JP6437808B2 - 光走査型観察システム - Google Patents

Description

本発明は、光走査型観察システムに関し、特に、被写体を走査して画像を取得する光走査型観察システムに関するものである。

医療分野の内視鏡においては、被検者の負担を軽減するために、当該被検者の体腔内に挿入される挿入部を細径化するための種々の技術が提案されている。そして、このような技術の一例として、前述の挿入部に相当する部分に固体撮像素子を有しない走査型内視鏡、及び、当該走査型内視鏡を具備して構成されたシステムが知られている。

具体的には、走査型内視鏡を具備するシステムは、例えば、光源部から発せられた光を導光する照明用の光ファイバの先端部を揺動させることにより被写体を所定の走査経路で２次元走査し、当該被写体からの戻り光を受光用の光ファイバで受光し、当該受光用の光ファイバで受光された戻り光に基づいて当該被写体の画像を生成するように構成されている。

一方、走査型内視鏡を具備するシステムにおいては、例えば、被写体を実際に走査した際の走査経路（以降、実際の走査経路とも称する）と理想的な走査経路との間の誤差に起因し、当該被写体を実際に走査して得られる画像の画角が適正な画角から逸脱してしまう場合がある。そのため、走査型内視鏡を具備するシステムにおいては、例えば、特許文献１に開示されたキャリブレーション装置等を用いて実際の走査経路を補正することにより、被写体を実際に走査して得られる画像の画角を適正な画角にするような作業を適宜行う必要がある。

ここで、特許文献１に開示されたキャリブレーション装置等を用いて実際の走査経路を補正する際の補正精度は、例えば、走査型内視鏡の先端面と補正用の被写体の表面との間の距離が適正な距離から離れるに従って悪化するものと考えられる。そのため、例えば、特許文献１に開示されたキャリブレーション装置等を用い、実際の走査経路を良好な補正精度で補正しようとする場合には、走査型内視鏡の先端面と補正用の被写体の表面との間の距離を、目視でまたは専用の器具を用いて適正な距離に近づけるような煩雑な作業を行う必要がある、という問題点が生じている。

しかし、特許文献１には、前述のような問題点を解決するための方法について特に開示等されていない。その結果、特許文献１に開示された構成によれば、被写体を実際に走査して得られる画像の画角を適正な画角にするための作業が煩雑化してしまう、という前述の問題点に応じた課題が生じている。

本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであり、被写体を実際に走査して得られる画像の画角を適正な画角にするための作業を簡便に行うことが可能な光走査型観察システムを提供することを目的としている。

本発明の一態様の光走査型観察システムは、光源部から発せられる照明光により被写体を走査して戻り光を受光する先端部を備える内視鏡と、前記被写体を所定の走査経路で走査する駆動信号を生成して前記内視鏡へ出力する駆動信号生成部と、前記内視鏡が受光した前記戻り光に応じた画像を生成する画像生成部と、テストチャートを前記被写体として走査した際に前記画像生成部により生成されるテストチャート画像の輝度値から、前記テストチャート上の基準位置から前記先端部までの距離である観察距離を算出し、前記テストチャート画像をパターンマッチングして特定される所定画素の座標値から、前記テストチャート上の前記基準位置から前記走査経路で走査した際の走査領域の最外部までの距離である走査距離を取得し、当該観察距離と走査距離とから前記内視鏡の画角を算出する演算部と、前記演算部により算出された前記内視鏡の画角が所定の画角に一致するように前記駆動信号の振幅を変化させる制御を前記駆動信号生成部に対して行う制御部と、を有する。

本発明における光走査型観察システムによれば、被写体を実際に走査して得られる画像の画角を適正な画角にするための作業を簡便に行うことができる。

実施例に係る光走査型観察システムの要部の構成を示す図。 アクチュエータ部の構成を説明するための断面図。 アクチュエータ部に供給される駆動信号の信号波形の一例を示す図。 中心点Ａから最外点Ｂに至る渦巻状の走査経路の一例を示す図。 最外点Ｂから中心点Ａに至る渦巻状の走査経路の一例を示す図。 実施例に係る光走査型観察システムとともに用いられるテストチャートの構成の一例を示す図。 図６のテストチャートの表面に描かれた図形ＦＴの形状等を説明するための図。 図６のテストチャートの走査領域ＡＲを走査した際に生成される画像ＩＳの一例を示す図。 実施例に係る光走査型観察システムにより行われる画角算出処理の一例を説明するためのフローチャート。 図９に示す画角算出処理において用いられる、観察距離及び輝度値の相関関係を表す情報をグラフ化して示した場合の例を示す図。 図９に示す画角算出処理において取得される、実長及び画素間距離の相関関係を表す近似関数の一例を示す図。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明を行う。

図１から図１１は、本発明の実施例に係るものである。図１は、実施例に係る光走査型観察システムの要部の構成を示す図である。

光走査型観察システム１は、例えば、図１に示すように、被検者の体腔内に挿入される走査型の内視鏡２と、内視鏡２を接続可能な本体装置３と、本体装置３に接続される表示装置４と、本体装置３に対する情報の入力及び指示を行うことが可能な入力装置５と、を有して構成されている。

