JP6860693B2 - 光走査型観察装置および光走査型観察装置の作動方法 - Google Patents
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Description
本発明の一態様は、照明光を出力する光源部と、前記照明光を走査する光走査部と、被写体における前記照明光の各走査位置において前記照明光の照射によって発生した信号光を検出し、該信号光の強度に基づく光検出信号を生成して出力する光検出部と、該光検出部に電力を供給する電源部と、前記光検出部によって検出された前記信号光の強度が、前記電源部の電流容量を基準にして設定された所定の許容閾値以上であるか否かを、前記光検出信号が前記光検出部から出力される度に判定する判定部と、前記信号光の強度が前記所定の許容閾値以上であると前記判定部によって判定されたときに、前記照明光の光量および前記電源部から前記光検出部に供給される電力の少なくとも一方を抑制する制御部とを備える光走査型観察装置である。
光検出部に供給される電圧が高くなる程、光検出部が生成する光検出信号のレベルは大きくなり、光検出部が電源部から引き込む電流も大きくなる。したがって、光検出部に接続される電源部を第1電源部から第2電源部に切り替えることで、光検出信号のレベルを低減させることができる。
このように、光検出部が電流を電源部から引き込んだときに光検出部に流れる電流を電流抑制部によって抑制することで、光検出信号のレベルを低減させることができる。
また、上記態様においては、前記信号光の強度に基づく画素値を有する画像を生成する画像生成部を備え、前記制御部は、前記光検出信号に基づいた前記画素値を前記画像生成部に出力し、前記照明光の光量および前記電源部から前記光検出部に供給される電力の少なくとも一方が前記制御部によって抑制されているときには、飽和した前記画素値を前記画像生成部に出力してもよい。
このようにすることで、画像生成部によって生成される画像内において、強い信号光が発生している領域は画素値が飽和した領域として表わされる。したがって、強い信号光が発生している領域を観察者が認識することができる。
本他の態様においては、前記信号光の強度が前記所定の許容閾値以上であると判定されたときに、飽和した画素値を有する画像を生成してもよい。
本発明の第1の実施形態に係る光走査型観察装置100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観察装置100は、図1に示されるように、体内や航空機のエンジン部分等の観察対象に挿入される長尺のスコープ1と、スコープ1の基端に接続された筐体2とを備える光走査型内視鏡装置である。筐体2には、筐体2内で生成された画像を表示するディスプレイ20が接続されている。
スコープ1内には、光源部3からスコープ1の先端部までレーザ光を導光する照明用の光ファイバ10が長手方向に沿って配置されている。光源部3から光ファイバ10に供給されたレーザ光は、光ファイバ10の先端からスコープ1の先端と対向する被写体Aに向かって射出され、被写体Aにスポット状に照射される。
光走査部4は、ガルバノミラーやMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)ミラーを用いてレーザ光を走査してもよい。
光検出信号を増幅する増幅回路が、光検出部5の内部、または、光検出部5と判定部7との間に設けられていてもよい。
電源部6は、出力電流の大きさの正常範囲と、正常範囲の上限である電流容量よりも大きい出力限界とを有する。
また、光検出信号は、判定部7を介さずに光検出部5から制御部8に直接入力されてもよい。この場合には、判定部7から制御部8への出力は、判定結果のみとなる。
具体的には、制御部8は、被写体Aにおいてレーザ光の拡散反射光が発生している通常時には、所定の初期光量レベルの光量のレーザ光を出力させるように光源部3を制御する。所定の初期光量レベルは、拡散反射光の光検出信号のレベルが飽和レベル未満となるような光量レベルである。光検出信号のレベルが飽和レベル以上であるとき画素値が飽和する。
レーザ光の光量を低光量レベルまで低下させた後、制御部8は、光検出信号のレベルが所定の第2の閾値以下であると判定部7によって判定されたときに、レーザ光の光量を初期光量レベルに戻すように光源部3を制御する。
