JP2014147462A - Calibration method and scanning type endoscope system - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an automatic calibration method of a scanning type endoscope system capable of giving a uniform calibration result free from variations by operators.SOLUTION: An automatic calibration method comprises: a light scanning step of performing light scanning by driving an actuator based on scanning parameters; a scanning locus acquisition step of acquiring a scanning locus of scanning light emitted from a leading end of an optical fiber; and an adjustment step of adjusting the scanning parameters so that the acquired scanning locus becomes a predetermined reference scanning locus. The adjustment step comprises: a frequency adjustment step of adjusting a frequency of a driving voltage of the actuator so that the amplitude of the scanning locus becomes the maximum; a phase adjustment step of adjusting phase differences of the actuator between an X-axis direction and a Y-axis direction so that the scanning locus becomes almost completely round; and an amplitude adjustment step of adjusting the amplitude of the driving voltage of the actuator in an X-axis direction and a Y-axis direction so that the magnitude and shape of the scanning locus fall within a predetermined range.

Description

本発明は、光走査型内視鏡から出射する走査光の走査軌跡を補正する自動キャリブレーション方法及び該自動キャリブレーション方法を行う走査型内視鏡システムに関する。   The present invention relates to an automatic calibration method for correcting a scanning trajectory of scanning light emitted from an optical scanning endoscope and a scanning endoscope system for performing the automatic calibration method.

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。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, a scanning endoscope system is known in which light guided by an optical fiber is scanned in a spiral shape with respect to an observation site, and reflected light from the observation site is received and imaged. 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.

このような走査型内視鏡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)が行われている。   In such a scanning endoscope system, reflected light or fluorescence from a scanning region (observation site) is received at a predetermined cycle timing (hereinafter referred to as “sampling points”), and luminance information at each sampling point is received. Is assigned to the display coordinate system of the monitor (the pixel position of the endoscopic image) to display a two-dimensional endoscopic image. 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, this type of scanning endoscope system is calibrated so as to obtain an ideal scanning pattern while monitoring an actual scanning pattern (scanning trajectory).

特表2010−515947号公報JP 2010-515947 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)をモニタに表示するだけで、二軸アクチュエータの印加電圧の振幅、位相、周波数等の調整は、作業者がモニタに表示される走査パターンを見ながら手作業で行っていた。走査型内視鏡システムのキャリブレーションは、手順が複雑であるため、作業者間で手順を統一することが難しい。その結果、作業者によってキャリブレーションの結果が異なったものとなっていた。   The scanning endoscope system described in Patent Document 1 is a biaxial actuator that only receives illumination light emitted from an optical fiber by a PSD (Position Sensitive Detector) and displays a scanning pattern (scanning trajectory) on a monitor. The adjustment of the amplitude, phase, frequency, and the like of the applied voltage is manually performed while the operator looks at the scanning pattern displayed on the monitor. Calibration of a scanning endoscope system is complicated in procedure, and it is difficult to unify the procedure among workers. As a result, calibration results differ depending on the operator.

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、作業者によるバラツキの無い均一なキャリブレーション結果を与える自動キャリブレーション方法及び該方法を実行する走査型内視鏡システムを提供することである。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an automatic calibration method that gives a uniform calibration result without variation by an operator, and a scanning endoscope that executes the method. Is to provide a system.

本発明の一実施形態によれば、光源から出射された光を導光する光ファイバと、光ファイバの先端部を片持ち支持すると共に光ファイバを互いに直交する2つの半径方向であるX軸方向及びY軸方向に振動させるアクチュエータと、光ファイバの先端から出射する光が渦巻状の軌跡を描いて走査されるように所定の走査パラメータに基づいてアクチュエータのX軸方向及びY軸方向の駆動電圧を制御する制御手段と、光ファイバの先端から出射した走査光の走査軌跡を検出する走査軌跡検出手段と、を有し、周期的に渦巻状の光走査を行う光走査装置を備えた走査型内視鏡システムの自動キャリブレーション方法であって、制御手段が、走査パラメータに基づいてアクチュエータを駆動して光走査を行う光走査ステップと、制御手段が、走査軌跡検出手段から光ファイバの先端から出射した走査光の走査軌跡を取得する走査軌跡取得ステップと、制御手段が、取得した走査軌跡が所定の基準走査軌跡となるように走査パラメータを調整する調整ステップと、を含み、調整ステップは、走査軌跡の振幅が最大となるように、アクチュエータの駆動電圧の周波数を調整する周波数調整ステップと、走査軌跡が略真円となるように、アクチュエータのX軸方向とY軸方向の駆動電圧の位相差を調整する位相調整ステップと、走査軌跡の大きさ及び形状が所定範囲内となるように、アクチュエータのX軸及びY軸方向の駆動電圧の振幅を調整する振幅調整ステップと、を含む、走査型内視鏡システムの自動キャリブレーション方法が提供される。   According to one embodiment of the present invention, an optical fiber that guides light emitted from a light source, and an X-axis direction that is two radial directions orthogonal to each other while cantilevering and supporting the tip of the optical fiber Actuators that vibrate in the Y-axis direction, and driving voltages in the X-axis direction and the Y-axis direction of the actuator based on predetermined scanning parameters so that the light emitted from the tip of the optical fiber is scanned in a spiral trajectory A scanning type having an optical scanning device having periodic control of spiral light scanning, and control means for controlling the scanning and scanning locus detection means for detecting the scanning locus of the scanning light emitted from the tip of the optical fiber An automatic calibration method for an endoscope system, wherein a control unit drives an actuator based on a scanning parameter to perform optical scanning, and a control unit scans A scanning trajectory acquisition step for acquiring a scanning trajectory of the scanning light emitted from the tip of the optical fiber from the trace detection means, and an adjustment step for adjusting the scanning parameter so that the acquired scanning trajectory becomes a predetermined reference scanning trajectory. And the adjustment step includes a frequency adjustment step for adjusting the frequency of the drive voltage of the actuator so that the amplitude of the scanning locus is maximized, and an X-axis direction of the actuator so that the scanning locus is a substantially perfect circle. A phase adjustment step for adjusting the phase difference between the driving voltage in the Y-axis direction and the amplitude of the driving voltage in the X-axis and Y-axis directions of the actuator so that the size and shape of the scanning locus are within a predetermined range. And an amplitude adjustment step. An automatic calibration method for a scanning endoscope system is provided.

この構成によれば、光走査装置の走査軌跡のキャリブレーションに必須であるアクチュエータの駆動電圧の周波数調整処理、位相調整処理及び振幅調整処理が所定の手順で自動的に実行されるため、作業者によるバラツキの無い均一なキャリブレーション結果が得られる。   According to this configuration, the frequency adjustment process, the phase adjustment process, and the amplitude adjustment process of the driving voltage of the actuator, which are essential for the calibration of the scanning trajectory of the optical scanning device, are automatically executed in a predetermined procedure. Uniform calibration results with no variation due to.

また、上記の自動キャリブレーション方法において、周波数調整ステップの後に、位相調整ステップ及び振幅調整ステップを実行する構成にすることが望ましい。   In the automatic calibration method described above, it is desirable that the phase adjustment step and the amplitude adjustment step be executed after the frequency adjustment step.

この構成によれば、走査軌跡に最も大きな影響を与える周波数調整ステップが最初に行われるため、周波数調整によって他の調整済みのパラメータ(位相、振幅)に狂いが生じて、再調整が必要になることが防止される。   According to this configuration, since the frequency adjustment step that has the greatest influence on the scanning trajectory is performed first, the frequency adjustment causes other adjusted parameters (phase, amplitude) to be out of order, and readjustment is necessary. It is prevented.

また、上記の自動キャリブレーション方法において、調整ステップは、走査軌跡の座標を極座標に変換する極座標変換ステップを更に含む構成としてもよい。   In the automatic calibration method described above, the adjustment step may further include a polar coordinate conversion step for converting the coordinates of the scanning locus into polar coordinates.

また、上記の自動キャリブレーション方法において、周波数調整ステップは、片持ち支持された光ファイバの先端部の共振周波数を含む周波数領域において走査軌跡の振幅が最大となる周波数を取得するステップと、アクチュエータの駆動電圧の周波数を走査軌跡の振幅が最大となる周波数に変更するステップと、を含む構成としてもよい。   In the above-described automatic calibration method, the frequency adjustment step includes a step of obtaining a frequency at which the amplitude of the scanning locus is maximum in a frequency region including the resonance frequency of the tip of the cantilevered optical fiber, And a step of changing the frequency of the drive voltage to a frequency that maximizes the amplitude of the scanning locus.

この構成によれば、アクチュエータの駆動電圧の周波数を光ファイバの先端部の共振周波数に近い値に調整することが可能になる。   According to this configuration, the frequency of the drive voltage of the actuator can be adjusted to a value close to the resonance frequency of the tip portion of the optical fiber.

また、上記の自動キャリブレーション方法において、走査軌跡の振幅が最大となる周波数を取得するステップは、共振周波数を含む周波数領域において、駆動電圧の周波数を変化させながら走査軌跡の振幅を繰り返し取得するステップを含む構成としてもよい。   In the above-described automatic calibration method, the step of obtaining the frequency at which the amplitude of the scanning trajectory is maximized is a step of repeatedly obtaining the amplitude of the scanning trajectory while changing the frequency of the drive voltage in the frequency region including the resonance frequency. It is good also as a structure containing.

また、上記の自動キャリブレーション方法において、走査軌跡の振幅が最大となる周波数を取得するステップは、共振周波数を含む第1の周波数領域において、駆動電圧の周波数を第1の周波数間隔で段階的に変化させながら走査軌跡の振幅を繰り返し取得する第1の周波数取得ステップと、第1周波数取得ステップにおいて走査軌跡の最大の振幅が取得された駆動電圧の周波数を含む、第1の周波数領域よりも狭い第2の周波数領域において、駆動電圧の周波数を第1の周波数間隔よりも狭い第2の周波数間隔で段階的に変化させながら走査軌跡の振幅を繰り返し取得する第2の周波数取得ステップと、を含む構成としてもよい。   In the automatic calibration method described above, the step of acquiring the frequency at which the amplitude of the scanning trajectory is maximized is a stepwise process in which the frequency of the drive voltage is set at a first frequency interval in the first frequency region including the resonance frequency. A first frequency acquisition step that repeatedly acquires the amplitude of the scanning locus while changing, and a frequency of the drive voltage at which the maximum amplitude of the scanning locus is acquired in the first frequency acquisition step is narrower than the first frequency region. A second frequency acquisition step of repeatedly acquiring the amplitude of the scanning trajectory while stepwise changing the frequency of the drive voltage at a second frequency interval narrower than the first frequency interval in the second frequency region. It is good also as a structure.

この構成によれば、広い周波数領域の全域にわたって狭い周波数間隔で周波数を振って走査軌跡を取得しなくても、広い周波数領域に対して高い精度で駆動電圧の周波数の好適化を行うことができるため、周波数調整処理が効率化される。   According to this configuration, the frequency of the driving voltage can be optimized with high accuracy over a wide frequency range without acquiring a scanning locus by changing the frequency at narrow frequency intervals over the entire wide frequency range. Therefore, the frequency adjustment process is made efficient.

また、上記の自動キャリブレーション方法において、位相調整ステップは、アクチュエータのX軸方向とY軸方向の駆動電圧の位相差を変化させながら、走査軌跡の振幅を繰り返し取得するステップと、取得された渦巻状の走査軌跡から所定の1ターン分の振幅を抽出するステップと、1ターン分の振幅の分散値を計算するステップと、アクチュエータのX軸方向とY軸方向の駆動電圧の位相差を、1ターン分の振幅の分散値が最小となる値に変更するステップと、を含む構成としてもよい。   In the above-described automatic calibration method, the phase adjustment step includes the step of repeatedly acquiring the amplitude of the scanning locus while changing the phase difference between the drive voltage in the X-axis direction and the Y-axis direction of the actuator, and the acquired spiral Extracting a predetermined one-turn amplitude from the scanning trajectory, calculating a dispersion value of the one-turn amplitude, and the phase difference between the drive voltage in the X-axis direction and the Y-axis direction of the actuator. And a step of changing to a value at which the dispersion value of the amplitude for the turn is minimized.

また、上記の自動キャリブレーション方法において、走査軌跡が略真円となるまで、位相調整ステップと振幅調整ステップを交互に実行する構成としてもよい。   Further, in the above automatic calibration method, the phase adjustment step and the amplitude adjustment step may be alternately executed until the scanning locus becomes a substantially perfect circle.

この構成によれば、一度調整した後で、他のパラメータの調整によって生じる狂いが再調整されるため、より正確なキャリブレーションが可能になる。   According to this configuration, after the adjustment, the deviation caused by the adjustment of other parameters is readjusted, so that more accurate calibration is possible.

また、上記の自動キャリブレーション方法において、位相調整ステップ又は振幅調整ステップを少なくとも2回実行する構成としてもよい。   In the automatic calibration method, the phase adjustment step or the amplitude adjustment step may be executed at least twice.

また、上記の自動キャリブレーション方法において、振幅調整ステップは、走査軌跡を取得するステップと、走査軌跡の少なくとも2方向における振幅が所定の振幅判定条件を満たすか否かを判定する振幅判定ステップと、少なくとも振幅判定条件を満たしていない方向について、アクチュエータの駆動電圧の振幅を調整する駆動振幅調整ステップと、を含む、構成としてもよい。   In the automatic calibration method, the amplitude adjustment step includes a step of acquiring a scanning locus, an amplitude determining step of determining whether or not the amplitude in at least two directions of the scanning locus satisfies a predetermined amplitude determination condition, A drive amplitude adjustment step of adjusting the amplitude of the drive voltage of the actuator in at least a direction that does not satisfy the amplitude determination condition may be adopted.

