(57)【要約】【課題】  ＯＣＴ画像診断用プローブにおいて、回転伝達遅れやトルク損失等の発生を軽減すると共に、軸方向に一定長さの走査を行い３次元の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。【解決手段】  先端側に集光レンズを備える光ファイバーをチューブに内蔵する。そして集光レンズの先端側に光路変換手段を配置し、光路変換手段は集光レンズより後方側に設けた回転及び直動を行う圧電式アクチュエータの出力軸に連結されて回転する。このアクチュエータの出力軸は中空軸であり、その穴には光ファイバーを相対的に回転自在に挿通する。圧電式アクチュエータがチューブの中の光ファイバーを押し引きすると同時に光路変換手段を軸方向に一体的にスライドさせることにより、集光レンズからの光線の放射方向を周方向及び軸方向に変位させてコンパクトなプローブで高画質な３次元の観察画像を得ることができる。【選択図】    図１
2015100569.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プローブの先端側と後方側との間で光を伝える光ファイバーがチューブに内蔵されており、
前記光ファイバーは先端側に集光レンズを有し、
前記集光レンズの先端側に光路変換手段を有し、
回転および軸方向の変位を与える振動アクチュエータが、前記集光レンズより後方側に配置されており、
前記光路変換手段は、前記振動アクチュエータの出力軸に連結されており、
前記振動アクチュエータの前記出力軸は中空形状であり、前記出力軸の中空穴には、前記光ファイバーが相対的に回転自在に挿通されると共に前記光ファイバーを前記出力軸に対し軸方向に規制するクランプ手段を有し、
前記振動アクチュエータの前記出力軸が前記光路変換手段を回転させ、
前記集光レンズからの光線を全周方向に放射すると共に、
前記出力軸が前記チューブの中の光ファイバーを軸方向に押し引きすると同時に前記集光レンズと光路変換手段と先端側近傍の光ファイバーとを軸方向に一体的に変位させることにより、光線の放射を周方向及び軸方向に変位させることを特徴とする光イメージング用プローブ。
【請求項２】
前記光ファイバーは、前記チューブの長さよりも前記振動アクチュエータの前記出力軸の軸方向変位量以上長く、前記チューブ内に湾曲させて収納したことを特徴とする請求項１項記載の光イメージング用プローブ。
【請求項３】
前記振動アクチュエータは略多角柱状の可振子を有し、
前記可振子の略中心軸上に貫通穴を有し、
前記貫通穴に放射状に伸びるスリット部を有し、
前記貫通穴に出力軸が挿通され、
前記可振子の外周面のなかで、前記出力軸と平行な面の少なくとも１つの面に、第１の振動子が貼り付けられており、
前記第１の振動子が貼り付けられている面の対向面に、第２の振動子が貼り付けられており、
前記第１の振動子と、前記第２の振動子とは、各々パターン電極を有しており、
前記パターン電極の電極パターンに順次電圧を印加する事で可振子に進行波を発生し、前記出力軸に、回転および軸方向の変位を与えるものであることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の光イメージング用プローブ。
【請求項４】
前記可振子の前記貫通穴の有る側面に、パターン電極を有する第３の振動子が貼り付けられており、前記第１の振動子及び前記第２の振動子及び前記第３の振動子の前記パターン電極の電極パターンに順次電圧を印加する事で可振子に進行波を発生し、前記出力軸に、回転および軸方向の変位を与えることを特徴とする請求項１から３何れか１項記載の光イメージング用プローブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医療機器等において被検体で反射させた光を立体的に取り込んで観察するために必要な直動および回転駆動兼用式のアクチュエータを用いた３次元走査型の光イメージング用プローブに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
画像診断技術（光イメージング技術）は、装置機械、医療などの現場において広く利用されている技術である。例えば、医療現場や精密機器などの製造現場において、画像診断の手法として、一般的なカメラ観察や超音波診断装置に加えて、断層画像や３次元断層画像を撮影する事が可能なＸ線ＣＴ、核磁気共鳴、光の干渉性を利用したＯＣＴ画像(光干渉断層撮影)などの方式が研究されると共に活用されている。近年、この断層画像や３次元断層画像撮影は、これら方式の中で最も微細な撮影画像が得られるＯＣＴ画像診断技術の開発が注目されている。
【０００３】
ＯＣＴ画像は、光源として波長１３００ｎｍ（ナノメートル）程度の近赤外線を用いる事が多いが、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いる。加えて、およそ１０μｍ（マイクロメータ）〔超音波診断装置の１０分の１以下〕の識別が可能となることから、この断層画像方式を内視鏡に組込み、特に医療現場で人体の胃部、小腸部、動脈流等の血管部における患部の発見、診断及び治療への活用が期待されている。このＯＣＴ画像技術を適用した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。
