(57)【要約】【課題】作業者によるバラツキの無い均一なキャリブレーション結果を与える走査型内視鏡システムの自動キャリブレーション方法を提供すること。【解決手段】走査パラメータに基づいてアクチュエータを駆動して光走査を行う光走査ステップと、光ファイバの先端から出射した走査光の走査軌跡を取得する走査軌跡取得ステップと、取得した走査軌跡が所定の基準走査軌跡となるように走査パラメータを調整する調整ステップと、を含み、調整ステップは、走査軌跡の振幅が最大となるように、アクチュエータの駆動電圧の周波数を調整する周波数調整ステップと、走査軌跡が略真円となるように、アクチュエータのＸ軸方向とＹ軸方向の駆動電圧の位相差を調整する位相調整ステップと、走査軌跡の大きさ及び形状が所定範囲内となるように、アクチュエータのＸ軸及びＹ軸方向の駆動電圧の振幅を調整する振幅調整ステップと、を含む。【選択図】図１３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から出射された光を導光する光ファイバと、前記光ファイバの先端部を片持ち支持すると共に該光ファイバを互いに直交する２つの半径方向であるＸ軸方向及びＹ軸方向に振動させるアクチュエータと、前記光ファイバの先端から出射する光が渦巻状の軌跡を描いて走査されるように所定の走査パラメータに基づいて前記アクチュエータの前記Ｘ軸方向及び前記Ｙ軸方向の駆動電圧を制御する制御手段と、前記光ファイバの先端から出射した走査光の走査軌跡を検出する走査軌跡検出手段と、を有し、周期的に渦巻状の光走査を行う光走査装置を備えた走査型内視鏡システムの自動キャリブレーション方法であって、
前記制御手段が、前記走査パラメータに基づいて前記アクチュエータを駆動して前記光走査を行う光走査ステップと、
前記制御手段が、前記走査軌跡検出手段から前記光ファイバの先端から出射した走査光の走査軌跡を取得する走査軌跡取得ステップと、
前記制御手段が、取得した前記走査軌跡が所定の基準走査軌跡となるように前記走査パラメータを調整する調整ステップと、
を含み、
前記調整ステップは、
前記走査軌跡の振幅が最大となるように、前記アクチュエータの前記駆動電圧の周波数を調整する周波数調整ステップと、
前記走査軌跡が略真円となるように、前記アクチュエータの前記Ｘ軸方向と前記Ｙ軸方向の前記駆動電圧の位相差を調整する位相調整ステップと、
前記走査軌跡の大きさ及び形状が所定範囲内となるように、前記アクチュエータの前記Ｘ軸方向及びＹ軸方向の前記駆動電圧の振幅を調整する振幅調整ステップと、
を含むことを特徴とする走査型内視鏡システムの自動キャリブレーション方法。
【請求項２】
前記周波数調整ステップの後に、前記位相調整ステップ及び前記振幅調整ステップを実行する、ことを特徴とする請求項１に記載の走査型内視鏡システムの自動キャリブレーション方法。
【請求項３】
前記調整ステップは、前記走査軌跡の座標を極座標に変換する極座標変換ステップを更に含む、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の走査型内視鏡システムの自動キャリブレーション方法。
【請求項４】
前記周波数調整ステップは、
片持ち支持された前記光ファイバの先端部の共振周波数を含む周波数領域において前記走査軌跡の振幅が最大となる周波数を取得するステップと、
前記アクチュエータの駆動電圧の周波数を前記走査軌跡の振幅が最大となる周波数に変更するステップと、を含む、
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の走査型内視鏡システムの自動キャリブレーション方法。
【請求項５】
前記走査軌跡の振幅が最大となる周波数を取得するステップは、前記共振周波数を含む周波数領域において、前記駆動電圧の周波数を変化させながら前記走査軌跡の振幅を繰り返し取得するステップを含む、
ことを特徴とする請求項４に記載の走査型内視鏡システムの自動キャリブレーション方法。
【請求項６】
前記走査軌跡の振幅が最大となる周波数を取得するステップは、
前記共振周波数を含む第１の周波数領域において、前記駆動電圧の周波数を第１の周波数間隔で段階的に変化させながら前記走査軌跡の振幅を繰り返し取得する第１の周波数取得ステップと、
前記第１周波数取得ステップにおいて前記走査軌跡の最大の振幅が取得された駆動電圧の周波数を含む、前記第１の周波数領域よりも狭い第２の周波数領域において、前記駆動電圧の周波数を第１の周波数間隔よりも狭い第２の周波数間隔で段階的に変化させながら前記走査軌跡の振幅を繰り返し取得する第２の周波数取得ステップと、を含む、
ことを特徴とする請求項５に記載の走査型内視鏡システムの自動キャリブレーション方法。
【請求項７】
前記位相調整ステップは、
前記アクチュエータの前記Ｘ軸方向と前記Ｙ軸方向の駆動電圧の位相差を変化させながら、前記走査軌跡の振幅を繰り返し取得するステップと、
取得された渦巻状の前記走査軌跡から所定の１ターン分の振幅を抽出するステップと、
前記１ターン分の振幅の分散値を計算するステップと、
前記アクチュエータの前記Ｘ軸方向と前記Ｙ軸方向の駆動電圧の位相差を、前記１ターン分の振幅の分散値が最小となる値に変更するステップと、を含む、
ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の走査型内視鏡システムの自動キャリブレーション方法。
【請求項８】
前記走査軌跡が略真円となるまで、前記位相調整ステップと前記振幅調整ステップを交互に実行する
ことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の走査型内視鏡システムの自動キャリブレーション方法。
【請求項９】
前記位相調整ステップ又は前記振幅調整ステップを少なくとも２回実行する、
ことを特徴とする請求項８に記載の走査型内視鏡システムの自動キャリブレーション方法。
【請求項１０】
前記振幅調整ステップは、
前記走査軌跡を取得するステップと、
前記走査軌跡の少なくとも２方向における振幅が所定の振幅判定条件を満たすか否かを判定する振幅判定ステップと、
少なくとも前記振幅判定条件を満たしていない方向について、前記アクチュエータの駆動電圧の振幅を調整する駆動振幅調整ステップと、を含む、
ことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の走査型内視鏡システムの自動キャリブレーション方法。
【請求項１１】
前記振幅判定条件は、
前記少なくとも２方向の振幅が所定の目標値以上である、という第１条件と、
前記少なくとも２方向の振幅差が所定値以下である、という第２条件と、を含む、
ことを特徴とする請求項１０に記載の走査型内視鏡システムの自動キャリブレーション方法。
【請求項１２】
前記少なくとも２方向は、前記Ｘ軸方向及び前記Ｙ軸方向を含み、
前記Ｘ軸方向又は前記Ｙ軸方向における前記走査軌跡の振幅が前記第１条件を満たさない場合にのみ、該第１条件を満たさない方向における前記アクチュエータの駆動電圧の振幅を増加する
ことを特徴とする請求項１１に記載の自動キャリブレーション方法。
【請求項１３】
前記振幅調整ステップは、前記Ｘ軸方向及び前記Ｙ軸方向における前記走査軌跡の振幅を比較して大小を判定する振幅比較ステップを更に含み、
前記振幅比較ステップの判定結果に応じて前記駆動電圧の振幅が調整される、
ことを特徴とする請求項１０から請求項１２のいずれか一項に記載の走査型内視鏡システムの自動キャリブレーション方法。
【請求項１４】
前記Ｘ軸方向及び前記Ｙ軸方向における前記走査軌跡の振幅が共に前記第１条件を満たさない場合にのみ、前記振幅比較ステップにおいて前記走査軌跡の振幅が小さいと判定された方向の駆動電圧の振幅が、大きいと判定された方向の駆動電圧の振幅よりも多く増加される、
ことを特徴とする請求項１３に記載の走査型内視鏡システムの自動キャリブレーション方法。
【請求項１５】
前記Ｘ軸方向及び前記Ｙ軸方向における前記走査軌跡の振幅が共に前記第１条件を満たし、且つ、前記第２条件が満たされない場合にのみ、前記振幅比較ステップにおいて前記走査軌跡の振幅が大きいと判定された方向の駆動電圧の振幅が減少される、
ことを特徴とする請求項１３又は請求項１４に記載の走査型内視鏡システムの自動キャリブレーション方法。
【請求項１６】
前記振幅判定ステップにおいて、π／４間隔の８方向における振幅が判定される、
ことを特徴とする請求項１０から請求項１５のいずれか一項に記載の走査型内視鏡システムの自動キャリブレーション方法。
【請求項１７】
前記制御手段が前記走査軌跡の合否を判定する合否判定ステップを更に含み、
前記合否判定ステップは、前記周波数調整ステップ、前記位相調整ステップ及び前記振幅調整ステップの後に実行される、
ことを特徴とする請求項１から請求項１６のいずれか一項に記載の走査型内視鏡システムの自動キャリブレーション方法。
【請求項１８】
前記合否判定ステップは、前記渦巻状の走査軌跡の大きさの合否を判定する走査径合否判定ステップを更に含み、
前記走査径合否判定ステップは、
前記渦巻状の走査軌跡の最外周の１ターン分の振幅を取得するステップと、
前記最外周の１ターン分の振幅の全てが目標値以上であるか否かを判定するステップと、を含み、
前記最外周の１ターン分の振幅の全てが目標値以上である場合にのみ、前記渦巻状の走査軌跡の大きさを合格と判定する、
ことを特徴とする請求項１７に記載の走査型内視鏡システムの自動キャリブレーション方法。
【請求項１９】
前記走査径合否判定ステップにおいて不合格と判定された場合にのみ、前記周波数調整ステップを再び実行する、
ことを特徴とする請求項１７又は請求項１８に記載の走査型内視鏡システムの自動キャリブレーション方法。
【請求項２０】
前記合否判定ステップは、前記渦巻状の走査軌跡の真円度の合否を判定する真円度合否判定ステップを更に含む、
