JP6013627B2 - 走査型内視鏡装置 - Google Patents

Description

本発明は、走査型内視鏡装置に関し、特に、被写体を走査して画像を取得する走査型内視鏡装置に関する。

従来より、医療分野の内視鏡装置においては、被検者の負担を軽減するために、当該被検者の体腔内に挿入される挿入部を細径化するための種々の技術が提案されている。その提案の一つに、例えば、前述の挿入部に相当する部分に固体撮像素子を有しない走査型内視鏡装置がある。

例えば、特表２０１０−５３４８６２号公報には、圧電アクチュエータを用いて、片持ち式光ファイバを作動させて、渦巻き形の２次元走査パターンで光ファイバを動かす走査型内視鏡装置が提案されている。

特表２０１０−５３４８６２号公報に開示の走査型内視鏡装置では、渦巻き形の２次元走査パターンで被写体を走査するように、照明光を出射する照明用ファイバの先端部を駆動し、当該被写体からの戻り光を照明用ファイバの周囲に配置された受光用ファイバで受光する。

そして、受光用ファイバで受光された戻り光を色成分毎に分離して得た信号を用いて当該被写体の画像が生成される。細径な挿入部を実現するためには、細径な光ファイバの先端部を駆動する圧電素子などのアクチュエータ部品も小さくなければならない。

しかし、アクチュエータ部品は温度特性を有するため、被写体上に形成される照明光の２次元走査パターンのサイズが温度によって変化してしまうという問題がある。
さらに、アクチュエータ部品自体には、駆動信号に対するアクチュエータの変位量に個体差がある。特に、誘電体を利用したアクチュエータの場合、個体差は大きい。

温度を検出する温度センサや変位量を検出する変位量センサを、挿入部の先端に設け、検出された温度あるいは変位量に応じて、アクチュエータの駆動信号を制御するようにすることも考えられるが、挿入部の先端にセンサを設けることは、挿入部の外径が大きくなってしまうため、好ましくない。

そこで、本発明は、挿入部の外径が大きくなることなく、アクチュエータを駆動したときの、アクチュエータの個体差による照明光の２次元走査パターンの変動を抑制することができる走査型内視鏡装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様の走査型内視鏡装置は、照明光を出射する光源と、内視鏡の挿入部内に挿通され、本体装置に配置された前記光源からの前記照明光を基端から先端へ導光する光ファイバと、前記内視鏡に配置され、前記光ファイバから出射される前記照明光が被写体上で走査を行うように、前記光ファイバの先端を駆動する誘電アクチュエータと、前記内視鏡に配置され、前記誘電アクチュエータを駆動する駆動信号に係る第１パラメータと、前記誘電アクチュエータの変位量に係る前記誘電アクチュエータに固有の第２パラメータの相関関係に関する相関情報を記憶する記憶部と、前記本体装置に配置され、前記誘電アクチュエータを駆動する前記駆動信号を検出する駆動信号検出部と、前記本体装置に配置され、前記誘電アクチュエータの個体差にかかわらず前記変位量が所定値になるように、前記相関情報と、前記駆動信号検出部において検出された前記駆動信号とに基づいて、前記誘電アクチュエータを駆動する前記駆動信号を補正する補正部と、を有する。

本発明の実施の形態に関わる内視鏡装置１の構成を示す構成図である。 本発明の実施の形態に関わる、被写体の表面に設定される仮想的なXY平面の一例を示す図である。 本発明の実施の形態に関わる、内視鏡に設けられたX軸用のアクチュエータ１５Xに供給される第１の駆動信号の信号波形の一例を示す図である。 本発明の実施の形態に関わる、内視鏡に設けられたY軸用のアクチュエータ１５Yに供給される第２の駆動信号の信号波形の一例を示す図である。 本発明の実施の形態に関わる、図２のような仮想的なXY平面に照明光が照射された場合における、点SAから点YMAXに至るまでの照明光の照射点座標の時間的な変位を説明するための図である。 本発明の実施の形態に関わる、図２のような仮想的なXY平面に照明光が照射された場合における、点YMAXから点SAに至るまでの照明光の照射点座標の時間的な変位を説明するための図である。 本発明の実施の形態に関わるX軸用のアクチュエータ１５Xの構成を示す模式図である。 本発明の実施の形態に関わる、アクチュエータの温度Tと電流Iの関係を示すグラフg1である。 本発明の実施の形態に関わる、アクチュエータの温度Tと変位量Dの関係を示すグラフg2である。 本発明の実施の形態に関わる、内視鏡２のメモリ１６に記憶される、相関係数情報テーブルTBLの構成を示す図である。 本発明の実施の形態に関わる、コントローラ２５の駆動波形補正処理の流れの例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態に関わる、算出された変位量Dxと基準変位量Drxとの関係を説明するための図である。 本発明の実施の形態に関わる、変位量Dx及びDyが変化することによる照明光の照明範囲の変化を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本実施の形態に関わる内視鏡装置１の構成を示す構成図である。内視鏡装置１は、図１に示すように、被検者の体腔内に挿入される走査型内視鏡（以下、内視鏡という）２と、内視鏡２を接続可能な本体装置３とを有して構成される走査型内視鏡装置である。

