(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の光源より供給される照射光を射出端まで導光し、該射出端から被写体に射出する第一の光ファイバと、
前記第一の光ファイバの射出端から射出される照射光が該第一の光ファイバの長手方向に延びる軸を中心とした略円形の走査領域内で中心部から周辺部に向って一定の回転周期で渦巻状に回転走査するように、該第一の光ファイバの射出端を渦巻状に回転駆動させる光ファイバ走査手段と、
前記照射光のオン／オフを制御する光源制御手段と、
前記照射光により照射された被写体より戻される戻り光を受光し、所定の検出タイミングで画像信号を検出する画像信号検出手段と、
前記検出された画像信号を用いて被写体の画像を生成する画像生成手段と、
を備え、
前記光源制御手段は、
前記照射光が前記走査領域内の中心部を走査するときに、該照射光を所定のパルス幅を有する駆動パルスでパルス状に発光させ、該照射光が前記走査領域内の周辺部を走査するときに、該照射光を連続的に発光させる
ことを特徴とする、走査型内視鏡システム。
【請求項２】
前記画像生成手段は、
前記画像信号の検出タイミングに応じた二次元の画素位置を割り当て、該割り当てた画素位置に該画像信号を配列して前記画像を生成し、
前記光源制御手段は、
連続する複数の画像信号の検出タイミングが同一の二次元の画素位置に割り当てられる場合に、該連続する複数の画像信号の検出タイミングの何れか１つを基準タイミングとして、該基準タイミングに基づいて前記駆動パルスを生成する
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。
【請求項３】
前記光源制御手段は、
前記基準タイミングに先立って前記駆動パルスを発生させる
ことを特徴とする、請求項２に記載の走査型内視鏡システム。
【請求項４】
前記光源制御手段は、
前記基準タイミングを含むように前記駆動パルスを生成する
ことを特徴とする、請求項２又は請求項３に記載の走査型内視鏡システム。
【請求項５】
前記光源制御手段は、
ユーザからの入力を受け付ける第１の入力手段
を備え、
前記第１の入力手段が受け付けたユーザ入力に応じて、前記駆動パルスの発生タイミングと前記基準タイミングとの間の時間を調整する
ことを特徴とする、請求項２から請求項４の何れか一項に記載の走査型内視鏡システム。
【請求項６】
前記画像信号の検出タイミングは、一定の周期であり、
前記駆動パルスのパルス幅は、前記画像信号の検出タイミングの周期よりも長い
ことを特徴とする、請求項１から請求項５の何れか一項に記載の走査型内視鏡システム。
【請求項７】
前記光源制御手段は、
ユーザからの入力を受け付ける第２の入力手段
を備え、
前記第２の入力手段が受け付けたユーザ入力に応じて、前記駆動パルスのパルス幅を調整する
ことを特徴とする、請求項１から請求項６の何れか一項に記載の走査型内視鏡システム。
【請求項８】
前記走査領域内の中心部の直径は、
前記走査領域の直径の略１／３以下である
ことを特徴とする、請求項１から請求項７の何れか一項に記載の走査型内視鏡システム。
【請求項９】
前記光ファイバ走査手段は、
前記第一の光ファイバの射出端を渦巻状に回転駆動させた後、所定の期間、該第一の光ファイバの射出端の回転駆動を停止し、
前記光源制御手段は、
前記所定の期間、前記照射光の発光を停止させる
ことを特徴とする、請求項１から請求項８の何れか一項に記載の走査型内視鏡システム。
【請求項１０】
前記照射光は、励起光であり、
前記画像信号検出手段は、
前記励起光により励起された被写体から発生する蛍光を、該励起光の集光点と共役の位置に配置された共焦点ピンホールを介して受光し、前記所定の検出タイミングで画像信号を検出する
ことを特徴とする、請求項１から請求項９の何れか一項に記載の走査型内視鏡システム。
【請求項１１】
前記共焦点ピンホールは、
前記励起光の集光点と共役の位置に配置された、前記第一の光ファイバの射出端である
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。
【請求項１２】
前記照射光は、可視領域の波長を含む光であり、
前記画像信号検出手段は、
前記可視領域の波長を含む光により照射された被写体からの反射光を受光し、前記所定の検出タイミングで画像信号を検出する
ことを特徴とする、請求項１から請求項９の何れか一項に記載の走査型内視鏡システム。
【請求項１３】
前記可視領域の波長を含む光は、Ｒ（Red）、Ｇ（Green）、Ｂ（Blue）の各波長を含む光であり、
前記画像信号検出手段は、
前記被写体からの反射光より、Ｒ、Ｇ、Ｂの各波長の光を分離して受光し、前記所定の検出タイミングで画像信号を検出する
ことを特徴とする、請求項１２に記載の走査型内視鏡システム。
【請求項１４】
前記画像信号検出手段は、
前記被写体からの反射光が入射される第二の光ファイバと、
前記第二の光ファイバに入射された反射光であって、Ｒ、Ｇ、Ｂの各波長の光に異なる光路差が付与されるように、該第二の光ファイバの導光路中の異なる位置に配置された、Ｒ、Ｇ、Ｂの各波長に対応する波長選択手段と、
前記波長選択手段により異なる光路差が付与されたＲ、Ｇ、Ｂの各波長の光を所定の時間差で受光する受光手段と、
を備え、
前記所定の時間差で受光されたＲ、Ｇ、Ｂの各波長の光から前記所定の検出タイミングで画像信号を検出する
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、所定の走査光により被写体を渦巻状に回転走査し、走査された被写体より戻される戻り光を検出して画像化する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走査させ、その反射光を受光して画像化する走査型内視鏡システムの１つとして、走査型共焦点内視鏡システムが知られている。この種の走査型共焦点内視鏡システムの具体的構成が、例えば特開２００４−３２１７９２号公報に開示されている。以下、特開２００４−３２１７９２号公報を「特許文献１」と記す。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。走査型共焦点内視鏡システムは、生体組織に照射されるレーザ光を２次元若しくは３次元に走査させることで、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。【０００３】
