DE112015002334T5

DE112015002334T5 - Optische Abtastvorrichtung und optische Abtastbeobachtungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112015002334T5
Application number: DE112015002334.8T
Authority: DE
Inventors: Ken Fujinuma
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2014-06-18
Filing date: 2015-06-16
Publication date: 2017-02-16
Also published as: CN106455932A; US20170090185A1; JP2016002367A; WO2015194164A1

Abstract

Umfasst sind eine Lichtleitfaser (11), ein Treiber (21), der ein Abstrahlungsende (11b) der Lichtleitfaser (11) antreibt, ein Stromdetektor (55), der einen in dem Treiber (21) fließenden Strom detektiert, und eine Steuerung (31), die Licht scannt, das aus der Lichtleitfaser (11) ausgestrahlt wird, indem der Treiber (21) basierend auf einer Ausgabe des Stromdetektors (55) gesteuert wird. Der Treiber (21) umfasst Schwingungselemente (28a bis 28d), Erdungsanschlüsse der Schwingungselemente (28a bis 28d) sind gemeinsam mit dem Treiber (21) verbunden, und der Stromdetektor (55) detektiert den Strom an dem Stromversorgungsanschluss der Schwingungselemente (28a bis 28d).

Description

RÜCKVERWEISUNG ZU VERWANDTEN ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität und den Vorteil der Japanischen Patentanmeldung Nr. 2014-125470 , eingereicht am 18. Juni 2014, deren gesamte Inhalte hierin durch Bezugnahme mit aufgenommen sind.
TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung betrifft eine optische Abtastvorrichtung und eine optische Abtastbeobachtungsvorrichtung, die ein Objekt durch Schwingen einer Lichtleitfaser optisch abtasten.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Ein bekanntes Beispiel einer optischen Scan-Beobachtungsvorrichtung bringt das Abstrahlungsende einer Lichtleitfaser zum Schwingen, um einen Lichtstrahl aus der Lichtleitfaser über ein Objekt zu scannen, und detektiert Licht, das durch das Objekt reflektiert, gestreut oder dergleichen wird, oder detektiert fluoreszierendes Licht oder dergleichen, das durch das Objekt erzeugt wird (siehe zum Beispiel JP 4672023 B2 (PTL 1)).
LISTE DER ENTGEGENHALTUNGEN
Patentliteratur

PTL 1: JP 4672023 B2

ZUSAMMENFASSUNG
(Technisches Problem)
In der in der PTL 1 offenbarten Beobachtungsvorrichtung besteht der Wunsch, dass die Struktur des Treibers, der das Abstrahlungsende der Lichtleitfaser antreibt, vereinfacht und in der Größe reduziert wird. Insbesondere, wenn die Beobachtungsvorrichtung in einem Endoskop angewendet wird, besteht ein Wunsch nach einem vereinfachten Einführteil des Endoskops.
Es wäre daher hilfreich, eine optische Abtastvorrichtung und eine optische Abtastbeobachtungsvorrichtung bereitzustellen, die eine strukturelle Vereinfachung und eine Reduzierung in Größe und Durchmesser erlauben.
(Lösung des Problems)
Zu diesem Zweck umfasst eine optische Abtastvorrichtung gemäß dieser Offenbarung das Folgende:
eine Lichtleitfaser;
einen Treiber, der dazu ausgestaltet ist, ein Abstrahlungsende der Lichtleitfaser anzutreiben;
einen Stromdetektor, der dazu ausgestaltet ist, einen in dem Treiber fließenden Strom zu detektieren; und
eine Steuerung, die dazu ausgestaltet ist, Licht zu scannen, das aus der Lichtleitfaser ausgestrahlt wird, indem der Treiber basierend auf einer Ausgabe des Stromdetektors gesteuert wird; wobei
der Treiber mehrere Schwingungselemente umfasst;
Erdanschlüsse der Schwingungselemente gemeinsam mit dem Treiber verbunden sind; und
der Stromdetektor den Strom an einem Stromversorgungsanschluss der Schwingungselemente detektiert.
Der Stromdetektor kann einen Stromwandler umfassen.
Die Schwingungselemente können mehrere erste Schwingungselemente umfassen, die das Ausstrahlungsende in einer ersten Richtung zum Schwingen bringen, und mehrere zweite Schwingungselemente umfassen, die das Ausstrahlungsende in einer von der ersten Richtung unterschiedlichen zweiten Richtung zum Schwingen bringen;
Stromversorgungsanschlüsse der ersten Schwingungselemente können gemeinsam mit dem Treiber verbunden sein; und
Stromversorgungsanschlüsse der zweiten Schwingungselemente können gemeinsam mit dem Treiber verbunden sein.
Die Steuerung kann den Treiber basierend auf einer Ausgabe des Stromdetektors zu einer Zeit steuern, wenn eine Amplitude des Stroms maximiert ist.
Die Steuerung kann den Treiber so steuern, dass ein Maximalwert des durch den Stromdetektor detektierten Stroms konstant wird.
Des Weiteren umfasst eine optische Abtastbeobachtungsvorrichtung:
die vorgenannte optische Abtastvorrichtung;
einen Photodetektor, der dazu ausgestaltet ist, Licht zu detektieren, das von einem Objekt durch optisches Abtasten mit der optischen Abtastvorrichtung erhalten wird, und das detektierte Licht in ein elektrisches Signal umzuwandeln; und
einen Bildprozessor, der dazu ausgestaltet ist, basierend auf dem von dem Photodetektor ausgegeben elektrischen Signal ein Bild zu erzeugen.
