JP6203109B2 - 光走査型画像形成装置及び光走査型画像形成方法 - Google Patents

Description

本発明は、光走査型画像形成装置及び光走査型画像形成方法に関するものである。

従来、光ファイバの先端部から光を対象物に向けて走査し、対象物で反射、散乱等される光、あるいは、対象物で発生する蛍光等を検出する光走査型の画像形成装置が知られている。このような装置では、照射する光を対象物上で走査させるため、光を出射する先端部が揺動可能な状態で光ファイバの一部を支持し、この支持部の近傍にアクチュエータを配置することによって、光ファイバを振動させている。

光ファイバの特性（ヤング率や密度等）は常に一定ではなく、温度変化等の周囲の環境変化、構成部材の経年変化、および、使用時の対象物との間の衝撃等によって経時変化する。また、駆動機構を構成する圧電素子等のアクチュエータや接着剤などの部材の特性も、経時変化する。光ファイバや駆動機構の特性が経時変化すると、光ファイバの先端部の共振周波数、振動の減衰係数（Ｑ値）および駆動機構の駆動力が変化する。その結果、光ファイバの走査軌跡が当初想定していた走査軌跡と異なる軌跡に変化してしまう。この様子を、図１、図２を用いて説明する。

図１は、単純化した例として、円軌道による光ファイバの走査を示す図であり、図１（ａ）は、Ｘ方向の光ファイバの先端の軌跡を示し、図１（ｂ）はＹ方向の光ファイバの先端の軌跡を示す。また、図１（ｃ）は、ＸＹ平面内での光走査の軌跡を示している。Ｘ方向のファイバ先端の振動とＹ方向のファイバ先端の振動とは、位相を９０度異ならせているので、ファイバの先端は円軌道を描く。一方、図２は、経時変化後の光ファイバの走査を示す図である。共振周波数、振動のＱ値および駆動機構の駆動力の変化は、図２（ａ）、（ｂ）のＸ方向およびＹ方向のファイバ先端の軌跡に見られるように、位相や振幅を変化させる。このため、図２（ｃ）のように対象物上での光走査の軌跡も変形する。

上記は、円軌道の場合であったが、例えばらせん走査をする場合、走査軌跡１０１は図３の実線で示すように、当初想定された軌跡（破線）１０２から変形する。このように光走査の軌跡が変形した場合、予め想定した光ファイバの軌道に基づいて、２次元座標に画素データをマッピングして対象物の画像を形成すると、実際とは異なる歪んだ画像が生成される。より具体的には、図４に示すように、実際の軌跡（一定の時間間隔毎に白丸のプロットで示している）は、理想の軌跡（一定の時間間隔毎に黒丸のプロットで示している）に対して振幅及び位相がずれてしまう。特に、位相ずれθｎが生じると、図５（ａ）に示すような本来の画像が、図５（ｂ）に示すように、特に中心部が円周方向に捻じ曲がったような画像として形成されてしまうという問題があった。

このような問題に対応するため、特許文献１に記載の発明では、ＰＳＤ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）などの走査位置検出手段を用いて、実際の走査軌跡の座標値を取得し、該座標値の情報を有するルックアップテーブルを作成して、このルックアップテーブルに基づいて画素に割り当てる座標を補正している。

特許文献１に記載の発明では、ＰＳＤ等により実際の走査軌跡を取得し、これを全てメモリに格納する。メモリには、照明位置を獲得するためのキャリブレーションコード、照明位置とスキャンパターン中の時間を対応させるためのキャリブレーションコード、照明位置と時間との相関コード、及び画像を構築するためのイメージコードを格納する必要があるため、メモリ容量が膨大になり、ハードウェアに制約を与えるという問題があった。

また、特許文献２に記載の発明においては、反射画像を用いて画像歪みを補正する手法として、特定のリファレンスチャートをメモリ等に格納しておき、該リファレンスチャートと取得した実際の走査軌跡との比較を行うことが提案されている。

しかしながら、特許文献２に記載に手法においても、リファレンスチャートをメモリ等に格納する必要があるため、ハードウェアに制約を与えるという問題があった。

特表２００８−５１４３４２号公報 米国特許出願公開２００８／０１６５３６号公報

本発明は、上記の課題を解決しようとするものであり、その目的は、簡易な手法により画像の歪みを補正することのできる、光走査型画像形成装置及び光走査型画像形成方法を提供することにある。

本発明の要旨構成は、以下の通りである。
本発明の光走査型画像形成装置は、光源部と、前記光源部からの光を走査して対象物に照射する、照明走査部と、前記対象物からの光を検出する光検出部と、前記照明走査部による光の走査パターンを与えるための駆動波形、及び画像構築用座標を演算する演算部と、前記光検出部により検出された光、及び前記画像構築用座標に基づいて画像を描画する画像描画部と、を備え、
前記演算部は、前記照明走査部に複数の異なる光の走査パターンを与え、前記複数の異なる走査パターンで光を走査した際の、前記光検出部が検出した光のデータ間の比較により、歪み補正データを算出するように構成されたことを特徴とするものである。

