JP2014044271A - 光走査型観察装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で、走査線の不所望な重複や歪みの影響を素早く抑制し、共振周波数による安定した走査が可能な光走査型観察装置を提供する。
【解決手段】光源部３０からの光を、光ファイバ１１を介して被観察物１００上で二次元走査し、検出光を検出部４０で検出する光走査型観察装置１０において、光ファイバ１１の出口端部は、走査部２１により、駆動電流生成部５０の共振周波数近傍の電流により第一軸方向に振動駆動され、共振周波数近傍の周波数と非共振周波数とを含む二つの周波数成分を有する電流により、第二軸方向に振動駆動される。第二軸方向の共振周波数近傍の周波数の電流は、第一軸方向の共振周波数近傍の電流に対し予め定められた位相差を有し、第一軸方向の振動駆動により生じる、第二軸方向の共振周波数近傍の振動を低減する。
【選択図】図１

Description

本発明は、被観察物を照明光により走査して観察を行う光走査型観察装置に関するものであり、より詳しくは、光走査型内視鏡に適用可能な光走査型観察装置に関するものである。

従来、光ファイバの出口端部から光を被観察物へ向けて照射して、被観察物で反射されあるいは散乱された光を検出する観察装置において、光ファイバの出口端部を振動させることにより、光が被観察物の全体に渡って走査される光ファイバ走査装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

この技術によれば、光ファイバの出口端部寄りに、光ファイバを貫通させる開口を有する永久磁石が取り付けられ、この永久磁石を離隔して取り囲むように、４つの電磁コイルが配置される。これら４つの電磁コイルは、それぞれ、対向する電磁コイルどうしが組を形成する。対向する第一の組の２つの電磁コイルに、光ファイバの共振周波数により高速で振動する正弦波状の電流を印加することにより、電磁力により光ファイバの出口端部は第一の方向に共振的に振動する。また、第二の組の２つの電磁コイルに、共振周波数とは異なる低周波数で振動する電流を印加することによって、光ファイバの出口端部は、電磁力により第２の方向に非共振的に低速で振動する。これにより、ラスター走査に近い走査パターンで被観察物を走査することができる。

一般的に、共振駆動により光ファイバを走査する場合には、走査線がひずむという現象が生じる。とくに、光ファイバを共振的駆動により一軸方向（第一の方向）に正弦振動する場合には、これと直交する方向（第二の方向）にも共振周波数による正弦振動が惹起され、走査線は直線ではなく図１２（ａ）のように楕円形状になりやすいことが知られている。

このように、第二の方向の正弦振動が惹起される原因としては、製造上の誤差などにより電磁コイルに対して光ファイバが僅かに傾いて配置されることや、共振の不安定性により第一の方向の振動が第二の方向の振動と結合することなどを挙げることができる。また、第二の方向に正弦振動が生じると、共振効果や振動の非線形効果により、第１の方向の振動と第２の方向の振動との間に位相差が発生する。その結果、光ファイバの振動は、直線運動から楕円運動に変化すると考えられる。

光ファイバが共振周波数で楕円軌道を描く状態で、この光ファイバを非共振的駆動により第二の方向に直線振動させる場合には、図１２（ｂ）に示すように走査線はラスター状ではなく螺旋形状になるため、走査線が重複し、また、走査線周縁部においては走査線密度が疎になるという問題が生じる。このため、特許文献１では、第二の方向の磁石の振動によって、第二の組の電磁コイルに誘導された電圧を検出し、これを増幅して帯域フィルタを通過させ、第二の組の電磁コイルの駆動電流の負帰還に用いることによって、第二の方向の振動を抑制している。

特開２００８−１１６９２２号公報

しかしながら、引用文献１に記載されるような、共振駆動される方向に直交する方向の不所望な共振振動を検出して、共振駆動される方向に直交する方向への駆動電流に対して負帰還をかける方法では、光ファイバ走査装置の制御用の回路が複雑となるうえ、不所望な共振振動が抑制されるまで遅延時間が生じ、観察の効率が低下することが懸念される。

したがって、これらの点に着目してなされた本発明の目的は、簡単な構成で、走査線の不所望な重複や歪みの影響を素早く抑制し、共振周波数による安定した走査が可能な光走査型観察装置を提供することにある。

