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{Bezeichnung der Erfindung}
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LICHTLEITER-SCANNER, BELEUCHTUNGSVORRICHTUNG UND BEOBACHTUNGSVORRICHTUNG
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{Technisches Gebiet}
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Lichtleiter-Scanner, eine Beleuchtungsvorrichtung und eine Beobachtungsvorrichtung.
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{Allgemeiner Stand der Technik}
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Es sind Lichtleiter-Scanner bekannt, bei denen das aus dem distalen Ende des Lichtleiters ausgestrahlte Licht entlang einer spiralförmigen Bahn gescannt wird, indem das distale Ende des Lichtleiters zum Schwingen mit hoher Geschwindigkeit gebracht wird (siehe zum Beispiel PTL 1). Bei dem in der PTL 1 offenbarten Lichtleiter-Scanner hält ein zylindrischer Blei-Zirkonat-Titanat(PZT)-Aktor den Lichtleiter in einem freitragenden Zustand, und das aus dem Aktor hervorstehende distale Ende des Lichtleiters wird zum Schwingen gebracht.
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{Referenzliste}
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{Patentliteratur}
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- {PTL 1} Ungeprüfte Japanische Patentanmeldung, Veröffentlichungs-Nr. 2008-504557
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{Kurzdarstellung der Erfindung}
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{Technisches Problem}
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Wenn der Lichtleiter-Scanner in einer Sonde, wie einem Endoskop, bereitgestellt wird, dann ist es erforderlich, den Spitzenendabschnitt (steifen Spitzenabschnitt), der den Abschnitt vom Lichtleiter-Scanner zu einer am distalen Ende der Sonde angeordneten Beleuchtungslinse umfasst, mit einem steifen Außenrohr abzudecken. In diesem Fall weist der Lichtleiter-Scanner von PTL 1 eine Ausgestaltung auf, in der der Lichtleiter weit aus dem Aktor hervorsteht und der distale Endseitenabschnitt länger als der Aktor ist und daher der steife Spitzenabschnitt der Sonde lang wird. Wenn der steife Spitzenabschnitt lang ist, kann keine gute Bedienbarkeit in einem engen und gekrümmten Lumen erreicht werden und deshalb ist ein kürzerer steifer Spitzenabschnitt erwünscht.
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Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf diese Umstände gemacht und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Lichtleiter-Scanner, eine Beleuchtungsvorrichtung und eine Beobachtungsvorrichtung bereitzustellen, die in der Lage sind, den steifen Spitzenabschnitt einer Sonde zu verkürzen.
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{Lösung des Problems}
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Um die oben beschriebene Aufgabe zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung die folgenden Lösungen bereit.
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Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Lichtleiter-Scanner, der Folgendes umfasst: einen länglichen Lichtleiter, der Licht führen und das Licht von einem distalen Ende desselben ausstrahlen kann; ein Schwingungsübertragungsteil, das eine säulenartige Form entlang einer Längsrichtung des Lichtleiters aufweist und das eine Durchdringungsöffnung aufweist, durch die der Lichtleiter dringt; und ein piezoelektrisches Element, das an einer Außenumfangsfläche des Schwingungsübertragungsteils bereitgestellt wird, um in dem Schwingungsübertragungsteil mittels Schwingen durch Ausdehnen und Zusammenziehen des Elements in der Längsrichtung durch Anlegen einer Wechselspannung eine Biegeschwingung in einer Richtung, die eine Längsrichtung des Lichtleiters kreuzt, zu erzeugen, wobei die Durchdringungsöffnung eine Passöffnung umfasst, die von einer proximalen Endfläche des Schwingungsübertragungsteils bis zu einem mittleren Abschnitt des Schwingungsübertragungsteils in der Längsrichtung ausgebildet ist und an die eine Außenumfangsfläche des Lichtleiters angepasst ist, und eine Aufnahmeöffnung umfasst, die von dem mittleren Abschnitt bis zu einer distalen Endfläche des Schwingungsübertragungsteils ausgebildet ist, die einen Innendurchmesser aufweist, der größer als ein Außendurchmesser des Lichtleiters ist, und die einen distalen Endabschnitt des Lichtleiters derart aufnimmt, dass ein Spalt zwischen der Außenumfangsfläche des Lichtleiters und der Aufnahmeöffnung gebildet wird.
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Wenn gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung die Wechselspannung an dem piezoelektrischen Element angelegt wird und die Biegeschwingung in dem Schwingungsübertragungsteil erzeugt wird, dann wird diese Biegeschwingung von dem Abschnitt des Lichtleiters, der in der Passöffnung eingepasst ist, zu dem Abschnitt des Lichtleiters (Schwingungsabschnitt am distalen Ende), der in Richtung auf die distale Endseite aus der Passöffnung in einem freitragenden Zustand durchgeführt wird, übertragen, und dann wird das distale Ende des Lichtleiters in eine Richtung, die die Längsrichtung kreuzt, zum Schwingen gebracht. Durch diese Ausgestaltung ist es möglich, das Beleuchtungslicht, das aus dem distalen Ende des Lichtleiters ausgestrahlt wird, in eine Richtung zu scannen, die die Lichtachse des Beleuchtungslichts kreuzt.
