JP6218546B2 - 光走査方法、光走査装置および光走査型観察装置 - Google Patents

Description

本発明は、光ファイバの振動により対象物を光走査する、光走査方法、光走査装置および光走査型観察装置に関する。

従来、光ファイバの先端部から光を対象物に向けて走査し、対象物で反射、散乱等される光、あるいは、対象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、対象物上で走査させるため、光が出射する先端部が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いる。

光ファイバの走査方法としては、通常、照射する光のスポットが、らせんを描くように走査するらせん走査（スパイラル走査）や、一方向に高速に振動させながらこれと直交する方向により低速で動かすラスター走査などが知られている。通常らせん型の走査パターンでは、振動周波数を共振周波数に設定する。また、ラスター走査では、高速で振動させる方向について、共振周波数で振動させることが好ましい。このため、従来は、光走査型観察装置の設計値から決定される共振周波数に基づいて、ファイバを振動駆動している。

特許第４６７２０２３号明細書

しかしながら、共振周波数は、光走査型観察装置ごとの製造誤差や、外力、温度変化、経時変化などによって一定値とならない。そして、ファイバを駆動する周波数を変えないまま共振周波数が変化すると、ファイバの振幅が変化したり光走査のエネルギー効率が低下したりする。このため、光走査型観察装置の個体ごとに、および／または、使用する度ごとに共振周波数の測定を行おうとすると、作業が煩雑となるという問題点を生じてしまう。

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、装置の個体差や経時的変化による、ファイバの共振周波数のズレによる性能劣化を防止し、駆動周波数を適切に調整することを可能にする光走査方法、光走査装置および光走査型観察装置を提供することにある。

上記目的を達成する光走査方法の発明は、
揺動可能に支持されたファイバの先端部の共振周波数を検出する共振周波数検出ステップと、
検出された前記共振周波数に基づいて、前記ファイバの前記先端部の駆動周波数を決定する駆動周波数決定ステップと、
前記ファイバの前記先端部から光を射出するとともに、前記駆動周波数により前記ファイバの前記先端部を振動駆動させ、対象物上で前記光を走査する走査ステップと、
を含み、
前記共振周波数検出ステップは、前記ファイバの先端部の振動周波数を所定の周波数範囲内で掃引させるステップを含むことを特徴とするものである。

上記光走査方法は、前記共振周波数検出ステップと前記駆動周波数決定ステップとを１回実行した後、前記走査ステップを複数回連続して実行しても良い。

上記目的を達成する光走査方法の発明は、
揺動可能に支持されたファイバの先端部の共振周波数を検出する共振周波数検出ステップと、
検出された前記共振周波数に基づいて、前記ファイバの前記先端部の駆動周波数を決定する駆動周波数決定ステップと、
前記ファイバの前記先端部から光を射出するとともに、前記駆動周波数により前記ファイバの前記先端部を振動駆動させ、対象物上で前記光を走査する走査ステップと、
を含み、
前記共振周波数検出ステップと前記駆動周波数決定ステップとは、前記走査ステップを実行する度に該走査ステップの前に実行す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方法の発明は、
揺動可能に支持されたファイバの先端部の共振周波数を検出する共振周波数検出ステップと、
検出された前記共振周波数に基づいて、前記ファイバの前記先端部の駆動周波数を決定する駆動周波数決定ステップと、
前記ファイバの前記先端部から光を射出するとともに、前記駆動周波数により前記ファイバの前記先端部を振動駆動させ、対象物上で前記光を走査する走査ステップと、
を含み、
前記共振周波数検出ステップにおいて、共振周波数が検出できない場合は、異常が発生したものとして検知す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方法の発明は、
揺動可能に支持されたファイバの先端部の共振周波数を検出する共振周波数検出ステップと、
検出された前記共振周波数に基づいて、前記ファイバの前記先端部の駆動周波数を決定する駆動周波数決定ステップと、
前記ファイバの前記先端部から光を射出するとともに、前記駆動周波数により前記ファイバの前記先端部を振動駆動させ、対象物上で前記光を走査する走査ステップと、
を含み、
前記共振周波数検出ステップは、前記振動駆動させるための電流信号と電圧信号との位相差を検出することを特徴とするものである。

