(57)【要約】  使用環境の変化等により共振周波数が変動しても走査範囲の変動を低減することを目的として、本発明に係る光走査装置（１）は、光源（２）からの光を導光し先端から射出する光ファイバ（７）と、光ファイバ（７）の先端を、光ファイバ（７）の長手軸に交差する方向に、駆動周波数で振動させる駆動部（８）と、光ファイバ（７）の先端の共振周波数を検出する共振周波数検出部と、共振周波数検出部により検出された共振周波数と駆動周波数との比が一定となるように駆動周波数を調節する駆動周波数調節部とを備える。
2017163361.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光を導光し先端から射出する光ファイバと、
該光ファイバの先端を、該光ファイバの長手軸に交差する方向に、駆動周波数で振動させる駆動部と、
前記光ファイバの先端の共振周波数を検出する共振周波数検出部と、
該共振周波数検出部により検出された前記共振周波数と前記駆動周波数との比が一定となるように前記駆動周波数を調節する駆動周波数調節部とを備える光走査装置。
【請求項２】
前記駆動部が、前記光ファイバの先端を相互に直交する２方向に駆動し、
前記共振周波数検出部が、少なくとも一方の駆動方向の前記共振周波数を検出する請求項１に記載の光走査装置。
【請求項３】
前記共振周波数検出部が、２つの駆動方向の前記共振周波数を検出し、
前記駆動周波数調節部が、前記共振周波数検出部により検出された２つの前記共振周波数の内、前記駆動周波数との比が１に近い側の前記共振周波数に対応する駆動方向の前記共振周波数と前記駆動周波数との比が一定となるように前記駆動周波数を調節する請求項２に記載の光走査装置。
【請求項４】
予め設定された基準共振周波数および基準駆動周波数またはこれらの比の値を記憶する記憶部を備え、
前記駆動周波数調節部が、前記共振周波数検出部により検出された前記共振周波数と前記駆動周波数との比が、前記記憶部に記憶されている比の値に等しくなるように前記駆動周波数を調節する請求項１から請求項３のいずれかに記載の光走査装置。
【請求項５】
前記駆動周波数調節部は、前記共振周波数検出部により検出された前記共振周波数と前記記憶部に記憶されている基準共振周波数との差分が所定の閾値を超えたときに、前記駆動周波数を調節する請求項４に記載の光走査装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の光走査装置を備える走査型内視鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光走査装置および走査型内視鏡に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光源からの光を導光する光ファイバの射出端を共振によって振動させて、射出端から射出される光を被写体において２次元的に走査させ、被写体の各走査位置から戻る光を受光することにより画像を取得する走査型内視鏡が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
この走査型内視鏡では、ＰＳＤ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｓｅｎｓｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）等の走査位置検出デバイスを用いて、予め走査軌跡の座標値を取得し、それをルックアップテーブルとして画素に割り当てることで画像の歪みを補正している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００８−５１４３４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
走査型内視鏡では、使用環境の変化（光走査部近傍の温度変化や滅菌処理等の熱処理等）によって、光走査部の共振周波数が変動するため、走査軌跡が変動して画像に歪みが発生するとともに、走査範囲が変動して視野角が変化してしまうという不都合がある。【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、使用環境の変化等により共振周波数が変動しても走査範囲の変動を低減することができる光走査装置および走査型内視鏡を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様は、光源からの光を導光し先端から射出する光ファイバと、該光ファイバの先端を、該光ファイバの長手軸に交差する方向に、駆動周波数で振動させる駆動部と、前記光ファイバの先端の共振周波数を検出する共振周波数検出部と、該共振周波数検出部により検出された前記共振周波数と前記駆動周波数との比が一定となるように前記駆動周波数を調節する駆動周波数調節部とを備える光走査装置である。【０００７】