【０００４】
ところで、特許文献１に示すＯＣＴ内視鏡では、該文献中図８に示すようにモータの回転力を、ベルトを介して回転シャフトに伝達し、さらにチューブ状の光学シース内を通る光ファイバー等からな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粉が発生する事があった。また、フレキシブルシャフトの擦れ、撓み、ねじれ、及びベルトの弾性変形等に起因して、回転速度ムラや、回転伝達遅れ、トルク損失の変動等を生じるために、得られる解析画像が乱れ、要求される空間分解能が得られなかった。
【０００５】
また、特許文献２に示すＯＣＴ内視鏡では、該文献中図１に示される環状のガイドカテーテルの内部に細長のチューブ状のカテーテルが挿入され、カテーテル内部には、回転および摺動可能で光学的に接続された光ファイバーまたはコアを有し、前記光ファイバーを回転駆動させると共に、文献中図３に示すように長さ方向に移動させて身体組織に照射を行い、解析画像を観察するＯＣＴの３次元画像システムである。しかしながらこの構成では、カテーテルの内周面と駆動軸外周面との擦れにより摩耗粉が発生する問題があった。また、駆動軸の擦れ、撓み、ねじれ、に起因して、回転速度ムラや、回転伝達遅れ、トルク損失の変動等を生じるため、得られる解析画像が乱れ、要求される空間分解能が得られなかった。
【０００６】
また、特許文献３に記載されるＯＣＴ内視鏡では、該文献中図２に示されるモータの回転軸の先端に反射鏡を直結するようにしている。しかしながら、このＯＣＴ内視鏡では、モータの本体が、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ー側に向けて引きまわす必要があり、この給電配線が前記反射鏡の側部に位置せざるを得ないため、給電配線が反射鏡によって反射された光を遮ってしまう。その為、反射鏡が全周回転し全周走査を行う場合、その一部が影となり３６０度全周の観察ができなかった。また、反射鏡よりも前方側にモータが突出するため、患部を走査する場合このモータ部が観察すべき被検体に当接してしまい、モータより後方に位置する前記反射鏡の光線が被検体に近赤外光線が届かず、内視鏡プローブ軸方向の撮像範囲が制限され、観察できない等の不具合を生じる場合があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】日本特許第３８８５１１４号公報
【特許文献２】日本特許第４５２０９９３号公報
【特許文献３】日本特許第４４６１２１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記従来事情に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、回転伝達遅れやトルク損失等の発生を軽減することで光線を回転放射する部分の回転ムラや軸振れ、回転伝達遅れを防ぐとともに、軸方向に一定長さの走査が行なえて、３次元の観察画像を得るための回転および直動運動を兼用で行えるアクチュエータを用いた光イメージング用プローブを実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するための一手段は、プローブの先端側と後方側との間で光を伝える光ファイバーがチューブに内蔵されており、前記光ファイバーは先端側に集光レンズを有し、前記集光レンズの先端側に光路変換手段を有し、回転および軸方向の変位を与える振動アクチュエータが、前記集光レンズより後方側に配置する。そして、前記光路変換手段は、前記振動アクチュエータの出力軸に連結されており、前記振動アクチュエータの前記出力軸は中空形状であり、前記出力軸の中空穴には、前記光ファイバーが相対的に回転自在に挿通されると共に前記出力軸に対し前記光ファイバーを軸方向に規制するクランプ手段を有している。そして、前記振動アクチュエータの前記出力軸が前記光路変換手段を回転させ、前記集光レンズからの光線を全周方向に放射すると共に、前記出力軸が前記チューブの中の光ファイバーを軸方向に押し引きすると同時に前記集光レンズと光路変換手段と先端側近傍の光ファイバーとを軸方向に一体的に変位させる。これにより、光線の放射方向を軸方向に変位させ、光イメージング用プローブの集光レンズからの光線の放射方向を周方向及び軸方向に変えることにより３次元走査を行えるようにした。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、内視鏡装置等のチューブ内で光ファイバーは回転させる必要がなく、光路変換手段が振動アクチュエータにより回転するので、回転伝達遅れやトルク損失等の発生を軽減される。更に振動アクチュエータが軸方向に光路変換手段を一定範囲で軸方向に駆動する事により光線を全周方向および軸方向に放射し、ＯＣＴ内視鏡において空間分解能が高い３次元観察画像を得るコンパクトな光イメージングプローブを得ることができる。 
