WO2020044559A1 - 弾性体、光ファイバスキャナ、照明装置および観察装置 - Google Patents

弾性体、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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WO2020044559A1
WO2020044559A1 PCT/JP2018/032467 JP2018032467W WO2020044559A1 WO 2020044559 A1 WO2020044559 A1 WO 2020044559A1 JP 2018032467 W JP2018032467 W JP 2018032467W WO 2020044559 A1 WO2020044559 A1 WO 2020044559A1
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WO
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optical fiber
elastic body
longitudinal direction
insertion hole
hole
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PCT/JP2018/032467
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English (en)
French (fr)
Inventor
靖明 葛西
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 elastic body, an optical fiber scanner, a lighting device, and an observation device.
  • an optical fiber scanner that scans illumination light on a subject by emitting illumination light while vibrating the tip of an optical fiber at high speed using a piezoelectric element is known (for example, see Patent Document 1). .
  • the optical fiber scanner described in Patent Document 1 applies an adhesive in advance to the surface of an optical fiber, and inserts the optical fiber into an insertion hole formed in an elastic body to which a piezoelectric element is attached.
  • the optical fiber is fixed to the elastic body by the agent.
  • the optical fiber is bonded to the elastic body in a state where the adhesive is not uniformly applied in the longitudinal direction of the optical fiber.
  • the optical fiber comes into contact with the inner surface of the insertion hole when the optical fiber is inserted into the insertion hole of the elastic body, and as a result, the surface of the outer peripheral surface of the optical fiber is damaged.
  • the adhesive may be peeled off, and the distance from the piezoelectric element may become uneven in the longitudinal direction of the optical fiber.
  • the vibration from the piezoelectric element is evenly transmitted to the optical fiber, and the vibration of the optical fiber scanner is reduced. It may happen that the characteristics vary, or the desired amplitude cannot be obtained.
  • the smaller the diameter of the optical fiber scanner the smaller the cross-sectional dimension of the elastic body with respect to the optical fiber, that is, the smaller the thickness.
  • the piezoelectric element and the elastic body have an elongated shape.
  • the elastic body used in the optical fiber scanner is made of metal and does not transmit light
  • the state of the inside of the insertion hole that is, the state of the optical fiber when the optical fiber is inserted into the insertion hole.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and without impairing the function of transmitting vibration to an optical fiber, an elastic body capable of externally checking the insertion state of the optical fiber, an optical fiber scanner, An object is to provide a lighting device and an observation device.
  • One embodiment of the present invention is a columnar elastic body made of an elastic material having a longitudinal axis and capable of transmitting vibration to the optical fiber in a state where the base end side of the optical fiber is held.
  • An insertion hole that extends along a direction, and into which the optical fiber is inserted, and a through hole that penetrates from the insertion hole in a direction intersecting the longitudinal direction and is arranged in a direction along the longitudinal direction of the elastic body.
  • the elastic body has a width dimension of the through hole smaller than a diameter dimension of the optical fiber.
  • the distal end of the optical fiber can be made to vibrate through the elastic body.
  • the through hole penetrating from the insertion hole in the direction intersecting the longitudinal direction is arranged in the direction along the longitudinal direction of the elastic body, the optical fiber is inserted straight in the longitudinal direction of the insertion hole. It can be checked from the outside through the through hole whether or not the operation is performed.
  • the adhesive is applied to the optical fiber in advance, it can be checked from outside through the through hole whether or not the adhesive has been peeled off from the optical fiber along the longitudinal direction of the insertion hole.
  • the width dimension of the through hole is smaller than the diameter dimension of the optical fiber, when inserting the optical fiber into the insertion hole, it is possible to prevent the tip of the optical fiber from being caught on the edge of the through hole and to insert the optical fiber. Friction and contact with the holes can be reduced. Therefore, the insertion state of the optical fiber can be checked from the outside without impairing the function of transmitting vibration to the optical fiber.
  • the second aspect of the present invention is any one of the above-mentioned elastic bodies, and the optical fiber in which the base end side is held from the distal end by the insertion hole while being inserted into the insertion hole of the elastic body,
  • An optical fiber scanner comprising: a plurality of piezoelectric elements attached to a plurality of attachment regions of the elastic body.
  • the vibration of the piezoelectric element is transmitted to the optical fiber via the elastic body, so that the tip of the optical fiber can be vibrated.
  • the 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 can be protected without damaging the surface of the optical fiber.
  • the holding state by the elastic body can be made uniform in the longitudinal direction of the fiber. Therefore, the distance from the piezoelectric element to the optical fiber in the direction orthogonal to the longitudinal direction of the optical fiber can be made constant in the longitudinal direction of the optical fiber, and the variation in the vibration characteristics of the optical fiber scanner can be suppressed to achieve the desired amplitude. Can be obtained.
  • a third aspect of the present invention is a lighting device including the above-described optical fiber scanner and a light source that generates light guided by the optical fiber.
  • the light emitted from the light source is scanned on the subject by the optical fiber scanner.
  • a desired position of the subject can be accurately illuminated by the optical fiber scanner that can stably vibrate the optical fiber.
  • a fourth aspect of the present invention is an observation apparatus 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.
  • the light is accurately scanned at a desired position of the subject by the illumination device, and the return light returning from the subject is detected by the light detection unit. Therefore, image information in 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, and accurate observation of the subject can be realized.
  • the insertion state of the optical fiber can be checked from the outside without impairing the function of transmitting vibration to the optical fiber.
  • 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. It is the front view which looked at the elastic body of FIG. 1 in the longitudinal direction, and the perspective view of the elastic body. It is the front view which looked at the elastic body concerning the 1st modification of a 1st embodiment of the present invention in the longitudinal direction, and the perspective view of the elastic body. It is the front view which looked at the elastic body concerning the 2nd modification of a 1st embodiment of the present invention in the longitudinal direction, and the perspective view of the elastic body. It is the front view which looked at an elastic body concerning a 3rd modification of a 1st embodiment of the present invention in the longitudinal direction, and a perspective view of the elastic body.
  • an observation device 1 includes an illumination device 3 that irradiates a subject (not shown) with illumination light, and a reflection device and a fluorescence device that return from the subject when the illumination light is irradiated.
  • a light detection unit 5 that detects return light and a drive control device 7 that controls the illumination device 3 and the light detection unit 5 are provided.
  • 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 illumination light emitted from the light source 9 and emits 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 illumination light emitted from the light source 9 and emits illumination light from a tip 17a.
  • 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 lighting device 3 in the longitudinal direction is referred to as a front end side
  • the light source 9 side of the lighting device 3 is referred to as a base end side.
  • the optical fiber scanner 11 has an illumination optical fiber 17 such as a multi-mode fiber or a single mode fiber, and a columnar shape having a longitudinal axis made of an elastic material that fits the base end side of the illumination optical fiber 17 from the distal end 17a.
  • Elastic body 19 four piezoelectric elements 21 having a longitudinal axis fixed along the longitudinal axis of elastic body 19, and an annular fixing holder for fixing elastic body 19 to frame 15. 23.
  • the illumination optical fiber 17 is made of an elongated glass material having a circular cross section, and is arranged along the longitudinal direction of the frame 15.
  • the illumination optical fiber 17 has a free end whose tip 17 a extends to the vicinity of the condenser lens 13, and the other end is connected to the light source 9.
