JP2013121455A - Scanning type endoscope system - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a scanning type endoscope system capable of eliminating useless irradiation with light and obtaining endoscopic images of uniform brightness.SOLUTION: The scanning type endoscope system includes: an optical fiber for guiding illumination light to an emission end and emitting it to a subject; an optical fiber scanning means for cyclically moving the emission end of the optical fiber so that the illumination light emitted from the emission end of the optical fiber cyclically scans a two-dimensional scanning area on the subject; a light source control means for generating drive signals for driving the illumination light and ON/OFF controlling the illumination light on the basis of the drive signals; an image signal detection means for receiving scattered light from the subject and detecting image signals at prescribed detection timing; and an image generation means for allocating two-dimensional pixel positions corresponding to the detection timing of the image signals, arraying the image signals at the pixel positions and generating the endoscopic images. The light source control means generates the drive signals on the basis of the detection timing of the image signals so that the irradiation density of the illumination light is roughly fixed in the entire scanning area.

Description

この発明は、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、その反射光又は蛍光を受光して画像化する走査型内視鏡システムに関する。   The present invention relates to a scanning endoscope system that scans light guided by an optical fiber with respect to an observation site and receives reflected light or fluorescence to form an image.

従来、走査型内視鏡システムの1つとして、走査型共焦点内視鏡システムが知られている(例えば、特許文献1)。走査型共焦点内視鏡システムは、薬剤が投与された生体組織にレーザ光を照射し、その生体組織から発せられる蛍光のうち、共焦点光学系の焦点位置と共役の位置に配置されたピンホールを介した成分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。走査型共焦点内視鏡システムにおいては、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。   Conventionally, as one of the scanning endoscope systems, a scanning confocal endoscope system is known (for example, Patent Document 1). A scanning confocal endoscope system irradiates a living tissue to which a drug is administered with a laser beam, and among the fluorescence emitted from the living tissue, a pin arranged at a position conjugate to the focal position of the confocal optical system By extracting only the components through the holes, the living tissue can be observed at a higher magnification than an observation image obtained by a normal endoscope optical system. In a scanning confocal endoscope system, it is impossible to observe at a magnification of an observation image obtained by a normal endoscope optical system by scanning a laser beam irradiated to a living tissue in two dimensions or three dimensions. It is configured so that a minute object can be observed or 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, scanning endoscope systems have 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, Patent Documents). 2-4). In such a scanning endoscope system, a single mode type optical fiber is provided in 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走査型共焦点内視鏡システム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, a scanning endoscope system configured to scan light in a spiral shape as described in Patent Documents 2 to 4 is used as a scanning confocal endoscope as described in Patent Document 1. Application to a mirror system has also been proposed (for example, Patent Document 5).

特開2004−321792号公報JP 2004-321792 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に記載の走査型内視鏡システムは、光ファイバの先端部近傍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で光ファイバを所定の方向に屈曲させ、光ファイバによって導光される連続光を観察部位に対して渦巻状に走査させる。そして、走査領域(観察部位)からの反射光を所定周期のタイミング(以下、「サンプリング点」という。)で受光し、各サンプリング点での輝度情報をモニタの表示座標系(内視鏡画像の画素位置)に割り当てて、二次元の内視鏡画像を表示している。   The scanning endoscope systems described in Patent Documents 2 to 5 include a plurality of piezoelectric actuators in the vicinity of the tip of the optical fiber, and an optical fiber is applied by applying a voltage having a predetermined period and amplitude to each piezoelectric actuator. Is bent in a predetermined direction, and the continuous light guided by the optical fiber is swirled with respect to the observation site. Then, reflected light from the scanning region (observation site) is received at a predetermined cycle timing (hereinafter referred to as “sampling points”), and luminance information at each sampling point is displayed on the monitor display coordinate system (endoscopic image). A two-dimensional endoscope image is displayed by assigning to a pixel position.

図12は、従来の走査型内視鏡システムにおける、光の走査軌跡とサンプリング点との関係を示す模式図である。図12に示すように、従来の走査型内視鏡システムにおいては、走査領域の中心部分から周辺部分に向かって連続光を渦巻状に走査する構成を採っているが、光ファイバの共振運動を利用した構成であるため、走査領域の中心部分と周辺部分とでは光の走査速度が異なり、走査領域の中心部分ではサンプリング点が集中することとなる。そして、このようなサンプリング点をモニタの表示座標系に割り当てた場合、走査領域の中心部分では、同一の表示座標に複数のサンプリング点が割り当てられることとなる。また、サンプリング点をモニタの表示座標系に割り当てる処理は、渦巻状の走査軌跡を正方配置された内視鏡画像の画素位置に割り当てる処理であるため、隣接する複数の走査軌跡が同一の内視鏡画像の画素を通る場合もあり、この場合にも同一の表示座標に複数のサンプリング点が割り当てられることとなる。そして、同一の表示座標に複数のサンプリング点が割り当てられた場合、余剰なサンプリング点で得られた輝度情報は破棄されていた。すなわち、従来の走査型内視鏡システムにおいては、不必要なサンプリング点においても光が照射される構成となっているため、消費電力、光源の寿命等の観点から問題があった。   FIG. 12 is a schematic diagram showing a relationship between a light scanning locus and a sampling point in a conventional scanning endoscope system. As shown in FIG. 12, the conventional scanning endoscope system adopts a configuration in which continuous light is scanned in a spiral shape from the central portion of the scanning region to the peripheral portion. Since the configuration is used, the light scanning speed is different between the central portion and the peripheral portion of the scanning region, and the sampling points are concentrated in the central portion of the scanning region. When such sampling points are assigned to the display coordinate system of the monitor, a plurality of sampling points are assigned to the same display coordinates in the central portion of the scanning region. In addition, the process of assigning sampling points to the display coordinate system of the monitor is a process of assigning a spiral scanning trajectory to a pixel position of a square-arranged endoscopic image, so that a plurality of adjacent scanning trajectories have the same endoscope. In some cases, the pixels pass through the mirror image, and in this case, a plurality of sampling points are assigned to the same display coordinates. When a plurality of sampling points are assigned to the same display coordinates, the luminance information obtained at the extra sampling points has been discarded. That is, the conventional scanning endoscope system has a problem in terms of power consumption, light source life, and the like because light is irradiated even at unnecessary sampling points.

また、従来の走査型内視鏡システムにおいては、光の走査速度が一定ではないため、走査領域の中心部分と周辺部分とでは、走査領域(すなわち、観察部位)の単位面積当たりの光量(照射エネルギー)が大きく異なることとなる。従って、このような構成の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、生体組織からの蛍光を利用する走査型共焦点内視鏡システムに適用すると、単位面積当たりの照射エネルギーが高い走査領域の中心部分で蛍光体の分解がより速く進行してしまう結果、走査領域の中心部分が周辺部分に比べて暗い画像となり(褪色し)、一様な明るさの内視鏡画像を得ることができないといった問題が生じる。 In the conventional scanning endoscope system, since the scanning speed of light is not constant, the light amount (irradiation) per unit area of the scanning region (that is, the observation region) is obtained between the central portion and the peripheral portion of the scanning region. Energy) will be very different. Therefore, when the scanning endoscope system having such a configuration is applied to a scanning confocal endoscope system using fluorescence from a living tissue as described in Patent Document 1, irradiation per unit area is performed. As a result of phosphor decomposition progressing faster in the center of the high energy scanning area, the center of the scanning area becomes darker (fading) than the surrounding area, and the endoscope has a uniform brightness. There arises a problem that an image cannot be obtained.

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、無駄な光の照射をなくし、一様な明るさの内視鏡画像を得ることが可能な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 provide a scanning type endoscope that eliminates unnecessary light irradiation and can obtain an endoscopic image with uniform brightness. It is to provide a mirror system.

上記の目的を達成するため、本発明の走査型共焦点内視鏡システムは、入射端に入射する照明光を出射端まで導光し該出射端から被写体に出射する光ファイバと、光ファイバの出射端から出射される照明光が被写体上の二次元の走査領域内を周期的に走査するように光ファイバの出射端を周期的に移動させる光ファイバ走査手段と、照明光を駆動するための駆動信号を生成し該駆動信号に基づいて照明光をオン/オフ制御する光源制御手段と、被写体からの散乱光を受光し所定の検出タイミングで画像信号を検出する画像信号検出手段と、画像信号の検出タイミングに応じた二次元の画素位置を割り当て該割り当てた画素位置に該画像信号を配列して内視鏡画像を生成する画像生成手段とを備え、光源制御手段は、照明光の照射密度が走査領域の全域において略一定となるように画像信号の検出タイミングに基づいて駆動信号を生成することを特徴とする。   In order to achieve the above object, a scanning confocal endoscope system according to the present invention includes an optical fiber that guides illumination light incident on an incident end to an output end, and emits the light from the output end to a subject. An optical fiber scanning means for periodically moving the exit end of the optical fiber so that the illumination light emitted from the exit end periodically scans within the two-dimensional scanning region on the object; and for driving the illumination light A light source control unit that generates a drive signal and controls on / off of illumination light based on the drive signal; an image signal detection unit that receives scattered light from a subject and detects an image signal at a predetermined detection timing; Image generation means for assigning a two-dimensional pixel position corresponding to the detection timing of the image and arranging the image signal at the assigned pixel position to generate an endoscopic image, and the light source control means comprises an illumination density of illumination light Scan area And generating a drive signal based on the detection timing of the image signal so as to be substantially constant in the entire area of.

このような構成により、走査領域の全域において照明光の照射エネルギーが略一様となるため、一様な明るさの内視鏡画像を得ることが可能となる。また、不必要な照明光の発光がなくなるため、消費電力も低減される。   With such a configuration, since the irradiation energy of the illumination light becomes substantially uniform over the entire scanning region, it is possible to obtain an endoscopic image with uniform brightness. Moreover, since unnecessary illumination light is not emitted, power consumption is also reduced.