さらに、上記目的を達成する光走査装置の発明は、
光源からの光を導光し、揺動可能に支持された先端部から射出するファイバと、
前記ファイバの前記先端部を振動駆動する駆動部と、
前記ファイバの前記先端部の振動周波数を所定の周波数範囲内で掃引させ、前記ファイバの前記先端部の共振周波数を検出する共振周波数検出部と、
検出された前記共振周波数に基づいて、前記対象物を走査する駆動周波数を決定する駆動周波数決定部と、
前記光ファイバから出射した光を対象物に向けて照射するための光学系と、
を備え、
前記共振周波数検出部は、前記駆動部を振動駆動させるための電流検出回路からの電流信号と電圧検出回路からの電圧信号との位相差を検知することを特徴とするものである。

さらに、上記目的を達成する光走査型観察装置の発明は、
光源からの光を対象物上に走査して該対象物の画像を取得する光走査型観察装置において、
前記光源からの光を導光し、揺動可能に支持された先端部から射出するファイバと、
前記ファイバの前記先端部を振動駆動する駆動部と、
前記ファイバの前記先端部の振動周波数を所定の周波数範囲内で掃引させ、前記ファイバの前記先端部の共振周波数を検出する共振周波数検出部と、
検出された前記共振周波数に基づいて、前記対象物を走査する駆動周波数を決定する駆動周波数決定部と、
前記光ファイバから出射した光を対象物に向けて照射するための光学系と、
前記光の照射により前記対象物から得られる光を検出し電気信号に変換する光検出部と、
前記光検出部により出力された電気信号に基づいて画像を生成する画像処理部と
を備え、
前記共振周波数検出部は、前記駆動部を振動駆動させるための電流検出回路からの電流信号と電圧検出回路からの電圧信号との位相差を検知することを特徴とするものである。

本発明によれば、揺動可能に支持されたファイバの先端部の共振周波数を検出し、検出された共振周波数に基づいて、ファイバの先端部の駆動周波数を決定するので、装置の個体差や経時的変化による、ファイバの共振周波数のズレによる性能劣化を防止し、駆動周波数を適切に調整することができる。

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の光走査型内視鏡のスコープを概略的に示す概観図である。 図２のスコープの先端部の断面図である。 光走査型内視鏡装置の駆動部および照明用光ファイバの揺動部を示す図であり、図４（ａ）は側面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 図１の駆動制御／共振周波数検出部の概略構成を示すブロック図である。 第１実施の形態に係る光走査方法を実行するフローチャートである。 第１実施の形態に係る光走査方法を時系列的に説明する図であり、（ａ）は駆動電圧の振幅Ａを、（ｂ）は駆動電圧の周波数ｆを、（ｃ）は光源部のレーザ出力Ｐを、（ｄ）は出力電圧Ｖｆの波形のイメージを、（ｅ）は各時点での光の走査軌跡のイメージを、それぞれ、時間の経過とともに示している。 典型的なインピーダンスおよび位相ズレの周波数特性を示す図である。 第２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）の駆動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。 第２実施の形態に係る光走査方法を実行するフローチャートである。

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、スコープ２０と、制御装置本体３０とディスプレイ４０とによって構成されている。

制御装置本体３０は、光走査型内視鏡装置１０全体を制御する制御部３１、発光タイミング制御部３２、レーザ３３Ｒ、３３Ｇ、３３Ｂ、および結合器３４を含んで構成される。発光タイミング制御部３２は、制御部３１の制御の下で、赤、緑および青の三原色のレーザ光を射出する３つのレーザ３３Ｒ、３３Ｇ、３３Ｂの発光タイミングを制御する。レーザ３３Ｒ、３３Ｇ、３３Ｂ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。レーザ３３Ｒ、３３Ｇ、３３Ｂから出射されたレーザ光は、結合器３４により合波され、白色の照明光としてシングルモードファイバである照明用光ファイバ１１に入射される。もちろん、光走査型内視鏡装置１０の光源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。また、レーザ３３Ｒ、３３Ｇ、３３Ｂおよび結合器３４は、制御装置本体３０と信号線で結ばれた制御装置本体３０とは別の筐体に収納されていても良い。

