JPWO2016151633A1

JPWO2016151633A1 - 光走査装置の走査軌跡測定方法、走査軌跡測定装置及び画像キャリブレーション方法

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Publication number: JPWO2016151633A1
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Inventors: 雙木　満; 満雙木
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Publication date: 2018-01-11
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Abstract

迷光の影響を容易に軽減できて走査軌跡の測定精度を向上できる光走査装置の走査軌跡測定装置を提供する。照明光により被照射物を走査して該被照射物の表示画像を生成する光走査装置１００の走査軌跡測定装置であって、照明光により走査されるスクリーン１１と、スクリーン１１上での照明光の照射スポットの位置を検出する光位置検出器１２と、を備え、スクリーン１１の走査中に所定の複数の時間ポイントで光位置検出器１２により照射スポットの位置を順次検出して照明光の走査軌跡を測定する。

Description

本発明は、光走査装置の走査軌跡測定方法、走査軌跡測定装置及び画像キャリブレーション方法に関するものである。

光走査装置として、例えば、光ファイバの射出端部をアクチュエータにより変位させて光ファイバからの照明光を偏向しながら照明光学系を経て被照射物に照射して被照射物を走査し、該被照射物からの後方散乱光を検出して画像を生成するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に開示の光走査装置では、被照射物の目標エリアの走査に先立って、照明光により座標情報取得機能を備えた例えばＰＳＤ（Position Sensitive Detector）等の光位置検出器を直接走査して照明光の走査軌跡を取得している。そして、被照射物の目標エリアの走査においては、被照射物を走査して得られる被照射物像の画素位置を、予め取得された走査軌跡に基づいてキャリブレーションして表示画像を生成している。

特許第５１９０２６７号公報

ところで、光走査装置は、例えば走査型内視鏡の場合、大きな画角（例えば、９０度）が要求される。この場合、走査型内視鏡から射出される照明光は、走査端部において照明光学系の光軸から急激に遠ざかる。これに対し、例えばＰＳＤの受光面の大きさは、高々１０ｍｍ角前後である。そのため、ＰＳＤにより照明光の走査軌跡を直接測定しようとすると、ＰＳＤの受光面を走査型内視鏡の射出端面から５ｍｍ程度に近づけて配置する必要がある。

しかしながら、ＰＳＤを走査型内視鏡の射出端面に近づけて配置すると、両者の間でエネルギー密度の高い状態での多重反射等による迷光が発生して、照明光の照射位置の検出精度が低下することになる。その結果、上記の特許文献１に開示のキャリブレーション方法にあっては、走査軌跡の測定精度が低下して、表示画像の画質低下を招くことが懸念される。

なお、上記の迷光を軽減する方法として、ＰＳＤの前方に波長板や偏光子等の光学素子を配置することが考えられる。しかし、ＰＳＤは受光面を保護するカバーガラス等を備えることから、走査型内視鏡の射出端面とＰＳＤとの間の距離はさらに短くなって、光学素子を配置するのは容易でない。さらに、波長板や偏光板等の光学素子は、入射角の角度依存特性を有している。そのため、画角９０度（入射角４５度）の近傍の入射光に対しては理想の特性を発揮できず、位置検出精度の低下が免れない。このような課題は、例えばレーザ光を偏向して対物レンズを経て試料を走査するレーザ走査型顕微鏡等にも同様に生じるものである。

かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、迷光の影響を容易に軽減できて走査軌跡の測定精度を向上でき、高精度の画像キャリブレーションが可能な光走査装置の走査軌跡測定方法、走査軌跡測定装置及び画像キャリブレーション方法を提供することにある。

上記目的を達成する本発明に係る光走査装置の走査軌跡測定方法の一態様は、
照明光により被照射物を走査して該被照射物の表示画像を生成する光走査装置の走査軌跡測定方法であって、
前記照明光によりスクリーンを走査するスクリーン走査ステップと、
前記スクリーンの走査中に所定の複数の時間ポイントで前記スクリーン上での前記照明光の照射スポットの位置を光位置検出器で順次検出して照射位置情報を取得する照射位置情報取得ステップと、を含む、
ことを特徴とするものである。

さらに、上記目的を達成する本発明に係る光走査装置の走査軌跡測定装置の一態様は、
照明光により被照射物を走査して該被照射物の表示画像を生成する光走査装置の走査軌跡測定装置であって、
前記照明光により走査されるスクリーンと、
該スクリーン上での前記照明光の照射スポットの位置を検出する光位置検出器と、を備え、
前記スクリーンの走査中に所定の複数の時間ポイントで前記光位置検出器により前記照射スポットの位置を順次検出して前記照明光の走査軌跡を測定する、
ことを特徴とするものである。

