WO2008047773A1 - Élément spectral variable et système d'endoscope utilisant cet élément spectral - Google Patents

Élément spectral variable et système d'endoscope utilisant cet élément spectral Download PDF

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flat plate
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optical
spectroscopic element
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Tomoaki Yasuda
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    • A61B1/0669—Endoscope light sources at proximal end of an endoscope

Definitions

  • the present invention relates to a variable spectroscopic element and an endoscope system including the same.
  • variable spectroscopic element in which a pair of optical substrates are arranged opposite to each other, and the distance between the optical substrates is changed by the operation of an actuator disposed between the optical substrates to change the wavelength of transmitted light.
  • variable spectroscopic element disclosed in Patent Document 1 is attached to the connecting member by operating a plurality of actuators arranged at intervals in the circumferential direction to elastically deform the elastically deformable connecting member.
  • the distance between the optical substrates is changed by moving the optical substrate, and the wavelength band of the light to be dispersed is changed.
  • Patent Document 1 US Patent Application Publication No. 2002/0186376
  • the present invention has been made in view of the above-described circumstances, and can accurately split light in a desired wavelength band by changing the interval dimension while suppressing deformation of the optical substrate.
  • An object of the present invention is to provide a variable spectroscopic element and an endoscope system including the variable spectroscopic element.
  • the present invention provides the following means.
  • the present invention provides a pair of light beams that are disposed to face each other with a space therebetween and a coating layer is provided on the opposite surface.
  • a variable light splitting element including a connecting member connected at a plurality of opened positions.
  • the connecting member may be made of a coasting material.
  • the ring-shaped flat plate member which consists of an elastic material which connects the said actuator may be arranged between the said actuator and a connection member.
  • the flat plate member is bonded to the actuator, and the connecting member force is connected to the flat plate member at a position other than the bonding position of the flat plate member and the actuator.
  • a base for fixing one end of the actuator and a support member for fixing both of the base and the flat plate member may be provided.
  • the present invention also provides an endoscope system including any one of the variable spectral elements described above.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a variable spectroscopic element according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing an AA cross section of the variable spectral element in FIG.
  • FIG. 3 is a perspective view showing a holding member, an actuator and a base used in a modification of the variable spectral element in FIG. 1.
  • FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing a variable spectral element according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing an A′-A f section of the variable spectral element in FIG.
  • FIG. 6 is an overall configuration diagram showing an endoscope system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a longitudinal sectional view showing an imaging unit provided in the endoscope system of FIG.
  • variable spectral element 1 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1 and FIG.
  • variable spectroscopic element 1 As shown in FIG. 1, the variable spectroscopic element 1 according to the present embodiment is disposed so as to face each other with a slight space in parallel, and within the range of the optical effective diameter of the facing surface, the reflective film (coat layer) 2a, Two disc-shaped optical substrates 3 and 4 having 2b, and four optical substrates 3 and 4 are arranged at intervals in the circumferential direction outside the range of the optical effective diameter of the optical substrates 3 and 4, and according to the applied voltage signal And an actuator 5 that can be expanded and contracted in the interval direction of the optical substrates 3 and 4.
  • the variable spectroscopic element 1 includes a base 6 for fixing one end (fixed end) 5a of the four actuators 5, and a casing 7 fixed to the base 6. .
  • a ring plate-like flat plate member 8 having a central hole 8a larger than the optical effective diameter of the optical substrates 3 and 4 is bonded and fixed to the other end (moving end) 5b of the four actuators 5.
  • the base 6 is also provided with a central hole 6a larger than the optical effective diameter of the optical substrates 3 and 4.
  • One optical substrate 3 is fixed to the casing 7, and the other optical substrate 4 is held by a holding member 9.
  • the casing 7 is provided with a through hole 7a larger than the optical effective diameter of the optical substrate 3.
  • the holding member 9 also has a central hole 9a larger than the optical effective diameter of the optical substrate 4.
  • a ring-shaped member provided.
  • the holding member 9 and the flat plate member 8 are connected to each other by a rod-like connecting member 10 that is arranged at an interval in the circumferential direction.
  • the flat plate member 8 protrudes radially inward from the inner edge of the actuator 5, and the connecting member 10 protrudes radially inward from the actuator 5 of the flat plate member 8. It is fixed to the site.
  • the flat plate member 8 is made of an elastic material and has lower rigidity than the holding member 9 and the connecting member 10. As a result, when bending stress is applied to the flat plate member 8 by the expansion / contraction operation of the actuator 5, the flat plate member 8 is first bent to absorb the bending stress, and the optical substrate 4 is deformed via the holding member 9 and the connecting member 10. The ability to support without letting it become S!
  • the capacitive sensor electrodes 11 are arranged opposite to each other at intervals in the circumferential direction outside the optical effective diameter of each of the optical substrates 3 and 4.
  • the reflection films 2a and 2b are made of, for example, a dielectric multilayer film.
  • the capacitive sensor electrode 11 is made of, for example, a metal film.
  • the actuator 5 is, for example, a rectangular bar-shaped member made of a piezoelectric element, and its length is expanded and contracted in accordance with an applied voltage signal.
