CN107072465A - 光纤扫描器、照明装置以及观察装置 - Google Patents

光纤扫描器、照明装置以及观察装置 Download PDF

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CN107072465A CN201480082994.4A CN201480082994A CN107072465A CN 107072465 A CN107072465 A CN 107072465A CN 201480082994 A CN201480082994 A CN 201480082994A CN 107072465 A CN107072465 A CN 107072465A
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葛西靖明
鹤田博士
横田博
横田博一
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Abstract

能够容易且高精度进行光纤相对于照明光学系统的定心的组装调整。提供光纤扫描器(10)，其具有：照明光用光纤(11)；由弹性材料构成的环状弹性体(21)，其具有嵌合孔(21a)，该嵌合孔(21a)嵌合在照明用光纤(11)的比前端靠基端侧的位置处；以及多个压电元件(23)，它们固定在环状弹性体(21)上，在照明用光纤(11)的径向上被极化，通过在极化方向上施加交变电压而使照明用光纤(11)振动，环状弹性体(21)具有：振动传递部(27)，其在侧面上粘贴有多个压电元件(23)，将这些压电元件(23)的振动传递给照明用光纤(11)；以及光纤支承部(29)，其与振动传递部(27)一体成型，能够在比振动传递部(27)上的压电元件(23)靠基端侧的隔开间隔的位置处将照明光用光纤(11)支承为悬臂状。

Description

光纤扫描器、照明装置以及观察装置
技术领域
本发明涉及光纤扫描器、照明装置以及观察装置。
背景技术
以往，公知有如下的光纤扫描器：一边使用压电元件来使光纤的前端高速振动一边射出照明光，从而使照明光在被检体上进行扫描(例如，参照专利文献1)。专利文献1所记载的光纤扫描器具有如下构造：通过粘贴有多个压电元件的大致棱柱部件的弹性部来支承光纤，该弹性部被组装在圆环状的支承部上而保持在内窥镜框体上。
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，关于专利文献1所记载的光纤扫描器，有时由于弹性部和支承部的加工精度的偏差等的影响，在对弹性部和支承部进行组装时会产生松动。因此，存在如下的不良情况：当在框体上固定有支承部时，光纤的中心轴与向被检体照射从光纤射出的光的照明光学系统的中心轴错开，在定心的组装调整上费事。
本发明是鉴于上述的情况而完成的，其目的在于提供能够容易且高精度地进行光纤相对于照明光学系统的定心的组装调整的光纤扫描器、照明装置以及观察装置。
用于解决课题的手段
为了达成上述目的，本发明提供如下手段。
本发明的第1方式是一种光纤扫描器，其具有：光纤，其对光进行引导而从前端射出；由弹性材料构成的环状弹性体，其具有嵌合孔，该嵌合孔嵌合在该光纤的比所述前端靠基端侧的位置处；以及多个压电元件，它们固定在该环状弹性体上，在所述光纤的径向上被极化，通过在该极化方向上施加交变电压而使所述光纤振动，所述环状弹性体具有：振动传递部，其在侧面上粘贴有所述多个压电元件，将这些压电元件的振动传递给所述光纤；以及光纤支承部，其与该振动传递部一体成型，能够在比该振动传递部上的所述压电元件靠基端侧的隔开间隔的位置处将所述光纤支承为悬臂状。
根据本方式，当对压电元件在其极化方向上施加交变电压时，通过使压电元件在与极化方向垂直的方向即光纤的长度方向上伸缩而产生振动，压电元件的振动经由环状弹性体的振动传递部而传递给光纤。另外，通过环状弹性体的光纤支承部将光纤支承为悬臂状，从而抑制了在压电元件上产生的振动波及到光纤的基端侧。由此，能够使光纤的前端稳定地进行振动，从光纤的前端射出的光根据光纤的振动而高精度地进行扫描。
