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WO2017013788A1 - 光走査型内視鏡および光ファイバ走査装置 - Google Patents

光走査型内視鏡および光ファイバ走査装置 Download PDF

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WO2017013788A1
WO2017013788A1 PCT/JP2015/070973 JP2015070973W WO2017013788A1 WO 2017013788 A1 WO2017013788 A1 WO 2017013788A1 JP 2015070973 W JP2015070973 W JP 2015070973W WO 2017013788 A1 WO2017013788 A1 WO 2017013788A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
optical fiber
coil
scanning device
magnetic field
fiber scanning
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2015/070973
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
緒方　雅紀
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Olympus Corp filed Critical Olympus Corp
Priority to JP2017529252A priority Critical patent/JP6640221B2/ja
Priority to PCT/JP2015/070973 priority patent/WO2017013788A1/ja
Publication of WO2017013788A1 publication Critical patent/WO2017013788A1/ja
Priority to US15/877,428 priority patent/US20180153382A1/en
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Ceased legal-status Critical Current

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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/00163—Optical arrangements
    • A61B1/00172—Optical arrangements with means for scanning
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/06—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor with illuminating arrangements
    • A61B1/07—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor with illuminating arrangements using light-conductive means, e.g. optical fibres
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B23/00—Telescopes, e.g. binoculars; Periscopes; Instruments for viewing the inside of hollow bodies; Viewfinders; Optical aiming or sighting devices
    • G02B23/24—Instruments or systems for viewing the inside of hollow bodies, e.g. fibrescopes
    • G02B23/26—Instruments or systems for viewing the inside of hollow bodies, e.g. fibrescopes using light guides
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/10—Scanning systems
    • G02B26/103—Scanning systems having movable or deformable optical fibres, light guides or waveguides as scanning elements

Definitions

  • the present invention relates to an optical fiber scanning device including a housing in which a magnetic field generation unit is disposed, and an optical fiber in which a permanent magnet is disposed to emit light from a free end, and the optical fiber scanning.
  • the present invention relates to an optical scanning endoscope having a device at a distal end portion of an insertion portion.
  • An imaging apparatus using an imaging element such as a CCD or CMOS image sensor simultaneously receives reflected light from a subject by a large number of light receiving elements arranged in a matrix to obtain a subject image.
  • an imaging element such as a CCD or CMOS image sensor
  • the reflected light is sequentially received while the subject is scanned and irradiated with the light spot, and the subject image is created based on the received light data.
  • an optical fiber scanning device performs two-dimensional scanning of a free end of a cantilevered optical fiber that guides light from a light source, thereby performing scanning irradiation of a light spot.
  • the optical fiber scanning of the optical fiber scanning device is performed, for example, by applying a magnetic force from a magnetic field generating unit to an optical fiber provided with a magnet.
  • Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2014-81484 discloses an optical fiber scanning device using magnetic force.
  • an optical fiber in which a permanent magnet is arranged is arranged in a cylinder along the central axis of a magnetic field generating unit composed of four planar spiral coils arranged orthogonally / oppositely. ing.
  • Embodiments of the present invention are intended to provide an optical fiber scanning device that performs efficient scanning irradiation, and an optical scanning endoscope that includes the optical fiber scanning device.
  • the optical fiber scanning device of the embodiment includes a cylindrical housing, an optical fiber provided along the central axis of the housing and provided with a permanent magnet to emit light from a free end, and the housing. And a coil configured to apply a magnetic field to the permanent magnet and drive the free end of the optical fiber, wherein the magnetic field generated by the coil is generated.
  • a magnetic field induction portion made of a soft magnetic material for induction is provided on the inner side which is the central axis side of the coil, the outer side opposite to the inner side, or the inner side and the outer side.
  • An optical scanning endoscope includes a cylindrical housing and an optical fiber disposed along the central axis of the housing and provided with a permanent magnet and emitting light from a free end.
  • a coil disposed in the housing and configured to apply a magnetic field to the permanent magnet and drive the free end of the optical fiber, and to induce the magnetic field generated by the coil
  • An optical fiber scanning device comprising a magnetic field guiding portion made of a soft magnetic material on the inner side which is the central axis side of the coil, the outer side opposite to the inner side, or the inner side and the outer side, and a distal end portion of the insertion portion Have.
  • the embodiment of the present invention it is possible to provide a small-diameter optical fiber scanning device that performs efficient scanning irradiation, and an optical scanning endoscope that includes the optical fiber scanning device.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG. 1 of the optical fiber scanner of the first embodiment. It is an exploded view of the principal part of the optical fiber scanner of 1st Embodiment. It is a top view of the coil chip
  • FIGS. 1 to 4B The optical fiber scanner 10 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 4B.
  • the drawings based on each embodiment are schematic, and the relationship between the thickness and width of each part, the thickness ratio of each part, and the like are different from the actual ones. It should be noted that the drawings may include portions having different dimensional relationships and ratios between the drawings. In addition, illustration of some components and provision of symbols may be omitted.
  • the optical fiber scanning device 10 includes a housing 11, an optical fiber 30, a magnetic field generation unit 21 U, and an illumination optical system 32.
  • the cylindrical housing 11 has a hollow portion 11H.
  • the optical fiber 30 is disposed in a cantilever state along the central axis O in the major axis direction (Z direction) of the hollow portion 11H of the housing 11.
  • the magnetic field generation unit 21U includes coil chips 21A to 21D and outer yokes 61A to 61D disposed outside the coil chips 21A to 21D.
  • the outer side is opposite to the inner side (inside) which is the central axis O side of the housing 11.
  • the optical fiber 30 guides light from a light source unit (not shown) and emits illumination light from the free end.
  • the illumination light spot-irradiates the subject through an illumination optical system 32 including a plurality of lenses.
  • a permanent magnet 31 is fixed to the optical fiber 30.
  • the permanent magnet 31 made of an SmCo alloy is cylindrical and is magnetized in the longitudinal direction.
  • the optical fiber 30 is inserted through the through hole 33 ⁇ / b> H of the holding member 33 and is joined to the holding member 33.
  • the free end of the cantilevered optical fiber 30 to which the joint portion with the holding member 33 is fixed is movable in the XY plane in the vertical and horizontal directions with the fixed end as a base point.
  • the casing 11, that is, the first casing 11A and the second casing 11B are made of a nonmagnetic metal such as aluminum or a resin.
  • the housing 11 has a hollow portion 11H having a square cross section (XY plane) orthogonal to the central axis O.
  • the casing 11 includes a first casing 11A and a second casing 11B joined to the first casing 11A.
  • an adhesive may be used, but a gap is generated. Therefore, it is preferable to directly fasten the joint without using other members.
  • the housing 11 has a function of a positioning member for accurately arranging the magnetic field generation unit 21U.
  • the thickness of the wall of the housing 11 may be thin as long as it has a certain level of strength. In FIG. 2 and the like, the thickness of the wall of the housing 11 is shown thick, but the thickness is, for example, 10 ⁇ m or more and 1000 ⁇ m or less. If it is in the said range, the function as a positioning member is ensured and size reduction (diameter reduction) is easy.
  • first surface 11SA and a second surface 11SB orthogonal to the first surface 11SA inside the first housing 11A.
  • a third surface 11SC and a fourth surface 11SD orthogonal to the third surface 11SC are a first surface 11SA and a second surface 11SB orthogonal to the first surface 11SA inside the first housing 11A.
  • the first surface 11SA to the fourth surface 11SD constitute the inner surface of the hollow portion 11H of the housing 11.
  • the corner portion of the cross section of the hollow portion 11H formed by joining the second surface 11SB and the third surface 11SC so as to be orthogonal to each other and the first surface 11SA and the fourth surface 11SD being orthogonal to each other is Both are 90 degrees. Further, the shape of the first housing 11A and the shape of the second housing 11B are set so that the lengths of the four sides of the cross section of the hollow portion 11H formed are equal. .
