WO2016185787A1 - 光走査型観察システム - Google Patents

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WO2016185787A1
WO2016185787A1 PCT/JP2016/059140 JP2016059140W WO2016185787A1 WO 2016185787 A1 WO2016185787 A1 WO 2016185787A1 JP 2016059140 W JP2016059140 W JP 2016059140W WO 2016185787 A1 WO2016185787 A1 WO 2016185787A1
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scanning
drive signal
vibration
magnitude
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PCT/JP2016/059140
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熊井　克範
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Olympus Corp
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Olympus Corp
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments 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
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B23/00—Telescopes, e.g. binoculars; Periscopes; Instruments for viewing the inside of hollow bodies; Viewfinders; Optical aiming or sighting devices
    • G02B23/24—Instruments or systems for viewing the inside of hollow bodies, e.g. fibrescopes
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/10—Scanning systems

Definitions

  • the present invention relates to an optical scanning observation system, and more particularly to an optical scanning observation system used for scanning a subject to acquire an image.
  • Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2013-244045 discloses a scanning type endoscope configured to scan a subject by swinging the tip of an illumination fiber that guides light emitted from a light source unit.
  • an actuator having an actuator provided with a second drive unit for oscillating the tip of the illumination fiber by vibrating along a vibration axis direction corresponding to the vertical direction is disclosed.
  • the scanning endoscope having the actuator in which the vibration axis directions of the linear vibration are set in two directions orthogonal to each other, such as the actuator disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-244045.
  • vibration in a direction other than the vibration axis direction occurs, and the scanning path when actually scanning the object deviates from the originally intended scanning path.
  • the scanning accuracy associated with scanning decreases.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-244045 does not specifically mention a method that can solve the above-mentioned problems. Therefore, according to the configuration of the scanning endoscope disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-244045, the variation in scanning accuracy that occurs according to the manufacturing variation at the time of manufacturing the actuator is likely to increase. The problem according to the above-mentioned problem has arisen.
  • the present invention has been made in view of the above-described circumstances, and provides an optical scanning observation system that can suppress variations in scanning accuracy that occur in accordance with manufacturing variations in scanning endoscopes as much as possible. It is an object.
  • An optical scanning observation system includes an optical fiber configured to transmit illumination light supplied from a light source unit, and to transmit the transmitted illumination light to an object from an emission end. And the output end can be swung by vibrating in the vibration axis direction set in the first direction in accordance with the input first drive signal.
  • the first actuator and the second drive signal are inputted, and the vibration is set in the second direction orthogonal or substantially orthogonal to the first direction according to the inputted second drive signal.
  • a second actuator capable of oscillating the emission end by oscillating in an axial direction; a magnitude of a vibration component in the first direction generated in response to vibration of the first actuator; From the first direction And the magnitude of the vibration component in the direction other than the second direction and the magnitude of the vibration component in the direction other than the second direction generated in response to the vibration of the second actuator.
  • a second drive signal, and a scan driver configured to generate and output the second drive signal.
  • FIG. The figure for demonstrating the temporal displacement of the irradiation position of the illumination light from the outermost point B to the center point A.
  • the figure for demonstrating the temporal displacement of the irradiation position of the illumination light detected according to supply of the drive signal CSY with respect to a 2nd actuator The figure for demonstrating an example of the structure which concerns on the modification of a 1st Example. The figure for demonstrating an example of the structure which concerns on the modification of a 1st Example. The figure for demonstrating an example of the structure which concerns on the modification of a 1st Example. The figure for demonstrating an example of a structure of the actuator part which concerns on a 2nd Example. The figure for demonstrating an example of a structure of the actuator part which concerns on the modification of a 2nd Example. The figure for demonstrating an example of a structure of the actuator part which concerns on the modification of a 2nd Example.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a main part of an optical scanning observation system according to an embodiment.
  • the optical scanning observation system 1 includes a light source unit 2, an optical fiber 3, a scanning endoscope 4, an actuator unit 5, a scanning drive unit 6, and an optical fiber bundle 7. And a light detection unit 8, an image generation unit 9, a display device 10, and a control unit 11.
  • the light source unit 2 is configured to generate illumination light for illuminating a subject and supply it to the optical fiber 3. Further, the light source unit 2 is configured to perform or stop the supply of illumination light to the optical fiber 3 by being turned on or off based on the control of the control unit 11. Specifically, the light source unit 2 is, for example, a red (R) laser light source that can be switched to a light emitting state (on state) or a quenching state (off state) under the control of the control unit 11, and green (G).
  • R red
  • the laser light source for light and the laser light source for blue (B) light are provided, and light of at least one color can be supplied to the optical fiber 3 as illumination light.
  • the optical fiber 3 is composed of, for example, a single mode fiber.
  • An incident end including the light incident surface of the optical fiber 3 is connected to the light source unit 2. Further, the exit end including the light exit surface of the optical fiber 3 is disposed at the distal end of the scanning endoscope 4. That is, the optical fiber 3 is configured to transmit the illumination light supplied from the light source unit 2 and to emit the transmitted illumination light from the emission end to the subject.
  • the scanning endoscope 4 has an elongated shape that can be inserted into a body cavity of a subject, and is configured to scan a subject existing in the body cavity with illumination light supplied from the light source unit 2. Has been.
  • the optical fiber 3 and the optical fiber bundle 7 are inserted into the scanning endoscope 4 respectively.
  • the scanning endoscope 4 includes an actuator unit 5 configured to swing the emission end of the optical fiber 3 in accordance with a drive signal supplied from the scan drive unit 6, and a spiral shape.
  • a memory 16 in which at least information indicating a signal waveform for scanning the subject along the scanning path and information indicating a mechanical resonance frequency of the scanning endoscope 4 (described later) is stored. Yes.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining an example of the configuration of the actuator unit according to the first embodiment.
  • the emission end of the optical fiber 3 is disposed between the optical fiber 3 and the actuator unit 5, and the actuator unit 5 is a bonding member disposed on the outer surface.
  • a ferrule 41 is arranged.
  • the ferrule 41 is made of, for example, zirconia (ceramic) or nickel.
  • the ferrule 41 has a quadrangular prism shape formed so that a cross section perpendicular to the longitudinal axis direction of the scanning endoscope 4 is a square centered on the central axis of the optical fiber 3.
  • Side surfaces 42a and 42c perpendicular to the X-axis direction perpendicular to the longitudinal axis direction, and side surfaces 42b and 42d perpendicular to the Y-axis direction perpendicular to the longitudinal axis direction and the X-axis direction, respectively. is doing.
  • the actuator unit 5 swings the emission end of the optical fiber 3 in accordance with the drive signal supplied from the scanning drive unit 6, thereby determining the irradiation position of the illumination light emitted to the subject via the emission end. It can be displaced along the scanning path. Further, for example, as shown in FIG. 2, the actuator unit 5 is arranged along the side surface 42a, the piezoelectric element 5a arranged along the side surface 42a, the piezoelectric element 5b arranged along the side surface 42b, and the side surface 42c. The piezoelectric element 5c and the piezoelectric element 5d arranged along the side surface 42d are included.
  • the piezoelectric elements 5a to 5d are formed in a rectangular parallelepiped shape having the same length, width and thickness, for example.
  • the piezoelectric elements 5a to 5d are configured to expand and contract in a direction parallel to the longitudinal axis of the scanning endoscope 4, for example, in accordance with a drive signal supplied from the scan drive unit 6.
  • the piezoelectric elements 5a and 5c are set such that the vibration axis direction of the linear vibration is set to the left and right direction corresponding to the X axis direction, and vibrate according to the drive signal supplied from the scanning drive unit 6 (reciprocal expansion and contraction).
  • the optical fiber 3 is configured to have a function as a first actuator capable of swinging the emission end portion.
  • the piezoelectric elements 5b and 5d are set such that the vibration axis direction of the linear vibration is set in the vertical direction corresponding to the Y-axis direction, and vibrate according to the drive signal supplied from the scanning drive unit 6 (reciprocal expansion and contraction).
  • the optical fiber 3 is configured to have a function as a second actuator capable of swinging the emission end portion.
  • the vibration axis directions of the linear vibration are set to two directions that are orthogonal or substantially orthogonal to each other.
  • the scanning drive unit 6 is constituted by a drive circuit having, for example, an amplifier and a signal generator.
  • the scanning drive unit 6 is configured to vibrate the first actuator including the piezoelectric elements 5a and 5c and the second actuator including the piezoelectric elements 5b and 5d, respectively, based on the control of the control unit 11.
  • a drive signal is generated, and the generated drive signal is supplied to the actuator unit 5.
  • the optical fiber bundle 7 is configured by bundling a plurality of optical fibers, for example.
  • the incident end of the optical fiber bundle 7 is disposed at the distal end of the scanning endoscope 4. Further, the emission end portion including the light emission surface of the optical fiber bundle 7 is connected to the light detection unit 8. That is, the optical fiber bundle 7 receives return light (reflected light) from the subject at the distal end portion of the scanning endoscope 4 and can transmit the received return light to the light detection unit 8. It is configured.
  • the light detection unit 8 includes, for example, a light detection element and an A / D converter.
