(57)【要約】  走査ビームイメージャおよび内視鏡が開示される。一実施形態において、走査ビームイメージャは、第１のビームを提供するように動作可能な第１の光源と、第２のビームを提供するように動作可能な第２の光源とを含む。走査ビームイメージャは、第１のビームおよび第２のビームを受光するように位置決めされるスキャナを含む。スキャナは、第１のビームウェスト距離を有する第１の走査ビームとしてＦＯＶにわたって第１のビームを走査し、第１のビームウェスト距離に等しくない第２のビームウェスト距離を有する第２の走査ビームとしてＦＯＶにわたって第２のビームを走査するように動作可能である。検出器は、ＦＯＶから反射光を集光するように構成される。他の実施形態において、走査ビームイメージャは、異なるＦＯＶにわたって第１のビームおよび第２のビームを走査するように構成される。このような走査ビームイメージャはまた、内視鏡先端およびバーコードスキャナに組み込まれてもよい。【選択図】図１０
2009528091.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
走査ビーム内視鏡に用いるための走査ビームイメージャであって、
第１のビームを提供するように動作可能な第１の光源と、
第２のビームを提供するように動作可能な２の光源と、
前記第１のビームおよび前記第２のビームを受光するように位置決めされるスキャナであって、第１のビームウェスト距離を有する第１の走査ビームとして視野（ＦＯＶ）にわたって前記第１のビームを走査し、前記第１のビームウェスト距離に等しくない第２のビームウェスト距離を有する第２の走査ビームとして前記ＦＯＶにわたって前記第２のビームを走査するように動作可能であるスキャナと、
前記ＦＯＶからの反射光を検出するように構成される検出器と、
を備える、走査ビームイメージャ。
【請求項２】
前記第１の光源は、第１のビーム形状を有する前記第１のビームを発するように動作可能であり、
前記第２の光源は、前記第１のビーム形状とは異なる第２のビーム形状を有する前記第２のビームを発するように動作可能である、請求項１に記載の走査ビームイメージャ。
【請求項３】
前記第１のビーム形状は、第１の収束角または発散角を備え、前記第２のビーム形状は、第２の収束角または発散角を備える、請求項２に記載の走査ビームイメージャ。
【請求項４】
前記第１の光源および前記第２の光源は、前記第１のビームおよび前記第２のビームを前記スキャナの上に直接指向するために位置決めされる、請求項１に記載の走査ビームイメージャ。
【請求項５】
前記第１のビームを受光するように位置決めされ、前記第１のビームを第１のビーム形状に整形するように構成される第１のビーム整形光学素子と、
前記第２のビームを受光するように位置決めされ、前記第２のビームを第１のビーム形状とは異なる第２のビーム形状に整形するように構成される第２のビーム整形光学素子と、
をさらに備える、請求項１に記載の走査ビームイメージャ。
【請求項６】
前記第１のビーム整形光学素子および前記第２のビーム整形光学素子のそれぞれは、少なくとも１つのレンズ、クリッピングアパーチャ、反射体、拡散素子、屈折素子またはそれらの組み合わせを備える、請求項５に記載の走査ビームイメージャ。
【請求項７】
前記第１のビームおよび前記第２のビームを受光するように位置決めされ、前記第１のビームおよび前記第２のビームを前記スキャナに指向するように向けられる反射面をさらに備える、請求項１に記載の走査ビームイメージャ。
【請求項８】
前記反射面は、光学パワーを有し、
前記第１の光源は、前記反射面から第１の距離分だけ離隔され、
前記第２の光源は、前記反射面から前記第１の距離に等しくない第２の距離分だけ離隔される、請求項７に記載の走査ビームイメージャ。
【請求項９】
前記第１の光源および前記第２の光源のそれぞれは、レーザ、発光ダイオード、レーザダイオードまたは光ファイバ光源を備える、請求項１に記載の走査ビームイメージャ。
【請求項１０】
前記検出器は、ＰＩＮフォトダイオード、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）、または光電子増倍管を備える、請求項１に記載の走査ビームイメージャ。
【請求項１１】
前記スキャナは、光学パワーを有するように構成される、請求項１に記載の走査ビームイメージャ。
【請求項１２】
前記スキャナは、ＭＥＭＳスキャナを備える、請求項１に記載の走査ビームイメージャ。
【請求項１３】
前記第１の光源および前記第２の光源に前記第１のビームおよび前記第２のビームを選択的に発させるように構成されるコントローラをさらに備える、請求項１に記載の走査ビームイメージャ。
【請求項１４】
視野（ＦＯＶ）にわたって光を走査する方法であって、
前記ＦＯＶの第１の部分から第１の作動距離および前記ＦＯＶの第２の部分から第２の作動距離で、走査ビームイメージャを位置決めすることと、
前記走査ビームイメージャから出力され、前記第１の作動距離に略等しい第１のビームウェスト距離を有する第１のビームを前記ＦＯＶにわたって走査することと、
前記走査ビームイメージャから出力され、前記第２の作動距離に略等しく、かつ前記第１のビームウェスト距離に等しくない第２のビームウェスト距離を有する第２のビームを前記ＦＯＶにわたって走査することと、
前記ＦＯＶからの反射光の少なくとも一部を検出することと、
を含む方法。
【請求項１５】
前記走査ビームイメージャから出力され、前記第１の作動距離に略等しい第１のビームウェスト距離を有する第１のビームを前記ＦＯＶにわたって走査する作用、および、前記走査ビームイメージャから出力され、第２の作動距離に略等しく、かつ第１のビームウェスト距離に等しくない第２のビームウェスト距離を有する前記第２のビームを前記ＦＯＶにわたって走査する作用は、前記第１のビームおよび前記第２のビームを選択的に走査することを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記走査ビームイメージャから出力される第１のビームであって、前記第１の作動距離に略等しい第１のビームウェスト距離を有する第１のビームを前記ＦＯＶにわたって走査する作用および走査ビームイメージャから出力される第２のビームであって、前記第２の作動距離に略等しく、かつ前記第１のビームウェスト距離に等しくない第２のビームウェスト距離を有する第２のビームを前記ＦＯＶにわたって走査する作用は、前記第１のビームおよび前記第２のビームを実質的に同時に走査することを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記ＦＯＶから反射される前記第１の走査ビームおよび前記第２の走査ビームに関連する光信号を分離することをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記走査ビームイメージャから出力され、前記第１の作動距離に略等しい第１のビームウェスト距離を有する第１のビームを前記ＦＯＶにわたって走査する前記作用は、前記第１のビームを第１の位置からスキャナに指向することと、
前記走査ビームイメージャから出力され、前記第２の作動距離に略等しく、かつ前記第１のビームウェスト距離に等しくない第２のビームウェスト距離を有する第２のビームを前記ＦＯＶにわたって走査する前記作用は、前記第２のビームを第２の位置から前記スキャナに指向することと、
を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
前記走査ビームイメージャから出力され、前記第１の作動距離に略等しい第１のビームウェスト距離を有する第１のビームを前記ＦＯＶにわたって走査する前記作用は、
前記第１のビームを第１の位置から発することと、
前記第１のビームを前記スキャナに反射することと、を含み、
前記走査ビームイメージャから出力され、前記第２の作動距離に略等しく、かつ前記第１のビームウェスト距離に等しくない第２のビームウェスト距離を有する第２のビームを前記ＦＯＶにわたって走査する前記作用は、
前記第２のビームを第２の位置から発することと、
前記第２のビームを前記スキャナに反射することと、を含む、
請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
前記走査ビームイメージャから出力され、前記第１の作動距離に略等しい第１のビームウェスト距離を有する第１のビームを前記ＦＯＶにわたって走査する前記作用は、
前記第１のビームを反射面から第１の距離分だけ離隔される第１の位置から発することと、
前記第１のビームをスキャナに反射することと、を含み、
前記走査ビームイメージャから出力され、前記第２の作動距離に略等しく、かつ前記第１のビームウェスト距離に等しくない第２のビームウェスト距離を有する第２のビームを前記ＦＯＶにわたって走査する前記作用は、
前記第２のビームを反射面から前記第１の距離に等しくない第２の距離分だけ離隔される第２の位置から発することと、
前記第２のビームを前記スキャナに反射することと、を含む、
請求項１４に記載の方法。
【請求項２１】
前記走査ビームイメージャから出力され、前記第１の作動距離に略等しい第１のビームウェスト距離を有する第１のビームを前記ＦＯＶにわたって走査する前記作用は、
