JP2011197296A - 可変分光素子、並びに可変分光素子を備えた分光ユニット及び内視鏡装置 - Google Patents

Abstract

【課題】温度や湿度の環境変化により対向配置されている光学基板に夫々設けられた容量センサ電極間で生じる静電容量が変化しても、高精度に波長制御できる可変分光素子並びにそれを備えた分光ユニット及び内視鏡装置の提供。
【解決手段】対向配置された光学基板１，２と、光学基板１，２の間隔を変化させるアクチュエータ３と、光学基板１，２の対向面に固定された容量センサ電極４ａ，４ｂからなり電極４ａ，４ｂ間で発生する静電容量から光学基板１，２の間隔を検出する面間センサ４と、対向位置に間隔を固定して配置された容量センサ電極５ａ，５ｂからなり電極５ａ，５ｂ間で発生する静電容量から温度、湿度の環境変化の変動量を検出し変動量に応じてセンサ４が検出した静電容量に対し所定値を補償する参照センサ５と、光学基板１，２とアクチュエータ３とセンサ４とセンサ５とを内部に備える筐体６を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、間隔をあけて対向配置された一対の光学基板と、一方の光学基板を移動させるアクチュエータを備え、アクチュエータを介して光学基板間の間隔を変更することによって、光学基板を透過する光の波長を変化させる、可変分光素子を備えた分光ユニット及び可変分光素子を備えた内視鏡装置に関するものである。

図９は従来のこの種の可変分光素子の基本構成の一例を示す説明図で、(a)は筐体の外観を示す斜視図、(b)は筐体の内側の構成を示す斜視図、(c)は(b)の光学基板における容量センサ電極の配置を示す平面図、(d)は光学基板における容量センサ電極の配置を示す部分拡大斜視図である。

図９に示す可変分光素子は、筐体５１と、第１の光学基板５２と、第１の光学基板５２に設けられた第１の容量センサ電極５３と、第２の光学基板５４と、第２の光学基板５４に設けられた第２の容量センサ電極５５と、支持部材５６とアクチュエータとしてのピエゾ素子５７を備えている。図中、５８はベースである。

第１の光学基板５２は、円板状に形成された透明部材を有してなり、一方の面に、例えば、誘電体多層膜で構成された反射膜のコート層（図示省略）が設けられている。
第１の容量センサ電極５３は、例えば、金属膜で構成されていて、第１の光学基板５２のコート層が設けられた面における光学有効径を外れた位置に、周方向に間隔をあけて設けられている。
筐体５１は、第１の光学基板５２及び第２の光学基板５４の光学有効径よりも大きな穴を有する円筒状に形成されており、第１の光学基板５２の側面を、そのコート層及び第１の容量センサ電極５３が設けられた面が内側を向くように支持している。

第２の光学基板５４は、円板状に形成された透明部材を有してなり、第１の光学基板５２に対して間隔をあけて対向配置されている。第２の光学基板５４における第１の光学基板５２に対向する面には、例えば、誘電体多層膜で構成された反射膜のコート層（図示省略）が設けられている。
第２の容量センサ電極５５は、例えば、金属膜で構成されていて、第２の光学基板５４のコート層が設けられた面における光学有効径を外れた位置に、周方向に間隔をあけて第１の容量センサ電極５３に対して対向配置されている。
支持部材５６は、第２の光学基板５４の光学有効径よりも大きな穴を有する環状部材からなり、その一方の面が第２の光学基板５４におけるコート層及び第２の容量センサ電極５５とは反対側の面に接合している。支持部材５６の他方の面は、ピエゾ素子５７と接合している。
ベース５８は、第１の光学基板５２及び第２の光学基板５４の光学有効径よりも大きな穴を持つ環状に形成されており、一方の面でピエゾ素子５７の一端を固定すると共に、その側面を筐体５１に固定されている。

そして、図９に示す可変分光素子は、ピエゾ素子５７の伸縮によって第２の光学基板５４を移動させ、筐体５１に固定されている第１の光学基板５２と第２の光学基板５４との距離を変化させる。その際、第１の光学基板５２と第２の光学基板５４の対向する面に配置された第１の容量センサ電極５３と第２の容量センサ電極５５は、面間センサとして機能し、２つの容量センサ電極の間に発生する静電容量の大きさによって、第１の光学基板５２と第２の光学基板５４との間の距離が検知されるようになっている。これにより、図９に示す可変分光素子は、２つの容量センサ電極５３，５５の間の静電容量の大きさを制御することによって、第１及び第２の光学基板５２，５４を透過する光の波長を制御する。

