(57)【要約】  本発明の光走査装置は、光ファイバと、光ファイバの共振周波数ｆｒとは異なる周波数ｆｄを有する駆動信号を生成する信号生成部と、駆動信号に従って光ファイバの先端をスパイラル振動させる駆動部とを備え、信号生成部は、１回の走査期間中に振幅が略ゼロから最大値まで漸次増大する第１の期間および振幅が最大値から略ゼロまで漸次減少する第２の期間を含み、かつ、以下の条件式（１）を満足する駆動信号を生成する。Ｎ２は、第２の期間における駆動信号の振動回数である。2017068690.tif 000009
2017068690.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端から光を射出する光ファイバと、
前記光ファイバの共振周波数とは異なる周波数を有し、前記光ファイバの先端をスパイラル振動させるための駆動信号を生成する信号生成部と、
該信号生成部によって生成された前記駆動信号に従って前記光ファイバの先端をスパイラル振動させる駆動部とを備え、
前記信号生成部は、１回の走査期間中に振幅が略ゼロから最大値まで漸次増大する第１の期間および振幅が前記最大値から略ゼロまで漸次減少する第２の期間を含み、かつ、以下の条件式（１）または条件式（２）を満足する前記駆動信号を生成する光走査装置。
【数１】
2017068690.tif 000007
ただし、
ｆｒは、前記光ファイバの共振周波数、
ｆｄは、前記駆動信号の周波数、
Ｎ２は、前記第２の期間における前記駆動信号の振動回数
である。
【請求項２】
前記信号生成部が、以下の条件式（３）を満足する前記駆動信号を生成する請求項１に記載の光走査装置。
（３）          Ｎ２  ≧  ６０
【請求項３】
前記信号生成部が、以下の条件式（４）を満足する前記駆動信号を生成する請求項１または請求項２に記載の光走査装置。
（４）        ｆｄ  /  ｆｒ  ≧  １．０１
【請求項４】
前記信号生成部が、以下の条件式（５）を満足する前記駆動信号を生成する請求項１または請求項２に記載の光走査装置。
（５）        ｆｄ  /  ｆｒ  ≦  ０．９９
【請求項５】
光ファイバの先端から射出された光を被写体上でスパイラル走査する光走査装置の制御方法であって、
前記光ファイバの共振周波数とは異なる周波数を有し、前記光ファイバの先端をスパイラル振動させるための駆動信号を生成する信号生成ステップと、
該信号生成ステップによって生成された前記駆動信号に従って前記光ファイバの先端をスパイラル振動させる駆動ステップとを含み、
前記信号生成ステップにおいて、１回の走査期間中に振幅が略ゼロから最大値まで漸次増大する第１の期間および振幅が前記最大値から略ゼロまで漸次減少する第２の期間を含み、かつ、以下の条件式（１）または条件式（２）を満足する前記駆動信号を生成する光走査装置の制御方法。
【数２】
2017068690.tif 000008
ただし、
ｆｒは、前記光ファイバの共振周波数、
ｆｄは、前記駆動信号の周波数、
Ｎ２は、前記第２の期間における前記駆動信号の振動回数
である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光走査装置および光走査装置の制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、スパイラル走査方式の走査型内視鏡装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。スパイラル走査方式においては、光ファイバの先端をスパイラル状の軌跡に沿って振動させることによって、光ファイバの先端から射出される照明光を被写体上においてスパイラル状の走査軌跡に沿って走査する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５１９０２６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
