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{Technisches Gebiet}
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Glasfaserabtaster, eine Beleuchtungsvorrichtung und eine Beobachtungsvorrichtung.
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{Bisheriger Stand der Technik}
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Der bisherige Stand der Technik kennt Glasfaserabtaster, mit denen ein Bildgebungsgegenstand durch Ausstrahlung von Beleuchtungslicht mit Beleuchtungslicht abgetastet wird, während ein Abtasten mit dem distalen Ende einer Glasfaser in einer spiralförmigen Weise erfolgt, indem ein piezoelektrisches Element in Schwingung versetzt wird (siehe beispielsweise Patentschrift 1 und 2). Der in der Patentschrift 1 beschriebene Glasfaserabtaster weist einen Aufbau auf, bei der eine Glasfaser in eine im Wesentlichen zylindrische piezoelektrische Elementeinheit eingeführt ist und ein Teil der Glasfaser, der sich weiter auf der Seite am basalen Ende vom distalen Ende hiervon befindet, am distalen Ende der piezoelektrischen Elementeinheit mit einem Klebstoff fixiert ist. Zusätzlich weist der in der Patentschrift 2 beschriebene Glasfaserabtaster einen Aufbau auf, bei dem ein Teil der Glasfaser, der sich weiter auf der Seite am basalen Ende vom distalen Ende hiervon befindet, in einem montierten Zustand mit einem Stützelement wie einer dazwischen gesetzten ringförmigen Komponente, einem ringförmigen Stopfen, Klebstoffraupen o. Ä. fixiert ist.
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{Liste der Anführungen}
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{Patentliteratur}
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- {PTL 1} Japanische ungeprüfte Patentanmeldung, Veröffentlichung Nr. 2011-217835
- {PTL 2} Japanische Übersetzung der internationalen PCT-Anmeldung, Veröffentlichung Nr. 2010-523198
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{Zusammenfassung der Erfindung}
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{Technische Aufgabe}
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Da aber die Form eines Klebstoffs dazu neigt, ungleichmäßig zu sein, besteht bei einer Konfiguration, bei der eine Glasfaser in Bezug auf eine piezoelektrische Elementeinheit mit einem Klebstoff fixiert ist wie beim in der Patentschrift 1 beschriebenen Glasfaserabtaster das Problem, dass es höchstwahrscheinlich ist, dass Biegeschwingungen, die in zwei gegenseitig orthogonalen Richtungen erfolgen und als die Quellen für die in einem elastischen Teil erzeugten spiralförmigen Abtastbewegungen dienen, instabil werden. Das gleiche Problem tritt beim in der Patentschrift 2 beschriebenen Glasfaserabtaster auf, bei dem die Glasfaser mit Klebstoffraupen fixiert ist.
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Zusätzlich besteht beim in der Patentschrift 2 beschriebenen Glasfaserabtaster, bei dem die Glasfaser mit einem ringförmigen Stützelement wie einer dazwischen gesetzten Komponente oder einem ringförmigen Stopfen fixiert ist, die Gefahr eines Brechens der Glasfaser durch abrupte Laständerungen, da sich Querschnittsflächen zwischen einem Teil, in dem die Glasfaser durch solch ein ringförmiges Stützelement fixiert ist, und einem Teil, in dem die Glasfaser freiliegt, erheblich ändern.
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Die vorliegende Erfindung wurde vor diesem Hintergrund entwickelt und eine Aufgabe hiervon besteht im Bereitstellen eines Glasfaserabtasters, einer Beleuchtungsvorrichtung und einer Beobachtungsvorrichtung, mit denen stabile Biegeschwingungen in einer Glasfaser bewirkt werden können.
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{Technische Lösung}
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Zum Erfüllen der zuvor beschriebenen Aufgabe stellt die vorliegende Erfindung die folgenden Lösungen bereit.
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Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Glasfaserabtaster umfassend: eine Glasfaser, die zum Ausstrahlen von Licht von einem distalen Ende hiervon Licht leitet; einen Schwingungsübertragungskörper, der an einem Teil weiter auf der basalen Endseite des distalen Endes der Glasfaser montiert ist und der Schwingungen auf die Glasfaser übertragen kann; eine Vielzahl von piezoelektrischen Elementen, die am Schwingungsübertragungskörper befestigt sind, die in radialen Richtungen der Glasfaser polarisiert sind und welche die Glasfaser über den Schwingungsübertragungskörper in Schwingung versetzen, wenn Wechselspannungen an diesen in den Polarisationsrichtungen angelegt werden; und einen Stützteil, der ein Montageloch aufweist, an dem der Schwingungsübertragungskörper an einer Position, die sich weiter auf einer basalen Endseite von den piezoelektrischen Elementen entfernt befindet, montiert ist, und der die Glasfaser auf eine auslegerähnliche Weise über den am Montageloch montierten Schwingungsübertragungskörper stützen kann, wobei der Schwingungsübertragungskörper einen hohlen säulenförmigen Teil, der aus einem elastischen Material besteht, an dem die Vielzahl von piezoelektrischen Elemente an Seitenflächen hiervon befestigt sind, und der ein Durchgangsloch aufweist, durch das die Glasfaser eingeführt werden kann, und einen distalen Endteil, der an einem distalen Ende des säulenförmigen Teils angeordnet ist, der die Glasfaser in einem montierten Zustand stützt und der eine Rotorform aufweist, in der eine Querschnittsfläche hiervon in einer radialen Richtung schrittweise zu einem distalen Ende der Glasfaser hin abnimmt, aufweist.