ことを特徴とする請求項１７から請求項１９のいずれか一項に記載の走査型内視鏡システムの自動キャリブレーション方法。
【請求項２１】
前記真円度判定ステップにおいて不合格と判定された場合にのみ、前記位相調整ステップを再び実行する、
ことを特徴とする請求項２０に記載の走査型内視鏡システムの自動キャリブレーション方法。
【請求項２２】
前記走査型内視鏡システムは、前記走査光が照射された被写体からの戻り光を検出して、該検出結果に基づいて前記被写体の映像をモニタに表示させるビデオ信号を生成して出力する映像化手段を更に備え、
前記調整ステップは、前記渦巻状の走査の周期が前記ビデオ信号のフレームレートの逆数と一致するように、前記アクチュエータの駆動を停止する時間を調整する駆動停止時間調整ステップを更に含む、
ことを特徴とする請求項１から請求項２１のいずれか一項に記載の走査型内視鏡システムの自動キャリブレーション方法。
【請求項２３】
前記周波数調整ステップ、前記位相調整ステップ及び前記振幅調整ステップの実行後に、前記駆動停止時間調整ステップを実行する、
ことを特徴とする請求項２２に記載の走査型内視鏡システムの自動キャリブレーション方法。
【請求項２４】
前記合否判定ステップの後に前記駆動停止時間調整ステップを実行する、
ことを特徴とする、請求項１７を直接又は間接的に引用する請求項２２又は請求項２３に記載の走査型内視鏡システムの自動キャリブレーション方法。
【請求項２５】
光源から出射された光を導光する光ファイバと、前記光ファイバの先端部を片持ち支持すると共に該光ファイバを互いに直交する２つの半径方向である前記Ｘ軸方向及び前記Ｙ軸方向に振動させるアクチュエータと、前記光ファイバの先端から出射する光が渦巻状の軌跡を描いて走査されるように所定の走査パラメータに基づいて前記アクチュエータの前記Ｘ軸方向及び前記Ｙ軸方向の駆動電圧を制御する制御手段と、前記光ファイバの先端から出射した走査光の走査軌跡を検出する走査軌跡検出手段と、を有し、周期的に渦巻状の光走査を行う光走査装置を備えた走査型内視鏡システムであって、
前記制御手段は、
前記走査軌跡の振幅が最大となるように、前記アクチュエータの駆動電圧の周波数を調整する周波数調整手段と、
前記走査軌跡が略真円となるように、前記アクチュエータの前記Ｘ軸方向と前記Ｙ軸方向の駆動電圧の位相差を調整する位相調整手段と、
前記走査軌跡の大きさ及び形状が所定範囲内となるように、前記アクチュエータの前記Ｘ軸及び前記Ｙ軸方向の前記駆動電圧の振幅を調整する振幅調整手段と、
を有する、走査型内視鏡システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光走査型内視鏡から出射する走査光の走査軌跡を補正する自動キャリブレーション方法及び該自動キャリブレーション方法を行う走査型内視鏡システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光ファイバによって導光される光を観察部位に対して渦巻状に走査させ、観察部位からの反射光を受光して画像化する走査型内視鏡システムが知られている。このような走査型内視鏡システムでは、シングルモード型の光ファイバを内視鏡内部に備えており、その基端部は、二軸アクチュエータによって片持ち梁状に保持される。二軸アクチュエータは、振動の振幅を変調および増幅させながら、ファイバ先端部を固有振動数に従って２次元的に振動させて（共振させて）、光ファイバの先端部を渦巻状に駆動させる。その結果、光ファイバによって光源から導光された照明光が観察部位を渦巻状に走査（スキャン）し、当該観察部位からの戻り光に基づきその照射領域（走査領域）の画像が取得される。
【０００３】
このような走査型内視鏡システムにおいては、走査領域（観察部位）からの反射光又は蛍光を所定周期のタイミング（以下、「サンプリング点」という。）で受光し、各サンプリング点での輝度情報をモニタの表示座標系（内視鏡画像の画素位置）に割り当てて、二次元の内視鏡画像を表示している。従って、歪みの無い再現性の高い内視鏡画像を生成するためには、各サンプリング点の走査位置をモニタの表示座標系に正確に合わせる必要がある。そこで、この種の走査型内視鏡システムは、実際の走査パターン（走査軌跡）をモニタしながら、理想的な走査パターンが得られるように較正（キャリブレーション）が行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２０１０−５１５９４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の走査型内視鏡システムは、光ファイバから出射される照明光をＰＳＤ（Position Sensitive Detector）によって受光し、走査パターン（走査軌跡）をモニタに表示するだけで、二軸アクチュエータの印加電圧の振幅、位相、周波数等の調整は、作業者がモニタに表示される走査パターンを見ながら手作業で行っていた。走査型内視鏡システムのキャリブレーションは、手順が複雑であるため、作業者間で手順を統一することが難しい。その結果、作業者によってキャリブレーションの結果が異なったものとなっていた。
【０００６】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、作業者によるバラツキの無い均一なキャリブレーション結果を与える自動キャリブレーション方法及び該方法を実行する走査型内視鏡システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施形態によれば、光源から出射された光を導光する光ファイバと、光ファイバの先端部を片持ち支持すると共に光ファイバを互いに直交する２つの半径方向であるＸ軸方向及びＹ軸方向に振動させるアクチュエータと、光ファイバの先端から出射する光が渦巻状の軌跡を描いて走査されるように所定の走査パラメータに基づいてアクチュエータのＸ軸方向及びＹ軸方向の駆動電圧を制御する制御手段と、光ファイバの先端から出射した走査光の走査軌跡を検出する走査軌跡検出手段と、を有し、周期的に渦巻状の光走査を行う光走査装置を備えた走査型内視鏡システムの自動キャリブレーション方法であって、制御手段が、走査パラメータに基づいてアクチュエータを駆動して光走査を行う光走査ステップと、制御手段が、走査軌跡検出手段から光ファイバの先端から出射した走査光の走査軌跡を取得する走査軌跡取得ステップと、制御手段が、取得した走査軌跡が所定の基準走査軌跡となるように走査パラメータを調整する調整ステップと、を含み、調整ステップは、走査軌跡の振幅が最大となるように、アクチュエータの駆動電圧の周波数を調整する周波数調整ステップと、走査軌跡が略真円となるように、アクチュエータのＸ軸方向とＹ軸方向の駆動電圧の位相差を調整する位相調整ステップと、走査軌跡の大きさ及び形状が所定範囲内となるように、アクチュエータのＸ軸及びＹ軸方向の駆動電圧の振幅を調整する振幅調整ステップと、を含む、走査型内視鏡システムの自動キャリブレーション方法が提供される。
【０００８】
この構成によれば、光走査装置の走査軌跡のキャリブレーションに必須であるアクチュエータの駆動電圧の周波数調整処理、位相調整処理及び振幅調整処理が所定の手順で自動的に実行されるため、作業者によるバラツキの無い均一なキャリブレーション結果が得られる。
【０００９】
また、上記の自動キャリブレーション方法において、周波数調整ステップの後に、位相調整ステップ及び振幅調整ステップを実行する構成にすることが望ましい。
【００１０】
この構成によれば、走査軌跡に最も大きな影響を与える周波数調整ステップが最初に行われるため、周波数調整によって他の調整済みのパラメータ（位相、振幅）に狂いが生じて、再調整が必要になることが防止される。
【００１１】
また、上記の自動キャリブレーション方法において、調整ステップは、走査軌跡の座標を極座標に変換する極座標変換ステップを更に含む構成としてもよい。
【００１２】
また、上記の自動キャリブレーション方法において、周波数調整ステップは、片持ち支持された光ファイバの先端部の共振周波数を含む周波数領域において走査軌跡の振幅が最大となる周波数を取得するステップと、アクチュエータの駆動電圧の周波数を走査軌跡の振幅が最大となる周波数に変更するステップと、を含む構成としてもよい。
【００１３】
この構成によれば、アクチュエータの駆動電圧の周波数を光ファイバの先端部の共振周波数に近い値に調整することが可能になる。
【００１４】
また、上記の自動キャリブレーション方法において、走査軌跡の振幅が最大となる周波数を取得するステップは、共振周波数を含む周波数領域において、駆動電圧の周波数を変化させながら走査軌跡の振幅を繰り返し取得するステップを含む構成としてもよい。
【００１５】
また、上記の自動キャリブレーション方法において、走査軌跡の振幅が最大となる周波数を取得するステップは、共振周波数を含む第１の周波数領域において、駆動電圧の周波数を第１の周波数間隔で段階的に変化させながら走査軌跡の振幅を繰り返し取得する第１の周波数取得ステップと、第１周波数取得ステップにおいて走査軌跡の最大の振幅が取得された駆動電圧の周波数を含む、第１の周波数領域よりも狭い第２の周波数領域において、駆動電圧の周波数を第１の周波数間隔よりも狭い第２の周波数間隔で段階的に変化させながら走査軌跡の振幅を繰り返し取得する第２の周波数取得ステップと、を含む構成としてもよい。
【００１６】
この構成によれば、広い周波数領域の全域にわたって狭い周波数間隔で周波数を振って走査軌跡を取得しなくても、広い周波数領域に対して高い精度で駆動電圧の周波数の好適化を行うことができるため、周波数調整処理が効率化される。
【００１７】
また、上記の自動キャリブレーション方法において、位相調整ステップは、アクチュエータのＸ軸方向とＹ軸方向の駆動電圧の位相差を変化させながら、走査軌跡の振幅を繰り返し取得するステップと、取得された渦巻状の走査軌跡から所定の１ターン分の振幅を抽出するステップと、１ターン分の振幅の分散値を計算するステップと、アクチュエータのＸ軸方向とＹ軸方向の駆動電圧の位相差を、１ターン分の振幅の分散値が最小となる値に変更するステップと、を含む構成としてもよい。
