CN104271025A - 内窥镜装置 - Google Patents
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Abstract
内窥镜装置(1)具有:***部(10),其贯穿***于活体内;光纤(14),其射出来自激光光源(31)的激光;致动器(15),其使光纤(14)的前端振动;套箍(41),其固定安装致动器(15),并且把持光纤(14)的外周;以及前端光学***(13),其与光纤(14)相对配置。该前端光学***(13)具有如下的光学特性,即当从套箍(41)的前端突出了规定的长度的光纤(14)变得比规定的长度短时,激光的聚光点的位置(43)位于前端光学***(13)内。
Description
技术领域
本发明涉及内窥镜装置,尤其涉及扫描激光以获得图像信号的内窥镜装置。
背景技术
众所周知,存在如下的电子内窥镜,其通过具有CCD、CMOS等固体摄像元件的摄像装置对被检体像进行光电转换,在监视器上显示取得图像。近些年来,作为不使用这种固体摄像元件的技术而对被摄体像进行图像显示的装置,存在扫描型的内窥镜装置。该扫描型的内窥镜装置使引导来自光源的光的照明光纤的前端进行扫描,通过配置于照明光纤的周围的光纤束接收来自被检体的返回光,使用随时间变化检测的光强度信号将被摄体像图像化。
例如,在日本特开2011-19706号公报中公开了如下的医疗用观察***,其使用了扫描型医疗用探针,该扫描型医疗用探针将来自激光光源的激光经由单模的光纤传输至***部的前端部,并照射被摄体。
在该日本特开2011-19706号公报中公开的医疗用观察***中,使光纤通过由压电元件等形成的致动器的贯通孔并固定,向在XY轴方向上设置于致动器上的多个电极供给驱动电压,从而使光纤进行规定的振动,扫描激光。
图9A是用于说明现有的激光的传播情形的图。
如图9A所示,现有的扫描型的内窥镜装置通过驱动致动器100,从而使光纤101振动(双箭头102)。从光纤101射出的激光通过构成前端光学***的透镜103和104,例如在聚光点105聚光。随着光纤101的振动(双箭头102),该聚光点105也进行振动(双箭头106),从而能够在活体上扫描激光。
然而,当通过致动器100的驱动使光纤101振动时,在光纤101内存在应力集中的部位A。因此,考虑当使光纤101振动时,光纤101在该应力集中的部位A折断的情况。图9B示出光纤101在应力集中的部位A折断的例子。
图9B是用于说明光纤折断的情况下的现有的激光的传播情形的图。如图9B所示,在致动器100前端的光纤101折断的情况下,几乎无法获得光纤101的振幅(双箭头102a)。其结果,由于几乎也无法获得聚光点105的振动(双箭头106a),因而可认为激光会照射在活体上的1点上。此时,由于激光量是以对光纤101进行扫描为前提确定的,因而在无法获得光纤101的扫描的状况下,存在照射规定以上的激光量的问题。
因此,本发明的目的在于提供一种在光纤折断的情况下,也能够确保激光量的安全性的内窥镜装置。
发明内容
用于解决课题的手段
本发明的一个方面的内窥镜装置具有:***部,其贯穿***活体内;光纤,其射出来自激光光源的激光;致动器,其使所述光纤的前端振动;套箍(ferrule),其固定安装所述致动器,并且把持所述光纤的外周;以及照明光学***,其与所述光纤相对配置,所述照明光学***具有如下的光学特性,即当从所述套箍的前端突出了规定的长度的所述光纤变得比所述规定的长度短时,所述激光的聚光点的位置位于所述照明光学***内。
附图说明
图1是表示1个实施方式的内窥镜装置的结构的图。
图2是用于说明***部10的前端部12的结构的剖面图。
图3是用于说明***部10的前端部12的结构的立体图。
图4是表示通过照明透镜13a和13b构成的前端光学***13的各透镜数据的图。
图5是用于说明光纤14的折断长度与激光的聚光点的位置之间的关系的图。
图6是用于说明光纤14的折断长度为0mm的情况下的激光的传播情形的图。
图7是用于说明光纤14的折断长度为1.75mm的情况下的激光的传播情形的图。
