JP2013081680A - Optical scanning endoscope system - Google Patents

Optical scanning endoscope system Download PDF

Info

Publication number
JP2013081680A
JP2013081680A JP2011224610A JP2011224610A JP2013081680A JP 2013081680 A JP2013081680 A JP 2013081680A JP 2011224610 A JP2011224610 A JP 2011224610A JP 2011224610 A JP2011224610 A JP 2011224610A JP 2013081680 A JP2013081680 A JP 2013081680A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical fiber
optical
endoscope system
tip
scanning endoscope
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2011224610A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Osamu Matsui
將 松井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hoya Corp
Original Assignee
Hoya Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hoya Corp filed Critical Hoya Corp
Priority to JP2011224610A priority Critical patent/JP2013081680A/en
Publication of JP2013081680A publication Critical patent/JP2013081680A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/00002Operational features of endoscopes
    • A61B1/00057Operational features of endoscopes provided with means for testing or calibration
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/00163Optical arrangements
    • A61B1/00172Optical arrangements with means for scanning
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B23/00Telescopes, e.g. binoculars; Periscopes; Instruments for viewing the inside of hollow bodies; Viewfinders; Optical aiming or sighting devices
    • G02B23/24Instruments or systems for viewing the inside of hollow bodies, e.g. fibrescopes
    • G02B23/2407Optical details
    • G02B23/2423Optical details of the distal end
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B23/00Telescopes, e.g. binoculars; Periscopes; Instruments for viewing the inside of hollow bodies; Viewfinders; Optical aiming or sighting devices
    • G02B23/24Instruments or systems for viewing the inside of hollow bodies, e.g. fibrescopes
    • G02B23/26Instruments or systems for viewing the inside of hollow bodies, e.g. fibrescopes using light guides
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/10Scanning systems
    • G02B26/103Scanning systems having movable or deformable optical fibres, light guides or waveguides as scanning elements

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Astronomy & Astrophysics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Instruments For Viewing The Inside Of Hollow Bodies (AREA)
  • Endoscopes (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical scanning endoscope system that automatically corrects a scanning position.SOLUTION: This optical scanning endoscope system includes: an optical fiber that guides light incident on an incident end to an emitting end and emits it from the emitting end; an optical fiber scanning means provided near the emitting end of the optical fiber and close to the incident end of the optical fiber, bends the optical fiber by pressing the side face of the optical fiber from first and second directions orthogonal to the longitudinal direction of the optical fiber and orthogonal to each other, and spirally rotates and scans the emitting end of the optical fiber; a control means that controls a bending quantity and a bending direction of the optical fiber; and a detecting means that is disposed on the emitting end side of the optical fiber with respect to the optical fiber scanning means and detects the rotation trajectory of the emitting end of the optical fiber. The control means controls the bending quantity and the bending direction of the optical fiber, on the basis of the rotation trajectory of the emitting end of the optical fiber detected by the detecting means, such that the rotation trajectory of the emitting end of the optical fiber forms a substantially circular shape.

Description

本発明は、光ファイバによって導光される光を観察部位に対して走査させ、その反射光を受光して画像化する光走査型内視鏡システムに関する。   The present invention relates to an optical scanning endoscope system that scans light guided by an optical fiber with respect to an observation site and receives reflected light to form an image.

従来、光ファイバによって導光される光を観察部位に対して走査させ、その反射光を受光して画像化する光走査型内視鏡システムの1つとして、共焦点内視鏡装置が知られている(例えば、特許文献1)。共焦点内視鏡装置は、レーザ光を体腔内の生体組織に照射して、その照射された生体組織からの反射光のうち、対物光学系の物体側焦点面における反射光のみを抽出することにより、その生体組織を、通常の内視鏡光学系によって得られる観察像より高倍率で観察可能にするものである。共焦点内視鏡装置においては、生体組織に照射されるレーザ光を2次元若しくは3次元に走査させることで、通常の内視鏡光学系によって得られる観察像の倍率では観察できないような微小な対象物を観察したり、生体組織の断層部を観察したりすることができるように構成されている。   2. Description of the Related Art Conventionally, a confocal endoscope apparatus is known as one of optical scanning endoscope systems in which light guided by an optical fiber is scanned with respect to an observation site and the reflected light is received and imaged. (For example, Patent Document 1). The confocal endoscope apparatus irradiates a living tissue in a body cavity with laser light, and extracts only the reflected light on the object-side focal plane of the objective optical system from the reflected light from the irradiated living tissue. Thus, the living tissue can be observed at a higher magnification than an observation image obtained by a normal endoscope optical system. In a confocal endoscope apparatus, a laser beam applied to a living tissue is scanned two-dimensionally or three-dimensionally so that it cannot be observed at a magnification of an observation image obtained by a normal endoscope optical system. It is configured so that an object can be observed and a tomographic part of a living tissue can be observed.

また、近年、光ファイバによって導光される光を観察部位に対して渦巻状に走査させ、その反射光を受光して画像化する光走査型内視鏡システムが提案されている(例えば、特許文献2〜4)。このような光走査型内視鏡システムでは、シングルモード型の光ファイバを内視鏡内部に備えており、その基端部は、圧電アクチュエータによって片持ち梁状に保持される。そして、圧電アクチュエータは、振動の振幅を変調および増幅させながら、ファイバ先端部を固有振動数に従って2次元的に振動させて(共振させて)、光ファイバの先端部を渦巻状に駆動させる。その結果、光ファイバによって光源から導光された照明光が観察部位へ向けて渦巻状に照射され、その照射領域(走査領域)の画像が取得される。   In recent years, an optical scanning endoscope system has been proposed in which light guided by an optical fiber is scanned in a spiral manner with respect to an observation site, and the reflected light is received and imaged (for example, a patent). Literature 2-4). In such an optical scanning endoscope system, a single mode type optical fiber is provided inside the endoscope, and a base end portion thereof is held in a cantilever shape by a piezoelectric actuator. Then, the piezoelectric actuator modulates and amplifies the vibration amplitude, two-dimensionally vibrates (resonates) the fiber tip according to the natural frequency, and drives the tip of the optical fiber in a spiral shape. As a result, the illumination light guided from the light source by the optical fiber is irradiated spirally toward the observation site, and an image of the irradiation region (scanning region) is acquired.

そして、近年、特許文献2〜4に記載されているような、光を渦巻状に走査させる構成の光走査型内視鏡システムを、特許文献1に記載されているような共焦点内視鏡装置に適用することも提案されている(例えば、特許文献5)。   In recent years, an optical scanning endoscope system configured to scan light in a spiral shape as described in Patent Documents 2 to 4, a confocal endoscope as described in Patent Document 1 is used. Application to an apparatus has also been proposed (for example, Patent Document 5).

特開2000−121961号公報JP 2000-121961 A 米国特許第6,856,712号明細書US Pat. No. 6,856,712 米国特許第6,959,130号明細書US Pat. No. 6,959,130 米国特許第6,975,898号明細書US Pat. No. 6,975,898 特開2010−162090号公報JP 2010-162090 A

特許文献2〜5に記載の光走査型内視鏡システムは、光ファイバを2次元的に走査させるために光ファイバの基端部に複数の圧電アクチュエータを備えており、各圧電アクチュエータに所定の周期及び振幅の電圧を印加することによって光ファイバを所定の方向に屈曲させることで光ファイバの先端を渦巻状に走査させている。しかし、通常、各圧電アクチュエータの特性が異なる(すなわち、バラツキがある)ため、各圧電アクチュエータに所定の周期及び振幅の電圧を印加したとしても正確な円形状の走査とはならず、歪んだ円形状(例えば、楕円状)の走査となる。そのため、従来は、渦巻状に照射される光をモニタしながら圧電アクチュエータに印加する電圧の調整を行う等、何らかの校正を行う必要があった。   The optical scanning endoscope systems described in Patent Documents 2 to 5 include a plurality of piezoelectric actuators at the base end portion of the optical fiber in order to scan the optical fiber two-dimensionally, and each piezoelectric actuator has a predetermined amount. The tip of the optical fiber is scanned in a spiral shape by bending the optical fiber in a predetermined direction by applying a voltage having a period and amplitude. However, since the characteristics of each piezoelectric actuator are usually different (that is, there are variations), even if a voltage having a predetermined period and amplitude is applied to each piezoelectric actuator, an accurate circular scan is not obtained, and a distorted circle is not obtained. Scanning is a shape (for example, an ellipse). For this reason, conventionally, it has been necessary to perform some kind of calibration, such as adjusting the voltage applied to the piezoelectric actuator while monitoring the light irradiated in a spiral shape.

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ファイバの走査位置を検出し、正確な渦巻状走査となるように走査位置を自動で補正することが可能な光走査型内視鏡システムを提供することである。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to detect the scanning position of the fiber and to automatically correct the scanning position so as to obtain an accurate spiral scan. An optical scanning endoscope system is provided.

上記の目的を達成するため、本発明の光走査型内視鏡システムは、入射端に入射する光を出射端まで導光し該出射端から出射する光ファイバと、光ファイバの出射端近辺であって光ファイバの入射端寄りの位置に設けられ、光ファイバの側面を光ファイバの長手方向に直交し、かつ、互いに直交する第1及び第2の方向から押圧することにより光ファイバを屈曲させ、光ファイバの出射端を渦巻状に回転走査させる光ファイバ走査手段と、光ファイバの屈曲量及び屈曲方向を制御する制御手段と、光ファイバ走査手段よりも光ファイバの出射端側に配置され光ファイバの出射端の回転軌跡を検出する検出手段とを備え、制御手段は、光ファイバの出射端の回転軌跡が略円形となるように、検出手段によって検出された光ファイバの出射端の回転軌跡に基づいて光ファイバの屈曲量及び屈曲方向を制御することを特徴とする。   In order to achieve the above object, an optical scanning endoscope system according to the present invention guides light incident on an incident end to an output end and emits the light from the output end, and in the vicinity of the output end of the optical fiber. The optical fiber is bent by pressing the side face of the optical fiber from the first and second directions orthogonal to the longitudinal direction of the optical fiber and orthogonal to each other. An optical fiber scanning means for rotating and scanning the emission end of the optical fiber in a spiral shape, a control means for controlling the bending amount and the bending direction of the optical fiber, and an optical fiber arranged on the emission end side of the optical fiber relative to the optical fiber scanning means. Detecting means for detecting the rotation trajectory of the output end of the fiber, and the control means rotates the output end of the optical fiber detected by the detection means so that the rotation trajectory of the output end of the optical fiber is substantially circular. And controlling the bending amount and bending direction of the optical fiber on the basis of the trajectory.

このような構成により、光ファイバの出射端の回転軌跡が略円形となるように、走査位置が自動で補正されるため、ユーザは、従来のような煩わしい校正を行うことなく光走査型内視鏡システムを使用することが可能となる。   With such a configuration, since the scanning position is automatically corrected so that the rotation trajectory of the output end of the optical fiber becomes a substantially circular shape, the user can perform the optical scanning type endoscope without performing troublesome calibration as in the prior art. A mirror system can be used.

また、検出手段は、光ファイバの出射端近辺に設けられ、光ファイバが貫通する環状のマグネットと、光ファイバの回転中心軸から一定距離だけ離れた円周上に等間隔に配置される少なくとも3つ以上の磁気センサとを備えた構成とすることができる。この場合、磁気センサは、4つであり、第1及び第2の方向に沿って2つずつ配置されるのが好ましい。このような構成によれば、光ファイバの出射端の回転軌跡を正確に検出することが可能となる。   The detecting means is provided in the vicinity of the output end of the optical fiber, and is arranged at regular intervals on an annular magnet through which the optical fiber penetrates and on a circumference separated by a fixed distance from the rotation center axis of the optical fiber. It can be set as the structure provided with two or more magnetic sensors. In this case, the number of magnetic sensors is four, and it is preferable that two magnetic sensors are arranged along the first and second directions. According to such a configuration, it is possible to accurately detect the rotation locus of the emission end of the optical fiber.