【００１８】
また、上記の自動キャリブレーション方法において、走査軌跡が略真円となるまで、位相調整ステップと振幅調整ステップを交互に実行する構成としてもよい。
【００１９】
この構成によれば、一度調整した後で、他のパラメータの調整によって生じる狂いが再調整されるため、より正確なキャリブレーションが可能になる。
【００２０】
また、上記の自動キャリブレーション方法において、位相調整ステップ又は振幅調整ステップを少なくとも２回実行する構成としてもよい。
【００２１】
また、上記の自動キャリブレーション方法において、振幅調整ステップは、走査軌跡を取得するステップと、走査軌跡の少なくとも２方向における振幅が所定の振幅判定条件を満たすか否かを判定する振幅判定ステップと、少なくとも振幅判定条件を満たしていない方向について、アクチュエータの駆動電圧の振幅を調整する駆動振幅調整ステップと、を含む、構成としてもよい。
【００２２】
また、上記の自動キャリブレーション方法において、振幅判定条件は、少なくとも２方向の振幅が所定の目標値以上である、という第１条件と、少なくとも２方向の振幅差が所定値以下である、という第２条件と、を含む構成としてもよい。
【００２３】
この構成によれば、走査軌跡の大きさの調整だけでなく、形状が均一に調整される。
【００２４】
また、上記の自動キャリブレーション方法において、少なくとも２方向は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向を含み、Ｘ軸方向又はＹ軸方向における走査軌跡の振幅が第１条件を満たさない場合にのみ、第１条件を満たさない方向におけるアクチュエータの駆動電圧の振幅を増加する構成としてもよい。
【００２５】
また、上記の自動キャリブレーション方法において、振幅調整ステップは、Ｘ軸方向及びＹ軸方向における走査軌跡の振幅を比較して大小を判定する振幅比較ステップを更に含み、振幅比較ステップの判定結果に応じて駆動電圧の振幅が調整される構成としてもよい。
【００２６】
また、上記の自動キャリブレーション方法において、Ｘ軸方向及びＹ軸方向における走査軌跡の振幅が共に第１条件を満たさない場合にのみ、振幅比較ステップにおいて走査軌跡の振幅が小さいと判定された方向の駆動電圧の振幅が、大きいと判定された方向の駆動電圧の振幅よりも多く増加される構成としてもよい。
【００２７】
また、上記の自動キャリブレーション方法において、Ｘ軸方向及びＹ軸方向における走査軌跡の振幅が共に第１条件を満たし、且つ、第２条件が満たされない場合にのみ、振幅比較ステップにおいて走査軌跡の振幅が大きいと判定された方向の駆動電圧の振幅が減少される構成としてもよい。
【００２８】
また、上記の自動キャリブレーション方法において、振幅判定ステップにおいて、π／４間隔の８方向における振幅が判定される構成としてもよい。
【００２９】
また、上記の自動キャリブレーション方法において、走査軌跡の合否を判定する合否判定ステップを更に含み、合否判定ステップは、周波数調整ステップ、位相調整ステップ及び振幅調整ステップの後に実行される構成としてもよい。
【００３０】
また、上記の自動キャリブレーション方法において、合否判定ステップは、渦巻状の走査軌跡の大きさの合否を判定する走査径合否判定ステップを更に含み、走査径合否判定ステップは、渦巻状の走査軌跡の最外周の１ターン分の振幅を取得するステップと、最外周の１ターン分の振幅の全てが目標値以上であるか否かを判定するステップと、を含み、最外周の１ターン分の振幅の全てが目標値以上である場合にのみ、渦巻状の走査軌跡の大きさを合格と判定する構成としてもよい。
【００３１】
また、上記の自動キャリブレーション方法において、走査径合否判定ステップにおいて不合格と判定された場合にのみ、周波数調整ステップを再び実行する構成としてもよい。
【００３２】
また、上記の自動キャリブレーション方法において、合否判定ステップは、渦巻状の走査軌跡の真円度の合否を判定する真円度合否判定ステップを更に含む構成としてもよい。
【００３３】
また、上記の自動キャリブレーション方法において、真円度判定ステップにおいて不合格と判定された場合にのみ、位相調整ステップを再び実行する構成としてもよい。
【００３４】
また、上記の自動キャリブレーション方法において、走査型内視鏡システムは、走査光が照射された被写体からの戻り光を検出して、検出結果に基づいて被写体の映像をモニタに表示させるビデオ信号を生成して出力する映像化手段を更に備え、調整ステップは、渦巻状の走査の周期がビデオ信号のフレームレートの逆数と一致するように、アクチュエータの駆動を停止する時間を調整する駆動停止時間調整ステップを更に含む構成としてもよい。
【００３５】
また、上記の自動キャリブレーション方法において、周波数調整ステップ、位相調整ステップ及び振幅調整ステップの実行後に、駆動停止時間調整ステップを実行する構成としてもよい。
【００３６】
また、上記の自動キャリブレーション方法において、合否判定ステップの後に駆動停止時間調整ステップを実行する構成としてもよい。
【００３７】
本発明の一実施形態によれば、光源から出射された光を導光する光ファイバと、光ファイバの先端部を片持ち支持すると共に光ファイバを互いに直交する２つの半径方向であるＸ軸方向及びＹ軸方向に振動させるアクチュエータと、光ファイバの先端から出射する光が渦巻状の軌跡を描いて走査されるように所定の走査パラメータに基づいてアクチュエータのＸ軸方向及び前記Ｙ軸方向の駆動電圧を制御する制御手段と、光ファイバの先端から出射した走査光の走査軌跡を検出する走査軌跡検出手段と、を有し、周期的に渦巻状の光走査を行う光走査装置を備えた走査型内視鏡システムであって、取得された走査軌跡が所定の基準走査軌跡となるように走査パラメータを所定の手順で自動調整する走査パラメータ自動調整手段を更に備え、走査パラメータ自動調整手段は、走査軌跡の振幅が最大となるように、アクチュエータの駆動電圧の周波数を調整する周波数調整手段と、走査軌跡が略真円となるように、アクチュエータのＸ軸方向とＹ軸方向の駆動電圧の位相差を調整する位相調整手段と、走査軌跡の大きさ及び形状が所定範囲内となるように、アクチュエータのＸ軸及びＹ軸方向の駆動電圧の振幅を調整する振幅調整手段と、を有する、走査型内視鏡システムが提供される。
【発明の効果】
【００３８】
本発明の実施形態に係るキャリブレーション方法及び走査型内視鏡システムによれば、光走査装置の走査パラメータの複雑な調整処理が均一な手順で自動的に行われるため、作業者によりキャリブレーション結果にバラツキが生じるという問題が解決される。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施形態の走査型共焦点内視鏡システムの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態の走査型共焦点内視鏡システムが有する共焦点光学ユニットの構成を概略的に示す図である。
【図３】ＸＹ近似面上における光ファイバの先端の回転軌跡を示す図である。
【図４】ＸＹ近似面上における光ファイバの先端のＸ（又はＹ）方向の変位量（振幅）と、サンプリング期間及び制動期間との関係を示す図である。
【図５】サンプリング点とラスタ座標との対応関係を説明する図である。
【図６】本発明の実施形態のキャリブレーション装置の模式図である。
【図７】本発明の実施形態の走査型共焦点内視鏡システムで実行されるキャリブレーションプログラムのフローチャートである。
【図８】ＰＳＤの受光面上における初期スポット形成位置を示す図である。
【図９】キャリブレーションプログラムによってＸＹ調整が行われたときの様子を示す図である。
【図１０】ＰＳＤの受光面をＺ方向に移動させたときの移動量と、ＰＳＤの出力電流との関係を示す図である。
【図１１】二軸アクチュエータに所定の交流電圧Ｘ及びＹを印加したときの励起光の走査軌跡を示す図である。
【図１２】キャリブレーションによって理想的な走査軌跡となるように調整された励起光の走査軌跡を示す図である。
【図１３】走査パラメータを調整する処理の手順を示すフローチャートである。
【図１４】二軸アクチュエータに印加する交流電圧の周波数を調整する処理の手順を示すフローチャートである。
【図１５】二軸アクチュエータに印加する交流電圧の位相を調整する処理の手順を示すフローチャートである。
【図１６】二軸アクチュエータに印加する交流電圧の振幅を調整する処理の手順を示すフローチャートである。
【図１７】走査軌跡の真円度の合否判定において振幅が評価される８方向を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態の走査型共焦点内視鏡システムについて説明する。
【００４１】
本実施形態の走査型共焦点内視鏡システムは、共焦点顕微鏡の原理を応用して設計されたシステムであり、高倍率かつ高解像度の被写体を観察するのに好適に構成されている。図１は、本発明の実施形態の走査型共焦点内視鏡システム１の構成を示すブロック図である。図１に示されるように、走査型共焦点内視鏡システム１は、システム本体１００、共焦点内視鏡２００、モニタ３００、キャリブレーション装置４００を有している。走査型共焦点内視鏡システム１を用いた共焦点観察は、可撓性を有する管状の共焦点内視鏡２００の先端面を被写体に当て付けた状態で行う。
【００４２】
システム本体１００は、光源１０２、光分波合波器（光カプラ）１０４、ダンパ１０６、ＣＰＵ１０８、ＣＰＵメモリ１１０、光ファイバ１１２、受光器１１４、映像信号処理回路１１６、画像メモリ１１８、映像信号出力回路１２０を有している。共焦点内視鏡２００は、光ファイバ２０２、共焦点光学ユニット２０４、サブＣＰＵ２０６、サブメモリ２０８、走査ドライバ２１０を有している。なお、以下の説明において、共焦点内視鏡２００の長手方向における、対物光学系２０４Ｄが配置される一端を先端といい、システム本体１００に接続される他端を基端という。
