DE10393608B4

DE10393608B4 - Scanverfahren und - vorrichtung, konfokales Lichtleitfaser-Endoskop, -Mikroskop, oder -Endomikroskop mit einer Scanvorrichtung sowie Lichtleitfaser-Endoskop, -Mikroskop oder - Endomikroskop mit einer Scanvorrichtung

Info

Publication number: DE10393608B4
Application number: DE10393608.4A
Authority: DE
Inventors: Gavan Edmund Rosman; Christopher Gerard Byrne; Bradely Charles Jones
Original assignee: Optiscan Pty Ltd
Current assignee: Optiscan Pty Ltd
Priority date: 2002-10-30
Filing date: 2003-10-29
Publication date: 2022-06-09
Anticipated expiration: 2023-10-30
Also published as: JP5044027B2; AU2003277951A1; GB2411071B; DE10393608T5; JP4718184B2; GB0510388D0; JP2011103003A; US20060013528A1; GB2411071A; US7123790B2; JP2006504988A; WO2004040267A1

Abstract

Durch die vorliegende Erfindung wird eine Scanvorrichtung und ein Scanverfahren bereitgestellt, wobei die Scanvorrichtung aufweist: eine Lichttransmissionseinrichtung (90) mit einem Lichtaustrittsende, eine ersten und eine zweite Antriebseinrichtung (92, 94) zum resonanten Antreiben der Lichttransmissionseinrichtung (90) in orthogonale Richtungen, wobei die erste und die zweite Antriebseinrichtung (92, 94) dazu geeignet sind, das Lichtaustrittsende in einem elliptischen Muster zu bewegen, während die Exzentrizität des elliptischen Musters verändert wird, so daß ein Abschnitt des elliptischen Musters mit einer Mitte auf der Nebenachse des elliptischen Musters mindestens im Erscheinungsbild näherungsweise einem Rastermuster gleicht.

Description

Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Scanverfahren und eine Scanvorrichtung, ein konfokales Lichtleitfaser-Endoskop, -Mikroskop, oder -Endomikroskop mit einer Scanvorrichtung sowie ein Lichtleitfaser-Endoskop, -Mikroskop oder -Endomikroskop mit einer Scanvorrichtung.
Hintergrund der Erfindung
Eine herkömmliche Scantechnik verwendet als eine kompakte Alternative zu resonanten Spiegel-/Galvanometer-Scanvorrichtungen einen resonanten Cantilever, um einen Hochfrequenz-Scanvorgang eines Lichtleitfaserendes zu realisieren. Der Hochfrequenz- oder X-Scanvorgang wird dann mit einem langsamen oder Y-Scanvorgang kombiniert, um ein Standardraster-Scanmuster zu erzeugen.
In einer derartigen Anordnung erfordern mechanische Betrachtungen eine resonante sinusförmige Bewegung eines Lichtflecks oder Spots in der X- oder schnellen Richtung des Scans. Obwohl ein TV-Raster in beiden Richtungen (für eine optische Dosierungssteuerung und eine Datenerfassung) vorteilhafter ist, ist ein sägezahnförmiger Scanvorgang mit konstanter Geschwindigkeit nur in der langsamen oder Y-Richtung ebenfalls geeignet. Wie in 12 dargestellt ist, steht unter praktischen Bedingungen etwa die Hälfte der Scanfläche für eine Datenerfassung zur Verfügung, wie durch durchgezogene Linien für einen typischen quadratischen Bildbereich dargestellt ist. Gemäß einfachen geometrischen Betrachtungen kann berechnet werden, daß am Ende der durchgezogenen Linien die Spot-Geschwindigkeit auf 87% der Spot-Spitzengeschwindigkeit abgefallen ist. Der gepunktete Abschnitt des Scans, in dem die Spot-Geschwindigkeit kleiner ist als 87% dieses Maximalwertes, wird verworfen. Die 87%-Figur wird vom 87%-Wert des Maximalwertes der Kosinus-Ableitungsfunktion hergeleitet. Dieser Wert ist zwar etwas willkürlich, bildet jedoch eine Basis für einen Vergleich zwischen verschiedenen Scanmustern. Der Wert 87% wurde durch den vorliegenden Erfinder gewählt, weil erfindungsgemäß die Hälfte der Amplitude der Sinuswelle für den Raster-Scanvorgang verwendet wird, was dem Geschwindigkeitsbereich von ≥ 87% der maximalen Geschwindigkeit des Rastermusters entspricht. Dies wird basierend auf der Erfahrung des Erfinders auch hinsichtlich der Bildqualität, gemäß der keine übermäßige Störung auftritt, als geeigneter Bereich betrachtet.
In herkömmlichen Systemen ist der Y-Ablenkmechanismus typischerweise in Serie mit dem X-Ablenksystem angeordnet und hat eine ähnliche Länge. Da die Nachfrage nach immer kompakteren Scanvorrichtungen zunimmt, besteht ein Bedarf für die Entwicklung einer kombinierten XY-Scanvorrichtung mit einer möglichst kurzen Länge. Wenn die Lichtleitfaser selbst sowohl in der X- als auch in der Y-Richtung als symmetrischer Cantilever ablenkbar ist, ist die Scanvorrichtung kompakter. Das Problem besteht darin, daß für praktische Kräfte nur ein resonanter Betrieb möglich ist. Aus diesem Grunde sind modulierte kreisförmige Muster entwickelt worden, wie beispielsweise in der US 6 294 775 B1 ( Seibel und Furness) dargestellt ist.
Im US-Patent Nr. 6294775 ist ein System dargestellt, in dem ein Lichtleitfaserende typischerweise kreis- oder ellipsenförmig bewegt wird, wobei der Radius des Kreises oder der Ellipse derart moduliert wird, daß eine Fläche fortschreitend gescannt wird. Geeigneterweise kann die kreisförmige Bewegung durch phasengesteuerte X- und Y-Antriebssignale in der X- und der Y-Richtung effektiv resonant erzeugt werden. Die Modulation des Radius des gescannten Kreises oder der gescannten Ellipse führt jedoch zu einer großen Änderung der Scangeschwindigkeit und zu einer Singularität in der Mitte des Scanbereichs. Dieses Scanmuster unterscheidet sich wesentlich von einem Rasterscan, so daß das erhaltene kreisförmige Muster einer Bildverarbeitung unterzogen werden muß, wodurch unter Verwendung von Standardsystemen Grenz- oder Übergangsflächenprobleme entstehen. Ein mit dem im Patent US 6 294 775 B1 dargestellten System erzeugbares Muster ist in 13 schematisch dargestellt. Nur die durch eine durchgezogene Linie dargestellten Abschnitte des Scanbereichs würden für die Bildverarbeitung verwendet. Der durch eine gepunktete Linie dargestellte Abschnitt des Scans entspricht einer Spot-Geschwindigkeit von weniger als 87% der Spitzen-Scangeschwindigkeit und wird daher verworfen. Infolgedessen kann auf den größten Teil des mittleren Bereichs nicht zugegriffen werden. Die durchgezogene Linie entspricht einer Spot-Geschwindigkeit von ≥ 87% der Spot-Spitzengeschwindigkeit, die bei diesem spiralförmigen Scanmuster einem Radius von 87% des maximalen Radius entspricht.
US 6 294 775 B1 offenbart ein minimalinvasives medizinisches Bildaufnahmesystem. US 2002/00 64 341 A1 offenbart einen miniaturisierten Wellenleiter für abtastende Faseranzeigen und zur Erfassung von abgetasteten Faserbildern. JP H03-215 239 A offenbart eine optische Sonde.
Kurze Beschreibung der Erfindung
Gemäß einem ersten, allgemeinen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Scanverfahren einer Lichttransmissionseinrichtung mit einem Lichtaustrittsende bereitgestellt, wobei das Lichtaustrittsende in einem elliptischen Muster bewegt wird, während die Exzentrizität des elliptischen Musters variiert wird.
Daher hat ein (auf der Nebenachse des elliptischen Musters zentrierter) Abschnitt des elliptischen Musters mindestens näherungsweise ein rastermusterförmiges Erscheinungsbild.
Vorzugsweise wird die Exzentrizität durch Ändern der Länge einer Achse des elliptischen Musters geändert. Die Exzentrizität wird noch bevorzugter durch Ändern der Länge der Nebenachse des elliptischen Musters geändert.
Der (entweder an einer Seite der Hauptachse angeordnete oder die Hauptachse überspannende) Mittenabschnitt einer Ellipse ist näherungsweise rechteckig, insbesondere wenn dieser Abschnitt in Richtung der Hauptachse schmal ist, so daß, wenn die Exzentrizität des elliptischen Musters geändert wird, ein Scanmuster mit einem näherungsweise rastermusterförmigen Erscheinungsbild erhalten wird. Es wird zwar eine Tonnenverzerrung erhalten, aber eine derartige Verzerrung ist tolerierbar oder, falls nicht, durch eine Bildverarbeitung relativ leicht korrigierbar. Diese Verzerrung ist auf jeden Fall im Vergleich zur herkömmlichen Radiusmodulationstechnik klein. Die Ellipse könnte an ihrem Punkt minimaler Exzentrizität sogar ein Kreis sein (d.h. eine Ellipse mit einer Exzentrizität von null), wenn - in bestimmten Anwendungen - die erhaltene Verzerrung tolerierbar oder korrigierbar ist.
Der vorstehend verwendete Ausdruck „Licht“ soll alle Formen elektromagnetischer Strahlung einschließen.
Vorzugsweise wird die Exzentrizität zwischen einem Minimalwert und eins wiederholt geändert. Noch bevorzugter wird die Exzentrizität von einem Minimalwert auf eins und dann wieder zurück auf den Minimalwert geändert, wobei ein Bildabschnitt an der Mitte des elliptischen Musters zentriert ist.
Vorzugsweise beträgt das Verhältnis der Hauptachse zur Nebenachse des elliptischen Musters etwa zwei.
Vorzugsweise weist das Verfahren das Modulieren der Exzentrizität durch Modulieren der Nebenachse des elliptischen Musters zwischen positiven und negativen Extremwerten auf, so daß das Lichtaustrittsende sich im Verlauf eines einzigen vollständigen Scanvorgangs sowohl im Uhrzeigersinn als auch im Gegenuhrzeigersinn bewegt.
Vorzugsweise weist das Verfahren das Bewegen des Lichtaustrittsendes durch einen X-Antrieb parallel zur Hauptachse des elliptischen Musters und durch einen Y-Antrieb parallel zur Nebenachse des elliptischen Musters und das Synchronisieren bei einer konstanten Phase bezüglich des X-Scansignals auf, um eine Kombination oder Kompatibilität mit einem Standardrasterdisplay zu ermöglichen.
Vorzugsweise wird das Y-Antriebssignal durch synchrones Schalten einer verzögerten Version des X-Antriebssignals erhalten.
Beispielsweise können Antriebssignale Rechtecksignale sein, so daß eine beliebige Phasenverschiebung durch einfache Verzögerungsschaltungen erzeugt wird.
Vorzugsweise ist die Lichttransmissionseinrichtung eine optische oder Lichtleitfaser.
Vorzugsweise weist das Verfahren das magnetische Antreiben der Lichttransmissionseinrichtung auf. Noch bevorzugter weist das Verfahren das Antreiben der Lichttransmissionseinrichtung durch einen an der Lichttransmissionseinrichtung befestigten Magneten auf, wobei der Magnet axial magnetisiert ist und wechselseitig senkrechte Spulen oder Wicklungen auf den Magneten einwirken.
Noch bevorzugter weisen die wechselseitig senkrechten Spulen oder Wicklungen ein Paar Treiberspulen auf, die an entgegengesetzten Seiten einer Ruheposition des Magneten in einer ersten Ebene symmetrisch angeordnet sind, und eine weitere Treiberspule, die in einer sich senkrecht zur ersten Ebene erstreckenden zweiten Ebene angeordnet ist, wobei das Verfahren ferner die Schritte aufweist:

Erfassen der Position des Magneten durch eine Sensorspule, die in der zweiten Ebene und auf der der weiteren Treiberspule entgegengesetzten Seite des Magneten symmetrisch angeordnet ist;
Erzeugen eines die Position des Magneten anzeigenden Ausgangssignals durch die Sensorspule; und
Herleiten eines Eingangssignals für die weitere Treiberspule von dem Ausgangssignal;
wobei jede Spule des Paars von Treiberspulen, die weitere Treiberspule und die Sensorspule vom in der Ruheposition angeordneten Magnet in gleichen Abständen angeordnet sind.

Vorzugsweise weist das Verfahren das Steuern a) des Spulenpaars in der ersten Ebene und b) der weiteren Spule und der Sensorspule in der zweiten Ebene auf, um Funktionen derart auszutauschen, daß das Paar Treiberspulen in der ersten Ebene als Treiberspule und Sensorspule dienen, und die weitere Spule und die Sensorspule in der zweiten Ebene als Paar Treiberspulen dienen, so daß ein weiterer Scanvorgang senkrecht zum elliptischen Muster ausgeführt werden kann.
In einer Ausführungsform weist die Lichttransmissionseinrichtung eine Beschichtung aus einem magnetischen Material auf. Alternativ ist die Lichttransmissionseinrichtung innerhalb einer dicht umschließenden Magnetröhre angeordnet.
Diese Optionen ermöglichen, daß die Resonanzfrequenz und die Länge Designanforderungen angepaßt werden können.
Gemäß einem zweiten, allgemeinen Aspekt wird durch die vorliegende Erfindung eine Scanvorrichtung bereitgestellt, mit:

einer Lichtransmissionseinrichtung mit einem Lichtaustrittsende; und
einer ersten und einer zweiten Antriebseinrichtung zum resonanten Antreiben der Lichttransmissionseinrichtung in orthogonale Richtungen;
wobei die erste und die zweite Antriebseinrichtung dazu geeignet sind, das Lichtaustrittsende in einem elliptischen Muster zu bewegen, während die Exzentrizität des elliptischen Musters geändert wird.

Vorzugsweise ist die Vorrichtung dazu geeignet, die Exzentrizität durch Ändern der Länge einer Achse des elliptischen Musters zu ändern. Noch bevorzugter ist die Vorrichtung dazu geeignet, die Exzentrizität durch Ändern der Länge der Nebenachse des elliptischen Musters zu ändern.
Vorzugsweise ist die Vorrichtung dazu geeignet, die Exzentrizität zwischen einem Minimalwert und eins wiederholt zu ändern. Die Vorrichtung ist noch bevorzugter dazu geeignet, die Exzentrizität von einem Minimalwert auf eins und dann zurück auf den Minimalwert wiederholt zu ändern, wobei ein Bildabschnitt an der Mitte des elliptischen Musters zentriert ist.
Vorzugsweise beträgt das Verhältnis der Hauptachse zur Nebenachse des elliptischen Musters etwa zwei.
Vorzugsweise ist die Vorrichtung dazu geeignet, die Exzentrizität durch Modulieren der Nebenachse des elliptischen Musters zwischen positiven und negativen Extremwerten derart zu modulieren, daß das Lichtaustrittsende sich im Verlauf eines einzelnen vollständigen Scanvorgangs sowohl im Uhrzeigersinn als auch im Gegenuhrzeigersinn bewegt.
Vorzugsweise ist die Vorrichtung dazu geeignet, das Lichtaustrittsende durch einen X-Antrieb parallel zur Hauptachse des elliptischen Musters und durch einen Y-Antrieb parallel zur Nebenachse des elliptischen Musters anzutreiben und das Y-Antriebssignal bei einer konstanten Phase bezüglich des X-Antriebssignals zu synchronisieren, um eine Kombination oder Kompatibilität mit einem Standardrasterdisplay zu ermöglichen.
Vorzugsweise wird das Y-Antriebssignal durch synchrones Schalten einer verzögerten Version des X-Antriebssignals hergeleitet.
Vorzugsweise ist die Lichttransmissionseinrichtung eine optische oder Lichtleitfaser.
Vorzugsweise weist die Vorrichtung einen Magnetantrieb zum Antreiben der Lichttransmissionseinrichtung auf. Noch bevorzugter weist der Magnetantrieb einen an der Lichttransmissionseinrichtung befestigten Magnet und wechselseitig senkrechte Spulen oder Wicklungen auf, wobei der Magnet axial magnetisiert ist und die wechselseitig senkrechten Spulen oder Wicklungen auf den Magnet einwirken.
Noch bevorzugter weisen die wechselseitig senkrechten Spulen oder Wicklungen ein Paar Treiberspulen auf, die an entgegengesetzten Seiten einer Ruheposition des Magneten in einer ersten Ebene symmetrisch angeordnet sind, und eine weitere Treiberspule, die in einer sich senkrecht zur ersten Ebene erstreckenden zweiten Ebene angeordnet ist, wobei die Vorrichtung ferner eine Sensorspule zum Erfassen der Position des Magneten aufweist, die in der zweiten Ebene und auf der der weiteren Treiberspule entgegengesetzten Seite des Magneten symmetrisch angeordnet ist, wobei jede Spule des Spulenpaars, die weitere Spule und die Sensorspule bezüglich des in der Ruheposition angeordneten Magneten in gleichem Abstand angeordnet sind, wobei die Sensorspule dazu geeignet ist, ein die Position des Magneten anzeigendes Ausgangssignal auszugeben, und wobei die Vorrichtung dazu geeignet ist, ein Eingangssignal für die weitere Spule vom Ausgangssignal herzuleiten.
Vorzugsweise ist die Vorrichtung dazu geeignet, a) das Spulenpaar in der ersten Ebene und b) die weitere Spule und die Sensorspule in der zweiten Ebene zu steuern, um Funktionen derart auszutauschen, daß das Paar Treiberspulen in der ersten Ebene als Treiberspule und Sensorspule dienen und die weitere Spule und die Sensorspule in der zweiten Ebene als Paar Treiberspulen dienen, wobei die Vorrichtung einen weiteren Scanvorgang senkrecht zum elliptischen Muster ausführen kann.
Der Magnet kann eine beliebige geeignete Form haben. Daher weist die Lichttransmissionseinrichtung in einer Ausführungsform einen Magneten in der Form einer Beschichtung aus einem magnetischen Material auf. Alternativ ist die Lichttransmissionseinrichtung innerhalb eines Magneten angeordnet, der die Form einer dicht umschließenden Magnetröhre hat.
Gemäß einem dritten allgemeinen Aspekt wird erfindungsgemäß eine Scanvorrichtung bereitgestellt, mit:

einem X-Antrieb zum Bewegen einer Lichttransmissionseinrichtung mit einem Lichtaustrittsende in eine X-Richtung;
einem Y-Antrieb zum Bewegen der Lichttransmissionseinrichtung mit einem Lichtaustrittsende in eine Y-Richtung;
einem X-Antrieb-Eingangssignalgenerator zum Bereitstellen eines X-Antrieb-Eingangssignals; und
einem Y-Antrieb-Eingangssignalgenerator zum Bereitstellen eines Y-Antrieb-Eingangssignals, das durch ein vom X-Antrieb-Eingangssignal hergeleitetes Modulationssignal moduliert ist;
wobei das Lichtaustrittsende ein Scanmuster beschreibt, wenn es durch den X- und den Y-Antrieb gleichzeitig angetrieben wird.

Daher können unter Verwendung dieser Scanvorrichtung resonante und nicht-resonante Scanmuster erzeugt werden, wie beispielsweise spiralförmige Muster, Scanmuster in der Form einer „8“ und elliptische (einschließlich kreisförmige) Scanmuster.
Gemäß einem vierten allgemeinen Aspekt wird erfindungsgemäß eine Scanvorrichtung bereitgestellt, mit:

einem X-Antrieb zum Bewegen einer Lichttransmissionseinrichtung mit einem Lichtaustrittsende in eine X-Richtung;
einem Y-Antrieb zum Bewegen der Lichttransmissionseinrichtung mit einem Lichtaustrittsende in eine Y-Richtung;
einem X-Antrieb-Eingangssignalgenerator zum Bereitstellen eines rechteckigen X-Antrieb-Eingangssignals; und
einem Y-Antrieb-Eingangssignalgenerator zum Bereitstellen eines Y-Antrieb-Eingangssignals durch Erzeugen eines sägezahnförmigen Signals und Modulieren des sägezahnförmigen Signals mit einem vom X-Antrieb-Eingangssignal hergeleiteten Modulationssignal;
wobei das Lichtaustrittsende ein Scanmuster beschreibt, wenn es durch den X- und den Y-Antrieb gleichzeitig angetrieben wird.

