JP6081679B1 - 光走査型観察システム - Google Patents
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Abstract
光走査型観察システムは、照明光を伝送して被写体へ出射する光ファイバと、第1の方向に設定された振動軸方向に応じて振動する第1のアクチュエータと、第2の方向に設定された振動軸方向に応じて振動する第2のアクチュエータと、第1のアクチュエータの振動に応じて発生する振動成分と、第2のアクチュエータの振動に応じて発生する振動成分と、に基づき、被写体を所定の走査経路で走査する際に第1のアクチュエータに供給される第1の駆動信号と、被写体を所定の走査経路で走査する際に第2のアクチュエータに供給される第2の駆動信号と、を生成して出力する走査駆動部と、を有する。
Description
本発明は、光走査型観察システムに関し、特に、被写体を走査して画像を取得するために用いられる光走査型観察システムに関するものである。
医療分野の内視鏡においては、被検者の負担を軽減するために、当該被検者の体腔内に挿入される挿入部を細径化するための種々の技術が提案されている。そして、このような技術の一例として、前述の挿入部に相当する部分に固体撮像素子を有しない走査型内視鏡が知られている。そして、例えば、日本国特開2013−244045号公報には、前述のような構成を有する走査型内視鏡が開示されている。
具体的には、日本国特開2013−244045号公報には、光源ユニットから出射される光を導光する照明ファイバの先端を揺動して被写体を走査するように構成された走査型内視鏡であって、挿入部の挿入軸に対して左右方向に相当する振動軸方向に沿って振動することにより当該照明ファイバの先端を揺動させるための第1の駆動部と、当該挿入軸に対して上下方向に相当する振動軸方向に沿って振動することにより当該照明ファイバの先端を揺動させるための第2の駆動部と、が設けられたアクチュエータを有するものが開示されている。
ここで、日本国特開2013−244045号公報に開示されたアクチュエータのような、直線振動の振動軸方向が相互に直交する2つの方向に設定されたアクチュエータを有する走査型内視鏡によれば、例えば、アクチュエータの製造時の製造誤差により、当該振動軸方向以外の他の方向の振動が発生し、被写体を実際に走査する際の走査経路が本来意図した走査経路から外れるため、当該被写体の走査に係る走査精度が低下してしまう、という問題点が存在している。
しかし、日本国特開2013−244045号公報には、前述の問題点を解消可能な手法等について特に言及されていない。そのため、日本国特開2013−244045号公報に開示された走査型内視鏡の構成によれば、アクチュエータの製造時の製造ばらつきに応じて発生する走査精度のばらつきが大きくなり易くなってしまう、という前述の問題点に応じた課題が生じている。
本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであり、走査型内視鏡の製造ばらつきに応じて発生する走査精度のばらつきを極力抑制することが可能な光走査型観察システムを提供することを目的としている。
本発明の一態様の光走査型観察システムは、光源部から供給される照明光を伝送し、当該伝送した照明光を出射端部から被写体へ出射するように構成された光ファイバと、第1の駆動信号が入力されるとともに、入力された前記第1の駆動信号に応じて第1の方向に設定された振動軸方向に振動することにより、前記出射端部を揺動させることが可能な第1のアクチュエータと、第2の駆動信号が入力されるとともに、入力された前記第2の駆動信号に応じて前記第1の方向に直交するまたは略直交する第2の方向に設定された振動軸方向に振動することにより、前記出射端部を揺動させることが可能な第2のアクチュエータと、前記第1のアクチュエータの振動に応じて発生する前記第1の方向の振動成分の大きさ及び前記第1の方向以外の方向の振動成分の大きさと、前記第2のアクチュエータの振動に応じて発生する前記第2の方向の振動成分の大きさ及び前記第2の方向以外の方向の振動成分の大きさと、に基づき、前記被写体を所定の走査経路で走査する際に前記第1のアクチュエータに供給される第1の駆動信号と、前記被写体を前記所定の走査経路で走査する際に前記第2のアクチュエータに供給される第2の駆動信号と、を生成して出力するように構成された走査駆動部と、を有する。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明を行う。
(第1の実施例)
図1から図10は、本発明の第1の実施例に係るものである。図1は、実施例に係る光走査型観察システムの要部の構成を示す図である。
図1から図10は、本発明の第1の実施例に係るものである。図1は、実施例に係る光走査型観察システムの要部の構成を示す図である。
光走査型観察システム1は、例えば、図1に示すように、光源部2と、光ファイバ3と、走査型内視鏡4と、アクチュエータ部5と、走査駆動部6と、光ファイババンドル7と、光検出部8と、画像生成部9と、表示装置10と、制御部11と、を有して構成されている。
