WO2017103962A1 - 光走査用アクチュエータ、光走査装置、及び光走査用アクチュエータの製造方法 - Google Patents
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- WO2017103962A1 WO2017103962A1 PCT/JP2015/006329 JP2015006329W WO2017103962A1 WO 2017103962 A1 WO2017103962 A1 WO 2017103962A1 JP 2015006329 W JP2015006329 W JP 2015006329W WO 2017103962 A1 WO2017103962 A1 WO 2017103962A1
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- 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
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- G—PHYSICS
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- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
- G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
- G02B26/10—Scanning systems
Definitions
- the present invention relates to an optical scanning actuator that optically scans an object, an optical scanning device that includes the optical scanning actuator, and a method for manufacturing the optical scanning actuator.
- a piezoelectric element provided on each side surface of a square columnar ferrule holding an optical fiber is known (for example, Patent Document 1).
- the driving of the piezoelectric element vibrates the ferrule and thus the tip of the optical fiber, and the light emitted from the tip of the optical fiber is scanned on the object along a predetermined scanning path.
- the size of the ferrule and the piezoelectric element is generally small, it is very difficult to accurately arrange the piezoelectric element at a desired position on the ferrule. If the piezoelectric element is arranged at a position deviated from the desired position on the ferrule, there is a possibility that the vibration characteristic of the optical fiber as expected and the scanning locus cannot be obtained.
- an object of the present invention made by paying attention to this point is that an optical scanning actuator and an optical scanning device in which the placement accuracy of the piezoelectric element on the ferrule is improved, and the placement accuracy of the piezoelectric element on the ferrule can be improved.
- An object of the present invention is to provide a method for manufacturing an optical scanning actuator.
- An optical scanning actuator that scans light from a light source on an object, An optical fiber for guiding the light from the light source; A ferrule having a through-hole holding the light emitting end from the light source so as to vibrate in a state where the optical fiber is inserted, and having one or more steps on the side surface; A piezoelectric element having a position defined by the one or more steps and secured to a side surface of the ferrule; It has.
- the piezoelectric element is preferably applied to the one or more steps.
- the side surface of the ferrule is provided with a pair of steps at positions facing each other through the through hole, and the shape of the pair of steps is rotationally symmetric with respect to the central axis of the through hole. Is preferred.
- a portion of the side surface of the ferrule adjacent to the step, to which the piezoelectric element is fixed extends in parallel to the central axis direction of the through hole.
- An invention of an optical scanning device that achieves the above object
- the optical scanning actuator that scans light from a light source on an object; and
- a light detection unit that detects light obtained from the object by irradiation with the light and converts the light into an electrical signal;
- a signal processing unit that generates an image signal based on an electrical signal from the light detection unit; It has.
- a method of manufacturing an optical scanning actuator that achieves the above-described object is as follows.
- a method of manufacturing an optical scanning actuator that scans light from a light source on an object A ferrule forming step that has a through hole that holds the light emission end of the light source from the light source in a state where the optical fiber is inserted in a vibrated manner and that has one or more steps on the side surface, and forms a ferrule; Holding the optical fiber inside the through-hole of the ferrule, holding an optical fiber;
- a piezoelectric element fixing step wherein a position of the piezoelectric element is defined by the one or more steps, and the piezoelectric element is fixed to a side surface of the ferrule; including.
- the ferrule is preferably formed by press working or casting.
- an optical scanning actuator and an optical scanning device in which the placement accuracy of the piezoelectric element on the ferrule is improved, and a manufacturing method of the optical scanning actuator capable of improving the placement accuracy of the piezoelectric element on the ferrule. can do.
- FIG. 1 is a block diagram illustrating a schematic configuration of an optical scanning device according to a first embodiment.
- FIG. 2 is an overview diagram schematically showing the scope of FIG. 1. It is sectional drawing of the front-end
- FIG. 4A is a perspective view illustrating a ferrule
- FIG. 4B is a diagram illustrating an optical scanning actuator including the ferrule illustrated in FIG. It is a perspective view which shows an actuator.
- FIG. 5A is a perspective view showing a ferrule
- FIG. 5B is a view for optical scanning including the ferrule of FIG. 5A. It is a perspective view which shows an actuator.
- FIG. 6A is a perspective view showing a ferrule
- FIG. 6A is a perspective view showing a ferrule
- FIG. 6B is a view for optical scanning including the ferrule of FIG. 6A. It is a perspective view which shows an actuator.
- FIG. 7A is a perspective view showing a ferrule
- FIG. 7B is a view for optical scanning including the ferrule of FIG. 7A.
- FIG. 8A is a perspective view showing a ferrule
- FIG. 8B is a view for optical scanning including the ferrule of FIG. 8A.
- FIG. 9A is a perspective view illustrating a ferrule
- FIG. 9B illustrates an optical scanning actuator including the ferrule of FIG. 9A. It is a perspective view shown.
- FIG. 1 is a block diagram illustrating a schematic configuration of an optical scanning endoscope apparatus as the optical scanning apparatus according to the first embodiment.
- the optical scanning endoscope apparatus 10 includes a scope 20, a control device main body 30, and a display 40.
- the control device main body 30 includes a control unit 31 that controls the entire optical scanning endoscope apparatus 10, a light emission timing control unit 32, lasers 33R, 33G, and 33B (light sources), a coupler 34, and a drive control unit 38.
- a photodetector 35 photodetection unit
- an ADC analog-digital converter
- the lasers 33R, 33G, and 33B constitute a light source that selectively emits light of a plurality of different wavelengths (in this embodiment, wavelengths of three colors R, G, and B) according to control by the light emission timing control unit 32. ing.
- “selectively emitting light of a plurality of different wavelengths” means that the timing selected by the light emission timing control unit 32 is the light of any one wavelength selected by the light emission timing control unit 32. It means to inject at.
- a DPSS laser semiconductor excitation solid-state laser
- a laser diode can be used as the lasers 33R, 33G, and 33B.
- the light emission timing control unit 32 controls the light emission timing of the light source according to the control signal from the control unit 31. For example, the light emission timing control unit 32 switches the wavelengths of R, G, and B light from the light source at predetermined time intervals (light emission cycles) in a predetermined light emission order during scanning.
- the laser beams emitted from the lasers 33R, 33G, and 33B are incident on the illumination optical fiber 11 that is a single mode fiber as illumination light through an optical path that is coaxially combined by the coupler 34.
- the coupler 34 is configured using, for example, a fiber multiplexer or a dichroic prism.
- the lasers 33R, 33G, and 33B and the coupler 34 may be housed in a separate housing from the control device main body 30 that is connected to the control device main body 30 by a signal line.
- the light incident on the illumination optical fiber 11 from the coupler 34 is guided to the distal end portion of the scope 20 and irradiated onto the object 100.
- the drive control unit 38 of the control device main body 30 drives the optical scanning actuator 21 of the scope 20 by vibration to drive the tip of the illumination optical fiber 11 by vibration.
- the illumination light emitted from the illumination optical fiber 11 is two-dimensionally scanned on the observation surface of the object 100 along a predetermined scanning path such as a spiral shape.
- Light such as reflected light and scattered light obtained from the object 100 by irradiation of illumination light is received at the tip of the detection optical fiber bundle 12 constituted by a multimode fiber, passes through the scope 20, and the control device main body 30. It is guided to.
- the light detector 35 detects light obtained by irradiation with light of any wavelength (color) of R, G, or B from the object 100 through the detection optical fiber bundle 12 for each light emission period of the light source. Then, an analog signal (electric signal) is output.
- the ADC 36 converts the analog signal from the photodetector 35 into a digital signal (electric signal) and outputs it to the signal processing unit 37.
- the signal processing unit 37 sequentially stores the digital signal corresponding to each wavelength input from the ADC 36 for each light emission period in association with the light emission timing and the scanning position in a memory (not shown). Information on the light emission timing and the scanning position is obtained from the control unit 31. In the control unit 31, information on the scanning position is calculated from information such as the amplitude and phase of the oscillating voltage applied by the drive control unit 38. Then, the signal processing unit 37 performs image processing such as enhancement processing, ⁇ processing, interpolation processing, and the like as necessary based on each digital signal input from the ADC 36 after scanning or during scanning. The image of the object 100 is generated and displayed on the display 40.
- FIG. 2 is a schematic view schematically showing the scope 20.
- the scope 20 includes an operation unit 22 and an insertion unit 23.
- the operation unit 22 is connected to the illumination optical fiber 11, the detection optical fiber bundle 12, and the wiring cable 13 from the control device main body 30.
- the illumination optical fiber 11, the detection optical fiber bundle 12, and the wiring cable 13 pass through the insertion portion 23 and extend to the distal end portion 24 of the insertion portion 23 (the portion in the broken line portion in FIG. 2).
- FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view showing the distal end portion 24 of the insertion portion 23 of the scope 20 of FIG.
- the distal end portion 24 of the insertion portion 23 of the scope 20 includes an optical scanning actuator 21 that scans light from the light source on the object 100, a projection lens 25 (optical system), and a detection optical fiber bundle 12. Is provided.
- the optical scanning actuator 21 includes an illumination optical fiber 11 that guides light from a light source, a ferrule 29 that holds the illumination optical fiber 11, and one or more (in this example) provided on a side surface of the ferrule 29. 4) piezoelectric elements 71 to 74 are provided.
- the detection optical fiber bundle 12 is disposed so as to pass through the outer peripheral side portion of the insertion portion 23, and extends to the distal end of the distal end portion 24.
- a detection lens (not shown) is provided at the tip of each fiber of the detection optical fiber bundle 12.
- the projection lens 25 and the detection lens are arranged at the forefront of the distal end portion 24 of the insertion portion 23 of the scope 20.
- the projection lens 25 is configured so that laser light emitted from the distal end portion 11 c of the illumination optical fiber 11 is irradiated onto the object 100 and is substantially condensed.
- the detection lens is configured such that the laser light collected on the object 100 is reflected or scattered by the object 100 or the fluorescence generated by the irradiation of the laser light collected on the object 100 ( The light obtained from the object 100) is taken in, and is arranged so as to be condensed and coupled to the detection optical fiber bundle 12 arranged after the detection lens.
- the projection lens 25 is not limited to a single lens configuration as in this example, and may be configured by a plurality of lenses.
- FIG. 4A is a perspective view showing the ferrule 29 in this example
- FIG. 4B is a perspective view showing the optical scanning actuator 21 of this example provided with the ferrule 29 of FIG. 4A. It is.
- the rear end side portion of the insertion portion 23 of the ferrule 29 is fixed to the actuator holder 26, and the inside of the insertion portion 23 of the scope 20 is interposed via the actuator holder 26. It is fixed.