图8是用于说明光纤14的折断长度为2.625mm的情况下的激光的传播情形的图。
图9A是用于说明现有的激光的传播情形的图。
图9B是用于说明光纤折断的情况下的现有的激光的传播情形的图。
具体实施方式
以下,参照附图说明本发明的实施方式。
首先,使用图1说明1个实施方式的内窥镜装置的整体结构。
图1是表示1个实施方式的内窥镜装置的结构的图。
如图1所示,内窥镜装置1构成为具有:扫描型的内窥镜2,其扫描激光(照明光)并照射被检体,获得来自被检体的返回光;主体装置3,其与该内窥镜2连接;以及监视器4,其显示通过主体装置3得到的被检体像。
内窥镜2构成为将具有规定的挠性的管体作为主体,具有贯穿***于活体内的细长的***部10。***部10的基端侧设有连接器11,内窥镜2构成为能够经由该连接器11而在主体装置3上自由拆装。此外,在***部10的前端侧设有前端部12。
在前端部12的前端面12a上设有通过照明透镜13a和13b构成的前端光学***13。此外,在***部10的内部设有作为光学元件的光纤14和致动器15,其中该光纤14从基端侧向前端侧贯穿***,引导来自后述的光源单元24的光,并向活体照射激光,该致动器15设置于光纤14的前端侧,根据来自后述的驱动器单元25的驱动信号,在期望的方向上扫描光纤14的前端。通过这种结构,被光纤14引导的来自光源单元24的激光照射在被摄体上。
此外,在***部10的内部设有作为受光部的检测光纤16,该检测光纤16沿着***部10的内周从基端侧向前端侧贯穿***,接收来自被检体的返回光。检测光纤16的前端面配置于前端部12的前端面12a的前端光学***13的周围。该检测光纤16可以是至少2根以上的光纤束。当内窥镜2连接于主体装置3时,检测光纤16与后述的分波器36连接。
此外,在***部10的内部设有存储有与内窥镜2有关的各种信息的存储器17。存储器17在内窥镜2连接于主体装置3时,经由未图示的信号线与后述的控制器23连接,通过控制器读出与内窥镜2有关的各种信息。
在光纤14上的从连接器11到前端部12的致动器15的范围内,蒸镀例如通过线状的金属构成的多条导线18。在多条导线18的前端设有致动器15。而且,这些多条导线18在连接器11安装于主体装置3时,与主体装置3的放大器35连接。这些多条导线18构成对用于驱动致动器15的驱动信号导电的导电部。
主体装置3构成为具有电源21、存储器22、控制器23、光源单元24、驱动器单元25和检测单元26。
光源单元24构成为具有激光光源31。此外,驱动器单元25构成为具有信号产生器33、(以下,称作D/A)转换器34a和34b、放大器35。
检测单元26构成为具有分波器36、检测器37a~37c、模拟数字(以下,称作A/D)转换器38a~38c。
电源21按照未图示的电源开关等的操作,控制对于控制器23的电源的供给。存储器22存储着用于进行主体装置3整体的控制的控制程序等。
控制器23在从电源21被供给电源时,从存储器22中读出控制程序,进行光源单元24、驱动器单元25的控制,并且对通过检测单元26检测的来自被摄体的返回光的光强度进行解析,进行将得到的被摄体像显示于监视器4的控制。
光源单元24的激光光源31根据控制器23的控制,将规定的波段的激光(照明光)向光纤14射出。该光纤14将来自激光光源31的激光(照明光)向对象物射出。
驱动器单元25的信号产生器33根据控制器23的控制,输出用于使光纤14的前端向期望的方向、例如呈螺旋状扫描(扫描驱动)的驱动信号。具体而言,信号产生器33将使光纤14的前端相对于***部10的***轴在左右方向(X轴方向)上驱动的驱动信号输出给D/A转换器34a,将使其相对于***部10的***轴在上下方向(Y轴方向)上驱动的驱动信号输出给D/A转换器34b。
D/A转换器34a和34b分别将所输入的驱动信号从数字信号转换为模拟信号,并输出给放大器35。放大器35放大所输入的驱动信号并输出给致动器15。从放大器35输出的驱动信号经由在光纤14上蒸镀的多条导线18被提供给致动器15。
作为驱动部的致动器15根据来自放大器35的驱动信号,使光纤14的前端(自由端)揺动,并呈螺旋状进行扫描。由此,从光源单元24的激光光源31向光纤14射出的光呈螺旋状依次照射在被检体上。