照明用光ファイバ１１は、スコープ２０の先端部まで繋がっており、結合器３４から照明用光ファイバ１１に入射した光は、スコープ２０の先端部まで導光され対象物１００に向けて照射される。その際、駆動部２１が振動駆動されることによって、照明用光ファイバ１１を出射した照明光は、対象物１００の観察表面上を２次元走査することができる。この駆動部２１は、後述する制御装置本体３０の駆動制御／共振周波数検出部３８によって制御されている。照明光の照射により対象物１００から得られる反射光、散乱光、蛍光などの信号光は、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の先端で受光して、スコープ２０内を通り制御装置本体３０まで導光される。

制御装置本体３０は、信号光を処理するための光検出器３５、ＡＤＣ（アナログ−デジタル変換器）３６および画像処理部３７をさらに備える。光検出器３５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、フォトダイオード等により、それぞれのスペクトル成分を電気信号に変換する。ＡＤＣ３６は電気信号に変換された画像信号をデジタル信号に変換し、画像処理部３７に出力する。制御部３１は、駆動制御／共振周波数検出部３８により印加した振動電圧の振幅および位相などの情報から走査経路上の走査位置の情報を算出し、画像処理部３７に渡す。画像処理部３７は、ＡＤＣ３６から出力されたデジタル信号から、当該走査位置における対象物１００の画素データを得る。画像処理部３７は、走査位置と画素データの情報を順次図示しないメモリに記憶し、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対象物１００の画像を生成し、ディスプレイ４０に表示する。

上記の各処理において、制御部３１は、発光タイミング制御部３２、光検出器３５、駆動制御／共振周波数検出部３８、および、画像処理部３７を同期制御する。

図２は、スコープ２０を概略的に示す概観図である。スコープ２０は、操作部２２および挿入部２３を備える。操作部２２には、制御装置本体３０からの照明用光ファイバ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内部を通り、挿入部２３の先端部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のスコープ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、駆動部２１、投影用レンズ２５ａ、２５ｂ、中心部を通る照明用光ファイバ１１および外周部を通る検出用光ファイババンドル１２を含んで構成される。

駆動部２１は、取付環２６によりスコープ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内に配置されるファイバ保持部材２９および圧電素子２８ａ〜２８ｄ（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、検出用光ファイババンドル１２の各ファイバの先端部には図示しない検出用レンズを備える。

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、対象物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、対象物１００上に集光されたレーザ光が、対象物１００により反射、散乱、屈折等をした光（対象物１００と相互作用した光）又は蛍光等を信号光として取り込み、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の駆動部２１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。ファイバ保持部材２９の４つの側面は、それぞれ＋Ｙ方向および＋Ｘ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。

各圧電素子２８ａ〜２８ｄは、制御装置本体３０の駆動制御／共振周波数検出部３８からの配線ケーブル１３が接続される。

図５は、駆動制御／共振周波数検出部３８の概略構成を示すブロック図である。駆動制御／共振周波数検出部３８は、駆動部２１の圧電素子２８ａ〜２８ｄを駆動するために、ＤＤＳ（デジタル直接合成発信器）５１ｘ、５１ｙ、ＤＡＣ（デジタル−アナログ変換器）５２ｘ、５２ｙ、増幅器５３ｘ、５３ｙを備える。ＤＤＳ５１ｘとＤＤＳ５１ｙとは、それぞれ制御部３１からの制御信号を受信して、デジタル駆動信号波形を生成する。この信号は、ＤＡＣ５２ｘ，５２ｙによりアナログ信号に変換され、増幅器５３ｘ、５３ｙで増幅され、配線ケーブル１３を介してスコープ２０の先端部２４に位置する圧電素子２８ａ〜２８ｄを駆動する。

なお、実際にはＸ方向の圧電素子２８ｂと２８ｄとの間には常に正負が反対で大きさの等しい電圧が印加され、同様に、Ｙ方向の圧電素子２８ａと２８ｃとの間にも常に反対方向で大きさの等しい電圧が印加される。ファイバ保持部材２９を挟んで対向配置された圧電素子２８ｂ、２８ｄが、互いに一方が伸びるとき他方が縮むことによって、ファイバ保持部材２９に撓みを生じさせ、これを繰り返すことによりＸ方向の振動を生ぜしめる。Ｙ方向の振動についても同様である。

