JP2015197602A - Photo drive unit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光駆動装置に関するものである。 The present invention relates to an optical driving device.
例えば、検査医療機器として内視鏡が知られている。内視鏡は、人体の内部を低侵襲で検査をするとう目的で開発された技術である。初期は、非可撓性の管、いわゆる硬性鏡を通して体内を観察する器具としてスタートした。その後、曲がっていても光を端から端へそのまま伝える特性を有するガラス繊維を内視鏡に取り入れることで、体腔内を直接目視できる軟性鏡が開発された。いわゆる、「ファイバスコープ」が登場した。 For example, an endoscope is known as an inspection medical device. An endoscope is a technique developed for the purpose of examining the inside of a human body with minimal invasiveness. Initially, it started as an instrument for observing the inside of a body through a non-flexible tube, a so-called rigid endoscope. After that, a flexible endoscope was developed that can directly observe the inside of a body cavity by incorporating into the endoscope a glass fiber having the characteristic of transmitting light as it is from end to end even when bent. The so-called “fiberscope” has appeared.
ファイバスコープは、照明光源からの照明光を光導入用ファイバにより導光して体腔内を照明し、患部からの散乱光を複数のバンドル状に束ねた受光用ファイバ(ファイババンドル)で受光して画像を転送する。ファイババンドルは、各ファイバが画素を構成して全体画像を形成する。これにより、医師による動的な分析が可能となり、より高度な診断の道が拓かれた。その後、内視鏡先端部にCCDが搭載された「ビデオスコープ(電子スコープ)」が開発され、テレビモニターに被検部(病変部等)の画像が映し出せるようになった。 The fiberscope guides the illumination light from the illumination light source through the light introduction fiber to illuminate the inside of the body cavity, and receives the scattered light from the affected area with a plurality of light receiving fibers (fiber bundles) bundled in a bundle. Transfer images. In the fiber bundle, each fiber constitutes a pixel to form an entire image. This enabled dynamic analysis by physicians and opened up a more advanced diagnosis path. Later, a “video scope (electronic scope)” with a CCD mounted on the distal end of the endoscope was developed, and an image of a portion to be examined (lesioned portion, etc.) can be displayed on a television monitor.
電子スコープは、これまで見ることのできなかった被検部の状態をテレビモニターに画像として映し出せるので、複数の医師や看護士も同時に見ることができる。これにより、安全性も向上し、見落としも少なくなり、診断の精度が飛躍的に向上した。また、画像処理が可能になり、画像の鮮鋭度を高める処理や、特定の色信号を強調することで被検部を見易くする処理ができるようになり、内視鏡による診断の可能性を広げる結果をもたらした。 The electronic scope can display the state of the test part, which could not be seen until now, as an image on a television monitor, so that a plurality of doctors and nurses can view it simultaneously. As a result, safety has been improved, oversight has been reduced, and diagnostic accuracy has been dramatically improved. In addition, image processing becomes possible, and processing that increases the sharpness of an image and processing that makes a test part easier to see by enhancing a specific color signal can be expanded, thereby expanding the possibility of diagnosis by an endoscope. Brought the result.
しかし、このように機能改善された内視鏡であっても、いまだ大きな技術課題が存在する。それは、電子スコープであっても、体内に内視鏡を挿入する際に被験者に負担を与えることである。この課題に対して、内視鏡の径を細くする努力がなされている。その一つの取り組みとして、例えば1本の光ファイバからの照明光によって被検部を走査する、すなわち光を駆動する試みが始まっている。 However, even an endoscope with improved functions still has a great technical problem. That is, even with an electronic scope, it places a burden on the subject when the endoscope is inserted into the body. In response to this problem, efforts have been made to reduce the diameter of the endoscope. As one of the efforts, for example, an attempt to scan a test portion with illumination light from one optical fiber, that is, an attempt to drive light has started.
具体的には、1本の光ファイバから伝送される照明光を、集光レンズにより被験部に集光する。被検部から散乱或いは発光する信号光は、同じレンズで捕集して、同じ光ファイバで照明光とは逆方向に伝送する。あるいは、被検部からの信号光は、受光用の複数の光ファイバで受光して伝送する。伝送された信号光は、光電変換されて被験部の1画素に対応する情報信号としてストアーする。1本の光ファイバからの照明光は、二次元的な空間画像を得るため空間走査される。これは、走査型内視鏡と呼ばれている。 Specifically, the illumination light transmitted from one optical fiber is condensed on the test part by the condenser lens. Signal light scattered or emitted from the test part is collected by the same lens and transmitted in the opposite direction to the illumination light through the same optical fiber. Alternatively, the signal light from the test part is received by a plurality of light receiving optical fibers and transmitted. The transmitted signal light is photoelectrically converted and stored as an information signal corresponding to one pixel of the test part. Illumination light from one optical fiber is spatially scanned to obtain a two-dimensional spatial image. This is called a scanning endoscope.
これまでに提案された走査型内視鏡には、主に3種類の方式がある。第1の方式は、コイル及び磁石を用いる電磁方式により光ファイバ先端部を空間的に揺動させるものである(例えば、特許文献1参照)。第2の方式は、圧電素子を用いる圧電方式により光ファイバ先端部を揺動させるものである(例えば、特許文献2参照)。第3の方式は、内視鏡の先端部にMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)光スキャナを搭載して、光ファイバから射出される照明光の反射方向を偏向するMEMS方式である(例えば、非特許文献1参照)。 There are mainly three types of scanning endoscopes proposed so far. In the first method, the tip end portion of the optical fiber is spatially swung by an electromagnetic method using a coil and a magnet (see, for example, Patent Document 1). In the second method, the tip of the optical fiber is swung by a piezoelectric method using a piezoelectric element (see, for example, Patent Document 2). The third method is a MEMS method in which a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) optical scanner is mounted at the distal end of an endoscope to deflect the reflection direction of illumination light emitted from an optical fiber (for example, non-patent). Reference 1).
