WO2020044541A1 - 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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WO2020044541A1
WO2020044541A1 PCT/JP2018/032368 JP2018032368W WO2020044541A1 WO 2020044541 A1 WO2020044541 A1 WO 2020044541A1 JP 2018032368 W JP2018032368 W JP 2018032368W WO 2020044541 A1 WO2020044541 A1 WO 2020044541A1
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optical fiber
diameter portion
diameter
small
elastic body
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PCT/JP2018/032368
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English (en)
French (fr)
Inventor
卓志 安見
Original Assignee
オリンパス株式会社
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor

Definitions

  • the present invention relates to an optical fiber scanner, a lighting device, and an observation device.
  • Patent Documents 1 and 2). there is known an optical fiber scanner that scans illumination light on a subject by emitting illumination light while vibrating a tip of an optical fiber at high speed using a piezoelectric element (for example, see Patent Documents 1 and 2). .).
  • the optical fiber scanner described in Patent Literature 1 supports an optical fiber by an elastic body of a substantially prismatic member to which a plurality of piezoelectric elements are attached, and uses the stretching effect of the piezoelectric element in the longitudinal direction of the optical fiber to connect the optical fiber. Vibrating.
  • the optical fiber scanner described in Patent Document 2 vibrates the optical fiber by utilizing expansion and contraction in the opposite direction of the piezoelectric element arranged opposite to the direction orthogonal to the longitudinal direction of the optical fiber, In order to obtain a sufficient amplitude of the optical fiber, a long optical fiber scanner is configured. Since the long optical fiber scanner has a large wobble moment due to vibration, the optical fiber scanner described in Patent Document 2 provides a wobble of the optical fiber scanner by providing a support member for fixing the optical fiber scanner to the scope body. Has been prevented.
  • an optical fiber scanner such as a blood vessel endoscope used for observation in a living body in which a subject is curved at various angles is as small in diameter and short as possible.
  • the conventional optical fiber scanner needs to be long in order to obtain a sufficient amplitude of the optical fiber, and it is difficult to reduce the length.
  • the conventional optical fiber scanner as the diameter is reduced, the holding force of the supporting member is reduced, and the optical fiber scanner is liable to wobble due to vibration.
  • the supporting member In order to prevent the optical fiber scanner from wobbling while reducing its diameter, the supporting member must support a wide area in the longitudinal direction of the optical fiber, and the optical fiber scanner must support the wide area in the longitudinal direction of the optical fiber. There is a disadvantage that it becomes long.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide a small-diameter and short optical fiber scanner, an illumination device, and an observation device.
  • the present invention provides the following means.
  • a small-diameter portion and a large-diameter portion disposed closer to the base end than the small-diameter portion and having a larger diameter than the small-diameter portion.
  • An optical fiber that emits light from the tip of the small-diameter portion, a piezoelectric element that generates vibration when an alternating voltage is applied, and a piezoelectric element that holds the piezoelectric element and the optical fiber and generates the piezoelectric element.
  • An elastic body made of an elastic material that transmits the vibration to the optical fiber, and a support member that supports a base end side of the elastic body, wherein the elastic body or the support member is provided at a distal end of the large diameter portion.
  • This is a fixed optical fiber scanner.
  • the vibration of the piezoelectric element is transmitted to the optical fiber by the elastic body, so that the supporting member suppresses the optical fiber and the elastic body from swaying, and the distal end of the optical fiber.
  • the supporting member suppresses the optical fiber and the elastic body from swaying, and the distal end of the optical fiber.
  • light emitted from the tip of the optical fiber can be scanned on the subject in accordance with the vibration of the tip of the optical fiber.
  • the optical fiber since the optical fiber has a small-diameter portion on the distal end side and a large-diameter portion on the proximal end side, the amplitude of the optical fiber is increased while the distal end of the optical fiber is reduced in diameter. A large area for holding the end side can be secured. Therefore, since the elastic body or the support member is fixed to the distal end portion of the large diameter portion of the optical fiber, the holding force of the optical fiber by the elastic body or the support member can be sufficiently secured, and the optical fiber is supported by the support member. It is not necessary to support a wide area in the longitudinal direction.
  • the large diameter portion of the optical fiber being arranged on the base end side of the support member, even if the distal end side of the optical fiber is made small in diameter, the node of vibration by the piezoelectric element can be moved to the support member side. In addition, the fluctuation of the optical fiber and the elastic body can be reduced. Thereby, a small-diameter and short optical fiber scanner can be realized.
  • a second aspect of the present invention is a lighting device including any one of the above-described optical fiber scanners, and a light source that generates light guided by the optical fibers.
  • the light emitted from the light source is scanned on the subject by the optical fiber scanner.
  • an in-vivo subject curved at various angles can be easily and accurately illuminated by the small-diameter and short optical fiber scanner.
  • a third aspect of the present invention is an observation device including the above-described illumination device and a light detection unit that detects return light returning from the subject when the illumination device irradiates the subject with light.
  • light is scanned on the object by the illumination device, and return light returning from the object is detected by the light detection unit.
  • image information of a desired observation range of the subject can be obtained based on the intensity signal of the return light detected by the light detection unit. Therefore, simple and accurate observation of an in-vivo subject curved at various angles can be realized.
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram of an observation device including an optical fiber scanner and an illumination device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a side view of the illumination optical fiber of FIG. 1 as viewed in a direction orthogonal to a longitudinal direction.
  • FIG. 2 is a side view of the optical fiber scanner of FIG. 1 as viewed in a direction orthogonal to a longitudinal direction. It is the side view which looked at the optical fiber scanner concerning the 1st modification of a 1st embodiment of the present invention in the direction perpendicular to the longitudinal direction. It is a side view which looked at the optical fiber scanner concerning the 2nd modification of a 1st embodiment of the present invention in the direction perpendicular to the longitudinal direction.
  • an observation device 1 includes an illumination device 3 that irradiates illumination light (light) to a subject (not shown), a reflected light, a fluorescence, and the like that return from the subject when the illumination light is applied. And a drive control device 7 for controlling the illumination device 3 and the light detection unit 5, for example.
  • the illumination device 3 includes a light source 9 such as a laser diode that generates illumination light, and an illumination optical fiber (optical fiber) 17 that guides the illumination light emitted from the light source 9 and emits the illumination light from a tip 17a.
  • a light source 9 such as a laser diode that generates illumination light
  • an illumination optical fiber (optical fiber) 17 that guides the illumination light emitted from the light source 9 and emits the illumination light from a tip 17a.
  • An optical fiber scanner 11 that holds the optical fiber scanner 11 in a holding state, a condenser lens 13 that collects illumination light emitted from the illumination optical fiber 17, and an elongated cylindrical frame that houses the optical fiber scanner 11 and the condenser lens 13 And a body 15.
  • the light source 9 is arranged on the base end side of the optical fiber scanner 11.
  • the condenser lens 13 is disposed at one end of the frame 15 on the subject side in the longitudinal direction.
  • the condensing lens 13 side of the frame 15 in the longitudinal direction is referred to as a front end side
  • the light source 9 side of the frame 15 in the longitudinal direction is referred to as a base end side.
  • the optical fiber scanner 11 includes an illumination optical fiber 17 that is a single mode fiber, a cylindrical elastic body 19 made of an elastic material that holds a base end side of the illumination optical fiber 17 from the distal end 17a in a fitted state, It includes four piezoelectric elements 21 fixed to the elastic body 19 and an annular fixing portion (support member) 23 for fixing the elastic body 19 to the frame 15.
  • the optical fiber 17 for illumination is made of an elongated glass material, and is arranged along the longitudinal direction of the frame 15.
  • the illumination optical fiber 17 has a distal end 17 a extending to the vicinity of the condenser lens 13 and the other end connected to the light source 9. Further, the illumination optical fiber 17 is held in a cantilever state, so that the tip end 17a is a free end.
  • the longitudinal direction of the optical fiber for illumination 17 is defined as a Z direction
  • two radial directions of the optical fiber for illumination 17 orthogonal to each other are defined as an X direction and a Y direction.
  • the illumination optical fiber 17 is composed of a core material called a core and a sheath material called a clad that covers the outside of the core material. As shown in FIGS. 2 and 3, for example, the illumination optical fiber 17 is provided with a small-diameter portion 31 having a distal end 17a and fitted to the elastic body 19 and a base end side of the small-diameter portion 31. And a large-diameter portion 33 having a larger diameter than the small-diameter portion 31.
  • the small diameter portion 31 is formed by partially etching the cladding at the tip of the optical fiber 17 for illumination.
  • the small diameter portion 31 has a fiber diameter of, for example, ⁇ 30 ⁇ m to 60 ⁇ m. When the small diameter portion 31 satisfies the fiber diameter, the amplitude of the illumination optical fiber 17 can be maximized while maintaining the single mode state.
  • the large diameter portion 33 has, for example, a fiber diameter of ⁇ 75 ⁇ m to 135 ⁇ m, which is the fiber diameter of the strand portion of a general single mode fiber that is not reduced in diameter.