(Vorteilhafte Wirkung)
Diese Offenbarung macht es möglich, eine optische Abtastvorrichtung und eine optische Abtastbeobachtungsvorrichtung bereitzustellen, die eine strukturelle Vereinfachung und eine Reduzierung in Größe und Durchmesser erlauben.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In den beigefügten Zeichnungen:
1 ist ein Blockschaltbild, das die Struktur einer optischen Abtast-Endoskopvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 darstellt;
2 ist eine schematische Übersicht des Endoskops der optischen Abtast-Endoskopvorrichtung von 1;
3 ist ein Schnittbild der Spitze des Endoskops von 2;
4A stellt den Schwingungsantriebsmechanismus des Treibers und das Ausstrahlungsende der Lichtleitfaser zum Beleuchten in der optischen Abtast-Endoskopvorrichtung von 1 dar;
4B ist ein Schnitt entlang der Linie A-A von 4A;
5 ist ein Blockschaltbild, das die Struktur der/des Antriebssteuerung/Resonanzfrequenzdetektors von 1 schematisch darstellt;
6 ist ein Ablaufdiagramm, das die Betriebsvorgänge der optischen Abtast-Endoskopvorrichtung von 1 zeigt;
7A zeigt die Amplitude der Antriebsspannung, um Betriebsvorgänge der optischen Abtast-Endoskopvorrichtung von 1 darzustellen;
7B zeigt die Frequenz der Antriebsspannung, um Betriebsvorgänge der optischen Abtast-Endoskopvorrichtung von 1 darzustellen;
7C zeigt die Laserleistung, um Betriebsvorgänge der optischen Abtast-Endoskopvorrichtung von 1 darzustellen;
7D zeigt eine Wellenform der Ausgangsspannung, um Betriebsvorgänge der optischen Abtast-Endoskopvorrichtung von 1 darzustellen;
7E zeigt die Scan-Bewegungsbahn von Beleuchtungslicht, um Betriebsvorgänge der optischen Abtast-Endoskopvorrichtung von 1 darzustellen;
8A stellt die typischen Frequenzkennlinien einer Impedanz dar;
8B stellt die typischen Frequenzkennlinien von einer Phasenverschiebung dar;
9A ist ein erweitertes Schnittbild, das die Spitze der optischen Abtast-Endoskopvorrichtung gemäß Ausführungsform 2 darstellt;
9B ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht des Treibers von 9A;
9C ist eine Schnittansicht rechtwinklig zur Achse der Lichtleitfaser 11, die einen Abschnitt mit den Spulen zum Erzeugen eines ablenkenden Magnetfelds und dem Permanentmagneten von 9B darstellt;
10 ist ein Ablaufdiagramm, das Betriebsvorgänge der optischen Abtast-Endoskopvorrichtung von 9A bis 9C darstellt; und
11 ist ein Blockschaltbild, das die Hauptstruktur einer optischen Abtast-Endoskopvorrichtung gemäß Ausführungsform 3 schematisch darstellt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Nachfolgend werden Ausführungsformen mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
Ausführungsform 1
1 ist ein Blockschaltbild, das die Struktur einer optischen Abtastbeobachtungsvorrichtung nach Anspruch 1 schematisch darstellt. Die optische Abtastbeobachtungsvorrichtung von 1 stellt eine optische Abtast-Endoskopvorrichtung 10 dar. Die optische Abtast-Endoskopvorrichtung 10 umfasst ein Endoskop 20, einen Steuervorrichtungskörper 30 und eine Anzeige 40.
Der Steuervorrichtungskörper 30 umfasst eine Steuerung 31, die die optische Abtast-Endoskopvorrichtung 10 insgesamt, eine Lichtausstrahlzeit-Steuerung 32, Laser 33R, 33G und 33B und einen Kombinator 34 steuert. Der Laser 33R strahlt rotes Laserlicht aus, der Laser 33G strahlt grünes Laserlicht aus und der Laser 33B strahlt blaues Laserlicht aus. Unter der Steuerung der Steuerung 31 steuert die Lichtausstrahlzeit-Steuerung 32 die Lichtausstrahlzeit der drei Laser 33R, 33G und 33B. Beispielsweise können diodengepumpten Festkörperlaser (DPSS-Laser) als die Laser 33R, 33G und 33B verwendet werden. Das von den Lasern 33R, 33G und 33B ausgestrahlte Laserlicht wird durch den Kombinator 34 kombiniert und trifft als weißes Beleuchtungslicht auf eine Lichtleitfaser 11 zum Beleuchten, die durch eine Monomode-Faser gebildet wird. Der Kombinator 34 kann beispielsweise so ausgestaltet sein, dass er ein dichroitisches Prisma oder dergleichen umfasst. Die Ausgestaltung der Lichtquelle in der optischen Abtast-Endoskopvorrichtung 10 ist nicht auf dieses Beispiel beschränkt. Es kann eine Lichtquelle mit einem Laser verwendet werden, oder es können mehrere andere Lichtquellen verwendet werden. Die Laser 33R, 33G und 33B und der Kombinator 34 können in einem Gehäuse gelagert sein, das von dem Steuervorrichtungskörper 30 getrennt ist und das mit dem Steuervorrichtungskörper 30 durch ein Signalkabel verbunden ist.
Die Lichtleitfaser 11 zum Beleuchten erstreckt sich zur Spitze des Endoskops 20. Beleuchtungslicht, das über den Kombinator auf die Lichtleitfaser 11. zum Beleuchten trifft, wird zur Spitze des Endoskops 20 geleitet und in Richtung auf ein Objekt 100 gestrahlt. Zu diesem Zeitpunkt wird das Ausstrahlende der Lichtleitfaser 11 zum Beleuchten einer durch den Treiber 21 angetriebenen Schwingung ausgesetzt. Als ein Ergebnis wird die Beobachtungsoberfläche des Objekts 100 durch Beleuchtungslicht von der Lichtleitfaser 11 zum Beleuchten in 2D gescannt. Der Treiber 21 wird durch die/den Antriebssteuerung/Resonanzfrequenzdetektor 38 des nachfolgend beschriebenen Steuervorrichtungskörper 30 gesteuert. Signallicht, wie reflektiertes Licht, gestreutes Licht, fluoreszierendes Licht und dergleichen, das von dem Objekt 100 durch Bestrahlung mit Beleuchtungslicht erhalten wird, trifft auf die Stirnseite eines Lichtleitfaserbündels 12 zum Detektieren, das durch sich im Innern des Endoskops 20 erstreckende Multimode-Fasern gebildet wird, und das Signallicht wird dann an den Steuervorrichtungskörper 30 geleitet.
Der Steuervorrichtungskörper 30 umfasst ferner einen Photodetektor 35 zum Verarbeiten von Signallicht, einen Analog-/Digital-Wandler (ADC) 36, einen Bildprozessor 37 und eine/einen Antriebssteuerung/Resonanzfrequenzdetektor 38. Der Photodetektor 35 teilt das durch das Lichtleitfaserbündel 12 zum Detektieren optisch geleitete Signallicht in Spektralkomponenten auf und wandelt die Spektralkomponenten mit einer Photodiode oder dergleichen in elektrische Signale um. Der ADC 36 wandelt die von dem Photodetektor 35 ausgegebenen analogen elektrischen Signale in digitale Signale um und gibt die digitalen Signale an den Bildprozessor 37 aus. Basierend auf Informationen, wie die Amplitude, Phase und dergleichen der durch die/den Antriebssteuerung/Resonanzfrequenzdetektor 38 angelegten Schwingungsspannung, berechnet die Steuerung 31 Informationen zur Scan-Position entlang der Scan-Bewegungsbahn der Laserbeleuchtung und stellt die Informationen dem Bildprozessor 37 bereit. Der Bildprozessor 37 speichert sequenziell Pixeldaten (Pixelwerte) des Objekts 100 in einem nicht dargestellten Speicher basierend auf den durch den ADC 36 ausgegeben digitalen Signalen und der Scan-Positionsinformation von der Steuerung 31. Nach Abschluss des Scannens oder während des Scannens erzeugt der Bildprozessor 27 ein Bild des Objekts 100 durch Ausführen, nach Bedarf, einer Bildverarbeitung, wie Interpolation, und zeigt das Bild auf der Anzeige 40 an.
In der oben beschriebenen Verarbeitung steuert die Steuerung 31 gleichzeitig die Lichtausstrahlzeit-Steuerung 32, den Photodetektor 35, die/den Antriebssteuerung/Resonanzfrequenzdetektor 38 und den Bildprozessor 37.
