JP6866782B2

JP6866782B2 - 光走査型撮影装置、および位相調整方法

Info

Publication number: JP6866782B2
Application number: JP2017120194A
Authority: JP
Inventors: 貴行松本
Original assignee: Nidek Co Ltd
Current assignee: Nidek Co Ltd
Priority date: 2017-06-20
Filing date: 2017-06-20
Publication date: 2021-04-28
Anticipated expiration: 2037-06-20
Also published as: JP2019000583A

Description

本開示は、レゾナントスキャナを備えた光走査型撮影装置、および、レゾナントスキャナの共振運動に同期したデジタル同期信号の位相調整方法に関する。

従来、レゾナントスキャナを用いて撮影対象上で光を走査し、撮影対象によって反射された反射光を受光することで画像を撮影する光走査型撮影装置が知られている。光走査型撮影装置は、光を往路走査させることで１ラインの往路走査画像を生成すると共に、光を復路走査させることで１ラインの復路走査画像を生成する場合がある。

レゾナントスキャナのミラー共振運動は、スキャナの個体差および動作環境等の種々の要因によって変動する。従って、往路走査画像と復路走査画像のずれを抑制するためには、画像を生成する制御部は、レゾナントスキャナのミラーの共振運動を極力正確に把握することが望ましい。

特許文献１に記載の走査型レーザ検眼鏡は、レゾナントスキャナのミラーが回動範囲の基準位置に位置されたことを、基準位置検出手段によって、往路走査と復路走査のそれぞれで検出する。基準位置の検出タイミングに基づいて、往路走査画像と復路走査画像の各々が生成される。

特開２０１６−１２３４６５号公報

特許文献１に記載の走査型レーザ検眼鏡は、レゾナントスキャナのミラーの共振運動を把握するために、基準位置検出手段（光源とセンサ）を備える必要がある。また、ミラーの動作が不安定なタイミングで基準位置が検出されると、ミラーの共振運動を正確に把握することが困難となる。つまり、基準位置の検出タイミングを適切なタイミングに設定しなければ、ミラーの共振運動の変動の影響を抑制することが困難となる。

本開示の典型的な目的は、レゾナントスキャナを用いて良好な画像を撮影することが可能な光走査型撮影装置および位相調整方法を提供することである。

本開示における典型的な実施形態が提供する光走査型撮影装置は、光を出射する光源と、前記光源から出射された前記光を撮影対象上で走査させる走査部と、前記撮影対象によって反射された反射光を受光して受光信号を出力する受光素子と、前記受光素子から入力される受光信号に基づいて、前記撮影対象の画像を生成する制御部と、を備え、前記走査部は、ミラーを共振させることで、前記光を撮影対象上で往復走査させると共に、前記ミラーの共振運動に同期した正弦波のアナログ同期信号を出力するレゾナントスキャナ部を備え、前記制御部は、前記アナログ同期信号が示す前記ミラーの速度が０となるタイミングとは異なる一定周期の基準タイミングに基づいて、前記光が往路走査されることで得られる往路走査画像と、前記光が復路走査されることで得られる復路走査画像の各々の生成期間を決定する。

本開示における典型的な実施形態が提供する位相調整方法は、光走査型撮影装置のレゾナントスキャナの共振運動に同期したデジタル信号であるデジタル同期信号の位相を調整する位相調整方法であって、前記光走査型撮影装置は、光を出射する光源と、前記光源から出射された前記光を撮影対象上で走査させる走査部と、前記撮影対象によって反射された反射光を受光して受光信号を出力する受光素子と、前記受光素子から入力される受光信号に基づいて、前記撮影対象の画像を生成する制御部と、を備え、前記走査部は、ミラーを共振させることで、前記光を撮影対象上で往復走査させると共に、前記ミラーの共振運動に同期した正弦波のアナログ同期信号、および、前記ミラーの共振運動に同期したデジタル信号であるデジタル同期信号を出力するレゾナントスキャナ部を備え、前記制御部は、前記デジタル同期信号に基づいて、前記光が往路走査されることで得られる往路走査画像と、前記光が復路走査されることで得られる復路走査画像の各々の生成期間を決定し、前記位相調整方法は、前記デジタル同期信号の立ち上がりタイミングおよび立ち下がりタイミングの少なくともいずれかを、前記アナログ同期信号が示す前記ミラーの速度が０となるタイミングとは異なる一定周期の基準タイミングに調整する位相調整ステップを含む。

本開示におけるレーザ走査型撮影装置および位相調整方法によると、レゾナントスキャナを用いて良好な画像が撮影される。

本実施形態の光走査型撮影装置１が有する光学系の概略構成図である。光走査型撮影装置１の電気的構成の一部を示すブロック図である。良好な画像が生成される場合の、光の走査態様と画素の関係を、模式的に示した図である。良好な画像が生成されない場合の、光の走査態様と画素の関係を、模式的に示した図である。本実施形態におけるアナログ同期信号とデジタル同期信号の関係を説明するための説明図である。比較試験中におけるオシロスコープでの信号のモニタリング結果の１つを示す図である。比較試験の結果を示す表である。