また、近年、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、そ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、例えば、米国特許第６，８５６，７１２号明細書、米国特許第６，９５９，１３０号明細書、米国特許第６，９７５，８９８号明細書で提案されている。以下、米国特許第６，８５６，７１２号明細書を「特許文献２」と記し、米国特許第６，９５９，１３０号明細書を「特許文献３」と記し、米国特許第６，９７５，８９８号明細書を「特許文献４」と記す。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いる。内視鏡内部において光ファイバの基端部は、圧電アクチュエータによって片持ち梁状に保持される。そして、圧電アクチュエータは、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へ向けて渦巻状に照射され、照射領域（走査領域）の画像が取得される。【０００４】
そして、近年、特許文献２〜４に記載されているような、光を渦巻状に走査させる構成の走査型内視鏡システムを、特許文献１に記載されているような走査型共焦点内視鏡システムに適用することが例えば特開２０１０−１６２０９０号公報で提案されている。以下、特開２０１０−１６２０９０号公報を「特許文献５」と記す。
【発明の概要】
【０００５】
特許文献２〜５に記載の走査型内視鏡システムについて詳述すると、該システムは、各圧電アクチュエータに所定の周期及び振幅の電圧を印加することで光ファイバを所定の方向に屈曲させ、光ファイバによって導光される連続光を観察部位に対して渦巻状に走査させる。そして、該システムは、走査領域（観察部位）からの反射光を所定周期のタイミング（以下、「サンプリング点」という。）で受光して画像化し、二次元の内視鏡画像を表示する。
【０００６】
図９は、従来の走査型内視鏡システムにおける、光の走査軌跡とサンプリング点との関係を示す模式図である。図９に示すように、従来の走査型内視鏡システムにおいては、走査領域の中心部分から周辺部分に向かって連続光を渦巻き状に走査する構成を採っている。ここで、走査領域の中心部分と周辺部分とでは光の走査速度が異なるため、走査領域の中心部分ではサンプリング点が集中しているのが判る。すなわち、走査領域の中心部分と周辺部分とでは、走査領域（観察部位）の単位面積当たりの光量（照射エネルギー）が大きく異なる。そのため、内視鏡画像の明るさが中心部分と周辺部分とで落差の大きいものとなるだけでなく、例えば、走査領域の周辺部分の明るさを確保するためにレーザ強度を上げた結果、走査領域の中心部分に位置する患部に必要以上のレーザ光が照射される虞がある。
【０００７】
また、このような構成の走査型内視鏡システムを特許文献１に記載されているような、生体組織からの蛍光を利用する走査型共焦点内視鏡システムに適用すると、単位面積当たりの照射エネルギーが高い走査領域の中心部分で蛍光体の分解がより速く進行してしまう。その結果、走査領域の中心部分が周辺部分に比べて暗い画像となり（褪色し）、一様な明るさの内視鏡画像を得ることができないといった問題が生じる。
【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、上述した問題の発生を抑えるべく、走査領域内における単位面積当たりの照射エネルギーのバラツキを抑えることが可能な走査型内視鏡システムを提供することである。
【０００９】
本発明の一形態に係る走査型内視鏡システムは、所定の光源より供給される照射光を射出端まで導光し、該射出端から被写体に射出する第一の光ファイバと、第一の光ファイバの射出端から射出される照射光が第一の光ファイバの長手方向に延びる軸を中心とした略円形の走査領域内で中心部から周辺部に向って一定の回転周期で渦巻状に回転走査するように、第一の光ファイバの射出端を渦巻状に回転駆動させる光ファイバ走査手段と、照射光のオン／オフを制御する光源制御手段と、照射光により照射された被写体より戻される戻り光を受光し、所定の検出タイミングで画像信号を検出する画像信号検出手段と、検出された画像信号を用いて共焦点画像を生成する画像生成手段とを備え、光源制御手段は、照射光が走査領域内の中心部を走査するときに、照射光を所定のパルス幅を有する駆動パルスでパルス状に発光させ、照射光が走査領域内の周辺部を走査するときに、照射光を連続的に発光させることを特徴とする。
【００１０】
このような構成により、従来照射エネルギーの高かった走査領域内の中心部分において照射光の照射エネルギーが減少するため、例えば走査領域の中心部分における褪色の進行を抑えることができ、また、走査領域の中心部分に位置する患部に必要以上のレーザ光が照射されるという問題を避けることができる。また、走査領域内において単位面積当たりの照射エネルギーのバラツキが抑えられ、走査領域の中心部分から周辺部分にかけて略一様な明るさの画像を得ることが可能となる。
【００１１】
また、画像生成手段は、画像信号の検出タイミングに応じた二次元の画素位置を割り当て、該割り当てた画素位置に該画像信号を配列して画像を生成する構成としてもよい。また、光源制御手段は、連続する複数の画像信号の検出タイミングが同一の二次元の画素位置に割り当てられる場合に、該連続する複数の画像信号の検出タイミングの何れか１つを基準タイミングとして、該基準タイミングに基づいて駆動パルスを生成する構成としてもよい。このような構成によれば、画像信号の検出タイミングと同期のとれた駆動パルスを容易に生成することが可能となる。
【００１２】
また、光源制御手段は、基準タイミングに先立って駆動パルスを発生させる構成とすることが好ましい。
【００１３】
また、光源制御手段は、基準タイミングを含むように駆動パルスを生成することが好ましい。このような構成によれば、例えばパルス状の励起光によって被写体から発せられた蛍光や、被写体に照射されたパルス状の光の反射光を基準タイミングで確実に検出することが可能となる。
【００１４】
また、光源制御手段は、ユーザからの入力を受け付ける第１の入力手段を備え、第１の入力手段が受け付けたユーザ入力に応じて、駆動パルスの発生タイミングと基準タイミングとの間の時間を調整するように構成することができる。このような構成によれば、照射光を照射し始めるタイミングを任意に調整することが可能となるため、例えばシステム構成や蛍光試薬の変更によって、信号の遅延時間や蛍光試薬の反応時間に変化が生じた場合であっても、パルス状の励起光によって被写体から発せられた蛍光や、被写体に照射されたパルス状の光の反射光を基準タイミングで確実に検出することが可能となる。
【００１５】
また、画像信号の検出タイミングは、一定の周期であり、駆動パルスのパルス幅は、該画像信号の検出タイミングの周期よりも長いことが好ましい。このような構成によれば、被写体を十分に照射することが可能となるため、十分な光量の蛍光や反射光を得ることが可能となる。また、システムに起因する遅延時間等にバラツキがあるような場合であっても蛍光や反射光を確実に検出することが可能となる。
【００１６】
