JP6071590B2

JP6071590B2 - 光走査ユニット、光走査型観察装置、および光走査型表示装置

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Description

本発明は、光ファイバを振動させる振動駆動手段を特定の位置に配置した光走査ユニット、光走査型観察装置、および光走査型表示装置に関するものである。

光を出射する光ファイバを振動させることにより、被観察物を走査して画像を撮像可能な光走査ユニット、または照射面上を走査して画像を形成可能な光走査ユニットが知られている。光走査ユニットにおいて、光ファイバを振動させる多様な振動駆動手段が提案されている。例えば、片持ちばり状に支持された光ファイバに永久磁石を取付け、電磁力を作用させることにより光ファイバを振動させることが提案されている（特許文献１参照）。

特開２０１０−９０３５号公報

光走査ユニットにおいては、広い画角を実現するために、振幅が大きくなるように光ファイバを駆動させることが好ましい。そのため、振幅を大きくするために、光ファイバを共振周波数または共振周波数で振動させることが望ましい。また、光走査ユニットにおいては、視認可能な画像の形成および動きのある被観察物の走査のために、光ファイバを高速で振動、すなわち周波数を大きくすることが望まれている。したがって、振動駆動手段には、光ファイバの先端における振幅が大きく、且つ比較的高い振動周波数で振動させることが求められる。

特許文献１において提案される振動駆動手段においては、片持ちばりの固定点から離れた位置に永久磁石を取付ける構成であるため、最低限求められる周波数以上の共振周波数で光ファイバを振動させるためには高次の振動モードで振動させる必要がある。しかし、高次の振動モードで振動させる場合には、永久磁石などの重量物の取付け位置に高い精度が求められ、取付け位置の誤差による共振周波数のばらつきが大きかった。

本発明は、かかる観点に鑑みてなされたもので、共振周波数のばらつきを抑制した光走査ユニット、光走査型観察装置、および光走査型表示装置を提供することを目的とするものである。

上述した諸課題を解決すべく、第１の観点による光走査ユニットは、
固定部において支持され、前記固定部から端部まで揺動可能である光ファイバと、
前記光ファイバを振動させる振動駆動手段と、を備え、
前記振動駆動手段は、前記光ファイバに取付けられた磁性体を含み、
前記磁性体は、前記振動駆動手段による前記光ファイバの高次の振動モードにおいて、当該磁性体の外部に振動の腹を有し、当該磁性体の内部に振動の節を有するように前記光ファイバに配置される、
ことを特徴とするものである。

また、第２の観点による光走査ユニットにおいて、
前記磁性体は、当該磁性体の中心近傍が前記節と重なるように前記光ファイバに配置される
ことが好ましい。

また、第３の観点による光走査ユニットにおいて、
前記高次の振動モードは３次の振動モードであって、前記節は前記振動モードによる振動の変曲点と一致する
ことが好ましい。

また、第４の観点による光走査ユニットにおいて、
前記振動駆動手段は前記磁性体を平面に沿って回動させることにより前記光ファイバを振動させる
ことが好ましい。

また、上述した諸課題を解決すべく、第５の観点による光走査ユニットは、
固定部において支持され、前記固定部から端部まで揺動可能である光ファイバと、
前記光ファイバを振動させる振動駆動手段と、を備え、
前記振動駆動手段は、前記光ファイバに取付けられた磁性体を含み、
前記磁性体は、前記振動駆動手段による前記光ファイバの高次の振動モードにおいて、当該磁性体の外部に振動の腹と振動の節とを有し、かつ前記光ファイバの振動の変曲点が重なるように前記光ファイバに配置される、
ことを特徴とするものである。

また、第６の観点による光走査ユニットにおいて、
前記磁性体は前記高次の振動モードによる振動における前記固定部から最初の腹と前記固定部との間に配置される
ことが好ましい。

