WO2016207970A1 - 光走査装置の駆動条件設定装置及び駆動条件設定方法 - Google Patents

Abstract

照明光を観察対象に照射するファイバと、ファイバの先端をｘ方向及びｙ方向に振動させる駆動機構とを有する光走査装置に適用され、ファイバから射出した照明光の走査軌跡を検出し、ファイバのｘ方向及びｙ方向における共振周波数を夫々計測し、共振周波数に基づいて駆動機構の駆動条件として駆動周波数及び駆動電圧を、走査軌跡が目標振幅に対して所定の範囲内となり、且、以下の条件式を満足するように決定する駆動条件設定装置である。　ｆｘ＞ｆｙである場合に、　ｆｄ＜ｆｙかつＶｘ≧Ｖｙ・・・（１）　または　ｆｄ＞ｆｘかつＶｘ≦Ｖｙ・・・（２）　ｆｘ≦ｆｙである場合に、　ｆｄ＜ｆｘかつＶｘ≦Ｖｙ・・・（３）　または　ｆｄ＞ｆｙかつＶｘ≧Ｖｙ・・・（４）　但し、ｆｄは駆動周波数、ｆｘはｘ方向の共振周波数、ｆｙはｙ方向の共振周波数であり、Ｖｘはｘ方向の駆動信号についての最大電圧、Ｖｙはｙ方向の駆動信号についての最大電圧である。

Description

光走査装置の駆動条件設定装置及び駆動条件設定方法

　本発明は、駆動条件設定装置及び駆動条件設定方法に関するものである。

　光源から発せられた光を導光するファイバの先端を振動させて、観察対象上においてファイバからの射出光を渦巻き状の軌跡を描くように走査、すなわちスパイラル走査させる光走査装置が提案されている。
　このような光走査装置では、ファイバの基端側を支持し、光の射出端である先端をファイバの光軸に直交し且つ互いに直交する２軸（ｘ及びｙ）方向に駆動させることにより振動させている。このとき、２軸方向の位相を互いに９０°ずらし、振動の振幅を変調及び増幅させながら同一の駆動周波数に従って２次元的に振動させることでスパイラル走査を実現している。

　例えば、特許文献１には、位相が互いに９０°ずれた水平正弦波振動駆動信号と垂直正弦波振動駆動信号とを同期させ、三角形パターンで振幅変調させることによって螺旋状の走査パターンを形成する技術が開示されている。
　また、特許文献２には、光位置検出装置（ＰＳＤ）により取得したスパイラル状の走査軌跡を解析しながら、この走査軌跡が真円となるように、印加電圧の振幅、位相差、駆動周波数等の駆動パラメータを調整する技術が開示されている。特に、駆動周波数について、ファイバ振幅が最大となるように、ファイバ先端の共振周波数近傍に設定している。

[規則91に基づく訂正 27.06.2016]　
特許第５１９０２６７号公報 特開２０１４－１４７４６２号公報

　しかしながら、光走査装置の製造上、完全な対称形状とすることが困難であることから、ｘ方向及びｙ方向の共振周波数が一致しない。このため、ファイバをｘ方法及びｙ方向について同一の駆動周波数で駆動しても、その走査軌跡は円形状にならずに、楕円形状となってしまう。特に、特許文献２のように、ファイバ振幅が最大となるように、すなわち、スパイラル走査の最外周振幅が最大となる周波数を共振周波数として駆動条件を決定すると、走査範囲を真円に近づけつつ、できるだけ低電圧かつ広範囲の走査を実現できる駆動条件を定めることが困難となり、歩留まりが低下する。

　本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、光走査装置の駆動条件を適切に設定することを目的としている。

　本発明の一態様は、光源から発せられた照明光を導光して先端から前記照明光を観察対象に照射するファイバと、該ファイバの先端をｘ方向及びｙ方向の２軸方向に所定の駆動周波数で振動させる駆動機構とを有する光走査装置に適用され、前記ファイバの先端から射出される前記照明光の走査軌跡を検出する走査軌跡検出部と、前記ファイバのｘ方向及びｙ方向における共振周波数を夫々計測し、該共振周波数に基づいて前記駆動機構の駆動条件を設定し制御する制御部と、を備え、該制御部が、前記走査軌跡の目標振幅を設定し、前記走査軌跡検出部により検出される走査軌跡が前記目標振幅に対して所定の範囲内となり、かつ、以下の条件式を満足する駆動周波数及び駆動電圧を決定する駆動条件設定装置である。
　ｆｘ＞ｆｙである場合に、
　　ｆｄ＜ｆｙかつＶｘ≧Ｖｙ　・・・（１）
　または、
　　ｆｄ＞ｆｘかつＶｘ≦Ｖｙ　・・・（２）
　ｆｘ≦ｆｙである場合に、
　　ｆｄ＜ｆｘかつＶｘ≦Ｖｙ　・・・（３）
　または、
　　ｆｄ＞ｆｙかつＶｘ≧Ｖｙ　・・・（４）
　但し、ｆｄは駆動周波数、ｆｘはｘ方向の共振周波数、ｆｙはｙ方向の共振周波数であり、Ｖｘはｘ方向の駆動信号についての最大電圧、Ｖｙはｙ方向の駆動信号についての最大電圧である。

　上記態様によれば、光走査装置に適用して光走査装置の駆動条件を設定するに際し、制御部により、光走査装置のファイバのｘ方向及びｙ方向における共振周波数を夫々計測し、ｘ方向の共振周波数とｙ方向の共振周波数とを比較し、かつ、走査軌跡検出部によって検出された走査軌跡と目標振幅とを比較しながら駆動条件を決定する。このとき、走査軌跡検出部によって検出される走査軌跡が目標振幅に対して所定の範囲内となり、条件式（１）～（４）の何れかを満足するように設定することで、ｘ方向及びｙ方向の共振周波数が異なっていても、歪みなく最適な視野範囲を網羅した駆動条件を適切に設定することができる。