また、上記の自動キャリブレーション方法において、振幅判定条件は、少なくとも2方向の振幅が所定の目標値以上である、という第1条件と、少なくとも2方向の振幅差が所定値以下である、という第2条件と、を含む構成としてもよい。   In the above automatic calibration method, the amplitude determination condition includes a first condition that the amplitude in at least two directions is equal to or greater than a predetermined target value, and a first condition that an amplitude difference in at least two directions is equal to or less than a predetermined value. It is good also as a structure containing 2 conditions.

この構成によれば、走査軌跡の大きさの調整だけでなく、形状が均一に調整される。   According to this configuration, not only the size of the scanning trajectory but also the shape is adjusted uniformly.

また、上記の自動キャリブレーション方法において、少なくとも2方向は、X軸方向及びY軸方向を含み、X軸方向又はY軸方向における走査軌跡の振幅が第1条件を満たさない場合にのみ、第1条件を満たさない方向におけるアクチュエータの駆動電圧の振幅を増加する構成としてもよい。   In the above automatic calibration method, at least two directions include the X-axis direction and the Y-axis direction, and only when the amplitude of the scanning locus in the X-axis direction or the Y-axis direction does not satisfy the first condition. It is good also as a structure which increases the amplitude of the drive voltage of the actuator in the direction which does not satisfy | fill conditions.

また、上記の自動キャリブレーション方法において、振幅調整ステップは、X軸方向及びY軸方向における走査軌跡の振幅を比較して大小を判定する振幅比較ステップを更に含み、振幅比較ステップの判定結果に応じて駆動電圧の振幅が調整される構成としてもよい。   In the above-described automatic calibration method, the amplitude adjustment step further includes an amplitude comparison step that compares the amplitudes of the scanning trajectories in the X-axis direction and the Y-axis direction to determine the magnitude, and depends on the determination result of the amplitude comparison step. Thus, the amplitude of the drive voltage may be adjusted.

また、上記の自動キャリブレーション方法において、X軸方向及びY軸方向における走査軌跡の振幅が共に第1条件を満たさない場合にのみ、振幅比較ステップにおいて走査軌跡の振幅が小さいと判定された方向の駆動電圧の振幅が、大きいと判定された方向の駆動電圧の振幅よりも多く増加される構成としてもよい。   In the above-described automatic calibration method, only when the amplitude of the scanning locus in the X-axis direction and the Y-axis direction does not satisfy the first condition, the direction of the direction in which the amplitude of the scanning locus is determined to be small in the amplitude comparison step. A configuration may be adopted in which the amplitude of the drive voltage is increased more than the amplitude of the drive voltage in the direction determined to be large.

また、上記の自動キャリブレーション方法において、X軸方向及びY軸方向における走査軌跡の振幅が共に第1条件を満たし、且つ、第2条件が満たされない場合にのみ、振幅比較ステップにおいて走査軌跡の振幅が大きいと判定された方向の駆動電圧の振幅が減少される構成としてもよい。   In the automatic calibration method described above, the amplitude of the scanning trajectory in the amplitude comparison step only when the amplitudes of the scanning trajectories in the X-axis direction and the Y-axis direction both satisfy the first condition and the second condition is not satisfied. The amplitude of the drive voltage in the direction determined to be large may be reduced.

また、上記の自動キャリブレーション方法において、振幅判定ステップにおいて、π/4間隔の8方向における振幅が判定される構成としてもよい。   In the automatic calibration method, the amplitude determination step may determine the amplitudes in the eight directions at intervals of π / 4.

また、上記の自動キャリブレーション方法において、走査軌跡の合否を判定する合否判定ステップを更に含み、合否判定ステップは、周波数調整ステップ、位相調整ステップ及び振幅調整ステップの後に実行される構成としてもよい。   The automatic calibration method may further include a pass / fail determination step for determining pass / fail of the scanning locus, and the pass / fail determination step may be executed after the frequency adjustment step, the phase adjustment step, and the amplitude adjustment step.

また、上記の自動キャリブレーション方法において、合否判定ステップは、渦巻状の走査軌跡の大きさの合否を判定する走査径合否判定ステップを更に含み、走査径合否判定ステップは、渦巻状の走査軌跡の最外周の1ターン分の振幅を取得するステップと、最外周の1ターン分の振幅の全てが目標値以上であるか否かを判定するステップと、を含み、最外周の1ターン分の振幅の全てが目標値以上である場合にのみ、渦巻状の走査軌跡の大きさを合格と判定する構成としてもよい。   In the above-described automatic calibration method, the pass / fail determination step further includes a scan diameter pass / fail determination step for determining pass / fail of the size of the spiral scan trajectory, and the scan diameter pass / fail determination step includes the spiral scan trajectory. Including the step of obtaining the amplitude of one turn on the outermost periphery and the step of determining whether or not all the amplitudes of one turn on the outermost periphery are equal to or greater than a target value. Only when all of the above are equal to or larger than the target value, the size of the spiral scanning trajectory may be determined to be acceptable.

また、上記の自動キャリブレーション方法において、走査径合否判定ステップにおいて不合格と判定された場合にのみ、周波数調整ステップを再び実行する構成としてもよい。   In the automatic calibration method described above, the frequency adjustment step may be executed again only when it is determined that the scanning diameter acceptance / rejection determination step fails.

また、上記の自動キャリブレーション方法において、合否判定ステップは、渦巻状の走査軌跡の真円度の合否を判定する真円度合否判定ステップを更に含む構成としてもよい。   In the above-described automatic calibration method, the pass / fail determination step may further include a roundness pass / fail determination step for determining pass / fail of the roundness of the spiral scanning trajectory.

また、上記の自動キャリブレーション方法において、真円度判定ステップにおいて不合格と判定された場合にのみ、位相調整ステップを再び実行する構成としてもよい。   In the automatic calibration method described above, the phase adjustment step may be executed again only when it is determined that the roundness determination step fails.

また、上記の自動キャリブレーション方法において、走査型内視鏡システムは、走査光が照射された被写体からの戻り光を検出して、検出結果に基づいて被写体の映像をモニタに表示させるビデオ信号を生成して出力する映像化手段を更に備え、調整ステップは、渦巻状の走査の周期がビデオ信号のフレームレートの逆数と一致するように、アクチュエータの駆動を停止する時間を調整する駆動停止時間調整ステップを更に含む構成としてもよい。   In the automatic calibration method described above, the scanning endoscope system detects a return light from the subject irradiated with the scanning light and generates a video signal for displaying the subject image on the monitor based on the detection result. Further comprising imaging means for generating and outputting, the adjusting step adjusts the drive stop time for adjusting the time for stopping the actuator so that the period of the spiral scan coincides with the reciprocal of the frame rate of the video signal. It is good also as a structure further including a step.

また、上記の自動キャリブレーション方法において、周波数調整ステップ、位相調整ステップ及び振幅調整ステップの実行後に、駆動停止時間調整ステップを実行する構成としてもよい。   In the automatic calibration method described above, the drive stop time adjustment step may be executed after the frequency adjustment step, the phase adjustment step, and the amplitude adjustment step.

また、上記の自動キャリブレーション方法において、合否判定ステップの後に駆動停止時間調整ステップを実行する構成としてもよい。   In the automatic calibration method, the drive stop time adjustment step may be executed after the pass / fail determination step.

本発明の一実施形態によれば、光源から出射された光を導光する光ファイバと、光ファイバの先端部を片持ち支持すると共に光ファイバを互いに直交する2つの半径方向であるX軸方向及びY軸方向に振動させるアクチュエータと、光ファイバの先端から出射する光が渦巻状の軌跡を描いて走査されるように所定の走査パラメータに基づいてアクチュエータのX軸方向及び前記Y軸方向の駆動電圧を制御する制御手段と、光ファイバの先端から出射した走査光の走査軌跡を検出する走査軌跡検出手段と、を有し、周期的に渦巻状の光走査を行う光走査装置を備えた走査型内視鏡システムであって、取得された走査軌跡が所定の基準走査軌跡となるように走査パラメータを所定の手順で自動調整する走査パラメータ自動調整手段を更に備え、走査パラメータ自動調整手段は、走査軌跡の振幅が最大となるように、アクチュエータの駆動電圧の周波数を調整する周波数調整手段と、走査軌跡が略真円となるように、アクチュエータのX軸方向とY軸方向の駆動電圧の位相差を調整する位相調整手段と、走査軌跡の大きさ及び形状が所定範囲内となるように、アクチュエータのX軸及びY軸方向の駆動電圧の振幅を調整する振幅調整手段と、を有する、走査型内視鏡システムが提供される。   According to one embodiment of the present invention, an optical fiber that guides light emitted from a light source, and an X-axis direction that is two radial directions orthogonal to each other while cantilevering and supporting the tip of the optical fiber And driving in the X-axis direction and the Y-axis direction of the actuator based on predetermined scanning parameters so that the light emitted from the tip of the optical fiber is scanned in a spiral locus A scanning device having a control means for controlling the voltage and a scanning locus detection means for detecting a scanning locus of the scanning light emitted from the tip of the optical fiber, and provided with an optical scanning device that periodically performs spiral optical scanning. The endoscope system further includes scanning parameter automatic adjustment means for automatically adjusting scanning parameters in a predetermined procedure so that the acquired scanning locus becomes a predetermined reference scanning locus. The parameter automatic adjustment means includes a frequency adjustment means for adjusting the frequency of the driving voltage of the actuator so that the amplitude of the scanning locus is maximized, and an X-axis direction and a Y-axis of the actuator so that the scanning locus is substantially perfect circle. Phase adjusting means for adjusting the phase difference of the driving voltage in the direction, and amplitude adjusting means for adjusting the amplitude of the driving voltage in the X-axis and Y-axis directions of the actuator so that the size and shape of the scanning locus are within a predetermined range A scanning endoscope system is provided.

本発明の実施形態に係るキャリブレーション方法及び走査型内視鏡システムによれば、光走査装置の走査パラメータの複雑な調整処理が均一な手順で自動的に行われるため、作業者によりキャリブレーション結果にバラツキが生じるという問題が解決される。   According to the calibration method and the scanning endoscope system according to the embodiment of the present invention, since the complicated adjustment processing of the scanning parameters of the optical scanning device is automatically performed in a uniform procedure, the calibration result by the operator This solves the problem of variation.

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. PSDの受光面上における初期スポット形成位置を示す図である。It is a figure which shows the initial spot formation position on the light-receiving surface of PSD. キャリブレーションプログラムによってXY調整が行われたときの様子を示す図である。It is a figure which shows a mode when XY adjustment is performed by the calibration program. PSDの受光面をZ方向に移動させたときの移動量と、PSDの出力電流との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the movement amount when moving the light-receiving surface of PSD to a Z direction, and the output current of PSD. 二軸アクチュエータに所定の交流電圧X及びYを印加したときの励起光の走査軌跡を示す図である。It is a figure which shows the scanning locus | trajectory of excitation light when predetermined alternating voltage X and Y are applied to a biaxial actuator. キャリブレーションによって理想的な走査軌跡となるように調整された励起光の走査軌跡を示す図である。It is a figure which shows the scanning locus | trajectory of the excitation light adjusted so that it might become an ideal scanning locus | trajectory by calibration. 走査パラメータを調整する処理の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the process which adjusts a scanning parameter. 二軸アクチュエータに印加する交流電圧の周波数を調整する処理の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the process which adjusts the frequency of the alternating voltage applied to a biaxial actuator. 二軸アクチュエータに印加する交流電圧の位相を調整する処理の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the process which adjusts the phase of the alternating voltage applied to a biaxial actuator. 二軸アクチュエータに印加する交流電圧の振幅を調整する処理の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the process which adjusts the amplitude of the alternating voltage applied to a biaxial actuator. 走査軌跡の真円度の合否判定において振幅が評価される8方向を説明する図である。It is a figure explaining eight directions in which an amplitude is evaluated in the pass / fail judgment of the roundness of a scanning locus.

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。なお、以下の説明において、共焦点内視鏡200の長手方向における、対物光学系204Dが配置される一端を先端といい、システム本体100に接続される他端を基端という。   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. In the following description, one end where the objective optical system 204D is disposed in the longitudinal direction of the confocal endoscope 200 is referred to as a distal end, and the other end connected to the system main body 100 is referred to as a proximal end.

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。   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.

