光ファイバ走査装置
【課題】走査装置および方法を提供すること。
【解決手段】この装置は、光伝送器と、光伝送器の出口先端部から離れて配置された、光伝送器を支持するための取付台と、光伝送器を、第１の方向に共振的に振動するように、また第１の方向と直交する第２の方向に非共振的に振動するように駆動するための駆動部と、光伝送器の出口先端部が走査パターンを実施するように、光伝送器の第１の方向と第２の方向の振動を同期させるためのシンクロナイザとを備える。駆動部が、光伝送器に対して、取付台と出口先端部との間に駆動力を加える。
【解決手段】この装置は、光伝送器と、光伝送器の出口先端部から離れて配置された、光伝送器を支持するための取付台と、光伝送器を、第１の方向に共振的に振動するように、また第１の方向と直交する第２の方向に非共振的に振動するように駆動するための駆動部と、光伝送器の出口先端部が走査パターンを実施するように、光伝送器の第１の方向と第２の方向の振動を同期させるためのシンクロナイザとを備える。駆動部が、光伝送器に対して、取付台と出口先端部との間に駆動力を加える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、顕微鏡法、（内視顕微鏡法を含む）内視鏡検査法、ならびに共焦点顕微鏡法および共焦点内視鏡検査法における、特定ではあるが決して排他的ではない適用分野の、（光ファイバなどの）光伝送器での走査を実現するための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本願は、その内容が参照により全体として本明細書に組み込まれる、２００６年９月１４日出願の特許文献１の出願日に基づき、その利益を主張するものである。
【０００３】
一部の既存の顕微鏡および内視鏡は、サンプルへの光の供給、およびサンプルからの光収集のために、１本または複数本の光ファイバを使用する。サンプルを画像形成するためには、ファイバの出口先端部を走査することによって、供給された光がサンプル全体にわたって走査される。これは、ファイバによる光の放出後に光を走査することにより、または複数の戻りファイバを設けて光をそれぞれから順次収集することにより、行うことができる。
【０００４】
ファイバの走査は、ファイバの出口先端部を、音叉の振動枝などの機械的アクチュエータに取り付けることによって行うことができる。あるいは、一既存手法では、走査運動をファイバ、またしたがってその先端部に付与するために、ファイバの基部に配置されたアクチュエータを使用する。
【０００５】
例えば、小径の内視鏡で使用する、４つの背景技術走査機構１０、１２、１４、１６がそれぞれ、図１Ａ〜１Ｄに示してある。図１Ａおよび１Ｂの走査機構１０および１２はそれぞれ、光ファイバ（図示せず）を支えるための、強磁性体材料からなる非対称音叉１８を含む。音叉１８の第１の（走査用）枝が軸方向に配置され、固定されたＸ駆動コイル２０が、走査用枝と第２の（バランス用）枝のどちらも取り囲む。Ｙ走査が、シーソー動作によって得られ、それによって音叉１８が、Ｘコイル２０内部で振動する。Ｙ走査用の駆動力が、永久磁石２２、およびＹ駆動電流を通す電磁石２４で得られる。図１Ｂの走査機構１２では、全体の長さを低減させるために磁気回路が折り曲げられ、Ｙコイル２４が中空である。
【０００６】
走査機構１０および１２の両方での同期化が、音叉１８の基部に取り付けられたピエゾセンサで得られ、これは、増幅器を通じて音叉を共振駆動するのに使用される。両機構でのＸ走査は正弦波状であり、通常、機械的走査の中央半分が画像形成に使用される。ファイバ先端部が遅くなり逆戻りする外側の走査領域は、廃棄される。
【０００７】
図１Ｃの走査機構１４は、チューブピエゾドライバを使用する、基礎励振型片持ばりである。このレイアウトは、走査型顕微鏡、バーコードスキャナ、およびワシントン大学で開発された渦巻き走査型内視鏡において見られる。しかし、そのようなシステムには、走査ひずみの制御において問題があるようである。
【０００８】
図１Ｄを参照すると、特許文献２で開示された走査機構１６が、ファイバ２８にファイバの基部３０の近くで取り付けられたスロット付き磁石２６を含み、したがってファイバは、振動片持ばりとして働く。磁石２６は、磁石を取り囲む４つの電磁石すなわちコイル３２によって、活性化および制御される。
【０００９】
これらの走査システムのいくつかの例が、特許文献３、特許文献４、および特許文献５において開示されている。
【特許文献１】米国仮出願第６０／８２５，５９７号明細書
【特許文献２】国際公開ＷＯ０４／４０２６７号パンフレット
【特許文献３】米国特許第６，２９４，７７５号明細書
【特許文献４】米国特許第６，９７５，８９８号明細書
【特許文献５】米国特許第６，８４５，１９０号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
したがって、第１の広い態様によれば、本発明は、出口先端部を有する光伝送器を走査する方法であって、
光伝送器を、出口先端部から離れて配置された取付台内に支持すること、
光伝送器に対して、取付台と出口先端部の間に駆動力を加えること、
光伝送器を、第１の方向に第１の駆動力で共振的に振動するように、また第１の方向と直交する第２の方向に第２の駆動力で非共振的に振動するように駆動すること、および
光伝送器の出口先端部が走査パターンを実施するように、光伝送器の第１の方向の振動を、光伝送器の第２の方向の振動と同期させること
を含む方法が提供される。
【００１１】
走査パターンは、光伝送器が第１の方向に正弦振動を、また第２の方向に直線振動を実施した状態で、直線のラスター走査に近づくことができる。
【００１２】
一特定実施形態では、この方法は、光伝送器を第１の方向に、機械的共振の第１のオーバトーン（２次の振動とも呼ばれる）で振動させることを含む。
【００１３】
この方法は、
光伝送器上（取付台の近くなど）に取り付けられ、軸方向に分極された磁石と、磁石を第１の方向に駆動するための駆動コイル、および磁石の第１の方向の位置を示す位置信号の生成で使用する信号をもたらすためのセンサコイルを備え、磁石の両側で第１の方向に配置され、軸方向に向けられた第１の電磁石コイル対と、磁石を第２の方向に駆動するための、磁石の両側で第２の方向に配置され、軸方向に向けられた第２の電磁石コイル対とで、光伝送器を駆動すること、および
第１の方向の光伝送器の振動を維持するために（また、任意選択で、画像表示装置を同期させるために）、位置信号を使用して正帰還をもたらすこと
を含むことができる。
【００１４】
一実施形態では、この方法は、位置信号を、センサコイルの出力信号を積分することによって得ることを含む。
【００１５】
一特定実施形態では、この方法は、駆動コイルの磁界によってセンサコイル内に誘導された電流による位置信号の汚染を補償するために、駆動電流に比例する信号を位置信号から減じることを含むことができる。
【００１６】
これらの実施形態では、第２の第１の電磁石コイル対の間に収容することができる磁石の体積を最大にするために、磁石を第２の方向にテーパ状にすることができる（磁石がその方向に走査されるとき回転するため）。しかし、磁石は、第１の方向には、よりテーパ状でなくても、非テーパ状でもよい（磁石が、腹のところまたはその近くに位置付けられたとき、第１の方向にほぼ平行に運動するため）。
【００１７】
別の実施形態では、光伝送器を第１の方向、第２の方向、または第１の方向および第２の方向の両方に駆動するために、追加のコイルを使用することができる。
【００１８】
一実施形態では、この方法は、磁石が大幅に回転することなく横方向に移動するように、磁石をほぼ振動の腹のところに配置するか、または必要な光伝送器長を最小限に抑えるために、オーバトーン周波数対磁石位置の曲線におけるほぼ最小値のところに配置することを含む。別の実施形態では、この方法は、磁石を、振動の腹とオーバトーン周波数対磁石位置の曲線における最小値の実質的に両方のところに配置することを含む。
【００１９】
そのような磁石位置の場合、得られる基本共振周波数は、（一部のスキャナで必要な周波数などの）所望の周波数に対して低すぎることがあり、したがって、その周波数の約４倍などのオーバトーン共振（例えば、第１のオーバトーン）を使用することが望ましくなる。
【００２０】
この方法は、光伝送器を、第２のコイル対の低周波数交流励振で第２の方向に非共振的に振動させることを含むことができる。
【００２１】
すなわち、一部の小型スキャナで利用できる磁力を制限することができ、したがって、いくつかの実施形態では、磁石を光伝送器の取付け位置（または基部）から除去して、先端部の所望の偏向に十分な曲げモーメントを得ることができる（特に、その方向に低周波数交流励振および非共振動作で駆動される場合）。
【００２２】
一代替実施形態では、この方法は、光伝送器を、第２のコイル対の変動直流励振で、第２の方向に非共振的に振動させることを含む。そうした実施形態では、この方法は、（光伝送器を回復させるための）回復力を、ばねまたは光伝送器の弾性を用いてもたらすことを含むことができる。
【００２３】
光伝送器は一般に、１本の光ファイバを備え、光ファイバはシングルモードでよいが、適用分野に応じてそうである必要はない。あるいは、光伝送器は、複数のファイバまたはファイバ束を備えることができ、その場合各ファイバは、シングルモードまたはその他のモードでよい。
【００２４】
この方法は、第１および第２の方向の両方に、基本周波数での負帰還をもたらすことを含むことができる。
【００２５】
このようになされるのは、低基本共振周波数が、外部振動の影響の受けやすさ、および直線駆動内にその周波数前後の任意の信号を生み出すためである。
【００２６】
この方法は、光伝送器を、第２の方向のコンプライアンスとは大幅に異なるコンプライアンスを第１の方向に有するように取り付けることを含むことができる。
【００２７】
この方法は、光伝送器を、薄い横はり上に取り付けることを含むことができる。このはりの主にねじれによるひずみが、さらなるコンプライアンスをもたらして、一方向の共振周波数を低下させる。
【００２８】
別の実施形態では、この方法は、光伝送器を、一方の（例えばｙ）方向の方が、他方の（例えばｘ）方向よりも低い共振周波数を有する片持ばり上に取り付けることを含む。
【００２９】
第２の広い態様によれば、本発明は、
出口先端部を有する光伝送器と、
光伝送器を支持するための、出口先端部から離れて配置された取付台と、
光伝送器を、第１の方向に第１の駆動力で共振的に振動するように、また第１の方向と直交する第２の方向に第２の駆動力で非共振的に振動するように駆動するための駆動部と、
光伝送器の出口先端部が走査パターンを実施するように、光伝送器の第１の方向の振動を、光伝送器の第２の方向の振動と同期させるためのシンクロナイザと
を備える走査装置であって、
駆動部は、光伝送器に対し、取付台と出口先端部との間において駆動力を加える
走査装置を提供する。
【００３０】
この装置は、
光伝送器上（取付台の近くなど）に取り付けられ、軸方向に分極された磁石と、
磁石を第１の方向に駆動するための駆動コイル、および磁石の第１の方向の位置を示す位置信号の生成で使用する信号をもたらすためのセンサコイルを備え、磁石の両側に第１の方向に配置され、軸方向に向けられた第１の電磁石コイル対と、
磁石を第２の方向に駆動するための、磁石の両側に第２の方向に配置され、軸方向に向けられた第２の電磁石コイル対と
を備える駆動部であって、
位置信号が、光伝送器の第１の方向の振動を維持するための帰還をもたらすのに（また、任意選択で、画像表示を同期させるのに）適している駆動部を含むことができる。
【００３１】
一実施形態では、この装置は、センサコイルの出力信号を積分して位置信号を生成するための積分器を含む。
【００３２】
一特定実施形態では、この装置は、駆動コイルの磁界によってセンサコイル内に誘導された電流による位置信号の汚染を補償するために、駆動電流に比例する信号を位置信号から減じるように構成される。
【００３３】
これらの実施形態では、第２の第１の電磁石コイル対の間に収容することができる磁石の体積を最大にするために、磁石を第２の方向にテーパ状にすることができる。しかし、磁石は、第１の方向には、よりテーパ状でなくても、非テーパ状でもよい。
【００３４】
一実施形態では、磁石が大幅に回転することなく横方向に移動するように、磁石がほぼ振動の腹のところに配置されるか、またはオーバトーン周波数対磁石位置の曲線におけるほぼ最小値のところに配置されるか、または振動の腹とオーバトーン周波数対磁石位置の曲線における最小値の実質的に両方のところに配置される。
【００３５】
この装置は、光伝送器を、第２のコイル対の低周波数交流励振で、第２の方向に非共振的に振動させるように構成される。
【００３６】
他の実施形態では、この装置は、第２のコイル対を励振させ、それによって光伝送器を第２の方向に非共振的に振動させるための変動直流源を含む。そうした実施形態では、回復力を光伝送器の弾性によってもたらすことができ、あるいは装置は、回復力をもたらすためのばねまたは他の弾性機構を含むことができる。
【００３７】
光伝送器は一般に、１本の光ファイバを備える。あるいは、光伝送器は、複数のファイバまたはファイバ束を備えてもよい。
【００３８】
光伝送器用の（薄い横はりまたは片持ばりなどの）取付台は、前記第１および第２の方向に、大幅に異なるコンプライアンスを有することができる。
【００３９】
この装置は、光伝送器からの戻り光を処理して、そこから生成された画像を表示するための画像形成システムを含むことができる。
【００４０】
本発明は、顕微鏡、内視鏡、内視顕微鏡、または光干渉断層計など、上述の走査装置を備える画像形成装置も提供する。
【００４１】
いくつかの実施形態では、画像形成装置が、共焦点顕微鏡または共焦点内視鏡または多光子内視鏡などの共焦点画像形成装置である。
【００４２】
本発明をより明確に把握することができるように、ここで諸実施形態を、添付の図面を参照して、例として説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
本発明の第１の実施形態によるスキャナを、スキャナの断面側面図である図２Ａの４０に概略的に示す。スキャナ４０は、内視鏡の走査機構として使用するように適合され、標準的な光ファイバ４２の形をとる可撓性光伝送器を含み、可撓性光伝送器は、取付台４４内に取り付けられ、概して円筒形のハウジング４６によって取り囲まれる。可撓性光伝送器は、別法としてファイバ束の形をとってもよいが、以下の説明では、話を簡単にするために、「１本または複数本のファイバ４２」ではなく「ファイバ４２」と呼ばれることに留意されたい。とはいえ、「１本または複数本のファイバ４２」が、いくつかの実施形態で適切となり得ることを理解されたい。
