光纖掃描器、照明裝置以及觀察裝置的製作方法

2023-05-07 03:14:16

本發明涉及光纖掃描器、照明裝置以及觀察裝置。

背景技術：

以往，公知有通過壓電元件的彎曲振動使光纖的出射端移位從而使照明光進行掃描的光纖掃描器(例如，參照專利文獻1。)，其中，光纖對來自光源的光進行引導。

該光纖掃描器形成為：將平板狀的壓電元件固定於使光纖貫穿的四方筒狀的導電性的套圈的四個外表面上，使套圈處於共同的接地電位，通過使電流從固定在從光纖處觀察時位於徑向外方的壓電元件的表面上的引線經由壓電元件流向套圈，而驅動壓電元件。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特許第5452781號公報

技術實現要素：

發明要解決的課題

然而，在專利文獻1的光纖掃描器中配置有用於將引線固定在壓電元件的表面上的焊料等接合部，尤其在小型的光纖掃描器的情況下，接合部的大小相對於套圈佔據比較大的空間，因此在對周圍進行包圍的框體是金屬制的情況下，由於必須避免框體與接合部的接觸，因而無法縮小框體的內徑尺寸，難以實現細徑化。

本發明是鑑於上述的情況而完成的，其目的在於，提供能夠使框體充分接近壓電元件從而能夠實現細徑化的光纖掃描器、照明裝置以及觀察裝置。

用於解決課題的手段

為了達成上述目的，本發明提供以下的手段。

本發明的一個方式是一種光纖掃描器，該光纖掃描器具有：光纖，其引導照明光；壓電元件，其配置於該光纖的長度軸方向的中途位置，通過彎曲振動而使光纖的出射端在與長度軸交叉的方向上移位；配線部，其在該壓電元件與所述光纖之間，與所述壓電元件電接合；筒狀的導電性的框體，其具有收納所述壓電元件和所述光纖的內孔；以及保持部，其固定該框體和所述壓電元件並且使兩者電導通。

根據本方式，從配線部供給的電流從壓電元件的光纖側在厚度方向上流向框體側，經由使框體與壓電元件電導通的保持部而流向框體。由此，能夠使壓電元件以與電流的大小和周期對應的形態、以保持部為振動的波節而進行彎曲振動，從而使光纖的出射端在與長度軸交叉的方向上移位。在該情況下，由於壓電元件的框體側的表面與框體的內表面為相同電位，因此即使接觸也不會發生短路，從而能夠使它們充分接近。即，能夠使框體的內孔的內表面接近壓電元件直至成為允許使光纖的出射端產生期望的振幅的移位所需的壓電元件的振動的間隙，從而能夠實現充分的細徑化。

在上述的方式中，也可以是，所述光纖掃描器具有筒狀的由電絕緣材料構成的振動傳遞部件，該振動傳遞部件具有供所述光纖貫穿的貫穿孔，相對於所述光纖，在所述振動傳遞部件的外表面上粘接有所述壓電元件。

