(57)【要約】本発明の光走査型内視鏡装置（１００）は、第１の光ファイバ（９）の先端を振動させるアクチュエータ（１０）と、駆動電圧をアクチュエータ（１０）に供給するアクチュエータ駆動部（１１）と、信号光を電気信号に変換する光検出器（１６）とを備え、筐体（３１）内において、アクチュエータ駆動部（１１）が、アクチュエータ（１０）と電気的に接続された患者回路（Ｃ１）内に配置され、光検出器（１６）が、患者回路（Ｃ１）とは電気的に絶縁された２次回路（Ｃ２）内に配置されている。
2017068647.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体に光を照射するための第１の光ファイバの先端を該第１の光ファイバの長手軸に交差する方向に振動させるアクチュエータと、
該アクチュエータを駆動するための駆動電圧を生成し、該駆動電圧を前記アクチュエータに供給するアクチュエータ駆動部と、
前記光の照射によって前記被写体において発生し第２の光ファイバによって受光された信号光を電気信号に変換する光検出器とを備え、
前記アクチュエータが、体内に挿入される挿入部内に設けられ、
前記アクチュエータ駆動部および前記光検出器が、前記挿入部の基端に接続された筐体内に設けられ、
該筐体内において、前記アクチュエータ駆動部が、前記アクチュエータと電気的に接続された患者回路内に配置され、前記光検出器が、前記患者回路とは電気的に絶縁された２次回路内に配置されている光走査型内視鏡装置。
【請求項２】
前記２次回路に配置され、前記駆動電圧よりも低い電圧を有する波形電圧を発生する電圧発生部と、
前記２次回路と前記患者回路との間に設けられ、前記電圧発生部によって発生された前記波形電圧を前記患者回路内の前記アクチュエータ駆動部に伝送する絶縁トランスとを備え、
前記アクチュエータ駆動部が、前記絶縁トランスによって伝送された前記波形電圧を増幅して前記駆動電圧を生成する増幅器を有する請求項１に記載の光走査型内視鏡装置。
【請求項３】
前記波形電圧の大きさが、前記２次回路の電源電圧以下である請求項２に記載の光走査型内視鏡装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光走査型内視鏡装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、挿入部の先端から射出されるレーザ光を被写体上でスパイラル走査する光走査型内視鏡装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。挿入部内には、先端からレーザ光を射出する光ファイバと、該光ファイバの先端をスパイラル振動させるアクチュエータとが設けられ、該アクチュエータには、挿入部の基端に接続された筐体内の駆動回路から駆動電圧が供給される。また、筐体内には、レーザ光の照射によって被写体から発生した信号光を光電変換するためのフォトセンサが設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−４９２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
アクチュエータによって光ファイバを振動させるためには、大きな駆動電圧が必要とされる。したがって、フォトセンサによって生成される電気信号に比べて、駆動回路が発生する駆動電圧が非常に大きくなる。例えば、フォトセンサによって生成される電気信号は数ミリボルト規模であり、駆動電圧は数十ボルト規模である。特許文献１においては、駆動回路とフォトセンサとが筐体内に共存しているため、大きな駆動電圧がフォトセンサへ回り込み、フォトセンサによって生成された微弱な電気信号に影響を与える可能性がある。