(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体内に挿入される挿入部と、
前記挿入部内に挿通され光源からの光を出射する光ファイバと、
前記挿入部内で前記光ファイバを前記挿入部の先端方向に突出させた状態で保持する固定部材と、
前記挿入部内に配置され、前記光ファイバの先端を揺動させるアクチュエータと、
前記固定部材から突出した前記光ファイバが所定の長さ短くなった場合に、前記光の集光点の位置が前記挿入部の先端より後ろ側となる光学特性を有する照明光学系と、
を有することを特徴とする内視鏡装置。
【請求項２】
さらに、前記アクチュエータに固着され、前記光ファイバを前記挿入部の先端方向に突出させた状態で前記光ファイバの外周を把持するフェルールを有し、
前記照明光学系は、前記フェルールの先端から突出した前記光ファイバが所定の長さ短くなった場合に、前記光の集光点の位置が前記挿入部の先端より後ろ側となる光学特性を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
【請求項３】
前記照明光学系は、下記の条件式（１）、（２）を満たすことを特徴とする請求項２に記載の内視鏡装置。
ｆｂ＜０・・・（１）
０＜Ｌａｆ／ＦＬ＜１１．６７・・・（２）
但し、
ｆｂは前記照明光学系の後側焦点位置であり、
Ｌａｆは前記光ファイバが前記所定の長さより短くなった際に前記フェルールの先端から突出している距離であり、
ＦＬは前記照明光学系の合成焦点距離である。
【請求項４】
前記照明光学系は、平凸レンズと凸平レンズから構成されることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
【請求項５】
前記照明光学系は、前記レーザ光源側から平凸レンズ、凸平レンズの順に配置されることを特徴とする請求項４に記載の内視鏡装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内視鏡装置に関し、特に、レーザ光を走査させて画像信号を得る内視鏡装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知の如く、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の固体撮像素子を有した撮像装置により被検体像を光電変換して、モニタに取得画像を表示する電子内視鏡がある。近年、このような固体撮像素子の技術を用いず、被写体像を画像表示する装置として、走査型の内視鏡装置がある。この走査型の内視鏡装置は、光源からの光を導光する照明ファイバの先端を走査させ、被検体からの戻り光を照明ファイバの周囲に配置された光ファイババンドルで受光し、経時的に検出した光強度信号を用いて被写体像を画像化する。【０００３】
例えば、特開２０１１−１９７０６号公報には、レーザ光源からのレーザ光をシングルモードの光ファイバを介して挿入部の先端部に伝送し、被写体を照射する走査型医療用プローブを用いた医療用観察システムが開示されている。【０００４】
この特開２０１１−１９７０６号公報に開示されている医療用観察システムは、圧電素子等で形成されたアクチュエータの貫通孔に光ファイバを通して固定し、アクチュエータにＸＹ軸方向に設けられた複数の電極に駆動電圧を供給することで、光ファイバに所定の振動をさせて、レーザ光を走査させている。【０００５】
図９Ａは、従来のレーザ光の伝搬の様子を説明するための図である。【０００６】
図９Ａに示すように、従来の走査型の内視鏡装置は、アクチュエータ１００を駆動することにより、光ファイバ１０１を振動（両矢印１０２）させる。光ファイバ１０１から出射されるレーザ光は、先端光学系を構成するレンズ１０３及び１０４により、例えば集光点１０５で集光される。光ファイバ１０１の振動（両矢印１０２）の伴い、この集光点１０５も振動（両矢印１０６）することで、生体上にレーザ光を走査させることができる。【０００７】
しかしながら、アクチュエータ１００の駆動により光ファイバ１０１を振動させると、光ファイバ１０１内では応力が集中する箇所Ａが存在する。そのため、光ファイバ１０１を振動させると、この応力が集中する箇所Ａで光ファイバ１０１が折れることが考えられる。応力が集中する箇所Ａで光ファイバ１０１が折れた例を図９Ｂに示す。【０００８】
