CN106164742B - 扫描器单元、光纤扫描器、照明装置以及观察装置 - Google Patents

Abstract

扫描器单元(10)具有：筒状的弹性部(2)，其在设定于外侧面的规定的粘贴区域(R)的外侧设置有标记(6、7)；以及压电元件(1)，其粘贴于粘贴区域(R)，该压电元件(1)具有：压电体(3)，其具有彼此对置的两个电极面(3a、3b)；以及彼此不同的标记(4、5)，它们分别设置于电极面(3a、3b)上，设置于一方的电极面(3a)的标记(4)具有如下的形状：当压电体(3)粘贴于粘贴区域(R)以使得另一方的电极面(3b)与外侧面接触时，与设置于该粘贴区域(R)的外侧的标记(6)相吻合。

Description

扫描器单元、光纤扫描器、照明装置以及观察装置

技术领域

本发明涉及扫描器单元、光纤扫描器、照明装置以及观察装置。

背景技术

以往，公知有一种具有将光纤保持成悬臂梁状的方筒状的弹性部、以及设置于该弹性部的四个外侧面的致动器的光纤扫描器(例如参照专利文献1)。致动器由沿厚度方向被实施了极化处理的板状的压电元件构成，压电元件的正面为“正”极，背面为“负”极。当经由正面和背面向压电元件施加厚度方向上的交变电压时，通过压电元件向光纤的长度方向进行伸缩振动而在弹性部和光纤上激励弯曲振动。由此，能够使光纤的作为自由端的前端沿规定的轨迹振动，并扫描从该前端射出的光。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2013-244045号公报

发明内容

发明要解决的课题

然而，在专利文献1的光纤扫描器中，从外观上无法区分压电元件的正面与背面。因此，在组装光纤扫描器时，有可能会弄错正反的朝向而将压电元件粘贴于弹性部的外侧面上而导致无法使弹性部和光纤弯曲振动。并且，因在弹性部的外侧面上的压电元件的粘贴位置产生偏差而具有在光纤上激励的振动状态按照光纤扫描器而不同、在光的扫描性能上产生个体差异的问题。

本发明就是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种能够制造性能始终稳定的光纤扫描器的扫描器单元、光纤扫描器、照明装置以及观察装置。

用于解决课题的手段

为了实现上述目的，本发明提供以下的手段。

本发明的第一方式是一种扫描器单元，其中，该扫描器单元具有：筒状的弹性部，其在外侧面设定有规定的粘贴区域并且在该规定的粘贴区域的外侧设置有第一标记；以及压电元件，其粘贴于该弹性部的所述规定的粘贴区域，在所述弹性部上激励出与长度方向交叉的方向的弯曲振动，该压电元件具有：压电体，其具有彼此对置的两个电极面，沿该两个电极面的对置方向极化；以及彼此不同的第二标记，它们分别设置于该压电体的所述两个电极面上，设置于所述两个电极面中的一方的第二标记具有如下的形状：当所述压电体粘贴于所述外侧面的规定的粘贴区域以使得所述两个电极面中的另一方与所述外侧面接触时，与设置于该粘贴区域的外侧的第一标记相吻合。

根据本发明的第一方式，当向压电体的电极面间施加交变电压时，通过压电体向与极化方向交叉的方向(即弹性部的长度方向)进行伸缩振动从而在弹性部上激励出弯曲振动。通过将该弯曲振动传递给插入于弹性部的内部的光纤而能够使光纤的前端振动，并扫描从该前端射出的光。

在这种情况下，因为在两个电极面上设置有彼此不同的第二标记，因此能够识别各电极面的极性，并以适当的朝向将压电体粘贴于弹性部的外侧面上。

并且，当将压电体粘贴于该外侧面以使得一方的电极面与弹性部的外侧面接触时，按照使设置于配置于外侧的另一方的电极面的第二标记与设置于外侧面的第一标记相吻合的方式对压电体进行定位，从而使压电体准确地对准外侧面的规定的粘贴区域。由此，由于压电体的驱动而在弹性部和光纤上激励出的弯曲振动不产生个体差异而是恒定的，因此能够制造出性能始终稳定的光纤扫描器。