前記第１の光を第１の位置から発することと、
前記第１の光を第１のビーム形状に整形することと、を含み、
前記走査ビームイメージャからの出力され、前記第２の作動距離に略等しく、かつ第１のビームウェスト距離に等しくない第２のビームウェスト距離を有する第２のビームを前記ＦＯＶにわたって走査する前記作用は、
第２の光を第２の位置から発することと、
前記第２の光を前記第１のビーム形状の光とは異なる第２のビーム形状に整形することと、を含む、
請求項１４に記載の方法。
【請求項２２】
前記走査ビームイメージャは、走査ビーム内視鏡に含まれる、請求項１４に記載の方法。
【請求項２３】
第１のビームを提供するように動作可能な第１の光源と、
第２のビームを提供するように動作可能な第２の光源と、
前記第１のビームおよび前記第２のビームを受光するように位置決めされるスキャナであって、第１の走査ビームとして前記第１のビームを第１の視野（ＦＯＶ）にわたって走査し、第２の走査ビームとして前記第２のビームを第２のＦＯＶにわたって走査するように動作可能であるスキャナと、
前記第１のＦＯＶおよび前記第２のＦＯＶからの反射光を検出するように構成される検出器と、
を備える走査ビームイメージャ。
【請求項２４】
前記第１のＦＯＶおよび前記第２のＦＯＶは重なる、請求項２３に記載の走査ビームイメージャ。
【請求項２５】
前記第１のＦＯＶおよび前記第２のＦＯＶは実質的に重ならない、請求項２３に記載の走査ビームイメージャ。
【請求項２６】
前記スキャナは、前記第１の走査ビームおよび前記第２の走査ビームを受光し、前記スキャナの所与の走査位置に関して異なる相対角で前記第１の走査ビームおよび前記第２の走査ビームを反射するように位置決めされる、請求項２３に記載の走査ビームイメージャ。
【請求項２７】
前記第１のビームおよび前記第２のビームは、それぞれ異なる入射角で前記スキャナに向けて指向される、請求項２３に記載の走査ビームイメージャ。
【請求項２８】
前記第１の光源および前記第２の光源は、前記第１のビームおよび前記第２のビームを前記スキャナの上に直接指向するように位置決めされる、請求項２３に記載の走査ビームイメージャ。
【請求項２９】
前記第１のビームを受光するように位置決めされ、前記第１のビームを第１のビーム形状に整形するように構成される第１のビーム整形光学素子と、
前記第２のビームを受光するように位置決めされ、前記第２のビームを前記第１のビーム形状とは異なる第２のビーム形状整形するように構成される第２のビーム整形光学素子と、
をさらに備える、請求項２３に記載の走査ビームイメージャ。
【請求項３０】
前記第１のビーム整形光学素子および前記第２のビーム整形光学素子のそれぞれは、少なくとも１つのレンズ、クリッピングアパーチャ、反射体、拡散素子、屈折素子またはそれらの組み合わせを備える、請求項２３に記載の走査ビームイメージャ。
【請求項３１】
前記第１のビームおよび前記第２のビームを受光するように位置決めされ、前記第１のビームおよび前記第２のビームを前記スキャナに指向するように向けられる反射面をさらに備える、請求項２３に記載の走査ビームイメージャ。
【請求項３２】
前記第１の光源および前記第２の光源のそれぞれは、レーザ、発光ダイオード、レーザダイオードまたは光ファイバ光源を備える、請求項２３に記載の走査ビームイメージャ。
【請求項３３】
前記検出器は、ＰＩＮフォトダイオード、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）、または光電子増倍管を備える、請求項２３に記載の走査ビームイメージャ。
【請求項３４】
前記スキャナは、光学パワーを有するように構成される、請求項２３に記載の走査ビームイメージャ。
【請求項３５】
前記スキャナは、ＭＥＭＳスキャナを備える、請求項２３に記載の走査ビームイメージャ。
【請求項３６】
走査ビームイメージャを用いてビームを複数の視野（ＦＯＶ）にわたって走査する方法であって、
前記走査ビームイメージャから出力される第１のビームを第１のＦＯＶにわたって走査することと、
前記走査ビームイメージャから出力される第２のビームを第２のＦＯＶにわたって走査することと、
前記第１のＦＯＶおよび前記第２のＦＯＶからの反射光の少なくとも一部を検出することと、
を含む方法。
【請求項３７】
前記走査ビームイメージャから出力される第２のＦＯＶにわたって第１のビームを第２のＦＯＶにわたって走査する前記作用および前記走査ビームイメージャから出力される第２のビームを第２のＦＯＶにわたって走査する前記作用は、前記第１のビームを前記第１のＦＯＶにわたって、前記第２のビームを前記第２のＦＯＶにわたって実質的に同時に走査することを含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記第１のＦＯＶおよび前記第２のＦＯＶの１つからの反射光に関連する画像を選択的に表示することをさらに含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項３９】
前記走査ビームイメージャから出力される第１のビームを第１のＦＯＶにわたって走査する前記作用は、第１の角度でスキャナから第１のビームを反射することを含み、
前記走査ビームイメージャから出力される第２のビームを第２のＦＯＶにわたって走査する前記作用は、第２の角度で前記スキャナから前記第２のビームを反射することを含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項４０】
前記走査ビームイメージャから出力される第１のビームを第１のＦＯＶにわたって走査する前記作用は、
前記第１のビームを第１の位置から発することと、
前記第１のビームをスキャナに再指向することと、
前記再指向された第１のビームを前記第１のＦＯＶにわたって走査することと、を含み、
前記前記走査ビームイメージャから出力される第２のビームを第２のＦＯＶにわたって走査する前記作用は、
前記第２のビームを第２の位置から発することと、
前記第２のビームを前記スキャナに再指向することと、
前記再指向された第２のビームを前記第２のＦＯＶにわたって走査することと、を含む、
請求項３６に記載の方法。
【請求項４１】
前記走査ビームイメージャから出力される第１のビームを第１のＦＯＶにわたって走査する前記作用および前記走査ビームイメージャから出力される第２のビーム出力を第２のＦＯＶにわたって走査する前記作用は、ＭＥＭＳスキャナを用いて前記第１のビームおよび前記第２のビームを走査することを含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項４２】
前記走査ビームイメージャは、走査ビーム内視鏡に含まれる、請求項３６に記載の方法。
【請求項４３】
前記第１のＦＯＶおよび前記第２のＦＯＶは重なる、請求項３６に記載の方法。
【請求項４４】
前記第１のＦＯＶおよび前記第２のＦＯＶは実質的に連続する、請求項３６に記載の方法。
【請求項４５】
少なくとも１つの光源と、
少なくとも１つの光源に結合される入力端部と、第１のビームを発するように構成される出力端部とを有する第１の照明用光ファイバと、
前記少なくとも１つの光源に結合される入力端部と、第２のビームを発するように構成される出力端部とを有する少なくとも別の照明用光ファイバと、
前記第１のビームおよび前記第２のビームを受光するように位置決めされるスキャナであって、第１のビームウェスト距離を有する第１の走査ビームとして視野（ＦＯＶ）にわたって前記第１のビームを走査し、前記第１のビームウェスト距離に等しくない第２のビームウェスト距離を有する第２の走査ビームとして前記ＦＯＶにわたって前記第２のビームを走査するように動作可能であるスキャナと、
前記ＦＯＶからの反射光を集光し、前記ＦＯＶの光信号特性を伝送するように構成される少なくとも１つの検出用光ファイバと、
を備える内視鏡先端と、
前記光信号を電気信号に変換するように動作可能である変換器と、
前記変換器から前記電気信号を受信するように結合され、前記ＦＯＶの画像特性を示すように動作可能であるディスプレイと、
を備える走査ビーム内視鏡。
【請求項４６】
前記少なくとも１つの光源に結合されるコントローラであって、前記少なくとも１つの光源から前記第１の照明用光ファイバおよび前記少なくとも別の照明用光ファイバに光を選択的に結合するように動作可能であるコントローラと、をさらに備える、請求項４５に記載の走査ビーム内視鏡。
【請求項４７】
前記第１の照明用光ファイバは、第１のビーム形状を有する前記第１のビームを発するように構成され、
前記少なくとも別の照明用光ファイバは、前記第１のビーム形状とは異なる第２のビーム形状を有する前記第２のビームを発するように構成される、請求項４５に記載の走査ビーム内視鏡。
【請求項４８】
前記第１のビーム形状は、前記第１のビームウェスト距離を有するように整形され、前記第２のビーム形状は、前記第２のビームウェスト距離を有するように整形される、請求項４７に記載の走査ビーム内視鏡。
【請求項４９】
前記第１の照明用光ファイバおよび前記少なくとも別の照明用光ファイバは、前記第１のビームおよび前記第２のビームを前記スキャナの上に直接指向するために位置決めされる、請求項４５に記載の走査ビーム内視鏡。