このように、２つの光学基板に対向配置された容量センサ電極間の静電容量の大きさによって基板間の距離を検知し、この２つの光学基板間の距離を変化させることによって、この２つの光学基板を通過する光の波長を選択できるようにした可変分光素子の技術は、例えば、次の特許文献１、２に記載されている。

特開２００８−１５１５４４号公報 特開平１１−１４２７５２号公報

しかし、特許文献１、２に記載の可変分光素子等の従来の可変分光素子においては、温度や湿度の環境変化の影響で、２つの光学基板に対向配置された容量センサ電極間で生じる静電容量の大きさが変動し、その結果、検出される静電容量に基づきアクチェータを介して制御される光学基板間の間隔が、正常値からズレて、透過させるべき波長の制御精度が低下してしまうという問題があった。

この点について、詳説する。
図９(d)に示したように、第１及び第２の光学基板５２，５４において、第１及び第２の容量センサ電極５３，５５を正対するように配置することで、第１及び第２の容量センサ電極５３，５５間に静電容量が発生する。
静電容量Ｃの大きさは次の式で表される。

ただし、εは比誘電率、Ａは容量センサ電極の面積、ｄは容量センサ電極間の距離である。
従って、比誘電率ε、容量センサ電極の面積Ａが常に一定であれば、容量センサ電極間の距離ｄに応じて一意的に静電容量が決定されることになる。

しかし、温度や湿度の環境が変化すると、容量センサ電極間に存在する例えば、空気などの物質の特性が変化する。容量センサ電極間に存在する物質の特性が変化すると、比誘電率εが変化し、その結果、容量センサ電極間で生じる静電容量が変化してしまう。即ち、温度や湿度の環境が変化すると、容量センサ電極の面積Ａを一定に維持できたとしても、静電容量は容量センサ電極間の距離ｄに応じた一意的な値にはならない。

特許文献１、２に記載の可変分光素子においては、温度や湿度の環境の変化により、２つの光学基板に対向配置された容量センサ電極を介して検出される静電容量が変化しても高精度に波長制御するための技術についての提案はない。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであり、温度や湿度の環境変化により対向配置されている２つの光学基板に夫々設けられている容量センサ電極間で生じる静電容量が変化しても、高精度に波長制御することのできる可変分光素子、並びに可変分光素子を備えた分光ユニット及び内視鏡装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明による可変分光素子は、間隔をあけて対向配置された２つの光学基板と、周方向に間隔をあけて複数設けられた、前記２つの光学基板の間隔を変化させるアクチュエータと、前記２つの光学基板の対向面における光学有効径を外れた位置に、周方向に間隔をあけて夫々固定された２つの容量センサ電極からなり、該２つの容量センサ電極間で発生する静電容量から、該２つの光学基板の間隔を検出する面間センサと、対向位置に間隔を固定して配置された２つの容量センサ電極からなり、該２つの容量センサ電極間で発生する静電容量から、温度、湿度の少なくともいずれかの環境変化の変動量を検出し、検出した変動量に応じて、前記面間センサが検出した静電容量に対し該環境変化がない場合に検出されるべき静電容量となるように所定値を補償する参照センサと、前記２つの光学基板と前記アクチュエータと前記面間センサと前記参照センサとを内部に備える筐体、を有することを特徴としている。

また、本発明の可変分光素子においては、前記参照センサは、前記面間センサの近傍であって、該参照センサにおける前記２つの容量センサ電極間の空間が該面間センサにおける前記２つの容量センサ電極間の空間と連通する部位に設けられているのが好ましい。

また、本発明の可変分光素子においては、前記２つの光学基板のうちのいずれか一方が、側面に凹部を有し、前記参照センサにおける前記２つの容量センサ電極が、前記凹部に設けられているのが好ましい。

また、本発明の可変分光素子においては、前記２つの光学基板のうちのいずれか一方は、側面と前記面間センサにおける前記一方の容量センサ電極が配置された面とは反対側の面とが開口する溝部を有するとともに、該面間センサにおける該一方の容量センサ電極が配置された面とは反対側の面が前記筐体と接合し、前記参照センサにおける２つの容量センサ電極のうちの一方が、前記筐体における前記光学部材と接合する側の面に設けられ、他方が前記光学基板における前記溝部を構成する面に設けられているのが好ましい。

また、本発明の可変分光素子においては、前記アクチュエータの内側にレンズユニットを備え、前記レンズユニットにおいて前記光学基板近傍に位置する所定のレンズが、側面に凹部を有し、前記参照センサにおける前記２つの容量センサ電極が、前記凹部に設けられているのが好ましい。

