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技術 光走査装置

出願人 オリンパス株式会社
発明者 山田雅史矢島浩義藤原真人
出願日 2013年1月29日 (4年3ヶ月経過) 出願番号 2013-014230
公開日 2014年8月14日 (2年9ヶ月経過) 公開番号 2014-145899
状態 特許登録済
技術分野 機械的光走査系 カメラの露出制御 写真撮影方法及び装置 カメラ本体及び細部(構成部品等) 孔内観察装置
主要キーワード 方向調整ネジ 振動軌跡 進入量 照明用光ファイバ スパイラル走査 振動電流 投影用レンズ 走査結果

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課題

簡単な構成で被振動部を所望の方向に正確に振動可能な光走査装置を提供する。

解決手段

光ファイバ11の射出端部を走査部21により振動させながら、光ファイバ11から射出される光を物体照射して物体を2次元走査する光走査装置であって、光ファイバ11の射出端部を含む被振動部の振動特性を調整する振動調整部70を備える。

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背景

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例えば、医療用内視鏡工業用内視鏡として、撮像ユニットにCCDやCMOS等の固体撮像素子を用いた電子内視鏡が知られている。しかし、電子内視鏡は、固体撮像素子が内視鏡先端部に配置されることから、内視鏡先端部の細径化に限界がある。そこで、電子内視鏡よりも内視鏡先端部の細径化が可能な内視鏡として、固体撮像素子を用いることなく、被観察物に光を照射する光ファイバの射出端部を高速で振動させて被観察物を走査することにより画像取得する走査型内視鏡が提案されている(例えば、特許文献1参照)。

特許文献1に開示の走査型内視鏡は、光ファイバの射出端部に取り付けられた永久磁石と、永久磁石の周囲のハウジング内壁に配置された4つのコイルとを備える。4つのコイルは、対向する一方の2つのコイルが光ファイバの射出端部をX軸方向に駆動するXコイルを構成し、他方の2つのコイルが光ファイバの射出端部をX軸方向と直交するY軸方向に駆動するYコイルを構成する。Xコイルには、光ファイバの射出端部及び永久磁石を含む被振動部の共振周波数相当する周波数電流給電される。Yコイルには、共振周波数よりも低周波数の電流が給電される。これにより、光ファイバの射出端部及び永久磁石を含む被振動部が、X軸方向に共振周波数で高速に振動しながらY軸方向に低速で振動して、被観察物がラスタ走査される。

概要

簡単な構成で被振動部を所望の方向に正確に振動可能な光走査装置を提供する。光ファイバ11の射出端部を走査部21により振動させながら、光ファイバ11から射出される光を物体に照射して物体を2次元走査する光走査装置であって、光ファイバ11の射出端部を含む被振動部の振動特性を調整する振動調整部70を備える。

目的

本発明の目的は、簡単な構成で被振動部を所望の方向に正確に振動可能な光走査装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項

以下の情報は公開日時点(2014年8月14日)のものです。

請求項1

光ファイバの射出端部を走査部により振動させながら、前記光ファイバから射出される光を物体に照射して前記物体を2次元走査する光走査装置であって、前記光ファイバの前記射出端部を含む被振動部の振動特性を調整する振動調整部を備える、ことを特徴とする光走査装置。

請求項2

前記走査部は、前記光ファイバの前記射出端部に設けられて該射出端部とともに前記被振動部を構成する永久磁石と、該永久磁石の周囲に配置された複数のコイルとを備える、請求項1に記載の光走査装置。

請求項3

前記振動調整部は、前記被振動部の静止位置を、少なくとも前記光ファイバによる2次元走査面内で直交する方向の第1の軸又は第2の軸の軸回りに調整して、前記振動特性を調整する、請求項1又は2に記載の光走査装置。

請求項4

前記振動調整部は、前記被振動部の静止位置における前記永久磁石に対して、少なくとも1つの前記コイルの相対位置を調整して、前記振動特性を調整する、請求項2に記載の光走査装置。

