JP2015198697A - 光ファイバスキャナ、照明装置および観察装置 - Google Patents

光ファイバスキャナ、照明装置および観察装置 Download PDF

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Abstract

【課題】機械的特性に変化が生じた場合にも、光ファイバの振動状態を一定に保って所望の走査軌跡を得る。【解決手段】光を導光して先端2aから射出可能な細長い光ファイバ2と、該光ファイバ2の外周面に設けられ、交番電圧の印加によって光ファイバ2の長手方向に伸縮振動することにより光ファイバ2の先端部分2bに長手方向に交差する方向の屈曲振動を発生させる駆動用圧電素子4A,4B,4Cと、光ファイバ2の先端部分2bの外周面に設けられた検出用圧電素子5A,5Bと、駆動用圧電素子4A,4B,4Cに交番電圧を印加するとともに、検出用圧電素子5A,5Bが発生する電圧に基づいて交番電圧を制御する制御部6とを備える光ファイバスキャナを提供する。【選択図】図1

Description

本発明は、光ファイバスキャナ、照明装置および観察装置に関するものである。
従来、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)からなり、光ファイバを片持ち梁状に保持する筒状のアクチュエータを用いた光ファイバスキャナが知られている(例えば、特許文献1参照。)。アクチュエータに交番電圧が印加されると、アクチュエータが光ファイバの長手方向に伸縮振動することによって光ファイバに屈曲振動が励起される。これにより、自由端である光ファイバの先端を振動させ、該先端から射出される光を走査することができる。
特表2008−504557号公報
しかしながら、特許文献1の光ファイバスキャナは、温度変化等の外的要因や部品の経年劣化等の内的要因によって光ファイバの機械的特性に変化が生じたときに、光ファイバの振動状態が変化し、光を所望の軌跡に沿って走査することができなくなるという問題がある。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、機械的特性に変化が生じた場合にも、光ファイバの振動状態を一定に保って所望の走査軌跡を得ることができる光ファイバスキャナ、照明装置および観察装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、光を導光して先端から射出可能な細長い光ファイバと、該光ファイバの外周面に設けられ、交番電圧の印加によって前記光ファイバの長手方向に伸縮振動することにより前記光ファイバの先端部分に前記長手方向に交差する方向の屈曲振動を発生させる駆動用圧電素子と、前記光ファイバの前記先端部分の外周面に設けられた検出用圧電素子と、前記駆動用圧電素子に前記交番電圧を印加するとともに、前記検出用圧電素子が発生する電圧に基づいて前記交番電圧を制御する制御部とを備える光ファイバスキャナを提供する。
本発明によれば、圧電素子に交番電圧が印加されると、圧電素子の伸縮振動によって光ファイバの先端部分に屈曲振動が励起され、光ファイバの先端がその横方向に振動する。これにより、光ファイバの先端から射出される照明光を走査することができる。
この場合に、光ファイバの先端部分の屈曲振動に伴って検出用圧電素子に変形が生じ、該検出用圧電素子が、光ファイバの先端部分の屈曲振動に対応して振動する電圧を発生する。
制御部は、検出用圧電素子が発生する電圧の振動状態が所定の状態となるように、すなわち光ファイバの先端部分の振動状態が所定の状態となるように、駆動用圧電素子に印加する交番電圧を制御する。これにより、光ファイバや圧電素子等の部品の機械的特性に変化が生じた場合にも、光ファイバの先端部分の振動状態を一定に保ち、光を所望の軌跡に沿って走査することができる。
上記発明においては、前記検出用圧電素子は、前記光ファイバの外周面の、前記先端部分が屈曲振動する方向に対向する2つの位置のうち少なくとも一方に設けられていてもよい。
このようにすることで、検出用圧電素子が発生する電圧の振動は、光ファイバの先端部分の屈曲振動により一致したものとなり、光ファイバの振動状態をより高い感度で検出することができる。
また、上記発明においては、一対の前記検出用圧電素子が、前記2つの位置の両方に設けられていてもよい。
