(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光ファイバ素線を含む光ファイバにて構成された生体光計測装置に用いる照射用及び検出用の光ファイバの一端部をそれぞれ保持する接続部と、前記接続部を配置するホルダと、前記ホルダに収容され前記接続部に前記照射用又は検出用の少なくとも何れか一方の光ファイバの一端部が接続された場合に前記接続された光ファイバの一端部に検査光を入射させる平板状の光源部と、前記平板状の光源部より検査光を入射させた場合に前記接続された光ファイバの他端部を観察するカメラによって取得された画像データを用いて前記接続された光ファイバの状態をディスプレイに出力する演算処理部と、を有する光ファイバ素線計数装置であって、
前記演算処理部は、前記画像データを所定の画素値を有した閾値を用いた２値化処理により光ファイバ素線部と背景部に分離を行い、前記光ファイバ素線部として分離された画素の内、当該画素と隣接する画素に前記背景部がある場合、当該画素を背景部に変換する収縮処理を行い、該収縮処理された画像データにおいて個々に分離した光ファイバ素線部ごとに番号を付加し、該付加した番号を用いて正常な光ファイバ素線の本数をカウントし、該カウントした本数と予め入力した光ファイバ素線の本数との比率を用いて前記接続された光ファイバの状態をディスプレイに出力することを特徴とする光ファイバ素線計数装置。
【請求項２】
前記照射用の光ファイバの一端部を保持する接続部の径は、前記検出用の光ファイバの一端部を保持する接続部の径よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ素線計数装置。
【請求項３】
前記ホルダの外周部は、アルミ箔を用いた遮光部材で覆われていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光ファイバ素線計数装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば生体光計測装置等に用いられる光ファイバの画像から正常な光ファイバ素線の数を計数する光ファイバ素線計数装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の光ファイバの検査装置として、例えば光ファイバ端面検査装置が知られている。この光ファイバ端面検査装置では、光ファイバホルダに保持された光ファイバの端面にレーザビームが照射される。そして、端面で反射されたレーザ光がスクリーンで受けられ、スクリーン内のレーザ光スポットの位置により光ファイバの端面の傾きが測定される（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、光ファイバを用いる装置として、生体光計測装置が知られている。生体光計測装置は、生体内部の血液循環、血行動態及びヘモグロビン量変化を、被検体に対し低拘束で簡便に計測できる装置である。
【０００４】
生体光計測装置では、近赤外光を生体に送信するため、及び生体内部で反射された光を受信するために、多成分ガラスからなる直径５０μｍの多数（例えば７２０本）の光ファイバ素線を含む複数のバンドル型光ファイバが使用されている。このような細い光ファイバ素線を用いることにより、可撓性が大きくなり、被検体が動いても対応できるため、子供や乳幼児の診断にも適用できる。
【０００５】
照射光及び検出光は光ファイバ素線により伝送されるため、計測データは光ファイバ内の正常な光ファイバ素線の数に大きく左右される。即ち、断線した光ファイバ素線の数が多くなると、精度の高い計測データが得られなくなる。
【０００６】
そこで、従来は、正常な（断線していない）光ファイバ素線の数を確認するために、顕微鏡（設置型）及び携帯ライトを利用して、光ファイバ素線の数を計数する方法が実施されていた。この方法は、携帯ライトにより光ファイバの一端面に検査光を照射するとともに、光ファイバの他端面を顕微鏡で拡大撮影（約２００倍）し、その撮影画像から光ファイバ素線の数を手作業で数える検査方法である。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−１９４６６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上記のような従来の光ファイバ素線の計数方法では、光ファイバ端面の撮影画像から光ファイバ素線の数を手作業で数える必要があるため、かなりの手間がかかっていた。特に、生体光計測装置では、細い光ファイバ素線を多数束ねて使用するため、光ファイバ素線の計数に長時間を要していた。例えば、初めて検査するような不慣れな検査技術者の場合、１セットの光ファイバについて約５．７５時間を要していた。また、ある程度の経験を重ねた検査技術者であっても、４時間程度を要していた。しかも、現行の生体光計測装置では、光ファイバを最大５セットまで増設可能な仕様であるので、検査に最大約２０時間を必要とすることになる。さらに、目視による確認では、光ファイバ素線の数の計数精度も低い。
