JP6640231B2 - 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、光源から発せられた照明光を照明用の光ファイバにより伝送し、当該照明用の光ファイバの先端部を揺動させるためのアクチュエータを駆動す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。そして、例えば、日本国特開２０１１−１１５２５２号公報には、このような構成に類する医療用観察システムが開示されている。

ところで、走査型内視鏡を具備するシステムを用いて被写体を走査した際には、例えば、前述のアクチュエータが設けられた挿入部の先端部の上下方向と、当該被写体からの戻り光に基づいて生成された画像の上下方向と、が一致した状態の観察画像が表示装置に表示される。

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、表示装置に表示される観察画像の上下方向と、当該観察画像を見ながら被検者の手術を行う術者の意図した上下方向と、の間の相違の度合いに応じ、当該術者に視覚的な違和感を生じさせてしまう場合がある、という問題点が存在している。

しかし、日本国特開２０１１−１１５２５２号公報には、前述の問題点を解消可能な手法等について特に言及されておらず、すなわち、前述の問題点に応じた課題が依然として存在している。

本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであり、被写体を走査して得られた画像が表示装置に表示される際に生じる視覚的な違和感を極力軽減する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、光源部から供給される照明光を導光して端部から出射する導光部と、前記導光部の端部を揺動することにより、前記端部を経て被写体へ出射される前記照明光の照射位置を渦巻状の走査経路に沿って変位させることが可能なアクチュエータ部と、前記被写体からの戻り光を検出し、当該検出した戻り光に応じた光検出信号を生成して順次出力する光検出部と、前記渦巻状の走査経路の最外点に相当する前記照明光の照射位置のずれの大きさを示す誤差角度を取得するための処理を行う誤差角度取得部と、前記光検出部から順次出力される前記光検出信号を変換して得られる画素情報を、前記渦巻状の走査経路の中心点を回転中心とする所望の回転角度から前記誤差角度を減じて得られる角度だけ回転することにより回転画像を生成するための処理を行う画像生成部と、を有する。

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。 画像生成部の構成の一例を示す図。 内視鏡により走査される被写体の一例を示す図。 図７の被写体を走査した際に生成される元画像の一例を示す図。 図８の元画像を用いて生成される回転画像の一例を示す図。 誤差角度θｅの算出に係る処理を説明するための図。

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１０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から供給される照明光を導光して出射端部から出射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。すなわち、照明用ファイバ１２は、導光部としての機能を有して構成されている。

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光検出器３７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。

アクチュエータ部１５は、例えば、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し、本体装置３から供給される駆動信号により印加される駆動電圧に応じてそれぞれ伸縮するように構成されている。

すなわち、アクチュエータ部１５の圧電素子１５ａ及び１５ｃは、本体装置３から供給される駆動信号に応じて振動することにより、照明用ファイバ１２をＸ軸方向に揺動させることが可能なＸ軸用アクチュエータとして構成されている。また、アクチュエータ部１５の圧電素子１５ｂ及び１５ｄは、本体装置３から供給される駆動信号に応じて振動することにより、照明用ファイバ１２をＹ軸方向に揺動させることが可能なＹ軸用アクチュエータとして構成されている。

挿入部１１の内部には、内視鏡２毎に固有の内視鏡情報として、例えば、後述の処理に用いられる誤差角度θｅ等の情報が格納される不揮発性のメモリ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ことができ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の制御に基づき、アクチュエータ部１５のＸ軸用アクチュエータを駆動させるための駆動信号ＤＡを生成して供給するように構成されている。また、ドライバユニット２２は、コントローラ２５の制御に基づき、アクチュエータ部１５のＹ軸用アクチュエータを駆動させるための駆動信号ＤＢを生成して供給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３５ａ及び３５ｂ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の駆動御信号として、例えば、下記数式（１）により示されるような波形を具備する信号を生成してＤ／Ａ変換器３４ａに出力するように構成されている。なお、下記数式（１）において、Ｘ（ｔ）は時刻ｔにおける信号レベルを表し、Ａｘは時刻ｔに依存しない振幅値を表し、Ｇ（ｔ）は正弦波ｓｉｎ（２πｆｔ）の変調に用いられる所定の関数を表すものとする。