Gemäß dem dritten und vierten allgemeinen Aspekt sind folgende Merkmale bevorzugt.
Vorzugsweise ist das Scanmuster elliptisch und weist eine Exzentrizität auf, die immer größer ist als null (d.h., das Scanmuster hat eine nicht-kreisförmige Hüllkurve).
Vorzugsweise ist der Y-Antrieb-Eingangssignalgenerator dazu geeignet, das sägezahnförmige Signal derart zu erzeugen, daß das sägezahnförmige Signal gemäß einem Triggersignal, das eine verzögerte Version des X-Antrieb-Eingangssignals ist, wiederholt invertiert wird.
Vorzugsweise ist die Vorrichtung dazu geeignet, Bilddaten von einem Mittenabschnitt des Scanmusters zu erfassen. Noch bevorzugter ist die Vorrichtung dazu geeignet, Bilddaten von einem Mittenabschnitt des Scanmusters zu erfassen, in dem die Geschwindigkeit des Lichtaustrittsendes größer oder gleich etwa 87% einer maximalen Geschwindigkeit des Lichtaustrittsendes ist.
Erfindungsgemäß wird außerdem ein Lichtleitfaser-Endoskop, Mikroskop oder Endomikroskop bereitgestellt, das eine vorstehend beschriebene Scanvorrichtung aufweist.
Figurenliste
Zum Verdeutlichen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend bevorzugte Ausführungsformen anhand von Beispielen unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben; es zeigen:

1A ein schematisches Diagramm der Anfangsphase einer ersten bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Scanverfahrens, in dem der Scanvorgang im Uhrzeigersinn beginnt;
1B ein schematisches Diagramm des Scanvorgangs von 1A, dessen Mittelpunkt gerade überschritten ist und der nun im Gegenuhrzeigersinn fortgesetzt wird;
1C ein schematisches Diagramm des Datenerfassungsabschnitts eines vollständigen Zyklus des Scanvorgangs von 1A;
2 ein schematisches Diagramm des für den Scanvorgang von 1A verwendeten Y-Antriebssignals;
3 ein schematisches Diagramm des zum Erzeugen eines Scanvorgangs gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verwendeten Y-Antriebssignals;
4 ein schematisches Diagramm des zum Erzeugen eines Scanvorgangs gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verwendeten Y-Antriebssignals;
5 ein schematisches Schaltungsdiagramm einer vierten bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Scanvorrichtung;
6 ein Diagramm des Spulenantriebsmechanismus der Vorrichtung von 5;
7 ein schematisches Diagramm einer fünften bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Scanvorrichtung mit zugeordneter Elektronik;
8A ein schematisches Diagramm eines sägezahnförmigen Y-Antriebssignals, das durch eine Bildgebungselektronik der Vorrichtung von 7 bereitgestellt wird;
8B ein schematisches Diagramm eines X-Sensorsignals, das eine Funktion der Position des Magneten der Vorrichtung von 7 ist;
8C ein schematisches Diagramm des X-Antrieb-Eingangssignals der Vorrichtung von 7;
8D ein schematisches Diagramm eines Schaltsteuerungssignals der Vorrichtung von 7;
8E ein schematisches Diagramm des Y-Antrieb-Eingangssignals der Vorrichtung von 7;
9A eine Teil-Querschnittansicht eines Endoskopkopfes, der die Vorrichtung von 7 aufweist;
9B eine Endansicht einer optionalen Manschette für die Lichtleitfaser der Vorrichtung von 7;
9C eine Teil-Querschnittansicht eines Endoskopkopfes, der eine Modifikation der Vorrichtung von 7 aufweist;
10A Diagramme der Resonanzfrequenz als Funktion der Faserlänge für die Vorrichtung von 7 ohne Magnet, mit einem Magnet mit einer Länge von 2 mm und einem Durchmesser von 0,40 mm, und mit einem Magnet mit einer Länge von 2 mm und einem Durchmesser von 0,48 mm;
10B Diagramme des Radius der Bewegung des Lichtaustrittsendes als Funktion der Faserlänge für die Vorrichtung von 7 für einen Magnet mit einer Länge von 2 mm und einem Durchmesser von 0,48 mm, und für einen Magnet mit einer Länge von 2 mm und einem Durchmesser von 0,40 mm;
10C Diagramme der mechanischen Verstärkung (die als Verhältnis der Ablenkung des Lichtleitfaseraustrittsendes zur Magnetablenkung berechnet wird) als Funktion der Faserlänge für einen Magnet mit einer Länge von 2 mm und einem Durchmesser von 0,48 mm, und für einen Magnet mit einer Länge von 2 mm und einem Durchmesser von 0,40 mm;
11 die Ergebnisse eines theoretischen Vergleichs von Abtastbereichen für Scanflächen, die für Rastermuster erhalten wurden, die durch einen herkömmlichen Stimmgabel-Scanmechanismus bzw. durch eine mit der Vorrichtung von 7 vergleichbare Vorrichtung erhalten wurden;
12 ein schematisches Diagramm eines herkömmlichen Scanvorgangs mit resonantem X-Signal und sägezahnförmigem Y-Signal, wobei durchgezogene Linien den abgebildeten Scanbereich und gestrichelte Linien den verworfenen Scanbereich darstellen; und
13 ein schematisches Diagramm eines herkömmlichen Scanvorgangs mit resonantem X-Signal und sägezahnförmigem Y-Signal, wobei durchgezogene Linien den abgebildeten Scanbereich und gestrichelte Linien den verworfenen Scanbereich darstellen.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung
In 1A bezeichnet Bezugszeichen 10 eine erste bevorzugte Ausführungsform eines elliptischen Scanmusters unmittelbar nach Beginn eines Scanvorgangs. In dieser Figur (und in den 1B und 1C) stellen gepunktete Linien Scanbereiche dar, in denen keine Daten erfaßt werden, und durchgezogene Linien stellen Scanbereiche dar, in denen Daten erfaßt werden.
Der Scanvorgang erfolgt entlang einer ersten Ellipse 12, deren Hauptachse doppelt so groß ist wie ihre Nebenachse (d.h. mit einer Exzentrizität von etwa 0,87).
Wenn der Scanablauf den oberen Mittenbereich der Ellipse 12 erreicht (d.h. den Punkt 14 links von der Nebenachse), wird die Datenerfassung getriggert und bis zu einem vergleichbaren Punkt 16 rechts von der Mitte der Ellipse 12 fortgesetzt, wo die Datenerfassung unterbrochen wird. Dadurch werden Daten entlang eines Bogens erfaßt, dessen Länge der halben Hauptachse der Ellipse 12 etwa gleicht. Obwohl dieser Bogen eine gewisse Krümmung hat, führt dies nicht zu einer übermäßigen Verzerrung, wenn die erfaßten Daten so verarbeitet werden, als ob der Bogen gerade wäre. Außerdem kann durch eine herkömmliche Einrichtung jedes durch diese Technik erhaltene Bild verarbeitet werden, um diese Verzerrung zu eliminieren (und dadurch ein Bild mit einer gekrümmten oberen und unteren Seite zu erzeugen).
Die erste Ellipse 12 ist abgeschlossen, wenn ihr unterer Rücklaufabschnitt durchfahren wurde. In den Bereichen, in denen keine Daten erfaßt werden, kann entweder ein Lichtsignal empfangen, jedoch verworfen werden, oder die Lichtquelle kann ausgeschaltet oder abgedeckt werden, so daß tatsächlich keine Daten empfangen werden.
Der Scanvorgang schreitet dann, jedoch mit einem kleineren Y-Antriebssignal, fort, so daß die nächste Ellipse (deren Anfangsabschnitt 18 in der Figur dargestellt ist) die gleiche Hauptachse aufweist wie die erste Ellipse 12, jedoch eine kleinere Nebenachse und damit eine größere Exzentrizität. Daten werden zwischen den Punkten 20 und 22 erfaßt, die jeweils vertikal mit den Punkten 14 und 16 der ersten Ellipse ausgerichtet sind. Die erhaltene Datenerfassungsbahn 24 ist daher bezüglich der ersten Datenerfassungsbahn 26 nach unten versetzt und hat eine kleinere Krümmung.
Der Scanablauf schreitet auf diese Weise mit einem zunehmend kleineren Y-Antriebssignal fort, wie in 1B durch das Bezugszeichen 30 dargestellt ist. Schließlich erreicht das Y-Antriebssignal den Wert null oder näherungsweise den Wert null, wodurch eine im wesentlichen horizontale Scanbahn 32 erhalten wird. Dann wird die Polarität des Y-Antriebssignals umgekehrt, und die Y-Signalamplitude wird erhöht, während das X-Antriebssignal (das im wesentlichen eine unmodulierte Rechteckwelle mit einer konstanten maximalen Amplitude ist) unverändert bleibt. Die Nebenachsen der Ellipsenbahnen nehmen nun zu, und der nächste Scanvorgang 34 beginnt.
Infolgedessen werden die aufeinanderfolgenden Ellipsen nun im Gegenuhrzeigersinn durchlaufen; Daten werden nun in einem unteren Abschnitt (von links nach rechts) jeder dieser Scanbahnen erfaßt, so daß während des gesamten Scanvorgangs Daten von links nach rechts erfaßt werden und der Rücklauf (bei dem keine Daten erfaßt werden) von rechts nach links erfolgt.
Gemäß 1C wird schließlich ein vollständiger, rasterförmiger Scanvorgang 40 ausgeführt, nach dem die Polarität des Y-Antriebssignals (am Ende des Scanvorgangs bei seiner maximalen Amplitude) auf ihre ursprüngliche Polarität geschaltet und der Scanvorgang wiederholt wird. Der verfügbare Scanbereich hat eine ähnliche Form wie das Standardformat. Der Hauptunterschied besteht in der zunehmenden Krümmung für große Y-Werte. Der bei einem herkömmlichen spiralförmigen Scanvorgang auftretende mittlere singuläre Punkt (vgl. 13) wird vermieden, und es wird ein näherungsweise quadratischer Bildbereich innerhalb der 87%-Spot-Geschwindigkeitsregel erhalten.
Wie vorstehend erwähnt wurde, ist das Links-Rechts- oder X-Antriebsssignal nicht moduliert, es ist jedoch geeigneterweise ein Rechtecksignal mit konstanter Amplitude, das auch verwendbar ist, um das Y-Antriebssignal zu gaten. Das Y-Antriebssignal basiert auf einem Standardraster-Scansystemsignal mit einer langsamen Y-Komponente, das Standard-Sägezahnsignal wird jedoch durch eine geeignet verzögerte Version des X-Antriebssignals gegatet, um die vorstehend diskutierte elliptische Scanbewegung zu erhalten. Das Y-Antriebssignal ist in 2 durch das Bezugszeichen 50 schematisch dargestellt. Wie anhand dieser Figur deutlich wird, hat die Hüllkurve dieses Signals eine Standard-Sägezahnform, das Y-Antriebssignal wird jedoch durch das schnelle rechteckige X-Antriebssignal gegated, um aufeinanderfolgende elliptische Scans mit fortschreitend zunehmenden und dann abnehmenden Nebenachsen zu erzeugen. Daher entspricht der Anfangsabschnitt 52 dem vorstehend insbesondere unter Bezug auf 1A diskutierten Uhrzeigersinn-Vorlauf. Schließlich wird ein im wesentlichen gerader Scanvorgang (Scanbahn 32 in 1B) erhalten, wenn das Y-Antriebssignal am Punkt 54 im wesentlichen den Wert null hat. Dann wird die Polarität des Y-Antriebssignals 50 geändert, und seine Amplitude wird im Gegenuhrzeigersinn-Scanvorgang 56 erhöht, bis eine maximale Amplitude 58 erreicht ist, woraufhin der gesamte Ablauf wiederholt wird. Die Amplitude wird für den nächsten Scanvorgang beibehalten, aber die Polarität wird umgekehrt, so daß ein neuer Scanvorgang 60 im Uhrzeigersinn beginnt.
Anhand der vorstehenden Diskussion ist ersichtlich, daß durch diese Modulation der Nebenachse durch positive und negative Werte, anders als bei herkömmlichen Verfahren, in denen der Scanradius moduliert wird, ein Scanmuster ohne Unstetigkeiten oder Diskontinuitäten in der Mitte des Feldes erhalten wird.