检测光纤16接收在被检体的表面区域反射的返回光,将接收的返回光引导至分波器36。
分波器36例如为分色镜等,通过规定的波段对返回光分波。具体而言,分波器36将通过检测光纤16导光的返回光分波为R、G、B的波段的返回光,并分别输出给检测器37a、37b和37c。
检测器37a、37b和37c分别检测R、G、B的波段的返回光的光强度。通过检测器37a、37b和37c检测到的光强度的信号分别被输出给A/D转换器38、38b和38c。
A/D转换器38a~38c将分别从检测器37a~37c输出的光强度的信号从模拟信号转换为数字信号,并输出给控制器23。
控制器23对来自A/D转换器38a~38c的数字信号实施规定的图像处理以生成被摄体像,并显示于监视器4上。
这里,使用图2和图3,说明***部10的前端部12的详细结构。
图2是用于说明***部10的前端部12的结构的剖面图,图3是用于说明***部10的前端部12的结构的立体图。
如图2和图3所示,在***部10的前端部12中的光纤14与致动器15之间配置有作为接合部件的套箍41。套箍41是用于光通信领域的部件,作为材质可使用氧化锆(陶瓷)、镍等,针对光纤14的外径(例如,125μm)能够易于实现高精度(例如,±1μm)的中心孔加工。而且,在套箍41的大致中心处设有基于光纤14直径的贯通孔,被实施中心孔加工,光纤14通过粘接剂等被固定。
套箍41是四棱柱的形状,致动器15分别配置于四棱柱的套箍41的各侧面上。此外,致动器15、套箍41和光纤14在前端部12上通过固定部件42固定于前端部12的大致中央处。这样,套箍41固定安装致动器15,并且把持光纤14的外周。
多条导线18与分别配置于套箍41的各侧面上的致动器15连接。由此,来自驱动器单元25的驱动信号经由导线18被提供给致动器15。致动器15例如为压电元件,根据来自驱动器单元25的驱动信号而伸缩。由此,能够使光纤14的前端呈螺旋状扫描。而且,从光纤14射出的激光通过前端光学***13而会聚,并照射在被摄体上。
该前端光学***13(照明光学***)与光纤14相对配置,通过平凸透镜的照明透镜13a和凸平透镜的照明透镜13b构成。此外,前端光学***13从激光光源31侧起依次配置有平凸透镜的照明透镜13a、凸平透镜的照明透镜13b。
关于前端光学***13,将使用后述的图5~图8详细说明,其具有如下的光学特性,即在从套箍41的前端突出了规定的长度的光纤14由于折断等而变得比规定的长度短时,激光的聚光点位于前端光学***13内。另外,前端光学***13是由2块照明透镜13a和13b构成的,例如也可以通过3块以上的照明透镜构成。
图4示出通过照明透镜13a和13b构成的前端光学***13的各透镜数据。图4是表示通过照明透镜13a和13b构成的前端光学***13的各透镜数据的图。
另外,如下示出图4中所用的符号,
r:曲率半径(mm)
d:面间隔(mm)
nd:折射率
νd:阿贝数。
接着,使用图5~图8说明光纤14的折断长度与激光的聚光点的位置之间的关系。
图5是用于说明光纤14的折断长度与激光的聚光点的位置之间的关系的图,图6是用于说明光纤14的折断长度为0mm的情况下的激光的传播情形的图,图7是用于说明光纤14的折断长度为1.75mm的情况下的激光的传播情形的图,图8是用于说明光纤14的折断长度为2.625mm的情况下的激光的传播情形的图。另外,在图6~图8中,对于同样的结构赋予相同的符号进行说明。
图5示出光纤14的折断长度L’(参照图7和图8)与激光的聚光点的位置43(参照图6~图8)的关系。关于聚光点的位置43,以图6的前端侧的照明透镜13b的前端部13c为基准,将前端部13c的前侧(活体侧,面朝图6时的右侧)为正,以前端部13c的后侧(光纤14侧,面朝图6时的左侧)为负。即,在光纤14的折断长度L’为0mm的情况下,聚光点的位置43为比照明透镜13b的前端部13c靠前侧,在光纤14的折断长度L’比1.75mm长的情况下,聚光点的位置43为比照明透镜13b的前端部13c靠后侧。
