WO2019102581A1

WO2019102581A1 - 光走査型観察装置および光走査型観察装置の作動方法

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Publication number: WO2019102581A1
Application number: PCT/JP2017/042203
Authority: WO
Inventors: 佐苗中川; 森　健
Original assignee: オリンパス株式会社
Priority date: 2017-11-24
Filing date: 2017-11-24
Publication date: 2019-05-31
Also published as: JP6860693B2; US20200268234A1; JPWO2019102581A1

Abstract

光走査型観察装置（１００）は、照明光を走査する光走査部（４）と、被写体（Ａ）上の各走査位置における信号光を検出し、信号光の強度に基づく光検出信号を生成して出力する光検出部（５）と、光検出部（５）に電力を供給する電源部（６）と、光検出部（５）によって検出された信号光の強度が、電源部（６）の電流容量を基準にして設定された所定の許容閾値以上であるか否かを、光検出信号の出力の度に判定する判定部（７）と、信号光の強度が所定の許容閾値以上であると判定されたときに、照明光の光量および電源部（６）から光検出部（５）に供給される電力の少なくとも一方を抑制する制御部（８）とを備える。

Description

光走査型観察装置および光走査型観察装置の作動方法

　本発明は、光走査型観察装置および光走査型観察装置の作動方法に関するものである。

　従来、照明光を観察対象上で渦巻状に走査し、観察対象からの反射光の輝度に基づく画像を取得する光走査型観察装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１の光走査型観察装置は、１フレーム期間中に、許容範囲外の輝度が閾値以上の割合で検出されたときに次のフレーム期間の照明光の光量を調整することで、画像処理に頼らずに画像の明るさを調整している。

特許第５４６７７５６号公報

　照明光を鏡面反射する金属のような観察対象を観察する場合、非常に強い鏡面反射光が局所的に発生することがある。１フレーム期間中の画像の輝度に基づいて次の１フレーム期間の照明光の光量を調整する特許文献１の場合、鏡面反射光のような非常に強い信号光の発生に瞬時に応答して照明光の光量を調整することができない。そのため、走査軌跡に依存する形状のノイズを含む画像が生成される。

　すなわち、被写体において発生した信号光が光検出部に入射したときに、光検出部は、アナログの光検出信号を生成するために、信号光の強度に応じた電流を高圧電源から引き込む。非常に強い信号光が光検出部に入射したときには、高圧電源から光検出部に大電流が流れることを防止するために高圧電源の電圧が一時的に低下する。そのため、非常に強い信号光が発生した直後に、光検出部から出力される光検出信号が信号光の実際の強度に関わらず一時的に小さくなる。その結果、生成される画像において、高圧電源の電圧が低下している期間に相当する領域が暗くなる。光走査型観察装置は、照明光による被写体全体からの信号光を撮像素子（ＣＣＤ等）上で検出し、検出された信号をまとめて出力して画像を生成するのではなく、被写体における照明光の各走査位置に対応する信号光の強度を順次検出することで画像を生成する。そのため、例えば、走査軌跡が渦巻状である場合には、暗いリング状のノイズが発生した画像が生成される。

　本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、強い信号光の発生に瞬時に応答して光検出信号のレベルを光検出信号単位で調整することができる光走査型観察装置および光走査型観察装置の作動方法を提供することを目的とする。

　上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
　本発明の一態様は、照明光を出力する光源部と、前記照明光を走査する光走査部と、被写体における前記照明光の各走査位置において前記照明光の照射によって発生した信号光を検出し、該信号光の強度に基づく光検出信号を生成して出力する光検出部と、該光検出部に電力を供給する電源部と、前記光検出部によって検出された前記信号光の強度が、前記電源部の電流容量を基準にして設定された所定の許容閾値以上であるか否かを、前記光検出信号が前記光検出部から出力される度に判定する判定部と、前記信号光の強度が前記所定の許容閾値以上であると前記判定部によって判定されたときに、前記照明光の光量および前記電源部から前記光検出部に供給される電力の少なくとも一方を抑制する制御部とを備える光走査型観察装置である。

　本態様によれば、光源部から被写体に照射される照明光が光走査部によって被写体上で走査されると、被写体の各走査位置において発生した信号光が光検出部によって検出され、信号光の強度に応じた電流を光検出部が電源部から引き込むことで光検出信号が生成され、光検出信号が光検出部から出力される。光検出信号を照明光の照射位置と対応付けることで、被写体の画像を得ることができる。

　この場合に、光検出部から光検出信号が出力される度に、光検出部によって検出された信号光の強度が、電源部の電流容量を基準にして設定された所定の許容閾値以上であるか否かが判定部によって判定される。そして、信号光の強度が所定の許容閾値以上であると判定されたときに、照明光の光量および光検出部に供給される電力の少なくとも一方が制御部によって抑制されることで、光検出部が電源部から引き込む電流が電流容量に対して適正となるように、次に生成される光検出信号のレベルが低減される。このように、強い信号光の発生に瞬時に応答して光検出信号のレベルを光検出信号単位で調整することができる。

　上記態様においては、前記電源部が、前記光検出部に択一的に接続される第１電源部および第２電源部を備え、前記第１電源部が、第１電圧を前記光検出部に供給し、前記第２電源部が、前記第１電圧よりも低い第２電圧を前記光検出部に供給し、前記制御部は、前記判定部によって前記信号光の強度が前記所定の許容閾値以上であると判定されたときに、前記電源部に接続される電源部を前記第１電源部から前記第２電源部に切り替えてもよい。
　光検出部に供給される電圧が高くなる程、光検出部が生成する光検出信号のレベルは大きくなり、光検出部が電源部から引き込む電流も大きくなる。したがって、光検出部に接続される電源部を第１電源部から第２電源部に切り替えることで、光検出信号のレベルを低減させることができる。

