WO2016147221A1 - 光走査装置のキャリブレーション方法およびキャリブレーション装置 - Google Patents

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祐平 高田
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    • G02B23/2469—Illumination using optical fibres

Definitions

  • the present invention relates to a calibration method and a calibration device for an optical scanning device.
  • An optical scanning device in which an optical fiber is periodically oscillated to scan outgoing light on an object.
  • an optical scanning endoscope an object is irradiated with illumination light by vibrating an optical fiber so as to draw a spiral trajectory whose amplitude periodically expands and contracts. Then, detected light such as reflected light and fluorescence obtained by irradiation of the illumination light is detected at each predetermined detection timing, and an image is generated by assigning a pixel position to the detected signal. For this reason, in order to generate an image by the optical scanning endoscope apparatus, information on the irradiation position of the illumination light at each time point of the optical scanning is necessary.
  • a method of determining the irradiation position of the illumination light based on the elapsed time from the start of vibration of the optical fiber is used. Since there are individual differences in the optical scanning endoscope, information on the irradiation position is necessary for each apparatus.
  • an optical position detector determines in advance at which time the tip of the optical fiber is located.
  • the PSD is a sensor that detects the position of the light spot formed on the light receiving surface. By using this sensor, time series data of the barycentric position of the light spot can be obtained. Thereby, the position irradiated with the illumination light and the elapsed time after the start of vibration can be associated with each optical scanning device.
  • the method of performing calibration using polynomial approximation can improve relatively small noise.
  • correction using approximate equations is possible. In many cases, it is not possible.
  • a smooth trajectory is calculated based on data including noise.
  • the noise generated by PSD itself is not reduced, it is a fundamental solution. It was difficult to improve the accuracy significantly.
  • Such a problem is not limited to an optical scanning endoscope, and similarly occurs in an optical scanning microscope, an optical scanning projector, and the like that perform scanning by vibrating an optical fiber.
  • an object of the present invention which has been made paying attention to these points, is to provide a calibration method and a calibration device for an optical scanning device that suppresses noise generation in an optical position detector (PSD) and improves image distortion. It is to provide.
  • an optical scanning device comprising: an optical fiber having a tip portion supported so as to be capable of vibration; and an actuator for driving the tip portion of the optical fiber in a direction perpendicular to the optical axis of the optical fiber,
  • the detection step is performed using interference fringe suppression means that suppresses interference fringes generated on an optical path reaching the optical position detector.
  • the interference fringe suppressing means suppresses interference fringes by reducing reflection that may be generated by the optical position detector.
  • the calibration method includes a light transmitting member for protecting the light receiving surface facing the light receiving surface of the optical position detector, and the interference fringe suppression means is at least one of the light transmitting members. This surface can be in a low reflection state.
  • a light transmitting member for protecting the light receiving surface is provided opposite to the light receiving surface of the optical position detector, and the interference fringe suppression means is provided between the light receiving surface of the optical position detector and the light transmitting member.
  • a medium having a refractive index closer to the light transmission member than air may be filled.
  • the interference fringe suppressing means may suppress the generation of interference fringes in the optical position detector by supplying light having low coherence to the optical fiber.
  • An optical scanning device calibration apparatus comprising: an optical fiber having a tip portion supported so as to be capable of vibration; and an actuator for driving the tip portion of the optical fiber in a direction perpendicular to the optical axis of the optical fiber, A control unit for controlling the actuator; An optical position detector for detecting the position of light emitted from the tip of the optical fiber; A storage unit for storing calibration data based on position information of the emitted light output from the optical position detector; Interference fringe suppression means for suppressing interference fringes generated on the optical path reaching the optical position detector; It is characterized by providing.
  • the calibration device includes a light transmitting member for protecting the light receiving surface facing the light receiving surface of the optical position detector, and the interference fringe suppressing means is at least one of the light transmitting members. It can be set as the anti-reflective film provided in the surface.
  • the calibration device includes a light transmission member for protecting the light receiving surface facing the light receiving surface of the optical position detector, and the interference fringe suppressing means includes the light receiving surface of the light position detecting means and the light receiving surface.
  • a medium having a refractive index closer to that of the light transmission member than that of air may be filled between the light transmission member and the light transmission member.
  • the calibration device may include a light source that supplies light having low coherence to the optical fiber, and the light source may function as the interference fringe suppression means.
  • the light source having low coherence is an SLD or an LED.
  • calibration refers to the position of the fiber tip of the optical scanning device that scans by vibrating the fiber or the irradiation spot of the light emitted from the fiber tip at which time. Is acquired in advance using an optical position detector or the like.
  • An “optical scanning device” is a device that scans light on an object by vibrating the tip of an optical fiber supported so as to vibrate. The optical scanning endoscope, optical scanning microscope, optical A scanning projection apparatus and the like are included.
  • the “optical position detector” is a detector that detects the position of the light spot on the detection surface, and is also referred to as PSD hereinafter.
  • the “interference fringe suppression means” is a component that suppresses interference fringes generated in the PSD.
  • the anti-reflection film or microstructure formed on the surface of the PSD protective glass examples include a high refractive index medium filled between the light receiving surface and the protective glass, and a light source that emits light having low coherence.
  • the “light transmissive member” is a member having a wavelength characteristic that transmits illumination light used for calibration, and is, for example, glass or light transmissive resin.
  • the “low reflection state” means a state in which reflection occurring at the interface of the light transmitting member is suppressed, specifically, a state in which an antireflection film is formed, a state in which a fine structure of light wavelength order is formed, etc. Is included.
  • the optical position detector (PSD)
  • PSD optical position detector
  • FIG. 4A is a side view of the actuator of the optical scanning endoscope apparatus together with an optical fiber for illumination
  • FIG. 4B is a cross-sectional view taken along line AA of FIG.
  • PSD of FIG. It is a flowchart which shows the procedure of a calibration. It is sectional drawing of PSD of the calibration apparatus which concerns on 2nd Embodiment. It is a figure which shows an example of the distortion of the image by the conventional calibration method.
  • the present inventors have examined the accuracy of PSD position detection using a laser scanning microscope (LSM) that performs optical scanning using a galvanometer mirror pair in order to investigate the cause of errors in position data that occur during calibration. Went. Specifically, a PSD light-receiving surface was placed in the vicinity of the observation position of the laser scanning microscope, and a microscope image was obtained by scanning the laser. A scanning mechanism using a galvanometer mirror used in a laser scanning microscope (LSM) has an accurate and stable scanning locus, and thus an image with accurate positional information can be obtained.
  • LSM laser scanning microscope
  • interference fringes were generated inside the PSD, and the amount of light in the microscopic image changed depending on the position. Further, it was also observed that there were two types of interference fringes observed: interference fringes with narrow intervals and interference fringes with wide intervals.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining the generation of interference fringes in a PSD, and is a cross-sectional view of the light receiving surface of the PSD as viewed from the side.
  • a protective glass 3 for protecting the light receiving surface 2 is provided opposite to the light receiving surface 2 of the PSD 1.
  • the protective glass 3 is slightly inclined with respect to the light receiving surface 2 due to manufacturing errors.
  • FIG. 1 shows the inclination of the protective glass 3 with emphasis.
  • the light receiving surface 2 of the PSD 1 is a silicon surface and generates strong reflected light with respect to incident light. Therefore, in addition to the reflected light, it is considered that interference fringes derived from reflection by the both surfaces 3a and 3b of the protective glass 3 are generated.
  • the narrow interference fringes are due to the inclination between the light receiving surface 2 and the protective glass 3. It is estimated that the interference fringes with a wide interval are due to the fact that both surfaces 3a and 3b of the protective glass 3 are slightly non-parallel.
