JPWO2013111604A1 - 光走査型観察装置 - Google Patents

Abstract

光走査型観察装置は、レーザ光を出力する光源ユニット３０と、光源から出力されたレーザ光の集光位置を観察対象物７０上で走査する走査部２３と、レーザ光の走査により得られる信号光をサンプリングして、電気信号に変換する検出ユニット４０とを備え、走査部２４による観察対象物７０上の走査速度の変化に応じて、１回のサンプリング当たりの信号光を検出するサンプリング時間を変化させる。これにより、サンプリングごとの走査速度の変化による画像の分解能の変化を低減した光走査型観察装置を提供する。

Description

関連出願の相互参照

本出願は、２０１２年１月２６日に出願された日本国特許出願２０１２−１４３２６号の優先権を主張するものであり、この先の出願の開示全体をここに参照のために取り込む。

本発明は、走査速度の違いによる観察範囲内の分解能の不均一性を軽減した光走査型観察装置に関する。

従来、レーザ光を観察対象物上に照射し、その照射位置を走査させることによって、観察対象物から得られる透過光、反射光、または、蛍光等の信号光を光電変換手段により電気信号に変換して、画像データを形成する光走査型観察装置が知られている。その例として、走査機構にガルバノメータスキャナを用いたレーザ走査型顕微鏡や、ファイバから出射したレーザ光を観察対象物上にスポットを形成するように照射し、ファイバを振動させることで観察対象物上でレーザ光を走査して、信号光を取得し画像を形成する光走査型内視鏡を挙げることができる。

これらの光走査型観察装置に用いられる走査機構においては、その制御方法や走査形状によって観察対象物上の照射位置の走査速度（線速度）は一定であるとは限らない。例えば、一軸方向に共振周波数で走査機構を振動させている場合、走査機構の振動方向への動きは時間に関して略正弦関数的に制御されるため、観察対象物上の走査速度は一定とはならない。また、観察対象物を螺旋形状に走査する場合、走査中心からの距離が長くなるほど、つまり画面の周辺部ほど、走査速度が速くなるという特性がある。

一般に、ＣＤやＤＶＤなどの光学ディスクにおいては、その記録密度を一定にするために、ディスク中心からの距離に応じてディスクの回転速度を調節して、走査速度を一定にしている。しかし、レーザ走査型顕微鏡や光走査型内視鏡などで、走査機構を共振周波数を用いて高速に動作させている場合、走査位置に応じて周波数を調節して走査速度を一定にすることは困難である場合が多い。

走査速度が変化すると、他の条件が変わらなければ、走査範囲内の明るさが不均一になる。このため、走査速度が異なる場合、レーザ光の照射パワーを調整して走査範囲内の照射密度を均一化することで、明るさの不均一性を低減することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、走査速度が変化しサンプリング周波数が一定の場合、走査速度が遅い領域では単位面積あたりのサンプリング点の数が多く、無駄なサンプリングをしていることになる。逆に、走査速度が速い領域では単位面積あたりのサンプリング点の数が少ないため、画素内に１つもサンプリング点が無くなってしまうなどの不都合が生じる。そこで、走査範囲内のサンプリング密度をほぼ一定にすることで、これらを回避することが開示されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００８− １５０３０号公報 特開２０１０−１４２４８２号公報

しかしながら、引用文献１および引用文献２に記載の方法では、１回のサンプリングごとの検出時間は一定値であり、走査速度が変化すると走査速度の違いによりサンプリング点ごとの走査距離が異なってしまう。このため、走査速度が速いと走査点は複数の画素にまたがってしまい、検出できる画像にボケが生じてしまう。その結果、観察される画像の分解能が低下することが懸念される。特に内視鏡の場合には観察範囲が広いため、これらの影響は顕著である。

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、サンプリングごとの走査速度の変化による分解能の不均一性を低減した光走査型観察装置を提供することにある。

上記目的を達成する第１の観点に係る光走査型観察装置の発明は、
レーザ光を出力する光源と、
前記光源から出力された前記レーザ光の集光位置を観察対象物上で走査する走査機構と、
前記レーザ光の走査により得られる信号光をサンプリングして、電気信号に変換する検出部とを備え、
前記走査機構による前記観察対象物上の走査速度の変化に応じて、１回のサンプリング当たりの前記信号光を検出するサンプリング時間を変化させることを特徴とするものである。

第２の観点に係る発明は、第１の観点に係る光走査型観察装置において、
前記観察対象物上の走査範囲において、ｔ_ｖｍｉｎおよびｔ_ｖｍａｘを、それぞれ、前記走査速度が最小値および最大値となる際の前記サンプリング時間とするとき、条件式（１）を満たすことを特徴とするものである。
ｔ_ｖｍｉｎ＞ｔ_ｖｍａｘ ・・・（１）

第３の観点に係る発明は、第２の観点に係る光走査型観察装置において、
前記観察対象物上の走査範囲において、ｖ_ｍａｘおよびｖ_ｍｉｎをそれぞれ前記走査速度の最大値および最小値としたとき、前記ｔ_ｖｍｉｎおよびｔ_ｖｍａｘは、条件式（２）を満たすことを特徴とするものである。

第４の観点に係る発明は、第１〜３の何れかの観点に係る光走査型観察装置において、
前記観察対象物上の走査範囲において、ｖを前記走査速度、ｔを前記サンプリング時間とし、ｍａｘ（ｖ×ｔ）およびｍｉｎ（ｖ×ｔ）をそれぞれ、前記走査速度と前記サンプリング時間との積の最大値および最小値とするとき、条件式（３）を満たすことを特徴とするものである。

第５の観点に係る発明は、第１の観点に係る光走査型観察装置において、
前記観察対象物上の走査範囲において、前記サンプリング時間は、前記走査速度との積が略一定値となるように変化されることを特徴とするものである。

第６の観点に係る発明は、第１〜５の観点の何れかに係る光走査型観察装置において、
前記サンプリング時間は、１回のサンプリング当たりの前記検出部の検出時間、および、１回のサンプリング当たりの前記光源による前記レーザ光の照射時間の少なくとも一方により規定されることを特徴とするものである。

第７の観点に係る発明は、第１〜６の観点の何れかに係る光走査型観察装置において、
前記走査機構による前記観察対象物上の前記走査速度の変化に応じて、前記光源から出力されるレーザ光のパワーを変化させることを特徴とするものである。

第８の観点に係る発明は、第７の観点に係る光走査型観察装置において、
前記観察対象物上の走査範囲において、ｐ_ｖｍｉｎおよびｐ_ｖｍａｘを、それぞれ、前記走査速度が最小値および最大値となる際の前記レーザ光のパワーとするとき、条件式（４）を満たすことを特徴とするものである。
ｐ_ｖｍｉｎ＜ｐ_ｖｍａｘ ・・・（４）

第９の観点に係る発明は、第７の観点に係る光走査型観察装置において、
前記観察対象物上の走査範囲において、ｖ_ｍａｘおよびｖ_ｍｉｎをそれぞれ前記走査速度の最大値および最小値としたとき、前記ｐ_ｖｍｉｎおよびｐ_ｖｍａｘは、条件式（５）を満たすことを特徴とするものである。

第１０の観点に係る発明は、第１〜６の観点の何れかに係る光走査型観察装置において、
前記走査機構による前記観察対象物上の前記走査速度の変化に応じて、前記検出部の前記信号光の検出感度を変化させることを特徴とするものである。

第１１の観点に係る発明は、第１０の観点に係る光走査型観察装置において、
前記観察対象物上の走査範囲において、ｓ_ｖｍｉｎおよびｓ_ｖｍａｘを、それぞれ、前記走査速度が最小値および最大値となる際の前記検出感度とするとき、条件式（６）を満たすことを特徴とするものである。
ｓ_ｖｍｉｎ＜ｓ_ｖｍａｘ ・・・（６）

第１２の観点に係る発明は、第１１の観点に係る光走査型観察装置において、
前記観察対象物上の走査範囲において、ｖ_ｍａｘおよびｖ_ｍｉｎをそれぞれ前記走査速度の最大値および最小値としたとき、前記ｓ_ｖｍｉｎおよびｓ_ｖｍａｘは、条件式（７）を満たすことを特徴とするものである。

第１３の観点に係る発明は、第１〜１２の観点の何れかに係る光走査型観察装置において、
前記走査機構による前記観察対象物上の前記走査速度の変化に応じて、サンプリング周期を変化させることを特徴とするものである。

第１４の観点に係る発明は、第１３の観点に係る光走査型観察装置において、
前記観察対象物上の走査範囲において、ｔ_{ｓ−ｖｍｉｎ}およびｔ_{ｓ−ｖｍａｘ}を、それぞれ、前記走査速度が最小値および最大値となる際のサンプリング周期とするとき、条件式（８）を満たすことを特徴とするものである。
ｔ_{ｓ−ｖｍａｘ}＜ｔ_{ｓ−ｖｍｉｎ} ・・・（８）

第１５の観点に係る発明は、第１〜１４の観点の何れかに係る光走査型観察装置において、
前記走査機構は、前記観察対象物上を螺旋状に走査することを特徴とするものである。