光源部2は、被写体を照明するための照明光を生成して光ファイバ3へ供給することができるように構成されている。また、光源部2は、制御部11の制御に基づいてオンまたはオフすることにより、光ファイバ3への照明光の供給を実施または停止するように構成されている。具体的には、光源部2は、例えば、制御部11の制御に応じて発光状態(オン状態)または消光状態(オフ状態)に切替可能な赤色(R)光用レーザ光源、緑色(G)光用レーザ光源、及び、青色(B)光用レーザ光源を具備するとともに、少なくとも1つの色の光を照明光として光ファイバ3に供給することができるように構成されている。
光ファイバ3は、例えば、シングルモードファイバ等により構成されている。光ファイバ3の光入射面を含む入射端部は、光源部2に接続されている。また、光ファイバ3の光出射面を含む出射端部は、走査型内視鏡4の先端部に配置されている。すなわち、光ファイバ3は、光源部2から供給される照明光を伝送し、当該伝送した照明光を出射端部から被写体へ出射することができるように構成されている。
走査型内視鏡4は、被検者の体腔内に挿入可能な細長形状を具備し、光源部2から供給される照明光により当該体腔内に存在する被写体を走査することができるように構成されている。
走査型内視鏡4の内部には、光ファイバ3と、光ファイババンドル7と、がそれぞれ挿通されている。また、走査型内視鏡4の内部には、走査駆動部6から供給される駆動信号に応じて光ファイバ3の出射端部を揺動するように構成されたアクチュエータ部5と、渦巻状の走査経路に沿って被写体を走査するための信号波形を示す情報、及び、走査型内視鏡4の機械的共振周波数を示す情報(後述)が少なくとも格納されているメモリ16と、が設けられている。
光ファイバ3及びアクチュエータ部5は、走査型内視鏡4の長手軸方向に垂直な断面において、例えば、図2に示す位置関係を具備するようにそれぞれ配置されている。図2は、第1の実施例に係るアクチュエータ部の構成の一例を説明するための図である。
光ファイバ3とアクチュエータ部5との間には、図2に示すように、光ファイバ3の出射端部が貫通配置されるとともに、アクチュエータ部5が外表面上に配設された接合部材としてのフェルール41が配置されている。具体的には、フェルール41は、例えば、ジルコニア(セラミック)またはニッケル等により形成されている。
フェルール41は、図2に示すように、走査型内視鏡4の長手軸方向に垂直な断面が光ファイバ3の中心軸を中心とする正方形になるように形成された四角柱形状を具備し、当該長手軸方向に直交するX軸方向に対して垂直な側面42a及び42cと、当該長手軸方向及び当該X軸方向にそれぞれ直交するY軸方向に対して垂直な側面42b及び42dとを有している。
アクチュエータ部5は、走査駆動部6から供給される駆動信号に応じて光ファイバ3の出射端部を揺動することにより、当該出射端部を経て被写体へ出射される照明光の照射位置を所定の走査経路に沿って変位させることができるように構成されている。また、アクチュエータ部5は、例えば、図2に示すように、側面42aに沿って配置された圧電素子5aと、側面42bに沿って配置された圧電素子5bと、側面42cに沿って配置された圧電素子5cと、側面42dに沿って配置された圧電素子5dと、を有して構成されている。
圧電素子5a〜5dは、例えば、相互に同一の長さ、幅及び厚さを具備する直方体形状に形成されている。また、圧電素子5a〜5dは、例えば、走査駆動部6から供給される駆動信号に応じ、走査型内視鏡4の長手軸に対して平行な方向にそれぞれ伸縮するように構成されている。
圧電素子5a及び5cは、直線振動の振動軸方向がX軸方向に相当する左右方向に設定されているとともに、走査駆動部6から供給される駆動信号に応じて振動することにより(相反する伸縮状態を維持しながら繰り返し伸縮することにより)、光ファイバ3の出射端部を揺動させることが可能な第1のアクチュエータとしての機能を具備して構成されている。
圧電素子5b及び5dは、直線振動の振動軸方向がY軸方向に相当する上下方向に設定されているとともに、走査駆動部6から供給される駆動信号に応じて振動することにより(相反する伸縮状態を維持しながら繰り返し伸縮することにより)、光ファイバ3の出射端部を揺動させることが可能な第2のアクチュエータとしての機能を具備して構成されている。
すなわち、以上に述べたような構成を具備するアクチュエータ部5によれば、直線振動の振動軸方向が相互に直交するまたは略直交する2つの方向に設定されている。
走査駆動部6は、例えば、アンプ及び信号発生器等を有する駆動回路により構成されている。また、走査駆動部6は、制御部11の制御に基づき、圧電素子5a及び5cを具備する第1のアクチュエータと、圧電素子5b及び5dを具備する第2のアクチュエータと、をそれぞれ振動させるための駆動信号を生成し、当該生成した駆動信号をアクチュエータ部5に供給するように構成されている。
