(57)【要約】      （修正有）【課題】構成の簡略化及び小型・細径化が可能な光走査装置を提供する。【解決手段】光ファイバと、光ファイバの射出端部を振動させる駆動部と、駆動部を流れる電流を検出する電流検出部と、電流検出部の出力に基づいて駆動部を制御して、光ファイバから射出される光を走査させる制御部と、を備え、駆動部は、複数の振動素子部２８ａ〜２８ｄを有し、複数の振動素子部２８ａ〜２８ｄは、それぞれの接地端が駆動部において共通に接続され、電流検出部５５は、複数の振動素子部２８ａ〜２８ｄの給電端側で電流を検出する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバと、
該光ファイバの射出端部を振動させる駆動部と、
該駆動部を流れる電流を検出する電流検出部と、
該電流検出部の出力に基づいて前記駆動部を制御して、前記光ファイバから射出される光を走査させる制御部と、を備え、
前記駆動部は、複数の振動素子部を有し、
前記複数の振動素子部は、それぞれの接地端が前記駆動部において共通に接続され、
前記電流検出部は、前記複数の振動素子部の給電端側で前記電流を検出する、
光走査装置。
【請求項２】
前記電流検出部は電流トランスを備える、ことを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
【請求項３】
前記振動部は、前記射出端部を第１方向に振動させる複数の第１振動素子部と、前記射出端部を前記第１の方向とは異なる第２方向に振動させる複数の第２振動素子部とを有し、
前記複数の第１振動素子部の給電端は前記駆動部において共通に接続され、
前記複数の第２振動素子部の給電端は前記駆動部において共通に接続されている、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光走査装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記電流の振幅が最大となるタイミングにおける前記電流検出部の出力に基づいて前記駆動部を制御する、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光走査装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記電流検出部で検出される前記電流の最大値が一定となるように前記駆動部を制御する、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光走査装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光走査装置と、
前記光走査装置による光の走査により対象物から得られる光を検出して電気信号に変換する光検出部と、
該光検出部から出力される電気信号に基づいて画像を生成する画像処理部と、
を備える光走査型観察装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバの振動により対象物を光走査する光走査装置及び光走査型観察装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、光ファイバの射出端部を振動させて該光ファイバからの光を対象物に向けて走査し、対象物で反射、散乱等される光、あるいは、対象物で発生する蛍光等を検出する光走査型の観察装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４６７２０２３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示のような観察装置は、光ファイバの射出端部を駆動する駆動部の構成の簡略化及び小型化が望まれる。特に、内視鏡に適用される場合には、内視鏡の挿入部の細径化が望まれる。
【０００５】
本発明の目的は、構成の簡略化及び小型・細径化が可能な光走査装置及び光走査型観察装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成する本発明に係る光走査装置は、
光ファイバと、
該光ファイバの射出端部を振動させる駆動部と、
該駆動部を流れる電流を検出する電流検出部と、
該電流検出部の出力に基づいて前記駆動部を制御して、前記光ファイバから射出される光を走査させる制御部と、を備え、
前記駆動部は、複数の振動素子部を有し、
前記複数の振動素子部は、それぞれの接地端が前記駆動部において共通に接続され、