  • the diameter of the optical fiber for illumination 17 including the small diameter portion 31 and the large diameter portion 33 is in the range of ⁇ 30 ⁇ m to 135 ⁇ m, preferably in the range of ⁇ 40 ⁇ m to 90 ⁇ m.
  • the diameter ratio is 1.25 to 4.50.
  • the large diameter portion 33 has an intermediate portion (taper portion) 33a which forms a boundary with the small diameter portion 31 at the tip end.
  • the intermediate portion 33a is formed in a tapered shape whose diameter is gradually reduced toward the base end of the small diameter portion 31.
  • the tapered surface of the intermediate portion 33a is referred to as a tapered surface.
  • the elastic body 19 has a quadrangular columnar or cylindrical outer shape.
  • the elastic body 19 has, for example, an insertion hole 19a extending in the inside along the longitudinal direction, as shown in FIG.
  • the insertion hole 19a has a diameter substantially equal to the small diameter portion 31 of the illumination optical fiber 17.
  • the illumination optical fiber 17 is inserted into the insertion hole 19a, and an outer peripheral surface of the illumination optical fiber 17 is formed on an inner peripheral surface of the insertion hole 19a by an epoxy adhesive applied to an outer peripheral surface of the illumination optical fiber 17. Is glued.
  • the elastic body 19 transmits the vibration generated in each piezoelectric element 21 to the optical fiber 17 for illumination.
  • the fixing portion 23 is formed of, for example, a metal material such as stainless steel, and has a fitting hole 23a for fitting the illumination optical fiber 17 as shown in FIG.
  • the outer peripheral surface of the fixing portion 23 is bonded to the inner peripheral surface of the frame 15.
  • a base end surface of the elastic body 19 is adhered to one surface 23b on the distal end side of the fixing portion 23 with a conductive epoxy adhesive.
  • one surface 23b on the distal end side of the fixing portion 23 is referred to as a distal end surface 23b.
  • the small-diameter portion 31 of the illumination optical fiber 17 is fitted into the fitting hole 23a in a state where the tapered surface of the intermediate portion 33a of the illumination optical fiber 17 is in contact with the one surface 23c on the base end side. From the base end to the middle of the intermediate portion 33a.
  • the fitting portion between the inner peripheral surface of the fitting hole 23a and the outer peripheral surfaces of the small diameter portion 31 and the intermediate portion 33a is adhered by an epoxy adhesive.
  • the one surface 23c on the base end side of the fixing portion 23 is referred to as a base end surface 23c.
  • reference numeral B indicates an adhesive portion around a contact position between the base end surface 23c of the fixing portion 23 and the tapered surface of the intermediate portion 33a.
  • the four piezoelectric elements 21 are made of, for example, a piezoelectric ceramic material such as lead zirconate titanate (PZT), and are formed in an elongated plate shape. Further, each piezoelectric element 21 is bonded to the outer surface of the elastic body 19 with an epoxy-based adhesive.
  • PZT lead zirconate titanate
  • These piezoelectric elements 21 are expanded and contracted in the longitudinal direction of the illumination optical fiber 17 by applying an alternating voltage between electrodes (not shown) arranged on the front and back surfaces in the thickness direction.
  • the vibration of the piezoelectric element 21 is transmitted to the illumination optical fiber 17 by the elastic body 19, and the tip 17a of the illumination optical fiber 17 is displaced in a direction intersecting the longitudinal axis.
  • the surface of the piezoelectric element 21 disposed on the elastic body 19 side is referred to as a back surface
  • the surface of the piezoelectric element 21 disposed on the side opposite to the elastic body 19 side is referred to as a front surface.
  • the pair of piezoelectric elements 21 arranged on the opposite side of the elastic body 19 in the radial direction of the illumination optical fiber 17 are fixed to the elastic body 19 with their polarization directions aligned in the same direction.
  • the same alternating voltage to the electrodes arranged on the surface of each pair of piezoelectric elements 21 when one of the piezoelectric elements 21 expands, the other piezoelectric element 21 contracts, and the illumination optical fiber A bending vibration is generated at 17. That is, the two-to-four piezoelectric elements 21 can cause the illumination optical fiber 17 to generate bending vibrations in two directions orthogonal to each other.
  • the A-phase piezoelectric element 21 causes illumination light to be emitted.
  • the tip 17a of the fiber 17 vibrates in one direction intersecting the longitudinal direction (for example, the X direction).
  • the B-phase piezoelectric elements 21 when an alternating voltage corresponding to the bending resonance frequency is applied to the other pair of piezoelectric elements 21 (hereinafter, referred to as a B-phase piezoelectric element 21), the B-phase piezoelectric elements 21 cause the illumination optical fiber 17 to emit light. Vibrates in a direction (for example, the Y direction) orthogonal to the direction in which the A-phase piezoelectric element 21 vibrates.
  • the X-direction vibration of the A-phase piezoelectric element 21 and the Y-direction vibration of the B-phase piezoelectric element 21 are simultaneously generated, and the alternating signal applied to the A-phase piezoelectric element 21 and the B-phase piezoelectric element 21 is generated.
  • the vibration of the tip 17a of the optical fiber 17 for illumination draws a circular locus.
  • the small-diameter portion 31 oscillatingly held in a cantilever state vibrates. This causes the tip 17a of the illumination optical fiber 17 to vibrate in a manner of drawing a spiral trajectory.
  • the illumination light emitted from the distal end 17a of the illumination optical fiber 17 can be spirally scanned on the subject.
  • the light detection unit 5 receives the return light from the subject at the distal end and guides the light to the proximal end, and has been guided by the light receiving optical fiber 25.
  • a photodetector 27 such as a photodiode for detecting return light.
  • the light receiving optical fiber 25 is made of an elongated glass material, and is arranged on the outer peripheral surface of the frame body 15 in a circumferential direction. Further, these light receiving optical fibers 25 are arranged along the longitudinal direction of the frame 15, the distal end extends to the distal end of the frame 15, and the proximal end is connected to the photodetector 27.
  • the drive control device 7 includes a CPU that controls the illumination device 3 and the photodetector 27 by executing various programs, and a memory (all are not shown) that stores various programs and various signals input to the CPU. ing.
  • the drive control device 7 controls the illumination device 3 to scan the illumination light two-dimensionally (in the X and Y directions in the figure). Further, the drive control device 7 generates image information by associating the intensity signal of the return light detected by the photodetector 27 with the information on the scanning position of the illumination light by the optical fiber scanner 11.
  • the drive control device 7 controls the two electrodes of each piezoelectric element 21 with the tip 17a of the illumination optical fiber 17 facing the subject. Alternating voltage is applied in between. As a result, the piezoelectric element 21 bends and vibrates in a manner corresponding to the applied voltage, so that the distal end 17a of the illumination optical fiber 17 is displaced.
  • the illumination light emitted from the light source 9 is made incident on the illumination optical fiber 17, the illumination light guided by the illumination optical fiber 17 is emitted from the tip 17a of the illumination optical fiber 17 and condensed.
  • the subject is irradiated by the lens 13.
  • the illumination light is scanned on the subject according to the displacement of the distal end 17a of the illumination optical fiber 17.
  • the illumination optical fiber 17 has a small-diameter portion 31 on the distal end side and a large-diameter portion 33 on the base end side, so that the distal end side of the illumination optical fiber 17 has a small diameter. While increasing the amplitude of the optical fiber 17, a large area for holding the base end side of the illumination optical fiber 17 can be secured.
  • the optical fiber scanner 11 by fixing the distal end portion of the large diameter portion 33, that is, the intermediate portion 33a, to the fixing portion 23, the holding force of the illumination optical fiber 17 by the fixing portion 23 is improved. It can be sufficiently secured. Therefore, it is not necessary for the fixing portion 23 to support a wide range in the longitudinal direction of the illumination optical fiber 17.
  • the large diameter portion 33 of the illumination optical fiber 17 being disposed on the base end side of the fixing portion 23, even if the distal end side of the illumination optical fiber 17 is reduced in diameter, the nodal position of the vibration by the piezoelectric element 21 is reduced. 3 can be moved to the fixing portion 23 side as shown in FIG. 3, and the fluctuation of the illumination optical fiber 17 and the elastic body 19 can be reduced. Thereby, a small-diameter and short optical fiber scanner 11 can be realized. Further, the tapered intermediate portion 33a of the large-diameter portion 33 can facilitate positioning of the illumination optical fiber 17 while increasing the contact area with the fixed portion 23.
  • the in-vivo subject curved at various angles can be easily and accurately illuminated by the small-diameter and short optical fiber scanner 11. Furthermore, according to the observation device 1 according to the present embodiment, it is possible to obtain image information of a desired observation range of the subject based on the intensity signal of the return light detected by the photodetector 27. Therefore, simple and accurate observation of an in-vivo subject curved at various angles can be realized.
  • both the small diameter portion 31 and the large diameter portion 33 of the illumination optical fiber 17 are single mode fibers, optical scanning with single mode light becomes possible.