  • a magnetic field generation unit 21U including outer yokes 61A to 61D is disposed. That is, the outer yoke 61A and the coil chip 21A are disposed on the first surface 11SA of the first casing 11A, and the outer yoke 61B and the coil chip 21B are disposed on the second surface 11SB. ing. An outer yoke 61C and a coil chip 21C are disposed on the third surface 11SC of the second housing 11B, and an outer yoke 61D and a coil chip 21D are disposed on the fourth surface 11SD. .
  • a coil chip 21 when referring to each of a plurality of constituent elements, one alphabetic character at the end of the symbol may be omitted.
  • each of the coil chips 21A to 21D is referred to as a coil chip 21.
  • the outer yoke 61 disposed outside the coil chip 21 is a magnetic field induction section made of permalloy (NiFe alloy) that induces a magnetic field generated by the coil chips 21A to 21D.
  • the outer yoke 61 is preferably made of a soft magnetic material, such as iron, cobalt, nickel, permalloy, soft ferrite, or amorphous alloy, having a relative permeability of 100 or more at the driving frequency of the magnetic field generating unit 21U.
  • the outer yoke 61 completely covers one surface of the planar coil 21S, and if the thickness is 1 ⁇ m or more, the effect of inducing a magnetic field becomes remarkable.
  • the upper limit of the thickness of the outer yoke 61 is determined according to the strength of the magnetic field generated by the coil chip 21 or the like, and is, for example, 10 ⁇ m to 1000 ⁇ m.
  • the outer yoke 61 completely covers the planar coil 21S, but may partially cover it.
  • the substantially rectangular parallelepiped outer yoke 61 is fitted in the recess of the housing 11, but may be bonded to the inner surface of the housing 11.
  • a planar coil 21S which is a spiral drive coil, is disposed on a base 22 made of silicon via an insulating layer (not shown) such as silicon oxide. Has been.
  • the planar coil 21S is covered with an insulating layer 23 made of a resin such as polyimide or epoxy other than the contact hole portion at the upper part of the bonding pad 21P at both ends.
  • the illustrated planar coil 21S has a conductor layer (planar coil) made of a patterned low resistance metal such as copper or gold and an insulating layer covering the conductor layer.
  • a bonding pad is also arranged at the center of the coil. However, in order to provide the bonding pad around the coil, it may further include one insulating layer / lead-out wiring, which will be described later.
  • a multilayer coil in which a plurality of planar coils are laminated via an insulating layer may be used.
  • the coil chip 21 can be manufactured by arranging a large number of planar coils on a silicon wafer and then separating them by a MEMS semiconductor process. For example, by using a highly accurate resist mask manufactured by a photolithography method using a photoresist and a photomask, and patterning by an additive method or a subtract method, the coil chip 21 having the highly accurate planar coil 21S can be easily obtained. Can be produced in large quantities.
  • the first casing 11A and the second casing 11B have substantially the same shape.
  • the coil chips 21A to 21D have the same configuration. Therefore, in the optical fiber scanner 10, the first housing 11A and the second housing 11B can be manufactured in the same process, the coil chips 21A to 21D can be manufactured in the same process, and the coil chips 21A and 21B The first casing 11A provided and the second casing 11B provided with the coil chips 21C and 21D can be manufactured in the same process. For this reason, the optical fiber scanner 10 is easy to manufacture.
  • the two bonding pads 21P are bonded to the electrode 29P of the flexible wiring board 29 disposed on the inner surface side of the coil chip 21 by, for example, solder.
  • illustration of the flexible wiring board 29 is abbreviate
  • the flexible wiring board 29 is connected to a power supply unit (not shown) that supplies a drive current through a wiring (not shown).
  • the planar coil 21S generates a magnetic field in a direction perpendicular to the main surface of the coil chip 21 when a driving current is applied to the bonding pad 21P.
  • the strength of the magnetic field is set by the current value of the drive current, the number of turns (number of turns) of the spiral coil, and the like.
  • planar coils 21S1 and 21S2 are disposed on the first surface 11SA and the second surface 11SB, respectively, orthogonal to the first housing 11A, and the second housing 11B is orthogonal to each other.
  • Planar coils 21S3 and 21S4 are disposed on the third surface 11SC and the fourth surface 11SD, respectively. That is, the planar coil 21S1 and the planar coil 21S3 are disposed at positions facing each other, and the planar coil 21S2 and the planar coil 21S4 are disposed at positions facing each other.
  • planar coils 21S1 and 21S3 generate a magnetic field in the Y-axis direction
  • planar coils 21S2 and 21S4 generate a magnetic field in the X-axis direction.
  • the optical fiber 30 (permanent magnet 31) is arranged at an equal distance from the four planar coils 21S1 to 21S4, that is, at the center of the hollow portion 11H of the housing 11.
  • planar coil 21S1 when a driving current is supplied to the planar coil 21S1, for example, a magnetic field having an N pole on the inner surface side is generated.
  • a driving current is supplied to the planar coil 21S3, for example, a magnetic field having an S pole on the inner surface side is generated. That is, the planar coil 21S1 and the planar coil 21S3 that are arranged to face each other generate magnetic fields having different magnetic poles on the inner surface side.
  • the free end of the optical fiber 30 is scanned in the Y-axis direction.
  • the free end of the optical fiber 30 is scanned in the X-axis direction by controlling the direction of the drive current supplied to the planar coils 21S2 and 21S4.
  • the permanent magnet 31, the optical fiber, or the magnetic field generation unit 21U may be arranged so that a magnetic field is applied to the tip side of the permanent magnet 31.
  • two-dimensional scanning is possible even if only two planar coils 21S1 and 21S2 are driven.
  • scanning can be performed with only one planar coil 21S.
  • the free end of the optical fiber 30 is two-dimensionally scanned in the XY plane.
  • the scan width is controlled by the drive current value. As a result, the light spot emitted from the free end of the optical fiber 30 is two-dimensionally scanned.
  • a spiral scanning method, a raster scanning method, or a Lissajous method is preferable because image processing is easy, and a raster scanning method is particularly preferable because it can uniformly illuminate.
  • the optical fiber scanning device 10 has a small diameter because the magnetic field generation unit 21U is composed of very thin coil chips 21A to 21D having a thickness of, for example, 10 ⁇ m to 500 ⁇ m. Further, the coil chips 21A to 21D are arranged accurately because the casing 11 is disposed on the inner surface of the hollow portion 11H having a square cross section.
  • the optical fiber scanning device 10 has a small diameter and can perform scanning irradiation with high accuracy.
  • the optical fiber scanning device 10 includes a magnetic field induction unit including an outer yoke 61 made of a soft magnetic material that induces a magnetic field generated by the planar coil 21S.
  • the magnetic field M generated by the planar coil 21S spreads widely, and the magnetic field leaks outside the magnetic field generation unit.
  • the magnetic field M generated by the planar coil 21S is guided to the outer yoke 61.
  • the magnetic field M generated by the planar coil 21 ⁇ / b> S is difficult to leak to the outside of the magnetic field generation unit 21 ⁇ / b> U, and the magnetic field M can be concentrated in the vicinity of the permanent magnet 31.
  • the optical fiber scanner 10 can perform efficient scan irradiation. That is, since the magnetic field leaked to the outside of the optical fiber scanning device is taken in by the outer yoke 61, the magnetic field can be concentrated in the vicinity of the permanent magnet 31, and the magnetic field from the magnetic field generating unit 21U can be used efficiently.
  • optical fiber scanners 10A to 10C according to modified examples 1 to 3 of the first embodiment will be described. Since the optical fiber scanning devices 10A to 10C are similar to the optical fiber scanning device 10, components having the same functions are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. In the following drawings, the optical fiber and the magnetic field generation unit may not be shown.
