CN104981724A - 光扫描型观察装置 - Google Patents

Abstract

光扫描型观察装置(10)具有光纤(19)、振动驱动单元(14)和变更单元(15)。光纤(19)具有以一端能摆动的方式被支承的摆动部。振动驱动单元(14)根据驱动信号，使摆动部进行振动。变更单元(15)变更向振动驱动单元(14)发送的驱动信号的频率。

Description

光扫描型观察装置

关联申请的相互参照

本申请主张于2013年1月29日在日本提出专利申请的特愿2013－14819的优先权，在此为了参照而引入该在先申请的全部公开内容。

技术领域

本发明涉及能够针对周围的温度变化抑制视场角的变动的光扫描型观察装置。

背景技术

已知有一种光扫描型观察装置，该光扫描型观察装置使射出照射光的光纤进行振动，由此，对被观察物进行扫描，取得被观察物的图像。为了取得适于观察的图像，需要使光纤沿着规定的振动路径进行振动。

在光扫描型观察装置中存在例如工业用内窥镜等这样的、在多种多样的外部环境中使用的光扫描型观察装置。有时光纤因外部环境而偏离规定的振动路径，从而在所取得的图像上可能产生失真等。

因此，提出了一种内窥镜装置，该内窥镜装置针对高温下的具有失真的图像实施重映射，由此降低失真(参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2011－4920号公报

发明内容

发明所要解决的课题

温度等外部环境的变化不仅导致失真的产生，还可能使视场角发生变动。在专利文献1所记载的内窥镜装置中，虽然能够修正因温度变化而可能产生的图像失真，但是无法应对视场角的变动。

本发明正是鉴于上述观点而完成的，其目的在于提供一种光扫描型观察装置，其能够针对外部环境的变化抑制视场角的变动。

用于解决课题的手段

为了解决上述的各个课题，第1观点的光扫描型观察装置，其特征在于，所述光扫描型观察装置具备：光纤，其具有以一端能摆动的方式被支承的摆动部；振动驱动单元，其根据驱动信号，使所述摆动部进行振动；以及变更单元，其变更向所述振动驱动单元发送的所述驱动信号的频率。

另外，在第2观点的光扫描型观察装置中，优选的是，所述光扫描型观察装置还具备温度传感器，所述温度传感器对所述摆动部附近的温度进行检测，所述变更单元根据所述温度传感器检测出的温度，变更所述驱动信号的频率。

另外，在第3观点的光扫描型观察装置中，优选的是，所述光扫描型观察装置还具备存储单元，所述存储单元存储频率与所述摆动部附近的温度之间的对应关系，所述变更单元从所述存储单元读取与所述温度传感器检测出的温度对应的频率，且使所述驱动信号的频率与该频率一致。

另外，在第4观点的光扫描型观察装置中，优选的是，所述光纤具有：纤芯，其包含纯石英、掺氟石英和含羟基石英中的至少一者；包层，其包含纯石英、掺氟石英和含羟基石英中的至少一者；被覆层，其包含聚酰亚胺树脂、聚乙基醚酮树脂和丙烯酸树脂中的至少一者；以及保护套层，其包含聚酰亚胺树脂、聚乙基醚酮树脂和丙烯酸树脂中的至少一者。

另外，在第5观点的光扫描型观察装置中，优选的是，所述光扫描型观察装置还具备检测用光纤，所述检测用光纤传播因从所述摆动部射出的光与被观察物之间的相互作用而产生的光，所述检测用光纤具有：纤芯，其包含纯石英、掺氟石英和含羟基石英中的至少一者；包层，其包含纯石英、掺氟石英和含羟基石英中的至少一者；被覆层，其包含聚酰亚胺树脂、聚乙基醚酮树脂和丙烯酸树脂中的至少一者；以及保护套层，其包含聚酰亚胺树脂、聚乙基醚酮树脂和丙烯酸树脂中的至少一者。