また、本発明の可変分光素子においては、前記筐体の外周面が、断熱材で覆われているのが好ましい。

また、本発明の可変分光素子においては、前記筐体の外周面が、複数の開口を有しているのが好ましい。

また、本発明による可変分光素子を備えた分光ユニットは、上記本発明のいずれかの可変分光素子と、レンズユニットと、撮像素子と、前記可変分光素子と前記レンズユニットと前記撮像素子とを内部に備える筐体とを備えたことを特徴としている。

また、本発明による可変分光素子を備えた分光ユニットは、上記本発明のいずれかの可変分光素子と、撮像素子と、前記可変分光素子と前記撮像素子とを内部に備える筐体とを備えたことを特徴としている。

また、本発明による可変分光素子を備えた内視鏡装置は、上記本発明のいずれかの可変分光素子と、レンズユニットと、撮像素子と、前記可変分光素子と前記レンズユニットと前記撮像素子とを内部に備える筐体とを備えたことを特徴としている。

また、本発明による可変分光素子を備えた内視鏡装置は、上記本発明のいずれかの可変分光素子と、撮像素子と、前記可変分光素子と前記撮像素子とを内部に備える筐体とを備えたことを特徴としている。

また、本発明による可変分光素子を備えた内視鏡装置は、上記本発明のいずれかの分光ユニットを有することを特徴としている。

また、本発明の可変分光素子を備えた内視鏡装置においては、前記分光ユニットの側方に照明光学系を有し、前記分光ユニットにおける上記本発明のいずれかの可変分光素子と、レンズユニットと、撮像素子と、前記可変分光素子と前記レンズユニットと前記撮像素子とを内部に備える筐体の外周面が、断熱材で覆われているのが好ましい。

また、本発明の可変分光素子を備えた内視鏡装置においては、前記分光ユニットの側方に照明光学系を有し、前記分光ユニットにおける上記本発明のいずれかの可変分光素子と、レンズユニットと、撮像素子と、前記可変分光素子と前記レンズユニットと前記撮像素子とを内部に備える筐体の外周面が、複数の開口を有しているのが好ましい。

また、本発明の可変分光素子を備えた内視鏡装置においては、前記分光ユニットの側方に照明光学系を有し、前記分光ユニットにおける上記本発明のいずれかの可変分光素子と、撮像素子と、前記可変分光素子と前記撮像素子とを内部に備える筐体の外周面が、断熱材で覆われているのが好ましい。

また、本発明の可変分光素子を備えた内視鏡装置においては、前記分光ユニットの側方に照明光学系を有し、前記分光ユニットにおける上記本発明のいずれかの可変分光素子と、撮像素子と、前記可変分光素子と前記撮像素子とを内部に備える筐体の外周面が、複数の開口を有しているのが好ましい。

本発明によれば、温度や湿度の環境変化により対向配置されている２つの光学基板に夫々設けられている容量センサ電極間で生じる静電容量が変化しても、高精度に波長制御することのできる可変分光素子、並びに可変分光素子を備えた分光ユニット及び内視鏡装置が得られる。

本発明の第一実施形態にかかる可変分光素子の構成を示す説明図で、(a)は筐体内部の構成を示す図、(b)は(a)における要部の構成を断面で示す説明図、(c)は(b)の斜視図である。 第一実施形態の可変分光素子における参照センサの検出値を用いた、面間センサの検出値を補償するための構成例を示す説明図で、(a)が第一の構成例を示す図、(b)が第二の構成例を示す図である。 静電容量式のセンサにおける静電容量の大きさの検知方法を概念的に示す説明図である。 第一実施形態の変形例にかかる可変分光素子の要部の構成を断面で示す説明図である。 本発明の第二実施形態にかかる可変分光素子の構成を示す説明図で、(a)は全体構成を示す図、(b)は(a)の構成におけるレンズユニットと筐体との配置関係を概念的に示す図、(c)は(a)の構成における要部を拡大して示す図である。 本発明の第三実施形態にかかる可変分光素子を備えた分光ユニット及び内視鏡装置の構成を示す説明図で、(a)は内視鏡先端部を外側からみた斜視図、(b)は(a)の内部の構成を示す説明図、(c)は(b)に示す分光ユニットの構成を示す分解図、(d)は(b)に示す分光ユニットの断面図である。 図６(c)，図６(d)に示した分光ユニットの変形例の構成を示す説明図である。 本発明の第四実施形態にかかる可変分光素子を備えた分光ユニット及び内視鏡装置における要部を断面で示す説明図である。 従来の可変分光素子の基本構成の一例を示す説明図で、(a)は筐体の外観を示す斜視図、(b)は筐体の内側の構成を示す斜視図、(c)は(b)の光学基板における容量センサ電極の配置を示す平面図、(d)は光学基板における容量センサ電極の配置を示す部分拡大斜視図である。