  • the PSD 1 has an appropriate light amount range for performing a correct measurement. Therefore, if the light amount during observation varies greatly, the correct light spot position is not output. Therefore, the present inventors are convinced that there is a high possibility that the cause of the detection error of PSD1 is an interference fringe caused by reflected light from the light receiving surface and the protective glass, and as described in the following embodiment, the interference fringe is explained. Measures are taken to suppress this.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a state in which the optical scanning endoscope 30 is connected to the calibration device according to the first embodiment of the present invention.
  • the calibration device includes a calibration device body 10 and a PSD 20.
  • a display device 18 such as a display and an input device 19 such as a keyboard, a mouse, and / or a touch panel are connected to the calibration device body 10 as necessary.
  • the optical scanning endoscope 30 is connected to the calibration apparatus main body 10 by a connection unit 31.
  • the optical scanning endoscope 30 to be calibrated is a so-called scope portion of the endoscope apparatus, and an illumination optical fiber 33 inserted through the optical scanning endoscope 30 and an illumination optical fiber.
  • An actuator 34 that drives the distal end portion 33a of 33, a drive signal line 35 that transmits a drive signal to the actuator 34, and a memory 36 that is built in the optical scanning endoscope 30 (for example, the connection portion 31).
  • the optical scanning endoscope 30 is inserted with a light receiving optical fiber 37 (see FIG. 3) that receives and transmits the detected light such as reflected light or fluorescence caused by illumination light irradiation.
  • the optical scanning endoscope 30 is connected to a control device main body (not shown) of the optical scanning endoscope apparatus by a connection unit 31 and used for generating an endoscopic image.
  • the optical scanning endoscope apparatus main body includes an optical source that supplies light to the optical scanning endoscope 30, a driving circuit for driving the actuator 34, and an image from pixel data received by the optical scanning endoscope 30.
  • An image processing circuit to be generated is provided.
  • Such an optical scanning endoscope apparatus is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Publication Nos. 2014-44265 and 2014-145941.
  • the optical scanning endoscope 30 is normally distributed separately from the main body of the control device, and the calibration device of the present invention is mainly for calibrating the optical scanning endoscope 30 at the time of product shipment. Is.
  • the calibration device main body 10 is configured to be connectable to the connection portion 31 of the optical scanning endoscope 30 in the same manner as the control device main body during endoscope observation.
  • the calibration apparatus main body 10 includes a control unit 11 that controls the entire calibration apparatus main body 10, a light source unit 12 that supplies illumination light for calibration to the optical scanning endoscope 30, and an optical scanning endoscope.
  • a drive circuit 13 that drives the actuator 34 of the mirror 30, an arithmetic circuit 14 that receives and processes the output from the PSD 20, and a storage unit 15 that stores calibration data output from the arithmetic circuit 14 are provided.
  • the light source unit 12 includes a calibration light source such as a laser diode or a DPSS laser (semiconductor excitation solid laser).
  • a calibration light source such as a laser diode or a DPSS laser (semiconductor excitation solid laser).
  • a plurality of light sources that emit light having different wavelengths may be used to obtain a color image.
  • the light emission timing of the light source unit 12 is controlled by the control unit 11.
  • the light emitted from the light source unit 12 enters the illumination optical fiber 16 and is coupled to the illumination optical fiber 33 of the optical scanning endoscope 30 at the connection unit 31.
  • the illumination optical fibers 16 and 33 single mode optical fibers can be used.
  • the drive circuit 13 supplies a drive signal similar to that during endoscope observation to the actuator 34 of the optical scanning endoscope 30. As will be described later, when the tip of the illumination optical fiber 33 is driven by a piezoelectric element, the drive circuit 13 supplies a drive voltage for the piezoelectric element. The output of the drive circuit 13 is supplied to the drive signal line 17. The drive signal line 17 is connected to the drive signal line 35 of the optical scanning endoscope 30 at the connection portion 31. The drive circuit 13 is also controlled by the control unit 11 to start driving.
  • the arithmetic circuit 14 acquires a detection signal corresponding to the irradiation position on the light receiving surface of the illumination light output from the PSD 20 via the detection signal line 21, and uses this signal as a coordinate value (x, y) of the irradiation position. Convert. Further, the arithmetic circuit 14 associates the converted coordinate value (x, y) with the elapsed time from the start of driving of the drive circuit 13 by the control unit 11. If necessary, the arithmetic circuit 14 may smooth the error of the coordinate position of the illumination light using polynomial approximation or the like.
  • the irradiation light irradiation position information associated with the elapsed time calculated by the arithmetic circuit 14 is configured to be stored in the storage unit 15 as calibration data.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the distal end portion 32a (the portion indicated by the wavy line) of the insertion portion 32 of the optical scanning endoscope 30 of FIG.
  • the distal end portion 32a of the insertion portion 32 of the optical scanning endoscope 30 includes an actuator 34, projection lenses 38a and 38b, an illumination optical fiber 33 passing through the central portion, and a plurality of light receiving optical fibers 37 passing through the outer peripheral portion. Consists of.
  • the light receiving optical fiber 37 is used for detecting light to be detected during endoscope observation and is not used for calibration.
  • the actuator 34 includes an actuator tube 40 fixed inside the insertion portion 32 by an attachment ring 39, and a fiber holding member 41 and piezoelectric elements 42a to 42d arranged in the actuator tube 40 (FIGS. 4A and 4B). ))).
  • the illumination optical fiber 33 is supported by a fiber holding member 41 and a swinging portion 33b supported from the fiber holding member 41 to the distal end portion 33a so as to vibrate. Further, the projection lenses 38 a and 38 b are arranged at the forefront of the insertion portion 32. The projection lenses 38a and 38b are configured to substantially condense the laser light emitted from the distal end portion 33a of the illumination optical fiber 33 onto the observation object. Therefore, the PSD 20 is positioned so that the light receiving surface coincides with the light collection position.
  • the projection lens is not limited to a two-lens configuration, and may be configured by one lens or a plurality of other lenses.
  • FIG. 4A and 4B are views showing the actuator 34 of the optical scanning endoscope 30 together with the illumination optical fiber 33.
  • FIG. 4A is a side view
  • FIG. 4B is an AA view of FIG. It is sectional drawing.
  • the illumination optical fiber 33 passes through the center of the fiber holding member 41 having a prismatic shape, and is thereby fixed and held by the fiber holding member 41.
  • the four side surfaces of the fiber holding member 41 are oriented in the + Y direction and the + X direction, which are perpendicular to the + Z direction, which is the optical axis direction of the optical fiber, and in the opposite directions.
  • the pair of piezoelectric elements 42a and 42c for driving in the Y direction are fixed in the + Y direction and the ⁇ Y direction of the fiber holding member 41, and the pair of piezoelectric elements 42b and 42d for driving in the X direction are fixed in the + X and ⁇ X directions. Is fixed. Piezoelectric elements 42b and 42d arranged opposite to each other with the fiber holding member 41 interposed therebetween cause the fiber holding member 41 to bend when one of the piezoelectric elements 42b and 42d expands, and repeats this to generate vibration in the X direction. Close. The same applies to the vibration in the Y direction.
  • the drive circuit 13 applies an oscillating voltage with the same frequency to the piezoelectric elements 42b and 42d for driving in the X direction and the piezoelectric elements 42a and 42c for driving in the Y direction, or an oscillating voltage with a different frequency, It can be driven by vibration.
  • the swinging portion 33b of the illumination optical fiber 33 shown in FIGS. 3 and 4 vibrates. Since the tip portion 33a vibrates and deflects, the laser light emitted from the tip portion 33a scans the light receiving surface 22 of the PSD 20 (see FIG. 5).