  • 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 elastic body 19 has an elongated substantially quadrangular prism shape having four side faces 19a extending along the longitudinal direction. Each side surface 19a has a rectangular attachment region P to which the piezoelectric element 21 is attached.
  • the elastic body 19 has an insertion hole 19b extending inside along the longitudinal direction.
  • the illumination optical fiber 17 is inserted into the insertion hole 19b in a cantilever state.
  • the illumination optical fiber 17 is applied to the inner surface of the insertion hole 19b by a conductive epoxy adhesive applied to the outer peripheral surface of the illumination optical fiber 17. Fiber 17 is bonded.
  • the elastic body 19 transmits the vibration generated in each piezoelectric element 21 to the optical fiber 17 for illumination.
  • the elastic body 19 has a chamfered portion 19c in which one corner of the outer surface, that is, the corner between two adjacent side surfaces 19a is chamfered.
  • the chamfered portion 19c is formed with a through hole 19d penetrating from the insertion hole 19b in a direction intersecting the longitudinal direction of the elastic body 19.
  • the through hole 19 d is formed in a slit shape extending from one end to the other end of the elastic body 19 along the longitudinal direction of the elastic body 19.
  • the width of the through hole 19 d in the direction orthogonal to the longitudinal direction of the elastic body 19 is smaller than the diameter of the illumination optical fiber 17.
  • the through hole 19d does not need to be formed over the entire length of the elastic body 19 in the insertion hole 19b in the longitudinal direction, but may be formed at least at both ends in the longitudinal direction of the elastic body 19 in the insertion hole 19b.
  • the chamfered portion 19c does not need to be formed over the entire length of the elastic body 19 in the longitudinal direction, and may be formed at least in a region where the through hole 19d is provided.
  • the width dimension of the through hole 19d may be changed according to the thickness, which is the cross-sectional dimension of the elastic body 19 with respect to the illumination optical fiber 17, or the width dimension of the chamfered portion 19c.
  • the width of the through hole 19d is, for example, half or less of the diameter of the illumination optical fiber 17.
  • the fixing holder 23 is formed of, for example, a metal material such as stainless steel.
  • the outer peripheral surface of the fixing holder 23 is bonded to the inner surface of the frame 15 with a conductive epoxy adhesive.
  • the fixing holder 23 is fitted on the elastic body 19 at the base end side of the piezoelectric element 21, and the inner peripheral surface is bonded to the outer surface of the elastic body 19 by a conductive epoxy adhesive.
  • 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 attachment region P of the elastic body 19 with a conductive epoxy adhesive. The entire surface of the piezoelectric element 21 does not need to be bonded to the bonding area P, and it is sufficient that at least both ends in the longitudinal direction are bonded to the bonding area P.
  • 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 tip 17a of the illumination optical fiber 17 vibrates in a spiral shape.
  • 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 illuminating optical fiber 17 in which a conductive epoxy adhesive is applied to the outer peripheral surface in advance is inserted into the insertion hole 19b of the elastic body 19.
  • the illumination optical fiber 17 may not be fixed to the elastic body 19 with high accuracy. That is, the illumination optical fiber 17 may be bonded to the insertion hole 19b of the elastic body 19 in a state where the adhesive is not evenly applied in the longitudinal direction of the illumination optical fiber 17.
  • the distal end 17a of the illumination optical fiber 17 comes into contact with the inner surface of the insertion hole 19b, so that the base end side is bent more than the distal end 17a and the illumination light is emitted.
  • the surface of the outer peripheral surface of the fiber 17 may be damaged or the adhesive may be peeled off, and the distance from the piezoelectric element 21 may be uneven in the longitudinal direction of the optical fiber 17 for illumination.
  • the through holes 19d penetrating from the insertion hole 19b of the elastic body 19 in a direction intersecting the longitudinal direction are provided on both the base end side and the distal end side in the longitudinal direction of the insertion hole 19b.
  • the width dimension of the through hole 19d in the direction orthogonal to the longitudinal direction of the elastic body 19 is smaller than the diameter dimension of the illumination optical fiber 17, the illumination optical fiber 17 is inserted into the insertion hole 19b of the elastic body 19.
  • the tip 17a of the illumination optical fiber 17 can be prevented from being caught on the edge of the through hole 19d.
  • friction and contact between the illumination optical fiber 17 and the insertion hole 19b can be reduced.
  • the insertion hole 19b is illuminated while checking the insertion state of the illumination optical fiber 17 from the outside without impairing the function of transmitting vibration to the illumination optical fiber 17.
  • Optical fiber 17 can be accurately fixed.
  • the distance from the insertion hole 19b to the outer surface of the chamfered portion 19c becomes shorter by the chamfered corner of the outer surface of the elastic body 19, so that the depth of the through hole 19d is reduced, and Can be easily visually recognized. This makes it easy to confirm the insertion state of the illumination optical fiber 17.
  • the chamfered portion 19c is provided on the outer surface, the chamfered portion 19c serves as a mark, thereby facilitating the attaching operation of the piezoelectric element 21. Furthermore, since the through-hole 19d is formed between the adhering areas P adjacent to each other, even after the piezoelectric element 21 is attached to the elastic body 19, the insertion state of the illumination optical fiber 17 in the insertion hole 19b can be changed. It can be confirmed through the through hole 19d.
  • the elastic body 19 can be disposed in the longitudinal direction of the optical fiber 17 for illumination without damaging the surface of the optical fiber 17 for illumination. 19 can be made uniform. Therefore, the distance from the piezoelectric element 21 to the illumination optical fiber 17 in the direction orthogonal to the longitudinal direction of the illumination optical fiber 17 can be made constant in the longitudinal direction of the illumination optical fiber 17. Thereby, it is possible to suppress a variation in the vibration characteristics of the optical fiber scanner 11 and obtain a desired amplitude.
  • the optical fiber scanner 11 can accurately illuminate a desired position of a subject. Further, 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 light detection unit 5, and to obtain an accurate image of the subject. Observation can be realized.
  • the elastic body 19 has a substantially quadrangular prism-shaped outer shape having an insertion hole 19b, that is, a substantially square cylindrical form.
  • the shape of the elastic body 19 is not limited to this.
  • it may have a cylindrical outer diameter having an insertion hole 19b, that is, a cylindrical shape.
  • the through hole 19 d may be formed in a state of being divided into a plurality along the longitudinal direction of the elastic body 19.
  • FIG. 3 shows an example in which the cylindrical elastic body 19 has a through hole 19 d divided into two along the longitudinal direction of the elastic body 19.
  • the four piezoelectric elements 21 are arranged in four sticking regions P arranged at intervals in the circumferential direction of the elastic body 19. A gap between each piezoelectric element 21 and the outer surface of the elastic body 19 is filled with a conductive epoxy adhesive B.
  • Each of the through holes 19 d is formed in a slit shape shorter than half the length of the elastic body 19 in the longitudinal direction and extending along the longitudinal direction of the elastic body 19.
  • One through hole 19d is formed at a position including one longitudinal end of the insertion hole 19b, and the other through hole 19d is formed at a position including the other longitudinal end of the insertion hole 19b.
  • the elastic body 19 is connected by the amount corresponding to the connection of the elastic body 19 between the plurality of through-holes 19d. Strength can be maintained.