また、本発明の光走査型画像形成装置においては、前記複数の異なる光の走査パターンは、光の走査方向が異なることが好ましい。

さらに、本発明の光走査型画像形成装置では、前記複数の異なる光の走査パターンは、光の走査方向が逆の部分を有することが好ましい。
ここで、「光の走査方向が逆」とは、画像形成時に画像の歪みの方向が互いに逆となるような関係をいうものとする。

ここでまた、本発明の光走査型画像形成装置にあっては、前記複数の異なる光の走査パターンは、らせん状であり、回転方向の歪みが互いに逆向きとなる２つの走査パターンであることが好ましい。
この場合において、前記演算部は、前記２つの走査パターンで光を走査した際の、前記光検出部が検出した光のデータ間の比較により、歪み補正データを算出することが好ましい。
上記の場合において、前記演算部は、前記２つの走査パターンで光を走査した際の、一定時間における、前記光検出部が検出した光のデータ列を取り出し、前記２つの走査パターンのうちの一方の走査パターンでの光のデータ列を逆方向に変換して配列した際に、変換後のデータ列と他方の走査パターンでの光のデータ列との差異が最小になるように、２つのデータ列を整列させた際の、前記２つのデータ列間の比較により、前記歪み補正データを算出することが好ましい。

さらにまた、本発明の光走査型画像形成装置は、前記画像描画部は、前記歪み補正データを算出した後の光の走査において、前記光検出部により検出された光のデータを前記歪み補正データを用いて補正し、画像描画することが好ましい。

また、本発明の光走査型画像形成装置では、前記複数の異なる走査パターンは、ラスター走査であり、高速軸方向で互いに逆方向となる走査パターンを用いることが好ましい。

加えて、本発明の光走査型画像形成装置は、走査型内視鏡に用いられることが好ましい。

ここで、本発明の光走査型画像形成方法は、光源部からの光を走査して対象物に照射する照明走査部に複数の異なる光の走査パターンを与える工程と、
演算部により、前記複数の異なる走査パターンで光を走査した際に光検出部が検出した光のデータ間の比較によって歪み補正データを算出する工程と、を含むことを特徴とする。

また、本発明の光走査型画像形成方法では、前記複数の異なる光の走査パターンは、光の走査方向が異なることが好ましい。

また、本発明の光走査型画像形成方法では、前記複数の異なる光の走査パターンは、光の走査方向が逆の部分を有することが好ましい。

さらに、本発明の光走査型画像形成方法においては、前記複数の異なる光の走査パターンは、らせん状であり、回転方向の歪みが互いに逆向きとなる２つの走査パターンであることが好ましい。
この場合において、前記演算部は、前記２つの走査パターンで光を走査した際の、前記光検出部が検出した光のデータ間の比較により、歪み補正データを算出することが好ましい。
また上記の場合において、前記歪み補正データは、らせん状走査パターンの周回ごとのデータ列であることが好ましい。
さらに、上記の場合において、前記演算部は、前記２つの走査パターンで光を走査した際の、一定時間における、前記光検出部が検出した光のデータ列を取り出し、前記２つの走査パターンのうちの一方の走査パターンでの光のデータ列を逆方向に変換して配列した際に、変換後のデータ列と他方の走査パターンでの光のデータ列との差異が最小になるように、２つのデータ列を整列させた際の、前記２つのデータ列間の比較により、前記歪み補正データを算出することが好ましい。

さらにまた、本発明の光走査型画像形成方法は、前記歪み補正データを算出する工程の後の光の走査において、
画像描画部により、前記光検出部により検出された光のデータを前記歪み補正データを用いて補正し、画像描画する工程をさらに含むことが好ましい。

