JP2014145941A - 光走査型内視鏡 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光走査型内視鏡は、固定部および揺動部を有し、揺動部の先端からレーザ光を観察対象物に照射するファイバと、ファイバの揺動部を振動駆動するための駆動部と、観察対象物からレーザ光の照射により得られる光を検出する検出部とを備える。駆動部は、ファイバの揺動部を駆動周波数で振動させるとともに、ファイバの振動の振幅を実質的にゼロと所定の最大値との間で変調周波数により変動させる。駆動周波数は、高周波数側準共振周波数(fqh)に変調周波数を加えた周波数よりも高く所定の上限周波数(fmax)よりも低い周波数、または、低周波数側準共振周波数(fql)から変調周波数を引いた周波数よりも低く所定の下限周波数(fmin)よりも高い周波数とする。
【選択図】図10
Description
固定部および該固定部に対して揺動可能な揺動部を有し、該揺動部の先端からレーザ光を観察対象物に照射するファイバと、
前記ファイバの前記揺動部を振動駆動するための駆動部と、
前記観察対象物から前記レーザ光の照射により得られる光を検出し電気信号に変換する検出部と、を備え、
前記駆動部は、前記ファイバの前記揺動部を異なる2軸方向に実質的に等しい駆動周波数で振動させるとともに、該ファイバの振動の振幅を実質的にゼロと所定の最大値との間で変調周波数により変動させ、前記駆動周波数は、
上限周波数≧駆動周波数≧高周波数側準共振周波数+変調周波数
または
下限周波数≦駆動周波数≦低周波数側準共振周波数−変調周波数
であることを特徴とするものである。
ここで、前記上限周波数および前記下限周波数は、それぞれ、共振周波数の高周波数側および低周波数側で、前記駆動部の前記駆動による前記ファイバの振動の振幅が、前記共振周波数で駆動した場合の10分の1となるときの周波数である。
駆動周波数=高周波数側準共振周波数+変調周波数
または
駆動周波数=低周波数側準共振周波数−変調周波数
であることが好ましい。
前記高周波数側準共振周波数における前記振幅が、前記低周波数側準共振周波数における前記振幅よりも大きいときは前記駆動周波数を、
上限周波数≧駆動周波数≧高周波数側準共振周波数+変調周波数
とし、
前記低周波数側準共振周波数における前記振幅が、前記高周波数側準共振周波数における前記振幅よりも大きいときは前記駆動周波数を、
下限周波数≦駆動周波数≦低周波数側準共振周波数−変調周波数
とするとさらに好ましい
上限周波数≧駆動周波数≧高周波数側準共振周波数+変調周波数
または
下限周波数≦駆動周波数≦低周波数側準共振周波数−変調周波数
としたので、観察対象物の走査を行う場合の走査軌跡が安定し、観察対象物の走査中心部からもレーザ光の照射により信号を検出し観察することが可能となる。
図1は、第1実施の形態に係る光走査型内視鏡の概略構成を示すブロック図である。光走査型内視鏡10は、光走査型内視鏡本体20と、光源部30と、検出部40と、駆動制御部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複数の検出用光ファイバ12により光学的に接続されている。なお、光源部30、検出部40、駆動制御部50および制御部60は、同一の筐体内に収納されていても良く、また、別々の筐体に収納されていても良い。
x=sin(ωmt)・sin(ωxt)
y=sin(ωmt)・sin(ωyt+90°)
ここで、ωxとωyと(ωx=ωy)は駆動角周波数であり、ωmは振幅変調の変調角周波数である。図7の(a)はx方向の振動の時間変化を、(b)はx方向に直交するy方向の振動の時間変化を示す図であり、(c)はx方向およびy方向の振動を合成して得られるxy平面内での目的とするレーザ光の走査軌跡を説明する図である。図7(c)の走査軌跡は、振幅変調の半周期分に相当する。図7(c)に示すように、レーザ光の走査軌跡は螺旋状となる。このように、ファイバの前記揺動部を直交する2軸方向に90°の位相差で振動させることで、回転対称に近い(外周が円形に近い)走査軌跡が得られる。
駆動周波数≧高周波数側準共振周波数+変調周波数
または
駆動周波数≦低周波数側準共振周波数−変調周波数
とすれば、側帯波も含めて周波数スペクトルが高周波数側および低周波数側の準共振周波数(fqh,fql)の間の共振周波数近傍の不安定領域には無いので、スパイラル走査の走査軌跡が安定する。
上限周波数≧駆動周波数≧高周波数側準共振周波数+変調周波数
または
下限周波数≦駆動周波数≦低周波数側準共振周波数−変調周波数
とすることが好ましい。ここで、上限周波数および下限周波数は、それぞれ、共振周波数の高周波数側および低周波数側で、駆動部70の駆動によるファイバの振動の振幅が、共振周波数で駆動した場合の10分の1となるときの周波数(fmax,fmin)である。
駆動周波数=高周波数側準共振周波数+変調周波数
または
駆動周波数=低周波数側準共振周波数−変調周波数
とするのが好ましい。
駆動周波数=低周波数側準共振周波数−変調周波数
とすると、位相曲線の湾曲が小さくなると共に、走査軌跡の振幅の最小値が実質的にゼロとなった。