本態様によれば、光源からの光を光ファイバに入射させ、駆動部の作動によって光ファイバの先端を駆動周波数で振動させると、光ファイバ内を導光されてきて先端から射出される光が２次元的に走査される。この場合において、共振周波数検出部により光ファイバの先端の共振周波数が検出され、検出された共振周波数を用いて、共振周波数と駆動周波数との比が一定となるように駆動周波数調節部により駆動周波数が調節される。
その結果、使用環境の変化により共振周波数が変動しても光ファイバの先端から射出される光の走査軌跡が一定に維持され、走査範囲が変動することを防止することができる。【０００８】
上記態様においては、前記駆動部が、前記光ファイバの先端を相互に直交する２方向に駆動し、前記共振周波数検出部が、少なくとも一方の駆動方向の前記共振周波数を検出してもよい。
このようにすることで、２方向の駆動方向の共振周波数がほぼ同等である場合に、一方の駆動方向の共振周波数のみを検出して、２方向の駆動周波数の調節に使用することができる。また、一方向の共振周波数の変動が小さい場合に、他方向の共振周波数のみを検出して当該他方向の駆動周波数のみ調節することができる。【０００９】
また、上記態様においては、前記共振周波数検出部が、２つの駆動方向の前記共振周波数を検出し、前記駆動周波数調節部が、前記共振周波数検出部により検出された２つの前記共振周波数の内、前記駆動周波数との比が１に近い側の前記共振周波数に対応する駆動方向の前記共振周波数と前記駆動周波数との比が一定となるように前記駆動周波数を調節してもよい。【００１０】
このようにすることで、駆動周波数と共振周波数との比が１に近い側の駆動方向の共振周波数が変動しても、駆動周波数調節部によって当該方向の駆動周波数が調節される。駆動周波数と共振周波数との比が近いほど、共振周波数の変動に伴う振幅の変動が大きくなるため、駆動周波数と共振周波数との比が１に近い側の駆動方向の駆動周波数を調節することにより、振幅の変動を抑えて、走査軌跡の変動を抑制することができる。【００１１】
また、上記態様においては、予め設定された基準共振周波数および基準駆動周波数またはこれらの比の値を記憶する記憶部を備え、前記駆動周波数調節部が、前記共振周波数検出部により検出された前記共振周波数と前記駆動周波数との比が、前記記憶部に記憶されている比の値に等しくなるように前記駆動周波数を調節してもよい。
このようにすることで、共振周波数が変動した場合に、例えば、工場出荷時等に予め設定された基準共振周波数と基準駆動周波数との比を保持するように、駆動周波数が調節されるので、基準共振周波数および基準駆動周波数によって実現されていた走査軌跡の変動を防止することができる。【００１２】
また、上記態様においては、前記駆動周波数調節部は、前記共振周波数検出部により検出された前記共振周波数と前記記憶部に記憶されている基準共振周波数との差分が所定の閾値を超えたときに、前記駆動周波数を調節してもよい。
このようにすることで、共振周波数が基準共振周波数に対して所定の閾値を超えて変動した場合のみに駆動周波数の調節を行うこととして、共振周波数の微細変動によって駆動周波数が逐次調節されることを防止することができる。
本発明の他の態様は、上記光走査装置を備える走査型内視鏡である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、使用環境の変化等により共振周波数が変動しても走査範囲の変動を低減することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る走査形内視鏡を示す全体構成図である。
【図２】図１の走査型内視鏡に備えられる本発明の一実施形態に係る光走査装置を示す斜視図である。
【図３】図２の光走査装置に備えられる駆動制御部を説明するブロック図である。
【図４】図２の光走査装置による照明光の走査軌跡の一例を示す図である。
【図５】図２の光走査装置の光ファイバの振動の振幅の周波数特性の一例を示す図である。
【図６Ａ】図１の走査型内視鏡により観察する被写体例を示す図である。
【図６Ｂ】予め調整された基準共振周波数および基準駆動周波数にて動作する図１の走査型内視鏡により取得された図６Ａの被写体の画像例を示す図である。
【図６Ｃ】共振周波数が変動しても駆動周波数を固定して観察した場合の図６Ａの被写体の画像例を示す図である。
【図６Ｄ】駆動周波数を固定し駆動電圧によって画角を調節した図Ａの被写体の画像例を示す図である。
【図６Ｅ】共振周波数に対する駆動周波数の比が一定になるように駆動周波数を調節した場合に取得される図６Ａの被写体の画像例を示す図である。
