(57)【要約】  ＳＮＲが最適となる画像を生成可能な走査型内視鏡装置を提供する。  光源部５３と、光源部５３から射出される光を導光する光ファイバ３１と、光ファイバ３１から射出される光を偏向して被照射物１００上で繰り返し走査させるアクチュエータ４０と、光の照射により被照射物１００から得られる信号光を光電変換する増倍率が制御可能な光検出部５５と、制御部５１と、を備え、制御部５１は、光検出部５５で光電変換された一定期間の電気信号に基づいてＳＮＲが最適となるように増倍率を制御する。
2016129010.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源部と、
該光源部から射出される光を導光する光ファイバと、
該光ファイバから射出される前記光を偏向して被照射物上で繰り返し走査させるアクチュエータと、
前記光の照射により前記被照射物から得られる信号光を光電変換する増倍率が制御可能な光検出部と、
制御部と、を備え、
前記制御部は、前記光検出部で光電変換された一定期間の電気信号に基づいて信号対雑音比が最適となるように前記増倍率を制御する、
走査型内視鏡装置。
【請求項２】
請求項１に記載の走査型内視鏡装置において、
前記制御部は、前記一定期間の前記電気信号のうち、最小値の電気信号の信号対雑音比が最も高くなるように前記増倍率を制御する、
ことを特徴とする走査型内視鏡装置。
【請求項３】
請求項１に記載の走査型内視鏡装置において、
前記制御部は、前記一定期間の前記電気信号のうち、最大値の電気信号の信号対雑音比が最も高くなるように前記増倍率を制御する、
ことを特徴とする走査型内視鏡装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の走査型内視鏡装置において、
前記光検出部は、アバランシェフォトダイオードを有する、
ことを特徴とする走査型内視鏡装置。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれかに記載の走査型内視鏡装置において、
前記光検出部は、光電子増倍管を有する、
ことを特徴とする走査型内視鏡装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の走査型内視鏡装置において、
前記光検出部で光電変換された前記電気信号を増幅する増幅部をさらに備え、
前記制御部は、前記光検出部の前記増倍率に応じて前記増幅部の利得を制御する、
ことを特徴とする走査型内視鏡装置。
【請求項７】
請求項６に記載の走査型内視鏡装置において、
前記制御部は、前記増倍率と前記利得との積が所定の値となるように、前記利得を制御する、
ことを特徴とする走査型内視鏡装置。
【請求項８】
光源部から光ファイバを経て射出される光をアクチュエータにより偏向して被照射物を繰り返し走査するステップと、
前記光の照射により前記被照射物から得られる信号光を増倍率が制御可能な光検出部により光電変換するステップと、
前記光検出部で光電変換された一定期間の電気信号に基づいて信号対雑音比が最適となるように前記増倍率を制御するステップと、
を含む走査型内視鏡装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走査型内視鏡装置及びその制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の走査型内視鏡装置として、スコープ内に延在させた光ファイバの射出端部を変位させながら、光ファイバから被検部位に向けて照明光を照射して被検部位を走査し、該被検部位での散乱光を検出して画像を生成するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。【０００３】
特許文献１に開示の走査型内視鏡装置は、照明光の照射密度が走査領域の全域においてほぼ一定となるように、散乱光の検出タイミングに基づいて照明光の照射タイミングを制御することにより、照明光の無駄な照射をなくして、一様な明るさの画像を得るようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１２１４５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示の走査型内視鏡装置は、検出される散乱光の光量に関しては何ら考慮されていない。そのため、信号対雑音比（ＳＮＲ）が最適となる画像が得られない場合がある。【０００６】