上記目的を達成する本発明の光走査型観察装置は、
光ファイバの出口端部を振動駆動することにより偏向させ、光源からの光を被観察物上で二次元走査する光走査型観察装置であって、
前記光ファイバの前記出口端部を、第一の周波数を有する第一の駆動信号により第一の態様で略共振駆動する第一の振動駆動手段と
前記光ファイバの前記出口端部を、前記第一の周波数を含む少なくとも二つの周波数成分を有する第二の駆動信号により、前記第一の態様と異なる第二の態様で振動駆動する第二振動駆動手段と、
前記光ファイバからの光の走査により、前記被観察物と相互作用した光または前記被観察物から発した光を検出する信号検出手段と
を備え、
前記第二の駆動信号の前記第一の周波数成分は、前記第一の駆動信号に対し予め定められた位相差を有し、前記第一の振動駆動手段による前記光ファイバの振動により生じる、前記第二の態様の前記第一の周波数の振動を低減することを特徴とするものである。

この光走査型観察装置において、
前記第一の態様は、前記光ファイバの前記出口端部を第一の方向に振動駆動するものであり、前記第二の態様は、前記光ファイバの前記出口端部を前記第一の方向と異なる第二の方向に振動駆動するようにすることができる。

一実施形態では、光走査型観察装置は、
前記光ファイバに結合された磁性体を備え、
前記第一の振動駆動手段は、前記磁性体に対して前記第一の方向の磁力を及ぼす第一の偏向磁場発生用コイル、及び、該第一の偏向磁場発生用コイルに、前記第一の周波数を有する第一の偏向磁場発生用電流を、前記第一の駆動信号として供給する第一の電流供給手段を含み、
前記第二の振動駆動手段は、前記磁性体に対して前記第二の方向の磁力を及ぼす第二の偏向磁場発生用コイル、及び、該第二の偏向磁場発生用コイルに、前記第一の周波数を有する第一の電流成分と第二の周波数を有する第二の電流成分とを含む第二の偏向磁場発生用電流を、前記第二の駆動信号として供給する第二の電流供給手段を含む。

好適には、前記第二の偏向磁場発生用電流の前記第一の電流成分の振幅及び位相は、前記第一の電流供給手段により供給される前記第一の偏向磁場発生用電流に応じて定められるようにすることができる。

また、前記第二の電流供給手段は、三角波の波形を有する前記第一の電流成分を含む前記第二の偏向磁場発生用電流を供給するようにしても良い。

また、前記第一の方向と前記第二の方向とは略直交することが好ましい。

あるいは、前記第一の振動駆動手段および前記第二の振動駆動手段は、圧電素子と該圧電素子を駆動する駆動電圧生成部とを備えても良い。

本発明によれば、第二の駆動信号の第一の周波数成分は、第一の駆動信号に対し予め定められた位相差を有し、第一の振動駆動手段による光ファイバの振動により生じる、第二の態様の第一の周波数の振動を低減するようにしたので、簡単な構成で、走査線の不所望な重複や歪みの影響を素早く抑制し、共振周波数による効率的で安定した走査が可能となる。

第１実施の形態に係る光走査型観察装置の一例であ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１の光走査型内視鏡本体を概略的に示す概観図である。 図２の光走査型内視鏡本体の先端部を示す拡大図であり、図３（ａ）は同先端部の断面図、図３（ｂ）は図３（ａ）の角型チューブおよびシングルモード光ファイバを拡大して示す斜視図であり、図３（ｃ）は、図３（ｂ）の偏向磁場発生用コイルおよび永久磁石を含む部分の光ファイバの軸に垂直な面による断面図である。 図１の光走査型内視鏡装置の光源部の概略構成を示す図である。 図１の光走査型内視鏡装置の駆動電流生成部の概略構成を示す図である。 図１の光走査型内視鏡装置の検出部の該略構成を示す図である。 図１の光走査型内視鏡装置の偏向磁場発生用コイルへの印加電流波形を示す図であり、図７（ａ）は、第一軸方向の偏向磁場発生用コイルへの印加電流波形であり、図７（ｂ）は、第二軸方向の偏向磁場発生用コイルへ印加する第二の電流成分の波形であり、図７（ｃ）は、第二軸偏向磁場発生用コイルへ印加する第一の電流成分の波形であり、図７（ｄ）は、第二軸方向の偏向磁場発生用コイルへの印加電流波形であって、図７（ｂ）および図７（ｃ）の印加電流波形を足し合わせたものである。 図１の光走査型内視鏡装置の光走査線を示す図である。 第１実施の形態において、第二軸方向の偏向磁場発生用コイルへ印加する第一の電流成分を三角波とする例を示す図である。 第２実施の形態に係る光走査型内視鏡装置の先端部の断面図である。 駆動電圧生成部の概略構成を示す図である。 従来技術における光走査型観察装置の走査線の例を示す図であり、図１２（ａ）は、第一軸方向にのみ共振周波数で交流磁場を印加した場合を示し、図１２（ｂ）は、第一軸方向の交流磁場に加え、第二軸方向に共振周波数よりも低い周波数の交流磁場を印加した場合を示す図である。