駆動制御／共振周波数検出部３８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とに、同一の周波数の振動電圧を印加し、あるいは、異なる周波数の振動電圧を印加し、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、図３、図４に示した照明用光ファイバ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対象物１００の表面を順次走査する。

照明用光ファイバ１１の揺動部１１ｂは、Ｘ方向およびＹ方向の双方、または、何れか一方向に共振周波数で振動駆動される。しかし、揺動部１１ｂの共振周波数は、環境条件や経時的変化により変化するので、駆動制御／共振周波数検出部３８は、照明用光ファイバ１１の揺動部１１ｂの共振周波数を検出する共振周波数検出機構を有する。共振周波数検出機構は、図５に示すように、増幅器５３ｘから圧電素子２８ｂ、２８に向かう回路上に設けられた電流検出回路５５ｘおよび電圧検出回路５６ｘと、これらによりそれぞれ検出された電流信号および電圧信号をデジタル信号に変換する、ＡＤＣ（アナログ−デジタル変換器）５７、５８と、２つのＡＤC５７およびＡＤＣ５８の出力信号の位相差からＸ方向の振動の共振周波数を検出する共振周波数検出部５９により構成されている。なお、Ｙ方向の振動の共振周波数を検出するために、同様に電流検出回路５５ｙ、電圧検出回路５６ｙが設けられ、これらの出力もＡＤＣ（図示せず）を介して共振周波数検出部５９に入力されるように構成されている。

次に、光走査型内視鏡装置１０の動作について、図６および図７を用いて説明する。図６は、第１実施の形態に係る光走査方法を実行するフローチャートである。また、図７は、第１実施の形態に係る光走査方法を時系列的に説明する図であり、（ａ）は駆動電圧の振幅Ａを、（ｂ）は駆動電圧の周波数ｆを、（ｃ）は光源部のレーザ出力Ｐを、（ｄ）は出力電圧Ｖｆの波形のイメージを、（ｅ）は各時点での光の走査軌跡のイメージを、それぞれ、時間の経過とともに示している。

まず、初期状態において照明用光ファイバ１１の揺動部１１ｂの振動を停止した状態とする（ステップＳ０１）。この状態を図７においてＩの期間として示している。

次に、制御部３１が、共振周波数を検出する共振周波数検出ステップを開始する（ステップＳ０２）。共振周波数検出ステップは、図７のＩＩの期間に対応している。この期間ＩＩにおいて、Ｘ方向の圧電素子２８ｂ、２８ｄおよびＹ方向の圧電素子２８ａ、２８ｃに、振幅Ａが所定の振幅Ｖ_{ｓｗｅｅｐ}に等しく、位相がＸ方向とＹ方向とで９０°ずれ、周波数ｆが時間ともに増大する振動電圧が印加される（図７（ａ）、（ｂ）、（ｄ）参照）。これにより、照明用光ファイバ１１の先端部１１ｃの振動周波数を所定の周波数範囲内で掃引させる。所定の周波数範囲は、設計時の共振周波数の前後で共振周波数が変動し得る範囲を予め予測して決定する。このとき、レーザ３３Ｒ、３３Ｇ、３３Ｂは未だ点灯していない（図７（ｃ））。これにより、照明用光ファイバ１１の先端部１１ｃは円を描くように振動する（図７（ｅ））。

駆動電圧の周波数が増加する間、電流検出回路５５ｘ、５５ｙおよび電圧検出回路５６ｘ、５６ｙによりそれぞれ検出される電流信号及び電圧信号は、共振周波数検出部５９によりモニターされる。共振周波数検出部５９は、電流信号および電圧信号の位相のズレを検知することにより共振周波数を検出する。一般に、振動回路のインピーダンスおよび電流と電圧との位相ズレの周波数特性は、それぞれ図８（ａ）、図８（ｂ）のようになることが知られている。図８（ａ）に示すように、共振周波数で振動するとき、インピーダンスは最小となり、位相ズレは０となる。そこで、共振周波数検出部５９は、電流検出回路５５ｘ、５５ｙからの電流信号と、電圧検出回路５６ｘ、５６ｙからの電圧信号との位相ズレが０となったときの周波数ｆｒを共振周波数として識別し、制御部３１に出力する。

