光纤扫描器、照明装置和观察装置的制作方法

本发明涉及光纤扫描器、照明装置和观察装置。

背景技术：

以往，公知有如下的光纤扫描器：一边使压电元件振动而使光纤的前端进行螺旋扫描一边射出照明光，从而使照明光在被摄体上进行扫描(例如，参照专利文献1和专利文献2。)。专利文献1所记载的光纤扫描器具有如下构造：在大致圆筒形状的压电元件单元中插入有光纤，光纤的比前端靠基端侧的部分被粘接剂支承于压电元件单元的前端。并且，专利文献2所记载的光纤扫描器具有如下构造：通过圆环状的中间部件、环型插件或粘接剂珠这样的支承部件以嵌合状态支承光纤的比前端靠基端侧的部分。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2011-217835号公报

专利文献2：日本特表2010-523198号公报

技术实现要素：

发明要解决的课题

但是，由于粘接剂的形状容易不均匀，所以在像专利文献1所记载的光纤扫描器那样光纤被粘接剂支承于压电元件单元的结构中，存在如下问题：在弹性部的内部所生成的作为螺旋扫描的基础的垂直的两个方向的弯曲振动变得不稳定的可能性较高。在光纤被粘接剂珠支承的专利文献2所记载的光纤扫描器中也相同。

并且，在光纤被中间部件或环型插件那样的圆环状的支承部件支承的专利文献2所记载的光纤扫描器中，由于在光纤被这些圆环状的支承部件支承的部分和光纤所露出的部分中截面积变化较大，所以担心光纤因急剧的应力变化而导致破损。

本发明是鉴于上述的情况而完成的，其目的在在于，提供能够使光纤稳定地弯曲振动的光纤扫描器、照明装置和观察装置。

用于解决课题的手段

为了达成上述目的，本发明提供如下的手段。

本发明的第1方式提供一种光纤扫描器，其具有：光纤，其对光进行引导而从前端射出；振动传递体，其嵌合在该光纤的比所述前端靠基端侧的位置，能够将振动传递给该光纤；多个压电元件，它们固定在该振动传递体上，在所述光纤的径向上被极化，通过在该极化方向上施加交变电压而借助于所述振动传递体使所述光纤振动；以及支承部，其具有嵌合孔，该嵌合孔嵌合在所述振动传递体上的比所述压电元件靠基端侧隔开间隔的位置，该支承部能够经由嵌合于该嵌合孔中的所述振动传递体而将所述光纤支承为悬臂状，所述振动传递体具有：由弹性材料构成的中空的柱状部，其具有能够供所述光纤插入的贯穿孔，在该柱状部的侧面上粘贴有所述多个压电元件；以及旋转体形状的前端部，其配置在该柱状部的前端，以嵌合状态支承所述光纤，该前端部的径向截面积朝向该光纤的前端而逐渐缩小。

根据本方式，当对压电元件在其极化方向上施加交变电压时，因压电元件在与极化方向垂直的方向(即光纤的长度方向)上伸缩而产生振动，压电元件的振动借助于振动传递体而传递给光纤。并且，支承部借助于振动传递体将光纤支承为悬臂状，由此抑制了在压电元件上产生的振动波及到光纤的基端侧。由此，能够使光纤的前端稳定地振动，从光纤的前端射出的光根据光纤的振动而高精度地进行扫描。

在该情况下，振动传递体中的以嵌合状态支承光纤的前端部具有径向截面积从柱状部朝向光纤的前端逐渐缩小的旋转体形状，因而通过该前端部而使截面积变化在从与光纤嵌合的部分到光纤的前端露出的部分的范围中逐渐变小。由此，能够防止因从振动传递体传递给光纤的振动而产生的应力集中在光纤的前端附近的一点，防止因急剧的应力变化而导致的光纤的破损。因此，能够通过振动传递体将在压电元件上产生的振动更顺利地传递给光纤，而使光纤稳定地振动。

