JP2011156235A - 光走査型内視鏡、光走査型内視鏡駆動装置、および光走査型内視鏡システム - Google Patents

Abstract

【課題】挿入管を大径化することなく、光走査型内視鏡の光ファイバを進退させる。
【解決手段】光走査型内視鏡は挿入管の先端にファイバ駆動ユニット４０を有する。ファイバ駆動ユニット４０はファイバ駆動部４１と硬質管４２とを有する。硬質管４２を挿入管の遠位端に固定する。ファイバ駆動部４１は中空管４１ａと圧電素子４１ｂとを有する。中空管４１ａの近位端方向よりの端部をカラー４４によって硬質管４２に固定する。圧電素子４１ｂは遠位端方向に沿って伸縮するように中空管４１ａに貼付する。中空管４１ａの内面に雌螺子を形成する。雌螺子に螺合するコイルバネ４５を螺着する。コイルバネ４５に光供給ファイバ３３を挿通する。ストッパ４７を用いてコイルバネ４５の遠位端方向に変位する力を光供給ファイバ３３に伝達する。圧電素子４１ｂに走査駆動信号および／または進退駆動信号を入力する。
【選択図】図４

Description

本発明は、照明光を伝達するための光ファイバを、挿入管を大径化することなく、挿入管の長手方向に対して進退駆動させることが可能な光走査型内視鏡、光走査型内視鏡駆動装置、および光走査型内視鏡システムに関する。

観察対象領域上の極小の一点に照射する光を走査させながら連続的に反射光を受光することにより観察対象領域の画像を撮像する光走査型内視鏡が知られている（特許文献１参照）。

通常、光を出射する光ファイバの出射端と挿入管の先端までの距離は一定である。しかし、光走査型内視鏡において、出射端から挿入管先端までの距離を可変にすることにより、様々な効果を得ることが可能である。

例えば、光ファイバを進退させることにより共焦点走査型内視鏡として用いることが可能で、３次元でコントラストの高い画像を作成することが可能である。また、光ファイバを進退させることにより光学的に被写体像の像倍率を変更することも可能である。

しかし、光ファイバを進退させるためのモータなどを挿入管の先端に設ける必要があるため、挿入管を大径化してしまうことが問題であった。

米国特許第６２９４７７５号明細書

したがって、本発明では、挿入管を大径化することなく、光ファイバを進退させることが可能な光走査型内視鏡の提供を目的とする。

本発明の光走査型内視鏡は、入射端から出射端まで延び入射端に入射する光を出射端まで伝達し伝達した光を出射端からビーム状に出射し可撓性を有する光伝達体と、出射端近辺の光伝達体の外周面において光伝達体の断面の中心から異なる２つの角度方向（互いの角度方向が１８０°となる場合を除く）に付着され電気信号により光伝達体の長手方向に伸縮する第１の伸縮駆動部材を有する第１の駆動部と、第１の駆動部の周囲に配置され第１の伸縮駆動部材の出射端側の端部より入射端方向に寄った位置において第１の駆動部を支持する支持体と、光伝達体の側面および第１の駆動部の内側と第１の駆動部の外側および支持体の内側とのいずれか一方に設けられ互いに螺合し互いに対して回転することにより第１の駆動部を光伝達体および支持体の少なくとも一方に対して軸方向に変位させる雄螺子および雌螺子とを備えることを特徴としている。

なお、雄螺子は光伝達体の側面に設けられ、雌螺子は第１の駆動部の内側に設けられることが好ましい。

また、雄螺子および雌螺子はそれぞれ光伝達体および第１の駆動部に固定されることが好ましい。

また、光伝達体に設けられ光伝達体を回動自在に保持する雄螺子の両端部に軸方向から当接することにより雌螺子に対して雄螺子とともに軸方向に変位する係止体を備えることが好ましい。

また、雄螺子は第１の駆動部の外側に設けられ雌螺子は支持体の内側に設けられることが好ましい。

また、雄螺子および雌螺子はそれぞれ第１の駆動部および支持体に固定されることが好ましい。

また、出射端から出射する光の出射方向において支持体に支持される光学系と、支持体を軸方向に摺動自在に保持し光伝達体および支持体の少なくとも一方を固定する中空筐体とを備えることが好ましい。

また、第１の駆動部と雄螺子との間において光伝達体の断面の中心から異なる２つの角度方向（互いの角度方向が１８０°となる場合を除く）に付着され電気信号により光伝達体の長手方向に伸縮する第２の伸縮駆動部材を有する第２の駆動部を備えることが好ましい。

また、第１の駆動部は光伝達体の断面の中心から第１の伸縮駆動部材と異なる２つの角度方向（互いの角度方向が１８０°となる場合を除く）において雄螺子に付着される第２の伸縮駆動部材を有することが好ましい。

本発明の第１の光走査型内視鏡駆動装置は、入射端から出射端まで延び入射端に入射する光を出射端まで伝達し伝達した光を出射端からビーム状に出射し可撓性を有する光伝達体と出射端近辺の光伝達体の外周面において光伝達体の断面の中心から異なる２つの角度方向（互いの角度方向が１８０°となる場合を除く）に付着され電気信号により光伝達体の長手方向に伸縮する第１の伸縮駆動部材を有する第１の駆動部と第１の駆動部の周囲に配置され第１の伸縮駆動部材の出射端側の端部より入射端方向に寄った位置において第１の駆動部を支持する支持体と光伝達体の側面および第１の駆動部の内側と第１の駆動部の外側および支持体の内側とのいずれか一方に設けられ互いに螺合し互いに対して回転することにより第１の駆動部を光伝達体および支持体の少なくとも一方に対して軸方向に変位させる雄螺子および雌螺子とを備える光走査型内視鏡を駆動する光走査型内視鏡駆動装置であって、出射端の共振周波数であって出射端を振動させる走査駆動信号と雄螺子を雌螺子に対して回転させる周波数の進退駆動信号とを第１の伸縮駆動部材に出力する制御部を備えることを特徴としている。