請求項5

前記振動調整部は、前記永久磁石に形成された切り欠き部を有し、前記切り欠き部の向きを調整して、前記振動特性を調整する、請求項2に記載の光走査装置。

請求項6

前記振動調整部は、前記被振動部の質量を調整して、前記振動特性を調整する、請求項2に記載の光走査装置。

請求項7

前記振動調整部は、前記永久磁石の質量を調整して、前記振動特性を調整する、請求項6に記載の光走査装置。

詳細

以下の情報は 公開日時点 (2014年8月14日)のものです。

技術分野

0001

本発明は、光走査装置に関するものである。


背景技術

0002

例えば、医療用内視鏡や工業用内視鏡として、撮像ユニットにCCDやCMOS等の固体撮像素子を用いた電子内視鏡が知られている。しかし、電子内視鏡は、固体撮像素子が内視鏡先端部に配置されることから、内視鏡先端部の細径化に限界がある。そこで、電子内視鏡よりも内視鏡先端部の細径化が可能な内視鏡として、固体撮像素子を用いることなく、被観察物に光を照射する光ファイバの射出端部を高速で振動させて被観察物を走査することにより画像取得する走査型内視鏡が提案されている(例えば、特許文献1参照)。

0003

特許文献1に開示の走査型内視鏡は、光ファイバの射出端部に取り付けられた永久磁石と、永久磁石の周囲のハウジング内壁に配置された4つのコイルとを備える。4つのコイルは、対向する一方の2つのコイルが光ファイバの射出端部をX軸方向に駆動するXコイルを構成し、他方の2つのコイルが光ファイバの射出端部をX軸方向と直交するY軸方向に駆動するYコイルを構成する。Xコイルには、光ファイバの射出端部及び永久磁石を含む被振動部の共振周波数相当する周波数電流給電される。Yコイルには、共振周波数よりも低周波数の電流が給電される。これにより、光ファイバの射出端部及び永久磁石を含む被振動部が、X軸方向に共振周波数で高速に振動しながらY軸方向に低速で振動して、被観察物がラスタ走査される。


先行技術

0004

特開2008−116922号公報


発明が解決しようとする課題

0005

しかしながら、特許文献1に開示の構成においては、被振動部をX軸方向及びY軸方向に一定の振幅で振動させて被観察物をラスタ走査すると、被振動部の振動軌跡つまり被観察物への照射光軌跡が、画像の取得走査範囲において、X軸方向及びY軸方向に必ずしも安定して直交せず、画像が歪む場合がある。その原因としては、被振動部がX軸方向やY軸方向に対称に構成されていなかったり、コイルが光ファイバに対して傾いていたり、していること等が想定される。このような現象は、ラスタ走査に限らず、スパイラル走査等の他の走査を行う場合にも同様に生じるものである。

0006

したがって、かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、簡単な構成で被振動部を所望の方向に正確に振動可能な光走査装置を提供することにある。


課題を解決するための手段

0007

上記目的を達成する本発明に係る光走査装置は、
光ファイバの射出端部を走査部により振動させながら、前記光ファイバから射出される光を物体に照射して前記物体を2次元走査する光走査装置であって、
前記光ファイバの前記射出端部を含む被振動部の振動特性を調整する振動調整部を備える、
ことを特徴とするものである。

0008

前記走査部は、前記光ファイバの前記射出端部に設けられて該射出端部とともに前記被振動部を構成する永久磁石と、該永久磁石の周囲に配置された複数のコイルとを備えて構成することができる。

0009

前記振動調整部は、前記被振動部の静止位置を、少なくとも前記光ファイバによる2次元走査面内で直交する方向の第1の軸又は第2の軸の軸回りに調整して、前記振動特性を調整してもよい。

