本申請(qǐng)主張2014年6月25日申請(qǐng)的日本特許申請(qǐng)2014-130350號(hào)的優(yōu)先權(quán)，這里并入該在先申請(qǐng)的公開(kāi)整體以用于參照。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光掃描用致動(dòng)器和使用該光掃描用致動(dòng)器的光掃描裝置。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，在內(nèi)窺鏡等領(lǐng)域中，提出了使光纖的前端部在諧振頻率附近進(jìn)行振動(dòng)、用于對(duì)對(duì)象物進(jìn)行光掃描的光掃描用致動(dòng)器(例如參照專(zhuān)利文獻(xiàn)1和專(zhuān)利文獻(xiàn)2)。在這些裝置中，沿著光纖的光軸方向配置直接或間接對(duì)光纖施力的壓電元件，通過(guò)對(duì)該壓電元件施加交流電壓，對(duì)光纖的振動(dòng)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。

圖16是示出理想的光掃描用致動(dòng)器的概略結(jié)構(gòu)的一例的圖，圖16(a)是側(cè)視圖，圖16(b)是從光軸方向觀察的剖視圖。光掃描用致動(dòng)器101包括光纖102、一端固定在器件保持器具107上且光纖102在長(zhǎng)度方向上貫穿插入到中心部的長(zhǎng)方體的套圈103、配置在套圈103的4個(gè)側(cè)面的壓電元件104a～104d。各壓電元件104a～104d分別包括壓電材料105a～105d和電極106a～106d，在套圈103與電極106a～106d之間夾持配置有壓電材料105a～105d。各電極106a～106d還通過(guò)布線(xiàn)108a～108d而與未圖示的驅(qū)動(dòng)電路連接。

光掃描用致動(dòng)器101通過(guò)對(duì)電極106a、106c施加交流電壓，能夠使光纖102的前端部102a在與光軸方向z方向正交的y方向上進(jìn)行掃描。圖17是說(shuō)明圖16的光掃描用致動(dòng)器的動(dòng)作的圖，圖17(a)是側(cè)視圖，圖17(b)是在光軸方向上進(jìn)行觀察的剖視圖。當(dāng)設(shè)套圈為接地電壓時(shí)，通過(guò)對(duì)電極106a、106c施加正或負(fù)電壓，壓電材料105a、105c在光纖102的光軸方向上進(jìn)行伸縮。因此，通過(guò)對(duì)壓電元件104a、104c施加交流電壓，以使得一方在光軸方向上伸長(zhǎng)時(shí)、另一方收縮，由此能夠使光纖的前端102a在y方向上進(jìn)行振動(dòng)。

同樣，通過(guò)對(duì)壓電元件104b、104d施加交流電壓，能夠?qū)方向的振動(dòng)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專(zhuān)利文獻(xiàn)

專(zhuān)利文獻(xiàn)1：國(guó)際公開(kāi)第2013/069382號(hào)小冊(cè)子

專(zhuān)利文獻(xiàn)2：日本特開(kāi)2009-212519號(hào)公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的課題

但是，在光纖使用可見(jiàn)光用的單模光纖的情況下，光纖的直徑為100μm左右，用于對(duì)其進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的套圈或壓電元件的尺寸也極小。特別是在使用圖16所示的套圈的光掃描用致動(dòng)器中，很難提高套圈的加工精度，并且，很難準(zhǔn)確地將壓電元件粘貼在套圈的側(cè)面的中央。因此，在圖16所示的截面為正方形的長(zhǎng)方體形狀的套圈103中，很難實(shí)現(xiàn)均等地配置壓電元件104a～104d的理想結(jié)構(gòu)。

在實(shí)際的光掃描用致動(dòng)器中，由于套圈等保持光纖的部件的形狀的誤差或壓電元件的配置的偏移等，即使在一個(gè)方向上對(duì)光纖施加振動(dòng)電壓，振幅也不會(huì)充分大，產(chǎn)生光纖前端部的掃描軌跡成為橢圓和/或掃描軌跡傾斜等不良情況。

因此，著眼于這些點(diǎn)而完成的本發(fā)明的目的在于，提供在部件的加工精度或安裝位置不準(zhǔn)確的情況下(旋轉(zhuǎn)非對(duì)稱(chēng)的情況下)、也能夠得到在諧振頻率附近抑制了不期望的變形和傾斜的掃描軌跡的光掃描用致動(dòng)器。

用于解決課題的手段

實(shí)現(xiàn)上述目的的光掃描用致動(dòng)器的發(fā)明的特征在于，所述光掃描用致動(dòng)器具有：光纖，其具有以能夠振動(dòng)的方式被支承的前端部；以及壓電元件，其通過(guò)沿著所述光纖的光軸方向進(jìn)行伸縮，產(chǎn)生在與所述光軸垂直的方向上對(duì)所述光纖的所述前端部進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力，所述光掃描用致動(dòng)器構(gòu)成為繞所述光纖的光軸旋轉(zhuǎn)非對(duì)稱(chēng)或具有二次旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)性，所述光纖的所述前端部的諧振方向和所述壓電元件的所述驅(qū)動(dòng)力的方向?qū)嵸|(zhì)上平行。