　上記態様において、前記制御部は、前記駆動周波数及び前記駆動電圧を設定するに際し、各条件式（１）～（４）において、ｘ方向の駆動電圧又はｙ方向の駆動電圧のうち相対的に電圧値が高くなる方向の駆動電圧と駆動周波数とを優先的に決定した後に、電圧値が低くなる方向の駆動電圧を決定することが好ましい。
　このようにすることで、最適な駆動条件を容易に設定することができる。

　本発明の他の態様は、光源から発せられた照明光を導光して先端から前記照明光を観察対象に照射するファイバと、該ファイバの先端をｘ方向及びｙ方向の２軸方向に所定の駆動周波数で振動させる駆動機構とを有する光走査装置に適用され、前記ファイバのｘ方向及びｙ方向における共振周波数を夫々計測し、該共振周波数に基づいて前記の駆動条件を設定し制御する制御部と、を備え、該制御部が、ｘ方向及びｙ方向について夫々前記ファイバの振動波形の位相ずれに基づいてｘ方向とｙ方向との位相ずれ量の差を算出し、以下の条件式を満足するようにｘ方向に対するｙ方向の位相差を補正した補正位相差を設定する駆動条件設定装置である。
　ｆｘ≦ｆｙである場合に、
　　θ’＝θ－│Δθ│　・・・（５）
　ｆｘ＞ｆｙである場合に、
　　θ’＝θ＋│Δθ│　・・・（６）
　但し、ｆｘはｘ方向の共振周波数、ｆｙはｙ方向の共振周波数であり、θ’は補正位相差、θはｘ方向に対するｙ方向の電圧波形の位相差、│Δθ│はｘ方向とｙ方向との位相ずれ量の差である。

　上記態様によれば、光走査装置に適用され、光走査装置のファイバのｘ方向及びｙ方向における共振周波数を夫々計測し、ｘ方向及びｙ方向夫々についてファイバの先端の振動波形からの位相ずれを計測するので、光走査装置が非対称であってｘ方向及びｙ方向の共振周波数が異なっている場合においても、それぞれの差異を容易に把握することができる。そして、ｘ方向及びｙ方向の共振周波数の大小関係に基づいて、ｘ方向の位相ずれとｙ方向の位相ずれとの差である位相ずれ量の差を用いて位相差を補正した補正位相差θ’を算出するので、共振周波数から離れた状態で、歪みなく最適な視野範囲を網羅した駆動条件を適切に設定することができる。

　本発明の他の態様は、光源から発せられた照明光を導光して先端から前記照明光を観察対象に照射するファイバと、該ファイバの先端をｘ方向及びｙ方向の２軸方向に所定の駆動周波数で振動させる駆動機構とを有する光走査装置に適用され、
　前記ファイバの先端から射出される前記照明光の走査軌跡を検出する走査軌跡検出ステップと、
　前記ファイバのｘ方向及びｙ方向における共振周波数を夫々計測し、該共振周波数に基づいて前記駆動機構の駆動条件を設定し制御するステップと、を備え、
　該制御ステップが、前記走査軌跡の目標振幅を設定し、前記走査軌跡検出ステップにおいて検出される走査軌跡が前記目標振幅に対して所定の範囲内となり、かつ、以下の条件式を満足する駆動周波数及び駆動電圧を決定する駆動条件設定方法。
　ｆｘ＞ｆｙである場合に、
　　ｆｄ＜ｆｙかつＶｘ≧Ｖｙ　・・・（１）
　または、
　　ｆｄ＞ｆｘかつＶｘ≦Ｖｙ　・・・（２）
　ｆｘ≦ｆｙである場合に、
　　ｆｄ＜ｆｘかつＶｘ≦Ｖｙ　・・・（３）
　または、
　　ｆｄ＞ｆｙかつＶｘ≧Ｖｙ　・・・（４）
　但し、ｆｄは駆動周波数、ｆｘはｘ方向の共振周波数、ｆｙはｙ方向の共振周波数であり、Ｖｘはｘ方向の駆動信号についての最大電圧、Ｖｙはｙ方向の駆動信号についての最大電圧である。

　本発明の他の態様は、光源から発せられた照明光を導光して先端から前記照明光を観察対象に照射するファイバと、該ファイバの先端をｘ方向及びｙ方向の２軸方向に所定の駆動周波数で振動させる駆動機構とを有する光走査装置に適用され、
　前記ファイバのｘ方向及びｙ方向における共振周波数を夫々計測し、該共振周波数に基づいて前記の駆動条件を設定し制御する制御ステップを備え、
　該制御ステップが、ｘ方向及びｙ方向について夫々前記ファイバの振動波形の位相ずれに基づいてｘ方向とｙ方向との位相ずれ量の差を算出し、以下の条件式を満足するようにｘ方向に対するｙ方向の位相差を補正した補正位相差を設定する駆動条件設定方法である。
　ｆｘ≦ｆｙである場合に、
　　θ’＝θ－│Δθ│　・・・（５）
　ｆｘ＞ｆｙである場合に、
　　θ’＝θ＋│Δθ│　・・・（６）
　但し、ｆｘはｘ方向の共振周波数、ｆｙはｙ方向の共振周波数であり、θ’は補正位相差、θはｘ方向に対するｙ方向の電圧波形の位相差、│Δθ│はｘ方向とｙ方向との位相ずれ量の差である。