＜概要＞
本開示で例示する光走査型撮影装置は、光源、走査部、受光素子、および制御部を備える。光源は光を出射する。走査部は、レゾナントスキャナ部を備え、光源から出射された光を撮影対象上で走査させる。レゾナントスキャナ部は、ミラーを共振させることで光を撮影対象上で往復走査させると共に、ミラーの共振運動に同期した正弦波のアナログ同期信号を出力する。受光素子は、撮影対象によって反射された光の反射光を受光して受光信号を出力する。制御部は、受光素子から入力される受光信号に基づいて、撮影対象の画像を生成する。制御部は、アナログ同期信号が示すミラーの速度が０となるタイミングとは異なる一定周期の基準タイミングに基づいて、光が往路走査されることで得られる往路走査画像と、光が復路走査されることで得られる復路走査画像の各々の生成期間を決定する。

本開示で例示する光走査型撮影装置によると、レゾナントスキャナのミラーが基準位置に位置したことを検出する基準位置検出手段を設けなくても、ミラーの共振運動に基づいて、往路走査画像と復路走査画像の生成期間が適切に決定される。また、アナログ同期信号が示すミラーの速度が０となるタイミングでは、共振運動の変動の影響が出やすい。これに対し、アナログ同期信号が示すミラーの速度が０となるタイミングとは異なる一定周期の基準タイミングに基づいて、往路走査画像と復路走査画像の生成期間が決定されることで、共振運動の変動の影響が画像に現れにくくなる。従って、より良好な画像が簡易な構成で撮影される。

制御部は、立ち上がりタイミングおよび立ち下がりタイミングの少なくともいずれかを基準タイミングに一致させたデジタル信号を、レゾナントスキャナ部のミラーの共振運動に同期したデジタル同期信号として生成してもよい。制御部は、デジタル同期信号に基づいて、往路走査画像と復路走査画像の各々の生成期間を決定してもよい。生成したデジタル同期信号に基づいて画像生成期間を決定することで、画像生成期間が適切に決定される。

制御部がデジタル同期信号を生成するための具体的な方法は、適宜選択できる。例えば、制御部は、レゾナントスキャナのミラーの共振運動に同期したアナログ同期信号およびデジタル同期信号を、レゾナントスキャナ部から入力してもよい。制御部は、入力したデジタル同期信号の立ち上がりおよび立ち下がりの少なくともいずれかを、アナログ同期信号の基準タイミングに一致するように調整することで、画像生成期間を決定するためのデジタル同期信号を生成してもよい。また、制御部は、レゾナントスキャナ部から入力したアナログ同期信号を、基準タイミングに基づいてデジタル同期信号に変換することで、デジタル同期信号を生成してもよい。

また、制御部は、アナログ同期信号の基準タイミングから、往路走査画像と復路走査画像の各々の生成期間を直接決定してもよい。この場合、制御部は、デジタル同期信号に関する処理を行う必要が無いので、処理が簡略化される。

正弦波であるアナログ同期信号が示すミラーの速度が最大となるタイミングを中心とし、且つ、長さがアナログ同期信号の周期の４分の１である目標期間内に、基準タイミングが設定されてもよい。この場合、目標期間内におけるミラーの速度が、目標期間外に比べて十分に速いので、デジタル同期信号に現れ得る共振運動の変動の影響がさらに低下する。その結果、より良好な画像が撮影される。

制御部は、画像を生成するための実際の光の走査中における基準タイミングに基づいて、画像生成期間を決定してもよい。この場合、レゾナントスキャナ部の個体差等による共振運動の変動の影響に加えて、動作環境および経年劣化等による共振運動の変動の影響も適切に減少する。よって、より良好な画像が撮影される。

本開示で例示する位相調整方法は、光走査型撮影装置のレゾナントスキャナの共振運動に同期したデジタル信号であるデジタル同期信号の位相を調整する方法である。光走査型撮影装置は、光源、走査部、受光素子、および制御部を備える。光源は光を出射する。走査部は、レゾナントスキャナ部を備え、光源から出射された光を撮影対象上で走査させる。レゾナントスキャナ部は、ミラーを共振させることで光を撮影対象上で往復走査させると共に、ミラーの共振運動に同期した正弦波のアナログ同期信号、および、ミラーの共振運動に同期したデジタル信号であるデジタル同期信号を出力する。受光素子は、撮影対象によって反射された光を受光して受光信号を出力する。制御部は、受光素子から入力される受光信号に基づいて、撮影対象の画像を生成する。詳細には、制御部は、光が往路走査されることで得られる往路走査画像と、光が復路走査されることで得られる復路走査画像の各々の生成期間を、デジタル同期信号に基づいて決定する。本開示で例示する位相調整方法は、デジタル同期信号の立ち上がりタイミングおよび立ち下がりタイミングの少なくともいずれかを、アナログ同期信号が示すミラーの速度が０となるタイミングとは異なる一定周期の基準タイミングに調整する位相調整ステップを含む。

本開示で例示する位相調整方法によると、レゾナントスキャナのミラーが基準位置に位置したことを検出する基準位置検出手段を設けなくても、ミラーの共振運動に同期したデジタル同期信号が得られる。また、アナログ同期信号が示すミラーの速度が０となるタイミングでは、共振運動の変動の影響が出やすい。これに対し、アナログ同期信号が示すミラーの速度が０となるタイミングとは異なる一定周期の基準タイミングに、立ち上がりタイミングおよび立ち下がりタイミングの少なくともいずれかが調整されることで、共振運動の変動の影響がデジタル同期信号に現れにくくなる。従って、生成されたデジタル同期信号に基づいて往路走査画像と復路走査画像の生成期間が決定されることで、より良好な画像が簡易な構成で撮影される。

