JP5993531B1 - 走査型内視鏡 - Google Patents
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Abstract
Description
例えば、日本国特開2012−78733号公報の従来例は、アクチュエータにより揺動される導光部材としての光ファイバから出射されるレーザ光をレンズユニットにより集光させる走査型の共焦点内視鏡装置を開示している。この従来例においては、先端にレンズユニットが固定され、その中途にアクチュエータを保持するマウントが固定された内筒は外筒に対して摺動可能に配置され、内筒の基端側に配置されたZ軸アクチュエータによりZ軸方向に移動される。Z軸アクチュエータを保持する部材は、外周部分の一部を切り欠いて外筒に固定(接続)される様な構造が開示されている。
より具体的に説明すると、1フレーム分の画像を取得するためにアクチュエータにより導光部材を2次元的に走査させている最中において、外筒側が振動した際のその振動がアクチュエータに伝わり、例えばアクチュエータを上下方向に振動させると、取得される画像中の位置が、上下方向に振動による乱れ(位置ずれ)を含むものになってしまうために、上下方向に歪んだ画像を取得することになってしまう。
また、内視鏡の挿入部は、体内に挿入される場合、術者により長尺の挿入部を回転したり、捻るような操作が行われ、回転の速度が1フレームの画像を取得する期間と比較して遅い場合には支障ないが、速い場合には画質に影響を及ぼす。
例えば、回転の際の移動量が1フレームの画像を取得する期間において十分に小さい場合には、画質に影響を及ぼさないが、無視できない大きさである場合には、画像を取得した位置が周方向にずれてしまう。このため、少なくとも1フレーム分の画像を取得する期間(時間)内において、外筒等の筒状部材側が回転的に変位や振動した場合、その回転的な変位がその内側に配置されたアクチュエータ側に伝わることを抑制又は軽減することができる構造が望まれる。
本発明は上述した点に鑑みてなされたもので、アクチュエータを内包した筒状部材が振動した場合においても、アクチュエータによる走査動作に影響を及ぼすことを抑制できる走査型内視鏡を提供することを目的とする。
(第1の実施形態)
図1に示すように走査型内視鏡装置1は、本発明の第1の実施形態の走査型内視鏡2と、2が着脱自在に接続される本体装置(又は走査型内視鏡制御装置)3と、本体装置3に接続される表示装置としてのモニタ4と、を有する。
走査型内視鏡2は、被検体5の体内又は体腔内に挿入可能な細長の形状及び可撓性を備えて形成された挿入部6を有し、挿入部6の基端(後端)には、走査型内視鏡2を本体装置3に着脱自在に接続するためのコネクタ7が設けられている。
また、挿入部6は、硬質の先端部11と、その後端からコネクタ7に延びる、可撓性を有する可撓管部12とを有する。なお、先端部11と可撓管部12との間に、湾曲自在の湾曲部を設け、可撓管部12とコネクタ7との間に湾曲部を湾曲する操作ノブ等を設けた操作部を設けるようにしても良い。
挿入部6内には、照明光を導光する導光部材を形成する光ファイバ15が挿通され、この光ファイバの基端(後端)は、コネクタ7における光接続部15aにおいて本体装置3内部の光ファイバ15bと接続される。そして、本体装置3内部の光源ユニット31で発生した照明光が光ファイバ15bを経て光ファイバ15の基端に入射される。光ファイバ15により導光された照明光は、光ファイバ15の先端面から、該先端面に対向して円筒部材13の先端に取り付けられた集光する照明レンズ16を経て、被検体5内の検査部位等の被写体に向けて照明光が出射される。
図2にも示すように先端部11を形成する円筒部材13の内側には、光ファイバ15の先端側を、該光ファイバ15の長手方向と直交する方向に揺動する如くに駆動する駆動部を形成するアクチュエータ17が配置されている。このアクチュエータ17は、挿入部6内を挿通された駆動線18を介して本体装置3内部の駆動ユニット22から駆動信号が印加される。