スパイラル走査方式において、振幅が漸次増減するよう変調された駆動信号に従って、光ファイバの先端の振幅を略ゼロと最大値との間で漸次変化させる。特に駆動信号の周波数が光ファイバの共振周波数と等しいか、または、該共振周波数の近傍の周波数であるときには光ファイバの先端の振動が減衰し難く、振幅が略ゼロまで収束しないことがある。光ファイバの先端の振幅の収束が不十分である場合には、走査軌跡の中心に照明光が照射されない領域が生じ、画像の中心領域の画素において被写体の情報が欠損してしまうという問題がある。【０００５】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、スパイラル走査方式において、光ファイバの先端の振動を確実に収束させることができる光走査装置および光走査装置の制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の第１の態様は、先端から光を射出する光ファイバと、前記光ファイバの共振周波数とは異なる周波数を有し、前記光ファイバの先端をスパイラル振動させるための駆動信号を生成する信号生成部と、該信号生成部によって生成された前記駆動信号に従って前記光ファイバの先端をスパイラル振動させる駆動部とを備え、前記信号生成部は、１回の走査期間中に振幅が略ゼロから最大値まで漸次増大する第１の期間および振幅が前記最大値から略ゼロまで漸次減少する第２の期間を含み、かつ、以下の条件式（１）または条件式（２）を満足する前記駆動信号を生成する光走査装置である。
ただし、ｆｒは、前記光ファイバの共振周波数、ｆｄは、前記駆動信号の周波数、Ｎ２は、前記第２の期間における前記駆動信号の振動回数ある。【０００７】
【数１】
2017068690.tif 000003
【０００８】
本発明の第１の態様によれば、信号生成部によって生成された駆動信号に従って駆動部が光ファイバの先端をスパイラル状の軌跡に沿って振動させることにより、光ファイバの先端から射出される光を被写体上においてスパイラル状の軌跡に沿って走査することができる。【０００９】
この場合に、第２の期間において、駆動信号の振幅の減少に従って光ファイバの先端の振幅が最小値まで減少する。振幅の最小値は、走査軌跡の内、照明光が照射されない中心領域の半径に相当し、許容することができる振幅の最小値の上限は、光ファイバの先端の振幅の最大値の２％である。以下、振幅収束率＝光ファイバの先端の振幅の最小値／光ファイバの先端の振幅の最大値×１００と定義する。【００１０】
条件式（１）または（２）を満足するように周波数比ｆｄ／ｆｒおよび振動回数Ｎ２を設定することによって、光ファイバの共振周波数ｆｒに近い周波数の駆動信号によって光ファイバの先端を準共振させながら、２％以下の振幅収束率を達成し、光ファイバの先端の振動を確実に収束させることができる。振幅収束率が２％よりも大きくなると、照明光が照射されない中心領域が大きくなり過ぎて、中心領域における被写体の情報を画像処理等によって補うことが難しくなる。【００１１】
上記第１の態様においては、前記信号生成部が、以下の条件式（３）を満足する前記駆動信号を生成してもよい。
（３）          Ｎ２  ≧  ６０
このようにすることで、光ファイバの先端を準共振させることができる実用的な駆動周波数ｆｒの範囲において、２％以下の振幅収束率を達成することができる。【００１２】
上記第１の態様においては、前記信号生成部が、以下の条件式（４）または条件式（５）を満足する前記駆動信号を生成してもよい。
（４）        ｆｄ  /  ｆｒ  ≧  １．０１
