校準裝置制造方法
【專利摘要】一種用于掃描內窺鏡系統的校準裝置，所述掃描內窺鏡系統具有光掃描設備，所述光掃描設備配置為使得從光源發射的光在預定掃描區域內周期性地掃描，所述校準裝置包括：中繼透鏡、光檢測單元以及修正單元，從所述光掃描設備發射的光進入所述中繼透鏡而且所述中繼透鏡放大所述預定掃描區域；所述光檢測單元配置為接收從所述中繼透鏡出現的光并且在所述光檢測單元的光接收表面上檢測所接收的光的掃描軌跡；所述修正單元配置為修正從所述光掃描設備發射的光的掃描參數使得所述光檢測單元所檢測的掃描軌跡變為參考掃描軌跡。
【專利說明】校準裝置

【技術領域】
[0001]本發明涉及具有光掃描設備的掃描內窺鏡系統，所述光掃描設備配置為使得從光源發射的光在預定掃描區域內周期性地掃描，并且具體涉及用于掃描內窺鏡系統的校準裝置，其配置為修正掃描光的掃描軌跡。

【背景技術】
[0002]傳統上，掃描內窺鏡系統配置為使得由光纖導引的光相對于觀察部分以螺旋形式掃描，并且通過從已知的觀察部分接收反射光來成像觀察部分(例如，PCT國際申請的本國重新公開第JP2008-514342A1號(下文中稱為“專利文獻I”))。該類型的掃描內窺鏡系統包括在內窺鏡中的單模光纖，而且光纖的近端被處于懸臂狀態的雙軸致動器支撐。雙軸致動器根據特征頻率在二維上使光纖的尖端振動(諧振)，同時調制并且放大振動的幅度，使得光纖的尖端以螺旋形式被驅動。結果，來自光源的由光纖導引的照射光以螺旋形式在觀察部分上掃描，而且基于來自觀察部分的回射光獲得對應于照射范圍(掃描區域)的圖像。
[0003]最近，提出了如專利文獻I所示的掃描內窺鏡系統可以應用于掃描共聚焦內窺鏡系統(例如，日本專利臨時公開第2011-255015A號(下文中稱為“專利文獻2”))。掃描共聚焦內窺鏡系統配置為向活體組織發射激光并且僅提取通過設置在與從活體組織發射的熒光的共聚焦光學系統的焦點共軛的位置處的針孔獲得的分量，使得可以以高于通過常規內窺鏡光學系統獲得的觀察圖像的放大率的放大率實現觀察。專利文獻2所描述的掃描共聚焦內窺鏡系統配置為能夠觀察以常規內窺鏡光學系統所獲得的觀察圖像的放大率不能觀察到的微小物體，并且能夠通過利用對于活體組織的特定狹窄區域的激光來在二維或者三維上掃描以觀察活體組織的橫截面。
[0004]在專利文獻I或者2所描述的系統中，在預定周期的時間(下文中稱為“采樣點”)接收來自掃描區域(觀察部分)的反射光或者熒光，而且在每一個采樣點的強度信息被分配到監視器的顯示坐標(內窺鏡圖像的像素位置)以便顯示二維內窺鏡圖像。因此，為了產生具有高度再現性而不會變形的內窺鏡圖像，需要將每一個采樣點的掃描位置設定為精確地匹配監視器的顯示坐標。為此原因，在該類型的掃描內窺鏡系統中，在監視實際掃描圖樣(掃描軌跡)的同時執行校準，以便取得理想的掃描圖樣(專利文獻I)。


【發明內容】

[0005]在專利文獻I所描述的掃描內窺鏡系統中執行校準，以便通過用PSD (位置靈敏檢測器)接收從光纖發射的照射光，并且通過在檢測掃描圖樣(掃描軌跡)中的照射光斑的位置的同時調整施加到雙軸致動器的電壓的幅度、相位以及頻率來實現理想的掃描圖樣。這樣的技術對于配置為在相對寬的掃描區域(例如，具有1mm直徑的掃描區域)內掃描的掃描內窺鏡系統(比如在專利文獻I中描述的掃描內窺鏡系統)是有效的。然而，對于在狹窄區域(例如，具有500mm直徑的掃描區域)內掃描的掃描共聚焦內窺鏡系統(比如在專利文獻2中描述的掃描共聚焦內窺鏡系統)，存在著由于PSD傳感器的分辨率的限制而不能精確地檢測照射光斑的問題。
