JP6728236B2 - 光走査型内視鏡および光走査型内視鏡の作動方法 - Google Patents

Description

本発明は、光走査型内視鏡および光走査型内視鏡の作動方法に関するものである。

従来、レーザ光を被写体上において渦巻状の軌跡に沿って走査する光走査型内視鏡が知られている（例えば、特許文献１参照。）。光走査型内視鏡によって取得される画像内の像には、レーザ光の実際の照射位置が理想の照射位置から走査方向にずれることに起因して、走査方向の歪みが生じることが知られている。特許文献１では、被写体上におけるレーザ光のスポットの位置をＰＳＤ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）によって検出し、検出されたスポットの位置の理想の位置からのずれに基づいて、像の歪みを補正している。

特許第５１９０２６７号公報

しかしながら、レーザ光の個々のスポットの位置は、ＰＳＤの表面ガラスの多重反射や内視鏡のレンズ内の微小な欠陥等による光学的なアーティファクトの影響を受けやすい。したがって、特許文献１の方法では、像の歪みを正確に補正することができないという問題がある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、光学的なアーティファクトの影響を受けることなく、光の走査方向の像の歪みを正確に補正することができる光走査型内視鏡および光走査型内視鏡の作動方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の第１の態様は、光ファイバからの光が被写体に当たって前記被写体から発生した光を検出し、検出した前記光の強度と位置情報とから画像を形成する走査型内視鏡であって、光ファイバを振動させることによって前記光ファイバから前記同一の位相で射出される光を走査する光走査部と、前記光ファイバの振動の同一の位相において前記光が射出されるように前記光ファイバから前記光が射出されるタイミングを制御する制御部と、前記光ファイバから前記同一の位相で射出された光の、被写体上における照射位置の列の直線性を示す指標値が所定の閾値以下になるように、歪み補正量を調整する調整部と、該調整部によって調整された前記歪み補正量に比例する位相角を算出し、前記光が射出される前記位相を前記位相角だけシフト補正する位相補正部とを備える光走査型内視鏡である。

本発明によれば、光走査部によって、振動する光ファイバから同一位相において光が射出されることによって、被写体上における光の照射位置は一列に並ぶ。そして、照射位置検出部によって照射位置が検出されることによって、照射位置の列の形状が取得される。光が理想の照射位置に照射されているときには、照射位置の列は直線状となるが、光の実際の照射位置が理想の照射位置から光の走査方向にずれているときには、照射位置の列の形状は歪む。

位相補正部は、調整部によって調整された歪み補正量に基づく量だけ、光が射出される位相をシフトさせる。これにより、光の照射位置が走査方向に移動して理想の照射位置に近づき、照射位置の列の直線性が改善される。
このように、個々の照射位置ではなく、複数の照射位置の列の形状に基づいて調整された歪み補正量は、光学的なアーティファクトの影響を受け難い。したがって、このような歪み補正量を画像内の像の歪みの補正に用いることによって、光学的なアーティファクトの影響を受けることなく、像の歪みを補正することができる。

上記第１の態様においては、前記被写体上における前記光の照射位置を検出する照射位置検出部を備えていてもよい。
上記第１の態様においては、前記照射位置検出部が、前記被写体における２次元的な前記照射位置を検出する２次元光検出装置を備えていてもよい。
このようにすることで、簡単な構成で光の照射位置の列の形状を検出することができる。

上記第１の態様においては、前記制御部が、等位相間隔で前記光が射出されるように前記光ファイバから前記光が射出されるタイミングを制御してもよい。
このようにすることで、等しい角度で並ぶスポットの列を被写体上に形成することができる。

上記第１の態様においては、前記光走査部が、前記光ファイバの振動振幅を時間変化させ、前記位相補正部が算出する前記位相角は、前記走査の各周回数における前記光ファイバの振動振幅の時間変化量に比例する位相角であってもよい。
光の実際の照射位置の理想の照射位置からのずれ量は、光ファイバの振動振幅の時間変化量と相関する。したがって、振動振幅の時間変化量に基づいて算出された位相の補正量を用いて、照射位置のずれをさらに精度良く補正することができる。