しかしながら、上記の各方式には、技術的な課題がある。例えば、電磁方式では、高電流を伴うパルスをコイルに印加する必要があることから、使用中に、体内で2次電磁場パルスが発生する。そのため、ペースメーカーを装着した被験者には、ペースメーカーの誤動作を誘発し、使用が制限されることが想定される。 However, each of the above methods has technical problems. For example, in the electromagnetic system, since a pulse with a high current needs to be applied to the coil, a secondary electromagnetic field pulse is generated in the body during use. Therefore, it is assumed that a subject wearing a pacemaker induces a malfunction of the pacemaker and is restricted in use.
また、圧電方式は、圧電素子そのもの組成に課題がある。すなわち、多くの圧電素子には、時間応答性や駆動力を向上させるために、人体に有害な鉛が含有されている。近年では、鉛を含有しない圧電素子も開発が進んでいるが、圧電素子は時間応答性において機能が低いことが否めない。 In addition, the piezoelectric method has a problem in the composition of the piezoelectric element itself. That is, many piezoelectric elements contain lead harmful to the human body in order to improve time response and driving force. In recent years, the development of piezoelectric elements that do not contain lead is also progressing, but it cannot be denied that piezoelectric elements have a low function in time response.
MEMS方式は、MEMS光スキャナが極めて高精度であり、先端複合技術をベースにした高度な加工・組み立て・制御技術が要求される(例えば、http://www.marubun-zaidan.jp/pdf/h20_toshiy.pdf参照)。そのため、作製に莫大な生産設備や精密計測設備が要求され、コストアップを招くことが懸念される。また、MEMS光スキャナは、光ファイバに対してサイズが大きくなるため、内視鏡先端部の細径化が十分図れない。 In the MEMS method, a MEMS optical scanner has extremely high accuracy, and advanced processing, assembly, and control technology based on advanced composite technology is required (for example, http://www.marubun-zaidan.jp/pdf/ h20_toshiy.pdf). Therefore, enormous production equipment and precision measurement equipment are required for production, and there is a concern that the cost may increase. In addition, since the MEMS optical scanner is larger in size than the optical fiber, the diameter of the distal end portion of the endoscope cannot be sufficiently reduced.
したがって、上述した事情に鑑みてなされた本発明の目的は、汎用性に優れ、簡単かつ廉価に構成できる光駆動装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention made in view of the above-described circumstances is to provide an optical drive device that is excellent in versatility and can be configured simply and inexpensively.
上記目的を達成する本発明に係る光駆動装置は、
変位可能な被駆動部に装着され、光異性化により空間的構造が可逆的に変化するフォトメカニカル駆動部を備え、
前記フォトメカニカル駆動部への光駆動光の入射による該フォトメカニカル駆動部の変化により、前記導光部を変位させるものである。
An optical driving device according to the present invention that achieves the above object is as follows.
Equipped with a displaceable driven part, equipped with a photomechanical driving part whose spatial structure reversibly changes by photoisomerization,
The light guide unit is displaced by a change in the photomechanical drive unit due to incidence of light drive light on the photomechanical drive unit.
前記被駆動部を異なる方向に変位させるように、前記フォトメカニカル駆動部が前記被駆動部に複数個装着されているとよい。 A plurality of the photomechanical drive units may be mounted on the driven unit so as to displace the driven unit in different directions.
前記フォトメカニカル駆動部を可逆的に変化させる少なくとも2波長の前記光駆動光を射出する光駆動光源部と、
該光駆動光源部からの前記光駆動光を前記フォトメカニカル駆動部に伝送する導入光学系と、をさらに備えるとよい。
An optical drive light source unit that emits the optical drive light of at least two wavelengths that reversibly change the photomechanical drive unit;
It is preferable to further include an introduction optical system that transmits the light driving light from the light driving light source unit to the photomechanical driving unit.
前記光駆動光源部は、2波長の前記光駆動光を時系列に切り替えて前記導入光学系に導入するとよい。 The light driving light source unit may switch the light driving light of two wavelengths in a time series and introduce it into the introduction optical system.
前記光駆動光源部は、射出する2波長の前記光駆動光の強度又は時間が可変であるとよい。 The light driving light source unit may be variable in intensity or time of the light driving light having two wavelengths to be emitted.
2波長の前記光駆動光は、一方が400nm以上の長波長であり、他方が400nmより短波長であるとよい。 One of the two-wavelength light driving light may have a long wavelength of 400 nm or longer, and the other has a shorter wavelength than 400 nm.
前記光駆動光源部は、1つの光駆動レーザ光源を備え、該光駆動レーザ光源から射出される基本波の異なる倍数波を2波長の前記光駆動光とするとよい。 The light-driven light source unit may include one light-driven laser light source, and multiple waves having different fundamental waves emitted from the light-driven laser light source may be used as the light drive light having two wavelengths.
前記導入光学系は着脱可能であるとよい。 The introduction optical system may be detachable.
前記被駆動部は導光部からなるとよい。 The driven part may be a light guide part.
前記被駆動部は導光部からなり、
前記導光部から射出される光が照射される被照射部からの光応答信号を検出する光検出器をさらに備えるとよい。
The driven part comprises a light guide part,
It is preferable to further include a photodetector that detects a light response signal from the irradiated portion irradiated with light emitted from the light guide portion.