[0006]考慮到上述情況而做出了本發明。這就是說，本發明的目標是提供能夠精確地檢測在掃描圖樣中的照射光斑的位置并且執行校準，以便即使掃描內窺鏡系統配置為在狹窄掃描區域內掃描也實現理想的掃描圖樣的校準裝置。
[0007]為了達成上述目標，根據本發明的校準裝置是用于具有光掃描設備的掃描內窺鏡系統的校準裝置，其中所述光掃描設備配置為使得從光源發射的光在預定掃描區域內周期性地掃描。校準裝置包括中繼透鏡、光檢測單元以及修正單元，從光掃描設備發射的光進入中繼透鏡而且中繼透鏡放大預定掃描區域，光檢測單元配置為接收從中繼透鏡出現的光并且在光檢測單元的光接收表面上檢測所接收的光的掃描軌跡，修正單元配置為修正從光掃描設備發射的光的掃描參數使得光檢測單元所檢測的掃描軌跡變為參考掃描軌跡。
[0008]利用該配置，從光源發射的光的掃描軌跡得以在光檢測單元上接收同時被放大到檢測不被光檢測單元的分辨率影響的程度。因此，即使掃描內窺鏡系統配置為在狹窄掃描區域內掃描，也可以以高精確度來檢測掃描軌跡，從而可以進行校準使得掃描軌跡變為理想軌跡。
[0009]光接收表面可以設置為與中繼透鏡的光學軸相垂直，而且中繼透鏡的后焦點可以與光接收表面的中心基本重合。
[0010]校準裝置可以進一步包括移動單元，所述移動單元配置為將中繼透鏡和光檢測單元相對于光掃描設備相對地移動。在該情況下，移動單元可以移動中繼透鏡和光檢測單元使得預定掃描區域的中心與中繼透鏡的光學軸的位置基本重合，并且中繼透鏡的前焦點的位置與從光掃描單元發射的光的聚集點基本重合。利用該配置，從光掃描設備發射的光以中繼透鏡的放大率精確地放大。另外，因為從中繼透鏡出現的光掃描光檢測單元的中心部分，所以光不會從光檢測單元的光接收表面偏離。
[0011]中繼透鏡可以放大從光掃描設備發射的光的預定掃描區域，使得從中繼透鏡出現的光的預定掃描區域落入光接收表面內。
[0012]掃描參數可以包括下述參數中的至少一個:用于放大或者減小掃描光的預定掃描區域的第一參數、用于改變掃描光的預定掃描區域的形狀的第二參數以及用于改變掃描光的掃描速度的第三參數。
[0013]校準裝置可以進一步包括再映射表創建單元，所述再映射表創建單元配置為在預定時間米樣由修正單兀修正的放大了的掃描光的掃描軌跡并且將二維柵格坐標分配給每個采樣點。
[0014]中繼透鏡和光檢測單元可以安置在單一的盒中。在該配置中，優選該盒是為光檢測單元遮擋外部光的遮擋盒。利用該配置，可以阻擋外部光的影響。因此，可以以高SN比檢測掃描光的掃描軌跡。
[0015]光掃描設備可以向物體發射從光源發射的具有預定波長的激發光。掃描內窺鏡系統可以包括共聚焦針孔、圖像信號檢測單元以及圖像產生單元，所述共聚焦針孔設置在與激發光的聚集點共軛的位置，所述圖像信號檢測單元配置為通過共聚焦針孔接收從被激發光激發的物體產生的熒光并且在預定檢測時間檢測圖像信號，所述圖像產生單元配置為使用檢測到的圖像信號來產生共聚焦圖像。
[0016]按照根據本發明的校準裝置，可以精確地檢測在掃描圖樣中的照射光斑的位置并且執行校準，以便即使掃描內窺鏡系統配置為在狹窄掃描區域內掃描也可以實現理想掃描圖樣。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017][圖1]圖1是示出了根據本發明的實施方式的掃描共聚焦內窺鏡系統的配置的框圖。
[0018][圖2]圖2概括示出了包括在根據本發明的實施方式的掃描共聚焦內窺鏡系統中的共聚焦光學單元的配置。
[0019][圖3]圖3示出了在XY近似平面上光纖的尖端的旋轉軌跡。
[0020][圖4]圖4示出了采樣與制動時段之間的關系以及在XY近似平面上在X(或者Y)方向上光纖的尖端的改變量(幅度)。