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。

（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一例である光走査型内視鏡装置１０の概略構成を示すブロック図である。光走査型内視鏡装置１０は、光走査型内視鏡本体２０と、光源部３０と、検出部４０と、駆動電流生成部５０と、制御部６０と、表示部６１と入力部６２とを含んで構成される。光源部３０と光走査型内視鏡本体２０との間はシングルモードファイバである照明用光ファイバ１１により光学的に接続され、検出部４０と光走査型内視鏡本体２０との間はマルチモードファイバにより構成される検出用光ファイババンドル１２により光学的に接続されている。

図２は、光走査型内視鏡本体２０を概略的に示す概観図である。光走査型内視鏡本体２０は、操作部２２および挿入部２３を備え、操作部２２の一方の端部と挿入部２３の一方の端部とは接続されて一体となっている。操作部２２には、光源部３０からの照明用光ファイバ１１、検出部４０からの検出用光ファイババンドル１２、および、駆動電流生成部５０からの配線ケーブル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および配線ケーブル１３は挿入部２３内部を通じて、挿入部２３の操作部２２と接続されている端部とは別の端部である先端部２４（図２における破線部内の部分）まで導かれている。

図３は、図２の光走査型内視鏡本体２０の挿入部２３の先端部２４を示す拡大図であり、図３（ａ）はその断面図を示している。先端部２４は、走査部２１、投影用レンズ２５ａ、２５ｂおよび図示しない検出用レンズを備えるとともに、挿入部２３を通る照明用光ファイバ１１および検出用光ファイババンドル１２が延在している。

走査部２１は、角型チューブ２６、偏向磁場発生用コイル２７ａ〜２７ｄおよび永久磁石２８（図３（ｂ）参照）を含んで構成される。角型チューブ２６は、先端部２４の中心軸線に沿って長手方向に延びる中空の四角柱状のチューブであり、一方の端部を挿入部２３内に固定され他端を開口した状態で配置されている。なお、角型チューブ２６に代えて、円筒状や他の形状のチューブを用いても良い。

照明用光ファイバ１１は、角型チューブ２６の内部の支持部１１ｂ（図３（ｂ）参照）で挿入部２３に対して支持されるとともに、この角型チューブ２６の略中心部を通って、その出口端部１１ａが角型チューブ２６の開口した端部から突き出ている。この、先端の出口端部１１ａは固定されず一定の範囲で可動に保持される。一方、検出用光ファイババンドル１２は先端部２４の外周部を通るように配置され、内視鏡の先端部２４の先端まで延びている。

さらに、投影用レンズ２５ａ、２５ｂおよび検出用レンズは、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の出口端部１１ａから射出されたレーザ光が、被観察物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、被観察物１００上に集光されたレーザ光が、被観察物１００により反射、散乱、屈折等をした光（被観察物１００と相互作用した光）又は蛍光等を検出光として取り込み、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。

図３（ｂ）は、図３（ａ）の角型チューブ２６および照明用光ファイバ１１を拡大して示す斜視図であり、図３（ｃ）は、図３（ｂ）の偏向磁場発生用コイル２７ａ〜２７ｄおよび永久磁石２８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。照明用光ファイバ１１の支持部１１ｂと出口端部１１ａとの間の一部には、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２８（磁性体）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、角型チューブ２６の永久磁石２８の一方の極と対向する部分の表面上には、螺旋状の偏向磁場発生用コイル２７ａ〜２７ｄが設けられている。偏向磁場発生用コイル２７ａと２７ｃ（第一の偏向磁場発生用コイル）のペアおよび偏向磁場発生用コイル２７ｂと２７ｄ（第二の偏向磁場発生用コイル）のペアは、角型チューブ２６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２７ａの中心と偏向磁場発生用コイル２７ｃの中心を結ぶ線と、偏向磁場発生用コイル２７ｂの中心と偏向磁場発生用コイル２７ｄ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２６の中心軸線付近で直交する。