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In diesem Zustand wird die Biegeschwingung zumindest in einem Teil des Schwingungsabschnitts am distalen Ende des Lichtleiters erzeugt, während der Schwingungsabschnitt am distalen Ende in der Aufnahmeöffnung aufgenommen ist, die am distalen Endseitenabschnitt des Schwingungsübertragungsteils ausgebildet ist, und der Auskragbetrag des Lichtleiters aus der distalen Endfläche des Schwingungsübertragungsteils wird klein. Durch diese Ausgestaltung kann der Abschnitt, der von der proximalen Endfläche des Schwingungsübertragungsteils bis zur distalen Endfläche des Lichtleiters ausgebildet ist, der einem steifen Spitzenabschnitt einer Sonde entspricht, wie einem Endoskop, in dem der Lichtleiter-Scanner bereitgestellt wird, verkürzt werden, und daher kann der steife Spitzenabschnitt der Sonde verkürzt werden.
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In dem oben beschriebenen ersten Aspekt kann das piezoelektrische Element so bereitgestellt werden, dass das Element an den beiden Seiten relativ zum mittleren Abschnitt in der Längsrichtung austritt, und das piezoelektrische Element kann an einer Position bereitgestellt werden, die ein distales Ende oder ein benachbartes Ende des distalen Endes des Schwingungsübertragungsteils umfasst.
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Durch Einsetzen dieser Ausgestaltungen wird es möglich, Schwingungen durch Ausdehnen und Zusammenziehen des piezoelektrischen Elements effizient durch das Schwingungsübertragungsteil, das das piezoelektrische Element bereitstellt, an den Lichtleiter zu übertragen, um so den Raum des Schwingungsübertragungsteil in der Längsrichtung effizient zu nutzen.
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In dem oben beschriebenen ersten Aspekt kann die Aufnahmeöffnung zylindrisch sein und einen Durchmesser aufweisen, der größer als eine maximale Amplitude des distalen Endes des Lichtleiters in der Richtung ist, die die Längsrichtung kreuzt, und eine Tiefe aufweisen, die gleich groß oder kleiner ist als eine Länge eines Abschnitts des Lichtleiters, der aus der Passöffnung in Richtung auf die distale Endseite herausragt.
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Durch Einsetzen dieser Ausgestaltung wird es möglich, den Schwingungsabschnitt am distalen Ende des Lichtleiters in der Aufnahmeöffnung ohne Kontakt zwischen dem Lichtleiter und der Innenwand der Aufnahmeöffnung schwingen zu lassen.
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In dem oben beschriebenen ersten Aspekt kann die Aufnahmeöffnung eine Kegelstumpfform aufweisen, deren Durchmesser von der proximalen Endseite zur distalen Endseite allmählich größer wird.
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Durch Einsetzen dieser Ausgestaltung wird der Innendurchmesser der Aufnahmeöffnung an der distalen Endseite, wo die Amplitude des Schwingungsabschnitts am distalen Ende größer wird, größer und dadurch wird es möglich, den Kontakt zwischen dem Schwingungsabschnitt am distalen Ende und der Innenwand der Aufnahmeöffnung wirksam zu verhindern.
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Im oben beschriebenen ersten Aspekt kann ferner ein zylindrisches Stützteil eingesetzt werden, das eine Außenumfangsfläche eines proximalen Endabschnitts des Schwingungsübertragungsteils abstützt, und das Stützteil kann eine Ausnehmung aufweisen, die an einer Endfläche an einem distalen Ende des Stützteils bereitgestellt wird, um einen Spalt zwischen der Außenumfangsfläche des Schwingungsübertragungsteils und dem Stützteil auszubilden, wobei der Spalt größer als eine Abmessung des piezoelektrischen Elements in einer radialen Richtung des Lichtleiters ist, und es kann auch ein proximaler Endabschnitt des piezoelektrischen Elements in der Aussparung angeordnet sein.
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Durch Einsetzen dieser Ausgestaltungen können die Positionen des piezoelektrischen Elements, der Aufnahmeöffnung und des Schwingungsabschnitts am distalen Ende zur proximalen Endseite hin verschoben werden und dadurch kann der von der proximalen Endfläche des Schwingungsübertragungsteils bis zur distalen Endfläche des Lichtleiters ausgebildete Abschnitt weiter verkürzt werden.
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Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Beleuchtungsvorrichtung, die Folgendes umfasst: einen oben beschriebenen Lichtleiter-Scanner; eine Lichtquelle, die an einer proximalen Endseitenposition des Lichtleiter-Scanners angeordnet ist und die Beleuchtungslicht an den Lichtleiter zuführt; eine Beleuchtungslinse, die an einer distalen Endseitenposition des Lichtleiter-Scanners angeordnet ist und die das aus dem distalen Ende des Lichtleiters ausgestrahlte Licht auf einen Prüfling fokussiert; und ein längliches Außenrohr, das den Lichtleiter-Scanner und die Beleuchtungslinse aufnimmt.