前記光駆動光源部を制御して前記フォトメカニカル駆動部へ前記光駆動光を入射させるとともに、前記光駆動光源部の制御に同期して前記光検出器の出力を処理する制御部をさらに備えるとよい。 And further comprising a control unit that controls the light-driven light source unit to cause the light-driven light to enter the photomechanical drive unit and that processes the output of the photodetector in synchronization with the control of the light-driven light source unit. Good.
前記制御部は、前記導光部の変位に対応させて前記光検出器の出力を表示するとよい。 The control unit may display the output of the photodetector corresponding to the displacement of the light guide unit.
前記光検出器は、前記光応答信号として散乱光又は蛍光を検出するとよい。 The light detector may detect scattered light or fluorescence as the light response signal.
前記被駆動部は薬剤導入管であってもよい。 The driven part may be a drug introduction tube.
前記フォトメカニカル駆動部は、サリチリデンアニリン、フルギド、アゾベンゼン、ジアリールエテン、スピロピラン、ビスイミダゾールとそれら分子の誘導体を有するフォトクロミック層を備えるとよい。 The photomechanical driving unit may include a photochromic layer having salicylidene aniline, fulgide, azobenzene, diarylethene, spiropyran, bisimidazole, and derivatives of these molecules.
前記フォトクロミック層はバルク状で、少なくとも一面に光学平面を有するとよい。 The photochromic layer is preferably bulky and has an optical plane on at least one surface.
前記光学平面の面精度は、前記光駆動光の波長の1/4以上であるとよい。 The surface accuracy of the optical plane is preferably ¼ or more of the wavelength of the light driving light.
前記光学平面に異なる光学部材が接合されているとよい。 Different optical members may be bonded to the optical plane.
前記光学部材が光学薄膜であるとよい。 The optical member may be an optical thin film.
前記光学薄膜がスパッタ又は蒸着により形成されているとよい。 The optical thin film may be formed by sputtering or vapor deposition.
前記被駆動部及び前記フォトメカニカル駆動部は着脱可能に装着されてもよい。 The driven part and the photomechanical driving part may be detachably mounted.
本発明によれば、汎用性に優れ、簡単かつ廉価に構成できる光駆動装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an optical drive device that is excellent in versatility and can be configured simply and inexpensively.
以下、本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1実施の形態)
図1は、第1実施の形態に係る光駆動装置の要部の構成を示す図である。この光駆動装置は、変位可能な被駆動部として可撓性を有する光ファイバ10を駆動する場合の基本的構成を示すもので、光ファイバ10の射出端部11に装着されたフォトメカニカル駆動部20を備える。光ファイバ10は、射出端部11が例えば管状部材の先端部に変位可能に支持される。光ファイバ10は、例えばシングルモードファイバやマルチモードファイバからなる。光ファイバ10により伝送されて射出端面12から射出される光は、例えば管状部材の先端面に装着された集光レンズ30を経て図示しない被照射部に照射される。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a main part of the light driving device according to the first embodiment. This optical drive device shows a basic configuration in the case of driving a flexible
フォトメカニカル駆動部20は、シート状で長方形状をなし、光ファイバ10の延在方向を長辺として変位可能な射出端部11に融着される。フォトメカニカル駆動部20は、一体に接合されたバルク状のフォトクロミック層21と光学部材を構成する光学薄膜からなる光駆動レーザ光導入層22とを備える。フォトクロミック層21には、光駆動レーザ光導入層22と接していない面にクラッド層23がコートされている。同様に、光駆動レーザ光導入層22のフォトクロミック層21と接していない面にも、クラッド層23がコートされている。
The
光駆動レーザ光導入層22には、例えば端面24に導入光学系を構成する光ファイバ40が結合されて、光ファイバ40を経て光ファイバ10の延在方向に光駆動レーザ光が導入される。なお、端面24側を除くフォトメカニカル駆動部20の周囲は、好ましくは、光駆動レーザ光導入層22に導入された光駆動レーザ光が外部に漏れないように遮光処理がなされる。図1では、フォトクロミック層21側が光ファイバ10に融着されているが、光駆動レーザ光導入層22側が光ファイバ10に融着されてもよい。
For example, an
フォトクロミック層21は、例えば、サリチリデンアニリン、フルギド、アゾベンゼン、ジアリールエテン、スピロピラン、ビスイミダゾールとそれら分子の誘導体で構成される。これらの分子からなる結晶層又は高分子フィルムは、紫外・可視光の繰り返し照射により、光異性化に伴い大きく分子構造を変化させ強いトルク又は応力を発生する。加えて、耐久性に優れ、コスト面でも優れているフォトメカニカル材料である。
The
一方、光駆動レーザ光導入層22は、例えば紫外領域まで透明であるSiO2の光学薄膜層で構成される。この場合は、例えば、フォトクロミック層21をシート状に切削する際に、接合面を予め光学研磨又はイオンスムージング法により平滑化した光学面として、フォトクロミック層21の表面にSiO2をスパッタ又は蒸着等で積層することにより光駆動レーザ光導入層22を形成してもよい。あるいは、フォトクロミック層21の表面にアクリルベースのレジスト剤をコートし、加熱或いは光硬化させて光駆動レーザ光導入層22を形成してもよい。なお、この際、コート面の光学平滑度(面精度)は、最低でも光の位相の反転が起きないλ/4以上とするのが好ましい。
On the other hand, the light-driven laser
