(57)【要約】【課題】耐久性に優れ、光ファイバを長期間に渡って良好に振動させることのできる光ファイバスキャナ等を提供することを目的とする。【解決手段】光ファイバスキャナ１０は、光ファイバ１６とアクチュエータ２４を含む。光ファイバ１６とアクチュエータ２４とは、接合部３６により接合されている。接合部３６は、例えば低融点ガラスなどの無機材料で形成されている。このため、接合部３６の熱膨張係数は、ガラス製の光ファイバ１６やアクチュエータ２４の熱膨張係数の値に近い値となる。従って、長期間に渡って光ファイバスキャナ１０の周囲の温度変化が繰り返されても、光ファイバ１６とその周辺部材のいずれかのみが、大幅に膨張、および収縮してしまうことが防止され、光ファイバ１６は、アクチュエータ２４の制御に基づく適当な振動を持続できる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体を照明するための照明光を出射する光ファイバと、
前記光ファイバを振動させるアクチュエータとを備え、
前記光ファイバおよび前記アクチュエータよりも融点の低い無機材料により、前記光ファイバと前記アクチュエータとを接合する接合部が形成されていることを特徴とする光ファイバスキャナ。
【請求項２】
少なくとも前記接合部と前記光ファイバとの境界領域において、前記光ファイバの応力を緩和するための応力緩和部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバスキャナ。
【請求項３】
前記応力緩和部が、有機系の接着剤により形成されていることを特徴とする請求項２に記載の光ファイバスキャナ。
【請求項４】
前記応力緩和部が、前記照明光の前記被写体からの反射光が前記接合部に入射することを防止することを特徴とする請求項２に記載の光ファイバスキャナ。
【請求項５】
前記照明光の前記被写体からの反射光が前記接合部に入射することを防止するための遮光部材をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の光ファイバスキャナ。
【請求項６】
前記遮光部材が、前記接合部の表面全域を覆っていることを特徴とする請求項５に記載の光ファイバスキャナ。
【請求項７】
前記無機材料が、ガラスもしくは金スズ合金であることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバスキャナ。
【請求項８】
請求項１に記載の光ファイバスキャナを備えたことを特徴とする内視鏡装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバを振動させながら被写体をスキャンする光ファイバスキャナ、および光ファイバスキャナを備えた内視鏡装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の内視鏡装置とは異なり、光ファイバを振動させながら照明光を出射し、被写体をスキャンする光ファイバスキャナを備えた内視鏡装置が考えられている（例えば特許文献１参照）。このような光ファイバスキャナを備えた内視鏡装置によれば、径の細い先端硬性部で解像度の高い画像が生成可能となる。
【０００３】
光ファイバスキャナにおいては、光ファイバを高速で振動させるために、圧電素子等のアクチュエータが用いられる。そして高速で振動する光ファイバは、通常、接着剤により所定の位置でアクチュエータに固定されている。
【特許文献１】米国特許第６２９４７７５号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
光ファイバを形成するガラスや、アクチュエータの表面を形成する金属等は、光ファイバを固定するために一般に用いられる有機系の接着剤とは性質が大きく異なる。特に、これらの部材間の熱膨張係数の値が大きく異なることから、長期間に渡って使用される間の温度変化の繰り返しにより、これらの部材は一様に膨張、収縮しない。このため、光ファイバの共振周波数、減衰係数等が変化してしまう恐れがあり、光ファイバが、適切に振動されなくなる可能性がある。
【０００５】
また、汎用的な有機系の接着剤により光ファイバが固定されていた場合、接着剤の劣化によっても光ファイバが適切に振動できなくなるおそれがある。特に、高温、多湿の環境下においては、有機系接着剤の加水分解反応等が徐々に進行し、この傾向が著しくなり得る。