在这种情况下，通过使用由振动传递部和光纤支承部一体成型的环状弹性体，能够抑制由于该振动传递部和光纤支承部的加工精度的偏差等影响而产生的组装偏差。因此，容易使光纤的中心轴与向被检体照射从光纤射出的光的照射光学系统的中心轴一致，能够使光纤与照明光学系统的定心的组装调整变得容易从而提高成品率。
在上述方式中，在所述光纤支承部的外侧表面上也可以具有槽部，该槽部能够对与所述压电元件连接的配线进行收纳。
通过这样构成，能够将与压电元件连接的配线收纳在光纤支承部的槽部中并通过粘接剂等进行固定，对配线进行稳定地配置。另外，优选槽部沿着光纤支承部的嵌合在光纤上的嵌合孔形成。由此，能够使配线与压电元件连接而不会使配线无端地变长。另外，优选槽部的深度为将配线几乎完全地收纳并且在通过粘接剂将所收纳的配线固定的情况下粘接剂不会溢出。由此，能够使光纤支承部容易嵌合在外筒中。
在上述方式中，所述光纤支承部也可以具有贯通孔，该贯通孔能够供与所述压电元件连接的配线插入。
通过这样构成，能够使配线穿过光纤支承部的贯通孔而与压电元件连接，并且通过粘接剂等将配线固定在贯通孔中，对配线进行稳定地配置。另外，使粘接剂不容易溢出到光纤支承部的外部，能够将光纤支承部高精度地嵌合在外筒中。另外，优选贯通孔沿着光纤支承部的嵌合在光纤上的嵌合孔形成。由此，能够使配线与压电元件连接而不会使配线无端地变长。
本发明的第2方式是一种照明装置，其具有：上述任意的光纤扫描器；光源，其产生由所述光纤进行引导的所述光；聚光透镜，其对从所述光纤射出的光进行会聚；以及外筒，其对该聚光透镜和所述光纤扫描器进行收纳，对所述光纤支承部进行保持。
根据本方式，能够容易且高精度地对光纤和聚光透镜进行定心从而提高照明装置的性能。因此，能够使从光源发出的光高精度地进行扫描，通过聚光透镜照射到被检体的希望的位置处。
本发明的第3方式是一种观察装置，其具有：上述的照明装置；以及光检测部，其对因该照明装置向被检体照射光而从该被检体返回的返回光进行检测。
根据本方式，利用光检测部对因照明装置使光在被检体的希望的位置处高精度地扫描而从被检体返回的返回光进行检测。因此，能够根据被检体的希望的观察范围的图像信息来实现更加准确的观察，其中，该图像信息是根据光检测部所检测出的返回光的强度信号而获得的。
发明效果
根据本发明，起到了如下效果：能够容易且高精度地进行光纤相对于照明光学系统的定心的组装调整。
附图说明
图1是示出本发明的一个实施方式的内窥镜装置的整体结构图。
图2是示出图1的光纤扫描器的概略结构图。
图3是将图2的环状弹性体中的振动传递部在照明用光纤的径向上切断后的剖视图。
图4是将图2的环状弹性体中的光纤支承部在径向上切断后的剖视图。
图5是示出本发明的一个实施方式的第1变形例的光纤扫描器的整体结构图。
图6是将图5的环状弹性体中的振动传递部在径向上切断后的剖视图。
图7是将图5的环状弹性体中的光纤支承部在径向上切断后的剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的一个实施方式的光纤扫描器、照明装置以及观察装置进行说明。
如图1所示，本实施方式的内窥镜装置(观察装置)100具有：光源1，其产生照明光；照明装置3，其向被摄体(省略图示)照射照明光；光电二极管那样的光检测器(光检测部)5，其对因被照射照明光而从被摄体返回的反射光或荧光等返回光进行检测；以及控制装置7，其进行该照明装置3和光检测器5的控制等。
照明装置3具有：光纤扫描器10，其具有对从光源1发出的照明光进行引导而使该照明光从前端射出的照明用光纤11；聚光透镜13，其对从照明用光纤11射出的照明光进行会聚；细长的筒状的外筒15，其对该光纤扫描器10和聚光透镜13进行收纳；以及多个检测用光纤17，它们配置在外筒15的外周面上，将来自被摄体的返回光引导至光检测器5。
光源1和光检测器5配置在光纤扫描器10的基端侧。
控制装置7具有：CPU(省略图示)，其对照明装置3和光检测器5进行控制；程序，其使该CPU工作；以及存储器，其对输入给CPU的各种信号等进行存储。
