CN104956251B - 光扫描装置 - Google Patents

Abstract

光扫描装置具备：光纤(11)；保持部(29)，其以能振动的方式保持光纤(11)的射出端部(11a)；以及驱动部(28a～28d)，其使射出端部(11a)进行振动，保持部(29)在基于驱动部(28a～28d)的振动方向及垂直于该振动方向的方向上具有与其他方向不同的保持构造。

Description

光扫描装置

关联申请的相互参照

本申请主张于2013年1月29日在日本提出专利申请的特愿2013－014759的优先权，在此为了参照而引入该在先申请的全部公开内容。

技术领域

本发明涉及使用光纤的光扫描装置。

背景技术

以往，已知有一种光扫描装置，从光纤向被观察物照射光来扫描被观察物，并且对在被观察物上发生反射、散射等的光或者在非观察物上产生的荧光等进行检测(例如参照专利文献1)。

专利文献1所公开的光扫描装置具备使光纤的射出端部进行振动的压电致动器。压电致动器具有使光纤的射出端部沿着垂直的X方向和Y方向进行振动的2个压电元件对，而且向X方向的压电元件对和Y方向的压电元件对施加相位相差90°且振幅逐渐增加的相同频率的电压。由此，光纤的射出端部以合成了X方向和Y方向的振动的螺旋状来偏转，利用从光纤射出的光对被观察物进行螺旋扫描。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特表2010－527028号公报

发明内容

发明所要解决的课题

不过，在使光纤的射出端部进行振动的情况下，从获得较大的振动振幅的观点出发，优选的是，使光纤的射出端部以射出端部的振动方向上的共振频率进行振动。另外，如专利文献1所公开那样，在对被观察物进行螺旋扫描的情况下，由于向X方向的压电元件对和Y方向的压电元件对施加相同频率的电压，所以需要使射出端部的X方向和Y方向上的共振频率相同。

然而，在专利文献1所公开的光扫描装置中，将光纤的射出端部以能摆动的方式保持的保持部中，光纤在轴周围以均匀的保持力被保持，射出端部在轴周围的共振频率相同。因此，在使射出端部沿着X方向或Y方向的第一轴向进行共振振动时，射出端部在轴周围容易进行振动，在与振动方向垂直的第二轴向上也会产生微小的力的成分，从而在第二轴向上也产生振幅的变位。其结果是，扫描线容易成为椭圆形状而不是直线形状。

这样，如果一个轴向上的振动轨迹成为椭圆形状，则被观察物上的扫描轨迹变得不稳定且具有失真，从而难以进行高精度的观察。这样的问题不限于螺旋扫描，在进行光栅(raster)扫描或利萨如(Lissajous)扫描的情况下也会同样地产生。另外，不限于压电致动器，在利用具备线圈和磁铁的电磁致动器使光纤的射出端部进行振动的情况下也会同样地产生。此外，也可以考虑控制为对在第二轴向上产生的共振频率的振动进行检测来抵消该振动，但是，在该情况下，装置的驱动控制变得复杂。

从而，着眼于这些点而完成的本发明的目的在于提供一种光扫描装置，其不需要复杂的控制，能够以简单的结构稳定地扫描被扫描物。

用于解决课题的手段

达到上述目的的光扫描装置的发明的特征在于，所述光扫描装置具备：光纤；保持部，其以能振动的方式保持该光纤的射出端部；以及驱动部，其使所述射出端部进行振动，所述保持部在基于所述驱动部的振动方向及垂直于该振动方向的方向上具有与其他方向不同的保持构造。

也可以是，所述保持部具有粘接剂，所述粘接剂粘接所述光纤，使所述光纤向基于所述驱动部的振动方向及垂直于该振动方向的方向偏转。

也可以是，所述保持部具有一对V块，所述一对V块夹着保持所述光纤。

也可以是，所述保持部在所述射出端部突出的端面上具有槽部，所述光纤在轴周围在4点处与该槽部相接。

所述驱动部也可以是压电致动器。

发明效果

根据本发明，不需要复杂的控制，能够以简单的结构稳定地扫描被扫描物。

附图说明

图1是示出第1实施方式的光扫描装置的概要结构的框图。

图2是概要性地示出图1的光扫描型内窥镜主体的概观图。

图3是示出图2的光扫描型内窥镜主体的前端部的概要结构的图。

图4是用于说明图3的扫描部的结构的图。

图5是示出图4的照明用光纤的轴周围的保持力分布的图。

图6是示出第2实施方式的光扫描装置的主要部分的概要结构的图。

图7是示出第3实施方式的光扫描装置的主要部分的概要结构的图。

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。

(第1实施方式)

