JP5993537B1 - 走査型内視鏡 - Google Patents

Abstract

走査型内視鏡２は、光源ユニット２４から発する照明光を導光し、先端から照明光を出射する照明ファイバ１４及び観察対象上において照明光を走査するために照明ファイバ１４の先端を揺動させるアクチュエータ１５を有する光走査ユニット４０と、非違か走査ユニット４０を内包する空間部４３Ｓを有し、照明ファイバ１４に沿って設けられる枠体４３と、枠体４３に設けられ、光走査ユニット４０を枠体４３のＺ方向に垂直な平面上の所定の位置に保持するとともにＺ方向に光走査ユニット４０が摺動可能な保持体４４と、を有する。

Description

本発明は、照明ファイバを走査しつつ照明光を照射させて戻り光を検出して画像化する走査型内視鏡に関する。

ＣＣＤ、ＣＭＯＳなどの固体撮像素子を有する撮像装置により被写体像を光電変換してモニタに被写体画像を表示する電子内視鏡が知られている。また、固体撮像素子の技術を用いず、被写体画像を表示する装置として光走査型内視鏡装置が知られている。

例えば特開２０１２−２３１９１１号公報には、光学系の収差による影響を補正し、解像力のばらつきを低減する光走査装置および走査型観察装置が開示されている。光走査装置は、細長い形状の挿入部を有し、挿入部にはレーザ光を先端部へ導光する照明ファイバが設けられている。

照明ファイバの先端は、圧電素子に与える駆動信号の振幅を徐々に大きくしていくことによって、中心から半径方向外方に向けて螺旋状に変位するようになっている。
しかしながら、光走査装置においては、スキャナ駆動部で発生する振動が光学レンズを保持するレンズ枠に伝達されること、或いは、外部からの振動がスキャナ駆動部に伝わることによって、スキャナ動作に影響を及ぼして観察対象画像が乱れるおそれがある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、外部からスキャナ駆動部に振動が伝わること、及び、スキャナ駆動部からスキャナ駆動部保持部およびレンズ枠に振動が伝達されることを防止して良好な観察対象画像を得る走査型内視鏡を提供することを目的にしている。

本発明の一態様の走査型内視鏡は、光源部から発する照明光を導光し、先端から前記照明光を出射する導光部及び観察対象上において前記照明光を走査するために前記導光部の先端を揺動させるアクチュエータを有する走査部と、前記走査部を内包する空間を有し、前記導光部に沿って設けられる筒状部材と、前記筒状部材に設けられ、前記走査部を前記筒状部材の長手方向に垂直な平面上の所定の位置に保持し、かつ、前記長手方向に前記走査部を摺動可能にする保持部と、を有する。

走査型内視鏡装置を説明する図 走査型内視鏡の挿入部の先端部の構成および光走査ユニットを説明する図 図２の矢印Ｙ３−Ｙ３線断面図 保持体とフェルールとの関係を説明する図 図４Ａの矢印Ｙ４Ｂ−Ｙ４Ｂ線断面図 保持体に対して周方向に回転しないフェルールを説明する図 図５Ａの矢印Ｙ５Ｂ−Ｙ５Ｂ線断面図 保持体に対して軸方向に移動しないフェルールを説明する図 図６Ａの矢印Ｙ６Ｂ−Ｙ６Ｂ線断面図 保持体に対して周方向に回転すること無く、かつ、軸方向に移動しないフェルールを説明する図 図７Ａの矢印Ｙ７Ｂ−Ｙ７Ｂ線断面図

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
なお、以下の説明に用いる各図面は、模式的に示すものであり、各構成要素を図面上で認識可能な程度に示すために、各部材の寸法関係や縮尺等は、各構成要素毎に縮尺を異ならせてあるものであり、本発明は、これらの図に記載された構成要素の数量、構成要素の形状、構成要素の大きさの比率、および各構成要素の相対的な位置関係のみに限定されるものではない。

