JP2004361889A - 走査ミラー、ビーム走査型プローブ - Google Patents

Abstract

【課題】治療に有効な強度のレーザ光を良好に反射することができるミラーを有した走査ミラーを提供する。
【解決手段】弾性部材と圧電部材とを貼り合わせ、基台に一端を支持されている少なくとも１本のカンチレバーと、この少なくとも１本のカンチレバーの自由端に周辺部を支持されている回動ミラーとを備えており、この圧電部材に電圧が印加されると、その自由端が、所定方向に変位して回動ミラーの中心部を略一定位置に保持しつつ周辺部を変位させ、回動ミラーを傾斜させるよう構成する。
【選択図】 図５

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、体腔内の観察像を得たり該体腔内の組織を治療したりするビームを走査するための走査ミラー、及び該走査ミラーを備えたビーム走査型プローブに関する。
【０００２】
【従来の技術】
内視鏡を用いた脳神経手術（腫瘍の除去など）や子宮鏡を用いた子宮内胎児手術（先天奇形の早期治療）などにおいて、レーザを用いた精密な体腔内治療が有効である。また、このためには解像度の高い精密な観察も求められる。
【０００３】
光ファイバなどで体腔内にレーザ光を導入し、組織に照射して切開、蒸散、癒合を行う体腔内治療が既に行われているが、一般に照射範囲は光ファイバのコア径より大きく、微細な治療ができない。レンズを用いて集光することで照射範囲を小さくできるが、有効な治療をするためには先端部を精密に動かす必要がある。先端部を機械的に精密に動かすためには装置が複雑になり、信頼性も劣る。
【０００４】
レンズを用いて集光した光を、レンズと焦点の間にマイクロスキャナを置くことで精密にスキャンすることができる。例えば、レーザ光を体腔内の生体組織に照射し、その照射された生体組織からの反射光のうち、対物光学系の物体側焦点面における反射光のみを抽出することにより、その生体組織を観察する共焦点プローブが提案され実用に供している（例えば、特許文献１参照）。また、低干渉性の光を利用して体腔内の断層像を得る、光コヒーレンス・トモグラフィ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ、以下、ＯＣＴとする）の機能を備えているＯＣＴプローブも広く知られており実用に供している（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
上述した特許文献に記載されているプローブは、マイクロスキャナを駆動させることにより光源装置から射出したレーザ光を観察対象である生体組織でスキャンさせて２次元や３次元の画像を得る走査型のプローブである。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−２２１１９２号公報（第３〜５頁、第３〜５図）
【特許文献２】
特開２００１−８７２６９号公報（第３、４頁、第１図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、治療に有効な十分に強度の強いレーザ光をスキャンするには、これらのスキャナは一般にミラー部分が薄く、ダメージを受けやすい。ところが、サーフェスマイクロマシニングなどを用いて作製したマイクロスキャナ（言い換えると走査ミラー）のミラー部分は行程上厚くすることができない。
【０００８】
そこで、本発明は上記の事情に鑑み、治療に有効な強度のレーザ光を良好に反射することができるミラーを有した走査ミラー及びこの走査ミラーを備えたビーム走査型プローブを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決する本発明の一態様に係る走査ミラーは、弾性部材と圧電部材とを貼り合わせ、基台に一端を支持されている少なくとも１本のカンチレバーと、この少なくとも１本のカンチレバーの自由端に周辺部を支持されている回動ミラーとを備えており、圧電部材に電圧が印加されると、その自由端が、所定方向に変位して回動ミラーの中心部を略一定位置に保持しつつ周辺部を変位させ、回動ミラーを傾斜させる。このように走査ミラーを構成すると、例えば数百μｍ程度の厚みを有する反射部材を回動ミラーとして採用することができる。このような走査ミラーであれば、治療に有効な強度のレーザ光を良好に反射することができる。また、カンチレバーは、弾性部材を挟むようにさらにもう１つ圧電部材を貼り合わせたものであってもよい。
【００１０】
また、上記の課題を解決する本発明の一態様に係る走査ミラーは、２つの圧電部材を貼り合わせ、基台に一端を支持されている少なくとも１本のカンチレバーと、カンチレバーの自由端に周辺部を支持されている回動ミラーとを備えており、２つの圧電部材に電圧が印加されると、自由端が、所定方向に変位して回動ミラーの中心部を略一定位置に保持しつつ周辺部を変位させ、回動ミラーを傾斜させることができる。
【００１１】
また、上記走査ミラーにおいて、所定のビームは、光線の束である光ビームまたは超音波の束である超音波ビームのいずれか一方である。
【００１２】
また、上記走査ミラーは、回動ミラーの中心部を反射面と反対の面である支持面側から支持している軸頭をさらに備えている。
【００１３】
また、上記走査ミラーにおいて、カンチレバーと回動ミラーの間に、少なくとも２軸に変形する変形部を形成してもよい。また、この変形部は、カンチレバーと一体に形成されていてもよい。また、カンチレバー自由端に、回動ミラーの周辺部を支持する凸部を形成してもよい。また、回動ミラーの周辺部に、自由端と支持する凸部を形成してもよい。
【００１４】
また、上記走査ミラーにおいて、軸頭が回動ミラーを支持している支持部は支持面側に形成された凹部である。
【００１５】
また、上記走査ミラーにおいてカンチレバーが複数本備えられている場合、複数のカンチレバーの各々は長手方向が同一方向になるように配置されている。
【００１６】
また、上記の課題を解決する本発明の一態様に係る走査ミラーは、熱膨張係数の異なる２つの部材を貼り合わせ、さらに２つの部材の少なくとも１つに電熱ヒータを有した、基台に一端を支持されている少なくとも１本のカンチレバーと、少なくとも１本のカンチレバーの自由端に周辺部を支持されている回動ミラーとを備えており、電熱ヒータに電流が印加されると、自由端が、所定方向に変位して回動ミラーの中心部を略一定位置に保持しつつ周辺部を変位させ、回動ミラーを傾斜させることができる。