また、光源制御手段は、画像信号の検出タイミングが同一の二次元の画素位置に複数個割り当てられる場合に、該複数の画像信号の検出タイミングのいずれか1つを基準タイミングとして所定のパルス幅を有する駆動パルスを生成し、該駆動パルスに基づいて駆動信号を生成するように構成することができる。このような構成によれば、内視鏡画像の各画素に対して1つのパルス発光された照明光が割り当てられるため、一様な明るさの内視鏡画像を得ることが可能となる。   Further, the light source control means, when a plurality of image signal detection timings are assigned to the same two-dimensional pixel position, sets a predetermined pulse width using any one of the plurality of image signal detection timings as a reference timing. It is possible to generate the driving pulse having the driving pulse and generate the driving signal based on the driving pulse. According to such a configuration, since one pulse of illumination light is assigned to each pixel of the endoscopic image, an endoscopic image having uniform brightness can be obtained.

また、基準タイミングは、同一の二次元の画素位置に割り当てられた複数の画像信号の検出タイミングのうち、走査領域内において最も外側に位置する検出タイミングとすることが好ましい。   The reference timing is preferably the detection timing that is located on the outermost side in the scanning region among the detection timings of a plurality of image signals assigned to the same two-dimensional pixel position.

また、光源制御手段は、基準タイミングに先立って駆動パルスを発生させるように構成することができる。   Further, the light source control means can be configured to generate a drive pulse prior to the reference timing.

また、光源制御手段は、基準タイミングを含むように駆動パルスを生成することが好ましい。このような構成によれば、パルス状の照明光によって発生した散乱光を基準タイミングで確実に検出することが可能となる。   Further, it is preferable that the light source control means generates the drive pulse so as to include the reference timing. According to such a configuration, it becomes possible to reliably detect the scattered light generated by the pulsed illumination light at the reference timing.

また、光源制御手段は、ユーザからの入力を受け付ける第1の入力手段を備え、第1の入力手段が受け付けたユーザ入力に応じて、駆動パルスの発生タイミングと基準タイミングとの間の時間を調整するように構成することができる。このような構成によれば、照明光を照射し始めるタイミングを任意に調整することが可能となるため、システム構成の変更によって、信号の遅延時間に変化が生じた場合であっても、パルス状の照明光によって発生した散乱光を基準タイミングで確実に検出することが可能となる。   The light source control means includes first input means for receiving an input from the user, and adjusts a time between the generation timing of the drive pulse and the reference timing in accordance with the user input received by the first input means. Can be configured to. According to such a configuration, since it is possible to arbitrarily adjust the timing at which illumination light starts to be emitted, even if a change occurs in the signal delay time due to a change in the system configuration, Scattered light generated by the illumination light can be reliably detected at the reference timing.

また、駆動パルスのパルス幅が、画像信号の検出タイミングの周期よりも長いことが好ましい。このような構成によれば、システムに起因する遅延時間等にバラツキがあるような場合であっても散乱光を確実に検出することが可能となる。   The pulse width of the drive pulse is preferably longer than the period of the detection timing of the image signal. According to such a configuration, it is possible to reliably detect scattered light even when the delay time or the like caused by the system varies.

また、光源制御手段は、ユーザからの入力を受け付ける第2の入力手段を備え、第2の入力手段が受け付けたユーザ入力に応じて、駆動パルスのパルス幅を調整する構成としてもよい。このような構成によれば、システムに起因する遅延時間等にバラツキがあるような場合であっても散乱光を確実に検出することが可能となる。   The light source control unit may include a second input unit that receives an input from the user and adjusts the pulse width of the drive pulse according to the user input received by the second input unit. According to such a configuration, it is possible to reliably detect scattered light even when the delay time or the like caused by the system varies.

また、光ファイバ走査手段は、照明光の走査速度が一定とならないように、光ファイバの出射端を移動させることが好ましい。この場合において、光ファイバ走査手段は、照明光が走査領域内を一定の周期でリサージュ走査するように、光ファイバの出射端を互いに直交する2つの方向に単振動させるように構成してもよい。また、光ファイバ走査手段は、照明光が走査領域内の中心部から周辺部に向って一定の回転周期で渦巻状に回転走査するように、光ファイバの出射端を渦巻状に回転駆動させるように構成してもよい。   Further, it is preferable that the optical fiber scanning unit moves the emission end of the optical fiber so that the scanning speed of the illumination light is not constant. In this case, the optical fiber scanning unit may be configured so that the emission end of the optical fiber is simply oscillated in two directions orthogonal to each other so that the illumination light performs Lissajous scanning in the scanning region at a constant period. . Further, the optical fiber scanning means rotationally drives the emission end of the optical fiber in a spiral shape so that the illumination light rotates and scans in a spiral shape at a constant rotation period from the center to the periphery in the scanning region. You may comprise.

また、光源制御手段は、照明光が走査領域内の中心部を走査するときに、駆動パルスを生成することが好ましい。この場合においては、走査領域内の中心部の直径は、走査領域の直径の略1/3以下であることが好ましい。このような構成によれば、励起光が走査領域内の周辺部を走査するときに駆動パルスを生成する必要がなくなるため、駆動パルスを生成するために必要な負荷が低減される。   Further, it is preferable that the light source control means generates a driving pulse when the illumination light scans the central portion in the scanning region. In this case, it is preferable that the diameter of the central portion in the scanning region is approximately 1/3 or less of the diameter of the scanning region. According to such a configuration, it is not necessary to generate a drive pulse when the excitation light scans the peripheral portion in the scanning region, and thus a load necessary for generating the drive pulse is reduced.

また、光ファイバ走査手段は、光ファイバの出射端を渦巻状に回転駆動させた後、所定の期間、光ファイバの出射端の回転駆動を停止し、光源制御手段は、所定の期間、照明光の発光を停止させる構成とすることが好ましい。このような構成によれば、さらに消費電力が低減される。   In addition, the optical fiber scanning unit rotates the emission end of the optical fiber in a spiral shape, and then stops rotational driving of the emission end of the optical fiber for a predetermined period. The light source control unit performs illumination light for a predetermined period. It is preferable that the light emission is stopped. According to such a configuration, power consumption is further reduced.

また、照明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を備え、画像信号検出手段は、散乱光を、共焦点ピンホールを介して受光するように構成することができる。このような構成によれば、共焦点内視鏡として機能することとなるが、走査領域の全域において照明光(励起光)の照射エネルギーが略一様となるため、蛍光体の分解が走査領域の一部分で極端に進行することはなく、一様な明るさの内視鏡画像(共焦点画像)を得ることが可能となる。   Further, a confocal pinhole disposed at a position conjugate with the condensing point of the illumination light is provided, and the image signal detecting means can be configured to receive the scattered light through the confocal pinhole. According to such a configuration, although it functions as a confocal endoscope, the irradiation energy of the illumination light (excitation light) becomes substantially uniform over the entire scanning region, so that the phosphor is decomposed in the scanning region. Therefore, it is possible to obtain an endoscopic image (confocal image) with uniform brightness.

本発明の走査型内視鏡システムによれば、無駄な光の照射がなくなるため、一様な明るさの内視鏡画像を得ることが可能となる。   According to the scanning endoscope system of the present invention, it is possible to obtain an endoscopic image with uniform brightness because unnecessary light irradiation is eliminated.

本発明の実施形態の走査型共焦点内視鏡システムの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the scanning confocal endoscope system of embodiment of this invention. 本発明の実施形態の走査型共焦点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 scanning confocal 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. 本発明の実施形態の光源が出射する励起光の強度を示す図である。It is a figure which shows the intensity | strength of the excitation light which the light source of embodiment of this invention radiate | emits. 本発明の実施形態の励起光の位置(サンプリング点)と内視鏡画像の画素位置(ラスタ座標)との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the position (sampling point) of the excitation light and the pixel position (raster coordinate) of an endoscopic image of embodiment of this invention. 本発明の実施形態のリマップテーブル及び発光パターンデータの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the remapping table and light emission pattern data of embodiment of this invention. 本発明の実施形態における、サンプリング点とラスタ座標との対応関係を説明する図である。It is a figure explaining the correspondence of a sampling point and a raster coordinate in embodiment of this invention. 本発明の実施形態の走査型共焦点内視鏡システムで実行される発光パターンデータ生成処理のフローチャートである。It is a flowchart of the light emission pattern data generation process performed with the scanning confocal endoscope system of embodiment of this invention. 本発明の実施形態の発光パターンデータに基づいてパルス状に照射される励起光と、ラスタ座標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 the excitation light irradiated in a pulse form based on the light emission pattern data of embodiment of this invention, and a raster coordinate. 各サンプリング点とレーザ駆動信号との関係を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the relationship between each sampling point and a laser drive signal. 本発明の実施形態の変形例における、励起光の強度を示す図である。It is a figure which shows the intensity | strength of excitation light in the modification of embodiment of this invention. 従来の走査型内視鏡システムにおける、光の走査軌跡とサンプリング点との関係を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the relationship between the scanning locus | trajectory of light and a sampling point in the conventional scanning endoscope system.

以下、図面を参照して、本発明の実施形態の走査型共焦点内視鏡システムについて説明する。   Hereinafter, a scanning confocal 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走査型共焦点内視鏡システム1の構成を示すブロック図である。本実施形態の走査型共焦点内視鏡システム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、走査型共焦点内視鏡システム1は、システム本体100、共焦点プローブ200、モニタ300、キャリブレーションユニット400を有している。走査型共焦点内視鏡システム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 a scanning confocal endoscope system 1 according to an embodiment of the present invention. The scanning confocal endoscope system 1 according to 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 scanning confocal endoscope system 1 includes a system main body 100, a confocal probe 200, a monitor 300, and a calibration unit 400. The confocal observation using the scanning confocal 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(フォトカップラ)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、リマップテーブル用メモリ119、映像信号出力回路120、レーザ制御回路122、A/D変換器130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204、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 remap table. A memory 119, a video signal output circuit 120, a laser control circuit 122, and an A / D converter 130. The confocal probe 200 includes an optical fiber 202, a confocal optical unit 204, a sub CPU 206, a sub memory 208, and a scanning driver 210.