如图2所示，光纤扫描器10具有：多模光纤或单模光纤那样的照明用光纤(光纤)11；由弹性材料构成的环状弹性体21，其嵌合在照明用光纤11的比前端靠基端侧的位置；4个压电元件23，它们固定在环状弹性体21上；以及驱动用的引线(GND)25G和4根引线25A、25B。
如图1和图2所示，照明用光纤11由细长的玻璃材料构成，沿着外筒15的长度方向配置。另外，照明用光纤11的一端一直延伸到外筒15的基端侧的外部而与光源1连接，另一端配置在外筒15的内部的前端部附近。
环状弹性体21构成为细长的筒形的振动传递部27和直径尺寸比振动传递部27大的环状的光纤支承部29通过镍材料而一体成型。该环状弹性体21被配置成使振动传递部27侧朝向照明用光纤11的前端侧。
如图3和图4所示，该振动传递部27和光纤支承部29具有供照明用光纤11插入的嵌合孔21a。在嵌合孔21a中，通过涂布在照明用光纤11的外周面上的导电性的环氧类粘接剂对所嵌合的照明用光纤11进行粘接。
如图3所示，振动传递部27具有大致四棱柱状的外形，在4个侧面的每个侧面上分别粘贴有压电元件23。该振动传递部27将在各压电元件23上产生的振动传递给照明用光纤11。
光纤支承部29具有圆环状的外形，其外周面通过导电性的环氧类粘接剂而粘接在外筒15的内壁上。该光纤支承部29在比振动传递部27上的压电元件23靠基端侧的隔开间隔的位置处将照明用光纤11支承为悬臂状。由此，光纤支承部29抑制了在照明用光纤11的该位置处产生的径向的振动。另外，即使振动从压电元件23波及到照明用光纤11的基端侧，也抑制了该振动因受到某种影响而使形状发生变化而返回来的情况。因此，能够通过光纤支承部29来防止压电元件23的振动形状和照明用光纤11的振动变得不稳定。
另外，光纤支承部29与4个压电元件23的背面的电极电接合，能够作为在驱动压电元件23时的共用GND来发挥作用。该光纤支承部29与引线25G接合。另外，如图3和图4所示，在光纤支承部29的外周面上具有5个在径向上凹陷的槽部29a，该槽部29a能够对引线25G和4根引线25A、25B进行收纳。
这些槽部29a在光纤支承部29的外周面上沿着周向隔开间隔地配置，分别形成为与中心轴平行。因此，能够使收纳的引线25A、25B与压电元件23连接而不使引线25A、25B无端地变长。另外，各槽部29a具有将引线25A、25B、25G几乎完全地收纳且不使环氧类粘接剂(在图3和图4中为标号S)和导电性的环氧类粘接剂(在图4中为标号S′)溢出的深度，其中，该环氧类粘接剂(在图3和图4中为标号S)将引线25A、25B固定在各槽部29a内，该导电性的环氧类粘接剂(在图4中为标号S′)将引线25G固定在槽部29a内。由此，能够使光纤支承部29高精度地嵌合在外筒15中。
对于这种形状的环状弹性体21，例如只要通过电火花线切割加工在外形尺寸与光纤支承部29相同且形成有嵌合孔21a的管材上形成振动传递部27和光纤支承部29即可。同样地，对于光纤支承部29，只要通过电火花线切割加工形成槽部29a即可。作为环状弹性体21的材料，虽然例示了镍材料，但只要是能够将振动传播给照明用光纤11且能够作为电方面共用的GND而发挥功能的材料即可。
压电元件23例如由锆钛酸铅(PZT)等压电陶瓷材料构成，形成为细长的板状。另外，压电元件23在正面被实施了“+”的电极处理并且在背面被实施了“﹣”的电极处理，在从+极朝向﹣极的方向即板厚度方向上被极化。
如图2所示，这4个压电元件23在环状弹性体21的振动传递部27的各侧面上分别配置在照明用光纤11的长度方向上的同一位置处。光纤支承部29与压电元件23之间的间隙优选分开到至少不妨碍压电元件23在与极化方向交叉的方向上伸缩的程度。由此，光纤支承部29不会妨碍压电元件23在照明用光纤11的长度方向上的伸缩。
另外，如在图3中将极化的朝向以箭头示出的那样，在照明用光纤11的径向上对置的每一对压电元件23彼此的极化的朝向被分别配置成朝向同一方向。另外，通过导电性的环氧类粘接剂将构成A相的引线25A与一对压电元件23的电极面接合，将构成B相的引线25B与另一对压电元件23的电极面接合。
当通过引线25A、25B在极化方向上对这些压电元件23施加交变电压时，会产生在与极化方向垂直的方向上伸缩的振动(横效果)。另外，在一对压电元件23中，以一个压电元件23缩短的同时另一个压电元件23伸长的方式进行伸缩。由此，每一对压电元件23将其振动经由振动传递部27而传递给照明用光纤11，能够使照明用光纤11的前端在与长度方向交叉的方向上振动。
