(57)【要約】【課題】光学基板の傾きを調整する場合でも、光学基板を変形させることなく平行性を保ちながら間隔を制御する。【解決手段】ベース部材２と、光軸方向に間隔を空けて対向する２つの光学基板４ａ，４ｂと、ベース部材２と一方の光学基板４ａとの間に並列に光軸に交差する方向に間隔をあけて配置され、２つの光学基板４ａ，４ｂを光軸方向に移動させる複数のアクチュエータ４ｃと、アクチュエータ４ｃと一方の光学基板４ａとを接続する弾性材料からなる接続部材８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】
ベース部材と、
光軸方向に間隔を空けて対向する２つの光学基板と、
前記ベース部材と一方の前記光学基板との間に並列に前記光軸に交差する方向に間隔をあけて配置され、前記２つの光学基板を前記光軸方向に移動させる複数のアクチュエータと、
該アクチュエータと前記一方の光学基板とを接続する弾性材料からな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、複数の前記アクチュエータに掛け渡される形状を有し、各前記アクチュエータと前記一方の光学基板との間に配置される高剛性部分と、該高剛性部分の間に配置され該高剛性部分より剛性の低い低剛性部分とを備える請求項１に記載の可変分光素子。
【請求項３】
前記低剛性部分が、前記高剛性部分より薄肉に形成されている請求項２に記載の可変分光素子。
【請求項４】
前記接続部材が、前記一方の光学基板の周縁に沿って配置される環状に形成され、
前記低剛性部分が、前記光軸に交差する方向に貫通する貫通孔を有する請求項２または請求項３に記載の可変分光素子。
【請求項５】
前記２つの光学基板の間隔寸法を複数箇所において検出するセンサと、
該センサにより検出された複数の間隔寸法に応じて前記アクチュエータを制御する制御部とを備える請求項１から請求項４のいずれかに記載の可変分光素子。
【請求項６】
前記ベース部材と他方の前記光学基板との間に配置され、前記一方の光学基板に対して前記他方の光学基板をその光軸方向に並進移動させる並進用アクチュエータを備える請求項１から請求項５のいずれかに記載の可変分光素子。
【請求項７】
前記接続部材と、前記一方の光学基板との間に該光学基板より硬質の支持部材を備える請求項１から請求項６のいずれかに記載の可変分光素子。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれかに記載の可変分光素子と撮像素子を備える分光装置。
【請求項９】
請求項１から請求項７のいずれかに記載の可変分光素子を備える内視鏡装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変分光素子、分光装置および内視鏡装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、対向面に反射膜を有し間隔を空けて対向する２つの光学基板と、その２つの光学基板の間隔と傾きを調整するアクチュエータとを備え、２つの光学基板の平行性を保ちながら間隔を制御する可変分光素子が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１９７３６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
エタロン型の可変分光素子は、２つの光学基板の間隔に応じた波長の光のみを透過させることができるフィルタであり、その透過特性は、光学面の平面度と平行度に依存する。特許文献１の可変分光素子などでは、その製造時の組み立て誤差や経時的な変化による２つの光学面の平行度を、複数のアクチュエータにより調整することで高い透過率を得るものである。一方で可変分光素子の小型化を実現する上で、光学基板の厚みを薄くすることが有効である。しかしながら、特許文献１の可変分光素子は、光学基板が駆動機構であるアクチュエータの一定の面積を有する端面と一体的に接合されているので、光学基板の傾きを調整するために、複数のアクチュエータに異なる変位量を付与すると、光学基板とアクチュエータとの接合部に局所的な応力集中が発生し、厚みの薄い光学基板では、光学面が変形してしまい、透過特性が低下してしまう不都合がある。