前記スクリーンは厚さが前記照射スポットの直径以下であるとよい。

前記走査軌跡測定装置は、前記スクリーン上での前記照射スポットを前記光位置検出器に投影する投影光学系をさらに備えてもよい。

前記投影光学系を備える場合、
前記スクリーンは厚さが前記照射スポットの直径以下である第１の条件と、
前記スクリーンは前記照明光の拡散角度が走査画角以上である第２の条件と、
前記投影光学系は前記スクリーン側の開口数が０．２以上である第３の条件と、の少なくとも一つの条件を満足するとよい。

前記走査軌跡測定装置は、
測定される前記照明光の走査軌跡を格納する記憶部をさらに備えてもよい。

前記走査軌跡測定装置は、
前記スクリーンを撮像して前記照明光の走査軌跡の画像を取得する画像取得部をさらに備えてもよい。

さらに、上記目的を達成する本発明に係る光走査装置の画像キャリブレーション方法の一態様は、
照明光により被照射物を走査して得られる被照射物像の画素位置をキャリブレーションして前記被照射物の表示画像を生成する光走査装置の画像キャリブレーション方法であって、
前記被照射物の走査に先立って前記照明光の走査軌跡を取得する走査軌跡取得ステップと、
前記被照射物を走査して得られる前記被照射物像の画素位置を前記走査軌跡取得ステップで取得された前記走査軌跡に基づいてキャリブレーションして前記表示画像を生成する表示画像生成ステップと、を含み、
前記走査軌跡取得ステップは、
前記照明光によりスクリーンを走査するスクリーン走査ステップと、
前記スクリーンの走査中に所定の複数の時間ポイントで前記スクリーン上での前記照明光の照射スポットの位置を光位置検出器で順次検出して照射位置情報を取得する照射位置情報取得ステップと、を含む、
ことを特徴とするものである。

前記表示画像生成ステップは、
前記被照射物の走査中に所定の複数の時間ポイントで前記被照射物の画素信号を取得する画素信号取得ステップと、
該画素信号取得ステップで取得された前記画素信号を、前記照射位置情報取得ステップにおける同一の時間ポイントでの前記照射位置情報に対応する画素位置に配置する画素信号配置ステップと、を含むとよい。

本発明によれば、迷光の影響を容易に軽減できて走査軌跡の測定精度を向上でき、高精度の画像キャリブレーションが可能となる。

第１実施の形態に係る走査軌跡測定装置の要部の構成を示すブロック図である。図１の走査型内視鏡の挿入先端部の部分拡大断面図である。図１の走査軌跡測定装置による走査軌跡測定動作の要部の処理を示すフローチャートである。第２実施の形態に係る走査軌跡測定装置の要部の構成を示す図である。第３実施の形態に係る走査軌跡測定装置の要部の構成を示す図である。第４実施の形態に係る走査軌跡測定装置の要部の構成を示す図である。第５実施の形態に係る内視鏡観察装置の要部の概略構成を示すブロック図である。図７の内視鏡観察装置による画像キャリブレーション動作の要部の処理を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。

（第１実施の形態）
図１は、第１実施の形態に係る走査軌跡測定装置の要部の構成を示すブロック図である。本実施の形態に係る走査軌跡測定装置は、走査型内視鏡（スコープ）１００の走査軌跡を、主に製品出荷時に測定するものである。走査軌跡測定装置は、測定装置本体１０と、スクリーン１１と、ＰＳＤ１２とを備える。また、測定装置本体１０には、必要に応じて、ディスプレイ等の表示部１３や、キーボード、マウス、タッチパネル等の入力部１４が接続される。

走査型内視鏡１００は、コネクタ等を介して測定装置本体１０に着脱自在に接続される。スクリーン１１は、ＰＳＤ１２の受光面上に直接載置されて、走査型内視鏡１００から射出される照明光によって走査される位置に配置される。好ましくは、スクリーン１１は、走査型内視鏡１００を用いて内視鏡観察を行う場合の被観察物（被照射物）の位置に配置される。また、スクリーン１１は、好ましくは、その厚さが照射される照明光のスポット径以下であるとよい。

ＰＳＤ１２は、スクリーン１１を透過して受光面に入射される照明光の照射位置に対応する検出信号を出力する。ＰＳＤ１２から出力される検出信号は、信号線１５を介して測定装置本体１０に入力される。

走査型内視鏡１００は、その内部に測定装置本体１０に結合される基端部から挿入先端部まで延在して照明用光ファイバ１０１及び受光用光ファイバ１０２（図２参照）が配設されている。照明用光ファイバ１０１は、走査型内視鏡１００の測定装置本体１０への接続状態において、測定装置本体１０からの照明光が入射可能となる。

走査型内視鏡１００の挿入先端部には、図２に部分拡大断面図を示すように、アクチュエータ１０３及び照明光学系１０４が実装されている。アクチュエータ１０３は、照明用光ファイバ１０１の射出端部１０１ａを貫通させて保持するファイバホルダとしてのフェルール１１０を備える。照明用光ファイバ１０１は、フェルール１１０に接着固定される。フェルール１１０は、照明用光ファイバ１０１の射出端面１０１ｂとは反対側の端部が支持部１０５に結合されて、支持部１０５に揺動可能に片持ち支持される。照明用光ファイバ１０１は、支持部１０５を貫通して延在される。

