JP2010142482A - 光走査型内視鏡プロセッサおよび光走査型内視鏡装置 - Google Patents

光走査型内視鏡プロセッサおよび光走査型内視鏡装置 Download PDF

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Abstract

【課題】画素信号の生成密度を均一化する。
【解決手段】光走査型内視鏡プロセッサはスキャン駆動回路、タイミングコントローラ、受光器、およびＡ/Ｄコンバータを有する。スキャン駆動回路は光供給ファイバの出射端が等角速度で渦巻き型変位経路に沿って変位するようにファイバ駆動部を制御する。光供給ファイバの出射端から照射される白色光の観察対象領域における反射光が受光ユニットが受光する。受光ユニットにおける受光器が反射光の受光量に応じた画素信号を生成する。Ａ／Ｄコントローラは画素信号をＡ／Ｄ変換して、デジタル信号である画素信号を生成する。タイミングコントローラは出射端と基準点との距離に対してＡ／Ｄ変換の周期が反比例するようにＡ／Ｄコントローラを制御する。
【選択図】図１０

Description

本発明は、使用されない画素信号の生成を低減化させる光走査型内視鏡プロセッサに関する。
光走査型内視鏡が提案されている（特許文献１参照）。光走査型内視鏡では、照明光を伝達する光ファイバの先端を変位可能に支持し、光ファイバの先端を連続的に変位することにより照明光の走査が行なわれる。
光ファイバの先端の変位を容易にするため、半径を増加させながら回転するような、すなわち渦巻き型の変位経路上を変位するように、光ファイバの先端は駆動される。また、簡潔な制御のために光ファイバを渦巻き型に変位させるときの回転させる角速度は一定に保たれ、また、画素信号を生成する生成周期は一定に保たれていた。
しかし、角速度と画素信号の生成周期を一定に保つと、単位面積当たりで生成される画素信号の数が渦巻きの中心から離れるほど多くなる。モニタに表示するために用いる単位面積当たりの画素信号の数は渦巻きの中心からの距離によらず一定である。それゆえ、必要以上に画素信号が生成されても、用いられること無く、消去されていた。そのため、無駄に電力を消費していることが問題であった。
特許第３９４３９２７号公報
したがって、本発明では、適切な制御を行ない、消費電力の低減化が可能な光走査型内視鏡プロセッサの提供を目的とする。
本発明の光走査型内視鏡プロセッサは、入射する光を第１の入射端から第１の出射端に伝達し伝達した光を第１の出射端からビーム状に出射する供給光伝達路と第１の出射端を渦巻き型変位経路に沿って変位させる駆動部と供給光伝達路から出射される光に対する観察対象領域における反射光または発する光を第２の入射端から第２の出射端に伝達する反射光伝達路とを有する光走査型内視鏡を駆動する光走査型内視鏡プロセッサであって、反射光伝達路により伝達された光を受光して受光量に応じた画素信号を生成する受光部と、駆動部による渦巻き型変位経路上を変位するときの角速度と渦巻き型変位経路上における第１の出射端の位置と渦巻き型変位経路の中心との距離である第１の距離と受光部による画素信号の生成周期との積が所定の範囲内に入るように角速度および生成周期の少なくとも一方を調整する制御部とを備えることを特徴としている。
なお、制御部は角速度、第１の距離、および生成周期の積が所定の値より小さな第１の値で一定となるように角速度および生成周期の少なくとも一方を調整することが好ましい。
また、制御部は駆動部に角速度を一定に維持させ、生成周期を調整することが好ましい。あるいは、制御部は受光部に生成周期を一定に維持させ、角速度を調整することが好ましい。