前記電流検出部は、前記複数の振動素子部の給電端側で前記電流を検出する、ものである。
【０００７】
前記電流検出部は電流トランスを備える、ことを特徴とするものである。
【０００８】
前記振動部は、前記射出端部を第１方向に振動させる複数の第１振動素子部と、前記射出端部を前記第１の方向とは異なる第２方向に振動させる複数の第２振動素子部とを有し、
前記複数の第１振動素子部の給電端は前記駆動部において共通に接続され、
前記複数の第２振動素子部の給電端は前記駆動部において共通に接続されている、ことを特徴とするものである。
【０００９】
前記制御部は、前記電流の振幅が最大となるタイミングにおける前記電流検出部の出力に基づいて前記駆動部を制御する、ことを特徴とするものである。
【００１０】
前記制御部は、前記電流検出部で検出される前記電流の最大値が一定となるように前記駆動部を制御する、ことを特徴とするものである。
【００１１】
さらに、上記目的を達成する本発明に係る光走査型観察装置は、
前記光走査装置と、
前記光走査装置による光の走査により対象物から得られる光を検出して電気信号に変換する光検出部と、
該光検出部から出力される電気信号に基づいて画像を生成する画像処理部と、
を備えるものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によると、構成の簡略化及び小型・細径化が可能な光走査装置及び光走査型観察装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施の形態に係る光走査型内視鏡装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１の光走査型内視鏡のスコープを概略的に示す概観図である。
【図３】図２のスコープの先端部の断面図である。
【図４】図１の光走査型内視鏡装置の駆動部の振動駆動機構及び照明用光ファイバの射出端部を示す図である。
【図５】図１の駆動制御／共振周波数検出部の概略構成を示すブロック図である。
【図６】図１の光走査型内視鏡装置の動作を説明するフローチャートである。
【図７】図１の光走査型内視鏡装置の各部の動作タイミング及び動作内容と照明光の走査軌跡とを説明する図である。
【図８】典型的なインピーダンス及び位相ズレの周波数特性を示す図である。
【図９】第２実施の形態に係る光走査型内視鏡装置の先端部を示す拡大図である。
【図１０】図９の光走査型内視鏡装置の動作を説明するフローチャートである。
【図１１】第３実施の形態に係る光走査型内視鏡装置の要部の概略構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１５】
（第１実施の形態）
図１は、第１実施の形態に係る光走査型観察装置の概略構成を示すブロック図である。図１に示す光走査型観察装置は、光走査型内視鏡装置１０を構成するものである。光走査型内視鏡装置１０は、スコープ（内視鏡）２０と、制御装置本体３０と、ディスプレイ４０と、を備える。
【００１６】
制御装置本体３０は、光走査型内視鏡装置１０の全体を制御する制御部３１、発光タイミング制御部３２、レーザ３３Ｒ、３３Ｇ、３３Ｂ、及び結合器３４を含んで構成される。レーザ３３Ｒは赤のレーザ光を、レーザ３３Ｇは緑のレーザ光を、レーザ３３Ｂは青のレーザ光をそれぞれ射出するものである。発光タイミング制御部３２は、制御部３１の制御の下で、３つのレーザ３３Ｒ、３３Ｇ、３３Ｂの発光タイミングを制御する。レーザ３３Ｒ、３３Ｇ、３３Ｂとしては、例えばＤＰＳＳレーザ（半導体励起固体レーザ）やレーザダイオードが使用可能である。レーザ３３Ｒ、３３Ｇ、３３Ｂから出射されるレーザ光は、結合器３４により合波され、白色の照明光としてシングルモードファイバからなる照明用光ファイバ１１に入射される。結合器３４は、例えばダイクロイックプリズム等を有して構成される。光走査型内視鏡装置１０の光源の構成はこれに限られず、一つのレーザ光源を用いるものであっても、他の複数の光源を用いるものであっても良い。また、レーザ３３Ｒ、３３Ｇ、３３Ｂ及び結合器３４は、制御装置本体３０と信号線で結ばれた制御装置本体３０とは別の筐体に収納されていても良い。
【００１７】