駆動電流生成部５０からの配線ケーブル１３は、挿入部２３の内部を通り、偏向磁場発生用コイル２７ａ〜２７ｄに接続される。配線ケーブル１３は、第一の配線ケーブル１３ａと第二の配線ケーブル１３ｂとを含み、偏向磁場発生用コイル２７ａおよび２７ｃには第一の配線ケーブル１３ａが接続され、偏向磁場発生用コイル２７ｂおよび２７ｄには、第二の配線ケーブル１３ｂが接続される。

第一の配線ケーブル１３ａにより、電流を偏向磁場発生用コイル２７ａと２７ｃに印加すると、偏向磁場発生用コイル２７ａと２７ｃとの中心を結ぶ第一軸方向（第一の方向）に第一軸偏向磁場（第一の偏向磁場）が発生する。同様に、第二の配線ケーブル１３ｂにより、電流を偏向磁場発生用コイル２７ｂと２７ｄに印加すると、偏向磁場発生用コイル２７ｂと２７ｄとの中心を結ぶ第二軸方向（第二の方向）に第二軸偏向磁場（第二の偏向磁場）が発生する。第一軸偏向磁場および第二軸偏向磁場と永久磁石２８が相互作用し、各磁場強度の時間的変化に応じて照明用光ファイバ１１の出口端部１１ａが振動する。照明用光ファイバ１１の出口端部１１ａの振動に応じて、レーザ光は被観察物１００の表面を順次走査する。

図４は、図１の光走査型内視鏡装置１０の光源部３０の概略構成を示す図である。光源部３０は、それぞれ、赤、緑および青の三原色のＣＷ（連続発振）レーザ光を射出するレーザ光源３１Ｒ，３１Ｇ，３１Ｂと、ダイクロイックミラー３２ａ，３２ｂとレンズ３４とを備える。赤色のレーザ光源３１Ｒとしては、例えば、ＬＤ（半導体レーザ）を使用することができる。また、緑色のレーザ光源３１Ｇとしては、例えば、ＤＰＳＳレーザ（半導体励起固体レーザ）を使用することができる。さらに、青色のレーザ光源３１Ｂとしては、例えば、ＬＤを使用することができる。

レーザ光源３１Ｒを出射したレーザ光の光路と、レーザ光源３１Ｇを出射したレーザ光の光路とは、所定の点で交差するように配置され、それらの交差する位置にダイクロイックミラー３２ａが設けられる。ダイクロイックミラー３２ａは、赤色の波長帯域の光を透過させ、緑色の波長帯域の光を反射させる光学特性を有し、レーザ光源３１Ｒから出射しダイクロイックミラー３２ａを透過した赤色のレーザ光と、レーザ光源３１Ｇから出射してダイクロイックミラー３２ａにより反射される緑色のレーザ光とが、合波される角度で配置される。

さらに、赤色のレーザ光と緑色のレーザ光とを合波したレーザ光の光路と、レーザ光源３１Ｂを出射した青色のレーザ光の光路とは、所定の点で交差するように配置され、それらの交差する位置にダイクロイックミラー３２ｂが設けられる。ダイクロイックミラー３２ｂは、赤色の波長帯域の光と緑色の波長帯域の光とを透過させ、青色の波長帯域の光を反射させる光学特性を有し、ダイクロイックミラー３２ａで合波されダイクロイックミラー３２ｂを透過したレーザ光と、レーザ光源３１Ｂから出射してダイクロイックミラー３２ｂにより反射される青色のレーザ光とが、合波される角度で配置される。このようにして、それぞれのレーザ光源３１Ｒ，３１Ｇ，３１Ｂを出射した赤、緑、青の３原色のレーザ光が合波されることにより白色のレーザ光となり、レンズ３４により照明用光ファイバ１１の入射端部に集光、結合される。

なお、レーザ光源３１Ｒ，３１Ｇ，および３１Ｂ並びにダイクロイックミラー３２ａおよび３２ｂの配置は、これに限られず、例えば、緑色および青色のレーザ光を合波した後、赤色のレーザ光を合波するようにしても良い。また、各色光の合成手段としては、ダイクロイックミラーに限らず、光ファイバからなるコンバイナであってもよい。

図５は、図１の光走査型内視鏡装置１０の駆動電流生成部５０の概略構成を示す図である。駆動電流生成部５０は、第一の波形発生装置５１、第一の電流増幅器５２、第二の波形発生装置５３および第二の電流増幅器５４で構成される。第一の波形発生装置５１および第一の電流増幅器５２は、第一の電流供給手段を構成し、第二の波形発生装置５３および第二の電流増幅器５４は、第二の電流供給手段を構成する。

