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    • 专利摘要:
    EineAbtastspiegeleinheit (130) zur Strahlabtastung umfasst mindestenseinen Kragarm (136), der aus einem durch Aktivierung verformbarenMaterial (136a, 136b) besteht und ein freies Ende und ein an einerBasis (134) gehaltenes Ende hat, und einen Spiegel (132), der miteinem Randteil so an dem freien Ende des Kragarms (136) gehaltenist, dass der Spiegel (132) bewegbar ist und dabei sein zentralerTeil im Wesentlichen ortsfest bleibt, wobei sich bei Aktivierungdes Kragarms (136) dessen freies Ende in eine vorgegebene Richtung bewegt,wodurch der Randteil des Spiegels (132) bewegt und so der Spiegel(132) gekippt wird. Mit der so aufgebauten Abtastspiegeleinheit(130) ist es möglich,ein Reflexionselement ausreichender Dicke (z. B. einige 100 µm) als beweglichenSpiegel einzusetzen, so dass ein Hochleistungslaserstrahl, mit demeine wirksame Behandlung von betroffenen Körperteilen möglich ist,fein und beständigreflektiert werden kann.
    公开号:DE102004028168A1
    申请号:DE200410028168
    申请日:2004-06-09
    公开日:2004-12-30
    发明作者:Masayoshi Sendai Esashi；Yoichi Sendai Haga；Naoki Kikuchi；Masanori Maeda
    申请人:Pentax Corp；
    IPC主号:G02B23-26
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft eine Abtastspiegeleinheit, die mittels einesStrahls eine Abtastung vornimmt und beispielsweise dazu dient, Beobachtungsbilderaus dem Inneren einer Körperkavität zu erzeugenund Gewebe in der Körperkavität zu behandeln. Fernerbetrifft die Erfindung eine Strahlabtastsonde, die mit einer solchenAbtastspiegeleinheit ausgestattet ist.
    [0002] Zurchirurgischen Behandlung z.B. in der Hirnnervchirurgie, bei dermit einem Endoskop gearbeitet wird (Entfernung eines Hirntumorsetc.), und der fötalenGebärmutterchirurgie,die mit einem Hysteroskop arbeitet, werden hochgenaue Intracavity-Operationstechniken,d.h. innerhalb einer Körperkavität durchgeführte Operationen,wirkungsvoll angewandt, in denen Laser zum Einsatz kommen. Bei solchenOperationen ist eine hochgenaue Beobachtung mit hoher Auflösung erforderlich.
    [0003] Intracavity-Operationen,bei denen ein Laserstrahl z.B. durch einen Lichtleiter in das Innereeiner Körperkavität geführt unddann Gewebe mit diesem Laserstrahl beaufschlagt wird, um das Gewebe zuschneiden, zu verdampfen oder zu verkleben, haben heutzutage weitläufig praktischeAnwendung gefunden. Jedoch ist der Bestrahlungsbereich des Laserstrahlsim allgemeinen größer alsder Kerndurchmesser des Lichtleiters, so dass eine genaue Behandlungvon Gewebe schwierig ist. Der Bestrahlungsbereich kann verkleinertwerden, indem der Laserstrahl mittels einer Linse gebündelt wird.Jedoch ist es füreine wirksame Behandlung erforderlich, dass die Spitze des Lichtleitersoder der Sonde bewegt wird. Um die Spitze der Sonde mechanisch präzise zubewegen, ist ein komplizierter Mechanismus erforderlich. Außerdem istes schwierig, eine hohe Zuverlässigkeitin der Behandlung zu erreichen.
    [0004] Eindurch eine Linse gebündelterStrahl kann ein Ziel (Objekt) präziseabtasten, wenn ein Mikroscanner zwischen Linse und Brennpunkt angeordnet wird.Beispielsweise wurde in JP-A-11-221192 (Seiten 3 bis 5, 3 bis 5) eine Art konfokaler Sonde vorgeschlagen,die auch schon praktische Anwendung gefunden hat. Mit dieser Sondewird Gewebe im Inneren einer Körperkavität beobachtet,indem das Gewebe mit einem Laserstrahl beaufschlagt wird, und eswird aus dem Licht, das an dem bestrahlten Gewebe reflektiert wird,ein bestimmter Reflexionsanteil (in einem Brennpunkt der Objektivoptik aufder Objektseite) extrahiert. Mittlerweile sind auch Sonden bekanntund im praktischen Einsatz, die eine OCT-Funktion aufweisen, d.h. nach dem Prinzipder optischen Kohärenztomografiearbeiten, bei der unter Nutzung von Licht geringer Kohärenz einTomogramm des Inneren einer Körperkavität aufgenommenwird. Ein Beispiel füreine solche Sonde ist in der Japanischen PatentveröffentlichungP2001-87269A beschrieben.
    [0005] Diein den oben genannten Patentveröffentlichungenoffenbarten Sonden bilden Abtastsonden, die zweidimensionale (2-D)Bilder oder dreidimensionale (3-D) Bilder von Gewebe (Beobachtungsziel)erzeugen, indem sie durch Antreiben eines Mikroscanners mit einemvon einer Lichtquelle ausgegebenen Laserstrahl das das Zielobjektbildende Gewebe abtasten.
    [0006] Derfür einensolchen Scanner verwendete Spiegel ist jedoch im allgemeinen dünn und wirddeshalb leicht beschädigt,wenn mit einem Hochleistungslaserstrahl hoher Intensität, der für die Behandlungder betroffenen Körperteilebesonders wirksam ist, abgetastet wird. Der Spiegel eines Mikroscanners (Abtastspiegeleinheit)wird beispielsweise durch Flächenmikrobearbeitunghergestellt. Infolge dieses Herstellungsverfahrens ist es nichtmöglich,den Spiegel dicker zu gestalten.
    [0007] Primäre Aufgabeder Erfindung ist es, eine Abtastspiegeleinheit mit einem Spiegelanzugeben, der fein und beständigeinen Hochleistungslaserstrahl fürdie wirksame Behandlung betroffener Körperteile reflektieren kann.Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, eine Strahlabtastsonde miteiner solchen Abtastspiegeleinheit anzugeben.
    [0008] DieErfindung löstdiese Aufgabe durch die Gegenständeder unabhängigenAnsprüche.Vorteilhafte Weiterbildungen sind jeweils in den Unteransprüchen angegeben.
    [0009] DieAbtastspiegeleinheit nach der Erfindung ermöglicht es, ein Reflexionselementausreichender Dicke (z.B. einige 100 μm) als beweglichen Spiegel zuverwenden. Eine solche Abtastspiegeleinheit ist in der Lage, einenHochleistungslaserstrahl, mit dem betroffene Körperteile wirksam behandeltwerden können,fein und beständigzu reflektieren.
    [0010] DieErfindung wird im Folgenden an Hand der Figuren näher erläutert. Darinzeigen:
    [0011] 1 eine schematische Darstellungeiner Endoskopeinrichtung, die eine Strahlabtastsonde gemäß einemAusführungsbeispielder Erfindung enthält,
    [0012] 2 eine vergrößerte Darstellungder Spitze eines in diesem Ausführungsbeispielverwendeten elektronischen Endoskops,
    [0013] 3 ein Blockdiagramm, dasden Gesamtaufbau der optischen Strahlabtastsonde der Endoskopeinrichtunggemäß Ausführungsbeispielzeigt,
    [0014] 4A und 4B Schnittansichten, die den innerenAufbau der Spitze der optischen Strahlabtastsonde gemäß Ausführungsbeispielzeigen,
    [0015] 5A bis 5C schematische Darstellungen, die denAufbau einer Abtastspiegeleinheit zeigen, die an der Spitze derStrahlabtastsonde angeordnet ist,
    [0016] 6 einen Längsschnitt,der den inneren Aufbau der Spitze der optischen Strahlabtastsondein einem anderen Ausführungsbeispielzeigt,
    [0017] 7 eine schematische Darstellung,die den Aufbau einer Abtastspiegeleinheit zeigt, die in einem weiterenAusführungsbeispielan der Spitze einer optischen Strahlabtastsonde angeordnet ist,
    [0018] 8 eine schematische Darstellung,die den Aufbau einer Abtastspiegeleinheit zeigt, die in einem weiterenAusführungsbeispielan der Spitze einer optischen Strahlabtastsonde angeordnet ist,
    [0019] 9A bis 9C schematische Darstellungen, die ineinem weiteren Ausführungsbeispielden Aufbau einer Abtastspiegeleinheit um deren beweglichen Spiegelherum zeigen,
    [0020] 10 einen Längsschnitt,der in einem weiteren Ausführungsbeispielden inneren Aufbau der Spitze einer optischen Strahlabtastsondezeigt, und
    [0021] 11 einen Längsschnitt,der in einem weiteren Ausführungsbeispielden inneren Aufbau der Spitze einer optischen Strahlabtastsondezeigt.