光走査型撮影装置は、デジタル同期信号の位相を調整するアナログポテンショメータまたはデジタルポテンショメータを備えていてもよい。位相調整ステップでは、アナログポテンショメータまたはデジタルポテンショメータが手動または信号によって調整されることで、デジタル同期信号の位相が調整されてもよい。この場合、デジタル同期信号の位相が容易且つ適切に調整される。さらに、光走査型撮影装置の制御部は、デジタル同期信号の調整および生成に関する処理を行う必要が無いので、制御部の処理負担の増加が抑制される。

なお、光走査型撮影装置の制御部は、基準タイミングに基づいて画像生成期間を決定する処理に加え、往路走査画像と復路走査画像の主走査方向のずれに基づいて画像生成期間を補正する処理を行ってもよい。例えば、制御部は、交互に並ぶ往路走査画像と復路走査画像の各々を複数備えた１フレームの画像から、複数の往路走査画像と複数の復路走査画像の各々を抽出し、抽出した２つの画像の主走査方向におけるずれを検出してもよい。制御部は、検出したずれが減少するように、往路走査画像と復路走査画像の各々の生成期間を補正してもよい。画像生成期間の補正は、画像処理によって行われてもよい。次回以降の画像撮影時におけるデジタル同期信号が補正されることで、画像生成期間が補正されてもよい。また、アナログ同期信号における基準タイミングが補正されることで、画像生成期間が補正されてもよい。

＜実施形態＞
以下、本開示における典型的な実施形態について、図面を参照して説明する。光走査型撮影装置１は、レゾナントスキャナ１７を用いて撮影対象（本実施形態では被検眼Ｅの眼底ＥＲ）上で光を走査し、撮影対象によって反射された反射光を受光することで画像を撮影する。一例として、本実施形態の光走査型撮影装置１は、被検眼Ｅの眼底ＥＲを撮影対象とし、眼底ＥＲの正面画像を撮影する走査型レーザ検眼鏡（ＳｃａｎｎｉｎｇＬａｓｅｒＯｐｔｈａｌｍｏｓｃｏｐｅ：ＳＬＯ）である。しかし、光走査型撮影装置１は、走査型レーザ検眼鏡以外の装置（例えば、光干渉断層計（ＯｐｔｉｃａｌＣｏｈｅｒｅｎｃｅＴｏｍｏｇｒａｐｈｙ：ＯＣＴ）等）であってもよい。また、光走査型撮影装置１は、ＯＣＴ、視野計等の他の装置と一体化された装置であってもよい。光走査型撮影装置１は、波面収差を補正する補償光学付きの装置であってもよい。また、光走査型撮影装置１は、被検眼Ｅ以外の物体を撮影対象とする装置であってもよい。

図１を参照して、本実施形態の光走査型撮影装置１の光学系の構成について説明する。光走査型撮影装置１は、一例として、投光光学系１０および受光光学系２０を備える。投光光学系１０は、被検眼Ｅの眼底ＥＲに光（照明光）を投光する。本実施形態の投光光学系１０には、光源１１、集光レンズ１２、穴開きミラー１３、レンズ１４、レンズ１５、走査部１６、および対物レンズ系１９が含まれる。

光源１１は、投光光学系１０の光源であり、光（本実施形態ではレーザ光）を出射する。光源１１には、例えば、レーザダイオード（ＬＤ）、スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）等が用いられてもよい。

光源１１から出射される光は、集光レンズ１２を経て、穴開きミラー１３に形成された開口部１３Ａを通り、レンズ１４およびレンズ１５を経て走査部１６に向かう。走査部１６を経た光は、対物レンズ系１９を通過した後、被検眼Ｅの眼底ＥＲに投光される。その結果、眼底ＥＲで反射・散乱される光が瞳孔から出射される。

なお、本実施形態において、レンズ１４は、駆動機構１４Ａによって光軸Ｌ１方向へ移動可能に設けられている。レンズ１４の位置に応じて、投光光学系１０および受光光学系２０の視度が変わる。本実施形態では、レンズ１４の位置が調節されることで、被検眼Ｅの視度の誤差が矯正（軽減）される。その結果、光の集光位置が、眼底ＥＲの観察部位（例えば、網膜表面）に調節される。

走査部１６は、光源１１から導かれた光の進行方向（偏向方向）を変えることで、光を撮影対象上で走査させる。一例として、本実施形態の走査部１６は、レゾナントスキャナ１７およびガルバノスキャナ１８を備える。本実施形態では、レゾナントスキャナ１７によって、Ｘ方向に光の主走査が行われる。また、ガルバノスキャナ１８によって、Ｙ方向に光の副走査が行われる。

レゾナントスキャナ１７は、光を撮影対象上で走査線毎に往復走査させる。レゾナントスキャナ１７は、光を反射させるミラー１７Ａ、および、ミラー１７Ａを往復するように回転させる駆動部１７Ｂを備える。レゾナントスキャナ１７は、共振型の光スキャナであり、所定の共振周波数で高速でミラー１７Ａを共振させる。その結果、撮影対象上で光がライン状に往復走査される。駆動部１７Ｂには、レゾナントスキャナ１７を駆動させるための基板であるドライブ基板１７Ｃが接続されている。本実施形態では、レゾナントスキャナ１７（ミラー１７Ａおよび駆動部１７Ｂ）とドライブ基板１７Ｃを、まとめてレゾナントスキャナ部１７Ｚと言う。