フェルール１１０は、例えばニッケル等の金属からなる。フェルール１１０は、外形が四角柱状、円柱状等の任意の形状に形成可能である。フェルール１１０には、照明用光ファイバ１０１の光軸方向と平行な方向をｚ方向とするとき、ｚ方向と直交する面内で互いに直交するｘ方向及びｙ方向にそれぞれ対向して圧電素子１０６ｘ及び１０６ｙが装着される。図２では、圧電素子１０６ｘについては１個のみを示している。圧電素子１０６ｘ及び１０６ｙは、ｚ方向に長い矩形状からなる。圧電素子１０６ｘ及び１０６ｙは、厚さ方向の両面に形成された電極を有し、対向する電極を介して厚さ方向に電圧が印加されるとｚ方向に伸縮可能に構成される。

圧電素子１０６ｘ及び１０６ｙのフェルール１１０に接着される電極面とは反対側の電極面には、それぞれ対応する配線ケーブル１０７が接続される。同様に、圧電素子１０６ｘ及び１０６ｙの共通電極となるフェルール１１０には、対応する配線ケーブル１０７が接続される。ｘ方向の２個の圧電素子１０６ｘには、測定装置本体１０から対応する配線ケーブル１０７を介して同相の交流電圧が印加される。同様に、ｙ方向に対向する２個の圧電素子１０６ｙには、測定装置本体１０から対応する配線ケーブル１０７を介して同相の交流電圧が印加される。

これにより、２個の圧電素子１０６ｘは、一方が伸張すると他方が縮小して、フェルール１１０がｘ方向に湾曲して振動する。同様に、２個の圧電素子１０６ｙは、一方が伸張すると他方が縮小して、フェルール１１０がｙ方向に湾曲して振動する。その結果、フェルール１１０は、ｘ方向及びｙ方向の振動が合成されて照明用光ファイバ１０１の射出端部１０１ａと一体に変位する。したがって、測定装置本体１０から照明用光ファイバ１０１に照明光を入射させると、射出端面１０１ｂから射出される照明光は２次元方向に偏向される。

受光用光ファイバ１０２は、走査型内視鏡１００の外周部にバンドル状に配置される。受光用光ファイバ１０２の入射端部１０２ａ側には、図示しないが検出用レンズが配置されていても良い。受光用光ファイバ１０２は、走査型内視鏡１００が内視鏡観察を行う観察装置本体に接続された状態で、照明用光ファイバ１０１からの照明光の照射によって被観察物（被照射物）から発生する反射光や蛍光等の信号光を取り込んで観察装置本体に導光する。

照明光学系１０４は、図２では２枚の投影用レンズ１０４ａ、１０４ｂで構成されている場合を例示している。投影用レンズ１０４ａ、１０４ｂは、照明用光ファイバ１０１の射出端面１０１ｂから射出される照明光を所定の焦点位置に集光させるように構成される。なお、照明光学系１０４は２枚の投影用レンズ１０４ａ、１０４ｂに限られず、１枚や３枚以上のレンズにより構成されてもよい。

また、走査型内視鏡１００は、図１に示すように、記憶部１０８をさらに備える。記憶部１０８には、当該走査型内視鏡１００のアクチュエータ１０３を所定の駆動信号で駆動した際の照明用光ファイバ１０１による照明光の走査軌跡情報が格納される。記憶部１０８に格納された走査軌跡情報は、走査型内視鏡１００を用いて内視鏡観察を行う場合に、走査型内視鏡１００の観察装置本体への接続状態において観察装置本体により読み取られる。

一方、図１において、測定装置本体１０は、装置全体の動作を制御する制御部１６と、光源部１７と、駆動制御部１８と、演算部１９と、記憶部２０とを備える。

光源部１７は、例えば、レーザダイオード、ＤＰＳＳレーザ（半導体励起個体レーザ）等の光源を備える。光源部１７は、走査型内視鏡１００でカラー画像の内視鏡観察を行う場合と同様に、青、緑、赤の各色のレーザ光を発生する複数のレーザで構成してもよいし、走査軌跡測定用の単一のレーザで構成してもよい。光源部１７から射出される光は、走査型内視鏡１００の照明用光ファイバ１０１に入射される。