（５）        ｆｄ  /  ｆｒ  ≦  ０．９９
このようにすることで、実用的な振動回数Ｎ２の範囲において、２％以下の振幅収束率を達成することができる。【００１３】
本発明の第２の態様は、光ファイバの先端から射出された光を被写体上でスパイラル走査する光走査装置の制御方法であって、前記光ファイバの共振周波数とは異なる周波数を有し、前記光ファイバの先端をスパイラル振動させるための駆動信号を生成する信号生成ステップと、該信号生成ステップによって生成された前記駆動信号に従って前記光ファイバの先端をスパイラル振動させる駆動ステップとを含み、前記信号生成ステップにおいて、１回の走査期間中に振幅が略ゼロから最大値まで漸次増大する第１の期間および振幅が前記最大値から略ゼロまで漸次減少する第２の期間を含み、かつ、以下の条件式（１）または条件式（２）を満足する前記駆動信号を生成する光走査装置の制御方法である。
ただし、ｆｒは、前記光ファイバの共振周波数、ｆｄは、前記駆動信号の周波数、Ｎ２は、前記第２の期間における前記駆動信号の振動回数である。【００１４】
【数２】
2017068690.tif 000004
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、スパイラル走査方式において、光ファイバの先端の振動を確実に収束させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る光走査装置の全体構成図である。
【図２】図１の光走査装置の詳細な構成図である。
【図３Ａ】内視鏡の挿入部の先端部の内部構成を示す長手軸に沿った縦断面図である。
【図３Ｂ】図３ＡのＩＩＩ−ＩＩＩ線における横断面図である。
【図４Ａ】スパイラル振動する光ファイバの先端の振幅の１走査期間分の時間変化を示す図である。
【図４Ｂ】図４Ａの復路の最終部分を拡大した図である。
【図５Ａ】周波数比ｆｄ／ｆｒおよび復路の振動回数Ｎ２と振幅収束率との関係をシミュレーションによって求めた結果を示すグラフである。
【図５Ｂ】周波数比ｆｄ／ｆｒおよび復路の振動回数Ｎ２と振幅収束率との関係をシミュレーションによって求めたもう１つの結果を示すグラフである。
【図５Ｃ】周波数比ｆｄ／ｆｒおよび復路の振動回数Ｎ２と振幅収束率との関係をシミュレーションによって求めたもう１つの結果を示すグラフである。
【図６】周波数比ｆｄ／ｆｒおよび復路の振動回数Ｎ２と振幅収束率との関係をシミュレーションによって求めたもう１つの結果を示すグラフである。
【図７】光ファイバのＱ値と振幅収束率との関係を示すグラフである。
【図８】光ファイバの復路の周回数と振幅収束率との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明の一実施形態に係る光走査装置１について図面を参照して説明する。
本実施形態に係る光走査装置１は、図１に示されるように、内視鏡２０と、制御装置本体３０と、ディスプレイ４０とを備え、内視鏡２０の挿入部２１の先端から射出されるレーザ光Ｌを被写体Ａ上でスパイラル状の走査軌跡Ｂに沿って走査し、被写体Ａの画像を取得する光走査型内視鏡装置である。
【００１８】
光走査装置１は、図２に示されるように、光源部２と、該光源部２から出力されたレーザ光Ｌを走査しながら被写体Ａに照射する光走査部３と、該光走査部３を駆動するための駆動信号を生成する信号生成部４と、レーザ光Ｌの照射によって被写体Ａからの戻り光として発生した観察光Ｌ’を検出する光検出部５と、該光検出部５によって検出された観察光Ｌ’に基づいて被写体Ａの画像を生成する画像生成部６と、光走査部３、信号生成部４、光検出部５および画像生成部６を制御する制御部７とを備えている。観察光Ｌ’は、被写体Ａからの反射光、散乱光および蛍光のうちのいずれかである。