Ｘ（ｔ）＝Ａｘ×Ｇ（ｔ）×ｓｉｎ（２πｆｔ） ・・・（１）

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の駆動御信号として、例えば、下記数式（２）により示されるような波形を具備する信号を生成してＤ／Ａ変換器３４ｂに出力するように構成されている。なお、下記数式（２）において、Ｙ（ｔ）は時刻ｔにおける信号レベルを表し、Ａｙは時刻ｔに依存しない振幅値を表し、Ｇ（ｔ）は正弦波ｓｉｎ（２πｆｔ＋φ）の変調に用いられる所定の関数を表し、φは位相を表すものとする。

Ｙ（ｔ）＝Ａｙ×Ｇ（ｔ）×ｓｉｎ（２πｆｔ＋φ） ・・・（２）

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の駆動制御信号をアナログの電圧信号である駆動信号ＤＡに変換してアンプ３５ａ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の駆動制御信号をアナログの電圧信号である駆動信号ＤＢに変換してアンプ３５ｂへ出力するように構成されている。

アンプ３５ａは、Ｄ／Ａ変換器３４ａから出力される駆動信号ＤＡを増幅してアクチュエータ部１５の圧電素子１５ａ及び１５ｃへ出力するように構成されている。

アンプ３５ｂは、Ｄ／Ａ変換器３４ｂから出力される駆動信号ＤＢを増幅してアクチュエータ部１５の圧電素子１５ｂ及び１５ｄへ出力するように構成されている。

ここで、例えば、上記数式（１）及び（２）において、Ａｘ＝Ａｙかつφ＝π／２に設定された場合には、図３の破線で示すような信号波形を具備する駆動信号ＤＡに応じた駆動電圧がアクチュエータ部１５の圧電素子１５ａ及び１５ｃに印加されるとともに、図３の一点鎖線で示すような信号波形を具備する駆動信号ＤＢに応じた駆動電圧がアクチュエータ部１５の圧電素子１５ｂ及び１５ｄに印加される。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。

また、例えば、図３の破線で示すような信号波形を具備する駆動信号ＤＡに応じた駆動電圧がアクチュエータ部１５の圧電素子１５ａ及び１５ｃに印加されるとともに、図３の一点鎖線で示すような信号波形を具備する駆動信号ＤＢに応じた駆動電圧がアクチュエータ部１５の圧電素子１５ｂ及び１５ｄに印加された場合には、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、駆動信号ＤＡ及びＤＢの信号レベル（電圧）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、駆動信号ＤＡ及びＤＢの信号レベル（電圧）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から供給される駆動信号ＤＡ及びＤＢ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。

検出ユニット２３は、光検出部としての機能を有し、内視鏡２の受光用ファイバ１３により受光された戻り光を検出し、当該検出した戻り光の強度に応じた光検出信号を生成して順次出力するように構成されている。具体的には、検出ユニット２３は、光検出器３７と、Ａ／Ｄ変換器３８と、を有して構成されている。

光検出器３７は、例えば、アバランシェフォトダイオード等を具備し、受光用ファイバ１３の光出射面から出射される光（戻り光）を検出し、当該検出した光の強度に応じたアナログの光検出信号を生成してＡ／Ｄ変換器３８へ順次出力するように構成されている。

Ａ／Ｄ変換器３８は、光検出器３７から出力されたアナログの光検出信号をデジタルの光検出信号に変換してコントローラ２５へ順次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、検出ユニット２３から順次出力される光検出信号の出力タイミングと、当該光検出信号を変換して得られる画素情報の適用先となる画素位置と、の間の対応関係を示すテーブルであるマッピングテーブル等の情報が格納されている。

コントローラ２５は、例えば、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）等の集積回路を具備し、入力装置５の操作に応じた動作を行うことができるように構成されている。

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。具体的には、コントローラ２５は、例えば、コネクタ部６１の所定の端子に設けられた抵抗器の抵抗値、または、コネクタ部６１のＧＮＤ端子の接続先となるコネクタ受け部６２の所定の端子における電位差を計測することにより、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ように構成されている。