本発明の光走査型内視鏡装置は、入射する光を第１の入射端から第１の出射端に伝達し、伝達した光を第１の出射端からビーム状に出射する供給光伝達路と、第１の出射端を渦巻き型変位経路に沿って変位させる駆動部と、供給光伝達路から出射される光に対する観察対象領域における反射光または発する光を第２の入射端から第２の出射端に伝達する反射光伝達路と、反射光伝達路により伝達された光を受光して受光量に応じた画素信号を生成する受光部と、駆動部による渦巻き型変位経路上を変位するときの角速度と渦巻き型変位経路上における第１の出射端の位置と渦巻き型変位経路の中心との距離である第１の距離と受光部による画素信号の生成周期との積が所定の範囲内に入るように角速度および生成周期の少なくとも一方を調整する制御部とを備えることを特徴としている。
本発明によれば、渦巻き型変位経路の中心と中心から離れた位置における画素信号の生成密度の差を低減化させることが可能である。したがって、画像の作成に用いられずに消去される画素信号の生成数を低下させるので、消費電力の低減化が可能である。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態を適用した光走査型内視鏡プロセッサを有する光走査型内視鏡装置の外観を概略的に示す外観図である。
光走査型内視鏡装置１０は、光走査型内視鏡プロセッサ２０、光走査型内視鏡５０、およびモニタ１１によって構成される。光走査型内視鏡プロセッサ２０は、光走査型内視鏡５０、およびモニタ１１に接続される。
なお、以下の説明において光供給ファイバ（図１において図示せず）の出射端（第１の出射端）および反射光ファイバ（図１において図示せず）の入射端（第２の入射端）は光走査型内視鏡５０の挿入管５１の遠位端側に配置される端部であり、光供給ファイバの入射端（第１の入射端）および反射光ファイバの出射端（第２の出射端）は光走査型内視鏡プロセッサ２０と接続されるコネクタ５２に配置される端部である。
光走査型内視鏡プロセッサ２０から観察対象領域ＯＡに照射する光が供給される。供給された光は光供給ファイバ（供給光伝達路）により挿入管５１の遠位端に伝達され、観察対象領域内の一点に向かって照射される。光が照射された観察対象領域上の一点における反射光および／または自家蛍光が、光走査型内視鏡５０の挿入管５１の先端から光走査型内視鏡プロセッサ２０に伝達される。
光供給ファイバの出射端の向く方向が、ファイバ駆動部（図１において図示せず）により変えられる。先端の方向を変えることにより、光供給ファイバから照射される光が観察対象領域上に走査される。ファイバ駆動部は、光走査型内視鏡プロセッサ２０により制御される。
光走査型内視鏡プロセッサ２０は光の照射位置において散乱する反射光を受光し、受光量に応じた画素信号を生成する。走査する領域全体の画素信号を生成することにより、１フレームの画像信号を生成する。生成した画像信号がモニタ１１に送信され、画像信号に相当する画像がモニタ１１に表示される。
図２に示すように、光走査型内視鏡プロセッサ２０には、光源ユニット３０、受光ユニット４０、スキャン駆動回路２１、画像信号処理回路２２、タイミングコントローラ２３（制御部）、およびシステムコントローラ２４などが設けられる。
光源ユニット３０は、ビーム状の赤色光、緑色光、青色光を発する赤色光レーザ（図示せず）、緑色光レーザ（図示せず）、および青色光レーザ（図示せず）を有する。ビーム状の赤色光、緑色光、および青色光が混合されることによりビーム状の白色光が、光源ユニット３０から出射される。
光源ユニット３０から出射される白色光が光供給ファイバ５３に供給される。スキャン駆動回路２１は、ファイバ駆動部５４に光供給ファイバ５３の先端が後述する渦巻き型変位経路に沿って変位するように駆動させる。
光が照射された観察対象領域の反射光が、光走査型内視鏡５０に設けられる反射光ファイバ５５により光走査型内視鏡プロセッサ２０に伝達される。光走査型内視鏡プロセッサ２０に伝達された光は、受光ユニット４０に受光される。
