CN105637406B - 扫描仪、扫描型照明装置和扫描型观察装置 - Google Patents

Abstract

扫描仪(6)具备：引导来自光源的光的光纤(14)；驱动部(16)，其具备通过电压的施加而使光纤(14)的出射端(15)在与光轴(S)交叉的方向上移位的1个以上的致动器(21)；支撑部(17)，其在该驱动部(16)的基端侧与该驱动部(16)隔开间隔地设置，支撑光纤(14)；以及校正部(18)，其校正为在驱动部(16)的横截面中，使该驱动部(16)的重心位置与光纤(14)、驱动部(16)和支撑部(17)的合成后的重心位置接近。

Description

扫描仪、扫描型照明装置和扫描型观察装置

技术领域

本发明涉及扫描仪、扫描型照明装置和扫描型观察装置。

背景技术

已知有如下的光纤扫描仪：在筒状的PZT(锆钛酸铅)致动器的内部，收纳引导光的悬臂梁光纤，通过对设置于PZT致动器的表面的电极对供给电力，以期望的图案扫描从悬臂梁光纤的前端射出的光(例如参照专利文献1。)。该光纤扫描仪通过对在PZT致动器的横截面中，在不同的象限配置成相位各相差90°的两对电极施加电压，能够在两个方向上驱动悬臂梁光纤而呈螺旋状地扫描光。

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

难以将悬臂梁光纤和PZT致动器等构成部件设为均匀的比重、且准确尺寸的形状，由于构成部件的比重和尺寸的误差，各构成部件的重心位置有时从期望的重心位置偏离。此外，当PZT致动器内的悬臂梁光纤的配置偏离时，进行扫描的悬臂梁光纤的重心位置也从期望的重心位置偏离。并且，当发生各构成部件的重心位置的偏离时，无法得到光纤前端的期望的扫描轨迹。

本发明正是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种能够高精度地得到期望的扫描轨迹的扫描仪、扫描型照明装置和扫描型观察装置。

用于解决课题的手段

本发明的第1方式是一种扫描仪，其具备：光纤，其引导来自光源的光；驱动部，其具备通过电压的施加而使所述光纤的出射端在与光轴交叉的方向上移位的1个以上的致动器；支撑部，其在该驱动部的基端侧与该驱动部隔开间隔地设置，支撑所述光纤；以及校正部，其校正为在所述驱动部的横截面中，使该驱动部的重心位置与所述光纤、所述驱动部和所述支撑部的合成后的重心位置接近。

根据本方式，在使支撑部支撑着光纤的状态下，向致动器施加电压时，将电能转换为用于使光纤进行振动的动能，从而从致动器向光纤传递基于所施加的电压信号的、方向和振幅的振动。并且，越远离支撑部而接近光纤的出射端，传递至光纤的振动由于谐振而变为越大的振幅，能够通过驱动部，使从光纤的出射端射出的光在与光轴交叉的方向上进行扫描。

该情况下，通过校正部，将光纤、驱动部和配置于与该驱动部隔开间隔的位置处的支撑部的合成后的重心位置即扫描仪的重心位置，与驱动部的重心位置校正为在驱动部的横截面中接近。因此，即使驱动部的重心位置与扫描仪的重心位置发生偏离，通过使用校正部来校正两个重心位置，作为光纤的出射端的操作轨迹，也能够高精度地得到如所施加的电压信号那样的、期望的扫描轨迹。

在上述方式中，也可以是，所述驱动部被固定于至少形成于所述光纤的外侧面的一部分的、与所述光轴大致平行的平面部。

由此，能够增大驱动部与光纤的外侧面之间的接触面积。由此，能够抑制从驱动部向光纤传递振动时的两者间的相对移位，从而高效地进行期望的方向上的振动的传递。

在上述方式中，也可以是，所述驱动部具备振动传递部件，该振动传递部件是具有轴向的贯通孔的多边形筒状，由能够传递振动的材质构成，所述驱动部使所述光纤在该振动传递部件的所述贯通孔内贯通，在所述振动传递部件的外侧面固定有所述致动器。

由此，在驱动部的横截面中，能够增大致动器与振动传递部件的接触面积。由此，能够抑制从致动器向振动传递部件传递振动时的两者间的相对移位，从而向保持于贯通孔的光纤高效地传递振动。