【請求項５０】
前記第１のビームを受光するように位置決めされ、前記第１のビームを第１のビーム形状に整形するように構成される第１のビーム整形光学素子と、
前記第２のビームを受光するように位置決めされ、前記第２のビームを前記第１のビーム形状とは異なる第２のビーム形状に整形するように構成される第２のビーム整形光学素子と、をさらに備える、請求項４５に記載の走査ビーム内視鏡。
【請求項５１】
前記第１のビーム整形光学素子および前記第２のビーム整形光学素子はそれぞれ、少なくとも１つのレンズ、クリッピングアパーチャ、反射体、拡散素子、屈折素子またはそれらの組み合わせを備える、請求項５０に記載の走査ビーム内視鏡。
【請求項５２】
前記第１のビームおよび前記第２のビームを受光するように位置決めされ、前記第１のビームおよび前記第２のビームを前記スキャナに指向するように向けられる反射面をさらに備える、請求項４５に記載の走査ビーム内視鏡。
【請求項５３】
前記反射面は、光学パワーを有し、
前記第１の照明用光ファイバの前記出力端部は、前記反射面から第１の距離分だけ離隔され、
前記少なくとも別の照明用光ファイバの前記出力端部は、前記反射面から前記第１の距離に等しくない第２の距離分だけ離隔される、請求項５２に記載の走査ビーム内視鏡。
【請求項５４】
前記反射面は、前記内視鏡先端のドームの内面を備える、請求項５２に記載の走査ビーム内視鏡。
【請求項５５】
前記少なくとも１つの光源は、レーザ、発光ダイオードまたはレーザダイオードを備える、請求項４５に記載の走査ビーム内視鏡。
【請求項５６】
前記スキャナは、光学パワーを有するように構成される、請求項４５に記載の走査ビーム内視鏡。
【請求項５７】
前記スキャナは、ＭＥＭＳスキャナを備える、請求項４５に記載の走査ビーム内視鏡。
【請求項５８】
前記少なくとも１つの検出用光ファイバは、前記スキャナを中心にして位置決めされる複数の検出用光ファイバを備える、請求項４５に記載の走査ビーム内視鏡。
【請求項５９】
光を提供するように動作可能な少なくとも１つの光源と、
前記少なくとも１つの光源に結合される入力端部と、第１のビームを発するように構成される出力端部とを有する第１の照明用光ファイバと、
前記少なくとも１つの光源に結合される入力端部と、第２のビームを発するように構成される出力端部とを有する少なくとも別の照明用光ファイバと、
前記第１のビームおよび前記第２のビームを受光するように位置決めされるスキャナであって、第１の走査ビームとして前記第１のビームを第１の視野（ＦＯＶ）にわたって走査し、第２の走査ビームとして前記第２のビームを第２のＦＯＶにわたって走査するように動作可能であるスキャナと、
前記第１のＦＯＶおよび前記第２のＦＯＶからの反射光を集光し、前記第１のＦＯＶおよび前記第２のＦＯＶの光信号特性を伝送するように構成される少なくとも１つの検出用光ファイバと、
を備える内視鏡先端と、
前記光信号を電気信号に変換するように動作可能である変換器と、
前記変換器から前記電気信号を受信するように結合され、前記第１のＦＯＶおよび前記第２のＦＯＶの画像特性を示すように動作可能であるディスプレイと、
を備える、走査ビーム内視鏡。
【請求項６０】
前記第１のＦＯＶおよび前記第２のＦＯＶは重なる、請求項５９に記載の走査ビーム内視鏡。 
【請求項６１】
前記第１のＦＯＶおよび前記第２のＦＯＶは実質的に重ならない、請求項５９に記載の走査ビーム内視鏡。
【請求項６２】
前記スキャナは、前記第１の走査ビームおよび前記第２の走査ビームを受光し、前記スキャナの所与の走査位置に関して異なる相対角で前記第１の走査ビームおよび前記第２の走査ビームを反射するように位置決めされる、請求項５９に記載の走査ビーム内視鏡。
【請求項６３】
前記第１のビームおよび前記第２のビームは、それぞれ異なる入射角で前記スキャナに向けて指向される、請求項５９に記載の走査ビーム内視鏡。
【請求項６４】
前記少なくとも１つの光源に結合されるコントローラであって、少なくとも１つの光源から前記第１の照明用光ファイバおよび前記少なくとも別の照明用光ファイバに光を選択的に結合するように動作可能であるコントローラと、をさらに備える、請求項５９に記載の走査ビーム内視鏡。
【請求項６５】
前記第１の照明用光ファイバは、第１のビーム形状を有する前記第１のビームを発するように構成され、
前記少なくとも別の照明用光ファイバは、前記第１のビーム形状とは異なる第２のビーム形状を有する前記第２のビームを発するように構成される、請求項５９に記載の走査ビーム内視鏡。
【請求項６６】
前記第１のビーム形状は、前記第１のビームウェスト距離を有するように整形され、前記第２のビーム形状は、前記第２のビームウェスト距離を有するように整形される、請求項６５に記載の走査ビーム内視鏡。
【請求項６７】
前記第１の照明用光ファイバおよび前記少なくとも別の照明用光ファイバは、前記第１のビームおよび前記第２のビームを前記スキャナの上に直接指向するために位置決めされる、請求項５９に記載の走査ビーム内視鏡。
【請求項６８】
前記第１のビームを受光するように位置決めされ、前記第１のビームを第１のビーム形状に整形するように構成される第１のビーム整形光学素子と、
前記第２のビームを受光するように位置決めされ、前記第２のビームを前記第１のビーム形状とは異なる第２のビーム形状に整形するように構成される第２のビーム整形光学素子と、
をさらに備える、請求項５９に記載の走査ビーム内視鏡。
【請求項６９】
前記第１のビーム整形光学素子および前記第２のビーム整形光学素子はそれぞれ、少なくとも１つのレンズ、クリッピングアパーチャ、反射体、拡散素子、屈折素子またはそれらの組み合わせを備える、請求項６８に記載の走査ビーム内視鏡。
【請求項７０】
前記第１のビームおよび前記第２のビームを受光するように位置決めされ、前記第１のビームおよび前記第２のビームを前記スキャナに指向するように向けられる反射面をさらに備える、請求項５９に記載の走査ビーム内視鏡。
【請求項７１】
前記反射面は、前記内視鏡先端のドームの内面を備える、請求項７０に記載の走査ビーム内視鏡。
【請求項７２】
前記反射面は、光学パワーを有し、
前記第１の照明用光ファイバの前記出力端部は、前記反射面から第１の距離分だけ離隔され、
前記少なくとも別の照明用光ファイバの前記出力端部は、前記反射面から前記第１の距離に等しくない第２の距離分だけ離隔される、請求項７０に記載の走査ビーム内視鏡。
【請求項７３】
前記第１の光源および前記第２の光源はそれぞれ、レーザ、発光ダイオードまたはレーザダイオードを備える、請求項５９に記載の走査ビーム内視鏡。
【請求項７４】
前記スキャナは、光学パワーを有するように構成される、請求項５９に記載の走査ビーム内視鏡。
【請求項７５】
前記スキャナは、ＭＥＭＳスキャナを備える、請求項５９に記載の走査ビーム内視鏡。
【請求項７６】
前記少なくとも１つの検出用光ファイバは、前記スキャナを中心にして位置決めされる複数の検出用光ファイバを備える、請求項５９に記載の走査ビーム内視鏡。
【請求項７７】
前記少なくとも１つの光源に結合される入力端部と、第１のビームを発するように構成される出力端部とを有する第１の照明用光ファイバと、
前記少なくとも１つの光源に結合される入力端部と、第２のビームを発するように構成される出力端部とを有する少なくとも別の照明用光ファイバと、
前記第１のビームおよび前記第２のビームを受光するように位置決めされるスキャナであって、第１のビームウェスト距離を有する第１の走査ビームとして前記第１のビームを視野（ＦＯＶ）にわたって走査し、前記第１のビームウェスト距離に等しくない第２のビームウェスト距離を有する第２の走査ビームとして前記第２のビームを前記ＦＯＶにわたって走査するように動作可能であるスキャナと、
前記ＦＯＶからの反射光を集光し、前記ＦＯＶの光信号特性を伝送するように構成される少なくとも１つの検出用光ファイバと、
を備える、内視鏡先端。
【請求項７８】
少なくとも１つの光源に結合される入力端部と、第１のビームを発するように構成される出力端部とを有する第１の照明用光ファイバと、
前記少なくとも１つの光源に結合される入力端部と、第２のビームを発するように構成される出力端部とを有する少なくとも別の照明用光ファイバと、
前記第１のビームおよび前記第２のビームを受光するように位置決めされるスキャナであって、第１の走査ビームとして前記第１のビームを第1の視野（ＦＯＶ）にわたって走査し、第２の走査ビームとして前記第２のビームを第２のＦＯＶにわたって走査するように動作可能であるスキャナと、
前記第１のＦＯＶおよび前記第２のＦＯＶからの反射光を集光し、前記第１のＦＯＶおよび前記第２のＦＯＶの光信号特性を伝送するように構成される少なくとも１つの検出用光ファイバと、
を備える、内視鏡先端。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走査ビームシステムに関し、さらに詳細には、選択された形状のビームの走査および／または複数の視野（ＦＯＶ）の提供のために構成される走査ビームイメージャおよび内視鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