加えて、本発明の光走査型画像形成方法では、前記複数の異なる走査パターンは、ラスター走査であり、高速軸方向で互いに逆方向となる走査パターンを用いることが好ましい。

本発明によれば、簡易な手法により画像の歪みを補正することのできる、光走査型画像形成装置及び光走査型画像形成方法を提供することができる。

円軌道による光ファイバの走査を示す図であり、図１（ａ）は、Ｘ方向の光ファイバの先端の軌跡、図１（ｂ）はＹ方向の光ファイバの先端の軌跡、図１（ｃ）はＸＹ平面内で光走査の軌跡を示す。 図１の走査軌跡が経時変化により変形した例を示す図であり、図２（ａ）は、Ｘ方向の光ファイバの先端の軌跡、図２（ｂ）はＹ方向の光ファイバの先端の軌跡、図２（ｃ）はＸＹ平面内での光走査の軌跡を示す。 変形したらせん走査の軌跡の例を示す図である。 振幅及び位相ずれについて説明するための図である。 （ａ）本来の画像を示す模式図である。（ｂ）中心が捻じ曲がった画像を示す模式図である。 本発明の一実施形態にかかる光走査型画像形成装置のブロック図である。 光源部の概略構成を示す図である。 光走査型画像形成装置のスコープを概略的に示す概観図である。 図８の光走査型画像形成装置のスコープの先端部の断面図である。 図１０（ａ）は、光走査型内視鏡装置の振動駆動機構および照明用光ファイバの揺動部を示す側面図であり、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 検出部の概略構成を示す図である。 図１２（ａ）（ｂ）は、回転方向の歪みが互いに逆向きとなる２つのらせん状の走査パターンを示す図である。図１２（ｃ）は、図１２（ａ）（ｂ）の２つの走査パターンで光を走査した際の、一定時間における、光検出部が検出した光のデータ列を示す図である。図１２（ｄ）は、図１２（ｃ）に示す２つの走査パターンのうちの一方の走査パターンでの光のデータ列を逆方向に変換して配列した様子を示す図である。図１２（ｅ）は、図１２（ｄ）に示す２つの光のデータの差異が最小になるように、２つのデータ列を整列させた様子を示す図である。 本発明の一実施形態にかかる光走査型画像形成方法のフロー図である。 本発明の一実施形態にかかる光走査型画像形成方法のフロー図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に例示説明する。

＜光走査型画像形成装置＞
図６は、本発明の一実施形態にかかる光走査型画像形成装置（内視鏡装置）のブロック図である。図６に示すように、この光走査型画像形成装置１は、光源部２と、光源部２からの光を走査して対象物に照射する、照明走査部３と、対象物からの光を検出する光検出部４と、照明走査部３による光の走査パターンを与えるための駆動波形、及び画像構築用座標を演算する演算部５と、光検出部４により検出された光、及び画像構築用座標に基づいて画像を描画する画像描画部６と、表示部７と、を備えている。

光源部２は、光源２０を有し、例えば赤、緑及び青の三原色のＣＷ（連続発振）レーザ光を射出する３つのレーザ光源からの光を合波して白色光として出射する。レーザ光源としては、例えばＤＰＳＳレーザ（半導体励起固体レーザ）やレーザダイオードを使用することができる。もちろん、光源２０の構成はこれに限られず、１つのレーザ光源を用いるものであっても、他の複数の光源を用いるものであっても良い。

図７は、光源部２の概略構成を示す図である。光源部２は、赤、緑及び青の三原色のＣＷ（連続発振）レーザ光を射出するレーザ光源２１Ｒ、２１Ｇ，２１Ｂと、ダイクロイックミラー２２ａ、２２ｂと、レンズ２３と、を備える。赤色のレーザ光源２１Ｒは、例えば、ＬＤ（半導体レーザ）を使用することができる。緑色のレーザ光源２１Ｇは、例えば、ＤＰＳＳレーザ（半導体励起固体レーザ）を使用することができる。青色のレーザ光源２１Ｂは、例えば、ＬＤを使用することができる。

レーザ光源２１Ｒから射出された赤色のレーザ光は、ダイクロイックミラー２２ａ及びダイクロイックミラー２２ｂを順次透過する。レーザ光源２１Ｇから射出された緑色のレーザ光は、ダイクロイックミラー２２ａで反射されて赤色のレーザ光と同軸に合波されてダイクロイックミラー２２ｂを透過する。レーザ光源２１Ｂから射出された青色のレーザ光は、ダイクロイックミラー２２ｂで反射されて、赤色のレーザ光及び緑色のレーザ光と同軸に合波される。これにより、ダイクロイックミラー２２ｂから赤、緑、青の３原色のレーザ光が合波された白色のレーザ光が射出される。

なお、レーザ光源２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂ及びダイクロイックミラー２２ａ、２２ｂは、図７の配置に限らず、例えば、緑色及び青色のレーザ光を合波した後、赤色のレーザ光を合波するようにしても良い。

図６に戻って、照明走査部３は、演算部５の演算結果に基づいて駆動波形を生成する、波形生成処理部３１と、該駆動波形をＤ／Ａ変換するＤ／Ａ変換器３２と、光源部２からの光を走査して対象物に照射するスキャナ３３とを備えている。
ここで、図８は、内視鏡装置のスコープを概略的に示す概観図である。スキャナ３３は、スコープ２００の先端部２４０（図８における破線部内の部分）に配置されている。図８に示すように、一例として、スコープ２００は、操作部２２０および挿入部２３０を備え、操作部２２０の一方の端部と挿入部２３０の一方の端部とは接続されて一体となっている。操作部２２０には、光源部２からの照明用光ファイバ１１０、検出部４からの検出用光ファイババンドル１２０、および、Ｄ／Ａ変換器３２からスキャナ３３への配線ケーブル１３０が、それぞれ接続されている。これら照明用光ファイバ１１０、検出用光ファイババンドル１２０および配線ケーブル１３０は挿入部２３０内部を通じて、挿入部２３０の操作部２２０と接続されている端部とは別の端部である先端部２４０まで導かれている。