在上述方式中，所述前端部与所述柱状部也可以分体形成。

通过以这种方式构成，能够使构成振动传递体的前端部和柱状部由不同材料形成、或者在该前端部和柱状部中能够使供光纤插入的贯穿孔为不同的大小。

在上述方式中，所述前端部与所述柱状部也可以一体成型。

通过以这种方式构成，在振动传递体中不会产生因前端部与柱状部的加工精度的偏差的影响而导致的摆动等。因此，能够将压电元件的振动更顺利地传递给光纤。

本发明的第2方式提供一种照明装置，其具有：上述任意的光纤扫描器；光源，其产生由所述光纤引导的所述光；聚光透镜，其对从所述光纤射出的光进行会聚；以及外筒，其对该聚光透镜和所述光纤扫描器进行保持。

根据本方式，通过能够使光纤稳定地弯曲振动的光纤扫描器，能够高精度地对被摄体的期望的位置进行照明。

本发明的第3方式提供一种观察装置，其具有：上述的照明装置；以及光检测部，其检测因该照明装置对被摄体照射光而从该被摄体返回的返回光。

根据本方式，利用光检测部来检测因照明装置在被摄体的期望的位置上高精度地扫描光而从被摄体返回的返回光。因此，能够根据被摄体的期望的观察范围的图像信息来实现准确的观察，其中，该图像信息是根据光检测部所检测出的返回光的强度信号而得到的。

发明效果

根据本发明，起到了能够使光纤稳定地弯曲振动的效果。

附图说明

图1是将本发明的一个实施方式的内窥镜装置在照明用光纤的径向上切断后的剖视图。

图2是图1的光纤扫描器的剖视图。

图3是将图2的振动传递体和固定部在照明用光纤的径向上切断后的剖视图。

图4a是图2的振动传递体的柱状部的侧视图。

图4b是将图2的振动传递体的柱状部沿着中心轴切断后的剖视图。

图4c是在沿着中心轴的方向上观察图2的振动传递体的柱状部的俯视图。

图5a是将图2的振动传递体的前端部沿着中心轴切断后的剖视图。

图5b是在沿着中心轴的方向上观察图2的振动传递体的前端部的俯视图。

图6是将本发明的一个实施方式的第1变形例的光纤扫描器在照明用光纤的径向上切断后的结构图。

图7a是图6的振动传递体的柱状部的侧视图。

图7b是将图6的振动传递体的柱状部沿着中心轴切断后的剖视图。

图7c是在沿着中心轴的方向上观察图6的振动传递体的柱状部的俯视图。

图8是将本发明的一个实施方式的第2变形例的光纤扫描器在照明用光纤的径向上切断后的结构图。

图9是将本发明的一个实施方式的第3变形例的光纤扫描器在照明用光纤的径向上切断后的结构图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的一个实施方式的光纤扫描器、照明装置和观察装置进行说明。

如图1所示，本实施方式的内窥镜装置(观察装置)100具有：光源1，其产生照明光；照明装置3，其对被摄体(省略图示)照射照明光；光电二极管那样的光检测器(光检测部)5，其对因被照射照明光而从被摄体返回的反射光或荧光等返回光进行检测；以及控制装置7，其进行该照明装置3和光检测器5的控制等。以下，将内窥镜装置100的长度方向设为z轴方向，将与内窥镜装置100的长度方向垂直且互相垂直的两个方向分别设为x轴方向、y轴方向。

照明装置3具有：光纤扫描器10，其具有引导从光源1发出的照明光而使照明光从前端射出的照明用光纤11；聚光透镜13，其对从照明用光纤11射出的照明光进行会聚；细长的筒状的外筒15，其对该光纤扫描器10和聚光透镜13进行收纳；覆盖部17，其覆盖外筒15的外周面；以及多个检测用光纤19，它们配置在外筒15与覆盖部17之间，将来自被摄体的返回光引导至光检测器5。

光源1和光检测器5配置在光纤扫描器10的基端侧。

控制装置7具有：对照明装置3和光检测器5进行控制的cpu(省略图示)、使该cpu工作的程序、以及对输入给cpu的各种信号等进行存储的存储器。

如图2和图3所示，光纤扫描器10具有：多模光纤或单模光纤那样的照明用光纤(光纤)11；振动传递体21，其嵌合在照明用光纤11的比前端靠基端侧的位置，能够将振动传递给照明用光纤11；4个压电元件23，它们固定在振动传递体21上；固定部(支承部)25，其借助于振动传递体21对照明用光纤11进行支承；以及驱动用引线(gnd)27g和4根引线27a、27b。