Außerdem ist ein Merkmal der Modulation des Y-Antriebssignals durch das X-Antriebssignal, daß jeder Peak des Y-Antriebssignals eher ein schräger als ein flacher Peak ist. D.h., daß elliptische Scanmuster eine gewisse Verzerrung aufweisen werden, weil die Nebenachse jedes Scanvorgangs sich im Verlauf dieses Scanvorgangs ändert. Dies sollte im allgemeinen ein unwesentlicher Effekt sein, wobei jedoch, falls dies bevorzugt ist, das Y-Antriebssignal 50 durch ein Signal ersetzt werden kann, in dem jeder Peak bzw. jedes Maximum durch eine Rechteckwelle mit fortschreitend abnehmender oder zunehmender Amplitude gebildet wird. Jede folgende Ellipse würde daher einer idealen Ellipse besser angenähert sein. Es wird jedoch nicht erwartet, daß die durch die in 2 dargestellte Kurve dargestellte Näherung zu einer wesentlichen Verzerrung der schließlich erhaltenen Rasterabtastung oder des Bildes führen wird.
Eine zweite bevorzugte Ausführungsform eines Y-Antriebssignals ist in 3 durch das Bezugszeichen 70 dargestellt. In dieser Ausführungsform springt, wenn ein einzelner vollständiger Scanvorgang abgeschlossen ist (d.h., nachdem der Uhrzeigersinn-Scanvorgang 72 und der Gegenuhrzeigersinn-Scanvorgang 74 [vgl. Scanvorgang 52 und 56 in 2] abgeschlossen sind), das System nicht zur in 1A dargestellten Ausgangskonfiguration zurück. Anstatt die Polarität des Y-Antriebssignals 70 umzuschalten und einen neuen Uhrzeigersinn-Scanvorgang zu starten, wird die Amplitude des Y-Antriebssignals ausgehend vom Maximum 76 rampenförmig vermindert, so daß eine weitere Folge von Gegenuhrzeigersinn-Scanvorgängen 78 ausgeführt wird. Hierbei werden Daten während der zuvor als Rücklaufperiode verwendeten Periode erfaßt, was während des letzten Gegenuhrzeigersinn-Scanvorgangs dem in 1A dargestellten ersten Uhrzeigersinn-Scanvorgang ähnlich ist, jedoch in der entgegengesetzten Richtung verläuft. Daher wird durch Erfassen von Daten während der Perioden, die zuvor als Rücklaufperioden verwendet wurden, eine Folge von Gegenuhrzeigersinn-Scanvorgängen 78 ausgeführt und werden Daten erfaßt. Dadurch werden aufeinanderfolgend vollständige Rasterscans abwechselnd durch eine Datenerfassung von links nach rechts (wie beispielsweise in 1C dargestellt ist) und eine Datenerfassung von rechts nach links ausgeführt.
In einer noch anderen (oder dritten) bevorzugten Ausführungsform hat das Y-Scansignal 80 (vgl. 4) immer eine Polarität, es weist jedoch eine erste Folge von Uhrzeigersinn-Scanvorgängen 82 mit abnehmender Amplitude, gefolgt von einer zweiten Folge von Uhrzeigersinn-Scanvorgängen 84 mit zunehmender Amplitude auf. In dieser Ausführungsform werden die Scanvorgänge im wesentlichen wie unter Bezug auf 1A beschrieben ausgeführt, bis der im wesentlichen horizontale Scanvorgang ausgeführt wird, woraufhin die gleiche Folge von Scanvorgängen in umgekehrter Reihenfolge ausgeführt wird. Daten werden während dieses zweiten Satzes von Scanvorgängen während der Periode ausgeführt, die im ersten Satz von Scanvorgängen 82 die Rücklaufperioden darstellten. Dadurch werden im ersten Satz von Scanvorgängen 82 Daten von links nach rechts erfaßt, während im zweiten Satz von Scanvorgängen 84 Daten von rechts nach links erfaßt werden.
Daher ist ersichtlich, daß gemäß der Geräteausstattung eines Benutzers oder anderen Bedingungen diese und andere Varianten erfindungsgemäß verwendbar sind, um einen vollständigen Datensatz zu erhalten. Tatsächlich kann es in einigen Ausführungsformen akzeptierbar oder vorteilhaft sein, wenn der Rasterscan im wesentlichen die obere Hälfte des in 1C dargestellten vollständigen Scans oder einen anderen Teil davon umfaßt. Die Anzahl der einzelnen Scanvorgänge innerhalb eines bestimmten Rasterscans kann gemäß den Anforderungen bestimmt werden, und die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen dienen diesbezüglich lediglich zur Erläuterung.
5 zeigt ein schematisches Schaltungsdiagramm einer vierten bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Scanvorrichtung zum Ausführen der verschiedenen Scanverfahren der vorstehend beschriebenen Ausführungsform.
Die Vorrichtung weist eine Lichttransmissionseinrichtung in der Form einer Lichtleitfaser 90 auf, die sowohl in der X- als auch in der Y-Richtung wie ein symmetrischer Cantilever ablenkbar ist. Das Lichtaustrittsende dieser Lichtleitfaser 90 beschreibt im Resonanzbetrieb das vorstehend ausführlich beschriebene elliptische Muster. Die Lichtleitfaser 90 führt Licht von einer geeigneten Quelle (z.B. einem Laser oder einer Leuchtdiode) stromabwärts von der Lichtleitfaser 90 zu, die jedoch in dieser Figur zur Verdeutlichung weggelassen ist. Die Scanvorrichtung mit der Lichtleitfaser 90 kann ein Teil eines Endoskops, eines Mikroskops oder eines Endomikroskops sein.
Ein vorderer Abschnitt der Lichtleitfaser 90 ist in der Nähe einer X-Treiberspule 92 und einer Y-Treiberspule 94 angeordnet, wobei diese Spulen wechselseitig senkrecht angeordnet sind. Die Lichtleitfaser 90 weist entweder einen Magnet auf, der an der Lichtleitfaser in der Nähe der Spulen 92, 94 angeordnet ist und durch die Spulen beeinflußt wird, oder wird alternativ durch Beschichten der Lichtleitfaser 90 mit einem magnetischen Material gebildet (das beispielsweise eine bestimmte Farbe oder ein bestimmter Lack sein kann), so daß die Lichtleitfaser 90 durch die durch diese Spulen 92 und 94 erzeugten Kräfte angetrieben werden kann.
Zum hinteren Ende 96 des beweglichen Abschnitts der Lichtleitfaser 90 hin ist ein piezoelektrisches X-Sensor 98 zum Erzeugen einer der Ablenkung der Lichtleitfaser 90 entsprechenden Spannung angeordnet. Das Ausgangssignal des X-Sensors 98 wird schließlich der X-Treiberspule 92 zugeführt, wird jedoch zunächst durch einen Phasenschieber oder -regler 100 phasengeregelt und durch einen Signalverarbeitungsverstärker 102 verstärkt. Wenn die Schleifenverstärkung ausreichend ist, und die Phase durch den Phasenregler 100 geeignet eingestellt ist, wird durch die erhaltene Schwingung veranlaßt, daß das Lichtaustrittsende der Lichtleitfaser 90 des Cantilevers in der X-Richtung vibriert. Der regelbare Phasenschieber 100 ist derart konstruiert, daß die Schwingungsfrequenz auf der mechanischen Resonanzkurve geeignet positioniert werden kann und jegliche Phasenverschiebung im X-Sensor 98 kompensiert wird.
Der Verstärker 102 führt außerdem eine gewisse Signalverarbeitung aus, so daß sein Ausgangssignal eine Rechteckwelle mit einer einstellbaren Amplitude ist. Dadurch wird eine direkte Steuerung der Vibrationsamplitude ermöglicht, und die Rechteckwelle ist außerdem zum Erzeugen des Y-Antriebssignals (vgl. 2 bis 4) für die Y-Treiberspule 94 geeignet.
Das Y-Antriebssignal hat eine geeignete Phase zum Erzeugen der vorstehend erwähnten elliptischen Bewegung. Dies wird durch eine einstellbare Verzögerung 104 der zum Ansteuern der X-Treiberspule 92 verwendeten Rechteckwelle erreicht. Die erforderliche Sweep-Amplitude wird unter Verwendung dieses Signals zum Schalten eines sägezahnförmigen Standard-Y-Signals 106 verwendet, wie vorstehend beschrieben wurde und in den 2 bis 4 dargestellt ist. Dieses Signal wird dann der Y-Treiberspule 94 zugeführt. Die Schaltung weist außerdem einen Schalter 108 zum Ein- oder Ausschalten des Y-Antriebssignals auf.
6 zeigt eine Endansicht (d.h. in 5 von rechts nach links betrachtet) des Endes der Lichtleitfaser 90 und die X- und die Y-Treiberspule 92 bzw. 94. In dieser Figur ist außerdem der Kern 110 der Lichtleitfaser 90 erkennbar, sowie der an der Lichtleitfaser 90 befestigte Magnet 112, so daß die X- und die Y-Treiberspule 92 und 94 die Lichtleitfaser 90 antreiben können. Durch die Verwendung eines Magneten können Feineinstellungen der Position des Magneten 112 auf der Faser 90 vorgenommen werden, wodurch die Resonanzbedingung der Faser 90 einstellbar ist. Aufgrund der größeren Masse des Magneten 112 (im Vergleich zu anderen Ausführungsformen, z.B. in einer Ausführungsform, in der eine metallische Farb- oder Lackbeschichtung verwendet wird), können die Treiberspulen 92, 94 relativ klein sein, wobei jedoch nachteilig eine größere und massivere Faser/Magnet-Kombination erhalten wird.
7 zeigt ein schematisches Diagramm einer fünften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Scanvorrichtung 120 mit zugeordneter Elektronik 122 zum Ausführen der verschiedenen Scanverfahren der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen.
In dieser Ausführungsform weist die (in einer Endansicht dargestellte) Scanvorrichtung 120 einen Scanmechanismus 124 mit zwei X-Solenoiden oder Spulen 126a,b und zwei Y-Solenoiden oder Spulen 128a,b, eine Lichttransmissionseinrichtung in der Form einer Lichtleitfaser 130 und einen axial magnetisierten Permanentmagneten 132 auf. Die Spulen 126a,b und 128a,b sind symmetrisch um die Faser 130 angeordnet, während der Magnet 132 als Manschette auf der Faser 130 angeordnet ist und durch Klebstoff in Position gehalten wird. Die exakte Position des Magneten 132 wird nachstehend unter Bezug auf 9A näher diskutiert.
Die beiden X-Spulen 126a,b sind eine X-Treiberspule 126a bzw. eine induktive X-Sensorspule 126b. Die beiden Y-Spulen 128a,b sind beide Treiberspulen.