【００１７】
また、上記走査ミラーは、カンチレバーの変位を計測するセンサをさらに備えており、センサの計測結果に基づいてカンチレバーの変位量を制御することができる。
【００１８】
また、上記の課題を解決する本発明の一態様に係るビーム走査型プローブは、所定のビームを体腔内で走査するための走査ミラーを備えている。この走査ミラーは、弾性部材と圧電部材とを貼り合わせ、基台に一端を支持されている少なくとも１本のカンチレバーと、この少なくとも１本のカンチレバーの自由端に周辺部を支持されている回動ミラーとを備えており、圧電部材に電圧が印加されると、その自由端が、所定方向に変位して回動ミラーの中心部を略一定位置に保持しつつ周辺部を変位させ、回動ミラーを傾斜させる。またこのとき、所定のビームは、光線の束である光ビームまたは超音波の束である超音波ビームのいずれか一方である。
【００１９】
また、上記ビーム走査型プローブにおいて、走査ミラーはプローブの先端部内に備えられており、少なくとも１本のカンチレバーはその長手方向がプローブの長手方向と一致するように配置されている。従って、走査ミラーが占めるプローブの径方向のスペースを抑えることができるため、プローブの細径化が容易となる。
【００２０】
また、上記ビーム走査型プローブは、プローブの側面に所定のビームを透過させる透過部材をさらに備え、所定のビームを透過部材に導くよう回動ミラーを長手方向に対して傾けて配置したものであってもよい。
【００２１】
また、上記ビーム走査型プローブは、プローブの先端面に所定のビームを透過させる透過部材と、回動ミラーを反射した所定のビームを透過部材に導くよう固定された固定ミラーとをさらに備え、所定のビームを固定ミラーに導くよう回動ミラーを配置したものであってもよい。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施形態に用いられる内視鏡装置１０の構成を模式的に示した図である。この内視鏡装置１０は電子内視鏡装置と光ビーム走査型プローブ装置から構成されている。以下に、図１を用いて、この内視鏡装置１０の構成及び作用を説明する。
【００２３】
内視鏡装置１０に備えられている電子内視鏡装置は、体腔内に挿入して観察対象を撮像する電子内視鏡４００と、電子内視鏡４００から出力されてくる画像信号に所定の処理を施す画像処理機能と観察対象を照明する照明機能とを兼ね備えたプロセッサ５００と、プロセッサ５００から出力されてくる映像信号を表示するモニタ６００から構成されている。
【００２４】
図２は、本発明の実施形態に用いられる電子内視鏡４００の先端部４５０を拡大して示した拡大図である。以下に、図１に加えてこの図２を用いて、電子内視鏡装置の構成及び作用を説明する。
【００２５】
電子内視鏡４００は、プロセッサ５００に接続するための接続部を有している。この接続部には、上述した照明光をライトガイドに入射させるためのファイバジャック４１２と、プロセッサ５００と電気的に接続するためのケーブルジャック４１４とが備えられている。このファイバジャック４１２はプロセッサ５００が備えているファイバジャック５１２に接続され、ケーブルジャック４１４はプロセッサ５００が備えているケーブルジャック５１４に接続される。
【００２６】
電子内視鏡４００の内部にはその長手方向に沿って、プロセッサ５００から射出される照明光を観察対象まで導光するライトガイドが配置されている。図２に示すように、先端部４５０の前面には２つの照明窓４５２が備えられている。ファイバジャック４１２により接続されているプロセッサ５００から射出された照明光は、ライトガイドに導光され、この照明窓４５２から射出して観察対象を照明する。
【００２７】
また、電子内視鏡４００の内部にはその長手方向に沿って、先端部４５０内部に配置されている固体撮像素子とプロセッサ５００との間で信号を送受信するケーブルとが配置されている。このケーブルで伝送されている信号は、プロセッサ５００が固体撮像素子に送信する駆動パルスであったり、固体撮像素子がプロセッサ５００に送信する画像信号であったりする。この先端部４５０に備えられている固体撮像素子は例えばＣＣＤである。また、このような電子内視鏡に用いられるＣＣＤには、細径化を達成するために蓄積部を備えないフレームトランスファー型ＣＣＤが採用されている。図２に示すように、先端部４５０の前面には観察系４５４が備えられている。観察対象から反射してくる照明光は、観察光として観察系４５４に入射し、ＣＣＤに受光されて画像信号に変換され、ケーブルジャック４１４を介してプロセッサ５００に出力される。
【００２８】
また、電子内視鏡４００は、さまざまな処置具を電子内視鏡４００内部に挿入するための鉗子差込口４２２を有している。この鉗子差込口４２２は、生体組織の止血や採取等さまざまな処置を行うための鉗子や、生体組織を電子内視鏡４００と別の倍率で観察したりその断層像を観察したりするためのプローブ等が挿入される部位である。術者は、手術内容に応じてさまざまな処置具をこの鉗子差込口４２２に挿入することができる。
【００２９】
鉗子差込口４２２と先端部４５０とを繋いでいる挿入部可撓管４３２内部にはその長手方向に沿って、鉗子チャンネル４５６が備えられている。この鉗子チャンネル４５６の一端は鉗子差込口４２２であって、もう一端は先端部４５０の前面に形成されている穴部である。すなわち、この鉗子チャンネル４５６は鉗子差込口４２２と先端部４５０との間に形成されている円筒状の通路であって、鉗子差込口４２２に挿入された処置具は、図２に示すように、その先端部が先端部４５０の前面から僅かに突出するようにセットされる。
【００３０】
また、電子内視鏡４００は、術者が電子内視鏡４００を操作するための操作部４４２を鉗子差込口４２２近傍に備えている。この操作部４４２には、先端部４５０近傍をさまざまな方向に湾曲させることができるノブが複数種類備えられている。術者がこれらのノブを操作すると先端部４５０前面をあらゆる方向に向けることができる。従って、狭い体腔内において観察対象をさまざまな角度から観察することができる。また、この操作部４４２は、鉗子チャンネル４５６にセットされている処置具を操作することもできる。