内視鏡２は、被検者の体腔内に挿入可能な細長形状を備えて形成された挿入部１１を有して構成されている。

挿入部１１の基端部には、内視鏡２を本体装置３のコネクタ受け部６２に着脱自在に接続するためのコネクタ部６１が設けられている。

コネクタ部６１及びコネクタ受け部６２の内部には、図示しないが、内視鏡２と本体装置３とを電気的に接続するための電気コネクタ装置が設けられている。また、コネクタ部６１及びコネクタ受け部６２の内部には、図示しないが、内視鏡２と本体装置３とを光学的に接続するための光コネクタ装置が設けられている。

挿入部１１の内部における基端部から先端部にかけての部分には、本体装置３の光源ユニット２１から供給された照明光を照明光学系１４へ導光する光ファイバである照明用ファイバ１２と、被写体からの戻り光を受光して本体装置３の検出ユニット２３へ導くための１本以上の光ファイバを具備する受光用ファイバ１３と、がそれぞれ挿通されている。

照明用ファイバ１２の光入射面を含む入射端部は、本体装置３の内部に設けられた合波器３２に配置されている。また、照明用ファイバ１２の光出射面を含む出射端部は、挿入部１１の先端部に設けられたレンズ１４ａの光入射面の近傍に配置されている。

受光用ファイバ１３の光入射面を含む入射端部は、挿入部１１の先端部の先端面における、レンズ１４ｂの光出射面の周囲に固定配置されている。また、受光用ファイバ１３の光出射面を含む出射端部は、本体装置３の内部に設けられた分波器３６に配置されている。

照明光学系１４は、照明用ファイバ１２の光出射面を経た照明光が入射されるレンズ１４ａと、レンズ１４ａを経た照明光を被写体へ出射するレンズ１４ｂと、を有して構成されている。

挿入部１１の先端部側における照明用ファイバ１２の中途部には、本体装置３のドライバユニット２２から供給される駆動信号に基づいて駆動するアクチュエータ部１５が設けられている。

照明用ファイバ１２及びアクチュエータ部１５は、挿入部１１の長手軸方向に垂直な断面において、例えば、図２に示す位置関係を具備するようにそれぞれ配置されている。図２は、アクチュエータ部の構成を説明するための断面図である。

照明用ファイバ１２とアクチュエータ部１５との間には、図２に示すように、接合部材としてのフェルール４１が配置されている。具体的には、フェルール４１は、例えば、ジルコニア（セラミック）またはニッケル等により形成されている。

フェルール４１は、図２に示すように、四角柱として形成されており、挿入部１１の長手軸方向に直交する第１の軸方向であるＸ軸方向に対して垂直な側面４２ａ及び４２ｃと、挿入部１１の長手軸方向に直交する第２の軸方向であるＹ軸方向に対して垂直な側面４２ｂ及び４２ｄと、を有している。また、フェルール４１の中心には、照明用ファイバ１２が固定配置されている。なお、フェルール４１は、柱形状を具備する限りにおいては、四角柱以外の他の形状として形成されていてもよい。

光走査部としての機能を有するアクチュエータ部１５は、図２に示すように、側面４２ａに沿って配置された圧電素子１５ａと、側面４２ｂに沿って配置された圧電素子１５ｂと、側面４２ｃに沿って配置された圧電素子１５ｃと、側面４２ｄに沿って配置された圧電素子１５ｄと、を有している。

圧電素子１５ａ〜１５ｄは、予め個別に設定された分極方向を具備するとともに、本体装置３から供給される駆動信号に応じて伸縮するように構成されている。

すなわち、内視鏡２は、本体装置３の光源ユニット２１から発せられる照明光により被写体を走査するとともに、当該被写体からの戻り光を受光用ファイバ１３において受光するように構成されている。

挿入部１１の内部には、内視鏡２毎に固有の内視鏡情報を格納するためのメモリ１６が設けられている。そして、メモリ１６に格納された内視鏡情報は、内視鏡２のコネクタ部６１と本体装置３のコネクタ受け部６２とが接続され、かつ、本体装置３の電源がオンされた際に、本体装置３のコントローラ２５により読み出される。

本体装置３は、光源ユニット２１と、ドライバユニット２２と、検出ユニット２３と、メモリ２４と、コントローラ２５と、を有して構成されている。

光源ユニット２１は、光源３１ａと、光源３１ｂと、光源３１ｃと、合波器３２と、を有して構成されている。

光源３１ａは、例えばレーザ光源等を具備し、コントローラ２５の制御により発光された際に、赤色の波長帯域の光（以降、Ｒ光とも称する）を合波器３２へ出射するように構成されている。

光源３１ｂは、例えばレーザ光源等を具備し、コントローラ２５の制御により発光された際に、緑色の波長帯域の光（以降、Ｇ光とも称する）を合波器３２へ出射するように構成されている。

光源３１ｃは、例えばレーザ光源等を具備し、コントローラ２５の制御により発光された際に、青色の波長帯域の光（以降、Ｂ光とも称する）を合波器３２へ出射するように構成されている。

合波器３２は、光源３１ａから発せられたＲ光と、光源３１ｂから発せられたＧ光と、光源３１ｃから発せられたＢ光と、を合波して照明用ファイバ１２の光入射面に供給するように構成されている。

ドライバユニット２２は、コントローラ２５の制御に応じ、アクチュエータ部１５に印加する駆動電圧に応じた駆動信号を生成するように構成されている。また、ドライバユニット２２は、信号発生器３３と、Ｄ／Ａ変換器３４ａ及び３４ｂと、アンプ３５と、を有して構成されている。

