元の測定が可能となっている。
Here, in the
制御回路5においては、例えば、測定結果である3次元分布を示す断層像を示す画像データが生成される。この画像データの生成は、第1実施形態等と同様に、受光信号と走査位置情報とに基づいて、2×fHがfVの倍数である場合に対応する所定の手順で行われる。生成された画像データは、表示部300に出力され、当該画像データに基づいて表示部300に画像が表示される。表示部300は、例えばディスプレイであり、プリンタであってもよい。なお、制御回路5が行う処理は、生体成分の3次元分布の測定だけに限定されず、特定の生体成分による光吸収のない波長域の光源を用いた被検体の断層像の形成等を実行可能に構成されていてもよい。
In the
第3実施形態においては、上述の通り、第1実施形態等と同様に、対象物101に走査する照射光のうち、水平方向の走査線の数を、実効的に増加させることができる。従って、製造コストを高くすることなく、従来のような水平走査周波数fHが垂直走査周波数fVの倍数であるような2次元の偏向器を用いる場合と比較して、走査周波数が低い方の軸である垂直軸についてすなわち垂直方向についての解像度を高くして、3次元的な断層像撮影を行うことができる。
In the third embodiment, as described above, the number of scanning lines in the horizontal direction can be effectively increased in the irradiation light that scans the
なお、本発明は上記実施形態の構成に限定されるものではなく、発明の趣旨を変更しない範囲で適宜に種々の変形が可能である。例えば、上記第1乃至第3実施形態において、第1走査周波数をfH、第2走査周波数をfVとしたとき、fHはfVの倍数ではなく、且つ、Nを2以上の自然数として、N×fHがfVの倍数となるように各走査周波数を設定してもよい。これにより、実効的には第1走査周波数と第2走査周波数との比のN倍の走査線数で光線を走査することができ、撮像する画像を高解像度化することができる。このとき、制御回路5は、受光信号と走査位置情報に基づいて、Nの値に対応する所定の手順で、マトリクス画像を示す画像データに変換すればよい。なお、上記第1乃至第3実施形態の撮像装置1、内視鏡装置21、及び断層像撮影装置31は、それぞれ、N=2となるように各走査周波数が設定されているものと換言することができ、このとき、制御回路5は、画像の再構成処理をN=2に対応するように上述のように行っている。
In addition, this invention is not limited to the structure of the said embodiment, A various deformation | transformation is possible suitably in the range which does not change the meaning of invention. For example, in the first to third embodiments, when the first scanning frequency is fH and the second scanning frequency is fV, fH is not a multiple of fV, and N is a natural number of 2 or more, and N × fH Each scanning frequency may be set so that is a multiple of fV. Thereby, the light beam can be scanned effectively with the number of scanning lines N times the ratio between the first scanning frequency and the second scanning frequency, and the resolution of the image to be captured can be increased. At this time, the
以下に、上記の一例として、図8(a)乃至(f)及び図9(a)、(b)を参照し、例えば第1実施形態のような構成においてN=3となるように走査周波数が設定されている撮像装置の光線の走査経路の一例を具体的に説明する。説明の簡単のため、水平走査と垂直走査の走査周波数比を10:3とし、光線の走査範囲の左上端部を始点として、光線が、走査範囲の上から下へ、水平走査されながら垂直走査されるとする。まず、光線が上から下へ垂直走査される際には、光線は、図8(a)に示すように、下方に走査位置が変位しながら、左から右(1本目の走査線)、右から左(2本目の走査線)、左から右(3本目の走査線)と変位する。その後、光線の走査位置は、右から左に向け走査される途中の、右端から左右の幅の1/3程左側に寄った位置で、走査範囲の下端に到達する。すなわち、上から下への垂直走査時においては、3本と1/3本の走査線が、走査されることになる。次に、図8(b)に示すように、光線が下から上へ垂直走査される際には、光線は、上から下への垂直操作時に走査範囲の下端となった部位から上方に走査位置が変位しながら、左に向けて変位する。このとき、上から下への垂直走査時に1/3だけ走査した部分を含め、4本目の走査線が走査されることになる。光線は、左から右(5本目の走査線)、右から左(6本目の走査線)と走査され、左から右に向け走査される途中の左端から2/3程右側に寄った位置で走査範囲の上端に到達し、垂直走査の方向が下方に変わる。その後、図8(c)に示すように、光線は、右端部まで走査され(7本目)、右から左(8本目)、左から右(9本目)、右から左(10本目)と走査され、左下端部に到達する。 Hereinafter, as an example of the above, referring to FIGS. 8A to 8F and FIGS. 9A and 9B, for example, in the configuration as in the first embodiment, the scanning frequency is N = 3. An example of the scanning path of the light beam of the imaging apparatus in which is set will be specifically described. For simplicity of explanation, the scanning frequency ratio of horizontal scanning and vertical scanning is set to 10: 3, and the vertical scanning is performed while the light beam is horizontally scanned from the top to the bottom of the scanning range, starting from the upper left end of the scanning range of the light beam. Suppose that First, when the light beam is vertically scanned from top to bottom, as shown in FIG. 8A, the light beam is scanned from left to right (first scanning line) and right while the scanning