(57)【要約】【課題】光学基板の変形を抑制しつつ、その間隔寸法を変化させて、所望の波長帯域の光を精度よく分光する。【解決手段】間隔をあけて対向配置され、対向面にコート層２ａ，２ｂが設けられた複数の光学基板３，４と、該光学基板３，４の中心線回りに周方向に間隔をあけて配置され、光学基板３，４の間隔方向に伸縮可能なアクチュエータ５と、該アクチュエータ５と光学基板３，４とを周方向に間隔をあけた複数位置において接続する接続部材１０とを備える可変分光素子１を提供する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
間隔をあけて対向配置され、対向面にコート層が設けられた一対の光学基板と、
該光学基板の中心軸回りに周方向に間隔をあけて配置され、前記光学基板の間隔方向に伸縮可能なアクチュエータと、
該アクチュエータと前記光学基板とを前記周方向に間隔をあけた複数位置において接続する接続部材とを備える可変分光素子。
【請求項２】
前記接続部材が弾性材料からなる請求項１に記載の可変分光素子。
【請求項３】
前記アクチュエータと接続部材との間に、前記アクチュエータを連結する弾性材料からなるリング状の平板部材が配置されている請求項１に記載の可変分光素子。
【請求項４】
前記平板部材と前記接続部材とが一体的に構成されている請求項３に記載の可変分光素子。
【請求項５】
前記平板部材が前記アクチュエータに接着され、
前記接続部材が、前記平板部材と前記アクチュエータとの接着位置以外の位置において前記平板部材に接続している請求項３に記載の可変分光素子。
【請求項６】
前記アクチュエータの一端を固定するベースと、
該ベースと前記平板部材との間に配置され、両者を固定する支柱部材とを備える請求項３に記載の可変分光素子。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれかに記載の可変分光素子を備える内視鏡システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、可変分光素子および、それを備えた内視鏡システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、一対の光学基板を対向配置させ、該光学基板間に配置したアクチュエータの作動により、光学基板間の間隔を変更し、透過させる光の波長を変化させる可変分光素子が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
この特許文献１に開示されている可変分光素子は、周方向に間隔をあけて配置された複数のアクチュエータを作動させて弾性変形可能な接続部材を弾性変形させることにより、該接続部材に取り付けられている光学基板を移動させて、光学基板間の間隔寸法を変化させ、分光する光の波長帯域を変化させるようになっている。
【特許文献１】米国特許出願公開第２００２／０１８６３７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１に開示された可変分光素子は、複数のアクチュエータと光学基板とを接続する接続部材が、光学基板に、その周方向に全周にわたって接着されているので、アクチュエータの作動により接続部材が弾性変形させられると、その変形が光学基板を変形させる応力を発生させてしまうという不都合がある。その結果、光学基板が平坦な形状を維持できず、変形させられてしまうと、分光特性が変化し、所望の波長帯域の光を精度よく分光することが困難になるという問題がある。
【０００４】
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、光学基板の変形を抑制しつつ、その間隔寸法を変化させて、所望の波長帯域の光を精度よく分光することができる可変分光素子および、それを備えた内視鏡システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、間隔をあけて対向配置され、対向面にコート層が設けられた一対の光学基板と、該光学基板の中心軸回りに周方向に間隔をあけて配置され、前記光学基板の間隔方向に伸縮可能なアクチュエータと、該アクチュエータと前記光学基板とを前記周方向に間隔をあけた複数位置において接続する接続部材とを備える可変分光素子を提供する。
【０００６】
上記発明においては、前記接続部材が弾性材料からなることとしてもよい。
また、上記発明においては、前記アクチュエータと接続部材との間に、前記アクチュエータを連結する弾性材料からなるリング状の平板部材が配置されていることとしてもよい。
また、上記発明においては、前記平板部材と前記接続部材とが一体的に構成されていることとしてもよい。
【０００７】
また、上記発明においては、前記平板部材が前記アクチュエータに接着され、前記接続部材が、前記平板部材と前記アクチュエータとの接着位置以外の位置において前記平板部材に接続していることとしてもよい。