【００４４】
スキャナ４０は、ファイバ４２上で、取付台４４からファイバ長の約４分の１のところに取り付けられた永久磁石４８も含む。磁石４８の正確な位置については、以下に詳細に論じる。磁石は、磁石を貫通する開口内、または磁石の１つの側面のスロット内にファイバを配置することを含む、任意の適切な方法で取り付けることができる。磁石は一般に、定位置に接着剤で保持される。本実施形態では、磁石４８は、その上面にスロット（図示せず）を有し、ファイバがそのスロット内に配置されて、接着剤で保持される。
【００４５】
ファイバ４２の、取付台４４から磁石４８までの長さは約４ｍｍであり、取付台からファイバ先端部までの長さは１８ｍｍである。ファイバ４２は、約１２５ミクロンの直径を有する。磁石４８の長さは約２ｍｍである。この幾何形状は、こうした寸法の標準的なファイバのスチフネスに鑑みて適している。磁石４８の取付台４４からの距離は、予想されるよりも長いが、所望のＹ偏向を機械的Ｑの恩恵を受けることなく得るために使用される。その結果、（約２００Ｈｚの）基本共振周波数が比較的低く、一部の適用分野での画像形成に適さないことがある。この周波数は、外部振動に応答したリンギングによる、歓迎されない干渉に対する影響の受けやすさももたらす。さらに、高速なＹ帰線が、長期間のリンギングを誘発し、それが表示された画像内に持ち込まれる恐れがある。重力偏向と共振周波数の直接の関係については、以下により詳細に論じる。
【００４６】
スキャナ４０は、ハウジング４６の内壁５２の内側に、磁石４８の周囲に互いに等しく離隔されて配置された４つの電磁石コイル５０の形をとる駆動部を含む。４つのコイルは、２つのＹコイル５４ａ、５４ｂ（この図中に示されている）、およびＹコイルの平面に垂直な平面内に位置合わせされた２つのＸコイル（図示せず）を備える。各コイルは、楕円形の断面を有し、シリコン鋼またはパーマロイのコア（例えば、コイル５４ａのコア５５ａ）の周囲に巻かれている。各コアは、〜０．８ｍｍの長軸、および〜０．４ｍｍの短軸からなる楕円形の断面を有し、一特定実施形態では、０．７ｍｍの長軸および０．３ｍｍの短軸を有する。これらのコイルは、円筒形ハウジング４６の内壁に接し、それぞれのコアによって支持される。コアは、ファイバ取付台４４も取り付けられる枠（図示せず）に取り付けられて、その枠によって支持され、枠の周囲にハウジング４６が嵌められる。
【００４７】
以下により詳細に説明するように、ファイバ４２は、第１のオーバトーン（電子回路によって自動的に選択される）を使用して、約８５０Ｈｚの動作周波数でｘ方向に共振的に駆動される（「高速走査」）。直交（すなわちｙ）方向は、低周波数交流駆動を使用して、非共振的に走査される。
【００４８】
以下により詳細に論じるが、簡潔に述べると、ｘ方向のオーバトーン動作は、一方のＸコイル（Ｘ駆動コイルと呼ばれる）を使用して駆動力を発生させ、他方のＸコイルをセンサ（Ｘセンサコイル）として使用することによって得られる。Ｘセンサコイル内に誘導されるｅｍｆは、磁石の速度にほぼ比例し、この誘導電圧が電子的手段により積分されて、帰還情報がもたらされる。Ｘ駆動コイルから直接誘導される電圧もある。これは、駆動電流をサンプリングし、積分された波形からバランス部分（ｂａｌａｎｃｉｎｇ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ）を減じることによって取り消される。
【００４９】
磁石４８の運動に比例する信号が、ファイバ４２を振動させ続けるために、移相後の正帰還としても、通常通りスキャナ４０の出力が最終的に画像表示装置に結合される場合に、そのような表示装置を同期させるためにも使用される。片持ばりを基本周波数で発振させないために、周波数選択性フィルタが帰還経路中に含まれる。この構成は、必要なオーバトーンでの自動スタート型である。
【００５０】
Ｙコイル５４ａ、５４ｂは、ｙ方向の振動をもたらす。これらは、バランス、および非共振走査に必要とされるより大きな力をもたらす。その対称性がまた、Ｘセンサコイル内への任意の直接誘導、およびＹコイル５４ａ、５４ｂ内への共振駆動信号を低減させる。
【００５１】
ｙ方向の基本周波数での望ましくない振動の検知は、ブリッジ回路で達成される。磁石４８の運動によって誘導されるｅｍｆが分離されて、周波数選択性フィルタによって電子的手段により増大され、負帰還ループ内で使用される。スキャナが動作中でさえ、どんな機械的外乱も検出できるように、監視信号も設けられる。
【００５２】
磁石４８は、図２Ａに示す平面内、それに垂直な平面内では前記より少ない角度で、双方において概して台形であり、したがって、取付台４４から離れてテーパ状になることに留意されたい。これは、コイルとの接触を回避しかつ磁石の体積を最大化することによる制約があるときの、この図に示す平衡位置から図の平面内とその平面に垂直な平面内のどちらにもファイバ４２（および、したがって磁石４８）を偏向することができる角度を最大にする。
【００５３】
したがって、磁石の運動が設けられた空間に対して最大にされ、このことは小径の内視鏡で使用するのに重要である。同様に、コイル５０が、その体積をその所望の強度に対して最小限に抑えるように設計される。図３は、（ハウジング４６内の）Ｙコイル５４ａ、５４ｂおよびＸコイル５６ａ、５６ｂの断面図である。４つのコイル全ては、所望の巻き数を維持しながら、コイルより内側にある（ファイバ４２および磁石４８が移動しなければならない）空間をできるだけ侵害しないように、楕円形である。得られる楕円はそれぞれ、ハウジングの直径の３分の１を占有して、磁石４８が運動するときに磁石４８に３分の１を残す。
【００５４】
これらのコイルは、最大サイズにおいて、ハウジング４６に等しい曲率で接触し、互いに接触する。磁石の偏向は、弾性はり理論および所望の（または必要な）ファイバ先端部の偏向から計算される。次いで、収容することができる最大磁石断面を決定することができる。円形のコイルではなく楕円形を使用する利点は、図４Ａおよび４Ｂから明白である。図４Ａは、ハウジング６２内の４つの円形コイル６０（断面で示す）、ならびにファイバおよび磁石用に空いたままにされた網掛け付きの内部空間６４を示す。このようなコイルを、スキャナ４０内で使用することができる。しかし、図４Ｂは、４つの楕円形コイル６６を備えた本実施形態の好ましい構成を示す。ファイバおよび磁石の運動用の網掛け付き内部空間６８は、図４Ａの空間６４の約２倍の幅および高さである。追加の内部空間により、円形コイルを用いて可能であるよりも、大きな磁石または大きなはりの偏向が、あるいはその両方が可能になる。
【００５５】
ハウジング４６、またしたがってスキャナ４０の最終的な全体の直径は〜４．５ｍｍであり、長さは〜３０ｍｍである。実際に、３．５ｍｍの直径を有する、本実施形態によるスキャナを製作した。さらに、３．０ｍｍの直径および２３ｍｍの長さを有するバージョンも設計した。また、さらに小さなバージョンを容易に製作することができると想定され
る。
【００５６】
図２Ｂは、スキャナ４０の完全Ｙ偏向での、すなわちファイバ４２がその最大の程度までＹ方向に偏向した状態での、断面側面図である。しかし、スキャナ４０は、図２Ｃに概略的に示すように、Ｘ方向には第１のオーバトーンで共振するように構成される。機械的共振走査用の実際的な周波数範囲は、約８００〜１０００Ｈｚ（または、場合によっては最大１６００Ｈｚ）であり、したがって上述のように、スキャナ４０は、約８５０Ｈｚの第１のオーバトーンで共振するように適合される。永久磁石４８が、このモードの腹の近くに配置され、したがって磁石は、（先端部のｘ方向の偏向の方が、ｙ方向の偏向よりも大きいにもかかわらず）遠くに移動せず、移動時には、その残りの位置関係に対して、図２Ｂに示すＹ走査において見えるのと同程度に大きな角度ほどは回転されない。このことが、磁石４８の図２Ｃに見える磁石の断面にほとんどテーパを加える必要がなく、またこの最小の偏向の利点を利用するようにその断面のサイズを最大にすることができるという、２つの結果をもたらす。
【００５７】
ファイバ４２に沿った永久磁石４８の位置が、大雑把な言い方をすれば、十分な走査振幅をｙ方向にもたらす（磁石４８が取付台４４に近いほど、ｙ方向の走査振幅が大きくなる）とともに、十分な間隔をｘ方向にもたらすように選択される。次いで、その位置は、最適な第１のオーバトーン性能が得られるように調整され、低周波数交流Ｙ偏向の要件との適合性があるかどうか検査される。
【００５８】
１８ｍｍの全ファイバ長について、基本周波数および第１のオーバトーン周波数をコンピュータで計算し、（磁石４８の取付台４４からの距離の関数として）図５にプロットしてある。基本周波数７０は、磁石４８の取付台４４からの距離に伴って単調に減少する。しかし、オーバトーン周波数７２は、約４ｍｍのところに最小値を有し、これは実際、約８５０Ｈｚの第１のオーバトーン周波数を使用して適切なＹ偏向をもたらすように選択された位置に近い。この位置は、この所望の周波数に対して最短のファイバを使用し、したがってスキャナの全体の長さを最小限に抑えるという意味において「最適」と述べることができる。
【００５９】
直径が最優先に考慮すべき点である、（小径チューブの下方に嵌まるように製作された長い剛性のスキャナなどの）小径のスキャナの場合、磁石は、平行磁石運動および最良の間隔を得るために、腹のところに配置される。しかし、スキャナが、可撓性内視鏡の剛性の先端部で使用するものである場合（剛性先端部の長さが短い場合、こちらの方が一般に有用である）、（オーバトーン）動作の所与の周波数について最短のスキャナ長を実現するために、前述の最小周波数条件が好ましい基準となり得る。磁石を、実際的な間隔を伴って、この２つの理想的な位置の間に配置することができる。そのどちらも、放物線の最小値によって定義され、したがって、性能を犠牲にすることがほとんどない。本実施形態では、磁石４８が図５に示す最小値のところに配置され、したがってスキャナ長が最小限に抑えられるが、それによって磁石４８が基本的に振動の腹のところにも配置され、したがってスキャナの直径を最小限に抑えることもできる。
【００６０】
図６は、スキャナ４０で使用する、正弦／のこぎり歯状のパターン８０を示す。図６は、ハウジング６２をファイバ４２の先端部８２の位置で通る断面図である。先端部８２は、その４つの極限偏向箇所において示され、先端部８２は、いずれの場合もハウジング６２にできるだけ近く、最大に可能な画像をもたらす。一般に、ｘ方向の正弦波状の偏向８０のうちで、先端部８２が（左から右へなどの）一方向に移動した中央部分８４（実曲線で示す）のみが、データ収集に使用される。しかし、スキャナ４０は、ほとんど全部の垂直、すなわちｙ方向の走査（基本的に、直線的なのこぎり歯運動を有する）を使用し、したがって実際には、先端部８２のｘ方向行程の約半分になる。このため、ほぼ正方形の画像が維持される。より大きな程度の画像ゆがみが許容できる、または画像形成後の処理を使用してそのゆがみを低減させる場合、ｘ方向の偏向のより大きな部分を使用することができる。
【００６１】
双運動を起こすファイバを、共振時を除いて十分に偏向させることができず、機械的Ｑが利用される場合のために、他の走査パターンが開発されてきた。これは、交流駆動で駆動されているとき、利用できる駆動力が、ファイバを低周波数で直接偏向させるには小さすぎる場合に生ずる。
【００６２】
スキャナ４０で使用する別の可能な走査パターンは、可変な楕円を有し、その場合、ファイバがチューブに２点（すなわち、楕円の両端部）でしか接触しない。速度の点から、そのような可変な楕円が使用される場合の画像形成に適した面積は、図６に示すパターンでの面積よりもわずかに大きい。楕円形パターンのＹ振幅を、図１Ｄに示す楕円形パターンのＹ振幅に比べて増大させることができるが、次いで表示装置へのマッピングがより困難になる。しかし、一部の適用分野では、そうした走査の制限が、直線の表示装置への直接変換を伴ってさえも許容可能である。
【００６３】
スキャナ４０は、双運動を起こす共振片持ばりを備えるので、その潜在的な問題はふれまわりの問題である。取付台４４が、ｘ方向およびｙ方向に異なるコンプライアンス（compliance：整合性）をもたらすように設計される。次いで、単一の駆動コイルによって作用される磁石４８を用いて、基本的に直線の走査を得ることができる。図７は、取付台４４の（ｚ軸に沿って見た）概略図である。取付台４４は、ファイバ４２の基部を支持する薄い横はり９２を備える円形枠９０を含む。横はり９２は、曲がってｘ方向の偏向を可能にすることができるよりも容易にねじれてｙ方向の偏向を可能にすることができ、したがって、上記で論じたように、ｘ方向およびｙ方向に大幅に異なるコンプライアンスを可能にする。
【００６４】
あるいは、（例えば、０．１ｍｍ厚さおよび１ｍｍ幅の）薄いポリマーストリップを、実質的に剛性の取付台の前方で、ファイバ４２に横方向に取り付けることもできる。こうすることでも、ｘ方向およびｙ方向に、大幅に異なるコンプライアンスをもたらすことができる。
【００６５】
どんな技法が使用されようとも、（永久磁石４８が、ｘ方向に走査しているとき、Ｙコイル５４ａ、５４ｂの磁極片に接近しすぎないことを条件として）差（周波数差という点で述べた）が約２０Ｈｚである場合、コンプライアンスが十分に異なると推定される。低周波数交流Ｙ駆動が使用されるので、この周波数差を、スキャナ４０のｙ方向の動作を危うくすることなく、かなり大きくすることができる。
【００６６】
［Ｘ電子回路］
スキャナ４０のＸ電子回路は、磁石４８のｘ位置を送出し、（正帰還ループを用いて）オーバトーンでの偏向を制御し、（負帰還ループを用いて）基本周波数での振動を抑制し、また画像同期化をもたらすことによって、ｘ方向の共振走査を制御する。
【００６７】
［Ｘ位置検知］
図８は、Ｘ電子回路の回路図であり、この図はまた、Ｘ駆動コイル５６ａとＸセンサコイル５６ｂとの間のファイバ４２および磁石４８も示す。磁石４８がＸコイル間で移動するので、Ｘセンサコイル５６ｂに対する磁石の運動のため、磁石の（位置ではなく）速度に比例するｅｍｆがＸセンサコイル５６ｂ内に誘導される。Ｘ駆動コイル５６ａの磁界からＸセンサコイル５６ｂ内への、かなりの直接誘導もある。より正確には、相互インダクタンスが、駆動電流の微分に比例する信号をもたらす。信号は、共振から容易に測り分けられ、定量化することができる。
【００６８】
これらの影響、すなわち誘導されたｅｍｆと直接誘導はどちらも、図中に２つの電圧源（それぞれ、
【００６９】
【数１】
【００７０】
および
【００７１】
【数２】
【００７２】