また、光源制御手段は、ユーザからの入力を受け付ける第２の入力手段を備え、第２の入力手段が受け付けたユーザ入力に応じて、駆動パルスのパルス幅を調整する構成としてもよい。このような構成によれば、蛍光試薬の反応時間に応じて駆動パルスのパルス幅を調整することができるため、蛍光試薬の種類や被写体によって蛍光試薬の反応時間が変化するような場合であっても、被写体を十分に励起することができ、十分な光量の蛍光を得ることが可能となる。また、システムに起因する遅延時間等にバラツキがあるような場合であっても蛍光や反射光を確実に検出することが可能となる。
【００１７】
また、走査領域内の中心部の直径は、走査領域の直径の略１／３以下であることが好ましい。
【００１８】
また、光ファイバ走査手段は、第一の光ファイバの射出端を渦巻状に回転駆動させた後、所定の期間、第一の光ファイバの射出端の回転駆動を停止する構成としてもよい。この場合、光源制御手段は、所定の期間、照射光の発光を停止させる構成とすることが好ましい。このような構成によれば、不必要な励起光による褪色の進行を抑えることができ、また、患部に対する不要なレーザ光照射を抑えることができる。
【００１９】
照射光は、例えば励起光である。画像信号検出手段は、励起光により励起された被写体から発生する蛍光を、励起光の集光点と共役の位置に配置された共焦点ピンホールを介して受光し、所定の検出タイミングで画像信号を検出する構成としてもよい。共焦点ピンホールは、例えば、励起光の集光点と共役の位置に配置された、第一の光ファイバの射出端である。
【００２０】
照射光は、可視領域の波長を含む光であってもよい。画像信号検出手段は、可視領域の波長を含む光により照射された被写体からの反射光を受光し、所定の検出タイミングで画像信号を検出する構成としてもよい。可視領域の波長を含む光の一例は、Ｒ（Red）、Ｇ（Green）、Ｂ（Blue）の各波長を含む光である。この場合、画像信号検出手段は、被写体からの反射光より、Ｒ、Ｇ、Ｂの各波長の光を分離して受光し、所定の検出タイミングで画像信号を検出するように構成される。
【００２１】
また、画像信号検出手段は、被写体からの反射光が入射される第二の光ファイバと、第二の光ファイバに入射された反射光であって、Ｒ、Ｇ、Ｂの各波長の光に異なる光路差が付与されるように、第二の光ファイバの導光路中の異なる位置に配置された、Ｒ、Ｇ、Ｂの各波長に対応する波長選択手段と、波長選択手段により異なる光路差が付与されたＲ、Ｇ、Ｂの各波長の光を所定の時間差で受光する受光手段とを備え、所定の時間差で受光されたＲ、Ｇ、Ｂの各波長の光から所定の検出タイミングで画像信号を検出する構成としてもよい。
【００２２】
本発明の一形態によれば、走査領域内における単位面積当たりの照射エネルギーのバラツキを抑えつつ、走査領域の中心部分における褪色の進行を抑えることができ、また、走査領域の中心部分の患部に対する必要以上のレーザ光照射を抑えることが可能な走査型内視鏡システムが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【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】本発明の実施形態の光源が射出する励起光の強度に関する図である。
【図５】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）との関係を示す図である。
【図６】走査領域の中心部分のリマップテーブルと発光パターンデータとの関係、及びサンプリング点とラスタ座標との関係を説明する図である。
【図７】発光パターンデータに基づいてパルス状に照射される励起光と、ラスタ座標との関係を模式的に示す図である。
【図８】各サンプリング点とレーザ駆動信号との関係を示すタイミングチャートである。
【図９】従来の走査型内視鏡システムにおける、光の走査軌跡とサンプリング点との関係を示す模式図である。
【図１０】別の実施形態の走査型内視鏡システムの構成を示す模式図である。
【図１１】別の実施形態の走査型内視鏡システムが有するシステム本体の構成を示すブロック図である。
【図１２】別の実施形態の走査型内視鏡システムが有する走査型内視鏡の先端部の内部構造を示す側断面図である。
【図１３】別の実施形態の走査型内視鏡の先端部の内部構造を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態の走査型内視鏡システムについて説明する。
【００２５】
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。本実施形態の走査型共焦点内視鏡システム１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、共焦点プローブ２００、モニタ３００、キャリブレーションユニット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プローブ２００の先端面を被写体に当て付けた状態で行われる。
【００２６】
システム本体１００は、光源１０２、光分波合波器（フォトカップラ）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、リマップテーブル用メモリ１１９、映像信号出力回路１２０、レーザ制御回路１２２、操作パネル１２４、Ａ／Ｄ１３０を有している。共焦点プローブ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。
【００２７】
光源１０２は、ＣＰＵ１０８の指示によるレーザ制御回路１２２の駆動制御に従い、患者の体腔内に投与された薬剤に含有されている蛍光物質を励起する励起光（例えば、波長４８８ｎｍのレーザ光）を射出する。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から射出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を通過して共焦点プローブ２００内に配置された光学系に入射する。
【００２８】
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と結合している。光ファイバ２０２の先端部分は、共焦点プローブ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を射出した励起光は、光コネクタ１５２を通過して光ファイバ２０２の基端（システム本体１００側の端部）に入射後、光ファイバ２０２を伝送して光ファイバ２０２の先端（共焦点プローブ２００の先端側の端部）から射出される。
【００２９】