また、第７の観点による光走査ユニットにおいて、
前記振動駆動手段は前記磁性体を平面に沿って変位させることにより前記光ファイバを振動させる
ことが好ましい。

また、第８の観点による光走査型観察装置は、
上記の第１の観点から第７の観点のいずれかに係る光走査ユニットを備える
ことを特徴とするものである。

また、第９の観点による光走査型表示装置は、
上記の第１の観点から第７の観点のいずれかに係る光走査ユニットを備える
ことを特徴とするものである。

本発明によれば、光走査ユニット、光走査型観察装置、および光走査型表示装置において、共振周波数のばらつきを抑制可能である。

本発明の第１の実施形態に係る光走査型観察装置の内部構成を概略的に示す機能ブロック図である。図１の光走査型内視鏡本体を概略的に示す概観図である。図２の光走査型内視鏡本体の先端部を拡大して示す断面図である。図３の走査部を拡大して示す斜視図である。第１の実施形態における揺動部の振動状態を示す状態図である。第２の実施形態における揺動部の振動状態を示す状態図である。第３の実施形態における揺動部の振動状態を示す状態図である。第４の実施形態における揺動部の振動状態を示す状態図である。実施例における永久磁石の取付け位置を説明するための、揺動部の概観図である。実施例１の揺動部の振動状態を示す状態図である。実施例２の揺動部の振動状態を示す状態図である。実施例３の揺動部の振動状態を示す状態図である。実施例４の揺動部の振動状態を示す状態図である。実施例５の揺動部の振動状態を示す状態図である。実施例６の揺動部の振動状態を示す状態図である。実施例７の揺動部の振動状態を示す状態図である。実施例８の揺動部の振動状態を示す状態図である。実施例９の揺動部の振動状態を示す状態図である。実施例１０の揺動部の振動状態を示す状態図である。実施例１１の揺動部の振動状態を示す状態図である。実施例１２の揺動部の振動状態を示す状態図である。実施例１３の揺動部の振動状態を示す状態図である。長さ０．５ｍｍの永久磁石を二次の振動モードで振動させたときの、永久磁石の取付け位置に対する揺動部の共振周波数の関係を示すグラフである。長さ０．５ｍｍの永久磁石を三次の振動モードで振動させたときの、永久磁石の取付け位置に対する揺動部の共振周波数の関係を示すグラフである。長さ２．０ｍｍの永久磁石を二次の振動モードで振動させたときの、永久磁石の取付け位置に対する揺動部の共振周波数の関係を示すグラフである。長さ２．０ｍｍの永久磁石を三次の振動モードで振動させたときの、永久磁石の取付け位置に対する揺動部の共振周波数の関係を示すグラフである。長さ３．０ｍｍの永久磁石を三次の振動モードで振動させたときの、永久磁石の取付け位置に対する揺動部の共振周波数の関係を示すグラフである。長さ４．０ｍｍの永久磁石を二次の振動モードで振動させたときの、永久磁石の取付け位置に対する揺動部の共振周波数の関係を示すグラフである。長さ４．０ｍｍの永久磁石を三次の振動モードで振動させたときの、永久磁石の取付け位置に対する揺動部の共振周波数の関係を示すグラフである。長さ０．５ｍｍの永久磁石を二次の振動モードで振動させたときの、永久磁石の取付け位置に対する先端部の振幅の関係を示すグラフである。長さ０．５ｍｍの永久磁石を三次の振動モードで振動させたときの、永久磁石の取付け位置に対する先端部の振幅の関係を示すグラフである。長さ２．０ｍｍの永久磁石を二次の振動モードで振動させたときの、永久磁石の取付け位置に対する先端部の振幅の関係を示すグラフである。長さ２．０ｍｍの永久磁石を三次の振動モードで振動させたときの、永久磁石の取付け位置に対する先端部の振幅の関係を示すグラフである。長さ３．０ｍｍの永久磁石を三次の振動モードで振動させたときの、永久磁石の取付け位置に対する先端部の振幅の関係を示すグラフである。長さ４．０ｍｍの永久磁石を二次の振動モードで振動させたときの、永久磁石の取付け位置に対する先端部の振幅の関係を示すグラフである。長さ４．０ｍｍの永久磁石を三次の振動モードで振動させたときの、永久磁石の取付け位置に対する先端部の振幅の関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る光走査ユニットを有する光走査型観察装置の内部構成を概略的に示す機能ブロック図である。

光走査型観察装置１０は、例えば、光走査型内視鏡装置であり、光源部１１、光走査型内視鏡本体１２、検出部１３、駆動電流生成部１４、制御部１５、および表示部１６を含んで構成される。

光源部１１は、例えばレーザ光源であり、白色光を出射して、光走査型内視鏡本体１２に供給する。白色光は、例えば、赤色、緑色、青色の単色レーザをダイクロイックミラーまたは光ファイバによって構成された光コンバイナにより、結合して構成する。または、広帯域であるスーパーコンティニューム光などを発信する単一の白色ファイバレーザとしてもよい。光源は、レーザ光源に限らず、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの他の形態の光源としてもよい。光走査型内視鏡本体１２は、供給される白色光を用いて被観察物ｏｂｊを走査し、走査により得られた信号光を検出部１３に伝播させる。信号光は検出部１３に伝播する前に、例えばダイクロイックミラーなどにより、Ｒ、Ｇ、Ｂの各波長に対応する光に分光される。分光された信号光は、各波長に対応した検出部１３に伝達される。検出部１３は伝播された信号光を電気信号に変換する。駆動電流生成部１４は被観察物ｏｂｊの走査に必要な駆動信号を光走査型内視鏡本体１２に送信する。制御部１５は、光源部１１、検出部１３、および駆動電流生成部１４を同期制御するとともに、検出部１３により出力された電気信号を処理して、画像を合成し表示部１６に表示する。

図２は、光走査型内視鏡本体１２を概略的に示す概観図である。光走査型内視鏡本体１２は、操作部１７および挿入部１８を備え、操作部１７の一方の端部と挿入部１８の基端部とは接続されて一体となっている。

光走査型内視鏡本体１２は、照明用光ファイバ１９、検出用光ファイババンドル２０、配線ケーブル２１、および振動駆動手段を含んで構成される。照明用光ファイバ１９、検出用光ファイババンドル２０、および配線ケーブル２１は、操作部１７から挿入部１８内部を通じて、挿入部１８の先端部２２（図２における破線部内の部分）まで導かれている。照明用光ファイバ１９は、操作部１７側において光源部１１に接続され、白色光を先端部２２に伝播させる。検出用光ファイババンドル２０は、操作部１７側において検出部１３に接続され、先端部２２において得られた信号光を検出部１３に伝播させる。配線ケーブル２１は、操作部１７側において駆動電流生成部１４に接続され、駆動信号を先端部２２に配置される振動駆動手段に送信する。振動駆動手段は、照明用光ファイバ１９を駆動信号に基づいて振動させることにより、照明用光ファイバ１９から出射する白色光で被観察物ｏｂｊを走査させる。

図３は、図１の光走査型内視鏡本体１２の先端部２２を拡大して示す断面図である。先端部２２は、振動駆動手段２３、投影用レンズ２４ａ、２４ｂ、および図示しない検出用レンズを備えるとともに、照明用光ファイバ１９および検出用光ファイババンドル２０が延在している。照明用光ファイバ１９および振動駆動手段２３は、光走査ユニットとして機能する。

振動駆動手段２３は、角型チューブ２５、永久磁石２６（図４参照）、および第１の偏向磁場発生用コイル２７ａ１〜２７ｄ１、第２の偏向磁場発生用コイル２７ａ２〜２７ｄ２を含んで構成される。

角型チューブ２５は中空の四角柱形状であり、一端が閉鎖され、他端が開放されている。角型チューブ２５は、取付環２８（図３参照）により先端部２２内部に、先端部２２の中心軸線に長手方向が一致し且つ開放された端部が先端部２２の先端側を向くように固定される。本実施形態においては、四角柱形状の角型チューブ２５を適用するが、円筒状および内部が中空である他の形状であってもよい。

角型チューブ２５の閉鎖された端部は孔部を有しており、照明用光ファイバ１９が当該孔部を挿通する。当該孔部は、照明用光ファイバ１９を挿通させた状態で、照明用光ファイバ１９と結合する。孔部を照明用光ファイバ１９と結合させることにより、当該孔部と結合される照明用光ファイバ１９の固定部１９ａから先端部１９ｃまでの部位が支持される。

