(57)【要約】【課題】照明光の照射位置を容易に確認可能な走査型共焦点内視鏡システムのキャリブレーション装置を提供することである。【解決手段】走査型共焦点内視鏡システムのキャリブレーション装置が、光走査装置から出射した励起光の走査範囲を拡大するリレーレンズと、リレーレンズから出射した励起光の走査軌跡を検出する光検出手段と、励起光が入射したときに蛍光を発する蛍光発光体と、リレーレンズ及び光検出手段を光走査装置に対して相対的に移動させる移動手段と、検出された走査軌跡が基準の走査軌跡となるように励起光の走査パラメータを補正する補正手段とを備え、リレーレンズは、後側焦点が受光面の中心の位置に略一致するように配置され、移動手段は、共焦点画像に表示される蛍光に基づいて、リレーレンズの前側焦点の位置が励起光の集光点に略一致し、かつ励起光の走査範囲が受光面内に収まるようにリレーレンズ及び光検出手段を移動する。【選択図】図６
2014018556.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの所定波長の励起光を、被写体上で所定の走査範囲内で周期的に走査させる光走査装置を備え、前記光走査装置から出射した励起光により励起された被写体から発生する蛍光を受光し、共焦点画像を表示する走査型共焦点内視鏡システムのキャリブレーション装置であって、
前記光走査装置から出射した励起光が入射し、前記走査範囲を拡大するリレーレンズと、
前記リレーレンズから出射した励起光を前記リレーレンズの光軸に対し垂直に配置された受光面で受光し、該受光した励起光の受光面上での走査軌跡を検出する光検出手段と、
前記受光面と光学的に等価な位置に配置され、前記リレーレンズから出射した励起光が入射したときに蛍光を発する蛍光発光体と、
前記リレーレンズ及び前記光検出手段を前記光走査装置に対して相対的に移動させる移動手段と、
前記光検出手段によって検出された走査軌跡が基準の走査軌跡となるように前記光走査装置から出射する励起光の走査パラメータを補正する補正手段と、
を備え、
前記リレーレンズは、該リレーレンズの後側焦点が、前記受光面の中心の位置に略一致するように配置されており、
前記移動手段は、前記共焦点画像に表示される前記蛍光発光体の蛍光に基づいて、前記リレーレンズの前側焦点の位置が前記光走査装置から出射した励起光の集光点に略一致し、かつ前記リレーレンズから出射した励起光の走査範囲が、前記受光面内に収まるように前記リレーレンズ及び前記光検出手段を移動する
ことを特徴とするキャリブレーション装置。
【請求項２】
前記蛍光発光体は、前記受光面の中心と等価な位置を示す指標部を含み、
前記移動手段は、前記リレーレンズから出射した励起光の走査範囲の中心が、前記受光面の中心と略一致するように、前記リレーレンズ及び前記光検出手段を移動することを特徴とする請求項１に記載のキャリブレーション装置。
【請求項３】
前記指標部は、前記受光面の中心と等価な位置において前記リレーレンズの光軸と直交し、かつ互いに直交する２つの直線によって形成された十字状の指標であることを特徴とする請求項２に記載のキャリブレーション装置。
【請求項４】
前記十字状の指標が、実線で形成されていることを特徴とする請求項３に記載のキャリブレーション装置。
【請求項５】
前記十字状の指標が、破線で形成されていることを特徴とする請求項３に記載のキャリブレーション装置。
【請求項６】
前記指標部は、前記受光面と等価な面内に離散的に配置された所定の形状を有する複数の指標を備えることを特徴とする請求項２に記載のキャリブレーション装置。
【請求項７】
前記指標部は、前記受光面の中心からの距離を示す距離指標を備えることを特徴とする請求項２から請求項６のいずれか一項に記載のキャリブレーション装置。
【請求項８】
前記距離指標は、前記受光面の中心からの距離に応じて前記十字状の指標と直交するように形成された目盛り状の指標であることを特徴とする請求項３から請求項５のいずれか一項を引用する請求項７に記載のキャリブレーション装置。
【請求項９】
前記距離指標は、前記受光面の中心からの距離に応じて形状の異なる指標であることを特徴とする請求項６を引用する請求項７に記載のキャリブレーション装置。
【請求項１０】
前記蛍光発光体は、前記受光面と等価な位置において前記受光面の周囲を取り囲むように形成された枠部を含み、
前記移動手段は、前記リレーレンズから出射した励起光の走査範囲が前記枠部にかからないように、前記リレーレンズ及び前記光検出手段を移動する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キャリブレーション装置。
【請求項１１】
前記蛍光発光体は、前記受光面と等価な位置において前記受光面と前記受光面の周囲とを覆い、前記リレーレンズから入射する励起光の一部を透過させることを特徴とする請求項１に記載のキャリブレーション装置。
【請求項１２】
前記蛍光発光体は、前記受光面の中心と等価な位置において互いに直交する２つの直線によって形成された蛍光を発しない指標部を備えることを特徴とする請求項１１に記載のキャリブレーション装置。
【請求項１３】
前記蛍光発光体は、方眼状に形成されていることを特徴とする請求項１１又は請求項１２に記載のキャリブレーション装置。
【請求項１４】
前記光検出手段は、前記受光面の前面にカバーガラスを備え、
前記蛍光発光体は、前記カバーガラスの前記受光面と対向する面上にコーティングされていることを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載のキャリブレーション装置。
【請求項１５】
前記蛍光発光体上に、該蛍光発光体で発生した蛍光を反射する蛍光反射コーティングが形成されていることを特徴とする請求項１４に記載のキャリブレーション装置。
【請求項１６】