このようにすることで、一対の検出用圧電素子が発生する電圧間の差動電圧に基づいて、光ファイバの振動状態をさらに高い感度で検出することができる。
また、上記発明においては、前記光ファイバの外周面と前記駆動用圧電素子との間に設けられた筒状の弾性体からなる振動伝達部を備えていてもよい。
このようにすることで、圧電素子の伸縮振動を振動伝達部によって光ファイバに効率良く伝達することができる。
また、上記発明においては、前記光ファイバの前記先端部分の外周面と前記駆動用圧電素子および検出用圧電素子との間に設けられ、前記駆動用圧電素子および検出用圧電素子と電気的に接続される筒状の導電部を備えていてもよい。
このようにすることで、導電部が、駆動用圧電素子および検出用圧電素子の共通のGND電極として機能するので、GNDリード線を1本に減らすことができる。
また、上記発明においては、前記検出用圧電素子が、前記先端部分の略全長にわたって設けられていてもよい。
このようにすることで、光ファイバの先端部分の屈曲振動に伴って検出用圧電素子が発生する電圧が大きくなるので、光ファイバの先端部分の振動状態をさらに高い感度で検出することができる。
また、本発明は、上記いずれかに記載の光ファイバスキャナと、該光ファイバスキャナの基端側に配置され前記光ファイバに照明光を供給する光源と、前記光ファイバスキャナの先端側に配置され前記光ファイバの先端から射出される照明光を被写体に集光する照明レンズと、前記光ファイバスキャナおよび前記照明レンズを収容する細長い外筒とを備える照明装置を提供する。
また、本発明は、上記に記載の照明装置と、該照明装置によって照明光が被写体に照射されることにより前記被写体から戻る戻り光を検出する光検出部とを備える観察装置を提供する。
本発明によれば、機械的特性に変化が生じた場合にも、光ファイバの振動状態を一定に保って所望の走査軌跡を得ることができるという効果を奏する。
本発明の第1の実施形態に係る観察装置の全体構成図である。 本発明の第1の実施形態に係る光ファイバスキャナの構成を示す(a)側面図および(b)先端側から見た正面図である。 図2の光ファイバスキャナの変形例を示す(a)側面図および(b)先端側から見た正面図である。 図2の光ファイバスキャナのもう1つの変形例を示す(a)側面図および(b)先端側から見た正面図である。 図2の光ファイバスキャナのもう1つの変形例を示す側面図である。 図2の光ファイバスキャナのもう1つの変形例を示す(a)側面図および(b)先端側から見た正面図である。 本発明の第2の実施形態に係る光ファイバスキャナの構成を示す(a)側面図および(b)先端側から見た正面図である。 図7の光ファイバスキャナの変形例を示す(a)側面図および(b)先端側から見た正面図である。 図7の光ファイバスキャナのもう1つの変形例を示す(a)側面図および(b)先端側から見た正面図である。 本発明の第3の実施形態に係る光ファイバスキャナの構成を示す(a)側面図および(b)先端側から見た正面図である。 図10の光ファイバスキャナの変形例を示す(a)側面図および(b)先端側から見た正面図である。 図10の光ファイバスキャナのもう1つの変形例を示す(a)側面図および(b)先端側から見た正面図である。 本発明の第4の実施形態に係る光ファイバスキャナの構成を示す(a)側面図および(b)先端側から見た正面図である。 図13の光ファイバスキャナの変形例を示す(a)側面図および(b)先端側から見た正面図である。 図13の光ファイバスキャナのもう1つの変形例を示す(a)側面図および(b)先端側から見た正面図である。
(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態に係る光ファイバスキャナ1、照明装置20および観察装置100について、図1から図6を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る観察装置100は、内視鏡のようなプローブ型の観察装置であり、図1に示されるように、被写体Xの表面に照明光Lを照射する照明装置20と、被写体Xからの照明光Lの戻り光L’を検出するための検出用光ファイバ31および光検出器(光検出部)32とを備えている。
照明装置20は、光ファイバ2の先端2aを振動させることによって該先端2aから射出される照明光Lを走査する光ファイバスキャナ1と、該光ファイバスキャナ1の先端側に配置された照明レンズ21と、光ファイバスキャナ1および照明レンズ21を収容する細長い円筒状の外筒22と、光ファイバ2の基端に照明光Lを供給する光源23とを備えている。