Im weiteren Sinne können die beiden Y-Treiberspulen 128a,b als Serienschaltung betrachtet werden, und die Spulen werden derart angesteuert, daß (a) eine Kraft auf den Magnet 132 und damit auf die Faser entweder gleichzeitig nach oben oder nach unten (in 7 betrachtet) ausgeübt wird, und (b) die dadurch in die X-Sensorspule 126b induzierten Signale sich auslöschen.
Für kleine Ablenkungen löschen sich die Kräfte von den beiden Y-Spulen 128a,b in der X-Richtung aus. Mit einer Y-Spule (wie in der Ausführungsform von 5) kann zwar die gewünschte Modulation des elliptischen Scanmusters erhalten werden, jedoch aufgrund einer wesentlichen Kraftkomponente in der X-Richtung während Abschnitten des X-Scanvorgangs unter größeren Schwierigkeiten. Daher wird durch die beiden diametral gegenüberliegenden Y-Spulen 128a,b sowohl ein elektrisches als auch ein mechanisches Gleichgewicht bezüglich des X-Scanvorgangs bereitgestellt.
Das Ansteuerungs- oder Treibersignal für die Y-Spulen 128a,b wird durch Umschalten zwischen einer positiven und einer negativen Version des sägezahnförmigen Standard-Y-Signals erzeugt. Dieses (in 8A dargestellte) sägezahnförmige Y-Signal 134 wird durch die Bildgebungselektronik 136 bereitgestellt, und ein Signalinvertierer 138 erzeugt die negative Version (-Y) dieses Signals. Wie nachstehend ausführlicher diskutiert wird, wird ein Schalter 140 zum Umschalten zwischen Y und -Y verwendet.
Wenn die Y-Spulen 128a,b nach oben und unten angetrieben werden, um die Y-Scanbewegung zu erzeugen, gibt die X-Sensorspule 126b ein X-Sensorsignal 142 (ein im wesentlichen sinusförmiges Signal, wie in 8B dargestellt) aus, das eine Funktion der Position des Magneten 132 (und damit der Faser 130) ist. Das X-Sensorsignal 142 wird durch den Phasenregler 144 phasengeregelt (um eine elliptische Scanbewegung zu erzeugen) und dann dem Verstärker 146 zugeführt. Das Ausgangssignal des Verstärkers 146 ist das X-Antrieb-Eingangssignal 148 (das in 8C schematisch dargestellt ist) der X-Treiberspule 126a. Das Ausgangssignal des Verstärkers 146 hat eine maximale Spannung, so daß die erhaltene Oszillations-Rückkopplungsschleife 150 (die die X-Sensorspule 126b, den Phasenregler 144 und den Verstärker 146 aufweist) schließlich begrenzt wird, um der X-Treiberspule 126a ein Eingangssignal 148 zuzuführen, das den Maximalwert nicht überschreiten kann. Die Rückkopplungsschleife 150 hat eine ausreichende Verstärkung, so daß sie nur dann schwingt, wenn eine mechanische Resonanz auftritt, so daß die Schleife mit einer Frequenz betrieben wird, die durch die Mechanik der Scanvorrichtung 124 und die Phasensteuerung der Elektronik bestimmt ist.
Das Eingangssignal 148 der X-Treiberspule 126a kann dann verwendet werden, um die erforderliche Bildsynchronisierung für die schnelle oder X-Scanbewegung zu erzeugen. Die Bildgebungselektronik kann dann die langsame Y-Scanbewegung oder eine Sweep-Bewegung mit einer Geschwindigkeit erzeugen, die durch die im Bild erforderliche Zeilenzahl bestimmt ist, oder äquivalent durch die Bildrate pro Sekunde.
Wie vorstehend erwähnt wurde, wird das Y-Antriebssignal durch Umschalten zwischen einer positiven und einer negativen Version des in 8A dargestellten sägezahnförmigen Standard-Y-Signals 134 erhalten. Dieser Schaltvorgang wird durch den Schalter 140 ausgeführt, der durch ein Signal gesteuert wird, das durch Verzögern des X-Antrieb-Eingangssignals 148 erzeugt wird. Das X-Antrieb-Eingangssignal 148 wird einer Verzögerungseinrichtung 154 zugeführt, die das (in 8D dargestellte) Schaltsteuerungssignal 156 ausgibt, das geeignet phasengeregelt ist, so daß der elliptische Scanweg des Lichtaustrittsendes der Lichtleitfaser 130 eine ortsfeste Hauptachse aufweist. Dieses Schaltsteuerungssignal 156 steuert dann den Schalter 140, um mit der Rate des X-Antrieb-Eingangssignals zwischen dem sägezahnförmigen Y-Signal 134 und -Y umzuschalten, und das vom Schalter 140 erhaltene Ausgangssignal ist schließlich das den Y-Spulen 128a,b zugeführte Y-Antrieb-Eingangssignal 158. Das Y-Antrieb-Eingangssignal 158 ist in 8E dargestellt.
Weil der Schalter 140 schließlich (über die Verzögerungseinrichtung 154) durch das X-Antriebssignal 148 gesteuert wird, wird durch den X-Sensor, der die X-Sensorspule 126b aufweist, sowohl eine X- als auch eine Y-Rückkopplung bereitgestellt. Daher ist bei dieser Ausführungsform kein Y-Sensor erforderlich.
Das X-Antrieb-Eingangssignal 148 wird auch als X-Synchronisationssignal verwendet und der Bildgebungselektronik 136 zugeführt. Die Bildgebungselektronik 136 erzeugt das sägezahnförmige Y-Signal 134 mit einer Rate, die durch die Anzahl der im Bild erforderlichen Zeilen oder äquivalent durch die Bildrate pro Sekunde bestimmt ist.
Gemäß 8A weist ein sägezahnförmiges Signal 134 zwei Komponenten auf; einen Vorlaufbereich 160 mit einem positiven Gradienten und einen steileren Rücklaufbereich 162 mit einem negativen Gradienten 162. Der Vorlaufbereich entspricht dem Vorlaufbereich eines einzelnen vollständigen Scanvorgangs (in dem Bilddaten erfaßt werden); der Rücklaufbereich entspricht dem Rücklaufbereich des Scanvorgangs, in dem keine Daten erfaßt werden, und kann daher eine kürzere Zeitdauer aufweisen. Im Prinzip sollte der Rücklaufbereich so schnell wie möglich abgeschlossen werden (vgl. 2), der Rücklauf wird in dieser Ausführungsform jedoch nicht zu schnell ausgeführt, damit die Faser 130 bei ihrer Rückkehr nicht zu der der Scan-Startposition entsprechenden Position zurückschnellt.
Gemäß 8E weisen diese Vor- und Rücklaufbereiche entsprechende Bereiche im Y-Antrieb-Eingangssignal 158 auf, wie in 8E dargestellt ist; der der Mitte des Scanvorgangs entsprechende Punkt des Y-Antrieb-Eingangssignals ist durch das Bezugszeichen 164 dargestellt.
7 zeigt die Hüllkurve 166 der erhaltenen Abtastbewegung der Faser 130 innerhalb des durch die X- und Y-Spulen 126a,b und 128a,b definierten Raums; das Lichtaustrittsende der Faser 130, das sich über die Treiberspulen hinaus erstreckt, wird im allgemeinen eine größere Bewegungs-Hüllkurve haben als die Hüllkurve 166.
Für Fachleute ist außerdem ersichtlich, daß, weil die X-Spulen 126a,b und die Y-Spulen 128a,b identisch sind, die X- und die Y-Achse austauschbar sind. Die Elektronik kann durch Hinzufügen eines geeigneten Schalters und einer kleinen Kopie eines Teils ihrer Schaltung so modifiziert werden, daß die Spulen 126a,b als Y-Treiberspulen und die Spulen 128a,b als X-Treiberspule bzw. X-Sensorspule wirken. Die Vorrichtung 120 funktioniert dann wie vorstehend beschrieben, außer daß die X- und die Y-Richtung ausgetauscht sind. In herkömmlichen Systemen können Scanvorgänge in senkrechte Richtungen nur durch Drehen der Scanvorrichtung durchgeführt werden. In handgehaltenen Vorrichtungen verdreht die Bedienungsperson das Handteil manuell, wofür in einigen Fällen eine wesentliche Geschicklichkeit erforderlich ist und was mit einer erheblichen Ungenauigkeit verbunden ist. Die Symmetrie des Scanmechanismus 124 von 7 ermöglicht es, daß ein derartiger Betrieb fehler- bzw. störungsfrei durchführbar ist.
Der Basis-Scanmechanismus von 7 könnte verwendet werden, um andere Scanmuster bereitzustellen, wenn er mit einer geeigneten Elektronik betrieben wird. Er muß nicht resonant betrieben werden und ist nicht auf elliptische Scan-Hüllkurven beschränkt. Beispielsweise könnten resonante und nicht-resonante Scanmuster erzeugt werden, einschließlich (zusätzlich zu den vorstehend erwähnten elliptischen Scanmuster, die kreisförmige Scanmuster einschließen) Spiralmustern und Scanmustern in der Form einer „8“.
9A zeigt eine Teil-Querschnittansicht eines Endoskopkopfes 168 mit einem Scanmechanismus 124 in einem Endoskopkopfgehäuse 170 (mit einem Innendurchmesser von 4,45 mm und einem Außendurchmesser von 4,71 mm), in dem die Relativpositionen der Y-Treiberspulen 128a,b, der Faser 130 und des Magneten 132 sichtbar sind. Es ist ersichtlich, daß das Lichtaustrittsende 172 der Faser 130 einen größeren Weg beschreibt als der zwischen den Y-Treiberspulen 128a,b angeordnete Abschnitt 174 der Faser 130.
Jede der X- und Y-Spulen 126a,b und 128a,b hat einen Durchmesser von 1,45 mm bei einem Kerndurchmesser von 0,60 mm.
Die Länge des Vibrationsabschnitts der Faser 130 beträgt 12,5 mm, der Faserdurchmesser beträgt 0,125 mm. Der Magnet 132 hat eine Länge von 2 mm und einen Durchmesser von 0,48 mm. Der Abstand von der Basis der Faser 130 zum Magnet 132 beträgt 2 mm. Die Resonanzfrequenz der Kombination aus der Faser 130 und dem Magnet 132 kann durch Einstellen der Position des Magneten auf der Faser 130 derart eingestellt werden, daß sie sich nicht wesentlich von derjenigen der Faser alleine unterscheidet. Die Faser 130 ist an ihrer Basis 174 mittig in einer Endplatte 176 des Endoskopkopfes 168 fixiert, und die Endplatte 176, und damit die Länge der in der Endplatte 176 verankerten Basis 174 der Faser 130, beträgt 3 mm.
