WO2013031824A1 - 光走査デバイス及びこれを備えた内視鏡、顕微鏡、プロジェクター - Google Patents

光走査デバイス及びこれを備えた内視鏡、顕微鏡、プロジェクター Download PDF

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篤義 嶋本
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    • F04C2270/04—Force
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Definitions

  • the present invention relates to a method for driving an optical fiber of an optical scanning device used in an optical scanning endoscope, an optical scanning microscope, an optical scanning projector, and the like using optical fiber vibration scanning.
  • Patent Document 1 An endoscope that scans an optical fiber is disclosed in Patent Document 1.
  • the endoscope shown in Patent Document 1 scans light by attaching piezoelectric elements B in two directions to the base of an optical fiber A as shown in FIG. 5 and causing resonance vibration in the X and Y directions. Since the scanning in the endoscope shown in Patent Document 1 uses resonance vibration, the driving frequencies in the X direction and the Y direction are substantially equal, and the scanning pattern is spiral as shown in FIG. Further, in scanning using this resonance vibration, modulation is performed by gradually increasing or decreasing the amplitude, and the drive signal is complicated. In addition, the scanning speed is greatly different between the center and the periphery of the spiral scanning pattern, and there is a drawback that the exposure time of the subject varies greatly between the center and the periphery.
  • light can be scanned with a raster pattern as shown in FIG. 8 by greatly changing the driving frequencies in the X and Y directions and synchronizing the driving frequencies in the X and Y directions.
  • This scanning does not require amplitude modulation, the drive signal is simple, and the rectangular area can be scanned, so there is no waste in image conversion.
  • the scanning pitch mainly around the center to be observed is uniform, the time for exposing the subject is uniform.
  • Patent Document 2 As an endoscope that scans an optical fiber by using electromagnetic driving, there is one shown in Patent Document 2.
  • the endoscope shown in Patent Document 1 magnets C1 and C2 are attached to an optical fiber A as shown in FIG. 6, an electromagnetic coil D is installed in the periphery, and the optical fiber A is driven using electromagnetic force. Then, scanning with the raster pattern shown in FIG. 8 is performed by causing the optical fiber A to scan at low speed in the Y direction at a low speed and scanning the optical fiber A at the secondary resonance frequency in the X direction.
  • the magnet C1 is installed at an optimal place in the resonance scanning in the X direction, but the magnet C2 is the root of the optical fiber A in the non-resonance scanning in the Y direction. Therefore, there is a problem that a sufficient bending moment cannot be obtained, and the optical fiber A cannot be bent greatly efficiently.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and in scanning that vibrates a single mode optical fiber, the efficiency of amplitude increase in non-resonant scanning and the efficiency of amplitude increase in resonant scanning are both compatible, and the scanning area is widened.
  • An object of the present invention is to provide an optical scanning device.
  • an optical scanning device includes an optical fiber, a holding unit that cantilever-supports the optical fiber, and a first optical fiber that is provided on the distal end side of the optical fiber and vibrates in the first direction.
  • the first direction in which the optical fiber vibrates by the first driving device and the optical fiber intersects the first direction and vibrates by the second driving device.
  • the second direction is preferably orthogonal.
  • the vibration frequency acting in the first direction with respect to the optical fiber by the first driving device is greater than the second frequency with respect to the optical fiber by the second driving device. It is preferable that it is lower than the vibration frequency acting in the direction of.
  • the first driving device causes the optical fiber to resonate and vibrate.
  • the first drive device causes the optical fiber to vibrate nonresonantly.
  • the second driving device causes the optical fiber to resonate and vibrate.
  • the first and / or second driving device is composed of a magnet or a magnetic body and an electromagnetic coil.
  • the first and / or second driving device is constituted by a thin film-shaped piezoelectric element provided on the optical fiber.
  • the electrical signal applied to the second driving device is a periodic signal such as a sine wave or a triangular wave.
  • the endoscope of the present invention is characterized by including any one of the above-described optical scanning devices.
  • microscope of the present invention is characterized by including any of the optical scanning devices described above.
  • the projector according to the invention is characterized by including any of the optical scanning devices described above.
  • the first drive device that mainly causes non-resonance vibration is provided on the tip side of the optical fiber
  • the second drive device that mainly performs resonance vibration is provided on the base side of the optical fiber. Scanning in one direction can be performed at a low speed, and scanning in the second direction can be performed at a high speed, and raster scanning and Lissajous scanning can be efficiently performed.
  • FIG. 1 It is explanatory drawing which shows one Example of the optical scanning device of this invention, (A) is a side view of a Y direction, (B) is a side view of a X direction. It is explanatory drawing which shows the other example of the optical scanning device of this invention, (A) is a side view of a Y direction, (B) is a side view of a X direction. It is explanatory drawing of the further another example of the optical scanning device of this invention which an optical fiber carries out resonance vibration in both X direction and Y direction, (A) is a side view of a Y direction, (B) is a side view of a X direction. is there. FIG.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram of still another example of the optical scanning device of the present invention in which an optical fiber resonates in the X direction and non-resonates in the Y direction, (A) is a side view in the Y direction, and (B) is in the X direction.
  • FIG. It is explanatory drawing which shows a prior art example. It is explanatory drawing which shows another prior art example. It is explanatory drawing of a spiral scan. It is explanatory drawing of a raster scan.
