JP6392887B2 - 光走査型内視鏡装置 - Google Patents

Description

本発明は、対象物を光走査する光走査型内視鏡装置に関する。

従来の光走査型内視鏡装置として、対象物へ照射された光の対象物からの反射光に基づいて輝度レベルを検出し、観察画像において、明るい輝度レベルをもつ走査位置ほど光量を減少させ、暗い輝度レベルをもつ走査位置ほど光量を増加させるように、照明光量を設定し、走査位置に応じて照明光量を制御するものが、知られている（例えば、特許文献１）。

特開２０１０−１１５３９１号公報

一般的に、レーザ光によるヒトの目や皮膚への影響を考慮して、レーザ光を照射する機器に対しては、ＪＩＳ規格等において、一定期間（例えば0.25秒）内に照射されるレーザ光の光量が基準値を超えないことが要求されている。
しかしながら、特許文献１の技術では、一定期間内に照射されるレーザ光量を監視していないため、一定期間にわたる光量が基準値を超えるおそれがあった。

また、特許文献１の構成で対象物へ照射される光量が基準値を超えないようにするためには、一定の光量で連続的に照射した場合でも基準値を超えないように、予め光源の最大出力を設定することが考えられる。しかし、そのようにすると、光源からの光の出力を走査周期に合わせて時間的に変動させることが好ましい場合でも、変動する出力のピーク値を、設定された最大出力とすることになる。このため、一定期間を積算した光源の光量は基準値を大きく下回り、基準が要求する光量の範囲を有効に活用できないという問題点があった。

したがって、これらの点に着目してなされた本発明の目的は、所定期間内に照射される光源からの光の積算光量を基準値未満に制限しつつ、基準値内で許容される光源の光量を有効に用いて観察することができる光走査型内視鏡装置を提供することにある。

上記目的を達成する光走査型内視鏡装置の発明は、
光源からの光を対象物上で所定の走査周期により走査させる走査手段と、
前記光源からの光の光量を検出する光量検出部と、
前記光量検出部により検出される前記光量に基づいて前記光源の出力を制御する制御部と
を備え、
前記制御部は、前記走査手段による各前記走査周期中に、所定の出力変化パターンに従って光を出力するように、前記光源を制御し、且つ、前記光量検出部によって検出される前記光量の所定期間にわたる積算値を逐次算出し、該積算値が所定の基準値を超えないように前記出力変化パターンによる前記光源の出力変化の最大値を制御することを特徴とするものである。

前記制御部は、前記積算値が前記基準値より低い値に設定した第１の制御閾値を超えた場合は、前記出力変化パターンによる前記光源の出力変化の最大値を下げるように前記光源を制御することが好ましい。

また、前記制御部は、前記対象物上の所定の領域上を走査する時は、前記所定の領域以外の領域を走査する時よりも前記光源の出力を高くする前記出力変化パターンに従って、前記光源を制御することができる。その場合、光走査型内視鏡装置は、前記対象物上の前記所定の領域を設定する入力を受け付ける入力手段を備えることがさらに好ましい。

さらに、前記走査手段は、前記光源からの光を、管状の前記対象物の内側で長手方向に向かってらせん状の走査経路で走査させ、前記制御部は、前記らせん状の走査経路の中央部を走査するときは、周辺部を走査するときよりも前記光源の出力を高くする前記出力変化パターンに従って、前記光源を制御することができる。

あるいは、前記走査手段は、前記光源からの光を、前記対象物に向かってらせん状の走査経路で走査させ、前記制御部は、前記らせん状の走査経路の周辺部を走査するときは、中央部を走査するときよりも前記光源の出力を高くする前記出力変化パターンに従って、前記光源を制御することができる。

また、前記光源は複数の波長の光を射出することができ、前記制御部は、前記複数の波長の光のうちの特定の波長の光を他の波長の光よりも前記光源の出力を高くする前記出力変化パターンに従って、前記光源を制御しても良い。

さらに、前記光走査型内視鏡装置は、前記光源からの光の走査により前記対象物から得られる光を検出する検出部を備え、前記制御部は、前記検出部による検出信号に依存して決定される、前記出力変化パターンに従って、前記光源を制御することもできる。

また、前記基準値は、レーザ製品の安全基準に基づいて定められる。

さらに、前記光走査型内視鏡装置は、前記光源を備え、前記光量検出部は、前記光源と一体に構成することも可能である。

また、前記制御部は、前記光量の前記積算値が前記第１の制御閾値よりも低い第２の制御閾値を下回った場合は、前記出力変化パターンによる前記光源の出力変化の最大値を上げるように前記光源を制御することが好ましい。

本発明によれば、制御部が、光量検出部によって検出される光量の所定期間にわたる積算値を逐次算出し、該積算値が所定の基準値を超えないように前記出力変化パターンによる前記光源の出力変化の最大値を制御するようにしたので、所定期間内に照射される光源の光量を基準値未満に制限しつつ、基準値内で許容される光源の光量を有効に用いて観察をすることができる光走査型内視鏡装置を提供することができる。

第１実施形態に係る光走査型内視鏡装置の概略構成を示すブロック図である。 図１のスコープを概略的に示す概観図である。 図２のスコープの先端部の断面図である。 図３のアクチュエータの振動駆動機構および送光ファイバの揺動部を示す図であり、図４（ａ）は側面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。 送光ファイバのＸ方向の振動波形を示す図である。 らせん状の走査経路を説明する図である。 図１の光量検出部の概略構成を示すブロック図である。 図１の光量検出部及び制御部の動作を説明するための図である。 第1実施形態に係る光走査型内視鏡装置の動作の一例を説明するための図であり、図９（ａ）は、送光ファイバの走査振幅の時間変化を示し、図９（ｂ）は光源からの光の出力変化を示し、図９（ｃ）は光量検出部によって検出される光量の所定期間にわたる積算値の変化を示している。 図９に示すグラフの一部の期間Ｔ_Ｘにおける光量検出部及び制御部の動作の一例を説明する図である。 光源の出力変化のパターンの変形例を示す図であり、図１１（ａ）はらせん状の走査経路の中心部で出力を高くする出力変化パターン、図１１（ｂ）は特定の領域での出力を高くする出力変化パターン、図１１（ｃ）は特定の波長の光の出力のみを高くする出力変化パターンである。 図４の駆動部の変形例を説明するための図であり、図１２（ａ）はスコープの先端部の断面図、図１２（ｂ）は図１２（ａ）の駆動部を拡大して示す斜視図であり、図１２（ｃ）は、図１２（ｂ）の偏向磁場発生用コイルおよび永久磁石を含む部分の光ファイバの軸に垂直な面による断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
図１〜図１１を参照して、本発明の第１実施形態を説明する。図１は、第１実施形態に係る光走査型内視鏡装置の概略構成を示すブロック図である。図１において、光走査型内視鏡装置１０は、スコープ２０と、制御装置本体３０と、ディスプレイ４０と、入力部５０とを、備えている。