  • the ratio between the diameter of the small diameter portion 31 and the diameter of the large diameter portion 33 is in the range of 1.25 to 4.50, the stabilization of the node position of the vibration by the piezoelectric element 21 and the amplitude of the illumination optical fiber 17 are achieved. Can be more effectively realized.
  • the fitting hole 23a of the fixed portion 23 is fitted from the base end of the small-diameter portion 31 of the illumination optical fiber 17 to an intermediate position of the intermediate portion 33a.
  • an epoxy-based resin is used in a state where the entire intermediate portion 33a of the illumination optical fiber 17 is fitted into the fitting hole 23a of the fixing portion 23.
  • the fitting portion between the inner peripheral surface of the fitting hole 23a and the tapered surface of the intermediate portion 33a may be bonded with an adhesive.
  • the inner peripheral surface of the fitting hole 23a of the fixing portion 23 may be formed in a tapered shape that gradually becomes narrower from the base end surface 23c toward the front end surface 23b.
  • FIG. 4 shows an example in which the outer peripheral surface of the large-diameter portion 33 of the illumination optical fiber 17 is covered by the covering portion 35.
  • the coating portion 35 is formed of a fiber coating member such as low-mass nylon, for example.
  • the covering portion 35 is closer to the base end than the middle portion 33a in the large diameter portion 33, specifically, from the vicinity of the boundary between the middle portion 33a in the large diameter portion 33 and the region where the fiber diameter is constant to the base end.
  • the outer peripheral surface of the large diameter portion 33 is covered.
  • the fixed portion 23 and the covering portion 35 are bonded by being covered with an epoxy adhesive from the base end surface 23 c of the fixing portion 23 to the outer peripheral surface around the distal end portion of the covering portion 35.
  • the entire middle portion 33a of the illumination optical fiber 17 is fitted into the fitting hole 23a of the fixing portion 23, so that the large-diameter portion 33 of the illumination optical fiber 17 is more stable by the fixing portion 23. Can be held. Therefore, the load on the small diameter portion 31 of the illumination optical fiber 17 can be reduced, and the illumination optical fiber 17 can be hardly broken.
  • the distal end of the large diameter portion 33 of the illumination optical fiber 17 is fixed to the base end of the elastic body 19. That is, the inner peripheral surface on the base end side of the insertion hole 19a of the elastic body 19 is formed in a tapered shape from the base end face to the distal end side, and the fitting hole 23a of the fixing portion 23 is Alternatively, the inner peripheral surface of the fixing portion 23 and the outer peripheral surface of the elastic body 19 may be bonded to each other with a conductive epoxy adhesive with the base end side fitted.
  • the epoxy The inner peripheral surface of the insertion hole 19a and the tapered surface of the intermediate portion 33a may be bonded with a system adhesive.
  • the base portion 23c of the fixing portion 23 is covered with an epoxy adhesive from around the distal end portion of the covering portion 35, and the fixing portion 23 and the covering portion 35 are adhered to each other.
  • the distal end may be fixed to both the base end surface 23 c of the fixing portion 23 and the base end of the elastic body 19.
  • the distal end portion of the large diameter portion 33 of the illumination optical fiber 17 has the proximal end surface 23 c of the fixed portion 23 and the proximal end portion of the elastic body 19.
  • the small-diameter portion 31 of the optical fiber for illumination 17 is further fixed to the middle-diameter portion 32 having a larger diameter than the tip 17 a and a smaller diameter than the large-diameter portion 33 between the small-diameter portion 31 and the large-diameter portion 33.
  • the first embodiment differs from the first embodiment in that the middle diameter portion 32 is fitted in the insertion hole 19a of the elastic body 19.
  • portions having the same configuration as the optical fiber scanner 11 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
  • the illumination device 3 and the observation device 1 have the same configuration as that of the first embodiment, and thus the description is omitted.
  • the medium diameter portion 32 of the illumination optical fiber 17 has, for example, a diameter approximately half the diameter of the distal end 17 a of the small diameter portion 31 and the diameter of the proximal end of the large diameter portion 33.
  • the middle diameter portion 32 is formed by, for example, etching.
  • the intermediate diameter portion 32 has a tapered portion 32a at the distal end in the longitudinal direction, the diameter of which gradually decreases from the state where the diameter is constant toward the distal end 17a. Further, the outer peripheral surface of the intermediate diameter portion 32 and the inner peripheral surface of the insertion hole 19a are bonded to each other with an epoxy-based adhesive in a state where the intermediate diameter portion 32 is fitted into the insertion hole 19a of the elastic body 19.
  • the insertion hole 19 a of the elastic body 19 has a diameter larger than the diameter of the middle diameter part 32 and smaller than the diameter of the large diameter part 33.
  • the insertion hole 19a is formed such that the distal end in the longitudinal direction has a tapered shape whose diameter is gradually reduced from the base end toward the distal end.
  • the tapered portion 32a of the middle diameter portion 32 is abutted.
  • the optical fiber scanner 11 by holding the middle diameter portion 32 having an intermediate diameter between the small diameter portion 31 and the large diameter portion 33 of the illumination optical fiber 17 by the elastic body 19,
  • the illumination optical fiber 17 can be made harder to break than the case where the small diameter portion 31 is held by the elastic body 19.
  • the inner diameter of the insertion hole 19a of the elastic body 19 can be increased according to the diameter of the middle diameter portion 32, and the thickness of the elastic body 19 in the radial direction can be reduced. Thereby, the vibration attenuation by the elastic body 19 can be reduced, and the vibration of the piezoelectric element 21 can be transmitted to the illumination optical fiber 17 more efficiently.
  • the distal end of the large diameter portion 33 of the illumination optical fiber 17 is fixed to both the proximal end surface 23c of the fixing portion 23 and the proximal end of the elastic body 19, Further, the middle diameter portion 32 of the illumination optical fiber 17 may be fixed to the distal end portion of the elastic body 19. That is, in a state where the fitting hole 23a of the fixing portion 23 is fitted on the base end side of the elastic body 19 with respect to the piezoelectric element 21, the inner peripheral surface of the fitting hole 23a is connected to the elastic body by the conductive epoxy adhesive. 19 may be bonded to the outer peripheral surface.
  • the inner peripheral surface of the insertion hole 19a is epoxy-based.
  • the outer peripheral surface of the middle diameter portion 32 may be bonded to the outer peripheral surface.
  • the fixing portion 23 and the covering portion 35 are adhered by covering the portion from the base end surface 23c of the fixing portion 23 to the periphery of the distal end portion of the covering portion 35 with an epoxy-based adhesive.
  • the distal end of the diameter portion 33 may be fixed to both the proximal end of the elastic body 19 and the proximal end surface 23 c of the fixing portion 23.
  • the large-diameter portion 33 has a tapered intermediate portion 33a that forms a boundary between the large-diameter portion 33 and the small-diameter portion 31.
  • the large diameter portion 33 may have a step portion 33b at its tip end that forms a boundary with the small diameter portion 31.
  • the step portion 33b may have a shape that extends vertically from the base end of the small-diameter portion 31 radially outward of the illumination optical fiber 17. Further, the stepped portion 33b is abutted against the base end surface of the elastic body 19, and the fitting hole 23a of the fixing portion 23 is fitted with the distal end of the large-diameter portion 33. The inner peripheral surface of 23a and the outer peripheral surface of the distal end of the large diameter portion 33 may be bonded.
  • the positioning of the illumination optical fiber 17 in the longitudinal direction can be facilitated by the step portion 33b of the large diameter portion 33 while increasing the contact area with the fixing portion 23.
  • the fitting hole 23a of the fixing portion 23 has a small diameter portion having a diameter dimension capable of fitting the small diameter portion 31 of the illumination optical fiber 17 and a diameter capable of fitting the large diameter portion 33. It may have a large-diameter portion with dimensions. Then, with the step portion 33b of the large-diameter portion 33 of the illumination optical fiber 17 abutting against the small-diameter portion of the fitting hole 23a, the base end of the small-diameter portion 31 is fitted to the small-diameter portion, and The tip of the large diameter portion 33 may be fitted to the portion.
  • the inner peripheral surface of the small diameter portion of the fitting hole 23a, the outer peripheral surface of the base end portion of the small diameter portion 31, and the inner peripheral surface of the large diameter portion of the fitting hole 23a and the large diameter portion 33 are formed by the epoxy adhesive.
  • the outer peripheral surface of the tip may be bonded to each.
  • the conductive epoxy-based material is used in a state where the fitting hole 23 a of the fixing portion 23 is fitted on the base end side of the elastic body 19 with respect to the piezoelectric element 21, the conductive epoxy-based material is used.
  • the inner peripheral surface of the fitting hole 23a and the outer peripheral surface of the elastic body 19 may be bonded with an adhesive.
  • the inside of the insertion hole 19a is The peripheral surface and the outer peripheral surface of the large diameter portion 33 may be bonded. Furthermore, the fixing portion 23 and the large-diameter portion 33 may be bonded by covering the portion from the base end surface 23c of the fixing portion 23 to the periphery of the distal end portion of the large-diameter portion 33 with an epoxy-based adhesive.