なお、走査駆動信号と進退駆動信号とは互いに異なる期間に出力されることが好ましい。あるいは、走査駆動信号と進退駆動信号とが重畳されて出力されることが好ましい。

本発明の第２の光走査型内視鏡駆動装置は、入射端から出射端まで延び入射端に入射する光を出射端まで伝達し伝達した光を出射端からビーム状に出射し可撓性を有する光伝達体と出射端近辺の光伝達体の外周面において光伝達体の断面の中心から異なる２つの角度方向（互いの角度方向が１８０°となる場合を除く）に付着され電気信号により光伝達体の長手方向に伸縮する第１の伸縮駆動部材を有する第１の駆動部と第１の駆動部の周囲に配置され第１の伸縮駆動部材の出射端側の端部より入射端方向に寄った位置において第１の駆動部を支持する支持体と第１の駆動部の外側および支持体の内側に設けられ互いに螺合し互いに対して回転することにより第１の駆動部を光伝達体および支持体の少なくとも一方に対して軸方向に変位させる雄螺子および雌螺子と第１の駆動部と雄螺子との間において光伝達体の断面の中心から異なる２つの角度方向（互いの角度方向が１８０°となる場合を除く）に付着され電気信号により光伝達体の長手方向に伸縮する第２の伸縮駆動部材を有する第２の駆動部を備える光走査型内視鏡を駆動する光走査型内視鏡駆動装置であって、出射端の共振周波数であって出射端を振動させる走査駆動信号を第１の伸縮駆動部材に雄螺子を雌螺子に対して回転させる周波数の進退駆動信号を第２の伸縮駆動部材に出力する制御部を備えることを特徴としている。

本発明の光走査型内視鏡システムは、入射端から出射端まで延び入射端に入射する光を出射端まで伝達し伝達した光を出射端からビーム状に出射し可撓性を有する光伝達体と出射端近辺の光伝達体の外周面において光伝達体の断面の中心から異なる２つの角度方向（互いの角度方向が１８０°となる場合を除く）に付着され電気信号により光伝達体の長手方向に伸縮する第１の伸縮駆動部材を有する第１の駆動部と第１の駆動部の周囲に配置され第１の伸縮駆動部材の出射端側の端部より入射端方向に寄った位置において第１の駆動部を支持する支持体と光伝達体の側面および第１の駆動部の内側と第１の駆動部の外側および支持体の内側とのいずれか一方に設けられ互いに螺合し互いに対して回転することにより第１の駆動部を光伝達体および支持体の少なくとも一方に対して軸方向に変位させる雄螺子および雌螺子とを有する光走査型内視鏡と、出射端の共振周波数で出射端を振動させる走査駆動信号と雄螺子を雌螺子に対して回転させる進退駆動信号とを出力する制御部を備えることを特徴としている。

本発明によれば、伸縮駆動部材に入力する信号を切替えることにより、光伝達体の振動と進退駆動とを実行することが可能となる。モータを設けることなく、進退駆動を実行可能なので、挿入管の大径化を防ぐことも可能である。

本発明の第１の実施形態を適用した光走査型内視鏡を有する光走査型内視鏡装置の外観を概略的に示す外観図である。 光走査型内視鏡プロセッサの内部構成を概略的に示すブロック図である。 第１の実施形態の光走査型内視鏡の内部構成を模式的に示すブロック図である。 第１の実施形態のファイバ駆動ユニットの構造を示すファイバ駆動ユニットの軸方向に沿った部分断面図である。 第１の実施形態の中空管の内部構造を示すための中空管の断面図である。 走査駆動信号の波形を示すグラフである。 ファイバ駆動部により駆動される光供給ファイバの変位経路である。 進退駆動信号の波形を示すグラフである。 観察対象領域と出射端との距離により走査範囲が変わることを説明するための図である。 出射レンズから光が出射する状態を説明するための挿入管の遠位端の外観図である。 第２の実施形態のファイバ駆動ユニットの構造を示すファイバ駆動ユニットの軸方向に沿った部分断面図である。 第３の実施形態のファイバ駆動ユニットの構造を示すファイバ駆動ユニットの軸方向に沿った部分断面図である。 第４の実施形態のファイバ駆動ユニットの構造を示すファイバ駆動ユニットの軸方向に沿った部分断面図である。 第５の実施形態のファイバ駆動ユニットの構造を示すファイバ駆動ユニットの軸方向に沿った部分断面図である。 第５のファイバ駆動部における圧電素子の配置状態を示すための図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態を適用した光走査型内視鏡を有する光走査型内視鏡装置の外観を概略的に示す外観図である。

光走査型内視鏡装置１０は、光走査型内視鏡プロセッサ２０、光走査型内視鏡３０、およびモニタ１１によって構成される。光走査型内視鏡プロセッサ２０は、光走査型内視鏡３０、およびモニタ１１に接続される。

なお、以下の説明において、光供給ファイバ（図１において図示せず）の出射端および反射光ファイバ（図１において図示せず）の入射端は光走査型内視鏡３０の挿入管３１の遠位端側に配置される端部であり、光供給ファイバの入射端と反射光ファイバの出射端は光走査型内視鏡プロセッサ２０と接続されるコネクタ５２に配置される端部である。また、以下の説明において、挿入管３１の遠位端近辺において、挿入管３１の軸に沿った遠位端を向く方向を遠位端方向、遠位端方向の逆方向を近位端方向とする。

光走査型内視鏡プロセッサ２０から観察対象領域ＯＡに照射する光が供給される。供給された光は光供給ファイバ（光伝達体）により挿入管３１の遠位端に伝達され、観察対象領域ＯＡ内の一点に向かって照射される。光が照射された観察対象領域上の一点における反射光が、光走査型内視鏡３０の挿入管３１の遠位端から光走査型内視鏡プロセッサ２０に伝達される。

光供給ファイバの出射端の向く方向が、ファイバ駆動部（図１において図示せず）により変えられる。出射端の方向を変えることにより、光供給ファイバから照射される光が観察対象領域上に走査される。ファイバ駆動部は、光走査型内視鏡プロセッサ２０により制御される。

光走査型内視鏡プロセッサ２０は光の照射位置において散乱する反射光を受光し、受光量に応じた画素信号を生成する。走査する領域全体の画素信号を生成することにより、１フレームの画像信号を生成する。生成した画像信号がモニタ１１に送信され、画像信号に相当する画像がモニタ１１に表示される。

図２に示すように、光走査型内視鏡プロセッサ２０には、光源ユニット２１、受光ユニット２２、ファイバ駆動回路２３（制御部）、画像信号処理回路２４、タイミングコントローラ２５、およびシステムコントローラ２６などが設けられる。

