本發(fā)明涉及光纖掃描器、照明裝置以及觀察裝置。

背景技術：

以往，公知有如下的光纖掃描器：一邊使用壓電元件來使光纖的前端高速振動一邊射出照明光，從而使照明光在被檢體上進行掃描(例如，參照專利文獻1)。專利文獻1所記載的光纖掃描器具有如下構造：通過粘貼有多個壓電元件的大致棱柱部件的彈性部來支承光纖，該彈性部被組裝在圓環(huán)狀的支承部上而保持在內窺鏡框體上。

現(xiàn)有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2013-244045號公報

技術實現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的課題

然而，關于專利文獻1所記載的光纖掃描器，有時由于彈性部和支承部的加工精度的偏差等的影響，在對彈性部和支承部進行組裝時會產(chǎn)生松動。因此，存在如下的不良情況：當在框體上固定有支承部時，光纖的中心軸與向被檢體照射從光纖射出的光的照明光學系統(tǒng)的中心軸錯開，在定心的組裝調整上費事。

本發(fā)明是鑒于上述的情況而完成的，其目的在于提供能夠容易且高精度地進行光纖相對于照明光學系統(tǒng)的定心的組裝調整的光纖掃描器、照明裝置以及觀察裝置。

用于解決課題的手段

為了達成上述目的，本發(fā)明提供如下手段。

本發(fā)明的第1方式是一種光纖掃描器，其具有：光纖，其對光進行引導而從前端射出；由彈性材料構成的環(huán)狀彈性體，其具有嵌合孔，該嵌合孔嵌合在該光纖的比所述前端靠基端側的位置處；以及多個壓電元件，它們固定在該環(huán)狀彈性體上，在所述光纖的徑向上被極化，通過在該極化方向上施加交變電壓而使所述光纖振動，所述環(huán)狀彈性體具有：振動傳遞部，其在側面上粘貼有所述多個壓電元件，將這些壓電元件的振動傳遞給所述光纖；以及光纖支承部，其與該振動傳遞部一體成型，能夠在比該振動傳遞部上的所述壓電元件靠基端側的隔開間隔的位置處將所述光纖支承為懸臂狀。

根據(jù)本方式，當對壓電元件在其極化方向上施加交變電壓時，通過使壓電元件在與極化方向垂直的方向即光纖的長度方向上伸縮而產(chǎn)生振動，壓電元件的振動經(jīng)由環(huán)狀彈性體的振動傳遞部而傳遞給光纖。另外，通過環(huán)狀彈性體的光纖支承部將光纖支承為懸臂狀，從而抑制了在壓電元件上產(chǎn)生的振動波及到光纖的基端側。由此，能夠使光纖的前端穩(wěn)定地進行振動，從光纖的前端射出的光根據(jù)光纖的振動而高精度地進行掃描。

在這種情況下，通過使用由振動傳遞部和光纖支承部一體成型的環(huán)狀彈性體，能夠抑制由于該振動傳遞部和光纖支承部的加工精度的偏差等影響而產(chǎn)生的組裝偏差。因此，容易使光纖的中心軸與向被檢體照射從光纖射出的光的照射光學系統(tǒng)的中心軸一致，能夠使光纖與照明光學系統(tǒng)的定心的組裝調整變得容易從而提高成品率。

在上述方式中，在所述光纖支承部的外側表面上也可以具有槽部，該槽部能夠對與所述壓電元件連接的配線進行收納。

通過這樣構成，能夠將與壓電元件連接的配線收納在光纖支承部的槽部中并通過粘接劑等進行固定，對配線進行穩(wěn)定地配置。另外，優(yōu)選槽部沿著光纖支承部的嵌合在光纖上的嵌合孔形成。由此，能夠使配線與壓電元件連接而不會使配線無端地變長。另外，優(yōu)選槽部的深度為將配線幾乎完全地收納并且在通過粘接劑將所收納的配線固定的情況下粘接劑不會溢出。由此，能夠使光纖支承部容易嵌合在外筒中。

在上述方式中，所述光纖支承部也可以具有貫通孔，該貫通孔能夠供與所述壓電元件連接的配線插入。

通過這樣構成，能夠使配線穿過光纖支承部的貫通孔而與壓電元件連接，并且通過粘接劑等將配線固定在貫通孔中，對配線進行穩(wěn)定地配置。另外，使粘接劑不容易溢出到光纖支承部的外部，能夠將光纖支承部高精度地嵌合在外筒中。另外，優(yōu)選貫通孔沿著光纖支承部的嵌合在光纖上的嵌合孔形成。由此，能夠使配線與壓電元件連接而不會使配線無端地變長。

