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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Abtastendoskop, das einen Beobachtungsbereich optisch mit Licht abtastet, welches durch eine Lichtleitfaser geleitet wird und das an dem Beobachtungsbereich reflektiertes Licht empfängt, um ein Bild zu erzeugen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein optisches Abtastendoskop mit einer Faserantriebseinheit, die an dem optischen Abtastendoskop angebracht ist und mit einer MID-Komponente (Modul mit integrierter Schaltungstechnik) ausgeführt ist.
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STAND DER TECHNIK
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In den vergangenen Jahren wurde ein optisches Abtastendoskop vorgeschlagen, das einen Beobachtungsbereich optisch spiralförmig mit Licht, welches durch eine Lichtleitfaser geleitet wird, abtastet und das an der Beobachtungsstelle reflektierte Licht empfängt, um ein Bild zu erzeugen (z. B.
US-Patent 6 294 775 und vorläufige
japanische Patentveröffentlichung 2010-162089 ). Das optische Abtastendoskop ist mit einer Einmoden-Lichtleitfaser ausgestattet, die sich in einem Endoskop befindet und von einem piezoelektrischen Aktor, der in der Nähe einer Spitze der Lichtleitfaser angeordnet ist, in einem freitragenden Zustand gehalten ist. Der piezoelektrische Aktor hält die Spitze der Lichtleitfaser entsprechend einer charakteristischen Frequenz zweidimensional in Schwingung (Resonanz), während er die Schwingungsamplitude moduliert und verstärkt, so dass die Spitze der Lichtleitfaser in der Spiralform angetrieben wird. Im Ergebnis wird so Beleuchtungslicht, das ausgehend von einer Lichtquelle durch die Lichtleitfaser geleitet wird, ausgesendet, um den Beobachtungsbereich spiralförmig abzutasten, und man erhält ein Bild, das einem beleuchteten Bereich (Abtastbereich) entspricht.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Ein Aufbau einer Spitze einer Lichtleitfaser in einem herkömmlichen optischen Abtastendoskop wird im Folgenden unter Bezugnahme auf 12 beschrieben. Wie in 12 gezeigt, ist in der Nähe der Lichtleitfaser 2 eine Faserantriebseinheit 23 angeordnet, die von einem Befestigungselement 22 gehalten und an einem Einführrohr (nicht gezeigt) in dem optischen Abtastendoskop befestigt ist. Die Faserantriebseinheit 23 hat eine zylindrische Form, wobei die Lichtleitfaser 2 längs deren Zylinderachse eingesetzt ist. An einer Außenseite der Zylinderfläche der Faserantriebseinheit 23 befinden sich jeweils in einem Winkelabstand von 90 Grad vier (4) piezoelektrische Aktoren, und die Spitze der Lichtleitfaser 2 ist so ausgebildet, dass sie sich durch die Zufuhr von Treibersignalen an Elektroden 23X, 23X', 23Y, 23Y', die sich auf der Oberfläche der piezoelektrischen Aktoren befinden, biegt.
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Um den in der Faserantriebseinheit 23 vorgesehenen Aktoren die Treibersignale zuzuführen, ist es erforderlich, dass die Elektroden 23X, 23X', 23Y, 23Y' der piezoelektrischen Aktoren mit einer nicht gezeigten Antriebsschaltung verbunden sind; deshalb sind Leitungsdrähte 12 an Flächen der Elektroden 23X, 23X', 23Y, 23Y' der piezoelektrischen Aktoren angelötet. Jedoch ist der Außendurchmesser der Faserantriebseinheit 23 besonders klein (z. B. φ 0,8 mm), so dass ein Arbeitsgang zum Anlöten der Leitungsdrähte 12 an die Außenseite der Zylinderfläche in jeweiligen Winkelabständen von 90 Grad schwierig zu automatisieren ist und, wenn das Anlöten manuell erfolgt, die Arbeitseffizienz (d. h. Ausbeute) beträchtlich herabgesetzt ist.
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Ferner muss infolge des manuellen Lötvorgangs in Betracht gezogen werden, Lötränder und Zusatzlängen (Wülsten) in Längsrichtung der Lichtleitfaser 202A vorzusehen, was redundanten Raum in der Nähe der Spitze der Lichtleitfaser 202A erfordert.
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Die vorliegende Erfindung ist mit Blick auf die oben beschriebenen Umstände entstanden. Demnach ist es Ziel der vorliegenden Erfindung, den Durchmesser des Spitzenabschnittes der Lichtleitfaser in dem optischen Abtastendoskop zu verringern und die Ausbeute in der Herstellung des optischen Abtastendoskops zu verbessern.
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Um das oben beschriebene Ziel zu erreichen, ist ein optisches Abtastendoskop nach der vorliegenden Erfindung versehen mit einer Lichtleitfaser, die ausgebildet ist, über ihr Eintrittsende eintretendes Licht zu ihrem Emissionsende zu leiten und das Licht aus dem Emissionsende auszusenden; einer Faserantriebseinheit, die in der Nähe des Emissionsendes der Lichtleitfaser angeordnet ist und mehrere Aktoren umfasst, wobei diese mehreren Aktoren ausgebildet sind, die Lichtleitfaser zu biegen, indem sie in Richtungen senkrecht zur Längsrichtung der Lichtleitfaser seitlich auf die Lichtleitfaser drücken; einem Befestigungselement, das eine im Wesentlichen zylindrisch geformte MID(Modul mit integrierter Schaltungstechnik)-Komponente mit einer Oberfläche ist, auf der mehrere Verdrahtungsmuster ausgebildet sind, wobei das Befestigungselement die Faserantriebseinheit längs einer Zylinderachse hält; einer Steuerschaltung, die ausgebildet ist, jedem der mehreren Aktoren Antriebssignale zuzuführen und die Stärkung der Biegung und die Richtung der Biegung der Lichtleitfaser zu steuern; und einem Verdrahtungselement, das ausgebildet ist, die mehreren Verdrahtungsmuster des Befestigungselementes mit der Steuerschaltung elektrisch zu verbinden. Das Befestigungselement weist einen ebenen Abschnitt an einem Teil auf einer Außenseite einer Zylinderfläche des Befestigungselementes auf der Seite einer proximalen Stirnfläche des Befestigungselementes auf. Die mehreren Verdrahtungsmuster sind derart angeordnet, dass ihre Endabschnitte auf einer Seite auf dem ebenen Abschnitt angeordnet sind, um darauf mehrere Lötstege zu bilden, wobei die mehreren Verdrahtungsmuster mindestens mehrere erste Muster beinhalten, deren jeweiliger Endabschnitt auf der anderen Seite mit einem der mehreren Aktoren an der proximalen Stirnfläche des Befestigungselementes elektrisch verbunden ist. Das Verdrahtungselement ist mit den mehreren Lötstegen verbunden.