  • the insertion hole 19a of the elastic body 19 has a small-diameter portion having a diameter that can fit the small-diameter portion 31 of the optical fiber for illumination 17 and a large-diameter portion having a diameter that can fit the large-diameter portion 33. May be provided. Then, with the step 33b of the large diameter portion 33 of the illumination optical fiber 17 abutting against the small diameter portion of the insertion hole 19a, the base end of the small diameter portion 31 is fitted into the small diameter portion of the insertion hole 19a. The distal end of the large diameter portion 33 may be fitted into the large diameter portion of the insertion hole 19a.
  • the small-diameter portion 31 has a larger diameter dimension than the large-diameter portion 33 between the large-diameter portion 33 and the large-diameter portion 33.
  • the elastic member 19 may have a middle diameter portion 32 having a small diameter, and the middle diameter portion 32 may be fitted into the insertion hole 19a of the elastic body 19.
  • the large diameter part 33 of the optical fiber 17 for illumination may have a step part 33b at the boundary with the small diameter part 31.
  • the optical fiber scanner 11 according to the present embodiment differs from the first embodiment in that, for example, as shown in FIG. 10, a metal coat 37 that covers the distal end side of the large diameter portion 33 is provided.
  • a metal coat 37 that covers the distal end side of the large diameter portion 33 is provided.
  • portions having the same configuration as the elastic body 19 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
  • the illumination device 3 and the observation device 1 have the same configuration as that of the first embodiment, and thus the description is omitted.
  • the metal coat 37 is formed of, for example, a metal material having a higher specific gravity than the illumination optical fiber 17, for example, a solder material having an adhesive action.
  • the metal coat 37 covers the outer peripheral surface of the large diameter portion 33 from the middle position of the middle portion 33a of the large diameter portion 33 to the base end side. By covering the tapered intermediate portion 33a with the metal coat 37, the coating amount of the metal coat 37 can be increased as the diameter of the intermediate portion 33a becomes smaller.
  • the metal coat 37 increases the weight of the illumination optical fiber 17 around the fixed part with the fixed part 23, and the nodes of the vibration by the piezoelectric element 21 are further fixed to the fixed part 23. Can be moved to the side. Thereby, the amplitude of the illumination optical fiber 17 can be further increased. Further, by forming the metal coat 37 with a solder material, when the metal coat 37 is brought into contact with the base end surface 23c of the fixing portion 23, an effect of fixing the large diameter portion 33 to the fixing portion 23 can be obtained. .
  • the metal coat 37 covers the middle portion 33a of the large diameter portion 33 from the middle position to the base end side. However, the metal coat 37 covers only the middle portion 33a of the large diameter portion 33. You may do it.
  • FIG. 10 shows an example in which the large-diameter portion 33 has a tapered intermediate portion 33a.
  • the large-diameter portion 33 has a step portion 33b, the large-diameter portion 33 is fitted to the fixing portion 23 of the large-diameter portion 33. It is sufficient to cover the metal coat 37 on the base end side with respect to the portion in which it is located.
  • a small-diameter portion and a large-diameter portion disposed closer to the base end than the small-diameter portion and having a larger diameter than the small-diameter portion.
  • An optical fiber that emits light from the tip of the small-diameter portion, a piezoelectric element that generates vibration when an alternating voltage is applied, and a piezoelectric element that holds the piezoelectric element and the optical fiber and generates the piezoelectric element.
  • An elastic body made of an elastic material that transmits the vibration to the optical fiber, and a support member that supports a base end side of the elastic body, wherein the elastic body or the support member is provided at a distal end of the large diameter portion.
  • This is a fixed optical fiber scanner.
  • the vibration of the piezoelectric element is transmitted to the optical fiber by the elastic body, so that the supporting member suppresses the optical fiber and the elastic body from swaying, and the distal end of the optical fiber.
  • the supporting member suppresses the optical fiber and the elastic body from swaying, and the distal end of the optical fiber.
  • light emitted from the tip of the optical fiber can be scanned on the subject in accordance with the vibration of the tip of the optical fiber.
  • the optical fiber since the optical fiber has a small-diameter portion on the distal end side and a large-diameter portion on the proximal end side, the amplitude of the optical fiber is increased while the distal end of the optical fiber is reduced in diameter. A large area for holding the end side can be secured. Therefore, since the elastic body or the support member is fixed to the distal end portion of the large diameter portion, the holding force of the optical fiber by the elastic body or the support member can be sufficiently secured, and the longitudinal direction of the optical fiber can be secured by the support member. It is not necessary to support a wide range.
  • the large diameter portion of the optical fiber being arranged on the base end side of the support member, even if the distal end side of the optical fiber is made small in diameter, the node of vibration by the piezoelectric element can be moved to the support member side. In addition, the fluctuation of the optical fiber and the elastic body can be reduced. Thereby, a small-diameter and short optical fiber scanner can be realized.
  • the optical fiber may be a single mode fiber. With this configuration, it is possible to perform optical scanning with single-mode light despite the fact that the optical fiber has a small diameter portion and a large diameter portion having different diameters.
  • the ratio between the diameter of the small-diameter portion and the diameter of the large-diameter portion may be in a range of 1.25 to 4.50.
  • the diameter of the small diameter portion may be 30 ⁇ m to 60 ⁇ m
  • the diameter of the large diameter portion may be 75 ⁇ m to 135 ⁇ m.
  • the large-diameter portion has a step portion or a tapered portion that forms a boundary with the small-diameter portion at the distal end portion, and the elastic body or the support member includes the step portion or It may be fixed to the tapered portion.
  • the small-diameter portion has a medium-diameter portion having a larger diameter than the tip and a smaller diameter than the large-diameter portion between the large-diameter portion and the elastic portion.
  • the body may be fixed to the middle diameter part, and the support member may be fixed to the large diameter part.
  • the strength of the middle diameter portion is increased by an amount corresponding to making the diameter dimension larger than that of the distal end, and the small diameter portion can be hardly broken.
  • the inner diameter of the elastic body can be increased according to the diameter of the middle diameter portion of the optical fiber, and the radial thickness of the elastic body can be reduced. Thereby, the vibration attenuation by the elastic body can be reduced, and the vibration of the piezoelectric element can be more efficiently transmitted to the optical fiber.
  • the optical fiber scanner according to the above aspect may be made of a metal material having a specific gravity higher than that of the optical fiber, and may include a metal coat that covers a distal end side of the large diameter portion.
  • a second aspect of the present invention is a lighting device including any one of the above-described optical fiber scanners, and a light source that generates light guided by the optical fibers.
  • the light emitted from the light source is scanned on the subject by the optical fiber scanner.
  • an in-vivo subject curved at various angles can be easily and accurately illuminated by the small-diameter and short optical fiber scanner.
  • a third aspect of the present invention is an observation device including the above-described illumination device and a light detection unit that detects return light returning from the subject when the illumination device irradiates the subject with light.
  • light is scanned on the object by the illumination device, and return light returning from the object is detected by the light detection unit.
  • image information of a desired observation range of the subject can be obtained based on the intensity signal of the return light detected by the light detection unit. Therefore, simple and accurate observation of an in-vivo subject curved at various angles can be realized.

