DE112014007106T5

DE112014007106T5 - Optisches Abtaststellglied und optische Abtastvorrichtung

Info

Publication number: DE112014007106T5
Application number: DE112014007106.4T
Authority: DE
Inventors: Morimichi SHIMIZU; Masato Fujiwara
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2014-11-18
Filing date: 2014-11-18
Publication date: 2017-07-27
Also published as: JP6518687B2; US20170248784A1; WO2016079769A1; JPWO2016079769A1; US10288876B2; CN107003511A

Abstract

Dieses optische Abtaststellglied kann Ausbeute und Montageeffizienz verbessern. Ein optisches Abtaststellglied (10) umfasst ein piezoelektrisches Element (14), das mit einem bewegbar gestützten Ausstrahlungsende (11a) einer Glasfaser (11) verbunden und zum Bewegen des Ausstrahlungsendes (11a) in einer Richtung senkrecht zu einer optischen Achsrichtung der Glasfaser (11) durch Dehnen und Zusammenziehen in der optischen Achsrichtung ausgebildet ist. Das piezoelektrische Element (14) umfasst eine Identifizierung (16) zum Identifizieren einer Polarisationsrichtung, wobei die Identifizierung (16) physisch ausgebildet ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein optisches Abtaststellglied und eine das optische Abtaststellglied verwendende optische Abtastvorrichtung.
HINTERGRUND
Herkömmlicherweise tastet eine optische Abtastvorrichtung nach dem Stand der Technik ein Beobachtungsobjekt durch Bestrahlen des Beobachtungsobjekts mit Licht aus einer Glasfaser beim Bewegen des Ausstrahlungsendes der Glasfaser ab und erfasst vom Beobachtungsobjekt reflektiertes, gestreutes Licht o. Ä., auf dem Beobachtungsobjekt erzeugtes Fluoreszenzlicht u. Ä. (siehe beispielsweise JP 2013-244045 A (PTL 1)).
Die in PTL 1 offenbarte optische Abtastvorrichtung ist mit einem optischen Abtaststellglied ausgestattet, welches das Ausstrahlungsende der Glasfaser bewegt. Das optische Abtaststellglied umfasst beispielsweise eine Ferrule und an den Seitenflächen der Ferrule montierte piezoelektrische Elemente. Die Ferrule weist eine viereckige Prismenform auf und hält das Ausstrahlungsende der Glasfaser, die durch die Ferrule läuft.
LISTE DER ANFÜHRUNGEN
Patentliteratur

PTL 1: JP 2013-244045 A

ZUSAMMENFASSUNG
(Technische Aufgabe)
Das in PTL 1 offenbarte optische Abtaststellglied bewegt das Ausstrahlungsende der Glasfaser über die Ferrule durch das Anlegen einer erforderlichen Spannung auf ein Paar von auf gegenüberliegenden Seiten der Ferrule montierten piezoelektrischen Elementen, um zu bewirken, dass sich ein piezoelektrisches Element dehnt und sich das andere piezoelektrische Element zusammenzieht. Daher müssen die piezoelektrischen Elemente auf den Oberflächen der Ferrule ohne Verwechseln der Polarisationsrichtung, in der jedes piezoelektrische Element polarisiert ist, montiert sein.
Anhand des Aussehens eines piezoelektrischen Elements ist aber die Polarisationsrichtung nur schwer zu identifizieren. Daher wird angenommen, dass die Polarisationsrichtung in einigen Fällen verwechselt wird, wenn die piezoelektrischen Elemente auf die Ferrule montiert werden, was zu einem Problem in Form einer verringerten Ausbeute führt. Als ein Verfahren zum Identifizieren der Polarisationsrichtung des piezoelektrischen Elements könnte eine Markierung wie beispielsweise eine Farbe vorab während des Herstellungsprozesses des piezoelektrischen Elements auf der Oberfläche angewendet werden, auf der positive Spannung angelegt wird, wenn das Dehnen des piezoelektrischen Elements bewirkt wird. Alternativ können beim Zusammenbau des optischen Abtaststellglieds die elektrischen Eigenschaften des piezoelektrischen Elements vor der Montage der piezoelektrischen Elemente auf der Ferrule überprüft werden. Mit dem vorhergehenden Verfahren kann aber ein ausreichender Anstieg der Ausbeute nicht erwartet werden, da sich die Markierung vor dem Prozess zum Montieren des piezoelektrischen Elements ablösen kann. Das letztere Verfahren führt auch zu einer Abnahme der Montageeffizienz, da ein zusätzlicher Prozess zum eigentlichen Anlegen von Spannung am piezoelektrischen Element erforderlich ist.
Daher wäre es hilfreich, ein optisches Abtaststellglied und eine das optische Abtaststellglied verwendende optische Abtastvorrichtung bereitzustellen, die Ausbeute und Montageeffizienz verbessern können.
(Technische Lösung)
Hierzu umfasst ein optisches Abtaststellglied gemäß der vorliegenden Offenbarung ein mit einem bewegbar gestützten Ausstrahlungsende einer Glasfaser verbundenes und zum Bewegen des Ausstrahlungsendes in einer Richtung senkrecht zu einer optischen Achsrichtung der Glasfaser durch Dehnen und Zusammenziehen in der optischen Achsrichtung ausgebildetes piezoelektrisches Element,
so dass das piezeoelektrische Element eine Identifizierung zum Identifizieren einer Polarisationsrichtung umfasst, wobei die Identifizierung physisch ausgebildet ist.
