CN105451627B - 光成像用探头 - Google Patents

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Abstract

提供一种在OCT图像诊断用探头中，能够通过减少旋转传递延迟或转矩损失等的产生来防止旋转部分的旋转不均或轴的振摆、摩擦、旋转传递延迟，并在轴向进行一定长度的扫描，获得三维的观察图像的三维扫描型光成像用探头。在大致同一线上配置有在探头的顶端侧与后方侧之间传播光且配置为不可旋转的固定侧光纤、进行旋转驱动并在大致半径方向上放射光线的第一光路转换机构、通过电动机进行旋转驱动的旋转侧光纤、和朝向第一光路转换机构对光进行旋转放射的第二光路转换机构，通过此构成，能够获得高画质的三维观察图像。

Description

光成像用探头
技术领域
本发明涉及在医疗设备等中用于立体地读入在被检体反射的光并进行观察的三维扫描型光成像用探头。
背景技术
图像诊断技术(光成像技术)是在装置机械、医疗等现场被广泛利用的技术。例如，在医疗现场或精密设备等的制造现场，作为图像诊断的手法，除了一般的摄像观察和超声波诊断装置，能够对断层图像和三维断层图像进行拍摄的X射线CT、核磁共振、利用了光的干渉性的OCT图像(光干渉断层摄影)等方式被研究并活用。近年，对于该断层图像、三维断层图像摄影，在这些方式中能够获得最细微的摄影图像的OCT图像诊断技术的开发特别受到关注。
OCT图像多使用波长为1300nm(纳米)左右的近红外线作为光源，而近红外线对于活体是非侵袭性的，而且，由于波长比超声波短，因此空间分辨率优越。并且，由于能够达到大约10μm(微米)[超声波诊断装置的10分之1以下]的空间分辨率，因此期待将断层摄影方式嵌入内窥镜，特别期待将其活用到在医疗现场发现、诊断以及治疗人体的胃部、小肠部、动脈流等血管部的患部。适用了该OCT图像技术的OCT内窥镜的代表构造例如如专利文献1所示。
另外，专利文献1所示的OCT内窥镜中，如该文献中图8所示，将电动机的旋转力介由带传递至旋转轴，并介由通过在管状的光学护套内通过的光纤等构成的挠性轴向透镜单元传递。因此，由于光学护套的内周面与挠性轴的摩擦，有时产生磨屑。此外，由于上述挠性轴的摩擦、挠曲、扭曲以及上述带的弹性变形等，会产生转速不均、旋转传递延迟、转矩损失的变动等，因此，所获得的解析图像变形，无法获得所要求的空间分辨率。此外，通过该构成虽然能够获得文献中图26所示的二维断层图像，但不能够获得三维图像。
此外，专利文献2所示的OCT内窥镜中，是在该文献中图1所示的环状引导探针的内部插入细长的管状探针，在探针内部具有能够旋转以及滑动且光学连接的光纤或芯线，使上述光纤旋转并在文献中图3所示的长度方向移动，对身体组织进行照射，观察解析图像的OCT三维图像系统。但是该构成存在的问题是由于探针的内周面与驱动轴外周面的摩擦而产生磨屑。此外，由于驱动轴的摩擦、挠曲、扭曲，会产生转速不均、旋转传递延迟、转矩损失的变动等，因此，所获得的解析图像变形，无法获得所要求的空间分辨率。
此外，专利文献3所述的发明中，将反射镜直接连结于该文献中图2所示的电动机的旋转轴的顶端。但是，通过该构成虽然使用旋转的反射镜能够获得二维的断层图像，但不能够获得三维的图像。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第3885114号公报
专利文献2：日本专利第4520993号公报
专利文献3：日本专利第4461216号公报
发明内容
发明所要解决的课题
本发明是鉴于上述以往情况而完成的，其课题在于实现一种光成像用探头，该光成像用探头通过减轻旋转传递延迟、转矩损失等的产生，防止对光线进行旋转放射的旋转机构的旋转不均、轴的振摆、摩擦、旋转传递延迟，并且不仅在旋转方向，在轴向也能够进行一定长度的扫描，能够获得三维的观察图像。
用于解决课题的方法
为了解决上述课题的一个方法是：在将射入顶端侧的光向后方侧引导的光成像用探头中，在大致同一线上配置有：固定侧光纤，为了在探头的顶端侧与后方侧之间传播光而配置为不可旋转，并内置于大致管状的探针内；第一光路转换机构，位于固定侧光纤的顶端侧，通过第一电动机被旋转驱动，在大致半径方向上放射光线；旋转测光纤，位于上述固定侧光纤与上述第一光路转换机构之间，通过旋转光连接器(光旋转连接器)与上述固定侧光纤光学连接，通过第二电动机被旋转驱动；第二光路转换机构，在上述旋转侧光纤的顶端侧，使光路相对于旋转中心倾斜微小角度，并朝向第一旋转机构进行旋转放射，第一光路转换机构在半径方向放射光线，并且第二光路转换机构使光线的放射角度沿轴向变化，由此，能够进行三维扫描。
发明效果
根据本发明，在内窥镜装置等的探针内，光纤不会摩擦，旋转传递延迟、转矩损失等的产生减轻。而且，通过第一光路转换机构和第二光路转换机构分别独立旋转，在大致半径方向和中心轴向这两个方向有意地改变光线的放射角度，由此，能够在OCT内窥镜获得三维的空间分辨率高的观察图像。
附图说明
图1为本发明的第一实施方式的光成像用探头的剖面图。
图2为第一实施方式的光成像用探头的第二电动机构成图。
图3为第一实施方式的光成像用探头的旋转扫描范围说明图。
图4为第一实施方式的光成像用探头的第二光路转换机构说明图。
图5为第一实施方式的光成像用探头的旋转扫描范围说明图。
图6为第一实施方式的光成像用探头的三维扫描范围说明图。
图7为使用了第一实施方式的光成像用探头的引导探针说明图。
图8为使用了第一实施方式的光成像用探头的内窥镜图像装置构成图。