図９Ｂは、光ファイバが折れた場合の従来のレーザ光の伝搬の様子を説明するための図である。図９Ｂに示すように、アクチュエータ１００より先端の光ファイバ１０１が折れた場合、光ファイバ１０１の振幅（両矢印１０２ａ）が殆ど得られなくなる。その結果、集光点１０５の振動（両矢印１０６ａ）も殆ど得られなくなるため、生体上の１点にレーザ光が照射されてしまうことが考えられる。このとき、レーザ光量は光ファイバ１０１が走査されることを前提に決定されているため、光ファイバ１０１の走査が得られない状況では、規定以上のレーザ光量が照射されてしまうという問題がある。【０００９】
そこで、本発明は、光ファイバが折れた場合でも、レーザ光量の安全性を確保することができる内視鏡装置を提供することを目的とする。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様の内視鏡装置は、生体内に挿入される挿入部と、前記挿入部内に挿通され光源からの光を出射する光ファイバと、前記挿入部内で前記光ファイバを前記挿入部の先端方向に突出させた状態で保持する固定部材と、前記挿入部内に配置され、前記光ファイバの先端を揺動させるアクチュエータと、前記固定部材から突出した前記光ファイバが所定の長さ短くなった場合に、前記光の集光点の位置が前記挿入部の先端より後ろ側となる光学特性を有する照明光学系と、を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】一実施の形態に係る内視鏡装置の構成を示す図である。
【図２】挿入部１０の先端部１２の構成について説明するための断面図である。
【図３】挿入部１０の先端部１２の構成について説明するための斜視図である。
【図４】照明レンズ１３ａ及び１３ｂによって構成される先端光学系１３の各レンズデータを示す図である。
【図５】光ファイバ１４の折れの長さとレーザ光の集光点の位置との関係について説明するための図である。
【図６】光ファイバ１４の折れの長さが０ｍｍの場合のレーザ光の伝搬の様子を説明するための図である。
【図７】光ファイバ１４の折れの長さが１．７５ｍｍの場合のレーザ光の伝搬の様子を説明するための図である。
【図８】光ファイバ１４の折れの長さが２．６２５ｍｍの場合のレーザ光の伝搬の様子を説明するための図である。
【図９Ａ】従来のレーザ光の伝搬の様子を説明するための図である。
【図９Ｂ】光ファイバが折れた場合の従来のレーザ光の伝搬の様子を説明するための図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。【００１３】
まず、図１を用いて、一実施の形態の内視鏡装置の全体構成について説明する。【００１４】
図１は、一実施の形態に係る内視鏡装置の構成を示す図である。【００１５】
図１に示すように、内視鏡装置１は、レーザ光（照明光）を走査させながら被検体に照射し、被検体からの戻り光を得る走査型の内視鏡２と、この内視鏡２に接続される本体装置３と、本体装置３で得られる被検体像を表示するモニタ４とを有して構成されている。【００１６】
内視鏡２は、所定の可撓性を備えたチューブ体を主体として構成され、生体内に挿通される細長な挿入部１０を有する。挿入部１０の基端側は、コネクタ１１が設けられており、内視鏡２は、このコネクタ１１を介して、本体装置３と着脱自在に構成されている。また、挿入部１０の先端側には、先端部１２が設けられている。【００１７】
先端部１２の先端面１２ａには、照明レンズ１３ａ及び１３ｂにより構成される先端光学系１３が設けられている。また、挿入部１０の内部には、基端側から先端側へ挿通され、後述する光源ユニット２４からの光を導光し、生体にレーザ光を照射する光学素子としての光ファイバ１４と、光ファイバ１４の先端側に設けられ、後述するドライバユニット２５からの駆動信号に基づき、光ファイバ１４の先端を所望の方向に走査させるアクチュエータ１５とが設けられている。このような構成により、光ファイバ１４によって導光された光源ユニット２４からのレーザ光が被写体に照射される。【００１８】