光源102は、CPU108の指示によるレーザ制御回路122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(例えば、波長488nmのレーザ光)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のポートの一つには、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 (for example, laser light having a wavelength of 488 nm) that excites the medicine administered into the body cavity of the patient in accordance with the drive control of the laser control circuit 122 according to the instruction 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204内に収められている。光分波合波器104を出射した励起光は、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 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 204 that is built into the tip of the confocal probe 200. The excitation light emitted from the optical demultiplexer-multiplexer 104 passes through the optical connector 152, enters the proximal end of the optical fiber 202, transmits through the optical fiber 202, and is emitted from the distal end of the optical fiber 202.

図2(a)は、共焦点光学ユニット204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204を説明する便宜上、共焦点光学ユニット204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二方向をX方向、Y方向と定義する。図2(a)に示されるように、共焦点光学ユニット204は、各種構成部品を収容する金属製の外筒204Aを有している。外筒204Aは、外筒204Aの内壁面形状に対応する外壁面形状を持つ内筒204B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204A、内筒204Bの各基端面に形成された開口を通じて内筒204Bに収容支持されており、走査型共焦点内視鏡システム1の二次的な点光源として機能する。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. 2A is a diagram schematically showing the configuration of the confocal optical unit 204. Hereinafter, for convenience of describing the confocal optical unit 204, the longitudinal direction of the confocal optical unit 204 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. 2A, the confocal optical unit 204 has a metal outer cylinder 204A that houses various components. The outer cylinder 204A holds an inner cylinder 204B having an outer wall surface shape corresponding to the inner wall surface shape of the outer cylinder 204A so as to be slidable coaxially (Z direction). The distal end of the optical fiber 202 (hereinafter referred to as “202a”) is housed and supported in the inner cylinder 204B through openings formed in the base end surfaces of the outer cylinder 204A and the inner cylinder 204B, and is located within the scanning confocal. It functions as a secondary point light source of the endoscope system 1. The position of the tip 202a, which is a point light source, periodically changes based on control by the CPU.

サブメモリ208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 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二軸アクチュエータ204Cを駆動制御する。図2(b)は、二軸アクチュエータ204Cの構成を概略的に示す図である。図2(b)に示されるように、二軸アクチュエータ204Cは、走査ドライバ210と接続された一対のX軸用電極(図中「X」、「X’」)及びY軸用電極(図中「Y」、「Y’」)を圧電体上に形成した圧電アクチュエータである。   The scanning driver 210 generates a drive signal corresponding to the designated set value, and drives and controls the biaxial actuator 204C that is bonded and fixed to the outer peripheral surface of the optical fiber 202 near the tip 202a. FIG. 2B is a diagram schematically showing the configuration of the biaxial actuator 204C. As shown in FIG. 2B, the biaxial actuator 204C includes a pair of X-axis electrodes (“X” and “X ′” in the figure) and Y-axis electrodes (in the figure) connected to the scanning driver 210. “Y”, “Y ′”) are piezoelectric actuators formed on a piezoelectric body.

走査ドライバ210は、交流電圧Xを二軸アクチュエータ204CのX軸用電極間に印加して圧電体をX方向に共振させると共に、交流電圧Xと同一周波数であって位相が直交する交流電圧YをY軸用電極間に印加して圧電体をY方向に共振させる。交流電圧X、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)、(Y)かけて実効値(X)、(Y)に達する電圧として定義される。光ファイバ202の先端202aは、二軸アクチュエータ204CによるX方向、Y方向への運動エネルギーが合成されることにより、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)、(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3に、XY近似面上の先端202aの回転軌跡を示す。   The scanning driver 210 applies an AC voltage X between the X-axis electrodes of the biaxial actuator 204C to resonate the piezoelectric body in the X direction, and also applies an AC voltage Y having the same frequency as that of the AC voltage X and orthogonal in phase. Applied between the Y-axis electrodes, the piezoelectric body resonates in the Y direction. The AC voltages X and Y are respectively defined as voltages that increase linearly in proportion to time and reach effective values (X) and (Y) over time (X) and (Y). The tip 202a of the optical fiber 202 is on a surface that approximates the XY plane (hereinafter referred to as "XY approximate surface") by combining the kinetic energy in the X and Y directions by the biaxial actuator 204C. Rotate 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 draws a circular trajectory having the largest diameter when the AC voltage having the effective values (X) and (Y) is applied. FIG. 3 shows the rotation locus of the tip 202a on the XY approximate plane.

光源102から出射される励起光は、二軸アクチュエータ204Cへの交流電圧の印加開始直後から印加停止までの期間中、レーザ制御回路122から光源102に供給されるレーザ駆動信号に従って、光ファイバ202の先端202aから所定の発光パターンで出射される。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二軸アクチュエータ204Cへの交流電圧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。一フレームに対応する期間は、一つのサンプリング期間と一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二軸アクチュエータ204C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。   The excitation light emitted from the light source 102 is transmitted through the optical fiber 202 in accordance with the laser drive signal supplied from the laser control circuit 122 to the light source 102 during the period from the start of application of AC voltage to the biaxial actuator 204C to the stop of application. The light is emitted from the tip 202a in a predetermined light emission pattern. Hereinafter, for convenience of explanation, this period is referred to as a “sampling period”. When the application of the AC voltage to the biaxial actuator 204C 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, the reverse torque may be applied to the biaxial actuator 204C in the initial stage of the braking period to positively apply the braking torque.

光ファイバ202の先端202aの前方には、対物光学系204Dが設置されている(図2)。対物光学系204D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204Aに保持されている。レンズ枠は、外筒204Aの内部において、内筒204B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204Aの内部を内筒204Bと一体となってZ方向にスライドする。   An objective optical system 204D is installed in front of the tip 202a of the optical fiber 202 (FIG. 2). The objective optical system 204D is composed of a plurality of optical lenses, and is held by the outer cylinder 204A via a lens frame (not shown). The lens frame is fixed and supported relative to the inner cylinder 204B inside the outer cylinder 204A. Therefore, the optical lens group held by the lens frame slides in the Z direction integrally with the inner cylinder 204B inside the outer cylinder 204A.

内筒204Bの基端面と外筒204Aの内壁面との間には、圧縮コイルばね204E及び形状記憶合金204Fが取り付けられている。圧縮コイルばね204Eは、自然長からZ方向に初期的に圧縮狭持されている。形状記憶合金204Fは、Z方向に長尺な棒形状を持ち、常温下で外力が加わると変形して、一定温度以上に加熱されると形状記憶効果で所定の形状に復元する性質を有している。形状記憶合金204Fは、形状記憶効果による復元力が圧縮コイルばね204Eの復元力より大きくなるように設計されている。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、形状記憶合金204Fを通電し加熱して伸縮量を制御する。形状記憶合金204Fは、伸縮量に応じて内筒204Bを光ファイバ202ごとZ方向に進退させる。   A compression coil spring 204E and a shape memory alloy 204F are attached between the base end surface of the inner cylinder 204B and the inner wall surface of the outer cylinder 204A. The compression coil spring 204E is initially compressed and sandwiched in the Z direction from the natural length. The shape memory alloy 204F has a long bar shape in the Z direction, deforms when an external force is applied at room temperature, and has a property of restoring to a predetermined shape by a shape memory effect when heated to a certain temperature or higher. ing. The shape memory alloy 204F is designed such that the restoring force due to the shape memory effect is larger than the restoring force of the compression coil spring 204E. The scan driver 210 generates a drive signal corresponding to the set value designated by the sub CPU 206, and energizes and heats the shape memory alloy 204F to control the expansion / contraction amount. The shape memory alloy 204F advances and retracts the inner tube 204B in the Z direction together with the optical fiber 202 according to the amount of expansion and contraction.

光ファイバ202の先端202aを出射した励起光は、対物光学系204D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204は、二軸アクチュエータ204C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 204D 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 204 scans the subject three-dimensionally by combining the periodic circular motion of the tip 202a on the XY approximate plane by the biaxial actuator 204C 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204D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。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を伝送後、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を伝送して受光器114で検出される。受光器114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としてもよい。   Since the tip 202a of the optical fiber 202 is disposed at the front focal position of the objective optical system 204D, it functions as a confocal pinhole. Of the scattering component (fluorescence) of the subject excited by the excitation light, only the fluorescence from the condensing point optically conjugate with the tip 202a is incident on the tip 202a. The fluorescence is transmitted 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 is transmitted through the optical fiber 112 and detected by the light receiver 114. The light receiver 114 may be a high-sensitivity photodetector such as a photomultiplier tube in order to detect weak light with low noise.

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に入力される。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(蛍光)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(以下、「サンプリング点」という。)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、キャリブレーションユニット400を用いて先端202aの軌跡を測定し、その実測結果を基にスポット形成位置及びサンプリング点を推定している。そして、当該サンプリング点から対応する画像上の位置(モニタ300に表示される内視鏡画像の画素位置)及び励起光の発光パターンを決定している。サンプリング点と内視鏡画像の画素位置(画素アドレス)との対応関係は、リマップテーブルとして映像信号処理回路116に接続されたリマップテーブル用メモリ119に格納され、リマップテーブルのサンプリング点及び画素アドレスと励起光の発光パターンとの対応関係は、発光パターンデータとしてレーザ制御回路122に内蔵されている発光パターン用メモリ122aに格納される(詳細は後述)。   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 formation position in the observation region (scanning region) corresponding to the position, the return light (fluorescence) from the spot formation position. The signal acquisition timing (hereinafter referred to as “sampling point”) for obtaining the digital detection signal by detecting the signal is almost uniquely determined. As will be described later, in the present embodiment, the locus of the tip 202a is measured in advance using the calibration unit 400, and the spot formation position and the sampling point are estimated based on the actual measurement result. Then, the position on the corresponding image (the pixel position of the endoscopic image displayed on the monitor 300) and the emission pattern of the excitation light are determined from the sampling point. The correspondence between the sampling point and the pixel position (pixel address) of the endoscopic image is stored as a remap table in the remap table memory 119 connected to the video signal processing circuit 116, and the sampling points of the remap table and The correspondence between the pixel address and the light emission pattern of the excitation light is stored as light emission pattern data in a light emission pattern memory 122a built in the laser control circuit 122 (details will be described later).

