(57)【要約】【解決課題】硬質又は可撓性の形態に適合し易い走査内視鏡であり、走査ビームイメージングを使用した内視鏡および腹腔鏡に関する。【解決手段】内視鏡は、制御装置、光源、検出器を収納した１つまたはそれ以上の本体；走査機構を収容した分離可能な先端部を備え、光源は、出力を全色感光型ビーム内に結合するレーザエミッタを含む。画像を生成する紫外線または赤外線波長の光が発光される。検出器は、末端または基端部に収納され、集光された光が光ファイバを介して伝播される。複数の走査要素を組み合わせ、立体画像や他の画像形式が生成可能である。内視鏡は体腔内の通過を容易にし、患者のトラウマを低減する滑剤送達システムを含む。イメージング構成要素は小型で、別の形態はＭＥＭＳスキャナおよび光ファイバ内に設けられ、作業チャネル、灌液部分、その他の隙間内に配置することができる。【選択図】なし
2007526014.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
走査ビームイメージャであり；
偏光した光を生成するべく動作可能な照明器を備え；
基端部と末端部を有する照明光ファイバを備え、上記基端部が前記照明器からの光を受光するよう整列されており、前記照明光ファイバが、その基端部から末端部へと光を伝播するべく動作可能であり；
前記照明光ファイバの末端部から視野にかけて光を誘導するべく動作するスキャナを備え；
前記照明器からの光に対して相互偏光された偏光器を備え；
前記照明光ファイバとは別の少なくとも１本の検出光ファイバを備え、前記少なくとも１本の検出ファイバが末端部と基端部を有しており、前記少なくとも１本の検出ファイバの末端部が、前記偏光器を介して視野から誘導された光の少なくとも一部分を受光するよう位置決めされており；さらに、
前記少なくとも１本の検出光ファイバの基端部からの光を受光するよう位置決めされた少なくとも１つの光検出器を備える走査ビームイメージャ。
【請求項２】
前記照明光ファイバの末端部と前記ビーム誘導器の間に動作可能に介在されたビーム成形光学要素をさらに備える、請求項１に記載の走査ビームイメージャ。
【請求項３】
走査された光ビームの形状を変更するために、前記ビーム成形光学要素の特徴が調整可能である、請求項２に記載の走査ビームイメージャ。
【請求項４】
調整可能な前記ビーム成形光学要素の特徴が、前記ビーム成形光学要素の可変位置を含んでいる、請求項３に記載の走査ビームイメージャ。
【請求項５】
調整可能である前記ビーム成形光学要素の特徴が、前記ビーム成形光学要素の可変形状を含んでいる、請求項３に記載の走査ビームイメージャ。
【請求項６】
視野から光を集め、上記集めた光を前記少なくとも１本の検出光ファイバ内に結合するべく位置決めされた少なくとも１つの集光光学部材をさらに備える、請求項１に記載の走査ビームイメージャ。
【請求項７】
前記少なくとも１つの集光光学部材が、実質的に透明なプラスチック材料を備えている、請求項６に記載の走査ビームイメージャ。
【請求項８】
前記少なくとも１本の検出光ファイバが、複数の検出光ファイバを備えており；さらに、
前記少なくとも１つの光検出器が複数の光検出器を備えている、請求項１に記載の走査ビームイメージャ。
【請求項９】
前記複数の検出光ファイバに結合した複数のフィルタをさらに備えており、前記複数のフィルタの各々が、実質的に光の特定の波長が前記複数の光検出器の各々へ伝播されることを妨害する、請求項８に記載の走査ビームイメージャ。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの光検出器が、複数の光検出器を備えており、前記走査ビームイメージャがさらに；
前記少なくとも１本の検出器光ファイバにより伝播される光の一部分を除去し、除去された光の部分を前記複数の光検出器の１つへと誘導する少なくとも１つの波長分離器を備えている、請求項１に記載の走査ビームイメージャ。
【請求項１１】
前記波長分離器が誘電鏡を備えている、請求項１０に記載の走査ビームイメージャ。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの波長分離器が、前記少なくとも１本の検出器光ファイバと前記複数の光検出器の１つとの間に介在されている、請求項１０に記載の走査ビームイメージャ。
【請求項１３】
前記ビーム誘導器が、前記照明光ファイバの末端部を移動するべく動作可能な機構を含んでいる、請求項１に記載の走査ビームイメージャ。
【請求項１４】
前記ビーム誘導器が、前記照明光ファイバの末端部からの光を受光し、この光を偏光するべく動作するよう整列した可動鏡を含んでいる、請求項１に記載の走査ビームイメージャ。
【請求項１５】
前記ビーム誘導器がＭＥＭＳスキャナを含んでいる、請求項１４に記載の走査ビームイメージャ。
【請求項１６】
走査ビーム内視鏡であり；
偏光を生成するべく動作可能な発光器を備え；
基端の位置から末端の位置へ光を伝播するために、前記発光器と動作可能に結合した光ファイバをさらに備え；
前記光ファイバの末端部からの光ビームを受光するよう位置決めされたスキャナを備え、前記スキャナが、視野にかけて光ビームを走査するべく動作可能に結合しており；
前記発光器からの光に対して相互偏光され、前記視野からの光を受光するべく位置決めされた偏光器を備え；
前記偏光器を介して視野から光を受光するよう位置決めされた少なくとも１つの光検出器を備えている、走査ビーム内視鏡。
【請求項１７】
前記少なくとも１つの光検出器が複数の光検出器を備えている、請求項１６に記載の走査ビーム内視鏡。
【請求項１８】
複数の光ファイバをさらに備えており、前記光ファイバの各々が、視野からの光の１つまたはそれ以上の波長の伝播を実質的に妨害するために、前記複数の光検出器の１つと光学結合している、請求項１７に記載の走査ビーム内視鏡。
【請求項１９】
前記少なくとも１つの光検出器が、前記光ファイバの末端付近に搭載されたフォトダイオードを備えており、前記フォトダイオードが、これへの視野入射からの光に反応する電気信号を変調する、請求項１６に記載の走査ビーム内視鏡。
【請求項２０】
前記フォトダイオード付近に搭載されたアナログ／デジタル変換器をさらに備え、前記アナログ／デジタル変換器が、前記フォトダイオードによって生成されたアナログ電気信号を、伝播されるデジタル電気信号に変換するべく、前記光ファイバの基端部付近に動作可能に結合している、請求項１９に記載の走査ビーム内視鏡。
【請求項２１】
画像を捕獲する方法であり；
光のビームを生成し；
上記光のビームを２次元視野にかけて、両軸において一定でない値にて走査し；
散乱した光を１本またはそれ以上の光ファイバで収集し；さらに、
視野からの光を検出する、画像を捕獲する方法。
【請求項２２】
さらに、実質的に一定の値においてデータのサンプリングを行う、請求項２１に記載の画像を捕獲する方法。
【請求項２３】
さらに、画素間の間隔が実質的に等しい画像を生成するために、上記サンプリングしたデータポイント間を補間する、請求項２２に記載の画像を捕獲する方法。
【請求項２４】
前記光のビームを走査するステップがさらに、
第１走査周波数で走査された第１走査軸に沿って走査を行い；
第２走査周波数で走査された第２走査軸に沿って走査を行い；
上記第２走査周波数が第１走査周波数よりも低く；さらに
前記軸の少なくとも一方が正弦的に変化する走査速度にて走査される、請求項２１に記載の画像を捕獲する方法。
【請求項２５】
データが、正弦的に変化する走査速度で走査された瞬間走査速度軸と実質的に反比例する瞬間値においてサンプリングされる、請求項２４に記載の画像を捕獲する方法。
【請求項２６】
瞬間走査速度が両方の走査軸において正弦的に変化する、請求項２４に記載の画像を捕獲する方法。
【請求項２７】
前記第１、第２走査軸が、フレームレートよりも高い周波数にて走査される、請求項２５に記載の画像を捕獲する方法。
【請求項２８】
ビームがリサージュ走査パターンにおいて走査される、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
走査ビーム内視鏡であり；
複数の波長を出力する照明器を備え；
前記照明器と結合し、基端部と末端部を有する照明光ファイバを備え；
前記照明光ファイバの末端部から光を受光し、これを視野にかけて走査する２本の軸における走査共鳴を備え；さらに、
視野によって散乱した光を受光する検出器を備える、走査ビーム内視鏡。
【請求項３０】
複数の波長を有する前記光が広帯域光である、請求項２９に記載の走査ビーム内視鏡。
【請求項３１】
複数の波長を有する前記光がさらに、複数の別個のナローバンドカラーを備えている、請求項２９に記載の走査ビーム内視鏡。
【請求項３２】
赤色、緑色、青色に関連した３色の別個のナローバンドカラーがある、請求項３１に記載の走査ビーム内視鏡。
【請求項３３】
別個のナローバンドカラーの少なくとも１つが、人間の眼では容易に区別できない電磁スペクトルの領域内にある、請求項３１に記載の走査ビーム内視鏡。
【請求項３４】
走査内視鏡先端部であり；
分離可能な基端部本体からの照明光を受光し、上記照明光を末端先端部へ伝播するための照明光ファイバを備え；
前記末端先端部内の少なくとも２本の軸において共鳴的に駆動され、前記照明ファイバの末端部からの照明光を受光し、上記照明光を視野にかけて走査するよう位置決めされたスキャナを備え；
視野からの光を受光し、前記受光した光を分離可能な基端部本体へ伝播するよう基端部へ伝播する、前記末端先端部内に位置決めされている１本またはそれ以上の検出光ファイバをさらに備える、走査内視鏡先端部。
【請求項３５】
基端部から末端部へと延びており、前記光ファイバを内包している外部シースをさらに備える、請求項３４に記載の走査内視鏡先端部。
【請求項３６】
前記外部シース内に内包されている、分離可能な基端部本体から電気信号を受信し、上記電気信号を前記スキャナへ送信するための基端部を備えた複数の電気リード線をさらに備えている、請求項３５に記載の走査内視鏡先端部。
【請求項３７】
前記電気リード線の１本またはそれ以上がさらに、信号を前記末端部から前記基端部へ、送信し、次にこの信号がさらに、分離可能な基端部本体へ送信される、請求項３６に記載の走査内視鏡先端部。
【請求項３８】
前記光ファイバの前記基端部に取り付けられた先端コネクタをさらに備え、前記先端コネクタが、分離可能な本体上に配置した本体コネクタに取り外し可能に結合できる、請求項３４に記載の走査内視鏡先端部。
【請求項３９】
走査ビームイメージャであり；
視野にかけて光のビームを走査するための複数のビームスキャナを備えており；
視野からの光を受光するべく位置決めされた１つまたはそれ以上の非イメージング検出器要素を備えている走査ビームイメージャ。
【請求項４０】
前記複数のビームスキャナの各々に結合した別個の照明源をさらに備え；
複数のビームスキャナの各々に関連している前記受光した光に関連した信号を区別するために、前記１つまたはそれ以上の非イメージング検出器要素と結合している、１つまたはそれ以上のデマルチプレクサをさらに備えている、請求項３９に記載の走査ビームイメージャ。
【請求項４１】
前記各々の別個の照明源が、或る特徴的周波数にて変調された光を出力し；さらに、
前記１つまたはそれ以上のデマルチプレクサが、周波数変調に基づいて信号を分離する、請求項４０に記載の走査ビームイメージャ。
【請求項４２】
前記各々の別個の照明源が、１つまたはそれ以上の特徴的波長にて光を出力し、さらに、
前記１つまたはそれ以上のデマルチプレクサが、波長に基づいて信号を分離する、請求項４０に記載の走査ビームイメージャ。
【請求項４３】
２つのビームスキャナが存在し；さらに、
各ビームスキャナの視野が実質的に同一であり；
これにより、前記走査ビームイメージャが立体画像を生成する、請求項４０に記載の走査ビームイメージャ。
【請求項４４】
末端先端部を有する内視鏡であり；
末端先端部付近に位置決めされた１つまたはそれ以上の滑剤分配口を備えているため、体腔内の内視鏡の通過を補助するべく滑剤を分配することができる、末端先端部を有する内視鏡。
【請求項４５】
上記滑剤を臨床医が手動で分配できる、請求項４４に記載の内視鏡。
【請求項４６】
上記滑剤を自動的に分配できる、請求項４５に記載の内視鏡。
【請求項４７】
上記滑剤自動分配が画像データによって誘発される、請求項４６に記載の内視鏡。
【請求項４８】
上記滑剤自動分配が先端角度によって誘発される、請求項４６に記載の内視鏡。
【請求項４９】
滑剤を放出する末端先端部の少なくとも一部分上にコーティングをさらに備え、これにより、明瞭なビューを維持し、画像品質を最大化する、請求項４４に記載の内視鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走査ビームシステムに関連し、より詳細には、走査ビームイメージングを使用した内視鏡および腹腔鏡に関する。
【０００２】
（関連明細書への参照）
本願明細書は、Ｗｉｋｌｏｆ等によって発明され、２００３年６月２３日付けで提出された仮特許明細書出願番号６０／４８２、３７６号、タイトルＳＣＡＮＮＩＮＧ  ＥＮＤＯＳＣＯＰＥに従属し、ここから優先権を請求するものである。
【背景技術】
【０００３】
１９８０年代から、ビデオ内視鏡および腹腔鏡が一般的に使用されてきた。腹腔鏡は、最低侵襲性の手術に使用できる硬質な装置である。一般に、腹腔鏡は、基端部に外部的に取り付けられ、デジタルカメラを搭載したハンドピースを使用する。デジタルカメラは、患者の体腔内に延びた管内にエンド・トゥ・エンド配置された一連のロッドレンズを介してビデオ画像を収集する。カメラはその信号を、配線を介して、多くの場合ディスプレイモニタを装備しているコンソールへ戻す。さらに、一般にコンソールの上には、多くの場合キセノンランプに基づいた光源が取り付けられている。光源は、光ファイバを介して光をハンドピースへ送り、ここで結合が行われる。次に、この光が、腹腔鏡管内を走行している光ファイバを介して体腔内へ送られる。光ファイバは多くの場合同軸リング内の管の末端部、または管外縁周囲の部分アークにて終端している。使用時に、照明パワーは、適切な明るさの画像をビデオモニタ上に提供するよう調整される。
【０００４】
一般に、内視鏡は、診断処置または他の処置に使用できる可撓性の装置である。最新型の内視鏡（および数種類の腹腔鏡）は、光を集光し、これを電気信号に変換し、電気信号を可撓性管を介してハンドピースにまで送信する末端先端部デジタルカメラを使用している。その後、この信号が、腹腔鏡の動作方法と類似の方法で表示されるべくコンソールへ送信される。一般にカメラレンズの各側部上の１対のアパーチャとして終端している照明ファイバを除いて、照明が腹腔鏡のものと類似の方法で体腔へ送られる。多くの場合、内視鏡は、内視鏡の先端を臨床医が見たい方向、または管を前進させたい方向へ向ける操縦装置に加えて、灌液チャネルと機器用の作業チャネルを含んでいる。
【０００５】
内視鏡と腹腔鏡はエンドルック型またはサイドルック型であってよい。エンドルック型装置では、視野が装置端部の真正面に向いて位置決めされる。サイドルック型装置は、その視野を管端部から７０°または他の角度のオフアクシスで配置することができる。視野は、アプリケーションに従って変化する。例えば、結腸鏡（結腸検査に使用される内視鏡）は、多くの場合、１４０°の直交視野を有し、腹腔鏡は７０°の直交により近い視野を有する。
【０００６】
機器は、多くの内視鏡の作業チャネルを降下できるようになっている。作業チャネルの直径内を通って体腔内へ入り、その場所において臨床医が組織サンプル採取などに使用することができる鉗子および他の装置が開発された。腹腔鏡の分野では、一般に、機器は別の小さな切開部分を介して処置に導入される。多くの場合、機器および腹腔鏡はトロカールまたはリングを通るが、このリングは、不適切な締め付けまたは損傷を防止するべく切開部を寄せるため、さらに密封を維持するためのものである。