なお、接続部材20iを、保持部材19を保持する第2の保持部材と定義しても良い。この場合、アクチュエータ17を保持する保持部材19を第1の保持部材又はアクチュエータ保持部材と定義しても良い。
図2及び図3に示すように円筒部材13の内側において、光ファイバ15とアクチュエータ17を形成するアクチュエータ素子17a〜17dとの間には、両者(つまり光ファイバ15とアクチュエータ17)を接合する硬質の接合部材としてのフェルール21が配置されている。具体的には、フェルール21は、例えば、ジルコニア(セラミック)またはニッケル等により形成されている。
フェルール21は、図3の横断面に示すように、四角柱の形状を有するように形成されており、中心軸に沿って光ファイバ15が固定され、Y軸方向(紙面の上下方向)の両側面と、X軸方向(紙面の左右方向)の両側面とにアクチュエータ素子17a、17bと17c、17dが取り付けられている。
アクチュエータ素子17a〜17dの基端は、円柱形状の保持部材19によって保持され、また、この保持部材19は、この円筒部材13の内周面から半径方向の中心に向かって突出する接続部を形成する硬質の接続部材20a〜20d,20e〜20h(20iにより代表する場合がある)により、保持されている。
図1に示すように円筒部材13及び円筒チューブ14の外周面に沿って、被写体により反射された照明光を受光するための受光用光ファイバ23がリング状に複数本、配置され、受光用光ファイバ23により受光された(被写体からの戻り光又は反射)光は、コネクタ7の光接続部23aを経て本体装置3内部の受光用光ファイバ23bに導光される。この受光用光ファイバ23bに導光された光は、検出ユニット33に入射され、電気信号に変換される。
また、各走査型内視鏡2には、アクチュエータ17により、光ファイバ15の先端を所定の走査パターンに沿って駆動させるための駆動データ及び駆動した場合の照射位置に対応する座標位置データ等の情報を格納したメモリ25を有する。このメモリ23に格納された情報は、コネクタ7の接点、信号線を経て本体装置3内部のコントローラ34に入力される。
本体装置3は、光源ユニット31と、駆動ユニット32と、検出ユニット33と、本体装置3の各ユニットを制御するコントローラ34と、コントローラ34と接続され、各種の情報を格納するメモリ35と、コントローラ34等に直流の電源を供給する電源(回路)36とを有する。
光源ユニット31は、赤色の波長帯域の光(R光とも言う)を発生するR光源31aと、緑色の波長帯域の光(G光とも言う)を発生するG光源31bと、青色の波長帯域の光(B光とも言う)を発生するB光源31cと、R光、G光及びB光を合波(混合)する合波器31dと、を有する。
コントローラ34の光源制御部34aは、R光源31a、G光源31b及びB光源31bに対して同時にパルス的に発光させる制御信号を送り、R光源31a、G光源31b及びB光源31bは同時にR光、G光、B光を発生し、合波器31dへ出射する。
合波器31dは、R光源31aからのR光と、光源31bからのG光と、光源31cからのB光と、を合波して光ファイバ15bの光入射面に供給し、光ファイバ15bは、合波されたR光、G光、B光を照明光として光ファイバ15に供給する。
信号発生器32aは、コントローラ34の走査制御部34bの制御に基づき、光ファイバ15の先端の光出射端部を移動(又は揺動)させるための駆動信号を生成してD/A変換器32b及び32cに出力する。D/A変換器32b及び32cは、信号発生器32aから出力されたデジタルの駆動信号をアナログの駆動信号に変換してそれぞれアンプ32d及び32eへ出力する。
アンプ32d及び32eは、D/A変換器32b及び32cから出力された駆動信号をそれぞれ増幅して図4Aに示した波形の駆動信号をアクチュエータ17へ出力する。
そして、光ファイバ15の先端は、図4Bに示すように渦巻き形状の走査軌跡を形成するように揺動される。
検出ユニット33は、分波器33aと、検出器33b、33c及び33dと、A/D変換器33e、33f及び33gと、を有する。
