走査装置
【課題】共焦点走査を行うフォーク部材を支持するマウントの永久歪みを防止しつつ、ぶれや歪みなどのない画像を取得する。
【解決手段】共焦点用ピンホールとして機能する点光源を有するフォーク部材と、該フォーク部材を支持するマウントを有する走査型共焦点内視鏡の走査装置において、フォーク部材の基端に棒状磁石が接続されており、棒状磁石の基端に対向する電磁石が設けられており、電磁石への通電を制御して所定のタイミングにて磁極が交互に反転するように電磁石を磁化してフォーク部材を振動させる制御手段を有する走査装置を提供する。
【解決手段】共焦点用ピンホールとして機能する点光源を有するフォーク部材と、該フォーク部材を支持するマウントを有する走査型共焦点内視鏡の走査装置において、フォーク部材の基端に棒状磁石が接続されており、棒状磁石の基端に対向する電磁石が設けられており、電磁石への通電を制御して所定のタイミングにて磁極が交互に反転するように電磁石を磁化してフォーク部材を振動させる制御手段を有する走査装置を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走査装置に関し、より詳しくは、走査型共焦点内視鏡における走査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年では、医師が患者の体腔内を観察する１つの手段として、共焦点レーザによる走査を用いた走査型共焦点内視鏡を使用した検査が行われている。このような従来の走査型共焦点内視鏡としては、特許文献１に開示のものが挙げられる。図５（ａ）に従来の走査型共焦点内視鏡の先端部における走査装置２００の模式図を示す。また、図５（ｂ）には、図５（ａ）におけるチューニングフォーク２０１の模式図を示す。図５（ａ），（ｂ）には、走査装置２００が走査を行っていない休止状態にある場合を示す。便宜上、図５（ａ）に示すように、走査装置２００の長手方向に沿って先端側を正の方向とするＺ軸、走査装置２００の長手方向に垂直で紙面上側方向を正の方向とするＹ軸、長手方向に垂直で紙面奥側方向を正の方向とするＸ軸をそれぞれ設定する。以降の説明においても同様とする。
【０００３】
走査装置２００は、２つの歯部を有するチューニングフォーク２０１、チューニングフォーク２０１の歯部を振動させるＸスキャン用のＸドライブコイル２０２とＹスキャン用のＹドライブコイル２０３、チューニングフォーク２０１を貫通させて把持するマウント２０４を有する。チューニングフォーク２０１の一方の歯部には、長手方向に沿って、光源からの照明光を導光する図示しない光ファイバが設けられている。光ファイバは、歯部の先端まで延在している。光ファイバからの出射光は、チューニングフォーク２０１の先端側に設けられたレンズユニット２０５に進行する。
【０００４】
また、チューニングフォーク２０１の歯部には永久磁石からなるバイアス磁石２０６が設けられており、バイアス磁石２０６によりチューニングフォーク２０１にバイアス磁界が印加されている。そして、Ｘドライブコイル２０２とバイアス磁石２０６のそれぞれによって生成される磁場の相互作用によって歯部のＸ軸方向への駆動力が生まれる。チューニングフォーク２０１の歯部上におけるバイアス磁石２０６の位置は任意に調節可能であり、バイアス磁石２０６の位置を変更して所望の周波数にて歯部を振動させることができる。図５（ｂ）に示すように、バイアス磁石２０６は、便宜上、Ｓ極側がチューニングフォーク２０１の歯部と接するように設けられている。このため、バイアス磁石２０６のチューニングフォーク２０１に対する設置面がＮ極に磁化されている。したがって、チューニングフォーク２０１の基端はＳ極に磁化されている。また、フォークの後端はＹスキャンに用いられる永久磁石２０７が設けられている。便宜上、永久磁石２０７は、Ｙ軸正方向側にＳ極が、Ｙ軸負方向側にＮ極が配置されるように設けられる。図５（ａ）に示すように、走査装置２００が休止状態にある場合、バイアス磁石２０６によってチューニングフォーク２０１の基端がＳ極に磁化されているため、チューニングフォーク２０１の基端が永久磁石２０７のＮ極側に引き寄せられた状態で静止している。
【０００５】
図６（ａ）〜（ｃ）に、時間０，ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４における走査装置２００の駆動時の状態をそれぞれ示す。また、図７に、走査装置２００を駆動する際のＹドライブコイル２０５への電流の入力状態を示す。
【０００６】
図６（ｂ）に示すように、時間０においては、Ｙドライブコイル２０５によるチューニングフォーク２０１の磁化は行われないが、図５（ａ）において説明したように、バイアス磁石２０６によってチューニングフォーク２０１の基端がＳ極に磁化されているため、チューニングフォーク２０１の基端が永久磁石２０７のＮ極側に引き寄せられ、チューニングフォーク２０１の基端は永久磁石２０７に対して中立位置からＮ極側にずれた位置にある。時間０からｔ１にかけては、Ｙドライブコイル２０５に流れるプラス電流が大きくなり、チューニングフォーク２０１の基端がより強くＮ極に磁化されていく。時間ｔ１において、図６（ａ）に示すように、チューニングフォーク２０１の基端は永久磁石２０７のＳ極側に引き寄せられ、チューニングフォーク２０１の先端はＹ軸負方向に傾いた状態となる。時間ｔ１からｔ２にかけては、Ｙドライブコイル２０５に流れるプラス電流が徐々に小さくなり、時間ｔ２において、Ｙドライブコイル２０５に流れる電流が０となる。時間ｔ２においては、時間０と同様、図６（ｂ）に示すように、Ｙドライブコイル２０５によるチューニングフォーク２０１の磁化は行われず、チューニングフォーク２０１の基端は永久磁石２０７に対して中立位置からＮ極側にずれた位置に移動する。
【０００７】