  • the optical fiber scanning devices 10A to 10C have the effect of the optical fiber scanning device 10, and further have a characteristic effect.
  • the outer yokes 61 A to 61 D are made of a soft magnetic foil bonded to the inner surface of the housing 11.
  • the casing 11 includes four casings 11A1 to 11A4.
  • the outer yokes 61A to 61D are made of a soft magnetic material such as iron, cobalt, nickel, permalloy, or an amorphous alloy, for example, like the outer yoke 61, but the thickness is relatively thin, for example, 1 ⁇ m to 50 ⁇ m. For this reason, it is not necessary to form a recess in the housing 11.
  • a large number of coil chips 21 to which the outer yoke 61A is bonded can be easily manufactured by bonding a soft magnetic foil to the back surface of a silicon wafer on which a large number of coil chips 21 are arranged, and then separating them into pieces.
  • a soft magnetic film may be formed on the back surface of the silicon wafer by sputtering, vapor deposition, plating, or the like.
  • the optical fiber scanning device 10A is easier to manufacture than the optical fiber scanning device 10.
  • the housing 11B made of a soft magnetic material has the function of the outer yoke 61B.
  • the housing 11B is made of a soft magnetic material such as iron, cobalt, nickel, permalloy, soft ferrite, or amorphous alloy, as with the outer yoke 61.
  • the optical fiber scanner 10B is easier to manufacture and has a smaller diameter than the optical fiber scanner 10 because it is not necessary to bond the outer yoke to the housing.
  • the coil chip 21 may be fitted into the recess on the inner surface of the housing 11B.
  • the housing 11C has a cylindrical shape. That is, the casing does not have to be a rectangular parallelepiped, and may be a substantially rectangular parallelepiped whose corners on the outer surface are curved or chamfered.
  • the base 22C of the coil chips 21A to 21D arranged on the inner surface of the cylindrical casing 11C is made of, for example, polyimide having flexibility.
  • the outer yoke 61C1 of the optical fiber scanner 10C is a ribbon or thin film made of a soft magnetic material disposed on the inner surface of the housing 11C.
  • the housing 11C may be made of a soft magnetic material to provide a function as an outer yoke.
  • the optical fiber scanner 10C is easier to manufacture and has a smaller diameter than the optical fiber scanner 10.
  • optical fiber scanning device 10D of the second embodiment Since the optical fiber scanning device 10D is similar to the optical fiber scanning device 10 and the like, components having the same functions are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
  • the coil chips 21A to 21D are used as magnetic field guiding portions made of a soft magnetic material for guiding the magnetic field generated by the coil chip 21. It includes cores 62A to 62D which are inner magnetic field guiding portions arranged on the inner side.
  • the core 62 is disposed at the center of the planar spiral coil 21S of the coil chip 21.
  • the core 62 is made of a soft magnetic material such as iron, cobalt, nickel, permalloy, soft ferrite, or amorphous alloy.
  • the thickness of the core 62 is, for example, 10 ⁇ m or more and 1000 ⁇ m or less.
  • a thin ribbon having a predetermined shape may be bonded to the center of the coil chip 21, or a soft magnetic film may be formed and patterned on a silicon wafer on which a large number of coil chips 21 are disposed.
  • the optical fiber scanning device 10D having the core 62 has the effect of the optical fiber scanning device 10 and the like, and can concentrate the magnetic field M generated by the planar coil 21S in the vicinity of the permanent magnet 31. For this reason, the optical fiber scanning device 10D can perform scanning irradiation more efficiently than the optical fiber scanning device 10 or the like.
  • optical fiber scanners 10E to 10H according to modified examples 1 to 4 of the second embodiment will be described. Since the optical fiber scanning devices 10G to 10H are similar to the optical fiber scanning device 10D, components having the same function are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
  • the optical fiber scanning devices 10E to 10H have the effect of the optical fiber scanning device 10D, and further have a characteristic effect.
  • the core 62E has a convex shape toward the central axis O and the tip is hemispherical.
  • the cross-sectional area of the core 62E decreases as the distance from the coil chip 21E (outer yoke 61D) increases.
  • the optical fiber scanning apparatus 10E having the core 62E having a convex shape and a hemispherical tip can perform efficient scanning irradiation because the core 62E is not easily saturated locally.
  • the inner magnetic field guiding portion has a frame-shaped inner side arranged in a ring around the planar coil 21S of the coil chip 21F in addition to the core 62.
  • a yoke 63 is further included.
  • the magnetic field is induced in the inner yoke 63, the magnetic field M generated by the planar coil 21S is difficult to leak to the outside of the magnetic field generation unit 21U, and the magnetic field M is generated in the vicinity of the permanent magnet 31. I can concentrate.
  • the coil chip 21G is disposed along two sides orthogonal to the central axis O of the housing 11 in the periphery of the planar coil 21S having a rectangular shape in plan view.
  • Two inner yokes 63G1 and 63G2 are included.
  • the coil chip 21 extends in a direction parallel to the central axis O of the casing 11 (Z-axis direction) in order to be disposed in the narrow hollow portion 11 ⁇ / b> H inside the casing 11. There may be a case where a space for arranging the inner yoke cannot be secured.
  • the coil chip 21G of the optical fiber scanning device 10G includes two inner yokes 63G1 and 63G2 extending in a direction (X-axis direction) perpendicular to the central axis O in which a space for disposition is easily secured.
  • the magnetic field M generated by the planar coil 21S is difficult to leak to the outside of the magnetic field generation unit 21U, and the magnetic field M can be concentrated in the vicinity of the permanent magnet 31. .
  • the core 62H arranged at the center of the planar coil 21S of the coil chip 21H is placed on the bonding pad 21P of the planar coil 21S. It is arranged. That is, the core 62H is made of a conductive soft magnetic material such as nickel or permalloy, and a drive current flows.
  • the bonding pad 21 ⁇ / b> P is bonded to the electrode 29 ⁇ / b> P of the flexible wiring board 29 by the solder 28.
  • the core 62H having a thickness of 3 ⁇ m made of a permalloy plating film has a function as a solder barrier layer of the electrode 29P made of copper or gold.
  • the core 62H preferably includes at least 50% by weight of nickel.
  • the optical fiber scanning device 10H is easy to manufacture because the core 62H has a function as a solder barrier layer, and thus it is not necessary to dispose a solder barrier layer.
  • optical fiber scanner 10I according to a third embodiment will be described. Since the optical fiber scanning device 10I is similar to the optical fiber scanning device 10 and the like, components having the same function are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
  • the coil 21SI of the coil chip 21I of the optical fiber scanning device 10I is a multilayer coil in which a first planar spiral coil 21SA and a second planar spiral coil 21SB are superimposed. At least a part of the connection body disposed at the central portion where the first planar spiral coil 21SA and the second planar spiral coil 21SB are electrically connected is a core 62I made of a conductive soft magnetic material.
  • the optical fiber scanner 10I has the effects of the optical fiber scanner 10H and the like. Furthermore, since the coil 21SI is a multilayer coil, it can be driven with a smaller current. Note that the optical fiber scanning device of this modification may have a multilayer coil in which three or more layers of coils are laminated.
  • optical fiber scanner 10J according to a fourth embodiment will be described. Since the optical fiber scanning device 10J is similar to the optical fiber scanning device 10 and the like, components having the same function are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
  • the casing is constituted by a common base 22J on which coils 21A to 21D are arranged.
  • the base body 22J is made of, for example, polyimide having flexibility, and is bent to form a casing 11J having a hollow portion 11H.
  • a convex core 62E (62E1 to 62E4) is disposed at the center of each of the coils 21A to 21D.