【０００７】
腹腔鏡と内視鏡の両方は、電荷結合素子（ＣＣＤ）または相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）素子のような画素化したセンサアレイを使用できる。画素化された画像では、各画素が１アレイの要素に関連しており、また、サンプリング間隔を選択するべく、各要素が接合地点から視野内へ進む光エネルギーを受光する。各要素は、光を、その接合地点の明るさと比例する電気信号に変換する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
今日のデジタル内視鏡および腹腔鏡では、画像品質とダイナミックレンジが制限され、また多くの場合、その他の望ましくない産物を生じ得る。とりわけ末端イメージングシステムの場合には、一般に、直径制限がより高い解像度への妨害となっている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明はその多様な形態において、走査ビームイメージングシステム、特に走査ビーム内視鏡、腹腔鏡、これ以外の、比較的届き難い場所から画像を収集するイメージング装置に関する。さらに、小型バーコード・イメージャ、ボロスコープ、マシンビジョンカメラ、その他を含む、これ以外のスキャニングまたは走査ビームイメージング装置に、多くの形態を適用することができる。
【００１０】
本発明の多くの形態は、医療および非医療分野の両方において、硬質および可撓性のアプリケーションに使用することが可能である。多くの場合、内視鏡および腹腔鏡という用語は、相互交換可能に使用され、また、胃鏡、腸鏡、Ｓ状結腸鏡、結腸鏡、喉頭鏡、鼻喉頭鏡、気管支鏡、十二指腸鏡、総胆管鏡、腎臓鏡、膀胱鏡、子宮鏡、腹腔鏡、関節鏡、その他を含む分野範囲における広範囲の特定的実現を参照するべく理解することができる。
【００１１】
本発明による或る例証的実施形態では、例えばナロースペクトル源のような複数のカラー光源を組み合わせて実質的に白色の光を形成している。この白色光は、１本またはそれ以上の光ファイバを介して末端先端部へ送られてビーム形成され、このビームが視野（ＦＯＶ）にかけて走査される。ＦＯＶによって反射、分散、屈折、または摂動された光の少なくとも一部分が集光され、電気信号に変換される。ビーム位置および集光した光の量に関する情報を組み合わせて、デジタル画像を形成することができる。別の実施形態によれば、ビーム位置に関する情報は画像自体から決定され得る。
【００１２】
或る例証的な実施形態によれば、カラー光源は赤色レーザ、緑色レーザ、青色レーザ、発光ダイオード、その他の装置であってよい。これ以外の例証的実施形態によれば、異なる性質を持った異なる数の光源を組み合わせて走査ビームを形成することができる。例えば、互いに数ナノメートルの波長で異なった１対の赤色源を使用して、赤色物体の識別を向上させることができる。別の例では、赤色源、緑色源、青色源の中間の波長を有する光源を使用して、向上した色域を有する４本、５本、６本、さらにそれ以上のチャネルを装備したシステムを作成できる。さらに別の例では、赤外線、紫外線、その他における光源を組み合わせて、拡張型のスペクトルシステムを形成できる。
【００１３】
その他の例証的実施形態によれば、治療的性質を有する光源を治療に用いることができる。例えば、強力な赤外線光を焼灼に使用する、紫外線光を屈光性薬剤に使用する、その他が可能である。狭波長源を組み合わせて使用することで、例えば、屈光性薬剤または光学診断化学物質が存在するが、これを特定の場所においてのみ有効化したい場合に、望ましくない波長に対して露出されることを防止できる。治療的ビームは、医師またはリモートエキスパートによって選択的に作動させる、あるいは、画像性質に基づいて自動的に作動させることができる。治療ビームは、視野全体について、視野の一部分について、または視野内の特定の小さなスポットについて作動させることが可能である。
【００１４】
他の例証的実施形態によれば、複数の光源を、本質的にカラーバランスがとれていない１本のビームに結合してもよい。このような場合、画像は電子的にカラーバランスがとれた状態であってもよい。さらに別の例証的実施形態によれば、複数のカラー光源を使用する必要はないが、むしろ１つまたはそれ以上の比較的広帯域の光源を使用できる。
【００１５】
いくつかの実施形態によれば、光ビームは走査鏡の中心を同軸的に通過し、第１反射体に衝突して跳ね返り、視野にかけてビームを走査する走査鏡へと戻る。この同軸ビーム経路は、例えば、イメージング先端部のサイズを最小化するために有利である。ビームと第１反射体の偏光性質を操作または選択することで、信号の強度を最大化し視野に許容されている迷光を最小化できる。別の実施形態では、偏光は合わないが、半透明鏡が光の一部分を鏡へ戻す。
【００１６】
ビームからの光は、視野の面によって分散され、この面を通過して伝播され、この面によって吸収され、および／またはこの面で反射され、さらに、体腔にわたって複数の伝播経路と遭遇し得る。このように伝播された光の一部分が、１つまたはそれ以上の集光ポイントにて集光される。１つまたはそれ以上の集光ポイントは、非イメージング収集と検出手段、例えば先端部に遠心に搭載されたフォトダイオードを備えていてよい。あるいは、集光手段は光ファイバを備えていてよく、光ファイバは光を集め、これを離れた場所も在る検出ユニットへ伝播し、ここで光がさらなる処理のために電気信号に変換される。このような集光ファイバは、例えば走査モジュール周囲に円周状に配置することができる。あるいは、光を走査鏡によって分離走査し、再収集的または共焦点的に収集することもできる。別の形態では、灌液チャネル、作業チャネル、その他の間の隙間空間内の先端にかけて収集ファイバを配置できる。さらに別の形態では、例えば器具、トロカール、またはこれ以外の、イメージング先端部から離れた位置で分散した光を集光する装置のような別個の収集ファイバを体腔内に挿入することができる。別の形態では、先端部を少なくとも部分的に半透明に作成して、集光が実行される範囲を拡大してもよい。
【００１７】
いくつかの例証的実施形態によれば、内視鏡または腹腔鏡は、ハンドピース内に搭載した光源および／または検出器を使用できる。別の例証的実施形態によれば、内視鏡または腹腔鏡は、光源および／または検出器を内蔵したコンソールを含んでいてよい。光は、スキャナを起動および監視するため、ディスプレイ情報をハンドピースに供給するため、システムの動作を制御するため、またはその他のために、電気接続部をさらに設けていてよいコネクタを介して、光ファイバおよびコンソールへ、またはこれらから伝播され得る。
【００１８】
例証的実施形態によれば、スキャナは、例えば、進行的な走査パターンまたは２重正弦的な走査パターンにおいて動作するＭＥＭＳスキャナであってよい。いくつかの実施形態では、スキャナは磁気ドライブによって動作される。別の実施形態では、スキャナは静電ドライブ、磁気ドライブと静電ドライブの組み合わせ、またはこれ以外の例えば圧電またはバイモルフドライブのような従来の手段によって動作される。ＭＥＭＳスキャナは、バルクマイクロマシン加工されたＭＥＭＳスキャナ、表面マイクロマシン加工された装置、またはこれ以外の技術上知られているタイプのものであってよい。鏡の表面は平坦であるか、またはビームの成形を補助するために光学パワーを含んだものであってよい。
【００１９】
いくつかの例証的実施形態によれば、視野は駆動信号の振幅によって制御され、低振幅信号はいくらか小さい角度動作と、したがってより狭い視野を生成し、高い振幅信号はより大きな角度動作、したがってより広い視野を作成する。
【００２０】
或る例証的実施形態によれば、レンズ、鏡、アパーチャ、研磨処理したファイバ端部の１つまたはそれ以上のようなビーム照準または焦点装置をビーム成形に使用することができる。１つまたはそれ以上の照準装置を、ビームの形状を制御するよう位置を変更または成形できる。スポット間隔に関連したスポットサイズの比較的一定の充填要素を維持するために、ビーム形状を視野と同時に変更することができる。あるいは、またはこれに加えて、使用者が、または自動的な手段によって、ビーム形状を最良の焦点を維持するべく制御できる。
【００２１】
或る例証的実施形態によれば、作業チャネルを、例えば画像分析に基づいて自動化してもよい。先端部の外部カバーまたはシースに、他の薬剤の必要性を低減し、患者の不快さ、鬱状態および／または死亡率を低下させるための補助として、滑剤および／または薬剤ポートを設けることができる。
【００２２】
或る例証的実施形態によれば、集光手段は、鏡面反射性を低減または排除するべく、ビームに対して相互偏光させることができる。
【００２３】
或る例証的実施形態によれば、本装置は、ヘモグロビン酸素注入監視または二酸化炭素監視のような監視手段を備えていてよい。ドップラー測定を使用して血流を決定することができる。
【００２４】
別の例証的実施形態によれば、ＦＯＶを可変強度源で照明できる。可変強度源は、例えば１つまたはそれ以上の光のビームを視野の少なくとも一部分にかけて走査し、その一方で、単数または複数のビームの強度を変調することで形成される。こうすることで、より暗いおよび／または離れた領域をより多く照明し、その一方で、より明るいおよび／またはより近い領域の照明を低減することができる。
【００２５】
別の例証的実施形態によれば、シーンを異なる色の照明器で特異的に照明することで、視野または視野の一部分のカラーバランスを変更できる。最大で実質的に全てのシーン情報の一部が、可変照明の駆動に使用されるデータの反転として提示されるように、照明器を駆動することが可能である。検出器にて実質的に均一な光散乱を生じるために、或る限度において、視野は異なった形で照明される。この場合、差動照明器を駆動するべく使用されるフレームバッファによって、画像情報全体またはその大部分を取り出すことができる。このモードは、ＰＩＮフォトダイオードのような非イメージング検出器、アバランシェ・フォトダイオード、フォトマルチプレクサ管、その他に適用する場合に特に有利である。
【００２６】
別の例証的実施形態によれば、走査ビーム照明器は、画素化したイメージャのようなイメージング検出器と組み合わせられる。より高速かつより小型の、あるいは改良型センサを可能にするべく、システムのダイナミックレンジを効果的に拡張するために、可変照明を適用できる。同様に、より遠くの、またはより暗い領域に追加の照明エネルギーを付加することによって装置の被写界深度を拡張するために、可変照明を使用できる。
【００２７】
別の例証的実施形態によれば、画像データを得るべく視野をプロービングすることができる。この場合、１つまたはいくつかの暗いまたは離れたスポットの光特徴を決定するために、特に明るい照明のスイッチを瞬間的にオンにし、次に、スイッチを安全性または他の必要性を満たすのに十分な時間だけオフにする。後続フレームの最中、他のスポットも同様にプロービングすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
図１は、走査ビームイメージャ１０２のブロック線図を示す。照明器１０４は、第１光のビーム１０６を生成する。２つの位置１１０ａ、１１０ｂに示すように、スキャナ１０８は、視野（ＦＯＶ）にかけて第１光のビームを偏向させて第２の走査光線１１０を生成する。位置１１２ａ、１１２ｂに示すように、走査光線１１０は、ビーム位置１１０ａ、１１０ｂの各々に関連してＦＯＶ内のスポット１１２を連続的に照明する。ビーム１１０がスポット１１２を照明する一方で、照明光線１１０が反射、吸収、散乱、屈折されるか、あるいは、生成された散乱光エネルギーに対する物体または材料の性質の影響を受ける。それぞれ散乱したエネルギー光線１１４ａ、１１４ｂとして示されている、スポット位置１１２ａ、１１２ｂから発せられ散乱した光エネルギー１１４の一部分が１つまたはそれ以上の検出器１１６へと移動し、この検出器１１６は、光を受光し、受け取った光エネルギーの量に関連して電気信号を生成する。電気信号は制御装置１１８を駆動し、制御装置１１８は、デジタル画像を形成し、その後この画像を、さらなる処理、復号化、記録、印刷、表示、またはこれ以外の処置あるいは使用のために、インターフェース１２０を介して送信する。
【００２９】
光源１０４は、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザ、熱源、アーク源、蛍光源、ガス放出源、またはこれ以外のタイプの照明器のような複数のエミッタを含むことができる。いくつかの実施形態では、照明器１０４は、約６３５〜６７０ナノメートル（ｎｍ）の波長を有する赤色レーザダイオードを備えている。別の実施形態では、照明器１０４は３個のレーザ、すなわち赤色ダイオードレーザ、緑色ダイオード励起固体（ＤＰＳＳ）レーザ、および青色ＤＰＳＳレーザを備えており、これらレーザの波長はそれぞれ約６３５ｎｍ、５３２ｎｍ、４７３ｎｍである。レーザダイオードは直接変調することができるが、ＤＰＳＳレーザは、一般に、例えば音響光学変調器（ＡＯＭ）のような外部からの変調を要する。外部変調器を使用する場合、この変調器は光源１０４の一部分と考慮される。複数のエミッタを使用する場合には、光源１０４は、いくつかのまたは全てのエミッタを結合して１本の光線にするためのビーム結合光学を含むことができる。さらに光源１０４は、１つまたはそれ以上の照準レンズおよび／または装置のようなビーム成形光学を設けていてよい。さらに、前出の実施形態において記述した波長は光学可視範囲内にあり、他の波長は本発明の範囲内に包括することができる。
【００３０】
光ビーム１０６は、単一ビームとして示されているが、シングルスキャナ１０８または別個のスキャナ１０８上に集束する複数のビームを備えていてよい。
【００３１】
いくつかの実施形態ではＭＥＭＳスキャナを使用する。ＭＥＭＳスキャナは、例えば以下の明細書に記載されているタイプのものであってよい；本発明の譲渡人に譲渡された米国特許第６、１４０、９７９号、ＳＣＡＮＮＥＤ  ＤＩＳＰＬＡＹ  ＷＩＴＨ  ＰＩＮＣＨ、  ＴＩＭＩＮＧ，  ＡＮＤ  ＤＩＳＴＯＲＴＩＯＮ  ＣＯＲＲＥＣＴＩＯＮ；本発明の譲渡人に譲渡された米国特許第６、２４５、５９０号、ＦＲＥＱＵＥＮＣＹ  ＴＵＮＡＢＬＥ  ＲＥＳＯＮＡＮＴ  ＳＣＡＮＮＥＲ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＯＦ  ＭＡＫＩＮＧ；本発明の譲渡人に譲渡された米国特許第６、２８５、４８９号、ＦＲＥＱＵＥＮＣＹ  ＴＵＮＡＢＬＥ  ＲＥＳＯＮＡＮＴ  ＳＣＡＮＮＥＲ  ＷＩＴＨ  ＡＵＸＩＬＩＡＲＹ  ＡＲＭＳ；本発明の譲渡人に譲渡された米国特許第６、３３１、９０９号、ＦＲＥＱＵＥＮＣＹ  ＴＵＮＡＢＬＥ  ＲＥＳＯＮＡＮＴ  ＳＣＡＮＮＥＲ；本発明の譲渡人に譲渡された米国特許第６、３６２、９１２号、ＳＣＡＮＮＥＤ  ＩＭＡＧＩＮＧ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＷＩＴＨ  ＳＷＩＴＣＨＥＤ  ＦＥＥＤＳ；本発明の譲渡人に譲渡された米国特許第６、３８４、４０６号、ＡＣＴＩＶＥ  ＴＵＮＩＮＧ  ＯＦ  Ａ  ＴＯＲＳＩＯＮＡＬ  ＲＥＳＯＮＡＮＴ  ＳＴＲＵＣＴＵＲＥ；本発明の譲渡人に譲渡された米国特許第６、４３３、９０７号、ＳＣＡＮＮＥＤ  ＤＩＳＰＬＡＹ  ＷＩＴＨ  ＰＬＵＲＡＬＩＴＹ  ＯＦ  ＳＣＡＮＮＩＮＧ  ＡＳＳＥＭＢＬＩＥＳ；本発明の譲渡人に譲渡された米国特許第６、５１２、６２２号、ＡＣＴＩＶＥ  ＴＵＮＩＮＧ  ＯＦ  Ａ  ＴＯＲＳＩＯＮＡＬ  ＲＥＳＯＮＡＮＴ  ＳＴＲＵＣＴＵＲＥ；本発明の譲渡人に譲渡された米国特許第６、５１５、２７８号、ＦＲＥＱＵＥＮＣＹ  ＴＵＮＡＢＬＥ  ＲＥＳＯＮＡＮＴ  ＳＣＡＮＮＥＲ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＯＦ  ＭＡＫＩＮＧ；本発明の譲渡人に譲渡された米国特許第６、５１５、７８１号、ＳＣＡＮＮＥＤ  ＩＭＡＧＩＮＧ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＷＩＴＨ  ＳＷＩＴＣＨＥＤ  ＦＥＥＤＳ；および／または、本発明の譲渡人に譲渡された米国特許第６、５２５、３１０号、ＦＲＥＱＵＥＮＣＹ  ＴＵＮＡＢＬＥ  ＲＥＳＯＮＡＮＴ  ＳＣＡＮＮＥＲ；これらの米国特許は全て本願明細書中で参照により援用している。