  • the adhesive on the surface of the illumination optical fiber 17 touches the edge portion of each through hole 19d during the vibration caused by the piezoelectric element 21 expanding and contracting in the longitudinal direction by the division of the through hole 19d. The so-called anchor effect that prevents the optical fiber for illumination 17 from shifting in the longitudinal direction is improved, and the holding force of the optical fiber for illumination 17 by the elastic body 19 can be increased.
  • the through hole 19d is divided into two along the longitudinal direction of the elastic body 19
  • three or more through holes 19d are formed along the longitudinal direction of the elastic body 19.
  • the elongated plate-shaped piezoelectric element 21 has been described as an example, an elongated flexible sheet-shaped piezoelectric element may be employed instead.
  • the piezoelectric element may be attached to the attaching region P in a state where the piezoelectric element is curved along the outer surface of the elastic body 19.
  • the plurality of through holes 19d are point-symmetrical with respect to the longitudinal direction of the insertion hole 19b with respect to the center in the longitudinal direction of the insertion hole 19b. It may be formed at a position where FIG. 4 shows that the cylindrical elastic body 19 is positioned obliquely with respect to the longitudinal direction of the insertion hole 19b about a half position from one end to the other end in the longitudinal direction of the insertion hole 19b, that is, the center point M.
  • An example having two through holes 19d formed at symmetrical positions is shown.
  • the two through holes 19d are formed between two adhering areas P adjacent to each other at positions obliquely symmetric with respect to the longitudinal direction of the insertion hole 19b around the center point M.
  • Each of the through holes 19 d is formed in a slit shape shorter than half the length of the elastic body 19 in the longitudinal direction and extending along the longitudinal direction of the elastic body 19.
  • One through hole 19d is formed at a position including one longitudinal end of the insertion hole 19b, and the other through hole 19d is formed at a position including the other longitudinal end of the insertion hole 19b.
  • These two through holes 19d are formed by square hole processing and have the same size as each other.
  • the decrease in the mass of the elastic body 19 due to the provision of the through hole 19d is caused by the center point M located at the center of the insertion hole 19b as a center in the longitudinal direction of the elastic body 19. Since it is generated at a position that is obliquely symmetrical with respect to a point, it is possible to suppress the occurrence of bias in transmission of vibration to the illumination optical fiber 17 due to the provision of the through hole 19d.
  • a plurality of through-holes 19d may be arranged at positions obliquely symmetric with respect to the longitudinal direction of the insertion hole 19b with respect to the vicinity including the center point M.
  • the elastic body 19 may have a plurality of through holes 19d having a circular or square cross section.
  • the substantially rectangular cylindrical elastic body 19 has five through holes 19d having a circular cross section.
  • the elastic body 19 has two corners of the outer surface facing the insertion hole 19b in the radial direction, that is, two corners with two corners chamfered between two adjacent side surfaces 19a with the insertion hole 19b sandwiched in the radial direction. It has a chamfer 19c.
  • the five through holes 19d are arranged at an interval along the longitudinal direction of the elastic body 19 in one chamfered portion 19c. These through holes 19d are formed between both ends in the longitudinal direction of the insertion hole 19b. These through holes 19d are formed by circular hole processing, and have the same size as each other. Each through hole 19d has a width in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the elastic body 19, that is, a width in a radial direction is smaller than a diameter of the optical fiber 17 for illumination.
  • the position of the tip 17a of the illumination optical fiber 17 is stepwisely changed along the longitudinal direction of the insertion hole 19b. Can be confirmed. Further, after the optical fiber for illumination 17 is inserted into the insertion hole 19b of the elastic body 19, the adhesive applied to the surface of the optical fiber for illumination 17 flows into each through hole 19d, so that the so-called anchor effect is achieved. The holding power of the illumination optical fiber 17 by the elastic body 19 can be increased.
  • the substantially rectangular cylindrical elastic body 19 has two chamfered portions 19c in which the corners of the outer surface of the elastic body 19 facing each other across the insertion hole 19b are chamfered.
  • Through holes 19d are formed at positions facing each other in the longitudinal direction.
  • the illumination optical fiber 17 to be inserted into the insertion hole 19b is visually recognized from the outside through the through hole 19d, the other through hole 19d facing in the direction orthogonal to the longitudinal direction of the elastic body 19 is used.
  • the insertion state of the illumination optical fiber 17 can be easily observed by visually checking whether the illumination optical fiber 17 blocks the external light.
  • the through hole 19d having a circular cross section has been described as an example.
  • a plurality of elongated slit-shaped through holes 19d having a rectangular cross section are formed in the elastic body 19. It may be that.
  • the elastic body 19 according to the present embodiment differs from the first embodiment in that the elastic body 19 has a through hole 19d formed in the attachment region P as shown in FIG.
  • 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 optical fiber scanner 11, 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 elastic body 19 has a substantially quadrangular prism shape having four side surfaces 19a extending in the longitudinal direction and an insertion hole 19b extending in the interior along the longitudinal direction. Further, the elastic body 19 has a through hole 19d in the sticking area P of each side surface 19a. Each through hole 19 d is formed in a slit shape extending along the longitudinal direction of the elastic body 19.
  • each through hole 19d has a length in the longitudinal direction of the elastic body 19 shorter than the length in the longitudinal direction of the attachment region P, and has a length including both longitudinal ends of the insertion hole 19b. .
  • Each of the through holes 19d has a width in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the elastic body 19 smaller than a diameter of the optical fiber 17 for illumination.
  • the elastic body 19 by forming the through hole 19d in the attachment region P, an area where the through hole 19d is formed can be secured. This is particularly effective when the area between the pasting regions P adjacent to each other is small. Further, since the longitudinal length of the elastic body 19 in the through hole 19d is shorter than the longitudinal length of the sticking region P, both ends of the piezoelectric element 21 in the longitudinal direction can be securely bonded to the sticking region P. it can.
  • the through hole 19d is formed in a slit shape extending along the longitudinal direction of the elastic body 19, but if the through hole 19d is formed in the attachment region P,
  • the shape of the through-hole 19d is not limited to this.
  • the through hole 19d may be formed in a state of being divided into a plurality of pieces along the longitudinal direction of the elastic body 19, and the through hole 19d may have a circular or square cross section.
  • the shape may be as follows.
  • the plurality of through-holes 19d are point-symmetric with respect to the longitudinal direction of the insertion hole 19b around the center of the elastic body 19, that is, the vicinity of the center point M including the center point M. May be formed, or the plurality of through holes 19d may be formed to face each other in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the elastic body 19 with the insertion hole 19b interposed therebetween.
  • the elastic body 19 may have a plurality of through holes 19 d formed both in the sticking area P and between the sticking areas P adjacent to each other.
  • the through holes formed in the respective sticking regions P of the elastic body 19 are formed.
  • the state of insertion of the illumination optical fiber 17 in the insertion hole 19b can be confirmed from the entire circumferential direction.
  • the flexibility of the elastic body 19 is increased by the number of the through holes 19d, and the anchor effect is provided in the entire circumferential direction of the optical fiber 17 for illumination. Is obtained, and the holding force of the optical fiber for illumination 17 by the elastic body 19 can be further increased.