また、第1の方向に沿って配置される磁気センサが検出する磁束の向きと、第2の方向に沿って配置される磁気センサが検出する磁束の向きが180°異なる構成としてもよい。このような構成によれば、光ファイバの出射端の回転軌跡を容易かつ正確に検出することが可能となる。   The direction of the magnetic flux detected by the magnetic sensor arranged along the first direction may be different from the direction of the magnetic flux detected by the magnetic sensor arranged along the second direction by 180 °. According to such a configuration, it is possible to easily and accurately detect the rotation locus of the exit end of the optical fiber.

また、光ファイバ走査手段は、第1及び第2の方向に沿って2つずつ配置された圧電アクチュエータを備え、制御手段は、各圧電アクチュエータに印加する電圧の振幅及び位相を制御することにより光ファイバの屈曲量及び屈曲方向を制御する構成とすることができる。このような構成によれば、各圧電アクチュエータに印加する電圧の振幅及び位相を制御することで、光ファイバの出射端の回転軌跡が略円形となるように容易に補正することができる。   Further, the optical fiber scanning means includes two piezoelectric actuators arranged along the first and second directions, and the control means controls the amplitude and phase of the voltage applied to each piezoelectric actuator to control the light. A configuration in which the bending amount and the bending direction of the fiber can be controlled. According to such a configuration, by controlling the amplitude and phase of the voltage applied to each piezoelectric actuator, it is possible to easily correct the rotation locus of the emission end of the optical fiber so as to be substantially circular.

また、光ファイバの出射端を光ファイバの長手方向に移動させる光ファイバ移動手段を備え、検出手段は、光ファイバの長手方向の移動量を検出し、制御手段は、検出手段によって検出される移動量をモニタしながら光ファイバ移動手段を制御して光ファイバの出射端を光ファイバの長手方向に移動させるように構成してもよい。このような構成によれば、光ファイバの長手方向の移動量を検出するために別途センサ等を設ける必要がなくなるため装置全体をコンパクトに構成することが可能となる。   In addition, an optical fiber moving means for moving the output end of the optical fiber in the longitudinal direction of the optical fiber is provided, the detecting means detects the moving amount of the optical fiber in the longitudinal direction, and the control means is a movement detected by the detecting means. The optical fiber moving means may be controlled while monitoring the amount to move the emission end of the optical fiber in the longitudinal direction of the optical fiber. According to such a configuration, it is not necessary to provide a separate sensor or the like in order to detect the amount of movement of the optical fiber in the longitudinal direction, so that the entire apparatus can be configured compactly.

また、光ファイバの出射端から出射される光を集光する光学系と、光学系によって集光される光の集光点と共役の位置に配置された共焦点ピンホールと、光ファイバの出射端から出射された光の反射光を、共焦点ピンホールを介して受光して画像信号を検出する画像信号検出手段と、検出された画像信号を用いて共焦点画像を生成する画像生成手段とを備える構成とすることもできる。   In addition, an optical system that collects light emitted from the exit end of the optical fiber, a confocal pinhole disposed at a position conjugate with a condensing point of the light collected by the optical system, and the output of the optical fiber Image signal detecting means for receiving reflected light of light emitted from the end through a confocal pinhole and detecting an image signal; and image generating means for generating a confocal image using the detected image signal; It can also be set as the structure provided with.

本発明によれば、ファイバの走査位置を検出し、正確な渦巻状走査となるように走査位置を自動で補正することが可能な光走査型内視鏡システムが提供される。   According to the present invention, an optical scanning endoscope system capable of detecting a scanning position of a fiber and automatically correcting the scanning position so as to obtain an accurate spiral scan is provided.

本発明の実施形態の光走査型内視鏡システムの構成を示すブロック図である。1 is a block diagram illustrating a configuration of an optical scanning endoscope system according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態の光走査型内視鏡システムが有する共焦点光学ユニットの構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematically the structure of the confocal optical unit which the optical scanning endoscope system of embodiment of this invention has. 本発明の実施形態の光走査型内視鏡システムが有する2軸アクチュエータの構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematically the structure of the biaxial actuator which the optical scanning endoscope system of embodiment of this invention has. XY近似面上における光ファイバの先端の回転軌跡を示す図である。It is a figure which shows the rotation locus | trajectory of the front-end | tip of an optical fiber on an XY approximate surface. XY近似面上における光ファイバの先端のX(又はY)方向の変位量と、サンプリング期間及び制動期間との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the displacement amount of the front-end | tip of an optical fiber on a XY approximate surface in a X (or Y) direction, and a sampling period and a braking period. 本発明の実施形態の光走査型内視鏡システムが有するファイバ位置検出センサの構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the structure of the fiber position detection sensor which the optical scanning endoscope system of embodiment of this invention has. 磁気センサとマグネットとの関係を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the relationship between a magnetic sensor and a magnet. 光ファイバの先端が渦巻状のパターンを描くように回転するときの磁気センサの出力電圧を示す図である。It is a figure which shows the output voltage of a magnetic sensor when the front-end | tip of an optical fiber rotates so that a spiral pattern may be drawn. 光ファイバの先端がZ方向に進退したときのマグネットとファイバ位置検出センサとの位置関係を示す図である。It is a figure which shows the positional relationship of a magnet and a fiber position detection sensor when the front-end | tip of an optical fiber advances / retreats to a Z direction. 光ファイバの先端が渦巻状のパターンを描くように回転しながらZ方向に移動するときの磁気センサの出力電圧を示す図である。It is a figure which shows the output voltage of a magnetic sensor when the front-end | tip of an optical fiber moves to a Z direction, rotating so that a spiral pattern may be drawn. 本発明の実施形態の光走査型内視鏡システムにおいて実行される軌道補正処理のフローチャートである。It is a flowchart of the trajectory correction process performed in the optical scanning endoscope system of the embodiment of the present invention.

以下、図面を参照して、本発明の実施形態の光走査型内視鏡システムについて説明する。   Hereinafter, an optical scanning endoscope system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の実施形態の光走査型内視鏡システム1の構成を示すブロック図である。本実施形態の光走査型内視鏡システム1は、共焦点顕微鏡の原理を応用して設計されたシステムであり、高倍率かつ高解像度の被写体を観察するのに好適に構成されている。図1に示されるように、光走査型内視鏡システム1は、システム本体100、共焦点プローブ200、モニタ300を有している。光走査型内視鏡システム1を用いた共焦点観察は、可撓性を有する管状の共焦点プローブ200の先端面を被写体に当て付けた状態で行う。   FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an optical scanning endoscope system 1 according to an embodiment of the present invention. The optical scanning endoscope system 1 of the present embodiment is a system designed by applying the principle of a confocal microscope, and is preferably configured to observe a subject with high magnification and high resolution. As shown in FIG. 1, the optical scanning endoscope system 1 includes a system main body 100, a confocal probe 200, and a monitor 300. Confocal observation using the optical scanning endoscope system 1 is performed in a state where the distal end surface of the flexible tubular confocal probe 200 is applied to the subject.

システム本体100は、光源102、光分波合波器(フォトカプラ)104、ダンパ106、CPU108、CPUメモリ110、光ファイバ112、受光器114、映像信号処理回路116、画像メモリ118、映像信号出力回路120を有している。共焦点プローブ200は、光ファイバ202、共焦点光学ユニット220、サブCPU206、サブメモリ208、走査ドライバ210を有している。   The system main body 100 includes a light source 102, an optical demultiplexer / multiplexer (photocoupler) 104, a damper 106, a CPU 108, a CPU memory 110, an optical fiber 112, a light receiver 114, a video signal processing circuit 116, an image memory 118, and a video signal output. A circuit 120 is included. The confocal probe 200 includes an optical fiber 202, a confocal optical unit 220, a sub CPU 206, a sub memory 208, and a scanning driver 210.

光源102は、CPU108の駆動制御に従い、患者の体腔内に投与された薬剤を励起する励起光を出射する。励起光は、光分波合波器104に入射する。光分波合波器104のポートの1つには、光コネクタ152が結合している。光分波合波器104の不要ポートには、光源102から出射された励起光を無反射終端するダンパ106が結合している。前者のポートに入射した励起光は、光コネクタ152を通過して共焦点プローブ200内に配置された光学系に入射する。   The light source 102 emits excitation light that excites the drug administered into the body cavity of the patient in accordance with the drive control of the CPU 108. The excitation light enters the optical demultiplexer / multiplexer 104. An optical connector 152 is coupled to one of the ports of the optical demultiplexer / multiplexer 104. The unnecessary port of the optical demultiplexer-multiplexer 104 is coupled to a damper 106 that terminates the excitation light emitted from the light source 102 without reflection. The excitation light incident on the former port passes through the optical connector 152 and enters the optical system arranged in the confocal probe 200.

光ファイバ202の基端は、光コネクタ152を通じて光分波合波器104と光学的に結合している。光ファイバ202の先端は、共焦点プローブ200の先端部に組み込まれた共焦点光学ユニット220内に収められている。光分波合波器104から出射された励起光は、光コネクタ152を通過して光ファイバ202の基端に入射後、光ファイバ202を伝送して光ファイバ202の先端から出射される。   The proximal end of the optical fiber 202 is optically coupled to the optical demultiplexer / multiplexer 104 through the optical connector 152. The tip of the optical fiber 202 is housed in a confocal optical unit 220 incorporated in the tip of the confocal probe 200. The excitation light emitted from the optical demultiplexer / multiplexer 104 passes through the optical connector 152 and enters the proximal end of the optical fiber 202, then transmits through the optical fiber 202 and is emitted from the distal end of the optical fiber 202.

図2は、共焦点光学ユニット220の構成を概略的に示す図である。以下、共焦点光学ユニット220を説明する便宜上、共焦点光学ユニット220の長手方向をZ方向と定義し、Z方向に直交しかつ互いに直交する2方向をX方向、Y方向と定義する。図2に示されるように、共焦点光学ユニット220は、各種構成部品を収容する金属製の外筒221を有している。外筒221は、外筒221の内壁面形状に対応する外壁面形状を持つ円筒状のマウント222を同軸(Z方向)にスライド自在に保持している。光ファイバ202の先端(以下、符号「202a」を付す。)は、外筒221及びマウント222の各基端面に形成された開口に挿通され、マウント222に固定、支持される。光ファイバ202の先端202aは、光走査型内視鏡システム1の二次的な点光源として機能し、点光源である先端202aの位置は、CPU108による制御に基づいて周期的に変化する。   FIG. 2 is a diagram schematically showing the configuration of the confocal optical unit 220. Hereinafter, for convenience of describing the confocal optical unit 220, the longitudinal direction of the confocal optical unit 220 is defined as the Z direction, and two directions orthogonal to the Z direction and orthogonal to each other are defined as the X direction and the Y direction. As shown in FIG. 2, the confocal optical unit 220 has a metal outer cylinder 221 that accommodates various components. The outer cylinder 221 holds a cylindrical mount 222 having an outer wall surface shape corresponding to the inner wall surface shape of the outer cylinder 221 so as to be slidable coaxially (Z direction). The distal end of the optical fiber 202 (hereinafter referred to as “202a”) is inserted through openings formed in the base end surfaces of the outer cylinder 221 and the mount 222, and is fixed and supported by the mount 222. The tip 202 a of the optical fiber 202 functions as a secondary point light source of the optical scanning endoscope system 1, and the position of the tip 202 a that is a point light source periodically changes based on control by the CPU 108.