【００３２】
２次元ＭＥＭＳスキャナ１０８は、１つまたはそれ以上の光ビームを、フレーム期間中に、２次元ＦＯＶ全体、または２次元ＦＯＶの選択された範囲を網羅するパターンで高速走査する。典型的なフレームレートは、例えば６０Ｈｚであってよい。多くの場合、一方または両方の走査軸を共鳴的に実行することが有利である。或る実施形態では、一方の軸を約１９ＫＨｚで共鳴的に実行し、他方の軸をのこぎり波パターンにおいて非共鳴的に実行することで、或る伝播走査パターンを作成している。約１９ＫＨｚの走査周波数にて水平方向に走査し、また、６０Ｈｚにてのこぎり波パターンで垂直方向に走査する単一ビームで段階的に走査した双方向アプローチは、ＳＶＧＡ解像と類似している。或るこのようなシステムにおいて、水平走査動作は静電的に駆動され、垂直走査動作は磁気的に駆動される。あるいは、水平および垂直走査の両方を磁気または静電容量的に駆動することもできる。静電的駆動は、静電プレート、コームドライバ、または類似のアプローチを含んでいてよい。様々な実施形態において、両軸を正弦曲線的または共鳴的に駆動することができる。
【００３３】
アプリケーションまたは配置により、数タイプの検出器が適切であると言える。例えば、或る実施形態では、検出器は、増幅器およびデジタイザと接続したシンプルなＰＩＮフォトダイオードを設けることができる。この配置では、スキャナから、またあるいは光学機構からビーム位置情報が取り出され、走査スポット１１２のサイズおよび形状によって画像解像度が決定される。マルチカラーイメージングの場合、検出器１１６は、より精密なスプリッティングおよびフィルタリングを設けることで、散乱した光を検出前にその成分部分に分離できるようにすることができる。特定のアプリケーション、特に低い光アプリケーションでは、ＰＩＮフォトダイオードの別形態として、アバランシェ・フォトダイオード（ＡＰＤ）またはフォトマルチプレクサ管（ＰＭＴ）が好ましい。
【００３４】
様々なアプローチでは、アプリケーションに応じて、ＰＩＮフォトダイオード、ＡＰＤ、ＰＭＴのような単純な光検出器を、全ＦＯＶにて凝視するべく、ＦＯＶの一部分にて凝視するべく、光を再収集的に収集するべく、または光を共焦点的に収集するべく配置することができる。いくつかの実施形態では、光検出器１１６は、フィルタを介して光を収集することで、周囲光の多くを除去する。
【００３５】
本装置は、モノクローム、フルカラー、さらにはハイパースペクトルとして具現化することができる。いくつかの実施形態では、多くのカラーカメラに使用されている従来型のＲＧＢチャネルの間にカラーチャネルを追加することも望ましい。ここでは、グレースケールという用語と、関連する説明は、これらの実施形態の各々を参照するためのものとして理解されるが、これは、本発明の範囲内に包括される他の方法またはアプリケーションについても同様である。以降で説明する制御装置および方法において、画素グレーレベルは、モノクロームシステムの場合にはシングル値を、カラーまたはハイパースペクトルシステムの場合にはＲＧＢトライアドまたはこれよりも大きなもの有することができる。特定のチャネル（例えば赤色、緑色、青色チャネル）の出力パワーの各々に、全チャネル全般に、またはチャネルのサブセットに制御を適用することが可能である。
【００３６】
いくつかの実施形態では、照明器が偏光された光のビームを発するか、または別個の偏光器（図示せず）を使用してビームを偏光させることができる。このような場合、検出器１１６は、走査ビーム１１０に対して相互偏光された偏光器を設けることができる。このような配置は、画像への鏡面反射の衝撃を減少させることにより、画像品質の改善を補助する。
【００３７】
図２は、照明強度を調整するための或る制御図式を示すブロック線図である。まず、駆動回路が、フレームバッファ２０２においてデジタルデータ値として実現化されるパターンに基づいて光源を駆動する。フレームバッファ２０２は、例えば図１に示したものと同様の照明器とスキャナを設けた可変照明器１０９を駆動する。各々のスポットまたは領域について、検出器１１６が拡散した光の量を検出し、これを電気信号に変換する。検出器１１６は、電気信号を例えば２進値として出力する直流／交流変換器を備えていてよい。この検出された値を残余として参照することができる。この残余がインバータ２０８によって反転され、またオプションのイントラフレーム画像プロセッサ２１０によって任意で処理される。次に、反転された残余または処理された値が、加算器２１２により、フレームバッファ２０２内の関連する値に追加される。これは、すべてのスポットの走査が終了し、関連するフレームバッファ値が変更されるまで、フレームまたはＦＯＢ全体にかけて続行する。次に、全てのスポット残余が集束するまで、この処理が第２フレーム、第３フレーム、等について繰り返される。いくつかの実施形態では、また特に図４ａで示す実施形態では、フレームバッファ内のパターンが、この時点でのＦＯＶにおける実世界画像の反転を表すのと類似した方法で、写真ネガがその関連する実世界画像の反転を表す。
【００３８】
インバータ２０８、任意のイントラフレームプロセッサ２１０、加算器２１２はれ水平回路２１３を備えている。
【００３９】
フレームバッファ２０２内のパターンが読み出され、インバータ２１４によって反転される。反転されたパターンに、任意のインターフレーム画像プロセッサ２１６によって任意のインターフレーム画像処理を施し、次に、これを、入力部／出力部１２０によって、表示するべくディスプレイへ出力したり、記憶するため、さらなる処理を施すため、その他のために出力することができる。
【００４０】
オプションのイントラフレーム画像プロセッサ２１０は、イメージャ制御を操作および解除するためのラインおよびフレームベースの処理機能を含む。例えば、プロセッサ２１０は、数値的に異類である照明器制御および検出器出力を適合させるために、フィードバック利得とオフセットを設定でき、また、システムの逸脱傾向を排除または制限するために利得を設定でき、さらに、集束を加速させ、システム感度を拡張するために動作することができる。これらの特徴については本願明細書中の他所においてより詳細に説明する。理解し易いように、検出器および照明器の制御値は数値的に類似している、つまり、検出器の１レベルのグレースケール差が照明器の１レベルの出力差と等しいと仮定する。
【００４１】
図２の装置の集束の結果、検出器へ戻る信号の内の少量が散乱するスポットが、比較的高いビームパワーにより照明され、その一方で、検出器へ戻る信号の多くが散乱するスポットが比較的低いビームパワーで照明される。集束後、各スポットで受け取られた全体の光エネルギーは実質的に等しくなる。
【００４２】
明瞭な明るさに差が生じる１つの原因は、照明されている材料の光吸収性質である。このような差が生じる別の原因は、検出器からの距離の違いである。本システムにおける照明の性質の固有的な適合のために、より大きな被写界深度が自然な副次的結果を招くことが多い。さらに、このような増加した被写界深度は、可能な場合よりも照明器出力パワーと電力消費がより低いシステムを使用することで実現できる。どのスポットにも実質的またはおおよそ正確な量の光学パワーが出力されるため、実質的にスポットが過剰照明されることはない。ＦＯＶ内の関心の的である最も暗いスポットから確固とした量のエネルギーが得られるよう全てのスポットを十分に照明する必要がある他のシステムと比較して、本システムでは、関心の的であるこれら特定の最も暗いスポットだけに比較的大きな照明エネルギーを出力し、明瞭度の高い明るさを有するその他のスポットはこれよりも低い照明エネルギーを受け取るようにする。さらに、照明出力エネルギーは、快適性および／または安全性の必要性によって頻繁に制御される。一般にこのような安全規制は、人間の眼の瞳のサイズに関連した比較的大きなスポット上に、比較的長い時間にわたって統合された入射エネルギーの測定に依存するため、空間的および一時的の両方において照明エネルギーを制限するシステムは、数値的により低く、公称的により安全な等級を達成する利点を得るべく機能する。したがって、いくつかのアプリケーションでは、本システムは規制的な安全性等級における高い走査範囲を達成することができる。
【００４３】
オプションのイントラフレーム画像プロセッサ２１０および／またはオプションのインターフレーム画像プロセッサ２１６が協働することで、所望の安全性等級またはこれ以外の明るさ限度を確実に遵守できる。これは、任意の局所化されたスポットグループについて総エネルギー値を、例えば、フレームバッファ内の画素照明値の範囲に関連して制限するシステム論理またはハードウェアによって実現できる。さらなる論理によって、先にパワー制御された画素に、後続のフレームではより高い照明パワーを達成することができる。事実、本システムにより、装置の安全性等級を付与したと仮定すると、可能な場合よりもより高いエネルギーで（制限された時間だけ）特定画素を照明することが選択的に可能になる。こうすることで本システムは、複数のフレームにわたって、ＦＯＶの離れた場所に在るおよび／または暗い領域に対してプロービングを施し、所望のパワー限度を超えていないこのようなスポットについてグレースケール値を取得することができる。
【００４４】
図２の装置の効果は、図３、図４ａ、図４ｂを参照することでより効率的に視覚化することができる。図３は、フレームバッファ２０２の例証的な初期状態に関連した状態を示している。可変照明器１０９によって生成された光のビーム１１０を３つの関連するスポット１１２ａ、１１２６、１１２ｃが照明される３つの位置１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃでそれぞれ示す。暗いグレー、中程度のグレー、明るいグレーの陰影でそれぞれ表しているように、スポット１１２ａは、比較的弱い明瞭な明るさを有するよう示され、スポット１１２ｂは中程度の明瞭な明るさを有するよう示され、スポット１１２ｃは比較的強い明瞭な明るさを有するよう示されている。
【００４５】
図３に関連した初期状態では、照明ビーム１１０は、全ての場所における中程度のエネルギーの部分において強化され、スポット１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃにて衝突する中程度の破線で例証されている。この場合、暗いスポット１１２ａ、中程度のスポット１１２ｂ、および明るいスポット１１２ｃは、散乱が小さい信号１１４ａ、散乱度が中程度の信号１１４ｂ、散乱が大きい信号１１４ｃをそれぞれ検出器１１６へ戻す。散乱が小さい信号１１４ａは小さい破線で、散乱が中程度の信号１１４ｂは中程度の破線で、散乱が大きい信号１１４ｃは実線で示されている。
【００４６】
図４ａは、フレームバッファ２０２がフラットフィールド応答に集束している場合を示す。このような集束の後に、可変照明器１０９によって生成された光ビーム１１０が、衝突する各スポット１１２の明瞭な明るさとは反対のレベルで強化される。特に、暗いスポット１１２ａは比較的強力な照明ビーム１１０ａで照明され、その結果、検出器１１６へ戻される中程度の強度を有する散乱した信号１１４ａとなる。中程度のスポット１１２ｂは中程度のパワーの照明ビーム１１０ｂで照明され、その結果、検出器１１６へ戻される中程度の強度を有する散乱した信号１１４ｂとなる。明るいスポット１１２ｃは比較的低いパワーの照明ビーム１１０ｃで照明され、その結果、検出器１１６へ戻される中程度の強度の散乱した信号１１４ｃとなる。図４ａの場合では、この時点で、画像情報は検出器へと戻される信号の強度によってではなく、ＦＯＶを照明するために使用されるビームのパワーによって完全に決定されるようになっている。
【００４７】
当然ながら、全てのスポットが実質的に同一のエネルギーを検出器へ戻すようにするために、ＦＯＶを照明しないことが可能であり、いくつかの場合においては照明しないことが好ましい。例えば、散乱した信号の相対強度を保存するために、戻された信号を或る程度圧縮するが、これらが検出器１１６のダイナミックレンジ内に入るようにするための必要性に応じてこれらを上方または下方へ移動させることが好ましい場合がある。図４ｂはこの動作の応用を示す。この場合、照明ビーム１１０の強度が可変照明器１０９によって変調される。検出器１１６の検出床より上に在るようにするが、しかし散乱した信号１１４ａは、より明瞭な明るさが強いスポット１１２ｂによって分散された他の信号１１４ｂの強度未満に留まるようにするべく、散乱した信号１１４ａのパワーを強化するために、ビーム１１０ａのパワーがいくらか強化される。検出床は、例えば量子効率性の限度、光子ショットノイズ限度、電気ノイズ限度、または他の限度に関連している。これとは反対に、明瞭な明るさを有するスポット１１２ｃはビーム１１０ｃによって照明され、さらに、散乱した信号１１４ｃのパワーが検出器１１６の検出天井よりも下に在るようにするが、しかし強度は、明瞭な明るさがより弱い他のスポット１１２から戻った他の散乱した信号１１４ｂよりも高い状態を維持するようにするために、パワーがある程度減少する。検出器１１６の検出天井は、例えば、ＣＣＤまたはＣＭＯＳアレイのような検出器を統合するためのフルウェル容量、ＰＩＮダイオードのような非ピクセレート検出器に関連した直流／交流変換器の非直線部分、または設計者が設定した他の実際の限度または任意限度に関連していてよい。当然ながら、検出器限度内に入る散乱した信号を有する他のスポットに関連した照明ビームパワーも、アプリケーションの必要性に応じて、直線または非直線方法で同様に変更されてよい。例えば、グレースケール情報が望ましいアプリケーションでは、明瞭な明るさが連続的に増加するスポットのグループを、エネルギーが連続的に低下するビームで照明し、その結果、検出器のダイナミックレンジにかけて反射値が分散するようにしてもよい。これとは反対に、ガンマを最小化しコントラストを最大化することが望ましいアプリケーションでは、散乱した信号強度を検出器の低限度または高限度へ何らかの方法で強制する傾向にあるグローバルまたはローカル閾値アルゴリズムに基づいて照明エネルギーを選択することが望ましい。
【００４８】
図５は、直線走査経路に沿った数個のスポットについて反射値が、グレースケール値を該走査経路についての照明ビームパワープロフィールの反対として保持しながら、実質的に均一な反射値へ集中する様子を示す一例である。ＦＯＶ１１１は、反射値または明瞭な明るさのレベルによって分類できる複数のスポットを設けた走査経路１１２を備えている。反射性の分類には、白色スポット５０２、明るいグレースポット５０４、中程度のグレースポット５０６、および黒色スポット５０８が含まれる。ＦＯＶ１１１の下には、いくつかの垂直方向に整列した波形を示している。波形５１０は、走査経路１１２に関連した照明器パワーを表す。この例では、第１走査では、照明器パワーは、−１１から＋１１の間の７種の２進値から００のレベルに一定に維持される。
【００４９】