　本発明によれば、光走査装置の駆動条件を適切に設定することができるという効果を奏する。

本発明の第１の実施形態に係る駆動条件設定装置と内視鏡を接続した状態を示すブロック図である。 図１の内視鏡の挿入部先端の断面図である。 内視鏡のアクチュエータを照明用ファイバと共に示す側面図である。 図３のＡ－Ａ断面図である。 スパイラル走査の走査軌跡の一例を示す参考図である。 図１の駆動条件設定装置を適用して内視鏡の駆動条件を設定する方法に係るフローチャートである。 照明用ファイバの先端のｘ方向及びｙ方向の振幅の周波数特性の一例を示し、特にｆｘ≦ｆｙの場合の一例を示すグラフである。 照明用ファイバの先端のｘ方向及びｙ方向の振幅の周波数特性の一例を示し、特にｆｘ＞ｆｙの場合の一例を示すグラフである。 本発明の第２の実施形態に係る駆動条件設定装置を適用して内視鏡の駆動条件を設定する方法に係るフローチャートである。 照明用ファイバの先端のｘ方向及びｙ方向の駆動信号に対する位相ずれと周波数との関係を示し、特にｆｘ≦ｆｙの場合の一例を示すグラフである。 照明用ファイバの先端のｘ方向及びｙ方向の駆動信号に対する位相ずれと周波数との関係を示し、特にｆｘ＞ｆｙの場合の一例を示すグラフである。

（第１の実施形態）
　以下、本発明の第１の実施形態に係る駆動条件設定装置について説明する。
　図１は、光走査装置としての内視鏡３０の挿入部３２に、本実施形態に係る駆動条件設定装置を接続した状態を示している。
　まず、本実施形態に係る駆動条件設定装置によって、駆動条件を設定する内視鏡３０について説明する。
　内視鏡３０の挿入部３２は、照明用の光を導光する照明用ファイバ３３と、照明用ファイバ３３の先端部３３ａに設けられ先端部３３ａを駆動するアクチュエータ（駆動機構）３４と、アクチュエータ３４に駆動信号を伝送する駆動信号線３５と、照明光が観察対象に照射されたことによる反射光や蛍光を受光し内視鏡装置３０に導光する受光用ファイバ３７（図２参照）が設けられている。また、挿入部３２には、設定された駆動条件を記憶するメモリ３６を備えている。

　挿入部３２は、内視鏡３０の図示しない本体に接続されて観察を行うものであり、内視鏡３０の本体は、照明用ファイバに対して照明光を射出する光源、アクチュエータ３４を駆動するための駆動回路、受光用ファイバにより導光された反射光や蛍光を画像化する画像処理回路等を備えている。
　そして、本実施形態に係る駆動条件設定装置は、製品出荷前に内視鏡３０の駆動条件の設定を行うために適用され、駆動条件が設定された内視鏡３０は、内視鏡３０の本体に接続されることにより内視鏡画像を生成し、観察を行うことができる。

　図２～図４に示すように、挿入部３２の先端部３２ａ（図１中の破線で示した部分）は、挿入部３２の中心部に配置された照明用ファイバ３３、照明用ファイバ３３の先端部に設けられたアクチュエータ３４、投影用レンズ３８ａ，３８ｂ、挿入部３２の外周部に配置された受光用ファイバ３７を含んでいる。
　アクチュエータ３４は、取付環３９により挿入部３２の内部に固定されたアクチュエータ管４０、アクチュエータ管４０内に配置されるファイバ保持部材４１及び圧電素子４２ａ～４２ｄを備えている。

　照明用ファイバ３３は、ファイバ保持部材４１により支持され、ファイバ保持部材４１から先端３３ａまでが圧電素子により振動させられる揺動部３３ｂとなっている。ファイバ保持部材４１の４つの側面は、夫々照明用ファイバ３３の先端部３３ａにおける光の射出方向（光軸方向）に垂直であると共に互いに直交している。すなわち、ファイバ保持部材４１の４つの側面は、図３中の＋ｚ方向に垂直であり、且つ、図４中の互いに直交するように＋ｘ方向、＋ｙ方向、－ｘ方向、－ｙ方向をに向いている。

　そして、ファイバ保持部材４１の＋ｙ方向及び－ｙ方向にはｙ方向駆動用の一対の圧電素子４２ａ，４２ｃが、＋ｘ方向及び－ｘ方向にはｘ方向駆動用の一対の圧電素子４２ｂ，４２ｄが固定されている。ファイバ保持部材４１を挟んで対向配置された一対の圧電素子のうち、一方が伸びるときに他方が縮むことでファイバ保持部材４１に撓みを生じさせ、これを交互に繰り返すことによりｘ方向、ｙ方向夫々の振動を生じさせることができる。
　このように振動させられた照明用ファイバ３３から射出された照明光が、投影用レンズ３８ａ，３８ｂによって観察対象に集光される。よって、ＰＳＤ２０は、その受光面が集光位置に一致するように配置されている。

　続いて、図１に戻り、駆動条件設定装置について説明する。
　駆動条件設定装置は、駆動条件設定装置本体１０及び走査軌跡検出部（ＰＳＤ）２０を備えている。なお、駆動条件設定装置本体１０には、適宜、ディスプレイ等の表示装置１８、キーボードやマウス等の入力装置１９を接続することができる。

　駆動条件設定装置本体１０は、駆動条件設定装置本体１０全体を制御する制御部１１、内視鏡３０に対して駆動条件を設定するための照明光を供給する光源部１２、内視鏡３０のアクチュエータ３４を駆動する駆動回路１３、ＰＳＤ２０からの出力に従って所定の処理を行う演算回路１４及び演算回路から出力される駆動条件を示す駆動パラメータを記憶する記憶部１５を備えている。

　光源部１２は、例えば、レーザダイオード、ＤＰＳＳ（半導体励起個体）レーザ等の光源を備えており、制御部１２からの制御信号に従って、駆動条件を設定するための照明光を射出する。光源部１２には、照明用ファイバ１６が接続され、照明用ファイバ１６は接続部３１を介して内視鏡３０の照明用ファイバ３３と結合されている。光源から発せられた照明光は、照明用ファイバ１６に射出され、接続部３１を介して照明用ファイバ３３に射出されるようになっている。

　駆動回路１３は、内視鏡３０のアクチュエータ３４に駆動信号を供給する。駆動信号は、駆動回路１３に接続された駆動信号線１７、接続部３１、駆動信号線３５を介してアクチュエータ３４に供給される。
　本実施形態においては、アクチュエータ３４が圧電素子により照明用ファイバ３３を駆動する構成であるので、この場合には、駆動回路１３は圧電素子に駆動電圧を供給する。

　より具体的には、駆動回路１３は、制御部１１の指示に従って、ｘ方向駆動用の圧電素子４２ｂ，４２ｄ及びｙ方向駆動用の圧電素子４２ａ，４２ｃに所定の周波数の駆動電圧を印加することにより、照明用ファイバ３３を振動駆動させる。ｘ方向駆動用の圧電素子４２ｂ，４２ｄ及びｙ方向駆動用の圧電素子４２ａ，４２ｃとを夫々駆動させると、照明用ファイバ３３の先端部の揺動部３３ｂが振動し、先端部３３ａが周期的に偏向する。これにより、先端部３３ａから射出された照明光がＰＳＤ２０の受光面を走査する。

　特に、ｘ方向とｙ方向とに同一の駆動周波数で互いに位相が９０°異なり、振幅が０と最大値との間で変化する駆動電圧を印加することにより、ＰＳＤ２０の受光面において、螺旋状の走査軌跡を描くように走査される（図５参照）。なお、図５において、実線は振幅拡大時の走査軌跡の例を示し、破線は振幅縮小時の走査軌跡を示す。

　次に、このように構成された駆動条件設定装置によって、内視鏡の駆動条件を設定する方法について、図６のフローチャートに従って説明する。

　駆動条件を設定するに際し、駆動条件設定装置を設定対象である内視鏡３０の挿入部３２と接続する。すなわち、図１に示すように駆動条件設定装置本体１０と挿入部３２とを接続部３１を介して接続することで、照明用ファイバ１６と照明用ファイバ３３とを結合すると共に、駆動信号線１７と駆動信号線３５とを接続する。さらに、挿入部３２から射出される照明光がＰＳＤの受光面に集光するように、かつ、照明ファイバ３３が振動しない状態における光軸上にＰＳＤ２０の座標原点が位置するようにＰＳＤを配置する。

　駆動条件設定装置と内視鏡３０とが接続された状態となったら、ステップＳ１１において、圧電素子４２ａ～４２ｄに印加する上限電圧と目標の振幅を設定する。圧電素子は、電圧の印加により結晶内部が分極され変形を生じるが、過剰な電圧が印加されることにより圧電素子が破損する虞がある。このため、圧電素子４２ａ～４２ｄについて、予め上限電圧を設定しておくことで破損を防止する。また、圧電素子４２ａ～４２ｄの駆動条件は照明光の走査範囲にも依存するため、照明光の所望照射範囲として目標振幅を設定する。

　次のステップＳ１２において、ｘ方向及びｙ方向の共振周波数ｆｘ，ｆｙを夫々測定する。具体的には、ｘ方向及びｙ方向の夫々について、周波数を変えながら駆動回路からアクチュエータ３４に駆動電圧を印加し、照明用ファイバ３３の先端部３３ａから射出される照明光の振幅をＰＳＤ２０により検知し、最大振幅が得られる周波数を共振周波数とすることができる。この他、駆動条件設定装置本体１０に、インピーダンスアナライザを設けるなどして照明用ファイバ３３の駆動周波数を変化させながらインピーダンス測定により共振周波数を測定してもよい。

　続いて、ステップＳ１３において、先のステップＳ１２で測定された共振周波数ｆｘ，ｆｙを比較し、その結果に応じて、以下の条件式を満足するように駆動条件を設定する。
　ｆｘ＞ｆｙである場合に、
　　ｆｄ＜ｆｙかつＶｘ≧Ｖｙ　・・・（１）
　または
　　ｆｄ＞ｆｘかつＶｘ≦Ｖｙ　・・・（２）
　ｆｘ≦ｆｙである場合に、
　　ｆｄ＜ｆｘかつＶｘ≦Ｖｙ　・・・（３）
　または
　　ｆｄ＞ｆｙかつＶｘ≧Ｖｙ　・・・（４）
　但し、ｆｄは、駆動周波数、ｆｘはｘ方向の共振周波数、ｆｙはｙ方向の共振周波数であり、Ｖｘはｘ方向の駆動信号についての電圧、Ｖｙはｙ方向の駆動信号についての電圧である。

　上記条件式（１）～（４）の何れかを満たすように駆動条件を設定する手順は種々考えられるが、例えば、以下のように設定することができる。

　ｆｘ≦ｆｙであり、条件式（３）のｆｄ＜ｆｘかつＶｘ≦Ｖｙを満たす駆動条件を設定する場合には、以下のように駆動条件を設定する（図７参照）。
　すなわち、ステップＳ１３における判定の結果、ｆｘ≦ｆｙを満たすことからステップＳ１４に進み、ステップＳ１４においてｙ方向の駆動電圧Ｖｙｍａｘを設定し、駆動周波数ｆｄの初期値ｆｄ０を、ｆｄ＜ｆｘとなる範囲で任意に設定する。

