JP6401382B2 - Optical fiber scanner and scanning observation apparatus - Google Patents

Optical fiber scanner and scanning observation apparatus Download PDF

Info

Publication number
JP6401382B2
JP6401382B2 JP2017513876A JP2017513876A JP6401382B2 JP 6401382 B2 JP6401382 B2 JP 6401382B2 JP 2017513876 A JP2017513876 A JP 2017513876A JP 2017513876 A JP2017513876 A JP 2017513876A JP 6401382 B2 JP6401382 B2 JP 6401382B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical fiber
illumination light
alternating voltage
amplitude
tip
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2017513876A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPWO2016170612A1 (en
Inventor
靖明 葛西
靖明 葛西
博士 鶴田
博士 鶴田
善朗 岡崎
善朗 岡崎
藤原 真人
真人 藤原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Olympus Corp filed Critical Olympus Corp
Publication of JPWO2016170612A1 publication Critical patent/JPWO2016170612A1/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6401382B2 publication Critical patent/JP6401382B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B23/00Telescopes, e.g. binoculars; Periscopes; Instruments for viewing the inside of hollow bodies; Viewfinders; Optical aiming or sighting devices
    • G02B23/24Instruments or systems for viewing the inside of hollow bodies, e.g. fibrescopes
    • G02B23/26Instruments or systems for viewing the inside of hollow bodies, e.g. fibrescopes using light guides
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/10Scanning systems

Description

本発明は、光ファイバスキャナおよび走査型観察装置に関するものである。   The present invention relates to an optical fiber scanner and a scanning observation apparatus.

圧電素子に交番電圧を印加して発生させた振動により、光ファイバの先端を振動的に変位させ、光ファイバの先端から射出される照明光を被写体において渦巻き状に走査させる走査型内視鏡が知られている(例えば、特許文献1参照。)。特許文献1の走査型内視鏡は、光ファイバを駆動する駆動電圧を線形に変化させており、照明光の渦巻き状の走査軌跡は、全ての位置において一定の間隔となっている。   A scanning endoscope that oscillates the tip of an optical fiber by vibration generated by applying an alternating voltage to a piezoelectric element and scans illumination light emitted from the tip of the optical fiber in a spiral shape on a subject. It is known (for example, refer to Patent Document 1). In the scanning endoscope of Patent Document 1, the drive voltage for driving the optical fiber is linearly changed, and the spiral scanning trajectory of the illumination light has a constant interval at all positions.

特許第5225038号公報Japanese Patent No. 5225038

さらに高解像度の画像を取得することが望まれる場合には、単位時間当たりの光ファイバの先端の周回数を増大させるか、1画像を取得するために必要な時間を増大させるかしかないという不都合がある。すなわち、前者の場合には、例えば、圧電素子を共振周波数のように特定の周波数付近で振動させている場合には、安易に単位時間当たりの周回数を変更することは困難である。また、後者の場合には、フレームレートの低下により、動画がぎこちなくなり、あるいは、被写体の早い動きを観察できないという不都合がある。   If it is desired to acquire a higher resolution image, the inconvenience of only increasing the number of turns of the tip of the optical fiber per unit time or increasing the time required to acquire one image. There is. That is, in the former case, for example, when the piezoelectric element is vibrated near a specific frequency like the resonance frequency, it is difficult to easily change the number of turns per unit time. In the latter case, the moving image becomes awkward due to a decrease in the frame rate, or the fast movement of the subject cannot be observed.

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、光ファイバの先端の単位時間当たりの周回数を変化させることなく、かつ、フレームレートを低下させることなく、拡大しても鮮明な画像を取得することを可能にする光ファイバスキャナおよび走査型観察装置を提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and is clear even when enlarged without changing the number of turns per unit time at the tip of the optical fiber and without reducing the frame rate. An object of the present invention is to provide an optical fiber scanner and a scanning observation apparatus that can acquire an image.

本発明の一態様は、照明光を導光して先端から射出させる光ファイバと、交番電圧を印加することにより振動させられ、前記光ファイバの先端を、一定の周波数で振動的に変位させる圧電素子と、前記交番電圧の振幅を単調増加または単調減少させる各期間に、該振幅の変化率を変化させる制御部とを備える光ファイバスキャナである。   One aspect of the present invention is an optical fiber that guides illumination light and emits it from the tip, and a piezoelectric that is vibrated by applying an alternating voltage and that oscillates the tip of the optical fiber at a constant frequency. An optical fiber scanner comprising an element and a control unit that changes a rate of change of the amplitude in each period in which the amplitude of the alternating voltage monotonously increases or decreases monotonously.

本態様によれば、光ファイバの前方に被写体を配置し、圧電素子に交番電圧を印加して光ファイバの先端を振動的に変位させることにより、光ファイバによって導光され先端から射出された照明光が、被写体において走査される。そして、圧電素子に印加する交番電圧の振幅を単調増加または単調減少させることにより、光ファイバの先端を渦巻き状に変位させることができる。   According to this aspect, the illumination is guided by the optical fiber and emitted from the distal end by disposing the subject in front of the optical fiber and applying an alternating voltage to the piezoelectric element to oscillate the distal end of the optical fiber. Light is scanned across the subject. Then, the tip of the optical fiber can be displaced spirally by monotonously increasing or monotonically decreasing the amplitude of the alternating voltage applied to the piezoelectric element.