第一の波形発生装置５１および第二の波形発生装置５３は、それぞれ、制御部６０からの制御に基づいて、任意の波形を生成することが可能な装置である。第一の波形発生装置５１で発生した波形は、第一の電流増幅器５２により増幅される。また、第二の波形発生装置５３で発生した波形は、第二の電流増幅器５４で増幅される。第一の電流増幅器５２および第二の電流増幅器５４で増幅された電流は、配線ケーブル１３の第一の配線ケーブル１３ａおよび第二の配線ケーブル１３ｂにそれぞれ接続される。第一の波形発生装置５１と第二の波形発生装置５３は配線で接続され、制御部６０からの同期信号により同期がとられる。

図６は、図１の光走査型内視鏡装置１０の検出部４０の概略構成を示す図である。検出部４０は、赤、緑および青の各色に対応する光を検出するためのフォトダイオードを用いた光検出器４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂ、ダイクロイックミラー４２ａ，４２ｂおよびレンズ４３を備える。検出部４０には、複数の検出用光ファイババンドル１２が束ねられて接続されている。

レーザ光の照射により被観察物１００により反射または散乱され、あるいは、被観察物１００で発生し、検出用光ファイババンドル１２を通りその出射端から出射した信号光は、レンズ４３により略平行な光束となる。略平行光束となった信号光の光路上には、ダイクロイックミラー４２ａおよび４２ｂが、光路の方向に対して傾いて配置されている。ダイクロイックミラー４２ｂは、青色の波長帯域の光を反射させ、赤色および緑色の波長帯域の光を透過させる光学特性を有し、レンズ４３で平行光束となった信号光から青色の信号光を分離する。分離された青色の信号光は、光検出器４１Ｂにより検出され、電気信号に変換される。また、ダイクロイックミラー４２ａは、緑色の波長帯域の光を反射させ、赤色の波長帯域の光を透過させる光学特性を有し、ダイクロイックミラー４２ｂを透過した信号光を赤色と緑色の信号光とに分離する。分離された赤色および緑色の信号光は、それぞれ光検出器４１Ｒおよび光検出器４１Ｇにより検出され電気信号に変換される。

なお、光検出器４１Ｒ，４１Ｇおよび４１Ｂは、後述する図１の制御部６０に電気的に接続されている。また、光検出器４１Ｒ，４１Ｇ，および４１Ｂ並びにダイクロイックミラー４２ａおよび４２ｂの配置は、これに限られず、例えば、信号光から赤色の光を分離した後、さらに緑色と青色の信号光を分離するような配置としても良い。

図１の制御部６０は、光源部３０、検出部４０および駆動電流生成部５０を同期制御するとともに、検出部４０により出力された電気信号を処理して、画像を合成し表示部６１に表示する。また、入力部６２から、光走査型内視鏡装置１０に、走査速度や表示画像の明るさ等、種々の設定を行うことができる。

以上のような構成によって、光走査型内視鏡装置１０による観察を行う際には、制御部６０の制御のもとで、駆動電流生成部５０が駆動され配線ケーブル１３を介して走査部２１を構成する偏向磁場発生用コイル２７ａ〜２７ｄに電流が印加され、照明用光ファイバ１１の出口端部１１ａを振動させる。制御部６０は、駆動電流生成部５０による電流の印加とともに光源部３０からレーザ光を出射し、これを、照明用光ファイバ１１を介して被観察物１００に向けて出射する。照明用光ファイバ１１の出口端部１１ａの振動による出射方向の偏向により、レーザ光は被観察物１００上を順次走査する。

被観察物１００上へのレーザ光の照射により得られる、反射光、散乱光または被観察物１００から発生する光（検出光）は、検出用レンズにより集光され検出用光ファイババンドル１２に結合される。この検出光は、検出用光ファイババンドル１２により検出部４０に導かれ、検出部４０内で、ダイクロイックミラー４２ａ、４２ｂにより青色、緑色、赤色の各成分に分離され、光検出器４１Ｒ、４１Ｇ，４１Ｂにより所定の波長成分ごとに検出される。

制御部６０は、駆動電流生成部５０により印加する電流の波形および位相から走査経路上の走査位置の情報を算出するとともに、検出部４０から出力された電気信号から、当該走査位置における被観察物１００の画素データを得る。制御部６０は、走査位置と画素データの情報を順次記憶部（図示せず）に記憶し、走査終了後または走査中に補間処理等の必要な処理を行って被観察物１００の画像を生成し、表示部６１に表示する。