【０００９】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、短時間で容易かつ高精度に光ファイバ素線の数を計数することができ、ボヤケ及びバラツキの防止が可能になり、誰が実施しても同じ光ファイバ画像を取得できる光ファイバ素線計数装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するために、本発明の光ファイバ素線計数装置は以下の様に構成される。
複数の光ファイバ素線を含む光ファイバにて構成された生体光計測装置に用いる照射用及び検出用の光ファイバの一端部をそれぞれ保持する接続部と、前記接続部を配置するホルダと、前記ホルダに収容され前記接続部に前記照射用又は検出用の少なくとも何れか一方の光ファイバの一端部が接続された場合に前記接続された光ファイバの一端部に検査光を入射させる平板状の光源部と、前記平板状の光源部より検査光を入射させた場合に前記接続された光ファイバの他端部を観察するカメラによって取得された画像データを用いて前記接続された光ファイバの状態をディスプレイに出力する演算処理部と、を有する光ファイバ素線計数装置であって、前記演算処理部は、前記画像データを所定の画素値を有した閾値を用いた２値化処理により光ファイバ素線部と背景部に分離を行い、前記光ファイバ素線部として分離された画素の内、当該画素と隣接する画素に前記背景部がある場合、当該画素を背景部に変換する圧縮処理を行い、該圧縮処理された画像データにおいて個々に分離した光ファイバ素線部ごとに番号を付加し、該付加した番号を用いて正常な前記光ファイバ素線の本数をカウントし、該カウントした本数と予め入力した光ファイバ素線の本数との比率を用いて前記接続された光ファイバの状態をディスプレイに出力する。
【発明の効果】
【００１１】
この発明の光ファイバ素線計数装置は、短時間で容易かつ高精度に光ファイバ素線の数を計数することができ、ボヤケ及びバラツキの防止が可能になり、誰が実施しても同じ光ファイバ画像を取得できる光ファイバ素線計数装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、この発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は生体光計測装置の基本構成を示すブロック図である。図において、被検体１の頭部には、プローブホルダ２が装着される。プローブホルダ２には、複数の照射プローブ（図示せず）と複数の検出プローブ（図示せず）とが保持されている。照射プローブ及び検出プローブは、マトリクス状に交互に配置されている。
【００１３】
光源部５で発生された近赤外光は、複数本の照射用光ファイバ６を介して被検体１に照射される。各照射用光ファイバ６の先端部は、照射プローブを介してプローブホルダ２に装着されている。
【００１４】
光源部５は、所定の波長の光を放射する半導体レーザ３と、半導体レーザ３からの光を変調する複数の光モジュール７とを有している。各光モジュール７は、半導体レーザ３からの光をそれぞれ異なる周波数で変調する変調器（図示せず）を有している。光の波長は、生体内の注目物質の分光特性によるが、Ｈｂ及びＨｂＯ２の濃度から酸素飽和度や血液量を計測する場合、６００ｎｍ〜１４００ｎｍの波長範囲の中から１つ又は複数の波長が選択されて用いられる。
【００１５】
照射用光ファイバ６から被検体１に照射され被検体１を通過した光は、複数の検出用光ファイバ４を介して光計測部８に送られる。各検出用光ファイバ４の先端部は、検出プローブを介してプローブホルダ２に装着されている。
【００１６】
光計測部８は、検出された通過光の光量に応じた電気信号を発生するフォトダイオード等の複数の光電変換素子９と、光電変換素子９からの電気信号から対応する変調信号を選択的に検出するロックインアンプモジュール１０と、ロックインアンプモジュール１０の出力信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器１１とを有している。