本発明の第２の態様は、光ファイバからの光が被写体に当たって前記被写体から発生した光を検出し、検出した前記光の強度と位置情報とから画像を形成する走査型内視鏡の作動方法であって、振動する光ファイバから、該光ファイバの振動の同一の位相において光を射出する射出ステップと、被写体上における前記同一の位相で射出された前記光の照射位置の列の直線性を示す指標値が所定の閾値以下になるように、歪み補正量を調整する調整ステップと、該調整ステップによって調整された前記歪み補正量に比例する位相角を算出し、前記光ファイバから前記光が射出される位相を前記位相角だけシフト補正する補正ステップと、該補正ステップによって補正された位相で前記光が射出されるように、前記光ファイバから光が射出されるタイミングを制御する制御ステップとを含む光走査型内視鏡の作動方法である。

本発明によれば、光学的なアーティファクトの影響を受けることなく、光の走査方向の像の歪みを正確に補正することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る光走査型内視鏡の全体構成図である。 図１の光走査型内視鏡において、アクチュエータに供給されるＸ方向用駆動信号およびＹ方向用駆動信号の波形を示す図である。 第１のモードにおいて被写体上に形成されるレーザ光のスポットの列を示す図である。 スポットの列の直線性を表す指標値の一例を説明する図である。 スポットの列の直線性を表す指標値の他の例を説明する図である。 図１の光走査型内視鏡の第１のモードにおける動作を示すフローチャートである。 図１の光走査型内視鏡の第２のモードにおける動作を示すフローチャートである。

以下に、本発明の一実施形態に係る光走査型内視鏡１について図面を参照して説明する。
本実施形態に係る光走査型内視鏡１は、図１に示されるように、レーザ光Ｌを走査しながら被写体Ａに向かって射出する光走査部２と、該光走査部２を制御する制御部３と、被写体Ａ上におけるレーザ光Ｌのスポットの位置（照射位置）を検出する照射位置検出部４と、画像内の像の歪みを補正するための補正パラメータ（歪み補正量）Ｅを調整する調整部５と、補正パラメータＥに基づいてレーザ光Ｌの射出タイミングを補正する位相補正部６とを備えている。

さらに、光走査型内視鏡１は、被写体Ａからの観察光Ｌ’を検出して検出値Ｉｔを取得する光検出部７と、検出値Ｉｔを割り当てる画素の座標（Ｘ，Ｙ）を補正パラメータＥに基づいて算出する座標算出部８と、画像を形成する画像処理部９と、画像を表示するディスプレイ１０とを備えている。
符号１１は、体内に挿入される細長い挿入部を示し、符号１２は、挿入部１１の基端に接続された筐体を示している。

光走査型内視鏡１は、最適な補正パラメータＥを決定するための第１のモードと、補正パラメータＥに基づいて像の歪みが補正された画像を取得するための第２のモードとを有し、第１のモードおよび第２のモードのいずれかで作動する。第１のモードにおいては、光走査部２、制御部３、照射位置検出部４、調整部５および位相補正部６が機能する。第２のモードにおいては、光走査部２、制御部３、位相補正部６、光検出部７、座標算出部８および画像処理部９が機能する。

光走査部２は、筐体１２内に設られレーザ光Ｌを出力する光源１３と、挿入部１１内に設けられた照射用の光ファイバ１４およびアクチュエータ１５とを備えている。
光ファイバ１４は、挿入部１１内に長手方向に沿って配置されている。光ファイバ１４は、光源１３から供給されたレーザ光Ｌを導光し、先端から射出するようになっている。

アクチュエータ１５は、例えば、圧電素子を備える圧電アクチュエータであり、光ファイバ１４の先端部に取り付けられている。アクチュエータ１５は、制御部３から供給される駆動信号に従って光ファイバ１４の先端を該光ファイバ１４の径方向に振動させるようになっている。