所述光掃描用致動(dòng)器也可以構(gòu)成為繞所述光纖的光軸旋轉(zhuǎn)非對(duì)稱(chēng)。

所述壓電元件可以包括第1壓電元件、以及隔著所述光纖而與所述第1壓電元件對(duì)置配置的第2壓電元件和第3壓電元件。

優(yōu)選所述光掃描用致動(dòng)器具有保持所述光纖的套圈，所述壓電元件固定在所述套圈的側(cè)面。

實(shí)現(xiàn)上述目的的光掃描裝置的發(fā)明的特征在于，所述光掃描裝置具有：上述任意一項(xiàng)所述的光掃描用致動(dòng)器；光輸入部，其使來(lái)自光源的照明光入射到所述光纖的與所述前端部相反的一側(cè)的端部；光學(xué)系統(tǒng)，其對(duì)對(duì)象物照射從所述光纖的所述前端部射出的光；以及控制部，其對(duì)施加給所述壓電元件的電壓進(jìn)行控制，使所述光纖的所述前端部進(jìn)行掃描以成為期望的掃描軌跡。

本發(fā)明基于如下知識(shí)和見(jiàn)解：在光掃描用致動(dòng)器中，根據(jù)其部件的形狀和配置而存在在使光纖的前端部進(jìn)行振動(dòng)時(shí)容易進(jìn)行諧振的固有方向、即諧振方向，通過(guò)使該諧振方向和對(duì)光纖進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力的方向一致，得到直線(xiàn)的穩(wěn)定的掃描軌跡。在該諧振方向中存在相互正交的2個(gè)方向，在對(duì)光掃描用致動(dòng)器進(jìn)行二維掃描的情況下，通過(guò)使驅(qū)動(dòng)力的方向與該相互正交的2個(gè)諧振方向一致，能夠抑制掃描軌跡的變形和傾斜。

發(fā)明效果

根據(jù)本發(fā)明，光纖的前端部的諧振方向和壓電元件產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力的方向?qū)嵸|(zhì)上平行，所以，在部件的加工精度或安裝位置不準(zhǔn)確的情況下(旋轉(zhuǎn)非對(duì)稱(chēng)的情況下)，也能夠得到在諧振頻率附近抑制了不期望的變形和傾斜的掃描軌跡。

附圖說(shuō)明

圖1是第1實(shí)施方式的光掃描用致動(dòng)器的立體圖。

圖2是圖1的光掃描用致動(dòng)器的剖視圖。

圖3是示出使用圖2的光掃描用致動(dòng)器的情況下的基于仿真的光纖前端部的軌跡的圖。

圖4是光掃描用致動(dòng)器的比較例的剖視圖。

圖5是示出使用圖4的比較例的光掃描用致動(dòng)器的情況下的基于仿真的光纖前端部的軌跡的圖。

圖6是第2實(shí)施方式的光掃描用致動(dòng)器的剖視圖。

圖7是第3實(shí)施方式的光掃描用致動(dòng)器的剖視圖。

圖8是第4實(shí)施方式的光掃描用致動(dòng)器的剖視圖。

圖9是第5實(shí)施方式的光掃描用致動(dòng)器的剖視圖。

圖10是第6實(shí)施方式的光掃描用致動(dòng)器(除了光纖以外)的立體圖。

圖11是說(shuō)明圖10的光掃描用致動(dòng)器的制造過(guò)程中的壓電材料的形狀的剖視圖。

圖12是圖10的光掃描用致動(dòng)器的剖視圖。

圖13是示出作為第7實(shí)施方式的光掃描裝置的一例的光掃描型內(nèi)窺鏡裝置的概略結(jié)構(gòu)的框圖。

圖14是概略地示出圖13的光掃描型內(nèi)窺鏡裝置的鏡體的外觀圖。

圖15是圖14的鏡體的前端部的剖視圖。

圖16是示出理想的光掃描用致動(dòng)器的概略結(jié)構(gòu)的圖，圖16(a)是側(cè)視圖，圖16(b)是從光軸方向觀察的剖視圖。

圖17是說(shuō)明圖16的光掃描用致動(dòng)器的動(dòng)作的圖，圖17(a)是側(cè)視圖，圖17(b)是從光軸方向觀察的剖視圖。

具體實(shí)施方式

下面，參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。

(第1實(shí)施方式)