  • the optical fiber scanning device 10J has the effect of the optical fiber scanning device 10H and the like, and has a small diameter because the base 22J constitutes a casing.
  • the casing is configured by being bent through the insulating layer 23. it can.
  • the optical scanning endoscope 2, 2A to 2J includes the optical fiber scanning devices 10 and 10A to 10J described above at the distal end portion 94 of the insertion portion 91.
  • the endoscope 2 having the optical fiber scanning device 10 will be described as an example.
  • An optical scanning endoscope system (hereinafter referred to as “endoscope system”) 1 including an endoscope 2 includes an endoscope 2, a main body device 3 having functions of a light source device and a video processor, a monitor 4, and Are provided.
  • the endoscope 2 irradiates the subject while two-dimensionally scanning illumination light with the optical fiber scanning device 10, detects reflected light (return light) from the subject, performs data processing in the main body device 3, and generates The subject image thus displayed is displayed on the monitor 4.
  • the endoscope 2 includes an elongated insertion portion 91 that is inserted into a living body, an operation portion 92, and a universal cable 93 through which an electric cable or the like is inserted.
  • the insertion portion 91 of the endoscope 2 includes a distal end portion 94, a bending portion 95, and a flexible tube portion 96. Note that the endoscope 2 according to the embodiment is a so-called flexible endoscope, but has an effect described later even if the insertion portion 91 is a so-called rigid endoscope.
  • a bending operation knob 97 for bending the bending portion 95 is rotatably disposed in the operation unit 92.
  • a connecting portion between the insertion portion 91 and the operation portion 92 is a grip portion 98 that the user grips.
  • the universal cable 93 extended from the operation unit 92 is connected to the main unit 3 via the connector 90.
  • the main unit 3 is connected to a monitor 4 that displays an endoscopic image.
  • the endoscope 2 is disposed in a cylindrical housing, an optical fiber disposed along the central axis of the housing, provided with a permanent magnet and emitting light from a free end, and the housing.
  • An optical fiber scanning device comprising: a coil configured to apply a magnetic field to the permanent magnet and drive the free end of the optical fiber;
  • An optical fiber scanning device provided with a magnetic field guiding portion made of a magnetic material on the inner side which is the central axis side of the casing, on the outer side opposite to the inner side, or on the inner side and the outer side, is provided on the distal end portion of the insertion portion.
  • the endoscopes 2, 2A to 2J are provided with optical fiber scanning devices 10 and 10A to 10J that perform efficient scanning irradiation in which a magnetic field is difficult to leak.

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Abstract

光ファイバ走査装置１０は、筒状の筐体１１と、筐体１１の中心軸Ｏに沿って配置された、永久磁石３１が設けられ自由端から光を出射する光ファイバ３０と、筐体１１に配設された、永久磁石３１に磁界を印加し光ファイバ３０の自由端を駆動するように構成されているコイル２１Ｓと、を具備する光ファイバ走査装置１０であって、コイル２１Ｓが発生する磁界を誘導する軟磁性材料からなる磁界誘導部である外側ヨーク６１を、コイル２１Ｓの外側に具備する。

Description

光走査型内視鏡および光ファイバ走査装置
　本発明は、磁場発生ユニットが配設されている筐体と、自由端から光を出射する、永久磁石が配設されている光ファイバと、を具備する光ファイバ走査装置、および前記光ファイバ走査装置を挿入部の先端部に具備する光走査型内視鏡に関する。
　ＣＣＤ、またはＣＭＯＳイメージセンサ等の撮像素子を用いた撮像装置は、被検体からの反射光をマトリックス状に配置された多数の受光素子により同時に受光し、被写体画像を取得する。暗い体内を撮影する内視鏡の場合には、光源からの光により照明された範囲の画像が取得される。