検出器33b、33c及び33dは、フォトダイオード等の光検出器により構成され、分波器33aから出力されるR光の強度、G光の強度、及びB光の強度をそれぞれ検出し、当該検出したR光、G光及びB光の強度にそれぞれ応じたアナログのR,G,B検出信号を生成し、A/D変換器33e、33f、及び33gへ出力する。
A/D変換器33e、33f、及び33gは、検出器33b、33c及び33dからそれぞれ出力されたアナログのR、G及びB検出信号を、それぞれデジタルのR、G及びB検出信号に変換してコントローラ34内の画像を生成する画像生成部34cへ出力する。
メモリ35は、本体装置3の制御を行うための制御プログラム等を予め格納している。また、メモリ34は、本体装置3のコントローラ34により、メモリ25から読み込まれた座標位置の情報が格納される。
図5Aは、図2におけるB−B線断面により接続部材周辺部を拡大して示し、図3においては示していた保持部材19の内部構成を省略している。また、図5Bは、図5Aにおける接続部材20aの周辺部を拡大して示す。
図5Aに示す構成例においては、円筒部材13における先端位置から長手方向に沿った2つの所定の距離となる外周面上の第1の所定位置及び第2の所定位置に、位置決め用の4つの孔(図5Bにおいて符号39で示す)をそれぞれ設け、例えば円柱形状の接続部材20a〜20dと20e〜20hの基端側を嵌入させて、円筒部材13に接続部材20a〜20dと20e〜20h(の基端側)を接着等で固定するように設け、突出する先端部により、その内側に配置される保持部材19を保持するようにしている。
図5A,図5Bに示すように各接続部材20iは、軸部40(簡略化して図5Bのみにおいて示す)の基端側を、段差状に小径にした小径軸部41を設け、この小径軸部41は、円筒部材13の孔に嵌入する外径に設定されている。また、各接続部材20iは、円筒部材13の内側に突出する軸部40の先端に、各接続部材20iの中心軸の回りで回転対称となる凸型先端部42が設けている。なお軸部40もその中心軸の回りで回転対称となる。
凸型先端部42は、中心軸に沿った先端が最も突出するような凸型形状であり、凸型先端部42を後述するように半球形状にしても良い。上記円筒部材13の孔は、該円筒部材13の中心軸Oに直交する半径方向に沿って形成されている。また、この中心軸Oに沿って光ファイバ15が配置されるように保持部材19が保持される。つまり、円筒部材13の中心軸Oに沿って光ファイバ15の中心軸、保持部材19の中心軸がそれぞれ一致するようにして挿入部6の先端部11が形成される。
図5Aに示すように各接続部材20iの凸型先端部42が当接して保持する場合における保持力が作用する方向を、保持部材19の中心軸Oに直交する方向から該中心軸O上の一点に作用するようにして、円柱形状の保持部材19を、その中心が中心軸O上に位置するように保持する。つまり、保持部材19を、中心軸Oに関して回転対称な複数の位置に設けた複数の接続部材(具体的には4つの20a〜20d)により、ほぼ点接触に近い状態で、保持部材19をその中心が中心軸O上に位置するように保持する構成にしている。
そして、図5Aにおいて例えば符号Fで示す方向から、円筒部材13に振動が加えられた場合、その部分の円筒部材13は振動するが、この方向Fに近い方向には接続部材20iが設けてないために、その内側の保持部材19が振動するのを抑制又は軽減できるようにしている。
また、上記のように円筒部材13の長手方向における第1及び第2の所定位置との2箇所において、周方向における回転対称となる複数箇所の接続部材(具体的には20a〜20dと20e〜20h)でそれぞれ保持部材19を保持しているので、長手方向の1箇所の外周位置で複数方向から保持する場合に比較して、保持部材19を円筒部材13の中心軸Oに沿った位置を維持するように保持できる。