信号発生器３３は、コントローラ２５の制御に基づき、照明用ファイバ１２の出射端部をＸ軸方向に揺動させるための第１の駆動信号として、例えば、図３の破線で示すような、所定の変調を正弦波に施して得られる信号波形を具備する信号を生成してＤ／Ａ変換器３４ａへ出力する。また、信号発生器３３は、コントローラ２５の制御に基づき、照明用ファイバ１２の出射端部をＹ軸方向に揺動させるための第２の駆動信号として、例えば、図３の一点鎖線で示すような、第１の駆動信号の位相を９０°ずらした信号波形を具備する信号を生成してＤ／Ａ変換器３４ｂへ出力する。図３は、アクチュエータ部に供給される駆動信号の信号波形の一例を示す図である。

Ｄ／Ａ変換器３４ａは、信号発生器３３から出力されたデジタルの第１の駆動信号をアナログの第１の駆動信号に変換してアンプ３５へ出力するように構成されている。

Ｄ／Ａ変換器３４ｂは、信号発生器３３から出力されたデジタルの第２の駆動信号をアナログの第２の駆動信号に変換してアンプ３５へ出力するように構成されている。

アンプ３５は、Ｄ／Ａ変換器３４ａ及び３４ｂから出力された第１及び第２の駆動信号を増幅してアクチュエータ部１５へ出力するように構成されている。

ここで、例えば、図３の破線で示すような信号波形を具備する第１の駆動信号がアクチュエータ部１５の圧電素子１５ａ及び１５ｃに供給されるとともに、図３の一点鎖線で示すような信号波形を具備する第２の駆動信号がアクチュエータ部１５の圧電素子１５ｂ及び１５ｄに供給されることにより、照明用ファイバ１２の出射端部が渦巻状に揺動され、このような揺動に応じて被写体の表面が図４及び図５に示すような渦巻状の走査経路で走査される。図４は、中心点Ａから最外点Ｂに至る渦巻状の走査経路の一例を示す図である。図５は、最外点Ｂから中心点Ａに至る渦巻状の走査経路の一例を示す図である。

具体的には、まず、時刻Ｔ１においては、被写体の表面における照明光の照射位置の中心点Ａに相当する位置に照明光が照射される。その後、第１及び第２の駆動信号の振幅が時刻Ｔ１から時刻Ｔ２にかけて増加するに伴い、被写体の表面における照明光の照射位置が中心点Ａを起点として外側へ第１の渦巻状の走査経路を描くように変位し、さらに、時刻Ｔ２に達すると、被写体の表面における照明光の照射位置の最外点Ｂに照明光が照射される。そして、第１及び第２の駆動信号の振幅が時刻Ｔ２から時刻Ｔ３にかけて減少するに伴い、被写体の表面における照明光の照射位置が最外点Ｂを起点として内側へ第２の渦巻状の走査経路を描くように変位し、さらに、時刻Ｔ３に達すると、被写体の表面における中心点Ａに照明光が照射される。

すなわち、アクチュエータ部１５は、ドライバユニット２２から供給される第１及び第２の駆動信号に基づいて照明用ファイバ１２の出射端部を揺動することにより、当該出射端部を経て被写体へ出射される照明光の照射位置を図４及び図５に示す渦巻状の走査経路に沿って変位させることが可能な構成を具備している。また、図４及び図５の渦巻状の走査経路を例に挙げた場合、内視鏡２を用いて被写体を実際に走査して得られる画像の画角（以降、単に内視鏡２の画角とも称する）は、当該渦巻状の走査経路の最外点Ｂを含む最外周の経路に応じて規定されるとともに、アクチュエータ部１５に供給される駆動信号の最大振幅の大きさに合わせて変化する。

検出ユニット２３は、分波器３６と、検出器３７ａ、３７ｂ及び３７ｃと、Ａ／Ｄ変換器３８ａ、３８ｂ及び３８ｃと、を有して構成されている。

分波器３６は、ダイクロイックミラー等を具備し、受光用ファイバ１３の光出射面から出射された戻り光をＲ（赤）、Ｇ（緑）及びＢ（青）の色成分毎の光に分離して検出器３７ａ、３７ｂ及び３７ｃへ出射するように構成されている。

検出器３７ａは、例えば、アバランシェフォトダイオード等を具備し、分波器３６から出力されるＲ光の強度を検出し、当該検出したＲ光の強度に応じたアナログのＲ信号を生成してＡ／Ｄ変換器３８ａへ出力するように構成されている。

検出器３７ｂは、例えば、アバランシェフォトダイオード等を具備し、分波器３６から出力されるＧ光の強度を検出し、当該検出したＧ光の強度に応じたアナログのＧ信号を生成してＡ／Ｄ変換器３８ｂへ出力するように構成されている。

検出器３７ｃは、例えば、アバランシェフォトダイオード等を具備し、分波器３６から出力されるＢ光の強度を検出し、当該検出したＢ光の強度に応じたアナログのＢ信号を生成してＡ／Ｄ変換器３８ｃへ出力するように構成されている。