position is displaced downward. From left to right (second scanning line) and from left to right (third scanning line). Thereafter, the scanning position of the light beam reaches the lower end of the scanning range at a position that is shifted to the left by about 1/3 of the right and left width from the right end while scanning from the right to the left. That is, at the time of vertical scanning from top to bottom, 3 and 1/3 scanning lines are scanned. Next, as shown in FIG. 8B, when the light beam is vertically scanned from bottom to top, the light beam scans upward from the portion that became the lower end of the scanning range during the vertical operation from top to bottom. While the position is displaced, it is displaced toward the left. At this time, the fourth scanning line is scanned, including a portion scanned by 1/3 during vertical scanning from top to bottom. The light beam is scanned from left to right (fifth scanning line) and from right to left (sixth scanning line), and is shifted to the right by about 2/3 from the left end while scanning from left to right. The upper end of the scanning range is reached, and the direction of vertical scanning changes downward. Thereafter, as shown in FIG. 8C, the light beam is scanned to the right end (seventh), and scanned from right to left (eighth), from left to right (9th), and from right to left (tenth). And reach the lower left corner.
このとき、制御回路5は、受光信号と光線の走査位置情報に基づいて、N=3の値に対応する所定の手順で、画像の再構成処理を行う。すなわち、制御回路5は、上述の第1の実施形態で示すようなN=2の場合についての場合と同様に、行については垂直方向に1/3周期分の走査フレーム毎に上下交互の方向順になるように、受光信号が示すデータをマトリクス画像データとして割り付けを行う。また、列については、そのマトリクス画像データの行に応じて、当該走査フレームにおいて光線が走査された範囲の画像データとして、光線の走査方向に対応する順で、受光信号が示すデータの割り付けを行う。このように、N=3の値に対応する所定の手順で受光信号が示すデータを画像データとして割り付けることにより、適正に画像データを再構成することができる。なお、このように画像の再構成処理を上記Nの値に対応する手順に基づき行う場合には、制御回路5の当該処理による負荷が、Nの値が大きくなるほど大きくなる。従って、Nの値は、例えば9以下程度にするのが好ましい。
At this time, the
図9(a)は、このときの図8(a)乃至(c)に示す走査線の経路を合成したものである。このように、N=3の場合、垂直走査を上下に1.5往復する間に、合計10本の走査線が、互いに重なることなく走査されるので、合計10本の走査線数で1つの撮像フレームを構成することにより、撮像画像を高解像度化することができる。すなわち、N=3の場合、第1走査周波数と第2走査周波数との比を10:3としたときに決まる通常の走査線の数の3倍の本数の走査線で画像を撮像することができ、従来と比較し、実効的に垂直方向に3倍の解像度に相当する画像を撮像することができる。なお、これと同様に、その後垂直走査が1.5往復する間にも、図8(d)乃至(f)及び図9(b)に示すように、合計10本の走査線が互いに重なることなく走査される。すなわち、N=3の場合、垂直走査を上下に3往復する間に、10本の走査線で構成される撮像フレームが2つ撮像され、光線が元の位置に戻ることになる。 FIG. 9A is a combination of the scanning line paths shown in FIGS. 8A to 8C at this time. In this way, when N = 3, a total of 10 scanning lines are scanned without overlapping each other while the vertical scanning is reciprocated 1.5 times up and down. By configuring the imaging frame, the resolution of the captured image can be increased. That is, when N = 3, an image can be picked up by the number of scanning lines that is three times the number of normal scanning lines determined when the ratio of the first scanning frequency to the second scanning frequency is 10: 3. Therefore, it is possible to effectively capture an image corresponding to a resolution three times that in the vertical direction as compared with the conventional case. Similarly to this, during the subsequent vertical scan 1.5 reciprocations, a total of 10 scanning lines overlap each other as shown in FIGS. 8D to 8F and FIG. 9B. Scanned without. That is, when N = 3, two imaging frames composed of 10 scanning lines are imaged while the vertical scanning is reciprocated up and down three times, and the light beam returns to the original position.