图1是示出第1实施方式的光扫描装置的概要结构的框图。图1的光扫描装置构成光扫描型内窥镜装置10，具有光扫描型内窥镜主体20、光源部30、检测部40、驱动电压生成部50、控制部60、显示部61和输入部62。例如通过由单模光纤构成的照明用光纤11，以光学的方式耦合光源部30与光扫描型内窥镜主体20之间。例如通过由多模光纤构成的检测用光纤束12，以光学的方式耦合检测部40与光扫描型内窥镜主体20之间。此外，光源部30、检测部40、驱动电压生成部50和控制部60可以被收纳在同一个壳体内，或者也可以被收纳在不同的壳体内。

光源部30例如将来自3个激光源的光进行合波后作为白色光而射出，这3个激光源射出红、绿和蓝三原色的CW(连续振荡)激光。作为激光源，例如可以使用DPSS激光器(半导体激励固体激光器)或激光二极管。当然，光源部30的结构不限于此，可以是采用一个激光源的结构，也可以是采用其他多个光源的结构。

光扫描型内窥镜主体20一边利用扫描部21使照明用光纤11的射出端部进行振动，一边向被观察物100照射从光源部30经由照明用光纤11射出的光来对被观察物100进行二维扫描(在本实施方式中为螺旋扫描)，对通过该扫描所获得的信号光进行会聚后，经由检测用光纤束12传送至检测部40。这里，驱动电压生成部50基于来自控制部60的控制，经由布线线缆13向扫描部21供给所需要的振动电压。

检测部40将利用检测用光纤束12传送的信号光分离为频谱成分后，将分离后的信号光光电转换为电信号。控制部60对光源部30、检测部40和驱动电压生成部50进行同步控制，并且对检测部40所输出的电信号进行处理后，在显示部61显示图像。另外，控制部60根据来自输入部62的通过输入操作输入的输入信号，进行扫描速度、显示图像的亮度等的各种设定。

图2是概要性地示出光扫描型内窥镜主体20的概观图。光扫描型内窥镜主体20具备操作部22和可挠性的插入部23。与光源部30耦合的照明用光纤11、与检测部40耦合的检测用光纤束12和与驱动电压生成部50连接的布线线缆13分别穿过插入部23的内部被引导至前端部24(在图2中用虚线表示的部分)。利用操作部22，对前端部24进行弯曲操作。

图3是示出图2的光扫描型内窥镜主体20的前端部24的概要结构的图。图4(a)是图3的扫描部21的放大图，图4(b)是图4(a)的右侧视图。在前端部24上设置有扫描部21、投影用透镜25a、25b和未图示的检测用透镜(未图示)，并且延伸有照明用光纤11和检测用光纤束12。

扫描部21具备角柱状的光纤保持部29，光纤保持部29借助安装环26被固定在插入部23的内部。照明用光纤11贯通光纤保持部29的中央，射出端部11a以能摆动的方式被光纤保持部29支承。光纤保持部29的4个侧面朝向与光纤保持部29所保持的照明用光纤11的轴向(Z方向)垂直的X方向(第1方向)和Y方向(第2方向)。

在光纤保持部29的朝向X方向的侧面上固定有使射出端部11a沿X方向振动的X方向驱动用的一对压电元件28a、28b。另外，在光纤保持部29的朝向Y方向的侧面上固定有使射出端部11a沿Y方向振动的Y方向驱动用的一对压电元件28c、28d。压电元件28a～28d经由布线线缆13与驱动电压生成部50连接。即，利用由具有压电元件28a～28d的压电致动器构成的驱动部，沿X方向和Y方向驱动射出端部11a使其振动。另一方面，检测用光纤束12被配置成穿过前端部24的外周部。