時間ｔ２からｔ３にかけては、Ｙドライブコイル２０５に流れるマイナス電流が大きくなり、チューニングフォーク２０１の基端がより強くＳ極に磁化されていく。時間ｔ３において、図６（ｃ）に示すように、チューニングフォーク２０１の基端は永久磁石２０７のＮ極側に引き寄せられ、チューニングフォーク２０１の先端はＹ軸正方向に傾いた状態となる。時間ｔ３からｔ４にかけては、Ｙドライブコイル２０５に流れるマイナス電流が小さくなる。そして、時間ｔ４においては、Ｙドライブコイル２０５に流れる電流は０になり時間０，ｔ２の状態と同じになる。そして、時間０からｔ４までの状態を周期的に繰り返すことにより、チューニングフォーク２０１はＹ軸方向に周期的に振動する。
【０００８】
したがって、チューニングフォーク２０１がＸ軸方向とＹ軸方向に振動することにより、照明光による観察対象物の走査を行う。観察対象物から反射した光は、レンズユニット２０５の対物レンズに入射して光ファイバに戻り、後段の光検出器などを経由して観察画像が生成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−５１４９７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記のような従来の走査型共焦点内視鏡の走査装置では、図５（ａ）に示すように休止状態において、Ｙスキャン用の永久磁石と対向するチューニングフォークの基端が中立位置から永久磁石の一方の磁極に引き寄せられる状態、あるいは他方の磁極から反発される状態が継続する。このため、走査装置が休止状態にあるときには、チューニングフォークを把持するマウントに対して常にチューニングフォークから変形力が加わることによって、マウントの永久歪みが生じる可能性がある。また、走査装置が駆動状態にあるときには、Ｙドライブコイルに流れる電流値が０Ａになったときに、永久磁石に対するチューニングフォークの基端の位置が中立位置からずれてしまい、取得する画像にぶれや歪みなどが発生する可能性がある。
【００１１】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものである。本発明の目的は、チューニングフォークを支持するマウントの永久歪みを防止しつつ、ぶれや歪みなどのない画像を取得することが可能な走査装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決する本発明の一実施形態による走査装置は、共焦点用ピンホールとして機能する点光源を有するフォーク部材と、該フォーク部材を支持するマウントを有する走査型共焦点内視鏡の走査装置において、フォーク部材の基端に棒状磁石が接続されており、棒状磁石の基端に対向する電磁石が設けられており、電磁石への通電を制御して所定のタイミングにて磁極が交互に反転するように電磁石を磁化してフォーク部材を振動させる制御手段を有する。したがって、走査装置が休止状態にあるときは、フォーク部材の振動を発生させる電磁石に流れる電流値を０Ａにしてフォーク部材を電磁石に対して中立位置に静止させることで、従来の走査装置において懸念されていたマウントの永久歪みを防止することができる。また、走査装置が駆動状態にあるときも、コイルに流れる電流値を０Ａにしてフォーク部材が中立位置に移動したときに電磁石に流れる電流値も０Ａになり、フォーク部材が中立位置からずれることがないため、画像のぶれや歪みなどの発生を防止することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の走査装置によれば、フォーク部材を支持するマウントの永久歪みを防止しつつ、ぶれや歪みなどのない画像を取得することができる。さらに、従来の走査装置と比較して、フォーク部材の振動を行うコイルを削除することができるため、走査装置の省スペース化を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１（ａ）は、本発明の一実施形態における走査装置を有する共焦点光学ユニットを示す概略図であり、図１（ｂ）は、走査装置の内部構成の概略を示す斜視図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態における走査装置の断面概略図である。
【図３】図３（ａ）〜（ｃ）は、本発明の一実施形態における走査装置の駆動状態を示す断面概略図である。
【図４】図４（ａ），（ｂ）は、本発明の一実施形態における走査装置の電磁石への通電状態を示すグラフである。
【図５】図５（ａ）は、従来の走査装置の断面概略図であり、図５（ｂ）は、従来の走査装置におけるチューニングフォークを示す図である。
【図６】図６（ａ）〜（ｃ）は、従来の走査装置の駆動状態を示す断面概略図である。
【図７】図７は、従来の走査装置のＹドライブコイルへの通電状態を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態における走査装置について説明する。なお、複数の図にまたがって同じ部材を示す場合は同じ番号を付すこととする。
【００１６】
図１（ａ）は、本発明の実施形態における走査装置１００を有する共焦点光学ユニット１０を示す概略図である。以降においては、共焦点光学ユニット１０の構成を説明するにあたり、便宜上、共焦点光学ユニット１０の長手方向にＺ軸を規定し、Ｚ軸に直交しかつ互いに直交する２つの軸をＸ軸、Ｙ軸とする。図１（ａ）に示すように、内視鏡先端側をＺ軸の正の方向、紙面上方向をＹ軸の正の方向、紙面手前側方向をＸ軸の正の方向とする。なお、図１（ａ）では、走査装置１００の構成要素のうち、内筒１０２，光ファイバ１０３，形状記憶合金１０４を示すに留める。
【００１７】