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Ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Beobachtungsvorrichtung, die Folgendes umfasst: eine oben beschriebene Beleuchtungsvorrichtung; und einen Lichtdetektionsabschnitt, der zurückkehrendes Licht detektiert, das von dem Prüfling durch Abstrahlung des Lichts von der Beleuchtungsvorrichtung an den Prüfling zurückkehrt.
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{Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung}
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Die vorliegende Erfindung bietet einen Vorteil der Möglichkeit, den steifen Spitzenabschnitt der Sonde zu verkürzen.
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{Kurze Beschreibung der Zeichnungen}
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Die 1A ist eine Längsschnittansicht, die eine Ausgestaltung eines Lichtleiter-Scanners gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Die 1B ist eine Vorderansicht, die den Lichtleiter-Scanner von 1A von der Spitzenendenseite eines Lichtleiters aus betrachtet zeigt.
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Die 2 ist eine Längsschnittansicht, die eine Ausgestaltung einer Beobachtungsvorrichtung mit dem Lichtleiter-Scanner von 1A zeigt.
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Die 3A ist eine Längsschnittansicht, die ein erstes Änderungsbeispiel des Lichtleiter-Scanners von 1A zeigt.
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Die 3B ist eine Vorderansicht, die den Lichtleiter-Scanner von 3A von dessen Spitzenendenseite aus gesehen zeigt.
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Die 4A ist eine Längsschnittansicht, die ein zweites Änderungsbeispiel des Lichtleiter-Scanners von 1A zeigt.
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Die 4B ist eine Vorderansicht, die den Lichtleiter-Scanner von 4A von dessen Spitzenendenseite aus gesehen zeigt.
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Die 5A ist eine Längsschnittansicht, die ein drittes Änderungsbeispiel des Lichtleiter-Scanners von 1A zeigt.
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Die 5B ist eine Vorderansicht, die den Lichtleiter-Scanner von 5A von dessen Spitzenendenseite aus gesehen zeigt.
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Die 6A ist eine Längsschnittansicht, die eine Ausgestaltung eines Lichtleiter-Scanners gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Die 6B ist eine Vorderansicht, die den Lichtleiter-Scanner von 6A von dessen Spitzenendenseite aus gesehen zeigt.
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Die 7A ist eine Längsschnittansicht (Unterseiten-Zeichnung), die eine Ausgestaltung eines Lichtleiter-Scanners gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und eine Längsschnittansicht (Oberseiten-Zeichnung) zeigt, die den Lichtleiter-Scanner von 1A zeigt.
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{Beschreibung von Ausführungsformen}
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(Erste Ausführungsform)
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Ein Lichtleiter-Scanner 10 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die 1A bis 5B beschrieben. Es wird angemerkt, dass ein orthogonales Koordinatensystem X, Y und Z in der folgenden Erklärung verwendet wird und auch dass dessen X-Richtung und Y-Richtung der radialen Richtung des Lichtleiters 1 entsprechen und dessen Z-Richtung der Längsrichtung des Lichtleiters 1 entspricht.
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Wie in den 1A und 1B gezeigt umfasst der Lichtleiter-Scanner 10 gemäß dieser Ausführungsform einen länglichen runden stabartigen aus einem Glasmaterial bestehenden Lichtleiter 1, ein Schwingungsübertragungsteil 2, das in Richtung auf die Außenumfangsfläche des distalen Endabschnitts des Lichtleiters 1 gerichtet ist, ein plattenartiges piezoelektrisches Element 3A, 3B, 3C, 3D, das an der Außenumfangsfläche des Schwingungsübertragungsteils 2 bereitgestellt wird, und ein Stützteil 4.
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Das Schwingungsübertragungsteil 2 ist ein viereckiges Prisma, das aus einem Metallmaterial, wie z. B. Nickel oder Kupfer, besteht und den Lichtleiter 1 baulich verstärkt. Das Schwingungsübertragungsteil 2 weist die Durchdringungsöffnung 5, 6 auf, die so ausgestaltet ist, dass sie entlang der Mittelachse des Schwingungsübertragungsteils in der Längsrichtung von der distalen Endfläche bis zur proximalen Endfläche durchläuft, und der Lichtleiter 1 durchdringt die Durchdringungsöffnungen 5, 6. Die Durchdringungsöffnung besteht aus der Passöffnung 5 und der Aufnahmeöffnung 6.
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Die Passöffnung 5 weist einen Innendurchmesser auf, der im Wesentlichen der gleiche ist wie der Außendurchmesser des Lichtleiters 1 und erstreckt sich von der proximalen Endfläche des Schwingungsübertragungsteils 2 zu einer mittleren Position desselben. Die Außenumfangsfläche des Lichtleiters 1, die in die Passöffnung 5 eingepasst wird, ist an der Innenumfangsfläche der Passöffnung 5 eingepasst, und dadurch wird der Lichtleiter 1 in einem freitragenden Zustand durch die Passöffnung 5 abgestützt.