すなわち、交番電圧の振幅を単調増加させると、光ファイバによる照明光の走査軌跡は、中心から周辺に向かって渦巻き状に形成され、交番電圧の振幅を単調減少させると、光ファイバによる照明光の走査軌跡は、周辺から中心に向かって渦巻き状に形成される。   That is, when the amplitude of the alternating voltage is monotonously increased, the scanning trajectory of the illumination light by the optical fiber is formed in a spiral shape from the center to the periphery. When the amplitude of the alternating voltage is monotonously decreased, the illumination light by the optical fiber is The scanning trajectory is formed in a spiral shape from the periphery toward the center.

このとき、交番電圧の振幅の変化率を変化させることにより、照明光の走査軌跡に粗密を生じさせることができ、走査軌跡が密になっている領域においては、被写体に対し高密度に照明光を照射することができる。
すなわち、交番電圧の振幅の変化率を変化させることにより、特定の領域における照明光の走査軌跡を密にして、その領域については、高解像の画像の取得が可能となる。この場合に、圧電素子の振動周期を変更したり、フレームレートを長くしたりしなくても、必要な領域に高密度に照明光を照射することができる。
At this time, by changing the rate of change of the amplitude of the alternating voltage, the scanning trajectory of the illumination light can be made dense, and in the area where the scanning trajectory is dense, the illumination light is densely applied to the subject. Can be irradiated.
That is, by changing the rate of change of the amplitude of the alternating voltage, the scanning trajectory of the illumination light in a specific region is made dense, and a high-resolution image can be acquired for that region. In this case, it is possible to irradiate illumination light at a high density in a necessary region without changing the vibration period of the piezoelectric element or increasing the frame rate.

上記態様においては、前記制御部が、前記交番電圧の振幅を、各前記期間の中央よりも両端において小さな変化率で変化させてもよい。
このようにすることで、交番電圧の振幅を単調増加または単調減少させる各期間の両端において、被写体に対して高密度に照明光を照射させることができる。交番電圧の振幅の変化率が小さいほど走査軌跡を密にすることができる。
In the above aspect, the control unit may change the amplitude of the alternating voltage at a smaller change rate at both ends than the center of each period.
By doing so, it is possible to irradiate the subject with illumination light at high density at both ends of each period in which the amplitude of the alternating voltage monotonously increases or decreases monotonously. The smaller the rate of change of the amplitude of the alternating voltage, the denser the scanning locus.

例えば、血管等の管腔内に挿入される内視鏡に適用する場合、進行方向前方正面および周囲の管腔壁面を拡大して観察できるように高解像の画像を取得しておく必要がある。渦巻き状の走査軌跡の中央と周辺部分を密にして、必要な領域に高密度の照明光を照射することができる。   For example, when applied to an endoscope inserted into a lumen such as a blood vessel, it is necessary to acquire a high-resolution image so that the front surface in the traveling direction and the surrounding lumen wall surface can be enlarged and observed. is there. It is possible to irradiate a necessary region with high-density illumination light by making the center and the peripheral part of the spiral scanning locus dense.

また、上記態様においては、前記制御部が、前記交番電圧の振幅を正弦波状に変化させてもよい。
このようにすることで、走査軌跡の粗密を滑らかに変化させることができる。その結果、光ファイバに過度の加速度が加わることが防止され、光ファイバにかかる負荷を軽減することができる。
Moreover, in the said aspect, the said control part may change the amplitude of the said alternating voltage to a sine wave form.
By doing in this way, the density of a scanning locus can be changed smoothly. As a result, excessive acceleration is prevented from being applied to the optical fiber, and the load on the optical fiber can be reduced.

また、本発明の他の態様は、上記いずれかの光ファイバスキャナと、該光ファイバスキャナによって被写体において照明光が走査されることにより、被写体から戻る戻り光を検出する光検出部とを備える走査型観察装置である。
本態様によれば、圧電素子に加える交番電圧の周期やフレームレートを変化させることなく、高解像の領域を部分的に有する画像を取得することができる。より高解像の領域を必要な領域に一致させ、より低解像の領域を不要な領域に一致させることで、必要な領域については拡大しても鮮明な画像により観察を行うことができる。
According to another aspect of the present invention, a scanning includes any one of the above optical fiber scanners and a light detection unit that detects return light returning from the subject when the illumination light is scanned on the subject by the optical fiber scanner. This is a mold observation device.
According to this aspect, it is possible to acquire an image that partially includes a high-resolution region without changing the period of alternating voltage applied to the piezoelectric element and the frame rate. By matching the higher resolution area with the necessary area and matching the lower resolution area with the unnecessary area, the necessary area can be observed with a clear image even if it is enlarged.

