JP2014018556A - Calibration apparatus - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a calibration apparatus for a scanning confocal endoscope system capable of easily checking an irradiation position of illumination light.SOLUTION: The calibration apparatus for a scanning confocal endoscope system comprises: a relay lens that enlarges a scanning area of excitation light exited from an optical scanner; light detection means that detects a scanning trajectory of the excitation light exited from the relay lens; a fluorescence emitter that emits fluorescence when the excitation light enters; moving means that moves the relay lens and the light detection means relative to the optical scanner; and correction means that corrects scanning parameters of the excitation light such that the detected scanning trajectory become a reference scanning trajectory. The relay lens is arranged such that a rear focal point substantially matches a center position of a light-receiving surface. The moving means moves the relay lens and the light detection means such that, on the basis of the fluorescence displayed on a confocal image, a front focal point of the relay lens substantially matches a converging point of the excitation light and the scanning area of the excitation light is within the light-receiving surface.

Description

この発明は、所定波長の励起光を被写体に出射し、所定の走査範囲内で周期的に走査させる光走査装置を備え、光走査装置から出射した励起光により励起された被写体から発生する蛍光を受光し、共焦点画像を表示する走査型共焦点内視鏡システムのキャリブレーション装置に関する。   The present invention includes an optical scanning device that emits excitation light of a predetermined wavelength to a subject and periodically scans within a predetermined scanning range, and emits fluorescence generated from the subject excited by the excitation light emitted from the optical scanning device. The present invention relates to a calibration apparatus for a scanning confocal endoscope system that receives light and displays a confocal 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渦巻状に走査させ、観察部位から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知られている(例えば、特許文献1)。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、二軸アクチュエータによって片持ち梁状に保持される。二軸アクチュエータは、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を渦巻状に走査(スキャン)し、当該観察部位からの戻り光に基づきその照射領域(走査領域)の画像が取得される。   2. Description of the Related Art Conventionally, there is known a scanning endoscope system that scans light guided by an optical fiber in a spiral shape with respect to an observation site and receives reflected light from the observation site to form an image (for example, a patent) Reference 1). In such a 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 biaxial actuator. The biaxial actuator two-dimensionally vibrates (resonates) the tip of the fiber in accordance with the natural frequency while modulating and amplifying the amplitude of vibration, 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 scans the observation region in a spiral shape, and an image of the irradiation region (scanning region) is acquired based on the return light from the observation region.

また、近年、特許文献1に記載されているような走査型内視鏡システムを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2)。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。特許文献2に記載の走査型共焦点内視鏡システムは、生体組織の特定の狭小領域をレーザ光で2次元又は3次元に走査することで、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。   In recent years, it has also been proposed to apply a scanning endoscope system as described in Patent Document 1 to a scanning confocal endoscope system (for example, Patent Document 2). 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. The scanning confocal endoscope system described in Patent Document 2 is an observation image obtained by a normal endoscope optical system by scanning a specific narrow region of a living tissue two-dimensionally or three-dimensionally with a laser beam. It is configured to be able to observe a minute object that cannot be observed at a magnification of 1, or to observe a tomographic part of a living tissue.

特許文献1又は2に記載されているシステムにおいては、走査領域(観察部位)からの反射光又は蛍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。従って、歪みの無い再現性の高い内視鏡画像を生成するためには、各サンプリング点の走査位置をモニタの表示座標系に正確に合わせる必要がある。そこで、この種の走査型内視鏡システムにおいては、実際の走査パターン(走査軌跡)をモニタしながら、理想的な走査パターンが得られるように較正(キャリブレーション)している(特許文献1)。   In the system described in Patent Document 1 or 2, reflected light or fluorescence from a scanning region (observation site) is received at a predetermined cycle timing (hereinafter referred to as “sampling points”), and at each sampling point. Luminance information is assigned to the display coordinate system of the monitor (the pixel position of the endoscopic image), and a two-dimensional endoscopic image is displayed. Therefore, in order to generate a highly reproducible endoscope image without distortion, it is necessary to accurately match the scanning position of each sampling point with the display coordinate system of the monitor. Therefore, in this type of scanning endoscope system, calibration is performed so that an ideal scanning pattern can be obtained while monitoring an actual scanning pattern (scanning trajectory) (Patent Document 1). .

特表2008−514342号公報Special table 2008-514342 gazette 特開2011−255015号公報JP 2011-255015 A

特許文献1に記載の走査型内視鏡システムは、光ファイバから出射される照明光をPSD(Position Sensitive Detector)によって受光し、走査パターン(走査軌跡)中の照射スポットの位置を検出しながら、二軸アクチュエータへの印加電圧の振幅、位相、周波数等を調整し、理想的な走査パターンが得られるように較正(キャリブレーション)している。しかしながら、このような手法は、特許文献1に記載の走査型内視鏡システムのように、比較的広い走査領域(例えば、直径10mmの走査領域)を走査する構成の走査型内視鏡システムにおいては有効であるが、特許文献2に記載の走査型共焦点内視鏡システムのように、狭小な走査領域(例えば、直径500μmの走査領域)を走査する構成の走査型共焦点内視鏡システムにおいては、PSDセンサの分解能の限界から、照射スポットの位置を正確に検出することができないといった問題がある。   The scanning endoscope system described in Patent Document 1 receives illumination light emitted from an optical fiber by a PSD (Position Sensitive Detector), and detects the position of an irradiation spot in a scanning pattern (scanning trajectory). Calibration (calibration) is performed so as to obtain an ideal scanning pattern by adjusting the amplitude, phase, frequency, and the like of the voltage applied to the biaxial actuator. However, such a method is used in a scanning endoscope system configured to scan a relatively wide scanning region (for example, a scanning region having a diameter of 10 mm) as in the scanning endoscope system described in Patent Document 1. Is effective, but a scanning confocal endoscope system configured to scan a narrow scanning region (for example, a scanning region having a diameter of 500 μm) as in the scanning confocal endoscope system described in Patent Document 2 However, there is a problem that the position of the irradiation spot cannot be accurately detected due to the resolution limit of the PSD sensor.

また、走査パターンのキャリブレーションにおいては、照明光がPSDの受光面上を走査するように(すなわち、走査軌跡がPSDの受光面内に含まれるように)、光ファイバをPSDに対して正確に位置決めすることが重要となる。光ファイバとPSDの位置は、例えば、PSDによって得られる照射スポットの位置情報に基づいて自動で調整することも可能であるが、位置調整時に走査軌跡の一部がPSDの受光面から外れているような場合等、照射スポットの位置情報が正確に得られない場合があるため、目視による確認ができる構成が望まれている。   Further, in the calibration of the scanning pattern, the optical fiber is accurately set with respect to the PSD so that the illumination light scans on the PSD light-receiving surface (that is, the scanning locus is included in the PSD light-receiving surface). Positioning is important. The positions of the optical fiber and the PSD can be automatically adjusted based on, for example, the position information of the irradiation spot obtained by the PSD. However, a part of the scanning locus deviates from the light receiving surface of the PSD at the time of position adjustment. In such a case, since the position information of the irradiation spot may not be obtained accurately, a configuration that allows visual confirmation is desired.

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、狭小な走査領域を走査する構成の走査型内視鏡システムであっても走査パターン中の照射スポットの位置を正確に検出し、理想的な走査パターンが得られるように較正することができ、かつ照明光の照射位置を容易に確認可能なキャリブレーション装置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 thereof is to determine the position of an irradiation spot in a scanning pattern even in a scanning endoscope system configured to scan a narrow scanning region. It is an object of the present invention to provide a calibration device capable of accurately detecting and calibrating so as to obtain an ideal scanning pattern and easily confirming the irradiation position of illumination light.

上記の目的を達成するため、本発明のキャリブレーション装置は、光源からの所定波長の励起光を、被写体上で所定の走査範囲内で周期的に走査させる光走査装置を備え、光走査装置から出射した励起光により励起された被写体から発生する蛍光を受光し、共焦点画像を表示する走査型共焦点内視鏡システムのキャリブレーション装置であって、光走査装置から出射した励起光が入射し、走査範囲を拡大するリレーレンズと、リレーレンズから出射した励起光をリレーレンズの光軸に対し垂直に配置された受光面で受光し、該受光した励起光の受光面上での走査軌跡を検出する光検出手段と、受光面と光学的に等価な位置に配置され、リレーレンズから出射した励起光が入射したときに蛍光を発する蛍光発光体と、リレーレンズ及び光検出手段を光走査装置に対して相対的に移動させる移動手段と、光検出手段によって検出された走査軌跡が基準の走査軌跡となるように光走査装置から出射する励起光の走査パラメータを補正する補正手段と、を備え、リレーレンズは、該リレーレンズの後側焦点が、受光面の中心の位置に略一致するように配置されており、移動手段は、共焦点画像に表示される蛍光発光体の蛍光に基づいて、リレーレンズの前側焦点の位置が光走査装置から出射した励起光の集光点に略一致し、かつリレーレンズから出射した励起光の走査範囲が、受光面内に収まるようにリレーレンズ及び光検出手段を移動することを特徴とする。   In order to achieve the above object, a calibration device according to the present invention includes an optical scanning device that periodically scans excitation light of a predetermined wavelength from a light source on a subject within a predetermined scanning range. A calibration device for a scanning confocal endoscope system that receives fluorescence generated from a subject excited by emitted excitation light and displays a confocal image, and the excitation light emitted from the optical scanning device is incident on the calibration device. The scanning lens on the light receiving surface of the received excitation light is received by a relay lens that expands the scanning range, and excitation light emitted from the relay lens is received by a light receiving surface arranged perpendicular to the optical axis of the relay lens. A light detecting means for detecting, a fluorescent light emitting element which is disposed at a position optically equivalent to the light receiving surface and emits fluorescence when excitation light emitted from the relay lens is incident, a relay lens and a light detecting hand And a correction unit for correcting the scanning parameter of the excitation light emitted from the optical scanning device so that the scanning locus detected by the light detection unit becomes the reference scanning locus. The relay lens is arranged so that the rear focal point of the relay lens substantially coincides with the center position of the light receiving surface, and the moving means is a fluorescent light-emitting body displayed in the confocal image. Based on the fluorescence, the position of the front focal point of the relay lens substantially coincides with the condensing point of the excitation light emitted from the optical scanning device, and the scanning range of the excitation light emitted from the relay lens is within the light receiving surface. The relay lens and the light detection means are moved.

このような構成によれば、光走査装置から出射された光の走査軌跡が、光検出手段上で、その分解能に影響されない程度に拡大されて受光されるため、狭小な走査領域を走査する構成の走査型内視鏡システムであっても、その走査軌跡を高い精度で検出することが可能となり、理想的な走査軌跡となるように較正することが可能となる。また、励起光が蛍光発光体に入射することによって発生する蛍光を共焦点画像上で確認することにより、リレーレンズから出射した励起光の走査範囲が、受光面内に収まっているか否かを容易に確認することが可能となる。   According to such a configuration, the scanning trajectory of the light emitted from the optical scanning device is enlarged and received on the light detection means to the extent that it is not affected by the resolution, so that a narrow scanning region is scanned. This scanning endoscope system can detect the scanning trajectory with high accuracy, and can be calibrated to be an ideal scanning trajectory. In addition, by confirming the fluorescence generated when the excitation light enters the fluorescent light emitter on the confocal image, it is easy to determine whether the scanning range of the excitation light emitted from the relay lens is within the light receiving surface. It becomes possible to confirm.