本体装置３には、内視鏡画像を表示するためのモニタ４が接続されている。本体装置３には、操作指示及び各種設定のための入力装置（図示せず）が接続されており、ユーザは、その入力装置から、内視鏡画像の表示、撮影、記録などの各種動作指示を内視鏡装置１に与えることができる。

内視鏡２は、被検者の体腔内に挿入可能な細長形状及び可撓性を備えて形成された挿入部１１を有して構成されている。挿入部１１の基端部は、本体装置３に着脱自在に構成されている。

挿入部１１は、照明用ファイバ１２と、受光用ファイバ１３と、集光光学系１４と、アクチュエータ１５と、メモリ１６とを有している。メモリ１６は、フラッシュメモリなどの書き換え可能な不揮発性のメモリである。集光光学系１４は、レンズ１４ａと１４ｂとを有している。

本体装置３は、光源ユニット２１と、ドライバユニット２２と、検出ユニット２３と、メモリ２４と、コントローラ２５とを有して構成されている。
光源ユニット２１は、３つの光源３１ａ、３１ｂ、３１ｃと、合波器３２を有し、照明光を出射する光源である。

ドライバユニット２２は、信号発生器３３と、２つのデジタル・アナログ変換器（以下、D/A器という）３４ａ、３４ｂと、２つのアンプ３５ａ、３５ｂを有している。
検出ユニット２３は、分波器３６と、検出部３７と、アナログ・デジタル変換部（以下、A/D変換部という）３８を有している。

メモリ２４は、フラッシュメモリなどの書き換え可能な不揮発性メモリである。
コントローラ２５は、中央処理装置（CPU）、ROM、RAMを含んで構成される。コントローラ２５は、ROMあるいはメモリ２４に記憶された所定のソフトウエアプログラムを読み出して実行することにより、各種機能が実現される。
なお、各種機能は、ソフトウエアプログラムにより実現されるが、ハードウエア回路により実現してもよい。

照明用ファイバ１２と受光用ファイバ１３は、挿入部１１の内部に基端部から先端部にかけて挿通されている。すなわち、照明用ファイバ１２は、内視鏡２の挿入部１１内に挿通され、照明光を基端から先端へ導光する光ファイバである。
照明用ファイバ１２は、本体装置３の光源ユニット２１から供給された照明光を集光光学系１４へ導く導光部材である。

受光用ファイバ１３は、被写体からの戻り光を受光して本体装置３の検出ユニット２３へ導く導光部材である。すなわち、受光用ファイバ１３は、内視鏡２の挿入部１１内に挿通され、被写体からの戻り光を先端から基端へ導光する光ファイバである。
照明用ファイバ１２の光入射面を含む端部は、本体装置３の内部に設けられた合波器３２の出力端に配設されている。また、照明用ファイバ１２の光出射面を含む端部１２ａは、挿入部１１の先端部に設けられたレンズ１４ａの光入射面の近傍に配置されている。

受光用ファイバ１３の光入射面を含む端部１３ａは、挿入部１１の先端部の先端面における、レンズ１４ｂの光出射面の周囲に配置され固定されている。また、受光用ファイバ１３の光出射面を含む端部は、本体装置３の内部に設けられた分波器３６の入力端に接続されている。

集光光学系１４は、照明用ファイバ１２の光出射面を経た照明光が入射されるレンズ１４ａと、レンズ１４ａを経た照明光を被写体へ出射するレンズ１４ｂと、を有して構成されている。

挿入部１１の先端部側における照明用ファイバ１２の中途部には、アクチュエータ１５が取り付けられている。アクチュエータ１５は、本体装置３のドライバユニット２２から供給される駆動信号に基づいて駆動される。

以下、挿入部１１の長手方向の軸に相当する挿入軸（または集光光学系１４の光軸）に対して垂直な仮想の平面を、図２に示すようなXY平面として、被写体の表面に設定する場合を例に挙げて説明を進める。

図２は、被写体の表面に設定される仮想的なXY平面の一例を示す図である。
具体的には、図２のXY平面上の点SAを、紙面手前側から奥側に相当する方向に挿入部１１の挿入軸が存在する位置として仮想的に設定した場合における、当該挿入軸と紙面との交点として示している。また、図２のXY平面におけるX軸方向は、紙面左側から右側に向かう方向として設定されている。また、図２のXY平面におけるY軸方向は、紙面下側から上側に向かう方向として設定されている。また、図２のXY平面を構成するX軸及びY軸は、点SAにおいて交差している。点SAは、照明用ファイバ１２の端部１２ａが静止しているときの中心位置Oにあるときにおける照明光の照射点である。