投影用透镜25a、25b和检测用透镜被配置在前端部24的前端面附近。投影用透镜25a、25b构成为：使从照明用光纤11的射出端面11b射出的激光大致会聚在被观察物100上。另外，检测用透镜被配置成：取入会聚在被观察物100上的激光在被观察物100上发生了反射、散射、屈折等所得到的光(与被观察物100发生了相互作用的光)或荧光等作为检测光，且会聚、耦合到配置在检测用透镜后的检测用光纤束12。此外，投影用透镜不限于2个透镜的结构，也可以由一个或其他多个透镜来构成。

在本实施方式中，如图4的(a)、(b)所示，照明用光纤11在设置有射出端部11a的光纤保持部29的端面29a处被粘接剂70进一步粘接。粘接剂70被设置成：将射出端部11a粘接到光纤保持部29，使其向射出端部11a的振动方向即X方向和Y方向偏转。即，在照明用光纤11的轴周围，照明用光纤11相对于光纤保持部29的保持构造在振动方向及与振动方向的垂直的方向上与其他方向不同，照明用光纤11在轴周围以不均匀的保持力来被光纤保持部29保持。

在本实施方式中，在图4(b)中，设从照明用光纤11的光轴O到+X方向为0°时，光纤保持部29对照明用光纤11的射出端部11a的保持力如图5所示那样在光轴O的周围不均匀地分布。即，以使保持力的峰值大小在振动方向即X方向(0°、180°)和Y方向(90°、270°)上实质上相等的方式使该保持力不均匀地分布。另外，X方向和Y方向上的射出端部11a的共振频率相同或大致相同，实质上相等。

在以上的结构中，当利用光扫描型内窥镜装置10进行观察的时候，基于控制部60的控制，从驱动电压生成部50经由布线线缆13向扫描部21的压电元件28a～28d施加振动电压。这里，向X方向驱动用的压电元件28a、28b施加驱动频率与射出端部11a的X方向的共振频率大致相等且振幅逐渐增加的振动电压。另外，向Y方向驱动用的压电元件28c、28d施加与X方向的振动电压相同且相位相差90°的振动电压。由此，照明用光纤11的射出端面11b以螺旋状偏转。

控制部60利用驱动电压生成部50向压电元件28a～28d施加电压，并且对光源部30进行驱动。由此，从光源部30射出的激光经过照明用光纤11从射出端面11b照射到被观察物100，对被观察物100进行螺旋扫描。

通过向被观察物100照射激光而得到的反射光、散射光或从被观察物100产生的光作为检测光被检测用透镜会聚而入射至检测用光纤束12的入射端面12a。该检测光被检测用光纤束12引导至检测部40，在检测部40内按波长成分对该检测光进行检测。

控制部60根据从驱动电压生成部50向压电元件28a～28d施加的振动电压的振幅，计算扫描路径上的扫描位置的信息，并且，根据从检测部40输出的电信号，获得该扫描位置上的被观察物100的像素数据。控制部60将扫描位置和像素数据的信息依次存储到存储部(未图示)中，在扫描结束后或扫描过程中进行插值处理等必要的处理来生成被观察物100的图像，且显示在显示部61上。

这里，利用粘接剂70，使光纤保持部29对照明用光纤11的射出端部11a的保持力在照明用光纤11的轴周围如图5所示那样变得不均匀，并且在振动方向即X方向和Y方向上呈现峰值。从而，根据本实施方式，在使射出端部11a沿X方向进行振动的时候，射出端部11a在轴周围难以振动。同样，在使射出端部11a沿Y方向振动的时候，射出端部11a在Z轴周围难以振动。由此，射出端部11a准确地以螺旋状偏转，因此，不需要复杂的控制，能够以简单的结构稳定地螺旋扫描被观察物100。

(第2实施方式)

图6是示出第2实施方式的光扫描装置的主要部分的概要结构的图。本实施方式中，在第1实施方式的光扫描型内窥镜装置10的扫描部21中，将照明用光纤11的射出端部11a以能摆的方式保持的光纤保持部29由一对V块71a、71b构成，一对V块71a、71b以夹入的方式保持照明用光纤11。

根据上述结构，照明用光纤11在轴周围与V块71a、71b以4点相接而被保持，因此，V块71a、71b的保持力在轴周围变得不均匀。即，在照明用光纤11的轴周围，照明用光纤11的保持构造在振动方向及与振动方向垂直的方向上与其他方向不同。从而，通过将照明用光纤11与V块71a、71b相接的X方向和Y方向设为振动驱动方向，能够使共振频率也大致相同，因此能够得到与第1实施方式相同的效果。此外，关于构成压电致动器的压电元件，只要对与V块71a、71b的安装面适当地进行平面加工后安装即可。