Die Identifizierung kann durch einen Ausschnittteil gebildet werden.
Das piezoelektrische Element kann eine längliche Form in der optischen Achsrichtung der Glasfaser aufweisen; und
die Identifizierung kann in Richtung einer Ausstrahlungsendenseite der Glasfaser ausgebildet sein.
Das piezoelektrische Element kann auf einer Seite einer Ferrule zum Halten der Glasfaser montiert sein.
Das piezoelektrische Element kann am Ausstrahlungsende der Glasfaser montiert sein.
Eine optische Abtastvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst:
eine Glasfaser mit einem bewegbar gestützten Ausstrahlungsende;
das optische Abtaststellglied, welches das Ausstrahlungsende bewegt;
eine optische Eingangsschnittstelle, die ausgebildet ist, zu bewirken, dass Beleuchtungslicht von einer Lichtquelle in die Glasfaser eintritt; und
ein optisches Beleuchtungssystem, das zum Bestrahlen eines Objekts mit an einer Ausstrahlungsendenseite der Glasfaser ausgestrahltem Beleuchtungslicht ausgebildet ist;
so dass die optische Abtastvorrichtung ein Abtasten durch Steuern der am piezoelektrischen Element anliegenden Steuerspannung durchführt, so dass das auf das Objekt eingestrahlte Beleuchtungslicht eine gewünschte Abtastbahn ausführt.
(Vorteilhafte Wirkung)
Gemäß der vorliegenden Offenbarung können ein optisches Abtaststellglied und eine das optische Abtaststellglied verwendende optische Abtastvorrichtung, die Ausbeute und Montageeffizienz verbessern, bereitgestellt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die beigefügten Zeichnungen zeigen:
1A zeigt schematisch die Konfiguration des Hauptteils eines optischen Abtaststellglieds gemäß der Ausführungsform 1.
1B zeigt eine erweiterte Ansicht des optischen Abtaststellglieds in 1A in Blickrichtung zur Ausstrahlungsendenseite der Glasfaser.
2 zeigt Versuchsergebnisse zu den Resonanzfrequenzeigenschaften der Glasfaser in Bezug zum Abschrägungsmaß des auf dem piezoelektrischen Element ausgebildeten Ausschnittteils.
3 zeigt Versuchsergebnisse zu den Amplitudeneigenschaften der Glasfaser in Bezug zum Abschrägungsmaß des auf dem piezoelektrischen Element ausgebildeten Ausschnittteils.
4A zeigt schematisch die Konfiguration des in den Versuchen von 2 und 3 verwendeten optischen Abtaststellglieds.
4B zeigt schematisch die Konfiguration des in den Versuchen von 2 und 3 verwendeten optischen Abtaststellglieds.
5 zeigt eine Modifizierung 1 an einem optischen Abtaststellglied gemäß Ausführungsform 1.
6 zeigt eine Modifizierung 2 an einem optischen Abtaststellglied gemäß Ausführungsform 1.
7 zeigt eine Modifizierung 3 an einem optischen Abtaststellglied gemäß Ausführungsform 1.
8 zeigt eine Modifizierung 4 an einem optischen Abtaststellglied gemäß Ausführungsform 1.
9 zeigt schematisch die Konfiguration des Hauptteils eines optischen Abtaststellglieds gemäß der Ausführungsform 2.
10 zeigt eine Modifikation an einem optischen Abtaststellglied gemäß Ausführungsform 2.
11 zeigt schematisch die Konfiguration des Hauptteils einer optischen Abtastvorrichtung gemäß der Ausführungsform 3.
12 zeigt eine schematische Übersicht des Endoskops in 11.
13 zeigt ein Querschnittsdiagramm zur Darstellung einer Vergrößerung der Spitze des Endoskops in 12.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Nachfolgend sind Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung in Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
Ausführungsform 1
1A zeigt schematisch die Konfiguration des Hauptteils eines optischen Abtaststellglieds gemäß der Ausführungsform 1. Das optische Abtaststellglied 10 gemäß dieser Ausführungsform umfasst eine Ferrule 12. Die Ferrule hält ein Ausstrahlungsende 11a einer Glasfaser 11, die durch die Ferrule 12 läuft. Die Glasfaser 11 ist an der Ferrule 12 befestigt. Das Ende der Ferrule 12 gegenüber einer Ausstrahlungsendenseite 11b der Glasfaser 11 ist mit einer Stütze 13 verbunden, so dass die Ferrule 12 an einem Ende durch die Stütze 13 gestützt ist, um ein Schwingen zu ermöglichen. Die Glasfaser 11 erstreckt sich durch die Stütze 13.