図２（ａ）は、共焦点光学ユニット２０４の内部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）にスライド可能に保持している。光ファイバ２０２の先端２０２ａ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に収容された状態で不図示の保持部材により支持されている。先端２０２ａは、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による制御に基づいて周期的に変化する。なお、図２（ａ）中、中心軸ＡＸは、共焦点光学ユニット２０４の中心軸を示す。光ファイバ２０２が初期位置にあるときは（光ファイバ２０２が振動されていない状態では）、中心軸ＡＸと光ファイバ２０２の軸心とが一致する。
【００３０】
サブメモリ２０８は、共焦点プローブ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、共焦点プローブ２００をシステム本体１００に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プローブ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。
【００３１】
先端２０２ａ付近の光ファイバ２０２の外周面には、二軸アクチュエータ２０４Ｃが接着固定されている。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。
【００３２】
走査ドライバ２１０は、サブＣＰＵ２０６により指定される設定値に基づいてドライブ信号を生成し、生成されたドライブ信号によって二軸アクチュエータ２０４Ｃを駆動制御する。より詳細には、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は夫々、振幅が時間に比例して線形に増加して、時間（Ｘ）、（Ｙ）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移動する。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。図３に、ＸＹ近似面上の先端２０２ａの回転軌跡を示す。
【００３３】
光源１０２から射出される励起光は、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中、レーザ制御回路１２２から光源１０２に供給されるレーザ駆動信号に従って、光ファイバ２０２の先端２０２ａから所定の発光パターンで射出される。以下、説明の便宜上、この期間を「サンプリング期間」と記す。先端２０２ａより射出される励起光は、先端２０２ａがサンプリング期間中にＸＹ近似面上で渦巻状に移動することにより、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の運動は、光ファイバ２０２の振動の減衰に伴って収束し、所定時間後にほぼゼロとなる（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、更に所定時間待機して、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、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る。セトリング時間を設定することにより、先端２０２ａの回転軌跡を安定させることができる。先端２０２ａの回転軌跡を安定させることにより、被写体に対する走査の精度を保証できるようになる。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、選択的にセトリング期間を追加することができる。フレームレートは、セトリング期間を調節することにより、柔軟に設定変更することができる。このように、セトリング期間は、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可能となっている。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。
【００３４】
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（図２）。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。対物光学系２０４Ｄの光軸は、中心軸ＡＸと一致する。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た状態で支持されている。そのため、レンズ枠に保持された対物光学系２０４Ｄ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の先端面は、図示省略されたカバーガラスにより封止されている。
【００３５】
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、生成されたドライブ信号によって形状記憶合金２０４Ｆを通電し加熱することにより、形状記憶合金１３２Ｆの伸縮量を制御する。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。具体的には、形状記憶合金２０４Ｆは、加熱されてＺ方向に延びる（復元する）ことにより、内筒２０４Ｂを光ファイバ２０２ごと前方（Ｚ方向）に押し出す。形状記憶合金２０４Ｆはまた、徐冷が進むにつれて形状記憶効果による復元力が低下することに伴い、圧縮コイルばね２０４ＥによりＺ方向に圧縮されて、内筒２０４Ｂを光ファイバ２０２ごと後方（Ｚ方向）に引っ込める。
【００３６】
光ファイバ２０２の先端２０２ａを射出した励起光は、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軸方向に変位する。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。
【００３７】
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より発せられる蛍光のうち先端２０２ａと光学的に共役な集光点からの蛍光のみが入射する。先端２０２ａより光ファイバ２０２内に入射した蛍光は、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から射出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を採用することができる。
【００３８】
