JP2010008168A - Imaging apparatus, endoscopic apparatus, tomographic image photographing apparatus and imaging method used in them - Google Patents

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宏 野毛
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清彦 河野
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To take an image having high resolving power and to reduce a production cost in an imaging apparatus. <P>SOLUTION: The imaging apparatus 1 is constituted so that the light emitted from a light source is deflected on the basis of the control of a control circuit by a twin-axis deflector and an object is two-dimensionally scanned in horizontal directions and vertical directions by first scanning frequency fH and second scanning frequency fV. The respective scanning frequencies are set so that not fH but 2×fH may become a multiple of fV and constituted so that the scanning routes of light may not be overlapped with each other in one reciprocating scanning in the vertical direction. The control circuit reconstitutes an image on the basis of the light detection signal output from a photodetector by the detection of the reflected light from the object. The image data of one imaging frame can be obtained during one reciprocating scanning of light in the vertical direction and the number of effective scanning lines is increased to take an image. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

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 Patent Document 1, as a modification of such an imaging apparatus, for example, it is incorporated in a small-diameter housing, and is configured using an optical fiber and a condensing lens for coupling a light source and reflected light to the outside. A small-sized endoscope is disclosed. The endoscope apparatus described in Patent Document 1 is a wavelength scanning optical coherence tomography system (Optical Coherence Tomography), and is configured to be able to capture two-dimensional images in the horizontal direction and the depth direction.

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。
特開2007−24677号公報
By the way, for example, when scanning light beams in the vertical direction and the horizontal direction, the number of scanning lines corresponding to the vertical resolution of the image that can be captured matches the ratio of the horizontal scanning frequency to the vertical scanning frequency, so that high resolution is achieved. In order to capture the image, it is necessary to increase the ratio of the scanning frequencies. However, there is a limit to increasing the scanning frequency of one axis due to constraints on the structure of the deflector or the manufacturing cost, and the scanning frequency of the other axis is lowered because it is necessary to secure the necessary frame rate. Sometimes you can't. For this reason, there is a limit to increasing the ratio of scanning frequencies, and an image with a desired resolution may not be captured. Such a problem becomes more prominent when, for example, it is necessary to use a small deflector that narrows the selectable scan frequency selection range. Patent Document 1 does not disclose a solution for such a problem.
JP 2007-24677 A

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 Claim 2 is an endoscope apparatus which has an imaging device of Claim 1, Comprising: At least the said inside in the housing | casing provided with the condensing lens for condensing the light from a target object A deflector is housed.

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 claim 4, the light beam from the light source is scanned two-dimensionally at a predetermined scanning frequency for each of the two axes to irradiate the object, and based on the reflected light from the object and the scanning position information of the light beam In the imaging method for electrically reconstructing an image showing an object, the scanning frequency for each of the two axes is fH as the scanning frequency for the axis having the higher scanning frequency, and scanning for the axis having the lower scanning frequency. When the frequency is fV, fH is not a multiple of fV, N is a natural number of 2 or more, and N × fH is set to be a multiple of fV.

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 claim 3, the tomographic imaging apparatus can capture a tomographic image having a high resolution with respect to the axis having the lower scanning frequency of the light beam.

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 imaging apparatus 1 drives the light source 2 by driving the light source 2, the deflector 10 that deflects the incident light beam and reflects it toward the imaging object (hereinafter referred to as an object) 101, the light source 2 using a laser diode, for example. A light source 2a that emits light, a light receiver 3 that detects reflected light reflected by the object 101 and outputs a light reception signal accordingly, an amplifier 3a that amplifies the light reception signal output from the light receiver 3, and a deflection A drive circuit unit 4 that drives the device 10 and a control circuit 5 that controls the drive circuit unit 4 and electrically reconstructs a captured image based on the received light signal. As will be described later, the deflector 10 is a so-called biaxial type configured to be capable of two-dimensionally scanning a light beam emitted from the light source 2. The imaging device 1 is configured to generate matrix image data (image data) indicating a captured image based on a light reception signal under the control of the control circuit 5 and output the image data to, for example, an external personal computer 100 or the like. ing. The imaging device 1 is not limited to the personal computer 100, and is configured to output captured image data to various devices such as a monitor device and a printer.

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 deflector 10 includes a first mirror device 11 and a second mirror device 12 that swing about one axis and linearly reciprocately scan each incident light beam, and are configured to be able to scan the light beam about two axes. ing. In the present embodiment, by combining the uniaxial first mirror device 11 and the second mirror device 12, the biaxial deflector 10 can be easily configured, and the manufacturing cost can be reduced. In addition, the size and shape of the deflector 10, the size of the scanning angle, and the like can be set relatively freely according to the type of light beam used and the required scanning range, so that imaging can be performed according to various applications. The apparatus 1 can be manufactured easily.