図１に戻り、アクチュエータ１５は、本体装置３のドライバユニット２２から供給される第１の駆動信号に基づき、照明用ファイバ１２の光出射面を含む端部をX軸方向に揺動させるように動作するX軸用のアクチュエータ１５Xと、本体装置３のドライバユニット２２から供給される第２の駆動信号に基づき、照明用ファイバ１２の光出射面を含む端部をY軸方向に揺動させるように動作するY軸用のアクチュエータ１５Yと、を有して構成されている。

X軸用のアクチュエータ１５X及びY軸用のアクチュエータ１５Yの各々は、例えば、１以上の圧電素子をそれぞれ具備して構成されている。ここでは、アクチュエータ１５X及び１５Yは、強誘電体を用いたアクチュエータである。そして、照明用ファイバ１２の光出射面を含む端部１２ａは、前述のようなアクチュエータ１５X及び１５Yの動作に伴い、点SAを中心として渦巻状に揺動される。すなわち、アクチュエータ１５は、駆動電圧が印加されることにより、照明用ファイバ１２から出射される照明光が被写体上で走査を行うように、照明用ファイバ１２の先端である端部１２ａを駆動する誘電アクチュエータである。そして、アクチュエータ１５は、照明用ファイバ１２の先端を、互いに直交する２つの方向に動かすための２つのアクチュエータ１５X及び１５Yを有する。

X軸用のアクチュエータ１５Xは、例えば、分極方向がX軸の負方向（図２の紙面右から左へ向かう方向）に一致するように予め分極処理が施された圧電素子により形成されており、ドライバユニット２２から出力される第１の駆動信号に応じ、正の値の電圧が印加された際に（駆動信号の供給に伴って発生する電界の方向が分極方向に対して順方向である場合に）Z軸方向（紙面の法線方向）に沿って収縮するとともに、負の値の電圧が印加された際に（駆動信号の供給に伴って発生する電界の方向が分極方向に対して逆方向である場合に）Z軸方向に沿って伸長するように構成されている。

Y軸用のアクチュエータ１５Yは、例えば、分極方向がY軸の負方向（図２の紙面上から下へ向かう方向）に一致するように予め分極処理が施された圧電素子により形成されており、ドライバユニット２２から出力される第２の駆動信号に応じ、正の値の電圧が印加された際にZ軸方向に沿って収縮するとともに、負の値の電圧が印加された際にZ軸方向に沿って伸長するように構成されている。

挿入部１１の内部には、アクチュエータ１５X及び１５Y固有の情報、具体的には後述する相関係数情報、が格納されたメモリ１６が設けられている。そして、メモリ１６に格納された情報は、内視鏡２が本体装置３に接続された際に、本体装置３のコントローラ２５により読み出しができるように、メモリ１６は、コントローラ２５と信号線により接続される。コントローラ２５により読み出された情報は、メモリ２４に格納される。

光源ユニット２１の光源３１ａは、例えばレーザ光源等を具備し、コントローラ２５の制御により発光された際に、赤色の波長帯域の光（以降、R光とも称する）を合波器３２へ出射するように構成されている。

光源３１ｂは、例えばレーザ光源等を具備し、コントローラ２５の制御により発光された際に、緑色の波長帯域の光（以降、G光とも称する）を合波器３２へ出射するように構成されている。

光源３１ｃは、例えばレーザ光源等を具備し、コントローラ２５の制御により発光された際に、青色の波長帯域の光（以降、B光とも称する）を合波器３２へ出射するように構成されている。

合波器３２は、光源３１ａから発せられたR光と、光源３１ｂから発せられたG光と、光源３１ｃから発せられたB光と、を合波して照明用ファイバ１２の光入射面に供給するように構成されている。

ドライバユニット２２の信号発生器３３は、コントローラ２５の制御に基づき、照明用ファイバ１２の光出射面を含む端部１２ａをX軸方向に揺動させる第１の駆動制御信号として、例えば、下記数式（１）により示されるような波形を具備する信号を生成してD/A変換器３４ａに出力するように構成されている。なお、下記数式（１）において、X(t)は時刻tにおける信号レベルを表し、aは時刻tに依存しない振幅値を表し、G(t)は正弦波sin(2πft)の変調に用いられる所定の関数を表すものとする。

X(t)=a×G(t)×sin(2πft) ・・・（１）
また、信号発生器３３は、コントローラ２５の制御に基づき、照明用ファイバ１２の光出射面を含む端部１２ａをY軸方向に揺動させる第２の駆動制御信号として、例えば、下記数式（２）により示されるような波形を具備する信号を生成してD/A変換器３４ｂに出力するように構成されている。なお、下記数式（２）において、Y(t)は時刻tにおける信号レベルを表し、bは時刻tに依存しない振幅値を表し、G(t)は正弦波sin(2πft+φ)の変調に用いられる所定の関数を表し、φは位相を表すものとする。

Y(t)=b×G(t)×sin(2πft+φ) ・・・（２）
D/A変換器３４ａは、信号発生器３３から出力されたデジタルの第１の駆動制御信号をアナログの電圧信号である第１の駆動信号に変換してアンプ３５ａへ出力するように構成されている。