光源ユニット２１は、ビーム状の赤色光、緑色光、青色光を発する赤色光レーザ（図示せず）、緑色光レーザ（図示せず）、および青色光レーザ（図示せず）を有する。ビーム状の赤色光、緑色光、および青色光が混合されることによりビーム状の白色光が、光源ユニット２１から出射される。

光源ユニット２１から出射される白色光が光供給ファイバ３３（光伝達体）に供給される。後述するように、ファイバ駆動回路２３は、ファイバ駆動部４１（第１の駆動部）に光供給ファイバ３３の出射端を所定の経路に沿って変位させるように駆動させる。また、後述するように、ファイバ駆動回路２３はファイバ駆動部４１に光供給ファイバ３３を挿入管３１に沿って進退させるように駆動させる。

光が照射された観察対象領域の反射光が、光走査型内視鏡３０に設けられる反射光ファイバ３４により光走査型内視鏡プロセッサ２０に伝達される。光走査型内視鏡プロセッサ２０に伝達された光は、受光ユニット２２に受光される。

受光ユニット２２により、受光量に応じた画素信号が生成される。画素信号は、画像信号処理回路２４に送信される。画像信号処理回路２４では、画素信号が画像メモリ２７に格納される。観察対象領域全体に対応する画素信号が格納されると、画像信号処理回路２４は画素信号に所定の信号処理を施し、１フレームの画像信号としてエンコーダ２８を介してモニタ１１に送信する。

光走査型内視鏡プロセッサ２０と光走査型内視鏡３０とを接続すると、光源ユニット２１と光走査型内視鏡３０に設けられる光供給ファイバ３３とが、および受光ユニット２２と反射光ファイバ３４とが光学的に接続される。

また、光走査型内視鏡プロセッサ２０と光走査型内視鏡３０とを接続すると、ファイバ駆動回路２３と光走査型内視鏡３０に設けられるファイバ駆動部４１とが電気的に接続される。

なお、光源ユニット２１、受光ユニット２２、ファイバ駆動回路２３、画像信号処理回路２４、およびエンコーダ２８は、タイミングコントローラ２５により各部位の動作の時期が制御される。また、タイミングコントローラ２５および光走査型内視鏡装置１０の各部位の動作はシステムコントローラ２６により制御される。また、フロントパネル（図示せず）などにより構成される入力部２９により、使用者によるコマンド入力が可能である。

次に、光走査型内視鏡３０の構成について詳細に説明する。図３に示すように、光走査型内視鏡３０には、光供給ファイバ３３、ファイバ駆動ユニット４０、および反射光ファイバ３４などが設けられる。

光供給ファイバ３３および反射光ファイバ３４は、コネクタ３２から挿入管３１の先端まで延設される。前述のように、光源ユニット２１から出射されるビーム状の白色光が、光供給ファイバ３３の入射端に入射する。入射端に入射したこれらの光は出射端側に伝達され、観察対象領域ＯＡ内の一点に向かって出射される。

挿入管３１の遠位端に、ファイバ駆動ユニット４０が設けられる。図４に示すように、ファイバ駆動ユニット４０は、ファイバ駆動部４１および硬質管４２（支持体）などによって構成される。

硬質管４２は硬質部材によって円筒形状に形成される。硬質管４２は、円筒軸方向が挿入管３１の遠位端方向に平行となるように、挿入管３１の遠位端に取り付けられる。硬質管４２の遠位端方向の端部に出射レンズ４３が設けられる。

ファイバ駆動部４１は、可撓性部材によって円筒形状に形成された中空管４１ａの外面に圧電素子４１ｂ（伸縮駆動部材）を設けることにより形成される。中空管４１ａの外径は硬質管４２の内径より短くなるように形成される。

中空管４１ａの円筒軸と硬質管４２の円筒軸とが重なるように、中空管４１ａは硬質管４２内に固定される。中空管４１ａは、カラー４４を用いて硬質管４２内に固定される。カラー４４により、中空管４１ａの近位端方向の端部が固定される。

図５に示すように、光供給ファイバ３３はコイルバネ４５を介して中空管４１ａ内に保持される。中空管４１ａの内面には、コイルバネ４５の側面に螺合する雌螺子４６が形成される。コイルバネ４５は、コイルの中心軸が中空管４１ａの円筒軸と重なり中空管４１ａから遠位端方向に向かって突出するように挿入された状態で、中空管４１ａに螺着される。光供給ファイバ３３は、出射端がコイルバネ４５から突出した状態で、コイルバネ４５に挿通される。

したがって、雌螺子４６とコイルバネ４５とは、ファイバ駆動部４１と光供給ファイバ３３との間に介在するように配置されている。

なお、光供給ファイバ３３はコイルバネ４５内部で回動自在に支持される。コイルバネ４５の両端には、ストッパ４７（係止体）が当接される。ストッパ４７は光供給ファイバ３３に固定される。

したがって、コイルバネ４５が遠位端方向に沿って変位する場合には、ストッパ４７を介して光供給ファイバ３３も変位する。一方、コイルバネ４５が雌螺子４６に沿って回転する場合であっても、光供給ファイバ３３は回転しない。

４つの圧電素子４１ｂが、カラー４４より遠位端方向側において、遠位端方向に伸縮可能に固定される（図４参照）。２つの圧電素子４１ｂは、中空管４１ａの円筒軸を挟みながら遠位端方向に垂直な第１の方向に並ぶように配置される。また、他の２つの圧電素子４１ｂは、中空管４１ａの円筒軸を挟みながら遠位端方向および第１の方向に垂直な第２の方向に並ぶように配置される。すなわち、中空管４１ａの円筒軸から４つの異なる角度方向それぞれに圧電素子４１ｂが配置される。

ファイバ駆動回路２３から圧電素子４１ｂに送信される走査駆動信号および／または進退駆動信号に基づいて、圧電素子４１ｂは遠位端方向に沿って伸縮する。

図６に示すように、走査駆動信号は走査期間と制動期間とを交互に繰返す信号である。走査期間中には、カラー４４より遠位端側に延びる光供給ファイバ３３の部位の共振周波数と実質的に一致する周波数、例えば本実施形態では１０ｋｈｚ程度で振動する波形を有している。