1B zeigt eine erweiterte Ansicht des optischen Abtaststellglieds 10 in 1A in Blickrichtung von der Ausstrahlungsendenseite der Glasfaser 11. Die Ferrule 12 besteht beispielsweise aus einem Metall wie Nickel. Die Ferrule 12 kann jede Form aufweisen, beispielsweise die eines viereckigen Prismas oder eines Zylinders. Diese Ausführungsform zeigt ein Beispiel der Ferrule 12 mit der Form eines viereckigen Prismas. Piezoelektrische Elemente 14xa, 14xb und 14ya, 14yb sind an der Ferrule 12 durch Klebstoff o. Ä. an den Seiten, die in der x-Richtung und der y-Richtung gegenüberliegen, montiert, wobei die x-Richtung und die y-Richtung in einer Ebene orthogonal zur z-Richtung orthogonal zueinander sind und die z-Richtung eine Richtung parallel zur optischen Achsrichtung der Glasfaser 11 ist. Das heißt. piezoelektrische Elemente 14xa, 14xb und 14ya, 14yb sind mit dem Ausstrahlungsende 11a der Glasfaser 11 über die Ferrule 12 verbunden. In der folgenden Erläuterung werden die piezoelektrischen Elemente 14xa, 14xb und 14ya, 14yb vorbehaltlich abweichender Angaben als piezoelektrisches Element/piezoelektrische Elemente 14 abgekürzt. Die piezoelektrischen Elemente 14 sind rechteckig mit den langen Seiten in der z-Richtung. Jedes piezoelektrische Element 14 weist eine an beiden Oberflächen in der Dickenrichtung ausgebildete Elektrode auf. Jedes piezoelektrische Element 14 ist ausgebildet, sich bei anliegender Spannung in der Stärkenrichtung über die gegenüberliegenden Elektroden in der z-Richtung dehnen und zusammenziehen zu können.
An den piezoelektrischen Elementen 14 sind entsprechende Leitungsdrähte 15xa, 15xb und 15ya, 15yb mit der Elektrodenoberfläche an der gegenüberliegenden Seite von der an der Ferrule 12 befestigten Elektrodenoberfläche verbunden. Es ist ebenfalls ein Leitungsdraht 15c mit der Ferrule 12 verbunden, die als eine gemeinsame Elektrode für die piezoelektrischen Elemente 14 dient. Die piezoelektrischen Elementen 14xa, 14xb werden beispielsweise mit einer gleichphasigen Wechselspannung für den x-Antrieb, die schrittweise in der Amplitude ansteigt, über die Leitungsdrähte 15c, 15xa, und 15xb beaufschlagt. Die piezoelektrischen Elementen 14ya, 14yb werden beispielsweise mit einer gleichphasigen Wechselspannung für den y-Antrieb, die schrittweise in der Amplitude ansteigt und deren Phase sich um 90° von der Wechselspannung für den x-Antrieb unterscheidet, über die Leitungsdrähte 15c, 15ya und 15yb beaufschlagt. Als ein Ergebnis zieht sich beim Dehnen von einem der piezoelektrischen Elemente 14xa, 14xb das andere zusammen, was das Schwingen der Ferrule 12 durch Biegen in der x-Richtung bewirkt. Entsprechend zieht sich beim Dehnen von einem der piezoelektrischen Elemente 14ya, 14yb das andere zusammen, was das Schwingen der Ferrule 12 durch Biegen in der y-Richtung bewirkt. Als ein Ergebnis wird das Ausstrahlungsende 11a der Glasfaser 11 in einer Spirale gebogen, die sich durch Kombinieren der Schwingung in der x-Richtung und in der y-Richtung ergibt. Entsprechend kann bei Bewirken des Eintretens von Beleuchtungslicht in die Glasfaser 11 das Beobachtungsobjekt in einer Spiralform durch das an der Ausstrahlungsendenseite 11b ausgestrahlte Beleuchtungslicht abgetastet werden.
Die piezoelektrischen Elemente 14 umfassen jeweils eine physisch ausgebildete Identifizierung zum Identifizieren der Polarisationsrichtung an einem Ende in der Längsrichtung (z-Richtung). In dieser Ausführungsform ist die Identifizierung in einem durch Abschrägen in einem Winkel von 45° zur Elektrodenoberfläche entlang einer kurzen Seite der Elektrodenoberfläche, an der positive Spannung anliegt, wenn das Dehnen des piezoelektrischen Elements 14 bewirkt wird, gebildeten Ausschnittteil 16 ausgebildet. Der Ausschnittteil 16 kann beispielsweise gleichzeitig mit dem Ausschneiden des piezoelektrischen Elements 14 mit einer Chipsäge aus einem piezoelektrischen Substrat, das einer Polarisationsbehandlung und einem Elektrodenbildungsprozess unterzogen wurde, gebildet werden. Dementsprechend kann der Ausschnittteil 16 auf einfache Weise gebildet werden.
Die piezoelektrischen Elemente 14 sind jeweils auf der Ferrule 12 mit dem Ausschnittteil 16 an der Ausstrahlungsendenseite 11b der von der Ferrule 12 gehaltenen Glasfaser 11 (das heißt zur Spitze der Ferrule 12 hin) angeordnet montiert. In dieser Ausführungsform sind zum Versetzen des Ausstrahlungsendes 11a der Glasfaser 11 durch die piezoelektrischen Elemente 14xa, 14xb über die Ferrule 12 durch Anlegen der gleichphasigen Wechselspannung für den x-Antrieb in Schwingung die piezoelektrischen Elemente 14xa, 14xb so montiert, dass die Polarisationsrichtungen in Bezug auf die Ferrule 12 entgegengesetzt zueinander sind. Das heißt das piezoelektrische Element 14xa ist so montiert, dass die Oberfläche an der gegenüberliegenden Seite von der Oberfläche mit dem Ausschnittteil 16 auf der Ferrule 12 montiert ist, während das piezoelektrische Element 14xb so montiert ist, dass die Oberfläche mit dem Ausschnittteil 16 auf der Ferrule 12 montiert ist. In ähnlicher Weise sind zum Versetzen es Ausstrahlungsendes 11a der Glasfaser 11 durch piezoelektrischen Elemente 14ya, 14yb über die Ferrule 12 durch Anlegen der gleichphasigen Wechselspannung für den y-Antrieb die Schwingung die piezoelektrischen Elemente 14ya, 14yb so montiert, dass die Polarisationsrichtungen in Bezug auf die Ferrule 12 entgegengesetzt zueinander sind. Das heißt das piezoelektrische Element 14ya ist so montiert, dass die Oberfläche an der gegenüberliegenden Seite von der Oberfläche mit dem Ausschnittteil 16 auf der Ferrule 12 montiert ist, während das piezoelektrische Element 14yb so montiert ist, dass die Oberfläche mit dem Ausschnittteil 16 auf der Ferrule 12 montiert ist.