照明レンズ21は、その後側焦点位置が光ファイバ2の先端2aと略一致するように配置され、光ファイバ2の先端2aから射出された照明光Lを被写体Xに集光させる。
光源23は、外筒22の基端側に配置され、光ファイバ2の基端が接続されている。
検出用光ファイバ31は、外筒22内において、光ファイバスキャナ1の外側に周方向に配列して複数設けられ、その先端面が外筒22の先端面に配置されている。
光検出器32は、外筒22の基端側に配置されており、検用出光ファイバの基端に接続されている。
本実施形態に係る光ファイバスキャナ1は、図2(a),(b)に示されるように、ガラス材料からなる細長い丸棒状の光ファイバ2と、該光ファイバ2の外周面に向けられた弾性部材3と、該弾性部材3の外周面に設けられた板状の4枚の駆動用圧電素子4A,4B,4C,4Dと、光ファイバ2に設けられた2枚の検出用圧電素子5A,5Bと、駆動用圧電素子4A,4B,4C,4Dに印加する交番電圧を制御する制御部6と、外筒22に対して光ファイバスキャナ1を固定するための固定部材7とを備えている。なお、本実施形態の説明において、光ファイバ2の径方向をX方向およびY方向とし、光ファイバ2の長手方向をZ方向とする直交座標系X,Y,Zを用いる。
弾性部材(振動伝達部)3は、ニッケルや銅等の導電性の金属材料からなる四角柱状の部材である。弾性部材3は、先端面から基端面までその長手方向の中心軸に沿って形成され、光ファイバ2の外周面に嵌合する貫通孔を有している。光ファイバ2は、その先端部分を突出させて貫通孔内に挿入されている。以下、光ファイバ2の、弾性部材3から先端側に突出している部分を光走査部2bという。
駆動用圧電素子4A,4B,4C,4Dは、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)等の圧電セラミックス材料から形成された板状の部材である。駆動用圧電素子4A,4B,4C,4Dのおもて面と裏面にはそれぞれ、おもて面が+極、裏面が−極となるように電極処理が施されており、矢印Pで示されるように、+極から−極に向かう方向に分極している。駆動用圧電素子4A,4B,4C,4Dは、分極方向Pである厚さ方向を光ファイバ2の径方向に向け、弾性部材3の4つの側面に1枚ずつ接着剤12によって貼り付けられている。また、4枚の駆動用圧電素子4A,4B,4C,4Dは、絶縁用の接着剤12を使用したり弾性部材3をジルコニアなどの絶縁材料から形成したりする等して、弾性部材3とは電気的に絶縁されている。
ここで、X方向に互いに対向する2枚の駆動用圧電素子4A,4Bは、分極方向Pが同一となるように弾性部材3に貼り付けられている。駆動用圧電素子4A,4Bの弾性部材3側の電極面にはGNDリード線9が、弾性部材3とは反対側の電極面にはA相の駆動用リード線8Aが、それぞれ半田や導電性接着剤等によって電気的に接続されている。駆動用リード線8Aを介して制御部6から駆動用圧電素子4A,4BにA相の交番電圧が印加されると、駆動用圧電素子4A,4Bは、分極方向Pに直交するZ方向に伸縮振動する。このときに、2枚の駆動用圧電素子4A,4Bのうち、一方がZ方向に縮み、他方がZ方向に伸びることによって、弾性部材3にX方向の屈曲振動が発生する。この弾性部材3のX方向の屈曲振動が光ファイバ2に伝達されることにより、光ファイバ2の光走査部2bがX方向に屈曲振動し、光ファイバ2の先端2aがX方向に直線的に振動する。
同様に、Y方向に互いに対向する2枚の駆動用圧電素子4C,4Dは、分極方向Pが同一となるように弾性部材3に貼り付けられている。駆動用圧電素子4C,4Dの弾性部材3側の電極面にはGNDリード線9が、弾性部材3とは反対側の電極面にはB相の駆動用リード線8Bが、それぞれ半田や導電性接着剤等によって電気的に接続されている。駆動用リード線8Bを介して制御部6から駆動用圧電素子4C,4DにB相の交番電圧が印加されると、駆動用圧電素子4C,4Dは、分極方向Pに直交するZ方向に伸縮振動する。このときに、2枚の駆動用圧電素子4C,4Dのうち、一方がZ方向に縮み、他方がZ方向に伸びることによって、弾性部材3にY方向の屈曲振動が発生する。この弾性部材3のY方向の屈曲振動が光ファイバ2に伝達されることにより、光ファイバ2の光走査部2bがY方向に屈曲振動し、光ファイバ2の先端2aがY方向に直線的に振動する。