【０００５】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、光検出器への高電圧の回り込みを防止し、光検出器によって生成される微弱な電気信号を安定して処理することができる光走査型内視鏡装置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】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、被写体に光を照射するための第１の光ファイバの先端を該第１の光ファイバの長手軸に交差する方向に振動させるアクチュエータと、該アクチュエータを駆動するための駆動電圧を生成し、該駆動電圧を前記アクチュエータに供給するアクチュエータ駆動部と、前記光の照射によって前記被写体において発生し第２の光ファイバによって受光された信号光を電気信号に変換する光検出器とを備え、前記アクチュエータが、体内に挿入される挿入部内に設けられ、前記アクチュエータ駆動部および前記光検出器が、前記挿入部の基端に接続された筐体内に設けられ、該筐体内において、前記アクチュエータ駆動部が、前記アクチュエータと電気的に接続された患者回路内に配置され、前記光検出器が、前記患者回路とは電気的に絶縁された２次回路内に配置されている光走査型内視鏡装置を提供する。【０００７】
本発明によれば、アクチュエータがアクチュエータ駆動部によって駆動されることによって第１の光ファイバの先端が振動すると、該第１の光ファイバの先端から被写体へ照射される光が被写体上で走査される。光の照射によって被写体において生じた信号光は、受光部によって受光され、検出器によって電気信号に変換される。したがって、得られた電気信号の大きさを光の照射位置と対応付けることによって、被写体の画像データを形成することができる。【０００８】
この場合に、アクチュエータ駆動部は、光検出器を含む２次回路とは電気的に分離された患者回路内に配置されている。これにより、高電圧の駆動電圧が光検出器に回り込むことを防止し、光検出器によって生成される微弱な電気信号を２次回路内において安定して処理することができる。【０００９】
上記発明においては、前記２次回路に配置され、前記駆動電圧よりも低い電圧を有する波形電圧を発生する電圧発生部と、前記２次回路と前記患者回路との間に設けられ、前記電圧発生部によって発生された前記波形電圧を前記患者回路内の前記アクチュエータ駆動部に伝送する絶縁トランスとを備え、前記アクチュエータ駆動部が、前記絶縁トランスによって伝送された前記波形電圧を増幅して前記駆動電圧を生成する増幅器を有していてもよい。この場合に、前記波形電圧の大きさが、前記２次回路の電源電圧以下であることが好ましい。
このようにすることで、２次回路内で生成される電圧を低く抑え、光検出器の微弱な電気信号に与える影響をさらに確実に防止することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、光検出器への高電圧の回り込みを防止し、光検出器によって生成される微弱な電気信号を安定して処理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】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係る光走査型内視鏡装置の全体構成図である。
【図２】図１のアクチュエータドライバの詳細な構成を示す図である。
【図３】図１のアクチュエータドライバの変形例の詳細な構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明の一実施形態に係る光走査型内視鏡装置１００について図面を参照して説明する。
本実施形態に係る光走査型内視鏡装置１００は、図１に示されるように、体内に挿入可能な細長い挿入部２０と、該挿入部２０の基端に接続された制御装置本体３０と、該制御装置本体３０に接続されたディスプレイ４０とを備えている。
【００１３】
また、光走査型内視鏡装置１００は、レーザ光を出力する光源部１と、レーザ光を被写体Ａ上で走査する光走査部２と、被写体Ａからのレーザ光の反射光（信号光）を検出する光検出部３と、反射光の強度およびレーザ光の照射位置に基づいて被写体Ａの画像データを形成する画像処理部４と、光源部１、光走査部２、光検出部３および画像処理部４を制御する制御部５と、光走査部２と制御部５との間に設けられたフォトカプラ６とを備えている。
【００１４】