0010

前記振動調整部は、前記被振動部の静止位置における前記永久磁石に対して、少なくとも1つの前記コイルの相対位置を調整して、前記振動特性を調整してもよい。

0011

前記振動調整部は、前記永久磁石に形成された切り欠き部を有し、前記切り欠き部の向きを調整して、前記振動特性を調整してもよい。

0012

前記振動調整部は、前記被振動部の質量を調整して、前記振動特性を調整してもよい。

0013

前記振動調整部は、前記永久磁石の質量を調整して、前記振動特性を調整してもよい。


発明の効果

0014

本発明によれば、簡単な構成で被振動部を所望の方向に正確に振動可能な光走査装置を提供することができる。


図面の簡単な説明

0015

第1実施の形態に係る光走査装置の一例である光走査型内視鏡装置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の概略構成を示す図である。
図3の振動調整部の概略構成を示す図である。
第2実施の形態に係る光走査型内視鏡装置の振動調整部の概略構成を示す斜視図である。
図5角型チューブ展開図である。
第3実施の形態に係る光走査型内視鏡装置の振動調整部の概略構成を示す図である。
第4実施の形態に係る光走査型内視鏡装置の振動調整部の概略構成を示す斜視図である。
第4実施の形態の変形例を示す図である。


実施例

0016

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。

0017

(第1実施の形態)
図1は、第1実施の形態に係る光走査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。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、例えばシングルモードファイバからなる照明用光ファイバ11により光学的に接続される。検出部40と光走査型内視鏡本体20との間は、例えばマルチモードファイバからな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る。なお、光源部30、検出部40、駆動電流生成部50及び制御部60は、同一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。

0018

光源部30は、例えば赤、緑及び青の三原色のCW(連続発振レーザ光を射出する3つのレーザ光源からの光を合波して白色光として出射する。レーザ光源としては、例えばDPSレーザ半導体励起固体レーザ)やレーザダイオードを使用することができる。もちろん、光源部30の構成はこれに限られず、1つのレーザ光源を用いるものであっても、他の複数の光源を用いるものであっても良い。

0019

光走査型内視鏡本体20は、照明用光ファイバ11の射出端部を走査部21により振動させながら、光源部30から照明用光ファイバ11を経て射出される光を被観察物100に照射して被観察物100を2次元走査(本実施の形態ではラスタ走査)し、その走査により得られた信号光集光して、検出用光ファイババンドル12を経て検出部40に伝送する。ここで、駆動電流生成部50は、制御部60からの制御に基づいて走査部21に対して配線ケーブル13を介して所要振動電流を給電する。

0020

検出部40は、検出用光ファイババンドル12により伝送された信号光をスペクトル成分に分離して、分離した信号光を電気信号光電変換する。制御部60は、光源部30、検出部40及び駆動電流生成部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、表示部61に画像を表示する。また、制御部60は、入力部62からの入力操作による入力信号に基づいて、走査速度や表示画像の明るさ等、種々の設定を行う。

0021

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及び可撓性の挿入部23を備える。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、及び、駆動電流生成部50からの配線ケーブル13は、挿入部23の内部を通して先端部24(図2破線で示す部分)まで導かれている。先端部24は、操作部22により湾曲操作される。

0022

図3(a)及び(b)は、図2の光走査型内視鏡本体20の先端部24の概略構成を示すもので、図3(a)は断面図で、図3(b)は部分拡大斜視図である。先端部24には、走査部21、投影用レンズ25a、25b及び図示しない検出用レンズ(図示せず)が設けられているとともに、照明用光ファイバ11及び検出用光ファイババンドル12が延在している。

0023

走査部21は、角型チューブ26、コイル27a〜27d及び永久磁石28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中空四角柱状のチューブである。角型チューブ26の後端部は、振動調整部70に固定される。振動調整部70は、支持部材29を介して挿入部23内に固定される。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。

0024

照明用光ファイバ11は、射出端部がフェルール等の保持部材11bを介して振動調整部70に支持される。つまり、照明用光ファイバ11は、保持部材11bから突出する射出端部が一定の範囲で振動可能に振動調整部70に支持される。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ている。