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Mit diesem Aspekt dehnen sich die piezoelektrischen Elemente in Richtungen, die orthogonal zu den Polarisationsrichtungen sind, das heißt in der Längsrichtung der Glasfaser, und ziehen sich in diesen zusammen, wenn Wechselspannungen an den piezoelektrischen Elementen in den Polarisationsrichtungen hiervon angelegt werden, wodurch Schwingungen erzeugt werden, und die Schwingungen in den piezoelektrischen Elementen werden über den Schwingungsübertragungskörper auf die Glasfaser übertragen. Zusätzlich werden durch Stützen der Glasfaser auf eine auslegerähnliche Weise mit dem Stützteil über den Schwingungsübertragungskörper die in den piezoelektrischen Elementen erzeugten Schwingungen, die zum basalen Ende der Glasfaser hin austreten, unterdrückt. Hierdurch kann das distale Ende der Glasfaser stabil in Schwingung versetzt werden und es kann somit mit dem vom distalen Ende der Glasfaser ausgestrahlten Licht entsprechend den Schwingungen der Glasfaser eine präzise Abtastung erfolgen.
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In diesem Fall nehmen, da der distale Endteil, der die Glasfaser im Schwingungsübertragungskörper im montierten Zustand stützt, eine Rotorform aufweist, in welcher die Querschnittsfläche in der radialen Richtung schrittweise vom säulenförmigen Teil zum distalen Ende der Glasfaser hin abnimmt, Änderungen in der Querschnittsfläche schrittweise vom Teil, in dem die Glasfaser am distalen Endteil montiert ist, zum Teil, in dem das distale Ende der Glasfaser freiliegt, ab. Dadurch kann verhindert werden, dass sich durch die vom Schwingungsübertragungskörper auf die Glasfaser übertragene Lasten an einem Punkt in der Nähe des distalen Endes der Glasfaser konzentrieren, und somit kann ein Brechen der Glasfaser aufgrund abrupter Laständerungen verhindert werden. Somit können die in den piezoelektrischen Elementen erzeugten Schwingungen mit dem Schwingungsübertragungskörper stoßfrei auf die Glasfaser übertragen werden und die Glasfaser kann stabil in Schwingung versetzt werden.
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Im zuvor beschriebenen Aspekt kann der distale Endteil im säulenförmigen Teil als ein separater Teil ausgebildet sein.
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Durch Anwenden solch einer Konfiguration kann der distale Endteil und der säulenförmige Teil, die den Schwingungsübertragungskörper darstellen, durch Verwenden verschiedener Materialien gebildet und die Größen der Durchgangslöcher, in welche die Glasfaser eingeführt ist, zwischen dem distalen Endteil und dem säulenförmigen Teil unterschiedlich gestaltet werden.
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Im zuvor beschriebenen Aspekt können der distale Endteil und der säulenförmige Teil als ein einziges Teil geformt sein.
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Durch Anwenden solch einer Konfiguration tritt Spiel o. Ä. aufgrund der Variabilität in der Verarbeitungsgenauigkeit zwischen dem distalen Endteil und dem säulenförmigen Teil im Schwingungsübertragungskörper nicht auf. Daher können die Schwingungen in den piezoelektrischen Elementen stoßfrei auf die Glasfaser übertragen werden.
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Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Beleuchtungsvorrichtung umfassend: einen der zuvor beschriebenen Glasfaserabtaster; eine Lichtquelle, die das von der Glasfaser zu leitende Licht erzeugt; eine Fokussierlinse, die das von der Glasfaser ausgestrahlte Licht fokussiert; und ein Außenrohr, das die Fokussierlinse und den Glasfaserabtaster hält.
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Mit diesem Aspekt kann eine gewünschte Position im Bildgebungsgegenstand durch Verwenden des Glasfaserabtasters, der stabile Biegeschwingungen in der Glasfaser bewirken kann, präzise beleuchtet werden.
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Ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Beobachtungsvorrichtung umfassend: die zuvor beschriebene Beleuchtungsvorrichtung; und eine einen Lichterfassungsteil, der von einem Bildgebungsgegenstand zurückgegebenes und durch Ausstrahlen von Licht auf den Bildgebungsgegenstand mit der Beleuchtungsvorrichtung erzeugtes Rückgabelicht erfasst.
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Mit diesem Aspekt tastet die Beleuchtungsvorrichtung den Bildgebungsgegenstand an einer gewünschten Position präzise mit Licht ab und somit wird das vom Bildgebungsgegenstand zurückgegebene Rückgabelicht vom Lichterfassungsteil erfasst. Daher kann eine genaue Beobachtung auf der Basis von Bildinformationen eines gewünschten Beobachtungsbereichs im Bildgebungsgegenstand durchgeführt werden, die auf der Basis von vom Lichterfassungsteil erfassten Rückgabelichtstärkesignalen erhalten werden.
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{Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung}
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Die vorliegende Erfindung bietet einen Vorteil, indem stabile Biegeschwingungen in einer Glasfaser bewirkt werden können.
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{Kurze Beschreibung der Zeichnungen}
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1 zeigt eine Querschnittsansicht einer Endoskopvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entlang einer radialen Richtung einer Beleuchtungsglasfaser.