Ａ／Ｄ変換器３８ａは、検出器３７ａから出力されたアナログのＲ信号をデジタルのＲ信号に変換してコントローラ２５へ出力するように構成されている。

Ａ／Ｄ変換器３８ｂは、検出器３７ｂから出力されたアナログのＧ信号をデジタルのＧ信号に変換してコントローラ２５へ出力するように構成されている。

Ａ／Ｄ変換器３８ｃは、検出器３７ｃから出力されたアナログのＢ信号をデジタルのＢ信号に変換してコントローラ２５へ出力するように構成されている。

メモリ２４には、本体装置３の制御の際に用いられる制御情報として、例えば、図３の信号波形を特定するためのパラメータ、及び、内視鏡２の適正な画角である所定の画角θｒを含む情報が予め格納されている。また、メモリ２４には、内視鏡２の画角を算出するための処理である画角算出処理（後述）に用いられる情報である画角算出用情報が予め格納されている。

なお、本実施例においては、メモリ２４に格納された制御情報の中に所定の画角θｒが含まれているものに限らず、例えば、メモリ１６に格納された内視鏡情報の中に所定の画角θｒが含まれていてもよい。

コントローラ２５は、例えば、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）等の集積回路により構成されている。また、コントローラ２５は、入力装置５においてなされた指示に応じた動作及び制御等を行うことができるように構成されている。また、コントローラ２５は、図示しない信号線等を介してコネクタ受け部６２におけるコネクタ部６１の接続状態を検出することにより、挿入部１１が本体装置３に電気的に接続されているか否かを検出することができるように構成されている。また、コントローラ２５は、光源制御部２５ａと、走査制御部２５ｂと、画像処理部２５ｃと、を有して構成されている。

光源制御部２５ａは、メモリ２４から読み込んだ制御情報に基づき、例えば、光源３１ａ〜３１ｃを同時に発光させるための制御を光源ユニット２１に対して行うように構成されている。

走査制御部２５ｂは、メモリ２４から読み込んだ制御情報に基づき、例えば、図３に示すような信号波形を具備する駆動信号を生成させるための制御をドライバユニット２２に対して行うように構成されている。また、走査制御部２５ｂは、メモリ２４から読み込んだ制御情報に含まれる所定の画角θｒと、画像処理部２５ｃの演算部２５２（後述）において行われる画角算出処理の処理結果と、に基づき、ドライバユニット２２において生成される駆動信号の振幅を変化させるための制御を行うように構成されている。

画像処理部２５ｃは、検出ユニット２３から出力されるデジタル信号に応じた画像を生成するように構成されている。また、画像処理部２５ｃは、メモリ２４から読み込んだ画角算出用情報と、所定のテストチャート（後述）の走査時に生成した画像と、に基づいて画角算出処理を行うように構成されている。また、画像処理部２５ｃは、画像生成部２５１と、演算部２５２と、を有して構成されている。

画像生成部２５１は、例えば、走査制御部２５ｂの制御に応じて生成される駆動信号の信号波形に基づいて直近の走査経路を検出し、当該検出した走査経路上の照明光の照射位置に対応するラスタスキャン形式の画素位置を特定し、当該特定した画素位置に検出ユニット２３から出力されるデジタル信号により示される輝度値をマッピングすることにより１フレーム分の画像を生成するように構成されている。また、画像生成部２５１は、前述のように生成した１フレーム分の画像に対してホワイトバランス調整を施すとともに、当該ホワイトバランス調整を施した１フレーム分の画像を表示装置４へ順次出力するように構成されている。

すなわち、画像生成部２５１は、内視鏡２の受光用ファイバ１３において受光された被写体からの戻り光に応じた画像を生成するように構成されている。

演算部２５２は、メモリ２４から読み込んだ画角算出用情報と、所定のテストチャートの走査時に画像生成部２５１において生成された画像と、に基づいて画角算出処理を行うとともに、当該画角算出処理の処理結果を走査制御部２５ｂへ出力するように構成されている。

表示装置４は、例えば、モニタ等を具備し、本体装置３から出力される画像を表示することができるように構成されている。

入力装置５は、例えば、キーボードまたはタッチパネル等を具備して構成されている。なお、入力装置５は、本体装置３とは別体の装置として構成されていてもよく、または、本体装置３と一体化したインターフェースとして構成されていてもよい。

続いて、以上に述べたような構成を具備する光走査型観察システム１の動作等について説明する。

ユーザは、光走査型観察システム１の各部を接続して電源を投入した後、図６に例示するようなテストチャート１０１を挿入部１１の先端面に対向する位置に配置する。図６は、実施例に係る光走査型観察システムとともに用いられるテストチャートの構成の一例を示す図である。

そして、ユーザは、例えば、テストチャート１０１の表面に描かれた図形ＦＴ全域を走査することが可能であるとともに、渦巻状の走査経路の中心点Ａとテストチャート１０１の中心点Ｃとが一致するような位置に挿入部１１及びテストチャート１０１をそれぞれ配置した状態において、入力装置５のキャリブレーションスイッチ（不図示）を押下する。

ここで、図形ＦＴの形状等について、図７を参照しつつ説明する。図７は、図６のテストチャートの表面に描かれた図形ＦＴの形状等を説明するための図である。

なお、図７の図形ＦＴにおいては、説明及び図示の便宜上、図６の図形ＦＴの黒色で塗りつぶされた領域がドット模様で示されているものとする。また、図６及び図７においては、図形ＦＴに係る説明を行う際に必要と考えられる仮想の線及び点等が適宜描かれているものとする。