また、蛍光発光体は、受光面の中心と等価な位置に形成されて蛍光を発する指標部を含み、移動手段は、リレーレンズから出射した励起光の走査範囲の中心が、受光面の中心と略一致するように、リレーレンズ及び光検出手段を移動することができる。このような構成によれば、リレーレンズから出射した励起光の走査軌跡を位置検出精度の安定した受光面の中心部分で検出できる。   In addition, the fluorescent light emitter includes an indicator portion that is formed at a position equivalent to the center of the light receiving surface and emits fluorescence, and the moving unit is configured such that the center of the scanning range of the excitation light emitted from the relay lens is the center of the light receiving surface. The relay lens and the light detection means can be moved so as to substantially match. According to such a configuration, the scanning locus of the excitation light emitted from the relay lens can be detected at the center portion of the light receiving surface with stable position detection accuracy.

また、指標部は、受光面の中心と等価な位置においてリレーレンズの光軸と直交し、かつ互いに直交する2つの直線によって形成された十字状の指標であることが望ましい。この場合、十字状の指標が、実線又は破線で形成されていることが好ましい。また、指標部は、受光面と等価な面内に離散的に配置された所定の形状を有する複数の指標を備えてもよい。   In addition, it is desirable that the index portion is a cross-shaped index formed by two straight lines that are orthogonal to the optical axis of the relay lens at a position equivalent to the center of the light receiving surface and are orthogonal to each other. In this case, it is preferable that the cross-shaped index is formed by a solid line or a broken line. The indicator unit may include a plurality of indicators having a predetermined shape discretely arranged in a plane equivalent to the light receiving surface.

また、指標部は、受光面の中心からの距離を示す距離指標を備えることができる。この場合、距離指標は、受光面の中心からの距離に応じて十字状の指標と直交するように形成された目盛り状の指標であることが好ましい。また、距離指標は、受光面の中心からの距離に応じて形状の異なる指標であってもよい。このような構成によれば、リレーレンズから出射した励起光の走査範囲の大きさを共焦点画像上で確認することが可能となる。   Further, the index unit can include a distance index indicating a distance from the center of the light receiving surface. In this case, the distance index is preferably a scale-shaped index formed so as to be orthogonal to the cross-shaped index in accordance with the distance from the center of the light receiving surface. The distance index may be an index having a different shape according to the distance from the center of the light receiving surface. According to such a configuration, the size of the scanning range of the excitation light emitted from the relay lens can be confirmed on the confocal image.

また、蛍光発光体は、受光面と等価な位置において受光面の周囲を取り囲むように形成された枠部を含み、移動手段は、リレーレンズから出射した励起光の走査範囲が枠部にかからないように、リレーレンズ及び光検出手段を移動することができる。   Further, the fluorescent light emitter includes a frame portion formed so as to surround the periphery of the light receiving surface at a position equivalent to the light receiving surface, and the moving means prevents the scanning range of the excitation light emitted from the relay lens from being applied to the frame portion. In addition, the relay lens and the light detection means can be moved.

また、蛍光発光体は、受光面と等価な位置において受光面と受光面の周囲とを覆い、リレーレンズから入射する励起光の一部を透過させる構成とすることができる。この場合、蛍光発光体は、受光面の中心と等価な位置において互いに直交する2つの直線によって形成された蛍光を発しない指標部を備える構成としてもよい。また、蛍光発光体は、方眼状に形成されていることが望ましい。このような構成によれば、励起光の走査範囲が受光面のどの位置にあったとしても蛍光を観察することが可能となるため、光走査装置と光検出手段との位置合わせが極めて容易となる。   In addition, the fluorescent light emitter can be configured to cover the light receiving surface and the periphery of the light receiving surface at a position equivalent to the light receiving surface and to transmit a part of the excitation light incident from the relay lens. In this case, the fluorescent light emitter may be configured to include an indicator portion that does not emit fluorescence formed by two straight lines orthogonal to each other at a position equivalent to the center of the light receiving surface. In addition, the fluorescent light emitter is preferably formed in a grid shape. According to such a configuration, since it is possible to observe the fluorescence regardless of the position of the scanning range of the excitation light on the light receiving surface, it is very easy to align the optical scanning device and the light detection means. Become.

また、光検出手段は、受光面の前面にカバーガラスを備え、蛍光発光体は、カバーガラスの受光面と対向する面上にコーティングされている構成とすることができる。また、この場合、蛍光発光体上に、該蛍光発光体で発生した蛍光を反射する蛍光反射コーティングが形成されてもよい。このような構成によれば、蛍光発光体からの蛍光が受光面に入射することを防止できるため、光検出手段は、受光面に入射される励起光の位置を高い精度で検出することができる。   Further, the light detection means may include a cover glass on the front surface of the light receiving surface, and the fluorescent light emitter may be coated on a surface facing the light receiving surface of the cover glass. In this case, a fluorescent reflection coating that reflects the fluorescence generated by the fluorescent light emitter may be formed on the fluorescent light emitter. According to such a configuration, since the fluorescence from the fluorescent light emitter can be prevented from entering the light receiving surface, the light detection unit can detect the position of the excitation light incident on the light receiving surface with high accuracy. .

また、リレーレンズと光検出手段との間に配置され、リレーレンズを介して入射した励起光を分割して光検出手段と蛍光発光体に出射すると同時に、蛍光発光体で発した蛍光をリレーレンズに向かって反射させるビームスプリッタを備えることができる。   In addition, it is arranged between the relay lens and the light detection means, and splits the excitation light incident through the relay lens and emits it to the light detection means and the fluorescent light emitter, and at the same time, the fluorescence emitted by the fluorescent light emitter is relay lens. A beam splitter can be provided that reflects toward the.

また、走査パラメータは、走査光の走査範囲を拡大又は縮小する第1のパラメータ、走査光の走査範囲の形状を変更する第2のパラメータ及び走査光の走査速度を変更する第3のパラメータの少なくとも1つを含むことができる。   The scanning parameter is at least one of a first parameter for expanding or reducing the scanning range of the scanning light, a second parameter for changing the shape of the scanning range of the scanning light, and a third parameter for changing the scanning speed of the scanning light. One can be included.

また、補正手段によって補正された拡大走査光の走査軌跡を所定のタイミングでサンプリングし、各サンプリング点に対して2次元のラスタ座標を割り当てるリマップテーブル作成手段を有する構成とすることができる。   Further, it may be configured to have a remapping table creating means for sampling the scanning locus of the enlarged scanning light corrected by the correcting means at a predetermined timing and assigning two-dimensional raster coordinates to each sampling point.

また、リレーレンズ、光検出手段及び蛍光発光体を単一の筐体内に収容する構成とすることができる。この場合、筐体は、光検出手段を外光から遮蔽する遮蔽筐体であることが好ましい。このような構成によれば、外光の影響を排除できるため、走査光の走査軌跡を高いSN比で検出することが可能となる。   Moreover, it can be set as the structure which accommodates a relay lens, a photon detection means, and a fluorescence light-emitting body in a single housing | casing. In this case, the housing is preferably a shielding housing that shields the light detection means from outside light. According to such a configuration, the influence of external light can be eliminated, so that the scanning trajectory of the scanning light can be detected with a high SN ratio.

本発明のキャリブレーション装置によれば、狭小な走査領域を走査する構成の走査型内視鏡システムであっても、走査パターン中の照射スポットの位置を正確に検出し、理想的な走査パターンが得られるように較正することができ、かつ照明光の照射位置を容易に確認することが可能となる。   According to the calibration apparatus of the present invention, even in a scanning endoscope system configured to scan a narrow scanning region, the position of an irradiation spot in the scanning pattern is accurately detected, and an ideal scanning pattern is obtained. It can be calibrated as obtained, and the irradiation position of the illumination light can be easily confirmed.

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. 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(振幅)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 (amplitude) of the front-end | tip of an optical fiber on an XY approximate surface in the X (or Y) direction, and a sampling period and a braking period. 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. 本発明の実施形態のキャリブレーション装置の模式図である。It is a schematic diagram of the calibration apparatus of embodiment of this invention. 本発明の実施形態のPSDの正面図である。It is a front view of PSD of the embodiment of the present 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キャリブレーションプログラムのフローチャートである。It is a flowchart of the calibration program performed with the scanning confocal endoscope system of embodiment of this invention. 励起光の走査領域とPSDとの位置関係を示す図である。It is a figure which shows the positional relationship of the scanning area | region of excitation light, and PSD. 走査領域の中心がPSDの中心に移動する様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that the center of a scanning area | region moves to the center of PSD. 本発明の実施形態の蛍光体の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the fluorescent substance of embodiment of this invention. 本発明の実施形態の蛍光体の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the fluorescent substance of embodiment of this invention. 本発明の実施形態の蛍光体の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the fluorescent substance of embodiment of this invention. 本発明の実施形態の蛍光体の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the fluorescent substance of embodiment of this invention. 本発明の実施形態の蛍光体の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the fluorescent substance of embodiment of this invention. 本実施形態のキャリブレーション装置の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the calibration apparatus of this embodiment.

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.

本実施形態の走査型共焦点内視鏡システムは、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。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、共焦点内視鏡200、モニタ300、キャリブレーション装置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内視鏡200の先端面を被写体に当て付けた状態で行う。   The scanning confocal endoscope system 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. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a scanning confocal endoscope system 1 according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the scanning confocal endoscope system 1 includes a system main body 100, a confocal endoscope 200, a monitor 300, and a calibration device 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 endoscope 200 is applied to the subject.

システム本体100は、光源102、光分波合波器(光カプラ)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。共焦点内視鏡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 body 100 includes a light source 102, an optical demultiplexer / multiplexer (optical coupler) 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 endoscope 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の駆動制御に従い、患者の体腔内に投与された薬剤を励起させ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を通過して共焦点内視鏡200内に配置された光学系に入射する。なお、本実施形態においては、患者に投与する蛍光色素として、フルオレセインを想定し、励起光は波長488nmのレーザ光である。   The light source 102 emits excitation light that excites the medicine 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 endoscope 200. In this embodiment, fluorescein is assumed as a fluorescent dye to be administered to a patient, and the excitation light is laser light having a wavelength of 488 nm.

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、共焦点内視鏡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 optically coupled to the optical demultiplexer / multiplexer 104 through the optical connector 152. The distal end of the optical fiber 202 is housed in a confocal optical unit 204 built into the distal end portion of the confocal endoscope 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による制御に従って周期的に変化する。なお、図2(a)中、中心軸AXは、Z方向に配置された光ファイバ202の軸心を示しており、光ファイバ202の先端202aが振動していない状態のとき、中心軸AXは、光ファイバ202の光路と一致する。   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 according to control by the CPU. In FIG. 2A, the central axis AX indicates the axis of the optical fiber 202 arranged in the Z direction. When the tip 202a of the optical fiber 202 is not oscillating, the central axis AX is , Which coincides with the optical path of the optical fiber 202.