    [0022] 1 ist ein Blockdiagramm,das den Aufbau einer Endoskopeinrichtung 10 zeigt, dieeine Strahlabtastsonde als Ausführungsbeispielzeigt. Die Endoskopeinrichtung 10 umfasst eine elektronische Endoskopvorrichtungund eine Sondenvorrichtung. Im Folgenden werden Aufbau und Funktionder Endoskopeinrichtung 10 unter Bezugnahme auf 1 beschrieben.
    [0023] Dieelektronische Endoskopvorrichtung der Endoskopeinrichtung 10 umfasstein elektronisches Endoskop 400, das in eine Körperkavität eingeführt wird,um Bilder eines Beobachtungsziels aufzunehmen, eine Verarbeitungseinheit(Prozessor) 500 mit einer Bildverarbeitungsfunktion (zumgeeigneten Verarbeiten eines von dem elektronischen Endoskop 400 ausgegebenenBildsignals) und einer Beleuchtungsfunktion (zur Ausgabe von Beleuchtungslicht aufdas Beobachtungsziel) sowie ein Sichtgerät (Monitor) 600 zum Darstellenvon Bildern entsprechend dem von der Verarbeitungseinheit 500 verarbeiteten undausgegebenen Bildsignal.
    [0024] 2 ist eine vergrößerte Ansichteiner Spitze 450 des in diesem Ausführungsbeispiel verwendetenelektronischen Endoskops 400. Aufbau und Funktion der elektronischenEndoskopvorrichtung werden im Folgenden an Hand der 1 und 2 erläutert.
    [0025] Daselektronische Endoskop 400 hat einen Verbindungsteil, über denes mit der Verarbeitungseinheit 500 verbunden ist. DieserVerbindungsteil enthälteinen Lichtleiterstecker 412, der verwendet wird, das Beleuchtungslichteiner Lichtführungdes elektronischen Endoskops 400 zuzuführen, und einen Kabelstecker 414, derdazu dient, eine elektrische Verbindung zwischen dem elektronischenEndoskop 400 und der Verarbeitungseinheit 500 herzustellen.Der Lichtleiterstecker 412 und der Kabelstecker 414 sindan eine Lichtleiterbuchse 512 bzw. an eine Kabelbuchse 514 derVerarbeitungseinheit 500 anschließbar.
    [0026] ImInneren des Endoskops 400 ist die Lichtführung ausgebildet,die das von der Verarbeitungseinheit 500 ausgegebene Beleuchtungslichtzu dem Beobachtungsziel führt.Die Lichtführungerstreckt sich überdie Längedes Endoskops 400. Wie in 2 gezeigt,hat die Vorderflächeder Spitze 450 zwei Beleuchtungsfensters 452.Das Beleuchtungslicht, das von der Verarbeitungseinheit 500 abgegebenund dem mit der Lichtleiterbuchse 521 verbundenen Lichtleiterstecker 412 zugeführt wird,wird durch die Lichtführunggeleitet, tritt aus den Beleuchtungsfenstern 452 aus undbeleuchtet das Beobachtungsziel.
    [0027] Innerhalbdes elektronischen Endoskops verläuft über dessen Länge einKabel, das dazu dient, Signale zwischen einer in der Spitze 450 montiertenFestkörper-Bildaufnahmevorrichtungund der Verarbeitungseinheit 500 auszutauschen. Die über diesesKabel übertragenenSignale beinhalten ein Treibersignal, das von der Verarbeitungseinheit 500 andie Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung übertragenwird, und das Bildsignal, das von der Festkörper-Bildaufnahmevorrichtungan die Verarbeitungseinheit 500 übertragen wird. Die in derSpitze 450 montierte Festkörper-Bildaufnahmevorrichtungist beispielsweise eine ladungsgekoppelte Vorrichtung, kurz CCD.Um das elektronische Endoskop mit einem kleinen Durchmesser versehenzu können,wird üblicherweiseeine Einzelbildübertragungs-CCD ohneDatenspeichereinheit eingesetzt. Wie in 2 gezeigt, ist die Vorderfläche derSpitze 450 mit einem Beobachtungssystem 454 versehen.Das an dem Beobachtungsziel reflektierte Beleuchtungslicht fällt alsBeobachtungslicht auf das Beobachtungssystem 454, wirdvon der CCD in das Bildsignal gewandelt, durch das Kabel übertragenund durch den Kabelstecker 415 der Bildverarbeitungseinheit 500 zugeführt.
    [0028] Daselektronische Endoskop 400 hat ferner einen Instrumenteneingang 422, über denverschiedenartige Operationsinstrumente in das Endoskop 400 eingesetztwerden können. Über denInstrumenteneingang 422 können beispielsweise Zangen,die fürunterschiedliche Behandlungen, beispielsweise zur Blutstillung,zur Gewebsprobenentnahme etc. verwendet werden, und/oder Sonden,die dazu dienen, das Gewebe mit einer Vergrößerung zu betrachten, die vonder des elektronischen Endoskops 400 verschieden ist, oderTomogramme des Gewebes aufzunehmen, etc. eingeführt werden. Der Operateur kannso je nach Art der vorzunehmenden Operation eines aus einer Vielzahlvon möglichenOperationsinstrumenten überden Instrumenteneintritt 422 einführen.
    [0029] ImInneren eines flexiblen Einführrohrs 432, dasden Instrumenteneingang 422 mit der Spitze 450 verbindet,ist ein Instrumentenkanal 456 ausgebildet, der sich über dieLänge desRohrs 432 erstreckt. Ein Ende dieses Instrumentenkanals 456 reichtbis zu dem Instrumenteneingang 422, während das andere Ende bis zueiner in der Vorderflächeder Spitze 450 ausgebildeten Öffnung reicht. Der Instrumentenkanal 456 bildeteinen zylindrischen Kanal, der zwischen dem Instrumenteneingang 422 undder Spitze 450 angeordnet ist. Ein in den Instrumenteneingang 422 eingeführtes Operationsinstrumentwird so eingestellt, dass sein vorderes Ende etwas aus der Vorderfläche derSpitze 450 vorsteht, wie in 2 gezeigt ist.
    [0030] Daselektronische Endoskop 400 hat einen Handhabungsteil 442 nahedem Instrumenteneingang 422. Über diesen Handhabungsteil 442 kann derOperateur das elektronische Endoskop 400 bedienen. DerHandhabungsteil 442 hat mehrere Knöpfe, um die Spitze 450 inverschiedene Richtungen zu biegen. Durch Betätigen des Handhabungsteil 442 kannder Operateur die Vorderflächeder Spitze 450 in beliebiger Richtung ausrichten und dasin einer kleinen Körperkavität vorhandeneZiel unter verschiedenen Winkeln beobachten. Der Operateur kanndurch Betätigendes Handhabungsteils 442 auch das in den Instrumentenkanal 456 eingesetzte Operationsinstrumentbedienen.
    [0031] Dasvon dem elektronischen Endoskop 400 erzeugte Bildsignalwird an die Verarbeitungseinheit 500 ausgegeben, die dasBild in der Weise verarbeitet, dass es auf dem Sichtgerät 600 dargestelltwerden kann. Im Folgenden wird die von der Verarbeitungseinheit 500 durchgeführte Bildverarbeitungbeschrieben.
    [0032] DasBildsignal, das von der das Beobachtungsziel aufnehmenden CCD erzeugtwird, wird an eine Eingangsstufen-Signalverarbeitungseinheit, im Folgendenkurz als Eingangsstufe bezeichnet, der Verarbeitungseinheit 500 gesendet.Die Eingangsstufe verstärktdas Bildsignal und wandelt es durch Abtasten, Halten, etc. in eindigitales Signal. Das digitale Signal wird dann von einem in derEingangsstufe vorhandenen Multiplexer in Bildsignale für Rot, Grün und Blaugetrennt, indem synchron mit dem der CCD zugeführten Treibersignal entsprechendeUmschaltungen vorgenommen werden. Die einzelnen den jeweiligen Farben(R, G, B) zugeordneten Bildsignale werden an ihnen jeweils zugeordneteSpeicher eines nicht gezeigten RGB-Speichers ausgegeben.
    [0033] DerRGB-Speicher hat drei Bildspeicher (R-Speicher, G-Speicher, B-Speicher)entsprechend den drei Farben R, G und B. Die drei durch die Eingangsstufegetrennten Bildsignale (R, G, B) werden in den ihnen zugeordnetenBildspeichern temporär gespeichert.