図形ＦＴは、例えば、図７に示すように、４回対称の図形として形成されているとともに、点Ｃ１を中心とする円環形状に形成された黒色の円環部２０１と、円環部２０１の内周側の一部の領域を扇状に窪めて形成した窪み部２０１ａに配置された黒色のかつ円形のマーカ２０２と、円環部２０１の外周側に配置された白色のかつ円形のマーカ２０３と、を有して構成されている。

円環部２０１の中心点に相当する点Ｃ１は、例えば、テストチャート１０１の中心点Ｃと同じ位置に配置されている。

マーカ２０２は、例えば、図７に示すように、点Ｃ１を通過する直線ＳＡに沿って２つ配置されているとともに、点Ｃ１において直線ＳＡと直交する直線ＳＢに沿って２つ配置されている。また、マーカ２０２の中心点に相当する点Ｃ２は、例えば、図７に示すように、直線ＳＡまたはＳＢのいずれか一方の直線上に配置されている。

マーカ２０３は、例えば、図７に示すように、直線ＳＡに沿って２つ配置されているとともに、直線ＳＢに沿って２つ配置されている。また、マーカ２０３の中心点に相当する点Ｃ３は、例えば、図７に示すように、直線ＳＡまたはＳＢのいずれか一方の直線上に配置されている。

なお、本実施例においては、テストチャート１０１上の点Ｃ１と点Ｃ２との間の距離に相当する実長ｄ１の大きさが、メモリ２４に予め格納される画角算出用情報に含まれているものとする。また、本実施例においては、テストチャート１０１上の点Ｃ１と点Ｃ３との間の距離に相当する実長ｄ２（但し、ｄ１＜ｄ２であるとする）の大きさが、メモリ２４に予め格納される画角算出用情報に含まれているものとする。また、本実施例においては、マーカ２０２及び２０３が相互に同一の円形形状を具備するものとして説明を行う。

すなわち、テストチャート１０１の図形ＦＴは、中心点Ｃから実長ｄ１に相当する距離だけ離れた位置に設けられた４つのマーカ２０２と、中心点Ｃから実長ｄ２に相当する距離だけ離れた位置に設けられた４つのマーカ２０３と、を具備している。

光源制御部２５ａは、入力装置５のキャリブレーションスイッチが押下されたことを検出した際に、光源３１ａ〜３１ｃを同時に発光させることにより、所定の光量ＡＬの白色光を出射させるための制御を光源ユニット２１に対して行う。

走査制御部２５ｂは、入力装置５のキャリブレーションスイッチが押下されたことを検出した際に、図３に示すような信号波形を具備する駆動信号を生成させるための制御をドライバユニット２２に対して行う。

そして、以上に述べたような制御が光源制御部２５ａ及び走査制御部２５ｂにおいて行われることにより、例えば、テストチャート１０１の図形ＦＴを含む円形または楕円形の領域である走査領域ＡＲ（図６参照）が渦巻状の走査経路で走査される。なお、以降においては、簡単のため、走査領域ＡＲが中心点Ｃを中心とする円形の領域であるものとして説明を進める。

画像生成部２５１は、検出ユニット２３から出力されるデジタル信号により示される輝度値を前述の方法でマッピングすることにより、例えば、図８に示すような、テストチャート１０１上の図形ＦＴと相似な図形ＦＴＳが描画された画像ＩＳを生成する。図８は、図６のテストチャートの走査領域ＡＲを走査した際に生成される画像ＩＳの一例を示す図である。

なお、図８の図形ＦＴＳにおいては、説明及び図示の便宜上、図６の図形ＦＴの黒色で塗りつぶされた領域がドット模様で示されているものとする。また、図８においては、図形ＦＴＳ及び画像ＩＳに係る説明を行う際に必要と考えられる仮想の線及び点等が適宜描かれているものとする。

画像生成部２５１は、画像ＩＳの中心に位置する画素Ｐ１（図８参照）を含み、かつ、図形ＦＴＳのマーカ２０２よりも内側に位置する白色の領域である画像領域ＡＲＢ（図８参照）を画像ＩＳの中から抽出するための処理を行い、さらに、当該抽出した画像領域ＡＲＢに含まれる各画素の輝度値に基づき、ホワイトバランス調整の際に用いるホワイトバランスゲイン値を算出する処理を行う。そして、このような画像生成部２５１の処理によれば、例えば、検出ユニット２３から出力されるＲ信号、Ｇ信号及びＢ信号により示される輝度値の比を１：１：１にするようなホワイトバランスゲイン値が算出される。

演算部２５２は、メモリ２４から読み込んだ画角算出用情報と、図形ＦＴＳを含む画像ＩＳと、に基づいて画角算出処理を行う。

ここで、演算部２５２において行われる画角算出処理の具体例について、図９のフローチャート等を参照しつつ説明する。図９は、実施例に係る光走査型観察システムにより行われる画角算出処理の一例を説明するためのフローチャートである。

演算部２５２は、画素Ｐ１を含む画像領域ＡＲＢを画像ＩＳの中から抽出する処理を行った（図９のステップＳ１）後、画像領域ＡＲＢに含まれる各画素の輝度値を用いて所定の演算処理を行うことにより演算値αを算出し、さらに、当該算出した演算値αと所定の閾値とを比較した比較結果に基づき、現在の観察状態が観察距離Ｄの算出に適した観察状態になっているか否かを判定する処理を行う（図９のステップＳ２）。

