WO2014115361A1 - 光イメージング用プローブ - Google Patents

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WO2014115361A1
WO2014115361A1 PCT/JP2013/072364 JP2013072364W WO2014115361A1 WO 2014115361 A1 WO2014115361 A1 WO 2014115361A1 JP 2013072364 W JP2013072364 W JP 2013072364W WO 2014115361 A1 WO2014115361 A1 WO 2014115361A1
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optical fiber
light
optical path
tubular
bearing
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PCT/JP2013/072364
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大志 山崎
絵理 福島
隆文 淺田
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並木精密宝石株式会社
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    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/262—Optical details of coupling light into, or out of, or between fibre ends, e.g. special fibre end shapes or associated optical elements

Definitions

  • the present invention relates to an optical imaging probe for capturing and observing light reflected by a subject.
  • the diagnostic imaging technique is a technique that is widely used in various fields such as machine equipment, semiconductors, and medical care.
  • X-ray CT, nuclear magnetic resonance, ultrasonic observation, etc. that can take a tomographic image in addition to general microscopic observation in a manufacturing site such as precision equipment and semiconductors and a medical site are examples.
  • OCT optical coherence tomography
  • Near-infrared light having a wavelength of about 1300 nm is often used as a light source, but near-infrared light is non-invasive to living organisms and has excellent spatial resolution because of its shorter wavelength than ultrasonic waves, approximately 10-20 ⁇ m. Since it can be identified, it is expected to play an active role especially in the medical field.
  • a typical structure of an OCT endoscope is, for example, as shown in Patent Document 1.
  • the power supply wiring for the motor is bent toward the optical fiber, or the power supply wiring is located on the side of the reflector.
  • the light reflected by the reflecting mirror is blocked, and a part of the 360 ° circumference is shaded to limit the angle of view, or a portion protruding forward from the reflecting mirror (motor body portion) May be in contact with the subject, and the imaging range in the probe axis direction may be limited.
  • the present invention has been made in view of the above-described conventional circumstances, and the problems to be solved are to reduce the occurrence of rotation transmission delay, torque loss, etc., rotation unevenness of the rotating part, shaft runout, rubbing, rotation transmission delay.
  • a stable observation image can be obtained by preventing the restriction of the angle of view in which a part of the entire 360-degree circumference becomes a shadow, and restricting the imaging range in the probe circumferential direction and the axial direction.
  • the object is to provide a probe for optical imaging.
  • One means for solving the above problem is that in an optical imaging probe that guides light incident on the front end side backward, a rotational drive source that drives and rotates the rotor, and an axial direction on the rotational center side of the rotor.
  • a tubular rotary shaft that is inserted and fixed, an optical fiber that is inserted through the tubular rotary shaft and can enter light on the front end side thereof, and a bearing member that rotatably supports the tubular rotary shaft,
  • the bearing member constitutes a hydrodynamic bearing that generates a high lubricating film pressure locally at a plurality of locations in the circumferential direction.
  • Sectional drawing which shows an example of the probe for optical imaging which concerns on this invention.
  • Sectional drawing which shows the other example of the probe for optical imaging which concerns on this invention.
  • Sectional drawing which shows the other example of the probe for optical imaging which concerns on this invention.
  • the expanded sectional view which shows an example of a bearing member.
  • the expanded sectional view which shows an example of the connection aspect between two single mode optical fibers.
  • the expanded sectional view which shows the other example of the connection aspect between two single mode optical fibers.
  • the expanded sectional view which shows the other example of the connection aspect between two single mode optical fibers.
  • the schematic diagram which shows distribution of the lubricating film pressure in the bearing structure of this Embodiment.
  • the schematic diagram which shows distribution of the lubricating film pressure at the time of using a perfect-circle bearing member.
  • the first feature of the present embodiment is that, in an optical imaging probe that guides light incident on the front end side to the rear side, a rotational drive source that drives and rotates the rotor, and a rotational center side of the rotor in the axial direction.
  • a tubular rotary shaft that is inserted and fixed, an optical fiber that is inserted through the tubular rotary shaft and can enter light on the front end side thereof, and a bearing member that rotatably supports the tubular rotary shaft,
  • the bearing member constitutes a hydrodynamic bearing that generates a high lubricating film pressure locally at a plurality of locations in the circumferential direction (see FIGS. 1 to 4).
  • Patent Document 2 it is not necessary to provide a rotational drive source on the front side of the optical fiber, so that it is possible to simplify the handling of the power supply wiring and the imaging range in the probe circumferential direction and the axial direction. It can prevent being restricted.
  • the direction of light guided by the optical fiber is changed to a direction intersecting the axial direction of the tubular rotation axis at a position away from the front end of the optical fiber.
  • An optical path conversion element was arranged, and this optical path conversion element was fixed to the tubular rotating shaft (see FIGS. 1 to 3). According to this configuration, it is possible to effectively reduce the rotation unevenness and the axial vibration of the optical path conversion element, and to obtain a stable observation image in the range of the probe outer peripheral angle of 360 °.
  • the rotor and the tubular rotary shaft are continuously rotated at a rotational speed of 400 rpm to 3600 rpm. According to this configuration, rotation unevenness, shaft runout, and the like that occur when the rotor and the tubular rotation shaft are continuously rotated at a high speed can be effectively reduced by the dynamic pressure bearing.
  • the optical fiber is provided so as not to rotate relative to the tubular rotation shaft (see FIG. 1). According to this configuration, since the optical fiber is not rotated, the configuration of the connection portion of the optical fiber can be simplified, and the single optical fiber can be configured. Therefore, it is possible to reduce the light transmission loss at the connection point of the optical fiber.
  • the tubular rotating shaft is fixed to the rotation center side of the rotor so as to protrude from the rotor to both sides in the axial direction, and both end sides of the tubular rotating shaft are fixed to the bearing member. (See FIGS. 1 to 3). According to this configuration, since the tubular rotation shaft is supported on both sides in the axial direction, uneven rotation, shaft runout, and the like of the rotating portion can be more effectively reduced.
  • a light focusing means for focusing light emitted forward from the optical fiber is provided between the optical path conversion element and the front end of the optical fiber (see FIGS. 1 to 3). According to this configuration, the light emitted forward from the optical fiber on the front end side can be focused and the subject can be effectively irradiated.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of an optical imaging probe according to the present invention.
  • the optical imaging probe includes a rotary drive source 10 that drives and rotates the rotor 11, a tubular rotary shaft 20 that is inserted and fixed in the axial direction on the rotational center side of the rotor 11, and an idle play on the tubular rotary shaft 20.
  • the optical fiber 30 that is inserted in a state where the optical fiber 30 is inserted and light can be incident on the front end side thereof, bearing members 41 and 42 that rotatably support the tubular rotary shaft 20, and light emitted forward from the optical fiber 30.
  • the light converging means 50 for converging, and the optical path changing element 60 for converting the direction of the light at a position away from the light converging means 50 into a direction intersecting the axial direction of the tubular rotary shaft 20 are provided.
  • This optical imaging probe is connected to the front end of a flexible long tubular sheath 70.
  • the base end side (the right end side according to FIG. 1) of the sheath 70 is connected to an OCT (Optical Coherence Tomography) apparatus having a light source.
  • OCT Optical Coherence Tomography
  • the rotary drive source 10 includes a rotatable rotor 11, an electromagnetic coil 12 that covers the periphery of the rotor 11, a cylindrical front housing 13 (stator) that covers the periphery of the electromagnetic coil 12, and an electromagnetic coil 12.
  • This is an inner rotor type electric motor provided with a substrate 14 for supplying power to the motor (see FIG. 1), and is controlled to continuously rotate at a predetermined rotational speed.
  • the rotor 11 is formed in a cylindrical shape having a permanent magnet, and continuously rotates by a magnetic action with the electromagnetic coil 12.
  • the electromagnetic coil 12 is provided in a substantially cylindrical shape with a predetermined clearance with respect to the outer peripheral surface of the rotor 11, and is fixed to the inner peripheral surface of the front housing 13 (stator) so as not to rotate.
  • the substrate 14 is fixed to the rear end surface of the electromagnetic coil 12 in a substantially annular shape, and supplies the control current supplied from the power supply wiring 14 a to the electromagnetic coil 12.
  • the power supply wiring 14a is guided rearwardly through a notch-shaped through portion 14b formed in a bearing member 41 and a connection member 81, which will be described later, and further passes through a long cylindrical sheath 70 to control inside the OCT apparatus. Connected to the circuit.
  • the through portion 14b can be a through hole.
  • the front housing 13 (stator) is formed in a cylindrical shape from a magnetic material (for example, permalloy or the like), and acts to strengthen the electromagnetic force generated by the electromagnetic coil 12.
  • Bearing members 41 and 42 are supported on the front end side and the rear end side of the front housing 13.
  • a cylindrical rear housing 82 is connected to the rear end side of the front housing 13 and the bearing member 41 through a connection member 81 that fixes and supports the optical fiber 30 from the outer peripheral side.
  • the sheath 70 is connected to the rearmost end portion of the rear housing 82.
  • the connecting member 81 is a substantially columnar member having the optical fiber 30 inserted through the axial center side and the feed wiring 14a inserted through the cutout on the outer peripheral side, and the edge 81a projecting radially outward from the outer peripheral surface is cylindrical.
