JP2006015134A - 光走査装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】漏水による不具合を解消し、また光走査型プローブと制御装置との接続が外れているときはレーザの駆動を停止する。
【解決手段】 光走査型プローブ1は、光源を備えた光走査部としての体腔内に挿入可能な先端構成部2と、先端構成部2による光走査を制御する制御部3によって構成され、先端構成部2と制御部3とは電気ケーブル43が複数本通った細いチューブ4により接続されている。チューブ4の端部には電気コネクタ11が水密に固定して設けられており、制御部3にはこの電気コネクタ11が着脱自在に電気的に接続可能に設けられている。制御部3に対する電気コネクタ11の接続状態を検出し、電気コネクタ11が接続されることによりレーザ光を出射できるようにレーザ駆動回路64を制御するコネクタ接続検出回路71が設けられている。
【選択図】 図7

Description

本発明は、光走査装置、更に詳しくは光走査型プローブと制御装置との接続部分に特徴のある光走査装置に関する。
近年、生体組織を診断する装置としては、その組織の表面状態の光学的情報を得るイメージング装置の他に、組織内部の光学的情報を得ることのできる光CT装置が提案されている。この光CT装置としてはピコ秒パルスを用いて、生体内部の情報を検出し、断層像を得る。しかしながら、ピコ秒パルスオーダの極短パルス光を発生するレーザ光源は高価で大型となり、取扱いも面倒である。
最近になって、光CT装置としては、低干渉性光を用いて被検体に対する断層像を得る干渉型のOCT(オプティカル・コヒーレンス・トモグラフィ)が例えば特表平6ー511312号公報に開示されている。
また、生体組織や細胞を光軸方向に分解能を良好にして観察する装置としては、光走査型の共焦点顕微鏡が知られている。しかしながら、この場合、通常の共焦点顕微鏡はサイズが大きく、そのためサンプルを小さく切り出して顕微鏡に載せて観察している。また、この共焦点顕微鏡を小さくして、生物の消化管などに誘導して観察する微小共焦点内視鏡が、例えば特開平9−230248号公報等に開示されている。
特表平6ー511312号公報 特開平9−230248号公報
しかしながら、上記干渉型のOCTや微小共焦点内視鏡は、光走査型プローブと制御装置のコネクタが非水密構造であるため、使用後に洗浄・消毒液に浸漬するとコネクタ内部が漏水し故障の原因となるといった問題がある。また、上記干渉型のOCTや微小共焦点内視鏡は、光走査型プローブと制御装置とが接続されていないときでもレーザが駆動されるという問題もある。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、漏水による不具合を解消し、また光走査型プローブと制御装置との接続が外れているときはレーザの駆動を停止することのできる光走査装置を提供することを目的としている。
本発明の一態様による光走査装置は、光走査手段を有し水密的に構成されて体腔内に挿入可能な光走査型プローブと、前記光走査型プローブが着脱自在に設けられ、前記光走査型プローブの検出信号及び/又は検出光を受ける信号検出手段を有する制御部と、前記制御部に内蔵され、光を照射する光源装置と、前記光走査手段を駆動する光走査駆動手段と、前記光走査型プローブの着脱状態を検知する着脱状態検知手段と、を備えることを特徴とする。
本発明によれば、漏水による不具合を解消し、また光走査型プローブと制御装置との接続が外れているときはレーザの駆動を停止することができる。
以下、図面を参照しながら本発明の実施例について述べる。
図1ないし図9は本発明の実施例1に係わり、図1は光走査型プローブの構成を示す構成図、図2は図1の電気コネクタの構成を示す断面図、図3は図1の先端構成部の構成を示す構成図、図4は図3の光学ユニットの構成を示す構成図、図5は図4の光学ユニットのスキャンミラーの製造方法を説明する第1の説明図、図6は図4の光学ユニットのスキャンミラーの製造方法を説明する第2の説明図、図7は図1の制御部の構成を示す構成図、図8は図4の光学ユニットによる焦点走査を説明する説明図、図9は図1の電気コネクタの変形例の構成を示す断面図である。
(構成)
図1に示すように、本実施例の光走査装置としての光走査型プローブ1は、光源を備えた光走査部としての体腔内に挿入可能な先端構成部2と、先端構成部2による光走査を制御する制御部3によって構成され、先端構成部2と制御部3とは電気ケーブル43が複数本通った細いチューブ4により接続されている。
チューブ4の端部には電気コネクタ11が水密に固定して設けられており、制御部3にはこの電気コネクタ11が着脱自在に電気的に接続可能に設けられている。
電気コネクタ11の断面図を図2に示す。電気コネクタ11の本体12には接続部13とが、図2のように水密的に接着固定されている。チューブ4内を通る電気ケーブル15は、電気コネクタ11が制御部3に接続されているとき、後述する図3の電気ケーブル43と電気的に接続されて、後述する図3の光学ユニット22を制御するようになっている。
一方、導電性のピン14とチューブ4内を通る電気ケーブル15が、図2のようにはんだ付け固定されている。ピン14は、電気コネクタ11を制御部3に接続すると、制御部3に設けられた導電性のピン19と接触して電気的に接続される。制御部3には、フォトダイオード17とフォトトランジスタ18が、電気コネクタ11が制御部3に接続されたときに接続部13と接する部分に、接続部13によっておおわれるような位置に設けられている。フォトダイオード17とフォトトランジスタ18は、各々抵抗と+5Vの電源と0VのGNDに電気的に接続されて電気回路をなしており、フォトトランジスタ18にはさらにその動作状態を出力する出力部20が設けられている。また、フォトダイオード17の出射光が透光するように穴16aと、その出射光をフォトトランジスタ18で受光できるように穴16bが、各々設けられている。
図3に示すように、先端構成部2は、本体21、光学ユニット22及び図中のZ軸方向に可動なZ軸アクチュエータ23からなり、本体21は透明な窓部24を有している。Z軸アクチュエータ23は、バイモルフ型の圧電アクチュエータによって構成され、電圧を印加することによって光学ユニット22を方向25へアクチュエーションする。Z軸アクチュエータ23の一端は本体21に接着され、このZ軸アクチュエータ23からの配線は電気ケーブル43を通って図1に示した制御部3へと接続されている。
ここで、本体21は、内部に光学ユニット22等を有する中空のパイプになっており、このパイプを前側からふさぐ前フタ21aと根本側からふさぐ後フタ21bとがパイプに接着固定されており、さらに透明な窓部24も本体21の内部が水密構造となるように接着固定されている。
図4に示すように、光学ユニット22は、Z軸アクチュエータ23の端部に接着されたシリコン基板31と、前記シリコン基板31に接着したプレート32と、前記プレート32に接着されたスペーサ33と、スペーサ33に接着された上板34とによって構成されている。このスペーサ33には、波長780nmのレーザ光を発生する小型の半導体レーザ35が接着固定されている。また、シリコン基板31とプレート32によって、スキャンミラー36が構成されており、スキャンミラー36はいわゆるジンバルミラーである。また、スペーサ33はミラー部37を有し、上板34には回折格子レンズ38が設けられている。
ここで、半導体レーザ35から出射される光が、最初にスペーサ33のミラー部37で反射し、次にスキャンミラー36で反射した後に、上板34の回折格子レンズ38を透過することによって焦点39を結ぶように導かれるような位置関係に、それぞれが構成されている。
また、半導体レーザ35の出射端面にはレーザが出射される範囲にのみハーフミラー膜40が設けられており、焦点39からの戻り光の一部がプレート32面に導かれるように構成されている。また、レーザの導かれるプレート32面上には光を検知するフォトダイオード41が設けられている。
また、スキャンミラー36、半導体レーザ35及びフォトダイオード41は、プレート32上の図示しないパターンを介してランド部42に電気的に接続され、このランド部42に電気ケーブル43が接続される。そして、このケーブル43はチューブ4の内部を通り、制御部3へ接続される(図1参照)。
次に、光学ユニット22の製法について説明する。
シリコン基板31は低抵抗値(約10Ωcm以下)のものを用い、くぼみ52を形成する部分以外の表面をレジスト等によりマスクを形成して、KOHあるいはTMAH等の異方性湿式エッチング法、あるいはドライエッチング法によりくぼみ52を形成する。くぼみ52の深さについては、スキャンミラー36の可動範囲をカバーするような深さに設定する。
また、プレート32はシリコンからなり、プレート32はシリコン基板31上に、シリコン基板31の表面に形成したSiO2 等の基板上の酸化物層(図示せず)を介在するようにして接合させる。ここで、該プレート32とシリコン基板31は図示しない絶縁膜層により電気的に絶縁されている。
そして、プレート32はシリコン基板31との接合後に、スキャンミラー36等を加工形成する。すなわち、プレート32の表面に、まず窒化膜をCVD(Chemical Vapor Deposition)法等により形成し、スキャンミラー36を形成するために、窒化膜をホトリソグラフィ法/エッチング法により加工する。
この時のスキャンミラー36を上方から見た平面図を図5に示す。図5の黒塗り部53aは、プレート32をエッチング法により加工する際に、マスクとなる窒化膜を設けなかった部分、つまり窒化膜が除去されている部分であり、白い部分は窒化膜により覆われている。