圧電素子４１ｂに振動波形の駆動信号を入力することにより、ファイバ駆動部４１は第１、第２の方向に屈曲する。前述の周波数の走査駆動信号を圧電素子４１ｂに入力すると、コイルバネ４５が弾性変形しながら、ファイバ駆動部４１の屈曲方向に追従して、光供給ファイバ３３の側面にファイバ駆動部４１からの押圧力が伝達される。

光供給ファイバ３３は可撓性を有しており、コイルバネ４５を介してファイバ駆動部４１に押圧され、第１、第２の方向、すなわち光供給ファイバ３３の長手方向に垂直な２方向に屈曲する。光供給ファイバ３３が屈曲することにより、光供給ファイバ３３の出射端は変位する。

なお、走査駆動信号の走査期間の振動波形は振幅が徐々に増加する波形を有している。したがって、光供給ファイバ３３の出射端は第１、第２の方向に沿って振幅の増加と減少を繰返しながら振動するように駆動される。なお、第１、第２の方向への振動の位相は９０°ずらされる。

第１、第２の方向に沿ってこのような振動をさせることにより、図７に示すような渦巻き型の変位経路を通るように光供給ファイバ３３の出射端は変位し、光が観察対象領域上で走査される。

なお、光供給ファイバ３３を屈曲させない状態における光供給ファイバの先端の位置が基準点ｓｐ（図７参照）に定められる。光供給ファイバ３３の出射端に基準点ｓｐから振幅を増加させながら振動させる走査期間（図６参照）に、観察対象領域への白色光の照射および画素信号の採取が実行される。

また、最大振幅になるまで変位させると制動期間に切り替えられる。制動期間には一画像を作成するための走査を終了し、無信号状態、すなわち信号レベルがゼロの信号が圧電素子４１ｂに入力される。したがって、走査期間中に第１、第２の方向に最大限に変位した光供給ファイバ３３の先端が、制動期間中に基準点ｓｐに戻され、再び次の画像を作成するための走査が実行される。

図８に示すように、進退駆動信号は一定の振幅で振動する波形を有している。進退駆動信号の周波数は、雌螺子４６がコイルバネ４５にフラフープ運動、すなわちコイルバネ４５が雌螺子４６に対して回転させる周波数に実質的に一致する周波数、例えば本実施形態では４０ｋｈｚ〜１００ｋｈｚに合わせられる。

圧電素子４１ｂに振動波形の駆動信号を入力することにより、ファイバ駆動部４１は第１、第２の方向に屈曲する。前述の周波数の進退駆動信号を圧電素子４１ｂに入力すると、コイルバネ４５が雌螺子４６に対して回転する。

コイルバネ４５を回転させることにより、コイルバネ４５が遠位端方向に進行または後退する。前述のように、コイルバネ４５の進行および後退に応じて、光供給ファイバ３３も遠位端方向に進行または後退する。

光供給ファイバ３３を遠位端方向に進行させると、中空管４１ａから突出する光供給ファイバ３３の一部であってコイルバネ４５と一体となって振動する部位の重心が、遠位端方向に移動する。また、光供給ファイバ３３の振動の作用点が移動することにより、振動する部位の共振周波数は小さくなる。ファイバ駆動回路２３は、光供給ファイバ３３の振動周波数が共振周波数と一致するようにファイバ駆動部４１を制御する。振動周波数を小さくすることにより、走査速度が低下する。

また、光供給ファイバ３３を遠位端方向に進行させることにより、光供給ファイバ３３の出射端が出射レンズ４３側に変位する。出射端を出射レンズ４３側に変位させることにより出射端から観察対象領域までの距離が短くなる。

図９に示すように、観察対象領域ＯＡから出射端までの距離が長いと光の走査範囲が広大化し（図９（ａ）参照）、観察対象領域ＯＡから出射端までの距離が短いと光の走査範囲が狭小化される（図９（ｂ）参照）。

光供給ファイバ３３を挿入管３１の遠位端方向から後退させると、振動する部位の重心が近位端方向に移動する。また、光供給ファイバ３３の振動の作用点が移動する。したがって、振動する部位の共振周波数が大きくなる。ファイバ駆動回路２３は、光供給ファイバ３３の振動周波数が共振周波数と一致するようにファイバ駆動部４１を制御する。振動周波数を大きくすることにより、走査速度が増加する。

また、光供給ファイバ３３を挿入管３１の近位端方向に後退させることにより、光供給ファイバ３３の出射端が出射レンズ６５側の反対方向に変位する。出射端を出射レンズ４３の反対方向に変位することにより出射端から観察対象領域までの距離が長くなる。したがって、光の走査範囲が広大化される。

なお、進退駆動信号は走査駆動信号の制動期間中に重畳され、圧電素子４１ｂに入力される。単一の制動期間中に、使用者が望む移動量で光供給ファイバ３３を変位できない場合には、走査期間の前後で連続する制動期間中に進退駆動信号が重畳される。

光供給ファイバ３３から出射した白色光は出射レンズ４３を透過して、観察対象領域の一点に向けて出射する（図１０参照）。白色光が照射された観察対象領域ＯＡの一点における反射光が散乱し、散乱した反射光が反射光ファイバ３４の入射端に入射する。

光走査型内視鏡３０には複数の反射光ファイバ３４が設けられる。反射光ファイバ３４の先端は、出射レンズ４３の周囲を囲むように配置される。観察対象領域ＯＡ上の一点において散乱した反射光は、各反射光ファイバ３４に入射する。

反射光ファイバ３４に入射した反射光は、反射光ファイバ３４の出射端まで伝達される。前述のように、反射光ファイバ３４の出射端は、受光ユニット２２に接続される。反射光ファイバ３４に伝達された反射光は、受光ユニット２２に向かって出射する。

受光ユニット２２では、反射光の赤色光成分、緑色光成分、および青色光成分毎の受光量を検出し、それぞれの受光量に応じた画素信号が生成される。画素信号は画像信号処理回路２４に送信される。

画像信号処理回路２４では、ファイバ駆動回路２３を制御するための信号に基づいて、瞬間における光の照射位置が推定される。画像信号処理回路２４は推定した位置に対応する画像メモリ２７のアドレスに、受信した画像信号を格納する。

前述のように、照射する白色光が観察対象領域上に走査され、それぞれの位置における反射光に基づいて画素信号が生成され、対応する画像メモリ２７のアドレスに格納される。走査始点から走査終点までの間に格納した各位置における画素信号により、観察対象領域の像に対応する画像信号が形成される。画像信号は前述のように所定の信号処理が施さ
れてから、モニタ１１に送信される。