  • an oscillating voltage having the same frequency in the X and Y directions and a phase difference of approximately 90 ° and an amplitude varying between 0 and the maximum value is applied.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the PSD 20 of FIG. 2 as viewed from a direction along the light receiving surface 22 (a direction substantially perpendicular to the optical path of incident light incident on the center of the light receiving surface 22).
  • the illumination light emitted from the illumination optical fiber 33 enters from above. That is, the PSD 20 in FIG. 2 is one in which the light receiving surface 22 of the PSD 20 in FIG.
  • the PSD 20 includes a light receiving surface 22 and a protective glass 23 disposed so as to face and separate from the light receiving surface 22.
  • the light receiving surface 22 is formed on a silicon substrate and usually has a high reflectance.
  • An air layer 24 is formed between the light receiving surface 22 and the protective glass 23.
  • the protective glass 23 It is difficult to accurately arrange the light receiving surface 22 and the protective glass 23 in a parallel state, and the protective glass 23 has an undesired inclination with respect to the light receiving surface 22 (in FIG. 5, the inclination is emphasized). . Further, the protective glass 23 itself has a slight wedge angle, and the outer side surface 23 a facing the tip end portion 32 a of the illumination optical fiber 33 and the inner side surface 23 b facing the light receiving surface 22 of the PSD 20 are not completely parallel.
  • an antireflection film (AR coating) is formed on at least one of the outer surface 23a and the inner surface 23b.
  • an antireflection film is formed on both the inner side surface 23a and the outer side surface 23b.
  • the antireflection film prevents light reflected by at least one of the surfaces 23 a and 23 b of the protective glass 23 from interfering with illumination light directly incident on the light receiving surface 22. That is, the antireflection film functions as interference fringe suppression means that suppresses interference fringes generated on the optical path reaching the PSD 20.
  • the user of the present calibration apparatus that performs calibration connects the connection unit 31 of the optical scanning endoscope 30 to the calibration apparatus main body 10 (step S01).
  • the illumination optical fiber 16 and the drive signal line 17 of the calibration apparatus body 10 are connected to the illumination optical fiber 33 and the drive signal line 35 of the optical scanning endoscope 30, respectively.
  • the user fixes the distal end portion 32a of the insertion portion 32 of the optical scanning endoscope 30, and the light receiving surface of the PSD 20 on the condensing surface on which the illumination light emitted from the distal end portion 32a forms a spot.
  • the PSD 20 is arranged so that 22 matches (step S02).
  • the detection signal line 21 of the PSD 20 is connected to the arithmetic circuit 14 of the calibration apparatus body 10.
  • the control unit 11 activates the actuator 34 by the drive circuit 13 and starts spiral scanning while emitting illumination light from the light source unit 12.
  • the PSD 20 sequentially detects the locus of the spot position of the illumination light over at least one period of spiral scanning (step S03).
  • an antireflection film is formed on at least one of the outer side surface 23a and the inner side surface 23b of the protective glass 23 of the PSD 20, the generation of interference fringes on the light receiving surface 22 is suppressed. As a result, the amount of illumination light incident on the PSD does not vary depending on the scanning position, and the spot position of the illumination light can be accurately detected.
  • the PSD 20 sequentially outputs a detection signal (for example, a voltage value corresponding to the spot position) corresponding to the detected light spot position to the arithmetic circuit 14.
  • the arithmetic circuit 14 receives information on the elapsed time after the activation of the drive circuit 13 from the control unit 11, and associates the coordinate information of the spot position calculated from the detection signal with the time information as calibration data. Further, depending on the case, processing such as correction of the detection error of the PSD 20, smoothing of the detected locus, detection of an abnormal value of data, and the like are performed.
  • the calibration data calculated by the arithmetic circuit 14 is stored in the storage unit 15 in the calibration apparatus main body 10 (step S04).
  • the storage unit 15 can be a storage device inside the calibration apparatus main body 10. Alternatively, the storage unit 15 may be a portable storage medium (such as a memory card) that can be attached to and detached from the calibration apparatus main body 10.
  • step S05 when the storage of the calibration data in the storage unit 15 is completed, the calibration data in the storage unit 15 is output to the memory 36 inside the optical scanning endoscope 30 (step S05).
  • the storage unit 15 is a portable storage medium
  • the user removes it from the calibration apparatus main body 10 and inserts it as a memory 36 in a predetermined location of the optical scanning endoscope 30. In that case, this removable storage medium attachment / detachment operation may be performed after the end of the next step S06.
  • the user removes the connection part 31 of the optical scanning endoscope 30 from the calibration apparatus body 10 (step S06).
  • the optical scanning endoscope 30 holds the calibration data in the memory 36.
  • the optical scanning endoscope 30 is connected to a control device body having a light source, a drive circuit, and an image processing unit.
  • the main body of the control apparatus reads calibration data from the memory 36 of the optical scanning endoscope 30, and generates an image by associating the acquired pixel value with the pixel position based on the calibration data.
  • highly accurate calibration data is stored in the optical scanning endoscope 30 by performing calibration by the calibration procedure using the calibration device.
  • an antireflection film is formed on at least one of the outer surface 23a and the inner surface 23b of the protective glass 23, it is possible to suppress the occurrence of interference fringes on the light receiving surface 22 and inaccurate output of the PSD 20. it can.
  • an image with less distortion can be generated.
  • the distal end portion 32a of the insertion portion 32 that performs optical scanning is very small, and it is difficult to arrange a sensor or the like that detects the position of the distal end portion 33a of the illumination optical fiber 33 at the distal end portion. It is. For this reason, the calibration method of the present invention is particularly suitable when applied to the optical scanning endoscope 30.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of the PSD 20 of the calibration apparatus according to the second embodiment.
  • a gel whose refractive index is closer to the refractive index of the protective glass than the air between the light receiving surface 22 of the PSD 20 and the protective glass 23. Or the like 25 is filled.
  • the refractive index difference between the protective glass 23 and the medium 25 is made smaller than the refractive index difference between the protective glass 23 and air, thereby reducing the generation of reflected light.
  • the refractive index of the medium 25 is preferably closer to the refractive index of the protective glass 23.
  • the occurrence of interference fringes on the light receiving surface 22 is reduced by reducing the reflection between the protective glass 23 and the medium 25.
  • the occurrence of interference fringes on the light receiving surface 22 is reduced by reducing the reflection between the protective glass 23 and the medium 25.
  • a PSD similar to the PSD 1 having no antireflection film shown in FIG. 1 is used in place of the PSD 20 of the first embodiment, and an SLD is used for the light source unit 12 in FIG. (Super Luminescent Diode), a light source with low coherence such as LED is used.
  • SLD Super Luminescent Diode
  • a light source with low coherence such as LED is used.
  • Other configurations are the same as those of the first embodiment, and the description thereof is omitted.
  • PSD having no antireflection film may be used in the same manner as PSD20. In that case, interference fringes can be further suppressed by the effects of both the antireflection film and the low-coherence light source, so that a higher effect can be obtained.
  • the scanning trajectory of the optical scanning device is not limited to spiral scanning.
  • the present invention can be applied to raster scanning and Lissajous scanning.
  • the method of driving the optical fiber of the optical scanning device is not limited to the method using a piezoelectric element, and the actuator at the tip of the optical fiber can be configured by an electromagnetic driving method using an electromagnetic coil and a permanent magnet. . In that case, the drive circuit controls the current instead of controlling the voltage applied to the actuator.
  • control unit, the light source unit, the drive circuit, the arithmetic circuit, and the storage unit are built in the same calibration apparatus body, but these may be separate hardware.