发明效果

根据本发明，在光扫描型观察装置中，能够针对外部环境的变化抑制视场角的变动。

附图说明

图1是概要性地示出本发明的第1实施方式的光扫描型观察装置的内部结构的功能框图。

图2是概要性地示出图1的光扫描型内窥镜主体的概观图。

图3是对图2的光扫描型内窥镜主体的前端部进行放大而示出的剖视图。

图4是对图3的扫描部进行放大而示出的立体图。

图5是照明用光纤的剖视图。

图6是示出摆动部的振幅相对于驱动信号的频率的关系的曲线图。

图7是示出按摆动部附近的温度的、摆动部的振幅相对于驱动信号的频率的关系的曲线图。

图8是示出第1实施方式中控制部所执行的频率决定处理的流程图。

图9是概要性地示出本发明的第2实施方式的光扫描型观察装置的内部结构的功能框图。

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。

图1是概要性地示出本发明的第1实施方式的光扫描型观察装置的内部结构的功能框图。

光扫描型观察装置10例如为光扫描型内窥镜装置，构成为包含光源部11、光扫描型内窥镜主体12、检测部13、驱动电流生成部14、控制部15、显示部16、输入部17和存储部18。

通过作为单模光纤的照明用光纤19，以光学的方式连接光源部11与光扫描型内窥镜主体12之间，通过由多模光纤构成的检测用光纤束20，以光学的方式连接检测部13与光扫描型内窥镜主体12之间。此外，光源部11、检测部13、驱动电流生成部14、控制部15和存储部18可以被收纳在同一个壳体内，或者也可以被收纳在不同的壳体内。

光源部11例如对来自3个激光源的光进行合波后作为白色光而射出，这3个激光源射出红、绿和蓝三原色的CW(连续振荡)激光。作为激光源，例如可以使用DPSS激光器(半导体激励固体激光器)或激光二极管。当然，光源部11的结构不限于此，可以是采用一个激光源的结构，也可以是采用其他多个光源的结构。

光扫描型内窥镜主体12利用扫描部21(振动驱动单元)在被观察物obj上对从光源部11通过照明用光纤19射出的光进行扫描，且对通过该扫描所获得的信号光进行会聚后，经由检测用光纤束20传送至检测部13。

检测部13将检测用光纤束20中传播的信号光分解为频谱成分，利用采用了光电子倍增管或光电二极管等的光检测器，将信号光转换为电信号。

驱动电流生成部14(振动驱动单元)基于来自控制部15的控制，经由布线线缆22向扫描部21施加振动电流作为驱动信号。

控制部15(变更单元)对光源部11、检测部13和驱动电流生成部14进行同步控制，并且对检测部13所输出的电信号进行处理，来合成图像并显示在显示部16上。另外，控制部15能够利用输入部17对光扫描型观察装置10进行扫描速度、显示图像的亮度等的各种设定。另外，控制部15如后述那样从设置在光扫描型内窥镜主体12上的温度传感器23经由布线线缆24取得温度，根据所取得的温度来决定驱动信号的频率，使驱动电流生成部14变更驱动信号的频率。

存储部18例如为ROM，存储预先设定的信息。例如，存储部18存储驱动信号的频率变更中使用的、频率与温度的对应表。

图2是概要性地示出光扫描型内窥镜主体12的概观图。光扫描型内窥镜主体12具备操作部25和插入部26，操作部25的一个端部与插入部26的基端部连接而成为一体。

操作部25分别与来自光源部11的照明用光纤19、来自检测部13的检测用光纤束20、来自驱动电流生成部14的布线线缆22以及来自控制部15的布线线缆24连接。这些照明用光纤19、检测用光纤束20、布线线缆22和布线线缆24穿过插入部26内部被引导至插入部26的前端部27(图2中的虚线部内的部分)。

图3是对图2的光扫描型内窥镜主体12的前端部27进行放大而示出的剖视图。前端部27具备扫描部21、温度传感器23、投影用透镜28a、28b和未图示的检测用透镜，并且，延伸有在插入部26中穿过的照明用光纤19和检测用光纤束20。

扫描部21构成为包含方形管29、偏转磁场产生用线圈30a～30d和永久磁铁31(参照图4)。

方形管29是中空的四角柱形状，其一端被封闭而另一端被开放。方形管29在前端部27内部借助安装环32被固定并且长度方向与前端部27的中心轴线一致且被开放的端部朝向前端部27的前端侧(参照图3)。在本实施方式中，应用了四角柱形状的方形管29，但是，也可以是圆筒状和内部为中空的其他形状。