    [0034] Einnicht gezeigter Zeitgeber dient dazu, die Bildsignale (R, G, B)gleichzeitig aus den Bildspeichern des RGB-Speichers auszulesen.Das Zeitsignal wird mit einer zeitlichen Abstimmung oder einem Timingausgegeben, das geeignet ist, ein bewegtes Videobild mit beispielsweise30 Einzelbildern je Sekunde auf dem Sichtgerät 600 darzustellen.Der Zeitgeber gibt mit anderen Worten ein Zeitsignal aus, das dafür sorgt,dass die einzelnen Bildsignale (R, G, B) gleichzeitig aus den ihnenzugeordneten Bildspeichern des RGB-Speichers mit einer Geschwindigkeit von 30 Einzelbildernje Sekunde ausgelesen werden. Eine Zweitstufen-Signalverarbeitungseinheit, kurz Zweitstufe,wandelt die Bildsignale in analoge Signale und diese weiter in zusammengesetzteVideosignale, Y/C-Signale oder RGB-Videosignale, die auf dem Sichtgerät 600 darzustellensind. Werden die Videosignale dem Sichtgerät 600 zugeführt, sowerden Videobilder des mit dem elektronischen Endoskop 400 aufgenommenenBeobachtungsziels auf dem Sichtgerät 600 dargestellt.
    [0035] 3 ist ein Blockdiagramm,das den Gesamtaufbau der Sondenvorrichtung der Endoskopeinrichtung 10 indiesem Ausführungsbeispielzeigt. Die Sondenvorrichtung der Endoskopeinrichtung 10 enthält eineoptische Strahlabtastsonde 100, die in den Instrumentenkanal 456 deselektronischen Endoskops 400 eingeführt wird, um Bilder des Beobachtungszielsaufzunehmen, eine Verarbeitungseinheit (Prozessor) 200,die eine Bildverarbeitungsfunktion (zum geeigneten Verarbeiten dervon der Strahlabtastsonde 100 eingefangenen Bilder desBeobachtungsziels) und eine Bestrahlungsfunktion (zum Ausgeben vonBeleuchtungslicht auf das Beobachtungsziel) aufweist, sowie einSichtgerät(Monitor) 300 zum Darstellen von Bildern entsprechend einemvon der Verarbeitungseinheit 200 verarbeiteten und ausgegebenenSignal. Aufbau und Funktion der Sondenvorrichtung werden im Folgendenunter Bezugnahme auf 3 erläutert.
    [0036] DieVerarbeitungseinheit 200 enthält eine Beobachtungslichtquelleneinheit 210,im folgenden auch kurz als Beleuchtungsquelle bezeichnet. Die Beleuchtungsquelle 210 istbeispielsweise eine Lichtquelle, die Licht geringer Kohärenz ausgibt.Die Kohärenzlänge einesvon der Beleuchtungsquelle 210 ausgegebenen Laserstrahlsist äußerst kurz(einige 10 bis 100 μm).Die Beleuchtungsquelle 210 gibt den Laserstrahl auf einenTreiberimpuls hin aus, den ihr eine Steuereinheit 270 derVerarbeitungseinheit 200 zuführt.
    [0037] DieLichtquelleneinheit 210 kann auch anderen Zwecken als derBeleuchtung dienen. In diesem Fall wird die Wellenlänge desvon der Lichtquelleneinheit ausgegebenen Laserstrahls gegenüber der Wellenlänge geändert, diefür dieBeobachtung bestimmt ist.
    [0038] Dervon der Beleuchtungsquelle 210 abgegebene Laserstrahl läuft durcheinen Messstrahl-Lichtleiter 222, der als Einmoden-Lichtleiter ausgebildetist. Im opti schen Weg innerhalb des Messstrahl-Lichtleiters 222 istein Lichtkoppler 220 angeordnet. Der Lichtkoppler 220 koppeltden Messlicht-Lichtleiter 222 optisch mit einem anderenEinmoden-Lichtleiter, nämlicheinem Referenzstrahl-Lichtleiter 224. Der von der Beleuchtungsquelle 210 abgegebeneLaserstrahl wird so von dem Lichtkoppler 220 in zwei Strahlengeteilt. Einer dieser geteilten Lichtstrahlen läuft als Messstrahl durch den Messstrahl-Lichtleiter,währendder andere Lichtstrahl als Referenzstrahl durch den Referenzstrahl-Lichtleiter 224 läuft. DerMessstrahl-Lichtleiter 222 und der Referenzstrahl-Lichtleiter 224 sindjeweils nicht auf einen Einmoden-Lichtleiter beschränkt. DieLichtleiter 222 und 224 können auch als Mehrmoden-Lichtleiterausgebildet sein.
    [0039] Zusätzlich zuder Beleuchtungsquelle 210 enthält die Verarbeitungseinheit 200 eineBehandlungslichtquelleneinheit 260, im folgenden auch kurz alsBehandlungsquelle bezeichnet. Diese Behandlungsquelle 260 gibteinen Laserstrahl bestimmter Wellenlänge ab, der für die Behandlungeines betroffenen Körperteilsgeeignet ist. Die Behandlungsquelle 260 gibt den Laserstrahldieser bestimmten Wellenlängeauf einen Treiberimpuls hin aus, der ihr von der Steuereinheit 270 zugeführt wird.Der von der Behandlungsquelle 260 abgegebene Laserstrahlläuft alsBehandlungsstrahl durch einen Behandlungsstrahl-Lichtleiter 262.
    [0040] Inden optischen Wegen des durch den Messstrahl-Lichtleiter 222 laufendenMessstrahls und des durch den Behandlungsstrahl-Lichtleiter 262 laufendenBehandlungsstrahls ist ein Schaltspiegel 240 angeordnet.Der Schaltspiegel 240 hat die Funktion, einen der beidenauf ihn fallenden Strahlen, d.h. den Messstrahl oder den Behandlungsstrahl,auf die optische Strahlabtastsonde 100 zu leiten, die aneinen Verbindungsteil 290 der Verarbeitungseinheit 200 angeschlossenist. Der Schaltspiegel 240 ist beispielsweise ein drehbarerSpiegel, der in den optischen Wegen der genannten Strahlen angeordnetist und einen dieser Strahlen in Abhängigkeit seiner Stellung (Winkelstellung)auf die Strahlabtastsonde 100 führt. Der Operateur kann auswählen, welcher derbeiden Strahlen, nämlichder Messstrahl oder der Behandlungsstrahl, auf die Strahlabtastsonde 100 geführt werden, indemer durch Betätigeneiner nicht gezeigten Bedieneinheit der Verarbeitungseinheit 200 dieStellung des Schaltspiegels 240 umschaltet.
    [0041] DerMessstrahl oder der Behandlungsstrahl, der zu der Strahlabtastsonde 100 geleitetwird, läuft durcheinen innerhalb der Sonde 100 angeordneten Lichtleiter,tritt aus einem Beobachtungsfenster der Sonde 100 aus,wie spätererläutertwird, und erreicht das vor dem Beobachtungsfenster angeordnete Beobachtungsziel.Ist der durch die Strahlabtastsonde 100 geleitete Strahlder Messstrahl, so wird letzterer an dem Beobachtungsziel reflektiert,gelangt wieder übereinen entsprechenden optischen Weg in die Strahlabtastsonde 100 undläuft durchden in der Strahlabtastsonde 100 angeordneten Lichtleiterauf die Verarbeitungseinheit 200 zu. Ist der durch die Strahlabtastsonde 100 geleiteteStrahl der Behandlungsstrahl, so wirkt letzterer auf den betroffenen Körperteil,um an diesem die gewünschteBehandlung vorzunehmen.
    [0042] DerMessstrahl, der wie oben beschrieben an dem Beobachtungsziel reflektiertwird und durch die Strahlabtastsonde 100 läuft, gelangt über den Schaltspiegel 240 wiederin den Messstrahl-Lichtleiter 222 und steuert durch denLichtleiter 222 den Lichtkoppler 220 an.
    [0043] Unterdessenläuft derandere von dem Lichtkoppler 220 abgeteilte Strahl, nämlich derReferenzstrahl, durch den Referenzstrahl-Lichtleiter 224,der an seinem Ende eine Linse 232 hat.