  • the member that protects the light receiving surface of the PSD is made of glass, but is not limited to this, and a light-transmitting resin or the like can also be used.
  • the above embodiment is applied to calibration before shipment of the optical scanning device.
  • the present invention is not limited to this, and can also be applied to calibrate the optical scanning device after starting use.
  • a calibration device main body dedicated for calibration is provided separately from the control device main body for observation, but the function of the calibration device main body is built in the control device main body for observation and used. A person may be able to perform calibration at any time.
  • the optical scanning device is not limited to the optical scanning endoscope, and can be applied to an optical scanning microscope or an optical scanning projection device (projector) that scans a fiber.
  • the optical scanning endoscope that is an optical scanning device does not include a light source and a drive circuit.
  • the present invention can also be applied to an optical scanning device that incorporates these. it can.
  • the calibration device includes at least a control unit of the calibration device main body connected to the optical scanning device, a PSD that suppresses the generation of interference fringes, and a storage device that stores position information detected by the PSD.
  • the optical scanning device may be driven to scan the fiber under the control of the unit, the position of the light spot may be detected by PSD, and stored in the storage device in association with the timing information.
  • various modifications are possible for the configuration of the calibration apparatus.
  • the calibration unit main body is provided with the storage unit and the calibration data is temporarily stored.
  • the calibration device main body is not provided with the storage unit, and the calibration calculated by the arithmetic circuit is provided.
  • the image data may be directly output to the memory of the optical scanning device.
  • the calibration device and the calibration method according to the present invention can be used for calibration of an optical scanning device, and can be suitably used particularly for calibration before product shipment.
  • SYMBOLS 10 Calibration apparatus main body 11 Control part 12 Light source part 13 Drive circuit 14 Arithmetic circuit 15 Memory

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Abstract

　振動可能に支持された先端部を有する光ファイバと、前記光ファイバの先端部を該光ファイバの光軸に垂直な方向に駆動させるアクチュエータとを備える光走査装置に適用されるキャリブレーション方法は、光ファイバの先端部からの出射光の位置を検出する光位置検出器を配置する配置ステップ（ステップＳ０２）と、光ファイバに光を供給するとともに該光ファイバの先端部を駆動して、光位置検出器により出射光の位置を検出する検出ステップ（ステップＳ０３）とを含む。検出ステップ（ステップＳ０３）は、光位置検出器に対し到達する光路上で発生する干渉縞を抑制する干渉縞抑制手段を用いて実行される。

Description

光走査装置のキャリブレーション方法およびキャリブレーション装置
　本発明は、光走査装置のためのキャリブレーション方法およびキャリブレーション装置に関するものである。
　光ファイバを周期的に振動させて、対象物上で出射光を走査させる光走査装置が知られている。例えば、光走査型内視鏡では、周期的に振幅が拡大、縮小するスパイラル（螺旋）状の軌道を描くように、光ファイバを振動させて、対象物に照明光を照射する。そして、この照明光の照射により得られる反射光、蛍光等の被検出光を、所定の検出タイミング毎に検出して、検出された信号に画素位置を割り当てて画像を生成している。このため、光走査型内視鏡装置による画像の生成には、光走査の各時点における照明光の照射位置の情報が必要となる。照明光の照射位置は、光ファイバの振動開始からの経過時間に基づいて決定する方法が用いられる。光走査型内視鏡には個体差があるため、この照射位置の情報は装置ごとに必要である。
　照明光の照射位置を振動開始からの経過時間に対応付けるため、光走査型内視鏡では、光ファイバの先端がどの時間にどの位置にあるのかを、あらかじめ光位置検出器（ＰＳＤ：Position Sensitive Detector）で取得するキャリブレーションを行う。ＰＳＤは、受光面に形成される光スポットの位置を検出するセンサであり、これを用いることにより光スポットの重心位置の時系列データを得ることができる。これによって、光走査装置ごとに照明光の照射される位置と振動開始後の経過時間とを対応づけておくことができる。
　しかし、ＰＳＤによる位置検出では、ノイズの影響により検出誤差が生じることが知られている。このため、ＰＳＤを用いてキャリブレーションを行っても、演算上のスポット形成位置は、この検出誤差が原因で実際のスポット形成位置から外れてしまう。すなわち、演算上の各スポット形成位置は、滑らかなスパイラル軌跡を描くようには現れずばらつくため、例えば十字線が描かれた被写体の画像を取得した場合、図８に示すように形成される画像に歪みを生じさせる。