なお、前述の抵抗値または電位差を計測する際には、チャタリングを防ぐために、例えば、０．５秒程度の検知期間を設けることが望ましい。また、コントローラ２５は、例えば、前述の抵抗値または電位差の計測に失敗した際に、本体装置３に対する挿入部１１の接続を検出できなかった旨を報知するための動作を行ってもよく、あるいは、コネクタ部６１及びコネクタ受け部６２のクリーニングを促す旨を報知するための動作を行ってもよい。

コントローラ２５は、本体装置３の電源が投入された際にメモリ２４に格納された制御情報を読み込み、当該読み込んだ制御情報に応じた動作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、光源制御部２５ａと、走査制御部２５ｂと、演算処理部２５ｃと、画像生成部２５ｄ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、Ｒ光、Ｇ光及びＢ光をこの順番で繰り返し出射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等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。

演算処理部２５ｃは、入力装置５の操作に応じて設定された回転角度θｉと、メモリ１６から読み込んだ内視鏡情報に含まれる誤差角度θｅと、に基づき、メモリ２４から読み込んだ制御情報に含まれるマッピングテーブルで規定されている回転前の画素位置を渦巻状の走査経路の中心点Ａを回転中心として回転することにより回転後の画素位置を取得するための演算処理を行うとともに、当該演算処理により取得された回転後の画素位置を画像生成部２５ｄに出力するように構成されている。

画像生成部２５ｄは、メモリ２４から読み込んだ制御情報に含まれるマッピングテーブルに基づき、時刻Ｔ１からＴ２までの期間内に検出ユニット２３から順次出力される光検出信号をＲＧＢ成分等の画素情報に変換してマッピングする（配置する）ことにより、渦巻状の走査経路の中心点Ａを回転中心とする回転角度θｉ及び誤差角度θｅに応じて回転される前の画像である元画像を１フレーム分ずつ生成するように構成されている。また、画像生成部２５ｄは、前述のように生成した元画像の各画素位置における画素情報を、演算処理部２５ｃから出力される回転後の各画素位置に合わせてリマッピングする（再配置する）ことにより、渦巻状の走査経路の中心点Ａを回転中心とする回転角度θｉ及び誤差角度θｅに応じて回転した後の画像である回転画像を１フレーム分ずつ生成し、当該生成した回転画像に応じた観察画像を表示装置４へ出力するように構成されている。また、画像生成部２５ｄは、例えば、図６に示すように、マッピング処理部５１と、画像処理部５２と、出力処理部５３と、を有して構成されている。図６は、画像生成部の構成の一例を示す図である。

マッピング処理部５１は、少なくとも１フレーム分の画像を記憶可能な記憶容量を備えたメモリ５１ｍを有して構成されている。また、マッピング処理部５１は、メモリ２４から読み込んだ制御情報に含まれるマッピングテーブルに基づき、時刻Ｔ１からＴ２までの期間内に検出ユニット２３から順次出力される光検出信号を画素情報に変換してマッピングする（配置する）マッピング処理を行うことにより元画像を１フレーム分ずつ生成し、当該生成した元画像をメモリ５１ｍに順次書き込むように構成されている。

画像処理部５２は、少なくとも１フレーム分の画像を記憶可能な記憶容量を備えたメモリ５２ｍを有して構成されている。また、画像処理部５２は、メモリ５１ｍに書き込まれた最新の１フレーム分の元画像を読み出し、当該読み出した元画像に対して所定の画像処理を施すように構成されている。また、画像処理部５２は、所定の画像処理を施した元画像の各画素位置における画素情報を、演算処理部２５ｃから出力される回転後の各画素位置に合わせてリマッピングする（再配置する）リマッピング処理を行うことにより回転画像を１フレーム分ずつ生成し、当該生成した回転画像をメモリ５２ｍに順次書き込むように構成されている。