D/A変換器３４ｂは、信号発生器３３から出力されたデジタルの第２の駆動制御信号をアナログの電圧信号である第２の駆動信号に変換してアンプ３５ｂへ出力するように構成されている。

アンプ３５ａは、D/A変換器３４ａから出力された第１の駆動信号を増幅してX軸用のアクチュエータ１５Xへ出力するように構成されている。
アンプ３５ｂは、D/A変換器３４ｂから出力された第２の駆動信号を増幅してY軸用のアクチュエータ１５Yへ出力するように構成されている。

ここで、例えば、上記数式（１）及び（２）において、a＝bかつφ＝π／２に設定された場合には、図３に示すような信号波形を具備する電圧信号である第１の駆動信号がX軸用のアクチュエータ１５Xに供給されるとともに、図４に示すような信号波形を具備する電圧信号である第２の駆動信号がY軸用のアクチュエータ１５Yに供給される。

図３は、内視鏡に設けられたX軸用のアクチュエータ１５Xに供給される第１の駆動信号の信号波形の一例を示す図である。図４は、内視鏡に設けられたY軸用のアクチュエータ１５Yに供給される第２の駆動信号の信号波形の一例を示す図である。

図３に示すような信号波形を具備する第１の駆動信号がX軸用のアクチュエータ１５Xに供給されるとともに、図４に示すような信号波形を具備する第２の駆動信号がY軸用のアクチュエータ１５Yに供給されると、照明用ファイバ１２の光出射面を含む端部が点SAを中心とした渦巻状に揺動され、このような揺動に応じて被写体の表面が図５及び図６に示すような渦巻状に走査される。すなわち、走査は、被写体上において照明光が渦巻き状に行う走査である。

図５は、図２のような仮想的なXY平面に照明光が照射された場合における、点SAから点YMAXに至るまでの照明光の照射点座標の時間的な変位を説明するための図である。図６は、図２のような仮想的なXY平面に照明光が照射された場合における、点YMAXから点SAに至るまでの照明光の照射点座標の時間的な変位を説明するための図である。

具体的には、図３及び図４の時刻T1においては、被写体の表面の点SAに相当する位置に照明光が照射される。その後、第１及び第２の駆動信号の振幅値が時刻T1から時刻T2にかけて増加するに伴い、被写体の表面における照明光の照射座標が点SAを起点として外側へ第１の渦巻状の軌跡を描くように変位し、さらに、時刻T2に達すると、被写体の表面における照明光の照射座標の点SAからの最外点である点YMAXに照明光が照射される。時刻T1から時刻T2に達するまでの間に、X軸の負方向における点SAからの最外点である点XMAXに照明光が照射される。

そして、第１及び第２の駆動信号の振幅値が時刻T2から時刻T3にかけて減少するに伴い、被写体の表面における照明光の照射座標が点YMAXを起点として内側へ第２の渦巻状の軌跡を描くように変位し、さらに、時刻T3に達すると、被写体の表面における点SAに照明光が照射される。

すなわち、アクチュエータ１５は、ドライバユニット２２から供給される第１及び第２の駆動信号に基づき、集光光学系１４を経て被写体へ照射される照明光の照射位置が図５及び図６に例示した渦巻状の走査パターンに応じた軌跡を描くように、照明用ファイバ１２の光出射面を含む端部を揺動させることが可能な構成を具備している。

受光用ファイバ１３の光出射面は、受光用ファイバ１３の光出射面から出射された戻り光を分波器３６へ出射するように配設されている。
検出ユニット２３の分波器３６は、ダイクロイックミラー等を具備し、受光用ファイバ１３の光出射面から出射された戻り光をR（赤）、G（緑）及びB（青）の色成分毎の光に分離して検出部３７へ出射するように構成されている。

検出部３７は、分波器３６から出力されるR光、G光及びB光の各強度を検出し、当該検出した各光の強度に応じたアナログ信号を生成してA/D変換部３８へ出力する。
A/D変換部３８は、検出部３７から出力された各アナログ信号をデジタル信号に変換してコントローラ２５へ出力する。

メモリ２４には、本体装置３の各種機能を実現するためのプログラム等が格納されている。また、メモリ２４には、後述の処理の際に用いられる基準変位量Drx,Dryの情報も予め格納されている。

コントローラ２５は、ROMあるいはメモリ２４に格納された光源制御及びアクチュエータ駆動制御のための制御プログラムを読み出し、当該読み出した制御プログラムに基づいて光源ユニット２１及びドライバユニット２２の制御を行う。

上述したように、コントローラ２５は、挿入部１１が本体装置３に電気的に接続されたことを検出した際に、アクチュエータ１５の固有の情報を、メモリ１６から読み出してメモリ２４に格納する。