【０００６】
本発明は、耐久性に優れ、光ファイバを長期間に渡って良好に振動させることのできる光ファイバスキャナ等を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の光ファイバスキャナは、被写体を照明するための照明光を出射する光ファイバと、光ファイバを振動させるアクチュエータとを備え、光ファイバおよびアクチュエータよりも融点の低い無機材料により、光ファイバとアクチュエータとを接合する接合部が形成されていることを特徴とする。
【０００８】
光ファイバスキャナにおいては、少なくとも接合部と光ファイバとの境界領域において、光ファイバの応力を緩和するための応力緩和部が設けられていることが好ましい。この場合、応力緩和部は、例えば有機系の接着剤により形成されている。また、応力緩和部は、照明光の被写体からの反射光が接合部に入射することを防止することが好ましい。
【０００９】
光ファイバスキャナは、照明光の被写体からの反射光が接合部に入射することを防止するための遮光部材をさらに有することが好ましい。この場合、遮光部材は、接合部の表面全域を覆っていることがより好ましい。また、無機材料は、例えばガラスもしくは金スズ合金である。
【００１０】
本発明の内視鏡装置は、上述の光ファイバスキャナを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、耐久性に優れ、光ファイバを長期間に渡って良好に振動させることのできる光ファイバスキャナ等を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。図１は、第１の実施形態における光ファイバスキャナを備えた内視鏡装置の概略的なブロック図である。
【００１３】
内視鏡装置５０は、被写体１４の画像を生成するための光ファイバスキャナ１０を有する。光ファイバスキャナ１０は、光源１２、光ファイバ１６、複数の集光ファイバ１８、および画像処理部２０を含む。光源１２は、制御部４２の制御の下で、被写体１４を照明するための照明光Ｌを出射する。照明光Ｌは、光ファイバ１６のコア（図示せず）を介して光ファイバ１６の先端まで伝達され、出射面１６Ｓから被写体１４に向けて出射される。
【００１４】
照明光Ｌは被写体１４により反射され、反射光Ｒが集光ファイバ１８の入射面１８Ｓに入射する。反射光Ｒは、集光ファイバ１８により画像処理部２０に伝達される。画像処理部２０においては、反射光Ｒを受光した撮像素子（図示せず）により画像信号が生成され、画像信号に所定の処理が施される。この画像信号が、内視鏡装置５０のプロセッサ（図示せず）に送信され、さらなる処理が施される。この結果、被写体１４の画像がモニタ（図示せず）上に表示される。
【００１５】
光ファイバスキャナ１０は、アクチュエータ２４を含む。アクチュエータ２４は、制御部４２の制御により、光ファイバ１６を振動させる。このため光ファイバ１６の先端側、すなわち光ファイバ１６におけるアクチュエータ２４よりも出射面１６Ｓ側の領域が、矢印Ａの示すように、ほぼ共振周波数で振動する。
【００１６】
照明光Ｌが、高速で振動する光ファイバ１６から被写体１４に照射されるため、光ファイバスキャナ１０により、短時間に広範囲のスキャンが可能である。よって内視鏡装置５０においては、光ファイバスキャナ１０等を含む先端硬性部を小径化しても、解像度の高い被写体像を得ることができる。
【００１７】
図２は、第１の実施形態の光ファイバスキャナ１０における光ファイバ１６の先端部を拡大して示す断面図である。
【００１８】
光ファイバ１６は、金属製のハウジング２６の内部に配置されており、ハウジング２６により保護されている。そして光ファイバ１６の出射面１６Ｓ近傍には、照明光Ｌが透過するレンズユニット２８が設けられている。
【００１９】
アクチュエータ２４は、ハウジング２６内で光ファイバ１６の周囲を取り囲むように配置されている。アクチュエータ２４の端部には、電極（図示せず）から電力を供給するためのワイヤ３０が接続されている。また、アクチュエータ２４は、絶縁性の保持部材３２により保持されている。なお集光ファイバ１８（図１参照）は、ハウジング２６の周囲に沿うように配置されている。
【００２０】