图9为本发明的第二实施方式的光成像用探头的剖面图。
图10为第二实施方式的光成像用探头的第二电动机构成图。
图11为本发明的第三实施方式的光成像用探头的剖面图。
图12为第三实施方式的光成像用探头的旋转扫描范围说明图。
图13为第三实施方式的光成像用探头的三维扫描范围说明图。
图14为第三实施方式的光成像用探头的旋转光连接器剖面图。
图15为第三实施方式的光成像用探头的第二光路转换机构说明图。
图16为本发明的第四实施方式的光成像用探头的剖面图。
图17为第四实施方式的光成像用探头弯曲时的剖面图。
图18为第四实施方式的光成像用探头的第一电动机的脉冲产生部说明图。
图19为第四实施方式的光成像用探头的第二电动机的脉冲产生部说明图。
图20为第四实施方式的光成像用探头的第一以及第二光路转换机构说明图。
图21为第四实施方式的光成像用探头的电动机脉冲的时间图。
图22为第四实施方式的光成像用探头的旋转扫描范围说明图。
图23为第四实施方式的光成像用探头的旋转扫描范围说明图。
图24为第四实施方式的光成像用探头的三维扫描范围说明图。
图25为本发明的第五实施方式的光成像用探头的旋转光连接器剖面图。
图26为第五实施方式的光成像用探头的第一轴承的放大图。
图27为第五实施方式的光成像用探头的第一轴承的放大图。
图28为第五实施方式的光成像用探头的第二轴承的放大图。
具体实施方式
本实施方式的三维扫描型光成像用探头的第一特征是：在将射入顶端侧的光向后方侧引导的光成像用探头中，在大致同一线上配置有：固定侧光纤，为了在探头的顶端侧与后方侧之间传播光而配置为不可旋转；第一光路转换机构，位于固定侧光纤的顶端侧，通过第一电动机被旋转驱动，在大致半径方向上放射光线；旋转侧光纤，位于固定侧光纤与第一光路转换机构之间，通过旋转光连接器(光旋转连接器)与固定侧光纤光学连接，通过第二电动机被旋转驱动；第二光路转换机构，在旋转侧光纤的顶端侧，使光路相对于旋转中心倾斜微小角度并朝向第一光路转换机构进行旋转放射。
根据该构成，对于从后方通过固定侧光纤被送至旋转侧光纤的光线，第一光路转换机构旋转并以二维的方式放射状地对光进行反射，并且第二光路转换机构旋转并在光线的放出方向改变光线相对于旋转中心的角度，由此能够进行三维观察，而且能够获得空间分辨率高的三维的观察图像。
作为第二特征，所采用的构成是：上述第一电动机的旋转轴是中空形状，装配有第一光路转换机构，并且旋转侧光纤相对旋转自如地贯通于中空孔，第二电动机的旋转轴也为中空形状，在该孔中固定有上述旋转侧光纤并使其旋转。
根据该构成，能够在相对于第一光路转换机构的后方配置第一电动机和第二电动机，因此这些电动机的配线并不存在于第一光路转换机构的顶端侧，所以，光线不会被配线截断，因此，能够在360度方向上进行放射，并能够获得无缺失的完整的三维观察图像。
作为第三特征，构成为：上述第一电动机位于比上述第一光路转换机构靠近顶端侧的位置，将上述第一光路转换机构装配于其旋转轴，并且第二电动机的旋转轴为中空形状，在该孔中固定有上述旋转侧光纤并使其旋转。
根据该构成，第一电动机不需要中空轴，能够以更小的直径构成电动机，所以，能够将内窥镜用探头构成得很细。
作为第四特征，构成为：上述第一电动机或上述第二电动机的至少任一个为使用了压电元件或电致伸缩元件的超声波电动机，将旋转轴旋转自如地贯通于设在大致多棱柱的可振动件的大致中心的中心孔，在此可振动件的中心孔具有朝向外周延伸的狭缝部，将具有电极的薄板状的压电元件贴附于上述可振动件的外周面，以分别产生独立的旋转振动的方式在上述狭缝的一侧的上述压电元件和上述狭缝的相反侧的上述压电元件依次施加电压，由此对旋转轴进行旋转驱动。
根据该构成，在可振动件具有狭缝，由此在可振动件与旋转轴之间产生弹性力并产生稳定的摩擦力，并且在狭缝面的两侧分别独立地对压电元件施加电压，由此，以狭缝面为界，在狭缝的两侧产生如镜像的旋转振动，因此，能够以小的可振动件产生足够大的旋转力并对第一或第二光路转换机构进行旋转驱动，所以，能够得到获得紧凑且空间分辨率高的三维观察图像的内窥镜探头。
作为第五特征，通过上述第一电动机被旋转驱动的第一光路转换机构由相对于旋转中心具有倾斜角的大致平面的反射镜构成。
根据该构成，能够构成小型的第一光路转换机构，并能够充分地发挥高反射率，获得紧凑且空间分辨率高的三维观察图像。
作为第六特征，上述第一光路转换机构为可旋转的反射镜，反射面为圆筒面。
根据该构成，能够在轴向获得更大范围的三维观察图像。
作为第七特征，通过上述第二电动机被旋转驱动的第二光路转换机构由具有相对于旋转中心微小倾斜的大致平面的棱镜构成。
根据该构成，能够构成小型的第二光路转换机构，并能够充分地发挥高的光线透射率和聚光性能，能够获得紧凑且空间分辨率高的三维观察图像。
作为第八特征，上述第二光路转换机构采用在顶端具有倾斜的大致球面的棱镜、或者在大致半球形状的一部分具有大致平面的反射面的球透镜。
根据该构成，第二光路转换机构能够发挥足够高的光线透射率和聚光性能，并能够获得紧凑且空间分辨率高的三维观察图像。
作为第九特征，上述旋转光连接器(光旋转连接器)具有隔着微小间隙覆盖于固定侧光纤与旋转侧光纤的至少任一个的外周的第一罩体和隔着微小间隙覆盖于第一罩体的第二罩体，在与第一罩体和第二罩体的至少任一个的上述微小间隙相切的圆筒面具有螺纹槽，向上述微小间隙注入透明的光学流体。
根据该构成，防止透明流体的流出、泄漏、渗出，在旋转光连接器，将光线的衰减抑制得很少，获得空间分辨率高的三维观察图像。