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係わる光イメージング用プローブの断面図
【図２】同光イメージング用プローブの動作説明図
【図３】同光イメージング用プローブの圧電式アクチュエータの斜視図
【図４】同光イメージング用プローブの光ファイバー説明図
【図５】同光イメージング用プローブの走査範囲説明図
【図６】同光イメージング用プローブのタイミングチャート
【図７】本発明の第２の実施例の形態に係わるイメージング用プローブのアクチュエータの斜視図
【図８】本発明の第３の実施例の形態に係わるイメージング用プローブアクチュエータの斜視図
【図９】同光イメージング用プローブのアクチュエータの動作説明図
【図１０】同光イメージング用プローブを用いたガイドカテーテル説明図
【図１１】同光イメージング用プローブを用いた内視鏡画像装置構成図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本実施の形態の光イメージング用プローブの第一の特徴は、プローブの先端側と後方側との間で光を伝える光ファイバーがチューブに内蔵されており、前記光ファイバーは先端側に集光レンズを有し、前記集光レンズの先端側に光路変換手段を有し、回転および軸方向の変位を与える振動アクチュエータが、前記集光レンズより後方側に配置する。そして、前記光路変換手段は、前記振動アクチュエータの出力軸に連結されており、前記振動アクチュエータの前記出力軸は中空形状であり、前記出力軸の中空穴には、前記光ファイバーが相対的に回転自在に挿通されると共に前記出力軸に対し前記光ファイバーを軸方向に規制するクランプ手段を有している。そして、前記振動アクチュエータの前記出力軸が前記光路変換手段を回転させ、前記集光レンズからの光線を全周方向に放射すると共に、前記出力軸が前記チューブの中の光ファイバーを軸方向に押し引きすると同時に前記集光レンズと光路変換手段と先端側近傍の光ファイバーとを軸方向に一体的に変位させることにより、光線の放射を周方向及び軸方向に変位させる。
この構成によれば、内視鏡装置等のチューブ内で光ファイバーは回転させず、回転ミラー等からなる光路変換手段が回転するので、回転伝達遅れやトルク損失等の発生を軽減され高精度な走査により高空間分解能の３６０度全周への走査が可能である。更に圧電式アクチュエータが軸方向に回転ミラーを一定範囲で軸方向に変位させる事により、光線を軸方向に一定範囲で放射できるため、ＯＣＴ内視鏡において高い分解能の３次元全周観察画像を得ることができる。また。この構成によれば、圧電式アクチュエータ１個で回転及び直動作用を行うので光イメージングプローブはコンパクトであり、前記圧電式アクチュエータの作動力は電磁式アクチュエータの発生力より大きいため、チューブ内の光ファイバーを押し引きする動作がスムーズであり、軸方向の走査がより精度よく行える。
【００１３】
第二の特徴としては、前記出力軸により軸方向に押し引きされる前記光ファイバーは、前記チューブの長さよりも前記振動アクチュエータの前記出力軸の軸方向変位量以上に長く、前記チューブ内に湾曲させて収納している。
この構成によれば、光イメージング用プローブは、光ファイバーの堅さや剛性の影響を受けずチューブ内をスムーズに押し引きされるため、より精度よく走査が行える。
【００１４】
第三の特徴としては、前記振動アクチュエータは略多角柱状の可振子を備え、この可振子の略中心軸上に貫通穴を有し、前記貫通穴に放射状に伸びるスリット部を有する。そして、前記貫通穴に出力軸が挿通されている。また、前記可振子の外周面のなかで、前記出力軸と平行な面の少なくとも１つの面に、第１の振動子が貼り付けおり、前記第１の振動子が貼り付けられている面の対向面に、第２の振動子が貼り付けている。前記第１の振動子と、前記第２の振動子とは、各々パターン電極を有しており、前記パターン電極の電極パターンに順次電圧を印加する事で可振子に進行波を発生し、前記出力軸に、回転および軸方向の変位を与えるものである。
この構成によれば、１個のアクチュエータで回転及び直動駆動が行えるので、コンパクトで精度良く３次元全周走査が行える光イメージングプローブが得られる。
【００１５】
第四の特徴としては、前記可振子の前記貫通穴の有る側面に、パターン電極を有する第３の振動子が貼り付けられており、前記第１の振動子及び前記第２の振動子及び前記第３の振動子の前記パターン電極の電極パターンに順次電圧を印加する事で可振子に進行波を発生し、前記出力軸に、回転および軸方向の変位を与えるものである。
この構成によれば、よりコンパクトな構成で３次元全周走査が行える光イメージングプローブが得られる。
【００１６】
次に本発明の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１７】
図１〜図６は本発明に係る光イメージング用プローブの実施形態１を示している。
【００１８】
図１及び図２において、光ファイバー１はチューブ（カテーテル）６に内蔵されると共に、光ファイバー１の先端側に例えばボール状のレンズ等からなる集光レンズ２を備え、集光レンズ２の先端側に光路変換手段４を有している。
【００１９】