走査ビームイメージャは、ＦＯＶにわたって光のビームを走査し、ＦＯＶから小さな光センサに反射光を集光し、反射光に基づいてデジタル画像を形成することによって機能する前途有望な技術である。走査ビームイメージャは、より大きな視野範囲および被写界深度、動きのぼけの低減、解像度の向上、スペクトル応答の拡大、コストの削減、サイズの縮小、低電力消費、衝撃および振動に対する許容差の改善を提供しうる。
【０００３】
図１は、従来技術による走査ビームイメージャ１０のブロック図を示す。走査ビームイメージャ１０は、光のビーム１４を発するように動作可能である光源１２を含む。スキャナ１６が、走査ビーム１８としてビーム１４を受光して、ＦＯＶ１１にわたって走査するように位置決めされる。光の走査ビーム１８の瞬間位置は、１８ａおよび１８ｂとして表される。走査ビーム１８は、それぞれ位置２０ａおよび２０ｂでＦＯＶにおけるスポット２０を順次照らす。走査ビーム１８がスポットを照らしている間、反射光２２ａおよび２２ｂを生成するために、スポットにおける物体または材料の特性に基づいて、照明走査ビーム１８の一部は、反射（たとえば、散乱光とも呼ばれる鏡面反射光および拡散反射光）、吸収、屈折または別の方法で作用される。反射光２２ａおよび２２ｂの一部は、検出器２４によって受光され、検出器２４は、受光される光エネルギの量に対応して電気信号を生成する。電気信号は、コントローラ２６を駆動して、ＦＯＶのデジタル表示を形成し、それを伝送して、インターフェース２８を介したさらなる処理、復号化、記録、印刷、表示または他の処置または使用を行う。
【０００４】
走査ビームイメージャに関する１つの前途有望な用途は、内視鏡における用途である。内視鏡は通常、光を集光し、光を電子信号に変換するように構成されるデジタルカメラまたは走査ビームイメージャなどのイメージングユニットを含む内視鏡先端を有する可撓性デバイスまたは剛性デバイスである。電子信号は、医師または看護士などの医療専門家が表示して観察するため（ｆｏｒ  ｄｉｓｐｌａｙ  ａｎｄ  ｖｉｅｗｉｎｇ）の操作卓への可撓管に送信される。
【０００５】
走査ビームイメージャ技術を利用する走査ビーム内視鏡は、かなり最近の技術革新であり、走査ビーム内視鏡の例が、「ＳＣＡＮＮＩＮＧ  ＥＮＤＯＳＣＯＰＥ」という名称の米国特許出願第１０／８７３，５４０号（「‘５４０号出願」）に開示されており、参照によって本願明細書に援用されるものとし、これにより本発明の譲受人に譲渡されている。図２〜図４は、‘５４０号出願に開示された走査ビーム内視鏡を示している。図２に示されているように、走査ビーム内視鏡３０は、制御モジュール３２、モニタ３４および任意のポンプ３６を含み、そのすべてがカート３８に取り付けられてもよく、操作卓４０と集合的に呼ばれる。操作卓４０は、外部ケーブル４４を介してハンドピース４２とつながっており、外部ケーブル４４は、コネクタ４６を経て操作卓４０に接続される。ハンドピース４２は、ポンプ４６および内視鏡先端５４に動作可能に結合される。ハンドピース４２は、内視鏡先端５４が中に配置される体腔を潤滑させるために、ホース５０を通じて内視鏡先端５４の開口部から灌注流体を選択的にポンプによって送り込むように、ポンプ４６を制御する。内視鏡先端５４は、視野（ＦＯＶ）にわたってビームを走査するように構成される走査モジュールを有する遠位先端４８を含む。
【０００６】
内視鏡先端５４およびその遠位先端４８は、その内部表面を撮像するために体腔に挿入するように構成される。動作中、遠位先端４８は、ＦＯＶにわたって光のビームを走査し、体腔の内部から反射光を集光し、医療専門家が観察し使用するための操作卓４０に内部表面の画像を示す信号を送信する。
【０００７】
図３および図４は、それぞれ従来技術による遠位先端４８および遠位先端４８の走査モジュール５６を示している。図３を参照すると、遠位先端４８は、ハウジング５８を含み、ハウジング５８は、走査モジュール５６と、複数の検出用光ファイバ６０と、ハウジング５８の端部に固着されるエンドキャップ６２と、を包囲して保持する。検出用光ファイバ６０は、ハウジング５８内で走査モジュール５６を中心にして外周に配置される。図４を参照すると、走査モジュール５６は、ハウジング５８を有し、ハウジング５８は、微小電子機械（ＭＥＭＳ）スキャナ６０および関連構成要素と、フェルール６４によってハウジング５８に固着される照明用光ファイバ６２と、ビーム整形光学素子６６と、を包囲して支持する。内部反射面７４および外面７５を有するドーム６８が、ハウジング５８の端部に固着され、走査モジュール５６の感知構成要素を保護するために、ハウジング５８の端部に密閉して封止されてもよい。
【０００８】
動作中、遠位先端４８は体腔の中に挿入される。照明用光ファイバ６２は、光７０を走査モジュール５６に伝送し、ビーム整形光学素子６６によって整形され、選択されたビーム形状を形成する。整形後、整形されたビーム７２は、ＭＥＭＳスキャナ６０の中心にあるアパーチャを通じて伝送され、ドームの内部の反射面７４からスキャナ６０の前部に反射され、次に、スキャナ６０からドーム６８を通じて走査ビーム７６として反射される。ドーム６８は、ドーム６８の端部から選択された距離にビームウェスト距離６１を有するように走査ビーム７６をさらに整形してもよい。走査ビーム７６は、ＦＯＶにわたって走査され、体腔の内部から反射される。反射光の少なくとも一部が、検出用光ファイバ６０によって集光される。したがって、検出用光ファイバ６０によって集光された反射光は、フォトダイオードなどの光電気変換器を用いて電気信号に変換されてもよく、画像を示す信号は、モニタ３４に表示するために、操作卓４０に送信されてもよい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
走査ビームイメージャ１０および走査ビーム内視鏡３０は、有効な撮像デバイスであるが、走査ビームイメージャ１０の走査ビーム１８のビームウェスト距離および走査ビーム内視鏡１０の走査ビーム７６のビームウェスト距離は、異なる作動距離からのＦＯＶの撮像部分には有効ではない可能性がある。さらに、走査ビームイメージャ１０および走査ビーム内視鏡３０のそれぞれのＦＯＶは、所望であるほど大きくない可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
走査ビームイメージャ、走査ビーム内視鏡、内視鏡先端および使用方法が、開示される。一態様において、走査ビームイメージャは、第１のビームを提供するように動作可能な第１の光源と、第２のビームを提供するように動作可能な第２の光源とを含む。走査ビームイメージャは、第１のビームおよび第２のビームを受光するように位置決めされるスキャナを含む。スキャナは、第１のビームウェスト距離を有する第１の走査ビームとしてＦＯＶにわたって第１のビームを走査し、第１のビームウェスト距離に等しくない第２のビームウェスト距離を有する第２の走査ビームとしてＦＯＶにわたって第２のビームを走査するように動作可能である。走査ビームイメージャはさらに、ＦＯＶからの反射光を検出するように構成される検出器を含む。走査ビームイメージャは、第１の光源および第２の光源のどちらが、特定の作動距離からＦＯＶの特定の部分を撮像するのに適したビームウェスト距離を有する走査ビームに対応する光を発するかを選択することによって、異なる作動距離におけるＦＯＶの部分を撮像することを可能にする。
【００１１】
別の態様において、走査ビーム内視鏡は、光を提供するように動作可能な少なくとも１つの光源および内視鏡先端を含む。内視鏡先端は、少なくとも１つの光源に結合される入力端部と、第１のビームを発するように構成される出力端部とを有する第１の照明用光ファイバ、および、少なくとも１つの光源に結合される入力端部と、第２のビームを発するように構成される出力端部とを有する少なくとも別の照明用光ファイバを含む。内視鏡先端はさらに、第１のビームおよび第２のビームを受光するように位置決めされるスキャナを含み、スキャナは、第１のビームウェスト距離を有する第１の走査ビームとしてＦＯＶにわたって第１のビームを走査し、第１のビームウェスト距離に等しくない第２のビームウェスト距離を有する第２の走査ビームとしてＦＯＶにわたって第２のビームを走査するように動作可能である。内視鏡先端はまた、ＦＯＶからの反射光を集光し、ＦＯＶの光信号特性を伝送するように構成される少なくとも１つの検出用光ファイバを含む。内視鏡は、光信号を電気信号に変換するように動作可能である変換器と、変換器から電気信号を受信するように結合されるディスプレイと、を含み、ディスプレイは、ＦＯＶの画像特性を示すように動作可能である。
【００１２】
別の態様において、ＦＯＶにわたって光を走査する方法は、ＦＯＶの第１の部分から第１の作動距離およびＦＯＶの第２の部分から第２の作動距離で、走査ビームイメージャを位置決めすることを含む。走査ビームイメージャから出力される第１のビームは、ＦＯＶにわたって走査され、また第１の作動距離に略等しい第１のビームウェスト距離を有する。第２のビームは、走査ビームイメージャからＦＯＶにわたって出力されてもよく、また第２の作動距離に略等しく、かつ第１のビームウェスト距離に等しくない第２のビームウェスト距離を有する。ＦＯＶからの反射光の少なくとも一部が検出される。
【００１３】