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 light receiver 3 is arranged so as to be able to receive the reflected light reflected by the surface of the object 101 as the light beam is scanned by the deflector 10. The light receiver 3 converts the incident light into a light reception signal corresponding to the intensity and outputs the light reception signal. The received light signal is amplified by the amplifier 3 a and then input to the control circuit 5. In this embodiment, the light receiver 3 is not an image sensor having a pixel array, but a light receiving element having, for example, one photodiode can be used. In order to improve the light receiving efficiency of the light receiver 3, a lens or a concave mirror may be disposed on the front surface of the light receiver 3.

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 first mirror device 11. The first mirror device 11 is a MEMS (Micro Electro Mechanical System) element manufactured by processing an SOI (Silicon On Insulator) substrate 110 having an oxide insulating layer 110a as a box layer by a so-called micromachining technique. The first mirror device 11 includes a mirror part 111 that is a metal film and reflects incident light, a movable plate 112 having a rectangular shape provided on the upper surface thereof, and beams on both sides of the movable plate 112. The torsion springs 113 are formed so as to be lined up in a row, and the fixing part 114 is disposed so as to surround the periphery of the movable plate 112 and supports the end of the torsion spring 113. The movable plate 112 is supported by the fixed portion 114 via the torsion spring 113 so as to be swingable while twisting the torsion spring 113. Comb electrodes 115 are formed on the side edge of the movable plate 112 to which the torsion spring 113 is not connected and the portion of the fixed portion 114 that faces the side edge. Yes. When a voltage is periodically applied between the electrode on the movable plate 112 side and the electrode on the fixed portion 114 side of the comb-tooth electrode 115, an electrostatic attractive force is generated between both electrodes, and this electrostatic attractive force is movable. It acts on the side edge of the plate 112 substantially perpendicularly. That is, the first mirror device 11 is driven by electrostatic torque around the torsion spring 113 generated in the movable plate 112 when a drive voltage is applied to the comb-tooth electrode 115, and the movable plate 112 rotates the torsion spring 113 around the rotation shaft. Swing as. The first mirror device 11 is configured to swing the movable plate 112 at a predetermined first scanning frequency as will be described later.

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 second mirror device 12 periodically swings a reflecting mirror (not shown) using a small motor that is not a MEMS element, other small actuators, or the like as a power source. In the present embodiment, the second mirror device 12 has, for example, a transmission mechanism that converts the rotational motion of a small motor into a reciprocating motion and transmits the reciprocating motion to the swing axis of the reflecting mirror. For example, the second mirror device 12 is configured to swing the reflecting mirror at a predetermined frequency (second scanning frequency) while a predetermined drive voltage is continuously applied to the small motor. The second mirror device 12 may be a MEMS element type like the first mirror device 11 described above, and the first mirror device 11 is not a MEMS element like the second mirror device 12. A thing may be used.

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 light source 2 enters the mirror unit 111 of the first mirror device 11. The light beam reflected by the mirror unit 111 and scanned by the first mirror device 11 enters the reflection mirror of the second mirror device 12 and is reflected toward the object 101. In the present embodiment, the second mirror device 12 is arranged so as to scan the light beam in a direction orthogonal to the light beam scanning direction by the first mirror device 11. In the present embodiment, the scanning direction by the first mirror device 11 corresponds to the horizontal direction toward the object 101, and the scanning direction by the second mirror device 12 corresponds to the vertical direction toward the object 101. The light beam emitted from the light source 2 is two-dimensionally applied to the object 101 in two directions perpendicular to each other, for example, in the horizontal direction and the vertical direction, with respect to the two axes by the first mirror device 11 and the second mirror device 12. Scanned.

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 drive circuit unit 4 includes a horizontal mirror drive circuit 41 that drives the first mirror device 11 and a vertical mirror drive circuit 42 that drives the second mirror device 12. Based on the first drive signal transmitted from the control circuit 5, the horizontal mirror drive circuit 41 applies a drive voltage for swinging the first mirror device 11 to drive the first mirror device 11. Further, the vertical mirror drive circuit 42 applies a drive voltage for swinging the second mirror device 12 based on the second drive signal transmitted from the control circuit 5 to drive the second mirror device 12. To do. The second mirror device 12 is driven to swing at the second scanning frequency when the drive voltage is applied from the vertical mirror drive circuit 42 as described above.