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2 zeigt eine Querschnittsansicht des Glasfaserabtasters in 1.
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3 zeigt eine Querschnittsansicht des Schwingungsübertragungskörpers und des Befestigungsteils in 2 entlang der radialen Richtung der Beleuchtungsglasfaser.
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4A zeigt eine Seitenansicht eines säulenförmigen Teils des Schwingungsübertragungskörpers in 2.
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4B zeigt eine Querschnittsansicht des säulenförmigen Teils des Schwingungsübertragungskörpers in 2 entlang der Mittelachse.
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4C zeigt eine Draufsicht des säulenförmigen Teils des Schwingungsübertragungskörpers in 2 in der Richtung entlang der Mittelachse gesehen.
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5A zeigt eine Querschnittsansicht eines distalen Endteils des Schwingungsübertragungskörpers in 2 entlang der Mittelachse.
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5B zeigt eine Draufsicht des distalen Endteils des Schwingungsübertragungskörpers in 2 in der Richtung entlang der Mittelachse gesehen.
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6 zeigt ein Konfigurationsdiagramm eines Glasfaserabtasters gemäß einer ersten Modifizierung der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entlang der radialen Richtung einer Beleuchtungsglasfaser.
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7A zeigt eine Seitenansicht eines säulenförmigen Teils des Schwingungsübertragungskörpers in 6.
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7B zeigt eine Querschnittsansicht des säulenförmigen Teils des Schwingungsübertragungskörpers in 6 entlang der Mittelachse.
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7C zeigt eine Draufsicht des säulenförmigen Teils des Schwingungsübertragungskörpers in 6 in der Richtung entlang der Mittelachse gesehen.
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8 zeigt ein Konfigurationsdiagramm eines Glasfaserabtasters gemäß einer zweiten Modifizierung der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entlang der radialen Richtung einer Beleuchtungsglasfaser.
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9 zeigt ein Konfigurationsdiagramm eines Glasfaserabtasters gemäß einer dritten Modifizierung der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entlang der radialen Richtung einer Beleuchtungsglasfaser.
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{Beschreibung der Ausführungsform}
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Nachfolgend sind ein Glasfaserabtaster, eine Beleuchtungsvorrichtung und eine Beobachtungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
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Wie in 1 dargestellt wird eine Endoskopvorrichtung (Beobachtungsvorrichtung) 100 gemäß dieser Ausführungsform bereitgestellt mit: einer Lichtquelle 1, die Beleuchtungslicht erzeugt; einer Beleuchtungsvorrichtung 3, die das Beleuchtungslicht auf einen Bildgebungsgegenstand (nicht dargestellt) ausstrahlt; einem Fotodetektor (Lichterfassungsteil) 5, wie eine Fotodiode, der Rückgabelicht wie Reflexlicht, Fluoreszenz o. Ä., das vom Bildgebungsgegenstand aufgrund der Bestrahlung mit dem Beleuchtungslicht zurückgegeben wird, erfasst; und einer Steuerung 7, welche die Steuerung o. Ä. der Beleuchtungsvorrichtung 3 und des Fotodetektors 5 durchführt. Nachfolgend wird angenommen, dass die Längsrichtung der Endoskopvorrichtung 100 eine Z-Achsenrichtung ist, und es wird angenommen, dass zwei Richtungen, die orthogonal zur Längsrichtung der Endoskopvorrichtung 100 und die orthogonal zueinander sind, jeweils eine X-Achsenrichtung und eine Y-Achsenrichtung sind.
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Die Beleuchtungsvorrichtung 3 ist ausgestattet mit: einem Glasfaserabtaster 10, der eine Beleuchtungsglasfaser 11 aufweist, die das von der Lichtquelle 1 ausgestrahlte Beleuchtungslicht leitet und die das Beleuchtungslicht vom distalen Ende hiervon ausstrahlt; einer Fokussierlinse 13, die das von der Beleuchtungsglasfaser 11 ausgestrahlte Beleuchtungslicht fokussiert; einem langen, dünnen zylindrischen Außenrohr 15, das den Glasfaserabtaster 10 und die Fokussierlinse 13 aufnimmt; einem Abdeckteil 17, der eine äußere Umfangsfläche eines Außenrohrs 15 abdeckt; und einer Vielzahl von Erfassungsglasfasern 19, die zwischen dem Außenrohr 15 und dem Abdeckteil 17 angeordnet sind und die das vom Bildgebungsgegenstand kommende Rückgabelicht zum Fotodetektor 5 leiten.
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Die Lichtquelle 1 und der Fotodetektor 5 sind auf der basalen Endseite des Glasfaserabtasters 10 angeordnet.
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Die Steuerung 7 ist mit einer CPU (nicht dargestellt), welche die Beleuchtungsvorrichtung 3 und den Fotodetektor 5 steuert, und einem Speicher, der ein Programm zum Betreiben der CPU, verschiedene Signale zur Eingabe für die CPU usw. speichert, ausgestattet.