ガルバノスキャナ１８は、レゾナントスキャナ１７による走査方向に対して交差（本実施形態では直交）する方向に、光を走査させる。ガルバノスキャナ１８は、光を反射させるミラー１８Ａ、および、ミラー１８Ａを往復するように回転させる駆動部１８Ｂを備える。ガルバノスキャナ１８のミラー１８Ａは、レゾナントスキャナ１７のミラー１７Ａが複数回往復する間に１回往復する。例えば、レゾナントスキャナ１７の共振信号が複数周期分出力される間に、ガルバノスキャナ１８を往復させるためのノコギリ波が１回出力されてもよい。なお、動作の安定性を考慮すると、光の副走査は等速直線運動で制御されることが好ましい。本実施形態では、ガルバノスキャナ１８を駆動させるためのドライブ基板も設けられているが、この図示は省略する。

本実施形態の光走査型撮影装置１は、レゾナントスキャナ１７とガルバノスキャナ１８の組み合わせによって、光を二次元方向にスキャンさせる。なお、レゾナントスキャナ１７およびガルバノスキャナ１８は、それぞれ、例えば±約３．５度程度の振り角（つまり、回転範囲）でミラー部１７Ａ，１８Ａを往復させる。振り角は可変であってもよい。振り角が変更されると、画像の画角が変更される。

対物レンズ系１９は、走査部１６を経た光が旋回される旋回点Ｐを形成する。旋回点Ｐは、対物レンズ系１９の光軸Ｌ３上であって、対物レンズ系１９に関して走査部１６（例えば、レゾナントスキャナ１７とガルバノスキャナ１８の中間点）と光学的に共役な位置に形成される。走査部１６を経た光は、対物レンズ系１９を通過することによって、旋回点Ｐを経て眼底ＥＲに照射される。このため、対物レンズ系１９を通過した光は、走査部１６の動作に伴って、旋回点Ｐを中心に旋回される。撮影対象である眼底ＥＲに照射された光は、集光位置（例えば網膜表面）で反射される。撮影対象によって反射された反射光は、平行光として瞳孔から出射される。なお、図１において、対物レンズ系１９は１枚の対物レンズとして図示されているが、複数枚のレンズによって対物レンズ系１９が構成されていてもよい。また、接合レンズおよび非球面レンズ等の少なくともいずれかが、対物レンズ系１９に使用されてもよい。

受光光学系２０は、レンズ２１、ピンホール板２３、レンズ２４、および受光素子２５を備える。受光素子２５は、投光光学系１０によって投光された光の、撮影対象による反射光を受光し、受光信号を出力する。受光素子２５には、例えば、赤外域に感度を持つＡＰＤ（アバランシェフォトダイオード）等が用いられてもよい。ピンホール板２３は、眼底ＥＲと共役な位置に配置されており、共焦点絞りとして機能する。また、受光光学系２０は、対物レンズ系１９から穴開きミラー１３までの間に配置された各部材を、投光光学系１０と共用する。

撮影対象である眼底ＥＲによって反射された反射光は、瞳孔から取り出された後、前述した投光光学系１０を逆に辿り、穴開きミラー１３に照射される。撮影対象からの反射光は、穴開きミラー１３によって反射されることで、受光素子２５が配置された光路Ｌ２に瞳孔され、レンズ２１を経て、ピンホール板２３の開口に焦点を結ぶ。ピンホール板２３の開口を経た光は、レンズ２４を介して受光素子２５によって受光される。例えば、１フレーム分の光の走査が走査部１６によって行われる毎に、受光素子２５から出力される１フレーム分の受光信号が制御部３０（図２参照）によって処理される。その結果、１フレームの画像が生成される。

図２を参照して、本実施形態における光走査型撮影装置１の電気的構成の一部について説明する。光走査型撮影装置１は、装置の各部の処理制御を行う制御部３０を備える。制御部３０は、各種処理制御を司るＣＰＵ３１、およびメモリ等を備える。制御部３０には、レゾナントスキャナ１７を駆動させるドライブ基板１７Ｃ、受光素子２５、およびモニタ３５が電気的に接続されている。また、制御部３０には、光源１１、駆動機構１４Ａ、ガルバノスキャナ１８のドライブ基板、および操作部（図示外）等も接続されているが、これらの図示は図２では省略されている。なお、本実施形態では、制御部３０が設けられている基板とドライブ基板１７Ｃは、別の基板である。しかし、１つの基板が制御部３０の機能とレゾナントスキャナ１７の駆動機能を兼ねていてもよい。

本実施形態では、制御部３０は、受光素子２５から入力される受光信号Ｓ６に基づいて撮影対象の画像を生成する画像処理部を兼用する。画像処理部としての制御部３０は、受光素子２５からの受光信号Ｓ６を逐次サンプリングし、受光信号を各画素の輝度情報としてバッファメモリに記憶する。そして、バッファメモリに記憶された輝度情報を用いて画像を生成する。なお、本実施形態では１つの制御部３０が画像の生成および走査部１６の駆動制御等を行うが、複数の制御部によって各種制御が行われてもよい。例えば、制御部３０は、画像の撮影に関する動作を制御する制御部と、他の種々の処理を行う制御部を、別々に備えていてもよい。