また、本発明の他の態様は、上記光ファイバスキャナと、該光ファイバスキャナによって被写体において照明光が走査されることにより、被写体から戻る戻り光を検出する光検出部とを備え、前記光ファイバの先端に対して前方に間隔をあけて配置され、前記交番電圧の振幅が所定の閾値より小さいときに前記光ファイバの先端から射出された照明光を透過させる中央開口を有し、前記交番電圧の振幅が前記閾値以上のときに前記光ファイバの先端から射出された照明光を径方向外方に偏向する円錐状ミラーを備える走査型観察装置である。   According to another aspect of the present invention, the optical fiber scanner includes the optical fiber scanner, and a light detection unit that detects return light returning from the subject when the illumination light is scanned on the subject by the optical fiber scanner. A center opening for transmitting illumination light emitted from the tip of the optical fiber when the amplitude of the alternating voltage is smaller than a predetermined threshold, The scanning observation apparatus includes a conical mirror that deflects illumination light emitted from the tip of the optical fiber radially outward when the amplitude of is is greater than or equal to the threshold value.

本態様によれば、渦巻き状に走査される照明光の内、渦巻き状の走査軌跡の中心付近の照明光は、円錐状ミラーの中央開口を貫通して前方の被写体に照射される。一方、渦巻き状の走査軌跡の周辺付近の照明光は、円錐状ミラーによって径方向外方に変更されて周辺の被写体に照射される。
血管等の管腔に挿入される走査型観察装置の場合、前方の被写体および周囲の管腔内壁に照明光が高密度の走査軌跡で走査されるので、高解像度の直視画像および高解像度の側視画像を取得することができる。
According to this aspect, of the illumination light scanned in a spiral shape, the illumination light in the vicinity of the center of the spiral scanning locus passes through the central opening of the conical mirror and is irradiated to the front subject. On the other hand, the illumination light in the vicinity of the periphery of the spiral scanning trajectory is changed radially outward by the conical mirror and irradiated to the surrounding subject.
In the case of a scanning observation apparatus that is inserted into a lumen such as a blood vessel, the illumination light is scanned with a high-density scanning locus on the subject in front and the inner wall of the surrounding lumen. A visual image can be acquired.

本発明によれば、光ファイバの先端の単位時間当たりの周回数を変化させることなく、かつ、フレームレートを低下させることなく、拡大しても鮮明な画像を取得することができるという効果を奏する。   According to the present invention, there is an effect that a clear image can be obtained even when enlarged without changing the number of turns per unit time at the tip of the optical fiber and without reducing the frame rate. .

本発明の一実施形態に係る走査型観察装置を示す縦断面図である。It is a longitudinal section showing a scanning type observation device concerning one embodiment of the present invention. 図1の走査型観察装置に備えられる本発明の一実施形態に係る光ファイバスキャナを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the optical fiber scanner which concerns on one Embodiment of this invention with which the scanning observation apparatus of FIG. 1 is equipped. 図2の光ファイバスキャナに印加される交番電圧の波形の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the waveform of the alternating voltage applied to the optical fiber scanner of FIG. 図3の交番電圧が印加された場合の光ファイバの先端の軌跡を示す図である。It is a figure which shows the locus | trajectory of the front-end | tip of an optical fiber when the alternating voltage of FIG. 3 is applied. 図3の交番電圧が印加された場合の光ファイバスキャナの前方に走査される照明光の走査軌跡を示す図である。It is a figure which shows the scanning locus | trajectory of the illumination light scanned ahead of the optical fiber scanner when the alternating voltage of FIG. 3 is applied. 図3の交番電圧が印加された場合の光ファイバスキャナの側方に走査される照明光の走査軌跡を示す図である。It is a figure which shows the scanning locus | trajectory of the illumination light scanned to the side of an optical fiber scanner when the alternating voltage of FIG. 3 is applied. 図1の走査型観察装置に備えられる円錐状ミラーの変形例を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the modification of the conical mirror with which the scanning observation apparatus of FIG. 1 is equipped. 図1の走査型観察装置の変形例を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the modification of the scanning observation apparatus of FIG. 図1の走査型観察装置の他の変形例を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the other modification of the scanning observation apparatus of FIG. 図2の光ファイバスキャナに印加される交番電圧の波形の他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of the waveform of the alternating voltage applied to the optical fiber scanner of FIG. 図2の光ファイバスキャナに印加される交番電圧の波形の他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of the waveform of the alternating voltage applied to the optical fiber scanner of FIG. 図2の光ファイバスキャナに印加される交番電圧の波形の他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of the waveform of the alternating voltage applied to the optical fiber scanner of FIG.