光ファイバ202の一端(以下「基端」という。)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の他端(以下「先端」という。)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。   One end (hereinafter referred to as “base end”) of the optical fiber 202 is optically coupled to the optical demultiplexing / multiplexing device 104 through the optical connector 152. The other end (hereinafter referred to as “tip”) of the optical fiber 202 is housed in a confocal optical unit 204 incorporated in the tip 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、後述する対物光学系204Dの光軸であり、Z方向に配置された光ファイバ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の光軸(中心軸)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, a central axis AX is an optical axis of an objective optical system 204D described later. When the tip 202a of the optical fiber 202 arranged in the Z direction is not vibrating, the central axis AX Coincides with the optical axis (center axis) 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方向に振動させると共に、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方向に振動させる。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 vibrate the piezoelectric body in the X direction, and generates 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 is vibrated 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(走査期間)は、一つのサンプリング期間と一つのブレーキング期間と一つのセトリング期間から構成されており、セトリング期間を調整することによって、走査期間の周期をフレームレートF(fps:frames per second)と整合すように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F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 (scanning period) is composed of one sampling period, one braking period, and one settling period. By adjusting the settling period, the period of the scanning period is set to the frame rate. It can be adjusted to match F (fps: frames per second). 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 F. 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狭持されている。形状記憶合金204Fは、Z方向に長尺な棒形状を持ち、常温下で外力が加わると変形して、一定温度以上に加熱されると形状記憶効果で所定の形状に復元する性質を有している。形状記憶合金204Fは、形状記憶効果による復元力が圧縮コイルばね204Eの復元力より大きくなるように設計されている。走査ドライバ210は、サブCPU206が指定した設定値に応じたドライブ信号を生成して、形状記憶合金204Fを通電し加熱して伸縮量を制御する。形状記憶合金204Fは、伸縮量に応じて内筒204Bを光ファイバ202ごとZ方向に進退させる。   A compression coil spring 204E and a shape memory alloy 204F are attached between the base end surface of the inner cylinder 204B and the inner wall surface of the outer cylinder 204A. The compression coil spring 204E is initially compressed and sandwiched in the Z direction from the natural length. The shape memory alloy 204F has a long bar shape in the Z direction, deforms when an external force is applied at room temperature, and has a property of restoring to a predetermined shape by a shape memory effect when heated to a certain temperature or higher. ing. The shape memory alloy 204F is designed such that the restoring force due to the shape memory effect is larger than the restoring force of the compression coil spring 204E. The scan driver 210 generates a drive signal corresponding to the set value designated by the sub CPU 206, and energizes and heats the shape memory alloy 204F to control the expansion / contraction amount. The shape memory alloy 204F advances and retracts the inner tube 204B in the Z direction together with the optical fiber 202 according to the amount of expansion and contraction.

光ファイバ202の先端202aを出射した励起光は、対物光学系204Dを透過して被写体の表面又は表層でスポットを形成する。スポット形成位置は、点光源である先端202aの進退に応じてZ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のようになり、CPU108は、この関係に基づいて各サンプリング点に対応する内視鏡画像の画素位置(ラスタ座標)を求めてリマップテーブルを作成する。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. 5, and the CPU 108 obtains the pixel position (raster coordinates) of the endoscopic image corresponding to each sampling point based on this relationship 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。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. 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、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 focus 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、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、受光面上における励起光の位置)を検出する(詳細は後述)。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、その光軸及び後側焦点F2がPSD404の受光面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。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の検出電流は、PSD基板405を介してキャリブレーション回路412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 mounted on the PSD substrate 405 and is 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). 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) (details will be described later). 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 inside, and is arranged so that the optical axis and the rear focal point F2 are positioned at the center of the light receiving surface of the PSD 404. 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. 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. The detection current of the PSD 404 is output to the calibration circuit 412 via the PSD substrate 405.

ケース402は、ステージ駆動モータ410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。ステージ駆動モータ410は、例えば、ステッピングモータであり、後述するキャリブレーション時、キャリブレーション回路412からの信号を受信し、XYZステージ408を所定の方向に移動させる。なお、本実施形態においては、XYZステージ408の移動分解能(すなわち、ステージ駆動モータ410の1ステップに対するXYZステージ408の移動量)は、約10μmに設定されている。   The case 402 is fixed on an XYZ stage 408 that can move in the X, Y, and Z directions by a stage drive motor 410. The stage drive motor 410 is, for example, a stepping motor, and receives a signal from the calibration circuit 412 during calibration described later, and moves the XYZ stage 408 in a predetermined direction. In the present embodiment, the moving resolution of the XYZ stage 408 (that is, the moving amount of the XYZ stage 408 with respect to one step of the stage drive motor 410) is set to about 10 μm.

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、CPU108の制御の下、ステージ駆動モータ410を介してXYZステージ408を移動させる。また、キャリブレーション回路412は、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 moves the XYZ stage 408 via the stage drive motor 410 under the control of the CPU 108 during calibration. Further, the calibration circuit 412 converts the detected current of the PSD 404 output from the PSD substrate 405 into a voltage and outputs it to the CPU 108 as a detected voltage.

図7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(術者)が焦点光学ユニット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したことを契機に、CPU108によって実行されるサブルーチンである。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. 7 is a flowchart of a calibration program executed during calibration. The calibration program is executed by the CPU 108 when the user (surgeon) inserts the focus 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. It is a subroutine. For convenience of explanation, each processing step of calibration is abbreviated as “S” in the explanation and drawings in this specification.

図7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、S1を実行する。S1では、焦点光学ユニット204に対してケース402の位置を調整する。この処理においては、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、二軸アクチュエータ204Cへの電圧印加を停止するように操作ドライバ210を制御する。この結果、光ファイバ202から出射される励起光は、中心軸AXに沿って進み、リレーレンズユニット406を通って、PSD404の受光面上に結像する(図6)。本明細書においては、二軸アクチュエータ204Cへの電圧印加がないときの励起光の初期的なスポット形成位置を、以下「初期スポット形成位置」と称する。   As shown in FIG. 7, when the calibration program is started, the CPU 108 executes S1. In S <b> 1, the position of the case 402 is adjusted with respect to the focus optical unit 204. In this process, the CPU 108 controls the light source 102 so that the excitation light is continuously emitted, and controls the operation driver 210 so as to stop the voltage application to the biaxial actuator 204C. As a result, the excitation light emitted from the optical fiber 202 travels along the central axis AX, passes through the relay lens unit 406, and forms an image on the light receiving surface of the PSD 404 (FIG. 6). In the present specification, the initial spot formation position of the excitation light when no voltage is applied to the biaxial actuator 204C is hereinafter referred to as “initial spot formation position”.

図8は、PSD404の受光面上における初期スポット形成位置Pを示す図である。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、初期スポット形成位置は必ずしもPSD404の中心と一致せず、X及びY方向にずれて検出される。また、共焦点光学ユニット204の対物光学系204Dの焦点も部品によって多少のばらつきがあるため、リレーレンズユニット406の前側焦点F1と共焦点光学ユニット204の対物光学系204Dの焦点(すなわち、励起光の集光点)とは必ずしも一致しない。そこで、S1では、初期スポット形成位置がPSD404の受光面の中心と略一致するように、ケース402をX、Yの各方向に移動させ(XY調整)、また、リレーレンズユニット406の前側焦点F1と共焦点光学ユニット204の対物光学系204Dの焦点とが略一致するように、ケース402をZの各方向に移動させている(Z調整)。   FIG. 8 is a diagram showing the initial spot formation position P on the light receiving surface of the PSD 404. As described above, since the scanning confocal endoscope system 1 has product-specific characteristics, the initial spot formation position does not necessarily coincide with the center of the PSD 404 and is detected by being shifted in the X and Y directions. Further, since the focal point of the objective optical system 204D of the confocal optical unit 204 also varies somewhat depending on the parts, the front focal point F1 of the relay lens unit 406 and the focal point of the objective optical system 204D of the confocal optical unit 204 (that is, excitation light). Does not necessarily match. Therefore, in S1, the case 402 is moved in the X and Y directions (XY adjustment) so that the initial spot formation position substantially coincides with the center of the light receiving surface of the PSD 404, and the front focal point F1 of the relay lens unit 406 is set. The case 402 is moved in each direction of Z so that the focal point of the objective optical system 204D of the confocal optical unit 204 is substantially coincident (Z adjustment).

(XY調整)
PSD404は、一対のX方向の電極X1及びX2と、一対のY方向の電極Y1及びY2を備えており、PSD404の受光面上のスポット形成位置は、各電極から出力される電流を検出することによって求められる。具体的には、初期スポット形成位置PのPSD404の受光面上の位置Xp、Ypは、以下の式(数式1及び数式2)によって求められる。

Figure 2014147462
Figure 2014147462
ここで、IX1は、電極X1から出力される電流であり、IX2は、電極X2から出力される電流であり、IY1は、電極Y1から出力される電流であり、IY2は、電極Y2から出力される電流である。また、Lは、PSD404の受光面の中心から各電極までの距離である。 (XY adjustment)
The PSD 404 includes a pair of X-direction electrodes X1 and X2 and a pair of Y-direction electrodes Y1 and Y2. The spot formation position on the light receiving surface of the PSD 404 detects a current output from each electrode. Sought by. Specifically, the positions Xp and Yp on the light receiving surface of the PSD 404 at the initial spot formation position P are obtained by the following formulas (Formula 1 and Formula 2).
Figure 2014147462
Figure 2014147462
Here, I X1 is a current output from the electrode X1, I X2 is a current output from the electrode X2, I Y1 is a current output from the electrode Y1, and I Y2 is an electrode This is the current output from Y2. L is a distance from the center of the light receiving surface of the PSD 404 to each electrode.

S1では、CPU108は、キャリブレーション回路412から入力されるPSD404の検出電圧より電極X1から出力される電流IX1、電極X2から出力される電流IX2、電極Y1から出力される電流IY1、電極Y2から出力される電流IY2をそれぞれ求め、上記数式1及び数式2に基づいて初期スポット形成位置PのPSD404の受光面上の位置Xp、Ypを求めている。そして、CPU108は、Xp及びYpが最小となるように(すなわち、初期スポット形成位置がPSD404の受光面の中心と略一致するように)、ステージ駆動モータ410を駆動し、XYZステージ408をX方向及びY方向に移動させる。しかし、上述したように、本実施形態のXYZステージ408は移動分解能を有し、また実際にはステージ駆動モータ410のバックラッシュ等も存在し、さらにこれらの誤差要因がリレーレンズユニット406によって拡大されるため、励起光のスポットをPSD404の受光面の中心に正確に一致させることは困難である。そこで、本実施形態においては、PSD404上における励起光の走査領域(直径5mm)よりも十分に大きな受光面(10mm×10mm)を有するPSD404を使用している。 In S1, the CPU 108 determines the current I X1 output from the electrode X1 , the current I X2 output from the electrode X2 , the current I Y1 output from the electrode Y1, and the electrode from the detection voltage of the PSD 404 input from the calibration circuit 412. The currents I Y2 output from Y2 are respectively obtained, and the positions Xp and Yp on the light receiving surface of the PSD 404 at the initial spot formation position P are obtained based on the above formulas 1 and 2. Then, the CPU 108 drives the stage drive motor 410 so that Xp and Yp are minimized (that is, the initial spot formation position substantially coincides with the center of the light receiving surface of the PSD 404), and moves the XYZ stage 408 in the X direction. And move in the Y direction. However, as described above, the XYZ stage 408 of this embodiment has a moving resolution, and actually there is a backlash of the stage drive motor 410, and these error factors are magnified by the relay lens unit 406. For this reason, it is difficult to accurately match the spot of the excitation light with the center of the light receiving surface of the PSD 404. Therefore, in the present embodiment, a PSD 404 having a light receiving surface (10 mm × 10 mm) sufficiently larger than the scanning region (diameter 5 mm) of excitation light on the PSD 404 is used.

図9は、S1によってXY調整が行われたときの様子を示す図である。なお、説明の便宜上、図9においては、初期スポット形成位置Pが、PSD404の受光面の中心Oに移動した状態を示している。初期スポット形成位置Pが、PSD404の受光面の中心Oに移動すると、励起光の走査領域Tは、受光面の中心Oを中心とする直径5mmの領域となる。そして、PSD404の受光面は、励起光の走査領域Tに比較して十分に大きく、走査領域Tを囲む斜線部の領域(幅約2.5mmに相当する領域)は、XY方向調整時の調整代αとして機能するようになっている。すなわち、ステージ駆動モータ410のバックラッシュ等が発生したとしても、走査領域TはPSD404の受光面内に必ず収まるように構成されている。   FIG. 9 is a diagram illustrating a state when the XY adjustment is performed in S1. For convenience of explanation, FIG. 9 shows a state where the initial spot formation position P has moved to the center O of the light receiving surface of the PSD 404. When the initial spot formation position P moves to the center O of the light receiving surface of the PSD 404, the excitation light scanning region T becomes a region having a diameter of 5 mm centered on the center O of the light receiving surface. The light receiving surface of the PSD 404 is sufficiently larger than the scanning area T of the excitation light, and the shaded area surrounding the scanning area T (area corresponding to a width of about 2.5 mm) is adjusted during adjustment in the XY direction. It is designed to function as a proxy α. In other words, even if backlash or the like of the stage drive motor 410 occurs, the scanning region T is configured to be always within the light receiving surface of the PSD 404.