本発明によれば、走査機構による観察対象物上の走査速度の変化に応じて、１回のサンプリング当たりの信号光を検出するサンプリング時間を変化させるようにしたので、サンプリングごとの走査速度の変化による画像の分解能の不均一性を低減することができる。

第１実施の形態に係る光走査型観察装置の一例であ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の光走査型内視鏡（本体）を概略的に示す概観図である。 図２の光走査型内視鏡（本体）の先端部を拡大して示す断面図である。 図１の光走査型内視鏡装置の光源ユニットの概略構成を示す図である。 図１の光走査型内視鏡装置の検出ユニットの概略構成を示す図である。 観察対象物上での螺旋状の走査による振幅の時間変化の一例を示すグラフである。 従来例による螺旋状のサンプリング走査を示す図である。 本実施の形態に係る螺旋状のサンプリング走査（一部）の一例を示す図である。 走査速度およびサンプリング時間の時間変化の一例を示す図である。 走査速度および光源ユニットから出力されるレーザ光のパワーの時間変化の一例を示す図である。 本実施の形態に係る螺旋状のサンプリング走査（一部）の他の一例を示す図である。 走査速度およびサンプリング周期の時間変化の一例を示す図である。 第２実施の形態に係る光走査型観察装置の一例である光走査型内視鏡装置の光走査型内視鏡（本体）の先端部の断面図である。 図１３の走査部の構成を説明する図である。 第２実施の形態に係る光走査型内視鏡装置の光源ユニットの概略構成を示す図である。 ラスター状の走査によるサンプリングの経路を示す図である。 観察対象物上でのラスター状の走査による一方向の走査位置の時間変化の一例を示すグラフである。 従来例によるラスターライン上のサンプリングの一例を示す図である。 本実施の形態に係るラスターライン上のサンプリングの一例を示す図である。 第３実施の形態に係る光走査型観察装置の一例であるレーザ走査型顕微鏡装置の概略構成を示すブロック図である。

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実施の形態）
図１は、第１実施の形態に係る光走査型観察装置の一例である光走査型内視鏡装置１０の概略構成を示すブロック図である。光走査型内視鏡装置１０は、光走査型内視鏡（本体）２０と、光源ユニット３０（光源）と、検出ユニット４０（検出部）と、コンピュータ５０と、表示装置６０とを含んで構成される。光源ユニット３０と光走査型内視鏡２０との間はＳＭＦ（シングルモードファイバ）２１により光学的に接続され、検出ユニット４０と光走査型内視鏡２０との間は複数のＭＭＦ（マルチモードファイバ）２２により光学的に接続されている。

図２は、光走査型内視鏡（本体）２０を概略的に示す概観図である。光走査型内視鏡（本体）２０は、操作部２４、挿入部２５および先端部２６を備える。操作部２４には光源ユニット３０からＳＭＦ２１と検出ユニット４０からＭＭＦ２２とのそれぞれが接続されており、これらＳＭＦ２１およびＭＭＦ２２は挿入部２５を通って、先端部２６まで導かれている。

図３は、図２の光走査型内視鏡（本体）２０の先端部２６を拡大して示す断面図である。ＳＭＦ２１は、先端部２６の中心部を通り、ＭＭＦ２２は先端部２６の外周部を通るように配置されている。ＳＭＦ２１の先端部は固定されず僅かな範囲で可動に保持され、その出射端の先には２枚のレンズ２７ａおよび２７ｂが配置され、ＳＭＦ２１から出力されたレーザ光が、観察対象物７０上に小さいスポットを形成するように構成されている。なお、図３においてレンズ２７ａ，２７ｂは２枚のレンズとなっているが、これらを一枚もしくは複数枚のレンズで構成しても良い。一方、ＭＭＦ２２の入射端は、観察対象物７０が配置される側に面しており、ＳＭＦ２１から出力されたレーザ光が観察対象物７０に照射されて得られる光を、信号光として入射させるように構成されている。ここで、観察対象物に照射されて得られる光とは、ＳＭＦ２１から出力されたレーザ光の反射光やレーザ光の照射により発生する蛍光などである。

ＳＭＦ２１の先端部分には、圧電素子２３ａを有する走査部２３（走査機構）が設けられている。圧電素子２３ａは、ＳＭＦ２１を挟んで対向配置された圧電素子を２組含み、それぞれの圧電素子に電圧を印加することによって、ＳＭＦ２１の径方向であって、互いに垂直な第１の方向と第２の方向の２方向にＳＭＦ２１を傾斜させることができる。走査部２３は、後述する図１のコンピュータ５０の走査制御部５３に電気的に接続されている。

図４は、図１の光走査型内視鏡装置１０の光源ユニット３０の概略構成を示す図である。光源ユニット３０は、それぞれ、赤、緑および青の三原色のＣＷ（連続発振）レーザ光を射出するレーザ光源３１Ｒ，３１Ｇ，３１Ｂと、ダイクロイックミラー３２ａ，３２ｂと、ＡＯＭ（音響光学モジュレータ）３３と、レンズ３４とを備える。赤色のレーザ光源３１Ｒとしては、例えば、ＬＤ（半導体レーザ）を使用することができる。また、緑色のレーザ光源３１Ｇとしては、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。さらに、青色のレーザ光源３１Ｂとしては、例えば、ＬＤを使用することができる。

レーザ光源３１Ｒを出射したレーザ光の光路と、レーザ光源３１Ｇを出射したレーザ光の光路とは、所定の点で交差するように配置され、それらの交差する位置にダイクロイックミラー３２ａが設けられる。ダイクロイックミラー３２ａは、赤色の波長帯域の光を透過させ、緑色の波長帯域の光を反射させる光学特性を有し、レーザ光源３１Ｒから出射しダイクロイックミラー３２ａを透過した赤色のレーザ光と、レーザ光源３１Ｇから出射してダイクロイックミラー３２ａにより反射される緑色のレーザ光とが、合波される角度で配置される。

さらに、赤色のレーザ光と緑色のレーザ光とを合波したレーザ光の光路と、レーザ光源３１Ｂを出射した青色のレーザ光の光路とは、所定の点で交差するように配置され、それらの交差する位置にダイクロイックミラー３２ｂが設けられる。ダイクロイックミラー３２ｂは、赤色の波長帯域の光と緑色の波長帯域の光とを透過させ、青色の波長帯域の光を反射させる光学特性を有し、ダイクロイックミラー３２ａで合波されダイクロイックミラー３２ｂを透過したレーザ光と、レーザ光源３１Ｂから出射してダイクロイックミラー３２ｂにより反射される青色のレーザ光とが、合波される角度で配置される。このようにして、それぞれのレーザ光源３１Ｒ，３１Ｇ，３１Ｂを出射した赤、緑、青の３原色のレーザ光が合波されることにより白色のレーザ光となる。

ＡＯＭ３３は入射する光を強度変調する素子であり、遮光状態と透光状態とを高速に切り替えることができる。ダイクロイックミラー３２ａ，３２ｂにより合波された白色のレーザ光は、ＡＯＭ３３が透光状態の場合ＡＯＭ３３を透過し、レンズ３４によりＳＭＦ２１の入射端に入射される。ＡＯＭ３３は、後述する図１のコンピュータ５０の光源制御部５１と電気的に接続されている。なお、レーザ光源３１Ｒ，３１Ｇ，および３１Ｂ並びにダイクロイックミラー３２ａおよび３２ｂの配置は、これに限られず、例えば、緑色およ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５は、図１の光走査型内視鏡装置１０の検出ユニット４０の概略構成を示す図である。検出ユニット４０は、赤、緑およ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４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂ、ダイクロイックミラー４２ａ，４２ｂおよびレンズ４３を備える。検出ユニット４０には、複数のＭＭＦ２２が束ねられて接続されている。

レーザ光の照射により観察物７０により反射されあるいは観察物７０で発生し、ＭＭＦ２２を通りその出射端から出射した信号光は、レンズ４３により略平行な光束となる。略平行光束となった信号光の光路上には、ダイクロイックミラー４２ａおよび４２ｂが、光路の方向に対して傾いて配置されている。ダイクロイックミラー４２ｂは、青色の波長帯域の光を反射させ、赤色および緑色の波長帯域の光を透過させる光学特性を有し、レンズ４３で平行光束となった信号光から青色の信号光を分離する。分離された青色の信号光は、受光器４１Ｂにより検出され、電気信号に変換される。また、ダイクロイックミラー４２ａは、緑色の波長帯域の光を反射させ、赤色の波長帯域の光を透過させる光学特性を有し、ダイクロイックミラー４２ｂを透過した信号光を赤色と緑色の信号光とに分離する。分離された赤色および緑色の信号光は、それぞれ受光器４１Ｒおよび受光器４１Ｇにより検出され電気信号に変換される。

なお、受光器４１Ｒ，４１Ｇおよび４１Ｂは、後述する図１のコンピュータ５０の検出制御部５２および信号処理部５４に電気的に接続されている。また、受光器４１Ｒ，４１Ｇ，および４１Ｂ並びにダイクロイックミラー４２ａおよび４２ｂの配置は、これに限られず、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。