具体的には、演算部２５２は、図９のステップＳ２において、例えば、画像領域ＡＲＢに含まれる各画素の輝度値の平均値ＡＶＢを演算値αとして算出するとともに、当該算出した平均値ＡＶＢと閾値ＴＨＢとを比較することにより、現在の観察状態が観察距離Ｄの算出に適した観察状態になっているか否かを判定するような処理を行う。そして、演算部２５２は、例えば、平均値ＡＶＢが閾値ＴＨＢ以上であるとの比較結果を得た場合には、現在の観察状態が観察距離Ｄの算出に適した観察状態になっていると判定した後、図９のステップＳ３の処理を続けて行う。また、演算部２５２は、例えば、平均値ＡＶＢが閾値ＴＨＢ未満であるとの比較結果を得た場合には、現在の観察状態が観察距離Ｄの算出に適した観察状態になっていないと判定した後、図９のステップＳ１の処理を再度行う。

なお、観察距離Ｄは、例えば、挿入部１１の先端部の先端面と、照明光学系１４を経て出射された照明光により走査される被写体と、の間の実際の距離として規定される。そのため、以降においては、観察距離Ｄが、挿入部１１の先端部の先端面と、テストチャート１０１の中心点Ｃと、の間の実際の距離に等しくなるものと推定して説明を進める。

演算部２５２は、図９のステップＳ２の処理により算出した演算値αと、メモリ２４から読み込んだ画角算出用情報と、に基づいて観察距離Ｄを取得する処理を行う（図９のステップＳ３）。

具体的には、演算部２５２は、例えば、メモリ２４から読み込んだ画角算出用情報の中から、図１０のグラフとして示されるような、所定の光量ＡＬの白色光で白色の被写体を走査した場合における観察距離及び輝度値の相関関係を表す情報を取得し、当該取得した情報の中から演算値αに相当する輝度値を特定し、当該特定した輝度値に対応する観察距離を観察距離Ｄとして取得するような処理を行う。図１０は、図９に示す画角算出処理において用いられる、観察距離及び輝度値の相関関係を表す情報をグラフ化して示した場合の例を示す図である。

なお、本実施例によれば、例えば、画像ＩＳの各画素の輝度値が０〜２５５のいずれかの値で表されるとともに、図１０のグラフとして示したような情報が画角算出用情報に含まれているような場合に、前述の閾値ＴＨＢを１００程度の値に設定しておくことにより、図９のステップＳ３において取得される観察距離Ｄの精度を高めることができる。

また、本実施例によれば、例えば、現在の観察状態が観察距離Ｄの算出に適した観察状態になっているか否かに係る判定処理をスキップすることにより、演算値αが閾値ＴＨＢ未満の場合においても観察距離Ｄを取得するようにしてもよい。

演算部２５２は、例えば、マーカ２０２及び２０３と同一の円形形状を具備する基準パターンを用いたパターンマッチングを行うことにより、画像ＩＳ内におけるマーカ２０２及び２０３の位置を特定し、さらに、当該特定したマーカ２０２の中心に位置する画素Ｐ２（図８参照）の座標値と、当該特定したマーカ２０３の中心に位置する画素Ｐ３（図８参照）の座標値と、をそれぞれ取得する処理を行う（図９のステップＳ４）。

演算部２５２は、図９のステップＳ４の処理により取得した画素Ｐ２及びＰ３の座標値に基づき、画素Ｐ１と画素Ｐ２との間の距離に相当する画素間距離Ｌ１と、画素Ｐ１と画素Ｐ３との間の距離に相当する画素間距離Ｌ２と、をそれぞれ取得する処理を行う（図９のステップＳ５）。

具体的には、演算部２５２は、例えば、画素Ｐ１から画素Ｐ２までの画素数ＮＰ１を、画素Ｐ１を０番目の画素としてカウントすることにより画素間距離Ｌ１を取得するような処理を行う。また、演算部２５２は、例えば、画素Ｐ１から画素Ｐ３までの画素数ＮＰ２を、画素Ｐ１を０番目の画素としてカウントすることにより画素間距離Ｌ２を取得するような処理を行う。

なお、画素Ｐ１の座標値は、例えば、図９のステップＳ１の処理時等のような、図９のステップＳ５の処理が行われる前までの任意のタイミングで取得されるものとする。

演算部２５２は、図９のステップＳ５の処理により取得した画素間距離Ｌ１及びＬ２と、メモリ２４から読み込んだ画角算出用情報と、に基づき、テストチャート１０１上の中心点Ｃを基点とした場合の実際の距離に相当する実長ｄと、画像ＩＳ上の画素Ｐ１を基点とした場合の画素間距離に相当する画素間距離Ｌと、の相関関係を取得する処理を行う（図９のステップＳ６）。

具体的には、演算部２５２は、例えば、メモリ２４から読み込んだ画角算出用情報の中から実長ｄ１及びｄ２を取得し、さらに、実長ｄ１及び画素間距離Ｌ１を組み合わせて得られる第１のデータ（ｄ１，Ｌ１）と、実長ｄ２及び画素間距離Ｌ２を組み合わせて得られる第２のデータ（ｄ２，Ｌ２）と、を対数関数にフィッティングさせる処理を行うことにより、図１１に示すような、実長ｄ及び画素間距離Ｌの相関関係を表す近似関数ＡＰＦを取得する。図１１は、図９に示す画角算出処理において取得される、実長及び画素間距離の相関関係を表す近似関数の一例を示す図である。