図１に示すように走査型内視鏡装置１は、走査型内視鏡（以下、単に内視鏡と記載する）２と、この内視鏡２が接続される本体装置３と、モニタ４と、を有して構成されている。
内視鏡２は、照明光を走査させながら被検体に照射し該被検体からの戻り光を得る。モニタ４には、本体装置３で生成された被検体像が表示される。

内視鏡２は、生体内に挿通される細長な挿入部１１を有する。挿入部１１は、所定の可撓性を備えたチューブ体を主体として構成され、挿入部１１の先端側には先端部１２が設けられている。
挿入部１１の基端側には図示しないコネクタなどが設けられている。内視鏡２は、該コネクタなどを介して、本体装置３と着脱自在に構成されている。

先端部１２の先端面１２ａには照明光学系１３を構成する光学部材である先端照明レンズ１３ａ、および検出光学系１６を構成する光学部材である集光レンズ１６ａが設けられている。

符号１３ｂは、第２照明レンズであり、照明光学系１３を構成する光学部材の一つである。照明光学系１３は、１つまたは複数の光学部材を設けて構成される。検出光学系１６は、集光レンズ１６ａと検出ファイバ１７とで構成される。

挿入部１１の内部には、照明光学系１３と、照明ファイバ１４と、アクチュエータ１５と、検出ファイバ１７と、が設けられている。
照明ファイバ１４は、導光部であり、後述する光源部となる光源ユニット２４から出射される照明光を導光し、導光した照明光は、先端から照明光学系１３を通過して観察対象である被写体に向けて出射される。

アクチュエータ１５は、例えば圧電素子であって、照明ファイバ１４の先端側にを設けられたスキャナ駆動部である。圧電素子は、周方向に四分割された位置に後述する二対の電極を相対して設けている。後述するドライバユニット２５からの駆動信号に基づいて圧電素子は、駆動され、照明ファイバ１４の先端を揺動制御して照明光を観察対象上において予め定めた軌跡に走査する。
照明ファイバ１４及びアクチュエータ１５は、走査部である光走査ユニット４０を構成している。

検出ファイバ１７は、挿入部１１の内周に沿って挿通されている。検出ファイバ１７は、集光レンズ１６ａによって受光された観察対象からの戻り光を後述する検出ユニット２６に伝送する。つまり、検出ファイバ１７の先端に集光レンズ１６ａが配設されている。

なお、検出ファイバ１７は、少なくとも２本以上のファイババンドルである。検出ファイバ１７は、内視鏡２が本体装置３に接続された際、後述する分波器３６に接続される。

符号１８は、内視鏡メモリであって、内視鏡２に関する各種情報が記憶されている。内視鏡メモリ１８は、挿入部１１の内部に設けられている。内視鏡２が本体装置３に接続された際、内視鏡メモリ１８と後述するコントローラ２３とは図示しない信号線を介して接続される。そして、内視鏡メモリ１８に記憶されている各種情報は、該コントローラ２３によって読み出されるようになっている。

本体装置３には、電源２１と、本体メモリ２２と、コントローラ２３と、光源ユニット２４と、ドライバユニット２５と、検出ユニット２６等と、が設けられている。
光源ユニット２４は、３つの光源３１ａ，３１ｂ，３１ｃと、合波器３２と、を有して構成されている。

ドライバユニット２５は、信号発生器３３と、デジタルアナログ（以下、Ｄ／Ａという）変換器３４ａ、３４ｂと、アンプ３５と、を有して構成されている。

検出ユニット２６は、分波器３６と、検出器３７ａ、３７ｂ、３７ｃと、アナログデジタル（以下、Ａ／Ｄという）変換器３８ａ、３８ｂ、３８ｃと、を有して構成されている。

電源２１は、図示しない電源スイッチなどの操作に応じて、コントローラ２３へ電源を供給する。
本体メモリ２２には、本体装置３全体の制御を行うための制御プログラム等が記憶されている。

コントローラ２３は、電源２１からの電源の供給が開始されると、本体メモリ２２から制御プログラムを読み出し、光源ユニット２４、ドライバユニット２５、検出ユニット２７の制御を行う。