【００４３】
光源１０２は、ＣＰＵ１０８の駆動制御に従い、患者の体腔内に投与された薬剤を励起させる励起光を出射する。励起光は、光分波合波器１０４に入射する。光分波合波器１０４のポートの一つには、光コネクタ１５２が結合している。光分波合波器１０４の不要ポートには、光源１０２から出射された励起光を無反射終端するダンパ１０６が結合している。前者のポートに入射した励起光は、光コネクタ１５２を通過して共焦点内視鏡２００内に配置された光学系に入射する。
【００４４】
光ファイバ２０２の一端（以下「基端」という。）は、光コネクタ１５２を通じて光分波合波器１０４と光学的に結合している。光ファイバ２０２の他端（以下「先端」という。）は、共焦点内視鏡２００の先端部に組み込まれた共焦点光学ユニット２０４内に収められている。光分波合波器１０４を出射した励起光は、光コネクタ１５２を通過して光ファイバ２０２の基端に入射後、光ファイバ２０２を伝送して光ファイバ２０２の先端から出射される。
【００４５】
図２（ａ）は、共焦点光学ユニット２０４の構成を概略的に示す図である。以下、共焦点光学ユニット２０４を説明する便宜上、共焦点光学ユニット２０４の長手方向をＺ方向と定義し、Ｚ方向に直交しかつ互いに直交する二方向をＸ方向、Ｙ方向と定義する。図２（ａ）に示されるように、共焦点光学ユニット２０４は、各種構成部品を収容する金属製の外筒２０４Ａを有している。外筒２０４Ａは、外筒２０４Ａの内壁面形状に対応する外壁面形状を持つ内筒２０４Ｂを同軸（Ｚ方向）にスライド自在に保持している。光ファイバ２０２の先端（以下、符号「２０２ａ」を付す。）は、外筒２０４Ａ、内筒２０４Ｂの各基端面に形成された開口を通じて内筒２０４Ｂに収容支持されており、走査型共焦点内視鏡システム１の二次的な点光源として機能する。点光源である先端２０２ａの位置は、ＣＰＵ１０８による制御に従って周期的に変化する。なお、図２（ａ）中、中心軸ＡＸは、後述する対物光学系２０４Ｄの光軸であり、Ｚ方向に配置された光ファイバ２０２の先端２０２ａが振動していない状態のとき、中心軸ＡＸは、光ファイバ２０２の光軸（中心軸）と一致する。
【００４６】
サブメモリ２０８は、共焦点内視鏡２００の識別情報や各種プロパティ等のプローブ情報を格納している。サブＣＰＵ２０６は、システム起動時にサブメモリ２０８からプローブ情報を読み出して、システム本体１００と共焦点内視鏡２００とを電気的に接続する電気コネクタ１５４を介してＣＰＵ１０８に送信する。ＣＰＵ１０８は、送信されたプローブ情報をＣＰＵメモリ１１０に格納する。ＣＰＵ１０８は、格納したプローブ情報を必要時に読み出して共焦点内視鏡２００の制御に必要な信号を生成して、サブＣＰＵ２０６に送信する。サブＣＰＵ２０６は、ＣＰＵ１０８から送信された制御信号に従って走査ドライバ２１０に必要な設定値を指定する。
【００４７】
走査ドライバ２１０は、指定された設定値に応じたドライブ信号を生成して、先端２０２ａ付近の光ファイバ２０２の外周面に接着固定された二軸アクチュエータ２０４Ｃを駆動制御する。図２（ｂ）は、二軸アクチュエータ２０４Ｃの構成を概略的に示す図である。図２（ｂ）に示されるように、二軸アクチュエータ２０４Ｃは、走査ドライバ２１０と接続された一対のＸ軸用電極（図中「Ｘ」、「Ｘ’」）及びＹ軸用電極（図中「Ｙ」、「Ｙ’」）を圧電体上に形成した圧電アクチュエータである。
【００４８】
走査ドライバ２１０は、交流電圧Ｘを二軸アクチュエータ２０４ＣのＸ軸用電極間に印加して圧電体をＸ方向に振動させると共に、交流電圧Ｘと同一周波数であって位相が直交する交流電圧ＹをＹ軸用電極間に印加して圧電体をＹ方向に振動させる。交流電圧Ｘ、Ｙはそれぞれ、振幅が時間に比例して線形に増加して、時間（Ｘ）、（Ｙ）をかけて実効値（Ｘ）、（Ｙ）に達する電圧として定義される。光ファイバ２０２の先端２０２ａは、二軸アクチュエータ２０４ＣによるＸ方向、Ｙ方向への運動エネルギーが合成されることにより、Ｘ−Ｙ平面に近似する面（以下、「ＸＹ近似面」と記す。）上において中心軸ＡＸを中心に渦巻状のパターンを描くように回転する。先端２０２ａの回転軌跡は、印加電圧に比例して大きくなり、実効値（Ｘ）、（Ｙ）の交流電圧が印加された時点で最も大きい径を有する円の軌跡を描く。なお、本実施形態においては、先端２０２ａの回転軌跡が理想的な走査軌跡となるように、後述するキャリブレーションによって、交流電圧Ｘ及びＹの振幅、位相、周波数が調整されるようになっている。図３は、キャリブレーションによって調整された、ＸＹ近似面上の先端２０２ａの回転軌跡を示す図である。
【００４９】
図４は、ＸＹ近似面上における光ファイバ２０２の先端２０２ａのＸ（又はＹ）方向の変位量（振幅）と、共焦点内視鏡２００の各動作タイミングとの関係を説明する図である。励起光は連続光（又はパルス光）であり、二軸アクチュエータ２０４Ｃへの交流電圧の印加開始直後から印加停止までの期間（以下、説明の便宜上、この期間を「サンプリング期間」と記す。）中、光ファイバ２０２の先端２０２ａから出射される。上述したように、二軸アクチュエータ２０４Ｃへ交流電圧が印加されると、光ファイバ２０２の先端２０２ａは、中心軸ＡＸを中心に渦巻状のパターンを描くように回転する。そのため、サンプリング期間中、光ファイバ２０２の先端２０２ａから出射した励起光は、中心軸ＡＸを中心とした所定の円形の走査領域を渦巻状に走査する。サンプリング期間が経過して二軸アクチュエータ２０４Ｃへの交流電圧の印加が停止すると、光ファイバ２０２の振動が減衰する。ＸＹ近似面上における先端２０２ａの円運動は、光ファイバ２０２の振動の減衰に伴って収束し、光ファイバ２０２の振動は、所定時間後に略ゼロとなる（すなわち、先端２０２ａは、中心軸ＡＸ上でほぼ停止する）。以下、説明の便宜上、サンプリング期間が終了してから先端２０２ａが中心軸ＡＸ上にほぼ停止するまでの期間を「ブレーキング期間」と記す。ブレーキング期間の経過後、さらに所定時間の経過を待って、次のサンプリング期間が開始される。以下、説明の便宜上、ブレーキング期間が終了してから次のサンプリング期間の開始までの期間を「セトリング期間」と記す。セトリング期間は、光ファイバ２０２の先端２０２ａを中心軸ＡＸ上に完全に停止させるための待機時間であり、セトリング時間を設けることにより、先端２０２ａを精確に走査させることが可能となる。また、一フレームに対応する期間（走査期間）は、一つのサンプリング期間と一つのブレーキング期間と一つのセトリング期間から構成されており、セトリング期間を調整することによって、走査期間の周期をフレームレートＦ（ｆｐｓ：frames per second）と整合すように調整することができる。つまり、セトリング期間は、光ファイバ２０２の先端２０２ａが完全に停止するまでの時間とフレームレートＦとの関係から適宜設定することができるようになっている。なお、ブレーキング期間を短縮するため、ブレーキング期間の初期段階に二軸アクチュエータ２０４Ｃに逆相電圧を印加して制動トルクを積極的に加えてもよい。
【００５０】
光ファイバ２０２の先端２０２ａの前方には、対物光学系２０４Ｄが設置されている。対物光学系２０４Ｄは、複数枚の光学レンズで構成されており、図示省略されたレンズ枠を介して外筒２０４Ａに保持されている。レンズ枠は、外筒２０４Ａの内部において、内筒２０４Ｂと相対的に固定され支持されている。そのため、レンズ枠に保持された光学レンズ群は、外筒２０４Ａの内部を内筒２０４Ｂと一体となってＺ方向にスライドする。なお、外筒２０４Ａの最先端（すなわち、対物光学系２０４Ｄの前方）には、図示省略されたカバーガラスが保持されている。
【００５１】
内筒２０４Ｂの基端面と外筒２０４Ａの内壁面との間には、圧縮コイルばね２０４Ｅ及び形状記憶合金２０４Ｆが取り付けられている。圧縮コイルばね２０４Ｅは、自然長からＺ方向に初期的に圧縮狭持されている。形状記憶合金２０４Ｆは、Ｚ方向に長尺な棒形状を持ち、常温下で外力が加わると変形して、一定温度以上に加熱されると形状記憶効果で所定の形状に復元する性質を有している。形状記憶合金２０４Ｆは、形状記憶効果による復元力が圧縮コイルばね２０４Ｅの復元力より大きくなるように設計されている。走査ドライバ２１０は、サブＣＰＵ２０６が指定した設定値に応じたドライブ信号を生成して、形状記憶合金２０４Ｆを通電し加熱して伸縮量を制御する。形状記憶合金２０４Ｆは、伸縮量に応じて内筒２０４Ｂを光ファイバ２０２ごとＺ方向に進退させる。
【００５２】
光ファイバ２０２の先端２０２ａを出射した励起光は、対物光学系２０４Ｄを透過して被写体の表面又は表層でスポットを形成する。スポット形成位置は、点光源である先端２０２ａの進退に応じてＺ方向に変位する。すなわち、共焦点光学ユニット２０４は、二軸アクチュエータ２０４Ｃによる先端２０２ａのＸＹ近似面上の周期的な円運動とＺ方向の進退を併せることで、被写体を三次元走査する。
【００５３】
光ファイバ２０２の先端２０２ａは、対物光学系２０４Ｄの前側焦点位置に配置されているため、共焦点ピンホールとして機能する。先端２０２ａには、励起光により励起された被写体の散乱成分（蛍光）のうち先端２０２ａと光学的に共役な集光点からの蛍光のみが入射する。蛍光は、光ファイバ２０２を伝送後、光コネクタ１５２を通過して光分波合波器１０４に入射する。光分波合波器１０４は、入射した蛍光を光源１０２から出射される励起光と分離して光ファイバ１１２に導く。蛍光は、光ファイバ１１２を伝送して受光器１１４で検出される。受光器１１４は、微弱な光を低ノイズで検出するため、例えば光電子増倍管等の高感度光検出器としてもよい。
【００５４】