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 control circuit 5 performs control so that the movable plate 112 of the first mirror device 11 swings with a resonance phenomenon. The control circuit 5 has a frequency that is approximately twice the resonance frequency so that the first scanning frequency becomes the resonance frequency of the vibration system constituted by the mirror unit 111 and the movable plate 112 of the first mirror device 11 and the torsion spring 113. The first drive signal is transmitted. Based on this first drive signal, the horizontal mirror drive circuit 41 applies a rectangular-wave drive voltage having a frequency approximately twice the first scanning frequency to the first mirror device 11. Thus, the first mirror device 11 is configured to be driven at the first scanning frequency with a resonance phenomenon and to have a large swing angle. When the swing angle is increased, the light beam can be scanned at a wide angle, so that a large angle of view of an image captured by the imaging device 1 can be ensured. Note that the application mode and the drive frequency of the drive voltage are not limited to those described above. For example, the drive voltage may be applied in a sine waveform or the like.

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 control circuit 5 transmits the drive signal to the drive circuit unit 4 to drive the deflector 10, and the received light signal input from the light receiver 3 via the amplifier 3 a and the scanning position of the deflector 10. Based on the information, an image showing the captured object 101 is electrically reconstructed. In the present embodiment, the image is configured by arranging a predetermined number of pixels in a matrix in the horizontal direction and the vertical direction corresponding to the scanning direction of the light beam. Such a reconstruction of the matrix image is performed by assigning a light reception signal indicating the brightness of each pixel to each pixel according to the scanning position information, as will be described later. As the scanning position information of the deflector 10, for example, information indicating the scanning position of the light beam that can be calculated by the control circuit 5 in accordance with a drive signal sent to the drive circuit unit 4 to drive the deflector 10 is used. Can do. Thereby, the scanning position information can be calculated without the need for providing a sensor or the like for detecting the scanning position. For example, the scanning position information may be calculated using a sensor or the like that detects the swing angle of the first mirror device 11 or the second mirror device 12 of the other deflector 10.

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 first mirror device 11 is fH, and the scanning frequency for the axis having the lower scanning frequency, that is, the second frequency of the second mirror device 12 is used. Let the scanning frequency be fV. In the present embodiment, the first scanning frequency fH is not a multiple of the second scanning frequency fV, and 2 × fH is set to be a multiple of the second scanning frequency fV. The control circuit 5 drives the first mirror device 11 and the second mirror device 12 at the first scanning frequency and the second scanning frequency set as described above, and scans the light beam through a scanning path described later. Let Further, the control circuit 5 responds to the light reception signal input from the light receiver 3 with a predetermined procedure corresponding to the relationship between the first scanning frequency and the second scanning frequency, that is, when 2 × fH is a multiple of fV. The image data is converted into image data indicating a matrix image by a predetermined procedure. Since the image data is output to the personal computer 100 or the like, the personal computer 100 or the like can display or record a captured image indicated by the image data. The imaging device 1 itself may be provided with a liquid crystal display panel, a storage device, and the like, and the imaging device 1 alone may be configured to display a captured image, record video, or the like. Hereinafter, the light beam scanning operation and the image data reconstruction operation performed by the imaging apparatus 1 will be described.

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 object 101 and imaged. Next, as shown in FIG. 3 (b), when the light beam is vertically scanned from the bottom to the top, the light beam moves upward from the left and right central portions that become the lower end of the scanning range during the vertical operation from the top to the bottom. The scanning position is displaced from the center to the left while being displaced. At this time, the fourth scanning line is scanned including a portion scanned by half during vertical scanning from top to bottom. Thereafter, the light beam is displaced from left to right (fifth scanning line), from right to left (sixth scanning line), and from left to right (seventh scanning line), and reaches the upper right end of the scanning range. . As a result, even during vertical operation from bottom to top, 3.5 scanning lines are irradiated and imaged. That is, in the present embodiment, as shown in FIG. 3C, a total of seven scanning lines are irradiated on the object 101 without overlapping each other during one vertical reciprocating scan in the vertical direction. become.

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 object 101 and imaged. Even during vertical operation from bottom to top, 3.5 scanning lines are irradiated and imaged. As described above, when 2 × fH is set to be a multiple of the second scanning frequency fV, an imaging frame composed of seven scanning lines is obtained during two vertical reciprocations. Two images are taken, and the light beam returns to the original position.

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 imaging apparatus 1 can capture an image corresponding to twice the resolution in the vertical direction as compared with the prior art. In the following description, in the case where 2 × fH is set to be a multiple of the second scanning frequency fV as described above, X × Y (X = 1, 2,..., NHA, Y = 1, 2,..., NVA) is an example of an image reconstruction procedure when capturing an image of matrix image data composed of pixels. The control circuit 5 determines, based on the received light signal, which is serial data, for each predetermined portion of the plurality of pixels of the matrix video data according to the scanning position information of the light beam calculated from the drive signal output to the drive circuit unit 4. Reconstruct the image. Reconstruction of the matrix image data is performed by dividing each row of the matrix image data to be reconstructed into two at the center of the row and complementarily assigning time-series received light signals as follows.