  • variable spectroscopic element 1 can change the wavelength band of the transmitted light by changing the distance between the optical substrates 3 and 4 by the operation of the actuator 5.
  • variable spectroscopic element 1 The operation of the variable spectroscopic element 1 according to the present embodiment configured as described above will be described below.
  • a voltage signal is applied to each of the actuators 5 to expand and contract. Since the fixed end 5 a is fixed to the base 6, the actuator 5 can be expanded and contracted in the direction in which the moving end 5 b approaches or separates from the base 6.
  • the moving end 5b of the actuator 5 is provided with a flat plate member 8, a connecting member 10, and a holding member 9. Since one optical substrate 4 is attached, the flat plate member 8, the connecting member 10, the holding member 9, and the other one fixed to the moving end 5 b of the actuator 5 by extending and contracting the actuator 5.
  • the optical substrate 4 can be moved in the thickness direction.
  • the other optical substrate 3 is fixed to the casing 7 fixed to the base 6, by moving one optical substrate 4 in the thickness direction, the optical substrate 4 is moved to the other optical substrate 4.
  • the substrate 3 can be moved in a direction that changes the distance between the two.
  • the wavelength band of light that can be transmitted through the two optical substrates 3 and 4 can be changed, and light in the wavelength band determined according to the distance between the optical substrates 3 and 4 can be transmitted.
  • variable spectroscopic element 1 when the four actuators 5 arranged at intervals in the circumferential direction are simultaneously expanded and contracted by the same dimension, the flat plate member 8 is It can be translated while maintaining a flat plate shape without elastic deformation.
  • the expansion / contraction dimensional force S of the actuator 5 is different for each of the actuators 5, bending stress acts on the flat plate member 8.
  • the flat plate member 8 is sufficiently lower in rigidity than the connection member 10 and the holding member 9, and therefore deforms according to the bending stress. As a result, the bending stress generated when the moving end 5b of the actuator 5 becomes uneven is absorbed by the deformation of the flat plate member 8, so that it is sufficiently reduced when it is transmitted to the connecting member 10. . Further, since a plurality of connection members 10 are provided at intervals in the circumferential direction, the holding member 9 that holds the optical substrate 4 is supported by substantially four point contacts.
  • the optical substrate 4 supported by the holding member 9 can also be moved while maintaining a high flatness that does not deform.
  • variable spectroscopic element 1 the bending stress is absorbed by the flat plate member 8, so that even if the four actuators 5 are driven independently, the optical substrate 4 Can be moved while maintaining a high flatness. Therefore, even if the expansion and contraction of the actuator 5 varies due to various factors such as individual differences of the actuator 5, the force S can be used to move the optical substrate 4 without deforming it.
  • optical substrate 4 maintains high flatness even when the actuator 5 is driven independently to correct the relative tilt between the optical substrates 3 and 4 based on the distance dimensions detected at multiple positions As it is, it is moved to correct the relative inclination, and a high degree of parallelism between the optical substrates 3 and 4 can be achieved.
  • variable spectroscopic element 1 according to the present embodiment, the distance dimension can be changed in a state where the flatness and parallelism of the two optical substrates 3 and 4 are improved. There is an advantage that the transmittance and spectral performance can be improved.
  • the ring plate-like flat plate member 8 arranged to connect the moving ends 5b of the four actuators 5 is provided, but instead of this, the flat plate member 8 is provided.
  • the rod-shaped connecting member 10 may be directly fixed to the moving end 5b of the actuator 5.
  • a connection member 10 having a lower rigidity than that of the above-described embodiment is adopted, and even if the position of the moving end 5b of the actuator 5 varies, the connection member 10 is elastically deformed to cause stress. Absorbing and preventing the stress from acting on the holding member 9 can maintain the flatness of the optical substrate 4.
  • the force in which the flat plate member 8 is projected inwardly in the radial direction and the connecting member 10 is provided at the protruding position is replaced by the connecting member 10
  • the arrangement of the actuators 5 may be arranged with a phase shifted in the circumferential direction. Also, the case where the number of the actuators 5 and the connecting members 10 is four has been described. However, the number of the actuators 5 and the connecting members 10 is not limited to this.
  • the actuator 5 and the connecting member 10 are spaced apart! /!
  • the case where the ring-shaped holding member 9 and the rod-shaped connecting member 10 are provided has been illustrated, but instead of this, as shown in FIG.
  • the connecting member 10 may be eliminated by dividing in the circumferential direction.
  • the holding member and the flat plate member 8 are integrally formed by processing. Even in this case, the flat plate member 8 can be elastically deformed and the actuator 5 can be driven independently, and the spectral characteristics can be changed while maintaining the flatness and parallelism of the optical substrates 3 and 4. .
  • FIG. 4 and FIG. Will be described below.
  • variable spectroscopic element 20 is different from the variable spectroscopic element 1 according to the first embodiment in that a support column 21 connecting the base 6 and the flat plate member 8 is provided between the base 6 and the flat plate member 8. ing.
  • the base 6, the support column 21, and the flat plate member 8 are integrally configured by cutting.