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Bei diesem Aufbau kann die elektrische Verbindung des Verdrahtungselementes mit mehreren Aktoren an dem ebenen Abschnitt des Befestigungselementes erfolgen; deshalb kann die Effizienz in einem Montagevorgang verbessert werden.
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Optional kann es bevorzugt sein, dass die mehreren Lötstege jeweils an dem ebenen Abschnitt derart angeordnet sind, dass sie in der Richtung senkrecht zur Längsrichtung der Lichtleitfaser in einem vorbestimmten Abstand voneinander beabstandet sind. Bei diesem Aufbau kann das Verdrahtungselement so angeordnet werden, dass es in Richtung senkrecht zur Längsrichtung der Lichtleitfaser ausgerichtet ist; die Effizienz in dem Montagevorgang kann so weiter verbessert werden.
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Optional können die mehreren Verdrahtungsmuster mehrere zweite Muster beinhalten, deren Endabschnitte auf der anderen Seite mit einer Funktionskomponente an einer Spitzenstirnfläche des Befestigungselementes verbunden sind. Wird bei dieser Ausführungsform die Funktionskomponente in der Nähe des Emissionsendes der Lichtleitfaser hinzugefügt, so ist es nicht erforderlich, einen neuen Verdrahtungsweg bereitzustellen.
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Optional können die Lötstege der mehreren ersten Muster auf einer der proximalen Stirnfläche zugewandten Seite des ebenen Abschnittes angeordnet sein, und die Lötstege der mehreren zweiten Muster können auf einer der Spitzenstirnfläche zugewandten Seite des ebenen Abschnittes angeordnet sein. In diesem Zusammenhang ist es weiterhin bevorzugt, dass die Lötstege der mehreren ersten Muster und Lötstege der mehreren zweiten Muster an dem ebenen Abschnitt derart angeordnet sind, dass sie einander nicht zugewandt sind. Wird bei diesem Aufbau das Verdrahtungselement mit den Lötstegen verbunden, so kann verhindert werden, dass sich nebeneinander liegende Verdrahtungselemente gegenseitig stören; dadurch kann die Effizienz in dem Montagevorgang weiter verbessert werden.
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Optional kann der ebene Abschnitt mehrere Stufenebenen umfassen, die derart ausgebildet sind, dass ihre Höhen von der Seite der Spitzenstirnfläche zur Seite des proximalen Endes hin abnehmen; die Lötstege der mehreren ersten Muster können auf einer der mehreren Stufenebenen angeordnet sein, die der proximalen Stirnfläche am nächsten ist; und die Lötstege der mehreren zweiten Muster können auf einer von den Lötstegen der ersten Muster verschiedenen der mehreren Stufenebenen angeordnet sein. Bei diesem Aufbau kann die Anordnung des Verdrahtungselementes in mehrere Stufen auf dem Befestigungselement unterteilt werden; die gegenseitige Störung unter benachbarten Verdrahtungselementen kann so verringert und die Effizienz in dem Montagevorgang weiter verbessert werden.
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Optional kann es bevorzugt sein, dass die Funktionskomponente ein Thermistor ist.
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Optional kann es bevorzugt sein, dass das Verdrahtungselement durch Leitungsdrähte gegeben ist.
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Optional kann es bevorzugt sein, dass das Verdrahtungselement eine flexible Leiterplatte ist.
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Bei dem erfindungsgemäßen Aufbau kann die Verdrahtung der Faserantriebseinheit des optischen Abtastendoskops auf dem an dem Befestigungselement ausgebildeten ebenen Abschnitt vorgenommen werden; deshalb kann die Effizienz des Lötvorgangs signifikant verbessert werden. Weiterhin ist es nicht erforderlich, eine Zusatzlänge (Krümmung) für die Verdrahtung und dergleichen in Betracht zu ziehen; vielmehr kann die Verdrahtung im Wesentlichen linear angeordnet werden; deshalb kann der Durchmesser des Spitzenabschnittes der Lichtleitfaser in dem optischen Abtastendoskop verringert werden.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1: Ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung eines Aufbaus einer optischen Abtastendoskopeinrichtung mit einem optischen Abtastendoskop nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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2: Eine Gesamtdarstellung zur Veranschaulichung eines Aufbaus einer optischen Abtasteinheit, die in dem optischen Abtastendoskop nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingebaut ist.
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3: Eine Querschnittsansicht zur Veranschaulichung eines Gesamtaufbaus eines Biaxialaktors, der in dem optischen Abtastendoskop nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingebaut ist.
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4: Eine Darstellung zur Veranschaulichung einer Rotationstrajektorie einer Spitze der Lichtleitfaser.
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5: Eine Darstellung zur Veranschaulichung einer Beziehung zwischen einer Bewegungsgröße (Amplitude) der Spitze der Lichtleitfaser in einer X(oder Y)-Richtung und Abtast- sowie Bremsperioden (und einer Abklingperiode).
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6: Eine perspektivische Ansicht eines ein Befestigungselement aufweisenden Teils, das in dem optischen Abtastendoskop nach dem ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingebaut ist.
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7: Eine Darstellung zur Veranschaulichung des in 6 gezeigten Befestigungselementes von einer proximalen Stirnfläche her betrachtet.