サブメモリ208(図1)は、共焦点プローブ200の識別情報や各種プロパティ等のプローブ情報を格納している。サブCPU206は、システム起動時にサブメモリ208からプローブ情報を読み出して、システム本体100と共焦点プローブ200とを電気的に接続する電気コネクタ154を介してCPU108に送信する。CPU108は、送信されたプローブ情報をCPUメモリ110に格納する。CPU108は、格納したプローブ情報を必要時に読み出して共焦点プローブ200の制御に必要な信号を生成して、サブCPU206に送信する。サブCPU206は、CPU108から送信された制御信号に従って走査ドライバ210に必要な設定値を指定する。   The sub memory 208 (FIG. 1) stores probe information such as identification information and various properties of the confocal probe 200. The sub CPU 206 reads probe information from the sub memory 208 when the system is activated, and transmits the probe information to the CPU 108 via the electrical connector 154 that electrically connects the system main body 100 and the confocal probe 200. The CPU 108 stores the transmitted probe information in the CPU memory 110. The CPU 108 reads the stored probe information when necessary, generates a signal necessary for controlling the confocal probe 200, and transmits the signal to the sub CPU 206. The sub CPU 206 designates a setting value necessary for the scan driver 210 in accordance with the control signal transmitted from the CPU 108.

走査ドライバ210は、指定された設定値に応じたドライブ信号を生成して、先端202a付近の光ファイバ202の外周面に接着固定された筒状の2軸アクチュエータ223を駆動制御する。図3は、2軸アクチュエータ223の構成を概略的に示す図である。図3に示されるように、2軸アクチュエータ223は、走査ドライバ210と接続された一対のX軸用電極(図中「223X」、「223X´」)及びY軸用電極(図中「223Y」、「223Y´」)を圧電体上に形成した圧電アクチュエータであり、各電極がそれぞれ独立した4つのアクチュエータを構成している。   The scanning driver 210 generates a drive signal according to the designated set value, and drives and controls the cylindrical biaxial actuator 223 that is bonded and fixed to the outer peripheral surface of the optical fiber 202 near the tip 202a. FIG. 3 is a diagram schematically showing the configuration of the biaxial actuator 223. As shown in FIG. 3, the biaxial actuator 223 includes a pair of X-axis electrodes (“223X” and “223X ′” in the figure) and Y-axis electrodes (“223Y” in the figure) connected to the scanning driver 210. , “223Y ′”) on a piezoelectric body, and each electrode constitutes four independent actuators.

走査ドライバ210は、交流電圧Xを2軸アクチュエータ223のX軸用電極223Xに印加し、交流電圧Xと同一周波数で且つ略同一の振幅であって、位相が180°異なる交流電圧X´をX軸用電極223X´に印加して圧電体をX方向に共振させる。また、走査ドライバ210は、交流電圧Xと同一周波数で且つ略同一の振幅であって、位相が90°異なる交流電圧YをY軸用電極223Yに印加し、交流電圧Yと同一周波数で且つ略同一の振幅であって、位相が180°異なる交流電圧Y´をY軸用電極223Y´に印加して圧電体をY方向に共振させる。交流電圧X、X´、Y、Y´はそれぞれ、振幅が時間に比例して線形に増加して、時間(X)、(X´)、(Y)、(Y´)かけて実効値(X)、(X´)、(Y)、(Y´)に達する電圧として定義される。このように、圧電体がX方向に及びY方向に共振する結果、光ファイバ202の先端202aは、2軸アクチュエータ223によるX方向、Y方向への運動エネルギーが合成されて、X−Y平面に近似する面(以下、「XY近似面」と記す。)上において中心軸AXを中心に渦巻状のパターンを描くように回転する。先端202aの回転軌跡は、印加電圧に比例して大きくなり、実効値(X)、(X´)、(Y)、(Y´)の交流電圧が印加された時点で最も大きい径を有する円の軌跡を描く。図4に、XY近似面上の先端202aの回転軌跡を示す。   The scan driver 210 applies an AC voltage X to the X-axis electrode 223X of the 2-axis actuator 223, and generates an AC voltage X ′ having the same frequency and the same amplitude as the AC voltage X and having a phase different by 180 ° as X The piezoelectric body is resonated in the X direction by being applied to the shaft electrode 223X ′. The scan driver 210 applies an AC voltage Y having the same frequency and substantially the same amplitude as the AC voltage X and having a phase difference of 90 ° to the Y-axis electrode 223Y, and has the same frequency as the AC voltage Y and substantially the same. An AC voltage Y ′ having the same amplitude and a phase difference of 180 ° is applied to the Y-axis electrode 223Y ′ to resonate the piezoelectric body in the Y direction. The AC voltages X, X ′, Y, and Y ′ each have an amplitude that increases linearly in proportion to time, and are effective values over time (X), (X ′), (Y), and (Y ′). X), (X ′), (Y), defined as the voltage reaching (Y ′). As described above, as a result of the piezoelectric body resonating in the X direction and the Y direction, the tip 202a of the optical fiber 202 is combined with the kinetic energy in the X direction and the Y direction by the biaxial actuator 223, and is combined with the XY plane. On the surface to be approximated (hereinafter referred to as “XY approximate surface”), it rotates so as to draw a spiral pattern around the central axis AX. The rotation trajectory of the tip 202a increases in proportion to the applied voltage, and has the largest diameter when an AC voltage having an effective value (X), (X ′), (Y), or (Y ′) is applied. Draw a trajectory. FIG. 4 shows the rotation locus of the tip 202a on the XY approximate plane.

励起光は連続光であり、2軸アクチュエータ223への交流電圧X、X´、Y、Y´の印加開始直後から印加停止までの期間中、光ファイバ202の先端202aから出射される。以下、説明の便宜上、この期間を「サンプリング期間」と記す。サンプリング期間が経過して2軸アクチュエータ223への交流電圧X、X´、Y、Y´の印加が停止すると、光ファイバ202の振動が減衰する。XY近似面上における先端202aの円運動は、光ファイバ202の振動の減衰に伴って収束し、所定時間後に中心軸AX上で停止する。以下、説明の便宜上、サンプリング期間が終了してから先端202aが中心軸AX上に停止するまでの期間(より正確には、中心軸AX上での停止を保証するため、停止までに要する計算上の時間より僅かに長い期間)を「制動期間」と記す。1フレームに対応する期間は、1つのサンプリング期間と1つの制動期間で構成される。制動期間を短縮するため、制動期間の初期段階に2軸アクチュエータ223に逆相電圧を印加して制動トルクを積極的に加えてもよい。図5に、XY近似面上における先端202aのX(又はY)方向の変位量(振幅)と、サンプリング期間及び制動期間との関係を示す。   The excitation light is continuous light and is emitted from the tip 202a of the optical fiber 202 during a period from the start of application of the AC voltages X, X ′, Y, Y ′ to the biaxial actuator 223 until the stop of application. Hereinafter, for convenience of explanation, this period is referred to as a “sampling period”. When the application of the AC voltages X, X ′, Y, and Y ′ to the biaxial actuator 223 is stopped after the sampling period has elapsed, the vibration of the optical fiber 202 is attenuated. The circular motion of the tip 202a on the XY approximate plane converges as the vibration of the optical fiber 202 is attenuated, and stops on the central axis AX after a predetermined time. Hereinafter, for convenience of explanation, a period from the end of the sampling period until the tip 202a stops on the central axis AX (more precisely, in order to guarantee the stop on the central axis AX, calculation required to stop) The period of time slightly longer than the above time) is referred to as a “braking period”. The period corresponding to one frame is composed of one sampling period and one braking period. In order to shorten the braking period, a reverse phase voltage may be applied to the biaxial actuator 223 in the initial stage of the braking period to positively apply a braking torque. FIG. 5 shows the relationship between the amount of displacement (amplitude) of the tip 202a in the X (or Y) direction on the XY approximate plane, the sampling period, and the braking period.

光ファイバ202の先端202aの前方には、対物光学系224(図2)が設置されている。対物光学系224は、複数枚の光学レンズで構成されており、図示省略されたレンズ枠を介して外筒221に保持されている。レンズ枠は、外筒221の内部において、マウント222と相対的に固定され支持されている。そのため、レンズ枠に保持された光学レンズ群は、外筒221の内部をマウント222と一体となってZ方向にスライドする。   An objective optical system 224 (FIG. 2) is installed in front of the tip 202a of the optical fiber 202. The objective optical system 224 is composed of a plurality of optical lenses, and is held by the outer cylinder 221 via a lens frame (not shown). The lens frame is fixed and supported relative to the mount 222 inside the outer cylinder 221. Therefore, the optical lens group held by the lens frame slides in the Z direction inside the outer cylinder 221 together with the mount 222.

外筒221の基端面には、Z方向に延びる回転軸226aを備えたモータ226が取り付けられている。回転軸226aの表面にはネジが切られており、回転軸の先端は、マウント222に設けられたネジ穴に挿通されている。また、マウント222の基端面と外筒221の内壁面との間には、圧縮コイルばね225が取り付けられている。圧縮コイルばね225は、自然長からZ方向に初期的に圧縮狭持されており、モータ226に対してプリロードを与えている。走査ドライバ210は、サブCPU206が指定した設定値に応じたドライブ信号を生成して、モータ266を制御する。モータ226は、入力されるドライブ信号に応じてマウント222を光ファイバ202ごとZ方向に進退させる。   A motor 226 having a rotating shaft 226 a extending in the Z direction is attached to the base end surface of the outer cylinder 221. A screw is cut on the surface of the rotating shaft 226 a, and the tip of the rotating shaft is inserted into a screw hole provided in the mount 222. A compression coil spring 225 is attached between the base end surface of the mount 222 and the inner wall surface of the outer cylinder 221. The compression coil spring 225 is initially compressed and sandwiched in the Z direction from the natural length, and preloads the motor 226. The scan driver 210 generates a drive signal corresponding to the set value designated by the sub CPU 206 and controls the motor 266. The motor 226 moves the mount 222 forward and backward in the Z direction together with the optical fiber 202 according to the input drive signal.

光ファイバ202の先端202aから出射した励起光は、対物光学系224を透過して被写体の表面又は表層でスポットを形成する。スポット形成位置は、点光源である先端202aの進退に応じてZ軸方向に変位する。すなわち、共焦点光学ユニット220は、2軸アクチュエータ223による先端202aのXY近似面上の周期的な円運動とZ方向の進退を併せることで、被写体を三次元走査する。   The excitation light emitted from the tip 202a of the optical fiber 202 passes through the objective optical system 224 and forms a spot on the surface or surface layer of the subject. The spot formation position is displaced in the Z-axis direction in accordance with the advance / retreat of the tip 202a that is a point light source. That is, the confocal optical unit 220 three-dimensionally scans the subject by combining the periodic circular motion of the tip 202a on the XY approximate plane by the biaxial actuator 223 and the advance and retreat in the Z direction.