如图4所示，引线25G被收纳在光纤支承部29的槽部29a中，其一端通过导电性的环氧类粘接剂S′而与槽部29a接合。另外，与压电元件23连接的引线25A、25B被收纳在光纤支承部29的槽部29a中，通过环氧类粘接剂S而固定在槽部29a中。
如图1所示，检测用光纤17由细长的玻璃材料构成，在外筒15的外周面上沿着长度方向配置。这些检测用光纤17在外筒15的周向上互相隔开间隔地配置。另外，检测用光纤17的一端配置在外筒15的前端，另一端与光检测器5连接。
控制装置7除了能够进行照明装置3和光检测器5的控制之外，还能够使由光检测器5检测出的返回光的强度信号和与光纤扫描器10所进行的照明光的扫描的扫描位置相关的信息(扫描位置信息)相对应而生成图像信息。
对这样构成的光纤扫描器10、照明装置3以及内窥镜装置100的作用进行说明。
要想使用本实施方式的光纤扫描器10、照明装置3以及内窥镜装置100对被摄体进行观察，首先将外筒15的前端配置为朝向被摄体，从光源1产生照明光。从光源1发出的照明光被照明用光纤11引导而从前端射出，通过聚光透镜13照射到被摄体上。
当因被照射照明光而在被摄体上产生反射光或荧光等返回光时，该返回光被检测用光纤17引导而通过光检测器5进行检测。并且，通过控制装置7使从光检测器5输出的返回光的强度信号和光纤扫描器10的扫描位置信息相对应而转换成图像信息。由此，能够生成被照射了照明光的被摄体的图像。
接着，对光纤扫描器10所进行的照明光的扫描进行说明。
要想通过光纤扫描器10使照明光进行扫描，首先，激发出照明用光纤11的弯曲谐振频率，其中，该照明用光纤11的弯曲谐振频率以环状弹性体21的光纤支承部29的轴向的中央附近为波节并且以照明用光纤11的前端部为波腹。
当对一对压电元件23(以下，设为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，在这些A相的压电元件23上产生振动。并且，在A相的压电元件23上产生的振动经由环状弹性体21的振动传递部27而传递给照明用光纤11，照明用光纤11的前端部分在与长度方向交叉的一个方向(例如图3和图4的X轴(A相)方向)上振动。
同样地，当对另一对压电元件23(以下，设为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，在这些B相的压电元件23上产生振动。并且，在B相的压电元件23上产生的振动经由环状弹性体21的振动传递部27而传递给照明用光纤11，照明用光纤11的前端部分在与X轴方向垂直的一个方向(例如图3和图4的Y轴(B相)方向)上振动。
当使A相的压电元件23所进行的X轴方向的振动和B相的压电元件23所进行的Y轴方向的振动同时产生并将施加给这些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11的前端部的振动会描绘出圆形轨迹。当在该状态下使施加给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大或减小(电压调制)时，照明用光纤11的前端以螺旋状振动。由此，能够使从照明用光纤11的前端射出的照明光在被摄体上进行螺旋扫描。
在这种情况下，根据本实施方式的光纤扫描器10，通过使用由振动传递部27和光纤支承部29一体成型而构成的环状弹性体21，能够抑制由于该振动传递部27和光纤支承部29的加工精度的偏差等影响而产生的组装偏差。由此，在制造照明装置3时，容易使照明用光纤11的中心轴与聚光透镜13的中心轴一致。因此，能够使照明用光纤11与聚光透镜13的定心的组装调整变得容易从而提高成品率。
另外，将引线25A、25B、25G收纳在形成于光纤支承部29的外侧表面的5个槽部29a中并通过环氧类粘接剂S或导电性的环氧类粘接剂S′进行固定，由此，能够对引线25A、25B、25G进行稳定地配置，并且能够使光纤支承部29高精度地嵌合在外筒15中。