図９は、図８のスコープ２００の挿入部２３０の先端部２４０を拡大して示す断面図である。先端部２４０は、スキャナ３３、投影用レンズ２５０ａ、２５０ｂおよび図示しない検出用レンズを備えるとともに、挿入部２３０を通る照明用光ファイバ１１０および検出用光ファイババンドル１２０が延在している。

スキャナ３３は、取付環２６０によりスコープ２００の挿入部２３０の内部に固定されたアクチュエータ管２７０、並びに、アクチュエータ管２７０内に配置される圧電素子２８０ａ〜２８０ｄ及びファイバ保持部材２９０（図１０（ａ）および（ｂ）参照）を含んで構成される。照明用光ファイバ１１は、ファイバ保持部材２９０で支持されるとともにファイバ保持部材２９０で支持された固定端１１０ａから先端部１１０ｃまでが、揺動可能に支持された揺動部１１０ｂとなっている。一方、検出用光ファイババンドル１２０は挿入部２３０の外周部を通るように配置され、先端部２４０の先端まで延びている。

さらに、投影用レンズ２５０ａ、２５０ｂおよび検出用レンズは、先端部２４０の最先端に配置される。投影用レンズ２５０ａ、２５０ｂは、照明用光ファイバ１１０の先端部１１０ｃから射出されたレーザ光が、被観察物１００上に略集光するように構成されている。また、検出用レンズは、被観察物１００上に集光されたレーザ光が、被観察物１００により反射、散乱、屈折等をした光（被観察物１００と相互作用した光）又は蛍光等を検出光として取り込み、検出用レンズの後に配置された検出用光ファイババンドル１２０に集光、結合させるように配置される。なお、投影用レンズは、二枚構成に限られず、一枚や他の複数枚のレンズにより構成しても良い。

図１０（ａ）は、光走査型画像表示装置１の振動駆動機構および照明用光ファイバ１１０の揺動部１１０ｂを示す図であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＡ−Ａ断面図、図１０（ｃ）は図１０（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。照明用光ファイバ１１０は角柱状の形状を有するファイバ保持部材２９０の中央を貫通し、これによってファイバ保持部材２９０によって固定され保持される。したがって、照明用光ファイバ１１０のファイバ保持部材２９０を貫通する部分は、照明用光ファイバ１１０の固定部である。ファイバ保持部材２９０の４つの側面は、それぞれ＋Ｙ方向および＋Ｘ方向並びにこれらの反対方向に向いている。そして、ファイバ保持部材２９０の＋Ｙ方向および−Ｙ方向にはＹ方向駆動用の一対の圧電素子２８０ａ、２８０ｃが固定され＋Ｘ方向および−Ｘ方向にはＸ方向駆動用の一対の圧電素子２８０ｂ、２８０ｃが固定される。

各圧電素子２８０ａ〜２８０ｄは、配線ケーブル１３０が接続される。駆動電圧生成部は、Ｘ方向駆動用の圧電素子２８０ｂ、２８０ｄとＹ方向駆動用の圧電素子２８０ａ、２８０ｃとを、それぞれ独立して異なる振動周波数で電圧を印加し、振動駆動させることができる。Ｙ方向駆動用の圧電素子２８０ａ、２８０ｃとＸ方向駆動用の圧電素子２８０ｂ、２８０ｄとをそれぞれ振動駆動させると、照明用光ファイバ１１０の揺動部１１０ｂが振動し、先端部１１０ｃが偏向するので、先端部１１０ｃから出射されるレーザ光は被観察物１００の表面を順次走査する。

図６に戻って、光検出部４は、対象物が反射、散乱する光、または対象物が発生する蛍光等の光を受光する受光部４１と、受光した光を検出する光検出器４２とを有する。光検出器４２は、例えば、光ファイババンドルにより伝送された信号光をスペクトル成分に分離し、分離した信号光を電気信号に光電変換する。

図１１は、光検出器４２の概略構成を示す図である。検出部４２は、赤、緑及び青の各色に対応する光を検出するためのフォトダイオードを用いた受光器４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂ、ダイクロイックミラー４２０ａ、４２０ｂ及びレンズ４３０を備える。光検出器４２には、光ファイババンドル１２０が接続されている。

光ファイババンドル１２０の射出端から射出される信号光は、レンズ４３０により略平行な光束に変換された後、ダイクロイックミラー４２０ａで青色の波長帯域の光が反射されて分離され、赤色及び緑色の波長帯域の光はダイクロイックミラー４２０ａを透過する。ダイクロイックミラー４２０ａで分離された青色の波長帯域の光は、受光器４１０Ｂにより受光されて光電変換される。また、ダイクロイックミラー４２０ａを透過した赤色及び緑色の波長帯域の光は、ダイクロイックミラー４２０ｂで緑色の波長帯域の光が反射され、赤色の波長帯域の光は透過されてそれぞれ分離される。ダイクロイックミラー４２０ｂで分離された緑色及び赤色の信号光は、それぞれ受光器４１０Ｇ及び受光器４１０Ｒにより受光されて光電変換される。