光ファイバ202の先端202aは、対物光学系224の前側焦点位置に配置されているため、共焦点ピンホールとして機能する。従って、先端202aには、励起光により励起された被写体の散乱成分(蛍光)のうち先端202aと光学的に共役な集光点からの蛍光のみが入射する。蛍光は、光ファイバ202によって伝搬され、光コネクタ152を通過して光分波合波器104に入射する。光分波合波器104は、入射した蛍光を光源102から出射される励起光と分離して光ファイバ112に導く。蛍光は、光ファイバ112を伝搬して受光器114で検出される。受光器114には、微弱な光を低ノイズで検出するため、例えば光電子増倍管等の高感度光検出器が用いられる。   Since the tip 202a of the optical fiber 202 is disposed at the front focal position of the objective optical system 224, it functions as a confocal pinhole. Therefore, only the fluorescence from the condensing point optically conjugate with the tip 202a is incident on the tip 202a among the scattering components (fluorescence) of the subject excited by the excitation light. The fluorescence propagates through the optical fiber 202, passes through the optical connector 152, and enters the optical demultiplexer / multiplexer 104. The optical demultiplexer / multiplexer 104 separates the incident fluorescence from the excitation light emitted from the light source 102 and guides it to the optical fiber 112. The fluorescence propagates through the optical fiber 112 and is detected by the light receiver 114. For the light receiver 114, in order to detect weak light with low noise, for example, a highly sensitive photodetector such as a photomultiplier tube is used.

受光器114によって検出された検出信号は、映像信号処理回路116に入力する。映像信号処理回路116は、CPU108の制御下で動作して、検出信号を一定のレートでサンプルホールド及びAD変換してデジタル検出信号を得る。ここで、サンプリング期間中の光ファイバ202の先端202aの位置(軌跡)が決まると、当該位置に対応する観察領域(走査領域)中のスポット形成位置、当該スポット形成位置からの戻り光を検出してデジタル検出信号を得る信号取得タイミングがほぼ一義的に決まる。後述するように、本実施形態においては、予め、光ファイバ202の先端202aの回転軌跡を検出し、回転軌跡に歪がある場合には自動で補正を行っている。従って、サンプリング期間中の光ファイバ202の先端202aの位置(軌跡)が安定的に求まるため、光ファイバ202の先端202aの位置から求まる所定のタイミングでデジタル検出信号を取得している。CPUメモリ110には、決定されたデジタル検出信号の信号取得タイミングと画素位置(画素アドレス)とを関連付けたリマップテーブルが格納されている。   The detection signal detected by the light receiver 114 is input to the video signal processing circuit 116. The video signal processing circuit 116 operates under the control of the CPU 108 to obtain a digital detection signal by sample-holding and AD converting the detection signal at a constant rate. Here, when the position (trajectory) of the tip 202a of the optical fiber 202 during the sampling period is determined, the spot forming position in the observation region (scanning region) corresponding to the position and the return light from the spot forming position are detected. Thus, the signal acquisition timing for obtaining the digital detection signal is almost uniquely determined. As will be described later, in the present embodiment, the rotation locus of the tip 202a of the optical fiber 202 is detected in advance, and if the rotation locus is distorted, correction is automatically performed. Accordingly, since the position (trajectory) of the tip 202a of the optical fiber 202 during the sampling period can be stably obtained, the digital detection signal is obtained at a predetermined timing obtained from the position of the tip 202a of the optical fiber 202. The CPU memory 110 stores a remap table that associates the signal acquisition timing of the determined digital detection signal with the pixel position (pixel address).

映像信号処理回路116は、リマップテーブルを参照して、各デジタル検出信号により表現される点像の画素アドレスへの割り当てを信号取得タイミングに応じて行う。以下、説明の便宜上、上記の割り当て作業をリマッピングと記す。映像信号処理回路116は、リマッピング結果に従って、各点像の空間的配列によって構成される画像の信号を画像メモリ118にフレーム単位でバッファリングする。バッファリングされた信号は、映像信号処理回路116によって所定のタイミングで画像メモリ118から読み出され、映像信号出力回路120に掃き出される。そして、映像信号出力回路120によって、NTSC(National Television System Committee)やPAL(Phase Alternating Line)等の所定の規格に準拠した映像信号に変換されてモニタ300に出力される。モニタ300の表示画面には、高倍率かつ高解像度の被写体の三次元共焦点画像が表示される。   The video signal processing circuit 116 refers to the remapping table and assigns the point image represented by each digital detection signal to the pixel address according to the signal acquisition timing. Hereinafter, for convenience of explanation, the above assignment work is referred to as remapping. The video signal processing circuit 116 buffers an image signal constituted by a spatial arrangement of each point image in the image memory 118 according to the remapping result in a frame unit. The buffered signal is read from the image memory 118 by the video signal processing circuit 116 at a predetermined timing and is swept out to the video signal output circuit 120. The video signal output circuit 120 converts the video signal into a video signal conforming to a predetermined standard such as NTSC (National Television System Committee) or PAL (Phase Alternating Line) and outputs the video signal to the monitor 300. On the display screen of the monitor 300, a three-dimensional confocal image of a subject with high magnification and high resolution is displayed.

上述したように、本実施形態においては、2軸アクチュエータ223を構成するX軸用電極223X、223X´及びY軸用電極223Y、223Y´に交流電圧X、X´、Y、Y´をそれぞれ印加し、2軸アクチュエータ223をX方向及びY方向に共振(すなわち、屈曲)させることで、光ファイバ202の先端202aを渦巻状のパターンを描くように回転させている。ここで、2軸アクチュエータ223のX方向及びY方向における変位量(振幅)は、基本的に各電極に印加する電圧に依存するところ、各アクチュエータを構成するセラミックの結晶構造のバラツキ、分極時の温度設定のバラツキ、分極時の印加電圧のバラツキ等に因り、各アクチュエータの特性にバラツキが生じる。このため、各電極に同一の電圧を印加しても必ずしも同じ量だけ変位するとは限らず、各アクチュエータの特性が異なる場合、光ファイバ202の先端202aは理想的な円形の渦巻状のパターンとはならない。そこで、本実施形態においては、後述するように、予め、光ファイバ202の先端202aの回転軌跡を検出し、回転軌跡に歪がある場合には自動で補正を行うように構成されている。   As described above, in this embodiment, AC voltages X, X ′, Y, and Y ′ are applied to the X-axis electrodes 223X and 223X ′ and the Y-axis electrodes 223Y and 223Y ′ that constitute the biaxial actuator 223, respectively. Then, the tip 202a of the optical fiber 202 is rotated so as to draw a spiral pattern by resonating (that is, bending) the biaxial actuator 223 in the X direction and the Y direction. Here, the displacement amount (amplitude) of the biaxial actuator 223 in the X direction and the Y direction basically depends on the voltage applied to each electrode. Variations in the characteristics of the actuators occur due to variations in temperature settings, variations in applied voltage during polarization, and the like. For this reason, even if the same voltage is applied to each electrode, it is not always displaced by the same amount. If the characteristics of each actuator are different, the tip 202a of the optical fiber 202 is an ideal circular spiral pattern. Don't be. Therefore, in the present embodiment, as will be described later, the rotation locus of the tip 202a of the optical fiber 202 is detected in advance, and if the rotation locus is distorted, it is automatically corrected.

図6は、ファイバ位置検出センサ227の構成を概略的に示す図であり、図2における外筒221の先端側から外筒221の基端側(すなわち、図2の左側から右側)を見たときの正面図である。但し、説明の便宜のため、図6においては、対物光学系224を省略して示している。   FIG. 6 is a diagram schematically showing the configuration of the fiber position detection sensor 227, and the base end side of the outer cylinder 221 (that is, the left side to the right side in FIG. 2) is viewed from the distal end side of the outer cylinder 221 in FIG. It is a front view at the time. However, for convenience of explanation, the objective optical system 224 is omitted in FIG.

図2及び図6に示すように、光ファイバ202の先端202a近傍であって、2軸アクチュエータ223よりも光ファイバ202の先端202a側に、環状のマグネット228が取り付けられている。また、マグネット228を取り囲むように、環状のファイバ位置検出センサ227が外筒221の内壁面に沿って取り付けられている。ファイバ位置検出センサ227は、マグネット228と対向する面(内面)に4つの磁気センサ227a、227b、227c、227dを備えている。磁気センサ227aはX軸用電極223Xに対向し、磁気センサ227bはX軸用電極223X´に対向し、磁気センサ227cはY軸用電極223Yに対向し、磁気センサ227dはY軸用電極223Y´に対向するように、光ファイバ202の中心軸AXを中心とする円周上に一定の間隔をおいて配置されている。磁気センサ227a、227b、227c、227dは、例えば、ホール素子で構成され、X方向に沿って配置される磁気センサ227a及び227cで検出される磁界の向きと、Y方向に沿って配置される磁気センサ227b及び227dで検出される磁界の向きとが逆向きになるように(すなわち、磁気センサの向きを180°反転して)配置されている。各磁気センサで検出された磁界は電圧に変換されて走査ドライバ210、サブCPU206及び電気コネクタ154を経由してCPU108に送られる。   As shown in FIGS. 2 and 6, an annular magnet 228 is attached near the tip 202 a of the optical fiber 202 and closer to the tip 202 a of the optical fiber 202 than the biaxial actuator 223. An annular fiber position detection sensor 227 is attached along the inner wall surface of the outer cylinder 221 so as to surround the magnet 228. The fiber position detection sensor 227 includes four magnetic sensors 227a, 227b, 227c, and 227d on the surface (inner surface) facing the magnet 228. The magnetic sensor 227a faces the X-axis electrode 223X, the magnetic sensor 227b faces the X-axis electrode 223X ′, the magnetic sensor 227c faces the Y-axis electrode 223Y, and the magnetic sensor 227d is the Y-axis electrode 223Y ′. Are arranged on the circumference centered on the central axis AX of the optical fiber 202 at a predetermined interval. The magnetic sensors 227a, 227b, 227c, and 227d are configured by, for example, Hall elements, and the magnetic directions detected by the magnetic sensors 227a and 227c arranged along the X direction and the magnetism arranged along the Y direction. It is arranged so that the direction of the magnetic field detected by the sensors 227b and 227d is opposite (that is, the direction of the magnetic sensor is reversed by 180 °). The magnetic field detected by each magnetic sensor is converted into a voltage and sent to the CPU 108 via the scanning driver 210, the sub CPU 206 and the electrical connector 154.

上述したように、光ファイバ202の先端202aが渦巻状のパターンを描くように回転すると、光ファイバ202の先端202a近傍に配置されたマグネット228と、磁気センサ227a、227b、227c、227dとの相対的な位置関係が変化する。図7は、磁気センサ227a(227b、227c又は227d)とマグネット228との関係を模式的に示す図である。図7(a)は、光ファイバ202の先端202aが中心軸AX上で停止しているときのマグネット228と磁気センサ227aとの関係を示す図である。図7(b)は、光ファイバ202の先端202aが渦巻状に回転しているときのマグネット228と磁気センサ227aとの関係を示す図である。図7(a)に示すように、本実施形態においては、光ファイバ202の先端202aが中心軸AX上で停止している場合、マグネット228と磁気センサ227aとの間の距離が十分に大きく、マグネット228の磁束(磁界)が磁気センサ227aによって検出されないように構成されている。一方、図7(b)に示すように、光ファイバ202の先端202aが回転するときには、マグネット228が磁気センサ227aに接近するため、マグネット228と磁気センサ227aとの間の距離に応じた磁束が磁気センサ227aによって検出されるように構成されている。   As described above, when the tip 202a of the optical fiber 202 rotates so as to draw a spiral pattern, the magnet 228 disposed in the vicinity of the tip 202a of the optical fiber 202 and the magnetic sensors 227a, 227b, 227c, 227d are relative to each other. The positional relationship changes. FIG. 7 is a diagram schematically illustrating the relationship between the magnetic sensor 227a (227b, 227c, or 227d) and the magnet 228. FIG. 7A is a diagram showing the relationship between the magnet 228 and the magnetic sensor 227a when the tip 202a of the optical fiber 202 is stopped on the central axis AX. FIG. 7B is a diagram showing the relationship between the magnet 228 and the magnetic sensor 227a when the tip 202a of the optical fiber 202 is rotating in a spiral shape. As shown in FIG. 7A, in the present embodiment, when the tip 202a of the optical fiber 202 is stopped on the central axis AX, the distance between the magnet 228 and the magnetic sensor 227a is sufficiently large, The magnetic flux (magnetic field) of the magnet 228 is configured not to be detected by the magnetic sensor 227a. On the other hand, as shown in FIG. 7B, when the tip 202a of the optical fiber 202 rotates, the magnet 228 approaches the magnetic sensor 227a, so that a magnetic flux corresponding to the distance between the magnet 228 and the magnetic sensor 227a is generated. It is configured to be detected by the magnetic sensor 227a.