    [0044] Indem optischen Weg des aus der Linse 232 austretenden Referenzstrahlist ein Referenzspiegel 234 angeordnet, der eine zur optischenAchse des Referenzstrahls senkrechte Reflexionsfläche hat. DerReferenzspiegel 234 wird von einem Spiegelantrieb 236 sogehalten, dass er parallel zur optischen Achse des Referenzstrahls(Richtung A in 3) bewegbarist. Der Spiegelantrieb 236 ist ein piezoelektrischer,mehrschichtiger Betätiger,der mehrere aufeinander geschichtete piezoelektrische Elemente aufweist.Wird der Referenzspiegel 234 von dem Spiegelantrieb 236 bewegt,so ändertsich die Länge desoptischen Weges des Referenzstrahls vom Lichtkoppler 220 zumReferenzspiegel 234. Die optische Weglänge des Referenzstrahls zwischendem Lichtkoppler 220 und dem Referenzspiegel 234 kannalso eingestellt werden, indem der Referenzspiegel 234 vondem Spiegelantrieb 236 bewegt wird.
    [0045] Dervon dem Referenzstrahl-Lichtleiter 224 austretende Referenzstrahlwird durch die Linse 232 auf die Reflexionsfläche desReferenzspiegels 234 gebündelt und an dieser Reflexionsfläche reflektiert. Derreflektierte Referenzstrahl gelangt wieder in die Linse 232 undläuft durchden Referenzstrahl-Lichtleiter 224 auf den Lichtkoppler 220 zu.
    [0046] DerMessstrahl, der nach Reflexion an dem Beobachtungsziel durch denReferenzstrahl-Lichtleiter 222 läuft, und der Referenzstrahl,der nach Reflexion an dem Referenzspiegel 234 durch denReferenzstrahl-Lichtleiter 224 läuft, interferieren miteinanderin dem Lichtkoppler 220. Da jedoch der von der Beleuchtungsquelle 210 ausgegebeneLaserstrahl Licht geringer Kohärenzdarstellt, das eine kurze Kohärenzlänge voneinigen 10 bis 100 μmaufweist, interferieren die beiden Strahlen nicht miteinander, wennder Unterschied zwischen der optischen Weglänge des Messstrahls von demBeobachtungsziel (an dem der Messstrahl reflektiert wird) zu demLichtkoppler 220 und der optischen Weglänge des Referenzstrahls vondem Referenzspiegel 234 zu dem Lichtkoppler 220 inder Größenordnungvon mm liegt (und damit größer alsdie Kohärenzlänge ist).Die beiden Strahlen interferieren nur dann miteinander, wenn derUnterschied in der optischen Weglänge zwischen Messstrahl undReferenzstrahl innerhalb der Kohärenzlänge desvon der Beleuchtungsquelle 210 ausgegebenen Laserstrahlsliegt.
    [0047] Interferiertder an dem Beobachtungsziel reflektierte Messstrahl mit dem Referenzstrahlin dem Lichtkoppler 220, so wird der Interferenzstrahlvon einem Fotodetektor 250 empfangen. Der Fotodetektor 250 wandeltden empfangenen Interferenzstrahl fotoelektrisch um und gibt einBildsignal an die Steuereinheit 270 aus. Das von der Steuereinheit 270 empfangeneBildsignal wird an eine Bildverarbei tungseinheit 280 gesendet,die das Bildsignal in geeigneter Weise verarbeitet, damit diesesan dem Sichtgerät 300 dargestelltwerden kann.
    [0048] DasBild, das mit der Sondenvorrichtung eingefangen und auf dem Sichtgerät 300 dargestellt wird,ist ein zweidimensionales Bild (2-D) oder ein dreidimensionalesBild (3-D) des Beobachtungsziels. Das 2-D-Bild zeigt das Beobachtungszielin einer Draufsicht, die man durch die Funktion einer Abtastspiegeleinheit 130 erhält, diespäterbeschrieben wird. Das 3-D-Bild enthält Information in Tiefenrichtung,die man durch Einstellen der Position des Referenzspiegels 234 erhält. Im Folgendenwird der Aufbau der Sondenvorrichtung erläutert, mit der man das 2-D-Bild des Beobachtungszielserhält.
    [0049] 4A und 4B sind Schnittansichten, die schematischden inneren Aufbau der Spitze der Strahlabtastsonde 100 für diesesAusführungsbeispielzeigen. Dabei ist 4A einLängsschnitt,der den inneren Aufbau in Längsrichtungder Strahlabtastsonde 100 zeigt, während 4B ein Querschnitt ist, der den innerenAufbau senkrecht zur Längsrichtungzeigt. Aufbau und Funktion der Spitze der Strahlabtastsonde 100 werdenim Folgenden unter Bezugnahme auf die 4A und 4B erläutert.
    [0050] Dieoptische Strahlabtastsonde 100 ist über ihre gesamte Länge voneinem Sondenrohr 112 geeigneter Flexibilität bedeckt.Ein festes Gehäuse (Baugruppe) 114 istan der Spitze des Sondenrohrs 112 angeordnet. Ein Teilder Spitze des Sondenrohrs 112 und ein Teil des Gehäuses 114 sindabgeschnitten. Ein Beobachtungsfenster 116 ist lückenfreiin diesen abgeschnittenen Teil eingepasst. Innerhalb des Sondenrohrs 112 erstrecktsich überdessen Längeein Lichtleiter 118, durch den der oben beschriebene Messstrahl übertragenwird. Ein Ende des Lichtleiters 118 ist an dem Verbindungsteil 290 der Verbindungseinheit 200 angeschlossen,während dasandere Ende innerhalb des Gehäuses 114 angeordnetist.
    [0051] Indem Gehäuse 114 sindzusätzlichzu dem Ende des Lichtleiters 118 eine Objektivoptik 120,ein fester Spiegel 122 und eine Abtastspiegeleinheit 130 angeordnet.Die Abtastspiegeleinheit 130 ist über ein Kabel 124 elektrischmit der Steuereinheit 270 der Verarbeitungseinheit 200 verbunden.Die Abtastspiegeleinheit 130 enthält einen beweglichen Spiegel 132,der drehbar so gelagert ist, dass er auf Antriebsimpulse hin, dievon der Steuereinheit 270 ausgegeben werden, in verschiedeneRichtungen verkippt werden kann. Der bewegliche Spiegel 132 umfasst einReflexionselement, das einige 100 μm dick ist.
    [0052] Dervon der Verarbeitungseinheit 200 gelieferte Messstrahltritt durch den Lichtleiter 118 in die Objektivoptik 120 ein,die innerhalb des Gehäuses 114 vorder Spitze des Lichtleiters 118 angeordnet ist, und läuft über dieObjektivoptik 120 zu dem festen Spiegel 122, derin dem Gehäuse 114 befestigtist. Der Messstrahl wird dann an dem festen Spiegel 122 aufden beweglichen Spiegel 132 reflektiert. Er wird anschließend aneinem zentralen Punkt P der Reflexionsfläche des beweglichen Spiegels 132 über das Beleuchtungsfenster 116 aufdas Beobachtungsziel reflektiert. Unterdessen schwingt der bewegliche Spiegel 132 mithoher Geschwindigkeit in den in den 4A und 4B gezeigten Richtungen Bund C, wodurch der Messstrahl auf dem Beobachtungsziel Abtastungenin den in den 4A und 4B gezeigten Richtungen B' und C' vornimmt.
    [0053] Derabtastende Messstrahl wird an dem Beobachtungsziel reflektiert undgelangt überden gleichen optischen Weg zurückin das Beobachtungsfenster 116. Der reflektierte Messstrahlkehrt über denbeweglichen Spiegel 132, den festen Spiegel 122,die Objektivoptik 120 und den Lichtleiter 118 zu derVerarbeitungseinheit 200 zurück und interferiert in demLichtkoppler 220 mit dem Referenzstrahl. In vorstehendbeschriebener Weise erhältman so ein Bild des Beobachtungsziels in den Richtungen B' und C' (2-D-Bild).
    [0054] Indiesem Ausführungsbeispielist die optische Strahlabtastsonde 100 so ausgebildet,dass sie (mit einem seitlichen Beobachtungsfenster 116)eine Seitensicht ermöglicht.Durch diesen Seitensichtaufbau ist das Beobachtungssystem, wenn dieStrahlabtastsonde 100 in ein enges Lumen innerhalb derKörperkavität eingeführt wird,direkt der Seitenwand des Lumens zugewandt, ohne dass die Spitzeder Sonde 100 gebogen werden muss. Der betroffene Körperteil kannso einfacher beobachtet werden als dies mit Front- oder Direktsichtsondenmöglichist. Auch ist währendder Beobachtung des betroffenen Körperteils eine mikroskopischeBehandlung möglich.