  • the light detection unit 8 detects return light that is incident through the emission end of the optical fiber bundle 7, generates an electrical signal corresponding to the amount of the detected return light, and digitally converts the generated electrical signal.
  • the signals are converted into signals and sequentially output.
  • the image generation unit 9 includes, for example, an image processing circuit.
  • the image generation unit 9 can control the subject on one of the first spiral scanning path (described later) and the second spiral scanning path (described later) based on the control of the control unit 11, for example.
  • An observation image for one frame is generated by performing mapping processing for mapping the luminance value corresponding to the digital signal output from the light detection unit 8 as pixel information during the period of scanning the image, and the generated observation An image is output to the display device 10.
  • the display device 10 is composed of, for example, a liquid crystal display.
  • the display device 10 is configured to display an observation image output from the image generation unit 9.
  • the control unit 11 includes, for example, an integrated circuit including an arithmetic circuit and a control circuit, and is configured to control each of the light source unit 2, the scan driving unit 6, and the image generation unit 9.
  • the control unit 11 is configured to read information stored in the memory 16 when the power of the optical scanning observation system is turned on, for example. Further, the control unit 11 performs control for scanning the subject with a spiral scanning path while irradiating the subject with R light, G light, and B light in a time-sharing manner based on the information read from the memory 16, for example. Is configured to do.
  • the control unit 11 stores, for example, a first signal waveform as shown by a broken line in FIG. 3 and a second signal waveform as shown by a one-dot chain line in FIG.
  • the scan driver 6 is controlled to generate the drive signal DSX having the first signal waveform and the drive signal DSY having the second signal waveform, and R Control for repeatedly supplying light, G light, and B light to the optical fiber 3 in this order is performed on the light source unit 2.
  • the scanning drive unit 6 supplies the drive signal DSX generated based on the control of the control unit 11 to the piezoelectric elements 5 a and 5 c of the actuator unit 5, and the drive signal DSY generated based on the control of the control unit 11.
  • the first signal waveform indicated by a broken line in FIG. 3 is a waveform obtained by performing predetermined modulation on a sine wave, for example.
  • the second signal waveform indicated by the one-dot chain line in FIG. 3 is a waveform obtained by shifting the phase of the first signal waveform by 90 °, for example.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a signal waveform of a drive signal supplied to the actuator unit of the scanning endoscope.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the temporal displacement of the irradiation position of the illumination light from the center point A to the outermost point B.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining temporal displacement of the illumination light irradiation position from the outermost point B to the center point A.
  • illumination light is irradiated to a position corresponding to the center point A of the irradiation position of the illumination light on the surface of the subject.
  • the irradiation position of the illumination light on the surface of the subject is a first spiral shape that starts outward from the center point A.
  • the illumination light irradiation position on the surface of the subject is a second spiral that goes inward starting from the outermost point B.
  • illumination light is irradiated to the center point A on the surface of the subject.
  • the control unit 11 Based on the information read from the memory 16, the control unit 11, for example, during a period during which the subject is scanned by one of the first spiral scanning path and the second spiral scanning path.
  • the digital signal output from the light detection unit 8 is used to generate an image for one frame, and the light detection unit 8 is in a period during which the subject is scanned by another scanning path different from the one scanning path.
  • the image generation unit 9 is configured to perform control so as not to generate an image using a digital signal output from the image generation unit 9.
  • control unit 11 when the control unit 11 detects that a calibration switch (not shown) provided in an input device such as a keyboard is pressed, the control unit 11 outputs information read from the memory 16 and the light irradiation position detection device 101. And an operation related to calibration of the scanning endoscope 4 based on the output signal.
  • a calibration switch not shown
  • the light irradiation position detection device 101 includes a position detection element (PSD: Position Sensitive Detector) and the like. For example, when the light irradiation position detection apparatus 101 receives illumination light emitted from the scanning endoscope 4 on the light receiving surface, the light irradiation position detection apparatus 101 generates different voltages depending on the light reception position where the illumination light is received. The output signal having the amplitude corresponding to the magnitude of the generated voltage is generated and output. That is, the light irradiation position detection device 101 outputs an output signal indicating the light receiving position of the illumination light on the light receiving surface when the illumination light emitted from the scanning endoscope 4 is received by the light receiving surface. It is configured.
  • PSD Position Sensitive Detector
  • the operator connects each part of the optical scanning observation system 1 and turns on the power, and then places the distal end of the scanning endoscope 4 at a position facing the light receiving surface of the light irradiation position detection device 101.
  • an instruction for performing an operation related to calibration of the scanning endoscope 4 is performed.
  • the calibration switch is pressed in an arrangement state in which the irradiation position of the illumination light irradiated when the optical fiber 3 is stationary coincides with the center of the light receiving surface of the light irradiation position detection device 101 will be described. Will be described.
  • the control unit 11 When the optical scanning observation system 1 is turned on, the control unit 11 reads information stored in the memory 16, and based on the read information, mechanically due to vibrations of the piezoelectric elements 5a and 5c.
  • the resonance frequency frx and the mechanical resonance frequency frx due to the vibration of the piezoelectric elements 5b and 5d are specified.
  • the mechanical resonance frequency frx is, for example, a frequency that maximizes the amplitude in the X-axis direction of the emission end of the optical fiber 3 protruding from the tip of the ferrule 41 when the piezoelectric elements 5a and 5c vibrate.
  • the mechanical resonance frequency fry is, for example, a frequency that maximizes the amplitude in the Y-axis direction of the exit end of the optical fiber 3 protruding from the tip of the ferrule 41 when the piezoelectric elements 5b and 5d vibrate.
  • control unit 11 performs control for supplying predetermined illumination light to the optical fiber 3 immediately after detecting that the calibration switch is pressed, for example, and mechanical resonance.
  • Control for supplying a sine wave drive signal CSX having the frequency frx to the piezoelectric elements 5 a and 5 c of the actuator unit 5 for a certain period of time is performed on the scanning drive unit 6.
  • the illumination light emitted from the scanning endoscope 4 is received by the light receiving surface of the light irradiation position detection device 101 and the light receiving surface receives the illumination light.
  • Output signals indicating positions are sequentially output from the light irradiation position detection device 101.
  • control unit 11 determines the locus of the emission end of the optical fiber 3 oscillated by the vibration of the piezoelectric elements 5a and 5c, based on the output signals sequentially output from the light irradiation position detection device 101, and the piezoelectric elements 5a and 5c. This is detected as a temporal displacement of the irradiation position of the illumination light according to the supply of the drive signal CSX to 5c.
  • control unit 11 outputs a sinusoidal drive signal CSY having a mechanical resonance frequency fry of the actuator unit 5 after a predetermined time has elapsed after the supply of the drive signal CSX to the piezoelectric elements 5a and 5c is started.
  • Control for supplying the piezoelectric elements 5b and 5d for a certain period of time is performed on the scanning drive unit 6.
  • the illumination light emitted from the scanning endoscope 4 is received by the light receiving surface of the light irradiation position detection device 101 and the light receiving surface receives the illumination light.
  • Output signals indicating positions are sequentially output from the light irradiation position detection device 101.
  • control unit 11 uses the output signals sequentially output from the light irradiation position detection device 101 to change the locus of the emission end of the optical fiber 3 oscillated by the vibration of the piezoelectric elements 5b and 5d. This is detected as a temporal displacement of the irradiation position of the illumination light according to the supply of the drive signal CSY to 5d.
  • the scanning type endoscope is supplied in accordance with the supply of the drive signal CSX.
  • the temporal displacement of the irradiation position of the illumination light emitted from the mirror 4 is detected as a linear scanning locus LX that reciprocates within a predetermined range on the X axis as shown by the solid line in FIG.
  • a scanning endoscope is provided according to the supply of the drive signal CSY.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the temporal displacement of the irradiation position of the illumination light detected in response to the supply of the drive signal CSX to the first actuator.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining temporal displacement of the irradiation position of the illumination light detected in response to the supply of the drive signal CSY to the second actuator.
  • the scanning endoscope 4 according to the supply of the drive signal CSX due to the vibration in the direction other than the X-axis direction generated according to the manufacturing error described above.
  • the scanning endoscope 4 according to the supply of the drive signal CSY is caused by the vibration in the direction other than the Y-axis direction generated according to the manufacturing error.
  • the detection results of the elliptical scanning trajectories EX and EY can be handled as an index indicating the magnitude of the manufacturing error of the actuator unit 5 caused by the displacement of the arrangement positions of the piezoelectric elements 5a to 5d. Therefore, in this embodiment, an adjustment coefficient used for adjusting the amplitude of at least one of the drive signal DSX and the drive signal DSY supplied to the actuator unit 5 based on the detection results of the elliptical scanning trajectories EX and EY.
  • the controller 11 Based on the detection results of the elliptical scanning trajectories EX and EY, for example, when the controller 11 detects that the elliptical scanning trajectories EX and EY are in the same rotation direction, the elliptical scanning trajectory
  • the lengths of the major axis and the minor axis in EX and the lengths of the major axis and the minor axis in the elliptical scanning locus EY are calculated, respectively.