  • the front housing 13 (stator) and the rear housing 82 are sandwiched between and fitted to the inner peripheral surface of the rear housing 82 so that they cannot be rotated.
  • the rear housing 82 is a substantially cylindrical member fitted to the outer peripheral surface on the rear side of the connection member 81 and communicates with the long cylindrical sheath 70 on the rear end side.
  • tubular rotary shaft 20 is a long cylindrical member made of a hard material such as metal, and is inserted and fixed to the rotation center side of the rotor 11. It protrudes from the end surface in the axial direction of the rotor 11.
  • the rear end side of the tubular rotary shaft 20 is rotatably supported by a rear bearing member 41, and the front end side of the tubular rotary shaft 20 is rotatably supported by a front bearing member 42 and a bearing member 42. Projecting forward.
  • Each of the bearing members 41 and 42 constitutes a dynamic pressure bearing that generates a high lubricating film pressure locally at a plurality of locations in the circumferential direction.
  • Each of the bearing members 41 and 42 is formed in a substantially cylindrical shape from a hard material having good wear resistance, such as bronze or sintered metal, for example. And is rotatably supported. As shown in FIG. 4, a plurality of grooves 41 a extending in the axial direction are formed on the inner peripheral surfaces of the bearing members 41 and 42 at predetermined intervals in the circumferential direction. Each groove 41a is continuous from one end to the other end of the bearing members 41 and 42 in the axial direction.
  • the plurality of grooves 41a act so as to disperse the pressure of the lubricating oil film (referred to as lubricating film pressure) interposed between the bearing members 41 and 42 and the tubular rotary shaft 20 in the circumferential direction. That is, if a perfectly circular bearing member without the groove 41a is used, as shown in FIG. 9, the lubricating film pressure p is partially localized in the circumferential direction on the inner peripheral surface of the bearing member. As a result, the rotation unevenness and shaft run-out, called jitter (a phenomenon in which the rotation angle fluctuates), surface tilt (a phenomenon in which the end face of the rotation shaft tilts), and whirl (a phenomenon in which the rotation shaft swings) are called. Etc. are likely to occur.
  • jitter a phenomenon in which the rotation angle fluctuates
  • surface tilt a phenomenon in which the end face of the rotation shaft tilts
  • whirl a phenomenon in which the rotation shaft swings
  • the lubricating film pressure p is dispersed in a plurality of locations corresponding to the grooves 41a in the circumferential direction, and is high in the vicinity of each groove 41a. Become. For this reason, it is possible to remarkably reduce the occurrence of jitters, troubles, whirls, and the like.
  • FIG. 8 schematically shows the bearing structure according to the present invention, and the depths of the grooves 41a and 41a adjacent to each other in the circumferential direction are different.
  • a plurality of grooves are provided.
  • the depth of the groove 41a is set to be the same.
  • the depth, width, and number of the grooves 41a are appropriately set so as to effectively reduce the occurrence of jitter, surface tilt, and whirl.
  • the bearing member 41 in the illustrated example has four grooves 41a at regular intervals as a preferred example, but may be eight at regular intervals as another preferred example.
  • the bearing inner diameter or shaft outer dimension is about 0.3 mm to 1.0 mm, and the radial gap is designed in the range of 1 micrometer to 3 micrometers.
  • the groove 41a is parallel to the shaft (that is, the lubricating fluid rotates and flows) for the purpose of providing the same performance when the rotation direction of the shaft is either forward or reverse. 90 degrees with respect to the direction), but if the rotation direction is defined as one direction, it may be provided with an appropriate angle with respect to the axis, both of which can provide good performance .
  • the rear bearing member 41 is fitted to the inner peripheral surface of the front housing 13, and the tubular rotary shaft 20 is inserted and supported rotatably on the axial center side, and the connection member 81 is fitted to the rear outer peripheral surface.
  • the front bearing member 42 is fitted to the inner peripheral surface on the front end side of the front housing 13, and the tubular rotary shaft 20 is inserted and supported rotatably on the axial center side thereof.
  • Positioning members 21 and 22 for restricting the axial position of the tubular rotating shaft 20 are provided before and after the front bearing member 42.
  • One positioning member 21 is a member that is annularly fixed to the outer peripheral surface of the tubular rotary shaft 20 on the rear side of the bearing member 42, and when the tubular rotary shaft 20 moves forward, the movement is a bearing. It is restricted by contact with the member 42.
  • the other positioning member 22 is a member that is annularly fixed to the outer peripheral surface of the tubular rotary shaft 20 on the front side of the bearing member 42. When the tubular rotary shaft 20 moves rearward, the movement of the positioning member 22 is changed to the bearing member. It is regulated by contact with 42.
  • the optical fiber 30 includes a long-axis single-mode optical fiber 31 and a protective coating 32 that covers and protects the outer periphery of the single-mode optical fiber 31.
  • the single mode optical fiber 31 is a single mode optical fiber composed of a core on the center side and a clad covering the outer periphery thereof.
  • a light focusing means 50 is connected to the front end side of the single mode optical fiber 31.
  • the light focusing means 50 is a lens that focuses light transmitted forward from the optical fiber 30 and emits it further forward.
  • the light emitted from the light focusing means 50 travels forward while being focused, is redirected by the optical path conversion element 60 at a position away from the light focusing means 50, and becomes a focal point away from the optical path conversion element 60 in the radially outward direction. Concentrate (see the two-dot chain line in FIG. 1).
  • the light focusing means 50 is a substantially spherical lens according to the illustrated example. However, as another example, a substantially cylindrical GRIN lens (refractive index distribution lens), a lens having another shape, or the like is used. Is possible.
  • the optical path conversion element 60 is configured to totally reflect the light emitted forward from the light converging means 50 and to guide it in the crossing direction (a direction slightly inclined forward from the orthogonal direction according to an example of FIG. 1). For example, a mode in which the front end side of the cylindrical shaft-shaped member is obliquely cut and mirror-finished, a mode using a prism, or the like may be used.
  • the optical path conversion element 60 is fixed to the front end of the tubular rotary shaft 20 (specifically, the outer peripheral portion of the positioning member 22) via a support bracket 61.
  • the support bracket 61 is formed in a substantially cylindrical shape that covers the light focusing means 50 from the circumferential direction and has the optical path conversion element 60 fixed to the front end side. A part of the support bracket 61 in the circumferential direction is formed with a notch 61a for passing light emitted from the optical path conversion element 60 in the radially outward direction.
  • a convex bent tip member 62 is provided at the foremost end of the support bracket 61.
  • the tip member 62 is formed in a substantially hemispherical shape according to the illustrated example, and reduces the impact, damage, etc. applied to the subject when the optical imaging probe moves forward and contacts the subject.
  • the rotary drive source 10 when electric power is supplied to the rotary drive source 10 through the power supply wiring 14a, the rotary drive source 10 continuously rotates the rotor 11, the tubular rotary shaft 20, the support bracket 61, the optical path conversion element 60, and the like at high speed. .
  • the rotational speed at this time can be adjusted within a range of 0 to 3600 rpm, and is preferably set within a range of 400 rpm to 3600 rpm so that the tubular rotary shaft 20 floats in the lubricating oil at the bearing portion. According to the form, it is set to about 1800 rpm.
  • the rotational force of the rotor 11 is applied to the optical path conversion element 60 or the like via the rigid tubular rotating shaft 20 without using a conventional flexible shaft or the like. Since transmission is performed, occurrence of rotation transmission delay, torque loss, and the like can be reduced. Moreover, since the bearing members 41 and 42 constitute a hydrodynamic bearing that generates a high lubricating film pressure locally at a plurality of locations in the circumferential direction, the lubricating oil film pressure in the bearing portion is dispersed in the circumferential direction and rotated. It is possible to reduce the uneven rotation of the portion, the shaft shake, and the like, and as a result, a stable observation image can be obtained.
  • the handling of the power supply wiring 14a can be simplified, and the power supply wiring 14a provides an imaging range in the probe circumferential direction. It is possible to prevent the restriction or the forward movement from being restricted.
  • Example 2 of the optical imaging probe according to the present invention will be described (see FIG. 2). Note that, in the following description, the same reference numerals are given to configurations that are substantially the same as those of the first embodiment described above, and redundant detailed description is omitted.
  • the optical imaging probe shown in FIG. 2 includes a rotation drive source 10 that drives and rotates the rotor 11, a tubular rotation shaft 23 that is inserted and fixed in the axial direction on the rotation center side of the rotor 11, and a tubular rotation shaft.
  • a first single-mode optical fiber 33 that can be inserted into the front end 23 and can receive light on the front end side thereof, and a second single-mode optical fiber that is non-rotatably supported on the rear side of the first single-mode optical fiber 33 34, the gap s interposed between the first single mode optical fiber 33 and the second single mode optical fiber 34, the optical path correction means 35 (see FIG. 5), and the tubular rotary shaft 23 are rotatably supported.
  • an optical path conversion element 63 for converting the direction of light guided by the mode optical fiber 33 in the cross direction with respect to the axial direction of the tubular rotary shaft 23.
  • the tubular rotary shaft 23 is a long cylindrical member made of a hard material such as metal, and is inserted and fixed to the rotation center side of the rotor 11. 11 projecting from the axial end face.