- the ferrule 29 has a through-hole 29a, and the illumination optical fiber 11 is inserted into the through-hole 29a, and the light emission end from the light source in the illumination optical fiber 11 (that is, the illumination optical fiber).
- the ferrule 29 is preferably made of a conductive material such as a metal (for example, nickel or kovar), but is not limited thereto.
- a metal thin film is formed on a part or the entire surface of a nonmetallic member by plating or vapor deposition. You may be comprised with what was formed.
- the illumination optical fiber 11 has an outer diameter smaller than the inner diameter of the through hole 29 a of the ferrule 29 and extends almost on the central axis of the through hole 29 a of the ferrule 29.
- the adhesive 70 is fixed and held by the adhesive 70 in the through hole 29 a of the ferrule 29, and further extends from the through hole 29 a of the ferrule 29 to the distal end side of the insertion portion 23.
- a portion from the fixed end 11a held by the ferrule 29 to the tip end portion 11c in the illumination optical fiber 11 is a vibrating portion 11b held so as to be able to vibrate.
- the piezoelectric elements 71 to 74 have a rectangular parallelepiped shape in this example, and are configured by, for example, PZT (piezo elements). However, the piezoelectric elements 71 to 74 may have a shape other than a rectangular parallelepiped shape.
- the ferrule 29 of this example has a substantially quadrangular prism shape (when viewed except for a groove described later), and the center axis of the ferrule 29 and the through hole for the illumination optical fiber 11
- the central axis line of 29a coincides.
- the central axis direction of the through hole 29a of the ferrule 29 (that is, the longitudinal direction of the ferrule 29) is the Z-axis direction, and the directions perpendicular to each other in a plane perpendicular to the Z-axis direction are the X-axis directions.
- the Y-axis direction is the directions perpendicular to each other in a plane perpendicular to the Z-axis direction.
- the side surface of the ferrule 29 (that is, the outer peripheral surface of the ferrule 29) has a pair of side surfaces 201 and 202 facing the positive side and the negative side in the X-axis direction, and the positive side and negative side in the Y-axis direction, respectively. And a pair of facing side surfaces 203 and 204.
- the ferrule 29 may have an arbitrary column shape such as a prism shape other than the quadrangular column shape or a cylindrical shape.
- grooves 201g, 202g, 203g, and 204g extending in parallel with the central axis direction (Z-axis direction) of the through hole 29a of the ferrule 29 are respectively extended over the entire length of the ferrule 29. Is formed.
- the grooves 201g, 202g, 203g, and 204g in this example have a U-shaped cross-sectional shape in the XY plane direction, that is, the groove walls 201g, 202g, 203g, and 204g facing each other and the grooves
- the bottom surfaces are perpendicular to each other.
- steps 201a, 202a, 203a, and 204a Two groove wall surfaces of the grooves 201g, 202g, 203g, and 204g facing each other form steps 201a, 202a, 203a, and 204a, respectively. That is, in this example, two steps 201a, 202a, 203a, and 204a facing each other are provided on the side surfaces 201 to 204 of the ferrule 29, respectively.
- the “step” refers to a surface that is adjacent to the fixing surface for the piezoelectric element on the side surface (outer peripheral surface) of the ferrule and is raised to the outer peripheral side of the ferrule with respect to the fixing surface for the piezoelectric element. And has the function of defining the position of the piezoelectric element.
- the shapes of the grooves 201g, 202g, 203g, and 204g, and the shapes of the steps 201a, 202a, 203a, and 204a provided on the side surfaces 201 to 204 of the ferrule 29, respectively, are the center of the through hole 29a. It is rotationally symmetric with respect to the axis. That is, the steps 201a, 202a, 203a, 204a provided in the ferrule 29 are configured to be able to overlap each other when the ferrule 29 is rotated around the central axis of the through hole 29a.
- the two steps 201a, 202a, 203a, and 204a that are provided on the side surfaces 201 to 204 and that face each other are viewed comprehensively as one step.
- the piezoelectric elements 71 to 74 are fitted in the grooves 201g, 202g, 203g, and 204g of the ferrule 29, respectively.
- the groove depth that is, the step heights of the steps 201a, 202a, 203a, and 204a
- the groove width that is, the two steps 201a, 202a, 203a, and 204a that face each other
- the total length of the grooves (that is, the total length of the steps 201a, 202a, 203a, and 204a) are substantially the same as the thickness, width, and total length of the piezoelectric elements 71 to 74, respectively.
- the groove depths of the grooves 201g, 202g, 203g, and 204g may be smaller than the thickness of the piezoelectric elements 71 to 74 adhered to the bottom surfaces of the grooves.
- the thickness is preferably equal to or less than the thickness of the piezoelectric elements 71 to 74.
- the ferrule 29 can easily expand and contract, and the amplitude can be increased. This is advantageous.
- the total length of the piezoelectric elements 71 to 74 may be shorter than the total length of the steps 201a, 202a, 203a, 204a.
- the piezoelectric elements 71 to 74 have their back surfaces in a state where their positions are defined (that is, applied) to the two steps 201a, 202a, 203a, and 204a that face each other on both sides in the width direction. (That is, the surface on the side of the illumination optical fiber 11 in the piezoelectric elements 71 to 74) is adjacent to the two steps 201a, 202a, 203a, 204a on the side of the illumination optical fiber 11 on the side surfaces 201 to 204 of the ferrule 29, respectively.
- Portions 201b, 202b, 203b, and 204b (in this example, groove bottom surfaces of the grooves 201g, 202g, 203g, and 204g sandwiched between two steps; hereinafter, also referred to as “fixing surfaces for piezoelectric elements”). It is fixed.
- the state in which the piezoelectric element is “applied to the step” means that the piezoelectric element is applied to the step via some member, or the piezoelectric element is directly applied to the step without any member. Refers to one of the attached states. In the example of FIG.
- the side surfaces on both sides in the width direction of the piezoelectric elements 71 to 74 are applied to the two steps 201a, 202a, 203a, 204a via an electric insulating material 82 such as an electric insulating adhesive. It has been. Further, the back surfaces of the piezoelectric elements 71 to 74 are fixed to the fixing surfaces 201b, 202b, 203b for the piezoelectric elements 71 to 74 through a conductive fixing material 83 such as solder or a conductive adhesive (for example, silver paste). It is fixed to 204b.
- a conductive fixing material 83 such as solder or a conductive adhesive (for example, silver paste).
- Steps 201a, 202a, 203a, and 204a provided on the side surfaces 201 to 204 of the ferrule 29 have a function of positioning the piezoelectric elements 71 to 74 at predetermined positions on the side surfaces 201 to 204 of the ferrule 29.
- the positioning function of the steps 201a, 202a, 203a, 204a, the center position in the width direction of each of the piezoelectric elements 71, 72 on both sides in the X-axis direction with respect to the through hole 29a, and the central axis of the through hole 29a are arranged on the same XZ plane, and the center positions in the width direction of the piezoelectric elements 73 and 74 on both sides in the Y-axis direction with respect to the through-hole 29a and the central axis of the through-hole 29a are the same YZ. Arranged on a plane.
- Electrodes 80 formed by gold vapor deposition or the like are provided on the front side surfaces of the piezoelectric elements 71 to 74 (that is, the outer peripheral surface of the ferrule 29 in the piezoelectric elements 71 to 74) over almost the entire front side surface. It has been.
- the wiring cable 13 from the drive control unit 38 of the control device body 30 is bonded to the electrode 80 by a conductive bonding material 81 such as solder or conductive adhesive (silver paste or the like).
- the piezoelectric elements 71 to 74 are driven by the voltage application.
- the piezoelectric elements 71 and 72 on both sides in the X-axis direction with respect to the through-hole 29a of the ferrule 29 are always applied with voltages having the opposite polarity and the same amplitude and frequency.
- one of the piezoelectric elements 71 and 72 extends in the Z-axis direction and the other contracts in the Z-axis direction, whereby the ferrule 29 and thus the vibration part 11b of the illumination optical fiber 11 is vibrated in the X-axis direction.
- the piezoelectric elements 73 and 74 on both sides in the Y-axis direction with respect to the through hole 29a of the ferrule 29 are always applied with voltages having the opposite polarity and the same amplitude and frequency.
- one of the piezoelectric elements 73 and 74 extends in the Z-axis direction and the other contracts in the Z-axis direction, whereby the ferrule 29 and thus the vibration part 11b of the illumination optical fiber 11 vibrate in the Y-axis direction. Is done.
- the drive control unit 38 applies a voltage to the piezoelectric elements 71 and 72 for driving in the X-axis direction and the piezoelectric elements 73 and 74 for driving in the Y-axis direction to drive them by vibration, the vibration of the optical fiber 11 for illumination is vibrated.
- the portion 11b vibrates and the tip portion 11c is deflected.
- the laser light emitted from the distal end portion 11 c is sequentially two-dimensionally scanned along the predetermined scanning path on the surface of the object 100.
- This predetermined scanning path can be, for example, spiral, raster, or Lissajous.
- the through hole 29a of the ferrule 29 is formed as in this example.
- the shape of a pair of steps at positions facing each other in the predetermined direction (in this example, the shape of a pair of steps 201a, 202a at positions facing each other in the X-axis direction through the through hole 29a, and The shapes of the pair of steps 203a and 204a at positions facing each other in the Y axis direction through the through hole 29a are preferably rotationally symmetric with respect to the central axis of the through hole 29a.
- the piezoelectric elements of the side surfaces 201 to 204 of the ferrule 29 are as in this example.
- the fixing surfaces 201b, 202b, 203b, 204b for 71 to 74 preferably extend in parallel to the central axis direction of the through hole 29a of the ferrule 29. Thereby, the distance between the piezoelectric elements 71 to 74 and the illumination optical fiber 11 can be made constant along the longitudinal direction of the piezoelectric elements 71 to 74.
- the characteristics of the piezoelectric elements 71 to 74 can be individually adjusted by adjusting the dimensions and materials of the piezoelectric elements 71 to 74, the frequency and amplitude of the voltage applied to the piezoelectric elements 71 to 74, and the like. However, from the viewpoint of realizing the vibration drive in the predetermined direction of the vibration part 11b of the illumination optical fiber 11 by the piezoelectric elements 71 to 74, the positions facing each other in the predetermined direction through the through hole 29a.
- a pair of piezoelectric elements are, for example, dimensions, materials, and applied voltages.
- the characteristics are preferably the same, for example, by making the frequency and the amplitude of the applied voltage the same.