(Z調整)
図10は、PSD404の受光面をZ方向に移動させたときの移動量zと、X方向の電流の総和(IX1+IX2)及びY方向の電流の総和(IY1+IY2)との関係を示すグラフである。ここで、Z=0は、リレーレンズユニット406の前側焦点F1と共焦点光学ユニット204の対物光学系204Dの焦点とが一致する時の位置である。図9に示すように、リレーレンズユニット406の前側焦点F1と共焦点光学ユニット204の対物光学系204Dの焦点とが一致すると、PSD404の受光面において励起光が最も絞られ、X方向の電流の総和(IX1+IX2)及びY方向の電流の総和(IY1+IY2)が極値をとる。そこで、S1では、X方向の電流の総和(IX1+IX2)及びY方向の電流の総和(IY1+IY2)を、励起光のビーム径を表す指標として用い、Z調整をおこなっている。具体的には、CPU108は、キャリブレーション回路412から出力されるPSD404の検出電圧より電極X1から出力される電流IX1、電極X2から出力される電流IX2、電極Y1から出力される電流IY1、電極Y2から出力される電流IY2をそれぞれ求め、X方向の電流の総和(IX1+IX2)及びY方向の電流の総和(IY1+IY2)を求める。そして、CPU108は、X方向の電流の総和(IX1+IX2)及びY方向の電流の総和(IY1+IY2)が共に極値をとるように(すなわち、リレーレンズユニット406の前側焦点F1と共焦点光学ユニット204の対物光学系204Dの焦点とが略一致するように)、ステージ駆動モータ410を駆動し、XYZステージ408をZ方向に沿って移動させる。
(Z adjustment)
FIG. 10 shows the relationship between the movement amount z when the light-receiving surface of the PSD 404 is moved in the Z direction, the total current in the X direction (I X1 + I X2 ), and the total current in the Y direction (I Y1 + I Y2 ). It is a graph which shows. Here, Z = 0 is a position when the front focal point F1 of the relay lens unit 406 coincides with the focal point of the objective optical system 204D of the confocal optical unit 204. As shown in FIG. 9, when the front focal point F1 of the relay lens unit 406 coincides with the focal point of the objective optical system 204D of the confocal optical unit 204, the excitation light is most focused on the light receiving surface of the PSD 404, and the current in the X direction is reduced. The sum (I X1 + I X2 ) and the sum of currents in the Y direction (I Y1 + I Y2 ) take extreme values. Therefore, in S1, Z adjustment is performed by using the sum of currents in the X direction (I X1 + I X2 ) and the sum of currents in the Y direction (I Y1 + I Y2 ) as an index representing the beam diameter of the excitation light. Specifically, the CPU 108 determines the current I X1 output from the electrode X1 , the current I X2 output from the electrode X2 , and the current I Y1 output from the electrode Y1 from the detection voltage of the PSD 404 output from the calibration circuit 412. The current I Y2 output from the electrode Y2 is obtained, respectively, and the sum of currents in the X direction (I X1 + I X2 ) and the sum of currents in the Y direction (I Y1 + I Y2 ) are obtained. Then, the CPU 108 takes the extreme values of the sum of currents in the X direction (I X1 + I X2 ) and the sum of currents in the Y direction (I Y1 + I Y2 ) (that is, with the front focal point F1 of the relay lens unit 406). The stage drive motor 410 is driven to move the XYZ stage 408 along the Z direction (so that the focal point of the objective optical system 204D of the confocal optical unit 204 substantially matches).

このように、S1では、ケース402をX、Yの各方向に移動させるXY調整、およびケース402をZの各方向に移動させるZ調整が行われ、初期スポット形成位置がPSD404の受光面の中心と略一致し、かつ、リレーレンズユニット406の前側焦点F1と共焦点光学ユニット204の対物光学系204Dの焦点とが略一致するよう調整される。なお、上記では、説明の便宜上、XY調整、Z調整の順で説明したが、Z調整、XY調整の順に行うことも可能である。Z調整をXY調整よりも先に行うと、励起光のスポットを絞った状態でXY調整を行うことができるため、対物光学系204Dやリレーレンズユニット406の収差、対物光学系204Dの傾き、共焦点光学ユニット204の取り付け誤差等の影響を受け難く、XY調整を高精度に行うことが可能となる。次いで、処理は、S2に進む(図7)。   As described above, in S1, XY adjustment for moving the case 402 in the X and Y directions and Z adjustment for moving the case 402 in the Z directions are performed, and the initial spot formation position is the center of the light receiving surface of the PSD 404. And the front focal point F1 of the relay lens unit 406 and the focal point of the objective optical system 204D of the confocal optical unit 204 are adjusted to substantially coincide. In the above, for convenience of explanation, the description has been made in the order of XY adjustment and Z adjustment, but it is also possible to perform the adjustment in the order of Z adjustment and XY adjustment. If the Z adjustment is performed before the XY adjustment, the XY adjustment can be performed in a state where the excitation light spot is narrowed. Therefore, the aberration of the objective optical system 204D and the relay lens unit 406, the inclination of the objective optical system 204D, The XY adjustment can be performed with high accuracy without being affected by the mounting error of the focus optical unit 204. Next, the process proceeds to S2 (FIG. 7).

S2では、CPU108は、二軸アクチュエータ204Cに一律に決められた(すなわち、デフォルトの)交流電圧X及びYを印加して光ファイバ202の先端202aを回転させ、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。図11は、二軸アクチュエータ204Cにデフォルトの交流電圧X及びYを印加したときの励起光の走査軌跡を示す図である。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、デフォルトの交流電圧X及びYを印加した状態では、図3に示したような理想的な走査軌跡とはならず、例えば、楕円状に歪んだ走査軌跡となる。次いで、処理は、S3に進む。   In S <b> 2, the CPU 108 applies uniform (ie, default) AC voltages X and Y to the biaxial actuator 204 </ b> C to rotate the tip 202 a of the optical fiber 202, and spirals the light receiving surface of the PSD 404. A scanning locus of the excitation light to be scanned is detected. FIG. 11 is a diagram showing a scanning trajectory of excitation light when the default AC voltages X and Y are applied to the biaxial actuator 204C. As described above, since the scanning confocal endoscope system 1 has product-specific characteristics, an ideal scanning locus as shown in FIG. 3 is not obtained in a state where the default AC voltages X and Y are applied. For example, the scanning locus is distorted in an elliptical shape. Next, the process proceeds to S3.

S3では、CPU108は、S2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、S2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。S3において、公差内であると判断された場合(S3:YES)、処理は、S5に進み、公差内にないと判断された場合(S3:NO)、処理は、S4に進む。   In S3, the CPU 108 evaluates the scanning trajectory of the excitation light detected in S2, 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 S2. To evaluate. In S3, when it is determined that it is within the tolerance (S3: YES), the process proceeds to S5, and when it is determined that it is not within the tolerance (S3: NO), the process proceeds to S4.

S4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、S3における励起光の走査軌跡の評価結果に基づいて、交流電圧X及びYの周波数を共焦点光学ユニット204の共振周波数(具体的には、片持ち支持された光ファイバの先端部の共振周波数)と一致するように調整して、共焦点光学ユニット204の駆動効率を上げる。また、走査軌跡の大きさ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、走査軌跡を拡大又は縮小する。また、走査軌跡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、走査軌跡の形状を変更する。CPU108は、S3において公差内であると判断されるまでS2からS4までの処理を繰り返し実行する。その結果、S2で検出された励起光の走査軌跡は、図12に示すような理想的な走査軌跡となるように調整される。走査パラメータを調整する処理S4の詳細については後述する。   In S4, the CPU 108 changes adjustment parameters (scanning parameters) of the AC voltages X and Y applied to the biaxial actuator 204C. Specifically, the CPU 108 determines the frequencies of the AC voltages X and Y based on the evaluation result of the scanning trajectory of the excitation light in S3 (specifically, the cantilever-supported light). The driving efficiency of the confocal optical unit 204 is increased by adjusting the frequency so as to match the resonance frequency of the tip of the fiber. If there is a problem with the size of the scanning locus, the frequency of the AC voltages X and Y is adjusted to enlarge or reduce the scanning locus. If there is a problem with the shape of the scanning locus, the shape of the scanning locus is changed by adjusting the phases of the AC voltages X and Y. The CPU 108 repeatedly executes the processing from S2 to S4 until it is determined in S3 that it is within the tolerance. As a result, the scanning trajectory of the excitation light detected in S2 is adjusted to be an ideal scanning trajectory as shown in FIG. Details of the process S4 for adjusting the scanning parameter will be described later.

S5では、CPU108は、S4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S4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、S5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 S5, the CPU 108 obtains the correspondence between each sampling point and the pixel position (pixel address) of the endoscope image for the scanning trajectory adjusted in S4, and creates a new remapping table. Then, the created remapping table is stored in the CPU memory 110 together with the adjustment parameters adjusted in S4 (that is, the amplitude, phase, and frequency of the AC voltages X and Y), and the calibration program is terminated. In S5, the remap table and the adjustment parameter stored in the CPU memory 110 are repeatedly used until new calibration is performed.

次に、走査パラメータを調整する処理S4の詳細について説明する。図13は、処理S4の手順の概略を示すフローチャートである。走査パラメータを調整する処理S4は、交流電圧X及びYの周波数f(すなわち、二軸アクチュエータ204Cの駆動周波数f)を調整する処理S10、交流電圧Xと交流電圧Yの位相差を調整する処理S30、交流電圧Xと交流電圧Yの振幅を調整する処理S50、合否判定処理S80及びセトリング期間を調整する処理S90を含んでいる。S10、S30及びS50により励起光の走査軌跡の形状及び大きさが調整された後、S80により走査軌跡が適正に調整されているか否かが判定され、S80の判定に合格した後、S90が行われる。以下に、S4の各処理の詳細を説明する。   Next, details of the process S4 for adjusting the scanning parameter will be described. FIG. 13 is a flowchart showing an outline of the procedure of the process S4. The process S4 for adjusting the scanning parameter is a process S10 for adjusting the frequency f of the AC voltages X and Y (that is, the drive frequency f of the biaxial actuator 204C), and a process S30 for adjusting the phase difference between the AC voltage X and the AC voltage Y. In addition, a process S50 for adjusting the amplitudes of the AC voltage X and the AC voltage Y, a pass / fail determination process S80, and a process S90 for adjusting the settling period are included. After the shape and size of the scanning trajectory of the excitation light is adjusted by S10, S30, and S50, it is determined whether or not the scanning trajectory is properly adjusted by S80, and after passing the determination of S80, S90 is performed. Is called. Details of each process of S4 will be described below.

まず、交流電圧X及びYの周波数を調整する処理S10について説明する。上述のように、本実施形態の共焦点光学ユニット204では、交流電圧X及びYの周波数が、光ファイバの先端部の共振周波数帯に設定される。これにより、二軸アクチュエータ204Cの振動を光ファイバの先端部に効率的に伝達することが可能になる。交流電圧X及びYの周波数が光ファイバの先端部の共振周波数帯から外れると、光ファイバの先端部は殆ど駆動されず、その結果、励起光が十分な振幅で走査されず、キャリブレーションを行うことができない。そのため、走査パラメータを調整する処理S4においては、S10が最初に行われて、必要な走査軌跡の大きさが確保される。   First, the process S10 for adjusting the frequencies of the AC voltages X and Y will be described. As described above, in the confocal optical unit 204 of the present embodiment, the frequencies of the AC voltages X and Y are set to the resonance frequency band at the tip of the optical fiber. Thereby, the vibration of the biaxial actuator 204C can be efficiently transmitted to the tip of the optical fiber. When the frequency of the AC voltages X and Y deviates from the resonance frequency band of the optical fiber tip, the tip of the optical fiber is hardly driven. As a result, the excitation light is not scanned with sufficient amplitude, and calibration is performed. I can't. Therefore, in the process S4 for adjusting the scanning parameter, S10 is performed first, and the necessary size of the scanning locus is ensured.

S10では、光ファイバの先端部の共振周波数を検出して、二軸アクチュエータ204Cの駆動周波数fの設定値を検出した共振周波数に変更する処理が行われる。共振周波数の検出は、二軸アクチュエータ204Cの駆動周波数fを変えながら走査軌跡の大きさを評価し、走査軌跡の大きさが最大となった周波数を共振周波数とみなして、この値を駆動周波数fに設定する。共振周波数の帯域幅は数Hz程度と狭いため、1Hz間隔で周波数を変えながら走査軌跡の大きさを評価する必要がある。また、共焦点光学ユニット204の共振周波数は、個体差が大きく、1kHz程度のバラツキがあるため、1kHzの範囲にわたって周波数を振って走査軌跡の大きさを評価する必要がある。しかしながら、数kHzの周波数範囲にわたって1Hz間隔で走査軌跡の大きさを評価するには、膨大な時間を要する。そこで、本実施形態では、共振周波数の検出を、周波数の範囲及び間隔を変えて、3段階に分けて行うことで、効率的に共振周波数を検出できるようになっている。   In S10, a process for detecting the resonance frequency of the tip of the optical fiber and changing the set value of the drive frequency f of the biaxial actuator 204C to the detected resonance frequency is performed. In the detection of the resonance frequency, the size of the scanning locus is evaluated while changing the driving frequency f of the biaxial actuator 204C, the frequency at which the size of the scanning locus is maximized is regarded as the resonance frequency, and this value is regarded as the driving frequency f. Set to. Since the bandwidth of the resonance frequency is as narrow as several Hz, it is necessary to evaluate the size of the scanning locus while changing the frequency at 1 Hz intervals. Further, since the resonance frequency of the confocal optical unit 204 has a large individual difference and has a variation of about 1 kHz, it is necessary to evaluate the size of the scanning locus by changing the frequency over the range of 1 kHz. However, it takes an enormous amount of time to evaluate the size of the scanning trajectory at 1 Hz intervals over a frequency range of several kHz. Therefore, in the present embodiment, the resonance frequency can be efficiently detected by performing the detection of the resonance frequency in three stages by changing the frequency range and interval.