圖1是第1實(shí)施方式的光掃描用致動(dòng)器1的立體圖。光掃描用致動(dòng)器1包括光纖2、沿著長(zhǎng)度方向在中央部具有供光纖2貫穿插入的貫通孔的套圈3、配置在套圈3的4個(gè)側(cè)面的壓電元件4a～4d、保持套圈3的一端側(cè)的器件保持器具7、對(duì)壓電元件4a～4d施加電壓的布線(xiàn)8a～8d(8c、8d未圖示)。在以下的附圖中，設(shè)光纖的光軸方向?yàn)閦方向，設(shè)與z方向正交且相互正交的方向?yàn)閤方向和y方向。并且，設(shè)各圖的箭頭的方向?yàn)?方向、與箭頭相反的方向?yàn)?方向來(lái)加以區(qū)分。

光纖2是將來(lái)自未圖示的光源的光引導(dǎo)至前端部2a的單模光纖。在可見(jiàn)光的情況下，光纖2的芯徑為10μm左右，包層徑為100μm左右，例如為125μm。光纖2貫穿插入到套圈3內(nèi)，前端部2a以能夠振動(dòng)的方式以懸臂狀態(tài)支承在套圈3上。

套圈3由金屬等導(dǎo)電性物質(zhì)、例如Ni或可伐合金等形成。圖2是圖1的光掃描用致動(dòng)器1的與光軸垂直的面的剖視圖。套圈3的大致寬度例如為100～500μm左右。理想情況下，套圈3是截面為正方形的長(zhǎng)方體，但是，在本實(shí)施方式中，由于制造時(shí)的精度的極限，配置有壓電元件4d的側(cè)面傾斜，截面成為梯形狀。因此，套圈3繞光纖2的光軸成為旋轉(zhuǎn)非對(duì)稱(chēng)的形狀。

壓電元件4a～4d是壓電元件，配置在套圈3的4個(gè)側(cè)面。如圖1所示，各壓電元件4a～4d分別由固定在套圈3的側(cè)面上的壓電材料5a～5d、以及粘接在壓電材料5a～5d的與套圈3相反的一側(cè)的面上的電極6a～6d構(gòu)成。另外，在圖2以后的附圖中，壓電元件僅示出4a～4d，適當(dāng)省略壓電材料5a～5d和電極6a～6d等構(gòu)造。壓電材料5a～5d具有通過(guò)對(duì)對(duì)應(yīng)的電極6a～6d與套圈3之間施加電壓而在光軸方向上伸長(zhǎng)或收縮的特性。當(dāng)對(duì)對(duì)置的壓電元件施加電壓而使一方伸長(zhǎng)并使另一方收縮時(shí)，光纖2隔著套圈3向收縮的壓電元件側(cè)彎曲，所以，光纖2的前端部2a在與光軸垂直的方向上被驅(qū)動(dòng)。另外，在套圈3的截面為理想的正方形的形狀的情況下，壓電元件4a和4c在y方向上對(duì)置，壓電元件4b和4d在x方向上對(duì)置。

布線(xiàn)8a～8d利用焊接等方法與電極6a～6d連接，穿過(guò)器件保持器具7的內(nèi)部而與未圖示的驅(qū)動(dòng)電路連接。驅(qū)動(dòng)電路設(shè)套圈3的電壓為接地電壓，對(duì)對(duì)置的電極6a～6d施加電壓，以得到期望的掃描軌跡。此時(shí)，對(duì)置的電極6a和電極6c成對(duì)兒，進(jìn)行控制以使得在一方伸長(zhǎng)時(shí)、另一方收縮。由此，在光纖2的前端部2a產(chǎn)生大致y方向的變位。同樣，通過(guò)對(duì)對(duì)置的電極6b和6d進(jìn)行同樣控制，在光纖2的前端部2a產(chǎn)生大致x方向的移位。

如果壓電元件4a和4c以及壓電元件4b和4d在相互正交的方向上對(duì)光纖2的前端部2a進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，則通過(guò)對(duì)電極6a、6c和電極6b、6d施加相同頻率且相位偏移90°、振幅在0與最大值之間逐漸變化的交流電壓，來(lái)自光纖2的射出光能夠在被照射的對(duì)象物上進(jìn)行所謂的螺旋掃描。并且，通過(guò)在電極6a、6c與電極6b、6d之間施加頻率不同且振幅恒定的交流電壓，能夠進(jìn)行所謂的利薩茹掃描或光柵掃描。

但是，在本實(shí)施方式中，套圈3呈旋轉(zhuǎn)非對(duì)稱(chēng)的梯形形狀。因此，當(dāng)在成為斜面的配置有壓電元件4d的面(圖2中為+x方向的面)的y方向中央配置壓電元件4d時(shí)，來(lái)自壓電元件4d的驅(qū)動(dòng)力從X方向傾斜，與此同時(shí)，掃描型器件的諧振方向也傾斜。于是，在關(guān)注于x軸的情況下，當(dāng)使驅(qū)動(dòng)頻率接近諧振頻率附近時(shí)，產(chǎn)生軌跡成為橢圓、振幅減小等不良情況。