この黒ぬり部53aに対応するプレート32を加工する前に、アルミニウムなどの金属薄膜をデポジッションし、ホトリソグラフィ法によりパターニングすることにより、選択的に導電膜層を形成する。この導電膜層としては、図6に示すように、スキャンミラー36の電極54a、54b、54c、54d、配線55a、55b、55c、55d等が含まれる。これらの配線55a、55b、55c、55dはランド部42までパターンがつながっており、このときに同時に半導体レーザ35の配線(図示しない)、フォトダイオード41の配線(図示しない)、ランド部42も形成する。ここで、電極54a、54b、54c、54dはミラーの役割も兼ねる。
導電層を成膜・加工した後、シリコン窒化膜をマスクにしてプレート32をエッチングしてスキャンミラー36等を形成する。なお、エッチング液、あるいはエッチングガスが電極54a等を侵す場合には、これら導電パターン上をレジスト等を用いて保護すればよい。
このエッチング処理により、図5に示した窒化膜に覆われていない黒ぬり部53aに対応したプレート32の部分が除去され、ジンバル構造のスキャンミラー36等が形成される。スキャンミラー36のヒンジ部56、57は、両側からアンダーエッチされることにより窒化膜部分のみが残って形成され、このヒンジ部56、57を軸にしてスキャンミラー36の中心部58がX方向、Y方向2次元に回転できるようになる。
フォトダイオード41は、別途製作したものを接着し、プレート32上の配線と導通するようにする。なお、本実施の形態では、フォトダイオード41を別途製作し、接着する例を示したが、上記の半導体プロセスで、プレート32またはシリコン基板31にフォトダイオード41を製作しても構わない。
図4に戻り、スペーサ33はシリコンから成り、ホトリソグラフィ法とエッチング法によりシリコンをエッチングして開口部を作ることにより開口部側部内面にミラー部37が形成され、また、同時に半導体レーザ35をガイドして固定する部分も形成し、ここに別途製作した半導体レーザ35を接着する。なお、ミラー部37のミラーはシリコン加工後、スパッタ法や蒸着法等により形成される。ミラー部37がアルミニウムよりなる場合、その厚さは150〜200nmが最適である。
このスペーサ33をプレート32と接着するが、このとき半導体レーザ35の底面に設けられた配線と、プレート32に設けられた配線と導通するようにする。
また、本実施例では、半導体レーザ35を別途製作して、スペーサ33に組み込んだが、スペーサ33を製作するときに、半導体レーザ35を直接つくりこんでも構わない。
上板34は石英ガラスで構成され、回折格子レンズ38は電子ビームリソグラフィーによるパターンの転写と、異方性リアクティブイオンエッチングによって製作される。その後スペーサ33に接着される。
制御部3は、図7に示すように、半導体レーザ35を駆動制御するするレーザ駆動回路64と、電極54a、54b、54c、54dに接続されスキャンミラー36を駆動しXY走査を行うXY駆動回路65と、Z軸アクチュエータ23を駆動しZ走査を行うZ駆動回路66、フォトダイオード41からの検出信号を増幅する増幅回路67と、フォトトランジスタ18からの信号により電気コネクタ11の接続状態を検出し電気コネクタ11が接続されるとレーザ光を出射できるようにレーザ駆動回路64を制御するコネクタ接続検出回路71と、XY駆動回路65及びZ駆動回路66から駆動信号を入力し増幅回路67が増幅した検出信号に基づき走査画像を生成する画像処理回路68と、画像処理回路68が生成した走査画像を表示するモニタ69と、画像処理回路68が生成した走査画像を記録する記録装置70によって構成されている。
(作用)
レーザ駆動回路64により駆動された半導体レーザ35からレーザ光が発せられる。このレーザ光は図4のようにミラー部37で反射し、次にスキャンミラー36に反射し、上板の回折格子レンズ38を透過することによって、焦点39を結ぶ。この焦点39の位置に物体があって光が反射される場合、反射光は入射光と同じ光路を通り、再び半導体レーザ35の出射口で焦点を結び、この端面に設けられたハーフミラー膜40によって、その光の一部がフォトダイオード41へ導かれる。
この時、焦点以外からの反射光は、入射光と同じ光路を通ることができず、半導体レーザ35の出射口端面で焦点を結ぶことができない。ハーフミラー膜40はレーザ出射口の範囲にのみ設けられているので、ここで焦点を結ばない光はほとんどハーフミラー膜40で反射せず、したがってフォトダイオード41に入射しない。つまり、この半導体レーザ35のハーフミラー膜40が小さいピンホールの働きをし、共焦点光学系をなすようになる。
また、この状態で制御部3のXY駆動回路65によってスキャンミラー48の電極54a、54bを交互に正に帯電させ、シリコン基板31をグランドに接続すると、スキャンミラー36の電極54a、54bはそれぞれ正に帯電させた時には静電気力で基板と引き合い、スキャンミラー36の中心部58はヒンジ57を回転軸にして振動する。これにともなって、図4に示すように、レーザ光の焦点39の位置は走査面のX方向(紙面に垂直方向)に走査される。また、電極54c、54dを、交互に正の電荷を帯電させることによって、スキャンミラー36の中心部58はヒンジ56を回転軸にして振動する。これにともなってレーザ光の焦点39の位置は走査面のY方向(X方向に垂直)に走査される。
ここで、Y方向の振動の周波数を、X方向の走査の周波数よりも充分に遅くし、適切なタイミングで制御することで、焦点39は図8のように対象物面を順に走査する。これにともなって、この対象物面の各点の反射光がフォトダイオード41で受光される。
このフォトダイオード41によって光は電気信号に変換され、これらの電気信号は制御部3の増幅回路67で増幅される。ここで増幅された信号は、画像処理回路68に送られる。画像処理回路68では、XY駆動回路65の駆動波形を参照して、どの焦点位置からの信号出力であるかを計算し、さらにこの点における反射光の強さを計算し、モニタに表示させる。これらを繰り返すことによって走査面の反射光をモニタに画像化する。また、必要に応じて画像データを記録装置70に記録する。
また、Z駆動回路66で、Z軸アクチュエータ35を駆動することによって、焦点位置を図4に示すZ方向に移動させることができる。この状態で上記のように画像の取り込みを行うことによって、試料のZ方向に移動した別の断面を観察することができる。さらに、画像処理回路68はZ方向に位置の異なる複数の走査画像のデータと、各画像におけるZ軸駆動回路66の出力を適宜記録装置70に記録し、これらを参照することによって3次元画像を構築し、モニタに表示することもできる。
また、図2のように、フォトダイオード17は抵抗R1を介して電源に接続されており、制御部3の電源がONのときは常に発光している。電気コネクタ11が制御部3に接続されたときに、フォトダイオード17の出射光が接続部13が遮られ、抵抗R2を介して電源に接続されているフォトトランジスタ18に光が入射せず、抵抗R2の両端に電位差が生じず、出力部20の電位は+5Vとなる。一方、電気コネクタ11が制御部3からはずれたときに、フォトダイオード17の出射光がフォトトランジスタ18に受光され、抵抗R2の両端に電位差が生じ、出力部20の電位は0Vとなる。出力部20が0Vのとき、図4の半導体レーザ35が駆動し、+5Vのとき半導体レーザ35が停止するように、図7のコネクタ接続検出回路71でレーザ駆動回路64を制御する。
なお、図2では電気ケーブル15が3本しか示されていないが、図7に示すように、制御部3がフォトダイオード41、およびフォトトランジスタ18からの信号を受け取り、かつ半導体レーザ35、電極54a,54b,55c,55d、およびZ軸アクチュエータ23を制御する制御信号を送るのに必要な本数分の電気ケーブルを有している。
本実施例では、半導体レーザ35の先端にハーフミラー膜40を設けたが、この膜はハーフミラー膜に限らず、波長によって反射率の異なるダイクロックミラー膜を設けてもよい。
なお、本実施例の変形例として、図2のピン14の代わりに、図9に示すように、ピン81がショートされており、制御部3側にピン82が設けられ、これがコネクタ接続時にピン81とショートし、信号出力回路83の出力部84の電位が0Vとなり、一方、非接続時にはピン81がオープンで、出力部84の電位が+5Vとなり、出力部84が0Vのときレーザ駆動、+5Vのときレーザ停止するようにコネクタ接続検出回路71を制御するようにしてもよい。
(実施例1の効果)
以上のように本実施例の光走査型プローブ1では、体腔内に挿入可能なチューブ4の先端の先端構成部2に、被検部に光を照射するための半導体レーザ35を設けたので、光ファイバを用いてレーザ光を伝達する必要がなくなり、伝達部分の外径を細くすることができる。また、光ファイバへのレーザ光の導入時の位置あわせの調整の煩わしさがなくなる。さらに、光を伝達するときのレーザ光の損失がないので、レーザ光源の出力は必要最小限で済む。
また、スキャンミラー36としてジンバルミラー構造を用いたので、簡単な構造で2方向にレーザ点を走査できる。
さらに、半導体レーザ35の出射口にのみ、ハーフミラー膜40を設けたので、このハーフミラー膜40がピンホールの役割となり、簡単に共焦点光学系を形成することができる。
また、先端構成部2内部にフォトダイオード41を設けたので、全部の光学系を先端構成部2内部で構成でき、コンパクトにすることができる。しかも検出光をファイバで伝送することなく検出できるので、光量の損失がないばかりかファイバ途中での外乱によるノイズのない像をとることができる。
また、電気コネクタ11、先端構成部2ともに水密構造を保っているので、本プローブ使用後、電気コネクタ11を制御部3から外し、洗滌・消毒するときに、洗滌・消毒液に浸漬可能である。
