(57)【要約】【課題】簡易な構成により、内視鏡先端部の小型化を容易に図ることができる内視鏡を提供することを提供すること。【解決手段】被検体に挿入される内視鏡先端部４を備え、光源部から放射された光を光ファイバを通して内視鏡先端部４まで案内し、この案内された光を被検体に照射する内視鏡であって、前記内視鏡先端部４が、前記光源部から放射された光を反射させ、かつ、前記反射させる角度を変更することができるように回転可能に設けられた反射部材２４と、前記反射部材２４を回転駆動するアクチュエータ２５と、前記光源部から放射された光を光電変換し、前記アクチュエータ２５に電力を供給する光電変換素子２６と、を備えており、前記反射部材２４と前記光電変換素子２６とが、同一基板２０上に設けられていることを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体に挿入される内視鏡先端部を備え、光源部から放射された光を光ファイバを通して内視鏡先端部まで案内し、この案内された光を被検体に照射する内視鏡であって、
前記内視鏡先端部が、
前記光源部から放射された光を反射させ、かつ、前記反射させる角度を変更することができるように回転可能に設けられた反射部材と、
前記反射部材を回転駆動するアクチュエータと、
前記光源部から放射された光を光電変換し、前記アクチュエータに電力を供給する光電変換素子と、
を備えており、
前記反射部材と前記光電変換素子とが、同一基板上に設けられていることを特徴とする内視鏡。
【請求項２】
前記反射部材と前記光電変換素子とが、同一基板上に一体的に成形されてなることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡。
【請求項３】
前記光ファイバが、先端に球レンズが設けられたシングルモードの先球レンズ光ファイバであり、
前記光源部が、
前記被検体を観察するための観察光と、            
前記光電変換素子による光電変換によって、前記アクチュエータを介して前記反射部材の回転駆動を制御するための制御光とを放射するようになっており、
前記観察光の波長が、前記光ファイバの零分散波長と等しく設定され、
前記制御光の波長が、前記零分散波長より小さく設定されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内視鏡。
【請求項４】
前記観察光の波長が、１．２μｍ以上１．５μｍ以下に設定され、
前記制御光の波長が、６２０ｎｍ以上１．１μｍ以下に設定されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の内視鏡。
【請求項５】
前記光源部を備えることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の内視鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検体を観察するための内視鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、例えば医療分野などにおいて、被検体を観察するための様々な内視鏡が利用されている（例えば、特許文献１参照。）。
このような内視鏡の中には、以下のようなものが知られている。
すなわち、図２０に示すように、内視鏡１００は、光ファイバ１０２の先端に、フェルール１０５を介して取り付けられた先端部１０１を備えている。
【０００３】
先端部１０１内のうち光ファイバ１０２の先端の前方には、この光ファイバ１０２に案内されてその先端から放射された光を平行光にする集束レンズ１０６が配置されている。集束レンズ１０６の前方には、所定の波長の光を反射させ、他の所定の光を透過させるビームスプリッタ１０７が設けられている。このビームスプリッタ１０７の反射光の光路上には、光エネルギーを電力に変換する光電変換素子１１０が設けられている。光電変換素子１１０は、ガリウムヒ素からなっている。
【０００４】
また、ビームスプリッタ１０７の透過光の光路上には、その透過光を被検体上で結像させるための焦点レンズ１１１が設けられている。焦点レンズ１１１の前方には、光を反射させて被検体に照射する反射部材１１２が設けられている。反射部材１１２は、金属コーティングしたシリコンからなっており、回転可能に設けられている。また、反射部材１１２は、不図示のアクチュエータにより回転駆動されるようになっている。アクチュエータは、光電変換素子１１０とケーブル１１３を介して接続されており、そのアクチュエータに光電変換素子１１０から電力が供給されるようになっている。