在上述第一方式中，设置于所述两个电极面的第二标记也可以具有彼此不同的颜色和/或形状。

这样，能够根据第二标记的颜色和/或形状而容易识别压电体的各电极面的极性。

在上述第一方式中，所述第二标记也可以由沿彼此交叉的方向延伸的两条直线构成。例如可以是，所述两个电极面是长方形，所述两条直线分别与所述电极面的长度方向和宽度方向平行。或者也可以是，所述两个电极面是长方形，所述两条直线是对所述电极面的角彼此进行连结的对角线。

这样，虽然是简单形状的第二标记，但是能够提高两个轴方向上的压电体的对准精度。

在上述第一方式中，优选所述两条直线的末端分别与所述电极面的边接触。

这样，能够进一步提高压电体的第二标记相对于弹性部的第一标记的对准精度。

本发明的第二方式是一种光纤扫描器，该光纤扫描器具有上述的扫描器单元、以及沿长度方向插入于所述弹性部的内部的光纤。

本发明的第三方式是一种照明装置，该照明装置具有：上述的光纤扫描器；光源，其配置于该光纤扫描器的基端侧，向所述光纤提供照明光；照明透镜，其配置于所述光纤扫描器的前端侧，使从所述光纤的前端射出的光聚光到被摄体上；以及细长的外筒，其收纳所述光纤扫描器和所述照明透镜。

本发明的第四方式是一种观察装置，该观察装置具有：上述的照明装置；以及光检测部，其通过由该照明装置将光照射到被摄体上来检测从所述被摄体返回的返回光。

发明效果

根据本发明实现能够制造性能始终稳定的光纤扫描器的效果。

附图说明

图1A是本发明的一个实施方式的扫描器单元的立体图。

图1B是图1A的扫描器单元的沿长度方向观察的主视图。

图2是图1A的扫描器单元的分解立体图。

图3是示出本发明的一个实施方式的观察装置的整体结构的图。

图4是示出标记的变形例的压电元件的俯视图。

图5是示出标记的另一个变形例的压电元件的俯视图。

图6是示出标记的另一个变形例的压电元件的俯视图。

图7是示出标记的另一个变形例的压电元件的俯视图。

图8是示出标记的另一个变形例的压电元件的俯视图。

图9是说明设置于压电元件的标记与设置于弹性部的标记的组合的图表。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的一个实施方式的压电元件1和具有该压电元件1的扫描器单元10进行说明。

如图1A和图1B所示，本实施方式的扫描器单元10具有压电元件1、以及供该压电元件1粘贴的弹性部2。

压电元件1具有由矩形的板状部件构成的压电体3、以及设置于该压电体3的外表面上的标记(第二标记)4、5。

压电体3由锆钛酸铅(PZT)等压电陶瓷材料形成。压电体3具有彼此垂直的长度方向L、宽度方向W以及厚度方向T。压电体3具有在厚度方向T上对置的正面3a和背面3b。压电体3通过被实施极化处理以使得正面(电极面)3a为“正”极、背面(电极面)3b为“负”极，从而如箭头P所示那样，沿厚度方向T进行极化。

在正面3a上设置有具有第一颜色的标记4，该标记4由与长度方向L平行的直线(下面称作纵线)4a和与宽度方向W平行的直线(下面称作横线)4b构成。纵线4a对正面3a的在长度方向L上对置的两条边彼此进行连接。横线4b对正面3a的在宽度方向W上对置的两条边彼此进行连接。

在背面3b上设置有具有不同于第一颜色的第二颜色的标记5，该标记5由与长度方向L平行的直线(下面称作纵线)5a和与宽度方向W平行的直线(下面称作横线)5b构成。纵线5a对背面3b的在长度方向L上对置的两条边彼此进行连接。横线5b对背面3b的在宽度方向W上对置的两条边彼此进行连接。

弹性部2是由具有导电性和弹性的金属(例如镍或铜等)构成的方筒状的部件。弹性部2具有彼此正交的长度方向L’、宽度方向W’以及高度方向H’。弹性部2具有贯穿孔2a，该贯穿孔2a从前端面到基端面沿长度方向L’的中心轴形成，供光纤插入。

