JP5371222B2 - 光ファイバ走査装置 - Google Patents
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Description
光伝送器を、出口先端部から離れて配置された取付台内に支持すること、
光伝送器に対して、取付台と出口先端部の間に駆動力を加えること、
光伝送器を、第1の方向に第1の駆動力で共振的に振動するように、また第1の方向と直交する第2の方向に第2の駆動力で非共振的に振動するように駆動すること、および
光伝送器の出口先端部が走査パターンを実施するように、光伝送器の第1の方向の振動を、光伝送器の第2の方向の振動と同期させること
を含む方法が提供される。
光伝送器上(取付台の近くなど)に取り付けられ、軸方向に分極された磁石と、磁石を第1の方向に駆動するための駆動コイル、および磁石の第1の方向の位置を示す位置信号の生成で使用する信号をもたらすためのセンサコイルを備え、磁石の両側で第1の方向に配置され、軸方向に向けられた第1の電磁石コイル対と、磁石を第2の方向に駆動するための、磁石の両側で第2の方向に配置され、軸方向に向けられた第2の電磁石コイル対とで、光伝送器を駆動すること、および
第1の方向の光伝送器の振動を維持するために(また、任意選択で、画像表示装置を同期させるために)、位置信号を使用して正帰還をもたらすこと
を含むことができる。
出口先端部を有する光伝送器と、
光伝送器を支持するための、出口先端部から離れて配置された取付台と、
光伝送器を、第1の方向に第1の駆動力で共振的に振動するように、また第1の方向と直交する第2の方向に第2の駆動力で非共振的に振動するように駆動するための駆動部と、
光伝送器の出口先端部が走査パターンを実施するように、光伝送器の第1の方向の振動を、光伝送器の第2の方向の振動と同期させるためのシンクロナイザと
を備える走査装置であって、
駆動部は、光伝送器に対し、取付台と出口先端部との間において駆動力を加える
走査装置を提供する。
光伝送器上(取付台の近くなど)に取り付けられ、軸方向に分極された磁石と、
磁石を第1の方向に駆動するための駆動コイル、および磁石の第1の方向の位置を示す位置信号の生成で使用する信号をもたらすためのセンサコイルを備え、磁石の両側に第1の方向に配置され、軸方向に向けられた第1の電磁石コイル対と、
磁石を第2の方向に駆動するための、磁石の両側に第2の方向に配置され、軸方向に向けられた第2の電磁石コイル対と
を備える駆動部であって、
位置信号が、光伝送器の第1の方向の振動を維持するための帰還をもたらすのに(また、任意選択で、画像表示を同期させるのに)適している
駆動部を含むことができる。
スキャナ40のX電子回路は、磁石48のx位置を送出し、(正帰還ループを用いて)オーバトーンでの偏向を制御し、(負帰還ループを用いて)基本周波数での振動を抑制し、また画像同期化をもたらすことによって、x方向の共振走査を制御する。
図8は、X電子回路の回路図であり、この図はまた、X駆動コイル56aとXセンサコイル56bとの間のファイバ42および磁石48も示す。磁石48がXコイル間で移動するので、Xセンサコイル56bに対する磁石の運動のため、磁石の(位置ではなく)速度に比例するemfがXセンサコイル56b内に誘導される。X駆動コイル56aの磁界からXセンサコイル56b内への、かなりの直接誘導もある。より正確には、相互インダクタンスが、駆動電流の微分に比例する信号をもたらす。信号は、共振から容易に測り分けられ、定量化することができる。
正帰還ループ内の高域フィルタが、(回路図の右上の)X検知信号からオーバトーンを選択する。そうでない場合、ファイバは、約200Hzの基本周波数で開始することができる。信号経路は、オーバトーン選択フィルタを通り、全通過移相器を介してリミッタまで続く。このリミッタは、振幅を制御するための(正帰還発振器に必要な)非直線性をもたらす。ある一定のファイバ偏向振幅より上で、リミッタが電源レールに制限された信号を生成する。次いで、この一定の振幅信号が、所望の走査をもたらすために、駆動段への入力端で適当に減衰される。したがって駆動波形は、リミッタのため、厳密に正弦波状ではなくむしろ方形であり、そのことが、X検知信号に駆動信号からの汚染がないように調整するのを助ける。駆動信号が正弦波であれば、汚染はより明白でないことになる。方形波駆動の場合、オシロスコープを使用して、X検知に加わった方形波をなくすように補償を調整することができる。
振動減衰に使用される負帰還ループのいくつかの特性は、上述の正のループと際立った対照をなす。例えば、負のループは、発振ループを妨げずに、周波数範囲全体にわたって位相余裕を維持しながら、最大に可能なループ利得をもたらし、直線性をもたらし、より低い周波数領域(特に、基本機械的共振)を強めることを目的とする。意図される負のループは、重要な周波数範囲の外側で、容易に正になることができる。