在上述方式中，也可以是，所述致动器使所述光纤的出射端在1轴方向上移位。

由此，致动器能够通过电压的施加，使光纤的出射端一维地移位，从而能够使从光纤的出射端射出的光一维地进行扫描。

在上述方式中，也可以是，所述驱动部具备在所述光纤的径向上施加振动的两个以上的所述致动器，在周向上相邻的所述致动器被配置为在所述光纤的周向上隔开大致90°的间隔。

由此，能够使光纤的出射端在大致垂直的2轴方向上移位。通过校正重心位置，能够在与所施加的电压高精度地对应的位置处配置光纤的出射端，能够按照期望的扫描轨迹来照射照明光。例如，通过对在周向上相邻的致动器，施加相位相差90°且振幅线性变化的电压，能够使光纤的出射端高精度地呈螺旋状移位，能够使从光纤的出射端射出的照明光二维地呈螺旋状进行扫描。

本发明的第2方式是一种扫描型照明装置，其具备：光源，其产生被所述光纤引导的光；上述任意一个扫描仪；以及聚光透镜，其将由该扫描仪扫描的照明光会聚到照射对象。

根据本方式，从光纤的出射端发出的扩散的照明光被聚光透镜会聚，由此作为光点照射到照射对象。

本发明的第3方式是一种扫描型观察装置，其具备：上述扫描型照明装置；以及光检测部，其接收从该扫描型照明装置向照射对象照射光而从照射对象返回的返回光并检测该返回光的强度。

根据本方式，通过将由扫描型照明装置高精度地按照期望的轨迹而照射到照射对象的各照射位置、和来自各照射位置的返回光的强度对应起来，能够取得没有失真的返回光分布。

发明的效果

根据本发明，起到能够高精度地得到期望的扫描轨迹的效果。

附图说明

图1是示出本发明第1实施方式的扫描型观察装置的图。

图2是示出图1的扫描型照明装置所具备的本发明第1实施方式的扫描仪的立体图。

图3是从光纤的出射端侧观察到的本发明第1实施方式的扫描仪的设置校正部之前的驱动部的横截面的图。

图4是从光纤的出射端侧观察到的本发明第1实施方式的扫描仪的设置校正部之后的驱动部的横截面的图。

图5是示出本发明第2实施方式的扫描仪的立体图。

图6是从光纤的出射端侧观察到的本发明第2实施方式的扫描仪的设置校正部之前的驱动部的横截面的图。

图7是从光纤的出射端侧观察到的本发明第2实施方式的扫描仪的设置校正部之后的驱动部的横截面的图。

图8是从光纤的出射端侧观察到的本发明第1实施方式的变形例的扫描仪的驱动部的横截面的图。

图9是从光纤的出射端侧观察到的本发明第2实施方式的变形例的扫描仪的驱动部的横截面的图。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明第1实施方式的扫描仪、扫描型照明装置和扫描型观察装置。

如图1所示，本实施方式的扫描型观察装置1具备：圆筒状的装置主体4；扫描型照明装置2，其被收纳在该装置主体4的内部，对照射对象P的表面照射照明光；以及光检测部3，其接收从该扫描型照明装置2照射到照射对象P的表面的照明光的、来自照射对象P的返回光(例如反射光、荧光)，并检测该返回光的强度。

如图1所示，扫描型照明装置2具备：产生照明光的光源10；一维地扫描从该光源10发出的照明光的本实施方式的扫描仪6；会聚照明光的聚光透镜11；以及控制扫描仪6的控制部13。

如图2和图4所示，本实施方式的扫描仪6具备：引导从光源10发出的照明光的光纤14；扫描从该光纤14的出射端15射出的照明光的驱动部16；支撑光纤14的支撑部17；以及校正驱动部16的重心位置的校正部18。

如图2所示，在光纤14的外侧面14a的周向的一部分，形成有由与光轴S大致平行的平面构成的平面部20。

如图2和图4所示，驱动部16由被固定于平面部20的单一的致动器21、固定有致动器21的部分的光纤14、和校正部18构成。

致动器21是电磁式或压电式的，在厚度方向的两面上分别具备电极22a、22b。在向电极22a、22b施加驱动用电压时，致动器21产生基于所施加的电压信号的、方向和振幅的振动。致动器21能够通过将一方的电极22a对准平面部20地固定到光纤14，将该振动传递到光纤14，从而使光纤14的出射端15在与平面部20垂直的1轴方向上振动。