受光ユニット４０により、受光量に応じた画素信号が生成される。画素信号は、画像信号処理回路２２に送信される。画像信号処理回路２２では、画素信号が画像メモリ２５に格納される。観察対象領域全体に対応する画素信号が格納されると、画像信号処理回路２２は画素信号に所定の信号処理を施し、１フレームの画像信号としてエンコーダ２６を介してモニタ１１に送信する。
光走査型内視鏡プロセッサ２０と光走査型内視鏡５０とを接続すると、光源ユニット３０と光走査型内視鏡５０に設けられる光供給ファイバ５３とが、および受光ユニット４０と反射光ファイバ５５とが光学的に接続される。また、光走査型内視鏡プロセッサ２０と光走査型内視鏡５０とを接続すると、スキャン駆動回路２１と光走査型内視鏡５０に設けられるファイバ駆動部５４とが電気的に接続される。
なお、光源ユニット３０、受光ユニット４０、画像信号処理回路２２、スキャン駆動回路２１、およびエンコーダ２６は、タイミングコントローラ２３により各部位の動作の時期が制御される。また、タイミングコントローラ２３および光走査型内視鏡装置１０の各部位の動作はシステムコントローラ２４により制御される。また、フロントパネル（図示せず）などにより構成される入力部２７により、使用者によるコマンド入力が可能である。
次に、光走査型内視鏡５０の構成について詳細に説明する。図３に示すように、光走査型内視鏡５０には、光供給ファイバ５３、ファイバ駆動部５４、反射光ファイバ５５、および出射レンズ５６などが設けられる。
光供給ファイバ５３および反射光ファイバ５５は、コネクタ５２から挿入管５１の先端まで延設される。前述のように、光源ユニット３０から出射されるビーム状の白色光が、光供給ファイバ５３の入射端に入射する。入射端に入射したこれらの光は出射端側に伝達される。
ファイバ駆動部５４が、光供給ファイバ５３の先端付近に設けられる。ファイバ駆動部５４は圧電素子を有する。圧電素子は、光供給ファイバ５３の径方向であって互いに垂直な第１、第２の径方向、すなわち光供給ファイバ５３の先端の軸方向と垂直な方向に光供給ファイバ５３を傾斜させる。
なお、図４に示すように、光供給ファイバ５３の出射端は第１、第２の径方向に沿って振幅の増加と減少を繰返しながら振動するように駆動される。なお、振動の周波数は第１、第２の径方向において同一となるように調整される。また、振幅の増加時期と減少時期も第１、第２の径方向において一致するように調整される。また、第１、第２の径方向への振動の位相は９０°ずらされている。
第１、第２の径方向に沿ってこのような振動をさせることにより、等角速度で半径の増加と減少を繰返すように、すなわち、図５に示すような渦巻き型の変位経路を通るように光供給ファイバ５３の出射端は変位し、光が観察対象領域上で走査される。
なお、光供給ファイバ５３を屈曲させない状態における光供給ファイバの出射端の位置が基準点ｓｐに定められる光供給ファイバ５３の出射端に基準点ｓｐから振幅を増加させながら振動させる期間（図４走査期間）に、観察対象領域への白色光の照射および画素信号の生成が実行される。
また、最大振幅になるまで変位させると一画像を作成するための走査を終了し、振幅を減少させながら振動させて光供給ファイバ５３の先端を、基準点ｓｐに戻し（図４制動期間参照）、再び次の画像を作成するための走査が実行される。
光供給ファイバ５３の出射端が基準点ｓｐに位置するときの光の出射方向に、出射レンズ５６が配置される。出射レンズ５６は、光軸が光供給ファイバ５３の出射端が基準点ｓｐに位置するときの光の光束と平行な状態で光走査型内視鏡５０に固定される。
光供給ファイバ５３から出射した白色光は出射レンズ５６を透過して、観察対象領域の一点に向けて出射する（図６参照）。白色光が照射された観察対象領域ＯＡの一点における反射光が散乱し、散乱した反射光が反射光ファイバ５５の入射端に入射する。