光源部１は、制御装置本体３０の筐体３１内に配置されている。光源部１は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のレーザ光をそれぞれ発生する３個のレーザ光源７Ｒ，７Ｇ，７Ｂと、該３個のレーザ光源７Ｒ，７Ｇ，７Ｂから出力されたＲ、Ｇ、Ｂのレーザ光を同軸に合成する光合波器８とを備えている。
３個のレーザ光源７Ｒ，７Ｇ，７Ｂは、パルス状のレーザ光を順番に繰り返し出力するように、制御部５によって制御される。これにより、光合波器８からはＲ、Ｇ、Ｂのレーザ光が順番に出力され、被写体ＡにおいてはＲ、Ｇ、Ｂの反射光が順番に発生する。
【００１５】
光走査部２は、挿入部２０内に設けられた照明用の光ファイバ（第１の光ファイバ）９およびアクチュエータ１０と、筐体３１内に設けられたアクチュエータドライバ１１とを備えている。
光ファイバ９は、挿入部２０内に長手方向に沿って配置され、光ファイバ９の基端は、光合波器８に接続されている。光合波器８から光ファイバ９の基端に入射されたレーザ光は、光ファイバ９の内部を基端から先端まで導光し、光ファイバ９の先端から挿入部２０の先端前方へ向かって射出されるようになっている。
【００１６】
アクチュエータ１０は、例えば、圧電素子を備える圧電アクチュエータであり、光ファイバ９の先端部に取り付けられている。アクチュエータ１０は、アクチュエータドライバ１１から駆動電圧（後述）が印加されることによって、ファイバ９の先端を該光ファイバ９の長手方向に交差する略平面内においてスパイラル状の軌跡に沿ってスパイラル振動させるようになっている。これにより、光ファイバ９の先端から射出されるレーザ光がスパイラル状の走査軌跡に沿ってスパイラル走査される。
【００１７】
アクチュエータドライバ１１は、図２に示されるように、制御部５からフォトカプラ６を介して受信したデジタル信号をアナログ変換して波形電圧を生成するデジタルアナログ変換器（ＤＡＣ）１２と、該ＤＡＣ１２によって生成された波形電圧を増幅して駆動電圧を生成する高電圧増幅器（増幅器）１３と、該高電圧増幅器１３に電源電圧を供給する高電圧電源１４とを備えている。
【００１８】
ＤＡＣ１２には、制御部５によって生成された正弦波のデジタル信号が入力される。正弦波のデジタル信号が、ＤＡＣ１２によってアナログ変換され、続いて高電圧増幅器１３によって増幅されることによって、交番電圧が駆動電圧として生成される。高電圧増幅器１３によって生成された駆動電圧は、アクチュエータ１０に供給される。
【００１９】
ここで、光ファイバ９を振動させるために必要な駆動電圧の大きさは、数十ボルト規模である。高電圧増幅器１３は、駆動電圧を生成するために駆動電圧の大きさに相当する大きさの電源電圧を必要とする。高電圧電源１４は、このような高電圧の電源電圧を発生して高電圧増幅器１３に供給する。
【００２０】
光検出部３は、挿入部２０内に設けられた受光用の光ファイバ（第２の光ファイバ）１５と、筐体３１内に設けられた光検出器１６およびアナログデジタル変換器（ＡＤＣ）１７とを備えている。
【００２１】
光ファイバ１５は、挿入部２０内に長手方向に沿って配置されている。光ファイバ１５の先端は挿入部２０の先端面に配置され、光ファイバ１５の基端は光検出器１６に接続されている。被写体Ａから光ファイバ１５の先端に入射した反射光は、該光ファイバ１５の内部を先端から基端まで導光し、光検出器１６に入射する。図１には、光ファイバ１５が１本のみ図示されているが、複数本の光ファイバ１５が設けられていてもよい。
【００２２】
光検出器１６は、光ファイバ１５から光検出器１６に入射した反射光を光電変換することによって反射光の入射光量に応じた量の電荷を生成し、生成された電荷量に応じた大きさの電気信号をＡＤＣ１７へ出力する。
ＡＤＣ１７は、光検出器１６からの電気信号をサンプリングしてＡＤ変換することによって、電気信号の大きさに相当するデジタル値を得る。得られたデジタル値は、画像処理部４に送信される。
【００２３】
ここで、Ｒ、Ｇ、Ｂの反射光が順番に光ファイバ１５によって受光されるので、光検出器１６は、Ｒ信号、Ｇ信号およびＢ信号を順番に生成して出力する。Ｒ信号、Ｇ信号、Ｂ信号はそれぞれ、Ｒ、Ｇ、Ｂの反射光に基づく電気信号である。したがって、ＡＤＣ１７により、Ｒ信号値、Ｇ信号値およびＢ信号値が順番にデジタル値として得られる。