　次に、光源部１２を発光させながら、アクチュエータ３４により、照明用ファイバ３３の先端部３３ａをｙ方向に振動させる。制御部１１により駆動回路１３を制御して、ｙ方向の走査のために印加する駆動周波数を徐々に高くしていく。このとき、ＰＳＤ２０により照明光の照射位置を検出し、検出した照射位置を検出信号線２１を介して演算回路１４に出力し、演算回路１４においてｙ方向の走査軌跡を算出する。駆動周波数を徐々に高くしていくと、走査振幅が徐々に拡大し目標振幅に近づいていくので、制御部１１により目標振幅と走査振幅とを比較し、走査振幅が目標振幅に略一致したところで駆動周波数ｆｄを決定し、ｙ方向の走査を終了する。

　上述の通り、既に駆動電圧Ｖｙが設定されているので、続いて駆動電圧Ｖｘを決定する。制御部１１により光源部１２を発光させながら駆動回路１３によりアクチュエータ３４を先に設定した駆動周波数ｆｄでｘ方向に走査させ、ＰＳＤ２０により照明光の照射位置を検出する。このとき、駆動電圧Ｖｘを０から徐々に大きくしていくことで、ｘ方向の走査振幅を拡大させ、走査振幅が目標振幅近傍となる電圧を駆動電圧Ｖｘとして決定し、走査を終了する。

　つまり、先に設定した駆動周波数ｆｄで駆動させると、０＜Ｖｘ＜Ｖｙ（Ｖｍａｘ）の範囲に、目標振幅となる駆動電圧Ｖｘが存在するため、Ｖｘ＜Ｖｙとなる。従って、駆動条件を決定するに際し、上記条件式のうち、ｘ方向またはｙ方向のうち電圧値が高くなる駆動電圧と駆動周波数を先に決定してから、電圧値が小さくなる方の駆動電圧を決定する。

　ｆｘ≦ｆｙであり、条件式（４）のｆｄ＞ｆｙかつＶｘ≧Ｖｙを満たす駆動条件を設定する場合には、以下のように駆動条件を設定する（図７参照）。
　すなわち、ステップＳ１３における判定の結果、ｆｘ≦ｆｙを満たすことからステップＳ１４に進み、ステップＳ１４において、ｘ方向の一次元走査を行って駆動周波数を決定する。すなわち、まずｘ方向の駆動電圧Ｖｘｍａｘを設定し、駆動周波数ｆｄの初期値ｆｄ０を、ｆｄ＞ｆｙとなる範囲で任意に設定する。

　次に、光源部１２を発光させながら、アクチュエータ３４により、照明用ファイバ３３の先端部３３ａをｘ方向に振動させる。制御部１１により駆動回路１３を制御して、ｘ方向の走査のために印加する駆動周波数を徐々に低下させていく。このとき、ＰＳＤ２０により照明光の照射位置を検出し、検出信号線２１を介して演算回路１４でｘ方向の走査軌跡を算出する。駆動周波数を徐々に低下させていくと、走査振幅が徐々に拡大し目標振幅に近づいていくので、制御部１１により目標振幅と走査振幅とを比較し、走査振幅が目標振幅に略一致したところで駆動周波数ｆｄを決定し、ｘ方向の走査を終了する。

　上述の通り、既に駆動電圧Ｖｘが設定されているので、続いて駆動電圧Ｖｙを決定する。制御部１１により光源部１２を発光させながら駆動回路１３によりアクチュエータ３４を先に設定した駆動周波数ｆｄでｙ方向に走査させ、ＰＳＤ２０により照明光の照射位置を検出する。このとき、駆動電圧Ｖｙを０から徐々に大きくしていくことで、ｘ方向の走査振幅を拡大させ、走査振幅が目標振幅近傍となる電圧を駆動電圧Ｖｙとして決定し、走査を終了する。

　つまり、先に設定した駆動周波数ｆｄで駆動させると、０＜Ｖｙ＜Ｖｘ（Ｖｍａｘ）の範囲に、目標振幅となる駆動電圧Ｖｙが存在するため、Ｖｙ＜Ｖｘとなる。従って、駆動条件を決定するに際し、上記条件式のうち、ｘ方向またはｙ方向のうち電圧値が高くなる駆動電圧と駆動周波数を先に決定してから、電圧値が小さくなる方の駆動電圧を決定する。

　ｆｘ≦ｆｙである場合、上述の条件式（３）又は条件式（４）の何れかの条件式を満たすように駆動条件を設定すればよい。

　ｆｘ＞ｆｙであり、条件式（１）のｆｄ＜ｆｙかつＶｘ≧Ｖｙを満たす駆動条件を設定する場合には、以下のように駆動条件を設定する（図８参照）。
　すなわち、ステップＳ１３における判定の結果、ｆｘ≦ｆｙを満たさないことからステップＳ１５に進み、ステップＳ１５においてｘ方向の駆動電圧Ｖｘｍａｘを設定し、駆動周波数ｆｄの初期値ｆｄ０を、ｆｄ＜ｆｙとなる範囲で任意に設定する。

　次に、光源部１２を発光させながら、アクチュエータ３４により、照明用ファイバ３３の先端部３３ａをｘ方向に振動させる。制御部１１により駆動回路１３を制御して、ｘ方向の走査のために印加する駆動周波数を徐々に高くしていく。このとき、ＰＳＤ２０により照明光の照射位置を検出し、検出信号線２１を介して演算回路１４でｘ方向の走査軌跡を算出する。駆動周波数を徐々に高くしていくと、走査振幅が徐々に拡大し目標振幅に近づいていくので、制御部１１により目標振幅と走査振幅とを比較し、走査振幅が目標振幅に略一致したところで駆動周波数ｆｄを決定し、ｘ方向の走査を終了する。