走査と走査からの画像形成の関係の間には、区別がつけられるべきである。さらに、スキャナ40は、ファイバ42によって放出されている、またはファイバ42に反射し戻されている励起光または戻り光とは独立した、画像形成用の同期化を別途設ける。バーコード走査などの適用分野では、必要な情報全てを対象物からピックアップすることができるが、高信頼性内視鏡の画像形成の場合、画像を生成することができるように、ファイバ42の先端部の位置を知ることが必要である。
図9は、ファイバ42および磁石48をy方向に移動させるようにY駆動を制御する、スキャナ40のY電子回路の回路図である。Yコイル54a、54bはどちらも、対称性、および磁石の十分な偏向を得るためという理由から、駆動電流を通す。
上記で論じた潜在的な摂動の影響に加えて、走査への単純な振動の干渉、およびよりかすかなパラメトリック変調の影響(その場合、振幅が取付台のコンプライアンスに依存する)が、問題となる恐れがある。前者は、(生体内の内視鏡内での運動などの)使用中のスキャナの運動から生ずる。
X専用ファイバ片持ばりを、軽量の取付台を用いてテストした。次いで、X検知信号を、一定の駆動を用いてさまざまな取付け条件下で測定した。基部から多少離れた距離のところでパイラを用いて締め付けると、組立体と一緒に共振するように思われた1つの場合を除き、振幅がわずか数パーセント変動した。ファイバ取付け領域に接触することでしか、この影響はなくならなかった。
42 光ファイバ
44 取付台
46 円筒形ハウジング
48 永久磁石
50 電磁石コイル
54a Yコイル
54b Yコイル
56a X駆動コイル
56b Xセンサコイル
60 円形コイル
62 ハウジング
66 楕円形コイル
70 基本周波数
72 オーバトーン周波数
80 正弦/のこぎり歯状のパターン(偏向)
82 先端部
84 中央部分
90 円形枠
92 横はり
100 ファイバ取付台
102 基部
104 片持ばり
108 上部溝
120 コイルホルダ
122 内部陥凹
124 楕円形電磁石コイル
Claims (28)
- 出口先端部を有する光伝送器を走査する方法であって、
前記光伝送器を、前記出口先端部から離れて配置された取付台内に支持する段階と、
第1の方向に前記光伝送器を共振的に振動させるように前記光伝送器を駆動するよう、前記取付台と前記出口先端部との間において前記光伝送器に対して第1の駆動力を加える段階と、
前記第1の方向と直交する第2の方向に前記光伝送器を非共振的に振動させるように前記取付台と前記出口先端部との間において前記光伝送器に対して第2の駆動力を加える段階と、
を含み、
前記光伝送器の前記出口先端部が走査パターンを実施するように、前記光伝送器の前記第1の方向の振動と、前記光伝送器の前記第2の方向の振動とを同期させ、
前記走査パターンが、前記光伝送器が前記第1の方向に正弦振動を、また前記第2の方向に直線振動を実施した状態で、直線のラスター走査に近づくことを特徴とする方法。 - 前記光伝送器を前記第1の方向に、機械的共振の第1のオーバトーンで振動させる段階を含むことを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 前記光伝送器上に取り付けられ、軸方向に分極された磁石と、前記磁石を前記第1の方向に駆動するための駆動コイル、および前記磁石の前記第1の方向の位置を示す位置信号の生成で使用する信号をもたらすためのセンサコイルを備え、前記磁石の両側で前記第1の方向に配置され、軸方向に向けられた第1の電磁石コイル対と、前記磁石を前記第2の方向に駆動するための、前記磁石の両側で前記第2の方向に配置され、軸方向に向けられた第2の電磁石コイル対とで、前記光伝送器を駆動する段階と、
前記第1の方向の光伝送器の振動を維持するために、前記位置信号を使用して正帰還をもたらす段階と
を含むことを特徴とする、請求項1または2に記載の方法。 - 前記位置信号を、画像表示装置を同期させるために使用する段階を含むことを特徴とする、請求項3に記載の方法。
- 前記位置信号を、前記センサコイルの出力信号を積分することによって得る段階を含むことを特徴とする、請求項3または4に記載の方法。
- 前記駆動コイルを駆動電流で駆動する段階と、前記駆動コイルの磁界によって前記センサコイル内に誘導された電流による前記位置信号の汚染を補償するために、前記駆動電流に比例する信号を前記位置信号から減じる段階とを含むことを特徴とする、請求項3から5のいずれか一項に記載の方法。
- 前記磁石が大幅に回転することなく横方向に移動するように、前記磁石をほぼ振動の腹のところに配置するか、または必要な光伝送器長を最小に抑えるために、オーバトーン周波数対磁石位置の曲線におけるほぼ最小値のところに配置する段階を含むことを特徴とする、請求項3から6のいずれか一項に記載の方法。
- 前記磁石を、振動の腹と、オーバトーン周波数対磁石位置の曲線における最小値の実質的に両方のところに配置する段階を含むことを特徴とする、請求項3から6のいずれか一項に記載の方法。
- 前記光伝送器を、前記第2のコイル対の低周波数交流励振で、前記第2の方向に非共振的に振動させる段階を含むことを特徴とする、請求項3から6のいずれか一項に記載の方法。