駆動制御部１８は、走査型内視鏡１００のアクチュエータ１０３に、配線ケーブル１０７を介して内視鏡観察時における被観察物の目標エリアを走査する場合と同様の所定の駆動信号を供給して、照明用光ファイバ１０１の射出端部１０１ａを振動させる。本実施の形態では、アクチュエータ１０３が圧電素子１０６ｘ及び１０６ｙを有するので、駆動制御部１８は、駆動信号として圧電素子１０６ｘ及び１０６ｙに、例えば照明用光ファイバ１０１の射出端部１０１ａを含む被振動部の共振周波数又はその近傍の周波数で、位相がほぼ９０°異なり、振幅が徐々に増大して減少する電圧を印加する。これにより、照明用光ファイバ１０１の射出端面１０１ｂは、照明光学系１０４の光軸を中心として螺旋状に変位されて、射出端面１０１ｂから射出される照明光によりスクリーン１１が螺旋状に走査される。

演算部１９は、ＰＳＤ１２から出力される検出信号を入力し、該検出信号を照明光によるスクリーン１１の走査開始から順次の所定の複数の時間ポイントｔ_k（ｋ＝０、１、・・・、ｎ）で座標値（ｘ，ｙ）に変換する。これにより、演算部１９は、照明光によるスクリーン１１の走査開始から順次の所定の時間ポイントにおけるスクリーン１１上での照射スポットの位置をキャプチャする。演算部１９は、必要に応じて照明スポットの座標位置の誤差を、多項式近似等を用いて平滑化してもよい。演算部１９での演算結果すなわち走査の経過時間と対応付けられた照射位置情報は、記憶部２０に格納される。そして、記憶部２０に一走査に亘る照射位置情報が格納されると、制御部１６は、それらの照射位置情報を走査軌跡情報として走査型内視鏡１００の記憶部１０８に格納する。

記憶部２０は、測定装置本体１０の制御プログラム等を格納する。また、記憶部２０は、上述したように演算部１９のワークメモリとしても機能する。記憶部２０は、測定装置本体１０の内部メモリであってもよいし、測定装置本体１０に着脱可能な可搬型の記憶媒体（メモリカード等）であってもよい。

図３は、本実施の形態に係る走査軌跡測定装置による走査型内視鏡１００の走査軌跡測定動作の要部の処理を示すフローチャートである。測定準備として、測定対象の走査型内視鏡１００を測定装置本体１０に接続し、走査型内視鏡１００の射出端部に対向してスクリーン１１を載置したＰＳＤ１２を配置する。この状態で、制御部１６は、光源部１７を駆動するとともに、駆動制御部１８により走査型内視鏡１００のアクチュエータ１０３を駆動して、照明光によるスクリーン１１の走査を開始する（ステップＳ３０１）。

次に、制御部１６は、スクリーン１１の走査中に、演算部１９において、ＰＳＤ１２から入力される検出信号を、走査開始から走査終了までの順次の所定の複数の時間ポイントｔ_k（ｋ＝０、１、・・・、ｎ）で座標値（ｘ，ｙ）に変換する。これにより、制御部１６は、演算部１９においてスクリーン１１上での順次の照射スポットの位置をキャプチャして照射位置情報を取得する（ステップＳ３０２）。この照射位置情報は、走査の経過時間に対応付けられて記憶部２０に格納される。

その後、制御部１６は、記憶部２０に一走査に亘る照射位置情報が格納されると、スクリーン１１の走査を終了して、記憶部２０に格納された一走査に亘る照射位置情報を走査軌跡情報として走査型内視鏡１００の記憶部１０８に格納して（ステップＳ３０３）、走査型内視鏡１００の走査軌跡測定動作を終了する。

図３に示したフローチャートにおいて、ステップＳ３０１はスクリーン走査ステップに相当し、ステップＳ３０２は照射位置情報取得ステップに相当する。そして、ステップＳ３０１〜Ｓ３０３を含む処理が、走査軌跡取得ステップに相当する。

本実施の形態に係る走査軌跡測定装置は、ＰＳＤ１２の受光面上にスクリーン１１を直接載置して、測定対象の走査型内視鏡１００から照射される照明光によってスクリーン１１を走査する。したがって、スクリーン１１に入射した照明光は、スクリーン１１で散乱され、スクリーン１１を透過した散乱光の一部がＰＳＤ１２の受光面に入射することになる。

ここで、スクリーン１１で散乱される光のうち、走査型内視鏡１００の方向に戻る光（後方散乱光）は強く散乱される。そして、その散乱光の一部が走査型内視鏡１００で反射されて再びスクリーン１１に入射することになる。しかも、スクリーン１１に再度入射する光は、スクリーン１１で再度散乱されるので、スクリーン１１を透過してＰＳＤ１２に入射する光の強度は極めて低くなる。したがって、スクリーン１１と走査型内視鏡１００との間での多重反射等によってＰＳＤ１２に入射する迷光の影響を容易に軽減でき、走査軌跡の測定精度を向上することができる。また、スクリーン１１の厚さを、スクリーン１１上に入射する照明光の照射スポットの直径以下とすれば、ＰＳＤ１２に入射する照射スポットのボケの程度を軽減できるので、走査軌跡測定精度の更なる向上が図れる。

