CN106028906A - 光纤扫描器、照明装置和观察装置 - Google Patents

Abstract

光纤扫描器(10)具有细长的光纤(1)、形成在长度方向上且具有供光纤(1)贯通的贯通孔(5、6)的柱状的振动传递部件(2)、设置在该振动传递部件(2)的外周面上的压电元件(3A、3B)，贯通孔(5)由嵌合孔构成，该嵌合孔从振动传递部件(2)的基端面一直形成到长度方向的中途位置，与光纤(1)的外周面嵌合，贯通孔(6)由收容孔构成，该收容孔从振动传递部件(2)的中途位置一直形成到前端面，具有比光纤(1)的外径大的内径，以与光纤(1)的外周面之间隔开间隔的方式收容该光纤(1)的前端部分。

Description

光纤扫描器、照明装置和观察装置

技术领域

本发明涉及光纤扫描器、照明装置和观察装置。

背景技术

以往，公知有如下的光纤扫描器：通过使用压电元件使光纤的前端高速振动，沿着螺旋状的轨迹扫描从光纤的前端射出的光(例如参照专利文献1。)。专利文献1的光纤扫描器通过由锆钛酸铅(PZT)构成的筒状的致动器将光纤保持成悬臂梁状，使光纤的从致动器突出的前端部分进行振动。

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

发明要解决的课题

在将光纤扫描器搭载在内窥镜这样的探针(probe)上的情况下，在光学设计上，需要利用硬质的外筒包覆从光纤扫描器到配置在探针的前端的照明透镜的探针的前端部分(前端硬质部)。此时，专利文献1的光纤扫描器采用光纤从致动器大幅突出的构造，与致动器相比，前端侧的部分较长，所以，探针的前端硬质部较长。当前端硬质部较长时，例如，无法在狭窄且弯曲的管腔内得到良好的操作性，所以，期望更短的前端硬质部。

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，提供能够实现探针的前端硬质部的缩短的光纤扫描器、照明装置和观察装置。

用于解决课题的手段

为了实现上述目的，本发明提供以下手段。

本发明的第1方式是一种光纤扫描器，其具有：细长的光纤，其能够对光进行引导并从前端射出；柱状的振动传递部件，其具有贯通孔，该贯通孔形成在所述振动传递部件的长度方向上，供所述光纤贯通；以及压电元件，其设置在该振动传递部件的外周面上，通过施加交变电压而在所述光纤的长度方向上进行伸缩振动，由此使所述振动传递部件产生与所述长度方向交叉的方向上的屈曲振动，所述贯通孔由嵌合孔和收容孔构成，该嵌合孔从所述振动传递部件的基端面一直形成到长度方向的中途位置，与所述光纤的外周面嵌合，该收容孔从所述振动传递部件的所述中途位置一直形成到前端面，具有比所述光纤的外径大的内径，以与所述光纤的外周面之间隔开间隔的方式收容该光纤的前端部分。

根据本发明的第1方式，当对压电元件施加交变电压而使振动传递部件屈曲振动时，该屈曲振动从光纤的与嵌合孔嵌合的部分传递到从嵌合孔向前端侧呈悬臂梁状突出的部分(前端振动部)，光纤的前端在与长度方向交叉的方向上振动。由此，能够在与该照明光的行进方向交叉的方向上扫描从光纤的前端射出的照明光。

该情况下，成为光纤的前端振动部的至少一部分收容在形成于振动传递部件的前端侧部分的收容孔中且在该收容孔内进行屈曲振动的构造，所以，光纤从振动传递部件的前端面突出的突出量减小。由此，能够缩短与搭载有光纤扫描器的内窥镜这样的探针的前端硬质部对应的、从振动传递部件的基端面到光纤的前端面的部分，能够实现探针的前端硬质部的缩短。

在上述第1方式中，所述压电元件也可以被设置成在所述长度方向上跨越所述中途位置，还可以被设置在包含所述振动传递部件的前端或该前端的附近的位置。

由此，通过有效利用振动传递部件的长度方向的尺寸来设置压电元件，能够通过振动传递部件高效地将压电元件的伸缩振动传递到光纤。

在上述第1方式中，也可以是，所述收容孔为圆筒状，具有比所述光纤的前端在所述交叉方向上的最大振幅大的直径，并且具有与所述光纤的从所述嵌合孔向前端侧突出的部分的长度相同或其以下的深度。