また、光路変換手段４を回転及び軸方向に駆動する振動アクチュエータとして、振動子に圧電素子９を使用した圧電式アクチュエータ１２をチューブ（カテーテル）６に内蔵する。
【００２０】
光路変換手段４は集光レンズ２より後方側に設けた回転及び直動が可能な圧電式アクチュエータ１２の出力軸３に連結されて回転及び中心軸方向に駆動される。この出力軸３は中空形状でありその略中心に空けられた穴３ａには光ファイバー１が相対的に回転自在に挿通されて、前記出力軸の前記穴の両端において前記光ファイバーを軸方向に規制する光ファイバークランプ５ａ、５ｂを有している。
【００２１】
また出力軸３は２つの軸受７ａ、７ｂにより回転及び摺動自在に支えられている。また圧電式アクチュエータ１２はチューブ６内で、必要に応じて板バネや、軟質のゴム等で弱く支えられ、圧電式アクチュエータの振動が阻害されないように固定されている。
【００２２】
図３は本発明の第１の実施の形態に係る光イメージング用プローブの圧電式アクチュエータの斜視図である。
【００２３】
略多角柱状の可振子８はその略中心軸上に貫通穴８ａを有し、この貫通穴８ａには放射状に伸びるスリット部８ｂを有し、貫通穴８ａに出力軸３が挿通又は軽圧入され、この出力軸８ａに平行な前記可振子８の外周の１つの面８ｃと、その対向面８ｄに、複数個配列したパターン状の電極１０を有する第１および第２の圧電素子９を貼り付けている。圧電素子９には１枚毎に例えば碁盤目状等のパターン状の電極１０が設けられている。
【００２４】
可振子８の外周面８ｃに貼り付けられた圧電素子９の表面には軸方向にＡ１〜ＡｎまでのＮ個の電極と、Ｂ１〜ＢｎまでのＮ個の電極が貼り付けられている。好ましくは更にＣ１〜ＣｎまでのＮ個の電極が同様に軸方向に配列して設けられている。対向する外周面８ｄには、Ｄ１〜ＤｎまでのＮ個の電極と、Ｅ１〜ＥｎまでのＮ個の電極が配列して設けられている。また、好ましくは、Ｆ１〜ＦｎまでのＮ個の電極が同様に軸方向に配列して設けられている。
【００２５】
スリット部８ａは出力軸３から略放射状に少なくとも１箇所（図１では２カ所）のスリット部８ｂが設けられ、可振子８にバネ性を発生させ、出力軸３と摺動穴８ａの間に適切な摩擦力（例えば約１ニュートン又は、約１００グラムの力）を発生する。
【００２６】
図１から図６の光イメージング用プローブの動作について以下に説明する。
【００２７】
図１１の装置本体８５から発光された例えば近赤外光線は、光ファイバー１に導光され、図１に示す集光レンズ２から前方に放射され、光路変換手段４ａにより略直角方向に放射角が変換され、また、光路変換手段４は圧電式アクチュエータ１２により回転させられるため、光線は図中１３ａの方向を含む、３６０全周方向に放射される。光線は透光部１６を通過し、人体の患部等の非検体に照射され、非検体からの反射光は、光線が導光された方向とは反対方向に、光路変換手段４、集光レンズ２、光ファイバー１を通って、図１１の装置本体８５に戻っていく。これにより装置本体８５は３６０度全周の２次元の画像を取り込むことができる。尚、引き続き圧電式アクチュエータ１２が以下の様に動作する事で３次元画像の取り込みを始める。
【００２８】
図１に示す圧電式アクチュエータ１２の出力軸３が直動すると、出力軸３がチューブ６の中の光ファイバー１を押し引きすると同時に集光レンズ２と光路変換手段４と先端側近傍の光ファイバー１とを軸方向に一体的に変位させることにより、光線の放射を軸方向にも変位させる。図２はこのように圧電式アクチュエータ１２が軸方向に変位した後の図であり、出力軸３は、集光レンズ２と光路変換手段４と先端側近傍の光ファイバー１と共に、図中、左の方に移動し、光線は、１３ｂを含む全周方向に照射している。これにより図１１の本体８５では３次元の画像データの蓄積が行なわれる。
【００２９】
以下に圧電式アクチュエータ１２の回転及び直動動作について説明する。
【００３０】
図１１のアクチュエータドライバー回路８７から略正弦波状に発生した電圧が図１に示す電線１１ａ、１１ｂを通して前記パターン状の電極１０に順次印加されるが、印加される順序を変えることにより、出力軸３は直動方向（図中矢印Ｍおよびその逆方向）に、または回転方向（図中矢印Ｐ及びその逆回転方向）にも動作することができる。
【００３１】
出力軸３に図３中の記号Ｍ方向に直動させる場合は、電圧を先ず第１に、電極Ａ１、Ｂ１、Ｃ１、Ｃ１に対向する位置にあるＤ１（図示しない）、Ｂ１に対向する位置にあるＥ１（図示しない）、Ａ１に対向する位置にあるＦ１（図示しない）の計６個の電極に印加する。
【００３２】
次に第２には、電極Ａ２、Ｂ２、Ｃ２、Ｃ２に対向する位置にあるＤ２（図示しない）、Ｂ２に対向する位置にあるＥ２（図示しない）、Ａ２に対向する位置にあるＦ２（図示しない）の計６個の電極に印加する。
【００３３】
次に第３には、電極Ａ３、Ｂ３、Ｃ３、Ｃ３に対向する位置にあるＤ３（図示しない）、Ｂ３に対向する位置にあるＥ３（図示しない）、Ａ３に対向する位置にあるＦ３（図示しない）の計６個の電極に印加する。
【００３４】
次に第４には、電極Ａ４、Ｂ４、Ｃ４、Ｄ４、Ｅ４、Ｆ４の計６個の電極に印加する。
その次に再び第１に印加したＡ１、Ｂ１、Ｃ１、Ｄ１、Ｅ１、Ｆ１の計６個の電極に印加し、これを繰り返す。これにより出力軸３は矢印Ｍ方向に摺動する。