サブメモリ208は、共焦点内視鏡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と共焦点内視鏡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内視鏡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 endoscope 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 endoscope 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 endoscope 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)をかけて実効値(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。なお、本実施形態においては、先端202aの回転軌跡が理想的な走査軌跡となるように、後述するキャリブレーションによって、交流電圧X及びYの振幅、位相、周波数が調整されるようになっている。図3は、キャリブレーションによって調整された、XY近似面上の先端202aの回転軌跡を示す図である。   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. In the present embodiment, the amplitude, phase, and frequency of the AC voltages X and Y are adjusted by calibration described later so that the rotation locus of the tip 202a becomes an ideal scanning locus. . FIG. 3 is a diagram illustrating a rotation locus of the tip 202a on the XY approximate plane adjusted by calibration.

図4は、XY近似面上における光ファイバ202の先端202aのX(又はY)方向の変位量(振幅)と、共焦点内視鏡200の各動作タイミングとの関係を説明する図である。励起光は連続光(又はパルス光)であり、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(以下、説明の便宜上、この期間を「サンプリング期間」と記す。)中、光ファイバ202の先端202aから出射される。上述したように、二軸アクチュエータ204Cへ交流電圧が印加されると、光ファイバ202の先端202aは、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。そのため、サンプリング期間中、光ファイバ202の先端202aから出射した励起光は、中心軸AXを中心とした所定の円形の走査領域を渦巻状に走査する。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、光ファイバ202の振動は、所定時間後に略ゼロとなる(すなわち、先端202aは、中心軸AX上でほぼ停止する)。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上にほぼ停止するまでの期間を「ブレーキング期間」と記す。ブレーキング期間の経過後、さらに所定時間の経過を待って、次のサンプリング期間が開始される。以下、説明の便宜上、ブレーキング期間が終了してから次のサンプリング期間の開始までの期間を「セトリング期間」と記す。セトリング期間は、光ファイバ202の先端202aを中心軸AX上に完全に停止させるための待機時間であり、セトリング時間を設けることにより、先端202aを精確に走査させることが可能となる。また、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ブレーキング期間で構成されており、セトリング期間を調整することによって、フレームレートを調整することができる。つまり、セトリング期間は、光ファイバ202の先端202aが完全に停止するまでの時間とフレームレートとの関係から適宜設定することができるようになっている。なお、ブレーキング期間を短縮するため、ブレーキング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。   FIG. 4 is a diagram for explaining the relationship between the amount of displacement (amplitude) in the X (or Y) direction of the tip 202a of the optical fiber 202 on the XY approximate plane and each operation timing of the confocal endoscope 200. The excitation light is continuous light (or pulsed light) and is in the period from immediately after the start of application of AC voltage to the biaxial actuator 204C until the application is stopped (hereinafter, this period is referred to as “sampling period” for convenience of explanation). The light is emitted from the tip 202a of the optical fiber 202. As described above, when an AC voltage is applied to the biaxial actuator 204C, the tip 202a of the optical fiber 202 rotates so as to draw a spiral pattern around the central axis AX. For this reason, during the sampling period, the excitation light emitted from the tip 202a of the optical fiber 202 scans a predetermined circular scanning region around the central axis AX in a spiral shape. 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 approximate XY plane converges as the vibration of the optical fiber 202 is attenuated, and the vibration of the optical fiber 202 becomes substantially zero after a predetermined time (that is, the tip 202a is on the central axis AX). Almost stop). Hereinafter, for convenience of explanation, a period from the end of the sampling period until the tip 202a substantially stops on the central axis AX is referred to as a “braking period”. After the braking period, the next sampling period is started after a predetermined time has elapsed. Hereinafter, for convenience of description, a period from the end of the braking period to the start of the next sampling period is referred to as a “settling period”. The settling period is a standby time for completely stopping the tip 202a of the optical fiber 202 on the central axis AX. By providing the settling time, the tip 202a can be scanned accurately. The period corresponding to one frame is composed of one sampling period and one braking period, and the frame rate can be adjusted by adjusting the settling period. That is, the settling period can be appropriately set from the relationship between the time until the tip 202a of the optical fiber 202 completely stops and the frame rate. In order to shorten the braking period, a braking torque may be positively applied by applying a reverse phase voltage to the biaxial actuator 204C in the initial stage of the braking period.

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。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。なお、外筒204Aの最先端(すなわち、対物光学系204Dの前方)には、図示省略されたカバーガラスが保持されている。   An objective optical system 204D is installed in front of the tip 202a of the optical fiber 202. 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. A cover glass (not shown) is held at the forefront of the outer cylinder 204A (that is, in front of the objective optical system 204D).

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挟持されている。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 clamped 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から出射した励起光は、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 forming position is displaced in the Z direction in accordance with the advance / retreat of the tip 202a which 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(すなわち、サンプリング点)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装置400を用いて先端202aの走査軌跡を測定している。そして、測定した走査軌跡が理想的な走査パターン(すなわち、理想的な渦巻状の走査パターン)となるように二軸アクチュエータ204Cへの印加電圧の振幅、位相、周波数等を調整し、サンプリング点と、当該サンプリング点が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)とを決定している。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CPUメモリ110に格納される。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のようになる。CPU108は、図5に示す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。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。   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 (that is, the 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 scanning locus of the tip 202a is measured in advance using the calibration device 400. Then, the amplitude, phase, frequency, etc. of the voltage applied to the biaxial actuator 204C are adjusted so that the measured scanning locus becomes an ideal scanning pattern (that is, an ideal spiral scanning pattern) The position on the image corresponding to the sampling point (the pixel position of the endoscopic image displayed on the monitor 300) is determined. The correspondence between the sampling point and the pixel position (pixel address) of the endoscopic image is stored in the CPU memory 110 as a remap table. For example, when the endoscopic image is composed of 15 pixels in the horizontal direction (X direction) and 15 pixels in the vertical direction (Y direction), the position of the excitation light (sampling point) and the pixels of the endoscopic image that are sequentially sampled The relationship with the position (raster coordinates) is as shown in FIG. The CPU 108 obtains the pixel position (raster coordinates) of the endoscope image corresponding to each sampling point based on the relationship shown in FIG. 5 and creates a remap table. 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.

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、被写体の画像はリマッピング作業によって構築されるため、歪みのない内視鏡画像を得るためには、先端202aを理想的な渦巻状の走査パターンとなるように回転させる必要がある。しかし、通常、走査型共焦点内視鏡システム1を構成する各部品の特性は所定の範囲でばらつくため、製品毎に固有の特性(以下、「製品固有特性」と記す。)を有し、単に組み立てただけでは図3に示したような理想的な走査軌跡は得られない。また、製品固有特性は、環境温度等の影響により環境的、経時的に変化するため、一旦理想的な走査軌跡が得られたとしても、それが維持されるものではない。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、このような製品固有特性をキャンセルするために、後述するキャリブレーションを行っている。   As described above, since the image of the subject is constructed by the remapping operation, in order to obtain an endoscope image without distortion, it is necessary to rotate the tip 202a so as to have an ideal spiral scanning pattern. is there. However, since the characteristics of each component constituting the scanning confocal endoscope system 1 usually vary within a predetermined range, each product has a characteristic specific to each product (hereinafter referred to as “product specific characteristic”). The simple scanning trajectory as shown in FIG. 3 cannot be obtained simply by assembling. In addition, since the product-specific characteristics change with time due to the environmental temperature and the like, even if an ideal scanning trajectory is obtained once, it is not maintained. Therefore, in the scanning confocal endoscope system 1 of the present embodiment, calibration described later is performed in order to cancel such product-specific characteristics.

図6は、本実施形態のキャリブレーション時に用いられるキャリブレーション装置400の模式図である。キャリブレーションでは、光ファイバ202の先端202aの回転軌跡を検出し、この回転軌跡が理想的な回転軌跡となるように(すなわち、共焦点光学ユニット204から出射される励起光の走査軌跡が基準の走査軌跡となるように)、二軸アクチュエータ204Cに印加する交流電圧X及びYの振幅、位相、周波数を調整し、新たなリマップテーブルを作成する。以下、本明細書においては、キャリブレーションで調整される各パラメータ、主として交流電圧X及びYの振幅、位相、周波数、を「調整パラメータ」と総称する。なお、キャリブレーション装置400は、システム本体100と別個独立した構成として説明するが、システム本体100に組み込まれた一部の構成としてもよい。   FIG. 6 is a schematic diagram of a calibration apparatus 400 used during calibration according to the present embodiment. In the calibration, the rotation locus of the tip 202a of the optical fiber 202 is detected, and this rotation locus becomes an ideal rotation locus (that is, the scanning locus of the excitation light emitted from the confocal optical unit 204 is the reference). The amplitude, phase, and frequency of the AC voltages X and Y applied to the biaxial actuator 204C are adjusted to create a new remapping table (so that a scanning trajectory is obtained). Hereinafter, in this specification, parameters adjusted by calibration, mainly the amplitude, phase, and frequency of the AC voltages X and Y, are collectively referred to as “adjustment parameters”. The calibration apparatus 400 will be described as a configuration independent of the system main body 100, but may be a part of the configuration incorporated in the system main body 100.

図6に示されるように、キャリブレーション装置400は、ユニット支持具420、ケース402、XYZステージ408、ステージ駆動モータ410、キャリブレーション回路412等を有している。   As shown in FIG. 6, the calibration apparatus 400 includes a unit support 420, a case 402, an XYZ stage 408, a stage drive motor 410, a calibration circuit 412, and the like.

ユニット支持具420は、キャリブレーション装置400の本体部(不図示)に固定された略円筒状の部材であり、その内径は、共焦点光学ユニット204の外径よりも僅かに大きく構成されている。キャリブレーション時、共焦点光学ユニット204は、ユニット支持具420の内部に差し込まれ、X、Y、Zの各方向について位置決め固定される。   The unit support 420 is a substantially cylindrical member fixed to the main body (not shown) of the calibration device 400, and the inner diameter thereof is configured to be slightly larger than the outer diameter of the confocal optical unit 204. . At the time of calibration, the confocal optical unit 204 is inserted into the unit support 420 and positioned and fixed in each of the X, Y, and Z directions.