　上述の通り、既に駆動電圧Ｖｘが設定されているので、続いて駆動電圧Ｖｙを決定する。制御部１１により光源部１２を発光させながら駆動回路１３によりアクチュエータ３４を先に設定した駆動周波数ｆｄでｙ方向に走査させ、ＰＳＤ２０により照明光の照射位置を検出する。このとき、駆動電圧Ｖｙを０から徐々に大きくしていくことで、ｘ方向の走査振幅を拡大させ、走査振幅が目標振幅近傍となる電圧を駆動電圧Ｖｙとして決定し、走査を終了する。

　つまり、先に設定した駆動周波数ｆｄで駆動させると、０＜Ｖｙ＜Ｖｘ（Ｖｍａｘ）の範囲に、目標振幅となる駆動電圧Ｖｙが存在するため、Ｖｙ＜Ｖｘとなる。従って、駆動条件を決定するに際し、上記条件式のうち、ｘ方向またはｙ方向のうち電圧値が高くなる駆動電圧と駆動周波数を先に決定してから、電圧値が小さくなる方の駆動電圧を決定する。

　ｆｘ＞ｆｙであり、条件式（２）のｆｄ＞ｆｘかつＶｘ≦Ｖｙを満たす駆動条件を設定する場合には、以下のように駆動条件を設定する（図８参照）。
　すなわち、ステップＳ１３における判定の結果、ｆｘ≦ｆｙを満たさないことからステップＳ１５に進み、ステップＳ１５においてｙ方向の一次元走査を行って駆動周波数を決定する。すなわち、まずｙ方向の駆動電圧Ｖｙｍａｘを設定し、駆動周波数ｆｄの初期値ｆｄ０を、ｆｄ＞ｆｘとなる範囲で任意に設定する。

　次に、光源部１２を発光させながら、アクチュエータ３４により、照明用ファイバ３３の先端部３３ａをｙ方向に振動させる。制御部１１により駆動回路１３を制御して、ｙ方向の走査のために印加する駆動周波数を徐々に低下させていく。このとき、ＰＳＤ２０により照明光の照射位置を検出し、検出信号線２１を介して演算回路１４でｙ方向の走査軌跡を算出する。駆動周波数を徐々に低下させていくと、走査振幅が徐々に拡大し目標振幅に近づいていくので、制御部１１により目標振幅と走査振幅とを比較し、走査振幅が目標振幅に略一致したところで駆動周波数ｆｄを決定し、ｙ方向の走査を終了する。

　上述の通り、既に駆動電圧Ｖｙが設定されているので、続いて駆動電圧Ｖｘを決定する。制御部１１により光源部１２を発光させながら駆動回路１３によりアクチュエータ３４を先に設定した駆動周波数ｆｄでｘ方向に走査させ、ＰＳＤ２０により照明光の照射位置を検出する。このとき、駆動電圧Ｖｘを０から徐々に大きくしていくことで、ｘ方向の走査振幅を拡大させ、走査振幅が目標振幅近傍となる電圧を駆動電圧Ｖｘとして決定し、走査を終了する。

　つまり、先に設定した駆動周波数ｆｄで駆動させると、０＜Ｖｘ＜Ｖｙ（Ｖｍａｘ）の範囲に、目標振幅となる駆動電圧Ｖｘが存在するため、Ｖｘ＜Ｖｙとなる。従って、駆動条件を決定するに際し、上記条件式のうち、ｘ方向またはｙ方向のうち電圧値が高くなる駆動電圧と駆動周波数を先に決定してから、電圧値が小さくなる方の駆動電圧を決定する。

　ｆｘ＞ｆｙである場合、上述の条件式（１）又は条件式（２）の何れかの条件式を満たすように駆動条件を設定すればよい。

　ステップＳ１６では、このようにして設定された駆動周波数、ｘ方向及びｙ方向の駆動電圧等の駆動条件を内視鏡３０のメモリに保存することで、駆動条件の設定が終了する。

　このように、ｘ方向及びｙ方向の共振周波数を夫々計測して、この大小関係に基づいて、最適な駆動周波数及び駆動電圧を決定するので、駆動条件の設定対象である光走査装置が非対称形状でありｘ方向及びｙ方向の共振周波数が異なっていても、歪みなく最適な視野範囲を得ることができる駆動条件を適切に設定することができる。なお、上述の例では、制御部１１により目標振幅と走査振幅とを比較し、走査振幅が目標振幅に略一致したところで駆動周波数を決定しているが、走査振幅が目標振幅に対して所定の範囲内となるように設定することもできる。

（第２の実施形態）
　以下、本発明の第２の実施形態に係る駆動条件設定装置について説明する。
　本実施形態に係る駆動条件設定装置は、先に説明した第１の実施形態と同一の構成であるため、その説明を省略し、本実施形態に係る駆動条件設定装置による内視鏡の駆動条件設定方法について図９のフローチャートに従って説明する。

　駆動条件を設定するに際し、駆動条件設定装置を設定対象である内視鏡３０の挿入部３２と接続する。すなわち、図１に示すように駆動条件設定装置本体１０と挿入部３２とを接続部３１を介して接続することで、照明用ファイバ１６と照明用ファイバ３３とを結合すると共に、駆動信号線１７と駆動信号線３５とを接続する。さらに、挿入部３２から射出される照明光がＰＳＤの受光面に集光するように、かつ、照明ファイバ３３が振動しない状態における光軸上にＰＳＤ２０の座標原点が位置するようにＰＳＤを配置する。