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Abstract

細径部（３１）と、細径部（３１）よりも基端側に配されかつ細径部（３１）よりも径寸法が大きい太径部（３３）とを有し、太径部（３３）から導光した光を細径部（３１）の先端から射出する照明用光ファイバ（１７）と、交番電圧が印加されることにより振動を発生する圧電素子（２１）と、圧電素子（２１）と照明用光ファイバ（１７）とを保持し、圧電素子（２１）が発生した振動を照明用光ファイバ（１７）に伝達する弾性材料からなる弾性体（１９）と、弾性体（１９）の基端側を支持する固定部（２３）とを備え、弾性体（１９）または固定部（２３）が太径部（３３）の先端部に固定されている光ファイバスキャナ（１１）である。

Description

光ファイバスキャナ、照明装置および観察装置
　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、圧電素子を用いて光ファイバの先端を高速で振動させながら照明光を射出させることにより、被写体上で照明光を走査させる光ファイバスキャナが知られている（例えば、特許文献１，２参照。）。特許文献１に記載の光ファイバスキャナは、複数の圧電素子を張り付けた略角柱部材の弾性体により光ファイバを支持し、光ファイバの長手方向への圧電素子の伸び効果を利用して光ファイバを振動させている。
　また、特許文献２に記載の光ファイバスキャナは、光ファイバの長手方向に直交する方向に対向して配置された圧電素子の相反方向への伸縮を利用して光ファイバを振動させるものであり、光ファイバの十分な振幅を得るために、長尺の光ファイバスキャナを構成している。長尺の光ファイバスキャナは振動によるふらつきのモーメントが大きいため、特許文献２に記載の光ファイバスキャナは、光ファイバスキャナをスコープ本体に固定するための支持部材を設けることによって、光ファイバスキャナのふらつきを防止している。
特開２０１４－９４１５８号公報 特開２０１５－７５５６６号公報
　ところで、被写体が多様な角度で湾曲している生体内の観察に用いられる血管内視鏡等の光ファイバスキャナは、できる限り細径かつ短尺であることが望ましい。しかしながら、従来の光ファイバスキャナは、光ファイバの十分な振幅を得るために長尺にする必要があり、短尺にすることが困難である。また、従来の光ファイバスキャナは、細径にすればするほど、支持部材による保持力が低減してしまい、振動に伴う光ファイバスキャナのふらつきが発生し易くなる。光ファイバスキャナを細径にしつつふらつきを防ぐには、支持部材によって光ファイバの長手方向に広い範囲を支持しなければならず、光ファイバの長手方向に広い範囲を支持する分だけ光ファイバスキャナも長尺になってしまうという不都合がある。
　本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、細径かつ短尺の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している。
　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。
　本発明の第１態様は、細径部と、該細径部よりも基端側に配されかつ前記細径部よりも径寸法が大きい太径部とを有し、該太径部から導光した光を前記細径部の先端から射出する光ファイバと、交番電圧が印加されることにより振動を発生する圧電素子と、該圧電素子と前記光ファイバとを保持し、前記圧電素子が発生した振動を前記光ファイバに伝達する弾性材料からなる弾性体と、該弾性体の基端側を支持する支持部材とを備え、前記弾性体または前記支持部材が、前記太径部の先端部に固定されている光ファイバスキャナである。
　本態様によれば、圧電素子を振動させると、その圧電素子の振動が弾性体よって光ファイバに伝達されることにより、支持部材によって光ファイバおよび弾性体のふらつきを抑制しつつ、光ファイバの先端を振動させることができる。これにより、光ファイバの先端の振動に合わせて、光ファイバの先端から射出される光を被写体上において走査させることができる。
　この場合において、光ファイバが先端側の細径部と基端側の太径部とを有することによって、光ファイバの先端側を細径にして光ファイバの振幅を増大しつつ、光ファイバの基端側を保持するための面積を大きく確保することができる。したがって、弾性体または支持部材が光ファイバの太径部の先端部に固定されていることによって、弾性体または支持部材による光ファイバの保持力を十分に確保することができ、支持部材によって光ファイバの長手方向に広い範囲を支持しなくて済む。また、支持部材の基端側に光ファイバの太径部が配される結果、光ファイバの先端側を細径にしたとしても、圧電素子による振動の節を支持部材側に移動させることができ、光ファイバおよび弾性体のふらつきを低減することができる。これにより、細径かつ短尺の光ファイバスキャナを実現することができる。
　本発明の第２態様は、上記いずれかの光ファイバスキャナと、前記光ファイバにより導光される光を発生する光源とを備える照明装置である。
　本態様によれば、光源から発せられた光が、光ファイバスキャナにより被写体上で走査される。この場合において、細径かつ短尺の光ファイバスキャナにより、多様な角度で湾曲する生体内の被写体を簡易かつ精度よく照明することができる。
　本発明の第３態様は、上記の照明装置と、該照明装置によって被写体に光が照射されることにより、該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である。
　本態様によれば、照明装置によって被写体上で光が走査され、被写体から戻る戻り光が光検出部により検出される。これにより、光検出部によって検出された戻り光の強度信号に基づいて、被写体の所望の観察範囲の画像情報を得ることができる。したがって、多様な角度で湾曲する生体内の被写体の簡易かつ正確な観察を実現することができる。
　本発明によれば、細径かつ短尺にすることができるという効果を奏する。
本発明の第１実施形態に係る光ファイバスキャナおよび照明装置を備える観察装置の全体構成図である。 図１の照明用光ファイバを長手方向に直交する方向に見た側面図である。 図１の光ファイバスキャナを長手方向に直交する方向に見た側面図である。 本発明の第１実施形態の第１変形例に係る光ファイバスキャナを長手方向に直交する方向に見た側面図である。 本発明の第１実施形態の第２変形例に係る光ファイバスキャナを長手方向に直交する方向に見た側面図である。 本発明の第２実施形態に係る光ファイバスキャナを長手方向に直交する方向に見た側面図である。 本発明の第２実施形態の変形例に係る光ファイバスキャナを長手方向に直交する方向に見た側面図である。 本発明の第１実施形態の他の変形例に係る光ファイバスキャナを長手方向に直交する方向に見た側面図である。 本発明の第１実施形態のさらに別の変形例に係る光ファイバスキャナを長手方向に直交する方向に見た側面図である。 本発明の第３実施形態に係る光ファイバスキャナを長手方向に直交する方向に見た側面図である。
〔第１実施形態〕
　本発明の第１実施形態に係る、光ファイバスキャナ、照明装置および観察装置について図面を参照して以下に説明する。
　本実施形態に係る観察装置１は、図１に示すように、図示しない被写体に照明光（光）を照射する照明装置３と、照明光が照射されることにより被写体から戻る反射光や蛍光等の戻り光を検出する光検出部５と、これら照明装置３および光検出部５を制御等する駆動制御装置７とを備えている。
　照明装置３は、照明光を発生するレーザダイオード等の光源９と、光源９から発せられた照明光を導光して先端１７ａから照明光を射出する照明用光ファイバ（光ファイバ）１７を片持ち状態で保持する光ファイバスキャナ１１と、照明用光ファイバ１７から射出された照明光を集光する集光レンズ１３と、これら光ファイバスキャナ１１および集光レンズ１３を収納する細長い筒状の枠体１５とを備えている。
　光源９は、光ファイバスキャナ１１の基端側に配置されている。
　集光レンズ１３は、枠体１５における長手方向の被写体側の一端に配置されている。
　以下、枠体１５における長手方向の集光レンズ１３側を先端側とし、枠体１５における長手方向の光源９側を基端側とする。
　光ファイバスキャナ１１は、シングルモードファイバである照明用光ファイバ１７と、照明用光ファイバ１７の先端１７ａよりも基端側を嵌合状態で保持する弾性材料からなる筒状の弾性体１９と、弾性体１９に固定された４つの圧電素子２１と、弾性体１９を枠体１５に固定する円環状の固定部（支持部材）２３とを備えている。
　照明用光ファイバ１７は、細長いガラス材料からなり、枠体１５の長手方向に沿って配されている。この照明用光ファイバ１７は、先端１７ａが集光レンズ１３の近傍まで延び、他端が光源９に接続されている。また、照明用光ファイバ１７は、片持ち状態で保持されることによって、先端１７ａが自由端となっている。以下、照明用光ファイバ１７の長手方向をＺ方向とし、照明用光ファイバ１７の互いに直交する２つの径方向をＸ方向およびＹ方向とする。
　また、照明用光ファイバ１７は、コアと呼ばれる芯材と、芯材の外側を覆うクラッドと呼ばれる鞘材とにより構成されている。この照明用光ファイバ１７は、例えば、図２および図３に示すように、先端１７ａを有し弾性体１９に嵌合される細径部３１と、細径部３１よりも基端側に配され、かつ、細径部３１よりも径寸法が大きい太径部３３とを有している。