【００３１】
このように構成された電子内視鏡４００により生成された画像信号は、モニタ６００に表示できるように画像処理を施すプロセッサ５００に出力される。次に、プロセッサ５００で行われる画像処理のプロセスを説明する。
【００３２】
ＣＣＤによって得られた観察対象の画像信号は、プロセッサ５００に備えられている初段信号処理部に送信される。この初段信号処理部は、送信された画像信号を増幅させ、サンプリング、ホールド等の処理を行う。そして、この画像信号をデジタル信号に変換させる。変換されたデジタル信号は、さらに、初段信号処理部が有しているマルチプレクサによってＣＣＤの駆動と同期して切り替えられ、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色の画像信号に分離されて、図示しないＲＧＢメモリが有している各メモリに出力される。
【００３３】
ＲＧＢメモリはＲ、Ｇ、Ｂの各色に対応した３つのフレームメモリであるＲメモリ、Ｇメモリ、Ｂメモリを備えており、初段信号処理部に分離された各色の画像信号は、それぞれ対応するフレームメモリに格納される。
【００３４】
図示しないタイミングジェネレータは、ＲＧＢメモリの各フレームメモリに格納されている画像信号を同時に読み出すためのタイミング信号を送信する。このタイミング信号は、例えば、１秒当たり３０フレームから構成される動画がモニタ上において表示できるタイミングで送信される。すなわち、このタイミングジェネレータは、ＲＧＢメモリの各フレームメモリに格納されている画像信号を１秒当たり３０フレーム、同時に読み出すタイミング信号を送信する。このタイミング信号に基づき、各色の画像信号は同時に読み出されて、図示しない後段信号処理部に出力される。
【００３５】
後段信号処理部は、この信号をアナログ信号に変換させ、さらにこのアナログ信号をモニタ６００に表示させるためのコンポジットビデオ信号や、Ｙ／Ｃ信号、ＲＧＢビデオ信号に変換する。そして、これらのビデオ信号がモニタ６００に出力されると、モニタ６００上に、電子内視鏡４００により撮像された観察対象の画像が表示される。
【００３６】
図３は、本発明の実施形態の光ビーム走査型プローブ装置の全体構成を示したブロック図である。内視鏡装置１０に備えられている光ビーム走査型プローブ装置は、鉗子チャンネル４５６に挿通される観察対象の像を得るための光ビーム走査型プローブ１００と、光ビーム走査型プローブ１００によって得られた観察対象の像に所定の画像処理を施す画像処理機能と観察対象を照射する照射機能とを兼ね備えたプロセッサ２００と、プロセッサ２００から出力されてくる映像信号を表示するモニタ３００から構成されている。以下に、図３を用いて、この光ビーム走査型プローブ装置の構成及び作用を説明する。
【００３７】
プロセッサ２００は観察用光源部２１０を備えている。この観察用光源部２１０は例えば低コヒーレント光を射出する光源である。この観察用光源部２１０から射出されるレーザ光の可干渉距離は極めて短く、その距離は数十〜数百μｍ程度となっている。観察用光源部２１０は制御部２７０から発信されてくる駆動パルスに応じてレーザ光を射出する。なお、この観察用光源部２１０は観察用途に限ることなく、別の用途の光源であっても良い。その際には、この光源部からのレーザ光の波長も別の帯域になる。
【００３８】
観察用光源部２１０から射出されたレーザ光はシングルモードの光ファイバである測定光用ファイバ２２２内を伝送していく。この測定光用ファイバ２２２の光路中にはフォトカプラ２２０が配置されている。このフォトカプラ２２０は、測定光用ファイバ２２２を、別のシングルモードの光ファイバである参照光用ファイバ２２４と光学的に結合している。従って、観察用光源部２１０から射出されたレーザ光はこのフォトカプラ２２０によって２つの光に分割される。分割されたレーザ光の一方は、測定光として測定光用ファイバ２２２内を伝送していき、もう一方は、参照光として参照光用ファイバ２２４内を伝送していく。なお、測定光用ファイバ２２２及び参照光用ファイバ２２４はシングルモードの光ファイバに限らず、マルチモード光ファイバであってもよい。
【００３９】
また、プロセッサ２００には観察用光源部２１０と別の光源部である治療用光源部２６０が備えられている。この治療用光源部２６０は患部を治療するための特定波長のレーザ光を射出する光源部である。治療用光源部２６０は制御部２７０から発信されてくる駆動パルスに応じてこの特定波長のレーザ光を射出する。この治療用光源部２６０から射出されたレーザ光は、治療光として治療光用ファイバ２６２内を伝送していく。
【００４０】
上述した、測定光用ファイバ２２２内を伝送していく測定光と治療光用ファイバ２６２内を伝送していく治療光との光路中には、切り替え用ミラー２４０が配置されている。この切り替え用ミラー２４０は、切り替え用ミラー２４０に入射してくる測定光または治療光のいずれか一方を、接続部２９０で接続されている光ビーム走査型プローブ１００に導く機能を有している。この切り替え用ミラー２４０は例えばこれらの光路中に回動可能に支持されているミラーであって、その回動状態に応じて上記２つの光のいずれか一方を光ビーム走査型プローブ１００に導くものである。術者は、プロセッサ２００に備えられた図示しない操作部を操作して切り替え用ミラー２４０を切り替えることにより、光ビーム走査型プローブ１００に導く光（測定光または治療光のいずれか一方）を選択することができる。
【００４１】
光ビーム走査型プローブ１００に導かれた測定光または治療光のいずれか一方は、光ビーム走査型プローブ１００内に配置されているファイバ内を伝送していき、光ビーム走査型プローブ１００の後述する観察窓が向けられている対象物に到達する。光ビーム走査型プローブ１００に導かれた光が測定光である場合、この測定光は観察対象で反射され、同様の光路で再び光ビーム走査型プローブ１００に入射し、プロセッサ２００に向かって光ビーム走査型プローブ１００内のファイバ内を伝送していく。また、光ビーム走査型プローブ１００に導かれた光が治療光である場合、この治療光は患部に照射され、その患部を治療する。
【００４２】
上述したように観察対象に反射された測定光は再び光ビーム走査型プローブ１００内のファイバ内を伝送していき、切り替え用ミラー２４０を介して測定光用ファイバ２２２に入射する。そしてこのファイバ内をフォトカプラ２２０に向かって伝送していく。