検出用圧電素子5A,5Bは、駆動用圧電素子4A,4B,4C,4Dと同様に、PZT等の圧電セラミックス材料から形成された板状の部材であり、厚さ方向に分極している。一方の検出用圧電素子5Aは、光走査部2bの外周面のうち、光走査部2bの中心軸を挟んでX方向に対向する2つの位置の一方に設けられ、導電性接着剤によって光走査部2bの外周面に接着されている。他方の検出用圧電素子5Bは、光走査部2bの外周面のうち、光走査部2bの中心軸を挟んでY方向に対向する2つの位置の一方に設けられ、導電性接着剤によって光走査部2bの外周面に接着されている。
また、検出用圧電素子5A,5Bの光走査部2b側の電極面にはGNDリード線9が、光走査部2bとは反対側の電極面には検出用リード線10が、それぞれ半田や導電性接着剤等によって電気的に接続されている。
なお、検出用圧電素子5A,5Bは、エアロゾルデポジション法(AD法)等を用いて光走査部2bの外周面に形成された、圧電セラミック材料の膜から構成されていてもよい。
各リード線8A,8B,9,10は、圧電素子4,5の隙間や、固定部材7にZ方向に形成された通し穴(図示略)を通って、光ファイバ2の外周面の略沿って配線され、固定部材7の基端側において1つに束ねられている。なお、図1においては、図が複雑になることを防ぐために、リード線8A,8B,9,10のうち、駆動用圧電素子4Aに接続されたリード線8A,9のみを図示している。
制御部6は、GND端子を有し、全ての圧電素子4A,4B,4C,4D,5A,5BのGNDリード線9が共通のGND端子に接続されている。これにより、駆動用リード線8A,8Bおよび検出用リード線10は、電気的に+極性になっている。
また、制御部6には、駆動用リード線8A,8Bおよび検出用リード線10が接続されている。制御部6は、駆動用リード線8A,8Bを介して駆動用圧電素子4A,4B,4C,4Dに所定の設定の交番電圧を印加する。また、制御部6は、所定の設定の交番電圧を印加後に、検出用リード線10を介して検出した検出用圧電素子5A,5Bの電圧に基づいて交番電圧を制御する。
具体的には、光走査部2bの屈曲振動に伴って検出用圧電素子5A,5Bに変形が生じると、検出用圧電素子5A,5Bは、周期的に振動する電圧を圧電効果によって発生し、発生された電圧(以下、検出電圧という。)が検出用リード線10を介して制御部6によって検出される。
制御部6は、直前に駆動用圧電素子4A,4Bに印加したA相の交番電圧と、検出用圧電素子5Aの検出電圧との位相を比較し、これらの位相差が所定の目標値となるように、A相の交番電圧の位相を調整する。また、制御部6は、検出用圧電素子5Aの振幅が所定の目標値となるように、A相の交番電圧の振幅を調整する。
同様に、制御部6は、直前に駆動用圧電素子4C,4Dに印加したB相の交番電圧と、検出用圧電素子5Bの検出電圧との位相を比較し、これらの位相差が所定の目標値となるように、B相の交番電圧の位相を調整する。また、制御部6は、検出用圧電素子5Bの振幅が所定の目標値となるように、B相の交番電圧の振幅を調整する。
固定部材7は、ステンレス等の金属材料から形成された円筒状の部材である。固定部材7の内周面は、弾性部材3の基端側において光ファイバ2の外周面に接着固定され、固定部材7の外周面は、外筒22の内周面にエポキシ系の接着剤によって固定されている。
次に、このように構成された光ファイバスキャナ1、照明装置20および観察装置100の作用について説明する。
本実施形態に係る観察装置100を用いて被写体Xを観察するには、照明レンズ21を被写体Xに対向配置した状態で光源23から光ファイバ2に照明光Lを供給し、光ファイバ2の先端2aを振動させることによって被写体X上で照明光Lを走査する。
具体的には、光走査部2bの屈曲共振振動周波数と対応する周波数を有するA相の交番電圧を、駆動用リード線8Aを介して駆動用圧電素子4A,4Bに印加する。これにより、光走査部2bにX方向の屈曲振動が励起され、光ファイバ2の先端2aから射出される照明光LがX方向に直線的に走査される。同様に、光走査部2bの屈曲共振振動周波数と対応する周波数を有するB相の交番電圧を、駆動用リード線8Bを介して駆動用圧電素子4C,4Dに印加する。これにより、光走査部2bにY方向の屈曲振動が励起され、光ファイバ2の先端2aから射出される照明光LがY方向に直線的に走査される。
ここで、A相の交番電圧の位相とB相の交番電圧の位相とを互いにπ/2ずらすことにより、光ファイバ2の先端2aは円状の軌跡に沿って振動する。さらに、この状態でA相の交番電圧とB相の交番電圧との振幅を正弦波状に変化させることによって、光ファイバ2の先端2aがスパイラル状の軌跡に沿って振動する。