制御部３は、光ファイバ１４の先端をＸ方向に振動させるためのＸ方向用の駆動信号Ｄｘ（ｔ）および光ファイバ１４の先端をＹ方向に振動させるためのＹ方向用の駆動信号Ｄｙ（ｔ）をアクチュエータ１５に供給する。Ｘ方向およびＹ方向は、光ファイバ１４の径方向であって、互いに直交する方向である。駆動信号Ｄｘ（ｔ），Ｄｙ（ｔ）は、以下のように表される。
Ｄｘ（ｔ）＝Ｍ（ｔ）×ｃｏｓ（２πｆｔ）
Ｄｙ（ｔ）＝Ｍ（ｔ）×ｓｉｎ（２πｆｔ）

図２は、駆動信号Ｄｘ（ｔ），Ｄｙ（ｔ）を示している。駆動信号Ｄｘ（ｔ）および駆動信号Ｄｙ（ｔ）は、下式（１）で表される略正弦波状の変調信号Ｍ（ｔ）によって振幅が変調されている。式（１）において、Ｎ_ＯＰＥＮは往路の周回数であり、Ｎ_{ＣＬＯＳＥ}は復路の周回数である。さらに、駆動信号Ｄｘ（ｔ）および駆動信号Ｄｙ（ｔ）の位相は、π／４だけ互いにずれている。なお、ここでは、往路では中心から外周に向かって、復路では外周から中心に向かって、それぞれスパイラル状の軌跡に沿って振動する場合を例示している。

このような駆動信号Ｄｘ（ｔ），Ｄｙ（ｔ）が同時にアクチュエータ１５に供給されることによって、光ファイバ１４の先端が、該光ファイバ１４の長手方向に直交する略平面内においてスパイラル状の軌跡に沿って振動する。これにより、挿入部１１の先端から射出されたレーザ光Ｌは、被写体Ａ上においてスパイラル状の走査軌跡Ｂに沿って走査されるようになっている。

さらに、制御部３は、第１のモードおよび第２のモードにおいて互いに異なる方式で光源１３を制御する。
第２のモードにおいて、制御部３は、連続的にレーザ光Ｌを出力するように光源１３を制御する。

第１のモードにおいて、制御部３は、まず、駆動信号Ｄｘ（ｔ）の位相θ（ｒａｄ）が０、π／２、πおよび３π／２のときにレーザ光Ｌを射出させるように、光源１３を制御する。その後、制御部３は、位相補正部６から補正位相θ＋Δθの情報（後述）を受信すると、駆動信号Ｄｘ（ｔ）の位相θが０＋Δθ、π／２＋Δθ、π＋Δθおよび３π／２＋Δθのときにレーザ光Ｌを射出させるように光源１３を制御する。制御部３は、位相補正部６から補正パラメータＥの調整完了を示す信号を受信したときに、第１のモードを終了する。

同一の位相θにおいて出力されたレーザ光Ｌは、走査軌跡Ｂにおいて同一の回転角における位置に照射される。したがって、被写体Ａ上において、同一の位相におけるレーザ光Ｌのスポットは、図３に示されるように、理想的には直線状に配列する。図３において、白丸は、駆動信号Ｄｘ（ｔ），Ｄｙ（ｔ）の振幅から理論的に算出されたレーザ光Ｌの理想的なスポットの位置を示している。

ただし、実際のレーザ光Ｌのスポットの位置は理想的な位置とは必ずしも一致せず、実際のスポットの列は直線状にならないことがある。図３において、黒丸は、実際のレーザ光Ｌのスポットの位置を示している。実際のスポットの位置は、理想の位置から走査方向にずれる。スポットの位置のずれは、駆動信号Ｄｘ（ｔ），Ｄｙ（ｔ）を変調しない（すなわち、駆動信号Ｄｘ（ｔ），Ｄｙ（ｔ）の振幅が一定である）ときには生じないことから、駆動信号Ｄｘ（ｔ），Ｄｙ（ｔ）の変調（すなわち、光ファイバ１４の先端の振動振幅の時間変化）に起因するものであると考えられる。

駆動信号Ｄｘ（ｔ），Ｄｙ（ｔ）の振幅の時間変化量は走査軌跡Ｂにおける周回数Ｎ（走査軌跡Ｂを同心円の集合とみなしたときの中心からの円の順番）によって異なるため、レーザ光Ｌのスポットの位置の理想の位置からのずれ量（走査軌跡Ｂの中心回りの回転角度）も、図３に示されるように、周回数Ｎによって異なる。その結果、スポットの列の形状が歪む。