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、スポット形成位置とサンプリング点とがほぼ一義的に決まる。ここで、スポット形成位置とは、先端２０２ａが任意の位置に来た時に射出される励起光により走査領域内に形成されるスポットの位置をいう。また、サンプリング点とは、上記スポット形成位置からの戻り光（蛍光）を受光器１１４で受光してデジタル検出信号を得る信号取得タイミングをいう。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ユニット４００を用いて先端２０２ａの軌跡を測定し、その実測結果を基にスポット形成位置及びサンプリング点を推定している。そして、当該サンプリング点から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）及び励起光の発光パターンを決定している。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映像信号処理回路１１６に接続されたリマップテーブル用メモリ１１９に格納される。リマップテーブルのサンプリング点及び画素アドレスと励起光の発光パターンとの対応関係は、発光パターンデータとしてレーザ制御回路１２２に内蔵されている発光パターン用メモリ１２２ａに格納される。これらデータの格納に関する詳細は後述する。
【００３９】
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、上記の割り当て処理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た後、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が表示される。
【００４０】
図３に示すように、被写体は、ＸＹ方向に関して走査領域の中心から周辺に向かって渦巻き状に走査（スパイラルスキャン）されるが、光ファイバ２０２は共振運動を行うため、各スパイラルの周期（一回転の走査にかかる時間）は同じである。このため、走査領域の中心ほど励起光の照射密度（単位面積当たりの照射エネルギー）が高くなり、蛍光体の分解がより速く進行して褪色が起きる。その結果、観察主体が位置する観察領域中央部で画像が暗くなる不具合が生じる。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、励起光の発光パターンを適切に制御することで蛍光の褪色を好適に抑えるように構成している。
【００４１】
図４（ａ）は、光ファイバ２０２の先端２０２ａの動きを示す図である。図４（ｂ）は、光源１０２が射出する励起光の強度を示す図である。図４（ａ）、（ｂ）の横軸は共に時間軸である。図４（ａ）の縦軸は、中心軸ＡＸを基準とした先端２０２ａのＸ（又はＹ）方向の変位量を示す。図４（ｂ）の縦軸は、励起光の強度を示す。図４（ｂ）に示されるように、励起光は、サンプリング期間の開始から所定の期間（以下、「パルス駆動期間」という。）パルス状に射出される。励起光は、パルス駆動期間経過後は連続的に射出される。後述するように、パルス駆動期間中の励起光の発光パターン（発光タイミング）は、リマップテーブルに基づいて生成された発光パターンデータによって定まる。本実施形態では、発光タイミングは、発明者らが行った実機検証の結果に基づいて、サンプリング期間の最初の１／３の期間がパルス駆動期間に設定される。すなわち、ＣＰＵ１０８は、サンプリング期間の最初の１／３の期間を蛍光の褪色が発生する期間（すなわち、走査領域の中心部分）とみなして、励起光をパルス状に発光するように制御している。従って、本実施形態によれば、走査領域の中心部分における励起光の照射エネルギーが連続的な励起光を照射する場合と比べて減少するため、蛍光体の分解が極端に進行することはなく、蛍光の褪色が抑えられることとなる。また、走査領域の周辺部分では励起光が連続的に照射されるため、観察領域周辺部で検出光の光量不足が生ずることがない。励起光の照射エネルギーの高い走査領域の中心部分において照射エネルギーを減少させることにより、走査領域内において単位面積当たりの照射エネルギーのバラツキが抑えられ、走査領域の中心部分から周辺部分にかけて略一様な光量の蛍光を得ることが可能となる。また、本実施形態においては、ブレーキング期間中、励起光の射出が停止するように制御される。従って、ブレーキング期間中の不必要な励起光によって蛍光体の分解が進行することもない。
【００４２】
上述したように、本実施形態においては、パルス駆動期間中の励起光の発光パターンは、リマップテーブルに基づいて生成される発光パターンデータによって定められる。以下、本実施形態のリマップテーブル及び発光パターンデータの作成方法について詳述する。
【００４３】
リマップテーブルは、キャリブレーションユニット４００（図１）を用いて光ファイバ２０２の先端２０２ａの回転軌跡を測定することによって作成される。キャリブレーションユニット４００による先端２０２ａの回転軌跡の測定は、本実施形態の走査型共焦点内視鏡システム１を使用する前に行う、いわゆる校正作業であり、キャリブレーションユニット４００を共焦点光学ユニット２０４の先端に配置して行われる。
【００４４】
図１に示すように、キャリブレーションユニット４００は、ＰＳＤ（Position Sensitive Detector）４０２、アンプ４０４を備えている。ＰＳＤ４０２は、半導体位置検出素子であり、共焦点光学ユニット２０４から射出される励起光の位置を検出する光センサである。キャリブレーションユニット４００が共焦点光学ユニット２０４の先端に配置されると、ＰＳＤ４０２は、共焦点光学ユニット２０４の光ファイバ２０２の先端２０２ａと対向して配置される。そして、この配置状態で、ＣＰＵ１０８は、光源１０２及び走査ドライバ２１０を制御し、光ファイバ２０２の先端２０２ａを渦巻き状に走査（回転）させながら励起光を連続的に射出する。光ファイバ２０２の先端２０２ａから射出された励起光は、ＰＳＤ４０２によって受光され、渦巻き状に走査される励起光の位置情報が逐次電流に変換されて出力される。ＰＳＤ４０２から出力された電流は、アンプ４０４によって電圧に変換されて、システム本体１００のＡ／Ｄ１３０に送られる。そして、励起光の位置情報（電圧信号）は、Ａ／Ｄ１３０によって、所定のサンプリング周波数（例えば、５４ＭＨｚ）でサンプリングされた上で、デジタル値に変換される。デジタル値に変換された励起光の位置情報は、ＣＰＵメモリ１１０に順次記憶される。ここで、サンプリング周波数は、走査領域の周辺部分において内視鏡画像の略１画素を走査するのに掛かる時間に対応する周波数である。
【００４５】
次に、ＣＰＵ１０８は、ＣＰＵメモリ１１０に記憶された励起光の位置情報を画像メモリ１１８に対応付けてリマップテーブルを作成し、リマップテーブル用メモリ１１９に格納する。すなわち、リマップテーブルは、励起光の位置情報とモニタ３００に表示される内視鏡画像との対応関係を記述するテーブルであり、例えば、内視鏡画像を１５×１５ピクセルとした場合、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。従って、ＣＰＵ１０８は、この関係に基づいてサンプリング点から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。そして、更に本実施形態においては、走査領域の中心部分でサンプリング点が集中して褪色が発生するのを防止するため、励起光をパルス状に射出させるための発光パターンデータを作成している。