作为第十特征，上述旋转光连接器构成为：在上述固定侧光纤与上述旋转侧光纤的端面设置微小距离地使二者对置，向由上述固定侧光纤、上述旋转侧光纤、上述第二电动机的轴承、上述第二电动机的旋转轴构成的间隙注入透明流体。
根据该构成，能够将旋转光连接器部的光损失抑制得极小，获得良好的三维图像。
作为第十一特征，构成为：具有第一脉冲产生机构和第二脉冲产生机构，上述第一脉冲产生机构根据上述第一电动机的旋转角，至少旋转一次产生一次以上的脉冲，上述第二脉冲产生机构根据上述第二电动机的旋转角，至少旋转一次产生一次以上的脉冲；具有控制机构，该控制机构通过来自上述第一脉冲产生机构以及上述第二脉冲产生机构的脉冲，来调整上述第一电动机以及上述第二电动机的转速；以上述第一电动机的转速N1与上述第二电动机的转速N2的关系为N2＝N1-X[转/秒]的方式来进行旋转，由此使光线从上述第一光路转换机构以N1[转/秒]的转速向大致半径方向放出，并以X[往返/秒]的速度使光线的放出角在轴向上变化。
根据该构成，光线的放射一边以N1的速度(例如30转/秒)高速旋转，一边以每秒X往返的慢速(例如1往返/秒)在轴向变更放射角，能够螺旋状地放射光线，并能够高效地收集三维数据，得到获得空间分辨率高的三维观察图像的内窥镜探头。
作为第十二特征，构成为：接收来自上述第一脉冲产生机构以及上述第二脉冲产生机构的脉冲，通过上述控制机构，使上述第一电动机与上述第二电动机的转速以相同的转速旋转并设为待机状态，通过开始信号的产生，以上述第一电动机的转速N1与上述第二电动机的转速N2的关系为N2＝N1-X[转/秒]的方式使转速变化。
根据该构成，能够与开始信号同时地即刻开始三维扫描。
接下来，参照附图对本发明的优选实施方式加以说明。
实施例1
图1～图8表示本发明的光成像用探头的实施方式1。
图1为本发明的第一实施方式的三维扫描型光成像用探头的剖面图。将光线从探头的后端侧向顶端侧引导的固定侧光纤1插通于足够长的管状探针6的孔中，并通过光纤固定件4固定。
在固定侧光纤1的顶端侧旋转自如地设有旋转侧光纤2。在旋转侧光纤2的顶端，与旋转侧光纤2相对独立且旋转自如地装配有由大致平面状的反射镜等构成的第一光路转换机构3a、3b，构成为通过旋转而在整个周向放射光线。
此外，在旋转侧光纤2的顶端装配有第二光路转换机构20，该第二光路转换机构20对从固定侧光纤1透射来的光线进行聚光，一边旋转一边在顶端方向附加少许角度地朝向第一光路转换机构3a、3b放射光线。
上述旋转侧光纤2和固定侧光纤1隔着5μm(微米)左右的微小距离对置，包含旋转的遮光板5和光纤固定件4而构成旋转光连接器22，旋转侧光纤2与固定侧光纤1之间能够维持高透射率，几乎无损失地进行光学连接。
第一电动机12中，在电动机外壳8固定有电动机线圈7、第一轴承9b，9a，装配有转子磁铁11的中空旋转轴10旋转。通过电线23对电动机线圈7施加电压，在中空旋转轴10装配有上述第一光路转换机构3。
第二电动机19中，在电动机外壳8装配有第二轴承18a，18b，第二轴承18a，18b旋转自如地支承第二旋转轴13。在图2中，第二旋转轴13被轻压入开在可振动件14的大致中心的孔14a，由于与孔14a连续地设有狭缝14b，因此在可振动件14与第二旋转轴13之间，通过可振动件14的弹性，产生稳定的摩擦力。
在可振动件14的外周贴附有电致伸缩元件15a，15b，15c，15d，15e，15f，15g，15h，在这些电致伸缩元件形成有电极16a，16b，16c，16d，16e，16f，16g，16h。这些各个电极通过图1所示的电线17进行配线，并被施加电压。可振动件14相对于第二轴承18a，18b被制动，简单的是电线17有时也发挥制动的功能。
图1中，在放射光线的第一光路转换机构3的外周附近，光线能够透射的透光部21装配于探针6。透光部21由透明的树脂或玻璃等制成，根据需要而施加用于减少表面反射、提高光线的透射率的涂层等。
图7为使用了三维扫描型光成像用探头的引导探针82的说明图。引导探针82以能够插入人体的胃部、小肠、支气管内等的方式，被制成为其直径在大约9毫米以下，具有氟素树脂等的适度强度和柔软性。
此外探针6的直径为10mm(毫米)以下，同样是以不开针孔的方式，通过结实且具有柔软性的氟素树脂管等构成。此外，在其顶端观察部84具有CCD摄像部83，遍及引导探针82的全长地开有称为钳子管道81的连通孔，本发明的光成像用探头的探针6构成为自如地插入该钳子管道内以及自如地从其中取出。
图8为使用了三维扫描型光成像用探头的内窥镜装置的构成图，探针6与引导探针82一同装配于OCT内窥镜装置的主体85。在主体内置有电动机12的驱动电路86、第二电动机19的驱动电路87、光干渉解析部88、图像解析计算机89，在监视器90显示CCD摄像83的图像和通过计算机89进行解析并制作的OCT三维图像。
从图8的电动机驱动电路86向图1的第一电动机12供给电力而旋转驱动第一电动机12，从第二电动机驱动电路87对第二电动机19施加电压而旋转驱动第二电动机19。
贯通于图1所示的探针6内部的固定侧光纤1和旋转侧光纤2为弯曲自如的玻璃纤维，使用的直径为0.08mm～0.4mm(毫米)左右。
图1所示的第二光路转换机构20由对光线进行反射并具有大致平面部24的圆锥状或圆筒状棱镜等构成，为了提高反射率，表面粗糙度和形状精度被磨制为与一般的光学零部件精度相同或比其高。