また、電気コネクタ11が制御部に接続されているときはレーザ駆動し、接続が外れると、レーザへの電源供給を停止するので、感電を防止することができる。
図10ないし図14は本発明の実施例2に係わり、図10は光走査装置の構成を示す構成図、図11は図10の先端部の構成を示す構成図、図12は図10の先端部の断面を示す断面図、図13は図10の電気・光コネクタの構成を示す断面図、図14は図10の電気・光コネクタの変形例の構成を示す断面図である。
実施例2は、実施例1とほとんど同じであるので、異なる点のみ説明し、同一の構成には同じ符号をつけ説明は省略する。
(構成)
本実施例の全体図は図1と同じであるが、図 中の電気コネクタ11が電気・光コネクタ201に、制御部3が図10の制御部150になっている。また、チューブ4の中にさらにシングルモードファイバ156が通っている。また、図3の先端構成部2の中身が図11の先端部153となっており、ケーブルとして、各々が電気的に接続されている図4の電気ケーブル43、および図2の電気ケーブル15に加えて、シングルモードファイバ156がさらに通っている。
詳細には、制御部150は、図10に示すように、光源部151、光伝達部152、先端部153、光検出部154によって構成されている。
光源部151は、波長635nmのレーザ光を発生するヘリウムネオンレーザ光源155によって構成され、また、光伝達部152は、前記レーザ光源155のレーザ光が入射され、そのレーザ光を双方向に分岐するシングルモードファイバ156からなる4端子カプラ157によって構成されている。この4端子カプラ157の他端の一つは電気・光コネクタ201を介して先端部153に接続され、もう一つの端部は閉塞されている。また、光検出部154は4端子カプラ157に設けられた光検出器であるフォトディテクタ158と、フォトディテクタ158に接続された画像処理部159で構成される。
先端部153は、図11に示すように、基板161、スペーサ162、上板163からなり、基板161は、レーザ光の焦点を対象物に対して走査するために向きが可変の2枚の可変ミラー164a、164bを有する。この2枚の可変ミラー164a、164bは2つのヒンジ部165a、165bによって支持され、このヒンジ部165a、165bを回転軸にして静電気力によって回転可動に構成されている。ここで、この2枚の可変ミラー164a、164bの回転軸は直交する図中のX軸及びY軸にそれぞれ平行になるように構成されている。
また、図12に示すように、スペーサ162にはミラー166が、また上板163にはミラー167及びレーザ光に焦点168を結ばせるための回折格子レンズ169が設けられている。
図13に示すように、電気・光コネクタ201の根本に切欠部202を設け、その切欠部202にOリング203を略密着させている。このOリング203により、電気・光コネクタ201に金属製の水密キャップ204を接合したときに接続部内部が水密を保つ構造となっている。また、光コネクタ201の先端にはネジ部205が水密キャップ204の根本にもネジ部206が切ってあり、水密キャップ204を電気・光コネクタ201に最後まどねじ込んで水密を保つような構造となっている。
また、電気・光コネクタ201と制御部150との接続検出のために、第1の実施の形態と同様に、制御部150側に設けられたフォトダイオード17(図示せず)の出射光をフォトトランジスタ18(図示せず)へ、電気・光コネクタ201の接続/非接続により、透光/遮光されて、コネクタ接続検出回路71で検出する。そしてレーザ光源151の出射を、第1の実施の形態と同様に制御する。
なお、図13には電気ケーブル105が図示されていないが、第1の実施の形態と同様に、電気・光コネクタ201が制御部150に接続されると、図4の電気ケーブル43と電気的に接続されて、図11の先端部153を制御する。
なお、本実施例の変形例として、図13における電気・光コネクタ201の代わりに、図14の電気・光コネクタ211とし、図のようにシングルモードファイバ156を電気・光コネクタ211に接着固定して、水密を保つようにしてもよい。図示しない電気接続ピンも実施例1と同様に構成されている。
(作用)
制御部150では、レーザ光源155からのレーザ光は4端子カプラ157で二つの方向に分割され、その内の一方が先端部153に入射される。
このレーザ光は、ミラー166、可変ミラー164a、ミラー167、可変ミラー164bの順に反射し、回折格子レンズ169によって焦点168を結ぶように導かれ、さらに静電気力によって向きが可変の2枚の可変ミラー164a、164bによってその焦点168が略平面170上に走査される。
焦点168に物質がある場合は、反射光は照射されたレーザ光とまったく同じ光路を通って、4端子カプラ157のシングルモードファイバ156の端面171で焦点を結び、シングルモードファイバ156へ再び入射する。そして、シングルモードファイバ156へ再び入射したこの光は、4端子カプラ157によって分割され、フォトディテクタ158で検出されるようになっている。
また、焦点168に対象物が無い場合は、反射する光がなくシングルモードファイバ156にも光が入射されず、従ってフォトディテクタ158からも出力がない。また、レーザ光の焦点168からずれた位置にある物体からの反射光は、入射光とは異なる光路となり、シングルモードファイバ156の端面171で焦点を結ばず、従ってシングルモードファイバ156にはほとんど光が入射されず、フォトディテクタ158でもほとんど出力されない。
また、図13のように、電気・光コネクタ201に水密キャップ204を最後までねじ込むと、電気・光コネクタ201と水密キャップ204とがOリング203により水密され、コネクタ内部が水密構造となる。
(実施例2の効果)
レーザ光をミラー164a、164bでX,Y方向へ走査することによって、レーザ光の焦点168が走査する略平面170の反射と散乱の強度の変化を2次元的に検出し、さらに画像処理部159はフォトディテクタ158からの信号を用いてこれを画像化することができる。さらに、これら先端部153に設けられたバイモルフ型圧電素子(図示せず)によって、先端部153と対象物との距離を変化させることにより、前記走査面を図12における法線方向172に移動させ、対象物を3次元的に検出し、画像化することもできる。
また、水密キャップ204を着脱可能としたことにより、洗滌・消毒液に浸漬したときに、電気・光コネクタ端面が汚れるのを防ぐことができる。
また、電気・光コネクタ201が制御部150に接続されているときはレーザ駆動し、接続が外れると、レーザの駆動を停止するので、レーザ光の漏えいや、感電を防止することができる。
図15ないし図20は本発明の実施例3に係わり、図15は光断層画像装置(光イメージング装置)の構成を示す構成図、図16は図15の光走査プローブが挿通される内視鏡を示す図、図17は図15の光走査プローブの後端側部分を示す断面図、図18は図15の光走査プローブの全体構成を示す断面図、図19は図15の光走査プローブに取り付けられる防水キャップを説明する説明図、図20は図15の光走査プローブの前端側部分を示す断面図である。
(構成)
図15に示す光断層画像装置301は、超高輝度発光ダイオード(以下、SLDと略記)等の低干渉性光源302を有する。この低干渉性光源2はその波長が例えば1300nmで、その可干渉距離が例えば17μm程度であるような短い距離範囲のみで干渉性を示す低干渉性光の特徴を備えている。つまり、この光を例えば2つに分岐した後、再び混合した場合には分岐した点から混合した点までの2つの光路長の差が17μm程度の短い距離範囲内の場合には干渉した光として検出され、それより光路長が大きい場合には干渉しない特性を示す。
この低干渉性光源302の光は第1のシングルモードファイバ303の一端に入射され、他方の端面(先端面)側に伝送される。
この第1のシングルモードファイバ303は途中の光カップラ部304で第2のシングルモードファイバ305と光学的に結合されている。従って、この光カップラ304部分で2つに分岐されて伝送される。
第1のシングルモードファイバ303の(光カップラ部4より)先端側には、非回転部と回転部とで光を伝送可能な結合を行う光ロータリジョイント306が介挿され、この光ロータリジョイント306内の第3のシングルモードファイバ307を介して実施例1の光走査プローブ装置(以下、光走査プローブと略記)308内に挿通され、回転駆動される第4のシングルモードファイバ309に低干渉光源302の光が伝送(導光)される。
そして、伝送された光は光走査プローブ308の先端側から生体組織311側に走査されながら照射される。また、生体組織311側での表面或いは内部での散乱などした反射光の一部が取り込まれ、逆の光路を経て第1のシングルモードファイバ303側に戻り、光カップラ部304によりその一部が第2のシングルモードファイバ305側に移り、第2のシングルモードファイバ305の一端から光検出器としての例えばフォトダイオード312に入射される。なお、光ロータリジョイント306のロータ側は回転駆動装置313によって回転駆動される。
また、第2のシングルモードファイバ305の光カップラ部304より先端側となる途中には光ループ部314が設けてあり、さらにその先端には光路長の可変機構315が設けてある。
つまり、第2のシングルモードファイバ305の先端面に対向してレンズ316と、ミラー317とが配置され、このミラー317はアクチュエータ318により、矢印aで示すように光路長を変化できるようにしている。このミラー317で反射された光は光カップラ部304で第1のシングルモードファイバ303側から漏れた光と混合されて、共にフォトダイオード312で受光される。なお、アクチュエータ318及び回転駆動装置313は制御装置319により制御される。