因此，在本實(shí)施方式中，如圖2所示，通過(guò)將壓電元件4d配置在套圈3的x方向的寬度變窄的一側(cè)(+y側(cè))，使光纖2的前端部2a的諧振方向(D₁)和基于壓電元件4b、4d的驅(qū)動(dòng)力方向(D₂)大致一致。由此，在x方向上對(duì)光掃描用致動(dòng)器1進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，即使驅(qū)動(dòng)頻率為諧振頻率附近，也能夠得到?jīng)]有傾斜和變形的直線(xiàn)的軌跡。

圖3是示出使用圖2的光掃描用致動(dòng)器1的情況下的基于仿真的光纖2的前端部2a的軌跡的圖。對(duì)壓電元件4b、4d施加諧振頻率附近的頻率的交流電壓，在y方向上對(duì)光掃描用致動(dòng)器1進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，由此，光纖2的前端部2a穿過(guò)在y方向上直線(xiàn)振動(dòng)的軌道。

另一方面，圖4是光掃描用致動(dòng)器1的比較例的剖視圖，圖5是示出使用圖4的比較例的光掃描用致動(dòng)器1的情況下的基于仿真的光纖2的前端部2a的軌跡的圖。在該比較例中，將壓電元件4d配置在套圈3的x方向的寬度變寬的一側(cè)(-y側(cè))。這樣配置時(shí)，光纖2的前端部2a的諧振方向(D₁)和基于壓電元件4b、4d的驅(qū)動(dòng)力方向(D₂)產(chǎn)生大幅偏移。因此，對(duì)壓電元件4b、4d施加交流電壓，在y方向上對(duì)光掃描用致動(dòng)器1進(jìn)行驅(qū)動(dòng)時(shí)，光纖2的前端部2a的軌道成為傾斜的橢圓軌道。

在本實(shí)施方式的光掃描用致動(dòng)器1中，與上述比較例不同，光纖前端部2在諧振頻率附近也在壓電元件4b、4d的驅(qū)動(dòng)力方向上取直線(xiàn)的軌道。因此，根據(jù)本實(shí)施方式，在套圈3的加工精度不準(zhǔn)確的情況下(旋轉(zhuǎn)非對(duì)稱(chēng)的情況下)，也能夠得到在諧振頻率附近抑制了不期望的變形和傾斜的掃描軌跡。并且，在諧振頻率附近也抑制了變形和傾斜，所以，能夠在諧振頻率的附近以較大振幅高效地對(duì)光纖進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。

(第2實(shí)施方式)

圖6是第2實(shí)施方式的光掃描用致動(dòng)器1的與光軸垂直的面的剖視圖。在本實(shí)施方式中，與第1實(shí)施方式同樣，套圈3的加工精度不充分，所以，相對(duì)于光纖2的光軸的截面形狀成為梯形。因此，在套圈3的成為斜面的配置有壓電元件4d的面(圖中為+x側(cè)的面)中，使用粘接劑9填充間隙，固定壓電元件4d以使其與對(duì)置的壓電元件4b平行。由此，使光掃描用致動(dòng)器1的諧振方向和壓電元件4a～4d的驅(qū)動(dòng)力的方向與x方向一致。此時(shí)，填充間隙的材料不限于粘接劑，并且，優(yōu)選該材料的密度與套圈3的密度接近。其他結(jié)構(gòu)與第1實(shí)施方式相同，所以，對(duì)相同或?qū)?yīng)的結(jié)構(gòu)要素標(biāo)注相同參照標(biāo)號(hào)并省略說(shuō)明。

根據(jù)本實(shí)施方式，即使套圈3的加工精度不充分，也使用粘接劑9填充間隙，平行地配置壓電元件4b、4d，使光掃描用致動(dòng)器1的諧振方向和壓電元件4b、4d的驅(qū)動(dòng)力方向一致，所以，與第1實(shí)施方式同樣，能夠得到在諧振頻率附近抑制了不期望的變形和傾斜的掃描軌跡。

(第3實(shí)施方式)