あるいは、一定期間中のレーザ光の光量の時間積分が低下するように、一定期間中の一部期間においてのみ少なくとも1つのレーザ光を点灯させ、一定期間中のその他の期間においては全てのレーザ光を消灯させてもよい。この場合には、サンプリング信号に関わらず光検出部5から光検出信号が出力されないタイミングがあるので、判定部7は、間欠的に判定を実行する。
被写体Aにおいてレーザ光の拡散反射光が発生している通常時には、図2に示されるように、光検出信号は、画素値の最大値(飽和値)に相当する飽和レベルよりも小さくなり、光検出信号のレベルに応じた飽和値未満の画素値を有する通常の画像が生成される。一方、被写体Aにおいてレーザ光の鏡面反射光が発生しているときには、光検出信号は飽和レベル以上となり、飽和した画素値を有する画像が生成される。
判定部7において使用される所定の第2の閾値は、レーザ光の光量を低光量レベルから初期光量レベルに戻したと仮定したときに光検出信号のレベルが飽和レベルよりも小さくなるような、光検出信号のレベルである。具体的には、所定の第2の閾値は、下記の関係式に基づいて算出される。
初期光量レベル:飽和レベル未満の光検出信号のレベル=低光量レベル:所定の第2の閾値
制御部8は、光源部3から初期光量レベルのレーザ光の出力を開始させるとともに(ステップS1,S2)、光走査部4によるレーザ光の走査を開始させる(ステップS3)。これにより、被写体A上においてスポット状のレーザ光が走査され、レーザ光の照射位置で反射光が発生する。反射光は、スコープ1の先端面において光ファイバ11によって受光され、光ファイバ11によって光検出部5へ導光される。
レーザ光の光量を低光量レベルに低下させている間、制御部8は、光検出信号のデジタル値に関わらず、画素値として飽和値を生成する(ステップS9)。したがって、生成される画像において、レーザ光の光量低下中のレーザ光の照射位置は、画素値が飽和した領域となる。
また、画像内において、レーザ光の光量が低光量レベルに抑制されている期間に相当する領域の画素値を飽和させることで、強い鏡面反射光が発生している領域を飽和した画素値に基づいて観察者が容易に認識することができるという利点がある。
あるいは、電源部6の電流容量よりも光検出部5の電流の定格値の方が小さい場合には、所定の第1の閾値は、光検出部5の定格値であってもよい。この場合には、光検出部5に過度に負荷がかかることを防止することができる。
この場合、所定の第2の閾値は、レーザ光の光量を低光量レベルから初期光量レベルに戻したと仮定したときに画素値が飽和値未満となるような値である。ステップS10において、判定部7は、制御部8によって生成された画素値が所定の第2の閾値以下であるか否かを判定する。
このようにしても、鏡面反射光の発生後、レーザ光の光量を低光量レベルから初期光量レベルに戻すタイミングを適切に判断することができる。
上述したように、光検出部5が電源部6から引き込む電流の大きさは、光検出部5によって検出された反射光の強度に応じて決まる。したがって、電源部6の出力電流に基づいて、光検出部5によって検出された反射光の強度が所定の第1の閾値以上であるか否かを判定することができる。
このようにすることで、レーザ光の光量を低光量レベルに低下させている期間中も、レーザ光の光量が初期光量レベルである期間中と同様に、光検出信号のデジタル値を画素値として用いることができ、デジタル値を飽和値に変換する処理が不要になる。
次に、本発明の第2の実施形態に係る光走査型観察装置200について図面を参照して説明する。
本実施形態においては、第1の実施形態と異なる構成について説明し、第1の実施形態と共通する構成については同一の符号を付して説明を省略する。
本実施形態に係る光走査型観察装置200は、図4に示されるように、スコープ1、筐体2、光源部3、光走査部4、光検出部5、判定部7、制御部8、および画像生成部9に加えて、第1電源部61、第2電源部62および切替部12を備えている。
また、制御部8は、判定部7による判定結果に基づいて、切替部12の制御および画素値の生成を行う。