【００４３】
また、フォトカプラ２２０によって分割されたもう一方の光、すなわち参照光は参照光用ファイバ２２４内を伝送していく。参照光用ファイバ２２４の先端にはレンズ２３２が配置されている。
【００４４】
レンズ２３２を介した参照光の光路中には参照ミラー２３４が配置されている。この参照ミラー２３４は、参照光の光軸に対して垂直な方向に反射面を有している。また、この参照ミラー２３４は、ミラー駆動装置２３６によって参照光の光軸と平行な方向（矢印Ａ方向）に移動可能に備えられている。このミラー駆動装置２３６は、板状の圧電素子を複数枚積層することにより構成した、いわゆる積層型の圧電アクチュエータである。参照ミラー２３４がミラー駆動装置２３６によって移動すると、フォトカプラ２２０から参照ミラー２３４までの参照光の光路長が変化する。すなわち、フォトカプラ２２０から参照ミラー２３４までの参照光の光路長は、参照ミラー２３４を移動させることにより調節することができる。
【００４５】
参照光は、参照光用ファイバ２２４内を伝送していき、このファイバから射出されると、レンズ２３６によって参照ミラー２３４の反射面上で集光して反射する。反射された参照光は、同様の光路で再びレンズ２３６に入射し、参照光用ファイバ２２４内をフォトカプラ２２０に向かって伝送していく。
【００４６】
観察対象に反射されて測定光用ファイバ２２２内を伝送してきた測定光と、参照ミラー２３４に反射されて参照光用ファイバ２２４内を伝送してきた参照光とは、フォトカプラ２２０において干渉する。ただし、観察用光源部２１０から射出されたレーザ光は低コヒーレンス光であって、このレーザ光の可干渉距離は数十〜数百μｍ程度であるため、測定光が反射した観察対象からフォトカプラ２２０までの測定光の光路長と、参照ミラー２３４からフォトカプラ２２０までの参照光の光路長との差が、例えばミリオーダーの可干渉距離以上ある場合には、この２つの光は干渉しない。すなわち、これら測定光と参照光との光路長の差が観察用光源部２１０から射出されたレーザ光の可干渉距離以内の場合に限り、この２つの光は干渉する。
【００４７】
観察対象で反射した測定光と参照光とがフォトカプラ２２０において干渉すると、この干渉光はフォトディテクタ２５０に受光される。このフォトディテクタ２５０は、受光した干渉光を光電変換し、画像信号として制御部２７０に出力する。制御部２７０に出力されたこの画像信号は、さらに、画像処理部２８０に出力され、この画像処理部２８０によりモニタ３００に表示できるように所定の画像処理を施される。
【００４８】
モニタ３００に表示される光ビーム走査型プローブ装置によって得られた画像は、観察対象の２次元及び３次元画像である。この２次元画像は後述する走査ミラーによって得ることができる観察対象の平面方向の画像である。また、３次元画像は参照ミラー２３４を調節することにより得ることができる観察対象の深さ方向の画像である。以下に、観察対象の２次元画像を得るための光ビーム走査型プローブ装置の構成を説明する。
【００４９】
図４は、本発明の実施形態の光ビーム走査型プローブ１００の先端部の内部構造を模式的に示した断面図である。図４（ａ）は、光ビーム走査型プローブ１００の先端部をその長手方向に沿って示した側断面図である。また、図４（ｂ）は、光ビーム走査型プローブ１００の先端部をその長手方向に直交する方向から示した断面図である。以下に、図４を用いて、この光ビーム走査型プローブ１００の先端部の構成及び作用を説明する。
【００５０】
光ビーム走査型プローブ１００は全体が可撓性を有しているプローブチューブ１１２に覆われている。このプローブチューブ１１２の先端部には硬質なパッケージ１１４が配置されている。また、プローブチューブ１１２の先端部及びパッケージ１１４の一部は切り欠かれており、その切り欠かれた部分には観察窓１１６が隙間なく備えられている。また、プローブチューブ１１２には、上述した測定光が伝送されていくファイバ１１８がその長手方向に沿って配置している。このファイバ１１８の一端は接続部２９０と接続されており、もう一端はパッケージ１１４内に配置されている。
【００５１】
パッケージ１１４内には、ファイバ１１８の一方の端部に加えて、対物光学系１２０、固定ミラー１２２、及び走査ミラー１３０が備えられている。この走査ミラー１３０はケーブル１２４によってプロセッサ２００が備えている制御部２７０と電気的に接続されている。この走査ミラー１３０は、回動可能に支持した可動ミラー１３２を備えている。この回動ミラー１３２は、制御部２７０から発信されてくる駆動パルスに応じて回動するものである。また、この回動ミラー１３２は、数百μｍ程度の厚みを有した反射部材からなる。
【００５２】
プロセッサ２００側からファイバ１１８を伝送してきた測定光は、パッケージ１１４内のファイバ１１８の端部前面に配置されている対物光学系１２０に入射する。さらに、この測定光は対物光学系１２０を介してパッケージ１１４内に固定されている固定ミラー１２２に向かって進行していく。そしてこの測定光は、固定ミラー１２２で反射して回動ミラー１３２に向かって進行し、さらに、この回動ミラー１３２の反射面の中心位置である点Ｐで反射し、観察窓１１６を介して観察対象に向かって進行していく。このとき回動ミラー１３２は図４で示している矢印Ｂ及びＣ方向に高速で振動している。従って、この測定光は観察対象上を矢印Ｂ’及びＣ’方向に走査されていく。
【００５３】
観察対象上を走査し反射した測定光は、照射時と同一の光路を経て再び観察窓１１６に入射し、回動ミラー１３２、固定ミラー１２２、対物光学系１２０、及びファイバ１１８を介してプロセッサ２００に戻り、フォトカプラ２２０で参照光と干渉する。このようにして、矢印Ｂ’及びＣ’方向の観察対象の像、すなわち２次元の像を得ることができる。
【００５４】
なお、本発明の実施形態の光ビーム走査型プローブ１００は側視タイプのプローブとして構成されている。本実施形態の構成によると、体腔内の狭い管腔に挿入した場合、プローブ先端を湾曲させなくても管腔内の側壁と観察系とが向かい合うため、直視タイプに比べて患部を観察し易いという利点がある。また、患部を観察しながら微細な治療を行うことができる。
【００５５】