　これに対して、光走査型撮像装置では、被写体を光スポットによりスキャン照射しながら、その反射光を順に受光し、その受光データをもとに被写体画像が作成される。
　例えば、光走査型撮像装置では、光ファイバ走査装置が、光源からの光を導光する片持ち状態の光ファイバの自由端を２次元走査することで、光スポットのスキャン照射が行われる。
　光ファイバ走査装置の光ファイバ走査は、例えば、磁石を配設した光ファイバに、磁場発生ユニットからの磁力を印加することにより行われる。
　日本国特開２０１４－８１４８４号公報には、磁力を用いた光ファイバ走査装置が開示されている。この従来の光ファイバ走査装置では、円筒内に、直交配置／対向配置された４個の平面スパイラルコイルからなる磁場発生ユニットの中心軸に沿って、永久磁石が配設された光ファイバが配置されている。
　しかし、光ファイバを、より大きく走査するためには、より大きな電流が必要となり消費電力が大きくなる。
特開２０１４－８１４８４号公報
　本発明の実施形態は、効率的なスキャン照射を行う光ファイバ走査装置、および前記光ファイバ走査装置を具備する光走査型内視鏡を提供することを目的とする。
　実施形態の光ファイバ走査装置は、筒状の筐体と、前記筐体の中心軸に沿って配置された、永久磁石が設けられ自由端から光を出射する光ファイバと、前記筐体に配設された、前記永久磁石に磁界を印加し前記光ファイバの前記自由端を駆動するように構成されているコイルと、を具備する光ファイバ走査装置であって、前記コイルが発生する前記磁界を誘導する軟磁性材料からなる磁界誘導部を、前記コイルの前記中心軸側である内側、前記内側と反対側の外側、または、前記内側および外側に具備する。
　また、別の実施形態の光走査型内視鏡は、筒状の筐体と、前記筐体の中心軸に沿って配置された、永久磁石が設けられ自由端から光を出射する光ファイバと、前記筐体に配設された、前記永久磁石に磁界を印加し前記光ファイバの前記自由端を駆動するように構成されているコイルと、を具備し、前記コイルが発生する前記磁界を誘導する軟磁性材料からなる磁界誘導部を、前記コイルの前記中心軸側である内側、前記内側と反対側の外側、または、前記内側および外側に具備する光ファイバ走査装置を、挿入部の先端部に有する。
　本発明の実施形態によれば、効率的なスキャン照射を行う細径の光ファイバ走査装置、および前記光ファイバ走査装置を具備する光走査型内視鏡を提供できる。
第１実施形態の光ファイバ走査装置の中心軸に沿った断面図である。 第１実施形態の光ファイバ走査装置の図１のＩＩ－ＩＩ線に沿った断面図である。 第１実施形態の光ファイバ走査装置の要部の分解図である。 第１実施形態の光ファイバ走査装置のコイルチップの上面図である。 第１実施形態の光ファイバ走査装置のコイルチップの断面図である。 第１実施形態の光ファイバ走査装置の動作説明のための模式図である。 第１実施形態の光ファイバ走査装置の動作説明のための模式図である。 従来の光ファイバ走査装置の磁界を示す模式図である。 第１実施形態の光ファイバ走査装置の磁界を示す模式図である。 第１実施形態の変形例１の光ファイバ走査装置の断面図である。 第１実施形態の変形例２の光ファイバ走査装置の断面図である。 第１実施形態の変形例３の光ファイバ走査装置の断面図である。 第２実施形態の変形例３の光ファイバ走査装置の断面図である。 第２実施形態の光ファイバ走査装置のコイルチップの上面図である。 第２実施形態の光ファイバ走査装置のコイルチップの断面図である。 第２実施形態の変形例１の光ファイバ走査装置のコイルチップの断面図である。 第２実施形態の変形例２の光ファイバ走査装置のコイルチップの上面図である。 第２実施形態の変形例３の光ファイバ走査装置のコイルチップの上面図である。 第２実施形態の変形例４の光ファイバ走査装置のコイルチップの上面図である。 第２実施形態の変形例４の光ファイバ走査装置のコイルチップの断面図である。 第３実施形態の光ファイバ走査装置のコイルチップの断面図である。 第４実施形態の光ファイバ走査装置のコイルチップの断面図である。 第５実施形態の光走査型内視鏡の外観図である。
　＜第１実施形態＞
　図１から図４Ｂを用いて、第１実施形態の光ファイバ走査装置１０について説明する。なお、以下の説明において、各実施の形態に基づく図面は、模式的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、夫々の部分の厚みの比率などは現実のものとは異なることに留意すべきであり、図面の相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。また、一部の構成要素の図示、符号の付与は省略する場合がある。
　光ファイバ走査装置１０は、筐体１１と、光ファイバ３０と、磁場発生ユニット２１Ｕと、照明光学系３２と、を具備する。筒状の筐体１１には、中空部１１Ｈがある。光ファイバ３０は、筐体１１の中空部１１Ｈの長軸方向（Ｚ方向）の中心軸Ｏに沿って片持ち状態で配置されている。磁場発生ユニット２１Ｕは、コイルチップ２１Ａ～２１Ｄと、コイルチップ２１Ａ～２１Ｄの外側（outside)に配置されている外側ヨーク６１Ａ～６１Ｄと、を含む。なお、外側は筐体１１の中心軸Ｏ側である内側(inside)と反対側である。
　光ファイバ３０は、光源ユニット（不図示）からの光を導光し、自由端から照明光を出射する。照明光は、複数のレンズからなる照明光学系３２を介して、被写体をスポット照射する。
　光ファイバ３０には永久磁石３１が固定されている。例えば、ＳｍＣｏ合金からなる永久磁石３１は筒型で長手方向に着磁されている。光ファイバ３０は、保持部材３３の貫通孔３３Ｈを挿通しており、保持部材３３に接合されている。保持部材３３との接合部が固定されている片持ち状態の光ファイバ３０の自由端は、固定端を基点に上下左右にＸＹ平面内を移動可能である。
　筐体１１、すなわち、第１の筐体１１Ａおよび第２の筐体１１Ｂは、アルミニウム等の非磁性金属または樹脂からなる。
　筐体１１には、中心軸Ｏに直交する断面（ＸＹ面）が正方形の中空部１１Ｈがある。筐体１１は、第１の筐体１１Ａと、第１の筐体１１Ａと接合されている第２の筐体１１Ｂと、を具備する。接合は、接着剤を用いてもよいが空隙が生じるため、ネジ等を用いて他部材を介さずに直接、締結することが好ましい。
　筐体１１は、磁場発生ユニット２１Ｕを正確に配設するための位置決め部材の機能を有する。筐体１１の壁の厚さは、ある程度の強度があれば薄くても問題はない。図２等では筐体１１の壁の厚さを厚く図示しているが、厚さは、例えば、１０μｍ以上１０００μｍ以下である。前記範囲内であれば、位置決め部材としての機能を担保して小型化（細径化）が容易である。
　第１の筐体１１Ａの内側には、第１面１１ＳＡと、第１面１１ＳＡと直交する第２面１１ＳＢとがある。第２の筐体１１Ｂの内側には、第３面１１ＳＣと、第３面１１ＳＣと直交する第４面１１ＳＤとがある。そして、第１の筐体１１Ａと第２の筐体１１Ｂとが接合されると、第１面１１ＳＡ～第４面１１ＳＤが、筐体１１の中空部１１Ｈの内面を構成する。
　第２面１１ＳＢと第３面１１ＳＣとが直交するように、かつ、第１面１１ＳＡと第４面１１ＳＤとが直交するように接合されたことにより形成される中空部１１Ｈの断面の角部はいずれも９０度である。また、第１の筐体１１Ａの形状と第２の筐体１１Ｂの形状とは接合されたときに、形成される中空部１１Ｈの断面の４辺の長さが等しくなるように設定されている。
　筐体１１の中空部１１Ｈには、外側ヨーク６１Ａ～６１Ｄを含む磁場発生ユニット２１Ｕが配設されている。すなわち、第１の筐体１１Ａの第１面１１ＳＡには、外側ヨーク６１Ａとコイルチップ２１Ａとが配設されており、第２面１１ＳＢには、外側ヨーク６１Ｂとコイルチップ２１Ｂとが配設されている。第２の筐体１１Ｂの第３面１１ＳＣには、外側ヨーク６１Ｃとコイルチップ２１Ｃとが配設されており、第４面１１ＳＤには、外側ヨーク６１Ｄとコイルチップ２１Ｄとが配設されている。なお、以下、複数の構成要素のそれぞれをいうときは符号の末尾のアルファベット１文字を省略することがある。例えば、コイルチップ２１Ａ～２１Ｄのそれぞれをコイルチップ２１という。
