本發(fā)明涉及掃描器單元、光纖掃描器、照明裝置以及觀察裝置。

背景技術(shù)：

以往，公知有一種具有將光纖保持成懸臂梁狀的方筒狀的彈性部、以及設(shè)置于該彈性部的四個(gè)外側(cè)面的致動(dòng)器的光纖掃描器(例如參照專利文獻(xiàn)1)。致動(dòng)器由沿厚度方向被實(shí)施了極化處理的板狀的壓電元件構(gòu)成，壓電元件的正面為“正”極，背面為“負(fù)”極。當(dāng)經(jīng)由正面和背面向壓電元件施加厚度方向上的交變電壓時(shí)，通過壓電元件向光纖的長度方向進(jìn)行伸縮振動(dòng)而在彈性部和光纖上激勵(lì)彎曲振動(dòng)。由此，能夠使光纖的作為自由端的前端沿規(guī)定的軌跡振動(dòng)，并掃描從該前端射出的光。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本特開2013-244045號(hào)公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的課題

然而，在專利文獻(xiàn)1的光纖掃描器中，從外觀上無法區(qū)分壓電元件的正面與背面。因此，在組裝光纖掃描器時(shí)，有可能會(huì)弄錯(cuò)正反的朝向而將壓電元件粘貼于彈性部的外側(cè)面上而導(dǎo)致無法使彈性部和光纖彎曲振動(dòng)。并且，因在彈性部的外側(cè)面上的壓電元件的粘貼位置產(chǎn)生偏差而具有在光纖上激勵(lì)的振動(dòng)狀態(tài)按照光纖掃描器而不同、在光的掃描性能上產(chǎn)生個(gè)體差異的問題。

本發(fā)明就是鑒于上述情況而完成的，其目的在于提供一種能夠制造性能始終穩(wěn)定的光纖掃描器的掃描器單元、光纖掃描器、照明裝置以及觀察裝置。

用于解決課題的手段

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供以下的手段。

本發(fā)明的第一方式是一種掃描器單元，其中，該掃描器單元具有：筒狀的彈性部，其在外側(cè)面設(shè)定有規(guī)定的粘貼區(qū)域并且在該規(guī)定的粘貼區(qū)域的外側(cè)設(shè)置有第一標(biāo)記；以及壓電元件，其粘貼于該彈性部的所述規(guī)定的粘貼區(qū)域，在所述彈性部上激勵(lì)出與長度方向交叉的方向的彎曲振動(dòng)，該壓電元件具有：壓電體，其具有彼此對置的兩個(gè)電極面，沿該兩個(gè)電極面的對置方向極化；以及彼此不同的第二標(biāo)記，它們分別設(shè)置于該壓電體的所述兩個(gè)電極面上，設(shè)置于所述兩個(gè)電極面中的一方的第二標(biāo)記具有如下的形狀：當(dāng)所述壓電體粘貼于所述外側(cè)面的規(guī)定的粘貼區(qū)域以使得所述兩個(gè)電極面中的另一方與所述外側(cè)面接觸時(shí)，與設(shè)置于該粘貼區(qū)域的外側(cè)的第一標(biāo)記相吻合。

根據(jù)本發(fā)明的第一方式，當(dāng)向壓電體的電極面間施加交變電壓時(shí)，通過壓電體向與極化方向交叉的方向(即彈性部的長度方向)進(jìn)行伸縮振動(dòng)從而在彈性部上激勵(lì)出彎曲振動(dòng)。通過將該彎曲振動(dòng)傳遞給插入于彈性部的內(nèi)部的光纖而能夠使光纖的前端振動(dòng)，并掃描從該前端射出的光。

在這種情況下，因?yàn)樵趦蓚€(gè)電極面上設(shè)置有彼此不同的第二標(biāo)記，因此能夠識(shí)別各電極面的極性，并以適當(dāng)?shù)某驅(qū)弘婓w粘貼于彈性部的外側(cè)面上。