受光器１１４によって検出された検出信号は、映像信号処理回路１１６に入力される。映像信号処理回路１１６は、ＣＰＵ１０８の制御下で動作して、検出信号を一定のレートでサンプルホールド及びＡＤ変換してデジタル検出信号を得る。ここで、サンプリング期間中の光ファイバ２０２の先端２０２ａの位置（軌跡）が決まると、当該位置に対応する観察領域（走査領域）中のスポット形成位置、当該スポット形成位置からの戻り光（蛍光）を検出してデジタル検出信号を得る信号取得タイミング（すなわち、サンプリング点）がほぼ一義的に決まる。後述するように、本実施形態においては、予め、キャリブレーション装置４００を用いて先端２０２ａの走査軌跡を測定している。そして、測定した走査軌跡が理想的な走査パターン（すなわち、理想的な渦巻状の走査パターン）となるように二軸アクチュエータ２０４Ｃへの印加電圧の振幅、位相、周波数等を調整し、サンプリング点と、当該サンプリング点が対応する画像上の位置（モニタ３００に表示される内視鏡画像の画素位置）とを決定している。サンプリング点と内視鏡画像の画素位置（画素アドレス）との対応関係は、リマップテーブルとしてＣＰＵメモリ１１０に格納される。例えば、内視鏡画像を水平方向（Ｘ方向）１５ピクセル、垂直方向（Ｙ方向）１５ピクセルの画素で構成した場合、順次サンプリングされた励起光の位置（サンプリング点）と内視鏡画像の画素位置（ラスタ座標）との関係は図５のようになり、ＣＰＵ１０８は、この関係に基づいて各サンプリング点に対応する内視鏡画像の画素位置（ラスタ座標）を求めてリマップテーブルを作成する。なお、図５においては、図面の見易さを考慮し、走査領域の中心部分と周辺部分の一部のサンプリング点を示しているが、実際には渦巻状の走査軌跡に沿って多数のサンプリング点が存在する。
【００５５】
映像信号処理回路１１６は、リマップテーブルを参照して、各サンプリング点で得られる各デジタル検出信号を対応する画素アドレスのデータとして割り当てる。以下、説明の便宜上、上記の割り当て作業をリマッピングと記す。映像信号処理回路１１６は、リマッピング結果に従って、各点像の空間的配列によって構成される画像の信号を画像メモリ１１８にフレーム単位でバッファリングする。バッファリングされた信号は、所定のタイミングで画像メモリ１１８から映像信号出力回路１２０に掃き出されて、ＮＴＳＣ（National Television System Committee）やＰＡＬ（Phase Alternating Line）等の所定の規格に準拠した映像信号に変換されてモニタ３００に出力される。モニタ３００の表示画面には、高倍率かつ高解像度の被写体の三次元共焦点画像（本明細書においては、単に「内視鏡画像」ともいう。）が表示される。
【００５６】
上述したように、被写体の画像はリマッピング作業によって構築されるため、歪みのない内視鏡画像を得るためには、先端２０２ａを理想的な渦巻状の走査パターンとなるように回転させる必要がある。しかし、通常、走査型共焦点内視鏡システム１を構成する各部品の特性は所定の範囲でばらつくため、製品毎に固有の特性（以下、「製品固有特性」と記す。）を有し、単に組み立てただけでは図３に示したような理想的な走査軌跡は得られない。そこで、本実施形態の走査型共焦点内視鏡システム１では、このような製品固有特性をキャンセルするために、後述するキャリブレーションを行っている。
【００５７】
図６は、本実施形態のキャリブレーション時に用いられるキャリブレーション装置４００の模式図である。キャリブレーションでは、光ファイバ２０２の先端２０２ａの回転軌跡を検出し、この回転軌跡が理想的な回転軌跡となるように（すなわち、共焦点光学ユニット２０４から出射される励起光の走査軌跡が基準の走査軌跡となるように）、二軸アクチュエータ２０４Ｃに印加する交流電圧Ｘ及びＹの振幅、位相、周波数を調整し、新たなリマップテーブルを作成する。以下、本明細書においては、キャリブレーションで調整される各パラメータ、主として交流電圧Ｘ及びＹの振幅、位相、周波数、を「調整パラメータ」と総称する。なお、キャリブレーション装置４００は、システム本体１００と別個独立した構成として説明するが、システム本体１００に組み込まれた一部の構成としてもよい。
【００５８】
図６に示されるように、キャリブレーション装置４００は、ユニット支持具４２０、ケース４０２、ＸＹＺステージ４０８、ステージ駆動モータ４１０、キャリブレーション回路４１２等を有している。
【００５９】
ユニット支持具４２０は、キャリブレーション装置４００の本体部（不図示）に固定された略円筒状の部材であり、その内径は、共焦点光学ユニット２０４の外径よりも僅かに大きく構成されている。キャリブレーション時、焦点光学ユニット２０４は、ユニット支持具４２０の内部に差し込まれ、Ｘ、Ｙ、Ｚの各方向について位置決め固定される。
【００６０】
ケース４０２には、ＰＳＤ４０４、ＰＳＤ基板４０５、リレーレンズユニット４０６が取り付けられている。ＰＳＤ４０４は、ＰＳＤ基板４０５上に搭載され、受光面がＸＹ平面上に位置（言い換えるとＺ方向と直交）するようにケース４０２の基端面側に配置されている。ＰＳＤ４０４は、共焦点光学ユニット２０４から出射される励起光を受光し、その位置（すなわち、受光面上における励起光の位置）を検出する（詳細は後述）。リレーレンズユニット４０６は、光軸がＺ方向に向くように、ケース４０２の先端側（共焦点光学ユニット２０４側）に配置されている。リレーレンズユニット４０６は、内部に複数のレンズを備えた、いわゆる拡大光学系であり、その光軸及び後側焦点Ｆ２がＰＳＤ４０４の受光面の中心に位置するように配置されている。また、リレーレンズユニット４０６の前側焦点Ｆ１は、後述するキャリブレーションによって、共焦点光学ユニット２０４の対物光学系２０４Ｄの焦点（すなわち、励起光の集光位置）と略一致するように調整される。すなわち、リレーレンズユニット４０６は、共焦点光学ユニット２０４から出射される励起光の集光位置における投影像（すなわち、励起光の走査領域（最大振れ幅））を拡大するように機能する。なお、ケース４０２内は、外光が入らないように遮光されており、ＰＳＤ４０４は、共焦点光学ユニット２０４からの励起光を高いＳＮ比で検出する。ＰＳＤ４０４の検出電流は、ＰＳＤ基板４０５を介してキャリブレーション回路４１２に出力される。
【００６１】
ケース４０２は、ステージ駆動モータ４１０によってＸ、Ｙ、Ｚの各方向に移動可能なＸＹＺステージ４０８上に固定されている。ステージ駆動モータ４１０は、例えば、ステッピングモータであり、後述するキャリブレーション時、キャリブレーション回路４１２からの信号を受信し、ＸＹＺステージ４０８を所定の方向に移動させる。なお、本実施形態においては、ＸＹＺステージ４０８の移動分解能（すなわち、ステージ駆動モータ４１０の１ステップに対するＸＹＺステージ４０８の移動量）は、約１０μｍに設定されている。
【００６２】
キャリブレーション回路４１２は、ＣＰＵ１０８と双方向に通信可能な回路である。キャリブレーション回路４１２は、キャリブレーション時、ＣＰＵ１０８の制御の下、ステージ駆動モータ４１０を介してＸＹＺステージ４０８を移動させる。また、キャリブレーション回路４１２は、ＰＳＤ基板４０５から出力されるＰＳＤ４０４の検出電流を電圧に変換し、検出電圧としてＣＰＵ１０８に出力する。
【００６３】
図７は、キャリブレーション中に実行されるキャリブレーションプログラムのフローチャートである。キャリブレーションプログラムは、ユーザ（術者）が焦点光学ユニット２０４をユニット支持具４２０に差し込み、システム本体１００のユーザインターフェース（不図示）から所定の指示を入力したことを契機に、ＣＰＵ１０８によって実行されるサブルーチンである。なお、説明の便宜上、本明細書中の説明並びに図面において、キャリブレーションの各処理ステップは「Ｓ」と省略して記す。
【００６４】
図７に示すように、キャリブレーションプログラムが開始されると、ＣＰＵ１０８は、Ｓ１を実行する。Ｓ１では、焦点光学ユニット２０４に対してケース４０２の位置を調整する。この処理においては、ＣＰＵ１０８は、励起光が連続的に照射されるように光源１０２を制御し、かつ、二軸アクチュエータ２０４Ｃへの電圧印加を停止するように操作ドライバ２１０を制御する。この結果、光ファイバ２０２から出射される励起光は、中心軸ＡＸに沿って進み、リレーレンズユニット４０６を通って、ＰＳＤ４０４の受光面上に結像する（図６）。本明細書においては、二軸アクチュエータ２０４Ｃへの電圧印加がないときの励起光の初期的なスポット形成位置を、以下「初期スポット形成位置」と称する。
【００６５】
図８は、ＰＳＤ４０４の受光面上における初期スポット形成位置Ｐを示す図である。上述したように、走査型共焦点内視鏡システム１は、製品固有特性を有するため、初期スポット形成位置は必ずしもＰＳＤ４０４の中心と一致せず、Ｘ及びＹ方向にずれて検出される。また、共焦点光学ユニット２０４の対物光学系２０４Ｄの焦点も部品によって多少のばらつきがあるため、リレーレンズユニット４０６の前側焦点Ｆ１と共焦点光学ユニット２０４の対物光学系２０４Ｄの焦点（すなわち、励起光の集光点）とは必ずしも一致しない。そこで、Ｓ１では、初期スポット形成位置がＰＳＤ４０４の受光面の中心と略一致するように、ケース４０２をＸ、Ｙの各方向に移動させ（ＸＹ調整）、また、リレーレンズユニット４０６の前側焦点Ｆ１と共焦点光学ユニット２０４の対物光学系２０４Ｄの焦点とが略一致するように、ケース４０２をＺの各方向に移動させている（Ｚ調整）。
【００６６】
（ＸＹ調整）
ＰＳＤ４０４は、一対のＸ方向の電極Ｘ１及びＸ２と、一対のＹ方向の電極Ｙ１及びＹ２を備えており、ＰＳＤ４０４の受光面上のスポット形成位置は、各電極から出力される電流を検出することによって求められる。具体的には、初期スポット形成位置ＰのＰＳＤ４０４の受光面上の位置Ｘｐ、Ｙｐは、以下の式（数式１及び数式２）によって求められる。
【数１】
2014147462.tif 000003
【数２】
2014147462.tif 000004