波形５１１は、３つの状態、つまり００（公称）、＞＋０１、＜−０１に限られたダイナミックレンジを有する検出器からの理想的な反応である。これは、ガウス歪みのような光学的効果を無視し、照明器利得に利得等化、つまり±０１照明器ユニットに関連した±０１検出器ユニットを仮定する。波形５１１では、白色スポット５０２から散乱した場合、００強度ビームが検出器を無効にする。これは、白色スポット５０２に関連した高レール（＞＋０１）における検出器値５１２からわかる。反対に、中程度のグレースポット５０６から、および黒色スポット５０８から反射された００強度ビームが、スポット５０６、５０８に関連した波形場所５１６における＜−０１の検出不能な反応となる。明るいグレースポット５０４は、００検出器反応レベル５１４に関連した中程度のエネルギー信号を分散させる。
【００５０】
図２の工程によれば、検出器波形５１１が反転され、照明器波形５０９に追加されて、新規の照明器波形５２１を生成する。初期照明器波形５０９は均等であったため、照明器波形５２１は単純に検出器波形５１１を反転したものであり、この場合、低い−０１パワー領域５２２は検出された高いエネルギー領域５１２に関連し、中程度の００パワー領域５２４は検出された中程度のエネルギー領域５１４に関連し、さらに高い＋０１パワー領域５２６は検出された低いエネルギー領域５１６に関連している。
【００５１】
次に、例えばフレームバッファの形式で実現可能な照明器パワー波形５２１を使用して、ビーム１１２がＦＯＶ１１１にわたって再び走査される。検出器波形５３１は第２ビームパス１１２から生じる。今回は、中程度のグレースポット５０６は、検出器のダイナミックレンジ内に入る明るいグレースポット５０４と結合するが、検出器の範囲内に含まれないこれ以外のスポットも存在する。検出器波形５３１は反転され、前出の照明器波形５２１に追加されて、第３パス照明器波形５４１を生じるが、この第３パス照明器波形５４１は、白色スポット１１２に関連した−１０のパワーレベル５４２、明るいグレースポット５０４に関連した００のパワーレベル５４４、中程度のグレースポット５０６に関連した＋０１のパワーレベル５４６、黒色スポット５０８に関連した＋１１のパワーレベル５４８を有する。最後に、照明器パワー波形５４１を使用して、ビーム１１２がＦＯＶ１１１にわたって走査される。その結果得られる検出器パワー波形５５１は均等であり、検出器のダイナミックレンジ５１３内に含まれ、完全な集束を示す。これにより、照明器パワー波形５４１の反転が、ＦＯＶ１１１にわたる直線走査パス１１２の画像となった。その結果、スポットをスケール５１０に対して比較することで、白色スポット５０２が＋１０のグレースケール値を有し、明るいグレースポット５０４が００のグレースケール値を有し、中程度のグレースポット５０６が−０１のグレースケール値を有し、黒色スポット５０８が−１０のグレースケール値を有することがわかる。
【００５２】
図面からわかるように、システムは、検出器のものよりも大きなダイナミックレンジを有する画像を記録することができる。図５の例では、画像は、５レベル（−１０〜＋１０）のグレースケール領域を有すると決定された一方で、検出器が有する確定されたグレースケールレベルは１つだけであった。
【００５３】
図６は、照明器パワー調整の実施形態の論理を示すフローチャートである。ステップ６０２では、フレームバッファが初期化される。いくつかの実施形態では、フレームバッファをその領域の中間、下方端部、上方端部付近の固定初期値に設定することができる。あるいは、値の領域を検査するために設計された擬似ランダムパターンに設定することができる。さらに別の実施形態では、その値は、カレントフレーム内の先行の画素によって通知されることが可能であり、いくつかのアプローチが図８、図９に示されている。さらに別の実施形態では、その値は先行のフレームまたは先行の画像によって通知される。
【００５４】
ステップ６０４、６０６の各々では、初期フレームバッファ値を使用してスポットが照明され、これにより散乱した光が検出される。決定ステップ６０８において、検出された信号が強過ぎると決定された場合には、ステップ６１０において照明パワーが低減され、ステップ６０４、６０６から開始するこのプロセスが繰り返される。検出された信号が強過ぎるものでない場合には、次にステップ６１２にてこれが弱過ぎないかの検査を行う。弱過ぎる場合には、ステップ６１４にて照明器パワーが上方へ調整され、ステップ６０４、６０６から開始するこのプロセスが繰り返される。
【００５５】
ステップ６０８、６１２のための閾値は多くの方法で設定できる。例えばＣＣＤ検出器を統合した検出器の場合には、（例えば光子ショットノイズまたは電子ショットノイズに関連して）より低い閾値をノイズ等化パワー（ＮＥＰ）に設定することができ、上方閾値をフルウェル容量に設定することができる。フォトダイオードのような瞬時検出器は、その範囲の上方端部にて一般に非直線反応により規制され、その範囲の下方端部にてＮＥＰにより規制されている。したがって、グレースケール解像を最大化するべく、上方閾値と下方閾値をこれらの規制によって設定することができる。あるいは、画像の属性、アプリケーション、ユーザ嗜好、照明パワー範囲、節電モード、その他に応じて、上方および下方閾値はプログラム可能であってよい。
【００５６】
さらに、ステップ６０８、６１２で使用している上方閾値と下方閾値は、ＦＯＶに渡って可変であってよい。例えば、図４ｂに示すように、装置をダイナミックレンジコンプレッサとして使用する場合、所与のスポットへの照明器エネルギーは、照明エネルギー、および／または、ＦＯＶにわたる関連するスポットの範囲から検出された散乱の範囲に従って選択することができる。例えば、中程度のグレースポット１１２ｂがその散乱または反射を、追加のより暗いスポットが無い場合において検出に必要な最小レベルよりも上に高めるために要する照明パワーは低いが、追加のより暗いスポット１１２ａの存在により、検出器ダイナミックレンジ内でその明瞭な明るさを十分高め、このダイナミックレンジ内に全て含まれる追加のより暗いスポットのための空間を作るために、いくらか高い最小閾値をこのスポットに指定することが可能になる。
【００５７】
許容可能な検出器範囲内に入る、散乱した信号が受信されると、ステップ６１６にて検出器値が反転され、任意のステップ６１８において、さらなる処理、記録、表示のために送信される。ステップ６１６、６１８は、アプリケーションによっては該して任意であると識別される。
【００５８】
走査されたビーム画像が関与し、照明器パワー自体が画素情報の大きな部分を含んでいる場合には、画素照明パワーを反転し、これを伝送することが必要なこともある。その一方で、上方閾値と下方閾値の間の範囲が大きい場合には（それぞれステップ６０８、ステップ６１２）、本質的に照明器パワーを使用し、多くの画素情報が検出器値内に保持されている状態で、ＦＯＶにかけて比較的大規模な差分の補正を行う。これは例えば、照明器パワー変調を使用して総ＦＯＶ反射性、範囲、伝播性、またはこれ以外の、信号を総合的意味において変更する効果を補正する場合に使用できる。いくつかのアプリケーションについて、検出器によって有利な画像情報の多くまたは全てを決定し、これ以降の処理において照明器パワーを省略することができる。
【００５９】
上述に加え、または上述のとおり、さらなる工程へ照明パワーを伝播させる代わりに、任意のステップ６２０に示すように検出器値を送信することが可能である。いくつかのアプリケーションでは、また特に、検出器ダイナミックレンジが厳しく制限されているアプリケーションでは、選択された照明器パワーから生じた検出器値内には有効な画像情報はほとんど無いため、検出器値の送信は省略できる。
【００６０】
さらに別のアプリケーションでは、画像データの大きな有益部分が、照明器パワーと検出器値の両方に表れていてよい。このタイプのアプリケーションの一例は、装置の作業範囲を拡大するために照明器パワーを使用し、画像情報の多くが検出器値内に現れているが、しかし照明器パワーが保持している数ビットの明瞭な画素の明るさ情報が画素値の最も顕著なビットとして機能するというものである。
【００６１】
上述した方法のためのフィードバックまたはフィードフォワード制御図式は、例えば、実施形態の必要性および制約に従って決定されたとおりのアルゴリズム調整またはテーブルルックアップとして実現することができる。
【００６２】
ここで記述したシステムでは、２つの副作用、すなわち一時的解像または空間的解像における損失が起こり得る。つまり、画像の集束に費やした時間、スキャナに関連して生じた画像内での動作は、再集束の必要性（待ち時間が増加する）を生み、および／または、その結果、検出器ダイナミックレンジに対してコントラストが高いエッジ部分に関連して中間スポット値を生じる（空間的解像を効率的に低減する）可能性がある。この問題を解決する１つのアプローチは、フレームレートおよび／または空間的解像を十分に増加させて、任意の不確定のスポットを非重要にするべく、非常にはかなく／または小さくするというものである。再び図２を参照することで、任意のイントラフレーム画像プロセッサ２１０と任意のインターフレーム画像プロセッサ２１６が協働して集束を加速化できるという別の技術が理解される。
【００６３】
上述したように、任意のイントラフレーム画像プロセッサ２１０は、画像制御を操作および解除するためのラインおよびフレームベースの処理機能を含み、また、集束を加速し、システム感度を拡張することができる。詳細には、ソースパワーレベルを制御するために、任意のイントラフレーム・イメージャプロセッサ２１０は、グレースケール値をフレームバッファに書き込み、通常は反転された残余追加によって書き込まれる値を解除することができる。さらにイントラフレーム画像プロセッサ２１０は、最も新しい処理済み画素を超えて、他の画素への値をフレームバッファ内に書き込むことができる。
【００６４】
図７、図８、図９は、図５の処理の１フレームに関連した動作を示す図７の場合の集束速度を増加する、または集束時間を低減ために、任意のイントラフレーム画像プロセッサ２１０および任意のインターフレーム画像プロセッサ２１６によって使用される方法を示す。図７は、２次元ＦＯＶ１１１にわたる２本の隣接した走査ライン１１２ａ、１１２ｂを示している。この例では、走査ライン１１２ａは左から右方向への走査ラインであり、走査ライン１１２ｂは右から左方向への走査ラインである。ＦＯＶ１１１は３つの領域を備えており、中程度のグレー領域５０６が、走査ライン１１２ａ、１１２ｂが通過する明るいグレー領域５０４ａ、５０４ｂと各エッジ上で接している。走査ライン上には、個々の画素７０２、７０４が重ねられている。図面には、明瞭性の理由から画素の内のいくつかのみを示している。この説明で関与する範囲は、明るいグレーから中程度のグレーへ、さらにまた明るいグレーへ戻る遷移に関連した、各走査ライン内のいくつかの画素の範囲である。画素の陰影は、走査ビームイメージャによって決定された、計算された、あるいは不確定のグレー値を含む。これを説明するために、走査ライン１１２ａ、１１２ｂのための照明器パワーは最初に一定値５０９に設定されると仮定する。
【００６５】
図７〜図５を比較すると、明るいグレー領域５０４に関連した画素７０２ａ、７０２ｂ、７０２ｃ、７０２ｄは、図５中のグレーレベル００領域と同様に、第１パス上に限定されている。そのため、画素７０２は、関連するＦＯＶスポットの実グレーレベルと等しい明るいグレーとして示されている。走査ライン１１２ａは、領域５０４ａから領域５０６への遷移にかけて左から右方向へ前進するため、エッジの右側に関連した画素７０４ａは黒い炉として示されている。これは、その中間となる値を示す。つまり、検出器が、その最小感度または床よりも低い信号を受信した際、検出器領域５０６の実グレーレベルが検出器のダイナミックレンジが検出するものよりも少々暗い場合、または、これが相当に暗い場合、これが中間となる。走査ラインに沿ってさらに処理を進めると、カレントフレームの最中、領域５０６内のスポットに関連した全ての画素は中間である（しかし、図５に関すれば、後続のフレーム上のこれらのスポットについては照明パワーが低減され、そのため画素７０４ａが確定される）。走査ライン１１２ａは、領域５０６から領域５０４ｂにわたるエッジを横切るため、再び、検出器の領域内に含まれる信号に十分な光学エネルギーを受け取り、これにより画素７０２ｂが確定され、領域５０４ｂ内のスポットの陰影に関連した明るいグレーで陰影付けされて示される。後続の右から左への走査ライン１１２ｂでこの状況が繰り返されるが、この場合、領域５０４ａ、５０４ｂに関連した画素は、確定されており、領域５０６に関連した画素は不確定である（暗い）。
【００６６】
図８は、いくつかのスポットについてより高速な集束を達成する技術を示す。図８の技術により、後続のフレームの前に、いくつかの中間（暗い）画素が確定される。しかし、これ以外のいくつかの中間（明るい）画素を作成してしまうという副作用が生じる。追加の中間画素の特定の印、光、明対暗は顕著でなく、これらは図８の特定例の関数である。図７に示すように、走査ライン１１２ａは、領域５０４ａ内のスポットに関連した確定的な明るいグレー画素７０２ａを生成する。先行のものと同様に、画素値は、領域５０４ａから領域５０６にわたるエッジを横切った後に中間７０４ａ画素となる。しかしながら今回は、適合的な照明器パワーを使用して、ビームが未だ領域５０６内にある間に確定性を回復する。１つまたはそれ以上の画素値が中間（暗い）となった後に、照明器パワーが、検出されるエネルギーが再度検出器の下限を超えて上昇し、確定的な中間グレー画素８０２ａを生成するまで増加する。走査ラインが領域５０６から５０６ｂにわたるエッジと交差すると、後続の画素８０４ａが確定する（明るくなる）。これは、照明器パワーがより暗い領域５０６に適したレベルに設定されており、そのため、より明るい領域５０４ｂからの信号が検出器を無効にするために起こる。走査パスが領域５０４ａから５０６にわたるエッジを交差した後に生じる方法と類似の方法で、反射したエネルギーが再び検出器のダイナミックレンジ内に入るまで照明器パワーが低減され、その結果、果明るいグレーの画素７０２ｂが確定する。この処理が、後続の走査１１２ｂの最中に繰り返される。
【００６７】
図８を精査すると、余分なダイナミックレンジのエッジを交差した後に、３つの中間画素が生成されたことがわかる。そのためこの例では、任意のイントラフレーム画像プロセッサ２１０の論理は、照明パワーをそれぞれより高くまたはより低く再設定する以前に、３つの連続した中間（暗い）画素または中間（明るい）画素を取得することを要する。照明器パワー調整の前に、同じ印を有する比較的多数の中間画素の取得を設定することは、検出器ダイナミックレンジがＦＯＶダイナミックレンジに関連して小さい場合、および／または、イメージャのアドレサビリティに関連して比較的高い周波数、小さい特徴がＦＯＶ内に存在する場合に有益である。これにより、不安定性を誘発する加速処理の任意の傾向を減少させることができる。特徴が大きい、または検出器のダイナミックレンジがより大きい場合には、これよりも少ない中間画素を取得することがより適切である。さらなる仕上げ、および好ましい実施形態は、観測された、および／または過去のＦＯＶ属性、例えば明瞭な特徴サイズの配布や明瞭なダイナミックレンジに基づき、集束加速器の利得を自動的に設定する。
【００６８】
一般に、照明器パワー調整ステップサイズは、検出器ダイナミックレンジおよび集束アルゴリズムの関数である。例えば、小型のダイナミックレンジ検出器の場合には、初期照明器調整が検出器のダイナミックレンジを越えないようにすることが好ましい。大きな特徴および／または大きなダイナミックレンジを有する画像（検出器ダイナミックレンジに対して）、イントラフレーム集束を加速するためにより大きなステップを採用している可変照明器制御ステップサイズを設けることが有利である。多数の検索アルゴリズムが知られており、使用することができる。
【００６９】