    [0055] WerdenBeobachtungsbilder unter Verwendung einer Radialsonde in Schubrichtungaufgenommen, so wird die Optik innerhalb der Sonde relativ zu demSondenrohr verschoben. Wird eine solche radiale Sonde besondersschnell betätigt,um den Beobachtungsbereich zur Sondenspitze hin (in Schubrichtung)zu ändern,so bestand bisher das Problem, dass die in der Sonde angeordneteOptik gelegentlich auf andere Teile trifft und bricht. Dagegen deckt dieSonde in diesem Ausführungsbeispieleinen weiten Bereich in Schubrichtung ab und ermöglicht auch eine Beobachtungin radialer Richtung, indem die Sonde selbst durch Betätigen desHandhabungsteils 442 des elektronischen Endoskops 400 umihre Achse gedreht wird. Die eben beschriebene Strahlabtastsonde 100 ermöglicht soin einfacher Weise eine Beobachtung in einem weiten Bereich.
    [0056] Die 5A bis 5C zeigen schematisch den Aufbau derAbtastspiegeleinheit 130, die in diesem Ausführungsbeispielan der Spitze der Strahlabtastsonde 100 vorgesehen ist.Dabei zeigt 5A eine Draufsichtauf die Abtastspiegeleinheit 130, während die 5B und 5C Seitenansichtender Abtastspiegeleinheit 130 darstellen. Aufbau und Funktionder Abtastspiegeleinheit 130 werden im Folgenden unter Bezugnahmeauf die 5A bis 5C beschrieben.
    [0057] DieAbtastspiegeleinheit 130 umfasst zusätzlich zu dem beweglichen Spiegel 132 eineBasis 134, drei Kragarme 136 (Ausleger, freitragendeArme), die an der Basis 134 gehalten sind, und eine Stütze 138.
    [0058] DieBasis 134, die eine L-förmigeKombination aus einem langen Teil und einem kurzen Teil bildet,ist in dem Gehäuse 114 montiert.Wie oben erwähnt,hält dieBasis 134 die drei Kragarme 136 und die Stütze 138.
    [0059] DieKragarme 136, die eine sogenannte unimorphe Struktur aufweisen,werden jeweils hergestellt, indem ein elastisches Material 136a undein piezoelektrisches Material 136b, die stangenförmig mit rechteckigemQuerschnitt ausgebildet sind, miteinander verbunden, z.B. verklebtwerden. Die Kragarme 136 sind jeweils mit einem Ende ander Endfläche deskürzerenTeils der Basis 134 gehalten. Das an der Basis 134 gehalteneEnde des jeweiligen Kragarms 136 bildet demnach ein festesEnde, während dasandere Ende des jeweiligen Kragarms 136 ein freies Endebildet.
    [0060] Daspiezoelektrische Material 136b des jeweiligen Kragarms 136 istelektrisch mit dem Kabel 124 verbunden. Wird über dasKabel 124 Spannung an das piezoelektrische Material 136b angelegt,so dehnt sich letzteres in Abhängigkeitder angelegten Spannung aus oder zieht sich zusammen, wodurch sichdas freie Ende des Kragarms 136 in der in 5B gezeigten Richtung bewegt. Dehnt sichdas piezoelektrische Material 136b infolge der angelegtenSpannung aus, so wird es längerals das elastische Material 136a, wodurch sich das freieEnde des Kragarms 136 von der Basis 134 wegbewegt.Zieht sich dagegen das piezoelektrische Material 136b infolgeder angelegten Spannung zusammen, so wird es kürzer als das elastische Material 136a,wodurch sich das freie Ende des Kragarms 136 auf die Basis 134 zubewegt.
    [0061] ImAnfangszustand, in dem keine Spannung an das jeweilige piezoelektrischeMaterial 136b angelegt ist, befindet sich das freie Endedes jeweiligen Kragarms 136 in Kontakt mit einem Randteilder Reflexionsflächedes beweglichen Spiegels 132. Jeder Kragarm 136 istin eine Richtung langgestreckt geformt, so dass ein ausreichendgroßerHub des freien Endes in Richtung D erreicht wird. Die drei Kragarme 136 sindso angeordnet, dass ihre Längsrichtungen mitder Längsrichtungder Basis 134 zusammenfallen, wie 5A zeigt.
    [0062] DieStütze 138 hatein halbkugeliges Ende. Das andere Ende der Stütze 138 ist an demlangen Teil der Basis 134 so angebracht, dass es in Längsrichtunggenügendweit von dem kürzerenTeil, das die Kragarme 136 hält, entfernt ist. In der Mitteeiner zur Reflexionsflächeentgegengesetzten Lagerfläche desbeweglichen Spiegels 132 ist eine halbkugelige Konkavität, d.h.ein konkav geformter Abschnitt, 132a ausgebildet. Das halbkugeligeEnde der Stütze 138 (Achskopf,Lagerkopf) lagert den beweglichen Spiegel 132 drehbar indieser Konkavität 132a,.
    [0063] DieLagerflächedes beweglichen Spiegels 132 ist in ihrer Mitte an demAchskopf der Stütze 138 gelagert,währenddie Reflexionsflächedes beweglichen Spiegels 132 an ihren Randteilen von dendrei Kragarmen 136 gehalten ist. Wird an die piezoelektrischenMaterialien 136b Spannung angelegt, so dass sich die freienEnden der Kragarme 136 bewegen, so kippt der beweglicheSpiegel 132 in verschiedene Richtungen, wobei seine Mittean dem Achskopf der Stütze 138 gelagertist und auf seine Randteile die freien Enden der Kragarme 136 drücken. Der beweglicheSpiegel 132 kann demnach um seinen Lagerpunkt, in dem dieKonkavität 132a denAchskopf der Stütze 138 kontaktiert,in die oben genannten Richtungen B und C gekippt werden. Die Konkavität 132a istunter Berücksichtigungder Stärkedes beweglichen Spiegels 132 so geformt, dass sich der Lagerpunkt,in dem die Konkavität 132 denAchskopf der Stütze 138 kontaktiert,so nahe wie möglichan dem zentralen Punkt P der Reflexionsfläche befindet. Der beweglicheSpiegel 132 kippt so in die Richtungen B und C näherungsweiseum den zentralen Punkt P der Reflexionsfläche, d.h. näherungsweise um den Punkt,auf den der Messstrahl fällt.
    [0064] 6 ist ein Längsschnitt,der schematisch den inneren Aufbau der Spitze einer optischen Strahlabtastsondezeigt, die ein anderes Ausführungsbeispieldarstellt. Diejenigen Elemente, die schon in den 1 bis 5C zurErläuterungder Strahlabtastsonde 100 gemäß vorherigem Ausführungsbeispielgezeigt sind, sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werdenim Folgenden nicht nochmals beschrieben.
    [0065] Indiesem Ausführungsbeispielist die Abtastspiegeleinheit 130 so angeordnet, dass sieeinen bestimmten Kippwinkel relativ zur Längsrichtung der Strahlabtastsonde 100 aufweist.Dabei ist die Abtastspiegeleinheit 130 in dem Gehäuse 114 sogehalten, dass der zentrale Punkt P der Reflexionsfläche des beweglichenSpiegels 132 auf der optischen Achse des Lichtleiters 118 undder Objektivoptik 120 liegt. Der aus der Objektivoptik 120 tretendeMessstrahl läuftso auf den zentralen Punkt P zu, um in diesem an der Reflexionsfläche reflektiertzu werden und dann durch das Beobachtungsfenster 116 hindurch dasBeobachtungsziel abzutasten. Dabei ist es wünschenswert, dass der Messstrahlsenkrecht zur Längsrichtungder Strahlabtastsonde 100 aus dieser austritt, wenn sichder bewegliche Spiegel 132 in seiner Anfangsstellung befindet,d.h. keine Verkippung relativ zur Abtastspiegeleinheit 130 aufweist.Der Winkel zwischen der Abtastspiegeleinheit 130 und deroptischen Achse des Lichtleiters 118 und der Objektivoptik 120 beträgt demnachvorzugsweise 45°.
    [0066] Inden oben beschriebenen Ausführungsbeispielenist die Abtastspiegeleinheit 130 für die Strahlabtastsonde 100 vorgesehen,welche die OCT-Funktion aufweist, d.h. nach dem Prinzip der optischen Kohärenztomografiearbeitet. Die Abtastspiegeleinheit 130 kann jedoch auchauf Abtastsonden anderer Art, z.B. auf eine Sonde mit einem konfokalenMikroskop, angewandt werden.