映像信号処理回路116は、リマップテーブルを参照して、各サンプリング点で得られる各デジタル検出信号を対応する画素アドレスのデータとして割り当てる。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、所定のタイミングで画像メモリ118から映像信号出力回路120に掃き出されて、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(本明細書においては、単に「内視鏡画像」ともいう。)が表示される。   The video signal processing circuit 116 refers to the remapping table and assigns each digital detection signal obtained at each sampling point as corresponding pixel address data. 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 swept from the image memory 118 to the video signal output circuit 120 at a predetermined timing, and the video signal conforms to a predetermined standard such as NTSC (National Television System Committee) or PAL (Phase Alternating Line). To be output to the monitor 300. On the display screen of the monitor 300, a high-magnification and high-resolution three-dimensional confocal image of the subject (in this specification, simply referred to as “endoscopic image”) is displayed.

上述したように、被写体は、XY方向に関して走査領域の中心から周辺に向かって渦巻状に走査(スパイラルスキャン)されるが(図3)、光ファイバ202は共振運動のため、各スパイラルの周期(一回転の走査にかかる時間)は同じである。このため、走査領域の中心ほど励起光の照射密度(単位面積当たりの照射エネルギー)が高くなり、蛍光体の分解がより速く進行して褪色が起きる。その結果、観察主体が位置する観察領域中央部で画像が暗くなる不具合が生じる。そこで、本実施形態の走査型共焦点内視鏡システム1では、励起光の発光パターンを適切に制御することで蛍光の褪色を好適に抑えるように構成している。   As described above, the subject is scanned in a spiral shape (spiral scan) from the center of the scanning region to the periphery in the XY direction (FIG. 3), but the optical fiber 202 has a spiral period ( The time required for scanning for one rotation is the same. For this reason, the irradiation density (irradiation energy per unit area) of the excitation light increases toward the center of the scanning region, and the decomposition of the phosphor progresses more rapidly, causing discoloration. As a result, there is a problem that the image becomes dark at the center of the observation area where the observation subject is located. Therefore, the scanning confocal endoscope system 1 according to the present embodiment is configured to appropriately suppress the fluorescence fading by appropriately controlling the emission pattern of the excitation light.

図4(a)は、光ファイバ202の先端202aの動きを示す図である。図4(b)は、光源102が出射する励起光の強度を示す図である。図4(a)、(b)の横軸は共に時間軸である。図4(a)の縦軸は、中心軸AXを基準とした先端202aのX(又はY)方向の変位量を示す。図4(b)の縦軸は、励起光の強度を示す。図4(b)に示すように、本実施形態においては、サンプリング期間中、パルス状の励起光を出射している(以下、パルス状の励起光が出射される期間を「パルス駆動期間」という。)。後述するように、パルス駆動期間中の励起光の発光パターン(発光タイミング)は、リマップテーブルに基づいて生成された発光パターンデータによって定まり、本実施形態においては、所定のパルス幅を有する1パルスの励起光が内視鏡画像の1画素に対応するように発光パターンデータが生成される。上述したように、走査領域の中心部分の走査速度が周辺部分の走査速度よりも遅いため、走査領域の中心部分に相当する内視鏡画像の1画素に対して多くのサンプリング点が集中するが、このような構成とすることで、不必要な(重複する)サンプリング点を間引き、励起光の照射密度が走査領域の全域において略一定となるようにしている。従って、本実施形態によれば、特に多くのサンプリング点が集中する走査領域の中心部分において励起光の照射エネルギーが減少するため、蛍光体の分解が極端に進行することはなく、蛍光の褪色が抑えられることとなる。また、本実施形態においては、制動期間中、励起光の出射が停止するように制御される。従って、制動期間中の不必要な励起光によって蛍光体の分解が進行することもない。また、本実施形態によれば、不必要な励起光の発光がなくなるため、上述した従来の構成に比較して消費電力が低減されることとなる。従って、本実施形態の走査型共焦点内視鏡システム1を、バッテリを用いたシステムで用いる場合に特に有効である。また、本実施形態によれば、上述した従来の構成に比較して励起光の照射時間が少なくてすむため、光源102の寿命が延び、また、内視鏡先端部が励起光によって加熱されることも防止される。すなわち、従来の構成に比較して、製品寿命と安全性の観点からも著しい改善をもたらすものとなる。   FIG. 4A is a diagram illustrating the movement of the tip 202 a of the optical fiber 202. FIG. 4B is a diagram illustrating the intensity of the excitation light emitted from the light source 102. Both the horizontal axes of FIGS. 4A and 4B are time axes. The vertical axis in FIG. 4A indicates the amount of displacement in the X (or Y) direction of the tip 202a with respect to the central axis AX. The vertical axis | shaft of FIG.4 (b) shows the intensity | strength of excitation light. As shown in FIG. 4B, in the present embodiment, pulsed excitation light is emitted during the sampling period (hereinafter, the period in which the pulsed excitation light is emitted is referred to as “pulse drive period”). .) As will be described later, the light emission pattern (light emission timing) of the excitation light during the pulse drive period is determined by the light emission pattern data generated based on the remapping table, and in this embodiment, one pulse having a predetermined pulse width. The light emission pattern data is generated so that the excitation light corresponds to one pixel of the endoscopic image. As described above, since the scanning speed of the central portion of the scanning region is slower than the scanning speed of the peripheral portion, many sampling points are concentrated on one pixel of the endoscopic image corresponding to the central portion of the scanning region. With such a configuration, unnecessary (overlapping) sampling points are thinned out so that the irradiation density of the excitation light is substantially constant over the entire scanning region. Therefore, according to the present embodiment, the irradiation energy of the excitation light is reduced particularly in the central portion of the scanning region where a large number of sampling points are concentrated. It will be suppressed. In the present embodiment, the emission of excitation light is controlled to stop during the braking period. Therefore, the phosphor is not decomposed by unnecessary excitation light during the braking period. In addition, according to the present embodiment, unnecessary excitation light emission is eliminated, so that power consumption is reduced as compared with the conventional configuration described above. Therefore, the scanning confocal endoscope system 1 of the present embodiment is particularly effective when used in a system using a battery. Further, according to the present embodiment, the irradiation time of the excitation light can be reduced as compared with the conventional configuration described above, so that the life of the light source 102 is extended, and the endoscope distal end is heated by the excitation light. This is also prevented. That is, compared with the conventional configuration, the product life and safety are significantly improved.

上述したように、本実施形態においては、パルス駆動期間中の励起光の発光パターンは、リマップテーブルに基づいて生成される発光パターンデータによって定められる。以下、本実施形態のリマップテーブル及び発光パターンデータの作成方法について詳述する。   As described above, in the present embodiment, the emission pattern of the excitation light during the pulse drive period is determined by the emission pattern data generated based on the remapping table. Hereinafter, a method of creating the remapping table and the light emission pattern data of this embodiment will be described in detail.

リマップテーブルは、キャリブレーションユニット400(図1)を用いて光ファイバ202の先端202aの回転軌跡を測定することによって作成される。キャリブレーションユニット400による先端202aの回転軌跡の測定は、本実施形態の走査型共焦点内視鏡システム1を使用する前に行う、いわゆる校正作業であり、キャリブレーションユニット400を共焦点光学ユニット204の先端に配置して行われる。   The remap table is created by measuring the rotation locus of the tip 202a of the optical fiber 202 using the calibration unit 400 (FIG. 1). The measurement of the rotation trajectory of the tip 202a by the calibration unit 400 is a so-called calibration operation performed before using the scanning confocal endoscope system 1 of the present embodiment, and the calibration unit 400 is used as the confocal optical unit 204. This is done by placing it at the tip.

キャリブレーションユニット400は、PSD(Position Sensitive Detector)402、アンプ404を備えている(図1)。PSD402は、半導体位置検出素子であり、共焦点光学ユニット204から出射される励起光の位置を検出する光センサである。キャリブレーションユニット400が共焦点光学ユニット204の先端に配置されると、PSD402は、共焦点光学ユニット204の光ファイバ202の先端202aと対向して配置される。そして、この状態で、CPU108は、光源102及び走査ドライバ210を制御し、光ファイバ202の先端202aを渦巻状に走査(回転)させながら励起光を連続的に出射する。光ファイバ202の先端202aから出射された励起光は、PSD402によって受光され、渦巻状に走査される励起光の位置情報が逐次電流に変換されて出力される。PSD402から出力された電流は、アンプ404によって電圧に変換されて、システム本体100のA/D130に送られる。そして、A/D130によって、所定のサンプリング周波数(例えば、54MHz)でサンプリングされた上で、デジタル値に変換され、デジタル値に変換された励起光の位置情報は、CPUメモリ110に順次記憶される。ここで、サンプリング周波数は、走査領域の周辺部分において内視鏡画像の略1画素を走査するのに掛かる時間に対応する周波数である。   The calibration unit 400 includes a PSD (Position Sensitive Detector) 402 and an amplifier 404 (FIG. 1). The PSD 402 is a semiconductor position detection element, and is an optical sensor that detects the position of excitation light emitted from the confocal optical unit 204. When the calibration unit 400 is disposed at the tip of the confocal optical unit 204, the PSD 402 is disposed to face the tip 202a of the optical fiber 202 of the confocal optical unit 204. In this state, the CPU 108 controls the light source 102 and the scanning driver 210 to continuously emit excitation light while scanning (rotating) the tip 202a of the optical fiber 202 in a spiral shape. The excitation light emitted from the tip 202a of the optical fiber 202 is received by the PSD 402, and the position information of the excitation light scanned in a spiral shape is sequentially converted into a current and output. The current output from the PSD 402 is converted into a voltage by the amplifier 404 and sent to the A / D 130 of the system main body 100. Then, after being sampled by the A / D 130 at a predetermined sampling frequency (for example, 54 MHz), converted into a digital value, the position information of the excitation light converted into the digital value is sequentially stored in the CPU memory 110. . Here, the sampling frequency is a frequency corresponding to the time taken to scan approximately one pixel of the endoscopic image in the peripheral portion of the scanning region.