また、挿入部１０の内部には、挿入部１０の内周に沿って基端側から先端側へ挿通され、被検体からの戻り光を受光する受光部としての検出ファイバ１６が設けられている。検出ファイバ１６の先端面は、先端部１２の先端面１２ａの先端光学系１３の周囲に配置される。この検出ファイバ１６は、少なくとも２本以上のファイババンドルであってもよい。内視鏡２が本体装置３に接続された際に、検出ファイバ１６は後述する分波器３６に接続される。【００１９】
また、挿入部１０の内部には、内視鏡２に関する各種情報を記憶したメモリ１７が設けられている。メモリ１７は、内視鏡２が本体装置３に接続された際に、図示しない信号線を介して、後述するコントローラ２３に接続され、内視鏡２に関する各種情報がコントローラ２３によって読み出される。【００２０】
光ファイバ１４には、コネクタ１１から先端部１２のアクチュエータ１５にかけて、例えば線状の金属で構成された複数の導線１８が蒸着されている。複数の導線１８の先端にはアクチュエータ１５が設けられている。そして、これらの複数の導線１８は、コネクタ１１が本体装置３に装着された際に、本体装置３のアンプ３５に接続される。これらの複数の導線１８は、アクチュエータ１５を駆動するための駆動信号を導電する導電部を構成する。【００２１】
本体装置３は、電源２１と、メモリ２２と、コントローラ２３と、光源ユニット２４と、ドライバユニット２５と、検出ユニット２６とを有して構成されている。【００２２】
光源ユニット２４は、レーザ光源３１を有して構成されている。また、ドライバユニット２５は、信号発生器３３と、デジタルアナログ（以下、Ｄ／Ａという）変換器３４ａ及び３４ｂと、アンプ３５とを有して構成されている。【００２３】
検出ユニット２６は、分波器３６と、検出器３７ａ〜３７ｃと、アナログデジタル（以下、Ａ／Ｄという）変換器３８ａ〜３８ｃとを有して構成されている。【００２４】
電源２１は、図示しない電源スイッチ等の操作に応じて、コントローラ２３への電源の供給を制御する。メモリ２２には、本体装置３全体の制御を行うための制御プログラム等が記憶されている。【００２５】
コントローラ２３は、電源２１から電源が供給されると、メモリ２２から制御プログラムを読み出し、光源ユニット２４、ドライバユニット２５の制御を行うとともに、検出ユニット２６で検出された被写体からの戻り光の光強度の解析を行い、得られた被写体像をモニタ４に表示させる制御を行う。【００２６】
光源ユニット２４のレーザ光源３１は、コントローラ２３の制御に基づき、所定の波長帯域のレーザ光（照明光）を光ファイバ１４に出射する。この光ファイバ１４は、レーザ光源３１からのレーザ光（照明光）を対象物に出射する。【００２７】
ドライバユニット２５の信号発生器３３は、コントローラ２３の制御に基づき、光ファイバ１４の先端を所望の方向、例えば、螺旋状に走査（スキャン駆動）させるための駆動信号を出力する。具体的には、信号発生器３３は、光ファイバ１４の先端を挿入部１０の挿入軸に対して左右方向（Ｘ軸方向）に駆動させる駆動信号をＤ／Ａ変換器３４ａに出力し、挿入部１０の挿入軸に対して上下方向（Ｙ軸方向）に駆動させる駆動信号をＤ／Ａ変換器３４ｂに出力する。【００２８】
Ｄ／Ａ変換器３４ａ及び３４ｂは、それぞれ入力された駆動信号をデジタル信号からアナログ信号に変換し、アンプ３５に出力する。アンプ３５は、入力された駆動信号を増幅してアクチュエータ１５に出力する。アンプ３５から出力された駆動信号は、光ファイバ１４に蒸着されている複数の導線１８を介してアクチュエータ１５に供給される。【００２９】
駆動部としてのアクチュエータ１５は、アンプ３５からの駆動信号に基づいて、光ファイバ１４の先端（自由端）を揺動させ、螺旋状に走査させる。これにより、光源ユニット２４のレーザ光源３１から光ファイバ１４に出射された光は、被検体に対して螺旋状に順次照射される。【００３０】
検出ファイバ１６は、被検体の表面領域で反射された戻り光を受光し、受光した戻り光を分波器３６に導光する。【００３１】
分波器３６は、例えば、ダイクロイックミラー等であり、所定の波長帯域で戻り光を分波する。具体的には、分波器３６は、検出ファイバ１６により導光された戻り光を、Ｒ，Ｇ，Ｂの波長帯域の戻り光に分波し、それぞれ検出器３７ａ、３７ｂ及び３７ｃに出力する。【００３２】
検出器３７ａ、３７ｂ及び３７ｃは、それぞれＲ，Ｇ，Ｂの波長帯域の戻り光の光強度を検出する。検出器３７ａ、３７ｂ及び３７ｃで検出された光強度の信号は、それぞれＡ／Ｄ変換器３８、３８ｂ及び３８ｃに出力される。【００３３】
