JP2007319682A - レーザスキャニング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザスキャニング装置の先端部を防水する。
【解決手段】光導波路３０は円筒状を有し、内視鏡の先端部に配設される。光導波路３０は環状の前端面３４と環状の後端面３５を有する。ファイバ・スキャナ２０は、光導波路３０の光軸またはその近傍に配置され、被写体にレーザスポットをスキャンさせるために共振するように構成された光ファイバ２２を有する。ファイバ・スキャナ２０の作用により、被写体において反射した光は光導波路３０の環状前端面３４に入射する。フォトダイオード４１は環状を有し、光導波路３０の環状後端面３５に近接して対向する。カバーチューブ４２は光導波路３０とフォトダイオード４１を覆う。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば生体組織等の被写体の画像を検出するために、被写体にレーザビームを照射してスキャンするレーザスキャニング装置に関する。

最近、対物レンズユニットの前面に環状フォトダイオードを有し、また対物レンズユニットの後ろ側に配置されたファイバ・スキャナを有する、スキャニング・ファイバ内視鏡が提案されている。すなわち、ファイバ・スキャナから照射されたレーザスポットが対物レンズユニットを介し出力されて被写体の表面に当てられ、被写体において反射しフォトダイオードに入射する。しかし、スキャニング・ファイバ内視鏡では、先端部は防水加工されなければならず、これは非常に難しく、これまで達成できていない。

したがって本願発明の目的は、例えばスキャニング・ファイバ内視鏡等に応用することができ、先端部が容易に防水されるレーザスキャニング装置を提供することにある。

本発明に係るレーザスキャニング装置は、円筒状を有し、環状の前端面と環状の後端面を有する光導波路と、被写体にレーザビームを照射するために光導波路の中心軸またはその近傍に配設され、被写体において反射した光を光導波路の環状前端面に入射させる光源と、環状を有し、光導波路の環状後端面に近接して対向するフォトダイオードと、光導波路とフォトダイオードを覆うカバーチューブとを備えることを特徴としている。

光源は例えば、被写体にレーザスポットをスキャンさせるために共振するように構成された光ファイバを有するファイバ・スキャナである。

光導波路は、同軸的な円筒状クラッドの間に挟まれて多層光導波路構造を構成する円筒状コアを有してもよい。多層光導波路構造は中空の円筒形であってもよい。

光導波路は中空の円筒形であってもよい。また光源は中空の円筒形内に配置されてもよい。レーザスキャニング装置はさらに、中空の円筒形内に配置される対物光学系を備えてもよい。対物光学系は、光源に近接して配置されてもよい。また対物光学系が第１の開口数を有し、光導波路が第１の開口数よりも大きい第２の開口数を有してもよい。

レーザスキャニング装置はさらに、絶縁材料で成形され、フォトダイオードが取付けられた環状支持部を有するベースを備えてもよい。

レーザスキャニング装置はさらに、光導波路が周囲に配設された円筒形支持部材と、円筒形支持部材とファイバ・スキャナの間に配設された絶縁部材とを備えてもよい。絶縁部材は、支持部材の後端部に固定され、光源が嵌合する中心穴を有する円板状絶縁部材であってもよい。カバーチューブは防水材料により成形されてもよい。

本発明によれば、先端部が容易に防水されるレーザスキャニング装置を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態であるスキャニング・ファイバ内視鏡（あるいはスキャニング装置）の先端部１０を示す。対物レンズユニット（対物光学系）１１は円筒状支持部材１２の前端部の内壁に嵌合される。支持部材１２は如何なる材料によって成形されてもよい。

ベース１３は支持部材１２の後端部に嵌合され固定される。ベース１３はまた、支持部材１２の後端部に一体的に形成されてもよい。ベース１３は適当な絶縁材料のように、如何なる適当な材料によって成形されてもよい。