【００４６】
図６は、ＣＰＵ１０８によって作成された走査領域の中心部分のリマップテーブルと発光パターンデータとの関係、及びサンプリング点とラスタ座標（内視鏡画像の画素アドレス）との関係を説明する図である。図６（ａ）は、本実施形態のリマップテーブル及び発光パターンデータの一例であり、図６（ｂ）は、回転軌跡に沿って連続する１０個のサンプリング点及びラスタ座標との対応関係を示す図である。ここで、図６（ｂ）の各サンプリング点に付された番号は、図６（ａ）のサンプリング点の番号に対応している。図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、サンプリング点１〜３は、ラスタ座標（６，８）に対応し、サンプリング点４、５は、ラスタ座標（６，７）に対応し、サンプリング点６は、ラスタ座標（７，７）に対応し、サンプリング点７、８は、ラスタ座標（７，６）に対応し、サンプリング点９、１０は、ラスタ座標（８，６）に対応するものとして説明する。
【００４７】
ＣＰＵ１０８は、各サンプリング点が対応するラスタ座標を求めた後、各サンプリング点のラスタ座標について次のサンプリング点のラスタ座標との差（デルタ座標）を求める。ＣＰＵ１０８は、デルタ座標に基づいてリマップテーブルを完成させる。例えば、サンプリング点３のラスタ座標（６，８）とサンプリング点４のラスタ座標（６，７）との差を求めた場合、サンプリング点３のデルタ座標は（０，−１）となり、サンプリング点５のラスタ座標（６，７）とサンプリング点６のラスタ座標（７，７）との差を求めた場合、サンプリング点５のデルタ座標は（１，０）となる。このように、連続するサンプリング点に対して順番にデルタ座標を求めることにより、ラスタ座標が変化するサンプリング点（すなわち、異なる画素との境界に位置するサンプリング点）を求めている。完成したリマップテーブルは、リマップテーブル用メモリ１１９に送られて記憶される。
【００４８】
次に、ＣＰＵ１０８は、デルタ座標が（０，０）以外の値を有するサンプリング点（すなわち、ラスタ座標が変化するサンプリング点）を抽出し、その発光パターンデータのみを「１」とする（換言すれば、それ以外は「０」とする）処理を行って発光パターンデータを生成する。すなわち、発光パターンデータは、同一のラスタ座標を有する連続する複数のサンプリング点のうち、ラスタ座標が変化するサンプリング点（すなわち、異なる画素との境界に位置するサンプリング点）でのみ「１」となるデータである。同一のラスタ座標を有する連続する複数のサンプリング点は、１つのサンプリング点に間引かれて、対応する内視鏡画像の画素（ラスタ座標）に発光パターンデータとして割り当てられる。なお、図６（ｂ）においては、発光パターンデータが「１」となるサンプリング点を黒丸で示し、発光パターンデータが「０」となるサンプリング点を白丸で示している。このように生成された発光パターンデータは、レーザ制御回路１２２に内蔵の発光パターン用メモリ１２２ａに送られて記憶される。本実施形態においては、パルス駆動期間（すなわち、走査領域の中心部分）の励起光を発光パターンデータに基づいたレーザ駆動信号でパルス状に照射することで、走査領域の中心部分で蛍光の褪色が発生するのを防止している。なお、図６においては、説明の便宜上、走査領域の中心部分のリマップテーブル及び発光パターンデータを示して説明を行ったが、走査領域の周辺部分のリマップテーブル及び発光パターンデータも同様に作成される。ただし、走査領域の周辺部分においてはパルス駆動期間外となるため、各サンプリング点の発光パターンデータは全て「１」とされる。
【００４９】
リマップテーブル及び発光パターンデータが完成すると、キャリブレーションユニット４００を共焦点光学ユニット２０４の先端から取り外すことで、通常の共焦点観察（内視鏡観察）が可能となる。すなわち、ＣＰＵ１０８は、光ファイバ２０２の先端２０２ａを渦巻き状に走査（回転）させながら、光源１０２から発光パターンデータに応じた励起光が射出されるようにレーザ制御回路１２２を制御する。具体的には、ＣＰＵ１０８が制御するレーザ制御回路１２２は、発光パターン用メモリ１２２ａから各サンプリング点の発光パターンデータを順に呼び出しながら、レーザ駆動信号を生成し、光源１０２に供給することで励起光のオン／オフ制御を行う。
【００５０】
図７は、発光パターンデータに基づいてパルス状に照射される励起光と、ラスタ座標（内視鏡画像の画素アドレス）との関係を模式的に示す図である。上述したように、発光パターンデータは、同一のラスタ座標を有する連続する複数のサンプリング点を１つに間引くことによって生成されたデータである。従って、図７に示すように、励起光が発光パターンデータに基づいて照射される結果、走査領域の中心部分の内視鏡画像の各画素には、その画素に含まれる回転軌跡の数（すなわち、径方向の走査ライン数）に相当するパルスの励起光が照射されることとなる。例えば、図７の場合、ラスタ座標（７，６）の画素には、１つの走査ラインしか含まれないため、１パルスの励起光が照射され、ラスタ座標（８，１０）の画素には、２つの走査ラインが含まれるため、２パルスの励起光が照射される。
【００５１】
図８は、各サンプリング点とレーザ駆動信号との関係を示すタイミングチャートである。図８中、黒丸は、発光パターンデータが「１」のサンプリング点を示し、白丸は、発光パターンデータが「０」のサンプリング点を示している。図８に示すように、本実施形態のレーザ駆動信号は、発光パターンデータが「１」のサンプリング点を中心とした一定の幅（例えば、５サンプリング分）を持ったパルス信号としている。これは、１つのサンプリング点に対応する時間で励起光を照射した場合、励起光の照射時間が約１８．５ｎｓ（１／５４ＭＨｚ）となり、蛍光試薬の反応時間との関係から十分な光量の蛍光を得ることが難しいことと、システムに起因する遅延時間等の影響により励起光をサンプリング点に正確に照射することが難しいことによる。なお、システムに起因する遅延時間は使用する部品によってもバラツキがあり、また、蛍光試薬の反応時間は、その種類、観察対象によっても変化する。そのため、ユーザが操作パネル１２４を操作することによって、レーザ駆動信号のパルス幅が可変できるように構成してもよい。
【００５２】
また、システム構成や蛍光試薬の変更によって、信号の遅延時間や蛍光試薬の反応時間が変化することが考えられる。そのため、本実施形態においては、ユーザが操作パネル１２４を操作することによって、レーザ駆動信号の立ち上がりをサンプリング点に対して任意に早めることができる（すなわち、励起光を照射し始めるタイミングを任意に調整することができる）ように構成されている。
【００５３】