這樣，壓電元件的彎曲振動經由振動傳遞部件傳遞給光纖，能夠使光纖的出射端更可靠地移位。能夠通過由電絕緣材料構成的振動傳遞部件而使與各壓電元件連接的配線部彼此絕緣。

並且，在上述方式中，也可以是，在所述振動傳遞部件的與所述壓電元件的粘接面上設置有收納所述配線部與所述壓電元件的接合部的凹部。

這樣，由於用於使配線部與壓電元件接合的接合部收納在設置于振動傳遞部件的凹部中，因此防止因接合部的膨脹而導致框體的內孔的直徑尺寸被限制，從而能夠實現細徑化。

並且，在上述方式中，也可以是，所述配線部呈薄膜狀形成於所述光纖的表面上，所述壓電元件隔著所述配線部與所述光纖接合。

這樣，由於不使振動傳遞部件夾在光纖的表面與壓電元件之間，配線部也由薄膜構成，因此將外形尺寸抑制在最小限度，從而能夠實現細徑化。

並且，在上述方式中，也可以是，所述保持部通過從徑向外方朝向內方按壓所述框體使其變形而形成的鉚接部。

這樣，通過形成在將包含光纖和壓電元件在內的組裝體收納於框體內的狀態下從外部按壓框體使其變形而成的鉚接部，能夠簡易地製造。

並且，在上述方式中，也可以是，所述保持部填充於所述框體與所述壓電元件的間隙的導電性的粘接劑。

這樣，能夠通過在將包含光纖和壓電元件在內的組裝體收納於框體內的狀態下僅向框體與壓電元件的間隙填充導電性的粘接劑便形成保持部，能夠簡易地製造。

並且，在上述方式中，也可以是，所述保持部具有貫穿孔和嵌合部，該貫穿孔供所述壓電元件與所述光纖的組裝體嵌合，該嵌合部與所述框體的所述內孔嵌合。

這樣，通過使包含壓電元件和光纖在內的組裝體貫穿於保持部的貫穿孔並使嵌合部嵌合於框體的內孔，能夠簡易地製造。

並且，本發明的另一方式提供一種照明裝置，該照明裝置具有：光源，其產生照明光；以及上述任意的光纖掃描器，其使來自該光源的照明光進行掃描。

並且，本發明的另一方式可以具有：上述照明裝置；以及光檢測部，其對通過向被攝體照射來自該照明裝置的照明光而從被攝體返回的返回光進行檢測。

發明效果

根據本發明，能夠實現能夠使框體與壓電元件充分接近從而能夠實現細徑化這樣的效果。

附圖說明

圖1是示出本發明的一個實施方式的光纖掃描器的縱剖視圖。

圖2是從基端側觀察圖1的光纖掃描器時的橫剖視圖。

圖3是對構成圖1的光纖掃描器的套圈與壓電元件的關係進行說明的立體圖。

圖4是示出圖1的光纖掃描器的第一變形例的局部橫剖視圖。

圖5是示出圖1的光纖掃描器的第二變形例的橫剖視圖。

圖6是示出圖1的光纖掃描器的第三變形例的光纖的立體圖。

圖7是示出使用了圖6的光纖的光纖掃描器的橫剖視圖。

圖8是示出圖1的光纖掃描器的第四變形例的縱剖視圖。

圖9是示出圖1的光纖掃描器的第四變形例的局部縱剖視圖。

圖10是示出用於圖9的光纖掃描器的保持部的立體圖。

圖11是示出本發明的一個實施方式的照明裝置的縱剖視圖。

圖12是示出本發明的一個實施方式的觀察裝置的縱剖視圖。

具體實施方式

以下，參照附圖對本發明的一個實施方式的光纖掃描器1進行說明。

如圖1所示，本實施方式的光纖掃描器1具有：光纖2，其引導照明光；四稜柱狀的套圈(振動傳遞部件)3，其具有供該光纖2貫穿的貫穿孔3a；四個壓電元件4，它們分別固定於該套圈3的四個外表面上；引線5，其向各壓電元件4供給電力；圓筒狀的框體6，其收納壓電元件4、套圈3以及光纖2的組裝體；以及保持部7，其對該框體6和組裝體進行固定。

在光纖2的一端連接有未圖示的光源，另一端連接有將來自光源的照明光射出的出射端2a。

壓電元件4是在平行的兩個電極4a、4b之間夾著壓電材料而構成的，極化方向被設定為沿著厚度方向這一方向。

套圈3由電絕緣性的彈性材料構成。在四個壓電元件4中，使配置於隔著套圈3而對置的外表面上的兩個壓電元件4的極化方向一致而由粘接劑固定，以使得成對地產生相同的彎曲振動。由此，兩對壓電元件4能夠分別產生相互垂直的方向的彎曲振動。

如圖3所示，引線5通過導電性粘接劑或焊料而與壓電元件4的粘接於套圈3的一側的電極4a、4b接合。在圖中，標號5a是引線5的絕緣外皮。並且，標號8是由導電性粘接劑的塊或焊料的凸點(fillet)構成的接合部。