光源ユニット２４の光源３１ａ，３１ｂ，３１ｃは、コントローラ２３の制御に基づき、それぞれ異なる波長帯域の光、例えば、Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の波長帯域の光を合波器３２に出射する。合波器３２は、光源３１ａ，３１ｂ，３１ｃから出射されたＲ，Ｇ，Ｂの波長帯域の光を合波し、照明ファイバ１４に出射する。

ドライバユニット２５の信号発生器３３は、コントローラ２３の制御に基づき、照明ファイバ１４の先端を所望の方向、例えば、楕円螺旋状に走査させるための駆動信号を出力する。

具体的に、信号発生器３３は、照明ファイバ１４の先端を挿入部１１の長手軸に対して左右方向（Ｘ軸方向）に駆動させる駆動信号を第１Ｄ／Ａ変換器３４ａに出力し、挿入部１１の挿入軸に対して上下方向（Ｙ軸方向）に駆動させる駆動信号を第２Ｄ／Ａ変換器３４ｂに出力する。
なお、挿入部１１の長手軸方向をＺ軸方向と定義し、このＺ軸方向に直交し、かつ、互いに直交する２方向をＸ軸方向、Ｙ軸方向と定義している。

Ｄ／Ａ変換器３４ａ、３４ｂは、それぞれ入力された駆動信号をデジタル信号からアナログ信号に変換し、アンプ３５に出力する。
アンプ３５は、入力された駆動信号を増幅してアクチュエータ１５に設けられた二対の電極４９ａ、４９ｂ、４９ｃ、４９ｄに出力する。振動部としてのアクチュエータ１５は、アンプ３５から電極４９ａ、４９ｂ、４９ｃ、４９ｄに出力される駆動信号に基づいて、照明ファイバ１４の自由端である先端を揺動させて、楕円螺旋状に走査させる。
これにより、光源ユニット２４から照明ファイバ１４に出射された光は、被検体上に楕円螺旋状に順次照射される。

被検体に照射され、該被検体の表面領域で反射された戻り光は、検出ファイバ１７によって検出ユニット２６の分波器３６に導光される。分波器３６は、例えば、ダイクロイックミラーなどであり、所定の波長帯域で戻り光を分波する。
具体的に、分波器３６は、検出ファイバ１７により導光された戻り光を、Ｒ，Ｇ，Ｂの波長帯域の戻り光に分波し、それぞれ検出器３７ａ、３７ｂ，３７ｃに出力する。

検出器３７ａ、３７ｂ、３７ｃは、それぞれＲ，Ｇ，Ｂの波長帯域の戻り光の光強度を検出する。検出器３７ａ、３７ｂ、３７ｃで検出された光強度の信号は、それぞれＡ／Ｄ変換器３８ａ、３８ｂ，３８ｃに出力される。Ａ／Ｄ変換器３８ａ、３８ｂ、３８ｃは、それぞれの検出器３７ａ、３７ｂ、３７ｃから出力された光強度の信号をアナログ信号からデジタル信号に変換し、コントローラ２３に出力する。

コントローラ２３は、Ａ／Ｄ変換器３８ａ、３８ｂ、３８ｃからのデジタル信号に所定の画像処理を施して被写体像を生成し、モニタ４に表示する。

ここで、挿入部１１の先端部１２の内部に設けられた光走査ユニット４０の詳細な構成を説明する。
上述したように照明ファイバ１４及びアクチュエータ１５によって構成される光走査ユニット４０は、図２に示すように先端部１２を構成する照明レンズ１３ａ，１３ｂが一体に固設された筒状部材である枠体４３に設けられた空間部４３Ｓ内に内包される。照明ファイバ１４の先端は、空間部４３Ｓ内に自由端として配置される。

図２及び図３に示すように照明ファイバ１４は、フェルール４１に挿通配置されて保持される。フェルール４１の外側面にはアクチュエータ１５が設けられる。

フェルール４１は、照明ファイバ１４の外径（例えば、１２５μｍ）に対応する孔加工を高精度（例えば、±１μｍ）かつ容易に行えるジルコニア、ニッケル等の材質で形成されている。