ケース402には、PSD404、PSD基板405、リレーレンズユニット406が取り付けられている。PSD404は、周知の二次元の光位置検出センサであり、PSD基板405上に搭載され、受光面がXY平面上に位置(言い換えるとZ方向と直交)するようにケース402の基端面側に配置されている。PSD404は、共焦点光学ユニット204から出射される励起光を受光し、その位置(すなわち、受光面404a上における励起光の位置)を検出する。リレーレンズユニット406は、光軸がZ方向に向くように、ケース402の先端側(共焦点光学ユニット204側)に配置されている。リレーレンズユニット406は、内部に複数のレンズを備えた、いわゆる拡大光学系であり、その光軸はPSD404の受光面404aの中心を通り、かつ後側焦点F2がPSD404の受光面404aの中心に位置するように配置されている。また、リレーレンズユニット406の前側焦点F1は、後述するキャリブレーションによって、共焦点光学ユニット204の対物光学系204Dの焦点(すなわち、励起光の集光位置)と略一致するように調整される。すなわち、リレーレンズユニット406は、共焦点光学ユニット204から出射される励起光の集光位置における投影像(すなわち、励起光の走査領域(最大振れ幅))を拡大するように機能する。リレーレンズユニット406の倍率は、励起光の走査領域の大きさ、PSD404のサイズ、PSD404の位置検出分解能等の各種要因を総合的に勘案して決定される。ここで、通常入手可能なPSDを想定した場合、その位置検出分解能から、リレーレンズユニット406によって拡大された走査領域の大きさがPSD404の受光面上で1mm以上となるようにリレーレンズユニット406の倍率が設定されるのが望ましい。また、装置サイズ及び応答速度の観点からは、可能な限り小さな受光面404aを有したPSD404を使用するのが望ましいため、リレーレンズユニット406の倍率は、位置検出分解能や装置サイズを勘案して、例えば2〜20倍程度に設定するのが好適である。そこで、本実施形態においては、共焦点光学ユニット204から出射される励起光の走査領域の直径(すなわち、励起光の集光位置における最大振れ幅)を500μmとし、通常入手可能なPSD404のサイズ、位置検出分解能及び応答速度を想定し、リレーレンズユニット406の倍率を10倍に設定している。従って、共焦点光学ユニット204から出射される励起光の走査軌跡は、リレーレンズユニット406によって拡大され、PSD404の受光面404a上で最大で直径5mmの円を描くように走査される。なお、ケース402内は、外光が入らないように遮光されており、PSD404は、共焦点光学ユニット204からの励起光を高いSN比で検出する。PSD404の受光面404aに励起光が入射すると、励起光の位置に応じた検出電流が生成され、この検出電流は、PSD基板405を介してキャリブレーション回路414に出力される。   A PSD 404, a PSD substrate 405, and a relay lens unit 406 are attached to the case 402. The PSD 404 is a well-known two-dimensional optical position detection sensor, which is mounted on the PSD substrate 405 and disposed on the base end surface side of the case 402 so that the light receiving surface is positioned on the XY plane (in other words, orthogonal to the Z direction). Has been. The PSD 404 receives the excitation light emitted from the confocal optical unit 204 and detects its position (that is, the position of the excitation light on the light receiving surface 404a). The relay lens unit 406 is disposed on the distal end side (confocal optical unit 204 side) of the case 402 so that the optical axis is in the Z direction. The relay lens unit 406 is a so-called magnifying optical system having a plurality of lenses therein, and its optical axis passes through the center of the light receiving surface 404a of the PSD 404, and the rear focal point F2 is at the center of the light receiving surface 404a of the PSD 404. It is arranged to be located. Further, the front focal point F1 of the relay lens unit 406 is adjusted so as to substantially coincide with the focal point of the objective optical system 204D of the confocal optical unit 204 (that is, the condensing position of the excitation light) by calibration described later. That is, the relay lens unit 406 functions to enlarge the projection image (that is, the excitation light scanning region (maximum shake width)) at the condensing position of the excitation light emitted from the confocal optical unit 204. The magnification of the relay lens unit 406 is determined by comprehensively considering various factors such as the size of the scanning region of the excitation light, the size of the PSD 404, and the position detection resolution of the PSD 404. Here, assuming a normally available PSD, the relay lens unit 406 has a position detection resolution such that the size of the scanning area enlarged by the relay lens unit 406 is 1 mm or more on the light receiving surface of the PSD 404. It is desirable to set the magnification. Further, from the viewpoint of the device size and response speed, it is desirable to use the PSD 404 having the smallest light receiving surface 404a. Therefore, the magnification of the relay lens unit 406 takes into account the position detection resolution and the device size. For example, it is preferable to set to about 2 to 20 times. Therefore, in the present embodiment, the diameter of the scanning region of the excitation light emitted from the confocal optical unit 204 (that is, the maximum fluctuation width at the condensing position of the excitation light) is 500 μm, and the size of the PSD 404 that is normally available, Assuming position detection resolution and response speed, the magnification of the relay lens unit 406 is set to 10 times. Accordingly, the scanning locus of the excitation light emitted from the confocal optical unit 204 is enlarged by the relay lens unit 406 and scanned so as to draw a circle having a diameter of 5 mm at the maximum on the light receiving surface 404 a of the PSD 404. Note that the inside of the case 402 is shielded so that external light does not enter, and the PSD 404 detects the excitation light from the confocal optical unit 204 with a high SN ratio. When excitation light enters the light receiving surface 404 a of the PSD 404, a detection current corresponding to the position of the excitation light is generated, and this detection current is output to the calibration circuit 414 via the PSD substrate 405.

図7は、本実施形態のPSD404の正面図である。PSD404は、中心部に矩形状の受光面404aを備え、受光面404aはカバーガラス404bによって封止されている(図6)。また、カバーガラス404bの受光面404aと対向する側の面には、488nmの波長の励起光によって蛍光を発する蛍光体404c(例えば、サイアロン蛍光体)のコーティング、蛍光反射コーティング404dが順に施されている。なお、本実施形態においては、これらのコーティングは十分に薄く、受光面404aと、蛍光体404c及び蛍光反射コーティング404dは、実質的に略同一面上の配置とみなされる。   FIG. 7 is a front view of the PSD 404 of the present embodiment. The PSD 404 includes a rectangular light receiving surface 404a at the center, and the light receiving surface 404a is sealed with a cover glass 404b (FIG. 6). Further, the surface of the cover glass 404b facing the light receiving surface 404a is sequentially coated with a phosphor 404c (for example, sialon phosphor) that emits fluorescence by excitation light having a wavelength of 488 nm and a fluorescent reflection coating 404d. Yes. In the present embodiment, these coatings are sufficiently thin, and the light receiving surface 404a, the phosphor 404c, and the fluorescent reflection coating 404d are considered to be disposed on substantially the same plane.

図7に示すように、蛍光体404cは、受光面404aの周辺を囲むように配置される枠状部404caと、受光面404aの中央部に配置される十字状の指標部404cbとで構成されている。キャリブレーション時、励起光が蛍光体404cに入射すると、発生した蛍光が光ファイバ202の先端202aに入射し、内視鏡画像としてモニタ300に表示される。なお、PSD404の受光面404aは、励起光の走査領域(直径5mm)よりも十分に大きく、本実施形態においては、10mm×10mmの受光面サイズを有するPSD404を使用している。また、指標部404cbを構成する縦横2ラインの線幅は、リマッピングに影響しないように十分に細く、本実施形態においては、約10μmに設定されている。   As shown in FIG. 7, the phosphor 404c includes a frame-shaped portion 404ca disposed so as to surround the periphery of the light receiving surface 404a, and a cross-shaped index portion 404cb disposed at the center of the light receiving surface 404a. ing. At the time of calibration, when excitation light enters the phosphor 404c, the generated fluorescence enters the tip 202a of the optical fiber 202 and is displayed on the monitor 300 as an endoscopic image. Note that the light receiving surface 404a of the PSD 404 is sufficiently larger than the scanning region (diameter 5 mm) of the excitation light, and in the present embodiment, the PSD 404 having a light receiving surface size of 10 mm × 10 mm is used. Further, the line widths of the two vertical and horizontal lines constituting the indicator portion 404cb are sufficiently narrow so as not to affect the remapping, and in this embodiment, the line width is set to about 10 μm.

蛍光反射コーティング404dは、指標部404cbによって発生した蛍光を反射するためのコーティングである。上述したように、蛍光反射コーティング404dは、蛍光体404cと受光面404aの間に配置されており、指標部404cbによって発生した蛍光は、全て光ファイバ202側に反射されるようになっている。従って、指標部404cbによって発生した蛍光が受光面404aに入射することはなく、PSD404は、共焦点光学ユニット204からの励起光を高いSN比で検出する。また、上述したように、蛍光体404cの枠状部404caは、受光面404aの周辺を囲むように配置されているため、励起光が受光面404aから外れた場合には、枠状部404caで蛍光が発生することとなる。しかし、枠状部404caで発生した蛍光も蛍光反射コーティング404dによって全て光ファイバ202側に反射されるため、励起光又は蛍光が受光面404の周辺に配置されているPSD404の電極等に入射することはない。従って、PSD404には、PSD404の周辺の電極等からの迷光が入射することもなく、PSD404は、受光面404aに入射される励起光の位置を高い精度で検出する。   The fluorescent reflection coating 404d is a coating for reflecting the fluorescence generated by the indicator portion 404cb. As described above, the fluorescent reflection coating 404d is disposed between the phosphor 404c and the light receiving surface 404a, and all the fluorescence generated by the indicator 404cb is reflected to the optical fiber 202 side. Therefore, the fluorescence generated by the indicator portion 404cb does not enter the light receiving surface 404a, and the PSD 404 detects the excitation light from the confocal optical unit 204 with a high SN ratio. Further, as described above, the frame-shaped portion 404ca of the phosphor 404c is disposed so as to surround the periphery of the light-receiving surface 404a. Therefore, when the excitation light deviates from the light-receiving surface 404a, the frame-shaped portion 404ca Fluorescence will be generated. However, since all the fluorescence generated in the frame-shaped portion 404ca is also reflected by the fluorescent reflection coating 404d toward the optical fiber 202, the excitation light or the fluorescence is incident on the electrode of the PSD 404 disposed around the light receiving surface 404. There is no. Accordingly, the PSD 404 detects the position of the excitation light incident on the light receiving surface 404a with high accuracy without the stray light from the electrodes around the PSD 404 entering the PSD 404.

ケース402は、ユーザによる位置調整つまみ410の操作によってX、Y、Zの各方向に移動可能なXYZステージ408上に固定されている(図6)。後述するキャリブレーション時、ユーザは、位置調整つまみ410を操作し、ユニット支持具420に固定された共焦点光学ユニット204と、ケース402(すなわち、リレーレンズユニット406及びPSD404)との相対的な位置関係を調整する。   The case 402 is fixed on an XYZ stage 408 that can move in the X, Y, and Z directions by the operation of the position adjustment knob 410 by the user (FIG. 6). During calibration, which will be described later, the user operates the position adjustment knob 410 to relatively position the confocal optical unit 204 fixed to the unit support 420 and the case 402 (that is, the relay lens unit 406 and the PSD 404). Adjust the relationship.

キャリブレーション回路412は、CPU108と双方向に通信可能な回路である。キャリブレーション回路412は、キャリブレーション時、PSD基板405から出力されるPSD404の検出電流を電圧に変換し、検出電圧としてCPU108に出力する。   The calibration circuit 412 is a circuit capable of bidirectional communication with the CPU 108. The calibration circuit 412 converts the detection current of the PSD 404 output from the PSD substrate 405 into a voltage at the time of calibration, and outputs it to the CPU 108 as a detection voltage.

図8は、キャリブレーション中に実行されるキャリブレーションプログラムのフローチャートである。キャリブレーションプログラムは、ユーザが共焦点光学ユニット204をユニット支持具420に差し込み、システム本体100のユーザインターフェース(不図示)から所定の指示を入力することを契機に、CPU108によって実行されるサブルーチンである。なお、説明の便宜上、本明細書中の説明並びに図面において、キャリブレーションの各処理ステップは「S」と省略して記す。   FIG. 8 is a flowchart of a calibration program executed during calibration. The calibration program is a subroutine executed by the CPU 108 when the user inserts the confocal optical unit 204 into the unit support 420 and inputs a predetermined instruction from a user interface (not shown) of the system main body 100. . For convenience of explanation, each processing step of calibration is abbreviated as “S” in the explanation and drawings in this specification.