図14は、処理S10の手順を示すフローチャートである。S10では、まずバッファ(メモリ)が初期化され、カウンタkが1に設定される(S11)。カウンタkは、共振周波数を検出する処理の段階を示すパラメータである。本実施形態は、第1段階では、1kHzの周波数範囲について走査軌跡の大きさが50Hz間隔で評価される。第2段階では、第1段階において走査軌跡の大きさが最大となった周波数を含む200Hzの周波数範囲について、10Hz間隔で走査軌跡の大きさが評価される。最後の第3段階では、第2段階において走査軌跡の大きさが最大となった周波数を含む20Hzの周波数範囲について、1Hz間隔で走査軌跡の大きさが評価される。   FIG. 14 is a flowchart showing the procedure of the process S10. In S10, the buffer (memory) is first initialized, and the counter k is set to 1 (S11). The counter k is a parameter indicating the stage of processing for detecting the resonance frequency. In the first embodiment, in the first stage, the size of the scanning locus is evaluated at 50 Hz intervals in the frequency range of 1 kHz. In the second stage, the size of the scanning trajectory is evaluated at 10 Hz intervals in a frequency range of 200 Hz including the frequency at which the size of the scanning trajectory is maximized in the first stage. In the final third stage, the size of the scanning trajectory is evaluated at 1 Hz intervals in a frequency range of 20 Hz including the frequency at which the scanning trajectory has the maximum magnitude in the second stage.

次に、第k段階における周波数範囲の初期値f(k)に駆動周波数fが設定され(S12)、二軸アクチュエータ204Cが駆動されて、PSD404を用いて励起光の1周期分の走査軌跡が取得される(S13)。上述のように、PSD404の検出電流から得られる励起光の位置情報は、初期スポット形成位置(共焦点光学ユニット204停止時の励起光のスポット位置)を原点とする直交座標系(XY座標系)の座標値Xp、Ypとなる。本実施形態では励起光が渦巻状の軌跡を描くように走査されるため、直交座標値Xp、Ypが螺旋状の軌跡の処理に適した極座標値r、θに変換される(S14)。そして、極座標値rの最大値rmaxが抽出され(S15)、バッファに記録された値rrec(それまでの極座標値rの最大値)と比較される(S16)。rmaxがrrecよりも大きければ(S16:YES)、rmax及び駆動周波数fがバッファに上書き保存されて(S17)、処理がS18に移る。rmaxがrrec以下であれば、バッファを書き換えずに、処理がS18に移る。 Next, the driving frequency f is set to the initial value f 0 (k) of the frequency range in the k-th stage (S12), the biaxial actuator 204C is driven, and the scanning trajectory for one cycle of the excitation light using the PSD 404. Is acquired (S13). As described above, the position information of the excitation light obtained from the detection current of the PSD 404 is an orthogonal coordinate system (XY coordinate system) with the initial spot formation position (spot position of the excitation light when the confocal optical unit 204 is stopped) as the origin. Coordinate values Xp and Yp. In the present embodiment, since the excitation light is scanned so as to draw a spiral trajectory, the orthogonal coordinate values Xp and Yp are converted into polar coordinate values r and θ suitable for processing the spiral trajectory (S14). Then, the maximum value r max of the polar coordinate value r is extracted (S15) and compared with the value r rec recorded in the buffer (the maximum value of the polar coordinate value r so far) (S16). If r max is larger than r rec (S16: YES), r max and drive frequency f are overwritten and stored in the buffer (S17), and the process proceeds to S18. If r max is equal to or less than r rec , the process proceeds to S18 without rewriting the buffer.

S18では、二軸アクチュエータ204Cの駆動周波数fに所定値Δf(k)が加算される。Δf(k)は、走査軌跡の大きさを評価する周波数の間隔である。上述のように、本実施形態では、第1段階(k=1)はΔf(1)=50Hz、第2段階(k=2)はΔf(2)=10Hz、第3段階(k=3)はΔf(3)=1Hzに設定されている。   In S18, a predetermined value Δf (k) is added to the drive frequency f of the biaxial actuator 204C. Δf (k) is a frequency interval for evaluating the size of the scanning trajectory. As described above, in the present embodiment, the first stage (k = 1) is Δf (1) = 50 Hz, the second stage (k = 2) is Δf (2) = 10 Hz, and the third stage (k = 3). Is set to Δf (3) = 1 Hz.

次に、駆動周波数fが所定の調整範囲外に達したか否かが判定される(S19)。駆動周波数fが調整範囲内であれば(S19:NO)、処理はS13に戻り、再び励起光の1周期分の走査軌跡が取得される。駆動周波数fが調整範囲外に達していれば(S19:YES)、カウンタkがインクリメントされ(S20)、インクリメント後のカウンタkの値がn(カウンタkの上限値)を超えているか否かが判定される(S21)。カウンタkの値がn以下であれば(S21:NO)、処理はS12に戻り、駆動周波数fがインクリメント後のカウンタkに対応する周波数範囲の初期値f(k)に設定される。初期値f(k)(但し、k≠1)は、一つ前の段階のサーチで振幅が最大となった周波数frecよりも少し小さな値(例えば、frec−2×Δf(k))に設定される。また、S21において、カウンタkの値がnを超えていれば(S21:YES)、バッファに保存された周波数frecが読み取られて、駆動周波数fの値がfrecに変更される(S22)。そして、S10が終了し、処理はS30に移る。 Next, it is determined whether or not the drive frequency f has reached a predetermined adjustment range (S19). If the drive frequency f is within the adjustment range (S19: NO), the process returns to S13, and the scanning locus for one cycle of the excitation light is acquired again. If the drive frequency f has reached the outside of the adjustment range (S19: YES), the counter k is incremented (S20), and whether or not the value of the counter k after the increment exceeds n (the upper limit value of the counter k). It is determined (S21). If the value of the counter k is less than or equal to n (S21: NO), the process returns to S12, and the drive frequency f is set to the initial value f 0 (k) in the frequency range corresponding to the counter k after increment. The initial value f 0 (k) (where k ≠ 1) is a value (for example, f rec −2 × Δf (k)) slightly smaller than the frequency f rec at which the amplitude is maximized in the previous stage search. ). In S21, if the value of the counter k exceeds n (S21: YES), the frequency f rec stored in the buffer is read and the value of the drive frequency f is changed to f rec (S22). . And S10 is complete | finished and a process transfers to S30.

S30では、励起光の走査軌跡が略真円となるように、交流電圧Xと交流電圧Yの位相差φが調整される。具体的には、交流電圧Xに対する交流電圧Yの位相差φを変化させながら、二軸アクチュエータ204Cが駆動され、励起光の走査軌跡が真円に最も近づく位相差φoptが検出される。そして、位相差φの値にφoptが設定される。 In S30, the phase difference φ between the AC voltage X and the AC voltage Y is adjusted so that the scanning trajectory of the excitation light becomes a substantially perfect circle. Specifically, the biaxial actuator 204C is driven while changing the phase difference φ of the AC voltage Y with respect to the AC voltage X, and the phase difference φ opt where the scanning locus of the excitation light comes closest to a perfect circle is detected. Then, φ opt is set as the value of the phase difference φ.

図15は、S30の手順を示すフローチャートである。S30では、まず位相差φが所定の初期値φに設定される(S31)。なお、本実施形態では、所定の調整範囲(例えばπ/4から3/4πまでの範囲)で所定値Δφ(例えばπ/32)ずつ位相差φを変化させながら走査軌跡の真円度の評価を行い、励起光の走査軌跡が略真円となる位相差φをサーチする。すなわち、位相差の初期値φとしてπ/4が設定される。 FIG. 15 is a flowchart showing the procedure of S30. In S30, first, a phase difference phi is set to a predetermined initial value φ 0 (S31). In this embodiment, the roundness of the scanning trajectory is evaluated while changing the phase difference φ by a predetermined value Δφ (for example, π / 32) within a predetermined adjustment range (for example, a range from π / 4 to 3 / 4π). To search for the phase difference φ at which the scanning locus of the excitation light becomes a substantially perfect circle. That is, π / 4 is set as the initial value φ 0 of the phase difference.

次いで、二軸アクチュエータ204Cが駆動されて、PSD404を用いて励起光の1周期分の走査軌跡が取得される(S32)。次に、直交座標値Xp、Ypで与えられる走査軌跡が極座標値r、θに変換される(S33)。そして、振幅rの最大値rmaxが検索され(S34)、rmaxを与えるθmaxを中心とする1ターン分の走査軌跡が抽出される(S35)。次にS35で抽出された1ターン分の走査軌跡の振幅rの分散値が計算される(S36)。走査軌跡の形状が真円に近いほど振幅rの分散値は小さくなるため、ここでは振幅rの分散値が走査軌跡の真円度の指標として使用される。次に、バッファに保存されている値Vrecが読み出され、S36で計算された振幅rの分散値VがVrecよりも小さいか否かが判定される(S37)。VがVrecよりも小さければ(S37:YES)、分散値V及び位相差φがバッファに上書き保存されて(S38)、処理がS39に移る。VがVrec以上であれば、バッファを書き換えずに、処理がS39に移る。 Next, the biaxial actuator 204C is driven, and the scanning trajectory for one cycle of the excitation light is acquired using the PSD 404 (S32). Next, the scanning trajectory given by the orthogonal coordinate values Xp and Yp is converted into polar coordinate values r and θ (S33). Then, the maximum value r max of the amplitude r is searched (S34), and a scanning trajectory for one turn centering on θ max giving r max is extracted (S35). Next, the variance value of the amplitude r of the scanning trajectory for one turn extracted in S35 is calculated (S36). Since the variance value of the amplitude r becomes smaller as the shape of the scanning locus is closer to a perfect circle, the variance value of the amplitude r is used here as an index of the roundness of the scanning locus. Next, the value V rec stored in the buffer is read, and it is determined whether or not the variance value V of the amplitude r calculated in S36 is smaller than V rec (S37). If V is smaller than V rec (S37: YES), the dispersion value V and the phase difference φ are overwritten and stored in the buffer (S38), and the process proceeds to S39. If V is equal to or higher than V rec , the process proceeds to S39 without rewriting the buffer.

次に、交流電圧Xに対する交流電圧Yの位相差φに所定値Δφが加算され(S39)、加算後の位相差φが調整範囲外に達したか否かが判定される(S40)。位相差φが調整範囲内であれば(S40:NO)、処理はS32に戻り、再び励起光の1周期分の走査軌跡が取得される。位相差φが調整範囲外に達していれば(S40:YES)、バッファに保存された位相差φrecが読み取られて、位相差φの値がφrecに変更される(S41)。そして、S10が終了し、処理はS50に移る。 Next, a predetermined value Δφ is added to the phase difference φ of the AC voltage Y with respect to the AC voltage X (S39), and it is determined whether or not the phase difference φ after addition has reached the outside of the adjustment range (S40). If the phase difference φ is within the adjustment range (S40: NO), the process returns to S32, and the scanning locus for one cycle of the excitation light is acquired again. If the phase difference φ has reached the outside of the adjustment range (S40: YES), the phase difference φ rec stored in the buffer is read and the value of the phase difference φ is changed to φ rec (S41). And S10 is complete | finished and a process transfers to S50.

S50では、励起光の走査軌跡の大きさ及び形状が所定範囲内となるように、交流電圧Xと交流電圧Yの振幅が調整される。図16は、S50の手順を示すフローチャートである。S50では、まず交流電圧X、Yの値が調整範囲内であるか否かが判定される(S51)。交流電圧X、Yのいずれかが調整範囲から外れていれば(S51:NG)、交流電圧X、Yをバッファに保存されている値に変更して(S52)、S50は終了する。なお、バッファに交流電圧X、Yのデータが保存されていない場合は、現在の設定値をそのまま保持する。   In S50, the amplitudes of the AC voltage X and the AC voltage Y are adjusted so that the size and shape of the scanning locus of the excitation light are within a predetermined range. FIG. 16 is a flowchart showing the procedure of S50. In S50, it is first determined whether or not the values of the AC voltages X and Y are within the adjustment range (S51). If either of the AC voltages X and Y is out of the adjustment range (S51: NG), the AC voltages X and Y are changed to values stored in the buffer (S52), and S50 ends. In addition, when the data of AC voltage X and Y are not preserve | saved at the buffer, the present setting value is hold | maintained as it is.

交流電圧X、Yの値が調整範囲内であれば(S51:OK)、二軸アクチュエータ204Cが駆動されて、PSD404を用いて励起光の1周期分の走査軌跡が取得される(S53)。次に、直交座標値Xp、Ypで与えられる走査軌跡が極座標値r、θに変換される(S54)。次に、図17に示す8方向(θ=0、π/4、π/2、3π/4、π、5π/4、3π/2、7π/4)における走査軌跡の振幅rが抽出される(S55)。次に、抽出された8方向の振幅について合否判定が行われる(S56)。S56では、次の2条件を満足するか否かが判断される。
・第1条件: 8方向の振幅が目標値rtarget以上であること
・第2条件: 8方向の振幅差が所定値以下であること
第1及び第2条件が共に満たされる場合に合格と判定され(S56:OK)、交流電圧X、Yの振幅を調整する処理S50が終了する。また、第1及び第2条件のいずれか一方でも満たされない場合は不合格と判定され(S56:NG)、処理がS57に進む。
If the values of the AC voltages X and Y are within the adjustment range (S51: OK), the biaxial actuator 204C is driven, and the scanning trajectory for one cycle of the excitation light is acquired using the PSD 404 (S53). Next, the scanning trajectory given by the orthogonal coordinate values Xp and Yp is converted into polar coordinate values r and θ (S54). Next, the amplitude r of the scanning trajectory in eight directions (θ = 0, π / 4, π / 2, 3π / 4, π, 5π / 4, 3π / 2, 7π / 4) shown in FIG. 17 is extracted. (S55). Next, a pass / fail determination is performed on the extracted amplitudes in the eight directions (S56). In S56, it is determined whether or not the following two conditions are satisfied.
-First condition: the amplitude in the eight directions is greater than or equal to the target value r target- Second condition: the amplitude difference in the eight directions is less than or equal to a predetermined value Judged as passing if both the first and second conditions are satisfied (S56: OK), and the process S50 for adjusting the amplitudes of the AC voltages X and Y ends. Moreover, when either one of 1st and 2nd conditions is not satisfy | filled, it determines with disqualifying (S56: NG) and a process progresses to S57.

