本發(fā)明涉及掃描型內(nèi)窺鏡裝置及其控制方法。

背景技術(shù)：

作為以往的掃描型內(nèi)窺鏡裝置，已知有如下裝置：其一邊使在鏡體內(nèi)延伸的光纖的射出端部移位，一邊從光纖朝向被檢部位照射照明光而對(duì)被檢部位進(jìn)行掃描，并檢測(cè)該被檢部位處的散射光而生成圖像(例如參照專(zhuān)利文獻(xiàn)1)。

在專(zhuān)利文獻(xiàn)1中公開(kāi)的掃描型內(nèi)窺鏡裝置根據(jù)散射光的檢測(cè)定時(shí)來(lái)控制照明光的照射定時(shí)，以使得照明光的照射密度在整個(gè)掃描區(qū)域中大致恒定，由此，消除照明光的無(wú)用的照射，獲得均勻明亮度的圖像。

在先技術(shù)文獻(xiàn)

專(zhuān)利文獻(xiàn)

專(zhuān)利文獻(xiàn)1：日本特開(kāi)2013-121455號(hào)公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的課題

然而，在專(zhuān)利文獻(xiàn)1中公開(kāi)的掃描型內(nèi)窺鏡裝置針對(duì)所檢測(cè)的散射光的光量未做任何考慮。因此，有時(shí)無(wú)法獲得信噪比(snr)為最優(yōu)的圖像。

本發(fā)明就是著眼于上述情況而完成的，其目的在于提供能夠生成snr為最優(yōu)的圖像的掃描型內(nèi)窺鏡裝置及其控制方法。

用于解決課題的手段

用于達(dá)成上述目的的掃描型內(nèi)窺鏡裝置的發(fā)明具有：

光源部；

光纖，其對(duì)從該光源部射出的光進(jìn)行引導(dǎo)；

致動(dòng)器，其使從該光纖射出的所述光偏轉(zhuǎn)而使其在被照射物上反復(fù)掃描；

光檢測(cè)部，其倍增率可被控制，對(duì)通過(guò)所述光的照射而從所述被照射物獲得的信號(hào)光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換；以及

控制部，

所述控制部根據(jù)由所述光檢測(cè)部進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換后的一定期間的電信號(hào)，以使得信噪比為最優(yōu)的方式控制所述倍增率。

所述控制部可以按照使得所述一定期間的所述電信號(hào)中的最小值的電信號(hào)的snr為最高的方式控制所述倍增率。

所述控制部可以按照使得所述一定期間的所述電信號(hào)中的最大值的電信號(hào)的snr為最高的方式控制所述倍增率。

所述光檢測(cè)部可以具有雪崩光電二極管。

所述光檢測(cè)部可以具有光電倍增管。

所述掃描型內(nèi)窺鏡裝置還可以具有對(duì)由所述光檢測(cè)部進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換后的所述電信號(hào)進(jìn)行放大的放大部，

所述控制部可以根據(jù)所述光檢測(cè)部的所述倍增率來(lái)控制所述放大部的增益。

所述控制部可以按照使得所述倍增率與所述增益之積成為規(guī)定值的方式控制所述增益。

并且，達(dá)成上述目的的掃描型內(nèi)窺鏡裝置的控制方法的發(fā)明包括：

通過(guò)致動(dòng)器使從光源部經(jīng)由光纖射出的光偏轉(zhuǎn)而使其反復(fù)掃描被照射物的步驟；

通過(guò)倍增率可被控制的光檢測(cè)部來(lái)對(duì)通過(guò)所述光的照射而從所述被照射物獲得的信號(hào)光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的步驟；以及

根據(jù)由所述光檢測(cè)部進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換后的一定期間的電信號(hào)，以使得snr為最優(yōu)的方式控制所述倍增率。

發(fā)明效果

根據(jù)本發(fā)明，可提供能夠生成snr為最優(yōu)的圖像的掃描型內(nèi)窺鏡裝置及其控制方法。

附圖說(shuō)明

圖1是示出一個(gè)實(shí)施方式的掃描型內(nèi)窺鏡裝置的概略結(jié)構(gòu)的框圖。

圖2是概要性地示出圖1的鏡體的概觀(guān)圖。

圖3是圖2的鏡體的前端部的剖視圖。

圖4是用于說(shuō)明圖1的掃描型內(nèi)窺鏡裝置的控制方法的主要部分的流程圖。

圖5是示出由圖1的光檢測(cè)部進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的入射光量與圖像的snr之間的關(guān)系的圖。