図１のコンピュータ５０は、光走査型内視鏡（本体）２０の走査部２３、光源ユニット３０および検出ユニット４０を駆動制御するとともに、検出ユニット４０により出力された電気信号を処理して、画像を合成し表示装置６０に表示する。このためコンピュータ５０は、光源制御部５１と、検出制御部５２と、走査制御部５３と、信号処理部５４と、制御部５５と、記憶部５６と、入力部５７とを備える。

光源制御部５１は、光源ユニット３０のＡＯＭ３３を制御し、ＳＭＦ２１に入射するレーザ光の強度を調整することができる。また、光源制御部５１は、ＡＯＭ３３を遮光状態と透光状態との間で交互に切り替えることもできる。この場合、観察対象物７０にレーザ光を照射するときは、ＡＯＭ３３を透光状態とし、レーザ光を照射しないときはＡＯＭ３３を遮光状態とするように制御する。

検出制御部５２は、検出ユニット４０の受光器４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂによる信号光の検出タイミング、検出時間および検出感度を制御することができる。

走査制御部５３は、光走査型内視鏡（本体）２０の走査部２３を駆動制御して、ＳＭＦ２１から出射したレーザ光のスポットを、観察対象物上で螺旋状に走査させる。具体的には、走査部２３の圧電素子２３ａには、ＳＭＦ２１の先端部の共振周波数ｆで、レンズ２７ａ，２７ｂの光軸に対して垂直な互いに直交する２方向に、互いに位相を９０度ずらして振動するように、交流電圧が加えられる。この交流電圧の大きさを、所定のパターンで変化させることによって、振幅を変化させ、図６に一例を示すように、振幅を変化させる。図６は、上記互いに直交する２方向のうち一方向のレーザ光のスポットの径方向の動き（ａ）と、螺旋状の経路の径の大きさ（ｂ）とを示している。螺旋状のサンプリング走査は、振幅が略０から所定の最大振幅まで行い、最大振幅になるとサンプリングを停止し、振幅を０近くまで減衰させて、再びサンプリング走査を開始する動作を繰り返す。これによって、観察対象物上で螺旋状の経路で走査させることができる。

信号処理部５４は、検出ユニット４０の各受光器４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂから出力された電気信号に基づいて、各サンプリング点に対応する画像データを生成し、対応する画素データとして、記憶部５６に記憶する。ここで、信号処理部５４は、制御部５５からの走査開始を示す信号により、螺旋状の走査を開始してからの経過時間に基づいてサンプリング点の位置を推定する。

信号処理部５４は、１回の螺旋状のサンプリング走査により、観察対象物７０の各サンプリング点の位置に対応する画素データを記憶部５６に格納する。さらに、信号処理部５４は、取得されなかった画素のデータを、サンプリング走査後に補間処理を行うことによって推定し、観察対象物７０の画像を生成し、表示装置６０に表示する。

制御部５５は、光走査型内視鏡装置１０の光源制御部５１、検出制御部５２、走査制御部５３および信号処理部５４の全体を同期制御することにより、光源ユニット３０からのレーザ光により観察対象物７０を螺旋状に走査させ、検出ユニット４０に観察対象物７０から得られる信号光を所定のタイミングと検出時間で電気信号に変換させ、信号処理部５４により画像データを生成させる。

１回のサンプリング当たりの検出ユニット４０の検出時間、および／または、ＡＯＭ３３の制御による光源ユニット３０から出射するレーザ光の１回のサンプリング当たりの照射時間は、螺旋状のサンプリング走査を行う間一定値ではなく、走査部２３による観察対象物７０上の走査速度の変化に応じて変化させることができる。これら、１回のサンプリング当たりの検出ユニット４０の検出時間、および、１回のサンプリング当たりの光源ユニット３０によるレーザ光の照射時間の一方または双方は、サンプリング走査における１回のサンプリング当たりのサンプリング時間を規定する。たとえば、光源ユニット３０を常に透光状態とした場合、検出ユニット４０の検出時間がサンプリング時間となる。また、検出ユニット４０の検出時間内で、光源ユニット３０によるレーザ光の照射時間を変化させた場合は、サンプリング時間はレーザ光の照射時間となる。

また、光源ユニット３０から出力されるレーザ光のパワーまたは検出ユニット４０による信号光の検出感度も、螺旋状のサンプリング走査を行う間一定値ではなく、走査部２３による観察対象物７０上の走査速度の変化に応じて変化させることができる。光源３０からのレーザ光の強度は、ＡＯＭ３３の制御により調整される。

さらに、サンプリング走査のサンプリング周期も、螺旋状のサンプリング走査を行う間一定値ではなく、走査部２３による観察対象物７０上の走査速度の変化に応じて変化させることができる。サンプリング周期は、レーザ光を照射する周期、すなわち、光源ユニット３０から出力されるレーザ光をＡＯＭ３３の制御により遮光状態と透光状態との間で切り替える周期、および／または、検出ユニット４０により信号光の検出を行う周期を変えることによって、変えることができる。

これら、検出ユニット４０の検出時間、検出感度、および、検出周期、並びに、光源ユニット３０により出力されるレーザ光の照射時間、レーザ光のパワー、レーザ光を照射する周期の制御は、螺旋状の走査の開始後の経過時間に従ってあらかじめ決められたパターンを光源制御部５１および検出制御部５２、または、制御部５５に記憶させることにより行っても良く、あるいは、光走査型内視鏡装置１０の使用者が入力部５７を介して変化させるパラメータとその変化のプロファイルを設定して、制御部５５の制御により行うようにしても良い。

受光器４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂの検出時間、検出間隔および検出感度、並びに、ＡＯＭ３３の制御による光源ユニット３０から出射するレーザ光の照射時間、レーザ光のパワーおよび照射間隔は、螺旋状のサンプリング走査を行う間一定値ではなく、走査部２３による観察対象物７０上の走査速度の変化に応じて変化させることができる。これらの変化は、あらかじめ決められたパターンを光源制御部５１および検出制御部５２に記憶させることにより行っても良く、光走査型内視鏡装置１０の使用者が入力部５７を介して変化させるパラメータを設定して、制御部５５の制御の下で行うようにしても良い。

以上のような構成により本実施の形態に係る光走査型内視鏡装置１０は、以下のように動作させることができる。

（サンプリング時間の調整）
まず、光走査型内視鏡装置１０では、観察対象物７０上をＳＭＦ２１の先端部の共振周波数ｆで回転走査する。走査中心Ｃからの距離をｒ_ｃ、角共振周波数をω（ω＝２πｆ）とすると、走査速度ｖは式（９）により表される。共振周波数を用いることにより、高い振動周波数で走査させることが可能となる。
ｖ＝ｒ_ｃ×ω （９）

共振周波数ｆは走査位置によらず一定値であるから、走査中心からの距離ｒ_ｃが大きくなるほど、走査速度が速くなる。ここで、仮にサンプリング時間ｔとサンプリング周期ｔ_ｓとを一定値に制御すると、１回のサンプリングで走査される走査距離（ｄ_ｓ）は、
ｒ_ｃ×ω×ｔ
サンプリングの間の距離（サンプリング間隔距離：ｄ_ｉ）は、
ｒ_ｃ×ω×ｔ_ｓ
となる。図７は、このような一定のサンプリング時間およびサンプリング周期による螺旋状のサンプリング走査を示す図である。黒い点はサンプリング点を表す。１回のサンプリングで走査距離ｄ_ｓ（サンプリング点の周方向の長さ）は、走査中心からの距離ｒ_ｃが大きいほど長くなっている。このため、サンプリング時間を走査中心に近い位置における画素の大きさに合わせて設定すると、外周部では１回のサンプリングによるサンプリング点の領域が円周方向に複数の画素にまたがってしまい、画像のボケを生じさせ分解能が低下する。一方、外周部に合せてサンプリング時間とサンプリング周期を設定すると、走査中心に近い位置では、画素密度以上に高い密度でサンプリングを行うことなり、画像の生成に用いられない不要な検出を多数行うこととなる。

そこで、本実施の形態では、走査速度の変化に応じてサンプリング時間ｔを変化させる。より具体的には、走査速度が速い場合はサンプリング時間ｔを短くする方向に変化させる。観察対象物７０上の走査範囲において、ｔ_ｖｍｉｎおよびｔ_ｖｍａｘを、それぞれ、走査速度が最小値および最大値となる際のサンプリング時間とするとき、条件式（１）を満たすことにより、少なくとも走査速度が最小のときの分解能と比較して、走査速度が最大のときの分解能の低下を、サンプリング時間ｔを一定とした場合と比べて抑制することができる。
ｔ_ｖｍｉｎ＞ｔ_ｖｍａｘ ・・・（１）

また、観察対象物７０上の走査範囲において、ｖ_ｍａｘおよびｖ_ｍｉｎをそれぞれ走査速度の最大値および最小値としたとき、ｔ_ｖｍｉｎおよびｔ_ｖｍａｘを、条件式（２）を満たすようにすることが好ましい。