2 zeigt Versuchsergebnisse zu den Resonanzfrequenzeigenschaften der Glasfaser 11 in Bezug zum Abschrägungsmaß des Ausschnittteils 16 im optischen Abtaststellglied 10 gemäß dieser Ausführungsform. 3 zeigt auf ähnliche Weise Versuchsergebnisse zu den Amplitudeneigenschaften der Glasfaser 11 in Bezug zum Abschrägungsmaß des Ausschnittteils 16 gemäß dem optischen Abtaststellglied 10. 2 und 3 zeigen ebenfalls die Versuchsergebnisse, wenn die piezoelektrischen Elemente 14 auf der Ferrule 12 mit dem Ausschnittteil 16 auf der Seite der Stütze 13 (zur Basis der Ferrule 12) montiert sind wie in 4A dargestellt, und die Versuchsergebnisse, wenn piezoelektrische Elemente 14 mit dem Ausschnittteil 16 an beiden Enden in der z-Richtung ausgebildet auf der Ferrule 12 montiert sind wie in 4B dargestellt. In 2 und 3 stellt die durchgezogene Linie die Eigenschaften des optischen Abtaststellglieds 10 gemäß dieser Ausführungsform dar, bei welcher der Ausschnittteil 16 zur Spitze der Ferrule 12 hin angeordnet ist, die gestrichelte Linie stellt die Eigenschaften im Fall von 4A dar und die strichpunktierte Linie stellt die Eigenschaften im Fall von 4B dar. In 2 und 3 stellt die horizontale Achse das Abschrägungsmaß (μm) dar und t die Dicke der piezoelektrischen Elemente 14 (100 μm oder weniger).
In 2 stellt die Resonanzfrequenz f₀ (Hz) die Resonanzfrequenz dar, wenn kein Ausschnittteil 16 auf dem piezoelektrischen Element 14 ausgebildet ist, das heißt C = 0. In 3 stellt die Amplitude A₀ (μm) entsprechend die höchste Amplitude dar, wenn die piezoelektrischen Elemente 14 mit einer Treibspannung mit einer vorgegebenen Amplitude beaufschlagt werden und kein Ausschnittteil 16 auf den piezoelektrischen Elementen 14 ausgebildet ist, das heißt C = 0.
Aus 2 geht hervor, dass die Resonanzfrequenz mit zunehmendem Abschrägungsmaß zunimmt, wenn der Ausschnittteil 16 der piezoelektrischen Elemente 14 zur Spitze der Ferrule 12 hin angeordnet ist. Die Zunahmerate ist aber äußerst gering. Selbst wenn C = t, das heißt wenn eine Menge gleich der Dicke des piezoelektrischen Elements 14 abgeschrägt wird, beträgt die Zunahmerate etwa 0,1%, falls beispielsweise f₀ gleich 10 kHz oder weniger ist. Aus 3 geht hervor, dass die Amplitude mit zunehmendem Abschrägungsmaß abnimmt, wenn der Ausschnittteil 16 der piezoelektrischen Elemente 14 zur Spitze der Ferrule 12 hin angeordnet ist. Die Abnahmerate ist aber äußerst gering. Selbst bei einem Abschrägen, so dass C = t, beträgt die Abnahmerate etwa 1%, falls beispielsweise A₀ gleich 500 μm oder mehr ist.
Die Resonanzfrequenz nimmt mit zunehmendem Abschrägungsmaß ab, wenn der Ausschnittteil 16 der piezoelektrischen Elemente 14 zur Basis der Ferrule 12 hin angeordnet ist. Die Abnahmerate ist aber äußerst gering. Selbst bei einem Abschrägen, so dass C = t, beträgt die Abnahmerate beispielsweise etwa 0,5% von f₀. Die Amplitude nimmt mit zunehmendem Abschrägungsmaß ab, wenn der Ausschnittteil 16 der piezoelektrischen Elemente 14 zur Basis der Ferrule 12 hin angeordnet ist. Die Abnahmerate ist aber äußerst gering. Selbst bei einem Abschrägen, so dass C = t, beträgt die Abnahmerate beispielsweise etwa 7% von A₀.
Entsprechend nimmt die Resonanzfrequenz mit zunehmendem Abschrägungsmaß ab, wenn der Ausschnittteil 16 an beiden z-Richtungsenden der piezoelektrischen Elemente 14 ausgebildet ist. Die Abnahmerate ist aber äußerst gering. Selbst bei einem Abschrägen, so dass C = t, beträgt die Abnahmerate beispielsweise etwa 0,4% von f₀. Die Resonanzfrequenz nimmt mit zunehmendem Abschrägungsmaß ab, wenn der Ausschnittteil 16 an beiden Enden der piezoelektrischen Elemente 14 ausgebildet ist. Die Abnahmerate ist aber äußerst gering. Selbst bei einem Abschrägen, so dass C = t, beträgt die Abnahmerate beispielsweise etwa 9% von A₀.