【００１７】
例えば、酸素化ヘモグロビン及び脱酸素化ヘモグロビンの２種類を測定対象とした場合、７８０ｎｍ及び８３０ｎｍの２種類の波長の光が発生され、これらの光が合成され１つの照射用光ファイバ６から被検体１に照射される。そして、ロックインアンプモジュール１０では、これらの２波長に対応した変調信号が選択的に検出される。これにより、照射用光ファイバ６からの光の照射位置と検出用光ファイバ４による通過光の検出位置との間に位置する計測位置に対して、チャンネル数の２倍のヘモグロビン量変化信号が得られる。
【００１８】
光源部５及び光計測部８は、制御部１２により制御される。制御部１２は、例えばコンピュータにより構成されており、制御部本体１３、記憶部１４、入出力部１５及び信号処理部１６を有している。信号処理部１６は、デジタル信号に変換されたヘモグロビン量変化信号を処理し、酸素化ヘモグロビン濃度変化、脱酸素化ヘモグロビン濃度変化及び全ヘモグロビン濃度変化等をチャンネル毎に示すグラフやそれを被検体１の二次元画像上にプロットした画像を作成する。
【００１９】
記憶部１４には、信号処理部１６の処理に必要なデータや処理結果が記録される。入出力部１５には、制御部１２の動作に必要な種々の指令が入力される。信号処理部１６には、信号処理部１６で作成された画像を表示する表示部１７が接続されている。
【００２０】
なお、各光ファイバ４，６は、多成分ガラスからなる直径５０μｍの多数（例えば７２０本）の光ファイバ素線を含んでいる。
【００２１】
図２はこの発明の実施の形態１による光ファイバ素線計数装置を示す構成図である。光ファイバ素線計数装置は、光ファイバ４，６の一端部から検査光を入射する検査光入射部（測定治具）２１、光ファイバ４，６の他端部を保持する支持台２２、光ファイバ４，６の他端部から出射された検査光を受けるマイクロスコープ（小型顕微鏡）２３、及びマイクロスコープ２３からの画像情報を取り込む計数装置本体２４を有している。
【００２２】
検査光入射部２１は、検査光を発生する平板状の光源部（図示せず）と、光源部に対向するように光ファイバ４，６の一端部を保持するホルダ（筐体）２５とを有している。光源部は、ホルダ２５内に収容されている。また、光源部としては、蛍光灯を用いることができる。
【００２３】
ホルダ２５は、例えばＢ５用紙程度の底面積、約２ｃｍの高さ（厚さ）、約１ｋｇの重さに構成され、持ち運びが可能になっている。また、ホルダ２５の外周部は、遮光部材（例えばアルミ箔）で覆われている。
【００２４】
ホルダ２５の上部には、複数の照射用光ファイバ接続部２５ａと、複数の検出用光ファイバ接続部２５ｂとが設けられている。各照射用光ファイバ接続部２５ａには、生体光計測装置の光源部５に設けられた照射用光ファイバ６接続用のコネクタと同様のコネクタが設けられている。各検出用光ファイバ接続部２５ｂには、生体光計測装置の光計測部８に設けられた検出用光ファイバ４接続用のコネクタと同様のコネクタが設けられている。
【００２５】
照射用光ファイバ接続部２５ａの径は、図３にも示すように、検出用光ファイバ接続部２５ｂの径よりも大きい。また、照射用光ファイバ接続部２５ａと検出用光ファイバ接続部２５ｂとは、ホルダ２５上の異なる領域に分けて配置されている。
【００２６】
マイクロスコープ２３は、支持台２２の上面に対向するように配置されている。光ファイバ４，６の他端部は、マイクロスコープ２３に対向するように支持台２２上に保持される。検査技術者は、マイクロスコープ２３を通して光ファイバ４，６の端面を観察し、撮影に適すると判断した場合に光ファイバ４，６の端面をマイクロスコープ２３によって撮像する。
【００２７】
マイクロスコープ２３は、計数装置本体２４に直接接続されている（例えば、ＵＳＢ２．０接続）。また、マイクロスコープ２３は、ＳＶＧＡ（Super Video Graphics Array）の高解像度（８００×６００ドット）の拡大画像を映し出すことができる（倍率は、１〜３００倍まで任意に変更可能）。さらに、マイクロスコープ２３は、ＣＣＤカメラ、照明及びレンズが一体となったコンパクト設計で、持ち運びが簡単にできるものである。
【００２８】
計数装置本体２４は、演算処理部（ＣＰＵ等）、記憶部（ＲＯＭ、ＲＡＭ及びハードディスク等）及び信号入出力部を持ったコンピュータを有している。即ち、計数装置本体２４の機能は、コンピュータにより実現することができる。また、計数装置本体２４は、ディスプレイ２６、キーボード２７及びマウス２８を有している。