偏转磁场产生用线圈30a～30d设置在方形管29的各侧面的长度方向上的相同位置处(参照图4)。偏转磁场产生用线圈30a、30c设置在彼此对置的侧面上，偏转磁场产生用线圈30b、30d设置在彼此对置的侧面上。穿过偏转磁场产生用线圈30a、30c的中心的直线与穿过偏转磁场产生用线圈30b、30d的中心的直线在方形管29的中心轴线附近处正交。偏转磁场产生用线圈30a～30d经由布线线缆22与驱动电流生成部14连接。从驱动电流生成部14向偏转磁场产生用线圈30a、30c和偏转磁场产生用线圈30b、30d施加独立且不同频率的电流作为驱动信号。向偏转磁场产生用线圈30a、30c施加驱动信号时，在偏转磁场产生用线圈30a、30c之间产生第1轴偏转磁场。向偏转磁场产生用线圈30b、30d施加驱动信号时，在偏转磁场产生用线圈30b、30d之间产生第2轴偏转磁场。通过第1轴偏转磁场和第2轴偏转磁场，具有后述的永久磁铁31的摆动部19b根据各磁场强度向与第1轴偏转磁场以及第2轴偏转磁场对应的2方向进行振动。

永久磁铁31是圆筒状，在内部的贯通孔中插入了照明用光纤19的状态下，永久磁铁31与照明用光纤19耦合。永久磁铁31在照明用光纤19的轴向上被磁化。

如图5所示，照明用光纤19由纤芯33、包层34和被覆层35构成。纤芯33是圆柱状，包层34覆盖纤芯33的周围。被覆层35进一步覆盖包层34的周围。在照明用光纤19的整个长度的一部分长度中，光纤保护套层36进一步覆盖被覆层35的周围。纤芯33包含纯石英、掺氟石英和含羟基石英中的至少一者，具有较高的耐热性和耐放射线性。包层34包含折射率比纤芯33低的纯石英、掺氟石英以及含羟基石英中的至少一者，具有较高的耐热性和耐放射线性。被覆层35和光纤保护套层36包含聚酰亚胺树脂、聚乙基醚酮树脂以及丙烯酸树脂中的至少一者，具有较高的耐热性和耐放射线性。

照明用光纤19插入到形成在方形管29的被封闭的端部上的孔部中，永久磁铁31的一个磁极被偏转磁场产生用线圈30a～30d夹持，并且被支承在方形管29的被封闭的端部处(参照图4)。从而，照明用光纤19能够摆动的部位是从由方形管29支承的固定端19a至前端部19c。将照明用光纤19的、包含了永久磁铁31的固定端19a到前端部19c的部位作为摆动部19b。

检测用光纤束20是捆束了多个检测用光纤而得到的光纤束。各检测用光纤由与照明用光纤19相同的材料所形成的、纤芯33、包层34、被覆层35和光纤保护套层36构成。从而，检测用光纤束20与照明用光纤19同样地具有较高的耐热性和耐放射线性。检测用光纤束20被配置成穿过插入部26的前端部27的外周，并且延伸至前端部27的前端。在本实施方式中，检测用光纤束20是穿过前端部27的外周这样的配置，但是，不限定于这样的结构，例如也可以在捆束的状态下配置检测用光纤束20。

温度传感器23在插入部26的前端部27内被固定在摆动部19b附近。温度传感器23例如为热电偶或热敏电阻，对摆动部19b附近的温度进行检测。

投影用透镜28a、28b和检测用透镜被配置在插入部26的前端部27的最前端。投影用透镜28a、28b构成为：使从照明用光纤19的前端部19c射出的激光大致会聚在被观察物obj上。另外，检测用透镜被配置成：取入会聚在被观察物obj上的激光在被观察物obj上发生了反射、散射、折射等所得到的光(与被观察物obj发生了相互作用的光)或荧光等作为检测光，且会聚、耦合到配置在检测用透镜后的检测用光纤束20。此外，投影用透镜不限于2个透镜的结构，也可以由一个或其他多个透镜来构成。

通过如以上那样的结构，利用光扫描型观察装置10进行观察的时候，基于控制部15的控制，驱动电流生成部14被驱动而经由布线线缆22向构成扫描部21的偏转磁场产生用线圈30a～30d施加作为驱动信号的振动电流，摆动部19b进行振动。

控制部15利用驱动电流生成部14施加电流，并且从光源部11射出激光，经由照明用光纤19从其前端部19c向被观察物obj射出该激光。通过摆动部19b的振动，使前端部19c偏转，由此，在被观察物obj上激光依次进行扫描。

通过向被观察物obj照射激光而得到的、反射光、散射光或从被观察物obj产生的光作为检测光被检测用透镜会聚后耦合到检测用光纤束20。该检测光被检测用光纤束20引导至检测部13，在检测部13内按波长成分对该检测光进行分离后检测。