- the optical scanning actuator 21 has a through hole 29a for the illumination optical fiber 11, and one or more steps 201a, 202a, 203a, 204a (and fixing surfaces 201b, 202b, 203b, 204b for piezoelectric elements) on the side surfaces 201-204.
- the provided ferrule 29 is formed (ferrule forming step).
- a method of forming the ferrule 29 by pressing or casting is preferable from the viewpoint of achieving high shape accuracy of the ferrule 29 and ease of manufacture.
- the side surfaces 201 to 204 after performing a build-up plating process around the rod for forming the through hole 29a, the side surfaces 201 to 204 (steps 201a, 202a, 201a, 202a, 203a, 204a and the fixing surfaces 201b, 202b, 203b, 204b for the piezoelectric elements) may be used.
- the illumination optical fiber 11 is inserted into the through hole 29a of the ferrule 29, and the exit end (that is, the vibration part 11b) of the illumination optical fiber 11 is held so as to be capable of vibration (optical fiber holding step).
- the illumination optical fiber 11 is previously inserted into the through-hole 29 a by a certain length from the rear end side of the ferrule 29, and then the adhesive 70 is positioned at the rear end of the ferrule 29.
- the illumination optical fiber 11 is applied to the portion of the illumination optical fiber 11 to be advanced, and the illumination optical fiber 11 is further advanced in the through hole 29a, and the vibrating portion 11b of the illumination optical fiber 11 is drawn from the through hole 29a to the distal end side of the insertion portion 23. In this state, the adhesive 70 is cured.
- the positions of the piezoelectric elements 71 to 74 are defined by the steps 201a, 202a, 203a, and 204a (that is, applied to the steps), and further In this state, it is fixed to the side surfaces 201 to 204 of the ferrule 29 (piezoelectric element fixing step). More specifically, for example, the side surfaces of the piezoelectric elements 71 to 74 are applied to the steps 201a, 202a, 203a, and 204a via the electrical insulating material 82, and the back side surfaces of the piezoelectric elements 71 to 74 are electrically conductive.
- the piezoelectric elements 71 to 74 can be positioned by the steps 201a, 202a, 203a, and 204a when the piezoelectric elements 71 to 74 are fixed to the side surfaces 201 to 204 of the ferrule 29.
- the placement accuracy of the piezoelectric elements 71 to 74 on the side surfaces 201 to 204 can be improved.
- the electrodes 80 on the piezoelectric elements 71 to 74 and the wiring cable 13 are bonded together by the conductive bonding material 81.
- the electrode 80 is formed on the piezoelectric elements 71 to 74 in advance, for example, before the piezoelectric element fixing step.
- a part or all of the steps 201a, 202a, 203a, 204a are removed by cutting a part of the ferrule 29 (for example, a corner extending in the longitudinal direction of the ferrule 29). It may be removed.
- the piezoelectric element fixing step it is not necessary to provide the electrical insulating material 82 between the portions of the steps 201a, 202a, 203a, and 204a to be removed later and the piezoelectric elements 71 to 74.
- the piezoelectric elements 71 to 74 are provided on the side surfaces 201 to 204 of the ferrule 29, the two steps 201a, 202a, 203a, and 204a provided on the side surfaces 201 to 204 of the ferrule 29, respectively, Since the elements 71 to 74 are positioned from both sides in the width direction, the arrangement accuracy of the piezoelectric elements 71 to 74 on the side surfaces 201 to 204 of the ferrule 29 can be increased. Thereby, the vibration characteristic of the illumination optical fiber 11 as expected and the scanning trajectory can be realized more reliably.
- the ferrule 29 and the total length of the piezoelectric elements 71 to 74 are matched, the ferrule is fixed in the piezoelectric element fixing step. 29 and the piezoelectric elements 71 to 74 are pressed from both sides in the longitudinal direction so that both ends thereof are aligned, the placement accuracy of the piezoelectric elements 71 to 74 on the side surfaces 201 to 204 of the ferrule 29 can be further increased.
- the first embodiment has been described above, but the present invention includes various modifications.
- modified examples of the optical scanning actuator will be described focusing on differences from the first embodiment.
- FIG. 5 shows a first modification of the optical scanning actuator 21 and corresponds to FIG.
- a substantially U-shaped groove extending in a cross section in the XY plane direction extending in parallel to the central axis direction of the through hole 29a of the ferrule 29 on each of the side surfaces 201 to 204 of the substantially square columnar ferrule 29.
- Each of 201g, 202g, 203g, and 204g extends from one end (front end in the example in the figure) of the ferrule 29 and terminates before reaching the other end (rear end in the example in the figure).
- the end wall surfaces that connect the two groove wall surfaces at the ends of the grooves 201g, 202g, 203g, and 204g are respectively steps 201a, 202a, 203a, and 204a are configured.
- the steps 201a, 202a, 203a, and 204a are substantially U-shaped.
- the groove bottom surfaces of the grooves 201g, 202g, 203g, and 204g extend in parallel to the central axis direction (Z-axis direction) of the through hole 29a of the ferrule 29.
- the piezoelectric elements 71 to 74 are provided on the side surfaces 201 to 204 of the ferrule 29 (piezoelectric element fixing step), the substantially U-shaped steps 201a, 202a, 203a, 204a in plan view are used.
- the piezoelectric elements 71 to 74 can be positioned from both sides in the width direction and one side in the extending direction (the rear end side in the example in the figure).
- the shapes of the pair of steps 201a and 202a located at positions facing each other in the X-axis direction through the through-hole 29a of the ferrule 29 and in the Y-axis direction through the through-hole 29a are rotationally symmetric with respect to the central axis of the through hole 29a.
- the length in the longitudinal direction of the pair of steps 201a and 202a located opposite to each other in the X-axis direction through the through-hole 29a of the ferrule 29 is More than the length in the Z-axis direction of the pair of steps 203a and 204a located opposite to each other in the Y-axis direction through the through-hole 29a (and hence the length in the longitudinal direction of the piezoelectric elements 73 and 74 for driving in the Y-axis direction).
- a material suitable for smaller amplitude driving is selected than the material of the piezoelectric elements 73 and 74 for driving in the Y-axis direction.
- FIG. 6 shows a second modification of the optical scanning actuator 21 and corresponds to FIG.
- each of the ferrules 29 having a substantially quadrangular prism shape (more specifically, a shape obtained by removing a thin rectangular plate-like portion in contact with a clockwise surface from each side surface of the quadrangular columnar ferrule 29).
- Ends extending in the Z-axis direction from the longitudinal direction one end of the ferrule 29 to the side surfaces 201 to 204, bent at a right angle before reaching the other Z-axis direction of the ferrule 29, and extending in the Z-axis direction in the ferrule 29
- Steps 201a, 202a, 203a, 204a are provided to reach the edges.
- the steps 201a, 202a, 203a, and 204a are substantially L-shaped when the side surfaces 201 to 204 of the ferrule are viewed in plan.
- the portions 201b, 202b, 203b, and 204b (which are adjacent to the steps 201a, 202a, 203a, and 204a on the side of the illumination optical fiber 11 of the ferrule 29 and to which the piezoelectric elements 71 to 74 are fixed)
- the fixing surface for the piezoelectric element extends in parallel to the central axis direction (Z-axis direction) of the through hole 29a of the ferrule 29.
- the piezoelectric elements 71 to 74 are provided on the side surfaces 201 to 204 of the ferrule 29 (piezoelectric element fixing step), by the substantially L-shaped steps 201a, 202a, 203a, 204a in plan view,
- the piezoelectric elements 71 to 74 can be positioned from one side in the width direction and one side in the extending direction.
- the shapes of the pair of steps 203a and 204a at the opposite positions are rotationally symmetric with respect to the central axis of the through hole 29a.
- the piezoelectric elements 71 and 72 for driving in the X-axis direction and the piezoelectric elements 73 and 74 for driving in the Y-axis direction are made of the same material and dimensions.
- FIG. 7 shows a third modification of the optical scanning actuator 21 and corresponds to FIG.
- substantially L-shaped steps 201a, 202a, 203a, and 204a are provided on the side surfaces 201 to 204 of the substantially square columnar ferrule 29 in a plan view similar to the second modified example (FIG. 6). Yes.
- the steps 201a, 202a, 203a, 204a provided on the pair of side surfaces 201 to 204 are oriented symmetrically with respect to a virtual plane passing through the central axis of the through hole 29a of the ferrule 29 and the edges of the ferrule 29 connecting the pair of side surfaces 201-204. This is different from the second modified example.
- the shapes of the pair of steps 201a and 202a at positions facing each other in the X-axis direction through the through-hole 29a of the ferrule 29, and the Y-axis direction through the through-hole 29a are rotationally symmetric with respect to the central axis of the through hole 29a.
- the fixed portions 201b, 202b, 203b, and 204b of the piezoelectric elements 71 to 74 (for piezoelectric elements)
- the fixing surface of the ferrule 29 extends in parallel to the central axis direction (Z-axis direction) of the through hole 29 a of the ferrule 29.
- the piezoelectric elements 71 and 72 for driving in the X-axis direction and the piezoelectric elements 73 and 74 for driving in the Y-axis direction are made of the same material and dimensions.
- FIG. 8 shows a fourth modification of the optical scanning actuator 21 and corresponds to FIG.
- the side surface 201 of the substantially cylindrical ferrule 29 (that is, the outer peripheral surface of the ferrule 29) is substantially U-shaped in the cross section in the XY plane direction, and is arranged at equal intervals in the circumferential direction.
- the two grooves 201g, 202g, 203g, and 204g extend in the Z-axis direction over the entire length of the ferrule 29, respectively.
- Two groove wall surfaces facing each other of the grooves 201g, 202g, 203g, and 204g constitute steps 201a, 202a, 203a, and 204a, respectively.
- the portions 201b, 202b, 203b, 204b to which the piezoelectric elements 71 to 74 are fixed that is, for piezoelectric elements
- the groove bottom surfaces of the grooves 201g, 202g, 203g, and 204g extend in parallel to the central axis direction (Z-axis direction) of the through hole 29a of the ferrule 29.
- the piezoelectric elements 71 to 74 are provided on the side surface 201 of the ferrule 29 (piezoelectric element fixing step), the two stages 201a, 202a, 203a, and 204a facing each other cause the piezoelectric elements 71 to 74 to be arranged. Can be positioned from both sides in the width direction.
- the shapes of the pair of steps 203a and 204a at the opposite positions are rotationally symmetric with respect to the central axis of the through hole 29a.
- the piezoelectric elements 71 and 72 for driving in the X-axis direction and the piezoelectric elements 73 and 74 for driving in the Y-axis direction are made of the same material and dimensions.