  • the control unit 11 detects the length of the long axis of the elliptical scanning locus EX as the magnitude of the vibration component in the left-right direction set as the vibration axis direction of the linear vibration of the piezoelectric elements 5a and 5c.
  • the length of the short axis of the scanning trajectory EX is detected as the magnitude of the vibration component in a direction other than the left-right direction.
  • the control unit 11 detects the length of the major axis of the elliptical scanning locus EY as the magnitude of the vertical vibration component set as the vibration axis direction of the linear vibration of the piezoelectric elements 5b and 5d.
  • the length of the short axis of the scanning locus EY is detected as the magnitude of the vibration component in a direction other than the vertical direction.
  • the control unit 11 calculates the flatness ratio EXF using the lengths of the major axis and the minor axis in the elliptical scanning locus EX, and uses the lengths of the major axis and the minor axis in the elliptical scanning locus EY. EYF is calculated. Thereafter, the control unit 11 performs processing for calculating an adjustment coefficient used for adjusting the amplitude of at least one of the drive signal DSX and the drive signal DSY based on the flatness ratios EXF and EYF calculated as described above. Then, the calculated adjustment coefficient is stored in the memory 16 as information for calibration of the scanning endoscope 4, thereby completing the operation related to the calibration of the scanning endoscope 4.
  • the calculated adjustment coefficient ACX is stored in the memory 16 as information for calibration of the scanning endoscope 4, thereby completing the operation relating to the calibration of the scanning endoscope 4.
  • the calculated adjustment coefficient ACY is stored in the memory 16 as information for calibration of the scanning endoscope 4, thereby completing the operation related to the calibration of the scanning endoscope 4.
  • control unit 11 When the control unit 11 detects that the adjustment coefficient ACX is included in the information read from the memory 16 when the optical scanning observation system 1 is turned on, the control unit 11 performs the subject scan through the spiral scanning path. In addition to the control for generating the drive signal DSX and the drive signal DSY, for example, by multiplying the adjustment coefficient ACX by the amplitude of the signal waveform of the drive signal DSX, Control for adjusting the amplitude ratio of the signal DSY to ACX: 1 is performed on the scan driver 6.
  • control unit 11 when the control unit 11 detects that the adjustment coefficient ACY is included in the information read from the memory 16 when the optical scanning observation system 1 is turned on, the control unit 11 performs the subject scan through the spiral scanning path. In addition to the control for generating the drive signal DSX and the drive signal DSY, for example, by multiplying the adjustment coefficient ACY by the amplitude of the signal waveform of the drive signal DSY, the drive signal DSX and the drive signal are scanned. Control for adjusting the amplitude ratio of the signal DSY to 1: ACY is performed on the scan driver 6.
  • the amplitude of at least one of these even if the manufacturing error of the actuator unit 5 caused by the displacement of the placement positions of the piezoelectric elements 5a to 5d is relatively large, the subject is detected by the spiral scanning path. It is possible to prevent the scanning accuracy during scanning from being reduced as much as possible. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to suppress as much as possible the variation in scanning accuracy that occurs in accordance with the manufacturing variation of the scanning endoscope.
  • the adjustment coefficient ACX or ACY calculated as described above is not limited to the information stored in the memory 16 as the calibration information for the scanning endoscope 4, but may be an actuator unit, for example. 5 may be reflected as an electrical parameter in an element or circuit involved in the supply of the drive signal DSX and the drive signal DSY to 5.
  • a variable resistor VRA is provided in the middle of a signal line for supplying a drive signal DSX from the scan drive unit 6 to the piezoelectric elements 5a and 5c
  • the scan drive unit 6 is a state in which a variable resistor VRB is provided in the middle of a signal line for supplying a drive signal DSY to the piezoelectric elements 5b and 5d, and the resistance ratio of the variable resistor VRA and the variable resistor VRB is 1: 1.
  • the adjustment coefficient ACX or ACY may be calculated and the resistance ratio between the variable resistor VRA and the variable resistor VRB may be set to ACX: 1 or 1: ACY using the calculated adjustment coefficient.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining an example of a configuration according to a modification of the first embodiment.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining an example of a configuration according to a modification of the first embodiment.
  • control unit 11 detects the angle ⁇ (0 ⁇ ⁇ 90 °) formed by the two vibration axes of the actuator unit 5, and Control that adjusts the phase shift of the drive signal DSY with respect to the drive signal DSX to 90 ° + ⁇ may be performed on the scanning drive unit 6.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining an example of a configuration according to a modification of the first embodiment.
  • the ferrule 71 has side surfaces 72a, 72b, and 72c perpendicular to the longitudinal axis of the scanning endoscope 4 and perpendicular to the different axial directions TX, TY, and TZ, respectively. is doing. Further, the optical fiber 3 is fixedly arranged at the center of the ferrule 71.
  • the actuator unit 81 swings the emission end portion of the optical fiber 3 in accordance with the drive signal supplied from the scanning drive unit 6, thereby determining the irradiation position of the illumination light emitted to the subject via the emission end portion. It can be displaced along the scanning path.
  • the actuator section 81 includes a piezoelectric element 81a disposed along the side surface 72a, a piezoelectric element 81b disposed along the side surface 72b, and a piezoelectric element 81c disposed along the side surface 72c. It is configured.
  • the piezoelectric elements 81a to 81c are formed in a rectangular parallelepiped shape having the same length, width and thickness, for example.
  • the piezoelectric elements 81a to 81c are configured to expand and contract in a direction parallel to the longitudinal axis of the scanning endoscope 4, for example, in accordance with a driving signal supplied from the scanning driving unit 6.
  • the piezoelectric element 81a can oscillate the emission end of the optical fiber 3 by oscillating along the oscillation axis set in the TX axis direction in accordance with the drive signal supplied from the scanning drive unit 6. It is configured.
  • the piezoelectric element 81a is disposed on the side surface 72a at a position where one surface SK parallel to the TX axis direction and the end of the side surface 72b are aligned.
  • the piezoelectric element 81b can oscillate the emission end portion of the optical fiber 3 by vibrating along the vibration axis set in the TY axis direction according to the drive signal supplied from the scanning drive unit 6. It is configured. Further, the piezoelectric element 81b is arranged at a position on the side surface 72b such that one surface SL parallel to the TY axis direction and the end of the side surface 72c are aligned.
  • the piezoelectric element 81c can oscillate the emission end of the optical fiber 3 by vibrating along the vibration axis set in the TZ axis direction in accordance with the drive signal supplied from the scanning drive unit 6. It is configured.
  • the piezoelectric element 81c is disposed on the side surface 72c at a position where one surface SM parallel to the TZ axis direction and the end of the side surface 72a are aligned.
  • An operation related to calibration of the endoscope 4 may be performed.
  • the scanning endoscope 4 according to the present embodiment is configured to include, for example, an actuator unit 52 as shown in FIG. 11 instead of the actuator unit 5 shown in FIG.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining an example of the configuration of the actuator unit according to the second embodiment.
  • the actuator unit 52 has a rotation direction of the elliptical scanning locus EX detected in response to the supply of the drive signal CSX and a rotation direction of the elliptical scanning locus EY detected in response to the supply of the drive signal CSY.
  • the arrangement positions of the piezoelectric elements 5a to 5d in the actuator unit 5 are defined so as to coincide with each other.
  • the actuator unit 52 arranges one surface SA parallel to the X-axis direction of the piezoelectric element 5a and the side surface 42b of the ferrule 41 so that Y in the piezoelectric element 5b.
  • One surface SB parallel to the axial direction and the side surface 42c of the ferrule 41 are arranged flush with each other, and one surface SC parallel to the X-axis direction of the piezoelectric element 5c and the side surface 42d of the ferrule 41 are arranged flush with each other.
  • one surface SD parallel to the Y-axis direction and the side surface 42a of the ferrule 41 are arranged on the same plane.
  • the piezoelectric elements 5 a and 5 c of the actuator unit 52 are arranged so as to be twice symmetrical with respect to the central axis of the optical fiber 3 in a cross section perpendicular to the longitudinal axis direction of the scanning endoscope 4.
  • the piezoelectric elements 5 b and 5 d of the actuator unit 52 are arranged so as to be symmetrical twice with respect to the central axis of the optical fiber 3 in a cross section perpendicular to the longitudinal axis direction of the scanning endoscope 4.
  • the rotation direction of the scanning locus EY can be matched.
  • the piezoelectric elements 5a to 5d are arranged while the ferrule 41 is brought into contact with the flat part of the positioning jig.
  • FIG. 12 is a diagram for explaining an example of a configuration of an actuator unit according to a modification of the second embodiment.
  • the actuator unit 53 arranges the surface SA of the piezoelectric element 5a in a stepped manner by shifting the surface SA of the ferrule 41 by the width P, and the surface SB of the piezoelectric element 5b is arranged.
  • the surface SC of the piezoelectric element 5c is displaced in a stepped manner by shifting the width P with respect to the side surface 42c of the ferrule 41, and the surface of the piezoelectric element 5d is disposed in a stepped shape by shifting the surface SC of the ferrule 41 by the width P.
  • the SD is configured to be stepped with a width P shifted from the side surface 42 a of the ferrule 41.
  • the surface SA to SD is coated with a width P.