前記リレーレンズと前記光検出手段との間に配置され、前記リレーレンズを介して入射した励起光を分割して前記光検出手段と前記蛍光発光体に出射すると同時に、前記蛍光発光体で発した蛍光を前記リレーレンズに向かって反射させるビームスプリッタを備えることを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載のキャリブレーション装置。
【請求項１７】
前記走査パラメータは、前記走査光の前記走査範囲を拡大又は縮小する第１のパラメータ、前記走査光の前記走査範囲の形状を変更する第２のパラメータ及び前記走査光の走査速度を変更する第３のパラメータの少なくとも１つを含む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キャリブレーション装置。
【請求項１８】
前記補正手段によって補正された前記拡大走査光の走査軌跡を所定のタイミングでサンプリングし、各サンプリング点に対して２次元のラスタ座標を割り当てるリマップテーブル作成手段を有することを特徴とする請求項１から請求項１７のいずれか一項に記載のキャリブレーション装置。
【請求項１９】
前記リレーレンズ、前記光検出手段及び蛍光発光体を単一の筐体内に収容したことを特徴とする請求項１から請求項１８のいずれか一項に記載のキャリブレーション装置。
【請求項２０】
前記筐体は、少なくとも前記光検出手段を外光から遮蔽することを特徴とする請求項１９に記載のキャリブレーション装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、所定波長の励起光を被写体に出射し、所定の走査範囲内で周期的に走査させる光走査装置を備え、光走査装置から出射した励起光により励起された被写体から発生する蛍光を受光し、共焦点画像を表示する走査型共焦点内視鏡システムのキャリブレーション装置に関する。
【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（例えば、特許文献１）。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】
また、近年、特許文献１に記載されているような走査型内視鏡システムを走査型共焦点内視鏡システムに適用することも提案されている（例えば、特許文献２）。走査型共焦点内視鏡システムは、薬剤が投与された生体組織にレーザ光を照射し、その生体組織から発せられる蛍光のうち、共焦点光学系の焦点位置と共役の位置に配置されたピンホールを介した成分のみを抽出することにより、その生体組織を、通常の内視鏡光学系によって得られる観察像より高倍率で観察可能にするものである。特許文献２に記載の走査型共焦点内視鏡システムは、生体組織の特定の狭小領域をレーザ光で２次元又は３次元に走査することで、通常の内視鏡光学系によって得られる観察像の倍率では観察できないような微小な対象物を観察したり、生体組織の断層部を観察したりすることができるように構成されている。
【０００４】
特許文献１又は２に記載されている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においては、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）している（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００８−５１４３４２号公報
【特許文献２】特開２０１１−２５５０１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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）中の照射スポットの位置を検出しながら、二軸アクチュエータへの印加電圧の振幅、位相、周波数等を調整し、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）している。しかしながら、このような手法は、特許文献１に記載の走査型内視鏡システムのように、比較的広い走査領域（例えば、直径１０ｍｍの走査領域）を走査する構成の走査型内視鏡システムにおいては有効であるが、特許文献２に記載の走査型共焦点内視鏡システムのように、狭小な走査領域（例えば、直径５００μｍの走査領域）を走査する構成の走査型共焦点内視鏡システムにおいては、ＰＳＤセンサの分解能の限界から、照射スポットの位置を正確に検出することができないといった問題がある。
【０００７】
また、走査パターンのキャリブレーションにおいては、照明光がＰＳＤの受光面上を走査するように（すなわち、走査軌跡がＰＳＤの受光面内に含まれるように）、光ファイバをＰＳＤに対して正確に位置決めすることが重要となる。光ファイバとＰＳＤの位置は、例えば、ＰＳＤによって得られる照射スポットの位置情報に基づいて自動で調整することも可能であるが、位置調整時に走査軌跡の一部がＰＳＤの受光面から外れているような場合等、照射スポットの位置情報が正確に得られない場合があるため、目視による確認ができる構成が望まれている。
【０００８】
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、狭小な走査領域を走査する構成の走査型内視鏡システムであっても走査パターン中の照射スポットの位置を正確に検出し、理想的な走査パターンが得られるように較正することができ、かつ照明光の照射位置を容易に確認可能なキャリブレーション装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するため、本発明のキャリブレーション装置は、光源からの所定波長の励起光を、被写体上で所定の走査範囲内で周期的に走査させる光走査装置を備え、光走査装置から出射した励起光により励起された被写体から発生する蛍光を受光し、共焦点画像を表示する走査型共焦点内視鏡システムのキャリブレーション装置であって、光走査装置から出射した励起光が入射し、走査範囲を拡大するリレーレンズと、リレーレンズから出射した励起光をリレーレンズの光軸に対し垂直に配置された受光面で受光し、該受光した励起光の受光面上での走査軌跡を検出する光検出手段と、受光面と光学的に等価な位置に配置され、リレーレンズから出射した励起光が入射したときに蛍光を発する蛍光発光体と、リレーレンズ及び光検出手段を光走査装置に対して相対的に移動させる移動手段と、光検出手段によって検出された走査軌跡が基準の走査軌跡となるように光走査装置から出射する励起光の走査パラメータを補正する補正手段と、を備え、リレーレンズは、該リレーレンズの後側焦点が、受光面の中心の位置に略一致するように配置されており、移動手段は、共焦点画像に表示される蛍光発光体の蛍光に基づいて、リレーレンズの前側焦点の位置が光走査装置から出射した励起光の集光点に略一致し、かつリレーレンズから出射した励起光の走査範囲が、受光面内に収まるようにリレーレンズ及び光検出手段を移動することを特徴とする。
【００１０】
このような構成によれば、光走査装置から出射された光の走査軌跡が、光検出手段上で、その分解能に影響されない程度に拡大されて受光されるため、狭小な走査領域を走査する構成の走査型内視鏡システムであっても、その走査軌跡を高い精度で検出することが可能となり、理想的な走査軌跡となるように較正することが可能となる。また、励起光が蛍光発光体に入射することによって発生する蛍光を共焦点画像上で確認することにより、リレーレンズから出射した励起光の走査範囲が、受光面内に収まっているか否かを容易に確認することが可能となる。
【００１１】
また、蛍光発光体は、受光面の中心と等価な位置に形成されて蛍光を発する指標部を含み、移動手段は、リレーレンズから出射した励起光の走査範囲の中心が、受光面の中心と略一致するように、リレーレンズ及び光検出手段を移動することができる。このような構成によれば、リレーレンズから出射した励起光の走査軌跡を位置検出精度の安定した受光面の中心部分で検出できる。
【００１２】
また、指標部は、受光面の中心と等価な位置においてリレーレンズの光軸と直交し、かつ互いに直交する２つの直線によって形成された十字状の指標であることが望ましい。この場合、十字状の指標が、実線又は破線で形成されていることが好ましい。また、指標部は、受光面と等価な面内に離散的に配置された所定の形状を有する複数の指標を備えてもよい。
【００１３】
また、指標部は、受光面の中心からの距離を示す距離指標を備えることができる。この場合、距離指標は、受光面の中心からの距離に応じて十字状の指標と直交するように形成された目盛り状の指標であることが好ましい。また、距離指標は、受光面の中心からの距離に応じて形状の異なる指標であってもよい。このような構成によれば、リレーレンズから出射した励起光の走査範囲の大きさを共焦点画像上で確認することが可能となる。
【００１４】
また、蛍光発光体は、受光面と等価な位置において受光面の周囲を取り囲むように形成された枠部を含み、移動手段は、リレーレンズから出射した励起光の走査範囲が枠部にかからないように、リレーレンズ及び光検出手段を移動することができる。
【００１５】
また、蛍光発光体は、受光面と等価な位置において受光面と受光面の周囲とを覆い、リレーレンズから入射する励起光の一部を透過させる構成とすることができる。この場合、蛍光発光体は、受光面の中心と等価な位置において互いに直交する２つの直線によって形成された蛍光を発しない指標部を備える構成としてもよい。また、蛍光発光体は、方眼状に形成されていることが望ましい。このような構成によれば、励起光の走査範囲が受光面のどの位置にあったとしても蛍光を観察することが可能となるため、光走査装置と光検出手段との位置合わせが極めて容易となる。
【００１６】
また、光検出手段は、受光面の前面にカバーガラスを備え、蛍光発光体は、カバーガラスの受光面と対向する面上にコーティングされている構成とすることができる。また、この場合、蛍光発光体上に、該蛍光発光体で発生した蛍光を反射する蛍光反射コーティングが形成されてもよい。このような構成によれば、蛍光発光体からの蛍光が受光面に入射することを防止できるため、光検出手段は、受光面に入射される励起光の位置を高い精度で検出することができる。
【００１７】
また、リレーレンズと光検出手段との間に配置され、リレーレンズを介して入射した励起光を分割して光検出手段と蛍光発光体に出射すると同時に、蛍光発光体で発した蛍光をリレーレンズに向かって反射させるビームスプリッタを備えることができる。
【００１８】
また、走査パラメータは、走査光の走査範囲を拡大又は縮小する第１のパラメータ、走査光の走査範囲の形状を変更する第２のパラメータ及び走査光の走査速度を変更する第３のパラメータの少なくとも１つを含むことができる。
【００１９】
また、補正手段によって補正された拡大走査光の走査軌跡を所定のタイミングでサンプリングし、各サンプリング点に対して２次元のラスタ座標を割り当てるリマップテーブル作成手段を有する構成とすることができる。
【００２０】
また、リレーレンズ、光検出手段及び蛍光発光体を単一の筐体内に収容する構成とすることができる。この場合、筐体は、光検出手段を外光から遮蔽する遮蔽筐体であることが好ましい。このような構成によれば、外光の影響を排除できるため、走査光の走査軌跡を高いＳＮ比で検出することが可能となる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明のキャリブレーション装置によれば、狭小な走査領域を走査する構成の走査型内視鏡システムであっても、走査パターン中の照射スポットの位置を正確に検出し、理想的な走査パターンが得られるように較正することができ、かつ照明光の照射位置を容易に確認することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【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ＰＳＤの正面図である。