【０００５】
このような構成のもと、不図示の光源部を駆動し、例えば１．１μｍの波長の観察光と、例えば１．５μｍの波長の制御光を放射する。それぞれの光は、光ファイバ１０２に案内されて、その光ファイバ１０２の先端から外方に放射される。そして、それら放射された光は、集束レンズ１０６によって平行光にさせられ、ビームスプリッタ１０７に到達する。すると、到達した光のうち制御光はビームスプリッタ１０７によって反射し、観察光はビームスプリッタ１０７を透過する。
【０００６】
ビームスプリッタ１０７によって、反射した制御光は、光電変換素子１１０に受光されて、その光エネルギーが電力に変換される。
一方、ビームスプリッタ１０７を透過した観察光は、焦点レンズ１１１を透過し、反射部材１１２に到達する。そして、その到達した観察光は、反射部材１１２によって反射し、被検体に照射される。
さらに、被検体を観察する観察光の角度を変えたいときは、光電変換素子１１０から反射部材１１２を回転駆動するアクチュエータに電力を供給する。これにより、反射部材１１２が回転し、観察光の反射角が変更される。
【０００７】
それから、被検体から反射する反射光を先端部１０１内に取り込み、反射部材１１２によって反射させ、その被検体からの反射光を光ファイバ１０２を介して、手元側の画像処理部に送り込む。
【０００８】
これにより、例えば、人体の血管内に先端部１０１を挿入することにより、血管１０１内の断層画像が得られる。
【特許文献１】特開２００４−４９７５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記のような内視鏡では、反射部材１１２と光電変換素子１０６とが別部材であり、それら反射部材１１２と光電変換素子１０６とを別個に設ける必要がある。そのため、ビームスプリッタ１０７などの種々の光学系やケーブル１１３が必要となるため、先端部が大きくなってしまうという問題がある。
【００１０】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、簡易な構成により、内視鏡先端部の小型化を容易に図ることができる内視鏡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】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明に係る内視鏡は、被検体に挿入される内視鏡先端部を備え、光源部から放射された光を光ファイバを通して内視鏡先端部まで案内し、この案内された光を被検体に照射する内視鏡であって、前記内視鏡先端部が、前記光源部から放射された光を反射させ、かつ、前記反射させる角度を変更することができるように回転可能に設けられた反射部材と、前記反射部材を回転駆動するアクチュエータと、前記光源部から放射された光を光電変換し、前記アクチュエータに電力を供給する光電変換素子と、を備えており、前記反射部材と前記光電変換素子とが、同一基板上に設けられていることを特徴とする。
【００１２】
この発明に係る内視鏡によれば、反射部材と光電変換素子とが、同一基板上に設けられていることから、複雑な光学系やケーブルなどを不要にすることができる。そのため、先端部の小型化を図ることができる。
【００１３】
また、本発明に係る内視鏡は、前記反射部材と前記光電変換素子とが、同一基板上に一体的に成形されてなることを特徴とする。
【００１４】
この発明に係る内視鏡によれば、先端部を確実に小型化することができる。
【００１５】
また、本発明に係る内視鏡は、前記光ファイバが、先端に球レンズが設けられたシングルモードの先球レンズ光ファイバであり、前記光源部が、前記被検体を観察するための観察光と、前記光電変換素子による光電変換によって、前記アクチュエータを介して前記反射部材の回転駆動を制御するための制御光とを放射するようになっており、前記観察光の波長が、前記光ファイバの零分散波長と等しく設定され、前記制御光の波長が、前記零分散波長より小さく設定されていることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係る内視鏡は、前記観察光の波長が、１．２μｍ以上１．５μｍ以下に設定され、前記制御光の波長が、６２０ｎｍ以上１．１μｍ以下に設定されていることを特徴とする。
