JP2010148764A - 光走査型内視鏡装置、光走査型内視鏡、および光走査型内視鏡プロセッサ - Google Patents

Abstract

【課題】光走査型内視鏡における光を出射する光ファイバの変位した位置を検出する。
【解決手段】光走査型内視鏡装置は光源ユニット、光供給ファイバ５３、ファイバ駆動部、ビームスプリッタ６２、位置検出フィルタ６３、位置検出ファイバ５６、位置検出受光ユニットを有する。ファイバ駆動部は光供給ファイバ５３の先端を屈曲させることにより変位させる。光源ユニットは光供給ファイバ５３の入射端に第１、第２の帯域の赤外光を供給する。光供給ファイバ５３の先端から出射される光の光路上にビームスプリッタ６２を配置する。ビームスプリッタ６２は赤外光を反射し、他の帯域の光を透過する。赤外光の反射方向に位置検出フィルタ６３を配置する。位置検出フィルタ６３は赤外光の入射する位置に応じて異なる透過率で赤外光を透過させる。位置検出ファイバ５６は位置検出フィルタ６３を透過した赤外光を位置検出受光ユニットに伝達する。
【選択図】図５

Description

本発明は、光走査型内視鏡において照明光を走査するために変位させる光伝達路の実際の変位位置を検出可能な光走査型内視鏡装置に関する。

光走査型内視鏡が提案されている（特許文献１参照）。光走査型内視鏡では、照明光を伝達する光ファイバの先端を変位可能に支持し、光ファイバの先端を連続的に変位することにより照明光の走査が行なわれる。

光ファイバの先端が支持される挿入管の先端は細径化が求められるため、位置検出センサを設けることが難しい。それゆえ、変位する光ファイバの先端の位置を正確に検出することは出来ず、光ファイバの先端を変位するための駆動信号に基づいて、位置が推定されていた。

しかし、推定精度が低い場合に光の走査に基づいて作成する画像に歪みが生じることが問題であった。また、光ファイバの先端には所定の変位経路に沿って正確に変位させることにより再現性の高い画像を作成することが可能である。しかし、光ファイバの先端が変位経路からずれていることを検知することが出来ないため、変位経路からずれている場合であっても修正することが困難であった。
特許第３９４３９２７号公報

したがって、本発明では、照明光の走査するために変位させる光ファイバの先端の変位位置を検出することが可能な光走査型内視鏡装置の提供を目的とする。

本発明の光走査型内視鏡装置は、入射する光を第１の入射端から第１の出射端に伝達し、伝達した光を第１の出射端からビーム状に出射する供給光伝達路と、第１の出射端を伝達した光の出射方向に対して垂直な方向に変位させる駆動部と、第１の入射端に第１の帯域の光を出射する検出光光源と、第１の出射端から出射される光の光路上に設けられ第１の帯域の光を反射し第１の帯域の域外の第２の帯域の光を透過する第１の光学フィルタと、第１の光学フィルタにより反射される第１の帯域の光の光路上に設けられ第１の帯域の光の入射位置に応じた透過率で第１の帯域の光を透過させる第２の光学フィルタと、第２の光学フィルタにより透過された第１の帯域の光を第２の入射端から第２の出射端まで伝達する検出光伝達路と、第２の出射端から出射する第１の帯域の光の光量を検出する第１の受光部と、第１の受光部による第１の帯域の光の受光量に基づいて第１の出射端の位置を検出する位置検出部とを備えることを特徴としている。

なお、検出光光源は、第１の帯域に含まれ互いに異なる帯域である第３、第４の帯域の光を出射し、第２の光学フィルタ上の第１の方向に沿って第３の帯域の光の透過率が変化し第２の光学フィルタ上の第１の方向と異なる第２の方向に沿って第４の帯域の光の透過率が変化し、第１の受光部は第３の帯域の光の光量を検出する第１の受光器と第４の帯域の光の光量を検出する第２の受光器とを有し、位置検出部は第１の受光器による第３の帯域の光の受光量に基づいて第１の方向に対応する第３の方向に沿った第１の出射端の位置を検出し第２の受光器による第４の帯域の光の受光量に基づいて第２の方向に対応する第４の方向に沿った第１の出射端の位置を検出することが好ましい。

また、検出光光源は、第３、第４の帯域の光をそれぞれ出射する第１、第２の光源を有することが好ましい。

また、第１の入射端に観察対象領域に照射する第２の帯域の光を出射する照射光光源と、照射光光源から第１の入射端に入射し第１の出射端から出射され第２の光学フィルタを透過して観察対象領域に照射される第２の帯域の光の観察対象領域における反射光または発する光を第３の入射端に入射させ入射した光を第３の入射端から第３の出射端まで伝達する撮像伝達路と、第３の出射端から出射する光の光量に応じた画素信号を生成する第２の受光部と、第１の出射端の位置に対応したアドレスを有し画素信号を格納する画像メモリと、第２の受光部が画素信号を生成したときの位置検出部により検出された第１の出射端の位置に対応する画像メモリのアドレスに画素信号を格納させる画像作成部とを備えることが好ましい。