共焦点光学ユニット１０は、走査型共焦点内視鏡の先端部に設けられている。図１（ａ）に示すように、共焦点光学ユニット１０は、ユニットの各構成部品を収容する金属製の外筒１０１を有している。外筒１０１は、外筒１０１の内壁面形状に対応する外壁面形状を持つ内筒１０２を、同軸でかつＺ軸方向にスライド自在に保持している。光ファイバ１０３の射出端は、外筒１０１、内筒１０２の各基端面に形成された開口を通じて内筒１０２の内部に支持されている。また、光ファイバ１０３の出射端は、共焦点用ピンホールとして機能する点光源とみなすことができる。
【００１８】
共焦点光学ユニット１０は、内筒１０２の基端面と外筒１０１の内壁面との間に、圧縮コイルばね１０５を有している。なお、圧縮コイルばね１０５の代わりに任意の弾性材料を用いることができる。圧縮コイルばね１０５は、内筒１０２の基端面と外筒１０１の内壁面とによって、自然長からＺ軸方向に初期的に圧縮した状態で狭持されている。
【００１９】
共焦点光学ユニット１０は、Ｚ軸方向に伸縮する形状記憶材料からなるガイド部材としての形状記憶合金１０４を有している。形状記憶合金１０４は、一端が内筒１０２の基端面に、他端が外筒１０１の内壁面に、それぞれ固定されている。形状記憶合金１０４は、常温下で外力が加わると変形して、通電により一定温度以上に加熱されると形状記憶効果によって所定の形状に復元する性質を有する。
【００２０】
形状記憶合金１０４は、常温下では、圧縮コイルばね１０５の復元力が加わることによってＺ軸方向に伸びている。形状記憶合金１０４は、形状記憶効果による復元力が圧縮コイルばね１０５の復元力より大きくなるように設計されている。
【００２１】
形状記憶合金１０４の形状は、形状記憶合金１０４への通電による形状記憶合金１０４自体の加熱によって制御される。具体的には、形状記憶合金１０４は、通電によって加熱されると、圧縮コイルばね１０５の復元力に抗してＺ軸方向に収縮する。形状記憶合金１０４の一端と固定されている内筒１０２は、形状記憶合金１０４の収縮に伴い、内筒１０２に支持された光ファイバ１０３と共に外筒１０１の内部をＺ軸方向に後退する。形状記憶合金１０４の収縮量は、形状記憶合金１０４への通電量によって精密に制御される。この通電量（すなわち、光ファイバ１０３のＺ軸方向の移動量）は、術者による内視鏡の操作部におけるＺ軸移動量の調節操作に応じて変動する。
【００２２】
形状記憶合金１０４は、通電が停止して常温に戻ると、又は通電量の減少によって温度が低下すると、形状記憶効果による復元力がなくなる、又は弱くなる。そして、圧縮コイルばね１０５の復元力によってＺ軸方向に伸びる。内筒１０２は、圧縮コイルばね１０５の復元力によって基端面が押されて、光ファイバ１０３と共に外筒１０１の内部をＺ軸方向に前進する。
【００２３】
光ファイバ１０３の射出端から射出するレーザ光は、走査装置１００のレンズユニットを介して被写体の表面又は表層で焦点を結ぶ。この焦点位置は、点光源として機能する光ファイバ１０３の射出端の進退に応じてＺ軸方向に変位する。すなわち、共焦点光学ユニット１０は、光ファイバ１０３の射出端の二軸方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）の移動と、圧縮コイルばね１０５及び形状記憶合金１０４による射出端の一軸方向（Ｚ軸方向）の移動とを行うことによって、被写体を三次元走査する。
【００２４】
光ファイバ１０３の射出端に入射した光は、光ファイバ１０３の内部を伝搬する。光ファイバ１０３の内部を伝搬した光は、内視鏡が接続されるビデオプロセッサ（図示せず）に送られ、光検出器によって検出される。ビデオプロセッサは、例えば、走査型共焦点内視鏡と接続される接続コネクタに組み込まれたフォトカプラにより光ファイバ１０３からの光を光源の光と分離する。この検出信号は、画像生成回路に入力され、画像生成回路は、順次入力される検出信号の検出タイミングに応じて、各検出信号によって表現される点像への画素アドレスの割当てを行う。画像生成回路は、割り当てた画素アドレスに従って、各点像の空間的配列によって構成される画像の信号をフレームメモリにフレーム単位でバッファリングする。バッファリングされた信号は、所定のタイミングでフレームメモリから掃き出されて、ＮＴＳＣやＰＡＬなどの所定の規格に準拠した映像信号に変換される。変換された映像信号がモニタに順次入力されることにより、モニタに、高倍率かつ高解像度の被写体の三次元共焦点画像が表示される。
【００２５】
図１（ｂ）は、走査装置１００の内部構成を示す斜視図である。走査装置１００は、２つの歯部を有するフォーク部材であるチューニングフォーク１１１、チューニングフォーク１１１の歯部を振動させるＸスキャン用のＸドライブコイル１１２、チューニングフォーク１１１を貫通させて把持するウレタンなどの弾性素材からなるマウント１１４を有する。チューニングフォーク１１１の一方の歯部には、長手方向に沿って、光源からの照明光を導光する光ファイバ１０３が設けられている。光ファイバ１０３は、歯部の先端まで延在している。光ファイバ１０３からの出射光は、チューニングフォーク１１１の先端側に設けられたレンズユニット１１５に進行する。
【００２６】
チューニングフォーク１１１は電磁鋼板などの磁気透過性を有する素材からなる。また、チューニングフォーク１１１の歯部には永久磁石からなるバイアス磁石１１６が設けられており、Ｘドライブコイル１１２とバイアス磁石１１６のそれぞれによって生成される磁場の相互作用によって歯部の駆動力が生まれる。チューニングフォーク１１１の歯部上におけるバイアス磁石１１６の位置は任意に調節可能であり、バイアス磁石１１６の位置を変更して所望の周波数にて歯部を振動させることができる。
【００２７】
チューニングフォーク１１１の基端には、チューニングフォーク１１１の長手方向に延びる永久磁石からなる棒状磁石１１３が接着剤１１８によって接続されている。棒状磁石１１３はチューニングフォーク１１１の一部を構成し、棒状磁石１１３の幅及び厚さはチューニングフォーク１１１の基端における幅及び厚さと概ね同一である。本実施形態においては、便宜上、棒状磁石１１３のＮ極がチューニングフォーク１１１の基端と向かい合うように構成されている。
