JP6086674B2

JP6086674B2 - 光走査装置

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Description

本発明は、揺動可能な光ファイバを用いる光走査装置に関する。

従来、光ファイバの先端部から光を被観察物に向けて走査し、被観察物で反射、散乱等される光、あるいは、非観察物で発生する蛍光等を検出する光走査型の観察装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。このような装置では、照射する光を、被観察物上で走査させるため、光が出射する端部を揺動可能な状態で光ファイバの一部を支持し、この支持部の近傍に圧電素子を配置することによって、光ファイバを振動させて先端部を偏向させるように構成されている。

例えば、特許文献１によれば、光ファイバを直交する２つの方向（Ｘ方向およびＹ方向）に振動させる、２対の圧電素子が設けられる。そして、光ファイバの支持部で支持された揺動部の共振周波数に合せて、光ファイバを振動駆動する。Ｘ方向およびＹ方向の駆動電流の振幅を徐々に増減させることにより、光ファイバの先端部は渦巻き状に振動して、被観察物を走査する。共振周波数で駆動させることにより、光ファイバを大きく撓ませて走査を行うことができる。

ところで、上述のような渦巻き状の走査ではなく、第一軸方向（Ｘ方向）に高速に走査させながら、これと直交する第二軸方向（Ｙ方向）により低速に走査させるラスタースキャンや、リサージュスキャンの方が好ましい場合がある。しかし、光ファイバを共振的駆動により第一軸方向に正弦振動させる場合には、第二軸方向にも共振周波数による正弦振動が惹起され、走査線は直線ではなく楕円形状になりやすいことが知られている。これは、一般に使用される光ファイバが軸対称な構造を有しており、これが軸対称的に保持されることにより、第一軸方向および第二軸方向の何れの共振周波数もほぼ同じであること、そして、圧電素子の組立誤差等により、第一軸方向に走査中に僅かに第二軸方向の力の成分が生じると、共振により第二軸方向の振動も大きく増幅されるとともに、第一軸方向の振動に対して位相差を生じること等による。

特表２０１０−５２７０２８号公報

しかしながら、このような第二軸方向にも楕円形状の振動を生じる光ファイバに対して、第二軸方向にさらに低周波数の振動を加えても、被観察物上の走査軌跡は不安定且つ歪を有するものとなってしまい、精度の高い観察が困難となる。また、第二軸方向に生じた共振周波数の振動を検出して打ち消すような制御をしようとすると、装置の駆動制御が複雑になることが懸念される。

したがって、これらの点に着目してなされた本発明の目的は、光ファイバの走査において、複雑な制御を必要とせず、第一の方向に共振駆動させながら、第二の方向にも安定した走査をすることが可能な光走査装置を提供することにある。

上記目的を達成する光走査装置の発明は、
固定部および該固定部に対して揺動可能な揺動部を有する光ファイバと、
前記光ファイバの前記揺動部を振動駆動するための振動駆動手段と
を備え、
前記光ファイバの前記揺動部は、該光ファイバの軸方向に直交する第一の方向および第二の方向に、それぞれ異なる共振周波数を有し、前記光ファイバは、前記揺動部を振動駆動した状態で前記揺動部の先端から光を出射させることにより光走査を行う光走査装置において、
前記光ファイバの前記第一の方向及び前記第二の方向の何れかの方向に、前記光ファイバを介して対向する金属膜をコーティングし、前記第一の方向と前記第二の方向とでヤング率を異ならせる
ことを特徴とするものである。

上記目的を達成する光走査装置の発明は、
固定部および該固定部に対して揺動可能な揺動部を有する光ファイバと、
前記光ファイバの前記揺動部を振動駆動するための振動駆動手段と
を備え、
前記光ファイバの前記揺動部は、該光ファイバの軸方向に直交する第一の方向および第二の方向に、それぞれ異なる共振周波数を有し、前記光ファイバは、前記揺動部を振動駆動した状態で前記揺動部の先端から光を出射させることにより光走査を行う光走査装置において、
前記光ファイバの前記第一の方向及び前記第二の方向の何れかの方向の一部のクラッドを除去し、前記第一の方向と前記第二の方向とで断面二次モーメントを異ならせる
ことを特徴とするものである。

好ましくは、前記光ファイバは、少なくとも部分的に４回対称性の無い断面形状を有することで、前記第一の方向と前記第二の方向とで前記断面二次モーメントを異ならせることができる。