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Wie in 2 und 3 dargestellt ist der Glasfaserabtaster 10 ausgestattet mit einer Beleuchtungsglasfaser (Glasfaser) 11 wie einer Mehrmodenfaser oder einer Einmodenfaser; einem Schwingungsübertragungskörper 21, der Schwingungen auf die Beleuchtungsglasfaser 11 übertragen kann, indem er an einem Teil der Beleuchtungsglasfaser 11 weiter auf der basalen Endseite vom distalen Ende hiervon montiert ist; vier am Schwingungsübertragungskörper 21 befestigten piezoelektrischen Elementen 23; einem Befestigungsteil (Stützteil) 25, der die Beleuchtungsglasfaser 11 über den Schwingungsübertragungskörper 21 stützt; einer Antriebsleitung (GND) 27G; und vier Leitungen 27A und 27B.
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Zusätzlich ist der Glasfaserabtaster 10 mit einem Überzug 29, der einen Teil der Beleuchtungsglasfaser 11 abdeckt, der sich weiter auf der Seite am basalen Ende als der Schwingungsübertragungskörper 21 befindet, und einem Knickschutzrohr 31, welches das basale Ende der Beleuchtungsglasfaser 11 schützt, ausgestattet.
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Die Beleuchtungsglasfaser 11 besteht aus einem Mittelmaterial, als Kern bezeichnet, und einem Hüllenmaterial, als Mantel bezeichnet, das die Außenseite des Mittelmaterials abdeckt. Kern und Mantel weisen unterschiedliche Brechungszahlen auf und bestehen jeweils aus Quarz oder einem Kunststoff. Zusätzlich wie in 1 dargestellt ist die Beleuchtungsglasfaser 11 entlang der Längsrichtung des Außenrohrs 15 angeordnet; ein Ende hiervon erstreckt sich zum Äußeren am basalen Ende des Außenrohrs 15 und ist mit der Lichtquelle 1 verbunden und das andere Ende hiervon ist in der Nähe des Brennpunkts der Fokussierlinse 13 im Außenrohr 15 angeordnet.
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Wie in 2 dargestellt weist der Schwingungsübertragungskörper 21 einen hohlen säulenförmigen Teil 33, der aus einem elastischen Material besteht und in dem die piezoelektrischen Elemente 23 an Seitenflächen hiervon befestigt sind, und einen distalen Endteil 35, der am distalen Ende des säulenförmigen Teils 33 befestigt ist und der die Beleuchtungsglasfaser 11 in einem montierten Zustand stützt, auf. Sowohl der säulenförmige Teil 33 als auch der distale Endteil 35 bestehen aus einem Nickel- oder Kupfermaterial.
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Wie in 4A, 4B und 4C dargestellt weist der säulenförmige Teil 33 ein Durchgangsloch 33a auf, in das die Beleuchtungsfaser 11 eingeführt ist. Wie in 2 dargestellt ist ein basaler Endteil des Durchgangslochs 33a so ausgebildet, dass die eingeführte Beleuchtungsglasfaser 11 daran mit einem epoxidbasierten Klebstoff S befestigt ist, der auf einer äußeren Umfangsfläche der Beleuchtungsglasfaser 11 aufgebracht ist.
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Zusätzlich weist der säulenförmige Teil 33 an einem Ende hiervon in der Längsrichtung eine Öffnung 33b auf, in der die Form hiervon einen Höhenunterschied aufweist, in dem die Öffnungsfläche des Durchgangslochs 33a radial nach außen zunimmt. Diese Öffnung 33b ist so ausgebildet, dass der distale Endteil 35 im montierten Zustand gehalten werden kann. Zusätzlich weist der säulenförmige Teil 33 wie in 3 dargestellt eine im Wesentlichen quadratische säulenförmige äußere Form auf und die piezoelektrischen Elemente 23 sind an den jeweils vier Seitenflächen mit dem epoxidbasierten Klebstoff befestigt.
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Wie in 5A und 5B dargestellt besteht der distale Endteil 35 aus einem zylindrischen Befestigungsteil 35a, der an der Öffnung 33b des säulenförmigen Teils 33 in einem montierten Zustand befestigt ist, und einem Vorsprung 35b, der in der Längsrichtung des säulenförmigen Teils 33 in einem Zustand hervorsteht, in dem der Befestigungsteil 35a am säulenförmigen Teil 33 befestigt ist. Der Vorsprung 35b weist eine Rotorform auf, die sich radial nach außen vom Befestigungsteil 35a ausbreitet und in der die Querschnittsfläche hiervon in der radialen Richtung schrittweise zunimmt, um eine konische Form weg vom Befestigungsteil 35a zu bilden.
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Zusätzlich weist der distale Endteil 35 ein Montageloch 35c auf, durch das die Beleuchtungsglasfaser 11 durch Führen durch den Befestigungsteil 35a und den Vorsprung 35b montiert wird. Wie in 2 dargestellt ist die montierte Beleuchtungsglasfaser 11 am Montageloch 35c mit dem auf der äußeren Umfangsfläche der Beleuchtungsglasfaser 11 aufgetragenen epoxidbasierten Klebstoff S befestigt.
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Wie in 2 und 3 dargestellt besteht der Befestigungsteil 25 aus einem Metallmaterial wie Edelstahl o. Ä. und ist in einer Ringform ausgebildet. Eine äußere Umfangsfläche des Befestigungsteils 25 ist an einer Innenwand des Außenrohrs 15 mit dem epoxidbasierten Klebstoff befestigt. Zusätzlich weist der Befestigungsteil 25 ein Montageloch 25a auf, in dem der säulenförmige Teil 33 des Schwingungsübertragungskörpers 21 montiert ist, und der Schwingungsübertragungskörper 21 ist fest daran durch Füllen eines leitenden epoxidbasierten Klebstoffs in Teilen, in denen sich Spalte bilden, wenn der Schwingungsübertragungskörper 21 am Montageloch 25a befestigt wird, befestigt.