在套圈3的四個外表面上分別設置有凹部9，該凹部9在安裝壓電元件4時能夠在與引線5的接合部8對應的位置上收納接合部8。如圖1和圖2所示，在凹部9內填充有一部分用於將壓電元件4粘接於套圈3的粘接劑10，從而填埋了凹部9與接合部8之間的間隙。

圓筒狀的框體6由導電性材料構成，被設定為接地電位。並且，框體6在其長度方向的中途位置，在周向上等間隔地四個部位具有貫穿孔6b，該貫穿孔6b在徑向上從內孔6a貫穿至框體6的外表面。

保持部7是通過在套圈3與壓電元件4的組裝體收納於框體6的內孔6a內的狀態下使從框體6的貫穿孔6b注入到框體6的內孔6a的導電性粘接劑11固化而構成的。由此，保持部7使組裝體相對於框體6固定並且使壓電元件4的徑向外側的電極4a(4b)與框體6電導通。

並且，在圖1所示的例子中，保持部7在壓電元件4的長度方向的大致中央處將壓電元件4與框體6接合，該位置是作為壓電元件4的彎曲振動的波節的位置。

對這樣構成的本實施方式的光纖掃描器1的作用進行說明。

要想使本實施方式的光纖掃描器1工作，需要使來自未圖示的電源的照明光入射到光纖2，並使在光纖2內引導來的照明光從出射端2a射出。

而且，能夠通過經由引線5向壓電元件4的電極4a、4b之間施加振動的電壓，而使壓電元件4根據電壓的振動的周期和振幅進行彎曲振動。

由於壓電元件4在其彎曲振動的波節處被保持部7固定於框體6，因此能夠不阻礙振動地進行彎曲振動。

壓電元件4的彎曲振動經由彈性體所構成的套圈3而傳遞給支承於貫穿孔3a內部的光纖2。而且，通過使光纖2彎曲振動，能夠使出射端2a在與長度軸交叉的方向上移位。

由於壓電元件4設置有兩對，以使得在相互垂直的方向上彎曲振動，因此通過向不同的壓電元件4對施加不同振動模式的電壓來調節振動的相位和振幅，能夠使光纖2的出射端2a按照期望的軌跡移位，從而能夠使從出射端2a射出的照明光沿著追隨出射端2a的移動軌跡的軌跡而進行掃描。

在該情況下，根據本實施方式的光纖掃描器1，由於將引線5與套圈3側的電極4a(4b)連接，且將框體6設定為接地電位，因此可以不用擔心引線5的接合部8與框體6的短路。由於將引線5與壓電元件4接合的接合部8收納於設置在套圈3上的凹部9內，因此也不存在比壓電元件4向徑向外方在物理上突出的部分。

因此，能夠使框體6的內孔6a的內徑尺寸縮小到不阻礙壓電元件4的彎曲振動的程度。由於壓電元件4的彎曲振動所導致的移位是微米級的，因此能夠將框體6的內徑和外徑尺寸縮小到極限，從而實現細徑化。

並且，根據本實施方式，由於將保持部7配置於壓電元件4的長度方向的中途位置，因此與以往使壓電元件4和套圈3支承在其長度方向的端部的情況相比，也能夠縮短光纖掃描器2的長度軸方向的尺寸。由此，在用於內窺鏡的插入部的前端的情況下，減小了配置在比關節靠前端的位置的硬質部分的尺寸，在狹窄的體腔內也能夠確保較寬的動作範圍。

另外，在本實施方式中，將壓電元件4分別配置於套圈3的四個面上，通過兩對四個壓電元件4而產生兩個相互垂直的方向的彎曲振動，但也可以取而代之，如圖4所示，僅將兩個壓電元件4固定於套圈3的垂直的兩個面上。