次に、駆動電流生成部５０により生成される電流の波形と、これによる被観察物１００上の走査線について説明する。第一の波形発生装置５１は、支持部１１ｂで支持された照明用光ファイバ１１の出口端部１１ａの共振周波数近傍の周波数に設定される第一の周波数を有する正弦波形を生成し、第一の電流増幅器５２で電流増幅し、第一の配線ケーブル１３ａにより挿入部２３先端に導電する。第二の波形発生装置５３は、第一の周波数と第二の周波数との二つの周波数成分を有する波形を生成し、第二の電流増幅器５４で電流増幅し、第二の配線ケーブル１３ｂにより挿入部２３の先端部２４に導電する。第二の周波数は照明用光ファイバ１１の先端の非共振周波数であり、ビデオレートでのラスター走査を実現するため、例えば１０から３０Ｈｚ、好ましくはおよそ１５Ｈｚの低周波である。

第一の配線ケーブル１３ａにより、第一の周波数を有する正弦波形電流が第一の偏向磁場発生用コイル２７ａと２７ｃとに印加され、第一軸偏向磁場を発生する。同様に、第二の配線ケーブル１３ｂにより第一の周波数と第二の周波数との二つの周波数成分を有する電流が第二の偏向磁場発生用コイル２７ｂと２７ｄとに印加され、第二軸偏向磁場を発生する。第一軸偏向磁場および第二軸偏向磁場と永久磁石２８とが相互作用し、各磁場強度の時間的変化に応じて照明用光ファイバ１１の先端が振動する。照明用光ファイバ１１の先端の振動に応じて、レーザ光は被観察物１００の表面を順次走査する。

図７は、偏向磁場発生用コイル２７ａ〜２７ｄに印加する電流の時間波形を示す図である。図７（ａ）は、第一の周波数を有する第一軸偏向磁場発生のための第一の偏向磁場発生用コイル２７ａ、２７ｃへの印加電流（第一の偏向磁場発生用電流）である。第一の周波数は光ファイバ共振周波数近傍の周波数であるため、一般的に数ｋＨｚの高周波となる。

図７（ｂ）は、第二の周波数を有する第二軸偏向磁場発生のための第二の偏向磁場発生用コイル２７ｂ、２７ｄへの印加電流（第二の電流成分）である。

図７（ｃ）は、図７（ｂ）に示された第二の周波数の印加電流に重畳される、第一の周波数を有する第二軸偏向磁場発生のための第二の偏向磁場発生用コイル２７ｂ、２７ｄへの印加電流（第一の電流成分）である。この電流は、第一軸方向の光ファイバの共振により惹起された第二軸方向の光ファイバの共振を打ち消す効果を持ち、振幅は図７（ｂ）に示した偏向磁場発生用コイル２７ｂ、２７ｄへの印加電流（第二の電流成分）に比べ小さく、走査線の楕円形状を抑制するための位相差を有する。

図７（ｄ）は、図７（ｂ）および図７（ｃ）に示したそれぞれの第二の偏向磁場発生用コイル２７ｂ、２７ｄへの印加電流の和（第二の偏向磁場発生用電流）を示したものであり、結果的に二つの周波数成分を有する電流を偏向磁場発生用コイル２７ｂ、２７ｄに印加する。

図７（ａ）の第一軸偏向磁場発生電流および図７（ｄ）の第二軸偏向磁場発生電流を印加することによる作用を以下に説明する。ω_１を第一の周波数（光ファイバ共振近傍周波数）、ｔを時間、Ｉ_１０を第一軸偏向磁場発生電流の振幅とするとき、第一軸偏向磁場発生電流Ｉ_１は、式（１）で表される。

第一の偏向磁場発生用コイル２７ａ，２７ｃに式（１）による電流が印加されると、レーザ光の走査位置に第一軸方向以外に第二軸方向の不所望な振動をも発生させる。第一軸方向の走査位置をＸ、第二軸方向の走査位置をＹとするとき、それぞれの走査位置は式（２）のようになる。

ここで、Ｘ_１０およびＹ_１０は、それぞれＸ，Ｙの振幅であり、φ_１１は、第一軸方向の振動と第二軸方向の振動との間で生じる位相差である。

この状態で、第二軸方向の走査のため、式（４）で表される第二の電流成分を印加すると、走査先に歪みや歪が残ってしまう。

ここで、ω_２は、第二の周波数（非共振周波数）であり、Ｉ_２０はＩ_２の振幅である。

位相差φ_１１は、第一軸偏向磁場発生電流Ｉ_１の大きさと、振動機構の形状および寸法と、第１の周波数ω_１とに依存して定まる。そこで、あらかじめ実測または計算により得たφ_１１について、式（５）で表される第二軸方向の振動を打ち消す方向の力を及ぼす第一の電流成分を、式（４）で表される第二の電流成分に付加して、第二軸方向の偏向磁場発生用コイル２７ｂ，２７ｄに印加することにより、上述の不所望な第二軸方向の振動を抑制することができる。