本発明は、かかる点に着目してなされたもので、その目的とするところは、ＳＮＲが最適となる画像を生成可能な走査型内視鏡装置及びその制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成する走査型内視鏡装置の発明は、
光源部と、
該光源部から射出される光を導光する光ファイバと、
該光ファイバから射出される前記光を偏向して被照射物上で繰り返し走査させるアクチュエータと、
前記光の照射により前記被照射物から得られる信号光を光電変換する増倍率が制御可能な光検出部と、
制御部と、を備え、
前記制御部は、前記光検出部で光電変換された一定期間の電気信号に基づいて信号対雑音比が最適となるように前記増倍率を制御する、ものである。【０００８】
前記制御部は、前記一定期間の前記電気信号のうち、最小値の電気信号のＳＮＲが最も高くなるように前記増倍率を制御するとよい。【０００９】
前記制御部は、前記一定期間の前記電気信号のうち、最大値の電気信号のＳＮＲが最も高くなるように前記増倍率を制御してもよい。【００１０】
前記光検出部は、アバランシェフォトダイオードを有しているとよい。【００１１】
前記光検出部は、光電子増倍管を有しているとよい。【００１２】
前記光検出部で光電変換された前記電気信号を増幅する増幅部をさらに備え、
前記制御部は、前記光検出部の前記増倍率に応じて前記増幅部の利得を制御するとよい。【００１３】
前記制御部は、前記増倍率と前記利得との積が所定の値となるように、前記利得を制御するとよい。【００１４】
さらに、上記目的を達成する走査型内視鏡装置の制御方法の発明は、
光源部から光ファイバを経て射出される光をアクチュエータにより偏向して被照射物を繰り返し走査するステップと、
前記光の照射により前記被照射物から得られる信号光を増倍率が制御可能な光検出部により光電変換するステップと、
前記光検出部で光電変換された一定期間の電気信号に基づいてＳＮＲが最適となるように前記増倍率を制御するステップと、
を含むものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ＳＮＲが最適となる画像を生成可能な走査型内視鏡装置及びその制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】一実施の形態に係る走査型内視鏡装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１のスコープを概略的に示す概観図である。
【図３】図２のスコープの先端部の断面図である。
【図４】図１の走査型内視鏡装置の制御方法の要部を説明するためのフローチャートである。
【図５】図１の光検出部で光電変換される入射光量と画像のＳＮＲとの関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１８】
図１は、一実施の形態に係る走査型内視鏡装置の要部の概略構成を示すブロック図である。本実施の形態に係る走査型内視鏡装置１０は、スコープ（内視鏡）３０と、制御装置本体（筐体）５０と、ディスプレイ７０と、を備える。制御装置本体５０は、走査型内視鏡装置１０の全体を制御する制御部５１と、発光タイミング制御部５２と、光源部５３と、駆動制御部５４と、光検出部５５と、増幅部５６と、ＡＤＣ（アナログ−デジタル変換部）５７と、画像処理部５８とを備える。
【００１９】
光源部５３は、レーザ６１Ｒ、６１Ｇ、６１Ｂと、結合器６２と、を有する。レーザ６１Ｒは赤のレーザ光を、レーザ６１Ｇは緑のレーザ光を、レーザ６１Ｂは青のレーザ光をそれぞれ射出する。発光タイミング制御部５２は、制御部５１の制御の下に３つのレーザ６１Ｒ、６１Ｇ、６１Ｂの発光タイミングを制御する。レーザ６１Ｒ、６１Ｇ、６１Ｂとしては、例えばＤＰＳＳレーザ（半導体励起固体レーザ）やレーザダイオードが使用可能である。レーザ６１Ｒ、６１Ｇ、６１Ｂから出射されるレーザ光（照明光）は、結合器６２で同軸上結合されて照明用光ファイバ３１に入射される。結合器６２は、例えばダイクロイックプリズム等を有して構成される。光源部５３の構成はこれに限られず、一つのレーザを用いるものであっても、他の複数の光源を用いるものであっても良い。また、光源部５３は、制御装置本体５０と信号線で結ばれた制御装置本体５０とは別の筐体に収納されていても良い。