Ａ／Ｄ変換器３８ａ〜３８ｃは、それぞれ検出器３７ａ〜３７ｃから出力された光強度の信号をアナログ信号からデジタル信号に変換し、コントローラ２３に出力する。【００３４】
コントローラ２３は、Ａ／Ｄ変換器３８ａ〜３８ｃからのデジタル信号に所定の画像処理を施して被写体像を生成し、モニタ４に表示する。【００３５】
ここで、図２及び図３を用いて、挿入部１０の先端部１２の詳細な構成について説明する。【００３６】
図２は、挿入部１０の先端部１２の構成について説明するための断面図であり、図３は、挿入部１０の先端部１２の構成について説明するための斜視図である。【００３７】
図２及び図３に示すように、挿入部１０の先端部１２には、光ファイバ１４と、アクチュエータ１５との間に接合部材としてのフェルール４１が配置されている。フェルール４１は、光通信の分野で用いられる部材であり、材質はジルコニア（セラミック）、ニッケル等が用いられ、光ファイバ１４の外径（例えば、１２５μｍ）に対して高精度（例えば、±１μｍ）での中心孔加工が容易に実現できる。そして、フェルール４１の略中心には、光ファイバ１４の径に基づいた貫通孔が設けられ、中心孔加工が施され、光ファイバ１４が接着剤等により固定される。【００３８】
フェルール４１は、四角柱の形状であり、アクチュエータ１５は、四角柱のフェルール４１の各側面にそれぞれに配置される。また、アクチュエータ１５、フェルール４１及び光ファイバ１４は、先端部１２において、固定部材４２により、先端部１２の略中央に固定されている。このように、フェルール４１は、アクチュエータ１５が固着されるとともに、光ファイバ１４の外周を把持する。【００３９】
複数の導線１８は、それぞれフェルール４１の各側面に配置されたアクチュエータ１５に接続されている。これにより、ドライバユニット２５からの駆動信号が導線１８を介してアクチュエータ１５に供給されることになる。アクチュエータ１５は、例えば、圧電素子（ピエゾ素子）であり、ドライバユニット２５からの駆動信号に応じて伸縮する。これにより、光ファイバ１４の先端を螺旋状に走査させることができる。そして、光ファイバ１４から出射されるレーザ光は、先端光学系１３で集光され、被写体に照射される。【００４０】
この先端光学系１３（照明光学系）は、光ファイバ１４と対向配置され、平凸レンズの照明レンズ１３ａと、凸平レンズの照明レンズ１３ｂとから構成される。また、先端光学系１３は、レーザ光源３１側から平凸レンズの照明レンズ１３ａ、凸平レンズの照明レンズ１３ｂの順に配置されている。【００４１】
先端光学系１３は、後述する図５〜図８を用いて詳述するが、フェルール４１の先端から所定の長さ突出した光ファイバ１４が、折れ等により所定の長さより短くなった際に、レーザ光の集光点が先端光学系１３内となる光学特性を有している。なお、先端光学系１３は、２枚の照明レンズ１３ａ及び１３ｂで構成されているが、例えば、３枚以上の照明レンズで構成されていてもよい。【００４２】
照明レンズ１３ａ及び１３ｂによって構成される先端光学系１３の各レンズデータを図４に示す。図４は、照明レンズ１３ａ及び１３ｂによって構成される先端光学系１３の各レンズデータを示す図である。【００４３】
なお、図４において用いられる符号は、
ｒ：曲率半径（ｍｍ）
ｄ：面間隔（ｍｍ）
ｎｄ：屈折率
νｄ：アッベ数
である。【００４４】
次に、光ファイバ１４の折れの長さとレーザ光の集光点の位置との関係について図５〜図８を用いて説明する。【００４５】
図５は、光ファイバ１４の折れの長さとレーザ光の集光点の位置との関係について説明するための図であり、図６は、光ファイバ１４の折れの長さが０ｍｍの場合のレーザ光の伝搬の様子を説明するための図であり、図７は、光ファイバ１４の折れの長さが１．７５ｍｍの場合のレーザ光の伝搬の様子を説明するための図であり、図８は、光ファイバ１４の折れの長さが２．６２５ｍｍの場合のレーザ光の伝搬の様子を説明するための図である。なお、図６〜図８において、同様の構成については同一の符号を付して説明する。【００４６】