具体的には、図5Bに示すように円筒部材13側が例えば矢印Gで示す方向に回転的な変位が速い速度で発生した場合、円筒部材13側の接続部材20aは、変位に応じて移動又は変位するが、その凸型先端部42に点接触に近い狭い面積で当接した状態で保持される保持部材19には変位させる力が(広い面積で当接させた場合に比較して)伝わりにくくなり、従って保持部材19の速い変位を抑制できるようにしている。
なお、本明細書における速度が速い回転的変位は、1フレーム分の画像を取得するフレーム周期と比較した場合の変位を意味する。図5Bでは、円筒部材13側が回転的な変位をする場合で説明したが、保持部材19側が速い回転的な変位をする場合、同様に円筒部材13側に伝わりにくくし、円筒部材13が回転的に変位するのを低減又は抑制できる。
接続部を形成する接続部材20a等は、筒状部材と保持部との間に介在し、かつ筒状部材内の所定の位置において前記保持部を保持し、前記筒状部材または前記保持部が前記導光部(を形成する光ファイバ15)の長手方向を軸として回転する際に回転に応じて変形する機能を持つとも言える。
このような構成の走査型内視鏡2の作用を説明する。
また、コントローラ34の光源発光部34aは、所定の座標位置において光源ユニット31が離散的に順次パルス発光させるように制御する。また、検出ユニット33は、離散的にパルス発光された際の被検体5側からの戻り光を順次サンプリングして検出信号を取得する。検出ユニット33は、取得した検出信号を画像生成部34cに送り、画像生成部34cは、入力された検出信号を例えばメモリ35に一時格納する。
コントローラ34の画像生成部34cは、メモリ35に格納された検出信号と、当該検出信号を取得した際のパルス発光の位置情報とからなる画像情報を、ラスタスキャンした場合の標準の画像信号に変換して、モニタ4に出力する。そして、モニタ4には内視鏡画像が表示される。
上記のようにアクチュエータ17の基端側を保持する保持部材19の中心軸を、中心軸O上に保持した所定の保持状態において、円筒部材13に振動が加えられると、その内側の保持部材19に、接続部材20a〜20d、20e〜20hを介して伝達され、所定の保持状態において揺動させた場合に取得した画像情報に振動が影響を及ぼすようになる。
また、本実施形態においては、図5Bに示すように、例えば接続部材20aの基端側の小径軸部41は、円筒部材13の孔39に嵌合する外径にしているので、小径軸部41の基端面を治具等で保持部材19側に押圧することにより凸型先端部42が保持部材19の外周面に適正な力量で当接(接触)するように調整することができる。
例えば、小径軸部41から段差状に太径となる軸部40の(軸方向の)長さを、保持部材19の外周面と円筒部材13の内周面との間の距離dよりも僅かに小さくし、円筒部材13内に保持部材19を配置した後に、小経軸部41による微調整により保持部材19を中心軸Oに沿った配置状態において適切な力量で保持するようにしても良い。
従って、本実施形態は、保持部材19を中心軸Oに沿って、回転対称となる複数の位置でそれぞれで保持する力量が全て等しい力量となるようにバランス良く保持することができる。
この場合、比較的に精度良く円筒部材13と保持部材19を加工できるような場合には、4個の接続部材における1つ又は2つのみを調整可能にし、残りの接続部材における上記長さを距離dと等しくしても良い。そして、1つ又は2つのみを調整して、全て等しい力量で保持するようにしても良い。
例えば図2におけるB−B断面の位置の接続部材20a〜20dを、図6に示す第1変形例のように、周方向における回転対称となる3箇所に3つの接続部材20j〜20lに変更しても良い。また、同様に接続部材20e〜20hを、回転対称となる3つの接続部材(図示略)に変更しても良い。
3箇所で保持すると、4箇所で保持する場合に比較して保持する強度が低下するが、振動に対する影響をより低減できる。このため、実際に使用する接続部材による保持する強度と振動による画像に及ぼす影響の程度とを考慮して4箇所又は3箇所のいずれを採用するかを決めるようにしても良い。