【００２０】
照明用光ファイバ３１は、スコープ３０の先端部まで延在している。照明用光ファイバ３１の入射端部は、例えば光コネクタからなる光入力部３２に結合される。光入力部３２は、結合器６２に着脱自在に結合されて、光源部５３からの照明光を照明用光ファイバ３１に入射させる。照明用光ファイバ３１の射出端部は、後述するアクチュエータ４０により振動可能に支持される。照明用光ファイバ３１に入射された照明光は、スコープ３０の先端部まで導光されて対象物（被照射物）１００に向けて射出される。その際、駆動制御部５４は、アクチュエータ４０に所要の駆動信号を供給して、照明用光ファイバ３１の射出端部を振動駆動させる。これにより、照明用光ファイバ３１から射出される照明光が偏向されて、対象物１００は照明光によって例えば螺旋走査やラスタ走査等の公知の走査態様で繰り返し２次元走査される。照明光の照射により対象物１００から得られる反射光、散乱光、蛍光などの信号光は、スコープ３０内に延在されたマルチモードファイバからなる検出用光ファイババンドル３３の先端面に入射されて、制御装置本体５０まで導光される。
【００２１】
検出用光ファイババンドル３３は、光コネクタ３４を介して光検出部５５に着脱自在に結合されて対象物１００からの信号光を光検出部５５に導光する。光検出部５５は、検出用光ファイババンドル３３により導光された信号光を受光して、照明光の色に応じた電気信号に変換する。光検出部５５から出力されるアナログの電気信号は、増幅部５６で増幅された後、ＡＤＣ５７でデジタル信号に変換されて画像処理部５８に入力される。
【００２２】
制御部５１は、駆動制御部５４からアクチュエータ４０に供給した駆動信号の振幅及び位相などの情報から、照明光の走査軌跡上の走査位置の情報を算出して画像処理部５８に供給する。画像処理部５８は、フレームメモリ５８ａを有し、制御部５１からの走査位置情報に基づいてＡＤＣ５７から出力される対象物１００の電気信号（画素データ）をフレームメモリ５８ａに順次格納する。そして、画像処理部５８は、フレームメモリ５８ａに格納された画像データに対して所要の画像処理を行って対象物１００の画像を生成してディスプレイ７０に表示する。なお、フレームメモリ５８ａは、制御部５１が内蔵してもよいし、外部メモリであってもよい。
【００２３】
図２は、スコープ３０を概略的に示す概観図である。スコープ３０は、操作部３５及び挿入部３６を備える。照明用光ファイバ３１及び検出用光ファイババンドル３３は、操作部３５から挿入部３６の先端部３７（図２に破線で示す部分）まで延在して実装されて、制御装置本体５０にそれぞれ着脱自在に接続される。また、スコープ３０は、アクチュエータ４０に接続されて挿入部３６から操作部３５を経て延在する配線ケーブル３８を備える。配線ケーブル３８は、図１に示すように接続コネクタ３９を介して駆動制御部５４に着脱自在に接続される。なお、挿入部３６は、先端部３７を除く部分が屈曲可能な可撓部となっており、先端部３７は屈曲しない硬質部となっている。
【００２４】
図３は、図２のスコープ３０の先端部３７を拡大して示す断面図である。先端部３７には、アクチュエータ４０及び照明光学系４５が実装されている。照明光学系４５は、図３では２枚の投影用レンズ４５ａ、４５ｂで構成されている場合を例示している。アクチュエータ４０は、照明用光ファイバ３１の射出端部３１ａを貫通させて保持するフェルール４１を備える。照明用光ファイバ３１は、フェルール４１に接着固定される。フェルール４１は、照明用光ファイバ３１の射出端面３１ｂとは反対側の端部が支持部４２に結合されて、支持部４２に揺動可能に片持ち支持される。照明用光ファイバ３１は、支持部４２を貫通して延在される。
【００２５】
フェルール４１は、例えばニッケル等の金属からなる。フェルール４１は、外形が四角柱状、円柱状等の任意の形状に形成可能である。フェルール４１には、照明用光ファイバ３１の光軸方向と平行な方向をｚ方向とするとき、ｚ方向と直交する面内で互いに直交するｘ方向及びｙ方向にそれぞれ対向して圧電素子４３ｘ及び４３ｙが装着される。図３では、圧電素子４３ｘについては１個のみを示している。圧電素子４３ｘ及び４３ｙは、ｚ方向に長い矩形状からなる。圧電素子４３ｘ及び４３ｙは、厚さ方向の両面に形成された電極を有し、対向する電極を介して厚さ方向に電圧が印加されるとｚ方向に伸縮可能に構成される。
【００２６】