【００２４】
なお、レーザ光源７Ｒ，７Ｇ，７ＢがＲ、Ｇ、Ｂの連続するレーザ光を出力し、光合波器８がＲ、Ｇ、Ｂのレーザ光を合波して白色のレーザ光を出力するように構成されていてもよい。この場合には、光ファイバ１５によって受光された白色の反射光をＲ、Ｇ、Ｂの波長成分に分解する色分解素子（図示略）と、該色分解素子によって分解されたＲ、Ｇ、Ｂの波長成分をそれぞれ検出する３個の検出器とが設けられる。
【００２５】
画像処理部４は、ＡＤＣ１７から受信した時間軸方向に並ぶ１組のＲ、Ｇ、Ｂの信号値を１つの画素の画素値とし、該画素値を制御部５から受信したレーザ光の照射位置（後述）とを対応付けることによって、画像データを形成する。形成された画像データは、画像処理部４からディスプレイ４０に送信され、該ディスプレイ４０に表示される。画像処理部４は、画像データに任意の画像処理（例えば、補間処理、強調処理、γ処理、等）を施した後に画像データをディスプレイ４０に送信してもよい。
【００２６】
制御部５は、レーザ光源７Ｒ，７Ｇ，７Ｂが一定の時間間隔をあけて順番にレーザ光を出力するように、レーザ光源７Ｒ，７Ｇ，７Ｂを制御する。また、制御部５は、ＡＤＣ１７がレーザ光源７Ｒ，７Ｇ，７Ｂからのレーザ光の出力と同期して電気信号をサンプリングするように、ＡＤＣ１７を制御する。また、制御部５は、レーザ光の照射位置を制御信号から演算し、算出された照射位置の情報を画像処理部４に送信する。
【００２７】
また、制御部５は、正弦波のデジタル信号を発生し、発生されたデジタル信号をフォトカプラ６に送信する。
フォトカプラ６は、制御部５とＤＡＣ１２との間に設けられ、制御部５とＤＡＣ１２とを電気的に絶縁しつつ、制御部５から入力されたデジタル信号をＤＡＣ１２へ伝送する。具体的には、フォトカプラ６は、発光ダイオードのような発光素子（図示略）と、フォトトランジスタのような受光素子（図示略）とを有する。発光素子は、制御部５と電気的に接続され、制御部５から入力されたデジタル信号を光信号に変換する。受光素子は、ＤＡＣ１２と電気的に接続され、発光素子から受光した光信号を光電変換してデジタル信号を復元し、生成されたデジタル信号をＤＡＣ１２に入力する。
【００２８】
このようなフォトカプラ６によって、筐体３１内の電気回路を構成する患者回路Ｃ１と２次回路Ｃ２は、電気的に分離される。
患者回路Ｃ１は、挿入部２０に設けられた電気部品と電気的に接続された筐体３１内の電気回路である。挿入部２０に設けられた電気部品は、アクチュエータ１０を少なくとも含み、その他の電気部品をさらに含んでいてもよい。その他の電気部品とは、例えば、挿入部２０の識別情報や挿入部２０を用いて画像データを取得するために必要なパラメータ等が記録されたメモリ、および、該メモリに電源を供給する電源回路である。ＤＡＣ１２、高電圧増幅器１３および高電圧電源１４は、患者回路Ｃ１内に配置され、共通の第１のグランドに接続されている。
【００２９】
２次回路Ｃ２は、筐体３１内の患者回路Ｃ１以外の電気回路である。光検出器１６、ＡＤＣ１７、画像処理部４および制御部５は、２次回路Ｃ２内に配置され、第１のグランドとは別の共通の第２のグランドに接続されている。
【００３０】
なお、画像処理部４および制御部５の上述の機能は、例えば、汎用または専用のコンピュータによって実現される。コンピュータは、中央演算処理装置（ＣＰＵ）と、ＲＡＭのような主記憶装置と、ハードディスクや各種メモリのような補助記憶装置とを備え、該補助記憶装置に、上述した画像処理部４および制御部５の処理をＣＰＵに実行させるためのプログラムが記憶されている。このプログラムが補助記憶装置から主記憶装置にロードされて実行されることによって、ＣＰＵが画像処理部４および制御部５の処理を実現するようになっている。
【００３１】
次に、このように構成された光走査型内視鏡装置１００の作用について説明する。