また、図5A、図5B,図6に示す例等では、各接続部材20iは、円筒部材13と別部材で円筒部材13側に(円筒部材13の内周面(内壁)から突出するように)設ける構成を説明したが、図7A,図7Bにそれぞれ示す第2変形例、第3変形例のように円筒部材13と一体的に形成しても良い。
図7Bは図6における各接続部材20i(i=j〜l)を円筒部材13と一体的に形成した接続部材20ibに変更している。
図7A又は図7Bに示すように一体化した場合には、別体で形成する場合に比較して低コストで製造することができる。その他は、第1の実施形態とほぼ同様の効果を有する。
図9は、図8におけるC−C線断面図を示し、本変形例においては、第1の所定位置と第2の所定位置において、中心軸Oの回りで回転対称となる保持部材19の外周面における周方向上の4箇所に接続部材20i′を設けている。例えば図2,図3における接続部材20aは、図8,図9では接続部材20a′となる。他の接続部材も同様である。接続部材20i′は、保持部材19と同じ部材で一体的に形成されている。そして、第1の実施形態の場合と同様にアクチュエータ17による走査動作に影響を及ぼすことを抑制できるようにしている。また、図7Aの場合と同様に低コストで製造できるようにしている。なお、接続部材20i′を保持部材19と別部材で形成しても良い。
上述した第1の実施形態及び第1〜第3変形例においては、接続部材20i等は、その基端側が円筒部材13に設けられ、その凸型先端部42が半径方向に沿って中心軸O側に突出して、保持部材19の外周面に接触又は当接する構造になっていた。これに対して、本変形例においては、接続部材20i′は、その基端側が保持部材19に設けられ、その凸型先端部42が半径方向に沿って中心軸Oから離間する方向に突出して、円筒部材13の内周面に接触又は当接する構造になっている。
なお、図10Aに示す構成は、例えば図8におけるD−D線断面の拡大図、又は図2におけるB−B線断面で示す図6の接続部材20j〜20lに対応する接続部材20i′(i=j〜l)を示している。図10Aは、図6の場合と同様に保持部材19の断面内部を省略している(以下の図10Bも同様)。
図10Aに示すように接続部材20i′は、保持部材19に一体的に設けられている。また、図8における第2の所定位置となるE−E線断面の拡大図で示す接続部材を、図10Bに示すように設けても良い。図10Bに示す接続部材20i′は、図10Aの接続部材20i′を中心軸Oの回りで60°回転した状態の保持部材19の外周面上の位置に設けたものと一致する。
このように第1の所定位置と第2の所定位置とに設ける接続部材において、中心軸Oの回りで一方の接続部材側を適宜の角度(具体例として、2箇所の接続部材の場合には90°、3箇所の接続部材の場合には、例えば0°又は60°、4箇所の接続部材の場合には、例えば0°、又は45°)、回転した保持部材19の位置に他方の接続部材を設けるようにしても良い。また、上述した円筒部材13側の外周面上の位置に接続部材を設ける場合にも適用しても良い。
つまり、第1の所定位置と第2の所定位置とに設ける接続部材において、中心軸Oの回りで一方の接続部材側を適宜の角度、回転した円筒部材13の内周面上の位置に他方の接続部材を設けるようにしても良い。
また、上述した例では、円筒部材13又は保持部材19の長手方向における2箇所に設けた場合を説明したが、3〜4箇所に増やしても良いし、5箇所以上にしても良い。また、上述した例では、接続部材の基端と反対側の先端は、凸型先端部42を有する突起型の形状の場合を説明したが、図11A〜11Cに示すように保持する面積を小さくする種々の形状を採用できる。
図11Aは、図11Bの正面から見た場合の円筒部材13と保持部材19及びこれらの間に介在される接続部材20の関係を示し、図11Bは図2の場合と同様に縦断面にて円筒部材13と保持部材19及びこれらの間に介在される接続部材20の関係を示している。なお、図11A,図11Bでは照明レンズ16を省略して示している。また、図11A,図11Bにおいては断面構造のハッチングを省略している。