実施形態の説明に先立ち、本発明の特徴的な構成及び作用効果について説明する。
本発明の可変分光素子は、面間センサとは別に温度や湿度が変化しても容量センサ電極間の距離が固定した状態に配置される２つの容量センサ電極からなる参照センサを備えている。
参照センサは、静電容量の変化により温度や湿度の環境変化のみを検出し、検出した温度や湿度などの環境変化に対応させた所定の補償値をもって面間センサを介して検出された静電容量への補償を行うように構成されている。
このようにすれば、温度や湿度の環境変化により、面間センサが検出する静電容量に変化が生じても、面間隔を高精度に検出することができ、その結果、高精度に波長制御することができる。

また、参照センサは、面間センサの近傍であって、参照センサにおける２つの容量センサ電極間の空間が面間センサにおける２つの容量センサ電極間の空間と連通する部位に配置するのが好ましい。
このようにすれば、参照センサにおける２つの容量センサ電極間で検出される温度や湿度などの環境変化が、面間センサにおける２つの容量センサ電極間の空間における温度や湿度などの環境変化と極めて等しくなり、面間センサで検出された静電容量への補償精度が向上する。

第一実施形態
図１は本発明の第一実施形態にかかる可変分光素子の構成を示す説明図で、(a)は筐体内部の構成を示す図、(b)は(a)における要部の構成を断面で示す説明図、(c)は(b)の斜視図である。
第一実施形態の可変分光素子は、２つの光学基板１，２と、アクチュエータ３と、面間センサ４と、参照センサ５（図１(b)参照）と、筐体６を有している。図１(a)中、７は光学基板２を支持する支持部材である。
光学基板１，２は、円板状に形成された透明部材を有してなり、一方の面に、例えば、誘電体多層膜で構成された反射膜のコート層（図示省略）が設けられている。また、光学基板１，２は、間隔をあけて対向配置されている。光学基板１は、筐体６の光学基板保持部６ａに固定されている。また、光学基板２は、アクチュエータ３を介して移動可能となっている
アクチュエータ３は、周方向に間隔をあけて複数設けられたピエゾ素子からなる。アクチュエータ３の一端は筐体６のベース部６ｂに固定され、他端は支持部材７に接合している。そして、アクチュエータ３は、伸縮することにより、光学基板２を移動させ、筐体６の光学基板保持部６ａに固定されている光学基板１と支持部材７に支持されている光学基板２との間隔を変化させる。
面間センサ４は、光学基板１，２の対向面における光学有効径を外れた位置に、周方向に間隔をあけて夫々固定された２つの容量センサ電極４ａ，４ｂからなる。そして、容量センサ電極４ａ，４ｂ間で発生する静電容量から、光学基板１，２の間隔を検出する。
筐体６は、光学基板１，２の光学有効径よりも大きな穴を有する円筒状に形成されており、上述のように光学基板１、アクチュエータ３とともに、光学基板２、面間センサ４、参照センサ５、支持部材７等を内部に備えている。

参照センサ５は、対向位置に間隔を固定して配置された２つの容量センサ電極５ａ，５ｂからなる。図１の例では、光学基板１は、側面１ａと面間センサ４の容量センサ電極４ａが配置された面１ｂとは反対側の面１ｃとが開口する溝部１ｄを有している。また、光学基板１の面１ｃは、筐体６の光学基板保持部６ａにおける内側の面と接合している。容量センサ電極５ａは、筐体６の光学基板接合部６ａにおける光学部材１と接合する内側の面に設けられ、容量センサ電極５ｂは、光学基板１における溝部１ｄを構成する面に設けられている。
図１(b)，(c)中、６ａ１は、筐体６の光学基板保持部６ａにおいて参照センサ５を構成する２つの容量センサ電極５ａ，５ｂ間の空間と光学基板１，２に設けられた面間センサ４を構成する２つの容量センサ電極４ａ，４ｂ間の空間とを連通させる通気孔である。