具體實(shí)施方式

下面，參照附圖對(duì)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。

圖1是示出一個(gè)實(shí)施方式的掃描型內(nèi)窺鏡裝置的主要部分的概略結(jié)構(gòu)的框圖。本實(shí)施方式的掃描型內(nèi)窺鏡裝置10具有鏡體(內(nèi)窺鏡)30、控制裝置主體(框體)50、以及顯示器70。控制裝置主體50具有控制整個(gè)掃描型內(nèi)窺鏡裝置10的控制部51、發(fā)光定時(shí)控制部52、光源部53、驅(qū)動(dòng)控制部54、光檢測(cè)部55、放大部56、adc(模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換部)57以及圖像處理部58。

光源部53具有激光器61r、61g、61b、以及耦合器62。激光器61r射出紅色的激光，激光器61g射出綠色的激光，激光器61b射出藍(lán)色的激光。發(fā)光定時(shí)控制部52在控制部51的控制下對(duì)三個(gè)激光器61r、61g、61b的發(fā)光定時(shí)進(jìn)行控制。作為激光器61r、61g、61b，例如能夠使用dpss激光器(半導(dǎo)體激勵(lì)固體激光器)或激光二極管。從激光器61r、61g、61b射出的激光(照明光)被耦合器62同軸耦合而射入照明用光纖31。耦合器62例如構(gòu)成為具有分色棱鏡等。但光源部53的結(jié)構(gòu)并不限于此，既可以使用一個(gè)激光器，也可以使用其他的多個(gè)光源。另外，光源部53可以被收納在通過(guò)信號(hào)線(xiàn)與控制裝置主體50連結(jié)起來(lái)的與控制裝置主體50分體的殼體內(nèi)。

照明用光纖31延伸到鏡體30的前端部。照明用光纖31的入射端部例如與由光連接器構(gòu)成的光輸入部32耦合。光輸入部32裝卸自如地與耦合器62耦合，使來(lái)自光源部53的照明光射入照明用光纖31。照明用光纖31的射出端部被后述的致動(dòng)器40支承為能夠振動(dòng)。射入照明用光纖31的照明光被引導(dǎo)到鏡體30的前端部而朝向?qū)ο笪?被照射物)100射出。此時(shí)，驅(qū)動(dòng)控制部54對(duì)致動(dòng)器40提供所需的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，對(duì)照明用光纖31的射出端部進(jìn)行振動(dòng)驅(qū)動(dòng)。由此，使得從照明用光纖31射出的照明光發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而對(duì)象物100通過(guò)照明光而例如以螺旋掃描或光柵掃描等公知的掃描方式被反復(fù)進(jìn)行二維掃描。通過(guò)照明光的照射而從對(duì)象物100獲得的反射光、散射光、熒光等信號(hào)光射入由在鏡體30內(nèi)延伸的多模光纖構(gòu)成的檢測(cè)用光纖束33的前端面，并且被引導(dǎo)到控制裝置主體50。

檢測(cè)用光纖束33通過(guò)光連接器34而裝卸自如地與光檢測(cè)部55耦合，將來(lái)自對(duì)象物100的信號(hào)光引導(dǎo)到光檢測(cè)部55。光檢測(cè)部55接受由檢測(cè)用光纖束33引導(dǎo)來(lái)的信號(hào)光，將其轉(zhuǎn)換為與照明光的顏色對(duì)應(yīng)的電信號(hào)。從光檢測(cè)部55輸出的模擬的電信號(hào)被放大部56放大之后被adc57轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)而被輸入給圖像處理部58。

控制部51根據(jù)從驅(qū)動(dòng)控制部54提供給致動(dòng)器40的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的振幅和相位等信息計(jì)算照明光的掃描軌跡上的掃描位置的信息并提供給圖像處理部58。圖像處理部58具有幀存儲(chǔ)器58a，并且根據(jù)來(lái)自控制部51的掃描位置信息將從adc57輸出的對(duì)象物100的電信號(hào)(像素?cái)?shù)據(jù))依次儲(chǔ)存到幀存儲(chǔ)器58a中。而且，圖像處理部58對(duì)被儲(chǔ)存在幀存儲(chǔ)器58a中的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行所需的圖像處理而生成對(duì)象物100的圖像并將其顯示在顯示器70上。另外，幀存儲(chǔ)器58a既可以?xún)?nèi)置在控制部51中，也可以是外部存儲(chǔ)器。