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8: Eine Darstellung zur Veranschaulichung eines Zustands, in dem Leitungsdrähte mit dem in 6 gezeigten Befestigungselement verbunden sind.
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9: Eine perspektivische Ansicht eines ein Befestigungselement aufweisenden Teils, das in dem optischen Abtastendoskop nach einem abgewandelten Beispiel der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingebaut ist.
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10: Eine perspektivische Ansicht eines ein Befestigungselement aufweisenden Teils, das in dem optischen Abtastendoskop nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingebaut ist.
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11: Eine perspektivische Ansicht zur Veranschaulichung des in 10 gezeigten Befestigungselementes von der proximalen Stirnfläche her betrachtet.
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12: Eine Darstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus der Spitze der Lichtleitfaser in dem herkömmlichen optischen Abtastendoskop.
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AUSFÜHRUNGSFORMEN ZUR UMSETZUNG DER ERFINDUNG
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Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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1 ist ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung eines Aufbaus einer optischen Abtastendoskopeinrichtung, die ein optisches Abtastendoskop nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweist. Die optische Abtastendoskopeinrichtung 1 ist mit einem Prozessor (allgemeiner Block) 100, einem optischen Abtastendoskop (Patientenblock) 200 und einem Monitor 300 versehen.
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Der Prozessor 100 enthält eine Lichtquelle 102, eine Lichtleitfaser 104, eine CPU 108, einen CPU-Speicher 110, eine Lichtleitfaser 112, einen Lichtempfänger 114, eine Videosignalverarbeitungsschaltung 116, einen Bildspeicher 118 und eine Videosignalausgabeschaltung 120. Das optische Abtastendoskop 200 enthält eine Lichtleitfaser 202, eine optische Abtasteinheit 220, eine Lichtleitfaser 230, eine Sub-CPU 206, einen Sub-Speicher 208 und einen Abtasttreiber 210.
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Die Lichtquelle 102 enthält einen Rotlicht-Laser (nicht gezeigt) zum Aussenden von rotem Licht, einen Grünlicht-Laser (nicht gezeigt) zum Aussenden von grünem Licht und einen Blaulicht-Laser (nicht gezeigt) zum Aussenden von blauem Licht. Die Lichtquelle 102 kombiniert die Laser in diesen Farben, um weißes Licht zu erzeugen und auszusenden (im Folgenden als „Beleuchtungslicht” bezeichnet). Das Beleuchtungslicht gelangt in den proximalen Endabschnitt der Lichtleitfaser 104. Ein Spitzenabschnitt der Lichtleitfaser 104 ist an einen Lichtleiterstecker 152 gekoppelt, der den Prozessor 100 mit der optischen Abtastendoskopeinrichtung optisch verbindet. Somit tritt das Beleuchtungslicht, das in den proximalen Endabschnitt der Lichtleitfaser 104 gelangt, durch den Lichtleiterstecker 152 und gelangt in ein optisches System, das sich im Inneren des optischen Abtastendoskops 200 befindet.
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Der proximale Endabschnitt der Lichtleitfaser 202 ist über den Lichtleiterstecker 152 optisch mit der Lichtleitfaser 104 gekoppelt. Der Spitzenabschnitt der Lichtleitfaser 202 ist in der optischen Abtasteinheit 220 untergebracht, die in einem Spitzenabschnitt eines Einführrohrs 202a des optischen Abtastendoskops 200 eingebaut ist. Somit läuft das aus der Lichtleitfaser 104 austretende Beleuchtungslicht durch den Lichtleiterstecker 152, gelangt in den proximalen Endabschnitt der Lichtleitfaser 202, breitet sich durch die Lichtleitfaser 202 aus und wird dann aus der Spitze der Lichtleitfaser 202 ausgesendet.
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2 ist eine Gesamtdarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus der optischen Abtasteinheit 220. In der folgenden Beschreibung wird zum Zwecke der Veranschaulichung der optischen Abtasteinheit 220 eine Längsrichtung der optischen Abtasteinheit 220 als Z-Richtung definiert, und die beiden Richtungen, die senkrecht zur Z-Richtung und senkrecht zueinander sind, werden als X-Richtung und Y-Richtung definiert. Wie in 2 gezeigt, weist die optische Abtasteinheit 220 ein aus Metall gefertigtes Hohlrohr 221 auf, in dem verschiedene Komponenten untergebracht sind. Das Hohlrohr 221 ist so ausgerichtet, das es achsparallel in der Längsrichtung des Einführrohrs 220a des optischen Abtastendoskops 200 angeordnet und an einem Spitzenabschnitt des Einführrohrs 220a befestigt ist. Die Lichtleitfaser 202 ist innerhalb des Hohlrohrs 221 über einen Biaxialaktor 223 (Faserantriebseinheit) und das Befestigungselement 222 untergebracht und gehalten; sie fungiert als zweidimensionale Punktlichtquelle des optischen Abtastendoskops 200. Die Position einer Spitze 202a, welche die Punktlichtquelle bildet, ändert sich periodisch unter der Kontrolle der CPU 108.
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Der Sub-Speicher 208 (1) speichert Sondeninformation, z. B. Identifikationsinformation und verschiedene Eigenschaften des optischen Abtastendoskops 200. Die Sub-CPU 206 liest mit Inbetriebnahme des Systems die Sondeninformation aus dem Sub-Speicher 208 aus und sendet die Information über einen elektrischen Verbinder, der den Prozessor 100 mit dem optischen Abtastendoskop 200 elektrisch verbindet, an die CPU 108. Die CPU 108 speichert die gesendete Sondeninformation in dem CPU-Speicher 110. Die CPU 108 liest nötigenfalls die gespeicherte Sondeninformation aus, erzeugt Signale, die zum Steuern des optischen Abtastendoskops 200 benötigt werden, und sendet die Signale an die Sub-CPU 206. Die Sub-CPU 206 bestimmt Einstellwerte, die für den Abtasttreiber 210 benötigt werden, entsprechend den von der CPU 108 gesendeten Steuersignalen.