[0021][圖5]圖5示出了采樣點與柵格坐標之間的關系。
[0022][圖6]圖6示出了根據本發明的實施方式的校準裝置。
[0023][圖7]圖7是示出了在根據本發明的實施方式的掃描共聚焦內窺鏡系統中執行的校準程序的流程圖。
[0024][圖8]圖8示出了在PSD的光接收表面上的初始光斑形成位置。
[0025][圖9]圖9示出了由校準程序執行XY調整的情況。
[0026][圖10]圖10示出了當PSD的光接收表面在Z方向上移動時定義的移動量與PSD的輸出電流之間的關系。
[0027][圖11]圖11示出了當預定的X和Y交流電壓施加到了雙軸致動器時所限定的激發光的掃描軌跡。
[0028][圖12]圖12示出了當掃描軌跡通過校準調整為理想掃描軌跡時所限定的激發光的掃描軌跡。

【具體實施方式】
[0029]在下文中，參考所附附圖描述根據本發明的實施方式的掃描共聚焦內窺鏡系統。
[0030]掃描共聚焦內窺鏡系統是通過利用共聚焦顯微鏡的基本原理來設計的系統，并且掃描共聚焦內窺鏡系統配置為適用于以高放大率和高分辨率來觀察物體。圖1是示出了根據本發明的實施方式的掃描共聚焦內窺鏡系統I的配置的框圖。如圖1所示，掃描共聚焦內窺鏡系統I包括系統主體100、共聚焦內窺鏡200、監視器300以及校準裝置400。使用掃描共聚焦內窺鏡系統I的共聚焦觀察是在具有管狀形狀的柔性共聚焦內窺鏡200的尖端面被操作為接觸物體的狀態下執行的。
[0031]系統主體100包括光源102、光學耦合器104、減震器106、CPU108、CPU存儲器110、光纖112、光學接收器114、視頻信號處理電路116、圖像存儲器118以及視頻信號輸出電路120。共聚焦內窺鏡200包括光纖202、共聚焦光學單元204、子CPU206、子存儲器208以及掃描驅動器210。
[0032]光源102根據CPU108的驅動控制發射激發光，該激發光激發在患者的體腔中施用的藥劑。激發光進入光學耦合器104。光學連接器152耦合至光學耦合器104的其中一個端口。減震器106耦合至光學耦合器104的未使用端口，減震器106無反射地終止從光源102發射的激發光。已經進入前一個端口的激發光穿過光學連接器152，并且進入設置在共聚焦內窺鏡200中的光學系統。
[0033]光纖202的近端通過光學連接器152光學耦合至光學耦合器104。光纖202的尖端安置在共聚焦光學單元204中，共聚焦光學單元204安裝在共聚焦內窺鏡200的尖端部分中。已經從光學耦合器104激發的激發光在穿過光學連接器152之后進入光纖202的近立而，芽過光纖202，然后從光纖202的尖纟而發射。
[0034]圖2 (a)概括示出了共聚焦光學單元204的配置。在下文中，為方便說明，共聚焦光學單兀204的較長側的方向定義為Z方向，與Z方向垂直并且相對于彼此垂直的兩個方向定義為X方向和Y方向。如圖2(a)所示，共聚焦光學單元204具有金屬外部管204A，金屬外部管204A安置各個零件。外部管204A支撐內部管204B以便在共軸方向上是可滑動的，內部管204B具有對應于外部管204A的內壁形狀的外壁形狀。通過形成在外部管204A和內部管204B的近端面中的開口，光纖202的尖端(下文中分配為附圖標記202a)被安置并且支持在內部管204B中，并且起到掃描共聚焦內窺鏡系統I的次級點源的作用。作為點源的尖端202a的位置在CPU108的控制下周期性地改變。在圖2 (a)中，中心軸AX表示設置在Z方向上的光纖202的軸，并且當光纖202的尖端202a不振動時，中心軸AX與光纖202的光學路徑重合。