【０００５】
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、厚みが薄く剛性の低い光学基板の傾きを調整する場合でも、光学基板を変形させることなく、傾きおよび間隔を精度よく制御することができる可変分光素子、分光装置および内視鏡装置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】
【０００６】
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、ベース部材と、光軸方向に間隔を空けて対向する２つの光学基板と、前記ベース部材と一方の前記光学基板との間に並列に前記光軸に交差する方向に間隔をあけて配置され、前記２つの光学基板を前記光軸方向に移動させる複数のアクチュエータと、該アクチュエータと前記一方の光学基板とを接続する弾性部材からなる接続部材とを備える可変分光素子を提供する。
【０００７】
本発明によれば、複数のアクチュエータに同一の変位量を付与することにより、一方の光学基板を並進移動させて、２つの光学基板の間隔を変化させ、光学基板を光軸方向に通過する光の波長帯域を変化させることができる。一方、並列に配置された複数のアクチュエータに異なる変位量を与えると、光学基板の各部が異なる量だけ変位させられることにより、光学基板の傾斜角度が変化させられる。この場合に、光学基板とアクチュエータとの間に配置された接続部材が弾性変形させられることにより、アクチュエータと光学基板との間に発生する局所的な応力が分散され、光学基板に過度の応力集中が発生することを防止して、光学基板の変形を防止しながら光学基板の傾斜角度を変化させることができる。これにより、２つの光学基板を変形させることなく、精密に平行な位置関係を達成することができ、入射される光を高精度に分光することができる。
【０００８】
上記発明においては、前記接続部材が、複数のアクチュエータに掛け渡される形状を有し、各前記アクチュエータと前記一方の光学基板との間に配置される高剛性部分と、該高剛性部分の間に配置され該高剛性部分により剛性の低い低剛性部分とを備えるとしてもよい。
【０００９】
このようにすることで、複数のアクチュエータに対して単一の接続部材を掛け渡すので、少ない部品点数で簡易に組立でき、製造コストの安価な可変分光素子を提供できる。この場合に、光学基板の傾斜角度を変化させるために、複数のアクチュエータに異なる変位量を付与すると、アクチュエータと光学基板との間に発生する応力が、高剛性部分の弾性変形および低剛性部分のさらに大きな弾性変形によって分散され、光学基板を撓ませることなく精度良く傾斜角度を変化させることができる。
【００１０】
上記発明においては、前記低剛性部分が、前記高剛性部分より薄肉に形成されていてもよい。
このようにすることで、簡易な構成で高剛性部分に比べ低剛性部分を変形させやすくすることができ、接続部材を一体的に構成しながら、アクチュエータの駆動力を効率良く光学基板に伝え、かつ、光学基板の変形を効果的に防止することができる。
【００１１】
上記発明においては、前記接続部材が、前記一方の光学基板の周縁に沿って配置される環状に形成され、前記低剛性部分が、前記光軸に交差する方向に貫通する貫通孔を有するとしてもよい。
このようにすることで、貫通孔によって断面係数を低減し、簡易に低剛性部分を構成でき、アクチュエータの作動を効率良く光学基板に伝えながら、光学基板の撓みを防ぐことができる。
【００１２】
上記発明においては、前記２つの光学基板の間隔寸法を複数箇所において検出するセンサと、該センサにより検出された複数の間隔寸法に応じて前記アクチュエータを制御する制御部とを備えるとしてもよい。
このようにすることで、光学基板の間隔がセンサによって複数箇所において検出され、その検出結果に基づいて、制御部により光学基板どうしが精密に平行かつ狙いの間隔となるようにアクチュエータが制御される。これにより、光学基板どうしの平行度を向上し、高い透過率を得ることができる。
【００１３】
また、上記発明においては、ベース部材と、他方の前記光学基板との間に配置され、前記一方の光学基板に対して前記他方の光学基板をその光軸方向に並進移動させる並進用アクチュエータを備えていてもよい。