【００１９】
光源部２は、例えば、赤、緑、青のレーザ光Ｌをそれぞれ射出する３個のレーザ光源（図示略）を備え、赤、緑、青のレーザ光Ｌを順番に出力する。レーザ光源としては、例えば、半導体励起固体レーザまたはレーザダイオードが用いられる。
【００２０】
光走査部３は、挿入部２１内に長手方向に沿って配置された照射用光ファイバ８と、挿入部２１の先端部２１ａに設けられ照射用光ファイバ８を振動させるアクチュエータ（駆動部）９とを備えている。
照射用光ファイバ８の基端は、光源部２に接続されている。光源部２から照射用光ファイバ８の基端面に入射したレーザ光Ｌは、照射用光ファイバ８の内部を基端から先端まで導光し、照射用光ファイバ８の先端面から挿入部２１の先端前方へ向かって射出されるようになっている。
【００２１】
アクチュエータ９は、図３Ａおよび図３Ｂに示されるように、四角筒状の弾性部１０と、該弾性部１０の外周面に固定された４枚の圧電素子１１Ａ，１１Ｂとを備えている。符号１７ａ，１７ｂは、レーザ光Ｌを集光するための走査レンズである。
弾性部１０内には照射用光ファイバ８が貫通しており、弾性部１０は、照射用光ファイバ８の先端８ａから基端側に間隔をあけた位置において、照射用光ファイバ８の外周面に固定されている。弾性部１０の、圧電素子１１Ａ，１１Ｂよりも基端側の部分は、固定部１３を介して挿入部２１の外筒に固定されている。これにより、弾性部１０および照射用光ファイバ８の先端部分は片持ち梁状に支持され、揺動可能となっている。
【００２２】
圧電素子１１Ａ，１１Ｂは板状であり、厚さ方向に分極している。図３Ｂにおいて、矢印Ｐは圧電素子１１Ａ，１１Ｂの分極方向を示している。圧電素子１１Ａ，１１Ｂは、図３Ｂに示されるように、照射用光ファイバ８の半径方向に対向する２枚の圧電素子１１Ａまたは１１Ｂの分極方向が同一方向となるように、弾性部１０の４つの外側面の各々に１枚ずつ固定されている。Ｘ方向に対向する２枚のＸ走査用の圧電素子１１ＡにはＡ相用の電気ケーブル１２Ａが接続され、Ｙ方向に対向する２枚のＹ走査用の圧電素子１１ＢにはＢ相用の電気ケーブル１２Ｂが接続されている。Ｘ方向およびＹ方向は、照射用光ファイバ８の半径方向であり、かつ、互いに直交する方向である。
【００２３】
信号生成部４は、制御部７から受信した制御信号が指定する周波数および振幅を有するＡ相およびＢ相の２つの交番電圧を駆動信号として生成する。Ａ相の駆動信号は、電気ケーブル１２Ａを介して２枚のＸ走査用の圧電素子１１Ａに供給され、Ｂ相の駆動信号は、電気ケーブル１２Ｂを介して２枚のＹ走査用の圧電素子１１Ｂに供給される。
【００２４】
Ａ相の駆動信号がＸ走査用の圧電素子１１Ａに印加されると、圧電素子１１Ａは、照射用光ファイバ８の長手方向（Ｚ方向）に伸縮振動する。このときに、２枚の圧電素子１１Ａのうち、一方がＺ方向に縮み、他方がＺ方向に伸びることによって、弾性部１０には固定部１３の位置を節とするＸ方向の屈曲振動が励起される。弾性部１０の屈曲振動は、照射用光ファイバ８に伝達される。これにより、照射用光ファイバ８の先端部分がＸ方向に屈曲振動して照射用光ファイバ８の先端８ａがＸ方向に振動し、該先端８ａから射出されるレーザ光ＬがＸ方向に走査される。
【００２５】
Ｂ相の駆動信号がＹ走査用の圧電素子１１Ｂに印加されると、圧電素子１１Ｂは、照射用光ファイバ８の長手方向（Ｚ方向）に伸縮振動する。このときに、２枚の圧電素子１１Ｂのうち、一方がＺ方向に縮み、他方がＺ方向に伸びることによって、弾性部１０には固定部１３の位置を節とするＹ方向の屈曲振動が励起される。弾性部１０の屈曲振動は、照射用光ファイバ８に伝達される。これにより、照射用光ファイバ８の先端部分がＹ方向に屈曲振動して照射用光ファイバ８の先端８ａがＹ方向に振動し、該先端８ａから射出されるレーザ光ＬがＹ方向に走査される。