以上のような構成の第１の実施形態を適用した光走査型内視鏡によれば、光供給ファイバ３３を出射端側において、遠位端方向に進行または後退させることが可能である。また、光供給ファイバ３３を振動させるための圧電素子４１ｂを用いて光供給ファイバ３３を進退させているので、挿入管３１の大径化を防ぐことが可能である。

遠位端方向に沿って光供給ファイバ３３を変位させることにより、使用者による走査速度の調整および走査範囲の変更をすることが可能になる。走査速度を調整することにより、被写体の種類に応じて適切な走査が可能である。例えば、被写体が高速で動く場合には、走査速度を増加させて撮像することにより表示する画像の動解像度を向上させることが可能である。また、被写体の輪郭などが細かい場合には、走査速度を低下させて撮像することにより詳細な画像を表示可能となる。

次に、本発明の第２の実施形態を適用した光走査型内視鏡について説明する。第２の実施形態の光走査型内視鏡は、ファイバ駆動ユニットの構成が第１の実施形態と異なる。以下に、第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。なお、以下の説明において同じ機能を有する部位には同じ符号を付する。

第２の実施形態の光走査型内視鏡１０も、第１の実施形態と同じく、光供給ファイバ３３、ファイバ駆動ユニット、および反射光ファイバ３４などが設けられる。第１の実施形態と同じく、ファイバ駆動ユニットは、挿入管３１の遠位端に設けられる。

図１１に示すように、第１の実施形態と同じく、ファイバ駆動ユニット４００は、ファイバ駆動部４１０および硬質管４２などによって構成される。硬質管４２の構成および挿入管３１内における硬質管４２の配置は、第１の実施形態と同じである。

ファイバ駆動部４１０は、第１の実施形態と同様に、中空管４１０ａの外面に圧電素子４１０ｂを設けることにより形成される。なお、中空管４１０ａの両端部まで延びる圧電素子４１０ｂが中空管４１０ａの側面に貼付される。第１の実施形態と同様に、２つの圧電素子４１０ｂが第１の方向に並ぶように配置され、また別の２つの圧電素子４１０ｂが第２の方向に並ぶように配置される。

中空管４１０ａの近位端方向の端部寄りの側面に雄螺子４８が設けられる。雄螺子４８は圧電素子４１０ｂの近位端方向の端部寄りの一部に被せられる。

硬質管４２の内面には、雄螺子４８に螺合する雌螺子４６０が形成される。雄螺子４８を雌螺子４６０に螺着させることにより、ファイバ駆動部４１０は硬質管４２に保持される。したがって、雄螺子４８と雌螺子４６０とは、硬質管４２とファイバ駆動部４１０との間に介在するように配置されている。

光供給ファイバ３３は中空管４１０ａに挿通され、中空管４１０ａ内部で回動自在に支持される。中空管４１０ａの両端には、ストッパ４７が当接される。ストッパ４７は光供給ファイバ３３に固定される。

したがって、中空管４１０ａが遠位端方向に沿って変位する場合には、ストッパ４７を介して光供給ファイバ３３も変位する。一方、中空管４１０ａが雄螺子４８とともに雌螺子４６０に沿って回転する場合であっても、光供給ファイバ３３は回転しない。

第１の実施形態と同様に、ファイバ駆動回路２３から圧電素子４１０ｂに走査駆動信号および／または進退駆動信号が入力される。

第１の実施形態と同じく、圧電素子４１０ｂが走査駆動信号を受信すると、雄螺子４８が被せられていない部位においてファイバ駆動部４１０は光供給ファイバ３３を振動させ、光供給ファイバ３３の出射端が渦巻き型の変位経路を通るように出射端を変位させる。

また、第１の実施形態と同じく、圧電素子４１０ｂが進退駆動信号を受信すると、雄螺子４８が雌螺子４６０に対して回転し、雄螺子４８がファイバ駆動部４１０とともに、遠位端方向に進行または後退する。したがって、光供給ファイバ３３も遠位端方向に進行または後退する。

以上のような構成の第２の実施形態を適用した光走査型内視鏡によっても、挿入管３１の大径化を防ぎながら、光供給ファイバ３３を出射端側において遠位端方向に進行または後退させることが可能である。

次に本発明の第３の実施形態を適用した光走査型内視鏡について説明する。第３の実施形態の光走査型内視鏡は、ファイバ駆動ユニットの構成が第１の実施形態と異なる。以下に、第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。なお、以下の説明において同じ機能を有する部位には同じ符号を付する。

第３の実施形態の光走査型内視鏡１０も、第１の実施形態と同じく、光供給ファイバ３３、ファイバ駆動ユニット、および反射光ファイバ３４などが設けられる。第１の実施形態と同じく、ファイバ駆動ユニットは、挿入管３１の遠位端に設けられる。

図１２に示すように、ファイバ駆動ユニット４０１は、ファイバ駆動部４１０、硬質管４２、および鏡胴４９（中空筐体）などによって構成される。硬質管４２の構成および挿入管３１内における硬質管４２の配置は、第１の実施形態と同じである。

第１の実施形態と異なり、硬質管４２の内部には円筒状の鏡胴４９が設けられる。鏡胴４９の外径は硬質管４２の内径と略同じ長さになるように形成される。鏡胴４９は、硬質管４２内部に滑動自在に挿入される。鏡胴４９の遠位端方向の端部に変倍光学系５０（光学系）が固定される。また、鏡胴４９の近位端方向の端部近辺の内面には雌螺子４６１が形成される。

ファイバ駆動部４１０の構成は、第２の実施形態と同じである。したがって、中空管４１０ａの近位端方向の端部寄りの側面に雄螺子４８が設けられる。なお、雄螺子４８は、雌螺子４６１と螺合するように形成される。

雄螺子４８は雌螺子４６１に螺着される。光供給ファイバ３３は、中空管４１０ａに固定される。また、光供給ファイバ３３は、ファイバ駆動部４１０より近位端側においてカラー４４により硬質管４２に固定される。したがって、鏡胴４９は光供給ファイバ３３およびファイバ駆動部４１０を介して、硬質管４２に保持される。