本発明の一実施形態に係る光ファイバスキャナ4および走査型観察装置1について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る走査型観察装置1は、例えば内視鏡であって、図1に示されるように、体腔内に挿入される挿入部2の先端に、光源(光源部)3からの照明光を2次元的に走査する本実施形態に係る光ファイバスキャナ4と、該光ファイバスキャナ4を収容する円筒状の外筒部材5と、該外筒部材5の先端に配置され、光ファイバスキャナ4から射出される照明光を被写体に照射する照明用レンズ6と、外筒部材5の外面に周方向に複数配列され、外筒部材5の先端近傍に入射端を備えた検出用光ファイバ(光検出部)7と、照明用レンズ6よりもさらに前方に配置された円錐状ミラー8とを備えている。図中、符号5aは外筒部材5の先端に設けられた光学的に透明な材質からなるカバーである。
An optical fiber scanner 4 and a scanning observation apparatus 1 according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
The scanning observation apparatus 1 according to the present embodiment is, for example, an endoscope. As shown in FIG. 1, illumination from a light source (light source unit) 3 is applied to the distal end of an insertion unit 2 inserted into a body cavity. An optical fiber scanner 4 according to the present embodiment that scans light two-dimensionally, a cylindrical outer cylinder member 5 that accommodates the optical fiber scanner 4, and an optical fiber scanner that is disposed at the tip of the outer cylinder member 5 A plurality of illumination lenses 6 that irradiate the subject with illumination light emitted from 4, and a detection optical fiber that is arranged in the circumferential direction on the outer surface of the outer cylinder member 5 and has an incident end near the tip of the outer cylinder member 5 And a conical mirror 8 disposed further forward than the illumination lens 6. In the figure, reference numeral 5 a denotes a cover made of an optically transparent material provided at the tip of the outer cylinder member 5.

光ファイバスキャナ4は、図2に示されるように、光源3からの照明光を導光し、先端から射出させる光ファイバ9と、該光ファイバ9の先端から所定距離を空けた位置において光ファイバ9を貫通させた状態に支持する筒状の振動伝達部材10と、該振動伝達部材10の外面に周方向に等間隔をおいて接着された4つの圧電素子11と、該圧電素子11に加える交番電圧を調節する制御部12とを備えている。   As shown in FIG. 2, the optical fiber scanner 4 guides the illumination light from the light source 3 and emits it from the tip, and the optical fiber at a position spaced from the tip of the optical fiber 9 by a predetermined distance. A cylindrical vibration transmission member 10 that supports the sheet 9 in a penetrating manner, four piezoelectric elements 11 bonded to the outer surface of the vibration transmission member 10 at equal intervals in the circumferential direction, and the piezoelectric element 11 And a control unit 12 for adjusting the alternating voltage.

振動伝達部材10は、導電性の金属材料からなり、図2に示されるように、一端に円形のフランジ部13を有する正四角柱の長手軸に沿って、光ファイバ9を貫通可能な貫通孔14が形成された形状を有し、フランジ部13によって外筒部材5に固定されている。   The vibration transmission member 10 is made of a conductive metal material, and as shown in FIG. 2, as shown in FIG. 2, a through hole 14 that can penetrate the optical fiber 9 along the longitudinal axis of a regular rectangular column having a circular flange portion 13 at one end. Is formed, and is fixed to the outer cylinder member 5 by the flange portion 13.

圧電素子11は、厚さ方向の両端面に電極15a,15bが設けられた平板状に形成され、一方の電極15aを振動伝達部材10の正四角柱部分の各側面に電気的に接触させた状態で固定されている。光ファイバ9を挟んで対向する位置に配置される2対の圧電素子11は、それらの分極方向が、同一の方向に向かうように配置されている。   The piezoelectric element 11 is formed in a flat plate shape with electrodes 15 a and 15 b provided on both end faces in the thickness direction, and one electrode 15 a is in electrical contact with each side surface of the regular quadrangular prism portion of the vibration transmitting member 10. It is fixed with. Two pairs of piezoelectric elements 11 arranged at positions facing each other with the optical fiber 9 interposed therebetween are arranged so that their polarization directions are directed in the same direction.

各圧電素子11の他方の電極15bには、該圧電素子11を駆動する交番電圧を供給するためのリード線16が接続されている。光ファイバ9を挟んで対向する位置に配置されている圧電素子11には、同一位相の交番電圧を供給するリード線16が接続されている。符号17は、制御部12とフランジ部13とに接続されたGND線である。   A lead wire 16 for supplying an alternating voltage for driving the piezoelectric element 11 is connected to the other electrode 15 b of each piezoelectric element 11. Lead wires 16 that supply alternating voltages having the same phase are connected to the piezoelectric elements 11 that are disposed at positions facing each other with the optical fiber 9 interposed therebetween. Reference numeral 17 denotes a GND line connected to the control unit 12 and the flange unit 13.

制御部12は、2対の圧電素子11に、図3に示されるように、一定の周波数で振動する交番電圧の振幅を正弦波状に変化させながら、位相を90°異ならせて印加するようになっている。すなわち、各対の圧電素子11に交番電圧を印加することにより、各対の圧電素子11の屈曲振動によって光ファイバ9を湾曲させ、それによって、光ファイバ9の先端を渦巻き状に変位させて、光ファイバ9の先端から射出させた照明光を渦巻き状に走査させるようになっている。   As shown in FIG. 3, the control unit 12 applies the two phases of the piezoelectric elements 11 with a phase difference of 90 ° while changing the amplitude of the alternating voltage oscillating at a constant frequency in a sine wave shape. It has become. That is, by applying an alternating voltage to each pair of piezoelectric elements 11, the optical fiber 9 is bent by bending vibration of each pair of piezoelectric elements 11, thereby displacing the tip of the optical fiber 9 in a spiral shape, The illumination light emitted from the tip of the optical fiber 9 is scanned in a spiral shape.