【００２６】
ここで、信号生成部４は、１回の走査期間中に、振幅が略ゼロから最大値まで漸次増大する往路（第１の期間）と、振幅が最大値から略ゼロまで漸次減少する復路（第２の期間）とを含み、かつ、位相が互いに略π／４だけずれたＡ相用の駆動信号およびＢ相用の駆動信号を、制御信号に従って生成する。これにより、アクチュエータ９は、図４Ａに示されるように、照射用光ファイバ８の先端８ａをスパイラル状の軌跡に沿ってスパイラル振動させるようになっている。
【００２７】
図４Ａおよび図４Ｂには、Ｘ方向またはＹ方向の光ファイバ８の先端８ａの振幅の時間変化を示している。図４Ａおよび図４Ｂに示されるように、先端８ａの振幅は、往路において最小値Ｈｍｉｎから最大値Ｈｍａｘまで漸次増大し、復路において最大値Ｈｍａｘから最小値Ｈｍｉｎまで減少する。振幅の最大値Ｈｍａｘは、画像の撮影範囲の半径に対応する。図４Ａに示す振幅の時間変化は、１走査期間（１フレーム期間）における走査軌跡を切り出したものである。次のフレーム以降は、このグラフとほぼ同じ振幅の時間変化が繰り返される。
【００２８】
光検出部５は、被写体Ａにおいて発生した観察光Ｌ’（例えば、レーザ光Ｌの反射光またはレーザ光Ｌによって励起された蛍光）を先端において受光する受光用光ファイバ１４と、該受光用光ファイバ１４によって受光された観察光Ｌ’を検出する光電子増倍管のような光検出器１５と、該光検出器１５から出力された電気信号をアナログデジタル（ＡＤ）変換するＡＤ変換器１６とを備えている。
【００２９】
受光用光ファイバ１４の先端は挿入部２１の先端面に配置され、受光用光ファイバ１４の基端は光検出器１５に接続されている。
光検出器１５は、受光用光ファイバ１４から入射する観察光Ｌ’を光電変換することによって観察光Ｌ’の強度に応じた電気信号を生成し、生成された電気信号をＡＤ変換器１６に出力する。
ＡＤ変換器１６は、光検出器１５から入力された電気信号を制御部７から受信するサンプリング信号に同期してサンプリングしてＡＤ変換することによって、観察光Ｌ’の強度を示すデジタル値を得る。ＡＤ変換器１６は、得られたデジタル値を画像生成部６に送信する。
【００３０】
制御部７は、上述したように、往路および復路を含む駆動信号を信号生成部４に生成させるための制御信号を生成し、該制御信号を信号生成部４に送信する。
さらに、制御部７は、駆動信号の周波数（駆動周波数）ｆｄおよび振動回数Ｎ，Ｎ１，Ｎ２を設定し、設定された駆動周波数ｆｄおよび振動回数Ｎ，Ｎ１，Ｎ２を有する駆動信号を信号生成部４に生成させるための制御信号を生成する。
【００３１】
振動回数Ｎは、１走査期間（１フレーム期間）中の駆動信号の全振動回数であり、振動回数Ｎ１は、往路における駆動信号の振動回数であり、振動回数Ｎ２は、復路における駆動信号の振動回数である。駆動信号の振動回数は、スパイラル状の走査軌跡または振動軌跡の周回数（走査軌跡を同心円の集合とみなしたときの円の数）に相当する。したがって、以下、振動回数Ｎ，Ｎ１，Ｎ２を周回数Ｎ，Ｎ１，Ｎ２とも言う。
【００３２】
ここで、制御部７は、条件式（１）を満足するように、駆動周波数ｆｄおよび復路の周回数Ｎ２を設定する。ただし、駆動周波数ｆｄは、光ファイバ８の先端部分の共振周波数ｆｒよりも大きい。さらに、駆動周波数ｆｄと、１フレーム期間当たりの駆動信号の全周回数Ｎは、Ｎ≦ｆｄ／ｆｐを満足する。ｆｐは、画像のフレームレートである。
【００３３】
【数３】
2017068690.tif 000005
【００３４】