　コイルチップ２１の外側に配置されている外側ヨーク６１は、コイルチップ２１Ａ～２１Ｄが発生する磁界を誘導するパーマロイ（ＮｉＦｅ合金）からなる磁界誘導部である。外側ヨーク６１は、例えば、鉄、コバルト、ニッケル、パーマロイ、ソフトフェライトまたはアモルファス合金等の、磁場発生ユニット２１Ｕの駆動周波数における比透磁率が１００以上の軟磁性材料からなることが好ましい。
　外側ヨーク６１は、平面コイル２１Ｓの片面を完全に覆っており、厚さは１μｍ以上であれば、磁界を誘導する効果が顕著となる。外側ヨーク６１の厚さの上限は、コイルチップ２１が発生する磁界強度等に応じて決定されるが、例えば１０μｍ～１０００μｍである。ここで、図３等では、外側ヨーク６１は、平面コイル２１Ｓを完全に覆っているが、部分的に覆っていてもよい。
　なお、光ファイバ走査装置１０では、略直方体の外側ヨーク６１は筐体１１の凹部に嵌合しているが、筐体１１の内面に接着されていてもよい。
　図４Ａ等に示すように、コイルチップ２１は、シリコンからなる基体２２に、酸化シリコン等の絶縁層（不図示）を介して、スパイラル（渦巻き）形状の駆動コイルである平面コイル２１Ｓが配設されている。
　平面コイル２１Ｓは、両端の接合パッド２１Ｐの上部のコンタクトホール部以外は、ポリイミドまたはエポキシ等の樹脂からなる絶縁層２３で覆われている。例示した平面コイル２１Ｓは、パターニングされた銅または金等の低抵抗金属からなる導体層（平面コイル）と導体層を覆う絶縁層とを有する。なお、コイルチップ２１ではコイル中央にも接合パッドが配置されているが、接合パッドをコイルの周辺に設けるために、更に１層の絶縁層／引き出し配線を有していてもよいし、後述するように絶縁層を介して複数の平面コイルが積層された多層コイルであってもよい。
　コイルチップ２１は、ＭＥＭＳ半導体プロセスにより、シリコンウエハに多数の平面コイルを配設した後、個片化することで作製できる。例えば、フォトレジストおよびフォトマスクを用いたフォトリソグラフィ法により作製した精度の高いレジストマスクを用いて、アディテイブ法またはサブトラクト法等によりパターニングすることで、精度の高い平面コイル２１Ｓを有するコイルチップ２１を容易に大量に作製できる。
　なお、光ファイバ走査装置１０では、第１の筐体１１Ａと第２の筐体１１Ｂとは略同じ形状である。また、コイルチップ２１Ａ～２１Ｄは同じ構成である。このため、光ファイバ走査装置１０は第１の筐体１１Ａと第２の筐体１１Ｂとが同じ工程で製造でき、コイルチップ２１Ａ～２１Ｄが同じ工程で製造できる、さらに、コイルチップ２１Ａ、２１Ｂが配設された第１の筐体１１Ａと、コイルチップ２１Ｃ、２１Ｄが配設された第２の筐体１１Ｂと、が同じ工程で製造できる。このため、光ファイバ走査装置１０は製造が容易である。
　図４Ｂに示すように、２つの接合パッド２１Ｐは、コイルチップ２１の内面側に配設されたフレキシブル配線板２９の電極２９Ｐと、例えば、半田により接合されている。なお、図４Ｂ以外の図面では、フレキシブル配線板２９の図示は省略している。フレキシブル配線板２９は、図示しない配線により駆動電流を供給する電源ユニット（不図示）と接続されている。
　平面コイル２１Ｓは、接合パッド２１Ｐに駆動電流が印加されるとコイルチップ２１の主面に直交する方向の磁場を発生する。磁場の強度は、駆動電流の電流値およびスパイラルコイルの巻数（ターン数）等により設定される。コイル内を流れる駆動電流の方向が反転すると、発生する磁場の方向は反転する。
　光ファイバ走査装置１０では、第１の筐体１１Ａの直交する第１面１１ＳＡと第２面１１ＳＢには、それぞれ平面コイル２１Ｓ１、２１Ｓ２が配設されており、第２の筐体１１Ｂの直交する第３面１１ＳＣと第４面１１ＳＤには、それぞれ平面コイル２１Ｓ３、２１Ｓ４が配設されている。すなわち、平面コイル２１Ｓ１と平面コイル２１Ｓ３とは対向する位置に配置されており、平面コイル２１Ｓ２と平面コイル２１Ｓ４とは対向する位置に配置されている。
　このため、平面コイル２１Ｓ１、２１Ｓ３は、Ｙ軸方向の磁場を発生し、平面コイル２１Ｓ２、２１Ｓ４は、Ｘ軸方向の磁場を発生する。光ファイバ３０（永久磁石３１）は、４つの平面コイル２１Ｓ１から２１Ｓ４から等距離、すなわち筐体１１の中空部１１Ｈの中心に配置されている。
　次に、光ファイバ走査装置１０の駆動方法について簡単に説明する。
　図５Ａに示すように、平面コイル２１Ｓ１に駆動電流が供給されると、例えば、内面側がＮ極の磁場が発生する。同時に、平面コイル２１Ｓ３に駆動電流が供給されると、例えば、内面側がＳ極の磁場が発生する。すなわち、対向配置されている平面コイル２１Ｓ１と平面コイル２１Ｓ３とは、内面側に異なる磁極の磁場を発生する。
　このため、磁場内に配置されている永久磁石３１の後端側（Ｎ極）は、Ｙ軸上方向に引き上げられる。このため、光ファイバ３０の自由端もＹ軸上方向に移動する。
　一方、図５Ｂに示すように、平面コイル２１Ｓ１に図５Ａの場合と逆方向の駆動電流が供給されると、内面側がＳ極の磁場が発生する。同様に、平面コイル２１Ｓ３に図５Ａの場合と逆方向の駆動電流が供給されると内面側がＮ極の磁場が発生する。すると、磁場内に配置されている永久磁石３１の後端側（Ｎ極）は、Ｙ軸下方向に引き下げられる。このため、光ファイバ３０の自由端もＹ軸下方向に移動する。
　平面コイル２１Ｓ１、２１Ｓ３に供給する駆動電流の方向を制御することにより、光ファイバ３０の自由端は、Ｙ軸方向に走査される。同様に、平面コイル２１Ｓ２、２１Ｓ４に供給する駆動電流の方向を制御することにより、光ファイバ３０の自由端は、Ｘ軸方向に走査される。
　なお、永久磁石３１の先端側に磁場が印加されるように、永久磁石３１、光ファイバ、または磁場発生ユニット２１Ｕを配置してもよい。また、例えば、２つの平面コイル２１Ｓ１および平面コイル２１Ｓ２だけを駆動しても、２次元走査は可能である。さらに、１次元走査しか必要がない光ファイバ走査装置の場合には、１つの平面コイル２１Ｓだけで走査可能である。
　４つの平面コイル２１Ｓ１～２１Ｓ４に供給する駆動電流の方向を制御することにより、光ファイバ３０の自由端は、ＸＹ平面内を２次元走査される。走査幅は駆動電流値により制御される。その結果、光ファイバ３０の自由端から出射された光スポットは、２次元走査される。
　２次元走査方式としては、スパイラル走査方式、ラスター走査方式、またはリサージュ方式が、画像処理が容易であるため好ましく、ラスター走査方式が均一に照明できるため、特に好ましい。
　そして、光ファイバ走査装置１０は、磁場発生ユニット２１Ｕが、厚さが例えば１０μｍ以上５００μｍ以下と非常に薄いコイルチップ２１Ａ～２１Ｄからなるため、細径である。さらに、コイルチップ２１Ａ～２１Ｄは、筐体１１の断面が正方形の中空部１１Ｈの内面にそれぞれ配設されているため、正確に配置されている。
　このため、光ファイバ走査装置１０は、細径で、高精度のスキャン照射を行える。
　さらに、光ファイバ走査装置１０は、平面コイル２１Ｓが発生する磁界を誘導する軟磁性材料からなる外側ヨーク６１からなる磁界誘導部を具備する。
　図６Ａに示すように、従来の光ファイバ走査装置では、平面コイル２１Ｓが発生する磁界Ｍは大きく広がって磁場発生ユニットの外部に磁界が漏洩していた。
　これに対して、図６Ｂに示す光ファイバ走査装置１０では、平面コイル２１Ｓが発生する磁界Ｍは外側ヨーク６１に誘導される。このため、平面コイル２１Ｓが発生する磁界Ｍが、磁場発生ユニット２１Ｕの外部に漏洩しにくく、かつ、永久磁石３１の近傍に磁界Ｍを集中できる。このため、光ファイバ走査装置１０は効率的なスキャン照射を行える。つまり、光ファイバ走査装置の外部に漏洩していた磁界を外側ヨーク６１により内部に取り込んでいるため、永久磁石３１の近傍に磁界を集中でき、磁界発生ユニット２１Ｕからの磁界を効率よく利用できる。
＜第１実施形態の変形例＞
