內窺鏡裝置製造方法
2023-06-06 21:54:31
內窺鏡裝置製造方法
【專利摘要】內窺鏡裝置(1)具有：插入部(10)，其貫穿插入於活體內；光纖(14)，其射出來自雷射光源(31)的雷射；致動器(15)，其使光纖(14)的前端振動；套箍(41)，其固定安裝致動器(15)，並且把持光纖(14)的外周；以及前端光學系統(13)，其與光纖(14)相對配置。該前端光學系統(13)具有如下的光學特性，即當從套箍(41)的前端突出了規定的長度的光纖(14)變得比規定的長度短時，雷射的聚光點的位置(43)位於前端光學系統(13)內。
【專利說明】內窺鏡裝置
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及內窺鏡裝置，尤其涉及掃描雷射以獲得圖像信號的內窺鏡裝置。
【背景技術】
[0002]眾所周知，存在如下的電子內窺鏡，其通過具有(XD、CMOS等固體攝像元件的攝像裝置對被檢體像進行光電轉換，在監視器上顯示取得圖像。近些年來，作為不使用這種固體攝像元件的技術而對被攝體像進行圖像顯示的裝置，存在掃描型的內窺鏡裝置。該掃描型的內窺鏡裝置使引導來自光源的光的照明光纖的前端進行掃描，通過配置於照明光纖的周圍的光纖束接收來自被檢體的返回光，使用隨時間變化檢測的光強度信號將被攝體像圖像化。
[0003]例如，在日本特開2011-19706號公報中公開了如下的醫療用觀察系統，其使用了掃描型醫療用探針，該掃描型醫療用探針將來自雷射光源的雷射經由單模的光纖傳輸至插入部的前端部，並照射被攝體。
[0004]在該日本特開2011-19706號公報中公開的醫療用觀察系統中，使光纖通過由壓電元件等形成的致動器的貫通孔並固定，向在XY軸方向上設置於致動器上的多個電極供給驅動電壓，從而使光纖進行規定的振動，掃描雷射。
[0005]圖9A是用於說明現有的雷射的傳播情形的圖。
[0006]如圖9A所示，現有的掃描型的內窺鏡裝置通過驅動致動器100，從而使光纖101振動(雙箭頭102)。從光纖101射出的雷射通過構成前端光學系統的透鏡103和104，例如在聚光點105聚光。隨著光纖101的振動(雙箭頭102)，該聚光點105也進行振動(雙箭頭106),從而能夠在活體上掃描雷射。
[0007]然而，當通過致動器100的驅動使光纖101振動時，在光纖101內存在應力集中的部位A。因此，考慮當使光纖101振動時，光纖101在該應力集中的部位A折斷的情況。圖9B示出光纖101在應力集中的部位A折斷的例子。
[0008]圖9B是用於說明光纖折斷的情況下的現有的雷射的傳播情形的圖。如圖9B所示，在致動器100前端的光纖101折斷的情況下，幾乎無法獲得光纖101的振幅(雙箭頭102a)。其結果，由於幾乎也無法獲得聚光點105的振動(雙箭頭106a)，因而可認為雷射會照射在活體上的I點上。此時，由於雷射量是以對光纖101進行掃描為前提確定的，因而在無法獲得光纖101的掃描的狀況下，存在照射規定以上的雷射量的問題。
[0009]因此，本發明的目的在於提供一種在光纖折斷的情況下，也能夠確保雷射量的安全性的內窺鏡裝置。
【發明內容】
[0010]用於解決課題的手段
[0011]本發明的一個方面的內窺鏡裝置具有:插入部，其貫穿插入活體內；光纖，其射出來自雷射光源的雷射；致動器，其使所述光纖的前端振動；套箍(ferrule)，其固定安裝所述致動器，並且把持所述光纖的外周；以及照明光學系統，其與所述光纖相對配置，所述照明光學系統具有如下的光學特性，即當從所述套箍的前端突出了規定的長度的所述光纖變得比所述規定的長度短時，所述雷射的聚光點的位置位於所述照明光學系統內。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1是表示I個實施方式的內窺鏡裝置的結構的圖。
[0013]圖2是用於說明插入部10的前端部12的結構的剖面圖。
[0014]圖3是用於說明插入部10的前端部12的結構的立體圖。
[0015]圖4是表示通過照明透鏡13a和13b構成的前端光學系統13的各透鏡數據的圖。
[0016]圖5是用於說明光纖14的折斷長度與雷射的聚光點的位置之間的關係的圖。
[0017]圖6是用於說明光纖14的折斷長度為Omm的情況下的雷射的傳播情形的圖。
[0018]圖7是用於說明光纖14的折斷長度為1.75mm的情況下的雷射的傳播情形的圖。
