CN105593742A - 光纤扫描仪、照明装置和观察装置 - Google Patents

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Abstract

光纤扫描仪(20)具有：照明用光纤(21)，其引导光而使光从前端射出；多个压电元件(23)，其固定在照明用光纤(21)的侧面，在照明用光纤(21)的径向上被极化，由于在该极化的方向上被施加交变电压而使照明用光纤(21)振动；以及振动抑制部(25)，其抑制在照明用光纤(21)的相对于压电元件(23)在基端侧隔开间隔的位置产生的径向的振动。

Description

光纤扫描仪、照明装置和观察装置
技术领域
本发明涉及光纤扫描仪、照明装置和观察装置。
背景技术
公知有对光纤进行扫描的光纤扫描仪(例如参照专利文献1)。专利文献1中记载的光纤扫描仪具有：筒状锆钛酸铅(PZT)致动器、由于PZT致动器而能在单方向或者相互交叉的双方向上扫描的光纤、以及使用悬臂梁支撑光纤的连结部件，通过驱动PZT致动器使其进行弯曲振动，经由连结部件使弯曲振动传播到光纤。并且，专利文献1中记载的光纤扫描仪通过在考虑振幅和相位的同时利用PZT致动器对在X轴方向和Y轴方向上产生的双方向的弯曲振动进行合成，可以使光纤进行螺旋扫描。
现有技术文献
专利文献
【专利文献1】日本特表2008－504557号公报
发明内容
发明所要解决的课题
专利文献1中记载的光纤扫描仪仅在PZT致动器的前端侧支撑光纤，而不是在基端侧支撑光纤的结构，因而在PZT致动器的内部生成的成为螺旋扫描的基础的双方向的弯曲振动从PZT致动器波及到基端侧。其结果是，有时从PZT致动器波及到基端侧的振动受到某种影响而形状变化并返回到PZT致动器的内部，在该情况下，PZT致动器的内部的振动形状变得不稳定，伴随于此，螺旋扫描也变得不稳定。
专利文献1中记载的光纤扫描仪仅在PZT致动器的前端侧支撑光纤，而不是在基端侧支撑光纤的结构，因而在PZT致动器的内部生成的成为螺旋扫描的基础的双方向的弯曲振动从PZT致动器波及到基端侧。其结果是，有时从PZT致动器波及到基端侧的振动受到某种影响而形状变化并返回到PZT致动器的内部，在该情况下，PZT致动器的内部的振动形状变得不稳定，伴随于此，螺旋扫描也变得不稳定。
本发明是鉴于上述情况而作成的，本发明的目的是提供一种可以使光纤稳定地进行弯曲振动的光纤扫描仪、照明装置和观察装置。
本发明的第1方式提供一种光纤扫描仪，其具有：光纤，其引导光而使光从前端射出；多个压电元件，其固定在该光纤的侧面，在该光纤的径向上被极化，由于在该极化的方向上被施加交变电压而使所述光纤振动；以及振动抑制部，其抑制在所述光纤中的相对于所述压电元件在基端侧隔开间隔的位置产生的所述径向的振动。
根据本方式，当对压电元件在其极化方向上施加了交变电压时，压电元件在与极化方向正交的方向、即、光纤的长度方向上伸缩，从而产生振动，该振动被传递到光纤，从而光纤振动。由此，可以使从光纤的前端射出的光根据该振动进行扫描。
在该情况下，通过利用振动抑制部抑制在光纤中的比压电元件靠基端侧的位置产生的径向的振动，可以抑制在压电元件中产生的弯曲振动波及到光纤的基端侧。即使振动从压电元件波及到光纤的基端侧，也可以抑制该振动受到某种影响而形状变化并返回。由此，可以防止压电元件的振动形状和光纤的振动变得不稳定。
通过在压电元件与利用振动抑制部的光纤的振动抑制位置之间形成间隙，可以使压电元件在光纤的长度方向上容易伸缩。由此，可以防止由振动抑制部阻碍压电元件自身的振动而振动难以传播到光纤的情况。
其结果是，可以使光纤稳定地进行弯曲振动。
在上述方式中，也可以具有振动传递部，所述振动传递部使所述压电元件的至少在所述光纤的长度方向上的两端部附近与该光纤粘结而将该压电元件的振动传递到所述光纤。
通过这样构成，利用振动传递部，将振动从压电元件的至少两端部附近传播到光纤。由此，光纤的振动高效地传播到光纤，可以使光纤在单方向上大幅进行弯曲振动。
在上述方式中，所述振动传递部也可以配置在所述压电元件的全长上。
通过这样构成，可以提高从压电元件传递到光纤的振动的传递效率。