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Die Aufnahmeöffnung 6 weist einen Innendurchmesser auf, der größer als der Außendurchmesser des Lichtleiters 1 ist und sich von der mittleren Position zu der distalen Endfläche erstreckt. Ein Abschnitt (der in der nachfolgenden Erklärung als „Schwingungsabschnitt am distalen Ende 1b” bezeichnet wird) des Lichtleiters 1, der aus der Öffnung am distalen Ende der Passöffnung 5 an der Bodenfläche der Aufnahmeöffnung 6 herausragt, ist in der Aufnahmeöffnung 6 so aufgenommen, dass ein zylindrischer Spalt zwischen dem Lichtleiter 1 und der Innenumfangsfläche der Aufnahmeöffnung 6 gebildet wird. Der Durchmesser E der Aufnahmeöffnung 6 ist geringfügig größer als die maximale Amplitude (der Maximalwert der gesamten Amplitude) in der X- und Y-Richtung des distalen Endes 1a des Lichtleiters 1, das durch Ansteuern der piezoelektrischen Elemente 3A, 3B, 3C, 3D schwingt, wie später beschrieben. Die Tiefe G der Aufnahmeöffnung 6 ist gleich groß oder kleiner als die Länge F des Schwingungsabschnitts am distalen Ende, und das distale Ende 1a des Lichtleiters 1 ist an einer Position angeordnet, die die gleiche Position wie die distale Endfläche des Schwingungsübertragungsteils 2 oder eine davon geringfügig auskragende Position ist.
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Die piezoelektrischen Elemente 3A, 3B, 3C, 3D bestehen aus einem piezoelektrischen Material, wie z. B. Blei-Zirkonat-Titanat, (PZT) und plattenartigen Teilen, die eine Länge a aufweisen. Die Vorderflächen und die Rückflächen der piezoelektrischen Elemente 3A, 3B, 3C, 3D werden jeweils durch eine Elektrodenbearbeitung so behandelt, das die Vorderseite als ein positiver Pol dient und die Rückfläche als ein negativer Pol dient. Als Ergebnis wird in den piezoelektrischen Elementen 3A, 3B, 3C, 3D eine Polarisation von den positiven Polen zu den negativen Polen ausgebildet, wie durch den Pfeil P gezeigt. Die Dickenrichtungen der piezoelektrischen Elemente 3A, 3B, 3C, 3D, die die Polarisationsrichtungen sind, sind die radiale Richtung des Lichtleiters 1, und die piezoelektrischen Elemente 3A, 3B, 3C, 3D sind jeweils an den vier Seitenflächen des Schwingungsübertragungsteils 2 mittels elektrisch leitfähigem Klebstoff angebracht. Spalten C sind zwischen den piezoelektrischen Elementen 3A, 3B, 3C, 3D und dem Stützteil 4 ausgebildet.
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In dieser Ausgestaltung werden zwei piezoelektrische Elemente 3A, 3B, die sich in der X-Richtung gegenüberliegen, an dem Schwingungsübertragungsteil 2 derart angebracht, dass deren Polarisationsrichtungen P die gleichen sind. Die Zuleitungsdrähte 7 zum Ansteuern der piezoelektrischen Elemente sind mit den piezoelektrischen Elementen 3A, 3B durch einen elektrisch leitfähigen Klebstoff verbunden. Wenn Wechselspannung der A-Phase durch die Zuleitungsdrähte 7 an die piezoelektrischen Elemente 3A, 3B angelegt wird, dehnen sich die piezoelektrischen Elemente 3A, 3B aus und ziehen sich zusammen, um in der zu der Polarisationsrichtung P rechtwinkligen Z-Richtung zu schwingen. Wenn sich in dieser Situation eines der piezoelektrischen Elemente 3A, 3B in Z-Richtung zusammenzieht und das andere dehnt sich in Z-Richtung aus, dann wird eine Biegeschwingung in X-Richtung bewirkt. Wenn die in dem Schwingungsübertragungsteil 2 bewirkte Biegeschwingung in X-Richtung an den Lichtleiter 1 übertragen wird, dann tritt in X-Richtung eine Biegeschwingung in dem Schwingungsabschnitt am distalen Ende 1a im Innern der Aufnahmeöffnung 6 auf.