　次に第１実施形態の変形例１～３の光ファイバ走査装置１０Ａ～１０Ｃについて説明する。光ファイバ走査装置１０Ａ～１０Ｃは光ファイバ走査装置１０と類似しているので同じ機能の構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。なお、以下の図では、光ファイバおよび磁場発生ユニット等を図示しないことがある。
　光ファイバ走査装置１０Ａ～１０Ｃは、光ファイバ走査装置１０の効果を有し、さらに特徴ある効果を有する。
＜第１実施形態の変形例１＞
　図７に示すように変形例１の光ファイバ走査装置１０Ａでは、外側ヨーク６１Ａ～６１Ｄは、筐体１１の内面に接着された軟磁性箔からなる。また、筐体１１は、４つの筐体１１Ａ１～１１Ａ４とからなる。
　外側ヨーク６１Ａ～６１Ｄは、外側ヨーク６１と同じように、例えば、鉄、コバルト、ニッケル、パーマロイまたはアモルファス合金等の軟磁性材料からなるが、その厚さは例えば１μｍ～５０μｍと比較的薄い。このため、筐体１１に凹部を形成する必要がない。
　多数のコイルチップ２１を配設したシリコンウエハの裏面に軟磁性箔を接着してから個片化することで、外側ヨーク６１Ａが接着されたコイルチップ２１を容易に大量に作製できる。または、シリコンウエハの裏面に軟磁性膜をスパッタ法、蒸着法、またはめっき法等で成膜しておいてもよい。
　光ファイバ走査装置１０Ａは、光ファイバ走査装置１０よりも製造が容易である。
＜第１実施形態の変形例２＞
　図８に示すように変形例２の光ファイバ走査装置１０Ｂでは、軟磁性材料からなる筐体１１Ｂが外側ヨーク６１Ｂの機能を有している。
　筐体１１Ｂは外側ヨーク６１と同じように、例えば、鉄、コバルト、ニッケル、パーマロイ、ソフトフェライトまたはアモルファス合金等の軟磁性材料からなる。
　光ファイバ走査装置１０Ｂは、筐体に外側ヨークを接着する必要がないため、光ファイバ走査装置１０よりも製造が容易で細径である。なお、より細径化するために、筐体１１Ｂの内面の凹部にコイルチップ２１を嵌合してもよい。
＜第１実施形態の変形例３＞
　図９に示すように変形例３の光ファイバ走査装置１０Ｃでは、筐体１１Ｃは円筒形である。すなわち、筐体は、直方体である必要はなく、外面の角部が曲面加工されていたり、面取り加工されていたりする略直方体でもよい。円筒形の筐体１１Ｃの内面に配設されているコイルチップ２１Ａ～２１Ｄの基体２２Ｃは可撓性を有する例えばポリイミドからなる。
　光ファイバ走査装置１０Ｃの外側ヨーク６１Ｃ１は、筐体１１Ｃの内面に配設された軟磁性材料からなる薄帯または薄膜である。なお、光ファイバ走査装置１０Ｂのように、筐体１１Ｃを軟磁性材料により構成し外側ヨークとしての機能を付与してもよい。
　光ファイバ走査装置１０Ｃは、光ファイバ走査装置１０よりも製造が容易で細径である。
＜第２実施形態＞
　次に第２実施形態の光ファイバ走査装置１０Ｄについて説明する。光ファイバ走査装置１０Ｄは光ファイバ走査装置１０等と類似しているので同じ機能の構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
　図１０～図１１Ｂに示すように、光ファイバ走査装置１０Ｄでは、コイルチップ２１が発生する磁界を誘導する軟磁性材料からなる磁界誘導部として、外側ヨーク６１Ｄ１に加えて、コイルチップ２１Ａ～２１Ｄの内側(inside)に配置されている内側磁界誘導部であるコア６２Ａ～６２Ｄを含む。
　コア６２は、コイルチップ２１の平面スパイラルコイル２１Ｓの中心部に配置されている。コア６２は外側ヨーク６１と同じように、例えば、鉄、コバルト、ニッケル、パーマロイ、ソフトフェライトまたはアモルファス合金等の軟磁性材料からなる。
　コア６２の厚さは、例えば、１０μｍ以上１０００μｍ以下である。コア６２は所定形状の薄帯をコイルチップ２１の中心部に接着してもよいし、多数のコイルチップ２１を配設したシリコンウエハに軟磁性膜を成膜しパターニングしてもよい。
　コア６２を有する光ファイバ走査装置１０Ｄは、光ファイバ走査装置１０等の効果を有し、さらに平面コイル２１Ｓが発生する磁界Ｍを、永久磁石３１の近傍に集中できる。このため、光ファイバ走査装置１０Ｄは光ファイバ走査装置１０等よりも、さらに効率的なスキャン照射を行える。
＜第２実施形態の変形例＞
　次に第２実施形態の変形例１～４の光ファイバ走査装置１０Ｅ～１０Ｈについて説明する。光ファイバ走査装置１０Ｇ～１０Ｈは光ファイバ走査装置１０Ｄと類似しているので同じ機能の構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
　光ファイバ走査装置１０Ｅ～１０Ｈは、光ファイバ走査装置１０Ｄの効果を有し、さらに特徴ある効果を有する。
＜第２実施形態の変形例１＞
　図１２に示すように、変形例１の光ファイバ走査装置１０Ｅでは、コア６２Ｅが中心軸Ｏに向かって凸形状で先端が半球状である。言い替えれば、コア６２Ｅはコイルチップ２１Ｅ（外側ヨーク６１Ｄ）から遠ざかるに従い断面積が減少している。
　直方体のコアでは、磁界Ｍが角部（エッジ部）に集中するため、磁性体が局部的に飽和状態となり十分に磁界を誘導できないおそれがある。これに対して凸形状で先端が半球状であるコア６２Ｅを有する光ファイバ走査装置１０Ｅは、コア６２Ｅが局部的に飽和しにくいため、効率的なスキャン照射を行える。
＜第２実施形態の変形例２＞
　図１３に示すように、変形例２の光ファイバ走査装置１０Ｆでは、内側磁界誘導部は、コア６２に加えて、コイルチップ２１Ｆの平面コイル２１Ｓの周囲に環状に配置されている額縁状の内側ヨーク６３を更に含む。
　光ファイバ走査装置１０Ｆは、内側ヨーク６３に磁界が誘導されるため、平面コイル２１Ｓが発生する磁界Ｍが、磁場発生ユニット２１Ｕの外部に漏洩しにくく、かつ、永久磁石３１の近傍に磁界Ｍを集中できる。
＜第２実施形態の変形例３＞
　図１４に示すように、変形例３の光ファイバ走査装置１０Ｇでは、コイルチップ２１Ｇの平面視矩形の平面コイル２１Ｓの周囲のうち、筐体１１の中心軸Ｏに直交する２辺に沿って配置されている２つの内側ヨーク６３Ｇ１、６３Ｇ２を含む。
　図３に示したように、筐体１１の内部の狭い中空部１１Ｈに配設するため、コイルチップ２１には、筐体１１の中心軸Ｏに平行方向（Ｚ軸方向）に延設された内側ヨークを配設するスペースが確保できない場合がある。
　しかし、光ファイバ走査装置１０Ｇのコイルチップ２１Ｇは配設するスペースが確保しやすい中心軸Ｏに直交する方向（Ｘ軸方向）に延設されたる２つの内側ヨーク６３Ｇ１、６３Ｇ２を含む。
　光ファイバ走査装置１０Ｇは、光ファイバ走査装置１０Ｆと同じように平面コイル２１Ｓが発生する磁界Ｍが、磁場発生ユニット２１Ｕの外部に漏洩しにくく、かつ、永久磁石３１の近傍に磁界Ｍを集中できる。
＜第２実施形態の変形例４＞
　図１５および図１６に示すように、変形例４の光ファイバ走査装置１０Ｈでは、コイルチップ２１Ｈの平面コイル２１Ｓの中心部に配置されているコア６２Ｈが、平面コイル２１Ｓの接合パッド２１Ｐの上に配設されている。すなわち、コア６２Ｈは、ニッケル、またはパーマロイ等の導電軟磁性材料からなり、駆動電流が流れる。
　図１６に示すように、接合パッド２１Ｐは、フレキシブル配線板２９の電極２９Ｐと半田２８により接合されている。例えば、パーマロイめっき膜からなる膜厚３μｍのコア６２Ｈは、銅または金等からなる電極２９Ｐの半田バリア層としての機能を有する。半田バリア層としての機能を有するためにコア６２Ｈは、少なくともニッケルを５０重量％以上含むことが好ましい。
　また、フレキシブル配線板２９に、コイルチップ２１Ｇのように軟磁性箔等により内側ヨークを形成することも可能である。
　光ファイバ走査装置１０Ｈは、コア６２Ｈが半田バリア層としての機能を有するため、半田バリア層を配設する必要がないため、製造が容易である。
＜第３実施形態＞
　次に第３実施形態の光ファイバ走査装置１０Ｉについて説明する。光ファイバ走査装置１０Ｉは光ファイバ走査装置１０等と類似しているので同じ機能の構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