図8に示すように、キャリブレーションプログラムが開始されると、CPU108は、S11を実行し、共焦点光学ユニット204を駆動する。具体的には、CPU108は、励起光が連続的に照射されるように光源102を制御し、かつ、走査ドライバ210を制御し二軸アクチュエータ204Cに所定の交流電圧X及びYを印加する。ここで、所定の交流電圧X及びYとは、前回のキャリブレーションのデータがある場合には、前回のキャリブレーションによって調整された交流電圧X及びYを意味し、前回のキャリブレーションのデータがない場合(例えば、工場における組立時のキャリブレーションの場合)には、予め定められた基準(デフォルト)の交流電圧X及びYを意味する。このように、二軸アクチュエータ204Cに所定の交流電圧X及びYが印加されると、光ファイバ202の先端202aは、印加された交流電圧X及びYに応じて回転する。光ファイバ202から出射される励起光は、リレーレンズユニット406を通って、PSD404の受光面404a又は蛍光体404c上を回転走査する。そして、励起光が蛍光体404cに入射すると、発生した蛍光が光ファイバ202の先端202aに入射して受光器114で検出され、内視鏡画像としてモニタ300に表示される。次いで、処理は、S12に進む。   As shown in FIG. 8, when the calibration program is started, the CPU 108 executes S <b> 11 and drives the confocal optical unit 204. Specifically, the CPU 108 controls the light source 102 so that the excitation light is continuously emitted, and controls the scanning driver 210 to apply predetermined AC voltages X and Y to the biaxial actuator 204C. Here, the predetermined AC voltages X and Y mean the AC voltages X and Y adjusted by the previous calibration when there is the previous calibration data, and there is no previous calibration data. In the case (for example, in the case of calibration at the time of assembly in a factory), it means the predetermined reference (default) AC voltages X and Y. As described above, when the predetermined AC voltages X and Y are applied to the biaxial actuator 204C, the tip 202a of the optical fiber 202 rotates according to the applied AC voltages X and Y. Excitation light emitted from the optical fiber 202 passes through the relay lens unit 406 and rotationally scans on the light receiving surface 404 a or the phosphor 404 c of the PSD 404. When excitation light enters the phosphor 404c, the generated fluorescence enters the tip 202a of the optical fiber 202, is detected by the light receiver 114, and is displayed on the monitor 300 as an endoscopic image. Next, the process proceeds to S12.

S12では、CPU108は、ユーザによるPSDの位置調整が終了したか否かを判断する。共焦点光学ユニット204から出射される励起光の走査軌跡をPSD404によって正確に検出するためには、励起光の走査軌跡がPSD404の受光面404a内に収まっている必要がある。しかし、焦点光学ユニット204をユニット支持具420に取り付けたときの取り付け位置誤差や、製品固有特性の影響により、共焦点光学ユニット204をユニット支持具420に取り付けただけでは、必ずしも励起光の走査軌跡がPSD404の受光面404a内に収まるとは限らない。そこで、本実施形態においては、PSD404の受光面404a上における励起光の走査軌跡の位置をユーザが目視によって確認でき、さらに励起光の走査軌跡がPSD404の受光面404a内に収まるように受光面404aの位置を調整可能に構成している。   In S12, the CPU 108 determines whether or not the PSD position adjustment by the user is completed. In order for the PSD 404 to accurately detect the scanning trajectory of the excitation light emitted from the confocal optical unit 204, the scanning trajectory of the excitation light needs to be within the light receiving surface 404 a of the PSD 404. However, due to the attachment position error when the focal optical unit 204 is attached to the unit support 420 and the influence of product-specific characteristics, the scanning trajectory of the excitation light is not necessarily obtained simply by attaching the confocal optical unit 204 to the unit support 420. Does not always fit within the light receiving surface 404a of the PSD 404. Therefore, in the present embodiment, the user can visually confirm the position of the scanning locus of the excitation light on the light receiving surface 404 a of the PSD 404, and the light receiving surface 404 a so that the scanning locus of the excitation light is within the light receiving surface 404 a of the PSD 404. The position of can be adjusted.

具体的には、ユーザは、モニタ300に表示される内視鏡画像を見ながら、位置調整つまみ410を操作し、共焦点光学ユニット204に対してケース402をZ方向に移動させる。そして、蛍光体404cで発生した蛍光が内視鏡画像としてモニタ300に表示されるように調整する。上述したように、受光面404aと蛍光体404cは、実質的に略同一面上に配置されているため、蛍光体404cで発生した蛍光が内視鏡画像としてモニタ300に表示されるとき、光ファイバ202の先端202aは、対物光学系204Dの前側焦点位置に正確に配置され、受光面404aと光学的に共役となる。図9は、光ファイバ202の先端202aが、対物光学系204Dの前側焦点位置に配置されたときの励起光の走査領域AとPSD404との位置関係を示す図である。図9に示すように、励起光の走査領域Aは、共焦点光学ユニット204をユニット支持具420に取り付けたときの取り付け位置誤差や、製品固有特性の影響により、必ずしもPSD404の中心と一致しないが、光ファイバ202の先端202aが、対物光学系204Dの前側焦点位置に配置されると、走査領域A内の蛍光体404c(図9においては、受光面404aの右上周辺の枠状部404ca)から蛍光が発生し、モニタ300上で観察される。   Specifically, the user operates the position adjustment knob 410 while viewing the endoscopic image displayed on the monitor 300 to move the case 402 in the Z direction with respect to the confocal optical unit 204. And it adjusts so that the fluorescence which generate | occur | produced in the fluorescent substance 404c is displayed on the monitor 300 as an endoscopic image. As described above, since the light receiving surface 404a and the phosphor 404c are arranged on substantially the same plane, when the fluorescence generated by the phosphor 404c is displayed on the monitor 300 as an endoscopic image, light is emitted. The tip 202a of the fiber 202 is accurately disposed at the front focal position of the objective optical system 204D, and is optically conjugate with the light receiving surface 404a. FIG. 9 is a diagram illustrating the positional relationship between the scanning region A of the excitation light and the PSD 404 when the tip 202a of the optical fiber 202 is disposed at the front focal position of the objective optical system 204D. As shown in FIG. 9, the scanning area A of the excitation light does not necessarily coincide with the center of the PSD 404 due to the attachment position error when the confocal optical unit 204 is attached to the unit support 420 and the influence of the product specific characteristics. When the tip 202a of the optical fiber 202 is disposed at the front focal position of the objective optical system 204D, from the phosphor 404c in the scanning region A (in FIG. 9, the frame-like portion 404ca around the upper right of the light receiving surface 404a). Fluorescence is generated and observed on the monitor 300.

次いで、ユーザは、モニタ300に表示される内視鏡画像(すなわち、走査領域A内の蛍光画像)を見ながら、位置調整つまみ410を操作し、共焦点光学ユニット204に対してケース402をX及びY方向に移動させる。そして、指標部404cbからの蛍光がモニタ300上に表示されるようにケース402を移動させ、走査領域Aの中心が、PSD404の中心(すなわち、指標部404cbの中心)と略一致するように調整する。図10は、走査領域Aの中心がPSD404の中心に移動する様子を示す図である。図10の場合、ユーザは、モニタ300に表示される蛍光画像に基づいて、共焦点光学ユニット204を右斜め上方向に移動させることにより、走査領域Aの中心を、PSD404の中心に移動させる。走査領域Aの中心が、PSD404の中心(すなわち、指標部404cbの中心)と略一致するように調整されると、中心軸AX(Z方向に配置された光ファイバ202の軸心)とリレーレンズユニット406の光軸とが略一致し、モニタ300では指標部404cbで発生する十字状の蛍光が観察される。   Next, the user operates the position adjustment knob 410 while viewing the endoscopic image (that is, the fluorescent image in the scanning area A) displayed on the monitor 300, and moves the case 402 to the confocal optical unit 204. And move in the Y direction. Then, the case 402 is moved so that the fluorescence from the indicator portion 404cb is displayed on the monitor 300, and the center of the scanning area A is adjusted to substantially coincide with the center of the PSD 404 (that is, the center of the indicator portion 404cb). To do. FIG. 10 is a diagram illustrating how the center of the scanning area A moves to the center of the PSD 404. In the case of FIG. 10, the user moves the center of the scanning region A to the center of the PSD 404 by moving the confocal optical unit 204 diagonally upward to the right based on the fluorescence image displayed on the monitor 300. When the center of the scanning region A is adjusted so as to substantially coincide with the center of the PSD 404 (that is, the center of the indicator portion 404cb), the center axis AX (the axis of the optical fiber 202 arranged in the Z direction) and the relay lens The optical axis of the unit 406 substantially coincides, and the monitor 300 observes the cross-shaped fluorescence generated in the indicator portion 404cb.

このように、S12では、ユーザは、モニタ300に表示される内視鏡画像を見ながら、位置調整つまみ410を操作し、共焦点光学ユニット204に対してケース402をXYZ方向に移動させる。そして、励起光の走査軌跡がPSD404の受光面404aの中心に位置するように調整し、調整後、システム本体100のユーザインターフェース(不図示)から所定の入力を行う。CPU108は、ユーザからの所定の入力を受け付けるまで待機し(S12:NO)、ユーザからの所定の入力を受け付けると、ユーザによるPSDの位置調整が終了したと判断し(S12:YES)、処理はS15に進む。   In this manner, in S12, the user operates the position adjustment knob 410 while viewing the endoscopic image displayed on the monitor 300, and moves the case 402 in the XYZ directions with respect to the confocal optical unit 204. Then, adjustment is made so that the scanning locus of the excitation light is positioned at the center of the light receiving surface 404a of the PSD 404, and after the adjustment, predetermined input is performed from a user interface (not shown) of the system main body 100. The CPU 108 waits until a predetermined input from the user is received (S12: NO). When the CPU 108 receives the predetermined input from the user, the CPU 108 determines that the PSD position adjustment by the user has been completed (S12: YES), and the process is as follows. Proceed to S15.

S15では、CPU108は、PSD404の受光面上を渦巻状に走査する励起光の走査軌跡を検出する。具体的には、CPU108は、所定のタイミングでPSD404の各電極から出力される電流を検出し、それに基づいて周知の演算を行い、PSD404上における励起光のスポット形成位置を演算する。上述したように、走査型共焦点内視鏡システム1は製品固有特性を有するため、S11による所定の交流電圧X及びYを印加した状態では、理想的な走査軌跡とはならず、例えば、走査領域Aは、直径5mmよりも大きくなったり、小さくなったり、または楕円状に歪んだ走査軌跡となる。次いで、処理は、S16に進む。   In S <b> 15, the CPU 108 detects the scanning trajectory of excitation light that scans the light receiving surface of the PSD 404 in a spiral shape. Specifically, the CPU 108 detects the current output from each electrode of the PSD 404 at a predetermined timing, performs a known calculation based on the detected current, and calculates the spot formation position of the excitation light on the PSD 404. As described above, since the scanning confocal endoscope system 1 has product-specific characteristics, an ideal scanning trajectory is not obtained in a state where the predetermined AC voltages X and Y in S11 are applied. The area A becomes a scanning locus that is larger or smaller than 5 mm in diameter or distorted in an elliptical shape. Next, the process proceeds to S16.