本發(fā)明的第2方式是一種照明裝置，其具有：上述任意的光纖掃描器；光源，其產(chǎn)生由所述光纖進行引導的所述光；聚光透鏡，其對從所述光纖射出的光進行會聚；以及外筒，其對該聚光透鏡和所述光纖掃描器進行收納，對所述光纖支承部進行保持。

根據(jù)本方式，能夠容易且高精度地對光纖和聚光透鏡進行定心從而提高照明裝置的性能。因此，能夠使從光源發(fā)出的光高精度地進行掃描，通過聚光透鏡照射到被檢體的希望的位置處。

本發(fā)明的第3方式是一種觀察裝置，其具有：上述的照明裝置；以及光檢測部，其對因該照明裝置向被檢體照射光而從該被檢體返回的返回光進行檢測。

根據(jù)本方式，利用光檢測部對因照明裝置使光在被檢體的希望的位置處高精度地掃描而從被檢體返回的返回光進行檢測。因此，能夠根據(jù)被檢體的希望的觀察范圍的圖像信息來實現(xiàn)更加準確的觀察，其中，該圖像信息是根據(jù)光檢測部所檢測出的返回光的強度信號而獲得的。

發(fā)明效果

根據(jù)本發(fā)明，起到了如下效果：能夠容易且高精度地進行光纖相對于照明光學系統(tǒng)的定心的組裝調整。

附圖說明

圖1是示出本發(fā)明的一個實施方式的內窺鏡裝置的整體結構圖。

圖2是示出圖1的光纖掃描器的概略結構圖。

圖3是將圖2的環(huán)狀彈性體中的振動傳遞部在照明用光纖的徑向上切斷后的剖視圖。

圖4是將圖2的環(huán)狀彈性體中的光纖支承部在徑向上切斷后的剖視圖。

圖5是示出本發(fā)明的一個實施方式的第1變形例的光纖掃描器的整體結構圖。

圖6是將圖5的環(huán)狀彈性體中的振動傳遞部在徑向上切斷后的剖視圖。

圖7是將圖5的環(huán)狀彈性體中的光纖支承部在徑向上切斷后的剖視圖。

具體實施方式

以下，參照附圖對本發(fā)明的一個實施方式的光纖掃描器、照明裝置以及觀察裝置進行說明。

如圖1所示，本實施方式的內窺鏡裝置(觀察裝置)100具有：光源1，其產(chǎn)生照明光；照明裝置3，其向被攝體(省略圖示)照射照明光；光電二極管那樣的光檢測器(光檢測部)5，其對因被照射照明光而從被攝體返回的反射光或熒光等返回光進行檢測；以及控制裝置7，其進行該照明裝置3和光檢測器5的控制等。

照明裝置3具有：光纖掃描器10，其具有對從光源1發(fā)出的照明光進行引導而使該照明光從前端射出的照明用光纖11；聚光透鏡13，其對從照明用光纖11射出的照明光進行會聚；細長的筒狀的外筒15，其對該光纖掃描器10和聚光透鏡13進行收納；以及多個檢測用光纖17，它們配置在外筒15的外周面上，將來自被攝體的返回光引導至光檢測器5。

光源1和光檢測器5配置在光纖掃描器10的基端側。

控制裝置7具有：cpu(省略圖示)，其對照明裝置3和光檢測器5進行控制；程序，其使該cpu工作；以及存儲器，其對輸入給cpu的各種信號等進行存儲。

如圖2所示，光纖掃描器10具有：多模光纖或單模光纖那樣的照明用光纖(光纖)11；由彈性材料構成的環(huán)狀彈性體21，其嵌合在照明用光纖11的比前端靠基端側的位置；4個壓電元件23，它們固定在環(huán)狀彈性體21上；以及驅動用的引線(gnd)25g和4根引線25a、25b。

如圖1和圖2所示，照明用光纖11由細長的玻璃材料構成，沿著外筒15的長度方向配置。另外，照明用光纖11的一端一直延伸到外筒15的基端側的外部而與光源1連接，另一端配置在外筒15的內部的前端部附近。