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 control circuit 5 handles the first half portion of the serial data of the received light signal corresponding to one imaging frame as matrix image data of the portion corresponding to the first scanning frame shown in FIG. Further, the latter half of the serial data of the received light signal is treated as matrix image data corresponding to the second scanning frame in FIG. The control circuit 5 combines the image data for the first and second scanning frames to form image data for one imaging frame. The control circuit 5 handles the first half of the serial data of the received light signal corresponding to the next imaging frame as the third scan frame and the second half as the matrix image data corresponding to the fourth scan frame. . The control circuit 5 combines the image data for the third and fourth scanning frames to form image data for the imaging frame.

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 deflector 10 from the top to the bottom of the scanning range. As the matrix image data, the control circuit 5 assigns the rows in the order of j = 1 → NVA, that is, the order from 1 to NVA, and the columns in the following order. That is, the columns are allocated in the order of i = 1 → NHA / 2 when the row is j = 4n + 1 (n = 0, 1, 2,...). As for the columns, if j = 4n + 2 rows, i = NHA / 2 → NHA is assigned. For columns, if j = 4n + 3 rows, i = NHA → NHA / 2 is assigned in this order. As for the columns, if j = 4n + 4 rows, i = NHA / 2 → 1 is assigned. At this time, during one horizontal scanning, the scanning position is changed in the vertical direction by two rows of matrix image data.

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 deflector 10 vertically crossing from the bottom to the top of the scanning range, the control circuit 5 allocates the rows as matrix image data in the order of j = NVA → 1 for the rows. The columns are assigned in the following order. That is, for columns, if j = 4n + 3 rows, i = NHA / 2 → 1 is assigned. In addition, for a column, when j = 4n + 2 rows, i = 1 → NHA / 2 is assigned in this order. Furthermore, for a column, when j = 4n + 1 rows, i = NHA / 2 → NHA is assigned in this order. If j = 4n + 4 rows for the column, i = NHA → NHA / 2 is assigned in this order. At this time, during one horizontal scanning, the scanning position is changed in the vertical direction by two rows of matrix image data.

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 deflector 10 vertically crossing the scanning range from top to bottom, the control circuit 5 sets the matrix image data as j = 1 → NVA for the row. Allocates in order, columns are allocated in the following order. That is, for columns, if j = 4n + 1 rows, i = NHA → NHA / 2 is assigned in this order. Further, when the row is j = 4n + 2 with respect to the column, i = NHA / 2 → 1 is assigned in this order. Furthermore, the columns are allocated in the order of i = 1 → NHA / 2 when the row is j = 4n + 3 rows. For j = 4n + 4 rows, i = NHA / 2 → NHA is assigned in this order. At this time, during one horizontal scanning, the scanning position is changed in the vertical direction by two rows of matrix image data.

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 control circuit 5 synchronizes the light beam vertically with the deflector 10 from the bottom to the top of the scanning range. The columns are allocated in the order shown below. That is, for columns, if j = 4n + 3 rows, i = NHA / 2 → NHA is assigned. Also, when the column is j = 4n + 2 rows, i = NHA → NHA / 2 is assigned in this order. Furthermore, for a column, if j = 4n + 1 rows, i = NHA / 2 → 1 is assigned. If j = 4n + 4 rows for the column, i = 1 → NHA / 2. At this time, during one horizontal scanning, the scanning position is changed in the vertical direction by two rows of matrix image data.

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 control circuit 5 synthesizes the matrix image data for the first scanning frame and the second scanning frame created as described above as one imaging frame, and the matrix image for the third scanning frame and the fourth scanning frame. The data is combined as one imaging frame. The control circuit 5 is configured to perform this image reconstruction processing by accumulating, for example, light reception signals for one or two imaging frames in a memory or the like in the control circuit 5. That is, the control circuit 5 reads out the received light signal from the memory or the like according to the predetermined procedure, and captures the imaging frame in accordance with the drive signal transmitted to the drive circuit unit 4 so as to be synchronized with the horizontal scanning and vertical scanning of the deflector 10. Is generated and output as image data. Note that it is not always necessary to have a one-to-one correspondence between the light reception signal during one round-trip of the vertical scanning and the matrix image data for one imaging frame as described above. For example, a non-display portion is provided in a part of the imaging image. If it is desired to provide it, the reconstruction process may be performed after adding blank data corresponding to the display portion to the received light signal.