次に、CPU108は、CPUメモリ110に記憶された励起光の位置情報を画像メモリ118に対応付けてリマップテーブルを作成し、リマップテーブル用メモリ119に格納する。すなわち、リマップテーブルは、励起光の位置情報とモニタ300に表示される内視鏡画像との対応関係を記述するテーブルであり、例えば、内視鏡画像を水平方向(X方向)15ピクセル、垂直方向(Y方向)15ピクセルの画素で構成した場合、順次サンプリングされた励起光の位置(サンプリング点)と内視鏡画像の画素位置(ラスタ座標)との関係は図5のようになり、CPU108は、この関係に基づいて各サンプリング点に対応する内視鏡画像の画素位置(ラスタ座標)を求めてリマップテーブルを作成する。そして、更に本実施形態においては、走査領域の中心部分で内視鏡画像の同一の画素に複数のサンプリング点が集中することにより褪色が発生するのを防止するため、励起光をパルス状に出射させるための発光パターンデータを作成している。なお、図5においては、図面の見易さを考慮し、走査領域の中心部分と周辺部分の一部のサンプリング点を示しているが、実際には渦巻状の走査軌跡に沿って多数のサンプリング点が存在する。   Next, the CPU 108 creates a remap table by associating the position information of the excitation light stored in the CPU memory 110 with the image memory 118 and stores the remap table in the remap table memory 119. In other words, the remapping table is a table that describes the correspondence between the position information of the excitation light and the endoscopic image displayed on the monitor 300. For example, the remap table represents 15 pixels in the horizontal direction (X direction), When configured with 15 pixels in the vertical direction (Y direction), the relationship between the sequentially sampled excitation light position (sampling point) and the endoscopic image pixel position (raster coordinates) is as shown in FIG. Based on this relationship, the CPU 108 obtains the pixel position (raster coordinates) of the endoscopic image corresponding to each sampling point and creates a remap table. Further, in the present embodiment, excitation light is emitted in a pulse shape in order to prevent the occurrence of fading due to the concentration of a plurality of sampling points on the same pixel of the endoscopic image in the central portion of the scanning region. The light emission pattern data for making it generate is created. FIG. 5 shows sampling points in the central portion and peripheral portion of the scanning region in consideration of the visibility of the drawing, but in actuality, a large number of sampling points are taken along the spiral scanning locus. There is a point.

図6は、CPU108によって作成されるリマップテーブル及び発光パターンデータの一例を示す図である。また、図7は、サンプリング点とラスタ座標との対応関係を説明する図である。図5〜図7に示すように、本実施形態においては、内視鏡画像が水平方向(X方向)15ピクセル、垂直方向(Y方向)15ピクセルの画素で構成されているものとし、励起光が、ラスタ座標(8,8)から(8,15)にわたって渦巻状に走査されるものとして説明する。また、サンプリング期間中(すなわち、ラスタ座標(8,8)から(8,15)にわたって渦巻状に走査される間)に1000個のサンプリング点があるものとし、サンプリングされる順に番号を付して(サンプリング点番号)示す。なお、図7の黒丸及び白丸は各サンプリング点を示し、各サンプリング点に付された番号は、図6のサンプリング点番号に対応している。なお、図7においては、図面の見易さを考慮し、走査領域の中心部の一部のサンプリング点を示しているが、実際には実線で示される渦巻状の走査軌跡に沿って多数のサンプリング点が存在する。   FIG. 6 is a diagram illustrating an example of the remap table and the light emission pattern data created by the CPU 108. FIG. 7 is a diagram for explaining the correspondence between sampling points and raster coordinates. As shown in FIGS. 5 to 7, in this embodiment, it is assumed that the endoscopic image is composed of 15 pixels in the horizontal direction (X direction) and 15 pixels in the vertical direction (Y direction), and excitation light. Is assumed to be scanned spirally from raster coordinates (8,8) to (8,15). In addition, it is assumed that there are 1000 sampling points during the sampling period (that is, while being scanned spirally from raster coordinates (8, 8) to (8, 15)). (Sampling point number). 7 indicate each sampling point, and the number assigned to each sampling point corresponds to the sampling point number in FIG. In FIG. 7, in consideration of easy viewing of the drawing, a part of sampling points in the central portion of the scanning region are shown. However, in actuality, a large number of sampling points are shown along a spiral scanning locus shown by a solid line. Sampling points exist.

図6に示すように、走査領域のほぼ中心においては、走査速度が極端に遅いため、内視鏡画像の同一の画素(ラスタ座標)に対して多くのサンプリング点が集中することとなる(図6のサンプリング点1〜10)。走査が外側に進むほど、各サンプリング点の間隔は徐々に拡がるが、走査領域の中心部分(例えば、サンプリング期間の最初の1/3の期間)においては、連続する複数のサンプリング点が同一のラスタ座標に割り当てられる場合もある(図6のサンプリング点201〜310)。また、図6及び図7に示すように、リマッピングは、励起光の渦巻状の走査軌跡を正方配置された内視鏡画像の画素位置に割り当てる処理であるため、例えば、サンプリング点204、205、303、304のように、走査軌跡の内側と外側とで同一の内視鏡画像の画素を通る(すなわち、同一のラスタ座標が割り当てられる)場合もあり得る。このように、同一のラスタ座標に複数のサンプリング点が割り当てられ、全てのサンプリング点で励起光が照射されると、特に走査領域の中心部分において単位面積当たりの照射エネルギーが高くなり、蛍光体の分解がより速く進行してしまい、蛍光の褪色が発生する。そこで、本実施形態においては、CPU108が、後述する発光パターンデータ生成処理を実行することにより、励起光が、内視鏡画像の各画素に対応する位置で1回だけパルス発光するように発光パターンデータを生成している。具体的には、各ラスタ座標に複数のサンプリング点が割り当てられている場合に、最も外側(すなわち、最も大きなサンプリング点番号)のサンプリング点で励起光がパルス発光するように発光パターンデータを生成する処理を行っている。例えば、図6及び図7においては、ラスタ座標(6,7)にサンプリング点204、205、303、304が割り当てられているが、サンプリング点304の位置でのみ励起光がパルス発光するように発光パターンデータが「1」とされ、サンプリング点204、205、303、の位置においては励起光が発光しないように発光パターンデータが「0」とされる。図7の黒丸は、励起光がパルス発光するサンプリング点を示し、白丸は、励起光がパルス発光しない(すなわち、消灯する)サンプリング点を示している。   As shown in FIG. 6, since the scanning speed is extremely low at the approximate center of the scanning region, many sampling points are concentrated on the same pixel (raster coordinate) of the endoscopic image (FIG. 6). 6 sampling points 1-10). As the scanning progresses outward, the interval between the sampling points gradually increases. However, in the central portion of the scanning region (for example, the first 1/3 period of the sampling period), a plurality of consecutive sampling points have the same raster. In some cases, the coordinates are assigned (sampling points 201 to 310 in FIG. 6). Further, as shown in FIGS. 6 and 7, since the remapping is a process of assigning the spiral scanning trajectory of the excitation light to the pixel positions of the squarely arranged endoscopic image, for example, sampling points 204 and 205 are used. , 303, and 304, the same endoscopic image pixels may pass through the inside and outside of the scanning trajectory (that is, the same raster coordinates may be assigned). As described above, when a plurality of sampling points are assigned to the same raster coordinate and the excitation light is irradiated at all the sampling points, the irradiation energy per unit area becomes high particularly in the central portion of the scanning region, and Decomposition proceeds faster and fluorescent discoloration occurs. Therefore, in the present embodiment, the CPU 108 executes a light emission pattern data generation process, which will be described later, so that the excitation light is emitted only once at a position corresponding to each pixel of the endoscopic image. Data is being generated. Specifically, when a plurality of sampling points are assigned to each raster coordinate, light emission pattern data is generated so that the excitation light is pulsed at the outermost sampling point (that is, the largest sampling point number). Processing is in progress. For example, in FIGS. 6 and 7, sampling points 204, 205, 303, and 304 are assigned to raster coordinates (6, 7), but light is emitted so that excitation light is emitted only at the positions of sampling points 304. The pattern data is set to “1”, and the emission pattern data is set to “0” so that excitation light is not emitted at the positions of the sampling points 204, 205, and 303. The black circles in FIG. 7 indicate sampling points at which the excitation light emits pulses, and the white circles indicate sampling points at which the excitation light does not emit pulses (that is, extinguishes).

図8は、本実施形態の走査型共焦点内視鏡システム1で実行される発光パターンデータ生成処理のフローチャートである。本実施形態の発光パターンデータ生成処理は、CPU108によってリマップテーブルが作成されたことを契機に、CPU108によって実行されるサブルーチンである。図8に示すように、発光パターンデータ生成処理が開始されると、CPU108はステップS1を実行する。   FIG. 8 is a flowchart of the light emission pattern data generation process executed in the scanning confocal endoscope system 1 of the present embodiment. The light emission pattern data generation process of the present embodiment is a subroutine executed by the CPU 108 when the remap table is created by the CPU 108. As shown in FIG. 8, when the light emission pattern data generation process is started, the CPU 108 executes Step S1.