  • the flat plate member 8 is set to a rigidity that allows elastic deformation easily according to the expansion and contraction of the actuator 5 by configuring the thickness S to be sufficiently thin by limiting the elastic deformation to some extent by the column 21. Has been.
  • the actuator 5 is inserted into a gap between the base 6, the column 21 and the flat plate member 8 which are integrally formed, and the fixed end 5 a is bonded to the base 6 and the moving end 5 b is bonded to the flat plate member 8.
  • the flat plate member 8 is configured integrally with the base 6 and the support column 21, so that the flat plate member 8 is accurate with respect to the base 6. Can be manufactured in a state where the parallelism is well maintained. Then, an actuator 5 that is slightly shorter than the distance between the flat plate member 8 and the base 6 is inserted between them, and the base 6 and the actuator 5 are bonded together so that the flat plate member 8 and the actuator 5 are filled with an adhesive layer. Thus, the flat plate member 8 can be assembled while maintaining the parallelism and flatness with high precision.
  • the initial inclination of the flat plate member 8 with respect to the stroke direction of the actuator 5 can be reduced. it can.
  • the endoscope system 30 includes an insertion part 31 inserted into a body cavity of a living body, an imaging unit 32 disposed in the insertion part 31, and illumination light.
  • a light source unit 33 for generating the image a control unit 34 for controlling the imaging unit 32 and the light source unit 33, and a display unit 35 for displaying an image acquired by the imaging unit 32.
  • the insertion part 31 has an extremely thin outer dimension that can be inserted into a body cavity of a living body, and a light guide 36 that propagates light from the imaging unit 32 and the light source unit 33 to the tip 31a therein.
  • the light source unit 33 irradiates a subject to be imaged in a body cavity and emits illumination light for exciting fluorescent materials existing in the subject to emit fluorescence, and the illumination light source And a light source control circuit 38 for controlling 37.
  • the illumination light source 37 is a combination of a xenon lamp and a bandpass filter (not shown), and the 50% transmission region of the bandpass filter is 430 to 700 nm. That is, the illumination light source 37 generates illumination light having a wavelength band of 430 to 700 nm.
  • the imaging unit 32 includes an imaging optical system 39 that collects light incident from the imaging target B, and a first spectral characteristic that can be changed by operating the control unit 34.
  • the variable spectroscopic element 1 according to the embodiment and the imaging element 40 that captures the light collected by the imaging optical system 39 and converts it into an electric signal are provided.
  • Reference numeral 39a is a collimating lens
  • reference numeral 39b is an imaging lens.
  • variable wavelength band of the variable spectroscopic element 1 is changed into two states according to a control signal from the control unit 34.
  • the transmission wavelength band is defined as the wavelength at which the transmittance is 50%.
  • the second state light in the wavelength band of 630 to 660 nm, which is the visible region of red, is transmitted.
  • control unit 34 controls the imaging element 40 to drive and control the imaging element 40.
  • Slave drive circuit 41 variable spectroscopic element control circuit 42 for driving and controlling variable spectroscopic element 1
  • frame memory 43 for storing image information acquired by image capturing element 40, and image stored in frame memory 43
  • an image processing circuit 44 that processes information and outputs it to the display unit 35.
  • the image sensor driving circuit 41 and the variable spectroscopic element control circuit 42 are connected to the light source control circuit 38, and are synchronized with the operation of the illumination light source 37 by the light source control circuit 38. 1 is driven and controlled.
  • the image information driving circuit 41 outputs the image information output from the image sensor 40 to the first frame memory 43a. It is supposed to be output. Further, when the variable spectral element control circuit 42 puts the variable spectral element 1 in the second state, the image sensor driving circuit 41 outputs the image information output from the image sensor 40 to the second frame memory 43b. It is summer.
  • the image control circuit 44 outputs, for example, image information received from the first frame memory 43a to the first channel of the display unit 35, and receives image information received from the second frame memory 43b. The data is output to the second channel of the display unit 35.
  • the insertion portion 31 is inserted into the body cavity, and the distal end 31a thereof is opposed to the imaging target in the body cavity.
  • the light source unit 33 and the control unit 34 are operated, and the illumination light source 37 is operated in synchronization with the operation of the light source control circuit 38 to generate illumination light.
  • the illumination light generated in the light source unit 33 is propagated through the light guide 36 to the leading end 31 a of the insertion portion 31 and is irradiated from the leading end 31 a of the insertion 31 toward the imaging target.
  • Illumination light is reflected on the surface of the observation target, bent into substantially parallel light by the condenser lens 39a, transmitted through the variable spectral element 1, and imaged on the imaging element 40 by the imaging lens 39b, and reflected light image Information is acquired.
  • variable spectroscopic element control circuit 42 switches the variable spectroscopic element 1 to the first state so that it reaches the image sensor 40.
  • the wavelength band of incident light can be limited to 530 to 560 nm.
  • the reflected light image information thus obtained is stored in the first frame memory 43a and displayed on the first channel of the display unit 35.
  • the reflected light reaching the image sensor 40 is switched by the variable spectral element control circuit 42 by switching the variable spectral element 1 to the second state.