　そこで、多項式近似を用いたスポット形成位置（画素位置）の補正を行い、検出誤差による演算上のスポット形成位置のばらつきを抑制し、画像の歪みを軽減する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１２－１４７８３１号明細書
　しかしながら、多項式近似を用いてキャリブレーションを行う方法では、比較的小さなノイズを改善することはできるが、多様な走査場面で光走査を行う光走査型内視鏡等においては、近似式での補正では対応できない場合も多い。また、多項式近似を用いる方法では、ノイズを含んだデータに基づいて滑らかな軌跡を算出するが、ＰＳＤで発生するノイズそのものを軽減しているわけではないので、根本的な解決策とはなっておらず、大幅な精度向上は難しかった。このような課題は、光走査型内視鏡に限られず、同様に光ファイバを振動させて走査を行う光走査型顕微鏡、光走査型投影装置等においても、同様に発生する。
　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、光位置検出器（ＰＳＤ）におけるノイズの発生を抑制し、画像の歪みを改善した光走査装置のキャリブレーション方法およびキャリブレーション装置を提供することにある。
　上記目的を達成する光走査装置のキャリブレーション方法の発明は、
　振動可能に支持された先端部を有する光ファイバと、前記光ファイバの先端部を該光ファイバの光軸に垂直な方向に駆動させるアクチュエータと、を備える光走査装置に適用され、
　前記光ファイバの前記先端部からの出射光の位置を検出する光位置検出器を配置する配置ステップと、
　前記光ファイバに光を供給するとともに該光ファイバの前記先端部を駆動して、前記光位置検出器により出射光の位置を検出する検出ステップと、
を含む光走査装置のキャリブレーション方法において、
　前記検出ステップは、前記光位置検出器に対し到達する光路上で発生する干渉縞を抑制する干渉縞抑制手段を用いて実行されることを特徴とするものである。
　好適には、前記干渉縞抑制手段は、前記光位置検出器で発生し得る反射を軽減させることで干渉縞を抑制する。
　一実施形態において、前記キャリブレーション方法は、前記光位置検出器の受光面に対向して前記受光面の保護用の光透過部材を設け、前記干渉縞抑制手段は、前記光透過部材の少なくとも一方の面を低反射状態とすることができる。
　あるいは、前記光位置検出器の受光面に対向して前記受光面の保護用の光透過部材を設け、前記干渉縞抑制手段は、前記光位置検出器の受光面と前記光透過部材との間に、屈折率が空気よりも前記光透過部材に近い媒質を充填して構成しても良い。
　また、前記干渉縞抑制手段は、前記光ファイバに可干渉性の低い光を供給することで、前記光位置検出器内での干渉縞の発生を抑制しても良い。
　上記目的を達成する光走査装置のキャリブレーション装置の発明は、
　振動可能に支持された先端部を有する光ファイバと、前記光ファイバの先端部を該光ファイバの光軸に垂直な方向に駆動させるアクチュエータと、を備える光走査装置のキャリブレーション装置であって、
　前記アクチュエータを制御する制御部と、
　前記光ファイバの前記先端部からの出射光の位置を検出する光位置検出器と、
　前記光位置検出器から出力された出射光の位置情報に基づくキャリブレーションデータを格納する記憶部と、
　前記光位置検出器に対し到達する光路上で発生する干渉縞を抑制する干渉縞抑制手段と、
を備えることを特徴とするものである。
　好適には、前記キャリブレーション装置は、前記光位置検出器の受光面に対向して該受光面の保護用の光透過部材を備え、前記干渉縞抑制手段は、前記光透過部材の少なくとも一方の面に設けられた反射防止膜とすることができる。
　あるいは、前記キャリブレーション装置は、前記光位置検出器の受光面に対向して該受光面の保護用の光透過部材を備え、前記干渉縞抑制手段は、前記光位置検出手段の受光面と前記光透過部材との間に、屈折率が空気よりも前記光透過部材に近い媒質を充填して構成しても良い。
　また、前記キャリブレーション装置は、前記光ファイバに可干渉性の低い光を供給する光源を備え、該光源は前記干渉縞抑制手段として機能するようにしても良い。ここで、好適には、前記可干渉性の低い光源は、ＳＬＤまたはＬＥＤである。
　なお、本願において、「キャリブレーション」とは、ファイバを走査振動させて走査を行う光走査装置のファイバ先端、あるいは、ファイバ先端から射出された光の照射スポットが、どの時間にどの位置にあるのかを、予め光位置検出器等を用いて取得することを意味する。また、「光走査装置」とは、振動可能に支持された光ファイバの先端を振動駆動させて、対象物に光を走査する装置であり、光走査型内視鏡、光走査型顕微鏡、光走査型投影装置等が含まれる。さらに、「光位置検出器」とは、検出面上の光スポットの位置を検出する検出器であり、以下においてＰＳＤとも呼ばれる。
　また、「干渉縞抑制手段」とは、ＰＳＤ内で発生する干渉縞を抑制する構成要素であり、具体的には、ＰＳＤの保護ガラスの表面に形成された反射防止膜または微細構造、ＰＳＤの受光面と保護ガラスとの間に充填された高屈折率の媒体、可干渉性の低い光を射出する光源等が含まれる。さらに、「光透過部材」は、キャリブレーションに用いられる照明光を透過させる波長特性を有する部材であり、例えば、ガラスや光透過性の樹脂である。また、「低反射状態」とは、光透過部材の界面で生じる反射を抑制した状態を意味し、具体的には反射防止膜を形成した状態、光の波長オーダの微細構造を形成した状態等が含まれる。
　本発明によれば、検出ステップが、前記光位置検出器に対し到達する光路上で発生する干渉縞を抑制する干渉縞抑制手段を用いて実行されるようにしたので、光位置検出器（ＰＳＤ）におけるノイズの発生を抑制し、画像の歪みを改善した光走査装置のキャリブレーション方法およびキャリブレーション装置を提供することができる。
ＰＳＤにおける干渉縞の発生を説明する図である。 第１実施の形態に係るキャリブレーション装置に光走査型内視鏡を接続した状態を示すブロック図である。 図２の光走査型内視鏡の先端部の断面図である。 光走査型内視鏡装置のアクチュエータを照明用光ファイバとともに示す図であり、図４（ａ）は側面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ－Ａ断面図である。 図２のＰＳＤの断面図である。 キャリブレーションの手順を示すフローチャートである。 第２実施の形態に係るキャリブレーション装置のＰＳＤの断面図である。 従来のキャリブレーション方法による画像の歪みの一例を示す図である。
　図面を用いて本発明の具体的実施の形態について説明する前に、本発明の基礎となった技術的検討内容について説明する。本発明者らは、キャリブレーション時に発生する位置データの誤差の原因を探るために、ガルバノミラー対を用いて光走査を行うレーザ走査型顕微鏡（ＬＳＭ）を用いて、ＰＳＤの位置検出精度について検討を行った。具体的には、レーザ走査型顕微鏡の観察位置の近傍にＰＳＤの受光面を配置して、レーザを走査して顕微鏡画像を取得した。レーザ走査型顕微鏡（ＬＳＭ）で用いられるガルバノミラーを用いた走査機構は、走査軌跡が正確且つ安定しているので、位置情報が正確な画像が得られる。その結果、ＰＳＤの内部で干渉縞が発生し、位置により顕微鏡画像の光量が変化していることが観察された。さらに、観察された干渉縞には、間隔の狭い干渉縞と間隔の広い干渉縞の２種類があることも観察された。
　図１は、ＰＳＤにおける干渉縞の発生を説明する図であって、ＰＳＤの受光面を側面から見た断面図である。ＰＳＤ１の受光面２に対向して、受光面２を保護するための保護ガラス３が設けられている。保護ガラス３は、受光面２に対して製造上の誤差により僅かに傾いている。説明のため、図１では保護ガラス３の傾きを強調して示している。ＰＳＤ１の受光面２はシリコン面であり、入射光に対して強い反射光を生じさせる。そこで、この反射光に加えて、保護ガラス３の両面３ａおよび３ｂによる反射に由来する干渉縞が発生しているものと考えられる。受光面２と保護ガラスとの間の傾きは、保護ガラス３の両面３ａ，３ｂ間のそれよりも大きいため、間隔の狭い干渉縞は、受光面２と保護ガラス３との間の傾きによるものであり、間隔の広い干渉縞は保護ガラス３の両面３ａ，３ｂが僅かに非平行であることによるものと推定される。