[0019]圖8是用於說明光纖14的折斷長度為2.625mm的情況下的雷射的傳播情形的圖。
[0020]圖9A是用於說明現有的雷射的傳播情形的圖。
[0021]圖9B是用於說明光纖折斷的情況下的現有的雷射的傳播情形的圖。
【具體實施方式】
[0022]以下，參照【專利附圖】
【附圖說明】本發明的實施方式。
[0023]首先，使用圖1說明I個實施方式的內窺鏡裝置的整體結構。
[0024]圖1是表示I個實施方式的內窺鏡裝置的結構的圖。
[0025]如圖1所示，內窺鏡裝置I構成為具有:掃描型的內窺鏡2，其掃描雷射(照明光)並照射被檢體，獲得來自被檢體的返回光；主體裝置3，其與該內窺鏡2連接；以及監視器4，其顯示通過主體裝置3得到的被檢體像。
[0026]內窺鏡2構成為將具有規定的撓性的管體作為主體，具有貫穿插入於活體內的細長的插入部10。插入部10的基端側設有連接器11，內窺鏡2構成為能夠經由該連接器11而在主體裝置3上自由拆裝。此外，在插入部10的前端側設有前端部12。
[0027]在前端部12的前端面12a上設有通過照明透鏡13a和13b構成的前端光學系統13。此外，在插入部10的內部設有作為光學元件的光纖14和致動器15，其中該光纖14從基端側向前端側貫穿插入，引導來自後述的光源單元24的光，並向活體照射雷射，該致動器15設置於光纖14的前端側，根據來自後述的驅動器單元25的驅動信號，在期望的方向上掃描光纖14的前端。通過這種結構，被光纖14引導的來自光源單元24的雷射照射在被攝體上。
[0028]此外，在插入部10的內部設有作為受光部的檢測光纖16，該檢測光纖16沿著插入部10的內周從基端側向前端側貫穿插入，接收來自被檢體的返回光。檢測光纖16的前端面配置於前端部12的前端面12a的前端光學系統13的周圍。該檢測光纖16可以是至少2根以上的光纖束。當內窺鏡2連接於主體裝置3時，檢測光纖16與後述的分波器36連接。
[0029]此外，在插入部10的內部設有存儲有與內窺鏡2有關的各種信息的存儲器17。存儲器17在內窺鏡2連接於主體裝置3時，經由未圖示的信號線與後述的控制器23連接，通過控制器讀出與內窺鏡2有關的各種信息。
[0030]在光纖14上的從連接器11到前端部12的致動器15的範圍內，蒸鍍例如通過線狀的金屬構成的多條導線18。在多條導線18的前端設有致動器15。而且，這些多條導線18在連接器11安裝於主體裝置3時，與主體裝置3的放大器35連接。這些多條導線18構成對用於驅動致動器15的驅動信號導電的導電部。
[0031]主體裝置3構成為具有電源21、存儲器22、控制器23、光源單元24、驅動器單元25和檢測單元26。
[0032]光源單元24構成為具有雷射光源31。此外，驅動器單元25構成為具有信號產生器33、(以下,稱作D/A)轉換器34a和34b、放大器35。
[0033]檢測單元26構成為具有分波器36、檢測器37a?37c、模擬數字(以下，稱作A/D)轉換器38a?38c。
[0034]電源21按照未圖示的電源開關等的操作，控制對於控制器23的電源的供給。存儲器22存儲著用於進行主體裝置3整體的控制的控制程序等。
[0035]控制器23在從電源21被供給電源時，從存儲器22中讀出控制程序，進行光源單元24、驅動器單元25的控制，並且對通過檢測單元26檢測的來自被攝體的返回光的光強度進行解析，進行將得到的被攝體像顯示於監視器4的控制。
[0036]光源單元24的雷射光源31根據控制器23的控制，將規定的波段的雷射(照明光)向光纖14射出。該光纖14將來自雷射光源31的雷射(照明光)向對象物射出。
[0037]驅動器單元25的信號產生器33根據控制器23的控制，輸出用於使光纖14的前端向期望的方向、例如呈螺旋狀掃描(掃描驅動)的驅動信號。具體而言，信號產生器33將使光纖14的前端相對於插入部10的插入軸在左右方向(X軸方向)上驅動的驅動信號輸出給D/A轉換器34a，將使其相對於插入部10的插入軸在上下方向(Y軸方向)上驅動的驅動信號輸出給D/A轉換器34b。
[0038]D/A轉換器34a和34b分別將所輸入的驅動信號從數位訊號轉換為模擬信號,並輸出給放大器35。放大器35放大所輸入的驅動信號並輸出給致動器15。從放大器35輸出的驅動信號經由在光纖14上蒸鍍的多條導線18被提供給致動器15。
[0039]作為驅動部的致動器15根據來自放大器35的驅動信號，使光纖14的前端(自由端)搖動，並呈螺旋狀進行掃描。由此，從光源單元24的雷射光源31向光纖14射出的光呈螺旋狀依次照射在被檢體上。