図３に示すようにフェルール４１は、例えば円柱形状であり、その断面中心に照明ファイバ１４の径に基づいた中心貫通孔が形成されている。照明ファイバ１４は、中心貫通孔内に予め定めた状態で配置され、接着剤などによりフェルール４１に一体固定されている。
なお、中心貫通孔のクリアランスは、接着剤層を極力薄くするため小さく形成され、接着剤は粘性の低いものが使用される。

フェルール４１の外周面には、予め定めたパイプ形状のアクチュエータ１５が配置される。アクチュエータ１５の内周面には電極４８が設けられ、外周面には上述した二対の電極４９ａ、４９ｂ、４９ｃ、４９ｄが所定の間隔を設けて、配置されている。

図２に示すようにフェルール４１の基端側は、保持部である保持体４４に配設される。保持体４４は、予め定めた厚みの円板形状であって、軸方向第１貫通孔４４ｈ１及び軸方向第２貫通孔４４ｈ２（図４参照）が形成されている。軸方向第１貫通孔４４ｈ１には複数のリード線４５が挿通配置され、軸方向第２貫通孔４４ｈ２にはフェルール４１が嵌合配置される。

軸方向第２貫通孔４４ｈ２は、フェルール取付孔（以下、フェルール取付孔４４ｈ２とも記載する）である。図４Ａに示す軸方向第２貫通孔４４ｈ２の内径ｄがフェルール４１の外径Ｄより予め定めた寸法、大径に設定してある。つまり、軸方向第２貫通孔４４ｈ２とフェルール４１との間には予め定めたクリアランスが設けられている。

図２、図４Ａ、４Ｂに示すようにフェルール４１は、その基端に外周面から外方に予め定めた高さで突出するフランジである拡径部４２を有している。拡径部４２の先端側の面は当接面４２ｆであって、フェルール４１の長手軸に対して垂直な平面である。

フェルール４１は、保持体４４の基端面４４ｒ側からフェルール取付孔４４ｈ２内に挿通される。そして、フェルール４１は、拡径部４２の当接面４２ｆが保持体４４の基端面４４ｒに当接して予め定めた配設状態となる。

つまり、本実施形態において、フェルール４１は、保持体４４に接着によって一体固定されること無く、フェルール取付孔４４ｈ２に嵌合配置される。

フェルール４１が配設された保持体４４は、枠体４３の基端側の予め定めた位置に接着等によって一体固定される。この固定状態において、保持体４４の中心軸は、枠体４３の中心軸に一致している。したがって、照明光学系１３が設けられた枠体４３は、照明ファイバ１４に沿って設けられる。
また、拡径部４２の当接面４２ｆが保持体４４の基端面４４ｒに当接して、光走査ユニット４０を構成する照明ファイバ１４の先端が枠体４３の長手方向の予め定めた位置に配置される。

なお、フェルール４１は、円柱に限定されるものでは無く、四角柱等如何なる形状の角柱であってもよい。フェルール４１が角柱の場合、各角柱の平面の予め定めた位置に直方体形状で予め定めた大きさのアクチュエータ１５がそれぞれ配置される。
また、照明ファイバ１４を大きく揺動させる共振周波数は、照明ファイバ１４の径とフェルール４１の先端面からの突出長である自由端長さによって決定される。

上述のように構成された走査型内視鏡２に設けられた照明ファイバ１４の先端は、フェルール４１が振動されることによって揺動する。
フェルール４１は、Ｄ／Ａ変換器３４ａ、３４ｂから電極４９ａ、４９ｂ、４９ｃ、４９ｄに供給される駆動信号に応じてアクチュエータ１５が駆動されることによって振動する。

そして、アクチュエータ１５が駆動制御されることによって、フェルール４１の振動による照明ファイバ１４の先端の揺動が制御されて、観察対象上において照明光が楕円螺旋状に走査される。

このとき、フェルール４１は、図４Ａの矢印Ｙ４Ａに示すようにＺ方向にも振動している。しかし、フェルール４１は、上述したように保持体４４に接着による一体固定では無く、フェルール取付孔４４ｈ２に嵌合配置されている。