また、ラジアルタイプのプローブにおいてスラスト方向の観察像を得る場合、プローブ内部の光学系をプローブチューブに対して相対移動させているため、観察領域がプローブの先端側（スラスト方向）に素早く変化するよう操作すると、このプローブ内部の光学系が他の部材に当たって欠けてしまうことがあった。ところが本実施形態のプローブは、スラスト方向に関して広い範囲を観察することができ、ラジアル方向に関して電子内視鏡４００の操作部４４２で操作してプローブそのものを周方向に回転させることにより観察することができる。従って、本発明の実施形態の光ビーム走査型プローブ１００では容易に広い範囲を観察することができる。
【００５６】
図５は、本発明の実施形態の光ビーム走査型プローブ１００の先端部に備えられている走査ミラー１３０の構成を模式的に示した図である。図５（ａ）は、走査ミラー１３０の上面図である。また、図５（ｂ）及び図５（ｃ）は、走査ミラー１３０の側面図である。以下に、図５を用いて、この走査ミラー１３０の構成及び作用を説明する。
【００５７】
走査ミラー１３０は、上述した回動ミラー１３２に加えて、基台１３４、基台１３４に支持されている３本のカンチレバー１３６、及び支柱１３８から構成されている。
【００５８】
基台１３４は、短辺と長辺とを組み合わせたＬ字形状を有しているものであって、パッケージ１１４内に備えられている。この基台１３４は、上述したように、３本のカンチレバー１３６及び支柱１３８を支持している。
【００５９】
３本のカンチレバー１３６は、断面形状が長方形となる棒状の弾性材１３６ａ及び圧電材１３６ｂを貼り合わせることにより形成された、いわゆるユニモルフ構造を有したカンチレバーである。これらのカンチレバー１３６は基台１３４の短辺の端部にその一端が支持されている。すなわち、これらのカンチレバー１３６は一端が固定端となっており、もう一端が自由端となっている。
【００６０】
また、これらカンチレバー１３６の固定端に位置する圧電材１３６ｂはそれぞれケーブル１２４に接続されている。従って、これらの圧電材１３６ｂの各々に電圧が印加されると、その印加された電圧に応じて各々の圧電材１３６ｂが伸縮し、カンチレバー１３６の自由端の各々は図５の矢印Ｄ方向に変位する。説明を加えると、電圧印加により圧電材１３６ｂが伸長すると弾性材１３６ａに対して圧電材１３６ｂが長くなるため、カンチレバー１３６は基台１３４から離れる方向に変位する。また、電圧印加により圧電材１３６ｂが収縮すると弾性材１３６ａに対して圧電材１３６ｂが短くなるため、カンチレバー１３６は基台１３４に接近する方向に変位する。
【００６１】
また、圧電材１３６ｂに電圧を印加していない状態において、これらカンチレバー１３６の自由端の各々は回動ミラー１３２の反射面の周辺部と当接している。なお、これらのカンチレバー１３６は、自由端の矢印Ｄ方向の変位量を確保するために一方向に長く形成されている。また、これらのカンチレバー１３６は、その長手方向が基台１３４の長手方向と一致するように配置されている。
【００６２】
支柱１３８は、一端が半球状に形成されているものであって、もう一端がカンチレバー１３６を支持している短辺から長手方向に離れた基台１３４上で支持されている。回動ミラー１３２の反射面と反対の面である支持面の中心部には半球状の凹部１３２ａが形成されており、支柱１３８の半球形状を有している軸頭はこの凹部１３２ａで回動ミラー１３２を回動可能に支持している。
【００６３】
上述したように、回動ミラー１３２は、反射面周辺部が３本のカンチレバー１３６で支持されており、支持面中心部が支柱１３８の軸頭で支持されている。従って、圧電材１３６ｂの各々に電圧が印加されてそれぞれの自由端が変位すると、回動ミラー１３２は、支柱１３８の軸頭により中心部を支持されつつその周辺部が３本のカンチレバー１３６の自由端により押圧されてさまざまな角度に傾斜する。すなわち、回動ミラー１３２は、凹部１３２ａと支柱１３８の軸頭とが接している点を中心に矢印Ｂ及びＣ方向に傾斜する。この凹部１３２ａは、回動ミラー１３２の強度を考慮しつつ、凹部１３２ａと支柱１３８の軸頭とが接する上記点ができる限り反射面の中心位置である点Ｐに接近するように形成されている。従って、この回動ミラー１３２は、反射面の中心位置である点Ｐ、すなわち測定光が入射してくる点を略中心として矢印Ｂ及びＣ方向に傾斜する。
【００６４】
図６は、本発明の別の実施形態の光ビーム走査型プローブの先端部の内部構造を模式的に示した側断面図である。なお、この実施形態の光ビーム走査型プローブにおいて、図１から図５に示す上述の実施形態の光ビーム走査型プローブ１００と同一の構成には、同一の符号を付してここでの詳細な説明は省略する。
【００６５】
この実施形態において、走査ミラー１３０は光ビーム走査型プローブの長手方向に対して所定角度傾けて配置されている。説明を加えると、ファイバ１１８及び対物光学系１２０の光軸を含んだ平面上に、回動ミラー１３２の反射面の中心位置である点Ｐが位置するように、走査ミラー１３０は配置されている。従って、対物光学系１２０を射出した測定光は点Ｐに向かって進行していき、この点Ｐで反射し観察窓１１６を介して観察対象で走査される。なお、回動ミラー１３２が初期位置、すなわち傾斜していない状態にある場合に、測定光が光ビーム走査型プローブの長手方向に対して直交する方向に射出するのが好ましい。従って、ファイバ１１８及び対物光学系１２０の光軸を含んだ平面と配置されている走査ミラー１３０とがなす角度は４５度が好ましい。
【００６６】
以上が本発明の実施形態である。本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなくさらに様々な範囲で変形が可能である。
【００６７】
なお、本発明の実施形態において、走査ミラー１３０が備えられているプローブは、ＯＣＴの機能を有している光ビーム走査型プローブ１００であったが、他の形態の走査型プローブ、例えば共焦点顕微鏡を備えたプローブに走査ミラー１３０を備えてもよい。
【００６８】