如图6所示,光纤14从套箍41起在前端光学***13的方向上突出规定的长度,设该突出的光纤14的长度为L。在本实施方式中,设从套箍41起在前端光学***13的方向上突出的光纤14的长度L为3.5mm。
此外,在图6中,用A表示光纤14的应力集中的部位,用ff表示前端光学***13的前侧焦点位置,用fb表示后侧焦点位置,用FL表示合成焦点位置。在本实施方式中,设前端光学***13的合成焦点位置FL为0.15mm。如图6所示,在光纤14的折断长度L’为0mm(不存在光纤14的折断)的情况下,从光纤14射出的激光在照明透镜13b的前端部13c的前侧的聚光点的位置43聚光。
另一方面,在光纤14的折断长度L’为1.75mm的情况下,聚光点的位置43为比照明透镜13b的前端部13c靠后侧,激光在前端光学***13内聚光。此时,将会从前端光学***13射出散光,因而能够使照射在活体上的激光为规定值以下。
这里,在光纤14折断并残留时,若设从套箍41的前端突出的光纤14的长度(即折断残留的光纤14的长度)为Laf,则前端光学***13通过满足以下的式1和式2,能够使激光在前端光学***13内聚光。
fb<0···(式1)
0<Laf/LF<11.67···(式2)
另外,上述式1示出前端光学***13的后侧焦点位置fb为比照明透镜13b的前端部13c靠后侧、即为负的情况。
同样地,在光纤14的折断长度L’为2.625mm(残留的光纤14的长度Laf为0.875mm)的情况下,满足上述式1和式2的条件,如图8所示,激光在前端光学***13内聚光。因此,从前端光学***13射出散光,能够使照射在活体上的激光在规定值以下。
另外,在本实施方式中,说明了在光纤14的折断长度L’为1.75mm以上的情况下激光的聚光点的位置43位于前端光学***13内的前端光学***13,然而不限于此。通常,光纤14容易在接近套箍41且应力集中的部位A的附近折断,因而在本实施方式中作为一例,说明了折断长度L’在1.75mm以上的情况。例如,也可以使用在光纤14的折断长度L’为1.0mm或0.5mm以上的情况下聚光点的位置43位于前端光学***13内的前端光学***。
如上所述,内窥镜装置1使用了如下的前端光学***13,即在从套箍41的前端突出的光纤14折断的情况下,激光的聚光点的位置43进入前端光学***13内。其结果,在从套箍41的前端突出的光纤14折断的情况下,将会从前端光学***13向活体照射散光,而不会照射规定以上的激光量。
因而,根据本实施方式的内窥镜装置,在光纤折断的情况下,也能够确保激光量的安全性。
本发明不限于上述实施方式和变形例,可以在不改变本发明主旨的范围内实施各种的变更、改变等。
本申请以于2012年10月11日在日本申请的特愿2012-226227号公报作为优先权基础提出申请,上述公开的内容都在本申请说明书、权利要求书和附图中进行引用。
Claims (4)
1.一种内窥镜装置,其特征在于,具有:
***部,其贯穿***于活体内;
光纤,其射出来自激光光源的激光;
致动器,其使所述光纤的前端振动;
套箍,其固定安装所述致动器,并且把持所述光纤的外周;以及
照明光学***,其与所述光纤相对配置,
所述照明光学***具有如下的光学特性,即当从所述套箍的前端突出了规定长度的所述光纤变得比所述规定长度短时,所述激光的聚光点的位置位于所述照明光学***内。
2.根据权利要求1所述的内窥镜装置,其特征在于,
所述照明光学***满足下述的条件式(1)、(2),
fb<0···(1)
0<Laf/LF<11.67···(2)
其中,fb是所述照明光学***的后侧焦点位置,Laf是所述光纤变得比所述规定的长度短时从所述套箍的前端突出的距离,FL是所述照明光学***的合成焦距。
3.根据权利要求1所述的内窥镜装置,其特征在于,
所述照明光学***由平凸透镜和凸平透镜构成。
4.根据权利要求3所述的内窥镜装置,其特征在于,
所述照明光学***是从所述激光光源侧起按照平凸透镜、凸平透镜的顺序配置的。
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