[0035]子存儲器208存儲探針信息，比如共聚焦內窺鏡200的識別信息和各種性質。子CPU206在啟動時從子存儲器208讀出探針信息，并且通過電連接器154向CPU108發送探針信息，電連接器154將系統主體100與共聚焦內窺鏡200電連接。CPU108在CPU存儲器110中存儲傳送的探針信息。在必需時，CPU108產生對于控制共聚焦內窺鏡200所必需的信號，并且向子CPU206發送信號。根據來自CPU108的控制信號，子CPU206指定掃描驅動器210所需的設定值。
[0036]掃描驅動器210產生對應于指定的設定值的驅動信號，并且驅動和控制雙軸致動器204C，雙軸致動器204C貼合并且固定到接近尖端202a的光纖202的外部表面。圖2 (b)概括示出了雙軸致動器204C的配置。如圖2(b)所示，雙軸致動器204C是壓電致動器，其中在壓電體上形成了連接到掃描驅動器210的成對的X軸電極(圖中的X和X’)和Y軸電極(圖中的Y和Y’)。
[0037]掃描驅動器210在用于雙軸致動器204C的X軸的電極之間施加交流電壓X，使得壓電體在X方向上諧振，并且在用于Y軸的電極之間施加交流電壓Y，使得壓電體在Y軸方向上諧振，交流電壓Y具有與交流電壓X的頻率相同的頻率并且具有與交流電壓X的相位正交的相位。交流電壓X和交流電壓Y被定義為在幅度上與時間成比例地線性增加并且分別通過花費時間(X)和(Y)達到平均均方根值(X)和(Y)。由于通過雙軸致動器204C在X方向上和在Y方向上動能的組合，光纖202的尖端202a旋轉來畫出螺旋圖樣，該圖樣在近似于X-Y平面的平面(下文中稱作“XY近似平面”)上具有在中心軸AX處的中心。尖端202a的旋轉軌跡與施加電壓成比例地變大，并且當施加具有平均均方根(X)和(Y)的交流電壓時變成具有最大直徑的圓。在該實施方式中，交流電壓X和Y的幅度、相位以及頻率通過稍后描述的校準來調整，使得尖端202a的旋轉軌跡變成理想軌跡。圖3示出了通過校準調整的在XY近似平面上的尖端202a的旋轉軌跡。
[0038]圖4示出了各個操作時間與光纖202的尖端202a在XY近似平面上在X (或者Y)方向上的改變量(幅度)之間的關系。激發光是連續光(或者脈沖光)，并且在從交流電壓開始施加至雙軸致動器204C到交流電壓停止施加的時間段(為了便于說明，在下文中稱作“采樣時段”)期間內從光纖202的尖端202a發射。如上所述，當交流電壓施加到雙軸致動器204C時，從光纖202的尖端202a發射的激發光以螺旋形式在預定的圓形掃描區域中掃描，所述預定圓形掃描區域具有在中心軸AX處的中心，這是因為光纖202的尖端202a旋轉來畫出的螺旋圖樣具有在中心軸AX處的中心。當在采樣時段已經過去之后停止向雙軸致動器204C施加交流電壓時，光纖202的振動衰減。尖端202a在XY近似平面上的圓形運動根據光纖202振動的衰減而匯聚，而且在預定時間已經過去之后(即，尖端202a變為幾乎在中心軸AX上停止的狀態)光纖202的振動幾乎變為零。在下文中，為了便于說明，從采樣時段的結束到尖端202a變為幾乎在中心軸AX上停止的狀態的時間的時間段被稱為“制動時段”。在制動時段已經過去而且進一步的預定時間也已經過去之后，下一個采樣時段開始。在下文中，從制動時段的結束到下一個采樣時段的開始的時間段被稱為“停頓時段”。停頓時段是用于在中心軸AX上完全停止光纖202的尖端202a的等待時間，而且通過提供停頓時段，可以使尖端202a精確地掃描。另外，對應于一巾貞的時段由一個米樣時段以及一個制動時段形成，而且通過調整停頓時段，可以調整幀速率。這就是說，基于幀速率與直到光纖202的尖端202a完全停止時的時間之間的關系，可以恰當地設定停頓時段。為了減短制動時段，可以在制動時段的初始階段向雙軸致動器204C施加反相位電壓，以便主動施加制動扭矩。