コントローラ２５は、アクチュエータ１５の固有の情報に基づいて、アクチュエータ１５の駆動信号を制御する駆動制御信号を生成してドライバユニット２２へ供給する。
また、コントローラ２５は、時刻T1から時刻T2に相当する期間に検出ユニット２３から出力されるR信号、G信号及びB信号に基づいて１フレーム分の画像を生成する。また、コントローラ２５は、時刻T2から時刻T3に相当する期間に検出ユニット２３から出力されるR信号、G信号及びB信号に基づいて１フレーム分の画像を生成する。

ここで、第１の駆動信号を出力するアンプ３５ａの出力と、第２の駆動信号を出力するアンプ３５ｂの出力は、コントローラ２５に入力され、コントローラ２５は、第１及び第２の駆動信号の各々について、入力された電圧信号から電流値をリアルタイムで検出するための電流検出回路２５ａを有している。

すなわち、電流検出回路２５ａは、X軸用のアクチュエータ１５Xに供給される第１の駆動信号の電流Ixの大きさと、Y軸用のアクチュエータ１５Yに供給される第２の駆動信号の電流Iyの大きさをリアルタイムで検出する。

（アクチュエータ１５固有の相関係数情報M,N,K,L）
上述したように、X軸用のアクチュエータ１５X及びY軸用のアクチュエータ１５Yは、強誘電体を利用したアクチュエータであり、各アクチュエータは、印加される電圧により伸縮するが、個体差を有している。さらに、各アクチュエータは、温度特性を有し、アクチュエータ１５X及び１５Yを駆動しているとき、各アクチュエータの変位量も、アクチュエータ自体の温度に応じて変化する。
図７は、X軸用のアクチュエータ１５Xの構成を示す模式図である。Y軸用のアクチュエータ１５Yの構成は、X軸用のアクチュエータ１５Xと同様であるので、説明は省略する。

ここでは、アクチュエータ１５Xは、直方体形状のフェルール５１を挟む２つの強誘電体部材１５Xaと１５Xbを有している。照明用ファイバ１２は、フェルール５１の中央部で、２つの強誘電体部材１５Xaと１５Xbに挟まれるように配置されている。

２つの強誘電体部材１５Xaと１５Xbの内側は、共通のグラウンドに接続され、各強誘電体部材１５Xa、１５Xbの外側表面から電圧Vが印加される。各強誘電体部材に流れる電流Iが電流検出回路２５ａにより検出される。図７では、強誘電体部材１５Xaに印加される電圧Vと、流れる電流Iのみが示されている。

出願人の実験結果によれば、強誘電体を利用したアクチュエータ１５に、一定の電圧Vcを印加した状態では、アクチュエータ１５に流れる電流Iは、アクチュエータ１５の温度Tに応じて変化し、電流Iと温度Tの関係は、線形関係にあることが判明した。さらに、アクチュエータ１５の温度Tとアクチュエータ１５の振幅量である変位量Dの関係も、線形関係にあることが判明した。

すなわち、アクチュエータ１５Xに、一定の電圧Vcを印加した状態では、アクチュエータ１５Xに流れる電流Iは、温度Tに応じて変化し、アクチュエータ１５Xに流れる電流Iとアクチュエータ１５Xの温度Tは、線形関係にある。

図８は、アクチュエータの温度Tと電流Iの関係を示すグラフg1である。アクチュエータ１５Xは、動作する環境温度に応じて、一定の電圧Vcを印加したときに強誘電体に流れる電流Iの値は、変化する。図８に示す電流Iと温度Tの関係は、線形関係にあり、アクチュエータ１５X毎に異なる。すなわち、電流Iと温度Tの相関係数は、アクチュエータ１５X毎に異なっている。

図９は、アクチュエータの温度Tと変位量Dの関係を示すグラフg2である。図９に示すように、アクチュエータ１５Xは、アクチュエータ１５Xの温度Tに応じて、アクチュエータ１５Xの変位量Dは、変化する。図９に示すように、一定の電圧Vcが印加されているとき、アクチュエータ１５Xの温度Tと変位量Dは、線形関係にあり、アクチュエータ１５X毎に異なる。図９に示す温度Tと変位量Dの関係は、X軸用のアクチュエータ１５X毎に異なる。すなわち、温度Tと変位量Dの相関係数は、アクチュエータ１５X毎に異なっている。

よって、アクチュエータ１５Xの製造時に、アクチュエータ毎に、温度Tに対する電流Iの変化及び温度Tに対する変位量Dの変化を実測し、アクチュエータ１５Xについての、温度Tと電流Iの相関係数及び温度Tと変位量Dの相関係数の情報を、内視鏡２のメモリ１６に書き込む。

図８に示す電流Iと温度Tの関係及び図９に示す温度Tと変位量Dの関係は、Y軸用のアクチュエータ１５Yの場合も同様であり、アクチュエータ１５Yの製造時に、アクチュエータ毎に、各変化が実測され、アクチュエータ１５Yについての、各相関係数の情報が、内視鏡２のメモリ１６に書き込まれる。