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In ähnlicher Weise sind auch die zwei piezoelektrischen Elemente 3C, 3D, die sich in der Y-Richtung gegenüberliegen, an dem Schwingungsübertragungsteil 2 derart angebracht, dass deren Polarisationsrichtungen P die gleichen sind. Zuleitungsdrähte 8 zum Ansteuern der piezoelektrischen Elemente sind mit den piezoelektrischen Elementen 3C, 3D durch einen elektrisch leitfähigen Klebstoff verbunden. Wenn Wechselspannung der B-Phase durch die Zuleitungsdrähte 8 an die piezoelektrischen Elemente 3C, 3D angelegt wird, dehnen sich die piezoelektrischen Elemente 3C, 3D aus und ziehen sich zusammen, um in der zu der Polarisationsrichtung P rechtwinkligen Z-Richtung zu schwingen. Wenn sich in dieser Situation eines der piezoelektrischen Elemente 3C, 3D in Z-Richtung zusammenzieht und das andere dehnt sich in Z-Richtung aus, dann wird eine Biegeschwingung in Y-Richtung bewirkt. Wenn die in dem Schwingungsübertragungsteil 2 bewirkte Biegeschwingung in Y-Richtung an den Lichtleiter 1 übertragen wird, dann tritt in Y-Richtung eine Biegeschwingung in dem Schwingungsabschnitt am distalen Ende 1a im Innern der Aufnahmeöffnung 6 auf.
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Das Stützteil 4 ist ein Teil zum Befestigen eines mittleren Abschnitts des Lichtleiters 1 an einem Außenrohr 12 einer nachfolgend beschriebenen Beobachtungsvorrichtung 100. Das Stützteil 4 besteht aus einem Metallmaterial, wie rostfreier Stahl, und einem zylindrischen Teil mit der Länge b. Das Stützteil 4 wird an der Außenumfangsfläche des proximalen Endabschnitts des Schwingungsübertragungsteils 2 montiert und an dem Schwingungsübertragungsteil 2 durch einen elektrisch leitfähigen Klebstoff befestigt. In dieser Ausgestaltung dient das Stützteil 4 als Masse (GND), wenn die piezoelektrischen Elemente 3A, 3B, 3C 3D durch die Wechselspannung angesteuert werden. Deshalb ist die GND-Leitung 9 zum Ansteuern der piezoelektrischen Elemente mit der Oberfläche des Halteteils 4 durch einen elektrisch leitfähigen Klebstoff verbunden. Es wird angemerkt, dass die Leitungen 7, 8, 9 nicht in den 2 bis 7 gezeigt werden.
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Als Nächstes wird nachfolgend die Funktion des wie oben beschrieben ausgestalteten Lichtleiter-Scanners 10 erklärt. Um Beleuchtungslicht, das von einer Lichtquelle dem Lichtleiter 1 zugeführt wird, auf einen Prüfling zu scannen, wird eine Wechselspannung der Phase A mit einer Frequenz, die den Biegeschwingungszustand (Modus) mit einer maximalen Amplitude des distalen Endes 1a des Lichtleiters 1 erzeugt, an die piezoelektrischen Elemente 3A und 3B durch die Zuleitungsdrähte 7 angelegt. Dadurch wird die Biegeschwingung in linearer Weise in X-Richtung in dem Schwingungsabschnitt am distalen Ende 1b des Lichtleiters 1 bewirkt.
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In ähnlicher Weise wird eine Wechselspannung der Phase B mit einer Frequenz, die den Biegeschwingungszustand (Modus) mit einer maximalen Amplitude des distalen Endes 1a des Lichtleiters 1 erzeugt, an die piezoelektrischen Elemente 3C und 3D durch die Zuleitungsdrähte 8 angelegt. Dadurch wird die Biegeschwingung in linearer Weise in Y-Richtung in dem Schwingungsabschnitt am distalen Ende 1b des Lichtleiters 1 bewirkt.
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Wenn in diesem Zustand Wechselspannungen, deren Phase um π/2 voneinander verschoben sind, gleichzeitig an die piezoelektrischen Elemente 3A, 3B und die piezoelektrischen Elemente 3C, D angelegt werden, wird das distale Ende 1a des Lichtleiters 1 entlang einer kreisförmigen Bahn zum Schwingen gebracht. Wenn ferner die Amplituden der zwei Wechselspannungen entlang einer Sinuskurve geändert werden, dann wird das distale Ende 1a des Lichtleiters entlang einer spiralförmigen Bahn zum Schwingen gebracht. Dadurch kann das Beleuchtungslicht L zweidimensional entlang einer spiralförmigen Bahn auf den Prüfling gescannt werden.
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In dieser Situation wird in dem Lichtleiter-Scanner 10 der vorliegenden Erfindung der gesamte Teil oder der größte Teil des Schwingungsabschnitts am distalen Ende 1b des Lichtleiters 1 in der in dem distalen Endseitenabschnitt des Schwingungsübertragungsteils 2 ausgebildeten Aufnahmeöffnung 6 aufgenommen und in der Aufnahmeöffnung 6 zum Schwingen gebracht. Durch Einsetzen der Ausgestaltung, in der der Lichtleiter 2 kaum aus Schwingungsübertragungsteil 2 herausragt, wird die Länge von der proximalen Endfläche des distalen Endes 1a der Lichtleiters 1 in dem Lichtleiter-Scanner 10 kurz. Dieser Abschnitt ist an dem steifen Spitzenabschnitt einer Beobachtungsvorrichtung oder einer Beleuchtungsvorrichtung angeordnet, wenn der Lichtleiter 10 in der Beobachtungsvorrichtung oder der Beleuchtungsvorrichtung bereitgestellt wird. Durch Verwenden des Lichtleiter-Scanners 10 der vorliegenden Erfindung wird es somit möglich, eine Beobachtungsvorrichtung und eine Beleuchtungsvorrichtung zu verwirklichen, die einen kurzen steifen Spitzenabschnitt aufweisen.