【図８】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９】励起光の走査領域とＰＳＤとの位置関係を示す図である。
【図１０】走査領域の中心がＰＳＤの中心に移動する様子を示す図である。
【図１１】本発明の実施形態の蛍光体の変形例を示す図である。
【図１２】本発明の実施形態の蛍光体の変形例を示す図である。
【図１３】本発明の実施形態の蛍光体の変形例を示す図である。
【図１４】本発明の実施形態の蛍光体の変形例を示す図である。
【図１５】本発明の実施形態の蛍光体の変形例を示す図である。
【図１６】本実施形態のキャリブレーション装置の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。なお、本実施形態においては、患者に投与する蛍光色素として、フルオレセインを想定し、励起光は波長４８８ｎｍのレーザ光である。
【００２７】
光ファイバ２０２の基端は、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の先端は、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。
【００２８】
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、Ｚ方向に配置された光ファイバ２０２の軸心を示しており、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の光路と一致する。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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方向に共振させると共に、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方向に共振させる。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。
【００３２】
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は、一つのサンプリング期間と一つのブレーキング期間で構成されており、セトリング期間を調整することによって、フレームレートを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。
【００３３】
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。
【００３４】
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挟持されている。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。
【００３５】
光ファイバ２０２の先端２０２ａから出射した励起光は、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。
【００３６】
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。
【００３７】
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のようになる。ＣＰＵ１０８は、図５に示す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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。また、製品固有特性は、環境温度等の影響により環境的、経時的に変化するため、一旦理想的な走査軌跡が得られたとしても、それが維持されるものではない。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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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、共焦点光学ユニット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。
【００４３】
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、周知の二次元の光位置検出センサであり、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４０４ａ上における励起光の位置）を検出する。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、その光軸はＰＳＤ４０４の受光面４０４ａの中心を通り、かつ後側焦点Ｆ２がＰＳＤ４０４の受光面４０４ａ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。リレーレンズユニット４０６の倍率は、励起光の走査領域の大きさ、ＰＳＤ４０４のサイズ、ＰＳＤ４０４の位置検出分解能等の各種要因を総合的に勘案して決定される。ここで、通常入手可能なＰＳＤを想定した場合、その位置検出分解能から、リレーレンズユニット４０６によって拡大された走査領域の大きさがＰＳＤ４０４の受光面上で１ｍｍ以上となるようにリレーレンズユニット４０６の倍率が設定されるのが望ましい。また、装置サイズ及び応答速度の観点からは、可能な限り小さな受光面４０４ａを有したＰＳＤ４０４を使用するのが望ましいため、リレーレンズユニット４０６の倍率は、位置検出分解能や装置サイズを勘案して、例えば２〜２０倍程度に設定するのが好適である。そこで、本実施形態においては、共焦点光学ユニット２０４から出射される励起光の走査領域の直径（すなわち、励起光の集光位置における最大振れ幅）を５００μｍとし、通常入手可能なＰＳＤ４０４のサイズ、位置検出分解能及び応答速度を想定し、リレーレンズユニット４０６の倍率を１０倍に設定している。従って、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は、リレーレンズユニット４０６によって拡大され、ＰＳＤ４０４の受光面４０４ａ上で最大で直径５ｍｍの円を描くように走査される。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の受光面４０４ａに励起光が入射すると、励起光の位置に応じた検出電流が生成され、この検出電流は、ＰＳＤ基板４０５を介してキャリブレーション回路４１４に出力される。