別の態様において、走査ビームイメージャは、第１のビームを提供するように動作可能な第１の光源と、第２のビームを提供するように動作可能な第２の光源とを含む。走査ビームイメージャは、第１のビームおよび第２のビームを受光するように位置決めされるスキャナを含む。スキャナは、第１の走査ビームとして第１のＦＯＶにわたって第１のビームを走査し、第２の走査ビームとして第２のＦＯＶにわたって第２のビームを走査するように動作可能である。走査ビームイメージャはさらに、第１のＦＯＶおよび第２のＦＯＶからの反射光を検出するように構成される検出器を含む。走査ビームイメージャは、より大きな累積的ＦＯＶを提供することを可能にする。
【００１４】
別の態様において、走査ビーム内視鏡は、光を提供するように動作可能な少なくとも１つの光源および内視鏡先端を含む。内視鏡先端は、少なくとも１つの光源に結合される入力端部と、第１のビームを発するように構成される出力端部とを有する第１の照明用光ファイバ、および、少なくとも１つの光源に結合される入力端部と、第２のビームを発するように構成される出力端部とを有する少なくとも別の照明用光ファイバを含む。内視鏡先端はさらに、第１のビームおよび第２のビームを受光するように位置決めされるスキャナを含み、スキャナは、第１の走査ビームとして第１のＦＯＶにわたって第１のビームを走査し、第２の走査ビームとして第２のＦＯＶにわたって第２のビームを走査するように動作可能である。内視鏡先端はまた、第１のＦＯＶおよび第２のＦＯＶからの反射光を集光し、第１のＦＯＶおよび第２のＦＯＶの光信号特性を伝送するように構成される少なくとも１つの検出用光ファイバを含む。内視鏡は、光信号を電気信号に変換するように動作可能である変換器と、変換器から電気信号を受信するように結合されるディスプレイと、を含み、ディスプレイは、第１のＦＯＶおよび第２のＦＯＶの画像特性を示すように動作可能である。
【００１５】
さらに別の態様において、走査ビームイメージャを用いて複数のＦＯＶにわたって光を走査する方法は、第１のＦＯＶにわたって走査ビームイメージャからの第１のビーム出力を走査することを含む。走査ビームイメージャからの第２のビーム出力は、第２のＦＯＶにわたって走査されてもよい。第１のＦＯＶおよび第２のＦＯＶからの反射光の少なくとも一部が検出される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
走査ビームイメージャおよび内視鏡のための装置および方法が開示される。一定の実施形態の多くの特定の詳細が、以下の説明および図５から図１３に記載され、このような実施形態の完全な理解を得られるようにする。しかし、当業者は、さらなる実施形態がある可能性があること、または開示された実施形態が、以下の説明に記載された詳細のいくつかが欠けていても実現されうることは理解されよう。
【００１７】
図５は、それぞれ異なるビームウェスト距離を有する複数の走査ビームを走査するように構成される走査ビームイメージャ７８の一実施形態のブロック図である。したがって、走査ビームイメージャ７８は、異なる作動距離からＦＯＶを撮像するのに適している。たとえば、第１の光源に関連し、第１のビームウェスト距離を有する第１の走査ビームは、第１のビームウェスト距離に略等しい第１の作動距離からＦＯＶの第１の部分を撮像するのに適している可能性がある。第２の光源に関連し、第２のビームウェスト距離を有する第２の走査ビームは、第２のビームウェスト距離に略等しい第２の作動距離からＦＯＶの第２の部分を撮像するのにより適している可能性がある。
【００１８】
走査ビームイメージャ７８は、コントローラ８４に動作可能に結合される光源８０および８２を含む。光源８０および８２は、それぞれ異なるビーム形状を有する対応するビーム８６および８８、たとえば、異なる発散角または収束角を有するビームなどを発するように動作可能である。コントローラ８４は、コントローラ８４からの命令に応じてビーム８６および８８を光源８０および８２に選択的に発せさせるように構成される。種々の実施形態において、光源８０および８２はそれぞれ、レーザ、発光ダイオード、レーザダイオードおよびダイオードポンプ固体（ＤＰＳＳ）レーザ、それに取り付けられる焦点化素子または平行光線化素子を有してもよく、上述のデバイスのいずれかに光学的に結合されてもよい光ファイバまたは他の適切な光源であってもよい。一実施形態において、光源８０および８２は、ひとつのの光源に組み合わせられてもよい。走査ビームイメージャ７８はさらに、ビーム８６および８８を受光するように位置決めされ、走査ビーム９２および９４として示される光源８０および８２から受光されたビーム８６および８８をＦＯＶにわたって走査するように動作可能であるスキャナ９０を含む。１つまたは複数の検出器９６は、ＦＯＶから反射された光の少なくとも一部（たとえば、散乱光とも呼ばれる鏡面反射光および拡散反射光）を受光して検出するように設けられる。種々の実施形態において、検出器９６は、ＰＩＮフォトダイオード、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）、光電子増倍管、上述のデバイスのいずれかに光学的に結合される１つまたは複数の光ファイバまたは他の適切な検出器であってもよい。
【００１９】
種々の実施形態によれば、スキャナ９０は、２次元ＭＥＭＳスキャナ、たとえば、バルク微小機械ＭＥＭＳスキャナアセンブリ、表面微小機械デバイス、別のタイプの従来のＭＥＭＳスキャナまたは次に開発されるＭＥＭＳスキャナであってもよい。スキャナ９０は、高速で、フレーム周期内にＦＯＶ全体または２次元のＦＯＶの選択された部分を覆うパターンにおいて、１つまたは複数の光のビームを走査するように構成されてもよい。当分野は周知であるように、このようなＭＥＭＳスキャナは、磁気的、静電気的、静電容量的またはその組み合わせによって駆動されてもよい。たとえば、水平走査動作は、静電気によって駆動されてもよく、垂直走査動作は、磁気的に駆動されてもよい。静電駆動は、静電板、櫛形駆動などであってもよい。あるいは、水平走査および垂直走査のいずれも、磁気または静電容量によって駆動されてもよい。
【００２０】
動作中、光源８０および８２の一方は、ビームを選択的に発する。たとえば、光源８０は、図５に示されているように、第１のビームウェスト距離を有する収束ビームなどのビーム８６を発する。ビーム８６は、走査ビーム９２として示されるＦＯＶにわたってスキャナ９０によって受光および走査される。走査ビーム９２は、第１の作動距離からＦＯＶまたはＦＯＶの一部を撮像するのに適したビームウェスト距離９３を有してもよい。検出器９６は、ＦＯＶから反射光を受光する。検出器９６は、受光された反射光エネルギの量に対応して電気信号を生成する。電気信号は、コントローラ８４に送信され、ＦＯＶを示すデジタル表示を形成し、さらなる処理のためにそれを伝送してもよい。光源８２は次に、図５に示されているように、ビーム８６の第１のビームウェスト距離に等しくない第２のビームウェスト距離を有する収束ビームなどのビーム８８を発してもよい。ビーム８８は、走査ビーム９４として示されるＦＯＶにわたってスキャナ９０によって受光および走査される。走査ビーム９４は、光源８０に関連する走査ビーム９２のビームウェスト距離とは異なる第２のビームウェスト距離を有してもよい。走査ビーム９４のこの第２のビームウェスト距離９５は、第２の作動距離からＦＯＶまたはＦＯＶの一部を撮像するのに適しうる。たとえば、第１のビームウェスト距離は、比較的短く、したがって、より近い作動距離からＦＯＶまたはＦＯＶの一部を撮像するのにより適している可能性があり、第２のビームウェスト距離は比較的長く、したがって、より長い作動距離からＦＯＶを撮像するのに適している可能性がある。したがって、きわめて深い被写界深度を有する走査ビームイメージャ７８を集合的に提供するために、走査ビームイメージャ７８は、２つの光源８０および８２より多い光源を有してもよい。
【００２１】
他の実施形態において、ビーム８６および８８は、発散ビームであってもよく、スキャナ９０は、それぞれ異なるビームウェスト距離を有する収束ビームであるようにビーム８６および８８を整形するために、光学パワーを用いて構成されてもよい。このような実施形態において、光源８０および８２は、スキャナ９０から異なる距離に位置決めされ、ビーム８６および８８を異なる範囲に平行光線化する。
【００２２】
走査ビームイメージャ７８の一実施形態において、光源８０および８２は、ビーム８６および８８がそれぞれ異なるビームウェスト距離を有するように焦点化されるように構成される端部に取り付けられたレンズをそれぞれ有する光ファイバであってもよい。光ファイバのそれぞれは、ビーム８６および８８をスキャナ９０の上に直接的に発するために位置決めされてもよく、スキャナ９０は、それぞれ異なるビームウェスト距離を有する走査ビーム９２および９４としてビーム８６および８８を走査する。
【００２３】