圖7是第3實(shí)施方式的光掃描用致動(dòng)器1的剖視圖。在本實(shí)施方式中，示出如下情況：在套圈3上粘貼壓電元件4b的階段，粘貼位置無(wú)意地偏移。該情況下，假設(shè)與壓電元件4b相比，比壓電元件4b更靠后粘貼的壓電元件4d能夠進(jìn)行準(zhǔn)確的定位。根據(jù)圖7的致動(dòng)器，套圈3的截面形狀實(shí)質(zhì)上成為正方形。另一方面，在關(guān)注于x軸方向的壓電元件4b、4d的情況下，-x側(cè)的壓電元件4b向-y方向偏移。因此，+x側(cè)的壓電元件4d也同樣向-y方向偏移，由此，使光掃描用致動(dòng)器1的諧振方向(D₁)和壓電元件4b、4d的驅(qū)動(dòng)力方向(D₂)與x方向大致一致。由此，能夠得到在諧振頻率附近抑制了不期望的變形和傾斜的掃描軌跡，能夠高效地使光纖進(jìn)行振動(dòng)。另外，該情況下，光掃描用致動(dòng)器1也成為旋轉(zhuǎn)非對(duì)稱(chēng)。其他結(jié)構(gòu)與第1實(shí)施方式相同，所以，對(duì)相同或?qū)?yīng)的結(jié)構(gòu)要素標(biāo)注相同參照標(biāo)號(hào)并省略說(shuō)明。

在將壓電元件4a～4d粘接固定在套圈3上時(shí)，一個(gè)壓電元件4b不使用精密的定位單元而以自由狀態(tài)進(jìn)行固定，在粘貼位置從中心偏移的情況下，使用夾具等精密地調(diào)整對(duì)置的另一個(gè)壓電元件4d并進(jìn)行粘接，由此能夠?qū)崿F(xiàn)本實(shí)施方式的光掃描用致動(dòng)器1。由此，能夠使精密調(diào)整的工序減半，能夠削減制造成本。

(第4實(shí)施方式)

圖8是第4實(shí)施方式的光掃描用致動(dòng)器1的剖視圖。在該光掃描用致動(dòng)器1中，y方向上對(duì)置的壓電元件4a和4c中的一個(gè)壓電元件4a(第1壓電元件)由一枚壓電元件構(gòu)成，另一個(gè)壓電元件4c由x方向上并列排列的2枚z方向較長(zhǎng)的壓電元件4c₁、4c₂(第2壓電元件、第3壓電元件)構(gòu)成。并且，同樣，x方向上對(duì)置的壓電元件4b和4d中的一個(gè)壓電元件4b由一枚壓電元件構(gòu)成，另一個(gè)壓電元件4d由y方向上并列排列的2枚z方向較長(zhǎng)的壓電元件4d₁、4d₂構(gòu)成。由此，光掃描用致動(dòng)器1成為旋轉(zhuǎn)非對(duì)稱(chēng)。這里，優(yōu)選套圈3的形狀是截面為正方形的長(zhǎng)方體，優(yōu)選壓電元件4a位于套圈3的y方向的面的中央、壓電元件4b位于套圈3的-x方向的面的中央。但是，與上述各實(shí)施方式同樣，很難提高它們的形狀和配置位置的精度。其他結(jié)構(gòu)與第1實(shí)施方式相同，所以，對(duì)相同或?qū)?yīng)的結(jié)構(gòu)要素標(biāo)注相同參照標(biāo)號(hào)并省略說(shuō)明。

在本實(shí)施方式的光掃描用致動(dòng)器1中，在套圈3上粘貼x方向的壓電元件4b的階段，在粘貼位置無(wú)意地偏移的情況下，通過(guò)對(duì)對(duì)置的2個(gè)壓電元件4d₁、4d₂之間的電壓值進(jìn)行調(diào)整，也能夠使光掃描用致動(dòng)器1的諧振方向D₁和壓電元件4b、4d₁、4d₂的驅(qū)動(dòng)力方向D₂大致一致，能夠使驅(qū)動(dòng)頻率接近諧振頻率附近，能夠高效地使光纖2進(jìn)行振動(dòng)。

例如，如圖8所示，在-x側(cè)的壓電元件4b無(wú)意地向-y方向偏移的情況下，對(duì)+x側(cè)的2枚壓電元件4d₁、4d₂中的-y側(cè)的壓電元件4d₂施加更大的電壓，對(duì)+y側(cè)施加較小的電壓。這樣，能夠使光掃描用致動(dòng)器1的諧振方向D₁和壓電元件4b、4d₁、4d₂的驅(qū)動(dòng)力方向D₂大致一致，能夠使驅(qū)動(dòng)頻率接近諧振頻率附近，能夠高效地使光纖2進(jìn)行振動(dòng)。

以上涉及配置在套圈3的x方向的側(cè)面的壓電元件4b、4d₁、4d₂，但是，配置在y方向的側(cè)面的壓電元件4a、4c₁、4c₂也進(jìn)行同樣的調(diào)整，能夠使諧振方向和壓電元件4a、4c₁、4c₂的驅(qū)動(dòng)力的方向大致一致。并且，在套圈3的形狀存在變形的情況下，通過(guò)壓電元件4c₁與壓電元件4c₂之間的電壓的調(diào)整以及壓電元件4d₁與壓電元件4d₂之間的電壓的調(diào)整，能夠進(jìn)行調(diào)整以使得諧振頻率和壓電元件的驅(qū)動(dòng)力方向一致。