　上記態様においては、前記電源部から前記光検出部へ流れる電流を抑制する電流抑制部を備え、前記制御部は、前記信号光の強度が前記所定の許容閾値以上であると前記判定部によって判定されたときに、前記電流抑制部によって前記電源部から前記光検出部へ供給される電流を抑制させてもよい。
　このように、光検出部が電流を電源部から引き込んだときに光検出部に流れる電流を電流抑制部によって抑制することで、光検出信号のレベルを低減させることができる。

　上記態様においては、前記信号光の強度に基づく画素値を有する画像を生成する画像生成部を備え、前記画像生成部が、前記照明光の光量および前記電源部から前記光検出部に供給される電力の少なくとも一方が抑制されているときには、飽和した画素値を有する画像を生成してもよい。
　また、上記態様においては、前記信号光の強度に基づく画素値を有する画像を生成する画像生成部を備え、前記制御部は、前記光検出信号に基づいた前記画素値を前記画像生成部に出力し、前記照明光の光量および前記電源部から前記光検出部に供給される電力の少なくとも一方が前記制御部によって抑制されているときには、飽和した前記画素値を前記画像生成部に出力してもよい。
　このようにすることで、画像生成部によって生成される画像内において、強い信号光が発生している領域は画素値が飽和した領域として表わされる。したがって、強い信号光が発生している領域を観察者が認識することができる。

　本発明の他の態様は、照明光を出力する光源と、前記照明光を走査するスキャナと、被写体における前記照明光の各走査位置において前記照明光の照射によって発生した信号光を検出し、該信号光の強度に基づく光検出信号を生成して出力する光センサと、該光センサに電力を供給する電源と、プロセッサとを備え、該プロセッサが、前記光センサによって検出された前記信号光の強度が、前記電源の電流容量を基準にして設定された所定の許容閾値以上であるか否かを、前記光検出信号が前記光センサから出力される度に判定し、前記信号光の強度が前記所定の許容閾値以上であると判定されたときに、前記照明光の光量および前記電源から前記光センサに供給される電力の少なくとも一方を抑制する光走査型観察装置である。

　本発明の他の態様は、照明光を出力する光源部と、前記照明光を走査する光走査部と、被写体における前記照明光の各走査位置において前記照明光の照射によって発生した信号光を検出し、該信号光の強度に基づく光検出信号を生成して出力する光検出部と、該光検出部に電力を供給する電源部とを備える光走査型観察装置の作動方法であって、前記光検出部によって検出された前記信号光の強度が、前記電源部の電流容量を基準にして設定された所定の許容閾値以上であるか否かを、前記光検出信号が前記光検出部から出力される度に判定し、前記信号光の強度が前記所定の許容閾値以上であると判定されたときに、前記照明光の光量および前記電源部から前記光検出部に供給される電力の少なくとも一方を抑制する光走査型観察装置の作動方法である。
　本他の態様においては、前記信号光の強度が前記所定の許容閾値以上であると判定されたときに、飽和した画素値を有する画像を生成してもよい。

　本発明によれば、強い信号光の発生に瞬時に応答して光検出信号のレベルを光検出信号単位で調整することができるという効果を奏する。

本発明の第１の実施形態に係る光走査型観察装置の全体構成図である。光検出信号のレベルと画像の質との関係を説明する図である。図１の光走査型観察装置の作動を示すフローチャートである。本発明の第２の実施形態に係る光走査型観察装置の全体構成図である。図４の光走査型観察装置の作動を示すフローチャートである。図４の光走査型観察装置の変形例の全体構成図である。図６の光走査型観察装置の作動を示すフローチャートである。本発明の第３の実施形態に係る光走査型観察装置の作動を示すフローチャートである。図８のフローチャートの続きである。

（第１の実施形態）
　本発明の第１の実施形態に係る光走査型観察装置１００について図面を参照して説明する。
　本実施形態に係る光走査型観察装置１００は、図１に示されるように、体内や航空機のエンジン部分等の観察対象に挿入される長尺のスコープ１と、スコープ１の基端に接続された筐体２とを備える光走査型内視鏡装置である。筐体２には、筐体２内で生成された画像を表示するディスプレイ２０が接続されている。

　また、光走査型観察装置１００は、レーザ光（照明光）を出力する光源部３と、被写体Ａに照射されるレーザ光を走査する光走査部（スキャナ）４と、レーザ光の被写体Ａからの反射光（信号光）を検出する光検出部５と、光検出部５と接続され光検出部５に電力を供給する電源部（電源）６と、光検出部５によって検出された反射光の強度を判定する判定部７と、光源部３、光走査部４および光検出部５を制御する制御部８と、反射光の強度に基づく２次元画像を生成する画像生成部９とを備えている。光源部３、光検出部５、電源部６、判定部７、制御部８、および画像生成部９は筐体２内に設けられ、光走査部４はスコープ１内に設けられている。

　光源部３は、レーザダイオードのような赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のレーザ光源を備え、Ｒ、Ｇ、Ｂのレーザ光を同時に、または順番に出力する。レーザ光は、パルス状の光であってもよく、連続した光であってもよい。
　スコープ１内には、光源部３からスコープ１の先端部までレーザ光を導光する照明用の光ファイバ１０が長手方向に沿って配置されている。光源部３から光ファイバ１０に供給されたレーザ光は、光ファイバ１０の先端からスコープ１の先端と対向する被写体Ａに向かって射出され、被写体Ａにスポット状に照射される。