永久磁石２６は円筒状であり、円筒の高さ方向に着磁される。以下、永久磁石２６は、この方向に着磁されたものとして説明するが、着磁方向はこの方向に限定されない。また、永久磁石ではなく、磁性体を用いてもよい。磁界の制御を考えれば、永久磁石と同等の効果が得られる。永久磁石２６は、内部の貫通孔に照明用光ファイバ１９を挿通させた状態で、照明用光ファイバ１９に取付けられる。永久磁石２６を取付けた照明用光ファイバ１９の固定部１９ａから先端部１９ｃまでの部位が揺動部１９ｂを構成し、揺動可能である。図５に示すように、永久磁石２６は、振動駆動手段２３が生じさせる三次の振動モードによる揺動部１９ｂの振動の腹ａｎを外部に且つ当該振動の節ｎを内部に有し、且つ永久磁石２６が内部に有する節ｎが当該振動の変曲点と重なる節ｎと一致するように、照明用光ファイバ１９に取付けられる。

第１の偏向磁場発生用コイル２７ａ１〜２７ｄ１は、角型チューブ２５の各側面の長手方向において、永久磁石２６の先端部１９ｃ側の極と対向する位置に設けられる（図４参照）。第１の偏向磁場発生用コイル２７ａ１、２７ｃ１が互いに対向する側面に設けられ、第１の偏向磁場発生用コイル２７ｂ１、２７ｄ１が互いに対向する側面に設けられる。第１の偏向磁場発生用コイル２７ａ１、２７ｃ１の中心を通る直線と、第１の偏向磁場発生用コイル２７ｂ１、２７ｄ１の中心を通る直線とは、角型チューブ２５の中心軸線付近で直交する。

第２の偏向磁場発生用コイル２７ａ２〜２７ｄ２は、角型チューブ２５の各側面の長手方向において、永久磁石２６の固定部１９ａ側の極と対向する位置に設けられる。第２の偏向磁場発生用コイル２７ａ２、２７ｃ２が互いに対向する側面に設けられ、第２の偏向磁場発生用コイル２７ｂ２、２７ｄ２が互いに対向する側面に設けられる。第２の偏向磁場発生用コイル２７ａ２、２７ｃ２の中心を通る直線と、第２の偏向磁場発生用コイル２７ｂ２、２７ｄ２の中心を通る直線とは、角型チューブ２５の中心軸線付近で直交する。

第１の偏向磁場発生用コイル２７ａ１〜２７ｄ１および第２の偏向磁場発生用コイル２７ａ２〜２７ｄ２は、配線ケーブル２１を介して駆動電流生成部１４に接続される。第１の偏向磁場発生用コイル２７ａ１、２７ｃ１と、第１の偏向磁場発生用コイル２７ｂ１、２７ｄ１と、第２の偏向磁場発生用コイル２７ａ２、２７ｃ２と、第２の偏向磁場発生用コイル２７ｂ２、２７ｄ２とには、駆動電流生成部１４から、揺動部１９ｂに三次の振動モードの振動を引起す周波数の電流が駆動信号として印加される。

第１の偏向磁場発生用コイル２７ａ１、２７ｃ１に駆動信号を印加すると、第１の偏向磁場発生用コイル２７ａ１、２７ｃ１間に第１軸偏向磁場が発生する。第２の偏向磁場発生用コイル２７ａ２、２７ｃ２に駆動信号を印加すると、第２の偏向磁場発生用コイル２７ａ２、２７ｃ２間に第２軸偏向磁場が発生する。第１軸偏向磁場および第２軸偏向磁場の方向を互いに同じ向きにさせ且つ大きさを同じにさせる駆動信号が、第１の偏向磁場発生用コイル２７ａ１、２７ｃ１および第２の偏向磁場発生用コイル２７ａ２、２７ｃ２に送信される。このような駆動信号に基づく第１軸偏向磁場および第２軸偏向磁場により、第１の偏向磁場発生用コイル２７ａ１、２７ｃ１の中心および第２の偏向磁場発生用コイル２７ａ２、２７ｃ２の中心を通る平面に沿って永久磁石２６が回動し、揺動部１９ｂが振動する。

第１の偏向磁場発生用コイル２７ｂ１、２７ｄ１に駆動信号を印加すると、第１の偏向磁場発生用コイル２７ｂ１、２７ｄ１間に第３軸偏向磁場が発生する。第２の偏向磁場発生用コイル２７ｂ２、２７ｄ２に駆動信号を印加すると、第２の偏向磁場発生用コイル２７ｂ２、２７ｄ２間に第４軸偏向磁場が発生する。第３軸偏向磁場および第４軸偏向磁場の方向を互いに同じ向きにさせ且つ大きさを同じにさせる駆動信号が、第１の偏向磁場発生用コイル２７ｂ１、２７ｄ１および第２の偏向磁場発生用コイル２７ｂ２、２７ｄ２に送信される。このような駆動信号に基づく第３軸偏向磁場および第４軸偏向磁場により、第１の偏向磁場発生用コイル２７ｂ１、２７ｄ１の中心および第２の偏向磁場発生用コイル２７ｂ２、２７ｄ２の中心を通る平面に沿って永久磁石２６が回動し、揺動部１９ｂが振動する。

投影用レンズ２４ａ、２４ｂおよび検出用レンズは、挿入部１８の先端部２２の最先端に配置される。投影用レンズ２４ａ、２４ｂは、照明用光ファイバ１９の先端部１９ｃから射出されたレーザ光が、被観察物ｏｂｊ上に略集光するように構成されている。また、検出用レンズは、被観察物ｏｂｊ上に集光されたレーザ光が、被観察物ｏｂｊにより反射、散乱、屈折等をした光（被観察物ｏｂｊと相互作用した光）又は蛍光等を検出光として取込み、検出用レンズの後に配置された検出用光ファイババンドル２０に集光、結合させるように配置される。

以上のような構成の第１の実施形態の光走査ユニットによれば、高次の振動モードによる揺動部１９ｂの振動の腹ａｎを外部に有するように永久磁石２６が配置される。永久磁石２６の内部に振動の腹ａｎがある場合には、永久磁石２６を屈曲させる力が大きくかかる。一方で、永久磁石２６剛性を有しているので、永久磁石２６は屈曲させる力に抵抗する力を発する。それゆえ、振動が比較的不安定になり、永久磁石２６の取付け位置の誤差により共振周波数にばらつきを生じさせると考えられる。それゆえ、本実施形態においては、永久磁石２６を上述のように配置するので、永久磁石２６の取付け位置の誤差による共振周波数のばらつきを抑制可能である。