条件式（２）を満たす範囲であれば、少なくとも走査速度が最小のときの走査距離と比較して、走査速度が最大のときの走査距離の違いを、２倍以内に収めることができる。走査距離の違いが２倍以上であると、特に、観察対象物７０を螺旋状に走査する場合において、走査範囲の外周付近でサンプリングの分解能が劣化する。レンズなどの光学系の収差も考慮すると、画面の外周付近においてさらに分解能の劣化が顕著となり好ましくない。また、走査距離の違いを０．５以上としたことにより、ｔ_ｖｍａｘが非常に短くなり過ぎて、高性能の検出器が必要となること、さらには、光量が少なくなるために、より高感度・高像倍率の検出器が必要となることを避けることができる。

さらに、観察対象物７０上の走査範囲において、ｖを走査速度、ｔをサンプリング時間とし、ｍａｘ（ｖ×ｔ）およびｍｉｎ（ｖ×ｔ）をそれぞれ、走査速度とサンプリング時間との積の最大値および最小値とするとき、条件式（３）を満たすようにするとさらに好ましい。

条件式（３）を満たすことによって、螺旋状の走査範囲全てに渡って、走査速度とサンプリング時間の積（ｖ×ｔ）、すなわち、１回のサンプリングで走査される走査距離の変化を、２倍以内に収めることができる。走査距離の違いがこの程度であれば、得られる画像にそれほどボケは生じない。

図８は、本実施の形態に係る螺旋状のサンプリング走査の一例であって、図７の破線部に対応する部分を示す図である。走査中心からの距離ｒ_ｃが大きい外周部でサンプリング時間を短くしたので、１回のサンプリングによる走査距離が、観察対象物７０上の走査範囲でほぼ一定値に近くなっている。特に、サンプリング時間ｔを、走査速度ｖとの積が略一定値となるよう調整すると、略一定の走査距離ｄ_ｓとなり、分解能のばらつきが無くなり特に好ましい。なお、ここで略一定値とは、例えば３０％程度の範囲内で変化することを意味するものとする。

図９は、走査速度とサンプリング時間の積（ｖ×ｔ）の変化を小さくした、走査速度およびサンプリング時間の時間変化の一例を示す図である。走査速度ｖは、螺旋状の走査の開始時に走査中心付近において一番小さい値ｖ_ｍｉｎとなり、走査終了時に走査範囲の外周部で一番大きい値ｖ_ｍａｘとなる。これに対して、サンプリング時間ｔは、走査の開始時、すなわち一番遅い走査速度ｖ_ｍｉｎに対応するサンプリング時間ｔ_ｖｍｉｎから、走査の進行とともに短くなり、走査の終了時、すなわち一番速い走査速度ｖ_ｍａｘに対応するサンプリング時間ｔ_ｖｍａｘで最小値となる。

（レーザ光のパワーの調整）
サンプリング時間を変えると、各サンプリング点での明るさ（一回のサンプリングで検出できる信号の強度）が変化する。そこで、走査部２３による観察対象物７０上の走査速度ｖの変化に応じて、光源ユニット３０から出力されるレーザ光のパワーを変化させることが好ましい。観察対象物７０上の走査範囲において、ｐ_ｖｍｉｎおよびｐ_ｖｍａｘを、それぞれ、走査速度ｖが最小値および最大値となる際のレーザ光のパワーとするとき、条件式（４）を満たすようにする。
ｐ_ｖｍｉｎ＜ｐ_ｖｍａｘ ・・・（４）

条件式（２）のようにｔ_ｖｍａｘがｔ_ｖｍｉｎより大きい場合、走査速度が最大となるサンプリング点の位置では、サンプリング時間が短くなるため、検出ユニット４０で検出される検出信号が低下し、一画素当たりの光量が低下する。条件式（４）を満たすようにすることにより、少なくとも走査速度が最小のときの一画素当たりの明るさと比較して、走査速度が最大のときの一画素当たりの明るさの不均一性を、光源から出射されるレーザ光のパワーを一定とした場合と比べて低減させることができる。

また、観察対象物上の走査範囲において、ｐ_ｖｍｉｎおよびｐ_ｖｍａｘを、条件式（５）を満たすようにすることが好ましい。

ｐをレーザ光のパワーとすれば、ｐ／ｖは、各サンプリングの単位長さ当たりのレーザ光の照射パワーを示す。条件式（５）を満たす範囲であれば、少なくとも走査速度が最小のときと比較して、走査速度が最大のときのサンプリングの単位長さ当たりの光量の変化を、２倍以内に収めることができる。なお、単位長さ当たりのレーザ光の照射パワーの変化を０．５以下とした場合、走査速度が速い領域においてレーザ光照射パワーが過剰に大きくなるため、被写体が生体である場合、生体損傷に繋がる可能性がある。また、２以上とした場合、最も走査速度が遅い領域の明るさは、速い領域と比較して、半分以下の明るさになってしまうので好ましくない。

さらに、観察対象物７０上の走査範囲において、ｍａｘ（ｐ／ｖ）およびｍｉｎ（ｐ／ｖ）をそれぞれ、走査速度に対するレーザ光のパワーの比の最大値および最小値とするとき、条件式（１０）を満たすようにするとさらに好ましい。

条件式（１０）を満たすことによって、螺旋状の走査範囲全てに渡って、ｐ／ｖ、すなわち、単位長さ当たりのレーザ光の照射パワーを、２倍以内に収めることができる。特に、

が略１となるように、すなわち、レーザ光のパワーｐを、走査速度ｖに比例するように調整すると、サンプリング走査中の単位長さ当たりのレーザ光の照射パワーが略一定となる。なお、ここで略一定値とは、例えば３０％程度の範囲内で変化することを意味するものとする。

図１０は、単位長さ当たりのレーザ光の照射パワーの変化を小さくした場合の、走査速度およびレーザ光の照射パワーの時間変化の一例を示す図である。レーザ光のパワーｐは、走査の開始時、すなわち一番遅い走査速度ｖ_ｍｉｎに対応するレーザ光のパワーｐ_ｖｍｉｎから、走査の進行とともに高くなり、走査の終了時、すなわち一番速い走査速度ｖ_ｍａｘに対応するレーザ光のパワーｐ_ｖｍａｘで最高値となる。

（検出感度の調整）
上述のレーザ光のパワーの調整に代えて、検出ユニット４０の各受光器４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂの検出感度を調整することもできる。観察対象物７０上の走査範囲において、ｓ_ｖｍｉｎおよびｓ_ｖｍａｘを、それぞれ、走査速度ｖが最小値および最大値となる際の受光器４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂの検出感度とするとき、条件式（６）を満たすようにする。
ｓ_ｖｍｉｎ＜ｓ_ｖｍａｘ ・・・（６）

条件式（６）を満たすことにより、少なくとも走査速度が最小のときの一画素当たりの検出信号の強度と、走査速度が最大のときの一画素当たりの検出信号の強度との不均一性を、検出ユニット４０の検出感度を一定とした場合と比べて低減することができる。

また、観察対象物上の走査範囲において、ｓ_ｖｍｉｎおよびｓ_ｖｍａｘを、次の条件式（７）を満たすようにすることが好ましい。

ｓを検出ユニット４０の各受光器４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂの検出感度とすれば、検出感度ｓを変えることによって、レーザ光のパワーｐを変えるのと同様に、検出信号の強度を調整することができる。条件式（７）を満たす範囲であれば、少なくとも走査速度が最小のときの検出信号と比較して、走査速度が最大のときのサンプリングの単位長さ当たりの検出信号の変化を、２倍以内に収めることができる。

の値を０．５以下とした場合、高感度の検出器が必要となるため、検出器のコストの観点などから不都合である。また、２以上とした場合、条件式（５）の場合と同様、走査範囲の外周付近において明るさの低下が顕著となる。

さらに、観察対象物７０上の走査範囲において、ｍａｘ（ｓ／ｖ）およびｍｉｎ（ｓ／ｖ）をそれぞれ、走査速度に対する検出ユニット４０の検出感度の最大値および最小値とするとき、次の条件式（１１）を満たすようにするとさらに好ましい。

特に、

が略１となるように、すなわち、検出ユニット４０の各受光器４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂの検出感度ｓを、走査速度ｖに比例するように調整すると、サンプリング走査中の検出信号のレベルを略一定とすることができる。なお、略１とは、例えば１〜１．３程度の範囲内であることを意味するものとする。

（サンプリング周期の調整）
サンプリング周期が一定で、走査速度が変化すると、各サンプリング点の中心位置の間の間隔（以下、サンプリング間隔距離と呼ぶ）が異なる。サンプリング間隔距離は、次の式で表すことができる。
ｒ_ｃ×ω×ｔ_ｓ
したがって、走査中心に近いほどサンプリング点の密度が高く、走査範囲の外周付近ほど低くなる（図８参照）。このような場合、走査速度が遅い領域では単位面積当たりのサンプリングの点数が多いためサンプリング点が重なり無駄なサンプリングをしていることになるか、または、走査速度が速い領域では単位面積当たりのサンプリング点数が少ないため、画素内に１つもサンプリング点が無い場合が多くなるかの何れか、あるいはその双方の不都合が発生し得る。