[0040]檢測光纖16接收在被檢體的表面區域反射的返回光，將接收的返回光引導至分波器36。
[0041]分波器36例如為分色鏡等，通過規定的波段對返回光分波。具體而言，分波器36將通過檢測光纖16導光的返回光分波為R、G、B的波段的返回光，並分別輸出給檢測器37a、37b 和 37c。
[0042]檢測器37a、37b和37c分別檢測R、G、B的波段的返回光的光強度。通過檢測器37a、37b和37c檢測到的光強度的信號分別被輸出給A/D轉換器38、38b和38c。
[0043]A/D轉換器38a?38c將分別從檢測器37a?37c輸出的光強度的信號從模擬信號轉換為數位訊號，並輸出給控制器23。
[0044]控制器23對來自A/D轉換器38a?38c的數位訊號實施規定的圖像處理以生成被攝體像，並顯示於監視器4上。
[0045]這裡，使用圖2和圖3，說明插入部10的前端部12的詳細結構。
[0046]圖2是用於說明插入部10的前端部12的結構的剖面圖，圖3是用於說明插入部10的前端部12的結構的立體圖。
[0047]如圖2和圖3所示，在插入部10的前端部12中的光纖14與致動器15之間配置有作為接合部件的套箍41。套箍41是用於光通信領域的部件，作為材質可使用氧化鋯(陶瓷)、鎳等，針對光纖14的外徑(例如，125 μ m)能夠易於實現高精度(例如，±lym)的中心孔加工。而且，在套箍41的大致中心處設有基於光纖14直徑的貫通孔，被實施中心孔加工，光纖14通過粘接劑等被固定。
[0048]套箍41是四稜柱的形狀，致動器15分別配置於四稜柱的套箍41的各側面上。此夕卜，致動器15、套箍41和光纖14在前端部12上通過固定部件42固定於前端部12的大致中央處。這樣，套箍41固定安裝致動器15，並且把持光纖14的外周。
[0049]多條導線18與分別配置於套箍41的各側面上的致動器15連接。由此，來自驅動器單元25的驅動信號經由導線18被提供給致動器15。致動器15例如為壓電元件，根據來自驅動器單元25的驅動信號而伸縮。由此，能夠使光纖14的前端呈螺旋狀掃描。而且，從光纖14射出的雷射通過前端光學系統13而會聚，並照射在被攝體上。
[0050]該前端光學系統13 (照明光學系統)與光纖14相對配置，通過平凸透鏡的照明透鏡13a和凸平透鏡的照明透鏡13b構成。此外，前端光學系統13從雷射光源31側起依次配置有平凸透鏡的照明透鏡13a、凸平透鏡的照明透鏡13b。
[0051]關於前端光學系統13，將使用後述的圖5?圖8詳細說明，其具有如下的光學特性，即在從套箍41的前端突出了規定的長度的光纖14由於折斷等而變得比規定的長度短時，雷射的聚光點位於前端光學系統13內。另外，前端光學系統13是由2塊照明透鏡13a和13b構成的，例如也可以通過3塊以上的照明透鏡構成。
[0052]圖4示出通過照明透鏡13a和13b構成的前端光學系統13的各透鏡數據。圖4是表示通過照明透鏡13a和13b構成的前端光學系統13的各透鏡數據的圖。
[0053]另外，如下示出圖4中所用的符號，
[0054]r:曲率半徑(mm)
[0055]d:面間隔(mm)
[0056]nd:折射率
[0057]vd:阿貝數。
[0058]接著，使用圖5?圖8說明光纖14的折斷長度與雷射的聚光點的位置之間的關係O
[0059]圖5是用於說明光纖14的折斷長度與雷射的聚光點的位置之間的關係的圖，圖6是用於說明光纖14的折斷長度為Omm的情況下的雷射的傳播情形的圖，圖7是用於說明光纖14的折斷長度為1.75mm的情況下的雷射的傳播情形的圖，圖8是用於說明光纖14的折斷長度為2.625mm的情況下的雷射的傳播情形的圖。另外，在圖6?圖8中，對於同樣的結構賦予相同的符號進行說明。
[0060]圖5示出光纖14的折斷長度L』 (參照圖7和圖8)與雷射的聚光點的位置43 (參照圖6?圖8)的關係。關於聚光點的位置43，以圖6的前端側的照明透鏡13b的前端部13c為基準，將前端部13c的前側(活體側，面朝圖6時的右側)為正，以前端部13c的後側(光纖14偵彳，面朝圖6時的左側)為負。即，在光纖14的折斷長度L』為Omm的情況下，聚光點的位置43為比照明透鏡13b的前端部13c靠前側，在光纖14的折斷長度L』比1.75mm長的情況下，聚光點的位置43為比照明透鏡13b的前端部13c靠後側。