  • the coating film and the side surfaces 42a to 42d are arranged flush with each other, and after fixing the piezoelectric elements 5a to 5d to the ferrule 41, What is necessary is just to perform the operation
  • the actuator portion 53 when the actuator portion 53 is manufactured with the above-described configuration, for example, before the piezoelectric elements 5a to 5d are fixed to the ferrule 41 with an adhesive or the like, a film having a width P is formed on each surface SA to SD.
  • the film and the side faces 42a to 42d are arranged flush with each other, and after fixing the piezoelectric elements 5a to 5d to the ferrule 41, the film is It is only necessary to perform the work of peeling off.
  • FIG. 13 is a diagram for explaining an example of a configuration of an actuator unit according to a modification of the second embodiment.
  • the actuator unit 54 arranges the surface SA of the piezoelectric element 5a so as to be aligned with the end of the C surface CB adjacent to the side surface 42b, and the surface SB of the piezoelectric element 5b is arranged on the side surface 42c.
  • the surface SC of the piezoelectric element 5c is aligned with the end of the C surface CD adjacent to the side surface 42d, and the surface SD of the piezoelectric element 5d is adjacent to the side surface 42a. It is arranged to be aligned with the end of the C plane CA.
  • the fixing surface when the piezoelectric elements 5a to 5d are fixed with an adhesive or the like is chamfered so as not to protrude from the side surfaces 42a to 42d. It is desirable to use a ferrule 45.

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Abstract

　光走査型観察システムは、照明光を伝送して被写体へ出射する光ファイバと、第１の方向に設定された振動軸方向に応じて振動する第１のアクチュエータと、第２の方向に設定された振動軸方向に応じて振動する第２のアクチュエータと、第１のアクチュエータの振動に応じて発生する振動成分と、第２のアクチュエータの振動に応じて発生する振動成分と、に基づき、被写体を所定の走査経路で走査する際に第１のアクチュエータに供給される第１の駆動信号と、被写体を所定の走査経路で走査する際に第２のアクチュエータに供給される第２の駆動信号と、を生成して出力する走査駆動部と、を有する。

Description

光走査型観察システム
　本発明は、光走査型観察システムに関し、特に、被写体を走査して画像を取得するために用いられる光走査型観察システムに関するものである。
　医療分野の内視鏡においては、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。そして、このような技術の一例として、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が知られている。そして、例えば、日本国特開２０１３－２４４０４５号公報には、前述のような構成を有する走査型内視鏡が開示されている。
　具体的には、日本国特開２０１３－２４４０４５号公報には、光源ユニットから出射される光を導光する照明ファイバの先端を揺動して被写体を走査するように構成された走査型内視鏡であって、挿入部の挿入軸に対して左右方向に相当する振動軸方向に沿って振動することにより当該照明ファイバの先端を揺動させるための第１の駆動部と、当該挿入軸に対して上下方向に相当する振動軸方向に沿って振動することにより当該照明ファイバの先端を揺動させるための第２の駆動部と、が設けられたアクチュエータを有するものが開示されている。
　ここで、日本国特開２０１３－２４４０４５号公報に開示されたアクチュエータのような、直線振動の振動軸方向が相互に直交する２つの方向に設定されたアクチュエータを有する走査型内視鏡によれば、例えば、アクチュエータの製造時の製造誤差により、当該振動軸方向以外の他の方向の振動が発生し、被写体を実際に走査する際の走査経路が本来意図した走査経路から外れるため、当該被写体の走査に係る走査精度が低下してしまう、という問題点が存在している。
　しかし、日本国特開２０１３－２４４０４５号公報には、前述の問題点を解消可能な手法等について特に言及されていない。そのため、日本国特開２０１３－２４４０４５号公報に開示された走査型内視鏡の構成によれば、アクチュエータの製造時の製造ばらつきに応じて発生する走査精度のばらつきが大きくなり易くなってしまう、という前述の問題点に応じた課題が生じている。
　本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであり、走査型内視鏡の製造ばらつきに応じて発生する走査精度のばらつきを極力抑制することが可能な光走査型観察システムを提供することを目的としている。
　本発明の一態様の光走査型観察システムは、光源部から供給される照明光を伝送し、当該伝送した照明光を出射端部から被写体へ出射するように構成された光ファイバと、第１の駆動信号が入力されるとともに、入力された前記第１の駆動信号に応じて第１の方向に設定された振動軸方向に振動することにより、前記出射端部を揺動させることが可能な第１のアクチュエータと、第２の駆動信号が入力されるとともに、入力された前記第２の駆動信号に応じて前記第１の方向に直交するまたは略直交する第２の方向に設定された振動軸方向に振動することにより、前記出射端部を揺動させることが可能な第２のアクチュエータと、前記第１のアクチュエータの振動に応じて発生する前記第１の方向の振動成分の大きさ及び前記第１の方向以外の方向の振動成分の大きさと、前記第２のアクチュエータの振動に応じて発生する前記第２の方向の振動成分の大きさ及び前記第２の方向以外の方向の振動成分の大きさと、に基づき、前記被写体を所定の走査経路で走査する際に前記第１のアクチュエータに供給される第１の駆動信号と、前記被写体を前記所定の走査経路で走査する際に前記第２のアクチュエータに供給される第２の駆動信号と、を生成して出力するように構成された走査駆動部と、を有する。
実施例に係る光走査型観察システムの要部の構成を示す図。 第１の実施例に係るアクチュエータ部の構成の一例を説明するための図。 走査型内視鏡のアクチュエータ部に供給される駆動信号の信号波形の一例を示す図。 中心点Ａから最外点Ｂに至るまでの照明光の照射位置の時間的な変位を説明するための図。 最外点Ｂから中心点Ａに至るまでの照明光の照射位置の時間的な変位を説明するための図。 第１のアクチュエータに対する駆動信号ＣＳＸの供給に応じて検出される照明光の照射位置の時間的な変位を説明するための図。 第２のアクチュエータに対する駆動信号ＣＳＹの供給に応じて検出される照明光の照射位置の時間的な変位を説明するための図。 第１の実施例の変形例に係る構成の一例を説明するための図。 第１の実施例の変形例に係る構成の一例を説明するための図。 第１の実施例の変形例に係る構成の一例を説明するための図。 第２の実施例に係るアクチュエータ部の構成の一例を説明するための図。 第２の実施例の変形例に係るアクチュエータ部の構成の一例を説明するための図。 第２の実施例の変形例に係るアクチュエータ部の構成の一例を説明するための図。