  • the rear end side of the tubular rotary shaft 23 is rotatably supported by a rear bearing member 41, and the front end side of the tubular rotary shaft 23 is rotatably supported by a front bearing member 42 and a bearing member 42. Projecting forward.
  • the 1st single mode optical fiber 33 is inserted and fixed to the front side, and the 1st optical path correction means 35a is inserted and fixed to the rear side.
  • the first single mode optical fiber 33 includes a core on the center side and a clad covering the outer periphery thereof.
  • the first single-mode optical fiber 33 is formed slightly shorter than the tubular rotary shaft 23, and its front end is substantially flush with the front end of the tubular rotary shaft 23, and is inserted toward the front in the tubular rotary shaft 23. .
  • the first single-mode optical fiber 33 is in contact with the inner peripheral surface of the tubular rotating shaft 23 on the outer peripheral surface thereof over substantially the entire length and the entire circumference in the axial direction, and rotates integrally with the tubular rotating shaft 23. To do.
  • the second single mode optical fiber 34 is coaxially disposed on the rear side of the first single mode optical fiber 33 with the optical path correction means 35 and the gap s interposed therebetween, and is supported so as not to rotate.
  • the second single mode optical fiber 34 is composed of a core on the center side and a clad covering the outer periphery thereof, and the rear side excluding a part on the front end side is covered with a protective coating 34a. Is called.
  • the rear side of the second single mode optical fiber 34 is inserted into the sheath 70 and connected to the OCT apparatus.
  • the optical path correcting means 35 enlarges and collimates the light transmitted from one single mode optical fiber 33 (or 34), passes it through the gap s, and then converges the light to the other single mode optical fiber 34 (or 33).
  • This optical path straightening means 35 includes a first optical path straightening means 35 a connected to the first single mode optical fiber 33 and a second single mode optical fiber 34.
  • the second optical path correcting means 35b is connected, and the gap s is provided between the two optical path correcting means 35a and 35b.
  • the first optical path correction means 35a is a graded index optical fiber that expands and collimates light guided backward from the first single mode optical fiber 33.
  • the first optical path correction means 35 a is inserted into the rear end side of the tubular rotation shaft 23 so that the rear end portion thereof is substantially flush with the rear end portion of the tubular rotation shaft 23.
  • One single mode optical fiber 33 is coaxially connected to the rear end portion.
  • the means for connecting the first optical path straightening means 35a to the first single mode optical fiber 33 may be welding, but as another example, the first optical path straightening means 35a and the first single mode optical fiber 33 may be used. It is also possible to adopt a configuration in which the are pressed in the axial direction.
  • the second optical path correction means 35b is a graded index optical fiber that expands and collimates light emitted forward from the second single-mode optical fiber 34.
  • the means for connecting the second optical path straightening means 35b to the second single mode optical fiber 34 may be welding, but as another example, the second optical path straightening means 35b and the second single mode optical fiber 34 may be used. It is also possible to adopt a configuration in which the are pressed in the axial direction.
  • the graded index optical fiber used as the first and second optical path correction means 35a and 35b expands the light emitted from the first or second single-mode optical fibers 33 and 34 to make the light relatively parallel and thick. For example, it is formed to have a length corresponding to one-fourth of the circumference of meandering light propagating in the core or an odd multiple thereof.
  • a GRIN lens reffractive index distribution lens
  • another lens or the like can be used.
  • the second optical path correction means 35b is fixed to the inner peripheral surface of the rear housing 82 through the cylindrical holding member 83 and the holder 84 so as not to rotate (see FIG. 2).
  • the cylindrical holding member 83 is a cylindrical member that covers the entire length of the second optical path correction means 35b and inserts the front end portion of the second single-mode optical fiber 34.
  • the inner peripheral surface of the cylindrical holding member 83 is in contact with the outer peripheral surface of the second optical path correction means 35b, and holds the second optical path correction means 35b in a non-rotatable manner (see FIG. 2).
  • the holder 84 is a cylindrical member having a notch that allows the power supply wiring 14a to pass through at a part of the outer peripheral side, and the cylindrical holding member 83 is inserted and fixed to the front side of the center portion, and the second side is provided on the rear side.
  • the protective coating 34a of the single mode optical fiber 34 is inserted and fixed (see FIG. 2).
  • the first optical path correction means 35a can freely rotate. Is possible.
  • the width dimension of the gap s is appropriately set so that light is efficiently transmitted between the first optical path correction means 35a and the second optical path correction means 35b.
  • reference numeral 85 denotes a positioning member fixed to the outer peripheral surface on the rear end side of the tubular rotary shaft 23.
  • the positioning member 85 is located between the bearing member 41 on the rear side and the holder 84, restricts the forward movement of the tubular rotary shaft 23 by contacting the bearing member 41, and moves rearward of the tubular rotary shaft 23. Is restricted by contact with the holder 84.
  • reference numeral 86 denotes a connecting member that connects the rear end side of the front housing 13 and the bearing member 41 to the rear housing 82.
  • the connecting member 86 is a substantially columnar member in which the tubular rotary shaft 23 is rotatably inserted on the axial center side, and the power supply wiring 14a is inserted in the outer peripheral notch, and the edge protrudes radially outward from the outer peripheral surface.
  • the portion 86 a is sandwiched between the cylindrical front housing 13 and the housing 82 and is fitted to the inner peripheral surface of the inner peripheral surface of the housing 82 so as to be non-rotatable.
  • a light converging means 51 is coaxially fixed to a portion of the tubular rotating shaft 23 that protrudes forward from the front bearing member 41 via a support bracket 64. 63 is fixed coaxially (see FIG. 2).
  • the support bracket 64 is a cylindrical member connected substantially coaxially to the front end side of the tubular rotary shaft 23, and the front end of the tubular rotary shaft 23 is inserted and fixed on the rear end side thereof.
  • the rear end of the light focusing means 51 is inserted and fixed.
  • the light focusing means 51 is located between the optical path conversion element 63 and the front end of the first single mode optical fiber 33, and is disposed with a gap forward from the first single mode optical fiber 33 (see FIG. 2). ), The light emitted forward from the first single-mode optical fiber 33 is focused.
  • the light converging means 51 is a substantially cylindrical GRIN lens (refractive index distribution lens).
  • a graded index optical fiber having an appropriate length or a shape other than a cylinder is used. It can be replaced with a lens or the like.
  • the optical path conversion element 63 changes the direction of the light guided to the first single mode optical fiber 33 and emitted forward and focused by the light focusing means 51 in a direction intersecting the axial direction of the first single mode optical fiber 33. It is a prism to convert. According to the illustrated example, the light emitted from the optical path conversion element 63 is guided in a direction slightly inclined forward from the orthogonal direction (see a two-dot chain line in FIG. 2).
  • the rotary drive source 10 when electric power is supplied to the rotary drive source 10 by the power supply wiring 14a, the rotary drive source 10 includes the rotor 11, the tubular rotary shaft 23, the first single mode optical fiber 33, the first optical path correction means 35a, The support bracket 64, the light focusing means 51, the optical path conversion element 63, and the like are continuously rotated at a high speed.
  • the rotation speed at this time can be adjusted within the range of 0 to 3600 rpm, preferably set within a range of 400 rpm to 3600 rpm, and is set to about 1800 rpm according to the particularly preferred embodiment.
  • the light passes through the second single mode optical fiber 34, and The light is transmitted from the front end of the second single-mode optical fiber 34 to the second optical path correction means 35b, transmitted from the second optical path correction means 35b to the first optical path correction means 35a through the gap s, and further to the first optical path correction means 35a.
  • the light is transmitted from the optical path correction means 35 a to the first single mode optical fiber 33. If this light transmission is described in detail, the light transmitted from the second single-mode optical fiber 34 to the second optical path correction means 35b is enlarged and collimated in the second optical path correction means 35b.
  • the light traveling forward in the first single mode optical fiber 33 is emitted forward from the front end of the first single mode optical fiber 33, enters the light focusing means 51, and is focused in the light focusing means 51. Then, the light is transmitted to the optical path conversion element 63, the direction is changed in the crossing direction by the optical path conversion element 63, and the subject is irradiated.
  • the light reflected by the subject passes through a path opposite to that described above, and first enters the optical path conversion element 63 and is redirected, and then the light focusing means 51, the first single mode optical fiber 33, the first It is transmitted rearward by the optical path correction means 35a, the second optical path correction means 35b, and the second single mode optical fiber 34, and is returned to the OCT apparatus.
  • the OCT apparatus analyzes the returned reflected light and images the range of 360 degrees around the front end side of the optical imaging probe in real time.
  • the bearing members 41 and 42 constitute a hydrodynamic bearing that generates a high lubricating film pressure locally at a plurality of locations in the circumferential direction, the lubricating oil film pressure in the bearing portion is dispersed in the circumferential direction and rotated. It is possible to reduce the rotational unevenness of the portion and the shaft runout.
  • the optical imaging probe shown in FIG. 3 is obtained by reducing the outer diameter of the rotational drive source 10 so as to be substantially the same as the outer diameter of the support bracket 64 with respect to the optical imaging probe shown in FIG.
  • the general structure is the same as that of FIG.
  • reference numeral 24 denotes an annular spacer 24 for connecting the tubular rotary shaft 23 formed thinner than that of FIG. 2 to the support bracket 64.