S57では、走査軌跡のX軸方向(θ=0)における振幅rとY軸方向(θ=π/2)における振幅rとの差分Δr(=r−r)の符号が正であるか否か、すなわち、Y軸方向よりもX軸方向の振幅が大きいか否かが判定される。Δrが正(すなわちr>r)の場合は、処理はS58に進み、Δrが0又は負(すなわちr≦r)の場合は、処理がS65に進む。 In S57, the sign of the difference Δr between the amplitude r Y in the amplitude r X and Y-axis direction (θ = π / 2) in the X-axis direction of the scanning locus (θ = 0) (= r X -r Y) is positive It is determined whether there is, that is, whether the amplitude in the X-axis direction is larger than the Y-axis direction. If Δr is positive (that is, r X > r Y ), the process proceeds to S58, and if Δr is 0 or negative (that is, r X ≦ r Y ), the process proceeds to S65.

S58では、走査軌跡のX軸方向とY軸方向の振幅の差分Δrの絶対値が、バッファに記録された値Δrrecの絶対値よりも小さいか否かが判定される。│Δr│が│Δrrec│よりも小さい場合は(S58:YES)、交流電圧X及びΔrをバッファに上書き保存して(S59)、処理がS60に進む。また、│Δr│が│Δrrec│よりも大きい場合は(S58:NO)、バッファを書き換えずに、処理がS60に移る。 In S58, it is determined whether or not the absolute value of the difference Δr in amplitude between the X-axis direction and the Y-axis direction of the scanning locus is smaller than the absolute value of the value Δr rec recorded in the buffer. If | Δr | is smaller than | Δr rec | (S58: YES), the AC voltage X and Δr are overwritten and stored in the buffer (S59), and the process proceeds to S60. If | Δr | is greater than | Δr rec | (S58: NO), the process proceeds to S60 without rewriting the buffer.

S60では、走査軌跡のX軸方向における振幅rが目標値rtargetを上回っているか否かが判定される。振幅rが目標値rtargetを上回っていれば(S60:YES)、処理がS61へ移る。振幅rが目標値rtarget以下であれば(S60:NO)、交流電圧X、Yの調整処理S64が行われる。この場合には、走査軌跡のX軸方向の振幅r及びY軸方向の振幅rが共に目標値rtarget以下となっているため、交流電圧X及びYの両方が増加される。具体的には、交流電圧Xについては所定の単位電圧調整量ΔXの1単位分だけ増加され、交流電圧Yについては所定の単位電圧調整量ΔYの2単位分だけ増加される。Y軸方向はX軸方向よりも走査軌跡の振幅が小さいため、交流電圧Yの調整量が交流電圧Xの調整量よりも大きく設定されている。 In S60, whether the amplitude r X is above the target value r target is determined in the X-axis direction of the scanning locus. If the amplitude r X is long exceeds the target value r target (S60: YES), the process proceeds to S61. If the amplitude r X is less than the target value r target (S60: NO), the AC voltage X, adjustment processing S64 in Y is performed. In this case, the amplitude r X and Y-axis direction amplitude r Y in the X-axis direction scanning locus are both equal to or less than the target value r target, both of the AC voltage X and Y is increased. Specifically, the AC voltage X is increased by one unit of a predetermined unit voltage adjustment amount ΔX, and the AC voltage Y is increased by two units of the predetermined unit voltage adjustment amount ΔY. Since the amplitude of the scanning locus is smaller in the Y-axis direction than in the X-axis direction, the adjustment amount of the AC voltage Y is set larger than the adjustment amount of the AC voltage X.

S61では、走査軌跡のY軸方向における振幅rが目標値rtargetを上回っているか否かが判定される。振幅rが目標値rtargetを上回っていれば(S61:YES)、交流電圧X、Yの調整処理S62が行われ、振幅rが目標値rtarget以下であれば(S61:NO)、交流電圧X、Yの調整処理S63が行われる。 In S61, it is determined whether or not the amplitude rY in the Y-axis direction of the scanning locus exceeds the target value rtarget . If the amplitude r Y exceeds the target value r target (S61: YES), the AC voltage X, Y adjustment processing S62 is performed. If the amplitude r X is equal to or smaller than the target value r target (S61: NO), The adjustment processing S63 of the AC voltages X and Y is performed.

S62では、振幅rが大きすぎるためにS56において第2条件が満たされなかった可能性が高いため、交流電圧Xのみについて、単位電圧調整量ΔXの1単位分だけ減少する調整が行われる。 In S62, it is highly likely that the second condition is not satisfied in S56 to the amplitude r X is too large, the only AC voltage X, is adjusted to reduce by one unit the unit voltage adjustment amount ΔX is performed.

S63では、振幅rのみが目標値rtargetを下回っているため、交流電圧Yのみについて、単位電圧調整量ΔYの1単位分だけ増加する調整が行われる。 In S63, since only the amplitude rY is lower than the target value rtarget , only the AC voltage Y is adjusted to increase by one unit of the unit voltage adjustment amount ΔY.

次に、走査軌跡のX軸方向の振幅よりもY軸方向の振幅が大きいと判定された場合(S57:NO)の処理を説明する。S65では、S58と同様に、走査軌跡のX軸方向とY軸方向の振幅の差分Δrの絶対値が、バッファに記録された値Δrrecの絶対値よりも小さいか否かが判定される。│Δr│が│Δrrec│よりも小さい場合は(S65:YES)、交流電圧Y及びΔrがバッファに上書き保存され(S66)、処理はS67へ移る。また、│Δr│が│Δrrec│よりも大きい場合は(S65:NO)、バッファを書き換えずに、処理はS67へ移る。 Next, a process when it is determined that the amplitude in the Y-axis direction is larger than the amplitude in the X-axis direction of the scanning locus (S57: NO) will be described. In S65, as in S58, it is determined whether or not the absolute value of the difference Δr in amplitude between the X-axis direction and the Y-axis direction of the scanning locus is smaller than the absolute value of the value Δr rec recorded in the buffer. If | Δr | is smaller than | Δr rec | (S65: YES), the AC voltages Y and Δr are overwritten and stored in the buffer (S66), and the process proceeds to S67. If | Δr | is greater than | Δr rec | (S65: NO), the process proceeds to S67 without rewriting the buffer.

S67では、走査軌跡のY軸方向における振幅rが目標値rtargetを上回っているか否かが判定される。振幅rが目標値rtargetを上回っていれば(S67:YES)、処理はS68へ移り、振幅rが目標値rtarget以下であれば(S67:NO)、交流電圧X、Yの調整処理S71が行われる。 In S67, it is determined whether or not the amplitude rY in the Y-axis direction of the scanning locus exceeds the target value rtarget . If the amplitude r Y exceeds the target value r target (S67: YES), the process proceeds to S68, and if the amplitude r X is equal to or less than the target value r target (S67: NO), the AC voltages X and Y are adjusted. Process S71 is performed.

S71では、走査軌跡のX軸方向の振幅r及びY軸方向の振幅rが共に目標値rtarget以下となっているため、交流電圧X及びYの両方が増加される。具体的には、交流電圧Xについては単位電圧調整量ΔXの2単位分だけ増加され、交流電圧Yについては単位電圧調整量ΔYの1単位分だけ増加される。X軸方向はY軸方向よりも走査軌跡の振幅が小さいため、交流電圧Xの調整量が交流電圧Yの調整量よりも大きく設定されている。 In S71, the amplitude r X and Y-axis direction amplitude r Y in the X-axis direction scanning locus are both equal to or less than the target value r target, both of the AC voltage X and Y is increased. Specifically, the AC voltage X is increased by 2 units of the unit voltage adjustment amount ΔX, and the AC voltage Y is increased by 1 unit of the unit voltage adjustment amount ΔY. Since the amplitude of the scanning locus is smaller in the X axis direction than in the Y axis direction, the adjustment amount of the AC voltage X is set larger than the adjustment amount of the AC voltage Y.

S68では、走査軌跡のX軸方向における振幅rが目標値rtargetを上回っているか否かが判定される。振幅rが目標値rtargetを上回っていれば(S68:YES)、交流電圧X、Yの調整処理S69が行われ、振幅rが目標値rtarget以下であれば(S68:NO)、交流電圧X、Yの調整処理S70が行われる。 In S68, whether the amplitude r X is above the target value r target is determined in the X-axis direction of the scanning locus. If the amplitude r X is greater than the target value r target (S68: YES), the AC voltage X, adjustment processing of Y S69 is performed, and if the amplitude r X is less than the target value r target (S68: NO), The adjustment processing S70 for the AC voltages X and Y is performed.

S69では、振幅rが大き過ぎるためにS56において第2条件が満たされなかった可能性が高いため、交流電圧Yのみについて、単位電圧調整量ΔYの1単位分だけ減少する調整が行われる。 In S69, since the amplitude rY is too large, there is a high possibility that the second condition was not satisfied in S56. Therefore, only the AC voltage Y is adjusted to decrease by one unit of the unit voltage adjustment amount ΔY.

S70は、振幅rのみが目標値rtargetを下回っているため、交流電圧Xのみについて、単位電圧調整量ΔXの1単位分だけ増加する調整が行われる。 S70, since only the amplitude r X is below the target value r target, only for the AC voltage X, an adjustment to increase by one unit of unit voltage adjustment amount ΔX is performed.

交流電圧X、Yの調整処理S62〜S64及びS69〜S71が完了すると、処理はS51に戻る。   When the adjustment processes S62 to S64 and S69 to S71 for the AC voltages X and Y are completed, the process returns to S51.

図13に示すように、S50の次に合否判定処理S80が行われる。合否判定処理S80では、まず二軸アクチュエータ204Cが駆動されて、PSD404を用いて励起光の1周期分の走査軌跡が取得され(S81)、直交座標値Xp、Ypで与えられる走査軌跡が極座標値r、θに変換される(S82)。   As shown in FIG. 13, a pass / fail determination process S80 is performed after S50. In the pass / fail determination process S80, the biaxial actuator 204C is first driven, and a scanning trajectory for one cycle of the excitation light is acquired using the PSD 404 (S81), and the scanning trajectory given by the orthogonal coordinate values Xp and Yp is a polar coordinate value. Conversion into r and θ is performed (S82).

次に、走査径の合否判定S83が行われる。S83では、渦巻状の走査軌跡の最外周の1ターン分のデータが抽出され、最外周の全点において振幅が目標値rtargetを上回っているか否かが判定される。最外周の全点において振幅が目標値rtargetを上回っていれば、合格と判定され(S83:OK)、処理は真円度判定S84へ移る。最外周のいずれか1点でも振幅が目標値rtarget以下であれば、不合格と判定さる(S83:NG)。この場合は、周波数の調整不良が不合格の原因となった可能性があるため、処理は周波数調整処理S10へ戻る。 Next, a scan diameter pass / fail determination S83 is performed. In S83, data for one turn on the outermost periphery of the spiral scanning locus is extracted, and it is determined whether or not the amplitude exceeds the target value r target at all points on the outermost periphery. If the amplitude is greater than the target value r target at all points on the outermost periphery, it is determined to be acceptable (S83: OK), and the process proceeds to roundness determination S84. If the amplitude is equal to or less than the target value r target even at any one point on the outermost periphery, it is determined as rejected (S83: NG). In this case, since the frequency adjustment failure may have caused the failure, the process returns to the frequency adjustment process S10.

真円度判定S84では、走査軌跡の最外周の1ターン分の振幅について分散値が計算され、所定の上限値以下であるか否かが判定される。また、走査軌跡の振幅の分散値が上限値以下であれば、合格と判定され(S84:OK)、処理はセトリング期間調整処理S90へ移る。走査軌跡の振幅の分散値が上限値を超えていれば、不合格と判定され(S84:NG)、処理は位相調整処理S30へ戻る。   In roundness determination S84, a variance value is calculated for the amplitude of one turn on the outermost circumference of the scanning locus, and it is determined whether or not it is equal to or less than a predetermined upper limit value. On the other hand, if the variance value of the amplitude of the scanning trajectory is equal to or less than the upper limit value, it is determined as acceptable (S84: OK), and the process proceeds to the settling period adjustment process S90. If the variance value of the amplitude of the scanning trajectory exceeds the upper limit value, it is determined as rejected (S84: NG), and the process returns to the phase adjustment process S30.

セトリング期間調整処理S90は、上述のように、サンプリング期間、ブレーキング期間及びセトリング期間からなる走査期間の周期がビデオ信号のフレームレートFと整合するように、セトリング期間の長さを調整する処理である。   As described above, the settling period adjustment process S90 is a process for adjusting the length of the settling period so that the period of the scanning period including the sampling period, the braking period, and the settling period is matched with the frame rate F of the video signal. is there.