なお、ループ部314は光走査プローブ308側の第4のシングルモードファイバ309等による光路長とほぼ等しい長さとなるように設定される。また第2のシングルモードファイバ305の先端面からミラー317で反射されて第2のシングルモードファイバ305の先端面に戻る光路長は第4のシングルモードファイバ309の先端面から後述するマイクロプリズムなどを介して生体組織311側に照射され、生体組織311の内部等で反射されて第4のシングルモードファイバ309の先端面に戻る光路長と等しくできるようにしている。
そして、基準光側の光路長の可変機構315におけるミラー317の位置を変えてその光路長を変化することにより、この光路長と等しい値となる生体組織311の深さ位置での反射光とを干渉させ、他の深さ部分での反射光は非干渉にすることができるようにしている。
上記フォトダイオード312で光電変換された信号はアンプ321により増幅された後、復調器322に入力される。この復調器322では干渉した光の信号部分のみを抽出する復調処理を行い、その出力はA/D変換器323を経てコンピュータ324に入力される。このコンピュータ324では断層像に対応した画像データを生成し、モニタ325に出力し、その表示面にOCT像326を表示する。
このコンピュータ324は制御装置319と接続され、コンピュータ324は制御装置319を介してアクチュエータ318を介して基準光の光路長の可変制御と、回転駆動装置313による回転による光走査方向の制御を行うようにしている。
また、光ロータリジョイント306と光走査プローブ308とは着脱自在に構成されており、光ロータリジョイント306と光走査プローブ308との接続状態を検出する、たとえば図示しないフォトセンサからなるプローブ接続状態検出部310が設けられている。このプローブ接続状態検出部310は、低干渉性光源302及び回転駆動装置313と電気的に接続されていて、プローブ接続状態を示す検出信号を低干渉性光源302及び回転駆動装置313に出力するようになっている。
光走査プローブ308は、図16に示すように、内視鏡327の鉗子挿通口328から鉗子挿通用チャンネルを経てその先端開口から光走査プローブ308の先端側を突出させることができる。
この内視鏡327は体腔内に挿入し易いように細長の挿入部329を有し、この挿入部329の後端には太幅の操作部330が設けてある。この挿入部330の前端付近には鉗子挿通口328が設けてあり、この鉗子挿通口328はその内部で鉗子挿通用チャンネルと連通している。
挿入部329内には図示しないライトガイドが挿通され、このライトガイドの入射端を光源装置に接続し、照明光を伝送して挿入部329の先端部に設けた照明窓から出射し、患部等を照明する。また、照明窓に隣接して観察窓が設けられ、この観察窓には対物光学系が取り付けられ、照明された患部等を光学系に観察できるようにしている。
そして、内視鏡327の先端部の観察光学系の観察の下で、患部等の注目する部分の生体組織311側に光走査プローブ308により、低干渉光を照射し、その生体組織311の内部の断層画像データを得て、モニタ325の表示面にOCT像326を表示できるようにしている。
前記光走査プローブ308の構成を図17ないし図20を参照して以下に説明する。 第1のシングルモードファイバ303の先端側は、図17に示す光ロータリジョイント306内の第3のシングルモードファイバ307を介して光走査プローブ308内に挿通される第4のシングルモードファイバ309と光学的に結合されている。
第1のシングルモードファイバ303の先端には回転子受け331が設けてあり、この回転子受け331の凹部に回転子332が嵌合し、両者の間に介挿した2箇所の軸受け333により回転子332は(回転されない回転子受け331側に対して)回転自在に支持されている。
回転子受け331及び回転子332の中心に沿ってそれぞれ第1のシングルモードファイバ3及び第3のシングルモードファイバ307が挿通され、両ファイバ303、307が対向する端面にはそれぞれ凸レンズ334、335を配置して、回転されないファイバ3と回転されるファイバ7との間で効率良く光の伝送できるようにしている。
また、回転子332は例えばベルト336を介して回転駆動装置313を構成するモータ337のプーリ338と連結されている。モータ337の回転により、矢印bで示すように回転子332も回転され、従って第3のシングルモードファイバ307も共に回転される。モータ337は回転制御部339からのモータ駆動信号により、一定速度で回転駆動する。
この回転子332の先端には光走査プローブ308の後端に設けたコネクタ部341が接続される。
図18に示すように、光走査プローブ308は外套チューブとなる細長で円管形状のシース342の中心軸に沿って第4のシングルモードファイバ309を配置し、この第4のシングルモードファイバ309の後端及び先端をコネクタ本体343及び先端本体344にそれぞれ固定し、この第4のシングルモードファイバ309を中空で柔軟な回転力伝達部材としてのフレキシブルシャフト345で覆うようにしている。このフレキシブルシャフト345の内径は第4のシングルモードファイバ309の外径より僅かに大きい。
なお、第4のシングルモードファイバ309は例えばそのコア径が9μm程度である。
シース342は例えばポリメチルペンテン製、フッ素樹脂製、ナイロン製等、(低干渉光に対して)透明で光透過性が良いチューブで形成されている。また、フレキシブルシャフト345は密巻きのコイルを2重或いは3重にして、柔軟性を有し、一端に加えられた回転を他端に効率良く伝達する機能を有する。このフレキシブルシャフト345の後端及び先端もコネクタ本体343及び先端本体344に固定されている。
シース342の後端にはコネクタ部341を形成する円筒状のコネクタカバー346に固着され、このコネクタカバー346の内側に円柱状のコネクタ本体343が2箇所に設けた軸受け347を介挿して回転自在に支持されている。そして、このコネクタ本体343の中心軸に設けた孔に第4のシングルモードファイバ309の後端が挿入されて接着剤等で固着されている。
このコネクタ本体343の後端面には凸部348が設けられ、一方回転子332の先端面にはこの凸部348に嵌合する凹部349が設けてあり、これらは互いに嵌合する。そして、両者を突き当てた状態で回転子332を回転した場合にはコネクタ本体343も回転する。この回転力がフレキシブルシャフト345の後端に付与され、このフレキシブルシャフト345によりその先端に伝達し、その先端に取り付けた先端本体344を回転させるようにしている。
また、上述したように、光ロータリジョイント306と光走査プローブ308とは着脱自在に構成されており、図19に示すように、光走査プローブ308を光ロータリジョイント306から取り外した際には、光走査プローブ308のコネクタ部341に防水キャップ341aを取り付けることにより、光走査プローブ308の内部を水密・気密な構造にすることができるようになっている。
図20にも示すように、第4のシングルモードファイバ309の先端は先端本体344の中心軸に設けた孔に挿入して接着剤等で固着され、第4のシングルモードファイバ309の先端面の前側の孔径を拡げて第4のシングルモードファイバ309の先端から出射される光を所定の位置に集光するセルフォックレンズ(GRINレンズ)351を固着している。このGRINレンズ351の先端面には光路を反射により変更するマイクロプリズム352を接着剤等で固着している。
そして、第4のシングルモードファイバ309で導光され、先端面に所定距離離間して配置された光をGRINレンズ351で集光し、マイクロプリズム352で直角方向に反射して、透明のシース342を透過させて外部に集光した(低干渉光による)出射光53を出射できるようにしている。そして、所定の距離で集光される集光点では例えば10μmないし30μmの光束径となるようにしている。
なお、第4のシングルモードファイバ309の先端面は斜めにカットされ、GRINレンズ351の後面で反射された光がこの先端面に入射するのを低減している。また、GRINレンズ351の後面及びマイクロプリズム352の前面に反射防止部材をコーティングするなどして反射防止膜354を設け、反射光が生じるのを低減している。
なお、シース342の先端は半球状にして先端を閉じている。本実施の形態の光走査プローブ308はその全長Lがほぼ2000mm程度、シース径Dが2.4mmにしている。
(作用)
図示しない内視鏡光源装置からの照明光を内視鏡327のライトガイドで導光することにより、挿入部329の先端部の照明窓から生体組織311側を照明する。照明された生体組織311は観察窓の対物光学系により、固体撮像素子に結像され、ビデオプロセッサで信号処理された後、表示用モニタに内視鏡像を表示する。
低干渉光での断層像の表示を行う場合には、図16に示すように内視鏡327の鉗子挿入口328に光走査プローブ308を通し、鉗子チャンネル内を経て先端開口から光走査プローブ308の先端部を突出させる。
また、この光走査プローブ308の後端のコネクタ部341を光ロータリジョイント306の前端の回転子332に接続して図15の光断層画像装置301を構成する。
すると低干渉光源302の低干渉光は第1のシングルモードファイバ303の後端に入射され、この低干渉光は光ロータリジョイント306内の第3のシングルモードファイバ307を介して光走査プローブ308内の第4のシングルモードファイバ309の後端に入射される。