光ファイババンドル7は、例えば、複数の光ファイバを束ねて構成されている。光ファイババンドル7の入射端部は、走査型内視鏡4の先端部に配置されている。また、光ファイババンドル7の光出射面を含む出射端部は、光検出部8に接続されている。すなわち、光ファイババンドル7は、走査型内視鏡4の先端部において被写体からの戻り光(反射光)を受光するとともに、当該受光した戻り光を光検出部8へ伝送することができるように構成されている。
光検出部8は、例えば、光検出素子及びA/D変換器等を具備して構成されている。また、光検出部8は、光ファイババンドル7の出射端部を経て入射される戻り光を検出し、当該検出した戻り光の光量に応じた電気信号を生成し、当該生成した電気信号をデジタル信号に変換して順次出力するように構成されている。
画像生成部9は、例えば、画像処理回路等を具備して構成されている。また、画像生成部9は、制御部11の制御に基づき、例えば、第1の渦巻状の走査経路(後述)及び第2の渦巻状の走査経路(後述)のうちの一方の走査経路で被写体を走査している期間中に光検出部8から出力されるデジタル信号に応じた輝度値を画素情報としてマッピングするマッピング処理等を行うことにより1フレーム分の観察画像を生成し、当該生成した観察画像を表示装置10へ出力するように構成されている。
表示装置10は、例えば、液晶ディスプレイ等により構成されている。また、表示装置10は、画像生成部9から出力される観察画像等を表示することができるように構成されている。
制御部11は、例えば、演算回路及び制御回路等を含む集積回路を具備し、光源部2、走査駆動部6及び画像生成部9のそれぞれに対して制御を行うように構成されている。
制御部11は、例えば、光走査型観察システムの電源が投入された際に、メモリ16に格納されている情報を読み込むように構成されている。また、制御部11は、メモリ16から読み込んだ情報に基づき、例えば、R光、G光及びB光を時分割で被写体に照射しつつ、渦巻状の走査経路で当該被写体を走査するための制御を行うように構成されている。
具体的には、制御部11は、例えば、図3の破線で示すような第1の信号波形と、図3の一点鎖線で示すような第2の信号波形と、がメモリ16に格納されている場合において、当該第1の信号波形を具備する駆動信号DSXと、当該第2の信号波形を具備する駆動信号DSYと、を生成させるための制御を走査駆動部6に対して行うとともに、R光、G光及びB光をこの順番で繰り返し光ファイバ3に供給させるための制御を光源部2に対して行う。また、走査駆動部6は、制御部11の制御に基づいて生成した駆動信号DSXをアクチュエータ部5の圧電素子5a及び5cに供給するとともに、制御部11の制御に基づいて生成した駆動信号DSYをアクチュエータ部5の圧電素子5b及び5dに供給する。なお、図3の破線で示した第1の信号波形は、例えば、所定の変調を正弦波に施して得られる波形である。また、図3の一点鎖線で示した第2の信号波形は、例えば、前述の第1の信号波形の位相を90°ずらして得られる波形である。図3は、走査型内視鏡のアクチュエータ部に供給される駆動信号の信号波形の一例を示す図である。
そして、以上に述べたような制御及び動作が行われることにより、光ファイバ3の出射端部が渦巻状に揺動されるとともに、図4及び図5に示すような渦巻状の走査経路に沿って被写体の表面が走査される。図4は、中心点Aから最外点Bに至るまでの照明光の照射位置の時間的な変位を説明するための図である。図5は、最外点Bから中心点Aに至るまでの照明光の照射位置の時間的な変位を説明するための図である。
具体的には、まず、時刻T1においては、被写体の表面における照明光の照射位置の中心点Aに相当する位置に照明光が照射される。その後、駆動信号DSX及びDSYの振幅(信号レベル)が時刻T1から時刻T2にかけて増加するに伴い、被写体の表面における照明光の照射位置が、中心点Aを起点として外側へ向かう第1の渦巻状の走査経路に沿って変位し、さらに、時刻T2に達すると、被写体の表面における照明光の照射位置の最外点Bに照明光が照射される。そして、駆動信号DSX及びDSYの振幅(信号レベル)が時刻T2から時刻T3にかけて減少するに伴い、被写体の表面における照明光の照射位置が、最外点Bを起点として内側へ向かう第2の渦巻状の走査経路に沿って変位し、さらに、時刻T3に達すると、被写体の表面における中心点Aに照明光が照射される。
制御部11は、メモリ16から読み込んだ情報に基づき、例えば、第1の渦巻状の走査経路及び第2の渦巻状の走査経路のうちの一方の走査経路で被写体を走査している期間中に光検出部8から出力されるデジタル信号を用いて1フレーム分の画像を生成させるとともに、当該一方の走査経路とは異なる他方の走査経路で当該被写体を走査している期間中に光検出部8から出力されるデジタル信号を用いた画像を生成させないようにするための制御を画像生成部9に対して行うように構成されている。
制御部11は、例えば、キーボード等の入力装置に設けられたキャリブレーションスイッチ(不図示)が押下されたことを検知した際に、メモリ16から読み込んだ情報と、光照射位置検出装置101から出力される出力信号と、に基づき、走査型内視鏡4の較正に係る動作を行うように構成されている。