）として直列に、コイルインピーダンスの後ろに注釈付けされている。これらは、（スキャナ４０から）前置増幅器に渡され、前置増幅器から積分器に渡される。積分器の出力が位置信号であるが、これは依然として、ここでＸ駆動電流に比例する直接誘導によって汚染されている。この汚染は、Ｘ駆動コイル５６ａの基部に示す、サンプリングされた駆動電流の一部分を減じることによって除去される。最後に、回路図の右上に、磁石位置の良好な指標である信号が生成される。名目上の正弦波内に、磁界の幾何形状によるわずかな非対称性があるが、それはあまり重要ではない。
【００７３】
［オーバトーンでの偏向制御］
正帰還ループ内の高域フィルタが、（回路図の右上の）Ｘ検知信号からオーバトーンを選択する。そうでない場合、ファイバは、約２００Ｈｚの基本周波数で開始することができる。信号経路は、オーバトーン選択フィルタを通り、全通過移相器を介してリミッタまで続く。このリミッタは、振幅を制御するための（正帰還発振器に必要な）非直線性をもたらす。ある一定のファイバ偏向振幅より上で、リミッタが電源レールに制限された信号を生成する。次いで、この一定の振幅信号が、所望の走査をもたらすために、駆動段への入力端で適当に減衰される。したがって駆動波形は、リミッタのため、厳密に正弦波状ではなくむしろ方形であり、そのことが、Ｘ検知信号に駆動信号からの汚染がないように調整するのを助ける。駆動信号が正弦波であれば、汚染はより明白でないことになる。方形波駆動の場合、オシロスコープを使用して、Ｘ検知に加わった方形波をなくすように補償を調整することができる。
【００７４】
走査振幅制御の役割について、その制御を当初ゼロに設定した状態でシステムをオンに切り替えることを想像すれば、容易に理解することができる。利得が徐々に増大される場合、発振が開始し、ループ利得が１のとき低レベル正弦波を発生させる。この時点で、巻き抵抗および他のレベル依存損失の増大で利得制御の最もわずかな変化および非常にわずかな振幅調節が生じて、振幅が著しく上下する。制御をさらに進めることによって、リミッタ入力端での振幅が増大され、その結果正弦波の上ピークおよび下ピークのクリッピングが開始する。十分に大きな振幅で、駆動段への入力端での波形が、上述の方形波に近づく。
【００７５】
［基本周波数での振動の抑制］
振動減衰に使用される負帰還ループのいくつかの特性は、上述の正のループと際立った対照をなす。例えば、負のループは、発振ループを妨げずに、周波数範囲全体にわたって位相余裕を維持しながら、最大に可能なループ利得をもたらし、直線性をもたらし、より低い周波数領域（特に、基本機械的共振）を強めることを目的とする。意図される負のループは、重要な周波数範囲の外側で、容易に正になることができる。
【００７６】
低周波数では負のループとして働き、高周波数では正のループとして働くように、位相特性を２つの周波数範囲にわたって調整した状態で、単一のループで十分であると想像されるかもしれない。しかし、振幅制御に必要な非直線性が、Ｘ駆動コイル５６ａへの駆動内に、信号の混変調を引き起こすことになる。こうした理由で、本実施形態では並列ループが使用され、並列ループは、リミッタの後ろの駆動段への入力端に加わる。
【００７７】
したがって、Ｘ検知信号で始まって、ピーク低域フィルタが、駆動段への直接アクセスを有する負のループ内で基本周波数範囲を選択し、オーバトーンの振幅制御に使用されるリミッタを事実上バイパスする。走査中、ループ利得を、外部振動からの画像への干渉の点で最良の結果が得られるように調整することができる。あるいは、低振幅プローブ信号を駆動段に挿入して、Ｘコイル５６ａ、５６ｂおよびファイバ４２からなるシステム全体を通過し、フィルタ出力端に戻った信号を観測することによって、ループ利得を定量化することもできる。プローブ信号が共振帯域によって同調されるとき、振幅および位相がプローブに対して測定される。位相差がピーク応答時に１８０°に近い場合、ループを安全に閉じることができ、振動減衰を実証することができる。
【００７８】
［画像形成用の同期信号の提供］
走査と走査からの画像形成の関係の間には、区別がつけられるべきである。さらに、スキャナ４０は、ファイバ４２によって放出されている、またはファイバ４２に反射し戻されている励起光または戻り光とは独立した、画像形成用の同期化を別途設ける。バーコード走査などの適用分野では、必要な情報全てを対象物からピックアップすることができるが、高信頼性内視鏡の画像形成の場合、画像を生成することができるように、ファイバ４２の先端部の位置を知ることが必要である。
【００７９】
共焦点顕微鏡の長所は、焦点はずれ光が画像に入るのが許されないことである。オペレータはしばしば、共焦点顕微鏡を始動するとすぐ、視野全体が暗いと感じる。というのも、焦点面が、たまたま視野下の物体と交差していないためである。深さが（ｚ方向に）走査されるときにしか、任意の画像情報が現れない。こうした理由のため、画像とは独立した同期化が、共焦点顕微鏡に不可欠である。
【００８０】
したがって、図８の右上に戻ると、Ｘ検知信号が、ゼロ交差（表示の中央）用に処理され、画像形成機器が、適当な遅延を使用して走査信号を表示することができる。
【００８１】
スキャナ４０およびその電子回路の始動時に、このＸ同期信号がコンピュータループ全体を開始させ、そのコンピュータループが、Ｙ走査信号をスキャナ４０に供給し戻す。
【００８２】
［Ｙ電子回路］
図９は、ファイバ４２および磁石４８をｙ方向に移動させるようにＹ駆動を制御する、スキャナ４０のＹ電子回路の回路図である。Ｙコイル５４ａ、５４ｂはどちらも、対称性、および磁石の十分な偏向を得るためという理由から、駆動電流を通す。
【００８３】
磁石４８に対して作用するｙ方向の力はｘ成分を有し、ｘ成分はバランスが保たれる。１つのＹコイルしか作動していない場合、ｙ走査が進むにつれてｘが変調され、磁石４８がＹコイルの磁極に近づく極限のところで、走査が楕円形になる危険性がある。さらに、ｙ方向の偏向が、Ｙ電流の点から直線のようにならないことになる。
【００８４】
Ｙコイル５４ａ、５４ｂ内へのＸ駆動磁界の誘導に関して、別の対称条件がある。Ｘ駆動コイル５６ａは、（図３に示すように）Ｙコイル５４ａ、５４ｂのどちらにも隣接し、またそのどちらともほぼ接触する。Ｙコイル５４ａ、５４ｂを、図９に示すように直列に接続することによって、Ｙ内へのＸの誘導が大いに取り消される。
【００８５】
Ｙ駆動信号が、図９の左上において、（画像形成機器から）Ｙ電子回路に入る。この信号は、一般にデジタルアナログ変換器から得られ、基本周波数に近い任意の成分を除去することが重要である。その成分は、変換にも、のこぎり歯の任意の急なフライバックにも由来し得る。そのどちらも、瞬間的な帰線に対してもオーバシュートまたはリンギングすることなく時間領域応答するように設計されたフィルタによって減衰される。
【００８６】
外部環境における振動による、基本周波数でのリンギングの問題が残っている。Ｙ検知コイルがないので、磁石４８の運動によってＹコイル５４ａ、５４ｂ内に誘導されるｅｍｆが使用される。これは、両Ｙコイル内の、のこぎり歯駆動の存在下で行われる。
【００８７】
駆動信号を取り消し、ｙ方向の磁石の振動によって両コイル内に誘導された電圧を抽出するのに使用されるブリッジが、（図中のＹコイルの左側に）設けられる。ブリッジの出力が増幅されて帯域フィルタを通過し、Ｙ方向の基本共振を消滅させるために、Ｙ駆動に追加される。
【００８８】
［テスト］
上記で論じた潜在的な摂動の影響に加えて、走査への単純な振動の干渉、およびよりかすかなパラメトリック変調の影響（その場合、振幅が取付台のコンプライアンスに依存する）が、問題となる恐れがある。前者は、（生体内の内視鏡内での運動などの）使用中のスキャナの運動から生ずる。
【００８９】
走査用の曲げモーメントを、片持ばりファイバ４２の基部にどのように供給するかについて検討することができる。音叉スキャナの枝に必要な大きなモーメントは、バランスを保つための、好ましくはより厚い枝によってしかもたらすことができない。音叉を完全になくすことによって、曲げモーメントが所与の偏向について１桁低減され、駆動力も同様であり、最も重要なことには、機械的Ｑも１桁低減される。したがって、スキャナ４０は、取付け要因の影響をより受けにくい。
【００９０】
（実施例）
Ｘ専用ファイバ片持ばりを、軽量の取付台を用いてテストした。次いで、Ｘ検知信号を、一定の駆動を用いてさまざまな取付け条件下で測定した。基部から多少離れた距離のところでパイラを用いて締め付けると、組立体と一緒に共振するように思われた１つの場合を除き、振幅がわずか数パーセント変動した。ファイバ取付け領域に接触することでしか、この影響はなくならなかった。
【００９１】
次いで、スキャナ４０に基づいて２つのスキャナを製作し、内視鏡に組み込んだ。この２つのスキャナで、いくつかの画像を撮影した。図１０Ａは、これらのスキャナのうち第１のもので収集した、蛍光繊維の画像（図１０Ｂに、見やすくするために陰画の形で再現した）であり、基本機械的共振での振動による干渉の影響を示す。この影響は、ｘ方向にジッタとして現れているが、Ｙ駆動波形内の非常に小さなグリッチ(glitch)に由来する。同様の影響を、Ｙ駆動を注意深くフィルタリングしない状態で、急速な帰線を用いて発生させることができる。
【００９２】
図１１は、第２のスキャナで収集した、編んだ繊維の画像であり、画像では、Ｘ方向とＹ方向のどちらにもジッタがなく、個々の繊維が、細部を示していることが見られる。
【００９３】
図１２は、蛍光格子を１２．５ミクロン間隔で備え、図１１の画像を収集するのに使用したのと同じスキャナで収集された、要求の厳しい対象物の画像である。この画像は、達成することができる視野および直線性の指標をもたらす。画像は、視野全体にわたってほぼ均一な縮尺を有する。
【００９４】
図１３Ａ、１３Ｂ、および１３Ｃは、図２Ａのスキャナ４０と共に使用するための、本発明の一実施形態による代替ファイバ取付台１００（すなわち、取付台４４の代替）の図である。ワイヤカットしたチタンからなるファイバ取付台１００は、（スキャナ４０の円筒形ハウジング４６内に配置するための）概して半円柱形の基部１０２と、光ファイバ４２を保持するための、ネック１０６によって基部１０２に接合された、前方を向いた一体型片持ばり１０４とを備える。基部１０２は、約３ｍｍの直径を有する。片持ばり１０４は、ファイバ４２の一部分を受けるための上部溝１０８を含み、次いでファイバ４２は、その前方端部が基本的に図２Ａ〜２Ｃに示すように走査されることができるように、前方に（すなわちｚ方向に）片持ばり１０４を越えて突き出す。基部１０２は、完全な半円柱に満たないように形成されて、それによって溝１０８が、ファイバ４２が円筒形ハウジング４６と同軸になるように配置される。ファイバ４２は、溝１０８内に接着剤で保持される。溝１０８は、取付台４４の（ｚ方向の）厚さよりも（ｚ方向に）長く、したがってファイバ４２を、取付台４４内に配置するよりもしっかりと本実施形態のファイバ取付台１００内に配置することができる。
【００９５】
さらに、片持ばり１０４は、横すなわちｘ方向に、その縦すなわちｙ方向の厚さよりもかなり大きな（約１ｍｍの）幅を有するので、いくらかスプリングボードのように働く。したがって片持ばり１０４は、ｙ方向よりもｘ方向に硬く、したがってｙ方向の変位に対してよりもｘ方向の変位に対してより耐性がある。その結果、ファイバ取付台１００を備えるスキャナ４０の一実施形態では、ファイバ４２のｘ方向の振動に関する共振周波数の方が、ファイバ４２のｙ方向の振動に関する共振周波数よりも４６ｋＨｚ大きく、それによって、高速Ｘ走査および低速Ｙ走査が容易になるということが分かった。
【００９６】
ファイバ取付台１００は、取付台１００を軽くするために、または電気ケーブルなど用に、スキャナ４０の前方部分へのフィードスルーを設けるために、概して円柱形の切欠き１１２をその下周辺部１１４内に光学的に含むことができる。
【００９７】
図１４Ａ、１４Ｂおよび１４Ｃは、図２Ａのスキャナ４０と共に使用するための、本発明の一実施形態による代替コイルホルダ１２０の図である。図１４Ｃは、コイルが設けられたコイルホルダ１２０を示す。やはりワイヤカットされたチタンからなるコイルホルダ１２０は、約３ｍｍの直径を有する概して円筒形であり、スキャナ４０のコイル５０に相当する（図１４Ｃに１２４で示す）４つの楕円形電磁石コイルを収容するための、４つの同一で等しく離隔された楕円形の内部陥凹１２２を含む。しかし、スキャナ４０のコイル５０とは異なり、コイル１２４は、その外側の巻線とそれぞれに対応する陥凹１２２の表面とが係合することによって、そのコア１２６によってではなくその外側の巻線によって保持される。したがって、コイル１２４は、円筒形ハウジング４６の内壁に接するのではなく、むしろ陥凹１２２の表面に接する。コイルホルダ１２０は、コイル１２４の正確ですばやい位置決めを可能にし、製作に費用がかからない。
【００９８】
さらに、コイルホルダ１２０の外面内に、１つまたは複数のスロットまたは溝（図示せず）を、ハウジング４６の内壁５２上に設けられた対応するフランジと係合させるために任意選択で設けることもできる。これらの任意選択の溝およびフランジは、コイルホルダ１２０の適所への位置決めおよび固定を容易にする。
【００９９】
図１５は、図２Ａの実施形態による光ファイバスキャナを備えるが、図１３Ａ〜１３Ｃのファイバ取付台１００と、図１４Ａおよび１４Ｂのコイルホルダ１２０とを使用する共焦点内視鏡で得られた、マウス由来の小さな腸絨毛の画像である。マウスには、１％のフルオレセインナトリウム溶液０．５ｍｌを静脈注射し、局所アクリフラビン（０．０５％溶液）を絨毛に施与した。次いで、組織を、４８８ｎｍレーザ照射を使用して画像形成した。
【０１００】
図１６は、図１５の画像と同様の装置で収集された、マウス由来の肝臓血管の画像である。このサンプルは、（局所アクリフラビンの施与はないが）図１５において画像形成されたものと同様にして用意した。
【０１０１】
図１５と１６のどちらの画像についても、視野は約５００μｍ×５００μｍである。
【０１０２】
本発明の範囲内にある修正を、当分野の技術者なら容易に行うことができる。したがって、本発明は、先に例として記載した特定の実施形態に限定されないことを理解されたい。
【０１０３】
本発明の添付の特許請求の範囲および前述の記載では、明示的な言語または必要な推論のため文脈上異なる解釈を要する場合を除き、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」という語、あるいは「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」または「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」などの変形が、包括的な意味で、すなわち、述べられた特徴の存在を指定するが、本発明のさまざまな実施形態におけるさらなる特徴の存在または追加を妨げないために、使用される。さらに、本明細書における従来技術へのどんな参照も、そのような従来技術が、共通一般知識の一部分を成す、または成したことを意味するものではない。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１Ａ】背景技術の走査機構の概略図である。