制御部５が、駆動電圧用のデジタル信号の発生を開始し、また、レーザ光源７Ｒ，７Ｇ，７Ｂからからのレーザ光の出力を開始させると、Ｒ、Ｇ、Ｂのレーザ光が、スパイラル振動する光ファイバ９の先端から順番に射出される。これにより、挿入部２０の先端面に対向する被写体Ａの表面において、スパイラル状の走査軌跡に沿ってＲ、Ｇ、Ｂのレーザ光が順番に照射される。
【００３２】
被写体Ａの表面において反射されたレーザ光の反射光は、光ファイバ１５によって受光され、光検出器１６によって光電変換され、さらにＡＤＣ１７によってデジタル変換される。これにより、Ｒ、Ｇ、Ｂの反射光の強度を示すＲ、Ｇ、Ｂの信号値が順番に得られる。得られたＲ、Ｇ、Ｂの信号値は、画像処理部４においてレーザ光の照射位置と対応付けられることによって、被写体Ａの画像データが生成される。生成された画像データは、ディスプレイ４０に表示される。
【００３３】
この場合に、アクチュエータ１０の駆動には、上述したように、数十ボルト規模の高電圧の駆動電圧が必要となる。一方、光検出器１６から出力される電気信号は、ミリボルト規模である。本実施形態によれば、光検出器１６を含む２次回路Ｃ２は、アクチュエータドライバ１１を含む患者回路Ｃ１とは電気的に分離され、患者回路Ｃ１とはグランドが分離されている。したがって、アクチュエータドライバ１１から出力された高電圧の駆動電圧が、２次回路Ｃ２に回り込むことが防止され、光検出器１６およびＡＤＣ１７において電気信号が駆動電圧の影響を受けることが防止される。これにより、光検出器１６によって生成された微弱な電気信号を安定的に処理することができるという利点がある。なお、２次回路Ｃ２においては、光検出器１６によって生成される電気信号の他にもアナログ信号が使用されるが、これらのアナログ信号は低電圧であるため、電気信号にはほとんど影響を及ぼさない。
【００３４】
本実施形態においては、フォトカプラ６によって患者回路Ｃ１と２次回路Ｃ２とを電気的に分離することとしたが、図３に示されるように、フォトカプラ６に代えて絶縁トランス１８を用いてもよい。このようにしても、フォトカプラ６を用いたときと同じ効果を得ることができる。
【００３５】
この場合、ＤＡＣ（電圧発生部）１２は２次回路Ｃ２に配置され、絶縁トランス１８の１次巻線にＤＡＣ１２が電気的に接続され、絶縁トランス１８の２次巻線に高電圧増幅器１３が電気的に接続される。絶縁トランス１８の巻線比は１：１であり、絶縁トランス１８は、ＤＡＣ１２によって生成された波形電圧を、電圧値を維持したまま高電圧増幅器１３に伝送する。ここで、波形電圧の大きさは、光検出器１６によって生成される電気信号に影響を及ぼさないように、２次回路Ｃ２の電源電圧以下であることが好ましい。
【００３６】
フォトカプラ６を用いた場合には、ＤＡＣ１２の分解能がフォトカプラ６の動作速度によって制限されてしまう。これに対し、絶縁トランス１８を用いた場合には、高速クロックによってＤＡＣ１２にＤＡ変換を高速で実行させることによって、デジタル信号を波形電圧に変換する際の波形精度を向上することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１  光源部
２  光走査部
３  光検出部
４  画像処理部
５  制御部（電圧発生部）
６  フォトカプラ
７Ｒ，７Ｇ，７Ｂ  レーザ光源
８  光合波器
９  光ファイバ（第１の光ファイバ）
１０  アクチュエータ
１１  アクチュエータドライバ（アクチュエータ駆動部）
１２  デジタルアナログ変換器
１３  高電圧増幅器（増幅器）
１４  高電圧電源
１５  光ファイバ（第２の光ファイバ）
１６  光検出器
１７  アナログデジタル変換器
１８  絶縁トランス
２０  挿入部
３０  制御装置本体
３１  筐体
４０  ディスプレイ
１００  光走査型内視鏡装置
Ｃ１  患者回路
Ｃ２  ２次回路
【図１】
2017068647.tif 000003
【図２】
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【図３】
2017068647.tif 000005
【国際調査報告】
2017068647.tif 000006
2017068647.tif 000007
2017068647.tif 000008
2017068647.tif 000009