光照射位置検出装置101は、位置検出素子(PSD:Position Sensitive Detector)等を具備して構成されている。また、光照射位置検出装置101は、例えば、走査型内視鏡4から出射される照明光を受光面で受光した際に、当該照明光を受光した受光位置に応じて異なる電圧を発生するとともに、当該発生した電圧の大きさに相当する電圧値を振幅とする出力信号を生成して出力するように構成されている。すなわち、光照射位置検出装置101は、走査型内視鏡4から出射される照明光を受光面で受光した際に、当該受光面における当該照明光の受光位置を示す出力信号を出力するように構成されている。
続いて、以上に述べたような構成を具備する光走査型観察システム1の動作等について説明する。
作業者は、光走査型観察システム1の各部を接続して電源を投入した後、走査型内視鏡4の先端部を光照射位置検出装置101の受光面に対向する位置に配置した状態において、キャリブレーションスイッチを押下することにより、走査型内視鏡4の較正に係る動作を実施させるための指示を行う。なお、以降においては、光ファイバ3の静止時に照射される照明光の照射位置が光照射位置検出装置101の受光面の中心に一致するような配置状態でキャリブレーションスイッチが押下された場合を例に挙げて説明を行う。
制御部11は、光走査型観察システム1の電源が投入された際に、メモリ16に格納されている情報を読み込み、さらに、当該読み込んだ情報に基づき、圧電素子5a及び5cの振動による機械的共振周波数frxと、圧電素子5b及び5dの振動による機械的共振周波数frxと、をそれぞれ特定する。
なお、機械的共振周波数frxは、例えば、圧電素子5a及び5cが振動した際に、フェルール41の先端から突出した光ファイバ3の出射端部のX軸方向の振幅が最大になるような周波数として走査型内視鏡4毎に取得されるパラメータである。また、機械的共振周波数fryは、例えば、圧電素子5b及び5dが振動した際に、フェルール41の先端から突出した光ファイバ3の出射端部のY軸方向の振幅が最大になるような周波数として走査型内視鏡4毎に取得されるパラメータである。すなわち、メモリ16には、走査型内視鏡4の機械的共振周波数を示す情報として、例えば、機械的共振周波数frx及びfryの値をそれぞれ特定可能な情報が格納されている。
一方、制御部11は、例えば、キャリブレーションスイッチが押下されたことを検知した直後に、所定の照明光を光ファイバ3に供給させるための制御を光源部2に対して行うとともに、機械的共振周波数frxを有する正弦波の駆動信号CSXをアクチュエータ部5の圧電素子5a及び5cに一定時間供給させるための制御を走査駆動部6に対して行う。そして、このような制御部11の制御に応じ、走査型内視鏡4から出射された照明光が光照射位置検出装置101の受光面で受光されるとともに、当該受光面における当該照明光の受光位置を示す出力信号が光照射位置検出装置101から順次出力される。また、制御部11は、光照射位置検出装置101から順次出力される出力信号に基づき、圧電素子5a及び5cの振動により揺動された光ファイバ3の出射端部の軌跡を、圧電素子5a及び5cに対する駆動信号CSXの供給に応じた照明光の照射位置の時間的な変位として検出する。
また、制御部11は、例えば、圧電素子5a及び5cに対する駆動信号CSXの供給を開始してから一定時間が経過した後に、機械的共振周波数fryを有する正弦波の駆動信号CSYをアクチュエータ部5の圧電素子5b及び5dに一定時間供給させるための制御を走査駆動部6に対して行う。そして、このような制御部11の制御に応じ、走査型内視鏡4から出射された照明光が光照射位置検出装置101の受光面で受光されるとともに、当該受光面における当該照明光の受光位置を示す出力信号が光照射位置検出装置101から順次出力される。また、制御部11は、光照射位置検出装置101から順次出力される出力信号に基づき、圧電素子5b及び5dの振動により揺動された光ファイバ3の出射端部の軌跡を、圧電素子5b及び5dに対する駆動信号CSYの供給に応じた照明光の照射位置の時間的な変位として検出する。
ここで、例えば、圧電素子5a及び5cの中心同士を結ぶ線分が図2のX軸に沿うように配置された理想的な配置状態においては、駆動信号CSXの供給に応じて走査型内視鏡4から出射される照明光の照射位置の時間的な変位が、図6の実線で示すような、X軸上の所定の範囲内を往復する直線状の走査軌跡LXとして検出される。また、例えば、圧電素子5b及び5dの中心同士を結ぶ線分が図2のY軸に沿うように配置された理想的な配置状態においては、駆動信号CSYの供給に応じて走査型内視鏡4から出射される照明光の照射位置の時間的な変位が、図7の実線で示すような、Y軸上の所定の範囲内を往復する直線状の走査軌跡LYとして検出される。図6は、第1のアクチュエータに対する駆動信号CSXの供給に応じて検出される照明光の照射位置の時間的な変位を説明するための図である。図7は、第2のアクチュエータに対する駆動信号CSYの供給に応じて検出される照明光の照射位置の時間的な変位を説明するための図である。