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Der Abtasttreiber 210 erzeugt Treibersignale entsprechend den bestimmten Einstellwerten und steuert den zylindrisch geformten Biaxialaktor 223 an, der in der Nähe der Spitze 202a auf die Außenumfangsfläche der Lichtleitfaser 202 geklebt ist. 3 ist eine Querschnittsansicht zur Veranschaulichung des Gesamtaufbaus des Biaxialaktors 223. Wie in 3 gezeigt, ist der Biaxialaktor 223 ein piezoelektrischer Aktor, in dem ein Paar X-Achsen-Elektroden (in der Figur „223X” und „223X'”) und Y-Achsen-Elektroden (in der Figur „223Y” und „223Y'”), die um die Lichtleitfaser 202 zentriert sind, an einem piezoelektrischen Körper vorgesehen sind, wobei die Elektroden vier unabhängige Aktoren bilden. Bei der vorliegenden Ausführungsform werden die aus dem Abtasttreiber 210 stammenden Treibersignale den Elektroden 223X, 223X', 223Y, 223Y' in den piezoelektrischen Aktoren über einen Leitungsdraht 212 (2), der den Abtasttreiber 210 mit dem Befestigungselement 222 verbindet, und Verdrahtungsmuster P1–P4 zugeführt, die an dem Befestigungselement 222 ausgebildet sind (Einzelheiten werden später beschrieben).
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Der Abtasttreiber 210 legt eine Wechselspannung X (Antriebssignale) zwischen den X-Achsen-Elektroden 223X und 223X' in dem Biaxialaktor 223 an, so dass der piezoelektrische Körper in X-Richtung in Schwingung versetzt wird. Der Abtasttreiber 210 legt ferner eine Wechselspannung Y (Antriebssignale), deren Frequenz dieselbe wie die der Wechselspannung X ist und deren Phase senkrecht zur Wechselspannung X liegt, zwischen den Y-Achsen-Elektroden 223Y und 223Y' in dem Biaxialaktor 223 an, so dass der piezoelektrische Körper in Y-Richtung in Schwingung versetzt wird. Die Wechselspannungen X, Y sind als Spannungen definiert, die in ihren Amplituden proportional zur Zeit linear zunehmen und effektive Werte (X), (Y) erreichen, indem sie über die Zeit (X) bzw. (Y) genommen werden. Die Spitze 202a der Lichtleitfaser 202 rotiert infolge der Überlagerung der von dem Biaxialaktor 223 in X-Richtung und Y-Richtung bereitgestellten kinetischen Energien, um ein Spiralmuster, welches an einer Mittelachse AX zentriert ist, in einer Ebene (im Folgenden als „approximative XY-Ebene” bezeichnet) zu zeichnen, die einer X-Y-Ebene angenähert ist. Eine Rotationstrajektorie der Spitze 202a wird proportional zu den angelegten Spannungen größer und zeichnet schließlich einen Kreis mit maximalem Durchmesser, wenn die Wechselspannungen der Effektivwerte (X), (Y) angelegt werden. 4 veranschaulicht die Rotationstrajektorie der Spitze 202a in der approximativen XY-Ebene. Während die Rotationstrajektorie der Spitze 202a dazu tendiert, in Abhängigkeit der Umgebungstemperatur um den Biaxialaktor 223 zu schwanken (d. h. die Rotationstrajektorie eine Temperaturcharakteristik aufweist), ist in der vorliegenden Ausführungsform das optische Abtastendoskop 200 innerhalb des Hohlrohrs 221 mit einer Heizung (nicht gezeigt) ausgestattet, so dass die Temperatur über einen Thermistor 225 (2), der an einer Spitzenendfläche des Befestigungselementes 222 angeordnet ist, überwacht wird, wobei die Temperatur um den Biaxialaktor 223 herum so gesteuert wird, dass sie konstant ist (z. B. 42°C). Wie später beschrieben ist der Thermistor 225 über den Leitungsdraht 212 mit der Sub-CPU 206 verbunden, und seine Temperatur wird über die Sub-CPU 206 kontrolliert.
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Das von der Lichtquelle 102 ausgesendete Beleuchtungslicht wird während eines Zeitabschnittes, der von einem Zeitpunkt unmittelbar nach Beginn des Anlegens der Wechselspannungen bis zu einem Zeitpunkt, zu dem das Anlegen der Wechselspannungen an die Biaxialaktoren 223 beendet wird, reicht, aus der Spitze 202a der Lichtleitfaser 202 ausgesendet. In der folgenden Beschreibung wird zum Zwecke der Veranschaulichung dieser Zeitabschnitt als „Abtastperiode” bezeichnet. Nach Ablauf der Abtastperiode und zu dem Zeitpunkt, zu dem das Anlegen der Wechselspannungen an den Biaxialaktor 223 gestoppt wird, schwächt sich die Schwingung der Lichtleitfaser 202 ab. Die kreisförmige Bewegung der Spitze 202a in der approximativen XY-Ebene konvergiert mit der Abschwächung der Schwingung der Lichtleitfaser 202 und stoppt nach einer vorbestimmten Zeitdauer an der Mittelachse AX. In der folgenden Beschreibung wird zum Zwecke der Veranschaulichung dieser Zeitabschnitt, der vom Ende der Abtastperiode bis zu dem Zeitpunkt reicht, zu dem die Spitze 202a an der Mittelachse AX stoppt, als „Bremsperiode” bezeichnet. Nach Ablauf der Bremsperiode und einer weiteren Bereitschaftszeit vorbestimmter Länge startet eine nächste Abtastperiode. In der folgenden Beschreibung wird zum Zwecke der Veranschaulichung dieser Zeitabschnitt, der vom Ende der Bremsperiode bis zu dem Zeitpunkt reicht, zu dem die nächste Abtastperiode startet, als „Abklingperiode” bezeichnet. Die Abklingperiode stellt eine Warteperiode für die Spitze 202a dar, die dazu dient, vollständig an der Mittelachse AX zu stoppen. Durch Vorsehen der Abklingperiode kann die Rotationstrajektorie der Spitze 202a stabilisiert werden. Indem die Rotationstrajektorie der Spitzt 202a stabilisiert wird, kann die auf ein Objekt bezogene Abtastgenauigkeit gewährleistet werden. Eine Periode, die einem Einzelbild entspricht, ist aus einer einzelnen Abtastperiode und einer einzelnen Bremsperiode gebildet, und die Abklingperiode kann dieser optional hinzugefügt werden. Die Bildrate kann durch Einstellen der Abklingperiode flexibel gesetzt oder modifiziert werden. Somit kann die Abklingperiode auf Grundlage der Beziehung zwischen einem Zeitabschnitt, den die Spitze 202a für einen vollständigen Stopp benötigt, und der Bildrate optional gesetzt werden. Um die Bremsperiode zu verkürzen, kann in einem Anfangsstadium der Bremsperiode eine gegenphasige Spannung an den Biaxialaktor 223 angelegt werden, so dass aktiv ein Bremsmoment ausgeübt werden kann. 5 zeigt eine Beziehung zwischen einer Bewegungsgröße (Amplitude) der Spitze 202a der Lichtleitfaser 202 in X(oder Y)-Richtung in der approximativen XY-Ebene und den Abtast- und Bremsperioden (und der Abklingperiode).