在弹性部2所具有的四个外侧面上设置有标记(第一标记)6和标记(第一标记)7，该标记(第一标记)6由与长度方向L’平行的直线(下面称作纵线。)6a和与宽度方向W’平行的直线(下面称作横线。)6b构成，该标记(第一标记)7由与长度方向L’平行的直线(下面称作纵线。)7a和与高度方向H’平行的直线(下面称作横线。)7b构成。纵线6a、7a对外侧面的在长度方向L’上对置的两条边彼此进行连接。横线6b对在宽度方向W’上对置的两条边彼此进行连接，横线7b对在高度方向H’上对置的两条边彼此进行连接。

在彼此对置的两个外侧面中的一方上设置有与正面3a的标记4相同的第一颜色的标记6，在另一方上设置有与背面3b的标记5相同的第二颜色的标记7。同样，在剩余的两个外侧面中的一方上设置有与正面3a的标记4相同的第一颜色的标记6，在另一方上设置有与背面3b的标记5相同的第二颜色的标记7。

如图2所示，压电元件1粘贴于设定在弹性部2的各外侧面上的规定的粘贴区域R。所谓规定的粘贴区域R是当像后述那样向粘贴于该规定的粘贴区域R的压电元件1施加交变电压时，通过压电元件1的长度方向L的伸缩振动而能够在弹性部2上激励弯曲振动的区域。

这里，压电元件1粘贴于弹性部2的各外侧面上以使得当从其正面观察各外侧面时，该外侧面上的标记6、7的颜色与该外侧面上的压电元件1的标记4、5的颜色相同。并且，各标记4、5、6、7的位置被设计成：当从其正面观察各外侧面时，纵线4a、6a彼此以及横线4b、6b彼此为一条直线，或者纵线5a、7a彼此以及横线5b、7b彼此为一条直线。

接下来，对这样构成的扫描器单元10的组装方法进行说明。

要想组装本实施方式的扫描器单元10，在弹性部2的四个外侧面中的彼此对置的两个外侧面上使用导电性粘合剂各粘贴一张压电元件1。

具体来说，对设置有第一颜色的标记6的一方的外侧面粘贴压电元件1以使得设置有第二颜色的标记5的背面3b与该外侧面接触。这时，调整压电元件1的相对于该外侧面的长度方向L’和宽度方向W’的位置与角度以使得纵线4a、6a彼此以及横线4b、6b彼此为一条直线。

并且，对设置有第二颜色的标记7的另一方的外侧面粘贴压电元件1以使得设置有第一颜色的标记4的正面3a与该外侧面接触。这时，调整压电元件1的相对于该外侧面的长度方向L’和高度方向H’的位置与角度以使得纵线5a、7a彼此以及横线5b、7b彼此为一条直线。

如图1B所示，通过以上的步骤，以使设置于弹性部2的彼此对置的外侧面上的压电元件1的极化方向P相同的方式将压电元件1粘贴于弹性部2上。

通过以同样的要领在弹性部2的剩余的两个外侧面上也各粘贴一张压电元件1，从而能够完成扫描器单元10。

这样，根据本实施方式，根据设置于压电元件1的各面3a、3b的标记4、5的颜色和设置于弹性部2的各外侧面上的标记6、7的颜色而能够不弄错正反地将压电元件1粘贴于各外侧面上。并且，根据设置于压电元件1的各面3a、3b的纵线4a、5a和横线4b、5b以及设置于弹性部2的各外侧面上的纵线6a、7a和横线6b、7b而在规定的粘贴区域R中唯一确定外侧面上的压电元件1的位置，并能够准确地将压电元件1对准粘贴区域R进行粘贴。由此，由于不产生组装误差就能够组装扫描器单元10，因此具有能够获得始终具有恒定的弹性部2的振动性能的扫描器单元10的优点。

接下来，对本发明的一个实施方式的光纤扫描器20、照明装置30以及观察装置40进行说明。在下面的说明中，将弹性部2的高度方向H’定义为X方向、将宽度方向W’定义为Y方向、将长度方向L’定义为Z方向。

如图3所示，本实施方式的观察装置40具有将照明光L照射到被摄体X的表面上的照明装置30、用于检测来自被摄体X的照明光L的返回光L’的检测用光纤31以及光检测器(光检测部)32。