　細径部３１は、照明用光ファイバ１７の先端部のクラッドを部分的にエッチング加工することによって形成されている。また、細径部３１は、例えば、φ３０μｍ～６０μｍのファイバ径を有している。細径部３１がこのファイバ径を満たすことにより、シングルモードの状態を保ちつつ、照明用光ファイバ１７の振幅を最大化することができる。
　太径部３３は、例えば、細径化していない一般的なシングルモードファイバの素線部分のファイバ径であるφ７５μｍ～１３５μｍのファイバ径を有している。
　このように細径部３１および太径部３３を含む照明用光ファイバ１７の径は、φ３０μｍ～１３５μｍの範囲、好ましくはφ４０μｍ～９０μｍの範囲であり、細径部３１と太径部３３との径比率は１．２５～４．５０である。
　また、太径部３３は、その先端部に細径部３１との境界を構成する中間部（テーパ部）３３ａを有している。中間部３３ａは、細径部３１の基端に向かって次第に径寸法が小さくなるテーパ状に形成されている。以下、中間部３３ａのテーパ状に傾斜する表面をテーパ面という。
　弾性体１９は、四角柱状または円柱状の外形を有している。また、弾性体１９は、例えば、図３に示すように、内部を長手方向に沿って延びる挿入孔１９ａを有している。挿入孔１９ａは、照明用光ファイバ１７の細径部３１と略等しい径寸法を有している。挿入孔１９ａには照明用光ファイバ１７が挿入されており、照明用光ファイバ１７の外周面に塗布されたエポキシ系接着剤によって、挿入孔１９ａの内周面に照明用光ファイバ１７の外周面が接着されている。この弾性体１９は、各圧電素子２１において発生した振動を照明用光ファイバ１７に伝達する。
　固定部２３は、例えば、ステンレス等の金属材料によって形成されており、図３に示すように、照明用光ファイバ１７を嵌合する嵌合孔２３ａを有している。この固定部２３は、外周面が枠体１５の内周面に接着されている。また、固定部２３には、先端側の一表面２３ｂに弾性体１９の基端面が導電性のエポキシ系接着剤によって接着されている。以下、固定部２３の先端側の一表面２３ｂを先端面２３ｂという。
　また、固定部２３には、基端側の一表面２３ｃに照明用光ファイバ１７の中間部３３ａのテーパ面が当接した状態で、嵌合孔２３ａに照明用光ファイバ１７の細径部３１の基端部から中間部３３ａの途中位置まで嵌合されている。そして、エポキシ系接着剤により、嵌合孔２３ａの内周面と細径部３１および中間部３３ａの外周面との嵌合部分が接着されている。以下、固定部２３の基端側の一表面２３ｃを基端面２３ｃという。
　さらに、固定部２３の基端面２３ｃと照明用光ファイバ１７の中間部３３ａのテーパ面との当接位置周辺がエポキシ系接着剤によって覆われることにより、固定部２３と中間部３３ａとが接着されている。図３において、符号Ｂは、固定部２３の基端面２３ｃと中間部３３ａのテーパ面との当接位置周辺の接着部分を示している。
　４つの圧電素子２１は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの圧電セラミックス材料からなり、細長い板状に形成されている。また、各圧電素子２１は、エポキシ系接着剤により、それぞれ弾性体１９の外面に接着されている。
　これら圧電素子２１は、厚さ方向の表裏面に配置される図示しない電極間に交番電圧が印加されることによって、照明用光ファイバ１７の長手方向に伸縮させられる。圧電素子２１を伸縮させることにより、弾性体１９によって圧電素子２１の振動が照明用光ファイバ１７に伝達され、照明用光ファイバ１７の先端１７ａが長手軸に交差する方向に変位させられる。以下、圧電素子２１の弾性体１９側に配される面を裏面といい、圧電素子２１の弾性体１９側とは反対側に配される面を表面という。
　弾性体１９を照明用光ファイバ１７の径方向に挟んで反対側に配置される一対の圧電素子２１は、それぞれ分極方向を同一方向に揃えた状態で弾性体１９に固定されている。各対の圧電素子２１に対して、表面に配置された電極に同じ交番電圧を印加することにより、一方の圧電素子２１が伸張するときに他方の圧電素子２１が収縮して、照明用光ファイバ１７に屈曲振動を発生させる。すなわち、２対４個の圧電素子２１は、互いに直交する２方向の屈曲振動を照明用光ファイバ１７に発生させることができる。
　具体的には、一方の一対の圧電素子２１（以下、Ａ相の圧電素子２１とする。）に屈曲共振周波数に対応する交番電圧を印加すると、これらＡ相の圧電素子２１により、照明用光ファイバ１７の先端１７ａが長手方向に交差する一方向（例えば、Ｘ方向とする。）に振動する。
　同様に、他方の一対の圧電素子２１（以下、Ｂ相の圧電素子２１とする。）に屈曲共振周波数に対応する交番電圧を印加すると、これらＢ相の圧電素子２１により、照明用光ファイバ１７の先端１７ａがＡ相の圧電素子２１によって振動する方向に直交する方向（例えば、Ｙ方向とする。）に振動する。
　Ａ相の圧電素子２１によるＸ方向の振動とＢ相の圧電素子２１によるＹ方向の振動とを同時に発生させて、これらＡ相の圧電素子２１およびＢ相の圧電素子２１に印加する交番信号の位相をπ／２ずらすと、照明用光ファイバ１７の先端１７ａの振動が円軌跡を描く。この状態でＡ相の圧電素子２１およびＢ相の圧電素子２１に印加する交番電圧の大きさを徐々に増減させると、片持ち状態で揺動自在に保持されている細径部３１が振動することによって、照明用光ファイバ１７の先端１７ａがスパイラル状の軌跡を描く方式で振動する。これにより、照明用光ファイバ１７の先端１７ａから射出させる照明光を被写体上でスパイラル走査させることができる。
　光検出部５は、図１に示すように、被写体からの戻り光を先端において受光して基端へ導光する複数の受光用光ファイバ２５と、受光用光ファイバ２５によって導光されてきた戻り光を検出するフォトダイオード等の光検出器２７とを備えている。
　受光用光ファイバ２５は、細長いガラス材料からなり、枠体１５の外周面に周方向に並んで配列されている。また、これらの受光用光ファイバ２５は、枠体１５の長手方向に沿って配され、先端が枠体１５の先端まで延び、基端が光検出器２７に接続されている。
　駆動制御装置７は、各種プログラムを実行することによって照明装置３および光検出器２７を制御するＣＰＵと、各種プログラムおよびＣＰＵに入力する各種信号等を記憶するメモリ（いずれも図示略）とを備えている。この駆動制御装置７は、照明装置３を制御することによって、照明光を二次元的（図中、Ｘ，Ｙ方向）に走査させる。また、駆動制御装置７は、光検出器２７により検出された戻り光の強度信号と光ファイバスキャナ１１による照明光の走査位置に関する情報とを対応付けて、画像情報を生成する。
　上記構成の光ファイバスキャナ１１、照明装置３および観察装置１の作用について以下に説明する。
　本実施形態に係る観察装置１を用いて被写体を観察するには、まず、照明用光ファイバ１７の先端１７ａを被写体に対向させた状態で、駆動制御装置７によって各圧電素子２１の２つの電極間に交番電圧を印加する。これにより、印加された電圧に対応する態様で圧電素子２１が屈曲振動することによって、照明用光ファイバ１７の先端１７ａが変位させられる。
　この状態で、光源９から発せられた照明光を照明用光ファイバ１７に入射させると、照明用光ファイバ１７によって導光された照明光が照明用光ファイバ１７の先端１７ａから射出され、集光レンズ１３によって被写体に照射される。これにより、照明用光ファイバ１７の先端１７ａの変位に従い、被写体上で照明光が走査される。
　照明光が照射されることにより被写体から戻る戻り光は、各受光用光ファイバ２５によって受光された後、光検出器２７へ導光されて光検出器２７により検出される。したがって、照明光の走査位置と戻り光の強度とを対応づけて記憶することにより、被写体の画像を取得することができる。
　この場合において、照明用光ファイバ１７が先端側の細径部３１と基端側の太径部３３とを有することによって、照明用光ファイバ１７の先端側を細径にして照明用光ファイバ１７の振幅を増大しつつ、照明用光ファイバ１７の基端側を保持するための面積を大きく確保することができる。
　したがって、本実施形態に係る光ファイバスキャナ１１によれば、固定部２３に太径部３３の先端部、すなわち中間部３３ａを固定することにより、固定部２３による照明用光ファイバ１７の保持力を十分に確保することができる。そのため、固定部２３によって照明用光ファイバ１７の長手方向に広い範囲を支持しなくて済む。
　また、固定部２３の基端側に照明用光ファイバ１７の太径部３３が配される結果、照明用光ファイバ１７の先端側を細径にしたとしても、圧電素子２１による振動の節位置を図３に示すように固定部２３側に移動させることができ、照明用光ファイバ１７および弾性体１９のふらつきを低減することができる。これにより、細径かつ短尺の光ファイバスキャナ１１を実現することができる。さらに、太径部３３のテーパ状の中間部３３ａにより、固定部２３に対する接触面積を増大しつつ、照明用光ファイバ１７の位置決めを容易にすることができる。
　また、本実施形態に係る照明装置３によれば、細径かつ短尺の光ファイバスキャナ１１により、多様な角度で湾曲する生体内の被写体を簡易かつ精度よく照明することができる。さらに、本実施形態に係る観察装置１によれば、光検出器２７によって検出された戻り光の強度信号に基づいて、被写体の所望の観察範囲の画像情報を得ることができる。したがって、多様な角度で湾曲する生体内の被写体の簡易かつ正確な観察を実現することができる。ここで、照明用光ファイバ１７の細径部３１および太径部３３がいずれもシングルモードファイバであることにより、シングルモードの光による光走査が可能になる。とくに細径部３１および太径部３３の径寸法との比率が、１．２５から４．５０の範囲とすることによって、圧電素子２１による振動の節位置の安定と照明用光ファイバ１７の振幅の増大とをより効果的に実現することができる。