駆動周波数=高周波数側準共振周波数+変調周波数
を満たす駆動周波数で駆動すれば、スパイラル走査によって、走査中心まで観察対象物100の走査が可能になる。
上限周波数≧駆動周波数≧高周波数側準共振周波数+変調周波数
または
下限周波数≦駆動周波数≦低周波数側準共振周波数−変調周波数
とすることによって、光源部30から出射されたレーザ光が、観察対象物100上の所定の領域について、変調周波数により所定の領域全体をらせん状に繰り返し走査することができる。その結果、レーザ光の照射により、観察対象物100から得られる反射光、散乱光または蛍光等は、検出用光ファイバ12を介して検出部40で検出され、制御部60により、中心部に抜けのない画像を、変調周波数の周期で繰り返し生成し表示部61に出力することができる。
上限周波数≧駆動周波数≧高周波数側準共振周波数+変調周波数
とし、低周波数側準共振周波数における振幅が、高周波数側準共振周波数における振幅よりも大きいときは駆動周波数を、
下限周波数≦駆動周波数≦低周波数側準共振周波数−変調周波数
とすることができる。これにより、より大きい照明用光ファイバ11の先端部11cの振幅が得られる方の駆動周波数の範囲に属する駆動周波数により、照明用光ファイバ11の揺動部11bを振動駆動することができ、より高いエネルギ効率で照明用光ファイバ11を駆動することが可能になる。
図15は、第2実施の形態に係る走査型内視鏡の先端部24を拡大して示す図である。本実施の形態は、第1実施の形態に係る走査型内視鏡において、駆動部を永久磁石と電磁コイルを用いたものに代えて、圧電素子を用いたものである。また、図16(a)は、図15の先端部24の圧電素子82a〜82dを含む振動駆動機構および照明用光ファイバ11の揺動部11bを示す側面図であり、図16(b)は図16(a)のA−A断面図である。
上限周波数≧駆動周波数≧高周波数側準共振周波数+変調周波数
または
下限周波数≦駆動周波数≦低周波数側準共振周波数−変調周波数
とすることにより、観察対象物100の走査を行う場合の走査軌跡が安定し、観察対象物の走査中心部からもレーザ光の照射により信号の検出が可能となる。
11 照明用光ファイバ
11a 固定部
11b 揺動部
11c 先端部
12 検出用光ファイバ
13 配線ケーブル
20 光走査型内視鏡本体
22 操作部
23 挿入部
24 先端部
25 投影用レンズ
26 取付環
27 鉗子穴
30 光源部
31R,31G,31B レーザ光源
32a,32b ダイクロイックミラー
33 AOM(音響光学モジュレータ)
34 レンズ
40 検出部
41R,41G,41B 受光器
42a,42b ダイクロイックミラー
43 レンズ
50 駆動制御部
60 制御部
61 表示部
62 入力部
70 駆動部
71 角型チューブ
72a〜72h 電磁コイル
73 永久磁石
80 駆動部
81 アクチュエータ管
82a〜82d 圧電素子
83 ファイバ保持部材
100 観察対象物
Claims (4)
- 固定部および該固定部に対して揺動可能な揺動部を有し、該揺動部の先端からレーザ光を観察対象物に照射するファイバと、
前記ファイバの前記揺動部を振動駆動するための駆動部と、
前記観察対象物から前記レーザ光の照射により得られる光を検出し電気信号に変換する検出部と、を備え、
前記駆動部は、前記ファイバの前記揺動部を異なる2軸方向に実質的に等しい駆動周波数で振動させるとともに、該ファイバの振動の振幅を実質的にゼロと所定の最大値との間で変調周波数により変動させ、前記駆動周波数は、
上限周波数≧駆動周波数≧高周波数側準共振周波数+変調周波数
または
下限周波数≦駆動周波数≦低周波数側準共振周波数−変調周波数
であることを特徴とする光走査型内視鏡。
ここで、前記上限周波数および前記下限周波数は、それぞれ、共振周波数の高周波数側および低周波数側で、前記駆動部の前記駆動による前記ファイバの振動の振幅が、前記共振周波数で駆動した場合の10分の1となるときの周波数である。 - 前記駆動周波数は、
駆動周波数=高周波数側準共振周波数+変調周波数
または
駆動周波数=低周波数側準共振周波数−変調周波数
であることを特徴とする請求項1に記載の光走査型内視鏡。 - 前記駆動部は、前記ファイバの前記揺動部を互いに直交する2軸方向に約90°の位相差で振動させることを特徴とする請求項1または2に記載の光走査型内視鏡。
- 前記駆動部の前記駆動周波数を変化させたとき、該駆動周波数に対する前記揺動部の振幅が、共振周波数を中心に非対称性を示す場合、
高周波数側準共振周波数における前記振幅が、低周波数側共振周波数における前記振幅よりも大きいときは前記駆動周波数を、
上限周波数≧駆動周波数≧高周波数側準共振周波数+変調周波数
とし、
低周波数側準共振周波数における前記振幅が、高周波数側共振周波数における前記振幅よりも大きいときは前記駆動周波数を、
下限周波数≦駆動周波数≦低周波数側準共振周波数−変調周波数
とすることを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載の光走査型内視鏡。
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