また、上記発明においては、前記アクチュエータの一端を固定するベースと、該ベースと前記平板部材との間に配置され、両者を固定する支柱部材とを備えることとしてもよい。
また、本発明は、上記いずれかの可変分光素子を備える内視鏡システムを提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、光学基板の変形を抑制しつつ、その間隔寸法を変化させて、所望の波長帯域の光を精度よく分光することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の一実施形態に係る可変分光素子１について、図１および図２を参照して説明する。
本実施形態に係る可変分光素子１は、図１に示されるように、概ね平行に僅かな間隔をあけて対向配置され、対向面の光学有効径の範囲に反射膜（コート層）２ａ，２ｂを備える２枚の円板状の光学基板３，４と、該光学基板３，４の光学有効径の範囲外に周方向に間隔をあけて４本配置され、加えられる電圧信号に応じて前記光学基板３，４の間隔方向に伸縮させられるアクチュエータ５とを備えている。
【００１０】
また、本実施形態に係る可変分光素子１は、４本のアクチュエータ５の一端（固定端）５ａを固定するベース６と、該ベース６に固定された筐体７とを備えている。４本のアクチュエータ５の他端（移動端）５ｂには、前記光学基板３，４の光学有効径よりも大きな中央穴８ａを有するリング板状の平板部材８が接着固定されている。ベース６にも光学基板３，４の光学有効径よりも大きな中央穴６ａが設けられている。
【００１１】
一方の光学基板３は前記筐体７に固定され、他方の光学基板４は保持部材９に保持されている。
前記筐体７には、前記光学基板３の光学有効径よりも大きな貫通穴７ａが設けられている。また、前記保持部材９も、光学基板４の光学有効径よりも大きな中央穴９ａを備えたリング状部材である。この保持部材９と前記平板部材８とは、周方向に間隔をあけて配置された棒状の接続部材１０により接続されている。
【００１２】
前記平板部材８は、アクチュエータ５の内側縁よりも半径方向内方に内鍔状に突出しており、前記接続部材１０は、平板部材８のアクチュエータ５よりも半径方向内方に突出した部位に固定されている。
また、前記平板部材８は弾性材料により形成され、前記保持部材９および接続部材１０よりも低い剛性を備えている。これにより、アクチュエータ５の伸縮動作により平板部材８に曲げ応力が作用すると、平板部材８が最初に湾曲してその曲げ応力を吸収し、保持部材９および接続部材１０を変形させることなく支持することができるようになっている。
【００１３】
また、各光学基板３，４の光学有効径の外側には容量センサ電極１１が周方向に間隔をあけて対向配置されている。
前記反射膜２ａ，２ｂは、例えば、誘電体多層膜により構成されている。
また、容量センサ電極１１は、例えば、金属膜により構成されている。容量センサ電極１１からの信号をフィードバックしてアクチュエータ５への駆動信号を制御することにより、透過特性の調節精度を向上することができるようになっている。
【００１４】
アクチュエータ５は、例えば、圧電素子からなる角棒状部材であって、加えられる電圧信号に応じてその長さ寸法を伸縮させるようになっている。
これにより、可変分光素子１は、アクチュエータ５の作動により光学基板３，４の間隔寸法を変化させることで、その透過する光の波長帯域を変化させることができるようになっている。
【００１５】
このように構成された本実施形態に係る可変分光素子１の作用について、以下に説明する。
本実施形態に係る可変分光素子１により、入射される光から分光される光の波長帯域を変化させるには、各アクチュエータ５に電圧信号を加えて伸縮させる。アクチュエータ５は固定端５ａがベース６に固定されているので、該ベース６に対して移動端５ｂを近接あるいは離間させる方向に伸縮することができる。
【００１６】
アクチュエータ５の移動端５ｂには、平板部材８、接続部材１０および保持部材９を介して、一方の光学基板４が取り付けられているので、アクチュエータ５を伸縮させることにより、該アクチュエータ５の移動端５ｂに固定された平板部材８、接続部材１０、保持部材９および一方の光学基板４を厚さ方向に移動させることができる。一方、ベース６に固定された筐体７には他の光学基板３が固定されているので、一方の光学基板４を厚さ方向に移動させることにより、該光学基板４は他方の光学基板３に対して両者の間隔寸法を変化させる方向に移動させられる。
これにより、２枚の光学基板３，４を透過可能な光の波長帯域を変化させ、光学基板３，４間の間隔寸法に応じて定められる波長帯域の光を透過させることができる。
【００１７】
この場合において、本実施形態に係る可変分光素子１によれば、周方向に間隔をあけて配置された４本のアクチュエータ５を同時に同一寸法だけ伸縮させる場合には、平板部材８は弾性変形することなく、平坦な平板状の形態を保ったままで並進移動させられる。これに対して、アクチュエータ５の伸縮寸法が、アクチュエータ５毎に異なる場合には、平板部材８には曲げ応力が作用する。