【図１Ｂ】背景技術の別の走査機構の概略図である。
【図１Ｃ】背景技術の別の走査機構の概略図である。
【図１Ｄ】背景技術の別の走査機構の概略図である。
【図２Ａ】本発明の第１の実施形態によるスキャナの概略側面図である。
【図２Ｂ】図２Ａのスキャナの使用中の概略側面図である。
【図２Ｃ】図２Ａのスキャナの使用中の別の概略側面図である。
【図３】図２Ａのスキャナのコイルの断面概略図である。
【図４Ａ】楕円形コイルが図２Ａのスキャナ内にある利点を、円形コイルと比較して示す概略図である。
【図４Ｂ】楕円形コイルが図２Ａのスキャナ内にある利点を、円形コイルと比較して示す、別の概略図である。
【図５】ファイバ全長が１８ｍｍの場合の、基本周波数および第１のオーバトーン周波数を、図２Ａのスキャナの取付台からの磁石の距離の関数としてプロットした図である。
【図６】図２Ａのスキャナで使用される、正弦／のこぎり歯状の走査パターンの例を示す図である。
【図７】図２Ａのスキャナの取付台の概略図である。
【図８】図２ＡのスキャナのＸ電子回路の回路図である。
【図９】図２ＡのスキャナのＹ電子回路の回路図である。
【図１０Ａ】本発明の一実施形態に従って製作されたスキャナを含む内視鏡で収集された、蛍光繊維の画像の例である。
【図１０Ｂ】見やすくするために用意された、図１０Ａの画像の陰画版を示す図である。
【図１１】本発明の一実施形態に従って製作された別のスキャナを含む内視鏡で収集された、編んだ繊維の画像の例である。
【図１２】図１１の画像を収集するのに使用された内視鏡で収集された、蛍光格子の画像の例である。
【図１３Ａ】図２Ａのスキャナと共に使用するための、本発明の一実施形態による代替ファイバ取付台の図である。
【図１３Ｂ】図２Ａのスキャナと共に使用するための、本発明の一実施形態による代替ファイバ取付台の別の図である。
【図１３Ｃ】図２Ａのスキャナと共に使用するための、本発明の一実施形態による代替ファイバ取付台の別の図である。
【図１４Ａ】図２Ａのスキャナと共に使用するための、本発明の一実施形態による代替コイルホルダを示す図である。
【図１４Ｂ】図２Ａのスキャナと共に使用するための、本発明の一実施形態による代替コイルホルダを示す別の図である。
【図１４Ｃ】図２Ａのスキャナと共に使用するための、本発明の一実施形態による代替コイルホルダを示す別の図である。
【図１５】図１３Ａ〜１３Ｃのファイバ取付台、ならびに図１４Ａ、１４Ｂおよび１４Ｃのコイルホルダを使用する図２Ａのスキャナで得られた、マウス由来の小さな腸絨毛の画像である。
【図１６】図１３Ａ〜１３Ｃのファイバ取付台、ならびに図１４Ａ、１４Ｂおよび１４Ｃのコイルホルダを使用する図２Ａのスキャナで得られた、マウス由来の肝臓血管の画像である。
【符号の説明】
【０１０５】
４０ スキャナ
４２ 光ファイバ
４４ 取付台
４６ 円筒形ハウジング
４８ 永久磁石
５０ 電磁石コイル
５４ａ Ｙコイル
５４ｂ Ｙコイル
５６ａ Ｘ駆動コイル
５６ｂ Ｘセンサコイル
６０ 円形コイル
６２ ハウジング
６６ 楕円形コイル
７０ 基本周波数
７２ オーバトーン周波数
８０ 正弦／のこぎり歯状のパターン（偏向）
８２ 先端部
８４ 中央部分
９０ 円形枠
９２ 横はり
１００ ファイバ取付台
１０２ 基部
１０４ 片持ばり
１０８ 上部溝
１２０ コイルホルダ
１２２ 内部陥凹
１２４ 楕円形電磁石コイル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、顕微鏡法、（内視顕微鏡法を含む）内視鏡検査法、ならびに共焦点顕微鏡法および共焦点内視鏡検査法における、特定ではあるが決して排他的ではない適用分野の、（光ファイバなどの）光伝送器での走査を実現するための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本願は、その内容が参照により全体として本明細書に組み込まれる、２００６年９月１４日出願の特許文献１の出願日に基づき、その利益を主張するものである。
【０００３】
一部の既存の顕微鏡および内視鏡は、サンプルへの光の供給、およびサンプルからの光収集のために、１本または複数本の光ファイバを使用する。サンプルを画像形成するためには、ファイバの出口先端部を走査することによって、供給された光がサンプル全体にわたって走査される。これは、ファイバによる光の放出後に光を走査することにより、または複数の戻りファイバを設けて光をそれぞれから順次収集することにより、行うことができる。
【０００４】
ファイバの走査は、ファイバの出口先端部を、音叉の振動枝などの機械的アクチュエータに取り付けることによって行うことができる。あるいは、一既存手法では、走査運動をファイバ、またしたがってその先端部に付与するために、ファイバの基部に配置されたアクチュエータを使用する。
【０００５】
例えば、小径の内視鏡で使用する、４つの背景技術走査機構１０、１２、１４、１６がそれぞれ、図１Ａ〜１Ｄに示してある。図１Ａおよび１Ｂの走査機構１０および１２はそれぞれ、光ファイバ（図示せず）を支えるための、強磁性体材料からなる非対称音叉１８を含む。音叉１８の第１の（走査用）枝が軸方向に配置され、固定されたＸ駆動コイル２０が、走査用枝と第２の（バランス用）枝のどちらも取り囲む。Ｙ走査が、シーソー動作によって得られ、それによって音叉１８が、Ｘコイル２０内部で振動する。Ｙ走査用の駆動力が、永久磁石２２、およびＹ駆動電流を通す電磁石２４で得られる。図１Ｂの走査機構１２では、全体の長さを低減させるために磁気回路が折り曲げられ、Ｙコイル２４が中空である。
【０００６】
走査機構１０および１２の両方での同期化が、音叉１８の基部に取り付けられたピエゾセンサで得られ、これは、増幅器を通じて音叉を共振駆動するのに使用される。両機構でのＸ走査は正弦波状であり、通常、機械的走査の中央半分が画像形成に使用される。ファイバ先端部が遅くなり逆戻りする外側の走査領域は、廃棄される。
【０００７】
図１Ｃの走査機構１４は、チューブピエゾドライバを使用する、基礎励振型片持ばりである。このレイアウトは、走査型顕微鏡、バーコードスキャナ、およびワシントン大学で開発された渦巻き走査型内視鏡において見られる。しかし、そのようなシステムには、走査ひずみの制御において問題があるようである。
【０００８】
図１Ｄを参照すると、特許文献２で開示された走査機構１６が、ファイバ２８にファイバの基部３０の近くで取り付けられたスロット付き磁石２６を含み、したがってファイバは、振動片持ばりとして働く。磁石２６は、磁石を取り囲む４つの電磁石すなわちコイル３２によって、活性化および制御される。
【０００９】
これらの走査システムのいくつかの例が、特許文献３、特許文献４、および特許文献５において開示されている。
【特許文献１】米国仮出願第６０／８２５，５９７号明細書
【特許文献２】国際公開ＷＯ０４／４０２６７号パンフレット
【特許文献３】米国特許第６，２９４，７７５号明細書
【特許文献４】米国特許第６，９７５，８９８号明細書
【特許文献５】米国特許第６，８４５，１９０号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
したがって、第１の広い態様によれば、本発明は、出口先端部を有する光伝送器を走査する方法であって、
光伝送器を、出口先端部から離れて配置された取付台内に支持すること、
光伝送器に対して、取付台と出口先端部の間に駆動力を加えること、
光伝送器を、第１の方向に第１の駆動力で共振的に振動するように、また第１の方向と直交する第２の方向に第２の駆動力で非共振的に振動するように駆動すること、および
光伝送器の出口先端部が走査パターンを実施するように、光伝送器の第１の方向の振動を、光伝送器の第２の方向の振動と同期させること
を含む方法が提供される。
【００１１】
走査パターンは、光伝送器が第１の方向に正弦振動を、また第２の方向に直線振動を実施した状態で、直線のラスター走査に近づくことができる。
【００１２】
一特定実施形態では、この方法は、光伝送器を第１の方向に、機械的共振の第１のオーバトーン（２次の振動とも呼ばれる）で振動させることを含む。
【００１３】
この方法は、
光伝送器上（取付台の近くなど）に取り付けられ、軸方向に分極された磁石と、磁石を第１の方向に駆動するための駆動コイル、および磁石の第１の方向の位置を示す位置信号の生成で使用する信号をもたらすためのセンサコイルを備え、磁石の両側で第１の方向に配置され、軸方向に向けられた第１の電磁石コイル対と、磁石を第２の方向に駆動するための、磁石の両側で第２の方向に配置され、軸方向に向けられた第２の電磁石コイル対とで、光伝送器を駆動すること、および
第１の方向の光伝送器の振動を維持するために（また、任意選択で、画像表示装置を同期させるために）、位置信号を使用して正帰還をもたらすこと
を含むことができる。
【００１４】
一実施形態では、この方法は、位置信号を、センサコイルの出力信号を積分することによって得ることを含む。
【００１５】
一特定実施形態では、この方法は、駆動コイルの磁界によってセンサコイル内に誘導された電流による位置信号の汚染を補償するために、駆動電流に比例する信号を位置信号から減じることを含むことができる。
【００１６】
これらの実施形態では、第２の第１の電磁石コイル対の間に収容することができる磁石の体積を最大にするために、磁石を第２の方向にテーパ状にすることができる（磁石がその方向に走査されるとき回転するため）。しかし、磁石は、第１の方向には、よりテーパ状でなくても、非テーパ状でもよい（磁石が、腹のところまたはその近くに位置付けられたとき、第１の方向にほぼ平行に運動するため）。
【００１７】
別の実施形態では、光伝送器を第１の方向、第２の方向、または第１の方向および第２の方向の両方に駆動するために、追加のコイルを使用することができる。
【００１８】
一実施形態では、この方法は、磁石が大幅に回転することなく横方向に移動するように、磁石をほぼ振動の腹のところに配置するか、または必要な光伝送器長を最小限に抑えるために、オーバトーン周波数対磁石位置の曲線におけるほぼ最小値のところに配置することを含む。別の実施形態では、この方法は、磁石を、振動の腹とオーバトーン周波数対磁石位置の曲線における最小値の実質的に両方のところに配置することを含む。
【００１９】
そのような磁石位置の場合、得られる基本共振周波数は、（一部のスキャナで必要な周波数などの）所望の周波数に対して低すぎることがあり、したがって、その周波数の約４倍などのオーバトーン共振（例えば、第１のオーバトーン）を使用することが望ましくなる。
【００２０】
この方法は、光伝送器を、第２のコイル対の低周波数交流励振で第２の方向に非共振的に振動させることを含むことができる。
【００２１】
すなわち、一部の小型スキャナで利用できる磁力を制限することができ、したがって、いくつかの実施形態では、磁石を光伝送器の取付け位置（または基部）から除去して、先端部の所望の偏向に十分な曲げモーメントを得ることができる（特に、その方向に低周波数交流励振および非共振動作で駆動される場合）。
【００２２】
一代替実施形態では、この方法は、光伝送器を、第２のコイル対の変動直流励振で、第２の方向に非共振的に振動させることを含む。そうした実施形態では、この方法は、（光伝送器を回復させるための）回復力を、ばねまたは光伝送器の弾性を用いてもたらすことを含むことができる。
【００２３】
光伝送器は一般に、１本の光ファイバを備え、光ファイバはシングルモードでよいが、適用分野に応じてそうである必要はない。あるいは、光伝送器は、複数のファイバまたはファイバ束を備えることができ、その場合各ファイバは、シングルモードまたはその他のモードでよい。
【００２４】
この方法は、第１および第２の方向の両方に、基本周波数での負帰還をもたらすことを含むことができる。
【００２５】
このようになされるのは、低基本共振周波数が、外部振動の影響の受けやすさ、および直線駆動内にその周波数前後の任意の信号を生み出すためである。
【００２６】
この方法は、光伝送器を、第２の方向のコンプライアンスとは大幅に異なるコンプライアンスを第１の方向に有するように取り付けることを含むことができる。
【００２７】
この方法は、光伝送器を、薄い横はり上に取り付けることを含むことができる。このはりの主にねじれによるひずみが、さらなるコンプライアンスをもたらして、一方向の共振周波数を低下させる。
【００２８】
別の実施形態では、この方法は、光伝送器を、一方の（例えばｙ）方向の方が、他方の（例えばｘ）方向よりも低い共振周波数を有する片持ばり上に取り付けることを含む。
【００２９】
第２の広い態様によれば、本発明は、
出口先端部を有する光伝送器と、
光伝送器を支持するための、出口先端部から離れて配置された取付台と、
光伝送器を、第１の方向に第１の駆動力で共振的に振動するように、また第１の方向と直交する第２の方向に第２の駆動力で非共振的に振動するように駆動するための駆動部と、
光伝送器の出口先端部が走査パターンを実施するように、光伝送器の第１の方向の振動を、光伝送器の第２の方向の振動と同期させるためのシンクロナイザと
を備える走査装置であって、
駆動部は、光伝送器に対し、取付台と出口先端部との間において駆動力を加える
走査装置を提供する。
【００３０】
この装置は、
光伝送器上（取付台の近くなど）に取り付けられ、軸方向に分極された磁石と、
磁石を第１の方向に駆動するための駆動コイル、および磁石の第１の方向の位置を示す位置信号の生成で使用する信号をもたらすためのセンサコイルを備え、磁石の両側に第１の方向に配置され、軸方向に向けられた第１の電磁石コイル対と、
磁石を第２の方向に駆動するための、磁石の両側に第２の方向に配置され、軸方向に向けられた第２の電磁石コイル対と
を備える駆動部であって、
位置信号が、光伝送器の第１の方向の振動を維持するための帰還をもたらすのに（また、任意選択で、画像表示を同期させるのに）適している駆動部を含むことができる。
【００３１】
一実施形態では、この装置は、センサコイルの出力信号を積分して位置信号を生成するための積分器を含む。
【００３２】
一特定実施形態では、この装置は、駆動コイルの磁界によってセンサコイル内に誘導された電流による位置信号の汚染を補償するために、駆動電流に比例する信号を位置信号から減じるように構成される。
【００３３】