【００２８】
また、走査装置１００は、棒状磁石１１３の基端に対向する位置に設けられた電磁石１１７を含む。電磁石１１７は、ビデオプロセッサ内のコントローラなどによる通電制御に基づいて、Ｎ極又はＳ極に磁化されたり、磁極を有さない状態に遷移したりする。したがって、従来では、形状記憶合金への通電を行って形状記憶合金を変形する際に、形状記憶合金の発熱が原因で永久磁石の熱減磁が発生して走査装置の走査動作に影響を及ぼす可能性があったが、本発明では、形状記憶合金１０４への通電に伴う形状記憶合金１０４の発熱を考慮しつつ電磁石の通電を制御することで、熱減磁を懸念することなく走査装置の走査動作を行うことができる。電磁石１１７の具体的な通電制御については後述する。
【００２９】
図２に、本実施形態における、走査を行っていない休止状態にある走査装置１００の側方断面図を示す。図２に示すように、休止状態では、電磁石１１７への通電が停止されているため、電磁石１１７には磁極が発生しない。したがって、電磁石１１７に磁極が生じていないため、チューニングフォーク１１１の基端に接続されている棒状磁石１１３は、電磁石１１７に対して中立位置にて静止した状態となる。すなわち、チューニングフォーク１１１も電磁石１１７に対して中立位置にて静止した状態にある。このため、本発明においては、走査装置１００の休止状態において、チューニングフォーク１１１の静止位置が中立位置からずれることはないため、マウント１１４の永久歪みを防止することができる。
【００３０】
図３（ａ）〜（ｃ）に、本実施形態において時間０，ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４における走査装置１００の駆動時の状態をそれぞれ示す。また、図４に、走査装置１００を駆動する際の電磁石１１７への電流の入力状態の時間変化を示す。便宜上、図３（ａ）と図４からわかるように、電磁石１１７にプラス電流を流したときに、電磁石１１７には、Ｙ軸正方向側にＮ極がＹ軸負方向側にＳ極が発生するものとする。以下、図３（ａ）〜（ｃ）と図４を参照しながら説明する。
【００３１】
時間０においては、図４に示すように、電磁石１１７に流れる電流は０である。また、図３（ｂ）に示すように、棒状磁石１１３の基端は電磁石１１７に対して中立位置にある。時間０からｔ１にかけては、電磁石１１７に流れるプラス電流が大きくなり、電磁石１１７に生じる磁極が強くなっていく。時間ｔ１において、図３（ａ）に示すように、棒状磁石１１３の基端は電磁石１１７に生じるＮ極側に引き寄せられるため、チューニングフォーク１１１の先端はＹ軸負方向に傾いた状態となる。
【００３２】
時間ｔ１からｔ２にかけては、電磁石１１７に流れるプラス電流が徐々に小さくなり、電磁石１１７に発生する磁力が徐々に弱くなる。そして、時間ｔ２において、電磁石１１７に流れる電流が０となる。時間ｔ２においては、時間０と同様、図３（ｂ）に示すように、棒状磁石１１３の基端は電磁石１１７に対して中立位置に移動する。
【００３３】
時間ｔ２からｔ３にかけては、電磁石１１７には徐々に大きなマイナス電流が流れ、電磁石１１７に生じる磁極が強くなっていく。時間ｔ３において、図３（ｃ）に示すように、棒状磁石１１３の基端は電磁石１１７のＮ極側に引き寄せられるため、チューニングフォーク１１１の先端はＹ軸正方向に傾いた状態となる。
【００３４】
時間ｔ３からｔ４にかけては、電磁石１１７に流れるマイナス電流が小さくなる。そして、時間ｔ４においては、電磁石１１７に流れる電流は０となる。時間ｔ４においては、時間０，ｔ２と同様、図３（ｂ）に示すように、棒状磁石１１３の基端は電磁石１１７に対して中立位置に移動する。そして、時間０からｔ４までの状態を周期的に繰り返すことにより、チューニングフォーク１１１はＹ軸方向に周期的に振動する。
【００３５】
本実施形態では、時間０，ｔ２，ｔ４において、電磁石１１７には磁極が発生していない。したがって、棒状磁石１１３の基端は、中立位置から正負いずれかのＹ軸方向に引き寄せられることなく中立位置に移動する。すなわち、チューニングフォーク１１１が中立位置からずれないため、光ファイバ１０３により取得した画像においてもぶれや歪みなどが発生しない。
【００３６】
以上が本発明の実施形態についての説明であるが、本発明は上記の構成に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲において種々の変形が可能である。例えば、上記の説明では、チューニングフォークの基端に接着固定された棒状磁石のＳ極が電磁石に対向するように構成しているが、棒状磁石の極を反転させて設けても、本発明の効果を達成することができる。また、バイアス磁石によるチューニングフォークの基端の磁化を加味して、バイアス磁石によりチューニングフォークの基端がＳ極に磁化されているときは、上記の説明の通り、Ｎ極がチューニングフォークの基端と向かい合うように棒状磁石を接着固定し、逆に、チューニングフォークの基端がＮ極に磁化されているときは、Ｓ極がチューニングフォークの基端と向かい合うように棒状磁石を接着固定することで、本発明の効果を得る上でより好適な構成を達成することができると言える。
【符号の説明】
【００３７】
１００ 走査装置
１０４ 形状記憶合金
１１１ チューニングフォーク
１１３ 棒状磁石
１１４ マウント
１１７ 電磁石