【００３５】
図２において出力軸３が図中Ｌｓの距離だけ移動すると、移動側センサー１４ｃが固定側センサー１４ａに近接し、摺動動作の完了を示す信号を発生し、電線１１ａ、１１ｂからパターン電極１０に印加される電圧は停止される。
【００３６】
次に、これら電圧を印加する順序を逆にし、具体的には、第４→第３→第２→第１→第４の方向にすると、出力軸３は図３に示す中矢印Ｍとは逆方向に摺動する。
【００３７】
図２において出力軸３が逆方向に図中Ｌｓの距離だけ移動すると、移動側センサー１４ｃが固定側センサー１４ｂに近接し、摺動動作の完了を示す信号を発生し、電線１１ａ、１１ｂからパターン電極１０に印加される電圧は停止される。
【００３８】
次に、出力軸３を回転させる場合は、電圧を先ず第１に、電極Ａ１〜Ａ４と、Ｄ１〜Ｄ４の計８個の電極に印加し、第２には、電極Ｂ１〜Ｂ４と、Ｅ１〜Ｅ４の計８個の電極に印加し、第３には、電極Ｃ１〜Ｃ４と、Ｆ１〜Ｆ４の計８個の電極に印加し、その次に再び第１に印加したＡ１〜Ａ４と、Ｄ１〜Ｄ４の計８個の電極に印加し、これを繰り返す。これにより可振子８には図中矢印Ｎ方向とＯ方向に進行波が発生し、この２つの進行波により出力軸３は矢印Ｐ方向に回転駆動される。尚、出力軸３に取り付けられた移動側センサー１４ｃは１回転する毎に、チューブ６に取り付けられた回転検出センサー１４ｄからパルスを発生させている。
【００３９】
本光イメージング用プローブにおいては、出力軸を逆方向に回転させる必要は希であるが、逆回転が必要な場合はこれら電圧の繰り返し印加する方向を逆にし、具体的には第３→第２→第１→第３の方向にすると、出力軸３は図中矢印Ｐとは反対方向に回転する。
【００４０】
図４において、チューブ６の中に内蔵された光ファイバー１は、光ファイバー固定具１５により固定されているが、光ファイバー１の長さはチューブ６より、少なくともアクチュエータ１２の出力軸３が最大摺動する距離以上（約２〜１０ミリメートル以上）に長目に設けられ、チューブ６内に弛ませた状態で内蔵されている。
【００４１】
これにより圧電式アクチュエータを用いた光イメージング用プローブは光線放射方向を回転及び直動方向に変化させ、３次元的に走査し、例えば人体患部から反射した近赤外線を受光する事ができる。
【００４２】
図５は光路変換手段４から放射される光線の範囲を示している。ｄ２は近赤外光線が透過する範囲を意味するが、約４〜２０ｍｍ（ミリメートル）の範囲である。ｄ１はチューブ６の外径を意味しており、その直径は約２ｍｍ（ミリメートル）である。図中Ｌｓは出力軸３移動距離であるがおよそ２〜１０ｍｍ（ミリメートル）であり、図１及び図２の１３ａ、１３ｂの光線が透光部１６により僅かに屈折し、θ１とθ２の角度に広がって放射されるため、軸方向には、図５のＬａに示す範囲でＯＣＴの３次元観察が行われる。
【００４３】
図６は、本発明光イメージング用プローブのタイミングチャートを示している。上段の波形は出力軸３が回転する方向にアクチュエータドライバー８７からパターン電極１０に電圧が印加されている状態をＯＮ−ＯＦＦとして表しており、中段の波形は出力軸３が直動する方向に電圧を印加するＯＮ−ＯＦＦの状態を示し、正方向の変位をプラスに、逆方向の変位をマイナスで表している。また、下段の波形は圧電式アクチュエータ１２に軸方向の始終端位置を検出する固定側センサー１４ａ、１４ｂの出力波形である。
【００４４】
図７の装置本体８５の使用者が操作により、スタートパルスを発生すると、図６のタイミングチャートにおいて、まず第１に出力軸３は図３の矢印Ｐに示す方向に約６０〜１２０［回転/分］程度のゆっくりした速度で回転を始め、第２に出力軸３が１回転するまでに回転検出センサー１４ｄからパルスが１回出されると通電は一旦停止し回転アクチュエータの回転は停止し、第３に今後は出力軸３が一定の時間内（例えば０．０１［秒］）正方向に摺動し、出力軸はこの時、約２０μｍ（ミクロン）を移動する。次に再び出力軸３は図３の矢印Ｐに示す方向に約６０〜１２０［回転/分］程度の速度で回転を行い、このように第１→第２→第３の動作を繰り返す。やがて出力軸が終端まで移動すると、第４に固定側センサー１４ａに移動側センサー１４ｃが近接する事で出力を発生するので、この終端信号を検出して出力軸３は停止する。引き続き第５に出力軸３は高速で後進を行い、第６に固定側センサー１４ｂから始端位置出力を検出して後進を終了し通電は止められ出力軸は回転及び直動共に停止する。この時の出力軸３の停止位置はスタンバイ位置であり次のスタートパルスを待つ状態になっている。
【００４５】
図１０は、３次元走査型光イメージング用プローブを用いたガイドカテーテル８２の説明図である。ガイドカテーテル８２は人体の胃部や小腸内に挿入可能なようにその直径は約１〜５ｍｍ（ミリメートル）程度で、フッソ樹脂等の適度な強度と柔軟性を有するように作られている。
【００４６】
また、その先端観察部８４にはＣＣＤカメラ部８３を有し、ガイドカテーテルの全長に渡り鉗子チャネル８１と称する約１ｍｍから５ｍｍ（ミリメートル）の直径の穴が開けられ、本発明３次元走査型光イメージング用プローブのチューブ（カテーテル）６はこの鉗子チャネル内に挿入及び取外し自由に構成される。