参照センサ５には、２つの容量センサ電極５ａ，５ｂ間で生じる静電容量の出力の変動要因が、温度や湿度の環境変化に伴う容量センサ電極５ａ，５ｂ間に存在する空気等の物質の特性の変化のみであることが求められる。従って、温度や湿度の環境が変化しても容量センサ電極５ａ，５ｂ間の距離や面積等は変化しないことが望まれる。

一般に、可変分光素子を構成する光学基板１、筐体６には、ともに熱膨張率が極めて低い材料が用いられる。このため、容量センサ電極５ａ，５ｂは、光学基板１、筐体６の熱膨張による間隔変動や電極の移動を生じにくい。そのため、参照センサ５は、２つの容量センサ電極５ａ，５ｂ間で生じる静電容量が、温度や湿度の環境変化のみ影響を受けることになる。言い換えれば、２つの容量センサ電極５ａ，５ｂ間で発生する静電容量から、温度、湿度の少なくともいずれかの環境変化の変動量を検出することができる。
そして、参照センサ５は、検出した環境変化の変動量に応じて、面間センサ４が検出した静電容量に対し、環境変化（温度、湿度の変化）がない場合に検出されるべき静電容量となるように所定値を補償する。

ここで、参照センサ５を用いた面間センサ４の静電容量の補償方法について詳述する。参照センサ５を面間センサ４と同じ静電容量式のセンサで構成することで、次の二種類の補償方法を用いることができる。
図２は第一実施形態の可変分光素子における参照センサの検出値を用いた、面間センサの検出値を補償するための構成例を示す説明図で、(a)が第一の構成例を示す図、(b)が第二の構成例を示す図である。
図２(a)に示す構成例では、参照センサ５と面間センサ４とが信号処理器８に接続され、信号処理器８が制御器９に接続されている。そして、信号処理器８が参照センサ５で検出した静電容量値から温度、湿度の変化を検出し、検出した温度、湿度の変化に対応した補償値が予め登録されているルックアップテーブル（図示省略）を検索することで、面間センサ４で検出した静電容量値に対する補償値を決定し、補償された信号を制御器９に伝送し、制御器９はその補償された静電容量値に基づいてアクチュエータ３を駆動させるようになっている。
なお、信号処理器８や制御器９は、可変分光素子の筐体６の内部、可変分光素子を備える分光ユニット及び内視鏡装置の内部、あるいは、これらの外部のいずれに設けてもよい。

図２(b)に示す構成例では、面間センサ４と参照センサ５とが回路上で結線されている。そして、除算回路や減算回路等（図示省略）を介して、参照センサ５で検出した静電容量値を用いて、面間センサ４で検出した静電容量値を補償した信号を直接取り出して、制御器９に伝送し、制御器９がその補償された静電容量値に基づいてアクチュエータを駆動させるようになっている。

一般に、静電容量式のセンサでは、静電容量値を電気信号として継続的に得るためにＡＣ電圧を２つの容量センサ電極間に参照信号として入力し、出力電流の大きさによって静電容量の大きさを検知するようになっている。
本発明の可変分光素子では、図３に示すように、参照センサ５と面間センサ４の夫々における容量センサ電極間にＡＣ電圧を参照信号として入力し、夫々の出力電流の大きさによって、面間センサ４、参照センサ５の夫々の静電容量の大きさを検知する。
参照センサ５と面間センサ４が、ともに静電容量式のセンサであると、同じレートで応答し、ノイズ等の影響も同等に受けるため、簡便に補償の質を高められる。
例えば、参照センサ５と面間センサ４への参照信号を互いに逆位相で入力すれば、図２(b)に示したように、両センサの出力端子を単純に結線するだけで減算出力を得ることができる。

第一実施形態の可変分光素子によれば、参照センサ５が静電容量の変化により温度や湿度の環境変化のみを検出し、検出した温度や湿度などの環境変化に対応させた所定の補償値をもって面間センサ４を介して検出された静電容量への補償を行うようにしたので、温度や湿度の環境変化により、面間センサ４が検出する静電容量に変化が生じても、面間隔を高精度に検出することができ、その結果、高精度に波長制御することができる。
また、参照センサ５は、面間センサ４の近傍であって、参照センサ５における２つの容量センサ電極５ａ，５ｂ間の空間が、面間センサ４における２つの容量センサ電極４ａ，４ｂ間の空間と連通する部位に配置されているので、面間センサ４における２つの容量センサ電極４ａ，４ｂ間の空間での環境変化と極めて等しくなり、面間センサ４で検出された静電容量に対する補償の精度が向上する。