- the present invention is not limited to the above-described examples, and any number of steps 201a, 202a, 203a, and 204a can be provided on the side surfaces 201 to 204 of the ferrule 29 as long as the positioning function of the piezoelectric elements 71 to 74 can be exhibited. It may be provided, and may extend continuously or intermittently in any direction.
- the steps 201a, 202a, 203a, and 204a do not need to be configured as flat wall surfaces, and are adjacent to the fixing surface for the piezoelectric element and the ferrule 29 with respect to the fixing surface for the piezoelectric element.
- the steps 201a, 202a, 203a, and 204a include one or more (four in the illustrated example) protrusions 201p, 202p, and 203p provided on the side surfaces 201 to 204 of the ferrule 29 as in the example illustrated in FIG. 204p may be configured as a surface portion facing the piezoelectric elements 71 to 74.
- the light source of the optical scanning endoscope apparatus 10 is not limited to the light source provided with the lasers 33R, 33G, and 33B, and for example, a light source provided with a white light source may be used.
- the optical scanning device of the present invention may be configured not only as an optical scanning endoscope device but also as other optical scanning devices such as an optical scanning microscope.
- Optical scanning endoscope device (optical scanning device) 11 Optical fiber for illumination (optical fiber) 11a Fixed end of illumination optical fiber 11b Vibrating portion of illumination optical fiber 11c Tip portion of illumination optical fiber 12 Optical fiber bundle for detection 13 Wiring cable 20 Scope 21 Optical scanning actuator 22 Operation unit 23 Insertion unit 24 Insertion unit 24 Tip portion 25 Projection lens 26 Actuator holder 29 Ferrule through hole 30 Control device body 31 Control portion 32 Light emission timing control portion 33R, 33G, 33B Laser (light source) 34 Coupler 35 Photodetector (photodetector) 36 ADC 37 Signal Processing Unit 38 Drive Control Unit 40 Display 70 Adhesive 71-74 Piezoelectric Element 80 Electrode 81 Conductive Bonding Material 82 Electrical Insulating Material 83 Conductive Fixing Material 100 Object 201-204 Ferrule Sides 201a, 202a, 203a, 204a Step 201b, 202b, 203b, 204b Bonding surface for piez
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Abstract
光走査用アクチュエータ21は、光ファイバ11と、光ファイバを挿通した状態で光源33R、33G、33Bからの光の射出端11cを振動可能に保持する貫通孔29aを有するとともに、側面201~204に1つ以上の段201a、202a、203a、204aが設けられたフェルール29と、1つ以上の段により位置を規定され、フェルールの側面に固着された圧電素子71~74と、を備えている。
Description
本発明は、対象物を光走査する光走査用アクチュエータ、光走査用アクチュエータを備えた光走査装置、及び光走査用アクチュエータの製造方法に関する。
従来の光走査用アクチュエータとして、光ファイバを保持する四角柱状のフェルールの各側面上に、圧電素子を設けたものが知られている(例えば、特許文献1)。圧電素子の駆動によってフェルールひいては光ファイバの先端が振動され、光ファイバの先端から射出される光が対象物上で所定の走査経路に沿うように走査される。
しかしながら、一般的にフェルール及び圧電素子の大きさは微小であることから、圧電素子をフェルール上の所望位置に精度良く配置することは非常に困難であった。フェルール上の所望位置からずれた位置に圧電素子が配置されれば、所期したとおりの光ファイバの振動特性ひいては走査軌跡が得られないおそれがあった。
したがって、この点に着目してなされた本発明の目的は、フェルールへの圧電素子の配置精度が向上された光走査用アクチュエータ及び光走査装置、並びに、フェルールへの圧電素子の配置精度を向上できる光走査用アクチュエータの製造方法を、提供することにある。
上記目的を達成する光走査用アクチュエータの発明は、
光源からの光を対象物上で走査させる光走査用アクチュエータであって、
前記光源からの光を導光する光ファイバと、
前記光ファイバを挿通した状態で前記光源からの光の射出端を振動可能に保持する貫通孔を有するとともに、側面に1つ以上の段が設けられたフェルールと、
前記1つ以上の段により位置を規定され、前記フェルールの側面に固着された圧電素子と、
を備えている。
光源からの光を対象物上で走査させる光走査用アクチュエータであって、
前記光源からの光を導光する光ファイバと、
前記光ファイバを挿通した状態で前記光源からの光の射出端を振動可能に保持する貫通孔を有するとともに、側面に1つ以上の段が設けられたフェルールと、
前記1つ以上の段により位置を規定され、前記フェルールの側面に固着された圧電素子と、
を備えている。
前記圧電素子は、前記1つ以上の段に当て付けられていることが好ましい。
前記フェルールの側面には、前記貫通孔を介して互いに対向する位置に一対の前記段が設けられており、前記一対の段の形状が互いに前記貫通孔の中心軸線に対して回転対称であることが好ましい。
前記フェルールの前記側面のうち、前記段に隣接する、前記圧電素子の固着された部分が、前記貫通孔の中心軸線方向に対して平行に延在していることが好ましい。
また、上記目的を達成する光走査装置の発明は、
光源からの光を対象物上で走査させる、上記光走査用アクチュエータと、
前記光の照射により前記対象物から得られる光を検出して電気信号に変換する光検出部と、
前記光検出部からの電気信号に基づいて画像信号を生成する信号処理部と、
を備えている。
光源からの光を対象物上で走査させる、上記光走査用アクチュエータと、
前記光の照射により前記対象物から得られる光を検出して電気信号に変換する光検出部と、
前記光検出部からの電気信号に基づいて画像信号を生成する信号処理部と、
を備えている。
また、上記目的を達成する光走査用アクチュエータの製造方法は、
光源からの光を対象物上で走査させる光走査用アクチュエータの製造方法であって、
光ファイバを挿通した状態で前記光源からの光の射出端を振動可能に保持する貫通孔を有するとともに、側面に1つ以上の段が設けられた、フェルールを形成する、フェルール形成ステップと、
前記フェルールの前記貫通孔の内部で前記光ファイバを保持させる、光ファイバ保持ステップと、
圧電素子を、前記1つ以上の段により位置を規定し、前記フェルールの側面に固着させる、圧電素子固着ステップと、
を含む。
光源からの光を対象物上で走査させる光走査用アクチュエータの製造方法であって、
光ファイバを挿通した状態で前記光源からの光の射出端を振動可能に保持する貫通孔を有するとともに、側面に1つ以上の段が設けられた、フェルールを形成する、フェルール形成ステップと、
前記フェルールの前記貫通孔の内部で前記光ファイバを保持させる、光ファイバ保持ステップと、
圧電素子を、前記1つ以上の段により位置を規定し、前記フェルールの側面に固着させる、圧電素子固着ステップと、
を含む。
前記フェルール形成ステップでは、前記フェルールをプレス加工又は鋳造により形成するのが好ましい。
本発明によれば、フェルールへの圧電素子の配置精度が向上された光走査用アクチュエータ及び光走査装置、並びに、フェルールへの圧電素子の配置精度を向上できる光走査用アクチュエータの製造方法を、提供することができる。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
(第1実施形態)
図1~図4を参照して、本発明の第1実施形態を説明する。図1は、第1実施形態に係る光走査装置としての光走査型内視鏡装置の概略構成を示すブロック図である。図1において、光走査型内視鏡装置10は、スコープ20と、制御装置本体30と、ディスプレイ40とを、備えている。
図1~図4を参照して、本発明の第1実施形態を説明する。図1は、第1実施形態に係る光走査装置としての光走査型内視鏡装置の概略構成を示すブロック図である。図1において、光走査型内視鏡装置10は、スコープ20と、制御装置本体30と、ディスプレイ40とを、備えている。
まず、制御装置本体30の構成を説明する。制御装置本体30は、光走査型内視鏡装置10全体を制御する制御部31と、発光タイミング制御部32と、レーザ33R、33G、33B(光源)と、結合器34と、駆動制御部38と、光検出器35(光検出部)と、ADC(アナログ-デジタル変換器)36と、信号処理部37とを、備えている。
レーザ33R、33G、33Bは、発光タイミング制御部32による制御に従って、複数の異なる波長(本実施形態では、R、G及びBの3色の波長)の光を選択的に射出する光源を構成している。ここで、「複数の異なる波長の光を選択的に射出する」とは、すなわち、発光タイミング制御部32により選択されたいずれか1つの波長の光を、発光タイミング制御部32により選択されたタイミングで射出することを意味する。レーザ33R、33G、33Bとしては、例えばDPSSレーザ(半導体励起固体レーザ)やレーザダイオードを使用することができる。