サンプリング期間、ブレーキング期間及びセトリング期間の長さを、それぞれT、T、Tとすると、走査期間の周期はT+T+Tとなる。一方、ビデオ信号のフレームの周期は、フレームレートFを用いて、1/Fと表される。従って、走査期間の周期がビデオ信号のフレームの周期と一致する場合には、次の数式3が成立するため、セトリング期間の長さT3は、数式3から導出される数式4によって表される。 If the lengths of the sampling period, the braking period, and the settling period are T 1 , T 2 , and T 3 , respectively, the period of the scanning period is T 1 + T 2 + T 3 . On the other hand, the frame period of the video signal is expressed as 1 / F using the frame rate F. Accordingly, when the period of the scanning period coincides with the period of the frame of the video signal, the following Expression 3 is established, and the length T3 of the settling period is expressed by Expression 4 derived from Expression 3.

Figure 2014147462
Figure 2014147462

Figure 2014147462
Figure 2014147462

なお、本実施形態においては、サンプリング期間、ブレーキング期間及びセトリング期間の長さが、二軸アクチュエータ204Cの駆動周期T(=1/f)を基本単位とする相対値として設定される。例えば、サンプリング期間の長さは500Tと設定される。フレームレートF、サンプリング期間の周期T1及びブレーキング期間の周期Tは予め設定されており、また、二軸アクチュエータ204Cの駆動周期Tは、周波数調整処理S10において設定される二軸アクチュエータ204Cの駆動周波数fから得られるため、上記の数式4によりセトリング期間の周期Tが計算される。 In the present embodiment, the lengths of the sampling period, the braking period, and the settling period are set as relative values with the drive cycle T f (= 1 / f) of the biaxial actuator 204C as a basic unit. For example, the length of the sampling period is set to 500 Tf . Frame rate F, the period T 2 of the cycle T1 and the braking period of the sampling period is set in advance, also, the driving cycle T f of the biaxial actuator 204C, the biaxial actuator 204C set in the frequency adjustment process S10 Since it is obtained from the driving frequency f, the period T 3 of the settling period is calculated by the above equation 4.

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、上記の実施形態では、走査パラメータの調整処理S4において、交流電圧Xと交流電圧Yの位相差を調整する処理(位相調整処理)S30が完了した後で、交流電圧Xと交流電圧Yの振幅を調整する処理(振幅調整処理)S50が行われる構成が採用されているが、位相調整処理S30と振幅調整処理S50を行う順序は上記実施形態の逆にしてもよい。また、走査径の合否判定S83を行う前に、位相調整処理S30と振幅調整処理S50とを交互に繰り返して実行する(例えば、位相調整処理S30又は振幅調整処理S50を少なくとも2回実行する)構成にしてもよい。交流電圧X、Yの位相と振幅の間には一定の相関があるため、一方のパラメータを調整すると、他方のパラメータが影響を受けて多少変化する。そのため、位相調整処理S30と振幅調整処理S50とを交互に繰り返して行うことにより、より確実かつ正確な調整が可能になる。また、位相調整処理S30と振幅調整処理S50を統合して(すなわち、走査軌跡取得処理S32とS53を併合して)、位相と振幅とを交互に少しずつ変化させながら、並行して調整を進める構成としてもよい。位相と振幅の相関が大きい場合には、この構成によりパラメータ調整の効率が向上する。   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 above-described embodiment, after the processing (phase adjustment processing) S30 for adjusting the phase difference between the AC voltage X and the AC voltage Y is completed in the scanning parameter adjustment processing S4, the AC voltage X and the AC voltage Y are adjusted. Although the configuration in which the process of adjusting the amplitude (amplitude adjustment process) S50 is performed is adopted, the order of performing the phase adjustment process S30 and the amplitude adjustment process S50 may be reversed from that of the above embodiment. Further, before the pass / fail judgment S83 of the scanning diameter, the phase adjustment process S30 and the amplitude adjustment process S50 are alternately and repeatedly executed (for example, the phase adjustment process S30 or the amplitude adjustment process S50 is executed at least twice). It may be. Since there is a certain correlation between the phases and amplitudes of the AC voltages X and Y, when one parameter is adjusted, the other parameter is affected and changes somewhat. For this reason, the phase adjustment process S30 and the amplitude adjustment process S50 are alternately and repeatedly performed, thereby enabling more reliable and accurate adjustment. Further, the phase adjustment processing S30 and the amplitude adjustment processing S50 are integrated (that is, the scanning trajectory acquisition processing S32 and S53 are combined), and the adjustment is advanced in parallel while changing the phase and the amplitude little by little alternately. It is good also as a structure. This configuration improves the efficiency of parameter adjustment when the correlation between phase and amplitude is large.

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、二軸アクチュエータ204Cの制御や調整パラメータの変更等を行うように構成される。   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 control the biaxial actuator 204C, change adjustment parameters, and the like by communication with the CPU 108.

また、本実施形態のキャリブレーションプログラムのS1では、光ファイバ202の回転駆動を停止した状態でXY調整及びZ調整を行うように構成したが、例えば、制動期間中の励起光のスポット位置を初期スポット形成位置として検出すれば、光ファイバ202を回転駆動した状態であってもXY調整及びZ調整を行うことが可能となる。   In the calibration program S1 of the present embodiment, the XY adjustment and the Z adjustment are performed in a state where the rotation driving of the optical fiber 202 is stopped. For example, the spot position of the excitation light during the braking period is initially set. If it is detected as a spot formation position, XY adjustment and Z adjustment can be performed even when the optical fiber 202 is rotationally driven.

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。リレーレンズユニット406によって拡大された走査領域をPSD404によって受光できればよく、一般的な走査型内視鏡システムに適用することが可能である。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内視鏡システムにも本発明を適用してもよい。   A system to which the present invention is applicable is not limited to the scanning confocal endoscope system described in the present embodiment. The scanning area enlarged by the relay lens unit 406 only needs to be received by the PSD 404, and can be applied to a general scanning endoscope system. For example, the present invention may also be applied to a scanning endoscope system that employs a raster scan method that reciprocally scans the horizontal direction of the scan region, a Lissajous scan method that scans the scan 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).

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 キャリブレーション装置
402 ケース
404 PSD
405 PSD基板
406 リレーレンズユニット
408 XYZステージ
410 ステージ駆動モータ
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 Calibration Device 402 Case 404 PSD
405 PSD board 406 Relay lens unit 408 XYZ stage 410 Stage drive motor 412 Calibration circuit

Claims (25)