如图1和图2所示，支撑部17是环状的部件，其相对于驱动部16朝装置主体4的长度方向的基端侧隔开间隔地设置，沿着装置主体4的长度轴，在厚度方向上具有贯通孔23。将光纤14以贯通于贯通孔23的方式固定于支撑部17，使支撑部17的外侧面17a与装置主体4的内侧面4b紧贴。

此外，支撑部17在比驱动部16更靠基端侧的位置处将光纤14固定于装置主体4，从而抑制从驱动部16传递至光纤14的振动被传递至比支撑部17更靠基端一侧。

如图2和图4所示，校正部18是粘接剂。校正部18被固定于光纤14的一部分，在驱动部16的横截面中，调节扫描仪6的重心Y的位置，将图3所示的两个重心X、Y的位置校正为图4所示的一致的重心Z的位置。

如图1所示，聚光透镜11被透镜保持部12保持，该透镜保持部12设置于相比扫描仪6更靠前端侧的装置主体4的内侧面4b，将由扫描仪6扫描后的照明光会聚到照射对象P的表面。

如图1所示，控制部13将基于规定的扫描轨迹的电压信号供给到致动器21，使得从光纤14的出射端15射出的照明光成为由用户输入的规定的扫描轨迹。

如图1所示，光检测部3具备：检测用光纤7，其接收来自照射对象P的返回光并引导至装置主体4的基端侧；以及传感器31，其检测由该检测用光纤7引导的返回光的强度。

如图1所示，检测用光纤7使入射端8朝向前方而在装置主体4的外周面4a上沿着长度轴方向配置，在周向上排列有多个。

传感器31同时接收由这多个检测用光纤7引导的返回光，并检测其合计强度。

下面，对这样构成的本实施方式的扫描型观察装置1的作用进行说明。

当从控制部13向致动器21的电极22a、22b供给电压信号时，使致动器21以与所供给的电压信号对应的形式振动，并将该振动从致动器21传递至光纤14。在将振动传递到光纤14后，通过谐振，使光纤14的出射端15在1轴方向上大幅度地振动。在使出射端15在1轴方向上大幅度地振动的状态下，使经由光纤14引导来的照明光从出射端15射出，由此能够在照射对象P的表面上，在与光纤14的光轴S交叉的方向上扫描照明光。

即，根据本实施方式的扫描型观察装置1，从扫描型照明装置2的光源10发出并从光纤14的出射端15射出的照明光通过扫描仪6，在与光轴S交叉的方向上扫描，然后通过聚光透镜11会聚并作为光点照射到照射对象P的表面。

然后，基于照射照明光的、来自照射对象P的返回光入射到检测用光纤7的入射端8，经由检测用光纤7被传感器31接收。由此，能够将扫描仪6对光纤14的各扫描位置、和由传感器31接收到的返回光的强度对应起来，生成没有失真的返回光的分布图像。

该情况下，扫描仪6的重心Y的位置通过设置于驱动部16的校正部18，如图4所示那样被校正为与驱动部16的重心X的位置一致，因此起到如下效果：作为光纤14的出射端15的操作轨迹，能够高精度地得到如所施加的电压信号那样的、期望的扫描轨迹。

根据本实施方式的扫描仪6，致动器21被固定于光纤14的平面部20，因此致动器21和光纤14的外侧面14a由于大的接触面积而稳定地接触。由此，能够抑制从致动器21向光纤14传递振动时的两者间的相对移位，从而高效地进行期望的方向上的振动的传递。

在本实施方式中，作为光纤14，例示了具有平面部20的光纤，但只要引导照明光，则不限于此。

在本实施方式中，作为校正部18，例示了粘接剂，但不限于此，例如也可以利用粘接剂来固定树脂、金属等任意的部件。

作为校正部18，除了使两个重心X、Y的位置完全一致以外，也可以使两个重心X、Y的位置间距离接近。

以下接着参照附图，说明本发明第2实施方式的扫描仪24、扫描型照明装置25(未图示)和扫描型观察装置26(未图示)。

在本实施方式的说明中，对与上述第1实施方式的扫描仪6、扫描型照明装置2和扫描型观察装置1的结构相同的部位标注同一标号并省略说明。

如图5和图7所示，在本实施方式的扫描仪24中，驱动部27具备方形筒状的振动传递部件29，振动传递部件29具有供光纤14贯通的轴向的贯通孔28。扫描仪24在致动器21分别被固定于在振动传递部件29的周向上相邻的两个外侧面29a的方面，与第1实施方式的扫描仪6不同。