光走査型内視鏡５０には複数の反射光ファイバ５５が設けられる。反射光ファイバ５５の先端は、出射レンズ５６の周囲を囲むように配置される（図６参照）。観察対象領域ＯＡ上の一点において散乱した反射光は、各反射光ファイバ５５に入射する。
反射光ファイバ５５に入射した反射光は、反射光ファイバ５５の出射端まで伝達される。前述のように、反射光ファイバ５５の出射端は、受光ユニット４０に接続される。反射光ファイバ５５に伝達された反射光は、受光ユニット４０に向かって出射する。
図７に示すように、受光ユニット４０は、コリメータレンズ４１、第１、第２のビームスプリッタ４２ａ、４２ｂ、赤色光受光器４３ｒ、緑色光受光器４３ｇ、青色光受光器４３ｂ、第１〜第３のＡ／Ｄコンバータ４４ａ〜４４ｃが設けられる。
反射光ファイバ５５の出射端から出射される光の出射方向に、コリメータレンズ４１、第１、第２のビームスプリッタ４２ａ、４２ｂが配置される。複数の反射光ファイバ５５が束ねられたバンドルから出射する光は、コリメータレンズ４１を透過して第１のビームスプリッタ４２ａに到達する。
第１のビームスプリッタ４２ａはコリメータレンズ４１から出射する光に対して傾斜しており、青色光成分を反射して青色光受光器４３ｂに入射させる。また、第１のビームスプリッタ４２ａは青色光帯域以外の成分の光を透過して、第２のビームスプリッタ４２ｂに到達させる。
第２のビームスプリッタ４２ｂは第１のビームスプリッタ４２ｂから出射する光に対して傾斜しており、緑色光成分を反射して緑色光受光器４３ｇに入射させる。また、第２のビームスプリッタ４２ｂは緑色光帯域以外の成分の光を透過して、赤色光受光器４３ｒに入射させる。
赤色光受光器４３ｒ、緑色光受光器４３ｇ、および青色光受光器４３ｂは光電子増倍管であり、それぞれ反射光ファイバ５５により伝達された観察対象領域上の一点における散乱光の青色光成分、緑色光成分、および赤色光成分の受光量に応じた画素信号を生成する。
青色光受光器４３ｂ、緑色受光器４３ｇ、および赤色光受光器４３ｂが生成した画素信号は、第１〜第３のＡ／Ｄコンバータ４４ａ〜４４ｃによりアナログ信号からデジタル信号に変換される。デジタル信号に変換された画像信号は、画像信号処理回路２２に送信される。
第１〜第３のＡ／Ｄコンバータ４４ａ〜４４ｃはタイミングコントローラ２３に制御される。タイミングコントローラ２３の制御に基づいて、第１〜第３のＡ／Ｄコンバータ４４ａ〜４４ｃによるアナログ／デジタル変換（Ａ／Ｄ変換）の周期が調整される。Ａ／Ｄ変換の周期が調整されることにより、デジタル信号としての画素信号の生成周期が調整される。
画素信号の生成周期は、光供給ファイバ５３の出射端の変位の制御に関連付けられて調整される。前述のように、光供給ファイバ５３の出射端は等角速度ωで回転している。この等角速度運動に対して、第１〜第３のＡ／Ｄコンバータ４４ａ〜４４ｃによるＡ／Ｄ変換の周期ｔは渦巻き型走査経路の基準点ｓｐから出射端までの距離ｒに反比例、すなわちｒ×ｔが一定となるように、タイミングコントローラ２３に調整される。
画像信号処理回路２２には、タイミングコントローラ２３からスキャン駆動回路２１を制御するのに必要なタイミング信号も送信される。画像信号処理回路２２は、タイミング信号に基づいて、光が照射されている位置を推定し、推定した位置に対応する画像メモリ２５のアドレスに受信した画素信号を格納する。
前述のように、照射する光を観察対象領域上に走査し、それぞれの位置における反射光に基づいて、画素信号が生成され、対応する画像メモリ２５のアドレスに格納される。走査始点から走査終点までの間に格納した各位置における画素信号により、観察対象領域の像に対応する画像信号が形成される。
以上のような本実施形態の光走査型内視鏡プロセッサによれば、用いられない画素信号の生成を防止することが可能である。このような効果について、以下に説明する。