图1所示的中空旋转轴10的孔的直径为0.2mm～0.5mm(毫米)，而中空旋转轴10的材质为金属或陶瓷材料，通过由熔融金属的模具实现的拉拔加工或由烧成前的陶瓷模具实现的挤压加工而成形为中空，在硬化处理后，外周面通过研磨加工法等进行精加工。
接下来，对于上述图1～图8的三维扫描型的光成像用探头，详细说明其特征性的作用效果。
图8中，从主体85内的光源发出的近红外等光线从引导探针82内的探针6中的固定侧光纤1通过并前进。
图1中，从电线23供给电力，第一电动机12以大约1800～20000rpm范围的固定速度旋转，而被引导的光线从旋转光连接器22和旋转侧光纤2通过，从第二光路转换机构20a放出，在第一光路转换机构3a的大致平面部24反射并将方向改变至一定的角度方向(图1中为θ1的角度)，进行旋转放射。
近红外线的光线进一步从透光部21通过，从人体表皮透射至2mm～5mm(毫米)左右，使从此处反射的光线沿着与上述同一光路相反的方向通过透光部 21第一光路转换机构 3a第二光路转换机构 20a旋转侧光纤 2旋转光连接器 22固定侧光纤1，并被引导至光干渉解析部88。
此时的光线的放射范围、即光干渉内窥镜的扫描范围如图3所示，光纤二维地透射至半径约2mm～5mm(毫米)的距离。在图1中，第一光路转换机构3a和3b是由实线和虚线表示的旋转中的代表性的两个位置。
接下来，从图8所示的第二电动机驱动电路87将电线17通至图2的第二电动机12的电极16，以所排列的电极16a→16b→16c→16d的顺序施加电压，此外，与此同时，若以排列于狭缝14b的相反侧的电极16e→16f→16g→16h的顺序施加电压，则可振动件44向图2的箭头方向A和箭头B同时产生两个旋转行波。
该旋转行波以从两方向夹住的方式向第二旋转轴13的表面赋予旋转力，旋转侧光纤2、遮光板5、第二光路转换机构20缓慢旋转。第二电动机为此种超声波振动电动机，进行数秒钟完成一次旋转的程度的缓慢旋转。另外，具有狭缝14b的可振动件44并不必须是一体构造，例如可以通过层叠许多张薄钢板来构成。
接着，在第二光路转换机构如图4所示地旋转移动至20b的位置时，光线在旋转的第一光路转换机构3a，3b反射，光线的路线变化一定角度，变为图中θ2。该瞬间的光线的放射范围为如图5所示的倾斜的二维的范围。
接着，若第二光路转换机构20缓慢地进行一次旋转，则光线的放射方向在θ1～θ2的范围内逐渐变化，所以，如图6所示，光线的放射范围成为θ1+θ2的范围，进行三维照射。
此外，通过使第一光路转换机构3旋转来进行360度整个一周的扫描，但在360度的扫描范围内完全不需要设置信号线和电线，所以，能够获得360度无缺失的鲜明的OCT图像。
实施例2
接下来，对本发明的三维扫描型光成像用探头的实施方式2加以说明。(参照图9～图10)
图9所示的第二实施方式的三维扫描用的光成像用探头中，大致管状的探针6的内径内，通过光纤固定件4固定有连接顶端侧与后方侧并具有足够长度的固定侧光纤1。
在固定侧光纤1的顶端侧，足够短的旋转侧光纤2与固定侧光纤1构成于同一轴上，在旋转侧光纤2的顶端侧一体地具有第二光路转换机构120，通过在与旋转侧光纤2同一轴上具有第二旋转轴13的第二电动机19，使其缓慢地旋转。
旋转侧光纤2和遮光板5、固定侧光纤1、光纤固定件4形成旋转光连接器22，固定侧光纤1和旋转侧光纤2隔开数十μm(微米)左右的微小距离设置，但各自的剖面被平滑地加工成直角，此外，由于位于同一轴上，光线能够在两个光纤间无衰减地通过。
在第二光路转换机构120的顶端侧，由大致平面的反射镜等构成的第一光路转换机构103装配于第一电动机112并旋转。
第一电动机112中，在薄壁且圆筒状的电动机外壳108a装配有电动机线圈107和第一轴承109a，109b，第一轴承109a，109b对第一旋转轴110和转子磁铁111进行旋转支承，通过电线123供给电力，使第一光路转换机构103旋转。
此外，在电动机外壳108b装配有第二轴承18a，18b，第二轴承18a，18b支承第二旋转轴13。第二旋转轴13被插通或轻压入可振动件114的孔，与电线17一同构成第二电动机19，在该可振动件114的表面贴附有在表面形成了图形电极116的电致伸缩元件115。
图10中，第二电动机19中，第二旋转轴13被压入孔114a，在可振动件114，以狭缝114b为界，在其一侧贴附有电致伸缩元件115a，115b，在其上分别形成电极116a，116b。
此外，在狭缝114b的相反侧贴附有电致伸缩元件115c，115d，形成电极116c，116d。从电线17以电极116b→116a的顺序施加电压，产生图中箭头C所示的旋转行波，并且若以电极116d→116c的顺序施加电压，则产生图中箭头D所示的旋转行波。第二旋转轴从两个方向接收由旋转振动波产生的旋转力，使旋转侧光纤2和第二光路转换机构120缓慢地旋转。
第二实施方式的动作和特征与图1所示的第一实施方式大致相同，在图9的θ1方向放射光线，光线从透射部21通过并被放射。通过第一电动机112和第二电动机19旋转，从而放射光线的范围也是与图1的第一实施方式同样的、图6所示的范围。
图9中，第一旋转轴110不是中空轴，因此能够更细，所以能够将第一电动机112构成得细。
本实施方式，在遍及从探针6的后方至顶端的全长的内部，固定侧光纤1被固定而并不旋转，因此不会产生摩擦。因此，旋转传递延迟和转矩损失等的产生减少，不存在第一光路转换机构103的转速不均，能够获得10μm(微米)的高空间分辨率。