　光走査部４は、光ファイバ１０の先端部に設けられた圧電式または電磁式のアクチュエータ（図示略）を備え、アクチュエータによって光ファイバ１０の先端を径方向に振動させることで、光ファイバ１０の先端から射出されるレーザ光を走査する。
　光走査部４は、ガルバノミラーやＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ　Ｅｌｅｃｔｒｏ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｓｙｓｔｅｍｓ）ミラーを用いてレーザ光を走査してもよい。

　光検出部５は、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）のような光センサである。スコープ１内には、スコープ１の先端から光検出部５まで反射光を導光する受光用の光ファイバ１１が長手方向に沿って配置されている。光検出部５は、制御部８からのサンプリング信号に同期して光ファイバ１１から入射した反射光を検出し、反射光の強度に相当するレベルのアナログの光検出信号を生成し、光検出信号を出力する。出力された光検出信号は、判定部７に入力される。
　光検出信号を増幅する増幅回路が、光検出部５の内部、または、光検出部５と判定部７との間に設けられていてもよい。

　光検出部５は、光検出信号の生成に必要な電流を電源部６から引き込むことで、光検出信号を生成する。光検出部５が電源部６から引き込む電流は、光検出部５が検出する反射光の強度が大きくなる程、大きくなる。
　電源部６は、出力電流の大きさの正常範囲と、正常範囲の上限である電流容量よりも大きい出力限界とを有する。

　ここで、本実施形態においては、被写体Ａとして、レーザ光を鏡面反射する反射体を含む物体を想定している。そのため、反射体からの反射光には、鏡面反射光と拡散反射光とが含まれる。レーザ光の鏡面反射光は、拡散反射光に比べて非常に強い。仮に、光検出部５が非常に強い鏡面反射光を検出して出力限界を超える電流を電源部６から引き込んだとき、電流の出力を抑制するために出力電圧を一時的に低下させる機能が電源部６には備えられている。このときの出力電圧の低下および上昇は、光走査部４によるレーザ光の走査速度に比べてゆっくりである。したがって、走査軌跡が渦巻状である場合には、出力電圧が低下した状態が複数周回にわたって続くことになる。

　判定部７は、光検出信号のレベル（すなわち、光検出部５によって検出された反射光の強度）が所定の第１の閾値（所定の許容閾値）以上であるか否かを判定し、光検出信号と共に判定結果を制御部８に出力する。さらに、判定部７は、光検出信号のレベルが所定の第１の閾値以上であると判定した後、光検出信号のレベルが所定の第２の閾値以下であるか否かを判定し、判定結果を光検出信号と共に制御部８に出力する。所定の第１の閾値は、電源部６の電流容量を基準にして設定された値であり、所定の第２の閾値は、所定の第１の閾値よりも小さい値である。所定の第１の閾値および所定の第２の閾値については後述する。

　図１には、判定部７が、制御部８とは別の機能として示されているが、これに代えて、判定部７が、制御部８の機能の一部として実現されてもよい。
　また、光検出信号は、判定部７を介さずに光検出部５から制御部８に直接入力されてもよい。この場合には、判定部７から制御部８への出力は、判定結果のみとなる。

　制御部８は、駆動信号を光走査部４に送信することによって、光走査部４によるレーザ光の走査を制御する。制御部８は、所定のサンプリング周期でサンプリング信号を光検出部５に送信することによって、光検出部５による反射光の検出を制御する。また、制御部８は、駆動信号およびサンプリング信号に基づいて、光検出部５によって反射光が検出される時刻におけるレーザ光の走査軌跡上における照射位置を算出し、算出された照射位置を後述する画素値と対応付けて画像生成部９に出力する。

　制御部８は、判定部７による判定結果に基づいて、光源部３が出力するレーザ光の光量の制御および画素値の生成を行う。
　具体的には、制御部８は、被写体Ａにおいてレーザ光の拡散反射光が発生している通常時には、所定の初期光量レベルの光量のレーザ光を出力させるように光源部３を制御する。所定の初期光量レベルは、拡散反射光の光検出信号のレベルが飽和レベル未満となるような光量レベルである。光検出信号のレベルが飽和レベル以上であるとき画素値が飽和する。

　その後、光検出信号のレベルが所定の第１の閾値以上であると判定部７によって判定されたときに、制御部８は、レーザ光の光量を所定の低光量レベルまで低下させるように光源部３を制御する。所定の低光量レベルは、初期光量レベルよりも低く、かつ、レーザ光の鏡面反射光の光検出信号のレベルが飽和レベルよりも低くなるような光量レベルである。例えば、低光量レベルは、所定値、初期光量レベルの所定値分の１、または、初期光量レベルよりも所定値だけ低いレベルである。
　レーザ光の光量を低光量レベルまで低下させた後、制御部８は、光検出信号のレベルが所定の第２の閾値以下であると判定部７によって判定されたときに、レーザ光の光量を初期光量レベルに戻すように光源部３を制御する。

　レーザ光の光量を低下させるために、制御部８は、Ｒ、Ｇ、Ｂのレーザ光の全ての光量を低下させてもよく、Ｒ、Ｇ、Ｂのレーザ光の一部を消灯させてもよい。例えば、制御部８は、ＲおよびＢのレーザ光を消灯し、Ｇのレーザ光のみを点灯させてもよい。
　あるいは、一定期間中のレーザ光の光量の時間積分が低下するように、一定期間中の一部期間においてのみ少なくとも１つのレーザ光を点灯させ、一定期間中のその他の期間においては全てのレーザ光を消灯させてもよい。この場合には、サンプリング信号に関わらず光検出部５から光検出信号が出力されないタイミングがあるので、判定部７は、間欠的に判定を実行する。