図６は、異なるビームウェスト距離を有する少なくとも２つの走査ビームを走査するように構成される走査ビームイメージャ９８の別の実施形態のブロック図である。走査ビームイメージャ９８は、図５の走査ビームイメージャ７８に含まれる同一の構成要素の多くを有する。したがって、簡略にするため、互いに対応する２つの走査ビームイメージャ７８および９８の構成要素は、同一または類似の参照符号が付されており、それらの構造および動作の説明は、繰り返されない。図６に示されているように、光源８０および８２は、対応するビーム９９および１００を発するように構成されてもよい。ビーム９９および１００は、ビーム１０６および１０８として示される選択されたビーム形状（たとえば、選択された収束角または発散角）を有するようにビーム９９および１００を整形するように構成される対応するビーム整形光学素子１０２および１０４によって受光される。ビーム１０６の形状は、ビーム１０８の形状とは異なる。たとえば、ビーム１０６は、ビーム１０８のビームウェスト距離のビームとは異なるビームウェスト距離を有するように整形されてもよい。種々の実施形態において、ビーム整形光学素子９９および１００は、レンズ、ダブレット、クリッピングアパーチャ、反射体、拡散素子、屈折素子、それらの組み合わせまたは他の適切な光学素子であってもよい。
【００２４】
走査ビームイメージャ７８と同様に、ビーム１０６および１０８は、ビームウェスト距離１１１を有する走査ビーム１１０およびビームウェスト距離１１３を有する走査ビーム１１２として示されるＦＯＶにわたってスキャナ９０によって受光および走査される。ＦＯＶからの反射光は、検出器９６によって受光され、ＦＯＶの画像が、生成されてもよい。走査ビームイメージャ７８と同様に、走査ビームイメージャ９８はまた、より広い被写界深度を提供するために、それぞれ異なるビームウェスト距離を有する少なくとも２つのビームを走査するように構成される。
【００２５】
図７は、異なる形状のビームを走査するように構成される走査ビームイメージャ１１４のさらに別の実施形態のブロック図である。走査ビームイメージャ１１４は、図５の走査ビームイメージャ７８に含まれる同一の構成要素の多くを有する。したがって、簡略にするため、互いに対応する走査ビームイメージャ７８および１１４の構成要素には、同一または類似の参照符号を付し、それらの構造および動作の説明は繰り返さない。走査ビームイメージャ７８と同様に、光源８０および８２は、それぞれの中心光線のみに関して図７に示された対応するビーム１１５および１１６を選択的に発する。反射面１１８は、ビーム１１５および１１６を受光してスキャナ９０に向けて再指向するように位置決めされ、再指向ビーム１２０および１２２として示される。一部の実施形態において、反射面１１８は、平面鏡、曲面鏡（たとえば、球面鏡）またはビーム１１５および１１６を整形するために、光学パワーを有する他の適切な光学素子であってもよい。一実施形態において、反射面１１８は、光学パワーを有するように湾曲され、光源８０および８２は、反射面１１８から異なる距離に位置決めされ、その結果、反射面１１８は、異なる収束角または発散角を有し、それによって反射されるビーム１２０および１２２を整形してもよい。スキャナ９０は、再指向されるビーム１２０および１２２を受光して、それぞれ異なるビーム形状（たとえば、それぞれ異なるビームウェスト距離）を有する走査ビーム１２４および１２６として示されるＦＯＶにわたってそれらのビームを走査するように位置決めされ、対応する反射光は、検出器９６によって受光される。
【００２６】
図８は、異なるＦＯＶにわたって異なる光源に関連するビームを走査するように構成される走査ビームイメージャ１５７の実施形態のブロック図である。したがって、走査ビームイメージャ１５７は、大きな累積的ＦＯＶを提供してもよい。走査ビームイメージャ１５７は、図５から図７の走査ビームイメージャ７８、９８および１１４の実施例を用いて実現されてもよく、各光源は、異なるビームウェスト距離を有する走査ビームに関連するが、さらに一般的には、走査ビームのそれぞれは、同一または類似のビームウェスト距離を有してもよいが、各走査ビームは、大きな累積的ＦＯＶを提供するために、異なるＦＯＶにわたって走査される。
【００２７】
図８を参照すると、光源８０および８２のそれぞれは、垂線に対して角度θｉａ〜θｉｂでスキャナ９０に入射する対応するビーム１５９ａおよび１５９ｂを発する。一般的な実施形態において、ビーム１５９ａおよび１５９ｂは、同一または類似のビーム形状を有してもよい。ビーム１５９ａおよび１５９ｂは、所与のスキャナ位置に関して異なる角度でスキャナ９０から反射される。ビーム１５９ａは、走査ビーム１６１ａとして示される垂線に対して角度θｒａでスキャナ９０から反射され、ビーム１５９ｂは、走査ビーム１６１ｂとして示される垂線に対して角度θｒｂでスキャナ９０から反射される。したがって、スキャナ９０は、それぞれのＦＯＶにわたって走査ビーム１６１ａおよび１６１ｂを走査してもよい。走査ビーム１６１ａは、第１のＦＯＶに関連し、走査ビーム１６１ｂは、第２のＦＯＶに関連する。
【００２８】
一実施形態において、光源８０および８２および走査ビーム１６１ａおよび１６１ｂのそれぞれに関連するそれぞれのＦＯＶは、重なってもよい。他の実施形態において、光源８０および８２および走査ビーム１６１ａおよび１６１ｂのそれぞれに関連するそれぞれのＦＯＶは、より大きな実質的に連続的なＦＯＶを画定してもよい。さらに別の実施形態において、光源８０および８２および走査ビーム１６１ａおよび１６１ｂのそれぞれに関連するそれぞれのＦＯＶは、互いにずれていてもよい。
【００２９】
一実施形態において、特定のＦＯＶは、コントローラ８４を用いて制御することによって選択され、光源８０および８２の特定の１つが光を出力してもよい。他の実施形態において、光源８０および８２は、ビーム１５９ａ〜１５９ｂを同時にまたは実質的に同時に発してもよく、走査ビーム１６１ａおよび１６１ｂは、より大きなＦＯＶを提供するために、実質的に同時間に走査されてもよい。このような実施形態において、個別のＦＯＶは、画像処理中に共に合体されてもよい。一実施形態において、それぞれの走査ビーム１６１ａおよび１６１ｂに関連する特定のＦＯＶは、検出器９６によって受信される光信号を波長、時間または周波数によって多重化することによって、ＦＯＶからの反射光の検出中または検出後に分離されてもよい。
【００３０】
図５から図７の走査ビームイメージャ７８、９８および１１４の実施形態と同様に、走査ビームイメージャ１５７もまた、光源８０および８２から出力される光を整形するためにビーム整形光学素子を利用してもよく、および／またはビーム１５９ａおよび１５９ｂを再指向して、任意にそれらをさらに整形するために、平面鏡または曲面鏡などの反射面を利用してもよい。簡略にするため、このような詳細の説明は、再び記載しない。
【００３１】
図５から図８の走査ビームイメージャ７８、９８、１１４および１５７の実施形態の１つの用途は、走査ビーム内視鏡内にある。上述の走査ビームイメージャのいずれかが、走査ビーム内視鏡において用いるために、内視鏡先端の遠位先端に組み込まれてもよい。
【００３２】
図９および図１０は、一実施形態による内視鏡先端の遠位先端１３０および遠位先端１３０の走査モジュール１３８をそれぞれ示している。走査モジュール１３８は、図７の走査ビームイメージャ１１４に類似の態様で機能するように適合される。遠位先端１３０の走査モジュール１３８は、特定の作動距離からＦＯＶまたはＦＯＶの一部を撮像するのに適した選択されたビームウェスト距離を有するビームを走査するように構成される。遠位先端１３０は、ハウジング１３２を含み、走査モジュール１３８およびハウジング１３２の端部に固着されたエンドキャップ１４０を包囲して保持する。遠位先端１３０はまた、複数の検出用光ファイバ１３６を含み、複数の検出用光ファイバ１３６は、エンドキャップ１４０の背後に位置決めされてもよく、走査モジュール１３８を中心にして配置されてもよい。エンドキャップ１４０は、ＦＯＶから反射された光の少なくとも一部を検出用光ファイバ１３６によって集光するためにそれを介して伝送可能にするように構成される。
【００３３】
図１０を参照すると、走査モジュール１３８は、スキャナ１５２および複数の照明用光ファイバ１４４ａ〜１４４ｃを包囲するハウジング１４０を含み、複数の照明用光ファイバ１４４ａ〜１４４ｃは、対応する入力端部１４６ａ〜ｌ４６ｃおよび出力端部１４８ａ〜１４８ｃを有する。３つの照明用光ファイバ１４４ａ〜１４４ｃが示されているが、特定の走査モジュール設計に基づいて、３つより多い照明用光ファイバまたは３つ未満の照明用光ファイバを用いてもよい。入力端部１４６ａ〜ｌ４６ｃは、１つまたは複数の光源（図示せず）に結合されてもよい。走査モジュール１３８は、ハウジング１３２の内部に取り付けられるスキャナ１５０を含む。スキャナ１５０は、１次元または２次元のＦＯＶにわたって光を走査するように１軸または２軸を中心として回転可能にするように、従来の態様で走査フレーム１５３に取り付けられる走査板１５２を含む。
【００３４】