また、第１の出射端を所定の変位経路に沿って変位させるように駆動部を制御するスキャン制御部を備え、画像作成部は所定の変位経路上の複数の位置において第２の帯域の光が照射される観察対象領域上の複数の狭小領域における反射光または発する光に応じた複数の画素信号を複数の位置に対応する画像メモリのアドレスに格納することにより１フレームの画像信号を作成し第１のフレームの画像信号の作成後の次の第２のフレームの画像信号を作成時に第１の出射端の変位した位置が所定の変位経路上の位置である場合に対応するアドレスの画素信号を更新し画素信号が更新されなかったアドレスの画素信号と更新されたアドレスの画素信号により第２のフレームの画像信号を形成することが好ましい。

また、第１の出射端を所定の変位経路に沿って変位させるように駆動部を制御するスキャン制御部と、位置検出部により検出された第１の出射端の位置が所定の変位経路から外れている場合に第１の出射端の変位位置を所定の変位経路上に戻すように補正する補正部とを備えることが好ましい。

また、第２の光学フィルタに透過された第１の帯域の光を集光して第２の入射端に向けて出射する集光レンズを備えることが好ましい。

また、第１の帯域は可視領域の域外であることが好ましい。

本発明の光走査型内視鏡は、入射する光を第１の入射端から第１の出射端に伝達し伝達した光を第１の出射端からビーム状に出射する供給光伝達路と、第１の出射端を伝達した光の出射方向に対して垂直な方向に変位させる駆動部と、第１の出射端から出射される光の光路上に設けられ第１の帯域の光を反射し第１の帯域の域外の第２の帯域の光を透過する第１の光学フィルタと、第１の光学フィルタにより反射される第１の帯域の光の光路上に設けられ第１の帯域の光の入射位置に応じた透過率で第１の帯域の光を透過させる第２の光学フィルタと、第２の光学フィルタにより透過された第１の帯域の光を第２の入射端から第２の出射端まで伝達する検出光伝達路とを備えることを特徴としている。

本発明の光走査型内視鏡プロセッサは、入射する光を第１の入射端から第１の出射端に伝達し伝達した光を第１の出射端からビーム状に出射する供給光伝達路と、第１の出射端を伝達した光の出射方向に対して垂直な方向に変位させる駆動部と第１の出射端から出射される光の光路上に設けられ第１の帯域の光を反射し第１の帯域の域外の第２の帯域の光を透過する第１の光学フィルタと第１の光学フィルタにより反射される第１の帯域の光の光路上に設けられ第１の帯域の光の入射位置に応じた透過率で第１の帯域の光を透過させる第２の光学フィルタと第２の光学フィルタにより透過された第１の帯域の光を第２の入射端から第２の出射端まで伝達する検出光伝達路とを有する光走査型内視鏡における第１の入射端に第１の帯域の光を出射する検出光光源と、第２の出射端から出射する第１の帯域の光の光量を検出する第１の受光部と、第１の受光部による第１の帯域の光の受光量に基づいて第１の出射端の位置を検出する位置検出部とを備えることを特徴としている。

本発明によれば、光走査型内視鏡において照明光を走査するための光供給伝達路の変位位置の検出が可能である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態を適用した光走査型内視鏡装置の外観を概略的に示す外観図である。

光走査型内視鏡装置１０は、光走査型内視鏡プロセッサ２０、光走査型内視鏡５０、およびモニタ１１によって構成される。光走査型内視鏡プロセッサ２０は、光走査型内視鏡５０、およびモニタ１１に接続される。

なお、以下の説明において光供給ファイバ（図１において図示せず）の出射端（第１の出射端）、反射光ファイバ（図１において図示せず）の入射端（第２の入射端）、および位置検出ファイバ（図１において図示せず）の入射端（第３の入射端）は光走査型内視鏡５０の挿入管５１の遠位端側に配置される端部であり、光供給ファイバの入射端（第１の入射端）、反射光ファイバの出射端（第２の出射端）、および位置検出ファイバの出射端（第３の出射端）は光走査型内視鏡プロセッサ２０と接続されるコネクタ５２に配置される端部である。

光走査型内視鏡プロセッサ２０から観察対象領域ＯＡに照射する光が供給される。供給された光は光供給ファイバ（供給光伝達路）により挿入管５１の遠位端に伝達され、観察対象領域内の一点に向かって照射される。光が照射された観察対象領域上の一点における反射光が、光走査型内視鏡５０の挿入管５１の先端から光走査型内視鏡プロセッサ２０に伝達される。

光供給ファイバの出射端の向く方向が、ファイバ駆動部（図１において図示せず）により変えられる。先端の方向を変えることにより、光供給ファイバから照射される光が観察対象領域上に走査される。ファイバ駆動部は、光走査型内視鏡プロセッサ２０により制御される。

光走査型内視鏡プロセッサ２０は光の照射位置において散乱する反射光を受光し、受光量に応じた画素信号を生成する。走査する領域全体の画素信号を生成することにより、１フレームの画像信号を生成する。生成した画像信号がモニタ１１に送信され、画像信号に相当する画像がモニタ１１に表示される。