受光器４１０Ｒ、４１０Ｇ及び４１０Ｂの光電変換出力は、画像描画部６に入力される。なお、受光器４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂ及びダイクロイックミラー４２０ａ、４２０ｂは、図１１の配置に限らず、例えば、信号光から赤色の光を分離した後、さらに緑色と青色の信号光を分離するような配置としても良い。

再び図６に戻って、演算部５は、圧電素子２８０ａ〜２８０ｄ等のアクチュエータに与える駆動波形の駆動周波数及び周期等の基本的なパラメータを設定可能な駆動波形演算部５１と、その設定したパラメータに基づいて、駆動波形、及び画像構築用座標を演算する画像構築用座標演算部／歪み補正データ算出部５２とを備える。そして、演算された駆動波形は、照明走査部３の波形生成処理部３１に送信され、照明走査部３による光の走査パターンが与えられる。また、演算された画像構築用座標は、画像描画部６に送信される。

光走査型画像表示装置１による観察を行う際には、演算部５の制御のもとで、波形生成処理部３１が駆動され配線ケーブル１３０を介してスキャナ３３を構成する圧電素子２８０ａ〜２８０ｄに振動電圧が印加され、照明用光ファイバ１１０の揺動部１１０ｂを振動させる。例えばラスター走査を行う場合には、Ｙ方向駆動用の圧電素子２８０ａ、２８０ｃは、照明用光ファイバ１１０の揺動部１１０ｂのＹ方向の共振周波数、例えば数ｋＨｚで振動駆動し、一方でＸ駆動用の圧電素子２８０ｂ、２８０ｄは、Ｙ方向の共振周波数よりもかなり低速な、例えば３０Ｈｚ程度の非共振周波数で振動駆動する。

次に、図６に示すように、画像描画部６は、光検出部により検出された光をＡ／Ｄ変換器６１によりデジタル信号に変換する。そして、そのデジタル信号及び演算部５により演算された画像構築用座標に関する情報を受信した画像形成処理部６２は、当該情報に基づいてフレームを分割し、取得した画像データを各フレームに割り当て、表示部７の表示７１に画像を表示する。

ここで、本実施形態の光走査型画像形成装置は、演算部５が、照明走査部３に複数の異なる光の走査パターンを与え、これら複数の異なる走査パターンで光を走査した際の、光検出部４が検出した光のデータ間の比較により、歪み補正データを算出することを特徴とするものである。以下、図１２（ａ）〜（ｅ）を参照して具体的に説明する。

図１２（ａ）（ｂ）に示すように、本実施形態では、演算部５は、照明走査部３に光の走査方向が異なる複数の（図示例で２つの）異なる光の走査パターンを与える。図１２（ａ）（ｂ）に示すように、これら２つの異なる光の走査パターンは、光の走査方向が逆である。すなわち、これら２つの光の走査パターンは、それぞれらせん状であり、回転方向の歪みが互いに逆向きとなる２つの走査パターンである。図１２（ａ）（ｂ）に示すように、被写体に固有の点を設定する。図示例では、３点「ａ」、「ｂ」、「ｃ」を設定しているが、少なくとも１点設定すればよい。これらの点は、図１２（ａ）（ｂ）に示すように、異なる走査パターンが共通して通過して光を照射可能な位置にある。

本実施形態では、演算部５の画像構築用座標演算部／歪み補正データ算出部５２は、図１２（ａ）（ｂ）にそれぞれ示した２つの走査パターンで光を走査した際の、光検出部４が検出した光のデータ間の比較により、歪み補正データを算出する。
具体的には、演算部５２は、図１２（ａ）（ｂ）にそれぞれ示した２つの走査パターンで光を走査した際の、一定時間（例えば駆動波形の周期）において光検出部４が検出した光のデータ列を取り出し（図１２（ｃ）参照）、２つの走査パターンのうちの一方の走査パターンでの光のデータ列（図１２（ｃ）の上側のデータ列）を逆方向に変換して配列した際に（図１２（ｄ）参照）、変換後のデータ列と他方の走査パターンでの光のデータ列との差異が最小になるように、２つのデータ列を整列させた際の（図１２（ｅ）参照）、２つのデータ列間の比較により、歪み補正データを算出することができる。なお、図１２（ｅ）に示すように、変換後のデータ列と他方の走査パターンでの光のデータ列との差異が最小になるように、２つのデータ列を整列させる手法としては、例えば最小２乗法を用いることができる。