また、第１の実施形態の光走査ユニットによれば、永久磁石２６が三次の振動モードによる揺動部１９ｂの振動の節ｎを内部に有するように永久磁石２６が配置される。振動の節ｎは、比較的屈曲が小さくなるため、永久磁石２６を屈曲させる力が比較的小さい。それゆえ、振動の節ｎを内部に有するように永久磁石２６を配置することにより、振動を比較的安定化させることが可能であり、永久磁石２６の取付け位置の誤差による共振周波数のばらつきの抑制効果をさらに向上させることが可能である。

また、第１の実施形態の光走査ユニットによれば、永久磁石２６が内部に有する節が三次の振動モードによる揺動部１９ｂの振動の変曲点ｉｐと重なる節ｎと一致するように配置される。変曲点を含む部位において振動による屈曲が部位全体で最小となるので、当該部位において永久磁石２６を屈曲させる力が比較的小さい。それゆえ、上述のように永久磁石２６を配置することにより、振動を比較的安定化させることが可能であり、永久磁石２６の取付け位置の誤差による共振周波数のばらつきの抑制効果をさらに向上させることが可能である。

また、第１の実施形態の光走査ユニットによれば、平面に沿って永久磁石２６が回動する。揺動部１９ｂへの永久磁石２６の取付け位置の誤差によるばらつきは、共振周波数だけでなく、振幅にも発生し得る。振動の節ｎを内部に有するように永久磁石２６を配置する場合には、節ｎを中心に永久磁石２６を回動させることにより、振幅の拡大化および取付け位置の誤差による振幅のばらつきを抑制することが可能となる。

次に、本発明の第２の実施形態を説明する。第２の実施形態では揺動部の振動モードが二次である点において第１の実施形態と異なっている。以下に、第１の実施形態と異なる点を中心に第２の実施形態について説明する。なお、第１の実施形態と同じ構成を有する部位には同じ符号を付す。

第２の実施形態においては、永久磁石２６は、振動駆動手段２３が生じさせる二次の振動モードによる揺動部１９ｂの振動の腹ａｎを外部に且つ当該振動の節ｎを内部に有し、且つ節ｎが永久磁石２６の長手方向の中心近傍と重なるように、照明用光ファイバ１９に取付けられる（図６参照）。

また、第２の実施形態において、第１の偏向磁場発生用コイル２７ａ１、２７ｃ１と、第１の偏向磁場発生用コイル２７ｂ１、２７ｄ１と、第２の偏向磁場発生用コイル２７ａ２、２７ｃ２と、第２の偏向磁場発生用コイル２７ｂ２、２７ｄ２とには、駆動電流生成部１４から、揺動部１９ｂに二次の振動モードの振動を引起す周波数の電流が駆動信号として印加される。

以上のような構成の第２の実施形態の光走査ユニットによっても、高次の振動モードによる揺動部１９ｂの振動の腹ａｎを外部に有するように永久磁石２６が配置されるので、永久磁石２６の取付け位置の誤差による共振周波数のばらつきを抑制可能である。また、第２の実施形態の光走査ユニットによっても、永久磁石２６が二次の振動モードによる揺動部１９ｂの振動の節ｎを内部に有するように永久磁石２６が配置されるので、永久磁石２６の取付け位置の誤差による共振周波数のばらつきの抑制効果をさらに向上させることが可能である。また、第２の実施形態の光走査ユニットによっても、平面に沿って永久磁石２６が回動するので、振幅の拡大化および取付け位置の誤差による振幅のばらつきを抑制することが可能となる。

また、第２の実施形態の光走査ユニットによれば、三次の振動モードによる揺動部１９ｂの振動の節ｎが永久磁石２６の長手方向の中心近傍と重なるように配置される。節ｎを中心とする部位において振動による屈曲が部位全体で比較的小さくなるので、当該部位において永久磁石２６を屈曲させる力が比較的小さい。それゆえ、上述のように永久磁石２６を配置することにより、永久磁石２６の取付け位置の誤差による共振周波数のばらつきの抑制効果をさらに向上させることが可能である。

次に、本発明の第３の実施形態を説明する。第３の実施形態では永久磁石の配置において第１の実施形態と異なっている。以下に、第１の実施形態と異なる点を中心に第３の実施形態について説明する。なお、第１の実施形態と同じ構成を有する部位には同じ符号を付す。

第３の実施形態においては、永久磁石２６は、振動駆動手段２３が生じさせる三次の振動モードによる揺動部１９ｂの振動による固定部１９ａからの最初の腹ａｎと固定部１９ａとの間において、固定部１９ａとともに当該振動の変曲点ｉｐを挟み、且つ当該振動の腹ａｎおよび節ｎを外部に有するように、照明用光ファイバ１９に取付けられる（図７参照）。

また、第３の実施形態においては、第１軸偏向磁場および第２軸偏向磁場の方向を互いに逆向きにさせ且つ大きさを同じにさせる駆動信号が、第１の偏向磁場発生用コイル２７ａ１、２７ｃ１および第２の偏向磁場発生用コイル２７ａ２、２７ｃ２に送信される。このような駆動信号に基づく第１軸偏向磁場および第２軸偏向磁場により、第１の偏向磁場発生用コイル２７ａ１、３７ｃ１の中心および第２の偏向磁場発生用コイル２７ａ２、２７ｃ２の中心を通る平面に沿って永久磁石２６が変位し、揺動部１９ｂが振動する。同様に、第３軸偏向磁場および第４軸偏向磁場の方向を互いに逆向きにさせ且つ大きさを同じにさせる駆動信号が、第１の偏向磁場発生用コイル２７ｂ１、２７ｄ１および第２の偏向磁場発生用コイル２７ｂ２、２７ｄ２に送信される。このような駆動信号に基づく第３軸偏向磁場および第４軸偏向磁場により、第１の偏向磁場発生用コイル２７ｂ１、２７ｄ１の中心および第２の偏向磁場発生用コイル２７ｂ２、２７ｄ２の中心を通る平面に沿って永久磁石２６が変位し、揺動部１９ｂが振動する。