2 ist eine schematische Übersicht des Endoskops 20. Das Endoskop 20 umfasst einen Betriebsteil 22 und einen Einführteil 23. Die Lichtleitfaser 11 zum Beleuchten, das Lichtleitfaserbündel 12 zum Detektieren und die aus dem Steuervorrichtungskörper 30 herausgeführten Verdrahtungsleitungen 13 sind jeweils mit dem Betriebsteil 22 verbunden. Die Lichtleitfaser 11 zum Beleuchten, das Lichtleitfaserbündel 12 zum Detektieren und die Verdrahtungsleitungen 13 verlaufen durch den Einführteil 23 und erstrecken sich zu einer Spitze 24 (der Abschnitt innerhalb der punktierten Linie in 2) des Einführteils 23.
Die 3 ist ein Schnittbild, das eine Vergrößerung der Spitze 24 des Einführteils 23 des Endoskops 20 von 2 darstellt. Die Spitze 24 umfasst den Treiber 21, Projektionslinsen 25a und 25b, die Lichtleitfaser 11 zum Beleuchten, die den zentralen Abschnitt des Endoskops 20 durchläuft, und das Lichtleitfaserbündel 12 zum Detektieren, das den Umfangsabschnitt durchläuft.
Der Treiber 21 umfasst ein Aktorrohr 27, das an der Innenseite des Einführteils 23 des Endoskops 20 durch einen Befestigungsring 26 befestigt ist, ein Faserhalterungselement 29, das im Innern des Aktorrohrs 27 angeordnet ist, und piezoelektrische Elemente 28a bis 28d (siehe 4A und 4B). Die Lichtleitfaser 11 zum Beleuchten wird durch das Faserhalterungselement 29 abgestützt, und das Ausstrahlungsende 11b von dem durch das Faserhalterungselementsteil 29 abgestützten festgelegten Ende 11a bis zur Ausstrahlungsstirnseite 11c ist in der Lage zu oszillieren. Das Lichtleitfaserbündel 12 zum Detektieren ist so angeordnet, dass es durch den Umfangsabschnitt des Einführteils 23 läuft und sich bis zum Ende der Spitze 24 erstreckt. Eine nicht dargestellte Detektionslinse ist ebenfalls an der Spitze einer jeden Faser in dem Lichtleitfaserbündel 12 zum Detektieren bereitgestellt.
Des Weiteren sind die Projektionslinsen 25a und 25b und die Detektionslinsen am äußersten Ende der Spitze 24 angeordnet. Die Projektionslinsen 25a und 25b sind so ausgestaltet, dass von der Austrahlungsstirnseite 11c der Lichtleitfaser 11 ausgestrahltes Licht grob auf dem Objekt 100 konzentriert wird. Die Detektionslinsen sind so angeordnet, dass Licht, das durch das Objekt 100 reflektiert, gestreut, gebrochen oder dergleichen wird (Licht, das mit dem Objekt interagiert), fluoreszierendes Licht oder dergleichen, aufgrund des auf dem Objekt 100 konzentrierten Laserlichts als Signallicht erfasst wird, auf das hinter den Detektionslinsen angeordnete Lichtleitfaserbündel 12 zum Detektieren konzentriert wird, und kombiniert wird. Die Projektionslinsen sind nicht auf eine doppelte Linsenstruktur beschränkt und können als Einzellinsen oder als drei oder mehr Linsen ausgestaltet werden.
Die 4A stellt den Schwingungsantriebsmechanismus des Treibers 21 und das Ausstrahlungsende 11b der Lichtleitfaser 11 zum Beleuchten in der optischen Abtast-Endoskopvorrichtung 10 dar. Die 4B ist ein Schnittbild entlang der Linie A-A i 4A. Die Lichtleitfaser 11 zum Beleuchten durchläuft die Mitte des Faserhalterungselements 29, das eine Prismenform aufweist, und wird durch das Faserhalterungselement 29 fixiert und gehalten. Die vier Seiten des Faserhalterungselements 29 weisen jeweils in die ±Y-Richtung und die ±X-Richtung, wenn die optische Achse der Lichtleitfaser 11 zum Beleuchten in dem Faserhalterungselement 29 in der Z-Richtung liegt, und Richtungen, die die optische Achse in einer Ebene orthogonal zur optischen Achse durchqueren und orthogonal zueinander sind, sind die Y-Richtung (erste Richtung) und die X-Richtung (zweite Richtung). Ein Paar von piezoelektrischen Elementen 28a und 28c zum Antreiben in der Y-Richtung ist auf den Seiten des Faserhalterungselements 29 in der ±Y-Richtung fixiert und ein Paar von piezoelektrischen Elementen 28b und 28c zum Antreiben in der X-Richtung ist auf den Seiten in der ±X-Richtung fixiert.
Die piezoelektrischen Elemente 28a bis 28d stellen jeweils ein Schwingungselement dar, und die Erdanschlüsse (eine der Oberflächenelektroden) der piezoelektrischen Elemente sind gemeinsam in dem Treiber 21 verbunden. Beispielsweise sind die Erdanschlüsse der piezoelektrischen Elemente 28a bis 28d gemeinsam an dem Faserhalterungselement 29 verbunden, indem die piezoelektrischen Elemente 28a bis 28d auf einem auf dem Faserhalterungselement 29 ausgebildeten gemeinsamen Verbindungsverdrahtungsmuster 20a montiert sind. Die entsprechende Verdrahtungsleitung 13 von der/dem Antriebssteuerung/Resonanzfrequenzdetektor 38 des Steuervorrichtungskörpers 30 ist mit dem Stromversorgungsanschluss (der anderen Oberflächenelektrode) der piezoelektrischen Elemente 28a bis 28d verbunden. In ähnlicher Weise ist eine entsprechende Verdrahtungsleitung 13 von der/dem Antriebssteuerung/Resonanzfrequenzdetektor 38 mit dem Verbindungsverdrahtungsmuster 29a des Faserhalterungselements 29 verbunden.
Auf diese Weise sind durch gemeinsames Verbinden der Erdanschlüsse der piezoelektrischen Elemente 28a bis 28d mit dem Treiber 21 fünf Verdrahtungsleitungen 13 ausreichend, um die die piezoelektrischen Elemente 28a bis 28d mit der/dem Antriebssteuerung/Resonanzfrequenzdetektor 38 zu verbinden. Wenn dagegen die Erdanschlüsse der piezoelektrischen Elemente 28a bis 28d nicht gemeinsam verbunden sind, dann sind zwei Verdrahtungsleitungen für jedes der piezoelektrischen Elemente 28a bis 28d erforderlich, wodurch es notwendig wird, insgesamt acht Verdrahtungsleitungen im Innern des Einführteils 23 des Endoskops 20 anzuordnen. Demzufolge ermöglicht diese Ausführungsform eine Reduzierung der Anzahl von Verdrahtungsleitungen 13, einhergehend mit einer entsprechenden Reduzierung in Größe und Durchmesser des Einführteils 23. Des Weiteren können die Erdanschlüsse der piezoelektrischen Elemente 28a bis 28d gemeinsam an dem Faserhalterungselement 29 verbunden werden, indem beispielsweise die piezoelektrischen Elemente 28a bis 28d auf dem auf dem Faserhalterungselement 29 ausgebildeten gemeinsamen Verbindungsverdrahtungsmuster 29a montiert werden, wodurch die Struktur des Treibers 21 ebenfalls vereinfacht wird.