ここでは、一定の電圧Vcは、アクチュエータ１５X及び１５Yのそれぞれにおける、図５に示す照射点座標の最外点である点XMAX及びYMAXに対応する、駆動信号の電圧である。

なお、一定の電圧Vcは、アクチュエータ１５X及び１５Yのそれぞれにおける、照射点座標の最外点である点XMAX及びYMAXに対応する電圧でなくてもよく、例えば、照射点座標の最外点の次に遠い点等の他の点に対応する電圧でもよい。

本体装置３は、内視鏡２のメモリ１６の相関係数情報に基づいて、電圧Vcがかかったときの各アクチュエータに流れる電流Iから温度Tを算出し、算出した温度Tから変位量Dを算出する。

具体的には、電流Iと温度Tの関係は線形なので、アクチュエータ１５の製造時に、電圧Vcがかかったときのアクチュエータ１５X及びアクチュエータ１５Yのそれぞれについて、例えば、２つの温度TaとTbのそれぞれにおける、電流Iの値IaとIbを実測し、実測された２点の値から、図８のグラフg1の関係式を決定する。温度Tと電流Iは、次の式（３）の関係を有する。

T=M×I＋N ・・・（３）
ここで、M,Nは、式（３）の相関係数である。

さらに、温度Tと変位量Dの関係も線形なので、アクチュエータ１５の製造時に、電圧Vcがかかったときのアクチュエータ１５X及びアクチュエータ１５Yのそれぞれについて、例えば、２つの温度TcとTdのそれぞれにおける、変位量Dの値DaとDbを実測し、実測された２点の値から、図９のグラフg2の関係式を決定する。温度Tと変位量Dは、次の式（４）の関係を有する。

D=K×T＋L ・・・（４）
ここで、K,Lは、式（４）の相関係数である。

４つの相関係数M,N,K,Lは、内視鏡２に搭載される各アクチュエータ１５X、１５Yの固有の値であり、内視鏡２毎に固有の値である。電圧Vcがかかったときの各アクチュエータ１５X、１５Yについて、製造時に、実測により決定されたこれらの相関係数M,N,K,Lの値が、内視鏡２のメモリ１６に記憶される。
よって、メモリ１６及び２４は、アクチュエータ１５を駆動する駆動信号と、アクチュエータ１５の変位量の相関係数情報を記憶する記憶部を構成する。

図１０は、内視鏡２のメモリ１６に記憶される、相関係数情報テーブルTBLの構成を示す図である。相関係数情報テーブルTBLには、相関係数情報として、M,N,K,Lの各相関係数が記憶される。すなわち、相関係数情報は、各アクチュエータの駆動信号（ここでは、電流信号の電流値）と温度の相関係数と、各アクチュエータの温度と変位量の相関係数とを含む。

（作用）
次に、コントローラ２５の動作について説明する。

内視鏡２が本体装置３に接続され、内視鏡２による被写体の観察が行われるとき、コントローラ２５は、光源ユニット２１とドライバユニット２２を制御し、検出ユニット２３からの画像信号に基づいて、内視鏡画像を生成し、モニタ４に出力することにより、被写体の画像、すなわち内視鏡画像、を表示する。

上述したように、アクチュエータ１５は、固有の温度特性を有し、アクチュエータ１５の変位量Dは、内視鏡２毎に異なるので、図１１の駆動波形補正処理を実行する。
図１１は、コントローラ２５の駆動波形補正処理の流れの例を示すフローチャートである。

内視鏡２が本体装置３に接続され、本体装置３の電源がオンされると、本体装置３のコントローラ２５は、内視鏡２のメモリ１６から、相関係数情報テーブルTBLの相関係数情報を読み出して、メモリ２４に格納する（S1）。

コントローラ２５は、電流検出回路２５ａの出力から、所定のタイミングにおける各アクチュエータ１５X,１５Yに流れる電流Ix、Iyを検出する（S2）。所定のタイミングは、ここでは、アクチュエータ１５X及び１５Yを駆動し、照射点座標の最外点である点XMAX及びYMAXに対応する電圧Vcが印加されたタイミングである。

すなわち、S2の処理が、誘電アクチュエータであるアクチュエータ１５X及び１５Yを駆動する第１及び第２の駆動信号を検出する駆動信号検出部を構成し、アクチュエータ１５X及び１５Yに流れる電流信号の電流値が検出される。

コントローラ２５は、検出したアクチュエータ１５Xと１５Yのそれぞれに流れる電流Ix、Iyの値に基づいて、各アクチュエータ１５Xと１５Yのそれぞれの温度TxとTyを算出し、推定する（S3）。温度TxとTyの算出は、上述した式（３）と、メモリ２４に記憶された相関係数M,Nを用いて行われる。

さらに、コントローラ２５は、算出した温度TxとTyから、アクチュエータ１５Xと１５Yのそれぞれの変位量DxとDyを算出し、推定する（S4）。変位量DxとDyの算出は、上述した式（４）と、メモリ２４に記憶された相関係数K,Lを用いて行われる。