  • the optical scanning device of the present invention includes an optical fiber, a holding unit that cantilever-supports the optical fiber, a first drive device that is provided on the tip side of the optical fiber and vibrates the optical fiber in a first direction, a holding unit for the optical fiber, And a second driving device that is provided between the one driving devices and vibrates the optical fiber in a second direction intersecting the first direction.
  • the optical fiber can be scanned at a low speed in the Y direction.
  • the optical fiber can be resonantly oscillated at a higher order.
  • the optical fiber can be scanned in the X direction at high speed.
  • the first direction in which the optical fiber vibrates by the first driving device and the second direction in which the optical fiber intersects the first direction and vibrates by the second driving device should be orthogonal.
  • Vibration is performed so that the X direction and the Y direction are orthogonal to each other by the first driving device that vibrates the optical fiber in the first direction and the second driving device that vibrates in the second direction orthogonal to the first direction. By doing so, it becomes possible to perform a raster scan.
  • the vibration frequency acting in the first direction with respect to the optical fiber by the first driving device is in the second direction with respect to the optical fiber by the second driving device. It is lower than the operating vibration frequency.
  • the first drive device causes the optical fiber to resonate and vibrate.
  • the first drive device is arranged at the tip side of the optical fiber, the bending moment with respect to the optical fiber increases. Accordingly, the primary resonance frequency can be lowered, and the optical fiber can be vibrated in the Y direction at the primary resonance frequency, and scanning at a low speed becomes possible.
  • the first drive device vibrates the optical fiber in a non-resonant manner.
  • the first drive device is placed at the tip of the optical fiber, the bending moment for the optical fiber increases. Therefore, the primary resonance frequency can be lowered, and scanning at a desired low speed is possible by causing the optical fiber to oscillate in the Y direction at a frequency lower than the primary resonance frequency.
  • the second driving device causes the optical fiber to resonate and vibrate.
  • the optical fiber can be resonantly oscillated at a higher order. Therefore, the resonance frequency can be arbitrarily increased, and scanning at a desired high speed can be performed by resonantly vibrating the optical fiber at a high frequency in the X direction.
  • the first or second driving device is constituted by a magnet or a magnetic body and an electromagnetic coil.
  • the drive device is composed of a magnet or magnetic material and an electromagnetic coil, it is only necessary to arrange a magnet or magnetic material on the optical fiber side, so that the structure of the optical fiber can be simplified.
  • the first or second driving device is constituted by a thin film-shaped piezoelectric element provided on the optical fiber.
  • the drive device is a thin film piezoelectric element
  • the electrical signal applied to the second driving device is a periodic signal such as a sine wave or a triangular wave.
  • the scanning interval in the Y direction becomes equal when the raster scanning is performed at high speed in the X direction.
  • the endoscope of the present invention is characterized by including any one of the above-described optical scanning devices.
  • microscope of the present invention is characterized by including any of the optical scanning devices described above.
  • the projector according to the invention is characterized by including any of the optical scanning devices described above.
  • the optical scanning range can be expanded when raster scanning or Lissajous scanning is performed.
  • the optical scanning device 1 is basically composed of a cylindrical housing 2, an optical fiber 3 housed in the housing 2, a first driving device 10 and a second driving device 20. At one end of the cylindrical housing 2, a holding portion 4 for holding the optical fiber 3 is provided. The optical fiber 3 is held at the center of the holding part 4 so that one end of the optical fiber 3 becomes a fixed end.
  • the first drive device 10 is provided on the distal end side that is the free end of the optical fiber 3 opposite to the holding portion 4.
  • the first drive device 10 includes a permanent magnet 11 disposed on the outer periphery of the optical fiber 3 and an electromagnetic coil 12 provided on the inner periphery of the housing 2.
  • a control device (not shown) for controlling the first drive device 10 is provided at an arbitrary location.
  • the optical fiber 3 side is the permanent magnet 11 and the housing 2 side is the electromagnetic coil 12, but the combination of the permanent magnet 11 and the electromagnetic coil 12 in the first drive device 10 is shown in FIG. It is not limited to the example.
  • a second drive device 20 is provided between the first drive device 10 and the holding unit 4.
  • the second drive device 20 includes a permanent magnet 21 disposed on the outer periphery of the optical fiber 3 and an electromagnetic coil 22 provided on the inner periphery of the housing 2.
  • a control device (not shown) for controlling the second drive device 20 is provided at an arbitrary location.
  • the optical fiber 3 side is the permanent magnet 21 and the housing 2 side is the electromagnetic coil 22, but the combination of the permanent magnet 21 and the electromagnetic coil 22 in the second drive device 20 is shown in FIG. It is not limited to the example.
  • the optical fiber 3 is a single mode fiber, and vibrates in the Y direction by the first drive device 10 and vibrates in the X direction by the second drive device 12.
  • the permanent magnets 11 and 21 may be magnetic materials. Further, the shape of the permanent magnets 11 and 21 may be a cylindrical shape, or may be a rectangular column such as a square, a hexagon, or an eight stroke. In any case, the optical fiber 3 may vibrate in the Y direction or the X direction by the magnetic force.