S16では、CPU108は、S15で検出された励起光の走査軌跡を評価し、規定の公差内の走査軌跡であるか否か(すなわち、許容できる走査軌跡であるか否か)を判断する。規定の公差は、許容できる画像の歪み量等から予め定められており、CPU108は、S15で検出された励起光の走査軌跡から、走査領域の大きさ、形状(真円度)、走査速度等について評価する。S16において、公差内であると判断された場合(S16:YES)、処理は、S18に進み、公差内にないと判断された場合(S16:NO)、処理は、S17に進む。   In S16, the CPU 108 evaluates the scanning trajectory of the excitation light detected in S15, and determines whether or not the scanning trajectory is within a specified tolerance (that is, whether or not it is an allowable scanning trajectory). The specified tolerance is determined in advance from the allowable distortion amount of the image, and the CPU 108 determines the size, shape (roundness), scanning speed, etc. of the scanning area from the scanning trajectory of the excitation light detected in S15. To evaluate. In S16, when it is determined that it is within the tolerance (S16: YES), the process proceeds to S18, and when it is determined that it is not within the tolerance (S16: NO), the process proceeds to S17.

S17では、CPU108は、二軸アクチュエータ204Cに印加する交流電圧X及びYの調整パラメータ(走査パラメータ)を変更する。具体的には、CPU108は、S16における励起光の走査軌跡の評価結果に基づいて、走査領域の大きさに問題がある場合には交流電圧X及びYの振幅を調整して、走査領域を拡大又は縮小する。また、走査領域の形状に問題がある場合には交流電圧X及びYの位相を調整して、走査領域の形状を変更する。また、走査領域の走査速度に問題がある場合には、交流電圧X及びYの周波数を調整して、励起光の走査速度を変更する。CPU108は、S16において公差内であると判断されるまでS15からS17までの処理を繰り返し実行する。その結果、S15で検出された励起光の走査軌跡は、理想的な走査軌跡となるように調整される。   In S17, the CPU 108 changes adjustment parameters (scanning parameters) of the AC voltages X and Y applied to the biaxial actuator 204C. Specifically, based on the evaluation result of the scanning trajectory of excitation light in S16, the CPU 108 adjusts the amplitudes of the AC voltages X and Y when there is a problem with the size of the scanning area, and expands the scanning area. Or reduce. If there is a problem with the shape of the scanning region, the shape of the scanning region is changed by adjusting the phases of the AC voltages X and Y. If there is a problem with the scanning speed of the scanning area, the frequency of the alternating voltages X and Y is adjusted to change the scanning speed of the excitation light. The CPU 108 repeatedly executes the processing from S15 to S17 until it is determined in S16 that it is within the tolerance. As a result, the scanning locus of the excitation light detected in S15 is adjusted to be an ideal scanning locus.

S18では、CPU108は、S17によって調整された走査軌跡について、各サンプリング点と内視鏡画像の画素位置(画素アドレス)との対応関係を求めて新たなリマップテーブルを作成する。そして、作成したリマップテーブルをS17によって調整された調整パラメータ(すなわち、交流電圧X及びYの振幅、位相、周波数)と共にCPUメモリ110に格納し、本キャリブレーションプログラムを終了する。なお、S18において、CPUメモリ110に格納されたリマップテーブル及び調整パラメータは、新たなキャリブレーションが行われるまで、繰り返し使用される。   In S18, the CPU 108 creates a new remapping table by obtaining the correspondence between each sampling point and the pixel position (pixel address) of the endoscope image for the scanning trajectory adjusted in S17. Then, the created remapping table is stored in the CPU memory 110 together with the adjustment parameters adjusted in S17 (that is, the amplitude, phase, and frequency of the AC voltages X and Y), and the calibration program is terminated. In S18, the remap table and the adjustment parameter stored in the CPU memory 110 are repeatedly used until new calibration is performed.

このように、本実施形態のキャリブレーションにおいては、共焦点光学ユニット204から出射される励起光の走査軌跡が、リレーレンズユニット406によって拡大されてPSD404で受光される。また、PSD404には、蛍光体404cがコーティングされており、ユーザは、モニタ300に表示される内視鏡画像(すなわち、走査領域A内の蛍光画像)を見ながら、走査領域Aが、PSD404の受光面404aの中心に位置するように調整することができる。従って、共焦点光学ユニット204から出射される励起光の走査軌跡は、PSD404の分解能に影響されない程度に拡大され、PSD404の受光面404a上で確実に受光される。すなわち、本実施形態の走査型共焦点内視鏡システム1のように、狭小な走査領域を走査する構成の走査型内視鏡システムであっても、走査光の走査軌跡を高い精度で、かつ確実に検出することが可能となり、さらに理想的な走査軌跡となるように較正(調整)することが可能となる。   Thus, in the calibration of this embodiment, the scanning locus of the excitation light emitted from the confocal optical unit 204 is enlarged by the relay lens unit 406 and received by the PSD 404. Further, the phosphor 404c is coated on the PSD 404, and the user views the endoscopic image (that is, the fluorescent image in the scanning region A) displayed on the monitor 300 while the scanning region A is in the PSD 404. It can be adjusted to be positioned at the center of the light receiving surface 404a. Accordingly, the scanning trajectory of the excitation light emitted from the confocal optical unit 204 is enlarged to the extent that it is not affected by the resolution of the PSD 404, and is reliably received on the light receiving surface 404a of the PSD 404. That is, even in a scanning endoscope system configured to scan a narrow scanning region, such as the scanning confocal endoscope system 1 of the present embodiment, the scanning trajectory of the scanning light is highly accurate and It is possible to reliably detect, and further, calibration (adjustment) can be performed so that an ideal scanning locus is obtained.

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、CPU108がキャリブレーションプログラムを実行するものとして説明したが、この構成に限定されるものではなく、キャリブレーション回路412でキャリブレーションプログラムを実行する構成としてもよい。この場合、キャリブレーション回路412は、CPU108との通信によって、調整パラメータの変更等を行うように構成される。   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 CPU 108 has been described as executing the calibration program. However, the present invention is not limited to this configuration, and the calibration circuit 412 may execute the calibration program. In this case, the calibration circuit 412 is configured to change adjustment parameters and the like by communication with the CPU 108.

また、本実施形態のリレーレンズユニット406の倍率は10倍としたが、上述したように、リレーレンズユニット406の倍率は、2〜20倍程度に設定することが可能であり、PSD404上における励起光の走査領域がPSD404の受光面404に収まる範囲で大きくすることにより、励起光の走査軌跡をより正確に検出することが可能となる。   In addition, although the magnification of the relay lens unit 406 of this embodiment is 10 times, as described above, the magnification of the relay lens unit 406 can be set to about 2 to 20 times, and excitation on the PSD 404 is performed. By enlarging the scanning region of the light within a range that fits on the light receiving surface 404 of the PSD 404, it becomes possible to detect the scanning locus of the excitation light more accurately.

また、本発明が適用可能なシステムは、本実施形態で説明した走査型共焦点内視鏡システムに限らない。例えば走査領域の水平方向を往復走査するラスタスキャン方式や、走査領域を正弦波的に走査するリサージュスキャン方式等を採用する走査型共焦点内視鏡システムにも本発明を適用することができる。   A system to which the present invention is applicable is not limited to the scanning confocal endoscope system described in the present embodiment. For example, the present invention can also be applied to a scanning confocal endoscope system that employs a raster scanning method that reciprocally scans the horizontal direction of the scanning region, a Lissajous scanning method that scans the scanning region sinusoidally, and the like.

また、本実施形態の共焦点光学ユニット204は、共焦点内視鏡200の先端部に組み込まれた構成としたが、共焦点光学ユニット204は、例えば、内視鏡の処置具挿通チャンネルに挿通されて使用される共焦点プローブに組み込まれてもよい。   In addition, the confocal optical unit 204 of the present embodiment is configured to be incorporated in the distal end portion of the confocal endoscope 200. However, the confocal optical unit 204 is inserted into a treatment instrument insertion channel of the endoscope, for example. And may be incorporated into a confocal probe to be used.

また、キャリブレーション装置400に搭載される位置検出素子はPSDに限らない。PSD404は、CCD(Charge Coupled Device)やアレイ型PMT(Photomultiplier Tube)等の位置及び光量が検出可能な他の素子に置き換えてもよい。   Further, the position detection element mounted on the calibration apparatus 400 is not limited to PSD. The PSD 404 may be replaced with another element capable of detecting the position and light quantity, such as a CCD (Charge Coupled Device) or an array type PMT (Photomultiplier Tube).

また、本実施形態のキャリブレーションにおいては、ユーザが、モニタ300に表示される内視鏡画像を見ながら、位置調整つまみ410を操作し、共焦点光学ユニット204に対してケース402をXYZ方向に移動させ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い。例えば、XYZステージ408をモータによって移動させる構成とし、CPU108が、取得した蛍光画像を画像処理しながら、励起光の走査軌跡がPSD404の受光面404aの中心に位置するように自動で位置調整してもよい。   In the calibration according to the present embodiment, the user operates the position adjustment knob 410 while viewing the endoscopic image displayed on the monitor 300, and moves the case 402 in the XYZ directions with respect to the confocal optical unit 204. Although described as a configuration to be moved, it is not limited to this configuration. For example, the XYZ stage 408 is moved by a motor, and the CPU 108 automatically adjusts the position so that the scanning locus of excitation light is positioned at the center of the light receiving surface 404a of the PSD 404 while performing image processing on the acquired fluorescent image. Also good.

また、本実施形態の蛍光体404cは、カバーガラス404bの裏面側(受光面404a側)をコーティングすることによって形成したが、この構成に限定されるものではない。488nmの波長の励起光によって蛍光を発するものであればよく、例えば、枠状部404caは、蛍光塗料を含んだイエロークロス(黄色の蛍光を発光するクロス)をカバーガラス404bに貼り付けることによって形成することができる。また、指標部404cbは、カバーガラス404bの裏面側にけがき線を入れ、けがき線内に蛍光塗料を塗り込んで形成することができる。   Moreover, although the phosphor 404c of this embodiment was formed by coating the back surface side (light-receiving surface 404a side) of the cover glass 404b, it is not limited to this structure. Any frame that emits fluorescence by excitation light having a wavelength of 488 nm may be used. For example, the frame-shaped portion 404ca is formed by attaching a yellow cloth containing a fluorescent paint (a cloth that emits yellow fluorescence) to the cover glass 404b. can do. The indicator portion 404cb can be formed by putting a marking line on the back side of the cover glass 404b and applying a fluorescent paint in the marking line.

また、本実施形態の蛍光体404cの枠状部404caは、PSD404の受光面404aの周囲を囲むように形成したが、例えば、受光面404aの周辺部の位置検出精度が低く、受光面404aの中心部に有効検出領域が設定されている場合には、有効検出領域以外をマスキングするように形成してもよい。このような構成によれば、PSD404を位置検出精度の高い領域でのみ使用することが可能となるため、より正確なキャリブレーションが可能となる。   The frame portion 404ca of the phosphor 404c of this embodiment is formed so as to surround the periphery of the light receiving surface 404a of the PSD 404. For example, the position detection accuracy of the peripheral portion of the light receiving surface 404a is low, and the light receiving surface 404a When an effective detection area is set in the center, the area other than the effective detection area may be masked. According to such a configuration, the PSD 404 can be used only in an area where the position detection accuracy is high, so that more accurate calibration is possible.