上記目的を達成する光走査装置の発明は、
固定部および該固定部に対して揺動可能な揺動部を有する光ファイバと、
前記光ファイバの前記揺動部を振動駆動するための振動駆動手段と
を備え、
前記光ファイバの前記揺動部は、該光ファイバの軸方向に直交する第一の方向および第二の方向に、それぞれ異なる共振周波数を有し、前記光ファイバは、前記揺動部を振動駆動した状態で前記揺動部の先端から光を出射させることにより光走査を行う光走査装置において、
前記振動駆動手段は、前記光ファイバに結合された磁石と、該磁石に対して磁力を及ぼす複数の電磁コイルとを含んで構成され、前記磁石の重心が前記光ファイバの軸からずれて位置することにより、前記第一の方向と前記第二の方向とで、断面二次モーメントを異ならせたことを特徴とするものである。

上記目的を達成する光走査装置の発明は、
固定部および該固定部に対して揺動可能な揺動部を有する光ファイバと、
前記光ファイバの前記揺動部を振動駆動するための振動駆動手段と
を備え、
前記光ファイバの前記揺動部は、該光ファイバの軸方向に直交する第一の方向および第二の方向に、それぞれ異なる共振周波数を有し、前記光ファイバは、前記揺動部を振動駆動した状態で前記揺動部の先端から光を出射させることにより光走査を行う光走査装置において、
前記光ファイバを保持する保持部材を備え、
前記固定部は、前記保持部材を貫通し、前記保持部材の第一の端部において、前記第一の方向及び前記第二の方向の何れかの方向に接着剤が偏るように固定され、前記保持部材の前記第一の端部とは異なる第二の端部において、前記第一の方向及び前記第二の方向のうち前記第一の端部とは異なる方向に接着剤が偏るように固定される
ことを特徴とするものである。

好ましくは、前記駆動手段は、前記光ファイバを前記第一の方向に共振駆動し、前記第二の方向には前記第一の方向と異なる周波数で駆動する。

好適には、前記振動駆動手段は、前記第二の方向に共振を生じない周波数の振動を駆動することが好ましい。

より好適には、前記光走査の走査軌跡はラスター形状である。

あるいは、前記振動駆動手段は、前記光ファイバを前記第二の方向に共振駆動させても良い。この場合、前記第一の方向の共振周波数と前記第二の方向の共振周波数の差分周波数を撮影フレームレート近傍に設定し、前記光走査の走査軌跡がリサージュ形状とすることができる。

本発明によれば、光ファイバの揺動部は、該光ファイバの軸方向に直交する第一の方向および第二の方向に、それぞれ異なる共振周波数を有するので、光ファイバの走査において、複雑な制御を必要とせず、第一の方向に共振駆動させながら、第二の方向にも安定した走査をすることができる。

第１実施の形態に係る光走査型観察装置の一例である光走査型内視鏡装置の概略構成を示すブロック図である。図１の光走査型内視鏡本体を概略的に示す概観図である。図２の光走査型内視鏡本体の先端部の断面図である。図４（ａ）は、光走査型内視鏡装置の振動駆動機構および照明用光ファイバの揺動部を示す側面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ断面図、図４（ｃ）は図４（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。図５（ａ）は、第２実施の形態に係る光走査型内視鏡装置の振動駆動機構および照明用光ファイバの揺動部を示す側面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図６（ａ）は、第３実施の形態に係る光走査型内視鏡装置の振動駆動機構および照明用光ファイバの揺動部を示す側面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図７（ａ）は、第４実施の形態に係る光走査型内視鏡装置の照明用光ファイバの揺動部を示す側面図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図８（ａ）は、第５実施の形態に係る光走査型内視鏡装置の振動駆動機構および照明用光ファイバの揺動部を示す側面図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）のＡ−Ａ断面図、図８（ｃ）は図８（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。第６実施の形態に係る光走査型内視鏡装置の先端部を示す拡大図であり、図９（ａ）は同先端部の断面図、図９（ｂ）は図９（ａ）の走査部を拡大して示す斜視図であり、図９（ｃ）は、図９（ｂ）の偏向磁場発生用コイルおよび永久磁石を含む部分の光ファイバの軸に垂直な面による断面図である。

本発明の実施の形態の説明に先立ち、本発明の基礎となる光ファイバの共振周波数の算出式について説明する。光ファイバの揺動部（固定端から先端部まで）の振動を、単純な片持ち梁振動とみなすと、光ファイバの共振周波数は式（１）で表される。