（第２実施の形態）
図４は、第２実施の形態に係る走査軌跡測定装置の要部の構成を示す図である。本実施の形態に係る走査軌跡測定装置は、図１に示した走査軌跡測定装置に対してＰＳＤ１２の配置が異なるものである。図４は、図１と異なる構成部分のみを図示している。以下、図１と異なる構成について説明する。

図４から明らかなように、本実施の形態に係る走査軌跡測定装置は、スクリーン１１での後方散乱光の一部を、投影光学系２１を経てＰＳＤ１２に入射させるようにしたものである。ＰＳＤ１２は、その受光面が投影光学系２１に関してスクリーン１１と共役な位置に配置される。これにより、スクリーン１１上に入射する照明光の照射スポットを投影光学系２１によりＰＳＤ１２の受光面上に投影して、照明光の走査軌跡を測定する。なお、本実施の形態において、スクリーン１１は、照明光の拡散角度が走査画角以上に構成するとよい。また、投影光学系２１は、スクリーン１１側の開口数を０．２以上に構成するとよい。

このように、本実施の形態では、スクリーン１１の後方散乱光により、スクリーン１１上の照射スポットを投影光学系２１によりＰＳＤ１２に投影して照明光の走査軌跡を測定する。ここで、スクリーン１１で散乱される光のうち、後方散乱光は強く散乱される。そして、その散乱光の一部が走査型内視鏡１００で反射されて再びスクリーン１１に入射することになる。しかも、スクリーン１１に再度入射する光は、スクリーン１１で再度散乱されるので、その後方散乱光の一部が投影光学系２１によりＰＳＤ１２に入射されても、その光の強度は極めて低くなる。したがって、第１実施の形態の場合と同様に、スクリーン１１と走査型内視鏡１００との間での多重反射等によってＰＳＤ１２に入射する迷光の影響を容易に軽減でき、走査軌跡の測定精度を向上することができる。

また、本実施の形態においても、第１実施の形態と同様に、スクリーン１１の厚さを、スクリーン１１上に入射する照明光の照射スポットの直径以下とすれば、ＰＳＤ１２に入射する照射スポットのボケの程度を軽減できるので、走査軌跡測定精度の更なる向上が図れる。また、スクリーン１１による照明光の拡散角度を走査画角以上とすれば、スクリーン１１での後方散乱光のうち投影光学系２１で集光される光の割合を増加できるので、ＰＳＤ１２に入射する光の光量を増大でき、走査軌跡測定精度の更なる向上が図れる。同様に、投影光学系２１のスクリーン１１側の開口数を０．２以上とすれば、より多くの後方散乱光を集光できるので、ＰＳＤ１２に入射する光の光量を増大でき、走査軌跡測定精度の更なる向上が図れる。

（第３実施の形態）
図５は、第３実施の形態に係る走査軌跡測定装置の要部の構成を示す図である。本実施の形態に係る走査軌跡測定装置は、図４に示した走査軌跡測定装置に対してＰＳＤ１２の配置が異なるものである。図５は、図４と異なる構成部分のみを図示している。以下、図４と異なる構成について説明する。

図５から明らかなように、本実施の形態に係る走査軌跡測定装置は、スクリーン１１での前方散乱光の一部を、投影光学系２１を経てＰＳＤ１２に入射させるようにしたものである。なお、投影光学系２１は、例えば２枚のリレーレンズ２１ａ及び２１ｂを有して構成される。ＰＳＤ１２は、その受光面が投影光学系２１に関してスクリーン１１と共役な位置に配置される。これにより、スクリーン１１上に入射する照明光の照射スポットを投影光学系２１によりＰＳＤ１２の受光面上に投影して、照明光の走査軌跡を測定する。

このように、本実施の形態では、スクリーン１１の前方散乱光により、スクリーン１１上の照射スポットを投影光学系２１によりＰＳＤ１２に投影して照明光の走査軌跡を測定する。ここで、スクリーン１１で散乱される光のうち、後方散乱光は強く散乱される。そして、その散乱光の一部が走査型内視鏡１００で反射されて再びスクリーン１１に入射することになる。しかも、スクリーン１１に再度入射する光は、スクリーン１１で再度散乱されるので、その前方散乱光の一部が投影光学系２１によりＰＳＤ１２に入射されても、その光の強度は極めて低くなる。したがって、第１実施の形態の場合と同様に、スクリーン１１と走査型内視鏡１００との間での多重反射等によってＰＳＤ１２に入射する迷光の影響を容易に軽減でき、走査軌跡の測定精度を向上することができる。

また、本実施の形態においても、第２実施の形態と同様に、スクリーン１１の厚さを、スクリーン１１上に入射する照明光の照射スポットの直径以下とする第１の条件と、スクリーン１１による照明光の拡散角度を走査画角以上とする第２の条件と、投影光学系２１のスクリーン１１側の開口数を０．２以上とする第３の条件と、の少なくとも一つの条件を満たせば、走査軌跡測定精度の更なる向上が図れる。