【００１８】
平板部材８は、接続部材１０や保持部材９よりも十分に剛性が低いので、曲げ応力に応じて変形する。これにより、アクチュエータ５の移動端５ｂが不揃いになることにより発生する曲げ応力が、平板部材８の変形により吸収されるので、接続部材１０に伝達される際には十分に低減される。さらに、接続部材１０は周方向に間隔をあけて複数設けられているので、光学基板４を保持する保持部材９を、実質的に４点の点接触により支持することができる。
【００１９】
その結果、接続部材１０から保持部材９に作用する曲げ応力が十分に低減され、保持部材９の変形が防止される。すなわち、保持部材９に支持されている光学基板４も変形することがなく、高い平面度を保ったままで移動させられることになる。
【００２０】
このように、本実施形態に係る可変分光素子１によれば、平板部材８により曲げ応力が吸収されるので、４本のアクチュエータ５を独立して駆動しても、光学基板４を高い平面度に保ったままで移動させることができる。したがって、アクチュエータ５の個体差等、種々の要因により、アクチュエータ５の伸縮がばらついても、光学基板４を変形させることなく、移動させることができる。
【００２１】
また、光学基板３，４に設けられた容量センサ電極１１により光学基板３，４の周方向の複数の位置で検出された間隔寸法に基づいて光学基板３，４間の相対的な傾斜を補正するために、アクチュエータ５を独立駆動する場合においても、光学基板４が高い平面度を維持したまま、その相対的な傾斜を補正するように移動させられ、両光学基板３，４間の高い平行度を達成することができる。
【００２２】
すなわち、本実施形態に係る可変分光素子１によれば、２枚の光学基板３，４の平面度および平行度を向上した状態で間隔寸法を変化させることができ、分光器としての透過率と分光性能の向上を図ることができるという利点がある。
【００２３】
なお、本実施形態においては、４本のアクチュエータ５の移動端５ｂを連結するように配置されるリング板状の平板部材８を備えることとしたが、これに代えて、平板部材８をなくし、棒状の接続部材１０を直接アクチュエータ５の移動端５ｂに固定することとしてもよい。この場合には、接続部材１０としては上記実施形態のものより剛性の低いものを採用し、アクチュエータ５の移動端５ｂの位置がばらついても、接続部材１０を弾性変形させることで、応力を吸収し、保持部材９に応力が作用することを防止して、光学基板４の平面度を維持することができる。
【００２４】
また、本実施形態においては、平板部材８を半径方向内方に内鍔状に突出させ、その突出した位置に接続部材１０を設けることとしたが、これに代えて、接続部材１０をアクチュエータ５の配置に対し、周方向に位相をずらして配置することとしてもよい。
また、アクチュエータ５および接続部材１０の本数が４本の場合について説明したが、これに限定されるものではなく、２以上のアクチュエータ５および接続部材１０が間隔をあけて配置されていればよい。
【００２５】
また、本実施形態においては、リング状の保持部材９と棒状の接続部材１０とを有する場合を例示したが、これに代えて、図３に示されるように、保持部材９′を周方向に分割し、接続部材１０をなくすことにしてもよい。図に示す例では、保持部材９′および平板部材８を加工により一体ものとして構成している。このようにしても、平板部材８を弾性変形させて、アクチュエータ５を独立して駆動させることができ、光学基板３，４の平面度および平行度を維持しつつ分光特性を変化させることができる。
【００２６】
次に、本発明の第２の実施形態に係る可変分光素子２０について、図４および図５を参照して以下に説明する。
なお、本実施形態の説明において、上述した第１の実施形態に係る可変分光素子１と構成を共通とする箇所には同一符号を付して説明を省略する。
【００２７】
本実施形態に係る可変分光素子２０は、ベース６と平板部材８との間に、両者を連結する支柱２１を備える点において第１の実施形態に係る可変分光素子１と相違している。
本実施形態において、ベース６、支柱２１および平板部材８は、切削加工により一体的に構成されている。平板部材８は、支柱２１によりその弾性変形をある程度制限されるが、その厚さ寸法を十分に薄く構成されることにより、容易に弾性変形する程度の剛性に設定されている。
アクチュエータ５は、一体的に構成されたベース６、支柱２１および平板部材８の隙間に挿入されて、固定端５ａをベース６に、移動端５ｂを平板部材８にそれぞれ接着されている。
【００２８】
このように構成された本実施形態に係る可変分光素子２０によれば、平板部材８をベース６および支柱２１と一体的に構成することにより、平板部材８がベース６に対して精度よく平行度を維持した状態に製造できる。そして、平板部材８とベース６との間隔寸法より僅かに短いアクチュエータ５を両者間に挿入し、ベース６とアクチュエータ５間、平板部材８とアクチュエータ５間を接着剤層で埋めるように接着することにより、平板部材８の平行度および平坦度を精度よく保ちつつ組み立てることができる。