ステップS1では、CPU108は、リマップテーブルを参照し、各サンプリング点のラスタ座標のX座標値を大きさNの1次元配列x[N]に格納し、Y座標値を大きさNの1次元配列y[N]に格納する。ここで、Nは、サンプリング点番号の最大値を意味し、図5〜7の場合、Nは1000である。ステップS1の処理により、配列x及び配列yの各要素には、各サンプリング点のX座標値及びY座標値が順番に格納され、配列x及び配列yの各インデックスは各サンプリング点番号に対応することとなる。次いで、処理は、ステップS2に進む。   In step S1, the CPU 108 refers to the remap table, stores the X coordinate value of the raster coordinate of each sampling point in a one-dimensional array x [N] of size N, and sets the Y coordinate value to a one-dimensional size of N. Store in array y [N]. Here, N means the maximum value of the sampling point number. In the case of FIGS. By the processing in step S1, the X coordinate value and the Y coordinate value of each sampling point are stored in each element of the array x and the array y in order, and each index of the array x and the array y corresponds to each sampling point number. It will be. Next, the process proceeds to step S2.

ステップS2では、CPU108は、大きさM×Mの2次元配列n[M][M]を用意し、全ての要素を「0」に初期化する。ここで、Mは、内視鏡画像のX方向及びY方向の画素数を意味し(すなわち、配列nの各インデックスは各ラスタ座標に対応することとなり)、図5〜7の場合、「15」である。このように、2次元配列nの各要素は、内視鏡画像の各画素(ラスタ座標)と対応しており、後述するように、励起光がパルス発光されるべきサンプリング点のサンプリング点番号が記憶される。次いで、処理は、ステップS3に進む。   In step S <b> 2, the CPU 108 prepares a two-dimensional array n [M] [M] having a size M × M, and initializes all elements to “0”. Here, M means the number of pixels in the X direction and the Y direction of the endoscopic image (that is, each index of the array n corresponds to each raster coordinate). In the case of FIGS. Is. In this way, each element of the two-dimensional array n corresponds to each pixel (raster coordinate) of the endoscopic image. As will be described later, the sampling point number of the sampling point where the excitation light is to be pulsed is set. Remembered. Next, the process proceeds to step S3.

ステップS3では、CPU108は、大きさNの1次元配列v[N]を用意し、全ての要素を「0」に初期化する。後述するように、配列vは、発光パターンデータを記憶する配列である。次いで、処理は、ステップS4に進む。   In step S3, the CPU 108 prepares a one-dimensional array v [N] of size N and initializes all elements to “0”. As will be described later, the array v is an array for storing light emission pattern data. Next, the process proceeds to step S4.

ステップS4では、CPU108は、ループ変数kをN(すなわち、サンプリング点番号の最大値)に設定する。ループ変数kは、後述するステップS8でディクリメントされるループ変数であり、サンプリング点番号に対応している。次いで、ステップS5に進む。   In step S4, the CPU 108 sets the loop variable k to N (that is, the maximum sampling point number). The loop variable k is a loop variable that is decremented in step S8 described later, and corresponds to the sampling point number. Next, the process proceeds to step S5.

ステップS5では、CPU108は、配列xのインデックスkの要素x[k]、及び、配列yのインデックスkの要素y[k]を読み出し、それぞれの値が、1〜Mの範囲内であるか否か(すなわち、内視鏡画像の有効画素範囲内であるか否か)を判断する。上述したように、配列x及び配列yのインデックスはサンプリング点番号に対応する。従って、ステップS5の処理により、サンプリング点番号kのサンプリング点に割り当てられたラスタ座標が、内視鏡画像の有効画素範囲に含まれているか否かを確認することができる。なお、後述するように、ステップS8においてループ変数kが順次ディクリメントされるため、ステップS5では、サンプリング点番号の大きいものから順に、そのサンプリング点に割り当てられたラスタ座標を読み出し、内視鏡画像の有効画素範囲に含まれているか否かの確認を行うこととなる。ステップS5において、サンプリング点番号kのサンプリング点に割り当てられたラスタ座標が、内視鏡画像の有効画素範囲に含まれていると判断された場合(ステップS5:YES)、処理はステップS6に進み、内視鏡画像の有効画素範囲に含まれていないと判断された場合(ステップS5:NO)、処理はステップS8に進む。   In step S5, the CPU 108 reads the element x [k] of the index k of the array x and the element y [k] of the index k of the array y, and whether or not each value is in the range of 1 to M. (That is, whether or not it is within the effective pixel range of the endoscopic image). As described above, the indices of the array x and the array y correspond to the sampling point numbers. Therefore, it is possible to confirm whether or not the raster coordinates assigned to the sampling point of sampling point number k are included in the effective pixel range of the endoscopic image by the processing in step S5. As will be described later, since the loop variable k is sequentially decremented in step S8, in step S5, the raster coordinates assigned to the sampling points are read out in descending order of the sampling point numbers, and the endoscopic image is read. It is confirmed whether or not it is included in the effective pixel range. If it is determined in step S5 that the raster coordinates assigned to the sampling point with the sampling point number k are included in the effective pixel range of the endoscopic image (step S5: YES), the process proceeds to step S6. If it is determined that it is not included in the effective pixel range of the endoscopic image (step S5: NO), the process proceeds to step S8.

ステップS6では、CPU108は、配列nのインデックス[x[k]][y[k]]の要素(すなわち、サンプリング点番号kのサンプリング点に割り当てられたラスタ座標に対応する要素)を読み出し、その値がループ変数kよりも小さいか否かを判断する。上述したように、配列nの全要素は「0」に初期化されているため、最初にステップS6が実行されるとき(すなわち、サンプリング点番号kのサンプリング点に割り当てられたラスタ座標が配列nのインデックス[x[k]][y[k]]と最初に一致したとき)、ループ変数kは初期値「0」よりも大きくなるため(ステップS6:YES)、処理はステップS7に進み、2回以上ステップS6が実行されるとき、(後述するように)ループ変数kは配列nのインデックス[x[k]][y[k]]の要素よりも小さくなるため(ステップS6:NO)、処理はステップS8に進む。   In step S6, the CPU 108 reads the element of the index [x [k]] [y [k]] of the array n (that is, the element corresponding to the raster coordinate assigned to the sampling point of the sampling point number k), and It is determined whether or not the value is smaller than the loop variable k. As described above, since all elements of the array n are initialized to “0”, when the step S6 is first executed (that is, the raster coordinates assigned to the sampling point of the sampling point number k are the array n). Since the loop variable k becomes larger than the initial value “0” (step S6: YES), the process proceeds to step S7, and the index [x [k]] [y [k]] is first matched. When step S6 is executed twice or more, the loop variable k is smaller than the element of the index [x [k]] [y [k]] of the array n (as described later) (step S6: NO). The process proceeds to step S8.

ステップS7では、配列nのインデックス[x[k]][y[k]]の要素に、ループ変数kの値を入れ、配列vのインデックス[k]に「1」を入れる。上述したように、ステップS6は、配列nのインデックス[x[k]][y[k]]の要素(すなわち、サンプリング点番号kのサンプリング点に割り当てられたラスタ座標に対応する要素)を読み出し、その値がループ変数kよりも小さいか否かを判断する処理である。従って、後述するステップS8でループ変数kがディクリメントされ、2回以上ステップS6が実行される場合、ループ変数kは配列nのインデックス[x[k]][y[k]]の要素よりも必ず小さくなり、ステップS7が実行されることはない。すなわち、ステップS6とステップS7によって、各ラスタ座標に割り当てられたサンプリング点のうち、最も外側(すなわち、最も大きなサンプリング点番号)のサンプリング点が特定されて、配列nのインデックス[x[k]][y[k]]の要素に記憶されると共に、その特定されたサンプリング点で「1」となる配列v(すなわち、発光パターンデータ)が生成される。   In step S7, the value of the loop variable k is put into the element of the index [x [k]] [y [k]] of the array n, and “1” is put into the index [k] of the array v. As described above, step S6 reads the element of index [x [k]] [y [k]] of array n (that is, the element corresponding to the raster coordinate assigned to the sampling point of sampling point number k). , A process for determining whether or not the value is smaller than the loop variable k. Therefore, when the loop variable k is decremented in step S8, which will be described later, and step S6 is executed twice or more, the loop variable k is larger than the element of the index [x [k]] [y [k]] of the array n. It always becomes smaller and step S7 is not executed. That is, in step S6 and step S7, among the sampling points assigned to each raster coordinate, the outermost sampling point (that is, the largest sampling point number) is specified, and the index [x [k]] of the array n is specified. An array v (that is, light emission pattern data) that is stored in the element [y [k]] and becomes “1” at the specified sampling point is generated.

ステップS8では、CPU108は、ループ変数kをディクリメントし、ステップS9に進む。   In step S8, the CPU 108 decrements the loop variable k, and proceeds to step S9.

ステップS9では、CPU108は、ループ変数kの値が1以上であるか否かを判断する。上述したように、ループ変数kは、サンプリング点番号を示しているため、サンプリング点が1よりも小さくなった場合(ステップS9:NO)、全てのサンプリング点について発光パターンデータが生成されたと判断して処理を終了し、サンプリング点が1以上である場合(ステップS9:YES)、未だ全てのサンプリング点について発光パターンデータが生成されていないと判断して、処理はステップS5に戻り、ステップS5〜S9が繰り返し実行される。   In step S9, the CPU 108 determines whether or not the value of the loop variable k is 1 or more. As described above, since the loop variable k indicates the sampling point number, if the sampling point is smaller than 1 (step S9: NO), it is determined that the light emission pattern data has been generated for all sampling points. If the sampling point is 1 or more (step S9: YES), it is determined that the light emission pattern data has not yet been generated for all sampling points, and the process returns to step S5, and steps S5 to S5 are performed. S9 is repeatedly executed.