（第４実施の形態）
図６は、第４実施の形態に係る走査軌跡測定装置の要部の構成を示す図である。本実施の形態に係る走査軌跡測定装置は、図５に示した走査軌跡測定装置において、ビームスプリッタ２２と、結像光学系２３と、撮像部２４と、をさらに備える。図６は、図５と異なる構成部分のみを図示している。以下、図５と異なる構成について説明する。

ビームスプリッタ２２は、例えばハーフミラー等からなり、投影光学系２１を構成する２枚のリレーレンズ２１ａ及び２１ｂの間の光軸上に配置されて、リレーレンズ２１ｂに向かう光の一部を反射させる。結像光学系２３は、ビームスプリッタ２２で反射される光を撮像部２４に結像させる。撮像部２４は、例えばＣＣＤ等を有して構成され、その出力は例えば図１の測定装置本体１０で画像処理して表示部１３に表示する。

本実施の形態によると、第３実施の形態の効果に加えて、走査型内視鏡１００の走査軌跡を画像として観察することができる。したがって、例えば、走査軌跡の目視による良否の判定が可能となる。

次に、第１〜４実施の形態で説明したようにして走査軌跡が測定された走査型内視鏡１００を用いる内視鏡観察装置の一態様について説明する。

（第５実施の形態）
図７は、第５実施の形態に係る内視鏡観察装置の要部の概略構成を示すブロック図である。図７に示す内視鏡観察装置３０は、観察装置本体４０と、表示部６０と、走査型内視鏡１００と、を備える。

走査型内視鏡１００は、コネクタ等を介して観察装置本体４０に着脱自在に接続される。観察装置本体４０は、内視鏡観察装置３０の全体を制御する制御部４１と、光源部４２と、駆動制御部４３と、光検出部４４と、画像処理部４５と、記憶部４６と、を備える。

光源部４２は、レーザ５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂと、結合器５２と、を有する。レーザ５１Ｒは赤色のレーザ光を、レーザ５１Ｇは緑色のレーザ光を、レーザ５１Ｂは青色のレーザ光をそれぞれ射出する。レーザ５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂ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が使用可能である。ここで各色光の波長は、例えば青色は４４０ｎｍから４６０ｎｍ、緑色は５１５ｎｍから５３２ｎｍ、赤色は６３５ｎｍから６３８ｎｍである。レーザ５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂから出射されるレーザ光は、結合器５２で同軸上に合波されて、走査型内視鏡１００の照明用光ファイバ１０１に入射される。なお、光源部４２は、他の複数の光源を用いるものであっても良い。また、光源部４２は、観察装置本体４０とは別の筐体に収納されて、観察装置本体４０と信号線で接続されていても良い。この場合、走査型内視鏡１００の照明用光ファイバ１０１は、光源部４２を有する筐体に着脱自在に接続される。

駆動制御部４３は、配線ケーブル１０７を介して走査型内視鏡１００のアクチュエータ１０３に被観察物７０の目標エリアを走査する所要の駆動信号を供給して、照明用光ファイバ１０１の射出端部１０１ａを振動駆動させる。ここで、所要の駆動信号とは、走査型内視鏡１００の走査軌跡測定時の駆動信号と同じ駆動信号であり、例えば圧電素子１０６ｘ及び１０６ｙに、照明用光ファイバ１０１の射出端部１０１ａを含む被振動部の共振周波数又はその近傍の周波数で、位相がほぼ９０°異なり、振幅が徐々に増大して減少する電圧を印加する。これにより、照明用光ファイバ１０１の射出端面１０１ｂは、照明光学系１０４の光軸を中心として螺旋状に変位されて、射出端面１０１ｂから射出される照明光により被観察物７０の目標エリアが螺旋状に走査される。

光検出部４４は、分光器５５と、光検出器（ＰＤ）５６Ｒ、５６Ｇ、５６Ｂと、ＡＤＣ（アナログ−デジタル変換器）５７Ｒ、５７Ｇ、５７Ｂと、を備える。分光器５５は、走査型内視鏡１００の観察装置本体４０への接続状態において、走査型内視鏡１００の受光用光ファイバ１０２と結合されて、受光用光ファイバ１０２により導光される信号光を例えばＲ、Ｇ、Ｂの各色に分光する。光検出器５６Ｒ、５６Ｇ、５６Ｂは、分光器５５で分光された対応する色の光を受光して光電変換する。ＡＤＣ５７Ｒ、５７Ｇ、５７Ｂは、対応する光検出器５６Ｒ、５６Ｇ、５６Ｂから出力されるアナログの画素信号を、所定のタイミングでサンプリングしてそれぞれデジタルの画素信号に変換して画像処理部４５に出力する。