Die 5 ist ein Blockdiagramm, das die Struktur der/des Antriebssteuerung/Resonanzfrequenzdetektors 38 schematisch darstellt. Die/der Antriebssteuerung/Resonanzfrequenzdetektor 38 umfasst einen Direkt-Digital-Synthese(DDS)-Transmitter 51ya, einen Digital-/Analog-Wandler (DAC) 52ya und einen Verstärker 53ya entsprechend dem piezoelektrischen Element 28a, einen DDS 51xb, DAC 52xb und Verstärker 53xb entsprechend dem piezoelektrischen Element 28d, einen DDS 51yc, DAC 52yc und einen Verstärker 53yc entsprechend dem piezoelektrischen Element 28c, und einen DDS 51xd, DAC 52xd und einen Verstärker 53xd entsprechend dem piezoelektrischen Element 28d. Sofern nichts anderes angegeben ist, sind diese Komponenten insgesamt als DDS 51, DAC 52 und Verstärker 53 abgekürzt. Die DDS 51 empfangen eine Eingabe eines entsprechenden Steuersignals von der Steuerung 31 und erzeugen ein digitales Antriebssignal. Nachdem jedes dieser digitalen Antriebssignale durch den entsprechenden ADC 52 in ein analoges Signal umgewandelt worden ist, wird das analoge Signal durch den entsprechenden Verstärker 53 verstärkt. Über die entsprechende Verdrahtungsleitung 13 wird die Ausgabe des Verstärkers 53 an das entsprechende der an der Spitze 24 des Endoskops 20 positionierten piezoelektrischen Elemente 28a bis 28d angelegt. Als ein Ergebnis werden die piezoelektrischen Elemente 28a bis 28d durch Schwingung angetrieben.
Eine Spannung gleicher Größe und mit umgekehrten Vorzeichen wird über die piezoelektrischen Elemente 28b und 28d in der X-Richtung angelegt. Wenn sich als ein Ergebnis eines der piezoelektrischen Elemente 28b und 28d ausdehnt und sich das andere zusammenzieht, dann wird das Faserhalterungselement 29 gebogen. Das Wiederholen dieses Vorgangs bewirkt, dass das Faserhalterungselement 29 in X-Richtung in Schwingung versetzt wird. In gleicher Weise wird Spannung gleicher Größe und mit umgekehrten Vorzeichen über die piezoelektrischen Elemente 28a und 28c in der Y-Richtung angelegt, was bewirkt, dass das Faserhalterungselement 29 in Y-Richtung in Schwingung versetzt wird.
Die/der Antriebssteuerung/Resonanzfrequenzdetektor 38 legt eine Schwingungsspannung derselben Frequenz oder Schwingungsspannung unterschiedlicher Frequenzen an die piezoelektrischen Elemente 28b und 28d zum Antreiben in der X-Richtung und an die piezoelektrischen Elemente 28a und 28c zum Antreiben in der Y-Richtung. Nach dem Schwingungsantrieb eines jeden der piezoelektrischen Elemente 28a und 28c zum Antreiben in der Y-Richtung und der piezoelektrischen Elemente 28b und 28d zum Antreiben in der X-Richtung wird das in 3, 4A und 4B dargestellte Ausstrahlungsende 11b der Lichtleitfaser 11 für Beleuchtung in Schwingung versetzt. Als ein Ergebnis wird dann die Ausstrahlungsstirnseite 11c gewählt und das aus der Ausstrahlungsstirnseite 11c ausgestrahlte Licht scannt sequenziell die Oberfläche des Objekts 100.
Das Ausstrahlungsende 11b der Lichtleitfaser 11 für Beleuchtung wird einem Schwingungsantrieb bei Resonanzfrequenz in einer der beiden oder beiden der X-Richtung und der Y-Richtung ausgesetzt. Die Resonanzfrequenz des Ausstrahlungsendes 11b ändert sich jedoch basierend auf Umgebungsbedingungen und ändert sich ebenfalls über der Zeit. Daher wird in dieser Ausführungsform die Resonanzfrequenz des Ausstrahlungsendes 11b der Lichtleitfaser 11 für Beleuchtung in der/dem Antriebssteuerung/Resonanzfrequenzdetektor 38 detektiert.
Um die Resonanzfrequenz des Ausstrahlungsendes 11b zu detektieren, umfasst in 5 die/der Antriebssteuerung/Resonanzfrequenzdetektor 38 auf der Stromversorgungsanschlussseite der piezoelektrischen Elemente 28a bis 28d die Stromdetektoren 55ya, 55xb und 55xd, die den in den entsprechenden piezoelektrischen Elementen 28a bis 28d fließenden Strom detektieren, und die Spannungsdetektoren 56ya, 56xb, 56yc und 56xd, die die angelegte Spannung detektieren. Sofern nichts anderes angegeben ist, sind diese Komponenten insgesamt als Stromdetektoren 55 und Spannungsdetektoren 56 abgekürzt. Die Stromdetektoren 55 können so ausgestaltet sein, dass sie Stromwandler (CT) verwenden. Die Stromwandler 55 sind nicht auf CTs beschränkt und können mit einem bekannten integrierten Schaltkreis oder dergleichen ausgestaltet sein. Insbesondere wird durch Verwenden von CTs eine Niederspannungskreis-Konfiguration selbst dann möglich, wenn die an dem entsprechenden piezoelektrischen Element angelegte Spannung eine relativ hohe Spannung ist, und erlaubt somit eine Reduzierung in Größe und Kosten der Stromdetektoren 55. Das Verwenden von CTs erlaubt ebenfalls eine Anordnung des Detektionssystems auf der 2D-Schaltkreisseite, was den Vorteil der Vereinfachung der Isolierung von dem Patientenschaltkreis bietet.
Die/der Antriebssteuerung/Resonanzfrequenzdetektor 38 umfasst ferner Analog-/Digital-Wandler (ADC), die den durch die Stromdetektoren 55 detektierten Strom und die durch die Spannungsdetektoren 56 detektierte Spannung entsprechend den piezoelektrischen Elementen 28a bis 28 in ein digitales Signal umwandeln, und einen Resonanzfrequenzdetektor 59, der die Resonanzfrequenz in der entsprechenden Schwingungsrichtung aus der Phasendifferenz im Strom und der Spannung, die in digitale Signale umgewandelt wurden, detektiert. Um die die Zeichnung zu vereinfachen, zeigt 5 nur den ADC 57xb entsprechend dem Stromdetektor 55xb und den ADC 38xb entsprechend dem Spannungsdetektor 56xb. Die anderen ADC sind in der Zeichnung weggelassen. Sofern nichts anderes angegeben ist, sind diese Komponenten insgesamt als ADC 57 und ADC 58 abgekürzt. Die Ausgabe der ADC 57 und der ADC 58 wird ebenfalls der Steuerung 31 bereitgestellt.