環(huán)狀彈性體21構成為細長的筒形的振動傳遞部27和直徑尺寸比振動傳遞部27大的環(huán)狀的光纖支承部29通過鎳材料而一體成型。該環(huán)狀彈性體21被配置成使振動傳遞部27側朝向照明用光纖11的前端側。

如圖3和圖4所示，該振動傳遞部27和光纖支承部29具有供照明用光纖11插入的嵌合孔21a。在嵌合孔21a中，通過涂布在照明用光纖11的外周面上的導電性的環(huán)氧類粘接劑對所嵌合的照明用光纖11進行粘接。

如圖3所示，振動傳遞部27具有大致四棱柱狀的外形，在4個側面的每個側面上分別粘貼有壓電元件23。該振動傳遞部27將在各壓電元件23上產(chǎn)生的振動傳遞給照明用光纖11。

光纖支承部29具有圓環(huán)狀的外形，其外周面通過導電性的環(huán)氧類粘接劑而粘接在外筒15的內壁上。該光纖支承部29在比振動傳遞部27上的壓電元件23靠基端側的隔開間隔的位置處將照明用光纖11支承為懸臂狀。由此，光纖支承部29抑制了在照明用光纖11的該位置處產(chǎn)生的徑向的振動。另外，即使振動從壓電元件23波及到照明用光纖11的基端側，也抑制了該振動因受到某種影響而使形狀發(fā)生變化而返回來的情況。因此，能夠通過光纖支承部29來防止壓電元件23的振動形狀和照明用光纖11的振動變得不穩(wěn)定。

另外，光纖支承部29與4個壓電元件23的背面的電極電接合，能夠作為在驅動壓電元件23時的共用gnd來發(fā)揮作用。該光纖支承部29與引線25g接合。另外，如圖3和圖4所示，在光纖支承部29的外周面上具有5個在徑向上凹陷的槽部29a，該槽部29a能夠對引線25g和4根引線25a、25b進行收納。

這些槽部29a在光纖支承部29的外周面上沿著周向隔開間隔地配置，分別形成為與中心軸平行。因此，能夠使收納的引線25a、25b與壓電元件23連接而不使引線25a、25b無端地變長。另外，各槽部29a具有將引線25a、25b、25g幾乎完全地收納且不使環(huán)氧類粘接劑(在圖3和圖4中為標號s)和導電性的環(huán)氧類粘接劑(在圖4中為標號s′)溢出的深度，其中，該環(huán)氧類粘接劑(在圖3和圖4中為標號s)將引線25a、25b固定在各槽部29a內，該導電性的環(huán)氧類粘接劑(在圖4中為標號s′)將引線25g固定在槽部29a內。由此，能夠使光纖支承部29高精度地嵌合在外筒15中。

對于這種形狀的環(huán)狀彈性體21，例如只要通過電火花線切割加工在外形尺寸與光纖支承部29相同且形成有嵌合孔21a的管材上形成振動傳遞部27和光纖支承部29即可。同樣地，對于光纖支承部29，只要通過電火花線切割加工形成槽部29a即可。作為環(huán)狀彈性體21的材料，雖然例示了鎳材料，但只要是能夠將振動傳播給照明用光纖11且能夠作為電方面共用的gnd而發(fā)揮功能的材料即可。

壓電元件23例如由鋯鈦酸鉛(pzt)等壓電陶瓷材料構成，形成為細長的板狀。另外，壓電元件23在正面被實施了“+”的電極處理并且在背面被實施了“﹣”的電極處理，在從+極朝向﹣極的方向即板厚度方向上被極化。

如圖2所示，這4個壓電元件23在環(huán)狀彈性體21的振動傳遞部27的各側面上分別配置在照明用光纖11的長度方向上的同一位置處。光纖支承部29與壓電元件23之間的間隙優(yōu)選分開到至少不妨礙壓電元件23在與極化方向交叉的方向上伸縮的程度。由此，光纖支承部29不會妨礙壓電元件23在照明用光纖11的長度方向上的伸縮。

另外，如在圖3中將極化的朝向以箭頭示出的那樣，在照明用光纖11的徑向上對置的每一對壓電元件23彼此的極化的朝向被分別配置成朝向同一方向。另外，通過導電性的環(huán)氧類粘接劑將構成a相的引線25a與一對壓電元件23的電極面接合，將構成b相的引線25b與另一對壓電元件23的電極面接合。