ここで、図１２（ａ）（ｂ）に示すように、光の走査軌跡は、ファイバの機械的位相遅れなどによる位相ずれが生じている場合がある。しかし、本実施形態では、図１２（ａ）（ｂ）に示す２つの光の走査パターンは異なっており、具体的には、これら２つの異なる光の走査パターンはらせん状であり、光の走査方向が逆であり、回転方向の歪みが互いに逆向きとなる２つの走査パターンである。
従って、位相ずれは、互いに逆向きとなるため、図１２（ｅ）に示すように２つのデータ列を整列させた際のデータシフト量は、理想的には位相ずれの２倍となる。よって、図１２（ｅ）に示すように、２つのデータ列を整列させた際のデータシフト量を求めることにより、位相ずれを算出して、これにより歪み補正データを算出することができる。すなわち、データシフト量に１／２を乗じた値を位相ずれ量として算出することができる。
このような位相ずれ量をらせん走査の異なる周回（すなわち異なる半径）ごとに複数算出することができる。

算出された周回ごとの歪み補正データは、演算部５の画像構築用座標演算部／歪み補正データ算出部５２から画像描画部６の画像形成処理部６２に送信され、画像描画部６の画像形成処理部６２は、歪み補正データを算出した後の光の走査において、光検出部４により検出された光を算出した歪み補正データを用いて補正を行った上で画像描画を行うことができる。

従って、本実施形態の光走査型画像形成装置によれば、簡易な手法により画像の歪みを補正することができる。また、本実施形態によれば、周回ごとに歪み補正用データを算出するようにしたので、全周回に存在する膨大なデータを演算する場合に比べ、単に周回ごとに分割した以上の計算上の負荷軽減をもたらし、制御も簡単化するという利点がある。また、本実施形態によれば、ＰＳＤ等により得た実際の走査軌跡やリファレンスチャートをメモリに格納する必要が無い。さらに、本実施形態によれば、複数の画像を取得することができれば、補正が可能であるため、例えば走査型内視鏡の場合、走査型内視鏡が被験者の体内にある場合にも歪みの補正が可能である。加えて、使用環境で補正ができるため、温度等の環境変化にも容易に対応することができる。

＜光走査型画像形成方法＞
次に、図１３、図１４を参照して、本発明の一実施形態にかかる光走査型画像形成方法について説明する。
まず、本実施形態の光走査型画像形成方法を開始すると（ステップＳ１０１）、走査波形の駆動パラメータを設定する（ステップＳ１０２）。この処理は、図６に示すように、演算部５の駆動波形演算部５１において行うことができる。駆動パラメータとしては、圧電素子２８０ａ〜２８０ｄ等のアクチュエータに与える駆動波形の駆動周波数及び周期等の基本的なパラメータを含めることができる。

次いで、設定した駆動パラメータを受信した照明走査部３の波形生成処理部３１により、走査パターン（駆動波形）を生成する（ステップＳ１０３）。そして、当該走査パターンでスキャナ３３によるスキャン駆動を開始する（ステップＳ１０４）。
ここで、１周目のスキャン駆動としては、例えば、図１２（ａ）に示すようならせん状の走査パターンで駆動することができる。

次いで、図６、図１３に示すように、光検出部４の受光部４１により受光した光を光検出器４２により検出し、受光した光のアナログデータをＡ／Ｄ変換器６１によりデジタルデータに変換し、光検出データを収集する（ステップＳ１０５）。

次いで、演算部５は、異なる走査パターンが必要であるか否かを判定する（ステップＳ１０６）。ここで、本実施形態の光走査型画像形成方法は、光源部２からの光を走査して対象物に照射する照明走査部３に複数の異なる光の走査パターンを与える工程を含むものである。従って、１周目と異なる走査パターンを与える必要があるため、ステップＳ１０３に戻る。ここで、複数の異なる走査パターンは、上述したように光の走査方向が異なることが好ましく、光の走査方向が逆の部分を有することがより好ましい。

本実施形態の光走査型画像形成方法では、２周目においては、図１２（ｂ）に示すような、らせん状の走査パターンで駆動することができる（ステップＳ１０３）。すなわち、複数の異なる走査パターンを、回転方向の歪みが互いに逆向きとなる、らせん状の２つの走査パターンとすることができる。そして、１周目と同様に、上述したステップＳ１０４、ステップＳ１０５を実行する。