図２を参照して、本実施形態における各種信号の入出力の流れについて説明する。まず、制御部３０は、ドライブ基板１７Ｃを駆動させるための制御信号Ｓ１を出力する。ドライブ基板１７Ｃは、制御部３０から入力した制御部信号Ｓ１に応じて、レゾナントスキャナ１７の駆動部１７Ｂを駆動させるためのスキャナ駆動信号Ｓ２を出力する。その結果、駆動部１７Ｂによってミラー１７Ａが共振される。

レゾナントスキャナ１７のミラー１７Ａが共振すると、共振運動に同期したアナログ同期信号Ｓ３が、駆動部１７Ｂからドライブ基板１７Ｃに入力される。なお、アナログ同期信号Ｓ３は、駆動部１７Ｂの動作を監視するセンサから出力されてもよい。レゾナントスキャナ部１７Ｚのドライブ基板１７Ｃは、入力したアナログ同期信号を、信号Ｓ４として制御部３０に出力する。また、ドライブ基板１７Ｃは、ミラー１７Ａの共振運動に同期したデジタル同期信号Ｓ５を、制御部３０に出力する。ただし、実施形態によっては、ドライブ基板１７Ｃは、デジタル同期信号Ｓ５を制御部３０に出力する必要が無い場合もある。この詳細は後述する。

受光素子２５は、撮影対象によって反射された照明光の反射光を受光して、受光信号Ｓ６を制御部３０に逐次出力する。制御部３０は、受光信号Ｓ６に基づいて撮影対象の画像データＤを生成し、モニタ３５に表示させる。

なお、本実施形態では、デジタル同期信号の位相を調整するポテンショメータ（可変抵抗器）４０が設けられている。図２に例示するポテンショメータ４０は、ドライブ基板１７Ｃに設けられており、制御部３０に出力されるデジタル同期信号の位相を調整する。また、図２に例示するポテンショメータ４０は、ユーザによって手動で調整されるアナログポテンショメータである。ただし、ポテンショメータの構成は適宜変更できる。例えば、ポテンショメータは制御部３０に設けられていてもよい。この場合、ポテンショメータは、入力したデジタル同期信号の位相を調整してもよい。また、ポテンショメータは、制御部３０またはパーソナルコンピュータ等から入力される信号によって抵抗値が調整されるデジタルポテンショメータであってもよい。

図３および図４を参照して、本実施形態における二次元画像の生成方法の概要について説明する。図３および図４は、光の走査態様と画素の関係を模式的に示す図である。図３および図４では、理解を容易にするために、それぞれの主走査が完了した後に副走査が行われる場合を例示している。しかし、前述したように、副走査は等速直線運動等によって制御されてもよい。本実施形態では、光は、レゾナントスキャナ１７によって主走査方向に往復走査されると共に、ガルバノスキャナ１８によって副走査される。制御部３０は、光が往路走査されることで受光素子２５を介して得られる複数の往路画素ＯＰを抽出して並べることで、１つの往路ラインの画像である往路走査画像を生成する。また、制御部３０は、光が復路走査されることで受光素子２５を介して得られる複数の復路画素ＲＰを抽出して並べることで、１つの復路ラインの画像である復路走査画像を生成する。制御部３０は、往路走査画像と復路走査画像を副走査方向に交互に並べることで、撮影対象の二次元正面画像を生成（撮影）する。

ここで、制御部３０は、レゾナントスキャナ１７の共振運動を正確に把握することができれば、往路走査画像を構成する複数の往路画素ＯＰを抽出する期間（つまり、往路走査画像の生成期間）と、復路走査画像を構成する複数の復路画素ＲＰを抽出する期間（つまり、復路走査画像の生成期間）を正確に決定することができる。図３に示すように、往路走査画像および復路走査画像の各々の生成期間が正確に決定されれば、往路走査画像の画素と復路走査画像の画素は、主走査方向にずれることは無い。

一方で、図４に示す例では、往路走査画像および復路走査画像の各々の生成期間が正確に決定されていない。その結果、往路走査画像の画素と復路走査画像の画素の各々が、主走査方向にずれる。

本実施形態では、制御部３０は、レゾナントスキャナ１７のミラー１７Ａの共振運動に同期したデジタル同期信号に基づいて、往路走査画像および復路走査画像の各々の生成期間を決定する。詳細は後述するが、画像生成期間を決定するために用いられるデジタル同期信号の位相は、ミラー１７Ａの共振運動に同期したアナログ同期信号に基づいて適切な位相とされる。従って、良好な画像が撮影される。

図５を参照して、アナログ同期信号およびデジタル同期信号について説明する。前述したように、アナログ同期信号はミラー１７Ａの共振運動に同期しているため、正弦波に近くなる。一例として、図５に示すアナログ同期信号は、ミラー１７Ａの位置に同期している。従って、アナログ同期信号の極小点および極大点において、ミラー１７Ａの速度が０となる。また、往路走査中および復路走査中の各々のミラー１７Ａの速度は、アナログ同期信号の変曲点において最大となる。ただし、アナログ同期信号は、ミラー１７Ａの位置でなく、ミラー１７Ａの速度または加速度に同期していてもよい。アナログ同期信号がミラーＡの速度に同期している場合、ミラー１７Ａの速さは、極小点および極大点で最大となり、変曲点で０となる。