Aus 2 und 3 geht hervor, dass nahezu keine Auswirkung auf die Leistung (Resonanzfrequenz, Amplitude) als ein optisches Abtaststellglied festzustellen ist, selbst wenn der Ausschnittteil 16 am z-Richtungsende der piezoelektrischen Elemente 14 ausgebildet ist. Insbesondere ist der Ausschnittteil 16 der piezoelektrischen Elemente 14 vorzugsweise zur Spitze der Ferrule 12 wie in dieser Ausführungsform angeordnet, da hierdurch die Leistungsabnahme im Vergleich zur Anordnung des Ausschnittteils 16 der piezoelektrischen Elemente 14 zur Basis der Ferrule 12 wie in 4A dargestellt und zur Ausbildung des Ausschnittteils 16 an beiden z-Richtungsenden der piezoelektrischen Elemente 14 wie in 4B verringert wird.
Gemäß dieser Ausführungsform weisen die piezoelektrischen Elemente 14 jeweils einen durch Abschrägen gebildeten Ausschnittteil 16, der eine Identifizierung zum Identifizieren der Polarisationsrichtung bildet, entlang einer kurzen Seite an einem Ende in der Längsrichtung (Richtung des Dehnens und Zusammenziehens) auf. Somit kann die Polarisationsrichtung der piezoelektrischen Elemente 14 einfach identifiziert werden, ohne die elektrischen Eigenschaften der piezoelektrischen Elemente 14 vorab überprüfen zu müssen. Entsprechend können die piezoelektrischen Elemente 14 auf einfache Weise korrekt an der Ferrule 12 montiert werden, wodurch Ausbeute und Montageeffizienz des optischen Abtaststellglieds 10 verbessert werden.
Der Ausschnittteil 16 ist nicht auf die Ausbildung entlang der kurzen Seite an einem Ende in der Richtung des Dehnens und Zusammenziehens des piezoelektrischen Elements 14 beschränkt. Beispielsweise kann wie in der Modifizierung 1 in 5 dargestellt der Ausschnittteil 16 schrittweise entlang der kurzen Seite an einem Ende des piezoelektrischen Elements 14 ausgebildet sein. Wie in der Modifizierung 2 in 6 dargestellt kann der Ausschnittteil 16 ebenfalls durch Abschrägen der Ecke an einem Ende des piezoelektrischen Elements 14 ausgebildet sein. Alternativ kann wie in der Modifizierung 3 in 7 dargestellt der Ausschnittteil 16 durch Entfernen einer Ecke an einem Ende des piezoelektrischen Elements 14 ausgebildet sein. Wie in der Modifizierung 4 in 8 dargestellt kann der Ausschnittteil 16 ebenfalls durch Bohren einer Konkavität in den Mittelteil an einem Ende des piezoelektrischen Elements 14 ausgebildet sein. In 6 und 7 kann der Ausschnittteil 16 an beiden Ecken an einem Ende ausgebildet sein. In 5 bis 8 kann der Ausschnittteil 16 am Ende des piezoelektrischen Elements 14 zur Basis der Ferrule 12 hin oder an beiden Enden des piezoelektrischen Elements 14 ausgebildet sein. In beiden Fällen kann die Polarisationsrichtung der piezoelektrischen Elemente 14 einfach mit nahezu keiner Auswirkung auf die Leistung der piezoelektrischen Elemente 14 identifiziert werden. Entsprechend können wie in den Fällen der Konfiguration in 1A und 1B die piezoelektrischen Elemente 14 auf einfache Weise korrekt an der Ferrule 12 montiert werden, wodurch Ausbeute und Montageeffizienz des optischen Abtaststellglieds 10 verbessert werden.
Ausführungsform 2
9 zeigt schematisch die Konfiguration des Hauptteils eines optischen Abtaststellglieds gemäß der Ausführungsform 2. Das optische Abtaststellglied 10 gemäß dieser Ausführungsform weist die Konfiguration der Ausführungsform 1 auf mit der Ausnahme, dass die vier piezoelektrischen Elemente 14 direkt am Ausstrahlungsende 11a der Glasfaser 11 mit Klebstoff 17 ohne eine Ferrule dazwischen montiert sind. Das heißt vier piezoelektrische Elemente 14 sind direkt mit dem Ausstrahlungsende 11a der Glasfaser 11 verbunden. Die Elektroden an den Seiten der vier an der Glasfaser 11 befestigten piezoelektrischen Elemente 14 sind miteinander als eine gemeinsame Elektrode verbunden. Die Glasfaser 11 ist mit der Stütze 13 (siehe 1A) direkt oder über eine Ferrule an einer Position in der entgegengesetzten Richtung als die Ausstrahlungsendenseite 11b vom Teil, an dem die piezoelektrischen Elemente 14 montiert sind, so dass das Ausstrahlungsende 11a gestützt wird, um ein Schwingen zu ermöglichen. 9 zeigt piezoelektrische Elemente 14, in denen der in 1A und 1B dargestellte Ausschnittteil 16 ausgebildet ist; es können aber stattdessen piezoelektrische Elemente 14 montiert sein, auf denen die in der Ausführungsform 1 beschriebenen anderen Ausschnittteile 16 ausgebildet sind.