複数の横方向に分散されるバイア１５４ａ〜１５４ｃは、走査フレーム１５３を通って延在し、照明用光ファイバ１４４ａ〜１４４ｃの対応する照明用光ファイバを収容する。照明用光ファイバ１４４ａ〜１４４ｃは、エポキシなどの適切な接着剤を用いて、バイア１５４ａ〜１５４ｃの中に固定されてもよい。外面１６４および部分的に反射する内面１６２を有するドーム１６０は、ハウジング１６２に取り付けられる。一実施形態において、部分的に反射する内面１６２は、それによって反射される光を焦点化または平行光線化するように構成されてもよい。一部の実施形態において、ドーム１６０は、選択された偏光方向に光を反射して伝送するように構成されてもよい。このようなドーム１６０は、上述の‘５４０号出願に開示されている。一部の実施形態において、ドーム１６０は、その中を通過する光を整形するために、光学パワーを提供するように構成されてもよい。他の実施形態において、ドーム１６０は、窓として作用してもよく、固定鏡がドーム１６０の内面とスキャナ１５０との間に配置され、同一または類似の機能性を提供してもよい。
【００３５】
動作中、ビーム１５５ａ〜１５５ｃは、対応する照明用光ファイバ１４４ａ〜１４４ｃから選択的に出力される（明確にするために、ビーム１５５ａ〜１５５ｃの中心光線のみが、図１０に示される）。ビーム１５５ａ〜１５５ｃはそれぞれ、出力端部１４８ａ〜１４８ｃから軸方向に測定された異なるビームウェスト距離を有してもよい。たとえば、照明用光ファイバ１４４ａ〜１４４ｃはそれぞれ、その端部に取り付けられたレンズまたは他の適切な光学素子を含んでもよい。このような光ファイバは、Ｃｏｒｎｉｎｇ  Ｉｎｃ．から市販されており、レンズは、選択されたビームウェスト距離を有するビーム１５５ａ〜１５５ｃを提供するように構成されてもよい。ビーム１５５ａ〜１５５ｃは、再指向ビーム１５６a〜１５６ｃとして示される走査板１５２に反射および再指向される（明確にするために、今度も、再指向ビーム１５６ａ〜１５６ｃの中心光線のみが、図１０に示される）。再指向ビーム１５６ａ〜１５６ｃは、ドーム１６０の外面１６４からそれぞれ異なるビームウェスト距離を有する走査ビーム１５８ａ〜１５８ｃとして示されるＦＯＶにわたって走査される（明確にするために、今度も、走査ビーム１５８ａ〜１５８ｃの中心光線のみが、図１０に示される）。前述のように、ドーム１６０は、走査ビーム１５８ａ〜１５８ｃをさらに整形してもよい。走査ビーム１５８ａ〜１５８ｃは、ＦＯＶから反射され、反射光は、検出用光ファイバ１３６（図９に示す）によって集光される。検出用光ファイバ１３６によって集光された光信号は、ＦＯＶの特性を表し、画像を画定するためにさらに処理されてもよい。
【００３６】
他の実施形態において、照明用光ファイバ１４４ａ〜１４４ｃは、走査板１５２の中心Ｃを中心に半径方向に配置されてもよい。このような実施形態において、スキャナ１５０から反射される走査ビーム１５８ａ〜１５８ｃは、互いに対する著しい量の発散を呈すわけではない。
【００３７】
一実施形態において、走査モジュール１３８は、照明用光ファイバ１４４ａ〜１４４ｃのそれぞれがビーム１５４ａ〜１５４ｃを選択的に発するように動作可能である。このような実施形態において、遠位先端１３０は、走査モジュール１３８の外面１６４がＦＯＶの第１の部分から第１の作動距離に、およびＦＯＶの第２の部分から第２の作動距離に位置決めされるように、体腔内に位置決めされてもよい。第１の作動距離に略等しい第１のビームウェスト距離を有する走査ビーム１５８ａ〜１５８ｃの対応する走査ビームに関連する照明用光ファイバ１４４ａ〜１４４ｃの１つが、高解像度で、ＦＯＶおよびＦＯＶの第１の部分を撮像するように、対応するビーム１５４ａ〜１５４ｃを選択的に出力してもよい。その後、第２の作動距離に略等しい第２のビームウェスト距離を有する走査ビーム１５８ａ〜１５８ｃの対応する走査ビームに関連する照明用光ファイバ１４４ａ〜１４４ｃの１つが、高解像度で、ＦＯＶおよびＦＯＶの第２の部分を撮像するように、ＦＯＶにわたって走査される対応するビーム１５４ａ〜１５４ｃを選択的に出力してもよい。対応する照明用光ファイバ１４４ａ〜１４４ｃに関連する走査ビーム１５８ａ〜１５８ｃの１つを選択的に走査する工程が、必要に応じて繰り返されてもよく、その結果、ＦＯＶまたはＦＯＶの特定の部分からの作動距離に関して適切なビームウェスト距離を有する走査ビーム１５８ａ〜１５８ｃの１つが用いられる。したがって、遠位先端１３０は、きわめて深い有効被写界深度を提供する。
【００３８】
他の実施形態において、走査モジュール１３８は、照明用光ファイバ１４４ａ〜１４４ｃのそれぞれがビーム１５４ａ〜１５４ｃを同時にまたは実質的に同時に発してもよく、照明用光ファイバ１４４ａ〜１４４ｃのそれぞれに関連する光信号が、検出用光ファイバ１３６（図９に示される）によって受信される光信号を波長、時間または周波数によって多重化することによって、ＦＯＶからの反射光の検出中または検出後に分離されてもよいように動作可能である。
【００３９】
遠位先端１３０の走査モジュール１３８は、図７の走査ビームイメージャ１１４にきわめて類似の走査ビームイメージャを利用して上述したが、図５および図６の走査ビームイメージャ７８および９８は、内視鏡先端の遠位先端において用いるように適合されてもよい。たとえば、ドーム１６０は、透明な窓として構成され、走査モジュール１３８の構成要素を封止して保護するためだけに用いられてもよい。ドーム１６０の内面１６２または別の固定鏡からビーム１５４ａ〜１５４ｃを再指向する代わりに、照明用光ファイバ１４４ａ〜１４４ｃが、そこからスキャナ１５０の走査板１５２の上に直接的に出力されるビーム１５４ａ〜１５４ｃを指向してもよい。開示された走査ビームイメージャの他の変形および適合は、ドーム１６０の外面１６４から異なるビームウェスト距離を有する選択的に走査するビームを可能にするように利用されてもよい。
【００４０】
図１１は、一実施形態による複数のＦＯＶにわたってビームを走査するように構成される内視鏡先端の遠位先端において用いるための走査モジュール１６０を示している。したがって、走査モジュール１６０および遠位先端は、図８に示される走査ビームイメージャ１５７の適合である。この動作モードは、上述の走査モジュールの実施形態のいずれかと共に用いられてもよく、照明用光ファイバ１４４ａ〜１４４ｃが、互いから発散する走査ビームを提供するように位置決めされる。走査モジュール１６０は、図１０の走査モジュール１３８に含まれる同一の構成要素の多くを有する。したがって、簡略にするため、互いに対応する２つの走査モジュール１３８および１６０の構成要素は、同一または類似の参照符号が付されており、それらの構造および動作の説明は、繰り返されない。図１１において、明確にするために、種々のビームの中心光線のみが示されている。
【００４１】
照明用光ファイバ１４４ａ〜１４４ｃは、対応するビーム１６２ａ〜１６２ｃを出力する。ビーム１６２ａ〜１６２ｃは、再指向ビーム１６４ａ〜１６４ｃとして示される走査板１５２の中心線１６９に対して角度θｉａ〜θｉｃでドーム１６０の内面１６２によって、反射され、走査板１５２に向かって再指向される。再指向ビーム１６４ａ〜１６４ｃは、走査ビーム１６６ａ〜１６６ｃとして示される複数のＦＯＶにわたって走査される。今度も、明確にするために、再指向ビーム１６６ａ〜１６６ｃの中心光線のみが、図１１に示される。走査板１５２の所与の走査角に関して、走査ビーム１６６ａ〜１６６ｃは、走査板１５２の中心線１６８に対して角度θｒａ〜θｒｃで走査板１５２から反射される。したがって、走査ビーム１６６ａ〜１６６ｃは、それぞれのＦＯＶにわたって走査されてもよい。
【００４２】
一実施形態において、照明用光ファイバ１４４ａ〜１４４ｃおよび走査ビーム１６６ａ〜１６６ｃのそれぞれに関連するそれぞれのＦＯＶは重なってもよい。他の実施形態において、照明用光ファイバ１４４ａ〜１４４ｃおよび走査ビーム１６６ａ〜１６６ｃのそれぞれに関連するそれぞれのＦＯＶは、より大きな実質的に連続的なＦＯＶを画定してもよい。さらに別の実施形態において、照明用光ファイバ１４４ａ〜１４４ｃおよび走査ビーム１６６ａ〜１６６ｃのそれぞれに関連するそれぞれのＦＯＶは、互いにずれていてもよい。
【００４３】
一実施形態において、特定のＦＯＶは、照明用光ファイバ１４４ａ〜１４４ｃのどの特定の１つが光を出力するかを制御することによって選択されてもよい。他の実施形態において、照明用光ファイバ１４４ａ〜１４４ｃのすべてが、ビーム１６２ａ〜１６２ｃを同時にまたは実質的に同時に発してもよく、走査ビーム１６６ａ〜１６６ｃは、より大きなＦＯＶを提供するために、実質的に同時間に走査されてもよい。このような実施形態において、個別のＦＯＶは、画像処理中に共に合体されてもよい。一実施形態において、それぞれの走査ビーム１６６ａ〜１６６ｃに関連する特定のＦＯＶは、検出用光ファイバ１３６（図８に示される）によって受信される光信号を波長、時間または周波数によって多重化することによって、ＦＯＶからの反射光の検出中または検出後に分離されてもよい。
【００４４】
図１２は、遠位先端および関連する走査モジュールの上述の実施形態のいずれかを用いてもよい一実施形態による走査ビーム内視鏡２２０の概略図を示す。走査ビーム内視鏡２２０は、制御モジュール２２４、モニタ２２２および任意のポンプ２２６を含み、そのすべてがカート２２８に取り付けられてもよく、操作卓２２９と集合的に呼ばれる。操作卓２２９は、外部ケーブル２３７を通じてハンドピース２３６と通信し、外部ケーブル２３７は、コネクタ２３０を介して操作卓２２９に接続される。ハンドピース２３６は、ポンプ２２６および内視鏡先端２４２に動作可能に結合されてもよい。ハンドピース２３６は、ホース２３５を通じて内視鏡先端２４２の開口部から灌注流体を選択的にポンプによって送り込むように、ポンプ２２６を制御する。内視鏡先端２４２は、遠位先端２４０を含み、遠位先端２４０は、上述の遠位先端のいずれであってもよい。内視鏡先端２４２は、光ファイバおよび電気配線などの遠位先端２４０の構成要素、および任意に灌注チャネル、作動チャネルおよび操舵機構などの他の構成要素の遠位先端２４０の構成要素を包囲する。