また、本実施形態のデジタル同期信号は、ミラー１７Ａの共振運動に同期したパルス波である。ミラーＡの共振運動に変動が無い場合（具体的には、ミラー１７Ａの共振運動が連続的に且つ正確に再現性があり、その運動に時間のずれが無く同期信号に伝達されている場合）、アナログ同期信号の周期およびデジタル同期信号の周期は、共に一定の周期Ｔとなる。

往路走査画像および復路走査画像の各々の生成期間を、デジタル同期信号に基づいて決定する方法について説明する。前述したように、図５に例示するアナログ同期信号は、ミラーＡの位置に同期している。従って、アナログ同期信号が極小から極大に至る期間が、ミラー１７Ａが往路走査されている期間である。往路走査画像の生成期間は、ミラー１７Ａが往路走査されている期間に対応させることが望ましい。また、図５に示す例では、アナログ同期信号が極大から極小に至る期間が、ミラー１７Ａが復路走査されている期間である。復路走査画像の生成期間は、ミラー１７Ａが復路走査されている期間に対応させることが望ましい。なお、ミラー１７Ａの取り付け方によっては、往路走査画像の生成期間と復路走査画像の生成期間は逆になる場合もある。

ここで、図５に示す例では、デジタル同期信号の立ち上がりタイミングＵＴは、アナログ同期信号が示すミラー１７Ａの速度が最大となるタイミングに一致している。つまり、図５に示す例では、デジタル同期信号の立ち上がりタイミングＵＴは、アナログ同期信号がプラスからマイナスに変化する変曲点に一致している。従って、デジタル同期信号の立ち上がりタイミングＵＴを基準にする場合、制御部３０は、例えば、立ち上がりタイミングＵＴの（Ｔ／４）経過後から（３Ｔ／４）経過後までを、往路走査画像の生成期間として決定することができる。また、制御部３０は、例えば、立ち上がりタイミングＵＴの（３Ｔ／４）経過後から（５Ｔ／４）経過後までを、復路走査画像の生成期間として決定することができる。同様に、デジタル同期信号の立ち下がりタイミングＤＴを基準にして生成期間を決定することも可能である。

以上のように、制御部３０は、デジタル同期信号の立ち上がりタイミングＵＴおよび立ち下がりタイミングＤＴの少なくともいずれかと、往路走査画像および復路走査画像の各々の生成を開始および終了するタイミングとの時間差を割り出すことで、デジタル同期信号から画像の生成期間を決定することができる。なお、図５に示す例では、アナログ同期信号が極大および極小となる時点の近傍の期間では、ミラー１７Ａの速度が小さいので、共振運動が不安定になり易い。従って、制御部３０は、ミラー１７Ａの速度が０となる時点（つまり、アナログ同期信号が極大および極小となる時点）の近傍の期間を、往路走査画像および復路走査画像の各々の生成期間から除外してもよい。この場合、生成される画像の品質がさらに向上する。

ここで、レゾナントスキャナ１７のミラー１７Ａの共振運動は、スキャナの個体差および動作環境等の種々の要因によって変動する。共振運動が変動すると、共振運動に対してデジタル同期信号が同期しなくなる場合がある。共振運動に同期していないデジタル同期信号に基づいて、往路走査画像および復路走査画像の各々の生成期間が決定されると、図４に例示したように、往路走査画像の画素と復路走査画像の画素に主走査方向のずれが生じる。これに対し、本実施形態では、デジタル同期信号の位相が、アナログ同期信号に基づいて適切な位相とされることで、画像品質が向上される。

＜第１態様＞
位相が適切なデジタル同期信号を得るための第１態様について説明する。図５に示すように、第１態様では、アナログ同期信号における基準タイミングに、立ち上がりタイミングＵＴおよび立ち下がりタイミングＤＴの少なくともいずれかを一致させたデジタル同期信号を、制御部３０が生成する。図５に示す例では、デジタル同期信号の立ち上がりタイミングＵＴは、基準タイミングＸに一致している。

基準タイミングについて説明する。前述したように、図５に示す例では、アナログ同期信号が極大および極小となる時点ではミラー１７Ａの速度が小さいので、共振運動が不安定になり易い。従って、アナログ同期信号の極大点および極小点を基準タイミングとしてデジタル同期信号を生成すると、共振運動に対してデジタル同期信号が同期し難い。よって、本実施形態では、アナログ同期信号が示すミラー１７Ａの速度が０となるタイミング（つまり、アナログ同期信号が極大および極小となるタイミング）とは異なる一定周期のタイミングが、基準タイミングとされる。

詳細には、図５に示すように、本実施形態における基準タイミングは、正弦波に近いアナログ同期信号が示すミラーＡの速度が最大となるタイミング（つまり、変曲点）を中心とし、且つ、長さがＴ／４（Ｔはアナログ同期信号の周期）である目標期間内に設定される。より詳細には、本実施形態では、ミラー１７Ａの速度が最も大きくなる変曲点に、基準タイミングＸが設定される。よって、共振運動の変動の影響がさらに低下する。

本実施形態では、制御部３０は、画像を生成するための光の走査中に、アナログ同期信号を常にモニタリングし、デジタル同期信号を基準タイミングに基づいてリアルタイムで生成する。従って、動作環境および経年劣化等による共振運動の変動の影響も、適切に減少する。