検出器ダイナミックレンジが、ＦＯＶの明瞭なダイナミックレンジと比較して比較的大きい場合には、照明器パワーをダイナミックに調整して、散乱した信号を検出器のダイナミックレンジ内の中心に維持することが有利である。これにより、エッジを交差する際の集束の損失へのシステムの免疫性が増加する。
【００７０】
初期照明器パワーに一定値を選択する代替形として、例えば、フレームバッファ内のビットマップとして具現化され、可変出力を有する初期パワーパターンを採用することができる。特に検出器ダイナミックレンジが非常に制限されている場合には、これによって、概して大きな特徴を有するシーンでの集束の加速が促進される。これは、照明器パワーの多様化を有する、事前に書き込まれた検索アルゴリズムとして機能する。
【００７１】
図９は、図８の追加の中間（明るい）画素８０４ａ、８０４ｂの副作用を克服するための、集束を加速する方法を示す。図９の技術は、所与範囲内で隣接したスポットが類似のグレースケール値を有する傾向にあるという、多くの画像の特徴を利用する。特に、或るエッジの一側に沿ったスポットは、同エッジの同側に沿った隣接するスポットと類似したグレースケール値を有する。同エッジの反対側に沿っては、この反対が適用される。したがって、画素７０２ａの確定した明るいグレー値を、画素８０４ｂの中間値の妥当な推測として用いることが妥当である。同様に、画素７０４ａの不確定値の代わりに画素８０２ｂのグレースケール値を、中間画素７０４ｂの代わりに画素８０２ａの確定値を、中間画素８０４ａの代わりに画素７０２ｃの確定値を用いることができる。図９は、このアプローチ、確定画素からその関連する不確定画素を指す矢印を示す。この手順は、未知の値を入力して、後続のフレームの最中に検証される擬似集束した画像を生成するために、走査１１２ａ、１１２ｂの後に実行できる。さらに、１本の走査ラインの照明マップを皇族のラインの照明マップの開始地点として使用することで、これと類似の手順をアプリオリに実行することもできる。ライン期間にわたりエッジが出現し始め、画像プロセッサ（単数または複数）に、フレーム内の未走査の画素に見込みのある値が通知される。エッジ探索および他の適用可能なアルゴリズムは画像処理分野の当業者に知られており、またアプリケーションに適切であるように適用することが可能である。
【００７２】
照明器パワーのフィードバックまたはフィードフォワード制御の代替形として、また上述したように、あるいはこのような制御の代替的実現として、システムは、１つまたはそれ以上の照明器パワーマスクに従って照明器パワーを選択することができる。例えば進歩的な結腸鏡の場合、ＦＯＶの中心は、ＦＯＶの周辺よりもより離れた場所にある特徴と整列することが多い。このような場合には、ＦＯＶの中央付近の範囲について、１つまたはそれ以上のチャネルにより高い照明器パワーを選択するために、「センターブースト」マスクを使用することが有利である。同様に、検出器（単数または複数）  あるいは検出器ファイバの感角度応用、検出器または検出器ファイバの分布、そしてこれ以外の効果は、ＦＯＶの特定部分においては効果の薄い明るい集合体を作ることができる。「集合ブースト」マスクを使用して、ＦＯＶの集合効率が低い場所により高い照明器パワーを選択することができる。
【００７３】
照明器パワーマスクは、例えば集合効率の変化を克服するべく使用されている場合、または反復可能な画像性質を有する特定のアプリケーションにおいて使用されている場合に適合するよう、固定されたものであってよい。あるいは、照明器パワーマスクは、外科医が暫し離れた領域を照明したい場合に適合するよう、ユーザが選択できるのもであってよい。さらに、アプリケーションまたは画像特徴に従って、照明器パワーマスクを自動的に選択することも可能である。このような照明器パワーマスクの自動選択は、画像処理馬力の必要性を省く、または、フィードバック（あるいはフィードフォワード）アルゴリズムまたはルックアップを画素ベースで処理する必要性を排除する上での補助となる。
【００７４】
再び図２に戻ると、先行の図９の説明と連携した、暗いおよび／または離れたスポットのプロービングの説明、このような離れたスポットの集束を改善する方法を見ることができる。周囲の画素は類似のグレー値の妥当な確率を有するため、本システムは、或る領域にかけてプローブバースト試験をまばらに適用し、また、確定値間を補間することにより介在する画素値を選択することで高速集束に妥当な画素値の最初のセットを決定することができる。いくつかのフレームの期間にわたって、本システムは、最終的には暗い領域内の全ての画素にプロービングを施して、この検査無しでは取得できない完全なＦＯＶグレースケール情報を提供することが可能である。レーザ光への過剰露出を防止するために、規則セットおよびバーストアプローチが注意深く定義される。
【００７５】
任意のインターフレーム画像プロセッサ２１６は、フレームベースの画像処理を実行し、エッジトラッキングおよびプロービング機能についてシステムに通知するべく、さらに、フレームバッファ値を表示またはさらなる処理に適した値に集束させるべく使用できる。任意のインターフレーム画像プロセッサ２１６は、移動するＦＯＶを補正するための画像デスキューイング、白色バランス補正、ガンマ修正（グレースケール拡張、圧縮、またはシフティング）、全域修正（全域拡張、圧縮、またはシフティング）、画素補間、無効画素値の抑圧、ノイズ除去、およびフレームバッファと検出器データの組み合わせを含んでいてよい。
【００７６】
多くの任意のインターフレーム画像プロセッサ２１６機能は、エッジ探索のための階調またはソベル・オペレータ、トラッキングのための局所最大／最小特徴抽出のようなエッジ探索およびトラッキング技術に基づいているこれらの、およびこれ以外の技術が画像処理分野の当業者に知られている。さらに、任意のイントラフレーム画像プロセッサ２１０はその動作時に、フレームバッファ内で中間値から離れることができる。任意のインターフレーム画像プロセッサ２１６は、これらを、どの画素が中間であるかをトラッキングし、任意でこのデータを他のＦＯＶ情報と組み合わせることで、出力から「スクラブ」することができる。
【００７７】
いくつかのエッジが同一の移動ベクトルを有する場合には、任意の中間フレーム画像プロセッサ２１６が、システムに対するＦＯＶ全体に移動を推測し、結果のスキューを計算し、デスキューイング・アルゴリズムを計算する。
【００７８】
白色バランス処理は、ソース効率またはパワーにおける差分、および検出器効率における差分を補正できる。保存されているキャリブレーション値によりこの処理が相当確実に行われる。周囲照明効果を模倣するために、任意のインターフレーム画像プロセッサ２１６は、値を効果的な照明カラー温度へシフトすることができる。
【００７９】
任意のインターフレーム画像プロセッサ２１６は、シーンおよびノイズ・アーティファクト内の構造に関連したフレームバッファデータにおける変化間を区別するためのノイズ相関原理を用いてノイズを低減することができ、また、画像を「クリーンアップ」するスムージング機能を適用できる。これを実行するための技術が技術上知られている。
【００８０】
図１０は、内視鏡システムの等角投影図である。制御モジュール１００２、モニタ１００４、任意のポンプ１００６をカート１００８上に搭載できる。これらのモジュールを組み合わせてコンソール１０１０として参照することができる。１０１０を備えた商品を任意で別個に搭載するか、またはアプリケーションに適する形で組み合わせることができる。コンソール１０１０は、コネクタ１０１６によりコンソール１０１０と接続している外部ケーブル１０１４を介して、ハンドピース１０１２と通信する。コネクタ１０１６は、結合および結合解除できる２つの部分１０１６ａ、１０１６ｂ（明瞭性の目的から図示していない）を備えている。ハンドピース１０１２は、可撓性タイプまたは硬質タイプのものであってよい内視鏡先端部１０１８に接続している（一般に腹腔鏡と呼ばれる）。例えば操縦可能な先端であってよい末端先端部１０１９は、視野にわたってビームを走査する手段、散乱した光エネルギーを収集する手段、散乱した光エネルギーを表す信号を内視鏡１０１８、ハンドピース１０１２、外部ケーブル１０１４を通ってコンソール１０１０へ送り戻す手段を含んでいる。
【００８１】
ハンドピース１０１２は、例えば明るさ、ズーム、静止写真、ＦＯＶ角度、先端洗浄部、灌液、滑剤排出、およびこれ以外の、ユーザが迅速に接触できるようにするために有利な入力を含む任意の制御部１０２０を備えることができる。さらに、内視鏡１０１８が可撓性タイプの場合には、ハンドピース１０１２は、末端先端部１０１９の角度を、内視鏡１０１８の他の部分に関連して制御する操縦制御部１０２２を含んでいてよい。ハンドピース１０１２はさらに、作業チャネル取り付け具１０１２を含んでいてよく、この作業チャネル取り付け具内に、内視鏡１０１８の作業チャネルに通せる様々な器具を挿入することができ、挿入した器具が末端先端部１０１９の端部にて実質的に出現し、これを使用して様々な手術、診断、その他の任務を実行できる。
【００８２】
任意のポンプ１００６は、ハンドピース１０１２と接続した別個の灌液ホース１０２６を含んでいてよい。灌液ホース１０２６は、コネクタ１０２８を介して任意のポンプ１００６と接続していてよい。灌液ホース１０２６で汲み上げられた溶液が、そこから内視鏡１０１８の任意の灌液チャネル内へ強制流入される。あるいは、任意のポンプ１００６は、制御モジュール１００２と接続するシャントホース１０３０を含んでいてよく、このシャントホース１０３０により搬送されている液体が、その後、制御モジュール１００２内の他の信号ラインと組み合わされて、コネクタ１０１６および外部ケーブル１０１４を介してハンドピース１０１２へ、さらに内視鏡１０１８へと送られる。この任意の配置により、外部ホースとケーブルの本数を減少でき、その結果、使用者が操作し易いようになる。
【００８３】
ポンプ１００６の応用形として、またはポンプ１００６に加えて、望ましくない液体および浮遊物を作業空間から排除するために吸引を付加することができる。
【００８４】
コンソール１０１０はさらに、ここでは制御モジュール１００２上に配置された状態で示されている、追加の制御部１０３２および／またはインジケータ１０３４を備えることができる。これらの制御部およびインジケータは、例えば図１０の装置を設定またはトラブルシューティングする際に便利なタイプのものであってよい。
【００８５】
図１１は、内視鏡システムの様々な構成要素間の関係を強調したブロック線図である。制御モジュール１００２は、モニタ上に画像を協働生成するいくつかの論理および／または物理要素を備えている。マイクロコンピュータメインボードの形態であってよいビデオプロセッサおよび制御部１１０２が制御入力を受信し、制御モジュール１００２内の他の要素のオペレーションモードを制御する。これに加え、ビデオプロセッサおよび制御装置１１０２は画像処理機能を含んでいてよい。
【００８６】
あるいは、例えばビデオプロセッサおよび制御部１１０２上に搭載されたＰＣＩボードとして具現化できるリアルタイムプロセッサ１１０４を、ビデオプロセッサおよび制御部１１０２と共に物理的に設けられる論理装置とすることも可能である。リアルタイムプロセッサ１１０４は光源モジュール１１０６、スキャナ制御モジュール１１１０、検出器モジュール１１１６と協働する。あるいは別個に収容できる光源モジュール１１０６は、イメージング先端部によるビーム走査に使用する光エネルギーを生成するための１つまたはそれ以上の照明器を備えることができる。光源モジュール１１０６は、ここでは２つの部分１０１６ａ、１０１６ｂを有するように図示されているコネクタ１０１６によって外部ケーブル１０１４と接続している光ファイバ１１０８を介して、光エネルギーを出力する。光は、内視鏡１０１８までの途中にハンドピース１０１２を通過した後、およびＦＯＶにわたり走査された後に、内視鏡先端部にて収集され、代表的な信号が、コネクタ１０１６を介し、内視鏡１０１８、ハンドピース１０１２、外部ケーブル１０１４を通って送り戻され、さらに制御装置モジュール１００２内へ戻る。
【００８７】
いくつかの実施形態では、外部装置を通って送り戻される代表的な信号は光学信号として送られる。そのため、戻り信号ライン１１１４は、検出器モジュール１１１６へと配線された光ファイバケーブルまたは光ファイバケールの束であってよい。検出器モジュール１１１６にて、ＦＯＶ特徴に関連した光学信号が電気信号に変換され、リアルタイム処理のためにリアルタイムプロセッサ１１０４へ戻され、構文解析のためにビデオプロセッサおよび制御装置１１０２へ戻される。光信号を表す電気信号を、リアルタイムプロセッサ１１０４へ送信する前に、検出器モジュール１１１６によって増幅および任意でデジタル化することができる。あるいは、アナログ信号をリアルタイムプロセッサ１１０４へ送り、そこでアナログ／デジタル変換を実行してもよい。検出器モジュール１１１６とリアルタイムプロセッサ１１０４を組み合わせて単一の物理要素にすることができる。
【００８８】
別の実施形態では、ＦＯＶを表す光を、例えばフォトダイオードのような１つまたはそれ以上の光検出器によって、先端部において電気信号に変換することができる。この場合には、戻りライン１１１４を電線として具現化し、検出器モジュール１１１６を省略できる。末端光学機器に電気変換を実行する場合には、イメージング先端部内で検出された信号を増幅する、さらに、インピーダンスを減少させる、電気ノイズを減少させる、１つまたは複数の検出器の反応能力を向上させることが有利である。さらに、末端イメージング先端部１０１９にて、あるいはハンドピース１０１２内でアナログ／デジタル変換を実行することで、外部ケーブル１０１４、ハンドピース１０１２を通る、また末端先端部直流／交流変換の場合には内視鏡１０１８を通る比較的長い信号ラインのインピーダンスを低減することが望ましい。
【００８９】
リアルタイムプロセッサ１０４は、ＦＯＶ内の各スポットの明瞭な明るさに反応して光源モジュール出力を変調しながら、信号レベリングを任意で実行することができる。
【００９０】
スキャナ制御モジュール１１１０は、イメージング先端部内のビームスキャナを制御する。位置感知部を統合したスキャナの場合には、スキャナ位置を示す感知ラインの処理を行うことも可能である。そのため、スキャナ制御ライン１１１２は、双方向制御ラインを含んでいてよい。スキャナ制御モジュール１１１０は、スキャナ駆動電流を直接供給できる。あるいは、望ましいスキャナ駆動を表す信号を、ハンドピース１０１２またはイメージング先端部１０１９のようなより末端領域において駆動電流に変換してから供給してもよい。他の応用形においても、直流または交流電力を、コンソール１０１０からコネクタ１０１６を通り末端アセンブリへ供給することが望ましい場合がある。
【００９１】
スキャナ制御ライン１１１２からスキャナの位置を判断する代わりに、またはその補助として、戻り信号ライン１１１４を通る信号を表すＦＯＶからスキャナ位置を判断すること有利である。この場合、時間プロセッサ１１０４は、スキャナ制御モジュール１１１０を受信した光学信号に反応する方法で駆動することができる。
【００９２】
スキャナは、制御モジュール１００２から駆動でき、またあるいは、システムは、口語的に「テール・ワグ・ドッグ（尻尾を噛む犬）」と呼ばれる実スキャナ周波数を使用してシステムを駆動することが可能である。
【００９３】
さらに、制御ライン１１１７をハンドピース１０１２へ延ばし、使用者が制御部１０２０と任意の操縦制御装置１０２２を操縦することで、ハンドピース１０１２に制御信号を入力することができる。厳密に操縦制御装置１０２２と制御装置配線の間の物理的接続から操縦するのではなく、コンソール制御の下で操縦を実施する場合、制御ライン１１１７はさらに、制御操縦手段へ向かう制御信号を搬送することができる。制御ライン１１１７はさらに、使用者に送信する、ハンドピース１０１２へ向かうインジケータまたはディスプレイ情報を搬送することもできる。