ファイバ・スキャナ（光源）２０は支持部材１２の後端部に近接させて配設される。ファイバ・スキャナ２０は円板状の絶縁部材１４に形成された中心穴に嵌合され、絶縁部材１４は支持部材１２の後端部に挿入されて固定される。このように、ファイバ・スキャナ２０は支持部材１２の中心軸またはその近傍に配置される。さらに、円板状絶縁部材１４は接着剤等の適当な固定材料によって支持部材１２の後端部に接続される。これに替えて、溝あるいは凹部が円板状の絶縁部材１４を固定するために支持部材１２の後端部の内面に設けられてもよい。さらに、円板状の絶縁部材１４は、円板状の絶縁部材１４を支持部材１２に圧入させるために、支持部材１２の後端部の内径よりも若干大きくてもよい。

ファイバ・スキャナ２０は管２１と単一モード光ファイバ２２を有し、光ファイバ２２の先端は対物レンズユニット１１に対向する。管２１と光ファイバ２２は接着剤２３あるいはガラス材料等の適当な取付け材料を用いて、適当な方法で取付けられる。レーザビームは光ファイバ２２の先端から出力され、対物レンズユニット１１を通って外部に出射される。光ファイバ２２は管２１によって端部において支持され、スキャンを実行するために適当な態様で振動する。例えば、管２１は圧電素子から成り、光ファイバ２２を駆動するために設けられる。光ファイバ２２は管２１とともに共振し、合焦したレーザスポットを、内視鏡により観察される被写体に対してスキャンさせる。

光導波路３０は一般的なプレーナ型であり、平坦なコア３１が、これよりも小さい屈折率を有する２つの平坦なクラッド３２、３３によって挟まれ、３層の光学導波路構造を形成する。この光導波路構造は中空の円筒状に成形される。コア３１とクラッド３２、３３は如何なる適当な材料によって成形されてもよい。光導波路３０は支持部材１２の外面の周りに配置されるが、嵌合されてもよい。光導波路３０は環状の前端面３４と環状の後端面３５を有する。後端面３５はベース１３に近接している。フォトダイオード４１は環状に成形され、ベース１３の環状支持部１５に取付けられて光導波路３０の後端面３５に対向する。

あるいは、平坦なコア３１を挟む平坦なクラッド３２、３３の替わりに、コア３１に薄いコーティングあるいはフィルム層を設けてもよい。この場合、薄い層は適当な屈折率を有する適当な材料によって形成される。また、薄い層はコア３１の各面に直接積層されてもよい。さらに、薄い層は支持部材１２とカバーチューブ４２の上に直接形成されてもよい。

フォトダイオード４１は比較的単純な構造を有し、コストと感度は、従来の内視鏡に設けられる高感度のフォトダイオードに比較して相対的に低い。

カバーチューブ４２は、光導波路３０とフォトダイオード４１とベース１３のための防水カバーとなる。したがって内視鏡の先端部１０は完全に防水される。カバーチューブは如何なる材料で成形されてもよい。

光ファイバ２２は光導波路３０の円筒形状の中心軸上またはその近傍に配置される。すなわち図２に示されるように、ファイバ・スキャナ２０が駆動されると、光ファイバ２２が共振して、レーザビーム（すなわち入射光）が光導波路３０の前端に配設された対物レンズユニット１１の中心を通って出射され、被写体に対してスキャンされる。例えば、レーザビームは被写体上において螺旋状にスキャンされる。レーザビームは被写体において反射し、その反射光は光導波路３０の環状前端面３４に入射する。レーザビームはクラッド３２、３３において反射しつつコア３１を通って進み、フォトダイオード４１によって受光される。画素信号はフォトダイオード４１において発生し、導線等の適当な接続線を介してプロセッサに伝送される。

図３は上述したプレーナ型光導波路３０の正面図である。図４は従来の光導波路の正面図であり、コア５２を有する複数の光ファイバ５１が円周上に配列されている。図３および４において、コア３１の厚さＴはコア５２の直径Ｄに一致させて示されている。図３および４の比較から理解されるように、コア３１の受光領域の面積は複数のマルチモード光ファイバ５１のコア５２の合計面積よりもかなり大きい。したがって、本発明の実施形態によれば、十分な光量が光導波路３０によって受光されるので、低感度で低コストのフォトダイオード４１が設けられていても、鮮明な画像が得られる。