ここで、ＩＸ１は、電極Ｘ１から出力される電流であり、ＩＸ２は、電極Ｘ２から出力される電流であり、ＩＹ１は、電極Ｙ１から出力される電流であり、ＩＹ２は、電極Ｙ２から出力される電流である。また、Ｌは、ＰＳＤ４０４の受光面の中心から各電極までの距離である。
【００６７】
Ｓ１では、ＣＰＵ１０８は、キャリブレーション回路４１２から入力されるＰＳＤ４０４の検出電圧より電極Ｘ１から出力される電流ＩＸ１、電極Ｘ２から出力される電流ＩＸ２、電極Ｙ１から出力される電流ＩＹ１、電極Ｙ２から出力される電流ＩＹ２をそれぞれ求め、上記数式１及び数式２に基づいて初期スポット形成位置ＰのＰＳＤ４０４の受光面上の位置Ｘｐ、Ｙｐを求めている。そして、ＣＰＵ１０８は、Ｘｐ及びＹｐが最小となるように（すなわち、初期スポット形成位置がＰＳＤ４０４の受光面の中心と略一致するように）、ステージ駆動モータ４１０を駆動し、ＸＹＺステージ４０８をＸ方向及びＹ方向に移動させる。しかし、上述したように、本実施形態のＸＹＺステージ４０８は移動分解能を有し、また実際にはステージ駆動モータ４１０のバックラッシュ等も存在し、さらにこれらの誤差要因がリレーレンズユニット４０６によって拡大されるため、励起光のスポットをＰＳＤ４０４の受光面の中心に正確に一致させることは困難である。そこで、本実施形態においては、ＰＳＤ４０４上における励起光の走査領域（直径５ｍｍ）よりも十分に大きな受光面（１０ｍｍ×１０ｍｍ）を有するＰＳＤ４０４を使用している。
【００６８】
図９は、Ｓ１によってＸＹ調整が行われたときの様子を示す図である。なお、説明の便宜上、図９においては、初期スポット形成位置Ｐが、ＰＳＤ４０４の受光面の中心Ｏに移動した状態を示している。初期スポット形成位置Ｐが、ＰＳＤ４０４の受光面の中心Ｏに移動すると、励起光の走査領域Ｔは、受光面の中心Ｏを中心とする直径５ｍｍの領域となる。そして、ＰＳＤ４０４の受光面は、励起光の走査領域Ｔに比較して十分に大きく、走査領域Ｔを囲む斜線部の領域（幅約２．５ｍｍに相当する領域）は、ＸＹ方向調整時の調整代αとして機能するようになっている。すなわち、ステージ駆動モータ４１０のバックラッシュ等が発生したとしても、走査領域ＴはＰＳＤ４０４の受光面内に必ず収まるように構成されている。
【００６９】
（Ｚ調整）
図１０は、ＰＳＤ４０４の受光面をＺ方向に移動させたときの移動量ｚと、Ｘ方向の電流の総和（ＩＸ１＋ＩＸ２）及びＹ方向の電流の総和（ＩＹ１＋ＩＹ２）との関係を示すグラフである。ここで、Ｚ＝０は、リレーレンズユニット４０６の前側焦点Ｆ１と共焦点光学ユニット２０４の対物光学系２０４Ｄの焦点とが一致する時の位置である。図９に示すように、リレーレンズユニット４０６の前側焦点Ｆ１と共焦点光学ユニット２０４の対物光学系２０４Ｄの焦点とが一致すると、ＰＳＤ４０４の受光面において励起光が最も絞られ、Ｘ方向の電流の総和（ＩＸ１＋ＩＸ２）及びＹ方向の電流の総和（ＩＹ１＋ＩＹ２）が極値をとる。そこで、Ｓ１では、Ｘ方向の電流の総和（ＩＸ１＋ＩＸ２）及びＹ方向の電流の総和（ＩＹ１＋ＩＹ２）を、励起光のビーム径を表す指標として用い、Ｚ調整をおこなっている。具体的には、ＣＰＵ１０８は、キャリブレーション回路４１２から出力されるＰＳＤ４０４の検出電圧より電極Ｘ１から出力される電流ＩＸ１、電極Ｘ２から出力される電流ＩＸ２、電極Ｙ１から出力される電流ＩＹ１、電極Ｙ２から出力される電流ＩＹ２をそれぞれ求め、Ｘ方向の電流の総和（ＩＸ１＋ＩＸ２）及びＹ方向の電流の総和（ＩＹ１＋ＩＹ２）を求める。そして、ＣＰＵ１０８は、Ｘ方向の電流の総和（ＩＸ１＋ＩＸ２）及びＹ方向の電流の総和（ＩＹ１＋ＩＹ２）が共に極値をとるように（すなわち、リレーレンズユニット４０６の前側焦点Ｆ１と共焦点光学ユニット２０４の対物光学系２０４Ｄの焦点とが略一致するように）、ステージ駆動モータ４１０を駆動し、ＸＹＺステージ４０８をＺ方向に沿って移動させる。
【００７０】
このように、Ｓ１では、ケース４０２をＸ、Ｙの各方向に移動させるＸＹ調整、およびケース４０２をＺの各方向に移動させるＺ調整が行われ、初期スポット形成位置がＰＳＤ４０４の受光面の中心と略一致し、かつ、リレーレンズユニット４０６の前側焦点Ｆ１と共焦点光学ユニット２０４の対物光学系２０４Ｄの焦点とが略一致するよう調整される。なお、上記では、説明の便宜上、ＸＹ調整、Ｚ調整の順で説明したが、Ｚ調整、ＸＹ調整の順に行うことも可能である。Ｚ調整をＸＹ調整よりも先に行うと、励起光のスポットを絞った状態でＸＹ調整を行うことができるため、対物光学系２０４Ｄやリレーレンズユニット４０６の収差、対物光学系２０４Ｄの傾き、共焦点光学ユニット２０４の取り付け誤差等の影響を受け難く、ＸＹ調整を高精度に行うことが可能となる。次いで、処理は、Ｓ２に進む（図７）。
【００７１】
Ｓ２では、ＣＰＵ１０８は、二軸アクチュエータ２０４Ｃに一律に決められた（すなわち、デフォルトの）交流電圧Ｘ及びＹを印加して光ファイバ２０２の先端２０２ａを回転させ、ＰＳＤ４０４の受光面上を渦巻状に走査する励起光の走査軌跡を検出する。図１１は、二軸アクチュエータ２０４Ｃにデフォルトの交流電圧Ｘ及びＹを印加したときの励起光の走査軌跡を示す図である。上述したように、走査型共焦点内視鏡システム１は製品固有特性を有するため、デフォルトの交流電圧Ｘ及びＹを印加した状態では、図３に示したような理想的な走査軌跡とはならず、例えば、楕円状に歪んだ走査軌跡となる。次いで、処理は、Ｓ３に進む。
【００７２】
Ｓ３では、ＣＰＵ１０８は、Ｓ２で検出された励起光の走査軌跡を評価し、規定の公差内の走査軌跡であるか否か（すなわち、許容できる走査軌跡であるか否か）を判断する。規定の公差は、許容できる画像の歪み量等から予め定められており、ＣＰＵ１０８は、Ｓ２で検出された励起光の走査軌跡から、走査領域の大きさ、形状（真円度）、走査速度等について評価する。Ｓ３において、公差内であると判断された場合（Ｓ３：ＹＥＳ）、処理は、Ｓ５に進み、公差内にないと判断された場合（Ｓ３：ＮＯ）、処理は、Ｓ４に進む。
【００７３】
Ｓ４では、ＣＰＵ１０８は、二軸アクチュエータ２０４Ｃに印加する交流電圧Ｘ及びＹの調整パラメータ（走査パラメータ）を変更する。具体的には、ＣＰＵ１０８は、Ｓ３における励起光の走査軌跡の評価結果に基づいて、交流電圧Ｘ及びＹの周波数を共焦点光学ユニット２０４の共振周波数（具体的には、片持ち支持された光ファイバの先端部の共振周波数）と一致するように調整して、共焦点光学ユニット２０４の駆動効率を上げる。また、走査軌跡の大きさに問題がある場合には交流電圧Ｘ及びＹの周波数を調整して、走査軌跡を拡大又は縮小する。また、走査軌跡の形状に問題がある場合には交流電圧Ｘ及びＹの位相を調整して、走査軌跡の形状を変更する。ＣＰＵ１０８は、Ｓ３において公差内であると判断されるまでＳ２からＳ４までの処理を繰り返し実行する。その結果、Ｓ２で検出された励起光の走査軌跡は、図１２に示すような理想的な走査軌跡となるように調整される。走査パラメータを調整する処理Ｓ４の詳細については後述する。
【００７４】
Ｓ５では、ＣＰＵ１０８は、Ｓ４によって調整された走査軌跡について、各サンプリング点と内視鏡画像の画素位置（画素アドレス）との対応関係を求めて新たなリマップテーブルを作成する。そして、作成したリマップテーブルをＳ４によって調整された調整パラメータ（すなわち、交流電圧Ｘ及びＹの振幅、位相、周波数）と共にＣＰＵメモリ１１０に格納し、本キャリブレーションプログラムを終了する。なお、Ｓ５において、ＣＰＵメモリ１１０に格納されたリマップテーブル及び調整パラメータは、新たなキャリブレーションが行われるまで、繰り返し使用される。
【００７５】
次に、走査パラメータを調整する処理Ｓ４の詳細について説明する。図１３は、処理Ｓ４の手順の概略を示すフローチャートである。走査パラメータを調整する処理Ｓ４は、交流電圧Ｘ及びＹの周波数ｆ（すなわち、二軸アクチュエータ２０４Ｃの駆動周波数ｆ）を調整する処理Ｓ１０、交流電圧Ｘと交流電圧Ｙの位相差を調整する処理Ｓ３０、交流電圧Ｘと交流電圧Ｙの振幅を調整する処理Ｓ５０、合否判定処理Ｓ８０及びセトリング期間を調整する処理Ｓ９０を含んでいる。Ｓ１０、Ｓ３０及びＳ５０により励起光の走査軌跡の形状及び大きさが調整された後、Ｓ８０により走査軌跡が適正に調整されているか否かが判定され、Ｓ８０の判定に合格した後、Ｓ９０が行われる。以下に、Ｓ４の各処理の詳細を説明する。
【００７６】
まず、交流電圧Ｘ及びＹの周波数を調整する処理Ｓ１０について説明する。上述のように、本実施形態の共焦点光学ユニット２０４では、交流電圧Ｘ及びＹの周波数が、光ファイバの先端部の共振周波数帯に設定される。これにより、二軸アクチュエータ２０４Ｃの振動を光ファイバの先端部に効率的に伝達することが可能になる。交流電圧Ｘ及びＹの周波数が光ファイバの先端部の共振周波数帯から外れると、光ファイバの先端部は殆ど駆動されず、その結果、励起光が十分な振幅で走査されず、キャリブレーションを行うことができない。そのため、走査パラメータを調整する処理Ｓ４においては、Ｓ１０が最初に行われて、必要な走査軌跡の大きさが確保される。
【００７７】
Ｓ１０では、光ファイバの先端部の共振周波数を検出して、二軸アクチュエータ２０４Ｃの駆動周波数ｆの設定値を検出した共振周波数に変更する処理が行われる。共振周波数の検出は、二軸アクチュエータ２０４Ｃの駆動周波数ｆを変えながら走査軌跡の大きさを評価し、走査軌跡の大きさが最大となった周波数を共振周波数とみなして、この値を駆動周波数ｆに設定する。共振周波数の帯域幅は数Ｈｚ程度と狭いため、１Ｈｚ間隔で周波数を変えながら走査軌跡の大きさを評価する必要がある。また、共焦点光学ユニット２０４の共振周波数は、個体差が大きく、１ｋＨｚ程度のバラツキがあるため、１ｋＨｚの範囲にわたって周波数を振って走査軌跡の大きさを評価する必要がある。しかしながら、数ｋＨｚの周波数範囲にわたって１Ｈｚ間隔で走査軌跡の大きさを評価するには、膨大な時間を要する。そこで、本実施形態では、共振周波数の検出を、周波数の範囲及び間隔を変えて、３段階に分けて行うことで、効率的に共振周波数を検出できるようになっている。