画像処理部４５は、走査型内視鏡１００の観察装置本体４０への接続状態において、記憶部１０８に格納された当該走査型内視鏡１００の走査軌跡情報を読み取る。そして、画像処理部４５は、被観察物７０を走査した際にＡＤＣ５７Ｒ、５７Ｇ、５７Ｂから得られる各色の画素信号を、記憶部１０８から読み取った走査軌跡情報における時間ポイントに対応するフレームメモリの描画位置に格納する。これにより、画像処理部４５は、ＡＤＣ５７Ｒ、５７Ｇ、５７Ｂから得られる各色の画素信号の画素位置を、記憶部１０８から読み取った走査軌跡情報に基づいてキャリブレーションして、フレームメモリの対応する描画位置に格納する。画像処理部４５は、各フレームの走査終了後又は走査中に補間処理等の必要な画像処理を行って被観察物７０の順次のフレームの画像を生成して表示部６０に表示する。

記憶部４６は、観察装置本体４０の制御プログラム等を格納する。また、記憶部４６は、画像処理部４５のワークメモリとして機能してもよい。

図８は、図７の内視鏡観察装置３０において実行される画像キャリブレーション動作の要部の処理を示すフローチャートである。先ず、制御部４１は、光源部４２を駆動するとともに、駆動制御部４３により走査型内視鏡１００のアクチュエータ１０３を駆動して、照明光による被観察物７０の走査を開始する（ステップＳ８０１）。

次に、制御部４１は、被観察物７０の走査中に、光検出部４４において、光検出器５６Ｒ、５６Ｇ、５６Ｂから出力されるアナログの画素信号をＡＤＣ５７Ｒ、５７Ｇ、５７Ｂにより、走査開始から順次の所定の複数の時間ポイントｔ_k（ｋ＝０、１、・・・、ｎ）でサンプリングしてデジタルの画素信号を取得する（ステップＳ８０２）。

その後、制御部４１は、画像処理部４５において、ＡＤＣ５７Ｒ、５７Ｇ、５７Ｂから得られる各色の画素信号を、記憶部１０８から読み取った走査軌跡情報における時間ポイントに対応するフレームメモリの描画位置に格納する画像キャリブレーションを実行する（ステップＳ８０３）。そして、制御部４１は、画像処理部４５において、画像キャリブレーションした描画位置の画素信号に基づいて補間処理等の必要な画像処理を行って被観察物７０の画像を生成して表示部６０に表示する（ステップＳ８０４）。

図８に示したフローチャートにおいて、ステップＳ８０１及びＳ８０２は画素信号生成ステップに相当し、ステップＳ８０３は画素信号配置ステップに相当する。そして、ステップＳ８０１〜Ｓ８０３を含む処理が、表示画像生成ステップに相当する。

このように、本実施の形態による内視鏡観察装置３０は、使用される走査型内視鏡１００の走査軌跡情報として、スクリーンを介して測定された走査軌跡情報を用いて被観察物７０の画素位置をキャリブレーションする。したがって、高精度の画像キャリブレーションが可能となり、高品質の観察画像が得られる。

なお、本発明は、上記実施の形態に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。例えば、第５実施の形態において、観察装置本体４０は、図１に示した測定装置本体１０の機能を備え、第１〜４実施の形態で説明したように、被観察物７０の走査に先立って、ＰＳＤ１２を接続してスクリーン１１を介して走査型内視鏡１００の走査軌跡を測定し、その後、被観察物７０の走査画像を画像キャリブレーションして表示するようにしてもよい。この場合、測定した走査軌跡情報を観察装置本体４０の記憶部４６に格納して、走査型内視鏡１００の記憶部１０８を省略してもよい。また、観察装置本体４０には、上述のように各種の走査型内視鏡１００の走査軌跡情報を測定して、それらの走査軌跡情報を走査型内視鏡１００の識別情報とともに記憶部４６に格納し、走査型内視鏡１００の記憶部１０８には、当該走査型内視鏡１００の識別情報を格納する。そして、観察装置本体４０に接続された走査型内視鏡１００に対応する識別情報の走査軌跡情報を読み出して、被観察物７０の画像キャリブレーションを行ってもよい。

また、走査軌跡情報は、照射スポットの位置（座標情報）を取得する時間ポイントが、被観察物７０の画素信号を取得する時間ポイントと同じであれば、時間情報を省略して時系列的な座標情報としてもよい。また、被観察物７０の画像キャリブレーションは、被観察物７０の走査画像を一旦メモリに格納してから、走査軌跡情報に基づいて画素位置を再配置するように実行してもよい。