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Der Befestigungsteil 25 ist so ausgebildet, dass der Schwingungsübertragungskörper 21 daran mit dem Montageloch 25a an einer Position befestigt ist, die sich weiter auf der basalen Endseite von den piezoelektrischen Elementen 23 weg befindet, wodurch die Beleuchtungsglasfaser 11 auf eine auslegerähnliche Weise gestützt wird. Dadurch ist der Befestigungsteil 25 so ausgebildet, dass an dieser Position der Beleuchtungsglasfaser 11 erzeugte Schwingungen in der radialen Richtung unterdrückt werden. Zusätzlich wird, selbst wenn Schwingungen von den piezoelektrischen Elementen 23 zum basalen Ende der Beleuchtungsglasfaser 11 hin austreten, verhindert, dass diese Schwingungen durch Unterworfensein von Änderungen der Formen hiervon aufgrund der Einflüsse von einigen Faktoren am Zurückkehren gehindert werden. Daher kann mit dem Befestigungsteil 25 ein Destabilisieren der Schwingungsformen der piezoelektrischen Elemente 23 und Schwingungen in der Beleuchtungsglasfaser 11 verhindert werden.
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Zusätzlich ist der Befestigungsteil 25 elektrisch mit Elektroden an den Rückseiten der vier piezoelektrischen Elemente 23 über den Schwingungsübertragungskörper 21 verbunden und ist so ausgebildet, dass er als eine gemeinsame Masse beim Antrieb der piezoelektrischen Elemente 23 dient. Zusätzlich weist der Befestigungsteil 25 vier Durchgangslöcher 25b auf, durch welche die Leitungen 27A und 27B laufen. Es ist wünschenswert, dass die Durchgangslöcher 25b einzeln so ausgebildet sind, dass sie parallel zur Mittelachse des Befestigungsteils 25 sind. Dadurch wird das Anordnen der Leitungen 25A und 25B in Bezug auf die piezoelektrischen Elemente 23 erleichtert und es können somit die piezoelektrischen Elemente 23 ohne unnötige Zunahme der Längen der Leitungen 25A und 25B verbunden werden.
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Wie in 2 dargestellt deckt der Überzug 29 die Beleuchtungsglasfaser 11 so ab, dass sich ein Spalt in Bezug auf den Schwingungsübertragungskörper 21 bildet. Die Maße der äußeren Form des Überzugs 29 sind nahezu identisch mit den Maßen der äußeren Form des säulenförmigen Teils 33 des Schwingungsübertragungskörpers 21.
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Das Knickschutzrohr 31 weist eine Rohrform auf und ist angrenzend an den Befestigungsteil 25 entlang der Längsrichtung der Beleuchtungsglasfaser 11 angeordnet. Der rückseitige Endteil des Schwingungsübertragungskörpers 21, der zum basalen Ende der Beleuchtungsglasfaser 11 vom Befestigungsteil 25 hervorsteht und der distale Endteil des Überzugs 29 sind mit dem Knickschutzrohr 31 miteinander montiert und die verbundenen Flächen sind mit einem Klebstoff befestigt. Mit dem Überzug 29 und dem Knickschutzrohr 31 kann ein Knicken des Teils der Beleuchtungsglasfaser 11 weiter auf der basalen Endseite als der Schwingungsübertragungskörper 21 verhindert werden.
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Die piezoelektrischen Elemente 23 bestehen aus einem piezoelektrischen Keramikmaterial wie beispielsweise Bleizirconattitanat (PZT) o. Ä. und sind in einer langen, dünnen blechförmigen Form ausgebildet. Zusätzlich werden die piezoelektrischen Elemente 23 einer Pluspolbehandlung auf den Vorderflächen hiervon unterzogen, einer Minuspolbehandlung auf den Rückflächen hiervon unterzogen und werden in einer Richtung vom Pluspol zum Minuspol, das heißt in der Blechstärkenrichtung, polarisiert.
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Wie in 2 dargestellt sind auf den einzelnen Seitenflächen des säulenförmigen Teils 33 des Schwingungsübertragungskörpers 21 die vier piezoelektrischen Elemente 23 einzeln an den gleichen Positionen in der Längsrichtung der Beleuchtungsglasfaser 11 angeordnet. Es ist wünschenswert, dass die Spalte zwischen den piezoelektrischen Elementen 23 und dem Befestigungsteil 25 groß genug sind, damit das Dehnen/Zusammenziehen in wenigstens einer Richtung, die sich mit den Polarisationsrichtungen der piezoelektrischen Elemente 23 schneidet, nicht verhindert wird. Somit verhindert der Befestigungsteil 25 nicht das Dehnen/Zusammenziehen der Beleuchtungsglasfaser 11 in der Längsrichtung, das durch die piezoelektrischen Elemente 23 bewirkt wird.