制御部３０は、種々の方法でデジタル同期信号を生成することができる。例えば、制御部３０は、レゾナントスキャナ部１７Ｚからアナログ同期信号とデジタル同期信号を共に入力してもよい。制御部３０は、入力したデジタル同期信号の立ち上がりおよび立ち下がりの少なくともいずれかを、アナログ同期信号の基準タイミングに一致するように調整することで、画像生成期間を決定するためのデジタル同期信号を生成してもよい。また、制御部３０は、レゾナントスキャナ部１７Ｚから入力したアナログ同期信号を、基準タイミングに基づいてデジタル同期信号に変換することで、デジタル同期信号を生成してもよい。この場合、制御部３０は、レゾナントスキャナ部１７Ｚからデジタル同期信号Ｓ５（図２参照）を入力しなくてもよい。

また、制御部３０は、レゾナントスキャナ部１７Ｚから入力したアナログ同期信号の基準タイミングに基づいて、往路走査画像および復路走査画像の各々の生成期間を直接決定してもよい。つまり、制御部３０は、デジタル同期信号を参照せずに、アナログ同期信号の基準タイミングに基づいて画像生成期間を決定してもよい。

＜第２態様＞
位相が適切なアナログ同期信号を得るための第２態様について説明する。第２態様では、制御部３０に入力されるデジタル同期信号の立ち上がりタイミングＵＴおよび立ち下がりタイミングＤＴの少なくともいずれかを、アナログ同期信号における基準タイミングに調整する位相調整ステップが、作業者によって実行される。位相調整ステップは、例えば、光走査型撮影装置１の出荷前およびメンテナンス時等の少なくともいずれかに実行されてもよい。基準タイミングの設定については、前述した第１態様における基準タイミングの設定と同様であるため、説明を省略する。

位相調整ステップの具体的な実行方法は、適宜選択できる。例えば、作業者は、レゾナントスキャナ部１７Ｚから制御部３０に入力されるアナログ同期信号およびデジタル同期信号をオシロスコープで観察しながら、ポテンショメータ４０を調整することで、デジタル同期信号の位相を調整してもよい。また、アナログ同期信号に対するＡ／Ｄ変換処理、および、信号のエッジ検出処理等の少なくともいずれかが実行されることで、パーソナルコンピュータ等によって位相が比較されてもよい。また、前述したように、ポテンショメータ４０は、手動で調整されるアナログポテンショメータであってもよいし、パーソナルコンピュータ等からの信号に応じて調整されるデジタルポテンショメータであってもよい。ポテンショメータ４０は制御部３０に設けられていてもよい。

なお、第１態様および第２態様では、デジタル同期信号の立ち上がりタイミングＵＴおよび立ち下がりタイミングＤＴの両方を基準タイミングに一致させてもよい。この場合、立ち上がりタイミングＵＴを一致させる基準タイミング（図５に示す基準タイミングＸ）と、立ち下がりタイミングＤＴを一致させる基準タイミング（図５に示す基準タイミングＹ）が共に設定されてもよい。また、立ち上がりタイミングＵＴおよび立ち下がりタイミングＵＴの一方のみを基準タイミングに一致させることも可能である。この場合、例えば、立ち上がりタイミングＵＴと立ち下がりタイミングＤＴがＴ／２（Ｔはアナログ同期信号の周期）で交互に到来するように、デジタル同期信号が生成または調整されてもよい。

＜主走査方向のずれの補正＞
なお、本実施形態では、制御部３０は、基準タイミングに基づいて画像生成期間を決定する処理に加え、往路走査画像と復路走査画像の主走査方向のずれに基づいて画像生成期間を補正する処理を実行する。詳細には、制御部は、往路走査画像と復路走査画像が交互に並ぶ１フレームの画像を生成し、生成した画像から、往路走査画像と復路走査画像の各々を抽出する。制御部３０は、抽出した往路走査画像と復路走査画像の主走査方向におけるずれを検出する。制御部３０は、検出されるずれが減少するように、往路走査画像と復路走査画像の各々の生成期間を補正する。画像生成期間の補正は、画像処理によって行われてもよい。また、デジタル同期信号および基準タイミングの少なくともいずれかが補正されることで、画像生成期間が補正されてもよい。

＜比較試験＞
発明者は、アナログ同期信号に対するデジタル同期信号の位相と、生成された画像の品質の関係を確認するために、比較試験を実施した。この比較試験では、発明者は、図６に示すように、レゾナントスキャナ部１７Ｚから出力されるアナログ同期信号（図６に示す例ではミラー１７Ａの位置に同期）とデジタル同期信号をオシロスコープでモニタリングしつつ、ポテンショメータ４０を調整することで、デジタル同期信号の立ち上がりタイミングＵＴを複数の基準タイミングの各々に一致させた。次いで、発明者は、調整されたそれぞれのデジタル同期信号に基づいて二次元画像を生成し、二次元画像における往路走査画像と復路走査画像の、主走査方向におけるピクセル数のずれを計数した。比較試験の結果を図７に示す。図７では、同一の行は、同一の試験期間に実施されたことを示す。左端に試験期間を記載した。また、同一の列は、調整した基準タイミング（調整電圧）が同一であることを示す。上端に調整電圧を記載した。