このため、本実施の形態では、上述のサンプリング時間の調整に加えて、以下のように観察対象物７０上の走査速度の変化に応じてサンプリング周期を調整することができる。

観察対象物７０上の走査範囲において、ｔ_{ｓ−ｖｍｉｎ}およびｔ_{ｓ−ｖｍａｘ}を、それぞれ、走査速度が最小値および最大値となる際のサンプリング周期とするとき、条件式（８）を満たすように、サンプリング周期を変化させる。
ｔ_{ｓ−ｖｍａｘ}＜ｔ_{ｓ−ｖｍｉｎ} ・・・（８）
このようにすることにより、少なくとも走査速度が最小のときの分解能と比較して、走査速度が最大のときの分解能の劣化を、サンプリング周期ｔ_ｓを一定とした場合と比べて低減することができる。

また、ｔ_{ｓ−ｖｍｉｎ}およびｔ_{ｓ−ｖｍａｘ}を、次の条件式（１２）を満たすようにすることが好ましい。

条件式（１２）を満たす範囲であれば、少なくとも走査速度が最小のときのサンプリング間隔距離と比較して、走査速度が最大のときのサンプリング間隔距離を、２倍以内に収めることができる。サンプリング間隔距離の違いが２倍以上であると、観察対象の走査中心付近でサンプリング点が重なり、あるいは、走査範囲の外周部でサンプリング点が少なくなるため、無駄な走査や分解能の劣化が生じ得る。

さらに、観察対象物７０上の走査範囲において、ｖを走査速度、ｔ_ｓをサンプリング周期とし、ｍａｘ（ｖ×ｔ_ｓ）およびｍｉｎ（ｖ×ｔ_ｓ）をそれぞれ、走査速度とサンプリング周期との積の最大値および最小値とするとき、次の条件式（１３）を満たすようにするとさらに好ましい。

条件式（１３）を満たすことによって、螺旋状の走査範囲全てに渡って、ｖ×ｔ_ｓ、すなわち、サンプリング間隔距離の変化を、２倍以内に収めることができ、得られる画像の分解能の変化を低減することができる。

図１１は、本実施の形態に係る螺旋状のサンプリング走査（一部）の一例であって、走査距離を略一定とすることに加え、サンプリング周期を変化させた場合を示す図である。走査中心Ｃからの距離ｒ_ｃが大きい外周部でサンプリング周期を短くしている。特に、サンプリング周期ｔ_ｓを、走査速度ｖとの積が略一定値となるよう調整すると、このように略一定のサンプリング間隔距離（ｄ_ｉ）となり特に好ましい。なお、ここで略一定値とは、例えば３０％程度の範囲内で変化することを意味するものとする。

図１２は、走査速度およびサンプリング周期の時間変化の一例を示す図である。サンプリング周期ｔ_ｓは、走査の開始時、すなわち一番遅い走査速度ｖ_ｍｉｎに対応するサンプリング周期ｔ_{ｓ−ｖｍｉｎ}から、走査の進行とともに短くなり、走査の終了時、すなわち一番速い走査速度ｖ_ｍａｘに対応するサンプリング周期ｔ_{ｓ−ｖｍａｘ}で最小値となる。

以上説明したように本実施の形態によれば、走査部２３による観察対象物７０上の走査速度の変化に応じて、１回のサンプリング当たりの信号光を検出するサンプリング時間を変化させるようにしたので、サンプリングごとの走査速度の変化による走査距離の変化を抑制することができる。したがって、走査距離が長くなることによる画像のボケに起因する分解能の低下を低減することができる。

また、走査速度の変化に伴い走査速度の速い走査範囲の外周付近でサンプリング時間を短くした場合であっても、検出ユニット４０で検出される信号光の検出信号が小さくなることを抑制するように、光源ユニット３０のレーザ光のパワー、または、検出ユニット４０の検出感度を高めるように変化させることができるので、外周付近で検出される信号が弱くなること（画像が暗くなること）を抑制することができる。

さらに、走査速度の変化に伴い走査速度のより速い領域でサンプリング周期を、高めるようにできるので、走査速度の遅い走査範囲の中心付近で無駄なサンプリングを行うことや、走査速度の速い外周付近でサンプリング点が少なくなり過ぎることを抑制することができる。特に、走査速度の速い外周部において、サンプリング時間を短くすることにより、走査距離が小さくなるので、サンプリング周期を短くすれば、中心部と同等の密度でサンプリング点を配置することが可能になる。

また、本実施の形態に係る光走査型内視鏡装置１０では、螺旋状のサンプリング走査を行った。螺旋状の走査では、ラスター状の走査と比較して、走査範囲の中心付近と外周付近では走査速度が大きく異なるため、走査範囲内で各サンプリングの分解能、明るさの均一性、および、サンプリング密度の変化が大きい。それに対して、ラスター状走査では、最も走査速度が遅い左右端の領域は使用しないことで、走査速度の差を軽減することができる。よって、サンプリング時間、レーザ光のパワーおよびサンプリング周波数を変化させる本発明の解決方法は、螺旋形状走査に特に有効である。

（実施例１）
第１実施の形態に係る光走査型内視鏡装置１０の一実施例について、具体的なパラメータを示して説明する。実施例１では、螺旋状の走査範囲の半径（ｒ_ｃ：走査中心Cからの距離）を２００μｍ、共振周波数ｆを１０ｋＨｚ（＞３０ｆｐｓ×２５６ｌｉｎｅ＝７．５ＫＨｚ）とする。サンプリング時間ｔは、検出ユニット４０の検出時間により規定され、ｔは１／ｖに比例するように変化する。同様にサンプリング周期ｔ_ｓも、１／ｖに比例するように変化する。また、レーザ光のパワーは走査中心付近で、３．２Ｅ−１０［Ｊ／μｍ］であり、外周部に向けて走査するに従い低下し、１．６Ｅ−１０［Ｊ／μｍ］まで低下する。また、サンプリング走査中に検出ユニット４０の検出感度の調整は行わない。

実施例１によれば、条件式（１）が満たされ、少なくとも走査速度が最小のときの分解能と比較して、走査速度が最大のときの走査距離が長くなることにより発生する画像のボケに起因する分解能の劣化を、サンプリング時間ｔを一定とした場合と比べて抑制することができる。

また、サンプリング時間ｔは走査速度ｖとの積が、常に略１［μｍ］となるように変化するので、条件式（２）および（３）が満たされる。このようにすることによって、各サンプリングの走査距離が略一定値となり、走査距離が変化することによる画像のボケに起因する分解能のばらつきを無くすことができる。

さらに、条件式（８）が満たされ、少なくとも走査速度が最小のときのサンプリング間隔距離と比較して、走査速度が最大のときのサンプリング間隔距離が長くなることによる分解能の劣化を、サンプリング周期ｔ_ｓを一定とした場合と比べて、低減することができる。

また、サンプリング周期ｔ_ｓは走査速度ｖとの積が、常に略１［μｍ］となるように変化するので、条件式（１２）および（１３）も満たされる。このようにすることによって、サンプリング間隔距離が略一定となり、走査中心付近での不要なサンプリングや、外周付近におけるサンプリング点の密度の低下に起因する分解能低下を低減することができる。

さらに、条件式（４）および（５）が満たされているので、少なくとも走査速度が最小のときの一画素当たりの明るさと比較して、走査速度が最大のときの一画素当たりの明るさの不均一性を、光源から出射されるレーザ光のパワーを一定とした場合と比べて所定の範囲内に抑制することができる。

なお、本実施例では、走査速度ｖとサンプリング時間ｔとの積を一定とするために、検出ユニット４０の受光器４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂの検出時間を変化させているが、仮に走査速度ｖを調節することが可能な場合は、走査速度を変化させても良い。

（第２実施の形態）
以下に、第２実施の形態に係る光走査型観察装置の他の一例である光走査型内視鏡装置について説明する。第２実施の形態は、第１実施の形態に係る光走査型内視鏡装置において、観察対象物７０上を、螺旋状ではなくラスター状に走査させるように構成している。このため、第１実施の形態とは、光走査型内視鏡（本体）２０の先端部２６の構成が異なっている。また、光源ユニット３０の構成も異なっている。

図１３は、第２実施の形態の光走査型内視鏡装置１０の光走査型内視鏡（本体）２０の先端部２６の断面図であり、図１４は、図１３の走査部２３（走査機構）の構成を説明する図である。ＳＭＦ２１の先端部は、円筒チューブ８１内を挿通され、先端部がこの円筒チューブ２３から突出している。円筒チューブ８１の外周には例えば電磁コイルなどの４つの電極８２が、周方向に離間して均等に配置されている。また、ＳＭＦ２１の外周の電極８２に対向する位置には、それぞれ磁石８３が配置されている。それぞれ２組ずつの電極８２および磁石８３は振動機構を構成し、電磁力により互いに直交する方向（以下、Ｘ方向およびＹ方向とする）にＳＭＦ２１を振動させる。