制御部３１は、以降の駆動周波数を検出した共振周波数ｆｒ付近の周波数に決定する（ステップＳ０３）。すなわち、制御部３１は駆動周波数を決定する駆動周波数決定部として機能する。駆動周波数は共振周波数ｆｒ付近の周波数で駆動するが、ｆｒと完全に一致させる必要はなく、若干ずれた値であっても構わない。この駆動周波数を決定する駆動周波数決定ステップは、期間ＩＩの間に行われる。

なお、共振周波数検出ステップ（ステップＳ０２）において、共振周波数が検出されなかった場合、共振周波数検出部５９から制御部３１へは出力がないか、あるいは、異常を検出する信号が送られる。その場合、制御部３１は異常と判断して装置を停止し、ディスプレイ４０に異常を知らせる警告を表示する。共振周波数が検出されない場合としては、照明用光ファイバ１１の折れや、圧電素子２８ａ〜２８ｄの異常などが考えられる。

制御部３１は、期間ＩＩの終了直前に、レーザ３３Ｒ、３３Ｇ、３３Ｂを点灯させる。次いで、走査ステップとして、対象物の光走査を行う（ステップＳ０４）。すなわち、期間ＩＩＩにおいて、Ｘ方向の圧電素子２８ｂ、２８ｄおよびＹ方向の圧電素子２８ａ、２８ｃに印加する電圧の駆動周波数ｆをｆｒに固定し（図７（ｂ））、駆動電圧の振幅Ａを０から最大値Ｖｍａｘまで時間ともに増大させる（図７（ａ））。これによって、照明用光ファイバ１１から出射される光は、時間経過とともに半径が拡大するらせん状の軌跡を描く（図７（ｅ））。

次に、駆動電圧の振幅Ａが最大値Ｖｍａｘとなったところで、レーザ３３Ｒ、３３Ｇ、３３Ｂの発振を停止し、照明用光ファイバ１１の振動も徐々に停止する（ステップＳ０５）。振動の停止は、駆動電圧の振幅Ａを期間ＩＩＩよりも短い期間ＩＶにおいて急速に減少させることによって行う。以上のらせん状の走査により、対象物１００の円形領域が２次元的に走査され、１フレーム分の画像が取得される。制御部３１は次のフレームの取得をする場合は、再びステップＳ０２に戻り、ステップＳ０２〜ステップＳ０５を繰り返す。

以上説明したように、光走査型内視鏡装置１０は、対象物１００を走査する前に共振周波数ｆｒを検出し、この共振周波数ｆｒで被検出物の光走査を行い、画像を取得することができる。これによって、装置の個体差や経時的変化による、ファイバの共振周波数のズレによる性能劣化を防止し、駆動周波数を適切に調整することが可能になる。また、常に照明用光ファイバ１１の揺動部１１ｂを共振周波数に近い周波数で振動駆動することにより、エネルギー効率の良い走査が可能になる。

さらに、各画像フレームの取得前に共振周波数の検出を行うので、光走査型内視鏡装置１０の稼動中に温度上昇などの要因のために共振周波数が変化する場合でも、即時に駆動周波数を適切な値に調整することができる。また、常に照明用光ファイバ１１の先端部１１ｃの振動が安定した軌跡を描くので、より安定した画像を取得、表示できることが期待できる。

さらに、共振周波数検出ステップ（ステップＳ０２）で、共振周波数が検出できない場合に、装置を停止し警告を発するようにしたので、装置の異常を早期に検出して故障や破損の拡大を防止することが可能になる。

なお、２回目以降の共振周波数検出および駆動周波数の決定を、期間ＩＶの走査が停止した後に行うのではなく、期間ＩＶ（ステップＳ０５）で振動を減少させる間に、振動周波数ｆを共振周波数の前後で掃引して、共振周波数を検出することで実行することもできる。その場合、振動停止後直ぐに光走査（ステップＳ０３）を開始することができるので、フレームレートを高くし、より良好な画像を得ることができる。

（第２実施の形態）
第２実施の形態は、第１実施の形態において駆動部２１を、圧電素子ではなく、照明用光ファイバ１１に固定した永久磁石とこれを駆動する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２実施の形態に係る光走査型内視鏡装置１０のスコープ２０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）の駆動部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６２ａ〜６２ｄおよび永久磁石６３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６３が、照明用光ファイバ１１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６１が設けられ、永久磁石６３の一方の極と対向する部分の角型チューブ６１の各側面には、平型の偏向磁場発生用コイル６２ａ〜６２ｄが設けられている。