高速で振動する光ファイバ１６は、接合部３６によりアクチュエータ２４に固定されている。このように、光ファイバ１６とアクチュエータ２４とを接合する接合部３６は、低融点ガラス（ガラス）、もしくは金スズ合金等の無機材料で形成されている。接合部３６を形成する無機材料は、光ファイバ１６を形成するガラス、およびアクチュエータ２４の表面を形成する金属よりも融点が低い。このため、光ファイバスキャナ１０の製造時に、光ファイバ１６やアクチュエータ２４を溶かしてしまうといった悪影響なしに、接合部３６が設けられる。
【００２１】
なお、接合部３６の無機材料が低融点ガラスである場合、融点とはガラス転移温度を意味し、概ね５００℃以下である。また、無機材料としては、金スズ合金の他にも、スズ、銀、亜鉛、インジウム、ビスマス、銅、ガリウム、カドミウム等のいずれかを含むものや、特に融点の低い合金であるウッドメタル等を用いても良い。
【００２２】
仮に、一般的に用いられる有機系接着剤で接合部３６を形成すると、ガラス製の光ファイバ１６、もしくはアクチュエータ２４に比べ、接合部３６の熱膨張係数の値が著しく大きくなる。従ってこの場合、実質的には接合部３６のみが膨張し、精密な制御が必要とされる光ファイバ１６の振動が不調となり得る。すなわち、光ファイバ１６は、所定の共振周波数、減衰係数で振動することができなくなる可能性がある。そして光ファイバ１６が良好に振動しないことにより、光ファイバスキャナ１０により得られる画像にゆがみが生じるなど、被写体像の画質が低下してしまう。
【００２３】
これに対し、無機材料で接合部３６を形成した本実施形態では、接合部３６の熱膨張係数は、光ファイバ１６等の熱膨張係数の値に近い値となる。このため、長期間に渡って光ファイバスキャナ１０の周囲の温度変化が繰り返されても、光ファイバ１６とその周辺部材のいずれかのみが、大幅に膨張、および収縮してしまうことが防止される。
【００２４】
この結果、光ファイバ１６は、アクチュエータ２４の制御に基づく適当な振動を持続することが可能である。さらに、上述の無機材料においては、有機系の接着剤とは異なり、加水分解等の劣化反応がほとんど生じない上に、一般的に有機材料よりも硬くて強度に優れるため、接合部３６の耐久性が向上する。
【００２５】
以上のように本実施形態によれば、光ファイバスキャナ１０、および光ファイバスキャナ１０を含む内視鏡装置５０において、長期間に渡って良好に振動可能な耐久性に優れた光ファイバ１６を用いることができる。
【００２６】
次に、第２の実施形態につき、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。図３は、第２の実施形態の光ファイバスキャナ１０における光ファイバ１６の先端部を拡大して示す断面図である。図４は、光ファイバ１６において応力が集中する領域を示す断面図である。
【００２７】
本実施形態は、光ファイバスキャナ１０において応力緩和部４０が形成されている点が第１の実施形態と異なる。応力緩和部４０は、光ファイバ１６が頻繁に振動することにより、主として光ファイバ１６の基端部側、すなわち接合部３６との境界領域４５（図４参照）において生じる応力を緩和するために設けられる。
【００２８】
応力緩和部４０は、例えば有機系の接着剤など、接合部３６の材質よりもヤング率の低い部材で形成されている。このため、境界領域４５に集中する光ファイバ１６の応力を効率的に分散し、微細なひび割れ等の応力に起因した光ファイバ１６や接合部３６の損傷を確実に防止できる。
【００２９】
さらに本実施形態では、以下のように、応力緩和部４０を遮光部材としても活用している。反射光Ｒ（図１参照）の一部が接合部３６に入射することを防止するためである。これは、ハウジング２６の内壁面での反射等により、光ファイバ１６を介さずに反射光Ｒの迷光が接合部３６に入射すると、被写体像の形成に悪影響を与え得るからである。
【００３０】
特に、接合部３６が図示されたようなドーム状である場合、接合部３６が集光レンズとして機能してしまい、反射光Ｒの迷光による影響が大きくなり得る。本実施形態では、光ファイバスキャナ１０の製造時に流動した低融点ガラスの表面張力によって接合部３６がドーム状であるため、接合部３６の遮光が重要となる。
【００３１】
そこで本実施形態では、例えば有機系接着剤により形成された応力緩和部４０の表面において、有機系接着剤との親和性が高い黒色樹脂等が塗布され、遮光膜４８（図４参照・遮光部材）が形成されている。遮光膜４８は、接合部３６の表面全域を覆っており、接合部３６への反射光Ｒの迷光の入射を確実に防止する。なお図４においては、説明の便宜上、遮光膜４８の厚さが誇張されている。また、遮光膜４８を形成することなしに、応力緩和部４０の材料部材に黒色の樹脂等を混ぜて応力緩和部４０を着色しても良い。