  • the power supply wiring passes through a position shifted by about 90 degrees in the circumferential direction, and passes through the notch and the sheath 70 as in FIG. From the substrate 14 to the OCT apparatus.
  • the rotational force of the rotor 11 is not via a conventional flexible shaft or the like. Since the light is transmitted to the optical path conversion element 63 via the rigid tubular rotating shaft 23, it is possible to reduce the occurrence of rotation transmission delay, torque loss, and the like. Moreover, since the bearing members 41 and 42 constitute a hydrodynamic bearing that generates a high lubricating film pressure locally at a plurality of locations in the circumferential direction, the lubricating oil film pressure in the bearing portion is dispersed in the circumferential direction and rotated. It is possible to reduce the rotational unevenness of the portion and the shaft runout.
  • the feeding wiring can be simplified and the imaging range in the probe circumferential direction is limited by the feeding wiring. It is possible to prevent the forward movement from being restricted.
  • the optical imaging probe shown in FIGS. 2 and 3 includes two optical path correction means 35a and 35b as a preferable connection structure of the first single mode optical fiber 33 and the second single mode optical fiber 34.
  • a configuration including a single optical path correction means 35c as shown in FIGS. 6 and 7 is also possible. More specifically, in the embodiment shown in FIG. 6, a single optical path correction means 35c is disposed between the first single mode optical fiber 33 and the second single mode optical fiber 34, and the optical path correction means 35c. And the first single mode optical fiber 33, and between the optical path straightening means 35c and the second single mode optical fiber 34, gaps s are provided, respectively. In the embodiment shown in FIG.
  • a single optical path correction means 35c is disposed between the first single mode optical fiber 33 and the second single mode optical fiber 34, and the optical path correction means 35c and the first single mode optical fiber
  • a gap s is provided between the single mode optical fibers 33, and the optical path straightening means 35c and the second single mode optical fiber 34 are brought into contact with each other and connected.
  • the length of the optical path correction means 35 c and the width dimension of the gap s are the light when the light emitted from the optical path correction means 35 is expanded and collimated to cause a runout. Is appropriately set so as to reduce the transmission loss.
  • a dynamic pressure bearing (a non-circular dynamic pressure bearing or a multi-arc bearing) having a plurality of grooves 41a at intervals in the circumferential direction is used.
  • the bearing members 41 and 42 may be any hydrodynamic bearing that generates a high lubricating film pressure locally at a plurality of locations in the circumferential direction.
  • a mode having a plurality of grooves spaced in the direction, a mode in which a plurality of arc-shaped members divided in the circumferential direction are combined in a substantially cylindrical shape (sometimes referred to as a segment bearing), and other hydrodynamic bearings Can be used.
  • the bearing members 41 and 42 do not include a perfect circle bearing.
  • both the front and rear bearing members 41 and 42 are configured as the dynamic pressure bearing.
  • the dynamic pressure bearing only one of them is used as the dynamic pressure bearing. It is also possible to configure the other and other bearings including a perfect circle bearing.
  • the bearing member 41 closer to the optical path correcting means 35 is preferably the dynamic pressure bearing from the viewpoint of reducing the misalignment.
  • both sides of the tubular rotary shaft 20 (or 23) are supported by the bearing members 41 and 42.
  • the tubular rotary shaft It is also possible to support one side of 20 (or 23) in a cantilever shape by only one bearing member 41 (or 42). In this case, in the embodiment of FIGS. 2 to 3, it is preferable to support the bearing member 41 closer to the optical path correcting means 35 from the viewpoint of reducing the misalignment.
  • the optical imaging probe shown in FIGS. 1 to 3 has a remarkable effect of reducing axial vibration and light transmission loss particularly when it is continuously rotated at a high speed. It is also possible to use the probe at low speed or intermittent rotation.
  • the optical imaging probe shown in FIGS. 1 to 3 is configured to reflect the light emitted from the front end side of the optical imaging probe to the subject, capture the reflected light, and transmit it to the OCT apparatus (two-way traffic).