  • the reflected light image information thus obtained is stored in the second frame memory 43b and displayed on the second channel of the display unit 35.
  • the endoscope system 30 it is possible to provide the user with image information for different wavelength bands of the reflected light.
  • variable spectroscopic element 1 is moved while maintaining the flatness and parallelism of the optical substrates 3 and 4, so that the imaging unit 32 can be moved.
  • the imaging unit 32 can be moved.
  • light in a desired wavelength band can be spectroscopically separated from reflected light incident on the light to obtain a clear spectral image.
  • actuators 5 arranged at intervals in the circumferential direction are driven independently, the relative inclination between the two optical substrates 3 and 4 is suppressed, and high parallelism is achieved. If you have the power to improve the transmittance and acquire bright spectral images!
  • the thickness of the optical substrate is increased to improve the rigidity of the optical substrate, or the portion outside the optical effective diameter.
  • a large force can be taken to reduce the strain at the effective diameter, which can lead to an increase in the force S, the optical axis direction or the radial direction.
  • the deformation of the optical substrate can be reduced without taking such a method that leads to an increase in the size of the optical substrate, which is a great advantage particularly in an endoscope system in which miniaturization and a small diameter are important.
  • the force that the imaging lens 39b and the imaging element 40 are arranged radially inward of the actuator 5 is replaced with a condensing light. Only the lens 39a may be arranged inside the actuator 5.
  • variable spectroscopic element 1 is not only applied to the endoscope system 30, but may be applied to a rigid endoscope or an objective lens for internal observation of a living body.

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Description

明 細 書
可変分光素子および、それを備えた内視鏡システム
技術分野
[0001] この発明は、可変分光素子および、それを備えた内視鏡システムに関するものであ 背景技術
[0002] 従来、一対の光学基板を対向配置させ、該光学基板間に配置したァクチユエータ の作動により、光学基板間の間隔を変更し、透過させる光の波長を変化させる可変 分光素子が知られている（例えば、特許文献 1参照。）。
この特許文献 1に開示されている可変分光素子は、周方向に間隔をあけて配置さ れた複数のァクチユエータを作動させて弾性変形可能な接続部材を弾性変形させる ことにより、該接続部材に取り付けられている光学基板を移動させて、光学基板間の 間隔寸法を変化させ、分光する光の波長帯域を変化させるようになつている。
特許文献 1 :米国特許出願公開第 2002/0186376号公報
発明の開示
[0003] しかしながら、特許文献 1に開示された可変分光素子は、複数のァクチユエータと 光学基板とを接続する接続部材が、光学基板に、その周方向に全周にわたって接着 されているので、ァクチユエータの作動により接続部材が弹性変形させられると、その 変形が光学基板を変形させる応力を発生させてしまうという不都合がある。その結果 、光学基板が平坦な形状を維持できず、変形させられてしまうと、分光特性が変化し 、所望の波長帯域の光を精度よく分光することが困難になるという問題がある。