しかし、アクチュエータ部5の実際の製造工程においては、前述のような理想的な配置状態で圧電素子5a〜5dを配置することが非常に困難であるとともに、圧電素子5a〜5dの配置位置のずれによる製造誤差が発生しやすい。そのため、圧電素子5a及び5cの実際の配置状態においては、前述の製造誤差に応じて発生するX軸方向以外の他の方向の振動により、駆動信号CSXの供給に応じて走査型内視鏡4から出射される照明光の照射位置の時間的な変位が、例えば、図6の一点鎖線で示すような、X軸方向に長軸を有しかつY軸方向に短軸を有する楕円状の走査軌跡EXとして検出される。また、圧電素子5b及び5dの実際の配置状態においては、前述の製造誤差に応じて発生するY軸方向以外の他の方向の振動により、駆動信号CSYの供給に応じて走査型内視鏡4から出射される照明光の照射位置の時間的な変位が、例えば、図7の一点鎖線で示すような、Y軸方向に長軸を有しかつX軸方向に短軸を有する楕円状の走査軌跡EYとして検出される。
すなわち、楕円状の走査軌跡EX及びEYの検出結果は、圧電素子5a〜5dの配置位置のずれにより発生するアクチュエータ部5の製造誤差の大きさを表す指標として扱うことができる。そこで、本実施例においては、楕円状の走査軌跡EX及びEYの検出結果に基づき、アクチュエータ部5に供給される駆動信号DSX及び駆動信号DSYのうちの少なくとも一方の振幅の調整に用いる調整係数を算出するための処理を行うことにより、前述の製造誤差が比較的大きい場合であっても、渦巻状の走査経路で被写体を走査する際の走査経路を本来意図した(図4及び図5に例示した)走査経路から極力外れないようにしている。このような調整係数の算出に係る処理の具体例について、以下に説明する。
制御部11は、楕円状の走査軌跡EX及びEYの検出結果に基づき、例えば、当該楕円状の走査軌跡EX及びEYが相互に同じ回転方向であることを検出した際に、楕円状の走査軌跡EXにおける長軸及び短軸の長さと、楕円状の走査軌跡EYにおける長軸及び短軸の長さと、をそれぞれ算出する。
すなわち、制御部11は、楕円状の走査軌跡EXの長軸の長さを圧電素子5a及び5cの直線振動の振動軸方向として設定された左右方向の振動成分の大きさとして検出し、楕円状の走査軌跡EXの短軸の長さを当該左右方向以外の方向の振動成分の大きさとして検出するようにしている。また、制御部11は、楕円状の走査軌跡EYの長軸の長さを圧電素子5b及び5dの直線振動の振動軸方向として設定された上下方向の振動成分の大きさとして検出し、楕円状の走査軌跡EYの短軸の長さを当該上下方向以外の方向の振動成分の大きさとして検出するようにしている。
制御部11は、楕円状の走査軌跡EXにおける長軸及び短軸の長さを用いて扁平率EXFを算出し、楕円状の走査軌跡EYにおける長軸及び短軸の長さを用いて扁平率EYFを算出する。その後、制御部11は、前述のように算出した扁平率EXF及びEYFに基づき、駆動信号DSX及び駆動信号DSYのうちの少なくとも一方の振幅の調整に用いる調整係数を算出するための処理を行うとともに、当該算出した調整係数を走査型内視鏡4の較正用の情報としてメモリ16に格納することにより、走査型内視鏡4の較正に係る動作を完了する。
具体的には、制御部11は、扁平率EYFを扁平率EXFで除することにより得られる比の値(=EYF/EXF)を、駆動信号DSXの振幅の調整に用いる調整係数ACXとして算出するとともに、当該算出した調整係数ACXを走査型内視鏡4の較正用の情報としてメモリ16に格納することにより、走査型内視鏡4の較正に係る動作を完了する。
または、制御部11は、扁平率EXFを扁平率EYFで除することにより得られる比の値(=EXF/EYF)を、駆動信号DSYの振幅の調整に用いる調整係数ACYとして算出するとともに、当該算出した調整係数ACYを走査型内視鏡4の較正用の情報としてメモリ16に格納することにより、走査型内視鏡4の較正に係る動作を完了する。
そして、制御部11は、光走査型観察システム1の電源の投入時にメモリ16から読み込んだ情報の中に調整係数ACXが含まれていることを検出した場合には、渦巻状の走査経路で被写体を走査する際に、駆動信号DSX及び駆動信号DSYを生成させるための制御に加え、例えば、当該調整係数ACXを当該駆動信号DSXの信号波形の振幅に乗じることにより、当該駆動信号DSXと当該駆動信号DSYとの振幅比がACX:1になるように調整するための制御を走査駆動部6に対して行う。
また、制御部11は、光走査型観察システム1の電源の投入時にメモリ16から読み込んだ情報の中に調整係数ACYが含まれていることを検出した場合には、渦巻状の走査経路で被写体を走査する際に、駆動信号DSX及び駆動信号DSYを生成させるための制御に加え、例えば、当該調整係数ACYを当該駆動信号DSYの信号波形の振幅に乗じることにより、当該駆動信号DSXと当該駆動信号DSYとの振幅比が1:ACYになるように調整するための制御を走査駆動部6に対して行う。
以上に述べたように、本実施例によれば、楕円状の走査軌跡EX及びEYの検出結果に基づいて算出される調整係数を用い、アクチュエータ部5に供給される駆動信号DSX及び駆動信号DSYのうちの少なくとも一方の振幅を調整することにより、圧電素子5a〜5dの配置位置のずれにより発生するアクチュエータ部5の製造誤差が比較的大きい場合であっても、渦巻状の走査経路で被写体を走査する際の走査精度を極力低下させないようにすることができる。従って、本実施例によれば、走査型内視鏡の製造ばらつきに応じて発生する走査精度のばらつきを極力抑制することができる。