　図１７に示すように光ファイバ走査装置１０Ｉのコイルチップ２１Ｉのコイル２１ＳＩは、第１の平面スパイラルコイル２１ＳＡと第２の平面スパイラルコイル２１ＳＢとが重畳された多層コイルである。そして第１の平面スパイラルコイル２１ＳＡと第２の平面スパイラルコイル２１ＳＢとを電気的に接続している中心部に配置されている接続体の少なくとも一部が導電軟磁性材料からなるコア６２Ｉである。
　光ファイバ走査装置１０Ｉは、光ファイバ走査装置１０Ｈ等の効果を有し、さらに、コイル２１ＳＩが多層コイルであるため、より小さな電流で駆動可能である。なお、本変形例の光ファイバ走査装置は、３層以上のコイルが積層された多層コイルを有していてもよい。
＜第４実施形態＞
　次に第４実施形態の光ファイバ走査装置１０Ｊについて説明する。光ファイバ走査装置１０Ｊは光ファイバ走査装置１０等と類似しているので同じ機能の構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
　図１８に示すように、光ファイバ走査装置１０Ｊでは、筐体が、コイル２１Ａ～２１Ｄが配設されている共通の基体２２Ｊにより構成されている。基体２２Ｊは可撓性を有する例えばポリイミドからなり、折り曲げられて中空部１１Ｈのある筐体１１Ｊを構成している。
　また、それぞれのコイル２１Ａ～２１Ｄの中心部には、凸形状のコア６２Ｅ（６２Ｅ１～６２Ｅ４）が配設されている。
　光ファイバ走査装置１０Ｊは、光ファイバ走査装置１０Ｈ等の効果を有し、さらに基体２２Ｊが筐体を構成しているため、細径である。
　なお、シリコンからなる非可撓性の基体２２を含むコイルチップ２１Ａ～２１Ｄであっても、それらが絶縁層２３により連設されていれば、絶縁層２３を介して折り曲げることにより筐体を構成できる。
＜第５実施形態＞
　次に第５実施形態の光走査型内視鏡（内視鏡）２、２Ａ～２Ｊについて説明する。
　図１９に示すように光走査型内視鏡２、２Ａ～２Ｊは、すでに説明した光ファイバ走査装置１０、１０Ａ～１０Ｊを挿入部９１の先端部９４に具備する。以下、光ファイバ走査装置１０を有する内視鏡２を例に説明する。
　内視鏡２を含む光走査型内視鏡システム（以下「内視鏡システム」という）１は、内視鏡２と、光源装置およびビデオプロセッサの機能を備えた本体装置３と、モニタ４と、を具備する。内視鏡２は、光ファイバ走査装置１０により照明光を２次元走査させながら被検体に照射し、被検体からの反射光（戻り光）を検出し、本体装置３でデータ処理を行い、生成した被検体像をモニタ４に表示する。
　内視鏡２は、生体内に挿通される細長な挿入部９１と、操作部９２と、電気ケーブル等が挿通されたユニバーサルケーブル９３と、を有する。内視鏡２の挿入部９１は先端部９４と、湾曲部９５と、可撓管部９６と、を含む。なお、実施形態の内視鏡２は、いわゆる軟性内視鏡だが、挿入部９１が硬質な、いわゆる硬性内視鏡であっても後述する効果を有する。
　操作部９２には、湾曲部９５を湾曲操作するための湾曲操作ノブ９７が回動自在に配設されている。挿入部９１と操作部９２の連結部は、ユーザーが把持する把持部９８となっている。
　操作部９２から延設されたユニバーサルケーブル９３が本体装置３とコネクタ９０を介して接続される。本体装置３は、内視鏡画像を表示するモニタ４と接続されている。
　内視鏡２は、筒状の筐体と、前記筐体の中心軸に沿って配置された、永久磁石が設けられ自由端から光を出射する光ファイバと、前記筐体に配設された、前記永久磁石に磁界を印加し前記光ファイバの前記自由端を駆動するように構成されているコイルと、を具備する光ファイバ走査装置であって、前記コイルが発生する前記磁界を誘導する軟磁性材料からなる磁界誘導部を、前記筐体の前記中心軸側である内側、前記内側と反対側の外側、または、前記内側および外側に具備する光ファイバ走査装置を挿入部の先端部に具備する。
　内視鏡２、２Ａ～２Ｊは、磁界が漏洩しにくい効率的なスキャン照射を行う光ファイバ走査装置１０、１０Ａ～１０Ｊを具備する。
　本発明は、上述した各実施例に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更、組み合わせ、および応用が可能であることは勿論である。
１、１Ａ～１Ｊ・・・内視鏡システム
２、２Ａ～２Ｊ・・・光走査型内視鏡
１０、１０Ａ～１０Ｊ・・・光ファイバ走査装置
１１・・・筐体
２１・・・コイルチップ
２１Ｐ・・・接合パッド
２１Ｓ・・・平面コイル
２１Ｕ・・・磁場発生ユニット
２２・・・基体
２３・・・絶縁層
２８・・・半田
２９・・・フレキシブル配線板
２９Ｐ・・・電極
３０・・・光ファイバ
３１・・・永久磁石
３２・・・照明光学系
３３・・・保持部材
５０・・・光ファイバ
６１・・・外側ヨーク
６２・・・コア
６３・・・内側ヨーク
９１・・・挿入部
９４・・・先端部

Claims (13)

  1. 　筒状の筐体と、　　
    　前記筐体の中心軸に沿って配置された、永久磁石が設けられ自由端から光を出射する光ファイバと、
    　前記筐体に配設された、前記永久磁石に磁界を印加し前記光ファイバの前記自由端を駆動するように構成されているコイルと、を具備する光ファイバ走査装置であって、
    　前記コイルが発生する前記磁界を誘導する軟磁性材料からなる磁界誘導部を、前記コイルの前記中心軸側である内側、前記内側と反対側の外側、または、前記内側および外側に具備することを特徴とする光ファイバ走査装置。
  2. 　前記磁界誘導部は、前記コイルの外側に配置されている外側ヨークであることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ走査装置。
  3. 　前記コイルが、平面スパイラルコイルであることを特徴とする請求項２に記載の光ファイバ走査装置。
  4. 　前記外側ヨークは、前記コイルの片面を覆っていることを特徴とする請求項３に記載の光ファイバ走査装置。
  5. 　前記筐体の少なくとも一部が、前記軟磁性材料からなる前記外側ヨークを構成していることを特徴とする請求項４に記載の光ファイバ走査装置。
  6. 　前記磁界誘導部は、前記コイルの内側に配置されている内側磁界誘導部を更に含むことを特徴とする請求項３から請求項５のいずれか１項に記載の光ファイバ走査装置。
  7. 　前記内側磁界誘導部は、前記コイルの中心部に配置されているコアであることを特徴とする請求項６に記載の光ファイバ走査装置。
  8. 　前記コアは、前記中心軸に向かって凸形状で先端が半球状であることを特徴とする請求項７に記載の光ファイバ走査装置。
  9. 　前記内側磁界誘導部は、前記コイルの周囲に環状に配置されている内側ヨークを更に含むことを特徴とする請求項６から請求項８のいずれか１項に記載の光ファイバ走査装置。
  10. 　前記内側磁界誘導部は、平面視矩形の前記コイルの周囲のうち、前記筐体の前記中心軸に直交する２辺に沿って配置されている２つの内側ヨークを含むことを特徴とする請求項６から請求項８のいずれか１項に記載の光ファイバ走査装置。
  11. 　前記コイルが、第１の平面スパイラルコイルと第２の平面スパイラルコイルとが重畳された多層コイルであり、前記第１の平面スパイラルコイルと前記第２の平面スパイラルコイルとを電気的に接続している前記中心部に配置されている接続体の少なくとも一部が前記コアであることを特徴とする請求項７に記載の光ファイバ走査装置。
  12. 　前記筐体が、前記コイルが配設されている基体により構成されていることを特徴とする請求項３から請求項１０のいずれか１項に記載の光ファイバ走査装置。
  13. 　請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の前記光ファイバ走査装置を、挿入部の先端部に有することを特徴とする光走査型内視鏡。
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