まず、制御装置本体３０の構成を説明する。制御装置本体３０は、光走査型内視鏡装置１０全体を制御する制御部３１と、発光制御部３２と、レーザ３３Ｒ、３３Ｇ、３３Ｂ（以下、レーザ３３Ｒ、３３Ｇ、３３Ｂを包括的に「光源３３」ともいう。）と、結合器３４と、アクチュエータドライバ３８と、受光用光検出器３５（検出部）と、ＡＤＣ（アナログ−デジタル変換器）３６と、信号処理部３７と、モニタファイバ１４と、光量検出部１５とを、備えている。制御部３１は、入力部５０（キーボード、マウス、タッチパネル等）を介して、外部から各種情報の設定を行うことができる。

レーザ３３Ｒ、３３Ｇ、３３Ｂからなる光源３３は、発光制御部３２による制御に従って、複数の異なる波長（本実施形態では、Red、Green及びBlueの３色の波長）の光を選択的に射出する。ここで、「複数の異なる波長の光を選択的に射出する」とは、すなわち、発光制御部３２により選択されたいずれか１つの波長の光を、発光制御部３２により選択されたタイミングで射出することを意味する。レーザ３３Ｒ、３３Ｇ、３３Ｂ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。

発光制御部３２は、制御部３１からの制御信号に応じて、光源３３の発光タイミングを制御する。本実施形態において、発光制御部３２は、１回の走査中に、光源３３からのＲ、Ｇ、Ｂの光の波長を、所定の発光順序（本例では、Ｒ、Ｇ、Ｂの順序）で、一定の時間間隔（発光周期Ｔ_E）毎に切り替える。
ここで、「１回の走査」とは、１画像を撮影するために、例えば、らせん状の所定の走査経路の始点から終点まで１回走査することを意味している。また、繰り返し走査における走査の周期、例えば、走査経路の始点を走査してから、次の走査での走査経路の始点を走査するまでの周期を、「走査周期Ｔ_S」と呼ぶ。また、「発光周期Ｔ_E」とは、光源３３を構成するレーザ３３Ｒ、３３Ｇ、３３Ｂのそれぞれの発光周期を意味するのではなく、光源３３から順次射出される光の発光周期を意味している。

レーザ３３Ｒ、３３Ｇ、３３Ｂから射出されるレーザ光は、結合器３４により同軸に合成された光路を経て、照明光として、シングルモードファイバである送光ファイバ１１に入射される。また、結合器３４は、送光ファイバ１１への出力の一定の割合の光を、光量検出部１５へと分配する。なお、この割合は、経時変化の影響を殆ど受けないので、光量検出部１５での光量の測定精度の低下が抑制される。
結合器３４は、例えばファイバ合波器やダイクロイックプリズム等を用いて構成される。
レーザ３３Ｒ、３３Ｇ、３３Ｂおよび結合器３４は、制御装置本体３０と信号線で結ばれた、制御装置本体３０とは別の筐体に収納されていても良い。

結合器３４から送光ファイバ１１に入射した光は、スコープ２０の先端部まで導光され、対象物１００に照射される。その際、制御装置本体３０のアクチュエータドライバ３８は、スコープ２０のアクチュエータ２１を振動駆動することによって、送光ファイバ１１の先端部を振動駆動する。これにより、送光ファイバ１１から射出された照明光は、対象物１００の観察表面上を、所定走査経路に沿って、２次元走査する。照明光の照射により対象物１００から得られる反射光や散乱光などの光は、マルチモードファイバにより構成される受光ファイバ１２の先端で受光して、スコープ２０内を通り制御装置本体３０まで導光される。

なお、本例では、送光ファイバ１１及びアクチュエータ２１が、光源３３からの光を対象物１００上で走査させる走査手段を構成している。

受光用光検出器３５は、光源３３の発光周期Ｔ_E毎に、Ｒ、Ｇ又はＢのいずれかの波長（以下、「色」ともいう。）の光の照射により得られた光を対象物１００から受光ファイバ１２を介して検出して、アナログ信号（電気信号）を出力する。

ＡＤＣ３６は、受光用光検出器３５からのアナログ信号をデジタル信号（電気信号）に変換し、信号処理部３７に出力する。

信号処理部３７は、発光周期Ｔ_E毎にＡＤＣ３６から入力された、各波長に対応するデジタル信号を、それぞれ発光タイミングと走査位置とに対応付けて、順次メモリ（図示せず）に記憶する。この発光タイミングと走査位置との情報は、制御部３１から得る。制御部３１では、アクチュエータドライバ３８により印加した振動電圧の振幅および位相などの情報から、走査経路上の走査位置の情報が算出される。そして、信号処理部３７は、走査終了後または走査中に、ＡＤＣ３６から入力された各デジタル信号に基づいて、強調処理、γ処理、補間処理等の画像処理を必要に応じて行って画像信号を生成し、対象物１００の画像をディスプレイ４０に表示する。

モニタファイバ１４は、結合器３４と光量検出部１５とを連結する光ファイバであり、結合器３４から送光ファイバ１１への出力の一定の割合の光を、光量検出部１５へ導光する。