したがって、フェルール４１は、該フェルール４１に発生したＺ方向の振動によってフェルール取付孔４４ｈ２内において矢印Ｙ４Ａ方向にスライド移動する。このため、フェルール４１に発生した矢印Ｙ４Ａて示すＺ方向の振動は、保持体４４に伝搬され難い。

この結果、フェルール４１に発生した矢印Ｙ４Ａに示すＺ方向の振動が保持体４４を介して枠体４３に伝搬されることにより、該枠体４３が揺れて観察対象画像が乱れる不具合を防止することができる。

なお、枠体４３にＺ方向の振動が発生した場合、保持体４４が枠体４３に一体に固定されていることにより、該保持体４４に振動が伝搬される。しかし、フェルール４１が保持体４４のフェルール取付孔４４ｈ２に上述したように嵌合配置されていることから保持体４４に伝搬された振動がフェルール４１に伝搬され難い。

この結果、外部からの振動が光走査ユニット４０に伝わることによって、フェルール４１の振動による照明ファイバ１４の先端の揺動に不具合が発生して、観察対象上における照明光の楕円螺旋状の走査が乱れることを防止できる。
なお、図４Ａにおいては照明ファイバ１４を省略している。

ここで、図５Ａ、図５Ｂ、図６Ａ、図６Ｂ及び図７Ａ、図７Ｂを参照してフェルールの他の構成例を説明する。
図５Ａ、図５Ｂに示す第１のフェルール４１Ａは、周方向外方に突出した複数の突出部を間欠的に備えている。本実施形態において、突出部である凸部４１ｃ１、４１ｃ２、４１ｃ３、４１ｃ４は、突出された回り止めである。保持体４４には凸部４１ｃ１、４１ｃ２、４１ｃ３、４１ｃ４がそれぞれ配置される溝部として凹溝４４ｇ３を有したフェルール取付孔４４ｈ３が形成されている。

第１のフェルール４１Ａの凸部４１ｃ１、４１ｃ２、４１ｃ３、４１ｃ４は、フェルール取付孔４４ｈ３に形成された４つの凹溝４４ｇ３にそれぞれ嵌合して配置される。
この結果、上述した作用及び効果を有すると共に、振動によってフェルール４１が周方向に回転移動する不具合が解消される。したがって、より良好な観察対象画像を得ることができる。

なお、図示は省略するが、第１のフェルール４１Ａに凹溝を設け、保持体４４に凸部を設けるようにしてもよい。

図６Ａ、図６Ｂに示す第２のフェルール４１Ｂは、中途部の予め定めた位置に該フェルール４１Ｂの外周面から外方に突出する突出部としてのフランジ部４１Ｂｆを有している。フランジ部４１Ｂｆは、該フェルール４１ＢのＺ方向位置決め部であり、保持体４４内に配置される。

第２のフェルール４１Ｂのフランジ部４１Ｂｆが保持体４４内に配置されることによって、振動によってフェルール４１Ｂが矢印Ｚ１方向に移動して照明ファイバ１４の先端面が同方向に移動する不具合を解消することができる。

加えて、拡径部４２の当接面４２ｆが保持体４４の基端面４４ｒに当接することによって、該拡径部４２から該保持体４４に振動が伝搬されたとき、図中破線矢印Ｙ６Ａに示すように伝搬された振動が保持体４４内に配置された振動フランジ部４１Ｂｆとの界面で反射されて保持体４４が振動する不具合が減少される。
なお、フランジ部４１Ｂｆの突出高さは、拡径部４２の突出高さと同寸法、または、それ以下に設定される。また、第２のフェルール４１Ｂに周状の凹溝を設け、凹溝を保持体４４内に配置するようにしてもよい。

図７Ａ、図７Ｂに示す第３のフェルール４１Ｃは、周方向外方に突出させた扇状凸部４１ｃ５、４１ｃ６、４１ｃ７、４１ｃ８を有している。扇状凸部４１ｃ５、４１ｃ６、４１ｃ７、４１ｃ８は、図７Ａに示すようにＺ方向に対して間欠的に設けられ、かつ、図７Ｂに示すように中心角度が例えば９０度で周方向に間欠的に設けられている。