Ｙ方向の偏向磁場発生用コイル６２ａと６２ｃのペアおよびＸ方向の偏向磁場発生用コイル６２ｂと６２ｄのペアは、角型チューブ６１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６２ａの中心と偏向磁場発生用コイル６２ｃの中心を結ぶ線と、偏向磁場発生用コイル６２ｂの中心と偏向磁場発生用コイル６２ｄ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６１の中心軸線付近で直交する。これらのコイルは、配線ケーブル１３を介して制御装置本体３０の駆動制御／共振周波数検出部３８に接続され、駆動制御／共振周波数検出部３８からの駆動電流によって駆動される。

次に、第２実施の形態における光走査方法を説明する。図１０は、第２実施の形態に係る光走査方法を実行するフローチャートである。図１０における各ステップの内容は、第１実施の形態における各ステップとほぼ同じなので、図６の各対応するステップの番号に１０を加えて示している。ただし、本実施の形態では、装置の操作を開始した後、一度だけ共振周波数の検出を行い（ステップＳ１２）、駆動周波数を決定する（ステップＳ１３）。その後、対象物の光走査（ステップＳ１４）による画像データの取得を、制御部３１が次のフレームの取得を停止させるまで（ステップＳ１６）、繰返し行う。その他の構成及び作用は、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。

本実施の形態によれば、各操作の開始時に共振周波数を検出できるので、装置の個体差や経時的変化による、ファイバの共振周波数のズレによる性能劣化を防止し、駆動周波数を適切に調整することが可能になる。さらに、一旦共振周波数を検出すると、以後は繰り返し光走査を行い画像フレームを取得することができるので、第１実施の形態に比べ、高いフレームレートで内視鏡画像の取得が可能になる。

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。光走査の方法は、らせん走査に限られず、ラスター走査にも適用することができる。その場合、照明用光ファイバを、ＸＹ方向の走査のうち一方向についてのみ共振周波数で振動させる。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、共振周波数の検出は、１回の走査ごとや装置の駆動開始時のみならず、種々のタイミングで行うことができ、例えば、複数回の走査毎に一回や毎日一回行うようにする設定や、使用者の指示により共振周波数を検出するようにする設定も可能である。さらに、本発明の光走査方法は内視鏡装置のみならず、顕微鏡、プロジェクタ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
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
２０ スコープ
２１ 駆動部
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 制御装置本体
３１ 制御部
３２ 発光タイミング制御部
３３Ｒ、３３Ｇ、３３Ｂ レーザ
３４ 結合器
３５ 光検出器
３６ ＡＤＣ
３７ 画像処理部
３８ 駆動制御／共振周波数検出部
４０ ディスプレイ
５１ｘ、５１ｙ ＤＤＳ
５２ｘ、５２ｙ ＤＡＣ
５３ｘ、５３ｙ 増幅器
５５ｘ、５５ｙ 電流検出回路
５６ｘ、５６ｙ 電圧検出回路
５７、５８ ＡＤＣ
５９ 共振周波数検出部
６１ 角型チューブ
６２ａ〜６２ｄ 偏向磁場発生用コイル
６３ 永久磁石
１００ 対象物

Claims (11)