照射位置検出部４は、被写体Ａ上のレーザ光Ｌのスポットの位置を２次元的に検出する。このような照射位置検出部４としては、例えば、ＣＣＤカメラやＰＳＤ等の２次元光検出装置が用いられ、スクリーン上のスポットの列の２次元画像が照射位置検出部４によって取得される。照射位置検出部４によって検出されたレーザ光Ｌのスポットの位置の情報は、調整部５に送信される。

調整部５は、下式（２）における補正パラメータＥを調整し、調整後の補正パラメータＥを位相補正部６に送信する。式（２）において、Δθ（ｔ）は位相角、ｆは駆動信号の周波数（駆動周波数）である。

位相角Δθ（ｔ）は、図３に示されるように、理想のスポットの位置から実際のスポットの位置までの円弧の中心角である。式（２）の右辺の分子は、変調信号Ｍ（ｔ）の時間変化量（変調信号Ｍ（ｔ）の時間微分）、すなわち光ファイバ１４の先端の振動振幅の時間変化量を表している。位相角Δθ（ｔ）は、周回数Ｎおよび光ファイバ１４の先端の振動振幅の時間変化量の関数であり、補正パラメータＥは、関数における係数である。

ここで、調整部５は、光検出部７からレーザ光Ｌのスポットの位置の情報を受信したときに、まず、スポットの列の直線性を表す指標値を算出し、指標値に基づいてスポットの列の直線性を評価する。調整部５は、指標値が所定の閾値εよりも大きい場合には、補正パラメータＥを調整する。一方、調整部５は、指標値が所定の閾値ε未満である場合には、それ以上の補正パラメータＥの調整は実行せずに、補正パラメータＥの調整が完了したことを示す信号を位相補正部６および制御部３に送信する。

指標値としては、例えば、図４に示されるように、角ＰＯＱの角度φが使用され、φ＜εである場合に、スポット列の形状が直線であると判断される。図４において、点Ｏは、同一の列内のスポット（同一の位相θで射出されたレーザ光Ｌのスポット）を結ぶ線を描いたときの２つの線の交点であり、点Ｐは、走査軌跡Ｂの最外周上のスポットの位置であり、点Ｑは、最外周の円の半径の半分の半径を有する円と一方の線との交点である。この場合、閾値εは、画像の１画素に相当する角度に設定される。
あるいは、指標値として、図５に示されるように、直線ＯＰと点Ｑとの距離ｄが使用され、ｄ＜εである場合に、スポット列の形状が直線であると判断される。この場合、閾値εは、画像の１画素に相当する距離に設定される。

第１のモードにおいて、位相補正部６は、調整部５から受信した補正パラメータＥを式（２）に代入することによって各周回数Ｎにおける位相角Δθ（補正量）を算出し、レーザ光Ｌが出力される位相θを位相角Δθだけシフトすることによって補正位相θ＋Δθを算出し、補正位相θ＋Δθの情報を制御部３に送信する。これにより、次に出力されるレーザ光Ｌの位相θが補正パラメータＥに応じたΔθだけシフトされ、Δθに相当する角度だけ、実際のスポットの位置が理想の位置に近づく。位相補正部６は、補正パラメータＥの調整完了を示す信号を調整部５から受信したときに、最後に調整部５から受信した補正パラメータＥの情報を保持する。

第２のモードにおいて、位相補正部６は、駆動信号Ｄｘ（ｔ），Ｄｙ（ｔ）の波形に基づいて、光検出部７による観察光Ｌ’の検出時刻ｔにおける光ファイバ１４の先端の振動の位相θｔを算出する。また、位相補正部６は、算出された位相θｔと、第１のモードにおいて最後に保持された補正パラメータＥとを用いて、式（２）から位相角Δθｔを算出する。位相補正部６は、位相角Δθｔの情報を座標算出部８に送信する。

なお、位相補正部６は、式（２）から位相角Δθを演算することに代えて、補正パラメータＥと式（２）から予め算出された位相角Δθとを対応付けたテーブルを記憶しておき、調整部５から受信した補正パラメータＥと対応する位相角Δθをテーブルから読み出してもよい。