ここで、ｆ_ｎはｎ次の共振周波数、Ｌは光ファイバの長さ、Ｅは光ファイバのヤング率、Ｉは断面二次モーメント、ρは光ファイバの密度、Ａは光ファイバの断面積である。また、λ_ｎは、式（２）で表せる特性方程式の解であり、λ_１＝１．８７５１、λ_２＝４．６９４１、λ_３＝７．８５４８、λ_４＝１０．９９６、・・・である。

また、光ファイバの断面を円であるとすると、断面二次モーメントは式（３）で表される。

そこで、直交する第一の方向および第二の方向とで、光ファイバの密度、ヤング率、断面二次モーメント、光ファイバの長さ（固定端の位置）のいずれかを異なる値となるようにすれば、第一の方向と第二の方向とで共振周波数が異なる値となる。本発明は、これを用いて光ファイバの揺動部の直交する第一および第二の方向の共振周波数が異なる値となるように設計することにより、何れか一方の方向の共振周波数による振動駆動が、他方の方向の振動に影響を与えないか、影響を低減するようにしたものである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

（第１実施の形態）
図１は、第１実施の形態に係る光走査型観察装置の一例である光走査型内視鏡装置１０の概略構成を示すブロック図である。光走査型内視鏡装置１０は、光走査型内視鏡本体２０と、光源部３０と、検出部４０と、駆動電圧生成部５０と、制御部６０と、表示部６１と入力部６２とを含んで構成される。光源部３０と光走査型内視鏡本体２０との間はシングルモードファイバである照明用光ファイバ１１により光学的に接続され、検出部４０と光走査型内視鏡本体２０との間はマルチモードファイバにより構成される検出用光ファイババンドル１２により光学的に接続されている。なお、光源部３０、検出部４０、駆動電圧生成部５０および制御部６０は、同一の筐体内に収納されていても良く、また、別々の筐体に収納されていても良い。

光源部３０は、例えば赤、緑および青の三原色のＣＷ（連続発振）レーザ光を射出する３つのレーザ光源からの光を合波して白色光として出射する。レーザ光源としては、例えばＤＰＳＳレーザ（半導体励起固体レーザ）やレーザダイオードを使用することができる。もちろん、光源部３０の構成はこれに限られず、一つのレーザ光源を用いるものであっても、他の複数の光源を用いるものであっても良い。

光走査型内視鏡本体２０は、照明用光ファイバ１１により光源部３０から出射され光を、走査部２１（振動駆動手段）により被観察物１００上で走査して、この走査により得られた信号光を集光し、検出用光ファイババンドル１２を介して検出部４０に伝送する。ここで、制御部６０からの制御に基づいて、駆動電圧生成部５０が走査部２１に対して配線ケーブル１３を介して振動電圧を印加する。

検出部４０は、検出用光ファイババンドル１２を通って来た信号光をスペクトル成分に分解し、フォトダイオードを用いた光検出器により、信号光を電気信号に変換する。制御部６０は、光源部３０、検出部４０および駆動電圧生成部５０を同期制御するとともに、検出部４０により出力された電気信号を処理して、画像を合成し表示部６１に表示する。また、入力部６２から、光走査型内視鏡装置１０に、走査速度や表示画像の明るさ等、種々の設定を行うことができる。

図２は、光走査型内視鏡本体２０を概略的に示す概観図である。光走査型内視鏡本体２０は、操作部２２および挿入部２３を備え、操作部２２の一方の端部と挿入部２３の一方の端部とは接続されて一体となっている。操作部２２には、光源部３０からの照明用光ファイバ１１、検出部４０からの検出用光ファイババンドル１２、および、駆動電圧生成部５０からの配線ケーブル１３が、それぞれ接続されている。これら照明用光ファイバ１１、検出用光ファイババンドル１２および配線ケーブル１３は挿入部２３内部を通じて、挿入部２３の操作部２２と接続されている端部とは別の端部である先端部２４（図２における破線部内の部分）まで導かれている。

図３は、図２の光走査型内視鏡本体２０の挿入部２３の先端部２４を拡大して示す断面図である。先端部２４は、走査部２１、投影用レンズ２５ａ、２５ｂおよび図示しない検出用レンズを備えるとともに、挿入部２３を通る照明用光ファイバ１１および検出用光ファイババンドル１２が延在している。