在上述方式中，也可以具有中间部件，所述中间部件一体地形成在所述振动抑制部上，配置在所述压电元件与所述振动传递部之间，由镍或铜构成。
通过这样构成，可以利用中间部件提高光纤扫描仪整体的刚性，抑制由振动引起的光纤扫描仪的扭转和漂移、光纤折断等。
在上述方式中，也可以具有由树脂材料形成的振动吸收部件，所述振动吸收部件吸收所述振动抑制部的振动。
通过这样构成，可以利用振动吸收部件，抑制振动从振动抑制部漏出到外部。由此，可以利用振动抑制部稳定地抑制光纤的在比压电元件靠基端侧产生的径向的振动，可以使从光纤射出的光的射出方向稳定。
本发明的第2方式提供一种照明装置，其具有：上述任一项所述的光纤扫描仪；光源，其产生通过所述光纤引导的所述光；以及会聚透镜，其会聚从所述光纤射出的光。
根据本方式，可以利用使光纤稳定地进行弯曲振动的光纤扫描仪，使从光源发出的光高精度地进行扫描，通过会聚透镜照射到被摄体的期望位置。
本发明的第3方式提供一种观察装置，其具有：上述的照明装置；和光检测部，其检测由于该照明装置对被摄体照射光而从该被摄体返回的返回光。
根据本方式，从被照明装置稳定地扫描光的被摄体上的期望范围返回的返回光由光检测部检测。因此，可以取得被摄体的期望的观察范围的图像信息。
发明的效果
根据本发明，取得可以使光纤稳定地进行弯曲振动的效果。
附图说明
图1是示出本发明的一实施方式的观察装置的概略结构图。
图2A是在照明用光纤的径向上观察图1的光纤扫描仪而得到的平面图。
图2B是在照明用光纤的长度方向上观察图2A而得到的平面图。
图3是示出本发明的一实施方式的第1变型例的光纤扫描仪的概略结构图。
图4A是在照明用光纤的径向上观察图3的光纤扫描仪而得到的平面图。
图4B是在照明用光纤的长度方向上观察图4A而得到的平面图。
图5是示出本发明的一实施方式的第2变型例的光纤扫描仪的概略结构图。
图6A是在照明用光纤的径向上观察图5的光纤扫描仪而得到的平面图。
图6B是在照明用光纤的长度方向上观察图6B而得到的平面图。
图7A是在照明用光纤的径向上观察第2变型例的另一方式的光纤扫描仪而得到的平面图。
图7B是在照明用光纤的长度方向上观察图7A而得到的平面图。
图8是在照明用光纤的长度方向上观察第2变型例的另一方式的光纤扫描仪而得到的平面图。
图9是示出本发明的一实施方式的第3变型例的观察装置的概略结构图。
图10是在照明用光纤的径向上观察图9的光纤扫描仪而得到的平面图。
图11是在照明用光纤的径向上观察第3变型例的另一方式的光纤扫描仪而得到的平面图。
图12是在照明用光纤的径向上观察第3变型例的另一方式的光纤扫描仪而得到的平面图。
图13是在照明用光纤的径向上观察本发明的一实施方式的第4变型例的光纤扫描仪而得到的平面图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的一实施方式的光纤扫描仪、照明装置和观察装置进行说明。
如图1所示，本实施方式的观察装置100具有：照明装置1，其向被摄体照射照明光；光检测器(光检测部)3，其检测由于被照射照明光而从被摄体返回的返回光；以及控制装置5，其进行照明装置1和光检测器3的控制等。
照明装置1具有：光源11，其产生照明光；光纤扫描仪20，其具有引导从光源11发出的照明光而使照明光从前端射出的照明用光纤21；会聚透镜13，其会聚从照明用光纤21射出的照明光；细长的筒状的外筒15，其收纳光纤扫描仪20和会聚透镜13；覆盖部件17，其覆盖外筒15的外周面；以及多个检测用光纤19，其配置在外筒15与覆盖部件17之间，将来自被摄体的返回光引导到光检测器3。
光源11和光检测器3配置在外筒15的外部在其长度方向的一端侧。将外筒15的长度方向上的光源11和光检测器3侧的端部作为基端部，将相反侧的端部作为前端部。
如图2A和图2B所示，光纤扫描仪20具有：照明用光纤21；4枚压电元件23，其固定在照明用光纤21的侧面；以及固定部(振动抑制部)25，其将照明用光纤21固定在外筒15上。
照明用光纤21具有由玻璃材料构成的细长的圆筒形状，沿着外筒15的长度方向配置。并且，照明用光纤21的一端在外筒15的基端部的外部与光源11连接，另一端配置在外筒15的内部的前端部附近。照明用光纤21引导从光源11入射到一端的光而使该光从另一端射出。