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走査装置に関し、より詳しくは、走査型共焦点内視鏡における走査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年では、医師が患者の体腔内を観察する１つの手段として、共焦点レーザによる走査を用いた走査型共焦点内視鏡を使用した検査が行われている。このような従来の走査型共焦点内視鏡としては、特許文献１に開示のものが挙げられる。図５（ａ）に従来の走査型共焦点内視鏡の先端部における走査装置２００の模式図を示す。また、図５（ｂ）には、図５（ａ）におけるチューニングフォーク２０１の模式図を示す。図５（ａ），（ｂ）には、走査装置２００が走査を行っていない休止状態にある場合を示す。便宜上、図５（ａ）に示すように、走査装置２００の長手方向に沿って先端側を正の方向とするＺ軸、走査装置２００の長手方向に垂直で紙面上側方向を正の方向とするＹ軸、長手方向に垂直で紙面奥側方向を正の方向とするＸ軸をそれぞれ設定する。以降の説明においても同様とする。
【０００３】
走査装置２００は、２つの歯部を有するチューニングフォーク２０１、チューニングフォーク２０１の歯部を振動させるＸスキャン用のＸドライブコイル２０２とＹスキャン用のＹドライブコイル２０３、チューニングフォーク２０１を貫通させて把持するマウント２０４を有する。チューニングフォーク２０１の一方の歯部には、長手方向に沿って、光源からの照明光を導光する図示しない光ファイバが設けられている。光ファイバは、歯部の先端まで延在している。光ファイバからの出射光は、チューニングフォーク２０１の先端側に設けられたレンズユニット２０５に進行する。
【０００４】
また、チューニングフォーク２０１の歯部には永久磁石からなるバイアス磁石２０６が設けられており、バイアス磁石２０６によりチューニングフォーク２０１にバイアス磁界が印加されている。そして、Ｘドライブコイル２０２とバイアス磁石２０６のそれぞれによって生成される磁場の相互作用によって歯部のＸ軸方向への駆動力が生まれる。チューニングフォーク２０１の歯部上におけるバイアス磁石２０６の位置は任意に調節可能であり、バイアス磁石２０６の位置を変更して所望の周波数にて歯部を振動させることができる。図５（ｂ）に示すように、バイアス磁石２０６は、便宜上、Ｓ極側がチューニングフォーク２０１の歯部と接するように設けられている。このため、バイアス磁石２０６のチューニングフォーク２０１に対する設置面がＮ極に磁化されている。したがって、チューニングフォーク２０１の基端はＳ極に磁化されている。また、フォークの後端はＹスキャンに用いられる永久磁石２０７が設けられている。便宜上、永久磁石２０７は、Ｙ軸正方向側にＳ極が、Ｙ軸負方向側にＮ極が配置されるように設けられる。図５（ａ）に示すように、走査装置２００が休止状態にある場合、バイアス磁石２０６によってチューニングフォーク２０１の基端がＳ極に磁化されているため、チューニングフォーク２０１の基端が永久磁石２０７のＮ極側に引き寄せられた状態で静止している。
【０００５】
図６（ａ）〜（ｃ）に、時間０，ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４における走査装置２００の駆動時の状態をそれぞれ示す。また、図７に、走査装置２００を駆動する際のＹドライブコイル２０５への電流の入力状態を示す。
【０００６】
図６（ｂ）に示すように、時間０においては、Ｙドライブコイル２０５によるチューニングフォーク２０１の磁化は行われないが、図５（ａ）において説明したように、バイアス磁石２０６によってチューニングフォーク２０１の基端がＳ極に磁化されているため、チューニングフォーク２０１の基端が永久磁石２０７のＮ極側に引き寄せられ、チューニングフォーク２０１の基端は永久磁石２０７に対して中立位置からＮ極側にずれた位置にある。時間０からｔ１にかけては、Ｙドライブコイル２０５に流れるプラス電流が大きくなり、チューニングフォーク２０１の基端がより強くＮ極に磁化されていく。時間ｔ１において、図６（ａ）に示すように、チューニングフォーク２０１の基端は永久磁石２０７のＳ極側に引き寄せられ、チューニングフォーク２０１の先端はＹ軸負方向に傾いた状態となる。時間ｔ１からｔ２にかけては、Ｙドライブコイル２０５に流れるプラス電流が徐々に小さくなり、時間ｔ２において、Ｙドライブコイル２０５に流れる電流が０となる。時間ｔ２においては、時間０と同様、図６（ｂ）に示すように、Ｙドライブコイル２０５によるチューニングフォーク２０１の磁化は行われず、チューニングフォーク２０１の基端は永久磁石２０７に対して中立位置からＮ極側にずれた位置に移動する。
【０００７】
時間ｔ２からｔ３にかけては、Ｙドライブコイル２０５に流れるマイナス電流が大きくなり、チューニングフォーク２０１の基端がより強くＳ極に磁化されていく。時間ｔ３において、図６（ｃ）に示すように、チューニングフォーク２０１の基端は永久磁石２０７のＮ極側に引き寄せられ、チューニングフォーク２０１の先端はＹ軸正方向に傾いた状態となる。時間ｔ３からｔ４にかけては、Ｙドライブコイル２０５に流れるマイナス電流が小さくなる。そして、時間ｔ４においては、Ｙドライブコイル２０５に流れる電流は０になり時間０，ｔ２の状態と同じになる。そして、時間０からｔ４までの状態を周期的に繰り返すことにより、チューニングフォーク２０１はＹ軸方向に周期的に振動する。
【０００８】
したがって、チューニングフォーク２０１がＸ軸方向とＹ軸方向に振動することにより、照明光による観察対象物の走査を行う。観察対象物から反射した光は、レンズユニット２０５の対物レンズに入射して光ファイバに戻り、後段の光検出器などを経由して観察画像が生成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−５１４９７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記のような従来の走査型共焦点内視鏡の走査装置では、図５（ａ）に示すように休止状態において、Ｙスキャン用の永久磁石と対向するチューニングフォークの基端が中立位置から永久磁石の一方の磁極に引き寄せられる状態、あるいは他方の磁極から反発される状態が継続する。このため、走査装置が休止状態にあるときには、チューニングフォークを把持するマウントに対して常にチューニングフォークから変形力が加わることによって、マウントの永久歪みが生じる可能性がある。また、走査装置が駆動状態にあるときには、Ｙドライブコイルに流れる電流値が０Ａになったときに、永久磁石に対するチューニングフォークの基端の位置が中立位置からずれてしまい、取得する画像にぶれや歪みなどが発生する可能性がある。