[0039]在光纖202的尖端202a的前側上設置了物鏡光學系統204D。物鏡光學系統204D由多個光學透鏡形成，而且通過透鏡框(未顯示)支撐在外部管204A中。在外部管204A中，透鏡框相對于內部管204B得到固定和支持。因此，在外部管204A中，支撐在透鏡框上的光學透鏡組與內部管204B —同滑動。在外部管204A的最前部(即，在物鏡光學系統204D的前側上)，支撐有封蓋鏡(未顯示)。
[0040]在內部管204B的近端面與外部管204A的內壁之間，附接了螺旋形壓縮彈簧204E和形狀記憶合金204F。螺旋形壓縮彈簧204E初始在Z方向上從其自然長度壓縮并且夾擠。形狀記憶合金204F具有在Z方向上延長的桿狀形狀，當在室溫條件下外部力施加到形狀記憶合金204F時形狀記憶合金204F變形，而且當加熱到高于或者等于預定溫度時，形狀記憶合金204F通過形狀記憶效應恢復到預定形狀。形狀記憶合金204F設計為通過形狀記憶效應的恢復力大于螺旋形壓縮線圈204E的恢復力。掃描驅動器210產生對應于由CPU206指定的設定值的驅動信號并且通過對形狀記憶合金204F充電以及加熱來控制形狀記憶合金204F的擴張和收縮量。形狀記憶合金204F引起內部管204B根據擴張和收縮量來在Z方向上向前或者向后移動。
[0041]通過物鏡光學系統204D，從光纖202的尖端202a發射的激發光在物體的表面或者表面層上形成光斑。光斑形成位置依據作為點源的尖端202a的移動而移動。這就是說，通過組合尖端202a通過雙軸致動器204C在XY近似平面上的周期性圓形運動以及在Z軸方向上的移動，共聚焦光學單元204執行在物體上的三維掃描。
[0042]因為光纖202的尖端202a設置在物鏡光學系統204D的前焦點，所以尖端202a起到針孔的作用。被激發光激發的物體的散射分量(熒光)中，只有來自與尖端202a共軛的聚集點的熒光入射到尖端202a上。熒光穿過光纖202，然后通過光學連接器152進入光學率禹合器104。光學稱合器104將進入的突光與從光源102發射的激發光分開,并且將突光導引到光纖112。熒光通過光纖112傳送，然后由光學接收器114檢測。為了檢測具有低噪聲水平的微弱的光，光學接收器114可以配置為高靈敏度光學檢測器，比如光電倍增管。
[0043]由光學接收器114檢測的檢測信號輸入到視頻信號處理電路116。視頻信號處理電路116在CPU108的控制下運行，并且通過執行采樣-保持以及用于檢測信號的AD轉換以恒定速率產生數字檢測信號。當在采樣時段期間光纖202的尖端202a的位置(軌跡)得以確定時，用于通過檢測來自光斑形成位置的回射光(熒光)來獲得數字檢測信號的，在觀察區域(掃描區域)中對應于所確定的位置和信號采集時間(即，采樣點)的光斑形成位置得到明確地限定。如稍后所述，在該實施方式中，使用校準裝置400預先測量尖端202a的掃描軌跡。然后，向雙軸致動器204C的施加電壓的幅度、相位以及頻率得到調整，使得測量到的掃描軌跡變為理想的掃描圖樣(即，理想的螺旋掃描圖樣)，而且采樣點和對應于采樣點的在圖像上的位置(顯示在監視器300上的內窺鏡圖像的像素位置)得以確定。采樣點與內窺鏡圖像的像素位置(像素地址)之間的關系作為再映射表存儲于CPU存儲器110中。例如，如果內窺鏡圖像由在水平方向(X方向)上的15個像素以及在豎直方向(Y方向)上的15個像素形成，則依次采樣的激發光的位置(采樣點)與內窺鏡圖像的像素位置(柵格地址)之間的關系變成圖5中所示的狀態，并且基于該關系，CPU108通過獲得對應于每個采樣點的內窺鏡圖像的像素位置(柵格坐標)來創建再映射表。在圖5中，為了便于圖示，在掃描區域的中心部分以及外圍部分顯示了部分采樣點；然而，實際上沿著螺旋掃描軌跡存在著大量采樣點。