　上記は、ＰＳＤ１の受光面を、レーザ走査型顕微鏡（ＬＳＭ）側から観察した結果であるが、ＰＳＤ１の受光面２上においても実際に干渉縞が発生していると考えられる。例えば、図１のＡで示すように、受光面２に直接入射する光と、受光面２で１回反射された後保護ガラス３の内側面３ｂで反射されて受光面２に入射する光との間で、間隔の狭い干渉縞が発生する。また、図１のＢのように、受光面２に直接入射する光と、保護ガラス３の内側面３ａおよび外側面３ｂで１回ずつ反射されて受光面２に入射する光との間では、間隔の広い干渉縞が発生する。ＰＳＤ１には、正しい測定を行うために適正な光量の範囲があるため、観察中の光量が大きく変動すると、正しい光スポット位置を出力しなくなる。よって、本発明者らは、ＰＳＤ１の検出誤差の原因は、受光面と保護ガラスでの反射光による干渉縞である可能性が高いと確信し、以下の実施の形態で説明するように干渉縞を抑制する手段を講じたものである。
　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２は、本発明の第１実施の形態に係るキャリブレーション装置に光走査型内視鏡３０を接続した状態を示すブロック図である。キャリブレーション装置は、キャリブレーション装置本体１０とＰＳＤ２０とを備える。また、キャリブレーション装置本体１０には、必要に応じて、ディスプレイ等の表示装置１８や、キーボード、マウス、および／またはタッチパネル等の入力装置１９が接続されている。光走査型内視鏡３０は、接続部３１によりキャリブレーション装置本体１０に対して接続される。
　キャリブレーションの対象となる光走査型内視鏡３０は、内視鏡装置の所謂スコープ部分であり、光走査型内視鏡３０の内部を挿通された照明用光ファイバ３３と、照明用光ファイバ３３の先端部３３ａを駆動させるアクチュエータ３４と、アクチュエータ３４に駆動信号を伝達する駆動信号線３５と、光走査型内視鏡３０の内部（例えば、接続部３１）に内蔵されるメモリ３６を備える。また、光走査型内視鏡３０には、照明光の照射による反射光や蛍光等の被検出光を受光して伝達する受光用光ファイバ３７（図３参照）が挿通されている。
　内視鏡観察時の状態では、光走査型内視鏡３０は、接続部３１により光走査型内視鏡装置の図示しない制御装置本体に接続され、内視鏡画像の生成に使用される。光走査型内視鏡装置本体は、光走査型内視鏡３０に光を供給する光源部、アクチュエータ３４を駆動するための駆動回路、光走査型内視鏡３０で受光した画素データから画像を生成する画像処理回路等を備える。このような光走査型内視鏡装置は、例えば、日本国特許出願公開特開２０１４－４４２６５号公報、特開２０１４－１４５９４１号公報等に開示されている。光走査型内視鏡３０は、通常、制御装置本体とは別に流通しており、本発明のキャリブレーション装置は、主に製品出荷時において光走査型内視鏡３０のキャリブレーションを行うためのものである。
　キャリブレーション装置本体１０は、内視鏡観察時の制御装置本体と同様に光走査型内視鏡３０の接続部３１に接続可能に構成されている。キャリブレーション装置本体１０は、キャリブレーション装置本体１０全体を制御する制御部１１と、光走査型内視鏡３０に対してキャリブレーション用の照明光を供給する光源部１２と、光走査型内視鏡３０のアクチュエータ３４を駆動する駆動回路１３と、ＰＳＤ２０からの出力を受けこれを処理する演算回路１４と、演算回路１４から出力されたキャリブレーションデータを記憶する記憶部１５とを備える。
　光源部１２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）等のキャリブレーション用光源を備える。光走査型内視鏡３０で内視鏡観察を行う場合は、カラー画像を得るために波長の異なる光を射出する複数の光源を使用する場合があるが、キャリブレーション装置本体１０では、キャリブレーション用に最低限単一の光源があれば良い。光源部１２の発光タイミングは、制御部１１によって制御される。光源部１２から射出される光は、照明用光ファイバ１６に入射され、接続部３１で光走査型内視鏡３０の照明用光ファイバ３３に結合されている。照明用光ファイバ１６，３３としては、シングルモード光ファイバを用いることができる。
　駆動回路１３は、光走査型内視鏡３０のアクチュエータ３４に、内視鏡観察時と同様の駆動信号を供給する。後述するように、照明用光ファイバ３３の先端部が圧電素子により駆動される場合は、駆動回路１３は、圧電素子の駆動電圧を供給する。駆動回路１３の出力は駆動信号線１７に供給される。駆動信号線１７は、接続部３１で光走査型内視鏡３０の駆動信号線３５に接続される。駆動回路１３もまた、制御部１１により駆動開始のタイミングを制御される。
　演算回路１４は、ＰＳＤ２０から出力される照明光の受光面上の照射位置に対応する検出信号を、検出信号線２１を介して取得し、この信号を照射位置の座標値（ｘ，ｙ）に変換する。さらに、演算回路１４は、変換した座標値（ｘ，ｙ）を、制御部１１による駆動回路１３の駆動開始からの経過時間と対応付ける。また、必要な場合は、演算回路１４において照明光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良い。演算回路１４で算出された、経過時間と対応付けられた照明光の照射位置情報は、キャリブレーションデータとして記憶部１５に格納されるように構成される。
　次に、光走査型内視鏡３０の駆動機構について説明する。図３は、図２の光走査型内視鏡３０の挿入部３２の先端部３２ａ（波線で示した部分）の断面図である。光走査型内視鏡３０の挿入部３２の先端部３２ａは、アクチュエータ３４、投影用レンズ３８ａ、３８ｂ、中心部を通る照明用光ファイバ３３および外周部を通る複数の受光用光ファイバ３７を含んで構成される。受光用光ファイバ３７は、内視鏡観察時に被検出光の検出用に使用されるものであり、キャリブレーションには使用されない。アクチュエータ３４は、取付環３９により挿入部３２の内部に固定されたアクチュエータ管４０、並びに、アクチュエータ管４０内に配置されるファイバ保持部材４１および圧電素子４２ａ～４２ｄ（図４（ａ）および（ｂ）参照）を含んで構成される。
　照明用光ファイバ３３は、ファイバ保持部材４１で支持されるとともにファイバ保持部材４１から先端部３３ａまでが、振動可能に支持された揺動部３３ｂとなっている。また、投影用レンズ３８ａ、３８ｂは、挿入部３２の最先端に配置される。投影用レンズ３８ａ、３８ｂは、照明用光ファイバ３３の先端部３３ａから射出されたレーザ光を、観察対象物上に略集光するように構成されている。したがって、ＰＳＤ２０は、受光面がこの集光位置に一致するように位置決めされる。なお、投影用レンズは、二枚構成に限られず、一枚や他の複数枚のレンズにより構成される場合もある。
　図４は、光走査型内視鏡３０のアクチュエータ３４を照明用光ファイバ３３とともに示す図であり、図４（ａ）は側面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ－Ａ断面図である。照明用光ファイバ３３は角柱状の形状を有するファイバ保持部材４１の中央を貫通し、これによってファイバ保持部材４１によって固定され保持される。ファイバ保持部材４１の４つの側面は、それぞれ光ファイバの光軸方向である＋Ｚ方向に垂直な、＋Ｙ方向および＋Ｘ方向並びにこれらの反対方向に向いている。そして、ファイバ保持部材４１の＋Ｙ方向および－Ｙ方向にはＹ方向駆動用の一対の圧電素子４２ａ、４２ｃが固定され＋Ｘ方向および－Ｘ方向にはＸ方向駆動用の一対の圧電素子４２ｂ、４２ｄが固定される。ファイバ保持部材４１を挟んで対向配置された圧電素子４２ｂ、４２ｄが、互いに一方が伸びるとき他方が縮むことによって、ファイバ保持部材４１に撓みを生じさせ、これを繰り返すことによりＸ方向の振動を生ぜしめる。Ｙ方向の振動についても同様である。