而且，通过对第二电动机19通电来有意地改变第二光路转换机构120的放射角，由此，使从第一光路转换机构放射的光线的方向变化，能够进行三维的扫描，能够获得空间分辨率高且鲜明的OCT三维观察图像。不过，在本实施方式中，第一电动机112的电线123会妨碍360度扫描，有时图像信号的一部分也会缺失。
实施例3
接下来，对本发明的三维扫描型光成像用探头的实施方式3加以说明。(参照图11～图15)
在图11所示的第三实施方式的三维扫描用的光成像用探头中，在大致管状的探针6的内部通过光纤固定件4固定有具有连接顶端侧和后方侧的足够长度的固定侧光纤1。固定侧光纤1、旋转侧光纤2、光纤固定件4、遮光板5构成旋转光连接器222。
在固定侧光纤1的顶端侧，足够短的旋转侧光纤2位于与固定侧光纤1同一轴上，在旋转侧光纤2的顶端侧一体地具有例如具有圆筒棱镜或球面棱镜的第二光路转换机构220，光线从第二光路转换机构相对于轴中心具有少许角度地旋转放射。
在第二光路转换机构220的顶端侧具有例如由反射镜等构成的旋转自如的第一光路转换机构103，接收从第二光路转换机构放射的光线并向大致直角方向反射，从透光部21通过并向整个一周旋转放射光线。
第一光路转换机构通过第一电动机219，以约0.5秒至数秒旋转一次的缓慢的速度被旋转驱动，第一电动机219由电动机外壳208a、第一旋转轴213、可振动件214、电致伸缩元件215、电极216、电线17、第一轴承218a，218b构成，其动作与第二实施方式的第二电动机19相同。
第二光路转换机构通过第二电动机212，以约1800rpm至约20000rpm的速度被旋转驱动。第二电动机219由电动机外壳208b、电动机线圈207、第二轴承209a，209b、第二旋转轴210、转子磁铁211、电线223构成，其动作与第二实施方式的第一电动机112相同。
图11中，第一光路转换机构103的反射面为圆筒面，若从第一光路转换机构220以图中θ1所示的角度被旋转放射的光线在第一光路转换机构103的圆筒面反射，则其放射角变得比θ1大，以图中θ2的大角度，如图12所示地在二维范围内放射。
接着，若第一光路转换机构219缓慢地旋转一次，则如图13所示地三维地放射光线并获得三维图像。
第二光路转换机构220的大致球面部225的表面形状是配合第一光路转换机构的反射面的形状适当设计的，而大致球面或与平面相比具有微小曲面的表面形状在光学上聚光性好，有时内窥镜观察图像会得到改善。
此外，图11中，第二光路转换机构为如图15所示具有球面的第二光路机构，也可以具有反射面324。
图14表示旋转光连接器222的剖面图。第一罩体226隔开微小的半径间隙覆盖固定侧光纤1与旋转侧光纤2的至少任一方的外周，第二罩体227隔开微小的半径间隙覆盖更外周的部分，第一罩体226与第二罩体227的任一方固定于旋转的遮光板，另一方固定于非旋转的光纤固定件。
二个微小的半径间隙大概为10μm(微米)至30μm(微米)，向这些间隙注入硅油或氟素系的光学流体230。由此，固定侧光纤1与旋转侧光纤2的对置面充满光学流体230，因此两者间的透射率提高，OCT观察装置的光学损失变得极小，图像性能提高。
在第一或第二罩体226、227，其圆筒面上的、上述二个微小间隙的至少一个的面上加工有螺纹槽，能够通过旋转，以与弹簧泵相同的效果密封光学流体230并锁入间隙。此外，在第二罩体227的外周面和遮光板5的表面覆盖有隔断层228，229，能够防止光学流体230渗出至外部。
在第二罩体227的开口部附近设有油槽227a，在组装该旋转光连接器的阶段，在该油槽227a涂布适量的光学流体230，接着放入减压槽内，由此，排出内部的空气，使光学流体230侵入内部。
本实施方式中，在遍及从探针6的后方至顶端的全长的内部，固定侧光纤1在长探针6中不旋转，因此不会产生摩擦，能够防止旋转传递延迟和转矩损失等的产生。
实施例4
图16～图24表示本发明的光成像用探头的实施方式4。
图16～图17为本发明的第四实施方式的三维扫描型光成像用探头的剖面图，图16为排列于直线上的光成像用探头的剖面图，图17为顶端部弯曲状态的光成像用探头的剖面图。将光线从探头的后端侧引导至顶端侧的固定侧光纤1插通于足够长的管状的探针6的内部的大致中心。
在固定侧光纤1的顶端侧旋转自如地设有旋转侧光纤2。旋转侧光纤2通过光纤引导轴承26旋转支承，在其顶端，通过第一电动机12，与旋转侧光纤2相对独立且旋转自如地装配有由大致平面状的反射镜等构成的第一光路转换机构3，构成为通过旋转使光线以例如图中θ1的角度向全周方向放射。第一光路转换机构3根据其旋转角度示于图中3a，3b。
此外，在旋转侧光纤2的顶端装配有第二光路转换机构20，该第二光路转换机构20对从固定侧光纤1透射来的光线进行聚光，一边旋转一边在顶端方向附加少许角度地朝向第一光路转换机构3放射光线。第二光路转换机构20根据其旋转角度示于图中20a，20b。
上述旋转侧光纤2与固定侧光纤1隔着5μm(微米)左右的微小距离对置，包含旋转的遮光板5和光纤固定件4而构成旋转光连接器22，旋转侧光纤2与固定侧光纤1之间能够维持高透射率，几乎无损失地进行光学连接。
第一电动机12内置于探针6内，装配有转子磁铁11的中空旋转轴10旋转。通过电线23对第一电动机12施加电压，在中空旋转轴10装配有上述第一光路转换机构3并使其旋转。
第二电动机19中，第二旋转轴13被轻压入开在可振动件14的大致中心的孔，通过可振动件14的弹性或者弹簧性，在与第二旋转轴13之间产生稳定的摩擦力。第二电动机19的第二旋转轴13将旋转侧光纤2固定于中心孔，通过配线的电线17来施加电压，使第二光路转换机构20旋转。