  • the first direction in which the optical fiber 3 is directly vibrated by the first driving device 10 and the second direction in which the optical fiber 3 is directly vibrated by the second driving device 20 do not necessarily need to be orthogonal to each other. If you do. Then, the direction in which the optical fiber 3 is vibrated by the first drive device 10 and the second drive device 20 may be divided into vibrations in the X direction and the Y direction that are orthogonal as a result.
  • the optical fiber 3 In order to perform scanning at a low speed in the Y direction by the first drive device 10 provided at the front end side of the optical fiber 3, the optical fiber 3 is caused to exhibit primary resonance vibration or non-resonance vibration lower than the primary resonance vibration. It has become.
  • the permanent magnet 11 is provided so as to be located on the distal end side relative to the position on the most distal side when the optical fiber 3 vibrates.
  • the optical fiber 3 has secondary resonance vibration or Higher-order resonance vibrations are generated.
  • the permanent magnet 21 is provided at a node or antinode when the optical fiber 3 vibrates.
  • the position where the permanent magnet 21 is provided may not completely coincide with the position of the node or the antinode when the optical fiber 3 vibrates.
  • the second drive device 20 can be provided at a plurality of locations between the holding unit 4 of the optical fiber 3 and the first drive device 10 according to the order of the resonance vibration.
  • a thin film-shaped piezoelectric element 13 serving as the first drive device 10 is attached to face the periphery of the optical fiber 3 so as to vibrate the optical fiber 3 in the Y direction.
  • a thin film-shaped piezoelectric element 23 serving as the second drive device 20 is attached to face the periphery of the optical fiber 3 so as to vibrate the optical fiber 3 in the X direction.
  • the optical fiber 3 In order to perform low-speed scanning in the Y direction by the first drive device 10 provided at the distal end side of the optical fiber 3, the optical fiber 3 exhibits a primary resonance vibration or a non-resonance vibration lower than the primary resonance vibration. ing.
  • the piezoelectric element 13 is provided so as to be positioned on the distal end side relative to the position that becomes the most distal node when the optical fiber 3 vibrates.
  • the optical fiber 3 has a secondary resonance vibration or the same. Higher-order resonance vibration is generated.
  • the piezoelectric element 23 is provided at a position that becomes a node or an antinode when the optical fiber 3 vibrates.
  • the position where the piezoelectric element 23 is provided does not have to completely coincide with the position of the node or the antinode when the optical fiber 3 vibrates.
  • the second drive device 20 can also be provided at a plurality of locations between the holding unit 4 of the optical fiber 3 and the first drive device 10.
  • Example 3 a method of performing raster scan and Lissajous scan by the above-described optical scanning device of the present invention will be described for the optical scanning device of Example 3 using the magnetic force shown in Example 1.
  • FIG. Basically, the vibration frequency in the X direction, which is the high-speed scanning direction, and the Y direction, which is the low-speed scanning direction, is determined by the required frame rate and the number of scan lines.
  • a raster scan is performed when the vibration frequency in the X direction is an integral multiple of the vibration frequency in the Y direction.
  • FIG. 3 shows an example of the optical scanning device of Example 3 in which the X direction, which is the scanning direction at high speed, is the third-order resonant vibration frequency, and the Y direction, which is the scanning direction, at low speed is the primary resonant vibration frequency.
  • the primary resonance vibration frequency in the Y direction is 233 Hz
  • the third resonance vibration frequency in the X direction is 7600 Hz.
  • the electrical signal applied to the second driving device 20 in order to make the scanning interval equal in the X direction is a periodic signal such as a sine wave or a triangular wave. It is desirable to do.
  • the primary resonance frequency in the Y direction can be selected as appropriate within a range of 100 Hz to 1000 Hz.
  • the permanent magnet 11 of the first drive device 10 for vibrating in the Y direction is the tip when the optical fiber 3 vibrates. It is provided on the tip side from the position that becomes the side node 31.
  • the permanent magnet 21 of the second drive device 20 for vibrating in the X direction is preferably a position that becomes the antinode 32 on the distal end side and an antinode 33 on the holding portion 4 side when the optical fiber 3 vibrates. For example, it is provided at a position corresponding to the node 34 in the middle.
  • the permanent magnet 21 of the second drive device 20 may be provided at a position corresponding to the antinode 32 in addition to the position corresponding to the node 34 when the optical fiber 3 vibrates.
  • the permanent magnet 21 of the second drive device 20 is not necessarily in the above position as long as it is between the holding unit 4 and the first drive device 10.
  • FIG. 4 shows another example of the optical scanning device according to the third embodiment in which the X direction which is the high-speed scanning direction is the secondary resonance vibration frequency, and the Y direction which is the low-speed scanning direction is the non-resonance vibration frequency lower than the primary resonance vibration frequency.
  • the electrical signal applied to the second driving device 20 to make the scanning interval equal in the X direction is a periodic signal such as a sine wave or a triangular wave. Is desirable.
  • the primary non-resonant frequency in the Y direction can be appropriately selected in the range of 1 Hz to 1000 Hz.
  • the permanent magnet 11 of the first drive device 10 for vibrating in the Y direction is a node when the optical fiber 3 vibrates. It is provided on the front end side with respect to the position 35.
  • the permanent magnet 21 of the second drive device 20 for vibrating in the X direction is preferably a position corresponding to the node 35 and a position corresponding to, for example, the belly 36 when the optical fiber 3 vibrates.
  • the permanent magnet 21 of the second drive device 20 may not necessarily be at the above position as long as it is between the holding unit 4 and the first drive device 10.