　駆動回路１３は、Ｘ方向駆動用の圧電素子４２ｂ、４２ｄとＹ方向駆動用の圧電素子４２ａ、４２ｃとに、同一の周波数の振動電圧を印加し、あるいは、異なる周波数の振動電圧を印加し、振動駆動させることができる。Ｙ方向駆動用の圧電素子４２ａ、４２ｃとＸ方向駆動用の圧電素子４２ｂ、４２ｄとをそれぞれ振動駆動させると、図３、図４に示した照明用光ファイバ３３の揺動部３３ｂが振動し、先端部３３ａが振動，偏向するので、先端部３３ａから出射されるレーザ光はＰＳＤ２０の受光面２２（図５参照）を走査する。スパイラル走査の場合は、Ｘ方向とＹ方向に同一周波数で互いに位相がおよそ９０°異なり振幅が０と最大値との間で変化する振動電圧を印加する。
　次に、本実施の形態において用いられるＰＳＤ２０について説明する。図５は、図２のＰＳＤ２０の断面図であって、受光面２２に沿う方向（受光面２２の中心に入射する入射光の光路に略垂直な方向）から見た図である。図５において、照明用光ファイバ３３から射出された照明光は、上方から入射する。すなわち、図２のＰＳＤ２０は、図５のＰＳＤ２０の受光面２２を左側に向けて配置したものである。ＰＳＤ２０は、受光面２２と受光面２２に対向して離間して配置された保護ガラス２３を備える。受光面２２は、シリコン基板上に形成され通常高い反射率を有する。受光面２２と保護ガラス２３との間は、空気層２４となっている。受光面２２と保護ガラス２３とを正確に平行状態に配置することは難しく、保護ガラス２３は受光面２２に対して不所望な傾きを有する（図５では傾きを強調して示している。）。また、保護ガラス２３自身にも僅かなくさび角があり、照明用光ファイバ３３の先端部３２ａに対向する外側面２３ａおよびＰＳＤ２０の受光面２２に対向する内側面２３ｂは、完全に平行ではない。
　保護ガラス２３には、外側面２３ａおよび内側面２３ｂの少なくとも何れか一方に、反射防止膜（ＡＲコート）が形成される。好適には、内側面２３ａと外側面２３ｂの双方に反射防止膜が形成される。反射防止膜は、保護ガラス２３の少なくとも一方の面２３ａ，２３ｂで反射された光が、受光面２２上で直接入射した照明光と干渉することを抑制する。
すなわち、反射防止膜は、ＰＳＤ２０に対し到達する光路上で発生する干渉縞を抑制する干渉縞抑制手段として機能する。
　次に、図６に示すフローチャートを用いて、キャリブレーションの手順を説明する。まず、キャリブレーションを行う本キャリブレーション装置の使用者は、図１に示すように、光走査型内視鏡３０の接続部３１をキャリブレーション装置本体１０に接続する（ステップＳ０１）。これによって、キャリブレーション装置本体１０の照明用光ファイバ１６および駆動信号線１７が、それぞれ、光走査型内視鏡３０の照明用光ファイバ３３および駆動信号線３５と接続される。
　次に、使用者は、光走査型内視鏡３０の挿入部３２の先端部３２ａを固定し、先端部３２ａから照射される照明光がスポットを形成する集光面上に、ＰＳＤ２０の受光面２２が一致するように、ＰＳＤ２０を配置する（ステップＳ０２）。ここで、ＰＳＤ２０の検出信号線２１は、キャリブレーション装置本体１０の演算回路１４に接続されている。
　その後、使用者は、キャリブレーション装置本体１０を起動する。さらに使用者は、入力装置１９を介して、制御部１１に対してキャリブレーションの開始を指示する。制御部１１は、光源部１２により照明光を射出しながら、駆動回路１３によりアクチュエータ３４を起動してスパイラル走査を開始する。ＰＳＤ２０は、スパイラル走査の少なくとも一周期に渡って、照明光のスポット位置の軌跡を順次検出する（ステップＳ０３）。
　ここで、ＰＳＤ２０の保護ガラス２３の少なくとも外側面２３ａおよび内側面２３ｂの何れか一方には、反射防止膜が形成されているので、受光面２２における干渉縞の発生が抑制される。これにより、ＰＳＤに入射する照明光量が走査位置によって変動することがなく、正確に照明光のスポット位置を検出することが可能になる。
　ＰＳＤ２０は、検出した光スポット位置に対応する検出信号（例えば、スポット位置に対応する電圧値）を、順次演算回路１４に出力する。演算回路１４は、制御部１１から駆動回路１３の起動後の経過時間の情報を受け取り、検出信号から算出したスポット位置の座標情報と時間情報とを関連付けてキャリブレーションデータとする。さらに、場合によっては、ＰＳＤ２０の検出誤差の補正や、検出された軌跡の平滑化、データの異常値の検出等の処理を行う。演算回路１４が算出したキャリブレーションデータは、キャリブレーション装置本体１０内の記憶部１５に格納される（ステップＳ０４）。記憶部１５は、キャリブレーション装置本体１０内部の記憶装置とすることができる。あるいは、記憶部１５は、キャリブレーション装置本体１０に着脱可能な、可搬型の記憶媒体（メモリカード等）であっても良い。
　次に、キャリブレーションデータの記憶部１５への格納が終了すると、記憶部１５のキャリブレーションデータは、光走査型内視鏡３０内部のメモリ３６へ出力される（ステップＳ０５）。なお、記憶部１５が可搬型の記憶媒体の場合は、使用者がキャリブレーション装置本体１０からこれを取り外して、光走査型内視鏡３０の所定の場所にメモリ３６として挿入する。その場合、この可搬型の記憶媒体の着脱作業は、次のステップＳ０６の終了後に行っても良い。
　キャリブレーションデータが光走査型内視鏡３０内部のメモリ３６へ出力された後、使用者は、光走査型内視鏡３０の接続部３１をキャリブレーション装置本体１０から取り外す（ステップＳ０６）。
　以上のようにして、光走査型内視鏡３０は、メモリ３６にキャリブレーションデータを保持する。光走査型内視鏡３０を用いて内視鏡観察を行う際には、光走査型内視鏡３０は光源および駆動回路、画像処理部を有する制御装置本体に接続される。制御装置本体は、光走査型内視鏡３０のメモリ３６からキャリブレーションデータを読み出し、このキャリブレーションデータに基づいて、取得される画素値と画素位置を対応付けて画像生成を行う。
　本発明によれば、上記キャリブレーション装置を用いて上記キャリブレーション手順によりキャリブレーションを行うことによって、精度の高いキャリブレーションデータが、光走査型内視鏡３０に格納される。特に、保護ガラス２３の外側面２３ａおよび内側面２３ｂの少なくとも一方に反射防止膜を形成したので、受光面２２上に干渉縞が発生してＰＳＤ２０の出力が不正確になることを抑制することができる。これにより、この光走査型内視鏡３０を用いて内視鏡観察を行う際には、より歪みの少ない画像を生成することが可能になる。これによって、光走査型内視鏡３０を用いた診断精度も向上するものと期待できる。
　また、従来は内視鏡画像に歪みが発生した場合、それがＰＳＤ内部のノイズによるものか、レンズやＰＳＤに付着したゴミなどの異物に起因するものか判別することが困難であった。しかし、本発明のキャリブレーションを行った後は、ＰＳＤ内部の干渉縞を抑制したことによって、レンズやＰＳＤに付着した異物を判別しやすくなるという効果もある。さらに、本発明によるキャリブレーション方法を実行すると、近似式で補正することが難しい広範囲に発生する画像の歪みを取り除くことができる。このため、上記のゴミなどにより局所的な歪みが発生した場合には、近似式による補正の精度が向上するという効果もある。
　光走査型内視鏡３０では、光走査を行う挿入部３２の先端部３２ａは非常に小さく、照明用光ファイバ３３の先端部３３ａの位置を検出するセンサ等を先端部に配置することが困難である。このため、本発明のキャリブレーション方法は、光走査型内視鏡３０に適用した時に特に好適である。
（第２実施の形態）
　図７は、第２実施の形態に係るキャリブレーション装置のＰＳＤ２０の断面図である。第２実施の形態では、保護ガラス２３に反射防止膜を形成することに代えて、ＰＳＤ２０の受光面２２と保護ガラス２３との間に、屈折率が空気よりも保護ガラスの屈折率に近いゲル等の媒質２５を充填する。これにより、保護ガラス２３と媒質２５との屈折率差を、保護ガラス２３と空気との屈折率差より小さくして、反射光の発生を軽減したものである。媒質２５の屈折率は、保護ガラス２３の屈折率により近いことが好ましい。特に、媒質２５の屈折率を保護ガラス２３の屈折率と一致させることによって、保護ガラス２３と媒質２５との間の界面での反射を抑止することができる。その他の構成は、第１実施の形態と同様であるので、同一または対応する構成要素には同一参照符号を付して説明を省略する。
　本実施の形態によれば、保護ガラス２３と媒質２５との間の反射が低減されることによって、受光面２２上での干渉縞の発生が低減される。これによって、第１実施の形態と同様に、この光走査型内視鏡３０を用いて内視鏡観察を行う際には、より歪みの少ない画像を生成することが可能になる。