クラッド層23は、フォトクロミック層21と光駆動レーザ光導入層22との接合面でない面にコートされる。クラッド層23は、例えば、反射率の高い金属層(例えば、金、銀、アルミ等)や、フォトクロミック層21及び光駆動レーザ光導入層22よりも屈折率が低いフッ化マグネシウムからなる。
The
図1において、光駆動レーザ光導入層22に、端面24側から可視光又は紫外光(光駆動レーザ光)が入射されると、入射光はクラッド層23で反射されて、フォトクロミック層21及び光駆動レーザ光導入層22に完全に閉じ込められる。すなわち、光駆動レーザ光導入層22から入射した光は、順次、フォトクロミック層21で吸収されながら伝搬する。
In FIG. 1, when visible light or ultraviolet light (light-driven laser light) is incident on the light-driven laser
その結果、フォトクロミック層21の全ての空間領域に光が行き渡り、フォトクロミック層21の屈曲が起きる。これにより、フォトクロミック層21と力学的に一体な光ファイバ10も屈曲する。例えば、フォトクロミック層21がアゾベンゼンで構成されている場合、光駆動レーザ光として、波長355nmの紫外光を入射させると、フォトクロミック層21が屈曲し、波長532nmの可視光を入射させると、フォトクロミック層21が元の形状に戻る。
As a result, light spreads over all the spatial regions of the
フォトクロミック層21は、一般に、励起して光異性化した分子の数に応じて屈曲の程度が変わる。すなわち、フォトクロミック層21に作用する光量によって、屈曲の角度が変わる。したがって、フォトクロミック層21への光駆動レーザ光の強度又は時間を制御すれば、屈曲の角度を確実に制御することができる。なお、光駆動レーザ光導入層22に導入された光駆動レーザ光をフォトクロミック層21に効率的に作用させるため、例えば光駆動レーザ光導入層22のフォトクロミック層21と接する面に光散乱体を形成したり、フォトクロミック層21と接する面とは反対側の面に切り込みを形成したりしてもよい(例えば、特開2011−244566号公報参照)。
In general, the degree of bending of the
図2(a)及び(b)は、光駆動レーザ光導入層22の他の二つの例を説明するための図である。図2(a)に示す光駆動レーザ光導入層22は、高屈折率のシート状のコア層22aと、その両面に接合された低屈折率のクラッド層22b、22cとを有する。一方のクラッド層22bには、フォトクロック層21が接合される。他方のクラッド層22cには、エッチング等によりコア層22aまで侵入して微細な切れ込み22dが形成されている。切れ込み22dは、光駆動レーザ光の伝播方向に沿って多数形成されている。
FIGS. 2A and 2B are diagrams for explaining two other examples of the light-driven laser
図2(a)に示す光駆動レーザ光導入層22は、コア層22aに導入される光駆動レーザ光を両面のクラッド層22b、22cで全反射させながら伝播する。その際、光駆動レーザ光は、切れ込み22dで散乱され、反射角を大きく変える。その結果として、全反射できない角度で散乱された光駆動レーザ光が、クラッド層22bを透過してフォトクロミック層21に入射し、該フォトクロミック層21の変形を誘導させる。
The light-driven laser
また、図2(b)に示す光駆動レーザ光導入層22は、図2(a)と同様に、コア層22aと、その両面に接合された低屈折率のクラッド層22b、22cとを有する。一方のクラッド層22bには、エッチング等によってコア層22aまで侵入して多数の切り込み22dが形成されている。切り込み22dを有する部分は、熱成形等により曲面状に折り曲げられており、この切り込み22dを有する曲面部分にフォトクロミック層21が接合される。
2B includes a
図2(b)に示す光駆動レーザ光導入層22は、コア層22aに導入される光駆動レーザ光を両面のクラッド層22b、22cで全反射させながら伝播する。その際、光駆動レーザ光は、曲面部分の切れ込み22dで散乱されて光駆動レーザ光導入層22から射出されてフォトクロミック層21に入射する。これにより、フォトクロミック層21が変形される。図2(b)の光駆動レーザ光導入層22によると、全体を折り曲げることで、フォトクロミック層21に入射する光駆動レーザ光の散乱角をより効果的に調整することができる。また、切れ込み22dの形成位置及び数により、散乱光の発生位置及び強度を調整できるので、フォトクロミック層21の屈曲する位置及び変形角度を容易に調整することが可能となる。
The light-driven laser
図3は、図1に示した光駆動装置の光源システムの要部の一例の構成を示す図である。光源システムは、光駆動光源部50と制御部60とを備える。光駆動光源部50は、光駆動レーザ光源51を備える。光駆動レーザ光源51は、フォトクロミック層21の特性に応じて、所要の波長のレーザ光を射出するものが使用される。ここでは、説明の便宜上、フォトクロミック層21がアゾベンゼンで構成されているものとして、光駆動レーザ光源51は、波長1064nmの基本波を射出する半導体レーザ励起のNd:YVO4レーザを用いるものとする。
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of an example of a main part of the light source system of the light driving device illustrated in FIG. 1. The light source system includes a light driving
光駆動レーザ光源51から射出されるレーザ光は、2光路に分岐されてKDP等の非線形光学結晶を備える3倍波発生部52a及び2倍波発生部52bに入射される。これにより、3倍波発生部52aからは、基本波(波長1064nm)の3倍波である波長355nmの紫外光が射出され、2倍波発生部52bからは、基本波の2倍波である波長532nmの可視光が射出される。つまり、1台の光駆動レーザ光源51から、フォトメカニカル駆動部20のフォトクロミック層21を可逆的に光異性化する2波長の活性光(光駆動レーザ光)が得られる。
The laser light emitted from the light-driven
3倍波発生部52aから射出される光駆動レーザ光は、光音響素子(AOM)53aに入射される。同様に、2倍波発生部52bから射出される光駆動レーザ光は、AOM53bに入射される。AOM53a及びAOM53bから射出される光駆動レーザ光は、例えば図4に示すような分岐光ファイバ54及び必要に応じて延長用の光ファイバを経て光ファイバ40に結合される。
The optically driven laser light emitted from the third
光駆動レーザ光源51、AOM53a及びAOM53bは、制御部60により制御される。制御部60は、例えばホストコンピュータにより構成される。これにより、光駆動レーザ光源51の励起用半導体レーザの電流を制御して、3倍波発生部52a及び2倍波発生部52bから得られる3倍波及び2倍波の出力強度を制御することができる。また、光駆動レーザ光源51が、光学フィルターの自動交換機能やシャッターの開閉機能等を有する場合は、それらも制御することができる。また、AOM53a及びAOM53bを独立して制御することにより、紫外光及可視光の照射時間を独立に制御することができる。
The optical drive