由此，能够使光纤的前端振动部在收容孔内振动而不与收容孔的内壁接触。

在上述第1方式中，也可以是，所述收容孔为内径从基端侧朝向前端侧逐渐增大的锥台状。

由此，越是前端振动部的振动振幅较大的前端侧，越增大收容孔的内径，由此，能够更加有效地防止前端振动部与收容孔的内壁接触。

在上述第1方式中，也可以是，所述光纤扫描器具有筒状的保持部件，该保持部件保持所述振动传递部件的基端部分的外周面，该保持部件具有凹部，该凹部设置在前端侧的端面上，在该凹部与所述振动传递部件的外周面之间形成宽度比所述压电元件在所述光纤的径向上的尺寸大的间隙，所述压电元件的基端部分配置在所述凹部内。

由此，使压电元件、收容孔和前端振动部的位置整体向基端侧偏移，能够进一步缩短从振动传递部件的基端面到光纤的前端面的部分。

本发明的第2方式是一种照明装置，其具有：上述任意一项所记载的光纤扫描器；光源，其配置在该光纤扫描器的基端侧，对所述光纤供给照明光；照明透镜，其配置在所述光纤扫描器的前端侧，将从所述光纤的前端射出的光会聚在被检体上；以及细长的外筒，其收容所述光纤扫描器和所述照明透镜。

本发明的第3方式是一种观察装置，其具有：上述所记载的照明装置；以及光检测部，其检测通过由该照明装置对被检体照射光而从所述被检体返回的返回光。

发明效果

根据本发明，发挥能够实现探针的前端硬质部的缩短的效果。

附图说明

图1A是示出本发明的第1实施方式的光纤扫描器的结构的纵剖视图。

图1B是图1A的光纤扫描器的从光纤的前端侧观察的正面图。

图2是示出具有图1A的光纤扫描器的观察装置的结构的纵剖视图。

图3A是示出图1A的光纤扫描器的第1变形例的结构的纵剖视图。

图3B是图3A的光纤扫描器的从前端侧观察的正面图。

图4A是示出图1A的光纤扫描器的第2变形例的结构的纵剖视图。

图4B是图4A的光纤扫描器的从前端侧观察的正面图。

图5A是示出图1A的光纤扫描器的第3变形例的结构的纵剖视图。

图5B是图5A的光纤扫描器的从前端侧观察的正面图。

图6A是示出本发明的第2实施方式的光纤扫描器的结构的纵剖视图。

图6B是图6A的光纤扫描器的从前端侧观察的正面图。

图7是示出本发明的第3实施方式的光纤扫描器的结构的纵剖视图(下段)和图1A的光纤扫描器的纵剖视图(上段)。

具体实施方式

(第1实施方式)

下面，参照图1A～图5B对本发明的第1实施方式的光纤扫描器10进行说明。另外，在本实施方式的说明中，使用设光纤1的径向为X方向和Y方向、光纤1的长度方向为Z方向的正交坐标系X、Y、Z。

如图1A和图1B所示，本实施方式的光纤扫描器10具有由玻璃材料构成的细长的圆棒状的光纤1、朝向该光纤1的前端部分的外周面的振动传递部件2、设置在该振动传递部件2的外周面上的板状的压电元件3A、3B、3C、3D、保持部件4。

振动传递部件2是由镍或铜等金属材料构成的四棱柱状的部件，在构造上对挠性的光纤1进行加强。振动传递部件2具有在从前端面到基端面的范围内沿着其长度方向的中心轴形成的贯通孔5、6，在该贯通孔5、6内贯通有光纤1。该贯通孔由嵌合孔5和收容孔6构成。

嵌合孔5具有与光纤1的外径大致相同的内径，从振动传递部件2的基端面延伸到长度方向的中途位置。振动传递部件2通过使嵌合于嵌合孔5中的光纤1的外周面和嵌合孔5的内周面相互固定，在嵌合孔5的位置处将光纤1保持成悬臂梁状。

收容孔6具有比光纤1的外径大的内径，从振动传递部件2的所述长度方向的中途位置延伸到前端面。光纤1的从在收容孔6的底面开口的嵌合孔5的前端开口突出的部分(以下将该部分称为前端振动部1b。)以在与收容孔6的内周面之间隔开圆筒状的间隙的方式收容在收容孔6内。收容孔6的直径E比如后所述通过压电元件3A、3B、3C、3D的驱动而进行振动的光纤1的前端1a的X方向和Y方向的最大振幅(全部振幅的最大值)D稍大。收容孔6的深度G与前端振动部1b的长度F相同或为其以下，光纤1的前端1a配置在与振动传递部件2的前端面大致相同的位置或比振动传递部件2的前端面稍微突出的位置。