【００７８】
図１４は、処理Ｓ１０の手順を示すフローチャートである。Ｓ１０では、まずバッファ（メモリ）が初期化され、カウンタｋが１に設定される（Ｓ１１）。カウンタｋは、共振周波数を検出する処理の段階を示すパラメータである。本実施形態は、第１段階では、１ｋＨｚの周波数範囲について走査軌跡の大きさが５０Ｈｚ間隔で評価される。第２段階では、第１段階において走査軌跡の大きさが最大となった周波数を含む２００Ｈｚの周波数範囲について、１０Ｈｚ間隔で走査軌跡の大きさが評価される。最後の第３段階では、第２段階において走査軌跡の大きさが最大となった周波数を含む２０Ｈｚの周波数範囲について、１Ｈｚ間隔で走査軌跡の大きさが評価される。
【００７９】
次に、第ｋ段階における周波数範囲の初期値ｆ０（ｋ）に駆動周波数ｆが設定され（Ｓ１２）、二軸アクチュエータ２０４Ｃが駆動されて、ＰＳＤ４０４を用いて励起光の１周期分の走査軌跡が取得される（Ｓ１３）。上述のように、ＰＳＤ４０４の検出電流から得られる励起光の位置情報は、初期スポット形成位置（共焦点光学ユニット２０４停止時の励起光のスポット位置）を原点とする直交座標系（ＸＹ座標系）の座標値Ｘｐ、Ｙｐとなる。本実施形態では励起光が渦巻状の軌跡を描くように走査されるため、直交座標値Ｘｐ、Ｙｐが螺旋状の軌跡の処理に適した極座標値ｒ、θに変換される（Ｓ１４）。そして、極座標値ｒの最大値ｒｍａｘが抽出され（Ｓ１５）、バッファに記録された値ｒｒｅｃ（それまでの極座標値ｒの最大値）と比較される（Ｓ１６）。ｒｍａｘがｒｒｅｃよりも大きければ（Ｓ１６：ＹＥＳ）、ｒｍａｘ及び駆動周波数ｆがバッファに上書き保存されて（Ｓ１７）、処理がＳ１８に移る。ｒｍａｘがｒｒｅｃ以下であれば、バッファを書き換えずに、処理がＳ１８に移る。
【００８０】
Ｓ１８では、二軸アクチュエータ２０４Ｃの駆動周波数ｆに所定値Δｆ（ｋ）が加算される。Δｆ（ｋ）は、走査軌跡の大きさを評価する周波数の間隔である。上述のように、本実施形態では、第１段階（ｋ＝１）はΔｆ（１）＝５０Ｈｚ、第２段階（ｋ＝２）はΔｆ（２）＝１０Ｈｚ、第３段階（ｋ＝３）はΔｆ（３）＝１Ｈｚに設定されている。
【００８１】
次に、駆動周波数ｆが所定の調整範囲外に達したか否かが判定される（Ｓ１９）。駆動周波数ｆが調整範囲内であれば（Ｓ１９：ＮＯ）、処理はＳ１３に戻り、再び励起光の１周期分の走査軌跡が取得される。駆動周波数ｆが調整範囲外に達していれば（Ｓ１９：ＹＥＳ）、カウンタｋがインクリメントされ（Ｓ２０）、インクリメント後のカウンタｋの値がｎ（カウンタｋの上限値）を超えているか否かが判定される（Ｓ２１）。カウンタｋの値がｎ以下であれば（Ｓ２１：ＮＯ）、処理はＳ１２に戻り、駆動周波数ｆがインクリメント後のカウンタｋに対応する周波数範囲の初期値ｆ０（ｋ）に設定される。初期値ｆ０（ｋ）（但し、ｋ≠１）は、一つ前の段階のサーチで振幅が最大となった周波数ｆｒｅｃよりも少し小さな値（例えば、ｆｒｅｃ−２×Δｆ（ｋ））に設定される。また、Ｓ２１において、カウンタｋの値がｎを超えていれば（Ｓ２１：ＹＥＳ）、バッファに保存された周波数ｆｒｅｃが読み取られて、駆動周波数ｆの値がｆｒｅｃに変更される（Ｓ２２）。そして、Ｓ１０が終了し、処理はＳ３０に移る。
【００８２】
Ｓ３０では、励起光の走査軌跡が略真円となるように、交流電圧Ｘと交流電圧Ｙの位相差φが調整される。具体的には、交流電圧Ｘに対する交流電圧Ｙの位相差φを変化させながら、二軸アクチュエータ２０４Ｃが駆動され、励起光の走査軌跡が真円に最も近づく位相差φｏｐｔが検出される。そして、位相差φの値にφｏｐｔが設定される。
【００８３】
図１５は、Ｓ３０の手順を示すフローチャートである。Ｓ３０では、まず位相差φが所定の初期値φ０に設定される（Ｓ３１）。なお、本実施形態では、所定の調整範囲（例えばπ／４から３／４πまでの範囲）で所定値Δφ（例えばπ／３２）ずつ位相差φを変化させながら走査軌跡の真円度の評価を行い、励起光の走査軌跡が略真円となる位相差φをサーチする。すなわち、位相差の初期値φ０としてπ／４が設定される。
【００８４】
次いで、二軸アクチュエータ２０４Ｃが駆動されて、ＰＳＤ４０４を用いて励起光の１周期分の走査軌跡が取得される（Ｓ３２）。次に、直交座標値Ｘｐ、Ｙｐで与えられる走査軌跡が極座標値ｒ、θに変換される（Ｓ３３）。そして、振幅ｒの最大値ｒｍａｘが検索され（Ｓ３４）、ｒｍａｘを与えるθｍａｘを中心とする１ターン分の走査軌跡が抽出される（Ｓ３５）。次にＳ３５で抽出された１ターン分の走査軌跡の振幅ｒの分散値が計算される（Ｓ３６）。走査軌跡の形状が真円に近いほど振幅ｒの分散値は小さくなるため、ここでは振幅ｒの分散値が走査軌跡の真円度の指標として使用される。次に、バッファに保存されている値Ｖｒｅｃが読み出され、Ｓ３６で計算された振幅ｒの分散値ＶがＶｒｅｃよりも小さいか否かが判定される（Ｓ３７）。ＶがＶｒｅｃよりも小さければ（Ｓ３７：ＹＥＳ）、分散値Ｖ及び位相差φがバッファに上書き保存されて（Ｓ３８）、処理がＳ３９に移る。ＶがＶｒｅｃ以上であれば、バッファを書き換えずに、処理がＳ３９に移る。
【００８５】
次に、交流電圧Ｘに対する交流電圧Ｙの位相差φに所定値Δφが加算され（Ｓ３９）、加算後の位相差φが調整範囲外に達したか否かが判定される（Ｓ４０）。位相差φが調整範囲内であれば（Ｓ４０：ＮＯ）、処理はＳ３２に戻り、再び励起光の１周期分の走査軌跡が取得される。位相差φが調整範囲外に達していれば（Ｓ４０：ＹＥＳ）、バッファに保存された位相差φｒｅｃが読み取られて、位相差φの値がφｒｅｃに変更される（Ｓ４１）。そして、Ｓ１０が終了し、処理はＳ５０に移る。
【００８６】
Ｓ５０では、励起光の走査軌跡の大きさ及び形状が所定範囲内となるように、交流電圧Ｘと交流電圧Ｙの振幅が調整される。図１６は、Ｓ５０の手順を示すフローチャートである。Ｓ５０では、まず交流電圧Ｘ、Ｙの値が調整範囲内であるか否かが判定される（Ｓ５１）。交流電圧Ｘ、Ｙのいずれかが調整範囲から外れていれば（Ｓ５１：ＮＧ）、交流電圧Ｘ、Ｙをバッファに保存されている値に変更して（Ｓ５２）、Ｓ５０は終了する。なお、バッファに交流電圧Ｘ、Ｙのデータが保存されていない場合は、現在の設定値をそのまま保持する。
【００８７】
交流電圧Ｘ、Ｙの値が調整範囲内であれば（Ｓ５１：ＯＫ）、二軸アクチュエータ２０４Ｃが駆動されて、ＰＳＤ４０４を用いて励起光の１周期分の走査軌跡が取得される（Ｓ５３）。次に、直交座標値Ｘｐ、Ｙｐで与えられる走査軌跡が極座標値ｒ、θに変換される（Ｓ５４）。次に、図１７に示す８方向（θ＝０、π／４、π／２、３π／４、π、５π／４、３π／２、７π／４）における走査軌跡の振幅ｒが抽出される（Ｓ５５）。次に、抽出された８方向の振幅について合否判定が行われる（Ｓ５６）。Ｓ５６では、次の２条件を満足するか否かが判断される。
・第１条件：  ８方向の振幅が目標値ｒｔａｒｇｅｔ以上であること
・第２条件：  ８方向の振幅差が所定値以下であること
第１及び第２条件が共に満たされる場合に合格と判定され（Ｓ５６：ＯＫ）、交流電圧Ｘ、Ｙの振幅を調整する処理Ｓ５０が終了する。また、第１及び第２条件のいずれか一方でも満たされない場合は不合格と判定され（Ｓ５６：ＮＧ）、処理がＳ５７に進む。
【００８８】
Ｓ５７では、走査軌跡のＸ軸方向（θ＝０）における振幅ｒＸとＹ軸方向（θ＝π／２）における振幅ｒＹとの差分Δｒ（＝ｒＸ−ｒＹ）の符号が正であるか否か、すなわち、Ｙ軸方向よりもＸ軸方向の振幅が大きいか否かが判定される。Δｒが正（すなわちｒＸ＞ｒＹ）の場合は、処理はＳ５８に進み、Δｒが０又は負（すなわちｒＸ≦ｒＹ）の場合は、処理がＳ６５に進む。
【００８９】
Ｓ５８では、走査軌跡のＸ軸方向とＹ軸方向の振幅の差分Δｒの絶対値が、バッファに記録された値Δｒｒｅｃの絶対値よりも小さいか否かが判定される。│Δｒ│が│Δｒｒｅｃ│よりも小さい場合は（Ｓ５８：ＹＥＳ）、交流電圧Ｘ及びΔｒをバッファに上書き保存して（Ｓ５９）、処理がＳ６０に進む。また、│Δｒ│が│Δｒｒｅｃ│よりも大きい場合は（Ｓ５８：ＮＯ）、バッファを書き換えずに、処理がＳ６０に移る。
【００９０】
Ｓ６０では、走査軌跡のＸ軸方向における振幅ｒＸが目標値ｒｔａｒｇｅｔを上回っているか否かが判定される。振幅ｒＸが目標値ｒｔａｒｇｅｔを上回っていれば（Ｓ６０：ＹＥＳ）、処理がＳ６１へ移る。振幅ｒＸが目標値ｒｔａｒｇｅｔ以下であれば（Ｓ６０：ＮＯ）、交流電圧Ｘ、Ｙの調整処理Ｓ６４が行われる。この場合には、走査軌跡のＸ軸方向の振幅ｒＸ及びＹ軸方向の振幅ｒＹが共に目標値ｒｔａｒｇｅｔ以下となっているため、交流電圧Ｘ及びＹの両方が増加される。具体的には、交流電圧Ｘについては所定の単位電圧調整量ΔＸの１単位分だけ増加され、交流電圧Ｙについては所定の単位電圧調整量ΔＹの２単位分だけ増加される。Ｙ軸方向はＸ軸方向よりも走査軌跡の振幅が小さいため、交流電圧Ｙの調整量が交流電圧Ｘの調整量よりも大きく設定されている。
【００９１】
Ｓ６１では、走査軌跡のＹ軸方向における振幅ｒＹが目標値ｒｔａｒｇｅｔを上回っているか否かが判定される。振幅ｒＹが目標値ｒｔａｒｇｅｔを上回っていれば（Ｓ６１：ＹＥＳ）、交流電圧Ｘ、Ｙの調整処理Ｓ６２が行われ、振幅ｒＸが目標値ｒｔａｒｇｅｔ以下であれば（Ｓ６１：ＮＯ）、交流電圧Ｘ、Ｙの調整処理Ｓ６３が行われる。
【００９２】
Ｓ６２では、振幅ｒＸが大きすぎるためにＳ５６において第２条件が満たされなかった可能性が高いため、交流電圧Ｘのみについて、単位電圧調整量ΔＸの１単位分だけ減少する調整が行われる。
【００９３】
Ｓ６３では、振幅ｒＹのみが目標値ｒｔａｒｇｅｔを下回っているため、交流電圧Ｙのみについて、単位電圧調整量ΔＹの１単位分だけ増加する調整が行われる。
【００９４】