圖2是概要性地示出鏡體30的概觀(guān)圖。鏡體30具有操作部35和插入部36。照明用光纖31和檢測(cè)用光纖束33被安裝成從操作部35延伸到插入部36的前端部37(圖2中虛線(xiàn)所示的部分)，并且分別裝卸自如地與控制裝置主體50連接。另外，鏡體30具有與致動(dòng)器40連接且從插入部36經(jīng)由操作部35延伸的布線(xiàn)線(xiàn)纜38。如圖1所示，布線(xiàn)線(xiàn)纜38通過(guò)連接器39而裝卸自如地與驅(qū)動(dòng)控制部54連接。另外，插入部36的除前端部37以外的部分為能夠屈曲的撓性部，前端部37為不屈曲的硬質(zhì)部。

圖3是將圖2的鏡體30的前端部37放大示出的剖視圖。在前端部37安裝有致動(dòng)器40和照明光學(xué)系統(tǒng)45。在圖3中例示了照明光學(xué)系統(tǒng)45由兩塊投影用透鏡45a、45b構(gòu)成的情況。致動(dòng)器40具有供照明用光纖31的射出端部31a貫穿而對(duì)其進(jìn)行保持的插芯41。照明用光纖31被粘接固定在插芯41中。插芯41的與照明用光纖31的射出端面31b相反一側(cè)的端部被結(jié)合在支承部42上，由此使得插芯41以能夠擺動(dòng)的方式被懸臂支承在支承部42上。照明用光纖31在支承部42中貫穿延伸。

插芯41例如由鎳等金屬構(gòu)成。插芯41的外形可以形成為四棱柱狀、圓柱狀等任意形狀。當(dāng)設(shè)與照明用光纖31的光軸方向平行的方向?yàn)閦方向時(shí)，在插芯41上沿與z方向垂直的面內(nèi)彼此垂直的x方向和y方向而分別對(duì)置地安裝有壓電元件43x和43y。在圖3中，僅示出了一個(gè)壓電元件43x。壓電元件43x和43y構(gòu)成為在z方向上較長(zhǎng)的矩形形狀。壓電元件43x和43y具有在厚度方向的兩面上形成的電極，構(gòu)成為當(dāng)通過(guò)對(duì)置的電極在厚度方向被施加電壓時(shí)能夠在z方向上伸縮。

在壓電元件43x和43y的與粘結(jié)在插芯41上的電極面相反的一側(cè)的電極面上分別連接有對(duì)應(yīng)的布線(xiàn)線(xiàn)纜38。同樣地，在作為壓電元件43x和43y的公共電極的插芯41上連接有對(duì)應(yīng)的布線(xiàn)線(xiàn)纜38。從圖1所示的驅(qū)動(dòng)控制部54通過(guò)對(duì)應(yīng)的布線(xiàn)線(xiàn)纜38對(duì)x方向的兩個(gè)壓電元件43x施加同相的交流電壓。同樣地，從驅(qū)動(dòng)控制部54通過(guò)對(duì)應(yīng)的布線(xiàn)線(xiàn)纜38對(duì)在y方向上對(duì)置的兩個(gè)壓電元件43y施加同相的交流電壓。

由此，兩個(gè)壓電元件43x當(dāng)一方伸長(zhǎng)時(shí)另一方縮小，使得插芯41在x方向上彎曲振動(dòng)。同樣地，兩個(gè)壓電元件43y當(dāng)一方伸長(zhǎng)時(shí)另一方縮小，使得插芯41在y方向上彎曲振動(dòng)。其結(jié)果是，x方向和y方向上的振動(dòng)被合成起來(lái)而插芯41與照明用光纖31的射出端部31a一體地偏轉(zhuǎn)。因此，當(dāng)使照明光射入照明用光纖31時(shí)，能夠通過(guò)從射出端面31b射出的照明光來(lái)二維掃描對(duì)象物100。