當通過引線25a、25b在極化方向上對這些壓電元件23施加交變電壓時，會產(chǎn)生在與極化方向垂直的方向上伸縮的振動(橫效果)。另外，在一對壓電元件23中，以一個壓電元件23縮短的同時另一個壓電元件23伸長的方式進行伸縮。由此，每一對壓電元件23將其振動經(jīng)由振動傳遞部27而傳遞給照明用光纖11，能夠使照明用光纖11的前端在與長度方向交叉的方向上振動。

如圖4所示，引線25g被收納在光纖支承部29的槽部29a中，其一端通過導電性的環(huán)氧類粘接劑s′而與槽部29a接合。另外，與壓電元件23連接的引線25a、25b被收納在光纖支承部29的槽部29a中，通過環(huán)氧類粘接劑s而固定在槽部29a中。

如圖1所示，檢測用光纖17由細長的玻璃材料構成，在外筒15的外周面上沿著長度方向配置。這些檢測用光纖17在外筒15的周向上互相隔開間隔地配置。另外，檢測用光纖17的一端配置在外筒15的前端，另一端與光檢測器5連接。

控制裝置7除了能夠進行照明裝置3和光檢測器5的控制之外，還能夠使由光檢測器5檢測出的返回光的強度信號和與光纖掃描器10所進行的照明光的掃描的掃描位置相關的信息(掃描位置信息)相對應而生成圖像信息。

對這樣構成的光纖掃描器10、照明裝置3以及內窺鏡裝置100的作用進行說明。

要想使用本實施方式的光纖掃描器10、照明裝置3以及內窺鏡裝置100對被攝體進行觀察，首先將外筒15的前端配置為朝向被攝體，從光源1產(chǎn)生照明光。從光源1發(fā)出的照明光被照明用光纖11引導而從前端射出，通過聚光透鏡13照射到被攝體上。

當因被照射照明光而在被攝體上產(chǎn)生反射光或熒光等返回光時，該返回光被檢測用光纖17引導而通過光檢測器5進行檢測。并且，通過控制裝置7使從光檢測器5輸出的返回光的強度信號和光纖掃描器10的掃描位置信息相對應而轉換成圖像信息。由此，能夠生成被照射了照明光的被攝體的圖像。

接著，對光纖掃描器10所進行的照明光的掃描進行說明。

要想通過光纖掃描器10使照明光進行掃描，首先，激發(fā)出照明用光纖11的彎曲諧振頻率，其中，該照明用光纖11的彎曲諧振頻率以環(huán)狀彈性體21的光纖支承部29的軸向的中央附近為波節(jié)并且以照明用光纖11的前端部為波腹。

當對一對壓電元件23(以下，設為a相的壓電元件23。)施加與彎曲諧振頻率對應的交變電壓時，在這些a相的壓電元件23上產(chǎn)生振動。并且，在a相的壓電元件23上產(chǎn)生的振動經(jīng)由環(huán)狀彈性體21的振動傳遞部27而傳遞給照明用光纖11，照明用光纖11的前端部分在與長度方向交叉的一個方向(例如圖3和圖4的x軸(a相)方向)上振動。

同樣地，當對另一對壓電元件23(以下，設為b相的壓電元件23。)施加與彎曲諧振頻率對應的交變電壓時，在這些b相的壓電元件23上產(chǎn)生振動。并且，在b相的壓電元件23上產(chǎn)生的振動經(jīng)由環(huán)狀彈性體21的振動傳遞部27而傳遞給照明用光纖11，照明用光纖11的前端部分在與x軸方向垂直的一個方向(例如圖3和圖4的y軸(b相)方向)上振動。

當使a相的壓電元件23所進行的x軸方向的振動和b相的壓電元件23所進行的y軸方向的振動同時產(chǎn)生并將施加給這些a相的壓電元件23和b相的壓電元件23的交變信號的相位錯開π/2時，照明用光纖11的前端部的振動會描繪出圓形軌跡。當在該狀態(tài)下使施加給a相的壓電元件23和b相的壓電元件23的交變電壓的大小逐漸增大或減小(電壓調制)時，照明用光纖11的前端以螺旋狀振動。由此，能夠使從照明用光纖11的前端射出的照明光在被攝體上進行螺旋掃描。