  • One embodiment of the present invention is a columnar elastic body made of an elastic material having a longitudinal axis and capable of transmitting vibration to the optical fiber in a state where the base end side of the optical fiber is held.
  • An insertion hole that extends along a direction, and into which the optical fiber is inserted, and a through hole that penetrates from the insertion hole in a direction intersecting the longitudinal direction and is arranged in a direction along the longitudinal direction of the elastic body.
  • the elastic body has a width dimension of the through hole smaller than a diameter dimension of the optical fiber.
  • the distal end of the optical fiber can be made to vibrate through the elastic body.
  • the through-hole penetrating from the insertion hole in a direction intersecting the longitudinal direction is arranged in a direction along the longitudinal direction of the elastic body, the optical fiber is inserted straight in the longitudinal direction of the insertion hole. It can be checked from the outside through the through hole whether or not the operation is performed.
  • the adhesive is applied to the optical fiber in advance, it can be checked from outside through the through hole whether or not the adhesive has been peeled off from the optical fiber along the longitudinal direction of the insertion hole.
  • the width dimension of the through hole is smaller than the diameter dimension of the optical fiber, when inserting the optical fiber into the insertion hole, it is possible to prevent the tip of the optical fiber from being caught on the edge of the through hole and to insert the optical fiber. Friction and contact with the holes can be reduced. Therefore, the insertion state of the optical fiber can be checked from the outside without impairing the function of transmitting vibration to the optical fiber.
  • the apparatus may further include a plurality of attachment regions to which the plurality of piezoelectric elements that generate the vibration are attached, and the through holes may be formed between the adjacent attachment regions.
  • the apparatus may further include a plurality of attachment regions to which the plurality of piezoelectric elements generating the vibration are attached, and the through-hole may be formed in the attachment region.
  • the corner of the outer surface may have a chamfered portion, and the through hole may be formed in the chamfered portion.
  • a plurality of the through holes may be formed in the longitudinal direction of the insertion hole, and may be formed at least on both the base end side and the distal end side in the longitudinal direction of the insertion hole.
  • the plurality of through holes may be formed at positions obliquely symmetric with respect to the longitudinal direction with respect to the longitudinal direction with respect to the center of the insertion hole in the longitudinal direction.
  • the plurality of through holes may be formed so as to face each other in a direction orthogonal to the longitudinal direction with the insertion hole interposed therebetween.
  • the second aspect of the present invention is any one of the above-mentioned elastic bodies, and the optical fiber in which the base end side is held from the distal end by the insertion hole while being inserted into the insertion hole of the elastic body,
  • An optical fiber scanner comprising: a plurality of piezoelectric elements attached to a plurality of attachment regions of the elastic body.
  • the vibration of the piezoelectric element is transmitted to the optical fiber via the elastic body, so that the tip of the optical fiber can be vibrated.
  • the 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 can be protected without damaging the surface of the optical fiber.
  • the holding state by the elastic body can be made uniform in the longitudinal direction of the fiber. Therefore, the distance from the piezoelectric element to the optical fiber in the direction orthogonal to the longitudinal direction of the optical fiber can be made constant in the longitudinal direction of the optical fiber, and the variation in the vibration characteristics of the optical fiber scanner can be suppressed to achieve the desired amplitude. Can be obtained.