発光タイミング制御部32は、制御部31からの制御信号に応じて、光源の発光タイミングを制御する。例えば、発光タイミング制御部32は、走査中に、光源からのR、G、Bの光の波長を、所定の発光順序で、一定の時間間隔(発光周期)毎に切り替える。
レーザ33R、33G、33Bから射出されるレーザ光は、結合器34により同軸に合成された光路を経て、照明光としてシングルモードファイバである照明用光ファイバ11に入射される。結合器34は、例えばファイバ合波器やダイクロイックプリズム等を用いて構成される。
レーザ33R、33G、33Bおよび結合器34は、制御装置本体30と信号線で結ばれた、制御装置本体30とは別の筐体に収納されていても良い。
レーザ33R、33G、33Bおよび結合器34は、制御装置本体30と信号線で結ばれた、制御装置本体30とは別の筐体に収納されていても良い。
結合器34から照明用光ファイバ11に入射した光は、スコープ20の先端部まで導光され、対象物100に照射される。その際、制御装置本体30の駆動制御部38は、スコープ20の光走査用アクチュエータ21を振動駆動することによって、照明用光ファイバ11の先端部を振動駆動する。これにより、照明用光ファイバ11から射出された照明光は、対象物100の観察表面上を、例えばらせん状等の所定の走査経路に沿って、2次元走査する。照明光の照射により対象物100から得られる反射光や散乱光などの光は、マルチモードファイバにより構成される検出用光ファイババンドル12の先端で受光して、スコープ20内を通り制御装置本体30まで導光される。
光検出器35は、光源の発光周期毎に、R、G又はBのいずれかの波長(色)の光の照射により得られた光を対象物100から検出用光ファイババンドル12を介して検出して、アナログ信号(電気信号)を出力する。
ADC36は、光検出器35からのアナログ信号をデジタル信号(電気信号)に変換し、信号処理部37に出力する。
信号処理部37は、発光周期毎にADC36から入力された、各波長に対応するデジタル信号を、それぞれ発光タイミングと走査位置とに対応付けて、順次メモリ(図示せず)に記憶する。この発光タイミングと走査位置との情報は、制御部31から得る。制御部31では、駆動制御部38により印加した振動電圧の振幅および位相などの情報から、走査位置の情報が算出される。そして、信号処理部37は、走査終了後または走査中に、ADC36から入力された各デジタル信号に基づいて、強調処理、γ処理、補間処理等の画像処理を必要に応じて行って画像信号を生成し、対象物100の画像をディスプレイ40に表示する。
次に、スコープ20の構成を説明する。図2は、スコープ20を概略的に示す概観図である。スコープ20は、操作部22および挿入部23を備える。操作部22には、制御装置本体30からの照明用光ファイバ11、検出用光ファイババンドル12、及び配線ケーブル13が、それぞれ接続されている。これら照明用光ファイバ11、検出用光ファイババンドル12および配線ケーブル13は挿入部23内部を通り、挿入部23の先端部24(図2における破線部内の部分)まで延在している。
図3は、図2のスコープ20の挿入部23の先端部24を拡大して示す断面図である。スコープ20の挿入部23の先端部24には、光源からの光を対象物100上で走査させる光走査用アクチュエータ21と、投影用レンズ25(光学系)と、検出用光ファイババンドル12とが設けられている。
光走査用アクチュエータ21は、光源からの光を導光する照明用光ファイバ11と、照明用光ファイバ11を保持するフェルール29と、フェルール29の側面に設けられた1つ以上の(本例では4つの)圧電素子71~74とを、備えている。
検出用光ファイババンドル12は、挿入部23の外周側部分を通るように配置され、先端部24の先端まで延在している。検出用光ファイババンドル12の各ファイバの先端部には図示しない検出用レンズを備える。
投影用レンズ25および検出用レンズは、スコープ20の挿入部23の先端部24の最先端に配置される。投影用レンズ25は、照明用光ファイバ11の先端部11cから射出されたレーザ光が、対象物100上に照射されて略集光するように構成されている。また、検出用レンズは、対象物100上に集光されたレーザ光が、対象物100により反射、散乱等をした光又は対象物100上に集光されたレーザ光の照射により発生する蛍光(対象物100から得られる光)等を取り込み、検出用レンズの後に配置された検出用光ファイババンドル12に集光、結合させるように配置される。なお、投影用レンズ25は、本例のような一枚構成に限られず、複数枚のレンズにより構成しても良い。
検出用光ファイババンドル12は、挿入部23の外周側部分を通るように配置され、先端部24の先端まで延在している。検出用光ファイババンドル12の各ファイバの先端部には図示しない検出用レンズを備える。
投影用レンズ25および検出用レンズは、スコープ20の挿入部23の先端部24の最先端に配置される。投影用レンズ25は、照明用光ファイバ11の先端部11cから射出されたレーザ光が、対象物100上に照射されて略集光するように構成されている。また、検出用レンズは、対象物100上に集光されたレーザ光が、対象物100により反射、散乱等をした光又は対象物100上に集光されたレーザ光の照射により発生する蛍光(対象物100から得られる光)等を取り込み、検出用レンズの後に配置された検出用光ファイババンドル12に集光、結合させるように配置される。なお、投影用レンズ25は、本例のような一枚構成に限られず、複数枚のレンズにより構成しても良い。
ここで、光走査用アクチュエータ21の構成について、図3及び図4を参照しつつ、さらに詳しく説明する。図4(a)は、本例におけるフェルール29を示す斜視図であり、図4(b)は、図4(a)のフェルール29を備えた、本例の光走査用アクチュエータ21を示す斜視図である。
図3に示すように、フェルール29は、その挿入部23の後端側の部分がアクチュエータ保持具26に固定されており、このアクチュエータ保持具26を介して、スコープ20の挿入部23の内部に固定されている。また、フェルール29は、貫通孔29aを有しており、その貫通孔29aに照明用光ファイバ11を挿通した状態で、照明用光ファイバ11における光源からの光の射出端(すなわち照明用光ファイバ11の振動部11b)を、振動可能に保持する。フェルール29は、金属(例えばニッケルやコバール)等の導電性物質から構成されるのが好ましいが、それに限られず、例えば、非金属部材の表面の一部又は全体にめっきや蒸着等により金属薄膜が形成されたもので構成されてもよい。
図4(b)に示すように、照明用光ファイバ11は、フェルール29の貫通孔29aの内径よりも小さな外径を有しており、フェルール29の貫通孔29aのほぼ中心軸線上に延在するように、フェルール29の貫通孔29a内で接着剤70により固定され保持されるとともに、フェルール29の貫通孔29aからさらに挿入部23の先端側へと延在している。照明用光ファイバ11における、フェルール29で保持された固定端11aから先端部11cまでの部分が、振動可能に保持された振動部11bとなっている。照明用光ファイバ11が接着剤70を介して保持されることにより、照明用光ファイバ11の振動部11bの振動に起因してその固定端11aに集中し易い応力を分散でき、ひいては照明用光ファイバ11の寿命を向上できる。
圧電素子71~74は、本例では直方体状であり、例えばPZT(ピエゾ素子)で構成される。ただし、圧電素子71~74は、直方体形状以外の形状を有していてもよい。
図3に示すように、フェルール29は、その挿入部23の後端側の部分がアクチュエータ保持具26に固定されており、このアクチュエータ保持具26を介して、スコープ20の挿入部23の内部に固定されている。また、フェルール29は、貫通孔29aを有しており、その貫通孔29aに照明用光ファイバ11を挿通した状態で、照明用光ファイバ11における光源からの光の射出端(すなわち照明用光ファイバ11の振動部11b)を、振動可能に保持する。フェルール29は、金属(例えばニッケルやコバール)等の導電性物質から構成されるのが好ましいが、それに限られず、例えば、非金属部材の表面の一部又は全体にめっきや蒸着等により金属薄膜が形成されたもので構成されてもよい。
図4(b)に示すように、照明用光ファイバ11は、フェルール29の貫通孔29aの内径よりも小さな外径を有しており、フェルール29の貫通孔29aのほぼ中心軸線上に延在するように、フェルール29の貫通孔29a内で接着剤70により固定され保持されるとともに、フェルール29の貫通孔29aからさらに挿入部23の先端側へと延在している。照明用光ファイバ11における、フェルール29で保持された固定端11aから先端部11cまでの部分が、振動可能に保持された振動部11bとなっている。照明用光ファイバ11が接着剤70を介して保持されることにより、照明用光ファイバ11の振動部11bの振動に起因してその固定端11aに集中し易い応力を分散でき、ひいては照明用光ファイバ11の寿命を向上できる。
圧電素子71~74は、本例では直方体状であり、例えばPZT(ピエゾ素子)で構成される。ただし、圧電素子71~74は、直方体形状以外の形状を有していてもよい。
図4(a)に示すように、本例のフェルール29は、(後述する溝を除いて観た場合に)略四角柱状であり、フェルール29の中心軸線と照明用光ファイバ11用の貫通孔29aの中心軸線とが一致している。
以下の説明では、フェルール29の貫通孔29aの中心軸線方向(すなわちフェルール29の長手方向。)をZ軸方向とし、Z軸方向に対して垂直な平面内において互いに垂直な方向をそれぞれX軸方向及びY軸方向とする。本例において、フェルール29の側面(すなわちフェルール29の外周面。)は、X軸方向の正側及び負側をそれぞれ向く一対の側面201、202と、Y軸方向の正側及び負側をそれぞれ向く一対の側面203、204とを含む。
なお、フェルール29は、四角柱形状以外の他の角柱形状や円柱形状等、任意の柱形状を有していてもよい。
以下の説明では、フェルール29の貫通孔29aの中心軸線方向(すなわちフェルール29の長手方向。)をZ軸方向とし、Z軸方向に対して垂直な平面内において互いに垂直な方向をそれぞれX軸方向及びY軸方向とする。本例において、フェルール29の側面(すなわちフェルール29の外周面。)は、X軸方向の正側及び負側をそれぞれ向く一対の側面201、202と、Y軸方向の正側及び負側をそれぞれ向く一対の側面203、204とを含む。
なお、フェルール29は、四角柱形状以外の他の角柱形状や円柱形状等、任意の柱形状を有していてもよい。
フェルール29の各側面201~204には、フェルール29の貫通孔29aの中心軸線方向(Z軸方向)に対して平行に延在する溝201g、202g、203g、204gが、それぞれフェルール29の全長にわたって形成されている。本例の溝201g、202g、203g、204gは、そのXY平面方向の断面形状がコの字型をなしており、すなわち、溝201g、202g、203g、204gの互い対向する2つの溝壁面と溝底面とが、互いに垂直である。溝201g、202g、203g、204gの互いに対向する2つの溝壁面は、それぞれ段201a、202a、203a、204aをなしている。すなわち、本例では、フェルール29の各側面201~204に、互いに対向する2つの段201a、202a、203a、204aがそれぞれ設けられている。
なお、本明細書において「段」とは、フェルールの側面(外周面)における圧電素子用の固着面に隣接するとともに圧電素子用の固着面に対してフェルールの外周側へ***した面を指しており、圧電素子の位置を規定する機能を持つ。
本例では、各溝201g、202g、203g、204gの形状どうし、ひいてはフェルール29の各側面201~204にそれぞれ設けられた段201a、202a、203a、204aの形状どうしが、互いに貫通孔29aの中心軸線に対して回転対称である。すなわち、フェルール29に設けられた段201a、202a、203a、204aどうしは、フェルール29を貫通孔29aの中心軸線の周りに回転された場合に、互いに重なり得るように構成されている。なお、ここでは側面201~204にそれぞれ設けられた互いに対向する2つの段201a、202a、203a、204aを、それぞれ包括的に1つの段として観ている。