  • Example 4 The optical scanning endoscope, optical scanning microscope, and optical scanning projector provided with the optical scanning device of Example 4 replace the optical scanning device conventionally used in these apparatuses, and the above-described optical scanning device of the present invention. It is equipped with. Thereby, it becomes an endoscope, a microscope, and a projector provided with the effect of the optical scanning device of the present invention.
  • the optical fiber 3 may be any light guide member having a single mode as a core.
  • An optical fiber having a single mode as a core is suitable for efficiently synthesizing each vibration generated by the first driving device 10 and the second driving device 20 into a desired scanning pattern.
  • the optical scanning device of the present invention is not limited to application to an endoscope, a microscope, and a projector, but can be used for various devices that use an optical scanning device that performs raster scanning and Lissajous scanning.
  • SYMBOLS 1 Optical scanning device 2 Housing 3 Optical fiber 4 Holding part 10 1st drive device 11 Permanent magnet 12 Electromagnetic coil 13 Piezoelectric element 20 Second drive device 21 Permanent magnet 22 Electromagnetic coil 23 Piezoelectric element 31 Front end side node 32 Front end side belly 33 Holding part side belly 34, 35 node 36 belly A optical fiber B piezoelectric element C1, C2 magnet D electromagnetic coil

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Abstract

【課題】光ファイバー振動させる走査において、非共振走査の振幅増大の効率と、共振走査の振幅増大の効率を両立し、走査領域を広くした走査デバイスを提供すること。 【解決手段】光ファイバー３と、前記光ファイバー３を片持ち支持する保持部４と、前記光ファイバー３の先端側に設けられ前記光ファイバー３を第一の方向に振動させる第一の駆動デバイス１０と、前記光ファイバー３の前記保持部４と前記第一の駆動デバイス１０の間に設けられ前記光ファイバー３を前記第一の方向と交差する第二の方向に振動させる第二の駆動デバイス２０とを備えたことを特徴とする。

Description

光走査デバイス及びこれを備えた内視鏡、顕微鏡、プロジェクター
　本発明は、光ファイバー振動走査を利用した光走査型内視鏡、光走査型顕微鏡、光走査型プロジェクターなどに用いられる光走査デバイスの光ファイバーの駆動方法に関する発明である。
　光ファイバーを走査させる内視鏡としては、特許文献１に示すものがある。特許文献１に示す内視鏡は、図５に示すように光ファイバーＡの根元に圧電素子Ｂを２方向に貼り付け、Ｘ方向とＹ方向に共振振動させることにより、光を走査させている。そして、特許文献１に示す内視鏡における走査は、共振振動を利用しているため、Ｘ方向とＹ方向の駆動周波数はほぼ等しくなり、走査パターンが図７に示すようなスパイラル状になる。また、この共振振動を利用した走査では、振幅を徐々に増減することで変調させており、駆動信号は複雑である。また、スパイラル状の走査パターンの中心と周辺とで走査するスピードが大きく異なり、被写体を露光する時間が中心と周辺で大きく変化してしまうという欠点がある。
　一方、Ｘ方向とＹ方向の駆動周波数を大きく変え、Ｘ方向とＹ方向の駆動周波数を同期させることにより、図８に示すようなラスターパターンで光を走査させることができる。この走査では、振幅の変調を必要とせず、駆動信号はシンプルとなり、矩形領域を走査できるので、画像変換の際、無駄がない。また、主に観察対象となる中心付近での走査ピッチが均一なので、被写体を露光する時間が均一である。