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Vor der Spitze 202a der Lichtleitfaser 202 befindet sich eine Objektivoptik (2). Die Objektivoptik 224 ist mit einer Vielzahl optischer Linsen ausgestattet und über nicht gezeigte Linsenfassungen von dem Hohlrohr 221 gehalten.
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Das von der Spitze 202a der Lichtleitfaser 202 ausgesendete Beleuchtungslicht geht durch die Objektivoptik 224 und bildet einen Lichtfleck auf einer Oberfläche des Objektes. Die Lichtfleck-Erzeugungsposition bewegt sich, während die Spitze 202a der Lichtleitfaser 202 rotierend in der Spirale angetrieben wird, so dass der Lichtfleck das Objekt zweidimensional abtastet.
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Das aus dem Ende 202a der Lichtleitfaser 202 ausgesendete Beleuchtungslicht wird an der Oberfläche des Objektes reflektiert (gestreut), und ein Teil des reflektierten Lichtes gelangt über ein Ende (Eintrittsende) der Lichtleitfaser 230 in die Lichtleitfaser 230. Das reflektierte Licht breitet sich durch die Lichtleitfaser 230 aus, geht durch den Lichtleiterstecker 153, breitet sich weiter durch die Lichtleitfaser 112 aus und wird von dem Lichtempfänger 114 erfasst. Der Lichtempfänger 114 erfasst die Menge der Rotlichtkomponente, der Grünlichtkomponente und der Blaulichtkomponente in dem empfangenen Reflektionslicht, und es werden Pixelsignale entsprechend den Mengen an empfangenem Licht erzeugt.
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Die von dem Lichtempfänger 114 erzeugten Pixelsignale werden der Videosignalverarbeitungsschaltung 116 zugeführt. Die Videosignalverarbeitungsschaltung 116 arbeitet unter der Kontrolle der CPU 108 und erzeugt digitale Pixelsignale, indem sie eine Abtast-Halte-Operation und eine AD-Wandlung mit konstanter Rate an den Pixelsignalen vornimmt. Ist in diesem Zusammenhang einmal die Position (Trajektorie) der Spitze 202a der Lichtleitfaser 202 während der Abtastperiode vorgegeben, so sind die der vorgegebenen Position entsprechende Lichtfleck-Erzeugungsposition in dem Beobachtungsbereich und ein Signalerfassungszeitpunkt (im Folgenden „Abtastpunkt”), zu dem das aus der Lichtfleckerzeugungsposition zurückkehrende Licht (reflektierte Licht) erfasst wird, so dass die digitalen Pixelsignale erhalten werden, einheitlich definiert. Deshalb schätzt die Videosignalverarbeitungsschaltung 116 die Lichtfleck-Erzeugungspositionen des Beleuchtungslicht und die Abtastpunkte auf Grundlage der zum Ansteuern des Abtasttreibers 210 vorgesehenen Signale ab, erhält Positionen, die den Abtastpunkten in dem Bild (Pixelpositionen in einem auf dem Monitor 300 darzustellenden Endoskopbild) entsprechen, und speichert die digitalen Pixelsignale in einem Bildspeicher 26 unter Adressen, die den Positionen in dem Bild entsprechen. So nimmt die Videosignalverarbeitungsschaltung 116 eine Zwischenspeicherung vor, indem sie die Bilddaten, die mit der räumlichen Anordnung von Punktbildern erzeugt sind, auf Einzelbildbasis in dem Bildspeicher 118 speichert.
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Die zwischengespeicherten Bilddaten werden mit einer vorbestimmten Taktung aus dem Bildspeicher 118 in die Videosignalsausgangsschaltung 120 ausgeräumt, in Videosignale gewandelt, die einen vorbestimmten Standard, z. B. NTSC (National Television System Committee) und PAL (Phase Alternating Line) entsprechen, und an dem Monitor 300 ausgegeben. Auf dem Anzeigebildschirm des Monitors 300 wird so ein Bild (Endoskopbild) des mit dem Beleuchtungslicht abgetasteten Objektes dargestellt.
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Wie oben beschrieben, wird in dem optischen Abtastendoskop 200 nach der vorliegenden Ausführungsform dadurch, dass die Antriebssignale aus dem Abtasttreiber 210 den Elektroden 223X, 223X', 223Y, 223Y' der jeweiligen piezoelektrischen Aktoren in dem Biaxialaktor 223 zugeführt werden, die Spitze 202a der Lichtleitfaser 202 so angetrieben, dass sie in einer Spirale rotiert. Deshalb ist es erforderlich, dass der Abtasttreiber 210 und die Elektroden 223X, 223X', 223Y, 223Y' des jeweiligen piezoelektrischen Aktors elektrisch miteinander verbunden sind. Jedoch ist der Außendurchmesser des Biaxialaktors 223 so klein (z. B. Φ 0,8 mm), dass das Anlöten der Leitungsdrähte direkt an die Elektroden 223X, 223X', 223Y, 223Y' des jeweiligen piezoelektrischen Aktors einen besonders schwierig auszuführenden Arbeitsgang erfordert. In der vorliegenden Ausführungsform wird dieses Problem dadurch gelöst, dass das Befestigungselement 222 als Kunstharz-geformte Komponente (im Folgenden als „MID(Modul mit integrierter Schaltungstechnik)”-Komponente bezeichnet) mit einer Oberfläche ausgebildet ist, auf der die Verdrahtungsmuster geformt werden können.