　駆動条件設定装置と内視鏡３０とが接続された状態となったら、ステップＳ２１において、ｘ方向及びｙ方向の共振周波数ｆｘ，ｆｙを夫々測定する。具体的には、ｘ方向及びｙ方向の夫々について、周波数を変えながら駆動回路からアクチュエータ３４に駆動電圧を印加し、照明用ファイバ３３の先端部３３ａから射出される照明光の振幅をＰＳＤ２０により検知し、最大振幅が得られる周波数を共振周波数とすることができる。この他、駆動条件設定装置本体１０に、インピーダンスアナライザを設けるなどして照明用ファイバ３３の駆動周波数を変化させながらインピーダンス測定により共振周波数を測定してもよい。

　続いて、ステップＳ２２において、駆動周波数において、駆動電圧波形に対する照明用ファイバ３３の先端のファイバ振動波形の位相ずれ、すなわち時間応答を、ｘ方向及びｙ方向の夫々について計測する（図１０、図１１参照）。
　位相ずれの計測方法は、種々考えられるが、本実施形態においては、ＰＳＤ２０を用いる手法について説明する。

　ステップＳ２２では、ｘ方向及びｙ方向の夫々について、駆動回路１３からアクチュエータ３４に駆動信号を入力し、これによって振動させられた照明用ファイバ３３の先端の振動振幅をＰＳＤ２０により計測する。ＰＳＤ２０による計測のタイミングと、駆動回路１３によって駆動電圧を印加するタイミングとを同期させることにより、駆動電圧波形に対する照明用ファイバ３３の先端のファイバ振動波形の時間応答を求め、それを位相に換算する。駆動周波数毎に位相を求めれば、図１０、図１１に示すようなグラフを得ることができる。

　次のステップＳ２３では、先のステップＳ２２により求められたｘ方向の位相ずれ及びｙ方向の位相ずれに基づいて、ｘ方向の位相ずれとｙ方向の位相ずれとの差である│Δθ│を算出し、次のステップＳ２４に進む。

　先のステップＳ２１で測定された共振周波数ｆｘ，ｆｙを比較し、その結果に応じて、以下の条件式を満足するように駆動条件を設定する。すなわち、共振周波数ｆｘ，ｆｙの比較結果に基づいて、以下のようにｘ方向に対するｙ方向の電圧波形の位相差θを補正し、補正位相差θ’を算出する。
　ｆｘ≦ｆｙである場合には、ステップＳ２５に進み、ステップＳ２５において、以下の条件式（５）に従って、補正位相差θ’を算出する。
　　θ’＝θ－│Δθ│　・・・（５）
　ｆｘ＞ｆｙである場合には、ステップＳ２６に進み、ステップＳ２６において、以下の条件式（６）に従って、補正位相差θ’を算出する。
　　θ’＝θ＋│Δθ│　・・・（６）
　但し、θはｘ方向に対するｙ方向の電圧波形の位相差であり、θ’は補正した位相差である。

　具体的には、走査軌跡を円にしたい場合は、位相差θを９０度近傍に設定すれば良い。ｘ方向とｙ方向の走査角度が直交しない場合は、そのずれを考慮して、θを９０度から少しずらす。この状態から、補正する位相差を算出する。図１０のように、ｆｘ≦ｆｙであり、点線で示された駆動周波数で駆動する場合、グラフから、│Δθ│＝１０度であるので、補正位相差θ’＝θ‐１０°の近傍で設定する。よって、ｘ方向の駆動波形とｙ方向の駆動波形の関数は、例えば、以下のようにすれば良い。
　　ｘ方向：Ｖｘ（ｔ）×sin（２π×ｆｄ×ｔ）
　　ｙ方向：Ｖｙ（ｔ）×sin（２π×ｆｄ×ｔ＋θ‐１０°）
　ここで、Ｖｘ（ｔ）、Ｖｙ（ｔ）は、電圧波形のｘ方向とｙ方向の変調部分に関する関数である。

　ステップＳ２７では、このようにして設定された補正位相差θ’を内視鏡３０のメモリに保存することで、駆動条件の設定が終了する。

　このように、ｘ方向及びｙ方向夫々についてファイバの先端の振動波形からの位相ずれを計測するので、光走査装置が非対称であってｘ方向及びｙ方向の共振周波数が異なっている場合においても、それぞれの差異を容易に把握することができる。そして、ｘ方向及びｙ方向の共振周波数の大小関係に基づいて、ｘ方向の位相ずれとｙ方向の位相ずれとの差である位相ずれ量の差│Δθ│を用いて位相差を補正した補正位相差θ’を算出するので、共振周波数から離れた状態で、歪みなく最適な視野範囲を得ることができる駆動条件を適切に設定することができる。

　なお、本実施形態の補正位相差を設定する駆動条件決定方法は、上述した第１の実施形態による駆動周波数及び駆動電圧の決定と併せて行うこともできる。
　また、上述の例は、光走査装置として内視鏡を例に説明したが、この他、光走査型顕微鏡、光走査型投影装置等に適用して駆動条件を設定することもできる。

１０　駆動条件設定装置本体
１１　制御部
１２　光源部
１３　駆動回路
１４　演算回路
１５　記憶部
１６　照明用ファイバ
１７　駆動信号線
１８　表示装置
１９　入力装置
２０　ＰＳＤ
２１　検出信号線
３０　内視鏡
３２　挿入部
３３　照明用ファイバ
３３ａ　先端部
３４　アクチュエータ

Claims (5)