図２に示すように、光走査型内視鏡プロセッサ２０には、光源ユニット３０、位置検出受光ユニット４０（第１の受光部）、画像受光ユニット２１（第２の受光部）、スキャン駆動回路２２（スキャン制御部、補正部）、画像信号処理回路２３（位置検出部、画像作成部）、タイミングコントローラ２４、およびシステムコントローラ２５などが設けられる。

後述するように、光源ユニット３０から観察対象領域に照射する光および光供給ファイバ５３の変位位置の検出用の光が光供給ファイバ５３に供給される。スキャン駆動回路２２は、ファイバ駆動部５４（駆動部）に光供給ファイバ５３を駆動させる。

光が照射された観察対象領域の反射光が、光走査型内視鏡５０により光走査型内視鏡プロセッサ２０に伝達される。また、光供給ファイバ５３の位置に応じた検出用の光も光走査型内視鏡５０により光走査型内視鏡プロセッサ２０に伝達される。光走査型内視鏡プロセッサ２０に伝達された反射光および検出用の光は、画像受光ユニット２１および位置検出受光ユニット４０に受光される。

画像受光ユニット２１により、受光量に応じた画素信号が生成される。また、位置検出受光ユニット４０により、光供給ファイバ５３の変位位置に応じた位置信号が生成される。画素信号および位置信号は、画像信号処理回路２３に送信される。

画像信号処理回路２３は、位置信号に応じた画像メモリ２６上のアドレスに画素信号を格納する。観察対象領域全体に対応する画素信号を格納すると、画像信号処理回路２３は画素信号に所定の信号処理を施し、１フレームの画像信号としてエンコーダ２７を介してモニタ１１に送信する。

光走査型内視鏡プロセッサ２０と光走査型内視鏡５０とを接続すると、光源ユニット３０と光走査型内視鏡５０に設けられる光供給ファイバ５３とが、画像受光ユニット２１と反射光ファイバ５５（撮像伝達路）とが、および位置検出受光ユニット４０と位置検出ファイバ５６とが光学的に接続される。

また、光走査型内視鏡プロセッサ２０と光走査型内視鏡５０とを接続すると、スキャン駆動回路２２と光走査型内視鏡５０に設けられるファイバ駆動部５４とが電気的に接続される。

なお、光源ユニット３０、位置検出受光ユニット４０、画像受光ユニット２１、スキャン駆動回路２２、画像信号処理回路２３、およびエンコーダ２７は、タイミングコントローラ２４により各部位の動作の時期が制御される。また、タイミングコントローラ２４および光走査型内視鏡装置１０の各部位の動作はシステムコントローラ２５により制御される。また、フロントパネル（図示せず）などにより構成される入力部２８により、使用者によるコマンド入力が可能である。

図３に示すように、光源ユニット３０は、赤色光レーザ３１ｒ（照明光光源）、緑色光レーザ３１ｇ（照明光光源）、青色光レーザ３１ｂ（照明光光源）、第１、第２の赤外光レーザ３１ｉ１、３１ｉ２（検出光光源、第１、第２の光源）、第１〜第５のフィルタ３２ａ〜３２ｅ、集光レンズ３３、およびレーザ駆動回路３４などによって構成される。

赤色光レーザ３１ｒ、緑色光レーザ３１ｇ、青色光レーザ３１ｂは、それぞれ、赤色光レーザービーム、緑色光レーザービーム、青色光レーザービームを発する。第１、第２の赤外光レーザ３１ｉ１、３１ｉ２は、赤外波長帯域（第１の帯域）すなわち可視領域（第２の帯域）の域外であって、互いに異なる第３、第４の帯域の赤外光レーザービームを発する。

第１のフィルタ３２ａは緑色光レーザ３１ｇが発する帯域の緑色光を反射し、他の帯域の光を透過する光学フィルタである。第２のフィルタ３２ｂは青色光レーザ３１ｂが発する帯域の青色光を反射し、他の帯域の光を透過する光学フィルタである。

第３のフィルタ３２ｃは第３、第４の帯域の赤外光を反射し、他の帯域の光を透過する光学フィルタである。第４のフィルタ３２ｄは第３の帯域の赤外光を反射し、他の帯域の赤外光を透過する光学フィルタである。第５のフィルタ３２ｅは第４の帯域の赤外光を反射するミラーである。

光供給ファイバ５３と光源ユニット３０とが接続された状態において、赤色光レーザ３１ｒから出射される赤色光レーザービームを光供給ファイバ５３の入射端に導くための光路中に、第１〜第３のフィルタ３２ａ〜３２ｃ、および集光レンズ３３が配置される。なお、第１〜第３のフィルタ３２ａ〜３２ｃは赤色光レーザービームの光路に対して４５°傾斜させた状態で固定される。

緑色光レーザ３１ｇが発する緑色光レーザービームが第１のフィルタ３２ａにより反射され第２、第３のフィルタ３２ｂ、３２ｃを透過して光供給ファイバ５３の入射端に入射するように、緑色光レーザ３１ｇが配置される。

青色光レーザ３１ｂが発する青色光レーザービームが第２のフィルタ３２ｂにより反射され第３のフィルタ３２ｃを透過して光供給ファイバ５３の入射端に入射するように、青色光レーザ３１ｂが配置される。