この場合において、本実施形態においては、制御部12が、図3に示されるように、一定の周波数で振動する交番電圧の振幅を正弦波状に変化させることにより、形成される渦巻き状の軌跡を、図4に示されるように、渦巻きの中央部および周辺部において密に、中間位置において粗となるように形成するようになっている。図4には、一例として、図3の単調増加する期間P1における走査軌跡を示している。   In this case, in the present embodiment, as shown in FIG. 3, the control unit 12 changes the amplitude of the alternating voltage oscillating at a constant frequency in a sine wave shape, thereby forming a spiral trajectory formed. As shown in FIG. 4, the spirals are formed so as to be dense at the central part and the peripheral part and rough at the intermediate position. FIG. 4 shows, as an example, a scanning locus in the monotonically increasing period P1 of FIG.

検出用光ファイバ7は、入射端から入射した被写体からの戻り光を、例えば、光電子増倍管のような光検出器(図示略)に導光するようになっている。光検出器は、照明光の各走査位置において全ての検出用光ファイバ7により集めた戻り光の強度を検出するようになっている。検出された戻り光の強度は、走査位置に対応づけて記憶されるようになっている。   The detection optical fiber 7 guides return light from the subject incident from the incident end to a photodetector (not shown) such as a photomultiplier tube. The photodetector detects the intensity of the return light collected by all the detection optical fibers 7 at each scanning position of the illumination light. The intensity of the detected return light is stored in association with the scanning position.

円錐状ミラー8は、図1に示されるように、中央開口18を有し、中心軸に対して略45°の角度をなして全周にわたって配置される円錐面からなる反射面19を有している。そして、円錐状ミラー8は、照明用レンズ6の前方に間隔をあけて配置されているので、照明用レンズ6を介して前方に射出される照明光のうち、渦巻き状の軌跡の中央近傍の照明光LAは、円錐状ミラー8の中央開口18を通過して前方に照射され、渦巻き状の軌跡の周辺近傍の照明光LBは、円錐状ミラー8の反射面19によって偏向されて径方向外方に向けて照射されるようになっている。   As shown in FIG. 1, the conical mirror 8 has a central opening 18 and a reflecting surface 19 made of a conical surface disposed over the entire circumference at an angle of approximately 45 ° with respect to the central axis. ing. And since the conical mirror 8 is arrange | positioned at intervals ahead of the lens 6 for illumination, among the illumination lights inject | emitted ahead via the lens 6 for illumination, the vicinity of the center of a spiral locus is provided. The illumination light LA is irradiated forward through the central opening 18 of the conical mirror 8, and the illumination light LB near the periphery of the spiral locus is deflected by the reflecting surface 19 of the conical mirror 8 and is radially outside. It is designed to irradiate towards the direction.

このように構成された本実施形態に係る光ファイバスキャナ4および走査型観察装置1の作用について、以下に説明する。
本実施形態に係る走査型観察装置1を用いて患者の体腔内部の観察を行うには、挿入部2を体腔内に挿入し、光源3を作動させるとともに、制御部12により交番電圧を制御して、圧電素子11を駆動する。
The operation of the optical fiber scanner 4 and the scanning observation apparatus 1 according to the present embodiment configured as described above will be described below.
In order to observe the inside of a patient's body cavity using the scanning observation apparatus 1 according to the present embodiment, the insertion unit 2 is inserted into the body cavity, the light source 3 is activated, and the alternating voltage is controlled by the control unit 12. Thus, the piezoelectric element 11 is driven.

光源3において発生した照明光は、光ファイバ9によって導光されて、先端から被写体に向けて射出される。圧電素子11の作動により、光ファイバ9の先端が渦巻き状に変位させられ、照明光が被写体において2次元的に走査させられる。   Illumination light generated in the light source 3 is guided by the optical fiber 9 and emitted from the tip toward the subject. By the operation of the piezoelectric element 11, the tip of the optical fiber 9 is displaced in a spiral shape, and the illumination light is scanned two-dimensionally on the subject.

渦巻き状の軌跡の中央部分の照明光LAは、円錐状ミラー8の中央に設けられた中央開口18を通過して挿入部2の長手方向に沿って前方に照射される。前方に被写体が存在する場合には、図5に示されるように、該被写体において、照明光が渦巻き状の軌跡に従って走査される。   The illumination light LA at the central portion of the spiral locus passes through the central opening 18 provided at the center of the conical mirror 8 and is irradiated forward along the longitudinal direction of the insertion portion 2. When a subject is present in front, as shown in FIG. 5, illumination light is scanned on the subject according to a spiral trajectory.