  • the OCT apparatus two-way traffic
  • a configuration one-way configuration in which reflected light from a light source separate from the optical imaging probe is captured and transmitted to the OCT apparatus may be used.
  • the bearing structure applicable to the present embodiment has an applicable design range. In other words, it is indispensable to rotate lightly with low rotation loss. If a highly viscous lubricating fluid is used unnecessarily or an extremely rigid bearing design is used, the motor output will be insufficient and the angular velocity accuracy of the motor will be impaired. May increase jitter. On the other hand, if the hydrodynamic bearing is designed to be extremely low in rigidity, even if the rotational speed is 400 rpm, the generation of dynamic pressure is insufficient, and there are cases where the shaft runout is large and the performance is impaired.
  • such a low-rigidity bearing may have a large vibration due to a centrifugal force (increased in proportion to the square of the number of revolutions) generated from the rotation unit when the number of revolutions exceeds 3600 rpm, which may impair the performance.
  • the inventor of the present application has experimentally confirmed that good performance can be obtained as an optical device by setting the rotation speed to 400 rpm or more and 3600 rpm or less.
  • Rotation drive source 11 Rotor 12: Electromagnetic coil 13: Front side housing 20, 23: Tubular rotating shaft 30: Optical fiber 31: Single mode optical fiber 33: First single mode optical fiber 34: Second single mode optical fiber 35: Optical path correction means 35a: First optical path correction means 35b: Second optical path correction means 35c: Optical path correction means 41, 42: Bearing member 50, 51: Light focusing means 60, 63: Optical path conversion element

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Abstract

　動圧軸受により安定した観察画像を得ることができる光イメージング用プローブを提供する。　前端側に入射した光を後方へ導く光イメージング用プローブにおいて、回転子１１を駆動回転させる回転駆動源１０と、回転子１１の回転中心側に軸方向へわたって挿通され固定された管状回転軸２０と、管状回転軸２０に挿通されるとともにその前端側に光を入射可能な光ファイバ３０と、管状回転軸２０を回転可能に支持する軸受部材４１，４２とを備え、軸受部材４１，４２が、周方向の複数箇所で局部的に高い潤滑膜圧力を発生させる動圧軸受を構成している。

Description

光イメージング用プローブ
　本発明は、被検体で反射させた光を取り込んで観察するための光イメージング用プローブに関するものである。
　画像診断技術（光イメージング技術）は、装置機械・半導体・医療などのあらゆる現場において広く利用されている技術である。例えば、精密機器や半導体などの製造現場や医療現場において、一般的な顕微観察に加えて断層画像を撮影することが可能なＸ線ＣＴ、核磁気共鳴、超音波観察などがその一例として挙げられる。
　近年、画像診断の手法に光の干渉性を利用したＯＣＴ（光干渉断層撮影）技術が注目されている。光源として波長１３００ｎｍ程度の近赤外線を用いることが多いが、近赤外線は生体に対して非侵襲性であり、また超音波よりも波長が短いために空間分解能に優れており、おおよそ１０～２０μｍの識別が可能となることから、特に医療現場での活躍が期待されている。ＯＣＴ内視鏡の代表的な構造は、例えば、特許文献１に示されている通りである。
　ところで、特許文献１に示すＯＣＴ内視鏡では、モータの回転力を、ベルトを介して回転シャフトに伝達し、さらに光学シース内を通るフレキシブルシャフトを介してレンズユニットへ伝達するようにしている。そのため、光学シースの内周面とフレキシブルシャフトとの擦れにより摩耗紛が発生したり、フレキシブルシャフトの前記擦れや撓み、ねじれ、前記ベルトの弾性変形等に起因して、回転ムラや、回転伝達遅れ、トルク損失等を生じたり等するおそれがある。
　また、前記のような問題点を解決する従来技術として、特許文献２に記載される発明では、光ファイバの前端部に対向するようにモータを配置し、このモータの回転軸の前端面に反射鏡を設けるようにしている。しかしながら、この発明では、前記モータの本体部が、前記反射鏡よりも前方側に位置するため、モータ用の給電配線が光ファイバ側へ折れ曲がったり、前記給電配線が前記反射鏡の側部に位置して、反射鏡によって反射された光を遮ってしまい、３６０度全周のうちの一部が影となり画角制限が生じてしまったり、反射鏡よりも前方側に突出する部分（モータ本体部を内在する部分）が、被検体に当接してしまい、プローブ軸方向の撮像範囲が制限されたり等する場合がある。また、前記モータを連続的に高速回転させた場合には、軸受部分の潤滑油膜圧の偏り等により、ジッター（回転角度が変動する現象）や、面倒れ（回転軸端面が傾く現象）、ホワール（回転軸が振れ回る現象）と呼称される回転ムラや軸振れ等生じるおそれがある。
特許第３８８５１１４号公報 特許第４４６１２１６号公報
　本発明は上記従来事情に鑑みてなされたものであり、その課題とする処は、回転伝達遅れやトルク損失等の発生を軽減すること、回転部分の回転ムラや軸振れ、擦れ、回転伝達遅れ、３６０度全周のうちの一部が影となる画角制限を防ぐこと、プローブ周方向及び軸方向の撮像範囲が制限されるのを防ぐこと等によって、安定した観察画像を得ることができる光イメージング用プローブを提供することにある。
　上記課題を解決するための一手段は、前端側に入射した光を後方へ導く光イメージング用プローブにおいて、回転子を駆動回転させる回転駆動源と、前記回転子の回転中心側に軸方向へわたって挿通され固定された管状回転軸と、前記管状回転軸に挿通されるとともにその前端側に光を入射可能な光ファイバと、前記管状回転軸を回転可能に支持する軸受部材とを備え、前記軸受部材が、周方向の複数箇所で局部的に高い潤滑膜圧力を発生させる動圧軸受を構成している。
　本発明は、以上説明したように構成されているので、従来技術と比較し、安定した観察画像を得ることができる。
本発明に係る光イメージング用プローブの一例を示す断面図。 本発明に係る光イメージング用プローブの他例を示す断面図。 本発明に係る光イメージング用プローブの他例を示す断面図。 軸受部材の一例を示す拡大断面図。 二つのシングルモード光ファイバ間の接続態様の一例を示す拡大断面図。 二つのシングルモード光ファイバ間の接続態様の他例を示す拡大断面図。 二つのシングルモード光ファイバ間の接続態様の他例を示す拡大断面図。 本実施の形態の軸受構造における潤滑膜圧力の分布を示す模式図。 真円の軸受部材を用いた場合における潤滑膜圧力の分布を示す模式図。
　本実施の形態における第１の特徴は、前端側に入射した光を後方へ導く光イメージング用プローブにおいて、回転子を駆動回転させる回転駆動源と、前記回転子の回転中心側に軸方向へわたって挿通され固定された管状回転軸と、前記管状回転軸に挿通されるとともにその前端側に光を入射可能な光ファイバと、前記管状回転軸を回転可能に支持する軸受部材とを備え、前記軸受部材が、周方向の複数箇所で局部的に高い潤滑膜圧力を発生させる動圧軸受を構成している（図１～４参照）。
　この構成によれば、従来技術（特許文献１）のようにフレキシブルシャフトやベルト等を介在しないため、回転伝達遅れやトルク損失等の発生を軽減することができる。さらに、軸受部材によって、周方向の複数箇所で局部的に高い潤滑膜圧力を発生させる動圧軸受を構成しているため、軸受部分の潤滑油膜圧を周方向に分散して、回転部分の回転ムラや軸振れ等を軽減することができ、これらの結果として、安定した観察画像を得ることができる。
　また、従来技術（特許文献２）のように光ファイバよりも前方側に回転駆動源を具備する必要がないため、給電配線の取り回しを簡素化できる上、プローブ周方向及び軸方向の撮像範囲が制限されるのを防ぐことができる。
　第２の特徴としては、前記第１の特徴に加えて、前記光ファイバの前端から離れた位置に、前記光ファイバにより導かれる光の方向を前記管状回転軸の軸方向に対する交差方向へ変換する光路変換素子を配置し、この光路変換素子を前記管状回転軸に固定した（図１～３参照）。
　この構成によれば、光路変換素子の回転ムラや軸振れ等を効果的に軽減し、プローブ外周の角度３６０°の範囲において、安定した観察画像を得ることができる。