Durch Steuern durch die Steuerung 31 wandeln die ADC 57 die Ausgabe der Stromdetektoren 55 zu dem Zeitpunkt, zu dem die Amplitude des durch die Stromdetektoren 55 detektierte Amplitude des Stroms ein Maximum erreicht, in ein digitales Signal um. In ähnlicher Weise wandeln die ADC 58 durch Steuern der Steuerung 31 die Ausgabe der Spannungsdetektoren 56 zu dem Zeitpunkt, zu dem die Amplitude der durch die Spannungsdetektoren 56 detektierte Amplitude der Spannung ein Maximum erreicht, in ein digitales Signal um. Als ein Ergebnis können der Strom und die Spannung mit einem hohen Signal-Rausch-Verhältnis (S/N) detektiert werden, womit eine genaue Antriebssteuerung ermöglicht wird.
Es werden nun Betriebsvorgänge der optischen Abtast-Endoskopvorrichtung 10 mit Bezug auf 6 und die 7A bis 7E beschrieben. Die 6 ist ein Ablaufdiagramm, das Betriebsvorgänge beschreibt. Die 7A bis 7E stellen die Betriebszeit und den Inhalt des Betriebsvorgangs jeder Komponenten zusammen mit der Scan-Bewegungsbahn des Beleuchtungslichts dar. Die 7A zeigt die Amplitude A der Antriebsspannung, 7B zeigt die Frequenz f der Antriebsspannung, 7C zeigt die Laserleistung P der Laser 33R, 33G und 33B, 7D zeigt die Wellenform der Ausgangsspannung Vf und 7E zeigt die Scan-Bewegungsbahn des aus der Lichtleitfaser 11 für Beleuchtung ausgestrahlten Beleuchtungslichts. In den 7A bis 7D stellt die horizontale Achse t die Zeit dar.
Zunächst ist der Ausgangszustand ein Zustand, in dem der Betriebsvorgang des Ausstrahlungsendes 11b der Lichtleitfaser 11 für Beleuchtung unterbrochen ist (Schritt S01). Dieser Zustand wird als Zeitraum I in 7A dargestellt.
Als Nächstes startet die Steuerung 31 einen Resonanzfrequenz-Detektionsschritt, um die Resonanzfrequenz zu detektieren (Schritt S02). Der Resonanzfrequenz-Detektionsschritt entspricht dem Zeitraum II in 7A. Im Zeitraum II wird eine Schwingungsspannung mit einer Amplitude A, die einer vorbestimmten Amplitude V_sweep gleichkommt, einer Phase, die um 90° zwischen der X- und der Y-Richtung verschoben ist, und einer Frequenz f, die mit der Zeit ansteigt, an die piezoelektrischen Elemente 28b und 28d in der X-Richtung und an die piezoelektrischen Elemente 28a und 28c in der Y-Richtung angelegt (siehe 7A, 7B und 7D). Als ein Ergebnis wird die Schwingungsfrequenz des Ausstrahlungsendes 11b der Lichtleitfaser 11 für Beleuchtung innerhalb eines vorbestimmten Bereichs abgetastet. Der vorbestimmte Frequenzbereich wird vorab als ein Bereich vorhergesagt, der sich zum Zeitpunkt der Auslegung um die Resonanzfrequenz herum befindet und über den sich die Resonanzfrequenz ändern kann. Zu diesem Zeitpunkt sind die Laser 33R, 33G und 33B noch nicht angeschaltet (7C). Als ein Ergebnis schwingt die Ausstrahlungsstirnseite 11c der Lichtleitfaser 11 zum Beleuchten, um so einem Kreis zu folgen (7E).
Während sich die Frequenz der Antriebsspannung erhöht, werden die durch die entsprechenden Stromdetektoren 55 und Spannungsdetektoren 56 detektierten Stromsignale und Spannungssignale durch den Resonanzfrequenzdetektor 59 überwacht. Der Resonanzfrequenzdetektor 59 detektiert die Resonanzfrequenz durch Detektieren der Phasenverschiebung des Stromsignals und des Spannungssignals (die zeitliche Verschiebung des Maximalwerts eines jeden Signals). Im Allgemeinen ist von den Frequenzkennlinien der Impedanz des Schwingungsschaltkreises und der Phasenverschiebung von Strom und Spannung bekannt, dass sie wie in 8A und 8B aussehen. Zum Zeitpunkt der Schwingung mit Resonanzfrequenz ist die Impedanz minimiert und die Phasenverschiebung beträgt Null. Der Resonanzfrequenzdetektor 59 erkennt die Frequenz fr zum dem Zeitpunkt, zu dem die Phasenverschiebung des Stromsignals von dem entsprechenden Stromdetektor 55 und des Spannungssignals von dem entsprechenden Spannungsdetektor 56 Null ist, als die Resonanzfrequenz und gibt die Resonanzfrequenz an die Steuerung 31 aus.
Die Steuerung 31 bestimmt die nachfolgende Antriebsfrequenz so, dass sie sich nahe bei der detektierten Resonanzfrequenz fr befindet (Schritt S03). Die Antriebsfrequenz erlaubt ein Antreiben mit einer Frequenz nahe bei der Resonanzfrequenz fr, wobei jedoch die Antriebsfrequenz nicht genau mit fr übereinstimmen muss und einen etwas unterschiedlichen Wert aufweisen kann. Der Antriebsfrequenz-Bestimmungsschritt zum Bestimmen der Antriebsfrequenz wird während des Zeitraums II ausgeführt.
Wenn die Resonanzfrequenz nicht im Resonanzfrequenz-Detektionsschritt (Schritt S02) detektiert wird, dann ist entweder keine Ausgabe von dem Resonanzfrequenzdetektor 59 an die Steuerung 31 vorhanden oder es wird ein Signal übermittelt, das einen Fehler detektiert. In diesem Fall bestimmt die Steuerung 31, dass ein Fehler aufgetreten ist, legt die Vorrichtung still und zeigt eine Warnung an, die auf einen Fehler auf der Anzeige 40 hinweist. Mögliche Beispiele dazu, wenn die Resonanzfrequenz nicht detektiert wird, umfassen ein Brechen der Lichtleitfaser 11 zum Beleuchten und einen Fehler in den piezoelektrischen Elementen 28a bis 28d.
Unmittelbar vor dem Ende des Zeitraums II schaltet die Steuerung 31 die Laser 33R, 33G und 33B ein. Als Nächstes wird als Scan-Schritt das Objekt optisch gescannt (Schritt S04). Mit anderen Worten, im Zeitraum III legt die Steuerung 31 die Antriebsfrequenz f der an die piezoelektrischen Elemente 28b und 28d in der X-Richtung und an die piezoelektrischen Elemente 28a und 28c in der Y-Richtung angelegte Spannung bei der Resonanzfrequenz fr (7B) fest und erhöht die Amplitude A der Antriebsspannung mit der Zeit von Null auf den Maximalwert Vmax (7A). Als ein Ergebnis folgt das aus der Lichtleitfaser 11 zum Beleuchten ausgestrahlte Licht einer spiralförmigen Bewegungsbahn, in der sich der Radius mit der Zeit vergrößert (7E). Zu diesem Zeitpunkt führt die Steuerung 31 basierend auf der Ausgabe der ADCs 57 eine Regelung aus, sodass der Maximalwert des durch die Stromdetektoren 55 detektierten Stroms konstant wird. Die Steuerung 31 überwacht ebenfalls die Ausgabe der ADCs 58.