ここで、Ｉ_１１は、第一の電流成分の振幅である。

すなわち、第二軸偏向磁場発生電流Ｉ_２は、式（６）のような二周波電流となる。

第一の電流成分を第二軸偏向磁場発生電流Ｉ_２に付加したことによって、共振周波数による第二軸方向の振動を抑制することができる。その結果、図８に示すような、走査線の重複や走査線密度の疎密のない一様なラスター走査が可能になる。また、走査線が螺旋状ではなく、単純な第一軸方向および第二軸方向への往復になっているので、走査位置を制御部で特定することが容易かつ正確であり、得られる内視鏡画像の精度も向上する。また、第二軸方向の共振振動をリアルタイムに検出して、振動を抑制するための電流振幅Ｉ_１１や位相差φ_１１を算出して第二軸偏向磁場発生電流Ｉ２に付加する方式ではないので、迅速且つ効率的に第二軸方向の不所望な共振振動を抑制することができる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、第二の偏向磁場発生用コイル２７ｂ、２７ｄに印加する第二軸偏向磁場発生用電流に、第一軸偏向磁場発生用電流に対して予め測定または算出された所定の位相差を有する共振周波数近傍の電流を付加したので、フィードバック回路を必要としない簡単な構成で、走査線の不所望な重複や歪みの影響を素早く抑制し、共振周波数による安定した走査をすることができる。

（変形例）
なお、第１実施の形態において、図７（ｃ）に示した第一の電流成分は、正弦波としたが、この波形を三角波とするように第一の波形発生装置が生成する波形を三角波とすることもできる。図９は、第二軸偏向磁場発生用コイル２７ｂ、２７ｄへ印加する非共振周波数電流を三角波（実線）とし、比較のため拡大した図７（ｃ）の波形（破線）と重ねて表示したものである。このように三角波を用いても、第二軸方向の不所望な振動を抑制する効果が期待できる。また、図７（ｂ）に示した第二の電流成分を三角波とすることができる。この場合、電流の増減が一定なので、走査速度も一定的であり画像の生成がより容易になる。また、第二軸方向に代えてあるいは第二軸方向に加えて、第一軸方向の共振周波数の振動も、三角波とすることができる。さらに、第二の電流成分が正弦波形、三角波形の何れの場合であっても、第一の電流成分が三角波形であることによる上記作用効果は得られるので、ラスター走査を正弦波形で実行する場合（第１の実施の形態）および三角波形で行う場合の何れでもよい。

（第２実施の形態）
図１０は、第２実施の形態に係る光走査型内視鏡装置１０の光走査型内視鏡本体２０の先端部２４の断面図である。この光走査型内視鏡装置１０では、照明用光ファイバ１１の出口端部１１ａを駆動するために、永久磁石２８と角型チューブ２６および偏向磁場発生用コイルを用いた磁力による方法に代えて、ピエゾ素子７１（圧電素子）を用いるものである。ピエゾ素子７１は、光走査型内視鏡本体２０の先端部２４内に照明用光ファイバ１１を支持するとともに、照明用光ファイバ１１を、９０°異なる第一軸方向と第二軸方向とにそれぞれ独立して振動駆動できるように構成されている。

また、ピエゾ素子７１は、電圧により駆動されるため、本実施の形態では第１実施の形態の駆動電流生成部５０に代えて、図１１に示す駆動電圧生成部５５を備える。駆動電圧生成部５５は、第１実施の形態の駆動電流生成部５０の第一の電流増幅器５２および第二の電流増幅器５４に代えて、第一の電圧増幅器５６および第二の電圧増幅器５７を設けたものである。その他の構成は、第１実施の形態と同様であるので、同一または対応する構成要素、同一作用をなす構成要素には同一参照符号を付して説明を省略する。

本実施の形態は、第１実施の形態における照射用光ファイバの駆動手段をピエゾ素子７１を用いたものに変えたものであり、第１実施の形態の駆動電流生成部５０による電流の印加と同様に、駆動電圧生成部５５により駆動電圧を印加することにより、第１実施の形態と同様の効果が得られる。