このようにすることで、並進移動させるときと傾斜角度を変化させるときとで異なるアクチュエータを用いることができ、制御を単純化することができる。また、光学基板の傾斜角度を変化させるときは、弾性部材からなる接続部材が弾性変形するため、光学基板の撓みを防止することができ、光学基板の平行性を保ちながら精度良く光を透過させることができる。
【００１４】
また、上記発明においては、前記接続部材と、前記一方の光学基板との間に該光学基板より硬質の支持部材を備えていてもよい。
このようにすることで、光学基板の傾斜角度を変化させるときに、接続部材の弾性変形により緩和された不均一な応力が光学基板に伝達されるのを、支持部材によってさらに確実に抑えることができ、より効果的に光学基板の撓みを抑えることができる。
【００１５】
また、本発明は、上記いずれかの可変分光素子と、該可変分光素子により分光された光を撮影する撮像素子とを備える分光装置を提供する。
本発明によれば、上記可変分光素子により精度よく分光された光を撮像素子により撮影して、鮮明な分光画像を得ることができる。
また、本発明は、上記可変分光素子を備える内視鏡装置を提供する。
このようにすることで、所望の波長帯域の光を精度よく分光して、患部等を鮮明に観察することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、厚みの薄い剛性の低い光学基板を用いた可変分光素子の光学基板間の傾きを調整する場合でも、光学基板を変形させることなく、平行性を保ちながら間隔を制御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】
【００１７】
【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】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３】図２の可変分光素子の変形例を示す縦断面図である。
【図４】図３の可変分光素子における接続部材を光軸方向から見た図である。
【図５】図３の可変分光素子の変形例を示す（ａ）斜視図および（ｂ）斜視断面図である。
【図６】内視鏡装置に備えられる撮像ユニットを示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の第１の実施形態に係る可変分光素子について、図面を参照して以下に説明する。
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、ベース部材２と、光軸方向に間隔をあけて対向配置され対向面に反射膜（光学コート層）３が設けられた２つの円板状の光学基板４ａ，４ｂと、ベース部材２と一方の光学基板４ａとの間に並列に配置され、光学基板４ａを光軸方向に変位させる複数のアクチュエータ４ｃと、該光学基板４ａ，４ｂの間隔を検出するセンサ５と、該センサ５により検出された間隔に応じてアクチュエータ４ｃを制御する制御部６とを備えるエタロン型の光学フィルタである。
光学基板４ａおよびアクチュエータ４ｃは、光学基板４ａより硬質の支持部材１５を介して弾性材料からなる接続部材８により接続されている。
光学基板４ｂは、ベース部材２に固定された枠部材７に直接固定されている。
【００１９】
アクチュエータ４ｃは積層型の圧電素子であり、本実施形態においては、光学基板４ａの周縁に沿って周方向に等間隔をあけて４箇所に設けられている（図１においては２つのアクチュエータ４ｃのみ表示し、他の２つのアクチュエータ４ｃについては、見やすくするために図示を省略している。）。
この可変分光素子１は、アクチュエータ４ｃの作動により、光学基板４ａ，４ｂの間隔寸法を変化させ、それによって、光軸方向に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。
【００２０】
２つの光学基板４ａ，４ｂには、該光学基板４ａ，４ｂの間隔を検出するためのセンサ５が備えられている。  センサ５は、静電容量方式のものであって、光学基板４ａ，４ｂの光学有効径外の外周に備えられ、４対のセンサ電極５ａ，５ｂを有している。これらのセンサ電極５ａ，５ｂは、光学基板４ａ，４ｂの外周部に沿って等間隔に配置され、相互に対向するように配置されている。