(第3实施方式)

图7是示出第3实施方式的光扫描装置的主要部分的概要结构的图。本实施方式中，在第1实施方式的光扫描型内窥镜装置10的扫描部21中，在将照明用光纤11的射出端部11a以能摆动的方式保持的光纤保持部29的端面29a上形成槽部29c、29d，以使得在轴周围与照明用光纤11以4点相接。此外，图7(a)示出光纤保持部29的放大图，图7(b)示出图7(a)的右侧视图。

根据上述结构，在光纤保持部29的端面29a上，照明用光纤11以槽部29c和29d交叉的轴周围的4点与槽部29c和29d相接，因此，光纤保持部29的保持力在轴周围变得不均匀。即，在照明用光纤11的轴周围，照明用光纤11的保持构造在振动方向及与振动方向垂直的方向上与其他方向不同。从而，通过将照明用光纤11与端面29a相接的X方向和Y方向设为振动驱动方向，能够使共振频率也大致相同，因此能够获得与第1实施方式相同的效果。

此外，本发明不限定于上述实施方式，能够进行各种变形或变更。例如，在上述实施方式中，使光纤保持部29对照明用光纤11的保持力在X方向和Y方向的垂直的振动方向上变大，但是，例如在上述各实施方式中也可以设将X方向和Y方向在X－Y平面内旋转45°的保持力变小的方向为振动方向。另外，光纤保持部29不限于角柱状，也可以设为圆柱状。

另外，利用照明用光纤11对被观察物100进行的扫描不限于螺旋扫描，也可以为光栅扫描或利萨如扫描。在该情况下，也能够防止不必要的振动成分在与振动方向垂直的方向上产生，因此能够稳定地扫描被观察物。此外，在光栅扫描的情况下，例如将X方向上的共振频率设为比Y方向上的共振频率高，能够以与各个共振频率对应的驱动频率进行振动。

另外，使射出端部11a进行振动的驱动部不限于压电致动器，也可以是具有线圈和磁铁的电磁致动器。另外，本发明不限于光扫描型内窥镜装置，也能够对显微镜等其他光扫描装置有效地应用本发明。

标号说明

10：光扫描型内窥镜装置；

11：照明用光纤；

11a：射出端部；

11b：射出端面；

12：检测用光纤束；

13：布线线缆；

20：光扫描型内窥镜主体；

21：扫描部；

22：操作部；

23：插入部；

24：前端部；

25a、25b：投影用透镜；

26：安装环；

28a～28d：压电元件；

29：光纤保持部；

29a：端面；

29c、29d：槽部；

30：光源部；

40：检测部；

50：驱动电压生成部；

60：控制部；

61：显示部；

62：输入部；

70：粘接剂；

71a、71b：V块；

100：被观察物。

Claims (6)

1.一种光扫描装置，其特征在于，所述光扫描装置具备：光纤；保持部，其以能振动的方式保持该光纤的射出端部；以及驱动部，其使所述射出端部进行振动，

在与所述光纤的轴向垂直的平面中，所述光纤相对于所述保持部的保持构造在基于所述驱动部的振动方向及垂直于该振动方向的方向上与其他方向不同。

2.根据权利要求1所述的光扫描装置，其特征在于，

所述保持部具有粘接剂，所述粘接剂粘接所述光纤，使所述光纤向基于所述驱动部的振动方向及垂直于该振动方向的方向偏转。

3.根据权利要求1或2所述的光扫描装置，其特征在于，

所述保持部具有一对V块，所述一对V块夹着保持所述光纤。

4.根据权利要求1或2所述的光扫描装置，其特征在于，

所述保持部在所述射出端部突出的端面上具有槽部，所述光纤在轴周围在4点处与该槽部相接。

5.根据权利要求3所述的光扫描装置，其特征在于，

所述保持部在所述射出端部突出的端面上具有槽部，所述光纤在轴周围在4点处与该槽部相接。

6.根据权利要求1或2所述的光扫描装置，其特征在于，

所述驱动部由压电致动器构成。