Gemäß dieser Ausführungsform kann beim Montieren der piezoelektrischen Elemente 14 am Ausstrahlungsende 11a der Glasfaser 11 die Polarisationsrichtung der piezoelektrischen Elemente einfach identifiziert werden, wodurch eine einfache Montage der piezoelektrischen Elemente 14 am Ausstrahlungsende 11a ermöglicht wird. Dementsprechend können Ausbeute und Montageeffizienz des optischen Abtaststellglieds 10 verbessert werden.
Die piezoelektrischen Elemente 14 können so montiert sein, dass eine sich in der Längsrichtung erstreckende Seite an der Glasfaserbefestigungsseite eines angrenzenden piezoelektrischen Elements 14 angeordnet ist wie in der Modifizierung in 10 dargestellt. Diese Konfiguration kann den Zusammenbau vereinfachen.
Ausführungsform 3
11 zeigt schematisch die Konfiguration des Hauptteils einer optischen Abtastvorrichtung gemäß der Ausführungsform 3. Die optische Abtastvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform stellt eine optische Abtastendoskopvorrichtung 30 dar. Die optische Abtastendoskopvorrichtung 30 umfasst ein Endoskop 50, ein Steuervorrichtungsgehäuse 70 und eine Anzeige 90.
Das Steuervorrichtungsgehäuse 70 umfasst eine Steuerung 71, welche die optische Abtastendoskopvorrichtung 30 insgesamt steuert, eine Lichtausstrahlungs-Zeitablaufsteuerung 72, Laser 73R, 73G und 73B, die eine Lichtquelle darstellen und einen Kombinierer 74. Der Laser 73R strahlt rotes Laserlicht aus, der Laser 73G strahlt grünes Laserlicht aus und der Laser 73B strahlt blaues Laserlicht aus. Gesteuert von der Steuerung 71 steuert die Lichtausstrahlungs-Zeitablaufsteuerung 72 den Lichtausstrahlungs-Zeitablauf der drei Laser 73R, 73G und 73B. Beispielsweise können diodengepumpte Festkörperlaser als die Laser 73R, 73G und 73B verwendet werden. Das von den Lasern 73R, 73G und 73B ausgestrahlte Laserlicht wird vom Kombinierer 74 kombiniert und tritt als weißes Beleuchtungslicht in einer Glasfaser 51 zum Beleuchten ein, die aus einer Einmodenfaser besteht. Der Kombinierer 74 kann beispielsweise so ausgebildet sein, dass er ein dichroitisches Prisma o. Ä. umfasst. Die Konfiguration der Lichtquelle in der optischen Abtastendoskopvorrichtung 30 ist nicht auf dieses Beispiel beschränkt. Es kann eine Lichtquelle mit einem Laser oder eine Vielzahl von anderen Lichtquellen verwendet werden. Die Lichtquelle kann in einem Gehäuse untergebracht sein, die vom Steuervorrichtungsgehäuse 70 getrennt ist, und ist über eine Signalleitung mit dem Steuervorrichtungsgehäuse 70 verbunden.
Die Glasfaser 51 zum Beleuchten entspricht der in Ausführungsform 1 und Ausführungsform 2 beschriebenen Glasfaser 11 und erstreckt sich bis zur Spitze des Endoskops 50. Die Glasfaser 51 zum Beleuchten umfasst eine optische Eingangsschnittstelle 52, die beispielsweise von einem mit dem Eintrittsende verbundenen optischen Stecker gebildet wird. Die optische Eingangsschnittstelle 52 ist abnehmbar mit der Lichtquelle (dem Kombinierer 74 in 11) verbunden und bewirkt, dass Beleuchtungslicht von der Lichtquelle in die Glasfaser 51 zum Beleuchten eintritt. In die Glasfaser 51 zum Beleuchten eintretendes Beleuchtungslicht wird zur Spitze des Endoskops 50 geleitet und auf ein Objekt 100 ausgestrahlt. Zu diesem Zeitpunkt wird das Ausstrahlungsende der Glasfaser 51 zum Beleuchten einem Schwingungsantrieb durch das in Ausführungsform 1 und Ausführungsform 2 beschriebene optische Abtaststellglied 10 unterzogen. Insbesondere wird der Antrieb des optischen Abtaststellglieds 10 durch die zuvor beschriebene Antriebssteuerung 78 des Steuervorrichtungsgehäuse 70 gesteuert, so dass das auf das Objekt 100 einstrahlende Beleuchtungslicht eine gewünschte 2D-Abtastbahn durchläuft. Als ein Ergebnis wird die Beobachtungsoberfläche des Objekts 100 in 2D durch das von der Glasfaser 51 zum Beleuchten ausgestrahlte Beleuchtungslicht abgetastet. Vom Objekt 100 durch Bestrahlung mit Beleuchtungslicht erhaltenes Signallicht wie Reflexionslicht, Streulicht, Fluoreszenzlicht u. Ä. trifft an der Endseite eines Glasfaserbündels 53 zum Erfassen auf, das von sich innerhalb des Endoskops 50 erstreckenden Mehrmodenfasern gebildet wird, und das Signallicht wird anschließend zum Steuervorrichtungsgehäuse 70 geleitet.