【００２１】
制御部６は、４対の各センサ電極５ａ，５ｂの検出電圧により、アクチュエータ４ｃをそれぞれ別々に制御することで、２つの光学基板４ａ，４ｂの間隔および傾きを調整できるようになっている。
光学基板４ａの光学基板４ｂに対する傾斜角度を変化させるときは、複数のアクチュエータ４ｃにそれぞれ傾きに応じた異なる変位量が付与されるようになっている。
【００２２】
このとき、各アクチュエータ４ｃと光学基板４ａとの間の接続部材８には、アクチュエータの幅方向に分布する不均一な応力が発生するが、接続部材８が弾性変形することで光学基板４ａに伝達される応力が分散され、光学基板４ａに過度の応力集中が発生することが防止されるようになっている。したがって、光学基板４ａの各部が異なる量だけ変位させられることにより、光学基板４ａを変形させることなく傾斜角度が変化させられるようになっている。
【００２３】
さらに、接続部材８と光学基板４ａとの間に、光学基板４ａより硬質の支持部材１５を備えることで、弾性材料からなる接続部材８を弾性変形させてもなお残る応力分布を光学基板４ａより硬質の支持部材１５によって受けることにより、光学基板４ａが変形することを防ぐことができ、より精密に２つの光学基板４ａ，４ｂの平行性を保ち光軸方向の間隔寸法を正確に制御することができる。
【００２４】
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の作用について説明する。
本実施形態に係る可変分光素子１によれば、平行に間隔をあけた２つの光学基板４ａ，４ｂの光学有効径の領域に光を入射させることにより、光学基板４ａ，４ｂの間隔寸法に応じて定まる波長の光のみが２つの光学基板４ａ，４ｂを透過し、残りの光は反射される。
【００２５】
光学基板４ａ，４ｂ間の間隔寸法は、光学基板４ａ，４ｂの対向面に対向して配置されているセンサ電極５ａ，５ｂ間に形成された静電容量を示す電圧信号により検出される。本実施形態に係る可変分光素子１においては、４組のセンサ電極５ａ，５ｂにより光学基板４ａ，４ｂの間隔寸法が、４箇所において検出される。
【００２６】
そして、各センサ電極５ａ，５ｂにより検出された間隔寸法をもとに、制御部６により各アクチュエータ４ｃへの駆動信号がフィードバック制御される。
４つのアクチュエータ４ｃの作動により４箇所において２つの光学基板４ａ，４ｂの間隔寸法を独立に変化させることで、光学基板４ａの傾きを２次元的に変化させて、光学基板４ａ，４ｂの平行度を精密に制御することにより、透過特性を向上させることができる。さらに、２つの光学基板４ａ，４ｂの平行度を維持しながら間隔寸法を変化させることにより、光学基板４ａ，４ｂを透過する光の波長を選択し、所望の波長帯域の光を他の波長帯域の光から分光することができる。
【００２７】
この場合において、２つの光学基板４ａ，４ｂの光軸方向の間隔寸法のうち傾斜角度を変化させるときは、等間隔に配置された４本のアクチュエータ４ｃに異なる変位量を付与することで、光学基板４ａの傾きを変化させる。
本実施形態に係る可変分光素子１によれば、各アクチュエータ４ｃと光学基板４ａとを接続する弾性材料からなる接続部材８が弾性変形することにより応力が分散されて、応力分布が緩和され、光学基板４ａに過度の応力集中が発生することを防止することができる。つまり、光学基板４ａを変形させること無く傾き状態を変化させることが可能になり、透過特性を低下させずに、２つの光学基板４ａ，４ｂの間隔および平行を精密に制御することができる。
【００２８】
次に、本発明の第２の実施形態に係る可変分光素子９について以下に説明する。
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９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。
【００２９】
本実施形態に係る可変分光素子９は、図２に示されるように、光学基板４ｂが支持部材７およびアクチュエータ４ｄを介してベース部材２に取り付けられている。