【００４７】
図１１は、３次元走査型光イメージング用プローブを用いた内視鏡装置の構成図であり、チューブ６はガイドカテーテル８２と共にＯＣＴ内視鏡装置の本体８５に取り付けられる。本体には圧電式アクチュエータ１２のドライバー回路８７、光干渉解析部８８、画像解析コンピュータ８９が内蔵されモニター９０には、ＣＣＤカメラ８３の画像と、コンピュータ８９で解析して作られたＯＣＴ３次元画像が表示される。
【００４８】
チューブ６の内部に貫通する光ファイバー１は、屈曲自在なグラスファイバーであり直径は０．２〜０．４ｍｍ（ミリメートル）程度のものを使っている。
【００４９】
光路変換手段４は平滑な反射面を有するミラーかプリズムからなり、反射率を高めるため表面粗さと平面度は一般の光学部品と同等以上の精度に磨きあげられている。
【００５０】
透光部１６の表面は、透明なプラスチックス又はガラス等で構成されるが、光線の透過率を高め、反射を防ぐために表面にコーティングを施している。また、屈折により図中θ１又はθ２の角度で光線の操作幅を広げるためには、透光部３の厚さは適宜厚さを変化させており、均一でない場合がある。
【００５１】
なお、集光レンズ２はボールレンズが使われているが、円錐状の集光レンズやプリズを用いても同じである。
【００５２】
図３の圧電式アクチュエータ１２は、圧電素子９の厚さに対して可振子８の厚さの比率を一般値より小さくしている。これは圧電素子からの振動発生力を大きくし、可振子が振動を減衰せずに、出力軸３に伝達して圧電式アクチュエータ１２を小さくする事に寄与している。
【００５３】
可振子８はバネ性を有し、かつ圧電素子９との線膨張係数の差が大きくない事が望まれるため、ステンレス鋼、またはジルコニヤセラミックス等により加工される。
【００５４】
中空の出力軸３は、金属またはセラミックスからなり、溶融金属を金型による引き抜き加工か、または焼成前のセラミックスの金型による押し出し加工で中空に成形され、硬化処理後に研磨加工する方法等により仕上げ加工される。
【００５５】
出力軸３の穴３ａは直径が０．２〜０．５ｍｍ（ミリメートル）あり、光ファイバー１の直径より十分大きくしているため、光ファイバー１が穴３ａの強く接触することはなく、仮に軽く接触しても摩耗粉が発生するほどではない。また、回転摩擦トルクが変動する問題もない。
【００５６】
図１および図２において、チューブ６の後方から先端までの全長に渡る内部で光ファイバー１は、長いチューブ６の中で回転させないため擦れる事がなく、回転伝達遅れやトルク損失等の発生を軽減される。
【００５７】
本発明によれば、チューブ６の先端近傍に内蔵された圧電式アクチュエータ１２と光路変換手段４の回転速度ムラがなく、人体等の被検体から反射し先端側に入射した光を光路変換手段４が高精度な走査を行い後方側光ファイバー１へ導く事により、１０μｍ（ミクロン）の高い空間分解能が得られる。
【００５８】
また、圧電式アクチュエータ１２が光路変換手段を回転させる事により３６０度全周の走査が行われるが、３６０度の走査範囲内に信号線や電線を設けない構成であるため、３６０度の鮮明なＯＣＴ画像を得ることができる。さらに圧電式アクチュエータ１２の摺動動作によりミラー等からなる光路変換手段４が軸方向に移動し３次元の走査が行なわれ、さらに、圧電式アクチュエータ１個で回転及び直動動作を兼ねるので光イメージングプローブがコンパクトに構成できる。
【実施例２】
【００５９】
次に、本発明に係わる３次元走査型光イメージング用プローブの実施形態２について説明する。
図７は、圧電式アクチュエータ１２を示しており、第２の実施形態はこのアクチュエータ１２の構成以外は第１の実施形態と同じである。
【００６０】
略多角柱状の可振子１８はその略中心軸上に貫通穴１８ａを有し、この貫通穴１８ａには放射状に伸びるスリット部１８ｂを有し、貫通穴１８ａに出力軸３が挿通又は軽圧入され、この出力軸３に平行な前記可振子１８の外周面１８ｃ、１８ｄ、１８ｅ、１８ｆのそれぞれに、パターン状の電極１０を有する計４枚の圧電素子９を貼り付けている。圧電素子９には１枚毎に例えば碁盤目状等のパターン状の電極１０が設けられている。
【００６１】
可振子１８の外周面１８ｃに貼り付けられた圧電素子９の表面には軸方向にＡ１〜ＡｎまでのＮ個の電極と、Ｂ１〜ＢｎまでのＮ個の電極が貼り付けられている。隣接する外周面８ｄには、Ｃ１〜ＣｎまでのＮ個の電極と、Ｄ１〜ＤｎまでのＮ個の電極が配列して設けられている。また、外周面１８ｅには電極Ｅ１〜Ｅｎ、Ｆ１〜Ｆｎを有する圧電素子９が貼り付けられ、外周面１８ｆには電極Ｇ１〜Ｇｎ、Ｈ１〜Ｈｎの電極が貼り付けられた圧電素子９が貼り付けられる。
【００６２】
スリット部１８ａは出力軸３から略放射状に少なくとも１箇所（図７では２カ所）に設けられ、可振子１８にバネ性を発生させ、出力軸３と摺動穴１８ａの間に摩擦力を発生する。
【００６３】
以下に圧電式アクチュエータ１２の回転及び直動動作について説明する。