走査部２１は、取付環２６により光走査型内視鏡本体２０の挿入部２３の内部に固定されたアクチュエータ管２７、並びに、アクチュエータ管２７内に配置される圧電素子２８ａ〜２８ｄ及びファイバ保持部材２９（図４（ａ）および（ｂ）参照）を含んで構成される。照明用光ファイバ１１は、ファイバ保持部材２９で支持されるとともにファイバ保持部材２９で支持された固定端１１ａから先端部１１ｃまでが、揺動可能に支持された揺動部１１ｂとなっている。一方、検出用光ファイババンドル１２は挿入部２３の外周部を通るように配置され、先端部２４の先端まで延びている。

さらに、投影用レンズ２５ａ、２５ｂおよび検出用レンズは、先端部２４の最先端に配置される。投影用レンズ２５ａ、２５ｂは、照明用光ファイバ１１の先端部１１ｃから射出されたレーザ光が、被観察物１００上に略集光するように構成されている。また、検出用レンズは、被観察物１００上に集光されたレーザ光が、被観察物１００により反射、散乱、屈折等をした光（被観察物１００と相互作用した光）又は蛍光等を検出光として取り込み、検出用レンズの後に配置された検出用光ファイババンドル１２に集光、結合させるように配置される。なお、投影用レンズは、二枚構成に限られず、一枚や他の複数枚のレンズにより構成しても良い。

図４（ａ）は、光走査型内視鏡装置１０の振動駆動機構および照明用光ファイバ１１の揺動部１１ｂを示す図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ断面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。照明用光ファイバ１１は角柱状の形状を有するファイバ保持部材２９の中央を貫通し、これによってファイバ保持部材２９によって固定され保持される。したがって、照明用光ファイバ１１のファイバ保持部材２９を貫通する部分は、照明用光ファイバ１１の固定部である。ファイバ保持部材２９の４つの側面は、それぞれ＋Ｙ方向（第１の方向）および＋Ｘ方向（第２の方向）並びにこれらの反対方向に向いている。そして、ファイバ保持部材２９の＋Ｙ方向および−Ｙ方向にはＹ方向駆動用の一対の圧電素子２８ａ、２８ｃが固定され＋Ｘ方向および−Ｘ方向にはＸ方向駆動用の一対の圧電素子２８ｂ、２８ｃが固定される。

一方、照明用光ファイバ１１の揺動部１１ｂの一部は、スパッタリングにより±Ｙ方向に金属膜７１ａおよび７１ｂのコーティングが施されている。このコーティングによって、揺動部１１ｂのＹ方向のヤング率Ｅ_Ｙが、Ｘ方向のヤング率Ｅ_Ｘに比べ高くなるので、Ｙ方向の共振周波数は、Ｘ方向の共振周波数よりも高くなる。

各圧電素子２８ａ〜２８ｄは、駆動電圧生成部５０からの配線ケーブル１３が接続される。駆動電圧生成部５０は、Ｘ方向駆動用の圧電素子２８ｂ、２８ｄとＹ方向駆動用の圧電素子２８ａ、２８ｃとを、それぞれ独立して異なる振動周波数で電圧を印加し、振動駆動させることができる。Ｙ方向駆動用の圧電素子２８ａ、２８ｃとＸ方向駆動用の圧電素子２８ｂ、２８ｄとをそれぞれ振動駆動させると、照明用光ファイバ１１の揺動部１１ｂが振動し、先端部１１ｃが偏向するので、先端部１１ｃから出射されるレーザ光は被観察物１００の表面を順次走査する。

以上のような構成によって、光走査型内視鏡装置１０による観察を行う際には、制御部６０の制御のもとで、駆動電圧生成部５０が駆動され配線ケーブル１３を介して走査部２１を構成する圧電素子２８ａ〜２８ｄに振動電圧が印加され、照明用光ファイバ１１の揺動部１１ｂを振動させる。その際、Ｙ方向駆動用の圧電素子２８ａ，２８ｃは、照明用光ファイバ１１の揺動部１１ｂのＹ方向の共振周波数、例えば数ｋHzで振動駆動する。また、Ｘ駆動用の圧電素子２８ｂ、２８ｄは、Ｙ方向の共振周波数よりもかなり低速な、例えば３０Ｈｚ程度の非共振周波数で振動駆動する。

制御部６０は、駆動電圧生成部５０による電流の印加とともに光源部３０からレーザ光を出射させ、これを、照明用光ファイバ１１を介してその先端部１１ｃから被観察物１００に向けて出射する。照明用光ファイバ１１の揺動部１１ｂの振動による先端部１１ｃの偏向により、レーザ光は被観察物１００上を順次走査する。