また、本発明の実施形態において、走査ミラー１３０に備えられているカンチレバー１３６は、弾性材１３６ａ及び圧電材１３６ｂを貼り合わせることにより形成したユニモルフ構造を有したものであったが、弾性材１３６ａを両側面から挟むように２枚の圧電材１３６ｂを貼り合わせることにより形成したバイモルフ構造を有したものであってもよい。カンチレバーの各々をバイモルフ構造にした場合、それらの自由端の変位量を増加させることができるため、観察対象を広い範囲で観察することができる。また、さらに別の実施形態では、カンチレバー１３６は、圧電材１３６ｂを２枚貼り合わせることにより形成したバイモルフ構造であってもよい。
【００６９】
また、本発明の実施形態において、走査ミラー１３０に備えられているカンチレバー１３６は３本であるが、この走査ミラーに備えられるカンチレバー１３６は２本であってもよいし４本以上であってもよい。カンチレバー１３６の本数を減少させると、光ビーム走査型プローブ１００をより小型化させることができる。
【００７０】
また、本発明の実施形態において、１つの走査ミラー１３０を用いて測定光を観察対象に対して２次元に走査しているが、２つの走査ミラーを用いて測定光を観察対象に対して２次元に走査するよう構成してもよい。この実施形態では、それぞれの走査ミラーによって測定光をそれぞれ異なった方向に１次元に走査することにより、測定光を観察対象に対して２次元に走査することができる。このとき、それぞれの走査ミラーの回動ミラー１３２を一方向に傾斜させることができればよいため、１つの走査ミラーに対して１本のカンチレバー１３６を設ければよい。従って、走査ミラーの長手方向に直交する方向の幅をより細く形成することができる。その結果、光ビーム走査型プローブ１００の径方向に対する走査ミラーのスペースを抑えることができるため、この光ビーム走査型プローブ１００をより細径化することができる。
【００７１】
また、本発明の実施形態において、走査ミラー１３０に備えられている回動ミラー１３２は凹部１３２ａで支柱１３８に回動可能に支持されているが、この支柱１３８を削減した状態で走査ミラーを構成してもよい。この実施形態では、回動ミラーの周辺部は接着剤などの手段によりカンチレバー１３６の自由端に支持されている。説明を加えると、カンチレバー１３６の自由端には弾性部材が接着されており、さらにこの弾性部材は回動ミラーの周辺部に接着されている。この弾性部材は、カンチレバー１３６の自由端が変位した際に、その自由端と回動ミラーの周辺部に生じるねじれを吸収する機能を果たすものである。この実施形態の回動ミラーは、複数本のカンチレバー１３６それぞれの変位によって点Ｐを中心に回動している。この場合、回動ミラーに凹部１３２ａを形成する必要がないため、部品点数の削減及び組立工程の簡略化に加えて、回動ミラーを製造する工程も簡略化できる。
【００７２】
また、本発明の実施形態において、支柱１３８の先端部は半球状に形成されているが、この先端部は針状に尖らせて形成してもよい。支柱の先端部が半球形状である形態と比較した場合、回動ミラー１３２と支柱との接触部がより小さくなり、この接触部で損失する摩擦によるエネルギーが軽減するため、より高いエネルギー効率で回動ミラー１３２を回動させることができる。なお、回動ミラー１３２と支柱との接触部（例えば支柱１３８の軸頭と凹部１３２ａ）に、ＳｉＣやダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）等の耐摩耗性材料をコーティングするとよい。これらのような耐摩耗性材料を該接触部にコーティングすると、該接触部で発生し得る摩耗による劣化を防止することができ、その結果、経年変化が起こり難くなる。
【００７３】
また、本発明の実施形態において、カンチレバー１３６は回動ミラー１３２を反射面側から支持しているが、支持面側から支持したり、反射面と支持面との間の側面側から支持したりするよう構成してもよい。すなわち、カンチレバー１３６による回動ミラー１３２の支持方法により、走査ミラーのサイズ、回動ミラーの傾斜可能範囲、分解能、組立性などが変化するため、この走査ミラーが配置されるプローブに応じて上記支持方法を適宜選択して走査ミラーを構成することができる。
【００７４】
また、本発明の実施形態において、カンチレバー１３６は、圧電材１３６ｂの回動ミラー１３２側の面で回動ミラー１３２を支持しているが、図７に示したように、前記面上に凸部１３６ｃを形成して回動ミラー１３２を支持するよう構成してもよい。この凸部１３６ｃの先端部は、針状に尖らせて形成してもよいし、半球形状に形成してもよい。また、図８に示したように、回動ミラー１３２の反射面側にカンチレバー１３６と接する凸部１３２ｂを形成してもよい。なおこのとき、図７に示した凸部１３６ｃと回動ミラー１３２との接触部、及び図８に示した凸部１３２ｂとカンチレバー１３６との接触部に、上述した耐摩耗性材料をコーティングし、これらの部分における耐摩耗性を向上させるとよい。
【００７５】
また、図７で示した凸部１３６ｃの代わりに、２軸に変形可能な変形部を形成してもよい（図９）。図９（Ａ）は、この実施形態の回動ミラー１３２周辺部分を示した斜視図である。また、図９（Ｂ）及び図９（Ｃ）は、カンチレバー１３６に外力が加わったときの変形部の状態を示した図である。この実施形態では、３本のカンチレバー１３６の各々に、トーションバー１３６ｙと穴部１３６ｚからなる変形部が形成されている。トーションバー１３６ｙは、カンチレバー１３６の長手方向に形成されたバーであって、外力によって捻れたり撓んだりする。このトーションバー１３６ｙの一端は、回動ミラー１３２の支持面と面同士で接着しており、もう一端は、弾性材１３６ａと一体に形成されている。また、穴部１３６ｚは、弾性材１３６ａに形成された穴であって、弾性材１３６ａの長手方向と直交する方向に長く形成されている。例えば、図９（Ａ）で中央に配置しているカンチレバー１３６が回動ミラー１３２の反射面側に変位すると、このカンチレバー１３６は、図９（Ｂ）に示すように穴部１３６ｚの両脇の部分を撓ませつつ回動ミラー１３２を傾斜させる。このとき図９（Ａ）で両脇に配置している２本のカンチレバー１３６は、回動ミラー１３２の傾斜を吸収するようにトーションバー１３６ｙを捻らせる（図９（Ｃ））。すなわち変形部は、トーションバー１３６ｙ及び穴部１３６ｚにより、少なくとも２軸に変形することができる。また、穴部１３６ｚ周りの弾性材１３６ａを、長手方向と該長手方向とでそれぞれ異なった厚みに形成すると、穴部１３６ｚの両脇の部分がより撓み易くなり、かつトーションバー１３６ｙが捻れ易くなる。また、この実施形態では、カンチレバー１３６が回動ミラー１３２の支持面に接着されているため、他の実施形態と異なり、反射面を実質的に全面、反射面として使用することができる。