光検出部７は、挿入部１１内に配置された受光用の光ファイバ１６の基端と接続されている。光ファイバ１６の先端は挿入部１１の先端面に配置されている。レーザ光Ｌの照射によって被写体Ａにおいて発生した観察光Ｌ’（例えば、レーザ光Ｌの反射光またはレーザ光Ｌによって励起された蛍光）は、光ファイバ１６の先端面において受光されて、光ファイバ１６によって光検出部７まで導光される。図１には光ファイバ１６が１本のみ図示されているが、複数本の光ファイバ１６が挿入部１１内に設けられていてもよい。光検出部７は、光ファイバ１６を介して受光した観察光Ｌ’を一定の時間間隔で検出し、検出した観察光Ｌ’の強度を示す検出値Ｉｔを画像処理部９に送信する。

座標算出部８は、検出時刻ｔにおけるレーザ光Ｌの走査軌跡Ｂ内の照射位置の座標（ｘ，ｙ）を、検出時刻ｔ、位相角Δθｔおよび駆動信号Ｄｘ（ｔ），Ｄｙ（ｔ）の振幅に基づいて演算する。ここで、座標算出部８は、検出時刻ｔにおける駆動信号Ｄｘ（ｔ），Ｄｙ（ｔ）の位相θｔではなく、位相θｔから位相角Δθだけシフトした位相θｔ＋Δθｔにおける駆動信号Ｄｘ（ｔ），Ｄｙ（ｔ）の振幅から座標（ｘ，ｙ）＝（Ｄｘ（θ＋Δθ），Ｄｙ（θ＋Δθ））を算出する。次に、座標算出部８は、照射位置の座標（ｘ，ｙ）から、画素の座標（Ｘ，Ｙ）を算出し、算出された画素の座標（Ｘ，Ｙ）を画像処理部９に送信する。

画像処理部９は、座標算出部８から受信した座標（Ｘ，Ｙ）の画素に、対応する検出時刻ｔに検出された観察光Ｌ’の検出値Ｉｔを割り当てることによって、画像を形成する。形成された画像はディスプレイ１０に送信されて、該ディスプレイ１０に表示される。

次に、このように構成された光走査型内視鏡１の作用について説明する。
本実施形態に係る光走査型内視鏡１を用いて被写体Ａの画像を取得するためには、まず、第１のモードで光走査型内視鏡１を作動させて最適な補正パラメータＥを得る。
具体的には、ユーザは、被写体Ａとして平坦なスクリーンを用意し、スクリーンが挿入部１１の長手方向に直交するように、挿入部１１の先端に対向配置する。次に、ユーザは、第１のモードで光走査型内視鏡１を作動させる。

第１のモードでの作動が開始されると、図６に示されるように、制御部３からアクチュエータ１５への駆動信号Ｄｘ（ｔ），Ｄｙ（ｔ）の供給が開始されることによって光ファイバ１４の先端が振動し（ステップＳＡ１）、駆動信号Ｄｘ（ｔ）の位相が０、π／２、πおよび３π／２のときにのみ、光源１３からレーザ光Ｌが出力される（射出ステップＳＡ２）。これにより、スクリーン上にレーザ光Ｌがスパイラル状の走査軌跡Ｂに沿って間欠的に照射され、直交する２軸方向に並んだスポットの列がスクリーン上に現れる。スクリーン上のスポットの位置は、照射位置検出部４によって検出され（照射位置検出ステップＳＡ３）、スポットの位置の情報が調整部５に送信される。

調整部５においては、スポットの位置に基づいてスポットの列の直線性を表す指標値を算出される（ステップＳＡ４）。指標値が所定の閾値ε未満である場合には（ステップＳＡ５のＹＥＳ）、現在の補正パラメータＥが位相補正部６に保持され（ステップＳＡ６）、第１のモードが終了する。

一方、指標値が所定の閾値ε以上である場合には（ステップＳＡ５のＮＯ）、調整部５において、続いて補正パラメータＥが調整される（調整ステップＳＡ７）。次に、位相補正部６において、調整された補正パラメータＥを用いて式（２）から、各周回数Ｎにおける位相角Δθが算出され（ステップＳＡ８）、位相角Δθだけ補正された補正位相θ＋Δθが算出される（補正ステップＳＡ９）。