光量検出部１５は、光源３３からの光の光量を検出し、検出した光量を、制御部３１に通知する。後述するように、制御部３１は、所定積算期間Ｔ_Aにわたる、光量検出部１５により検出される光量の積算値Ｉを逐次算出し、この算出した光量の積算値Ｉに基づいて、光源３３の出力を制御する。
光量検出部１５については、後にさらに詳しく説明する。

次に、スコープ２０の構成を説明する。図２は、スコープ２０を概略的に示す概観図である。スコープ２０は、操作部２２および挿入部２３を備える。操作部２２には、制御装置本体３０からの送光ファイバ１１、受光ファイバ１２、及び配線ケーブル１３が、それぞれ接続されている。これら送光ファイバ１１、受光ファイバ１２および配線ケーブル１３は挿入部２３内部を通り、挿入部２３の先端部２４（図２における破線部内の部分）まで延在している。

図３は、図２のスコープ２０の挿入部２３の先端部２４を拡大して示す断面図である。スコープ２０の挿入部２３の先端部２４は、アクチュエータ２１、投影用レンズ２５ａ、２５ｂ（光学系）、中心部を通る送光ファイバ１１および外周部を通る光ファイババンドル状からなる受光ファイバ１２を含んで構成される。

アクチュエータ２１は、送光ファイバ１１の先端部１１ｃを振動駆動する。アクチュエータ２１は、取付環２６によりスコープ２０の挿入部２３の内部に固定されたファイバ保持部材２９および圧電素子２８ａ〜２８ｄ（図４（ａ）および（ｂ）参照）を含んで構成される。送光ファイバ１１は、ファイバ保持部材２９で支持されるとともにファイバ保持部材２９で支持された固定端１１ａから先端部１１ｃまでが、揺動可能に支持された揺動部１１ｂとなっている。一方、受光ファイバ１２は挿入部２３の外周部を通るように配置され、先端部２４の先端まで延在している。さらに、受光ファイバ１２の各ファイバの先端部には図示しない検出用レンズを備える場合もある。

さらに、投影用レンズ２５ａ、２５ｂおよび検出用レンズは、スコープ２０の挿入部２３の先端部２４の最先端に配置される。投影用レンズ２５ａ、２５ｂは、送光ファイバ１１の先端部１１ｃから射出されたレーザ光が、対象物１００上に照射されて略集光するように構成されている。また、検出用レンズは、対象物１００上に集光されたレーザ光が、対象物１００により反射、散乱等をした光又は対象物１００上に集光されたレーザ光の照射により発生する蛍光（対象物１００から得られる光）等を取り込み、検出用レンズの後に配置された受光ファイバ１２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４（ａ）は、光走査型内視鏡装置１０のアクチュエータ２１の振動駆動機構および送光ファイバ１１の揺動部１１ｂを示す図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。振動駆動機構は、圧電素子２８ａ〜２８ｄおよびファイバ保持部材２９を含む。送光ファイバ１１は四角柱状の形状を有するファイバ保持部材２９の中央を貫通して、ファイバ保持部材２９に固定保持される。ファイバ保持部材２９の４つの側面は、それぞれ±Ｙ方向および±Ｘ方向に向いている。そして、ファイバ保持部材２９の±Ｙ方向の両側面にはＹ方向駆動用の一対の圧電素子２８ａ、２８ｃが固定され、±Ｘ方向の両側面にはＸ方向駆動用の一対の圧電素子２８ｂ、２８ｄが固定される。

各圧電素子２８ａ〜２８ｄは、制御装置本体３０のアクチュエータドライバ３８からの配線ケーブル１３が接続されており、アクチュエータドライバ３８によって電圧が印加されることによって駆動される。

Ｘ方向の圧電素子２８ｂと２８ｄとは、例えば、電圧の印加方向に対する伸縮方向が同じ圧電素子とし、常に正負が反対で大きさの等しい電圧を印加することができる。ファイバ保持部材２９を挟んで対向配置された圧電素子２８ｂ、２８ｄが、互いに一方が伸びるとき他方が縮むことによって、ファイバ保持部材２９に撓みを生じさせ、これを繰り返すことによりＸ方向の振動を生ぜしめる。Ｙ方向の振動についても同様である。

アクチュエータドライバ３８は、Ｘ方向駆動用の圧電素子２８ｂ、２８ｄとＹ方向駆動用の圧電素子２８ａ、２８ｃとに、同一の周波数の振動電圧を印加し、あるいは、異なる周波数の振動電圧を印加し、振動駆動させることができる。Ｙ方向駆動用の圧電素子２８ａ、２８ｃとＸ方向駆動用の圧電素子２８ｂ、２８ｄとをそれぞれ振動駆動させると、図３、図４に示した送光ファイバ１１の揺動部１１ｂが振動し、先端部１１ｃが偏向するので、先端部１１ｃから出射されるレーザ光は対象物１００の表面を所定走査経路に沿って順次走査する。

本実施の形態では、上記振動駆動機構により、対象物１００上をらせん状の走査経路に従って走査を行う。各走査において、Ｘ方向駆動用の圧電素子２８ｂ、２８ｄに、振幅を０から所定の最大値まで拡大しながら所定の周期で振動をする振動電圧を印加する。これによって、送光ファイバ１１の先端部は、Ｘ方向に図５に実線で示すような振動波形で振動する。なお、図５においてファイバの振動波形の振幅（図５において破線で示される包絡線グラフの＋側の値に等しい）を、走査振幅Ａと呼ぶ。また、Ｘ方向駆動用の圧電素子２８ｂ，２８ｄへの振動電圧の印加と同時に、Ｙ方向駆動用の圧電素子２８ａ、２８ｃには、周期と振幅が圧電素子２８ｂ，２８ｄを駆動する振動電圧と同じで、位相を９０°ずらした電圧を印加する。そして、振幅が最大値になると圧電素子２８ａ〜２８ｄへの電圧の印加が停止され、あるいは、振幅を減少させるように制御された電圧を印加して、送光ファイバ１１の先端部１１ｃの振幅が、急激に減衰される。このようにして、送光ファイバ１１は、らせん状の走査経路を繰り返し走査する。この走査の周期を走査周期Ｔ_Sとする。