図４は第一実施形態の変形例にかかる可変分光素子の要部の構成を断面で示す説明図である。
図４の変形例の可変分光素子では、光学基板１は、側面１ａに凹部１ｅを有している。そして、参照センサ５における容量センサ電極５ａ，５ｂは、凹部１ｅの側面１ｅ１，１ｅ２に対向して設けられている。また、凹部１ｅの上方には、筐体６において参照センサ５を構成する２つの容量センサ電極５ａ，５ｂ間の空間と光学基板１，２に設けられた面間センサ４を構成する２つの容量センサ電極４ａ，４ｂ間の空間とを連通させる通気孔６ａ１が設けられている。
その他の構成は、図１〜３に示した構成と略同じである。

変形例の可変分光素子によれば、参照センサ５における容量センサ電極５ａ，５ｂ間の空間の位置を面間センサ４における容量センサ４ａ，４ｂ間の空間の位置により近づけることができ、面間センサ４で検出された静電容量に対する補償の精度がより高精度になる。
その他の作用効果は、図１〜３に示した構成と略同じである。

第二実施形態
図５は本発明の第二実施形態にかかる可変分光素子の構成を示す説明図で、(a)は全体構成を示す図、(b)は(a)の構成におけるレンズユニットと筐体との配置関係を概念的に示す図、(c)は(a)の構成における要部を拡大して示す図である。
第二実施形態の可変分光素子は、アクチュエータ３の内側にレンズユニット１０を備えている。
レンズユニット１０は、レンズ１１ａ〜１１ｆと、レンズ枠１２を有している。光学基板１，２の近傍に位置するレンズ１１ａは、側面に凹部１１ａ１を有している。そして、参照センサ５における２つの容量センサ電極５ａ，５ｂは、図５(c)に示すように、凹部１１ａ１に対向して設けられている。また、凹部１１ａ１の上方には、レンズユニット１０のレンズ枠１２において参照センサ５を構成する２つの容量センサ電極５ａ，５ｂ間の空間と光学基板１，２に設けられた面間センサ４を構成する２つの容量センサ電極４ａ，４ｂ間の空間とを連通させる通気孔１２ａが設けられている。
その他の構成は、第一実施形態の可変分光素子と略同じである。

第二実施形態の可変分光素子によれば、内部にレンズユニットを備えたので、内視鏡先端部に可変光学素子を備えて撮像光学系を構成する場合に、可変光学素子の外側に配置するレンズを不要化することができ、その分、内視鏡先端部を短くすることができる。
その他の作用効果は、第一実施形態の可変分光素子と略同じである。

このように本発明の可変分光素子では、参照センサを介して温度や湿度の環境変化による面間センサで検出された静電容量を補償することで、高精度に透過波長制御できるようにしている。しかしながら、透過波長制御を極力高精度にするには、温度や湿度の環境変化を極力抑えることが望ましい。
そこで、第一実施形態及び第二実施形態の可変分光素子においては、筐体６の外周面を断熱材（不図示）で覆うのが好ましい。
そのようにすれば、内視鏡装置において可変分光素子を撮像光学系の一部に組み込んだ場合に、撮像光学系の側方に配置される照明光学系からの熱のよる温度変化の影響を極力抑えることができる。

あるいは、第一実施形態及び第二実施形態の可変分光素子においては、筐体６の外周面が複数の開口を有した構成であってもよい。
そのようにすれば、可変分光素子の筐体６と接触する外側の部材（例えば、可変分光素子を備えた撮像光学系の筐体）との接触面積を減らすことができるので、その分、可変分光素子の筐体６内部への伝熱量を減らして、撮像光学系の側方に配置される照明光学系からの熱のよる温度変化の影響を抑えることができる。

第三実施形態
図６は本発明の第三実施形態にかかる可変分光素子を備えた分光ユニット及び内視鏡装置の構成を示す説明図で、(a)は内視鏡先端部を外側からみた斜視図、(b)は(a)の内部の構成を示す説明図、(c)は(b)に示す分光ユニットの構成を示す分解図、(d)は(b)に示す分光ユニットの断面図である。図７は図６(c)，図６(d)に示した分光ユニットの変形例の構成を示す説明図である。
第三実施形態の内視鏡装置は、内視鏡先端部に分光ユニット１６と、分光ユニット１６の側方に配置された照明光学系１７，１８を備えている。図６中、１９は鉗子口である。
分光ユニット１６は、図６(c)、図６(d)に示すように、筐体１５の内部に、図５に示した第二実施形態と略同様に構成された可変分光素子１３と、撮像素子１４とを備えている。
なお、分光ユニット１６は、図７に示すように、筐体１５の内部に、順に、レンズユニット１０と、図１〜図４に示した第一実施形態の可変光学素子１３’と、撮像素子１４とを備えて構成してもよい。