【００１１】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものである。本発明の目的は、チューニングフォークを支持するマウントの永久歪みを防止しつつ、ぶれや歪みなどのない画像を取得することが可能な走査装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決する本発明の一実施形態による走査装置は、共焦点用ピンホールとして機能する点光源を有するフォーク部材と、該フォーク部材を支持するマウントを有する走査型共焦点内視鏡の走査装置において、フォーク部材の基端に棒状磁石が接続されており、棒状磁石の基端に対向する電磁石が設けられており、電磁石への通電を制御して所定のタイミングにて磁極が交互に反転するように電磁石を磁化してフォーク部材を振動させる制御手段を有する。したがって、走査装置が休止状態にあるときは、フォーク部材の振動を発生させる電磁石に流れる電流値を０Ａにしてフォーク部材を電磁石に対して中立位置に静止させることで、従来の走査装置において懸念されていたマウントの永久歪みを防止することができる。また、走査装置が駆動状態にあるときも、コイルに流れる電流値を０Ａにしてフォーク部材が中立位置に移動したときに電磁石に流れる電流値も０Ａになり、フォーク部材が中立位置からずれることがないため、画像のぶれや歪みなどの発生を防止することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の走査装置によれば、フォーク部材を支持するマウントの永久歪みを防止しつつ、ぶれや歪みなどのない画像を取得することができる。さらに、従来の走査装置と比較して、フォーク部材の振動を行うコイルを削除することができるため、走査装置の省スペース化を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１（ａ）は、本発明の一実施形態における走査装置を有する共焦点光学ユニットを示す概略図であり、図１（ｂ）は、走査装置の内部構成の概略を示す斜視図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態における走査装置の断面概略図である。
【図３】図３（ａ）〜（ｃ）は、本発明の一実施形態における走査装置の駆動状態を示す断面概略図である。
【図４】図４（ａ），（ｂ）は、本発明の一実施形態における走査装置の電磁石への通電状態を示すグラフである。
【図５】図５（ａ）は、従来の走査装置の断面概略図であり、図５（ｂ）は、従来の走査装置におけるチューニングフォークを示す図である。
【図６】図６（ａ）〜（ｃ）は、従来の走査装置の駆動状態を示す断面概略図である。
【図７】図７は、従来の走査装置のＹドライブコイルへの通電状態を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態における走査装置について説明する。なお、複数の図にまたがって同じ部材を示す場合は同じ番号を付すこととする。
【００１６】
図１（ａ）は、本発明の実施形態における走査装置１００を有する共焦点光学ユニット１０を示す概略図である。以降においては、共焦点光学ユニット１０の構成を説明するにあたり、便宜上、共焦点光学ユニット１０の長手方向にＺ軸を規定し、Ｚ軸に直交しかつ互いに直交する２つの軸をＸ軸、Ｙ軸とする。図１（ａ）に示すように、内視鏡先端側をＺ軸の正の方向、紙面上方向をＹ軸の正の方向、紙面手前側方向をＸ軸の正の方向とする。なお、図１（ａ）では、走査装置１００の構成要素のうち、内筒１０２，光ファイバ１０３，形状記憶合金１０４を示すに留める。
【００１７】
共焦点光学ユニット１０は、走査型共焦点内視鏡の先端部に設けられている。図１（ａ）に示すように、共焦点光学ユニット１０は、ユニットの各構成部品を収容する金属製の外筒１０１を有している。外筒１０１は、外筒１０１の内壁面形状に対応する外壁面形状を持つ内筒１０２を、同軸でかつＺ軸方向にスライド自在に保持している。光ファイバ１０３の射出端は、外筒１０１、内筒１０２の各基端面に形成された開口を通じて内筒１０２の内部に支持されている。また、光ファイバ１０３の出射端は、共焦点用ピンホールとして機能する点光源とみなすことができる。
【００１８】
共焦点光学ユニット１０は、内筒１０２の基端面と外筒１０１の内壁面との間に、圧縮コイルばね１０５を有している。なお、圧縮コイルばね１０５の代わりに任意の弾性材料を用いることができる。圧縮コイルばね１０５は、内筒１０２の基端面と外筒１０１の内壁面とによって、自然長からＺ軸方向に初期的に圧縮した状態で狭持されている。
【００１９】
共焦点光学ユニット１０は、Ｚ軸方向に伸縮する形状記憶材料からなるガイド部材としての形状記憶合金１０４を有している。形状記憶合金１０４は、一端が内筒１０２の基端面に、他端が外筒１０１の内壁面に、それぞれ固定されている。形状記憶合金１０４は、常温下で外力が加わると変形して、通電により一定温度以上に加熱されると形状記憶効果によって所定の形状に復元する性質を有する。
【００２０】
形状記憶合金１０４は、常温下では、圧縮コイルばね１０５の復元力が加わることによってＺ軸方向に伸びている。形状記憶合金１０４は、形状記憶効果による復元力が圧縮コイルばね１０５の復元力より大きくなるように設計されている。
【００２１】