　制御部８は、判定部７から受信した光検出信号をアナログデジタル変換器（図示略）によってデジタル変換することで光検出信号のデジタル値を得る。このときに、デジタル値は、画素値が取り得る値の範囲内に制限される。すなわち、光検出信号が飽和レベル以上であるときには、光検出信号のレベルに関わらず画素値の最大値（飽和値）がデジタル値として得られる。

　制御部８は、レーザ光の光量を初期光量レベルに制御しているときには、光検出信号のデジタル値を画素値として画像生成部９に出力する。一方、制御部８は、レーザ光の光量を低光量レベルに制御しているときには、得られたデジタル値に関わらず、飽和値を画素値として画像生成部９に送信する。

　画像生成部９は、制御部８から受け取った画素値を照射位置に基づいて２次元的に配列することで画像を生成する。したがって、画像生成部９は、レーザ光が初期光量レベルである期間に相当する領域は反射光の強度に応じた画素値を有し、レーザ光が低光量レベルである期間に相当する領域は飽和した画素値を有する画像を生成する。生成された画像は、画像生成部９からディスプレイ２０に出力されてディスプレイ２０に表示される。

　ここで、光検出信号のレベルと、画像生成部９によって生成される画像の質との関係について説明する。
　被写体Ａにおいてレーザ光の拡散反射光が発生している通常時には、図２に示されるように、光検出信号は、画素値の最大値（飽和値）に相当する飽和レベルよりも小さくなり、光検出信号のレベルに応じた飽和値未満の画素値を有する通常の画像が生成される。一方、被写体Ａにおいてレーザ光の鏡面反射光が発生しているときには、光検出信号は飽和レベル以上となり、飽和した画素値を有する画像が生成される。

　仮に、電源部６の出力限界に相当する限界レベルを超えるような非常に強い鏡面反射光が光検出部５によって検出されたとき、電源部６から光検出部５に引き込まれる電流が出力限界を超える。その直後、電源部６の出力電圧が一定期間低下し、それにより光検出信号も、光検出部５に入射する反射光の強度に関わらず一定期間小さくなる。そのため、出力電圧の低下期間に相当する複数画素にわたる領域が、画像内において暗いノイズとして現れる。レーザ光の走査軌跡が渦巻状である場合、このような領域は、暗いリング状のノイズとなる。

　ここで、判定部７において使用される所定の第１の閾値は、電源部６の電流容量に相当する光検出信号のレベルである。
　判定部７において使用される所定の第２の閾値は、レーザ光の光量を低光量レベルから初期光量レベルに戻したと仮定したときに光検出信号のレベルが飽和レベルよりも小さくなるような、光検出信号のレベルである。具体的には、所定の第２の閾値は、下記の関係式に基づいて算出される。
　初期光量レベル：飽和レベル未満の光検出信号のレベル＝低光量レベル：所定の第２の閾値

　判定部７、制御部８、および画像生成部９の上述の機能は、ＣＰＵ、ＦＰＧＡ、ＬＳＩ、ＡＳＩＣに代表される演算処理装置のようなプロセッサがプログラムに従って処理を実行することで実現される。すなわち、筐体２内にプロセッサ（図示略）と非一時的な記憶媒体（図示略）とが設けられ、判定部７、制御部８および画像生成部９の処理をプロセッサに実行させるためのプログラムが記憶媒体に格納されている。

　次に、光走査型観察装置１００の作用について図３を参照して説明する。
　制御部８は、光源部３から初期光量レベルのレーザ光の出力を開始させるとともに（ステップＳ１，Ｓ２）、光走査部４によるレーザ光の走査を開始させる（ステップＳ３）。これにより、被写体Ａ上においてスポット状のレーザ光が走査され、レーザ光の照射位置で反射光が発生する。反射光は、スコープ１の先端面において光ファイバ１１によって受光され、光ファイバ１１によって光検出部５へ導光される。

　制御部８は、光検出部５に所定のサンプリング周期で反射光を検出させる（ステップＳ４）。光検出部５は、反射光を検出する度に光検出信号を判定部７を介して制御部８に出力し、制御部８が光検出信号をデジタル変換して画素値を得る（ステップＳ５）。得られた画素値は、レーザ光の照射位置と共に制御部８から画像生成部９に送信される。次に、画像生成部９において、画素値が照射位置に基づいて配列され、２次元の画像が生成される。生成された画像は、ディスプレイ２０に表示される。

　ここで、ステップＳ４において光検出部５から光検出信号が出力される度に、光検出信号のレベルが所定の第１の閾値以上であるか否かが判定部７によって判定される（ステップＳ６）。光検出部５によって検出された光が拡散反射光であるときには、光検出信号のレベルは所定の第１の閾値未満となる。光検出信号のレベルが所定の第１の閾値未満であると判定された場合（ステップＳ６のＮＯ）、制御部８は、レーザ光の光量を初期光量レベルに維持し、ステップＳ４，Ｓ５を繰り返す。