また、制御部３１は、アクチュエータドライバ３８による送光ファイバ１１の先端部１１ｃの駆動と同期して、発光制御部３２を介してレーザ３３Ｒ，３３Ｇ，３３Ｂの発光を制御する。レーザ３３Ｒ，３３Ｇ，３３Ｂは、振幅拡大中は発光し、振幅が最大値になった後、減衰中は消灯するように制御される。このように、送光ファイバ１１の先端部１１ｃを駆動することによって、先端部１１ｃから射出された照明光は、図６に実線で示すように対象物１００上をらせん状の走査経路で走査する。なお、図５において波線は、減衰中の走査経路を示す。また、図６は走査のイメージを示すものであって、実際には対象物上の走査経路はより密に配置される。

つぎに、図７及び図８を参照しつつ、光量検出部１５についてさらに詳しく説明する。図７は、光量検出部１５の概略構成を示している。図８は、光量検出部１５及び制御部３１の動作を説明するための図である。光量検出部１５は、光学フィルタ７０Ｒ、７０Ｇ、７０Ｂと、モニタ用光検出器７１Ｒ、７１Ｇ、７１Ｂと、電流／電圧変換器７２Ｒ、７２Ｇ、７２Ｂと、補正部７３Ｒ、７３Ｇ、７３Ｂと、合算器７４と、積分器７５と、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換器７６とを、有している。

光学フィルタ７０Ｒ、７０Ｇ、７０Ｂは、図８（ａ）に示すような、光源３３の発光周期Ｔ_E毎にモニタファイバ１４から順次入力されるＲ、Ｇ、Ｂの光を、色毎に分光し、分光されたＲ、Ｇ、Ｂの光を、それぞれＲ、Ｇ、Ｂの色毎に設けられたモニタ用光検出器７１Ｒ、７１Ｇ、７１Ｂに出力する。なお、本実施の形態では光源３３からの光の出力は、走査周期Ｔ_S内で時間的に変化させるので、光量検出部１５に入力される入力光も時間とともに変化するが、図８（ａ）では説明のために、入力光を光量が一定のパルス列として図示している。

モニタ用光検出器７１Ｒ、７１Ｇ、７１Ｂは、それぞれ光学フィルタ７０Ｒ、７０Ｇ、７０Ｂからの光を検出して、検出結果（電流信号）を、Ｒ、Ｇ、Ｂの色毎に設けられた電流／電圧変換器７２Ｒ、７２Ｇ、７２Ｂに出力する。

電流／電圧変換器７２Ｒ、７２Ｇ、７２Ｂは、モニタ用光検出器７１Ｒ、７１Ｇ、７１Ｂからの検出結果（電流信号）を、それぞれ電圧信号に変換して、Ｒ、Ｇ、Ｂの色毎に設けられた補正部７３Ｒ、７３Ｇ、７３Ｂに出力する。

補正部７３Ｒ、７３Ｇ、７３Ｂは、それぞれ、モニタ用光検出器７１Ｒ、７１Ｇ、７１Ｂから電流／電圧変換器７２Ｒ、７２Ｇ、７２Ｂを介して得た、Ｒ、Ｇ、Ｂの光の検出信号（電圧信号）を、それぞれの光の波長（色）に応じて補正して、合算器７４に出力する。
一般的に、モニタ用光検出器７１Ｒ、７１Ｇ、７１Ｂ等の光検出器には、その受光感度に波長依存性がある。このことを考慮して、補正部７３Ｒ、７３Ｇ、７３Ｂでは、モニタ用光検出器７１Ｒ、７１Ｇ、７１Ｂへの同じ光量の入力に対して、同じ電圧信号が得られるように、モニタ用光検出器７１Ｒ、７１Ｇ、７１Ｂから電流／電圧変換器７２Ｒ、７２Ｇ、７２Ｂを介して得たＲ、Ｇ、Ｂの光の検出信号（電圧信号）を、色毎に補正する。
例えば、Ｒ、Ｂにそれぞれ対応するモニタ用光検出器７１Ｒ、７１Ｂが、それぞれ光量１ｍＷのＲ、Ｂの入力光に基づいて２００μＡの電流信号を出力し、Ｇに対応するモニタ用光検出器７１Ｇが、光量１ｍＷのＧの入力光に基づいて１００μＡの電流信号を出力する場合、Ｒ、Ｇ、Ｂにそれぞれ対応するモニタ用光検出器７１Ｒ、７１Ｇ、７１Ｂの受光感度は、２：１：２の比率関係にあるといえる。この場合、Ｒ、Ｇ、Ｂにそれぞれ対応する補正部７３Ｒ、７３Ｇ、７３Ｂは、それぞれ、モニタ用光検出器７１Ｒ、７１Ｇ、７１Ｂから電流／電圧変換器７２Ｒ、７２Ｇ、７２Ｂを介して入力された電圧信号を、それぞれ１倍、２倍、１倍にする（すなわち、Ｇに対応する補正部７３Ｇのみが、入力された電圧信号を２倍にする）ことによって、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色について、同じ光量の入力に対して同じ電圧信号を得るようにする。
補正部７３Ｒ、７３Ｇ、７３Ｂを設けることによって、光源３３からの光の光量を、より正確に検出できる。

合算器７４は、Ｒ、Ｇ、Ｂにそれぞれ対応する補正部７３Ｒ、７３Ｇ、７３Ｂにより補正された、各色の光の検出信号（電圧信号）どうしを、合算して、その合算結果を、積分器７５に出力する。