本実施形態において、図１２（ａ）（ｂ）の２つの走査パターンを用いた場合には、先に図１２（ｃ）〜（ｅ）を用いて説明したような手法により位相補正を行うことができるため、これ以上の異なる走査パターンは必要ではないと判定する（ステップＳ１０６）。
次いで、演算部５により、複数の異なる走査パターン（上記の例では、図１２（ａ）（ｂ）に示すパターン）で光を走査した際に光検出部４が検出した光のデータ間の比較によって歪み補正データを算出する（ステップＳ１０７）。
歪みの補正データの算出は、上述したように、演算部５が、２つの走査パターン（上記の例では、図１２（ａ）（ｂ）に示すパターン）で光を走査した際の、一定時間（例えば駆動波形の周期）における、光検出部４が検出した光のデータ列を取り出し、２つの走査パターンのうちの一方の走査パターンでの光のデータ列を逆方向に変換して配列した際に、変換後のデータ列と他方の走査パターンでの光のデータ列との差異が最小になるように（例えば、最小２乗法を用いる）、２つのデータ列を整列させた際の、２つのデータ列間の比較により、歪み補正データを算出することが好ましい。例えば、図１２（ｅ）を用いて説明したように、２つのデータ列を整列させた際のデータシフト量に１／２を乗じた値を位相ずれ量として求めることができる。
算出された歪み補正データは、演算部５の画像構築用座標演算部／歪み補正データ算出部５２から画像描画部６の画像形成処理部６２に送信され、メモリに保存される。

次に、図１４を用いて、図１３に示した歪み補正データを算出する工程の後の、画像を描画するための工程について説明する。
まず、画像を描画するための工程を開始すると（ステップＳ２０１）、走査波形の駆動パラメータを設定する（ステップＳ２０２）。この処理は、上述したように、図６に示すように、演算部５の駆動波形演算部５１において行うことができる。駆動パラメータとしては、圧電素子２８０ａ〜２８０ｄ等のアクチュエータに与える駆動波形の駆動周波数及び周期等の基本的なパラメータを含めることができる。

次いで、設定した駆動パラメータを受信した照明走査部３の波形生成処理部３１により、走査パターン（駆動波形）を生成する（ステップＳ２０３）。この走査パターンは、少なくとも１フレーム分用意しておく。同時に、演算部５の画像構築用座標演算部／歪み補正データ算出部５２により、画像構築用座標を演算する（ステップＳ２０３）。演算した画像構築用座標は、画像構築用座標演算部／歪み補正データ算出部５２から画像描画部６の画像形成処理部６２に送信される。そして、用意した走査パターンでスキャナ３３によるスキャン駆動を開始する（ステップＳ２０４）。

次いで、図６、図１３に示すように、光検出部４の受光部４１により受光した光を光検出器４２により検出し、受光した光のアナログデータをＡ／Ｄ変換器６１によりデジタルデータに変換し、光検出データを収集する（ステップＳ２０５）。

そして、画像描画部６は、光検出データ、及び、既に送信された画像構築用座標及び歪み補正データを用いて（ステップＳ２０６）、周回ごとに連続的に画像描画処理を行うことで１フレーム内の描画を完了する（ステップＳ２０７）。

次に、１フレーム分の描画が完了した、すなわち全周回について歪み補正データによる光検出データの補正処理が終了したか否かを判定し（ステップＳ２０８）、１フレーム分の描画が完了していない場合は、上述したステップＳ２０５〜ステップＳ２０７を繰り返す。１フレーム分の描画が完了した場合は、走査が終了したか否かを判定する（ステップＳ２０９）。走査が終了していない場合は、ステップＳ２０５〜ステップＳ２０７を繰り返し、走査が終了した場合は、画像描画処理を終了する（ステップＳ２１０）。

本実施形態の光走査型画像形成方法によれば、簡易な手法により画像の歪みを補正することができる。また、本実施形態の方法によれば、ＰＳＤ等により得た実際の走査軌跡やリファレンスチャートをメモリに格納する必要が無い。さらに、本実施形態の方法によれば、複数の画像を取得することができれば補正が可能であるため、例えば走査型内視鏡の場合、走査型内視鏡が被験者の体内にある場合にも歪みの補正が可能である。加えて、使用環境で補正ができるため、温度等の環境変化にも容易に対応することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したように、本発明の光走査型画像形成装置及び光走査型画像形成方法は、光走査の方向、速度等が異なるような、複数の光の走査パターンを含む画像形成技術に適用され、とくに１フレーム内または複数のフレーム間で予定された走査パターンとは異なる挙動を瞬間的または経時的に生じ得るような技術課題を有するあらゆる光走査技術に適用可能である。したがって本発明は、上記の実施形態に何ら限定されるものではない。例えば、複数の異なる走査パターンとしては、ラスター走査を用いることができ、この場合、例えば、高速軸方向で互いに逆方向となり、低速軸方向で互いに同方向となる２つの走査パターンを用いることができる。あるいは、複数の異なる走査パターンとしては、リサージュ走査を用いることもできる。この場合、例えば平面視で線対称な走査軌跡となる２つの走査パターンを用いることができる。また、アクチュエータとしては、上述したような圧電素子を用いる圧電方式以外にも、例えば磁性体を設けた光ファイバを振動させる電磁方式であってもよい。また、例えば、上記の実施形態では、画像構築用座標の演算と歪み補正データの算出との両方を実行することができる、画像構築用座標演算部／歪み補正データ算出部５２を有するものとしたが、これらは別々の機能部として有することもできる。他にも本発明の主旨に則り、種々の変形や修正が可能である。また、メモリに保存された歪み補正データを周回ごと及び／又はフレームごとに比較しその変化量が分かるような表現（例えば図、数値、グラフ）で表示部に表示することにより、走査状況の確認や解析を随時行えるようにしてもよい。