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Als Nächstes wird nachfolgend eine den Lichtleiter-Scanner 10 der vorliegenden Erfindung aufweisende Beobachtungsvorrichtung beschrieben.
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Die Beobachtungsvorrichtung 100 der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung, die eine sondenartige Form, wie z. B. Endoskope, aufweist. Zudem, wie in 2 gezeigt, umfasst die Beobachtungsvorrichtung 100 eine an der distalen Endseite des Lichtleiter-Scanners 10 angeordnete Beleuchtungslinse 11, ein längliches Außenrohr 12 zum Aufnehmen des Lichtleiter-Scanners 10 und einer Beleuchtungslinse 11, mehrere in Umfangsrichtung an der Außenseite des Lichtleiter-Scanners 10 angeordnete Detektions-Lichtleiter 13, eine Lichtquelle 14 zum Zuführen von Beleuchtungslicht an das proximale Ende des Lichtleiters 1, und einen Lichtdetektor (Lichtdetektionsabschnitt) 15, der das durch den Detektions-Lichtleiter 13 empfangene Licht detektiert.
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Die Beleuchtungslinse 11 ist so angeordnet, dass ihre Fokusposition auf der Rückseite an der gleichen Position positioniert ist wie das distale Ende 1a des Lichtleiters 1. Die Beleuchtungslinse 11 empfängt Licht, das vom distalen Ende 1a des Lichtleiters 1 ausgestrahlt wird, und strahlt das empfangene Beleuchtungslicht L nach Umwandeln des Beleuchtungslichts in paralleles Licht aus, und dadurch wird das Licht auf dem Prüfling X fokussiert. Obwohl die 2 eine einzelne Linse als die Beleuchtungslinse 11 zeigt, kann die Beleuchtungslinse aus mehreren Linsen bestehen.
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Der Lichtleiter-Scanner 10 wird in dem Außenrohr 12 abgestützt, indem die Außenumfangsfläche des Stützteils 4 und die Innenumfangsfläche des Außenrohrs 12 durch einen Epoxidklebstoff aneinander befestigt werden.
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Die Lichtquelle 14 ist an einer proximalen Endseite des Außenrohrs 12 angeordnet und das proximale Ende des Lichtleiters 1 ist mit der Lichtquelle 14 verbunden.
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Der Lichtdetektor 15 ist an einer proximalen Endseite des Außenrohrs 12 angeordnet und das proximale Ende von jedem der Detektionslichteiter 13 ist mit dem Lichtdetektor 14 verbunden.
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Da die Beobachtungsvorrichtung 100 die vorgenannte Ausgestaltung aufweist, wird das distale Ende 1a des Lichtleiters 1 in einem Zustand, in dem die Beleuchtungslinse dem Prüfling X gegenüberliegt, entlang einer spiralförmigen Bahn in Schwingung gebracht und dann wird das Beleuchtungslicht L dem Lichtleiter 1 von der Lichtquelle 14 zugeführt, und das Beleuchtungslicht, das den Lichtleiter L durchlaufen hat, wird von dem distalen Ende 1a ausgestrahlt. Das ausgestrahlte Beleuchtungslicht L wird durch die Beleuchtungslinse 11 konvergiert und zu dem Prüfling X ausgestrahlt, und das auf den Prüfling X gestrahlte Licht wird zweidimensional entlang einer spiralförmigen Bahn gescannt.
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Das zurückkehrende Licht L' des Beleuchtungslichts L von dem Prüfling X wird durch die mehreren Detektions-Lichtleiter 13 empfangen und seine Intensität wird durch den Lichtdetektor 15 detektiert. Die Beobachtungsvorrichtung 100 detektiert das zurückkehrende Licht L' durch den Lichtdetektor 15 gleichzeitig mit dem Scan-Zyklus des Beleuchtungslichts L und bildet ein Bild des Prüflings X in dem die detektierten Intensitäten des zurückkehrenden Lichts L' in Übereinstimmung mit den gescannten Positionen gebracht werden.