図8は、光ファイバ202の先端202aが渦巻状のパターンを描くように回転するときの磁気センサ227a、227b、227c、227dの出力電圧を説明する図である。図8(a)は、光ファイバ202の先端202aが正常な円軌道で渦巻状に回転するときの磁気センサ227a、227b、227c、227dの出力電圧を示す図である。図8(b)は、光ファイバ202の先端202aがX方向に延びた楕円軌道で渦巻状に回転するときの磁気センサ227a、227b、227c、227dの出力電圧を示す図である。図8(c)は、光ファイバ202の先端202aがX方向及びY方向に対して斜め方向に延びた楕円軌道で渦巻状に回転するときの磁気センサ227a、227b、227c、227dの出力電圧を示す図である。なお、図8(a)〜(c)においては、説明の便宜のため、光ファイバ202の先端202aが1回転するときの様子のみ示している。   FIG. 8 is a diagram illustrating output voltages of the magnetic sensors 227a, 227b, 227c, and 227d when the tip 202a of the optical fiber 202 rotates so as to draw a spiral pattern. FIG. 8A is a diagram illustrating output voltages of the magnetic sensors 227a, 227b, 227c, and 227d when the tip 202a of the optical fiber 202 rotates in a spiral shape with a normal circular orbit. FIG. 8B is a diagram showing output voltages of the magnetic sensors 227a, 227b, 227c, and 227d when the tip 202a of the optical fiber 202 rotates in a spiral shape on an elliptical orbit extending in the X direction. FIG. 8C shows the output voltage of the magnetic sensors 227a, 227b, 227c, and 227d when the tip 202a of the optical fiber 202 rotates in an elliptical orbit extending obliquely with respect to the X and Y directions. FIG. In FIGS. 8A to 8C, only the state when the tip 202a of the optical fiber 202 rotates once is shown for convenience of explanation.

図8(a)に示すように、光ファイバ202の先端202aが中心軸AXを中心として正常な円軌道で1回転すると、マグネット228は、磁気センサ227a、227c、227b、227dに囲まれた空間を1回転する。このとき、磁気センサ227a、227c、227b、227dが配置される円周と、光ファイバ202の先端202aが回転する円軌道とは中心軸AXを中心とする同心円となり、マグネット228は、磁気センサ227a、227c、227b、227dの順に一定の速度で接近し、離間する。従って、磁気センサ227a、227c、227b、227dからの出力電圧は、横軸を時間としたときに4つの山形の波形を組み合わせた波形となり、各山形の波形の振幅(すなわち、各磁気センサの出力電圧の振幅)及び周期(各磁気センサの出力電圧のピークからピークまでの時間)は、略一定となる。CPU108がこのような電圧を受信すると、CPU108は、光ファイバ202の先端202aが正常な円軌道で回転していると判断する。   As shown in FIG. 8A, when the distal end 202a of the optical fiber 202 rotates once in a normal circular orbit about the central axis AX, the magnet 228 is a space surrounded by the magnetic sensors 227a, 227c, 227b, and 227d. 1 turn. At this time, the circumference on which the magnetic sensors 227a, 227c, 227b, and 227d are arranged and the circular orbit around which the tip 202a of the optical fiber 202 rotates are concentric circles about the central axis AX, and the magnet 228 is the magnetic sensor 227a. 227c, 227b, and 227d are approached at a constant speed and separated from each other. Accordingly, the output voltage from the magnetic sensors 227a, 227c, 227b, and 227d is a waveform obtained by combining four chevron waveforms when the horizontal axis is time, and the amplitude of each chevron waveform (that is, the output of each magnetic sensor). The amplitude of the voltage) and the period (the time from the peak to the peak of the output voltage of each magnetic sensor) are substantially constant. When the CPU 108 receives such a voltage, the CPU 108 determines that the tip 202a of the optical fiber 202 is rotating in a normal circular orbit.

図8(b)に示すように、光ファイバ202の先端202aがX方向に延びた楕円軌道で1回転すると、マグネット228は、磁気センサ227a、227c、227b、227dに囲まれた空間を1回転する。しかし、Y方向の振幅がX方向の振幅に比較して小さいため、マグネット228が磁気センサ227a及び227bに最接近した時のマグネット228と磁気センサ227a及び227bとの間の距離と、マグネット228が磁気センサ227c及び227dに最接近した時のマグネット228と磁気センサ227c及び227dとの間の距離とは異なる。従って、磁気センサ227a、227c、227b、227dからの出力電圧は、図8(a)と同様、横軸を時間としたときに一定の周期の4つの山形の波形を組み合わせたものとなるものの、磁気センサ227c及び227dの出力電圧の振幅は、磁気センサ227a及び227bの出力電圧の振幅に比較して小さくなる。CPU108がこのような電圧を受信すると、CPU108は、後述する軌道補正処理の中で光ファイバ202の先端202aが正常な円軌道で回転していないと判断し、X方向に延びた楕円軌道を正常な円軌道に補正する。   As shown in FIG. 8B, when the tip 202a of the optical fiber 202 makes one revolution in an elliptical orbit extending in the X direction, the magnet 228 makes one revolution in the space surrounded by the magnetic sensors 227a, 227c, 227b, and 227d. To do. However, since the amplitude in the Y direction is smaller than the amplitude in the X direction, the distance between the magnet 228 and the magnetic sensors 227a and 227b when the magnet 228 is closest to the magnetic sensors 227a and 227b, and the magnet 228 The distance between the magnet 228 and the magnetic sensors 227c and 227d when closest to the magnetic sensors 227c and 227d is different. Accordingly, the output voltage from the magnetic sensors 227a, 227c, 227b, and 227d is a combination of four mountain-shaped waveforms with a constant period when the horizontal axis is time, as in FIG. The amplitude of the output voltage of the magnetic sensors 227c and 227d is smaller than the amplitude of the output voltage of the magnetic sensors 227a and 227b. When the CPU 108 receives such a voltage, the CPU 108 determines that the tip 202a of the optical fiber 202 is not rotating in a normal circular orbit during a trajectory correction process described later, and normalizes the elliptical orbit extending in the X direction. To correct circular orbit.

図8(c)に示すように、光ファイバ202の先端202aがX方向及びY方向に対して斜め方向に延びた楕円軌道で1回転すると、マグネット228は、磁気センサ227a、227c、227b、227dに囲まれた空間を1回転する。しかし、楕円軌道の長軸及び短軸がX軸及びY軸に対して傾いているため、マグネット228が各磁気センサ227a、227c、227b、227dに最接近したときのマグネット228と各磁気センサ間の距離は、図8(a)の場合(正常な円軌道で回転する場合)のそれと比較して長くなる。また、マグネット228が各磁気センサ227a、227c、227b、227dに最接近するまでの時間がそれぞれ異なることとなる。従って、磁気センサ227a、227c、227b、227dからの出力電圧は、図8(a)及び(b)と同様、横軸を時間としたときに4つの山形の波形を組み合わせたものとなるものの、磁気センサ227c及び227dの波形の振幅は、図8(a)及び(b)の場合と比較して小さくなり、また山形の波形の周期も一定とはならない。CPU108がこのような電圧を受信すると、CPU108は、後述する軌道補正処理の中で光ファイバ202の先端202aが正常な円軌道で回転していないと判断し、X方向及びY方向に対して斜め方向に延びた楕円軌道を正常な円軌道に補正する。   As shown in FIG. 8C, when the tip 202a of the optical fiber 202 makes one rotation along an elliptical orbit extending obliquely with respect to the X direction and the Y direction, the magnet 228 is moved to the magnetic sensors 227a, 227c, 227b, and 227d. The space surrounded by is rotated once. However, since the major and minor axes of the elliptical orbit are tilted with respect to the X and Y axes, the distance between the magnet 228 and each magnetic sensor when the magnet 228 is closest to each magnetic sensor 227a, 227c, 227b, 227d. The distance is longer than that in the case of FIG. 8A (when rotating in a normal circular orbit). Further, the time until the magnet 228 approaches the magnetic sensors 227a, 227c, 227b, and 227d is different. Therefore, the output voltages from the magnetic sensors 227a, 227c, 227b, and 227d are similar to FIGS. 8 (a) and 8 (b). The amplitudes of the waveforms of the magnetic sensors 227c and 227d are smaller than those in FIGS. 8A and 8B, and the period of the mountain-shaped waveform is not constant. When the CPU 108 receives such a voltage, the CPU 108 determines that the distal end 202a of the optical fiber 202 is not rotating in a normal circular orbit in a trajectory correction process to be described later, and is inclined with respect to the X direction and the Y direction. The elliptical orbit extending in the direction is corrected to a normal circular orbit.

このように、本実施形態の光走査型内視鏡システム1においては、光ファイバ202の先端202aの回転軌道が検出され、正常な円軌道でないと判断された場合には、後述する軌道補正処理によって正常な円軌道となるように補正される。そして、光ファイバ202の先端202aが正常な円軌道となるように調整された上で、さらにZ方向に微小距離(例えば、0.5mm)進退駆動され、被写体が三次元走査される。   As described above, in the optical scanning endoscope system 1 of the present embodiment, when the rotational trajectory of the tip 202a of the optical fiber 202 is detected and it is determined that it is not a normal circular trajectory, a trajectory correction process described later is performed. Is corrected to a normal circular orbit. Then, after the tip 202a of the optical fiber 202 is adjusted so as to have a normal circular orbit, it is further moved back and forth in the Z direction by a minute distance (for example, 0.5 mm), and the subject is scanned three-dimensionally.