【図７Ａ】所定のサンプリング周波数で検出する場合のサンプリング点の一例を示す図である。
【図７Ｂ】駆動周波数を低下させるように調節し、図７Ａと同じサンプリング周波数で検出する場合のサンプリング点の一例を示す図である。
【図８Ａ】２方向の共振周波数の周波数差が元から大きく異なっており、各方向の周波数変動量が大きく異なる場合の周波数特性を示す図である。
【図８Ｂ】駆動周波数と共振周波数との比が１から遠い側の振動方向の共振周波数の変動量がもう一方に比べて極端に大きい場合の周波数特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施形態に係る走査型内視鏡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内視鏡１は、図１に示されるように、光源２からの照明光（例えば、励起光）を被写体Ａにおいて走査させる本発明の一実施形態に係る光走査装置３と、被写体Ａにおいて発生した光（例えば、被写体Ａ表面の反射光や、蛍光）を検出する光検出部４と、該光検出部４により検出された光の強度に基づいて被写体Ａの画像を生成する画像処理部（画像生成部）５と、生成された画像を表示するモニタ６とを備えている。
【００１６】
本実施形態に係る光走査装置３は、光源２からの照明光を導光し、先端から射出させる光ファイバ７と、該光ファイバ７の先端を光ファイバ７の長手軸に直交する方向に振動させる駆動部８と、該駆動部８を制御する駆動制御部９とを備えている。また、本実施形態に係る光走査装置３は、工場出荷時や装置を初期化したときの状態に調節された光ファイバ７の先端の共振周波数（基準共振周波数）と、駆動部８を駆動する駆動周波数（基準駆動周波数）とをそれぞれ記憶する記憶部１０を備えている。
【００１７】
駆動部８は、図２に示されるように、光ファイバ７の先端から所定距離を空けた位置において光ファイバ７を貫通させた状態に支持する筒状の振動伝達部材１１と、該振動伝達部材１１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１２ａ，１２ｂとを備えている。
振動伝達部材１１は、導電性の金属材料からなり、図１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７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１５に固定されている。
【００１８】
圧電素子１２ａ，１２ｂは、厚さ方向の両端面に電極が設けられた平板状に形成され、一方の電極を振動伝達部材１１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７を挟んで対向する位置に配置される２対の圧電素子１２ａ，１２ｂ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。光ファイバ７を挟んで対向する位置に配置されている圧電素子１２ａ，１２ｂには、同一位相の交番電圧が供給されるようになっている。
【００１９】
駆動制御部９は、図３に示されるように、制御信号を出力する制御部（駆動周波数調節部）１６と、駆動部８の圧電素子１２ａ，１２ｂを駆動するためのＤＤＳ（デジタル直接合成発信器）１７ａ，１７ｂと、ＤＡＣ（デジタル−アナログ変換器）１８ａ，１８ｂと、増幅器１９ａ，１９ｂとを備えている。各ＤＤＳ１７ａ，１７ｂはそれぞれ、制御部１６からの制御信号を受信してデジタル駆動信号を生成するようになっている。これらのデジタル駆動信号はＤＡＣ１８ａ，１８ｂによってアナログ信号に変換され、増幅器１９ａ，１９ｂで増幅され圧電素子１２ａ，１２ｂを駆動するようになっている。
【００２０】
また、駆動制御部９は、光ファイバ７の先端の共振周波数を検出する共振周波数検出部２０を備えている。
共振周波数検出部２０は、増幅器１９ａから圧電素子１２ａに向かう回路上に設けられた電流検出回路２１ａおよび電圧検出回路２２ａと、これらの回路２１ａ，２２ａにより検出された電流信号および電圧信号をデジタル信号に変換するＡＤＣ（アナログ−デジタル変換器）２３，２４と、２つのＡＤＣ２３，２４の出力の位相差から後述するＸ方向の振動の共振周波数を算出する共振周波数算出部２５とを備えている。なお、後述するＹ方向の振動の共振周波数についても同様に、増幅器１９ｂから圧電素子１２ｂに向かう回路上に、電流検出回路２１ｂ、電圧検出回路２２ｂ、および図示しないＡＤＣ２３，２４が設けられている。
共振周波数検出部２０は、走査型内視鏡１の起動時等の適時に、光ファイバ７の振動の共振周波数を検出するようになっている。
【００２１】