  • a third aspect of the present invention is a lighting device including the above-described optical fiber scanner and a light source that generates light guided by the optical fiber.
  • the light emitted from the light source is scanned on the subject by the optical fiber scanner.
  • a desired position of the subject can be accurately illuminated by the optical fiber scanner that can stably vibrate the optical fiber.
  • a fourth aspect of the present invention is an observation apparatus 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.
  • the light is accurately scanned at a desired position of the subject by the illumination device, and the return light returning from the subject is detected by the light detection unit. Therefore, image information in 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, and accurate observation of the subject can be realized.

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Abstract

長手軸を有し、照明用光ファイバの基端側を保持した状態で照明用光ファイバに振動を伝達可能な弾性材料からなる柱状の弾性体（１９）であって、弾性体（１９）の長手方向に沿って延び、照明用光ファイバが挿入される挿入孔（１９ｂ）と、挿入孔（１９ｂ）から長手方向に交差する方向に貫通するとともに弾性体（１９）の長手方向に沿う方向に配置される貫通孔（１９ｄ）とを備え、貫通孔（１９ｄ）の幅寸法が照明用光ファイバの径寸法よりも小さい弾性体（１９）である。

Description

弾性体、光ファイバスキャナ、照明装置および観察装置
　本発明は、弾性体、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１参照。）。特許文献１に記載の光ファイバスキャナは、光ファイバの表面に接着剤を予め塗布しておき、圧電素子が貼付される弾性体に形成されている挿入孔に光ファイバを挿入した状態で、接着剤によって弾性体に光ファイバを固定している。
特開２０１３－２４４０４５号公報
　ところで、接着剤の粘度と、弾性体の挿入孔の内面および光ファイバの濡れ性とによって、光ファイバの長手方向に接着剤が均等に塗布されていない状態で、弾性体に光ファイバが接着されることがある。また、弾性体の挿入孔の製造誤差によって、光ファイバが弾性体の挿入孔に挿入される際に光ファイバが挿入孔の内面に接触し、その結果、光ファイバの外周面の表面に傷が付いたり、接着剤が剥がれて圧電素子からの距離が光ファイバの長手方向において不均等になったりすることがある。
　このように、光ファイバの表面に傷が付いていたり光ファイバと弾性体との接着状態が均等でなかったりすると、圧電素子からの振動が光ファイバに均等に伝わり難くなり、光ファイバスキャナの振動特性にばらつきが生じたり、所望の振幅が得られなかったりすることが起こり得る。特に、血管内視鏡等は、細長い被写体の内部に適用するために、光ファイバスキャナを細径にすればするほど、光ファイバに対する弾性体の断面寸法、すなわち厚さが小さくなる一方、十分な振幅を得るために圧電素子と弾性体とが細長い形状になる。断面寸法が小さく細長い形状の光ファイバスキャナにおいては、光ファイバの長手方向に直交する方向の圧電素子から光ファイバまでの距離を光ファイバの長手方向において一定にすることが非常に重要となってくる。
　しかしながら、光ファイバスキャナに用いられる弾性体は、金属製で光を通さないことから、挿入孔の内部の様子、すなわち、挿入孔に光ファイバを挿入していく際の光ファイバの状態を外部から確認することができないという問題がある。
　本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、光ファイバに振動を伝達する機能を損なわずに、光ファイバの挿入状態を外部から確認することができる弾性体、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。
　本発明の一態様は、長手軸を有し、光ファイバの基端側を保持した状態で前記光ファイバに振動を伝達可能な弾性材料からなる柱状の弾性体であって、該弾性体の長手方向に沿って延び、前記光ファイバが挿入される挿入孔と、前記挿入孔から前記長手方向に交差する方向に貫通するとともに前記弾性体の長手方向に沿う方向に配置される貫通孔とを備え、該貫通孔の幅寸法が前記光ファイバの径寸法よりも小さい弾性体である。
　本態様によれば、挿入孔に光ファイバを挿入して、挿入孔に光ファイバの基端側を保持させることにより、光ファイバの先端が弾性体を通じて振動できる状態にすることができる。この場合において、挿入孔から長手方向に交差する方向に貫通する貫通孔が、弾性体の長手方向に沿う方向に配置されていることによって、挿入孔の長手方向に対して光ファイバが真っ直ぐに挿入されているか否かを外部から貫通孔を通して確認することができる。また、光ファイバに予め接着剤を塗布しておく場合において、挿入孔の長手方向に沿って光ファイバから接着剤が剥がれていないか否かも外部から貫通孔を通して確認することができる。
　また、貫通孔の幅寸法が光ファイバの径寸法よりも小さいことによって、挿入孔に光ファイバを挿入する際に、貫通孔のエッジに光ファイバの先端が引っ掛かるのを抑制し、光ファイバと挿入孔との摩擦および接触を低減することができる。
　したがって、光ファイバに振動を伝達する機能を損なわずに、光ファイバの挿入状態を外部から確認することができる。
　本発明の第２態様は、上記いずれかの弾性体と、該弾性体の前記挿入孔に挿入された状態で、該挿入孔によって前記先端よりも前記基端側が保持された前記光ファイバと、前記弾性体の複数の貼付領域に貼付された複数の圧電素子とを備え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を経由して光ファイバに伝達されることによって、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せ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、光ファイバに振動を伝達する機能を損なわずに、光ファイバの挿入状態を外部から確認することができる弾性体を採用することによって、光ファイバの表面に傷を付けることなく、光ファイバの長手方向において弾性体による保持状態を均等にすることができる。したがって、光ファイバの長手方向に直交する方向の圧電素子から光ファイバまでの距離を光ファイバの長手方向において一定にすることができ、光ファイバスキャナの振動特性のばらつきを抑制して、所望の振幅を得ることができる。
　本発明の第３態様は、上記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、光ファイバを安定して振動させることができる光ファイバスキャナにより、被写体の所望の位置を精度よく照明することができる。
　本発明の第４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、被写体の所望の位置で光が精度よく走査され、被写体から戻る戻り光が光検出部により検出される。したがって、光検出部により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、被写体の正確な観察を実現することができる。