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 deflector 10 having a high 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 the deflector 10 can be configured at low cost. Therefore, manufacturing cost can be reduced. In addition, since the image can be picked up by scanning in a manner close to the raster scan that scans the light beam substantially horizontally, the picked-up image can be easily reconstructed based on the light reception signal and the scanning position information of the deflector. it can.

(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 main body 21a, a small endoscope tip portion (hereinafter referred to as a tip portion) 21b, and the endoscope device main body 21a and the tip portion 21b. Cable portion 21c and the like. The endoscope apparatus 21 is configured to capture an image of the object 101 at a position close to the distal end portion 21b, and output the captured image as image data to an external personal computer 100 or the like. As compared with the imaging device 1 of the first embodiment, the endoscope device 21 is a biaxial gimbal type instead of the deflector 10 using the uniaxial first mirror device 11 and the second mirror device 12. It has the deflector 20 comprised using the mirror apparatus. The endoscope apparatus 21 has a drive circuit unit 24 for driving the deflector 20 instead of the drive circuit unit 4.

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 main body 21a accommodates a light source 2, a light source power source 2a, a light receiver 3, an amplifier 3a, a control circuit 5, a drive circuit unit 24, and the like. The distal end portion 21 b is covered with a small casing 26 and has a deflector 20 and a condensing lens 27 for condensing the reflected light from the object 101. The deflector 20 is housed inside the housing 26, and the condenser lens 27 is provided on the surface of the housing 26. For example, the cable portion 21 c guides the light beam emitted from the light source 2 to the inside of the housing 26, and guides the reflected light collected by the condenser lens 27 from the inside of the housing 26 to the light receiver 3. It has an optical fiber 29 that emits light. The cable portion 21 c has wiring (not shown) for applying a driving voltage from the driving circuit portion 24 to the deflector 20.

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 deflector 20. Similar to the first mirror device 11, the deflector 20 is a MEMS element manufactured by processing the SOI substrate 110 using a so-called micromachining technique. The deflector 20 includes a mirror part 211 that is a metal film and reflects incident light, and a movable plate 212 having, for example, a rectangular shape with the mirror part 211 provided on the upper surface. On both sides of the movable plate 212, two first torsion springs 213 formed in a row and arranged in a line are provided. A movable frame 214 that surrounds the movable plate 212 and supports the end of the first torsion spring 213 is provided around the movable plate 212. Two second torsion springs 215 formed in a row in a beam shape so as to be substantially orthogonal to the longitudinal direction of the first torsion spring 213 are provided at both end portions of the movable frame 214. Around the movable frame 214, a fixed portion 216 is formed so as to surround the movable frame 214 and supports the end of the second torsion spring 215. The first torsion spring 213 forms a rotation axis of the movable plate 212, and the second torsion spring 215 forms a rotation axis of the movable frame 214. The first torsion spring 213 and the second torsion spring 215 are the front of the movable plate 212, that will be described later, so that the axis formed by each of the rotation centers of the movable plate 212 passes through the center of gravity of the movable plate 212 when viewed from above. Thus, they are formed so as to be substantially orthogonal to each other when viewed from the direction in which the light beam is scanned. The width dimensions of the first torsion spring 213 and the second torsion spring 215 are, for example, about 5 μm and about 30 μm, respectively. Similarly to the first mirror device 11 described above, the deflector 20 also rotates the movable plate 212 using electrostatic force. In order to rotate the movable plate 212, a first comb electrode 217 is formed at a portion where the first torsion spring 213 is not formed between the movable plate 212 and the movable frame 214, and is fixed to the movable frame 214. A second comb electrode 218 is formed at a portion where the second torsion spring 215 between the portion 216 and the portion 216 is not formed. The first comb electrode 217 and the second comb electrode 218 have comb teeth formed so as to mesh with each other in a pair.

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 deflector 20, by changing the potentials of, for example, the three electrode portions 219 formed on the upper surface of the fixed portion 216, between the pair of comb teeth constituting the first comb electrode 217 and the second comb. The driving voltage can be independently applied between the pair of comb teeth constituting the tooth electrode 218. The first comb electrode 217 and the second comb electrode 218 generate an electrostatic force that acts in a direction attracting each other between the comb teeth when a drive voltage is applied thereto. The movable plate 212 swings relative to the movable frame 214 with the electrostatic force of the first comb electrode 217 as a driving force and the first torsion spring 213 as a rotation axis. In addition, the movable plate 212 swings with respect to the fixed portion 216 using the second torsion spring 215 as a rotation axis using the electrostatic force of the second comb electrode 218 as a driving force including the movable plate 212. As a result, the first torsion spring 213 swings with respect to the fixed portion 216 in a direction substantially perpendicular to the swing direction. That is, the deflector 20 is configured using a biaxial gimbal type mirror device in which the movable plate 212 on which the mirror portion 211 is formed can swing about two axes.