Das Steuervorrichtungsgehäuse 70 umfasst ferner einen Fotodetektor 75 zum Verarbeiten von Signallicht, einen Analog/Digital-Wandler 76, einen Bildprozessor 77 und eine Antriebssteuerung 78. Der Fotodektor 75 teilt das optisch vom Glasfaserbündel 53 zum Erfassen optisch geleitete Signallicht in Spektralkomponenten und wandelt die Spektralkomponenten in elektrische Signale mit einer Fotodiode o. Ä. um. Das Glasfaserbündel 53 zum Erfassen umfasst eine optische Ausgangsschnittstelle 54, die beispielsweise von einem mit dem Ausstrahlungsende verbundenen optischen Stecker gebildet wird. Die optische Ausgangsschnittstelle 54 ist abnehmbar mit dem Fotodetektor 75 verbunden und leitet Signallicht vom Objekt 100 zum Fotodetektor 75. Der Analog/Digital-Wandler 76 wandelt die vom Fotodetektor 75 ausgegebenen analogen elektrischen Signale in digitale Signale um und gibt die digitalen Signale an den Bildprozessor 77 aus. Auf der Basis von Informationen wie Amplitude, Phase u. Ä. der von der Antriebssteuerung 78 angewendeten Schwingungsspannung berechnet die Steuerung 71 Informationen zur Abtastposition entlang des Abtastweges des Laserbeleuchtungslichts und liefert die Informationen an den Bildprozessor 77. Der Bildprozessor 77 speichert nacheinander Pixeldaten (Pixelwerte) des Objekts 100 in einem Speicher auf der Basis der vom Analog/Digital-Wandler 76 ausgegebenen digitalen Signale und der Abtastpositionsinformationen von der Steuerung 71. Nach dem Abschluss des Abtastens oder während des Abtastens erzeugt der Bildprozessor 37 ein Bild des Objekts 100 gegebenenfalls durch Durchführen einer Bildverarbeitung, etwa einer Interpolierung, und zeigt das Bild auf der Anzeige 90 an.
Bei der zuvor beschriebenen Verarbeitung steuert die Steuerung 71 synchron die Lichtausstrahlungs-Zeitablaufsteuerung 72, den Fotodetektor 75, die Antriebssteuerung 78 und den Bildprozessor 77.
12 zeigt eine schematische Übersicht des Endoskops 50. Das Endoskop 50 umfasst einen Bedienteil 55 und einen Einführteil 56. Die Glasfaser 51 zum Beleuchten, das Glasfaserbündel 53 zum Erfassen und Verdrahtungsleitungen 57 sind jeweils abnehmbar mit dem Steuervorrichtungsgehäuse 70 verbunden und erstrecken sich vom Bedienteil 55 bis zur Spitze 58 des Einführteils 56 (des durch die gestrichelte Linie in 12 dargestellten Teils). Die Verdrahtungsleitungen 57 umfassen vier jeweils mit den zuvor beschriebenen vier piezoelektrischen Elementen 14 verbundene Leitungsdrähte, die das optische Abtaststellglied 10 darstellen, und einen mit einer gemeinsamen Elektrode verbundenen Leitungsdraht. Die Verdrahtungsleitungen 57 sind abnehmbar mit der Antriebssteuerung 78 über einen Stecker 59 verbunden wie in 11 dargestellt.
13 zeigt ein Querschnittsdiagramm zur Darstellung einer Vergrößerung der Spitze 58 des Endoskops 50 in 12. Die Spitze 58 ist ausgebildet, das optische Abtaststellglied 10, Projektionslinsen 61a, 61b, die ein optisches Beleuchtungssystem bilden, die Glasfaser 51 zur Beleuchtung, die durch den Mittelteil des Endoskops 50 läuft, und das Glasfaserbündel 53 zum Erfassen, das durch den äußeren Umfangsteil des Endoskops 50 läuft, zu umfassen.
Das optische Abtaststellglied 10 weist die in Ausführungsform 1 oder Ausführungsform 2 beschriebene Konfiguration auf. In dieser Ausführungsform wird zur Vereinfachung das optische Abtaststellglied 10 mit der in 1A und 1B dargestellten Konfiguration bereitgestellt. Das optische Abtaststellglied 10 ist ausgebildet, die von der Stütze 13 an einem Ende im Einführteil 56 des Endoskops 50 gestützte Ferrule 12 und die an den vier Außenseiten der Ferrule 12 montierten piezoelektrischen Elemente 14 zu umfassen. Die Glasfaser 51 zur Beleuchtung wird von der Ferrule 12 gestützt und das Ausstrahlungsende 11a kann vollständig mit der Ferrule 12 schwingen. Das Glasfaserbündel 53 zum Erfassen ist ausgebildet, durch das Umfangsteil des Einführteils 56 zu laufen und sich bis zum Ende der Spitze 58 zu erstrecken. Eine nicht dargestellte Erfassungslinse kann ebenfalls an der Spitze 53a von jeder Faser im Glasfaserbündel 53 zum Erfassen angeordnet sein.