前述のように、光供給ファイバ５３の出射端は角速度ωの等角速度で渦巻き型変位経路上を変位している。したがって、出射端と基準点ｓｐとの距離がｒであるとき出射端の速度はｒ×ωである。
Ａ／Ｄ変換の周期がｔ秒であれば、渦巻き型の変位経路に沿った隣合うサンプリング位置（図８符号ｐ１、ｐ２参照）、すなわちデジタル信号として画素信号が生成される位置間の距離は、ｒ×ω×ｔである。
角速度ωは一定なので、Ａ／Ｄ変換の周期ｔも一定である場合には、出射端が基準点ｓｐから離れるほど、隣合うサンプリングポイント間の距離も長くなる。それゆえ、図９に示すように単位面積当たりの画素信号の生成密度（黒点参照）は、基準点ｓｐに近い第１の領域Ａ１では密となり、基準点ｓｐから離れた第２の領域Ａ２では粗となる。
基準点ｓｐから最も離れた領域に対応する画像メモリ２５のアドレスすべてに対応する画素信号を格納可能となるように、Ａ／Ｄ変換の周期ｔが定められる。このように定めたＡ／Ｄ変換の周期ｔでは、基準点ｓｐ付近の領域においてデジタル信号として生成される画素信号の数は画像メモリ２５のアドレス数に対して過多となり、格納されること無く消去される。
一方、本実施形態では、Ａ／Ｄ変換の周期ｔが基準点ｓｐと出射端との距離ｒに対して反比例するように調整されるので、ｒ×ω×ｔの値が一定となり、隣合うサンプリングポイント間の距離も一定になる。それゆえ、図１０に示すように、単位面積当たりの画素信号の生成密度（黒点参照）は、基準点ｓｐからの距離に関わらず一定となる。
したがって、本実施形態の光走査型内視鏡プロセッサでは、格納されること無く消去される画素信号が無くなるので、無駄な画素信号の生成が防がれ、消費電力の低減化を図ることが可能である。
なお、本実施形態では、光供給ファイバ５３の出射端を等角速度ωで回転させる渦巻き型変位経路上を変位させながら、基準点ｓｐから出射端までの距離ｒに反比例するようにＡ／Ｄ変換の周期ｔを調整する構成であるが、Ａ／Ｄ変換の周期ｔを一定にしたまま、基準点ｓｐから出射端までの距離ｒに反比例するように角速度ωを調整してもよい。
または、基準点ｓｐから出射端までの距離ｒ、出射端の渦巻き型変位の角速度ω、およびＡ／Ｄ変換の周期ｔの積ｒ×ω×ｔの値が一定となるように、渦巻き型変位の角速度ωおよびＡ／Ｄ変換の周期ｔを調整してもよい。
さらには、基準点ｓｐから出射端までの距離ｒ、出射端の渦巻き型変位の角速度ω、およびＡ／Ｄ変換の周期ｔの積ｒ×ω×ｔの値が一定とならなくてもよい。基準点ｓｐから出射端が最も離れたときの距離ｒ１と角速度ω１と周期ｔ１との積が、基準点ｓｐにおける角速度ω２と周期ｔ２と最も離れたときの距離ｒ１との積（第１の値）より小さければ、角速度および周期が一定である場合に比べ、格納されずに消去される画素信号の生成数を低減化させることが可能である。
また、本実施形態では、赤色光、緑色光、および青色光を観察対象領域に照射して、その反射光の受光量に応じた画素信号を生成する構成であるが、受光器が検出可能などのような帯域の光を用いて、その反射光を受光してもよい。さらには、照射された生体に自家蛍光を発光させる励起光を照射して、自家蛍光を受光器に受光させる構成であってもよい。
また、本実施形態では、赤色光、緑色光、および青色光を出射する光源にレーザを用いる構成であるが、他の種類の光源を用いてもよい。ただし、光走査型内視鏡では、観察対象領域内の極小の一点に対して光が照射されることが好ましく、強い指向性を有する光を出射するためにレーザを用いることが好ましい。
また、本実施形態では、画素信号を生成するために光電子増倍管を用いる構成であるが、例えばフォトダイオードなどのように、それぞれの光成分の受光量を検出可能ないずれの受光器を用いてもよい。