また、図１において、駆動制御部１８、演算部１９及び記憶部２０の一部又は全部は、制御部１６に含まれてもよい。同様に、図７において、駆動制御部４３、光検出部４４、画像処理部４５及び記憶部４６の一部又は全部は、制御部４１に含まれてもよい。また、走査型内視鏡１００のアクチュエータ１０３は、圧電式に限らず、コイル及び永久磁石を用いる電磁式やＭＥＭＳミラー等の他の公知の駆動方式でもよい。また、第５実施の形態では、被観察物７０にＲ、Ｇ、Ｂの色光を同時に照射して走査する場合について説明したが、例えば各色光を面順次で照射して面順次で画像を表示したり、一走査のなかで各色光を順次に照射して画像を表示したり、してもよい。さらに、本発明は、内視鏡観察装置に限らず、走査型顕微鏡にも適用可能である。

１０測定装置本体
１１スクリーン
１２ＰＳＤ（光位置検出器）
１６制御部
１７光源部
１８駆動制御部
１９演算部
２０記憶部
２１投影光学系
２２ビームスプリッタ
２３結像光学系
２４撮像部
３０内視鏡観察装置
４０観察装置本体
４１制御部
４２光源部
４３駆動制御部
４４光検出部
４５画像処理部
４６記憶部
１００走査型内視鏡
１０１照明用光ファイバ
１０２受光用光ファイバ
１０３アクチュエータ
１０４照明光学系
１０８記憶部

Claims

照明光により被照射物を走査して該被照射物の表示画像を生成する光走査装置の走査軌跡測定方法であって、
前記照明光によりスクリーンを走査するスクリーン走査ステップと、
前記スクリーンの走査中に所定の複数の時間ポイントで前記スクリーン上での前記照明光の照射スポットの位置を光位置検出器で順次検出して照射位置情報を取得する照射位置情報取得ステップと、を含む、
ことを特徴とする光走査装置の走査軌跡測定方法。
照明光により被照射物を走査して該被照射物の表示画像を生成する光走査装置の走査軌跡測定装置であって、
前記照明光により走査されるスクリーンと、
該スクリーン上での前記照明光の照射スポットの位置を検出する光位置検出器と、を備え、
前記スクリーンの走査中に所定の複数の時間ポイントで前記光位置検出器により前記照射スポットの位置を順次検出して前記照明光の走査軌跡を測定する、
ことを特徴とする光走査装置の走査軌跡測定装置。
請求項２に記載の光走査装置の走査軌跡測定装置において、
前記スクリーンは厚さが前記照射スポットの直径以下である、
ことを特徴とする光走査装置の走査軌跡測定装置。
請求項２に記載の光走査装置の走査軌跡測定装置において、
前記スクリーン上での前記照射スポットを前記光位置検出器に投影する投影光学系をさらに備える、
ことを特徴とする光走査装置の走査軌跡測定装置。
請求項４に記載の光走査装置の走査軌跡測定装置において、
前記スクリーンは厚さが前記照射スポットの直径以下である第１の条件と、
前記スクリーンは前記照明光の拡散角度が走査画角以上である第２の条件と、
前記投影光学系は前記スクリーン側の開口数が０．２以上である第３の条件と、の少なくとも一つの条件を満足する、
ことを特徴とする光走査装置の走査軌跡測定装置。
請求項２から５のいずれか一項に記載の光走査装置の走査軌跡測定装置において、
測定される前記照明光の走査軌跡を格納する記憶部をさらに備える、
ことを特徴とする光走査装置の走査軌跡測定装置。
請求項２から６のいずれか一項に記載の光走査装置の走査軌跡測定装置において、
前記スクリーンを撮像して前記照明光の走査軌跡の画像を取得する画像取得部をさらに備える、
ことを特徴とする光走査装置の走査軌跡測定装置。
照明光により被照射物を走査して得られる被照射物像の画素位置をキャリブレーションして前記被照射物の表示画像を生成する光走査装置の画像キャリブレーション方法であって、
前記被照射物の走査に先立って前記照明光の走査軌跡を取得する走査軌跡取得ステップと、
前記被照射物を走査して得られる前記被照射物像の画素位置を前記走査軌跡取得ステップで取得された前記走査軌跡に基づいてキャリブレーションして前記表示画像を生成する表示画像生成ステップと、を含み、
前記走査軌跡取得ステップは、
前記照明光によりスクリーンを走査するスクリーン走査ステップと、
前記スクリーンの走査中に所定の複数の時間ポイントで前記スクリーン上での前記照明光の照射スポットの位置を光位置検出器で順次検出して照射位置情報を取得する照射位置情報取得ステップと、を含む、
ことを特徴とする光走査装置の画像キャリブレーション方法。
請求項８に記載の光走査装置の画像キャリブレーション方法において、
前記表示画像生成ステップは、
前記被照射物の走査中に所定の複数の時間ポイントで前記被照射物の画素信号を取得する画素信号取得ステップと、
該画素信号取得ステップで取得された前記画素信号を、前記照射位置情報取得ステップにおける同一の時間ポイントでの前記照射位置情報に対応する画素位置に配置する画素信号配置ステップと、を含む、
ことを特徴とする光走査装置の画像キャリブレーション方法。