并且，光纤扫描器10具有：护套29，其覆盖照明用光纤11的比振动传递体21靠基端侧的位置；以及防折管31，其对照明用光纤11的基端侧进行保护。

照明用光纤11由被称为芯的芯材和覆盖芯材的外侧的被称为包层的鞘材构成。该芯和包层彼此的折射率不同，分别由石英或塑料材料形成。并且，如图1所示，照明用光纤11沿着外筒15的长度方向配置，该照明用光纤11的一端延伸到外筒15的基端侧的外部而与光源1连接，另一端配置在外筒15的内部的聚光透镜13的焦点位置附近。

如图2所示，振动传递体21具有：由弹性材料构成的中空的柱状部33，其在侧面上粘贴有压电元件23；以及前端部35，其安装在柱状部33的前端，以嵌合状态支承照明用光纤11。该柱状部33和前端部35都由镍或铜材料形成。

如图4a、图4b和图4c所示，柱状部33具有供照明用光纤11插入的贯穿孔33a。如图2所示，贯穿孔33a的基端部通过涂布在照明用光纤11的外周面上的环氧类粘接剂s而与插入的照明用光纤11粘接。

并且，在柱状部33的长度方向的一端具有贯穿孔33a的开口面积朝向半径方向外侧扩大的阶梯形状的开口部33b。该开口部33b能够以嵌合状态保持前端部35。并且，如图3所示，柱状部33具有大致四棱柱状的外形，在4个各侧面上分别通过环氧类粘接剂粘贴有压电元件23。

如图5a和图5b所示，前端部35由圆筒形状的安装部35a和突出部35b构成，其中，该圆筒形状的安装部35a以嵌合状态安装在柱状部33的开口部33b中，该突出部35b在安装部35a安装在柱状部33上的状态下沿柱状部33的长度方向突出。突出部35b从安装部35a朝向半径方向外侧扩大，具有径向的截面积朝向与安装部35a相反的一侧呈圆锥状逐渐缩小的旋转体形状。

并且，前端部35具有贯穿安装部35a和突出部35b而供照明用光纤11嵌合的嵌合孔35c。如图2所示，在嵌合孔35c中通过涂布在照明用光纤11的外周面上的环氧类粘接剂s而与嵌合的照明用光纤11粘接。

如图2和图3所示，固定部25由不锈钢等金属材料构成，形成为圆环状。该固定部25的外周面被环氧类粘接剂粘接于外筒15的内壁。并且，固定部25具有供振动传递体21的柱状部33嵌合的嵌合孔25a，通过使导电性的环氧类粘接剂填充到在使振动传递体21与嵌合孔25a嵌合时形成有间隙的部分，而将振动传递体21牢固地固定。

该固定部25通过嵌合孔25a嵌合在振动传递体21上的比压电元件23靠基端侧隔开间隔的位置，而将照明用光纤11支承为悬臂状。由此，固定部25抑制照明用光纤11在该位置上产生的径向振动。并且，即使振动从压电元件23波及到照明用光纤11的基端侧，也抑制了该振动因受到某种影响而使形状变化而返回来的情况。因此，能够通过固定部25来防止压电元件23的振动形状和照明用光纤11的振动变得不稳定。

并且，固定部25与4个压电元件23的背面的电极经由振动传递体21而电接合，作为在驱动压电元件23时的共用gnd而发挥功能。并且，固定部25具有4个供引线27a、27b穿过的贯穿孔25b。优选贯穿孔25b分别形成为与固定部25的中心轴平行。由此，容易进行引线25a、25b相对于压电元件23的定位，能够使引线25a、25b与压电元件23连接而不使引线25a、25b无端地变长。