Die Endplatte 176 wirkt als Verankerung für die Basis 174 der Faser 130, sie sichert die Faser, kann jedoch auch die Vibration der Faser beeinflussen. Aus diesem Grunde kann es vorteilhaft sein, eine optische Manschette um die Faser 130 bereitzustellen, die an der Endplatte 176 anliegt und vor der Endplatte angeordnet ist (d.h. in der Figur rechts). Die Manschette könnte eine einfache kreisförmige Öffnung aufweisen, in der die Faser 130 befestigt ist. Gemäß der Endansicht von 9B könnte eine derartige Manschette stattdessen einen in der X-Richtung ausgerichteten Ausschnitt oder Schlitz 178 aufweisen, so daß die Manschette 177 tatsächlich zwei D-förmige Abschnitte 179a,b aufweist, zwischen denen die Faser 130 festgeklemmt ist. Der Ausschnitt oder Schlitz 177 würde dann eine Vibration in der X-Richtung (d.h. in der Richtung der schnellen Scanbewegung) unterstützen, wodurch die Vorspannung durch eine Komponente in der Y-Richtung reduziert wird.
Die X- und Y-Spulen 126a,b und 128a,b haben jeweils einen Durchmesser von 1,3 mm und eine Länge von 2 mm.
In durch die Erfinder ausgeführten Tests dieser Ausführungsform wurde eine Resonanz bei einer X-Antrieb-Eingangssignalfrequenz (vgl. 8C) von 611 Hz erzielt; dadurch wird die gleiche Frequenz für die Hochfrequenzkomponente des Y-Antrieb-Eingangssignals (vgl. 8E) erhalten. Die Faserendenablenkung Spitze-Spitze betrug 4,0 mm. Die Resonanzfrequenz des Mechanismus 124 ohne Magnet 132 betrug 642 Hz.
D.h., die Resonanzfrequenz nimmt mit abnehmender Größe des Scanmechanismus 124 zu. Durch Berechnungen zeigt sich, daß, auch mit der in 9A dargestellten Ausführungsform, durch Bereitstellen einer Befestigung zwischen der Faser 130 und dem Magnet 132 über die gesamte Länge des Magneten (falls erwünscht) höhere Frequenzen erhalten werden könnten. Höhere Resonanzfrequenzen könnten auch durch Vergrößern des effektiven Durchmessers und damit der Masse der Faser durch Hinzufügen einer „Manschette“ oder „Kapillare“ um die Faser im Bereich unmittelbar vor ihrer Basis 174 oder unter dem Magnet 132 erhalten werden. Beispielsweise könnte der effektive Durchmesser dieser Abschnitte der Faser 130 auf -0,250 mm vergrößert werden. Außerdem könnten höhere Resonanzfrequenzen erhalten werden, indem die Faser 130 zu ihrem Lichtaustrittsende 172 hin konisch zulaufend ausgebildet wird. Die Resonanzfrequenz kann auch durch Einstellen andere mechanischer Eigenschaften der Mechanismen (z.B. der Länge oder der Masse des Magneten) modifiziert werden.
Außerdem beziehen sich in der vorstehenden Diskussion Resonanzfrequenzen auf die Grundschwingungsfrequenz. Trotzdem könnte der Scanmechanismus der verschiedenen Ausführungsformen im ersten und zweiten Oberschwingungsmodus betrieben werden (was durch die vorliegenden Erfinder getestet worden ist), und durch einfache Einstellungen auch in höheren Schwingungsmodi. In jedem Fall bleibt der Mechanismus resonant und speichert daher mechanische Energie, wodurch Jitter oder Zittern reduziert und eine größere Stabilität erreicht wird.
Gemäß 9C ist der Magnet 132 in einer alternativen Konfiguration dieser Ausführungsform vor den Spulen angeordnet, so daß die X- und Y-Spulen 126a,b und 128a,b zum Aufnehmen des Magneten 132 nicht erforderlich sind. Dadurch können die Y-Treiberspulen 128a,b näher zueinander angeordnet werden (so wie die X-Treiberspulen 126a,b, obwohl nicht dargestellt), und der Gesamtdurchmesser des Gehäuses 170 kann reduziert werden. Durch diese Konfiguration kann ein Endoskopkopf mit kleinerem Durchmesser bereitgestellt werden.
Außerdem sind verschiedene Tests ausgeführt worden, um die Eigenschaften des Scanmechanismus 124 zu bestätigen. 10A zeigt Diagramme der Resonanzfrequenz f(Hz) als Funktion der Faserlänge 1 (mm) ohne Magnet (durchgezogene Kurve 180), mit einem Magneten mit einer Länge von 2 mm und einem Durchmesser von 0,40 mm (gepunktete Kurve 182) und mit einem Magneten mit einer Länge von 2 mm und einem Durchmesser von 0,48 mm (gestrichelte Kurve 184). In allen Fällen betrug die Länge der Basis der Faser 2 mm und hatte die Faser einen Durchmesser von 0,125 mm.
10B zeigt Diagramme des Bewegungsradius R(mm) des Lichtaustrittsendes als Funktion der Faserlänge 1(mm) für einen Magneten mit einer Länge von 2 mm und einem Durchmesser von 0,48 mm (durchgezogene Kurve 186) und 0,40 mm (gepunktete Kurve 188). (Der durch horizontale gepunktete Linien für R = 9 mm und R = 10 mm begrenzte Bereich stellt den Bewegungsbereich des Lichtaustrittsendes dar, der mit bestimmten herkömmlichen Scanmechanismen erhalten wird, die ein Stimmgabelelement verwenden, um die schnelle oder X-Scanbewegung zu erzeugen.)
10C zeigt Diagramme der mechanischen Verstärkung m (die als Verhältnis der Ablenkung des Faserendes zur Magnetablenkung berechnet wird) als Funktion der Faserlänge 1 (mm) für einen Magnet mit einer Länge von 2 mm und einem Durchmesser von 0,48 mm (durchgezogene Kurve 190) und einem Durchmesser von 0,40 mm (gepunktete Kurve 192).
11 zeigt die Ergebnisse eines theoretischen Vergleichs von Scanflächen, die für Rastermuster erhalten werden könnten, die durch einen herkömmlichen Stimmgabel-Scanmechanismus und mit einer der Vorrichtung von 7 vergleichbaren Vorrichtung erzeugt werden, um die für die Optik beispielsweise eines Endoskops verfügbaren Scanflächen zu vergleichen. Die Scanflächen wurden durch das Scangeschwindigkeitskriterium definiert, das durch die 2:1-Regel im Sinus-Linearmodell festgelegt war (d.h. durch die quadratische Fläche der halben mechanischen X-Ablenkung Spitze-Spitze und der Y-Ablenkung Spitze-Spitze). Dies wird vorstehend als „87%-Regel“ bezeichnet, gemäß der Bilddaten nicht erfaßt werden, wenn die Scangeschwindigkeit kleiner ist als 87% der Spitzengeschwindigkeit.
In 11 ist ersichtlich, daß der Endoskopkopf 200 (dessen Innendurchmesser 2,75 mm beträgt) die Bewegung sowohl des herkömmlichen Stimmgabel-Endabschnitts 202 (auf dem die Lichtleitfaserende 204 montiert ist) als auch des eine elliptische Scanbewegung ausführenden Faserendes 206 einer Ausführungsform der Erfindung begrenzt. Der Endabschnitt 202 ist in fünf Positionen dargestellt, d.h. in einer mittigen Position (Ruheposition) und vier Extrempositionen seiner Bewegung. Die obere und die untere rechte Extremposition der Bewegung des Endabschnitts 202 (die in dieser Figur dargestellt sind) sind durch den Endoskopkopf 204 fixiert; für eine symmetrische Scanbewegung des Faserendes 204 weist die linke Extremposition im Vergleich zur rechten einen Versatz auf, so daß die oberen und unteren linken Extrempositionen der Bewegung des Endabschnitts 202 etwas innerhalb der Grenzen des Endoskopkopfes 200 liegen.
Durch den Endabschnitt 202 des herkömmlichen Stimmgabel-Scanmechanismus wird ein bekanntes 2:1-Quadrat-in-Rechteck-Diagramm erhalten, d.h., die Mechaniken dieser Anordnung definieren ein rechteckiges Scanmuster (das durch die Extrempositionen des Faserendes 204 definiert ist), und aufgrund der 87%-Geschwindigkeitsregel definiert die Optik eine quadratische, nutzbare Scanfläche (die durch das gestrichelt dargestellte Quadrat dargestellt ist) innerhalb dieses Rechtecks. Die X-Ablenkung Spitze-Spitze des Endabschnitts 202 betrug 2,0 mm, und die Y-Ablenkung Spitze-Spitze betrug 1,0 mm. Die Bildfläche (d.h. des Quadrats 208) betrug für diese Anordnung daher 1,00 mm².
Das Faserende 206 der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung berührt auch den Endoskopkopf 200, dessen Maximalbewegung daher begrenzt ist. Die Ablenkung Spitze-Spitze des Faserendes 206 kann sich im wesentlichen über den gesamten Innendurchmesser des Endoskopkopfes erstrecken (oder genauer über den Innendurchmesser des Endoskopkopfes abzüglich des Außendurchmessers der Faser), wenn kein Endabschnitt vorgesehen ist, kann durch den modulierten elliptischen Scanvorgang daher eine größere Fläche abgedeckt werden als bei der herkömmlichen Anordnung. Die nutzbare Abbildungsfläche ist ebenfalls größer: eine Scangeschwindigkeit von mehr als 87% der Spitzengeschwindigkeit ist durch durchgezogene Kurven 210 dargestellt, während niedrigere Geschwindigkeiten durch gepunktete Kurven 212 dargestellt sind.
Die Scanfläche des modulierten elliptischen Scanvorgangs ist größer als diejenige des auf dem Endabschnitt 202 montierten Faserendes 204. Dies ergibt sich teilweise aufgrund der kompakteren Größe einer Faser alleine (im Vergleich zu herkömmlichen Kombination aus einer Faser und einem Endabschnitt), aber auch aufgrund der höheren Belastung, der das Silika der Faser in der Ausführungsform der Erfindung im Vergleich zum herkömmlichen Endabschnitt aus Stahl bei der gleichen Frequenz widerstehen kann.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend anhand von Beispielen beschriebenen spezifischen Ausführungsformen beschränkt, und für Fachleute ist ersichtlich, daß innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung Modifikationen vorgenommen werden können. Beispielsweise kann es, obwohl erfindungsgemäß die Exzentrizität oder die Nebenachse eingestellt wird, um das Scanmuster zu erhalten, in einigen Ausführungsformen vorteilhaft sein, den Radius während des Betriebs zu modulieren.
In den folgenden Ansprüchen und in der vorstehenden Beschreibung der Erfindung bedeutet der Ausdruck „aufweisen“ oder „enthalten“ bzw. „einschließen“, außer in den Fällen, in denen dies anhand des sprachlichen oder sinnlichen Kontext anders ersichtlich ist, das Vorhandensein der entsprechenden Merkmale, wobei jedoch das Vorhandensein weiterer Merkmale in den verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung nicht ausgeschlossen sein soll.
Außerdem soll jegliche Bezugnahme auf den Stand der Technik nicht bedeuten, daß dieser Stand der Technik Teil des allgemeinen Kenntnisstandes bildet.