控制部15根据驱动电流生成部14所施加的驱动信号的相位，计算扫描路径上的扫描位置的信息，并且，根据从检测部13输出的电信号，获得该扫描位置上的被观察物obj的像素数据。控制部15将扫描位置和像素数据的信息依次存储到帧存储器中，在扫描结束后或扫描过程中进行插值处理等必要的处理来生成被观察物obj的图像，且显示在显示部16上。

接下来，对由控制部15根据摆动部19b附近的温度进行驱动信号的频率变更的情况进行说明。摆动部19b以实质上与驱动信号的频率相同的频率进行振动。摆动部19b的振动的振幅因驱动信号的频率而发生变化(参照图6)，当驱动信号的频率与摆动部19b的共振频率相同或接近共振频率时，摆动部19b的振动的振幅最大。为了使所拍摄的图像的视场角最大化，使驱动信号的频率与使摆动部19b的振幅最大化的频率一致。

共振频率取决于摆动部19b的尺寸、重量分布、形状、弹性等，因此，共振频率也会因例如温度变动所造成的尺寸等的变动而发生变动。从而，当摆动部19b的共振频率因外部环境的变化而发生变动时，摆动部19b的振幅相对于驱动信号的频率发生变动。因此，例如在常温下使振幅最大化的频率的驱动信号，不能在高温下也使振幅最大化，随着振幅的降低而视场角减小。

如图7所示，按摆动部19b的附近的温度(例如、T₁、T₂、T₃、T₄)，驱动信号的频率和摆动部19b的振幅具有对应关系。存储部18按规定的温度范围存储使摆动部19b的振幅最大化的驱动信号的频率的关系。

控制部15取得温度传感器23所检测的摆动部19b附近的温度，且从存储部18读取对应的频率。控制部15使驱动电流生成部14生成所读取的频率的驱动信号。

接下来，使用图8的流程图，对在第1实施方式中控制部15执行的驱动信号的频率决定处理进行说明。在光扫描型观察装置10观察被观察物obj的过程中以规定的周期来执行频率决定处理。或者，也可以是基于使用者对输入部17的输入而开始进行频率决定处理的结构。

在步骤S100中，控制部15从温度传感器23取得摆动部19b附近的温度。取得附近的温度后，流程进入步骤S101。

在步骤S101中，控制部15判别步骤S100中所取得的摆动部19b附近的温度是否处于与当前的驱动信号的频率对应的温度范围内。当附近的温度处于对应的温度范围内时，流程进入步骤S102。当附近的温度处于对应的温度范围外时，结束频率决定处理。

在步骤S102中，控制部15从存储部18读取与包含步骤S100中所取得的摆动部19b附近的温度的温度范围对应的频率。读取频率后，流程进入步骤S103。

在步骤S103中，控制部15向驱动电流生成部14通知将驱动电流的频率变更为步骤S102中所读取的频率的指令。通知频率的变更指令后，结束频率决定处理。

根据如以上那样的结构的第1实施方式的光扫描型观察装置，能够变更驱动信号的频率，因此，能够针对外部环境的变化抑制视场角的减小。

另外，根据第1实施方式的光扫描型观察装置，基于温度传感器23检测出的摆动部19b附近的温度来变更驱动信号的频率，因此，能够针对外部环境下的变化特别是温度变化抑制视场角的减小。

另外，根据第1实施方式的光扫描型观察装置，照明用光纤19和检测用光纤束20具有较高的耐热性和耐放射线性，因此，能够在高温环境下和/或高放射线的环境下抑制照明用光纤19和检测用光纤束20的劣化以及形状变化。

接下来，对本发明的第2实施方式进行说明。在第2实施方式中，与第1实施方式不同的点在于，变更驱动信号的频率的方法。以下，以与第1实施方式不同的点为中心，对第2实施方式进行说明。此外，具有与第1实施方式相同的结构的部位标注相同的标号。

如图9所示，在第2实施方式中，光扫描型观察装置100构成为包含光源部11、光扫描型内窥镜主体120、检测部13、驱动电流生成部14、控制部15、显示部16和输入部17(参照图9)。光源部11、检测部13、驱动电流生成部14、显示部16和输入部17的结构以及功能与第1实施方式相同。

光扫描型内窥镜主体120与第1实施方式不同，不需要必须设置温度传感器。除了在光扫描型内窥镜主体120中不需要必须设置温度传感器的这一点以外，光扫描型内窥镜主体120的结构以及功能与第1实施方式相同。