0025

投影用レンズ25a、25b及び検出用レンズは、先端部24の先端面近傍に配置される。投影用レンズ25a、25bは、照明用光ファイバ11の射出端面11aから射出されたレーザ光が、被観察物100上にほぼ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、2枚構成に限られず、1枚や他の複数枚レンズにより構成されても良い。

0026

照明用光ファイバ11の支持部11bと射出端面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た永久磁石28(磁性体)が配置される。永久磁石28は、照明用光ファイバ11の軸方向に形成された貫通孔を有し、照明用光ファイバ11が貫通孔を通った状態で、照明用光ファイバ11に接着固定されている。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には、螺旋状にプリントされたコイル27a〜27dが配置されている。コイル27a及びコイル27cは角型チューブ26の一方の対向する面に配置され、コイル27b及びコイル27dは角型チューブ26の他方の対向する面に配置される。コイル27a及びコイル27cの中心を結ぶ線と、コイル27b及びコイル27dの中心を結ぶ線とは、角型チューブ26のほぼ中心軸線付近で直交する。

0027

駆動電流生成部50からの配線ケーブル13は、挿入部23の内部を通ってコイル27a〜27dに接続される。配線ケーブル13は、例えば2対のケーブルを有する。コイル27a及びコイル27cは、一方の対のケーブルに同一方向の磁場が発生するように直列又は並列に接続される。コイル27a及びコイル27cには、例えば照明用光ファイバ11の射出端部及び永久磁石28を含む被振動部の共振周波数に相当する周波数の電流が給電される。また、コイル27b及びコイル27dは、他方の対のケーブルに同一方向の磁場が発生するように直列又は並列に接続される。コイル27b及びコイル27dには、被振動部の共振周波数に相当する周波数よりも低い周波数の電流が給電される。

0028

これにより、角型チューブ26には、コイル27a及びコイル27cの中心を結ぶ線の方向(例えば、X軸方向)に偏向磁場が発生するとともに、コイル27b及びコイル27dの中心を結ぶ線の方向(例えば、Y軸方向)に偏向磁場が発生する。そして、X軸方向の偏向磁場及びY軸方向の偏向磁場と永久磁石28の磁束との相互作用により、照明用光ファイバ11の射出端部が各磁場強度時間的変化に応じて振動して、被観察物100が照明用光ファイバ11を経て射出される光によりラスタ走査される。

0029

本実施の形態では、振動調整部70により、照明用光ファイバ11の保持部材11aから突出する射出端部及び永久磁石28を含む被振動部の振動特性が調整可能に構成される。以下、図4(a)〜(c)に示す模式図を参照して、振動調整部70の構成について説明する。

0030

図4(a)及び(b)は、振動調整部70を一部切り欠いて示す側面図及び平面図である。図4(c)は、振動調整部70を照明用光ファイバ11の射出端面11a側から見た図である。振動調整部70は、断面四角形状硬質筒状部材71、ヨー方向調整ネジ72、ピッチ方向調整ネジ73、弾性部材74を含んで構成される。ヨー方向調整ネジ72は、X軸方向に延在するように筒状部材71に螺合される。ピッチ方向調整ネジ73は、筒状部材71の軸方向において、ヨー方向調整ネジ72とは異なる位置においてY軸方向に延在するように筒状部材71に螺合される。弾性部材74は、保持部材11bをヨー方向調整ネジ72及びピッチ方向調整ネジ73のそれぞれの先端に押圧するように、保持部材11bと筒状部材71の内壁面との間に配置される。