Claims

Scanverfahren für eine Lichttransmissionseinrichtung (90, 130) mit einem Lichtaustrittsende mit dem Schritt zum Bewegen des Lichtaustrittsendes in einem elliptischen Muster, während die Exzentrizität des elliptischen Musters geändert wird.
Scanverfahren nach Anspruch 1, mit dem Schritt zum Ändern der Exzentrizität durch Ändern der Länge einer Achse des elliptischen Musters.
Scanverfahren nach Anspruch 2, mit dem Schritt zum Ändern der Exzentrizität durch Ändern der Länge der Nebenachse des elliptischen Musters.
Scanverfahren nach Anspruch 1, mit dem Schritt zum wiederholten Ändern der Exzentrizität zwischen einem Minimalwert und eins.
Scanverfahren nach Anspruch 1, mit dem Schritt zum wiederholten Ändern der Exzentrizität zwischen einem Minimalwert und eins und dann zurück auf den Minimalwert, wobei ein Bildabschnitt des elliptischen Musters, der an der Mitte des elliptischen Musters zentriert ist, ein Rastermuster annähert.
Scanverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Verhältnis der Hauptachse zur Nebenachse des elliptischen Musters etwa zwei beträgt.
Scanverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche mit dem Schritt zum Modulieren der Exzentrizität durch Modulieren der Nebenachse des elliptischen Musters zwischen positiven und negativen Extremwerten, so daß das Lichtaustrittsende sich im Verlauf eines einzelnen vollständigen Scanvorgangs sowohl im Uhrzeigersinn als auch im Gegenuhrzeigersinn bewegt.
Scanverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit den Schritten zum Bewegen des Lichtaustrittsendes durch einen X-Antrieb parallel zur Hauptachse des elliptischen Musters und durch einen Y-Antrieb parallel zur Nebenachse des elliptischen Musters und zum Synchronisieren bei einer konstanten Phase zum X-Antriebssignal, um eine Kombination oder Kompatibilität mit einer Standardrasterdarstellung zu ermöglichen.
Scanverfahren nach Anspruch 8 mit dem Schritt zum Ableiten des Y-Antriebssignals durch synchrones Schalten einer verzögerten Version des X-Antriebssignals.
Scanverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Lichttransmissionseinrichtung (90, 130) eine Lichtleitfaser ist.
Scanverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit dem Schritt zum magnetischen Antreiben der Lichttransmissionseinrichtung (90, 130).
Scanverfahren nach Anspruch 11, mit dem Schritt zum Antreiben der Lichttransmissionseinrichtung (90, 130) durch einen an der Lichttransmissionseinrichtung (90, 130) befestigten Magneten (112, 132), wobei der Magnet (112, 132) axial magnetisiert ist und zueinander senkrechte Spulen (92, 94, 126a, 126b, 128a, 128b) oder Wicklungen auf den Magnet (112, 132) einwirken.
Scanverfahren nach Anspruch 12, wobei die zueinander senkrechten Spulen oder Wicklungen ein Paar Treiberspulen (128a, 128b) aufweisen, die an entgegengesetzten Seiten einer Ruheposition des Magneten (112, 132) in einer ersten Ebene symmetrisch angeordnet sind, und eine in einer sich senkrecht zur ersten Ebene erstreckenden zweiten Ebene angeordnete weitere Antriebsspule (126a), wobei das Scanverfahren ferner die Schritte aufweist: Erfassen der Position des Magneten (132) durch eine Sensorspule (126b), die in der zweiten Ebene und auf der der weiteren Treiberspule entgegengesetzten Seite des Magneten (132) symmetrisch angeordnet ist; Erzeugen eines die Position des Magneten (132) anzeigenden Ausgangssignals durch die Sensorspule (126b); und Herleiten eines Eingangssignals für die weitere Treiberspule (126a) vom Ausgangssignal; wobei jede Spule des Paars von Treiberspulen (128a, 128b), die weitere Spule (126a) und die Sensorspule (126b) vom in der Ruheposition angeordneten Magnet (132) in gleichen Abständen angeordnet sind.
Scanverfahren nach Anspruch 13, ferner mit dem Schritt zum Steuern a) des Spulenpaars (128a, 128b) in der ersten Ebene und b) der weiteren Spule (126a) und der Sensorspule (126b) in der zweiten Ebene, um Funktionen derart auszutauschen, daß das Paar Treiberspulen in der ersten Ebene als Treiberspule und Sensorspule (126b) dienen und die weitere Spule (126a) und die Sensorspule (126b) in der zweiten Ebene als Paar Treiberspulen dienen, so daß ein weiterer Scanvorgang senkrecht zum elliptischen Muster ausgeführt werden kann.
Scanverfahren nach Anspruch 11, wobei die Lichttransmissionseinrichtung (90, 130) eine Beschichtung aus einem magnetischen Material aufweist oder innerhalb einer dicht umschließenden Magnetröhre angeordnet ist.
Scanvorrichtung mit: einer Lichttransmissionseinrichtung (90, 130) mit einem Lichtaustrittsende; und einer ersten und einer zweiten Antriebseinrichtung (92, 94) zum resonanten Antreiben der Lichttransmissionseinrichtung (90, 130) in orthogonale Richtungen; wobei die erste und die zweite Antriebseinrichtung (92, 94) dazu geeignet sind, das Lichtaustrittsende in einem elliptischen Muster zu bewegen, während die Exzentrizität des elliptischen Musters geändert wird.
Scanvorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Scanvorrichtung dazu geeignet ist, die Exzentrizität durch Ändern der Länge einer Achse des elliptischen Musters zu ändern.
Scanvorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Scanvorrichtung dazu geeignet ist, die Exzentrizität durch Ändern der Länge der Nebenachse des elliptischen Musters zu ändern.
Scanvorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Scanvorrichtung dazu geeignet ist, die Exzentrizität zwischen einem Minimalwert und eins wiederholt zu ändern.
Scanvorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Scanvorrichtung dazu geeignet ist, die Exzentrizität von einem Minimalwert auf eins und dann zurück auf den Minimalwert wiederholt zu ändern, wobei ein Bildabschnitt des elliptischen Musters, der an der Mitte des elliptischen Musters zentriert ist, ein Rastermuster annähert.
Scanvorrichtung nach Anspruch 16, wobei das Verhältnis der Hauptachse zur Nebenachse des elliptischen Musters etwa zwei beträgt.
Scanvorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 21, wobei die Scanvorrichtung dazu geeignet ist, die Exzentrizität durch Modulieren der Nebenachse des elliptischen Musters zwischen positiven und negativen Extremwerten derart zu modulieren, daß das Lichtaustrittsende sich im Verlauf eines einzelnen vollständigen Scanvorgangs sowohl im Uhrzeigersinn als auch im Gegenuhrzeigersinn bewegt.
Scanvorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 21, wobei die Scanvorrichtung dazu geeignet ist, das Lichtaustrittsende durch einen X-Antrieb parallel zur Hauptachse des elliptischen Musters und durch einen Y-Antrieb parallel zur Nebenachse des elliptischen Musters anzutreiben und bei einer konstanten Phase bezüglich der X-Scanbewegung zu synchronisieren, um eine Kombination oder Kompatibilität mit einer Standardrasterdarstellung zu ermöglichen.
Scanvorrichtung nach Anspruch 23, wobei das Y-Antriebssignal durch synchrones Schalten einer verzögerten Version des X-Antriebssignals hergeleitet wird.
Scanvorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 23, wobei die Lichttransmissionseinrichtung (90, 130) eine Lichtleitfaser ist.
Scanvorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 25, wobei die Scanvorrichtung einen Magnetantrieb zum Antreiben der Lichttransmissionseinrichtung (90, 130) aufweist.
Scanvorrichtung nach Anspruch 26, wobei der Magnetantrieb einen an der Lichttransmissionseinrichtung (90, 130) befestigten Magnet (112, 132) und zueinander senkrechte Spulen oder Wicklungen aufweist, wobei der Magnet (112, 132) axial magnetisiert ist und die zueinander senkrechten Spulen oder Wicklungen auf den Magnet (112, 132) einwirken.
Scanvorrichtung nach Anspruch 27, wobei die zueinander senkrechten Spulen oder Wicklungen ein Paar Treiberspulen aufweisen, die an entgegengesetzten Seiten einer Ruheposition des Magneten (132) in einer ersten Ebene symmetrisch angeordnet sind, und eine weitere Treiberspule, die in einer sich senkrecht zur ersten Ebene erstreckenden zweiten Ebene angeordnet ist, wobei die Scanvorrichtung ferner eine Sensorspule (126b) zum Erfassen der Position des Magneten (132) aufweist, die in der zweiten Ebene und auf der der weiteren Treiberspule entgegengesetzten Seite des Magneten (132) symmetrisch angeordnet ist, wobei jede Spule des Spulenpaars (128a, 128b), die weitere Spule (126a) und die Sensorspule (126b) vom in der Ruheposition angeordneten Magneten (132) in gleichem Abstand angeordnet sind, wobei die Sensorspule (126b) dazu geeignet ist, ein die Position des Magneten (132) anzeigendes Ausgangssignal auszugeben, und wobei die Scanvorrichtung dazu geeignet ist, ein Eingangssignal für die weitere Spule (126a) vom Ausgangssignal herzuleiten.
Scanvorrichtung nach Anspruch 28, wobei die Scanvorrichtung dazu geeignet ist, a) das Spulenpaar (128a, 128b) in der ersten Ebene und b) die weitere Spule (126a) und die Sensorspule (126b) in der zweiten Ebene zu steuern, um Funktionen derart auszutauschen, daß das Paar Treiberspulen in der ersten Ebene als Treiberspule und Sensorspule (126b) dienen und die weitere Spule (126a) und die Sensorspule (126b) in der zweiten Ebene als Paar Treiberspulen dienen, so daß die Scanvorrichtung einen weiteren Scanvorgang senkrecht zum elliptischen Muster ausführen kann.
Scanvorrichtung nach Anspruch 26, wobei die Lichttransmissionseinrichtung (90, 130) eine Beschichtung aus einem magnetischen Material aufweist oder innerhalb einer dicht umschließenden Magnetröhre angeordnet ist.
Scanvorrichtung mit: einem X-Antrieb zum Bewegen einer Lichttransmissionseinrichtung (90, 130) mit einem Lichtaustrittsende in eine X-Richtung; einem Y-Antrieb zum Bewegen der Lichttransmissionseinrichtung (90, 130) in eine Y-Richtung; einem X-Antrieb-Eingangssignalgenerator zum Bereitstellen eines X-Antrieb-Eingangssignals; und einem Y-Antrieb-Eingangssignalgenerator zum Bereitstellen eines Y-Antrieb-Eingangssignals, das durch ein vom X-Antrieb-Eingangssignal hergeleitetes Modulationssignal moduliert ist; wobei die Scanvorrichtung eingerichtet ist, das Lichtaustrittsende in einem elliptischen Scanmuster mit variabler Exzentrizität zu betreiben, wenn das Lichtaustrittsende durch den X- und den Y-Antrieb gleichzeitig angetrieben wird.
Scanvorrichtung nach Anspruch 31, wobei: das X-Antrieb-Eingangssignal ein Rechtecksignal aufweist und das Y-Antrieb-Eingangssignal ein sägezahnförmiges Signal bereitstellt, das durch das Modulationssignal moduliert wird.
Scanvorrichtung nach Anspruch 31, wobei das Scanmuster eine Exzentrizität aufweist, die immer größer ist als null.
Scanvorrichtung nach Anspruch 32, wobei der Y-Antrieb-Eingangssignalgenerator dazu geeignet ist, das sägezahnförmige Signal derart zu erzeugen, daß das sägezahnförmige Signal gemäß einem Triggersignal, das eine verzögerte Version des X-Antrieb-Eingangssignals aufweist, wiederholt invertiert wird.
Scanvorrichtung nach einem der Ansprüche 31 bis 33, wobei die Scanvorrichtung dazu geeignet ist, Bilddaten vom Mittenabschnitt des Scanmusters zu erfassen.
Scanvorrichtung nach Anspruch 34, wobei die Scanvorrichtung dazu geeignet ist, Bilddaten vom Mittenabschnitt des Scanmusters bei Lichtaustrittsendengeschwindigkeiten zu erfassen, die größer oder gleich etwa 87% einer Spitzengeschwindigkeit des Lichtaustrittsendes sind.
Scanvorrichtung nach einem der Ansprüche 31 bis 35 mit einem Magnetantrieb zum Antreiben der Lichttransmissionseinrichtung (90, 130), wobei der Magnetantrieb einen an der Lichttransmissionseinrichtung (90, 130) befestigten Magneten (132) und zueinander senkrechte Spulen oder Wicklungen aufweist, wobei der Magnet (132) axial magnetisiert ist und die zueinander senkrechten Spulen oder Wicklungen auf den Magnet (132) einwirken, und wobei die zueinander senkrechten Spulen oder Wicklungen ein Paar Treiberspulen aufweisen, die an entgegengesetzten Seiten einer Ruheposition des Magneten (132) in einer ersten Ebene symmetrisch angeordnet sind, und eine in einer sich senkrecht zur ersten Ebene erstreckenden zweiten Ebene angeordnete weitere Spule (126a), und wobei die Scanvorrichtung ferner eine Sensorspule (126b), die in der zweiten Ebene und auf der der weiteren Treiberspule entgegengesetzten Seite des Magneten (132) symmetrisch angeordnet ist, zum Erfassen der Position des Magneten (132) aufweist, wobei jede Spule des Treiberspulenpaars (128a, 128b), die weitere Spule (126a) und die Sensorspule (126b) vom in der Ruheposition angeordneten Magnet (132) in gleichem Abstand angeordnet sind, wobei die Sensorspule (126b) dazu geeignet ist, ein die Position des Magneten (132) anzeigendes Ausgangssignal auszugeben, und wobei die Scanvorrichtung dazu geeignet ist, ein Eingangssignal für die weitere Spule (126a) vom Ausgangssignal herzuleiten.
Scanvorrichtung nach Anspruch 36, wobei die Scanvorrichtung dazu geeignet ist: a) das Spulenpaar (128a, 128b) in der ersten Ebene zu steuern, und b) die weitere Spule (126a) und die Sensorspule (126b) in der zweiten Ebene zu steuern, um Funktionen derart auszutauschen, daß das Paar Treiberspulen in der ersten Ebene als Treiberspule und Sensorspule (126b) dienen und die weitere Spule (126a) und die Sensorspule (126b) in der zweiten Ebene als Paar Treiberspulen dienen, so daß die Scanvorrichtung einen weiteren Scanvorgang senkrecht zum elliptischen Muster ausführen kann.
Lichtleitfaser-Endoskop, -Mikroskop oder -Endomikroskop mit einer Scanvorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 30.
Lichtleitfaser-Endoskop, -Mikroskop oder -Endomikroskop mit einer Scanvorrichtung nach Anspruch 31 bis 38.
Konfokales Lichtleitfaser-Endoskop, -Mikroskop oder -Endomikroskop mit einer Scanvorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 30.
Konfokales Lichtleitfaser-Endoskop, -Mikroskop oder -Endomikroskop mit einer Scanvorrichtung nach Anspruch 31 bis 38.