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6 ist eine perspektivische Ansicht eines das Befestigungselement 222 aufweisenden Teils nach der vorliegenden Ausführungsform. 7 ist eine Darstellung, die das Befestigungselement 222 von einer proximalen Stirnfläche 222a (proximale Stirnseite der Lichtleitfaser 202) her betrachtet zeigt. In den 6 und 7 sind zur Vereinfachung der Zeichnungen das Hohlrohr 221, die Objektivoptik 224 und die Leitungsdrähte 212 weggelassen. Wie in den 6 und 7 gezeigt, ist das Befestigungselement 222 eine im Wesentlichen zylindrisch geformte MID-Komponente und weist ein Durchgangsloch 222c auf, das längs ihrer Zylinderachse durchgehend zwischen der proximalen Stirnfläche 222a und einer Spitzenfläche 222b ausgebildet ist.
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Während der Innendurchmesser des Durchgangslochs 222c geringfügig größer als der Außendurchmesser des Biaxialaktors 223 ist, sind der Biaxialaktor 223 und die Lichtleitfaser 202 in dem Befestigungselement 222 gehalten und befestigt, indem der Biaxialaktor 223, der an der Spitze 202a der Lichtleitfaser 202 befestigt ist, in das Durchgangsloch 222c eingesetzt ist.
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An einem Teil einer Außenseite der Zylinderfläche auf der Seite der proximalen Stirnfläche 222a des Befestigungselementes 222 ist ein erster ebener Abschnitt 222d ausgebildet, der kontinuierlich an die proximale Stirnfläche 222a anschließt. Auf der Seite des ersten ebenen Abschnittes 222d ist näher zur Spitzenstirnfläche 222b hin eine Stufe 222e ausgebildet, die gegenüber dem ersten ebenen Abschnitt 222d senkrecht ansteigt. Ferner ist auf der oberen Seite der Stufe 222e ein zweiter ebener Abschnitt 222f ausgebildet, der parallel zu dem ersten ebenen Abschnitt 222d ist.
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Auf einer Oberfläche des Befestigungselementes 222 sind die Verdrahtungsmuster P1–P4 ausgebildet. Proximale Endabschnitte der Verdrahtungsmuster P1–P4 sind auf dem ersten ebenen Abschnitt 222d auf der Seite der proximalen Stirnfläche 222a in Y-Richtung (in einer Richtung senkrecht zur Längsrichtung der Lichtleitfaser 202) in einem vorbestimmten Abstand voneinander angeordnet und bilden Lötstege. Das Verdrahtungsmuster P1 erstreckt sich an der proximalen Stirnfläche 222a von dem ersten ebenen Abschnitt 222d bis zu einer unteren linken Stelle des Durchgangslochs 222c (7). Andererseits ist ein Endabschnitt des Verdrahtungsmusters P1 an einer Stelle nahe einem Übergang S in das Durchgangsloch 222c an die für die Y-Achse vorgesehene Elektrode 223Y' des Biaxialaktors 223 gelötet. Das Verdrahtungsmuster P2 erstreckt sich an der proximalen Stirnfläche 222a von dem ersten ebenen Abschnitt 222d bis zu einer oberen linken Position des Durchgangslochs 222c (7). Andererseits ist ein Endabschnitt des Verdrahtungsmusters P2 an einer Stelle nahe einem Übergang S in das Durchgangsloch 222c an die für die Y-Achse vorgesehene Elektrode 223Y des Biaxialaktors 223 gelötet. Das Verdrahtungsmuster P3 erstreckt sich an der proximalen Stirnfläche 222a von dem ersten ebenen Abschnitt 222d bis zu einer oberen rechten Stelle des Durchgangslochs 222c (7). Andererseits ist ein Endabschnitt des Verdrahtungsmusters P3 an einer Stelle nahe einem Übergang S in das Durchgangsloch 222c an die für die Y-Achse vorgesehene Elektrode 223Y des Biaxialaktors 223 gelötet. Das Verdrahtungsmuster P4 erstreckt an der proximalen Stirnfläche 222a von dem ersten ebenen Abschnitt 222d zu einer unteren rechten Stelle des Durchgangslochs 222c (7). Andererseits ist ein Endabschnitt des Verdrahtungsmusters P4 an einer Stelle nahe einem Übergang S in das Durchgangsloch 222c an die für die X-Achse vorgesehene Elektrode 223X' des Biaxialaktors 223 gelötet. Die Elektroden 223X, 223X', 223Y, 223Y' des Biaxialaktors 223 sind somit an der proximalen Stirnfläche 222a des Befestigungselementes 222 mit den Verdrahtungsmustern P1–P4 elektrisch verbunden und auf den ersten ebenen Abschnitt 222d gezogen.