光源から出射された光を導光する光ファイバと、前記光ファイバの先端部を片持ち支持すると共に該光ファイバを互いに直交する2つの半径方向であるX軸方向及びY軸方向に振動させるアクチュエータと、前記光ファイバの先端から出射する光が渦巻状の軌跡を描いて走査されるように所定の走査パラメータに基づいて前記アクチュエータの前記X軸方向及び前記Y軸方向の駆動電圧を制御する制御手段と、前記光ファイバの先端から出射した走査光の走査軌跡を検出する走査軌跡検出手段と、を有し、周期的に渦巻状の光走査を行う光走査装置を備えた走査型内視鏡システムの自動キャリブレーション方法であって、
前記制御手段が、前記走査パラメータに基づいて前記アクチュエータを駆動して前記光走査を行う光走査ステップと、
前記制御手段が、前記走査軌跡検出手段から前記光ファイバの先端から出射した走査光の走査軌跡を取得する走査軌跡取得ステップと、
前記制御手段が、取得した前記走査軌跡が所定の基準走査軌跡となるように前記走査パラメータを調整する調整ステップと、
を含み、
前記調整ステップは、
前記走査軌跡の振幅が最大となるように、前記アクチュエータの前記駆動電圧の周波数を調整する周波数調整ステップと、
前記走査軌跡が略真円となるように、前記アクチュエータの前記X軸方向と前記Y軸方向の前記駆動電圧の位相差を調整する位相調整ステップと、
前記走査軌跡の大きさ及び形状が所定範囲内となるように、前記アクチュエータの前記X軸方向及びY軸方向の前記駆動電圧の振幅を調整する振幅調整ステップと、
を含むことを特徴とする走査型内視鏡システムの自動キャリブレーション方法。
An optical fiber that guides light emitted from a light source, and an actuator that cantilever-supports the tip of the optical fiber and vibrates the optical fiber in two radial directions that are orthogonal to each other, the X-axis direction and the Y-axis direction And a control for controlling the drive voltage in the X-axis direction and the Y-axis direction of the actuator based on predetermined scanning parameters so that the light emitted from the tip of the optical fiber is scanned in a spiral trajectory And a scanning trajectory detecting means for detecting a scanning trajectory of scanning light emitted from the tip of the optical fiber, and a scanning endoscope having an optical scanning device that periodically performs spiral optical scanning A system automatic calibration method,
An optical scanning step in which the control means performs the optical scanning by driving the actuator based on the scanning parameter;
A scanning trajectory acquisition step in which the control means acquires a scanning trajectory of scanning light emitted from the tip of the optical fiber from the scanning trajectory detection means;
An adjustment step in which the control means adjusts the scanning parameter so that the acquired scanning trajectory becomes a predetermined reference scanning trajectory;
Including
The adjustment step includes
A frequency adjustment step of adjusting the frequency of the drive voltage of the actuator so that the amplitude of the scanning locus is maximized;
A phase adjustment step of adjusting a phase difference between the drive voltages in the X-axis direction and the Y-axis direction of the actuator so that the scanning locus becomes a substantially perfect circle;
An amplitude adjustment step of adjusting the amplitude of the drive voltage in the X-axis direction and the Y-axis direction of the actuator so that the size and shape of the scanning locus are within a predetermined range;
A method for automatically calibrating a scanning endoscope system, comprising:
前記周波数調整ステップの後に、前記位相調整ステップ及び前記振幅調整ステップを実行する、ことを特徴とする請求項1に記載の走査型内視鏡システムの自動キャリブレーション方法。   2. The automatic calibration method for a scanning endoscope system according to claim 1, wherein the phase adjustment step and the amplitude adjustment step are executed after the frequency adjustment step. 前記調整ステップは、前記走査軌跡の座標を極座標に変換する極座標変換ステップを更に含む、ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の走査型内視鏡システムの自動キャリブレーション方法。   3. The automatic calibration method for a scanning endoscope system according to claim 1, wherein the adjustment step further includes a polar coordinate conversion step of converting the coordinates of the scanning trajectory into polar coordinates. 前記周波数調整ステップは、
片持ち支持された前記光ファイバの先端部の共振周波数を含む周波数領域において前記走査軌跡の振幅が最大となる周波数を取得するステップと、
前記アクチュエータの駆動電圧の周波数を前記走査軌跡の振幅が最大となる周波数に変更するステップと、を含む、
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の走査型内視鏡システムの自動キャリブレーション方法。
The frequency adjusting step includes
Obtaining a frequency at which the amplitude of the scanning trajectory is maximum in a frequency region including a resonance frequency of the tip of the optical fiber that is cantilevered;
Changing the frequency of the drive voltage of the actuator to a frequency at which the amplitude of the scanning trajectory is maximized.
The automatic calibration method for a scanning endoscope system according to any one of claims 1 to 3, wherein:
前記走査軌跡の振幅が最大となる周波数を取得するステップは、前記共振周波数を含む周波数領域において、前記駆動電圧の周波数を変化させながら前記走査軌跡の振幅を繰り返し取得するステップを含む、
ことを特徴とする請求項4に記載の走査型内視鏡システムの自動キャリブレーション方法。
The step of obtaining the frequency at which the amplitude of the scanning locus is maximum includes the step of repeatedly obtaining the amplitude of the scanning locus while changing the frequency of the drive voltage in a frequency region including the resonance frequency.
The method for automatically calibrating a scanning endoscope system according to claim 4.
前記走査軌跡の振幅が最大となる周波数を取得するステップは、
前記共振周波数を含む第1の周波数領域において、前記駆動電圧の周波数を第1の周波数間隔で段階的に変化させながら前記走査軌跡の振幅を繰り返し取得する第1の周波数取得ステップと、
前記第1周波数取得ステップにおいて前記走査軌跡の最大の振幅が取得された駆動電圧の周波数を含む、前記第1の周波数領域よりも狭い第2の周波数領域において、前記駆動電圧の周波数を第1の周波数間隔よりも狭い第2の周波数間隔で段階的に変化させながら前記走査軌跡の振幅を繰り返し取得する第2の周波数取得ステップと、を含む、
ことを特徴とする請求項5に記載の走査型内視鏡システムの自動キャリブレーション方法。
The step of obtaining the frequency at which the amplitude of the scanning trajectory is maximized,
A first frequency acquisition step of repeatedly acquiring the amplitude of the scanning locus while gradually changing the frequency of the drive voltage at a first frequency interval in a first frequency region including the resonance frequency;
In the second frequency region that is narrower than the first frequency region, including the frequency of the driving voltage at which the maximum amplitude of the scanning locus is acquired in the first frequency acquisition step, the frequency of the driving voltage is set to the first frequency A second frequency acquisition step of repeatedly acquiring the amplitude of the scanning trajectory while changing stepwise at a second frequency interval narrower than the frequency interval,
The automatic calibration method for a scanning endoscope system according to claim 5.
前記位相調整ステップは、
前記アクチュエータの前記X軸方向と前記Y軸方向の駆動電圧の位相差を変化させながら、前記走査軌跡の振幅を繰り返し取得するステップと、
取得された渦巻状の前記走査軌跡から所定の1ターン分の振幅を抽出するステップと、
前記1ターン分の振幅の分散値を計算するステップと、
前記アクチュエータの前記X軸方向と前記Y軸方向の駆動電圧の位相差を、前記1ターン分の振幅の分散値が最小となる値に変更するステップと、を含む、
ことを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の走査型内視鏡システムの自動キャリブレーション方法。
The phase adjustment step includes
Repetitively acquiring the amplitude of the scanning locus while changing the phase difference between the driving voltage of the actuator in the X-axis direction and the Y-axis direction;
Extracting the amplitude for a predetermined one turn from the acquired spiral scan trajectory;
Calculating a variance value of the amplitude for one turn;
Changing the phase difference between the driving voltage of the actuator in the X-axis direction and the Y-axis direction to a value at which the variance value of the amplitude for one turn is minimized.
The method for automatically calibrating a scanning endoscope system according to any one of claims 1 to 6, wherein:
前記走査軌跡が略真円となるまで、前記位相調整ステップと前記振幅調整ステップを交互に実行する
ことを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の走査型内視鏡システムの自動キャリブレーション方法。
The scanning endoscope according to any one of claims 1 to 7, wherein the phase adjustment step and the amplitude adjustment step are alternately performed until the scanning locus becomes a substantially perfect circle. Automatic system calibration method.
前記位相調整ステップ又は前記振幅調整ステップを少なくとも2回実行する、
ことを特徴とする請求項8に記載の走査型内視鏡システムの自動キャリブレーション方法。
Performing the phase adjustment step or the amplitude adjustment step at least twice;
The method for automatically calibrating a scanning endoscope system according to claim 8.
前記振幅調整ステップは、
前記走査軌跡を取得するステップと、
前記走査軌跡の少なくとも2方向における振幅が所定の振幅判定条件を満たすか否かを判定する振幅判定ステップと、
少なくとも前記振幅判定条件を満たしていない方向について、前記アクチュエータの駆動電圧の振幅を調整する駆動振幅調整ステップと、を含む、
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走査型内視鏡システムの自動キャリブレーション方法。
The amplitude adjustment step includes:
Obtaining the scanning trajectory;
An amplitude determination step for determining whether amplitudes in at least two directions of the scanning locus satisfy a predetermined amplitude determination condition;
A drive amplitude adjustment step of adjusting the amplitude of the drive voltage of the actuator for at least a direction that does not satisfy the amplitude determination condition,
The method for automatically calibrating a scanning endoscope system according to any one of claims 1 to 9, wherein:
前記振幅判定条件は、
前記少なくとも2方向の振幅が所定の目標値以上である、という第1条件と、
前記少なくとも2方向の振幅差が所定値以下である、という第2条件と、を含む、
ことを特徴とする請求項10に記載の走査型内視鏡システムの自動キャリブレーション方法。
The amplitude determination condition is:
A first condition that the amplitude in the at least two directions is greater than or equal to a predetermined target value;
A second condition that the amplitude difference in at least two directions is a predetermined value or less,
The method for automatically calibrating a scanning endoscope system according to claim 10.
前記少なくとも2方向は、前記X軸方向及び前記Y軸方向を含み、
前記X軸方向又は前記Y軸方向における前記走査軌跡の振幅が前記第1条件を満たさない場合にのみ、該第1条件を満たさない方向における前記アクチュエータの駆動電圧の振幅を増加する
ことを特徴とする請求項11に記載の自動キャリブレーション方法。
The at least two directions include the X-axis direction and the Y-axis direction,
The drive voltage amplitude of the actuator in the direction not satisfying the first condition is increased only when the amplitude of the scanning locus in the X-axis direction or the Y-axis direction does not satisfy the first condition. The automatic calibration method according to claim 11.
前記振幅調整ステップは、前記X軸方向及び前記Y軸方向における前記走査軌跡の振幅を比較して大小を判定する振幅比較ステップを更に含み、
前記振幅比較ステップの判定結果に応じて前記駆動電圧の振幅が調整される、
ことを特徴とする請求項10から請求項12のいずれか一項に記載の走査型内視鏡システムの自動キャリブレーション方法。
The amplitude adjustment step further includes an amplitude comparison step of comparing the amplitudes of the scanning trajectories in the X-axis direction and the Y-axis direction to determine the magnitude.
The amplitude of the drive voltage is adjusted according to the determination result of the amplitude comparison step.
The method for automatically calibrating a scanning endoscope system according to any one of claims 10 to 12, wherein:
前記X軸方向及び前記Y軸方向における前記走査軌跡の振幅が共に前記第1条件を満たさない場合にのみ、前記振幅比較ステップにおいて前記走査軌跡の振幅が小さいと判定された方向の駆動電圧の振幅が、大きいと判定された方向の駆動電圧の振幅よりも多く増加される、
ことを特徴とする請求項13に記載の走査型内視鏡システムの自動キャリブレーション方法。
The amplitude of the drive voltage in the direction in which the amplitude of the scanning locus is determined to be small in the amplitude comparison step only when the amplitude of the scanning locus in the X-axis direction and the Y-axis direction does not satisfy the first condition. Is increased more than the amplitude of the driving voltage in the direction determined to be large,
The automatic calibration method for a scanning endoscope system according to claim 13.
前記X軸方向及び前記Y軸方向における前記走査軌跡の振幅が共に前記第1条件を満たし、且つ、前記第2条件が満たされない場合にのみ、前記振幅比較ステップにおいて前記走査軌跡の振幅が大きいと判定された方向の駆動電圧の振幅が減少される、
ことを特徴とする請求項13又は請求項14に記載の走査型内視鏡システムの自動キャリブレーション方法。
When the amplitude of the scanning locus in the X axis direction and the Y axis direction satisfies both the first condition and the second condition is not satisfied, the amplitude of the scanning locus is large in the amplitude comparison step. The amplitude of the drive voltage in the determined direction is reduced,
15. The automatic calibration method for a scanning endoscope system according to claim 13 or 14, wherein the method is automatically calibrated.
前記振幅判定ステップにおいて、π/4間隔の8方向における振幅が判定される、
ことを特徴とする請求項10から請求項15のいずれか一項に記載の走査型内視鏡システムの自動キャリブレーション方法。
In the amplitude determination step, amplitudes in 8 directions at intervals of π / 4 are determined.
The method for automatically calibrating a scanning endoscope system according to any one of claims 10 to 15, wherein:
前記制御手段が前記走査軌跡の合否を判定する合否判定ステップを更に含み、
前記合否判定ステップは、前記周波数調整ステップ、前記位相調整ステップ及び前記振幅調整ステップの後に実行される、
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走査型内視鏡システムの自動キャリブレーション方法。
The control means further includes a pass / fail determination step of determining pass / fail of the scanning trajectory,
The pass / fail determination step is executed after the frequency adjustment step, the phase adjustment step, and the amplitude adjustment step.
The method for automatically calibrating a scanning endoscope system according to any one of claims 1 to 16, wherein:
前記合否判定ステップは、前記渦巻状の走査軌跡の大きさの合否を判定する走査径合否判定ステップを更に含み、
前記走査径合否判定ステップは、
前記渦巻状の走査軌跡の最外周の1ターン分の振幅を取得するステップと、
前記最外周の1ターン分の振幅の全てが目標値以上であるか否かを判定するステップと、を含み、
前記最外周の1ターン分の振幅の全てが目標値以上である場合にのみ、前記渦巻状の走査軌跡の大きさを合格と判定する、
ことを特徴とする請求項17に記載の走査型内視鏡システムの自動キャリブレーション方法。
The acceptance / rejection determination step further includes a scanning diameter acceptance / rejection determination step for determining acceptance / rejection of the size of the spiral scanning trajectory,
The scanning diameter pass / fail determination step includes:
Obtaining an amplitude of one turn of the outermost circumference of the spiral scanning trajectory;
Determining whether or not all of the amplitude of one turn of the outermost circumference is equal to or greater than a target value,
Only when the amplitude of one turn of the outermost circumference is not less than a target value, the size of the spiral scanning trajectory is determined to be acceptable.
The automatic calibration method for a scanning endoscope system according to claim 17.
前記走査径合否判定ステップにおいて不合格と判定された場合にのみ、前記周波数調整ステップを再び実行する、
ことを特徴とする請求項17又は請求項18に記載の走査型内視鏡システムの自動キャリブレーション方法。
Only when it is determined to be unacceptable in the scanning diameter acceptance / rejection determination step, the frequency adjustment step is executed again.
The automatic calibration method for a scanning endoscope system according to claim 17 or 18, wherein the method is automatically calibrated.
前記合否判定ステップは、前記渦巻状の走査軌跡の真円度の合否を判定する真円度合否判定ステップを更に含む、
ことを特徴とする請求項17から請求項19のいずれか一項に記載の走査型内視鏡システムの自動キャリブレーション方法。
The pass / fail determination step further includes a roundness pass / fail determination step for determining pass / fail of the roundness of the spiral scanning trajectory.
The method for automatically calibrating a scanning endoscope system according to any one of claims 17 to 19, wherein the method is automatically calibrated.
前記真円度判定ステップにおいて不合格と判定された場合にのみ、前記位相調整ステップを再び実行する、
ことを特徴とする請求項20に記載の走査型内視鏡システムの自動キャリブレーション方法。
Only when the roundness determination step is determined to be unacceptable, the phase adjustment step is executed again.
21. The automatic calibration method for a scanning endoscope system according to claim 20, wherein:
前記走査型内視鏡システムは、前記走査光が照射された被写体からの戻り光を検出して、該検出結果に基づいて前記被写体の映像をモニタに表示させるビデオ信号を生成して出力する映像化手段を更に備え、
前記調整ステップは、前記渦巻状の走査の周期が前記ビデオ信号のフレームレートの逆数と一致するように、前記アクチュエータの駆動を停止する時間を調整する駆動停止時間調整ステップを更に含む、
ことを特徴とする請求項1から請求項21のいずれか一項に記載の走査型内視鏡システムの自動キャリブレーション方法。
The scanning endoscope system detects return light from a subject irradiated with the scanning light, and generates and outputs a video signal for displaying a video of the subject on a monitor based on the detection result Further comprising:
The adjusting step further includes a driving stop time adjusting step of adjusting a time for stopping the driving of the actuator so that a period of the spiral scan coincides with a reciprocal of a frame rate of the video signal.
The method for automatically calibrating a scanning endoscope system according to any one of claims 1 to 21, wherein:
前記周波数調整ステップ、前記位相調整ステップ及び前記振幅調整ステップの実行後に、前記駆動停止時間調整ステップを実行する、
ことを特徴とする請求項22に記載の走査型内視鏡システムの自動キャリブレーション方法。
After the frequency adjustment step, the phase adjustment step, and the amplitude adjustment step, the drive stop time adjustment step is executed.
The method for automatically calibrating a scanning endoscope system according to claim 22.
前記合否判定ステップの後に前記駆動停止時間調整ステップを実行する、
ことを特徴とする、請求項17を直接又は間接的に引用する請求項22又は請求項23に記載の走査型内視鏡システムの自動キャリブレーション方法。
Performing the drive stop time adjustment step after the pass / fail determination step;
The automatic calibration method for a scanning endoscope system according to claim 22 or 23, which directly or indirectly references claim 17.
光源から出射された光を導光する光ファイバと、前記光ファイバの先端部を片持ち支持すると共に該光ファイバを互いに直交する2つの半径方向である前記X軸方向及び前記Y軸方向に振動させるアクチュエータと、前記光ファイバの先端から出射する光が渦巻状の軌跡を描いて走査されるように所定の走査パラメータに基づいて前記アクチュエータの前記X軸方向及び前記Y軸方向の駆動電圧を制御する制御手段と、前記光ファイバの先端から出射した走査光の走査軌跡を検出する走査軌跡検出手段と、を有し、周期的に渦巻状の光走査を行う光走査装置を備えた走査型内視鏡システムであって、
前記制御手段は、
前記走査軌跡の振幅が最大となるように、前記アクチュエータの駆動電圧の周波数を調整する周波数調整手段と、
前記走査軌跡が略真円となるように、前記アクチュエータの前記X軸方向と前記Y軸方向の駆動電圧の位相差を調整する位相調整手段と、
前記走査軌跡の大きさ及び形状が所定範囲内となるように、前記アクチュエータの前記X軸及び前記Y軸方向の前記駆動電圧の振幅を調整する振幅調整手段と、
を有する、走査型内視鏡システム。
An optical fiber that guides the light emitted from the light source, and cantilevered at the tip of the optical fiber, and vibrates in the X-axis direction and the Y-axis direction, which are two radial directions orthogonal to each other. And the drive voltage in the X-axis direction and the Y-axis direction of the actuator based on predetermined scanning parameters so that the light emitted from the tip of the optical fiber is scanned in a spiral trajectory And a scanning trajectory detecting means for detecting a scanning trajectory of scanning light emitted from the tip of the optical fiber, and comprising a light scanning device that periodically performs spiral optical scanning. An endoscope system,
The control means includes
Frequency adjusting means for adjusting the frequency of the drive voltage of the actuator so that the amplitude of the scanning locus is maximized;
Phase adjusting means for adjusting a phase difference between driving voltages of the actuator in the X-axis direction and the Y-axis direction so that the scanning locus becomes a substantially perfect circle;
Amplitude adjusting means for adjusting the amplitude of the drive voltage in the X-axis and Y-axis directions of the actuator so that the size and shape of the scanning locus are within a predetermined range;
A scanning endoscope system.
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