照明装置30具有光纤扫描器20、配置于该光纤扫描器20的前端侧的照明透镜21、收纳光纤扫描器20和照明透镜21的细长的圆筒状的外筒22、以及光源23。

光纤扫描器20具有扫描器单元10、光纤11以及固定部12。

光纤11是由玻璃材料构成的细长的圆棒状。光纤11使其前端部分突出而插入于弹性部2的贯穿孔2a内，贯穿孔2a的内周面与光纤11的外侧面彼此固定。下面将光纤11的从弹性部2向前端侧突出的部分称作光扫描部11a。

固定部12是由不锈钢等金属材料形成的圆筒状的部件。固定部12的内周面固定于弹性部2的基端部分的外侧面上。固定部12的外侧面固定于外筒22的内周面上。

A相用的引线13A通过焊料或者导电性粘合剂接合于在X方向上彼此对置的两个压电元件1上。B相用的引线13B通过焊料或者导电性粘合剂接合于在Y方向上彼此对置的剩余的两个压电元件1上。GND(接地)引线14通过焊料或者导电性粘合剂接合于固定部12上，固定部12作为四张压电元件1的共用的GND发挥作用。

照明透镜21被配置成其后侧焦点位置与光纤11的前端11b大致一致，该照明透镜21使从光纤11的前端11b射出的照明光L聚光到被摄体X上。

光源23在外筒22的基端侧与光纤11的基端连接，该光源23向光纤11的基端提供照明光L。

检测用光纤31在外筒22内设置有多个，多个检测用光纤31在光纤扫描器20的外侧沿周向排列。检测用光纤31的前端面配置于外筒22的前端面上。

光检测器32配置于外筒22的基端侧，与检测用光纤31的基端连接。

接下来，对这样构成的光纤扫描器20、照明装置30以及观察装置40的作用进行说明。

要想使用本实施方式的观察装置40观察被摄体X，从光源23向光纤11提供照明光L，并且通过经由引线13A、13B向压电元件1施加交变电压来使光纤11的前端11b振动。

具体来说，将具有与光扫描部11a的弯曲共振振动频率对应的频率的A相的交变电压经由引线13A施加给压电元件1。由此，压电元件1在与极化方向P垂直的Z方向上进行伸缩振动。这时，通过使两张压电元件1中的一方在Z方向上收缩而另一方在Z方向上伸长，在弹性部2上激励出X方向的弯曲振动。并且，通过将弹性部2的弯曲振动传递给光纤11，光扫描部11a在X方向上进行弯曲振动，从前端11b射出的光沿X方向直线扫描。

同样地，将具有与光扫描部11a的弯曲共振振动频率对应的频率的B相的交变电压经由引线13B施加给压电元件1。由此，压电元件1在与极化方向P垂直的Z方向上进行伸缩振动。这时，通过使两张压电元件1中的一方在Z方向上收缩而另一方在Z方向上伸长，在弹性部2上激励出Y方向的弯曲振动。并且，通过将弹性部2的弯曲振动传递给光纤11，光扫描部11a在Y方向上进行弯曲振动，从前端11b射出的光沿X方向直线扫描。

这里，使A相的交变电压的相位与B相的交变电压的相位彼此错开π/2并且使A相的交变电压和B相的交变电压的振幅呈正弦波状变化，从而光纤11的前端11b沿螺旋状的轨迹振动，照明光L在被摄体X上沿螺旋状的轨迹二维扫描。来自被摄体X的照明光L的返回光L’被多条检测用光纤31接收，其强度由光检测器32检测。通过光检测器32与照明光L的扫描周期同步检测返回光L’，并将所检测的返回光L’的强度与照明光L的扫描位置对应，从而观察装置40生成被摄体X的图像。

在这种情况下，根据本实施方式，由于具有扫描器单元10，该扫描器单元10具有恒定的弹性部2的振动性能，因此被弹性部2的弯曲振动激励的光扫描部11a的弯曲共振振动也恒定，在照明光L的扫描性能上不会按照光纤扫描器20而产生差异。由此，具有能够制造具有相同扫描性能的光纤扫描器20、照明装置30以及观察装置40的优点。

在本实施方式中，压电元件1的正面3a的标记4与背面3b的标记5具有彼此相同的形状并且具有彼此不同的颜色，但也可以取而代之，正面3a的标记4与背面3b的标记5具有彼此不同的形状。在这种情况下，双方的标记4、5的颜色既可以彼此相同，也可以彼此不同。这样，能够根据标记4、5的形状来识别压电元件1的各面3a、3b的极性。