なお、前述の近似関数ＡＰＦの取得に係る処理においては、照明光学系１４の光学特性等に応じた糸巻き型の歪曲収差が発生する前提の上で、第１のデータ（ｄ１，Ｌ１）及び第２のデータ（ｄ２，Ｌ２）のフィッティングに対数関数が用いられているものとする。

演算部２５２は、画像ＩＳの最外部に位置し、かつ、画素Ｐ１、Ｐ２及びＰ３を通過する直線上に位置する画素である画素Ｐ４（図８参照）の座標値を取得するための処理を行う（図９のステップＳ７）。

演算部２５２は、図９のステップＳ７の処理により取得した画素Ｐ４の座標値に基づき、画素Ｐ１と画素Ｐ４との間の距離に相当する画素間距離Ｌ３を取得する処理を行う（図９のステップＳ８）。

具体的には、演算部２５２は、例えば、画素Ｐ１から画素Ｐ４までの画素数ＮＰ３を、画素Ｐ１を０番目の画素としてカウントすることにより画素間距離Ｌ３を取得するような処理を行う。

演算部２５２は、図９のステップＳ６の処理により取得した実長ｄ及び画素間距離Ｌの相関関係に基づき、図９のステップＳ８の処理により取得した画素間距離Ｌ３に対応するテストチャート１０１上の実際の距離である実長ｄ３を取得する処理を行う（図９のステップＳ９）。

具体的には、演算部２５２は、例えば、近似関数ＡＰＦ及び画素間距離Ｌ３に基づき、図１１に示すように、当該近似関数ＡＰＦ上の（ｄ３，Ｌ３）に該当する実長ｄ３を取得するような処理を行う。

すなわち、図９のステップＳ９の処理により取得される実長ｄ３は、テストチャート１０１上の中心点Ｃと、テストチャート１０１を渦巻状の走査経路で走査した際の走査領域ＡＲの最外部と、の間の実際の距離である走査距離に相当する。そのため、例えば、図６の走査領域ＡＲが円形の領域である場合には、当該走査領域ＡＲの半径と、実長ｄ３として取得される走査距離と、が相互に同じ大きさになる。

演算部２５２は、図９のステップＳ３の処理により取得した観察距離Ｄと、図９のステップＳ９の処理により取得した実長ｄ３と、を下記数式（１）に適用することにより、内視鏡２の画角θを算出する（図９のステップＳ１０）。

θ＝ａｒｃｔａｎ（ｄ３／Ｄ） …（１）

そして、演算部２５２は、図９のステップＳ１０の処理により算出した画角θを画角算出処理の処理結果として走査制御部２５ｂへ出力する。

走査制御部２５ｂは、メモリ２４から読み込んだ制御情報に含まれる所定の画角θｒと、演算部２５２から出力される画角θと、を比較した比較結果に基づき、ドライバユニット２２において生成される駆動信号の振幅を変化させるための制御を行う。

具体的には、走査制御部２５ｂは、例えば、演算部２５２から出力される画角θが所定の画角θｒよりも小さいとの比較結果を得た場合には、ドライバユニット２２において生成される駆動信号の振幅を現在の振幅から増加させるための制御を行う。また、走査制御部２５ｂは、例えば、演算部２５２から出力される画角θが所定の画角θｒよりも大きいとの比較結果を得た場合には、ドライバユニット２２において生成される駆動信号の振幅を現在の振幅から減少させるための制御を行う。すなわち、走査制御部２５ｂは、演算部２５２の処理により算出された内視鏡２の画角θが所定の画角θｒに一致するように駆動信号の振幅を変化させる制御をドライバユニット２２に対して行う。

なお、本実施例の演算部２５２は、例えば、テストチャート１０１が挿入部１１の先端面に対して傾いた状態で配置されていないこと（テストチャート１０１の表面と挿入部１１の先端面とが平行になっていること）を検出した際に、図９のステップＳ５以降の処理を行うとともに、テストチャート１０１が挿入部１１の先端面に対して傾いた状態で配置されていること（テストチャート１０１の表面と挿入部１１の先端面とが平行になっていないこと）を検出した際に、図９のステップＳ１〜ステップＳ４の処理を再度行うものであってもよい。

具体的には、演算部２５２は、例えば、図９のステップＳ４の処理を行った後に、画素Ｐ１を通過する直線ＳＣ（不図示）上に位置する２つの画素Ｐ３の間の距離である画素間距離ＬＣと、画素Ｐ１において直線ＳＣと直交する直線ＳＤ（不図示）上に位置する２つの画素Ｐ３の間の距離である画素間距離ＬＤと、をそれぞれ取得するとともに、当該取得した画素間距離ＬＣ及びＬＤに基づき、テストチャート１０１が挿入部１１の先端面に対して傾いた状態で配置されているか否かを判定するような処理を行う。そして、演算部２５２は、例えば、画素間距離ＬＣ及びＬＤが同じ大きさであることを検出した場合には、テストチャート１０１が挿入部１１の先端面に対して傾いた状態で配置されていないと判定した後、図９のステップＳ５の処理を続けて行う。また、演算部２５２は、例えば、画素間距離ＬＣ及びＬＤが異なる大きさであることを検出した場合には、テストチャート１０１が挿入部１１の先端面に対して傾いた状態で配置されていると判定した後、図９のステップＳ１〜ステップＳ４の処理を再度行う。