形状記憶合金１０４の形状は、形状記憶合金１０４への通電による形状記憶合金１０４自体の加熱によって制御される。具体的には、形状記憶合金１０４は、通電によって加熱されると、圧縮コイルばね１０５の復元力に抗してＺ軸方向に収縮する。形状記憶合金１０４の一端と固定されている内筒１０２は、形状記憶合金１０４の収縮に伴い、内筒１０２に支持された光ファイバ１０３と共に外筒１０１の内部をＺ軸方向に後退する。形状記憶合金１０４の収縮量は、形状記憶合金１０４への通電量によって精密に制御される。この通電量（すなわち、光ファイバ１０３のＺ軸方向の移動量）は、術者による内視鏡の操作部におけるＺ軸移動量の調節操作に応じて変動する。
【００２２】
形状記憶合金１０４は、通電が停止して常温に戻ると、又は通電量の減少によって温度が低下すると、形状記憶効果による復元力がなくなる、又は弱くなる。そして、圧縮コイルばね１０５の復元力によってＺ軸方向に伸びる。内筒１０２は、圧縮コイルばね１０５の復元力によって基端面が押されて、光ファイバ１０３と共に外筒１０１の内部をＺ軸方向に前進する。
【００２３】
光ファイバ１０３の射出端から射出するレーザ光は、走査装置１００のレンズユニットを介して被写体の表面又は表層で焦点を結ぶ。この焦点位置は、点光源として機能する光ファイバ１０３の射出端の進退に応じてＺ軸方向に変位する。すなわち、共焦点光学ユニット１０は、光ファイバ１０３の射出端の二軸方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）の移動と、圧縮コイルばね１０５及び形状記憶合金１０４による射出端の一軸方向（Ｚ軸方向）の移動とを行うことによって、被写体を三次元走査する。
【００２４】
光ファイバ１０３の射出端に入射した光は、光ファイバ１０３の内部を伝搬する。光ファイバ１０３の内部を伝搬した光は、内視鏡が接続されるビデオプロセッサ（図示せず）に送られ、光検出器によって検出される。ビデオプロセッサは、例えば、走査型共焦点内視鏡と接続される接続コネクタに組み込まれたフォトカプラにより光ファイバ１０３からの光を光源の光と分離する。この検出信号は、画像生成回路に入力され、画像生成回路は、順次入力される検出信号の検出タイミングに応じて、各検出信号によって表現される点像への画素アドレスの割当てを行う。画像生成回路は、割り当てた画素アドレスに従って、各点像の空間的配列によって構成される画像の信号をフレームメモリにフレーム単位でバッファリングする。バッファリングされた信号は、所定のタイミングでフレームメモリから掃き出されて、ＮＴＳＣやＰＡＬなどの所定の規格に準拠した映像信号に変換される。変換された映像信号がモニタに順次入力されることにより、モニタに、高倍率かつ高解像度の被写体の三次元共焦点画像が表示される。
【００２５】
図１（ｂ）は、走査装置１００の内部構成を示す斜視図である。走査装置１００は、２つの歯部を有するフォーク部材であるチューニングフォーク１１１、チューニングフォーク１１１の歯部を振動させるＸスキャン用のＸドライブコイル１１２、チューニングフォーク１１１を貫通させて把持するウレタンなどの弾性素材からなるマウント１１４を有する。チューニングフォーク１１１の一方の歯部には、長手方向に沿って、光源からの照明光を導光する光ファイバ１０３が設けられている。光ファイバ１０３は、歯部の先端まで延在している。光ファイバ１０３からの出射光は、チューニングフォーク１１１の先端側に設けられたレンズユニット１１５に進行する。
【００２６】
チューニングフォーク１１１は電磁鋼板などの磁気透過性を有する素材からなる。また、チューニングフォーク１１１の歯部には永久磁石からなるバイアス磁石１１６が設けられており、Ｘドライブコイル１１２とバイアス磁石１１６のそれぞれによって生成される磁場の相互作用によって歯部の駆動力が生まれる。チューニングフォーク１１１の歯部上におけるバイアス磁石１１６の位置は任意に調節可能であり、バイアス磁石１１６の位置を変更して所望の周波数にて歯部を振動させることができる。
【００２７】
チューニングフォーク１１１の基端には、チューニングフォーク１１１の長手方向に延びる永久磁石からなる棒状磁石１１３が接着剤１１８によって接続されている。棒状磁石１１３はチューニングフォーク１１１の一部を構成し、棒状磁石１１３の幅及び厚さはチューニングフォーク１１１の基端における幅及び厚さと概ね同一である。本実施形態においては、便宜上、棒状磁石１１３のＮ極がチューニングフォーク１１１の基端と向かい合うように構成されている。
【００２８】
また、走査装置１００は、棒状磁石１１３の基端に対向する位置に設けられた電磁石１１７を含む。電磁石１１７は、ビデオプロセッサ内のコントローラなどによる通電制御に基づいて、Ｎ極又はＳ極に磁化されたり、磁極を有さない状態に遷移したりする。したがって、従来では、形状記憶合金への通電を行って形状記憶合金を変形する際に、形状記憶合金の発熱が原因で永久磁石の熱減磁が発生して走査装置の走査動作に影響を及ぼす可能性があったが、本発明では、形状記憶合金１０４への通電に伴う形状記憶合金１０４の発熱を考慮しつつ電磁石の通電を制御することで、熱減磁を懸念することなく走査装置の走査動作を行うことができる。電磁石１１７の具体的な通電制御については後述する。
【００２９】
図２に、本実施形態における、走査を行っていない休止状態にある走査装置１００の側方断面図を示す。図２に示すように、休止状態では、電磁石１１７への通電が停止されているため、電磁石１１７には磁極が発生しない。したがって、電磁石１１７に磁極が生じていないため、チューニングフォーク１１１の基端に接続されている棒状磁石１１３は、電磁石１１７に対して中立位置にて静止した状態となる。すなわち、チューニングフォーク１１１も電磁石１１７に対して中立位置にて静止した状態にある。このため、本発明においては、走査装置１００の休止状態において、チューニングフォーク１１１の静止位置が中立位置からずれることはないため、マウント１１４の永久歪みを防止することができる。