ところで、内視鏡２は、例えば、アクチュエータ部１５の取り付け状態が標準的な状態からずれている等の要因によるアクチュエータ部１５の製造誤差（製造ばらつき）を有した状態で使用され得る。また、アクチュエータ部１５の製造誤差（製造ばらつき）に起因し、例えば、図７に示すような「Ｅ」の文字を被写体として走査した際に、マッピング処理を経て生成された元画像に含まれる「Ｅ」の文字が、ユーザにより設定される回転角度θｉとは関係なく、渦巻状の走査経路の中心点Ａを回転中心として誤差角度θｅだけ回転してしまうような現象が発生し得る（図８参照）。そのため、本実施例においては、例えば、図９に示すように、回転角度θｉ及び誤差角度θｅを併せて考慮しつつ、前述のような現象が解消された状態の回転画像を生成するようにしている。図７は、内視鏡により走査される被写体の一例を示す図である。図８は、図７の被写体を走査した際に生成される元画像の一例を示す図である。図９は、図８の元画像を用いて生成される回転画像の一例を示す図である。

また、本実施例によれば、アクチュエータ部１５の製造誤差（製造ばらつき）が、マッピング処理を経て生成された元画像における、渦巻状の走査経路の中心点Ａを回転中心とする回転誤差として顕在化される。そのため、本実施例によれば、前述の回転誤差として顕在化されたアクチュエータ部１５の製造誤差（製造ばらつき）を好適に補正することができる。

また、画像処理部５２は、所定の画像処理として、例えば、メモリ５１ｍから読み込んだ元画像のＲＧＢ成分を輝度成分及び色差成分に変換する変換処理と、当該変換処理を経て得られた色差成分に対して所定のマトリクスを用いた色補正処理を施す色補正処理と、当該変換処理を経て得られた輝度成分に対して輪郭強調または構造強調等を施す強調処理と、当該色補正処理を施した色差成分及び当該強調処理を施した輝度成分をＲＧＢ成分に再変換する再変換処理と、当該再変換処理を経て得られたＲＧＢ成分に対してガンマ補正を施すガンマ補正処理と、を行うように構成されている。

なお、以上に例示した所定の画像処理は、メモリ５１ｍから読み込んだ元画像に対して行われるものに限らず、当該元画像を用いて生成した回転画像に対して行われるものであってもよい。また、本実施例によれば、画像処理部５２において行われる所定の画像処理の中に、例えば、デジタル信号の信号値の上限値を最大値未満の所定値に制限する処理であるクリップ処理またはクロマサプレス処理を組み込むことにより、メモリ５１ｍから読み込んだ元画像におけるハレーションの発生箇所が非飽和の色成分で着色されてしまう現象を回避するようにしてもよい。

出力処理部５３は、メモリ５２ｍに書き込まれた回転画像を１フレーム分ずつ順次読み出し、当該読み出した回転画像に対してトリミングまたはマスキング等の所定の処理を施すことにより円形の観察画像を生成するように構成されている。また、出力処理部５３は、前述のように生成した観察画像をＨＤ−ＳＤＩ方式等のデジタル映像の伝送規格に則って表示装置４へ出力するように構成されている。

表示装置４は、例えば、デジタル入力に対応したＬＣＤ（液晶ディスプレイ）等を具備し、本体装置３から出力される観察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、スイッチ及びボタン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。なお、以降においては、誤差角度θｅ及び回転角度θｉが、図４の第１の渦巻状の走査経路の中心点Ａを回転中心とする角度である場合を例に挙げて説明する。

まず、メモリ１６に格納される誤差角度θｅの取得方法の具体例について説明する。

工場作業者は、例えば、内視鏡２の製造時に、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、図示しないＰＳＤ（位置検出素子）の受光面と内視鏡２の先端面とを対向させた状態で配置し、当該ＰＳＤからの出力信号が演算処理部２５ｃに入力されるようにケーブル等を配線する。

その後、工場作業者は、入力装置５の走査開始スイッチ（不図示）を操作することにより、内視鏡２による走査を開始させるための指示をコントローラ２５に対して行う。そして、このような指示に応じ、ＰＳＤの受光面が渦巻状の走査経路で走査されるとともに、当該ＰＳＤからの出力信号が演算処理部２５ｃに順次入力される。