また、駆動制御部９は、２対の圧電素子１２ａ，１２ｂに、駆動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。これにより、２対の圧電素子１２ａ，１２ｂは、光ファイバ７を相互に直交する２方向（Ｘ方向およびＹ方向）に駆動するようになっている。
【００２２】
すなわち、各対の圧電素子１２ａ，１２ｂに交番電圧を印加することにより、各対の圧電素子１２ａ，１２ｂの屈曲振動によって相互に直交する２方向に光ファイバ７を湾曲させ、それによって、光ファイバ７の先端を図４に示されるように、渦巻き状に変位させて、光ファイバ７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。
【００２３】
図１中、符号２６は集光レンズである。光ファイバ７は、例えば、シングルモードファイバである。
また、駆動制御部９は、照明光の走査位置を示す情報を画像処理部５に送るようになっている。
【００２４】
光検出部４は、被写体Ａにおいて発生した光を先端において受光する１以上の受光用光ファイバ２７と、該受光用光ファイバ２７により受光された光を検出する光電子増倍管のような光検出器２８とを備えている。
本実施形態においては、光検出部４の受光用光ファイバ２７は、外筒部材１５の外部に周方向に配列されて複数配置されている。受光用光ファイバ２７は、例えば、マルチモードファイバである。
【００２５】
画像処理部５は、光走査装置３による照明光の各走査位置と、各該走査位置に照明光が照射されたときに光検出器２８によって検出された光の強度とを対応づけて画像を生成するようになっている。生成された画像はモニタ６に表示されるようになっている。
【００２６】
本実施形態に係る光走査装置３においては、駆動制御部９の制御部１６が、共振周波数算出部２５により算出された共振周波数と、記憶部１０に記憶されている基準共振周波数および基準駆動周波数とに基づいて、駆動周波数を算出するようになっている。制御部１６は、検出された共振周波数と駆動周波数との比が、基準共振周波数と基準駆動周波数との比に一致するように、駆動周波数を算出するようになっている。
【００２７】
このように構成された本実施形態に係る光走査装置３および走査型内視鏡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内視鏡１を用いて患者の体内の組織Ａの観察を行うには、図１に示されるように、走査型内視鏡１の先端を体内に挿入して観察しようとする組織（被写体）Ａに対向させる。
【００２８】
この状態で、光源２において照明光を発生させ、駆動制御部９により駆動部８を駆動する。これにより、光ファイバ７によって導光された光源２からの照明光が、光ファイバ７の先端から組織Ａに向けて射出されるとともに、光ファイバ７の先端の振動によって、例えば、渦巻き状に走査される。
【００２９】
照明光が走査されることにより、組織Ａの各走査位置において発生した光は、全方向に散乱するが、組織Ａにおいて散乱して戻る後方散乱光の一部が、光検出部４の受光用光ファイバ２７の先端によって受光され、光検出器２８によりその強度が検出される。光検出器２８により検出された光は、画像処理部５に送られる。画像処理部５には、駆動制御部９から照明光の走査位置を示す情報が送られてきているので、光検出器２８により検出された光の強度と走査位置を示す情報とを対応づけて記憶することにより、画像が生成される。生成された画像はモニタ６に表示される。
【００３０】
この場合において、本実施形態に係る走査型内視鏡１によれば、起動時等の適時に共振周波数検出部２０により共振周波数の検出が行われ、制御部１６によって検出された共振周波数に基づいて駆動周波数が調節される。したがって、温度等の使用環境の変化や、滅菌処理等による温度上昇に伴って光ファイバ７の先端の共振周波数が変動しても、変動した共振周波数に基づいて適切な駆動周波数が設定される。
【００３１】
すなわち、本実施形態においては、図５に示されるように、共振周波数とは異なる周波数に駆動周波数を設定する。これにより、うず巻き状の軌跡の中心近傍において軌跡が存在しない中抜けを軽減している。この場合に、使用環境の変化等によって共振周波数が鎖線に示されるようにずれた場合、駆動周波数を固定していると、振動の振幅が変動することになる。
【００３２】
振動が理想的である場合、すなわち、非線形振動ではない場合であって、かつ、振動のＱ値の経時変化が小さい場合には、光ファイバ７の先端の振幅および振動の位相遅れは、数１に示されるように表現される。
【００３３】
【数１】
2017163361.tif 000003
【００３４】
ここで、
ｆｄは駆動周波数、
ｆｒは共振周波数、
ｈｄは、駆動周波数ｆｄにおける光ファイバ７の先端の振幅、