[0044]視頻信號處理電路116參考再映射表，并且將在每個采樣點獲得的數字檢測信號分配為對應的像素地址數據的數據。在下文中，為了便于說明，上述分配工作被稱為再映射。視頻信號處理電路116通過以逐幀的方式將由點圖像的螺旋設置形成的圖像的信號存儲到圖像存儲器118來執行緩沖。緩沖的信號以預定的時間從圖像存儲器118掃到視頻信號輸出電路120，并且在轉換為符合預定標準(比如NTSC(國家電視系統委員會)或者PAL(相位交替行))的視頻信號之后顯示在監視器300上。在監視器300的顯示屏幕上，顯示具有高放大率和高分辨率的三維共聚焦圖像(在本說明書中其可以簡單地稱為“內窺鏡圖像”)。
[0045]如上所述，因為物體圖像是通過再映射操作形成的，所以尖端202a需要被旋轉來畫出理想的螺旋掃描圖樣，以便可以獲得沒有變形的內窺鏡圖像。然而，通常構成掃描共聚焦內窺鏡系統I的每個元件的性能在一定范圍內變化。因此，如果簡單地組裝元件，則不可能獲得如圖3所示的理想的掃描軌跡。因此，在根據實施方式的掃描共聚焦內窺鏡系統I中，執行了稍后描述的校準以抵消上述類型的個體性能。
[0046]圖6示出了用于根據實施方式的校準的校準裝置400。在校準中，光纖202的尖端202a的旋轉軌跡得到檢測，待施加到雙軸致動器204C的交流電壓X和Y中的每一個的幅度、相位以及頻率得到調整，使得旋轉軌跡變為理想軌跡(即，使得從共聚焦光學單元204發射的激發光的掃描軌跡變為參考掃描軌跡)，而且新的再映射表得以創建。在下文中，在校準中待調整的參數(主要包括幅度、相位以及頻率)統稱為“調整參數”。應當注意，盡管校準裝置400被解釋為與系統主體100分開提供的結構，但是校準裝置400可以包含在系統主體100中。
[0047]如圖6所示，校準單元400包括單元支持構件420、箱402、XYZ臺408、臺驅動電機410以及校準電路412。
[0048]單元支持構件420是固定到校準裝置400的主體的圓柱形構件，并且單元支持構件420配置為使得其內直徑稍大于共聚焦光學單元204的外直徑。在校準期間，共聚焦光學單元204插入到單元支持構件420內部，并且在X、Y和Z方向上定位。
[0049]在箱402中，附接了 PSD404，PSD基片405以及中繼透鏡單元406。PSD404安裝在PSD基片405上，而且設置在箱402的近側，使得其光接收表面位于XY平面上(即，使得其光接收表面垂直于Z方向)。PSD404接收從共聚焦光學單元204發射的激發光，并且檢測激發光的位置(即，激發光在光接收表面上的位置)(細節稍后描述)。中繼透鏡單元406設置在箱402的尖端側(共聚焦光學單元204側)，使得其光學軸指向Z方向。中繼透鏡單元206是所謂的放大光學系統，包括其中的多個透鏡，而且光學軸和后焦點F2位于PSD404的光接收表面的中心。另外，中繼透鏡單元406的前焦點Fl被調整為使得前焦點Fl與共聚焦光學單元204的物鏡光學系統204D的焦點(即，激發光的聚集點)基本重合。這就是說，中繼透鏡單元406用以放大在從共聚焦光學單元204發射的激發光的聚集點處(即，激發光的掃描區域(最大擺動寬度))的投影圖像。