なお、本実施例によれば、前述のように算出された調整係数ACXまたはACYが、走査型内視鏡4の較正用の情報としてメモリ16に格納されるものに限らず、例えば、アクチュエータ部5に対する駆動信号DSX及び駆動信号DSYの供給に関与する素子または回路等における電気的パラメータとして反映されるようにしてもよい。
具体的には、例えば、図8に示すように、走査駆動部6から圧電素子5a及び5cに対して駆動信号DSXを供給するための信号線の途中に可変抵抗器VRAを設け、走査駆動部6から圧電素子5b及び5dに対して駆動信号DSYを供給するための信号線の途中に可変抵抗器VRBを設け、可変抵抗器VRAと可変抵抗器VRBとの抵抗比を1:1にした状態で調整係数ACXまたはACYを算出し、当該算出した調整係数を用いて可変抵抗器VRAと可変抵抗器VRBとの抵抗比をACX:1または1:ACYに設定するようにしてもよい。図8は、第1の実施例の変形例に係る構成の一例を説明するための図である。
また、本実施例によれば、直線振動の振動軸が相互に直交するまたは略直交する2つの方向に設定される限りにおいては、例えば、図9に示すような、アクチュエータ部5から圧電素子5c及び5dを取り除いて形成したアクチュエータ部51であっても、アクチュエータ部5と略同様の作用効果を得ることができる。図9は、第1の実施例の変形例に係る構成の一例を説明するための図である。
一方、本実施例に係る構成及び動作等を適宜変形することにより、例えば、制御部11が、アクチュエータ部5の2つの振動軸のなす角度θ(0<θ<90°)を検出するとともに、駆動信号DSXに対する駆動信号DSYの位相のずれを90°+θに調整するような制御を走査駆動部6に対して行うようにしてもよい。
また、本実施例に係る構成及び動作等を適宜変形することにより、例えば、図10に示すような、3つの側面72a、72b及び72cを有し、走査型内視鏡4の長手軸方向に垂直な断面が光ファイバ3の中心軸を中心とする正三角形になるように形成された三角柱形状のフェルール71と、アクチュエータ部81と、を有して構成された走査型内視鏡4の較正に係る動作を行うようにしてもよい。図10は、第1の実施例の変形例に係る構成の一例を説明するための図である。
フェルール71は、図10に示すように、走査型内視鏡4の長手軸に直交しかつ相互に異なる3つの軸方向TX、TY及びTZに対してそれぞれ垂直な側面72a、72b及び72cを有している。また、フェルール71の中心には、光ファイバ3が固定配置されている。
アクチュエータ部81は、走査駆動部6から供給される駆動信号に応じて光ファイバ3の出射端部を揺動することにより、当該出射端部を経て被写体へ出射される照明光の照射位置を所定の走査経路に沿って変位させることができるように構成されている。また、アクチュエータ部81は、側面72aに沿って配置された圧電素子81aと、側面72bに沿って配置された圧電素子81bと、側面72cに沿って配置された圧電素子81cと、を有して構成されている。
圧電素子81a〜81cは、例えば、相互に同一の長さ、幅及び厚さを具備する直方体形状に形成されている。また、圧電素子81a〜81cは、例えば、走査駆動部6から供給される駆動信号に応じ、走査型内視鏡4の長手軸に対して平行な方向にそれぞれ伸縮するように構成されている。
圧電素子81aは、走査駆動部6から供給される駆動信号に応じ、TX軸方向に設定された振動軸に沿って振動することにより、光ファイバ3の出射端部を揺動させることができるように構成されている。また、圧電素子81aは、側面72aにおいて、TX軸方向に平行な1つの面SKと側面72bの端部とが揃うような位置に配置されている。
圧電素子81bは、走査駆動部6から供給される駆動信号に応じ、TY軸方向に設定された振動軸に沿って振動することにより、光ファイバ3の出射端部を揺動させることができるように構成されている。また、圧電素子81bは、側面72bにおいて、TY軸方向に平行な1つの面SLと側面72cの端部とが揃うような位置に配置されている。
圧電素子81cは、走査駆動部6から供給される駆動信号に応じ、TZ軸方向に設定された振動軸に沿って振動することにより、光ファイバ3の出射端部を揺動させることができるように構成されている。また、圧電素子81cは、側面72cにおいて、TZ軸方向に平行な1つの面SMと側面72aの端部とが揃うような位置に配置されている。
すなわち、本実施例に係る構成及び動作等を適宜変形することにより、以上に述べたような、直線振動の振動軸方向が相互に異なる3つの方向に設定されたアクチュエータ部81を有する走査型内視鏡4の較正に係る動作を行うようにしてもよい。
(第2の実施例)
図11から図13は、本発明の第2の実施例に係るものである。
図11から図13は、本発明の第2の実施例に係るものである。
なお、本実施例においては、第1の実施例と同様の構成等を有する部分に関する詳細な説明を省略するとともに、第1の実施例と異なる構成等を有する部分に関して主に説明を行う。