照明用光ファイバ１１は、スコープ２０の先端部まで延在している。結合器３４を経て照明用光ファイバ１１に入射された照明光は、スコープ２０の先端部まで導光されて対象物１００に向けて照射される。その際、照明用光ファイバ１１の射出端部は、駆動部２１により振動駆動される。これにより、対象物１００は、照明用光ファイバ１１から射出される照明光によって観察表面上が２次元走査される。駆動部２１は、後述する制御装置本体３０の駆動制御／共振周波数検出部３８によって制御される。照明光の照射により対象物１００から得られる反射光、散乱光、蛍光などの信号光は、スコープ２０内に延在されたマルチモードファイバからなる検出用光ファイババンドル１２の先端面に入射されて制御装置本体３０まで導光される。
【００１８】
制御装置本体３０は、信号光を処理するための光検出器３５、ＡＤＣ（アナログ−デジタル変換器）３６、画像処理部３７及び駆動制御／共振周波数検出部３８をさらに備える。光検出器３５は、検出用光ファイババンドル１２により導光された信号光をスペクトル成分に分解し、フォトダイオード等により、それぞれのスペクトル成分を電気信号に変換する。ＡＤＣ３６は、光検出器３５から出力されるアナログの電気信号をデジタル信号に変換して画像処理部３７に出力する。制御部３１は、駆動制御／共振周波数検出部３８により印加した振動電圧の振幅及び位相などの情報から、レーザ照明光の走査経路上の走査位置の情報を算出して画像処理部３７に供給する。画像処理部３７は、ＡＤＣ３６から出力されたデジタル信号及び制御部３１からの走査位置情報に基づいて対象物１００の画素データ（画素値）を順次図示しないメモリに格納し、走査終了後又は走査中に補間処理等の必要な処理を行って対象物１００の画像を生成してディスプレイ４０に表示する。
【００１９】
上記の各処理において、制御部３１は、発光タイミング制御部３２、光検出器３５、駆動制御／共振周波数検出部３８、及び、画像処理部３７を同期制御する。
【００２０】
図２は、スコープ２０を概略的に示す概観図である。スコープ２０は、操作部２２及び挿入部２３を備える。操作部２２には、制御装置本体３０からの照明用光ファイバ１１、検出用光ファイババンドル１２、及び、配線ケーブル１３が、それぞれ接続されている。これら照明用光ファイバ１１、検出用光ファイババンドル１２及び配線ケーブル１３は挿入部２３の内部を通り、挿入部２３の先端部２４（図２における破線部内の部分）まで延在している。
【００２１】
図３は、図２のスコープ２０の挿入部２３の先端部２４を拡大して示す断面図である。先端部２４は、駆動部２１、投影用レンズ２５ａ、２５ｂ、スコープ２０の中心部を通る照明用光ファイバ１１及び外周部を通る検出用光ファイババンドル１２を含んで構成される。
【００２２】
駆動部２１は、取付環２６によりスコープ２０の挿入部２３の内部に固定されたアクチュエータ管２７、並びに、アクチュエータ管２７内に配置されるファイバ保持部材２９及び圧電素子２８ａ〜２８ｄ（図４（ａ）及び（ｂ）参照）を含んで構成される。照明用光ファイバ１１は、ファイバ保持部材２９に支持されて、ファイバ保持部材２９への固定端１１ａから射出端面１１ｃまでの射出端部１１ｂが揺動可能となっている。一方、検出用光ファイババンドル１２は挿入部２３の外周部を通るように配置され、先端部２４の先端まで延びている。さらに、検出用光ファイババンドル１２の各ファイバの先端部には図示しない検出用レンズを備える。
【００２３】
さらに、投影用レンズ２５ａ、２５ｂ及び検出用レンズは、先端部２４の最先端に配置される。投影用レンズ２５ａ、２５ｂは、照明用光ファイバ１１の射出端面１１ｃから射出されたレーザ光が、対象物１００上に略集光するように構成されている。また、検出用レンズは、対象物１００上に集光されたレーザ光が、対象物１００により反射、散乱、屈折等をした光（対象物１００と相互作用した光）又は蛍光等を信号光として取り込み、検出用レンズの後に配置された検出用光ファイババンドル１２に集光、結合させるように配置される。なお、投影用レンズは、二枚構成に限られず、一枚や他の複数枚のレンズにより構成しても良い。
【００２４】
図４（ａ）は、光走査型内視鏡装置１０の駆動部２１の振動駆動機構及び照明用光ファイバ１１の射出端部１１ｂを示す図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。照明用光ファイバ１１は、角柱状の形状を有するファイバ保持部材２９の中央を貫通して、ファイバ保持部材２９に固定保持される。ファイバ保持部材２９の４つの側面は、ファイバ保持部材２９における照明用光ファイバ１１の光軸をＺ方向、光軸と直交する平面内で光軸を通り互いに直交する方向をＹ方向（第１の方向）及びＸ方向（第２の方向）とするとき、それぞれ±Ｙ方向及び±Ｘ方向に向いている。そして、ファイバ保持部材２９の±Ｙ方向の両側面にはＹ方向駆動用の一対の圧電素子２８ａ、２８ｃが固定され、±Ｘ方向の両側面にはＸ方向駆動用の一対の圧電素子２８ｂ、２８ｃが固定される。