【００２９】
したがって、アクチュエータ５の移動端５ｂに平板部材８を接着するだけの第１の実施形態と比較して、平板部材８のアクチュエータ５のストローク方向に対する初期の傾斜を少なくすることができる。これにより、分光素子として使用する際に初期の傾斜をなくすようにアクチュエータ５を伸縮させる量が最小限に抑えられるので、アクチュエータ５のストロークを本来の目的の光学基板間の面間隔変位に使用することができるようになる。そして、その結果、アクチュエータ５を短縮し、可変分光素子２０の小型化を図ることができる。
【００３０】
次に、本発明の一実施形態に係る内視鏡システム３０について、図６を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る内視鏡システム３０は、図６に示されるように、生体の体腔内に挿入される挿入部３１と、該挿入部３１内に配置される撮像ユニット３２と、照明光を発生する光源ユニット３３と、前記撮像ユニット３２および光源ユニット３３を制御する制御ユニット３４と、撮像ユニット３２により取得された画像を表示する表示ユニット３５とを備えている。
【００３１】
前記挿入部３１は、生体の体腔に挿入できる極めて細い外形寸法を有し、その内部に、前記撮像ユニット３２および前記光源ユニット３３からの光を先端３１ａまで伝播するライトガイド３６とを備えている。
前記光源ユニット３３は、体腔内の撮影対象に照射され、撮影対象内に存在する蛍光物質を励起して蛍光を発生させるための照明光を発する照明光用光源３７と、該照明光用光源３７を制御する光源制御回路３８とを備えている。
【００３２】
照明光用光源３７は、図示しないキセノンランプおよびバンドパスフィルタを組み合わせたもので、バンドパスフィルタの５０％透過域は、４３０〜７００ｎｍである。すなわち、照明光用光源３７は、波長帯域４３０〜７００ｎｍの照明光を発生するようになっている。
【００３３】
前記撮像ユニット３２は、図７に示されるように、撮影対象Ｂから入射される光を集光する撮像光学系３９と、制御ユニット３４の作動により分光特性を変化させられる第１の実施形態の可変分光素子１と、撮像光学系３９により集光された光を撮影して電気信号に変換する撮像素子４０とを備えている。符号３９ａはコリメートレンズ、符号３９ｂは結像レンズである。
【００３４】
可変分光素子１の可変波長帯域は、制御ユニット３４からの制御信号に応じて２つの状態に変化するようになっている。
第１の状態は、緑の可視光の領域である５３０〜５６０ｎｍの波長帯域の光を透過させるようになっている（透過波長帯域は透過率５０％となる波長として定義する。）。第２の状態は、赤の可視光の領域である６３０〜６６０ｎｍの波長帯域の光を透過させるようになっている。
【００３５】
前記制御ユニット３４は、図６に示されるように、撮像素子４０を駆動制御する撮像素子駆動回路４１と、可変分光素子１を駆動制御する可変分光素子制御回路４２と、撮像素子４０により取得された画像情報を記憶するフレームメモリ４３と、該フレームメモリ４３に記憶された画像情報を処理して表示ユニット３５に出力する画像処理回路４４とを備えている。
【００３６】
撮像素子駆動回路４１および可変分光素子制御回路４２は、前記光源制御回路３８に接続され、光源制御回路３８による照明光用光源３７の作動に同期して撮像素子４０および可変分光素子１を駆動制御するようになっている。
具体的には、可変分光素子制御回路４２が可変分光素子１を第１の状態としたときに、撮像素子駆動回路４１が撮像素子４０から出力される画像情報を第１のフレームメモリ４３ａに出力させるようになっている。また、可変分光素子制御回路４２が可変分光素子１を第２の状態としたときに、撮像素子駆動回路４１が撮像素子４０から出力される画像情報を第２のフレームメモリ４３ｂに出力させるようになっている。  
【００３７】
また、画像制御回路４４は、例えば、第１のフレームメモリ４３ａから受け取った画像情報を表示ユニット３５の第１のチャネルに出力し、第２のフレームメモリ４３ｂから受け取った画像情報を表示ユニット３５の第２のチャネルに出力するようになっている。
【００３８】
このように構成された本実施形態に係る内視鏡システム３０の作用について、以下に説明する。
本実施形態に係る内視鏡システム３０を用いて生体の体腔内の撮影対象を撮影するには、挿入部３１を体腔内に挿入し、その先端３１ａを体腔内の撮影対象に対向させる。この状態で、光源ユニット３３および制御ユニット３４を作動させ、光源制御回路３８の作動に同期して照明光用光源３７を作動させて照明光を発生させる。
【００３９】