第１の赤外光レーザ３１ｉ１が発する第３の帯域の赤外光レーザービームが第４、第３のフィルタ３２ｄ、３２ｃにより反射され光供給ファイバ５３の入射端に入射するように、第４のフィルタ３２ｄおよび第１の赤外光レーザ３１ｉ１が配置される。

第２の赤外光レーザ３１ｉ２が発する第４の帯域の赤外光レーザービームが第５のフィルタ３２ｅにより反射され第４のフィルタ３２ｄを透過しさらに第３のフィルタ３２ｃにより反射され光供給ファイバ５３の入射端に入射するように、第５のフィルタ３２ｅおよび第２の赤外光レーザ３１ｉ２が配置される。

第１、第２の赤外光レーザービーム、青色光レーザービーム、緑色光レーザービーム、および赤色光レーザービームは集光レンズ３３により集光されて、光供給ファイバ５３の入射端に入射する。

挿入管５１の遠位端付近のリアルタイム画像の観察時に、赤色光レーザービーム、緑色光レーザービーム、および青色光レーザービームが混合されたビーム状の白色光と第３、第４の帯域の赤外光が光供給ファイバ５３に供給される。

赤色光レーザ３１ｒ、緑色光レーザ３１ｇ、青色光レーザ３１ｂ、および第１、第２の赤外光レーザ３１ｉ１、３１ｉ２はレーザ駆動回路３４により駆動される。なお、レーザ駆動回路３４は、タイミングコントローラ２４により発光と消灯の時期を制御する。

次に、光走査型内視鏡５０の構成について詳細に説明する。図４に示すように、光走査型内視鏡５０には、光供給ファイバ５３、反射光ファイバ５５、位置検出ファイバ５６、および先端ユニット６０などが設けられる。

挿入管５１の遠位端に先端ユニット６０が配置される。光供給ファイバ５３、反射光ファイバ５５、および位置検出ファイバ５６（検出光伝達路）は、コネクタ５２から先端ユニット６０まで延設される。

図５に示すように、先端ユニット６０は、中空管６１、ファイバ駆動部５４、ビームスプリッタ６２（第１の光学フィルタ）、位置検出フィルタ６３（第２の光学フィルタ）、集光レンズ６４、ミラー６５、出射レンズ６６により構成される。中空管６１は硬質部材により円筒形に形成され、遠位端における挿入管５１の軸方向と中空管６１の軸方向とが平行となるように、中空管６１の取付け姿勢が調整される。

なお、以下の説明において、光供給ファイバ５３の出射端の軸方向が中空管６１の軸方向と平行な状態における出射端からの光の出射方向を第１の方向とする。また、第１の方向に垂直な任意の方向を第２の方向（第２、第４の方向）とする。

光供給ファイバ５３は、中空管６１内にファイバ駆動部５４を介して支持される。なお、光供給ファイバ５３がファイバ駆動部５４により変位される前の状態において光供給ファイバ５３の軸方向が第１の方向と平行となるように光供給ファイバ５３の取付け姿勢が調整される。

図６に示すように、ファイバ駆動部５４は、ファイバ支持部５４ｓおよび屈曲部５４ｂにより形成される。屈曲部５４ｂは円筒形状であり、円筒内部に光供給ファイバ５３が挿通されている。ファイバ支持部５４ｓにより光供給ファイバ５３は屈曲部５４ｂの挿入管５１の遠位端側の端部において支持される。

図７に示すように、屈曲部５４ｂには第１、第２の屈曲源５４ｂ１、５４ｂ２が設けられる。第１、第２の屈曲源５４ｂ１、５４ｂ２はそれぞれ２組の圧電素子であり、スキャン駆動回路２２から送信されるファイバ駆動信号に基づいて屈曲部５４ｂの円筒軸方向に伸縮する。

第１の屈曲源５４ｂ１を構成する２つの圧電素子が、第２の方向に沿って並びながら屈曲部５４ｂの円筒の中心を挟むように屈曲部５４ｂの円筒外周面に固定される。また、第２の屈曲源５４ｂ２を構成する２つの圧電素子が、第１、第２の方向に垂直な第３の方向に沿って並びながら屈曲部５４ｂの円筒の中心を挟むように屈曲部５４ｂの円筒外周面に固定される。

図８に示すように、第１の屈曲源５４ｂ１を構成する２つの圧電素子を同時に逆方向に伸縮させることにより、第２の方向に沿って屈曲部５４は屈曲する。また、第２の屈曲源５４ｂ２を構成する２つの圧電素子を同時に逆方向に伸縮させることにより、第３の方向に沿って屈曲部５４は屈曲する。

光供給ファイバ５３はファイバ支持部５４ｓを介して屈曲部５４ｂに付勢され、第２、第３の方向、すなわち光供給ファイバ５３の出射端からの光の出射方向に垂直な２方向に屈曲する。光供給ファイバ５３が屈曲することにより、光供給ファイバ５３の出射端は変位する。

なお、図９に示すように、光供給ファイバ５３の出射端は第２、第３の方向に沿って振幅の増加と減少を繰返しながら振動するように駆動される。なお、振動の周波数は第２、第３の方向において同一となるように調整される。また、振幅の増加時期と減少時期も第１、第２の方向において一致するように調整される。