Als Nächstes unterbricht die Steuerung 31 nach Detektieren, dass die durch die ADC 58 ausgegebene Amplitude A der Antriebsspannung den Maximalwert Vmax erreicht hat, die Oszillation der Laser 33R, 33G und 33B und unterbricht ebenfalls allmählich die Schwingung der Lichtleitfaser 11 zum Beleuchten (Schritt S05). Die Schwingung wird unterbrochen, indem die Amplitude A der Antriebsspannung im Zeitraum IV, der kürzer als der Zeitraum III ist, schnell verringert wird. Durch das oben beschriebene spiralförmige Scannen wird ein kreisförmiger Bereich des Objekts 100 in 2D gescannt und es wird ein einzelnes Bild erfasst. In Falle des Erfassens des nächsten Einzelbilds kehrt die Steuerung 31 zu Schritt S02 zurück und wiederholt die Schritte S02 bis S05. Folglich stellen in dieser Ausführungsform die Steuerung 31 und die/der Antriebssteuerung/Resonanzfrequenzdetektor 38 eine Steuerung dar, die den Treiber 21 steuert.
Gemäß der optischen Abtast-Endoskopvorrichtung 10 dieser Ausführungsform kann, wie oben beschrieben, der Einführteil 23 des Endoskops 20 in Größe und Durchmesser reduziert werden, die Struktur des Treibers 21 kann vereinfacht werden, die Stromdetektoren 55 können in Größe und Kosten reduziert werden, die Genauigkeit der Stromdetektion kann verbessert werden und die Isolierung vom Patientenkreislauf kann, neben anderen Wirkungen, vereinfacht werden. Die optische Abtast-Endoskopvorrichtung 10 detektiert die Resonanzfrequenz fr vor dem Scannen des Objekts 100 und erfasst ein Bild durch optisches Scannen des Objekts unter Beobachtung bei dieser Resonanzfrequenz fr. Es ist daher möglich, einen Abfall der Leistung aufgrund einer Nichtübereinstimmung mit der Resonanzfrequenz der Faser als Ergebnis einer Veränderlichkeit zwischen den Vorrichtungen und einer Änderung mit der Zeit zu verhindern, und die Antriebsfrequenz kann entsprechend eingestellt werden. Indem das Ausstrahlungsende 11b der Lichtleitfaserfaser 11 zum Beleuchten ständig einem Schwingungsantrieb mit einer Frequenz nahe an der Resonanzfrequenz ausgesetzt wird, wird ebenfalls ein Scannen mit guter Energieeffizienz ermöglicht.
Da des Weiteren die Resonanzfrequenz detektiert wird, bevor jedes Einzelbild erfasst wird, kann die Antriebsfrequenz unmittelbar auf einen geeigneten Wert eingestellt werden, wenn sich die Resonanzfrequenz aus einem Grund, wie z. B. einem Temperaturanstieg während des Betriebs einer optischen Abtast-Endoskopvorrichtung 10, ändert. Als ein Ergebnis kann die Ausstrahlungsstirnseite 11c der Lichtleitfaser 11 zum Beleuchten über eine stabile Bewegungsbahn in Schwingung versetzt werden. Es wird somit erwartet, dass ein stabileres Bild erfasst und angezeigt werden kann.
Wenn des Weiteren im Resonanz-Detektionsschritt (Schritt S02) die Resonanzfrequenz nicht detektiert werden kann, wird die Vorrichtung stillgesetzt und es wird eine Warnung ausgegeben, wodurch eine frühe Erkennung eines Fehlers in der Vorrichtung und das Verhindern einer Fehlfunktion oder einer erhöhten Schädigung ermöglicht wird.
Anstatt ein zweites Mal die Resonanzfrequenz zu detektieren und die Antriebsfrequenz zu bestimmen nachdem das Scannen im Zeitraum IV unterbrochen wird, können diese Betriebsvorgänge durch Abtasten der Schwingungsfrequenz f um die Resonanzfrequenz herum und Detektieren der Resonanzfrequenz, während die Schwingung während des Zeitraums IV (Schritt S05) reduziert wird, ausgeführt werden. In diesem Fall kann das optische Scannen unmittelbar nach dem Unterbrechen der Schwingung (Schritt S03) starten, was die Bildrate erhöht und das Erfassen eines besseren Bildes erlaubt.
Ausführungsform 2
Die 9A, 9B und 9C sind erweiterte Schaubilder, die die Spitze des Endoskops in der optischen Abtast-Endoskopvorrichtung gemäß der Ausführungsform 2 darstellen. Diese Ausführungsform weist die Struktur der optischen Abtast-Endoskopvorrichtung 10 von Ausführungsform 1 auf, jedoch mit der Ausnahme, dass der Treiber 21 so ausgestaltet ist, dass er, anstatt von piezoelektrischen Elementen, einen Permanentmagnet 63, der an der Lichtleitfaser 11 zum Beleuchten befestigt ist, und Spulen 62a bis 62d verwendet, um ein ablenkendes Magnetfeld zu erzeugen, das den Permanentmagneten 63 antreibt. Abschnitte die mit der in der Ausführungsform 1 beschriebenen Struktur identisch sind, werden mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet und auf deren Beschreibung wird verzichtet. Die Unterschiede zur Ausführungsform 1 werden nachfolgend beschrieben. Die 9A ist ein Schnittbild der Spitze 24 des Endoskops 20, 9B ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht des Treibers 21 in 9A und 9C ist eine Schnittansicht rechtwinklig zu der optischen Achse der Lichtleitfaser 11 zum Beleuchten, die einen Abschnitt mit den Spulen 62a bis 62d zum Erzeugen eines ablenkenden Magnetfelds und den Permanentmagneten 63 von 9B darstellt.
An einem Abschnitt des Ausstrahlungsendes 11b der Lichtleitfaser 11 zum Beleuchten ist der Permanentmagnet 63, der in der axialen Richtung der Lichtleitfaser 11 zum Beleuchten magnetisiert ist und ein Durchgangsloch aufweist, mit der Lichtleitfaser 11 zum Beleuchten dadurch verbunden, dass die Lichtleitfaser 11 das Durchgangsloch durchläuft. Ein Rechteckrohr 61, dessen eines Ende an dem Befestigungsring 26 befestigt ist, ist so bereitgestellt, dass es das Ausstrahlungsende 11b umgibt, und flache Spulen 62a bis 62d zum Erzeugen eines ablenkenden Magnetfelds sind an den Seiten des Rechteckrohrs 61 an einem Abschnitt desselben bereitgestellt, der einem Pol des Permanentmagneten 63 gegenüberliegt.
Das Paar von Spulen 62a und 62c zum Erzeugen eines ablenkenden Magnetfelds in der Y-Richtung und das Paar von Spulen 62b und 62d zum Erzeugen eines ablenkenden Magnetfelds in der X-Richtung sind auf gegenüberliegenden Seiten des Rechteckrohrs 61 angeordnet, und eine Linie, die die Mitte der Spule 62a zum Erzeugen eines ablenkenden Magnetfelds mit der Mitte der Spule 62c zum Erzeugen eines ablenkenden Magnetfelds verbindet, ist rechtwinklig zu einer Linie, die die Mitte der Spule 62b zum Erzeugen eines ablenkenden Magnetfelds mit der Mitte der Spule 62d zum Erzeugen eines ablenkenden Magnetfelds nahe der Mittelachse des Rechteckrohrs 61 verbindet, wenn die Lichtleitfaser 11 zum Beleuchten darin im Ruhezustand angeordnet ist.