【００１７】
これら発明に係る内視鏡においては、観察光が光ファイバ内を直進し、ミラーによって反射させられて、被検体に照射される。一方、制御光は、反射を繰り返しながら、光ファイバ内をジグザグに進行し、球レンズによって外方に拡散される。これら拡散された制御光の一部が光電変換素子に受光される。
これにより、観察光によって被検体を確実に観察し、制御光によってミラーを確実に回転駆動することができる。
【００１８】
また、本発明に係る内視鏡は、前記光源部を備えることを特徴とする。
【００１９】
この発明に係る内視鏡によれば、制御光及び観察光を確実に先端部に供給することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、反射部材と光電変換素子とが同一基板上に設けられていることから、複雑な光学系やケーブルなどを不要にすることができ、内視鏡先端部を容易に小型化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態における内視鏡について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態としての内視鏡を示したものである。
内視鏡１は、被検体に挿入されるカプセル型の先端部（内視鏡先端部）４と、この先端部４を制御する本体制御部２とを備えている。先端部４と本体制御部２とは、光ファイバ３を介して互いに接続されている。
【００２２】
光ファイバ３は、先端に球レンズ１２が設けられたシングルモードの先球レンズ光ファイバである。光ファイバ３の零分散波長は、１．３μｍとされている。
また、本体制御部２は、先端部４の制御用の制御光を放射する第一の光源部（光源部）５と、被検体を観察するための観察光を放射する第２の光源部（光源部）６とを備えている。
観察光の波長は、１．３μｍに設定されており、すなわち、光ファイバ３の零分散波長と等しく設定されている。一方、制御光の波長は、６８０ｎｍに設定されており、すなわち、光ファイバ３の零分散波長（観察光の波長）より小さく設定されている。
【００２３】
また、本体制御部２は、被検体からの反射光を電気信号に変換するフォトダイオード７を備えており、このフォトダイオード７からの出力に所定の信号処理を施して、不図示のモニタに観察画像を表示するようになっている。
第２の光源部６及びフォトダイオード７は、光ファイバ３ａを介して方向性結合器８に接続されている。方向性結合器８は、光ファイバ３ｂを介して連結部１４に接続されている。また、第一の光源部５は、光ファイバ３ｃを介して連結部１４に接続されている。
なお、符号１３は、リファレンスミラーを示している。
【００２４】
また、図２に示すように、先端部４は、略筒状に延ばされており、先端は球面とされている。そして、先端部４の側面には、開口部１９が形成されている。開口部１９には、不図示のガラス板が設けられており、先端部４内の水密状態が保持されている。さらに、先端部４内には、光ファイバ３の先端に設けられた球レンズ１２が配置されている。また、先端部４内には、球レンズ１２の前方（観察光及び制御光の進行方向）に、反射駆動ユニット１８が配置されている。
反射駆動ユニット１８は、図３に示すように、円板状の支持基板（基板）２０を備えている。支持基板２０は、シリコンからなっており、観察光の光路上に配置されている。
【００２５】
支持基板２０には、観察光を反射させるためのミラー（反射部材）２４が設けられている。ミラー２４は、支持基板２０の表面上に延びる回転軸線Ｌを中心として回転するようになっている。
また、支持基板２０には、ミラー２４を回転駆動する一対の静電アクチュエータ（アクチュエータ）２５が設けられている。一対の静電アクチュエータ２５は、ミラー２４を挟んで対向配置されている。
さらに、支持基板２０には、ＰＩＮ接合による太陽電池（光電変換素子）２６が設けられている。
【００２６】
図４に示すように、太陽電池２６とミラー２４とは、同一の部材（シリコン）からなり同一の支持基板２０上に一体的に成形されている。すなわち、支持基板２０は、Ｐ型シリコン基板３０とＰ型シリコン層３２とがシリコン酸化膜（絶縁膜）３１を介して接合されてなっており、太陽電池２６とミラー２４とは、同一のＰ型シリコン層３２からなっている。