コントローラ２５は、算出して推定された変位量DxとDyから、アクチュエータ１５Xと１５Yのそれぞれの変位量DxとDyが、それぞれ所定の変位量DrxとDryになるように、第１及び第２の駆動信号の補正係数AdxとAdyを算出する（S5）。

具体的には、コントローラ２５は、アクチュエータ１５Xについては、算出して得られた変位量Dxと、基準となる基準変位量Drxとから、補正係数Adxを算出する。基準変位量Drxは、所定のサイズの渦巻き状の照明範囲を得るための、X軸方向における最大変位時の変位量であり、メモリ２４に予め格納されている。ここでは、補正係数Adxは、次の式（５）により求められる。

Adx=Dx/Drx ・・・（５）
補正係数Adxは、アクチュエータ１５Xについての基準変位量Drxに対する変位量Dxの比率である。

図１２は、算出された変位量Dxと基準変位量Drxとの関係を説明するための図である。図１２は、照明用ファイバ１２の光出射面を含む端部１２ａが静止しているときの中心位置Oに対して、算出された変位量Dxと基準変位量Drxの変位範囲を示す。図１２の例では、算出されて変位量Dxは、基準変位量Drxに対して大きい。

同様に、補正係数Adyは、次の式（６）により求められる。
Ady=Dy/Dry ・・・（６）
補正係数Adyは、アクチュエータ１５Yについての基準変位量Dryに対する変位量Dyの比率である。基準変位量Dryは、所定のサイズの渦巻き状の照明範囲を得るための、Y軸方向における最大変位時の変位量であり、メモリ２４に予め格納されている。算出された変位量Dyと基準変位量Dryの関係も、図１２と同様である。

内視鏡２が使用される環境温度によって変位量Dx及びDyが変化すると、照明光の揺動範囲が変化する。内視鏡観察中に揺動範囲が環境温度によって変化すると、モニタ４に表示される内視鏡画像の見え方もかわってしまうので、術者は、違和感を感じる。

図１３は、変位量Dx及びDyが変化することによる照明光の照明範囲の変化を示す図である。図１３において、基準照明範囲ARrは、アクチュエータ１５Xと１５Yの照明用ファイバ１２の端部１２ａが基準変位量Drx及びDryで変位したときの、照明光が渦巻き状に照射される領域を示す。照明範囲ARは、アクチュエータ１５Xと１５Yの照明用ファイバ１２の端部１２ａが変位量Dx及びDyで変位したときの、照明光が渦巻き状に照射される領域を示す。

上述したように、基準変位量Drx及びDryは、所定のサイズの渦巻き状の照明範囲を得るための、それぞれX軸及びY軸の２つの方向における最大変位時の最大変位量である。図１３では、アクチュエータ１５の温度により変化した変位量DxとDyにより生成される照明範囲ARは、基準変位量Drx及びDryにより生成される基準照明範囲ARrよりも広い。なお、図１３では、照明範囲ARの直径ARxとARyは、それぞれ基準照明範囲ARrの直径ARrxとARryよりも、大きいが、温度によっては小さい場合もある。

コントローラ２５は、上記の式（５）と（６）から算出した補正係数AdxとAdyを信号発生器３３へ出力する（S6）。
信号発生器３３は、コントローラ２５からの補正係数AdxとAdyに基づいて補正した第１及び第２の駆動制御信号を生成してD/A変換器３４ａに出力する。

例えば、信号発生器３３は、X軸用のアクチュエータ１５X への駆動制御信号に、上述した補正係数Adxを乗算した駆動制御信号を生成し、Y軸用のアクチュエータ１５Y への駆動制御信号に、上述した補正係数Adyを乗算した駆動制御信号を生成する。このようにして、信号発生器３３の出力する駆動信号の波形は、補正される。

よって、アクチュエータ１５X への駆動制御信号が補正係数Adxにより補正され、アクチュエータ１５Y への駆動制御信号が補正係数Adyにより補正され、変位量DxとDyがそれぞれ基準変位量DrxとDryに等しくなる。その結果、照明範囲ARは基準照明範囲ARrと等しくなり、受光用ファイバ１３の光入射面に入射した光から、検出ユニット２３において生成され、モニタ４に表示される被写体のサイズは変動しない。

すなわち、S6の処理により、S2において検出された電流値から相関係数情報を用いて算出された変位量の、基準変位量に対する比率に基づいて、駆動制御信号の出力レベルを補正することにより、アクチュエータ１５を駆動する第１及び第２の駆動信号が補正される。S6では、アクチュエータ１５Xと１５Yのそれぞれの最大変位時の変位量が、それぞれ基準変位量Drx及びDryになるように、相関係数情報と、S2において検出された電流値とに基づいて、アクチュエータ１５Xと１５Yを駆動する第１及び第２の駆動信号が補正される。