光ファイバ2の先端2aから射出された照明光Lは、照明レンズ21によって集束されて被写体Xに照射され、被写体X上においてスパイラル状の軌跡に沿って2次元的に走査される。被写体Xからの照明光Lの戻り光L’は、複数本の検出用光ファイバ31によって受光され、その強度が光検出器32によって検出される。観察装置100は、照明光Lの走査周期と同期して光検出器32によって戻り光L’を検出し、検出された戻り光L’の強度を照明光Lの走査位置と対応付けることにより、被写体Xの画像を生成する。
この場合に、温度変化や経年劣化等が要因で光走査部2bの機械的特性に変化が生じ、これによって光走査部2bの振動状態に変化が生じた場合に、光走査部2bの振動状態の変化が、検出用圧電素子5A,5Bが発生する検出電圧の振動状態の変化として制御部6によって直ちに検出される。そして、駆動用圧電素子4A,4B,4C,4Dに供給されている交番電圧に対する検出電圧の位相の遅れと、検出電圧の振幅とがそれぞれ目標値となるように、交番電圧の位相および振幅が制御部6によってフィードバック制御される。このように、光走査部2bの実際の振動状態を検出し、検出結果に基づいて光走査部2bの振動状態が目標とする状態に一致するように交番電圧を制御することによって、光走査部2bの振動状態を一定に保ち、照明光Lを所望の走査軌跡に沿って走査し続けることができるという利点がある。
なお、本実施形態においては、交番電圧の調整を開始してから所定の時間が経過した後にも、光走査部2bの振動状態が目標とする状態にならない場合には、制御部6が、駆動用圧電素子4A,4B,4C,4Dへの交番電圧の印加および光源23からの照明光Lの出力を停止してもよい。
光ファイバ2が損傷した場合にも、光ファイバ2の振動状態に変化が生じる。例えば、光ファイバ2が折れたときには、光ファイバ2の振幅が小さくなり、検出用圧電素子5A,5Bによって検出される電圧の振幅が小さくなる。このような場合には交番電圧の調整によって光ファイバ2の振動状態を目標とする状態に回復することは難しい。したがって、制御部6によって交番電圧を調整した後も光走査部2bの正常ではない振動状態が検出され続ける場合には、光ファイバ2の故障を検出することができる。
また、本実施形態においては、角柱状の弾性部材3の外周面に駆動用圧電素子4A,4B,4C,4Dを接着することとしたが、光ファイバスキャナ1の具体的な構成はこれに限定されるものではない。
例えば、図3(a),(b)に示されるように、弾性部材3が円筒状であってもよい。あるいは、図4(a),(b)に示されるように、弾性部材3を省略し、光ファイバ2の外周面に直接、駆動用圧電素子4A,4B,4C,4Dを接触してもよい。
また、本実施形態においては、駆動用圧電素子4A,4B,4C,4DのGNDリード線9の接続位置を適宜変更してもよい。例えば、GNDリード線9は、図5に示されるように、駆動用圧電素子4A,4B,4C,4Dの先端側の側面に接続されていてもよい。
また、本実施形態においては、X方向の振動検出用の検出用圧電素子5Aと、Y方向の振動検出用の検出用圧電素子5Bとを、1枚ずつ設けることとしたが、図6(a),(b)に示されるように、2枚ずつ設けてもよい。この場合、2枚の検出用圧電素子5Aは、光走査部2bの外周面の、X方向に対向する2つの位置に設けられ、2枚の検出用圧電素子5Bは、光走査部2bの外周面の、Y方向に対向する2つの位置に設けられる。
このようにすることで、光走査部2bのX方向の振動状態は、2枚の検出用圧電素子5Aが発生する電圧間の差動電圧として検出され、光走査部2bのY方向の振動状態は、2枚の検出用圧電素子5Bが発生する電圧間の差動電圧として検出される。これにより、各方向の光走査部2bの振動状態をさらに高い感度で検出することができる。
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態に係る光ファイバスキャナ101、照明装置および観察装置について、図7から図9を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る照明装置および観察装置は、図1の照明装置20および観察装置100において光ファイバスキャナ1を光ファイバスキャナ101に変更したものである。