压电元件3A、3B、3C、3D是由锆钛酸铅(PZT)等压电陶瓷材料形成且具有长度a的板状的部件。对压电元件3A、3B、3C、3D的表面和背面分别实施电极处理，以使得表面成为+极，背面成为-极。由此，如箭头P所示，对压电元件3A、3B、3C、3D实施从+极朝向-极的方向的极化。压电元件3A、3B、3C、3D使极化方向P即厚度方向朝向光纤1的径向，通过导电性粘接剂等在振动传递部件2的4个侧面各粘贴一枚。在各压电元件3A、3B、3C、3D与保持部件4之间设置有间隙C。

这里，在X方向上相互对置的2枚压电元件3A、3B以使极化方向P相同的方式粘贴在振动传递部件2上。通过导电性粘接剂在压电元件3A、3B上接合有压电元件驱动用的引线7。当经由引线7对压电元件3A、3B施加A相的交变电压时，压电元件3A、3B在与极化方向P正交的Z方向上伸缩振动。此时，2枚压电元件3A、3B中的一方在Z方向上收缩，另一方在Z方向上伸长，由此在振动传递部件2中产生X方向的屈曲振动。该振动传递部件2的X方向的屈曲振动传递到光纤1，由此，前端振动部1b在收容孔6内在X方向上屈曲振动。

同样，在Y方向上相互对置的2枚压电元件3C、3D也以使极化方向P相同的方式粘贴在振动传递部件2上。通过导电性粘接剂在压电元件3C、3D上接合有压电元件驱动用的引线8。当经由引线8对压电元件3C、3D施加B相的交变电压时，压电元件3C、3D在与极化方向P正交的Z方向上伸缩振动。此时，2枚压电元件3C、3D中的一方在Z方向上收缩，另一方在Z方向上伸长，由此在振动传递部件2中产生Y方向的屈曲振动。该振动传递部件2的Y方向的屈曲振动传递到光纤1，由此，前端振动部1b在收容孔6内在Y方向上屈曲振动。

保持部件4是用于针对后述观察装置100的外筒12固定光纤1的中途位置的部件。保持部件4是由不锈钢等金属材料形成且具有长度b的圆筒状的部件。保持部件4与振动传递部件2的基端部分的外周面嵌合并通过导电性粘接剂固定在振动传递部件2上。这里，保持部件4作为通过交变电压对压电元件3A、3B、3C、3D进行驱动时的公共地线(GND)发挥功能。由于该理由，压电元件驱动用的GND引线9借助导电性粘接剂与保持部件4的表面接合。

另外，在图2～图7中省略了引线7、8、9的图示。

接着，对这样构成的光纤扫描器10的作用进行说明。

在通过本实施方式的光纤扫描器10在被检体上扫描从光源向光纤1供给的照明光时，将具有生成光纤1的前端1a的振幅最大的屈曲振动状态(模式)的频率的A相的交变电压经由引线7施加给压电元件3A、3B。由此，在光纤1的前端振动部1b中，在X方向上激励直线状的屈曲振动。

同样，将具有生成光纤1的前端1a的振幅最大的屈曲振动状态(模式)的频率的B相的交变电压经由引线8施加给压电元件3C、3D。由此，在光纤1的前端振动部1b中，在Y方向上激励直线状的屈曲振动。

这里，当同时对压电元件3A、3B和压电元件3C、3D施加相位相互偏移π/2的交变电压时，光纤1的前端1a沿着圆状的轨迹振动。进而，当使这2个交变电压的振幅呈正弦波状进行时间变化时，光纤1的前端1a沿着螺旋状的轨迹振动。由此，能够在被检体X上沿着螺旋状的轨迹二维地扫描照明光L。

该情况下，根据本实施方式的光纤扫描器10，光纤1的前端振动部1b的全部或大部分收容在形成于振动传递部件2的前端侧部分处的收容孔6内，在该收容孔6内振动。这样，通过采用光纤1几乎不会从振动传递部件2突出的构造，光纤扫描器10中的从保持部件4的基端面到光纤1的前端1a的部分缩短。该部分是在将光纤扫描器10组入探针状的照明装置或观察装置中时配置在照明装置或观察装置的前端硬质部的部分。即，通过使用本实施方式的光纤扫描器10，具有能够实现前端硬质部较短的照明装置或观察装置这样的优点。

接着，对具有本实施方式的光纤扫描器10的观察装置100进行说明。

本实施方式的观察装置100是内窥镜这样的探针状的观察装置，如图2所示，具有配置在光纤扫描器10的前端侧的照明透镜11、收容光纤扫描器10和照明透镜11的细长的外筒12、在光纤扫描器10的外侧沿着周向排列的多根检测用光纤13、对光纤1的基端供给照明光L的光源14、检测由检测用光纤13接收的光的光检测器(光检测部)15。