被観察物１００上へのレーザ光の照射により得られる、反射光、散乱光または被観察物１００から発生する光は、検出光として検出用レンズにより集光され検出用光ファイババンドル１２に結合される。この検出光は、検出用光ファイババンドル１２により検出部４０に導かれ、検出部４０内で、波長成分ごとに分離され検出される。

制御部６０は、駆動電圧生成部５０により印加する振動電圧の位相から走査経路上の走査位置の情報を算出するとともに、検出部４０から出力された電気信号から、当該走査位置における被観察物１００の画素データを得る。制御部６０は、走査位置と画素データの情報を順次記憶部（図示せず）に記憶し、走査終了後または走査中に補間処理等の必要な処理を行って被観察物１００の画像を生成し、表示部６１に表示する。

以上のような構成によって、光走査型内視鏡装置１０は、被観察物１００の走査画像を生成することができる。ここで、照明用光ファイバ１１の揺動部１１ｂのX方向の共振周波数が、Y方向の共振周波数と異なっているので、Y方向の共振周波数による振動駆動が、X方向の振動を生ぜしめることは無いか、あるいは、X方向に振動を生ぜしめたとしても急速に減衰する。このため、共振周波数によるＸ方向の歪みや膨らみは生じない。よって、Y方向に高速に走査し、X方向にフレームレートで走査するラスターパターンによる走査が可能になる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、照明用光ファイバ１１の揺動部１１ｂが、照明用光ファイバ１１の軸方向に直交するY方向およびX方向に、それぞれ異なる共振周波数を有するようにしたので、照明用光ファイバ１１の走査において、複雑な制御を必要とせず、それぞれ異なる二軸方向にそれぞれ異なる周波数で安定したラスター走査をすることが可能となる。

また、Ｙ方向駆動用の一対の圧電素子２８ａ、２８ｃ、および、X方向駆動用の一対の圧電素子２８ｂ、２８ｄともに、一定の振幅の電圧で駆動されるので、走査軌跡がシンプルであり、駆動電圧生成部５０に複雑な制御も必要とされない。さらに、走査される領域が矩形の領域となり画像を無駄なく利用することができる。また、等時間間隔で画像をサンプリングした場合でも、中心付近の画素が均一な画像が得られる。

（変形例）
なお、上記実施の形態において、Ｘ方向駆動用の圧電素子２８ｂ、２８ｄは、非共振周波数で振動駆動するものとしたが、照明用光ファイバ１１の揺動部１１ｂのX方向の共振周波数で振動駆動させても良い。この場合、Ｘ方向の共振周波数が、Ｙ方向の共振周波数と比べて大きく異なる場合は、走査軌跡はラスターパターンとなる。また、Ｘ方向の共振周波数（ｆ_Ｘ）がＹ方向の共振周波数（ｆ_Ｙ）とあまり異ならない場合、走査軌跡はリサージュパターンとなり、差分周波数（ｆ_Ｙ−ｆ_Ｘ）が、フレームレートとなる。

この場合も、複雑な制御を必要とせず、それぞれ異なる二軸方向にそれぞれ異なる周波数で安定した走査をすることが可能であり、走査軌跡がシンプルであり、駆動電圧生成部５０に複雑な制御も必要とされず、走査される領域が矩形の領域となり画像を無駄なく利用することができるという効果が得られる。

（第２実施の形態）
図５（ａ）は、第２実施の形態に係る光走査型内視鏡装置１０の振動駆動機構および照明用光ファイバ１１の揺動部１１ｂを示す側面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＡ−Ａ断面図である。第２実施の形態は、照明用光ファイバ１１の揺動部１１ｂのＸ方向とＹ方向との共振周波数を異ならせるために、Ｘ方向とＹ方向との断面二次モーメントを異ならせたものである。照明用光ファイバ１１の揺動部１１ｂの一部は、クラッド部分の±Ｙ方向の一部をエッチング等の加工により除去される。その結果、揺動部１１ｂの断面は、９０°回転させた場合の対称性（４回対称性）が無くなる。このようにすることによって、Ｘ方向の断面二次モーメントＩ_ＸがＹ方向の断面二次モーメントＩ_Ｙに対して大きくなる。その結果、揺動部１１ｂのＸ方向の共振周波数はＹ方向の共振周波数よりも大きくなる。その他の構成は、第１実施の形態と同様であるので、同一または対応する構成要素には同一参照符号を付して説明を省略する。

本実施の形態では、Ｘ方向を第一の方向、Ｙ方向を第二の方向とし、照明用光ファイバ１１の揺動部１１ｂをＸ方向に共振周波数で振動させ、Ｙ方向には非共振周波数で振動させることによって、第１実施の形態と同様の作用、効果が得られる。