　本発明によれば、光ファイバに振動を伝達する機能を損なわずに、光ファイバの挿入状態を外部から確認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の弾性体を長手方向に見た正面図およびその弾性体の斜視図である。 本発明の第１実施形態の第１変形例に係る弾性体を長手方向に見た正面図およびその弾性体の斜視図である。 本発明の第１実施形態の第２変形例に係る弾性体を長手方向に見た正面図およびその弾性体の斜視図である。 本発明の第１実施形態の第３変形例に係る弾性体を長手方向に見た正面図およびその弾性体の斜視図である。 本発明の第１実施形態の第３変形例に係る別の弾性体を長手方向に見た正面図およびその弾性体の斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る弾性体を長手方向に見た正面図およびその弾性体の斜視図である。 本発明の第１実施形態および第２実施形態の変形例に係る弾性体を長手方向に見た正面図およびその弾性体の斜視図である。
〔第１実施形態〕
　本発明の第１実施形態に係る弾性体、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、被写体（図示略）に照明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を有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、これらの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、照明装置３における長手方向の集光レンズ１３側を先端側とし、照明装置３における光源９側を基端側とする。
　光ファイバスキャナ１１は、マルチモードファイバまたはシングルモードファイバ等の照明用光ファイバ１７と、照明用光ファイバ１７の先端１７ａよりも基端側を嵌合する弾性材料からなる、長手軸を有する柱状の弾性体１９と、弾性体１９の長手軸に沿って配置された状態で固定された、長手軸を有する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用ホルダ２３を備えている。
　照明用光ファイバ１７は、円形の断面を有する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。また、この照明用光ファイバ１７は、先端１７ａが集光レンズ１３の近傍まで延びる自由端を有し、他端が光源９に接続されている。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。
　弾性体１９は、図２に示すように、長手方向に沿って延びる４つの側面１９ａを有する細長い略四角柱状の外形を有している。各側面１９ａは、それぞれ圧電素子２１を貼付するための長方形の貼付領域Ｐを有している。また、弾性体１９は、内部を長手方向に沿って延びる挿入孔１９ｂを有している。挿入孔１９ｂには照明用光ファイバ１７が片持ち状態で挿入されており、照明用光ファイバ１７の外周面に塗布された導電性のエポキシ系接着剤によって、挿入孔１９ｂの内面に照明用光ファイバ１７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。
　また、弾性体１９は、外表面の１つの角、すなわち、隣接する２つの側面１９ａの間の角が面取りされた面取り部１９ｃを有している。面取り部１９ｃには、挿入孔１９ｂから弾性体１９の長手方向に交差する方向に貫通する貫通孔１９ｄが形成されている。
　貫通孔１９ｄは、弾性体１９の長手方向に沿って弾性体１９の一端部から他端部まで延びるスリット状に形成されている。また、貫通孔１９ｄは、弾性体１９の長手方向に直交する方向の寸法である幅寸法が照明用光ファイバ１７の径寸法よりも小さい。この貫通孔１９ｄは、挿入孔１９ｂにおける弾性体１９の長手方向の全長に亘って形成されている必要はなく、挿入孔１９ｂにおける弾性体１９の長手方向の少なくとも両端部に形成されていればよい。面取り部１９ｃも、弾性体１９の長手方向の全長に亘って形成されている必要はなく、少なくとも貫通孔１９ｄが設けられる領域に形成されていればよい。貫通孔１９ｄの幅寸法は、照明用光ファイバ１７に対する弾性体１９の断面寸法である厚さまたは面取り部１９ｃの幅寸法に応じて変更してよい。かかる貫通孔１９ｄの幅寸法は、例えば、照明用光ファイバ１７の径寸法の半分以下である。
　固定用ホルダ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いる。この固定用ホルダ２３は、導電性のエポキシ系接着剤により、外周面が枠体１５の内面に接着されている。また、固定用ホルダ２３は、弾性体１９における圧電素子２１よりも基端側を嵌合し、導電性のエポキシ系接着剤によって内周面が弾性体１９の外面に接着されている。
　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、導電性のエポキシ系接着剤により、それぞれ弾性体１９の貼付領域Ｐに接着されている。圧電素子２１は、一表面全体が貼付領域Ｐに接着されている必要はなく、少なくとも長手方向の両端部が貼付領域Ｐに接着されていればよい。
　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、照明用光ファイバ１７の先端１７ａがスパイラル状に振動する。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を組み立てる作業において、予め導電性のエポキシ系接着剤が外周面に塗布された照明用光ファイバ１７を、弾性体１９の挿入孔１９ｂに挿入した状態で、弾性体１９に照明用光ファイバ１７を精度よく固定することができない場合がある。すなわち、照明用光ファイバ１７の長手方向に接着剤が均等に塗布されていない状態で、弾性体１９の挿入孔１９ｂに照明用光ファイバ１７が接着されることがある。また、挿入孔１９ｂに照明用光ファイバ１７を挿入していく際に、照明用光ファイバ１７の先端１７ａが挿入孔１９ｂの内面に接触することによって先端１７ａよりも基端側が撓んで照明用光ファイバ１７の外周面の表面に傷が付いたり、接着剤が剥がれて圧電素子２１からの距離が照明用光ファイバ１７の長手方向において不均等になることがある。
　本実施形態に係る弾性体１９によれば、弾性体１９の挿入孔１９ｂから長手方向に交差する方向に貫通する貫通孔１９ｄが、挿入孔１９ｂの長手方向の基端側と先端側の両方に形成されていることによって、挿入孔１９ｂに照明用光ファイバ１７を挿入した直後において、挿入孔１９ｂの長手方向に対して照明用光ファイバ１７が真っ直ぐに挿入されているか否かを外部から貫通孔１９ｄを通して確認することができる。さらに、挿入孔１９ｂの長手方向の基端側から先端側に亘って照明用光ファイバ１７から接着剤が剥がれていないか否かも外部から貫通孔１９ｄを通して確認することができる。
　また、貫通孔１９ｄにおける弾性体１９の長手方向に直交する方向の幅寸法が照明用光ファイバ１７の径寸法よりも小さいことによって、弾性体１９の挿入孔１９ｂに照明用光ファイバ１７を挿入していく際に、貫通孔１９ｄのエッジに照明用光ファイバ１７の先端１７ａが引っ掛かるのを抑制することができる。これにより、照明用光ファイバ１７と挿入孔１９ｂとの摩擦および接触を低減することができる。
　したがって、本実施形態に係る弾性体１９によれば、照明用光ファイバ１７に振動を伝達する機能を損なわずに、照明用光ファイバ１７の挿入状態を外部から確認しながら、挿入孔１９ｂに照明用光ファイバ１７を精度よく固定することができる。また、弾性体１９の外表面の角を面取りした分だけ、挿入孔１９ｂから面取り部１９ｃの外表面までの距離が近くなるので、貫通孔１９ｄの深さを小さくして、挿入孔１９ｂの内部を視認し易くすることができる。これにより、照明用光ファイバ１７の挿入状態が確認し易くなる。また、外表面に面取り部１９ｃがあることによって、面取り部１９ｃが目印となり、圧電素子２１の貼付作業を容易にすることができる。さらに、貫通孔１９ｄが、互いに隣接する貼付領域Ｐの間に形成されていることによって、弾性体１９に圧電素子２１を貼付した後でも、挿入孔１９ｂ内の照明用光ファイバ１７の挿入状態を貫通孔１９ｄを通して確認することができる。
　また、本実施形態に係る光ファイバスキャナ１１によれば、この弾性体１９を採用することによって、照明用光ファイバ１７の表面に傷を付けることなく、照明用光ファイバ１７の長手方向において弾性体１９との嵌合状態を均等にすることができる。したがって、照明用光ファイバ１７の長手方向に直交する方向の圧電素子２１から照明用光ファイバ１７までの距離を照明用光ファイバ１７の長手方向において一定にすることができる。これにより、光ファイバスキャナ１１の振動特性のばらつきを抑制して、所望の振幅を得ることができる。
　また、本実施形態に係る照明装置３によれば、この光ファイバスキャナ１１により、被写体の所望の位置を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、光検出部５により検出される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、被写体の正確な観察を実現することができる。
　本実施形態においては、弾性体１９が、挿入孔１９ｂを有する略四角柱状の外形、すなわち略四角筒状の形態を有することとしたが、弾性体１９の形状はこれに限定されるものではなく、例えば、挿入孔１９ｂを有する円柱状の外径、すなわち円筒状の形態を有するものであってもよい。
　本実施形態は以下の態様に変形することができる。