　以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明を行う。
（第１の実施例）
　図１から図１０は、本発明の第１の実施例に係るものである。図１は、実施例に係る光走査型観察システムの要部の構成を示す図である。
　光走査型観察システム１は、例えば、図１に示すように、光源部２と、光ファイバ３と、走査型内視鏡４と、アクチュエータ部５と、走査駆動部６と、光ファイババンドル７と、光検出部８と、画像生成部９と、表示装置１０と、制御部１１と、を有して構成されている。
　光源部２は、被写体を照明するための照明光を生成して光ファイバ３へ供給することができるように構成されている。また、光源部２は、制御部１１の制御に基づいてオンまたはオフすることにより、光ファイバ３への照明光の供給を実施または停止するように構成されている。具体的には、光源部２は、例えば、制御部１１の制御に応じて発光状態（オン状態）または消光状態（オフ状態）に切替可能な赤色（Ｒ）光用レーザ光源、緑色（Ｇ）光用レーザ光源、及び、青色（Ｂ）光用レーザ光源を具備するとともに、少なくとも１つの色の光を照明光として光ファイバ３に供給することができるように構成されている。
　光ファイバ３は、例えば、シングルモードファイバ等により構成されている。光ファイバ３の光入射面を含む入射端部は、光源部２に接続されている。また、光ファイバ３の光出射面を含む出射端部は、走査型内視鏡４の先端部に配置されている。すなわち、光ファイバ３は、光源部２から供給される照明光を伝送し、当該伝送した照明光を出射端部から被写体へ出射することができるように構成されている。
　走査型内視鏡４は、被検者の体腔内に挿入可能な細長形状を具備し、光源部２から供給される照明光により当該体腔内に存在する被写体を走査することができるように構成されている。
　走査型内視鏡４の内部には、光ファイバ３と、光ファイババンドル７と、がそれぞれ挿通されている。また、走査型内視鏡４の内部には、走査駆動部６から供給される駆動信号に応じて光ファイバ３の出射端部を揺動するように構成されたアクチュエータ部５と、渦巻状の走査経路に沿って被写体を走査するための信号波形を示す情報、及び、走査型内視鏡４の機械的共振周波数を示す情報（後述）が少なくとも格納されているメモリ１６と、が設けられている。
　光ファイバ３及びアクチュエータ部５は、走査型内視鏡４の長手軸方向に垂直な断面において、例えば、図２に示す位置関係を具備するようにそれぞれ配置されている。図２は、第１の実施例に係るアクチュエータ部の構成の一例を説明するための図である。
　光ファイバ３とアクチュエータ部５との間には、図２に示すように、光ファイバ３の出射端部が貫通配置されるとともに、アクチュエータ部５が外表面上に配設された接合部材としてのフェルール４１が配置されている。具体的には、フェルール４１は、例えば、ジルコニア（セラミック）またはニッケル等により形成されている。
　フェルール４１は、図２に示すように、走査型内視鏡４の長手軸方向に垂直な断面が光ファイバ３の中心軸を中心とする正方形になるように形成された四角柱形状を具備し、当該長手軸方向に直交するＸ軸方向に対して垂直な側面４２ａ及び４２ｃと、当該長手軸方向及び当該Ｘ軸方向にそれぞれ直交するＹ軸方向に対して垂直な側面４２ｂ及び４２ｄとを有している。
　アクチュエータ部５は、走査駆動部６から供給される駆動信号に応じて光ファイバ３の出射端部を揺動することにより、当該出射端部を経て被写体へ出射される照明光の照射位置を所定の走査経路に沿って変位させることができるように構成されている。また、アクチュエータ部５は、例えば、図２に示すように、側面４２ａに沿って配置された圧電素子５ａと、側面４２ｂに沿って配置された圧電素子５ｂと、側面４２ｃに沿って配置された圧電素子５ｃと、側面４２ｄに沿って配置された圧電素子５ｄと、を有して構成されている。
　圧電素子５ａ～５ｄは、例えば、相互に同一の長さ、幅及び厚さを具備する直方体形状に形成されている。また、圧電素子５ａ～５ｄは、例えば、走査駆動部６から供給される駆動信号に応じ、走査型内視鏡４の長手軸に対して平行な方向にそれぞれ伸縮するように構成されている。
　圧電素子５ａ及び５ｃは、直線振動の振動軸方向がＸ軸方向に相当する左右方向に設定されているとともに、走査駆動部６から供給される駆動信号に応じて振動することにより（相反する伸縮状態を維持しながら繰り返し伸縮することにより）、光ファイバ３の出射端部を揺動させることが可能な第１のアクチュエータとしての機能を具備して構成されている。
　圧電素子５ｂ及び５ｄは、直線振動の振動軸方向がＹ軸方向に相当する上下方向に設定されているとともに、走査駆動部６から供給される駆動信号に応じて振動することにより（相反する伸縮状態を維持しながら繰り返し伸縮することにより）、光ファイバ３の出射端部を揺動させることが可能な第２のアクチュエータとしての機能を具備して構成されている。
　すなわち、以上に述べたような構成を具備するアクチュエータ部５によれば、直線振動の振動軸方向が相互に直交するまたは略直交する２つの方向に設定されている。
　走査駆動部６は、例えば、アンプ及び信号発生器等を有する駆動回路により構成されている。また、走査駆動部６は、制御部１１の制御に基づき、圧電素子５ａ及び５ｃを具備する第１のアクチュエータと、圧電素子５ｂ及び５ｄを具備する第２のアクチュエータと、をそれぞれ振動させるための駆動信号を生成し、当該生成した駆動信号をアクチュエータ部５に供給するように構成されている。
　光ファイババンドル７は、例えば、複数の光ファイバを束ねて構成されている。光ファイババンドル７の入射端部は、走査型内視鏡４の先端部に配置されている。また、光ファイババンドル７の光出射面を含む出射端部は、光検出部８に接続されている。すなわち、光ファイババンドル７は、走査型内視鏡４の先端部において被写体からの戻り光（反射光）を受光するとともに、当該受光した戻り光を光検出部８へ伝送することができるように構成されている。
　光検出部８は、例えば、光検出素子及びＡ／Ｄ変換器等を具備して構成されている。また、光検出部８は、光ファイババンドル７の出射端部を経て入射される戻り光を検出し、当該検出した戻り光の光量に応じた電気信号を生成し、当該生成した電気信号をデジタル信号に変換して順次出力するように構成されている。
　画像生成部９は、例えば、画像処理回路等を具備して構成されている。また、画像生成部９は、制御部１１の制御に基づき、例えば、第１の渦巻状の走査経路（後述）及び第２の渦巻状の走査経路（後述）のうちの一方の走査経路で被写体を走査している期間中に光検出部８から出力されるデジタル信号に応じた輝度値を画素情報としてマッピングするマッピング処理等を行うことにより１フレーム分の観察画像を生成し、当該生成した観察画像を表示装置１０へ出力するように構成されている。
　表示装置１０は、例えば、液晶ディスプレイ等により構成されている。また、表示装置１０は、画像生成部９から出力される観察画像等を表示することができるように構成されている。
　制御部１１は、例えば、演算回路及び制御回路等を含む集積回路を具備し、光源部２、走査駆動部６及び画像生成部９のそれぞれに対して制御を行うように構成されている。
　制御部１１は、例えば、光走査型観察システムの電源が投入された際に、メモリ１６に格納されている情報を読み込むように構成されている。また、制御部１１は、メモリ１６から読み込んだ情報に基づき、例えば、Ｒ光、Ｇ光及びＢ光を時分割で被写体に照射しつつ、渦巻状の走査経路で当該被写体を走査するための制御を行うように構成されている。
　具体的には、制御部１１は、例えば、図３の破線で示すような第１の信号波形と、図３の一点鎖線で示すような第２の信号波形と、がメモリ１６に格納されている場合において、当該第１の信号波形を具備する駆動信号ＤＳＸと、当該第２の信号波形を具備する駆動信号ＤＳＹと、を生成させるための制御を走査駆動部６に対して行うとともに、Ｒ光、Ｇ光及びＢ光をこの順番で繰り返し光ファイバ３に供給させるための制御を光源部２に対して行う。また、走査駆動部６は、制御部１１の制御に基づいて生成した駆動信号ＤＳＸをアクチュエータ部５の圧電素子５ａ及び５ｃに供給するとともに、制御部１１の制御に基づいて生成した駆動信号ＤＳＹをアクチュエータ部５の圧電素子５ｂ及び５ｄに供給する。なお、図３の破線で示した第１の信号波形は、例えば、所定の変調を正弦波に施して得られる波形である。また、図３の一点鎖線で示した第２の信号波形は、例えば、前述の第１の信号波形の位相を９０°ずらして得られる波形である。図３は、走査型内視鏡のアクチュエータ部に供給される駆動信号の信号波形の一例を示す図である。
　そして、以上に述べたような制御及び動作が行われることにより、光ファイバ３の出射端部が渦巻状に揺動されるとともに、図４及び図５に示すような渦巻状の走査経路に沿って被写体の表面が走査される。図４は、中心点Ａから最外点Ｂに至るまでの照明光の照射位置の時間的な変位を説明するための図である。図５は、最外点Ｂから中心点Ａに至るまでの照明光の照射位置の時間的な変位を説明するための図である。