以上のような構成の第３の実施形態の光走査ユニットによっても、高次の振動モードによる揺動部１９ｂの振動の腹ａｎを外部に有するように永久磁石２６が配置されるので、永久磁石２６の取付け位置の誤差による共振周波数のばらつきを抑制可能である。

また、第３の実施形態の光走査ユニットによれば、永久磁石２６は、振動駆動手段２３が生じさせる三次の振動モードによる揺動部１９ｂの振動による固定部１９ａから最初の腹ａｎと固定部１９ａとの間において、固定部１９ａとともに当該振動の変曲点ｉｐを挟み、且つ当該振動の節ｎを外部に有するように、照明用光ファイバ１９に取付けられる。このような構成を満たすことにより、永久磁石２６に作用する応力を軽減させることができ、永久磁石２６の取付け位置の誤差による共振周波数のばらつきの抑制効果をさらに向上させることが可能である。

また、第３の実施形態の光走査ユニットによれば、平面に沿って永久磁石２６が変位する。揺動部１９ｂへの永久磁石２６の取付け位置の誤差によるばらつきは、共振周波数だけでなく、振幅にも発生し得る。振動の節nを外部に有するように永久磁石２６を配置する場合には、永久磁石２６を回動させるのではなく、変位させることにより、振幅の拡大化および取付け位置の誤差による振幅のばらつきを抑制することが可能となる。

次に、本発明の第４の実施形態を説明する。第４の実施形態では揺動部の振動モードが二次である点および永久磁石２６の配置が第１の実施形態と異なっている。以下に、第１の実施形態と異なる点を中心に第２の実施形態について説明する。なお、第１の実施形態と同じ構成を有する部位には同じ符号を付す。

第４の実施形態においては、永久磁石２６は、振動駆動手段２３が生じさせる二次の振動モードによる揺動部１９ｂの振動による固定部１９ａからの最初の腹ａｎと固定部１９ａとの間において、当該振動の変曲点ｉｐを内部に有し、且つ当該振動の腹ａｎおよび節ｎを外部に有するように、照明用光ファイバ１９に取付けられる（図８参照）。

また、第４の実施形態において、第１の偏向磁場発生用コイル２７ａ１、２７ｃ１と、第１の偏向磁場発生用コイル２７ｂ１、２７ｄ１と、第２の偏向磁場発生用コイル２７ａ２、２７ｃ２と、第２の偏向磁場発生用コイル２７ｂ２、２７ｄ２とには、駆動電流生成部１４から、揺動部１９ｂに二次の振動モードの振動を引起す周波数の電流が駆動信号として印加される。

また、第４の実施形態においては、第１軸偏向磁場および第２軸偏向磁場の方向を互いに逆向きにさせ且つ大きさを同じにさせる駆動信号が、第１の偏向磁場発生用コイル２７ａ１、２７ｃ１および第２の偏向磁場発生用コイル２７ａ２、２７ｃ２に送信される。このような駆動信号に基づく第１軸偏向磁場および第２軸偏向磁場により、第１の偏向磁場発生用コイル２７ａ１、２７ｃ１の中心および第２の偏向磁場発生用コイル２７ａ２、２７ｃ２の中心を通る平面に沿って永久磁石２６が変位し、揺動部１９ｂが振動する。同様に、第３軸偏向磁場および第４軸偏向磁場の方向を互いに逆向きにさせ且つ大きさを同じにさせる駆動信号が、第１の偏向磁場発生用コイル２７ｂ１、２７ｄ１および第２の偏向磁場発生用コイル２７ｂ２、２７ｄ２に送信される。このような駆動信号に基づく第３軸偏向磁場および第４軸偏向磁場により、第１の偏向磁場発生用コイル２７ｂ１、２７ｄ１の中心および第２の偏向磁場発生用コイル２７ｂ２、２７ｄ２の中心を通る平面に沿って永久磁石２６が変位し、揺動部１９ｂが振動する。

以上のような構成の第４の実施形態の光走査ユニットによっても、高次の振動モードによる揺動部１９ｂの振動の腹ａｎを外部に有するように永久磁石２６が配置されるので、永久磁石２６の取付け位置の誤差による共振周波数のばらつきを抑制可能であるまた、第４の実施形態の光走査ユニットによっても、平面に沿って永久磁石２６が回動するのではなく、変位するので、振幅の拡大化および取付け位置の誤差による振幅のばらつきを抑制することが可能となる。

また、第４の実施形態の光走査ユニットによれば、永久磁石２６は、振動駆動手段２３が生じさせる二次の振動モードによる揺動部１９ｂの振動による固定部１９ａから最初の腹ａｎと固定部１９ａとの間において、当該振動の変曲点ｉｐを内部に有し、且つ当該振動の節ｎを外部に有するように、照明用光ファイバ１９に取付けられる。このような構成を満たすことにより、永久磁石２６に作用する応力を軽減させることができ、永久磁石２６の取付け位置の誤差による共振周波数のばらつきの抑制効果をさらに向上させることが可能である。

次に、実施例により本発明の効果を説明するが、本実施例はあくまでも本発明の効果を説明する一例に過ぎず、本発明を限定するものではない。

長さが０．５ｍｍである永久磁石２６の揺動部１９ｂへの取付け位置別の、振動の変曲点などの位置、共振周波数、および振幅を有限要素法により計算した。以下の説明において、図９に示すように、取付け位置は固定部１９ａからの距離によって表す。上述の計算において、取付け位置を０．５ｍｍから０．５ｍｍずつ先端側に変位させたそれぞれの位置に永久磁石２６の長手方向の中心を重ねた。また、上述の計算において、二次および三次の振動モードの振動を生じさせた。上述の計算において、照明用光ファイバ１９の直径を０．１２５ｍｍ、揺動部１９ｂの長さを１０ｍｍ、ヤング率を７０ＧＰａ、ポアソン比を０．１７、密度を２．２ｇ／ｃｍ^３とした。また、永久磁石２６は中空円筒形状とし、外径を０．５ｍｍ、内径を０．１２５ｍｍ、ヤング率を１５０ＧＰａ、ポアソン比を０．２７、密度を８．３ｇ／ｃｍ^３とした。磁石に作用する電磁力については、磁石両端1点に集中荷重が１×１０^−４Ｎそれぞれ作用していると仮定した。磁石を回動させる場合は、両端に作用する電磁力の向きは互いに逆向きになるようにし、磁石を平面に沿って変位させる場合は、両端に作用する電磁力の向きは互いに同じ向きになるようにした。