檢測(cè)用光纖束33被配置成在插入部36的外周部通過(guò)而延伸到前端部37的前端。在檢測(cè)用光纖束33的各光纖的前端部33a上可以配置有未圖示的檢測(cè)用透鏡。

投影用透鏡45a、45b被配置在前端部37的最前端。投影用透鏡45a、45b構(gòu)成為使從照明用光纖31的射出端面31b射出的激光會(huì)聚在規(guī)定的焦點(diǎn)位置上。另外，在檢測(cè)用光纖束33的前端部33a配置有檢測(cè)用透鏡的情況下，檢測(cè)用透鏡被配置成將照射在對(duì)象物100上的激光被對(duì)象物100反射、散射、折射等后的光(與對(duì)象物100相互作用后的光)或熒光等作為信號(hào)光取入，并使該光會(huì)聚并耦合到檢測(cè)用光纖束33中。另外，照明光學(xué)系統(tǒng)45不限于兩個(gè)投影用透鏡45a、45b，也可以由一個(gè)或三個(gè)以上的透鏡構(gòu)成。

在本實(shí)施方式中，光檢測(cè)部55構(gòu)成為具有能夠由控制部51控制倍增率的例如雪崩光電二極管或者光電倍增管。另外，放大部56構(gòu)成為能夠由控制部51控制增益?？刂撇?1根據(jù)儲(chǔ)存在幀存儲(chǔ)器58a中的過(guò)去一定期間的電信號(hào)(在本實(shí)施方式中是前一幀的電信號(hào))來(lái)控制光檢測(cè)部55的倍增率，以使得下一幀的圖像的snr為最優(yōu)。另外，控制部51根據(jù)光檢測(cè)部55的倍增率的控制來(lái)控制放大部56的增益，以使得光檢測(cè)部55的倍增率與放大部56的增益之積成為規(guī)定的值。

圖4是用于說(shuō)明本實(shí)施方式的掃描型內(nèi)窺鏡裝置的控制方法的主要部分的流程圖，示出了每一幀的處理。首先，控制部51控制圖像處理部58，從幀存儲(chǔ)器58a中獲取一幀的電信號(hào)(步驟s410)。然后，控制部51執(zhí)行一幀的圖像化處理(步驟s420)。在一幀的圖像化處理中，控制部51控制圖像處理部58，對(duì)獲取到的一幀的電信號(hào)進(jìn)行所需的圖像處理(例如γ校正、插值、顏色平衡調(diào)整、構(gòu)造強(qiáng)調(diào)等)而生成一幀的圖像，并將該生成的圖像顯示在顯示器70上。

控制部51在步驟s420的處理之后或與步驟s420的處理并行地從儲(chǔ)存在幀存儲(chǔ)器58a中的一幀的電信號(hào)中搜索作為使snr成為最優(yōu)的基準(zhǔn)的電信號(hào)，并求出其入射光量(步驟s430)。這里，作為使snr成為最優(yōu)的基準(zhǔn)的電信號(hào)例如可以采用一幀的電信號(hào)中的最小值或最大值。關(guān)于搜索最小值還是最大值，既可以固定地設(shè)定為搜索任意一方，也可以由使用者選擇性地進(jìn)行設(shè)定。另外，例如根據(jù)下式來(lái)計(jì)算入射光量。另外，不限于下式，也可以根據(jù)電信號(hào)通過(guò)函數(shù)來(lái)計(jì)算入射光量，還可以根據(jù)電信號(hào)和入射光量之間的查找表來(lái)求出入射光量。

電信號(hào)【v】＝入射光量【w】×光檢測(cè)部的靈敏度【a/w】×倍增率m×光檢測(cè)部的電流電壓轉(zhuǎn)換率【v/a】×放大部的增益n

接下來(lái)，控制部51根據(jù)在步驟s430中求出的入射光量來(lái)確定獲取下一幀的電信號(hào)時(shí)的光檢測(cè)部55的倍增率m’，并將光檢測(cè)部55的倍增率m控制為所確定的倍增率m’(步驟s440)。