在第一电动机12设有由如图18所示的旋转侧部分25a和固定侧部分25b构成的第一脉冲产生机构25，相同地，在第二电动机19设有如图19所示的旋转侧部分24a和固定侧部分24b构成的第二脉冲产生机构24，根据各第一以及第二电动机的旋转角度，每旋转一次产生一次或多次的脉冲信号。这些脉冲的产生原理使用的是感应线圈或霍尔元件等磁传感器、或者由光学快门和光传感器构成的光学传感器等。
在放射光线的第一光路转换机构3的外周附近，根据需要，光线能够透射的透光部21装配于探针6。根据需要，在透光部21形成有大致球面部21a，以放出近红外光线的角度(图中θ1)逐渐变化的情况下，射入透光部的角度也不变的方式形成球面部21a。此外，根据需要，其壁厚并不是固定的，而是使厚度变化。透光部21由透明的树脂或玻璃等制成，根据需要而施加用于减少表面反射、将光线的全反射抑制得最小并提高透射率的涂层等。
从图8的电动机驱动电路86向图16的第一电动机12供给电力并对第一电动机12进行旋转驱动，从第二电动机驱动电路87施加电压来旋转驱动第二电动机19。此外，第一电动机12能够通过来自第一脉冲产生机构25的脉冲信号调整转速，第二电动机19能够通过来自第二脉冲产生机构24的脉冲信号使转速与事先设定的数值匹配。
接下来，对于上述图16～图24的三维扫描型的光成像用探头，详细地说明其特征性的作用效果。
图7、图8中，从主体85内的光源发出的近红外等的光线从引导探针82内的探针6中的固定侧光纤1中通过并前进。
图16中，从电线23供给电力，第一电动机12以约1800～20000rpm的范围的固定速度旋转，而由固定侧光纤1引导的光线从旋转光连接器22和旋转侧光纤2通过，从第二光路转换机构20a放出，在第一光路转换机构3a的大致平面部反射并将方向改变至一定的角度方向(图16中为实线箭头所示的朝下的θ1的角度)，进行旋转放射。此外，第一光路转换机构3和第二光路变换机构20以相同的转速旋转且变为图中3b和20b的位置时，光线从第二光路转换机构20b放出，在第一光路转换机构3b的大致平面部反射并将方向改变至一定的角度方向(图16中虚线箭头所示的朝上的θ1的角度)，进行旋转放射。此时，如图22所示，光线呈角度θ1所示的大致圆锥状放射，对被检体进行扫描。
与图16相比，图20为第一光路转换机构3与第二光路变换机构20的相位角度相差180度的情况的图，该状态表示第一光路转换机构3与第二光路变换机构20以转速旋转的情况下生成的状态。由固定侧光纤1引导的光线从旋转光连接器22和旋转侧光纤2通过，从图20的第二光路转换机构20b放出，在第一光路转换机构3a的大致平面部反射并将方向改变至一定的角度方向(图20中实线箭头所示的朝下的θ2的角度)，进行旋转放射。此时，如图23所示，光线呈角度θ2所示的大致圆锥状放射，对被检体进行扫描。这样一来，对不同转速进行微小的改变来使第一光路转换机构3和第二光路变换20旋转，由此，能够使光线的放射角在从图16以及图22所示的θ1至图20以及图23所示的θ2的角度范围内摆动。
像这样，光线的放射角度在图24中从θ1至θ2的范围内重复，内窥镜用探头能够在中空圆柱的范围内三维地对被检部进行扫描。进行扫描的中空圆柱的外径为约2mm～10mm(毫米)，图中Ls所示的本发明的光成像探头扫描一次的范围的轴向长度为约2mm～10mm(毫米)。
近红外线的光线进一步从图16的透光部21通过，从人体表皮透射至2mm～5mm(毫米)左右，使从此处反射的光线通过透光部 21第一光路转换机构 3第二光路转换机构 20旋转侧光纤 2旋转光连接器 22固定侧光纤1，并被引导至光干渉解析部88。
图21为光发明成像用探头的第一电动机12和第二电动机19的产生脉冲时间图，图中上侧的线图表示来自第一电动机12的第一脉冲产生机构25的产生脉冲，图中下侧的线图表示第二电动机19的第二脉冲产生机构24的产生脉冲，横轴表示时间轴。
图中“Stand by(待机)”所示的时间段为第一电动机12和第二电动机19一边以同一转速旋转一边等待扫描开始信号的状态。
接下来，若通过成像用探头的操作者的操作而发出“Start(开始)信号”，则与此同时，第一电动机12以例如表示为N脉冲/秒的速度(例如30转/秒)旋转，并开始将被检体的OCT观察图像数据蓄积于计算机89。
与此同时，第二电动机19以例如(N-1)脉冲/秒(例如29转/秒)的速度旋转，因此，如图24所示，放射角度以0.5秒从θ1变化至θ2，1秒后，再次返回到θ1的角度，结束光线的三维放射。
该情况下，计算机在放射角度往复于θ1～θ2的时间内读入共计二次(二次为一组)的三维数据，获得毫无缺失的鲜明的三维OCT诊断图像。在能够进行数据的读入和蓄积的时刻，第一电动机12和第二电动机19再次变为“Stand by(待机)”状态，一边等待下一个“Start(开始)信号”，一边进行旋转。
本发明的三维扫描用OCT探头的更进一步实用性的使用方法是：例如，第一阶段是将本发明的探头送入长血管内，该情况下，第一电动机12和第二电动机19一边以同一转速旋转，本发明的探头一边继续进行二维的360度扫描，根据显示于监视器90的二维图像确定人体内血管附近的患部的位置。
将来自图16的第一脉冲产生机构25，25a，25b的脉冲信号作为触发来进行二维图像的读入，并通过计算机处理将二维图像显示于监视器90上。
接下来，在第二阶段中，中止对探头的推拉，使探针6静止，使第二电动机19以例如(N-1)脉冲/秒(例如29转/秒)的速度旋转，进行光线的三维放射，OCT装置能够在监视器90上显示分辨率高的三维图像，进行患部的详细观察。