[0004] 本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、光学基板の変形を抑制し つつ、その間隔寸法を変化させて、所望の波長帯域の光を精度よく分光することが できる可変分光素子および、それを備えた内視鏡システムを提供することを目的とし ている。
[0005] 上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、間隔をあけて対向配置され、対向面にコート層が設けられた一対の光 学基板と、該光学基板の中心軸回りに周方向に間隔をあけて配置され、前記光学基 板の間隔方向に伸縮可能なァクチユエータと、該ァクチユエータと前記光学基板とを 前記周方向に間隔をあけた複数位置において接続する接続部材とを備える可変分 光素子を提供する。
[0006] 上記発明にお!/、ては、前記接続部材が弹性材料からなることとしてもよレ、。
また、上記発明においては、前記ァクチユエータと接続部材との間に、前記ァクチ ユエータを連結する弾性材料からなるリング状の平板部材が配置されていることとし てもよい。
また、上記発明においては、前記平板部材と前記接続部材とが一体的に構成され ていることとしてあよい。
[0007] また、上記発明においては、前記平板部材が前記ァクチユエータに接着され、前記 接続部材力 前記平板部材と前記ァクチユエータとの接着位置以外の位置において 前記平板部材に接続してレ、ることとしてもよ!/、。
また、上記発明においては、前記ァクチユエータの一端を固定するベースと、該べ ースと前記平板部材との間に配置され、両者を固定する支柱部材とを備えることとし てもよい。
また、本発明は、上記いずれかの可変分光素子を備える内視鏡システムを提供す
[0008] 本発明によれば、光学基板の変形を抑制しつつ、その間隔寸法を変化させて、所 望の波長帯域の光を精度よく分光することができるという効果を奏する。
図面の簡単な説明
[0009] [図 1]本発明の第 1の実施形態に係る可変分光素子を示す縦断面図である。
[図 2]図 1の可変分光素子の A— A断面を示す横断面図である。
[図 3]図 1の可変分光素子の変形例に用いられる保持部材、ァクチユエータおよびべ ースを示す斜視図である。
[図 4]本発明の第 2の実施形態に係る可変分光素子を示す縦断面図である。
[図 5]図 4の可変分光素子の A' -Af 断面を示す横断面図である。
[図 6]本発明の一実施形態に係る内視鏡システムを示す全体構成図である。 [図 7]図 6の内視鏡システムに備えられる撮像ユニットを示す縦断面図である。
符号の説明
[0010] 1 , 20 可変分光素子
2a, 2b 反射膜 (コート層）
3, 4 光学基板
5 ァクチユエータ
6 ベース
8 平板部材
10 接続部材
21 支柱（支柱部材）
30 内視鏡システム
発明を実施するための最良の形態
[0011] 以下、本発明の一実施形態に係る可変分光素子 1について、図 1および図 2を参 照して説明する。
本実施形態に係る可変分光素子 1は、図 1に示されるように、概ね平行に僅かな間 隔をあけて対向配置され、対向面の光学有効径の範囲に反射膜 (コート層） 2a, 2b を備える 2枚の円板状の光学基板 3, 4と、該光学基板 3, 4の光学有効径の範囲外 に周方向に間隔をあけて 4本配置され、加えられる電圧信号に応じて前記光学基板 3, 4の間隔方向に伸縮させられるァクチユエータ 5とを備えている。
[0012] また、本実施形態に係る可変分光素子 1は、 4本のァクチユエータ 5の一端（固定端 ) 5aを固定するベース 6と、該ベース 6に固定された筐体 7とを備えている。 4本のァク チユエータ 5の他端 (移動端） 5bには、前記光学基板 3, 4の光学有効径よりも大きな 中央穴 8aを有するリング板状の平板部材 8が接着固定されている。ベース 6にも光学 基板 3, 4の光学有効径よりも大きな中央穴 6aが設けられている。
[0013] 一方の光学基板 3は前記筐体 7に固定され、他方の光学基板 4は保持部材 9に保 持されている。
前記筐体 7には、前記光学基板 3の光学有効径よりも大きな貫通穴 7aが設けられ ている。また、前記保持部材 9も、光学基板 4の光学有効径よりも大きな中央穴 9aを 備えたリング状部材である。この保持部材 9と前記平板部材 8とは、周方向に間隔を あけて配置された棒状の接続部材 10により接続されている。
[0014] 前記平板部材 8は、ァクチユエータ 5の内側縁よりも半径方向内方に内鍔状に突出 しており、前記接続部材 10は、平板部材 8のァクチユエータ 5よりも半径方向内方に 突出した部位に固定されている。
また、前記平板部材 8は弾性材料により形成され、前記保持部材 9および接続部材 10よりも低い剛性を備えている。これにより、ァクチユエータ 5の伸縮動作により平板 部材 8に曲げ応力が作用すると、平板部材 8が最初に湾曲してその曲げ応力を吸収 し、保持部材 9および接続部材 10を介して光学基板 4を変形させることなく支持する こと力 Sできるようになって!/、る。
[0015] また、各光学基板 3, 4の光学有効径の外側には容量センサ電極 11が周方向に間 隔をあけて対向配置されて!/、る。
前記反射膜 2a, 2bは、例えば、誘電体多層膜により構成されている。
また、容量センサ電極 11は、例えば、金属膜により構成されている。容量センサ電 極 11力、らの信号をフィードバックしてァクチユエータ 5への駆動信号を制御することに より、透過特性の調節精度を向上することができるようになつている。