将固定于方形筒状的振动传递部件29的相邻的外侧面29a的致动器21配置成，使其振动方向相差大约90°。

如图7所示，校正部30由固定于振动传递部件29的外侧面29a和/或内侧面29b的粘接剂构成。校正部30在驱动部27的横截面中，调节图6所示的扫描仪24的重心K的位置和驱动部27的重心L的位置，将两个重心K、L的位置校正为一致的重心Q的位置。

以下，说明这样构成的本实施方式的扫描仪24、扫描型照明装置25(未图示)和扫描型观察装置26(未图示)的作用。

通过从控制部13分别向两个致动器21的各电极22a、22b供给电压信号，能够使光纤14的出射端15在大致垂直的2轴方向上移位。

并且，通过调节供给到致动器21的各电极22a、22b的电压信号的振幅和相位，能够使光纤14的出射端15沿着任意的轨迹二维地移位。由此，能够使从光纤14的出射端15射出的照明光二维地进行扫描。

例如，通过向两个致动器21分别输入由振幅线性地减小的正弦波构成、且相位相差90°的电压信号，能够将照明光呈螺旋状地照射到照射对象P的表面上。

该情况下，根据本实施方式的扫描仪24，通过校正部30调节了驱动部27的重心L的位置，因此能够向与电压信号高精度地对应的照射位置照射照明光。其结果，能够使与电压信号对应的照明光的扫描位置、和实际的照明光的照射位置高精度地一致，起到能够基于扫描位置和由传感器31检测到的返回光的强度信息来生成没有失真的返回光图像的效果。

在本实施方式中，各致动器21也被稳定地固定于振动传递部件29的平面上的外侧面29a，因此能够抑制致动器21与振动传递部件29之间的相对位移，使保持于贯通孔28的光纤14高效地振动。

在上述实施方式中，也可以如图8和图9所示，在扫描仪6、24中，驱动部16、27具备在光纤14的径向上赋予振动的4个致动器21，在周向上相邻的致动器21在光纤14的周向上大致隔开90°间隔地进行配置。此外，也可以具备3个或5以上的致动器21。

标号说明

1：扫描型观察装置

2：扫描型照明装置

3：光检测部

6、24：扫描仪

10：光源

11：聚光透镜

14：光纤

14a：光纤的外侧面

15：光纤的出射端

16、27：驱动部

17：支撑部

18、30：校正部

20：平面部

21：致动器

28：振动传递部件的贯通孔

29：振动传递部件

Claims (6)

1.一种扫描仪，其中，该扫描仪具备：

光纤，其引导来自光源的光；

驱动部，其具备通过电压的施加而使所述光纤的出射端在与所述光纤的光轴垂直的方向上一维地移位的1个致动器或者使所述光纤的出射端沿着任意的轨迹二维地移位的2个以上的致动器；

支撑部，其在该驱动部的靠近所述光源的一侧与该驱动部隔开间隔地设置，支撑所述光纤；以及

校正部，其校正为在从所述光纤的所述出射端侧观察到的所述驱动部的横截面中，使该驱动部的重心位置与所述光纤、所述驱动部和所述支撑部的合成后的重心位置接近。

2.根据权利要求1所述的扫描仪，其中，

所述驱动部被固定于至少形成于所述光纤的外侧面的一部分的、与所述光轴大致平行的平面部。

3.根据权利要求1或2所述的扫描仪，其中，

所述驱动部具备振动传递部件，该振动传递部件是具有轴向的贯通孔的从所述光纤的出射端侧观察横截面为多边形的筒，由能够传递振动的材质构成，所述驱动部使所述光纤在该振动传递部件的所述贯通孔内贯通，在所述振动传递部件的外侧面固定有所述致动器。

4.根据权利要求1所述的扫描仪，其中，

所述驱动部具备在所述光纤的径向上施加振动的两个以上的所述致动器，

在周向上相邻的所述致动器被配置为在所述光纤的周向上隔开大致90°的间隔。

5.一种扫描型照明装置，其中，该扫描型照明装置具备：

光源，其产生被所述光纤引导的光；

权利要求1～4中的任意一项所述的扫描仪；以及

聚光透镜，其将由该扫描仪扫描的光会聚到照射对象。

6.一种扫描型观察装置，其中，该扫描型观察装置具备：

权利要求5所述的扫描型照明装置；以及

光检测部，其接收从该扫描型照明装置向照射对象照射光而从照射对象返回的返回光并检测该返回光的强度。