図１５は、第２実施の形態に係る光走査型内視鏡装置１０の光源ユニット３０の概略構成を示す図である。第２実施の形態では、赤色のレーザ光源８６Ｒおよび青色のレーザ光源８６ＢとしてＬＤ光源を用い、緑色のレーザ光源８６としてＤＰＳＳレーザを使用する。この光源ユニット３０では、第１実施の形態のようにＡＯＭ３３を設けていないが、各レーザ光源８６Ｒ，８６Ｇ，８６Ｂを構成する半導体レーザを直接変調することによって、１回のサンプリング当たりのレーザ光照射時間を調整することができる。なお、音響光学チューナブルフィルタ（ＡＯＴＦ）をダイクロイックミラー３２ｂとレンズ３４との間に設けることによっても、レーザ光の照射時間を調節することができる。

その他の構成は、第１実施の形態と同様であるので、同一構成要素には同一参照符号を付して説明を省略する。

次に第２実施の形態に係る光走査型内視鏡装置１０の動作について説明する。ＳＭＦ２１の先端部は、走査部２３により、Ｘ方向に共振周波数ｆ_ｘで振動される。また、走査部２３は、ＳＭＦ２１をｙ方向にはｆ_ｘよりも小さい周波数ｆ_ｙで振動させる。このようにすることで、観察対象物７０上に照射されたレーザ光が、ＳＭＦ２１の振動に合せてラスター状に順次走査されるため、これによる信号光を検出し処理することにより２次元画像を生成することができる。

図１６は、ラスター状の走査によるサンプリングの経路を示す図である。また、図１７は、観察対象物７０上でのラスター状の走査によるＸ方向の走査位置の時間変化の一例を示すグラフである。ＳＭＦ２１の出射端部は、Ｘ方向に共振周波数ｆｘで振動されているが、その走査位置は時間とともに正弦波状に変位する。この場合、観察対象物７０上の走査範囲内で、Ｘ方向の走査の両端部で走査速度が遅くなり、中心付近で走査速度が速くなる。ここで、１回のサンプリングで走査される距離は、走査速度をｖ、サンプリング時間をｔとすると、
ｖ×ｔ
で表される。図１８は、Ｘ方向に走査する際のサンプリング時間ｔを一定とする場合の１サンプリング当たりの走査距離ｄ_ｓの変化を示している。この場合、ラスターは走査のＸ方向の中央付近で１サンプリング当たりの走査距離が長くなり、画像にボケが生じ分解能が低下してしまうことが懸念される。

このため、本実施の形態では、光源ユニット３０によるレーザ照射時間を調整して、走査速度の速い中心領域では１サンプリング当たりのサンプリング時間ｔを短くし、走査距離が長くなることによる画像のボケに起因する分解能の劣化を低減する。本実施の形態でもサンプリング時間ｔを条件式（１）〜（３）を満足するように制御することができ、第１実施の形態に記載したものと同様の効果が得られる。ここで、サンプリング時間ｔは、１サンプリング当たりのレーザ照射時間である。特に、走査速度とサンプリング時間との積を略一定値とすることによって、図１９に示すように、観察対象物７０上の走査範囲に渡って、走査距離ｄ_ｓを略一定にすることができる。

さらに、第１実施の形態と同様に、走査速度ｖに応じてサンプリング時間ｔを変化させることに加えて、レーザ光のパワーｐ、受光器４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂの検出感度ｓおよびサンプリング周期ｔ_ｓを調整し、条件式（４）〜（８），（１０）〜（１３）を適宜満たすようにすることによって、各条件式について第１実施の形態に記載されたものと同様の効果が得られる。上記図１９は、サンプリング時間に加え、サンプリング周期の調整も行ったものである。

（実施例２）
第２実施の形態に係る光内視鏡装置１０の一実施例について、具体的なパラメータを示して説明する。実施例２は、ラスター状の走査範囲のＸ方向の振幅（振幅中心からの距離）ｒ_ｘを２００μｍ、共振周波数（ｆ_ｘ）を１０ｋＨｚ（＞３０ｆｐｓ×２５６ｌｉｎｅ＝７．５ＫＨｚ）とする。Ｘ方向平均走査速度ｖ_ｘは８．０Ｅ＋６μｍ／ｓである。レーザ光のパワーは、観察対象物７０の生体損傷を考慮して設定したものである。

実施例２によれば、条件式（１）および（２）が満たされ、少なくとも走査速度が最小のときの分解能と比較して、走査速度が最大のときの走査距離が長くなることにより発生する画像のボケに起因する分解能の劣化を低減することができる。

また、条件式（８）および（１２）が満たされ、少なくとも走査速度が最小のときのサンプリング点の密度と比較して、走査速度が最大のときのサンプリング点の密度が低いことによる分解能の劣化を、低減することができる。

さらに、条件式（４）および（５）が満たされているので、少なくとも走査速度が最小となるサンプリング点の一画素当たりの明るさと、走査速度が最大となるサンプリング点の一画素当たりの明るさとの不均一性を、光源から出射されるレーザ光のパワーを一定とした場合と比べて所定の範囲内に抑制している。

上記に加え、観察対象物７０上の走査範囲に渡って、走査速度とサンプリング時間の積（ｖ×ｔ），走査速度とサンプリング周期の積（ｖ×ｔ_ｓ）、および、レーザ光のパワーと走査ｓ速度との比（ｐ／ｖ）を略一定値となるように、サンプリング時間ｔ，サンプリング周期ｔ_ｓ、レーザ光パワーｐを調整すると、サンプリングごとの走査距離、サンプリング間隔距離、および、一画素当たりの明るさを均一にすることができる。

（第３実施の形態）
図２０は、第３実施の形態に係る光走査型観察装置の一例であるレーザ走査型顕微鏡装置１１０の概略構成を示すブロック図である。レーザ走査型顕微鏡装置１１０は、レーザ走査型顕微鏡（本体）１２０と、光源ユニット１３０（光源）と、検出ユニット１４０（検出部）と、コンピュータ１５０と、表示装置１６０とを含んで構成される。光源ユニット１３０とレーザ走査型顕微鏡（本体）１２０との間は、ＳＭＦ１２１により光学的に接続され、検出ユニット１４０とレーザ走査型顕微鏡（本体）１２０とは、筐体どうしが直接連結されているか、あるいは同一の筐体内に設けられている。また、コンピュータ１５０は、レーザ走査型顕微鏡（本体）１２０、光源ユニット１３０、検出ユニット１４０および表示装置１６０と電気的に接続されている。

光源ユニット１３０は、赤色、緑色および青色のＬＤ（半導体レーザ）１３１Ｒ，１３１Ｇ，１３１Ｂと、ダイクロイックミラー１３２ａ，１３２ｂとＡＯＴＦ１３３と、レンズ１３４とを備える。ＬＤ１３１Ｒ，１３１Ｇ，１３１Ｂの配置、および、ダイクロイックミラー１３２ａ，１３２ｂの光学特性および配置は、第１実施の形態と同様なので説明を省略する。ＡＯＴＦ１３３は、ＬＤ１３１Ｒ，１３１Ｇ，１３１Ｂからのレーザ光が合波されたレーザ光を波長選択および強度変調することができる光学素子であり、サンプリング点ごとに、赤色、青色、緑色の各レーザ光を高速に切り替えて照射する。ＡＯＴＦ１３３は、コンピュータ１５０の光源制御部（図示せず）によって制御される。ＡＯＴＦ１３３を透過したレーザ光は、レンズ１３４によりＳＭＦ１２１の入射端に入射する。

レーザ走査型顕微鏡（本体）１２０は、レンズ１２２、ダイクロイックミラー１２３、ガルバノメータスキャナ１２４（走査機構）、ミラー１２５、瞳投影レンズ１２６、結像レンズ１２７、および、対物レンズ１２８を備える。ここで、ガルバノメータスキャナ１２４は、対物レンズ１２８の瞳位置と共役な位置に設けられる。

レンズ１２２は、ＳＭＦ１２１の出射端から出射されるレーザ光をコリメートするレンズである。ダイクロイックミラー１２３は、光源ユニット１３０から入射するレーザ光を透過させ、レーザ光の照射により観察対象物１７０から発した蛍光を反射させる光学特性を有する。また、ガルバノメータスキャナ１２４は、ガルバノミラー１２４ａおよび１２４ｂを備え、ＳＭＦ１２１から出射されダイクロイックミラー１２３を透過したレーザ光を、互いに直交する２軸方向（Ｘ方向およびＹ方向とする）に偏向させる。

ガルバノミラー１２４ａ，１２４ｂで偏向されたレーザ光は、ミラー１２５で反射され、瞳投影レンズ１２６、結像レンズ１２７、および、例えば倍率２５倍の対物レンズ１２８を通り、観察対象物１７０上に集光されスポットを形成すると共に、このスポットは、上記ガルバノメータスキャナ１２４を駆動することによって、観察対象物１７０上で走査される。

観察対象物１７０は、光源ユニット１３０の赤、青、緑の３色のＬＤ１３１Ｒ，１３１Ｇ，および１３１Ｂのそれぞれのレーザ光で励起され、異なる波長の蛍光を発する３色の染料で染色されている。レーザ光の走査により観察対象物１７０から発した蛍光は、レーザ光が伝播してきた光路を逆向きに進み、ダイクロイックミラー１２３によって分光された後、検出ユニット１４０に入射する。