演算処理部２５ｃは、入力装置５の走査開始スイッチが操作されたこと、及び、メモリ１６から読み込んだ内視鏡情報に誤差角度θｅが含まれていないことをそれぞれ検出した際に、ＰＳＤから順次出力される出力信号に基づき、図４及び図５に示した渦巻状の走査経路の最外点Ｂに相当する座標値ＭＶを取得する。また、誤差角度取得部としての機能を備えた演算処理部２５ｃは、前述のように取得した座標値ＭＶと、標準的な配置状態で配置されたアクチュエータ部１５を有する内視鏡２を用いてＰＳＤの受光面を走査した際に取得される最外点Ｂの座標値ＩＶと、に基づいて誤差角度θｅを算出するための処理を行う。

ここで、例えば、ＰＳＤから順次出力される出力信号に基づいて取得される座標値が、図１０に示すような、第１の渦巻状の走査経路の中心点Ａの座標値を原点（０，０）とするＸＹ直交座標系の座標値である場合には、アクチュエータ部１５の製造誤差（製造ばらつき）に起因して内視鏡２毎に異なる座標値ＭＶ（ｘｍ，ｙｍ）が取得され得るとともに、座標値ＩＶをＹ軸上の座標値（０，ｙｍａｘ）として表すことができる。そのため、このような場合においては、座標値ＩＶ（０，ｙｍａｘ）に対する座標値ＭＶ（ｘｍ，ｙｍ）の回転角度を、第１の渦巻状の走査経路の最外点Ｂに相当する照明光の照射位置のずれの大きさを示す誤差角度θｅとして算出することができる。図１０は、誤差角度θｅの算出に係る処理を説明するための図である。

なお、座標値ＩＶの座標値は、誤差角度θｅの算出時に既知の値として扱われる限りにおいては、例えば、メモリ２４から読み込まれる制御情報に予め含まれていてもよく、または、入力装置５の操作に応じて入力されるものであってもよい。

演算処理部２５ｃは、前述のように取得した誤差角度θｅをメモリ１６に格納させた後、誤差角度θｅの取得に係る処理が完了した旨を工場作業者に報知するための文字列等を表示装置４に表示させるための制御を行う。

なお、本実施例によれば、座標値ＩＶに対する座標値ＭＶの回転角度を特定可能な限りにおいては、当該回転角度以外の他のパラメータが誤差角度θｅとしてメモリ１６に格納されるようにしてもよい。

次に、回転角度θｉ及び誤差角度θｅに応じた回転画像の生成に係る動作の具体例について説明する。

術者等のユーザは、光走査型観察システム１の各部を接続して電源をオンした後、入力装置５の走査開始スイッチを操作することにより、内視鏡２による走査を開始させるための指示をコントローラ２５に対して行う。また、ユーザは、内視鏡２による走査を開始させた後で入力装置５を操作することにより、表示装置４に表示される観察画像の回転角度θｉを所望の回転角度に設定するための指示をコントローラ２５に対して行う。

なお、本実施例においては、例えば、入力装置５に設けられた画像回転ボタン（不図示）が１回押下される毎に回転角度θｉが４５°ずつ（０°→４５°→９０°→…→３１５°→０°の順に）変化するようにしてもよく、入力装置５に設けられたジョグダイヤル（不図示）の回転操作に応じて回転角度θｉが変化するようにしてもよく、または、入力装置５に設けられたタッチパネル（不図示）のタッチ操作に応じて回転角度θｉが変化するようにしてもよい。

演算処理部２５ｃ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、メモリ２４に予め格納された制御情報と、メモリ１６に予め格納された内視鏡情報と、をそれぞれ読み込む。また、演算処理部２５ｃは、入力装置５の走査開始スイッチが操作されたこと、及び、メモリ１６から読み込んだ内視鏡情報に誤差角度θｅが含まれていることをそれぞれ検出した際に、入力装置５の画像回転ボタンの操作に応じて設定された回転角度θｉと、当該検出した誤差角度θｅと、に基づき、メモリ２４から読み込んだ制御情報に含まれるマッピングテーブルで規定されている回転前の画素位置を第１の渦巻状の走査経路の中心点Ａを回転中心として回転することにより、回転後の画素位置を取得するための演算処理を行う。