本実施例の走査型内視鏡4は、図2に示したアクチュエータ部5の代わりに、例えば、図11に示すようなアクチュエータ部52を有して構成されている。図11は、第2の実施例に係るアクチュエータ部の構成の一例を説明するための図である。
アクチュエータ部52は、駆動信号CSXの供給に応じて検出される楕円状の走査軌跡EXの回転方向と、駆動信号CSYの供給に応じて検出される楕円状の走査軌跡EYの回転方向と、が一致するように、アクチュエータ部5における圧電素子5a〜5dの配置位置を規定したものとして構成されている。
具体的には、アクチュエータ部52は、図11に示すように、圧電素子5aにおけるX軸方向に平行な1つの面SAとフェルール41の側面42bとを面一に配置し、圧電素子5bにおけるY軸方向に平行な1つの面SBとフェルール41の側面42cとを面一に配置し、圧電素子5cにおけるX軸方向に平行な1つの面SCとフェルール41の側面42dとを面一に配置し、圧電素子5dにおけるY軸方向に平行な1つの面SDとフェルール41の側面42aとを面一に配置して構成されている。すなわち、アクチュエータ部52の圧電素子5a及び5cは、走査型内視鏡4の長手軸方向に垂直な断面において、光ファイバ3の中心軸に対して2回対称となるように配置されている。また、アクチュエータ部52の圧電素子5b及び5dは、走査型内視鏡4の長手軸方向に垂直な断面において、光ファイバ3の中心軸に対して2回対称となるように配置されている。
以上に述べたように、本実施例によれば、駆動信号CSXの供給に応じて検出される楕円状の走査軌跡EXの回転方向と、駆動信号CSYの供給に応じて検出される楕円状の走査軌跡EYの回転方向と、を一致させることができる。また、本実施例によれば、例えば、アクチュエータ部52の製造時において、位置合わせ用の冶具の平坦部にフェルール41を当接させながら圧電素子5a〜5dを配置するような作業を行うことにより、圧電素子5a〜5dの配置位置のずれの発生を容易に防止することができ、すなわち、圧電素子5a〜5dの配置位置のずれによるアクチュエータ部52の製造誤差の発生頻度を大幅に低減することができる。そのため、本実施例によれば、走査型内視鏡の製造ばらつきに応じて発生する走査精度のばらつきを極力抑制することができる。
本実施例においては、以上に述べたようなアクチュエータ部52に限らず、例えば、図12に示すような配置位置に圧電素子5a〜5dを配置して構成されたアクチュエータ部53であっても、アクチュエータ部52と略同様の作用効果を得ることができる。図12は、第2の実施例の変形例に係るアクチュエータ部の構成の一例を説明するための図である。
具体的には、アクチュエータ部53は、図12に示すように、圧電素子5aにおける面SAをフェルール41の側面42bに対して幅Pだけずらして段差状に配置し、圧電素子5bにおける面SBをフェルール41の側面42cに対して幅Pだけずらして段差状に配置し、圧電素子5cにおける面SCをフェルール41の側面42dに対して幅Pだけずらして段差状に配置し、圧電素子5dにおける面SDをフェルール41の側面42aに対して幅Pだけずらして段差状に配置して構成されている。
なお、前述のような構成でアクチュエータ部53を製造する際には、例えば、圧電素子5a〜5dをフェルール41に接着剤等で固定する前に、面SA〜SDの各面に幅Pの塗膜を形成し、圧電素子5a〜5dをフェルール41に固定する際に、当該塗膜と側面42a〜42dとを面一に配置し、圧電素子5a〜5dをフェルール41に固定した後で、当該塗膜を溶かすような作業を行えばよい。
または、前述のような構成でアクチュエータ部53を製造する際には、例えば、圧電素子5a〜5dをフェルール41に接着剤等で固定する前に、面SA〜SDの各面に幅Pのフィルムを貼り付け、圧電素子5a〜5dをフェルール41に固定する際に、当該フィルムと側面42a〜42dとを面一に配置し、圧電素子5a〜5dをフェルール41に固定した後で、当該フィルムを剥がすような作業を行えばよい。
一方、本実施例においては、以上に述べたようなアクチュエータ部51及び53に限らず、例えば、図13に示すような、フェルール41に対して面取り加工を施すことにより新たに形成された4つのC面CA、CB、CC及びCDを有し、走査型内視鏡4の長手軸方向に垂直な断面が光ファイバ3の中心軸を中心とする八角形になるように形成された八角柱形状のフェルール45に対応する位置に圧電素子5a〜5dを配置して構成されたアクチュエータ部54であっても、アクチュエータ部52と略同様の作用効果を得ることができる。図13は、第2の実施例の変形例に係るアクチュエータ部の構成の一例を説明するための図である。
具体的には、アクチュエータ部54は、図13に示すように、圧電素子5aにおける面SAを側面42bに隣接するC面CBの端部に揃えて配置し、圧電素子5bにおける面SBを側面42cに隣接するC面CCの端部に揃えて配置し、圧電素子5cにおける面SCを側面42dに隣接するC面CDの端部に揃えて配置し、圧電素子5dにおける面SDを側面42aに隣接するC面CAの端部に揃えて配置して構成されている。