図9は、光ファイバ202の先端202aがZ方向に進退したときのマグネット228とファイバ位置検出センサ227との位置関係を説明する模式図である。図9(a)は、光ファイバ202の先端202aが最もZ方向に退避した(Z方向マイナス側に移動した)ときのマグネット228とファイバ位置検出センサ227との位置関係を示した図である。図9(c)は、光ファイバ202の先端202aが最もZ方向に突出した(Z方向プラス側に移動した)ときのマグネット228とファイバ位置検出センサ227との位置関係を示した図である。図9(b)は、光ファイバ202の先端202aが、図9(a)の位置と図9(c)の位置の中間に位置したときのマグネット228とファイバ位置検出センサ227との位置関係を示した図である。本実施形態の共焦点光学ユニット220においては、光ファイバ202の先端202aは渦巻状のパターンを描くように回転しながら1サンプリング期間内で1フレームの画像を取得している。そして、光ファイバ202の先端202aが、制動期間を迎える毎に図9(a)に示す位置から図9(c)に示す位置まで所定のピッチで移動することにより、Z方向に複数の画像を得ている。図10は、光ファイバ202の先端202aが渦巻状のパターンを描くように回転しながらZ方向に移動するときの磁気センサ227a(227b、227c又は227d)の出力電圧を示す図である。図10中、のこぎり波状の細い実線は各時間における(Z方向の各位置における)磁気センサ227aの出力電圧を示しており、太い実線は、のこぎり波状に変化する磁気センサ227aの出力電圧のピークを結んだ曲線である。また、図10の「a」は、図9(a)の位置(以下、「退避位置」という。)に光ファイバ202が位置したときに対応し、「b」は、図9(b)の位置(以下、「中間位置」という。)に光ファイバ202が位置したときに対応し、「c」は、図9(c)の位置(以下、「突出位置」という。)に光ファイバ202が位置したときに対応している。   FIG. 9 is a schematic diagram for explaining the positional relationship between the magnet 228 and the fiber position detection sensor 227 when the distal end 202a of the optical fiber 202 moves back and forth in the Z direction. FIG. 9A is a diagram showing a positional relationship between the magnet 228 and the fiber position detection sensor 227 when the tip 202a of the optical fiber 202 is retracted most in the Z direction (moved to the negative side in the Z direction). FIG. 9C is a diagram showing a positional relationship between the magnet 228 and the fiber position detection sensor 227 when the tip 202a of the optical fiber 202 protrudes most in the Z direction (moves to the plus side in the Z direction). FIG. 9B shows the positional relationship between the magnet 228 and the fiber position detection sensor 227 when the tip 202a of the optical fiber 202 is positioned in the middle of the position of FIG. 9A and the position of FIG. 9C. FIG. In the confocal optical unit 220 of the present embodiment, the tip 202a of the optical fiber 202 acquires one frame image within one sampling period while rotating so as to draw a spiral pattern. The tip 202a of the optical fiber 202 moves at a predetermined pitch from the position shown in FIG. 9 (a) to the position shown in FIG. 9 (c) every time the braking period is reached, thereby obtaining a plurality of images in the Z direction. It has gained. FIG. 10 is a diagram illustrating an output voltage of the magnetic sensor 227a (227b, 227c, or 227d) when the tip 202a of the optical fiber 202 moves in the Z direction while rotating so as to draw a spiral pattern. In FIG. 10, the sawtooth wave-like thin solid line indicates the output voltage of the magnetic sensor 227a at each time (at each position in the Z direction), and the thick solid line indicates the peak of the output voltage of the magnetic sensor 227a that changes in a sawtooth wave shape. It is a connected curve. Further, “a” in FIG. 10 corresponds to the case where the optical fiber 202 is positioned at the position in FIG. 9A (hereinafter referred to as “retracted position”), and “b” in FIG. 9B. This corresponds to when the optical fiber 202 is positioned at a position (hereinafter referred to as “intermediate position”), and “c” indicates that the optical fiber 202 is positioned at a position (hereinafter referred to as “projection position”) in FIG. Corresponds when positioned.

図9(a)及び図10に示すように、光ファイバ202が退避位置にある状態では、マグネット228は、磁気センサ227aよりもZ方向マイナス側にオフセットして配置される。そして、この状態で光ファイバ202の先端202aが渦巻状のパターンを描くように回転するとき、磁気センサ227a(227b、227c又は227d)はマグネット228から所定の磁束(出力電圧がVthとなる磁束)を受ける。この状態から光ファイバ202の先端202aがZ方向プラス側に移動すると、マグネット228が磁気センサ227aに接近し、磁気センサ227aが検出する磁束が増えるため、磁気センサ227aの出力電圧は徐々に大きくなる。そして、マグネット228が磁気センサ227aと対向する位置(すなわち、中間位置)まで移動すると、磁気センサ227aの出力電圧のピークは略一定となる(図9(b)、図10中「b」)。次いで、この状態からさらに光ファイバ202の先端202aがZ方向プラス側に移動すると、マグネット228は磁気センサ227aから離間し、磁気センサ227aが検出する磁束が減るため、磁気センサ227aの出力電圧は徐々に小さくなる。そして、光ファイバ202の先端202aが突出位置まで移動すると、マグネット228は、磁気センサ227aよりもZ方向プラス側にオフセットして配置される。そして、この状態で光ファイバ202の先端202aが渦巻状のパターンを描くように回転するとき、磁気センサ227aはマグネット228から所定の磁束(出力電圧がVthとなる磁束)を受ける(図9(c)、図10中「c」)。   As shown in FIGS. 9A and 10, in a state where the optical fiber 202 is in the retracted position, the magnet 228 is disposed offset from the magnetic sensor 227a toward the minus side in the Z direction. In this state, when the tip 202a of the optical fiber 202 rotates to draw a spiral pattern, the magnetic sensor 227a (227b, 227c, or 227d) receives a predetermined magnetic flux from the magnet 228 (a magnetic flux whose output voltage is Vth). Receive. When the tip 202a of the optical fiber 202 is moved to the plus side in the Z direction from this state, the magnet 228 approaches the magnetic sensor 227a, and the magnetic flux detected by the magnetic sensor 227a increases, so the output voltage of the magnetic sensor 227a gradually increases. . When the magnet 228 moves to a position facing the magnetic sensor 227a (that is, an intermediate position), the peak of the output voltage of the magnetic sensor 227a becomes substantially constant (FIG. 9B, “b” in FIG. 10). Next, when the tip 202a of the optical fiber 202 further moves to the plus side in the Z direction from this state, the magnet 228 is separated from the magnetic sensor 227a, and the magnetic flux detected by the magnetic sensor 227a is reduced, so that the output voltage of the magnetic sensor 227a gradually increases. Becomes smaller. And if the front-end | tip 202a of the optical fiber 202 moves to a protrusion position, the magnet 228 is offset and arrange | positioned rather than the magnetic sensor 227a to the Z direction plus side. In this state, when the tip 202a of the optical fiber 202 rotates so as to draw a spiral pattern, the magnetic sensor 227a receives a predetermined magnetic flux (a magnetic flux whose output voltage is Vth) from the magnet 228 (FIG. 9C). ), “C” in FIG.

このように、光ファイバ202の先端202aがZ方向に移動するとき、磁気センサ227a、227b、227c、227dの出力が変化する。本実施形態においては、このような磁気センサ227a、227b、227c、227dの出力の変化を利用し、光ファイバ202の先端202aのZ方向への移動量をモニタしている。従って、マウント222とモータ226の回転軸226aとの間でバックラッシュがあるような場合であっても、光ファイバ202の先端202aの位置がZ方向において正確に制御される。   Thus, when the tip 202a of the optical fiber 202 moves in the Z direction, the outputs of the magnetic sensors 227a, 227b, 227c, and 227d change. In the present embodiment, the amount of movement of the tip 202a of the optical fiber 202 in the Z direction is monitored using such changes in the outputs of the magnetic sensors 227a, 227b, 227c, and 227d. Therefore, even when there is a backlash between the mount 222 and the rotating shaft 226a of the motor 226, the position of the tip 202a of the optical fiber 202 is accurately controlled in the Z direction.

次に、本実施形態のCPU108において実行される軌道補正処理について説明する。図11は、本実施形態のCPU108において実行される軌道補正処理のフローチャートである。本実施形態の軌道補正処理は、光走査型内視鏡システム1の画像取得・表示動作に先立って行われる一種の校正サブルーチンであり、光走査型内視鏡システム1のシステム起動時に、CPU108が不図示のメモリに記憶されているプログラムをCPUメモリ110に読み出して実行することにより行われる。図11に示すように、軌道補正処理が開始されると、CPU108はステップS1を実行する。   Next, the trajectory correction process executed by the CPU 108 of this embodiment will be described. FIG. 11 is a flowchart of the trajectory correction process executed by the CPU 108 of this embodiment. The trajectory correction process according to the present embodiment is a kind of calibration subroutine performed prior to the image acquisition / display operation of the optical scanning endoscope system 1. When the optical scanning endoscope system 1 is activated, the CPU 108 This is performed by reading a program stored in a memory (not shown) into the CPU memory 110 and executing it. As shown in FIG. 11, when the trajectory correction process is started, the CPU 108 executes Step S1.

ステップS1では、CPU108は、補正回数パラメータiを「0」にリセットする。ここで、補正回数パラメータiは、後述する補正処理(ステップS9)の実行回数をカウントする変数である。次いで、処理は、ステップS2に進む。   In step S1, the CPU 108 resets the correction number parameter i to “0”. Here, the correction number parameter i is a variable for counting the number of executions of a correction process (step S9) described later. Next, the process proceeds to step S2.

ステップS2では、CPU108は、サブCPU206、走査ドライバ210を介してモータ226を駆動し、光ファイバ202の先端202aを中間位置(図9(b)に示す位置)まで移動させる。次いで、処理は、ステップS3に進む。   In step S2, the CPU 108 drives the motor 226 via the sub CPU 206 and the scanning driver 210 to move the tip 202a of the optical fiber 202 to an intermediate position (position shown in FIG. 9B). Next, the process proceeds to step S3.

ステップS3では、CPU108は、光ファイバ202の先端202aの軌道検出を行う。具体的には、CPU108は、サブCPU206を介して走査ドライバ210に基準の設定値を送信して、2軸アクチュエータ223のX軸用電極223X、223X´及びY軸用電極223Y、223Y´に交流電圧X、X´、Y、Y´をそれぞれ印加する。ここで、基準の設定値とは、光ファイバ202の先端202aを基準の渦巻状のパターンを描くように回転させるための走査ドライバ210のパラメータであり、これによってX軸用電極223X、223X´及びY軸用電極223Y、223Y´には基準の交流電圧X、X´、Y、Y´が印加される。そして、CPU108は、磁気センサ227a、227b、227c、227dからの出力電圧を受信して光ファイバ202の先端202aの軌道検出を行う。次いで、処理は、ステップS4に進む。   In step S <b> 3, the CPU 108 detects the trajectory of the tip 202 a of the optical fiber 202. Specifically, the CPU 108 transmits a reference set value to the scanning driver 210 via the sub CPU 206 to exchange AC with the X-axis electrodes 223X and 223X ′ and the Y-axis electrodes 223Y and 223Y ′ of the biaxial actuator 223. Voltages X, X ′, Y, and Y ′ are applied, respectively. Here, the reference set value is a parameter of the scanning driver 210 for rotating the tip 202a of the optical fiber 202 so as to draw a reference spiral pattern, and thereby the X-axis electrodes 223X, 223X ′ and Reference AC voltages X, X ′, Y, and Y ′ are applied to the Y-axis electrodes 223Y and 223Y ′. The CPU 108 receives the output voltages from the magnetic sensors 227a, 227b, 227c, and 227d, and detects the trajectory of the tip 202a of the optical fiber 202. Next, the process proceeds to step S4.

ステップS4では、CPU108は、磁気センサ227a、227b、227c、227dからの出力電圧をモニタし、正常な円軌道で回転しているか否かを判断する。図8(a)に示す波形を検出し、正常な円軌道で回転していると判断された場合(ステップS3:YES)、処理は、ステップS5に進み、光ファイバ202を退避位置(すなわち、Z方向における初期位置)に移動して、軌道補正処理を終了する。一方、ステップS4において、図8(b)又は(c)に示すような波形を検出し、正常な円軌道で回転していないと判断された場合(ステップS4:NO)、処理は、ステップS6に進む。   In step S4, the CPU 108 monitors the output voltages from the magnetic sensors 227a, 227b, 227c, and 227d, and determines whether or not the motor is rotating in a normal circular orbit. When the waveform shown in FIG. 8A is detected and it is determined that the rotation is in a normal circular orbit (step S3: YES), the process proceeds to step S5, and the optical fiber 202 is moved to the retracted position (that is, The trajectory correction process is terminated after moving to the initial position in the Z direction. On the other hand, in step S4, when a waveform as shown in FIG. 8B or FIG. 8C is detected and it is determined that the motor does not rotate in a normal circular orbit (step S4: NO), the process proceeds to step S6. Proceed to

ステップS6では、CPU108は、補正回数パラメータiをインクリメントし、処理は、ステップS7に進む。   In step S6, the CPU 108 increments the correction number parameter i, and the process proceeds to step S7.