次に、駆動信号Ｄｘ（ｔ）の位相が０＋Δθ、π／２＋Δθ、π＋Δθ、３π／２＋Δθのときにのみレーザ光Ｌが出力されるように、光源１３が制御部３によって制御される（制御ステップＳＡ２）。これにより、レーザ光Ｌのスポットの位置が、補正パラメータＥに応じた大きさの位相角Δθだけ走査軌跡Ｂの中心回りに移動する。

このように、周回数Ｎ毎に算出された位相角Δθだけレーザ光Ｌの各スポットの位置が移動することによって、スポットの列の直線性が改善される。したがって、次のステップＳＡ４において算出される指標値は、より小さい値となる。指標値が所定の閾値ε未満になるまで、ステップＳＡ２〜ＳＡ５，ＳＡ７〜ＳＡ９が繰り返される。

第１のモード終了後、ユーザは、挿入部１１を体内に挿入し、第２のモードで光走査型内視鏡１を作動させて体内の観察を行う。
第２のモードでの作動が開始されると、図７に示されるように、制御部３からアクチュエータ１５への駆動信号の供給が開始され（ステップＳＢ１）、光源１３からレーザ光Ｌが連続的に出力される（ステップＳＢ２）。これにより、被写体Ａの表面上にレーザ光Ｌがスパイラル状の走査軌跡Ｂに沿って連続的に照射され、レーザ光Ｌの照射位置において観察光Ｌ’が発生する。観察光Ｌ’は、光ファイバ１６によって受光され、光検出部７によって検出され（ステップＳＢ３）、観察光Ｌ’の検出値Ｉｔが画像処理部９に送信される。

次に、位相補正部６において、検出値Ｉｔの検出時刻ｔにおける駆動信号の位相θｔが算出され（ステップＳＢ４）、位相θｔとステップＳＡ６で保持された最適な補正パラメータＥを用いて式（２）から位相角Δθｔが算出される（ステップＳＢ５）。

次に、座標算出部８において、位相θｔから位相角Δθｔだけシフトした補正位相θｔ＋Δθｔ（ステップＳＢ６）における駆動信号Ｄｘ（ｔ），Ｄｙ（ｔ）の振幅（Ｄｘ（θ＋Δθ），Ｄｙ（θ＋Δθ））が、検出時刻ｔにおけるレーザ光Ｌの照射位置の座標（ｘ，ｙ）として算出され（ステップＳＢ７）、座標（ｘ，ｙ）から画素の座標（Ｘ，Ｙ）が算出される（ステップＳＢ８）。
次に、画像処理部９において、検出値Ｉｔが座標（Ｘ，Ｙ）の画素に割り当てられることによって、画像が形成される（ステップＳＢ９）。

このように、本実施形態によれば、レーザ光Ｌを同一の位相において出力させることによって、スクリーン上にレーザ光Ｌのスポットの列を形成し、スポットの列の直線性に基づいて、画像の歪みの補正に使用する補正パラメータＥを決定している。このように、個々のスポットの位置ではなく、複数のスポットの配列の形状に基づいて補正パラメータＥを決定することで、光学的なアーティファクトの影響を排除した補正パラメータＥを決定することができる。そして、最適化された補正パラメータＥを用いて、歪みを補正するための位相角Δθを算出することによって、レーザ光Ｌの走査方向の像の歪みが解消された画像を形成することができる。

さらに、各周回数Ｎにおける光ファイバ１４の先端の振動振幅の時間変化量に比例する位相角Δθを用いることによって、周回数Ｎ毎に異なるレーザ光Ｌの照射位置のずれを正確に補正し、像の歪みを正確に補正することができるという利点がある。

本実施形態においては、スクリーン上におけるスポットの列の像が拡大されるように、挿入部１１の先端からより離れた位置にスクリーンを配置してもよい。
このようにすることで、スポットの列の直線性の評価精度を向上し、画像の歪みの補正精度を向上することができる。