例えば、フレームレートｆｐが３０Ｈｚであり、駆動周波数ｆｄが９０００Ｈｚである場合、１走査期間中の全周回数Ｎは、９０００÷３０＝３００となる。往路の周回数Ｎ１と復路の周回数Ｎ２との間には、Ｎ１＋Ｎ２≦Ｎが成り立つ。例えば、図４Ａのように、往路と復路の変調波形は正弦波形状であり、Ｎ１＝２００、Ｎ２＝１００である場合、往路の変調波の周波数は、ｆｄ÷２÷Ｎ１＝２２．５Ｈｚとなり、復路の変調波の周波数はｆｄ÷２÷Ｎ２＝４５Ｈｚとなる。この場合、Ｎ１＋Ｎ２＝Ｎであるので、駆動信号がゼロになる期間はファイバの振幅がゼロになる時のみである。Ｎ１＋Ｎ２＜Ｎである場合は、往路または復路のいずれかの期間において駆動信号を連続的にゼロにする期間が設けられる。
【００３５】
また、制御部７は、サンプリング信号に従ってＡＤ変換器１６が電気信号をサンプリングするときの光走査部３によるレーザ光Ｌの被写体Ａ上の照射位置を、制御信号から演算し、算出された照射位置の情報を画像生成部６に送信する。
【００３６】
画像生成部６は、ＡＤ変換器１６から受信したデジタル値と、制御部７から受信した観察光Ｌ’の照射位置の情報とを対応づけることによって、被写体Ａの２次元画像を生成する。画像生成部６は、生成した画像をディスプレイ４０に送信して該ディスプレイ４０に表示させる。
【００３７】
次に、このように構成された本実施形態に係る光走査装置１の作用について説明する。
本実施形態に係る光走査装置１を用いて患者の体内を観察するには、挿入部２１を体内に挿入し、挿入部２１の先端を被写体Ａである生体組織に対向させる。これにより、照射用光ファイバ８の先端８ａから被写体Ａにレーザ光Ｌが照射される。このときに、アクチュエータ９によって照射用光ファイバ８の先端８ａがスパイラル振動させられることによって、レーザ光Ｌが被写体Ａ上においてスパイラル走査される。
【００３８】
レーザ光Ｌの照射位置において発生した観察光Ｌ’は、受光用光ファイバ１４の先端において受光され、光検出器１５によって観察光Ｌ’の強度が検出され、ＡＤ変換器１６によって観察光Ｌ’の強度のデジタル値が得られる。得られたデジタル値は画像生成部６に送信される。画像生成部６においては、ＡＤ変換器１６から受信したデジタル値が制御部７から受信したレーザ光Ｌの照射位置と対応づけて記憶されることによって、画像が生成される。生成された画像はディスプレイ４０に表示される。
【００３９】
ここで、制御部７は、上述したように、条件式（１）を満足する周波数比ｆｄ／ｆｒ（ただし、ｆｄ＞ｆｒ）および周回数Ｎ２を有する駆動信号を信号生成部４に生成させ（信号生成ステップ）、アクチュエータ９は、駆動信号に従って照射用光ファイバ８の先端８ａをスパイラル振動させる（駆動ステップ）。
【００４０】
復路において、駆動信号の振幅が漸次減少するのに従って光ファイバ８の先端８ａの振動が減衰することによって、走査軌跡の半径方向外側から中心へ向かってレーザ光Ｌがスパイラル走査される。このときに、光ファイバ８の振動の減衰が不十分であった場合、次のフレームにおいて、走査軌跡の中心領域にレーザ光Ｌが照射されず、観察光Ｌ’の強度の情報を有しない画素（以下、欠損画素という。）が画像の中心領域に生じる。ここで、画像を、図４Ａの往路側の走査期間中および復路側の走査期間中のいずれの間で生成しても、上記の欠損画素が生じる可能性がある。
【００４１】
照射用光ファイバ８の先端８ａの振動の減衰のしやすさは、照射用光ファイバ８の振動特性（例えば、共振周波数および減衰係数）や駆動信号の条件に依存し、駆動周波数ｆｄが照射用光ファイバ８の共振周波数ｆｒに近い程、減衰し難くなる。照射用光ファイバ８の先端８ａの振動の減衰特性を示す指標として、以下の振幅収束率を定義する。
振幅収束率＝光ファイバの先端の振幅の最小値Ｈｍｉｎ÷光ファイバの先端の振幅の最大値Ｈｍａｘ×１００［％］
ここで、図４Ｂにおいては、復路側で最小値Ｈｍｉｎを定義しているが、図４Ａの振幅変化が連続的に繰り返されるので、往路側で最小値Ｈｍｉｎを定義しても同じである。
【００４２】