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Mit der vorgenannten Ausgestaltung wird in der Beobachtungsvorrichtung 100 dieser Ausführungsform der steife Spitzenabschnitt 16, der von der proximalen Endfläche des Stützteils 4 ausgeht und bis zur distalen Endfläche verläuft, wo die Beleuchtungslinse 11 angeordnet ist, durch das steife Außenrohr 12 abgedeckt. Da, wie oben beschrieben, dieser Abschnitt des Lichtleiter-Scanners 10 in dem steifen Spitzenabschnitt 16 angeordnet ist, wird es möglich, den steifen Spitzenabschnitt 16 zu verkürzen. Dadurch wird es möglich, die Beobachtungsvorrichtung 100 mühelos in einen gekrümmten Abschnitt eines engen Lumens einzuschieben, und es wird somit möglich, die Beobachtungsvorrichtung 100 zu erhalten, deren Bedienbarkeit hoch ist, was einer der vorteilhaften Punkte ist.
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Obwohl die Beobachtungsvorrichtung 100 in dieser Ausführungsform den Lichtleiter-Scanner 10 aufweist, kann eine Beobachtungsvorrichtung so erstellt werden, dass die Vorrichtung den Detektions-Lichtleiter 13 und den Lichtdetektor 15, die oben beschrieben werden, nicht aufweist und dass die Vorrichtung nur eine Beleuchtungsfunktion aufweist.
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Der Lichtleiter-Scanner 10 dieser Ausführungsform kann abgeändert werden, wie in den folgenden Änderungsbeispielen eins bis drei gezeigt.
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Wie in den 3A und 3B gezeigt kann im ersten Änderungsbeispiel eine aufsenkungsartige Ausnehmung 4a in der distalen Endfläche des Stützteil 4 ausgebildet werden, und die proximalen Endabschnitte der piezoelektrischen Elemente 3A, 3B, 3C, 3D können in die Ausnehmung 4a so eingesetzt werden, dass die piezoelektrischen Elemente 3A, 3B, 3C, 3D sowohl auf der Innenseite als auch der Außenseite der Ausnehmung 4a angeordnet sind. Die Ausnehmung 4a weist einen Durchmesser K auf, der den folgenden Ausdruck erfüllt, sodass ein kreisförmiger Spalt um die Außenflächen der proximalen Endabschnitte der im Innern der Ausnehmungen 4a angeordneten piezoelektrischen Elemente 3A, 3B, 3C, 3D ausgebildet wird. Im folgenden Ausdruck ist I ein Abstand zwischen den Außenflächen der zwei gegenüberliegenden piezoelektrischen Elemente 3A, 3B oder ein Abstand zwischen den Außenflächen der zwei gegenüberliegenden piezoelektrischen Elemente 3C, 3D. K > √2 × I
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Wie in den 4A und 4B gezeigt können in dem zweiten Änderungsbeispiel die Positionen der piezoelektrischen Elemente 3A, 3B, 3C, 3D und das Stützteil 4 umgekehrt werden. Somit kann das Stützteil 4 an der distalen Endseite des Schwingungsübertragungsteils 2 angeordnet werden, und die piezoelektrische Elemente 3A, 3B, 3C, 3D können an den proximalen Endseiten des Schwingungsübertragungsteils 2 positioniert werden.
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Im dritten Änderungsbeispiel, wie in den 5A und 5B gezeigt, können die Schwingungsübertragungsteile 2 eine Säulenform aufweisen.
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(Zweite Ausführungsform)
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Als Nächstes wird nachfolgend ein Lichtleiter-Scanner 29 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die 6A und 6B beschrieben. Es wird angemerkt, dass nachfolgend in dieser Ausführungsform hauptsächlich die Ausgestaltungen erklärt werden, die sich von der ersten Ausführungsform unterscheiden, und auf eine Erklärung für die auch in der ersten Ausführungsform eingesetzten Ausgestaltungen wird verzichtet, wobei die gleichen Bezugszeichen zugewiesen werden.
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Wie in den 6A und 6B gezeigt ist in dem Lichtleiter-Scanner 20 dieser Ausführungsform die Ausgestaltung der Aufnahmeöffnung 6 von der der ersten Ausführungsform unterschiedlich.
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Wie in 6A gezeigt weist insbesondere die Aufnahmeöffnung 6 eine Kegelstumpfform auf, deren Durchmesser von der proximalen Endseite zur distalen Endseite des Schwingungsübertragungsteils 2 allmählich größer wird, und der Durchmesser H der Öffnung an der distalen Endfläche des Schwingungsübertragungsteils 2 ist größer als der Durchmesser E der Bodenfläche.
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Da der Lichtleiter-Scanner 20 dieser Ausführungsform Wirkungen bietet, die die gleichen oder ähnlich derjenigen der ersten Ausführungsform sind, wird auf die Erklärung verzichtet.