控制部15与第1实施方式同样地通过对光源部11、检测部13和驱动电流生成部14进行控制，来合成图像并显示在显示部16上。另外，控制部15可以与第1实施方式同样地对光扫描型观察装置100进行扫描速度、显示图像的亮度等的各种设定。与第1实施方式不同，当输入部17检测出使用者进行了频率变更的输入时，控制部15基于输入来决定驱动信号的频率。

通过如以上那样的结构的第2实施方式的光扫描型观察装置，也能够变更驱动信号的频率，因此能够抑制视场角的减小。另外，通过第2实施方式的光扫描型观察装置，使照明用光纤19和检测用光纤束20也具有较高的耐热性和耐放射线性，因此，能够在高温环境下和/或高放射线的环境下抑制照明用光纤19和检测用光纤束20的劣化以及形状变化。

根据各个附图和实施方式，对本发明进行了说明，但是，需要注意的是，对本领域技术人员来说能够根据本公开容易地进行各种变形和修正。因此，注意这些变形和修正被包含于本发明的范围内。

例如，在第1实施方式和第2实施方式中，扫描部21是使用偏转磁场产生用线圈30a～30d和永久磁铁31来使摆动部19b进行振动的结构，但是，例如也可以使用压电元件等其他驱动单元。不过，当设想在高温环境下使用的情况下，优选使用如第1实施方式和第2实施方式中的偏转磁场产生用线圈30a～30d和永久磁铁31的组合那样的、温度特性优异的驱动单元。另外，本发明的光扫描型观察装置不仅应用于光扫描型内窥镜装置中，还可以应用于显微镜等其他装置中。

标号说明

10、100：光扫描型观察装置；

11：光源部；

12、120：光扫描型内窥镜主体；

13：检测部；

14：驱动电流生成部；

15：控制部；

16：显示部；

17：输入部；

18：存储部；

19：照明用光纤；

19a：固定端；

19b：摆动部；

19c：前端部；

20：检测用光纤束；

21：扫描部；

22：布线线缆；

23：温度传感器；

24：布线线缆；

25：操作部；

26：插入部；

27：前端部；

28a、28b：投影用透镜；

29：方形管；

30a～30d：偏转磁场产生用线圈；

31：永久磁铁；

32：安装环；

33：纤芯；

34：包层；

35：被覆层；

36：光纤保护套层；

obj：被观察物。

Claims (5)

1.一种光扫描型观察装置，其特征在于，所述光扫描型观察装置具备：

光纤，其具有以一端能摆动的方式被支承的摆动部；

振动驱动单元，其根据驱动信号，使所述摆动部进行振动；以及

变更单元，其变更向所述振动驱动单元发送的所述驱动信号的频率。

2.根据权利要求1所述的光扫描型观察装置，其特征在于，

所述光扫描型观察装置还具备温度传感器，所述温度传感器对所述摆动部附近的温度进行检测，

所述变更单元根据所述温度传感器检测出的温度，变更所述驱动信号的频率。

3.根据权利要求2所述的光扫描型观察装置，其特征在于，

所述光扫描型观察装置还具备存储单元，所述存储单元存储频率与所述摆动部附近的温度之间的对应关系，

所述变更单元从所述存储单元读取与所述温度传感器检测出的温度对应的频率，且使所述驱动信号的频率与该频率一致。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的光扫描型观察装置，其特征在于，

所述光纤具有：

纤芯，其包含纯石英、掺氟石英和含羟基石英中的至少一者；

包层，其包含纯石英、掺氟石英和含羟基石英中的至少一者；

被覆层，其包含聚酰亚胺树脂、聚乙基醚酮树脂和丙烯酸树脂中的至少一者；以及

保护套层，其包含聚酰亚胺树脂、聚乙基醚酮树脂和丙烯酸树脂中的至少一者。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的光扫描型观察装置，其特征在于，

所述光扫描型观察装置还具备检测用光纤，所述检测用光纤传播因从所述摆动部射出的光与被观察物之间的相互作用而产生的光，

所述检测用光纤具有：

纤芯，其包含纯石英、掺氟石英和含羟基石英中的至少一者；

包层，其包含纯石英、掺氟石英和含羟基石英中的至少一者；

被覆层，其包含聚酰亚胺树脂、聚乙基醚酮树脂和丙烯酸树脂中的至少一者；以及

保护套层，其包含聚酰亚胺树脂、聚乙基醚酮树脂和丙烯酸树脂中的至少一者。