一方、渦巻き状の軌跡の周辺部分の照明光LBは、円錐状ミラー8の反射面19によって偏向され、径方向外方に照射される。径方向外方に偏向された照明光LBは、図6に示されるように、体腔の内壁面に螺旋コイル状の軌跡に従って走査される。   On the other hand, the illumination light LB in the peripheral portion of the spiral locus is deflected by the reflecting surface 19 of the conical mirror 8 and irradiated radially outward. As shown in FIG. 6, the illumination light LB deflected radially outward is scanned on the inner wall surface of the body cavity according to a spiral coil-shaped locus.

被写体においては照明光が照射されることにより、反射光や蛍光等の戻り光が発生し、検出用光ファイバ7の入射端において受光され、光検出器によってその強度が検出される。検出された戻り光の強度は、光ファイバスキャナ4による照明光の走査位置と対応づけて記憶される。これにより、被写体の2次元的な画像を取得することができる。   When illumination light is irradiated on the subject, return light such as reflected light or fluorescence is generated, received at the incident end of the detection optical fiber 7, and detected by a photodetector. The detected intensity of the return light is stored in association with the scanning position of the illumination light by the optical fiber scanner 4. Thereby, a two-dimensional image of the subject can be acquired.

この場合において、本実施形態に係る光ファイバスキャナ4によれば、圧電素子11にかける交番電圧の周波数を一定に維持しながら、振幅を正弦波状に変化させているので、図5に示されるように、円錐状ミラー8の中央開口18を通して前方を照射する照明光LAの渦巻き状の走査軌跡が中央に向かうほど密に形成され、高密度に照明光を照射することができる。   In this case, according to the optical fiber scanner 4 according to the present embodiment, the amplitude is changed in a sine wave shape while keeping the frequency of the alternating voltage applied to the piezoelectric element 11 constant, so that it is shown in FIG. Furthermore, the spiral scanning trajectory of the illumination light LA that illuminates the front through the central opening 18 of the conical mirror 8 is formed densely toward the center, and the illumination light can be irradiated with high density.

そして、本実施形態に係る走査型観察装置1によれば、高密度に照明する各走査位置からの戻り光を検出するので、高解像の前方の画像(直視画像)を取得することができる。直視画像は、走査型観察装置1を体腔に挿入していく際に、体腔内の病変部位を最初に発見するために有用であり、高解像の直視画像を取得することにより、病変の疑われる部位を拡大しても鮮明な画像によって詳細に観察することができるという利点がある。   According to the scanning observation apparatus 1 according to the present embodiment, the return light from each scanning position that is illuminated with high density is detected, so that a high-resolution front image (direct-view image) can be acquired. . The direct-view image is useful for first finding a lesion site in the body cavity when the scanning observation apparatus 1 is inserted into the body cavity. By acquiring a high-resolution direct-view image, a suspicion of a lesion can be obtained. There is an advantage that a clear image can be observed in detail even if the portion to be seen is enlarged.

また、同様に、円錐状ミラー8の反射面19によって偏向されて、図6に示されるように、側方を照射する照明光LBの螺旋コイル状の走査軌跡が前方に向かうほど密に形成され、高密度に照明光を照射することができる。これにより、前方に向かうほど高解像の側方の画像(側視画像)を取得することができる。側視画像は体腔の内壁を正面から撮影した画像となり、体腔内壁に存在する病変部分を拡大して、鮮明な画像によって詳細に観察することができるという利点がある。   Similarly, as shown in FIG. 6, the spiral coil scanning trajectory of the illumination light LB that is deflected by the reflecting surface 19 of the conical mirror 8 is formed more densely toward the front. The illumination light can be irradiated with high density. Thereby, the side image (side view image) of high resolution can be acquired, so that it goes ahead. The side-view image is an image obtained by photographing the inner wall of the body cavity from the front, and there is an advantage that a lesion portion existing on the inner wall of the body cavity can be enlarged and observed in detail with a clear image.

すなわち、本実施形態によれば、圧電素子11に印加する交番電圧の周波数を変化させることなく、かつ、フレームレートを低下させることなく、必要な領域において高解像の画像を取得することができる。したがって、圧電素子11を共振周波数付近の周波数で効率的に振動させつつ、高いフレームレートで滑らかに変化する画像を取得することができる。
また、交番電圧の振幅を正弦波状に変化させるので、単調減少する期間P2と単調増加する期間P1の間で光ファイバ9にかかる加速度を滑らかに変化させることができる。
That is, according to this embodiment, a high-resolution image can be acquired in a necessary region without changing the frequency of the alternating voltage applied to the piezoelectric element 11 and without reducing the frame rate. . Therefore, it is possible to acquire an image that smoothly changes at a high frame rate while efficiently vibrating the piezoelectric element 11 at a frequency near the resonance frequency.
Further, since the amplitude of the alternating voltage is changed in a sine wave shape, the acceleration applied to the optical fiber 9 can be smoothly changed between the monotonously decreasing period P2 and the monotonically increasing period P1.