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Zusätzlich sind wie in 3 mit Pfeilen, welche die Polarisationsrichtungen zeigen, dargestellt die jeweiligen Paare von piezoelektrischen Elementen 23, die zueinander in der radialen Richtung der Beleuchtungsglasfaser 11 zeigen, so angeordnet, dass die Polarisationsrichtungen hiervon in den gleichen Richtungen ausgerichtet sind. Zusätzlich sind die Leitungen 27A, welche die A-Phase bilden, durch den leitenden epoxidbasierten Klebstoff mit den Elektrodenoberflächen des ersten Paars von piezoelektrischen Elementen 23 verbunden und die Leitungen 27B, welche die B-Phase bilden, sind mit den Elektrodenoberflächen des zweiten Paars der piezoelektrischen Elemente 23 verbunden.
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Die piezoelektrischen Elemente 23 sind so ausgebildet, dass Schwingungen (seitliche Einwirkungen), die ein Dehnen/Zusammenziehen in Richtungen orthogonal zu den Polarisationsrichtungen hiervon bewirken, erzeugt werden, wenn Wechselspannungen darauf in den Polarisationsrichtungen durch die Leitungen 27A und 27B angelegt werden. Zusätzlich dehnt sich, wenn sich eines der piezoelektrischen Elemente 23 in einem Paar zusammenzieht, das andere piezoelektrische Element 23. Dadurch übertragen die jeweiligen Paare von piezoelektrischen Elementen 23 diese Schwingungen auf die Beleuchtungsglasfaser 11 über den Schwingungsübertragungskörper 21 und somit kann das distale Ende der Beleuchtungsglasfaser 11 in Richtungen in Schwingung versetzt werden, die sich mit der Längsrichtung schneiden.
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Wie in 2 dargestellt ist ein Ende der Leitung 27G mit dem Befestigungsteil 25 durch einen leitenden epoxidbasierten Klebstoff verbunden. Die Leitungen 27A und 27B werden nach dem Führen durch die Durchgangslöcher 25b des Befestigungsteils 25 mit den piezoelektrischen Elementen 23 verbunden und werden an den Durchgangslöchern 25b mit dem epoxidbasierten Klebstoff befestigt.
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Wie in 1 dargestellt bestehen die Erfassungsglasfasern 19 aus langen, dünnen Glasmaterialien und sind an der äußeren Umfangsfläche des Außenrohrs 15 entlang der Längsrichtung angeordnet. Die Erfassungsglasfasern 19 sind in der Umfangsrichtung des Außenrohrs 15 mit Abständen zueinander angeordnet. Zusätzlich sind die einen Enden der Erfassungsglasfasern 19 am distalen Ende des Außenrohrs 15 angeordnet und die anderen Enden hiervon sind mit dem Fotodetektor 5 verbunden.
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Zusätzlich zum Steuern der Beleuchtungsvorrichtung 3 und des Fotodetektors 5 ist die Steuerung 7 so ausgebildet, dass Bildinformationen durch Verknüpfen von vom Fotodetektor 5 erfassten Rückgabelichtstärkesignalen und Informationen zu vom Glasfaserabtaster 10 mit dem Beleuchtungslicht abgetasteten Positionen (Abtastpositionsinformationen) erzeugt werden können.
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Nachfolgend ist die Bedienung des so ausgebildeten Glasfaserabtasters 10, der Beleuchtungsvorrichtung 3 und der Endoskopvorrichtung 100 beschrieben.
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Zum Beobachten eines Bildgebungsgegenstands mit dem Glasfaserabtaster 10, der Beleuchtungsvorrichtung 3 und der Endoskopvorrichtung 100 gemäß dieser Ausführungsform wird zunächst das distale Ende des Außenrohrs 15 so angeordnet, dass es zum Bildgebungsgegenstand zeigt, und von der Lichtquelle 1 wird das Beleuchtungslicht erzeugt. Das von der Lichtquelle 1 ausgestrahlte Beleuchtungslicht wird von der Beleuchtungsglasfaser 11 geleitet und vom distalen Ende hiervon ausgestrahlt und die Fokussierlinse 13 strahlt das Beleuchtungslicht auf den Bildgebungsgegenstand.
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Wenn Rückgabelicht wie Reflexlicht, Fluoreszenz o. Ä. am Bildgebungsgegenstand aufgrund der Bestrahlung mit dem Beleuchtungslicht erzeugt wird, wird dieses Rückgabelicht von den Erfassungsglasfasern 19 geleitet und vom Fotodetektor 5 erfasst. Anschließend verknüpft die Steuerung 7 die vom Fotodetektor 5 ausgegebenen Rückgabelichtstärkesignale mit den Abtastpositionsinformationen des Glasfaserabtasters 10, wodurch die Signale in Bildinformationen umgewandelt werden. Somit kann ein Bild des mit dem Beleuchtungslicht bestrahlten Bildgebungsgegenstands erzeugt werden.
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Nachfolgend ist das Abtasten mit dem Beleuchtungslicht durch den Glasfaserabtaster 10 beschrieben.
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Zum Abtasten mit dem Beleuchtungslicht durch den Glasfaserabtaster 10 wird zunächst eine Biegeresonanzfrequenz der Beleuchtungsglasfaser 11, bei der ein Knoten in der Nähe der Mitte des Befestigungsteils 25 in der axialen Richtung auftritt und ein Bauch im distalen Endteil der Beleuchtungsglasfaser 11 auftritt, erregt.