以上説明したように、CPU108によって、発光パターンデータ生成処理が実行されることにより、配列vに発光パターンデータが生成される。そして、このように生成された発光パターンデータは、レーザ制御回路122に内蔵の発光パターン用メモリ122aに送られて記憶される。   As described above, the light emission pattern data is generated in the array v by the CPU 108 executing the light emission pattern data generation process. The light emission pattern data generated in this way is sent to and stored in a light emission pattern memory 122a built in the laser control circuit 122.

リマップテーブル及び発光パターンデータが完成すると、キャリブレーションユニット400を共焦点光学ユニット204の先端から取り外すことで、通常の共焦点観察(内視鏡観察)が可能となる。すなわち、CPU108は、光ファイバ202の先端202aを渦巻状に走査(回転)させながら、光源102から発光パターンデータに応じた励起光が出射されるようにレーザ制御回路122を制御する。具体的には、CPU108が制御するレーザ制御回路122は、発光パターン用メモリ122aから各サンプリング点の発光パターンデータを順に呼び出しながら、レーザ駆動信号を生成し、光源102に供給することで励起光のオン/オフ制御を行う。   When the remap table and the light emission pattern data are completed, the normal confocal observation (endoscopic observation) can be performed by removing the calibration unit 400 from the tip of the confocal optical unit 204. That is, the CPU 108 controls the laser control circuit 122 so that excitation light corresponding to the light emission pattern data is emitted from the light source 102 while scanning (rotating) the tip 202a of the optical fiber 202 in a spiral shape. Specifically, the laser control circuit 122 controlled by the CPU 108 generates the laser drive signal while sequentially calling the light emission pattern data of each sampling point from the light emission pattern memory 122a, and supplies the laser drive signal to the light source 102 to thereby generate the excitation light. Perform on / off control.

図9は、発光パターンデータに基づいてパルス状に照射される励起光と、ラスタ座標(内視鏡画像の画素アドレス)との関係を模式的に示す図である。図9に示すように、励起光が発光パターンデータに基づいて照射される結果、内視鏡画像の各画素に対して、最も外側に位置するサンプリング点でのみサンプリングが行えるように、1パルスの励起光が照射されることとなる。すなわち、励起光の照射密度は、走査領域の全域において略一定となる。   FIG. 9 is a diagram schematically illustrating a relationship between excitation light irradiated in a pulse shape based on light emission pattern data and raster coordinates (pixel address of an endoscopic image). As shown in FIG. 9, as a result of irradiating the excitation light based on the emission pattern data, each pulse of the endoscopic image can be sampled at one sampling point only at the outermost sampling point. Excitation light will be irradiated. That is, the irradiation density of the excitation light is substantially constant throughout the scanning region.

図10は、各サンプリング点とレーザ駆動信号との関係を示すタイミングチャートである。図10中、黒丸は、発光パターンデータが「1」のサンプリング点を示し、白丸は、発光パターンデータが「0」のサンプリング点を示している。図10に示すように、本実施形態のレーザ駆動信号は、発光パターンデータが「1」のサンプリング点を中心とした一定の幅(例えば、5サンプリング分)を持ったパルス信号としている。これは、1つのサンプリング点に対応する時間で励起光を照射した場合、励起光の照射時間が約18.5ns(1/54MHz)となり、蛍光試薬の反応時間との関係から十分な光量の蛍光を得ることが難しいことと、システムに起因する遅延時間等の影響により励起光をサンプリング点に正確に照射することが難しいためである。なお、システムに起因する遅延時間は使用する部品によってもバラツキがあり、また、蛍光試薬の反応時間は、その種類、観察対象によっても変化するため、システム本体100に設けられたユーザインターフェース(不図示)を操作することによって、レーザ駆動信号のパルス幅が可変できるように構成してもよい。   FIG. 10 is a timing chart showing the relationship between each sampling point and the laser drive signal. In FIG. 10, black circles indicate sampling points whose emission pattern data is “1”, and white circles indicate sampling points whose emission pattern data is “0”. As shown in FIG. 10, the laser drive signal of the present embodiment is a pulse signal having a certain width (for example, 5 samplings) centered on the sampling point where the light emission pattern data is “1”. This is because when the excitation light is irradiated for a time corresponding to one sampling point, the irradiation time of the excitation light is about 18.5 ns (1/54 MHz), and a sufficient amount of fluorescence is obtained from the relationship with the reaction time of the fluorescent reagent. This is because it is difficult to obtain the sampling point and it is difficult to accurately irradiate the sampling point with the excitation light due to the delay time caused by the system. Note that the delay time caused by the system varies depending on the components used, and the reaction time of the fluorescent reagent also varies depending on the type and observation target. Therefore, a user interface (not shown) provided in the system main body 100 is used. ), The pulse width of the laser drive signal may be variable.

また、システム構成や蛍光試薬の変更によって、信号の遅延時間や蛍光試薬の反応時間が変化することが考えられるため、本実施形態においては、システム本体100に設けられたユーザインターフェース(不図示)を操作することによって、レーザ駆動信号をサンプリング点に対して任意に早めることができる(すなわち、励起光を照射し始めるタイミングを任意に調整することができる)ように構成されている。   In addition, since it is considered that the signal delay time and the reaction time of the fluorescent reagent change due to changes in the system configuration and the fluorescent reagent, in this embodiment, a user interface (not shown) provided in the system main body 100 is used. By operating, the laser drive signal can be arbitrarily advanced with respect to the sampling point (that is, the timing at which the excitation light starts to be irradiated can be arbitrarily adjusted).

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、走査型共焦点内視鏡システムを例に挙げて説明したが、共焦点の構成に限定されるものではなく、特許文献2〜5に記載の通常の走査型内視鏡システムに適用することも可能である。この場合においても、上述の発光パターンデータ生成処理を実行し、発光パターンデータに基づいてレーザ光(照明光)をパルス駆動することにより、各ラスタ座標に対して、1パルスの照明光を照射することが可能となる。従って、不必要な照明光の照射を抑えつつ、一様な明るさの内視鏡画像を得ることが可能となり、従来の構成に比較して消費電力が低減され、レーザ光源の寿命が延びる。また、内視鏡先端部が照明光によって加熱されることも防止される。   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 scanning confocal endoscope system has been described as an example. However, the present invention is not limited to the confocal configuration, and the normal scanning type endoscope described in Patent Documents 2 to 5 is used. It is also possible to apply to an endoscope system. Also in this case, the above-described light emission pattern data generation process is executed, and laser light (illumination light) is pulse-driven based on the light emission pattern data, whereby one pulse of illumination light is emitted to each raster coordinate. It becomes possible. Therefore, it is possible to obtain an endoscopic image with uniform brightness while suppressing the irradiation of unnecessary illumination light, reducing power consumption and extending the life of the laser light source as compared with the conventional configuration. In addition, the endoscope tip is prevented from being heated by the illumination light.

また、本実施形態においては、励起光の走査は、渦巻状の走査として説明したが、この構成に限定されるものではない。例えば、光ファイバ202の先端202aを互いに直交する2つの方向に単振動させることによって、励起光を正弦波的に走査する、いわゆるリサージュ走査方式の走査型内視鏡システムに適用することも可能である。このような走査方式においても、走査領域の特定箇所で走査速度が遅くなるため(すなわち、励起光の走査速度が徐々に変化し、一定とはならないため)、同一のラスタ座標に複数のサンプリング点が割り当てられる。従って、一部のラスタ座標について、照射密度が高くなり、蛍光の褪色が進行するといった問題が生じる。しかし、このような走査方式においても、上述の発光パターンデータ生成処理を実行し、発光パターンデータに基づいて励起光をパルス駆動することにより、各ラスタ座標に対して、1パルスの励起光を照射することが可能となるため、本実施形態と同様、かかる問題が有効に解決される。   In this embodiment, the scanning of the excitation light has been described as a spiral scan, but is not limited to this configuration. For example, the present invention can be applied to a so-called Lissajous scanning type scanning endoscope system in which excitation light is scanned sinusoidally by causing the tip 202a of the optical fiber 202 to vibrate in two directions orthogonal to each other. is there. Even in such a scanning method, since the scanning speed is slow at a specific portion of the scanning area (that is, the scanning speed of the excitation light gradually changes and does not become constant), a plurality of sampling points are set on the same raster coordinate. Is assigned. Therefore, there is a problem that the irradiation density is increased for some raster coordinates and the fading of fluorescence proceeds. However, even in such a scanning method, the above-described light emission pattern data generation process is executed, and the excitation light is pulse-driven based on the light emission pattern data, thereby irradiating each raster coordinate with one pulse of excitation light. Therefore, like the present embodiment, such a problem is effectively solved.