如图2所示，护套29相对于振动传递体21空开间隙地覆盖照明用光纤11。该护套29具有与振动传递体21的柱状部33的外形尺寸大致相同的外形尺寸。

防折管31具有筒形状，沿着照明用光纤11的长度方向与固定部25相邻地配置。该防折管31嵌合在从固定部25向照明用光纤11的基端侧突出的振动传递体21的后端部和护套29的前端部，使用粘接剂来固定所接合的面。能够通过该护套29和防折管31来防止照明用光纤11中的比振动传递体21靠基端侧的位置弯折。

压电元件23例如由锆钛酸铅(pzt)等压电陶瓷材料构成，形成为细长的板状。并且，压电元件23在正面被实施了“+”的电极处理，并且在背面被实施了“﹣”的电极处理，在从+极朝向﹣极的方向即板厚方向上被极化。

如图2所示，这4个压电元件23在振动传递体21的柱状部33的各侧面上分别配置在照明用光纤11的长度方向上的同一位置。压电元件23与固定部25的间隙优选分开到至少不妨碍压电元件23在与极化方向交叉的方向上伸缩的程度。由此，固定部25不会妨碍压电元件23在照明用光纤11的长度方向上的伸缩。

并且，如在图3中将极化的朝向以箭头示出的那样，在照明用光纤11的径向上对置的每一对压电元件23彼此的极化的朝向被分别配置成朝向同一方向。并且，通过导电性的环氧类粘接剂将构成a相的引线27a与一对压电元件23的电极面接合，将构成b相的引线27b与另一对压电元件23的电极面接合。

当通过引线27a、27b在极化方向上对这些压电元件23施加交变电压时，会产生在与极化方向垂直的方向上伸缩的振动(横效果)。并且，在一对压电元件23中，以一个压电元件23缩短的同时另一个压电元件23伸长的方式进行伸缩。由此，每一对压电元件23将其振动经由振动传递体21传递给照明用光纤11，能够使照明用光纤11的前端在与长度方向交叉的方向上振动。

如图2所示，引线27g的一端通过导电性的环氧类粘接剂而与固定部25接合。引线27a、27b穿过固定部25的贯穿孔25b而与压电元件23连接，通过环氧类粘接剂而固定在贯穿孔25b中。

如图1所示，检测用光纤19由细长的玻璃材料构成，在外筒15的外周面上沿着长度方向配置。这些检测用光纤19在外筒15的周向上互相隔开间隔地配置。并且，检测用光纤19的一端配置在外筒15的前端，另一端与光检测器5连接。

控制装置7除了能够进行照明装置3和光检测器5的控制之外，还能够将由光检测器5检测出的返回光的强度信号和与光纤扫描器10所进行的照明光的扫描的扫描位置有关的信息(扫描位置信息)相对应而生成图像信息。

对这样构成的光纤扫描器10、照明装置3和内窥镜装置100的作用进行说明。

要想使用本实施方式的光纤扫描器10、照明装置3以及内窥镜装置100对被摄体进行观察，首先将外筒15的前端配置为朝向被摄体，从光源1产生照明光。从光源1发出的照明光被照明用光纤11引导而从前端射出，通过聚光透镜13照射到被摄体上。

当因被照射照明光而在被摄体上产生反射光或荧光等返回光时，该返回光被检测用光纤19引导而通过光检测器5进行检测。并且，通过控制装置7使从光检测器5输出的返回光的强度信号和光纤扫描器10的扫描位置信息相对应而转换成图像信息。由此，能够生成被照射了照明光的被摄体的图像。

接着，对光纤扫描器10所进行的照明光的扫描进行说明。

要想通过光纤扫描器10使照明光进行扫描，首先，激发出照明用光纤11的弯曲谐振频率，其中，该照明用光纤11的弯曲谐振频率以固定部25的轴向的中央附近为波节且以照明用光纤11的前端部为波腹。

当对一对压电元件23(以下，设为a相的压电元件23。)施加与弯曲谐振频率对应的交变电压时，在这些a相的压电元件23上产生振动。并且，在a相的压电元件23上产生的振动经由振动传递体21而传递给照明用光纤11，照明用光纤11的前端部分在与长度方向交叉的一个方向(例如，图1～图3中的x轴(a相)方向)上振动。