照明透镜11配置成其后侧焦点位置与光纤1的前端1a大致一致。照明透镜11接收从光纤1的前端1a射出的光，将接收到的照明光L转换为平行光后作为会聚光束进行射出并使其会聚在被检体X上。另外，在图2中，示出单一的透镜作为照明透镜11，但是，照明透镜11也可以由多个透镜构成。

保持部件4的外周面和外筒12的内周面通过环氧系的粘接剂相互固定，由此，光纤扫描器10保持在外筒12内。

光源14配置在外筒12的基端侧，连接有光纤1的基端。

光检测器15配置在外筒12的基端侧，连接有检测用光纤13的基端。

根据这样构成的观察装置100，当在与被检体X对置配置照明透镜11的状态下使光纤1的前端1a呈螺旋状振动并从光源14向光纤1供给照明光L时，在光纤1内传播的照明光L从前端1a射出。射出的照明光L通过照明透镜11收敛并照射到被检体X上，在被检体X上沿着螺旋状的轨迹二维地进行扫描。

通过多根检测用光纤13接收来自被检体X的照明光L的返回光L’，通过光检测器15检测其强度。观察装置100与照明光L的扫描周期同步地通过光检测器15检测返回光L’，将检测到的返回光L’的强度与照明光L的扫描位置对应起来，由此生成被检体X的图像。

该情况下，根据本实施方式的观察装置100，从保持部件4的基端面到配置有照明透镜11的前端面的范围内的前端硬质部16由硬质的外筒12包覆。如上所述，由于光纤扫描器10的配置在前端硬质部16上的部分较短，所以，能够缩短前端硬质部16。由此，例如，在狭窄的管腔的弯曲部分中也能够容易地使观察装置100移动，具有能够得到操作性较高的观察装置100这样的优点。

在本实施方式中，对具有光纤扫描器10的观察装置100进行了说明，但是，也可以省略上述结构中的检测用光纤13和光检测器15，构成仅具有照明功能的照明装置。

本实施方式的光纤扫描器10可以如以下的第1～第3变形例那样变形。

作为第1变形例，如图3A和图3B所示，也可以在保持部件4的前端面形成锪孔状的凹部4a，以使压电元件3A、3B、3C、3D跨越凹部4a的内侧和外侧的方式将压电元件3A、3B、3C、3D的基端部分插入到凹部4a内。凹部4a具有满足下式的直径K，以使得在位于该凹部4a内的压电元件3A、3B、3C、3D的基端部分的外周面的周围形成环状的间隙。其中，在下式中，I是对置的2枚压电元件3A、3B或3C、3D的位于半径方向外侧的面彼此之间的距离。

K>√2×I

作为第2变形例，如图4A和图4B所示，压电元件3A、3B、3C、3D和保持部件4的配置也可以相反。即，也可以将保持部件4设置在振动传递部件2的前端侧，将压电元件3A、3B、3C、3D设置在振动传递部件2的基端侧。

作为第3变形例，如图5A和图5B所示，振动传递部件2也可以为圆柱状。

(第2实施方式)

接着，参照图6A和图6B对本发明的第2实施方式的光纤扫描器20进行说明。另外，在本实施方式中，主要对与第1实施方式不同的结构进行说明，对第1实施方式的共通结构标注相同标号并省略说明。

如图6A和图6B所示，本实施方式的光纤扫描器20与第1实施方式的不同之处在于收容孔6的形状。

具体而言，如图6A所示，收容孔6为内径从振动传递部件2的基端侧朝向前端侧逐渐增大的圆锥台状，振动传递部件2的前端面中的开口的直径H大于底面的直径E。

本实施方式的光纤扫描器20的作用与第1实施方式相同，所以省略说明。

根据本实施方式的光纤扫描器20，越靠前端侧，光纤1的前端振动部1b的振幅越大。因此，通过使收容孔6的内径也成为越靠前端侧则越大的圆锥台状，能够更加有效地防止振动的前端振动部1b与收容孔6的内周面接触。并且，在前端振动部1b的振幅相同的情况下，能够缩小振动传递部件2的外径。并且，在振动传递部件2的外径相同的情况下，能够进一步增大光纤1的前端1a的振幅，能够扩大照明光L的扫描范围。本实施方式的其他效果与第1实施方式相同，所以省略说明。

(第3实施方式)