具体的には、制御部8は、通常時には、第1電源部61を光検出部5に接続させるように切替部12を制御する。その後、光検出信号が所定の第1の閾値以上であると判定部7によって判定されたときに、制御部8は、第2電源部62を光検出部5に接続させるように切替部12を制御する。第2電源部62を光検出部5に接続させた後、制御部8は、光検出信号が所定の第2の閾値以下になったときに、第1電源部61を再び光検出部5に接続させるように切替部12を制御する。
所定の第2の閾値は、光検出部5に供給する電圧を第2電圧から第1電圧に戻したと仮定したときに光検出信号のレベルが飽和レベルよりも小さくなるような、光検出信号のレベルである。具体的には、所定の第2の閾値は、下記の関係式に基づいて算出される。
第1電圧供給時の光検出部5の増倍率:飽和レベル未満の光検出信号のレベル
=第2電圧供給時の光検出部5の増倍率:所定の第2の閾値
制御部8は、切替部14を制御して第1電源部61を光検出部5に接続させ(ステップS21)、光源部3からレーザ光の出力を開始させるとともに(ステップS2)、光走査部4によるレーザ光の走査を開始させる(ステップS3)。続いて、制御部8は、光検出部5に所定のサンプリング周期で反射光を検出させ(ステップS4)、光検出信号をデジタル変換して画素値を得る(ステップS5)。また、ステップS4において光検出部5から光検出信号が出力される度に、光検出信号のレベルが所定の第1の閾値以上であるか否かが判定部7によって判定される(ステップS6)。
また、画像内において、光検出部5に供給される電圧が第2電圧に抑制されている期間に相当する領域の画素値を飽和させることで、強い鏡面反射光が発生している領域を飽和した画素値に基づいて観察者が容易に認識することができるという利点がある。
電流抑制部13は、電源部6の電流容量よりも小さい電流を流し、電源部6の電流容量以上の電流を流さないように構成されている。このような電流抑制部13は、例えば、トランジスタ、抵抗、およびオペアンプのいずれか、またはこれらの組み合わせを用いた回路から構成される。電流抑制部13は、電源部6の性能の個体差を考慮して電流容量の90%程度に電流を抑制してもよく、電源部6に負荷がかかることを防止するために電流容量の50%程度に電流を抑制してもよい。
あるいは、所定の第2の閾値は、光検出信号のレベルが飽和レベルよりも小さくなるような光検出信号のレベルであってもよい。
次に、本発明の第3の実施形態に係る光走査型観察装置について図面を参照して説明する。
本実施形態においては、第1および第2の実施形態と異なる構成について説明し、第1および第2の実施形態と共通する構成については同一の符号を付して説明を省略する。
本実施形態に係る光走査型観察装置の装置構成は、図6に示される光走査型観察装置201の装置構成と同一である。ただし、制御部8が、第1の実施形態における光源部3の制御と第2の実施形態における切替部14の制御の両方を実行する点において、第1および第2の実施形態と異なっている。
1 スコープ
2 筐体
3 光源部(光源)
4 光走査部(スキャナ)
5 光検出部(光センサ)
6 電源部(電源)
61 第1電源部(電源)
62 第2電源部(電源)
7 判定部(プロセッサ)
8 制御部(プロセッサ)
9 画像生成部(プロセッサ)
10,11 光ファイバ
12,14 切替部
13 電流抑制部
A 被写体
Claims (10)
- 照明光を出力する光源部と、
前記照明光を走査する光走査部と、
被写体における前記照明光の各走査位置において前記照明光の照射によって発生した信号光を検出し、該信号光の強度に基づく光検出信号を生成して出力する光検出部と、
該光検出部に電力を供給する電源部と、
前記光検出部によって検出された前記信号光の強度が、前記電源部の電流容量を基準にして設定された所定の許容閾値以上であるか否かを、前記光検出信号が前記光検出部から出力される度に判定する判定部と、
前記信号光の強度に基づく画素値を有する画像を生成する画像生成部と、を備え、
前記画像生成部が、前記信号光の強度が前記所定の許容閾値以上であると前記判定部によって判定された領域について該領域の画素値を飽和させた画像を生成する光走査型観察装置。 - 前記信号光の強度が前記所定の許容閾値以上であると前記判定部によって判定されたときに、前記照明光の光量および前記電源部から前光検出部に供給される電力の少なくとも一方を抑制する制御部をさらに備え、