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、実機検証の結果に基づいてサンプリング期間の最初の１／３の期間（すなわち、走査領域の直径の略１／３を直径とする円内）を蛍光の褪色が発生する領域であるとしてパルス駆動期間に設定した。このパルス駆動期間は、蛍光の褪色具合に応じて、サンプリング期間の最初の１／３の期間よりも長く設定してもよく、また短く設定してもよい。また、ユーザが操作パネル１２４を操作することによって、パルス駆動期間を任意に設定できる構成としてもよい。
【００５４】
また、本実施形態においては、走査領域の周辺部分のリマップテーブルについて、各サンプリング点の発光パターンデータを全て「１」に設定する構成としたが、この構成に限定されるものではなく、例えば、走査領域の周辺部分については、発光パターンデータを設定せず、励起光を連続照射するように構成してもよい。このような構成とすれば、パルス駆動期間に相当するサンプリング点についてのみ発光パターンデータを生成すればよく、処理を効率化することができ、また、リマップテーブルのデータサイズを小さくすることができる。
【００５５】
また、本実施形態では、走査型共焦点内視鏡システムについて説明したが、本実施形態における励起光の発光制御は、特許文献５に例示される、別のタイプ（例えばカラー画像を撮影可能なタイプ）の走査型内視鏡システムにも適用することができる。図１０は、別の実施形態の走査型内視鏡システム１Ｍを構成する、システム本体５００の一部及び走査型内視鏡６００の構成を示す模式図である。図１１は、モニタ３００及びシステム本体５００の構成を示すブロック図である。図１１においては、システム本体５００と走査型内視鏡６００との接続関係等を明確にするため、走査型内視鏡６００の一部の構成も模式的に示している。なお、別の実施形態において、本実施形態と説明が重複する部分については適宜省略又は簡略する。
【００５６】
図１１に示されるように、システム本体５００の前面には光コネクタ５０２及び電気コネクタ５０４が設けられており、走査型内視鏡６００の基端には光コネクタ６０２及び電気コネクタ６０４が設けられている。光コネクタ６０２が光コネクタ５０２に差し込まれることにより、システム本体５００と走査型内視鏡６００とが光学的に接続され、電気コネクタ６０４が電気コネクタ５０４に差し込まれることにより、システム本体５００と走査型内視鏡６００とが電気的に接続される。なお、図１０においては、システム本体５００と走査型内視鏡６００との接続関係等を分かり易くするため、光コネクタ５０２と光コネクタ６０２との接続部分を敢えて三つに分けて図示している。
【００５７】
システム本体５００は、各種回路の信号処理タイミングを統括的に制御するＣＰＵ５２０を有している。また、システム本体５００は、Ｒ、Ｇ、Ｂの各波長の光（以下、夫々、「Ｒ光」、「Ｇ光」、「Ｂ光」と記す。）を射出可能なレーザ光源５１０Ｒ、５１０Ｇ、５１０Ｂを有している。また、特殊光観察に適した波長の光（以下、「特殊光」と記す。）を射出するレーザ光源５１０Ｓを有している。なお、これら４つのレーザ光源は、例えば広帯域（可視光および特殊光を含む帯域）であるスーパーコンティニューム光等を射出する単一のファイバレーザに置き換えてもよい。また、光源は、レーザ光源に限らず例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の他の形態の光源に置き換えてもよい。
【００５８】
システム本体５００は、レーザ光源５１０Ｒ、５１０Ｇ、５１０Ｂ、５１０Ｓの各レーザ光源の発光を制御するレーザ制御回路５１２を有している。レーザ制御回路５１２には発光パターン用メモリ５１２ａが内蔵されている。発光パターン用メモリ５１２ａには、キャリブレーションユニット４００（図１０及び図１１では不図示）を用いて作成された、本実施形態と同様の発光パターンデータが格納されている。レーザ制御回路５１２は、発光パターン用メモリ５１２ａに格納された発光パターンデータに基づいてレーザ光源５１０Ｒ、５１０Ｇ、５１０Ｂ、５１０Ｓの発光制御を行い、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光、特殊光を同期したタイミングで射出させる。一例として、レーザ制御回路５１２は、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光、特殊光の各波長の光を、サンプリング期間の開始から所定期間（パルス駆動期間であり、例えばサンプリング期間の最初の１／３の期間）中はパルス状に射出させ、パルス駆動期間経過後の残りのサンプリング期間中には連続的に射出させる。
【００５９】
各レーザ光源から射出されたＲ光、Ｇ光、Ｂ光、特殊光は、光結合器５１４に入射される。光結合器５１４は、入射された各波長の光を結合し、走査型内視鏡６００が有するシングルモードファイバ６１０の入射端６１０ａに入射させる。シングルモードファイバ６１０に入射された光は、シングルモードファイバ６１０内を伝送されて、走査型内視鏡６００の先端部６２０内に配されたシングルモードファイバ６１０の射出端６１０ｂより射出される。
【００６０】
図１２は、走査型内視鏡６００の先端部６２０の内部構造を示す側断面図である。また、図１３は、先端部６２０の内部構造を示す斜視図である。図１２に示されるシース６２２は、可撓性を有する走査型内視鏡６００の保護チューブである。シース６２２は、先端部６２０から光コネクタ６０２にまで延びた形状を有し、走査型内視鏡６００が有する各種内蔵部品を保護している。シース６２２の外径は、走査型内視鏡６００がイメージセンサ等を搭載しない構成であるため、従来型の電子スコープの外径に比べて格段に細い。そのため、走査型内視鏡６００は、従来型の電子スコープに比べてより一層の低浸襲性が達成されている。
【００６１】
シース６２２内部には、支持体６２４が取り付けられている。シングルモードファイバ６１０の先端部分６１０ｃは、支持体６２４の貫通穴に挿入され通されて片持ち梁の状態で支持されている。支持体６２４には二軸アクチュエータ６２６も支持されている。システム本体５００が有する走査ドライバ５３０は、交流電圧Ｘを二軸アクチュエータ６２６Ｃ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。これにより、シングルモードファイバ６１０の射出端６１０ｂは、ＸＹ近似面上において中心軸ＡＸを中心に渦巻状のパターンを描くように移動する。射出端６１０ｂより射出される光は、サンプリング期間中、走査型内視鏡６００の先端に取り付けられた集光レンズ６２８を介して、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。
【００６２】