本実施形態においては、光源１３からレーザ光Ｌを出力させるタイミングは、スポットの列の直線性を評価することができる限りにおいて、変更してもよい。例えば、位相θ＝０のときにのみレーザ光Ｌを射出してもよい。あるいは、位相θの間隔を、π／２以外、例えばπ／６に設定してもよい。レーザ光Ｌが出力される位相θの間隔は、等間隔であることが好ましい。

レーザ光Ｌを出力する位相θの間隔を大きくした場合には、評価すべきスポットの列の数が少なくなるので、作業量を減らすことができる。一方、レーザ光Ｌを出力する位相θの間隔を小さくした場合には、レンズの部分的な偏差等を評価することができる。

本実施形態においては、周回数Ｎと位相角Δθとの関係を表す関数として式（２）を用いることとしたが、これに代えて、多項式を用いてもよい。多項式は、例えば、下式（３）を用いることができる。式（３）は、２πｆｔ／Ｎ＝αとしたときに、ｓｉｎα／（１−ｃｏｓα）をα＝π回りでテイラー展開した式である。多項式を用いることによって、内部メモリ量を低減することができる。
Δθ＝Ｅ｛π／２ − α／２ ＋ （π−α）^３／２４ ＋ （π−α）^５／２４０
＋ １７（π−α）^７／４０３２０ ＋ ３１（π−α）^９／７２５７６０ ＋ …
＋ ２２１９３０５８１（π−α）^１９／４８６５８０４０１６３５３２８０００｝
・・・（３）

さらに、複数の多項式を用意し、周回数Ｎに応じて多項式を使い分けてもよい。周回数Ｎが小さいときと大きいときとで、最適な関数Δθ（ｔ）は異なる。したがって、周回数Ｎに応じて多項式を使い分けることで、より正確な位相角Δθを算出することができる。

本実施形態においては、レーザ光Ｌをスパイラル走査することとしたが、これに代えて、リサージュ走査してもよい。
リサージュ走査においても、スパイラル走査のときと同様に、駆動信号の振幅変調に伴う歪みが発生する。したがって、上述した方法を用いて歪みを補正することができる。

本実施形態においては、光検出部７によって取得されたスポットの列の形状に基づいて調整部５が自動で補正パラメータＥを調整することとしたが、これに代えて、ユーザが補正パラメータＥを手動調整してもよい。
この場合、調整部５は、ユーザによって補正パラメータＥの値を入力することができるように構成される。例えば、調整部５は、ディスプレイ１０上に、キーボードを使用して補正パラメータＥの値を入力するためのグラフィックを表示するグラフィカルユーザインタフェースであってもよい。あるいは、調整部５は、回転角度に応じて補正パラメータＥを設定することができるダイヤルであってもよい。

本実施形態においては、駆動周波数ｆには、照射用の光ファイバ１４の共振周波数と等しい周波数または共振周波数の近傍の周波数が使用される。画像の歪みの発生の仕方は、以下のように、光ファイバ１４の共振周波数と駆動周波数ｆとの大小関係に応じて変化する。

駆動周波数ｆが共振周波数よりも低い場合、一定の振幅で光ファイバ１４を振動させたときには、駆動信号の位相と光ファイバ１４の振動の位相は同一となる。光ファイバ１４の振動振幅を変調したときには、往路では駆動信号の位相に対して光ファイバ１４の振動の位相が遅れ、復路では駆動信号の位相に対して光ファイバ１４の振動の位相が進む。駆動周波数ｆが共振周波数に近づく程、位相の遅れおよび進みは大きくなる。

駆動周波数ｆが共振周波数よりも高い場合、一定の振幅で光ファイバ１４を振動させたときには、駆動信号の位相に対して光ファイバ１４の振動の位相がπだけ遅延する。光ファイバ１４の振動振幅を変調したときには、往路では駆動信号の位相に対して光ファイバ１４の振動の位相が進み、復路では駆動信号の位相に対して光ファイバ１４の振動の位相が遅れる。駆動周波数ｆが共振周波数に近づく程、位相の遅れおよび進みは大きくなる。