積分器７５には、制御部３１から、所定のリセット間隔Ｔ_R（例えば0.001秒）毎に、リセットタイミングが通知される。図８（ｂ）に示すように、積分器７５は、リセットタイミングになると、補正部７３Ｒ、７３Ｂ、７３Ｇから合算器７４を介して入力される、光の検出信号の積分を開始し、次回のリセットタイミングになったときに、直前のリセット間隔Ｔ_Rにわたる積分の結果を、光源３３からの光の光量として、Ａ／Ｄ変換器７６に出力する。

Ａ／Ｄ変換器７６は、積分器７５からの積分結果をＡ／Ｄ変換によりデジタルデータに変換し、該デジタルデータを、光源３３からの光の光量として、制御部３１に通知する。

制御部３１は、リセット間隔Ｔ_R毎に、直前の所定積算期間Ｔ_A（例えば0.25秒）にわたる、光量検出部１５により検出される光源３３からの光の光量の積算値Ｉ（以下、単に「光量の積算値Ｉ」ともいう。）を求める。すなわち、図８（ｃ）に示すように、リセット間隔Ｔ_R毎に、積算開始の基点が、リセット間隔Ｔ_R分シフトする（移動積算）。なお、所定積算期間Ｔ_Aは、走査周期Ｔ_Sよりも長く、リセット間隔Ｔ_Rは、走査周期Ｔ_Sよりも短く設定される（Ｔ_A＞Ｔ_S＞Ｔ_R）。図８（ｄ）は、制御部３１によって求められる、光量の積算値Ｉを示している。

次に、図９は、本実施の形態に係る光走査型内視鏡装置の動作の一例を説明するための図であり、図９（ａ）は、送光ファイバの走査振幅Ａの時間変化を示し、図９（ｂ）は光源３３からの光の出力変化を示し、図９（ｃ）は光量検出部１５によって検出される光量の所定期間にわたる積算値Ｉの変化を示している。また、図１０は、図９に示すグラフの一部の期間Ｔ_Xにおける制御部３１の動作の一例を説明する図である。

図９（ａ）に示すように、送光ファイバ１１の走査振幅Ａは、走査周期Ｔ_Sの期間中に、０から徐々に拡大し最大値となる。この間に、対象物１００はらせん状の走査の中央部から最外周までの1フレーム走査が実行される。その後、走査振幅Ａは０へ急速に減衰する。図９（ｂ）はらせん状の走査による走査周期Ｔ_S（例えば、0.033秒）ごと繰り返される光源３３からの光の出力Ｐの時間変化を示している。図９（ｂ）には走査周期Ｔ_Sに対応して、グラフの波形の下に説明のための番号（１〜ｎ＋３）を付している。ここで、光源３３からの光の出力Ｐの時間変化は、1フレーム走査の期間中、走査振幅Ａの拡大とともに、０から最大値Ｐ_MAXへ徐々に大きくなり、これに続く休止期間中は出力Ｐを０とするパターンを走査周期Ｔ_Sごとに繰り返している。このような、走査周期Ｔ_Sごとに繰り返す光源３３の出力の時間変化のパターンを、出力変化パターンと呼ぶ。ここで、「出力変化パターン」は、出力変化の波形の形状（出力の増加、減少の態様）のみを規定するものとし、出力変化の振れ幅の大きさまでは含んでいない。一方、本願で「出力変化」は、出力の大きさの時間変化を意味するものとする。光源３３の出力変化の振れ幅、あるいは、出力の最小値が０の時の出力の最大値Ｐ_MAXは、制御部３１により制御される。すなわち、制御部３１は、光源３３からの光の出力として、同じ出力変化パターンをとりながら、その波形の振れ幅である最大値Ｐ_MAXを制御する。

図９（ｂ）の出力変化パターンは、らせん状の走査経路の中心部から周辺を走査するに従って光源３３の出力を増加させるものである。らせん状の走査経路により走査を行う場合は、走査の中心部と比較して、周辺部では照明光が斜めから照射されるため、対象物１００から得られる反射光や散乱光の強度が小さくなる傾向がある。したがって、対象物１００上の走査範囲の全体に渡って均等な光量の光を検出するためには、周辺部での光源３３からの光量を高めた図９（ｂ）の出力変化パターンが望ましい。

一方、繰り返し走査を行っているとき、光源３３の出力変化における上限値Ｐ_MAXは、光量の積算値Ｉが許容限界値Ｉ_Lを超えない範囲で、なるべく高い値に設定される。しかし、図９（ｃ）に一例を示すように、光源３３からの光の光量の所定期間に渡る積算値Ｉは、時間とともに室温の変化等の要因によって変動する場合がある。

ここで、制御部３１は、所定積算期間Ｔ_Aにわたる、光量検出部１５により検出される光量の積算値Ｉの、第１の制御閾値Ｉ_t1を、有している。この第１の制御閾値Ｉ_t1は、光量の積算値Ｉが超えてはならないとされる所定の許容限界値Ｉ_L（基準値）よりも、低い値に設定されている。許容限界値Ｉ_Lは、ＪＩＳ規格等の基準で許容される所定期間あたりの光量の積算値Ｉの上限値である。本実施形態において、制御部３１は、リセット間隔Ｔ_R毎に、光量の積算値Ｉと第１の制御閾値Ｉ_t1とを比較し、その比較結果に基づいて、各走査周期Ｔ_Sの光源３３の出力を制御する。

図１０は、光源３３が図９（ｂ）に示す出力変化パターンで光を出力する場合の、図９に示す期間Ｔ_Xにおける、光量検出部１５および制御部３１の動作を説明するための図である。期間Ｔ_Xは、説明のため一例として選択したものである。図１０（ａ）は、図８（ａ）に示す入力光と同様に光量検出部１５により検出される入力光を示す。この場合、１フレーム走査中の時間の経過とともに、入力光の強度が増加している。図１０（ｂ）は、図８（ｂ）と同様にリセット間隔Ｔ_R毎に出力される光源３３からの光量の積分出力である。リセット間隔毎の光量の積分出力も、入力光の増大とともに増大している。また、図１０（ｃ）は、図８（ｃ）と同じく所定の積算期間Ｔ_Aを示している。さらに、図１０（ｄ）は、図８（ｄ）と同様に制御部３１によって求められる光量の積算値Ｉを示している。ここで、光量の積算値Ｉは、リセット間隔Ｔ_Rごとに時間的に離散的に得られている。光量の積算値Ｉは、積算期間Ｔ_A（例えば、0.25秒）の間の積算値であるのに対して、走査周期Ｔ_S（例えば、0.033秒）は、十分短い。このため、走査周期Ｔ_S毎に光源３３が同じ出力変化パターンで、且つ、一定の出力の最大値Ｐ_MAX迄の範囲で発光を繰り返している場合は、光量の積算値Ｉは、平均化されあまり大きく変動しない。