本実施形態に係る光ファイバスキャナ101は、図7(a),(b)に示されるように、光走査部2bと検出用圧電素子5A,5Bとの間に導電部11を備えている点において、第1の実施形態と主に異なっている。したがって、本実施形態においては、導電部11について主に説明し、第1の実施形態と共通する構成については同一の符号を付して説明を省略する。
導電部11は、光走査部2bの基端部分の外周面に設けられた筒状の部材であり、導電性の金属材料からなる。導電部11は、例えば、光走査部2bの外周面に、電解または無電解メッキ等の導電性皮膜処理を施すか、または、導電性接着剤を塗布することによって形成される。検出用圧電素子5A,5Bは、導電性接着剤によって導電部11の外周面に固定されている。導電部11の基端側の一部は、光ファイバ2と弾性部材3との間に挿入されており、導電部11と弾性部材3とは導電性接着剤によって固定されている。これにより、弾性部材3が、4枚の駆動用圧電素子4A,4B,4C,4Dと2枚の検出用圧電素子5A,5Bとの共通のGNDとして機能するようになっており、弾性部材3には単一のGNDリード線9が接続されている。
本実施形態に係る光ファイバスキャナ101、照明装置および観察装置の作用は、第1の実施形態と同様であるので説明を省略する。
このように、本実施形態によれば、光ファイバ2の外周面と圧電素子4A,4B,4C,4D,5A,5Bとの間に配置される導電部11を設け、該導電部11を、全ての圧電素子4A,4B,4C,4D,5A,5Bと電気的に接続することによって、全ての圧電素子4A,4B,4C,4D,5A,5Bに対して1本のみのGNDリード線9で済ますことができるという利点がある。本実施形態のその他の効果については、第1の実施形態と同様であるので説明を省略する。
なお、本実施形態においても、図8(a),(b)に示されるように、円筒状の弾性部材3を採用してもよく、図9(a),(b)に示されるように、弾性部材3を省略して光ファイバ2の外周面に直接、駆動用圧電素子4A,4B,4C,4Dを接着してもよい。
(第3の実施形態)
次に、本発明の第3の実施形態に係る光ファイバスキャナ102、照明装置および観察装置について、図10から図12を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る照明装置および観察装置は、図1の照明装置20および観察装置100において光ファイバスキャナ1を光ファイバスキャナ102に変更したものである。
本実施形態に係る光ファイバスキャナ102は、図10(a),(b)に示されるように、上述した導電部11を備え、さらに2枚の検出用圧電素子5A,5Bを備えている点において、第1および第2の実施形態と主に異なっている。したがって、本実施形態においては、検出用圧電素子5A,5Bについて主に説明し、第1および第2の実施形態と共通する構成については同一の符号を付して説明を省略する。
本実施形態に係る光ファイバスキャナ102は、X方向の振動検出用に2枚の検出用圧電素子5Aを備え、Y方向の振動検出用に2枚の検出用圧電素子5Bを備えている。2枚の検出用圧電素子5Aは、光走査部2bの外周面に、X方向に対向するように設けられている。2枚の検出用圧電素子5A,5Bは、光走査部2bの外周面に、Y方向に対向するように設けられている。
このように構成された光ファイバスキャナ102によれば、光走査部2bのX方向の振動状態は、2枚の検出用圧電素子5Aが発生する電圧間の差動電圧として検出され、光走査部2bのY方向の振動状態は、2枚の検出用圧電素子5Bが発生する電圧間の差動電圧として検出される。これにより、各方向の光走査部2bの振動状態をさらに高い感度で検出することができるので、制御部6は、各相の交番電圧をさらに適切に調整することができるという利点がある。
本実施形態に係る光ファイバスキャナ102、照明装置および観察装置のその他の作用および効果は、第1の実施形態と同様であるので説明を省略する。
なお、本実施形態においても、図11(a),(b)に示されるように、円筒状の弾性部材3を採用してもよく、図12(a),(b)に示されるように、弾性部材3を省略して光ファイバ2の外周面に直接、駆動用圧電素子4A,4B,4C,4Dを接着してもよい。
(第4の実施形態)