压电元件23例如由锆钛酸铅(PZT)等的压电陶瓷材料构成，形成为细长的板状。并且，压电元件23在表面被实施+电极处理，在背面被实施－电极处理，在从+极朝向－极的方向、即板厚方向上被实施极化。
4枚压电元件23在照明用光纤21的长度方向的相同位置处在周向上每大致90度错开位置而配置，使极化方向分别与照明用光纤21的径向一致并固定。并且，图2B中极化方向由箭头所示，在照明用光纤21的径向上相对的一对压电元件23(一下简称为“一对压电元件23”)各自的极化方向朝向同一方向而配置。
并且，压电元件23利用导电性的环氧树脂类粘结剂(以下简称为“粘结剂”。振动传递部)27，使长度方向的两端部附近与照明用光纤21的侧面粘结。粘结剂27将压电元件23的振动传递到照明用光纤21。
粘结剂27由于与4枚压电元件23的背面侧电极电接合，因而可以作为驱动压电元件23时的公共GND发挥功能。由此，驱动用的引线(GND)14G经由涂布在压电元件23中的照明用光纤21的前端侧的端部的粘结剂27与压电元件23接合。
4枚压电元件23中的一方的一对压电元件23的电极面分别通过导电性粘结剂与构成A相的驱动用的引线14A接合。另一方的一对压电元件23的电极面分别通过导电性粘结剂与构成B相的驱动用的引线14B接合。
压电元件23当通过引线14A或引线14B在极化方向上被施加了交变电压时，产生在与极化方向正交的方向上伸缩的振动(横效果)。并且，以一对压电元件23的一方收缩、同时另一方伸展的方式进行伸缩。由此，一对压电元件23经由粘结剂27将该振动传递到照明用光纤21，可以使照明用光纤21的前端在与长度方向交叉的方向上振动。
固定部25由不锈钢等的金属材料构成，形成为圆环状。在固定部25内形成有使引线14G通过的贯通孔25a。固定部25与压电元件23一样，利用导电性的环氧树脂类粘结剂27，使外周面与外筒15的内壁粘结，使内周面与照明用光纤21的侧面粘结。
固定部25固定在照明用光纤21中的相对于压电元件23在基端侧隔开间隔的位置，可以抑制在照明用光纤21的该位置处产生的径向的振动。期望的是，压电元件23与固定部25之间的间隙拉开到至少不妨碍压电元件23的与极化方向交叉的方向上的伸缩的程度。
会聚透镜13设置在外筒15的长度方向的前端，会聚来自照明用光纤21的照明光并从外筒15的前端射出。
检测用光纤19由玻璃材料构成，具有细长的圆筒形状，沿着外筒15的长度方向配置。检测用光纤19在外筒15的周向上相互隔开间隔配置。并且，检测用光纤19的一端配置在外筒15的前端，另一端与光检测器3连接，检测用光纤19将从一端入射的返回光引导到光检测器3。
控制装置5除了照明装置1和光检测器3的控制以外，还当由光检测器3检测出返回光时，将该返回光转换成与亮度相当的电信号。并且，控制装置5可以读出与光纤扫描仪20的照明光的扫描位置相关的信息(扫描位置信息)，使扫描位置信息与返回光的电信号相对应，生成图像信息。
对这样构成的光纤扫描仪20、照明装置1和观察装置100的作用进行说明。
为了使用本实施方式的光纤扫描仪20、照明装置1和观察装置100来观察被摄体，首先，使外筒15的前端朝向被摄体配置，从光源11产生照明光。从光源11发出的照明光由照明用光纤21引导并从前端射出，通过会聚透镜13照射到被摄体。
当通过照射照明光而在被摄体中产生反射光和荧光等的返回光时，该返回光由检测用光纤19接收并引导，由光检测器3检测。然后，由控制装置5将该返回光转换成电信号，与光纤扫描仪20的扫描位置信息相对应地转换成图像信息。由此，可以取得被照射照明光的被摄体的图像。
下面，对使用光纤扫描仪20进行的照明光的扫描进行说明。
为了使用光纤扫描仪20扫描照明光，首先，激励使压电元件23中的照明用光纤21的前端侧的端部附近为波节、照明用光纤21的前端附近为波腹这样的照明用光纤21的弯曲谐振频率。
当对一方的一对压电元件23(以下，称为A相的压电元件23。)施加与弯曲谐振频率对应的交变电压时，可以通过被施加交变电压的A相的压电元件23，使照明用光纤21的前端部分在与长度方向交叉的一个方向(例如，设为X轴(A相)方向)上摆动。