光源ユニット３３において発生した照明光はライトガイド３６を介して挿入部３１の先端３１ａまで伝播され挿入３１の先端３１ａから撮影対象に向けて照射される。
観察対象の表面において照明光が反射され、集光レンズ３９ａにより略平行光に屈折させられ、可変分光素子１を透過し、結像レンズ３９ｂにより撮像素子４０に結像されて、反射光画像情報が取得される。
【００４０】
緑の波長帯域の反射光画像情報を取得するには、可変分光素子制御回路４２により、可変分光素子１を第１の状態に切り替えることにより、撮像素子４０に到達する反射光の波長帯域を５３０〜５６０ｎｍに制限することができる。これにより得られた反射光画像情報は、第１のフレームメモリ４３ａに記憶され、表示ユニット３５の第１のチャネルに表示される。
【００４１】
赤の波長帯域の反射光画像情報を取得するには、可変分光素子制御回路４２により、可変分光素子１を第２の状態に切り替えることにより、撮像素子４０に到達する反射光の波長帯域を６３０〜６６０ｎｍに制限することができる。これにより得られた反射光画像情報は、第２のフレームメモリ４３ｂに記憶され、表示ユニット３５の第２のチャネルに表示される。
このように、本実施形態に係る内視鏡システム３０によれば、反射光の異なる波長帯域に対する画像情報を使用者に提供することができる。
【００４２】
この場合において、本実施形態に係る内視鏡システム３０によれば、可変分光素子１が光学基板３，４の平面度および平行度を維持しつつ移動させられるので、撮像ユニット３２に入射される反射光から所望の波長帯域の光を精度よく分光し、鮮明な分光画像を取得することができるという効果がある。また、周方向に間隔をあけて配置された複数のアクチュエータ５を独立して駆動するので、２枚の光学基板３，４間の相対的な傾斜を抑えて、高い平行度を達成し、透過率を向上して明るい分光画像を取得することができるという利点もある。
【００４３】
また、本発明を用いない場合には、アクチュエータの作動による光学基板の変形の影響を防ぐために、光学基板を厚くして光学基板の剛性を向上させたり、光学有効径の外側の部分を大きくとって有効径部での歪を小さくしたりするなどの方法が考えられるが、光軸方向あるいは径方向の大型化につながってしまう。本発明によれば、そのような光学基板の大型化につながる手法をとることなく光学基板の変形を低減でき、小型化および細径化が重要な内視鏡システムにおいては特に大きな利点となる。
【００４４】
なお、本実施形態に係る内視鏡システム３０においては、アクチュエータ５の半径方向内方に結像レンズ３９ｂおよび撮像素子４０が配置されることとしたが、これに代えて、集光レンズ３９ａレンズのみがアクチュエータ５の内側に配置されることとしてもよい。
【００４５】
また、撮像素子４０としては、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ、フォトダイオード、電子増倍ＣＣＤ、電子打ち込み型ＣＣＤ等を用いることができる。
また、ベース６、筐体７、アクチュエータ５の接合を接着剤により行うこととして説明したが、これに代えて、例えば、止めネジによる固定や嵌合により固定してもよい。また、アクチュエータ５としては圧電素子に代えて、磁歪素子を用いることにしてもよい。
また、本実施形態に係る可変分光素子１は内視鏡システム３０に適用されるのみならず、硬性鏡あるいは生体内部観察用の対物レンズに適用することとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る可変分光素子を示す縦断面図である。
【図２】図１の可変分光素子のＡ−Ａ断面を示す横断面図である。
【図３】図１の可変分光素子の変形例に用いられる保持部材、アクチュエータおよびベースを示す斜視図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る可変分光素子を示す縦断面図である。
【図５】図４の可変分光素子のＡ′−Ａ′断面を示す横断面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る内視鏡システムを示す全体構成図である。
【図７】図６の内視鏡システムに備えられる撮像ユニットを示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１，２０  可変分光素子
２ａ，２ｂ  反射膜（コート層）
３，４  光学基板
５  アクチュエータ
６  ベース
８  平板部材
１０  接続部材
２１  支柱（支柱部材）
３０  内視鏡システム
【図１】
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【図２】
2008102269.tif 000004
【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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