なお、符号３５は金属からなる電極を示し、符号３６は静電駆動電極を示している。
【００２７】
また、太陽電池２６は、光エネルギーを電力に変換し、その電力を静電アクチュエータ２５に供給するようになっている。特に、ミラー２４に印加する電圧の周波数は、ミラー２４の重さと回転軸の剛性などに基づいて決定されるミラー２４の共振周波数と同一の周波数に設定されている。
【００２８】
図５は、太陽電池２６及び静電アクチュエータ２５の等価回路を示す回路図である。
この等価回路は、太陽電池２６を構成する直列接続された複数のセルが、内部抵抗３７を介して静電アクチュエータ２５に電気的に接続されてなるものである。
このような構成のもと、太陽電池２６から静電アクチュエータ２５に電力を供給すると、静電アクチュエータ２５の静電引力により、ミラー２４が回転駆動されるようになっている。
【００２９】
次いで、太陽電池２６及びミラー２４の製造方法について説明する。
まず、図６に示すように、Ｐ型シリコン基板３０とＰ型シリコン層３２とを、シリコン酸化膜３１を介して接合し、ＳＯＩウエハ３３とする。なお、それぞれの厚さ寸法は、Ｐ型シリコン層３２が３０μｍ、シリコン酸化膜３１が２μｍ、Ｐ型シリコン基板３０が５００μｍに設定されている。
それから、図７に示すように、Ｐ型シリコン層３２の表面に、不純物のないシリコンからなるエピ成長層４０を設ける。エピ成長層４０の厚さ寸法は３μｍとする。
【００３０】
さらに、図８に示すように、エピ成長層４０の表面に、Ｎ型不純物イオン層４１を設ける。そして、図９に示すように、Ｎ型不純物イオン層４１の表面に、フォトレジスト４２を設ける。それから、等方性シリコンエッチングにより、Ｐ型シリコン層３２の所定の位置に、断面台形状の複数の凹部４５及び凸部４７を形成する。凹部４５は、フォトレジスト４２からＰ型シリコン層３２の底部（シリコン酸化膜３１の表面）まで到達するものである。これにより、ＳＯＩウエハ３３の一方の主面には、凹部４５、凸部４７及び平坦部５０が形成される。
【００３１】
さらに、フォトレジスト４２を除去し、図１０に示すように、ＳＯＩウエハ３３の両主面の全面にわたって、シリコン熱酸化膜（絶縁層）４６を設ける。シリコン熱酸化膜４６は、平坦面５０だけでなく、凹部４５の内周面や内底面（シリコン酸化膜３１の表面）にまで設けられる。
それから、図１１に示すように、シリコン熱酸化膜４６の所定の箇所を除去する。すなわち、凹部４５の内底面の一部及び一方の凸部４７側の内周面の一部と、凸部４７の天面と、平坦部５０の表面とを除去する。なお、凹部４５の内底面の一部と一方の凸部４７側の内周面の一部とのシリコン熱酸化膜４６は一体的に除去されている。それから、凸部４７の天面と、他方の凸部４７側の内周面と、凹部４５の内底面の一部と、一方の凸部４７側の内周面の一部とを一体的に接続するように、金属部材５３をパターニングする。これにより、金属電極３５（図４に示す）が形成される。
【００３２】
さらに、図１２に示すように、ＳＯＩウエハ３３の一方の主面全面にフォトレジスト５１を設ける。そして、平坦部５０の所定の位置に、高アスペクト比の異方性のシリコンドライエッチングにより、複数の溝部５２を形成する。溝部５２は、フォトレジスト５１からＰ型シリコン層３２の底面にまで到達するものである。
そして、図１３に示すように、溝部５２にフォトレジスト５１を再度設け、ＳＯＩウエハ３３の他方の主面に、蒸着によりアルミ膜５５を設ける。このとき、平坦部５０に相当する箇所の所定の位置には、アルミ膜５５を設けないようにする。なお、アルミ膜５５の厚さ寸法は、１００ｎｍとする。それから、高アスペクト比の異方性のシリコンドライエッチングにより、アルミ膜５５を設けていない部分に、断面矩形状の矩形凹部５６を設ける。矩形凹部５６は、アルミ膜５５からＰ型シリコン基板３０の上面（シリコン酸化膜３１の底面）にまで到達するものである。
【００３３】
さらに、図１４に示すように、フッ酸により、矩形凹部５６に対応するシリコン酸化膜３１の一部を選択的に除去する。
そして、図１５に示すように、フォトレジスト５１を除去する。これにより、図１６に示すように、凹部４５、凸部４７及び金属部材５３などが太陽電池２６となり、平坦部５０がミラー２４となる。すなわち、同一の支持基板２０上に、太陽電池２６とミラー２４とが一体的に成形される。このように成形された支持基板２０が、図４に示す反射駆動ユニット１８となる。