[0016] ァクチユエータ 5は、例えば、圧電素子からなる角棒状部材であって、加えられる電 圧信号に応じてその長さ寸法を伸縮させるようになってレ、る。
これにより、可変分光素子 1は、ァクチユエータ 5の作動により光学基板 3, 4の間隔 寸法を変化させることで、その透過する光の波長帯域を変化させることができるように なっている。
[0017] このように構成された本実施形態に係る可変分光素子 1の作用について、以下に 説明する。
本実施形態に係る可変分光素子 1により、入射される光から分光される光の波長帯 域を変化させるには、各ァクチユエータ 5に電圧信号を加えて伸縮させる。ァクチユエ ータ 5は固定端 5aがベース 6に固定されているので、該ベース 6に対して移動端 5bを 近接あるいは離間させる方向に伸縮することができる。
[0018] ァクチユエータ 5の移動端 5bには、平板部材 8、接続部材 10および保持部材 9を介 して、一方の光学基板 4が取り付けられているので、ァクチユエータ 5を伸縮させるこ とにより、該ァクチユエータ 5の移動端 5bに固定された平板部材 8、接続部材 10、保 持部材 9および一方の光学基板 4を厚さ方向に移動させることができる。一方、ベー ス 6に固定された筐体 7には他の光学基板 3が固定されているので、一方の光学基 板 4を厚さ方向に移動させることにより、該光学基板 4は他方の光学基板 3に対して 両者の間隔寸法を変化させる方向に移動させられる。
これにより、 2枚の光学基板 3, 4を透過可能な光の波長帯域を変化させ、光学基板 3, 4間の間隔寸法に応じて定められる波長帯域の光を透過させることができる。
[0019] この場合において、本実施形態に係る可変分光素子 1によれば、周方向に間隔を あけて配置された 4本のァクチユエータ 5を同時に同一寸法だけ伸縮させる場合には 、平板部材 8は弾性変形することなぐ平坦な平板状の形態を保ったままで並進移動 させられる。これに対して、ァクチユエータ 5の伸縮寸法力 S、ァクチユエータ 5毎に異な る場合には、平板部材 8には曲げ応力が作用する。
[0020] 平板部材 8は、接続部材 10や保持部材 9よりも十分に剛性が低いので、曲げ応力 に応じて変形する。これにより、ァクチユエータ 5の移動端 5bが不揃いになることによ り発生する曲げ応力が、平板部材 8の変形により吸収されるので、接続部材 10に伝 達される際には十分に低減される。さらに、接続部材 10は周方向に間隔をあけて複 数設けられているので、光学基板 4を保持する保持部材 9を、実質的に 4点の点接触 により支持することカでさる。
[0021] その結果、接続部材 10から保持部材 9に作用する曲げ応力が十分に低減され、保 持部材 9の変形が防止される。すなわち、保持部材 9に支持されている光学基板 4も 変形することがなぐ高い平面度を保ったままで移動させられることになる。
[0022] このように、本実施形態に係る可変分光素子 1によれば、平板部材 8により曲げ応 力が吸収されるので、 4本のァクチユエータ 5を独立して駆動しても、光学基板 4を高 い平面度に保ったままで移動させることができる。したがって、ァクチユエータ 5の個 体差等、種々の要因により、ァクチユエータ 5の伸縮がばらついても、光学基板 4を変 形させることなく、移動させること力 Sでさる。
[0023] また、光学基板 3, 4に設けられた容量センサ電極 1 1により光学基板 3, 4の周方向 の複数の位置で検出された間隔寸法に基づいて光学基板 3, 4間の相対的な傾斜を 補正するために、ァクチユエータ 5を独立駆動する場合においても、光学基板 4が高 い平面度を維持したまま、その相対的な傾斜を補正するように移動させられ、両光学 基板 3, 4間の高い平行度を達成することができる。
[0024] すなわち、本実施形態に係る可変分光素子 1によれば、 2枚の光学基板 3, 4の平 面度および平行度を向上した状態で間隔寸法を変化させることができ、分光器として の透過率と分光性能の向上を図ることができるという利点がある。
[0025] なお、本実施形態においては、 4本のァクチユエータ 5の移動端 5bを連結するよう に配置されるリング板状の平板部材 8を備えることとしたが、これに代えて、平板部材 8をなくし、棒状の接続部材 10を直接ァクチユエータ 5の移動端 5bに固定することと してもよい。この場合には、接続部材 10としては上記実施形態のものより剛性の低い ものを採用し、ァクチユエータ 5の移動端 5bの位置がばらついても、接続部材 10を弹 性変形させることで、応力を吸収し、保持部材 9に応力が作用することを防止して、光 学基板 4の平面度を維持することができる。
[0026] また、本実施形態においては、平板部材 8を半径方向内方に内鍔状に突出させ、 その突出した位置に接続部材 10を設けることとした力 これに代えて、接続部材 10 をァクチユエータ 5の配置に対し、周方向に位相をずらして配置することとしてもよい また、ァクチユエータ 5および接続部材 10の本数が 4本の場合について説明したが 、これに限定されるものではなぐ 2以上のァクチユエータ 5および接続部材 10が間 隔をあけて配置されて!/、ればよ!/、。
[0027] また、本実施形態においては、リング状の保持部材 9と棒状の接続部材 10とを有す る場合を例示したが、これに代えて、図 3に示されるように、保持部材 を周方向に 分割し、接続部材 10をなくすことにしてもよい。図に示す例では、保持部材 およ び平板部材 8を加工により一体ものとして構成している。このようにしても、平板部材 8 を弾性変形させて、ァクチユエータ 5を独立して駆動させることができ、光学基板 3, 4 の平面度および平行度を維持しつつ分光特性を変化させることができる。