第三実施形態の可変分光素子を備えた分光ユニット及び内視鏡装置によれば、温度や湿度の環境変化により、面間センサが検出する静電容量に変化が生じても、面間隔を高精度に検出して、高精度に波長制御された観察画像を取得することができる。

第四実施形態
図８は本発明の第四実施形態にかかる可変分光素子を備えた分光ユニット及び内視鏡装置における要部を断面で示す説明図である。
第四実施形態の可変分光素子を備えた内視鏡装置では、可変分光素子１３における筐体６の外周面が断熱材２０で覆われている。また、分光ユニット１６における筐体１５の外周面も断熱材２１で覆われている。
その他の構成は、図６に示した第三実施形態の可変分光素子を備えた分光ユニット及び内視鏡装置と略同じである。

第四実施形態の可変分光素子を備えた分光ユニット及び内視鏡装置によれば、断熱材２０，２１を備えたので、撮像光学系（分光ユニット１６）の側方に配置される照明光学系１７，１８からの熱のよる温度変化の影響を極力抑えることができる。
その他の作用効果は、図６に示した第三実施形態の可変分光素子を備えた分光ユニット及び内視鏡装置と略同じである。

なお、第四実施形態の可変分光素子を備えた分光ユニット及び内視鏡装置において、分光ユニット１６における筐体１５の外周面が複数の開口を有した構成であってもよい。
このようにすれば、分光ユニット１６の筐体１５と接触する外側の部材（例えば、内視鏡先端部のフレーム部材２２）との接触面積を減らすことができるので、その分、分光ユニット１６の筐体１５内部に備わる可変分光素子１３への伝熱量を減らして、撮像光学系（分光ユニット１６）の側方に配置される照明光学系１７，１８からの熱のよる温度変化の影響を抑えることができる。

以上、本発明の可変分光素子、可変分光素子を備えた分光ユニット及び内視鏡装置の実施形態を説明したが、本発明の可変分光素子、可変分光素子を備えた分光ユニット及び内視鏡装置は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、各実施形態における特徴的な構成はどのように組み合せても良い。

本発明の可変分光素子は、例えば、可変分光素子を介して波長を切替えて、生体内を観察する内視鏡が使用される医療、医学、化学の分野に有用である。

１、２ 光学基板
１ａ 側面
１ｂ 容量センサ電極４ａが配置された面
１ｃ 面１ｂとは反対側の面
１ｄ 溝部
１ｅ 凹部
１ｅ１ 側面
１ｅ２ 側面
３ アクチュエータ
４ 面間センサ
４ａ、４ｂ 容量センサ電極
５ 参照センサ
５ａ，５ｂ 容量センサ電極
６ 筐体
６ａ 光学基板保持部
６ａ１ 通気孔
６ｂ ベース部
８ 信号処理器
９ 制御器
１０ レンズユニット
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ、１１ｆ レンズ
１１ａ１ 凹部
１２ レンズ枠
１２ａ 通気孔
１３、１３’ 可変分光素子
１４ 撮像素子
１５ 筐体
１６ 分光ユニット
１７、１８ 照明光学系
１９ 鉗子口
２０、２１ 断熱材
２２ 内視鏡先端部のフレーム部材
５１ 筐体
５２ 第１の光学基板
５３ 第１の容量センサ電極
５４ 第２の光学基板
５５ 第２の容量センサ電極
５６ 支持部材
５７ アクチュエータ（ピエゾ素子）
５８ ベース

Claims (16)