将来自第一脉冲产生机构25，25a，25b的脉冲信号和来自第二脉冲产生机构24，24a，24b的脉冲信号双方被同时发出的瞬间作为触发，将三维图像读入计算机89，并显示于监视器90上。
第三阶段是进一步使本发明的探头向另一端部移动，该情况下也是第一电动机12和第二电动机19一边以同一转速旋转，本发明的探头一边继续进行二维的360度扫描，将二维的OCT图像显示于监视器90。
本实施方式中，在遍及从探针6的后方至顶端的全长的内部，固定侧光纤1在长探针6中不旋转，因此不会产生摩擦，能够防止旋转传递延迟和转矩损失等的产生，此外，旋转侧光纤2也旋转自如地配置于光纤引导轴承8和中空旋转轴10的孔中，几乎没有滑动损失。
实施例5
接下来，使用图25至图28对本发明的三维扫描型光成像用探头的实施方式5加以说明。
图25所示的第五实施方式的三维扫描用的光成像用探头中，在大致管状的探针6的内部，连接顶端侧和后方侧并具有足够长度的固定侧光纤1和旋转侧光纤2双方的端面被平滑地加工且被加工成直角，隔开约100μm(微米)以下〔理想的为5μm(微米)以下〕的间隙，在同一轴上对置。
旋转侧光纤2与第二电动机19的第二旋转轴13一体旋转，其旋转中心的位置通过第二前轴承27和第二后侧轴承28被高精度地限制。此外，固定侧光纤1固定于第二后侧轴承28，高精度地加工而成的第二后侧轴承28将固定侧光纤1与旋转侧光纤1双方的同轴度维持在数μm(微米)以内的高精度。
根据需要，向图25的固定侧光纤1与旋转侧光纤2之间的间隙注入透明的光学流体230(例如常温粘度为10～50厘沱的硅油、石蜡油、氟素系流体)。通过注入液体，光线通过固定侧光纤1与旋转侧光纤2之间的情况下的衰减率减少至1/10左右，能够进行良好的光线传递。此外，即使固定侧光纤1与旋转侧光纤2之间的间隙变化，衰减率也不恶化，因此，能够使性能稳定化。
图26所示的第一轴承15的轴承孔的内周面设有例如直型的动压产生槽15a，动压产生槽15a将产生压力赋予流入的光学流体18。由此，第二旋转轴13浮起并旋转，能够顺畅地保持转速并减少转速不均，防止旋转摆动或旋转振动的产生，将旋转中心的位置精度保持在1μm(微米)以下左右的高精度。
图27中，在第二前侧轴承27与可振动件14的侧面对置的面设有魚骨型的动压产生槽27b，对流入的润滑油或上述光学流体230产生轴向的压力，在轴向制造间隙，避免接触，顺畅地进行旋转。通过相应地制造一定量的间隙，进行轴向的位置限定。
在第二后侧轴承28的第二旋转轴13所滑动的轴承面加工有螺纹槽型的动压产生槽28a，对流入轴承滑动面的光学流体230产生压力，使第二旋转轴13浮起，顺畅地保持转速，并且防止旋转摆动和旋转振动，良好地保持旋转位置精度。此外，螺纹槽型的动压产生槽28a兼具通过旋转与螺杆泵同样地产生密封压力的效果，发挥作为将光学流体230锁入第二后侧轴承28的间隙的流体封条的功能。
此外，为了回避封入第二后侧轴承28间隙的光学流体230流出至外部或从第二轴承的表面渗出的危险性，根据需要，在第二后侧轴承28的表面施加由氟素树脂等构成的拨水拨油性的涂层，弹开光学流体230，防止其渗出至外部。
在本实施方式中，在遍及从探针6的后方至顶端的全长的内部，固定侧光纤1在长探针6中不旋转，因此不会产生摩擦，能够防止旋转传递延迟和转矩损失等的产生。
此外，旋转侧光纤2也旋转自如地配置于中空旋转轴1的孔中，由于不存在滑动损失，因此，电动机12的旋转不均非常少。在一般的评价尺度中，转速的性能是通过以百分比表示旋转角度来评价的，在本发明中，能够达到0.01％的高性能。
另一方面，以往的光纤摩擦方式的内窥镜探头的旋转不均只能获得约其100倍以上的不良性能。
在图8的OCT三维操作图像诊断装置中，最重要的要求性能是提高三维图像的空间分辨率，而用于实现空间分辨率的要因包括电动机12的转速不均、中空旋转轴10的振摆精度、第一光路转换元件3和第二光路转换机构20的精度以及表面粗糙度等。
其中影响度大的是电动机12的转速不均，因此，在顶端部内置电动机12，并使光路转换元件高精度且无转速不均的旋转的本发明的内窥镜探头中，例如能够稳定地实现10μm(微米)以下的高三维空间分辨率。
根据本发明，在内窥镜装置等的探针内不使光纤相对旋转，因此不产生摩擦，能够减轻旋转传递延迟、转矩损失等的产生，并能够以10μm(微米)以下的高空间分辨率获得鲜明的OCT解析图像，此外，通过有意地改变第二光路转换机构的厚度，能够使光线沿轴向在一定范围内放射，因此，能够获得三维的观察图像。
产业上的可利用性
本发明的三维扫描型光成像用探头并不使长管内的光纤旋转，而是在管的顶端附近设置通过电动机而毫无速度不均地旋转的光路转换机构，并具有高精度的旋转扫描机构，由此，能够将作为OCT图像诊断装置的基本性能的空间分辨率改善至大约10μm(微米)以下。而且能够通过三维扫描，进行人体内部的患部的观察和诊断而无需对人体进行切开手术，能够以作为以往诊断装置的X射线CT、核磁共振等中不可能的高分辨率进行细致的诊断。由此，其在医疗现场的细微病灶的诊断和治疗中的活用特别值得期待，并且除了医疗用内窥镜装置以外，也能够适用于工业用OCT诊断装置。
符号说明
1 固定侧光纤
2 旋转侧光纤
3，3a，3b，103a，103b 第一光路转换机构
4 光纤固定件
5 遮蔽板
6 探针(管)
7，107，207 电动机线圈
8，108a，108b，208a，208b 电动机外壳
9a，9b，109a，109b，218a，218b 第一轴承