　また、電磁駆動を利用して光ファイバーを走査させる内視鏡としては、特許文献２に示すものがある。特許文献１に示す内視鏡は、図６に示すように光ファイバーＡに磁石Ｃ１，Ｃ２を取り付け、電磁コイルＤを周辺に設置し、電磁力を利用して光ファイバーＡを駆動する。そして、Ｙ方向には光ファイバーＡを低速で非共振走査させ、Ｘ方向には光ファイバーＡを２次共振周波数で走査させることにより、図８に示すラスターパターンでの走査を行っている。
特表２０１０－５２７０２８号公報 特開２００８－１１６９２２号公報
　しかし、上記特許文献１に示す内視鏡では、光ファイバーＡの根元に圧電素子Ｂが貼り付けてあるので、光ファイバーＡの先端を大きく撓ませることができず、またその時々の撓み量を精密に制御することも困難であった。
　また、上記特許文献２に示す内視鏡では、Ｘ方向の共振走査においては、磁石Ｃ１を最適な場所に設置してあるが、Ｙ方向の非共振走査においては、磁石Ｃ２が光ファイバーＡの根元にあるため、十分な曲げモーメントが得られず、効率的に光ファイバーＡを大きく撓ますことができないという課題があった。
　本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、シングルモードの光ファイバーを振動させる走査において、非共振走査における振幅増大の効率と、共振走査における振幅増大の効率を両立させ、走査領域を広くした光走査デバイスを提供することを目的としている。
　上記の目的を達成するために、本発明による光走査デバイスは、光ファイバーと、前記光ファイバーを片持ち支持する保持部と、前記光ファイバーの先端側に設けられ前記光ファイバーを第一の方向に振動させる第一の駆動デバイスと、前記光ファイバーの前記保持部と前記第一の駆動デバイスの間に設けられ前記光ファイバーを前記第一の方向と交差する第二の方向に振動させる第二の駆動デバイスとを備えたことを特徴としている。
　また、本発明の光走査デバイスにおいては、前記光ファイバーが前記第一の駆動デバイスにより振動する前記第一の方向と、前記光ファイバーが前記第一の方向と交差し前記第二の駆動デバイスにより振動する前記第二の方向とが、直交することが好ましい。
　また、本発明の光走査デバイスにおいては、前記光ファイバーに対し前記第一の駆動デバイスにより前記第一の方向へ作用する振動周波数の方が、前記光ファイバーに対し前記第二の駆動デバイスにより前記第二の方向へ作用する振動周波数よりも低いことが好ましい。
　また、本発明の光走査デバイスにおいては、前記第一の駆動デバイスは、前記光ファイバーを共振振動させることが好ましい。
　また、本発明の光走査デバイスにおいては、前記第一の駆動デバイスは、前記光ファイバーを非共振振動させることが好ましい。
　また、本発明の光走査デバイスにおいては、前記第二の駆動デバイスは、前記光ファイバーを共振振動させることが好ましい。
　さらに、本発明の光走査デバイスにおいては、前記第一及び（または）第二の駆動デバイスは、磁石または磁性体と電磁コイルにより構成されていることが好ましい。
　また、本発明の光走査デバイスにおいては、前記第一及び（または）第二の駆動デバイスは、前記光ファイバーに設けられた薄膜形状の圧電素子により構成されていることが好ましい。
　また、本発明の光走査デバイスにおいては、前記第二の駆動デバイスに印加される電気信号は、正弦波または三角波のような周期信号であることが好ましい。
　また、本発明の内視鏡は、上記した何れかの光走査デバイスを備えていることを特徴としている。
　また、本発明の顕微鏡は、上記した何れかの光走査デバイスを備えていることを特徴としている。
　また、本発明のプロジェクターは、上記した何れかの光走査デバイスを備えていることを特徴としている。
　本発明の光走査デバイスによれば、主に非共振振動させる第一の駆動デバイスを光ファイバーの先端側に設け、主に共振振動させる第二の駆動デバイスを光ファイバーの根元側に設けたので、第一の方向へは低速で走査でき、第二の方向へは高速で走査でき、ラスタースキャンやリサージュスキャンを効率よくできるという効果を有する。
本発明の光走査デバイスの一実施例を示す説明図であり、（Ａ）はＹ方向の側面図であり、（Ｂ）はＸ方向の側面図である。 本発明の光走査デバイスの他の例を示す説明図であり、（Ａ）はＹ方向の側面図であり、（Ｂ）はＸ方向の側面図である。 光ファイバーがＸ方向、Ｙ方向共に共振振動する本発明の光走査デバイスのさらに他の例の説明図であり、（Ａ）はＹ方向の側面図であり、（Ｂ）はＸ方向の側面図である。 光ファイバーがＸ方向を共振振動、Ｙ方向を非共振振動する本発明の光走査デバイスのさらに他の例の説明図であり、（Ａ）はＹ方向の側面図であり、（Ｂ）はＸ方向の側面図である。 従来例を示す説明図である。 他の従来例を示す説明図である。 スパイラルスキャンの説明図である。 ラスタースキャンの説明図である。
　次に、本発明の実施形態について説明する。
　本発明の光走査デバイスは、光ファイバーと、光ファイバーを片持ち支持する保持部と、光ファイバーの先端側に設けられ光ファイバーを第一の方向に振動させる第一の駆動デバイスと、光ファイバーの保持部と第一の駆動デバイスの間に設けられ光ファイバーを第一の方向と交差する第二の方向に振動させる第二の駆動デバイスとを備えたことを特徴とする。
　第一の駆動デバイスを光ファイバーの先端側に配置することで、光ファイバーに対する曲げモーメントが大きくなる。よって、１次共振周波数が低くなるので、非共振振動させたときの振幅を効率良く、高めることができる。例えば、第一の方向をＹ方向とすると、光ファイバーをＹ方向に低速走査できることとなる。