なお、本明細書において「段」とは、フェルールの側面(外周面)における圧電素子用の固着面に隣接するとともに圧電素子用の固着面に対してフェルールの外周側へ***した面を指しており、圧電素子の位置を規定する機能を持つ。
本例では、各溝201g、202g、203g、204gの形状どうし、ひいてはフェルール29の各側面201~204にそれぞれ設けられた段201a、202a、203a、204aの形状どうしが、互いに貫通孔29aの中心軸線に対して回転対称である。すなわち、フェルール29に設けられた段201a、202a、203a、204aどうしは、フェルール29を貫通孔29aの中心軸線の周りに回転された場合に、互いに重なり得るように構成されている。なお、ここでは側面201~204にそれぞれ設けられた互いに対向する2つの段201a、202a、203a、204aを、それぞれ包括的に1つの段として観ている。
図4(b)に示すように、各圧電素子71~74は、それぞれフェルール29の各溝201g、202g、203g、204gに嵌め込まれている。図の例において、溝201g、202g、203g、204gの溝深さ(すなわち段201a、202a、203a、204aの段高さ)、溝幅(すなわち互いに対向する2つの段201a、202a、203a、204a間の距離)、及び溝の全長(すなわち段201a、202a、203a、204aの全長)は、それぞれ圧電素子71~74の厚さ、幅、及び全長とほぼ同じである。
ただし、溝201g、202g、203g、204gの溝深さ(すなわち段201a、202a、203a、204aの段高さ)は、その溝底面に接着した圧電素子71~74の厚さよりも小さくてもよいし大きくてもよいが、該圧電素子71~74の厚さ以下であることが好ましい。溝201g、202g、203g、204gの溝深さが該溝底面に接着した圧電素子71~74の厚さ以下である場合には、フェルール29が伸び縮みし易くなって、振幅を大きくすることができる点で有利である。
また、圧電素子71~74の全長は、段201a、202a、203a、204aの全長よりも短くてもよい。
ただし、溝201g、202g、203g、204gの溝深さ(すなわち段201a、202a、203a、204aの段高さ)は、その溝底面に接着した圧電素子71~74の厚さよりも小さくてもよいし大きくてもよいが、該圧電素子71~74の厚さ以下であることが好ましい。溝201g、202g、203g、204gの溝深さが該溝底面に接着した圧電素子71~74の厚さ以下である場合には、フェルール29が伸び縮みし易くなって、振幅を大きくすることができる点で有利である。
また、圧電素子71~74の全長は、段201a、202a、203a、204aの全長よりも短くてもよい。
圧電素子71~74は、その幅方向両側の各側面が互いに対向する2つの段201a、202a、203a、204aにそれぞれ位置を規定された(すなわち、当て付けられた)状態で、その裏側の面(すなわち圧電素子71~74における照明用光ファイバ11側の面)が、フェルール29の側面201~204のうち、該2つの段201a、202a、203a、204aにそれぞれ照明用光ファイバ11側で隣接する部分201b、202b、203b、204b(本例では、2つの段に挟まれた、溝201g、202g、203g、204gの溝底面。以下、「圧電素子用の固着面」ともいう。)に、固着されている。
ここで、圧電素子が段に「当て付けられた状態」とは、すなわち圧電素子が何らかの部材を介して段に当て付けられた状態、又は、圧電素子が何ら部材を介さずに段に直接当て付けられた状態のいずれかを指す。
図4(b)の例では、圧電素子71~74の幅方向両側の各側面が、電気絶縁性接着剤等の電気絶縁材82を介して2つの段201a、202a、203a、204aに当て付けられている。また、圧電素子71~74の裏側の面が、はんだ又は導電性接着剤(例えば銀ペースト)等の導電性固着材83を介して、圧電素子71~74用の固着面201b、202b、203b、204bに、固着されている。
ここで、圧電素子が段に「当て付けられた状態」とは、すなわち圧電素子が何らかの部材を介して段に当て付けられた状態、又は、圧電素子が何ら部材を介さずに段に直接当て付けられた状態のいずれかを指す。
図4(b)の例では、圧電素子71~74の幅方向両側の各側面が、電気絶縁性接着剤等の電気絶縁材82を介して2つの段201a、202a、203a、204aに当て付けられている。また、圧電素子71~74の裏側の面が、はんだ又は導電性接着剤(例えば銀ペースト)等の導電性固着材83を介して、圧電素子71~74用の固着面201b、202b、203b、204bに、固着されている。
フェルール29の側面201~204に設けられた段201a、202a、203a、204aは、圧電素子71~74をフェルール29の側面201~204上における所定位置に位置決めする機能を持つ。本例では、段201a、202a、203a、204aの位置決め機能によって、貫通孔29aに対してX軸方向両側にある圧電素子71、72のそれぞれの幅方向における中央位置と、貫通孔29aの中心軸線とが、同じXZ平面上配置され、また、貫通孔29aに対してY軸方向両側にある圧電素子73、74のそれぞれの幅方向における中央位置と、貫通孔29aの中心軸線とが、同じYZ平面上に配置される。
各圧電素子71~74の表側の面(すなわち圧電素子71~74におけるフェルール29の外周側の面)には、金蒸着等により形成された電極80が、該表側の面のほぼ全体にわたって、設けられている。電極80には、はんだや導電性接着剤(銀ペースト等)等の導電性接合材81により、制御装置本体30の駆動制御部38からの配線ケーブル13が接合されており、駆動制御部38からの電圧印加によって、圧電素子71~74が駆動されるようになっている。
フェルール29の貫通孔29aに対してX軸方向の両側にある圧電素子71、72どうしは、常に正負が逆で振幅及び周波数の等しい電圧が印加される。これにより、圧電素子71、72のうちの一方がZ軸方向に伸びて他方がZ軸方向に縮むことにより、フェルール29ひいては照明用光ファイバ11の振動部11bが、X軸方向に振動される。同様に、フェルール29の貫通孔29aに対してY軸方向の両側にある圧電素子73、74どうしは、常に正負が逆で振幅及び周波数の等しい電圧が印加される。これにより、これらの圧電素子73、74のうちの一方がZ軸方向に伸びて他方がZ軸方向に縮むことにより、フェルール29ひいては照明用光ファイバ11の振動部11bが、Y軸方向に振動される。
駆動制御部38が、X軸方向駆動用の圧電素子71、72とY軸方向駆動用の圧電素子73、74とに電圧を印加してそれぞれを振動駆動させると、照明用光ファイバ11の振動部11bが振動し、先端部11cが偏向する。これにより、先端部11cから出射されるレーザ光が、対象物100の表面上で、所定の走査経路に沿って順次2次元走査される。この所定の走査経路は、例えばらせん状、ラスター状、又はリサージュ状等とすることができる。
このような圧電素子71~74による照明用光ファイバ11の振動部11bの所定方向での振動駆動を、所期したとおりに実現させる観点から、本例のように、フェルール29の貫通孔29aを介して当該所定方向に互いに対向する位置にある一対の段の形状どうし(本例では、貫通孔29aを介してX軸方向に互いに対向する位置にある一対の段201a、202aの形状どうし、及び、貫通孔29aを介してY軸方向に互いに対向する位置にある一対の段203a、204aの形状どうし。)が、互いに貫通孔29aの中心軸線に対して回転対称であるのが好ましい。
また、圧電素子71~74による照明用光ファイバ11の振動部11bの振動駆動を、所期したとおりに実現させる観点から、本例のように、フェルール29の側面201~204のうち、圧電素子71~74用の固着面201b、202b、203b、204bが、フェルール29の貫通孔29aの中心軸線方向に対して平行に延在していることが好ましい。これにより、圧電素子71~74と照明用光ファイバ11との間隔を、圧電素子71~74の長手方向に沿って一定とすることができる。
なお、各圧電素子71~74の寸法及び材料や、各圧電素子71~74に印加される電圧の周波数及び振幅等を調整することにより、各圧電素子71~74の特性を個別に調整できる。ただし、圧電素子71~74による照明用光ファイバ11の振動部11bの所定方向での振動駆動を、所期したとおりに実現させる観点から、貫通孔29aを介して当該所定方向に互いに対向する位置にある一対の圧電素子どうし(本例では、X軸方向駆動用の圧電素子71、72どうしと、Y軸方向駆動用の圧電素子73、74どうし。)は、例えばその寸法、材料、印加電圧の周波数、印加電圧の振幅を同一とする等して、その特性が同一とされるのが好ましい。
つぎに、光走査用アクチュエータ21の製造方法について説明する。以下では、図4(b)の光走査用アクチュエータ21を製造する場合について説明するが、この製造方法は、本明細書で説明する他の各例に係る光走査用アクチュエータ21を製造する場合にも同様に用いることができる。
まず、照明用光ファイバ11用の貫通孔29aを有するとともに、側面201~204に1つ以上の段201a、202a、203a、204a(及び圧電素子用の固着面201b、202b、203b、204b)が設けられた、フェルール29を形成する(フェルール形成ステップ)。フェルール29の形成方法としては、フェルール29の高い形状精度の達成及び製造容易性の観点から、プレス加工又は鋳造により形成する方法が好ましい。しかし、その他にも、フェルール29の形成方法として、例えば、貫通孔29aの形成用のロッドの周りに肉盛りめっき処理を施した後に、切削によりフェルール29の側面201~204(段201a、202a、203a、204a及び圧電素子用の固着面201b、202b、203b、204bを含む。)を形成する方法等、任意の方法を用いることができる。
まず、照明用光ファイバ11用の貫通孔29aを有するとともに、側面201~204に1つ以上の段201a、202a、203a、204a(及び圧電素子用の固着面201b、202b、203b、204b)が設けられた、フェルール29を形成する(フェルール形成ステップ)。フェルール29の形成方法としては、フェルール29の高い形状精度の達成及び製造容易性の観点から、プレス加工又は鋳造により形成する方法が好ましい。しかし、その他にも、フェルール29の形成方法として、例えば、貫通孔29aの形成用のロッドの周りに肉盛りめっき処理を施した後に、切削によりフェルール29の側面201~204(段201a、202a、203a、204a及び圧電素子用の固着面201b、202b、203b、204bを含む。)を形成する方法等、任意の方法を用いることができる。
フェルール形成ステップの後、フェルール29の貫通孔29aに、照明用光ファイバ11を挿通させ、照明用光ファイバ11の射出端(すなわち振動部11b)を振動可能に保持させる(光ファイバ保持ステップ)。この際、例えば、予め、照明用光ファイバ11を、フェルール29の後端側から、一定の長さだけ貫通孔29a内に挿入しておき、その後、接着剤70をフェルール29の後端に位置する照明用光ファイバ11の部分に塗布し、照明用光ファイバ11をさらに貫通孔29a内で前進させて、照明用光ファイバ11の振動部11bを貫通孔29aから挿入部23の先端側へ引き出し、その状態で、接着剤70を硬化させる。
また、フェルール形成ステップの後で、かつ、光ファイバ保持ステップの前又は後に、圧電素子71~74を、段201a、202a、203a、204aにより位置を規定し(すなわち段に当て付け)、さらにその状態で、フェルール29の側面201~204に固着させる(圧電素子固着ステップ)。より具体的には、例えば、圧電素子71~74の側面を、電気絶縁材82を介して段201a、202a、203a、204aに当て付けるとともに、圧電素子71~74の裏側の面を、導電性固着材83を介して圧電素子用の固着面201b、202b、203b、204bに固着させる。