これらの実施形態では、第２の第１の電磁石コイル対の間に収容することができる磁石の体積を最大にするために、磁石を第２の方向にテーパ状にすることができる。しかし、磁石は、第１の方向には、よりテーパ状でなくても、非テーパ状でもよい。
【００３４】
一実施形態では、磁石が大幅に回転することなく横方向に移動するように、磁石がほぼ振動の腹のところに配置されるか、またはオーバトーン周波数対磁石位置の曲線におけるほぼ最小値のところに配置されるか、または振動の腹とオーバトーン周波数対磁石位置の曲線における最小値の実質的に両方のところに配置される。
【００３５】
この装置は、光伝送器を、第２のコイル対の低周波数交流励振で、第２の方向に非共振的に振動させるように構成される。
【００３６】
他の実施形態では、この装置は、第２のコイル対を励振させ、それによって光伝送器を第２の方向に非共振的に振動させるための変動直流源を含む。そうした実施形態では、回復力を光伝送器の弾性によってもたらすことができ、あるいは装置は、回復力をもたらすためのばねまたは他の弾性機構を含むことができる。
【００３７】
光伝送器は一般に、１本の光ファイバを備える。あるいは、光伝送器は、複数のファイバまたはファイバ束を備えてもよい。
【００３８】
光伝送器用の（薄い横はりまたは片持ばりなどの）取付台は、前記第１および第２の方向に、大幅に異なるコンプライアンスを有することができる。
【００３９】
この装置は、光伝送器からの戻り光を処理して、そこから生成された画像を表示するための画像形成システムを含むことができる。
【００４０】
本発明は、顕微鏡、内視鏡、内視顕微鏡、または光干渉断層計など、上述の走査装置を備える画像形成装置も提供する。
【００４１】
いくつかの実施形態では、画像形成装置が、共焦点顕微鏡または共焦点内視鏡または多光子内視鏡などの共焦点画像形成装置である。
【００４２】
本発明をより明確に把握することができるように、ここで諸実施形態を、添付の図面を参照して、例として説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
本発明の第１の実施形態によるスキャナを、スキャナの断面側面図である図２Ａの４０に概略的に示す。スキャナ４０は、内視鏡の走査機構として使用するように適合され、標準的な光ファイバ４２の形をとる可撓性光伝送器を含み、可撓性光伝送器は、取付台４４内に取り付けられ、概して円筒形のハウジング４６によって取り囲まれる。可撓性光伝送器は、別法としてファイバ束の形をとってもよいが、以下の説明では、話を簡単にするために、「１本または複数本のファイバ４２」ではなく「ファイバ４２」と呼ばれることに留意されたい。とはいえ、「１本または複数本のファイバ４２」が、いくつかの実施形態で適切となり得ることを理解されたい。
【００４４】
スキャナ４０は、ファイバ４２上で、取付台４４からファイバ長の約４分の１のところに取り付けられた永久磁石４８も含む。磁石４８の正確な位置については、以下に詳細に論じる。磁石は、磁石を貫通する開口内、または磁石の１つの側面のスロット内にファイバを配置することを含む、任意の適切な方法で取り付けることができる。磁石は一般に、定位置に接着剤で保持される。本実施形態では、磁石４８は、その上面にスロット（図示せず）を有し、ファイバがそのスロット内に配置されて、接着剤で保持される。
【００４５】
ファイバ４２の、取付台４４から磁石４８までの長さは約４ｍｍであり、取付台からファイバ先端部までの長さは１８ｍｍである。ファイバ４２は、約１２５ミクロンの直径を有する。磁石４８の長さは約２ｍｍである。この幾何形状は、こうした寸法の標準的なファイバのスチフネスに鑑みて適している。磁石４８の取付台４４からの距離は、予想されるよりも長いが、所望のＹ偏向を機械的Ｑの恩恵を受けることなく得るために使用される。その結果、（約２００Ｈｚの）基本共振周波数が比較的低く、一部の適用分野での画像形成に適さないことがある。この周波数は、外部振動に応答したリンギングによる、歓迎されない干渉に対する影響の受けやすさももたらす。さらに、高速なＹ帰線が、長期間のリンギングを誘発し、それが表示された画像内に持ち込まれる恐れがある。重力偏向と共振周波数の直接の関係については、以下により詳細に論じる。
【００４６】
スキャナ４０は、ハウジング４６の内壁５２の内側に、磁石４８の周囲に互いに等しく離隔されて配置された４つの電磁石コイル５０の形をとる駆動部を含む。４つのコイルは、２つのＹコイル５４ａ、５４ｂ（この図中に示されている）、およびＹコイルの平面に垂直な平面内に位置合わせされた２つのＸコイル（図示せず）を備える。各コイルは、楕円形の断面を有し、シリコン鋼またはパーマロイのコア（例えば、コイル５４ａのコア５５ａ）の周囲に巻かれている。各コアは、〜０．８ｍｍの長軸、および〜０．４ｍｍの短軸からなる楕円形の断面を有し、一特定実施形態では、０．７ｍｍの長軸および０．３ｍｍの短軸を有する。これらのコイルは、円筒形ハウジング４６の内壁に接し、それぞれのコアによって支持される。コアは、ファイバ取付台４４も取り付けられる枠（図示せず）に取り付けられて、その枠によって支持され、枠の周囲にハウジング４６が嵌められる。
【００４７】
以下により詳細に説明するように、ファイバ４２は、第１のオーバトーン（電子回路によって自動的に選択される）を使用して、約８５０Ｈｚの動作周波数でｘ方向に共振的に駆動される（「高速走査」）。直交（すなわちｙ）方向は、低周波数交流駆動を使用して、非共振的に走査される。
【００４８】
以下により詳細に論じるが、簡潔に述べると、ｘ方向のオーバトーン動作は、一方のＸコイル（Ｘ駆動コイルと呼ばれる）を使用して駆動力を発生させ、他方のＸコイルをセンサ（Ｘセンサコイル）として使用することによって得られる。Ｘセンサコイル内に誘導されるｅｍｆは、磁石の速度にほぼ比例し、この誘導電圧が電子的手段により積分されて、帰還情報がもたらされる。Ｘ駆動コイルから直接誘導される電圧もある。これは、駆動電流をサンプリングし、積分された波形からバランス部分（ｂａｌａｎｃｉｎｇ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ）を減じることによって取り消される。
【００４９】
磁石４８の運動に比例する信号が、ファイバ４２を振動させ続けるために、移相後の正帰還としても、通常通りスキャナ４０の出力が最終的に画像表示装置に結合される場合に、そのような表示装置を同期させるためにも使用される。片持ばりを基本周波数で発振させないために、周波数選択性フィルタが帰還経路中に含まれる。この構成は、必要なオーバトーンでの自動スタート型である。
【００５０】
Ｙコイル５４ａ、５４ｂは、ｙ方向の振動をもたらす。これらは、バランス、および非共振走査に必要とされるより大きな力をもたらす。その対称性がまた、Ｘセンサコイル内への任意の直接誘導、およびＹコイル５４ａ、５４ｂ内への共振駆動信号を低減させる。
【００５１】
ｙ方向の基本周波数での望ましくない振動の検知は、ブリッジ回路で達成される。磁石４８の運動によって誘導されるｅｍｆが分離されて、周波数選択性フィルタによって電子的手段により増大され、負帰還ループ内で使用される。スキャナが動作中でさえ、どんな機械的外乱も検出できるように、監視信号も設けられる。
【００５２】
磁石４８は、図２Ａに示す平面内、それに垂直な平面内では前記より少ない角度で、双方において概して台形であり、したがって、取付台４４から離れてテーパ状になることに留意されたい。これは、コイルとの接触を回避しかつ磁石の体積を最大化することによる制約があるときの、この図に示す平衡位置から図の平面内とその平面に垂直な平面内のどちらにもファイバ４２（および、したがって磁石４８）を偏向することができる角度を最大にする。
【００５３】
したがって、磁石の運動が設けられた空間に対して最大にされ、このことは小径の内視鏡で使用するのに重要である。同様に、コイル５０が、その体積をその所望の強度に対して最小限に抑えるように設計される。図３は、（ハウジング４６内の）Ｙコイル５４ａ、５４ｂおよびＸコイル５６ａ、５６ｂの断面図である。４つのコイル全ては、所望の巻き数を維持しながら、コイルより内側にある（ファイバ４２および磁石４８が移動しなければならない）空間をできるだけ侵害しないように、楕円形である。得られる楕円はそれぞれ、ハウジングの直径の３分の１を占有して、磁石４８が運動するときに磁石４８に３分の１を残す。
【００５４】
これらのコイルは、最大サイズにおいて、ハウジング４６に等しい曲率で接触し、互いに接触する。磁石の偏向は、弾性はり理論および所望の（または必要な）ファイバ先端部の偏向から計算される。次いで、収容することができる最大磁石断面を決定することができる。円形のコイルではなく楕円形を使用する利点は、図４Ａおよび４Ｂから明白である。図４Ａは、ハウジング６２内の４つの円形コイル６０（断面で示す）、ならびにファイバおよび磁石用に空いたままにされた網掛け付きの内部空間６４を示す。このようなコイルを、スキャナ４０内で使用することができる。しかし、図４Ｂは、４つの楕円形コイル６６を備えた本実施形態の好ましい構成を示す。ファイバおよび磁石の運動用の網掛け付き内部空間６８は、図４Ａの空間６４の約２倍の幅および高さである。追加の内部空間により、円形コイルを用いて可能であるよりも、大きな磁石または大きなはりの偏向が、あるいはその両方が可能になる。
【００５５】
ハウジング４６、またしたがってスキャナ４０の最終的な全体の直径は〜４．５ｍｍであり、長さは〜３０ｍｍである。実際に、３．５ｍｍの直径を有する、本実施形態によるスキャナを製作した。さらに、３．０ｍｍの直径および２３ｍｍの長さを有するバージョンも設計した。また、さらに小さなバージョンを容易に製作することができると想定され
る。
【００５６】
図２Ｂは、スキャナ４０の完全Ｙ偏向での、すなわちファイバ４２がその最大の程度までＹ方向に偏向した状態での、断面側面図である。しかし、スキャナ４０は、図２Ｃに概略的に示すように、Ｘ方向には第１のオーバトーンで共振するように構成される。機械的共振走査用の実際的な周波数範囲は、約８００〜１０００Ｈｚ（または、場合によっては最大１６００Ｈｚ）であり、したがって上述のように、スキャナ４０は、約８５０Ｈｚの第１のオーバトーンで共振するように適合される。永久磁石４８が、このモードの腹の近くに配置され、したがって磁石は、（先端部のｘ方向の偏向の方が、ｙ方向の偏向よりも大きいにもかかわらず）遠くに移動せず、移動時には、その残りの位置関係に対して、図２Ｂに示すＹ走査において見えるのと同程度に大きな角度ほどは回転されない。このことが、磁石４８の図２Ｃに見える磁石の断面にほとんどテーパを加える必要がなく、またこの最小の偏向の利点を利用するようにその断面のサイズを最大にすることができるという、２つの結果をもたらす。
【００５７】
ファイバ４２に沿った永久磁石４８の位置が、大雑把な言い方をすれば、十分な走査振幅をｙ方向にもたらす（磁石４８が取付台４４に近いほど、ｙ方向の走査振幅が大きくなる）とともに、十分な間隔をｘ方向にもたらすように選択される。次いで、その位置は、最適な第１のオーバトーン性能が得られるように調整され、低周波数交流Ｙ偏向の要件との適合性があるかどうか検査される。
【００５８】
１８ｍｍの全ファイバ長について、基本周波数および第１のオーバトーン周波数をコンピュータで計算し、（磁石４８の取付台４４からの距離の関数として）図５にプロットしてある。基本周波数７０は、磁石４８の取付台４４からの距離に伴って単調に減少する。しかし、オーバトーン周波数７２は、約４ｍｍのところに最小値を有し、これは実際、約８５０Ｈｚの第１のオーバトーン周波数を使用して適切なＹ偏向をもたらすように選択された位置に近い。この位置は、この所望の周波数に対して最短のファイバを使用し、したがってスキャナの全体の長さを最小限に抑えるという意味において「最適」と述べることができる。
【００５９】
直径が最優先に考慮すべき点である、（小径チューブの下方に嵌まるように製作された長い剛性のスキャナなどの）小径のスキャナの場合、磁石は、平行磁石運動および最良の間隔を得るために、腹のところに配置される。しかし、スキャナが、可撓性内視鏡の剛性の先端部で使用するものである場合（剛性先端部の長さが短い場合、こちらの方が一般に有用である）、（オーバトーン）動作の所与の周波数について最短のスキャナ長を実現するために、前述の最小周波数条件が好ましい基準となり得る。磁石を、実際的な間隔を伴って、この２つの理想的な位置の間に配置することができる。そのどちらも、放物線の最小値によって定義され、したがって、性能を犠牲にすることがほとんどない。本実施形態では、磁石４８が図５に示す最小値のところに配置され、したがってスキャナ長が最小限に抑えられるが、それによって磁石４８が基本的に振動の腹のところにも配置され、したがってスキャナの直径を最小限に抑えることもできる。
【００６０】
図６は、スキャナ４０で使用する、正弦／のこぎり歯状のパターン８０を示す。図６は、ハウジング６２をファイバ４２の先端部８２の位置で通る断面図である。先端部８２は、その４つの極限偏向箇所において示され、先端部８２は、いずれの場合もハウジング６２にできるだけ近く、最大に可能な画像をもたらす。一般に、ｘ方向の正弦波状の偏向８０のうちで、先端部８２が（左から右へなどの）一方向に移動した中央部分８４（実曲線で示す）のみが、データ収集に使用される。しかし、スキャナ４０は、ほとんど全部の垂直、すなわちｙ方向の走査（基本的に、直線的なのこぎり歯運動を有する）を使用し、したがって実際には、先端部８２のｘ方向行程の約半分になる。このため、ほぼ正方形の画像が維持される。より大きな程度の画像ゆがみが許容できる、または画像形成後の処理を使用してそのゆがみを低減させる場合、ｘ方向の偏向のより大きな部分を使用することができる。
【００６１】
双運動を起こすファイバを、共振時を除いて十分に偏向させることができず、機械的Ｑが利用される場合のために、他の走査パターンが開発されてきた。これは、交流駆動で駆動されているとき、利用できる駆動力が、ファイバを低周波数で直接偏向させるには小さすぎる場合に生ずる。
【００６２】
スキャナ４０で使用する別の可能な走査パターンは、可変な楕円を有し、その場合、ファイバがチューブに２点（すなわち、楕円の両端部）でしか接触しない。速度の点から、そのような可変な楕円が使用される場合の画像形成に適した面積は、図６に示すパターンでの面積よりもわずかに大きい。楕円形パターンのＹ振幅を、図１Ｄに示す楕円形パターンのＹ振幅に比べて増大させることができるが、次いで表示装置へのマッピングがより困難になる。しかし、一部の適用分野では、そうした走査の制限が、直線の表示装置への直接変換を伴ってさえも許容可能である。
【００６３】