- 前記光伝送器を、前記第2のコイル対の変動直流励振で、前記第2の方向に非共振的に振動させる段階を含むことを特徴とする、請求項3から6のいずれか一項に記載の方法。
- 回復力を、前記光伝送器の弾性を用いてもたらす段階を含むことを特徴とする、請求項10に記載の方法。
- 前記光伝送器が、1本の光ファイバ、または複数の光ファイバ、または光ファイバ束を備えることを特徴とする、請求項1から11のいずれか一項に記載の方法。
- 前記光伝送器を、前記第2の方向のコンプライアンスとは大幅に異なるコンプライアンスを前記第1の方向に有するように取り付ける段階を含むことを特徴とする、請求項1から12のいずれか一項に記載の方法。
- 前記光伝送器を、薄い横はり上に取り付ける段階を含むことを特徴とする、請求項1から13のいずれか一項に記載の方法。
- 前記光伝送器を、前記第1および第2の方向の一方が、前記第1および第2の方向の他方よりも低い共振周波数を有する片持ばり上に取り付ける段階を含むことを特徴とする、請求項1から14のいずれか一項に記載の方法。
- 出口先端部を有する光伝送器と、
前記光伝送器を支持するよう構成され、かつ前記出口先端部から離れて配置された取付台と、
第1の方向に前記光伝送器を共振的に振動させるように前記取付台と前記出口先端部との間において前記光伝送器に対して第1の駆動力を加えるように、かつ前記第1の方向と直交する第2の方向に前記光伝送器を非共振的に振動させるように前記取付台と前記出口先端部との間において前記光伝送器に対して第2の駆動力を加えるよう構成された駆動部と、
を備える走査装置であって、
前記光伝送器の前記出口先端部が走査パターンを実施するように、前記光伝送器の前記第1の方向の振動と、前記光伝送器の前記第2の方向の振動とは同期させられるようになっており、
前記走査パターンが、前記光伝送器が前記第1の方向に正弦振動を、また前記第2の方向に直線振動を実施した状態で、直線のラスター走査に近づくようになっていることを特徴とする走査装置。 - 前記光伝送器上に取り付けられ、軸方向に分極された磁石と、
前記磁石を前記第1の方向に駆動するための駆動コイル、および前記磁石の前記第1の方向の位置を示す位置信号の生成で使用する信号をもたらすためのセンサコイルを備え、前記磁石の両側に前記第1の方向に配置され、軸方向に向けられた第1の電磁石コイル対と、
前記磁石を前記第2の方向に駆動するための、前記磁石の両側に前記第2の方向に配置され、軸方向に向けられた第2の電磁石コイル対と
を備える駆動部であって、
前記位置信号が、光伝送器の前記第1の方向の振動を維持するための帰還をもたらすのに適している
駆動部を備えることを特徴とする、請求項16に記載の装置。 - 前記センサコイルの出力信号を積分して、前記位置信号を生成するための積分器を含むことを特徴とする、請求項17に記載の装置。
- 前記駆動コイルの磁界によって前記センサコイル内に誘導された電流による前記位置信号の汚染を補償するために、駆動電流に比例する信号を前記位置信号から減じるように構成されたことを特徴とする、請求項17または18に記載の装置。
- 前記磁石が大幅に回転することなく横方向に移動するように、前記磁石がほぼ振動の腹のところに配置されるか、またはオーバトーン周波数対磁石位置の曲線におけるほぼ最小値のところに配置されるか、または振動の腹と前記オーバトーン周波数対磁石位置の曲線における最小値の実質的に両方のところに配置されることを特徴とする、請求項17から19のいずれか一項に記載の装置。
- 前記光伝送器を、前記第2のコイル対の低周波数交流励振で、前記第2の方向に非共振的に振動させるように構成されることを特徴とする、請求項17から20のいずれか一項に記載の装置。
- 前記第2のコイル対を励振させ、それによって前記光伝送器を前記第2の方向に非共振的に振動させるための変動直流源をさらに備えることを特徴とする、請求項17から21のいずれか一項に記載の装置。
- 前記光伝送器に回復力をもたらすための、他の弾性機構をさらに備えることを特徴とする、請求項16から22のいずれか一項に記載の装置。
- 前記取付台が、前記第1および第2の方向に大幅に異なるコンプライアンスを有することを特徴とする、請求項16から23のいずれか一項に記載の装置。
- 前記光伝送器からの戻り光を処理して、そこから生成された画像を表示するための画像形成システムを備えることを特徴とする、請求項16から24のいずれか一項に記載の装置。
- 前記装置が、約3.0〜4.5mmの直径、および約23〜30mmの長さを有することを特徴とする、請求項16から25のいずれか一項に記載の装置。
- 請求項16に記載の走査装置を備えることを特徴とする画像形成装置。
- 請求項16に記載の走査装置を備えることを特徴とする、顕微鏡、内視鏡、内視顕微鏡、光干渉断層計、共焦点顕微鏡、共焦点内視鏡、または共焦点多光子内視鏡。
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