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 control circuit 5, the drive circuit unit 24 periodically applies a drive voltage to the first comb electrode 217 and the second comb electrode 218 of the deflector 20 to drive the deflector 20. . In the second embodiment, the control circuit 5 drives the drive circuit unit 24 to the first comb electrode 217 with a cycle twice the natural frequency of the system of the first torsion spring 213 and the movable plate 212 described above. Apply voltage. Thereby, the movable plate 212 is driven and oscillated with respect to the first torsion spring 213 at the first scanning frequency equal to the natural frequency. Similarly, the control circuit 5 has a period twice as long as the natural frequency of the system of the second torsion spring 215, the movable frame 214, and the movable plate 212 from the drive circuit unit 24 to the second comb electrode 218. The drive voltage is applied. Accordingly, the movable frame 214 and the movable plate 212 are driven and oscillated with respect to the second torsion spring 215 at the second scanning frequency equal to the natural frequency. As described above, in the present embodiment, the deflector 20 is swung with the resonance phenomenon for both of the two axes, so that the scanning angle of the light beam can be increased for both of the two axes. Imaging can be performed. Note that the driving method of the deflector 20 is not limited to this, and only one of the first scanning frequency and the second scanning frequency is set as the natural frequency of the vibration system corresponding to the first scanning frequency or the second scanning frequency. You may make it move. Further, both the two axes may be oscillated at an arbitrary frequency not accompanied by a resonance phenomenon.

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 deflector 20, the light beam emitted from the light source 2 can be scanned on the object 101 using one mirror element. In the second embodiment, from the difference in spring constant between the first torsion spring 213 and the second torsion spring 215 and the difference in mass between the movable plate 212 and the movable frame 214 including the movable plate 212, the first scanning frequency is obtained. In comparison, the second scanning frequency is considerably reduced. The deflector 20 scans the light beam reflected by the mirror unit 211 toward the object 101 in a substantially horizontal direction by swinging the first torsion spring 213 of the movable plate 212. Further, the deflector 20 scans the light beam reflected by the mirror unit 211 in the substantially vertical direction toward the object 101 by the movable plate 212 swinging about the second torsion spring 215 together with the movable frame 214. Therefore, the endoscope apparatus 21 can pick up an image by two-dimensionally scanning a light beam on the object 101. At this time, for example, as in the first embodiment, when the first scanning frequency is fH and the second scanning frequency is fV, the control circuit 5 is not a multiple of fV, and 2 × fH is fV. The drive circuit unit 24 is controlled so as to be a multiple. The image reconstruction process is also performed in the same manner as in the first embodiment. As a result, the number of effective scanning lines can be increased to capture an image as described above, and an image with a higher resolution can be captured compared to the conventional case, and the manufacturing cost can be reduced. .

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 deflector 20 can be reduced in size compared to the case where two uniaxial mirror devices are used in combination as in the first embodiment. Further, since the center position of the mirror unit 211 is hardly displaced at the time of driving, the size of the light beam incident on the mirror unit 211 is changed from 1 mm, which is equivalent to the laser diameter emitted from the light source 2 according to the size of the mirror unit 211. The diameter can be reduced to about 5 mm or less. The deflector 20 can have a smaller volume. Therefore, the distal end portion 21b of the endoscope apparatus 21 can be further downsized.

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 main body 21a such as the light source 2 and the light receiver 3 may be accommodated in the distal end part 21b, for example. . Further, when the light source 2 and the light receiver 3 are housed in the distal end portion 21b together with the deflector 20, only the wiring for passing an electrical signal can be arranged as the cable portion 21c without using an optical fiber. Furthermore, instead of the deflector 20, a deflector using two uniaxial mirror devices as in the first embodiment described above may be used.

(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 tomographic imaging apparatus 31 is used, for example, as a non-invasive system for diagnosing a subject such as a part of a human body, and is also called an optical coherence tomography (Optical Coherence Tomography) system (hereinafter referred to as OCT). be called. As the OCT, a time domain OCT (TD-OCT) and a frequency domain OCT (FD-OCT) are known, but the tomography apparatus 31 is a time domain OCT.