検出ユニット１４０は、３色のＬＤ１３１Ｒ，１３１Ｇ，１３１Ｂのレーザ光により発生する各蛍光を検出するためのＰＭＴ（光電子増倍管）１４１Ｒ，１４１Ｇ，１４１Ｂと、ダイクロイックミラー１４２ａ，１４２ｂとを備える。２つのダイクロイックミラー１４２ａおよび１４２ｂは、第１実施の形態と同様に、３つの波長の異なる蛍光を分光して、それぞれ対応するＰＭＴ１４１Ｒ，１４１Ｇ，１４１Ｂに入射させる。それぞれのＰＭＴ１４１Ｒ，１４１Ｇ，１４１Ｂは、コンピュータ１５０の図示しない検出制御部により増倍率が制御される。また、ＰＭＴ１４１Ｒ，１４１Ｇ，１４１Ｂの出力信号は、コンピュータ１５０の図示しない信号処理部に送信され、観察対象物１７０の画像が生成され、表示装置１６０に表示される。

なお、コンピュータ１５０は、第１実施の形態のコンピュータ５０と同様に、光源制御部、検出制御部、走査制御部、信号処理部、記憶部、入力部を備え、ラスター状の走査に対応した制御をすることを除き、第１実施の形態と同様の処理を行うものとし、詳細を省略する。

以上のような構成により本実施の形態に係るレーザ走査型顕微鏡装置１１０は、以下のように動作させることができる。

レーザ走査型顕微鏡装置１１０は、光源ユニット１３０から出力されるレーザ光により、観察対象物１７０上を、ガルバノメータスキャナ１２４により順次走査する。ここで、ガルバノメータスキャナ１２４は、レーザ光をガルバノミラー１２４ａの共振周波数ｆ_Ｘで、対物レンズ１２８の光軸に垂直な面内のＸ方向に振動させ、Ｙ方向にはガルバノミラー１２４ｂにより周波数ｆ_Ｙで振動させる。このときＸ方向の共振周波数による振動は、略正弦波状の振動となっている。

１回のサンプリングで走査される距離は、走査速度をｖ、サンプリング時間をｔとすると、
ｖ×ｔ
で表される。サンプリング時間は、ＰＭＴ１４１Ｒ，１４１Ｇ，１４１Ｂによる検出時間、および、ＡＯＴＦ１３３の制御によるレーザ光の照射時間の一方または双方により規定される。

ガルバノメータスキャナ１２４による走査は、Ｘ方向に正弦波状なので、観察対象物１７０の走査範囲内のＸ方向における中心ほど走査速度が速い。したがって、第２実施の形態に係る光走査型内視鏡と同様に、走査速度の速い中心領域では１サンプリング当たりのサンプリング時間ｔを短くし、走査距離が長くなることによる画像のボケに起因する分解能の劣化を低減する。また、走査範囲の周辺部では、光学系の収差により分解能が劣化するので、Ｙ方向の両端付近では、サンプリング時間ｔをさらに短くして、分解能の劣化を軽減しても良い。本実施の形態でも、サンプリング時間ｔを条件式（１）〜（３）を満足するように制御し、第１実施の形態と同様の作用、効果が得られる。ここで、サンプリング時間ｔは、ＡＯＴＦ１３３により各色のレーザ光が透光される時間である。

さらに、ＡＯＴＦ１３３による各色のレーザ光の透光状態、遮光状態の繰り返しの周期を変えることにより、走査速度の変化に応じてサンプリング周期ｔ_ｓを変化させることで、サンプリング点の密度をより均一な状態に近づけることができる。

また、第１および第２実施の形態と同様に、光源ユニット１３０からのレーザ光のパワーｐまたは検出ユニット１４０の検出感度ｓを調整することにより、検出信号の強度を均一にすることができる。とくに、本実施の形態では、検出ユニット１４０にＰＭＴを用いているので、広い範囲で像倍率を変化させることができる。これにより、画素ごとの明るさの不均一性を抑制することができる。

したがって、第１実施の形態と同様に、走査速度ｖに応じてサンプリング時間ｔを変化させることに加えて、条件式（４）〜（８），（１０）〜（１３）を適宜満たすようにすることによって、各条件式について第１実施の形態に記載されたものと同様の効果が得られる。

以上のように本実施の形態によれば、ガルバノメータスキャナ１２４による観察対象物１７０上の走査速度の変化に応じて、１回のサンプリング当たりの信号光を検出するサンプリング時間を変化させるようにしたので、サンプリングごとの走査速度の変化による走査距離の変化を抑制することができる。したがって、走査距離が長くなることによる画像のボケに起因する分解能の変化を低減することができる。

また、走査速度の変化に伴い走査速度の速い走査範囲のＸ方向の中心部でサンプリング時間を短くした場合であっても、検出ユニット１４０で検出される信号光の信号が小さくなることを抑制するように、検出ユニット１４０の検出感度を高めるように変化させることができるので、Ｘ方向の中心部で検出される信号が弱くなること（画像が暗くなること）を抑制することができる。特に、検出ユニット１４０にＰＭＴを用いたので検出感度を広範囲に調整することができる。

さらに、走査速度の変化に伴い走査速度のより速い領域でサンプリング周期を、高めるように変化させることができるので、走査速度の遅いＸ方向の両端部で無駄なサンプリングを行うことや、走査速度の速いＸ方向の中心部でサンプリング点が少なくなり過ぎることを抑制することができる。

なお、本実施の形態では、ガルバノメータスキャナ１２４のＸ方向の振幅は時間に対して正弦波状に変化させているが、より複雑に変化するような場合、ＰＳＤ（Position Sensitive Detector：位置検出器）などで、あらかじめ各サンプリング点での速度を測定しておくことや、ガルバノメータスキャナのそれぞれのガルバノミラー１２４ａおよび１２４ｂの配置角度をリアルタイムで検出する傾きセンサを設け、これらのセンサから、角度信号をコンピュータ１５０にリアルタイムに送信し、これを用いて各部の制御や画像の生成を行うようにしても良い。

（実施例３）
本実施の形態に係る光内視鏡装置１１０の一実施例について、具体的なパラメータを示して説明する。対物レンズ１２８には、２５倍対物レンズを用い、標本面上でのＸ方向の振幅（振幅中心からの距離）ｒ_ｘを２８０μｍ、共振周波数（ｆ_ｘ）を１０ｋＨｚとする。Ｘ方向の平均走査速度ｖ_ｘは１１．２Ｅ＋６μｍ／ｓである。レーザ光のパワーは、観察対象物１７０の生体損傷を考慮して設定したものである。

実施例３によれば、条件式（１）および（２）が満たされ、少なくとも走査速度が最小のときの分解能と比較して走査速度が最大のときの走査距離が、長くなることにより発生する画像のボケに起因する分解能の劣化を、所定の範囲内に抑制することができる。

また、条件式（８）および（１２）が満たされ、少なくとも走査速度が最小のときのサンプリング点と、走査速度が最大のときのサンプリング点の密度の違いによる分解能の不均一性を、サンプリング周期が一定の場合と比べ低減することができる。

さらに、条件式（６）および（７）が満たされているので、少なくとも走査速度が最小のときの一画素当たりの明るさ（検出信号の強度）と、走査速度が最大のときの一画素当たりの明るさとの不均一性を、検出ユニット４０の各ＰＭＴ１４１Ｒ，１４１Ｇ，１４１Ｂの検出感度を一定とした場合と比べて所定の範囲内に低減することができる。

なお、本発明は、上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、幾多の変形または変更が可能である。たとえば、サンプリング走査は、螺旋状の走査やラスター状の走査に限られず、例えば、リサジュー形状の走査をしても、第１〜第３実施の形態と同様の効果を得ることができる。

また、上記各実施の形態で、光源ユニットのレーザ光は、赤色、緑色、青色の各色のレーザ色を出射するものとしたが、光源ユニットに含まれるレーザはこれらの３色の組み合わせに限られず、種々の波長および種々の個数のレーザを用いることができる。また、使用するレーザ光源に応じて、レーザ光を合波するダイクロイックミラーの光学特性や配置は、適宜決定することができる。

さらに、第１および第２実施の形態において、コンピュータ、光源ユニット、検出ユニットおよび光走査型内視鏡（本体）は、それぞれ別体で構成される必要は無く、様々に組み合わせることが可能である。例えば、コンピュータ、光源ユニットおよび検出ユニットを一つの筐体内に格納することもできる。第３実施の形態についても同様である。

第３実施の形態では、レーザ光を照射する光学系の一部と蛍光を検出する光学系の一部とが共用されているが、これらを共用しない構成も可能である。また、本発明の光走査型観察装置は、光源からのレーザ光を観察対象物に照射して、その透過光を検出する構成としても良い。