【００４５】
動作中、遠位先端２４０は、体腔の内部に配置される。ハンドピース２３６を介したユーザの入力に応じて、遠位先端２４０は、ＦＯＶに関して光を走査する。体腔の内部からの反射光は、遠位先端２４０によって集光される。内部表面の画像を示す信号は、内視鏡２２０の遠位先端２４０から操作卓２２９に送信し、モニタ２２２上に表示し、医療専門家によって診断される。
【００４６】
図１３は、内視鏡２２０の種々の構成要素間の関係をより詳細に示すブロック図である。制御モジュール２２４は、モニタ２２２上に画像を生成するために協働する複数の論理素子および／または物理素子を包含する。制御モジュール２２４は、ビデオプロセッサおよびコントローラ２５４を含み、ビデオプロセッサおよびコントローラ２５４は、ハンドピース２３６を介したユーザによる制御入力を受信してその制御入力に応答する。ビデオプロセッサおよびコントローラ２５４はまた、画像処理機能を含んでもよい。ユーザの制御入力は、制御線２６８を介してビデオプロセッサおよびコントローラ２５４に送信される。
【００４７】
ビデオプロセッサおよびコントローラ２５４はまた、制御モジュール２２４内の他の構成要素の動作も制御する。制御モジュール２２４はさらに、ビデオプロセッサおよびコントローラ２５４に結合される実時間プロセッサ２６２を含み、実時間プロセッサ２６２は、たとえば、ビデオプロセッサおよびコントローラ２５４上に実装されるＰＣＩ基板として具現されてもよい。実時間プロセッサ２６２は、光源モジュール２５６、スキャナ制御モジュール２６０、検出器モジュール２６４およびビデオプロセッサおよびコントローラ２５４に結合される。スキャナ制御モジュール２６０は、走査ビーム内視鏡２４０のスキャナを制御するように動作可能であり、検出器モジュール２６４は、ＦＯＶから反射された光を検出するように構成される。
【００４８】
光源モジュール２５６は、個別に収容されてもよく、遠位先端２４０によるビーム走査のために用いられる光エネルギを提供する１つまたは複数の光源を含む。偏光および／または非偏光を生成するための適切な光源としては、発光ダイオード、レーザダイオードおよびダイオードポンプ固体（ＤＰＳＳ）レーザが挙げられる。このような光源はまた、波長の範囲にわたって、光を発するように動作可能であってもよい。一実施形態において、遠位先端２４０の照明用光ファイバのそれぞれは、対応する光源に結合されてもよい。他の実施形態において、１つの光源が、遠位先端２４０の照明用光ファイバのすべてに、照明用光ファイバの特定の１つに光を選択的に結合可能にするような態様で結合されてもよい。
【００４９】
ハンドピース２３６を介したユーザ入力に応じて、制御信号は、制御線２６８を介してビデオプロセッサおよびコントローラ２５４に送信される。ビデオプロセッサおよびコントローラ２５４は、実時間プロセッサ２６２に命令を伝送する。実時間プロセッサ２６２からの命令に応答して、光エネルギは、光ファイバ２５８を介して光源モジュール２５６から走査ビーム内視鏡２４０に出力される。光ファイバ２５８は、コネクタ２３０を介して外部ケーブル２３７に光学的に結合され、光を外部ケーブル２３７に伝送する。光は、ハンドピース２３６を通って走査ビーム内視鏡２４０に進み、最終的にはＦＯＶにわたって走査される。ＦＯＶから反射された光は、検出用光ファイバ（図示せず）によって遠位先端２４０で集光され、代表的な信号がコントローラモジュール２２４に伝送される。
【００５０】
一部の実施形態において、制御モジュール２２４に伝送される代表的な信号は、光信号である。したがって、戻り信号線２６６は、検出器モジュール２６４に結合される光ファイバまたは光ファイバの束であってもよく、代表的な光信号を検出器モジュール２６４に伝送する。検出器モジュール２６４で、ＦＯＶ特性に対応する光信号は、電気信号に変換され、実時間プロセッサ２６２に戻されて、ビデオプロセッサおよびコントローラ２５４に対する実時間処理および構文解析が行われる。光信号を示す電気信号は、実時間プロセッサ２６２への伝送前に、検出器モジュール２６４によって増幅され、任意にデジタル化されてもよい。別の実施形態において、アナログ信号は、実時間プロセッサ２６２に供給され、そこでアナログ／デジタル変換が行われてもよい。また、検出器モジュール２６４および実時間プロセッサ２６２は、１つの物理素子に組み合わせられてもよいことも考えられる。
【００５１】
他の実施形態において、ＦＯＶを示す光は、１つまたは複数のＰＩＮフォトダイオード、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）または光電子増倍管によって、遠位先端２４０または内視鏡先端２４２で電気信号に変換されてもよい。このような実施形態において、戻り線２６６は、電気配線であってもよく、検出器モジュール２６４は、省略されてもよい。
【００５２】
ビデオプロセッサおよびコントローラ２５４は、複数の個別の入力線／出力線を含むインターフェース２５２を有する。ビデオ出力は、画像を表示するために、モニタ２２２に結合されてもよい。記録デバイス２７４はまた、インターフェース２５２に結合され、手順を記録するビデオ情報を捕捉してもよい。その上、一部の実施形態において、遠隔専用入力、遠隔表示、保存、ライブラリ検索などのために、内視鏡システム２２０は、ネットワークまたはインターネット２７８に接続されてもよい。他の実施形態において、ビデオプロセッサおよびコントローラ２５４は任意に、インターフェース２５２を介して受信されたデータを画像データおよび遠位先端２４０を含む複数のソースから導出された情報を有するモニタ２２２を組み合わせてもよい。
【００５３】
他の実施形態において、モニタ２２２に加えてまたはモニタ２２２の代わりとして、画像は、１つまたは複数の遠隔デバイス、たとえば、頭部装着型ディスプレイなどに出力されてもよい。このような実施形態において、表示視野（ｖｉｅｗｉｎｇ  ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅ）などの内容情報は、ＦＯＶおよび／またはビデオプロセッサおよびコントローラ２５４における他の情報と組み合わせて、内容を感知する情報を生成してもよい。
【００５４】
前述から、本発明の特定の実施形態が例示のために願明細書に記載されたが、種々の変更が本発明の精神および範囲を逸脱することなく行われうることは十分に認識されよう。たとえば、走査ビームイメージャの種々の他の実施形態は、それぞれ異なるビームウェスト距離を有するビームの走査および／またはそれぞれ異なるＦＯＶにわたるビームの走査のために用いられてもよい。その上、このような走査ビームイメージャは、走査ビーム内視鏡およびバーコードスキャナなどの種々の装置に組み込まれてもよい。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲によるものを除き、限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】従来技術による走査ビームイメージャのブロック図である。
【図２】従来技術による走査ビーム内視鏡の概略図である。
【図３】従来技術による図２に示される内視鏡先端の遠位先端の概略部分等角図である。
【図４】従来技術による図３の走査モジュールの概略部分側部断面図である。
【図５】異なるビームウェスト距離を有するビームを走査するように構成される走査ビームイメージャの一実施形態のブロック図である。
【図６】走査ビームイメージャの別の実施形態のブロック図である。
【図７】走査ビームイメージャのさらに別の実施形態のブロック図である。
【図８】複数のＦＯＶを提供するように構成される走査ビームイメージャの一実施形態のブロック図である。
【図９】一実施形態による内視鏡先端の遠位先端の概略部分等角図である。
【図１０】一実施形態による種々のビームウェスト距離を有するビームを生成して走査するように構成される図９の走査モジュールの概略部分側部断面図である。
【図１１】別の実施形態による異なるＦＯＶにわたってビームを生成して走査するように構成される走査モジュールの概略部分側部断面図である。
【図１２】一実施形態による本願明細書に開示される走査モジュールのいずれかを利用しうる走査ビーム内視鏡の概略図である。
【図１３】一実施形態による図１２の走査ビーム内視鏡の種々の構成要素間の関係を示すブロック図である。
【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９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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