ステップS7では、CPU108は、補正回数パラメータiが所定の上限値に達したか否かを判断する。後述する補正処理(ステップS9)において、2軸アクチュエータ223のX軸用電極223X、223X´及びY軸用電極223Y、223Y´に印加される交流電圧X、X´、Y、Y´の振幅及び位相が調整され、光ファイバ202の先端202aの軌道が円軌道となるように補正されるが、2軸アクチュエータ223のX軸用電極223X、223X´及びY軸用電極223Y、223Y´に印加できる電圧には所定の許容範囲があるため、補正回数パラメータiが所定の上限値に達したか否かを判断することにより、2軸アクチュエータ223の不具合(故障)を判断している。ステップS7において、補正回数パラメータiが所定の上限値に達していると判断された場合(ステップS7:YES)、CPU108は、2軸アクチュエータ223に不具合があると判断し、モニタ300にエラー表示を行って(ステップS8)、軌道補正処理を終了する。一方、ステップS7において、補正回数パラメータiが所定の上限値に達していないと判断された場合(ステップS7:NO)、処理は、ステップS9に進む。   In step S7, the CPU 108 determines whether or not the correction number parameter i has reached a predetermined upper limit value. In the correction process (step S9) described later, the amplitudes of the AC voltages X, X ′, Y, and Y ′ applied to the X-axis electrodes 223X and 223X ′ and the Y-axis electrodes 223Y and 223Y ′ of the biaxial actuator 223 The phase is adjusted and the trajectory of the tip 202a of the optical fiber 202 is corrected to be a circular trajectory, but can be applied to the X-axis electrodes 223X and 223X ′ and the Y-axis electrodes 223Y and 223Y ′ of the biaxial actuator 223. Since the voltage has a predetermined allowable range, the malfunction (failure) of the biaxial actuator 223 is determined by determining whether or not the correction number parameter i has reached a predetermined upper limit value. In step S7, when it is determined that the correction count parameter i has reached the predetermined upper limit value (step S7: YES), the CPU 108 determines that there is a problem with the biaxial actuator 223 and displays an error display on the monitor 300. (Step S8), the trajectory correction process is terminated. On the other hand, when it is determined in step S7 that the correction number parameter i has not reached the predetermined upper limit (step S7: NO), the process proceeds to step S9.

ステップS9では、CPU108は、光ファイバ202の先端202aの軌道が円軌道となるように補正処理を実行する。具体的には、磁気センサ227a、227b、227c、227dからの出力電圧をモニタし、基準の渦巻状のパターンとなるように、2軸アクチュエータ223のX軸用電極223X、223X´及びY軸用電極223Y、223Y´に印加される交流電圧X、X´、Y、Y´の振幅及び位相をそれぞれ所定量調節する。例えば、図8(b)に示すように、光ファイバ202の先端202aがX方向に延びた楕円軌道で回転している場合には、CPU108は、Y軸用電極223Y、223Y´に印加する交流電圧Y、Y´の振幅が所定量増加するように、走査ドライバ210の設定値を変更する。また、例えば、図8(c)に示すように、光ファイバ202の先端202aがX方向及びY方向に対して斜め方向に延びた楕円軌道で回転している場合には、CPU108は、X軸用電極223X、223X´及びY軸用電極223Y、223Y´に印加する交流電圧X、X´、Y、Y´の振幅及び位相がそれぞれ所定量増加又は減少するように、走査ドライバ210の設定値を変更する。このように、交流電圧X、X´、Y、Y´の振幅及び位相が所定量調節される結果、光ファイバ202の先端202aの軌道が円軌道となる方向に補正される。そして、処理は、ステップS3に戻り、ステップS3からS9までの処理が繰り返されることにより、光ファイバ202の先端202aの軌道が基準の渦巻状のパターンとなるまで補正される。   In step S9, the CPU 108 executes correction processing so that the trajectory of the tip 202a of the optical fiber 202 is a circular trajectory. Specifically, the output voltages from the magnetic sensors 227a, 227b, 227c, and 227d are monitored, and the X-axis electrodes 223X and 223X ′ of the biaxial actuator 223 and the Y-axis are used so that a reference spiral pattern is obtained. The amplitudes and phases of the AC voltages X, X ′, Y, and Y ′ applied to the electrodes 223Y and 223Y ′ are respectively adjusted by a predetermined amount. For example, as shown in FIG. 8B, when the tip 202a of the optical fiber 202 is rotating in an elliptical orbit extending in the X direction, the CPU 108 applies AC to the Y-axis electrodes 223Y and 223Y ′. The set value of the scan driver 210 is changed so that the amplitudes of the voltages Y and Y ′ increase by a predetermined amount. Further, for example, as shown in FIG. 8C, when the tip 202a of the optical fiber 202 rotates in an elliptical orbit extending obliquely with respect to the X direction and the Y direction, the CPU 108 Setting values of the scan driver 210 so that the amplitudes and phases of the AC voltages X, X ′, Y, Y ′ applied to the electrodes 223X, 223X ′ and Y-axis electrodes 223Y, 223Y ′ increase or decrease by a predetermined amount, respectively. To change. As described above, the amplitude and phase of the AC voltages X, X ′, Y, and Y ′ are adjusted by a predetermined amount. Then, the process returns to step S3, and the processes from step S3 to S9 are repeated, so that the trajectory of the tip 202a of the optical fiber 202 is corrected until the reference spiral pattern is obtained.

このように、軌道補正処理のサブルーチンが実行されることにより、光ファイバ202の先端202aの軌道が基準の渦巻状のパターンとなるように自動的に校正される。そして、本実施形態の光走査型内視鏡システム1においては、この状態で、光ファイバ202の先端202aを渦巻状のパターンで回転させながらZ方向に移動させ、被写体を三次元走査することにより、三次元画像を取得している。   Thus, by executing the trajectory correction subroutine, the trajectory of the tip 202a of the optical fiber 202 is automatically calibrated so as to have a reference spiral pattern. In this state, in the optical scanning endoscope system 1 of the present embodiment, the tip 202a of the optical fiber 202 is moved in the Z direction while rotating in a spiral pattern, and the subject is scanned three-dimensionally. A 3D image is acquired.

以上が本発明の実施形態の説明であるが、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、技術的思想の範囲内において様々な変形が可能である。例えば、本実施形態においては、X軸用電極223X、223X´及びY軸用電極223Y、223Y´を備えた2軸アクチュエータ223を用いる構成として説明したが、3軸、4軸等の多軸アクチュエータを用いる構成としてもよい。この場合、軸数に応じて電極が増えるため、電極数に応じて磁気センサを増やすことが望ましい。   The above is the description of the embodiment of the present invention. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made within the scope of the technical idea. For example, in the present embodiment, the configuration using the two-axis actuator 223 provided with the X-axis electrodes 223X and 223X ′ and the Y-axis electrodes 223Y and 223Y ′ has been described. It is good also as a structure using. In this case, since the number of electrodes increases according to the number of axes, it is desirable to increase the number of magnetic sensors according to the number of electrodes.

また、本実施形態においては、X軸用電極223X、223X´及びY軸用電極223Y、223Y´に対向するように4つの磁気センサ227a、227b、227c、227dを、中心軸AXを中心とした円周上に配置する構成として説明したが、光ファイバ202の先端202aの軌道が円軌道であるか否かを判別できればよいため、少なくとも3つ以上の磁気センサを、中心軸AXを中心とした円周上に配置すればよい。   In the present embodiment, the four magnetic sensors 227a, 227b, 227c, and 227d are centered on the central axis AX so as to face the X-axis electrodes 223X and 223X ′ and the Y-axis electrodes 223Y and 223Y ′. Although described as a configuration arranged on the circumference, since it is only necessary to determine whether or not the trajectory of the tip 202a of the optical fiber 202 is a circular trajectory, at least three or more magnetic sensors are centered on the central axis AX. What is necessary is just to arrange | position on the circumference.

また、本実施形態の軌道補正処理のステップS3においては、走査ドライバ210に基準の設定値を送信して、2軸アクチュエータ223のX軸用電極223X、223X´及びY軸用電極223Y、223Y´に基準の交流電圧X、X´、Y、Y´を印加する構成としたが、軌道補正処理によって調整された設定値をメモリに記憶する構成とし、ステップS3において、前回の軌道補正処理によって調整された設定値をメモリから読み出す構成としてもよい。このような構成とすれば、軌道補正処理にかかる時間が短縮される。   In step S3 of the trajectory correction process of the present embodiment, the reference set value is transmitted to the scanning driver 210, and the X-axis electrodes 223X and 223X ′ and the Y-axis electrodes 223Y and 223Y ′ of the biaxial actuator 223 are transmitted. The reference AC voltages X, X ′, Y, and Y ′ are applied to the power source, but the setting value adjusted by the trajectory correction process is stored in the memory. In step S3, the adjustment is performed by the previous trajectory correction process. The set value may be read from the memory. With such a configuration, the time required for the trajectory correction process is shortened.

また、本実施形態の軌道補正処理は、光走査型内視鏡システム1の画像取得・表示動作に先立って行われる一種の校正サブルーチンであるとして説明したが、通常の画像取得・表示動作中も磁気センサ227a、227b、227c、227dの出力電圧をモニタし、光ファイバ202の先端202aの軌道が基準の渦巻状のパターンとなるように常に交流電圧X、X´、Y、Y´にフィードバックする構成としてもよい。   In addition, the trajectory correction processing of the present embodiment has been described as a kind of calibration subroutine performed prior to the image acquisition / display operation of the optical scanning endoscope system 1, but it is also performed during normal image acquisition / display operation. The output voltages of the magnetic sensors 227a, 227b, 227c, and 227d are monitored, and are always fed back to the AC voltages X, X ′, Y, and Y ′ so that the trajectory of the tip 202a of the optical fiber 202 has a reference spiral pattern. It is good also as a structure.

また、本実施形態においては、光走査型内視鏡システム1は、励起光を出射する共焦点プローブ220を備える構成として説明したが、この構成に限定されるものではなく、特許文献2〜4に記載されているような白色光を出射する通常の光走査型内視鏡システムに適用することも可能である。   Further, in the present embodiment, the optical scanning endoscope system 1 has been described as a configuration including the confocal probe 220 that emits excitation light, but is not limited to this configuration, and Patent Documents 2 to 4 are provided. It is also possible to apply to a normal optical scanning endoscope system that emits white light as described in the above.