【００４４】
図７は、本実施形態のＰＳＤ４０４の正面図である。ＰＳＤ４０４は、中心部に矩形状の受光面４０４ａを備え、受光面４０４ａはカバーガラス４０４ｂによって封止されている（図６）。また、カバーガラス４０４ｂの受光面４０４ａと対向する側の面には、４８８ｎｍの波長の励起光によって蛍光を発する蛍光体４０４ｃ（例えば、サイアロン蛍光体）のコーティング、蛍光反射コーティング４０４ｄが順に施されている。なお、本実施形態においては、これらのコーティングは十分に薄く、受光面４０４ａと、蛍光体４０４ｃ及び蛍光反射コーティング４０４ｄは、実質的に略同一面上の配置とみなされる。
【００４５】
図７に示すように、蛍光体４０４ｃは、受光面４０４ａの周辺を囲むように配置される枠状部４０４ｃａと、受光面４０４ａの中央部に配置される十字状の指標部４０４ｃｂとで構成されている。キャリブレーション時、励起光が蛍光体４０４ｃに入射すると、発生した蛍光が光ファイバ２０２の先端２０２ａに入射し、内視鏡画像としてモニタ３００に表示される。なお、ＰＳＤ４０４の受光面４０４ａは、励起光の走査領域（直径５ｍｍ）よりも十分に大きく、本実施形態においては、１０ｍｍ×１０ｍｍの受光面サイズを有するＰＳＤ４０４を使用している。また、指標部４０４ｃｂを構成する縦横２ラインの線幅は、リマッピングに影響しないように十分に細く、本実施形態においては、約１０μｍに設定されている。
【００４６】
蛍光反射コーティング４０４ｄは、指標部４０４ｃｂによって発生した蛍光を反射するためのコーティングである。上述したように、蛍光反射コーティング４０４ｄは、蛍光体４０４ｃと受光面４０４ａの間に配置されており、指標部４０４ｃｂによって発生した蛍光は、全て光ファイバ２０２側に反射されるようになっている。従って、指標部４０４ｃｂによって発生した蛍光が受光面４０４ａに入射することはなく、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。また、上述したように、蛍光体４０４ｃの枠状部４０４ｃａは、受光面４０４ａの周辺を囲むように配置されているため、励起光が受光面４０４ａから外れた場合には、枠状部４０４ｃａで蛍光が発生することとなる。しかし、枠状部４０４ｃａで発生した蛍光も蛍光反射コーティング４０４ｄによって全て光ファイバ２０２側に反射されるため、励起光又は蛍光が受光面４０４の周辺に配置されているＰＳＤ４０４の電極等に入射することはない。従って、ＰＳＤ４０４には、ＰＳＤ４０４の周辺の電極等からの迷光が入射することもなく、ＰＳＤ４０４は、受光面４０４ａに入射される励起光の位置を高い精度で検出する。
【００４７】
ケース４０２は、ユーザによる位置調整つまみ４１０の操作によって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（図６）。後述するキャリブレーション時、ユーザは、位置調整つまみ４１０を操作し、ユニット支持具４２０に固定された共焦点光学ユニット２０４と、ケース４０２（すなわち、リレーレンズユニット４０６及びＰＳＤ４０４）との相対的な位置関係を調整する。
【００４８】
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、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。
【００４９】
図８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、ユーザが共焦点光学ユニット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することを契機に、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。
【００５０】
図８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、Ｓ１１を実行し、共焦点光学ユニット２０４を駆動する。具体的には、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、走査ドライバ２１０を制御し二軸アクチュエータ２０４Ｃに所定の交流電圧Ｘ及びＹを印加する。ここで、所定の交流電圧Ｘ及びＹとは、前回のキャリブレーションのデータがある場合には、前回のキャリブレーションによって調整された交流電圧Ｘ及びＹを意味し、前回のキャリブレーションのデータがない場合（例えば、工場における組立時のキャリブレーションの場合）には、予め定められた基準（デフォルト）の交流電圧Ｘ及びＹを意味する。このように、二軸アクチュエータ２０４Ｃに所定の交流電圧Ｘ及びＹが印加されると、光ファイバ２０２の先端２０２ａは、印加された交流電圧Ｘ及びＹに応じて回転する。光ファイバ２０２から出射される励起光は、リレーレンズユニット４０６を通って、ＰＳＤ４０４の受光面４０４ａ又は蛍光体４０４ｃ上を回転走査する。そして、励起光が蛍光体４０４ｃに入射すると、発生した蛍光が光ファイバ２０２の先端２０２ａに入射して受光器１１４で検出され、内視鏡画像としてモニタ３００に表示される。次いで、処理は、Ｓ１２に進む。
【００５１】