因此，根據(jù)本實(shí)施方式，通過(guò)設(shè)置配置在供光纖2貫穿插入的套圈3的一面上的一個(gè)壓電元件4a和配置在與壓電元件4a對(duì)置的面上的2個(gè)壓電元件4c₁和4c₂，對(duì)施加給2個(gè)壓電元件4c₁和4c₂的電壓值進(jìn)行調(diào)整，使諧振頻率和壓電元件的驅(qū)動(dòng)力方向一致，由此，能夠得到在諧振頻率附近抑制了不期望的變形和傾斜的x方向的掃描軌跡。并且，y方向的掃描也同樣。

(第5實(shí)施方式)

圖9是第5實(shí)施方式的光掃描用致動(dòng)器1的剖視圖。在該光掃描用致動(dòng)器1中，與上述各實(shí)施方式不同，不使用套圈，利用粘接劑9等直接在光纖2上粘接壓電元件4a～4d。一般情況下，平行地粘貼在x方向、y方向上對(duì)置的壓電元件4a～4d是非常困難的，在壓電元件4a～4d從x方向或y方向傾斜的情況下，產(chǎn)生軌跡成為橢圓等不良情況。

因此，根據(jù)本實(shí)施方式，改變y方向上對(duì)置的壓電元件4a、4c以及x方向上對(duì)置的壓電元件4b、4d的長(zhǎng)度，例如，x方向上對(duì)置的壓電元件4b、4d構(gòu)成為與光纖2的直徑相同的寬度，y方向上對(duì)置的壓電元件4a、4c構(gòu)成為在光纖2的直徑上加上壓電元件的厚度的2倍而得到的寬度。由此，各壓電元件4a～4d與光纖2接觸，而且，壓電元件4b、4d成為被夾持在壓電元件4a、4c的對(duì)置的面之間的形狀，相互以直角角度變得穩(wěn)定。并且，與壓電元件4b、4d相比，壓電元件4a、4c的寬度較寬，所以，施加相同電壓而產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力較大，所以，進(jìn)行調(diào)整以對(duì)壓電元件4b、4d施加相對(duì)較小的電壓。另外，本實(shí)施方式的光掃描用致動(dòng)器1具有二次旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)性。

通過(guò)采用這種結(jié)構(gòu)，能夠使光掃描用致動(dòng)器1的諧振方向和壓電元件4a～4d的驅(qū)動(dòng)力方向大致一致，能夠得到在諧振頻率附近抑制了不期望的變形和傾斜的掃描軌跡。進(jìn)而，能夠使驅(qū)動(dòng)頻率接近諧振頻率附近，能夠高效地使光纖2進(jìn)行振動(dòng)。并且，與第1實(shí)施方式～第4實(shí)施方式相比，具有不需要套圈這樣的優(yōu)點(diǎn)。

(第6實(shí)施方式)

圖10是第6實(shí)施方式的光掃描用致動(dòng)器11(除了光纖以外)的立體圖。并且，圖11是說(shuō)明圖10的光掃描用致動(dòng)器11的制造過(guò)程中的壓電材料的形狀的剖視圖。進(jìn)而，圖12是圖10的光掃描用致動(dòng)器11的剖視圖。

該光掃描用致動(dòng)器11具有大致圓筒形的壓電材料12，在用于將在長(zhǎng)度方向上延伸的光纖貫穿插入到壓電材料12的圓筒的中心的內(nèi)腔13的外周面(圓筒形的內(nèi)周面)設(shè)置有中央電極14。并且，在壓電材料12的周?chē)O(shè)置有4個(gè)凸部(分離區(qū)域)15。進(jìn)而，在壓電材料12的周?chē)?，隔?個(gè)凸部15而沿著壓電材料12的外周配置有4個(gè)電極16。進(jìn)而，在一個(gè)凸部15與相鄰的一個(gè)電極16之間夾持絕緣材料17。在中央電極14和各電極16連接有未圖示的布線(xiàn)，從外部施加交流電壓。通過(guò)對(duì)中央電極14與各電極16之間施加電壓，夾持在電極16與中央電極14之間的壓電材料12伸縮，使貫穿插入的光纖的前端部進(jìn)行振動(dòng)。

這里，首先，在壓電材料12上形成凸部15，在包含凸部15的壓電材料12的周?chē)逊e導(dǎo)電性涂層，接著，從光軸起以等距離在壓電材料12的周向上去除所堆積的涂層的一部分以使得凸部15露出，形成用凸部15隔開(kāi)的電極16，由此，能夠制作這種光掃描用致動(dòng)器11。