中繼透鏡單元406的放大率通過綜合考慮包括PSD404的尺寸和位置檢測分辨率的各個因素來確定。假設PSD是市場上可買到的，所希望的是，根據其位置檢測分辨率，中繼透鏡單元406的放大率設定為使得在PSD404的光接收表面上的由中繼透鏡單元406放大的掃描范圍的尺寸大于或者等于1mm，而且所希望的是，中繼透鏡單元406的放大率設定為大約2到20倍的放大率，這是因為從設備尺寸和響應速度的視角看，中繼透鏡單元406的放大率應當設定得較小而且所希望的是使用具有較小的光接收表面的PSD 404。為此原因，在本實施方式中，從共聚焦光學單元204發射的激發光的掃描區域的直徑(即，最大擺動寬度)設定為500mm，而且，假設為市場上可買到的PSD404的尺寸、位置檢測分辨率以及響應速度，中繼透鏡單元10的放大率設定為10倍放大率。因此，從共聚焦光學單元204發射的激發光的掃描軌跡被中繼透鏡單元406放大，并且在PSD404的光接收表面上掃描以便畫出具有最大5mm的直徑的圓。箱4的內部被遮擋以便防止外部光進入其中，而且PSD404以高SN比來檢測來自共聚焦光學單元204的激發光。PSD404的檢測電流通過PSD基片405輸出到校準電路412。
[0050]箱402通過臺驅動電機410固定到XYZ臺408，XYZ臺408是在Χ、Υ和Z方向上可移動的。臺驅動電機410例如是步進電機，而且在從校準電路412接收信號的同時在預定方向上移動XYZ臺408。在本實施方式中，XYZ臺408的移動分辨率(即，XYZ臺相對于臺驅動電機410的一步的移動量)設定為大約10mm。
[0051]校準電路412是能夠與CPU108雙向通訊的電路。在CPU108的控制下，在校準期間，校準電路412通過臺驅動電機410移動XYZ臺408。另外，校準電路412將從PSD基片405輸出的PSD404的檢測電流轉換為電壓，并且向CPU108輸出作為檢測電壓的電壓。
[0052]圖7是在校準期間執行的校準程序的流程圖。校準程序是當用戶(操作者)將共聚焦光學單元204插入到單元支持構件420中并且從系統主體100的用戶界面(未顯示)輸入預定命令時由CPU108執行的子程序。在本說明書和附圖的描述中，為了便于說明，校準的每個步驟縮寫為“S”。
[0053]如圖7所示，當校準程序啟動時，CPU108執行S11。在S11，箱402的位置相對于共聚焦光學單元204進行調整。在該過程中，CPU108控制光源102使得激發光連續地發射，并且控制掃描驅動器210以便停止向雙軸致動器204C施加電壓。因此，從光纖202發射的激發光沿著中心軸AX行進，并且通過中繼透鏡單元406在PSD404的光接收表面上形成圖像(圖6)。在本說明書中，當沒有電壓施加到雙軸致動器204C時，初始限定的激發光的光斑形成位置被稱為“初始光斑形成位置”。
[0054]圖8示出了在PSD404的光接收表面上的初始光斑形成位置P。如上所述，因為掃描共聚焦內窺鏡系統I具有個體性能，所以初始光斑形成位置不一定與PSD404的中心重合而且被檢測到在X和Y方向上的偏移位置處。共聚焦光學單元204的物鏡光學系統204D的焦點也因為個體差異而變化。因此，中繼透鏡單元406的前焦點Fl不一定與共聚焦光學單元204的物鏡光學系統204D的焦點(即，激發光的聚集點)重合。為此原因，在S11，箱402在X和Y方向中的每一個上移動，使得初始光斑形成位置與PSD404的光接收表面的中心基本重合(XY調整)，而且箱402在Z方向上移動，使得中繼透鏡單元406的前焦點Fl與共聚焦光學單元204的物鏡光學系統204D的焦點基本重合(Z調整)。
[0055](XY 調整)