図１１のアクチュエータドライバー回路８７から図１の電線１１ａ、１１ｂを通して略正弦波状に発生した電圧が前記パターン状の電極１０に順次印加されるが、印加される順序を変えることにより、出力軸３は直動方向（図中矢印Ｍおよびその逆方向）に、または回転方向（図中矢印Ｐ及びその逆回転方向）に動作することができる。
【００６４】
出力軸３に図７中の記号Ｍ方向に直動させる場合は、電圧を先ず第１に、電極Ａ１、Ｂ１、Ｃ１、Ｄ１の計４個の電極に印加し、第２には、電極Ａ２、Ｂ２、Ｃ２、Ｄ２の計４個の電極に印加し、第３には、電極Ａ３、Ｂ３、Ｃ３、Ｄ３の計４個の電極に印加し、さらに第４には、電極Ａ４、Ｂ４、Ｃ４、Ｄ４の計４個の電極に印加する。その次に再び第１に印加したＡ２、Ｂ２、Ｃ２、Ｄ２の計４個の電極に印加し、これを繰り返す。これにより可振子１８に矢印Ｍ方向に直動方向の進行波が発生し、この進行波は出力軸３を矢印Ｍ方向に摺動させる。
【００６５】
次に、これら電圧の繰り返し印加する方向を逆にし、具体的には、第４→第３→第２→第１→第４の方向にすると、出力軸３は図１中矢印Ｍとは逆方向に摺動する。
【００６６】
次に、出力軸３を回転させる場合は、電圧を先ず第１に、電極Ａ１〜Ａ４と、Ｅ１〜Ｅ４の計８個の電極に印加し、第２には、電極Ｂ１〜Ｂ４と、Ｆ１〜Ｆ４の計８個の電極に印加し、第３には、電極Ｃ１〜Ｃ４と、Ｇ１〜Ｇ４の計８個の電極に印加し、第４には、電極Ｃ１〜Ｃ４と、Ｇ１〜Ｇ４の計８個の電極に印加し、その次に再び第１に印加したＡ１〜Ａ４と、Ｅ１〜Ｅ４の計８個の電極に印加し、これを繰り返す。これにより可振子８には図中矢印Ｎと矢印Ｏ方向に進行波が発生し、この２つの進行波により出力軸３は矢印Ｐ方向に回転する。
【００６７】
これら電圧の繰り返し印加する方向を逆にすると、出力軸３は図１中矢印Ｐとは反対方向に回転する。
【００６８】
この実施形態２においては、圧電素子９が可振子８の外周の全ての面に貼り付けられており、多数枚の圧電素子で強い進行波が発生できる。但し、図３の第１の実施形態に比べて、厚い圧電素子は構成上貼りにくい難点があるため、薄い圧電素子を多数枚貼ることで大きい作動力を発生するよう設計されている。
【００６９】
尚、圧電素子９から発生する進行波の力は、貼り付けられた圧電素子９の枚数または面積に比例すると共に、圧電素子９の厚さにも比例するものであり、この原理を考慮して圧電素子９の形状や大きさ、及び電極パターン１０の設計が行われる。但し、圧電素子を厚くせると厚さに比例して印加する電圧を上げなければならないため、圧電素子９は厚さ及び面積のそれぞれに設計上の限界がある。
【００７０】
本発明によれば光イメージング装置がコンパクトに構成でかつ圧電式アクチュエータが発生する推力が大きくなり、また、内視鏡装置等のカテーテル内で光ファイバーが相対的な回転をさせないので擦れる事がなく、回転伝達遅れやトルク損失等の発生を軽減され、高い空間分解能で鮮明なＯＣＴ解析画像が得られる。
【実施例３】
【００７１】
次に、本発明に係わる３次元走査型光イメージング用プローブの実施形態３について説明する。
【００７２】
図８は、圧電式アクチュエータ１２を示しており、第３の実施形態はこのアクチュエータ１２の構成以外は第１の実施形態と同じである。
【００７３】
略多角柱状の可振子２８はその略中心軸上に貫通穴２８ａを有し、この貫通穴２８ａには放射状に伸びるスリット部２８ｂを有し、貫通穴２８ａに出力軸３が挿通又は軽圧入され、可振子２８にバネ性を発生させ、出力軸３と摺動穴２８ａの間に摩擦力を発生する。
【００７４】
出力軸３に平行な前記可振子２８の外周面２８ｃ、２８ｄ、２８ｅ、２８ｆのそれぞれに、パターン状の電極１０を有する計４枚の圧電素子９を貼り付けており、また、貫通穴２８ａを有する２つの側面２８ｇ、２８ｈにもパターン電極１０を有する圧電素子９が貼り付けられている。
【００７５】
可振子２８の外周面２８ｃには図中記号Ｂ２に示す電極が、外周面２８ｄにはＣ２とＤ２の電極が、外周面２８ｅにはＥ２に示す電極が、外周面２８ｆにはＦ２とＡ２の電極がそれぞれの圧電素子９の表面に形成されている。また、側面２８ｇにはＢ１とＥ１の電極が、側面２８ｈにはＢ３とＥ３の電極がそれぞれの圧電素子９の表面に形成され、これら全ての電極を合わせて１組の電極パターンを形成している。
【００７６】
以下に圧電式アクチュエータ１２の回転及び直動動作について説明する。
【００７７】
図１１のアクチュエータドライバー回路８７から図１の電線１１ａ、１１ｂを通して略正弦波状に発生した電圧が、図８に示される前記パターン状の電極１０に順次印加されるが、印加される順序を変えることにより、出力軸３は直動方向（図中矢印Ｍおよびその逆方向）に、または回転方向（図中矢印Ｐ及びその逆回転方向）に動作することができる。
【００７８】
出力軸３に図８及び図９中の記号Ｍ方向に直動させる場合は、電圧を先ず第１に、電極Ｂ１、Ｅ１の２個の電極に印加し、第２には、電極Ｂ２、Ｅ２の２個の電極に印加し、第３には、電極Ｂ３、Ｅ３の２個の電極に印加する。その次に再び第１に印加したＢ１、Ｅ１の２個の電極に印加し、これを繰り返す。これにより可振子２８に矢印Ｎ及び矢印Ｏ方向に回転進行波が発生し、この２つの回転進行波が出力軸３に矢印Ｍ方向に直動させる。
【００７９】
次に、これら電圧の繰り返し印加する方向を逆にし、具体的には、第３→第２→第１→第３の方向にすると、出力軸３は図９中矢印Ｍとは逆方向に直動する。