0031

図4(a)〜(c)に示す振動調整部70によると、被振動部の静止状態において、ヨー方向調整ネジ72を回転させて、ヨー方向調整ネジ72の筒状部材71内への進入量を変化させると、その進入量の変化に応じて、保持部材11bは、ピッチ方向調整ネジ73の軸回り、すなわちY軸回りに回動する。同様に、ピッチ方向調整ネジ73を回転させて、ピッチ方向調整ネジ73の筒状部材71内への進入量を変化させると、その進入量の変化に応じて、保持部材11bは、ヨー方向調整ネジ72の軸回り、すなわちX軸回りに回動する。これにより、被振動部の静止位置を、照明用光ファイバ11による2次元走査面内で直交するX軸回り(ピッチ又はチルト方向)及びY軸回り(ヨー方向)に調整できるので、この静止位置を振動開始位置とする被振動部の振動特性を調整することが可能となる。

0032

したがって、ヨー方向調整ネジ72及びピッチ方向調整ネジ73により被振動部の静止位置を調整する簡単な構成で、被振動部の振動軌跡つまり被観察物100への照射光の軌跡が、画像の取得走査範囲において、X軸方向及びY軸方向に安定して直交するように、被振動部の振動特性を調整することが可能となる。なお、被振動部の振動特性の調整は、例えば、照明用光ファイバ11を光走査型内視鏡本体20に組み込むのに先立って、検査装置等を用いて画像を走査して行われる。そして、調整後は、調整状態が固定されて、光走査型内視鏡本体20に組み込まれる。

0033

以下、本発明の他の実施の形態について説明する。なお、以下の説明において、第1実施の形態で説明した構成要素と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。

0034

(第2実施の形態)
図5は、第2実施の形態に係る光走査型内視鏡装置の振動調整部の概略構成を示す斜視図である。本実施の形態において、角型チューブ26は筒状部材80内に収納して配置される。角型チューブ26は、図6に展開図を示すように、ポリイミド等の可撓性シート81上に、コイル27a〜27dがそれぞれ形成されて所定の間隔で搭載されたシリコン基板82a〜82dを有し、シリコン基板82a〜82dが角型チューブ26の各面を構成するように、可撓性シート81の部分で湾曲されて筒状部材80内に収納される。なお、照明用光ファイバ11の保持部材11aは、支持部材29に固定される。

0035

本実施の形態に係る振動調整部90は、筒状部材80の後端部に、コイル27aが形成されたシリコン基板82aに当接するように螺合された調整ネジ91と、コイル27bが形成されたシリコン基板82bに当接するように螺合された調整ネジ92とを有する。なお、筒状部材80の調整ネジ91、92の螺合部は、好ましくは、調整後に調整ネジ91、92の頭部が埋設できるように凹状に形成される。

0036

シリコン基板82aは、両側の可撓性シート81の曲げ弾性力により調整ネジ91の先端に当接する。同様に、シリコン基板82bは両側の可撓性シート81の曲げ弾性力により調整ネジ92の先端に当接する。したがって、被振動部の静止状態において、調整ネジ91を回転させて、筒状部材80内への進入量を変化させると、その進入量の変化に応じて、シリコン基板82aがX軸方向にシフトあるいはヨー方向に変位する。また、調整ネジ92を回転させて、筒状部材80内への進入量を変化させると、その進入量の変化に応じて、シリコン基板82bがY軸方向にシフトあるいはピッチ方向に変位する。これにより、被振動部の静止位置での永久磁石28とコイル27a、27bとの相対位置を調整して偏向磁場の方向を調整できるので、第1実施の形態の場合と同様に、静止位置を振動開始位置とする被振動部の振動特性を調整することが可能となる。

0037

このように、本実施の形態においても、調整ネジ91、92により永久磁石28とコイル27a、27bとの相対位置を調整する簡単な構成で、被振動部の振動軌跡つまり被観察物100への照射光の軌跡が、画像の取得走査範囲において、X軸方向及びY軸方向に安定して直交するように、被振動部の振動特性を調整することが可能となる。なお、上述した被振動部の振動特性の調整は、第1実施の形態の場合と同様に、例えば照明用光ファイバ11を光走査型内視鏡本体20に組み込むのに先立って、検査装置等を用いて画像を走査して行われる。そして、調整後は、調整状態が固定されて、光走査型内視鏡本体20に組み込まれる。