另外，根据本实施方式的照明装置3，能够通过这样的光纤扫描器10来容易且高精度地对照明用光纤11和聚光透镜13进行定心从而提高性能。因此，能够使从光源1发出的照明光高精度地进行扫描而通过聚光透镜13照射到被摄体的希望的位置。
并且，根据本实施方式的内窥镜装置100，能够根据被摄体的希望的观察范围的图像信息来实现更加准确的观察，其中，该图像信息是根据光检测器5所检测出的返回光的强度信号而获得的。另外，当在医疗等中使用的情况下，能够不依赖体腔内的使用环境而获得高精度的扫描图像。例如，即使是体内的狭窄部位，也很不容易受到博动、呼吸、蠕动运动等各种体动的影响，能够进行准确的观察。
本实施方式能够按照以下那样进行变形。
在本实施方式中，在光纤支承部29的外周面上具有能够收纳引线25的槽部29a。也可以取而代之，作为第1变形例，例如如图5、图6以及图7所示，光纤支承部29具有贯通孔29b，该贯通孔29b能够供与压电元件23连接的引线25插入。
在该情况下，只要使引线25A、25B穿过光纤支承部29的贯通孔29b而与各压电元件23连接并且通过环氧类粘接剂S将引线25A、25B固定在各贯通孔29b中即可。另外，只要使引线25G也插入到光纤支承部29的贯通孔29b中并通过导电性的环氧类粘接剂S′将引线25G的一端与贯通孔29b接合即可。由此，能够对引线25A、25B进行稳定地配置。另外，能够使照明用光纤11与聚光透镜13的定心以及引线25A、25B与压电元件23的连接的组装调整变得容易。
另外，通过设置贯通孔29b来代替槽部29a，能够使环氧类粘接剂S和导电性的环氧类粘接剂S′不容易溢出到光纤支承部29的外部，将光纤支承部29高精度地嵌合在外筒15中。因此，相对于振动以外的光纤扫描器10本身的摆动和观察对象物的体动等光纤扫描器10的外部的振动也能够稳定。
优选贯通孔29b分别形成为与光纤支承部29的中心轴平行。由此，能够使引线25A、25B、25G与压电元件23连接而不会使引线25A、25B、25G无端地变长。另外，贯通孔29b例如只要通过钻头等形成即可。
以上，参照附图对本发明的一个实施方式进行了详细叙述，但具体的结构并不限于该实施方式，也包括在不脱离本发明的主旨的范围内的设计变更等。例如，本发明并不仅限于应用在上述的一个实施方式及其变形例中，也可以应用在对这些实施方式及其变形例进行适当组合后的实施方式中，并没有特别限定。
标号说明
1：光源；3：照明装置；5：光检测器(光检测部)；10：光纤扫描器；11：照明光用光纤(光纤)；13：聚光透镜；15：外筒；21：环状弹性体；21a：嵌合孔；23：压电元件；27：振动传递部；29：光纤支承部；29a：槽部；29b：贯通孔；100：内窥镜装置(观察装置)。

Claims (5)

1.一种光纤扫描器，其具有：
光纤，其对光进行引导而从前端射出；
由弹性材料构成的环状弹性体，其具有嵌合孔，该嵌合孔嵌合在该光纤的比所述前端靠基端侧的位置处；以及
多个压电元件，它们固定在该环状弹性体上，在所述光纤的径向上被极化，通过在该极化方向上施加交变电压而使所述光纤振动，
所述环状弹性体具有：
振动传递部，其在侧面上粘贴有所述多个压电元件，将这些压电元件的振动传递给所述光纤；以及
光纤支承部，其与该振动传递部一体成型，能够在比该振动传递部上的所述压电元件靠基端侧的隔开间隔的位置处将所述光纤支承为悬臂状。
2.根据权利要求1所述的光纤扫描器，其中，
在所述光纤支承部的外侧表面上具有槽部，该槽部能够对与所述压电元件连接的配线进行收纳。
3.根据权利要求1所述的光纤扫描器，其中，
所述光纤支承部具有贯通孔，该贯通孔能够供与所述压电元件连接的配线插入。
4.一种照明装置，其具有：
权利要求1～3中的任意一项所述的光纤扫描器；
光源，其产生由所述光纤进行引导的光；
聚光透镜，其对从所述光纤射出的光进行会聚；以及
外筒，其对该聚光透镜和所述光纤扫描器进行收纳，对所述光纤支承部进行保持。
5.一种观察装置，其具有：
权利要求4所述的照明装置；以及
光检测部，其对因该照明装置向被检体照射光而从该被检体返回的返回光进行检测。
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