并且，當(dāng)將壓電體粘貼于該外側(cè)面以使得一方的電極面與彈性部的外側(cè)面接觸時(shí)，按照使設(shè)置于配置于外側(cè)的另一方的電極面的第二標(biāo)記與設(shè)置于外側(cè)面的第一標(biāo)記相吻合的方式對壓電體進(jìn)行定位，從而使壓電體準(zhǔn)確地對準(zhǔn)外側(cè)面的規(guī)定的粘貼區(qū)域。由此，由于壓電體的驅(qū)動(dòng)而在彈性部和光纖上激勵(lì)出的彎曲振動(dòng)不產(chǎn)生個(gè)體差異而是恒定的，因此能夠制造出性能始終穩(wěn)定的光纖掃描器。

在上述第一方式中，設(shè)置于所述兩個(gè)電極面的第二標(biāo)記也可以具有彼此不同的顏色和/或形狀。

這樣，能夠根據(jù)第二標(biāo)記的顏色和/或形狀而容易識(shí)別壓電體的各電極面的極性。

在上述第一方式中，所述第二標(biāo)記也可以由沿彼此交叉的方向延伸的兩條直線構(gòu)成。例如可以是，所述兩個(gè)電極面是長方形，所述兩條直線分別與所述電極面的長度方向和寬度方向平行?；蛘咭部梢允牵鰞蓚€(gè)電極面是長方形，所述兩條直線是對所述電極面的角彼此進(jìn)行連結(jié)的對角線。

這樣，雖然是簡單形狀的第二標(biāo)記，但是能夠提高兩個(gè)軸方向上的壓電體的對準(zhǔn)精度。

在上述第一方式中，優(yōu)選所述兩條直線的末端分別與所述電極面的邊接觸。

這樣，能夠進(jìn)一步提高壓電體的第二標(biāo)記相對于彈性部的第一標(biāo)記的對準(zhǔn)精度。

本發(fā)明的第二方式是一種光纖掃描器，該光纖掃描器具有上述的掃描器單元、以及沿長度方向插入于所述彈性部的內(nèi)部的光纖。

本發(fā)明的第三方式是一種照明裝置，該照明裝置具有：上述的光纖掃描器；光源，其配置于該光纖掃描器的基端側(cè)，向所述光纖提供照明光；照明透鏡，其配置于所述光纖掃描器的前端側(cè)，使從所述光纖的前端射出的光聚光到被攝體上；以及細(xì)長的外筒，其收納所述光纖掃描器和所述照明透鏡。

本發(fā)明的第四方式是一種觀察裝置，該觀察裝置具有：上述的照明裝置；以及光檢測部，其通過由該照明裝置將光照射到被攝體上來檢測從所述被攝體返回的返回光。

發(fā)明效果

根據(jù)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)能夠制造性能始終穩(wěn)定的光纖掃描器的效果。

附圖說明

圖1A是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的掃描器單元的立體圖。

圖1B是圖1A的掃描器單元的沿長度方向觀察的主視圖。

圖2是圖1A的掃描器單元的分解立體圖。

圖3是示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的觀察裝置的整體結(jié)構(gòu)的圖。

圖4是示出標(biāo)記的變形例的壓電元件的俯視圖。

圖5是示出標(biāo)記的另一個(gè)變形例的壓電元件的俯視圖。

圖6是示出標(biāo)記的另一個(gè)變形例的壓電元件的俯視圖。

圖7是示出標(biāo)記的另一個(gè)變形例的壓電元件的俯視圖。

圖8是示出標(biāo)記的另一個(gè)變形例的壓電元件的俯視圖。

圖9是說明設(shè)置于壓電元件的標(biāo)記與設(shè)置于彈性部的標(biāo)記的組合的圖表。

具體實(shí)施方式

下面，參照附圖對本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的壓電元件1和具有該壓電元件1的掃描器單元10進(jìn)行說明。