【００９４】
ビデオプロセッサおよび制御装置１１０２は、数本の別個の入力／出力ラインを装備したインターフェース１１１８を備えている。ビデオ出力をモニタ１００４へ送ることができる。記憶装置１１０２を接続して、手順を記録するビデオ情報を捕獲することができる。さらに、内視鏡イメージングシステム１００１をネットワークまたはインターネット１１２２に接続し、リモートエキスパート入力、リモートビューイング、アーカイビング、ライブラリ検索、その他を実行することも可能である。ビデオプロセッサおよび制御装置１１０２は、Ｉ／Ｏ１１１８を介して取り出したデータを画像データを任意で組み合わせ、イメージング先端部１０１９を装備した複数のソースから取り出した情報でモニタ１００４を駆動することができる。
【００９５】
モニタ１００４に加え、またはその代わりに、例えばヘッド搭載型ディスプレイのような１つまたはそれ以上の遠隔装置上にディスプレイを出力することができる。その場合、ビデオプロセッサおよび制御装置１１０２内で、遠近ビューイングのようなコンテキスト情報をＦＯＶおよび／または他の情報と組み合わせて、コンテキスト感知型情報ディスプレイを作成することができる。
【００９６】
ポンプ１００６は、ハンドピース１０１２から制御モジュール１００２を通って供給された制御ラインを設けていてよい。図１１は、灌液シャント１０３０を介して制御モジュール内に灌液を流し、コネクタ１０１６から排出させる場合を示す。
【００９７】
これ以外の追加的な、滑剤、生理食塩水、および／または麻酔剤ポンプのような任意の特長は図示されていない。
【００９８】
図１２は、走査モジュール１２０１の側断面図である。走査モジュールは、スキャナ１０８および関連するメカニズムを包囲および支持するハウジング１２０２を備えている。例えばシングルモードの光ファイバのような光ファイバ１２０４が、走査モジュールに光を供給し、フェルール１２０６によってハウジング１２０２に固定されている。光ファイバ１２０４の端部を、従来のロウビーム１２０８の発散角度を作成するべく研磨してもよい。ロウビーム１２０８は、システムの他の部分を通って伝送するのに適したビーム成形を作成するためのビーム成形光学１２１０によって成形される。図示にあるように、ビーム発散、中心くびれ位置、および中心くびれ角度を制御するために、ビーム成形光学１２１０の全てまたは一部分を可動または変形可能にできる。成形後に、成形されたビーム１２１１が、アパーチャを介してＭＥＭＳスキャナ１０８の中心に供給され、第１反射面にて反射されてスキャナの前面へ戻され、次に、走査されたビーム１１０としてモジュールから放出される。
【００９９】
ビーム成形光学１２１０の応用形として、またはこれに加えて、任意で走査鏡１０８と組み合わせられる反射ビーム成形光学要素を使用できる。このような装置は、２０００年９月１１日付けで提出された、Ｃｌａｒｅｎｃｅ  Ｔ．ＴｅｇｒｅｅｎおよびＤａｖｉｄ  Ｄｉｃｋｅｎｓｈｅｅｔｓによる米国特許出願番号０９／４００、３５０号、ＯＰＴＩＣＡＬ  ＳＣＡＮＮＩＮＧ  ＳＹＳＴＥＭ  ＷＩＴＨ  ＣＯＲＲＥＣＴＩＯＮに示唆されており、本願明細書ではこの特許を参照により援用している。
【０１００】
図１２のいくつかの実施形態では、ドーム１２１２がハウジング１２０２の端部に固定されている。ドーム１２１２は多数の機能を提供する。ドーム１２１２の内部には第１反射面が設けられているが、ここではドーム内面全体に一体に設けられた状態で示している。あるいは、第１反射面をドームとスキャナの間に取り付けたり、第１反射面をドームの特定の特徴、例えば反射端部を備えた突起柱として形成することができる。図に示すように、ドームの内面は第１反射面を提供する。さらに、ドームの内部および／または外部に光学パワーを設けていてよく、これによって、ビームの通過時にビームをさらに成形し、走査ビーム１１０にすることができる。これに加え、ドーム１２１２は、ハウジング１２０２と共に密閉密封を提供し、内部の光学要素を周囲環境との接触から保護することが可能である。
【０１０１】
制御および／またはパワーリード１２１４はフェルールを通過する。リード１２１４はスキャナと接続しており、駆動信号と、任意でポジションフィードバックを提供する。本願明細書中で参照により援用しているＭＥＭＳスキャナ特許の１つまたはそれ以上に記載されているように、ドープしたピエゾ抵抗要素を使用して鏡位置を決定することができる。電線１２１４も、ビーム成形光学１２１０の焦点特徴を制御するための制御およびフィードバック接続を含んでいてよい。
【０１０２】
あるいは、鏡位置を光学的に決定することもできる。感知要素１２１６を、例えば、走査の１つまたはそれ以上の終了を検出し、これにより同期情報を提供するために使用できる。感知要素１２１６は、例えば、走査ビーム１１０に衝突された際に、コンソール１０１０へ、また特にスキャナ制御モジュール１１１０へ信号を送信するフォトダイオードであってよい。あるいは、感知要素１２１６は、後方へ収集された光学信号をビームパスへ、さらに光ファイバ１２０４内へ送り戻す周知の反射性を有する光学要素であってよい。この場合、ビームスプリッタ、エバネッセントカップラ、または同等の要素を光源モジュール１１０６内に採用して、戻された信号をピックオフすることで、この信号を検出し、リアルタイムプロセッサ１１０４のような他の制御要素へ送信することができる。
【０１０３】
走査モジュール１２０１の位置を走査先端部１０１９の位置と正確に合わせるよう補助するために、ハウジング１２０２内にレジストレーションノッチ１２１６を形成してもよい。
【０１０４】
図１３は、走査内視鏡末端イメージング先端部１０１９の断面図を示す。走査モジュール１２０１は、検出器要素１３０２で包囲されており、次にこれが外部シース１３０４で包囲されている。検出器要素１３０２は、例えば反射された信号を末端先端部１０１８へ、さらに制御装置１００２内の検出器モジュール１１１６へ送り戻すマルチモード光ファイバであってよい。検出器要素１３０２どうしの間には隙間空間１３０６が在ってよい。
【０１０５】
検出器要素１３０２は、光ファイバの応用形として、フォトダイオードのような光学／電気変換器を備えることができる。可撓性内視鏡の場合、外部シース１３０４は可撓性であってよく、また、硬質の腹腔鏡または同等の硬質装置の場合には硬質のものであってよい。あるいは、外部シース１３０４を、装置の実際の外部カバーとして作用する別の本体内に挿入することもできる。
【０１０６】
図１４は、２つの光の極性の差分反射を有する、走査先端モジュールのドーム内面の実施形態の側断面図である。内面１２１２ａは２つの層、つまり四分の一波回転子１４０２、反射偏光子を備えている。多くの場合、反射偏光子は、その方向に対して垂直方向に偏光成分を反射しながら、その方向と平行した偏光の通過可能にする、副波長離間した平行導体を含んでいる。このような偏光子の一例が、本願明細書中で参照により援用している米国特許第６、４４９、０９２号、ＲＥＦＬＥＣＴＩＶＥ  ＰＯＬＡＲＩＺＥＲＳ  ＨＡＶＩＮＧ  ＥＸＴＥＮＤＥＤ  ＲＥＤ  ＢＡＮＤ  ＥＤＧＥ  ＦＯＲ  ＲＥＤＵＣＥＤ  ＯＦＦ  ＡＸＩＳ  ＣＯＬＯＲに開示されている。
【０１０７】
特定の偏光１４０６を有する入射成形ビーム１２１１が四分の一波プレート１４０２を貫通すると、その偏光が４５°の角度で回転される。或る好ましい実施形態では、これが反射偏光器１４０４の伝播軸に対して垂直を成すよう回転される。これにより、この入射偏光１４０６が、これに対して垂直な偏光１４１０に対しさらに４５°回転され、四分の一波プレート１４０２を通り、反射されてビーム１４０８として戻される。次に、反射されたビーム１４０８がスキャナ１０８（図示せず）にて反射され、走査ビーム１１０となる。
【０１０８】
反射偏光子１４０４は、ドーム１２１２内部の、ビーム１２１１からの入射光に関連した一部分のみしか被服できない。あるいは、反射偏光器１４０４でドームの内面全体を被覆することも可能である。走査ビーム１１０が反射偏光子１４０４と再び遭遇する場合には、走査ビーム１１０はまず、四分の一波プレート１４０２を３回目に通過する際に、４５°で回転した偏光を行う。この時には、走査ビーム１１０の偏光は、反射偏光子１４０４の伝播軸と平行するよう回転され、その後ドーム１２１２を貫通する。
【０１０９】
上述したように、反射偏光子および他の偏光関連構造の代わりに半透明鏡を用いることもできる。
【０１１０】
図１５は、その末端にドーム１２１２が固定された管状ハウジング１２０２を示す走査モジュール１２０１の等角投影図である。走査モジュール１２０１はさらに、基端部ハウジング１２０２内に形成されたレジストレーションノッチ１２１６と、さらに、走査モジュール１２０１の基端部から進入する光ファイバ１２０４、電線１２１４とを備えている。走査モジュール１２０１は、例えば約２．５ｍｍまたはこれ未満の外径と、約２０ｍｍまたはこれ未満の長さを有することができる。
【０１１１】
図１６は、図１２に示した走査モジュール特徴と、光ファイバとして具現化される光検出要素１３０２との相対配置のより優れた遠近感を読者に提供する、末端イメージング先端部１９０９の光学要素の等角投影図である。検出器ファイバのメカニズムの頑丈性を向上させるため、および／または、光ファイバ１３０２の効果的な開口数を増加させ、分散または反射された光をより効率的に集光できるようにするために結合要素１６０２を使用することができる。検出器ファイバの高い指数コアが比較的柔軟である実施形態では、プラスチックまたはガラスのような透明な材料を、コアを適所に保持するための要素１６０２に使用することができる。別の実施形態では、検出ファイバ１３０２の開口数を改善する材料の使用が有利である場合もある。このような開口数拡張要素は、複数の広いＦＯＶ、例えば１２０°〜１４０°のＦＯＶから光を集光することが有利である。この用途のために、技術上知られている様々な材料、例えば四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、またはこれ以外の、類似の光学性質を有する材料を使用できる。
【０１１２】
いくつかの実施形態では、結合要素１６０２は、走査ビーム１１０（図示せず）に対して相互偏光した偏光子を含んでいてよい。このような偏光子は、視野内において鏡面反射を拒絶する補助となることで、画像品質を妨害する閃光を低減するべく機能する。
【０１１３】
この実施形態では、アセンブリ全体が外部シース１３０４によって包囲されている。
【０１１４】
図１７は、図１２〜図１６に示したものと類似した末端先端部光学設計の光線トレースである。ボールレンズ１２１０によって、入力ビーム１２０８が、ＭＥＭＳスキャナ１０８のアパーチャ（ここでは、いくつかの離散位置にて示す）を貫通し、その後、ドーム１２１２の内面１２１２ａにより反射され、鏡１０８へ戻るよう成形される。走査ビーム１１０のいくつかの部分をビーム１１０ａ〜１１０ｇとして示している。走査ビーム位置１１０ａ〜１１０ｇの光線で示すビーム成形を作成するべく内面１２１２ａと外面１２１２ｂの両方によって成形される部分にて、走査ビームがドーム１２１２を貫通する。
【０１１５】
図１８は、走査モジュールと作業チャネルの周囲の隙間空間内に配置された作業チャネルおよび検出ファイバを含んだ先端部レイアウトである。作業チャネル１８０２は、手術器具、診断危惧、または膨張用の空気、灌注用の流体、除去および廃棄用のｉｎ  ｖｉｖｏ流体を通過させるために配置されている。別の実施形態では、チャネル１８０２、あるいは１本またはそれ以上の検出ファイバ１３０２の代わりに、滑剤送達または薬剤送達チャネルを使用することができる。図１８の先端部レイアウトは、硬質の腹腔鏡および可撓性の内視鏡の両方に容易に適用できる。
【０１１６】
注目すべきは、イメージャに対する特定の方向の維持に関係なく、検出要素を先端部周囲に可能な間隔を置いて分布することができるという本発明の機能である。
【０１１７】
図１９は、滑剤送達を備えた末端先端部の等角投影図である。外部シース１３０４には、集積光学結合プレート１６０２および走査モジュールドーム１２１２を含んだ端部キャップ１９０２が被されている。戻りファイバ１３０６は、端部キャップ１９０２の集積光学結合プレート部分の後ろに配置された状態で図示されている。端部キャップ１９０２のコネクタ１９０３は、損傷を最小限に留めながら、内視鏡が身体組織を容易に通過できるようにするべく、放射状部分によって形成されている。エンドキャップ１９０２はさらに、身体組織および／または体腔内の通過を容易化するべく内部において滑剤を搬送できる少なくとも１つの滑剤送達口１９０６を備えている。滑剤は、滑剤送達口から断続的または連続的に分配される。内視鏡処置で生じる患者のトラウマの大部分は、ＧＩシステム内の曲がった箇所周囲で内視鏡を強制的に前進させることに関連しているため、この滑剤送達システムによって患者のトラウマおよび不快感を低減することができる。或る実施形態では、臨床医がハンドピースのプランジャを押すことで、滑剤を滑剤管を通って送り滑剤送達口１９０６から排出することで、要求に応じた滑剤の分配を行うことが可能である。この実施形態では、滑剤は注射器内に収容できる。別の実施形態では、臨床医は、滑剤を滑剤送達口から押し出すポンプを使用することができる。さらに別の実施形態では、滑剤は自動的に分配される。
【０１１８】
多種類の滑剤の使用が可能である。いくつかの用途では、Ｋ−Ｙゼリーのような水溶性滑剤の使用が有利である。
【０１１９】
図２０は、立体または双眼的イメージング機能を有する内視鏡先端部レイアウトを示す。走査モジュール１２０１ａ、１２０１ｂは、各々の視野どうしの間に視差を作るべく先端内の遠近的場所に配置されている。図２０の実施形態では、これらは、ビューイングのための「水平線」を画定する水平弦上で離間している。所望であれば、このビューイング角度を任意で反転することができる。作業チャネル１８０２は、走査モジュールの間および下から出ている状態において示されている。検出ファイバ１３０２は、他の特徴の周囲に空間があればそこに配置されている。いくつかの実施形態では、可能な限り多数の検出ファイバを、末端先端部にわたっている隙間空間内に詰め込み、戻り信号強度を最大化することが好ましい。滑剤用開口部１９０６が、イメージング先端部１０１９の周囲の周りに配置された状態で示されている。
【０１２０】
動作時に、走査モジュール１２０１ａ、１２０１ｂからのビームが、実質的に重なっていてよいそれぞれの対応する視野にかけて同時または交互に走査される。同時に走査が行われた場合、ビームを暗号化して、戻り信号の多重化を促進することができる。例えば、２つのモジュール間の波形は、相互に対して、および、信号分離のために使用されている光学から手段若干ずれていてよい。別の実施形態では、ビームを、電気ドメインにおける逆多重化を促進するべく周波数暗号化することができる。
【０１２１】
例えば、とりわけ複合視野の拡張、ズーム機能の提供、より高い解像度の提供、または光の異なる波長の走査を行うために、複数の走査モジュールを備えた先端部分を使用することも可能である。拡張した複合視野を作成する場合では、各々の走査モジュールの視野を傾斜または若干重ね合わせることで、任意の単独の走査モジュールで生成したものよりも大きな全体画像サイズを生成することができる。画像の傾斜については、本願明細書中で参照により援用している、本発明の譲渡人に譲渡された米国特許の１つまたはそれ以上においてより詳細に説明されている。
【０１２２】