【００２５】
圧電素子２８ａ〜２８ｄは、それぞれ振動素子部を構成するもので、それぞれの接地端（一方の表面極）が駆動部２１において共通に接続される。例えば、圧電素子２８ａ〜２８ｄは、ファイバ保持部材２９に形成された共通の接続配線パターン２９ａ上に装着されることで、それぞれの接地端がファイバ保持部材２９上で共通に接続される。圧電素子２８ａ〜２８ｄの給電端（他方の表面電極）には、制御装置本体３０の駆動制御／共振周波数検出部３８からの対応する配線ケーブル１３が接続される。同様に、ファイバ保持部材２９の接続配線パターン２９ａには、駆動制御／共振周波数検出部３８からの対応する配線ケーブル１３が接続される。
【００２６】
このように、圧電素子２８ａ〜２８ｄのそれぞれの接地端を駆動部２１において共通に接続すると、圧電素子２８ａ〜２８ｄと駆動制御／共振周波数検出部３８とを電気的に接続する配線ケーブル１３は、合計５本で済むことになる。これに対し、圧電素子２８ａ〜２８ｄのそれぞれの接地端を共通化しない場合、圧電素子２８ａ〜２８ｄの各々について２本の配線ケーブルを要するため、合計８本の配線ケーブルをスコープ２０の挿入部２３内に延在させる必要がある。したがって、本実施の形態によると、配線ケーブル１３の本数を少なくできるので、その分、挿入部２３の小型・細径化が図れる。また、圧電素子２８ａ〜２８ｄは、例えば、ファイバ保持部材２９に形成された共通の接続配線パターン２９ａ上に装着することで、それぞれの接地端をファイバ保持部材２９上で共通に接続することができるので、駆動部２１の構成も簡略化できる。
【００２７】
図５は、駆動制御／共振周波数検出部３８の概略構成を示すブロック図である。駆動制御／共振周波数検出部３８は、圧電素子２８ａに対応するＤＤＳ（デジタル直接合成発信器）５１ｙａ、ＤＡＣ（デジタル−アナログ変換器）５２ｙａ、増幅器５３ｙａと、圧電素子２８ｂに対応するＤＤＳ５１ｘｂ、ＤＡＣ５２ｘｂ、増幅器５３ｘｂと、圧電素子２８ｃに対応するＤＤＳ５１ｙｃ、ＤＡＣ５２ｙｃ、増幅器５３ｙｃと、圧電素子２８ｄに対応するＤＤＳ５１ｘｄ、ＤＡＣ５２ｘｄ、増幅器５３ｘｄと、を備える。以下、特に限定しない限り、ＤＤＳ５１、ＤＡＣ５２、増幅器５３と包括的に略記する。ＤＤＳ５１は、制御部３１からの対応する制御信号を入力して、デジタル駆動信号を生成する。これらのデジタル駆動信号は、対応するＤＡＣ５２でアナログ信号に変換された後、対応する増幅器５３で増幅される。増幅器５３の出力は、対応する配線ケーブル１３を介してスコープ２０の先端部２４に位置する対応する圧電素子２８ａ〜２８ｄに印加される。これにより、圧電素子２８ａ〜２８ｄは振動駆動される。
【００２８】
なお、Ｘ方向の圧電素子２８ｂ、２８ｄの間には、正負が反対で大きさの等しい電圧が印加される。これにより、圧電素子２８ｂ、２８ｄは、一方が伸びるとき他方が縮んでファイバ保持部材２９に撓みを生じさせ、これを繰り返すことによりファイバ保持部材２９をＸ方向に振動させる。同様に、Ｙ方向の圧電素子２８ａ、２８ｃの間には、正負が反対で大きさの等しい電圧が印加されて、ファイバ保持部材２９がＹ方向に振動される。
【００２９】
駆動制御／共振周波数検出部３８は、Ｘ方向駆動用の圧電素子２８ｂ、２８ｄとＹ方向駆動用の圧電素子２８ａ、２８ｃとに、同一の周波数の振動電圧、あるいは、異なる周波数の振動電圧を印加する。Ｙ方向駆動用の圧電素子２８ａ、２８ｃとＸ方向駆動用の圧電素子２８ｂ、２８ｄとがそれぞれ振動駆動されると、図３及び図４に示した照明用光ファイバ１１の射出端部１１ｂが振動する。これにより、射出端面１１ｃが偏向されて、射出端面１１ｃから出射されるレーザ光が対象物１００の表面を順次走査する。
【００３０】
照明用光ファイバ１１の射出端部１１ｂは、Ｘ方向及びＹ方向の双方、又は、何れか一方向に共振周波数で振動駆動される。しかし、射出端部１１ｂの共振周波数は、環境条件や経時的変化により変化する。そのため、本実施の形態においては、駆動制御／共振周波数検出部３８において、照明用光ファイバ１１の射出端部１１ｂの共振周波数が検出される。
【００３１】