如圖1A和圖1B所示，本實(shí)施方式的掃描器單元10具有壓電元件1、以及供該壓電元件1粘貼的彈性部2。

壓電元件1具有由矩形的板狀部件構(gòu)成的壓電體3、以及設(shè)置于該壓電體3的外表面上的標(biāo)記(第二標(biāo)記)4、5。

壓電體3由鋯鈦酸鉛(PZT)等壓電陶瓷材料形成。壓電體3具有彼此垂直的長度方向L、寬度方向W以及厚度方向T。壓電體3具有在厚度方向T上對置的正面3a和背面3b。壓電體3通過被實(shí)施極化處理以使得正面(電極面)3a為“正”極、背面(電極面)3b為“負(fù)”極，從而如箭頭P所示那樣，沿厚度方向T進(jìn)行極化。

在正面3a上設(shè)置有具有第一顏色的標(biāo)記4，該標(biāo)記4由與長度方向L平行的直線(下面稱作縱線)4a和與寬度方向W平行的直線(下面稱作橫線)4b構(gòu)成。縱線4a對正面3a的在長度方向L上對置的兩條邊彼此進(jìn)行連接。橫線4b對正面3a的在寬度方向W上對置的兩條邊彼此進(jìn)行連接。

在背面3b上設(shè)置有具有不同于第一顏色的第二顏色的標(biāo)記5，該標(biāo)記5由與長度方向L平行的直線(下面稱作縱線)5a和與寬度方向W平行的直線(下面稱作橫線)5b構(gòu)成?？v線5a對背面3b的在長度方向L上對置的兩條邊彼此進(jìn)行連接。橫線5b對背面3b的在寬度方向W上對置的兩條邊彼此進(jìn)行連接。

彈性部2是由具有導(dǎo)電性和彈性的金屬(例如鎳或銅等)構(gòu)成的方筒狀的部件。彈性部2具有彼此正交的長度方向L’、寬度方向W’以及高度方向H’。彈性部2具有貫穿孔2a，該貫穿孔2a從前端面到基端面沿長度方向L’的中心軸形成，供光纖插入。

在彈性部2所具有的四個(gè)外側(cè)面上設(shè)置有標(biāo)記(第一標(biāo)記)6和標(biāo)記(第一標(biāo)記)7，該標(biāo)記(第一標(biāo)記)6由與長度方向L’平行的直線(下面稱作縱線。)6a和與寬度方向W’平行的直線(下面稱作橫線。)6b構(gòu)成，該標(biāo)記(第一標(biāo)記)7由與長度方向L’平行的直線(下面稱作縱線。)7a和與高度方向H’平行的直線(下面稱作橫線。)7b構(gòu)成。縱線6a、7a對外側(cè)面的在長度方向L’上對置的兩條邊彼此進(jìn)行連接。橫線6b對在寬度方向W’上對置的兩條邊彼此進(jìn)行連接，橫線7b對在高度方向H’上對置的兩條邊彼此進(jìn)行連接。

在彼此對置的兩個(gè)外側(cè)面中的一方上設(shè)置有與正面3a的標(biāo)記4相同的第一顏色的標(biāo)記6，在另一方上設(shè)置有與背面3b的標(biāo)記5相同的第二顏色的標(biāo)記7。同樣，在剩余的兩個(gè)外側(cè)面中的一方上設(shè)置有與正面3a的標(biāo)記4相同的第一顏色的標(biāo)記6，在另一方上設(shè)置有與背面3b的標(biāo)記5相同的第二顏色的標(biāo)記7。

如圖2所示，壓電元件1粘貼于設(shè)定在彈性部2的各外側(cè)面上的規(guī)定的粘貼區(qū)域R。所謂規(guī)定的粘貼區(qū)域R是當(dāng)像后述那樣向粘貼于該規(guī)定的粘貼區(qū)域R的壓電元件1施加交變電壓時(shí)，通過壓電元件1的長度方向L的伸縮振動(dòng)而能夠在彈性部2上激勵(lì)彎曲振動(dòng)的區(qū)域。