[0056]PSD404包括成對的X方向電極Xl和X2以及成對的Y方向電極Yl和Y2。在PSD404的光接收表面上的光斑形成位置是通過檢測從這些電極輸出的電流獲得的。具體地說，在PSD404的光接收表面上的初始光斑形成位置P的位置Xp、Yp由下面的表達式(I)和(2)確定。

【權利要求】
1.一種用于掃描內窺鏡系統的校準裝置，所述掃描內窺鏡系統具有光掃描設備，所述光掃描設備配置為使得從光源發射的光在預定掃描區域內周期性地掃描，所述校準裝置包括: 中繼透鏡，從所述光掃描設備發射的光進入所述中繼透鏡而且所述中繼透鏡放大所述預定掃描區域； 光檢測單元，所述光檢測單元配置為接收從所述中繼透鏡出現的光并且在所述光檢測單元的光接收表面上檢測所接收的光的掃描軌跡；以及 修正單元，所述修正單元配置為修正從所述光掃描設備發射的光的掃描參數，使得所述光檢測單元所檢測的掃描軌跡變為參考掃描軌跡。
2.根據權利要求1所述的校準裝置， 其中: 所述光接收表面設置為與所述中繼透鏡的光學軸相垂直；并且 所述中繼透鏡的后焦點與所述光接收表面的中心基本重合。
3.根據權利要求1或2所述的校準裝置， 進一步包括移動單元，所述移動單元配置為將所述中繼透鏡和所述光檢測單元相對于所述光掃描設備相對地移動， 其中，所述移動單元移動所述中繼透鏡和所述光檢測單元，使得所述預定掃描區域的中心與所述中繼透鏡的光學軸的位置基本重合，并且所述中繼透鏡的前焦點的位置與從所述光掃描單元發射的光的聚集點基本重合。
4.根據權利要求3所述的校準裝置， 其中: 所述光檢測單元檢測在所述中繼透鏡的光學軸上的光的位置和光束直徑；并且 所述移動單元移動所述中繼透鏡和所述光檢測單元，使得在所述中繼透鏡的光學軸上的光的位置與所述光接收表面的中心基本重合，并且光束直徑取最小值。
5.根據權利要求2至4中的任一項所述的校準裝置， 其中所述中繼透鏡放大從所述光掃描設備發射的光的預定掃描區域，使得從所述中繼透鏡出現的光的預定掃描區域落入所述光接收表面內。
6.根據權利要求1至5中的任一項所述的校準裝置， 其中所述掃描參數包括第一參數、第二參數和第三參數中的至少一個，所述第一參數用于放大或者減小掃描光的所述預定掃描區域，所述第二參數用于改變所述掃描光的預定掃描區域的形狀，所述第三參數用于改變所述掃描光的掃描速度。
7.根據權利要求1至6中的任一項所述的校準裝置， 進一步包括再映射表創建單元，所述再映射表創建單元配置為在預定時間采樣由所述修正單兀修正的放大的掃描光掃描軌跡并且將二維柵格坐標分配給每個米樣點。
8.根據權利要求1至7中的任一項所述的校準裝置， 其中所述中繼透鏡和所述光檢測單元安置在單一的盒中。
9.根據權利要求8所述的校準裝置， 其中所述盒是為所述光檢測單元遮擋外部光的遮擋盒。
10.根據權利要求1至9中的任一項所述的校準裝置， 其中所述光掃描設備向物體發射從所述光源發射的具有預定波長的激發光，并且 其中所述掃描內窺鏡系統包括: 共聚焦針孔，所述共聚焦針孔設置在與所述激發光的聚集點共軛的位置； 圖像信號檢測單元，所述圖像信號檢測單元配置為通過所述共聚焦針孔接收從被所述激發光激發的物體產生的熒光并且在預定檢測時間檢測圖像信號；以及 圖像產生單元，所述圖像產生單元配置為使用檢測到的圖像信號來產生共聚焦圖像。
【文檔編號】A61B1/00GK104135909SQ201380011401
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2013年2月28日 優先權日:2012年2月29日
【發明者】山邊俊明 申請人:Hoya株式會社