図５において、駆動制御／共振周波数検出部３８は、射出端部１１ｂの共振周波数を検出するため、圧電素子２８ａ〜２８ｄの給電端側において、対応する圧電素子２８ａ〜２８ｄに流れる電流を検出する電流検出部５５ｙａ、５５ｘｂ、５５ｙｃ、５５ｘｄと、印加電圧を検出する電圧検出部５６ｙａ、５６ｘｂ、５６ｙｃ、５６ｘｄとを有する。以下、特に限定しない限り、電流検出部５５、電圧検出部５６と包括的に略記する。電流検出部５５は、電流トランス（カレントトランス）ＣＴを用いて構成される。電流検出部５５は、電流トランスＣＴに限らず、公知の集積回路等を用いて構成してもよい。特に、電流トランスＣＴを用いれば、対応する圧電素子への印加電圧が比較的高圧の場合でも、低電圧系で回路構成できるので、電流検出部５５の小型化・低コスト化が図れる。また、電流トランスＣＴを用いることで、検出系を２次回路側に配置できるので、患者回路との絶縁が簡略化できる利点がある。
【００３２】
駆動制御／共振周波数検出部３８は、さらに、圧電素子２８ａ〜２８の各々に対応する電流検出部５５及び電圧検出部５６でそれぞれ検出された電流及び電圧をデジタル信号に変換するＡＤＣ（アナログ−デジタル変換器）と、デジタル信号に変換された電流及び電圧の位相差から対応する振動方向の共振周波数を検出する共振周波数検出部５９とを備える。図５では、図面を明瞭とするために、電流検出部５５ｘｂに対応するＡＤＣ５７ｘｂと、電圧検出部５６ｘｂに対応するＡＤＣ５８ｘｂとを示し、その他のＡＤＣについては図示を省略している。以下、特に限定しない限り、ＡＤＣ５７及びＡＤＣ５８と包括的に略記する。なお、ＡＤＣ５７及びＡＤＣ５８の出力は、制御部３１にも供給される。
【００３３】
ＡＤＣ５７は、制御部３１の制御により、電流検出部５５で検出される電流の振幅が最大となるタイミングで、電流検出部５５の出力をデジタル信号に変換する。ＡＤＣ５８についても、同様に、制御部３１の制御により、電圧の振幅が最大となるタイミングで、電圧検出部５６の出力をデジタル信号に変換する。これにより、電流及び電圧を高いＳ／Ｎで検出できるので、精度のよい駆動制御が可能となる。
【００３４】
次に、光走査型内視鏡装置１０の動作について、図６及び図７を用いて説明する。図６は、動作を説明するフローチャートである。図７は、各部の動作タイミング及び動作内容と照明光の走査軌跡とを説明する図であり、（ａ）は駆動電圧の振幅Ａを、（ｂ）は駆動電圧の周波数ｆを、（ｃ）はレーザ３３Ｒ、３３Ｇ、３３Ｂのレーザ出力Ｐを、（ｄ）は出力電圧Ｖｆの波形を、（ｅ）は照明用光ファイバ１１から射出される照明光の走査軌跡を、それぞれ示している。図７（ａ）〜（ｄ）において、横軸ｔは時間を示す。
【００３５】
まず、初期状態においては、照明用光ファイバ１１の射出端部１１ｂの振動を停止させた状態とする（ステップＳ０１）。この状態を図７において期間Ｉとして示している。
【００３６】
次に、制御部３１が、共振周波数を検出する共振周波数検出ステップを開始する（ステップＳ０２）。共振周波数検出ステップは、図７の期間ＩＩに対応している。この期間ＩＩにおいて、Ｘ方向の圧電素子２８ｂ、２８ｄ及びＹ方向の圧電素子２８ａ、２８ｃに、振幅Ａが所定の振幅Ｖsweepに等しく、位相がＸ方向とＹ方向とで９０°ずれ、周波数ｆが時間ともに増大する振動電圧が印加される（図７（ａ）、（ｂ）、（ｄ）参照）。これにより、照明用光ファイバ１１の射出端部１１ｂの振動周波数を所定の周波数範囲内で掃引させる。所定の周波数範囲は、設計時の共振周波数の前後で共振周波数が変動し得る範囲を予め予測して決定する。このとき、レーザ３３Ｒ、３３Ｇ、３３Ｂは未だ点灯していない（図７（ｃ））。これにより、照明用光ファイバ１１の射出端面１１ｃは円を描くように振動する（図７（ｅ））。
【００３７】
駆動電圧の周波数が増加する間、対応する電流検出部５５及び電圧検出部５６により検出される電流信号及び電圧信号は、共振周波数検出部５９によりモニターされる。共振周波数検出部５９は、電流信号及び電圧信号の位相のズレ（それぞれの最大値の時間的ズレ）を検知することにより共振周波数を検出する。一般に、振動回路のインピーダンス及び電流と電圧との位相ズレの周波数特性は、それぞれ図８（ａ）、（ｂ）のようになることが知られており、共振周波数で振動するとき、インピーダンスは最小となり、位相ズレは０となる。共振周波数検出部５９は、対応する電流検出部５５からの電流信号と、電圧検出部５６からの電圧信号との位相ズレが０となったときの周波数ｆｒを共振周波数として識別し、制御部３１に出力する。
【００３８】
制御部３１は、以降の駆動周波数を検出した共振周波数ｆｒ付近の周波数に決定する（ステップＳ０３）。駆動周波数は、共振周波数ｆｒ付近の周波数で駆動するが、ｆｒと完全に一致させる必要はなく、若干ずれた値であっても構わない。この駆動周波数を決定する駆動周波数決定ステップは、期間ＩＩの間に行われる。