【００７６】
また、本発明の実施形態において、カンチレバー１３６には、圧電材が採用されているが、熱膨張係数の異なった部材を組み合わせてカンチレバーを構成してもよい。この実施形態では、上述した実施形態の圧電材１３６ｂの代わりに、弾性材１３６ａと異なった熱膨張係数を有した弾性材が採用されている。すなわちこの実施形態では、カンチレバーは２つの弾性材を貼り合わせることにより構成されている。さらにこれら２つの弾性材の少なくとも一方の表面には、電熱ヒータが貼り付けられている。この電熱ヒータに電流が印加されると、電熱ヒータからの熱により前記２つの弾性材は変形する。これら２つの弾性材は熱膨張係数がそれぞれ異なっているため、前記熱による変形量が異なる。そのため、この実施形態のカンチレバーは、上述した実施形態のカンチレバー１３６と同様に変位することができ、回動ミラーを所定方向に押圧することができる。
【００７７】
また、本発明の実施形態では、観察用光源部２１０から光ビームを観察対象に照射してその際の反射光に基づき観察画像を得ている。ここで別の実施形態では、超音波ビームを観察対象に向けて発振してその際に反射してきた音波に基づき観察画像を得るように構成してもよい。この実施形態を実現するためには、観察用光源部２１０を超音波トランスデューサ駆動回路に置き換え、光ファイバを電気配線に置き換え、さらに、レンズを超音波トランスデューサに置き換えればよい。この実施形態では、超音波トランスデューサから発振した超音波ビームが回動ミラーに向けて発射され、該回動ミラーの回動に応じて超音波ビームは観察対象にて走査される。その結果、この実施形態のプローブは、２次元画像を取得することができる。また、ＯＣＴと同様に、超音波ビームを用いると観察対象の深さ方向の画像情報も取得できるため、この実施形態のプローブでも３次元画像を取得することができる。このとき使用する超音波の周波数は、例えば、血管内ＩＶＵＳと同様に、１０ＭＨｚから３０ＭＨｚ程度の周波数であることが望ましい。
【００７８】
また、図６に示した実施形態は、走査ミラー全体が光ビーム走査型プローブの長手方向に対して所定角度傾けて配置されているが、図１０に示すように、走査ミラーのパーツのうち、基台やカンチレバーなどの回動ミラー以外のパーツは該長手方向と平行となり、回動ミラーのみ所定角度傾けて配置されるよう走査ミラーを構成してもよい。この実施形態の場合、対物光学系１２０を射出したビームは、直接回動ミラー１３２によって反射され、観察窓１１６から射出して対象物に照射される。
【００７９】
また、本発明の実施形態では、光ビーム走査型プローブは側視型のプローブであるが、図１１に示すような直視型のプローブであってもよい。この実施形態の場合、走査ミラー１３０は図１０と同様の構成である。また、観察窓１１６は、光ビーム走査型プローブ１００の先端面に設けられている。また、パッケージ１１４内には、回動ミラー１３２における反射光を観察窓１１６に導く固定ミラー１４０が設けられている。すなわち対物光学系１２０を射出したビームは、直接回動ミラー１３２によって反射され、さらに固定ミラー１４０に反射され、観察窓１１６から射出して該先端面と対向している対象物に照射される。
【００８０】
また、さらに別の実施形態では、上述した全ての実施形態の走査ミラーにカンチレバー１３６の変位を測定するセンサを加えた走査ミラーが備えられている。この実施形態では、前記センサがカンチレバー１３６の変位を測定し、図示しないフィードバック回路等がその測定結果に基づいてカンチレバー１３６に印加する電流または電流を調整、つまりカンチレバー１３６の変位を調整することができる。そのため、体腔内に照射される測定光または参照光の走査精度が向上する。
【００８１】
【発明の効果】
以上のように本発明の走査ミラーは、弾性部材と圧電部材とを貼り合わせ、基台に一端を支持されている少なくとも１本のカンチレバーと、この少なくとも１本のカンチレバーの自由端に周辺部を支持されている回動ミラーとを備えている。この圧電部材に電圧が印加されると、その自由端が、所定方向に変位して回動ミラーの中心部を略一定位置に保持しつつ周辺部を押圧し、回動ミラーを傾斜させる。このように走査ミラーを構成すると、例えば数百μｍ程度の厚みを有する反射部材をミラーとして採用することができる。このような走査ミラーであれば、治療に有効な強度のレーザ光を良好に反射することができる。さらに、安価な圧電部材によりミラーを回動させているため、低コストで製造することができる。また、カンチレバーを長く形成できるため、所定方向に関するカンチレバー自由端の変位量を大きくすることができる。従って、走査ミラーの小型化を達成しつつも回動ミラーのティルト量を確保することができる。また、本発明の走査ミラーによると、カンチレバーの変位量の制御により回動ミラーの角度を所定の角度に容易に固定させることも可能である。このように回動ミラーの角度を固定させた場合、治療用レーザの対象物に対する照射位置を固定した状態で該レーザの照射条件（例えばパルス幅、照射時間、強度等）を変えることができるため、効率良くかつ的確に該対象物への治療を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に用いられる内視鏡装置の構成を模式的に示した図である。
【図２】本発明の実施形態に用いられる電子内視鏡の先端部を拡大して示した拡大図である。
【図３】本発明の実施形態の光ビーム走査型プローブ装置の全体構成を示したブロック図である。
【図４】本発明の実施形態の光ビーム走査型プローブの先端部の内部構造を模式的に示した断面図である。
【図５】本発明の実施形態の光ビーム走査型プローブの先端部に備えられている走査ミラーの構成を模式的に示した図である。
【図６】本発明の別の実施形態の光ビーム走査型プローブの先端部の内部構造を模式的に示した側断面図である。
【図７】本発明の別の実施形態の光ビーム走査型プローブの先端部に備えられている走査ミラーの構成を模式的に示した図である。
【図８】本発明の別の実施形態の光ビーム走査型プローブの先端部に備えられている走査ミラーの構成を模式的に示した図である。