　具体的には、まず、時刻Ｔ１においては、被写体の表面における照明光の照射位置の中心点Ａに相当する位置に照明光が照射される。その後、駆動信号ＤＳＸ及びＤＳＹの振幅（信号レベル）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位置が、中心点Ａを起点として外側へ向かう第１の渦巻状の走査経路に沿って変位し、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位置の最外点Ｂに照明光が照射される。そして、駆動信号ＤＳＸ及びＤＳＹの振幅（信号レベル）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位置が、最外点Ｂを起点として内側へ向かう第２の渦巻状の走査経路に沿って変位し、さらに、時刻Ｔ３に達すると、被写体の表面における中心点Ａに照明光が照射される。
　制御部１１は、メモリ１６から読み込んだ情報に基づき、例えば、第１の渦巻状の走査経路及び第２の渦巻状の走査経路のうちの一方の走査経路で被写体を走査している期間中に光検出部８から出力されるデジタル信号を用いて１フレーム分の画像を生成させるとともに、当該一方の走査経路とは異なる他方の走査経路で当該被写体を走査している期間中に光検出部８から出力されるデジタル信号を用いた画像を生成させないようにするための制御を画像生成部９に対して行うように構成されている。
　制御部１１は、例えば、キーボード等の入力装置に設けられたキャリブレーションスイッチ（不図示）が押下されたことを検知した際に、メモリ１６から読み込んだ情報と、光照射位置検出装置１０１から出力される出力信号と、に基づき、走査型内視鏡４の較正に係る動作を行うように構成されている。
　光照射位置検出装置１０１は、位置検出素子（ＰＳＤ：Ｐｏｓｉｔｉｏｎ　Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ　Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）等を具備して構成されている。また、光照射位置検出装置１０１は、例えば、走査型内視鏡４から出射される照明光を受光面で受光した際に、当該照明光を受光した受光位置に応じて異なる電圧を発生するとともに、当該発生した電圧の大きさに相当する電圧値を振幅とする出力信号を生成して出力するように構成されている。すなわち、光照射位置検出装置１０１は、走査型内視鏡４から出射される照明光を受光面で受光した際に、当該受光面における当該照明光の受光位置を示す出力信号を出力するように構成されている。
　続いて、以上に述べたような構成を具備する光走査型観察システム１の動作等について説明する。
　作業者は、光走査型観察システム１の各部を接続して電源を投入した後、走査型内視鏡４の先端部を光照射位置検出装置１０１の受光面に対向する位置に配置した状態において、キャリブレーションスイッチを押下することにより、走査型内視鏡４の較正に係る動作を実施させるための指示を行う。なお、以降においては、光ファイバ３の静止時に照射される照明光の照射位置が光照射位置検出装置１０１の受光面の中心に一致するような配置状態でキャリブレーションスイッチが押下された場合を例に挙げて説明を行う。
　制御部１１は、光走査型観察システム１の電源が投入された際に、メモリ１６に格納されている情報を読み込み、さらに、当該読み込んだ情報に基づき、圧電素子５ａ及び５ｃの振動による機械的共振周波数ｆｒｘと、圧電素子５ｂ及び５ｄの振動による機械的共振周波数ｆｒｘと、をそれぞれ特定する。
　なお、機械的共振周波数ｆｒｘは、例えば、圧電素子５ａ及び５ｃが振動した際に、フェルール４１の先端から突出した光ファイバ３の出射端部のＸ軸方向の振幅が最大になるような周波数として走査型内視鏡４毎に取得されるパラメータである。また、機械的共振周波数ｆｒｙは、例えば、圧電素子５ｂ及び５ｄが振動した際に、フェルール４１の先端から突出した光ファイバ３の出射端部のＹ軸方向の振幅が最大になるような周波数として走査型内視鏡４毎に取得されるパラメータである。すなわち、メモリ１６には、走査型内視鏡４の機械的共振周波数を示す情報として、例えば、機械的共振周波数ｆｒｘ及びｆｒｙの値をそれぞれ特定可能な情報が格納されている。
　一方、制御部１１は、例えば、キャリブレーションスイッチが押下されたことを検知した直後に、所定の照明光を光ファイバ３に供給させるための制御を光源部２に対して行うとともに、機械的共振周波数ｆｒｘを有する正弦波の駆動信号ＣＳＸをアクチュエータ部５の圧電素子５ａ及び５ｃに一定時間供給させるための制御を走査駆動部６に対して行う。そして、このような制御部１１の制御に応じ、走査型内視鏡４から出射された照明光が光照射位置検出装置１０１の受光面で受光されるとともに、当該受光面における当該照明光の受光位置を示す出力信号が光照射位置検出装置１０１から順次出力される。また、制御部１１は、光照射位置検出装置１０１から順次出力される出力信号に基づき、圧電素子５ａ及び５ｃの振動により揺動された光ファイバ３の出射端部の軌跡を、圧電素子５ａ及び５ｃに対する駆動信号ＣＳＸの供給に応じた照明光の照射位置の時間的な変位として検出する。
　また、制御部１１は、例えば、圧電素子５ａ及び５ｃに対する駆動信号ＣＳＸの供給を開始してから一定時間が経過した後に、機械的共振周波数ｆｒｙを有する正弦波の駆動信号ＣＳＹをアクチュエータ部５の圧電素子５ｂ及び５ｄに一定時間供給させるための制御を走査駆動部６に対して行う。そして、このような制御部１１の制御に応じ、走査型内視鏡４から出射された照明光が光照射位置検出装置１０１の受光面で受光されるとともに、当該受光面における当該照明光の受光位置を示す出力信号が光照射位置検出装置１０１から順次出力される。また、制御部１１は、光照射位置検出装置１０１から順次出力される出力信号に基づき、圧電素子５ｂ及び５ｄの振動により揺動された光ファイバ３の出射端部の軌跡を、圧電素子５ｂ及び５ｄに対する駆動信号ＣＳＹの供給に応じた照明光の照射位置の時間的な変位として検出する。
　ここで、例えば、圧電素子５ａ及び５ｃの中心同士を結ぶ線分が図２のＸ軸に沿うように配置された理想的な配置状態においては、駆動信号ＣＳＸの供給に応じて走査型内視鏡４から出射される照明光の照射位置の時間的な変位が、図６の実線で示すような、Ｘ軸上の所定の範囲内を往復する直線状の走査軌跡ＬＸとして検出される。また、例えば、圧電素子５ｂ及び５ｄの中心同士を結ぶ線分が図２のＹ軸に沿うように配置された理想的な配置状態においては、駆動信号ＣＳＹの供給に応じて走査型内視鏡４から出射される照明光の照射位置の時間的な変位が、図７の実線で示すような、Ｙ軸上の所定の範囲内を往復する直線状の走査軌跡ＬＹとして検出される。図６は、第１のアクチュエータに対する駆動信号ＣＳＸの供給に応じて検出される照明光の照射位置の時間的な変位を説明するための図である。図７は、第２のアクチュエータに対する駆動信号ＣＳＹの供給に応じて検出される照明光の照射位置の時間的な変位を説明するための図である。
　しかし、アクチュエータ部５の実際の製造工程においては、前述のような理想的な配置状態で圧電素子５ａ～５ｄを配置することが非常に困難であるとともに、圧電素子５ａ～５ｄの配置位置のずれによる製造誤差が発生しやすい。そのため、圧電素子５ａ及び５ｃの実際の配置状態においては、前述の製造誤差に応じて発生するＸ軸方向以外の他の方向の振動により、駆動信号ＣＳＸの供給に応じて走査型内視鏡４から出射される照明光の照射位置の時間的な変位が、例えば、図６の一点鎖線で示すような、Ｘ軸方向に長軸を有しかつＹ軸方向に短軸を有する楕円状の走査軌跡ＥＸとして検出される。また、圧電素子５ｂ及び５ｄの実際の配置状態においては、前述の製造誤差に応じて発生するＹ軸方向以外の他の方向の振動により、駆動信号ＣＳＹの供給に応じて走査型内視鏡４から出射される照明光の照射位置の時間的な変位が、例えば、図７の一点鎖線で示すような、Ｙ軸方向に長軸を有しかつＸ軸方向に短軸を有する楕円状の走査軌跡ＥＹとして検出される。
　すなわち、楕円状の走査軌跡ＥＸ及びＥＹの検出結果は、圧電素子５ａ～５ｄの配置位置のずれにより発生するアクチュエータ部５の製造誤差の大きさを表す指標として扱うことができる。そこで、本実施例においては、楕円状の走査軌跡ＥＸ及びＥＹの検出結果に基づき、アクチュエータ部５に供給される駆動信号ＤＳＸ及び駆動信号ＤＳＹのうちの少なくとも一方の振幅の調整に用いる調整係数を算出するための処理を行うことにより、前述の製造誤差が比較的大きい場合であっても、渦巻状の走査経路で被写体を走査する際の走査経路を本来意図した（図４及び図５に例示した）走査経路から極力外れないようにしている。このような調整係数の算出に係る処理の具体例について、以下に説明する。
　制御部１１は、楕円状の走査軌跡ＥＸ及びＥＹの検出結果に基づき、例えば、当該楕円状の走査軌跡ＥＸ及びＥＹが相互に同じ回転方向であることを検出した際に、楕円状の走査軌跡ＥＸにおける長軸及び短軸の長さと、楕円状の走査軌跡ＥＹにおける長軸及び短軸の長さと、をそれぞれ算出する。
　すなわち、制御部１１は、楕円状の走査軌跡ＥＸの長軸の長さを圧電素子５ａ及び５ｃの直線振動の振動軸方向として設定された左右方向の振動成分の大きさとして検出し、楕円状の走査軌跡ＥＸの短軸の長さを当該左右方向以外の方向の振動成分の大きさとして検出するようにしている。また、制御部１１は、楕円状の走査軌跡ＥＹの長軸の長さを圧電素子５ｂ及び５ｄの直線振動の振動軸方向として設定された上下方向の振動成分の大きさとして検出し、楕円状の走査軌跡ＥＹの短軸の長さを当該上下方向以外の方向の振動成分の大きさとして検出するようにしている。