圧電素子固着ステップによれば、圧電素子71~74をフェルール29の側面201~204に固着させる際に、段201a、202a、203a、204aによって圧電素子71~74の位置決めができるので、フェルール29の側面201~204への圧電素子71~74の配置精度を向上できる。
圧電素子固着ステップによれば、圧電素子71~74をフェルール29の側面201~204に固着させる際に、段201a、202a、203a、204aによって圧電素子71~74の位置決めができるので、フェルール29の側面201~204への圧電素子71~74の配置精度を向上できる。
圧電素子固着ステップの後、圧電素子71~74上の電極80と、配線ケーブル13とを、導電性接合材81により接合する。電極80は、例えば、圧電素子固着ステップの前に、予め圧電素子71~74上に形成される。
なお、圧電素子固着ステップの後に、フェルール29の一部(例えばフェルール29の長手方向に延在する角部等)を切削するなどして、段201a、202a、203a、204aの一部又は全部を除去してもよい。この場合、圧電素子固着ステップにおいて、後に除去されることとなる段201a、202a、203a、204aの部分と圧電素子71~74との間には、電気絶縁材82を設けなくてもよい。
本実施形態によれば、圧電素子71~74をフェルール29の側面201~204に設ける際に、フェルール29の側面201~204にそれぞれ設けられた2つの段201a、202a、203a、204aによって、圧電素子71~74をその幅方向両側から位置付けするようにしたので、フェルール29の側面201~204への圧電素子71~74の配置精度を高めることができる。これにより、所期したとおりの照明用光ファイバ11の振動特性ひいては走査軌跡を、より確実に実現できる。
また、図4(b)の例のように、フェルール29の段201a、202a、203a、204aの全長と圧電素子71~74の全長とを一致させた場合には、圧電素子固着ステップにおいて、フェルール29と圧電素子71~74とを長手方向両側から押えてそれらの両端を揃えるようにすれば、フェルール29の側面201~204への圧電素子71~74の配置精度をさらに高めることができる。
以上、第1実施形態について説明したが、本発明は、様々な変形例も含むものである。以下では、光走査用アクチュエータの変形例について、第1実施形態との差異を中心に、説明する。
(第1変形例)
図5は、光走査用アクチュエータ21の第1変形例を示しており、図4に相当する図である。本変形例では、略四角柱状のフェルール29の各側面201~204に、フェルール29の貫通孔29aの中心軸線方向に対して平行に延在する、XY平面方向断面において略コの字型の溝201g、202g、203g、204gが、それぞれフェルール29の一端(図の例では、先端)から延在して、他端(図の例では、後端)に至る手前で終端している。すなわち、溝201g、202g、203g、204gの互いに対向する2つの溝壁面に加えて、溝201g、202g、203g、204gの終端で2つの溝壁面どうしを連結する終端壁面もが、それぞれ段201a、202a、203a、204aを構成している。フェルール29の側面201~204を平面視したときに、段201a、202a、203a、204aは、略コの字状をなしている。フェルール29の側面201~204のうち、段201a、202a、203a、204aに照明用光ファイバ11側で隣接する、圧電素子71~74の固着された部分201b、202b、203b、204b(すなわち圧電素子用の固着面。本例では、溝201g、202g、203g、204gの溝底面。)が、フェルール29の貫通孔29aの中心軸線方向(Z軸方向)に対して平行に延在している。
このような構成によれば、圧電素子71~74をフェルール29の側面201~204に設ける際(圧電素子固着ステップ)に、平面視で略コの字状の段201a、202a、203a、204aによって、圧電素子71~74をその幅方向両側及び延在方向一方側(図の例では、後端側)から、位置付けすることができる。
図5は、光走査用アクチュエータ21の第1変形例を示しており、図4に相当する図である。本変形例では、略四角柱状のフェルール29の各側面201~204に、フェルール29の貫通孔29aの中心軸線方向に対して平行に延在する、XY平面方向断面において略コの字型の溝201g、202g、203g、204gが、それぞれフェルール29の一端(図の例では、先端)から延在して、他端(図の例では、後端)に至る手前で終端している。すなわち、溝201g、202g、203g、204gの互いに対向する2つの溝壁面に加えて、溝201g、202g、203g、204gの終端で2つの溝壁面どうしを連結する終端壁面もが、それぞれ段201a、202a、203a、204aを構成している。フェルール29の側面201~204を平面視したときに、段201a、202a、203a、204aは、略コの字状をなしている。フェルール29の側面201~204のうち、段201a、202a、203a、204aに照明用光ファイバ11側で隣接する、圧電素子71~74の固着された部分201b、202b、203b、204b(すなわち圧電素子用の固着面。本例では、溝201g、202g、203g、204gの溝底面。)が、フェルール29の貫通孔29aの中心軸線方向(Z軸方向)に対して平行に延在している。
このような構成によれば、圧電素子71~74をフェルール29の側面201~204に設ける際(圧電素子固着ステップ)に、平面視で略コの字状の段201a、202a、203a、204aによって、圧電素子71~74をその幅方向両側及び延在方向一方側(図の例では、後端側)から、位置付けすることができる。
また、第1変形例では、フェルール29の貫通孔29aを介してX軸方向に互いに対向する位置にある一対の段201a、202aの形状どうし、及び、貫通孔29aを介してY軸方向に互いに対向する位置にある一対の段203a、204aの形状どうしは、互いに貫通孔29aの中心軸線に対して回転対称である。フェルール29の貫通孔29aを介してX軸方向に互いに対向する位置にある一対の段201a、202aの長手方向長さ(ひいてはX軸方向駆動用の圧電素子71、72の長手方向長さ)は、貫通孔29aを介してY軸方向に互いに対向する位置にある一対の段203a、204aのZ軸方向長さ(ひいてはY軸方向駆動用の圧電素子73、74の長手方向長さ)よりも、短くされている。また、X軸方向駆動用の圧電素子71、72の材料は、Y軸方向駆動用の圧電素子73、74の材料よりも、より小振幅駆動に適したものが選択されている。
(第2変形例)
図6は、光走査用アクチュエータ21の第2変形例を示しており、図4に相当する図である。本変形例では、略四角柱状(より具体的には、四角柱状のフェルール29の各側面からそれぞれ右回り方向の面に接する薄い長方形の板状部分を除去したような形状)のフェルール29の各側面201~204に、フェルール29の長手方向一端からZ軸方向に延在し、フェルール29のZ軸方向他端に至る手前で直角に屈曲して、フェルール29におけるZ軸方向に延在する端縁に至る、段201a、202a、203a、204aが設けられている。段201a、202a、203a、204aは、フェルールの側面201~204を平面視したときに、略L字状をなしている。フェルール29の側面201~204のうち、段201a、202a、203a、204aにフェルール29の照明用光ファイバ11側で隣接する、圧電素子71~74の固着された部分201b、202b、203b、204b(圧電素子用の固着面)は、フェルール29の貫通孔29aの中心軸線方向(Z軸方向)に対して平行に延在している。
このような構成によれば、圧電素子71~74をフェルール29の側面201~204に設ける際(圧電素子固着ステップ)に、平面視で略L字状の段201a、202a、203a、204aによって、圧電素子71~74をその幅方向一方側及び延在方向一方側から、位置付けすることができる。
図6は、光走査用アクチュエータ21の第2変形例を示しており、図4に相当する図である。本変形例では、略四角柱状(より具体的には、四角柱状のフェルール29の各側面からそれぞれ右回り方向の面に接する薄い長方形の板状部分を除去したような形状)のフェルール29の各側面201~204に、フェルール29の長手方向一端からZ軸方向に延在し、フェルール29のZ軸方向他端に至る手前で直角に屈曲して、フェルール29におけるZ軸方向に延在する端縁に至る、段201a、202a、203a、204aが設けられている。段201a、202a、203a、204aは、フェルールの側面201~204を平面視したときに、略L字状をなしている。フェルール29の側面201~204のうち、段201a、202a、203a、204aにフェルール29の照明用光ファイバ11側で隣接する、圧電素子71~74の固着された部分201b、202b、203b、204b(圧電素子用の固着面)は、フェルール29の貫通孔29aの中心軸線方向(Z軸方向)に対して平行に延在している。
このような構成によれば、圧電素子71~74をフェルール29の側面201~204に設ける際(圧電素子固着ステップ)に、平面視で略L字状の段201a、202a、203a、204aによって、圧電素子71~74をその幅方向一方側及び延在方向一方側から、位置付けすることができる。
また、第2変形例では、フェルール29の貫通孔29aを介してX軸方向に互いに対向する位置にある一対の段201a、202aの形状どうし、及び、貫通孔29aを介してY軸方向に互いに対向する位置にある一対の段203a、204aの形状どうしは、互いに貫通孔29aの中心軸線に対して回転対称である。また、X軸方向駆動用の圧電素子71、72どうしと、Y軸方向駆動用の圧電素子73、74どうしとが、互いに同じ材料及び寸法からなる。
(第3変形例)
図7は、光走査用アクチュエータ21の第3変形例を示しており、図4に相当する図である。本変形例では、略四角柱状のフェルール29の各側面201~204に、第2変形例(図6)と同様の平面視で略L字状の段201a、202a、203a、204aが設けられている。ただし、第3変形例では、フェルール29の周方向に互いに隣接する一対の側面201~204(例えば、一対の側面201、203)に設けられた段201a、202a、203a、204aどうし(例えば、段201a、203aどうし)が、フェルール29の貫通孔29aの中心軸線と該一対の側面201~204どうしを連結するフェルール29の端縁とを通る仮想平面に対して、対称となるように配向されている点で、第2変形例とは異なる。また、第3変形例では、フェルール29の貫通孔29aを介してX軸方向に互いに対向する位置にある一対の段201a、202aの形状どうし、及び、貫通孔29aを介してY軸方向に互いに対向する位置にある一対の段203a、204aの形状どうしは、互いに貫通孔29aの中心軸線に対して回転対称である。フェルール29の側面201~204のうち、段201a、202a、203a、204aに照明用光ファイバ11側で隣接する、圧電素子71~74の固着された部分201b、202b、203b、204b(圧電素子用の固着面)は、フェルール29の貫通孔29aの中心軸線方向(Z軸方向)に対して平行に延在している。また、X軸方向駆動用の圧電素子71、72どうしと、Y軸方向駆動用の圧電素子73、74どうしとが、互いに同じ材料及び寸法からなる。