[0061]如圖6所示，光纖14從套箍41起在前端光學系統13的方向上突出規定的長度，設該突出的光纖14的長度為L。在本實施方式中，設從套箍41起在前端光學系統13的方向上突出的光纖14的長度L為3.5mm。
[0062]此外，在圖6中，用A表示光纖14的應力集中的部位，用ff表示前端光學系統13的前側焦點位置，用fb表示後側焦點位置，用FL表示合成焦點位置。在本實施方式中，設前端光學系統13的合成焦點位置FL為0.15mm。如圖6所示，在光纖14的折斷長度L』為Omm(不存在光纖14的折斷)的情況下，從光纖14射出的雷射在照明透鏡13b的前端部13c的前側的聚光點的位置43聚光。
[0063]另一方面，在光纖14的折斷長度L』為1.75mm的情況下，聚光點的位置43為比照明透鏡13b的前端部13c靠後側,雷射在前端光學系統13內聚光。此時,將會從前端光學系統13射出散光，因而能夠使照射在活體上的雷射為規定值以下。
[0064]這裡，在光纖14折斷並殘留時，若設從套箍41的前端突出的光纖14的長度(即折斷殘留的光纖14的長度)為Laf，則前端光學系統13通過滿足以下的式I和式2，能夠使雷射在前端光學系統13內聚光。
[0065]fb < 0..?(式 I)
[0066]O < Laf/LF < 11.67..?(式 2)
[0067]另外，上述式I示出前端光學系統13的後側焦點位置fb為比照明透鏡13b的前端部13c靠後側、即為負的情況。
[0068]同樣地，在光纖14的折斷長度L』為2.625mm(殘留的光纖14的長度Laf為
0.875mm)的情況下，滿足上述式I和式2的條件，如圖8所示，雷射在前端光學系統13內聚光。因此，從前端光學系統13射出散光，能夠使照射在活體上的雷射在規定值以下。
[0069]另外，在本實施方式中，說明了在光纖14的折斷長度L』為1.75mm以上的情況下雷射的聚光點的位置43位於前端光學系統13內的前端光學系統13，然而不限於此。通常，光纖14容易在接近套箍41且應力集中的部位A的附近折斷，因而在本實施方式中作為一例，說明了折斷長度L』在1.75mm以上的情況。例如，也可以使用在光纖14的折斷長度L』為
1.0mm或0.5mm以上的情況下聚光點的位置43位於前端光學系統13內的前端光學系統。
[0070]如上所述，內窺鏡裝置I使用了如下的前端光學系統13，即在從套箍41的前端突出的光纖14折斷的情況下，雷射的聚光點的位置43進入前端光學系統13內。其結果，在從套箍41的前端突出的光纖14折斷的情況下，將會從前端光學系統13向活體照射散光，而不會照射規定以上的雷射量。
[0071]因而，根據本實施方式的內窺鏡裝置，在光纖折斷的情況下，也能夠確保雷射量的安全性。
[0072]本發明不限於上述實施方式和變形例，可以在不改變本發明主旨的範圍內實施各種的變更、改變等。
[0073]本申請以於2012年10月11日在日本申請的特願2012-226227號公報作為優先權基礎提出申請，上述公開的內容都在本申請說明書、權利要求書和附圖中進行引用。
【權利要求】
1.一種內窺鏡裝置，其特徵在於，具有: 插入部，其貫穿插入於活體內； 光纖，其射出來自雷射光源的雷射； 致動器，其使所述光纖的前端振動； 套箍，其固定安裝所述致動器，並且把持所述光纖的外周；以及 照明光學系統，其與所述光纖相對配置， 所述照明光學系統具有如下的光學特性，即當從所述套箍的前端突出了規定長度的所述光纖變得比所述規定長度短時，所述雷射的聚光點的位置位於所述照明光學系統內。
2.根據權利要求1所述的內窺鏡裝置，其特徵在於， 所述照明光學系統滿足下述的條件式(I)、(2)，
fb < 0...(I)
O < Laf/LF < 11.67...(2) 其中，fb是所述照明光學系統的後側焦點位置，Laf是所述光纖變得比所述規定的長度短時從所述套箍的前端突出的距離，FL是所述照明光學系統的合成焦距。
3.根據權利要求1所述的內窺鏡裝置，其特徵在於， 所述照明光學系統由平凸透鏡和凸平透鏡構成。
4.根據權利要求3所述的內窺鏡裝置，其特徵在於， 所述照明光學系統是從所述雷射光源側起按照平凸透鏡、凸平透鏡的順序配置的。
【文檔編號】G02B23/26GK104271025SQ201380022662
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2013年9月17日 優先權日:2012年10月11日
【發明者】酒井悠次 申請人:奧林巴斯醫療株式會社