Ｓ１２では、ＣＰＵ１０８は、ユーザによるＰＳＤの位置調整が終了したか否かを判断する。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をＰＳＤ４０４によって正確に検出するためには、励起光の走査軌跡がＰＳＤ４０４の受光面４０４ａ内に収まっている必要がある。しかし、焦点光学ユニット２０４をユニット支持具４２０に取り付けたときの取り付け位置誤差や、製品固有特性の影響により、共焦点光学ユニット２０４をユニット支持具４２０に取り付けただけでは、必ずしも励起光の走査軌跡がＰＳＤ４０４の受光面４０４ａ内に収まるとは限らない。そこで、本実施形態においては、ＰＳＤ４０４の受光面４０４ａ上における励起光の走査軌跡の位置をユーザが目視によって確認でき、さらに励起光の走査軌跡がＰＳＤ４０４の受光面４０４ａ内に収まるように受光面４０４ａの位置を調整可能に構成している。
【００５２】
具体的には、ユーザは、モニタ３００に表示される内視鏡画像を見ながら、位置調整つまみ４１０を操作し、共焦点光学ユニット２０４に対してケース４０２をＺ方向に移動させる。そして、蛍光体４０４ｃで発生した蛍光が内視鏡画像としてモニタ３００に表示されるように調整する。上述したように、受光面４０４ａと蛍光体４０４ｃは、実質的に略同一面上に配置されているため、蛍光体４０４ｃで発生した蛍光が内視鏡画像としてモニタ３００に表示されるとき、光ファイバ２０２の先端２０２ａは、対物光学系２０４Ｄの前側焦点位置に正確に配置され、受光面４０４ａと光学的に共役となる。図９は、光ファイバ２０２の先端２０２ａが、対物光学系２０４Ｄの前側焦点位置に配置されたときの励起光の走査領域ＡとＰＳＤ４０４との位置関係を示す図である。図９に示すように、励起光の走査領域Ａは、共焦点光学ユニット２０４をユニット支持具４２０に取り付けたときの取り付け位置誤差や、製品固有特性の影響により、必ずしもＰＳＤ４０４の中心と一致しないが、光ファイバ２０２の先端２０２ａが、対物光学系２０４Ｄの前側焦点位置に配置されると、走査領域Ａ内の蛍光体４０４ｃ（図９においては、受光面４０４ａの右上周辺の枠状部４０４ｃａ）から蛍光が発生し、モニタ３００上で観察される。
【００５３】
次いで、ユーザは、モニタ３００に表示される内視鏡画像（すなわち、走査領域Ａ内の蛍光画像）を見ながら、位置調整つまみ４１０を操作し、共焦点光学ユニット２０４に対してケース４０２をＸ及びＹ方向に移動させる。そして、指標部４０４ｃｂからの蛍光がモニタ３００上に表示されるようにケース４０２を移動させ、走査領域Ａの中心が、ＰＳＤ４０４の中心（すなわち、指標部４０４ｃｂの中心）と略一致するように調整する。図１０は、走査領域Ａの中心がＰＳＤ４０４の中心に移動する様子を示す図である。図１０の場合、ユーザは、モニタ３００に表示される蛍光画像に基づいて、共焦点光学ユニット２０４を右斜め上方向に移動させることにより、走査領域Ａの中心を、ＰＳＤ４０４の中心に移動させる。走査領域Ａの中心が、ＰＳＤ４０４の中心（すなわち、指標部４０４ｃｂの中心）と略一致するように調整されると、中心軸ＡＸ（Ｚ方向に配置された光ファイバ２０２の軸心）とリレーレンズユニット４０６の光軸とが略一致し、モニタ３００では指標部４０４ｃｂで発生する十字状の蛍光が観察される。
【００５４】
このように、Ｓ１２では、ユーザは、モニタ３００に表示される内視鏡画像を見ながら、位置調整つまみ４１０を操作し、共焦点光学ユニット２０４に対してケース４０２をＸＹＺ方向に移動させる。そして、励起光の走査軌跡がＰＳＤ４０４の受光面４０４ａの中心に位置するように調整し、調整後、システム本体１００のユーザインターフェース（不図示）から所定の入力を行う。ＣＰＵ１０８は、ユーザからの所定の入力を受け付けるまで待機し（Ｓ１２：ＮＯ）、ユーザからの所定の入力を受け付けると、ユーザによるＰＳＤの位置調整が終了したと判断し（Ｓ１２：ＹＥＳ）、処理はＳ１５に進む。
【００５５】
Ｓ１５では、ＣＰＵ１０８は、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。具体的には、ＣＰＵ１０８は、所定のタイミングでＰＳＤ４０４の各電極から出力される電流を検出し、それに基づいて周知の演算を行い、ＰＳＤ４０４上における励起光のスポット形成位置を演算する。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、Ｓ１１による所定の交流電圧Ｘ及びＹを印加した状態では、理想的な走査軌跡とはならず、例えば、走査領域Ａは、直径５ｍｍよりも大きくなったり、小さくなったり、または楕円状に歪んだ走査軌跡となる。次いで、処理は、Ｓ１６に進む。
【００５６】
Ｓ１６では、ＣＰＵ１０８は、Ｓ１５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、Ｓ１５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。Ｓ１６において、公差内であると判断された場合（Ｓ１６：ＹＥＳ）、処理は、Ｓ１８に進み、公差内にないと判断された場合（Ｓ１６：ＮＯ）、処理は、Ｓ１７に進む。
【００５７】
Ｓ１７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、Ｓ１６における励起光の走査軌跡の評価結果に基づいて、走査領域の大きさに問題がある場合には交流電圧Ｘ及びＹの振幅を調整して、走査領域を拡大又は縮小する。また、走査領域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、走査領域の形状を変更する。また、走査領域の走査速度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、励起光の走査速度を変更する。ＣＰＵ１０８は、Ｓ１６において公差内であると判断されるまでＳ１５からＳ１７までの処理を繰り返し実行する。その結果、Ｓ１５で検出された励起光の走査軌跡は、理想的な走査軌跡となるように調整される。