【図９】本発明の別の実施形態の回動ミラー周辺部分を示した図である。
【図１０】本発明の別の実施形態の光ビーム走査型プローブの先端部の内部構造を模式的に示した側断面図である。
【図１１】本発明の別の実施形態の光ビーム走査型プローブの先端部の内部構造を模式的に示した側断面図である。
【符号の説明】
１０ 内視鏡装置
１００ 光ビーム走査型プローブ
１３０ 走査ミラー
１３２ 回動ミラー
１３６ カンチレバー

Claims (18)

1. 所定のビームを走査する走査ミラーにおいて、
   弾性部材と圧電部材とを貼り合わせ、基台に一端を支持されている少なくとも１本のカンチレバーと、
   前記カンチレバーの自由端に周辺部を支持されている回動ミラーと、を備え、
   前記圧電部材に電圧が印加されると、前記自由端が、所定方向に変位して前記回動ミラーの中心部を略一定位置に保持しつつ前記周辺部を変位させ、前記回動ミラーを傾斜させること、を特徴とする走査ミラー。
2. 前記カンチレバーは、前記弾性部材を挟むようにさらにもう１つ圧電部材を貼り合わせたものであること、を特徴とする請求項１に記載の走査ミラー。
3. 所定のビームを走査する走査ミラーにおいて、
   ２つの圧電部材を貼り合わせ、基台に一端を支持されている少なくとも１本のカンチレバーと、
   前記カンチレバーの自由端に周辺部を支持されている回動ミラーと、を備え、
   ２つの前記圧電部材に電圧が印加されると、前記自由端が、所定方向に変位して前記回動ミラーの中心部を略一定位置に保持しつつ前記周辺部を変位させ、前記回動ミラーを傾斜させること、を特徴とする走査ミラー。
4. 前記所定のビームは、光線の束である光ビームまたは超音波の束である超音波ビームのいずれか一方であること、を特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の走査ミラー。
5. 前記回動ミラーの中心部を反射面と反対の面である支持面側から支持している軸頭をさらに備え、
   前記カンチレバーは、前記回動ミラーの周辺部を前記反射面側から支持していること、を特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の走査ミラー。
6. 前記カンチレバーと前記回動ミラーの間に、少なくとも２軸に変形する変形部を形成したこと、を特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の走査ミラー。
7. 前記変形部は、前記カンチレバーに一体に形成されていること、を特徴とする請求項６に記載の走査ミラー。
8. 前記自由端に、前記回動ミラーの周辺部を支持する凸部を形成したこと、を特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の走査ミラー。
9. 前記回動ミラーの周辺部に、前記自由端と支持する凸部を形成したこと、を特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の走査ミラー。
10. 前記軸頭が前記回動ミラーを支持している支持部は、前記支持面側に形成された凹部であること、を特徴とする請求項１から請求項９のいずれかに記載の走査ミラー。
11. 前記カンチレバーが複数本備えられている場合、前記複数のカンチレバーの各々は、長手方向が同一方向になるように配置されていること、を特徴とする請求項１から請求項１０のいずれかに記載の走査ミラー。
12. 所定のビームを走査する走査ミラーにおいて、
    熱膨張係数の異なる２つの部材を貼り合わせ、さらに２つの前記部材の少なくとも１つに電熱ヒータを有した、基台に一端を支持されている少なくとも１本のカンチレバーと、
    前記少なくとも１本のカンチレバーの自由端に周辺部を支持されている回動ミラーと、を備え、
    前記電熱ヒータに電流が印加されると、前記自由端が、所定方向に変位して前記回動ミラーの中心部を略一定位置に保持しつつ前記周辺部を変位させ、前記回動ミラーを傾斜させること、を特徴とする走査ミラー。
13. 前記カンチレバーの変位を計測するセンサをさらに備え、前記センサの計測結果に基づいて前記カンチレバーの変位量を制御すること、を特徴とする請求項１から請求項１２に記載の走査ミラー。
14. 波源部から射出した所定のビームを体腔内で走査して観察像を得るビーム走査型プローブにおいて、
    前記所定のビームを体腔内で走査するための走査ミラーを備え、
    前記走査ミラーは、弾性部材と圧電部材とを貼り合わせ、基台に一端を支持されている少なくとも１本のカンチレバーと、
    前記少なくとも１本のカンチレバーの自由端に周辺部を支持されている回動ミラーと、を備え、
    前記圧電部材に電圧が印加されると、前記自由端が、所定方向に変位して前記回動ミラーの中心部を略一定位置に保持しつつ前記周辺部を変位させ、前記回動ミラーを傾斜させること、を特徴とするビーム走査型プローブ。
15. 前記所定のビームは、光線の束である光ビームまたは超音波の束である超音波ビームのいずれか一方であること、を特徴とする請求項１４に記載のビーム走査型プローブ。
16. 前記走査ミラーはプローブの先端部内に備えられており、
    前記少なくとも１本のカンチレバーは、前記少なくとも１本のカンチレバーの長手方向が前記プローブの長手方向と一致するように配置されていること、を特徴とする請求項１４または請求項１５のいずれかに記載のビーム走査型プローブ。
17. 前記プローブの側面に前記所定のビームを透過させる透過部材をさらに備え、
    前記所定のビームを前記透過部材に導くよう前記回動ミラーを前記長手方向に対して傾けて配置したこと、を特徴とする請求項１４から請求項１６のいずれかに記載のビーム走査型プローブ。
18. 前記プローブの先端面に前記所定のビームを透過させる透過部材と、
    前記回動ミラーを反射した前記所定のビームを前記透過部材に導くよう固定された固定ミラーと、をさらに備え、
    前記所定のビームを前記固定ミラーに導くよう前記回動ミラーを配置したこと、を特徴とする請求項１４から請求項１６のいずれかに記載のビーム走査型プローブ。

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