【００８０】
次に、出力軸３を回転させる場合は、電圧を先ず第１に、電極Ａ２、Ｄ２の２個の電極に印加し、第２には、電極Ｂ２、Ｅ２の２個の電極に印加し、第３には、電極Ｃ２、Ｆ２の２個の電極に印加し、その次に再び第１に印加したＡ２とＤ２の２個の電極に印加し、これを繰り返す。これにより可振子２８には図中矢印Ａと矢印Ｂの進行波が発生し、この進行波により出力軸３は矢印Ｐ方向に回転する。
【００８１】
これら電圧の繰り返し印加する方向を逆にすると、出力軸３は図８中矢印Ｐとは反対方向に回転する。
【００８２】
この実施形態３においては、圧電素子９が可振子８の全ての外周面及び側面にも貼り付けられており、多数枚の圧電素子で強い進行波が発生できる。
【００８３】
本発明によれば回転及び直動運動を１つの圧電式アクチュエータ１２が行うので、コンパクトであり、また、内視鏡装置等のカテーテル内で光ファイバーが相対的な回転をさせないので擦れる事がなく、回転伝達遅れやトルク損失等の発生を軽減され、高い空間分解能で鮮明なＯＣＴ解析画像が得られる。
【００８４】
ＯＣＴ３次元操作画像診断装置において最も重要な要求性能は３次元画像の空間分解能を高める事であるが、空間分解能を達成するための要因には、アクチュエータ１２の回転速度ムラ、出力軸３の振れ精度、光路変換素子４の精度、集光レンズ２の表面精度等がある。
【００８５】
この中で影響度が大きいのはアクチュエータ１２の回転速度ムラであるが、チューブ６の先端部にアクチュエータ１２を内蔵し、光路変換素子４を高精度で、かつ回転速度ムラなく回転させる本方式はたとえば１０マイクロメータ以下の高い３次元の空間分解能を安定して達成できる。
【００８６】
本発明によれば、内視鏡装置等のチューブ６内で光ファイバー１が相対的な回転を行わないので擦れる事がなく、回転伝達遅れやトルク損失等の発生を軽減され高い空間分解能で鮮明なＯＣＴ解析画像が得られる。また、直動アクチュエータ１２の軸方向への摺動動作により、光線を軸方向に一定範囲で放射して３次元の観察画像を得る、コンパクトなプローブを得ることができる。
【００８７】
尚、実施形態１〜３においては、光路変換手段４と光ファイバ１を動作させるアクチュエータとして、振動子に圧電素子を使用した圧電式のアクチュエータを使用したが、電歪素子等、他の振動子を使用した振動アクチュエータや、他の方式の回転及び直動可能なアクチュエータを用いることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
本発明の３次元走査型光イメージング用プローブは、長いチューブ内の光ファイバーを回転させることなく、チューブの先端近傍にモータで速度ムラなく回転する光路変換手段を設けて高精度な回転走査機構を有する事により、ＯＣＴ画像診断装置の基本性能である空間分解能をおよそ１０μｍ（ミクロン）に改善する事が可能となり、さらに３次元走査により人体内部の患部の観察と診断が人体の切開手術せずに行え、従来の診断装置であったＸ線ＣＴ、核磁気共鳴などでは不可能であった高分解能で緻密は診断が可能となる。またコンパクトに構成できるため、特に医療現場での活用が期待されている。 
また、本発明は、医療用内視鏡装置以外にも工業用ＯＣＴ診断装置にも使うことができる。
【符号の説明】
【００８９】
１  光ファイバー
２  集光レンズ
３  出力軸
３ａ  穴  
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ  光路変換手段  
５ａ、５ｂ  光ファイバークランプ
６  チューブ（カテーテル）
７ａ、７ｂ  軸受
８、１８、２８可振子
８ａ、１８ａ、２８ａ  摺動穴
８ｂ、１８ｂ、２８ｂ  スリット部  
８ｃ、８ｄ、１８ｃ、１８ｄ、１８ｅ、１８ｆ、２８ｃ、２８ｄ、２８ｅ、２８ｆ  外周面
２８ｇ、２８ｈ    側面
９  圧電素子（振動子）
１０  パターン電極
１１ａ、１１ｂ  電線
１２  圧電式アクチュエータ（振動アクチュエータ）
１３ａ、１３ｂ  光線
１４ａ、１４ｂ  固定側センサー
１４ｄ    回転検出センサー
１４ｃ    移動側センサー  
１５  光ファイバー固定具
１６  透光部  
８１  鉗子チャネル
８２  ガイドカテーテル
８３  ＣＣＤカメラ部
８４  先端観察部
８５  装置本体
８７  アクチュエータドライバー回路
８８  光干渉解析部
８９  コンピュータ
９０  モニター
【図１】
2015100569.tif 000003
【図２】
2015100569.tif 000004
【図３】
2015100569.tif 000005
【図４】
2015100569.tif 000006
【図５】
2015100569.tif 000007
【図６】
2015100569.tif 000008
【図７】
2015100569.tif 000009
【図８】
2015100569.tif 000010
【図９】
2015100569.tif 000011
【図１０】
2015100569.tif 000012
【図１１】
2015100569.tif 000013