入射された低干渉光は、この第4のシングルモードファイバ309によって導光されてその先端面から図18或いは図20に示すように対向するGRINレンズ351側に出射され、このGRINレンズ351により集光され、このGRINレンズ351の先端面に接着固定されたマイクロプリズム352に入射され、その斜面で全反射されて進行方向が90°異なる方向に出射光53が出射され、この出射光353が出射される方向の生体組織311側に照射される。
図17に示すように、光ロータリジョイント306を構成する回転子332はモータ337の回転軸に取り付けたプーリ338とベルト336で接続されているので、モータ337を一定速度で回転させることにより、回転子332も矢印bで示す方向に一定速度で回転し、この回転子332の先端に接続されたコネクタ部341におけるコネクタ本体343も共に回転する。
このコネクタ本体343には第4のシングルモードファイバ309を覆うフレキシブルシャフト345の後端が固着されているので、このフレキシブルシャフト345も回転し、この回転はフレキシブルシャフト345によりその先端にも伝達される。この場合、コネクタ本体343の中心の孔には第4のシングルモードファイバ309の後端が固着されているので、この第4のシングルモードファイバ309もフレキシブルシャフト345と共に回転する。
このフレキシブルシャフト345の先端に取り付けられ、その中心の孔に第4のシングルモードファイバ309の先端が固着された先端本体344も回転し、この先端本体344に固着したGRINレンズ351及びマイクロプリズム352も回転するので、図18或いは図20に示す出射光353は光走査プローブ308の軸に垂直な方向に放射状に走査する。
そして、生体組織311の表面及びその表面近くの内部組織の光学的な特性が異なる部分(屈折率の変化部分)で反射及び組織中で散乱され、一部は照射時とは逆の光路となるマイクロプリズム352及びGRINレンズ351を経て第4のシングルモードファイバ309の先端面に入射され、その後端側に伝送される。
そして、光ロータリジョイント306内の第3のシングルモードファイバ307を経て第1のシングルモードファイバ303の先端面に入射され、その途中の光カップラ部304によって第2のシングルモードファイバ305側に一部が移り、その際基準光側の光(ミラー317で反射された光)と混合されてフォトダイオード212で受光され、光電変換されて電気信号となる。
この信号は、アンプ321で増幅された後、復調器322により、干渉光成分のみが抽出されて検波される。そして、デジタル信号に変換されてコンピュータ324に入力される。
コンピュータ324は、光路長の可変機構315により光路長を変化させるようにして生体組織311の深さ方向の断層像データを得ると共に、制御装置319を介して回転駆動装置313を制御してその内部のモータ337を一定速度で回転させ、1フレーム分の断層像データを得る。
コンピュータ324では、順次得られた断層像データをその内部の画像メモリに一旦格納し、所定の周期で読み出してモニタ325に断層像或いはOCT像326を図14のように表示することができる。
また、光ロータリジョイント306に光走査プローブ308が接続されていない場合には、プローブ接続状態検出部310より低干渉性光源302及び回転駆動装置313に対して「プローブ脱」を表すモード信号が出力され、低干渉性光源302及び回転駆動装置313はインターロックされて動作不可の状態となる。その後、光走査プローブ308が光ロータリジョイント306に接続された場合、プローブ接続状態検出部310より低干渉性光源302及び回転駆動装置313に対して「プローブ着」を表すモード信号が出力され、低干渉性光源302及び回転駆動装置313のインターロックは解除される。
逆に、光走査プローブ308が光ロータリジョイント306に接続されていて低干渉性光源302及び回転駆動装置313が動作状態にある場合において、光走査プローブ308が光ロータリジョイント306より取り外された場合には、「プローブ脱」を表すモード信号がプローブ接続状態検出部310より低干渉性光源302及び回転駆動装置313に出力され、直ちに低干渉性光源302及び回転駆動装置313の動作は停止される。
また、光ロータリジョイント306と光走査プローブ308とは着脱自在に構成されているので、例えば光走査プローブ308が破損して検査不能になった場合、操作者は予備の光走査プローブと交換することができる。また、検査終了後、光ロータリジョイント306から光走査プローブ308を取り外し、光走査プローブ308のコネクタ部341に防水キャップ341aを取り付けることにより、光走査プローブ308の内部機能を損なうことなく、薬液等の液体に浸すことができる。
(実施例3の効果)
本実施例では、光走査プローブ308の中心軸に沿って配置した第4のシングルモードファイバ309を回転駆動し、その先端側に設けたGRINレンズ351及びマイクロプリズム352も回転駆動することにより、光走査プローブ308の中心軸に垂直な方向に対して低干渉光を安定して走査でき、従って周方向に2次元的に広がり、深さ方向の断層像を安定して得ることができる。
具体的には、例えば狭い管腔内壁部分でこのように周方向の走査を行って周方向の断層像を得ることにより、内視鏡327による表面状態の観察と、断層像による表面を含むその内部の病変部位の性状を検出するなどの診断を有効に行うことができる。
また、他の使用例として例えば、内視鏡327により体腔内の生体組織311において、患部等の注目する部位を観察し、その内部の状態を主に観察したい場合には、注目する部位に光走査プローブ308の先端の側面を接近させて(例えば光走査プローブ308の先端の側面を注目する部位の表面とほぼ平行にする)、同様に周方向の走査により断層像を得る。
そして、表示の際には全周方向の断層像を表示しないで、注目する部位を含む狭い範囲をモニタ325に表示するようにしても良い。この場合には、広い管腔内部でも適用できる。また、狭い管腔部位でもその一部に対する詳細な断層像を得る場合にも適用できる。
また、このように全周に対する断層像をを得る場合と全周の一部の領域に対する断層像を得る場合とで、回転速度(換言すると走査速度)を変更できるようにしても良い。
本実施例によれば、鉗子チャンネルを備えた既存の内視鏡327に広く適用できると共に、この適用により患部等のその表面の内視鏡像の他に、安定した光走査機構によってその内部の断層像を安定して得ることができるので、より的確な診断を行うのに適した光走査プローブ308を提供できる。
また、低干渉性光源302及び回転駆動装置313のインターロック機能により、光走査プローブ308が装着されていない状態では、低干渉性光源302及び回転駆動装置313は動作しないために、操作者や患者を不要な危険にさらすことから回避することができる。
さらに、光走査プローブ308が破損した場合、装置全体を交換することなく、光走査プローブのみを予備と交換することで、検査を再開することができる。とくに、高価な光ロータリージョイントを交換することなく、比較的安価な光走査プローブだけを交換すればよい。
また、食道、胃、大腸等、検査部位に応じて組み合わせて使用する内視鏡では、長さもまちまちであるが、それらに応じて適当な長さを有する光走査プローブプローブに交換して検査することができる。
さらに、検査終了後、薬液に所定時間、光走査プローブを浸すことにより、光走査プローブの機能にダメージを与えることなく、消毒、滅菌することができるので、患者毎に光走査プローブを交換する必要がない。
[付記]
(付記項1−1) 体腔内に挿入可能な挿入部に光走査手段を有する光走査型プローブと、前記光走査型プローブが着脱自在に設けられ前記光走査型プローブの検出信号および/または検出光を受ける制御装置とを有する光走査装置において、
前記光走査型プローブは、
前記挿入部を有し水密的に構成されたプローブ本体と、
前記プローブ本体と水密的に固着され、それ自体も水密的に構成された前記制御装置に接続可能なコネクタと
からなることを特徴とする光走査装置。
(付記項1−2) 前記光走査型プローブは、
前記制御装置内の点光源から照射される光を導光し、前記光を前記体腔内の被検部位に照射すると共に前記被検部位からの反射光を受け取る一方の端部を有するシングルモードファイバと、
前記シングルモードファイバの前記一方の端部から照射される前記光を前記被検部位の焦点面上で走査させる光走査手段と、
前記光走査手段により走査された前記シングルモードファイバの前記一方の端部からの前記光を前記被検部位に合焦させると共に、前記被検部位からの前記反射光を集光して前記シングルモードファイバの前記一方の端部上に合焦させる光学系と
を有し、
前記制御装置は、
前記点光源と、
前記点光源から照射される前記光を前記シングルモードファイバへ導光すると共に、前記シングルモードファイバから前記被検部位からの前記反射光を受け取り導光する導光手段と、
導光手段からの前記反射光を前記点光源からの前記光より分離する光分離手段と、
前記光分離手段により分離された前記反射光を検出する反射光検出手段と、
前記光走査手段を駆動する光走査駆動手段と、
を有し、
前記光走査型プローブが、前記コネクタで前記制御装置に接続されると、
前記シングルモードファイバと前記導光手段とが光学的に接続されると共に、前記光分離手段により前記反射光が前記点光源からの前記光から分離され、
さらに、前記光走査手段と前記光走査駆動手段とが電気的に接続される
ことを特徴とする付記項1−1に記載の光走査装置。
(付記項1−3) 前記光走査型プローブは、
前記制御装置内の点光源から照射される光を導光し、前記光を前記体腔内の被検部位に照射する一方の端部を有するシングルモードファイバと、
前記シングルモードファイバの前記一方の端部から照射される前記光を前記被検部位の焦点面上で走査させる光走査手段と、
前記被検部位から反射された反射光を検出し電気信号に変換する反射光検出手段と、