本実施の形態に係る光駆動装置によると、フォトメカニカル駆動部20の光駆動レーザ光導入層22に、光駆動レーザ光源51から光ファイバ40を経て、AOM53a及びAOM53bにより強度又は時間が調整された紫外光と可視光とが時系列的に交互に入射されると、力学的に一体化された光ファイバ10を一次元方向に反復的に首振り運動させることができる。したがって、例えば内視鏡の鉗子チャネルを通して光ファイバ10から射出された光(プローブ光)を、集光レンズ30を経て胃壁等の被検部に集光すれば、体腔内表面をプローブ光により所望の速度で1元的に空間走査することができる。そして、被検部から発生する散乱光や蛍光を光ファイバ10又は他の受光用ファイバを経て検出し、その検出出力を制御部60により走査位置に対応させて処理して例えばモニタに出力すれば、被検部を検査することができる。
According to the optical drive device according to the present embodiment, the intensity or time is adjusted to the optical drive laser
(第2実施の形態)
図5(a)及び(b)は、第2実施の形態に係る光駆動装置の要部の構成を示す図である。この光駆動装置は、図1に示した構成において、光ファイバ10の射出端部11を、射出端部11の延在方向と直交するXY平面内で二次元方向に駆動可能としたものである。そのため、射出端部11の外周に、直交する位置関係で、X方向駆動用のフォトメカニカル駆動部20Xと、Y方向駆動用のフォトメカニカル駆動部20Yとが融着されている。フォトメカニカル駆動部20X及びフォトメカニカル駆動部20Yは、図1に示したフォトメカニカル駆動部20と同様に構成される。
(Second Embodiment)
FIGS. 5A and 5B are diagrams illustrating a configuration of a main part of the light driving device according to the second embodiment. In the configuration shown in FIG. 1, this optical driving device enables the
フォトメカニカル駆動部20Xには、導入光学系を構成する光ファイバ40Xを経て光駆動レーザ光導入層に光駆動レーザ光が導入される。同様に、フォトメカニカル駆動部20Yには、導入光学系を構成する光ファイバ40Yを経て光駆動レーザ光導入層に光駆動レーザ光が導入される。なお、図5(b)は、図5(a)を光ファイバ10の射出端面12側から見た図を示している。
Light-driven laser light is introduced into the light-driven laser light introduction layer into the
図6は、図5に示した光駆動装置の光源システムの要部の一例の構成を示す図である。この光源システムは、光駆動光源部50からX方向駆動用の紫外光及び可視光と、X方向駆動用の紫外光及び可視光とを射出可能とした点が、図3に示した光源システムと異なる。そのため、図3と同一作用を成す構成要素には、同一符号を付して説明を省略する。
FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of an example of a main part of the light source system of the light driving device illustrated in FIG. 5. This light source system can emit ultraviolet light and visible light for driving in the X direction and ultraviolet light and visible light for driving in the X direction from the light driving
図6において、3倍波発生部52aから射出される3倍波は、例えば図4に示したような分岐光ファイバ55aにより2光路に分岐されて、X方向駆動用のAOM53aX及びY方向駆動用のAOM53aYに入射される。同様に、2倍波発生部52bから射出される2倍波は、分岐光ファイバ55aと同様の分岐光ファイバ55bにより2光路に分岐されて、X方向駆動用のAOM53bX及びY方向駆動用のAOM53bYに入射される。
In FIG. 6, the third harmonic wave emitted from the third harmonic
AOM53aX及びAOM53bXから射出される光駆動レーザ光は、分岐光ファイバ54と同様の分岐光ファイバ54X及び必要に応じて延長用の光ファイバを経て光ファイバ40Xに結合される。同様に、AOM53aY及びAOM53bYから射出される光駆動レーザ光は、分岐光ファイバ54と同様の分岐光ファイバ54Y及び必要に応じて延長用の光ファイバを経て光ファイバ40Yに結合される。
The optically driven laser light emitted from the AOM 53aX and the AOM 53bX is coupled to the
光駆動レーザ光源51、AOM53aX、AOM53aY、AOM53bX及びAOM53bYは、制御部60により制御される。
The optical drive
本実施の形態に係る光駆動装置によると、例えばフォトメカニカル駆動部20Yの光駆動レーザ光導入層に紫外光を入射させて光ファイバ10をY方向に変位させながら、フォトメカニカル駆動部20Xの光駆動レーザ光導入層に紫外光と可視光とを交互に入射させて光ファイバ10をX方向に往復変位させれば、光ファイバ10から射出される光により、例えば被検部を所望の速度でラスター走査することができる。また、光ファイバ10から射出される光によりスパイラス走査するように、フォトメカニカル駆動部20X及びフォトメカニカル駆動部20Yに入射させる光駆動レーザ光を制御することもでき、種々の軌跡での二次元走査が可能となる。したがって、例えば、内視鏡に実装して光ファイバ10から射出される光(プローブ光)により被検部を二次元走査し、これにより被検部から発生する散乱光や蛍光を光ファイバ10又は他の受光用ファイバを経て検出すれば、被検部の二次元画像を得ることができ、これにより被検部を検査(診断)することができる。
According to the optical drive device according to the present embodiment, for example, the light of the
(第3実施の形態)
図7は、第3実施の形態に係る走査型内視鏡の要部の構成を示す図である。この走査型内視鏡は、第2実施の形態に示した光駆動装置を備える。以下、第2実施の形態で説明した構成要素と同一作用をなす構成要素には、同一参照符号を付して説明を省略する。
(Third embodiment)
FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of a main part of a scanning endoscope according to the third embodiment. This scanning endoscope includes the light driving device described in the second embodiment. Hereinafter, the same reference numerals are given to components having the same actions as the components described in the second embodiment, and description thereof is omitted.