【００３４】
次に、このように構成された本実施形態における内視鏡１の作用について説明する。
まず、本体制御部２をオンして、先端部４を、例えば人体の血管内に挿入する。
そして、第二の光源部６を駆動する。すると、第二の光源部６から観察光が放射され、その観察光が、光ファイバ３ａ，３ｂ、連結部１４及び光ファイバ３に案内されて、球レンズ１２に到達する。なお、図２において、観察光は符号Ｌ１で示されている。観察光の波長は、光ファイバ３の零分散波長と等しく設定されていることから、観察光は、光ファイバ３内を直進する。
【００３５】
球レンズ１２に到達した観察光は、球レンズ１２によって、集光させられ、ミラー２４に到達する。そして、ミラー２４によって反射した観察光は、開口部１９を介して被検体に照射される。
さらに、被検体から反射してきた反射光を、開口部１９を介して先端部４内に取り込み、ミラー２４によって先端部４の基端側に向けて反射させる。この反射光は、光ファイバ３、連結部１４及び光ファイバ３ｂに案内されて、方向性結合器８に到達する。そして、その反射光は、方向性結合器８によって、選択的にフォトダイオード７に送られて、このフォトダイオード７の出力により、血管の断層画像がモニタに表示される。この表示された断層画像によって被検体の観察が行われる。
【００３６】
ここで、被検体の観察部位を変更したい場合、ミラー２４の角度を変える必要がある。このとき、第一の光源部５を駆動し、制御光を放射させる。この制御光は、光ファイバ３ａ，３ｂ、連結部１４及び光ファイバ３に案内されて、球レンズ１２に到達する。なお、図２において、制御光は符号Ｌ２，Ｌ２´で示されている。制御光の波長は、光ファイバ３の零分散波長よりも小さく設定されていることから、制御光は、光ファイバ３内において反射を繰り返しながらジグザグに進行していく。
【００３７】
そのため、制御光は、球レンズ１２によって拡散されて外方に放射される。これら外方に放射された制御光の一部Ｌ２´は、太陽電池２６によって受光される。そして、受光された光エネルギーは、太陽電池２６によって電力に変換されて、その電力が静電アクチュエータ２５に供給される。すると、静電アクチュエータ２５に静電引力が発生し、これにより、ミラー２４が回転する。そして、所望の角度までミラー２４を回転させて、そのときの断層画像をモニタで観察する。
なお、図１７及び図１８は、ミラー２４の振幅の周波数特性を示すグラフである。
ミラー２４は、２９４Ｈｚの共振周波数を有しており、太陽電池２６から静電アクチュエータ２５に印加する電圧の周波数は、２９４Ｈｚに設定される。これにより、ミラー２４を効率よく回転駆動することができる。
なお、図１９は、印加する電圧とミラー２４の角度との関係を示すグラフである。図１９において、５Ｖの電圧を印加すると、支持基板２０の表面に対してミラー２４が０．４７度傾くことがわかる。
【００３８】
以上より、本実施形態における内視鏡１によれば、太陽電池２６とミラー２４とが、同一の支持基板２０上に設けられていることから、複雑な光学系（従来の集束レンズやビームスプリッタなど）や先端部内のケーブルなどを不要にすることができ、先端部４の小型化を容易に図ることができる。また、太陽電池２６とミラー２４とを高精度に組み込むことができるだけでなく、組み込みの作業負担を軽減することができる。
また、太陽電池２６とミラー２４とが、同一の支持基板２０上に、一体成形により設けられることから、高精度なユニットとして構成することができる。
【００３９】
さらに、観察光の波長が、光ファイバ３の零分散波長と等しく設定されていることから、観察光を効率よく確実に被検体に照射することができる。また、制御光の波長が、零分散波長よりも小さく設定されていることから、光ファイバ３の先端から制御光を拡散させることができ、太陽電池２６に光エネルギーを確実に供給することができる。
【００４０】
なお、上記実施形態においては、光ファイバ３の零分散波長を１．３μｍとしたが、これに限ることはなく、適宜変更可能である。ただし、１．２μｍ以上１．５μｍ以下の範囲で設定することが好ましい。
また、観察光の波長も光ファイバ３の零分散波長に合わせて１．３μｍとしたが、これに限ることはなく、適宜変更可能である。ただし、光ファイバ３の零分散波長に合わせて１．２μｍ以上１．５μｍ以下の範囲で設定することが好ましい。