本発明の一実施形態を適用した光走査型内視鏡装置の外観を概略的に示す外観図である。 光走査型内視鏡プロセッサの内部構成を概略的に示すブロック図である。 光走査型内視鏡の内部構成を模式的に示すブロック図である。 第１、第２の実施形態の光供給ファイバの出射端の第１、第２の径方向に沿った変位量を示すグラフである。 ファイバ駆動部により駆動される光供給ファイバの出射端の変位経路である。 出射レンズから光が出射する状態を説明するための図である。 受光ユニットの内部構成を概略的に示すブロック図である。 隣合うサンプリング地点間の距離を説明するための図である。 出射端の角速度とＡ／Ｄ変換の周期を一定にした場合の画素信号の生成密度を示す図である。 本実施形態を適用した光走査型内視鏡プロセッサにおける画素信号の生成密度を示す図である。
符号の説明
１０ 光走査型内視鏡装置
２０ 光走査型内視鏡プロセッサ
２１ スキャン駆動回路
２２ 画像信号処理回路
２３ タイミングコントローラ
４０ 受光ユニット
４４ａ〜４４ｃ 第１〜第３のＡ／Ｄコンバータ
５０ 光走査型内視鏡
５３ 光供給ファイバ
５４ ファイバ駆動部
５５ 反射光ファイバ
５６ 出射レンズ

Claims (5)

  1. 入射する光を第１の入射端から第１の出射端に伝達し伝達した光を前記第１の出射端からビーム状に出射する供給光伝達路と、前記第１の出射端を渦巻き型変位経路に沿って変位させる駆動部と、前記供給光伝達路から出射される光に対する観察対象領域における反射光または発する光を第２の入射端から第２の出射端に伝達する反射光伝達路とを有する光走査型内視鏡を駆動する光走査型内視鏡プロセッサであって、
    前記反射光伝達路により伝達された光を受光して、受光量に応じた画素信号を生成する受光部と、
    前記駆動部による前記渦巻き型変位経路上を変位するときの角速度と、前記渦巻き型変位経路上における前記第１の出射端の位置と前記渦巻き型変位経路の中心との距離である第１の距離と、前記受光部による前記画素信号の生成周期との積が所定の範囲内に入るように、前記角速度および前記生成周期の少なくとも一方を調整する制御部とを備える
    ことを特徴とする光走査型内視鏡プロセッサ。
  2. 前記制御部は、前記角速度、前記第１の距離、および前記生成周期の積が前記所定の値より小さな第１の値で一定となるように、前記角速度および前記生成周期の少なくとも一方を調整することを特徴とする請求項１に記載の光走査型内視鏡プロセッサ。
  3. 前記制御部は、前記駆動部に前記角速度を一定に維持させ、前記生成周期を調整することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光走査型内視鏡プロセッサ。
  4. 前記制御部は、前記受光部に前記生成周期を一定に維持させ、前記角速度を調整することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光走査型内視鏡プロセッサ。
  5. 入射する光を第１の入射端から第１の出射端に伝達し、伝達した光を前記第１の出射端からビーム状に出射する供給光伝達路と、
    前記第１の出射端を渦巻き型変位経路に沿って変位させる駆動部と、
    前記供給光伝達路から出射される光に対する観察対象領域における反射光または発する光を第２の入射端から第２の出射端に伝達する反射光伝達路と、
    前記反射光伝達路により伝達された光を受光して、受光量に応じた画素信号を生成する受光部と、
    前記駆動部による前記渦巻き型変位経路上を変位するときの角速度と、前記渦巻き型変位経路上における前記第１の出射端の位置と前記渦巻き型変位経路の中心との距離である第１の距離と、前記受光部による前記画素信号の生成周期との積が所定の範囲内に入るように、前記角速度および前記生成周期の少なくとも一方を調整する制御部とを備える
    ことを特徴とする光走査型内視鏡装置。
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