光走査型内視鏡装置が、バンドルファイバを用いた同程度の細径のイメージライトガイドと比べて高い解像力を得るためには、光走査型内視鏡装置によって取得される画像が、少なくとも１００×１００画素以上の画素数を有することが望ましい。１００×１００画素の画像において、振幅収束率が２％であるとすると、中心領域の欠損画素の数は、１００×０．０２＝２画素となる。欠損画素が２画素以下であれば、画像処理によって欠損画素の画素値を補間することができるが、欠損画素が３画素以上である場合には、欠損画素の画素値を画像処理によって補間することが難しい。したがって、光走査型内視鏡装置においては、振幅収束率を２％以下に抑えることが重要となる。
【００４３】
図５Ａに、復路の周回数Ｎ２および駆動周波数ｆｄを変化させたときの振幅収束率をシミュレーションした結果を示す。シミュレーションにおいて、フレームレートｆｐを３０ｆｐｓ、共振周波数ｆｒを９０００Ｈｚに設定した。さらに、フレームレートｆｐを１５ｆｐｓ、共振周波数ｆｒを９０００Ｈｚに設定した場合のシミュレーション結果を図５Ｂに示し、フレームレートｆｐを１ｆｐｓ、共振周波数ｆｒを３００Ｈｚに設定した場合のシミュレーション結果を図５Ｃに示す。図５Ａから図５Ｃのシミュレーション結果から、振幅収束率は、復路の周回数Ｎ２と、共振周波数ｆｒに対する駆動周波数ｆｄの比（周波数比）ｆｄ／ｆｒに強く依存することが分かる。
【００４４】
図６は、図５ＡのＮ２＝８０，１２０，１６０，２００におけるデータ点を曲線でフィッティングしたものである。振幅収束率は、復路の周回数Ｎ２の二乗に反比例し、かつ、周波数比ｆｄ／ｆｒの二乗に反比例する。したがって、振幅収束率が２％以下であるための周波数比ｆｄ／ｆｒおよび周回数Ｎ２の条件として、条件式（１）が導かれる。
【００４５】
このように、本実施形態によれば、条件式（１）を満足する駆動信号によって光ファイバ８の先端８ａをスパイラル振動させることによって、復路の最後に、光ファイバ８の先端の振幅を最大値Ｈｍａｘの２％以下にまで確実に収束させることができる。これにより、欠損画素を２画素以下に抑え、欠損の無い画像を取得することができるという利点がある。さらに、条件式（１）を満足する範囲内で駆動周波数ｆｄを共振周波数ｆｒに近づけることで、圧電素子１１Ａ，１１Ｂに印加する電圧をなるべく抑えつつ、照射用光ファイバ８の先端８ａの振幅を増大させることができる。本明細書において、このように共振駆動でも非共振駆動でもない駆動周波数で光ファイバを振動させることを、準共振と呼ぶ。
【００４６】
本実施形態においては、駆動信号が、条件式（３）を満足することが好ましい。
（３）          Ｎ２  ≧  ６０
図５Ａに示されるように、復路の周回数Ｎ２が６０以上である場合には、光ファイバ８を準共振させることができる実用的な駆動周波数ｆｄの範囲において、振幅収束率が２％以下となる。一方、復路の周回数Ｎ２が６０よりも大きい場合には、振幅収束率を２％以下に抑えるために、駆動周波数ｆｄを共振周波数ｆｒから大きく異ならせる必要があるため、光ファイバ８を準共振させることができず、先端８ａの振幅が小さくなる。
【００４７】
画像を往路側および復路側のいずれで生成する場合においても、条件式（３）の通り、振幅収束率は、往路の周回数Ｎ１ではなく、復路の周回数Ｎ２に依存する。この理由について次に説明する。
図８に、復路の周回数Ｎ２を６０周に固定し、往路の周回数Ｎ１を変化させたときの振幅収束率の変化を示す。ここでは、共振周波数ｆｒを９０００Ｈｚ、周波数比ｆｄ/ｆｒを１．０５としている。図８から分かるように、振幅収束率は、往路の周回数Ｎ１には大きく依存しない。このことは以下のように説明できる。
【００４８】