被写体を走査した光の反射成分は、集光レンズ６２８を介してシース６２２内に入射される。ここで、シース６２２内において、支持体６２４の端面６２４ａには、複数の貫通穴が円環状に並べて形成されている。各貫通穴には検出用ファイバ６３０が埋設されている。シース６２２内に戻された被写体からの反射光は、各検出用ファイバ６３０の入射端６３０ａに入射される。各入射端６３０ａに入射された反射光は、検出用ファイバ６３０内を終端に向かって伝送される。
【００６３】
図１３において図示省略するが、各検出用ファイバ６３０は支持体６２４の後方で束ねられ、光ファイババンドル６３０Ｂを構成している。光ファイババンドル６３０Ｂは、走査型内視鏡６００の先端部６２０から光コネクタ６０２に延びている。光ファイババンドル６３０Ｂの終端は、光コネクタ６０２に収容されている。光コネクタ６０２内において、光ファイババンドル６３０Ｂの終端は、光サーキュレータ６４０により波長選択ファイバ６５０の一端と光学的に結合されている。
【００６４】
ファイババンドル６３０Ｂ（検出用ファイバ６３０）内を伝送された反射光は、光サーキュレータ６４０によりファイババンドル６３０Ｂの終端と結合された波長選択ファイバ６５０の結合端に入射される。光サーキュレータ６４０は、ファイババンドル６３０Ｂからの反射光を波長選択ファイバ６５０にのみ入射させるように構成されている。つまり、ファイババンドル６３０Ｂからの反射光を後述の光ファイバ６６０には入射させないように構成されている。
【００６５】
波長選択ファイバ６５０は、光コネクタ６０２内に蜷局を巻くように収容されている。波長選択ファイバ６５０の導光路中には、結合端側から順にＲ（Red）、Ｇ（Green）、Ｂ（Blue）の各波長に対応するファイバブラッググレーティング６７０Ｒ、６７０Ｇ、６７０Ｂが形成されている。そのため、波長選択ファイバ６５０に入射され伝送される反射光は、まず、ファイバブラッググレーティング６７０ＲによりＲ成分について強い後方反射が引き起こされる。つまり、ファイバブラッググレーティング６７０Ｒは、反射光に含まれるＲ光のみを反射させて波長選択ファイバ６５０の結合端側に戻すとともに他の成分を透過させる。ファイバブラッググレーティング６７０Ｇ、ファイバブラッググレーティング６７０Ｂにおいても同様の光学的作用が引き起こされる。すなわち、ファイバブラッググレーティング６７０ＧにおいてはＧ光のみが、ファイバブラッググレーティング６７０ＢにおいてはＢ光のみが夫々反射されて波長選択ファイバ６５０の結合端側に戻される。
【００６６】
ファイバブラッググレーティング６７０Ｒ、６７０Ｇ、６７０Ｂは、Ｒ、Ｇ、Ｂの各波長の反射光に所定の光路差を付与するように位置が決められ形成されている。ここで、光サーキュレータ６４０は、波長選択ファイバ６５０からの光を光ファイバ６６０にのみ入射させるように構成されている。つまり波長選択ファイバ６５０からの光をファイババンドル６３０Ｂには入射させないように構成されている。そのため、波長選択ファイバ６５０の結合端に所定の時間遅延をもって到達したＲ、Ｇ、Ｂの各波長の反射光は、当該所定の時間差を維持しつつ光ファイバ６６０に順次入射される。
【００６７】
光ファイバ６６０の終端６６０ａは、光コネクタ５０２と光コネクタ６０２とを接続させたとき、システム本体５００が有するカップリングレンズ５４２ＲＧＢを介して光検出器５４４ＲＧＢと結合される。そのため、光検出器５４４ＲＧＢには、Ｒ、Ｇ、Ｂの各波長の反射光が所定の時間差をもって順次受光される。
【００６８】
一方、ファイババンドル６３０Ｂからの反射光に含まれる特殊光に対応する成分は、波長選択ファイバ６５０を伝送中、何れのファイバブラッググレーティングによっても反射されること無く波長選択ファイバ６５０の終端６５０ａより射出される。終端６５０ａは、光コネクタ６０２をコネクタ５０２に接続させたとき、システム本体５００が有するカップリングレンズ５４２Ｓを介して光検出器５４４Ｓと光学的に結合される。そのため、光検出器５４４Ｓには、特殊光に対応する成分が受光される。
【００６９】
光検出器５４４ＲＧＢ及び５４４Ｓにより受光され検出された各信号は、映像信号処理回路５５０に入力される。映像信号処理回路５５０は、ＣＰＵ５２０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。
【００７０】
システム本体５００は、リマップテーブル用メモリ５６０を有している。リマップテーブル用メモリ５６０には、キャリブレーションユニット４００を用いて作成された、本実施形態と同様のリマップテーブルが格納されている。映像信号処理回路５５０は、リマップテーブル用メモリ５６０に格納されたリマップテーブルに基づいてリマッピングを行う。具体的には、映像信号処理回路５５０は、光検出器５４４ＲＧＢで検出されたＲ、Ｇ、Ｂの各波長に対応するデジタル検出信号をリマッピングし、画像メモリ５７０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５７０から映像信号出力回路５８０に掃き出されて、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。これにより、モニタ３００の表示画面に、被写体のカラー画像が表示される。また、映像信号処理回路５５０は、光検出器５４４Ｓで検出された特殊光の波長に対応するデジタル検出信号をリマッピングして画像メモリ５７０にフレーム単位でバッファリングし、映像信号出力回路５８０を介してモニタ３００に出力することもできる。この場合、モニタ３００の表示画面には、特殊光の波長に対応する生体が強調された被写体の強調画像が表示される。なお、被写体のカラー画像と強調画像は、モニタ３００に択一的に表示されてもよく、二画面分割で同時に表示されてもよい。
【００７１】
上述した別の実施形態によれば、サンプリング期間の開始から所定期間（パルス駆動期間であり、例えばサンプリング期間の最初の１／３の期間）中、レーザ光をパルス状に射出させることにより、走査領域の中心部分においてレーザ光の照射エネルギーが連続的なレーザ光を照射する場合と比べて減少する。そのため、例えば、走査領域の周辺部分の明るさを確保するためにレーザ強度を上げた結果、走査領域の中心部分に位置する患部に必要以上のレーザ光が照射されるという問題の発生を避けることができる。また、走査領域の周辺部分ではレーザ光が連続的に照射されるため、周辺部分で光量不足が生ずることがない。レーザ光の照射エネルギーの高い走査領域の中心部分において照射エネルギーを減少させることにより、走査領域内において単位面積当たりの照射エネルギーのバラツキが抑えられ、中心部分から周辺部分にかけて略一様な明るさの内視鏡画像を得ることが可能となる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【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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