【００５８】
Ｓ１８では、ＣＰＵ１０８は、Ｓ１７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Ｓ１７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、Ｓ１８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。
【００５９】
このように、本実施形態のキャリブレーションにおいては、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、リレーレンズユニット４０６によって拡大されてＰＳＤ４０４で受光される。また、ＰＳＤ４０４には、蛍光体４０４ｃがコーティングされており、ユーザは、モニタ３００に表示される内視鏡画像（すなわち、走査領域Ａ内の蛍光画像）を見ながら、走査領域Ａが、ＰＳＤ４０４の受光面４０４ａの中心に位置するように調整することができる。従って、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は、ＰＳＤ４０４の分解能に影響されない程度に拡大され、ＰＳＤ４０４の受光面４０４ａ上で確実に受光される。すなわち、本実施形態の走査型共焦点内視鏡システム１のように、狭小な走査領域を走査する構成の走査型内視鏡システムであっても、走査光の走査軌跡を高い精度で、かつ確実に検出することが可能となり、さらに理想的な走査軌跡となるように較正（調整）することが可能となる。
【００６０】
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、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、調整パラメータの変更等を行うように構成される。
【００６１】
また、本実施形態のリレーレンズユニット４０６の倍率は１０倍としたが、上述したように、リレーレンズユニット４０６の倍率は、２〜２０倍程度に設定することが可能であり、ＰＳＤ４０４上における励起光の走査領域がＰＳＤ４０４の受光面４０４に収まる範囲で大きくすることにより、励起光の走査軌跡をより正確に検出することが可能となる。
【００６２】
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。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共焦点内視鏡システムにも本発明を適用することができる。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
また、本実施形態のキャリブレーションにおいては、ユーザが、モニタ３００に表示される内視鏡画像を見ながら、位置調整つまみ４１０を操作し、共焦点光学ユニット２０４に対してケース４０２をＸＹＺ方向に移動させる構成として説明したが、この構成に限定されるものではない。例えば、ＸＹＺステージ４０８をモータによって移動させる構成とし、ＣＰＵ１０８が、取得した蛍光画像を画像処理しながら、励起光の走査軌跡がＰＳＤ４０４の受光面４０４ａの中心に位置するように自動で位置調整してもよい。
【００６６】
また、本実施形態の蛍光体４０４ｃは、カバーガラス４０４ｂの裏面側（受光面４０４ａ側）をコーティングすることによって形成したが、この構成に限定されるものではない。４８８ｎｍの波長の励起光によって蛍光を発するものであればよく、例えば、枠状部４０４ｃａは、蛍光塗料を含んだイエロークロス（黄色の蛍光を発光するクロス）をカバーガラス４０４ｂに貼り付けることによって形成することができる。また、指標部４０４ｃｂは、カバーガラス４０４ｂの裏面側にけがき線を入れ、けがき線内に蛍光塗料を塗り込んで形成することができる。
【００６７】
また、本実施形態の蛍光体４０４ｃの枠状部４０４ｃａは、ＰＳＤ４０４の受光面４０４ａの周囲を囲むように形成したが、例えば、受光面４０４ａの周辺部の位置検出精度が低く、受光面４０４ａの中心部に有効検出領域が設定されている場合には、有効検出領域以外をマスキングするように形成してもよい。このような構成によれば、ＰＳＤ４０４を位置検出精度の高い領域でのみ使用することが可能となるため、より正確なキャリブレーションが可能となる。
【００６８】
また、本実施形態においては、蛍光体４０４ｃのコーティングの上に蛍光反射コーティング４０４ｄを施したが、指標部４０４ｃｂによって発生した蛍光がＰＳＤ４０４による励起光の位置検出に影響を与えない場合には、蛍光反射コーティング４０４ｄを省略することが可能である。
【００６９】
また、本実施形態においては、蛍光体４０４ｃは、枠状部４０４ｃａと指標部４０４ｃｂとで構成されるものとして説明したが、例えば、ＰＳＤ４０４の受光面４０４ａが十分に大きく、共焦点光学ユニット２０４をユニット支持具４２０に取り付けたときの取り付け位置誤差や、製品固有特性の影響を考慮しても、必ず励起光の走査軌跡がＰＳＤ４０４の受光面４０４ａ内に収まる場合、指標部４０４ｃｂは、必ずしも設ける必要がない。この場合、図１１に示すように、ユーザは、走査軌跡Ａが枠状部４０４ｃａに掛からないように、モニタ３００に表示される内視鏡画像（すなわち、走査領域Ａ内の蛍光画像）を見ながら、位置調整つまみ４１０を操作し、ケース４０２をＸ及びＹ方向に移動させる。しかし、このような構成の場合、正常な調整が行われたときに、蛍光体４０４ｃからの蛍光がモニタ３００上で一切観察されなくなってしまう。そのため、例えば、図１２に示すように、一旦交流電圧Ｘ及びＹの振幅を大きくして走査軌跡Ａを拡大し、枠状部４０４ｃａの蛍光を確認した上でキャリブレーションを行うように構成してもよい。
【００７０】