【００３０】
図３（ａ）〜（ｃ）に、本実施形態において時間０，ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４における走査装置１００の駆動時の状態をそれぞれ示す。また、図４に、走査装置１００を駆動する際の電磁石１１７への電流の入力状態の時間変化を示す。便宜上、図３（ａ）と図４からわかるように、電磁石１１７にプラス電流を流したときに、電磁石１１７には、Ｙ軸正方向側にＮ極がＹ軸負方向側にＳ極が発生するものとする。以下、図３（ａ）〜（ｃ）と図４を参照しながら説明する。
【００３１】
時間０においては、図４に示すように、電磁石１１７に流れる電流は０である。また、図３（ｂ）に示すように、棒状磁石１１３の基端は電磁石１１７に対して中立位置にある。時間０からｔ１にかけては、電磁石１１７に流れるプラス電流が大きくなり、電磁石１１７に生じる磁極が強くなっていく。時間ｔ１において、図３（ａ）に示すように、棒状磁石１１３の基端は電磁石１１７に生じるＮ極側に引き寄せられるため、チューニングフォーク１１１の先端はＹ軸負方向に傾いた状態となる。
【００３２】
時間ｔ１からｔ２にかけては、電磁石１１７に流れるプラス電流が徐々に小さくなり、電磁石１１７に発生する磁力が徐々に弱くなる。そして、時間ｔ２において、電磁石１１７に流れる電流が０となる。時間ｔ２においては、時間０と同様、図３（ｂ）に示すように、棒状磁石１１３の基端は電磁石１１７に対して中立位置に移動する。
【００３３】
時間ｔ２からｔ３にかけては、電磁石１１７には徐々に大きなマイナス電流が流れ、電磁石１１７に生じる磁極が強くなっていく。時間ｔ３において、図３（ｃ）に示すように、棒状磁石１１３の基端は電磁石１１７のＮ極側に引き寄せられるため、チューニングフォーク１１１の先端はＹ軸正方向に傾いた状態となる。
【００３４】
時間ｔ３からｔ４にかけては、電磁石１１７に流れるマイナス電流が小さくなる。そして、時間ｔ４においては、電磁石１１７に流れる電流は０となる。時間ｔ４においては、時間０，ｔ２と同様、図３（ｂ）に示すように、棒状磁石１１３の基端は電磁石１１７に対して中立位置に移動する。そして、時間０からｔ４までの状態を周期的に繰り返すことにより、チューニングフォーク１１１はＹ軸方向に周期的に振動する。
【００３５】
本実施形態では、時間０，ｔ２，ｔ４において、電磁石１１７には磁極が発生していない。したがって、棒状磁石１１３の基端は、中立位置から正負いずれかのＹ軸方向に引き寄せられることなく中立位置に移動する。すなわち、チューニングフォーク１１１が中立位置からずれないため、光ファイバ１０３により取得した画像においてもぶれや歪みなどが発生しない。
【００３６】
以上が本発明の実施形態についての説明であるが、本発明は上記の構成に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲において種々の変形が可能である。例えば、上記の説明では、チューニングフォークの基端に接着固定された棒状磁石のＳ極が電磁石に対向するように構成しているが、棒状磁石の極を反転させて設けても、本発明の効果を達成することができる。また、バイアス磁石によるチューニングフォークの基端の磁化を加味して、バイアス磁石によりチューニングフォークの基端がＳ極に磁化されているときは、上記の説明の通り、Ｎ極がチューニングフォークの基端と向かい合うように棒状磁石を接着固定し、逆に、チューニングフォークの基端がＮ極に磁化されているときは、Ｓ極がチューニングフォークの基端と向かい合うように棒状磁石を接着固定することで、本発明の効果を得る上でより好適な構成を達成することができると言える。
【符号の説明】
【００３７】
１００ 走査装置
１０４ 形状記憶合金
１１１ チューニングフォーク
１１３ 棒状磁石
１１４ マウント
１１７ 電磁石
【特許請求の範囲】
【請求項１】
共焦点用ピンホールとして機能する点光源を有するフォーク部材と、該フォーク部材を支持するマウントを有する走査型共焦点内視鏡の走査装置において、
前記フォーク部材の基端に棒状磁石が接続されており、
前記棒状磁石の基端に対向する電磁石が設けられており、
前記電磁石への通電を制御して所定のタイミングにて磁極が交互に反転するように該電磁石を磁化して前記フォーク部材を振動させる制御手段を有する、
ことを特徴とする走査装置。
【請求項１】
共焦点用ピンホールとして機能する点光源を有するフォーク部材と、該フォーク部材を支持するマウントを有する走査型共焦点内視鏡の走査装置において、
前記フォーク部材の基端に棒状磁石が接続されており、
前記棒状磁石の基端に対向する電磁石が設けられており、
前記電磁石への通電を制御して所定のタイミングにて磁極が交互に反転するように該電磁石を磁化して前記フォーク部材を振動させる制御手段を有する、
ことを特徴とする走査装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−４０１７７（Ｐ２０１２−４０１７７Ａ）
【公開日】平成２４年３月１日（２０１２．３．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１８３９１５（Ｐ２０１０−１８３９１５）
【出願日】平成２２年８月１９日（２０１０．８．１９）
【出願人】（０００１１３２６３）ＨＯＹＡ株式会社 (3,820)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月１日（２０１２．３．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月１９日（２０１０．８．１９）
【出願人】（０００１１３２６３）ＨＯＹＡ株式会社 (3,820)
【Ｆターム（参考）】
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