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 tomographic imaging apparatus 31 includes a light source 2, a light source driver 32 a that emits a light beam from the light source 2 based on the control of the control circuit 5, and a light beam from the light source 2 to the reference light and the object 101. An optical interference unit 36 that branches into irradiation light and generates interference light between reflected light from the object 101 and reference light, and a phase scanning unit 37 that scans the phase of the reference light are provided. In addition, the tomographic imaging apparatus 31 includes a deflector 20 that two-dimensionally scans the object 101 with a light beam emitted from the light source 2, a drive circuit unit 24 that drives the deflector 20, and a light receiver 3 that detects interference light. And an amplifier 3 a that amplifies the light reception signal from the light receiver 3 and inputs the amplified signal to the control circuit 5. In the present embodiment, the light source 2 and the light interference unit 36, the light interference unit 36 and the deflector 20, the phase scanning unit 37, and the light receiver 3 are connected to each other using an optical fiber 29 so that light can be guided. Yes. Moreover, as the optical interference part 36, the optical coupler (splitter) is used, for example. The tomographic imaging apparatus 31 does not necessarily need to use an optical fiber, and a half mirror or a beam splitter may be used instead of the optical coupler in order to cause the light to interfere.

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 deflector 20 is, for example, a biaxial gimbal mirror type similar to that described in the second embodiment, but is a combination of uniaxial mirror devices similar to those described in the first embodiment. There may be. The phase scanning unit 37 is realized, for example, by providing a collimator lens or a movable mirror in the optical path and moving the movable mirror in the optical path direction, but may have another configuration that uses a delay of light in the optical path.

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 control circuit 5 transmits a modulation signal to the light source driver 32a, and controls the emission of light from the light source 2. In addition, the control circuit 5 transmits a drive signal to the drive circuit unit 24 in the same manner as in the first embodiment and the like, and drives the deflector 20 at a predetermined scanning frequency for two axes. For example, as in the first embodiment described above, when the first scanning frequency of the deflector 20 is fH and the second scanning frequency is fV, the control circuit 5 is not a multiple of fV, but 2 × fH is fV. The drive circuit unit 24 is controlled to be a multiple of. The control circuit 5 receives the light reception signal output from the light receiver 3 and amplified by the amplifier 3a. Based on the light reception signal and the scanning position information, the control circuit 5 receives the image signal. Perform reconfiguration processing.

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 light source 2 is guided to the optical interference unit 36 via the optical fiber 29, for example. The reference light from the optical interference unit 36 is guided to the phase scanning unit 37 through the optical fiber 29. In the phase scanning unit 37, the reference light becomes parallel light by the collimator lens, is reflected by the movable mirror, and returns to the optical interference unit 36 through the optical fiber 29. On the other hand, the irradiation light from the light interference unit 36 is reflected by the deflector 20 and is applied to the object 101. The irradiation light is focused on the object 101 by the lenses 38a and 38b, and the object 101 is two-dimensionally scanned by the deflector 20. As the irradiation light, infrared rays are preferable, and near infrared rays are particularly preferable. This is because near-infrared light has a high ability to transmit the object 101 and has a small absorption spectrum of water, and is suitable for measurement of biological components in an aqueous solution such as blood. Irradiation light is absorbed and reflected at various locations inside the object 101, and the reflected light returns to the light interference unit 36 via the deflector 20 and the lenses 38 b and 38 a.

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 optical interference unit 36, the reflected light and the reference light interfere so as to strengthen each other when the phases match. The interference light from the light interference unit 36 is input to the light receiver 3 through the collimator lens 3c. The tomographic imaging apparatus 31 can obtain a resolution in the depth direction of the object 101 and obtain a tomographic image by sweeping the phase interval of the interference between the reference light and the irradiation light by the phase scanning unit 37. . The light reception signal from the light receiver 3 is processed by the control circuit 5, and the three-dimensional distribution of the biological component of the object 101 is measured. Here, the three dimensions are three dimensions by adding one dimension in the internal direction of the object 101 to two dimensions along the surface of the object 101. The three-dimensional distribution of the biological component is the three-dimensional presence / absence of the biological component to be measured or the three-dimensional concentration distribution of the biological component. As described above, the measurement in the internal direction, that is, the depth direction by OCT is added to the two-dimensional scanning of the irradiation light by the deflector 20, and the three-dimensional measurement of the object 101 is possible.

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 control circuit 5, for example, image data indicating a tomographic image showing a three-dimensional distribution as a measurement result is generated. The generation of the image data is performed in a predetermined procedure corresponding to the case where 2 × fH is a multiple of fV based on the light reception signal and the scanning position information, as in the first embodiment. The generated image data is output to the display unit 300, and an image is displayed on the display unit 300 based on the image data. The display unit 300 is a display, for example, and may be a printer. Note that the processing performed by the control circuit 5 is not limited to the measurement of the three-dimensional distribution of the biological component, and performs, for example, the formation of a tomographic image of the subject using a light source in a wavelength region that does not absorb light by a specific biological component. It may be configured to be possible.

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 object 101 as in the first embodiment. Accordingly, the axis with the lower scanning frequency is used as compared with the case of using a two-dimensional deflector in which the horizontal scanning frequency fH is a multiple of the vertical scanning frequency fV as in the prior art without increasing the manufacturing cost. Three-dimensional tomographic imaging can be performed by increasing the resolution about a certain vertical axis, that is, in the vertical direction.