なお、本実施形態においては、円錐状ミラー8によって、交番電圧が所定の閾値より小さい振幅を有する場合の照明光については中央開口18を通過させて直視画像の取得に使用し、閾値以上の振幅を有する場合の照明光については反射面によって偏向して側視画像の取得に使用することとした。これに代えて、図7に示されるように、中央開口18に近接する円錐状ミラー8の反射面19の一部に、照明光を吸収する材質からなる遮蔽部20を設けることにしてもよい。これにより、渦巻き状の走査軌跡の密度の低い領域の照明光を遮蔽部20によって吸収させ、走査軌跡の密度の高い領域の照明光のみを画像取得に使用することができる。   In the present embodiment, the conical mirror 8 causes the illumination light in the case where the alternating voltage has an amplitude smaller than a predetermined threshold to pass through the central opening 18 and is used for obtaining a direct-view image, and has an amplitude greater than the threshold. In the case of having the light, the illumination light is deflected by the reflecting surface and used for obtaining the side-view image. Instead, as shown in FIG. 7, a shielding portion 20 made of a material that absorbs illumination light may be provided on a part of the reflection surface 19 of the conical mirror 8 adjacent to the central opening 18. . Thereby, the illumination light of the area | region where the density of a spiral scanning locus | trajectory is low can be absorbed by the shielding part 20, and only the illumination light of the area | region where the density of a scanning locus | trajectory is high can be used for image acquisition.

また、本実施形態においては、円錐状ミラー8によって直視画像用の照明光LAと側視画像用の照明光LBとを分岐することとしたが、これに代えて、図8に示されるように、円錐状ミラー8を配置することなく、全ての走査軌跡の照明光Lを直視画像用に使用することにしてもよい。また、図9に示されるように、全ての走査軌跡の照明光Lを略90°偏向するミラー21を配置して、側視画像用に使用することにしてもよい。   Further, in the present embodiment, the direct-view image illumination light LA and the side-view image illumination light LB are branched by the conical mirror 8, but instead, as shown in FIG. The illumination light L of all scanning trajectories may be used for direct-view images without disposing the conical mirror 8. Further, as shown in FIG. 9, a mirror 21 that deflects the illumination light L of all scanning trajectories by approximately 90 ° may be disposed and used for side-view images.

また、本実施形態においては、交番電圧の振幅を正弦波状に変化させることにしたので、単調増加する期間P1と単調減少する期間P2でそれぞれ1枚ずつ画像を取得することが可能であるが、これに限定されるものではなく、図10に示されるように、単調増加する期間P1のみ、あるいは図11に示されるように、単調減少する期間P2のみに画像を取得し、他の期間は、より早く減少または増加させてもよい。   In this embodiment, since the amplitude of the alternating voltage is changed to a sine wave, it is possible to acquire images one by one in the monotonically increasing period P1 and the monotonically decreasing period P2. The present invention is not limited to this, and as shown in FIG. 10, images are acquired only during the monotonically increasing period P1, or as shown in FIG. 11, only during the monotonically decreasing period P2, and the other periods are: It may decrease or increase earlier.

また、交番電圧の振幅を正弦波状に変化させたが、これに代えて、図12に示されるように、単調増加する期間P1および/または単調減少する期間P2において、交番電圧の振幅を異なる複数の変化率で線形に変化させるなど、正弦波以外の態様での変化率の変化によって交番電圧の振幅を変化させてもよい。これによっても変化率が小さい領域の照明光の走査軌跡を密にすることができる。   In addition, the amplitude of the alternating voltage is changed in a sine wave form. Instead, as shown in FIG. 12, the amplitude of the alternating voltage is varied in the monotonically increasing period P1 and / or the monotonically decreasing period P2. The amplitude of the alternating voltage may be changed by changing the rate of change in a mode other than a sine wave, such as changing linearly at the rate of change. This also makes it possible to make the scanning trajectory of the illumination light in the region where the change rate is small dense.

1 走査型観察装置
4 光ファイバスキャナ
7 検出用光ファイバ(光検出部)
8 円錐状ミラー
9 光ファイバ
11 圧電素子
12 制御部
18 中央開口
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Scanning observation apparatus 4 Optical fiber scanner 7 Optical fiber for detection (light detection part)
8 Conical mirror 9 Optical fiber 11 Piezoelectric element 12 Control unit 18 Center opening

Claims (4)