    [0067] Inden oben beschriebenen Ausführungsbeispielenweisen die Kragarme 136 der Abtastspiegeleinheit 130 jeweilsunimorphe Struktur auf, bei der das elastische Material 136a unddas piezoelektrische Material 136b miteinander verbundensind. Es könnenjedoch auch Kragarme mit bimorpher Struktur verwendet werden, beider beide Seiten eines elastischen Materials jeweils mit einem piezoelektrischenMaterial verbunden werden. Mit einer solchen bimorphen Strukturkann der Hub des freien Endes des jeweiligen Kragarms 136 vergrößert werden,wodurch ein weiterer Bereich auf dem Ziel auf einmal beobachtetwerden kann. In einer weiteren Ausführungsform kann als Kragarm 136 eineandere bimorphe Struktur verwendet werden, bei der zwei piezoelektrischeMaterialien 136b miteinander verbunden werden.
    [0068] Inden oben beschriebenen Ausführungsbeispielensind fürdie Abtastspiegeleinheit 130 jeweils drei Kragarme 136 vorgesehen.Die Zahl der fürdie Abtastspiegeleinheit 130 vorgesehenen Kragarme kannjedoch auch zwei, vier oder mehr betragen. Durch eine geringe Zahlan Kragarmen 136 kann die Strahlabtastsonde 100 verkleinertwerden.
    [0069] Inden oben beschriebenen Ausführungsbeispielenerfolgt die zweidimensionale Abtastung mit dem Messstrahl durchVerwendung einer einzigen Abtastspiegeleinheit (130). Diezweidimensionale Abtastung des Beobachtungsziels mit dem Messstrahlkann jedoch auch unter Verwendung von zwei Abtastspiegeleinheitenerfolgen. So kann die zweidimensionale Abtastung des Beobachtungszielsmit dem Messstrahl in der Weise realisiert werden, dass die beidenAbtastspiegeleinheiten eindimensionale Abtastungen mit dem Messstrahlin verschiedenen Richtungen vornehmen. In diesem Fall wird für jede Abtastspiegeleinheit,die zum Kippen des beweglichen Spiegels 132 in nur einerRichtung erforderlich ist, nur ein Kragarm 136 benötigt, wodurchdie Breite dieser Abtastspiegeleinheit (gemessen senkrecht zur Längsrichtung)beträchtlichverringert werden kann. Der fürdie Abtastspiegeleinheit in radialer Richtung der StrahlabtastsondebenötigteRaum kann infolgedessen verkleinert werden, was eine weitere Verringerungdes Durchmessers der Strahlabtastsonde 100 mit sich bringt.
    [0070] Inden oben beschriebenen Ausführungsbeispielenist der bewegliche Spiegel 132 der Abtastspiegeleinheit 130 inseiner Konkavität 132a drehbar ander Stütze 138 gelagert.Die Abtastspiegeleinheit 130 kann jedoch auch ohne Stütze 138 ausgebildet werden.Beispielsweise könnendie Randteile des beweglichen Spiegels 132 allein unterVerwendung eines Klebstoffs oder dergleichen an den freien Endender Kragarme 136 gehalten sein. Dabei kann das freie Endedes jeweiligen Kragarms 136 mit einem elastischen Materialverbunden sein, das wiederum mit einem Randteil des beweglichenSpiegels 132 verbunden ist. Dieses elastische Materialhat die Funktion, die am freien Ende des Kragarms 136 und amRandteil des beweglichen Spiegels 132 auftretende und durchdie Bewegung des freien Endes verursachte Torsion zu absorbieren.In dieser Ausführungsformwird der bewegliche Spiegel 132 allein durch die Bewegungen(Verformungen) der Kragarme 136 um den Punkt P gedrehtund gekippt. In diesem Fall benötigtder bewegliche Spiegel 132 keine Konkavität 132a.Zusätzlichzur Verringerung der Zahl an benötigtenTeilen und zur Vereinfachung des Montageprozesses führt diesauch zu einer Vereinfachung der Herstellung des beweglichen Spiegels 132.
    [0071] Inden oben beschriebenen Ausführungsbeispielenist die Stütze 138 soausgebildet, dass sie ein halbkugeliges Ende hat. Die Stütze 138 kannjedoch auch so ausgebildet sein, dass sie ein spitzes Ende wie eineNadel hat. Verglichen mit einer Stütze mit halbkugeligem Endewird in diesem Fall die Schnittstelle zwischen dem beweglichen Spiegel 132 und derStütze 138 kleiner,so dass der Energieverlust infolge von Reibung an der Schnittstelleabnimmt und das Drehen und Kippen des beweglichen Spiegels 132 mithöhererEnergieeffizienz durchgeführtwerden können.Vorzugsweise ist die Schnittstelle zwischen dem beweglichen Spiegel 132 undder Stütze 138 (d.h.die Konkavität 132a desbeweglichen Spiegels 132 und der Achskopf der Stütze 138)mit einem verschleissfesten Material wie SiC oder DLC (diamantähnlicherKohlenstoff) beschichtet. Durch eine solche verschleissfeste Beschichtungkann eine Qualitätsminderungder Schnittstelle infolge von Reibungsverschleiss vermieden werden,so dass mit der Zeit auftretende Veränderungen des Abtastspiegels 130 verringertwerden können.
    [0072] Inden oben beschriebenen Ausführungsbeispielenliegen die Kragarme 136 auf der Reflexionsfläche desbeweglichen Spiegels 132 auf. Es ist jedoch ebenso möglich, dassdie Kragarme 136 die Lagerfläche des beweglichen Spiegels 132 oderdessen Seitenflächezwischen Reflexionsflächeund Lagerflächehalten. Abhängigdavon, wie die Kragarme 136 den beweglichen Spiegel 132 halten, ändern sich dieGröße der Abtastspiegeleinheit 130,der mögliche Kippbereichdes beweglichen Spiegels 132, die Auflösung der optischen Strahlabtastsonde 100,die Kompliziertheit der Montage etc. Abhängig vom Typ der optischenStrahlabtastsonde 100, in der die Abtastspiegeleinheit 130 montiertist, kann deshalb für dieAbtastspiegeleinheit 130 ein geeignetes Verfahren der Lagerunggewähltwerden.
    [0073] Inden oben beschriebenen Ausführungsbeispielenhalten die Kragarme 136 den beweglichen Spiegel 132 jeweilsdurch die Flächedes dem Spiegel 132 zugewandten piezoelektrischen Materials 136b.Wie in 7 gezeigt, kannauch an der Fläche jedesKragarms 136 eine Konvexität, d.h. ein konvex geformterAbschnitt, 136c ausgebildet sein. Die Konvexität 136c istbeispielsweise halbkugelig oder spitz wie eine Nadel geformt. Esist ebenso möglich,entsprechende Konvexitäten,d.h. konvex geformte Abschnitte, 132b auf der Seite derReflexionsflächedes beweglichen Spiegels 132 auszubilden, um den Kontaktmit den Kragarmen 136 herzustellen, wie in 8 gezeigt ist. In diesen Fällen kanndie oben erwähnteverschleissfeste Beschichtung an der Schnittstelle zwischen derKonvexität 136c unddem beweglichen Spiegel 132 (7)oder der Schnittstelle zwischen der Konvexität 132b und dem Kragarm 136 (8) vorgesehen sein, um dieAbnutzungsbeständigkeitder Schnittstelle zu verbessern.
    [0074] AnStelle der in 7 gezeigtenKonvexität 136c kannder Kragarm 136 auch mit einem Verformungsteil versehenwerden, der, wie in den 9A bis 9C gezeigt, biaxial verformtwird. 9A ist eine perspektivischeAnsicht, die den Aufbau um den beweglichen Spiegel 132 herumfür diesesAusführungsbeispielzeigt. Die 9B und 9C sind schematische Darstellungen,die die Zuständedes Verformungsteils zeigen, wenn eine äußere Kraft auf den Kragarm 136 ausgeübt wird.In diesem Ausführungsbeispielist jeder der drei Kragarme 136 mit dem Verformungsteilversehen, der eine Torsionsstange 136y und einen Aussparungsteil 136z umfasst.Die Torsionsstange 136y, die als in Längsrichtung des Kragarms 136 verlaufendeStange ausgebildet ist, verdreht und biegt sich in Abhängigkeitder äußeren Kraft.Ein Ende der Torsionsstange 136y ist in flächigem Kontaktmit der Lagerflächedes beweglichen Spiegels 132 verbunden, während dasandere Ende einstückigmit dem elastischen Material 136a ausgebildet ist. DerAusspa rungsteil 136z hat eine Aussparung, die in dem elastischenMaterial 136a ausgebildet ist und sich senkrecht zur Längsrichtungdes elastischen Materials 136a erstreckt. Bewegt sich beispielsweiseder in 9A zentrale Kragarm 136 zurSeite der Reflexionsflächedes beweglichen Spiegels 132, so kippt der Kragarm 136 denbeweglichen Spiegel 132, wobei sein Aussparungsteil 136z (Bereichebeiderseits der Aussparung) gebogen wird, wie in 9B gezeigt ist. Unterdessen verdrehendie Kragarme 136, die in 9A beiderseitsdes zentralen Kragarms 136 angeordnet sind, ihre Torsionsstangen 136y,um die Kippung des beweglichen Spiegels 132 zu absorbieren,wie in 9C gezeigt ist.Der Verformungsteil kann so mittels der Torsionsstange 136y unddes Aussparungsteils 136z zumindest biaxial verformt werden.Indem Bereiche des Aussparungsteils 136z um die Aussparungherum so ausgebildet werden, dass sie richtungsabhängig (Längsrichtungoder Breitenrichtung) unterschiedliche Dicken haben, ist es möglich, dieBereiche beiderseits der Aussparung flexibler zu biegen und die Torsionsstange 136y leichterzu verdrehen. In diesem Ausführungsbeispielsind die Kragarme 136 mit der Lagerfläche des beweglichen Spiegels 132 verbunden.Deshalb kann im Unterschied zu den oben beschriebenen Ausführungsbeispielenim Wesentlichen die gesamte in 9A obenliegende Seite des beweglichen Spiegels 132 als Reflexionsfläche genutztwerden.