　第１変形例としては、例えば、図３に示すように、貫通孔１９ｄが、弾性体１９の長手方向に沿って複数に分割された状態で形成されていることとしてもよい。図３は、円筒状の弾性体１９が、弾性体１９の長手方向に沿って２つに分割された貫通孔１９ｄを有する例を示している。
　４つの圧電素子２１は、弾性体１９の周方向に互いに間隔をあけて配列された４つの貼付領域Ｐに配置されている。各圧電素子２１と弾性体１９の外面との隙間には、導電性のエポキシ系接着剤Ｂが充填されている。
　２つの貫通孔１９ｄは、互いに隣接する２つの貼付領域Ｐの間に形成されている。また、各貫通孔１９ｄは、弾性体１９の長手方向の半分の長さよりも短く、かつ、弾性体１９の長手方向に沿って延びるスリット状に形成されている。一方の貫通孔１９ｄは、挿入孔１９ｂの長手方向の一端部を含む位置に形成され、他方の貫通孔１９ｄは、挿入孔１９ｂの長手方向の他端部を含む位置に形成されている。
　本変形例によれば、弾性体１９の長手方向に延びる単体の貫通孔１９ｄを形成した場合と比較して、複数の貫通孔１９ｄ間で弾性体１９が繋がっている分だけ、弾性体１９の強度を保つことができる。また、貫通孔１９ｄを分割した分だけ、圧電素子２１が長手方向に伸縮することによって生じる振動の間、照明用光ファイバ１７表面の接着剤が個々の貫通孔１９ｄのエッジ部分に触れることにより、長手方向に照明用光ファイバ１７がズレるのを防止する、いわゆるアンカー効果が向上し、弾性体１９による照明用光ファイバ１７の保持力を増大することができる。
　本変形例においては、貫通孔１９ｄが、弾性体１９の長手方向に沿って２つに分割されている例を示したが、貫通孔１９ｄが、弾性体１９の長手方向に沿って３つ以上に分割されていることとしてもよい。また、細長い板状の圧電素子２１を例示して説明したが、これに代えて、細長い柔軟なシート状の圧電素子を採用することとしてもよい。柔軟なシート状の圧電素子を採用する場合は、弾性体１９の外面に沿って圧電素子を湾曲させた状態で貼付領域Ｐに貼付することとすればよい。
　第２変形例としては、例えば、図４に示すように、複数の貫通孔１９ｄが、挿入孔１９ｂの長手方向の中央部を中心にして、挿入孔１９ｂの長手方向に対して斜めに点対称となる位置に形成されていることとしてもよい。図４は、円筒状の弾性体１９が、挿入孔１９ｂにおける長手方向の一端から他端までの半分の位置、すなわち中心点Ｍを中心にして、挿入孔１９ｂの長手方向に対して斜めに点対称となる位置に形成された２つの貫通孔１９ｄを有する例を示している。
　２つの貫通孔１９ｄは、中心点Ｍを中心にして、挿入孔１９ｂの長手方向に対して斜めに点対称となる位置において、それぞれ互いに隣接する２つの貼付領域Ｐの間に形成されている。また、各貫通孔１９ｄは、弾性体１９の長手方向の半分の長さよりも短く、かつ、弾性体１９の長手方向に沿って延びるスリット状に形成されている。一方の貫通孔１９ｄは、挿入孔１９ｂの長手方向の一端部を含む位置に形成され、他方の貫通孔１９ｄは、挿入孔１９ｂの長手方向の他端部を含む位置に形成されている。また、これら２つの貫通孔１９ｄは、四角孔加工によって形成されており、互いに同じ大きさを有している。
　本変形例によれば、貫通孔１９ｄを設けたことによる弾性体１９の質量の減少が、挿入孔１９ｂの中央部に位置する中心点Ｍを中心にして、弾性体１９の長手方向に対して斜めに点対称となる位置で生じるので、貫通孔１９ｄを設けることによる、照明用光ファイバ１７への振動の伝達に偏りが生じるのを抑制することができる。本変形例においては、中心点Ｍを含むその近傍を中心にして、挿入孔１９ｂの長手方向に対して斜めに点対称となる位置に複数の貫通孔１９ｄが配置されていればよい。
　第３変形例としては、例えば、図５に示すように、弾性体１９が、横断面が円形または方形の複数の貫通孔１９ｄを有していることとしてもよい。図５に示す例では、略四角筒状の弾性体１９が、横断面が円形の５つの貫通孔１９ｄを有している。
　弾性体１９は、挿入孔１９ｂの径方向に対向する外表面の２つの角、すなわち、挿入孔１９ｂを径方向に挟んで、それぞれ隣接する２つの側面１９ａの間の角が面取りされた２つの面取り部１９ｃを有している。
　５つの貫通孔１９ｄは、一方の面取り部１９ｃにおいて、弾性体１９の長手方向に沿って互いに間隔をあけて配列されている。また、これら貫通孔１９ｄは、挿入孔１９ｂの長手方向の両端部および両端部の間に形成されている。これら貫通孔１９ｄは、円形孔加工によって形成されており、互いに同じ大きさを有している。また、各貫通孔１９ｄは、弾性体１９の長手方向に直交する方向の幅、すなわち径方向の幅が照明用光ファイバ１７の径寸法よりも小さい寸法を有している。
　本変形例によれば、弾性体１９の挿入孔１９ｂに照明用光ファイバ１７を挿入していく際に、照明用光ファイバ１７の先端１７ａの位置を挿入孔１９ｂの長手方向に沿って段階的に確認することができる。また、弾性体１９の挿入孔１９ｂに照明用光ファイバ１７を挿入した後に、照明用光ファイバ１７の表面に塗布しておいた接着剤が各貫通孔１９ｄに流れ込むことによって、いわゆるアンカー効果により、弾性体１９による照明用光ファイバ１７の保持力を増大させることができる。
　上記第３変形例においては、例えば、図６に示すように、複数の貫通孔１９ｄが、挿入孔１９ｂを挟んで弾性体１９の長手方向に直交する方向に対向して形成されていることとしてもよい。図６に示す例では、略四角筒状の弾性体１９が、挿入孔１９ｂを径方向に挟んで対向する弾性体１９の外表面の角を面取りした２つの面取り部１９ｃにおいて、弾性体１９の長手方向に対向する位置にそれぞれ貫通孔１９ｄが形成されている。
　本変形例によれば、挿入孔１９ｂに挿入していく照明用光ファイバ１７を外部から貫通孔１９ｄを通して視認する際に、弾性体１９の長手方向に直交する方向に対向する他の貫通孔１９ｄから外光が入るため、照明用光ファイバ１７が外光を遮断するかどうかを視認することによって、照明用光ファイバ１７の挿入状態を観察し易くすることができる。
　本変形例においては、横断面が円形の貫通孔１９ｄを例示して説明したが、これに代えて、例えば、横断面が矩形の細長いスリット状の複数の貫通孔１９ｄを弾性体１９に形成することとしてもよい。
〔第２実施形態〕
　次に、本発明の第２実施形態に係る弾性体、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。
　本実施形態に係る弾性体１９は、図７に示すように、貼付領域Ｐ内に形成された貫通孔１９ｄを有する点で第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、光ファイバスキャナ１１、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。
　本実施形態においては、弾性体１９は、長手方向に沿って延びる４つの側面１９ａと、内部を長手方向に沿って延びる挿入孔１９ｂとを有する略四角柱状の外形を有している。また、弾性体１９は、各側面１９ａの貼付領域Ｐにそれぞれ貫通孔１９ｄを有している。各貫通孔１９ｄは、弾性体１９の長手方向に沿って延びるスリット状に形成されている。
　また、各貫通孔１９ｄは、弾性体１９の長手方向の長さが貼付領域Ｐの長手方向の長さよりも短く、かつ、挿入孔１９ｂの長手方向の両端部を含む長さを有している。また、各貫通孔１９ｄは、弾性体１９の長手方向に直交する方向の幅が照明用光ファイバ１７の径寸法よりも小さい寸法を有している。
　本実施形態に係る弾性体１９によれば、貫通孔１９ｄを貼付領域Ｐに形成することによって、貫通孔１９ｄを形成する領域を確保することができる。特に、互いに隣接する貼付領域Ｐの間の面積が狭い場合に有効である。また、貫通孔１９ｄにおける弾性体１９の長手方向の長さが貼付領域Ｐの長手方向の長さよりも短いことによって、圧電素子２１の長手方向の両端部を貼付領域Ｐに確実に接着することができる。
　本実施形態においては、貫通孔１９ｄが、弾性体１９の長手方向に沿って延びるスリット状に形成されていることとしたが、貫通孔１９ｄが貼付領域Ｐ内に形成されていることとすればよく、貫通孔１９ｄの形状はこれに限定されるものではない。例えば、貼付領域Ｐ内において、貫通孔１９ｄが、弾性体１９の長手方向に沿って複数に分割された状態で形成されていることとしてもよいし、貫通孔１９ｄが、横断面が円形または方形の形状であってもよい。また、貼付領域Ｐ内において、複数の貫通孔１９ｄが、弾性体１９の中央部、すなわち中心点Ｍを含む中心点Ｍ近傍を中心にして、挿入孔１９ｂの長手方向に対して斜めに点対称となる位置に形成されていることとしてもよいし、複数の貫通孔１９ｄが、挿入孔１９ｂを挟んで弾性体１９の長手方向に直交する方向に対向して形成されていることとしてもよい。
　上記第１実施形態および第２実施形態は、下記の態様に変形することができる。
　すなわち、例えば、図８に示すように、弾性体１９が、貼付領域Ｐ内および互いに隣接する貼付領域Ｐの間の両方に形成された複数の貫通孔１９ｄを有していることとしてもよい。
　本変形例によれば、弾性体１９に圧電素子２１を貼付する前に、各面取り部１９ｃに形成された貫通孔１９ｄからの観察に加え、弾性体１９の各貼付領域Ｐに形成された貫通孔１９ｄからも照明用光ファイバ１７の先端１７ａを観察することによって、挿入孔１９ｂにおける照明用光ファイバ１７の挿入状態を周方向の全体から確認することができる。
　また、貫通孔１９ｄを１ヶ所に形成する場合と比較して、貫通孔１９ｄの数が増える分だけ、弾性体１９の柔軟性を高めるとともに、照明用光ファイバ１７の周方向の全体においてアンカー効果が得られ、弾性体１９による照明用光ファイバ１７の保持力をさらに増大することができる。