アクチュエータ４ｄは、光学基板４ｂを光学基板４ａに対して光軸方向に並進移動させる並進用アクチュエータとして、光学基板４ｂの周縁に沿って周方向に等間隔をあけて２箇所に設けられている。また、アクチュエータ４ｃは光学基板４ａの傾斜角度を変化させるための傾斜用アクチュエータである。
【００３０】
また、本実施形態においては、センサ電極５ａ，５ｂにより検出された間隔寸法をもとに、制御部６によりアクチュエータ４ｄへの駆動信号がフィードバック制御される。このとき、２箇所のアクチュエータ４ｄは同一の変位量が付与されるようになっている。
【００３１】
つまり、アクチュエータ４ｃを作動させて、光学基板４ａ，４ｂが平行となるように光学基板４ａの傾きを制御した後に、アクチュエータ４ｄを同時に同一の変位量だけ作動させることにより、光学基板４ｂを並進移動させて、２つの光学基板４ａ，４ｂの光軸方向の間隔寸法を変化させることで、該２つの光学基板４ａ，４ｂを透過する光の波長を変更し、これにより所望の波長帯域の光を他の波長帯域の光から分光することができる。
【００３２】
なお、本実施形態においては、図３に示すように、光学基板４ａ，４ｂの位置を入れ替えた可変分光素子１０を採用してもよい。光学基板４ｂは支持部材１６を介してアクチュエータ４ｄと接続されている。
また、本実施形態においては、アクチュエータ４ｃは４つ、アクチュエータ４ｄは２つ、センサ電極５ａ，５ｂは４対設けるとしたが、数はこれに限定されるものではない。
【００３３】
また、本実施形態においては、アクチュエータ４ｃおよびアクチュエータ４ｄの制御方法が、上述した方法に限定されるものではない。
また、本実施形態においては、並進移動用のアクチュエータ４ｄとして、単一の円筒形のものを採用してもよい。このようにすることで、光学基板４ｂを並進移動させる際に可変分光素子９の構造を単純化でき、配線数等を減らすことができる。
【００３４】
次に、本発明の第３の実施形態に係る可変分光素子１０について以下に説明する。
本実施形態の説明において、上述した第２の実施形態に係る可変分光素子１０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。
【００３５】
本実施形態に係る可変分光素子１０は、図４に示されるように、接続部材８が４本のアクチュエータ４ｃに掛け渡される一体的な円環状の形状を有している。
接続部材８は、光学基板４ａとアクチュエータ４ｃとの間に光学基板４ａより硬質の支持部材１５を介して配置される高剛性部分８ａと、該高剛性部分８ａの間に配置され高剛性部分８ａより剛性の低い低剛性部分８ｂとを備えている。図中、斜線部分は高剛性部分８ａである。
【００３６】
このように構成された本実施形態に係る可変分光素子１０によれば、光学基板４ａの傾斜角度を変化させる場合に、各アクチュエータ４ｃに異なる変位量を付与し、接続部材８を弾性変形させる。このとき、比較的剛性の高い高剛性部分８ａは、小さく弾性変形させられることによってアクチュエータ４ｃの変位を光学基板４ａに伝達し、比較的剛性の低い低剛性部分８ｂは、大きく弾性変形させられることにより、応力を十分に分散させる。
【００３７】
これにより、光学基板４ａを確実に変位させつつ、光学基板ａに過度の応力集中が発生することを防ぐことができる。したがって、光学基板４ａを変形させることなく、精度良く傾斜角度を変化させることができる。
また、本実施形態に係る可変分光素子１０によれば、接続部材８を単一の部材で構成することにより、部品点数を少なくしてコストを低減することができるとともに、組立容易性を向上することができる。
【００３８】
また、本実施形態においては、低剛性部分８ｂが、高剛性部分８ａより薄肉に形成されていてもよい。
このようにすることで、低剛性部分８ｂの剛性を高剛性部分８ａの剛性より、簡易に低くすることができる。これにより、アクチュエータ４ｃの作動による応力を効率よく分散し、傾斜角度を変化させることによる光学基板４ａの変形を防ぐことができる。
【００３９】
また、本実施形態においては、低剛性部分８ｂにスリット１１等の貫通孔を設けることにより、高剛性部分８よりも簡易に剛性を低下させることにしてもよい。