1. 間隔をあけて対向配置された２つの光学基板と、
   周方向に間隔をあけて複数設けられた、前記２つの光学基板の間隔を変化させるアクチュエータと、
   前記２つの光学基板の対向面における光学有効径を外れた位置に、周方向に間隔をあけて夫々固定された２つの容量センサ電極からなり、該２つの容量センサ電極間で発生する静電容量から、該２つの光学基板の間隔を検出する面間センサと、
   対向位置に間隔を固定して配置された２つの容量センサ電極からなり、該２つの容量センサ電極間で発生する静電容量から、温度、湿度の少なくともいずれかの環境変化の変動量を検出し、検出した変動量に応じて、前記面間センサが検出した静電容量に対し該環境変化がない場合に検出されるべき静電容量となるように所定値を補償する参照センサと、
   前記２つの光学基板と前記アクチュエータと前記面間センサと前記参照センサとを内部に備える筐体、
   を有することを特徴とする可変分光素子。
2. 前記参照センサは、前記面間センサの近傍であって、該参照センサにおける前記２つの容量センサ電極間の空間が該面間センサにおける前記２つの容量センサ電極間の空間と連通する部位に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の可変分光素子。
3. 前記２つの光学基板のうちのいずれか一方が、側面に凹部を有し、
   前記参照センサにおける前記２つの容量センサ電極が、前記凹部に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の可変分光素子。
4. 前記２つの光学基板のうちのいずれか一方は、側面と前記面間センサにおける前記一方の容量センサ電極が配置された面とは反対側の面とが開口する溝部を有するとともに、該面間センサにおける該一方の容量センサ電極が配置された面とは反対側の面が前記筐体と接合し、
   前記参照センサにおける２つの容量センサ電極のうちの一方が、前記筐体における前記光学部材と接合する側の面に設けられ、他方が前記光学基板における前記溝部を構成する面に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の可変分光素子。
5. 前記アクチュエータの内側にレンズユニットを備え、
   前記レンズユニットにおいて前記光学基板近傍に位置する所定のレンズが、側面に凹部を有し、
   前記参照センサにおける前記２つの容量センサ電極が、前記凹部に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の可変分光素子。
6. 前記筐体の外周面が、断熱材で覆われていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の可変分光素子。
7. 前記筐体の外周面が、複数の開口を有していることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の可変分光素子。
8. 請求項１〜４、請求項１〜４のいずれかに従属する請求項６、７のいずれかに記載の可変分光素子と、レンズユニットと、撮像素子と、前記可変分光素子と前記レンズユニットと前記撮像素子とを内部に備える筐体とを備えたことを特徴とする可変分光素子を備えた分光ユニット。
9. 請求項５又は請求項５に従属する請求項６もしくは７に記載の可変分光素子と、撮像素子と、前記可変分光素子と前記撮像素子とを内部に備える筐体とを備えたことを特徴とする可変分光素子を備えた分光ユニット。
10. 請求項１〜４、請求項１〜４のいずれかに従属する請求項６、７のいずれかに記載の可変分光素子と、レンズユニットと、撮像素子と、前記可変分光素子と前記レンズユニットと前記撮像素子とを内部に備える筐体とを備えたことを特徴とする可変分光素子を備えた内視鏡装置。
11. 請求項５又は請求項５に従属する請求項６もしくは７に記載の可変分光素子と、撮像素子と、前記可変分光素子と前記撮像素子とを内部に備える筐体とを備えたことを特徴とする可変分光素子を備えた内視鏡装置。
12. 請求項８又は９に記載の分光ユニットを有することを特徴とする可変分光素子を備えた内視鏡装置。
13. 前記分光ユニットの側方に照明光学系を有し、
    前記分光ユニットにおける請求項１〜４、請求項１〜４のいずれかに従属する請求項６、７のいずれかに記載の可変分光素子と、レンズユニットと、撮像素子と、前記可変分光素子と前記レンズユニットと前記撮像素子とを内部に備える筐体の外周面が、断熱材で覆われていることを特徴とする請求項８に従属する請求項１２に記載の可変分光素子を備えた内視鏡装置。
14. 前記分光ユニットの側方に照明光学系を有し、
    前記分光ユニットにおける請求項１〜４、請求項１〜４のいずれかに従属する請求項６、７のいずれかに記載の可変分光素子と、レンズユニットと、撮像素子と、前記可変分光素子と前記レンズユニットと前記撮像素子とを内部に備える筐体の外周面が、複数の開口を有していることを特徴とする請求項８に従属する請求項１２に記載の可変分光素子を備えた内視鏡装置。
15. 前記分光ユニットの側方に照明光学系を有し、
    前記分光ユニットにおける請求項５又は請求項５に従属する請求項６もしくは７に記載の可変分光素子と、撮像素子と、前記可変分光素子と前記撮像素子とを内部に備える筐体の外周面が、断熱材で覆われていることを特徴とする請求項９に従属する請求項１２に記載の可変分光素子を備えた内視鏡装置。
16. 前記分光ユニットの側方に照明光学系を有し、
    前記分光ユニットにおける請求項５又は請求項５に従属する請求項６もしくは７に記載の可変分光素子と、撮像素子と、前記可変分光素子と前記撮像素子とを内部に備える筐体の外周面が、複数の開口を有していることを特徴とする請求項９に従属する請求項１２に記載の可変分光素子を備えた内視鏡装置。

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