1. 　光源から発せられた照明光を導光して先端から前記照明光を観察対象に照射するファイバと、該ファイバの先端をｘ方向及びｙ方向の２軸方向に所定の駆動周波数で振動させる駆動機構とを有する光走査装置に適用され、
   　前記ファイバの先端から射出される前記照明光の走査軌跡を検出する走査軌跡検出部と、
   　前記ファイバのｘ方向及びｙ方向における共振周波数を夫々計測し、該共振周波数に基づいて前記駆動機構の駆動条件を設定し制御する制御部と、を備え、
   　該制御部が、前記走査軌跡の目標振幅を設定し、前記走査軌跡検出部により検出される走査軌跡が前記目標振幅に対して所定の範囲内となり、かつ、以下の条件式を満足する駆動周波数及び駆動電圧を決定する駆動条件設定装置。
   　ｆｘ＞ｆｙである場合に、
   　　ｆｄ＜ｆｙかつＶｘ≧Ｖｙ　・・・（１）
   　または、
   　　ｆｄ＞ｆｘかつＶｘ≦Ｖｙ　・・・（２）
   　ｆｘ≦ｆｙである場合に、
   　　ｆｄ＜ｆｘかつＶｘ≦Ｖｙ　・・・（３）
   　または、
   　　ｆｄ＞ｆｙかつＶｘ≧Ｖｙ　・・・（４）
   　但し、ｆｄは駆動周波数、ｆｘはｘ方向の共振周波数、ｆｙはｙ方向の共振周波数であり、Ｖｘはｘ方向の駆動信号についての最大電圧、Ｖｙはｙ方向の駆動信号についての最大電圧である。
2. 　前記制御部は、前記駆動周波数及び前記駆動電圧を設定するに際し、各条件式（１）～（４）において、ｘ方向の駆動電圧又はｙ方向の駆動電圧のうち相対的に電圧値が高くなる方向の駆動電圧と駆動周波数とを優先的に決定した後に、電圧値が低くなる方向の駆動電圧を決定する請求項１記載の駆動条件設定装置。
3. 　光源から発せられた照明光を導光して先端から前記照明光を観察対象に照射するファイバと、該ファイバの先端をｘ方向及びｙ方向の２軸方向に所定の駆動周波数で振動させる駆動機構とを有する光走査装置に適用され、
   　前記ファイバのｘ方向及びｙ方向における共振周波数を夫々計測し、該共振周波数に基づいて前記の駆動条件を設定し制御する制御部を備え、
   　該制御部が、ｘ方向及びｙ方向について夫々前記ファイバの振動波形の位相ずれに基づいてｘ方向とｙ方向との位相ずれ量の差を算出し、以下の条件式を満足するようにｘ方向に対するｙ方向の位相差を補正した補正位相差を設定する駆動条件設定装置。
   　ｆｘ≦ｆｙである場合に、
   　　θ’＝θ－│Δθ│　・・・（５）
   　ｆｘ＞ｆｙである場合に、
   　　θ’＝θ＋│Δθ│　・・・（６）
   　但し、ｆｘはｘ方向の共振周波数、ｆｙはｙ方向の共振周波数であり、θ’は補正位相差、θはｘ方向に対するｙ方向の電圧波形の位相差、│Δθ│はｘ方向とｙ方向との位相ずれ量の差である。
4. 　光源から発せられた照明光を導光して先端から前記照明光を観察対象に照射するファイバと、該ファイバの先端をｘ方向及びｙ方向の２軸方向に所定の駆動周波数で振動させる駆動機構とを有する光走査装置に適用され、
   　前記ファイバの先端から射出される前記照明光の走査軌跡を検出する走査軌跡検出ステップと、
   　前記ファイバのｘ方向及びｙ方向における共振周波数を夫々計測し、該共振周波数に基づいて前記駆動機構の駆動条件を設定し制御するステップと、を備え、
   　該制御ステップが、前記走査軌跡の目標振幅を設定し、前記走査軌跡検出ステップにおいて検出される走査軌跡が前記目標振幅に対して所定の範囲内となり、かつ、以下の条件式を満足する駆動周波数及び駆動電圧を決定する駆動条件設定方法。
   　ｆｘ＞ｆｙである場合に、
   　　ｆｄ＜ｆｙかつＶｘ≧Ｖｙ　・・・（１）
   　または、
   　　ｆｄ＞ｆｘかつＶｘ≦Ｖｙ　・・・（２）
   　ｆｘ≦ｆｙである場合に、
   　　ｆｄ＜ｆｘかつＶｘ≦Ｖｙ　・・・（３）
   　または、
   　　ｆｄ＞ｆｙかつＶｘ≧Ｖｙ　・・・（４）
   　但し、ｆｄは駆動周波数、ｆｘはｘ方向の共振周波数、ｆｙはｙ方向の共振周波数であり、Ｖｘはｘ方向の駆動信号についての最大電圧、Ｖｙはｙ方向の駆動信号についての最大電圧である。
5. 　光源から発せられた照明光を導光して先端から前記照明光を観察対象に照射するファイバと、該ファイバの先端をｘ方向及びｙ方向の２軸方向に所定の駆動周波数で振動させる駆動機構とを有する光走査装置に適用され、
   　前記ファイバのｘ方向及びｙ方向における共振周波数を夫々計測し、該共振周波数に基づいて前記の駆動条件を設定し制御する制御ステップを備え、
   　該制御ステップが、ｘ方向及びｙ方向について夫々前記ファイバの振動波形の位相ずれに基づいてｘ方向とｙ方向との位相ずれ量の差を算出し、以下の条件式を満足するようにｘ方向に対するｙ方向の位相差を補正した補正位相差を設定する駆動条件設定方法。
   　ｆｘ≦ｆｙである場合に、
   　　θ’＝θ－│Δθ│　・・・（５）
   　ｆｘ＞ｆｙである場合に、
   　　θ’＝θ＋│Δθ│　・・・（６）
   　但し、ｆｘはｘ方向の共振周波数、ｆｙはｙ方向の共振周波数であり、θ’は補正位相差、θはｘ方向に対するｙ方向の電圧波形の位相差、│Δθ│はｘ方向とｙ方向との位相ずれ量の差である。
    
   　

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