0038

(第3実施の形態)
図7(a)及び(b)は、第3実施の形態に係る光走査型内視鏡装置の振動調整部の概略構成を示すもので、図7(a)は被振動部の断面図、図7(b)は被振動部の拡大斜視図である。本実施の形態に係る振動調整部110は、永久磁石28の周面の一部に形成された切り欠き部28aを有する。切り欠き部28aは、例えば照明用光ファイバ11の延在方向に沿って形成される。なお、照明用光ファイバ11の保持部材11aは、支持部材29に固定される。

0039

照明用光ファイバ11は、光走査型内視鏡本体20に組み込むのに先立って、例えば検査装置等を用いて、図7(b)に示すように、永久磁石28を回転させて切り欠き部28aの向きを調整しながら、画像の走査結果に基づいてX軸方向及びY軸方向の振動軌跡が調整される。そして、永久磁石28の切り欠き部28aの向きの調整後は、その調整状態が固定されて、光走査型内視鏡本体20に組み込まれる。

0040

したがって、本実施の形態においても、簡単な構成で、被振動部の振動軌跡つまり被観察物100への照射光の軌跡が、画像の取得走査範囲において、X軸方向及びY軸方向に安定して直交するように、被振動部の振動特性を調整することが可能となる。

0041

(第4実施の形態)
図8は、第4実施の形態に係る光走査型内視鏡装置の振動調整部の概略構成を示す斜視図である。本実施の形態に係る振動調整部120は、永久磁石28の周面の一部に形成された傷部28bを有する。つまり、振動調整部120は、被振動部の質量を、永久磁石28の一部に傷部28bを形成することにより調整して、被振動部の振動特性を調整する。なお、図示しないが照明用光ファイバ11の保持部材11aは、支持部材29に固定される。

0042

傷部28bは、例えば照明用光ファイバ11を光走査型内視鏡本体20に組み込むのに先立って、検査装置等を用いて画像を走査して得た結果に基づいて、例えばYAGレーザ等のレーザ光の照射によって形成される。そして、調整後、照明用光ファイバ11は光走査型内視鏡本体20に組み込まれる。

0043

このように、本実施の形態においては、振動調整部120が、被振動部の質量を調整するように、永久磁石28の一部に形成された傷部28bによって構成されるので、簡単な構成で、被振動部の振動軌跡つまり被観察物100への照射光の軌跡が、画像の取得走査範囲において、X軸方向及びY軸方向に安定して直交するように、被振動部の振動特性を調整することが可能となる。

0044

なお、被振動部の質量を調整する振動調整部120は、例えば図9に示すように、永久磁石28の周面の一部に、接着剤半田ボール等の質量体28cを付着させて構成することもできる。

0045

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、幾多の変形又は変更が可能である。例えば、第1実施の形態においては、被振動部をX軸回り及びY軸回りに調整可能としたが、いずれか一方の軸回りにのみ調整可能に構成してもよい。同様に、第2実施の形態においても、一つのコイルと永久磁石との相対位置のみを調整可能に構成してもよい。

0046

また、被観察物の2次元走査の態様は、ラスタ走査に限らず、スパイラル走査等の他の走査を行うように、被振動部を振動させてもよい。また、走査部は、永久磁石とコイルとを用いる電磁駆動方式に限らず、例えば被振動部にピエゾ素子を取り付けてピエゾ素子の変形により被振動部を振動させる圧電駆動方式やその他の駆動方式としてもよい。さらに、本発明は光走査型内視鏡装置に限らず、他の走査型観察装置観察機能を有しないレーザ加工等の走査装置に適用することもできる。

0047

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射出端面
11b保持部材
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コイル
28永久磁石
28a切り欠き部
28b 傷部
28c質量体
29支持部材
30光源部
40検出部
50駆動電流生成部
60 制御部
61 表示部
62入力部
70、90、110、120振動調整部
100 被観察物


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