　第３の特徴としては、前記第１又は２の特徴に加えて、前記回転子および前記管状回転軸を、４００ｒｐｍ以上３６００ｒｐｍ以下の回転数で連続回転するようにした。
　この構成によれば、回転子および管状回転軸を連続的に高速回転させた際に生じる回転ムラや軸振れ等を、前記動圧軸受により効果的に軽減することができる。
　第４の特徴としては、前記第１～３何れかの特徴に加えて、前記光ファイバを、前記管状回転軸に相対し回転不能に設けた（図１参照）。
　この構成によれば、光ファイバを回転させない構造であるため、光ファイバの接続部分の構成を簡素化できる上、光ファイバを一本で構成することも可能である。したがって、光ファイバの接続箇所における光の伝達損失を低減することができる。
　さらに、他の特徴としては、前記管状回転軸を、前記回転子から軸方向の両側へ突出するようにして前記回転子の回転中心側に固定し、この管状回転軸の両端側を前記軸受部材によって回転自在に支持した（図１～３参照）。
　この構成によれば、管状回転軸を軸方向の両側で支持するようにしているため、回転部分の回転ムラや軸振れ等をより効果的に軽減することができる。
　さらに、他の特徴としては、前記光路変換素子と前記光ファイバの前端との間に、前記光ファイバから前方へ放出される光を集束する光集束手段を備える（図１～３参照）。
　この構成によれば、前端側の光ファイバから前方へ放出される光を集束して、被検体を効果的に照射することができる。
　次に、上記特徴を有する本実施の形態の好ましい具体例を、図面に基づいて詳細に説明する。
　図１は、本発明に係る光イメージング用プローブの実施例１を示す。
　この光イメージング用プローブは、回転子１１を駆動回転させる回転駆動源１０と、回転子１１の回転中心側に軸方向へわたって挿通され固定された管状回転軸２０と、管状回転軸２０に遊びを有する状態で挿通されるとともにその前端側に光を入射可能な光ファイバ３０と、管状回転軸２０を回転可能に支持する軸受部材４１，４２と、光ファイバ３０から前方へ放出される光を集束する光集束手段５０と、光集束手段５０から離れた位置で光の方向を管状回転軸２０の軸方向に対する交差方向へ変換する光路変換素子６０とを備える。
　この光イメージング用プローブは、可撓性を有する長尺筒状のシース７０の前端に接続される。そして、シース７０の基端側（図１によれば右端側）は、光源を有するＯＣＴ（Optical Coherence Tomography）装置に接続される。
　回転駆動源１０は、回転自在な回転子１１と、該回転子１１の周囲を覆う電磁コイル１２と、この電磁コイル１２の周囲を覆う円筒状の前側ハウジング１３（固定子）と、電磁コイル１２への給電を行う基板１４等を具備したインナーロータタイプの電動モータであり（図１参照）、所定の回転数で連続回転するように制御されている。
　回転子１１は、永久磁石を有する円筒状に構成され、電磁コイル１２との間の磁気作用によって連続回転する。
　電磁コイル１２は、回転子１１の外周面に対し所定のクリアランスを置いて略円筒状に設けられ、前側ハウジング１３（固定子）の内周面に回転不能に固定されている。
　基板１４は、電磁コイル１２の後端面に略環状に固定されており、給電配線１４ａから供給される制御電流を電磁コイル１２へ供給する。
　給電配線１４ａは、後述する軸受部材４１及び接続部材８１に形成された切欠状の貫通部１４ｂを通って後方へ導かれ、さらに長尺円筒状のシース７０内を通って、ＯＣＴ装置内の制御回路に接続される。なお、貫通部１４ｂは貫通孔とすることも可能である。
　前側ハウジング１３（固定子）は、磁性材料（例えばパーマロイ等）から円筒状に形成され、電磁コイル１２によって生じる電磁力を強めるように作用する。
　この前側ハウジング１３の前端側と後端側には、軸受部材４１，４２が支持される。また、前側ハウジング１３及び軸受部材４１の後端側には、光ファイバ３０を外周側から固定支持する接続部材８１を介して、前側ハウジング１３と略同径で筒状の後側ハウジング８２が接続され、この後側ハウジング８２の最後端部にはシース７０が接続される。
　接続部材８１は、軸心側に光ファイバ３０を挿通するとともに外周側の切欠に給電配線１４ａを挿通した略円柱状の部材であり、外周面から径外方向へ突出する縁部８１ａを円筒状の前側ハウジング１３（固定子）と後側ハウジング８２の間に挟み且つ後側ハウジング８２の内周面に嵌合することで回転不能に固定される。
　後側ハウジング８２は、接続部材８１の後部側の外周面に嵌め合せられた略円筒状の部材であり、その後端側の長尺円筒状のシース７０に連通している。
　また、管状回転軸２０は、金属等の硬質材料からなる長尺円筒状の部材であり、回転子１１の回転中心側に挿通されて固定されるとともに、その前後端側の部分を、それぞれ、回転子１１の軸方向端面から突出させている。
　この管状回転軸２０の後端側は、後側の軸受部材４１により回転自在に支持され、同管状回転軸２０の前端側は、前側の軸受部材４２により回転自在に支持されるとともに軸受部材４２よりも前方へ突出している。
　軸受部材４１，４２は、それぞれ、周方向の複数箇所で局部的に高い潤滑膜圧力を発生させる動圧軸受を構成している。
　各軸受部材４１，４２は、例えば、青銅や焼結金属等、耐摩耗性の良好な硬質材料から略円筒状に形成され、その内周側に、潤滑油を介在して、管状回転軸２０を挿通するとともに回転自在に支持している。
　各軸受部材４１，４２の内周面には、図４に示すように、周方向に所定間隔を置いて、軸方向へわたる複数の溝４１ａが形成される。各溝４１ａは、軸受部材４１，４２の軸方向の一端から他端まで連続している。
　複数の溝４１ａは、各軸受部材４１，４２と管状回転軸２０の間に介在する潤滑油膜の圧力（潤滑膜圧力と称する）を、周方向へ分散するように作用する。
　すなわち、仮に、溝４１ａのない真円の軸受部材を用いた場合には、図９に示すように、該軸受部材の内周面において、周方向の一部分に潤滑膜圧力ｐが偏って局部的に高くなり、これに起因して、ジッター（回転角度が変動する現象）や、面倒れ（回転軸端面が傾く現象）、ホワール（回転軸が振れ回る現象）と呼称される回転ムラや軸振れ等を生じ易い。
　しかしながら、本実施の形態の軸受部材４１，４２によれば、図８に示すように、潤滑膜圧力ｐは、周方向において溝４１ａに対応する複数箇所に分散され、各溝４１ａの近傍で高くなる。このため、ジッターや面倒れ、ホワール等の発生を著しく軽減することができる。
　なお、図８は、本発明に係る軸受構造を模式的に示すものであり、周方向に隣り合う溝４１ａ，４１ａの深さが異なっているが、本実施の形態の好ましい一例では、複数の溝４１ａの深さを同一に設定している。これら溝４１ａの深さや幅、本数は、ジッターや面倒れ、ホワール等の発生を効果的に低減するように適宜に設定される。図示例の軸受部材４１は、好ましい一例として、溝４１ａの数を等間隔置きに四つとしているが、他の好ましい一例としては、等間隔置きに八つとしてもよい。
　本実施の形態の一例によれば、軸受内径又は軸外形寸法は０．３ｍｍ～１．０ｍｍ程度であり、半径方向の隙間は１マイクロメータ～３マイクロメータの範囲に設計している。
　また、本実施の形態の一例によれば、溝４１ａは、軸の回転方向が正逆のいずれの方向の場合にも同様の性能を出す目的により軸と平行に（即ち潤滑流体が回転流動する方向に対しては９０度の角度に）設けているが、回転方向が一方向に既定される場合には軸に対して適宜角度を設けてもよく、いずれも良好な性能を得ることができる。
　また、本願発明者による実験結果では、溝４１aを４本～１６本の範囲とし、その深さを１マイクロメータ～数マイクロメータの範囲に設計する事で好ましい性能を得ており、これら範囲を外れる場合には回転振れや振れ回りが生じて光学的性能を劣化させてしまう危険性が生じる事を確認している。
　後側の軸受部材４１は、前側ハウジング１３の内周面に嵌め合わされ、その軸心側に、管状回転軸２０を挿通して回転自在に支持し、後部側の外周面に接続部材８１を嵌合している。
　また、前側の軸受部材４２は、前側ハウジング１３の前端側の内周面に嵌め合わされ、その軸心側に、管状回転軸２０を挿通して回転自在に支持している。
　前側の軸受部材４２の前後には、管状回転軸２０の軸方向の位置を規制する位置決め部材２１，２２が設けられる。
　一方の位置決め部材２１は、軸受部材４２よりも後側にて、管状回転軸２０の外周面に環状に固定された部材であり、管状回転軸２０が前方へ移動した場合に、その移動を軸受部材４２との当接により規制する。
　他方の位置決め部材２２は、軸受部材４２よりも前側にて、管状回転軸２０の外周面に環状に固定された部材であり、管状回転軸２０が後方へ移動した場合に、その移動を軸受部材４２との当接により規制する。
　また、光ファイバ３０は、長尺軸状のシングルモード光ファイバ３１と、該シングルモード光ファイバ３１の外周を覆い保護する保護被覆３２とからなる。
　シングルモード光ファイバ３１は、中心側のコアとその外周を覆うクラッドとからなる一本のシングルモードタイプの光ファイバである。このシングルモード光ファイバ３１の前端側には、光集束手段５０が接続されている。
　光集束手段５０は、光ファイバ３０から前方へ伝達される光を集束して更に前方へ放出するレンズである。この光集束手段５０から放出される光は、集束しながら前方へ進み、光集束手段５０から離れた位置で光路変換素子６０によって方向変換され、光路変換素子６０から径外方向へ離れた焦点に集中する（図１の２点鎖線参照）。
　なお、この光集束手段５０は、図示例によれば略球状のレンズとしているが、他例としては、略円柱状のＧＲＩＮレンズ（屈折率分布レンズ）や、他の形状のレンズ等とすることが可能である。
　光路変換素子６０は、光集束手段５０から前方へ放出される光を全反射して、交差方向（図１の一例によれば、直交方向よりも若干前方に傾いた方向）へ導くように構成され、例えば、円柱軸状の部材の先端側を斜めカットして鏡面処理した態様や、プリズムを用いた態様等とすればよい。
　この光路変換素子６０は、支持ブラケット６１を介して管状回転軸２０の前端（詳細には位置決め部材２２の外周部）に固定されている。
　支持ブラケット６１は、光集束手段５０を周方向から覆うとともに前端側に光路変換素子６０を固定した略円筒状に形成される。この支持ブラケット６１における周方向の一部分には、光路変換素子６０から径外方向へ放出される光を通過するための切欠部６１ａが形成される。
　支持ブラケット６１の最前端部には、凸曲状の先端部材６２が設けられる。この先端部材６２は、図示例によれば略半球状に形成され、当該光イメージング用プローブが前方へ移動して被検体に当接した際に、被検体に加わる衝撃や損傷等を軽減する。
　次に上述した図１の光イメージング用プローブについて、その特徴的な作用効果を詳細に説明する。