前記画像生成部が、前記信号光の強度が前記所定の許容閾値以上であると前記判定部によって判定されたときに、前記照明光の光量および前記電源部から前記光検出部に供給される電力の少なくとも一方が前記制御部によって抑制されている期間に相当する領域の画素値を飽和させた画像を生成する請求項1に記載の光走査型観察装置。 - 前記電源部が、前記光検出部に択一的に接続される第1電源部および第2電源部を備え、
前記第1電源部が、第1電圧を前記光検出部に供給し、
前記第2電源部が、前記第1電圧よりも低い第2電圧を前記光検出部に供給し、
前記制御部は、前記判定部によって前記信号光の強度が前記所定の許容閾値以上であると判定されたときに、前記光検出部に接続される電源部を前記第1電源部から前記第2電源部に切り替える請求項2に記載の光走査型観察装置。 - 前記電源部から前記光検出部へ流れる電流を抑制する電流抑制部を備え、
前記制御部は、前記信号光の強度が前記所定の許容閾値以上であると前記判定部によって判定されたときに、前記電流抑制部によって前記電源部から前記光検出部へ供給される電流を抑制させる請求項2に記載の光走査型観察装置。 - 前記制御部は、前記光検出信号に基づいた前記画素値を前記画像生成部に出力し、前記照明光の光量および前記電源部から前記光検出部に供給される電力の少なくとも一方が前記制御部によって抑制されているときには、前記光検出信号の信号値にかかわらず、飽和した前記画素値を前記画像生成部に出力する請求項2から請求項4のいずれかに記載の光走査型観察装置。
- 前記判定部は、前記制御部によって前記照明光の光量および前記電源部から前記光検出部に供給される電力の少なくとも一方が抑制された後に、前記光検出部によって検出された前記信号光の強度が前記許容閾値よりも所定値だけ小さい第2の閾値以下であるか否かを判定し、
前記制御部は、前記判定部によって前記信号光の強度が前記第2の閾値以下であると判定されるまで、前記照明光の光量および前記電源部から前記光検出部に供給される電力の少なくとも一方を抑制する請求項2から請求項4のいずれかに記載の光走査型観察装置。 - 照明光を出力する光源と、
前記照明光を走査するスキャナと、
被写体における前記照明光の各走査位置において前記照明光の照射によって発生した信号光を検出し、該信号光の強度に基づく光検出信号を生成して出力する光センサと、
該光センサに電力を供給する電源と、
プロセッサとを備え、
該プロセッサが、
前記光センサによって検出された前記信号光の強度が、前記電源の電流容量を基準にして設定された所定の許容閾値以上であるか否かを、前記光検出信号が前記光センサから出力される度に判定し、
前記信号光の強度が前記所定の許容閾値以上であると判定された領域について該領域の画素値を飽和させた画像を生成する光走査型観察装置。 - 前記プロセッサが、前記信号光の強度が前記所定の許容閾値以上であると判定されたときに、前記照明光の光量および前記電源から前光センサに供給される電力の少なくとも一方を抑制し、前記照明光の光量および前記電源から前記光センサに供給される電力の少なくとも一方が抑制されている期間に相当する領域の画素値を飽和させた画像を生成する請求項7に記載の光走査型観察装置。
- 照明光を出力する光源部と、前記照明光を走査する光走査部と、被写体における前記照明光の各走査位置において前記照明光の照射によって発生した信号光を検出し、該信号光の強度に基づく光検出信号を生成して出力する光検出部と、該光検出部に電力を供給する電源部とを備える光走査型観察装置の作動方法であって、
前記光検出部によって検出された前記信号光の強度が、前記電源部の電流容量を基準にして設定された所定の許容閾値以上であるか否かを、前記光検出信号が前記光検出部から出力される度に判定し、
前記信号光の強度が前記所定の許容閾値以上であると判定された領域について該領域の画素値を飽和させた画像を生成する光走査型観察装置の作動方法。 - 前記信号光の強度が前記所定の許容閾値以上であると判定されたときに、前記照明光の光量および前記電源部から前光検出部に供給される電力の少なくとも一方を抑制し、前記照明光の光量および前記電源部から前記光検出部に供給される電力の少なくとも一方が抑制されている期間に相当する領域の画素値を飽和させた画像を生成する請求項9に記載の光走査型観察装置の作動方法。
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