（第３実施の形態）
　本発明の第３実施の形態は、第１実施の形態のＰＳＤ２０に代えて図１に示した反射防止膜を有さないＰＳＤ１と同様のＰＳＤを用い、さらに、図２の光源部１２にＳＬＤ（Super Luminescent Diode）、ＬＥＤ等の可干渉性の低い光源を使用する。その他の構成は、第１実施の形態と同様とし、説明を省略する。
　本実施の形態によれば、照明光として可干渉性の低い光を使用したので、ＰＳＤ２０において干渉縞を生じにくくなる。これによって、第１実施の形態と同様に、この光走査型内視鏡３０を用いて内視鏡観察を行う際には、より歪みの少ない画像を生成することが可能になる。
　また、ＰＳＤとして反射防止膜を有さないものを使用するとしたが、ＰＳＤ２０と同様に反射防止膜を有するものを使用しても良い。その場合は、反射防止膜と低可干渉性の光源との双方の効果によって、より干渉縞を抑制することができるので、より高い効果が得られる。
　なお、本発明は、上記各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、光走査装置の走査軌道はスパイラル走査に限られない。例えば、ラスター走査やリサージュ走査を行う場合にも、本発明を適用することが可能である。また、光走査装置の光ファイバを駆動する方法としては圧電素子を用いる方法に限られず、電磁コイルと永久磁石とを用いた電磁的な駆動方法により光ファイバ先端部のアクチュエータを構成することもできる。その場合、駆動回路はアクチュエータに印加する電圧を制御するものに代えて、電流を制御するようにする。
　さらに、上記実施の形態において、制御部、光源部、駆動回路、演算回路および記憶部を同一のキャリブレーション装置本体に内蔵されるものとしたが、これらは、別体のハードウエアとしても良い。ＰＳＤの受光面を保護する部材はガラスとしたが、これに限られず光透過性の樹脂等を用いることもできる。また、上記実施の形態は、光走査装置の出荷前のキャリブレーションに適用するものとしたが、これに限られず、使用開始後の光走査装置をキャリブレーションするために適用することもできる。さらに、上記実施の形態では、観察用の制御装置本体とは別に、キャリブレーション専用のキャリブレーション装置本体を設けたが、キャリブレーション装置本体の機能を観察用の制御装置本体に内蔵させて、使用者が随時キャリブレーションを行えるようにしても良い。
　また、光走査装置は光走査型内視鏡に限られず、ファイバを走査する光走査型顕微鏡や光走査型投影装置（プロジェクタ）に適用することも可能である。また、上記実施の形態では、光走査装置である光走査型内視鏡は、光源および駆動回路を備えていなかったが、これらを内蔵する光走査装置に対しても本発明を適用することができる。その場合、キャリブレーション装置は、少なくとも光走査装置に接続されるキャリブレーション装置本体の制御部と、干渉縞の発生を抑制したＰＳＤと、ＰＳＤが検出した位置情報を格納する記憶装置を含み、制御部の制御のもと光走査装置を駆動してファイバを走査させ、光スポットの位置をＰＳＤにより検出して、タイミング情報と関連付けて記憶装置に格納すれば良い。その他、キャリブレーション装置の構成としては、種々の変形形態が可能である。
　さらに、上記実施の形態では、キャリブレーション装置本体に記憶部を設けて、キャリブレーションデータを一旦格納する構成としたが、キャリブレーション装置本体には記憶部を設けず、演算回路で算出されたキャリブレーションデータを、光走査装置のメモリに直接出力するようにしても良い。
　本発明に係るキャリブレーション装置およびキャリブレーション方法は、光走査装置のキャリブレーションに使用することができ、特に製品出荷前のキャリブレーション等に好適に使用することができる。
　１０　　キャリブレーション装置本体
　１１　　制御部
　１２　　光源部
　１３　　駆動回路
　１４　　演算回路
　１５　　記憶部
　１６　　照明用光ファイバ
　１７　　駆動信号線
　１８　　表示装置
　１９　　入力装置
　２０　　ＰＳＤ
　２１　　検出信号線
　２２　　受光面
　２３　　保護ガラス
　２３ａ　　外側面
　２３ｂ　　内側面
　２４　　空気層
　２５　　媒質
　３０　　光走査型内視鏡
　３１　　接続部
　３２　　挿入部
　３２ａ　　先端部
　３３　　照明用光ファイバ
　３３ａ　　先端部
　３３ｂ　　揺動部
　３４　　アクチュエータ
　３５　　駆動信号線
　３６　　メモリ
　３７　　受光用光ファイバ
　３７ａ　　先端部
　３８ａ，３８ｂ　　投影用レンズ
　３９　　取付環
　４０　　アクチュエータ管
　４１　　ファイバ保持部材
　４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄ　　圧電素子

Claims (10)

  1. 　振動可能に支持された先端部を有する光ファイバと、前記光ファイバの先端部を該光ファイバの光軸に垂直な方向に駆動させるアクチュエータと、を備える光走査装置に適用され、
    　前記光ファイバの前記先端部からの出射光の位置を検出する光位置検出器を配置する配置ステップと、
    　前記光ファイバに光を供給するとともに該光ファイバの前記先端部を駆動して、前記光位置検出器により出射光の位置を検出する検出ステップと、
    を含む光走査装置のキャリブレーション方法において、
    　前記検出ステップは、前記光位置検出器に対し到達する光路上で発生する干渉縞を抑制する干渉縞抑制手段を用いて実行されることを特徴とするキャリブレーション方法。
  2. 　前記干渉縞抑制手段は、前記光位置検出器で発生し得る反射を軽減させることで干渉縞を抑制することを特徴とする、請求項１に記載のキャリブレーション方法。
  3. 　前記光位置検出器の受光面に対向して前記受光面の保護用の光透過部材を設け、前記干渉縞抑制手段は、前記光透過部材の少なくとも一方の面を低反射状態としたものである、請求項２に記載のキャリブレーション方法。
  4. 　前記光位置検出器の受光面に対向して前記受光面の保護用の光透過部材を設け、前記干渉縞抑制手段は、前記光位置検出器の受光面と前記光透過部材との間に、屈折率が空気よりも前記光透過部材に近い媒質を充填して構成されることを特徴とする請求項２に記載のキャリブレーション方法。
  5. 　前記干渉縞抑制手段は、前記光ファイバに可干渉性の低い光を供給することで、前記光位置検出器内での干渉縞の発生を抑制することを特徴とする、請求項１から４の何れか一項に記載のキャリブレーション方法。
  6. 　振動可能に支持された先端部を有する光ファイバと、前記光ファイバの先端部を該光ファイバの光軸に垂直な方向に駆動させるアクチュエータと、を備える光走査装置のキャリブレーション装置であって、
    　前記アクチュエータを制御する制御部と、
    　前記光ファイバの前記先端部からの出射光の位置を検出する光位置検出器と、
    　前記光位置検出器から出力された出射光の位置情報に基づくキャリブレーションデータを格納する記憶部と、
    　前記光位置検出器に対し到達する光路上で発生する干渉縞を抑制する干渉縞抑制手段と、
    を備えることを特徴とするキャリブレーション装置。
  7. 　前記光位置検出器の受光面に対向して該受光面の保護用の光透過部材を備え、前記干渉縞抑制手段は、前記光透過部材の少なくとも一方の面に設けられた反射防止膜であることを特徴とする請求項６に記載のキャリブレーション装置。
  8. 　前記光位置検出器の受光面に対向して該受光面の保護用の光透過部材を備え、前記干渉縞抑制手段は、前記光位置検出手段の受光面と前記光透過部材との間に、屈折率が空気よりも前記光透過部材に近い媒質を充填して構成されることを特徴とする請求項６に記載のキャリブレーション装置。
  9. 　前記光ファイバに可干渉性の低い光を供給する光源を備え、該光源は前記干渉縞抑制手段として機能することを特徴とする請求項６から８の何れか一項に記載のキャリブレーション装置。
  10. 　前記可干渉性の低い光源は、ＳＬＤまたはＬＥＤであることを特徴とする請求項９に記載のキャリブレーション装置。
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