スキャナ４０は、双運動を起こす共振片持ばりを備えるので、その潜在的な問題はふれまわりの問題である。取付台４４が、ｘ方向およびｙ方向に異なるコンプライアンス（compliance：整合性）をもたらすように設計される。次いで、単一の駆動コイルによって作用される磁石４８を用いて、基本的に直線の走査を得ることができる。図７は、取付台４４の（ｚ軸に沿って見た）概略図である。取付台４４は、ファイバ４２の基部を支持する薄い横はり９２を備える円形枠９０を含む。横はり９２は、曲がってｘ方向の偏向を可能にすることができるよりも容易にねじれてｙ方向の偏向を可能にすることができ、したがって、上記で論じたように、ｘ方向およびｙ方向に大幅に異なるコンプライアンスを可能にする。
【００６４】
あるいは、（例えば、０．１ｍｍ厚さおよび１ｍｍ幅の）薄いポリマーストリップを、実質的に剛性の取付台の前方で、ファイバ４２に横方向に取り付けることもできる。こうすることでも、ｘ方向およびｙ方向に、大幅に異なるコンプライアンスをもたらすことができる。
【００６５】
どんな技法が使用されようとも、（永久磁石４８が、ｘ方向に走査しているとき、Ｙコイル５４ａ、５４ｂの磁極片に接近しすぎないことを条件として）差（周波数差という点で述べた）が約２０Ｈｚである場合、コンプライアンスが十分に異なると推定される。低周波数交流Ｙ駆動が使用されるので、この周波数差を、スキャナ４０のｙ方向の動作を危うくすることなく、かなり大きくすることができる。
【００６６】
［Ｘ電子回路］
スキャナ４０のＸ電子回路は、磁石４８のｘ位置を送出し、（正帰還ループを用いて）オーバトーンでの偏向を制御し、（負帰還ループを用いて）基本周波数での振動を抑制し、また画像同期化をもたらすことによって、ｘ方向の共振走査を制御する。
【００６７】
［Ｘ位置検知］
図８は、Ｘ電子回路の回路図であり、この図はまた、Ｘ駆動コイル５６ａとＸセンサコイル５６ｂとの間のファイバ４２および磁石４８も示す。磁石４８がＸコイル間で移動するので、Ｘセンサコイル５６ｂに対する磁石の運動のため、磁石の（位置ではなく）速度に比例するｅｍｆがＸセンサコイル５６ｂ内に誘導される。Ｘ駆動コイル５６ａの磁界からＸセンサコイル５６ｂ内への、かなりの直接誘導もある。より正確には、相互インダクタンスが、駆動電流の微分に比例する信号をもたらす。信号は、共振から容易に測り分けられ、定量化することができる。
【００６８】
これらの影響、すなわち誘導されたｅｍｆと直接誘導はどちらも、図中に２つの電圧源（それぞれ、
【００６９】
【数１】
【００７０】
および
【００７１】
【数２】
【００７２】
）として直列に、コイルインピーダンスの後ろに注釈付けされている。これらは、（スキャナ４０から）前置増幅器に渡され、前置増幅器から積分器に渡される。積分器の出力が位置信号であるが、これは依然として、ここでＸ駆動電流に比例する直接誘導によって汚染されている。この汚染は、Ｘ駆動コイル５６ａの基部に示す、サンプリングされた駆動電流の一部分を減じることによって除去される。最後に、回路図の右上に、磁石位置の良好な指標である信号が生成される。名目上の正弦波内に、磁界の幾何形状によるわずかな非対称性があるが、それはあまり重要ではない。
【００７３】
［オーバトーンでの偏向制御］
正帰還ループ内の高域フィルタが、（回路図の右上の）Ｘ検知信号からオーバトーンを選択する。そうでない場合、ファイバは、約２００Ｈｚの基本周波数で開始することができる。信号経路は、オーバトーン選択フィルタを通り、全通過移相器を介してリミッタまで続く。このリミッタは、振幅を制御するための（正帰還発振器に必要な）非直線性をもたらす。ある一定のファイバ偏向振幅より上で、リミッタが電源レールに制限された信号を生成する。次いで、この一定の振幅信号が、所望の走査をもたらすために、駆動段への入力端で適当に減衰される。したがって駆動波形は、リミッタのため、厳密に正弦波状ではなくむしろ方形であり、そのことが、Ｘ検知信号に駆動信号からの汚染がないように調整するのを助ける。駆動信号が正弦波であれば、汚染はより明白でないことになる。方形波駆動の場合、オシロスコープを使用して、Ｘ検知に加わった方形波をなくすように補償を調整することができる。
【００７４】
走査振幅制御の役割について、その制御を当初ゼロに設定した状態でシステムをオンに切り替えることを想像すれば、容易に理解することができる。利得が徐々に増大される場合、発振が開始し、ループ利得が１のとき低レベル正弦波を発生させる。この時点で、巻き抵抗および他のレベル依存損失の増大で利得制御の最もわずかな変化および非常にわずかな振幅調節が生じて、振幅が著しく上下する。制御をさらに進めることによって、リミッタ入力端での振幅が増大され、その結果正弦波の上ピークおよび下ピークのクリッピングが開始する。十分に大きな振幅で、駆動段への入力端での波形が、上述の方形波に近づく。
【００７５】
［基本周波数での振動の抑制］
振動減衰に使用される負帰還ループのいくつかの特性は、上述の正のループと際立った対照をなす。例えば、負のループは、発振ループを妨げずに、周波数範囲全体にわたって位相余裕を維持しながら、最大に可能なループ利得をもたらし、直線性をもたらし、より低い周波数領域（特に、基本機械的共振）を強めることを目的とする。意図される負のループは、重要な周波数範囲の外側で、容易に正になることができる。
【００７６】
低周波数では負のループとして働き、高周波数では正のループとして働くように、位相特性を２つの周波数範囲にわたって調整した状態で、単一のループで十分であると想像されるかもしれない。しかし、振幅制御に必要な非直線性が、Ｘ駆動コイル５６ａへの駆動内に、信号の混変調を引き起こすことになる。こうした理由で、本実施形態では並列ループが使用され、並列ループは、リミッタの後ろの駆動段への入力端に加わる。
【００７７】
したがって、Ｘ検知信号で始まって、ピーク低域フィルタが、駆動段への直接アクセスを有する負のループ内で基本周波数範囲を選択し、オーバトーンの振幅制御に使用されるリミッタを事実上バイパスする。走査中、ループ利得を、外部振動からの画像への干渉の点で最良の結果が得られるように調整することができる。あるいは、低振幅プローブ信号を駆動段に挿入して、Ｘコイル５６ａ、５６ｂおよびファイバ４２からなるシステム全体を通過し、フィルタ出力端に戻った信号を観測することによって、ループ利得を定量化することもできる。プローブ信号が共振帯域によって同調されるとき、振幅および位相がプローブに対して測定される。位相差がピーク応答時に１８０°に近い場合、ループを安全に閉じることができ、振動減衰を実証することができる。
【００７８】
［画像形成用の同期信号の提供］
走査と走査からの画像形成の関係の間には、区別がつけられるべきである。さらに、スキャナ４０は、ファイバ４２によって放出されている、またはファイバ４２に反射し戻されている励起光または戻り光とは独立した、画像形成用の同期化を別途設ける。バーコード走査などの適用分野では、必要な情報全てを対象物からピックアップすることができるが、高信頼性内視鏡の画像形成の場合、画像を生成することができるように、ファイバ４２の先端部の位置を知ることが必要である。
【００７９】
共焦点顕微鏡の長所は、焦点はずれ光が画像に入るのが許されないことである。オペレータはしばしば、共焦点顕微鏡を始動するとすぐ、視野全体が暗いと感じる。というのも、焦点面が、たまたま視野下の物体と交差していないためである。深さが（ｚ方向に）走査されるときにしか、任意の画像情報が現れない。こうした理由のため、画像とは独立した同期化が、共焦点顕微鏡に不可欠である。
【００８０】
したがって、図８の右上に戻ると、Ｘ検知信号が、ゼロ交差（表示の中央）用に処理され、画像形成機器が、適当な遅延を使用して走査信号を表示することができる。
【００８１】
スキャナ４０およびその電子回路の始動時に、このＸ同期信号がコンピュータループ全体を開始させ、そのコンピュータループが、Ｙ走査信号をスキャナ４０に供給し戻す。
【００８２】
［Ｙ電子回路］
図９は、ファイバ４２および磁石４８をｙ方向に移動させるようにＹ駆動を制御する、スキャナ４０のＹ電子回路の回路図である。Ｙコイル５４ａ、５４ｂはどちらも、対称性、および磁石の十分な偏向を得るためという理由から、駆動電流を通す。
【００８３】
磁石４８に対して作用するｙ方向の力はｘ成分を有し、ｘ成分はバランスが保たれる。１つのＹコイルしか作動していない場合、ｙ走査が進むにつれてｘが変調され、磁石４８がＹコイルの磁極に近づく極限のところで、走査が楕円形になる危険性がある。さらに、ｙ方向の偏向が、Ｙ電流の点から直線のようにならないことになる。
【００８４】
Ｙコイル５４ａ、５４ｂ内へのＸ駆動磁界の誘導に関して、別の対称条件がある。Ｘ駆動コイル５６ａは、（図３に示すように）Ｙコイル５４ａ、５４ｂのどちらにも隣接し、またそのどちらともほぼ接触する。Ｙコイル５４ａ、５４ｂを、図９に示すように直列に接続することによって、Ｙ内へのＸの誘導が大いに取り消される。
【００８５】
Ｙ駆動信号が、図９の左上において、（画像形成機器から）Ｙ電子回路に入る。この信号は、一般にデジタルアナログ変換器から得られ、基本周波数に近い任意の成分を除去することが重要である。その成分は、変換にも、のこぎり歯の任意の急なフライバックにも由来し得る。そのどちらも、瞬間的な帰線に対してもオーバシュートまたはリンギングすることなく時間領域応答するように設計されたフィルタによって減衰される。
【００８６】
外部環境における振動による、基本周波数でのリンギングの問題が残っている。Ｙ検知コイルがないので、磁石４８の運動によってＹコイル５４ａ、５４ｂ内に誘導されるｅｍｆが使用される。これは、両Ｙコイル内の、のこぎり歯駆動の存在下で行われる。
【００８７】
駆動信号を取り消し、ｙ方向の磁石の振動によって両コイル内に誘導された電圧を抽出するのに使用されるブリッジが、（図中のＹコイルの左側に）設けられる。ブリッジの出力が増幅されて帯域フィルタを通過し、Ｙ方向の基本共振を消滅させるために、Ｙ駆動に追加される。
【００８８】
［テスト］
上記で論じた潜在的な摂動の影響に加えて、走査への単純な振動の干渉、およびよりかすかなパラメトリック変調の影響（その場合、振幅が取付台のコンプライアンスに依存する）が、問題となる恐れがある。前者は、（生体内の内視鏡内での運動などの）使用中のスキャナの運動から生ずる。
【００８９】
走査用の曲げモーメントを、片持ばりファイバ４２の基部にどのように供給するかについて検討することができる。音叉スキャナの枝に必要な大きなモーメントは、バランスを保つための、好ましくはより厚い枝によってしかもたらすことができない。音叉を完全になくすことによって、曲げモーメントが所与の偏向について１桁低減され、駆動力も同様であり、最も重要なことには、機械的Ｑも１桁低減される。したがって、スキャナ４０は、取付け要因の影響をより受けにくい。
【００９０】
（実施例）
Ｘ専用ファイバ片持ばりを、軽量の取付台を用いてテストした。次いで、Ｘ検知信号を、一定の駆動を用いてさまざまな取付け条件下で測定した。基部から多少離れた距離のところでパイラを用いて締め付けると、組立体と一緒に共振するように思われた１つの場合を除き、振幅がわずか数パーセント変動した。ファイバ取付け領域に接触することでしか、この影響はなくならなかった。
【００９１】
次いで、スキャナ４０に基づいて２つのスキャナを製作し、内視鏡に組み込んだ。この２つのスキャナで、いくつかの画像を撮影した。図１０Ａは、これらのスキャナのうち第１のもので収集した、蛍光繊維の画像（図１０Ｂに、見やすくするために陰画の形で再現した）であり、基本機械的共振での振動による干渉の影響を示す。この影響は、ｘ方向にジッタとして現れているが、Ｙ駆動波形内の非常に小さなグリッチ(glitch)に由来する。同様の影響を、Ｙ駆動を注意深くフィルタリングしない状態で、急速な帰線を用いて発生させることができる。
【００９２】
図１１は、第２のスキャナで収集した、編んだ繊維の画像であり、画像では、Ｘ方向とＹ方向のどちらにもジッタがなく、個々の繊維が、細部を示していることが見られる。
【００９３】
図１２は、蛍光格子を１２．５ミクロン間隔で備え、図１１の画像を収集するのに使用したのと同じスキャナで収集された、要求の厳しい対象物の画像である。この画像は、達成することができる視野および直線性の指標をもたらす。画像は、視野全体にわたってほぼ均一な縮尺を有する。
【００９４】
図１３Ａ、１３Ｂ、および１３Ｃは、図２Ａのスキャナ４０と共に使用するための、本発明の一実施形態による代替ファイバ取付台１００（すなわち、取付台４４の代替）の図である。ワイヤカットしたチタンからなるファイバ取付台１００は、（スキャナ４０の円筒形ハウジング４６内に配置するための）概して半円柱形の基部１０２と、光ファイバ４２を保持するための、ネック１０６によって基部１０２に接合された、前方を向いた一体型片持ばり１０４とを備える。基部１０２は、約３ｍｍの直径を有する。片持ばり１０４は、ファイバ４２の一部分を受けるための上部溝１０８を含み、次いでファイバ４２は、その前方端部が基本的に図２Ａ〜２Ｃに示すように走査されることができるように、前方に（すなわちｚ方向に）片持ばり１０４を越えて突き出す。基部１０２は、完全な半円柱に満たないように形成されて、それによって溝１０８が、ファイバ４２が円筒形ハウジング４６と同軸になるように配置される。ファイバ４２は、溝１０８内に接着剤で保持される。溝１０８は、取付台４４の（ｚ方向の）厚さよりも（ｚ方向に）長く、したがってファイバ４２を、取付台４４内に配置するよりもしっかりと本実施形態のファイバ取付台１００内に配置することができる。
【００９５】
さらに、片持ばり１０４は、横すなわちｘ方向に、その縦すなわちｙ方向の厚さよりもかなり大きな（約１ｍｍの）幅を有するので、いくらかスプリングボードのように働く。したがって片持ばり１０４は、ｙ方向よりもｘ方向に硬く、したがってｙ方向の変位に対してよりもｘ方向の変位に対してより耐性がある。その結果、ファイバ取付台１００を備えるスキャナ４０の一実施形態では、ファイバ４２のｘ方向の振動に関する共振周波数の方が、ファイバ４２のｙ方向の振動に関する共振周波数よりも４６ｋＨｚ大きく、それによって、高速Ｘ走査および低速Ｙ走査が容易になるということが分かった。
【００９６】
ファイバ取付台１００は、取付台１００を軽くするために、または電気ケーブルなど用に、スキャナ４０の前方部分へのフィードスルーを設けるために、概して円柱形の切欠き１１２をその下周辺部１１４内に光学的に含むことができる。
【００９７】