これに対して、図９（ｂ）に示すように時間の経過とともに、出力変化パターンにおける出力の最大値Ｐ_MAXが上昇し、その結果光量の積算値Ｉも図９（ｃ）、図１０（ｄ）に示すように第１の制御閾値Ｉ_t1を超えて上昇する場合がある。なお、図９は時間のスケールが図１０より大きいので、図１０（ｄ）ではリセット間隔Ｔ_Rごとに間欠的に得られる光量の積算値Ｉを、図９（ｃ）では連続した曲線で図示している。図９（ｃ）に示すように、例えば、ｎ番目の走査周期Ｔ_S中において、制御部３１が、光量の積算値Ｉが第１の制御閾値Ｉ_t1を超えていると判断した場合には、次のｎ＋１番目以降の走査周期Ｔ_Sの出力変化パターンによる走査において、光源３３の出力の最大値Ｐ_MAXを下げて、光源３３からの光の出力を抑制する。制御部３１による光源３３の出力変化の最大値Ｐ_MAXの抑制は、光量の積算値Ｉが許容限界値Ｉ_Lを超えないように実行する。

すなわち、制御部３１は、走査手段による各走査周期中に、所定の出力変化パターンに従って光を出力するように、光源３３を制御し、且つ、光量検出部１５によって検出される光量の所定期間にわたる積算値Ｉを逐次算出し、この光量の積算値Ｉが所定の許容限界値Ｉ_Lを超えないように出力変化パターンによる光源の出力変化の最大値Ｐ_MAXを制御する。そのため、制御部３１は、光量の積算値Ｉが許容限界値Ｉ_Lより低い値に設定した第１の制御閾値Ｉ_t1を超えた場合は、出力変化パターンにおける光源３３の出力の上限値Ｐ_MAXを下げるように光源３３を制御している。

また、制御部３１は、光源３３の出力変化の最大値Ｐ_ＭＡＸをいったん下げた後、上記光量の積算値Ｉが第２の制御閾値Ｉ_ｔ２を下回った場合には、以降の走査周期Ｔ_Ｓにおける出力変化パターンによる光源３３の出力変化の最大値Ｐ_ＭＡＸを上げて、光量の積算値Ｉを増加させるようにする。例えば、図９（ｃ）においては、光量の積算値Ｉがｎ＋２番目の走査周期Ｔ_Ｓ中に第２の制御閾値Ｉ_ｔ２を下回ったので、ｎ＋３番目の走査周期Ｔ_Ｓにおいて光源３３の出力変化の最大値Ｐ_ＭＡＸを増加させている。このようにして、光量の積算値Ｉの変動を一定の範囲内にすることができる。例えば、第１の制御閾値Ｉ_ｔ１を許容限界値Ｉ_Ｌの９５％とし、第２の制御閾値Ｉ_ｔ２を許容限界値Ｉ _Ｌ の９０％とすることによって、常時許容限界値Ｉ_Ｌの９０％以上を対象物１００に照射して観察することが可能になる。第１の制御閾値Ｉ_ｔ１および第２の制御閾値Ｉ_ｔ２の許容限界値Ｉ_Ｌに対する比率は、出力変化パターンや積分期間Ｔ_Ａと走査周期Ｔ_Ｓとの長さの割合等を考慮して定められる。

本実施の形態によれば、光量検出部１５を設けて、制御部３１が光源３３の光量を監視し、光量の所定期間にわたる積算値Ｉを逐次算出し、光量の積算値Ｉがレーザ安全のための規格等で定められる許容限界値Ｉ_Lを超えないように、出力変化パターンによる光源３３の出力変化の最大値Ｐ_MAXを制御するようにしたので、所定期間内に照射される光源３３からの光量の積算値Ｉを許容限界値Ｉ_L未満に制限することができる。さらに、光源３３の出力変化の最大値Ｐ_MAXを、光量の積算値Ｉを基に設定しているので、許容限界値Ｉ_L内で許容される光源３３の光量を有効に用いて観察をすることができる光走査型内視鏡装置１０を提供することができる。さらに、第１の制御閾値Ｉ_t1および第２の制御閾値Ｉ_t2を設け、制御部３１の制御により、光量の積算値Ｉが、第１の制御閾値Ｉ_t1を超えた場合は、光源３３の出力変化の最大値を下げ、第２の制御閾値Ｉ_t2を下回った場合は、光源３３の出力変化の最大値を上げるようにしたので、所望の範囲内に光量の積算値Ｉを収めることが容易である。

なお、本実施の形態では、らせん状の走査経路の周辺部の光量を多くする出力変化パターンを採用したが、他の出力変化パターンを採用することも可能である。図１１は、光源の出力変化パターンの変形例を示す図であり、図１１（ａ）はらせん状の走査経路の中央部を走査するときは、周辺部を走査するときよりも光源３３の出力を高くする出力変化パターン、図１１（ｂ）は特定の領域での出力を高くする出力変化パターン、図１１（ｃ）は特定の波長の光を他の波長の光よりも光源からの出力を多くする出力変化パターンである。以下に、それぞれの出力変化パターンについて説明する。

まず、図１１（ａ）は、らせん状の走査経路を用いて、管状の対象物１００の内側で長手方向に向かって対象物１００を観察する場合に好適な出力変化パターンである。この場合、走査経路の周辺部ほど対象物に近く、走査経路の中央部では対象物１００が遠いかあるいは対象物１００まで照明光が届かない。したがって、図１１（ａ）に示すような出力変化パターンで光源３３から光を出力することによって、走査範囲全体に渡ってより均等な明るさの画像を得ることができる。