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Unterdessen sind auf einer Oberfläche des Befestigungselementes 222 Verdrahtungsmuster P5–P8 zur Befestigung von Funktionskomponenten ausgebildet, und proximale Endabschnitte der Verdrahtungsmuster P5–P8 sind auf der Seite der Spitzenstirnfläche 222b an dem ersten ebenen Abschnitt 222d angeordnet. Das Verdrahtungsmuster P6 erstreckt sich von dem ersten ebenen Abschnitt 222d über die Stufe 222e, den zweiten ebenen Abschnitt 222f und die Außenseite der Zylinderfläche des Befestigungselementes 222 bis zu einer oberen Seite der Spitzenstirnfläche 222b (6). Das Verdrahtungsmuster P7 erstreckt sich von dem ersten ebenen Abschnitt 222d über die Stufe 222e, den zweiten ebenen Abschnitt 222f und die Außenseite der Zylinderfläche des Befestigungselementes 222 bis zu einer oberen Seite der Spitzenstirnfläche 222b (6). Ein Endabschnitt des Verdrahtungsmusters P6 und ein Endabschnitt des Verdrahtungsmusters P7 sind in einem vorbestimmten Abstand voneinander so angeordnet, dass sie an der Spitzenstirnfläche 222b des Befestigungselementes 222 einander zugewandt sind, und Anschlüsse des Thermistors 225 sind an sie angelötet. Mit anderen Worten sind die Anschlüsse des Thermistors 225 über die Verdrahtungsmuster P6, P7 auf den ersten ebenen Abschnitt 222d gezogen. Die Verdrahtungsmuster P5–P8 erstrecken sich von dem ersten ebenen Abschnitt 222d über die Außenseite der Zylinderfläche des Befestigungselementes 222 bis zu einer unteren Seite der Spitzenstirnfläche 222b (6). Ein Endabschnitt des Verdrahtungsmusters P5 und ein Endabschnitt des Verdrahtungsmusters P8 sind in einem vorbestimmten Abstand voneinander so angeordnet, dass sie auf der Spitzenstirnfläche 222b einander zugewandt sind, und so ausgebildet, dass sie an Anschlüsse einer Funktionskomponente, z. B. eines Thermistors angelötet sind. In der vorliegenden Erfindung sind das Verdrahtungsmuster P5 und das Verdrahtungsmuster P8 reservierte Muster, über die eine Funktionskomponente installiert werden würde, jedoch zwischen diesen Mustern keine Funktionskomponente installiert ist. Die Anschlüsse der Funktionskomponenten, die an dem Befestigungselement 222 zu montieren sind, können so elektrisch mit den Endabschnitten der Verdrahtungsmuster P5–P8 verbunden, auf den ersten ebenen Abschnitt 222d gezogen und so angeordnet werden, dass sie in Y-Richtung in dem vorbestimmten Abstand voneinander angeordnet sind. In diesem Zusammenhang bilden die proximalen Endabschnitte der Verdrahtungsmuster P5–P8 Lötstege an dem ersten ebenen Abschnitt 222d.
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Wie oben beschrieben, ziehen die Verdrahtungsmuster P1–P8 nach der vorliegenden Ausführungsform, die an dem Befestigungselement 222 ausgebildet sind, die Elektroden 223X, 223X', 223Y, 223Y' der jeweiligen in dem Biaxialaktor 223 vorgesehenen piezoelektrischen Aktoren und die an dem Befestigungselement 222 montierte Funktionskomponente (Thermistor 225) auf den ersten ebenen Abschnitt 222d. Indem die Elektroden 223x, 223X', 223Y, 223Y' der jeweiligen piezoelektrischen Aktoren und die Leitungsdrähte 212, die den Funktionskomponenten die benötigten Signale (und Energie) zuführen, auf die an dem ersten ebenen Abschnitt 222d ausgebildeten Lötstege gelötet werden, werden die Elektroden 223X, 223X', 223Y, 223Y' der in dem Biaxialaktor 223 vorgesehenen piezoelektrischen Aktoren und der Abtasttreiber 210 elektrisch miteinander verbunden, und die Anschlüsse die an dem Befestigungselement 222 montierten Funktionskomponente können elektrisch mit der Sub-CPU 206 verbunden werden. Im Unterschied zu dem herkömmlichen Aufbau ist es so bei der vorliegenden Ausführungsform nicht erforderlich, die Leitungsdrähte direkt an den Elektroden 223X, 223X', 223Y, 223Y' der jeweiligen piezoelektrischen Aktoren, die an der Außenseite der Zylinderfläche des Biaxialaktors 223 in Winkelabständen von jeweils 90 Grad angeordnet sind, anzulöten. Vielmehr ist es möglich, den Lötvorgang nur in der ersten Ebene 222d auszuführen; die Handhabbarkeit ist somit erheblich verbessert. Wie in 6 gezeigt, sind in diesem Zusammenhang der vorliegenden Ausführungsform die Endabschnitte der Verdrahtungsmuster P1–P4 und die Endabschnitte der Verdrahtungsmuster P5–P8, die in dem ersten ebenen Abschnitt 222d angeordnet sind, derart positioniert, dass sie einander nicht zugewandt sind, wodurch die nebeneinander liegenden Leitungsdrähte 212 einander nicht stören sollten, wenn die Leitungsdrähte 212 auf den ersten ebenen Abschnitt 222d gelötet werden. 8 ist eine Darstellung, die einen Zustand zeigt, in dem die Leitungsdrähte 212 mit den Verdrahtungsmustern P1–P8 verlötet sind. Wie in 8 gezeigt, können bei dem in der vorliegenden Ausführungsform vorgesehenen Aufbau die Leitungsdrähte 212 an den gesicherten Stellen angelötet werden (d. h. an den an dem ersten ebenen Abschnitt 222d ausgebildeten Lötstegen); es ist deshalb nicht erforderlich, Zusatzlängen im Hinblick auf die Leitungsdrähte 212 in Betracht zu ziehen. Die Leitungsdrähte 212 sind demnach nicht notwendigerweise gekrümmt, wie dies herkömmlicherweise der Fall war, und sie können ohne Kraftbeaufschlagung in Längsrichtung der Lichtleitfaser 202 angeordnet werden; der Durchmesser des Spitzenabschnittes der Lichtleitfaser 202 kann somit noch effektiver verringert werden, ohne um den Spitzenabschnitt der Lichtleitfaser 202 herum Raum verschwenden zu müssen.