図１４Ａ、１４Ｂおよび１４Ｃは、図２Ａのスキャナ４０と共に使用するための、本発明の一実施形態による代替コイルホルダ１２０の図である。図１４Ｃは、コイルが設けられたコイルホルダ１２０を示す。やはりワイヤカットされたチタンからなるコイルホルダ１２０は、約３ｍｍの直径を有する概して円筒形であり、スキャナ４０のコイル５０に相当する（図１４Ｃに１２４で示す）４つの楕円形電磁石コイルを収容するための、４つの同一で等しく離隔された楕円形の内部陥凹１２２を含む。しかし、スキャナ４０のコイル５０とは異なり、コイル１２４は、その外側の巻線とそれぞれに対応する陥凹１２２の表面とが係合することによって、そのコア１２６によってではなくその外側の巻線によって保持される。したがって、コイル１２４は、円筒形ハウジング４６の内壁に接するのではなく、むしろ陥凹１２２の表面に接する。コイルホルダ１２０は、コイル１２４の正確ですばやい位置決めを可能にし、製作に費用がかからない。
【００９８】
さらに、コイルホルダ１２０の外面内に、１つまたは複数のスロットまたは溝（図示せず）を、ハウジング４６の内壁５２上に設けられた対応するフランジと係合させるために任意選択で設けることもできる。これらの任意選択の溝およびフランジは、コイルホルダ１２０の適所への位置決めおよび固定を容易にする。
【００９９】
図１５は、図２Ａの実施形態による光ファイバスキャナを備えるが、図１３Ａ〜１３Ｃのファイバ取付台１００と、図１４Ａおよび１４Ｂのコイルホルダ１２０とを使用する共焦点内視鏡で得られた、マウス由来の小さな腸絨毛の画像である。マウスには、１％のフルオレセインナトリウム溶液０．５ｍｌを静脈注射し、局所アクリフラビン（０．０５％溶液）を絨毛に施与した。次いで、組織を、４８８ｎｍレーザ照射を使用して画像形成した。
【０１００】
図１６は、図１５の画像と同様の装置で収集された、マウス由来の肝臓血管の画像である。このサンプルは、（局所アクリフラビンの施与はないが）図１５において画像形成されたものと同様にして用意した。
【０１０１】
図１５と１６のどちらの画像についても、視野は約５００μｍ×５００μｍである。
【０１０２】
本発明の範囲内にある修正を、当分野の技術者なら容易に行うことができる。したがって、本発明は、先に例として記載した特定の実施形態に限定されないことを理解されたい。
【０１０３】
本発明の添付の特許請求の範囲および前述の記載では、明示的な言語または必要な推論のため文脈上異なる解釈を要する場合を除き、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」という語、あるいは「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」または「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」などの変形が、包括的な意味で、すなわち、述べられた特徴の存在を指定するが、本発明のさまざまな実施形態におけるさらなる特徴の存在または追加を妨げないために、使用される。さらに、本明細書における従来技術へのどんな参照も、そのような従来技術が、共通一般知識の一部分を成す、または成したことを意味するものではない。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１Ａ】背景技術の走査機構の概略図である。
【図１Ｂ】背景技術の別の走査機構の概略図である。
【図１Ｃ】背景技術の別の走査機構の概略図である。
【図１Ｄ】背景技術の別の走査機構の概略図である。
【図２Ａ】本発明の第１の実施形態によるスキャナの概略側面図である。
【図２Ｂ】図２Ａのスキャナの使用中の概略側面図である。
【図２Ｃ】図２Ａのスキャナの使用中の別の概略側面図である。
【図３】図２Ａのスキャナのコイルの断面概略図である。
【図４Ａ】楕円形コイルが図２Ａのスキャナ内にある利点を、円形コイルと比較して示す概略図である。
【図４Ｂ】楕円形コイルが図２Ａのスキャナ内にある利点を、円形コイルと比較して示す、別の概略図である。
【図５】ファイバ全長が１８ｍｍの場合の、基本周波数および第１のオーバトーン周波数を、図２Ａのスキャナの取付台からの磁石の距離の関数としてプロットした図である。
【図６】図２Ａのスキャナで使用される、正弦／のこぎり歯状の走査パターンの例を示す図である。
【図７】図２Ａのスキャナの取付台の概略図である。
【図８】図２ＡのスキャナのＸ電子回路の回路図である。
【図９】図２ＡのスキャナのＹ電子回路の回路図である。
【図１０Ａ】本発明の一実施形態に従って製作されたスキャナを含む内視鏡で収集された、蛍光繊維の画像の例である。
【図１０Ｂ】見やすくするために用意された、図１０Ａの画像の陰画版を示す図である。
【図１１】本発明の一実施形態に従って製作された別のスキャナを含む内視鏡で収集された、編んだ繊維の画像の例である。
【図１２】図１１の画像を収集するのに使用された内視鏡で収集された、蛍光格子の画像の例である。
【図１３Ａ】図２Ａのスキャナと共に使用するための、本発明の一実施形態による代替ファイバ取付台の図である。
【図１３Ｂ】図２Ａのスキャナと共に使用するための、本発明の一実施形態による代替ファイバ取付台の別の図である。
【図１３Ｃ】図２Ａのスキャナと共に使用するための、本発明の一実施形態による代替ファイバ取付台の別の図である。
【図１４Ａ】図２Ａのスキャナと共に使用するための、本発明の一実施形態による代替コイルホルダを示す図である。
【図１４Ｂ】図２Ａのスキャナと共に使用するための、本発明の一実施形態による代替コイルホルダを示す別の図である。
【図１４Ｃ】図２Ａのスキャナと共に使用するための、本発明の一実施形態による代替コイルホルダを示す別の図である。
【図１５】図１３Ａ〜１３Ｃのファイバ取付台、ならびに図１４Ａ、１４Ｂおよび１４Ｃのコイルホルダを使用する図２Ａのスキャナで得られた、マウス由来の小さな腸絨毛の画像である。
【図１６】図１３Ａ〜１３Ｃのファイバ取付台、ならびに図１４Ａ、１４Ｂおよび１４Ｃのコイルホルダを使用する図２Ａのスキャナで得られた、マウス由来の肝臓血管の画像である。
【符号の説明】
【０１０５】
４０ スキャナ
４２ 光ファイバ
４４ 取付台
４６ 円筒形ハウジング
４８ 永久磁石
５０ 電磁石コイル
５４ａ Ｙコイル
５４ｂ Ｙコイル
５６ａ Ｘ駆動コイル
５６ｂ Ｘセンサコイル
６０ 円形コイル
６２ ハウジング
６６ 楕円形コイル
７０ 基本周波数
７２ オーバトーン周波数
８０ 正弦／のこぎり歯状のパターン（偏向）
８２ 先端部
８４ 中央部分
９０ 円形枠
９２ 横はり
１００ ファイバ取付台
１０２ 基部
１０４ 片持ばり
１０８ 上部溝
１２０ コイルホルダ
１２２ 内部陥凹
１２４ 楕円形電磁石コイル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
出口先端部を有する光伝送器を走査する方法であって、
前記光伝送器を、前記出口先端部から離れて配置された取付台内に支持する段階と、
前記光伝送器に対して、前記取付台と前記出口先端部との間に駆動力を加える段階と、
前記光伝送器を、第１の方向に第１の駆動力で共振的に振動するように、また前記第１の方向と直交する第２の方向に第２の駆動力で非共振的に振動するように駆動する段階と、
前記光伝送器の前記出口先端部が走査パターンを実施するように、前記光伝送器の前記第１の方向の振動を、前記光伝送器の前記第２の方向の振動と同期させる段階と
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記走査パターンが、前記光伝送器が前記第１の方向に正弦振動を、また前記第２の方向に直線振動を実施した状態で、直線のラスター走査に近づくことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記光伝送器を前記第１の方向に、機械的共振の第１のオーバトーンで振動させる段階を含むことを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記光伝送器上に取り付けられ、軸方向に分極された磁石と、前記磁石を前記第１の方向に駆動するための駆動コイル、および前記磁石の前記第１の方向の位置を示す位置信号の生成で使用する信号をもたらすためのセンサコイルを備え、前記磁石の両側で前記第１の方向に配置され、軸方向に向けられた第１の電磁石コイル対と、前記磁石を前記第２の方向に駆動するための、前記磁石の両側で前記第２の方向に配置され、軸方向に向けられた第２の電磁石コイル対とで、前記光伝送器を駆動する段階と、
前記第１の方向の光伝送器の振動を維持するために、前記位置信号を使用して正帰還をもたらす段階と
を含むことを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記位置信号を、画像表示装置を同期させるために使用する段階を含むことを特徴とする、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記位置信号を、前記センサコイルの前記出力信号を積分することによって得る段階を含むことを特徴とする、請求項４または５に記載の方法。
【請求項７】
前記駆動コイルを駆動電流で駆動する段階と、前記駆動コイルの磁界によって前記センサコイル内に誘導された電流による前記位置信号の汚染を補償するために、前記駆動電流に比例する信号を前記位置信号から減じる段階とを含むことを特徴とする、請求項４から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記光伝送器を前記第１の方向に、前記第２の方向に、または前記第１の方向および第２の方向の両方に駆動するために、追加のコイルを使用する段階を含むことを特徴とする、請求項４から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記磁石が大幅に回転することなく横方向に移動するように、前記磁石をほぼ振動の腹のところに配置するか、または必要な光伝送器長を最小に抑えるために、オーバトーン周波数対磁石位置の曲線におけるほぼ最小値のところに配置する段階を含むことを特徴とする、請求項４から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記磁石を、振動の腹と、オーバトーン周波数対磁石位置の曲線における最小値の実質的に両方のところに配置する段階を含むことを特徴とする、請求項４から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記光伝送器を、前記第２のコイル対の低周波数交流励振で、前記第２の方向に非共振的に振動させる段階を含むことを特徴とする、請求項４から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記光伝送器を、前記第２のコイル対の変動直流励振で、前記第２の方向に非共振的に振動させる段階を含むことを特徴とする、請求項４から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
回復力を、ばねまたは前記光伝送器の弾性を用いてもたらす段階を含むことを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記光伝送器が、１本の光ファイバ、または複数の光ファイバ、または光ファイバ束を備えることを特徴とする、請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１および第２の方向の両方に、基本周波数での負帰還をもたらす段階を含むことを特徴とする、請求項１から１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記光伝送器を、前記第２の方向のコンプライアンスとは大幅に異なるコンプライアンスを前記第１の方向に有するように取り付ける段階を含むことを特徴とする、請求項１から１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
前記光伝送器を、薄い横はり上に取り付ける段階を含むことを特徴とする、請求項１から１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
前記光伝送器を、前記第１および第２の方向の一方が、前記第１および第２の方向の他方よりも低い共振周波数を有する片持ばり上に取り付ける段階を含むことを特徴とする、
請求項１から１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
出口先端部を有する光伝送器と、
前記光伝送器を支持するための、前記出口先端部から離れて配置された取付台と、
前記光伝送器を、第１の方向に第１の駆動力で共振的に振動するように、また前記第１の方向と直交する第２の方向に第２の駆動力で非共振的に振動するように駆動するための駆動部と、
前記光伝送器の前記出口先端部が走査パターンを実施するように、前記光伝送器の前記第１の方向の振動を、前記光伝送器の前記第２の方向の振動と同期させるためのシンクロナイザと
を備える走査装置であって、
前記駆動部は、前記光伝送器に対し、前記取付台と前記出口先端部との間において駆動力を加える
ことを特徴とする走査装置。
【請求項２０】
前記光伝送器上に取り付けられ、軸方向に分極された磁石と、
前記磁石を前記第１の方向に駆動するための駆動コイル、および前記磁石の前記第１の方向の位置を示す位置信号の生成で使用する信号をもたらすためのセンサコイルを備え、前記磁石の両側に前記第１の方向に配置され、軸方向に向けられた第１の電磁石コイル対と、
前記磁石を前記第２の方向に駆動するための、前記磁石の両側に前記第２の方向に配置され、軸方向に向けられた第２の電磁石コイル対と
を備える駆動部であって、
前記位置信号が、光伝送器の前記第１の方向の振動を維持するための帰還をもたらすのに適している
駆動部を備えることを特徴とする、請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
前記センサコイルの出力信号を積分して、前記位置信号を生成するための積分器を含むことを特徴とする、請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
前記駆動コイルの磁界によって前記センサコイル内に誘導された電流による前記位置信号の汚染を補償するために、駆動電流に比例する信号を前記位置信号から減じるように構成されたことを特徴とする、請求項２０または２１に記載の装置。
【請求項２３】
前記磁石が大幅に回転することなく横方向に移動するように、前記磁石がほぼ振動の腹のところに配置されるか、またはオーバトーン周波数対磁石位置の曲線におけるほぼ最小値のところに配置されるか、または振動の腹と前記オーバトーン周波数対磁石位置の曲線における最小値の実質的に両方のところに配置されることを特徴とする、請求項２０から２２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２４】