また、図１１（ｂ）は、対象物１００上の所定の領域上を走査する時は、所定の領域以外の領域を走査する時よりも光源３３の出力を高くする出力変化パターンである。図１１（ｂ）は、例えば、ラスター走査における低速走査方向の走査経路であり、この低速走査方向の所定の領域を走査する時に、光源３３の出力を高く設定する。また、高速走査方向の走査と組み合わせて、対象物１００上の所定の領域上を走査するときに、光源３３の出力を高くすることもできる。この所定の領域は、例えば、光走査型内視鏡装置１０の使用者が、ディスプレイ４０に表示された画像を確認しながら、入力部５０（入力手段）上で場所を設定することができる。このようにすることによって、観察中の対象物１００から、使用者が特に関心のある領域を特定し、より明りょうな画像を取得するようなことが可能になる。なお、入力部５０としてはマウスやキーボード、タッチパネル式のディスプレイなど種々の形態の装置を用いることができる。また、らせん状の走査経路により対象物１００上を走査する場合にも、所定の領域を走査するタイミングで光源３３の出力を高くすることが可能である。

さらに、図１１（ｃ）は、ＧとＢの色の光源３３の出力を高くし、Ｒの色の光を少なくした出力変化パターンである。このように、対象物１００の光学的な特性に応じて、光源３３の特定の色の光の出力を他の色の光の出力よりも高くしたり、低くしたりすることができる。例えば、生体の血管を観察する場合には、赤色の光量を減らした図１１（ｃ）の出力変化パターンが好ましい。また、Ｒの光を少なくしたことにより、光量の積算値の許容限界値Ｉ_Lの範囲内で、ＧおよびＢの光量を増加させることができるので、さらに明るい画像が得られる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、様々な変形例が可能である。例えば、光量検出部１５は、フォトダイオード（ＰＤ）として、光源３３と一体に構成してもよい。この場合、光量検出部１５は、結合器３４よりも上流側に配置されることとなる。

また、本発明はらせん状の走査経路による走査を行う場合やラスター形状の走査経路により走査をする場合に限られず、いわゆるリサージュ形状の走査経路を用いて走査を行う光走査型内視鏡装置にも適用することが可能である。また、種々の出力変化パターンと走査経路との組み合わせが可能である。

さらに、上記実施の形態では、制御部３１は予め定められた出力変化パターンに従って、光源３３の出力を制御していたが、制御部３１は、受光用光検出器３５により検出された信号を、ＡＤＣ３６または信号処理部３７を経由して取得し、この信号に依存して、出力変化パターンを決定しても良い。例えば、受光用光検出器３５により得られる光（反射光、散乱光等）の検出量が少ない領域を走査する時に、より光源３３の出力を高くする出力変化パターンを生成することができる。そのようにすることによって、対象物１００上のそのままでは暗く表示される領域を、明るく表示することが可能になる。

さらに、図７に示す例において、光量検出部１５は、Ｒ、Ｇ、Ｂの光にそれぞれ分光する光学フィルタ７０Ｒ、７０Ｇ、７０Ｂを備えていることにより、複数の色の光が同時に入力された場合や、光源３３を白色光源として構成した場合でも、補正部７３Ｒ、７３Ｇ、７３Ｂにおいて色毎に受光感度を考慮した補正ができ、ゆえに、光源３３からの光の光量を正確に求めることができる。

なお、Ｒ、Ｇ、Ｂの光が光量検出部１５に順次入力される場合において、光量検出部１５は、光学フィルタ及び合算器を有さずに、モニタ用光検出器、電流／電圧変換器、補正部、積分器、及びＡ／Ｄ変換器を１つずつ有する構成とした上で、Ｒ、Ｇ、Ｂの光が順次入力されるタイミングにて、補正部の処理内容を光の色に応じて切り換えるようにしてもよい。

また、補正部７３Ｒ、７３Ｇ、７３Ｂと合算器７４との間にレベル補正部（図示せず）を設けて、対象物への照射距離及び照射位置等に応じた信号のレベル補正を行うようにしてもよい。あるいは、図７に示す光量検出部１５において、補正部７３Ｒ，７３Ｇ，７３Ｂおよび合算部７４を設けず、Ｒ，Ｇ，Ｂの波長の光にそれぞれ対応して、積分器およびＡ／Ｄ変換器を合計３台ずつ設け、それぞれの電流／電圧変換器７２Ｒ，７２Ｇ，７２Ｂからの出力を、対応する積分器およびＡ／Ｄ変換器を介して制御部３１に入力するようにしても良い。この場合、補正部７３Ｒ，７３Ｇ，７３Ｂに代わって、制御部３１で光の波長に応じた信号の補正を行うようにすることができる。

送光ファイバ１１のアクチュエータ２１は、圧電素子を用いたものに限られず、例えば、送光ファイバ１１に固定した永久磁石とこれを駆動する偏向磁場発生用コイル（電磁コイル）とを用いたものでもよい。以下、このアクチュエータ２１の変形例について、図１２を参照して説明する。図１２（ａ）はスコープ２０の先端部２４の断面図、図１２（ｂ）は図１２（ａ）のアクチュエータ２１を拡大して示す斜視図であり、図１２（ｃ）は、図１２（ｂ）の偏向磁場発生用コイル６２ａ〜６２ｄおよび永久磁石６３を含む部分の送光ファイバ１１の軸に垂直な面による断面図である。

送光ファイバ１１の揺動部１１ｂの一部には、送光ファイバ１１の軸方向に着磁され貫通孔を有する永久磁石６３が、送光ファイバ１１が貫通孔を通った状態で結合されている。また、揺動部１１ｂを囲むように、一端部を取付環２６に固定された角型チューブ６１が設けられ、永久磁石６３の一方の極と対向する部分の角型チューブ６１の各側面には、平型の偏向磁場発生用コイル６２ａ〜６２ｄが設けられている。