図11Cは、図11A、図11Bの変形例を表形式で簡略化して示すものであり、それぞれ点線で示す正面の領域、奥行きの領域内での円筒部材13及び接続部材20を示す。
図11Cの最も上となる第1の欄に示すように、円筒部材13の内周面から突出する突起型の接続部材20として、半球(球形)形状にしたものや、その右側に示すように円筒部材13の内周面に半球形状の溝又は凹部を形成した溝型にしたものにしても良い。なお、溝型にした場合、溝又は凹部が形成していない内周面が保持部材19と接触又は当接する部分となる。なお、図11Cにおいては、符号は半球形状の場合においてのみ示し、他の場合には省略している。
また、図11Cの第2の欄の下側に隣接する第3の欄に示すように、円筒部材13の内周面から突出する突起型の接続部材20として、かまぼこ型形状にしたものや、その右側に示すように円筒部材13の内周面にかまぼこ型の溝又は凹部を形成した溝型にしたものにしても良い。
また、図11Cの第3の欄の下側に隣接する第4の欄に示すように、円筒部材13の内周面から突出する突起型の接続部材20として、直方体形状にしたものや、その右側に示すように円筒部材13の内周面に直方体形状の溝又は凹部を形成した溝型にしたものにしても良い。
なお、図11Cにおいては、円筒部材13側に接続部材20を設けた例を示しているが、図8,図9,図10A、図10Bにおいて示したように保持部材19側に、図11Cに示した接続部材20を設けるようにしても良い。
上述した実施形態等を部分的に組み合わせて構成される実施形態も本発明に属する。
Claims (8)
- 光源部から発する照明光を導光し、被写体に照射する導光部と、
前記導光部から導光された前記照明光を前記被写体上で走査するために、前記導光部の先端を走査させるように駆動するアクチュエータと、
前記アクチュエータに接続され、前記アクチュエータを保持する保持部と、
前記導光部および前記アクチュエータおよび前記保持部を内包する空間を有する硬質の筒状部材と、
前記筒状部材と前記保持部との間に介在し、かつ前記筒状部材内の所定の位置に前記保持部を保持し、前記筒状部材または前記保持部が力を受けた際に前記導光部の長手方向を軸とした周方向に変形する接続部と、
を有することを特徴とする走査型内視鏡。 - 前記接続部は、前記長手方向を軸とした周方向に回転対称となる複数位置において前記保持部の外周面又は前記筒状部材の内周面に接触するように間欠的に設けられることを特徴とする請求項1に記載の走査型内視鏡。
- 前記アクチュエータは、前記導光部を渦巻き状に走査することで前記照明光を前記被写体上で渦巻き状に走査する渦巻き走査用アクチュエータを備えることを特徴とする請求項1に記載の走査型内視鏡。
- 前記接続部は、前記筒状部材における長手方向における第1の位置での周方向と、前記筒状部材における長手方向における前記第1の位置とは異なる第2の位置での周方向とにおいて、前記軸に関して回転対称となる複数位置に設けられることを特徴とする請求項1に記載の走査型内視鏡。
- 前記接続部は、前記筒状部材の内周に設けられることを特徴とする請求項1に記載の走査型内視鏡。
- 前記接続部は、前記保持部の外周に設けられることを特徴とする請求項1に記載の走査型内視鏡。
- 前記筒状部材は、円筒形状を有し、
前記保持部は、前記アクチュエータを保持すると共に、中心軸に沿って配置された前記導光部を保持する円柱形状を有し、
前記接続部は、前記筒状部材の中心軸に直交する半径方向に回転対称形の軸部を有し、前記軸部の端部に設けた凸部を、円柱形状の前記保持部の外周面又は前記円筒形状の前記筒状部材の内周面に当接して前記保持部を保持することを特徴とする請求項1に記載の走査型内視鏡。 - 前記筒状部材は、該筒状部材の先端部において前記導光部の先端面から出射される照明光を集光して、前記被写体側に出射する照明レンズを保持することを特徴とする請求項7に記載の走査型内視鏡。
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