圧電素子４３ｘ及び４３ｙのフェルール４１に接着される電極面とは反対側の電極面には、それぞれ対応する配線ケーブル３８が接続される。同様に、圧電素子４３ｘ及び４３ｙの共通電極となるフェルール４１には、対応する配線ケーブル３８が接続される。ｘ方向の２個の圧電素子４３ｘには、図１に示した駆動制御部５４から対応する配線ケーブル３８を介して同相の交流電圧が印加される。同様に、ｙ方向に対向する２個の圧電素子４３ｙには、駆動制御部５４から対応する配線ケーブル３８を介して同相の交流電圧が印加される。
【００２７】
これにより、２個の圧電素子４３ｘは、一方が伸張すると他方が縮小して、フェルール４１がｘ方向に湾曲振動する。同様に、２個の圧電素子４３ｙは、一方が伸張すると他方が縮小して、フェルール４１がｙ方向に湾曲振動する。その結果、フェルール４１は、ｘ方向及びｙ方向の振動が合成されて照明用光ファイバ３１の射出端部３１ａと一体に偏向される。したがって、照明用光ファイバ３１に照明光を入射させると、射出端面３１ｂから射出される照明光により対象物１００を２次元的に走査することが可能となる。
【００２８】
検出用光ファイババンドル３３は、挿入部３６の外周部を通って先端部３７の先端まで延在して配置される。検出用光ファイババンドル３３の各ファイバの先端部３３ａには、図示しないが検出用レンズが配置されていても良い。
【００２９】
投影用レンズ４５ａ、４５ｂは、先端部３７の最先端に配置される。投影用レンズ４５ａ、４５ｂは、照明用光ファイバ３１の射出端面３１ｂから射出されるレーザ光が所定の焦点位置に集光させるように構成される。また、検出用光ファイババンドル３３の先端部３３ａに検出用レンズが配置される場合、検出用レンズは、対象物１００上に照射されたレーザ光が、対象物１００により反射、散乱、屈折等をした光（対象物１００と相互作用した光）又は蛍光等を信号光として取り込み、検出用光ファイババンドル３３に集光、結合させるように配置される。なお、照明光学系４５は２枚の投影用レンズ４５ａ、４５ｂに限られず、１枚や３枚以上のレンズにより構成されてもよい。
【００３０】
本実施の形態において、光検出部５５は、制御部５１により増倍率が制御可能な例えばアバランシェフォトダイオードあるいは光電子増倍管を有して構成される。また、増幅部５６は、制御部５１により利得が制御可能に構成される。制御部５１は、フレームメモリ５８ａに格納された過去一定期間の電気信号（本実施の形態では直前の１フレーム分の電気信号）に基づいて、次フレームにおける画像のＳＮＲが最適となるように、光検出部５５の増倍率を制御する。また、制御部５１は、光検出部５５の増倍率と増幅部５６の利得との積が所定の値となるように、光検出部５５の増倍率の制御に応じて増幅部５６の利得を制御する。
【００３１】
図４は、本実施の形態に係る走査型内視鏡装置の制御方法の要部を説明するためのフローチャートであり、フレーム毎の処理を示すものである。先ず、制御部５１は、画像処理部５８を制御してフレームメモリ５８ａに１フレーム分の電気信号を取得する（ステップＳ４１０）。その後、制御部５１は、１フレームの画像化処理を実行する（ステップＳ４２０）。１フレームの画像化処理では、制御部５１は画像処理部５８を制御して、取得した１フレーム分の電気信号に対して所要の画像処理（例えば、γ補正、補間、色バランス調整、構造強調等）を行って１フレームの画像を生成し、その生成した画像をディスプレイ７０に表示する。
【００３２】
制御部５１は、ステップＳ４２０の処理後又はステップＳ４２０の処理と並行して、フレームメモリ５８ａに格納された１フレーム分の電気信号からＳＮＲを最適化する基準となる電気信号を探索して、その入射光量を求める（ステップＳ４３０）。ここで、ＳＮＲを最適化する基準となる電気信号は、例えば１フレーム分の電気信号のうちの最小値又は最大値とすることができる。最小値又は最大値のいずれを探索するかは、いずれか一方に固定的に設定されてもよいし、使用者において選択的に設定可能としてもよい。また、入射光量は、例えば下式に基づいて算出する。なお、入射光量は、下式に限らず、電気信号から関数により算出してもよいし、電気信号と入射光量とのルックアップテーブルから求めるようにしてもよい。
【００３３】
電気信号［Ｖ］=入射光量［Ｗ］×光検出部の感度［Ａ／Ｗ］×増倍率Ｍ×光検出部の電流電圧変換率［Ｖ／Ａ］×増幅部の利得Ｎ
【００３４】