なお、上記のように、本発明の説明では、説明の簡単のため、第1走査周波数と第2走査周波数の比を仮に3.5(7:2)や10:3等として説明したが、実際はこれに限られるものではなく、種々の比の設定が可能である。この走査周波数の比は、より望ましくは、第1走査周波数と第2走査周波数との比を10:1より大きい程度にすればよく、この比が大きいほど、垂直方向の往復で走査可能な例えば水平方向の走査線の数が増加する。それにより、実効的な走査線の数を10×N本より多くし、さらに高解像度の画像を撮像することができる。 As described above, in the description of the present invention, the ratio between the first scanning frequency and the second scanning frequency is assumed to be 3.5 (7: 2), 10: 3, etc. for the sake of simplicity. Actually, the present invention is not limited to this, and various ratios can be set. More preferably, the ratio of the scanning frequencies may be such that the ratio of the first scanning frequency to the second scanning frequency is greater than 10: 1. The number of horizontal scanning lines increases. Thereby, the number of effective scanning lines can be increased from 10 × N, and a higher resolution image can be taken.
1 撮像装置
2 光源
5 制御回路
10,20 偏向器(ミラー装置)
11 第1ミラー装置
12 第2ミラー装置
21 内視鏡装置(撮像装置)
26 集光レンズ
27 筐体
31 断層像撮影装置(撮像装置)
36 光干渉部
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
26
36 Optical interference part
Claims (4)
前記2軸それぞれについての走査周波数は、走査周波数が高い方の軸についての走査周波数をfHとし走査周波数が低い方の軸についての走査周波数をfVとしたとき、fHはfVの倍数ではなく、かつ、Nを2以上の自然数として、N×fHがfVの倍数となるように設定されていることを特徴とする撮像装置。 A two-axis deflector that two-dimensionally scans light beams from the light source with a predetermined scanning frequency for each of the two axes and irradiates the object, and reflected light that is irradiated from the deflector and reflected by the object is detected. In an imaging apparatus comprising: a light receiver; and a control circuit that electrically reconstructs an image showing the object based on a light reception signal of the light receiver and scanning position information of the deflector;
The scanning frequency for each of the two axes is fH, where fH is the scanning frequency for the axis with the higher scanning frequency and fV is the scanning frequency for the axis with the lower scanning frequency, and , N is a natural number of 2 or more, and N × fH is set to be a multiple of fV.
前記光源からの光線を前記対象物への照射光と参照光とに分岐すると共に、前記対象物からの反射光と前記参照光との干渉光を発生する光干渉部をさらに備え、
前記受光器は、前記反射光に替えて前記干渉光を検出するように構成されており、干渉の位相間隔をスイープすることによって深さ方向の分解能をさらに有するように構成されていることを特徴とする断層像撮影装置。 A tomography apparatus having the imaging apparatus according to claim 1,
The light source from the light source is further divided into irradiation light and reference light to the object, and further includes an optical interference unit that generates interference light between the reflected light from the object and the reference light,
The light receiver is configured to detect the interference light instead of the reflected light, and further configured to have a resolution in a depth direction by sweeping a phase interval of interference. A tomographic imaging apparatus.
前記2軸それぞれについての走査周波数は、走査周波数が高い方の軸についての走査周波数をfHとし走査周波数が低い方の軸についての走査周波数をfVとしたとき、fHはfVの倍数ではなく、かつ、Nを2以上の自然数として、N×fHがfVの倍数となるように設定されていることを特徴とする撮像方法。 A light beam from a light source is scanned two-dimensionally at a predetermined scanning frequency for each of two axes to irradiate the object, and an image indicating the object is electrically generated based on the reflected light from the object and the scanning position information of the light beam. In an imaging method that reconstructs automatically,
The scanning frequency for each of the two axes is fH, where fH is the scanning frequency for the axis with the higher scanning frequency and fV is the scanning frequency for the axis with the lower scanning frequency, and , N is a natural number of 2 or more, and N × fH is set to be a multiple of fV.
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JP2012247534A (en) * | 2011-05-26 | 2012-12-13 | Ricoh Co Ltd | Electromagnetic wave scanning method, picture projection device and image acquisition device |
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