【００３２】
以上のように本実施形態によれば、応力緩和部４０を設けることにより、光ファイバスキャナ１０の耐久性をさらに向上させることができる。さらに、応力緩和部４０を遮光部材としても機能させることにより、被写体像の画質を良好に保つことが可能である。
【００３３】
また、本実施形態では、低融点ガラスで形成された接合部３６によりガラス製の光ファイバ１６を保持するため、光ファイバ１６と接合部３６の熱膨張係数の値を互いにほぼ一致する程度まで近づけることができる。このため、低融点ガラス以外の様々な無機材料を用いた場合に比べても、特に、光ファイバ１６の振動を良好なままで維持し続けることが可能である。
【００３４】
次に、第３の実施形態につき、上述の実施形態との相違点を中心に説明する。図５は、第３の実施形態の光ファイバスキャナ１０における光ファイバ１６の先端部を拡大して示す断面図である。
【００３５】
本実施形態においては、接合部３６が金スズ合金により形成されている。金スズ合金は、低融点ガラスに比べ、光の透過性が低い。また、低融点ガラスによる接合部３６が、特別な加工なしにはドーム状となるになるため集光レンズとして機能し得る（段落［００３０］、図３および４参照）のに対し、金スズ合金を用いた場合、接合部３６の形状は容易に調整できる。このため本実施形態では、迷光を集光させないように、接合部３６を円錐形に近い形状としている。
【００３６】
このように接合部３６が遮光性を有しているため、第２の実施形態とは異なり、応力緩和部４０を遮光部材として機能させることは不要であり、遮光膜４８（図４参照）も設けられていない。そして応力緩和部４０は、本来の機能である応力緩和のために、光ファイバ１６の境界領域４５（図４参照）の周辺のみに形成されている。
【００３７】
以上のように本実施形態によれば、金スズ合金等のガラス以外の材質で接合部３６を形成し、接合部３６に遮光性をもたせることにより、遮光部材を別途設けることが不要となり、光ファイバスキャナ１０の構造を簡素化できる。
【００３８】
接合部３６、応力緩和部４０の形状、材質等は、いずれの実施形態にも限定されない。例えば、接合部３６の形状を、ドーム状（図３、４等参照）あるいは円錐形（図５参照）以外の形状としても良い。また、遮光膜４８等の遮光部材を設けることなしに、接合部３６の表面にすり加工を施し、反射光Ｒ（図１参照）の迷光の入射を防止しても良い。さらに、光ファイバ１６の側面１６Ｃ（図２等参照）にも金属性の遮光膜を設け、反射光Ｒが光ファイバ１６を介して接合部３６に入射することを防止しても良い。
【００３９】
また、上述の実施形態を適宜組み合わせても良い。例えば、低融点ガラス、金スズ合金以外の材質の接合部３６を第２、３の実施形態において用いても良い。また、第３の実施形態において、第２の実施形態における遮光膜４８を設けても良く、遮光性の応力緩和部４０で接合部３６の表面全域を覆っても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】第１の実施形態における光ファイバスキャナ備えた内視鏡装置の概略的なブロック図である。
【図２】第１の実施形態の光ファイバスキャナにおける光ファイバの先端部を拡大して示す断面図である。
【図３】第２の実施形態の光ファイバスキャナにおける光ファイバの先端部を拡大して示す断面図である。
【図４】光ファイバにおいて応力が集中する領域を示す断面図である。
【図５】第３の実施形態の光ファイバスキャナにおける光ファイバの先端部を拡大して示す断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１０  光ファイバスキャナ
１６  光ファイバ
２４  アクチュエータ
３６  接合部
４０  応力緩和部（遮光部材）
４５  境界領域
４８  遮光膜（遮光部材）
５０  内視鏡装置
Ｌ  照明光
Ｒ  反射光
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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