（第３実施の形態）
図６（ａ）は、第３実施の形態に係る光走査型内視鏡装置１０の振動駆動機構および照明用光ファイバ１１の揺動部１１ｂを示す側面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）のＡ−Ａ断面図である。第３実施の形態も、第２実施の形態と同様に、Ｘ方向とＹ方向との断面二次モーメントを異ならせたものである。このため、照明用光ファイバ１１の揺動部１１ｂの一部には、直方体の錘７３が取り付けられる。錘７３は、照明用光ファイバ１１を貫通させる穴が設けられており、照明用光ファイバ１１の揺動部１１ｂに取り付けた状態で、ＸＹ断面においてＹ方向に比べＸ方向の幅が長くなっている。このようにすることによって、Ｘ方向の断面二次モーメントＩ_ＸがＹ方向の断面二次モーメントＩ_Ｙに対して大きくなる。その結果、揺動部１１ｂのＸ方向の共振周波数はＹ方向の共振周波数よりも大きくなる。その他の構成は、第１および第２実施の形態と同様である。これによって、Ｘ方向を第一の方向、Ｙ方向を第二の方向とし、第１および第２実施の形態と同様の作用、効果が得られる。

（第４実施の形態）
図７（ａ）は、第４実施の形態に係る光走査型内視鏡装置１０の照明用光ファイバ１１の揺動部１１ｂを示す斜視図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＡ−Ａ断面図である。第４実施の形態も、第２、第３実施の形態と同様に、Ｘ方向とＹ方向との断面二次モーメントを異ならせたものである。このため、照明用光ファイバ１１の揺動部１１ｂは、断面がＹ方向に比べＸ方向に長い楕円形状となっている。このようにすることによって、Ｘ方向の断面二次モーメントＩ_ＸがＹ方向の断面二次モーメントＩ_Ｙに対して大きくなる。その結果、揺動部１１ｂのＸ方向の共振周波数はＹ方向の共振周波数よりも大きくなる。その他の構成は、第１〜第３実施の形態と同様である。これによって、Ｘ方向を第一の方向、Ｙ方向を第二の方向とし、第１〜第３実施の形態と同様の作用、効果が得られる。

（第５実施の形態）
図８（ａ）は、第５実施の形態に係る光走査型内視鏡装置１０の振動駆動機構および照明用光ファイバ１１の揺動部１１ｂを示す側面図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）のＡ−Ａ断面図、図８（ｃ）は図８（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。第５実施の形態は、照明用光ファイバ１１を保持する部材の接着剤７５の塗布箇所をＸ方向とＹ方向とで変えることによって、揺動部１１ｂのＸ方向の長さとＹ方向の長さとを実質的に異ならせたものである。

このため照明用光ファイバ１１のファイバ保持部材２９に対する出射側の端部（Ｂ−Ｂ断面の位置）では、ファイバ保持部材２９と照明用光ファイバ１１との間の接着剤７５を、Ｘ方向に偏るように塗布し、Ｘ方向の振動においてはこの位置が固定端となっている。また、照明用光ファイバ１１のファイバ保持部材２９に対する入射側の端部（Ａ−Ａ断面の位置）では、ファイバ保持部材２９と照明用光ファイバ１１との間の接着剤７５を、Ｙ方向に偏るように塗布し、Ｙ方向の振動においてはこの位置が固定端となっている。これによって、Ｘ方向の共振周波数がＹ方向の共振周波数に比べ大きくなる。また、別の方法として、保持部材２９の照明用光ファイバ１１の入射側の端部（Ａ−Ａ断面の位置）と出射側の端部（Ｂ−Ｂ断面の位置）との双方に、Ｘ方向には光ファイバの径と略等しく、Ｙ方向には光ファイバの径より長い長方形の穴を設け、入射側の端部（Ａ−Ａ断面側）のみに穴の隙間に接着剤を充填し、Ｙ方向に振れないように固定しても良い。これによって、光ファイバはＸ方向には保持部材２９の出射側端部で保持され、Ｙ方向には保持部材の入射側端部で保持される。この場合も、Ｘ方向とＹ方向との保持位置を変えることにより、Ｘ方向の共振周波数をＹ方向の共振周波数に対して、大きくすることができる。

本実施の形態でも、Ｘ方向を第一の方向、Ｙ方向を第二の方向とし、照明用光ファイバ１１の揺動部１１ｂをＸ方向に共振周波数で振動させ、Ｙ方向には非共振周波数で振動させることによって、第１〜第４実施の形態と同様の作用、効果が得られる。