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Die vorstehende Beschreibung dient der Erläuterung der erfindungsgemäßen Ausführungsform; jedoch ist die Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebene Ausführungsform beschränkt, sondern kann innerhalb des erfindungsgemäßen technischen Konzeptes auf verschiedene Arten abgewandelt werden. Beispielsweise sind in der oben beschriebenen Ausführungsform der Abtasttreiber 210 und die Sub-CPU 206 über die Leitungsdrähte 212 mit den an dem Befestigungselement 222 ausgebildeten Verdrahtungsmustern P1–P8 verbunden. Anstelle der Leitungsdrähte 212 kann jedoch beispielsweise auch eine flexible Leiterplatte vorgesehen werden, um diese Verbindung herzustellen. 9 ist eine Darstellung, die einen Aufbau zeigt, in dem der Abtasttreiber 210 und die Sub-CPU 206 über eine flexible Leiterplatte 212M mit den an dem Befestigungselement 222 ausgebildeten Verdrahtungsmustern P1–P8 verbunden sind. Wie in 9A gezeigt, ist an dem Endabschnitt der flexiblen Leiterplatte 212M ein Stegmuster ausgebildet, das den Verdrahtungsmustern P1–P8 (d. h. den Lötstegen) an dem ersten ebenen Abschnitt 222d entspricht. Nachdem auf die an dem ersten ebenen Abschnitt 222d vorhandenen Verdrahtungsmuster P1–P8 Lötpaste aufgetragen und ein Endabschnitt der flexiblen Leiterplatte 212M auf dem ersten ebenen Abschnitt 222d platziert worden ist (9B), kann durch eine Bearbeitung in einem Aufschmelzofen der Lötvorgang durchgeführt werden. Bei diesem Aufbau kann demnach der Lötvorgang automatisiert werden.
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10 ist eine perspektivische Ansicht eines ein Befestigungselement 2220 aufweisenden Teils, das in einem optischen Abtastendoskop nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingebaut ist. 11 ist eine Darstellung, in der das Befestigungselement 2220 von einer proximalen Stirnfläche 2220a her betrachtet gezeigt ist. Das Befestigungselement 2220 nach der vorliegenden Ausführungsform unterscheidet sich von dem in der ersten Ausführungsform vorgesehenen Befestigungselement 222 dadurch, dass eine Stufe 2220g und ein dritter ebener Abschnitt 2220f zwischen einem ersten ebenen Abschnitt 2220d und einem zweiten ebenen Abschnitt 2220f ausgebildet sind, dass die proximalen Endabschnitte der Verdrahtungsmuster P1–P4 an dem ersten ebenen Abschnitt 2220d ausgebildet sind und dass die proximalen Endabschnitte der Verdrahtungsmuster P5–P8 an dem dritten ebenen Abschnitt 2220h ausgebildet sind. Mit anderen Worten ist in der vorliegenden Ausführungsform die Anordnung der Leitungsdrähte 212 in zwei Stufen unterteilt, welche durch den ersten ebenen Abschnitt 2220d und den dritten ebenen Abschnitt 2220h gegeben sind; deshalb wird eine gegenseitige Beeinträchtigung unter den nebeneinander liegenden Leitungsdrähten 212 weiter verringert, und der Lötvorgang wird noch einfacher. Während ferner in der ersten Ausführungsform die Endabschnitte der Verdrahtungsmuster P1–P4 und die Endabschnitte der Verdrahtungsmuster P5–P8 so angeordnet sind, dass sie einander nicht zugewandt sind, um eine störende Beeinflussung zwischen den nebeneinander liegenden Leitungsdrähten 212 zu vermeiden, ist es in der vorliegenden Ausführungsform nicht erforderlich, eine störende Beeinflussung unter den nebeneinander liegenden Leitungsdrähten 212 in Betracht zu ziehen. Die proximalen Endabschnitte der Verdrahtungsmuster P1–P4 und die proximalen Endabschnitte der Verdrahtungsmuster P5–P8 können deshalb an dem ersten ebenen Abschnitt 2220d bzw. dem dritten ebenen Abschnitt 2220h im gleichen Abstand voneinander ausgebildet werden. Bei diesem Aufbau können die Abstände zwischen den Lötstegen im Vergleich zur ersten Ausführungsform verbreitert werden, und der Lötvorgang kann weiter vereinfacht werden. In diesem Zusammenhang ist bei der vorliegenden Ausführungsform die Anordnung der Leitungsdrähte 212 in die beiden Stufen, die durch den ersten ebenen Abschnitt 2220d und den dritten ebenen Abschnitt 2220h gegeben sind, unterteilt; jedoch ist diese Unterteilung nicht auf zwei Stufen beschränkt, vielmehr kann die Anordnung in mehrere ebene Abschnitte unterteilt werden, die so ausgebildet sind, dass ihre Stufenhöhe von der Spitzenstirnfläche 2220b zur proximalen Stirnfläche 2220a hin abnimmt. Während bei diesem Aufbau die Verdrahtungsmuster P1–P4 auf der Seite der proximalen Stirnfläche 2220h des Befestigungselementes 2220 und die Verdrahtungsmuster P5–P8 auf der Seite der Spitzenstirnfläche 2220b des Befestigungselementes 2220 angeordnet sind, kann eine effiziente Anordnung auch darin bestehen, dass die proximalen Endabschnitte der Verdrahtungsmuster P1–P4 in einem ebenen Abschnitt angeordnet sind, welcher der proximalen Stirnfläche 2220a des Befestigungselementes 2220 am nächsten ist, und dass die proximalen Endabschnitte der Verdrahtungsmuster P5–P8 an einem ebenen Abschnitt angeordnet sind, der von den proximalen Endabschnitten der Verdrahtungsmuster P1–P4 verschieden ist (d. h. an einem ebenen Abschnitt, der näher zur Spitzenstirnfläche 2220b hin angeordnet ist). Beispielsweise sind die proximalen Endabschnitte der Verdrahtungsmuster P1–P4 und die proximalen Endabschnitte der Verdrahtungsmuster P5–P8 nicht notwendigerweise an jeweils denselben ebenen Abschnitten angeordnet. Beispielsweise können die proximalen Endabschnitte der Verdrahtungsmuster P1–P4 so verteilt sein, dass sie an verschiedenen ebenen Abschnitten angeordnet sind.