図５を参照して、光導波路３０の開口数（ＮＡ）を説明する。対物レンズ１１は第１の開口数を有し、光導波路３０は第１の開口数よりも大きい第２の開口数ＮＡを有する。すなわち、被写体によって反射されたレーザビームが光導波路３０に入射するときの第２の角度θ_２は、対物レンズユニット１１を通って出射されたレーザビームが発散されるときの第２の角度θ_１よりも大きい。換言すれば、受光領域はスキャン領域よりも広く、反射光は光導波路３０によって高い効率で受光される。

このように、光導波路３０の大きい開口数のために、フォトダイオード４１は高感度を有する必要がなくなる。さらに、大きい開口数とプレーナ型光導波路３０のために、フォトダイオード４１は反射光のほとんどを受光することができ、鮮明な画像がフォトダイオード４１によって検出され、また内視鏡のコストが大幅に低減される。

なお本発明はまた、被写体に対してレーザスポットをスキャンするために共振するファイバ・スキャナを有しない非共振振動のスキャニング・ファイバ内視鏡にも適用可能である。本発明はまた、レーザ走査型顕微鏡等の他の応用にも適用可能である。

本発明の一実施形態のスキャニング・ファイバ内視鏡がその中心軸を通る平面で切断された斜視図である。 出射されるレーザビームと反射したレーザビームの関係を示す図である。 実施形態の内視鏡に設けられた光導波路の正面図である。 従来技術の内視鏡に設けられた光導波路の正面図である。 スキャニング領域と受光領域の関係を示す図である。

符号の説明

２０ ファイバ・スキャナ（光源）
２２ 光ファイバ
３０ 光導波路
３１ コア
３２、３３ クラッド
３４ 環状前端面
３５ 環状後端面
４１ フォトダイオード
４２ カバーチューブ

Claims (13)

1. 円筒状を有し、環状の前端面と環状の後端面を有する光導波路と、
   被写体にレーザビームを照射するために前記光導波路の中心軸またはその近傍に配設され、前記被写体において反射した光を前記光導波路の環状前端面に入射させる光源と、
   環状を有し、前記光導波路の環状後端面に近接して対向するフォトダイオードと、
   前記光導波路と前記フォトダイオードを覆うカバーチューブと
   を備えることを特徴とするレーザスキャニング装置。
2. 前記光源が、前記被写体にレーザスポットをスキャンさせるために共振するように構成された光ファイバを有するファイバ・スキャナであることを特徴とする請求項１に記載のレーザスキャニング装置。
3. 前記光導波路が同軸的な円筒状クラッドの間に挟まれて多層光導波路構造を構成する円筒状コアを有することを特徴とする請求項１に記載のレーザスキャニング装置。
4. 前記多層光導波路構造が中空の円筒形であることを特徴とする請求項３に記載のレーザスキャニング装置。
5. 前記光導波路が中空の円筒形であることを特徴とする請求項１に記載のレーザスキャニング装置。
6. 前記光源が前記中空の円筒形内に配置されることを特徴とする請求項１に記載のレーザスキャニング装置。
7. 前記中空の円筒形内に配置される対物光学系を備えることを特徴とする請求項１に記載のレーザスキャニング装置。
8. 前記光源に近接して配置される対物光学系を備えることを特徴とする請求項１に記載のレーザスキャニング装置。
9. 前記対物光学系が第１の開口数を有し、前記光導波路が前記第１の開口数よりも大きい第２の開口数を有することを特徴とする請求項８に記載のレーザスキャニング装置。
10. 絶縁材料で成形されたベースを備え、前記ベースが前記フォトダイオードが取付けられた環状支持部を有することを特徴とする請求項１に記載のレーザスキャニング装置。
11. 前記光導波路が周囲に配設された円筒形支持部材と、前記円筒形支持部材と前記光源の間に配設された絶縁部材とを備えることを特徴とする請求項１に記載のレーザスキャニング装置。
12. 前記絶縁部材が、前記支持部材の後端部に固定され、前記光源が嵌合する中心穴を有する円板状絶縁部材であることを特徴とする請求項１１に記載のレーザスキャニング装置。
13. 前記カバーチューブが防水材料により成形されることを特徴とする請求項１に記載のレーザスキャニング装置。

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