また、本実施形態においては、全サンプリング期間をパルス駆動期間として、励起光を発光パターンデータに基づいたレーザ駆動信号でパルス状に照射する構成したが、励起光の照射密度が走査領域の全域において略一定となればよく、この構成に限定されるものではない。例えば、蛍光の褪色は、特に走査領域の中心部分で顕著となるため、図11に示すように、走査領域の中心部分のみをパルス駆動期間の対象として上記発光パターンデータ生成処理を行い、走査領域の周辺部分では各サンプリング点の発光パターンデータを無条件に「1」とする(すなわち、連続発光する)ように構成してもよい。この場合、発明者らが行った実機検証の結果に基づいて、サンプリング期間の最初の1/3の期間をパルス駆動期間に設定し(すなわち、サンプリング期間の最初の1/3の期間を蛍光の褪色が発生する期間とみなして)、励起光をパルス状に発光するように制御することが好ましい。このような構成とすれば、パルス駆動期間に相当するサンプリング点についてのみ発光パターンデータを生成すればよく、処理を効率化することができる。また、ユーザがユーザインターフェース(不図示)を操作することによって、パルス駆動期間を任意に設定できる構成としてもよい。   In the present embodiment, the entire sampling period is set as the pulse drive period, and the excitation light is irradiated in a pulse shape with the laser drive signal based on the light emission pattern data. However, the irradiation density of the excitation light is in the entire scanning region. It is only necessary to be substantially constant, and the configuration is not limited to this. For example, since the fading of the fluorescence becomes conspicuous particularly in the central portion of the scanning region, as shown in FIG. 11, the light emission pattern data generation process is performed only on the central portion of the scanning region as the target of the pulse driving period, and the scanning region The light emission pattern data at each sampling point may be unconditionally set to “1” (that is, continuous light emission) in the peripheral portion of. In this case, based on the results of actual machine verification performed by the inventors, the first one-third period of the sampling period is set as a pulse driving period (that is, the first one-third period of the sampling period is set as the fluorescence period). It is preferable to control so that the excitation light is emitted in a pulsed manner, assuming that it is a period in which a fading occurs. With such a configuration, it is only necessary to generate light emission pattern data for sampling points corresponding to the pulse drive period, and the processing can be made efficient. Further, the pulse driving period may be arbitrarily set by the user operating a user interface (not shown).

1 走査型共焦点内視鏡システム
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
119 リマップテーブル用メモリ
120 映像信号出力回路
122 レーザ制御回路
122a 発光パターン用メモリ
130 A/D
200 共焦点プローブ
202 光ファイバ
204 共焦点光学ユニット
206 サブCPU
208 サブメモリ
210 走査ドライバ
300 モニタ
400 キャリブレーションユニット
402 PSD
404 アンプ
1 Scanning Confocal 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 119 Remap table memory 120 Video signal output circuit 122 Laser control circuit 122a Light emission pattern memory 130 A / D
200 confocal probe 202 optical fiber 204 confocal optical unit 206 sub CPU
208 Sub Memory 210 Scan Driver 300 Monitor 400 Calibration Unit 402 PSD
404 amplifier

Claims (15)

入射端に入射する照明光を出射端まで導光し、該出射端から被写体に出射する光ファイバと、
前記光ファイバの出射端から出射される前記照明光が前記被写体上の二次元の走査領域内を周期的に走査するように、前記光ファイバの出射端を周期的に移動させる光ファイバ走査手段と、
前記照明光を駆動するための駆動信号を生成し、該駆動信号に基づいて前記照明光をオン/オフ制御する光源制御手段と、
前記被写体からの散乱光を受光し、所定の検出タイミングで画像信号を検出する画像信号検出手段と、
前記画像信号の検出タイミングに応じた二次元の画素位置を割り当て、該割り当てた画素位置に該画像信号を配列して内視鏡画像を生成する画像生成手段と、
を備え、
前記光源制御手段は、前記照明光の照射密度が前記走査領域の全域において略一定となるように、前記画像信号の検出タイミングに基づいて前記駆動信号を生成する
ことを特徴とする走査型内視鏡システム。
An optical fiber that guides illumination light incident on the incident end to the exit end, and exits the exit end to the subject;
Optical fiber scanning means for periodically moving the emission end of the optical fiber so that the illumination light emitted from the emission end of the optical fiber periodically scans in a two-dimensional scanning region on the subject. ,
Light source control means for generating a drive signal for driving the illumination light, and for controlling on / off of the illumination light based on the drive signal;
Image signal detecting means for receiving scattered light from the subject and detecting an image signal at a predetermined detection timing;
Image generation means for assigning a two-dimensional pixel position corresponding to the detection timing of the image signal, and arranging the image signal at the assigned pixel position to generate an endoscopic image;
With
The light source control means generates the driving signal based on the detection timing of the image signal so that the illumination density of the illumination light is substantially constant over the entire scanning region. Mirror system.
前記光源制御手段は、前記画像信号の検出タイミングが同一の二次元の画素位置に複数個割り当てられる場合に、該複数の前記画像信号の検出タイミングのいずれか1つを基準タイミングとして所定のパルス幅を有する駆動パルスを生成し、該駆動パルスに基づいて前記駆動信号を生成することを特徴とする請求項1に記載の走査型内視鏡システム。   The light source control means, when a plurality of the image signal detection timings are assigned to the same two-dimensional pixel position, has a predetermined pulse width with any one of the plurality of image signal detection timings as a reference timing. 2. The scanning endoscope system according to claim 1, wherein a drive pulse having the following is generated, and the drive signal is generated based on the drive pulse. 前記基準タイミングは、同一の二次元の画素位置に割り当てられた前記複数の画像信号の検出タイミングのうち、前記走査領域内において最も外側に位置する検出タイミングであることを特徴とする請求項2に記載の走査型内視鏡システム。   The reference timing is a detection timing located on the outermost side in the scanning region among detection timings of the plurality of image signals assigned to the same two-dimensional pixel position. The scanning endoscope system described. 前記光源制御手段は、前記基準タイミングに先立って前記駆動パルスを発生させることを特徴とする請求項2又は請求項3に記載の走査型内視鏡システム。   4. The scanning endoscope system according to claim 2, wherein the light source control unit generates the drive pulse prior to the reference timing. 5. 前記光源制御手段は、前記基準タイミングを含むように前記駆動パルスを生成することを特徴とする請求項2から請求項4のいずれか一項に記載の走査型内視鏡システム。   The scanning endoscope system according to any one of claims 2 to 4, wherein the light source control unit generates the drive pulse so as to include the reference timing. 前記光源制御手段は、ユーザからの入力を受け付ける第1の入力手段を備え、前記第1の入力手段が受け付けたユーザ入力に応じて、前記駆動パルスの発生タイミングと前記基準タイミングとの間の時間を調整することを特徴とする請求項2から請求項5のいずれか一項に記載の走査型内視鏡システム。   The light source control means includes first input means for receiving an input from a user, and a time between the generation timing of the drive pulse and the reference timing according to the user input received by the first input means. The scanning endoscope system according to any one of claims 2 to 5, characterized in that adjustment is made. 前記駆動パルスのパルス幅が、前記画像信号の検出タイミングの周期よりも長いことを特徴とする請求項2から請求項6のいずれか一項に記載の走査型内視鏡システム。   The scanning endoscope system according to any one of claims 2 to 6, wherein a pulse width of the drive pulse is longer than a period of detection timing of the image signal. 前記光源制御手段は、ユーザからの入力を受け付ける第2の入力手段を備え、前記第2の入力手段が受け付けたユーザ入力に応じて、前記駆動パルスのパルス幅を調整することを特徴とする請求項2から請求項7のいずれか一項に記載の走査型内視鏡システム。   The light source control means includes second input means for receiving an input from a user, and adjusts a pulse width of the drive pulse in accordance with a user input received by the second input means. The scanning endoscope system according to any one of claims 2 to 7. 前記光ファイバ走査手段は、前記照明光の走査速度が一定とならないように、前記光ファイバの出射端を移動させることを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか一項に記載の走査型内視鏡システム。   The scanning according to any one of claims 1 to 8, wherein the optical fiber scanning unit moves an output end of the optical fiber so that a scanning speed of the illumination light is not constant. Type endoscope system. 前記光ファイバ走査手段は、前記照明光が前記走査領域内を一定の周期でリサージュ走査するように、前記光ファイバの出射端を互いに直交する2つの方向に単振動させることを特徴とする請求項9に記載の走査型内視鏡システム。   The optical fiber scanning unit causes the emission end of the optical fiber to vibrate in two directions orthogonal to each other so that the illumination light performs Lissajous scanning in the scanning region at a constant period. The scanning endoscope system according to 9, wherein 前記光ファイバ走査手段は、前記照明光が前記走査領域内の中心部から周辺部に向って一定の回転周期で渦巻状に回転走査するように、前記光ファイバの出射端を渦巻状に回転駆動させることを特徴とする請求項9に記載の走査型内視鏡システム。   The optical fiber scanning means rotates the emission end of the optical fiber in a spiral shape so that the illumination light rotates and scans in a spiral shape with a constant rotation period from the center to the periphery in the scanning region. The scanning endoscope system according to claim 9, wherein: 前記光源制御手段は、前記照明光が前記走査領域内の中心部を走査するときに、前記駆動パルスを生成することを特徴とする請求項11に記載の走査型内視鏡システム。   The scanning endoscope system according to claim 11, wherein the light source control unit generates the drive pulse when the illumination light scans a central portion in the scanning region. 前記走査領域内の中心部の直径は、前記走査領域の直径の略1/3以下であることを特徴とする請求項12に記載の走査型内視鏡システム。   The scanning endoscope system according to claim 12, wherein a diameter of a central portion in the scanning region is approximately 1/3 or less of a diameter of the scanning region. 前記光ファイバ走査手段は、前記光ファイバの出射端を渦巻状に回転駆動させた後、所定の期間、前記光ファイバの出射端の回転駆動を停止し、
前記光源制御手段は、前記所定の期間、前記照明光の発光を停止させることを特徴とする請求項11から請求項13のいずれか一項に記載の走査型内視鏡システム。
The optical fiber scanning means, after rotating the emission end of the optical fiber in a spiral shape, stops the rotation drive of the emission end of the optical fiber for a predetermined period,
The scanning endoscope system according to any one of claims 11 to 13, wherein the light source control unit stops emission of the illumination light for the predetermined period.
前記照明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を備え、
前記画像信号検出手段は、前記散乱光を、前記共焦点ピンホールを介して受光することを特徴とする請求項1から請求項14のいずれか一項に記載の走査型内視鏡システム。
A confocal pinhole arranged at a position conjugate with the condensing point of the illumination light,
The scanning endoscope system according to any one of claims 1 to 14, wherein the image signal detection unit receives the scattered light through the confocal pinhole.
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