ここで、回転後の画素位置を取得するための演算処理の具体例について説明する。

演算処理部２５ｃは、メモリ２４から読み込んだ制御情報に含まれるマッピングテーブルの中から、時刻Ｔ１に応じた出力タイミングで検出ユニット２３から出力される光検出信号を変換して得られた画素情報が適用される画素である、図４の第１の渦巻状の走査経路の中心点Ａに相当する画素位置の画素を抽出する。そして、設定部としての機能を備えた演算処理部２５ｃは、前述のように抽出した画素を画像生成部２５ｄにより生成される回転画像の回転中心の画素として設定するための処理として、例えば、当該画素を原点（０，０）とするＸＹ直交座標系を設定する処理を行う。

演算処理部２５ｃは、メモリ２４から読み込んだ制御情報に含まれるマッピングテーブルで規定されている画素位置である回転前の画素位置（ＰＸＡ，ＰＹＡ）を、所定の変換パターンに則って変換することにより、前述のように設定したＸＹ直交座標系の座標値（Ｐｘａ，Ｐｙａ）を取得した後、当該取得した座標値（Ｐｘａ，Ｐｙａ）を極座標形式の座標値（Ｐｒ，Ｐθ）に変換するための処理を行う。

演算処理部２５ｃは、前述のように変換した座標値（Ｐｒ，Ｐθ）のＰθに対し、回転角度θｉから誤差角度θｅを減じて得られる角度を加えることにより極座標形式の座標値（Ｐｒ，Ｐθ＋（θｉ−θｅ））を算出し、当該算出した座標値（Ｐｒ，Ｐθ＋（θｉ−θｅ））をＸＹ直交座標系の座標値（Ｐｘｂ，Ｐｙｂ）に変換するための処理を行う。

そして、演算処理部２５ｃは、前述のように取得した座標値（Ｐｘｂ，Ｐｙｂ）を、前述の所定の変換パターンとは逆のパターンに則って変換することにより、回転後の画素位置（ＰＸＢ，ＰＹＢ）を取得する。

一方、マッピング処理部５１は、メモリ２４から読み込んだ制御情報に含まれるマッピングテーブルに基づき、時刻Ｔ１からＴ２までの期間内に検出ユニット２３から順次出力される光検出信号を画素情報に変換してマッピングする（配置する）マッピング処理を行うことにより元画像を１フレーム分ずつ生成し、当該生成した元画像をメモリ５１ｍに順次書き込む。

画像処理部５２は、メモリ５１ｍに書き込まれた最新の１フレーム分の元画像を読み出し、当該読み出した元画像に対して所定の画像処理を施し、さらに、当該所定の画像処理を施した元画像の各画素位置における画素情報を、演算処理部２５ｃから出力される回転後の各画素位置に合わせてリマッピングする（再配置する）リマッピング処理を行うことにより回転画像を１フレーム分ずつ生成し、当該生成した回転画像をメモリ５２ｍに順次書き込む。すなわち、画像処理部５２は、演算処理部２５ｃから出力される回転後の画素位置に基づき、メモリ５１ｍから読み出した元画像の各画素位置における画素情報を、第１の渦巻状の走査経路の中心点Ａを回転中心とする回転角度θｉから誤差角度θｅを減じて得られる角度だけ回転することにより回転画像を生成する。

出力処理部５３は、メモリ５２ｍに書き込まれた回転画像を１フレーム分ずつ順次読み出し、当該読み出した回転画像に対してトリミングまたはマスキング等の所定の処理を施すことにより円形の観察画像を生成し、当該生成した観察画像をデジタル映像の伝送規格に則って表示装置４へ出力する。

以上に述べたように、本実施例によれば、アクチュエータ部１５の製造誤差（製造ばらつき）に起因して生じる画像の回転を除去しつつ、渦巻状の走査経路の中心点Ａを回転中心とするユーザの所望の回転角度に応じて回転した回転画像を観察画像として表示装置４に表示させることができる。そのため、本実施例によれば、被写体を走査して得られた画像が表示装置に表示される際に生じる視覚的な違和感を極力軽減することができる。