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Wenn eine Wechselspannung entsprechend der Biegeresonanzfrequenz am ersten Paar von piezoelektrischen Elementen (23) (nachfolgend als piezoelektrische Elemente der A-Phase 23 bezeichnet) angelegt wird, werden Schwingungen in diesen piezoelektrischen Elementen der A-Phase 23 erzeugt. Anschließend werden die in den piezoelektrischen Elementen der A-Phase 23 erzeugten Schwingungen über den Schwingungsübertragungskörper 21 auf die Beleuchtungsglasfaser 11 übertragen und somit wird der distale Endteil der Beleuchtungsglasfaser 11 in einer Richtung, die sich mit der Längsrichtung schneidet (beispielsweise der Richtung der X-Achse (A-Phase) in 1 bis 3), in Schwingung versetzt.
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Auf ähnliche Weise werden, wenn eine Wechselspannung entsprechend der Biegeresonanzfrequenz am zweiten Paar von piezoelektrischen Elementen (23) (nachfolgend als piezoelektrische Elemente der B-Phase 23 bezeichnet) angelegt wird, Schwingungen in diesen piezoelektrischen Elementen der B-Phase 23 erzeugt. Anschließend werden die in den piezoelektrischen Elementen der A-Phase 23 erzeugten Schwingungen über den Schwingungsübertragungskörper 21 auf die Beleuchtungsglasfaser 11 übertragen und somit wird der distale Endteil der Beleuchtungsglasfaser 11 in einer Richtung, die orthogonal zur X-Achsen-Richtung ist (beispielsweise der Richtung der Y-Achse (B-Phase) in 1 bis 3), in Schwingung versetzt.
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Durch gleichzeitiges Erzeugen der Schwingungen in der X-Achsen-Richtung durch die piezoelektrischen Elemente der A-Phase 23 und der Schwingungen in der Y-Achsen-Richtung durch die piezoelektrischen Elemente der B-Phase 23 und durch Versetzen der Phasen der auf die piezoelektrischen Elemente der A-Phase 23 und die piezoelektrischen Elemente der B-Phase 23 anzuwendenden wechselnden Signale um π/2 folgen die Schwingungen im distalen Endteil der Beleuchtungsglasfaser 11 einer kreisförmigen Bahn. Wenn die Höhe der an den piezoelektrischen Elementen der A-Phase 23 und den piezoelektrischen Elementen der B-Phase 23 anzulegenden Wechselspannungen schrittweise in diesem Zustand zunimmt und abnimmt (was Spannungsmodulationen verursacht), wird das distale Ende der Beleuchtungsglasfaser 11 in einer spiralförmigen Weise in Schwingung versetzt. Dadurch kann mit dem vom distalen Ende der Beleuchtungsglasfaser 11 ausgestrahlte Beleuchtungslicht der Bildgebungsgegenstand in einer spiralförmigen Weise abgetastet werden.
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In diesem Fall nehmen beim Glasfaserabtaster 10 gemäß dieser Ausführungsform, da der distale Endteil 35, der die Beleuchtungsglasfaser 11 im Schwingungsübertragungskörper 21 im montierten Zustand stützt, eine Rotorform aufweist, in welcher die Querschnittsfläche in der radialen Richtung schrittweise vom säulenförmigen Teil 33 zum distalen Ende der Beleuchtungsglasfaser 11 hin abnimmt, Änderungen in der Querschnittsfläche schrittweise vom Teil, in dem die Beleuchtungsglasfaser 11 am distalen Endteil 35 montiert ist, zum Teil, in dem das distale Ende der Glasfaser 11 freiliegt, ab.
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Dadurch kann verhindert werden, dass sich durch die vom Schwingungsübertragungskörper 21 auf die Beleuchtungsglasfaser 11 übertragene Lasten an einem Punkt in der Nähe des distalen Endes der Beleuchtungsglasfaser 11 konzentrieren, und somit kann ein Brechen der Beleuchtungsglasfaser 11 aufgrund abrupter Laständerungen verhindert werden. Somit können die in den piezoelektrischen Elementen 23 erzeugten Schwingungen mit dem Schwingungsübertragungskörper 21 stoßfrei auf die Beleuchtungsglasfaser 11 übertragen werden und die Beleuchtungsglasfaser 11 kann stabil in Schwingung versetzt werden.
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Zusätzlich können durch Ausbilden des säulenförmigen Teils 33 und des distalen Endteils 35 des Schwingungsübertragungskörpers 21 als separate Teile beispielsweise der säulenförmige Teil 33 und der distale Endteil 35 durch Verwenden unterschiedlicher Materialien gebildet werden und die Größe des Durchgangslochs 33a des säulenförmigen Teils 33 und die des Montagelochs 35c des distalen Endteils 35 unterschiedlich gestaltet werden.
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Zusätzlich kann mit der Beleuchtungsvorrichtung 3 gemäß dieser Ausführungsform durch Verwenden solch eines Glasfaserabtasters 10 eine gewünschte Position im Bildgebungsgegenstand präzise beleuchtet werden. Ferner kann mit der Endoskopvorrichtung 100 gemäß dieser Ausführungsform eine genaue Beobachtung auf der Basis von Bildinformationen eines gewünschten Beobachtungsbereichs im Bildgebungsgegenstand durchgeführt werden, die auf der Basis von vom Fotodetektor 5 erfassten Rückgabelichtstärkesignalen erhalten werden.
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Diese Ausführungsform kann wie nachfolgend beschrieben modifiziert werden.