　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。
　本発明の一態様は、長手軸を有し、光ファイバの基端側を保持した状態で前記光ファイバに振動を伝達可能な弾性材料からなる柱状の弾性体であって、該弾性体の長手方向に沿って延び、前記光ファイバが挿入される挿入孔と、前記挿入孔から前記長手方向に交差する方向に貫通するとともに前記弾性体の長手方向に沿う方向に配置される貫通孔とを備え、該貫通孔の幅寸法が前記光ファイバの径寸法よりも小さい弾性体である。
　本態様によれば、挿入孔に光ファイバを挿入して、挿入孔に光ファイバの基端側を保持させることにより、光ファイバの先端が弾性体を通じて振動できる状態にすることができる。この場合において、挿入孔から長手方向に交差する方向に貫通する貫通孔が、弾性体の長手方向に沿う方向に配置されていることによって、挿入孔の長手方向に対して光ファイバが真っ直ぐに挿入されているか否かを外部から貫通孔を通して確認することができる。また、光ファイバに予め接着剤を塗布しておく場合において、挿入孔の長手方向に沿って光ファイバから接着剤が剥がれていないか否かも外部から貫通孔を通して確認することができる。
　また、貫通孔の幅寸法が光ファイバの径寸法よりも小さいことによって、挿入孔に光ファイバを挿入する際に、貫通孔のエッジに光ファイバの先端が引っ掛かるのを抑制し、光ファイバと挿入孔との摩擦および接触を低減することができる。
　したがって、光ファイバに振動を伝達する機能を損なわずに、光ファイバの挿入状態を外部から確認することができる。
　上記態様においては、前記振動を発生する複数の圧電素子が貼付される複数の貼付領域をさらに有し、前記貫通孔が、互いに隣接する前記貼付領域の間に形成されることとしてもよい。
　この構成によって、弾性体に圧電素子を貼付した後でも、弾性体の挿入孔における光ファイバの挿入状態を確認することができる。
　上記態様においては、前記振動を発生する複数の圧電素子が貼付される複数の貼付領域をさらに有し、前記貫通孔が前記貼付領域に形成されることとしてもよい。
　この構成によって、貫通孔を形成する領域を確保することができる。特に、互いに隣接する貼付領域の間の面積が狭い場合に有効である。
　上記態様においては、外表面の角が面取りされた面取り部を有し、前記貫通孔が前記面取り部に形成されていることとしてもよい。
　この構成によって、弾性体の外表面の角を面取りした分だけ、挿入孔から面取り部の外表面までの距離が近くなるので、貫通孔の深さを小さくして、挿入孔の内部を視認し易くすることができる。これにより、光ファイバの挿入状態が確認し易くなる。また、外表面に面取り部があることによって、面取り部が目印となり、圧電素子の貼付作業を容易にすることができる。
　上記態様においては、前記貫通孔が、前記挿入孔における長手方向に複数形成され、且つ少なくとも前記挿入孔の長手方向の基端側と先端側の両方に形成されていることとしてもよい。
　この構成によって、挿入孔に光ファイバを挿入した直後において、挿入孔に対して光ファイバが真っ直ぐに挿入されているか否かを外部から貫通孔を通して確認することができる。また、挿入孔の長手方向の基端側において、光ファイバから接着剤が剥がれていないか否かも外部から貫通孔を通して確認することができる。
　上記態様においては、前記複数の貫通孔が、前記挿入孔の前記長手方向の中央部を中心にして、前記長手方向に対して斜めに点対称となる位置に形成されることとしてもよい。
　この構成によって、貫通孔を設けたことによる弾性体の質量の減少が、挿入孔の長手方向の中央部を中心にして、弾性体の長手方向に対して斜めに点対称となる位置で生じるので、貫通孔を設けることによる振動の偏りを抑制することができる。
　上記態様においては、前記複数の貫通孔が、前記挿入孔を挟んで前記長手方向に直交する方向に対向して形成されることとしてもよい。
　この構成によって、挿入孔に挿入していく光ファイバを外部から貫通孔を通して視認する際に、弾性体の長手方向に直交する方向に対向する他の貫通孔から外光が入るため、光ファイバの挿入状態を観察し易くすることができる。
　本発明の第２態様は、上記いずれかの弾性体と、該弾性体の前記挿入孔に挿入された状態で、該挿入孔によって前記先端よりも前記基端側が保持された前記光ファイバと、前記弾性体の複数の貼付領域に貼付された複数の圧電素子とを備え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を経由して光ファイバに伝達されることによって、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せ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、光ファイバに振動を伝達する機能を損なわずに、光ファイバの挿入状態を外部から確認することができる弾性体を採用することによって、光ファイバの表面に傷を付けることなく、光ファイバの長手方向において弾性体による保持状態を均等にすることができる。したがって、光ファイバの長手方向に直交する方向の圧電素子から光ファイバまでの距離を光ファイバの長手方向において一定にすることができ、光ファイバスキャナの振動特性のばらつきを抑制して、所望の振幅を得ることができる。
　本発明の第３態様は、上記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、光ファイバを安定して振動させることができる光ファイバスキャナにより、被写体の所望の位置を精度よく照明することができる。
　本発明の第４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、被写体の所望の位置で光が精度よく走査され、被写体から戻る戻り光が光検出部により検出される。したがって、光検出部により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、被写体の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
　１１　　　光ファイバスキャナ
　１７　　　照明用光ファイバ（光ファイバ）
　１９　　　弾性体
　１９ｂ　　挿入孔
　１９ｃ　　面取り部
　１９ｄ　　貫通孔
　２１　　　圧電素子
　Ｐ　　　　貼付領域
 

Claims (10)

  1. 　長手軸を有し、光ファイバの基端側を保持した状態で前記光ファイバに振動を伝達可能な弾性材料からなる柱状の弾性体であって、
    　該弾性体の長手方向に沿って延び、前記光ファイバが挿入される挿入孔と、
    　前記挿入孔から前記長手方向に交差する方向に貫通するとともに前記弾性体の長手方向に沿う方向に配置される貫通孔と、を備え、
    　該貫通孔の幅寸法が前記光ファイバの径寸法よりも小さい弾性体。
  2. 　前記振動を発生する複数の圧電素子が貼付される複数の貼付領域をさらに有し、
    　前記貫通孔は、互いに隣接する前記貼付領域の間に形成される請求項１に記載の弾性体。
  3. 　前記振動を発生する複数の圧電素子が貼付される複数の貼付領域をさらに有し、
    　前記貫通孔は、前記貼付領域に形成される請求項１に記載の弾性体。
  4. 　外表面の角が面取りされた面取り部を有し、
    　前記貫通孔は、前記面取り部に形成されている請求項１または請求項２に記載の弾性体。
  5. 　前記貫通孔が、前記挿入孔における長手方向に複数形成され、且つ少なくとも前記挿入孔の長手方向の基端側と先端側の両方に形成されている請求項１から請求項４のいずれかに記載の弾性体。
  6. 　前記複数の貫通孔は、前記挿入孔の前記長手方向の中央部を中心にして、前記長手方向に対して斜めに点対称となる位置に形成される請求項５に記載の弾性体。
  7. 　前記複数の貫通孔は、前記挿入孔を挟んで前記長手方向に直交する方向に対向して形成される請求項５に記載の弾性体。
  8. 　請求項１から請求項７のいずれかに記載の弾性体と、
    　該弾性体の前記挿入孔に挿入された状態で、該挿入孔によって前記先端よりも前記基端側が保持された前記光ファイバと、
    　前記弾性体の複数の貼付領域に貼付された複数の圧電素子と、を備える光ファイバスキャナ。
  9. 　請求項８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。
  10. 　請求項９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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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP6226730B2 (ja) * 2013-12-11 2017-11-08 オリンパス株式会社 光走査装置および光走査型観察装置
WO2017217373A1 (ja) * 2016-06-14 2017-12-21 オリンパス株式会社 光ファイバスキャナ、照明装置および観察装置

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