第２、第３の方向に沿ってこのような振動をさせることにより、図１０に示すような渦巻き型の変位経路を通るように光供給ファイバ５３の先端は変位し、光が観察対象領域上で走査される。

なお、光供給ファイバ５３を屈曲させない状態における光供給ファイバ５３の出射端の位置が基準点ｓｐに定められる。基準点ｓｐから振幅を増加させながら振動させる期間（図９走査期間）に、観察対象領域への白色光の照射および画素信号の採取が実行される。

また、最大振幅になるまで変位させると一画像を作成するための走査を終了し、振幅を減少させながら振動させて光供給ファイバ５３の出射端を基準点ｓｐにまで戻し（図９制動期間参照）、再び次の画像を作成するための走査が実行される。

光供給ファイバ５３の出射端が基準点ｓｐに位置するときの光の出射方向に、ビームスプリッタ６２および出射レンズ６６が配置される（図５参照）。ビームスプリッタ６２は板状に形成され、入射面および出射面が第１の方向に対して４５°傾斜した状態で中空管６１に固定される。また出射レンズ６６は、光軸が第１の方向と平行な状態で中空管６１に固定される。

ビームスプリッタ６２は、赤外波長帯域の光を反射し、可視領域の光を透過させる。したがって、光供給ファイバ５３の出射端から出射する光の中で白色光成分はビームスプリッタ６２を透過する。また、第３、第４の帯域の赤外光成分がビームスプリッタ６２により第３の方向に反射される。

ビームスプリッタ６２による赤外光の反射方向において、中空管６１には孔部６１ｈが形成される。孔部６１ｈには、位置検出フィルタ６３および集光レンズ６４が固定される。位置検出フィルタ６３は板状に形成され、表面が第１、第２の方向に平行となるように固定される。また、集光レンズ６４は光軸が第３の方向に平行になるように固定される。

位置検出フィルタ６３は入射する位置に応じた透過率で第３、第４の帯域の赤外光を透過する。図１１に示すように、位置検出フィルタ６３への光の照射位置が第１の方向に変位するほど第３の帯域の赤外光の透過率が大きくなるように、位置検出フィルタ６３は形成される。また、位置検出フィルタ６３への光の照射位置が第２の方向に変位するほど第４の帯域の赤外光の透過率が大きくなるように、位置検出フィルタ６３は形成される。

ビームスプリッタ６２により反射された赤外光は位置検出フィルタ６３を透過して、集光レンズ６４により集光される。集光された赤外光を中空管６１の外側において中空管６１の軸方向に反射するように、ミラー６５が設けられる。

ミラー６５による赤外光の反射方向に、位置検出ファイバ５６の入射端が配置される。位置検出ファイバ５６に入射した赤外光は位置検出ファイバ５６により位置検出受光ユニット４０に伝達される。

なお、前述のように、光供給ファイバ５３の出射端からは白色光成分も出射する。出射される白色光は、ビームスプリッタ６２および出射レンズ６６を透過して、観察対象領域の一点に向けて出射する（図１２参照）。白色光が照射された観察対象領域ＯＡの一点における反射光が散乱し、散乱した反射光が反射光ファイバ５５の先端に入射する。

光走査型内視鏡５０には複数の反射光ファイバ５５が設けられる。反射光ファイバ５５の入射端は、出射レンズ６６の周囲を囲むように配置される。観察対象領域ＯＡ上の一点における散乱光は、各反射光ファイバ５５に入射する。

反射光ファイバ５５に入射した反射光は、反射光ファイバ５５の出射端まで伝達される。前述のように、反射光ファイバ５５は出射端において画像受光ユニット２１に接続される。反射光ファイバ５５に伝達された反射光は、画像受光ユニット２１に向かって出射する。

位置検出受光ユニット４０は、図１３に示すように、コリメートレンズ４１、ビームスプリッタ４２、第１、第２の赤外受光器４３ａ、４３ｂ（第１、第２の受光器）、第１、第２のＡ／Ｄコンバータ４４ａ、４４ｂによって構成される。

位置検出ファイバ５６と位置検出受光ユニット４０とが接続された状態において、位置検出ファイバ５６の出射端からの光の出射方向にコリメートレンズ４１、ビームスプリッタ４２、および第１の赤外受光器４３ａが配置される。

ビームスプリッタ４２は位置検出ファイバ５６の出射端からの光の出射方向に対して４５°傾斜させた状態で固定される。ビームスプリッタ４２は第３の帯域の赤外光を透過して、第４の帯域の赤外光を反射する。ビームスプリッタ４２による光の反射方向に第２の赤外受光器４３ｂが配置される。

位置検出ファイバ５６の出射端から出射される第３、第４の帯域の赤外光は、コリメートレンズ４１を介してビームスプリッタ４２に到達する。第３の帯域の赤外光はビームスプリッタ４２を透過して、第１の赤外受光器４３ａに入射する。第４の帯域の赤外光はビームスプリッタ４２に反射され、第２の赤外受光器４３ｂに入射する。