[0028] 次に、本発明の第 2の実施形態に係る可変分光素子 20について、図 4および図 5 を参照して以下に説明する。
なお、本実施形態の説明において、上述した第 1の実施形態に係る可変分光素子 1と構成を共通とする箇所には同一符号を付して説明を省略する。
[0029] 本実施形態に係る可変分光素子 20は、ベース 6と平板部材 8との間に、両者を連 結する支柱 21を備える点において第 1の実施形態に係る可変分光素子 1と相違して いる。
本実施形態において、ベース 6、支柱 21および平板部材 8は、切削加工により一体 的に構成されている。平板部材 8は、支柱 21によりその弾性変形をある程度制限さ れるカ S、その厚さ寸法を十分に薄く構成されることにより、ァクチユエータ 5の伸縮に 応じて容易に弾性変形する程度の剛性に設定されている。
ァクチユエータ 5は、一体的に構成されたベース 6、支柱 21および平板部材 8の隙 間に挿入されて、固定端 5aをベース 6に、移動端 5bを平板部材 8にそれぞれ接着さ れている。
[0030] このように構成された本実施形態に係る可変分光素子 20によれば、平板部材 8を ベース 6および支柱 21と一体的に構成することにより、平板部材 8がベース 6に対し て精度よく平行度を維持した状態に製造できる。そして、平板部材 8とベース 6との間 隔寸法より僅かに短いァクチユエータ 5を両者間に挿入し、ベース 6とァクチユエータ 5間、平板部材 8とァクチユエータ 5間を接着剤層で埋めるように接着することにより、 平板部材 8の平行度および平坦度を精度よく保ちつつ組み立てることができる。
[0031] したがって、ァクチユエータ 5の移動端 5bに平板部材 8を接着するだけの第 1の実 施形態と比較して、平板部材 8のァクチユエータ 5のストローク方向に対する初期の傾 斜を少なくすることができる。これにより、分光素子として使用する際に、光学基板 3に 対する光学基板 4の初期の傾斜をなくすように (光学基板 3に対する光学基板 4の相 対的な初期の傾斜をなくすために)ァクチユエータ 5が伸縮する量を、最小限に抑え られるので、ァクチユエータ 5のストロークを本来の目的の光学基板間の面間隔変位 に使用すること力できるようになる。そして、その結果、ァクチユエータ 5を短縮し、可 変分光素子 20の小型化を図ることができる。
[0032] 次に、本発明の一実施形態に係る内視鏡システム 30について、図 6を参照して以 下に説明する。
本実施形態に係る内視鏡システム 30は、図 6に示されるように、生体の体腔内に揷 入される揷入部 31と、該揷入部 31内に配置される撮像ユニット 32と、照明光を発生 する光源ユニット 33と、前記撮像ユニット 32および光源ユニット 33を制御する制御ュ ニット 34と、撮像ユニット 32により取得された画像を表示する表示ユニット 35とを備え ている。
[0033] 前記揷入部 31は、生体の体腔に揷入できる極めて細い外形寸法を有し、その内部 に、前記撮像ユニット 32および前記光源ユニット 33からの光を先端 31aまで伝播す るライトガイド 36とを備えて!/、る。
前記光源ユニット 33は、体腔内の撮影対象に照射され、撮影対象内に存在する蛍 光物質を励起して蛍光を発生させるための照明光を発する照明光用光源 37と、該 照明光用光源 37を制御する光源制御回路 38とを備えている。
[0034] 照明光用光源 37は、図示しないキセノンランプおよびバンドパスフィルタを組み合 わせたもので、バンドパスフィルタの 50%透過域は、 430〜700nmである。すなわち 、照明光用光源 37は、波長帯域 430〜700nmの照明光を発生するようになってい
[0035] 前記撮像ユニット 32は、図 7に示されるように、撮影対象 Bから入射される光を集光 する撮像光学系 39と、制御ユニット 34の作動により分光特性を変化させられる第 1の 実施形態の可変分光素子 1と、撮像光学系 39により集光された光を撮影して電気信 号に変換する撮像素子 40とを備えている。符号 39aはコリメートレンズ、符号 39bは 結像レンズである。
[0036] 可変分光素子 1の可変波長帯域は、制御ユニット 34からの制御信号に応じて 2つ の状態に変化するようになっている。
第 1の状態は、緑の可視光の領域である 530〜560nmの波長帯域の光を透過さ せるようになつている（透過波長帯域は透過率 50%となる波長として定義する。）。第 2の状態は、赤の可視光の領域である 630〜660nmの波長帯域の光を透過させる ようになつている。
[0037] 前記制御ユニット 34は、図 6に示されるように、撮像素子 40を駆動制御する撮像素 子駆動回路 41と、可変分光素子 1を駆動制御する可変分光素子制御回路 42と、撮 像素子 40により取得された画像情報を記憶するフレームメモリ 43と、該フレームメモ リ 43に記憶された画像情報を処理して表示ユニット 35に出力する画像処理回路 44 とを備えている。
[0038] 撮像素子駆動回路 41および可変分光素子制御回路 42は、前記光源制御回路 38 に接続され、光源制御回路 38による照明光用光源 37の作動に同期して撮像素子 4 0および可変分光素子 1を駆動制御するようになっている。
具体的には、可変分光素子制御回路 42が可変分光素子 1を第 1の状態としたとき に、撮像素子駆動回路 41が撮像素子 40から出力される画像情報を第 1のフレームメ モリ 43aに出力させるようになつている。また、可変分光素子制御回路 42が可変分光 素子 1を第 2の状態としたときに、撮像素子駆動回路 41が撮像素子 40から出力され る画像情報を第 2のフレームメモリ 43bに出力させるようになつている。