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In dieser Ausführungsform wurde der Schwingungsübertragungskörper 21, in dem der säulenförmige Teil 33 und der distale Endteil 35 als separate Teile ausgebildet sind, als ein Beispiel für den Schwingungsübertragungskörper beschrieben. Alternativ ist es zulässig, als eine erste Modifizierung einen Schwingungsübertragungskörper 41 zu verwenden, in dem der säulenförmige Teil 33 und der distale Endteil 35 als ein einziges Teil geformt sind, wie in 6, 7A, 7B und 7C dargestellt.
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Hierdurch tritt Spiel o. Ä. aufgrund der Variabilität in der Verarbeitungsgenauigkeit zwischen dem distalen Endteil 35 und dem säulenförmigen Teil 33 im Schwingungsübertragungskörper 41 nicht auf. Daher können die Schwingungen in den piezoelektrischen Elementen 23 über den Schwingungsübertragungskörper 41 stoßfrei auf die Beleuchtungsglasfaser 11 übertragen werden.
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Als eine zweite Modifizierung ist es zulässig, als Schwingungsübertragungskörper beispielsweise einen Schwingungsübertragungskörper 43 zu verwenden, der ein rückseitiges Endteil 45 mit der gleichen Form wie das distale Endteil 35 wie in 8 dargestellt umfasst. In diesem Fall kann der säulenförmige Teil 33 an beiden Enden in der Längsrichtung die Öffnungen 33b aufweisen, in denen die Formen hiervon einen Höhenunterschied aufweisen, in dem die Öffnungsflächen der Durchgangslöcher 33a radial nach außen zunehmen, und der distale Endteil 35 sowie der rückseitige Endteil 45 können im montierten Zustand mit den einzelnen Öffnungen 33b gehalten werden.
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Mit dieser Modifizierung kann der Schwingungsübertragungskörper 43 verwendet werden, wenn er mit dem distalen Endteil 35 zum distalen Ende der Beleuchtungsglasfaser 11 hin zeigend angeordnet ist sowie wenn er mit dem rückseitigen Endteil 45 zum distalen Ende der Beleuchtungsglasfaser 11 hin angeordnet ist. Zusätzlich verringert, da der Schwingungsübertragungskörper 43 eine kleine Komponente ist, das Beseitigen des Erfordernisses, die Ausrichtung des Schwingungsübertragungskörpers 43 während der Herstellung zu berücksichtigen, die Komplexität der Herstellung. Zusätzlich können durch Ausbilden des säulenförmigen Teils 33, des distalen Endteils 35 und des rückseitigen Endteils 45 als separate Teile diese Komponenten durch Verwenden unterschiedlicher Materialien gebildet werden und die Größe des Durchgangslochs 33a des säulenförmigen Teils 33 und die der Montagelöcher 35c des distalen Endteils 35 und des rückseitigen Endteils 45 einfach unterschiedlich gestaltet werden.
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In dieser Modifizierung wurde der Schwingungsübertragungskörper 43, in dem der säulenförmige Teil 33, der distale Endteil 35 und der rückseitige Endteil 45 als separate Teile ausgebildet sind, als ein Beispiel beschrieben. Alternativ ist es zulässig, als eine dritte Modifizierung einen Schwingungsübertragungskörper 47, in dem der säulenförmige Teil 33, der distale Endteil 35 und der rückseitige Endteil 45 als ein einziges Teil geformt sind, wie in 9 dargestellt, zu verwenden.
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Hierdurch tritt Spiel o. Ä. aufgrund der Variabilität in der Verarbeitungsgenauigkeit zwischen dem säulenförmigen Teil 33 und sowohl dem distalen Endteil 35 als auch dem rückseitigen Endteil 45 im Schwingungsübertragungskörper 47 nicht auf. Daher können die Schwingungen in den piezoelektrischen Elementen 23 über den Schwingungsübertragungskörper 47 stoßfrei auf die Beleuchtungsglasfaser 11 übertragen werden.
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Wie zuvor beschrieben sind, obwohl die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausführlich in Bezug auf die Zeichnungen beschrieben wurde, spezifische Konfigurationen nicht auf diese Ausführungsform beschränkt, und Gestaltungsänderungen o. Ä., die nicht vom Umfang der vorliegenden Erfindung abweichen, sind ebenfalls inbegriffen. Beispielsweise ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Anwendungen in der Ausführungsform und die Modifizierungen hiervon wie zuvor beschrieben beschränkt; die vorliegende Erfindung kann auf Ausführungsformen angewendet werden, in denen diese Ausführungsformen und Modifizierungen hiervon entsprechend kombiniert sind, und es besteht keine besondere Beschränkung.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lichtquelle
- 3
- Beleuchtungsvorrichtung
- 5
- Fotodetektor
- 10
- Glasfaserabtaster
- 11
- Beleuchtungsglasfaser (Glasfaser)
- 13
- Fokussierlinse
- 15
- Außenrohr
- 21, 41, 43, 47
- Schwingungsübertragungskörper
- 23
- piezoelektrisches Element
- 25
- Befestigungsteil (Stützteil)
- 25a
- Montageloch
- 33
- säulenförmiger Teil
- 33a
- Durchgangsloch
- 35
- distaler Endteil
- 100
- Endoskopvorrichtung (Beobachtungsvorrichtung)