但是，在形成凸部15時(shí)，如圖11所示，在一部分凸部15a的位置在周向上偏移的情況下，當(dāng)直接形成電極16時(shí)，相對(duì)于光掃描用致動(dòng)器11的諧振方向D₁，基于對(duì)置的電極16的驅(qū)動(dòng)力方向D₂產(chǎn)生偏移。

因此，在圖10和圖12所示的光掃描用致動(dòng)器11中，通過(guò)絕緣材料17對(duì)凸部15a的位置偏移進(jìn)行補(bǔ)充，使光掃描用致動(dòng)器11的諧振方向D₁與通過(guò)對(duì)置的電極16a和電極16c而在壓電材料12中產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力方向D₂一致。由此，能夠得到在諧振頻率附近抑制了不期望的變形和傾斜的掃描軌跡，能夠高效地使光纖進(jìn)行振動(dòng)。另外，優(yōu)選絕緣材料17具有與壓電材料12相同程度的密度。

(第7實(shí)施方式)

圖13是示出作為第7實(shí)施方式的光掃描裝置的一例的光掃描型內(nèi)窺鏡裝置20的概略結(jié)構(gòu)的框圖。光掃描型內(nèi)窺鏡裝置20由鏡體30、控制裝置主體40和顯示器50構(gòu)成。

控制裝置主體40構(gòu)成為包括對(duì)光掃描型內(nèi)窺鏡裝置20整體進(jìn)行控制的控制部41、發(fā)光時(shí)刻控制部42、激光器43R、43G、43B和耦合器44(光輸入部)。發(fā)光時(shí)刻控制部42在控制部41的控制下，對(duì)射出紅色、綠色和藍(lán)色這三原色的激光的3個(gè)激光器43R、43G、43B的發(fā)光時(shí)刻進(jìn)行控制。作為激光器43R、43G、43B，例如可以使用DPSS激光器(半導(dǎo)體激勵(lì)固體激光器)或激光二極管。從激光器43R、43G、43B射出的激光通過(guò)耦合器44進(jìn)行合波，作為白色的照明光入射到作為單模光纖的照明用光纖21。光掃描型內(nèi)窺鏡裝置20的光源的結(jié)構(gòu)不限于此，可以使用一個(gè)激光光源，也可以使用其他的多個(gè)光源。并且，激光器43R、43G、43B和耦合器44也可以收納在利用信號(hào)線(xiàn)而與控制裝置主體40連接的、獨(dú)立于控制裝置主體40的殼體中。

照明用光纖21連接到鏡體30的前端部，從耦合器44入射到照明用光纖21的光被引導(dǎo)至鏡體30的前端部，朝向?qū)ο笪?0進(jìn)行照射。此時(shí)，驅(qū)動(dòng)部31進(jìn)行振動(dòng)驅(qū)動(dòng)，由此，從照明用光纖21射出的照明光能夠在對(duì)象物60的觀察表面上進(jìn)行二維掃描。如后所述，驅(qū)動(dòng)部31構(gòu)成為包括本發(fā)明的光掃描用致動(dòng)器。并且，該驅(qū)動(dòng)部31由后述控制裝置主體40的驅(qū)動(dòng)控制部48來(lái)控制。通過(guò)照明光的照射而從對(duì)象物60得到的反射光、散射光、熒光等信號(hào)光在由多個(gè)多模光纖構(gòu)成的檢測(cè)用光纖22的前端被接收，穿過(guò)鏡體30內(nèi)并被引導(dǎo)至控制裝置主體40。

控制裝置主體40還具有用于對(duì)信號(hào)光進(jìn)行處理的光檢測(cè)器45、ADC(模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器)46和圖像處理部47。光檢測(cè)器45將穿過(guò)檢測(cè)用光纖22而來(lái)的信號(hào)光分解成光譜成分，通過(guò)光電二極管等將各個(gè)光譜成分轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。ADC46將轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后的圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并將其輸出到圖像處理部47?？刂撇?1根據(jù)由驅(qū)動(dòng)控制部48施加的振動(dòng)電壓的振幅和相位等信息，計(jì)算掃描路徑上的掃描位置的信息，將其交給圖像處理部47。圖像處理部47根據(jù)從ADC466輸出的數(shù)字信號(hào)，得到該掃描位置處的對(duì)象物60的像素?cái)?shù)據(jù)。圖像處理部47將掃描位置和像素?cái)?shù)據(jù)的信息依次存儲(chǔ)在未圖示的存儲(chǔ)器中，在掃描結(jié)束后或掃描中進(jìn)行插值處理等必要處理，生成對(duì)象物60的圖像并將其顯示在顯示器50中。

在上述各處理中，控制部41對(duì)發(fā)光時(shí)刻控制部42、光檢測(cè)器45、驅(qū)動(dòng)控制48和圖像處理部47進(jìn)行同步控制。