這里，壓電元件1粘貼于彈性部2的各外側(cè)面上以使得當(dāng)從其正面觀察各外側(cè)面時(shí)，該外側(cè)面上的標(biāo)記6、7的顏色與該外側(cè)面上的壓電元件1的標(biāo)記4、5的顏色相同。并且，各標(biāo)記4、5、6、7的位置被設(shè)計(jì)成：當(dāng)從其正面觀察各外側(cè)面時(shí)，縱線4a、6a彼此以及橫線4b、6b彼此為一條直線，或者縱線5a、7a彼此以及橫線5b、7b彼此為一條直線。

接下來，對這樣構(gòu)成的掃描器單元10的組裝方法進(jìn)行說明。

要想組裝本實(shí)施方式的掃描器單元10，在彈性部2的四個(gè)外側(cè)面中的彼此對置的兩個(gè)外側(cè)面上使用導(dǎo)電性粘合劑各粘貼一張壓電元件1。

具體來說，對設(shè)置有第一顏色的標(biāo)記6的一方的外側(cè)面粘貼壓電元件1以使得設(shè)置有第二顏色的標(biāo)記5的背面3b與該外側(cè)面接觸。這時(shí)，調(diào)整壓電元件1的相對于該外側(cè)面的長度方向L’和寬度方向W’的位置與角度以使得縱線4a、6a彼此以及橫線4b、6b彼此為一條直線。

并且，對設(shè)置有第二顏色的標(biāo)記7的另一方的外側(cè)面粘貼壓電元件1以使得設(shè)置有第一顏色的標(biāo)記4的正面3a與該外側(cè)面接觸。這時(shí)，調(diào)整壓電元件1的相對于該外側(cè)面的長度方向L’和高度方向H’的位置與角度以使得縱線5a、7a彼此以及橫線5b、7b彼此為一條直線。

如圖1B所示，通過以上的步驟，以使設(shè)置于彈性部2的彼此對置的外側(cè)面上的壓電元件1的極化方向P相同的方式將壓電元件1粘貼于彈性部2上。

通過以同樣的要領(lǐng)在彈性部2的剩余的兩個(gè)外側(cè)面上也各粘貼一張壓電元件1，從而能夠完成掃描器單元10。

這樣，根據(jù)本實(shí)施方式，根據(jù)設(shè)置于壓電元件1的各面3a、3b的標(biāo)記4、5的顏色和設(shè)置于彈性部2的各外側(cè)面上的標(biāo)記6、7的顏色而能夠不弄錯(cuò)正反地將壓電元件1粘貼于各外側(cè)面上。并且，根據(jù)設(shè)置于壓電元件1的各面3a、3b的縱線4a、5a和橫線4b、5b以及設(shè)置于彈性部2的各外側(cè)面上的縱線6a、7a和橫線6b、7b而在規(guī)定的粘貼區(qū)域R中唯一確定外側(cè)面上的壓電元件1的位置，并能夠準(zhǔn)確地將壓電元件1對準(zhǔn)粘貼區(qū)域R進(jìn)行粘貼。由此，由于不產(chǎn)生組裝誤差就能夠組裝掃描器單元10，因此具有能夠獲得始終具有恒定的彈性部2的振動(dòng)性能的掃描器單元10的優(yōu)點(diǎn)。

接下來，對本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的光纖掃描器20、照明裝置30以及觀察裝置40進(jìn)行說明。在下面的說明中，將彈性部2的高度方向H’定義為X方向、將寬度方向W’定義為Y方向、將長度方向L’定義為Z方向。

如圖3所示，本實(shí)施方式的觀察裝置40具有將照明光L照射到被攝體X的表面上的照明裝置30、用于檢測來自被攝體X的照明光L的返回光L’的檢測用光纖31以及光檢測器(光檢測部)32。