また、本実施形態においては、蛍光体404cのコーティングの上に蛍光反射コーティング404dを施したが、指標部404cbによって発生した蛍光がPSD404による励起光の位置検出に影響を与えない場合には、蛍光反射コーティング404dを省略することが可能である。   In this embodiment, the fluorescent reflection coating 404d is applied on the coating of the phosphor 404c. However, when the fluorescence generated by the indicator 404cb does not affect the position detection of the excitation light by the PSD 404, the fluorescence reflection coating 404d is applied. The reflective coating 404d can be omitted.

また、本実施形態においては、蛍光体404cは、枠状部404caと指標部404cbとで構成されるものとして説明したが、例えば、PSD404の受光面404aが十分に大きく、共焦点光学ユニット204をユニット支持具420に取り付けたときの取り付け位置誤差や、製品固有特性の影響を考慮しても、必ず励起光の走査軌跡がPSD404の受光面404a内に収まる場合、指標部404cbは、必ずしも設ける必要がない。この場合、図11に示すように、ユーザは、走査軌跡Aが枠状部404caに掛からないように、モニタ300に表示される内視鏡画像(すなわち、走査領域A内の蛍光画像)を見ながら、位置調整つまみ410を操作し、ケース402をX及びY方向に移動させる。しかし、このような構成の場合、正常な調整が行われたときに、蛍光体404cからの蛍光がモニタ300上で一切観察されなくなってしまう。そのため、例えば、図12に示すように、一旦交流電圧X及びYの振幅を大きくして走査軌跡Aを拡大し、枠状部404caの蛍光を確認した上でキャリブレーションを行うように構成してもよい。   In the present embodiment, the phosphor 404c has been described as including the frame-shaped portion 404ca and the indicator portion 404cb. For example, the light-receiving surface 404a of the PSD 404 is sufficiently large, and the confocal optical unit 204 is Even if the attachment position error when attached to the unit support 420 and the influence of the product-specific characteristics are taken into account, if the scanning locus of the excitation light always falls within the light receiving surface 404a of the PSD 404, the indicator portion 404cb is necessarily provided. There is no. In this case, as shown in FIG. 11, the user views the endoscopic image (that is, the fluorescent image in the scanning region A) displayed on the monitor 300 so that the scanning trajectory A is not applied to the frame-shaped portion 404ca. While operating the position adjustment knob 410, the case 402 is moved in the X and Y directions. However, in the case of such a configuration, when normal adjustment is performed, no fluorescence from the phosphor 404c is observed on the monitor 300. Therefore, for example, as shown in FIG. 12, the amplitude of the alternating voltages X and Y is once increased to enlarge the scanning locus A, and the calibration is performed after confirming the fluorescence of the frame-shaped portion 404ca. Also good.

また、本実施形態の蛍光体404cの指標部404cbは、縦横2ラインで構成される十字状の指標であると説明したが、この構成に限定されるものではなく、様々な形状の指標を用いることができる。図13は、本実施形態の蛍光体404cの指標部404cbの変形例を示す図である。図13(a)は、本実施形態の指標部404cbを構成する縦横2ラインを、それぞれ所定数で分割し、破線状の指標部404cb1に変更したものである。このように構成すると、モニタ300に表示される内視鏡画像(すなわち、走査領域A内の蛍光画像)上で、分割された破線の数を数えることにより、走査領域Aの直径を確認することが可能となる。また、図13(b)に示されるように、指標部404cbは、各ラインに直交するように所定位置に設けられた目盛り(距離指標)を備えても良い。このような構成によれば、モニタ300に表示される内視鏡画像から走査領域Aの直径を容易に知ることが可能となる。また、図13(c)に示されるように、指標部404cbは、例えば、円形のマークを離散的に配置して構成することも可能である。この場合、受光部404aの中心を示すマークと、受光部404aの中心からの距離を示す複数のマークとで構成することが望ましい。また、受光部404aの中心からの距離を示す複数のマークは、受光部404aの中心からの距離に応じて異なる形状とすることが望ましい。   Moreover, although the index part 404cb of the phosphor 404c of the present embodiment has been described as a cross-shaped index composed of two vertical and horizontal lines, the present invention is not limited to this configuration, and indexes of various shapes are used. be able to. FIG. 13 is a diagram showing a modification of the indicator portion 404cb of the phosphor 404c of the present embodiment. FIG. 13A is a diagram in which two vertical and horizontal lines constituting the index unit 404cb of the present embodiment are each divided into a predetermined number and changed to a broken-line index unit 404cb1. With this configuration, the diameter of the scanning region A is confirmed by counting the number of broken lines on the endoscopic image (that is, the fluorescent image in the scanning region A) displayed on the monitor 300. Is possible. As shown in FIG. 13B, the indicator portion 404cb may include a scale (distance indicator) provided at a predetermined position so as to be orthogonal to each line. According to such a configuration, the diameter of the scanning region A can be easily known from the endoscopic image displayed on the monitor 300. Further, as shown in FIG. 13C, the indicator portion 404cb can be configured by discretely arranging circular marks, for example. In this case, it is desirable that the mark is formed of a mark indicating the center of the light receiving portion 404a and a plurality of marks indicating the distance from the center of the light receiving portion 404a. In addition, it is desirable that the plurality of marks indicating the distance from the center of the light receiving unit 404a have different shapes depending on the distance from the center of the light receiving unit 404a.

また、本実施形態においては、蛍光体404cは、枠状部404caと指標部404cbとで構成されるものとして説明したが、この構成に限定されるものではない。図14及び図15は、本実施形態の蛍光体404cの変形例を示す図である。図14に示すように、例えば、蛍光体404cに代えて、励起光の入射によって蛍光を発すると共に、励起光の一部を透過する(すなわち、半透過性の)コーティングをカバーガラス404bの裏面側全体に施してもよい。この場合、受光部404aの中心部に十字状のけがき線404dを引くことにより、一部のコーティングを剥がし、このけがき線404d(すなわち、励起光を発しない細線)を指標として用いればよい。また、図15に示すように、グリッド状(方眼状)の蛍光体404cのコーティングをカバーガラス404bの裏面側全体に施してもよい。この場合、指標部404cbのコーティングを剥がし、指標として用いることができる。このような構成によれば、ケース402のZ方向の調整さえ終了すれば、励起光の走査軌跡がPSD404のどの位置にあったとしても格子状の蛍光を観察することが可能となるため、共焦点光学ユニット204とケース402との位置合わせが極めて容易となる。   In the present embodiment, the phosphor 404c has been described as being configured by the frame-shaped portion 404ca and the indicator portion 404cb. However, the present invention is not limited to this configuration. 14 and 15 are diagrams showing a modification of the phosphor 404c of the present embodiment. As shown in FIG. 14, for example, instead of the phosphor 404c, a coating that emits fluorescence upon incidence of excitation light and transmits part of the excitation light (that is, semi-transmissive) is provided on the back side of the cover glass 404b. It may be applied to the whole. In this case, a part of the coating is removed by drawing a cross-shaped marking line 404d at the center of the light receiving section 404a, and this marking line 404d (that is, a thin line that does not emit excitation light) may be used as an index. . Further, as shown in FIG. 15, the entire surface of the back surface of the cover glass 404 b may be coated with a grid-shaped (square-shaped) phosphor 404 c. In this case, the coating of the indicator portion 404cb can be peeled off and used as an indicator. According to such a configuration, as long as the adjustment of the case 402 in the Z direction is completed, it becomes possible to observe the lattice-like fluorescence regardless of the position of the scanning path of the PSD 404. Positioning of the focus optical unit 204 and the case 402 becomes extremely easy.

また、本実施形態においては、PSD404の内部(カバーガラス404bの裏面側(受光面404a側))に蛍光体404cを形成したが、この構成に限定されるものではない。図16は、本実施形態のキャリブレーション装置400の変形例を示す図である。本変形例のキャリブレーション装置400Mは、ビームスプリッタ403を備え、また蛍光体404cに代えて、PSD404の外部に蛍光体407を備える点で、本実施形態のキャリブレーション装置400と異なる。   In the present embodiment, the phosphor 404c is formed inside the PSD 404 (the back side of the cover glass 404b (the light receiving surface 404a side)), but the present invention is not limited to this configuration. FIG. 16 is a diagram illustrating a modification of the calibration apparatus 400 according to the present embodiment. The calibration apparatus 400M according to the present modification is different from the calibration apparatus 400 according to the present embodiment in that the calibration apparatus 400M includes a beam splitter 403 and includes a phosphor 407 outside the PSD 404 instead of the phosphor 404c.

ビームスプリッタ403は、リレーレンズユニット406とPSD404との間に配置され、リレーレンズユニット406からPSD404に向かう励起光のうち50%を透過し、50%を反射する。ビームスプリッタ403を透過した励起光は、PSD404に入射し、本実施形態と同様、その走査軌跡が検出される。一方、ビームスプリッタ403によって反射した励起光は、蛍光体407に入射し、蛍光を発生させる。蛍光体407の表面には、本実施形態の枠状部404ca及び指標部404cbと同様のパターンの蛍光材料がコーティングされており、蛍光体407の表面は、PSD404の受光面404aと光学的に等価な位置に配置されている。従って、蛍光体407で発生した蛍光は、励起光と同じ経路を辿って光ファイバ202の先端202aに入射し、内視鏡画像としてモニタ300に表示される。そして、本実施形態と同様、蛍光体407の略中央部の蛍光がモニタ300に表示されるようにケース402の位置を調整すると、励起光の走査軌跡はPSD404の受光面404aの略中央部に移動する。このように、蛍光体407をPSD404の外部に配置する構成によっても、ユーザは、モニタ300に表示される内視鏡画像(すなわち、走査領域A内の蛍光画像)を見ながら、走査領域Aが、PSD404の受光面404a内に収まるように調整することができる。   The beam splitter 403 is disposed between the relay lens unit 406 and the PSD 404, transmits 50% of the excitation light from the relay lens unit 406 toward the PSD 404, and reflects 50%. The excitation light that has passed through the beam splitter 403 enters the PSD 404, and its scanning locus is detected as in this embodiment. On the other hand, the excitation light reflected by the beam splitter 403 enters the phosphor 407 and generates fluorescence. The surface of the phosphor 407 is coated with a fluorescent material having the same pattern as that of the frame-shaped portion 404ca and the indicator portion 404cb of this embodiment, and the surface of the phosphor 407 is optically equivalent to the light receiving surface 404a of the PSD 404. It is arranged in the position. Therefore, the fluorescence generated by the phosphor 407 follows the same path as the excitation light, enters the tip 202a of the optical fiber 202, and is displayed on the monitor 300 as an endoscopic image. As in the present embodiment, when the position of the case 402 is adjusted so that the fluorescence at the substantially central portion of the phosphor 407 is displayed on the monitor 300, the scanning locus of the excitation light is located at the substantially central portion of the light receiving surface 404a of the PSD 404. Moving. As described above, even when the phosphor 407 is arranged outside the PSD 404, the user can scan the scanning area A while viewing the endoscopic image (that is, the fluorescent image in the scanning area A) displayed on the monitor 300. , And can be adjusted to be within the light receiving surface 404 a of the PSD 404.