【００３９】
なお、共振周波数検出ステップ（ステップＳ０２）において、共振周波数が検出されなかった場合、共振周波数検出部５９から制御部３１への出力がないか、あるいは、異常を検出する信号が送られる。その場合、制御部３１は異常と判断して装置を停止し、ディスプレイ４０に異常を知らせる警告を表示する。共振周波数が検出されない場合としては、照明用光ファイバ１１の折れや、圧電素子２８ａ〜２８ｄの異常などが考えられる。
【００４０】
制御部３１は、期間ＩＩの終了直前に、レーザ３３Ｒ、３３Ｇ、３３Ｂを点灯させる。次いで、走査ステップとして、対象物の光走査を行う（ステップＳ０４）。すなわち、制御部３１は、期間ＩＩＩにおいて、Ｘ方向の圧電素子２８ｂ、２８ｄ及びＹ方向の圧電素子２８ａ、２８ｃに印加する電圧の駆動周波数ｆを共振周波数ｆｒに固定し（図７（ｂ））、駆動電圧の振幅Ａを０から最大値Ｖｍａｘまで時間ともに増大させる（図７（ａ））。
これによって、照明用光ファイバ１１から出射される光は、時間経過とともに半径が拡大するらせん状の軌跡を描く（図７（ｅ））。この際、制御部３１は、ＡＤＣ５７の出力に基づいて、電流検出部５５で検出される電流の最大値が一定となるようにフィードバック制御する。また、制御部３１は、ＡＤＣ５８の出力を監視する。
【００４１】
次に、制御部３１は、ＡＤＣ５８の出力により駆動電圧の振幅Ａが最大値Ｖｍａｘとなったことを検知すると、レーザ３３Ｒ、３３Ｇ、３３Ｂの発振を停止し、照明用光ファイバ１１の振動も徐々に停止する（ステップＳ０５）。振動の停止は、駆動電圧の振幅Ａを期間ＩＩＩよりも短い期間ＩＶにおいて急速に減少させることによって行う。以上のらせん状の走査により、対象物１００の円形領域が２次元的に走査され、１フレーム分の画像が取得される。制御部３１は、次のフレームの取得をする場合、再びステップＳ０２に戻ってステップＳ０２〜ステップＳ０５を繰り返す。したがって、本実施の形態において、制御部３１及び駆動制御／共振周波数検出部３８は、駆動部２１を制御する制御部を構成している。
【００４２】
本実施の形態に係る光走査型内視鏡装置１０によれば、上述したように、スコープ２０の挿入部２３の小型・細径化、駆動部２１の構成の簡略化、電流検出部５５の小型化・低コスト化及び電流検出の精度向上、患者回路との絶縁の簡略化、等が図れる。また、光走査型内視鏡装置１０は、対象物１００を走査する前に共振周波数ｆｒを検出し、この共振周波数ｆｒで被検出物の光走査を行って画像を取得するので、装置の個体差や経時的変化による、ファイバの共振周波数のズレによる性能劣化を防止でき、駆動周波数を適切に調整することが可能になる。また、常に照明用光ファイバ１１の射出端部１１ｂを共振周波数に近い周波数で振動駆動させることで、エネルギー効率の良い走査が可能になる。
【００４３】
さらに、各画像フレームの取得前に共振周波数の検出を行うので、光走査型内視鏡装置１０の稼動中に温度上昇などの要因のために共振周波数が変化する場合でも、即時に駆動周波数を適切な値に調整することができる。その結果、照明用光ファイバ１１の射出端面１１ｃを安定した軌跡で振動させることができるので、より安定した画像を取得、表示できることが期待できる。
【００４４】
さらに、共振周波数検出ステップ（ステップＳ０２）で、共振周波数が検出できない場合に、装置を停止し警告を発するようにしたので、装置の異常を早期に検出して故障や破損の拡大を防止することが可能になる。
【００４５】
なお、２回目以降の共振周波数検出及び駆動周波数の決定を、期間ＩＶの走査が停止した後に行うのではなく、期間ＩＶ（ステップＳ０５）で振動を減少させる間に、振動周波数ｆを共振周波数の前後で掃引して、共振周波数を検出することで実行することもできる。その場合、振動停止後直ぐに光走査（ステップＳ０３）を開始することができるので、フレームレートを高くし、より良好な画像を得ることができる。
【００４６】
（第２実施の形態）
図９（ａ）〜（ｃ）は、第２実施の形態に係る光走査型内視鏡装置のスコープの先端部を示す拡大図である。本実施の形態は、第１実施の形態の光走査型内視鏡装置１０において、駆動部２１を、圧電素子に代えて、照明用光ファイバ１１に固定した永久磁石６３と、これを駆動する偏向磁場発生用コイル（電磁コイル）６２ａ〜６２ｄとを用いて構成したものである。以下、第１実施の形態で説明した構成と同一部分には同一参照番号を付して説明を省略し、第１実施の形態と異なる部分について説明する。なお、図９（ａ）はスコープ２０の先端部２４の断面図、図９（ｂ）は図９（ａ）の駆動部２１を拡大して示す斜視図であり、図９（ｃ）は、図９（ｂ）の偏向磁場発生用コイル６２ａ〜６２ｄ及び永久磁石６３を含む部分の照明用光ファイバ１１の軸に垂直な面による断面図である。