　一方、被写体Ａに存在する金属のような反射体によってレーザ光が鏡面反射されたときには、光検出部５によって強い鏡面反射光が検出され、光検出信号のレベルが所定の第１の閾値以上となる。光検出信号のレベルが所定の第１の閾値以上であると判定された場合（ステップＳ６のＹＥＳ）、制御部８は、レーザ光の光量を初期光量レベルから低光量レベルに低下させ（ステップＳ７）、その後、ステップＳ４と同様に光検出部５に所定のサンプリング周期で反射光を検出させる（ステップＳ８）。レーザ光の光量の低下によって被写体Ａで発生する反射光は弱くなるので、光検出信号のレベルは飽和レベル以下まで直ちに小さくなり、光検出部５が電源部６から引き込む電流は電流容量よりも小さくなる。
　レーザ光の光量を低光量レベルに低下させている間、制御部８は、光検出信号のデジタル値に関わらず、画素値として飽和値を生成する（ステップＳ９）。したがって、生成される画像において、レーザ光の光量低下中のレーザ光の照射位置は、画素値が飽和した領域となる。

　ステップＳ８において光検出部５から光検出信号が出力される度に、光検出信号のレベルが所定の第２の閾値以下であるか否か、すなわちレーザ光の光量を初期光量レベルに戻したとしても光検出信号が飽和レベル以下になるか否かが判定部７によって判定される（ステップＳ１０）。制御部８は、ステップＳ１０において光検出信号が所定の第２の閾値以下であると判定されるまでレーザ光の光量を低光量レベルに維持し、ステップＳ１０において光検出信号が所定の第２の閾値以下であると判定されたときに、レーザ光の光量を初期光量レベルに戻す（ステップＳ１１）。以下、ステップＳ４～Ｓ１１が繰り返される。

　このように、本実施形態によれば、光検出部５から光検出信号が出力される度に、光検出信号のレベルに基づいて電流容量に相当する強い反射光が発生していないか否かが判定される。そして、強い反射光が発生していると判定されたときには、光検出部５による次の反射光の検出が行われる前に、光検出信号のレベルが飽和レベル以下まで低下するようにレーザ光の光量が直ちに低下させられる。このように、強い反射光の発生に瞬時に応答して光検出信号のレベルを光検出信号単位で調整することで、電源部６の出力限界に相当するような非常に強い反射光の発生を防止し、画像内に暗いノイズが発生することを防止することができるという利点がある。

　また、強い反射光が発生したときにレーザ光の光量を低下させることで、消費電流を低下させることができるという利点がある。
　また、画像内において、レーザ光の光量が低光量レベルに抑制されている期間に相当する領域の画素値を飽和させることで、強い鏡面反射光が発生している領域を飽和した画素値に基づいて観察者が容易に認識することができるという利点がある。

　本実施形態においては、判定部７において使用される所定の第１の閾値が、電源部６の電流容量に相当する光検出信号のレベルであることとしたが、所定の第１の閾値は、鏡面反射光が発生したときに光検出部５が電源部６から引き込む電流を電流容量未満に制御することができる限りにおいて、電源部６の電流容量を基準にして設定された他の値であってもよい。具体的には、所定の第１の閾値は、飽和レベルよりも大きく、かつ、電源部６の出力限界に相当する限界レベルよりも小さい範囲内の任意の値に設定することができる。

　例えば、所定の第１の閾値は、電源部６の性能の個体差を考慮し、電流容量の９０％程度に相当する光検出信号のレベルであってもよく、電源部６に負荷がかかることを防止するために電流容量の５０％程度に相当する光検出信号のレベルであってもよい。
　あるいは、電源部６の電流容量よりも光検出部５の電流の定格値の方が小さい場合には、所定の第１の閾値は、光検出部５の定格値であってもよい。この場合には、光検出部５に過度に負荷がかかることを防止することができる。

　本実施形態においては、レーザ光の光量を低光量レベルから初期光量レベルに戻すタイミングを、光検出信号のレベルに基づいて判断することとしたが、これに代えて、画素値に基づいて判断してもよい。
　この場合、所定の第２の閾値は、レーザ光の光量を低光量レベルから初期光量レベルに戻したと仮定したときに画素値が飽和値未満となるような値である。ステップＳ１０において、判定部７は、制御部８によって生成された画素値が所定の第２の閾値以下であるか否かを判定する。
　このようにしても、鏡面反射光の発生後、レーザ光の光量を低光量レベルから初期光量レベルに戻すタイミングを適切に判断することができる。

　本実施形態においては、判定部７が、光検出部５によって検出された反射光の強度を光検出信号のレベルに基づいて判定することとしたが、これに代えて、電源部６の出力電流に基づいて判定してもよい。
　上述したように、光検出部５が電源部６から引き込む電流の大きさは、光検出部５によって検出された反射光の強度に応じて決まる。したがって、電源部６の出力電流に基づいて、光検出部５によって検出された反射光の強度が所定の第１の閾値以上であるか否かを判定することができる。

　本実施形態においては、光検出信号のレベルが所定の第１の閾値以上であるときに、レーザ光の光量を、光検出信号が飽和レベルよりも小さくなる低光量レベルまで低下させることとしたが、これに代えて、飽和レベル以上の低光量レベルまで低下させてもよい。
　このようにすることで、レーザ光の光量を低光量レベルに低下させている期間中も、レーザ光の光量が初期光量レベルである期間中と同様に、光検出信号のデジタル値を画素値として用いることができ、デジタル値を飽和値に変換する処理が不要になる。

（第２の実施形態）
　次に、本発明の第２の実施形態に係る光走査型観察装置２００について図面を参照して説明する。
　本実施形態においては、第１の実施形態と異なる構成について説明し、第１の実施形態と共通する構成については同一の符号を付して説明を省略する。
　本実施形態に係る光走査型観察装置２００は、図４に示されるように、スコープ１、筐体２、光源部３、光走査部４、光検出部５、判定部７、制御部８、および画像生成部９に加えて、第１電源部６１、第２電源部６２および切替部１２を備えている。