図7において、光ファイバ10は、内視鏡の挿入部内に延在して配設され、挿入部の先端部内において、射出端部11が変位可能に支持されている。また、集光レンズ30は、挿入部の先端部に装着される。なお、図7では、光ファイバ10から射出される光(プローブ)を集光レンズ30に直接入射させるいわゆる直視型として示しているが、反射ミラーにより側面(周面)方向あるいは斜め側面方向に反射させるいわゆる側視型あるいは斜視型の場合は、挿入部の先端部周面に集光レンズ30が装着される。
In FIG. 7, the
光ファイバ10は、内視鏡外部において、例えば図8に示すようなFCコネクタ等の光コネクタ71及び中継アダプタ72を介して光ファイバ80の光コネクタに結合される。光ファイバ80には、プローブ光レーザ光源90から射出されるプローブ光が入射される。光ファイバ80に入射されたプローブ光は、光ファイバ80及び光ファイバ10を伝送して、光ファイバ10の射出端面12から射出される。これにより、集光レンズ30を経て被検部にプローブ光が照射される。
The
プローブ光レーザ光源90は、被検部等に応じて、所要の波長のレーザ光を射出するものが使用される。ここでは、便宜上、He−Neレーザを用い、その波長633nmの基本波をプローブ光として用いる。プローブ光レーザ光源90は、制御部60によりプローブ光の射出タイミングや強度等が制御される。
As the probe light
本実施の形態では、光ファイバ10を受光用ファイバとしても兼用される。そのため、プローブ光レーザ光源90から射出されるプローブ光は、ビームスプリッタ91で反射されて光ファイバ80に入射される。ビームスプリッタ91は、例えばダイクロイックミラーが使用される。また、プローブ光の照射により被検部から発生する散乱光や自家蛍光等の信号光は、集光レンズ30により集光されて光ファイバ10に入射し、光ファイバ10及び光ファイバ80を伝送して光ファイバ80から射出され、さらにビームスプリッタ91を透過して光検出器92で受光される。光検出器92は、例えば光電子増倍管が使用される。光検出器92の出力は、制御部60に入力される。
In the present embodiment, the
一方、フォトメカニカル駆動部20Xに結合された光ファイバ40Xは、内視鏡の挿入部内に延在して配設され、内視鏡外部において光コネクタ71Xに接続されて、中継アダプタ72X及び必要に応じて延長用の光ファイバを経て、光駆動光源部50の分岐光ファイバ54Xの出力端に着脱自在に結合される。同様に、フォトメカニカル駆動部20Yに結合された光ファイバ40Yは、内視鏡の挿入部内に延在して配設され、内視鏡外部において光コネクタ71Yに接続されて、中継アダプタ72Y及び必要に応じて延長用の光ファイバを経て、光駆動光源部50の分岐光ファイバ54Yの出力端に着脱自在に結合される。
On the other hand, the
本実施の形態に係る走査型内視鏡は、制御部60によって全体の動作が制御される。すなわち、内視鏡の挿入部が胃壁等の所望の被検部に挿入されて、内視鏡操作者による走査(検査)の開始が操作されると、制御部60による光駆動光源部50及びプローブ光レーザ光源90の制御が開始される。これにより、光ファイバ10が駆動されて、プローブ光により被検部が二次元走査される。そして、各走査点において発生した信号光は、光検出器92で受光されて制御部60に入力され、所要の信号処理が行われる。
The entire operation of the scanning endoscope according to the present embodiment is controlled by the
制御部60は、フォトメカニカル駆動部20X、20Yをそれぞれ駆動する光駆動レーザ光源51の出力強度を、光ファイバ10の屈曲角に変換する、つまり光駆動レーザ光源51の出力強度をプローブ光による走査点の位置情報に変換する較正テーブルを有している。制御部60は、この較正テーブルに基づいて、光検出器92からの出力信号を、所要の信号処理を施してフレームメモリの対応するアドレスに格納する。そして、制御部60は、フレームメモリに格納された二次元画像情報をモニタに表示する。これにより、医師は、内視鏡を挿入後、制御部60を操作することで、体内のリアルタイム検査(診断)が可能となる。
The
本実施の形態によると、体内に挿入される内視鏡挿入部に電磁波の発生源を有しておらず、体外から光ファイバ40X、40Yを経てフォトメカニカル駆動部20X、20Yに光駆動レーザ光を導入して光ファイバ10を駆動している。したがって、MEMS光スキャナを使用する場合と比較して内視鏡先端部の細径化が容易に図れ、被検者の苦痛を軽減できる。また、電気的制御を全て体外で操作できるので、電磁方式におけるように体内で2次電磁場パルスが発生せず、また圧電方式のように体内に高電圧が導入されることもない。したがって、ペースメーカー等を装着した被験者にも使用可能となり、汎用性を向上できる。しかも、フォトメカニカル駆動部20X、20Yのフォトクロミック層は、サリチリデンアニリン、フルギド、アゾベンゼン、ジアリールエテン、スピロピラン、ビスイミダゾール等の毒性を有しない分子で構成されるので、安全性もより向上できる。
According to the present embodiment, the endoscope insertion portion that is inserted into the body does not have an electromagnetic wave generation source, and the optically driven laser light is transmitted from outside the body to the
また、光ファイバ10は、体外において光コネクタ71によりプローブ光レーザ光源90に着脱可能となっている。同様に、フォトメカニカル駆動部20X、20Yに結合された光ファイバ40X、40Yも、体外において光コネクタ71X、71Yにより光駆動光源部50に着脱可能となっている。したがって、プローブ光レーザ光源90及び光駆動光源部50と内視鏡ユニットとを、体外で簡単に着脱することができる。これにより、内視鏡ユニットを簡単に「使い捨て」とすることができ、内視鏡の洗浄の問題も解決することができる。