　一方、第二の駆動デバイスを光ファイバーの保持部と第一の駆動デバイスの間に配置することで、光ファイバーを高次で共振振動させることができる。例えば、第二の方向をＸ方向とすると、光ファイバーをＸ方向に高速で走査できることとなる。
　また、本発明の光走査デバイスにおいては、好ましくは、光ファイバーが第一の駆動デバイスにより振動する第一の方向と、光ファイバーが第一の方向と交差し第二の駆動デバイスにより振動する第二の方向とが、直交するようにする。
　光ファイバーを、第一の方向に振動させる第一の駆動デバイスと、第一の方向と直交する第二の方向に振動させる第二の駆動デバイスにより、Ｘ方向とＹ方向とが直交するように振動させることにより、ラスタースキャンを行うことが可能となる。
　また、本発明の光走査デバイスにおいては、好ましくは、光ファイバーに対し第一の駆動デバイスにより第一の方向へ作用する振動周波数の方が、光ファイバーに対し第二の駆動デバイスにより第二の方向へ作用する振動周波数よりも低い。
　第一の方向と第二の方向は直交しているので、光ファイバーが第一の駆動デバイスによりＹ方向に振動する周波数を、第二の駆動デバイスによりＸ方向に振動する周波数より低くすることにより、ラスタースキャンを容易に行うことができる。
　また、本発明の光走査デバイスにおいては、好ましくは、第一の駆動デバイスは光ファイバーを共振振動させる。
　第一の駆動デバイスは光ファイバーの先端側に配置したので、光ファイバーに対する曲げモーメントが大きくなる。よって、１次共振周波数を低くでき、光ファイバーをＹ方向に１次共振周波数で振動させて低速での走査が可能となる。
　また、本発明の光走査デバイスにおいては、好ましくは、第一の駆動デバイスは光ファイバーを非共振振動させる。
　第一の駆動デバイスは光ファイバーの先端側に配置したで、光ファイバーに対する曲げモーメントが大きくなる。よって、１次共振周波数を低くでき、光ファイバーをＹ方向に１次共振周波数より低い周波数で非共振振動させることにより、所望の低速での走査が可能となる。
　また、本発明の光走査デバイスにおいては、好ましくは、第二の駆動デバイスは光ファイバーを共振振動させる。
　第二の駆動デバイスは光ファイバーの保持部と第一の駆動デバイスの間に配置したので、光ファイバーを高次で共振振動させることができる。よって、共振周波数を任意の高次にでき、光ファイバーをＸ方向に高い周波数で共振振動させることにより、所望の高速での走査が可能となる。
　また、本発明の光走査デバイスにおいては、好ましくは、第一または第二の駆動デバイスは磁石または磁性体と電磁コイルにより構成されている。
　駆動デバイスを磁石または磁性体と電磁コイルにより構成すると、光ファイバー側には磁石または磁性体を配するだけで足りるので、光ファイバーの構成を単純化できる。
　また、本発明の光走査デバイスにおいては、好ましくは、第一または第二の駆動デバイスは光ファイバーに設けられた薄膜形状の圧電素子により構成されている。
　駆動デバイスを薄膜形状の圧電素子にすると、光ファイバーに圧電素子を配すればよいだけなので、電磁コイルなどが不要であり構造が簡単になる。
　また、本発明の光走査デバイスにおいては、好ましくは、第二の駆動デバイスに印加される電気信号は正弦波または三角波のような周期信号である。
　第二の駆動デバイスに印加される信号を周期信号とすることにより、ラスタースキャンでＸ方向に高速で走査した場合に、Ｙ方向の走査間隔が等間隔となる。
　また、本発明の内視鏡は、上記した何れかの光走査デバイスを備えていることを特徴としている。
　また、本発明の顕微鏡は、上記した何れかの光走査デバイスを備えていることを特徴としている。
　また、本発明のプロジェクターは、上記した何れかの光走査デバイスを備えていることを特徴としている。
　内視鏡や顕微鏡やプロジェクターに本発明の光走査デバイスを備えることにより、ラスタースキャンやリサージュスキャンを行う場合に光走査範囲を拡大することができる。
＜実施例１＞
　次に、本発明の光走査デバイスの一実施例として第一の駆動デバイスと第二の駆動デバイスに磁力を用いた例を図１に基づいて説明する。
　光走査デバイス１は、基本的には円筒形のハウジング２と、ハウジング２の内部に収納された光ファイバー３と、第一の駆動デバイス１０及び第二の駆動デバイス２０により構成されている。円筒形のハウジング２の一端には光ファイバー３保持用の保持部４が設けられている。そして、保持部４の中心部に光ファイバー３の一端が固定端となるように保持されている。
　光ファイバー３の保持部４の反対側の自由端となる先端側には第一の駆動デバイス１０が設けられている。第一の駆動デバイス１０は光ファイバー３の外周に配設された永久磁石１１と、ハウジング２の内周に設けられた電磁コイル１２とにより構成されている。また、第一の駆動デバイス１０を制御するための図示しない制御装置が任意の箇所に設けられている。なお、図１に示した例では光ファイバー３側を永久磁石１１とし、ハウジング２側を電磁コイル１２としたが、第一の駆動デバイス１０における永久磁石１１と電磁コイル１２の組み合わせは図１に示した例に限るものではない。