前記シングルモードファイバの前記一方の端部からの前記光を前記被検部位に合焦させると共に、前記被検部位からの前記反射光を集光して前記反射光検出手段に合焦させる光学系と
を有し、
前記制御装置は、
前記点光源と、
前記点光源から照射される前記光を前記シングルモードファイバへ導光する導光手段と、
前記光走査手段を駆動する光走査駆動手段と、
前記反射光検出手段からの前記電気信号を受け取る信号検出回路と
を有し、
前記光走査型プローブが、前記コネクタで前記制御装置に接続されると、
前記シングルモードファイバと前記導光手段とが光学的に接続され、
さらに、前記光走査手段前記光走査駆動手段とが電気的に接続されると共に、前記反射光検出手段と前記信号検出回路とが電気的に接続される
ことを特徴とする付記項1−1に記載の光走査装置。
(付記項1−4) 前記光走査型プローブは、
点光源と、
前記点光源からの光を前記体腔内の被検部位の焦点面上で走査させる光走査手段と、
前記被検部位からの反射光を受け取る一方の端部を有するシングルモードファイバと、
前記点光源からの前記光を前記被検部位に合焦させると共に、前記被検部位からの反射光を集光して前記シングルモードファイバの前記一方の端部上に合焦させる光学系と
を有し、
前記制御装置は、
前記被検部位からの前記反射光を前記シングルモードファイバより受け取り導光する導光手段と、
前記導光手段により導光された前記反射光を検出し電気信号に変換する反射光検出手段と、
前記点光源を電気的に駆動する点光源駆動手段と、
前記光走査手段を電気的に駆動する光走査駆動手段と、
を有し、
前記光走査型プローブが、前記コネクタで前記制御装置に接続されると、
前記シングルモードファイバと前記導光手段とが光学的に接続され、
さらに、前記光走査手段前記光走査駆動手段とが電気的に接続されると共に、前記点光源と前記点光源駆動手段とが電気的に接続される
ことを特徴とする付記項1−1に記載の光走査装置。
(付記項1−5) 前記光走査手段は、
シリコン部材からなるマイクロマシンスキャニングミラー手段と、
前記マイクロマシンスキャニングミラー手段を支持して回転させるシリコン窒化物ヒンジと、
前記シングルモードファイバから光を受け取るためにシリコン部材によって導通される反射表面と、
第1の方向から第2の方向に光をスキャンするために静電的に前記マイクロマシンスキャニングミラー手段を動かすミラー駆動手段と

備えたことを特徴とする付記項1−2または1−3に記載の光走査装置。
(付記項1−6) 前記光走査手段は、
前記シングルモードファイバから光を受け取り、第1方向に光を走査する第1マイクロマシンスキャニングミラーと、
前記第1ミラーから光を受け取り、第1方向と直交する第2方向に光を走査する第2マイクロマシンスキャニングミラーと
から構成される
ことを特徴とする付記項1−2または1−3に記載の光走査装置。
(付記項1−7) 前記光走査手段は、
ヒンジによって支持され、第1軸と、第2軸に関して回転するフレームを有する
ことを特徴とする付記項1−2、1−3または1−4に記載の光走査装置。
(付記項1−8) 前記フレームは、
シリコンプレートで形成され、
前記ヒンジは、
シリコン窒化物で形成され、直交する第1軸及び第2軸に関して回転される前記フレームを支持し、前記フレームによって導通される導電性の表面に配置され、導電性の表面と基層との間に電圧をかけることで前記フレームを回転させる
ことを特徴とする付記項1−7に記載の光走査装置。
(付記項1−9) 前記分離手段は、光カプラからなる
ことを特徴とする付記項1−2に記載の光走査装置。
(付記項1−10) 前記分離手段は、被検部位からの光を反射するビームスプリッタからなる
ことを特徴とする付記項1−2に記載の光走査装置。
(付記項1−11) 前記光学系は、オフアクシスバイナリレンズを含む
ことを特徴とする付記項1−2、1−3または1−4に記載の光走査装置。
(付記項1−12) 前記光学系は、回折レンズを含む
ことを特徴とする付記項1−2、1−3または1−4に記載の光走査装置。
(付記項1−13) 前記光学系は、シリコン部材によって導通される
ことを特徴とする付記項1−2、1−3または1−4に記載の光走査装置。
(付記項1−14) 光を供給する点光源と、
前記点光源からの前記光を導光する光ファイバと、
前記光ファイバにより導光された前記光を反射し前記体腔内の被検部位に照射するミラー手段と、
前記被検部位上に前記光を合焦させ、前記被検部位からの反射光を前記ミラー手段及び前記光ファイバに戻すレンズと
を備え、
ミラー手段は、
低抵抗基層と、
第1軸に関して回転させるために基層上にヒンジで支持される低抵抗フレームと、
前記第1軸に直交する第2軸に関して回転させるために、前記低抵抗フレームによって前記低抵抗基層上にヒンジで支持される高抵抗部材と、
前記高抵抗部材の表面に導通され、前記低抵抗基層との間に電圧をかけることで、前記高抵抗部材を前記第1軸に関して静電的に回転させる、一対の間隔を置いて配置された導電性フィルムと
を有して構成され、前記被検部位上に前記光を走査する
ことを特徴とする付記項1−1に記載の光走査装置。
(付記項1−15) 前記光ファイバの一端に、前記被検部位の焦点からの反射光を前記点光源からの前記光より分離する光カプラを配置した
ことを特徴とする付記項1−14に記載の光走査装置。
(付記項1−16) 前記光ファイバの一端に、前記被検部位の焦点からの反射光を反射するビームスプリッタを配置した
ことを特徴とする付記項1−14に記載の光走査装置。
(付記項1−17) 前記レンズは、オフアクシスバイナリレンズを含む
ことを特徴とする付記項1−14に記載の光走査装置。
(付記項1−18) 前記レンズは、回折レンズを含む
ことを特徴とする付記項1−14に記載の光走査装置。
(付記項1−19) 前記低抵抗基層と前記高抵抗部材は、シリコンである
ことを特徴とする付記項1−14に記載の光走査装置。
(付記項1−20) 前記低抵抗フレームは、シリコン窒化物である
ことを特徴とする付記項1−14に記載の光走査装置。
(付記項1−21) 一端が点光源として作用するシングルモードファイバと、
焦点面上の点に前記シングルモードファイバの一端からの光を合焦し、前記焦点面上から反射する反射光を回収し、前記シングルモードファイバの一端に合焦するレンズと、
シリコン基板上に形成された、第1の高抵抗シリコンからなるマイクロマシンスキャニングミラー手段と、
第1軸に関して回転する第1ミラーを支持するシリコン窒化物ヒンジからなるシリコン窒化層と、
前記第1ミラー上に配置される低抵抗基層と、
前記シングルモードファイバから光を受け取るために、シリコン部材によって導通され、前記低抵抗基層との間に電圧をかけることで前記ミラーを回転させる、間隔を置いて配置された反射可能な導電性表面と
を備えて構成されることを特徴とする付記項1−1に記載の光走査装置。
(付記項1−22) 前記シリコン基板上に形成される第2の高抵抗シリコン部材からなる第2ミラーと、
前記シングルモードファイバから光を受け取るために、導電性高抵抗部材によって導通される、間隔をおいて配置される反射表面と
を備え、
前記低抵抗基層及び前記反射表面は、
静電的に前記第2ミラーを回転させ、前記第1および第2ミラーの組み合わせで、光を第1および第2の方向に向ける
ことを特徴とする付記項1−21に記載の光走査装置。
(付記項1−23) 前記導電性表面と前記導電性高抵抗部材との間にp−nダイオードを形成した
ことを特徴とする付記項1−22に記載の光走査装置。
(付記項1−24) 前記マイクロマシンスキャニングミラー手段は、
半導体基板と、
前記半導体基板を回転可能にする薄膜ヒンジと、
導電性の電極基板表面上のある面に導通された、間隔を置いて配置された導電性の電極と、
前記導電性の電極と前記半導体基板との間に形成されるp−n接合部と、
前記導電性の電極との間に電圧をかけることで、電極の下の領域は自由キャリアで空乏となり、ねじれ力が発生し、前記半導体基板を前記薄膜ヒンジに関して回転させる導電性部材と
ことを特徴とする付記項1−21に記載の光走査装置。
(付記項2−1) 体腔内に挿入可能な挿入部に光走査手段を有する光走査型プローブと、
前記光走査型プローブが着脱自在に設けられ、光走査型プローブの検出信号及び/または検出光を受ける制御装置と、
前記制御装置に内蔵され光を照射する点光源と
を有する光走査装置において、
前記光走査型プローブが前記制御装置からはずされたとき、少なくとも前記点光源の駆動を停止させる
ことを特徴とする光走査装置。
(付記項2−2) 前記光走査型プローブは、
前記制御装置内の点光源から照射される光を導光し、前記光を前記体腔内の被検部位に照射すると共に前記被検部位からの反射光を受け取る一方の端部を有するシングルモードファイバと、
前記シングルモードファイバの前記一方の端部から照射される前記光を前記被検部位の焦点面上で走査させる光走査手段と、
前記光走査手段により走査された前記シングルモードファイバの前記一方の端部からの前記光を前記被検部位に合焦させると共に、前記被検部位からの前記反射光を集光して前記シングルモードファイバの前記一方の端部上に合焦させる光学系と、
前記制御装置に接続可能なコネクタと
を有し、
前記制御装置は、
前記点光源と、
前記点光源から照射される前記光を前記シングルモードファイバへ導光すると共に、前記シングルモードファイバから前記被検部位からの前記反射光を受け取り導光する導光手段と、
導光手段からの前記反射光を前記点光源からの前記光より分離する光分離手段と、
前記光分離手段により分離された前記反射光を検出する反射光検出手段と、
前記光走査手段を駆動する光走査駆動手段と、
を有し、
前記光走査型プローブが、前記コネクタで前記制御装置に接続されると、