　第１電源部６１および第２電源部６２は、切替部１２を介して光検出部５に並列に接続されている。第１電源部６１は、第１電圧を光検出部５に供給する。第２電源部６２は、第１電圧よりも低い第２電圧を光検出部５に供給する。

　切替部１２は、制御部８による制御に従って、第１電源部６１および第２電源部６２を択一的に光検出部５に接続する。このような切替部１２は、例えば、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、バイポーラトランジスタ、またはアナログスイッチから構成される。

　光検出部５は、例えばＡＰＤであり、供給される電圧に応じて光検出信号を増倍する機能を有する。すなわち、第２電源部６２が光検出部５に接続されているときには、第１電源部６１が光検出部５に接続されているときに比べて、増倍率が小さくなって光検出信号も小さくなる。したがって、光検出部５が第２電源部６２から引き込む電流は、光検出部５が第１電源部６１から引き込む電流よりも小さくなる。

　ここで、第１電圧は、拡散反射光の光検出信号のレベルが飽和レベル未満となるような電圧である。第２電圧は、第１電圧よりも低く、かつ、レーザ光の鏡面反射光の光検出信号のレベルが飽和レベルよりも低くなるような電圧である。

　判定部７は、光検出信号のレベルが所定の第１の閾値以上であるか否かを判定し、光検出信号と共に判定結果を制御部８に出力する。さらに、判定部７は、光検出信号のレベルが所定の第１の閾値以上であると判定した後、光検出信号のレベルが所定の第２の閾値以下であるか否かを判定し、判定結果を光検出信号と共に制御部８に出力する。

　制御部８は、第１の実施形態と同様にして、光走査部４および光検出部５の制御と、照射位置の算出とを行う。
　また、制御部８は、判定部７による判定結果に基づいて、切替部１２の制御および画素値の生成を行う。
　具体的には、制御部８は、通常時には、第１電源部６１を光検出部５に接続させるように切替部１２を制御する。その後、光検出信号が所定の第１の閾値以上であると判定部７によって判定されたときに、制御部８は、第２電源部６２を光検出部５に接続させるように切替部１２を制御する。第２電源部６２を光検出部５に接続させた後、制御部８は、光検出信号が所定の第２の閾値以下になったときに、第１電源部６１を再び光検出部５に接続させるように切替部１２を制御する。

　ここで、所定の第１の閾値は、第１電源部６１の電流容量に相当する光検出信号のレベルである。
　所定の第２の閾値は、光検出部５に供給する電圧を第２電圧から第１電圧に戻したと仮定したときに光検出信号のレベルが飽和レベルよりも小さくなるような、光検出信号のレベルである。具体的には、所定の第２の閾値は、下記の関係式に基づいて算出される。
　第１電圧供給時の光検出部５の増倍率：飽和レベル未満の光検出信号のレベル
　　　　　＝第２電圧供給時の光検出部５の増倍率：所定の第２の閾値

　制御部８は、第１電源部６１を光検出部５に接続させているときには、光検出信号のデジタル値を画素値として画像生成部９に出力する。一方、制御部８は、第２電源部６２を光検出部５に接続させているときには、得られたデジタル値に関わらず、飽和値を画素値として画像生成部９に送信する。

　次に、光走査型観察装置２００の作用について図５を参照して説明する。
　制御部８は、切替部１４を制御して第１電源部６１を光検出部５に接続させ（ステップＳ２１）、光源部３からレーザ光の出力を開始させるとともに（ステップＳ２）、光走査部４によるレーザ光の走査を開始させる（ステップＳ３）。続いて、制御部８は、光検出部５に所定のサンプリング周期で反射光を検出させ（ステップＳ４）、光検出信号をデジタル変換して画素値を得る（ステップＳ５）。また、ステップＳ４において光検出部５から光検出信号が出力される度に、光検出信号のレベルが所定の第１の閾値以上であるか否かが判定部７によって判定される（ステップＳ６）。

　光検出信号が所定の第１の閾値未満であると判定された場合（ステップＳ６のＮＯ）、制御部８は、第１電源部６１の光検出部５への接続を維持し、ステップＳ４，Ｓ５を繰り返す。一方、光検出信号が所定の第１の閾値以上であると判定された場合（ステップＳ６のＹＥＳ）、制御部８は、切替部１４を制御して第２電源部６２を光検出部５に接続させ（ステップＳ２２）、その後、光検出部５に所定のサンプリング周期で反射光を検出させる（ステップＳ８）。光検出部５に供給される電圧の低下によって光検出信号のレベルは飽和レベル以下まで直ちに小さくなり、光検出部５が第２電源部６２から引き込む電流は電流容量よりも小さくなる。

　ステップＳ８において光検出部５から光検出信号が出力される度に、光検出信号が所定の第２の閾値以下であるか否かが判定部７によって判定される（ステップＳ１０）。制御部８は、ステップＳ１０において光検出信号が所定の第２の閾値以下であると判定されるまで第２電源部６２の光検出部５への接続を維持し、ステップＳ１０において光検出信号が所定の第２の閾値以下であると判定されたときに、切替部１４を制御して第１電源部６１を光検出部５に再び接続させる（ステップＳ２３）。以下、ステップＳ４～Ｓ６，Ｓ２２，Ｓ８～Ｓ１０，Ｓ２３が繰り返される。