駆動周波数ｆが共振周波数と等しい場合、一定の振幅で光ファイバ１４を振動させたときには、駆動信号の位相に対して光ファイバ１４の振動の位相がπ／２だけ遅延する。光ファイバ１４の振動振幅を変調したときには、駆動信号の位相に対して光ファイバ１４の振動の位相が大きく変動しやすい。

１ 光走査型内視鏡
２ 光走査部
３ 制御部
４ 照射位置検出部
５ 調整部
６ 位相補正部
７ 光検出部
８ 座標算出部
９ 画像処理部
１０ ディスプレイ
１１ 挿入部
１２ 筐体
１３ 光源
１４，１６ 光ファイバ
１５ アクチュエータ
Ａ 被写体
Ｂ 走査軌跡

Claims (8)

1. 光ファイバからの光が被写体に当たって前記被写体から発生した光を検出し、検出した前記光の強度と位置情報とから画像を形成する光走査型内視鏡であって、
   光ファイバを振動させることによって前記光ファイバから射出される光を走査する光走査部と、
   前記光ファイバの振動の同一の位相において前記光が射出されるように前記光ファイバから前記光が射出されるタイミングを制御する制御部と、
   前記光ファイバから前記同一の位相で射出された光の、被写体上における照射位置の列の直線性を示す指標値が所定の閾値以下になるように、歪み補正量を調整する調整部と、
   該調整部によって調整された前記歪み補正量に比例する位相角を算出し、前記光が射出される前記位相を前記位相角だけシフト補正する位相補正部とを備える光走査型内視鏡。
2. 前記被写体上における前記光の照射位置を検出する照射位置検出部を備える請求項１に記載の光走査型内視鏡。
3. 前記照射位置検出部が、前記被写体における２次元的な前記照射位置を検出する２次元光検出装置を備える請求項２に記載の光走査型内視鏡。
4. 前記制御部が、等位相間隔で前記光が射出されるように前記光ファイバから前記光が射出されるタイミングを制御する請求項１から請求項３のいずれかに記載の光走査型内視鏡。
5. 前記光走査部が、前記光ファイバの振動振幅を時間変化させ、
   前記位相補正部が算出する前記位相角は、前記走査の各周回数における前記光ファイバの振動振幅の時間変化量に比例する位相角である請求項１から請求項４のいずれかに記載の光走査型内視鏡。
6. 前記制御部は、π／２ｒａｄの間隔をあけて前記光ファイバから前記光が射出されるように前記タイミングを制御し、
   前記指標値は、前記同一の位相で射出された前記光のスポットを結ぶ線を描いたときの２つの線の交点を点Ｏとし、前記光の走査の軌跡の最外周上のスポットの位置を点Ｐとし、前記軌跡の最外周の円の半径の半分の半径を有する円と前記２つの線の一方との交点を点Ｑとした際の、角ＰＯＱの角度である請求項１に記載の光走査型内視鏡。
7. 前記制御部は、π／２ｒａｄの間隔をあけて前記光ファイバから前記光が射出されるように前記タイミングを制御し、
   前記指標値は、前記同一の位相で射出された前記光のスポットを結ぶ線を描いたときの２つの線の交点を点Ｏとし、前記光の走査の軌跡の最外周上のスポットの位置を点Ｐとし、前記軌跡の最外周の円の半径の半分の半径を有する円と前記２つの線の一方との交点を点Ｑとした際の、直線ＯＰと点Ｑとの距離である請求項１に記載の光走査型内視鏡。
8. 光ファイバからの光が被写体に当たって前記被写体から発生した光を検出し、検出した前記光の強度と位置情報とから画像を形成する光走査型内視鏡の作動方法であって、
   振動する光ファイバから、該光ファイバの振動の同一の位相において光を射出する射出ステップと、
   被写体上における前記同一の位相で射出された前記光の照射位置の列の直線性を示す指標値が所定の閾値以下になるように、歪み補正量を調整する調整ステップと、
   該調整ステップによって調整された前記歪み補正量に比例する位相角を算出し、前記光ファイバから前記光が射出される位相を前記位相角だけシフト補正する補正ステップと、
   該補正ステップによって補正された位相で前記光が射出されるように、前記光ファイバから光が射出されるタイミングを制御する制御ステップとを含む光走査型内視鏡の作動方法。

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