照明裝置30具有光纖掃描器20、配置于該光纖掃描器20的前端側(cè)的照明透鏡21、收納光纖掃描器20和照明透鏡21的細(xì)長的圓筒狀的外筒22、以及光源23。

光纖掃描器20具有掃描器單元10、光纖11以及固定部12。

光纖11是由玻璃材料構(gòu)成的細(xì)長的圓棒狀。光纖11使其前端部分突出而插入于彈性部2的貫穿孔2a內(nèi)，貫穿孔2a的內(nèi)周面與光纖11的外側(cè)面彼此固定。下面將光纖11的從彈性部2向前端側(cè)突出的部分稱作光掃描部11a。

固定部12是由不銹鋼等金屬材料形成的圓筒狀的部件。固定部12的內(nèi)周面固定于彈性部2的基端部分的外側(cè)面上。固定部12的外側(cè)面固定于外筒22的內(nèi)周面上。

A相用的引線13A通過焊料或者導(dǎo)電性粘合劑接合于在X方向上彼此對置的兩個(gè)壓電元件1上。B相用的引線13B通過焊料或者導(dǎo)電性粘合劑接合于在Y方向上彼此對置的剩余的兩個(gè)壓電元件1上。GND(接地)引線14通過焊料或者導(dǎo)電性粘合劑接合于固定部12上，固定部12作為四張壓電元件1的共用的GND發(fā)揮作用。

照明透鏡21被配置成其后側(cè)焦點(diǎn)位置與光纖11的前端11b大致一致，該照明透鏡21使從光纖11的前端11b射出的照明光L聚光到被攝體X上。

光源23在外筒22的基端側(cè)與光纖11的基端連接，該光源23向光纖11的基端提供照明光L。

檢測用光纖31在外筒22內(nèi)設(shè)置有多個(gè)，多個(gè)檢測用光纖31在光纖掃描器20的外側(cè)沿周向排列。檢測用光纖31的前端面配置于外筒22的前端面上。

光檢測器32配置于外筒22的基端側(cè)，與檢測用光纖31的基端連接。

接下來，對這樣構(gòu)成的光纖掃描器20、照明裝置30以及觀察裝置40的作用進(jìn)行說明。

要想使用本實(shí)施方式的觀察裝置40觀察被攝體X，從光源23向光纖11提供照明光L，并且通過經(jīng)由引線13A、13B向壓電元件1施加交變電壓來使光纖11的前端11b振動(dòng)。

具體來說，將具有與光掃描部11a的彎曲共振振動(dòng)頻率對應(yīng)的頻率的A相的交變電壓經(jīng)由引線13A施加給壓電元件1。由此，壓電元件1在與極化方向P垂直的Z方向上進(jìn)行伸縮振動(dòng)。這時(shí)，通過使兩張壓電元件1中的一方在Z方向上收縮而另一方在Z方向上伸長，在彈性部2上激勵(lì)出X方向的彎曲振動(dòng)。并且，通過將彈性部2的彎曲振動(dòng)傳遞給光纖11，光掃描部11a在X方向上進(jìn)行彎曲振動(dòng)，從前端11b射出的光沿X方向直線掃描。

同樣地，將具有與光掃描部11a的彎曲共振振動(dòng)頻率對應(yīng)的頻率的B相的交變電壓經(jīng)由引線13B施加給壓電元件1。由此，壓電元件1在與極化方向P垂直的Z方向上進(jìn)行伸縮振動(dòng)。這時(shí)，通過使兩張壓電元件1中的一方在Z方向上收縮而另一方在Z方向上伸長，在彈性部2上激勵(lì)出Y方向的彎曲振動(dòng)。并且，通過將彈性部2的彎曲振動(dòng)傳遞給光纖11，光掃描部11a在Y方向上進(jìn)行彎曲振動(dòng)，從前端11b射出的光沿X方向直線掃描。