The
すなわち、内視鏡検査、例えば胃の検査では、内視鏡を胃まで挿入すると、被験者の胃液や吐しゃ物、さらには細菌やウィルス等が内視鏡に付着する。そのため、内視鏡を繰り返し使用する場合は、2次感染を防止するために、検査毎に入念な洗浄及び消毒が必要となり、安全面及びコスト面で大きな負担となる。 That is, in an endoscopic examination, for example, an examination of the stomach, when the endoscope is inserted into the stomach, the subject's gastric juice and vomit, and bacteria and viruses adhere to the endoscope. Therefore, when the endoscope is used repeatedly, careful cleaning and disinfection is required for each inspection in order to prevent secondary infection, which is a heavy burden in terms of safety and cost.
これに対し、本実施の形態に係る走査型内視鏡は、体内に挿入される部分が、挿入部(チューブ)、光ファイバ10、40X、40Y、フォトメカニカル駆動部20X、20Y、集光レンズ30等で、全てが基本的に極めて廉価素材で構成することができるので、「使い捨て」が可能となる。したがって、検査毎に、新しい内視鏡ユニットを使用することで、安全性及び検査費用の低減が図れる。
On the other hand, in the scanning endoscope according to the present embodiment, the portion to be inserted into the body is the insertion portion (tube), the
なお、本発明は、上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、幾多の変形または変更が可能である。例えば、上記実施の形態では、光源部50を1台の光駆動レーザ光源51からフォトクロミック層21を可逆的に異性化する2波長の光駆動レーザ光(活性光)を得るようにしたが、2波長の光駆動レーザ光をそれぞれ専用のレーザ光源を用いて得るようにしてもよい。
In addition, this invention is not limited only to the said embodiment, Many deformation | transformation or a change is possible. For example, in the above embodiment, the
また、本発明は、生体の検査に限らす、光ファイバ10から治療用のレーザ光を射出することで、生体の種々の治療にも適用することができる。また、医療用に限らず、工業用の内視鏡や加工装置にも適用できるとともに、光ファイバから射出される光を振り分ける用途等にも適用できる。さらに、フォトメカニカル駆動部によって変位させる導光部は、光ファイバに限らず、シート状の光導波路であってもよい。したがって、本発明は、光導波路の光学特性を変調する用途等にも適用できる。また、図1に示したフォトメカニカル駆動部20や、図4に示したフォトメカニカル駆動部20X、20Yは、光ファイバ10に着脱自在に結合されてもよい。
Further, the present invention can be applied to various treatments of a living body by emitting therapeutic laser light from the
さらに、変位可能な被駆動部は、光ファイバや光導波路等の導光部に限らず、例えば図9に示すような体腔内に挿入可能な可撓性を有する薬剤導入管100であってもよい。この場合、薬剤導入管100の先端部に、図5と同様にX方向駆動用のフォトメカニカル駆動部20X及びY方向駆動用のフォトメカニカル駆動部20Yを融着して、薬剤導入管100の先端部をX方向及びY方向に変形駆動することにより、体外から狙った内臓部位に薬剤101を散布することが可能となる。また、フォトメカニカル駆動部は、光駆動光導入層が被駆動部に融着されてもよい。
Further, the displaceable driven part is not limited to the light guide part such as an optical fiber or an optical waveguide, but may be a flexible
10 光ファイバ
20、20X、20Y フォトメカニカル駆動部
21 フォトクロミック層
22 光駆動レーザ光導入層
40、40X、40Y 光ファイバ
50 光駆動光源部
51 光駆動レーザ光源
53a、53b、53aX、53bX、53aY、53bY 光音響素子(AOM)
60 制御部
80 光ファイバ
90 プローブ光レーザ光源
92 光検出器
100 薬剤導入管
DESCRIPTION OF
60
Claims (21)
前記フォトメカニカル駆動部への光駆動光の入射による該フォトメカニカル駆動部の変化により、前記導光部を変位させる、光駆動装置。 A photomechanical drive unit that is coupled to a displaceable driven unit and whose spatial structure changes reversibly by photoisomerization,
An optical driving device that displaces the light guide unit by a change of the photomechanical driving unit due to incidence of optical driving light to the photomechanical driving unit.