    [0075] Inden oben beschriebenen Ausführungsbeispielensind die Kragarme 136 unter Verwendung eines piezoelektrischenMaterials hergestellt. Die Kragarme 136 können jedochauch aus einer Kombination von Elementen bestehen, die unterschiedliche thermischeExpansionskoeffizienten aufweisen. In diesem Ausführungsbeispielwird das in den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen verwendetepiezoelektrische Material 136b durch ein elastisches Materialmit einem thermischen Expansionskoeffizienten ersetzt, der verschiedenvon dem des elastischen Materials 136a ist. In diesem Ausführungsbeispielwird also der Kragarm 136 so hergestellt, dass zwei unterschiedlicheelastische Materialien miteinander verbunden werden. An der Oberfläche mindestenseines der beiden elastischen Materialien ist ein elektrisches Heizelementangebracht. Wird dieses Heizelement mit elektrischem Strom gespeist,so verformt die von dem Heizele ment abgegebene Wärme die beiden elastischenMaterialien. Infolge des Unterschieds der thermischen Expansionskoeffizienten verformensich die beiden elastischen Materialien in unterschiedlicher Weise,so dass der Kragarm 136 in diesem Ausführungsbeispiel den beweglichenSpiegel 132 in einer vorgeschriebenen Richtung biegt und aufdiesen drückt, ähnlich wiedies der in den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen gezeigte Kragarm 136 tut.
    [0076] Inden oben beschriebenen Ausführungsbeispielenwerden die Beobachtungsbilder überReflexionslicht erzeugt, das man dadurch erhält, dass das Beobachtungszielmit einem Lichtstrahl, der von der Beleuchtungsquelle 210 ausgegebenwird, beaufschlagt wird. Es ist jedoch ebenso möglich, das Beobachtungszielmit einem Ultraschallstrahl zu beaufschlagen und die Beobachtungsbilderaus Schallwellen zu gewinnen, die an dem Beobachtungsziel reflektiertwerden. Eine solche Ausführungsformkann dadurch implementiert werden, dass die Beleuchtungsquelle 210 durcheine Ultraschallwandler-Treiberschaltung, der Lichtleiter durcheine elektrische Verdrahtung und die Linse durch einen Ultraschallwandler(Transducer) ersetzt wird. In dieser Ausführungsform tastet der Ultraschallstrahl,der von dem Ultraschallwandler auf den beweglichen Spiegel 132 abgegebenwird, infolge der Bewegung des Spiegels 132 das Beobachtungszielab, wodurch die Sonde dieser Ausführungsform zweidimensionaleBilder einfängt.Da ähnlichwie in der optischen Kohärenztomografieauch bei Verwendung des Ultraschallstrahls Bildinformation in Tiefenrichtungdes Beobachtungsziels ermittelt werden kann, können mit der Sonde dieser Ausführungsformauch dreidimensionale Bilder eingefangen werden. Bevorzugte Frequenzendes Ultraschallstrahls liegen in dieser Ausführungsform beispielsweise etwazwischen 10 MHz und 30 MHz, entsprechend den Frequenzen, die für die IVUS-Bilderzeugung(IntraVascular UltraSound) verwendet werden.
    [0077] Indem in 6 dargestelltenAusführungsbeispielist die Abtastspiegeleinheit 130 um einen vorgegebenenWinkel gegenüberder Längsrichtung derStrahlabtastsonde verkippt. Die Abtastspiegeleinheit 130 kannjedoch auch wie in 10 aufgebautsein, wo die Teile der Abtastspiegeleinheit 130 mit Ausnahmedes beweglichen Spiegels 132 (Basis, Kragarme etc.) parallelzur Längsrichtungder Sonde angeordnet sind, währendnur der bewegliche Spiegel 132 um einen vorgegebenen Winkelverkippt ist. In diesem Ausführungsbeispielwird der aus der Objektivoptik 120 austretende Strahl direktan dem beweglichen Spiegel 132 durch das Beobachtungsfenster 116 hindurchauf das Beobachtungsziel reflektiert.
    [0078] Diein den oben beschriebenen Ausführungsbeispielendargestellten Sonden sind Seitensichtsonden. Die Erfindung ist jedochauf Front- oder Direktsichtsonden anwendbar. Eine solche Sonde ist in 11 gezeigt. In diesem Ausführungsbeispielhat die Abtastspiegeleinheit 130 den gleichen Aufbau wiein 10. Das Beobachtungsfenster 116 befindetsich an der vorderen Stirnflächeder Strahlabtastsonde 100. In dem Gehäuse 114 ist fernerein fester Spiegel 140 montiert, der dazu dient, den andem beweglichen Spiegel 132 reflektierten Strahl zu dem Beobachtungsfenster 116 zuleiten. Der aus der Objektivoptik 120 austretende Strahlwird direkt an dem beweglichen Spiegel 132 reflektiert,anschließendan dem festen Spiegel 140 weiterreflektiert, tritt ausdem Beobachtungsfenster 116 aus und bestrahlt schließlich dasBeobachtungsziel, das der vorderen Stirnfläche der Strahlabtastsonde 100 zugewandtist.
    [0079] Ineiner anderen Ausführungsformist die Abtastspiegeleinheit 130 der oben beschriebenenAusführungsbeispielemit Sensoren versehen, die dazu dienen, die Bewegungen oder Auslenkungender Kragarme 136 zu messen. In dieser Ausführungsformwird also die Bewegung/Auslenkung des jeweiligen Kragarms 136 durcheinen ihm zugeordneten Sensor gemessen. An Hand der von den Sensoren durchgeführten Messungenstellt eine nicht gezeigte Rückkopplungsschaltungden Strom oder die Spannung ein, mit dem bzw. der die jeweiligenKragarme 136 versorgt werden. Dabei wird die Auslenkungdes vorderen Endes des jeweiligen Kragarms 136 eingestellt.So kann die Abtastgenauigkeit des Messstrahls (oder eines Referenzstrahls),mit dem das Beobachtungsziel in der Körperkavität beaufschlagt wird, erhöht werden.