ｈｍａｘは、共振周波数ｆｒにおける光ファイバ７の先端の振幅、
Ｑは振動のＱ値、
θｄは、駆動周波数における光ファイバ７の先端の振動の位相遅れ
である。
Q値は、光ファイバ７の振動の減衰係数ξを用いてQ＝１／（２ξ）とも表せる。
【００３５】
数１から明らかなように、駆動周波数における光ファイバ７の先端の振幅および振動の位相遅れは、駆動周波数と共振周波数との比によって決定されている。本実施形態においては、共振周波数が変動しても、該共振周波数を検出して、比が一定となるように駆動周波数を調節しているので、駆動周波数における光ファイバ７の先端の振幅および振動の位相遅れは変化せず、軌跡が変化することなく照明光を走査させることができる。
【００３６】
すなわち、工場出荷時や装置を初期化したときの状態に調整された基準共振周波数および基準駆動周波数によって、図６Ａに示される被写体Ａの破線で示される走査範囲を捜査したときに、図６Ｂに示される画像が取得される場合に、駆動周波数が固定されていて、使用環境の変動によって共振周波数が図５に示されるように変化すると、光ファイバ７の先端の振幅が小さくなって走査範囲が縮小する。その結果、図６Ｃに示されるように画角が狭くなるとともに、歪んだ画像が取得される。
【００３７】
この場合に、光ファイバ７の先端の振幅を戻す対策として、駆動電圧を増大させる方法を採用すると、図６Ｄに示されるように画角を確保することはできるが、画像は歪んだままの状態となる。
これに対して、本実施形態に係る光走査装置３のように、駆動周波数と共振周波数との比が一定となるように駆動周波数を調節することで、走査軌跡が変動しないので、図６Ｅに示されるように、画角が変動せず、歪みも少ない画像を取得することができる。
【００３８】
このように、本実施形態に係る光走査装置３および走査型内視鏡１によれば、使用環境等の変動によって共振周波数が変動しても、画角の変動および歪みの発生を効果的に抑制することができるという利点がある。
また、共振時の光ファイバ７の先端の振幅ｈｍａｘも、同時に変動する場合、数１より、駆動周波数ｆｄにおける光ファイバ７の先端の振幅ｈｄはｈｍａｘに比例するので、ｈｍａｘの変動量を検出し、その変動分に比例させて、駆動電圧Ｖを調節し、且つ、駆動周波数と共振周波数との比が一定となるように駆動周波数を調節することが好ましい。
ｈｍａｘの変動量を検出するには、例えば、図３のＡＤＣ２３，２４で出力される電流値の変動量に比例するので、その比例倍数を検出値とし、駆動電圧Ｖを調節すればよい。
【００３９】
なお、本実施形態においては、駆動部８が光ファイバ７を相互に直交する２方向に駆動するため、駆動方向毎に共振周波数の変動が発生する場合がある。
２方向の振動の共振周波数の変動が大きく異ならず、かつ、周波数特性が同等である場合には、共振周波数検出部２０が一方向の振動の共振周波数のみを検出して、算出される単一の駆動周波数を２方向の駆動に適用してもよい。
【００４０】
また、２方向の共振周波数の変動が略同等である場合に、両方向の共振周波数を検出し、両方向の駆動周波数と共振周波数との比ができるだけ変動しないように単一の駆動周波数を調節してもよい。駆動周波数の計算方法は、以下の数２によればよい。
【００４１】
【数２】
2017163361.tif 000004
【００４２】
ここで、
ｆｄは基準駆動周波数、
ｆｄ′は新たな駆動周波数、
ｆｘはＸ方向の基準共振周波数、
ｆｘ′はＸ方向の変動後の共振周波数、
ｆｙはＹ方向の基準共振周波数、
ｆｙ′はＹ方向の変動後の共振周波数
である。
【００４３】
また、図８Ａに示すように、２方向の共振周波数の周波数差が元から大きく異なっており、且つ、各方向の周波数変動量が大きく異なっている場合には、駆動周波数と共振周波数との比が１に近い側の振動方向の共振周波数の変動のみを検出して、当該方向の振動の駆動周波数のみを調節することにしてもよい。図８Ａの通り、元の駆動周波数ｆｄにおける、振幅の周波数特性のグラフの傾きは、比が１に近い側の振動方向（Ｙ方向）の方が大きい。この為、駆動周波数と共振周波数とが近い場合、駆動周波数を固定すると、共振周波数の変動によって振幅が大きく変動する。よって、このような場合は、Ｙ方向の共振周波数と駆動周波数との比を一定に保持する方が、Ｘ方向の振幅変動を抑えることができ、効果的である。
【００４４】
図８Ｂに示すように、駆動周波数と共振周波数との比が１から遠い側の振動方向の共振周波数の変動量がもう一方に比べ、極端に大きくなる場合も想定されるが、実際は、このような状況は生まれにくく、比が１に近い側の振動方向の共振周波数の変動を考慮すればよい。
そして、この場合には、数３に示される新たな電圧Ｖｘ′，Ｖｙ′を印加することが好ましい。
【００４５】
【数３】
2017163361.tif 000005