　また、第一の駆動デバイス１０と保持部４との間には第二の駆動デバイス２０が設けられている。第二の駆動デバイス２０は光ファイバー３の外周に配設された永久磁石２１と、ハウジング２の内周に設けられた電磁コイル２２とにより構成されている。また、第二の駆動デバイス２０を制御するための図示しない制御装置が任意の箇所に設けられている。なお、図１に示した例では光ファイバー３側を永久磁石２１とし、ハウジング２側を電磁コイル２２としたが、第二の駆動デバイス２０における永久磁石２１と電磁コイル２２の組み合わせは図１に示した例に限るものではない。
　そして、光ファイバー３は、シングルモードファイバーであり、第一の駆動デバイス１０によりＹ方向に振動し、また第二の駆動デバイス１２によりＸ方向に振動するようになっている。なお、永久磁石１１，２１は磁性体であってもよい。また、永久磁石１１，２１の形状は円筒形でも、あるいは四角、六角、八画などの角柱であってもよい。いずれにしても磁力により光ファイバー３がＹ方向またはＸ方向に振動すればよい。
　なお、第一の駆動デバイス１０により光ファイバー３が直接振動させられる第一の方向と、第二の駆動デバイス２０により光ファイバー３が直接振動せられる第二の方向は必ずしも直交している必要はなく交差していればよい。そして、第一の駆動デバイス１０と第二の駆動デバイス２０により光ファイバー３が振動させられる方向が結果として直交するＸ方向とＹ方向の振動に分けられればよい。
　光ファイバー３の先端側に設けられた第一の駆動デバイス１０により、Ｙ方向に低速での走査を行うために、光ファイバー３は１次共振振動または１次共振振動よりも低い非共振振動をするようになっている。そして、そのために永久磁石１１は光ファイバー３が振動する場合において最も先端側の節となる位置よりも先端側に位置するように設けられている。
　また、光ファイバー３の保持部４と第一の駆動デバイス１０との間に設けられた第二の駆動デバイス２０により、Ｘ方向に高速での走査を行うために、光ファイバー３は２次共振振動またはそれよりも高次の共振振動をするようになっている。そして、そのために永久磁石２１は光ファイバー３が振動する場合における節または腹となる位置に設けられている。ただし、永久磁石２１を設ける位置は、光ファイバー３が振動する場合における節または腹となる位置と完全には一致していなくてもよい。また、共振振動の次数に応じて第二の駆動デバイス２０は光ファイバー３の保持部４と第一の駆動デバイス１０との間の複数箇所に設けることも可能である。
＜実施例２＞
　次に、本発明の光走査デバイスの他の実施例として第一の駆動デバイスと第二の駆動デバイスに薄膜形状の圧電素子を用いた実施例２を図２に基づいて説明する。実施例２の光走査デバイスは、基本的には上記実施例１と同様の構成であるので、異なっている部分についてのみ説明する。
　実施例２の光走査デバイスでは、第一の駆動デバイス１０となる薄膜形状の圧電素子１３が、光ファイバー３をＹ方向に振動させるように、光ファイバー３の周囲に対向させて貼り付けられている。
　また、第二の駆動デバイス２０となる薄膜形状の圧電素子２３が、光ファイバー３をＸ方向に振動させるように、光ファイバー３の周囲に対向させて貼り付けられている。
　光ファイバー３の先端側に設けられた第一の駆動デバイス１０により、Ｙ方向に低速走査を行うために、光ファイバー３は１次共振振動または１次共振振動よりも低い非共振振動をするようになっている。そして、そのために圧電素子１３は、光ファイバー３が振動する場合に最も先端側の節となる位置よりも先端側に位置するように設けられている。
　また、光ファイバー３の保持部４と第一の駆動デバイス１０の間に設けられた第二の駆動デバイス２０により、Ｘ方向に高速での走査を行うために、光ファイバー３は２次共振振動またはそれよりも高次の共振振動をするようになっている。そして、そのために圧電素子２３は光ファイバー３が振動する場合に節または腹となる位置に設けられている。ただし、圧電素子２３を設ける位置は、光ファイバー３が振動する場合における節または腹となる位置と完全には一致していなくてもよい。また、第二の駆動デバイス２０は光ファイバー３の保持部４と第一の駆動デバイス１０との間の複数箇所に設けることも可能である。
＜実施例３＞
　次に、上記した本発明の光走査デバイスによりラスタースキャンやリサージュスキャンを行う方法を実施例１に示す磁力を用いた実施例３の光走査デバイスについて説明する。
　基本的には必要なフレームレートとスキャンライン数により、光ファイバーの高速走査方向となるＸ方向と、低速走査方向となるＹ方向の振動周波数は決まる。そして、Ｘ方向の振動周波数がＹ方向の振動周波数の整数倍となる場合にラスタースキャンとなる。そこで、実施例３の光走査デバイスにおける以下の説明においてはラスタースキャンを行う例について説明する。
　図３は高速での走査方向となるＸ方向を３次共振振動周波数とし、低速での走査方向となるＹ方向を１次共振振動周波数とした実施例３の光走査デバイスの一例を示している。図３の例の光走査デバイスでは、例えば、Ｙ方向の１次共振振動周波数を２３３Ｈｚとし、Ｘ方向の３次共振振動周波数を７６００Ｈｚとしている。また、図３の例の光走査デバイスでは、Ｘ方向にスキャン間隔が等間隔となるようにするために第二の駆動デバイス２０に印加する電気信号は、正弦波や三角波のような周期信号とするのが望ましい。なお、図３の例の光走査デバイスでは、Ｙ方向の１次共振振動数は１００Ｈｚ～１０００Ｈｚの範囲で適宜選択できるようになっている。