　本実施形態は以下のように変形することができる。
　本実施形態においては、固定部２３の嵌合孔２３ａに照明用光ファイバ１７の細径部３１の基端部から中間部３３ａの途中位置まで嵌合されることとした。これに代えて、第１変形例としては、例えば、図４に示すように、固定部２３の嵌合孔２３ａに照明用光ファイバ１７の中間部３３ａ全体を嵌合させた状態で、エポキシ系接着剤により、嵌合孔２３ａの内周面と中間部３３ａのテーパ面との嵌合部分を接着することとしてもよい。この場合、固定部２３の嵌合孔２３ａの内周面を基端面２３ｃから先端面２３ｂに向かって次第に細くなるテーパ状に形成することとすればよい。
　図４は、照明用光ファイバ１７の太径部３３の外周面を被覆部３５により覆っている例を示している。被覆部３５は、例えば、低質量のナイロン等のファイバ被覆用部材により形成されている。この被覆部３５は、太径部３３における中間部３３ａよりも基端側、具体的には、太径部３３における中間部３３ａとファイバ径が一定の領域との境界付近から基端側にかけて、太径部３３の外周面を覆っている。
　また、図４では、固定部２３の基端面２３ｃから被覆部３５の先端部周辺の外周面にかけてエポキシ系接着剤によって覆われることにより、固定部２３と被覆部３５とが接着されている。
　本変形例によれば、固定部２３の嵌合孔２３ａに照明用光ファイバ１７の中間部３３ａ全体を嵌合することにより、固定部２３によって照明用光ファイバ１７の太径部３３をより安定して保持することができる。したがって、照明用光ファイバ１７の細径部３１への負荷を低減し、照明用光ファイバ１７を折れ難くすることができる。
　第２変形例としては、例えば、図５に示すように、照明用光ファイバ１７の太径部３３の先端部が弾性体１９の基端部に固定される。すなわち、弾性体１９の挿入孔１９ａの基端側の内周面を基端面から先端側に向けてテーパ状に形成するとともに、固定部２３の嵌合孔２３ａが弾性体１９における圧電素子２１よりも基端側を嵌合した状態で、導電性のエポキシ系接着剤によって、固定部２３の内周面と弾性体１９の外周面とを接着することとしてもよい。
　そして、固定部２３の嵌合孔２３ａに嵌合されている弾性体１９の挿入孔１９ａの基端側のテーパ部分に照明用光ファイバ１７の中間部３３ａ全体を嵌合させた状態で、エポキシ系接着剤により、挿入孔１９ａの内周面と中間部３３ａのテーパ面とを接着することとしてもよい。
　さらに、固定部２３の基端面２３ｃから被覆部３５の先端部周辺にかけてエポキシ系接着剤によって覆い、固定部２３と被覆部３５とを接着することによって、照明用光ファイバ１７の太径部３３の先端部が固定部２３の基端面２３ｃと弾性体１９の基端部の両方に固定されることとしてもよい。
〔第２実施形態〕
　次に、本発明の第２実施形態に係る光ファイバスキャナ、照明装置および観察装置について説明する。
　本実施形態に係る光ファイバスキャナ１１は、例えば、図６に示すように、照明用光ファイバ１７の太径部３３の先端部が固定部２３の基端面２３ｃおよび弾性体１９の基端部の両方に固定され、さらに、照明用光ファイバ１７の細径部３１が、太径部３３との間に先端１７ａよりも径寸法が大きく太径部３３よりも径寸法が小さい中径部３２を有し、中径部３２が弾性体１９の挿入孔１９ａに嵌合されている点で第１実施形態と異なる。
　以下、第１実施形態に係る光ファイバスキャナ１１と構成を共通する箇所には、同一符号を付して説明を省略する。照明装置３および観察装置１については、第１実施形態と構成が同一なので説明を省略する。
　照明用光ファイバ１７の中径部３２は、例えば、細径部３１の先端１７ａの径寸法と太径部３３の基端の径寸法の略半分の径寸法を有している。また、中径部３２は、例えば、エッチング加工によって形成されている。この中径部３２は、長手方向の先端部に、径寸法が一定の状態から先端１７ａ側に向かって次第に径寸法が小さくなるテーパ部３２ａを有している。また、中径部３２は、弾性体１９の挿入孔１９ａに嵌合された状態で、エポキシ系接着剤により中径部３２の外周面と挿入孔１９ａの内周面とが接着されている。
　本実施形態においては、弾性体１９の挿入孔１９ａが、中径部３２の径寸法よりも大きく太径部３３の径寸法よりも小さい径寸法を有している。また、挿入孔１９ａは、長手方向の先端部が、基端側から先端側に向かって径寸法が次第に小さくなるテーパ状に形成されており、このテーパ状の先端部に照明用光ファイバ１７の中径部３２のテーパ部３２ａが突き当てられている。
　本実施形態に係る光ファイバスキャナ１１によれば、照明用光ファイバ１７の細径部３１と太径部３３との中間の径寸法を有する中径部３２を弾性体１９によって保持することにより、細径部３１を弾性体１９によって保持する場合に比べて照明用光ファイバ１７を折れ難くすることができる。また、中径部３２の径寸法に合わせて弾性体１９の挿入孔１９ａの内径を大きくし、弾性体１９の径方向の厚さを薄くすることができる。これにより、弾性体１９による振動減衰を低減し、照明用光ファイバ１７に圧電素子２１の振動をより効率的に伝達させることができる。
　本実施形態においては、例えば、図７に示すように、照明用光ファイバ１７の太径部３３の先端部が固定部２３の基端面２３ｃおよび弾性体１９の基端部の両方に固定され、さらに、照明用光ファイバ１７の中径部３２が弾性体１９の先端部に固定されてもよい。すなわち、固定部２３の嵌合孔２３ａが弾性体１９における圧電素子２１よりも基端側を嵌合した状態で、導電性のエポキシ系接着剤によって、嵌合孔２３ａの内周面と弾性体１９の外周面とを接着することとしてもよい。
　そして、固定部２３の嵌合孔２３ａに嵌合されている弾性体１９の挿入孔１９ａに中径部３２全体を嵌合させた状態で、エポキシ系接着剤により、挿入孔１９ａの内周面と中径部３２の外周面とを接着することとしてもよい。さらに、固定部２３の基端面２３ｃから被覆部３５の先端部周辺にかけてエポキシ系接着剤によって覆うことにより、固定部２３と被覆部３５とを接着することとし、これにより照明用光ファイバ１７の太径部３３の先端部が弾性体１９の基端部と固定部２３の基端面２３ｃの両方に固定されてもよい。
　上記各実施形態は以下のように変形することができる。
　第１実施形態においては、太径部３３が、その先端部に細径部３１との境界を構成するテーパ状の中間部３３ａを有することとしたが、これに代えて、例えば、図８に示すように、太径部３３が、その先端部に細径部３１との境界を構成する段差部３３ｂを有することとしてもよい。
　段差部３３ｂは、細径部３１の基端から照明用光ファイバ１７の径方向外方に垂直に拡がる形状を有することとすればよい。また、弾性体１９の基端面に段差部３３ｂを突き当てて、固定部２３の嵌合孔２３ａに太径部３３の先端部を嵌合させた状態で、エポキシ系接着剤により、嵌合孔２３ａの内周面と太径部３３の先端部の外周面とを接着することとしてもよい。
　本変形例によれば、太径部３３の段差部３３ｂにより、固定部２３に対して接触面積を増大しつつ、照明用光ファイバ１７の長手方向の位置決めを容易にすることができる。
　本変形例においては、例えば、固定部２３の嵌合孔２３ａが、照明用光ファイバ１７の細径部３１を嵌合可能な径寸法の小径部と、太径部３３を嵌合可能な径寸法の大径部とを有することとしてもよい。そして、嵌合孔２３ａの小径部に照明用光ファイバ１７の太径部３３の段差部３３ｂを突き当てた状態で、小径部に細径部３１の基端部を嵌合させるとともに、大径部に太径部３３の先端部を嵌合させることとしてもよい。また、エポキシ系接着剤により、嵌合孔２３ａの小径部の内周面と細径部３１の基端部の外周面および嵌合孔２３ａの大径部の内周面と太径部３３の先端部の外周面とをそれぞれ接着することとしてもよい。
　また、本変形例においては、例えば、図９に示すように、固定部２３の嵌合孔２３ａが弾性体１９における圧電素子２１よりも基端側を嵌合した状態で、導電性のエポキシ系接着剤によって、嵌合孔２３ａの内周面と弾性体１９の外周面とを接着することとしてもよい。
　そして、固定部２３の嵌合孔２３ａに嵌合されている弾性体１９の挿入孔１９ａに太径部３３の先端部を嵌合させた状態で、エポキシ系接着剤により、挿入孔１９ａの内周面と太径部３３の外周面とを接着することとしてもよい。さらに、固定部２３の基端面２３ｃから太径部３３の先端部周辺にかけてエポキシ系接着剤によって覆うことにより、固定部２３と太径部３３とを接着することとしてもよい。
　この場合、弾性体１９の挿入孔１９ａが、照明用光ファイバ１７の細径部３１を嵌合可能な径寸法の小径部と、太径部３３を嵌合可能な径寸法の大径部とを有することとしてもよい。そして、挿入孔１９ａの小径部に照明用光ファイバ１７の太径部３３の段差部３３ｂを突き当てた状態で、挿入孔１９ａの小径部に細径部３１の基端部を嵌合させるとともに挿入孔１９ａの大径部に太径部３３の先端部を嵌合させることとしてもよい。
　また、本変形例においては、第２実施形態の照明用光ファイバ１７と同様に、細径部３１が、太径部３３との間に先端１７ａよりも径寸法が大きく太径部３３よりも径寸法が小さい中径部３２を有し、弾性体１９の挿入孔１９ａに中径部３２を嵌合させることとしてもよい。そして、照明用光ファイバ１７の太径部３３が、細径部３１との境界に段差部３３ｂを有することとしてもよい。
〔第３実施形態〕
　次に、本発明の第３実施形態に係る光ファイバスキャナ、照明装置および観察装置について説明する。
　本実施形態に係る光ファイバスキャナ１１は、例えば、図１０に示すように、太径部３３の先端側を被覆する金属コート３７を備える点で第１実施形態と異なる。