一方、本実施例によれば、例えば、内視鏡２毎に予め取得された歪み補正用のパラメータを用い、メモリ５１ｍから読み込んだ元画像に対して歪み補正を施した後で回転画像を生成することができる。そのため、本実施例によれば、回転角度θｉ及び誤差角度θｅに応じた回転画像の生成に起因して生じ得る観察画像の歪みを極力抑制することができる。

なお、本実施例の画像処理部５２は、例えば、メモリ５１ｍから読み込んだ元画像を拡大または縮小するための処理である変倍処理をリマッピング処理に併せて行うようにしてもよい。

また、本実施例の画像生成部２５ｄは、例えば、回転角度θｉの現在の設定値を示す文字列及び／またはマーク等の視覚情報を観察画像に併せて表示装置４に表示させるための動作を行うようにしてもよい。

また、本実施例によれば、例えば、メモリ２４から読み込んだ制御情報に含まれるマッピングテーブルで規定されている回転前の画素位置（ＰＸＡ，ＰＹＡ）を、前述のように取得した回転後の画素位置（ＰＸＢ，ＰＹＢ）に置換することにより新たなマッピングテーブルを生成するための処理が演算処理部２５ｃにおいて行われるとともに、当該新たなマッピングテーブルを用いたマッピング処理がマッピング処理部５１において行われるようにしてもよい。そして、このような構成によれば、マッピング処理部５１のマッピング処理により回転画像を直接生成することができ、すなわち、画像処理部５２におけるリマッピング処理が不要となるため、例えば、当該回転画像に対して所定の画像処理を施す際の画像処理部５２のリソースを十分に確保することができる。

また、本実施例によれば、例えば、入力装置５のフリーズスイッチ（不図示）の操作に応じ、出力処理部５３から表示装置４への観察画像の出力を一時停止させるための動作が行われるようにしてもよい。

なお、本発明は、上述した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。

本出願は、２０１５年９月１７日に日本国に出願された特願２０１５−１８４１０８号を優先権主張の基礎として出願するものであり、上記の開示内容は、本願明細書、請求の範囲、図面に引用されたものとする。

Claims (6)

1. 光源部から供給される照明光を導光して端部から出射する導光部と、
   前記導光部の端部を揺動することにより、前記端部を経て被写体へ出射される前記照明光の照射位置を渦巻状の走査経路に沿って変位させることが可能なアクチュエータ部と、
   前記被写体からの戻り光を検出し、当該検出した戻り光に応じた光検出信号を生成して順次出力する光検出部と、
   前記渦巻状の走査経路の最外点に相当する前記照明光の照射位置のずれの大きさを示す誤差角度を取得するための処理を行う誤差角度取得部と、
   前記光検出部から順次出力される前記光検出信号を変換して得られる画素情報を、前記渦巻状の走査経路の中心点を回転中心とする所望の回転角度から前記誤差角度を減じて得られる角度だけ回転することにより回転画像を生成するための処理を行う画像生成部と、
   を有することを特徴とする光走査型観察システム。
2. 前記画像生成部は、前記光検出信号の出力タイミングと、前記画素情報の適用先となる画素位置と、の間の対応関係を示すテーブルに基づいて前記画素情報をマッピングすることにより元画像を生成するための処理を行うとともに、前記元画像の各画素位置における前記画素情報を前記所望の回転角度に応じて回転することにより前記回転画像を生成するための処理を行う
   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. 前記テーブルの中から前記渦巻状の走査経路の中心点に相当する画素位置の画素を抽出し、当該抽出した画素を前記画像生成部により生成される前記回転画像の回転中心の画素として設定するための処理を行う設定部をさらに有する
   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. 前記画像生成部は、前記回転画像を生成するための処理に併せ、前記元画像を拡大または縮小するための処理を行う
   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. 前記誤差角度は、前記導光部及び前記アクチュエータ部を有する内視鏡に設けられたメモリに格納される
   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. 前記画像生成部は、前記所望の回転角度の現在の設定値を示す視覚情報を前記回転画像に併せて表示装置に表示させるための動作を行う
   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。

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