走査軌跡の最外周を走査しているときに、光ファイバ８の運動エネルギは最も大きくなる。一方、走査軌跡の中心付近を走査しているときに、光ファイバ８の運動エネルギは小さくなる。したがって、復路側において光ファイバ８の先端８ａの振動を収束させるためには、運動エネルギを除々に減少させる必要がある。復路の周回数Ｎ２が少なくなると、運動エネルギを減少させる時間が短くなるので、運動エネルギが十分に減少しないまま、次のフレームが始まることになる。その結果、振幅の収束性が悪くなる。ここでは、スパイラル走査において周回数に依らずに等角速度で光ファイバ８が運動する場合を考えている。
【００４９】
また、本実施形態においては、駆動信号が、条件式（４）を満足することが好ましい。
（４）        ｆｄ/ｆｒ  ≧  １．０１
駆動周波数ｆｄが共振周波数ｆｒに近い程、振幅収束率を２％以下に抑えるために必要な周回数Ｎ２が増加する。ｆｄ／ｆｒが１．０１以上である場合には、実用的な周回数Ｎ２の範囲において、２％以下の振幅収束率を達成することができる。一方、ｆｄ／ｆｒが１．０１未満である場合には、復路の所要時間が長くなり、フレームレートの低下を招く。
【００５０】
また、本実施形態においては、駆動周波数ｆｄが共振周波数ｆｒよりも大きいこととしたが、これに代えて、駆動周波数ｆｄが共振周波数ｆｒよりも小さくてもよい。この場合、制御部７は、条件式（１）に代えて条件式（２）を満足する駆動信号を信号生成部４に生成させるための制御信号を生成する。
【００５１】
【数４】
2017068690.tif 000006
【００５２】
図６に示されるように、振幅収縮率のフィッティング曲線は、周波数比＝１を中心にして対称となる。したがって、周波数比ｆｄ／ｆｒが１よりも小さい場合においては、条件式（２）を満足することによって、２％以下の振幅収束率を達成することができる。
この場合にも、条件式（３）を満足することが好ましい。
さらに、条件式（４）に代えて条件式（５）を満足することが好ましい。
（５）        ｆｄ  /  ｆｒ  ≦  ０．９９
【００５３】
また、本実施形態において、４００以下のＱ値を有する照射用光ファイバ８を用いている。Ｑ値は、光ファイバの減衰係数ζを用いて、Ｑ＝１/（２ζ）と表される。図７に示されるように、Ｑ値が増大するにつれて振幅収束率も増大するが、振幅収束率の増加率は小さい。図７は、ｆｄ／ｆｒ＝１．０３、復路の周回数Ｎ２＝１００であるときの、Ｑ値と振幅収束率との関係を示している。したがって、Ｑ値が４００以下である範囲において、振幅収束率は、Ｑ値に実質的に依存しない。
【００５４】
以上説明したように、少なくとも条件式（１）または（２）を満足することによって、振幅収束率を所望の値以下に抑制することができることを見出した。さらに、条件式（３）〜（５）をさらに満足することによって、準共振と低い振幅収束率とを両立することができる。これらの条件を用いることによって、光ファイバ８の収束性を向上するためのスパイラル走査の駆動条件を網羅的に探す必要はなくなり、駆動条件を一義的に定めることができる。
【符号の説明】
【００５５】
１  光走査装置
２  光源部
３  光走査部
４  信号生成部
５  光検出部
６  画像生成部
７  制御部
８  照射用光ファイバ（光ファイバ）
９  アクチュエータ
１０  弾性部
１１Ａ，１１Ｂ  圧電素子
１２Ａ，１２Ｂ  電気ケーブル
１３  固定部
１４  受光用光ファイバ
１５  光検出器
１６  ＡＤ変換器
１７ａ，１７ｂ  走査レンズ
２０  内視鏡
２１  挿入部
３０  制御装置本体
４０  ディスプレイ
Ａ  被写体
Ｂ  走査軌跡
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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