同様に、長さが１．０ｍｍ、２．０ｍｍ、３．０ｍｍ、４．０ｍｍである永久磁石２６に関しても、振動の変曲点などの位置、共振周波数、および振幅を有限要素法により計算した。長さが１．０ｍｍ、２．０ｍｍ、３．０ｍｍ、４．０ｍｍである永久磁石２６それぞれにおける上述の計算において、取付け位置を１．０ｍｍ、１．５ｍｍ、２．０ｍｍ、２．５ｍｍから０．５ｍｍずつ先端側に変位させたそれぞれの位置に永久磁石２６の中心を重ねた。

上述の計算により、それぞれの取付け位置において、永久磁石２６の外部に振動の腹ａｎを発生させているか否かを判別した。永久磁石２６の外部に振動の腹ａｎを発生させる取付け位置を表１に示した。

表１に示すように、永久磁石２６の長さが０．５ｍｍ、取付け位置が３．５ｍｍ、且つ二次の振動モードで振動させる揺動部１９ｂを実施例1とする。また、永久磁石２６の長さが０．５ｍｍ、取付け位置が６．５ｍｍ、且つ二次の振動モードで振動させる揺動部１９ｂを実施例２とする。また、永久磁石２６の長さが０．５ｍｍ、取付け位置が１．５ｍｍ、且つ三次の振動モードで振動させる揺動部１９ｂを実施例３とする。また、永久磁石２６の長さが０．５ｍｍ、取付け位置が４．５ｍｍ、且つ三次の振動モードで振動させる揺動部１９ｂを実施例４とする。また、永久磁石２６の長さが０．５ｍｍ、取付け位置が７．５ｍｍ、且つ三次の振動モードで振動させる揺動部１９ｂを実施例５とする。また、永久磁石２６の長さが０．５ｍｍ、取付け位置が８．０ｍｍ、且つ三次の振動モードで振動させる揺動部１９ｂを実施例６とする。また、永久磁石２６の長さが２．０ｍｍ、取付け位置が２．０ｍｍ、且つ二次の振動モードで振動させる揺動部１９ｂを実施例７とする。また、永久磁石２６の長さが２．０ｍｍ、取付け位置が６．０ｍｍ、且つ二次の振動モードで振動させる揺動部１９ｂを実施例８とする。また、永久磁石２６の長さが２．０ｍｍ、取付け位置が４．０ｍｍ、且つ三次の振動モードで振動させる揺動部１９ｂを実施例９とする。また、永久磁石２６の長さが２．０ｍｍ、取付け位置が５．０ｍｍ、且つ三次の振動モードで振動させる揺動部１９ｂを実施例１０とする。また、永久磁石２６の長さが３．０ｍｍ、取付け位置が３．５ｍｍ、且つ三次の振動モードで振動させる揺動部１９ｂを実施例１１とする。また、永久磁石２６の長さが３．０ｍｍ、取付け位置が４．５ｍｍ、且つ三次の振動モードで振動させる揺動部１９ｂを実施例１２とする。また、永久磁石２６の長さが４．０ｍｍ、取付け位置が７．５ｍｍ、且つ二次の振動モードで振動させる揺動部１９ｂを実施例１３とする。また、永久磁石２６の長さが４．０ｍｍ、取付け位置が４．０ｍｍ、且つ三次の振動モードで振動させる揺動部１９ｂを実施例１４とする。

実施例１から実施例１３における揺動部１９ｂの振動の状態を、図１０から図２２に示す。

実施例２、４、６、８〜１３においては、図１１、１３、１５、１７〜２２に示すように、高次の振動モードによる揺動部１９ｂの振動の節ｎを内部に有するように、永久磁石２６を配置可能であることが分かる。

さらに、実施例２、８、１３においては、図１１、１７、２２に示すように、永久磁石２６の中心近傍および振動の節ｎが重なるように、永久磁石２６を配置可能であることが分かる。

また、実施例４、９、１０においては、図１３、１８、１９に示すように、三次の振動モードにおいて振動の節ｎと変曲点ｉｐとを一致させることが可能であることが分かる。

実施例１、３、６、７においては、図１０、１２、１４、１６に示すように、高次の振動モードによる揺動部１９ｂの振動の節ｎを外部に有するように、永久磁石２６が配置可能であることが分かる。

さらに、実施例１、３、７においては、図１０、１２、１６に示すように、固定部１９ａから最初の腹ａｎと固定部１９ａとの間に、永久磁石２６を配置可能であることが分かる。

また、実施例１、３、５においては、図１０、１２、１４に示すように、固定部１９ａおよび永久磁石２６の間に変曲点ｉｐが挟まれるように、永久磁石２６を配置可能であることが分かる。

また、実施例７においては、図１６に示すように、変曲点ｉｐを内部に有するように、永久磁石２６を配置可能であることが分かる。

永久磁石２６の外部に振動の腹ａｎを発生させる取付け位置が存在する、永久磁石２６の長さが０．５ｍｍで二次の振動モードで振動させたときの、取付け位置に対する共振周波数のグラフを図２３に示した。図２３に示すように、取付け位置が３．５ｍｍおよび６．５ｍｍ近辺において、取付け位置に対する共振周波数の曲線の傾きが比較的小さい。それゆえ、実施例１、２においては、取付け位置の誤差に対する共振周波数のばらつきを抑制可能であることが分かる。

また、永久磁石２６の外部に振動の腹ａｎを発生させる取付け位置が存在する、永久磁石２６の長さが０．５ｍｍで三次の振動モードで振動させたときの、取付け位置に対する共振周波数のグラフを図２４に示した。図２４に示すように、取付け位置が１．５ｍｍ、４．５、７．５、および８．０ｍｍ近辺において、取付け位置に対する共振周波数の曲線の傾きが比較的小さい。それゆえ、実施例３から実施例６においては、取付け位置の誤差に対する共振周波数のばらつきを抑制可能であることが分かる。