図５は、光ファイバ１４の折れの長さＬ’（図７及び図８参照）とレーザ光の集光点の位置４３（図６〜図８参照）との関係を示している。集光点の位置４３は、図６の先端側の照明レンズ１３ｂの先端部１３ｃを基準とし、先端部１３ｃの前側（生体側であって、図６に向かって右側）を正とし、先端部１３ｃの後側（光ファイバ１４側であって、図６に向かって左側）を負としている。すなわち、光ファイバ１４の折れの長さＬ’が０ｍｍの場合、集光点の位置４３は照明レンズ１３ｂの先端部１３ｃより前側となり、光ファイバ１４の折れの長さＬ’が１．７５ｍｍより長い場合、集光点の位置４３は照明レンズ１３ｂの先端部１３ｃより後側となる。【００４７】
図６に示すように、光ファイバ１４は、フェルール４１から先端光学系１３の方向に所定の長さ突出しており、この突出している光ファイバ１４の長さをＬとする。本実施の形態では、フェルール４１から先端光学系１３の方向に突出している光ファイバ１４の長さＬを３．５ｍｍとする。【００４８】
また、図６において、光ファイバ１４の応力が集中する箇所をＡ、先端光学系１３の前側焦点位置をｆｆ、後側焦点位置をｆｂ、合成焦点位置をＦＬで示す。本実施の形態では、先端光学系１３の合成焦点位置ＦＬを０．１５ｍｍとする。図６に示すように、光ファイバ１４の折れの長さＬ’が０ｍｍ（光ファイバ１４の折れがない）の場合、光ファイバ１４から出射されたレーザ光は、照明レンズ１３ｂの先端部１３ｃの前側の集光点の位置４３で集光される。【００４９】
一方、光ファイバ１４の折れの長さＬ’が１．７５ｍｍの場合、集光点の位置４３は照明レンズ１３ｂの先端部１３ｃより後側となり、レーザ光は先端光学系１３内で集光される。この場合、先端光学系１３からは、発散光が出射されるため、生体に照射されるレーザ光を規定値以下にすることができる。【００５０】
ここで、光ファイバ１４が折れて残った際に、フェルール４１の先端から突出した光ファイバ１４の長さ（すなわち、折れて残った光ファイバ１４の長さ）をＬａｆとすると、先端光学系１３は、以下の式１及び式２を満たすことで、レーザ光を先端光学系１３内で集光させることができる
ｆｂ＜０・・・（式１）
０＜Ｌａｆ／ＬＦ＜１１．６７・・・（式２）
なお、上記式１は、先端光学系１３の後側焦点位置ｆｂが照明レンズ１３ｂの先端部１３ｃより後側、すなわち、負であることを示している。【００５１】
同様に、光ファイバ１４の折れの長さＬ’が２．６２５ｍｍ（残った光ファイバ１４の長さＬａｆが０．８７５ｍｍ）の場合、上記式１及び式２の条件を満たし、図８に示すように、レーザ光は先端光学系１３内で集光される。このため、先端光学系１３から発散光が出射され、生体に照射されるレーザ光を規定値以下にすることができる。【００５２】
なお、本実施の形態では、光ファイバ１４の折れの長さＬ’が１．７５ｍｍ以上の場合に、レーザ光の集光点の位置４３が先端光学系１３内となる先端光学系１３について説明したが、これに限定されるものではない。一般的に、光ファイバ１４は、フェルール４１に近い、応力が集中する箇所Ａの近辺で折れ易いため、本実施の形態では一例として、折れの長さＬ’が１．７５ｍｍ以上の場合について説明したものである。例えば、光ファイバ１４の折れの長さＬ’が１．０ｍｍあるいは０．５ｍｍ以上の場合に集光点の位置４３が先端光学系１３内となる先端光学系を用いてもよい。【００５３】
以上のように、内視鏡装置１は、フェルール４１の先端から突出した光ファイバ１４が折れた場合、レーザ光の集光点の位置４３が先端光学系１３内に入る先端光学系１３を用いるようにした。この結果、フェルール４１の先端から突出した光ファイバ１４が折れた場合に、先端光学系１３から発散光が生体に照射されるようになり、規定以上のレーザ光量が照射されることがなくなる。【００５４】
よって、本実施の形態の内視鏡装置によれば、光ファイバが折れた場合でも、レーザ光量の安全性を確保することができる。【００５５】
本発明は、上述した実施の形態及び変形例に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。【００５６】
本出願は、２０１２年１０月１１日に日本国に出願された特願２０１２−２２６２２７号公報を優先権主張の基礎として出願するものであり、上記の開示内容は、本願明細書、請求の範囲、図面に引用されたものとする。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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