【００４７】
照明用光ファイバ１１の射出端部１１ｂの一部には、照明用光ファイバ１１の軸方向に着磁され貫通孔を有する永久磁石６３が、照明用光ファイバ１１が貫通孔を通った状態で結合されている。また、射出端部１１ｂを囲むように、一端部を取付環２６に固定された角型チューブ６１が設けられ、永久磁石６３の一方の極と対向する部分の角型チューブ６１の各側面には、平型の偏向磁場発生用コイル６２ａ〜６２ｄが設けられている。
【００４８】
Ｙ方向の偏向磁場発生用コイル６２ａと６２ｃのペア及びＸ方向の偏向磁場発生用コイル６２ｂと６２ｄのペアは、角型チューブ６１のそれぞれ対向する面に配置され、偏向磁場発生用コイル６２ａの中心と偏向磁場発生用コイル６２ｃの中心を結ぶ線と、偏向磁場発生用コイル６２ｂの中心と偏向磁場発生用コイル６２ｄの中心を結ぶ線とは、静止時の照明用光ファイバ１１の配置される角型チューブ６１の中心軸線付近で直交する。
【００４９】
偏向磁場発生用コイル６２ａ〜６２ｄは、それぞれ振動素子部を構成するもので、それぞれの接地端（一端部）が駆動部２１において共通に接続される。例えば、偏向磁場発生用コイル６２ａ〜６２ｄは、角型チューブ６１に形成された共通の接続配線パターン６１ａに接地端が接着されることで、それぞれの接地端が角型チューブ６１上で共通に接続される。偏向磁場発生用コイル６２ａ〜６２ｄの給電端（他端部）には、制御装置本体３０の駆動制御／共振周波数検出部３８からの対応する配線ケーブル１３が接続される。同様に、角型チューブ６１の接続配線パターン６１ａには、駆動制御／共振周波数検出部３８からの対応する配線ケーブル１３が接続される。これにより、偏向磁場発生用コイル６２ａ〜６２ｄには、駆動制御／共振周波数検出部３８からの駆動電流が給電されて、永久磁石６３との電磁作用により照明用光ファイバ１１の射出端部１１ｂが振動される。
【００５０】
図１０は、本実施の形態に係る光走査型内視鏡装置１０の動作を説明するフローチャートである。図１０における各ステップの内容は、第１実施の形態における各ステップとほぼ同じなので、図６の各対応するステップの符号に１０を加えて示している。ただし、本実施の形態では、装置の操作を開始した後、一度だけ共振周波数の検出を行い（ステップＳ１２）、駆動周波数を決定する（ステップＳ１３）。その後、対象物の光走査（ステップＳ１４）による画像データの取得を、制御部３１が次のフレームの取得を停止させるまで（ステップＳ１６）、繰返し行う。その他の構成及び作用は、第１実施の形態と同様であるので、同一又は対応する構成要素には同一参照符号を付して説明を省略する。
【００５１】
本実施の形態によれば、偏向磁場発生用コイル６２ａ〜６２ｄと駆動制御／共振周波数検出部３８とを電気的に接続する配線ケーブル１３の本数を削減できるので、スコープ２０の挿入部２３の小型・細径化、駆動部２１の構成の簡略化等、第１実施の形態の場合と同様の効果が得られる。また、一旦共振周波数を検出すると、以後は繰り返し光走査を行って画像フレームを取得するので、第１実施の形態に比べ、高いフレームレートで内視鏡画像の取得が可能になる。なお、本実施の形態においては、振動素子部がコイルからなるので、電流検出部５５は電流トランスに限らず、公知の種々の電流センサの使用が可能である。
【００５２】
（第３実施の形態）
図１１は、第３実施の形態に係る光走査型内視鏡装置の要部の概略構成を示すブロック図である。本実施の形態は、第１実施の形態の光走査型内視鏡装置１０において、照明用光ファイバ１１の射出端部１１ｂをＹ方向に振動させる圧電素子（第１振動素子部）２８ａ、２８ｃの給電端と、Ｘ方向に振動させる圧電素子（第２振動素子部）２８ｂ、２８ｄの給電端とをそれぞれ駆動部２１側において並列に接続したものである。以下、第１実施の形態で説明した構成と同一部分には同一参照番号を付して説明を省略し、第１実施の形態と異なる部分について説明する。
【００５３】