第１の赤外受光器４３ａでは、受光する第３の帯域の赤外光の受光量に応じた信号強度である第１の方向位置信号が生成される。第２の赤外受光器４３ｂでは、受光する第４の帯域の赤外光の受光量に応じた信号強度である第２の方向位置信号が生成される。第１、第２の方向位置信号は画像信号処理回路２３に送信される。

画像受光ユニット２１は、反射光ファイバ５５から反射光を受光する。画像受光ユニット５５では、反射光の赤色光成分、緑色光成分、および青色光成分毎の受光量を検出し、それぞれの受光量に応じた画素信号が生成される。画素信号は画像信号処理回路２３に送信される。

画像信号処理回路２３では、第１、第２の位置信号に基づいて、瞬間における光の照射位置が判別される。画像信号処理回路２３は判別した位置に対応する画像メモリ２６のアドレスに、受信した画像信号を格納する。

前述のように、照射する光が観察対象領域上に走査され、それぞれの位置における反射光に基づいて画素信号が生成され、対応する画像メモリ２６のアドレスに格納される。走査始点から走査終点までの間に格納した各位置における画素信号により、観察対象領域の像に対応するフレームの画像信号が形成される。画像信号は前述のように所定の信号処理が施されてから、モニタ１１に送信される。

なお、再現性の高い画像を作成するためには、光供給ファイバ５３の出射端が前述の渦巻き型変位経路に沿って変位することが必要である。しかし、ファイバ駆動部５４周囲の温度や振動などの外部要因の影響を受け、所定の渦巻き型変位経路からずれることがある。例えば、図１４に示すように、第３の方向に十分に変位せず、所定の渦巻き型変位経路（２点鎖線参照）から第３の方向にずれた第１の変位経路（実線参照）を通ることがある。

１フレームの画像信号の生成後、次のフレームの画像信号を生成するときに、画像信号処理回路２３では、第１、第２の変位信号に基づく変位位置が所定の渦巻き型変位経路上にある場合に、対応するアドレスに受信した画素信号を格納することにより画素信号が更新される。すなわち、図１４において、所定の渦巻き型変位経路と第１の変位経路とが重なる位置における画素の画素信号が更新される。

一方、第１、第２の変位信号に基づく変位位置が所定の渦巻き型変位経路上に無い場合には、受信した画素信号は削除される。すなわち、図１４において、所定の渦巻き型変位経路と第１の変位経路とが重ならない位置における画素の画素信号は更新されずに削除される。

このように、光供給ファイバ５３の出射端が所定の渦巻き型変位経路からずれる場合には、一部のアドレスの画素信号は更新されない。更新されなかった画素信号、すなわち前のフレームにおける画素信号と更新された画素信号により次のフレームの画像信号が作成される。

なお、光供給ファイバ５３の出射端が第１の変位経路上を変位し続けると、一部の画素において画素信号が更新されない状態が続き、正確なリアルタイム画像を表示することが出来なくなる。

そこで、第１、第２の方向位置信号はスキャン駆動回路２２にも送信される。スキャン駆動回路２２では、連続的に受信する複数の第１、第２の方向位置信号に基づいて光供給ファイバ５３の出射端が所定の渦巻き型変位経路からずれているかが判別される。渦巻き型変位経路からずれている場合は、スキャン駆動回路２２はズレを補正するように調整したファイバ駆動信号を生成し、ファイバ駆動部に送信する。

以上のように、本実施形態の光走査型内視鏡装置によれば、光供給ファイバ５３の出射端の位置を検出可能である。検出した位置に基づいて画素信号を対応するアドレスに格納して画像を作成するので、画像に生じる歪みの影響を減じることが可能である。

また、本実施形態の光走査型内視鏡装置によれば、光供給ファイバ５３の出射端の変位経路が所定の渦巻き型変位経路からずれた場合であっても、画素信号を生成した位置に対応するアドレスの画素信号のみ直前のフレームの画像信号から更新することにより、画像の歪みを防ぐことが可能である。

また、本実施形態の光走査型内視鏡装置によれば、光供給ファイバ５３の出射端の変位経路が所定の渦巻き型変位経路からずれた場合に、ズレに基づいて所定の変位経路に沿って変位するように修正することにより、画像の再現性の低下を防ぐことが可能である。

なお、本実施形態において、位置検出フィルタ６３により透過率の変化する方向である第１、第２の方向は互いに垂直であるが、交差する関係であればよい。ただし、第１、第２の屈曲部５９ｂ１、５９ｂ２による屈曲方向に出射端を変位させるときのビームスプリッタ６２による反射光の変位方向に対して透過率が変化することが、光供給ファイバ５３を駆動するために好ましい。

また、本実施形態において、位置検出フィルタ６３において異なる２方向に沿って透過率が変化する構成であるが、何方向であってもよいし、１方向であってもよい。１方向である場合には、その方向に対応する方向への変位量しか検出できない。ただし、従来の光走査型内視鏡装置では光供給ファイバ５３を駆動するためのファイバ駆動信号のみに基づいて光供給ファイバ５３の出射端の位置を推定していた。そこで、１方向における正確な位置を用いることにより、従来の光走査型内視鏡装置に比べて位置の推定精度が向上する。