第１の実施形態と同様に、ファイバ駆動回路２３から圧電素子４１０ｂに走査駆動信号および／または進退駆動信号が入力される。

第１の実施形態と同じく、圧電素子４１０ｂが走査駆動信号を受信すると、雄螺子４８が被せられていない部位においてファイバ駆動部４１０は光供給ファイバ３３を振動させ、光供給ファイバ３３の出射端が渦巻き型の変位経路を通るように変位させる。

また、第１の実施形態と同じく、圧電素子４１０ｂが進退駆動信号を受信すると、圧電素子４１０ｂは雌螺子４６１を雄螺子４８に対して回転させる。雄螺子４８は光供給ファイバ３３を介して硬質管４２に固定されているので、雌螺子４６１を回転させることにより鏡胴４９が硬質管４２内で遠位端方向に進行または後退する。鏡胴４９とともに変倍光学系５０を遠位端方向に進行または後退させることが可能である。

以上のような構成の第３の実施形態を適用した光走査型内視鏡によっても、挿入管３１の大径化を防ぎながら、光供給ファイバ３３の出射端に対する変倍光学系５０の位置を変位させることが可能なので、光の照射範囲の大きさを調整することが可能である。

次に、本発明の第４の実施形態を適用した光走査型内視鏡について説明する。第４の実施形態の光走査型内視鏡は、ファイバ駆動ユニットの構成が第１の実施形態と異なる。以下に、第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。なお、以下の説明において同じ機能を有する部位には同じ符号を付する。

第４の実施形態の光走査型内視鏡１０も、第１の実施形態と同じく、光供給ファイバ３３、ファイバ駆動ユニット、および反射光ファイバ３４などが設けられる。第１の実施形態と同じく、ファイバ駆動ユニットは、挿入管３１の遠位端に設けられる。

図１３に示すように、ファイバ駆動ユニット４０２は、ファイバ駆動部４１２、硬質管４２、および進退駆動部５１（第２の駆動部）などによって構成される。硬質管４２の構成および挿入管３１内における硬質管４２の配置は、第１の実施形態と同じである。

ファイバ駆動部４１２は、第１の実施形態と同様に、中空管４１２ａの外面に圧電素子４１２ｂを設けることにより形成される。なお、圧電素子４１２ｂは中空管４１２ａの遠位端方向の端部寄りに貼付される。第１の実施形態と同様に、２つの圧電素子４１２ｂが第１の方向に並ぶように配置され、また別の2つの圧電素子４１２ｂが第２の方向に並ぶように配置される。

進退駆動部５１は、円筒状の中空管５１ａの外面に圧電素子５１ｂを設けることによって形成される。ファイバ駆動部４１２と同様に、進退駆動部５１の中空管５１ａの両端部まで延びる圧電素子５１ｂが中空管５１ａの側面に貼付される。

後述するように、進退駆動部５１の中空管５１ａは、遠位端方向と軸方向とが平行となるように硬質管４２内で保持される。ファイバ駆動部４１２と同様に、２つの圧電素子５１ｂが第１の方向に並ぶように配置され、また別の２つの圧電素子５１ｂが第２の方向に並ぶように配置される。

進退駆動部５１の中空管５１ａは、内径がファイバ駆動部４１２の中空管４１２ａの外径と実質的に同一となるように形成される。ファイバ駆動部４１２の中空管４１２ａは、進退駆動部５１の中空管５１ａの遠位端方向の端部から中空管５１ａに挿入される。ファイバ駆動部４１２の中空管４１２ａは、圧電素子４１２ｂが進退駆動部５１の中空管５１ａから突出した位置で中空管５１ａに固定される。

進退駆動部５１の中空管５１ａの側面に雄螺子４８２が設けられる。第２の実施形態と同様に、硬質管４２の内面には雄螺子４８２と螺合する雌螺子４６０が形成される。雄螺子４８２を雌螺子４６０に螺着させることにより、ファイバ駆動部４１２は進退駆動部５１を介して硬質管４２に保持される。

第２の実施形態と同じく、光供給ファイバ３３はファイバ駆動部４１２の中空管４１２ａに挿通され、中空管４１２ａ内部で回動自在に支持される。第２の実施形態と同じく、中空管４１２ａの両端にはストッパ４７が当接される。ストッパ４７は光供給ファイバ３３に固定される。

したがって、中空管４１２ａが遠位端方向に沿って変位する場合には、ストッパ４７を介して光供給ファイバ３３も変位し、中空管４１２ａが進退駆動部５１とともに円筒中心を軸として回転しても光供給ファイバ３３の回転は防がれる。

第１の実施形態と異なり、ファイバ駆動回路２３から走査駆動信号がファイバ駆動部４１２の圧電素子４１２ｂに入力され、ファイバ駆動回路２３から進退駆動信号が進退駆動部５１の圧電素子５１ｂに入力される。

ファイバ駆動部４１２の圧電素子４１２ｂが走査駆動信号を受信すると、ファイバ駆動部４１は光供給ファイバ３３を振動させ、光供給ファイバ３３の出射端が渦巻き型の変位経路を通るように出射端を変位させる。

進退駆動部５１の圧電素子５１ｂが進退駆動信号を受信すると、雄螺子４８２が雌螺子４６０に対して回転し、雄螺子４８２がファイバ駆動部４１２とともに、遠位端方向に進行または後退する。したがって、光供給ファイバ３３も遠位端方向に進行または後退する。

以上のような構成の第４の実施形態を適用した光走査型内視鏡によっても、挿入管３１の大径化を防ぎながら、光供給ファイバ３３を出射端側において遠位端方向に進行または後退させることが可能である。

なお、第１〜第３の実施形態と異なり、光供給ファイバ３３の走査駆動と、遠位端方向への進退駆動とを別々の圧電素子４１２ｂ、５１ｂを用いて実行させることが可能である。それゆえ、圧電素子４１２ｂ、５１ｂの振動の制御が第１〜第３の実施形態に比べて簡潔化される。

次に本発明の第５の実施形態を適用した光走査型内視鏡について説明する。第５の実施形態の光走査型内視鏡は、ファイバ駆動ユニットの構成が第１の実施形態と異なる。以下に、第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。なお、以下の説明において同じ機能を有する部位には同じ符号を付する。

第５の実施形態の光走査型内視鏡１０も、第１の実施形態と同じく、光供給ファイバ３３、ファイバ駆動ユニット、および反射光ファイバ３４などが設けられる。第１の実施形態と同じく、ファイバ駆動ユニットは、挿入管３１の遠位端に設けられる。