１０ 光走査型内視鏡装置
２０ 光走査型内視鏡
２１ ＳＭＦ（シングルモードファイバ）
２２ ＭＭＦ（マルチモードファイバ）
２３ 走査部
２３ａ 圧電素子
２４ 操作部
２５ 挿入部
２６ 先端部
２７ａ，２７ｂ レンズ
３０ 光源ユニット
３１Ｒ，３１Ｂ ＬＤ（半導体レーザ）
３１Ｇ ＤＰＳＳレーザ（半導体励起固体レーザ）
３２ａ，３２ｂ ダイクロイックミラー
３３ ＡＯＭ（音響光学モジュレータ）
３４ レンズ
４０ 検出ユニット
４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂ 受光器
４２ａ，４２ｂ ダイクロイックミラー
４３ レンズ
５０ コンピュータ
５１ 光源制御部
５２ 検出制御部
５３ 走査制御部
５４ 信号処理部
５５ 制御部
５６ 記憶部
６０ 表示装置
７０ 観察対象物
８１ 円筒チューブ
８２ 電極
８３ 磁石
８６Ｒ，８６Ｂ ＬＤ（半導体レーザ）
８６Ｇ ＤＰＳＳレーザ（半導体励起固体レーザ）
１１０ レーザ走査型顕微鏡装置
１２０ レーザ走査型顕微鏡（本体）
１２１ ＳＭＦ（シングルモードファイバ）
１２２ レンズ
１２３ ＤＭ（ダイクロイックミラー）
１２４ ガルバノメータスキャナ
１２４ａ，１２４ｂ ガルバノミラー
１２５ ミラー
１２６ 瞳投影レンズ
１２７ 結像レンズ
１２８ 対物レンズ
１３０ 光源ユニット
１３１Ｒ，１３１Ｇ，１３１Ｂ ＬＤ（半導体レーザ）
１３２ａ，１３２ｂ ダイクロイックミラー
１３３ ＡＯＴＦ（音響光学チューナブルフィルタ）
１３４ レンズ
１４０ 検出ユニット
１４１Ｒ，１４１Ｇ，１４１Ｂ ＰＭＴ（光電子増倍管）
１４２ａ,１４２ｂ ＤＭ（ダイクロイックミラー）
１５０ コンピュータ
１６０ 表示装置

走査制御部５３は、光走査型内視鏡（本体）２０の走査部２３を駆動制御して、ＳＭＦ２１から出射したレーザ光のスポットを、観察対象物上で螺旋状に走査させる。具体的には、走査部２３の圧電素子２３ａには、ＳＭＦ２１の先端部の共振周波数ｆで、レンズ２７ａ，２７ｂの光軸に対して垂直な互いに直交する２方向に、互いに位相を９０度ずらして振動するように、交流電圧が加えられる。この交流電圧の大きさを、所定のパターンで変化させることによって、図６に一例を示すように、振幅を変化させる。図６は、上記互いに直交する２方向のうち一方向のレーザ光のスポットの径方向の動き（ａ）と、螺旋状の経路の径の大きさ（ｂ）とを示している。螺旋状のサンプリング走査は、振幅が略０から所定の最大振幅まで行い、最大振幅になるとサンプリングを停止し、振幅を０近くまで減衰させて、再びサンプリング走査を開始する動作を繰り返す。これによって、観察対象物上で螺旋状の経路で走査させることができる。

ｐをレーザ光のパワーとすれば、ｐ／ｖは、各サンプリングの単位長さ当たりのレーザ光の照射パワーを示す。条件式（５）を満たす範囲であれば、少なくとも走査速度が最小のときと比較して、走査速度が最大のときのサンプリングの単位長さ当たりの光量の変化を、２倍以内に収めることができる。なお、単位長さ当たりのレーザ光の照射パワーの変化を０．５以下とした場合、走査速度が速い領域においてレーザ光照射パワーが過剰に大きくなるため、被写体が生体である場合、生体損傷に繋がる可能性がある。また、２以上とした場合、最も走査速度が速い領域の明るさは、遅い領域と比較して、半分以下の明るさになってしまうので好ましくない。

上記に加え、観察対象物７０上の走査範囲に渡って、走査速度とサンプリング時間の積（ｖ×ｔ），走査速度とサンプリング周期の積（ｖ×ｔ_s）、および、レーザ光のパワーと走査速度との比（ｐ／ｖ）を略一定値となるように、サンプリング時間ｔ，サンプリング周期ｔ_s、レーザ光パワーｐを調整すると、サンプリングごとの走査距離、サンプリング間隔距離、および、一画素当たりの明るさを均一にすることができる。

Claims (15)

1. レーザ光を出力する光源と、
   前記光源から出力された前記レーザ光の集光位置を観察対象物上で走査する走査機構と、
   前記レーザ光の走査により得られる信号光をサンプリングして、電気信号に変換する検出部とを備え、
   前記走査機構による前記観察対象物上の走査速度の変化に応じて、１回のサンプリング当たりの前記信号光を検出するサンプリング時間を変化させることを特徴とする光走査型観察装置。
2. 前記観察対象物上の走査範囲において、ｔ_ｖｍｉｎおよびｔ_ｖｍａｘを、それぞれ、前記走査速度が最小値および最大値となる際の前記サンプリング時間とするとき、条件式（１）を満たすことを特徴とする請求項１に記載の光走査型観察装置。
   ｔ_ｖｍｉｎ＞ｔ_ｖｍａｘ ・・・（１）
3. 前記観察対象物上の走査範囲において、ｖ_ｍａｘおよびｖ_ｍｉｎをそれぞれ前記走査速度の最大値および最小値としたとき、前記ｔ_ｖｍｉｎおよびｔ_ｖｍａｘは、条件式（２）を満たすことを特徴とする請求項２に記載の光走査型観察装置。
   

   
4. 前記観察対象物上の走査範囲において、ｖを前記走査速度、ｔを前記サンプリング時間とし、ｍａｘ（ｖ×ｔ）およびｍｉｎ（ｖ×ｔ）をそれぞれ、前記走査速度と前記サンプリング時間との積の最大値および最小値とするとき、条件式（３）を満たすことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の光走査型観察装置。
   

   
5. 前記観察対象物上の走査範囲において、前記サンプリング時間は、前記走査速度との積が略一定値となるように変化されることを特徴とする請求項１に記載の光走査型観察装置。
6. 前記サンプリング時間は、１回のサンプリング当たりの前記検出部の検出時間、および、１回のサンプリング当たりの前記光源による前記レーザ光の照射時間の少なくとも一方により規定されることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の光走査型観察装置。
7. 前記走査機構による前記観察対象物上の前記走査速度の変化に応じて、前記光源から出力されるレーザ光のパワーを変化させることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の光走査型観察装置。
8. 前記観察対象物上の走査範囲において、ｐ_ｖｍｉｎおよびｐ_ｖｍａｘを、それぞれ、前記走査速度が最小値および最大値となる際の前記レーザ光のパワーとするとき、条件式（４）を満たすことを特徴とする請求項７に記載の光走査型観察装置。
   ｐ_ｖｍｉｎ＜ｐ_ｖｍａｘ ・・・（４）
9. 前記観察対象物上の走査範囲において、ｖ_ｍａｘおよびｖ_ｍｉｎをそれぞれ前記走査速度の最大値および最小値としたとき、前記ｐ_ｖｍｉｎおよびｐ_ｖｍａｘは、条件式（５）を満たすことを特徴とする請求項７に記載の光走査型観察装置。
   

   
10. 前記走査機構による前記観察対象物上の前記走査速度の変化に応じて、前記検出部の前記信号光の検出感度を変化させることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の光走査型観察装置。
11. 前記観察対象物上の走査範囲において、ｓ_ｖｍｉｎおよびｓ_ｖｍａｘを、それぞれ、前記走査速度が最小値および最大値となる際の前記検出感度とするとき、条件式（６）を満たすことを特徴とする請求項１０に記載の光走査型観察装置。
    ｓ_ｖｍｉｎ＜ｓ_ｖｍａｘ ・・・（６）
12. 前記観察対象物上の走査範囲において、ｖ_ｍａｘおよびｖ_ｍｉｎをそれぞれ前記走査速度の最大値および最小値としたとき、前記ｓ_ｖｍｉｎおよびｓ_ｖｍａｘは、条件式（７）を満たすことを特徴とする請求項１１に記載の光走査型観察装置。
    

    
13. 前記走査機構による前記観察対象物上の前記走査速度の変化に応じて、サンプリング周期を変化させることを特徴とする請求項１〜１２の何れか一項に記載の光走査型観察装置。
14. 前記観察対象物上の走査範囲において、ｔ_{ｓ−ｖｍｉｎ}およびｔ_{ｓ−ｖｍａｘ}を、それぞれ、前記走査速度が最小値および最大値となる際のサンプリング周期とするとき、条件式（８）を満たすことを特徴とする請求項１３に記載の光走査型観察装置。
    ｔ_{ｓ−ｖｍａｘ}＜ｔ_{ｓ−ｖｍｉｎ} ・・・（８）
15. 前記走査機構は、前記観察対象物上を螺旋状に走査することを特徴とする請求項１〜１４の何れか一項に記載の光走査型観察装置。

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