　このように、本実施形態によれば、光検出部５から光検出信号が出力される度に、光検出信号のレベルに基づいて電流容量に相当する強い反射光が発生していないか否かが判定される。そして、強い反射光が発生していると判定されたときには、光検出部５による次の反射光の検出が行われる前に、光検出信号のレベルが飽和レベル以下まで低下するように光検出部５に供給される電圧が直ちに抑制される。このように、強い反射光の発生に瞬時に応答して光検出信号のレベルを光検出信号単位で調整することで、第１電源部６１の出力限界に相当するような非常に強い反射光の発生を防止し、画像内に暗いノイズが発生することを防止することができるという利点がある。

　また、強い反射光が発生したときに光検出部５に供給される電圧を低下させることで、消費電流を低下させることができるという利点がある。
　また、画像内において、光検出部５に供給される電圧が第２電圧に抑制されている期間に相当する領域の画素値を飽和させることで、強い鏡面反射光が発生している領域を飽和した画素値に基づいて観察者が容易に認識することができるという利点がある。

　本実施形態においては、光検出部５が生成および出力する光検出信号のレベルを低下させるために、光検出部５に供給される電圧を抑制することとしたが、これに代えて、電源部６から光検出部５に流れる電流を抑制してもよい。

　具体的には、図６に示されるように、電源部６と光検出部５との間に設けられた電流抑制部１３と、電流抑制部１３の有効と無効とを切り替える切替部１４とが設けられていてもよい。
　電流抑制部１３は、電源部６の電流容量よりも小さい電流を流し、電源部６の電流容量以上の電流を流さないように構成されている。このような電流抑制部１３は、例えば、トランジスタ、抵抗、およびオペアンプのいずれか、またはこれらの組み合わせを用いた回路から構成される。電流抑制部１３は、電源部６の性能の個体差を考慮して電流容量の９０％程度に電流を抑制してもよく、電源部６に負荷がかかることを防止するために電流容量の５０％程度に電流を抑制してもよい。

　切替部１４は、例えば、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、バイポーラトランジスタ、またはアナログスイッチから構成される。図６の例では、電源部６が光検出部５に直接接続される第１経路Ｐ１と、電源部６が電流抑制部１３を介して光検出部５に接続される第２経路Ｐ２とが形成され、切替部１４は、第１経路Ｐ１を選択することで電流抑制部１３を無効とし、第２経路Ｐ２を選択することで電流抑制部１３を有効とするように構成されている。これに代えて、電流抑制部１３の内部に切替部１４が設けられていてもよい。

　制御部８は、図７に示されるように、通常時には、電流抑制部１３を無効にするように切替部１４を制御する（ステップＳ３１）。その後、光検出信号が所定の第１の閾値以上であると判定部７によって判定されたときに（ステップＳ６のＹＥＳ）、制御部８は、電流抑制部１３を有効に切り替えるように切替部１４を制御する（ステップＳ３２）。これにより、光検出部５が生成および出力する光検出信号のレベルが低下し、光検出部５が電源部６から電流容量以上の電流を引き込むことが防止される。電流抑制部１３を有効に切り替えた後、制御部８は、光検出信号のレベルが所定の第２の閾値以下になったときに（ステップＳ１０のＹＥＳ）、電流抑制部１３を無効に切り替えるように切替部１４を制御する（ステップＳ３３）。

　図６の変形例において、所定の第２の閾値は、光検出信号のレベルが飽和レベル以上となるような光検出信号のレベルである。したがって、ステップＳ９で得られる光検出信号のデジタル値は、飽和値となる。
　あるいは、所定の第２の閾値は、光検出信号のレベルが飽和レベルよりも小さくなるような光検出信号のレベルであってもよい。

　このように、光検出部５に流れ込む電流を抑制することによっても、光検出信号が電流容量に相当するレベルよりも小さくなるように、光検出信号のレベルを光検出信号単位で調整して、電源部６の出力電流が出力限界に達することを防止することができる。また、強い反射光が光検出部５に入射したときのみ電流抑制部１３を有効にすることで、電流抑制部１３を常時有効にする場合と比べて消費電力を抑制することができるとともに、回路で生じるノイズを低減することができる。

（第３の実施形態）
　次に、本発明の第３の実施形態に係る光走査型観察装置について図面を参照して説明する。
　本実施形態においては、第１および第２の実施形態と異なる構成について説明し、第１および第２の実施形態と共通する構成については同一の符号を付して説明を省略する。
　本実施形態に係る光走査型観察装置の装置構成は、図６に示される光走査型観察装置２０１の装置構成と同一である。ただし、制御部８が、第１の実施形態における光源部３の制御と第２の実施形態における切替部１４の制御の両方を実行する点において、第１および第２の実施形態と異なっている。

　すなわち、図８および図９に示されるように、制御部８は、切替部１４を制御して電流抑制部１３を無効に設定し（ステップＳ３１）、光源部３から初期光量レベルのレーザ光の出力を開始させるとともに（ステップＳ１，Ｓ２）、光走査部４によるレーザ光の走査を開始させる（ステップＳ３）。ステップＳ４～Ｓ６は第１の実施形態と同一である。

　光検出信号のレベルが所定の第１の閾値未満であると判定された場合（ステップＳ６のＮＯ）、制御部８は、レーザ光の光量を初期光量レベルに維持するとともに第１電源部６１の光検出部５への接続を維持し、ステップＳ４，Ｓ５を繰り返す。一方、光検出信号のレベルが所定の第１の閾値以上であると判定された場合（ステップＳ６のＹＥＳ）、制御部８は、レーザ光の光量を初期光量レベルから低光量レベルに低下させるとともに（ステップＳ７）切替部１４を制御して電流抑制部１３を有効に切り替える（ステップＳ３２）。