以上に述べたように、本実施例によれば、図形ＦＴが描かれたテストチャート１０１を走査して得られる画像ＩＳに基づいて観察距離Ｄ及び実長ｄ３をそれぞれ算出し、当該算出した観察距離Ｄ及び実長ｄ３を用いて内視鏡２の画角θを算出することができる。そのため、本実施例によれば、例えば、観察距離Ｄを適正な距離に近づけるための煩雑な作業を行わずとも内視鏡２の画角θを算出することができ、その結果、被写体を実際に走査して得られる画像の画角を適正な画角にするための作業を簡便に行うことができる。

なお、本実施例によれば、例えば、図９に示した各処理のうちの少なくとも一部を変形することにより、画素Ｐ４が画素Ｐ３に等しい場合、すなわち、画素Ｐ３がテストチャート１０１を走査して得られる画像の最外部に位置する場合であっても、内視鏡２の画角θを算出することができる。

また、本実施例によれば、例えば、挿入部１１の先端部を挿入可能な形状を具備する凹部を本体装置３に設け、さらに、当該凹部にテストチャート１０１及びヒータを設けることにより、当該凹部に挿入された挿入部１１の先端部の温度を当該ヒータで被検者の体腔内の温度に略等しくなるまで上昇させてからテストチャート１０１を走査するようにしてもよい。

本発明は、上述した各実施例に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更や応用が可能であることは勿論である。

１ 光走査型観察システム
２ 内視鏡
３ 本体装置
４ 表示装置
５ 入力装置
１１ 挿入部
１２ 照明用ファイバ
１３ 受光用ファイバ
１４ 照明光学系
１５ アクチュエータ部
１６ メモリ
２１ 光源ユニット
２２ ドライバユニット
２３ 検出ユニット
２４ メモリ
２５ コントローラ
２５ａ 光源制御部
２５ｂ 走査制御部
２５ｃ 画像処理部
１０１ テストチャート
２５１ 画像生成部
２５２ 演算部

日本国特開２０１４−１８５５６号公報

Claims (7)

1. 光源部から発せられる照明光により被写体を走査して戻り光を受光する先端部を備える内視鏡と、
   前記被写体を所定の走査経路で走査する駆動信号を生成して前記内視鏡へ出力する駆動信号生成部と、
   前記内視鏡が受光した前記戻り光に応じた画像を生成する画像生成部と、
   テストチャートを前記被写体として走査した際に前記画像生成部により生成されるテストチャート画像の輝度値から、前記テストチャート上の基準位置から前記先端部までの距離である観察距離を算出し、前記テストチャート画像をパターンマッチングして特定される所定画素の座標値から、前記テストチャート上の前記基準位置から前記走査経路で走査した際の走査領域の最外部までの距離である走査距離を取得し、当該観察距離と走査距離とから前記内視鏡の画角を算出する演算部と、
   前記演算部により算出された前記内視鏡の画角が所定の画角に一致するように前記駆動信号の振幅を変化させる制御を前記駆動信号生成部に対して行う制御部と、
   を有することを特徴とする光走査型観察システム。
2. 前記テストチャートは、前記基準位置から第１の距離だけ離れた位置に設けられた第１のマーカと、前記基準位置から前記第１の距離よりも遠い第２の距離だけ離れた位置に設けられた第２のマーカと、を具備し、
   前記演算部は、
   前記テストチャート画像上の前記基準位置と前記第１のマーカとの間の距離に相当する第１の画素間距離を算出し、
   前記テストチャート画像上の前記基準位置と前記第２のマーカとの間の距離に相当する第２の画素間距離を取得し、
   当該第１の画素間距離と第２の画素間距離とから、前記テストチャート画像上の前記基準位置と前記テストチャート画像の最外部との間の距離に相当する第３の画素間距離に対応する前記テストチャート上の距離を前記走査距離として取得する処理を行う
   ことを特徴とする請求項１に記載の光走査型観察システム。
3. 前記演算部は、
   前記第１の距離及び前記第１の画素間距離を組み合わせて得られる第１のデータと、
   前記第２の距離及び前記第２の画素間距離を組み合わせて得られる第２のデータと、に基づき、
   前記テストチャート上の前記基準位置を基点とした場合の距離を算出し、
   前記テストチャート画像上の前記基準位置を基点とした場合の画素間距離と、の相関関係を取得し、
   当該相関関係における前記第３の画素間距離に対応する前記テストチャート上の距離を前記走査距離として取得する処理を行う
   ことを特徴とする請求項２に記載の光走査型観察システム。
4. 前記演算部は、前記テストチャートが前記内視鏡の先端部の先端面に対して傾いた状態で配置されていないことを検出した際に、前記第１の画素間距離及び前記第２の画素間距離を取得する処理を行う
   ことを特徴とする請求項２に記載の光走査型観察システム。
5. 前記演算部は、前記テストチャート画像の所定の領域に含まれる各画素の輝度値に基づいて前記観察距離を取得する処理を行う
   ことを特徴とする請求項１に記載の光走査型観察システム。
6. 前記演算部は、前記各画素の輝度値が閾値以上であることを検出した場合に、前記観察距離を取得する処理を行う
   ことを特徴とする請求項５に記載の光走査型観察システム。
7. 前記画像生成部は、前記所定の領域に含まれる各画素の輝度値に基づき、ホワイトバランスゲイン値を算出する処理を行う
   ことを特徴とする請求項５に記載の光走査型観察システム。

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