なお、前述のような構成でアクチュエータ部54を製造する際には、例えば、圧電素子5a〜5dを接着剤等で固定する際の固定面が側面42a〜42dからはみ出さないように面取りされたフェルール45を用いることが望ましい。
なお、本発明は、上述した実施例及び変形例に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更や応用が可能であることは勿論である。
本出願は、2015年5月21日に日本国に出願された特願2015−103881号を優先権主張の基礎として出願するものであり、上記の開示内容は、本願明細書、請求の範囲、図面に引用されたものとする。
Claims (8)
- 光源部から供給される照明光を伝送し、当該伝送した照明光を出射端部から被写体へ出射するように構成された光ファイバと、
第1の駆動信号が入力されるとともに、入力された前記第1の駆動信号に応じて第1の方向に設定された振動軸方向に振動することにより、前記出射端部を揺動させることが可能な第1のアクチュエータと、
第2の駆動信号が入力されるとともに、入力された前記第2の駆動信号に応じて前記第1の方向に直交するまたは略直交する第2の方向に設定された振動軸方向に振動することにより、前記出射端部を揺動させることが可能な第2のアクチュエータと、
前記第1のアクチュエータの振動に応じて発生する前記第1の方向の振動成分の大きさ及び前記第1の方向以外の方向の振動成分の大きさと、前記第2のアクチュエータの振動に応じて発生する前記第2の方向の振動成分の大きさ及び前記第2の方向以外の方向の振動成分の大きさと、に基づき、前記被写体を所定の走査経路で走査する際に前記第1のアクチュエータに供給される第1の駆動信号と、前記被写体を前記所定の走査経路で走査する際に前記第2のアクチュエータに供給される第2の駆動信号と、を生成して出力するように構成された走査駆動部と、
を有することを特徴とする光走査型観察システム。 - 前記第1のアクチュエータは、前記第1の駆動信号に応じた振動により、前記出射端部を前記第1の方向に長軸を有する第1の楕円状の軌跡で揺動し、
前記第2のアクチュエータは、前記第2の駆動信号に応じた振動により、前記出射端部を前記第2の方向に長軸を有し、かつ、前記第1の楕円状の軌跡と同じ回転方向で回転する第2の楕円状の軌跡で揺動する
ことを特徴とする請求項1に記載の光走査型観察システム。 - 前記走査駆動部は、前記第1の楕円状の軌跡の長軸及び短軸の長さで定義される第1の扁平率と前記第2の楕円状の軌跡の長軸および短軸の長さで定義される第2の扁平率との比と一致する振幅比を有する前記第2の駆動信号と前記第1の駆動信号とを生成する
ことを特徴とする請求項2に記載の光走査型観察システム。 - 前記第1のアクチュエータの振動に応じて発生する前記第1の方向の振動成分の大きさ及び前記第1の方向以外の方向の振動成分の大きさと、前記第2のアクチュエータの振動に応じて発生する前記第2の方向の振動成分の大きさ及び前記第2の方向以外の方向の振動成分の大きさと、をそれぞれ検出した検出結果に基づき、前記第1の駆動信号と前記第2の駆動信号との振幅比を調整するための制御を前記走査駆動部に対して行うように構成された制御部をさらに有する
ことを特徴とする請求項1に記載の光走査型観察システム。 - 前記制御部は、前記第1のアクチュエータの振動により前記出射端部が第1の楕円状の軌跡で揺動され、かつ、前記第2のアクチュエータの振動により前記出射端部が前記第1の楕円状の軌跡と同じ回転方向で回転する第2の楕円状の軌跡で揺動されたことを検出した際に、前記第1の楕円状の軌跡の長軸の長さを前記第1の方向の振動成分の大きさとして検出し、前記第1の楕円状の軌跡の短軸の長さを前記第1の方向以外の方向の振動成分の大きさとして検出し、前記第2の楕円状の軌跡の長軸の長さを前記第2の方向の振動成分の大きさとして検出し、前記第2の楕円状の軌跡の短軸の長さを前記第2の方向以外の方向の振動成分の大きさとして検出する
ことを特徴とする請求項4に記載の光走査型観察システム。 - 前記制御部は、前記第1の楕円状の軌跡の長軸及び短軸の長さを用いて算出される第1の扁平率と、前記第2の楕円状の軌跡の長軸及び短軸の長さを用いて算出される第2の扁平率と、に基づいて前記振幅比を調整するための制御を前記走査駆動部に対して行う
ことを特徴とする請求項5に記載の光走査型観察システム。 - 前記第1のアクチュエータを構成する第1の圧電素子及び第2の圧電素子を前記光ファイバの中心軸に対して2回対称になるようにそれぞれ配置するための第1の側面及び第2の側面と、前記第2のアクチュエータを構成する第3の圧電素子及び第4の圧電素子を前記光ファイバの中心軸に対して2回対称になるようにそれぞれ配置するための第3の側面及び第4の側面と、を備えて形成された四角柱形状のフェルールをさらに有する
ことを特徴とする請求項1に記載の光走査型観察システム。 - 前記所定の走査経路が渦巻状の走査経路である
ことを特徴とする請求項1に記載の光走査型観察システム。
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