Die Spulen 62a bis 62d zum Erzeugen eines ablenkenden Magnetfelds stellen jeweils ein Schwingungselement dar, und die Erdanschlüsse (eine der Oberflächenelektroden) der Spulen sind gemeinsam in dem Treiber 21 verbunden. Die Erdanschlüsse der Spulen 62a bis 62d zum Erzeugen eines ablenkenden Magnetfelds sind beispielsweise gemeinsam auf dem Rechteckrohr 61 verbunden, indem die Erdanschlüsse an einem auf dem Rechteckrohr 61 ausgebildeten gemeinsamen Verbindungsverdrahtungsmuster 61 angeheftet sind. Die entsprechende Verdrahtungsleitung 13 von der/dem Antriebssteuerung/Resonanzfrequenzdetektor 38 des Steuervorrichtungskörpers 30 ist mit dem Stromversorgungsanschluss (dem anderen Ende) einer jeden der Spulen 62a bis 62d zum Erzeugen eines ablenkenden Magnetfelds verbunden. In ähnlicher Weise ist eine entsprechende Verbindungsleitung 13 von der/dem Antriebssteuerung/Resonanzfrequenzdetektor 38 mit dem Verbindungsverdrahtungsmuster 61a des Rechteckrohrs 61 verbunden. Auf diese Weise wird der Antriebsstrom von der/dem Antriebssteuerung/Resonanzfrequenzdetektor 38 an die Spulen 62a bis 62d zum Erzeugen eines ablenkenden Magnetfelds geliefert, und aufgrund der elektromagnetischen Wirkung mit dem Permanentmagneten 63 wird das Ausstrahlungsende 11b der Lichtleitfaser 11 zum Beleuchten in Schwingung versetzt.
Die 10 ist ein Ablaufdiagramm, das Betriebsvorgänge der optischen Abtast-Endoskopvorrichtung 10 gemäß dieser Ausführungsform darstellt. Da der Inhalt der Schritte in 19 nahezu derselbe wie der der Schritte in der Ausführungsform 1 ist, sind die Schritte in 10 durch Addieren von 10 zu den Bezugsziffern der entsprechenden Schritte in 6 beziffert. In dieser Ausführungsform wird jedoch nach Beginn des Betriebs der Vorrichtung die Resonanzfrequenz nur einmal detektiert (Schritt S12) und es wird die Antriebsfrequenz bestimmt (Schritt S13). Anschließend wird die Erfassung von Bilddaten durch optisches Scannen des Objekts (Schritt S14) wiederholt, bis die Steuerung 31 die Erfassung des nächsten Einzelbilds unterbricht (Schritt S16). Da die übrige Struktur und Betriebsvorgänge denjenigen von Ausführungsform 1 ähnlich sind, werden identische oder entsprechende Bestandteile mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet und auf deren Beschreibung wird verzichtet.
Gemäß dieser Ausführungsform kann die Anzahl von Verdrahtungsleitungen 13 zum elektrischen Verbinden der Spulen 62a bis 62d zum Erzeugen eines ablenkenden Magnetfelds mit der/dem Antriebssteuerung/Resonanzfrequenzdetektor 38 reduziert werden, wodurch die gleiche Wirkung wie in Ausführungsform 1 erzielt wird, wie z. B. eine Reduzierung in Größe und Durchmesser des Einführteils 23 des Endoskops 20 und eine Vereinfachung der Struktur des Treibers 21. Des Weiteren werden nach einmaligem Erfassen der Resonanzfrequenz Einzelbilder durch wiederholtes optisches Scannen erfasst. Daher können Endoskopbilder mit einer höheren Bildrate erfasst werden als in Ausführungsform 1. Da in dieser Ausführungsform die Schwingungselemente durch Spulen gebildet werden, sind die Stromdetektoren 55 nicht auf Stromwandler beschränkt und es können eine Vielzahl von bekannten Stromsensoren verwendet werden.
Ausführungsform 3
Die 11 ist ein Blockdiagramm, das die Hauptstruktur einer optischen Abtast-Endoskopvorrichtung nach Ausführungsform 3 schematisch darstellt. Diese Ausführungsform besitzt die Struktur der optischen Abtast-Endoskopvorrichtung 10 von Ausführungsform 1, mit der Ausnahme, dass die Stromversorgungsanschlüsse der piezoelektrischen Elemente (erstes Schwingungselement) 28a und 28c, die das Ausstrahlungsende 11b der Lichtleitfaser 11 zum Beleuchten in der Y-Richtung in Schwingung versetzen, und die Stromversorgungsanschlüsse der piezoelektrischen Elemente (zweites Schwingungselement) 28b und 28d, die das Ausstrahlungsende 11b in der X-Richtung in Schwingung versetzen, jeweils auf der Seite des Treibers 21 parallel geschaltet sind. Abschnitte, die mit der in Ausführungsform 1 beschriebenen Struktur identisch sind, werden mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet und auf deren Beschreibung wird verzichtet. Die Unterschiede zur Ausführungsform 1 werden nachfolgend beschrieben.
Dasselbe Antriebssignal wird an die piezoelektrischen Elemente 28a und 28c über den entsprechenden DDS 51y, DAC 52y, Verstärker 53y und die Verdrahtungsleitung 13 angelegt. In ähnlicher Weise wird dasselbe Antriebssignal an die piezoelektrischen Elemente 28b und 28d über den entsprechenden DDS 51x, DAC 52x, Verstärker 53x und die Verdrahtungsleitung 13 angelegt. Die piezoelektrischen Elemente 28a und 28c, die ein Paar bilden, sind so ausgestaltet, dass wenn das angelegte Antriebssignal eine bestimmte Polarität aufweist, sich ein erstes der piezoelektrischen Elemente 28a und 28c ausdehnt und sich ein zweites der piezoelektrischen Elemente 28a und 28c zusammenzieht, wohingegen wenn das Antriebssignal die umgekehrte Polarität aufweist, sich das zweite der piezoelektrischen Elemente 28a und 28c ausdehnt und sich das erste der piezoelektrischen Elemente 28a und 28c zusammenzieht. In ähnlicher Weise sind die piezoelektrischen Elemente 28b und 28d, die ein Paar bilden, so ausgestaltet, dass wenn das angelegte Antriebssignal eine bestimmte Polarität aufweist, sich ein erstes der piezoelektrischen Elemente 28b und 28d ausdehnt und sich ein zweites der piezoelektrischen Elemente 28b und 28d zusammenzieht, wohingegen wenn das Antriebssignal die umgekehrte Polarität aufweist, sich das zweite der piezoelektrischen Elemente 28b und 28d ausdehnt und sich das erste der piezoelektrischen Elemente 28b und 28d zusammenzieht. Als ein Ergebnis werden die piezoelektrischen Elemente 28a bis 28d durch Schwingung angetrieben.