    [0080] Wieoben beschrieben, umfasst die Abtastspiegeleinheit gemäß den erläutertenAusführungsbeispielen:mindestens einen Kragarm, der aus einem Material besteht, das sichbei Aktivierung verformt, und der mit seinem einen Ende an einerBasis gehalten ist und ein freies Ende hat; und einen beweglichenSpiegel, der an seinem Randteil zumindest von dem freien Ende desmindestens einen Kragarms so gehalten ist, dass er bewegt werden kann,währendsein zentraler Teil im Wesentlichen in ein und derselben Positionortsfest bleibt. Wird der Kragarm aktiviert, so bewegt sich seinfreies Ende in eine vorgeschriebene Richtung, um den Randteil des beweglichenSpiegels zu bewegen, währendder zentrale Teil in ein und derselben Position im Wesentlichenortsfest bleibt. Dadurch wird der bewegliche Spiegel gekippt. Beieinem solchen Aufbau der Abtastspiegeleinheit kann ein Reflexionselementausreichender Dicke (z.B. einige 100 μm) als beweglicher Spiegel verwendetwerden. Eine solche Abtastspiegeleinheit ist in der Lage, einenzur wirksamen Behandlung von betroffenen Körperteilen bestimmten Hochleistungslaserstrahlfein und beständigzu reflektieren. Wird der bewegliche Spiegel mittels piezoelektrischerMaterialien, die vorteilhaft kostengünstig sind, gedreht und gekippt,so kann die Abtastspiegeleinheit zu geringen Kosten gefertigt werden.Werden die Kragarme lang ausgebildet, so kann der Hub des freienEndes des jeweiligen Kragarms in der vorgeschriebenen Richtung groß genugeingestellt werden. So wird ein ausreichender Kippwinkel des beweglichenSpiegels unter gleichzeitiger Miniaturisierung der Abtastspiegeleinheiterreicht. Die Abtastspiegeleinheit ermöglicht es ferner, den beweglichenSpiegel in einfacher Weise bei einem bestimmten Winkel festzusetzen,indem die Position oder die Auslenkung des freien Endes des jeweiligenKragarms gesteuert wird. Ist der Winkel des beweglichen Spiegelsfestgesetzt, so könnendie Bestrahlungsbedingungen wie Impulsbreite, Bestrahlungszeit,Intensitätetc. bei festgehaltener Bestrahlungsposition des Behandlungslaserstrahlsauf dem Ziel geänderteingestellt werden, was eine effiziente und genaue Behandlung desZiels ermöglicht.
    权利要求:
    Claims (20)
    [1] Abtastspiegeleinheit (130) zur Strahlabtastung,umfassend mindestens einen Kragarm (136), der aus einemdurch Aktivierung verformbaren Material (136a, 136b)besteht und ein freies Ende und ein an einer Basis (134)gehaltenes Ende hat, und einen Spiegel (132), dermit einem Randteil so an dem freien Ende des Kragarms (136)gehalten ist, dass der Spiegel (132) bewegbar ist und dabeisein zentraler Teil im Wesentlichen ortsfest bleibt, wobeisich bei Aktivierung des Kragarms (136) dessen freies Endein eine vorgegebene Richtung bewegt, wodurch der Randteil des Spiegels(132) bewegt und so der Spiegel (132) gekipptwird.
    [2] Abtastspiegeleinheit (130) nach Anspruch1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kragarm (136) aus einemelastischen Material (136a) und einem mit diesem verbundenenpiezoelektrischen Material (136b) gebildet ist und sichdas freie Ende des Kragarms (136) bei Anlegen einer Spannungan das piezoelektrische Material (136b) in die vorgegebene Richtungbewegt.
    [3] Abtastspiegeleinheit (130) nach Anspruch1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kragarm (136) durchein elastisches Material (136a) und zwei mit diesem verbundenenpiezoelektrischen Materialien (136b) gebildet ist, wobeidas elastische Material (136a) in einer Schichtanordnungzwischen den beiden piezoelektrischen Materialien (136b)liegt, und sich das freie Endes des Kragarms (136) beiAnlegen einer Spannung an die beiden piezoelektrischen Materialien(136b) in die vorgegebene Richtung bewegt.
    [4] Abtastspiegeleinheit (130) nach Anspruch1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kragarm (136) durchzwei miteinander verbundene piezoelektrische Materialien (136b)gebildet ist, und sich das freie Ende des Kragarms (136)bei Anlegen einer Spannung an die beiden piezoelektrischen Materialien (136b)in die vorgegebene Richtung bewegt.
    [5] Abtastspiegeleinheit (130) nach Anspruch1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kragarm (136) aus zweimiteinander verbundenen Materialien mit unterschiedlichen thermischenExpansionskoeffizienten gebildet ist und mindestens eines dieserMaterialien mit einem elektrischen Heizelement versehen ist, und sichdas freie Ende des Kragarms (136) bei Speisung des Heizelementesmit elektrischem Strom in die vorgeschriebene Richtung bewegt.
    [6] Abtastspiegeleinheit (130) nach einem dervorhergehenden Ansprüche,dadurch gekennzeichnet, dass der Strahl ein Lichtbündel oderein Ultraschallwellenbündelist.
    [7] Abtastspiegeleinheit (130) nach einem dervorhergehenden Ansprüche,gekennzeichnet durch einen Lagerkopf (138), der denzentralen Teil einer Lagerflächedes beweglichen Spiegels (132) hält, die einer Reflexionsfläche desbeweglichen Spiegels (132) entgegengesetzt ist, wobeider Kragarm (136) den Randteil der Reflexionsfläche desSpiegels (132) hält.
    [8] Abtastspiegeleinheit (130) nach einem dervorhergehenden Ansprüche,dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Kragarm (136)und dem beweglichen Spiegel (132) ein Verformungsteil (136y, 136z) angeordnetist, der zumindest biaxial verformbar ist.
    [9] Abtastspiegeleinheit (130) nach Anspruch8, dadurch gekennzeichnet, dass der Verformungsteil (136y, 136z)einstückigmit dem Kragarm (136) ausgebildet ist.
    [10] Abtastspiegeleinheit (130) nach einem der vorhergehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass das freie Ende des Kragarms (136)einen konvex geformten Abschnitt (136c) hat, der den Randteildes beweglichen Spiegels (132) hält.
    [11] Abtastspiegeleinheit (130) nach einem der Ansprüche 1 bis9, dadurch gekennzeichnet, dass der Randteil des beweglichen Spiegels(132) einen konvex geformten Abschnitt (132b)hat, der an dem freien Ende des Kragarms (136) gelagertist.
    [12] Abtastspiegeleinheit (130) nach einem der Ansprüche 7 bis11, dadurch gekennzeichnet, dass der zentrale Teil der Lagerfläche desbeweglichen Spiegels (132) einen konkav geformten Abschnitt (132a)hat, der an dem Lagerkopf (138) gelagert ist.
    [13] Abtastspiegeleinheit (130) nach einem der vorhergehendenAnsprüche,gekennzeichnet durch mehrere Kragarme (136).
    [14] Abtastspiegeleinheit (130) nach Anspruch 13,dadurch gekennzeichnet, dass die Kragarme (136) in Längsrichtungparallel angeordnet sind.
    [15] Strahlabtastsonde (100) zur Bilderzeugung durchAbtasten eines in einer Körperkavität vorhandenenBeobachtungsziels mit einem von einer Quelle ausgegebenen Strahldurch eine Abtastspiegeleinheit (130) nach einem der vorhergehendenAnsprüche.
    [16] Strahlabtastsonde (100) nach Anspruch 15, dadurchgekennzeichnet, dass der Strahl ein Lichtbündel oder ein Ultraschallwellenbündel ist.
    [17] Strahlabtastsonde (100) nach Anspruch 15 oder16, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastspiegeleinheit (130)in der Spitze der Strahlabtastsonde (100) angeordnet istund der Kragarm (136) so angeordnet ist, dass seine Längsrichtungmit der Längsrichtungder Strahlabtastsonde (100) zusammenfällt.
    [18] Strahlabtastsonde (100) nach Anspruch 17, gekennzeichnetdurch mehrere Kragarme (136).
    [19] Strahlabtastsonde (100) nach einem derAnsprüche15 bis 18, gekennzeichnet durch ein durchlässiges Element (116),das in einer Seitenflächeder Strahlabtastsonde (100) angeordnet ist und den Strahldurchlässt,wobei der bewegliche Spiegel (132) so gegenüber derLängsrichtunggekippt ist, dass er den Strahl zu dem durchlässigen Element (116)leitet.
    [20] Strahlabtastsonde (100) nach einem derAnsprüche15 bis 18, gekennzeichnet durch ein durchlässiges Element (116),das in einer vorderen Stirnflächeder Strahlabtastsonde (100) angeordnet ist und den Strahldurchlässt,und einen festen Spiegel (140), der ortsfest so angeordnetist, dass er den an dem beweglichen Spiegel (132) reflektierten Strahlzu dem durchlässigenElement (116) leitet, wobei der bewegliche Spiegel(132) so angeordnet ist, dass er den Strahl zu dem festenSpiegel (140) leitet.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    US7236283B2|2007-06-26|
    JP3934578B2|2007-06-20|
    JP2004361889A|2004-12-24|
    US20040262507A1|2004-12-30|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2007-03-15| 8110| Request for examination paragraph 44|
    2008-12-04| 8127| New person/name/address of the applicant|Owner name: HAGA, YOICHI, SENDAI, MIYAGI, JP Owner name: ESASHI, MASAYOSHI, SENDAI, MIYAGI, JP Owner name: HOYA CORP., TOKIO/TOKYO, JP |
    2011-10-04| R120| Application withdrawn or ip right abandoned|
    2011-12-01| R120| Application withdrawn or ip right abandoned|Effective date: 20111004 |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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