図１４に示すように、第１の実施形態と同じく、ファイバ駆動ユニット４０３は、ファイバ駆動部４１３および硬質管４２などによって構成される。硬質管４２の構成および挿入管３１内における硬質管４２の配置は、第１の実施形態と同じである。

ファイバ駆動部４１３は、第１の実施形態と異なり、中空管４１３ａの外面および内面それぞれに４つの圧電素子４１３ｂを設けることにより形成される。図１５に示すように、８つの圧電素子４１３ｂは、中空管４１３ａの円筒軸から側面に向かう異なる８方向に配置される。

２つの圧電素子４１３ｂが中空管４１３ａの外面において第１の方向から＋α°回転させた方向に並ぶように配置され、また別の２つの圧電素子４１３ｂが中空管４１３ａの外面において第２の方向から＋α°回転させた方向に並ぶように配置される。

さらに２つの圧電素子４１３ｂが中空管４１３ａの内面において第１の方向から−α°回転させた方向に並ぶように配置され、また別の２つの圧電素子４１３ｂが中空管４１３ａの内面において第２の方向から−α°回転させた方向に並ぶように配置される。

中空管４１３ａの近位端方向の端部寄りの側面に雄螺子４８が設けられる。雄螺子４８は中空管４１３ａの外面に貼付された圧電素子４１３ｂに被せられる。

第２の実施形態と同様に、硬質管４２の内面には雄螺子４８に螺合する雌螺子４６０が形成される。雄螺子４８を雌螺子４６０に螺着させることにより、ファイバ駆動部４１３は硬質管４２に保持される。したがって、雄螺子４８と雌螺子４６０とは、硬質管４２とファイバ駆動部４１３との間に介在するように配置されている。

光供給ファイバ３３は中空管４１３ａの内面に貼付された４つの圧電素子４１３ｂが形成する中空内に挿通され、圧電素子４１３ｂの中空内に回動自在に支持される。第２の実施形態と同様に、中空管４１３ａの両端にはストッパ４７が当接される。ストッパ４７は光供給ファイバ３３に固定される。

したがって、中空管４１３ａが遠位端方向に沿って変位する場合には、ストッパ４７を介して光供給ファイバ３３も変位する。一方、中空管４１３ａが雄螺子４８とともに雌螺子４６０に沿って回転する場合であっても、光供給ファイバ３３は回転しない。

第１の実施形態と異なり、ファイバ駆動回路２３から走査駆動信号が中空管４１３ａの内面に貼付された圧電素子４１３ｂに入力される。また、ファイバ駆動回路２３から進退駆動信号が中空管４１３ａの外面に貼付された圧電素子４１３ｂに入力される。

第４の実施形態と同様に、内面に貼付された圧電素子４１３ｂが走査駆動信号を受信することにより、光供給ファイバ３３の出射端が渦巻き型の変位経路を通るように出射端を変位させる。

また、外面に貼付された圧電素子４１３ｂが進退駆動信号を受信することにより、雄螺子４８が雌螺子４６０に対して回転し、雄螺子４８がファイバ駆動部４１３および光供給ファイバ３３とともに遠位端方向に進行または後退する。

以上のような構成の第５の実施形態を適用した光走査型内視鏡によっても、挿入管３１の大径化を防ぎながら、光供給ファイバ３３の出射端側において遠位端方向に進行または後退させることが可能である。

なお、第４の実施形態と同様に、光供給ファイバ３３の走査駆動と、遠位端方向への進退駆動とを別々の圧電素子４１３ｂを用いて実行させることが可能である。また、第４の実施形態と異なり、進退駆動部５１を設けないので、挿入管３１を更に細径化させることが可能である。

なお、第１、第２、第４、第５の実施形態において光供給ファイバ３３は中空管４１ａ、４１０ａ、４１２ａ、４１３ａに回動自在に保持され、ストッパ４７を介して光供給ファイバ３３が遠位端方向に進行または後退する構成であるが、第３の実施形態のように中空管４１０ａに固定される構成であってもよい。

ただし、これらの実施形態のように、光供給ファイバ３３を回動自在に保持させることにより、ファイバ駆動部４１ａ、４１０ａ、４１２ａ、４１３ａが硬質管４２に対して回転する場合でも光供給ファイバ３３が長手方向を軸として回転することが防がれる。したがって、捩れに対する強度の低い部材を用いて光供給ファイバ３３を形成するが可能になる。

また、第１、第２、第４、第５の実施形態において圧電素子４１ｂ、４１０ｂ、４１２ｂ、４１３ｂは中空管４１ａ、４１０ａ、４１２ａ、４１３ａを介して光供給ファイバ３３に当接され、第３の実施形態において圧電素子４１０ｂは中空管４１０ａを介して光供給ファイバ３３に固定される構成であるが、圧電素子４１ｂ、４１０ｂ、４１２ｂ、４１３ｂは直接または間接的に光供給ファイバ３３に付着されていればよい。光供給ファイバ３３に付着させることにより、光供給ファイバ３３を屈曲する力が圧電素子４１ｂ、４１０ｂ、４１２ｂ、４１３ｂから伝達される。

また第１〜第５の実施形態において、通常の光走査型内視鏡において光供給ファイバ３３または変倍光学系５０を、遠位端方向に沿って変位可能な構成を適用したが、他の光走査型内視鏡にも適用可能である。

例えば、共焦点光走査型内視鏡において第１〜第５の実施形態のように光供給ファイバ３３を進退可能であれば、焦点深度の調整が出来るようになる。様々な焦点深度における光学像を受光して画像を作成することにより、被写体の立体構造を鮮明に表示することが可能になる。

また、第１〜第５の実施形態では、光供給ファイバ３３の出射端を渦巻き型変位経路に沿って変位させる構成であるが、変位経路は渦巻き型に限られない。他の変位経路に沿って光供給ファイバ３３の出射端を変位させてもよい。例えば、リサージュ型変位経路に沿って光供給ファイバ３３の出射端を変位させる構成であってもよい。リサージュ型変位経路に沿って走査する場合には、制動期間が存在しないので、走査駆動信号に進退駆動信号を重畳することにより、光供給ファイバ３３を遠位端方向に沿って進退させることが可能である。