在這種情況下，根據(jù)本實施方式的光纖掃描器10，通過使用由振動傳遞部27和光纖支承部29一體成型而構成的環(huán)狀彈性體21，能夠抑制由于該振動傳遞部27和光纖支承部29的加工精度的偏差等影響而產(chǎn)生的組裝偏差。由此，在制造照明裝置3時，容易使照明用光纖11的中心軸與聚光透鏡13的中心軸一致。因此，能夠使照明用光纖11與聚光透鏡13的定心的組裝調整變得容易從而提高成品率。

另外，將引線25a、25b、25g收納在形成于光纖支承部29的外側表面的5個槽部29a中并通過環(huán)氧類粘接劑s或導電性的環(huán)氧類粘接劑s′進行固定，由此，能夠對引線25a、25b、25g進行穩(wěn)定地配置，并且能夠使光纖支承部29高精度地嵌合在外筒15中。

另外，根據(jù)本實施方式的照明裝置3，能夠通過這樣的光纖掃描器10來容易且高精度地對照明用光纖11和聚光透鏡13進行定心從而提高性能。因此，能夠使從光源1發(fā)出的照明光高精度地進行掃描而通過聚光透鏡13照射到被攝體的希望的位置。

并且，根據(jù)本實施方式的內窺鏡裝置100，能夠根據(jù)被攝體的希望的觀察范圍的圖像信息來實現(xiàn)更加準確的觀察，其中，該圖像信息是根據(jù)光檢測器5所檢測出的返回光的強度信號而獲得的。另外，當在醫(yī)療等中使用的情況下，能夠不依賴體腔內的使用環(huán)境而獲得高精度的掃描圖像。例如，即使是體內的狹窄部位，也很不容易受到博動、呼吸、蠕動運動等各種體動的影響，能夠進行準確的觀察。

本實施方式能夠按照以下那樣進行變形。

在本實施方式中，在光纖支承部29的外周面上具有能夠收納引線25的槽部29a。也可以取而代之，作為第1變形例，例如如圖5、圖6以及圖7所示，光纖支承部29具有貫通孔29b，該貫通孔29b能夠供與壓電元件23連接的引線25插入。

在該情況下，只要使引線25a、25b穿過光纖支承部29的貫通孔29b而與各壓電元件23連接并且通過環(huán)氧類粘接劑s將引線25a、25b固定在各貫通孔29b中即可。另外，只要使引線25g也插入到光纖支承部29的貫通孔29b中并通過導電性的環(huán)氧類粘接劑s′將引線25g的一端與貫通孔29b接合即可。由此，能夠對引線25a、25b進行穩(wěn)定地配置。另外，能夠使照明用光纖11與聚光透鏡13的定心以及引線25a、25b與壓電元件23的連接的組裝調整變得容易。

另外，通過設置貫通孔29b來代替槽部29a，能夠使環(huán)氧類粘接劑s和導電性的環(huán)氧類粘接劑s′不容易溢出到光纖支承部29的外部，將光纖支承部29高精度地嵌合在外筒15中。因此，相對于振動以外的光纖掃描器10本身的擺動和觀察對象物的體動等光纖掃描器10的外部的振動也能夠穩(wěn)定。

優(yōu)選貫通孔29b分別形成為與光纖支承部29的中心軸平行。由此，能夠使引線25a、25b、25g與壓電元件23連接而不會使引線25a、25b、25g無端地變長。另外，貫通孔29b例如只要通過鉆頭等形成即可。

以上，參照附圖對本發(fā)明的一個實施方式進行了詳細敘述，但具體的結構并不限于該實施方式，也包括在不脫離本發(fā)明的主旨的范圍內的設計變更等。例如，本發(fā)明并不僅限于應用在上述的一個實施方式及其變形例中，也可以應用在對這些實施方式及其變形例進行適當組合后的實施方式中，并沒有特別限定。

標號說明

1：光源；3：照明裝置；5：光檢測器(光檢測部)；10：光纖掃描器；11：照明光用光纖(光纖)；13：聚光透鏡；15：外筒；21：環(huán)狀彈性體；21a：嵌合孔；23：壓電元件；27：振動傳遞部；29：光纖支承部；29a：槽部；29b：貫通孔；100：內窺鏡裝置(觀察裝置)。