（第６実施の形態）
第６実施の形態は、第１実施の形態において走査部２１を、圧電素子ではなく永久磁石と偏向磁場発生用コイル（電磁コイル）を用いて構成したものである。図９は、第６実施の形態に係る光走査型内視鏡装置１０の先端部２４を示す拡大図であり、図９（ａ）は同先端部２４の断面図、図９（ｂ）は図９（ａ）の走査部２１を拡大して示す斜視図であり、図９（ｃ）は、図９（ｂ）の偏向磁場発生用コイル８２ａ〜８２ｄおよび永久磁石８３を含む部分の照明用光ファイバ１１の軸に垂直な面による断面図である。

照明用光ファイバ１１の揺動部部１１ｂの一部には、照明用光ファイバ１１の軸方向に着磁され貫通孔を有する永久磁石８３が、照明用光ファイバ１１の揺動部１１ｂが貫通孔を通った状態で結合されている。また、揺動部１１ｂを囲むように、一端部を取付環２６に固定された角型チューブ８１が設けられ、永久磁石８３の一方の極と対向する部分の角型チューブ８１の各側面には、螺旋状の偏向磁場発生用コイル８２ａ〜８２ｄが設けられている。

Ｙ方向（第二の方向）の偏向磁場発生用コイル８２ａと８２ｃのペアおよびＸ方向（第一の方向）の偏向磁場発生用コイル８２ｂと８２ｄのペアは、角型チューブ８１のそれぞれ対向する面に配置され、偏向磁場発生用コイル８２ａの中心と偏向磁場発生用コイル８２ｃの中心を結ぶ線と、偏向磁場発生用コイル８２ｂの中心と偏向磁場発生用コイル８２ｄの中心を結ぶ線とは、静止時の照明用光ファイバ１１の配置される角型チューブ８１の中心軸線付近で直交する。

また、駆動電圧生成部５０に代えて偏向磁場発生用コイル８２ａ〜８２ｄに電流を印加するための駆動電流生成部（図示せず）が設けられ、配線ケーブル１３で、各偏向磁場発生用コイル８２ａ〜８２ｄに接続される。

図９（ｃ）に示すように、永久磁石８３内の照明用光ファイバ１１の揺動部１１ｂが貫通する穴は、Ｙ方向にずらされており、永久磁石８３の重心は照明用光ファイバ１１の軸からずれて位置している。このようにすることで、Ｘ方向の断面二次モーメントＩ_ＸがＹ方向の断面二次モーメントＩ_Ｙに対して大きくなる。その結果、揺動部１１ｂのＸ方向の共振周波数はＹ方向の共振周波数よりも大きくなる。その他の構成は、第１〜第５実施の形態と同様であるので、同一または対応する構成要素には同一参照符号を付して説明を省略する。本実施の形態においても、照明用光ファイバ１１の揺動部１１ｂのＸ方向とＹ方向との共振周波数が異なるので、第１〜第５実施の形態と同様の効果が得られる。

なお、本発明は、上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、幾多の変形または変更が可能である。たとえば、第１実施の形態の変形例として、照明用光ファイバ１１の揺動部１１ｂを、第２の方向に第２の方向の共振周波数で振動駆動させる例を示したが、第２〜第６実施の形態においても同様に、直交するＸ方向およびＹ方向の双方に、照明用光ファイバ１１の揺動部１１ｂをそれぞれ方向の共振周波数で共振駆動させることができる。また、上記実施の形態では、直交するX方向およびY方向のうち共振周波数の高い方向を第一の方向とし、被観察物を第一の方向に共振周波数で走査するものとしたが、共振周波数の低い方向に共振周波数で走査し、共振周波数の高い方向には非共振周波数で走査させるようにしても良い。さらに、振動駆動手段は、コイルおよび磁石を用いる方法やピエゾ素子を用いた方法に限られず、他の振動駆動手段を用いても良い。また、本発明の走査装置は内視鏡装置のみならず、顕微鏡等他の装置にも適用することができる。