１０ 光走査型内視鏡装置
２０ 光走査型内視鏡プロセッサ
２３ ファイバ駆動回路
３０ 光走査型内視鏡
３１ 挿入管
３３ 光供給ファイバ
４０、４００、４０１、４０２、４０３ ファイバ駆動ユニット
４１、４１０、４１２、４１３ ファイバ駆動部
４１ａ、４１０ａ、４１２ａ、４１３ａ 中空管
４１ｂ、４１０ｂ、４１２ｂ、４１３ｂ 圧電素子
４２ 硬質管
４４ カラー
４５ コイルバネ
４６、４６０、４６１ 雌螺子
４７ ストッパ
４８、４８２ 雄螺子
４９ 鏡胴
５０ 変倍光学系
５１ 進退駆動部
５１ａ 中空管
５１ｂ 圧電素子

Claims (14)

1. 入射端から出射端まで延び、前記入射端に入射する光を前記出射端まで伝達し、伝達した光を前記出射端からビーム状に出射し、可撓性を有する光伝達体と、
   前記出射端近辺の前記光伝達体の外周面において前記光伝達体の断面の中心から異なる２つの角度方向（互いの角度方向が１８０°となる場合を除く）に付着され、電気信号により前記光伝達体の長手方向に伸縮する第１の伸縮駆動部材を有する第１の駆動部と、
   前記第１の駆動部の周囲に配置され、前記第１の伸縮駆動部材の前記出射端側の端部より前記入射端方向に寄った位置において前記第１の駆動部を支持する支持体と、
   前記光伝達体の側面および前記第１の駆動部の内側と、前記第１の駆動部の外側および前記支持体の内側とのいずれか一方に設けられ、互いに螺合し、互いに対して回転することにより前記第１の駆動部を前記光伝達体および前記支持体の少なくとも一方に対して軸方向に変位させる雄螺子および雌螺子とを備える
   ことを特徴とする光走査型内視鏡。
2. 前記雄螺子は前記光伝達体の側面に設けられ、前記雌螺子は前記第１の駆動部の内側に設けられることを特徴とする請求項１に記載の光走査型内視鏡。
3. 前記雄螺子および前記雌螺子は、それぞれ前記光伝達体および前記第１の駆動部に固定されることを特徴とする請求項２に記載の光走査型内視鏡。
4. 前記光伝達体に設けられ、前記前記光伝達体を回動自在に保持する前記雄螺子の両端部に前記軸方向から当接することにより前記雌螺子に対して前記雄螺子とともに軸方向に変位する係止体を備えることを特徴とする請求項２に記載の光走査型内視鏡。
5. 前記雄螺子は前記第１の駆動部の外側に設けられ、前記雌螺子は前記支持体の内側に設けられることを特徴とする請求項１に記載の光走査型内視鏡。
6. 前記雄螺子および前記雌螺子は、それぞれ前記第１の駆動部および前記支持体に固定されることを特徴とする請求項５に記載の光走査型内視鏡。
7. 前記出射端から出射する光の出射方向において前記支持体に支持される光学系と、
   前記支持体を前記軸方向に摺動自在に保持し、前記光伝達体および前記支持体の少なくとも一方を固定する中空筐体とを備える
   ことを特徴とする請求項５に記載の光走査型内視鏡。
8. 前記第１の駆動部と前記雄螺子との間において、前記光伝達体の断面の中心から異なる２つの角度方向（互いの角度方向が１８０°となる場合を除く）に付着され、電気信号により前記光伝達体の長手方向に伸縮する第２の伸縮駆動部材を有する第２の駆動部を備えることを特徴とする請求項５に記載の光走査型内視鏡。
9. 前記第１の駆動部は、前記光伝達体の断面の中心から前記第１の伸縮駆動部材と異なる２つの角度方向（互いの角度方向が１８０°となる場合を除く）において前記雄螺子に付着される第２の伸縮駆動部材を有することを特徴とする請求項５に記載の光走査型内視鏡。
10. 請求項１〜請求項７のいずれか１項の光走査型内視鏡を駆動する光走査型内視鏡駆動装置であって、
    前記出射端の共振周波数であって前記出射端を振動させる走査駆動信号と、前記雄螺子を前記雌螺子に対して回転させる周波数の進退駆動信号とを前記第１の伸縮駆動部材に出力する制御部を備える
    ことを特徴とする光走査型内視鏡駆動装置。
11. 前記走査駆動信号と前記進退駆動信号とは、互いに異なる期間に出力されることを特徴とする請求項１０に記載の光走査型内視鏡駆動装置。
12. 前記走査駆動信号と前記進退駆動信号とが重畳されて出力されることを特徴とする請求項１０に記載の光走査型内視鏡駆動装置。
13. 請求項８または請求項９の光走査型内視鏡を駆動する光走査型内視鏡駆動装置であって、
    前記出射端の共振周波数であって前記出射端を振動させる走査駆動信号を前記第１の伸縮駆動部材に、前記雄螺子を前記雌螺子に対して回転させる周波数の進退駆動信号を前記第２の伸縮駆動部材に出力する制御部を備える
    ことを特徴とする光走査型内視鏡駆動装置。
14. 入射端から出射端まで延び前記入射端に入射する光を前記出射端まで伝達し伝達した光を前記出射端からビーム状に出射し可撓性を有する光伝達体と、前記出射端近辺の前記光伝達体の外周面において前記光伝達体の断面の中心から異なる２つの角度方向（互いの角度方向が１８０°となる場合を除く）に付着され電気信号により前記光伝達体の長手方向に伸縮する第１の伸縮駆動部材を有する第１の駆動部と、前記第１の駆動部の周囲に配置され前記第１の伸縮駆動部材の前記出射端側の端部より前記入射端方向に寄った位置において前記第１の駆動部を支持する支持体と、前記光伝達体の側面および前記第１の駆動部の内側と前記第１の駆動部の外側および前記支持体の内側とのいずれか一方に設けられ互いに螺合し互いに対して回転することにより前記第１の駆動部を前記光伝達体および前記支持体の少なくとも一方に対して軸方向に変位させる雄螺子および雌螺子とを有する光走査型内視鏡と、
    前記出射端の共振周波数で前記出射端を振動させる走査駆動信号と、前記雄螺子を前記雌螺子に対して回転させる進退駆動信号とを出力する制御部を備える
    ことを特徴とする光走査型内視鏡システム。

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