　シングルモードの光ファイバー３はＹ方向とＸ方向に図３に示したように振動するので、Ｙ方向へ振動させるための第一の駆動デバイス１０の永久磁石１１は、光ファイバー３が振動する場合における先端側の節３１となる位置よりも先端側に設けられている。また、Ｘ方向へ振動させるための第二の駆動デバイス２０の永久磁石２１は、好ましくは、光ファイバー３が振動する場合における、先端側の腹３２となる位置と保持部４側の腹３３となる位置との間、例えばその中間となる節３４に相当する位置に設ける。あるいは、第二の駆動デバイス２０の永久磁石２１は光ファイバー３が振動する場合における、節３４に相当する位置に加えて、先端側の腹３２に相当する位置にも設けてもよい。ただし、第二の駆動デバイス２０の永久磁石２１は、保持部４と第一の駆動デバイス１０の間にあれば、必ずしも前記の位置でなくてもよい。
　図４は高速走査方向となるＸ方向を２次共振振動周波数とし、低速走査方向となるＹ方向を１次共振振動周波数より低い非共振振動周波数とした実施例３の光走査デバイスの他の例を示している。図４の例の光走査デバイスでは、Ｘ方向にスキャン間隔が等間隔となるようにするために第二の駆動デバイス２０に印加する電気信号は、正弦波や三角波のような周期信号とするのが望ましい。なお、Ｙ方向の１次非共振振動数は１Ｈｚ～１０００Ｈｚの範囲で適宜選択できるようになっている。
　光ファイバー３はＹ方向とＸ方向には図４に示したように振動することになるので、Ｙ方向へ振動させるための第一の駆動デバイス１０の永久磁石１１は光ファイバー３が振動する場合における節３５となる位置よりも先端側に設けられている。また、Ｘ方向へ振動させるための第二の駆動デバイス２０の永久磁石２１は好ましくは、光ファイバー３が振動する場合における、節３５となる位置と保持部４の間、例えば腹３６に相当する位置に設ける。ただし、第二の駆動デバイス２０の永久磁石２１は、保持部４と第一の駆動デバイス１０の間にあれば、必ずしも前記の位置でなくてもよい。
＜実施例４＞
　実施例４の光走査デバイス備えた光走査型内視鏡，光走査型顕微鏡，光走査型プロジェクターは、これらの装置において従来用いられている光走査デバイスに代え、上記した本発明の光走査デバイスを備えたものである。これにより、本発明の光走査デバイスの効果を備えた内視鏡，顕微鏡，プロジェクターとなる。
　上記の実施例において、光ファイバー３はシングルモードをコアとする任意の導光部材であってよい。シングルモードをコアとする光ファイバーは、第一の駆動デバイス１０および第二の駆動デバイス２０による各振動を所望の走査パターンに効率良く合成するのに適している。
　本発明の光走査デバイスは、内視鏡，顕微鏡，プロジェクターへの適用に限定されるものではなく、ラスタースキャンやリサージュスキャンを行う光走査デバイスを使用する各種のものに使用可能である。
１　　　　　光走査デバイス
２　　　　　ハウジング
３　　　　　光ファイバー
４　　　　　保持部
１０　　　　第一の駆動デバイス
１１　　　　永久磁石
１２　　　　電磁コイル
１３　　　　圧電素子
２０　　　　第二の駆動デバイス
２１　　　　永久磁石
２２　　　　電磁コイル
２３　　　　圧電素子
３１　　　　先端側節
３２　　　　先端側腹
３３　　　　保持部側腹
３４，３５　節
３６　　　　腹
Ａ　　　　　光ファイバー
Ｂ　　　　　圧電素子
Ｃ１，Ｃ２　磁石
Ｄ　　　　　電磁コイル

Claims (12)

  1. 　光ファイバーと、前記光ファイバーを片持ち支持する保持部と、前記光ファイバーの先端側に設けられ前記光ファイバーを第一の方向に振動させる第一の駆動デバイスと、前記光ファイバーの前記保持部と前記第一の駆動デバイスの間に設けられ前記光ファイバーを前記第一の方向と交差する第二の方向に振動させる第二の駆動デバイスとを備えたことを特徴とする光走査デバイス。
  2. 　前記光ファイバーが前記第一の駆動デバイスにより振動する前記第一の方向と、前記光ファイバーが前記第一の方向と交差し前記第二の駆動デバイスにより振動する前記第二の方向とが、直交することを特徴とする請求項１に記載の光走査デバイス。
  3. 　前記光ファイバーに対し前記第一の駆動デバイスにより前記第一の方向へ作用する振動周波数の方が、前記光ファイバーに対し前記第二の駆動デバイスにより前記第二の方向へ作用する振動周波数よりも低いことを特徴とする請求項２に記載の光走査デバイス。
  4. 　前記第一の駆動デバイスは、前記光ファイバーを共振振動させることを特徴とする請求項１～３の何れかに記載の光走査デバイス。
  5. 　前記第一の駆動デバイスは、前記光ファイバーを非共振振動させることを特徴とする請求項１～３の何れかに記載の光走査デバイス。
  6. 　前記第二の駆動デバイスは、前記光ファイバーを共振振動させることを特徴とする請求項１～３の何れかに記載の光走査デバイス。
  7. 　前記第一及び（または）第二の駆動デバイスは、磁石または磁性体と電磁コイルにより構成されていることを特徴とする請求項１～６の何れかに記載の光走査デバイス。
  8. 　前記第一及び（または）第二の駆動デバイスは、前記光ファイバーに設けられた薄膜形状の圧電素子により構成されていることを特徴とする請求項１～６の何れかに記載の光走査デバイス。
  9. 　前記第二の駆動デバイスに印加される電気信号は、正弦波または三角波のような周期信号であることを特徴とする請求項７または８に記載の光走査デバイス。
  10. 　請求項１～９の何れかに記載の光走査デバイスを備えたことを特徴とする内視鏡。
  11. 　請求項１～９の何れかに記載の光走査デバイスを備えたことを特徴とする顕微鏡。
  12. 　請求項１～９の何れかに記載の光走査デバイスを備えたことを特徴とするプロジェクター。
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