图4至图8示出标记4、5的形状的变形例。如图4所示，标记4、5也可以由连结各面3a、3b的角彼此的两条对角线构成。并且，如图5和图6所示，各标记4、5的两条线也可以在中间部分被切除而不连续。并且，优选各标记4、5的两条线的各个末端分别与正面3a或背面3b的四条边接触，但也可以如图7和图8所示那样，各线的末端位于远离边的位置。

也根据压电元件1的标记4、5的形状适当变更弹性部2的标记6、7的形状。图9示出压电元件1的标记4、5与弹性部2的标记6、7的组合的例子。在图9中，设置有圆圈的组合表示能够使用的组合。弹性部2的标记6、7也能够进行与图4至图8所示的压电元件1的标记4、5同样的变形。这样，压电元件1的标记4、5与弹性部2的标记6、7只要在压电元件1配置于弹性部2的外侧面的规定的粘贴区域R时彼此具有相吻合的形状即可，优选具有至少向两个方向彼此连续的形状。

标号说明

1：压电元件；2：弹性部；2a：贯穿孔；3：压电体；3a：正面(电极面)；3b：背面(电极面)；4、5：标记(第二标记)；4a、5a：纵线；4b、5b：横线；6、7：标记(第一标记)；10：扫描器单元；11：光纤；11a：光扫描部；12：固定部；13A、13B：引线；14：GND引线；20：光纤扫描器；21：照明透镜；22：外筒；23：光源；30：照明装置；31：检测用光纤；32：光检测器；40：观察装置；L：照明光；L’：返回光；X：被摄体。

Claims (10)

1.一种扫描器单元，其中，该扫描器单元具有：

筒状的弹性部，其在外侧面设定有规定的粘贴区域并且在该规定的粘贴区域的外侧设置有第一标记；以及

压电元件，其粘贴于该弹性部的所述规定的粘贴区域，在所述弹性部上激励出与长度方向交叉的方向的弯曲振动，

该压电元件具有：

压电体，其具有彼此对置的两个电极面，沿该两个电极面的对置方向极化；以及

彼此不同的第二标记，它们分别设置于该压电体的所述两个电极面上，

设置于所述两个电极面中的一方的第二标记具有如下的形状：当所述压电体粘贴于所述外侧面的规定的粘贴区域以使得所述两个电极面中的另一方与所述外侧面接触时，与设置于该粘贴区域的外侧的第一标记相吻合。

2.根据权利要求1所述的扫描器单元，其中，

设置于所述两个电极面的第二标记具有彼此不同的颜色。

3.根据权利要求1或2所述的扫描器单元，其中，

设置于所述两个电极面的第二标记具有彼此不同的形状。

4.根据权利要求1所述的扫描器单元，其中，

所述第二标记由沿彼此交叉的方向延伸的两条直线构成。

5.根据权利要求4所述的扫描器单元，其中，

所述两个电极面是长方形，

所述两条直线分别与所述电极面的长度方向和宽度方向平行。

6.根据权利要求4所述的扫描器单元，其中，

所述两个电极面是长方形，

所述两条直线是对所述电极面的角彼此进行连结的对角线。

7.根据权利要求4至6中的任意一项所述的扫描器单元，其中，

所述两条直线的末端分别与所述电极面的边接触。

8.一种光纤扫描器，其中，该光纤扫描器具有：

权利要求1至7中的任意一项所述的扫描器单元；以及

光纤，其沿长度方向插入于所述弹性部的内部。

9.一种照明装置，其中，该照明装置具有：

权利要求8所述的光纤扫描器；

光源，其配置于该光纤扫描器的基端侧，向所述光纤提供照明光；

照明透镜，其配置于所述光纤扫描器的前端侧，使从所述光纤的前端射出的光聚光到被摄体上；以及

细长的外筒，其收纳所述光纤扫描器和所述照明透镜。

10.一种观察装置，其中，该观察装置具有：

权利要求9所述的照明装置；以及

光检测部，其通过由该照明装置将光照射到被摄体上来检测从所述被摄体返回的返回光。