同样，当对另一方的一对压电元件23(以下，称为B相的压电元件23。)施加与弯曲谐振频率对应的交变电压时，可以通过被施加交变电压的B相的压电元件23，使照明用光纤21的前端部分在与X轴方向正交的一个方向(例如，设为Y轴(B相)方向)上摆动。
当使由A相的压电元件23进行的X轴方向的振动和由B相的压电元件23进行的Y轴方向的振动同时产生，使施加给A相的压电元件23和B相的压电元件23的交变信号的相位错开π/2时，照明用光纤21的前端部的振动描绘圆轨迹。当在照明用光纤21的前端部的振动描绘出圆轨迹的状态下使施加给A相的压电元件23和B相的压电元件23的交变电压的大小逐渐增减(电压调制)时，照明用光纤21的前端呈螺旋状振动。由此，可以使从照明用光纤21的前端射出的照明光在被摄体上螺旋扫描。
在该情况下，通过利用固定部25抑制在照明用光纤21中的比压电元件23靠基端侧的位置产生的径向的振动，在照明用光纤21的基端部形成波节，可以抑制在压电元件23中产生的弯曲振动波及到照明用光纤21的基端侧。
即使振动从压电元件23波及到照明用光纤21的基端侧，也可以抑制该振动受到某种影响而形状变化并返回。由此，可以防止压电元件23的振动形状和照明用光纤21的振动变得不稳定。
通过在压电元件23与利用固定部25的照明用光纤21的固定位置之间形成间隙，不会被固定部25妨碍而可以使压电元件23在照明用光纤21的长度方向上容易伸缩。由此，可以防止由固定部25阻碍压电元件23自身的振动而振动难以传播到照明用光纤21的情况。
因此，根据本实施方式的光纤扫描仪20，可以使照明用光纤21稳定地进行弯曲振动，在被摄体上进行稳定的螺旋扫描。并且，根据本实施方式的照明装置1，可以使从光源11发出的光高精度地扫描而照射到被摄体的期望位置。而且，根据本实施方式的观察装置100，可以取得被摄体的期望的观察范围的图像信息。
本实施方式可以按以下那样变型。
在本实施方式中，利用粘结剂27使压电元件23的长度方向的两端部附近与照明用光纤21的侧面粘结，然而作为第1变型例，如图3所示，也可以利用粘结剂27，在压电元件23的长度方向的全长上与照明用光纤21的侧面粘结。
在该情况下，也可以包含压电元件23与固定部25之间的间隙在内，从压电元件23到固定部25在照明用光纤21的长度方向上连续地填充粘结剂27。
通过这样，可以提高从压电元件23传递到照明用光纤21的振动的传递效率。
通过使压电元件23的背面电极经由粘结剂27与固定部25电接合，可以将固定部25用作4枚压电元件23的公共GND电极。在上述本实施方式的结构中，使压电元件23与照明用光纤21粘结的粘结剂27的填充范围窄，成为压电元件23的驱动用的公共GND的场所仅是填充了粘结剂27的部分，因而有必要与光纤扫描仪20的前端附近连接，或者将导线14G绕引到光纤扫描仪20的基端侧。然而，根据本变型例，如图4A和图4B所示，无需在固定部25设置贯通孔25a，并且可以使导线14G直接配线在固定部25，配线处理变得容易。
作为第2变型例，如图5所示，也可以具有配置在压电元件23与粘结剂27之间的中间部件31。
如图6A和图6B所示，中间部件31形成为具有使照明用光纤21通过的贯通孔的圆筒状即可。并且，中间部件31例如以镍或铜为材料一体地形成在固定部25上，与固定部25的径向的厚度尺寸相比较使厚度变薄即可。
使用粘结剂27，除了固定部25的内周面以外，还使至少中间部件31的内周面处的照明用光纤21的前端侧端部与照明用光纤21粘结即可。
通过这样，可以利用中间部件31提高光纤扫描仪20整体的刚性，抑制由振动引起的光纤扫描仪20的扭转和漂移、照明用光纤21的折断。
在本变型例中，如图7A和图7B所示，也可以利用粘结剂27，使中间部件31的内周面整体与照明用光纤21的侧面粘结。
通过这样，可以提高从压电元件23传递到照明用光纤21的振动的传递效率。
在本变型例中，如图8所示，中间部件31也可以形成为具有使照明用光纤21通过的贯通孔的四角柱状。
在该情况下，利用粘结剂27，使压电元件23的表面整体或者背面整体与中间部件31的4个外侧面粘结即可。