照明光を導光して先端から射出させる光ファイバと、
交番電圧を印加することにより振動させられ、前記光ファイバの先端を、一定の周波数で振動的に変位させる圧電素子と、
前記交番電圧の振幅を単調増加または単調減少させる各期間に、該振幅の変化率を、各前記期間の中央よりも両端において小さな変化率で変化させる制御部とを備える光ファイバスキャナ。
An optical fiber that guides the illumination light and emits it from the tip;
A piezoelectric element that is vibrated by applying an alternating voltage, and that oscillates the tip of the optical fiber at a constant frequency; and
An optical fiber scanner comprising: a control unit that changes a change rate of the amplitude with a smaller change rate at both ends than the center of each period in each period in which the amplitude of the alternating voltage monotonously increases or monotonously decreases.
前記制御部が、前記交番電圧の振幅を正弦波状に変化させる請求項1に記載の光ファイバスキャナ。  The optical fiber scanner according to claim 1, wherein the control unit changes the amplitude of the alternating voltage in a sine wave shape. 請求項1から請求項3のいずれかに記載の光ファイバスキャナと、
該光ファイバスキャナによって被写体において照明光が走査されることにより、被写体から戻る戻り光を検出する光検出部とを備える走査型観察装置。
An optical fiber scanner according to any one of claims 1 to 3,
A scanning observation apparatus comprising: a light detection unit that detects return light that returns from a subject when illumination light is scanned on the subject by the optical fiber scanner.
請求項1または請求項3に記載の光ファイバスキャナと、
該光ファイバスキャナによって被写体において照明光が走査されることにより、被写体から戻る戻り光を検出する光検出部とを備え、
前記光ファイバの先端に対して前方に間隔をあけて配置され、前記交番電圧の振幅が所定の閾値より小さいときに前記光ファイバの先端から射出された照明光を透過させる中央開口を有し、前記交番電圧の振幅が前記閾値以上のときに前記光ファイバの先端から射出された照明光を径方向外方に偏向する円錐状ミラーを備える走査型観察装置。
An optical fiber scanner according to claim 1 or claim 3,
A light detection unit that detects return light returning from the subject by scanning the illumination light on the subject by the optical fiber scanner;
A central opening that is disposed in front of the tip of the optical fiber and that transmits illumination light emitted from the tip of the optical fiber when the amplitude of the alternating voltage is smaller than a predetermined threshold; A scanning observation apparatus comprising a conical mirror that deflects illumination light emitted from the tip of the optical fiber radially outward when the amplitude of the alternating voltage is equal to or greater than the threshold value.
JP2017513876A 2015-04-22 2015-04-22 Optical fiber scanner and scanning observation apparatus Active JP6401382B2 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2015/062216 WO2016170612A1 (en) 2015-04-22 2015-04-22 Optical fiber scanner and scanning observation apparatus

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2016170612A1 JPWO2016170612A1 (en) 2018-02-22
JP6401382B2 true JP6401382B2 (en) 2018-10-10

Family

ID=57142950

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017513876A Active JP6401382B2 (en) 2015-04-22 2015-04-22 Optical fiber scanner and scanning observation apparatus

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP6401382B2 (en)
WO (1) WO2016170612A1 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018204674A1 (en) * 2017-05-04 2018-11-08 Massachusetts Institute Of Technology Scanning optical imaging device
CN109581654B (en) * 2018-11-19 2021-08-31 成都理想境界科技有限公司 Grid type optical fiber scanning imaging system and control method and application thereof

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012231911A (en) * 2011-04-28 2012-11-29 Olympus Corp Optical scanner and scan type observation device

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2016170612A1 (en) 2018-02-22
WO2016170612A1 (en) 2016-10-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7608842B2 (en) Driving scanning fiber devices with variable frequency drive signals
US8437587B2 (en) Actuating an optical fiber with a piezoelectric actuator and detecting voltages generated by the piezoelectric actuator
US8212884B2 (en) Scanning beam device having different image acquisition modes
JP2010162090A (en) Optical scanning endoscope
US9874739B2 (en) Optical fiber scanner, illumination apparatus, and observation apparatus
US10151918B2 (en) Scanner, scanning illuminator, and scanning observation apparatus
JP5225038B2 (en) Optical scanning endoscope, optical scanning endoscope processor, and optical scanning endoscope apparatus
JP2010117442A (en) Fiber-optic scanning endoscope, fiber-optic scanning endoscope processor, and fiber-optic scanning endoscope device
JP2010520778A (en) Side-view scope and imaging method thereof
US20160256044A1 (en) Scanning endoscope apparatus and control method of the same
JP2011156235A (en) Optical-scanning endoscope, optical-scanning endoscope drive unit, and optical-scanning endoscope system
US10534168B2 (en) Light-scanning apparatus and light-scanning-apparatus control method
JP6401382B2 (en) Optical fiber scanner and scanning observation apparatus
KR101854137B1 (en) Optical probe and optical system therefor
JP5439032B2 (en) Medical observation system and processor
US20180252910A1 (en) Optical fiber scanner, illumination device, and observation device
WO2016208004A1 (en) Scanning-type endoscope system
US10356287B2 (en) Optical scanning apparatus and method of controlling optical scanning apparatus
JPWO2017068924A1 (en) Optical fiber scanner, illumination device and observation device
WO2020021658A1 (en) Light projection device and light projection method
JPWO2016189627A1 (en) Optical fiber scanner, illumination device and observation device
WO2017068651A1 (en) Optical fiber scanner, illumination device, and observation device
JP2010113309A (en) Optical scanning type endoscope apparatus, optical scanning type endoscope, optical scanning type endoscope processor

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20180110

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20180125

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20180814

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20180906

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6401382

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250