並且，作為套圈3，除了四方筒狀的形態之外還可以像圖5所示那樣採用具有圓筒狀的形態的部件。在該情況下，能夠通過粘接劑10將套圈3和壓電元件4穩定地固定。能夠高精度地加工圓柱狀的套圈3。

另外，在該情況下，也可以取代兩對四個壓電元件4而採用在相互垂直的方向上彎曲振動的兩個壓電元件4。

並且，在本實施方式中，將套圈3配置於光纖2與壓電元件4之間，但也可以取而代之，如圖6和圖7所示，將壓電元件4直接粘接在光纖2的外周面上。在該情況下，作為配線部取代引線5而像圖6所示那樣預先在光纖2的外表面上按照在長度軸方向上延伸的細長的圖案在周向上隔著間隔地形成多個由導電性材料構成的薄膜12，通過由導電性粘接劑構成的接合部9將壓電元件4粘接於與各薄膜12對應的位置即可。

這樣，具有能夠省略套圈3所需的空間並且能夠實現進一步的細徑化的優點。

作為薄膜12例如可以通過基於電鍍析出處理或濺射法的薄膜形成、導電性粘接劑的塗敷等而形成。薄膜12可以塗布於光纖2的包覆層外表面上，也可以形成於通常用作光纖2的保護層的樹脂塗層的表面上。

並且，在本實施方式中，作為保持部7採用了通過導電性粘接劑11使壓電元件4的電極4a(4b)與框體6電導通且相互在機械上固定的方法，但也可以取而代之，如圖8所示，從外側向徑向內方按壓框體6的一部分而形成鉚接部6c，使與該鉚接部6c對應的內孔6a內表面與壓電元件4的電極4a(4b)緊密接觸而一次性實現兩者的電導通和相互的機械性固定。另外，由於壓電元件4很脆，因此也可以在電極4a、4b表面上粘貼未圖示的導電性膜以分散在鉚接時作用於壓電元件4的應力。

並且，作為保持部，也可以如圖9和圖10所示，採用具有嵌合部13a和貫穿孔13b的保持部13，該嵌合部13a與該框體6的內孔6a內表面嵌合，該貫穿孔13b嵌合有包含壓電元件4和光纖2在內的組裝體。由此，也能夠使壓電元件4的長度方向的中途位置相對於框體6固定，能夠縮短光纖掃描器1的軸向長度。

另外，如圖11所示，本實施方式的光纖掃描器1也可以應用於具有聚光透鏡14和光源15的照明裝置16，該聚光透鏡14在堵塞框體6的前端開口的位置上使從光纖2的出射端2a射出的照明光會聚，該光源15向光纖2供給照明光。

來自光源15的照明光在從光纖2的出射端2a射出時由聚光透鏡14會聚，能夠使形成在觀察對象上的點光進行掃描。

並且，如圖12所示，本實施方式的光纖掃描器1還可以應用於具有受光光纖17和光檢測部18的觀察裝置19，該受光光纖17在框體6的外周沿周向排列有多個，該光檢測部18檢測該受光光纖17所接受的返回光。

通過受光光纖17接受從光纖掃描器1所掃描的點光的掃描位置返回的返回光(反射光或螢光等)並通過光檢測器18檢測其強度。由此，通過使照明光的掃描位置與返回光的強度對應地進行存儲，能夠取得觀察對象的圖像。

根據本實施方式的照明裝置16和觀察裝置19，由於光纖掃描器1構成為極細徑，因此作為照明裝置16和觀察裝置19也能夠構成為極細徑，還能夠容易地導入到血管等較細的器官內而進行照明或觀察。

標號說明

1：光纖掃描器；2：光纖；2a：出射端；3：套圈(振動傳遞部件)；3a：貫穿孔；4：壓電元件；5：引線(配線部)；6：框體；6a：內孔；6c：鉚接部；7：保持部；8：接合部；9：凹部；11：導電性粘接劑(粘接劑)；12：薄膜(配線部)；13a：嵌合部；13b：貫穿孔；15：光源；16：照明裝置；18：光檢測部；19：觀察裝置。