【００２９】
計数装置本体２４のコンピュータには、マイクロスコープ２３から取り込んだ光ファイバ画像の画像データを処理するプログラム（計数ソフトウエア）が格納されている。計数装置本体２４が行う画像処理は、２値化処理（閾値処理）、収縮処理（Erosion）、ラベリング処理の３つの処理である。
【００３０】
まず、２値化処理では、２４ｂｉｔカラーｂｍｐ画像データから特定の領域、即ち光ファイバ素線の領域が抽出され、これにより光ファイバ画像が光ファイバ素線部分と背景部分とに分けられる。
【００３１】
ここで、デジタル画像は、アナログ画像と異なり、画素単位で独立して輝度（色情報）を表現している。２値化処理とは、各画素の輝度を一定の基準値により、黒色と白色の２つの値に変換する処理のことである。この基準値のことを閾値（Threshold＝ＴＨ）と言う。
【００３２】
撮影されたｂｍｐ画像の各画素には、０〜２５５のＲＧＢ値が格納されており、このＲＧＢ値の平均値が各画素における明るさになる。また、基準とする閾値によって、２値化処理後の画像は異なるものとなる。ここでは、それぞれの画像の濃度ヒストグラムによるモード法を利用して閾値を決定する。
【００３３】
図４は図２のマイクロスコープ２３により得た光ファイバ画像の濃度ヒストグラムと画素値との関係の一例を示すグラフである。画像の濃度ヒストグラムは、対象物（ここでは光ファイバ素線）と背景とのそれぞれに対応した２つの山を有している。即ち、濃度ヒストグラムは、双峰性を有している。モード法では、濃度ヒストグラムの２つの山の間の谷の位置が閾値として設定される。
【００３４】
次に、収縮処理では、２値化処理された画像データの光ファイバ素線部分の外周に位置する画素値が背景部分の画素値に変換され、光ファイバ素線部分の周囲が１画素分縮められる。即ち、ある画素の近傍に１つでも画素値０が存在すればその画素の画素値は０に、その他の画素値は２５５にされる。これにより、画像内に存在するノイズが除去されるとともに、互いに隣接する光ファイバ素線部分が切り離される。
【００３５】
図５は収縮処理前の光ファイバ画像の一部を拡大して示す説明図、図６は図５の画像に収縮処理を実施した後の状態を示す説明図である。図５におけるノイズ部分２９は、収縮処理により除去されている。また、図６において、斜線部分は光ファイバ素線部分（画素値２５５）、白い部分は背景部分（画素値０）であり、図５ではつながっていた２つの光ファイバ素線部分が、図６では切り離されている。
【００３６】
図７は収縮処理前の光ファイバ画像全体の一例を示す説明図、図８は図７の画像に収縮処理を実施した後の状態を示す説明図である。図７及び図８に示すように、収縮処理を実施することにより、光ファイバ素線の１本ずつが明確に判別可能となる。
【００３７】
また、収縮処理では、最大１００画素分（１０×１０画素）のノイズの塊を除去することもでき、細かなノイズをほぼ完全に除去することができる。なお、光ファイバ素線１本の画素数は、平均２６０画素（１６×１６画素）である。
【００３８】
次に、ラベリング処理では、光ファイバ画像内の光ファイバ素線部分に番号が付加される。具体的には、画素値が２５５である画素のうち、互いに隣接している全ての画素（連結成分）に同じラベル（番号）が付され、異なった連結成分には異なった番号が付される。
【００３９】
図９はラベリング処理前の光ファイバ画像の一部を拡大して示す説明図、図１０は図９の画像にラベリング処理を実施した後の状態を示す説明図である。図９に示すような互いに独立した連結成分に対して、図１０に示すように１から順に番号を付していくことにより、最後に付された番号を正常な光ファイバ素線本数として得ることができる。なお、ラベリング処理としては、代表的な手法である４近傍（上下左右）によるラベリング処理を用いることができる。
【００４０】
図１１は図２の計数装置本体２４の動作を示すフローチャートである。マイクロスコープ２３から光ファイバ画像を取り込み、画像処理が開始されると、計数装置本体２４は、モード法により閾値の判定及び設定を行う（ステップＳ１）。閾値が設定されると、２値化処理により、光ファイバ画像を光ファイバ素線部分と背景部分とに分ける（ステップＳ２）。この後、収縮処理により、光ファイバ画像内に存在するノイズを除去するとともに、互いに隣接する光ファイバ素線部分を切り離す（ステップＳ３）。
【００４１】