また、永久磁石２６の外部に振動の腹ａｎを発生させる取付け位置が存在する、永久磁石２６の長さが２．０ｍｍで二次の振動モードで振動させたときの、取付け位置に対する共振周波数のグラフを図２５に示した。図２５に示すように、取付け位置が２．０ｍｍおよび６．０ｍｍ近辺において、取付け位置に対する共振周波数の曲線の傾きが比較的小さい。それゆえ、実施例７、８においては、取付け位置の誤差に対する共振周波数のばらつきを抑制可能であることが分かる。

また、永久磁石２６の外部に振動の腹ａｎを発生させる取付け位置が存在する、永久磁石２６の長さが２．０ｍｍで三次の振動モードで振動させたときの、取付け位置に対する共振周波数のグラフを図２６に示した。図２６に示すように、取付け位置が４．０ｍｍおよび５．０ｍｍ近辺において、取付け位置に対する共振周波数の曲線の傾きが比較的小さい。それゆえ、実施例９、１０においては、取付け位置の誤差に対する共振周波数のばらつきを抑制可能であることが分かる。

また、永久磁石２６の外部に振動の腹ａｎを発生させる取付け位置が存在する、永久磁石２６の長さが３．０ｍｍで三次の振動モードで振動させたときの、取付け位置に対する共振周波数のグラフを図２７に示した。図２７に示すように、取付け位置が３．５ｍｍおよび４．５ｍｍ近辺において、取付け位置に対する共振周波数の曲線の傾きが比較的小さい。それゆえ、実施例１１、１２においては、取付け位置の誤差に対する共振周波数のばらつきを抑制可能であることが分かる。

また、永久磁石２６の外部に振動の腹ａｎを発生させる取付け位置が存在する、永久磁石２６の長さが４．０ｍｍで二次の振動モードで振動させたときの、取付け位置に対する共振周波数のグラフを図２８に示した。図２８に示すように、取付け位置が７．５ｍｍ近辺において、取付け位置に対する共振周波数の曲線の傾きが比較的小さい。それゆえ、実施例１３においては、取付け位置の誤差に対する共振周波数のばらつきを抑制可能であることが分かる。

また、永久磁石２６の外部に振動の腹ａｎを発生させる取付け位置が存在する、永久磁石２６の長さが４．０ｍｍで三次の振動モードで振動させたときの、取付け位置に対する共振周波数のグラフを図２９に示した。図２９に示すように、取付け位置が４．０ｍｍ近辺において、取付け位置に対する共振周波数の曲線の傾きが比較的小さい。それゆえ、実施例１４においては、取付け位置の誤差に対する共振周波数のばらつきを抑制可能であることが分かる。

永久磁石２６の外部に振動の腹ａｎを発生させる取付け位置が存在する、永久磁石２６の長さが０．５ｍｍで二次の振動モードで、永久磁石２６を回動または変位させることにより振動させたときの、取付け位置に対する照明用光ファイバ１９先端部１９ｃの振幅のグラフを図３０に示した。

図３０に示すように、取付け位置が６．５ｍｍ近辺において、永久磁石２６を回動させたときの、振幅は大きくなり、また取付け位置に対する振幅の曲線の傾きが比較的小さい。それゆえ、実施例２においては、永久磁石２６を回動させることにより、振幅の拡大化および取付け位置の誤差に対する振幅のばらつきを抑制可能であることが分かる。また、取付け位置が３．５ｍｍ近辺において、永久磁石２６を変位させたときの、振幅は大きくなり、また取付け位置に対する振幅の曲線の傾きが比較的小さい。それゆえ、実施例１においては、永久磁石２６を変位させることにより、振幅の拡大化および取付け位置の誤差に対する振幅のばらつきを抑制可能であることが分かる。

永久磁石２６の外部に振動の腹ａｎを発生させる取付け位置が存在する、永久磁石２６の長さが０．５ｍｍで三次の振動モードで、永久磁石２６を回動または変位させることにより振動させたときの、取付け位置に対する照明用光ファイバ１９先端部１９ｃの振幅のグラフを図３１に示した。

図３１に示すように、取付け位置が４．５ｍｍおよび８．０ｍｍ近辺において、永久磁石２６を回動させたときの、振幅は大きくなり、また取付け位置に対する振幅の曲線の傾きが比較的小さい。それゆえ、実施例４、６においては、永久磁石２６を回動させることにより、振幅の拡大化および取付け位置の誤差に対する振幅のばらつきを抑制可能であることが分かる。また、取付け位置が１．５ｍｍおよび７．５近辺において、永久磁石２６を変位させたときの、振幅は大きくなり、また取付け位置に対する振幅の曲線の傾きが比較的小さい。それゆえ、実施例３、５においては、永久磁石２６を変位させることにより、振幅の拡大化および取付け位置の誤差に対する振幅のばらつきを抑制可能であることが分かる。

永久磁石２６の外部に振動の腹ａｎを発生させる取付け位置が存在する、永久磁石２６の長さが２．０ｍｍで二次の振動モードで、永久磁石２６を回動または変位させることにより振動させたときの、取付け位置に対する照明用光ファイバ１９先端の振幅のグラフを図３２に示した。

図３２に示すように、取付け位置が６．０ｍｍ近辺において、永久磁石２６を回動させたときの、振幅は大きくなり、また取付け位置に対する振幅の曲線の傾きが比較的小さい。それゆえ、実施例８においては、永久磁石２６を回動させることにより、振幅の拡大化および取付け位置の誤差に対する振幅のばらつきを抑制可能であることが分かる。また、取付け位置が２．０近辺において、永久磁石２６を変位させたときの、振幅は大きくなり、また取付け位置に対する振幅の曲線の傾きが比較的小さい。それゆえ、実施例７においては、永久磁石２６を変位させることにより、振幅の拡大化および取付け位置の誤差に対する振幅のばらつきを抑制可能であることが分かる。