次に、本発明の第4の実施形態に係る光ファイバスキャナ103、照明装置および観察装置について、図13から図15を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る照明装置および観察装置は、図1の照明装置20および観察装置100において光ファイバスキャナ1を光ファイバスキャナ102に変更したものである。
本実施形態に係る光ファイバスキャナ103は、図13(a),(b)に示されるように、第3の実施形態の光ファイバスキャナ102を変形したものであって、導電部11および検出用圧電素子5A,5Bが、光走査部2bの略全長にわたって設けられている点において、第3の実施形態と異なっている。したがって、本実施形態においては、導電部11および検出用圧電素子5A,5Bについて主に説明し、第1から第3の実施形態と共通する構成については同一の符号を付して説明を省略する。
このように構成された光ファイバスキャナ103によれば、検出用圧電素子5A,5Bの光走査部2bとの接触面積が大きくなるので、光走査部2bの屈曲振動に伴って個々の検出用圧電素子5A,5Bに生じる変形量が大きくなり、個々の検出用圧電素子5A,5Bが発生する電圧の振幅も大きくなる。これにより、光走査部2bの振動状態をさらに高感度で検出することができるという利点がある。
本実施形態に係る光ファイバスキャナ103、照明装置および観察装置のその他の作用および効果は、第1から第3の実施形態と同様であるので説明を省略する。
なお、本実施形態においても、図14(a),(b)に示されるように、円筒状の弾性部材3を採用してもよく、図15(a),(b)に示されるように、弾性部材3を省略して光ファイバ2の外周面に直接、駆動用圧電素子4A,4B,4C,4Dを接着してもよい。
1,101,102,103 光ファイバスキャナ
2 光ファイバ
2a 先端
2b 光走査部(先端部分)
3 弾性部材(振動伝達部)
4A,4B,4C,4D 駆動用圧電素子
5A,5B 検出用圧電素子
6 制御部
7 固定部材
8A,8B 駆動用リード線
9 GNDリード線
10 検出用リード線
11 導電部
12 接着剤
20 照明装置
21 照明レンズ
22 外筒
23 光源
31 検出用光ファイバ
32 光検出器
100 観察装置
L 照明光
L’ 戻り光
X 被写体

Claims (8)

  1. 光を導光して先端から射出可能な細長い光ファイバと、
    該光ファイバの外周面に設けられ、交番電圧の印加によって前記光ファイバの長手方向に伸縮振動することにより前記光ファイバの先端部分に前記長手方向に交差する方向の屈曲振動を発生させる駆動用圧電素子と、
    前記光ファイバの前記先端部分の外周面に設けられた検出用圧電素子と、
    前記駆動用圧電素子に前記交番電圧を印加するとともに、前記検出用圧電素子が発生する電圧に基づいて前記交番電圧を制御する制御部とを備える光ファイバスキャナ。
  2. 前記検出用圧電素子は、前記光ファイバの外周面の、前記先端部分が屈曲振動する方向に対向する2つの位置のうち少なくとも一方に設けられている請求項1に記載の光ファイバスキャナ。
  3. 一対の前記検出用圧電素子が、前記2つの位置の両方に設けられている請求項2に記載の光ファイバスキャナ。
  4. 前記光ファイバの外周面と前記駆動用圧電素子との間に設けられた筒状の弾性体からなる振動伝達部を備える請求項1から請求項3のいずれかに記載の光ファイバスキャナ。
  5. 前記光ファイバの前記先端部分の外周面と前記駆動用圧電素子および検出用圧電素子との間に設けられ、前記駆動用圧電素子および検出用圧電素子と電気的に接続される筒状の導電部を備える請求項1から請求項4のいずれかに記載の光ファイバスキャナ。
  6. 前記検出用圧電素子が、前記先端部分の略全長にわたって設けられている請求項1から請求項5のいずれかに記載の光ファイバスキャナ。
  7. 請求項1から請求項6のいずれかに記載の光ファイバスキャナと、
    該光ファイバスキャナの基端側に配置され、前記光ファイバに照明光を供給する光源と、
    前記光ファイバスキャナの先端側に配置され、前記光ファイバの先端から射出される照明光を被写体に集光する照明レンズと、
    前記光ファイバスキャナおよび前記照明レンズを収容する細長い外筒とを備える照明装置。
  8. 請求項7に記載の照明装置と、
    該照明装置によって照明光が被写体に照射されることにより前記被写体から戻る戻り光を検出する光検出部とを備える観察装置。
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