よって、S6の処理は、誘電アクチュエータであるアクチュエータ１５の変位量Dx及びDyが所定値である基準変位量Drx及びDryになるように、相関係数情報と、S2において検出された電流値とに基づいて、アクチュエータ１５を駆動する第１及び第２の駆動信号を補正する補正部を構成する。

なお、上述した例では、S1からS6の処理は、内視鏡２が接続されて、内視鏡画像がモニタ４に表示される前に実行されているが、内視鏡画像の各フレーム画像の生成時に、実行されるようにしてもよい。

例えば、各フレーム画像を生成したときに、S1からS6の処理を実行し、次のフレーム画像を得るための第１及び第２の駆動制御信号を出力するときに、各駆動制御信号を、上述した処理により求めた補正量により補正するようにしてもよい。

あるいは、S1からS6の処理は、術者の指示に応じて、実行するようにしてもよい。
例えば、術者が内視鏡観察の途中で、所定のスイッチを操作すると、S1からS6の処理が実行されるようにしてもよい。
さらにあるいは、S2とS3の処理により、温度を常に検出し、検出した温度に、所定の閾値以上の変化があったときに、S4からS6の処理を実行するようにしてもよい。

また、上記の例では、基準変位量に対する比率である補正係数を用いて、アクチュエータ１５の駆動信号を補正しているが、基準変位量に対する差である補正量を用いて、アクチュエータ１５の駆動信号を補正するようにしてもよい。

以上のように、上述した実施の形態によれば、挿入部の外径が大きくなることなく、アクチュエータを駆動したときの、アクチュエータの個体差による照明の２次元走査パターンの変動を抑制することができる走査型内視鏡装置を提供することができる。
結果として、モニタ４に表示される被写体の表示領域のサイズが変化しないので、術者は、違和感を感じない。

本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。

本出願は、２０１４年８月２６日に日本国に出願された特願２０１４−１７１９６９号を優先権主張の基礎として出願するものであり、上記の開示内容は、本願明細書、請求の範囲に引用されるものとする。

Claims (9)

1. 照明光を出射する光源と、
   内視鏡の挿入部内に挿通され、本体装置に配置された前記光源からの前記照明光を基端から先端へ導光する光ファイバと、
   前記内視鏡に配置され、前記光ファイバから出射される前記照明光が被写体上で走査を行うように、前記光ファイバの先端を駆動する誘電アクチュエータと、
   前記内視鏡に配置され、前記誘電アクチュエータを駆動する駆動信号に係る第１パラメータと、前記誘電アクチュエータの変位量に係る前記誘電アクチュエータに固有の第２パラメータの相関関係に関する相関情報を記憶する記憶部と、
   前記本体装置に配置され、前記誘電アクチュエータを駆動する前記駆動信号を検出する駆動信号検出部と、
   前記本体装置に配置され、前記誘電アクチュエータの個体差にかかわらず前記変位量が所定値になるように、前記相関情報と、前記駆動信号検出部において検出された前記駆動信号とに基づいて、前記誘電アクチュエータを駆動する前記駆動信号を補正する補正部と、
   を有することを特徴とする走査型内視鏡装置。
2. 前記第１パラメータは、前記駆動信号であり、
   前記第２パラメータは、前記変位量であり、
   前記相関情報は、前記駆動信号と前記変位量の相関係数であることを特徴とする請求項１に記載の走査型内視鏡装置。
3. 前記相関情報は、前記駆動信号と温度の第１の相関係数と、前記温度と前記変位量の第２の相関係数とを含むことを特徴とする請求項２に記載の走査型内視鏡装置。
4. 前記駆動信号は、電流信号であり、
   前記第１の相関係数は、前記電流信号の値と前記温度の値の相関係数であることを特徴とする請求項３に記載の走査型内視鏡装置。
5. 前記補正部は、前記駆動信号の波形を補正することを特徴とする請求項１に記載の走査型内視鏡装置。
6. 前記補正部は、前記駆動信号検出部において検出された前記駆動信号から前記相関情報を用いて算出された変位量の、前記所定値に対する比率に基づいて、前記駆動信号の出力レベルを補正することにより、前記誘電アクチュエータを駆動する前記駆動信号を補正することを特徴とする請求項１に記載の走査型内視鏡装置。
7. 前記誘電アクチュエータは、前記光ファイバの先端を、互いに直交する２つの方向に動かすための２つのアクチュエータを有することを特徴とする請求項１に記載の走査型内視鏡装置。
8. 前記走査は、前記被写体上において前記照明光が渦巻き状に行う走査であることを特徴とする請求項７に記載の走査型内視鏡装置。
9. 前記所定値は、前記２つの方向における最大変位時の２つの最大変位量であり、
   前記補正部は、前記２つのアクチュエータのそれぞれの最大変位時の変位量が、前記最大変位量になるように、前記相関情報と、前記駆動信号検出部において検出された前記駆動信号とに基づいて、前記誘電アクチュエータを駆動する前記駆動信号を補正することを特徴とする請求項７に記載の走査型内視鏡装置。

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