【００４６】
また、本実施形態においては、共振周波数の変動量が所定の閾値より大きい場合に駆動周波数を調節することにしてもよい。
このようにすることで、共振周波数が基準共振周波数に対して所定の閾値を超えて変動した場合のみに駆動周波数の調節を行うこととして、共振周波数の微細変動によって駆動周波数が逐次調節されることを防止することができる。
【００４７】
また、基準共振周波数および基準駆動周波数として工場出荷時等の共振周波数および駆動周波数を例示したが、これに代えて、任意の時点で調節された共振周波数および駆動周波数を基準共振周波数および基準駆動周波数としてもよい。
【００４８】
また、駆動周波数と共振周波数との比が一定となるように駆動周波数を変更する場合、走査軌跡は変動しないが走査速度が変化するので、検出サンプリング周波数が一定の場合には、サンプリングされる走査位置は変動する。基準駆動周波数に対して新たな駆動周波数が小さくなる場合、走査速度が遅くなるので、検出サンプリング周波数が一定ならば、走査軌跡上のサンプリング点数は、図７Ａから図７Ｂに示されるように増加する。
【００４９】
工場出荷時等に基準共振周波数および基準駆動周波数を設定した上で、キャリブレーションデータによって位相の遅れ量をゼロに設定している場合には、駆動周波数を変更することによってサンプリング点数が増加すると、同じキャリブレーションデータをそのまま使用することができなくなる。
そこで、そのような場合には、以下の３つの処理のいずれかを採用すればよい。
【００５０】
１つ目は、駆動周波数の変更に伴ってサンプリング周波数も更新する方法である。
調節後の駆動周波数ｆｄ′とサンプリング周波数ｆｓ′との比が、工場出荷時等の基準サンプリング周波数ｆｓと基準駆動周波数ｆｄとの比に一致するように、サンプリング周波数ｆｓ′を変更すればよい。
【００５１】
２つ目は、キャリブレーションデータから走査軌跡を、例えば、ＷＯ２０１５／１２５９７６号公報の段落００５９に記載された手法で関数化し、ｎ＝ｆ×ｔにおいてｆ＝ｆｄ′を代入し、ｔ＝１／ｆｓのステップで増やして演算処理することにより、駆動周波数変更後のサンプリング位置の座標を算出すればよい。
これらの方法により、駆動周波数と共振周波数との比を一定に維持する場合においても、キャリブレーションデータを再取得することなく、画像の歪みを補正することができる。
【００５２】
３つ目は、キャリブレーションデータを用いることなく、振動の同一位相で光ファイバ７の先端から射出された光の被写体Ａ上のスポットが一列に並ぶことを利用する方法である。この方法によれば、列の形状に基づいて調整された歪み補正量の関数を用いて像の歪みを補正すればよい。
【００５３】
また、本実施形態においては、共振周波数検出部２０は、圧電素子１２ａ，１２ｂに加える電流と電圧の位相差から共振周波数を検出することとしたが、これに代えて、圧電素子１２ａ，１２ｂに加える電流を、周波数をスイープさせながら計測することにより、電流値の周波数特性を取得し、取得された周波数特性の極値における周波数を検出することにより、光ファイバ７の先端の共振周波数の値を計測することにしてもよい。
【００５４】
また、本実施形態においては、走査軌跡として、渦巻き状のものを用いたが、これに限定されるものではなく、他の形状、例えばラスタ状またはリサージュ状であってもよい。
ラスタ状またはリサージュ状の場合、フレームレートがＸ方向の駆動周波数とＹ方向の駆動周波数との差の大きさと等しくなることが条件となる。同様に、Ｘ方向の駆動周波数をＸ方向の共振周波数で除算した値を一定にし、かつ、Ｙ方向の駆動周波数をＹ方向の共振周波数で除算した値を一定にする制御を行えば、環境変化により画像歪みが発生することを抑えることができる。
【００５５】
また、本実施形態においては、圧電素子１２ａ，１２ｂを用いる圧電式に代えて、光ファイバ７に取り付けた磁石を電磁コイルで振動させる電磁式であってもよく、他の方式のものでもよい。
【符号の説明】
【００５６】
１  走査型内視鏡
２  光源
３  光走査装置
７  光ファイバ
８  駆動部
１０  記憶部
１６  制御部（駆動周波数調節部）
２０  共振周波数検出部
【図１】
2017163361.tif 000006
【図２】
2017163361.tif 000007
【図３】
2017163361.tif 000008
【図４】
2017163361.tif 000009
【図５】
2017163361.tif 000010
【図６Ａ】
2017163361.tif 000011
【図６Ｂ】
2017163361.tif 000012
【図６Ｃ】
2017163361.tif 000013
【図６Ｄ】
2017163361.tif 000014