Die Projektionslinsen 61a, 61b und die Erfassungslinsen sind am äußersten Ende der Spitze 58 angeordnet. Die Projektionslinsen 61a, 61b sind so ausgebildet, dass von einer Ausstrahlungsendenseite 51b der Glasfaser 51 zum Beleuchten ausgestrahltes Laserlicht auf einen vorgegebenen Brennpunkt konzentriert wird. Die Erfassungslinsen sind so angeordnet, dass Licht, das vom Objekt 100 reflektiert, gestreut, gebrochen o. Ä. wird (Licht, das mit dem Objekt 100 in Wechselwirkung steht), Fluoreszenzlicht o. Ä aufgrund des auf das Objekt 100 einstrahlenden Laserlichts als Signallicht erfasst, auf dem hinter den Erfassungslinsen angeordneten Glasfaserbündel 53 zum Erfassen konzentriert und kombiniert wird. Die Projektionslinsen sind nicht auf eine Doppellinsenstruktur beschränkt und können als eine einzelne Linse oder drei oder mehr Linsen ausgebildet sein.
Die optische Abtastendoskopvorrichtung 30 gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst das optische Abtaststellglied 10 mit der in Ausführungsform 1 oder Ausführungsform 2 beschriebenen Konfiguration. Daher können neben der Verbesserung von Ausbeute und Montageeffizienz des optischen Abtaststellglieds 10 die Ausbeute und Montageeffizienz der optischen Abtastendoskopvorrichtung 30 verbessert und dadurch die Kosten gesenkt werden.
Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die vorhergehenden Ausführungsformen beschränkt und es kann eine Reihe von Änderungen und Modifizierungen erfolgen. Beispielsweise ist der Ausschnittteil 16 der piezoelektrischen Elemente 14, der durch Abschrägen erzeugt wird, nicht auf ein Abschrägen mit 45° zur Elektrodenoberfläche beschränkt und kann durch ein Abschrägen mit einem beliebigen Winkel erzeugt werden. Ebenso ist die Identifizierung der Polarisationsrichtung der piezoelektrischen Elemente 14 nicht auf den Ausschnittteil 16 beschränkt und kann physisch von einem Elektrodenmuster auf der Elektrodenoberfläche des piezoelektrischen Elements 14 gebildet werden.
Bei der in 11 dargestellten optischen Abtastendoskopvorrichtung 30 ist die vom optischen Abtaststellglied 10 bewegte Glasfaser 51 zum Beleuchten nicht auf eine Einmoden-Glasfaser beschränkt und kann eine Mehrmoden-Glasfaser sein. Ferner ist die optische Abtastvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung nicht auf eine optische Abtastendoskopvorrichtung beschränkt und kann ebenfalls in Form eines optischen Abtastmikroskops und eines optischen Abtastprojektors ausgeführt sein. Die vorliegende Offenbarung kann ebenfalls wirksam beim Bewegen einer Glasfaser in einer 1D-Richtung durch Antreiben von einem piezoelektrischen Element angewendet werden.
Bezugszeichenliste

10: Optisches Abtaststellglied
11: Glasfaser
11a: Ausstrahlungsende
11b: Ausstrahlungsendenseite
12: Ferrule
13: Stütze
14, 14xa, 14xb, 14ya, 14yb: Piezoelektrisches Element
16: Ausschnittteil
30: Optische Abtastendoskopvorrichtung
50: Endoskop
51: Glasfaser zur Beleuchtung
52: Optische Eingangsschnittstelle
70: Steuervorrichtungsgehäuse
71: Steuerung
73R, 73G, 73B: Laser
74: Kombinierer
78: Antriebssteuerung

Claims

Optisches Abtaststellglied umfassend: ein mit einem bewegbar gestützten Ausstrahlungsende einer Glasfaser verbundenes und zum Bewegen des Ausstrahlungsendes in einer Richtung senkrecht zu einer optischen Achsrichtung der Glasfaser durch Dehnen und Zusammenziehen in der optischen Achsrichtung ausgebildetes piezoelektrisches Element; wobei das piezoelektrische Element eine Identifizierung zum Identifizieren einer Polarisationsrichtung umfasst, wobei die Identifizierung physisch ausgebildet ist.
Optisches Abtaststellglied nach Anspruch 1, bei dem die Identifizierung von einem Ausschnittteil gebildet wird.
Optisches Abtaststellglied nach Anspruch 1 oder 2, wobei das piezoelektrische Element eine längliche Form in der optischen Achsrichtung der Glasfaser aufweist; und wobei die Identifizierung in Richtung einer Ausstrahlungsendenseite der Glasfaser ausgebildet ist.
Optisches Abtaststellglied nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das piezoelektrische Element an einer Seite einer die Glasfaser haltenden Ferrule montiert ist.
Optisches Abtaststellglied nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das piezoelektrische Element am Ausstrahlungsende der Glasfaser montiert ist.
Optische Abtastvorrichtung umfassend: eine Glasfaser mit einem bewegbar gestützten Ausstrahlungsende; das optische Abtaststellglied nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das optische Abtaststellglied das Ausstrahlungsende bewegt; eine optische Eingangsschnittstelle, die ausgebildet ist, zu bewirken, dass Beleuchtungslicht von einer Lichtquelle in die Glasfaser eintritt; und ein optisches Beleuchtungssystem, das zum Bestrahlen eines Objekts mit an einer Ausstrahlungsendenseite der Glasfaser ausgestrahltem Beleuchtungslicht ausgebildet ist; wobei die optische Abtastvorrichtung ein Abtasten durch Steuern der am piezoelektrischen Element anliegenden Steuerspannung durchführt, so dass das auf das Objekt eingestrahlte Beleuchtungslicht eine gewünschte Abtastbahn ausführt.