永久磁石２６の外部に振動の腹ａｎを発生させる取付け位置が存在する、永久磁石２６の長さが２．０ｍｍで三次の振動モードで、永久磁石２６を回動または変位させることにより振動させたときの、取付け位置に対する照明用光ファイバ１９先端の振幅のグラフを図３３に示した。

図３３に示すように、取付け位置が４．０ｍｍおよび５．０ｍｍ近辺において、永久磁石２６を回動させたときの、振幅は大きくなり、また取付け位置に対する振幅の曲線の傾きが比較的小さい。それゆえ、実施例９、１０においては、永久磁石２６を回動させることにより、振幅の拡大化および取付け位置の誤差に対する振幅のばらつきを抑制可能であることが分かる。

永久磁石２６の外部に振動の腹ａｎを発生させる取付け位置が存在する、永久磁石２６の長さが３．０ｍｍで三次の振動モードで、永久磁石２６を回動または変位させることにより振動させたときの、取付け位置に対する照明用光ファイバ１９先端の振幅のグラフを図３４に示した。

図３４に示すように、取付け位置が３．５ｍｍおよび４．５ｍｍ近辺において、永久磁石２６を回動させたときの、振幅は大きくなり、また取付け位置に対する振幅の曲線の傾きが比較的小さい。それゆえ、実施例１１、１２においては、永久磁石２６を回動させることにより、振幅の拡大化および取付け位置の誤差に対する振幅のばらつきを抑制可能であることが分かる。

永久磁石２６の外部に振動の腹ａｎを発生させる取付け位置が存在する、永久磁石２６の長さが４．０ｍｍで二次の振動モードで、永久磁石２６を回動または変位させることにより振動させたときの、取付け位置に対する照明用光ファイバ１９先端の振幅のグラフを図３５に示した。

図３５に示すように、取付け位置が７．５ｍｍ近辺において、永久磁石２６を回動させたときの、振幅は大きくなり、また取付け位置に対する振幅の曲線の傾きが比較的小さい。それゆえ、実施例１３においては、永久磁石２６を回動させることにより、振幅の拡大化および取付け位置の誤差に対する振幅のばらつきを抑制可能であることが分かる。

永久磁石２６の外部に振動の腹ａｎを発生させる取付け位置が存在する、永久磁石２６の長さが４．０ｍｍで三次の振動モードで、永久磁石２６を回動または変位させることにより振動させたときの、取付け位置に対する照明用光ファイバ１９先端の振幅のグラフを図３６に示した。

図３６に示すように、取付け位置が４．０ｍｍ近辺において、永久磁石２６を回動させたときの、振幅は大きくなり、また取付け位置に対する振幅の曲線の傾きが比較的小さい。それゆえ、実施例１４においては、永久磁石２６を回動させることにより、振幅の拡大化および取付け位置の誤差に対する振幅のばらつきを抑制可能であることが分かる。

本発明を諸図面や実施形態に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。

例えば、第１の実施形態から第３の実施形態において、光走査ユニットを、光走査型内視鏡装置に適用したが、面を走査する他の装置にも適用可能である。例えば、出射する光の波長および強度を変化させながら、照明用光ファイバ１９を振動させることにより、被照明面に画像を表示する光走査型表示装置に、光走査ユニットを適用してもよい。また、光観察装置として、他に例えば、操作型顕微鏡などにも適用可能である。レーザを用いた光走査型装置として、例えば、レーザ加工装置、レーザ治療装置、レーザ計測にも適用可能である。

１０光走査型観察装置
１１光源部
１２光走査型内視鏡本体
１３検出部
１４駆動電流生成部
１５制御部
１６表示部
１７操作部
１８挿入部
１９照明用光ファイバ
１９ａ固定部
１９ｂ揺動部
１９ｃ先端部
２０検出用光ファイババンドル
２１配線ケーブル
２２先端部
２３振動駆動手段
２４ａ、２４ｂ投影用レンズ
２５角型チューブ
２６永久磁石
２７ａ１〜２７ｄ１第１の偏向磁場発生用コイル
２７ａ２〜２７ｄ２第２の偏向磁場発生用コイル
２８取付環
ａｎ腹
ｎ節
ｉｐ変曲点
ｏｂｊ被観察物

Claims

固定部において支持され、前記固定部から端部まで揺動可能である光ファイバと、
前記光ファイバを振動させる振動駆動手段と、を備え、
前記振動駆動手段は、前記光ファイバに取付けられた磁性体を含み、
前記磁性体は、前記振動駆動手段による前記光ファイバの高次の振動モードにおいて、当該磁性体の外部に振動の腹を有し、当該磁性体の内部に振動の節を有するように前記光ファイバに配置される、
ことを特徴とする光走査ユニット。
請求項１に記載の光走査ユニットであって、前記磁性体は、当該磁性体の中心近傍が前記節と重なるように前記光ファイバに配置されることを特徴とする光走査ユニット。
請求項１または請求項２に記載の光走査ユニットであって、前記高次の振動モードは３次の振動モードであって、前記節は前記振動モードによる振動の変曲点と一致することを特徴とする光走査ユニット。
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の光走査ユニットであって、前記振動駆動手段は前記磁性体を平面に沿って回動させることにより前記光ファイバを振動させることを特徴とする光走査ユニット。
固定部において支持され、前記固定部から端部まで揺動可能である光ファイバと、
前記光ファイバを振動させる振動駆動手段と、を備え、
前記振動駆動手段は、前記光ファイバに取付けられた磁性体を含み、
前記磁性体は、前記振動駆動手段による前記光ファイバの高次の振動モードにおいて、当該磁性体の外部に振動の腹と振動の節とを有し、かつ前記光ファイバの振動の変曲点が重なるように前記光ファイバに配置される、
ことを特徴とする光走査ユニット。
請求項５に記載の光走査ユニットであって、前記磁性体は前記高次の振動モードによる振動における前記固定部から最初の腹と前記固定部との間に配置されることを特徴とする光走査ユニット。
請求項５または請求項６に記載の光走査ユニットであって、前記振動駆動手段は前記磁性体を平面に沿って変位させることにより前記光ファイバを振動させることを特徴とする光走査ユニット。
請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の光走査ユニットを備えることを特徴とする光走査型観察装置。
請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の光走査ユニットを備えることを特徴とする光走査型表示装置。