　その後、制御部８は、ステップＳ１０において光検出信号のレベルが所定の第２の閾値以下であると判定されたときに、レーザ光の光量を初期光量レベルに戻すとともに（ステップＳ１１）、切替部１４を制御して電流抑制部１３を無効に切り替える（ステップＳ３３）。第２の閾値は、第１の実施形態における第２の閾値であってもよく、第２の実施形態の変形例における第２の閾値であってもよい。

　本実施形態によれば、第１および第２の実施形態の効果に加えて、以下の効果を奏する。レーザ光の光量抑制と光検出部５への電流抑制とを組み合わせて実行することで、レーザ光の光量抑制のみ、または光検出部５への電流抑制のみでは対応できないような非常に強い反射光に対しても、光検出信号を飽和レベル以下まで確実に低下させることができるという利点がある。また、レーザ光の光量低下の応答速度は、電流抑制部１３による電流低下の応答速度に比べて速いため、電流抑制部１３のみを用いる場合と比較して、光検出信号を速やかに低下させることができるという利点がある。

１００，２００，２０１　光走査型観察装置
１　スコープ
２　筐体
３　光源部（光源）
４　光走査部（スキャナ）
５　光検出部（光センサ）
６　電源部（電源）
６１　第１電源部（電源）
６２　第２電源部（電源）
７　判定部（プロセッサ）
８　制御部（プロセッサ）
９　画像生成部（プロセッサ）
１０，１１　光ファイバ
１２，１４　切替部
１３　電流抑制部
Ａ　被写体

Claims

　照明光を出力する光源部と、
　前記照明光を走査する光走査部と、
　被写体における前記照明光の各走査位置において前記照明光の照射によって発生した信号光を検出し、該信号光の強度に基づく光検出信号を生成して出力する光検出部と、
　該光検出部に電力を供給する電源部と、
　前記光検出部によって検出された前記信号光の強度が、前記電源部の電流容量を基準にして設定された所定の許容閾値以上であるか否かを、前記光検出信号が前記光検出部から出力される度に判定する判定部と、
　前記信号光の強度が前記所定の許容閾値以上であると前記判定部によって判定されたときに、前記照明光の光量および前記電源部から前記光検出部に供給される電力の少なくとも一方を抑制する制御部とを備える光走査型観察装置。
　前記電源部が、前記光検出部に択一的に接続される第１電源部および第２電源部を備え、
　前記第１電源部が、第１電圧を前記光検出部に供給し、
　前記第２電源部が、前記第１電圧よりも低い第２電圧を前記光検出部に供給し、
　前記制御部は、前記判定部によって前記信号光の強度が前記所定の許容閾値以上であると判定されたときに、前記光検出部に接続される電源部を前記第１電源部から前記第２電源部に切り替える請求項１に記載の光走査型観察装置。
　前記電源部から前記光検出部へ流れる電流を抑制する電流抑制部を備え、
　前記制御部は、前記信号光の強度が前記所定の許容閾値以上であると前記判定部によって判定されたときに、前記電流抑制部によって前記電源部から前記光検出部へ供給される電流を抑制させる請求項１に記載の光走査型観察装置。
　前記信号光の強度に基づく画素値を有する画像を生成する画像生成部を備え、
　前記画像生成部が、前記照明光の光量および前記電源部から前記光検出部に供給される電力の少なくとも一方が前記制御部によって抑制されているときには、飽和した画素値を有する画像を生成する請求項１から請求項３のいずれかに記載の光走査型観察装置。
　前記信号光の強度に基づく画素値を有する画像を生成する画像生成部を備え、
　前記制御部は、前記光検出信号に基づいた前記画素値を前記画像生成部に出力し、前記照明光の光量および前記電源部から前記光検出部に供給される電力の少なくとも一方が前記制御部によって抑制されているときには、飽和した前記画素値を前記画像生成部に出力する請求項１から請求項４のいずれかに記載の光走査型観察装置。
　照明光を出力する光源と、
　前記照明光を走査するスキャナと、
　被写体における前記照明光の各走査位置において前記照明光の照射によって発生した信号光を検出し、該信号光の強度に基づく光検出信号を生成して出力する光センサと、
　該光センサに電力を供給する電源と、
　プロセッサとを備え、
　該プロセッサが、
　前記光センサによって検出された前記信号光の強度が、前記電源の電流容量を基準にして設定された所定の許容閾値以上であるか否かを、前記光検出信号が前記光センサから出力される度に判定し、
　前記信号光の強度が前記所定の許容閾値以上であると判定されたときに、前記照明光の光量および前記電源から前記光センサに供給される電力の少なくとも一方を抑制する光走査型観察装置。
　照明光を出力する光源部と、前記照明光を走査する光走査部と、被写体における前記照明光の各走査位置において前記照明光の照射によって発生した信号光を検出し、該信号光の強度に基づく光検出信号を生成して出力する光検出部と、該光検出部に電力を供給する電源部とを備える光走査型観察装置の作動方法であって、
　前記光検出部によって検出された前記信号光の強度が、前記電源部の電流容量を基準にして設定された所定の許容閾値以上であるか否かを、前記光検出信号が前記光検出部から出力される度に判定し、
　前記信号光の強度が前記所定の許容閾値以上であると判定されたときに、前記照明光の光量および前記電源部から前記光検出部に供給される電力の少なくとも一方を抑制する光走査型観察装置の作動方法。
　前記信号光の強度が前記所定の許容閾値以上であると判定されたときに、飽和した画素値を有する画像を生成する請求項７に記載の光走査型観察装置の作動方法。