なお、本実施形態においては、扇状凸部４１ｃ５、４１ｃ６、４１ｃ７、４１ｃ８は、Ｚ方向に対して等間隔で離間し、周方向に対しては９０度間隔で離間している。
扇状凸部４１ｃ５、４１ｃ６、４１ｃ７、４１ｃ８は、保持体４４内に配置されて該フェルール４１ＣがＺ方向に移動すること、および、周方向に回転することを防止する。

扇状凸部４１ｃ５、４１ｃ６、４１ｃ７、４１ｃ８を図７Ｂに示すように保持体４４内に周方向に９０°間隔で配置することによって、前記フランジ部４１Ｂｆのように周方向に隙間無く設けられる。

このことによって、上述したように拡径部４２から保持体４４に伝達される振動の軸方向への進行を上述したように各扇状凸部４１ｃ５、４１ｃ６、４１ｃ７、４１ｃ８によって阻止することができる。
この結果、上述したフランジ部４１Ｂｆと同様の作用及び効果を得られる。

この構成によれば、振動によってフェルール４１Ｃが周方向に回転移動する不具合、フェルール４１Ｃが軸方向に移動する不具合、および、拡径部４２から保持体４４に振動が伝達される不具合を減少する。

なお、扇状凸部４１ｃ５、４１ｃ６、４１ｃ７、４１ｃ８をＺ方向に等間隔に配置する代わりに、外周面に螺旋状凸部を設けたフェルールを保持体４４に配置することによって、上述した実施形態と同様の作用及び効果を得るようにしてもよい。また、扇状凸部の数は、４つに限定されるものでは無く、２つの場合に中心角度を１８０度に設定し、３つの場合には中心角度を１２０度に設定する。

上述の実施の形態に記載した発明は、その実施の形態および変形例に限ることなく、その他、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々の変形実施し可能である。

本発明によれば、外部からスキャナ駆動部に振動が伝わること、及び、スキャナ駆動部からスキャナ駆動部保持部およびレンズ枠に振動が伝達されることを防止して良好な観察対象画像を得る走査型内視鏡を実現できる。

本出願は、２０１４年１２月１２日に日本国に出願された特願２０１４−２５２１０７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、請求の範囲に引用されるものとする。

Claims (5)

1. 光源部から発する照明光を導光し、先端から前記照明光を出射する導光部及び観察対象上において前記照明光を走査するために前記導光部の先端を揺動させるアクチュエータを有する走査部と、
   前記走査部を内包する空間を有し、前記導光部に沿って設けられる筒状部材と、
   前記筒状部材に設けられ、前記走査部を前記筒状部材の長手方向に垂直な平面上の所定の位置に保持するとともに前記長手方向に前記走査部が摺動可能な保持部と、
   を有することを特徴とする走査型内視鏡。
2. 前記保持部は、前記長手方向に沿って設けられる溝部または突出部を有し、
   前記走査部は、前記保持部に設けられる前記溝部または前記突出部に嵌合配置される突出部または溝部を有することを特徴とする請求項１に記載の走査型内視鏡。
3. 前記保持部において、前記溝部または突出部は、前記長手方向において間欠的に複数設けられ、
   前記走査部において、該走査部が有する前記突出部又は前記溝部は、前記保持部が有する前記溝部または前記突出部の位置に対応して間欠的に複数設けられる、
   ことを特徴とする請求項２に記載の走査型内視鏡。
4. さらに、前記観察対象からの戻り光を集光する光学部材を有することを特徴とする請求項１に記載の走査型内視鏡。
5. 前記走査部は、前記導光部の周囲に設けられ、かつ前記アクチュエータが外周に配置されるフェルールを有し、
   前記保持部は、前記フェルールが嵌合され、前記フェルールが前記保持部に対して嵌合された状態で摺動可能である
   ことを特徴とする請求項１に記載の走査型内視鏡。

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