また、本実施形態の蛍光体４０４ｃの指標部４０４ｃｂは、縦横２ラインで構成される十字状の指標であると説明したが、この構成に限定されるものではなく、様々な形状の指標を用いることができる。図１３は、本実施形態の蛍光体４０４ｃの指標部４０４ｃｂの変形例を示す図である。図１３（ａ）は、本実施形態の指標部４０４ｃｂを構成する縦横２ラインを、それぞれ所定数で分割し、破線状の指標部４０４ｃｂ１に変更したものである。このように構成すると、モニタ３００に表示される内視鏡画像（すなわち、走査領域Ａ内の蛍光画像）上で、分割された破線の数を数えることにより、走査領域Ａの直径を確認することが可能となる。また、図１３（ｂ）に示されるように、指標部４０４ｃｂは、各ラインに直交するように所定位置に設けられた目盛り（距離指標）を備えても良い。このような構成によれば、モニタ３００に表示される内視鏡画像から走査領域Ａの直径を容易に知ることが可能となる。また、図１３（ｃ）に示されるように、指標部４０４ｃｂは、例えば、円形のマークを離散的に配置して構成することも可能である。この場合、受光部４０４ａの中心を示すマークと、受光部４０４ａの中心からの距離を示す複数のマークとで構成することが望ましい。また、受光部４０４ａの中心からの距離を示す複数のマークは、受光部４０４ａの中心からの距離に応じて異なる形状とすることが望ましい。
【００７１】
また、本実施形態においては、蛍光体４０４ｃは、枠状部４０４ｃａと指標部４０４ｃｂとで構成され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い。図１４及び図１５は、本実施形態の蛍光体４０４ｃの変形例を示す図である。図１４に示すように、例えば、蛍光体４０４ｃに代えて、励起光の入射によって蛍光を発すると共に、励起光の一部を透過する（すなわち、半透過性の）コーティングをカバーガラス４０４ｂの裏面側全体に施してもよい。この場合、受光部４０４ａの中心部に十字状のけがき線４０４ｄを引くことにより、一部のコーティングを剥がし、このけがき線４０４ｄ（すなわち、励起光を発しない細線）を指標として用いればよい。また、図１５に示すように、グリッド状（方眼状）の蛍光体４０４ｃのコーティングをカバーガラス４０４ｂの裏面側全体に施してもよい。この場合、指標部４０４ｃｂのコーティングを剥がし、指標として用いることができる。このような構成によれば、ケース４０２のＺ方向の調整さえ終了すれば、励起光の走査軌跡がＰＳＤ４０４のどの位置にあったとしても格子状の蛍光を観察することが可能となるため、共焦点光学ユニット２０４とケース４０２との位置合わせが極めて容易となる。
【００７２】
また、本実施形態においては、ＰＳＤ４０４の内部（カバーガラス４０４ｂの裏面側（受光面４０４ａ側））に蛍光体４０４ｃを形成したが、この構成に限定されるものではない。図１６は、本実施形態のキャリブレーション装置４００の変形例を示す図である。本変形例のキャリブレーション装置４００Ｍは、ビームスプリッタ４０３を備え、また蛍光体４０４ｃに代えて、ＰＳＤ４０４の外部に蛍光体４０７を備える点で、本実施形態のキャリブレーション装置４００と異なる。
【００７３】
ビームスプリッタ４０３は、リレーレンズユニット４０６とＰＳＤ４０４との間に配置され、リレーレンズユニット４０６からＰＳＤ４０４に向かう励起光のうち５０％を透過し、５０％を反射する。ビームスプリッタ４０３を透過した励起光は、ＰＳＤ４０４に入射し、本実施形態と同様、その走査軌跡が検出される。一方、ビームスプリッタ４０３によって反射した励起光は、蛍光体４０７に入射し、蛍光を発生させる。蛍光体４０７の表面には、本実施形態の枠状部４０４ｃａ及び指標部４０４ｃｂと同様のパターンの蛍光材料がコーティングされており、蛍光体４０７の表面は、ＰＳＤ４０４の受光面４０４ａと光学的に等価な位置に配置されている。従って、蛍光体４０７で発生した蛍光は、励起光と同じ経路を辿って光ファイバ２０２の先端２０２ａに入射し、内視鏡画像としてモニタ３００に表示される。そして、本実施形態と同様、蛍光体４０７の略中央部の蛍光がモニタ３００に表示されるようにケース４０２の位置を調整すると、励起光の走査軌跡はＰＳＤ４０４の受光面４０４ａの略中央部に移動する。このように、蛍光体４０７をＰＳＤ４０４の外部に配置する構成によっても、ユーザは、モニタ３００に表示される内視鏡画像（すなわち、走査領域Ａ内の蛍光画像）を見ながら、走査領域Ａが、ＰＳＤ４０４の受光面４０４ａ内に収まるように調整することができる。
【符号の説明】
【００７４】
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、４００Ｍ  キャリブレーション装置
４０２  ケース
４０３  ビームスプリッタ
４０４  ＰＳＤ
４０４ａ  受光面
４０４ｂ  カバーガラス
４０４ｃ  蛍光体
４０４ｃａ  枠上部
４０４ｃｂ  指標部
４０４ｄ  蛍光反射コーティング
４０５  ＰＳＤ基板
４０６  リレーレンズユニット
４０７  蛍光体
４０８  ＸＹＺステージ
４１０  位置調整つまみ
４１２  キャリブレーション回路
【図１】
2014018556.tif 000003
【図２】
2014018556.tif 000004
【図３】
2014018556.tif 000005
【図４】
2014018556.tif 000006
【図５】
2014018556.tif 000007
【図６】
2014018556.tif 000008
【図７】
2014018556.tif 000009
【図８】
2014018556.tif 000010
【図９】
2014018556.tif 000011
【図１０】
2014018556.tif 000012
【図１１】
2014018556.tif 000013
【図１２】
2014018556.tif 000014
【図１３】
2014018556.tif 000015
【図１５】
2014018556.tif 000016
【図１６】
2014018556.tif 000017
【図１４】
2014018556.tif 000018