前記シングルモードファイバと前記導光手段とが光学的に接続されると共に、前記光分離手段により前記反射光が前記点光源からの前記光から分離され、
さらに、前記光走査手段と前記光走査駆動手段とが電気的に接続され、
また、前記光走査型プローブが前記制御装置からはずされたとき、少なくとも前記制御装置内の前記点光源の駆動を停止させる
ことを特徴とする付記項2−1に記載の光走査装置。
(付記項2−3) 前記光走査型プローブは、
前記制御装置内の点光源から照射される光を導光し、前記光を前記体腔内の被検部位に照射する一方の端部を有するシングルモードファイバと、
前記シングルモードファイバの前記一方の端部から照射される前記光を前記被検部位の焦点面上で走査させる光走査手段と、
前記被検部位から反射された反射光を検出し電気信号に変換する反射光検出手段と、
前記シングルモードファイバの前記一方の端部からの前記光を前記被検部位に合焦させると共に、前記被検部位からの前記反射光を集光して前記反射光検出手段に合焦させる光学系と、
前記制御装置に接続可能なコネクタと
を有し、
前記制御装置は、
前記点光源と、
前記点光源から照射される前記光を前記シングルモードファイバへ導光する導光手段と、
前記光走査手段を駆動する光走査駆動手段と、
前記反射光検出手段からの前記電気信号を受け取る信号検出回路と
を有し、
前記光走査型プローブが、前記コネクタで前記制御装置に接続されると、
前記シングルモードファイバと前記導光手段とが光学的に接続され、
さらに、前記光走査手段前記光走査駆動手段とが電気的に接続されると共に、前記反射光検出手段と前記信号検出回路とが電気的に接続され、
また、前記光走査型プローブが前記制御装置からはずされたとき、少なくとも前記制御装置内の前記点光源の駆動を停止させる
ことを特徴とする付記項2−1に記載の光走査装置。
(付記項2−4) 前記光走査型プローブは、
点光源と、
前記点光源からの光を前記体腔内の被検部位の焦点面上で走査させる光走査手段と、
前記被検部位からの反射光を受け取る一方の端部を有するシングルモードファイバと、
前記点光源からの前記光を前記被検部位に合焦させると共に、前記被検部位からの反射光を集光して前記シングルモードファイバの前記一方の端部上に合焦させる光学系と、
前記制御装置に接続可能なコネクタと
を有し、
前記制御装置は、
前記被検部位からの前記反射光を前記シングルモードファイバより受け取り導光する導光手段と、
前記導光手段により導光された前記反射光を検出し電気信号に変換する反射光検出手段と、
前記点光源を電気的に駆動する点光源駆動手段と、
前記光走査手段を電気的に駆動する光走査駆動手段と、
を有し、
前記光走査型プローブが、前記コネクタで前記制御装置に接続されると、
前記シングルモードファイバと前記導光手段とが光学的に接続され、
さらに、前記光走査手段前記光走査駆動手段とが電気的に接続されると共に、前記点光源と前記点光源駆動手段とが電気的に接続され、
また、前記光走査型プローブが前記制御装置からはずされたとき、少なくとも前記制御装置内の前記点光源の駆動を停止させる
ことを特徴とする付記項2−1に記載の光走査装置。
(付記項2−5) 前記光走査型プローブが前記制御装置からはずされたとき、前記制御装置内の前記点光源以外に、前記制御装置内の前記光走査駆動手段の駆動も停止させる
ことを特徴とする付記項2−2に記載の光走査装置。
(付記項2−6) 前記光走査型プローブが前記制御装置からはずされたとき、前記制御装置内の前記点光源以外に、前記光走査型プローブ内の前記反射光検出手段の前記電気信号の出力と、前記制御装置内の前記光走査駆動手段の駆動も停止させる
ことを特徴とする付記項2−3に記載の光走査装置。
(付記項2−7) 前記光走査型プローブが前記制御装置からはずされたとき、前記制御装置内の前記点光源以外に、前記制御装置内の前記光走査駆動手段の駆動も停止させる
ことを特徴とする付記項2−4に記載の光走査装置。
(付記項2−8) 前記光走査手段は、
前記シングルモードファイバから光を受け取り、第1方向に光を走査する第1マイクロマシンスキャニングミラーと、
前記第1ミラーから光を受け取り、第1方向と直交する第2方向に光を走査する第2マイクロマシンスキャニングミラーと
から構成される
ことを特徴とする付記項2−2、2−3または2−4に記載の光走査装置。
(付記項3−1) 体腔内に挿入可能な挿入部に設けられた点光源から照射される光を光走査する光走査型プローブと、前記光走査型プローブが着脱自在に設けられ、前記光走査型プローブの検出信号を受信する制御装置とを有する光走査装置において、
前記光走査型プローブは、
前記挿入部を有し水密的に構成されたプローブ本体と、
前記プローブ本体と水密的に固着され、それ自体も水密的に構成された前記制御装置に接続可能なコネクタと
からなることを特徴とする光走査装置。
(付記項3−2) 前記挿入部は、
レーザ光源と、
前記レーザ光を被検部位に合焦させる光学系と、
前記レーザ光を前記被検部位の焦点面上で走査させる光走査手段と、
前記被検部位から反射された反射光を検出する検出手段と
を内蔵して構成される
ことを特徴とする付記項3−1に記載の光走査装置。
(付記項3−3) 前記レーザ光源は、半導体レーザである
ことを特徴とする付記項3−2に記載の光走査装置。
(付記項3−4) 前記レーザ光源、前記光学系及び前記光走査手段を前記挿入部の先端に内蔵した
ことを特徴とする付記項3−2に記載の光走査装置。
(付記項3−5) 前記検出手段を前記挿入部の先端に内蔵した
ことを特徴とする付記項3−2に記載の光走査装置。
(付記項3−6) 前記反射光を、前記レーザ光源からのレーザの光路より分離する分離手段を設けた
ことを特徴とする付記項3−2に記載の光走査装置。
(付記項3−7) 前記分離された前記反射光は、前記挿入部内を通る光ファイバによって体外に導かれ、体外に設けられた光検出手段で検出される
ことを特徴とする付記項3−6に記載の光走査装置。
(付記項3−8) 前記光走査手段は、前記レーザ光を2次元走査可能な少なくとも一つのスキャンミラーを有する
ことを特徴とする付記項3−2に記載の光走査装置。
(付記項3−9) 前記光走査手段は、前記レーザ光を前記2次元走査手段の他に、2次元走査面の垂直方向に走査する垂直走査手段を有する
ことを特徴とする付記項3−8に記載の光走査装置。
(付記項3−10) 前記光走査手段は静電気力で駆動される
ことを特徴とする付記項3−8に記載の光走査装置。
(付記項3−11) 前記光走査手段はジンバル構造で持つ
ことを特徴とする付記項3−8に記載の光走査装置。
(付記項3−12) 前記光走査手段は磁気力で駆動される
ことを特徴とする付記項3−8に記載の光走査装置。
(付記項3−13) 前記光学系は、少なくとも一つのレンズからなる
ことを特徴とする付記項3−2に記載の光走査装置。
(付記項3−14) 前記光学系は、少なくとも一つの凹面ミラーからなる
ことを特徴とする付記項3−2に記載の光走査装置。
(付記項3−15) 前記光学系は、少なくとも一つの回折素子からなる
ことを特徴とする付記項3−2に記載の光走査装置。
(付記項3−16) 前記分離手段は、ビームスプリッタである
ことを特徴とする付記項3−6に記載の光走査装置。
(付記項3−17) 前記ビームスプリッタは、ダイクロックミラーである
ことを特徴とする付記項3−16に記載の光走査装置。
(付記項3−18) 前記ビームスプリッタは、レーザ光源の出射面に設けられている
ことを特徴とする付記項3−16に記載の光走査装置。
(付記項3−19) 前記分離手段は、前記レーザ光と前記反射光に光路差が生じるように分離する
ことを特徴とする付記項3−6に記載の光走査装置。
(付記項3−20) 前記反射光の光路に前記検知手段を設けた
ことを特徴とする付記項3−19に記載の光走査装置。
(付記項3−21) 前記検出手段は、フォトダイオードである
ことを特徴とする付記項3−2に記載の光走査装置。
(付記項3−22) 前記レーザ光源は半導体レーザ光源で、前記フォトダイオードと前記半導体レーザ光源が同一半導体上に設けられている
ことを特徴とする付記項3−21に記載の光走査装置。
(付記項3−23) 前記検出手段は、フォトトランジスタである
ことを特徴とする付記項3−2に記載の光走査装置。
(付記項3−24) 前記レーザ光源は半導体レーザ光源で、前記フォトトランジスタと前記半導体レーザ光源が同一半導体上に設けられている
ことを特徴とする付記項3−22に記載の光走査装置。
(付記項3−25) 前記検出手段の前面に、ピンホールを設けた
ことを特徴とする付記項3−2に記載の光走査装置。
(付記項3−26) 前記光走査装置は内視鏡である
ことを特徴とする付記項3−2ないし3−25のいずれか1つに記載の光走査装置。
(付記項3−27) 前記点光源と、前記光走査手段と、前記検出手段とが、
中空のパイプと、前記パイプを前側からふさぐ前フタと、前記パイプを後側からふさぐ後フタと、前記レンズから前記光を照射する透明な窓とで、水密に固定される
ことを特徴とする付記項3−2に記載の光走査装置。
(付記項3−28) 水密キャップが、前記コネクタに水密に着脱可能に設けられている
ことを特徴とする付記項3−1に記載の光走査装置。
(付記項3−29) 前記制御装置は、少なくとも異なる2種類以上の光走査型プローブを制御可能である
ことを特徴とする付記項3−1に記載の光走査装置。
(付記項3−30) 前記コネクタを前記制御装置に接続したとき、前記コネクタが接続されているプローブの種類を検知可能な、プローブ検知手段を設けた
ことを特徴とする付記項3−1に記載の光走査装置。