　制御部１１は、楕円状の走査軌跡ＥＸにおける長軸及び短軸の長さを用いて扁平率ＥＸＦを算出し、楕円状の走査軌跡ＥＹにおける長軸及び短軸の長さを用いて扁平率ＥＹＦを算出する。その後、制御部１１は、前述のように算出した扁平率ＥＸＦ及びＥＹＦに基づき、駆動信号ＤＳＸ及び駆動信号ＤＳＹのうちの少なくとも一方の振幅の調整に用いる調整係数を算出するための処理を行うとともに、当該算出した調整係数を走査型内視鏡４の較正用の情報としてメモリ１６に格納することにより、走査型内視鏡４の較正に係る動作を完了する。
　具体的には、制御部１１は、扁平率ＥＹＦを扁平率ＥＸＦで除することにより得られる比の値（＝ＥＹＦ／ＥＸＦ）を、駆動信号ＤＳＸの振幅の調整に用いる調整係数ＡＣＸとして算出するとともに、当該算出した調整係数ＡＣＸを走査型内視鏡４の較正用の情報としてメモリ１６に格納することにより、走査型内視鏡４の較正に係る動作を完了する。
　または、制御部１１は、扁平率ＥＸＦを扁平率ＥＹＦで除することにより得られる比の値（＝ＥＸＦ／ＥＹＦ）を、駆動信号ＤＳＹの振幅の調整に用いる調整係数ＡＣＹとして算出するとともに、当該算出した調整係数ＡＣＹを走査型内視鏡４の較正用の情報としてメモリ１６に格納することにより、走査型内視鏡４の較正に係る動作を完了する。
　そして、制御部１１は、光走査型観察システム１の電源の投入時にメモリ１６から読み込んだ情報の中に調整係数ＡＣＸが含まれていることを検出した場合には、渦巻状の走査経路で被写体を走査する際に、駆動信号ＤＳＸ及び駆動信号ＤＳＹを生成させるための制御に加え、例えば、当該調整係数ＡＣＸを当該駆動信号ＤＳＸの信号波形の振幅に乗じることにより、当該駆動信号ＤＳＸと当該駆動信号ＤＳＹとの振幅比がＡＣＸ：１になるように調整するための制御を走査駆動部６に対して行う。
　また、制御部１１は、光走査型観察システム１の電源の投入時にメモリ１６から読み込んだ情報の中に調整係数ＡＣＹが含まれていることを検出した場合には、渦巻状の走査経路で被写体を走査する際に、駆動信号ＤＳＸ及び駆動信号ＤＳＹを生成させるための制御に加え、例えば、当該調整係数ＡＣＹを当該駆動信号ＤＳＹの信号波形の振幅に乗じることにより、当該駆動信号ＤＳＸと当該駆動信号ＤＳＹとの振幅比が１：ＡＣＹになるように調整するための制御を走査駆動部６に対して行う。
　以上に述べたように、本実施例によれば、楕円状の走査軌跡ＥＸ及びＥＹの検出結果に基づいて算出される調整係数を用い、アクチュエータ部５に供給される駆動信号ＤＳＸ及び駆動信号ＤＳＹのうちの少なくとも一方の振幅を調整することにより、圧電素子５ａ～５ｄの配置位置のずれにより発生するアクチュエータ部５の製造誤差が比較的大きい場合であっても、渦巻状の走査経路で被写体を走査する際の走査精度を極力低下させないようにすることができる。従って、本実施例によれば、走査型内視鏡の製造ばらつきに応じて発生する走査精度のばらつきを極力抑制することができる。
　なお、本実施例によれば、前述のように算出された調整係数ＡＣＸまたはＡＣＹが、走査型内視鏡４の較正用の情報としてメモリ１６に格納されるものに限らず、例えば、アクチュエータ部５に対する駆動信号ＤＳＸ及び駆動信号ＤＳＹの供給に関与する素子または回路等における電気的パラメータとして反映されるようにしてもよい。
　具体的には、例えば、図８に示すように、走査駆動部６から圧電素子５ａ及び５ｃに対して駆動信号ＤＳＸを供給するための信号線の途中に可変抵抗器ＶＲＡを設け、走査駆動部６から圧電素子５ｂ及び５ｄに対して駆動信号ＤＳＹを供給するための信号線の途中に可変抵抗器ＶＲＢを設け、可変抵抗器ＶＲＡと可変抵抗器ＶＲＢとの抵抗比を１：１にした状態で調整係数ＡＣＸまたはＡＣＹを算出し、当該算出した調整係数を用いて可変抵抗器ＶＲＡと可変抵抗器ＶＲＢとの抵抗比をＡＣＸ：１または１：ＡＣＹに設定するようにしてもよい。図８は、第１の実施例の変形例に係る構成の一例を説明するための図である。
　また、本実施例によれば、直線振動の振動軸が相互に直交するまたは略直交する２つの方向に設定される限りにおいては、例えば、図９に示すような、アクチュエータ部５から圧電素子５ｃ及び５ｄを取り除いて形成したアクチュエータ部５１であっても、アクチュエータ部５と略同様の作用効果を得ることができる。図９は、第１の実施例の変形例に係る構成の一例を説明するための図である。
　一方、本実施例に係る構成及び動作等を適宜変形することにより、例えば、制御部１１が、アクチュエータ部５の２つの振動軸のなす角度θ（０＜θ＜９０°）を検出するとともに、駆動信号ＤＳＸに対する駆動信号ＤＳＹの位相のずれを９０°＋θに調整するような制御を走査駆動部６に対して行うようにしてもよい。
　また、本実施例に係る構成及び動作等を適宜変形することにより、例えば、図１０に示すような、３つの側面７２ａ、７２ｂ及び７２ｃを有し、走査型内視鏡４の長手軸方向に垂直な断面が光ファイバ３の中心軸を中心とする正三角形になるように形成された三角柱形状のフェルール７１と、アクチュエータ部８１と、を有して構成された走査型内視鏡４の較正に係る動作を行うようにしてもよい。図１０は、第１の実施例の変形例に係る構成の一例を説明するための図である。
　フェルール７１は、図１０に示すように、走査型内視鏡４の長手軸に直交しかつ相互に異なる３つの軸方向ＴＸ、ＴＹ及びＴＺに対してそれぞれ垂直な側面７２ａ、７２ｂ及び７２ｃを有している。また、フェルール７１の中心には、光ファイバ３が固定配置されている。
　アクチュエータ部８１は、走査駆動部６から供給される駆動信号に応じて光ファイバ３の出射端部を揺動することにより、当該出射端部を経て被写体へ出射される照明光の照射位置を所定の走査経路に沿って変位させることができるように構成されている。また、アクチュエータ部８１は、側面７２ａに沿って配置された圧電素子８１ａと、側面７２ｂに沿って配置された圧電素子８１ｂと、側面７２ｃに沿って配置された圧電素子８１ｃと、を有して構成されている。
　圧電素子８１ａ～８１ｃは、例えば、相互に同一の長さ、幅及び厚さを具備する直方体形状に形成されている。また、圧電素子８１ａ～８１ｃは、例えば、走査駆動部６から供給される駆動信号に応じ、走査型内視鏡４の長手軸に対して平行な方向にそれぞれ伸縮するように構成されている。
　圧電素子８１ａは、走査駆動部６から供給される駆動信号に応じ、ＴＸ軸方向に設定された振動軸に沿って振動することにより、光ファイバ３の出射端部を揺動させることができるように構成されている。また、圧電素子８１ａは、側面７２ａにおいて、ＴＸ軸方向に平行な１つの面ＳＫと側面７２ｂの端部とが揃うような位置に配置されている。
　圧電素子８１ｂは、走査駆動部６から供給される駆動信号に応じ、ＴＹ軸方向に設定された振動軸に沿って振動することにより、光ファイバ３の出射端部を揺動させることができるように構成されている。また、圧電素子８１ｂは、側面７２ｂにおいて、ＴＹ軸方向に平行な１つの面ＳＬと側面７２ｃの端部とが揃うような位置に配置されている。
　圧電素子８１ｃは、走査駆動部６から供給される駆動信号に応じ、ＴＺ軸方向に設定された振動軸に沿って振動することにより、光ファイバ３の出射端部を揺動させることができるように構成されている。また、圧電素子８１ｃは、側面７２ｃにおいて、ＴＺ軸方向に平行な１つの面ＳＭと側面７２ａの端部とが揃うような位置に配置されている。
　すなわち、本実施例に係る構成及び動作等を適宜変形することにより、以上に述べたような、直線振動の振動軸方向が相互に異なる３つの方向に設定されたアクチュエータ部８１を有する走査型内視鏡４の較正に係る動作を行うようにしてもよい。
（第２の実施例）
　図１１から図１３は、本発明の第２の実施例に係るものである。
　なお、本実施例においては、第１の実施例と同様の構成等を有する部分に関する詳細な説明を省略するとともに、第１の実施例と異なる構成等を有する部分に関して主に説明を行う。
　本実施例の走査型内視鏡４は、図２に示したアクチュエータ部５の代わりに、例えば、図１１に示すようなアクチュエータ部５２を有して構成されている。図１１は、第２の実施例に係るアクチュエータ部の構成の一例を説明するための図である。
　アクチュエータ部５２は、駆動信号ＣＳＸの供給に応じて検出される楕円状の走査軌跡ＥＸの回転方向と、駆動信号ＣＳＹの供給に応じて検出される楕円状の走査軌跡ＥＹの回転方向と、が一致するように、アクチュエータ部５における圧電素子５ａ～５ｄの配置位置を規定したものとして構成されている。
　具体的には、アクチュエータ部５２は、図１１に示すように、圧電素子５ａにおけるＸ軸方向に平行な１つの面ＳＡとフェルール４１の側面４２ｂとを面一に配置し、圧電素子５ｂにおけるＹ軸方向に平行な１つの面ＳＢとフェルール４１の側面４２ｃとを面一に配置し、圧電素子５ｃにおけるＸ軸方向に平行な１つの面ＳＣとフェルール４１の側面４２ｄとを面一に配置し、圧電素子５ｄにおけるＹ軸方向に平行な１つの面ＳＤとフェルール４１の側面４２ａとを面一に配置して構成されている。すなわち、アクチュエータ部５２の圧電素子５ａ及び５ｃは、走査型内視鏡４の長手軸方向に垂直な断面において、光ファイバ３の中心軸に対して２回対称となるように配置されている。また、アクチュエータ部５２の圧電素子５ｂ及び５ｄは、走査型内視鏡４の長手軸方向に垂直な断面において、光ファイバ３の中心軸に対して２回対称となるように配置されている。