１ 光走査型画像形成装置
２ 光源部
３ 照明走査部
４ 光検出部
５ 演算部
６ 画像描画部
７ 表示部

Claims (18)

1. 光源部と、
   前記光源部からの光を走査して対象物に照射する、照明走査部と、
   前記対象物からの光を検出する光検出部と、
   前記照明走査部による光の走査パターンを与えるための駆動波形、及び画像構築用座標を演算する演算部と、
   前記光検出部により検出された光、及び前記画像構築用座標に基づいて画像を描画する画像描画部と、を備え、
   前記演算部は、前記照明走査部に複数の異なる光の走査パターンを与え、前記複数の異なる走査パターンで光を走査した際の、前記光検出部が検出した光のデータ間の比較により、歪み補正データを算出するように構成されたことを特徴とする、光走査型画像形成装置。
2. 前記複数の異なる光の走査パターンは、光の走査方向が異なる、請求項１に記載の光走査型画像形成装置。
3. 前記複数の異なる光の走査パターンは、光の走査方向が逆の部分を有する、請求項１又は２に記載の光走査型画像形成装置。
4. 前記複数の異なる光の走査パターンは、らせん状であり、回転方向の歪みが互いに逆向きとなる２つの走査パターンである、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光走査型画像形成装置。
5. 前記演算部は、前記２つの走査パターンで光を走査した際の、前記光検出部が検出した光のデータ間の比較により、歪み補正データを算出する、請求項４に記載の光走査型画像形成装置。
6. 前記演算部は、前記２つの走査パターンで光を走査した際の、一定時間における、前記光検出部が検出した光のデータ列を取り出し、前記２つの走査パターンのうちの一方の走査パターンでの光のデータ列を逆方向に変換して配列した際に、変換後のデータ列と他方の走査パターンでの光のデータ列との差異が最小になるように、２つのデータ列を整列させた際の、前記２つのデータ列間の比較により、前記歪み補正データを算出する、請求項４又は５に記載の光走査型画像形成装置。
7. 前記画像描画部は、前記歪み補正データを算出した後の光の走査において、前記光検出部により検出された光のデータを前記歪み補正データを用いて補正し、画像描画する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の光走査型画像形成装置。
8. 前記複数の異なる走査パターンは、ラスター走査であり、高速軸方向で互いに逆方向となる走査パターンを用いる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光走査型画像形成装置。
9. 走査型内視鏡に用いられる、請求項１〜８のいずれか一項に記載の光走査型画像形成装置。
10. 光源部からの光を走査して対象物に照射する照明走査部に複数の異なる光の走査パターンを与える工程と、
    演算部により、前記複数の異なる走査パターンで光を走査した際に光検出部が検出した光のデータ間の比較によって歪み補正データを算出する工程と、を含むことを特徴とする、光走査型画像形成方法。
11. 前記複数の異なる光の走査パターンは、光の走査方向が異なる、請求項１０に記載の光走査型画像形成方法。
12. 前記複数の異なる光の走査パターンは、光の走査方向が逆の部分を有する、請求項１０又は１１に記載の光走査型画像形成方法。
13. 前記複数の異なる光の走査パターンは、らせん状であり、回転方向の歪みが互いに逆向きとなる２つの走査パターンである、請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の光走査型画像形成方法。
14. 前記演算部は、前記２つの走査パターンで光を走査した際の、前記光検出部が検出した光のデータ間の比較により、歪み補正データを算出する、請求項１３に記載の光走査型画像形成方法。
15. 前記歪み補正データは、らせん状走査パターンの周回ごとのデータ列である、請求項１４に記載の光走査型画像形成方法。
16. 前記演算部は、前記２つの走査パターンで光を走査した際の、一定時間における、前記光検出部が検出した光のデータ列を取り出し、前記２つの走査パターンのうちの一方の走査パターンでの光のデータ列を逆方向に変換して配列した際に、変換後のデータ列と他方の走査パターンでの光のデータ列との差異が最小になるように、２つのデータ列を整列させた際の、前記２つのデータ列間の比較により、前記歪み補正データを算出する、請求項１３〜１５のいずれか１項に記載の光走査型画像形成方法。
17. 前記歪み補正データを算出する工程の後の光の走査において、
    画像描画部により、前記光検出部により検出された光のデータを前記歪み補正データを用いて補正し、画像描画する工程をさらに含む、請求項１０〜１６のいずれか一項に記載の光走査型画像形成方法。
18. 前記複数の異なる走査パターンは、ラスター走査であり、高速軸方向で互いに逆方向となる走査パターンを用いる、請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の光走査型画像形成方法。

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