次に、走査軌跡のＸ軸方向の振幅よりもＹ軸方向の振幅が大きいと判定された場合（Ｓ５７：ＮＯ）の処理を説明する。Ｓ６５では、Ｓ５８と同様に、走査軌跡のＸ軸方向とＹ軸方向の振幅の差分Δｒの絶対値が、バッファに記録された値Δｒｒｅｃの絶対値よりも小さいか否かが判定される。│Δｒ│が│Δｒｒｅｃ│よりも小さい場合は（Ｓ６５：ＹＥＳ）、交流電圧Ｙ及びΔｒがバッファに上書き保存され（Ｓ６６）、処理はＳ６７へ移る。また、│Δｒ│が│Δｒｒｅｃ│よりも大きい場合は（Ｓ６５：ＮＯ）、バッファを書き換えずに、処理はＳ６７へ移る。
【００９５】
Ｓ６７では、走査軌跡のＹ軸方向における振幅ｒＹが目標値ｒｔａｒｇｅｔを上回っているか否かが判定される。振幅ｒＹが目標値ｒｔａｒｇｅｔを上回っていれば（Ｓ６７：ＹＥＳ）、処理はＳ６８へ移り、振幅ｒＸが目標値ｒｔａｒｇｅｔ以下であれば（Ｓ６７：ＮＯ）、交流電圧Ｘ、Ｙの調整処理Ｓ７１が行われる。
【００９６】
Ｓ７１では、走査軌跡のＸ軸方向の振幅ｒＸ及びＹ軸方向の振幅ｒＹが共に目標値ｒｔａｒｇｅｔ以下となっているため、交流電圧Ｘ及びＹの両方が増加される。具体的には、交流電圧Ｘについては単位電圧調整量ΔＸの２単位分だけ増加され、交流電圧Ｙについては単位電圧調整量ΔＹの１単位分だけ増加される。Ｘ軸方向はＹ軸方向よりも走査軌跡の振幅が小さいため、交流電圧Ｘの調整量が交流電圧Ｙの調整量よりも大きく設定されている。
【００９７】
Ｓ６８では、走査軌跡のＸ軸方向における振幅ｒＸが目標値ｒｔａｒｇｅｔを上回っているか否かが判定される。振幅ｒＸが目標値ｒｔａｒｇｅｔを上回っていれば（Ｓ６８：ＹＥＳ）、交流電圧Ｘ、Ｙの調整処理Ｓ６９が行われ、振幅ｒＸが目標値ｒｔａｒｇｅｔ以下であれば（Ｓ６８：ＮＯ）、交流電圧Ｘ、Ｙの調整処理Ｓ７０が行われる。
【００９８】
Ｓ６９では、振幅ｒＹが大き過ぎるためにＳ５６において第２条件が満たされなかった可能性が高いため、交流電圧Ｙのみについて、単位電圧調整量ΔＹの１単位分だけ減少する調整が行われる。
【００９９】
Ｓ７０は、振幅ｒＸのみが目標値ｒｔａｒｇｅｔを下回っているため、交流電圧Ｘのみについて、単位電圧調整量ΔＸの１単位分だけ増加する調整が行われる。
【０１００】
交流電圧Ｘ、Ｙの調整処理Ｓ６２〜Ｓ６４及びＳ６９〜Ｓ７１が完了すると、処理はＳ５１に戻る。
【０１０１】
図１３に示すように、Ｓ５０の次に合否判定処理Ｓ８０が行われる。合否判定処理Ｓ８０では、まず二軸アクチュエータ２０４Ｃが駆動されて、ＰＳＤ４０４を用いて励起光の１周期分の走査軌跡が取得され（Ｓ８１）、直交座標値Ｘｐ、Ｙｐで与えられる走査軌跡が極座標値ｒ、θに変換される（Ｓ８２）。
【０１０２】
次に、走査径の合否判定Ｓ８３が行われる。Ｓ８３では、渦巻状の走査軌跡の最外周の１ターン分のデータが抽出され、最外周の全点において振幅が目標値ｒｔａｒｇｅｔを上回っているか否かが判定される。最外周の全点において振幅が目標値ｒｔａｒｇｅｔを上回っていれば、合格と判定され（Ｓ８３：ＯＫ）、処理は真円度判定Ｓ８４へ移る。最外周のいずれか１点でも振幅が目標値ｒｔａｒｇｅｔ以下であれば、不合格と判定さる（Ｓ８３：ＮＧ）。この場合は、周波数の調整不良が不合格の原因となった可能性があるため、処理は周波数調整処理Ｓ１０へ戻る。
【０１０３】
真円度判定Ｓ８４では、走査軌跡の最外周の１ターン分の振幅について分散値が計算され、所定の上限値以下であるか否かが判定される。また、走査軌跡の振幅の分散値が上限値以下であれば、合格と判定され（Ｓ８４：ＯＫ）、処理はセトリング期間調整処理Ｓ９０へ移る。走査軌跡の振幅の分散値が上限値を超えていれば、不合格と判定され（Ｓ８４：ＮＧ）、処理は位相調整処理Ｓ３０へ戻る。
【０１０４】
セトリング期間調整処理Ｓ９０は、上述のように、サンプリング期間、ブレーキング期間及びセトリング期間からなる走査期間の周期がビデオ信号のフレームレートＦと整合するように、セトリング期間の長さを調整する処理である。
【０１０５】
サンプリング期間、ブレーキング期間及びセトリング期間の長さを、それぞれＴ１、Ｔ２、Ｔ３とすると、走査期間の周期はＴ１＋Ｔ２＋Ｔ３となる。一方、ビデオ信号のフレームの周期は、フレームレートＦを用いて、１／Ｆと表される。従って、走査期間の周期がビデオ信号のフレームの周期と一致する場合には、次の数式３が成立するため、セトリング期間の長さＴ３は、数式３から導出される数式４によって表される。
【０１０６】
【数３】
2014147462.tif 000005
【０１０７】
【数４】
2014147462.tif 000006
【０１０８】
なお、本実施形態においては、サンプリング期間、ブレーキング期間及びセトリング期間の長さが、二軸アクチュエータ２０４Ｃの駆動周期Ｔｆ（＝１／ｆ）を基本単位とする相対値として設定される。例えば、サンプリング期間の長さは５００Ｔｆと設定される。フレームレートＦ、サンプリング期間の周期Ｔ１及びブレーキング期間の周期Ｔ２は予め設定されており、また、二軸アクチュエータ２０４Ｃの駆動周期Ｔｆは、周波数調整処理Ｓ１０において設定される二軸アクチュエータ２０４Ｃの駆動周波数ｆから得られるため、上記の数式４によりセトリング期間の周期Ｔ３が計算される。
【０１０９】
以上が本発明の実施形態の説明であるが、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、技術的思想の範囲内において様々な変形が可能である。例えば、上記の実施形態では、走査パラメータの調整処理Ｓ４において、交流電圧Ｘと交流電圧Ｙの位相差を調整する処理（位相調整処理）Ｓ３０が完了した後で、交流電圧Ｘと交流電圧Ｙの振幅を調整する処理（振幅調整処理）Ｓ５０が行われる構成が採用されているが、位相調整処理Ｓ３０と振幅調整処理Ｓ５０を行う順序は上記実施形態の逆にしてもよい。また、走査径の合否判定Ｓ８３を行う前に、位相調整処理Ｓ３０と振幅調整処理Ｓ５０とを交互に繰り返して実行する（例えば、位相調整処理Ｓ３０又は振幅調整処理Ｓ５０を少なくとも２回実行する）構成にしてもよい。交流電圧Ｘ、Ｙの位相と振幅の間には一定の相関があるため、一方のパラメータを調整すると、他方のパラメータが影響を受けて多少変化する。そのため、位相調整処理Ｓ３０と振幅調整処理Ｓ５０とを交互に繰り返して行うことにより、より確実かつ正確な調整が可能になる。また、位相調整処理Ｓ３０と振幅調整処理Ｓ５０を統合して（すなわち、走査軌跡取得処理Ｓ３２とＳ５３を併合して）、位相と振幅とを交互に少しずつ変化させながら、並行して調整を進める構成としてもよい。位相と振幅の相関が大きい場合には、この構成によりパラメータ調整の効率が向上する。
【０１１０】
本実施形態においては、ＣＰＵ１０８がキャリブレーションプログラムを実行するものとして説明したが、この構成に限定されるものではなく、キャリブレーション回路４１２でキャリブレーションプログラムを実行する構成としてもよい。この場合、キャリブレーション回路４１２は、ＣＰＵ１０８との通信によって、二軸アクチュエータ２０４Ｃの制御や調整パラメータの変更等を行うように構成される。
【０１１１】
また、本実施形態のキャリブレーションプログラムのＳ１では、光ファイバ２０２の回転駆動を停止した状態でＸＹ調整及びＺ調整を行うように構成したが、例えば、制動期間中の励起光のスポット位置を初期スポット形成位置として検出すれば、光ファイバ２０２を回転駆動した状態であってもＸＹ調整及びＺ調整を行うことが可能となる。
【０１１２】
また、本発明が適用可能なシステムは、本実施形態で説明した走査型共焦点内視鏡システムに限らない。リレーレンズユニット４０６によって拡大された走査領域をＰＳＤ４０４によって受光できればよく、一般的な走査型内視鏡システムに適用することが可能である。例えば走査領域の水平方向を往復走査するラスタスキャン方式や、走査領域を正弦波的に走査するリサージュスキャン方式等を採用する走査型内視鏡システムにも本発明を適用してもよい。
【０１１３】
また、本実施形態の共焦点光学ユニット２０４は、共焦点内視鏡２００の先端部に組み込まれた構成としたが、共焦点光学ユニット２０４は、例えば、内視鏡の処置具挿通チャンネルに挿通されて使用される共焦点プローブに組み込まれてもよい。
【０１１４】
また、キャリブレーション装置４００に搭載される位置検出素子はＰＳＤに限らない。ＰＳＤ４０４は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やアレイ型ＰＭＴ（Photomultiplier Tube）等の位置及び光量が検出可能な他の素子に置き換えてもよい。
【符号の説明】
【０１１５】
１  走査型共焦点内視鏡システム
１００  システム本体
１０２  光源
１０４  光分波合波器
１０６  ダンパ
１０８  ＣＰＵ
１１０  ＣＰＵメモリ
１１２  光ファイバ
１１４  受光器
１１６  映像信号処理回路
１１８  画像メモリ
１２０  映像信号出力回路
２００  共焦点プローブ
２０２  光ファイバ
２０４  共焦点光学ユニット
２０６  サブＣＰＵ
２０８  サブメモリ
２１０  走査ドライバ
４００  キャリブレーション装置
４０２  ケース
４０４  ＰＳＤ
４０５  ＰＳＤ基板
４０６  リレーレンズユニット
４０８  ＸＹＺステージ
４１０  ステージ駆動モータ
４１２  キャリブレーション回路
【図１】
2014147462.tif 000007
【図２】
2014147462.tif 000008
【図３】
2014147462.tif 000009
【図４】
2014147462.tif 000010
【図５】
2014147462.tif 000011
【図６】
2014147462.tif 000012
【図７】
2014147462.tif 000013
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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