(付記項4−1) 体腔内に挿入可能な挿入部に設けられた点光源から照射される光を光走査する光走査型プローブと、前記光走査型プローブが着脱自在に設けられ、前記光走査型プローブの検出信号を受信する制御装置とを有する光走査装置において、
前記光走査型プローブが前記制御装置からはずれたとき、少なくとも前記点光源の駆動を停止させる
ことを特徴とする光走査装置。
(付記項4−2) 前記挿入部は、
レーザ光源と、
前記レーザ光を被検部位に合焦させる光学系と、
前記レーザ光を前記被検部位の焦点面上で走査させる光走査手段と、
前記被検部位から反射された戻り光を検出する検出手段と
を内蔵して構成される
ことを特徴とする付記項4−1に記載の光走査装置。
(付記項4−3) 前記光走査型プローブが前記制御装置に接続されているとき、前記コネクタが前記制御装置から外れたとき、前記点光源以外に、前記光走査手段と、前記検出手段の駆動も停止させる
ことを特徴とする付記項4−1に記載の光走査装置。
(付記項4−4) 前記コネクタが前記制御装置に接続されたときは、前記点光源を駆動する
ことを特徴とする付記項4−4に記載の光走査装置。
(付記項5−1)
(付記項5) 体腔内に挿入可能な挿入部に光走査手段を有する光走査型プローブと、前記光走査型プローブが着脱自在に設けられ、光走査型プローブの検出信号及び/または検出光を受ける制御装置と
を備えたことを特徴とする光走査装置。
(付記項6−1) 被検体に低干渉性の光を照射し、被検体において散乱した光の情報から被検体の断層画像を構築する光イメージング装置用の光走査プローブ装置であって、
内視鏡の鉗子チャンネル内に挿通可能であり先端が開口していない細長く柔軟な筒状のシースであって、少なくともその先端側の側面は光透過性のよい素材で成形されているシースと、
前記シースの内部に長手方向の軸まわりに回転自在に設けられている柔軟なコイルシャフトと、
前記コイルシャフトに回転力を付与する回転駆動装置と、
前記柔軟なコイルシャフトの内部に設けられているシングルモードファイバで形成され、その基端部および先端部はそれぞれ前記コイルシャフトの基端および先端に固定されており、低干渉光源から出射される光がその基端に入射されるように設けられているファイバと、
前記ファイバの先端からある特定の距離をおいて設けられており前記ファイバから出射される光を特定の位置に集光させるためのレンズと、
出射光の光路を変更するために前記レンズに固定されている出射光路変更手段と、
からなり、
前記回転駆動装置と前記シースとが着脱自在に構成される
ことを特徴とする光走査プローブ装置。
(付記項6−2) 前記回転駆動装置は、前記シースの着脱状態を検知する着脱状態検知手段を有し、
前記着脱状態検知手段は、前記シースの着脱状態を表示する表示モード信号を、前記低干渉性の光を照射する光源装置及び/または前記回転駆動装置を制御する回転制御装置に供給するように電気的に接続されており、
前記モード信号に応じて前記光源装置の出力及び/または前記回転駆動装置の動作を制御する
ことを特徴とする付記項6−1に記載の光走査プローブ装置。
(付記項6−3) 前記着脱状態検知手段から前記シースが装着されていない旨を示す前記モード信号が送信された場合には、前記回転駆動装置が動作不能な状態となるように制御する
ことを特徴とする付記項6−2に記載の光走査プローブ装置。
(付記項6−4) 前記着脱状態検知手段から前記シースが装着されていない旨を示す前記モード信号が送信された場合には、前記光源装置の出力が停止されるように制御する
ことを特徴とする付記項6−2に記載の光走査プローブ装置。
(付記項6−5) 前記回転駆動装置には、非回転部と回転部とで光を伝送可能な結合を行う光ロータリージョイントが介挿されており、前記光ロータリージョイントと前記シースとが着脱自在に設けられている
ことを特徴とする付記項6−1に記載の光走査プローブ装置。
(付記項6−6) 前記シースは、前記回転駆動装置とのコネクタ一部に防水キャップを嵌め合わせることで、水密・気密な状態となる
ことを特徴とする付記項6−1に記載の光走査プローブ装置。
本発明の実施例1に係る光走査型プローブの構成を示す構成図 図1の電気コネクタの構成を示す断面図 図1の先端構成部の構成を示す構成図 図3の光学ユニットの構成を示す構成図 図4の光学ユニットのスキャンミラーの製造方法を説明する第1の説明図 図4の光学ユニットのスキャンミラーの製造方法を説明する第2の説明図 図1の制御部の構成を示す構成図 図4の光学ユニットによる焦点走査を説明する説明図 図1の電気コネクタの変形例の構成を示す断面図 本発明の実施例2に係る光走査装置の構成を示す構成図 図10の先端部の構成を示す構成図 図10の先端部の断面を示す断面図 図10の電気・光コネクタの構成を示す断面図 図10の電気・光コネクタの変形例の構成を示す断面図 本発明の実施例3に係る光断層画像装置(光イメージング装置)の構成を示す構成図 図15の光走査プローブが挿通される内視鏡を示す図 図15の光走査プローブの後端側部分を示す断面図 図15の光走査プローブの全体構成を示す断面図 図15の光走査プローブに取り付けられる防水キャップを説明する説明図 図15の光走査プローブの前端側部分を示す断面図
符号の説明
1…光走査型プローブ
2…先端構成部
3…制御部
4…チューブ
12…本体
13…接続部
17…フォトダイオード
18…フォトトランジスタ
20…出力部
35…半導体レーザ
64…レーザ駆動回路
71…コネクタ接続検知回路

Claims (5)

  1. 光走査手段を有し水密的に構成されて体腔内に挿入可能な光走査型プローブと、
    前記光走査型プローブが着脱自在に設けられ、前記光走査型プローブの検出信号及び/又は検出光を受ける信号検出手段を有する制御部と、
    前記制御部に内蔵され、光を照射する光源装置と、
    前記光走査手段を駆動する光走査駆動手段と、
    前記光走査型プローブの着脱状態を検知する着脱状態検知手段と、
    を備えることを特徴とする光走査装置。
  2. 前記着脱状態検知手段は、前記光源装置、前記光走査駆動手段、及び前記信号検出手段の少なくとも一つに電気的に接続され、
    前記着脱状態検知手段から供給された前記光走査プローブの着脱状態を表示する表示モード信号に応じて前記光源装置、前記光走査駆動手段、及び前記信号検出手段の少なくとも一つの動作を制御することを特徴とする請求項1に記載の光走査装置。
  3. 前記着脱状態検知手段から前記光走査プローブが装着されていない旨を示す前記表示モード信号が送信された場合に、前記光源装置、前記光走査駆動手段、及び前記信号検出手段の少なくとも一つの動作を停止するように設定されていることを特徴とする請求項2に記載の光走査装置。
  4. 前記光走査プローブは、前記制御部からの光を導光する機能を有し、かつ前記光を前記体腔内の被検部位に照射すると共に、前記被検部位からの反射光を受け取る一方の端部を有するシングルモードファイバと、
    前記シングルモードファイバの前記一方の端部からの光を前記被検部位に合焦させると共に、前記被検部位からの前記反射光を集光して前記シングルモードファイバの前記一方の端部上に合焦させる光学系と、
    前記制御部に接続されるコネクタと、
    を備え、
    前記制御部は、
    前記光源装置から照射される光を前記シングルモードファイバへ導光すると共に、前記シングルモードファイバからの前記反射光を受け取り導光する導光手段と、
    前記導光手段からの前記反射光を前記光源装置から照射される光より分離する光分離手段と、
    前記分離手段により分離された前記反射光を検出する反射光検出手段と、
    を備え、
    前記光源装置は、点光源であり、
    前記光走査手段は、前記シングルモードファイバの前記一方の端部から照射される前記光を前記被検部位の焦点面上で走査させ、
    前記光走査型プローブが前記コネクタにより前記制御部に接続されると、着脱状態検知手段が前記光走査プローブの着脱状態を検知するように設定されていることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一つに記載の光走査装置。
  5. 前記光走査型プローブは、先端が開口していない細長く柔軟な筒状のシースであって、少なくともその先端側の側面は光透過性を有する素材により形成されているシースと、
    前記シースの内部に長手方向の軸まわりに回転自在に設けられている柔軟なコイルシャフトと、
    前記コイルシャフトの内部に設けられているシングルモードファイバで形成され、その基端部及び先端部はそれぞれ前記コイルシャフトの基端及び先端に固定されているファイバと、
    前記ファイバの前記先端部からある特定の距離をおいて設けられ、前記ファイバから出射される光を特定の位置に集光させるためのレンズと、
    前記レンズに固定され、前記出射される光の光路を変更する出射光路変更手段と、
    を備え、
    前記制御部は、低干渉性光源と、
    前記低干渉性光源に接続され、前記低干渉性光源からの光を観察光と参照光とに分離する光分離手段と、
    前記観察光の被検体内における散乱又は反射による戻り光と前記参照光とを干渉させる光干渉手段と、
    前記光干渉手段で生成された干渉光を検出する光検出手段と、
    前記コイルシャフトに回転力を付与する回転駆動装置と、
    を備え、
    前記ファイバは、前記光分離手段から分離された前記観察光が前記基端部に入射するように設けられていることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一つに記載の光走査装置。





















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