【図６Ｅ】
2017163361.tif 000015
【図７Ａ】
2017163361.tif 000016
【図７Ｂ】
2017163361.tif 000017
【図８Ａ】
2017163361.tif 000018
【図８Ｂ】
2017163361.tif 000019
【手続補正書】
【提出日】平成30年8月15日(2018.8.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光を導光し先端から射出する光ファイバと、
該光ファイバの先端を、該光ファイバの長手軸に交差する方向に、駆動周波数で振動させる駆動部と、
前記光ファイバの先端の共振周波数を検出する共振周波数検出部と、
該共振周波数検出部により検出された前記共振周波数と前記駆動周波数との比が一定となるように前記駆動周波数を調節する駆動周波数調節部とを備える光走査装置。
【請求項２】
前記駆動部が、前記光ファイバの先端を相互に直交する２方向に駆動し、
前記共振周波数検出部が、少なくとも一方の駆動方向の前記共振周波数を検出する請求項１に記載の光走査装置。
【請求項３】
前記共振周波数検出部が、２つの駆動方向の前記共振周波数を検出し、
前記駆動周波数調節部が、前記共振周波数検出部により検出された２つの前記共振周波数の内、前記駆動周波数との比が１に近い側の前記共振周波数に対応する駆動方向の前記共振周波数と前記駆動周波数との比が一定となるように前記駆動周波数を調節する請求項２に記載の光走査装置。
【請求項４】
前記駆動周波数調節部は、前記共振周波数検出部により検出された前記共振周波数と前記記憶部に記憶されている基準共振周波数との差分が所定の閾値を超えたときに、前記駆動周波数を調節する請求項３に記載の光走査装置。
【請求項５】
光源からの光を導光し先端から射出する光ファイバと、
該光ファイバの先端を、該光ファイバの長手軸に交差する方向に、駆動周波数で振動させる駆動部と、
前記光ファイバの先端の共振周波数を検出する共振周波数検出部と、
前記駆動周波数を調節する駆動周波数調節部と、
予め設定された基準共振周波数および基準駆動周波数またはこれらの比の値を記憶する記憶部とを備え、
前記駆動周波数調節部が、前記共振周波数検出部により検出された前記共振周波数と前記駆動周波数との比が、前記記憶部に記憶されている比の値に等しくなるように前記駆動周波数を調節する光走査装置。
【請求項６】
前記駆動部が、前記光ファイバの先端を相互に直交する２方向に駆動し、
前記共振周波数検出部が、少なくとも一方の駆動方向の前記共振周波数を検出する請求項５に記載の光走査装置。
【請求項７】
前記共振周波数検出部が、２つの駆動方向の前記共振周波数を検出し、
前記駆動周波数調節部が、前記共振周波数検出部により検出された２つの前記共振周波数の内、前記駆動周波数との比が１に近い側の前記共振周波数に対応する駆動方向の前記共振周波数と前記駆動周波数との比が一定となるように前記駆動周波数を調節する請求項６に記載の光走査装置。
【請求項８】
前記駆動周波数調節部は、前記共振周波数検出部により検出された前記共振周波数と前記記憶部に記憶されている基準共振周波数との差分が所定の閾値を超えたときに、前記駆動周波数を調節する請求項５に記載の光走査装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、光走査装置に関するものである。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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、使用環境の変化等により共振周波数が変動しても走査範囲の変動を低減することができる光走査装置を提供することを目的としている。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
また、上記態様においては、前記駆動周波数調節部は、前記共振周波数検出部により検出された前記共振周波数と前記記憶部に記憶されている基準共振周波数との差分が所定の閾値を超えたときに、前記駆動周波数を調節してもよい。
このようにすることで、共振周波数が基準共振周波数に対して所定の閾値を超えて変動した場合のみに駆動周波数の調節を行うこととして、共振周波数の微細変動によって駆動周波数が逐次調節されることを防止することができる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