Der in dem piezoelektrischen Elementen 28a und 28c fließende kombinierte Strom wird durch den Stromdetektor 55y, der mit einem Stromwandler (CT) bereitgestellt wird, detektiert, wird durch den ADC 57y in ein digitales Signal umgewandelt und in den Resonanzfrequenzdetektor 59 eingegeben. In ähnlicher Weise wird der in dem piezoelektrischen Elementen 28b und 28b fließende kombinierte Strom durch den Stromdetektor 55x, der mit einem Stromwandler (CT) bereitgestellt wird, detektiert, wird durch den ADC 57x in ein digitales Signal umgewandelt und in den Resonanzfrequenzdetektor 59 eingegeben. Die an die piezoelektrischen Elemente 28a und 28c angelegte Schwingungsspannung wird durch den Spannungsdetektor 56y detektiert, durch den ADC 58y in ein digitales Signal umgewandelt und in den Resonanzfrequenzdetektor 59 eingegeben. In ähnlicher Weise wird die an die piezoelektrischen Elemente 28b und 28d angelegte Schwingungsspannung durch den Spannungsdetektor 56x detektiert, wird durch den ADC 58x in ein digitales Signal umgewandelt und in den Resonanzfrequenzdetektor 59 eingegeben. Die Ausgabe der ADC 57x und 57y und der ADC 58x und 58y wird ebenfalls der Steuerung 31 bereitgestellt. Um die Zeichnung zu vereinfachen zeigt 11 nur den ADC 57x entsprechend dem Stromdetektor 55x und den ADC 58x entsprechend dem Spannungsdetektor 56x. Die anderen ADC sind in der Zeichnung weggelassen. Die verbleibende Struktur und Betriebsvorgänge ähneln denjenigen der Ausführungsform 1.
Gemäß dieser Ausführungsform sind in dem Treiber 21 die Erdanschlüsse der piezoelektrischen Elemente 28a bis 28d gemeinsam verbunden und die Stromversorgungsanschlüsse der piezoelektrischen Elemente 28b und 28d, die in der X-Richtung ein Paar bilden, und die Stromversorgungsanschlüsse der piezoelektrischen Elemente 28a und 28c, die in der Y-Richtung ein Paar bilden, sind jeweils parallel geschaltet. Dementsprechend wird die Anzahl von Verdrahtungsleitungen 13 zum elektrischen Verbinden der piezoelektrischen Elemente 28a bis 28d mit der/dem Antriebssteuerung/Resonanzfrequenzdetektor 38 auf drei reduziert. Somit kann die Anzahl von Verdrahtungsleitungen 13 unter die Anzahl in Ausführungsform 1 reduziert werden, was vorteilhaft dahingehend ist, dass eine weitere Reduzierung in Größe und Durchmesser des Einführteils 23 des Endoskops 20 ermöglicht wird.
Diese Offenbarung ist nicht auf nur die obengenannten Ausführungsformen beschränkt und es kann eine Vielzahl von Änderungen oder Modifikationen vorgenommen werden. Beispielsweise ist das optische Scannen nicht auf ein spiralförmiges Scannen beschränkt und kann stattdessen ein Rasterscannen sein. In diesem Fall wird die Lichtleitfaser zum Beleuchten nur in der Resonanzfrequenz in einer der XY-Scanrichtungen in Schwingung versetzt. Des Weiteren ist das Schwingungsantriebsmittel nicht auf ein Verfahren, das Spulen und einem Magneten verwendet oder ein Verfahren, das piezoelektrische Elemente verwendet, beschränkt. Es können beliebige andere Schwingungsantriebsmittel verwendet werden. Im Falle der Verwendung von Spulen können zwei Spulen in Reihe ein Schwingungselement darstellen. Des Weiteren ist die Resonanzfrequenz nicht derart beschränkt, dass sie bei jedem Scannen oder bei Beginn des Antreibens der Vorrichtung detektiert werden muss, sondern kann stattdessen zu beliebigen Zeitpunkten detektiert werden. Mögliche Einstellungen umfassen beispielsweise eine Detektion pro mehrere Scans, eine Detektion pro Tag oder eine Detektion nach Benutzeranweisung. Diese Offenbarung ist nicht auf eine Endoskopvorrichtung beschränkt und kann ebenfalls für eine Verwendung in einer anderen Vorrichtung, wie einem Mikroskop oder einem Projektor angepasst werden.
Bezugszeichenliste

10: Optische Abtast-Endoskopvorrichtung
11: Lichtleitfaser zum Beleuchten
11b: Ausstrahlungsende
21: Treiber
28a bis 28d: piezoelektrisches Element
29a: Verbindungsverdrahtungsmuster
31: Steuerung
33R, 33G, 33B: Laser
35: Photodetektor
37: Bildprozessor
38: Antriebssteuerung/Resonanzfrequenzdetektor
55: Stromdetektionsschaltkreis
61a: Verbindungsverdrahtungsmuster
62a bis 62d: Spule zum Erzeugen eines ablenkenden Magnetfelds
63: Permanentmagnet
100: Objekt

Claims

Optische Abtastvorrichtung, die Folgendes umfasst: eine Lichtleitfaser; einen Treiber, der dazu ausgestaltet ist, ein Abstrahlungsende der Lichtleitfaser anzutreiben; einen Stromdetektor, der dazu ausgestaltet ist, einen in dem Treiber fließenden Strom zu detektieren; und eine Steuerung, die dazu ausgestaltet ist, Licht zu scannen, das aus der Lichtleitfaser ausgestrahlt wird, indem der Treiber basierend auf einer Ausgabe des Stromdetektors gesteuert wird; wobei der Treiber mehrere Schwingungselemente umfasst; Erdanschlüsse der Schwingungselemente gemeinsam mit dem Treiber verbunden sind; und der Stromdetektor den Strom an einem Stromversorgungsanschluss der Schwingungselemente detektiert.
Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Stromdetektor einen Stromwandler umfasst.
Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der der Schwingungsabschnitt mehrere erste Schwingungselemente umfasst, die das Ausstrahlungsende in einer ersten Richtung zum Schwingen bringen und mehrere zweite Schwingungselemente umfasst, die das Ausstrahlungsende in einer von der ersten Richtung unterschiedlichen zweiten Richtung zum Schwingen bringen; Stromversorgungsanschlüsse der ersten Schwingungselemente gemeinsam mit dem Treiber verbunden sind; und Stromversorgungsanschlüsse der zweiten Schwingungselemente gemeinsam mit dem Treiber verbunden sind.
Optische Abtastvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Steuerung den Treiber basierend auf der Ausgabe des Stromdetektors zu einem Zeitpunkt steuert, wenn eine Amplitude des Stroms maximiert ist.
Optische Abtastvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Steuerung den Treiber so steuert, dass ein Maximalwert des durch den Stromdetektor detektierten Stroms konstant wird.
Optische Abtastbeobachtungsvorrichtung, die Folgendes umfasst: die optische Abtastvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5; einen Photodetektor, der dazu ausgestaltet ist, Licht zu detektieren, das von einem Objekt durch optisches Abtasten mit der optischen Abtastvorrichtung erhalten wird, und das Licht in ein elektrisches Signal umzuwandeln; und einen Bildprozessor, der dazu ausgestaltet ist, basierend auf dem durch den Photodetektor ausgegeben elektrischen Signal ein Bild zu erzeugen.