また、本実施形態において、第１、第２の赤外光レーザ３１ｉ１、３１ｉ２を用いて互いに重複しない第３、第４の帯域の赤外光レーザービームを出射させる構成であるが、第３、第４の帯域を含む広帯域の赤外光を出射可能なレーザを用いてもよい。

また、本実施形態において、赤外光を用いて光供給ファイバ５３の変位位置を検出する構成であるが、紫外光を用いてもよいし、可視領域の光を用いてもよい。ただし、本実施形態の赤外光のように変位位置を検出するための光の帯域を反射し、それ以外の帯域の光を透過するビームスプリッタを用いる必要がある。

また、本実施形態において、連続する２フレームの画像信号における２番目のフレームの画像信号の作成時に所定の渦巻き型変位経路上の位置に対応する画素信号が生成されなかった場合に、生成されなかった画素信号は直前のフレームの画素信号を用いる構成であるが、このような構成に限られない。

光供給ファイバ５３の出射端の変位位置に関わらず、すべての画素信号が更新されてもよい。すべての画素信号を更新することにより画像信号を作成しても、対応する画像の観察は可能である。あるいは、第１、第２の位置信号に基づいて変位位置を判別可能であり、画像処理により歪みを低減化させることは可能である。

また、本実施形態において、光供給ファイバ５３の出射端の変位経路が所定の渦巻き型変位経路からずれる場合に所定の渦巻き型変位経路に戻すように修正する構成であるが、修正しなくてもよい。前述のように、画像の観察は可能であるし、また、第１、第２の位置信号を用いて適当な画像処理を施すにより歪みを除去することができる。

また、本実施形態において、光供給ファイバ５３の出射端を渦巻き型変位経路に沿って変位させる構成であるが、変位経路は渦巻き型に限られない。他の変位経路に沿って変位させても本実施形態と同じ効果を得ることは可能である。

また、本実施形態において、光源ユニット３０から白色光が出射される構成であるが、生体組織に蛍光を励起させる励起光を出射する構成であってもよい。反射光ファイバ５５の入射端に入射する自家蛍光が画像受光ユニット２１に伝達され、自家蛍光に基づく画像が形成されてもよい。

また、第１、第２の実施形態の光走査型内視鏡装置では、赤色光、緑色光、青色光、および赤外光を出射する光源にレーザを用いる構成であるが、他の種類の光源を用いてもよい。ただし、光走査型内視鏡では、観察対象領域内の極小の一点に対して光が照射されることが好ましく、強い指向性を有する光を出射するためにレーザを用いることが好ましい。

本発明の一実施形態を適用した光走査型内視鏡装置の外観を概略的に示す外観図である。 光走査型内視鏡プロセッサの内部構成を概略的に示すブロック図である。 光源ユニットの内部構成を概略的に示すブロック図である。 光走査型内視鏡の内部構成を概略的に示すブロック図である。 先端ユニットの内部構成を概略的に示す構造図である。 ファイバ駆動部の構造を示す光供給ファイバの軸方向に沿った断面図である。 ファイバ駆動部を光供給ファイバの出射端側から見た外観図である。 ファイバ駆動部の斜視図である。 光供給ファイバの出射端の第２、第３の方向に沿った変位量を示すグラフである。 ファイバ駆動部により駆動される光供給ファイバの変位経路である。 位置検出フィルタの光学特性を示すグラフである。 出射レンズから光が出射する状態を説明するための図である。 位置検出受光ユニットの内部構成を概略的に示すブロック図である。 渦巻き型変位経路からずれた第１の変位経路の例を示す図である。

符号の説明

１０ 光走査型内視鏡装置
２０ 光走査型内視鏡プロセッサ
２２ スキャン駆動回路
２３ 画像信号処理回路
２６ 画像メモリ
３０ 光源ユニット
３１ｒ、３１ｇ、３１ｂ、３１ｉ１、３１ｉ２ 赤色光レーザ、緑色光レーザ、青色光レーザ、第１の赤外光レーザ、第２の赤外光レーザ
４０ 位置検出受光ユニット
４２ ビームスプリッタ
４３ａ、４３ｂ 第１、第２の赤外受光器
５０ 光走査型内視鏡
５１ 挿入管
５３ 光供給ファイバ
５４ ファイバ駆動部
５５ 反射光ファイバ
５６ 位置検出ファイバ
６０ 先端ユニット
６２ ビームスプリッタ
６３ 位置検出フィルタ
６５ ミラー

Claims (10)