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、幾多の変形または変更が可能である。たとえば、照明用光ファイバの振動の態様は、第１実施の形態のような直線的な振動に限られず、第３実施の形態のような曲線を含む種々の振動の態様が可能である。また、偏向磁場発生用コイルやピエゾ素子の共振周波数による振動駆動は、正弦波や三角波に限られず、他の波形による振動駆動であっても良い。さらに、振動駆動手段は、コイルおよ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。

１０ 光走査型内視鏡装置
２０ 光走査型内視鏡本体
１１ 照明用光ファイバ
１１ａ 出口端部
１１ｂ 支持部
１２ 検出用光ファイババンドル
１３ 配線ケーブル
２１ 走査部
２２ 操作部
２３ 挿入部
２４ 先端部
２５ａ、２５ｂ 投影用レンズ
２６ 角型チューブ
２７ａ〜２７ｄ 偏向磁場発生用コイル
２８ 永久磁石
３０ 光源部
３１Ｒ，３１Ｇ，３１Ｂ レーザ光源
３２ａ，３２ｂ ダイクロイックミラー
３４ レンズ
４０ 検出部
４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂ 光検出器
４２ａ，４２ｂ ダイクロイックミラー
４３ レンズ
５０ 駆動電流生成部
５１ 第一の波形発生装置
５２ 第一の電流増幅器
５３ 第二の波形発生装置
５４ 第二の電流増幅器
５５ 駆動電圧生成部
５６ 第一の電圧増幅器
５７ 第二の電圧増幅器
６０ 制御部
６１ 表示部
６２ 入力部
７１ ピエゾ素子
１００ 被観察物

Claims (7)

1. 光ファイバの出口端部を振動駆動することにより偏向させ、光源からの光を被観察物上で二次元走査する光走査型観察装置であって、
   前記光ファイバの前記出口端部を、第一の周波数を有する第一の駆動信号により第一の態様で略共振駆動する第一の振動駆動手段と
   前記光ファイバの前記出口端部を、前記第一の周波数を含む少なくとも二つの周波数成分を有する第二の駆動信号により、前記第一の態様と異なる第二の態様で振動駆動する第二振動駆動手段と、
   前記光ファイバからの光の走査により、前記被観察物と相互作用した光または前記被観察物から発した光を検出する信号検出手段と
   を備え、
   前記第二の駆動信号の前記第一の周波数成分は、前記第一の駆動信号に対し予め定められた位相差を有し、前記第一の振動駆動手段による前記光ファイバの振動により生じる、前記第二の態様の前記第一の周波数の振動を低減することを特徴とする光走査型観察装置。
2. 前記第一の態様は、前記光ファイバの前記出口端部を第一の方向に振動駆動するものであり、前記第二の態様は、前記光ファイバの前記出口端部を前記第一の方向と異なる第二の方向に振動駆動するもの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装置。
3. 前記光ファイバに結合された磁性体を備え、
   前記第一の振動駆動手段は、前記磁性体に対して前記第一の方向の磁力を及ぼす第一の偏向磁場発生用コイル、及び、該第一の偏向磁場発生用コイルに、前記第一の周波数を有する第一の偏向磁場発生用電流を、前記第一の駆動信号として供給する第一の電流供給手段を含み、
   前記第二の振動駆動手段は、前記磁性体に対して前記第二の方向の磁力を及ぼす第二の偏向磁場発生用コイル、及び、該第二の偏向磁場発生用コイルに、前記第一の周波数を有する第一の電流成分と第二の周波数を有する第二の電流成分とを含む第二の偏向磁場発生用電流を、前記第二の駆動信号として供給する第二の電流供給手段を含む
   ことを特徴とする請求項２に記載の光走査型観察装置。
4. 前記第二の偏向磁場発生用電流の前記第一の電流成分の振幅及び位相は、前記第一の電流供給手段により供給される前記第一の偏向磁場発生用電流に応じて定められることを特徴とする請求項３に記載の光走査型観察装置。
5. 前記第二の電流供給手段は、三角波の波形を有する前記第一の電流成分を含む前記第二の偏向磁場発生用電流を供給する請求項３または４に記載の光走査型観察装置。
6. 前記第一の方向と前記第二の方向とは略直交することを特徴とする請求項２から５の何れか一項に記載の光走査型観察装置。
7. 前記第一の振動駆動手段および前記第二の振動駆動手段は、圧電素子と該圧電素子を駆動する駆動電圧生成部とを備えることを特徴とする請求項１または２に記載の光走査型観察装置。