[0039] また、画像制御回路 44は、例えば、第 1のフレームメモリ 43aから受け取った画像 情報を表示ユニット 35の第 1のチャネルに出力し、第 2のフレームメモリ 43bから受け 取った画像情報を表示ユニット 35の第 2のチャネルに出力するようになっている。
[0040] このように構成された本実施形態に係る内視鏡システム 30の作用について、以下 に説明する。
本実施形態に係る内視鏡システム 30を用いて生体の体腔内の撮影対象を撮影す るには、揷入部 31を体腔内に挿入し、その先端 31aを体腔内の撮影対象に対向さ せる。この状態で、光源ユニット 33および制御ユニット 34を作動させ、光源制御回路 38の作動に同期して照明光用光源 37を作動させて照明光を発生させる。
[0041] 光源ユニット 33において発生した照明光はライトガイド 36を介して揷入部 31の先 端 31 aまで伝播され揷入 31の先端 31aから撮影対象に向けて照射される。
観察対象の表面において照明光が反射され、集光レンズ 39aにより略平行光に屈 折させられ、可変分光素子 1を透過し、結像レンズ 39bにより撮像素子 40に結像され て、反射光画像情報が取得される。
[0042] 緑の波長帯域の反射光画像情報を取得するには、可変分光素子制御回路 42によ り、可変分光素子 1を第 1の状態に切り替えることにより、撮像素子 40に到達する反 射光の波長帯域を 530〜560nmに制限することができる。これにより得られた反射 光画像情報は、第 1のフレームメモリ 43aに記憶され、表示ユニット 35の第 1のチヤネ ノレに表示される。
[0043] 赤の波長帯域の反射光画像情報を取得するには、可変分光素子制御回路 42によ り、可変分光素子 1を第 2の状態に切り替えることにより、撮像素子 40に到達する反 射光の波長帯域を 630〜660nmに制限することができる。これにより得られた反射 光画像情報は、第 2のフレームメモリ 43bに記憶され、表示ユニット 35の第 2のチヤネ ノレに表示される。
このように、本実施形態に係る内視鏡システム 30によれば、反射光の異なる波長帯 域に対する画像情報を使用者に提供することができる。
[0044] この場合において、本実施形態に係る内視鏡システム 30によれば、可変分光素子 1が光学基板 3, 4の平面度および平行度を維持しつつ移動させられるので、撮像ュ ニット 32に入射される反射光から所望の波長帯域の光を精度よく分光し、鮮明な分 光画像を取得することができるという効果がある。また、周方向に間隔をあけて配置さ れた複数のァクチユエータ 5を独立して駆動するので、 2枚の光学基板 3, 4間の相対 的な傾斜を抑えて、高い平行度を達成し、透過率を向上して明るい分光画像を取得 すること力 Sできると!/、ぅ禾 IJ点もある。
[0045] また、本発明を用いない場合には、ァクチユエータの作動による光学基板の変形の 影響を防ぐために、光学基板を厚くして光学基板の剛性を向上させたり、光学有効 径の外側の部分を大きくとって有効径部での歪を小さくしたりするなどの方法が考え られる力 S、光軸方向あるいは径方向の大型化につながってしまう。本発明によれば、 そのような光学基板の大型化につながる手法をとることなく光学基板の変形を低減で き、小型化および細径化が重要な内視鏡システムにおいては特に大きな利点となる
〇
[0046] なお、本実施形態に係る内視鏡システム 30においては、ァクチユエータ 5の半径方 向内方に結像レンズ 39bおよび撮像素子 40が配置されることとした力 これに代えて 、集光レンズ 39aレンズのみがァクチユエータ 5の内側に配置されることとしてもよい。
[0047] また、撮像素子 40としては、 CCD、 CMOS,フォトダイオード、電子増倍 CCD、電 子打ち込み型 CCD等を用いることができる。
また、ベース 6、筐体 7、ァクチユエータ 5の接合を接着剤により行うこととして説明し た力 これに代えて、例えば、止めネジによる固定や嵌合により固定してもよい。また 、ァクチユエータ 5としては圧電素子に代えて、磁歪素子を用いることにしてもよい。 また、本実施形態に係る可変分光素子 1は内視鏡システム 30に適用されるのみな らず、硬性鏡あるいは生体内部観察用の対物レンズに適用することとしてもよい。

Claims

請求の範囲
[1] 間隔をあけて対向配置され、対向面にコート層が設けられた一対の光学基板と、 該光学基板の中心軸回りに周方向に間隔をあけて配置され、前記光学基板の間 隔方向に伸縮可能なァクチユエータと、
該ァクチユエータと前記光学基板とを前記周方向に間隔をあけた複数位置におい て接続する接続部材とを備える可変分光素子。
[2] 前記接続部材が弾性材料力 なる請求項 1に記載の可変分光素子。
[3] 前記ァクチユエータと接続部材との間に、前記ァクチユエータを連結する弾性材料 力 なるリング状の平板部材が配置されて!/、る請求項 1に記載の可変分光素子。
[4] 前記平板部材と前記接続部材とが一体的に構成されて!/、る請求項 3に記載の可変 分光素子。
[5] 前記平板部材が前記ァクチユエータに接着され、
前記接続部材が、前記平板部材と前記ァクチユエータとの接着位置以外の位置に おいて前記平板部材に接続している請求項 3に記載の可変分光素子。
[6] 前記ァクチユエータの一端を固定するベースと、
該ベースと前記平板部材との間に配置され、両者を固定する支柱部材とを備える 請求項 3に記載の可変分光素子。
[7] 請求項 1から請求項 6のいずれかに記載の可変分光素子を備える内視鏡システム
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