1. 揺動可能に支持されたファイバの先端部の共振周波数を検出する共振周波数検出ステップと、
   検出された前記共振周波数に基づいて、前記ファイバの前記先端部の駆動周波数を決定する駆動周波数決定ステップと、
   前記ファイバの前記先端部から光を射出するとともに、前記駆動周波数により前記ファイバの前記先端部を振動駆動させ、対象物上で前記光を走査する走査ステップと、
   を含み、
   前記共振周波数検出ステップは、前記ファイバの先端部の振動周波数を所定の周波数範囲内で掃引させるステップを含む光走査方法。
2. 前記共振周波数検出ステップと前記駆動周波数決定ステップとを１回実行した後、前記走査ステップを複数回連続して実行することを特徴とする請求項１に記載の光走査方法。
3. 揺動可能に支持されたファイバの先端部の共振周波数を検出する共振周波数検出ステップと、
   検出された前記共振周波数に基づいて、前記ファイバの前記先端部の駆動周波数を決定する駆動周波数決定ステップと、
   前記ファイバの前記先端部から光を射出するとともに、前記駆動周波数により前記ファイバの前記先端部を振動駆動させ、対象物上で前記光を走査する走査ステップと、
   を含み、
   前記共振周波数検出ステップと前記駆動周波数決定ステップとは、前記走査ステップを実行する度に該走査ステップの前に実行することを特徴とする光走査方法。
4. 前記共振周波数検出ステップは、前記ファイバの先端部の振動周波数を所定の周波数範囲内で掃引させるステップを含む請求項３に記載の光走査方法。
5. 揺動可能に支持されたファイバの先端部の共振周波数を検出する共振周波数検出ステップと、
   検出された前記共振周波数に基づいて、前記ファイバの前記先端部の駆動周波数を決定する駆動周波数決定ステップと、
   前記ファイバの前記先端部から光を射出するとともに、前記駆動周波数により前記ファイバの前記先端部を振動駆動させ、対象物上で前記光を走査する走査ステップと、
   を含み、
   前記共振周波数検出ステップにおいて、共振周波数が検出できない場合は、異常が発生したものとして検知することを特徴とする光走査方法。
6. 前記共振周波数検出ステップは、前記ファイバの先端部の振動周波数を所定の周波数範囲内で掃引させるステップを含む請求項５に記載の光走査方法。
7. 前記共振周波数検出ステップと前記駆動周波数決定ステップとを１回実行した後、前記走査ステップを複数回連続して実行することを特徴とする請求項５または６に記載の光走査方法。
8. 前記共振周波数検出ステップと前記駆動周波数決定ステップとは、前記走査ステップを実行する度に該走査ステップの前に実行することを特徴とする請求項５から７の何れか一項に記載の光走査方法。
9. 揺動可能に支持されたファイバの先端部の共振周波数を検出する共振周波数検出ステップと、
   検出された前記共振周波数に基づいて、前記ファイバの前記先端部の駆動周波数を決定する駆動周波数決定ステップと、
   前記ファイバの前記先端部から光を射出するとともに、前記駆動周波数により前記ファイバの前記先端部を振動駆動させ、対象物上で前記光を走査する走査ステップと、
   を含み、
   前記共振周波数検出ステップは、前記振動駆動させるための電流信号と電圧信号との位相差を検出することを特徴とする光走査方法。
10. 光源からの光を導光し、揺動可能に支持された先端部から射出するファイバと、
    前記ファイバの前記先端部を振動駆動する駆動部と、
    前記ファイバの前記先端部の振動周波数を所定の周波数範囲内で掃引させ、前記ファイバの前記先端部の共振周波数を検出する共振周波数検出部と、
    検出された前記共振周波数に基づいて、前記対象物を走査する駆動周波数を決定する駆動周波数決定部と、
    前記光ファイバから出射した光を対象物に向けて照射するための光学系と、
    を備え、
    前記共振周波数検出部は、前記駆動部を振動駆動させるための電流検出回路からの電流信号と電圧検出回路からの電圧信号との位相差を検知する光走査装置。
11. 光源からの光を対象物上に走査して該対象物の画像を取得する光走査型観察装置において、
    前記光源からの光を導光し、揺動可能に支持された先端部から射出するファイバと、
    前記ファイバの前記先端部を振動駆動する駆動部と、
    前記ファイバの前記先端部の振動周波数を所定の周波数範囲内で掃引させ、前記ファイバの前記先端部の共振周波数を検出する共振周波数検出部と、
    検出された前記共振周波数に基づいて、前記対象物を走査する駆動周波数を決定する駆動周波数決定部と、
    前記光ファイバから出射した光を対象物に向けて照射するための光学系と、
    前記光の照射により前記対象物から得られる光を検出し電気信号に変換する光検出部と、
    前記光検出部により出力された電気信号に基づいて画像を生成する画像処理部と
    を備え、
    前記共振周波数検出部は、前記駆動部を振動駆動させるための電流検出回路からの電流信号と電圧検出回路からの電圧信号との位相差を検知する光走査型観察装置。

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