複数の走査モジュールがズーム機能を提供する場合、このようなシステムは連続的、自動的、または選択的に動作することができる。このようなシステム一例では、第１走査モジュールを、１４０°のＦＯＶにわたり適切な解像度にて、つまり、或る作業範囲、または作業範囲の内の１つの範囲においてその間隔と実質的に合致する算出され設定されたスポットサイズにて、ＳＶＧＡアドレサビリティを提供するよう構成できる。第２走査モジュールは、１つまたはそれ以上の作業範囲において、７０°のＦＯＶにわたり、適切な解像度にてＳＶＧＡアドレサビリティを提供するよう構成できる。この場合は、第２走査モジュールは、同等の作業範囲において、第１スポットサイズの直径の１／２の大きさのスポットサイズを走査するよう設定しておくことができる。あるいは、第２走査モジュールを、第１走査モジュールの作業範囲の２倍の広さの作業範囲において、同等のスポットサイズを走査するように構成することができる。
【０１２３】
等業者にはこれ以外の実施形態も明白となるだろう。
【０１２４】
より高い解像度を提供するべく複数の走査モジュールを使用する実施形態では、いくつかのモードを設けている。第１モードでは、複数の走査モジュールが実質的に同面積の視野を走査できるが、しかしこの場合の走査は、１本の走査モジュールが、他の走査モジュールによって走査されたスポットに関連して交互配置された、または点在している複数のスポットを走査する方法では行われない。別のモードでは、複数の走査モジュールを、散在的なサンプリングが可能な別の走査モジュールのＦＯＶの或る範囲を１本の走査モジュールで走査するように構成することができる。例えば共鳴ＭＥＭＳスキャナを使用することで、スキャナはＦＯＶの中心において最高の角度速度を有し、また、ＦＯＶの中心付近で相互に関連して分散する結果を生む状況を有する。特定の用途では、別の走査モジュールのＦＯＶの中心を走査する走査モジュールを設けることで、その領域内により大きなサンプリングを提供することが望ましい。双軸共鳴またはリサージュ操作では、ＦＯＶ内に特定の場所を設け、この場所では他の場所よりもサンプリング頻度を減らすことが一般的である。このような場合には、特定の走査モジュールによるサンプリングが頻繁に行われない範囲により頻繁なサンプリングを提供するべく、複数の走査モジュールを使用することが有利である。
【０１２５】
別の実施形態では、１本またはそれ以上の走査モジュールを、任意で、可視波長におけるイメージングで使用されるモジュールとは異なるフレームレートにて、または異なるＦＯＶを設けたハイパースペクトル・イメージングを提供するように構成できる。例えば、赤外線波長は、類似の解像度を達成するためにより大型の鏡を要するが、しかし、可視波長よりもいくらか高い鏡変形に耐えることができる。赤外線走モジュールは、可視走査モジュールよりも大きなダイナミック変形がいくらか大きなより大型の鏡を装備できる。同様に紫外線走査モジュールは、可視走査モジュールよりもダイナミック変形がいくらか小さいより小型の鏡を装備することができる。別の側面では、特定の反射性または透過性材料は、ハイパースペクトル波長に適した性質を備えていなくてよい。ハイパースペクトル波長により正確に適した材料を使用した走査モジュールを追加で採用することができる。例えば、紫外線走査モジュールは、蛍石レンズおよび紫外線最適化した反射体および／または偏光子を装備することができる。赤外線走査モジュールは、より長い波長に最適化したレンズ、反射体、およびまたは偏光子を装備できる。
【０１２６】
図２１は、同時に走査を行う２本の走査ビームを多重化および逆多重化する場合の制御装置のブロック線図である。これらのビームは、例えば、図２０の先端部レイアウトのとおりに配置された走査モジュールによって走査されてよい。図２１の実施形態は、同期照明および検出を用いて、ここでは２本の特定のスキャナモジュール１２０１ａ、１２０１ｂとして図示されている複数のスキャナモジュール１２０１から信号を分離する。タイマー／制御装置２１０２は、光源モジュール１１０６上の照明器チャネルと、検出器モジュール１１１６上のチャネルの同期を制御する。このおよび別の同期的な実施形態の機能上の意味を図２２に示す。
【０１２７】
図２１に関連した実施形態は、照明器と検出器の対を同時にパルスできる。検出回路が適切な照明器のパルスレートに「調整」され、これにより対になっていない照明器により生成された光を拒絶する。
【０１２８】
タイマー／制御装置２１０２は、複数のＲＦソース２１０６ａ、２１０６ｂ、その他を備えることができる。あるいは、個々のＲＦ信号２１０６ａ、２１０６ｂ、その他を合成するために使用されるＲＦ信号を生成できる。
【０１２９】
光源モジュール１１０６は、照明器駆動信号２１０３ａ、２１０３ｂ、その他の各々によって駆動される複数の照明器１０４ａ、１０４ｂ、その他を含む。証明気１０４ａ、１０４ｂ、その他は、外部変調器２１０４ａ、２１０４ｂ、その他によって変調されるか、あるいは内部変調される。多くのアプリケーションにおいて、照明器１０４は、レーザ複合照明、例えばＲＧＢ光を組み合わせて実質的に白色の光を形成している赤色、青色、緑色（ＲＧＢ）を形成するために多重化された複数の独立した光源を備えていてよい。
【０１３０】
ＲＦソース２１０６ａ、２１０６ｂは、照明器１０４ａ、１０４ｂによって、各々チャネルＡ、Ｂとしそれぞれ生成された光を変調するために、外部モジュレータ２１０４ａ、２１０４ｂをそれぞれ制御する。変調された照明チャネルＡ、Ｂは、それぞれ光ファイバ１２０４ａ、１２０４ｂを通ってイメージング先端部へと送られ、それぞれ走査モジュールＡ１２０１ａ、走査モジュールＢ１２０１ｂ内へ入る。走査モジュール１２０１ａ、１２０１ｂは、記述の図式に従って変調された走査ビーム１１０ａ、１１０ｂをそれぞれ生成する。
【０１３１】
分散した光信号１１４は集光器１３０２によって収集される。集光器１３０２がイメージング的でない場合は、チャネルＡ、Ｂのどちらによって生成された走査済みスポットからの散乱かを空間的に区別することはできない。しかし、散乱した光信号１１４は、各々が多数の波長（この例では３つ）を潜在的に有する複数（この例では２つ）の変調された信号を含んでいる。変調された信号は、その変調特徴に従って分離することができ、一方で、波長は誘電鏡、フィルタ、屈折、その他に対するその異なる反応に従って分離することができる。集光器１３０２は、図１０、図１１によるコンソール内のイメージング先端部から離れた場所に設置されていてよい検出器モジュール１１１６へ、複合分散された光信号を送信する。
【０１３２】
検出器モジュール１１１６内では、散乱した光信号がその波長成分、例えばＲＧＢに分離される。複合信号２１２１は、誘電鏡２１２２によって、例えば青色光を有する第１波長信号２１２４ａと、これ以外の複合信号２１２６とに分割されるが、この複合信号２１２６は、実質的に第１波長信号２１２４ａに分割されたものを除いた全ての波長を有する。同様に、例えば緑色の第２波長を、誘電鏡２１２８によって、第２波長信号２１２４ｂとこれ以外の複合信号２１２４ｃに分割することができる。この例では、分散した信号１１４と複合信号２１２１内に３つの波長のみが含まれているので、これ以外の複合信号２１２４ｃは実質的に赤色光のみを含んでいることになる。
【０１３３】
ＲＧＢ光信号２１２４ｃ、２１２４ｂ、２１２４ａの各々は、関連する光検出器および増幅器回路１１６ｃ、１１６ｂ、１１６ａの各々に供給される。検出器／増幅器（ここでは各々を検出器／プリアンプと呼ぶ）内、光信号が、さらなる処理に適した特徴を有する関連する電気信号に変換される。
【０１３４】
チャネルＡ、Ｂ復調器は、検出（波長）チャネルの各々に関連している。チャネルＡ復調器２１３６、２１４２、２１４８は、ＲＦソースＡ２１０６ａおよび変調器Ａ２１０４ａによるチャネルＡ照明を満たしている周波数またはスペクトルで特長付けられた信号を復調するよう調整される。チャネルＢ復調器２１３８、２１４４、２１５０は、ＲＦソースＢ２１０６ｂおよび変調器Ｂ２１０４ｂによるチャネルＢ照明を満たしている周波数またはスペクトルで特長付けられた信号を復調するよう調整される。したがって、復調された信号２１３７、２１４３、２１４９は、走査モジュールＡ１２０１ａと関係しているＲＧＢビデオ信号に関連し、復調された信号２１３９、２１４５、２１５１は走査モジュールＢと関係しているビデオ信号に関連する。
【０１３５】
検出器をパルス変調周波数に調整する１つの方法は、信号を１つまたはそれ以上の特定の周波数にて増幅するロックイン増幅器を使用するものである。ロックイン増幅器は、検出した変調された信号をベースバンドに変換するための回路要素を含んでいてよく、あるいは、変調された信号を制御装置へ送ることができる。この制御装置は、信号を画像に変換し、アプリケーションに適したこれ以外の必要な機能を実行する。
【０１３６】
いくつかの実施形態では、チャネルＡはＦＯＶ上の「左目」視覚、チャネルＢはＦＯＶ上の「右目」視覚を表している。このような実施形態の１つは、走査モジュール１２０１ａ、１２０１ｂを図２０の先端部レイアウトに従って配置したものである。
【０１３７】
図２１の装置は、アプリケーションに適するよう再配置、組み合わせ、分割したり、他で代用、その他を行うことが可能である。
【０１３８】
ＳＶＧＡ解像度と類似した走査ビームイメージャは、約２０ＭＨｚのデータレートを有していてよい。走査ビームイメージャを装備した同期検出器を操作する１つの方法は、ビームを、データレートよりも高い周波数にてパルスするというものである。例えば、ビームをデータレートの２０〜２００倍のレートにて変調することで、４００ＭＧｚ〜４ＧＨｚのパルスレート得られる。このような高いパルスレートは検出器にとって困難であり、著しい光子ショットノイズおよび事実上の設計問題を引き起こしかねない。いくつかの実施形態では、このパルスレートを、低い倍数のデータレート、例えばデータレートの１〜１０倍で実行することができ、その結果、より管理し易い２０〜２００ＭＨｚのパルスレートを得ることができる。
【０１３９】
図２１の装置は、所定のパルス周波数にて動作できる。低周波数における複数の実施形態では、等数の位相変調サイクルを確実に得るために、画素クロッキングと同期位相変調の間に一定の位相関係を維持することが望ましい。しかし、共鳴走査技術では一致の回転速度を用いない。
【０１４０】
共鳴走査システムでは、一定の周波数パルス変調を、一定の画素クロック値および可変画素間隔と共に使用する。このモードでは、実サンプル位置どうしの間を補間することで一定のピッチ出力を生成するべく、画像処理を適用することが望ましい。この場合、ビームがＦＯＶの中央を横切る際に、最高走査速度点にアドレサビリティ限度が設定される。走査の各終了時に、走査ビームの動作が遅速化する、中央よりもその周辺の範囲に対してオーバーサンプリングが実行される。一般に、適所にて２次元的に付加された直線的な補間は、優れた画像品質を生じ、必要な処理も比較的妥当である。本願明細書中で参照により援用している、本発明の譲渡人に譲渡された、２００２年５月１７日付けで提出された米国特許出願番号６０／３８１、５６９号、ＩＭＡＧＥ  ＱＵＡＬＩＴＹ  ＣＯＮＳＩＤＥＲＡＴＩＯＮＳ  ＩＮ  ＢＩ−ＳＩＮＵＳＯＩＤＡＬＬＹ  ＳＣＡＮＮＥＤ  ＲＥＴＩＮＡＬ  ＳＣＡＮＮＩＮＧ  ＤＩＳＰＬＡＹ  ＳＹＳＴＥＭＳは、画素値を、特に２重正弦走査に関連して補間する方法を示唆している。
【０１４１】
あるいは、画素クロッキングと同期パルス変調周波数の両方を変更することで、一定の画素間隔を維持することができる。ＦＯＢにわたり画素クロッキングを変更する方法および装置は、本願明細書中で参照により援用しており、本発明の譲渡人に譲渡されている、米国特許出願第１０／１１８、８６１号、ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＡＬＬＹ  ＳＣＡＮＮＥＤ  ＢＥＡＭ  ＤＩＳＰＬＡＹに記載されている。
【０１４２】
図２２は、多重化されたビームの対の波形を示す理想化された線図である。直線視野１１１ａ、１１１ｂは、走査チャネルＡ、Ｂの各々の走査経路をそれぞれ示す。ＦＯＶ１１１ａは、図示のとおり整列した明るい領域５０２ａとグレー領域５０６ａを示す。ＦＯＶ１１１ｂは、図示のとおり整列したグレー領域５０６ｂを包囲する、２つの明るい領域５０２ｂ、５０２ｂ’を備えている。ＦＯＶ１１１ａ、１１１ｂは、この例では、少なくとも特徴整列に関しては互いに異なっていてよい。
【０１４３】
波形２２０２ａは、図示のとおりチャネルＡ  ＦＯＶと整列しているチャネルＡ照明器の変調パターンを示す。波形の高い部分は照明器の「オン」状態を示し、低い部分はオフ状態を示す。図２〜図６の照明器パワー変調と組み合わせれば、照明変調波形を図２２に示すものよりも複雑化することが可能である点に留意すること。しかし、チャネルの多重化、逆多重化に関する原理は不変である。
【０１４４】
同様に、波形２２０２ｂは、図示のとおりチャネルＢ  ＦＯＶと整列させたチャネルＢ照明器の変調パターンを示す。チャネルＡ、Ｂ照明器は、区別および分離を可能にするために、異なる瞬間周波数にて変調される点に留意すること。図示のとおり、チャネルＡ、Ｂの両方は、図示の間隔にかけて一定の周波数で変調された状態で示されている。或るアプリケーションでは、チャネルが、相互の非整数倍数で確実に変調されることが望ましい。
【０１４５】
波形２２０４は、検出器が受信した理想的な組み合わされた反応を示す。波形２２０６ａ、波形２２０６ｂは、波形２２０４の特定チャネル成分を表す、すなわち、これらは波形２２０４から決定することができ、またこれらを足し合わせることで波形２２０４を生成することができる。波形２２０６ａはチャネルＡの変調された反応を示し、波形２２０６ｂはチャネルＢの変調された反応を示す。明るい範囲５０２は２ユニットの高さの反応を生成し、グレー範囲５０６は１ユニットの高さの範囲の反応を生成し、また、波形２２０２ａおよび２２０２ｂの「オフ」サイクルによりヌル反応が得られる。
【０１４６】
波形２２０８ａ、２２０８ｂは、チャネルＡ、Ｂの逆多重化した各々のベースバンド反応を示す。明るい範囲５０２は高い状態を作り、グレー範囲は低い状態を作ることがわかる。これらのベースバンド波形を生成するために、便宜性の目的から、従来の、後続の「オン」部分と等しい変調サイクルの「オフ」部分の設定を設けた。次に、波形２２０８ａ、２２０８ｂを直線画像２２０９ａ、２２０９ｂとしてそれぞれ変換または表示することができる。チャネル画像２２０９ａは、明るい範囲２２１０ａと暗い範囲２２１２ａを備え、一方、チャネル画像２２０９ｂは２つの明るい範囲２２１０ｂ、２２１０ｂ’と、これを包囲するくらい範囲２２１２ｂとを備えている。そのため、図２２の多重化／逆多重化図式により、複数の画像が同時に捕獲および正確に復号されることがわかる。
【０１４７】
図２３は検出器モジュール１１１６の等角投影図である。検出器モジュール１１１６内で、散乱した光信号がその波長成分毎、たとえばＲＧＢ毎に分離される。例えば蛍光性または他のカラーシフトイメージング技術を使用するいくつかのアプリケーションでは、照明器から発せられた光から追加または別の波長を検出することが望ましい。
【０１４８】
光学ベース２３０２は、光学構成要素が搭載され、整列される機械的構成要素である。ベース２３０２はさらに、機械的頑丈性と、任意でヒートシンクを提供する。図２３に示すように、入来する１本またはそれ以上の検出ファイバはファイバマウント２３０４において終端し、さらに、自由空間光学を介して光が伝播される。ファイバマウントから現れている照準レンズ２３０６がビームを成形する。誘電鏡であってよい鏡２１２２が、青色光ビーム２１２４ａを分割し、これを青色検出器アセンブリへ向ける。これ以外の、緑色光および赤色光を有する復号信号２１２６が誘電鏡２１２８によって分割される。誘電鏡２１２８は、赤色光２１２４ｃを赤色検出器アセンブリを通過させるために残しながら、緑色光２１２４ｂを緑色検出器アセンブリへ向ける。
【０１４９】