圖14是概略地示出鏡體30的概觀圖。鏡體30具有操作部32和插入部33。在操作部32上分別連接有來(lái)自控制裝置主體40的照明用光纖21、檢測(cè)用光纖22和布線(xiàn)纜線(xiàn)23。這些照明用光纖21、檢測(cè)用光纖22和布線(xiàn)纜線(xiàn)23穿過(guò)插入部33內(nèi)部并被引導(dǎo)至插入部33的前端部34(圖14中的虛線(xiàn)部?jī)?nèi)的部分)。

圖15是放大示出圖14的鏡體30的插入部33的前端部34的剖視圖。前端部34構(gòu)成為包括驅(qū)動(dòng)部31、投影用透鏡35a、35b、穿過(guò)中心部的照明用光纖21和穿過(guò)外周部的檢測(cè)用光纖22。

驅(qū)動(dòng)部31構(gòu)成為包括通過(guò)安裝環(huán)36(相當(dāng)于圖1的器件保持器具7)固定在鏡體30的插入部33的內(nèi)部的致動(dòng)器管37、以及配置在致動(dòng)器管37內(nèi)的第1實(shí)施方式～第6實(shí)施方式的光掃描用致動(dòng)器1、11中的任意一方。光掃描用致動(dòng)器1、11的照明用光纖21的前端部以能夠振動(dòng)的方式被支承，經(jīng)由投影用透鏡35a、35b照射照明光以使其大致會(huì)聚在對(duì)象物60上。另一方面，檢測(cè)用光纖22配置成穿過(guò)插入部33的外周部，延伸到前端部34的前端。進(jìn)而，在檢測(cè)用光纖22的各光纖的前端部具有未圖示的檢測(cè)用透鏡。

如上所述，使用本發(fā)明的光掃描用致動(dòng)器1、11構(gòu)成，所以，根據(jù)本實(shí)施方式的光掃描型內(nèi)窺鏡裝置20，根據(jù)驅(qū)動(dòng)控制部48施加給驅(qū)動(dòng)部31(光掃描用致動(dòng)器)的交流電壓，能夠以在諧振頻率的附近抑制了不期望的變形和傾斜的掃描軌跡對(duì)對(duì)象物60進(jìn)行掃描。因此，能夠抑制控制部41所具有的掃描位置的信息與實(shí)際的對(duì)象物60上被照射照明光的位置的偏移，所以，在圖像處理部47中，能夠生成抑制了變形和傾斜的對(duì)象物60的圖像。進(jìn)而，能夠在光掃描用致動(dòng)器1、11的諧振頻率附近進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，所以，能夠進(jìn)行更高效的掃描。

另外，本發(fā)明不限于上述實(shí)施方式，能夠進(jìn)行若干的變形或變更。例如，上述各實(shí)施方式所示的尺寸均是例示，不限于這些尺寸。在第1～第4實(shí)施方式中，套圈的形狀為四棱柱狀，但是不限于此。例如，也可以設(shè)套圈為圓柱狀，切掉配置壓電元件的部分而形成平坦面。同樣，第6實(shí)施方式的壓電材料也不限于圓筒狀，也可以是四棱柱狀等其他形狀。在各實(shí)施方式中，光掃描用致動(dòng)器的光纖為單模光纖，但是不限于此，也可以是多模光纖。

并且，本發(fā)明的光掃描裝置不限于光掃描型內(nèi)窺鏡裝置，也可以應(yīng)用于光掃描型顯微鏡或光掃描型的投影儀裝置。

標(biāo)號(hào)說(shuō)明

1：光掃描用致動(dòng)器；2：光纖；2a：前端部；3：套圈；4a～4d、4c₁、4c₂、4d₁、4d₂：壓電元件；5a～5d：壓電材料；6a～6d：電極；7：器件保持器具；8a、8b：布線(xiàn)；9：粘接劑；11：光掃描用致動(dòng)器；12：壓電材料；13：內(nèi)腔；14：中央電極；15：凸部(分離區(qū)域)；16：電極；17：絕緣材料；20：光掃描型內(nèi)窺鏡裝置；21：照明用光纖；22：檢測(cè)用光纖；23：布線(xiàn)纜線(xiàn)；30：鏡體；31：驅(qū)動(dòng)部；32：操作部；33：插入部；34：前端部；35a、35b：投影用透鏡；36：安裝環(huán)；37：致動(dòng)器管；40：控制裝置主體；41：控制部；42：發(fā)光時(shí)刻控制部；43R、43G、43B：激光器；44：耦合器；45：光檢測(cè)器；46：ADC；47：圖像處理部；48：驅(qū)動(dòng)控制部；50：顯示器；60：對(duì)象物；101：光掃描用致動(dòng)器；102：光纖；1033：套圈；104a～104d：壓電元件；107：器件保持器具；108a、108b：布線(xiàn)。