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
120 映像信号出力回路
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
400、400M キャリブレーション装置
402 ケース
403 ビームスプリッタ
404 PSD
404a 受光面
404b カバーガラス
404c 蛍光体
404ca 枠上部
404cb 指標部
404d 蛍光反射コーティング
405 PSD基板
406 リレーレンズユニット
407 蛍光体
408 XYZステージ
410 位置調整つまみ
412 キャリブレーション回路
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 120 Video signal output circuit 200 Confocal probe 202 Optical fiber 204 Confocal optical unit 206 Sub CPU
208 Sub memory 210 Scan driver 400, 400M Calibration device 402 Case 403 Beam splitter 404 PSD
404a Light-receiving surface 404b Cover glass 404c Phosphor 404ca Frame upper portion 404cb Indicator 404d Fluorescent reflection coating 405 PSD substrate 406 Relay lens unit 407 Phosphor 408 XYZ stage 410 Position adjustment knob 412 Calibration circuit

Claims (20)

光源からの所定波長の励起光を、被写体上で所定の走査範囲内で周期的に走査させる光走査装置を備え、前記光走査装置から出射した励起光により励起された被写体から発生する蛍光を受光し、共焦点画像を表示する走査型共焦点内視鏡システムのキャリブレーション装置であって、
前記光走査装置から出射した励起光が入射し、前記走査範囲を拡大するリレーレンズと、
前記リレーレンズから出射した励起光を前記リレーレンズの光軸に対し垂直に配置された受光面で受光し、該受光した励起光の受光面上での走査軌跡を検出する光検出手段と、
前記受光面と光学的に等価な位置に配置され、前記リレーレンズから出射した励起光が入射したときに蛍光を発する蛍光発光体と、
前記リレーレンズ及び前記光検出手段を前記光走査装置に対して相対的に移動させる移動手段と、
前記光検出手段によって検出された走査軌跡が基準の走査軌跡となるように前記光走査装置から出射する励起光の走査パラメータを補正する補正手段と、
を備え、
前記リレーレンズは、該リレーレンズの後側焦点が、前記受光面の中心の位置に略一致するように配置されており、
前記移動手段は、前記共焦点画像に表示される前記蛍光発光体の蛍光に基づいて、前記リレーレンズの前側焦点の位置が前記光走査装置から出射した励起光の集光点に略一致し、かつ前記リレーレンズから出射した励起光の走査範囲が、前記受光面内に収まるように前記リレーレンズ及び前記光検出手段を移動する
ことを特徴とするキャリブレーション装置。
An optical scanning device that periodically scans excitation light of a predetermined wavelength from a light source on a subject within a predetermined scanning range, and receives fluorescence generated from the subject excited by the excitation light emitted from the optical scanning device. And a calibration apparatus for a scanning confocal endoscope system for displaying a confocal image,
A relay lens that receives the excitation light emitted from the optical scanning device and expands the scanning range;
Light detection means for receiving excitation light emitted from the relay lens by a light receiving surface arranged perpendicular to the optical axis of the relay lens, and detecting a scanning locus on the light receiving surface of the received excitation light;
A fluorescent light emitter that is arranged at a position optically equivalent to the light receiving surface and emits fluorescence when excitation light emitted from the relay lens is incident;
Moving means for moving the relay lens and the light detection means relative to the optical scanning device;
Correction means for correcting the scanning parameter of the excitation light emitted from the optical scanning device so that the scanning locus detected by the light detection means becomes a reference scanning locus;
With
The relay lens is arranged so that a rear focal point of the relay lens substantially coincides with a center position of the light receiving surface;
The moving means, based on the fluorescence of the fluorescent light emitter displayed in the confocal image, the position of the front focal point of the relay lens substantially coincides with the condensing point of the excitation light emitted from the optical scanning device, A calibration apparatus, wherein the relay lens and the light detection means are moved so that a scanning range of excitation light emitted from the relay lens is within the light receiving surface.
前記蛍光発光体は、前記受光面の中心と等価な位置を示す指標部を含み、
前記移動手段は、前記リレーレンズから出射した励起光の走査範囲の中心が、前記受光面の中心と略一致するように、前記リレーレンズ及び前記光検出手段を移動することを特徴とする請求項1に記載のキャリブレーション装置。
The fluorescent light emitter includes an indicator portion indicating a position equivalent to the center of the light receiving surface,
The moving means moves the relay lens and the light detecting means so that a center of a scanning range of excitation light emitted from the relay lens substantially coincides with a center of the light receiving surface. The calibration apparatus according to 1.
前記指標部は、前記受光面の中心と等価な位置において前記リレーレンズの光軸と直交し、かつ互いに直交する2つの直線によって形成された十字状の指標であることを特徴とする請求項2に記載のキャリブレーション装置。   3. The index portion is a cross-shaped index formed by two straight lines that are orthogonal to the optical axis of the relay lens and are orthogonal to each other at a position equivalent to the center of the light receiving surface. The calibration device described in 1. 前記十字状の指標が、実線で形成されていることを特徴とする請求項3に記載のキャリブレーション装置。   The calibration apparatus according to claim 3, wherein the cross-shaped index is formed by a solid line. 前記十字状の指標が、破線で形成されていることを特徴とする請求項3に記載のキャリブレーション装置。   The calibration apparatus according to claim 3, wherein the cross-shaped index is formed by a broken line. 前記指標部は、前記受光面と等価な面内に離散的に配置された所定の形状を有する複数の指標を備えることを特徴とする請求項2に記載のキャリブレーション装置。   The calibration apparatus according to claim 2, wherein the index unit includes a plurality of indices having a predetermined shape discretely arranged in a plane equivalent to the light receiving surface. 前記指標部は、前記受光面の中心からの距離を示す距離指標を備える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キャリブレーション装置。   The calibration apparatus according to claim 2, wherein the index unit includes a distance index indicating a distance from a center of the light receiving surface. 前記距離指標は、前記受光面の中心からの距離に応じて前記十字状の指標と直交するように形成された目盛り状の指標であることを特徴とする請求項3から請求項5のいずれか一項を引用する請求項7に記載のキャリブレーション装置。   The distance indicator is a scale-like indicator formed so as to be orthogonal to the cross-shaped indicator according to the distance from the center of the light receiving surface. The calibration device according to claim 7, wherein one item is cited. 前記距離指標は、前記受光面の中心からの距離に応じて形状の異なる指標であることを特徴とする請求項6を引用する請求項7に記載のキャリブレーション装置。   The calibration apparatus according to claim 7, wherein the distance index is an index having a different shape according to a distance from a center of the light receiving surface. 前記蛍光発光体は、前記受光面と等価な位置において前記受光面の周囲を取り囲むように形成された枠部を含み、
前記移動手段は、前記リレーレンズから出射した励起光の走査範囲が前記枠部にかからないように、前記リレーレンズ及び前記光検出手段を移動することを特徴とする請求項1から請求項9のいずれか一項に記載のキャリブレーション装置。
The fluorescent light emitter includes a frame portion formed so as to surround the periphery of the light receiving surface at a position equivalent to the light receiving surface,
The said moving means moves the said relay lens and the said light detection means so that the scanning range of the excitation light radiate | emitted from the said relay lens may not cover the said frame part, Any one of Claim 1-9 The calibration apparatus according to claim 1.
前記蛍光発光体は、前記受光面と等価な位置において前記受光面と前記受光面の周囲とを覆い、前記リレーレンズから入射する励起光の一部を透過させることを特徴とする請求項1に記載のキャリブレーション装置。   The fluorescent light emitter covers the light receiving surface and the periphery of the light receiving surface at a position equivalent to the light receiving surface, and transmits a part of the excitation light incident from the relay lens. The calibration device described. 前記蛍光発光体は、前記受光面の中心と等価な位置において互いに直交する2つの直線によって形成された蛍光を発しない指標部を備えることを特徴とする請求項11に記載のキャリブレーション装置。   The calibration apparatus according to claim 11, wherein the fluorescent light emitter includes an indicator portion that does not emit fluorescence formed by two straight lines orthogonal to each other at a position equivalent to the center of the light receiving surface. 前記蛍光発光体は、方眼状に形成されていることを特徴とする請求項11又は請求項12に記載のキャリブレーション装置。   The calibration apparatus according to claim 11, wherein the fluorescent light emitter is formed in a grid shape. 前記光検出手段は、前記受光面の前面にカバーガラスを備え、
前記蛍光発光体は、前記カバーガラスの前記受光面と対向する面上にコーティングされていることを特徴とする請求項1から請求項13のいずれか一項に記載のキャリブレーション装置。
The light detection means includes a cover glass on the front surface of the light receiving surface,
The calibration device according to claim 1, wherein the fluorescent light emitter is coated on a surface of the cover glass that faces the light receiving surface.
前記蛍光発光体上に、該蛍光発光体で発生した蛍光を反射する蛍光反射コーティングが形成されていることを特徴とする請求項14に記載のキャリブレーション装置。   The calibration apparatus according to claim 14, wherein a fluorescent reflection coating that reflects fluorescence generated by the fluorescent light emitter is formed on the fluorescent light emitter. 前記リレーレンズと前記光検出手段との間に配置され、前記リレーレンズを介して入射した励起光を分割して前記光検出手段と前記蛍光発光体に出射すると同時に、前記蛍光発光体で発した蛍光を前記リレーレンズに向かって反射させるビームスプリッタを備えることを特徴とする請求項1から請求項13のいずれか一項に記載のキャリブレーション装置。   Located between the relay lens and the light detection means, the excitation light incident through the relay lens is divided and emitted to the light detection means and the fluorescent light emitter, and simultaneously emitted from the fluorescent light emitter. The calibration apparatus according to any one of claims 1 to 13, further comprising a beam splitter that reflects fluorescence toward the relay lens. 前記走査パラメータは、前記走査光の前記走査範囲を拡大又は縮小する第1のパラメータ、前記走査光の前記走査範囲の形状を変更する第2のパラメータ及び前記走査光の走査速度を変更する第3のパラメータの少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項1から請求項16のいずれか一項に記載のキャリブレーション装置。   The scanning parameters include a first parameter for enlarging or reducing the scanning range of the scanning light, a second parameter for changing the shape of the scanning range of the scanning light, and a third parameter for changing the scanning speed of the scanning light. The calibration apparatus according to claim 1, comprising at least one of the following parameters. 前記補正手段によって補正された前記拡大走査光の走査軌跡を所定のタイミングでサンプリングし、各サンプリング点に対して2次元のラスタ座標を割り当てるリマップテーブル作成手段を有することを特徴とする請求項1から請求項17のいずれか一項に記載のキャリブレーション装置。   2. A remap table creating unit that samples a scanning locus of the enlarged scanning light corrected by the correcting unit at a predetermined timing and assigns a two-dimensional raster coordinate to each sampling point. The calibration device according to claim 17. 前記リレーレンズ、前記光検出手段及び蛍光発光体を単一の筐体内に収容したことを特徴とする請求項1から請求項18のいずれか一項に記載のキャリブレーション装置。   The calibration device according to claim 1, wherein the relay lens, the light detection unit, and the fluorescent light emitter are accommodated in a single casing. 前記筐体は、少なくとも前記光検出手段を外光から遮蔽することを特徴とする請求項19に記載のキャリブレーション装置。   The calibration apparatus according to claim 19, wherein the casing shields at least the light detection unit from outside light.
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