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Bei dem Lichtleiter-Scanner 20 dieser Ausführungsform wird die Amplitude des Schwingungsabschnitts am distalen Ende 1b an dessen distalen Ende das Maximum. Durch Ausbilden des Innendurchmessers der Aufnahmeöffnung 6 in Kegelstumpfform, deren Durchmesser an ihrem distalen Ende das Maximum wird, kann somit der Kontakt des Schwingungsabschnitts am distalen Ende 1b und der Innenumfangsfläche der Aufnahmeöffnung 6 wirksam verhindert werden. Wenn zudem die Amplitude des Schwingungsabschnitts am distalen Ende 1b die gleiche ist, dann wird es möglich, den Außendurchmesser des Schwingungsübertragungsteils 2 zu reduzieren. Da des Weiteren der Außendurchmesser des Schwingungsübertragungsteils 2 der gleiche ist, wird es möglich, die Amplitude des distalen Endes 1a des Lichtleiters 1 größer zu machen, was den durch das Beleuchtungslicht L gescannten Bereich größer machen kann. Da diese Ausführungsform andere Wirkungen aufweist, die die gleichen wie bei der ersten Ausführungsform sind, wird auf deren Erklärungen verzichtet.
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(Dritte Ausführungsform)
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Als Nächstes wird nachfolgend ein Lichtleiter-Scanner 30 gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die 7 beschrieben. Es wird angemerkt, dass hauptsächlich die Ausgestaltungen, die sich von denen der ersten Ausführungsform unterscheiden, nachfolgend in dieser Ausführungsform beschrieben werden, und auf die Erklärung für die Ausgestaltungen, die auch in der ersten Ausführungsform eingesetzt werden, wird verzichtet und es werden dieselben Bezugszeichen zugewiesen.
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Wie in 7 gezeigt ist der Lichtleiter-Scanner 30 dieser Ausführungsform dem ersten Änderungsbeispiel der ersten Ausführungsform ähnlich, und die proximalen Endabschnitte der piezoelektrischen Elemente 3A, 3B, 3C, 3D sind in die in dem Stützteil 4 bereitgestellte Ausnehmung 4a eingeführt. In 7 wird zu Vergleichszwecken relativ zum Lichtleiter-Scanner 10 der ersten Ausführungsform der Lichtleiter-Scanner, der der gleiche wie einer der ersten Ausführungsform ist, auf der oberen Seite gezeigt und der Lichtleiter-Scanner 30 dieser Ausführungsform wird auf der unteren Seite gezeigt.
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In dem Lichtleiter-Scanner 30 sind die piezoelektrischen Elemente 3A, 3B, 3C, 3D zur proximalen Endseite hin um einen Abstand J verschoben, der gleich groß wie die Tiefe der Ausnehmung 4a ist. Zudem ist das Schwingungsübertragungsteil 2 um die Länge J gekürzt und die Position der Bodenfläche der Aufnahmeöffnung 6 ist zur proximalen Endseite hin um den Abstand J verschoben. Es wird angemerkt, dass die Länge F des Schwingungsabschnitts am distalen Ende 1b die gleiche ist wie diejenige der ersten Ausführungsform und das distale Ende 1a des Lichtleiters 1 daher zur proximalen Endseite hin um den Abstand J verschoben ist.
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Da der Lichtleiter-Scanner 20 dieser Ausführungsform Wirkungen bietet, die die gleichen wie der ersten Ausführungsform sind oder denjenigen der ersten Ausführungsform ähnlich sind, wird auf die Erklärung verzichtet.
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Mit dem Lichtleiter-Scanner 30 dieser Ausführungsform wird es durch Ausbilden der Ausnehmung 4a in dem Stützteil 4 möglich, die Positionen der piezoelektrischen Elemente 3A, 3B, 3C, 3D und des Schwingungsabschnitts am distalen Ende 1b zur proximalen Endseite hin zu verschieben und die Abmessungen der piezoelektrischen Elemente 3A, 3B, 3C, 3D und des Schwingungsabschnitts am proximalen Ende 1b beizubehalten, wodurch der in dem steifen Spitzenabschnitt 16 angeordnete Abschnitt kürzer gemacht werden kann. Durch Einsetzen dieser Ausgestaltung kann im Vergleich zum Lichtleiter-Scanner 10 der ersten Ausführungsform eine Beleuchtungsvorrichtung und eine Beobachtungsvorrichtung, die einen kürzeren steifen Spitzenabschnitt 16 aufweisen, verwirklicht werden, was einer der vorteilhaften Punkte ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lichtleiter
- 1a
- distales Ende
- 1b
- Schwingungsabschnitt am distalen Ende
- 2
- Schwingungsübertragungsteil
- 3A, 3B, 3C, 3D
- piezoelektrisches Element
- 4
- Stützteil
- 5
- Passöffnung (Durchdringungsöffnung)
- 6
- Aufnahmeöffnung (Durchdringungsöffnung)
- 7, 8
- Leitung
- 9
- GND-Leitung
- 10, 20, 30
- Lichtleiter-Scanner
- 11
- Beleuchtungslinse
- 12
- Außenrohr
- 13
- Detektions-Lichtleiter
- 14
- Lichtquelle
- 15
- Lichtdetektor (Lichtdetektorabschnitt)
- 16
- steifer Spitzenabschnitt
- L
- Beleuchtungslicht
- L'
- zurückkehrendes Licht
- X
- Prüfling