前記光伝送器を、前記第２のコイル対の低周波数交流励振で、前記第２の方向に非共振的に振動させるように構成されることを特徴とする、請求項２０から２３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２５】
前記第２のコイル対を励振させ、それによって前記光伝送器を前記第２の方向に非共振的に振動させるための変動直流源をさらに備えることを特徴とする、請求項２０から２４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２６】
前記光伝送器に回復力をもたらすための、ばねまたは他の弾性機構をさらに備えることを特徴とする、請求項１９から２５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２７】
前記取付台が、前記第１および第２の方向に大幅に異なるコンプライアンスを有することを特徴とする、請求項１９から２６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２８】
前記光伝送器からの戻り光を処理して、そこから生成された画像を表示するための画像形成システムを備えることを特徴とする、請求項１９から２７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２９】
前記装置が、約３．０〜４．５ｍｍの直径、および約２３〜３０ｍｍの長さを有することを特徴とする、請求項１９から２８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３０】
請求項１９に記載の走査装置を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項３１】
請求項１９に記載の走査装置を備えることを特徴とする、顕微鏡、内視鏡、内視顕微鏡、光干渉断層計、共焦点顕微鏡、共焦点内視鏡、または共焦点多光子内視鏡。
【請求項１】
出口先端部を有する光伝送器を走査する方法であって、
前記光伝送器を、前記出口先端部から離れて配置された取付台内に支持する段階と、
前記光伝送器に対して、前記取付台と前記出口先端部との間に駆動力を加える段階と、
前記光伝送器を、第１の方向に第１の駆動力で共振的に振動するように、また前記第１の方向と直交する第２の方向に第２の駆動力で非共振的に振動するように駆動する段階と、
前記光伝送器の前記出口先端部が走査パターンを実施するように、前記光伝送器の前記第１の方向の振動を、前記光伝送器の前記第２の方向の振動と同期させる段階と
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記走査パターンが、前記光伝送器が前記第１の方向に正弦振動を、また前記第２の方向に直線振動を実施した状態で、直線のラスター走査に近づくことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記光伝送器を前記第１の方向に、機械的共振の第１のオーバトーンで振動させる段階を含むことを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記光伝送器上に取り付けられ、軸方向に分極された磁石と、前記磁石を前記第１の方向に駆動するための駆動コイル、および前記磁石の前記第１の方向の位置を示す位置信号の生成で使用する信号をもたらすためのセンサコイルを備え、前記磁石の両側で前記第１の方向に配置され、軸方向に向けられた第１の電磁石コイル対と、前記磁石を前記第２の方向に駆動するための、前記磁石の両側で前記第２の方向に配置され、軸方向に向けられた第２の電磁石コイル対とで、前記光伝送器を駆動する段階と、
前記第１の方向の光伝送器の振動を維持するために、前記位置信号を使用して正帰還をもたらす段階と
を含むことを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記位置信号を、画像表示装置を同期させるために使用する段階を含むことを特徴とする、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記位置信号を、前記センサコイルの前記出力信号を積分することによって得る段階を含むことを特徴とする、請求項４または５に記載の方法。
【請求項７】
前記駆動コイルを駆動電流で駆動する段階と、前記駆動コイルの磁界によって前記センサコイル内に誘導された電流による前記位置信号の汚染を補償するために、前記駆動電流に比例する信号を前記位置信号から減じる段階とを含むことを特徴とする、請求項４から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記光伝送器を前記第１の方向に、前記第２の方向に、または前記第１の方向および第２の方向の両方に駆動するために、追加のコイルを使用する段階を含むことを特徴とする、請求項４から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記磁石が大幅に回転することなく横方向に移動するように、前記磁石をほぼ振動の腹のところに配置するか、または必要な光伝送器長を最小に抑えるために、オーバトーン周波数対磁石位置の曲線におけるほぼ最小値のところに配置する段階を含むことを特徴とする、請求項４から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記磁石を、振動の腹と、オーバトーン周波数対磁石位置の曲線における最小値の実質的に両方のところに配置する段階を含むことを特徴とする、請求項４から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記光伝送器を、前記第２のコイル対の低周波数交流励振で、前記第２の方向に非共振的に振動させる段階を含むことを特徴とする、請求項４から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記光伝送器を、前記第２のコイル対の変動直流励振で、前記第２の方向に非共振的に振動させる段階を含むことを特徴とする、請求項４から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
回復力を、ばねまたは前記光伝送器の弾性を用いてもたらす段階を含むことを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記光伝送器が、１本の光ファイバ、または複数の光ファイバ、または光ファイバ束を備えることを特徴とする、請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１および第２の方向の両方に、基本周波数での負帰還をもたらす段階を含むことを特徴とする、請求項１から１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記光伝送器を、前記第２の方向のコンプライアンスとは大幅に異なるコンプライアンスを前記第１の方向に有するように取り付ける段階を含むことを特徴とする、請求項１から１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
前記光伝送器を、薄い横はり上に取り付ける段階を含むことを特徴とする、請求項１から１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
前記光伝送器を、前記第１および第２の方向の一方が、前記第１および第２の方向の他方よりも低い共振周波数を有する片持ばり上に取り付ける段階を含むことを特徴とする、
請求項１から１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
出口先端部を有する光伝送器と、
前記光伝送器を支持するための、前記出口先端部から離れて配置された取付台と、
前記光伝送器を、第１の方向に第１の駆動力で共振的に振動するように、また前記第１の方向と直交する第２の方向に第２の駆動力で非共振的に振動するように駆動するための駆動部と、
前記光伝送器の前記出口先端部が走査パターンを実施するように、前記光伝送器の前記第１の方向の振動を、前記光伝送器の前記第２の方向の振動と同期させるためのシンクロナイザと
を備える走査装置であって、
前記駆動部は、前記光伝送器に対し、前記取付台と前記出口先端部との間において駆動力を加える
ことを特徴とする走査装置。
【請求項２０】
前記光伝送器上に取り付けられ、軸方向に分極された磁石と、
前記磁石を前記第１の方向に駆動するための駆動コイル、および前記磁石の前記第１の方向の位置を示す位置信号の生成で使用する信号をもたらすためのセンサコイルを備え、前記磁石の両側に前記第１の方向に配置され、軸方向に向けられた第１の電磁石コイル対と、
前記磁石を前記第２の方向に駆動するための、前記磁石の両側に前記第２の方向に配置され、軸方向に向けられた第２の電磁石コイル対と
を備える駆動部であって、
前記位置信号が、光伝送器の前記第１の方向の振動を維持するための帰還をもたらすのに適している
駆動部を備えることを特徴とする、請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
前記センサコイルの出力信号を積分して、前記位置信号を生成するための積分器を含むことを特徴とする、請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
前記駆動コイルの磁界によって前記センサコイル内に誘導された電流による前記位置信号の汚染を補償するために、駆動電流に比例する信号を前記位置信号から減じるように構成されたことを特徴とする、請求項２０または２１に記載の装置。
【請求項２３】
前記磁石が大幅に回転することなく横方向に移動するように、前記磁石がほぼ振動の腹のところに配置されるか、またはオーバトーン周波数対磁石位置の曲線におけるほぼ最小値のところに配置されるか、または振動の腹と前記オーバトーン周波数対磁石位置の曲線における最小値の実質的に両方のところに配置されることを特徴とする、請求項２０から２２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２４】
前記光伝送器を、前記第２のコイル対の低周波数交流励振で、前記第２の方向に非共振的に振動させるように構成されることを特徴とする、請求項２０から２３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２５】
前記第２のコイル対を励振させ、それによって前記光伝送器を前記第２の方向に非共振的に振動させるための変動直流源をさらに備えることを特徴とする、請求項２０から２４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２６】
前記光伝送器に回復力をもたらすための、ばねまたは他の弾性機構をさらに備えることを特徴とする、請求項１９から２５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２７】
前記取付台が、前記第１および第２の方向に大幅に異なるコンプライアンスを有することを特徴とする、請求項１９から２６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２８】
前記光伝送器からの戻り光を処理して、そこから生成された画像を表示するための画像形成システムを備えることを特徴とする、請求項１９から２７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２９】
前記装置が、約３．０〜４．５ｍｍの直径、および約２３〜３０ｍｍの長さを有することを特徴とする、請求項１９から２８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３０】
請求項１９に記載の走査装置を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項３１】
請求項１９に記載の走査装置を備えることを特徴とする、顕微鏡、内視鏡、内視顕微鏡、光干渉断層計、共焦点顕微鏡、共焦点内視鏡、または共焦点多光子内視鏡。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図１Ｄ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【図１３Ｃ】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１４Ｃ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１】
【図１２】
【図１５】
【図１６】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図１Ｄ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【図１３Ｃ】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１４Ｃ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１】
【図１２】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１３−９２７７９（Ｐ２０１３−９２７７９Ａ）
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２６２９６１（Ｐ２０１２−２６２９６１）
【出願日】平成２４年１１月３０日（２０１２．１１．３０）
【分割の表示】特願２００７−２３８２９７（Ｐ２００７−２３８２９７）の分割
【原出願日】平成１９年９月１３日（２００７．９．１３）
【出願人】（５０７１７１２７０）オプティスカン・ピーティーワイ・リミテッド (3)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１１月３０日（２０１２．１１．３０）
【分割の表示】特願２００７−２３８２９７（Ｐ２００７−２３８２９７）の分割
【原出願日】平成１９年９月１３日（２００７．９．１３）
【出願人】（５０７１７１２７０）オプティスカン・ピーティーワイ・リミテッド (3)
【Ｆターム（参考）】
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