また、制御光の波長を６８０ｎｍとしたが、これに限ることはなく、適宜変更可能である。ただし、光ファイバ３の零分散波長よりも小さくして、６２０ｎｍ以上１．１μｍ以下の範囲で設定することが好ましい。
なお、本発明の技術範囲は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を加えることが可能である。例えば、本発明の内視鏡は、光コヒーレンス・トモグラフィー（ＯＣＴ）観察用プローブをその実施形態の１つとすることが適宜可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明に係る内視鏡の第１の実施形態を示す全体構成図である。
【図２】図１の先端部を拡大したものであり、外装部分を破断した様子を示す斜視図である。
【図３】図２の反射駆動ユニットを拡大して示す斜視図である。
【図４】図３の反射駆動ユニットのミラー及び太陽電池を模式的に示す模式図である。
【図５】図３の太陽電池と静電アクチュエータの等価回路を示す回路図である。
【図６】図４のミラー及び太陽電池の製造方法を示す図であって、ＳＯＩウエハを示す説明図である。
【図７】図４のミラー及び太陽電池の製造方法を示す図であって、図６のＰ型シリコン層にエピ成長層を設けた様子を示す説明図である。
【図８】図４のミラー及び太陽電池の製造方法を示す図であって、図７のエピ成長層にＮ型不純物イオン層を設けた様子を示す説明図である。
【図９】図４のミラー及び太陽電池の製造方法を示す図であって、図８のＳＯＩウエハに、凹部、凸部及び平坦部を形成した様子を示す説明図である。
【図１０】図４のミラー及び太陽電池の製造方法を示す図であって、図９のＳＯＩウエハにシリコン熱酸化膜を設けた様子を示す説明図である。
【図１１】図４のミラー及び太陽電池の製造方法を示す図であって、図１０の凹部及び凸部に、金属部材をパターニングした様子を示す説明図である。
【図１２】図４のミラー及び太陽電池の製造方法を示す図であって、図１１の平坦部に溝部を形成した様子を示す説明図である。
【図１３】図４のミラー及び太陽電池の製造方法を示す図であって、図１２のＰ型シリコン基板３０に矩形凹部を形成した様子を示す説明図である。
【図１４】図４のミラー及び太陽電池の製造方法を示す図であって、図１３のシリコン酸化膜の所定箇所を除去した様子を示す説明図である。
【図１５】図４のミラー及び太陽電池の製造方法を示す図であって、図１４のフォトレジストを除去する様子を示す説明図である。
【図１６】図４のミラー及び太陽電池の製造方法を示す図であって、図１５フォトレジストを除去した様子を示す説明図である。
【図１７】ミラーの振幅特性を示すグラフである。
【図１８】ミラーの位相特性を示すグラフである。
【図１９】ミラーの駆動電圧とミラーの角度との関係を示すグラフである。
【図２０】従来の内視鏡の先端部を示す図であって、外装を破断した様子を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４２】
１    内視鏡
３    光ファイバ
４    先端部（内視鏡先端部）
５    第一の光源部（光源部）
６    第二の光源部（光源部）
１２  球レンズ
２０  支持基板（基板）
２４  ミラー（反射部材）
２５  静電アクチュエータ（アクチュエータ）
２６  太陽電池（光電変換素子）
【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】
2007330608.tif 000012
【図１１】
2007330608.tif 000013
【図１２】
2007330608.tif 000014
【図１３】
2007330608.tif 000015
【図１４】
2007330608.tif 000016
【図１５】
2007330608.tif 000017
【図１６】
2007330608.tif 000018
【図１７】
2007330608.tif 000019
【図１８】
2007330608.tif 000020
【図１９】
2007330608.tif 000021
【図２０】
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