前記被駆動部を異なる方向に変位させるように、前記フォトメカニカル駆動部が前記被駆動部に複数個結合されている、光駆動装置。 The light driving device according to claim 1,
An optical drive device, wherein a plurality of the photomechanical drive units are coupled to the driven unit so as to displace the driven unit in different directions.
前記フォトメカニカル駆動部を可逆的に変化させる少なくとも2波長の前記光駆動光を射出する光駆動光源部と、
該光駆動光源部からの前記光駆動光を前記フォトメカニカル駆動部に伝送する導入光学系と、をさらに備える、光駆動装置。 The light driving device according to claim 1 or 2,
An optical drive light source unit that emits the optical drive light of at least two wavelengths that reversibly change the photomechanical drive unit;
An optical drive device further comprising: an introduction optical system that transmits the optical drive light from the optical drive light source unit to the photomechanical drive unit.
前記光駆動光源部は、2波長の前記光駆動光を時系列に切り替えて前記導入光学系に導入する、光駆動装置。 The light driving device according to claim 3,
The light drive light source unit is a light drive device that switches the light drive light of two wavelengths to the introduction optical system by switching in time series.
前記光駆動光源部は、射出する2波長の前記光駆動光の強度又は時間が可変である、光駆動装置。 The light driving device according to claim 3 or 4,
The optical drive light source unit is an optical drive device in which the intensity or time of the emitted optical drive light of two wavelengths is variable.
2波長の前記光駆動光は、一方が400nm以上の長波長であり、他方が400nmより短波長である、光駆動装置。 The light driving device according to any one of claims 3 to 5,
One of the two-wavelength light driving light has a long wavelength of 400 nm or more and the other has a wavelength shorter than 400 nm.
前記光駆動光源部は、1つの光駆動レーザ光源を備え、該光駆動レーザ光源から射出される基本波の異なる倍数波を2波長の前記光駆動光とする、光駆動装置。 The light driving device according to any one of claims 3 to 6,
The optical drive light source unit includes an optical drive laser light source, and uses multiple wave different from the fundamental wave emitted from the optical drive laser light source as the optical drive light having two wavelengths.
前記導入光学系は着脱可能である、光駆動装置。 The light driving device according to any one of claims 3 to 7,
An optical drive device in which the introduction optical system is detachable.
前記被駆動部は導光部からなる、光駆動装置。 The light driving device according to any one of claims 1 to 8,
The driven unit is a light driving device including a light guide unit.
前記被駆動部は導光部からなり、
前記導光部から射出される光が照射される被照射部からの光応答信号を検出する光検出器をさらに備える、光駆動装置。 The light driving device according to any one of claims 3 to 8,
The driven part comprises a light guide part,
An optical driving device further comprising a photodetector for detecting a light response signal from an irradiated portion irradiated with light emitted from the light guide portion.
前記光駆動光源部を制御して前記フォトメカニカル駆動部へ前記光駆動光を入射させるとともに、前記光駆動光源部の制御に同期して前記光検出器の出力を処理する制御部をさらに備える、光駆動装置。 The light driving device according to claim 10,
The optical drive light source unit is controlled to cause the light drive light to enter the photomechanical drive unit, and further includes a control unit that processes the output of the photodetector in synchronization with the control of the light drive light source unit. Light drive device.
前記制御部は、前記導光部の変位に対応させて前記光検出器の出力を表示する、光駆動装置。 The light driving device according to claim 11,
The said control part is a light drive device which displays the output of the said photodetector corresponding to the displacement of the said light guide part.
前記光検出器は、前記光応答信号として散乱光又は蛍光を検出する、光駆動装置。 The light driving device according to any one of claims 10 to 12,
The light detector is a light driving device that detects scattered light or fluorescence as the light response signal.
前記被駆動部は薬剤導入管からなる、光駆動装置。 The light driving device according to any one of claims 1 to 8,
The optically driven device, wherein the driven part comprises a drug introduction tube.
前記フォトメカニカル駆動部は、サリチリデンアニリン、フルギド、アゾベンゼン、ジアリールエテン、スピロピラン、ビスイミダゾールとそれら分子の誘導体を有するフォトクロミック層を備える、光駆動装置。 The light driving device according to claim 1,
The photomechanical drive unit includes a photochromic layer including salicylideneaniline, fulgide, azobenzene, diarylethene, spiropyran, bisimidazole, and derivatives of these molecules.
前記フォトクロミック層はバルク状で、少なくとも一面に光学平面を有する、光駆動装置。 The light driving device according to claim 15,
The optical driving device, wherein the photochromic layer is bulky and has an optical plane on at least one surface.
前記光学平面の面精度は、前記光駆動光の波長の1/4以上である、光駆動装置。 The light driving device according to claim 16, wherein
The optical driving device, wherein the surface accuracy of the optical plane is ¼ or more of the wavelength of the optical driving light.
前記光学平面に異なる光学部材が接合されている、光駆動装置。 The light driving device according to claim 16 or 17,
An optical driving device in which different optical members are bonded to the optical plane.
前記光学部材が光学薄膜である、光駆動装置。 The light driving device according to claim 18,
An optical driving device, wherein the optical member is an optical thin film.
前記光学薄膜がスパッタ又は蒸着により形成されている、光駆動装置。 The light driving device according to claim 19,
An optical driving device in which the optical thin film is formed by sputtering or vapor deposition.
前記被駆動部及び前記フォトメカニカル駆動部は着脱可能に装着されている、光駆動装置。
The light driving device according to any one of claims 1 to 20,
The optical driving device, wherein the driven part and the photomechanical driving part are detachably mounted.
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