同样地，当对另一对压电元件23(以下，设为b相的压电元件23。)施加与弯曲谐振频率对应的交变电压时，在这些b相的压电元件23上产生振动。并且，在b相的压电元件23上产生的振动经由振动传递体21而传递给照明用光纤11，照明用光纤11的前端部分在与x轴方向垂直的一个方向(例如，图1～图3中的y轴(b相)方向)上振动。

当使a相的压电元件23所进行的x轴方向的振动和b相的压电元件23所进行的y轴方向的振动同时产生并将施加给该a相的压电元件23和b相的压电元件23的交变信号的相位错开π/2时，照明用光纤11的前端部的振动会描绘出圆形轨迹。当在该状态下使施加给a相的压电元件23和b相的压电元件23的交变电压的大小逐渐增大或减小(电压调制)时，照明用光纤11的前端以螺旋状振动。由此，能够使从照明用光纤11的前端射出的照明光在被摄体上进行螺旋扫描。

在该情况下，根据本实施方式的光纤扫描器10，振动传递体21中的以嵌合状态支承照明用光纤11的前端部35具有径向的截面积从柱状部33朝向照明用光纤11的前端逐渐缩小的旋转体形状，因而通过该前端部35而使截面积变化在从与照明用光纤11嵌合的部分到照明用光纤11的前端露出的部分的范围中逐渐变小。

由此，能够防止因从振动传递体21传递给照明用光纤11的振动而产生的应力集中在照明用光纤11的前端附近的一点，防止因急剧的应力变化而导致的照明用光纤11的破损。因此，能够通过振动传递体21将在压电元件23上产生的振动顺利地传递给照明用光纤11，而使照明用光纤11稳定地振动。

并且，使振动传递体21的柱状部33和前端部35分体形成，因而例如能够使柱状部33和前端部35由不同材料形成、或者容易使该柱状部33的贯穿孔33a和前端部35的嵌合孔35c为不同的大小。

并且，根据本实施方式的照明装置3，能够通过这样的光纤扫描器10对被摄体的期望的位置进行高精度地照明。进而，根据本实施方式的内窥镜装置100，能够根据被摄体的期望的观察范围的图像信息来实现准确的观察，其中，该图像信息是根据光检测器5所检测出的返回光的强度信号而得到的。

本实施方式能够像如下那样变形。

在本实施方式中，作为振动传递体例示出柱状部33和前端部35分体形成的振动传递体21来进行说明。作为第1变形例，也可以取而代之，如图6、图7a、图7b和图7c所示，采用柱状部33和前端部35一体成型的振动传递体41。

由此，振动传递体41不会产生因前端部35与柱状部33的加工精度的偏差的影响而导致的摆动等。因此，能够将压电元件23的振动经由振动传递体41更顺利地传递给照明用光纤11。

作为第2变形例，作为振动传递体例如也可以像图8所示那样采用具有与前端部35相同形状的后端部45的振动传递体43。在该情况下，柱状部33在长度方向的两端具有贯穿孔33a的开口面积朝向半径方向外侧扩大的阶梯形状的开口部33b，只要通过各开口部33b以嵌合状态保持前端部35和后端部45即可。

根据本变形例，即使将前端部35和后端部45中的某个朝向照明用光纤11的前端侧配置，振动传递体43也可以使用。并且，由于振动传递体43是微小的部件，所以在制造时不需要考虑振动传递体43的朝向，能够缓和复杂程度。并且，将柱状部33和前端部35以及后端部45分体形成，因而能够使它们由不同材料形成、或者能够容易使柱状部33的贯穿孔33a以及前端部35和后端部45的嵌合孔35c为不同的大小。

在本变形例中，例示出柱状部33和前端部35以及后端部45分体形成的振动传递体43来进行说明。作为第3变形例，也可以取而代之，如图9所示，采用柱状部33和前端部35以及后端部45一体成型的振动传递体47。

由此，振动传递体47不会产生因前端部35和后端部45这双方与柱状部33的加工精度的偏差的影响而导致的摆动等。因此，能够将压电元件23的振动经由振动传递体47更顺利地传递给照明用光纤11。