１０光走査型内視鏡装置
２０光走査型内視鏡本体
１１照明用光ファイバ
１１ａ固定端
１１ｂ揺動部
１１ｃ先端部
１２検出用光ファイババンドル
１３配線ケーブル
２１走査部
２２操作部
２３挿入部
２４先端部
２５ａ、２５ｂ投影用レンズ
２６取付環
２７アクチュエータ管
２８ａ〜２８ｄ圧電素子
２９ファイバ保持部材
３０光源部
４０検出部
５０駆動電圧生成部
６０制御部
６１表示部
６２入力部
７１ａ，７１ｂ金属膜
７３錘
７５接着剤
８１角型チューブ
８２ａ〜８２ｄ偏向磁場発生用コイル
８３永久磁石
１００被観察物

Claims

固定部および該固定部に対して揺動可能な揺動部を有する光ファイバと、
前記光ファイバの前記揺動部を振動駆動するための振動駆動手段と
を備え、
前記光ファイバの前記揺動部は、該光ファイバの軸方向に直交する第一の方向および第二の方向に、それぞれ異なる共振周波数を有し、前記光ファイバは、前記揺動部を振動駆動した状態で前記揺動部の先端から光を出射させることにより光走査を行う光走査装置において、
前記光ファイバの前記第一の方向及び前記第二の方向の何れかの方向に、前記光ファイバを介して対向する金属膜をコーティングし、前記第一の方向と前記第二の方向とでヤング率を異ならせる光走査装置。
固定部および該固定部に対して揺動可能な揺動部を有する光ファイバと、
前記光ファイバの前記揺動部を振動駆動するための振動駆動手段と
を備え、
前記光ファイバの前記揺動部は、該光ファイバの軸方向に直交する第一の方向および第二の方向に、それぞれ異なる共振周波数を有し、前記光ファイバは、前記揺動部を振動駆動した状態で前記揺動部の先端から光を出射させることにより光走査を行う光走査装置において、
前記光ファイバの前記第一の方向及び前記第二の方向の何れかの方向の一部のクラッドを除去し、前記第一の方向と前記第二の方向とで断面二次モーメントを異ならせる光走査装置。
前記光ファイバは、少なくとも部分的に４回対称性の無い断面形状を有することで、前記第一の方向と前記第二の方向とで前記断面二次モーメントを異ならせたことを特徴とする請求項２に記載の光走査装置。
固定部および該固定部に対して揺動可能な揺動部を有する光ファイバと、
前記光ファイバの前記揺動部を振動駆動するための振動駆動手段と
を備え、
前記光ファイバの前記揺動部は、該光ファイバの軸方向に直交する第一の方向および第二の方向に、それぞれ異なる共振周波数を有し、前記光ファイバは、前記揺動部を振動駆動した状態で前記揺動部の先端から光を出射させることにより光走査を行う光走査装置において、
前記振動駆動手段は、前記光ファイバに結合された磁石と、該磁石に対して磁力を及ぼす複数の電磁コイルとを含んで構成され、前記磁石の重心が前記光ファイバの軸からずれて位置することにより、前記第一の方向と前記第二の方向とで、断面二次モーメントを異ならせたことを特徴とする光走査装置。
固定部および該固定部に対して揺動可能な揺動部を有する光ファイバと、
前記光ファイバの前記揺動部を振動駆動するための振動駆動手段と
を備え、
前記光ファイバの前記揺動部は、該光ファイバの軸方向に直交する第一の方向および第二の方向に、それぞれ異なる共振周波数を有し、前記光ファイバは、前記揺動部を振動駆動した状態で前記揺動部の先端から光を出射させることにより光走査を行う光走査装置において、
前記光ファイバを保持する保持部材を備え、
前記固定部は、前記保持部材を貫通し、前記保持部材の第一の端部において、前記第一の方向及び前記第二の方向の何れかの方向に接着剤が偏るように固定され、前記保持部材の前記第一の端部とは異なる第二の端部において、前記第一の方向及び前記第二の方向のうち前記第一の端部とは異なる方向に接着剤が偏るように固定される光走査装置。
前記駆動手段は、前記光ファイバを前記第一の方向に共振駆動し、前記第二の方向には前記第一の方向と異なる周波数で駆動する請求項１〜５のいずれかに記載の光走査装置。
前記振動駆動手段は、前記第二の方向に共振を生じない周波数の振動を駆動する請求項１〜６に記載の光走査装置。
前記光走査の走査軌跡がラスター形状である請求項７に記載の光走査装置。
前記振動駆動手段は、前記光ファイバを前記第二の方向に共振駆動する請求項１〜６に記載の光走査装置。
前記第一の方向の共振周波数と前記第二の方向の共振周波数の差分周波数を撮影フレームレート近傍に設定し、前記光走査の走査軌跡がリサージュ形状である請求項９に記載の光走査装置。