　先ず、給電配線１４ａにより回転駆動源１０へ電力が供給されると、回転駆動源１０は、回転子１１、管状回転軸２０、支持ブラケット６１及び光路変換素子６０等を、連続的に高速回転する。この際の回転速度は、０～３６００ｒｐｍの範囲内で調整可能であり、好ましくは軸受部分において管状回転軸２０が潤滑油中に浮揚するように、４００ｒｐｍ以上３６００ｒｐｍ以内に設定され、特に好ましい本実施の形態によれば約１８００ｒｐｍに設定される。
　そして、ＯＣＴ装置から光ファイバ３０の基端部に光（詳細には近赤外線光）が供給されると、この光は、光ファイバ３０内を通り、該光ファイバ３０前端の光集束手段５０から軸方向の前方へ放出され、光路変換素子６０により交差方向へ導かれて、被検体に照射される。そして、被検体により反射した光は、前記と逆の経路を通り、先ず光路変換素子６０により反射された後、光集束手段５０へ入射し、光集束手段５０から光ファイバ３０に伝わり、さらに光ファイバ３０により後方へ伝達されてＯＣＴ装置に戻される。ＯＣＴ装置は、戻された反射光を解析して画像化する。よって、当該光イメージング用プローブの前端側の周囲３６０度の範囲の画像をリアルタイムに得ることができる。
　前記のようにして、光路変換素子６０等を回転させる際、従来のフレキシブルシャフト等を介することなく、回転子１１の回転力が、剛体である管状回転軸２０を介して光路変換素子６０等に伝達されるため、回転伝達遅れやトルク損失等の発生を軽減することができる。しかも、軸受部材４１，４２によって、周方向の複数箇所で局部的に高い潤滑膜圧力を発生させる動圧軸受を構成しているため、軸受部分の潤滑油膜圧を周方向に分散して、回転部分の回転ムラや軸振れ等を軽減することができ、これらの結果として、安定した観察画像を得ることができる。
　また、光路変換素子６０よりも前方側に、回転駆動源等の主要な構成を配置しない構造としているため、給電配線１４ａの取り回しを簡素化できる上、給電配線１４ａによってプローブ周方向の撮像範囲が制限されたり、前方への移動が制限されたり等するのを防ぐことができる。
　次に、本発明に係る光イメージング用プローブの実施例２について説明する（図２参照）。なお、以下の説明において、上述した実施例１と略同様の構成については同一の符号を付け、重複する詳細説明を省略する。
　図２に示す光イメージング用プローブは、回転子１１を駆動回転させる回転駆動源１０と、回転子１１の回転中心側に軸方向へわたって挿通され固定された管状回転軸２３と、管状回転軸２３に挿通されるとともにその前端側に光を入射可能な第１のシングルモード光ファイバ３３と、第１のシングルモード光ファイバ３３の後方側に回転不能に支持された第２のシングルモード光ファイバ３４と、第１のシングルモード光ファイバ３３と第２のシングルモード光ファイバ３４との間に介在した隙間ｓ及び光路矯正手段３５（図５参照）と、管状回転軸２３を回転可能に支持する軸受部材４１，４２と、第１のシングルモード光ファイバ３３から前方へ放出される光を集束する光集束手段５１と、光集束手段５１の前側で第１のシングルモード光ファイバ３３により導かれる光の方向を管状回転軸２３の軸方向に対する交差方向へ変換する光路変換素子６３とを備える。
　管状回転軸２３は、金属等の硬質材料からなる長尺円筒状の部材であり、回転子１１の回転中心側に挿通されて固定されるとともに、その前後端側の部分を、それぞれ、回転子１１の軸方向端面から突出させている。
　この管状回転軸２３の後端側は、後側の軸受部材４１により回転自在に支持され、同管状回転軸２３の前端側は、前側の軸受部材４２により回転自在に支持されるとともに軸受部材４２よりも前方へ突出している。
　そして、この管状回転軸２３内には、その前側に第１のシングルモード光ファイバ３３が挿入され固定され、後側には第１の光路矯正手段３５ａが挿入され固定されている。
　第１のシングルモード光ファイバ３３は、中心側のコアとその外周を覆うクラッドとからなる。この第１のシングルモード光ファイバ３３は、管状回転軸２３よりも若干短く形成され、その前端を管状回転軸２３の前端と略面一にして、管状回転軸２３内の前寄りに挿通される。この第１のシングルモード光ファイバ３３は、その外周面を、軸方向の略全長及び略全周にわたって、管状回転軸２３の内周面に接触しており、管状回転軸２３と一体的に回転する。
　第２のシングルモード光ファイバ３４は、光路矯正手段３５及び隙間ｓを間において、第１のシングルモード光ファイバ３３の後方側に同軸状に配設されるとともに、回転不能に支持されている。
　この第２のシングルモード光ファイバ３４は、第１のシングルモード光ファイバ３３同様に、中心側のコアとその外周を覆うクラッドとからなり、前端側の一部分を除く後部側は保護被覆３４ａによって覆われる。この第２のシングルモード光ファイバ３４の後部側は、シース７０内に挿通されてＯＣＴ装置に接続されている。
　光路矯正手段３５は、一方のシングルモード光ファイバ３３（又は３４）から伝達される光を、拡大しコリメート化して隙間ｓに通過させた後、集束して、他方のシングルモード光ファイバ３４（又は３３）へ導くように構成される。
　図５に示す一例について、詳細に説明すれば、この光路矯正手段３５は、第１のシングルモード光ファイバ３３に接続された第１の光路矯正手段３５ａと、第２のシングルモード光ファイバ３４に接続された第２の光路矯正手段３５ｂとからなるとともに、これら二つの光路矯正手段３５ａ，３５ｂの間に前記隙間ｓを有する。
　第１の光路矯正手段３５ａは、第１のシングルモード光ファイバ３３から後方へ導かれる光を拡大しコリメート化するグレーデッドインデックス光ファイバである。
　この第１の光路矯正手段３５ａは、その後端部が管状回転軸２３の後端部と略面一になるように、管状回転軸２３の後端側に挿入され、管状回転軸２３内で第１のシングルモード光ファイバ３３の後端部に同軸状に接続される。
　第１の光路矯正手段３５ａを第１のシングルモード光ファイバ３３に接続する手段は溶着とすればよいが、他例としては、これら第１の光路矯正手段３５ａと第１のシングルモード光ファイバ３３を軸方向に圧接した構成とすることも可能である。
　また、第２の光路矯正手段３５ｂは、第２のシングルモード光ファイバ３４から前方へ出射される光を拡大しコリメート化するグレーデッドインデックス光ファイバである。
　第２の光路矯正手段３５ｂを第２のシングルモード光ファイバ３４に接続する手段は溶着とすればよいが、他例としては、これら第２の光路矯正手段３５ｂと第２のシングルモード光ファイバ３４を軸方向に圧接した構成とすることも可能である。
　第１及び第２の光路矯正手段３５ａ，３５ｂとして用いるグレーデッドインデックス光ファイバは、第１又は第２のシングルモード光ファイバ３３，３４から出射される光を拡大し略平行な比較的太い光にするように適宜な長さに形成され、例えば、コア内を伝播する光の蛇行周囲の４分の１、あるいはその奇数倍に相当する長さに形成される。
　なお、第１及び第２の光路矯正手段３５ａ，３５ｂの他例としては、ＧＲＩＮレンズ（屈折率分布レンズ）や、他のレンズ等とすることも可能である。
　第２の光路矯正手段３５ｂは、筒状保持部材８３及びホルダー８４を介して、後側ハウジング８２の内周面に対し、回転不能に固定される（図２参照）。
　筒状保持部材８３は、第２の光路矯正手段３５ｂを全長にわたって覆うとともに第２のシングルモード光ファイバ３４の前端部を挿入する円筒状の部材である。
　この筒状保持部材８３の内周面は、第２の光路矯正手段３５ｂの外周面に接触し、第２の光路矯正手段３５ｂを回転不能に保持している（図２参照）。
　ホルダー８４は、外周側の一部分に給電配線１４ａを通過させる切欠を有する筒状の部材であり、その中心部の前側に筒状保持部材８３を挿通し固定するとともに、その後側には第２のシングルモード光ファイバ３４の保護被覆３４ａを挿通し固定している（図２参照）。
　前記のようにして、第１の光路矯正手段３５ａと第２の光路矯正手段３５ｂとの間には、隙間ｓが確保されるため、第１の光路矯正手段３５ａは、自在に回転することが可能である。
　隙間ｓの幅寸法は、第１の光路矯正手段３５ａと第２の光路矯正手段３５ｂの間で、光の伝達が効率的に行われるように適宜に設定される。
　なお、図２中、符号８５は、管状回転軸２３の後端側の外周面に固定された位置決め部材である。この位置決め部材８５は、後側の軸受部材４１とホルダー８４の間に位置し、管状回転軸２３の前方への移動を軸受部材４１との当接により規制し、同管状回転軸２３の後方への移動をホルダー８４との当接により規制する。
　また、図２中、符号８６は、前側ハウジング１３及び軸受部材４１の後端側を、後側ハウジング８２に接続する接続部材である。この接続部材８６は、軸心側に管状回転軸２３を回転可能に挿通するとともに外周側の切欠に給電配線１４ａを挿通した略円柱状の部材であり、外周面から径外方向へ突出する縁部８６ａを円筒状の前側ハウジング１３とハウジング８２の間に挟み且つハウジング８２の内周面の内周面に嵌合することで回転不能に固定される。
　そして、管状回転軸２３における前側の軸受部材４１から前方へ突出した部分には、支持ブラケット６４を介して光集束手段５１が同軸状に固定され、さらに光集束手段５１の前端には光路変換素子６３が同軸状に固定される（図２参照）。
　支持ブラケット６４は、管状回転軸２３の前端側に略同軸状に接続された円筒状の部材であり、その後端側に管状回転軸２３の前端を挿入し固定するとともに、前端側には、後述する光集束手段５１の後端を挿入し固定している。
　光集束手段５１は、光路変換素子６３と第１のシングルモード光ファイバ３３の前端との間に位置するとともに、第１のシングルモード光ファイバ３３から前方へ隙間を置いて配置され（図２参照）、第１のシングルモード光ファイバ３３から前方へ放出される光を集束する。
　この光集束手段５１は、図示例によれば、略円柱状のＧＲＩＮレンズ（屈折率分布レンズ）としているが、他例としては、適宜長さのグレーデッドインデックス光ファイバや、円柱以外の形状のレンズ等に置換することが可能である。
　光路変換素子６３は、第１のシングルモード光ファイバ３３に導かれて前方へ放出され光集束手段５１によって集束された光の方向を、第１のシングルモード光ファイバ３３の軸方向に対する交差方向へ変換するプリズムである。図示例によれば、この光路変換素子６３から放出される光は、直交方向よりも若干前方に傾いた方向へ導かれる（図２の２点鎖線参照）。
　次に上述した図２の光イメージング用プローブについて、その特徴的な作用効果を詳細に説明する。
　先ず、給電配線１４ａにより回転駆動源１０へ電力が供給されると、回転駆動源１０は、回転子１１、管状回転軸２３、第１のシングルモード光ファイバ３３、第１の光路矯正手段３５ａ、支持ブラケット６４、光集束手段５１及び光路変換素子６３等を、連続的に高速回転する。この際の回転速度は、０～３６００ｒｐｍの範囲内で調整可能であり、好ましくは４００ｒｐｍ以上３６００ｒｐｍ以内に設定され、特に好ましい本実施の形態によれば約１８００ｒｐｍに設定される。