1. 入射する光を第１の入射端から第１の出射端に伝達し、伝達した光を前記第１の出射端からビーム状に出射する供給光伝達路と、
   前記第１の出射端を、伝達した光の出射方向に対して垂直な方向に変位させる駆動部と、
   前記第１の入射端に、第１の帯域の光を出射する検出光光源と、
   前記第１の出射端から出射される光の光路上に設けられ、前記第１の帯域の光を反射し、前記第１の帯域の域外の第２の帯域の光を透過する第１の光学フィルタと、
   前記第１の光学フィルタにより反射される前記第１の帯域の光の光路上に設けられ、前記第１の帯域の光の入射位置に応じた透過率で前記第１の帯域の光を透過させる第２の光学フィルタと、
   前記第２の光学フィルタにより透過された前記第１の帯域の光を第２の入射端から第２の出射端まで伝達する検出光伝達路と、
   前記第２の出射端から出射する前記第１の帯域の光の光量を検出する第１の受光部と、
   前記第１の受光部による前記第１の帯域の光の受光量に基づいて、前記第１の出射端の位置を検出する位置検出部とを備える
   ことを特徴とする光走査型内視鏡装置。
2. 前記検出光光源は、前記第１の帯域に含まれ、互いに異なる帯域である第３、第４の帯域の光を出射し、
   前記第２の光学フィルタ上の第１の方向に沿って前記第３の帯域の光の透過率が変化し、前記第２の光学フィルタ上の前記第１の方向と異なる第２の方向に沿って前記第４の帯域の光の透過率が変化し、
   前記第１の受光部は、前記第３の帯域の光の光量を検出する第１の受光器と、前記第４の帯域の光の光量を検出する第２の受光器とを有し、
   前記位置検出部は、前記第１の受光器による前記第３の帯域の光の受光量に基づいて前記第１の方向に対応する第３の方向に沿った前記第１の出射端の位置を検出し、前記第２の受光器による前記第４の帯域の光の受光量に基づいて前記第２の方向に対応する第４の方向に沿った前記第１の出射端の位置を検出する
   ことを特徴とする請求項１に記載の光走査型内視鏡装置。
3. 前記検出光光源は、前記第３、第４の帯域の光をそれぞれ出射する第１、第２の光源を有することを特徴とする請求項２に記載の光走査型内視鏡装置。
4. 前記第１の入射端に、観察対象領域に照射する前記第２の帯域の光を出射する照射光光源と、
   前記照射光光源から前記第１の入射端に入射し前記第１の出射端から出射され前記第２の光学フィルタを透過して前記観察対象領域に照射される前記第２の帯域の光の前記観察対象領域における反射光または発する光を第３の入射端に入射させ、入射した光を前記第３の入射端から第３の出射端まで伝達する撮像伝達路と、
   前記第３の出射端から出射する光の光量に応じた画素信号を生成する第２の受光部と、
   前記第１の出射端の位置に対応したアドレスを有し、前記画素信号を格納する画像メモリと、
   前記第２の受光部が前記画素信号を生成したときの前記位置検出部により検出された前記第１の出射端の位置に対応する前記画像メモリのアドレスに、前記画素信号を格納させる画像作成部とを備える
   ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の光走査型内視鏡装置。
5. 前記第１の出射端を所定の変位経路に沿って変位させるように前記駆動部を制御するスキャン制御部を備え、
   前記画像作成部は、前記所定の変位経路上の複数の位置において前記第２の帯域の光が照射される前記観察対象領域上の複数の狭小領域における反射光または発する光に応じた複数の前記画素信号を前記複数の位置に対応する前記画像メモリのアドレスに格納することにより１フレームの画像信号を作成し、第１のフレームの画像信号の作成後の次の第２のフレームの画像信号を作成時に前記第１の出射端の変位した位置が前記所定の変位経路上の位置である場合に対応するアドレスの前記画素信号を更新し前記画素信号が更新されなかったアドレスの前記画素信号と更新されたアドレスの前記画素信号により前記第２のフレームの画像信号を形成する
   ことを特徴とする請求項４に記載の光走査型内視鏡装置。
6. 前記第１の出射端を所定の変位経路に沿って変位させるように前記駆動部を制御するスキャン制御部と、
   前記位置検出部により検出された前記第１の出射端の位置が前記所定の変位経路から外れている場合に、前記第１の出射端の変位位置を前記所定の変位経路上に戻すように補正する補正部とを備える
   ことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の光走査型内視鏡装置。
7. 前記第２の光学フィルタに透過された前記第１の帯域の光を集光して、前記第２の入射端に向けて出射する集光レンズを備えることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の光走査型内視鏡装置。
8. 前記第１の帯域は可視領域の域外であることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の光走査型内視鏡装置。
9. 入射する光を第１の入射端から第１の出射端に伝達し、伝達した光を前記第１の出射端からビーム状に出射する供給光伝達路と、
   前記第１の出射端を、伝達した光の出射方向に対して垂直な方向に変位させる駆動部と、
   前記第１の出射端から出射される光の光路上に設けられ、第１の帯域の光を反射し、第１の帯域の域外の第２の帯域の光を透過する第１の光学フィルタと、
   前記第１の光学フィルタにより反射される前記第１の帯域の光の光路上に設けられ、前記第１の帯域の光の入射位置に応じた透過率で前記第１の帯域の光を透過させる第２の光学フィルタと、
   前記第２の光学フィルタにより透過された前記第１の帯域の光を第２の入射端から第２の出射端まで伝達する検出光伝達路とを備える
   ことを特徴とする光走査型内視鏡。
10. 請求項９に記載の光走査型内視鏡における前記第１の入射端に、前記第１の帯域の光を出射する検出光光源と、
    前記第２の出射端から出射する前記第１の帯域の光の光量を検出する第１の受光部と、
    前記第１の受光部による前記第１の帯域の光の受光量に基づいて、前記第１の出射端の位置を検出する位置検出部とを備える
    ことを特徴とする光走査型内視鏡プロセッサ。

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