なお、アナログ同期信号とデジタル同期信号をオシロスコープでモニタリングする場合、モニタリングの精度に多少の誤差が生じる場合が多い。誤差が生じない場合には、変曲点は０Ｖ上に現れるはずである。しかし、図６に示すように、今回の比較試験でも、変曲点が現れた電圧は、誤差の影響で０Ｖよりも僅かに低い電圧となった。

図７に示すように、ピクセル数のずれの平均値が最も低くなったのは、調整電圧を「−０．０５２Ｖ」とした場合であった。調整電圧を「−０．０５２Ｖ」とした際の基準タイミングは、他の調整電圧を用いた場合に比べて、アナログ同期信号が示すミラー１７Ａの速度が最大となるタイミング（つまり、図６に示す例ではアナログ同期信号の変曲点）に最も近いタイミングである。調整電圧が「−０．０５２Ｖ」から離れる程、ピクセル数のずれの平均値が大きくなる傾向が読み取れる。従って、アナログ同期信号が示すミラー１７Ａの速度が最大となるタイミングに基準タイミングを近づける程、生成される画像の品質が向上することが、図７に示す比較試験の結果からも明らかである。

１光走査型撮影装置
１１光源
１６走査部
１７レゾナントスキャナ
１７Ａミラー
１７Ｂ駆動部
１７Ｃドライブ基板
１８ガルバノスキャナ
２５受光素子
３０制御部
３１ＣＰＵ
４０ポテンショメータ

Claims

光を出射する光源と、
前記光源から出射された前記光を撮影対象上で走査させる走査部と、
前記撮影対象によって反射された反射光を受光して受光信号を出力する受光素子と、
前記受光素子から入力される受光信号に基づいて、前記撮影対象の画像を生成する制御部と、
を備え、
前記走査部は、
ミラーを共振させることで、前記光を撮影対象上で往復走査させると共に、前記ミラーの共振運動に同期した正弦波のアナログ同期信号を出力するレゾナントスキャナ部を備え、
前記制御部は、
前記アナログ同期信号が示す前記ミラーの速度が０となるタイミングとは異なる一定周期の基準タイミングに基づいて、前記光が往路走査されることで得られる往路走査画像と、前記光が復路走査されることで得られる復路走査画像の各々の生成期間を決定することを特徴とする光走査型撮影装置。
請求項１に記載の光走査型撮影装置であって、
前記制御部は、
立ち上がりタイミングおよび立ち下がりタイミングの少なくともいずれかを前記基準タイミングに一致させたデジタル信号を、前記レゾナントスキャナ部の前記ミラーの共振運動に同期したデジタル同期信号として生成すると共に、
前記デジタル同期信号に基づいて、前記往路走査画像と前記復路走査画像の各々の生成期間を決定することを特徴とする光走査型撮影装置。
請求項１または２に記載の光走査型撮影装置であって、
前記基準タイミングが、
正弦波である前記アナログ同期信号が示す前記ミラーの速度が最大となるタイミングを中心とし、且つ、長さが前記アナログ同期信号の周期の４分の１である目標期間内に設定されることを特徴とする光走査型撮影装置。
請求項１から３のいずれかに記載の光走査型撮影装置であって、
前記制御部は、
前記画像を生成するための前記光の走査中における前記基準タイミングに基づいて、前記往路走査画像と前記復路走査画像の各々の生成期間を決定することを特徴とする光走査型撮影装置。
光走査型撮影装置のレゾナントスキャナの共振運動に同期したデジタル信号であるデジタル同期信号の位相を調整する位相調整方法であって、
前記光走査型撮影装置は、
光を出射する光源と、
前記光源から出射された前記光を撮影対象上で走査させる走査部と、
前記撮影対象によって反射された反射光を受光して受光信号を出力する受光素子と、
前記受光素子から入力される受光信号に基づいて、前記撮影対象の画像を生成する制御部と、
を備え、
前記走査部は、
ミラーを共振させることで、前記光を撮影対象上で往復走査させると共に、前記ミラーの共振運動に同期した正弦波のアナログ同期信号、および、前記ミラーの共振運動に同期したデジタル信号であるデジタル同期信号を出力するレゾナントスキャナ部を備え、
前記制御部は、
前記デジタル同期信号に基づいて、前記光が往路走査されることで得られる往路走査画像と、前記光が復路走査されることで得られる復路走査画像の各々の生成期間を決定し、
前記位相調整方法は、
前記デジタル同期信号の立ち上がりタイミングおよび立ち下がりタイミングの少なくともいずれかを、前記アナログ同期信号が示す前記ミラーの速度が０となるタイミングとは異なる一定周期の基準タイミングに調整する位相調整ステップを含むことを特徴とする位相調整方法。
請求項５に記載の位相調整方法であって、
前記基準タイミングが、
正弦波である前記アナログ同期信号が示す前記ミラーの速度が最大となるタイミングを中心とし、且つ、長さが前記アナログ同期信号の周期の４分の１である目標期間内に設定されることを特徴とする位相調整方法。
請求項５または６に記載の位相調整方法であって、
前記光走査型撮影装置は、
前記デジタル同期信号の位相を調整するアナログポテンショメータまたはデジタルポテンショメータをさらに備え、
前記位相調整ステップでは、
前記アナログポテンショメータまたは前記デジタルポテンショメータが手動または信号によって調整されることで、前記デジタル同期信号の位相が調整されることを特徴とする位相調整方法。