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 control circuit 5 may convert the image data indicating the matrix image according to a predetermined procedure corresponding to the value of N based on the light reception signal and the scanning position information. In other words, in the imaging apparatus 1, the endoscope apparatus 21, and the tomographic imaging apparatus 31 of the first to third embodiments, each scanning frequency is set so that N = 2. At this time, the control circuit 5 performs the image reconstruction process as described above so as to correspond to N = 2.

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 control circuit 5 performs image reconstruction processing according to a predetermined procedure corresponding to a value of N = 3 based on the light reception signal and the scanning position information of the light beam. That is, as in the case of N = 2 as shown in the first embodiment, the control circuit 5 alternates the vertical direction of the rows every 1/3 period scanning frames in the vertical direction. In order, the data indicated by the received light signal is assigned as matrix image data. For the columns, the data indicated by the received light signal is assigned in the order corresponding to the scanning direction of the light beam as the image data of the range in which the light beam is scanned in the scanning frame according to the row of the matrix image data. . As described above, the image data can be appropriately reconstructed by assigning the data indicated by the received light signal as the image data in a predetermined procedure corresponding to the value of N = 3. When the image reconstruction process is performed based on the procedure corresponding to the N value, the load of the control circuit 5 due to the process increases as the N value increases. Therefore, the value of N is preferably about 9 or less, for example.

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.

本発明の第1実施形態に係る撮像装置の一例を示すブロック図。1 is a block diagram illustrating an example of an imaging apparatus according to a first embodiment of the present invention. 上記撮像装置の第1ミラー装置を示す斜視図。The perspective view which shows the 1st mirror apparatus of the said imaging device. (a)は上記撮像装置の第1走査フレームの光線の走査経路を示す図、(b)は同撮像装置の第2走査フレームの光線の走査経路を示す図、(c)は(a)と(b)とを合成して示す図、(d)は同撮像装置の第3走査フレームの光線の走査経路を示す図、(e)は同撮像装置の第4走査フレームの光線の走査経路を示す図、(f)は(d)と(e)とを合成して示す図。(A) is a figure which shows the scanning path of the light beam of the 1st scanning frame of the said imaging device, (b) is a figure which shows the scanning path of the light beam of the 2nd scanning frame of the imaging device, (c) is (a) and FIG. 4B is a diagram illustrating a combination of (b), (d) is a diagram illustrating a scanning path of a light beam of a third scanning frame of the imaging apparatus, and (e) is a scanning path of a light beam of a fourth scanning frame of the imaging apparatus. The figure shown, (f) is a figure which synthesize | combines and shows (d) and (e). 上記撮像装置の第1乃至第4走査フレームの画像の再構成手順について示す図。FIG. 4 is a diagram illustrating a procedure for reconstructing images of first to fourth scanning frames of the imaging apparatus. 本発明の第2実施形態に係る内視鏡装置の一例を示すブロック図。The block diagram which shows an example of the endoscope apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 上記内視鏡装置の偏向器を示す斜視図。The perspective view which shows the deflector of the said endoscope apparatus. 本発明の第3実施形態に係る断層像撮影装置の一例を示すブロック図。The block diagram which shows an example of the tomography apparatus which concerns on 3rd Embodiment of this invention. (a)乃至(f)は、本発明の第1実施形態に係る撮像装置の光線の走査経路の一変形例を示す図。(A) thru | or (f) is a figure which shows the modification of the scanning path | route of the light ray of the imaging device which concerns on 1st Embodiment of this invention. (a)は、図8(a)乃至(c)の光線の走査経路を合成して示す図、(b)は、図8(d)乃至(e)の光線の走査経路を合成して示す図。8A is a diagram illustrating the combined scanning paths of the light beams illustrated in FIGS. 8A to 8C, and FIG. 8B is a combined schematic illustrating the scanning paths of the light beams illustrated in FIGS. 8D to 8E. Figure.

符号の説明Explanation of symbols

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 SYMBOLS 1 Imaging device 2 Light source 5 Control circuit 10, 20 Deflector (mirror device)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 1st mirror apparatus 12 2nd mirror apparatus 21 Endoscope apparatus (imaging apparatus)
26 Condensing lens 27 Housing 31 Tomographic imaging device (imaging device)
36 Optical interference part

Claims (4)

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.
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ことを特徴とする内視鏡装置。   An endoscope apparatus having the imaging apparatus according to claim 1, wherein at least the deflector is housed in a housing provided with a condensing lens for condensing light from an object. An endoscope apparatus characterized by that. 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.
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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