　以上に述べたように、本実施例によれば、駆動信号ＣＳＸの供給に応じて検出される楕円状の走査軌跡ＥＸの回転方向と、駆動信号ＣＳＹの供給に応じて検出される楕円状の走査軌跡ＥＹの回転方向と、を一致させることができる。また、本実施例によれば、例えば、アクチュエータ部５２の製造時において、位置合わせ用の冶具の平坦部にフェルール４１を当接させながら圧電素子５ａ～５ｄを配置するような作業を行うことにより、圧電素子５ａ～５ｄの配置位置のずれの発生を容易に防止することができ、すなわち、圧電素子５ａ～５ｄの配置位置のずれによるアクチュエータ部５２の製造誤差の発生頻度を大幅に低減することができる。そのため、本実施例によれば、走査型内視鏡の製造ばらつきに応じて発生する走査精度のばらつきを極力抑制することができる。
　本実施例においては、以上に述べたようなアクチュエータ部５２に限らず、例えば、図１２に示すような配置位置に圧電素子５ａ～５ｄを配置して構成されたアクチュエータ部５３であっても、アクチュエータ部５２と略同様の作用効果を得ることができる。図１２は、第２の実施例の変形例に係るアクチュエータ部の構成の一例を説明するための図である。
　具体的には、アクチュエータ部５３は、図１２に示すように、圧電素子５ａにおける面ＳＡをフェルール４１の側面４２ｂに対して幅Ｐだけずらして段差状に配置し、圧電素子５ｂにおける面ＳＢをフェルール４１の側面４２ｃに対して幅Ｐだけずらして段差状に配置し、圧電素子５ｃにおける面ＳＣをフェルール４１の側面４２ｄに対して幅Ｐだけずらして段差状に配置し、圧電素子５ｄにおける面ＳＤをフェルール４１の側面４２ａに対して幅Ｐだけずらして段差状に配置して構成されている。
　なお、前述のような構成でアクチュエータ部５３を製造する際には、例えば、圧電素子５ａ～５ｄをフェルール４１に接着剤等で固定する前に、面ＳＡ～ＳＤの各面に幅Ｐの塗膜を形成し、圧電素子５ａ～５ｄをフェルール４１に固定する際に、当該塗膜と側面４２ａ～４２ｄとを面一に配置し、圧電素子５ａ～５ｄをフェルール４１に固定した後で、当該塗膜を溶かすような作業を行えばよい。
　または、前述のような構成でアクチュエータ部５３を製造する際には、例えば、圧電素子５ａ～５ｄをフェルール４１に接着剤等で固定する前に、面ＳＡ～ＳＤの各面に幅Ｐのフィルムを貼り付け、圧電素子５ａ～５ｄをフェルール４１に固定する際に、当該フィルムと側面４２ａ～４２ｄとを面一に配置し、圧電素子５ａ～５ｄをフェルール４１に固定した後で、当該フィルムを剥がすような作業を行えばよい。
　一方、本実施例においては、以上に述べたようなアクチュエータ部５１及び５３に限らず、例えば、図１３に示すような、フェルール４１に対して面取り加工を施すことにより新たに形成された４つのＣ面ＣＡ、ＣＢ、ＣＣ及びＣＤを有し、走査型内視鏡４の長手軸方向に垂直な断面が光ファイバ３の中心軸を中心とする八角形になるように形成された八角柱形状のフェルール４５に対応する位置に圧電素子５ａ～５ｄを配置して構成されたアクチュエータ部５４であっても、アクチュエータ部５２と略同様の作用効果を得ることができる。図１３は、第２の実施例の変形例に係るアクチュエータ部の構成の一例を説明するための図である。
　具体的には、アクチュエータ部５４は、図１３に示すように、圧電素子５ａにおける面ＳＡを側面４２ｂに隣接するＣ面ＣＢの端部に揃えて配置し、圧電素子５ｂにおける面ＳＢを側面４２ｃに隣接するＣ面ＣＣの端部に揃えて配置し、圧電素子５ｃにおける面ＳＣを側面４２ｄに隣接するＣ面ＣＤの端部に揃えて配置し、圧電素子５ｄにおける面ＳＤを側面４２ａに隣接するＣ面ＣＡの端部に揃えて配置して構成されている。
　なお、前述のような構成でアクチュエータ部５４を製造する際には、例えば、圧電素子５ａ～５ｄを接着剤等で固定する際の固定面が側面４２ａ～４２ｄからはみ出さないように面取りされたフェルール４５を用いることが望ましい。
　なお、本発明は、上述した実施例及び変形例に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更や応用が可能であることは勿論である。
　本出願は、２０１５年５月２１日に日本国に出願された特願２０１５－１０３８８１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、図面に引用されたものとする。

Claims (8)

  1. 　光源部から供給される照明光を伝送し、当該伝送した照明光を出射端部から被写体へ出射するように構成された光ファイバと、
    　第１の駆動信号が入力されるとともに、入力された前記第１の駆動信号に応じて第１の方向に設定された振動軸方向に振動することにより、前記出射端部を揺動させることが可能な第１のアクチュエータと、
    　第２の駆動信号が入力されるとともに、入力された前記第２の駆動信号に応じて前記第１の方向に直交するまたは略直交する第２の方向に設定された振動軸方向に振動することにより、前記出射端部を揺動させることが可能な第２のアクチュエータと、
    　前記第１のアクチュエータの振動に応じて発生する前記第１の方向の振動成分の大きさ及び前記第１の方向以外の方向の振動成分の大きさと、前記第２のアクチュエータの振動に応じて発生する前記第２の方向の振動成分の大きさ及び前記第２の方向以外の方向の振動成分の大きさと、に基づき、前記被写体を所定の走査経路で走査する際に前記第１のアクチュエータに供給される第１の駆動信号と、前記被写体を前記所定の走査経路で走査する際に前記第２のアクチュエータに供給される第２の駆動信号と、を生成して出力するように構成された走査駆動部と、
    　を有することを特徴とする光走査型観察システム。
  2. 　前記第１のアクチュエータは、前記第１の駆動信号に応じた振動により、前記出射端部を前記第１の方向に長軸を有する第１の楕円状の軌跡で揺動し、
    　前記第２のアクチュエータは、前記第２の駆動信号に応じた振動により、前記出射端部を前記第２の方向に長軸を有し、かつ、前記第１の楕円状の軌跡と同じ回転方向で回転する第２の楕円状の軌跡で揺動する
    　ことを特徴とする請求項１に記載の光走査型観察システム。
  3. 　前記走査駆動部は、前記第１の楕円状の軌跡の長軸及び短軸の長さで定義される第１の扁平率と前記第２の楕円状の軌跡の長軸および短軸の長さで定義される第２の扁平率との比と一致する振幅比を有する前記第２の駆動信号と前記第１の駆動信号とを生成する
    　ことを特徴とする請求項２に記載の光走査型観察システム。
  4. 　前記第１のアクチュエータの振動に応じて発生する前記第１の方向の振動成分の大きさ及び前記第１の方向以外の方向の振動成分の大きさと、前記第２のアクチュエータの振動に応じて発生する前記第２の方向の振動成分の大きさ及び前記第２の方向以外の方向の振動成分の大きさと、をそれぞれ検出した検出結果に基づき、前記第１の駆動信号と前記第２の駆動信号との振幅比を調整するための制御を前記走査駆動部に対して行うように構成された制御部をさらに有する
    　ことを特徴とする請求項１に記載の光走査型観察システム。
  5. 　前記制御部は、前記第１のアクチュエータの振動により前記出射端部が第１の楕円状の軌跡で揺動され、かつ、前記第２のアクチュエータの振動により前記出射端部が前記第１の楕円状の軌跡と同じ回転方向で回転する第２の楕円状の軌跡で揺動されたことを検出した際に、前記第１の楕円状の軌跡の長軸の長さを前記第１の方向の振動成分の大きさとして検出し、前記第１の楕円状の軌跡の短軸の長さを前記第１の方向以外の方向の振動成分の大きさとして検出し、前記第２の楕円状の軌跡の長軸の長さを前記第２の方向の振動成分の大きさとして検出し、前記第２の楕円状の軌跡の短軸の長さを前記第２の方向以外の方向の振動成分の大きさとして検出する
    　ことを特徴とする請求項４に記載の光走査型観察システム。
  6. 　前記制御部は、前記第１の楕円状の軌跡の長軸及び短軸の長さを用いて算出される第１の扁平率と、前記第２の楕円状の軌跡の長軸及び短軸の長さを用いて算出される第２の扁平率と、に基づいて前記振幅比を調整するための制御を前記走査駆動部に対して行う
    　ことを特徴とする請求項５に記載の光走査型観察システム。
  7. 　前記第１のアクチュエータを構成する第１の圧電素子及び第２の圧電素子を前記光ファイバの中心軸に対して２回対称になるようにそれぞれ配置するための第１の側面及び第２の側面と、前記第２のアクチュエータを構成する第３の圧電素子及び第４の圧電素子を前記光ファイバの中心軸に対して２回対称になるようにそれぞれ配置するための第３の側面及び第４の側面と、を備えて形成された四角柱形状のフェルールをさらに有する
    　ことを特徴とする請求項１に記載の光走査型観察システム。
  8. 　前記所定の走査経路が渦巻状の走査経路である
    　ことを特徴とする請求項１に記載の光走査型観察システム。
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