図7は、光走査用アクチュエータ21の第3変形例を示しており、図4に相当する図である。本変形例では、略四角柱状のフェルール29の各側面201~204に、第2変形例(図6)と同様の平面視で略L字状の段201a、202a、203a、204aが設けられている。ただし、第3変形例では、フェルール29の周方向に互いに隣接する一対の側面201~204(例えば、一対の側面201、203)に設けられた段201a、202a、203a、204aどうし(例えば、段201a、203aどうし)が、フェルール29の貫通孔29aの中心軸線と該一対の側面201~204どうしを連結するフェルール29の端縁とを通る仮想平面に対して、対称となるように配向されている点で、第2変形例とは異なる。また、第3変形例では、フェルール29の貫通孔29aを介してX軸方向に互いに対向する位置にある一対の段201a、202aの形状どうし、及び、貫通孔29aを介してY軸方向に互いに対向する位置にある一対の段203a、204aの形状どうしは、互いに貫通孔29aの中心軸線に対して回転対称である。フェルール29の側面201~204のうち、段201a、202a、203a、204aに照明用光ファイバ11側で隣接する、圧電素子71~74の固着された部分201b、202b、203b、204b(圧電素子用の固着面)は、フェルール29の貫通孔29aの中心軸線方向(Z軸方向)に対して平行に延在している。また、X軸方向駆動用の圧電素子71、72どうしと、Y軸方向駆動用の圧電素子73、74どうしとが、互いに同じ材料及び寸法からなる。
(第4変形例)
図8は、光走査用アクチュエータ21の第4変形例を示しており、図4に相当する図である。本変形例では、略円柱状のフェルール29の側面201(すなわち、フェルール29の外周面。)に、XY平面方向の断面において略コの字型をなす、周方向に等間隔に配列された4つの溝201g、202g、203g、204gが、それぞれフェルール29の全長にわたってZ軸方向に延在している。各溝201g、202g、203g、204gの互いに対向する2つの溝壁面は、それぞれ段201a、202a、203a、204aを構成している。フェルール29の側面201のうち、段201a、202a、203a、204aに照明用光ファイバ11側で隣接する、圧電素子71~74の固着された部分201b、202b、203b、204b(すなわち圧電素子用の固着面。本例では、溝201g、202g、203g、204gの溝底面。)は、フェルール29の貫通孔29aの中心軸線方向(Z軸方向)に対して平行に延在している。このような構成によれば、圧電素子71~74をフェルール29の側面201に設ける際(圧電素子固着ステップ)に、互いに対向する2つの段201a、202a、203a、204aによって、圧電素子71~74をそれぞれの幅方向両側から、位置付けすることができる。
図8は、光走査用アクチュエータ21の第4変形例を示しており、図4に相当する図である。本変形例では、略円柱状のフェルール29の側面201(すなわち、フェルール29の外周面。)に、XY平面方向の断面において略コの字型をなす、周方向に等間隔に配列された4つの溝201g、202g、203g、204gが、それぞれフェルール29の全長にわたってZ軸方向に延在している。各溝201g、202g、203g、204gの互いに対向する2つの溝壁面は、それぞれ段201a、202a、203a、204aを構成している。フェルール29の側面201のうち、段201a、202a、203a、204aに照明用光ファイバ11側で隣接する、圧電素子71~74の固着された部分201b、202b、203b、204b(すなわち圧電素子用の固着面。本例では、溝201g、202g、203g、204gの溝底面。)は、フェルール29の貫通孔29aの中心軸線方向(Z軸方向)に対して平行に延在している。このような構成によれば、圧電素子71~74をフェルール29の側面201に設ける際(圧電素子固着ステップ)に、互いに対向する2つの段201a、202a、203a、204aによって、圧電素子71~74をそれぞれの幅方向両側から、位置付けすることができる。
また、第4変形例では、フェルール29の貫通孔29aを介してX軸方向に互いに対向する位置にある一対の段201a、202aの形状どうし、及び、貫通孔29aを介してY軸方向に互いに対向する位置にある一対の段203a、204aの形状どうしは、互いに貫通孔29aの中心軸線に対して回転対称である。また、X軸方向駆動用の圧電素子71、72どうしと、Y軸方向駆動用の圧電素子73、74どうしとが、互いに同じ材料及び寸法からなる。
なお、本発明は、上述した各例に限られず、段201a、202a、203a、204aは、圧電素子71~74の位置決め機能を発揮できる限り、フェルール29の側面201~204上に任意の数だけ設けられてよく、また、それぞれ任意の方向に、連続的又は断続的に、延在してよい。
また、上述した各例において、段201a、202a、203a、204aは、平坦な壁面として構成される必要はなく、圧電素子用の固着面に隣接するとともに圧電素子用の固着面に対してフェルール29の外周側へ***した面である限り、任意の構成を持つことができる。
例えば、段201a、202a、203a、204aは、図9に示す例のように、フェルール29の側面201~204に設けられた1つ以上(図の例では4つ)の突起201p、202p、203p、204pにおける、圧電素子71~74との対向側の表面部分として構成されてもよい。この構成によれば、仮に、圧電素子固着ステップの後に突起201p、202p、203p、204p(ひいては段201a、202a、203a、204a)を切削により除去する場合、除去量が少ないので、除去作業が容易となる。
例えば、段201a、202a、203a、204aは、図9に示す例のように、フェルール29の側面201~204に設けられた1つ以上(図の例では4つ)の突起201p、202p、203p、204pにおける、圧電素子71~74との対向側の表面部分として構成されてもよい。この構成によれば、仮に、圧電素子固着ステップの後に突起201p、202p、203p、204p(ひいては段201a、202a、203a、204a)を切削により除去する場合、除去量が少ないので、除去作業が容易となる。
上述した各例において、光走査型内視鏡装置10の光源は、レーザ33R、33G、33Bを備えたものに限られず、例えば白色光源を備えたものを用いてもよい。
本発明の光走査装置は、光走査型内視鏡装置のみならず、光走査型顕微鏡等の他の光走査装置として構成されてもよい。
10 光走査型内視鏡装置(光走査装置)
11 照明用光ファイバ(光ファイバ)
11a 照明用光ファイバの固定端
11b 照明用光ファイバの振動部
11c 照明用光ファイバの先端部
12 検出用光ファイババンドル
13 配線ケーブル
20 スコープ
21 光走査用アクチュエータ
22 操作部
23 挿入部
24 挿入部の先端部
25 投影用レンズ
26 アクチュエータ保持具
29 フェルール
29a フェルールの貫通孔
30 制御装置本体
31 制御部
32 発光タイミング制御部
33R、33G、33B レーザ(光源)
34 結合器
35 光検出器(光検出部)
36 ADC
37 信号処理部
38 駆動制御部
40 ディスプレイ
70 接着剤
71~74 圧電素子
80 電極
81 導電性接合材
82 電気絶縁材
83 導電性固着材
100 対象物
201~204 フェルールの側面
201a、202a、203a、204a 段
201b、202b、203b、204b 圧電素子用の固着面
201g、202g、203g、204g 溝
201p、202p、203p、204p 突起
11 照明用光ファイバ(光ファイバ)
11a 照明用光ファイバの固定端
11b 照明用光ファイバの振動部
11c 照明用光ファイバの先端部
12 検出用光ファイババンドル
13 配線ケーブル
20 スコープ
21 光走査用アクチュエータ
22 操作部
23 挿入部
24 挿入部の先端部
25 投影用レンズ
26 アクチュエータ保持具
29 フェルール
29a フェルールの貫通孔
30 制御装置本体
31 制御部
32 発光タイミング制御部
33R、33G、33B レーザ(光源)
34 結合器
35 光検出器(光検出部)
36 ADC
37 信号処理部
38 駆動制御部
40 ディスプレイ
70 接着剤
71~74 圧電素子
80 電極
81 導電性接合材
82 電気絶縁材
83 導電性固着材
100 対象物
201~204 フェルールの側面
201a、202a、203a、204a 段
201b、202b、203b、204b 圧電素子用の固着面
201g、202g、203g、204g 溝
201p、202p、203p、204p 突起
Claims (7)
- 光源からの光を対象物上で走査させる光走査用アクチュエータであって、
前記光源からの光を導光する光ファイバと、
前記光ファイバを挿通した状態で前記光源からの光の射出端を振動可能に保持する貫通孔を有するとともに、側面に1つ以上の段が設けられたフェルールと、
前記1つ以上の段により位置を規定され、前記フェルールの側面に固着された圧電素子と、
を備えた、光走査用アクチュエータ。 - 前記圧電素子は、前記1つ以上の段に当て付けられている、請求項1に記載の光走査用アクチュエータ。
- 前記フェルールの側面には、前記貫通孔を介して互いに対向する位置に一対の前記段が設けられており、前記一対の段の形状が互いに前記貫通孔の中心軸線に対して回転対称である、請求項1又は2に記載の光走査用アクチュエータ。
- 前記フェルールの前記側面のうち、前記段に隣接する、前記圧電素子の固着された部分が、前記貫通孔の中心軸線方向に対して平行に延在している、請求項1~3のいずれか一項に記載の光走査用アクチュエータ。
- 光源からの光を対象物上で走査させる、請求項1~4のいずれか一項に記載の光走査用アクチュエータと、
前記光の照射により前記対象物から得られる光を検出して電気信号に変換する光検出部と、
前記光検出部からの電気信号に基づいて画像信号を生成する信号処理部と、
を備えた、光走査装置。 - 光源からの光を対象物上で走査させる光走査用アクチュエータの製造方法であって、
光ファイバを挿通した状態で前記光源からの光の射出端を振動可能に保持する貫通孔を有するとともに、側面に1つ以上の段が設けられた、フェルールを形成する、フェルール形成ステップと、
前記フェルールの前記貫通孔の内部で前記光ファイバを保持させる、光ファイバ保持ステップと、
圧電素子を、前記1つ以上の段により位置を規定し、前記フェルールの側面に固着させる、圧電素子固着ステップと、
を含む、光走査用アクチュエータの製造方法。 - 前記フェルール形成ステップでは、前記フェルールをプレス加工又は鋳造により形成する、請求項6に記載の光走査用アクチュエータの製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/JP2015/006329 WO2017103962A1 (ja) | 2015-12-18 | 2015-12-18 | 光走査用アクチュエータ、光走査装置、及び光走査用アクチュエータの製造方法 |
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WO2017103962A1 true WO2017103962A1 (ja) | 2017-06-22 |
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WO (1) | WO2017103962A1 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108803009A (zh) * | 2017-11-22 | 2018-11-13 | 成都理想境界科技有限公司 | 一种光纤扫描器连接结构 |
US11391942B2 (en) * | 2016-12-26 | 2022-07-19 | Olympus Corporation | Endoscope having optical fiber scanning apparatus |
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-
2015
- 2015-12-18 WO PCT/JP2015/006329 patent/WO2017103962A1/ja active Application Filing
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