図５に示されるように、スリット１１の数により、高剛性部分８ａの剛性と低剛性部分８ｂの剛性とを異ならせることができる。これにより、アクチュエータ４ｃを作動させることにより生じる応力を効率よく吸収し、光学基板４ａの変形を防ぐことができる。
【００４０】
図５においては、枠部材７に、スリット１１を設けることで弾性材料からなる接続部材８を構成し、スリット１１の数を周方向に異ならせることにより、高剛性部分８ａと低剛性部分８ｂとを構成し、部品点数を減らしている。また、枠部材７にアクチュエータ４ｃを収容する収容部１７を設けることにより、複数のアクチュエータ４ｃを枠部材７に組み付けた組立体の形態でベース部材２に一度に固定することができ組立容易性をさらに向上している。
【００４１】
次に、本発明の一実施形態に係る分光装置および内視鏡装置について、図６を参照して以下に説明する。
本実施形態の説明において、上述した第２の実施形態に係る可変分光素子９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。
【００４２】
本実施形態に係る内視鏡装置は、図６に示されるように、第１のレンズ１３ａと、可変分光素子９と、第２のレンズ１３ｂと撮像素子１４とを備える撮像ユニット１２を備えている。
また、本実施形態に係る分光装置は、可変分光素子９と撮像素子１４とにより構成されている。
【００４３】
このように構成された本実施形態に係る分光装置および内視鏡装置の作用について以下で説明する。本実施形態に係る内視鏡装置を用いて生体の体腔内の撮影対象を撮像するには、挿入部を体腔内に挿入し、その先端を体腔内の撮影対象に対向させ、照明光を照射する。撮影対象の表面において反射された照明光は、第１のレンズ１３ａにより略平行光に変換されて可変分光素子９に入射される。そして、可変分光素子９を透過した反射光が第２のレンズ１３ｂにより撮像素子１４の撮像面に結像される。
【００４４】
この場合において、本実施形態に係る内視鏡装置によれば、可変分光素子９にセンサが設けられており、センサにより２つの光学基板４ａ，４ｂの間隔寸法が検出されて、アクチュエータ４ｃ，４ｄに加える電圧信号がフィードバック制御される。これにより、挿入部の先端を小径化することができ、小型でありながら光学基板４ａ，４ｂの間隔寸法を精度よく制御して、高精度に所望の波長帯域の光を分光し、鮮明な反射光画像を得ることができる。
【００４５】
なお、本実施形態に係る分光装置および内視鏡装置においては、可変分光素子として図１〜図３のいずれかに示されたものを採用することとしてもよい。
また、アクチュエータ４ｃ，４ｄの内側に第２のレンズ１３ｂを配置したが、これに限定されるものではない。
【００４６】
また、アクチュエータ４ｃ，４ｄとしては圧電素子に代えて、磁歪素子を用いることとしてもよい。
また、本実施形態に係る分光装置および内視鏡装置においては、反射光画像を取得する装置について説明したが、これに代えて蛍光画像と反射光画像を取得するなど他の観察手法に用いることもできる。
【００４７】
また、本実施形態においては、軟性鏡のみならず、硬性鏡に適用してもよい。また、観察対象としては生体に限らない。配管や機械、構造物などの内部を対象とする工業用内視鏡にも適用できる。
【００４８】
また、本実施形態においては、撮像ユニット１２に可変分光素子９を備える内視鏡装置について説明したが、これに代えて、挿入部の先端に配置された光源ユニットに可変分光素子を備える内視鏡装置としてもよい。
また、本実施形態においては内視鏡装置に備えられる分光装置を例示したが、これに限定されるものではなく、他の任意の装置に組み込まれてもよい。
【符号の説明】
【００４９】
１，９，１０  可変分光素子
２  ベース部材
３  反射膜（光学コート層）
４ａ，４ｂ  光学基板
４ｃ  アクチュエータ
５ａ，５ｂ  センサ電極
６  制御部
７  枠部材
８  接続部材
【図１】
2012143294.tif 000003
【図２】
2012143294.tif 000004
【図３】
2012143294.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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