次に、制御部５１は、ステップＳ４３０で求めた入射光量に基づいて、次フレームの電気信号を取得する際の光検出部５５の増倍率Ｍ´を決定して、光検出部５５の増倍率Ｍを決定された増倍率Ｍ´に制御する（ステップＳ４４０）。
【００３５】
ここで、光検出部５５で光電変換される入射光量と画像のＳＮＲとは、光検出部５５を構成する光電変換素子の特性に応じて、例えば図５に示すような関係がある。図５の場合、増倍率が１０倍と１００倍とでは、入射光量がほぼ２００［ｎＷ］を境にＳＮＲの良否が逆転する特性を有している。すなわち、入射光量が２００［ｎＷ］よりも少ない場合は、増倍率１００倍の方が増倍率１０倍よりもＳＮＲが向上し、入射光量が２００［ｎＷ］より多い場合は、増倍率１０倍の方が増倍率１００倍よりもＳＮＲが向上する。したがって、制御部５１は、求められた入射光量に応じて、ＳＮＲが高くなる増倍率Ｍ´を決定する。
【００３６】
その後、制御部５１は、ステップＳ４４０で決定した増倍率Ｍ´に基づいて、次フレームの電気信号を取得する際の増幅部５６の利得Ｎ´を決定して、増幅部５６の利得Ｎを決定された利得Ｎ´に制御する（ステップＳ４５０）。利得Ｎ´は、例えば増倍率Ｍ´と利得Ｎ´との積で表される合計のゲインＧ（Ｇ＝Ｍ´×Ｎ´）が所定の値となるように決定することができる。なお、ゲインＧは、例えば画像化した際の平均輝度を一定に保つように制御するための値であり、走査型内視鏡装置１０の仕様によって決定される。
【００３７】
制御部５１は、上記のステップＳ４１０〜Ｓ４５０の処理を順次のフレームについて実行する。
【００３８】
本実施の形態において、光検出部５５の増倍率を、最小値の電気信号のＳＮＲが最適化される値に制御すれば、最もノイズが多くなる暗い領域のＳＮＲが最適化された画像を生成することが可能となる。また、光検出部５５の増倍率を、最大値の電気信号のＳＮＲが最適化される値に制御すれば、最も着目される明るい領域のＳＮＲが最適化された画像を生成することが可能となる。また、合計のゲインＧが所定の値となるように、増倍率の制御に応じて増幅部５６の利得を制御することで、画像輝度が変動することを防ぐことができる。なお、増幅部５６の代わりに画像処理部５８が画面輝度の変動を防いでもよい。その場合は、ＡＤＣ５７から得られたデジタル信号に利得を掛けて制御することで、増幅率の利得を制御するのと同じ効果が得られる。
【００３９】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、幾多の変形または変更が可能である。例えば、増倍率は、フレーム毎に順次制御する場合に限らず、数フレーム毎に制御してもよい。また、増倍率を制御するための対象物１００の過去一定期間の電気信号は、直前の１フレーム分の電気信号に限らず、直前の複数フレームの電気信号、数フレーム前の１又は複数フレームの電気信号、あるいは過去の１フレームに満たない電気信号であってもよい。また、ＳＮＲを最適化する基準となる電気信号は、過去一定期間の電気信号のうちの最小値又は最大値に限らず、中間値（平均値）とすることもできる。この場合は、中間の明るさを有する領域のＳＮＲが最適化された画像を生成することが可能となる。また、アクチュエータ４０は、圧電式に限らず、コイル及び永久磁石を用いる電磁式とすることもできるし、照明用光ファイバ３１の射出端部を変位させることなく、照明用光ファイバ３１から射出された照明光をＭＥＭＳミラー等で偏向させて光走査するように構成することもできる。また、増幅部５６の利得は、光検出部５５の増倍率の制御に関係なく一定とすることもできるし、増倍率の増減に応じて所定の比率で減増させるようにしてもよい。
【００４０】
また、発光タイミング制御部５２及び駆動制御部５４は、それらの一部又は全部を制御部５１が内蔵していてもよい。同様に、増幅部５６、ＡＤＣ５７及び画像処理部５８は、それらの一部又は全部を制御部５１が内蔵していてもよい。
【符号の説明】
【００４１】
１０  走査型内視鏡装置
３０  スコープ（内視鏡）
３１  照明用光ファイバ
３３  検出用光ファイババンドル
４０  アクチュエータ
５１  制御部
５３  光源部
５５  光検出部
５６  増幅部
５８  画像処理部
１００  対象物（被照射物）
【図１】
2016129010.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
2016129010.tif 000008
2016129010.tif 000009
2016129010.tif 000010