　そして、ＯＣＴ装置から第２のシングルモード光ファイバ３４の基端部に光（詳細には近赤外線光）が供給されると、該光は、第２のシングルモード光ファイバ３４内を通り、該第２のシングルモード光ファイバ３４前端から第２の光路矯正手段３５ｂに伝達され、該第２の光路矯正手段３５ｂから隙間ｓを介して第１の光路矯正手段３５ａに伝達され、さらに第１の光路矯正手段３５ａから第１のシングルモード光ファイバ３３へ伝達される。
　この光の伝達について詳細に説明すれば、第２のシングルモード光ファイバ３４から第２の光路矯正手段３５ｂに伝達された光は、第２の光路矯正手段３５ｂ内で拡大されコリメート化されることで、比較的太い略平行な光束となって隙間ｓを通過し、第１の光路矯正手段３５ａの後端に入射される。そして、入射された光は、第１の光路矯正手段３５ａ内で集束されて第１のシングルモード光ファイバ３３に伝達される。
　そして、第１のシングルモード光ファイバ３３内を前方へ進んだ光は、第１のシングルモード光ファイバ３３の前端から前方へ放出され、光集束手段５１に入射し、光集束手段５１内で集束されて光路変換素子６３に伝達し、光路変換素子６３によって交差方向へ方向変換されて被検体に照射される。
　また、被検体により反射した光は、前記と逆の経路を通り、先ず光路変換素子６３に入射して方向変換された後、光集束手段５１、第１のシングルモード光ファイバ３３、第１の光路矯正手段３５ａ、第２の光路矯正手段３５ｂ、第２のシングルモード光ファイバ３４により後方へ伝達されてＯＣＴ装置に戻される。ＯＣＴ装置は、戻された反射光を解析して、当該光イメージング用プローブの前端側の周囲３６０度の範囲をリアルタイムに画像化する。
　前記のようにして、光路変換素子６３等を回転させる際、従来のフレキシブルシャフト等を介することなく、回転子１１の回転力が、剛体である管状回転軸２３を介して光路変換素子６３に伝達されるため、回転伝達遅れやトルク損失等の発生を軽減することができる。しかも、軸受部材４１，４２によって、周方向の複数箇所で局部的に高い潤滑膜圧力を発生させる動圧軸受を構成しているため、軸受部分の潤滑油膜圧を周方向に分散して、回転部分の回転ムラや軸振れ等を軽減することができる。
　その上、仮に若干の軸振れ等が生じたとしても、第１の光路矯正手段３５ａと第２の光路矯正手段３５ｂの間では、光が拡大されコリメート化されて伝達されるため、光の伝達損失を低減することができる。
　よって、これらの結果として、安定した観察画像を得ることができる。
　また、光路変換素子６３よりも前方側に、回転駆動源等の主要な構成を配置しない構造としているため、給電配線１４ａの取り回しを簡素化できる上、給電配線１４ａによってプローブ周方向の撮像範囲が制限されたり、前方への移動が制限されたり等するのを防ぐことができる。
　次に、本発明に係る光イメージング用プローブの実施例３について説明する（図３参照）。
　図３に示す光イメージング用プローブは、図２に示す光イメージング用プローブに対し、回転駆動源１０外径を、支持ブラケット６４の外径と略同径になるように小さくしたものであり、基本的な構造は図２のものと同一である。
　図３中、符号２４は、図２のものより細く形成された管状回転軸２３を支持ブラケット６４に接続するための環状スペーサ２４である。
　また、図３では、給電配線の図示を省略しているが、給電配線は、周方向に約９０度ずれた位置を通っており、図２のものと同様に切欠およびシース７０内を通って、基板１４からＯＣＴ装置へわたっている。
　よって、図３に示す光イメージング用プローブによれば、図２のものと同様に、光路変換素子６３等を回転させる際、従来のフレキシブルシャフト等を介することなく、回転子１１の回転力が、剛体である管状回転軸２３を介して光路変換素子６３に伝達されるため、回転伝達遅れやトルク損失等の発生を軽減することができる。しかも、軸受部材４１，４２によって、周方向の複数箇所で局部的に高い潤滑膜圧力を発生させる動圧軸受を構成しているため、軸受部分の潤滑油膜圧を周方向に分散して、回転部分の回転ムラや軸振れ等を軽減することができる。
　その上、仮に若干の軸振れ等が生じたとしても、第１の光路矯正手段３５ａと第２の光路矯正手段３５ｂの間では、光が拡大されコリメート化されて伝達されるため、光の伝達損失を低減することができる。
　よって、これらの結果として、安定した観察画像を得ることができる。
　また、光路変換素子６３よりも前方側に、回転駆動源等の主要な構成を配置しない構造としているため、給電配線の取り回しを簡素化できる上、給電配線によってプローブ周方向の撮像範囲が制限されたり、前方への移動が制限されたり等するのを防ぐことができる。
　なお、図２及び図３に示す光イメージング用プローブは、第１のシングルモード光ファイバ３３と第２のシングルモード光ファイバ３４の好ましい接続構造として、二つの光路矯正手段３５ａ，３５ｂを具備した構成としたが、他例としては、図６や図７に示す態様のように単一の光路矯正手段３５ｃを具備した構成とすることも可能である。
　詳細に説明すれば、図６に示す態様では、第１のシングルモード光ファイバ３３と第２のシングルモード光ファイバ３４の間に、単一の光路矯正手段３５ｃを配置し、この光路矯正手段３５ｃと第１のシングルモード光ファイバ３３の間、および同光路矯正手段３５ｃと第２のシングルモード光ファイバ３４の間に、それぞれ隙間ｓを設けている。
　また、図７に示す態様では、第１のシングルモード光ファイバ３３と第２のシングルモード光ファイバ３４の間に、単一の光路矯正手段３５ｃを配置し、この光路矯正手段３５ｃと第１のシングルモード光ファイバ３３の間に隙間ｓを設け、および同光路矯正手段３５ｃと第２のシングルモード光ファイバ３４を接触させて接続している。
　図６及び図７に示す態様において、光路矯正手段３５ｃの長さや、隙間ｓの幅寸法は、光路矯正手段３５から放出される光を拡径しコリメート化して、芯振れを生じた場合の光の伝達損失を軽減するように適宜に設定される。
　また、図１～図３に示す光イメージング用プローブでは、軸受部材４１，４２として、周方向に間隔を置いて複数の溝４１ａを有する動圧軸受（非真円動圧軸受や多円弧軸受と呼称される場合もある）を用いたが、この軸受部材４１，４２は、周方向の複数箇所で局部的に高い潤滑膜圧力を発生させる動圧軸受であればよく、例えば、軸側に周方向に間隔を置いた複数の溝を有する態様や、周方向に分割された複数の円弧状部材を略円筒状に組み合わせてなる態様（セグメント軸受と称する場合もある）や、その他の動圧軸受を用いることが可能である。ただし、この軸受部材４１，４２に、真円軸受は含まないものとする。
　また、図１～図３に示す光イメージング用プローブでは、前後の軸受部材４１，４２の双方を前記動圧軸受として構成したが、他例としては、その何れか一方のみを前記動圧軸受として構成し、他方を真円軸受を含む他の軸受により構成することも可能である。この場合、図２～図３の態様においては、芯ずれを軽減する観点より、光路矯正手段３５寄り側の軸受部材４１を前記動圧軸受とするのが好ましい。
　また、図１～図３に示す光イメージング用プローブでは、好ましい態様として、管状回転軸２０（又は２３）両側を軸受部材４１，４２によって支持するようにしたが、他例としては、管状回転軸２０（又は２３）の片側を、一方の軸受部材４１（又は４２）のみによって片持ち梁状に支持することも可能である。この場合、図２～図３の態様においては、芯ずれを軽減する観点より、光路矯正手段３５寄り側の軸受部材４１を支持するのが好ましい。
　また、図１～図３に示す光イメージング用プローブは、特に、高速で連続回転させた場合に軸振れや光伝達損失を軽減する効果を顕著に有するが、他例としては、この光イメージング用プローブを、低速回転や断続回転で用いることも可能である。
　また、図１～図３に示す光イメージング用プローブでは、当該光イメージング用プローブの前端側から放出される光を被検体に反射させ、その反射光を取り込んでＯＣＴ装置へ伝達する構成（双方通行の構成）としたが、他例としては、当該光イメージング用プローブとは別体の光源による反射光を取り込んでＯＣＴ装置へ伝達する構成（一方通行の構成）とすることも可能である。
　なお、本実施の形態に適用できる軸受構造は適用設計範囲が存在する。すなわち、低回転損失で軽く回転する事が不可欠であり、むやみに高粘度な潤滑流体を用いたり、極度に高剛性な軸受設計を行うとモータの出力が不足し、モータの角速度精度を損ねてジッターを増大する場合がある。その逆に、動圧軸受は、極度に低剛性に設計すると４００ｒｐｍの回転数でも動圧の発生が不足し軸振れが多くて性能を損ねる場合がある。また、この様な低剛性な軸受は、回転数が３６００ｒｐｍを超えると回転ユニットから生じる遠心力（回転数の２乗に比例して増加）によっても振れが多くなり性能を損ねるおそれがある。
　本願発明者は、回転速度を４００ｒｐｍ以上３６００ｒｐｍ以内に設定することで光学機器として良好な性能を得る事を実験的に確認している。
　１０：回転駆動源
　１１：回転子
　１２：電磁コイル
　１３：前側ハウジング
　２０，２３：管状回転軸
　３０：光ファイバ　　
　３１：シングルモード光ファイバ
　３３：第１のシングルモード光ファイバ
　３４：第２のシングルモード光ファイバ
　３５：光路矯正手段
　３５ａ：第１の光路矯正手段
　３５ｂ：第２の光路矯正手段
　３５ｃ：光路矯正手段
　４１，４２：軸受部材
　５０，５１：光集束手段
　６０，６３：光路変換素子

Claims (4)

  1. 　前端側に入射した光を後方へ導く光イメージング用プローブにおいて、
    　回転子を駆動回転させる回転駆動源と、
    　前記回転子の回転中心側に軸方向へわたって挿通され固定された管状回転軸と、
    　前記管状回転軸に挿通されるとともにその前端側に光を入射可能な光ファイバと、
    　前記管状回転軸を回転可能に支持する軸受部材とを備え、
    　前記軸受部材が、周方向の複数箇所で局部的に高い潤滑膜圧力を発生させる動圧軸受を構成していることを特徴とする光イメージング用プローブ。
  2. 　前記光ファイバの前端から離れた位置に、前記光ファイバにより導かれる光の方向を前記管状回転軸の軸方向に対する交差方向へ変換する光路変換素子を配置し、この光路変換素子を前記管状回転軸に固定したことを特徴とする請求項１記載の光イメージング用プローブ。
  3. 　前記回転子および前記管状回転軸を、４００ｒｐｍ以上３６００ｒｐｍ以下の回転数で連続回転するようにしたことを特徴とする請求項２記載の光イメージング用プローブ。
  4. 　前記光ファイバを、前記管状回転軸に相対し回転不能に設けたことを特徴とする請求項３記載の光イメージング用プローブ。
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