這里，使A相的交變電壓的相位與B相的交變電壓的相位彼此錯(cuò)開π/2并且使A相的交變電壓和B相的交變電壓的振幅呈正弦波狀變化，從而光纖11的前端11b沿螺旋狀的軌跡振動(dòng)，照明光L在被攝體X上沿螺旋狀的軌跡二維掃描。來自被攝體X的照明光L的返回光L’被多條檢測用光纖31接收，其強(qiáng)度由光檢測器32檢測。通過光檢測器32與照明光L的掃描周期同步檢測返回光L’，并將所檢測的返回光L’的強(qiáng)度與照明光L的掃描位置對應(yīng)，從而觀察裝置40生成被攝體X的圖像。

在這種情況下，根據(jù)本實(shí)施方式，由于具有掃描器單元10，該掃描器單元10具有恒定的彈性部2的振動(dòng)性能，因此被彈性部2的彎曲振動(dòng)激勵(lì)的光掃描部11a的彎曲共振振動(dòng)也恒定，在照明光L的掃描性能上不會(huì)按照光纖掃描器20而產(chǎn)生差異。由此，具有能夠制造具有相同掃描性能的光纖掃描器20、照明裝置30以及觀察裝置40的優(yōu)點(diǎn)。

在本實(shí)施方式中，壓電元件1的正面3a的標(biāo)記4與背面3b的標(biāo)記5具有彼此相同的形狀并且具有彼此不同的顏色，但也可以取而代之，正面3a的標(biāo)記4與背面3b的標(biāo)記5具有彼此不同的形狀。在這種情況下，雙方的標(biāo)記4、5的顏色既可以彼此相同，也可以彼此不同。這樣，能夠根據(jù)標(biāo)記4、5的形狀來識(shí)別壓電元件1的各面3a、3b的極性。

圖4至圖8示出標(biāo)記4、5的形狀的變形例。如圖4所示，標(biāo)記4、5也可以由連結(jié)各面3a、3b的角彼此的兩條對角線構(gòu)成。并且，如圖5和圖6所示，各標(biāo)記4、5的兩條線也可以在中間部分被切除而不連續(xù)。并且，優(yōu)選各標(biāo)記4、5的兩條線的各個(gè)末端分別與正面3a或背面3b的四條邊接觸，但也可以如圖7和圖8所示那樣，各線的末端位于遠(yuǎn)離邊的位置。

也根據(jù)壓電元件1的標(biāo)記4、5的形狀適當(dāng)變更彈性部2的標(biāo)記6、7的形狀。圖9示出壓電元件1的標(biāo)記4、5與彈性部2的標(biāo)記6、7的組合的例子。在圖9中，設(shè)置有圓圈的組合表示能夠使用的組合。彈性部2的標(biāo)記6、7也能夠進(jìn)行與圖4至圖8所示的壓電元件1的標(biāo)記4、5同樣的變形。這樣，壓電元件1的標(biāo)記4、5與彈性部2的標(biāo)記6、7只要在壓電元件1配置于彈性部2的外側(cè)面的規(guī)定的粘貼區(qū)域R時(shí)彼此具有相吻合的形狀即可，優(yōu)選具有至少向兩個(gè)方向彼此連續(xù)的形狀。

標(biāo)號(hào)說明

1：壓電元件；2：彈性部；2a：貫穿孔；3：壓電體；3a：正面(電極面)；3b：背面(電極面)；4、5：標(biāo)記(第二標(biāo)記)；4a、5a：縱線；4b、5b：橫線；6、7：標(biāo)記(第一標(biāo)記)；10：掃描器單元；11：光纖；11a：光掃描部；12：固定部；13A、13B：引線；14：GND引線；20：光纖掃描器；21：照明透鏡；22：外筒；23：光源；30：照明裝置；31：檢測用光纖；32：光檢測器；40：觀察裝置；L：照明光；L’：返回光；X：被攝體。