接着，参照图7对本发明的第3实施方式的光纤扫描器30进行说明。另外，在本实施方式中，主要对与第1实施方式不同的结构进行说明，对第1实施方式的共通结构标注相同标号并省略说明。

如图7所示，本实施方式的光纤扫描器30与第1实施方式的第1变形例类似，在设置在保持部件4上的凹部4a内插入压电元件3A、3B、3C、3D的基端侧部分。在图7中，为了与第1实施方式的光纤扫描器10进行比较，在上段图示了与图1A所示的光纤扫描器10相同的光纤扫描器，在下段图示了本实施方式的光纤扫描器30。

在光纤扫描器30中，压电元件3A、3B、3C、3D的位置向基端侧偏移与凹部4a的深度J相同的距离J。并且，振动传递部件2的长度也缩短长度J，收容孔6的底面的位置也向基端侧偏移距离J。这里，前端振动部1b的长度F与第1实施方式相同，光纤1的前端1a也向基端侧移动距离J。

本实施方式的光纤扫描器30的作用与第1实施方式相同，所以省略说明。

根据本实施方式的光纤扫描器30，通过在保持部件4上设置凹部4a，能够维持压电元件3A、3B、3C、3D和前端振动部1b的尺寸并使这些压电元件3A、3B、3C、3D和前端振动部1b的位置向基端侧偏移，能够进一步缩短配置在前端硬质部16上的部分。由此，与第1实施方式的光纤扫描器10相比，具有能够实现前端硬质部16更短的照明装置或观察装置这样的优点。

标号说明

1：光纤；1a：前端；1b：前端振动部；2：振动传递部件；3A、3B、3C、3D：压电元件；4：保持部件；4a：凹部；5：嵌合孔(贯通孔)；6：收容孔(贯通孔)；7、8：引线；9：GND引线；10、20、30：光纤扫描器；11：照明透镜；12：外筒；13：检测用光纤；14：光源；15：光检测器(光检测部)；16：前端硬质部；100：观察装置；L：照明光；L’：返回光；X：被检体。

Claims (8)

1.一种光纤扫描器，其具有：

细长的光纤，其能够对光进行引导并从前端射出；

柱状的振动传递部件，其具有贯通孔，该贯通孔形成在所述振动传递部件的长度方向上，供所述光纤贯通；以及

压电元件，其设置在该振动传递部件的外周面上，通过施加交变电压而在所述光纤的长度方向上进行伸缩振动，由此使所述振动传递部件产生与所述长度方向交叉的方向的屈曲振动，

所述贯通孔由嵌合孔和收容孔构成，该嵌合孔从所述振动传递部件的基端面一直形成到长度方向的中途位置，与所述光纤的外周面嵌合，该收容孔从所述振动传递部件的所述中途位置一直形成到前端面，具有比所述光纤的外径大的内径，以与所述光纤的外周面之间隔开间隔的方式收容该光纤的前端部分。

2.根据权利要求1所述的光纤扫描器，其中，

所述压电元件被设置成在所述长度方向上跨越所述中途位置。

3.根据权利要求1或2所述的光纤扫描器，其中，

所述压电元件被设置在包含所述振动传递部件的前端或该前端的附近的位置。

4.根据权利要求1～3中的任意一项所述的光纤扫描器，其中，

所述收容孔为圆筒状，具有比所述光纤的前端在所述交叉方向上的最大振幅大的直径，并且具有与所述光纤的从所述嵌合孔向前端侧突出的部分的长度相同或其以下的深度。

5.根据权利要求1～3中的任意一项所述的光纤扫描器，其中，

所述收容孔为内径从基端侧朝向前端侧逐渐增大的锥台状。

6.根据权利要求1～5中的任意一项所述的光纤扫描器，其中，

所述光纤扫描器具有筒状的保持部件，该保持部件保持所述振动传递部件的基端部分的外周面，

该保持部件具有凹部，该凹部设置在前端侧的端面上，在该凹部与所述振动传递部件的外周面之间形成宽度比所述压电元件在所述光纤的径向上的尺寸大的间隙，

所述压电元件的基端部分配置在所述凹部内。

7.一种照明装置，其具有：

权利要求1～6中的任意一项所述的光纤扫描器；

光源，其配置在该光纤扫描器的基端侧，对所述光纤供给照明光；

照明透镜，其配置在所述光纤扫描器的前端侧，将从所述光纤的前端射出的光会聚在被检体上；以及

细长的外筒，其收容所述光纤扫描器和所述照明透镜。

8.一种观察装置，其具有：

权利要求7所述的照明装置；以及

光检测部，其检测通过由该照明装置对被检体照射光而从所述被检体返回的返回光。