　以下、第１実施形態に係る弾性体１９と構成を共通する箇所には、同一符号を付して説明を省略する。また、照明装置３および観察装置１については、第１実施形態と構成が同一なので説明を省略する。
　金属コート３７は、例えば、照明用光ファイバ１７よりも比重が高い金属材料、例えば、接着作用を有する半田材料により形成されている。この金属コート３７は、太径部３３の中間部３３ａの途中位置から基端側にかけて、太径部３３の外周面を被覆している。金属コート３７によってテーパ状の中間部３３ａを被覆することにより、中間部３３ａの径寸法が小さくなる部分ほど、金属コート３７の被覆量を多くすることができる。
　本実施形態に係る光ファイバスキャナ１１によれば、金属コート３７により、照明用光ファイバ１７における固定部２３との固定部周辺の重量を増大させ、圧電素子２１による振動の節をより固定部２３側に移動させることができる。これにより、照明用光ファイバ１７の振幅をより増大させることができる。また、金属コート３７を半田材料によって形成することにより、固定部２３の基端面２３ｃに金属コート３７を当接させた場合において、固定部２３への太径部３３の固定効果も得ることができる。
　本実施形態においては、金属コート３７が、太径部３３の中間部３３ａの途中位置から基端側にかけて被覆することとしたが、金属コート３７が、太径部３３の中間部３３ａのみを被覆することとしてもよい。
　また、図１０では、太径部３３がテーパ状の中間部３３ａを有する例を示したが、太径部３３が段差部３３ｂを有する場合は、太径部３３における固定部２３に嵌合されている部分よりも基端側に金属コート３７を被覆することとすればよい。
　以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。例えば、本発明を上記の各実施形態に適用したものに限定されることなく、これらの実施形態を適宜組み合わせた実施形態に適用してもよく、特に限定されるものではない。
　以上の実施形態により、以下の発明が導かれる。
　本発明の第１態様は、細径部と、該細径部よりも基端側に配されかつ前記細径部よりも径寸法が大きい太径部とを有し、該太径部から導光した光を前記細径部の先端から射出する光ファイバと、交番電圧が印加されることにより振動を発生する圧電素子と、該圧電素子と前記光ファイバとを保持し、前記圧電素子が発生した振動を前記光ファイバに伝達する弾性材料からなる弾性体と、該弾性体の基端側を支持する支持部材とを備え、前記弾性体または前記支持部材が、前記太径部の先端部に固定されている光ファイバスキャナである。
　本態様によれば、圧電素子を振動させると、その圧電素子の振動が弾性体よって光ファイバに伝達されることにより、支持部材によって光ファイバおよび弾性体のふらつきを抑制しつつ、光ファイバの先端を振動させることができる。これにより、光ファイバの先端の振動に合わせて、光ファイバの先端から射出される光を被写体上において走査させることができる。
　この場合において、光ファイバが先端側の細径部と基端側の太径部とを有することによって、光ファイバの先端側を細径にして光ファイバの振幅を増大しつつ、光ファイバの基端側を保持するための面積を大きく確保することができる。したがって、弾性体または支持部材が太径部の先端部に固定されていることによって、弾性体または支持部材による光ファイバの保持力を十分に確保することができ、支持部材によって光ファイバの長手方向に広い範囲を支持しなくて済む。また、支持部材の基端側に光ファイバの太径部が配される結果、光ファイバの先端側を細径にしたとしても、圧電素子による振動の節を支持部材側に移動させることができ、光ファイバおよび弾性体のふらつきを低減することができる。これにより、細径かつ短尺の光ファイバスキャナを実現することができる。
　上記態様に係る光ファイバスキャナは、前記光ファイバがシングルモードファイバであってもよい。
　この構成によって、光ファイバが、径寸法が異なる細径部および太径部を有するにも拘らず、単一モードの光による光走査が可能になる。
　上記態様に係る光ファイバスキャナは、前記細径部の径寸法と前記太径部の径寸法との比率が、１．２５から４．５０の範囲であってもよい。
　この構成によって、圧電素子による振動の節位置の安定と光ファイバの振幅の増大とをより効果的に実現することができる。例えば、細径部の径寸法が３０μｍ～６０μｍで、太径部の径寸法が７５μｍ～１３５μｍであってもよい。
　上記態様に係る光ファイバスキャナは、前記太径部が、前記先端部に前記細径部との境界を構成する段差部またはテーパ部を有し、前記弾性体または前記支持部材が前記段差部またはテーパ部に固定されていることとしてもよい。
　この構成によって、太径部の段差部またはテーパ部により、太径部の先端部に固定される弾性体および支持部材に対して、接触面積を増大しつつ光ファイバの位置決めを容易にすることができる。
　上記態様に係る光ファイバスキャナは、前記細径部が、前記太径部との間に前記先端よりも径寸法が大きく前記太径部よりも径寸法が小さい中径部を有し、前記弾性体が前記中径部に固定され、前記支持部材が前記太径部に固定されていることとしてもよい。
　この構成によって、先端よりも径寸法を大きくする分だけ中径部の強度が大きくなり、細径部を折れ難くすることができる。また、光ファイバの中径部の径寸法に合わせて弾性体の内径を大きくし、弾性体の径方向の厚さを薄くすることができる。これにより、弾性体による振動減衰を低減し、光ファイバに圧電素子の振動をより効率的に伝達させることができる。
　上記態様に係る光ファイバスキャナは、前記光ファイバよりも比重が高い金属材料からなり、前記太径部の先端側を被覆する金属コートを備えることとしてもよい。
　この構成によって、金属コートにより、光ファイバにおける太径部の先端側の重量を増大させ、圧電素子による振動の節をより支持部材側に移動させることができる。これにより、光ファイバの振幅をより増大させることができる。
　本発明の第２態様は、上記いずれかの光ファイバスキャナと、前記光ファイバにより導光される光を発生する光源とを備える照明装置である。
　本態様によれば、光源から発せられた光が、光ファイバスキャナにより被写体上で走査される。この場合において、細径かつ短尺の光ファイバスキャナにより、多様な角度で湾曲する生体内の被写体を簡易かつ精度よく照明することができる。
　本発明の第３態様は、上記の照明装置と、該照明装置によって被写体に光が照射されることにより、該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である。
　本態様によれば、照明装置によって被写体上で光が走査され、被写体から戻る戻り光が光検出部により検出される。これにより、光検出部によって検出された戻り光の強度信号に基づいて、被写体の所望の観察範囲の画像情報を得ることができる。したがって、多様な角度で湾曲する生体内の被写体の簡易かつ正確な観察を実現することができる。
　１　　　　観察装置
　３　　　　照明装置
　５　　　　光検出部
　９　　　　光源
　１７　　　照明用光ファイバ（光ファイバ）
　１９　　　弾性体
　２１　　　圧電素子
　２３　　　固定部（支持部材）
　３１　　　細径部
　３２　　　中径部
　３３　　　太径部
　３３ａ　　中間部（テーパ部）
　３３ｂ　　段差部
　３７　　　金属コート
 

Claims (8)

  1. 　細径部と、該細径部よりも基端側に配されかつ前記細径部よりも径寸法が大きい太径部と、を有し、該太径部から導光した光を前記細径部の先端から射出する光ファイバと、
    　交番電圧が印加されることにより振動を発生する圧電素子と、
    　該圧電素子と前記光ファイバとを保持し、前記圧電素子が発生した振動を前記光ファイバに伝達する弾性材料からなる弾性体と、
    　該弾性体の基端側を支持する支持部材と、を備え、
    　前記弾性体または前記支持部材は、前記太径部の先端部に固定されている光ファイバスキャナ。
  2. 　前記光ファイバがシングルモードファイバである請求項１に記載の光ファイバスキャナ。
  3. 　前記細径部の径寸法と前記太径部の径寸法との比率が、１．２５から４．５０の範囲である請求項１または請求項２に記載の光ファイバスキャナ。
  4. 　前記太径部が、前記先端部に前記細径部との境界を構成する段差部またはテーパ部を有し、
    　前記弾性体または前記支持部材は、前記段差部またはテーパ部に固定されている請求項１または請求項２に記載の光ファイバスキャナ。
  5. 　前記細径部が、前記太径部との間に前記先端よりも径寸法が大きく前記太径部よりも径寸法が小さい中径部を有し、
    　前記弾性体は前記中径部に固定され、前記支持部材は前記太径部に固定されている請求項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. 　前記光ファイバよりも比重が高い金属材料からなり、前記太径部の先端側を被覆する金属コートを備える請求項１または請求項２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、
    　前記光ファイバにより導光される光を発生する光源と、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被写体に光が照射されることにより、該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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