青色、緑色、赤色検出器アセンブリは、それぞれ青色フィルタ２３０８、緑色フィルタ２３１０、赤色フィルタ３２１２と、さらに光マルチプレクサ（ＰＭＴ）１１６を備えている。フィルタは、さらに、望ましくない波長の光の形態で現れる任意の漏話から検出器を隔離するべく機能する。或る実施形態では、ＨＡＭＭＡＭＡＴＳＵモデルＲ１５２７  ＰＭＴで満足な結果が得られることがわかった。この管は、約１０、０００、０００の内部利得、２．２ナノ秒の反応時間、８×２８ミリメートルのサイドビューイング有効範囲、０．１の量子効率を有する。これ以外の市販されているＰＭＴでも満足な結果が得られる可能性がある。
【０１５０】
装置のＰＭＴ実施形態では、各々が約１５ｄＢ、総合で３０ｄＢの利得を提供する２段階の増幅が、信号をアナログ／デジタル変換に適したレベルにまでブーストした。利得の量は、チャネル毎に若干変化したが（赤色チャネルで３０．６ｄＢの利得、青色チャネルで３１．２ｄＢの利得）、しかしこれは、後続の処理によって白色バランスが維持されるため特に重要ではない。
【０１５１】
別の実施形態では、アバランシェ・フォトダイオード（ＡＰＤ）をＰＭＴの代わりに使用した。使用したＡＰＤ、熱電気（ＴＥ）冷却器、ＴＥ冷却器制御装置、トランスインピーダンス増幅器を備えるものであった。標準の定ノイズ増幅器を使用して、別の５Ｘ利得を介して出力信号を供給した。
【０１５２】
ＰＭＴおよびＡＰＤに加えて、別の光検出器を使用することも可能である。
【０１５３】
図２４は、ＲＧＢ照明を提供する３つのレーザエミッタを装備した光源モジュールまたは照明器１０４の等角投影図である。青色レーザ２４０４ａ、緑色レーザ２４０４ｂ、赤色レーザ２４０４ｃの各々は、相互に組み合わさるまで、実質的に同一な光学構成要素を介して照明を行う。或る実施形態では、青色レーザ２４０４ａは、４７３ナノメートル（ｎｍ）で発光する、Ｂ＆Ｗ  ＴＥＫ社製の１０ｍＷのダイオード励起固体（ＤＰＳＳ）レーザであり、赤色レーザ２４０４ｃは、６３５ｎｍにて発光する、ＨＩＴＡＣＨＩ社製の３５ｍＷの円形レーザダイオードであった。ソフトウェアにおいて白色バランシングを行われたアプリケーションでは、チャネル間で出力パワー（または、検出器が非均一を呈する場合には、明瞭な出力パワー）を等化する必要はない。
【０１５４】
青色レーザ２４０４ａ、緑色レーザ２４０４ｂ、赤色レーザ２４０４ｃからのビームは、音響光学変調器（ＡＭＯ）２４０８ａ、２４０８ｂ、２４０８ｃをそれぞれ通過する前に、照準レンズ２４０６ａ、２４０６ｂ、２４０６ｃを通過する。照準レンズは、ＡＭＯ結晶の中心にてビームを照準するよう設定されている。ＡＭＯ２４０８ａ、２４０８ｂ、２４０８ｃを通過した後、青色ビーム、緑色ビーム、赤色ビームがビームブロック２４１０ａ、２４１０ｂ、２４１０ｃを通過し、次にコリメートレンズ２４１２ａ、２４１２ｂ、２４１２ｃをそれぞれ通過する。ビームブロックは、ＡＭＯから発せられる一次回折調波を除き、全て垂直スリットである。平行プレート光学（ＰＰＯ）装置２４１４ａ、２４１４ｂ、２４１４ｃを使用して、垂直および側方変位に関連してビームを整列させた。誘電鏡２４１６ａ、２４１６ｃが、青色ビームと赤色ビーム各々を方向転換させ、緑色ビームが直接導入されているビームコンバイナ２４１８へ向かわせる。或る実施形態では、ビームコンバイナ２４１８はＸ−ｃｕｂｅであった。誘電鏡２４２０は、結合されて白色がかった色となったビームの方向を変更させ、ビームをＣＦ光ファイバマウント２４２４内に保持された照明ファイバのコア上に照準する対物顕微鏡２４２２へと向かわせる。３軸マイクロメータ２４２６を使用して、ファイバコアをビームと整列させた。或る実施形態では、対物顕微鏡２４２２は色分散制御された２０Ｘ対物レンズであった。照明ファイバ（図示せず）は、３．５ミクロンのコアと１２５ミクロンのクラディングを有する角度付けしたシングルモード・ガラスファイバであった。
【０１５５】
図２４の照明器モジュール１０４は市販の構成要素で構成したものであるが、オーダーメードまたは市販の構成要素を用いた同等の設計も適している。いくつかの実施形態では、完全にファイバ結合したシステムを構築することが望ましい。この場合、または別の場合、例えばエバネッセント結合を使用してビーム結合を効果的に行うことができる。
【０１５６】
図２５に、これとは別の、直接変調した照明器１０４の一例を示す。図２５は、３つのエミッタを備えた小型照明器または発光モジュール１０４である。図２５のエミッタは、レーザダイオードまたは発光ダイオードであってよく、必要に応じて直接変調することができる。これは、例えば、照明器および検出器をハンドピース１０１２内部に配置する実施形態の場合に特に有利である。例えばＲＧＢレーザまたは端面発光ＬＥＤであってよいエミッタ２４０４ａ、２４０４ｂ、２４０４ｃが、マウント２５０２ａ、２５０２ｂ、２５０２ｃの各々によって保持されている。マウント２５０２は、エミッタを整列することができる。エミッタ２４０４ａ、２４０４ｂ、２４０４ｃによって出力された光ビームが、Ｘ−ｃｕｂｅ２５０４によって結合され、結合ビーム１０６として共軸に沿って出力される。Ｘ−ｃｕｂｅ２５０４は、市販の複屈折装置であってよい。出力ビーム１０６は取り付けバレル２５０６に向かって下方へ前進し、ここでは複レンズとして示す出力光学１１０６によって平行化あるいは照準される。あるいは、出力光学１１０６は単レンズおよび／またはアパーチャ（図示せず）含んでいてよい。スペーサ２５０８ａ、２５０８ｂは、３つの照明器２４０４ａ、２４０４ｂ、２４０４ｃ、出力光学１１０６の間の光路長を変化させることで色収差を補正する。
【０１５７】
図２６ａ、２６ｂは、走査内視鏡または腹腔鏡の別の実施形態のブロック線図を含む。ハンドピースおよび／または別個のコンソールを備えていてよい基端部本体１０１２が先端部１０１８に取り付けられている。基端部本体１０１２と先端部１０１８の間の結合部は取り外し可能であるため、先端部の相互交換と、任意で先端部の使い捨てが可能になる。基端部本体１０１２と組み合わせる、または基端部本体１０１２から分離することができる制御装置１００２は、基端部本体１０１２内の１つまたはそれ以上の照明器および検出器と動作的に結合することができる。インターフェース１１１８は、外部データソースと、ディスプレイ、作動装置、リモートエキスパートのようなシンクを通信に対し供給する。
【０１５８】
いくつかの実施形態では、照明器は、別個の青色レーザ２４０４ａ、緑色レーザ２４０４ｂ、赤色レーザ２４０４ｃを各々備えていてよい。レーザエミッタからの出力が、ビームコンバイナ２４１８内でシングル光信号に結合される。次に、ビームコンバイナ２４１８が照明器ファイバ１２０４と結合され、照明エネルギーが先端部へ送られる。
【０１５９】
先端部１０１８の末端部１０１９において、光が、視野１１１にわたり走査されるべく照明ファイバ１２０４から発せられる。ここで線図的に示す特定の実施形態では、出力ビーム１０６ａが、例えば金属または誘電鏡であってよい回転鏡１２１２ａによって方向転換され、走査鏡１０８へ向けられる。走査ビーム１１０が、保護用透明カバー１２１２から視野１１１へ発せられる。
【０１６０】
反射または散乱した光１１４の一部分が再び透明な保護カバー１２１２を通過し、戻りファイバ１３０２によって集光される。図示にある特定の実施形態では、別個の検出器ファイバ１３０２ａ、１３０２ｂ、１３０２ｃを使用して、戻り青色信号、戻り緑色信号、戻り赤色信号をそれぞれ集光した。青色ファイバ１３０２ａ、緑色ファイバ１３０２ｂ、赤色ファイバ１３０２ｃの各々の上にフィルタ２３０８、２３１０、２３１２を配置することで、光信号を分離することができる。任意の光結合要素１６０２ａ、１６０２ｂ、１６０２ｃを使用して、検出器ファイバの集光効率を高め、これにより光信号強度をブーストするか、この強度を視野全体にかけてより均一にすることができる。
【０１６１】
青色検出器ファイバ１３０２ａ、緑色検出器ファイバ１３０２ｂ、赤色検出器ファイバ１３０２ｃは、受け取った光エネルギーを先端部へ伝播させ、これを基端部本体１０１２内の青色検出器１１６ａ、緑色検出器１１６ｂ、赤色検出器１１６ｃへそれぞれ伝送する。検出器１１６は受け取った光エネルギーを、制御装置１００２による処理および画像への復号に適した電気信号に変換する。
【０１６２】
先端に取り付けたフィルタの応用として、全ての検出器ファイバが受け取った光エネルギーの波長を搬送している状態で、フィルタを検出器とより直接的に結合することができる。この配置は、光学サイズの増加または信号強度の低減を要するレーザとなる可能性もあるが、その一方で、検出器チャネルの隔離、光学漏話の低減を補助することができる。
【０１６３】
高速ＭＥＭＳ鏡および他の共鳴偏光器は、一定回転速度スキャナと比較して、正弦走査レートによって特徴付けすることができる。イメージング先端部におけるパワーの必要性とサイズ制約を低減するために、いくつかの実施形態では、両方の走査軸が共鳴的走査を行えるようになっている。その結果の、理想化された２重共鳴または２重正弦操作パターンを図２７に示す。特定の場合において、走査パターンは、リサジューパターンによって特徴付けられた経路を追従する。直線マトリックス２７０２は、２重共鳴器走査経路２７０４で覆われた状態で示されている。この場合、直線マトリックスの垂直線と水平線の間の交差点は理想化された画素位置を示し、その一方で、２重共鳴走査経路２７０４は走査されたスポットが辿った実経路を示す。図にあるように、実走査経路は全ての直線画素位置と完全に整列していない。そのため、これらの値は補間によって決定することができる。
【０１６４】
２重共鳴周波数を選択する方法と、画像品質を最大化する方法が、本願明細書中で参照により援用している、本発明の譲渡人に譲渡された、２００３年５月１９日付けで提出されたＭａｒｇａｒｅｔ  Ｂｒｏｗｎ、Ｍａｒｃ  Ｆｒｅｅｍａｎ、Ｊｏｈｎ  Ｒ．  Ｌｅｗｉｓによる米国特許出願、第１０／４４１、９１６号、ＩＭＡＧＥ  ＱＵＡＬＩＴＹ  ＣＯＮＳＩＤＥＲＡＴＩＯＮＳ  ＩＮ  ＢＩ−ＳＩＮＵＳＯＩＤＡＬＬＹ  ＳＣＡＮＮＥＤ  ＲＥＴＩＮＡＬ  ＳＣＡＮＮＩＮＧ  ＤＩＳＰＬＡＹ  ＳＹＳＴＥＭＳに類似的に説明されている。この特許出願はとりわけ、画素値を、特に２重正弦走査に関連して補間する方法を示唆している。
【０１６５】
共鳴走査システムでは、一定の周波数パルス変調を、一定の画素クロック値および可変画素間隔と共に使用できる。このようなモードでは、実サンプル位置間の補間に画像処理を適用して、一定のピッチ出力を生成することができる。この場合、ビームがＦＯＶの中心を横断する際に、アドレサビリティ限度が走査の最高速度点に設定される。走査ビームが遅速化する各々の走査終了時に、より周辺の範囲にオーバーサンプリングが実行される。一般に、２次元的に適用された直線補間では優れた画像品質が得られ、また、必要となる処理も比較的妥当であることがわかった。
【０１６６】
あるいは、画素クロッキングと同期パルス変調周波数の両方を変更することで、一定の画素間隔を維持することも可能である。ＦＯＶにかけて画素クロッキングを変更する方法および装置が、本願明細書中で参照により援用している、本発明の譲渡人に譲渡された、２００２年４月９日付けで提出された、Ｇｒｅｇｏｒｙ  Ｓｃｏｔｔ  Ｂｒｉｇｈｔ；Ｓｃｏｔｔ  Ｗ．  Ｓｔｒａｋａ；Ｐｈｉｌｉｐ  Ｃ．  Ｂｌａｃｋ；Ｊａｍｅｓ  Ｇ．  Ｍｏｏｒｅ；Ｊｏｈｎ  Ｒ．  Ｌｅｗｉｓ；  Ｈａｋａｎ  Ｕｒｅｙ；Ｃｌａｒｅｎｃｅ  Ｔ．  Ｔｅｇｒｅｅｎｅによる米国特許出願第１０／１１８、８６１号、ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＡＬＬＹ  ＳＣＡＮＮＥＤ  ＢＥＡＭ  ＤＩＳＰＬＡＹに記載されている。
【０１６７】
クロックドライバ（周波数比率が１：１よりも大きい場合）またはセカンドクロックを使用することで、上記特許に開示されている装置を、パルス変調周波数を画素クロッキングと同期的に制御するためにも使用できるようになる。これを図２１の装置と共に用いれば、照明器Ａ  １０４ａ、照明器Ｂ  １０４ｂの各々にて使用される分離可能な光変調を生成することができる。
【０１６８】
先の本発明の概観、図面の簡単な説明、および詳細な説明は、本発明の例証的な実施形態を、読者に理解し易くすることを目的とした方法で記述されている。これ以外の構造、方法、同等物も本発明の範囲内に包括される。そのため、ここで記述した本発明の範囲は特許請求の範囲によってのみ限定される。
【図面の簡単な説明】
【０１６９】
【図１】単純な走査ビームイメージャのブロック線図である。
【図２】照明器パワーを変更するための装置および方法のブロック線図
【図３】ＦＯＶを照明する実施形態と、ダイナミックに調整された照明器の初期状態とを示す概念線図である。照明エネルギーは一定に保たれ、検出器において受け取られた散乱したエネルギーの量はスポットの明瞭な明るさに比例して変化する。
【図４ａ】平坦領域でのまたは水平的な散乱を提供するべくプログラムされている照明器の集束状態を示す概念線図である。照明エネルギーは、実質的に同量のエネルギーが検出器においても受け取られるように、各スポットの明瞭な明るさに反比例する方法で変更される。
【図４ｂ】ＦＯＶダイナミックレンジをいくらか圧縮しながら、明瞭な明るさの差を維持できるようプログラムされた照明器の集束した状態を示す概念線図である。
【図５】例証的な１次元ＦＯＶのいくつかのフレームにかけて、図４ａの方法により照明器パワーを集束するのに理想的な波形を示す線図である。
【図６】画素値を集束する様子を示すフローチャートである。
【図７】理想的な２次元ＦＯＶにかけての２つの例証的ビーム走査の非集束状態を示す線図である。
【図８】画像処理を用いて達成した図７の２つのビーム走査の、部分的なイントラフレーム集束を示す線図である。
【図９】イントラフレームでさらなる画像処理を使用して達成した図７、図８の２つのビーム走査の擬似集束状態を示す線図である。
【図１０】内視鏡システムの等角投影図である。
【図１１】内視鏡システムの様々な構成要素間の関係を強調したブロック線図である。
【図１２】走査先端モジュールの側断面図である。
【図１３】走査内視鏡イメージング先端部の断面図である。
【図１４】光の２つの偏光の異なる反射を有する走査先端モジュールのドーム内面の実施形態の側断面図である。
【図１５】走査モジュールの等角投影図である。
【図１６】イメージング先端部の光学要素の等角投影図である。
【図１７】図１２〜図１６に示したものと類似の末端先端部光学設計を有する光線トレースである。
【図１８】走査モジュールと作業チャネルの間の隙間空間内に配置された検出ファイバを含む先端部レイアウトである。
【図１９】滑剤送達を設けた末端先端部の等角投影図である。
【図２０】立体または双眼的イメージング機能を有する内視鏡先端部レイアウトを示す。
【図２１】２本の同時走査ビームを逆多重化するための制御装置のブロック線図である。
【図２２】周波数多重化した１対のビームの波形を示す線図である。
【図２３】検出器モジュールの等角投影図である。
【図２４】光源モジュールの等角投影図である。
【図２５】出力ビームがＸ−ｃｕｂｅによって結合された小型３色光源の側面図である。
【図２６ａ】内視鏡の基端部のブロック線図である。
【図２６ｂ】内視鏡の末端部のブロック線図である。
【図２７】２重正弦走査パターンを示す理想的な画像である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６ａ】
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【図２６ｂ】
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【図２７】
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【国際調査報告】
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