Ｙ方向の偏向磁場発生用コイル６２ａと６２ｃのペアおよびＸ方向の偏向磁場発生用コイル６２ｂと６２ｄのペアは、角型チューブ６１のそれぞれ対向する面に配置され、偏向磁場発生用コイル６２ａの中心と偏向磁場発生用コイル６２ｃの中心を結ぶ線と、偏向磁場発生用コイル６２ｂの中心と偏向磁場発生用コイル６２ｄの中心を結ぶ線とは、静止時の送光ファイバ１１の配置される角型チューブ６１の中心軸線付近で直交する。これらのコイルは、配線ケーブル１３を介して制御装置本体３０のアクチュエータドライバ３８に接続され、アクチュエータドライバ３８からの駆動電流によって駆動される。

さらに、走査手段は、光ファイバの先端を振動させるものに限られない。例えば、光源３３から対象物に至る光路上にＭＥＭＳミラーなどの光走査素子を設けることも可能である。

１０ 光走査型内視鏡装置
１１ 送光ファイバ（走査手段）
１１ａ 固定端
１１ｂ 揺動部
１１ｃ 先端部
１２ 受光ファイバ
１３ 配線ケーブル
１４ モニタファイバ
１５ 光量検出部
２０ スコープ
２１ アクチュエータ（走査手段）
２２ 操作部
２３ 挿入部
２４ 先端部
２５ａ、２５ｂ 投影用レンズ
２６ 取付環
２８ａ〜２８ｄ 圧電素子
２９ ファイバ保持部材
３０ 制御装置本体
３１ 制御部
３２ 発光制御部
３３ 光源
３３Ｒ、３３Ｇ、３３Ｂ レーザ
３４ 結合器
３５ 受光用光検出器
３６ ＡＤＣ
３７ 信号処理部
３８ アクチュエータドライバ
４０ ディスプレイ
５０ 入力部
６１ 角型チューブ
６２ａ〜６２ｄ 偏向磁場発生用コイル
６３ 永久磁石
７０Ｒ、７０Ｇ、７０Ｂ 光学フィルタ
７１Ｒ、７１Ｇ、７１Ｂ モニタ用光検出器
７２Ｒ、７２Ｇ、７２Ｂ 電流／電圧変換器
７３Ｒ、７３Ｇ、７３Ｂ 補正部
７４ 合算器
７５ 積分器
７６ Ａ／Ｄ変換器
１００ 対象物
Ｔ_S 走査周期
Ｔ_E 発光周期
Ｔ_R リセット間隔
Ｔ_A 積算期間
Ｉ_L 許容限界値
Ｉ_t1 第１の制御閾値
Ｉ_t2 第２の制御閾値
Ａ 走査振幅
Ｐ 光源の出力
Ｉ 光量の積算値

Claims (11)

1. 光源からの光を対象物上で所定の走査周期により走査させる走査手段と、
   前記光源からの光の光量を検出する光量検出部と、
   前記光量検出部により検出される前記光量に基づいて前記光源の出力を制御する制御部と
   を備え、
   前記制御部は、前記走査手段による各前記走査周期中に、所定の出力変化パターンに従って光を出力するように、前記光源を制御し、且つ、前記光量検出部によって検出される前記光量の所定期間にわたる積算値を逐次算出し、該積算値が所定の基準値を超えないように前記出力変化パターンによる前記光源の出力変化の最大値を制御する、光走査型内視鏡装置。
2. 前記制御部は、前記積算値が前記基準値より低い値に設定した第１の制御閾値を超えた場合は、前記出力変化パターンによる前記光源の出力変化の最大値を下げるように前記光源を制御する、請求項１に記載の光走査型内視鏡装置。
3. 前記制御部は、前記対象物上の所定の領域上を走査する時は、前記所定の領域以外の領域を走査する時よりも前記光源の出力を高くする前記出力変化パターンに従って、前記光源を制御する、請求項１または２に記載の光走査型内視鏡装置。
4. 前記対象物上の前記所定の領域を設定する入力を受け付ける入力手段を備える前記請求項３に記載の光走査型内視鏡装置。
5. 前記走査手段は、前記光源からの光を、管状の前記対象物の内側で長手方向に向かってらせん状の走査経路で走査させ、
   前記制御部は、前記らせん状の走査経路の中央部を走査するときは、周辺部を走査するときよりも前記光源の出力を高くする前記出力変化パターンに従って、前記光源を制御する、請求項１または２に記載の光走査型内視鏡装置。
6. 前記走査手段は、前記光源からの光を、前記対象物に向かってらせん状の走査経路で走査させ、
   前記制御部は、前記らせん状の走査経路の周辺部を走査するときは、中央部を走査するときよりも前記光源の出力を高くする前記出力変化パターンに従って、前記光源を制御する、請求項１または２に記載の光走査型内視鏡装置。
7. 前記光源は複数の波長の光を射出することができ、
   前記制御部は、前記複数の波長の光のうちの特定の波長の光を他の波長の光よりも前記光源の出力を高くする前記出力変化パターンに従って、前記光源を制御する、請求項１または２に記載の光走査型内視鏡装置。
8. 前記光源からの光の走査により前記対象物から得られる光を検出する検出部を備え、
   前記制御部は、前記検出部からの信号に依存して決定される、前記出力変化パターンに従って、前記光源を制御する、請求項１または２に記載の光走査型内視鏡装置。
9. 前記基準値は、レーザ製品の安全基準に基づいて定められる、請求項１から８の何れか一項に記載の光走査型内視鏡装置。
10. 前記光源を備え、前記光量検出部は、前記光源と一体に構成されている請求項１から９の何れか一項に記載の光走査型内視鏡装置。
11. 前記制御部は、前記光量の前記積算値が前記第１の制御閾値よりも低い第２の制御閾値を下回った場合は、前記出力変化パターンによる前記光源の出力変化の最大値を上げるように前記光源を制御する、請求項２に記載の光走査型内視鏡装置。

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