10 中空旋转轴
110 第一旋转轴
210 第二旋转轴
11，101，201 转子磁铁
12，112，219 第一电动机
13，210 第二旋转轴
14，114，214 可振动件
14a 孔
14b 狭缝
15，115，215 电致伸缩元件
16，116，216 图形电极
17，23，123，223 电线
18a，18b，18a，18b，209a，209b 第二轴承
19，212 第二电动机
20，20a，20b，120a，220a，320 第二光路转换机构
21 透光部
21a 球面部
22，122，222 旋转光连接器(光旋转连接器)
24，24a，24b 第二脉冲产生机构
25，25a，25b 第一脉冲产生机构
26 光纤引导轴承
27 第二前侧轴承
27a，27b 动压产生槽
28 第二后侧轴承
28a 动压产生槽
81 钳子管道
82 引导探针
83 CCD摄像部
84 顶端观察部
85 主体
86 第一电动机驱动电路
87 第二电动机驱动电路
88 光干涉解析部
89 计算机
90 监视器
124 大致平面部
225 大致球面部
226 第一罩体
227 第二罩体
228 229 隔断层
230 光学流体
324 反射面

Claims (12)

1.一种光成像用探头，将射入顶端侧的光向后方侧引导，其特征在于，在大致同一线上配置有：
固定侧光纤，配置为不可旋转，内置于大致管状的探针；
第一光路转换机构，位于上述固定侧光纤的顶端侧，通过第一电动机被旋转驱动，在大致半径方向上放射光线；
旋转侧光纤，位于上述固定侧光纤与上述第一光路转换机构之间，通过旋转光连接器与上述固定侧光纤光学连接，通过第二电动机被旋转驱动；以及
第二光路转换机构，在上述旋转侧光纤的顶端侧，使光路相对于旋转中心倾斜微小角度来进行旋转放射。
2.根据权利要求1所述的光成像用探头，其特征在于，
上述第一电动机的旋转轴为中空形状，固定有第一光路转换机构，并且上述旋转侧光纤旋转自如地贯通于该第一电动机的旋转轴的中空孔，
上述第二电动机的旋转轴也为中空形状，在该第二电动机的旋转轴的中空孔中固定有上述旋转侧光纤并使其旋转。
3.根据权利要求1所述的光成像用探头，其特征在于，
上述第一电动机的旋转轴固定有上述第一光路转换机构，并位于比上述第一光路转换机构靠近顶端侧的位置，
上述第二电动机的旋转轴为中空形状，在该第二电动机的旋转轴的中空孔中固定有上述旋转侧光纤并使其旋转。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的光成像用探头，其特征在于，
上述第一电动机或上述第二电动机的至少任一个为使用电致伸缩元件的超声波电动机，将上述旋转轴贯通于具有多棱柱的中心孔的可振动件的中心孔，在上述可振动件的中心孔具有朝向外周扩散的狭缝部，在上述可振动件的外周面贴附具有电极的薄板状的电致伸缩元件，通过依次对上述电致伸缩元件施加电压，使可振动件产生旋转振动，对旋转轴进行旋转驱动。
5.根据权利要求1至3中的任一项所述的光成像用探头，其特征在于，
上述第一光路转换机构为可旋转的反射镜。
6.根据权利要求1至3中的任一项所述的光成像用探头，其特征在于，
上述第一光路转换机构为可旋转的反射镜，反射面为圆筒面。
7.根据权利要求1至3中的任一项所述的光成像用探头，其特征在于，
上述第二光路转换机构为在顶端具有倾斜的大致平面的棱镜。
8.根据权利要求1至3中的任一项所述的光成像用探头，其特征在于，
上述第二光路转换机构为，在顶端具有倾斜的大致球面的棱镜、或者在大致半球形状的一部分具有大致平面的反射面的球透镜。
9.根据权利要求1至3中的任一项所述的光成像用探头，其特征在于，
上述旋转光连接器具有在固定侧光纤和旋转侧光纤的至少任一方的外周隔开微小间隙覆盖的第一罩体和隔开微小间隙覆盖上述第一罩体的第二罩体，在与第一罩体和第二罩体的至少任一方的上述微小间隙相切的圆筒面具有螺纹槽，向上述微小间隙注入透明的流体。
10.根据权利要求1至3中的任一项所述的光成像用探头，其特征在于，
上述旋转光连接器中，在上述固定侧光纤与上述旋转侧光纤的端面设置微小距离地使二者对置，向由上述固定侧光纤、上述旋转侧光纤、上述第二电动机的轴承、上述第二电动机的旋转轴构成的间隙注入透明的流体。
11.根据权利要求1至3中的任一项所述的光成像用探头，其特征在于，
具有第一脉冲产生机构和第二脉冲产生机构，上述第一脉冲产生机构根据上述第一电动机的旋转角，至少旋转一次产生一次以上的脉冲，上述第二脉冲产生机构根据上述第二电动机的旋转角，至少旋转一次产生一次以上的脉冲，
具有控制机构，该控制机构通过来自上述第一脉冲产生机构以及上述第二脉冲产生机构的脉冲，来调整上述第一电动机以及上述第二电动机的转速，
以上述第一电动机的转速N1与上述第二电动机的转速N2的关系为N2＝N1-X[转/秒]的方式来进行旋转，由此使光线从上述第一光路转换机构以N1[转/秒]的转速向大致半径方向放出，并以X[往返/秒]的速度使光线的放出角在轴向上变化。
12.根据权利要求11所述的光成像用探头，其特征在于，
接收来自上述第一脉冲产生机构以及上述第二脉冲产生机构的脉冲，通过上述控制机构，使上述第一电动机与上述第二电动机的转速以相同的转速旋转并设为待机状态，
通过开始信号的产生，以上述第一电动机的转速N1与上述第二电动机的转速N2的关系为N2＝N1-X[转/秒]的方式使转速变化。
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