また、上記態様においては、光源からの光を導光し先端から射出する光ファイバと、該光ファイバの先端を、該光ファイバの長手軸に交差する方向に、駆動周波数で振動させる駆動部と、前記光ファイバの先端の共振周波数を検出する共振周波数検出部と、前記駆動周波数を調節する駆動周波数調節部と、予め設定された基準共振周波数および基準駆動周波数またはこれらの比の値を記憶する記憶部とを備え、前記駆動周波数調節部が、前記共振周波数検出部により検出された前記共振周波数と前記駆動周波数との比が、前記記憶部に記憶されている比の値に等しくなるように前記駆動周波数を調節してもよい。
このようにすることで、共振周波数が変動した場合に、例えば、工場出荷時等に予め設定された基準共振周波数と基準駆動周波数との比を保持するように、駆動周波数が調節されるので、基準共振周波数および基準駆動周波数によって実現されていた走査軌跡の変動を防止することができる。
また、上記態様においては、前記駆動部が、前記光ファイバの先端を相互に直交する２方向に駆動し、前記共振周波数検出部が、少なくとも一方の駆動方向の前記共振周波数を検出してもよい。
また、上記態様においては、前記共振周波数検出部が、２つの駆動方向の前記共振周波数を検出し、前記駆動周波数調節部が、前記共振周波数検出部により検出された２つの前記共振周波数の内、前記駆動周波数との比が１に近い側の前記共振周波数に対応する駆動方向の前記共振周波数と前記駆動周波数との比が一定となるように前記駆動周波数を調節してもよい。
また、上記態様においては、前記駆動周波数調節部は、前記共振周波数検出部により検出された前記共振周波数と前記記憶部に記憶されている基準共振周波数との差分が所定の閾値を超えたときに、前記駆動周波数を調節してもよい。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る走査形内視鏡を示す全体構成図である。
【図２】図１の走査型内視鏡に備えられる本発明の一実施形態に係る光走査装置を示す斜視図である。
【図３】図２の光走査装置に備えられる駆動制御部を説明するブロック図である。
【図４】図２の光走査装置による照明光の走査軌跡の一例を示す図である。
【図５】図２の光走査装置の光ファイバの振動の振幅の周波数特性の一例を示す図である。
【図６Ａ】図１の走査型内視鏡により観察する被写体例を示す図である。
【図６Ｂ】予め調整された基準共振周波数および基準駆動周波数にて動作する図１の走査型内視鏡により取得された図６Ａの被写体の画像例を示す図である。
【図６Ｃ】共振周波数が変動しても駆動周波数を固定して観察した場合の図６Ａの被写体の画像例を示す図である。
【図６Ｄ】駆動周波数を固定し駆動電圧によって画角を調節した図６Ａの被写体の画像例を示す図である。
【図６Ｅ】共振周波数に対する駆動周波数の比が一定になるように駆動周波数を調節した場合に取得される図６Ａの被写体の画像例を示す図である。
【図７Ａ】所定のサンプリング周波数で検出する場合のサンプリング点の一例を示す図である。
【図７Ｂ】駆動周波数を低下させるように調節し、図７Ａと同じサンプリング周波数で検出する場合のサンプリング点の一例を示す図である。
【図８Ａ】２方向の共振周波数の周波数差が元から大きく異なっており、各方向の周波数変動量が大きく異なる場合の周波数特性を示す図である。
【図８Ｂ】駆動周波数と共振周波数との比が１から遠い側の振動方向の共振周波数の変動量がもう一方に比べて極端に大きい場合の周波数特性を示す図である。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
駆動制御部９は、図３に示されるように、制御信号を出力する制御部（駆動周波数調節部）１６と、駆動部８の圧電素子１２ａ，１２ｂを駆動するためのＤＤＳ（デジタル直接合成発振器）１７ａ，１７ｂと、ＤＡＣ（デジタル−アナログ変換器）１８ａ，１８ｂと、増幅器１９ａ，１９ｂとを備えている。各ＤＤＳ１７ａ，１７ｂはそれぞれ、制御部１６からの制御信号を受信してデジタル駆動信号を生成するようになっている。これらのデジタル駆動信号はＤＡＣ１８ａ，１８ｂによってアナログ信号に変換され、増幅器１９ａ，１９ｂで増幅され圧電素子１２ａ，１２ｂを駆動するようになっている。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
すなわち、工場出荷時や装置を初期化したときの状態に調整された基準共振周波数および基準駆動周波数によって、図６Ａに示される被写体Ａの破線で示される走査範囲を走査したときに、図６Ｂに示される画像が取得される場合に、駆動周波数が固定されていて、使用環境の変動によって共振周波数が図５に示されるように変化すると、光ファイバ７の先端の振幅が小さくなって走査範囲が縮小する。その結果、図６Ｃに示されるように画角が狭くなるとともに、歪んだ画像が取得される。
【国際調査報告】
2017163361.tif 000020
2017163361.tif 000021