以上，参照附图对本发明的一个实施方式进行了详细描述，但具体的结构并不仅限于本实施方式，还包含不脱离本发明的主旨的范围内的设计变更等。例如，本发明并不仅限于应用在上述的一个实施方式及其变形例，也可以应用在将这些实施方式及其变形例适当组合后的实施方式，并没有特别地限定。

标号说明

1：光源；3：照明装置；5：光检测器(光检测部)；10：光纤扫描器；11：照明用光纤(光纤)；13：聚光透镜；15：外筒；21，41，43，47：振动传递体；23：压电元件；25：固定部(支承部)；25a：嵌合孔；33：柱状部；33a：贯穿孔；35：前端部；100：内窥镜装置(观察装置)。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种光纤扫描器，其具有：

光纤，其对光进行引导而从前端射出；

振动传递体，其嵌合在该光纤的比所述前端靠基端侧的位置，能够将振动传递给该光纤；

多个压电元件，它们固定在该振动传递体上，在所述光纤的径向上被极化，通过在该极化方向上施加交变电压而借助于所述振动传递体使所述光纤振动；以及

支承部，其具有嵌合孔，该嵌合孔嵌合在所述振动传递体上的比所述压电元件靠基端侧隔开间隔的位置，该支承部能够经由嵌合于该嵌合孔中的所述振动传递体而将所述光纤支承为悬臂状，

所述振动传递体具有：

由弹性材料构成的中空的柱状部，其具有能够供所述光纤插入的贯穿孔，在该柱状部的侧面上粘贴有所述多个压电元件；以及

旋转体形状的前端部，其配置在该柱状部的前端，以嵌合状态支承所述光纤，该前端部的径向截面积朝向该光纤的前端而逐渐缩小。

2.根据权利要求1所述的光纤扫描器，其中，

所述前端部与所述柱状部分体形成。

3.根据权利要求1所述的光纤扫描器，其中，

所述前端部与所述柱状部一体成型。

4.一种照明装置，其具有：

权利要求1～3中的任意一项所述的光纤扫描器；

光源，其产生由所述光纤引导的所述光；

聚光透镜，其对从所述光纤射出的光进行会聚；以及

外筒，其对该聚光透镜和所述光纤扫描器进行保持。

5.一种观察装置，其具有：

权利要求4所述的照明装置；以及

光检测部，其检测因该照明装置对被摄体照射光而从该被摄体返回的返回光。

6.(追加)一种内窥镜装置，其具有：

光纤，其从前端对被摄体照射从基端入射的照明光；

固定部，其固定所述光纤；

压电元件，其配置在比所述固定部靠所述光纤的所述前端侧的位置，根据所施加的交变信号而使所述光纤振动；

光检测器，其检测来自被照射了所述照明光的所述被摄体的返回光；

护套，其配置在比所述固定部靠所述光纤的所述基端侧的位置，覆盖所述光纤；以及

防折管，其沿着所述光纤的长度方向配置，固定在所述固定部和所述护套上。

7.(追加)根据权利要求6所述的内窥镜装置，其中，

所述防折管具有筒形状。

8.(追加)根据权利要求6所述的内窥镜装置，其中，

所述固定部具有：

振动传递体，其形成为具有贯穿孔的柱状，在该振动传递体上粘贴有所述压电元件；以及

支承部，其具有供所述振动传递体嵌合的嵌合孔，该支承部经由所述振动传递体来支承所述光纤，

所述光纤配置在所述贯穿孔中，

所述振动传递体固定在所述嵌合孔中，

所述防折管固定在所述振动传递体的基端部和所述护套的前端部上。

9.(追加)根据权利要求8所述的内窥镜装置，其中，

所述防折管与所述固定部相邻地配置，嵌合在所述振动传递体的所述基端部和所述护套的所述前端部，所嵌合的面被粘接剂固定在该振动传递体和护套上。

10.(追加)根据权利要求9所述的内窥镜装置，其中，

所述护套具有与所述振动传递体的外形尺寸相同的外形尺寸。