這里，由光檢測(cè)部55進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的入射光量與圖像的snr之間根據(jù)構(gòu)成光檢測(cè)部55的光電轉(zhuǎn)換元件的特性，例如具有如圖5所示那樣的關(guān)系。在圖5的情況下，在倍增率為10倍和100倍時(shí)，具有以入射光量的大致200【nw】為界而snr的良好與否發(fā)生反轉(zhuǎn)的特性。即，在入射光量小于200【nw】的情況下，倍增率100倍時(shí)的snr高于倍增率10倍時(shí)的snr，而在入射光量大于200【nw】的情況下，倍增率10倍時(shí)的snr高于倍增率100倍時(shí)的snr。因此，控制部51根據(jù)所求出的入射光量來(lái)確定使得snr變高的倍增率m’。

然后，控制部51根據(jù)在步驟s440中確定的倍增率m’來(lái)確定獲取下一幀的電信號(hào)時(shí)的放大部56的增益n’，并將放大部56的增益n控制為所確定的增益n’(步驟s450)。例如可以把增益n’確定成，由倍增率m’與增益n’之積表示的合計(jì)增益g(g＝m’×n’)成為規(guī)定的值。另外，增益g例如是用于控制成使圖像化時(shí)的平均亮度保持恒定的值，且該增益g根據(jù)掃描型內(nèi)窺鏡裝置10的規(guī)格而確定。

控制部51依次對(duì)每一幀執(zhí)行上述的步驟s410～s450的處理。

在本實(shí)施方式中，如果將光檢測(cè)部55的倍增率控制為使得最小值的電信號(hào)的snr成為最優(yōu)的值，則能夠生成使得噪聲最多的暗部區(qū)域的snr成為最優(yōu)的圖像。另外，如果將光檢測(cè)部55的倍增率控制為使得最大值的電信號(hào)的snr成為最優(yōu)的值，則能夠生成使得最受關(guān)注的明亮區(qū)域的snr成為最優(yōu)的圖像。另外，根據(jù)倍增率的控制來(lái)控制放大部56的增益以使得合計(jì)增益g成為規(guī)定的值，由此，能夠防止圖像亮度發(fā)生變動(dòng)。另外，也可以由圖像處理部58代替放大部56來(lái)防止畫(huà)面亮度的變動(dòng)。在該情況下，對(duì)從adc57獲得的數(shù)字信號(hào)施加增益來(lái)進(jìn)行控制，由此可以獲得與控制放大率的增益相同的效果。

另外，本發(fā)明并不限定于上述實(shí)施方式，可以進(jìn)行多種變形或變更。例如，不限于按每一幀依次控制倍增率的情況，也可以每隔數(shù)幀對(duì)倍增率進(jìn)行控制。另外，用于控制倍增率的對(duì)象物100的過(guò)去一定期間的電信號(hào)不限于前一幀的電信號(hào)，也可以是之前的多幀的電信號(hào)、數(shù)幀前的一幀或多幀的電信號(hào)或者過(guò)去的不足一幀的電信號(hào)。另外，作為使snr成為最優(yōu)的基準(zhǔn)的電信號(hào)不限于過(guò)去一定期間的電信號(hào)中的最小值或最大值，也可以采用中間值(平均值)。在該情況下，能夠生成使得具有中間明亮度的區(qū)域的snr成為最優(yōu)的圖像。另外，致動(dòng)器40不限于壓電式，既可以是使用了線(xiàn)圈和永久磁鐵的電磁式，也可以構(gòu)成為在不使照明用光纖31的射出端部移位的情況下，通過(guò)mems鏡等使從照明用光纖31射出的照明光偏轉(zhuǎn)來(lái)進(jìn)行光掃描。另外，作為放大部56的增益，既可以固定而與光檢測(cè)部55的倍增率的控制不存在關(guān)系，也可以根據(jù)倍增率的增減而以規(guī)定的比率減增。

另外，發(fā)光定時(shí)控制部52和驅(qū)動(dòng)控制部54的一部分或全部可以?xún)?nèi)置在控制部51中。同樣地，放大部56、adc57以及圖像處理部58的一部分或全部也可以?xún)?nèi)置在控制部51中。

標(biāo)號(hào)說(shuō)明

10：掃描型內(nèi)窺鏡裝置；30：鏡體(內(nèi)窺鏡)；31：照明用光纖；33：檢測(cè)用光纖束；40：致動(dòng)器；51：控制部；53：光源部；55：光檢測(cè)部；56：放大部；58：圖像處理部；100對(duì)象物(被照射物)。