収縮処理の後、ラベリング処理により、光ファイバ画像内の光ファイバ素線部分に番号を付加し（ステップＳ４）、最後に付された番号を正常な光ファイバ素線の本数として出力する（ステップＳ５）。検査技術者は、正常な光ファイバ素線の本数に応じて、光ファイバ４，６が使用可能であるかどうかを判定する。例えば、断線している光ファイバ素線の本数が全体の５０％を以上の場合に、光ファイバ４，６を不良と判定する。
【００４２】
このような光ファイバ素線計数装置では、光ファイバ画像の画像データを２値化処理することにより、光ファイバ画像を光ファイバ素線部分と背景部分とに分け、光ファイバ画像内の光ファイバ素線部分に番号を付加するので、短時間で容易かつ高精度に光ファイバ素線の数を計数することができる。即ち、画像処理を利用した計数ソフトにより光ファイバ素線の数を自動的に計数するようにしたので、目視により数える場合に比べて、検査労力、検査時間及び検査工数の低減を図ることができる。例えば、検査工数は、従来の約１／１０に低減することができる。
【００４３】
また、ラベリング処理の前処理として収縮処理を行うので、ノイズ成分を除去することができるとともに、光ファイバ素線部分を１本ずつに切り離すことができ、精度の高い画像処理解析を行うことができる。
さらに、平板状の光源部と、光ファイバ４，６の端部を保持するホルダ２５とを有する検査光入射部２１を用いたので、ボヤケ及びバラツキの防止が可能になり、誰が実施しても同じ撮影画像を取得できるようになる。
さらにまた、計数装置本体２４にＵＳＢ接続されるマイクロスコープ２３を用いることにより、光ファイバ画像の画像データを計数装置本体２４に簡単に取り込むことができ、検査場所の制約を受けず、現地作業員の実地検査等に応用できる。このため、不具合が発生した場合の顧客への迅速な対応が実現できる。
【００４４】
なお、上記の例では、生体光計測装置に用いられる光ファイバ４，６の検査に光ファイバ素線計数装置を用いたが、他の装置に用いられる光ファイバの検査に用いることもできる。但し、生体光計測装置では、上述のように小径の光ファイバ素線を多数束ねた光ファイバが用いられるので、この発明の光ファイバ素線計数装置を用いることが特に有効である。
また、生体光計測装置の制御部に計数装置本体の機能を持たせ、マイクロスコープや検査光入射部を生体光計測装置に付属させることも可能である。
さらに、光ファイバ素線の計数結果は、本数で出力しても、予め全体の本数を入力しておき、正常な光ファイバ素線の率又は断線率として出力してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】生体光計測装置の基本構成を示すブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１による光ファイバ素線計数装置を示す構成図である。
【図３】図２のホルダを示す平面図である。
【図４】図２のマイクロスコープにより得た光ファイバ画像の濃度ヒストグラムと画素値との関係の一例を示すグラフである。
【図５】収縮処理前の光ファイバ画像の一部を拡大して示す説明図である。
【図６】図５の画像に収縮処理を実施した後の状態を示す説明図である。
【図７】収縮処理前の光ファイバ画像全体の一例を示す説明図である。
【図８】図７の画像に収縮処理を実施した後の状態を示す説明図である。
【図９】ラベリング処理前の光ファイバ画像の一部を拡大して示す説明図である。
【図１０】図９の画像にラベリング処理を実施した後の状態を示す説明図である。
【図１１】図２の計数装置本体の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４６】
４  検出用光ファイバ、６  照射用光ファイバ、２１  検査光入射部、２４  計数装置本体、２５  ホルダ。
【図１】
0005565998.tif 000002
【図２】
0005565998.tif 000003
【図３】
0005565998.tif 000004
【図４】
0005565998.tif 000005
【図５】
0005565998.tif 000006
【図６】
0005565998.tif 000007
【図７】
0005565998.tif 000008
【図８】
0005565998.tif 000009
【図９】
0005565998.tif 000010
【図１０】
0005565998.tif 000011
【図１１】
0005565998.tif 000012