并且，如图6A所示，除了固定部25的内周面以外，还也可以利用粘结剂27，使至少中间部件31的内周面处的照明用光纤21的前端侧端部与照明用光纤21粘结，如图7A所示，也可以利用粘结剂27，使中间部件31的内周面整体与照明用光纤21的侧面粘结。
通过这样，可以使压电元件23通过面接触来固定，提高组装性并提高振动传递力。
作为第3变型例，如图9和图10所示，也可以具有使用橡胶或硅之类的具有某种程度的强度的树脂材料形成的圆环状的振动吸收部件33，将振动吸收部件33配置在固定部25的外周面与外筒15的内周面之间。
通过这样，可以利用振动吸收部件33，抑制振动从固定部25漏出到外部。由此，可以利用固定部25吸收在照明用光纤21的比压电元件23靠基端侧产生的径向的振动，稳定地固定照明用光纤21。其结果是，可以使从照明用光纤21射出的照明光的射出方向稳定。
在本变型例中，如图9和图10所示，振动吸收部件33也可以设置在固定部25的外周面整体。并且，如图11所示，振动吸收部件33也可以部分地仅设置在固定部25的外周面处的轴向的基端侧。或者，如图12所示，振动吸收部件33也可以部分地仅设置在固定部25的外周面处的轴向的前端侧。
作为第4变型例，如图13所示，也可以使用粘结剂等的弹性部件35在周向的全域内填埋照明用光纤21的长度方向上的压电元件23和固定部25之间的间隙。
通过这样，可以使用弹性部件35覆盖在压电元件23与固定部25之间露出的照明用光纤21，提高光纤扫描仪20的刚性。由此，可以抑制由振动引起的光纤扫描仪20的扭转和漂移、照明用光纤21的折断等。
以上，参照附图对本发明的一实施方式作了详述，然而具体的结构不限于该实施方式，还包含有不脱离本发明的宗旨的范围的设计变更等。例如，本发明不限定于应用于上述的一实施方式及其变型例，也可以应用于使这些实施方式及其变型例适当组合而成的实施方式，不作特别限定。
在上述一实施方式中，例示地说明了在照明用光纤21的侧面固定了4枚压电元件23的结构，然而利用压电元件23使照明用光纤21振动即可，压电元件23的数目不限于此。例如，也可以是仅使用一方的一对压电元件23的结构，也可以是将3枚压电元件23等间隔地固定在照明用光纤21的周向上的结构。在这样的情况下，也可以利用固定部25，防止压电元件23的振动形状和照明用光纤21的振动变得不稳定，并且使压电元件23在照明用光纤21的长度方向上容易伸缩。由此，可以使照明用光纤21稳定地进行弯曲振动。
标号说明
1：照明装置；3：光检测器(光检测部)；11：光源；13：会聚透镜；20：光纤扫描仪；21：照明用光纤(光纤)；23：压电元件；25：固定部(振动抑制部)；27：粘结剂(振动传递部)；31：中间部件；33：振动吸收部件；100：观察装置。

Claims (7)

1.一种光纤扫描仪，其具有：
光纤，其引导光而使光从前端射出；
多个压电元件，其固定在该光纤的侧面，在该光纤的径向上被极化，由于在该极化的方向上被施加交变电压而使所述光纤振动；以及
振动抑制部，其抑制在所述光纤中的相对于所述压电元件在基端侧隔开间隔的位置产生的所述径向的振动。
2.根据权利要求1所述的光纤扫描仪，其中，
所述光纤扫描仪具有振动传递部，所述振动传递部使所述压电元件的至少在光纤的长度方向上的两端部附近与该光纤粘结而将该压电元件的振动传递到所述光纤。
3.根据权利要求2所述的光纤扫描仪，其中，
所述振动传递部配置在所述压电元件的全长上。
4.根据权利要求2或权利要求3所述的光纤扫描仪，其中，
所述光纤扫描仪具有中间部件，所述中间部件一体地形成在所述振动抑制部上，配置在所述压电元件与所述振动传递部之间，由镍或铜构成。
5.根据权利要求1至权利要求4中任一项所述的光纤扫描仪，其中，
所述光纤扫描仪具有由树脂材料形成的振动吸收部件，所述振动吸收部件吸收所述振动抑制部的振动。
6.一种照明装置，其具有：
权利要求1至权利要求5中任一项所述的光纤扫描仪；
光源，其产生通过所述光纤引导的所述光；以及
会聚透镜，其会聚从所述光纤射出的光。
7.一种观察装置，其具有：
权利要求6所述的照明装置；和
光检测部，其检测由于该照明装置对被摄体照射光而从该被摄体返回的返回光。
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