1 光走査型内視鏡システム
100 システム本体
102 光源
104 光分波合波器
106 ダンパ
108 CPU
110 CPUメモリ
112 光ファイバ
114 受光器
116 映像信号処理回路
118 画像メモリ
120 映像信号出力回路
200 共焦点プローブ
202 光ファイバ
206 サブCPU
208 サブメモリ
210 走査ドライバ
220 共焦点光学ユニット
221 外筒
222 マウント
223 2軸アクチュエータ
223X、223X´ X軸用電極
223Y、223Y´ Y軸用電極
224 対物光学系
225 圧縮コイルばね
226 モータ
227 ファイバ位置検出センサ
227a、227b、227c、227d 磁気センサ
228 マグネット
1 Optical Scanning Endoscope System 100 System Main Body 102 Light Source 104 Optical Demultiplexer / Multiplexer 106 Damper 108 CPU
110 CPU memory 112 Optical fiber 114 Light receiver 116 Video signal processing circuit 118 Image memory 120 Video signal output circuit 200 Confocal probe 202 Optical fiber 206 Sub CPU
208 Sub-memory 210 Scan driver 220 Confocal optical unit 221 Outer cylinder 222 Mount 223 Two-axis actuator 223X, 223X ′ X-axis electrode 223Y, 223Y ′ Y-axis electrode 224 Objective optical system 225 Compression coil spring 226 Motor 227 Fiber position detection Sensors 227a, 227b, 227c, 227d Magnetic sensor 228 Magnet

Claims (7)

入射端に入射する光を出射端まで導光し、該出射端から出射する光ファイバと、
前記光ファイバの出射端近辺であって前記光ファイバの入射端寄りの位置に設けられ、前記光ファイバの側面を前記光ファイバの長手方向に直交し、かつ、互いに直交する第1及び第2の方向から押圧することにより前記光ファイバを屈曲させ、前記光ファイバの出射端を渦巻状に回転走査させる光ファイバ走査手段と、
前記光ファイバの屈曲量及び屈曲方向を制御する制御手段と、
前記光ファイバ走査手段よりも前記光ファイバの出射端側に配置され、前記光ファイバの出射端の回転軌跡を検出する検出手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記光ファイバの出射端の回転軌跡が略円形となるように、前記検出手段によって検出された前記光ファイバの出射端の回転軌跡に基づいて前記光ファイバの屈曲量及び屈曲方向を制御することを特徴とする光走査型内視鏡システム。
An optical fiber that guides light incident on the incident end to the exit end, and exits from the exit end;
A first and a second are provided near the emission end of the optical fiber and near the incident end of the optical fiber, and the side surfaces of the optical fiber are orthogonal to the longitudinal direction of the optical fiber and orthogonal to each other. An optical fiber scanning unit that bends the optical fiber by pressing from a direction and rotationally scans the exit end of the optical fiber in a spiral shape;
Control means for controlling the bending amount and bending direction of the optical fiber;
A detecting means that is disposed closer to the output end of the optical fiber than the optical fiber scanning means, and detects a rotation locus of the output end of the optical fiber;
With
The control means includes a bending amount and a bending direction of the optical fiber based on the rotation locus of the emission end of the optical fiber detected by the detection means so that the rotation locus of the emission end of the optical fiber is substantially circular. An optical scanning endoscope system characterized by controlling the above.
前記検出手段は、前記光ファイバの出射端近辺に設けられ、前記光ファイバが貫通する環状のマグネットと、前記光ファイバの回転中心軸から一定距離だけ離れた円周上に等間隔に配置される少なくとも3つ以上の磁気センサと、を備えたことを特徴とする請求項1に記載の光走査型内視鏡システム。   The detection means is provided in the vicinity of the output end of the optical fiber, and is arranged at equal intervals on a circular magnet through which the optical fiber penetrates and on a circumference separated by a fixed distance from the rotation center axis of the optical fiber. The optical scanning endoscope system according to claim 1, further comprising at least three or more magnetic sensors. 前記磁気センサは、4つであり、前記第1及び第2の方向に沿って2つずつ配置されていることを特徴とする請求項2に記載の光走査型内視鏡システム。   The optical scanning endoscope system according to claim 2, wherein the number of the magnetic sensors is four, and two magnetic sensors are arranged along the first and second directions. 前記第1の方向に沿って配置される前記磁気センサが検出する磁束の向きと、前記第2の方向に沿って配置される前記磁気センサが検出する磁束の向きが180°異なることを特徴とする請求項3に記載の光走査型内視鏡システム。   The direction of the magnetic flux detected by the magnetic sensor arranged along the first direction is different from the direction of the magnetic flux detected by the magnetic sensor arranged along the second direction by 180 °. The optical scanning endoscope system according to claim 3. 前記光ファイバ走査手段は、前記第1及び第2の方向に沿って2つずつ配置された圧電アクチュエータを備え、
前記制御手段は、前記各圧電アクチュエータに印加する電圧の振幅及び位相を制御することにより前記光ファイバの屈曲量及び屈曲方向を制御することを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の光走査型内視鏡システム。
The optical fiber scanning means includes two piezoelectric actuators arranged along the first and second directions,
The said control means controls the bending amount and bending direction of the said optical fiber by controlling the amplitude and phase of the voltage applied to each said piezoelectric actuator, The any one of Claims 1-4 characterized by the above-mentioned. The optical scanning endoscope system according to Item.
前記光ファイバの出射端を前記光ファイバの長手方向に移動させる光ファイバ移動手段を備え、
前記検出手段は、前記光ファイバの長手方向の移動量を検出し、
前記制御手段は、前記検出手段によって検出される前記移動量をモニタしながら前記光ファイバ移動手段を制御して前記光ファイバの出射端を前記光ファイバの長手方向に移動させることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の光走査型内視鏡システム。
An optical fiber moving means for moving the exit end of the optical fiber in the longitudinal direction of the optical fiber;
The detection means detects the amount of movement of the optical fiber in the longitudinal direction,
The control means controls the optical fiber moving means while monitoring the amount of movement detected by the detecting means to move the output end of the optical fiber in the longitudinal direction of the optical fiber. The optical scanning endoscope system according to any one of claims 1 to 5.
前記光ファイバの出射端から出射される光を集光する光学系と、
前記光学系によって集光される光の集光点と共役の位置に配置された共焦点ピンホールと、
前記光ファイバの出射端から出射された光の反射光を、前記共焦点ピンホールを介して受光して画像信号を検出する画像信号検出手段と、
前記検出された画像信号を用いて共焦点画像を生成する画像生成手段と、
を備えることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の光走査型内視鏡システム。
An optical system for condensing light emitted from the exit end of the optical fiber;
A confocal pinhole disposed at a position conjugate with the condensing point of the light collected by the optical system;
Image signal detection means for receiving reflected light of light emitted from the emission end of the optical fiber via the confocal pinhole and detecting an image signal;
Image generating means for generating a confocal image using the detected image signal;
The optical scanning endoscope system according to any one of claims 1 to 6, further comprising:
JP2011224610A 2011-10-12 2011-10-12 Optical scanning endoscope system Pending JP2013081680A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011224610A JP2013081680A (en) 2011-10-12 2011-10-12 Optical scanning endoscope system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011224610A JP2013081680A (en) 2011-10-12 2011-10-12 Optical scanning endoscope system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2013081680A true JP2013081680A (en) 2013-05-09

Family

ID=48527525

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011224610A Pending JP2013081680A (en) 2011-10-12 2011-10-12 Optical scanning endoscope system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2013081680A (en)

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015075566A (en) * 2013-10-08 2015-04-20 オリンパス株式会社 Optical fiber scanner, illumination device and observation device
JP2015077199A (en) * 2013-10-15 2015-04-23 Hoya株式会社 Confocal endoscope system
WO2015151593A1 (en) * 2014-04-04 2015-10-08 オリンパス株式会社 Optical fiber scanner, lighting apparatus, and monitoring apparatus
JP2016038444A (en) * 2014-08-06 2016-03-22 ミツミ電機株式会社 Lens holder drive device and portable terminal with camera
JP2016093243A (en) * 2014-11-12 2016-05-26 オリンパス株式会社 Optical scanning observation system
CN106461935A (en) * 2014-06-10 2017-02-22 奥林巴斯株式会社 Optical fiber scanner, lighting device, and observation device
JP2017077285A (en) * 2015-10-19 2017-04-27 オリンパス株式会社 Optical scanning observation system
CN112147774A (en) * 2019-06-28 2020-12-29 成都理想境界科技有限公司 Scanning actuator and optical fiber scanner
CN114206250A (en) * 2019-08-05 2022-03-18 捷锐士阿希迈公司(以奥林巴斯美国外科技术名义) Laser fiber with lateral positioning and intensity variation
US20220197016A1 (en) * 2020-12-22 2022-06-23 Lg Display Co., Ltd. Light deflecting device, display device and imaging device
US11536955B2 (en) * 2016-09-26 2022-12-27 Blickfeld GmbH Fibre excitation with piezo bender actuators

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015075566A (en) * 2013-10-08 2015-04-20 オリンパス株式会社 Optical fiber scanner, illumination device and observation device
JP2015077199A (en) * 2013-10-15 2015-04-23 Hoya株式会社 Confocal endoscope system
CN106132268A (en) * 2014-04-04 2016-11-16 奥林巴斯株式会社 Fibre optic scanner, illuminator and finder
JP2015198697A (en) * 2014-04-04 2015-11-12 オリンパス株式会社 Optical fiber scanner, illumination device and observation apparatus
WO2015151593A1 (en) * 2014-04-04 2015-10-08 オリンパス株式会社 Optical fiber scanner, lighting apparatus, and monitoring apparatus
US20170010461A1 (en) * 2014-04-04 2017-01-12 Olympus Corporation Optical fiber scanner, illuminator, and observation apparatus
CN106461935A (en) * 2014-06-10 2017-02-22 奥林巴斯株式会社 Optical fiber scanner, lighting device, and observation device
CN106461935B (en) * 2014-06-10 2019-01-18 奥林巴斯株式会社 Fibre optic scanner, lighting device and observation device
JP2016038444A (en) * 2014-08-06 2016-03-22 ミツミ電機株式会社 Lens holder drive device and portable terminal with camera
JP2016093243A (en) * 2014-11-12 2016-05-26 オリンパス株式会社 Optical scanning observation system
JP2017077285A (en) * 2015-10-19 2017-04-27 オリンパス株式会社 Optical scanning observation system
US11536955B2 (en) * 2016-09-26 2022-12-27 Blickfeld GmbH Fibre excitation with piezo bender actuators
CN112147774A (en) * 2019-06-28 2020-12-29 成都理想境界科技有限公司 Scanning actuator and optical fiber scanner
CN114206250A (en) * 2019-08-05 2022-03-18 捷锐士阿希迈公司(以奥林巴斯美国外科技术名义) Laser fiber with lateral positioning and intensity variation
US20220197016A1 (en) * 2020-12-22 2022-06-23 Lg Display Co., Ltd. Light deflecting device, display device and imaging device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2013081680A (en) Optical scanning endoscope system
US10226162B2 (en) Calibration apparatus
JP5721406B2 (en) Scanning confocal endoscope system
JP5570436B2 (en) Calibration apparatus and calibration method
JP5665552B2 (en) Calibration apparatus and calibration method
JP2014018556A (en) Calibration apparatus
JP6114609B2 (en) Scanning endoscope
JP2014147462A (en) Calibration method and scanning type endoscope system
JP2010520778A (en) Side-view scope and imaging method thereof
JP2013121455A (en) Scanning type endoscope system
JP2011156235A (en) Optical-scanning endoscope, optical-scanning endoscope drive unit, and optical-scanning endoscope system
JP2014149354A (en) Calibration method and scanning type endoscope system
JP6012363B2 (en) Scanning confocal endoscope system
JP5976454B2 (en) Optical scanning endoscope device
JP2014090780A (en) Calibration jig, calibration system, and calibration method
JP6055420B2 (en) Scanning endoscope system
JP6118562B2 (en) Endoscope system and capacitive load driving method
WO2014017064A1 (en) Scanning area adjustment apparatus
JP2015077199A (en) Confocal endoscope system
JP6067309B2 (en) Endoscope system and endoscope processor
JP6148557B2 (en) Index unit for scanning confocal endoscope and image acquisition method
JP6179943B2 (en) Scanning confocal endoscope system
JP6088181B2 (en) Scanning confocal endoscope system and processor for scanning confocal endoscope
JP6313885B2 (en) Scanning confocal endoscope system
JP2011098169A (en) Confocal endomicroscopy and confocal endomicroscopy system

Legal Events

Date Code Title Description
RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20130510