圧電素子２８ａ、２８ｃには、対応するＤＤＳ５１ｙ、ＤＡＣ５２ｙ、増幅器５３ｙ及び配線ケーブル１３を介して同一の駆動信号が印加される。同様に、圧電素子２８ｂ、２８ｄには、対応するＤＤＳ５１ｘ、ＤＡＣ５２ｘ、増幅器５３ｘ及び配線ケーブル１３を介して同一の駆動信号が印加される。なお、対を成す圧電素子２８ａ、２８ｃは、印加される駆動信号が一方の極性にあるとき、一方の圧電素子２８ａ又は２８ｃが伸びて他方の圧電素子２８ｃ又は２８ａが縮み、他方の極性にあるとき、他方の圧電素子２８ｃ又は２８ａが伸びて一方の圧電素子２８ａ又は２８ｃが縮むように構成される。同様に、対を成す圧電素子２８ｂ、２８ｄは、印加される駆動信号が一方の極性にあるとき、一方の圧電素子２８ｂ又は２８ｄが伸びて他方の圧電素子２８ｄ又は２８ｂが縮み、他方の極性にあるとき、他方の圧電素子２８ｄ又は２８ｂが伸びて一方の圧電素子２８ｂ又は２８ｄが縮むように構成される。これにより、圧電素子２８ａ〜２８ｄは振動駆動される。
【００５４】
圧電素子２８ａ、２８ｃに流れる合成電流は、電流トランスＣＴを備える電流検出部５５ｙで検出され、ＡＤＣ５７ｙでデジタル信号に変換されて共振周波数検出部５９に入力される。同様に、圧電素子２８ｂ、２８ｄに流れる合成電流は、電流トランスＣＴを備える電流検出部５５ｘで検出され、ＡＤＣ５７ｘでデジタル信号に変換されて共振周波数検出部５９に入力される。また、圧電素子２８ａ、２８ｃに印加される振動電圧は、電圧検出部５６ｙで検出され、ＡＤＣ５８ｙでデジタル信号に変換されて共振周波数検出部５９に入力される。同様に、圧電素子２８ｂ、２８ｄに印加される振動電圧は、電圧検出部５６ｘで検出され、ＡＤＣ５８ｘでデジタル信号に変換されて共振周波数検出部５９に入力される。ＡＤＣ５７ｘ、５７ｙ及びＡＤＣ５８ｘ、５８ｙの出力は、制御部３１にも供給される。図１１では、図面を明瞭とするために、電流検出部５５ｘに対応するＡＤＣ５７ｘと、電圧検出部５６ｘに対応するＡＤＣ５８ｘとを示し、その他のＡＤＣについては図示を省略している。その他の構成及び動作については、第１実施の形態と同様である。
【００５５】
本実施の形態によると、駆動部２１において、圧電素子２８ａ〜２８ｄのそれぞれの接地端を共通に接続するとともに、Ｘ方向に対を成す圧電素子２８ｂ、２８ｄの給電端及びＹ方向に対を成す圧電素子２８ａ、２８ｃの給電端をそれぞれ並列に接続している。したがって、圧電素子２８ａ〜２８ｄと駆動制御／共振周波数検出部３８とを電気的に接続する配線ケーブル１３が合計３本で済むことになるので、第１実施の形態におけるよりも配線ケーブル１３の本数を削減でき、スコープ２０の挿入部２３をより小型・細径化できる利点がある。
【００５６】
なお、本発明は、上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、幾多の変形又は変更が可能である。例えば、光走査は、らせん走査に限られず、ラスター走査とすることもできる。その場合、照明用光ファイバを、ＸＹ方向の走査のうち一方向についてのみ共振周波数で振動させる。また、振動駆動手段は、コイル及び磁石を用いる方法やピエゾ素子を用いた方法に限られず、他の振動駆動手段を用いても良い。また、コイルを用いる場合、２つの直列コイルで１つの振動素子部を構成することもできる。さらに、共振周波数は、１回の走査ごとや装置の駆動開始時に検出する場合に限らず、種々のタイミングで行うことができる。例えば、複数回の走査毎に一回や毎日一回検出する設定や、使用者の指示により検出する設定も可能である。また、本発明は内視鏡装置に限らず、顕微鏡、プロジェクタ等他の装置にも適用することができる。
【符号の説明】
【００５７】
１０    光走査型内視鏡装置
１１    照明用光ファイバ
１１ｂ    射出端部
２１    駆動部
２８ａ〜２８ｄ    圧電素子
２９ａ    接続配線パターン
３１    制御部
３３Ｒ、３３Ｇ、３３Ｂ    レーザ
３５    光検出器
３７    画像処理部
３８    駆動制御／共振周波数検出部
５５    電流検出回路
６１ａ    接続配線パターン
６２ａ〜６２ｄ    偏向磁場発生用コイル
６３    永久磁石
１００    対象物
【図１】
2016002367.tif 000003
【図２】
2016002367.tif 000004
【図３】
2016002367.tif 000005
【図４】
2016002367.tif 000006
【図５】
2016002367.tif 000007
【図６】
2016002367.tif 000008
【図７】
2016002367.tif 000009
【図８】
2016002367.tif 000010
【図９】
2016002367.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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