(57)【要約】【課題】精度よく所望の走査軌跡を得ることができるスキャナ、走査型照明装置および走査型観察装置を提供する。【解決手段】光源からの光を導光する光ファイバ１４と、電圧の印加により光ファイバ１４の射出端１５を光軸Ｓに交差する方向に変位させる１以上のアクチュエータ２１を備える駆動部１６と、該駆動部１６の基端側に該駆動部１６と間隔を空けて設けられた、光ファイバ１４を支持する支持部１７と、駆動部１６の横断面において、該駆動部１６の重心位置と光ファイバ１４、駆動部１６および支持部１７の合成された重心位置とを近づけるように補正する補正手段１８とを備えるスキャナ６を提供する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光を導光する光ファイバと、
電圧の印加により前記光ファイバの射出端を光軸に交差する方向に変位させる１以上のアクチュエータを備える駆動部と、
該駆動部の基端側に該駆動部と間隔を空けて設けられた、前記光ファイバを支持する支持部と、
前記駆動部の横断面において、該駆動部の重心位置と、前記光ファイバ、前記駆動部および前記支持部の合成された重心位置とを近づけるように補正する補正手段とを備えるスキャナ。
【請求項２】
前記駆動部が、少なくとも前記光ファイバの外側面の一部に形成された前記光軸に略平行な平面部に固定されている請求項１に記載のスキャナ。
【請求項３】
前記駆動部が、軸方向の貫通孔を有する多角筒状の振動伝達可能な材質からなる振動伝達部材を備えるとともに、該振動伝達部材の前記貫通孔内に前記光ファイバを貫通させ、前記振動伝達部材の外側面に前記アクチュエータを固定している請求項１または請求項２に記載のスキャナ。
【請求項４】
前記アクチュエータが、前記光ファイバの射出端を１軸方向に変位させる請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のスキャナ。
【請求項５】
前記駆動部が、前記光ファイバの径方向に振動を付与する２以上の前記アクチュエータを備え、
周方向に隣り合う前記アクチュエータが、前記光ファイバの周方向に略９０°間隔をあけて配置されている請求項４に記載のスキャナ。
【請求項６】
前記光ファイバに導光される光を発生する光源と、
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のスキャナと、
該スキャナにより走査された光を照射対象に集光する集光レンズとを備える走査型照明装置。
【請求項７】
請求項６に記載の走査型照明装置と、
該走査型照明装置から照射対象に光が照射され、照射対象からの戻り光を受光して該戻り光の強度を検出する光検出部とを備える走査型観察装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スキャナ、走査型照明装置および走査型観察装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、筒状のＰＺＴアクチュエータの内部に、光を導光する片持梁光ファイバを収容し、ＰＺＴアクチュエータの表面に設けられた電極対に電力を供給することにより片持梁光ファイバの先端から射出される光を所望のパターンで走査させる光ファイバスキャナが知られている（例えば、特許文献１参照。）。この光ファイバスキャナは、ＰＺＴアクチュエータの横断面において、異なる象限に９０°ずつ位相が異なるように配置された２対の電極に電圧を印加することにより、片持梁光ファイバを２方向に駆動させて光を螺旋状に走査させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００８−５０４５５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、片持梁光ファイバやＰＺＴアクチュエータ等の構成部品を均一な比重、かつ正確な寸法の形状にすることは困難であり、これらの誤差により各構成部品の重心位置が所望の重心位置からずれてしまうことがある。また、ＰＺＴアクチュエータ内における片持梁光ファイバの配置がずれていたとしても、走査を行う片持梁光ファイバの重心位置が所望の重心位置からずれてしまう。そして、これらの重心位置のずれが発生すると、光ファイバ先端の所望の走査軌跡を得ることができないという問題がある。
【０００５】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、精度よく所望の走査軌跡を得ることができるスキャナ、走査型照明装置および走査型観察装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の一態様は、光源からの光を導光する光ファイバと、電圧の印加により前記光ファイバの射出端を光軸に交差する方向に変位させる１以上のアクチュエータを備える駆動部と、該駆動部の基端側に該駆動部と間隔を空けて設けられた、前記光ファイバを支持する支持部と、前記駆動部の横断面において、該駆動部の重心位置と、前記光ファイバ、前記駆動部および前記支持部の合成された重心位置とを近づけるように補正する補正手段とを備えるスキャナを提供する。
【０００７】
本態様によれば、支持部に光ファイバを支持させた状態で、アクチュエータに電圧が印加されると、電気エネルギが光ファイバを振動させるための運動エネルギに変換され、印加された電圧信号に基づいた方向および振幅の振動がアクチュエータから光ファイバに伝達される。そして、光ファイバに伝達された振動が支持部から離れて光ファイバの射出端に近づくほど共振によって大きな振幅となり、駆動部により光ファイバの射出端から射出された光を光軸に交差する方向に走査させることができる。
【０００８】
この場合において、光ファイバ、駆動部および該駆動部と間隔を空けた位置に配置されている支持部の合成された重心位置であるスキャナの重心位置と、駆動部の重心位置とが、補正手段によって、駆動部の横断面において、駆動部の重心位置とスキャナの重心位置とが近づくように補正される。したがって、駆動部の重心位置とスキャナの重心位置とがずれていたとしても、補正手段を用いて２つの重心位置を補正することにより、光ファイバの射出端の操作軌跡として、印加された電圧信号通りの所望の走査軌跡を精度よく得ることができる。
【０００９】
上記態様においては、前記駆動部が、少なくとも前記光ファイバの外側面の一部に形成された前記光軸に略平行な平面部に固定されていてもよい。
このようにすることで、駆動部と光ファイバの外側面との接触面積を大きくすることができる。これにより、駆動部から光ファイバに対して振動を伝達する際の両者間の相対変位を抑制し、所望の方向への振動の伝達を効率よく行うことができる。
【００１０】
上記態様においては、前記駆動部が、軸方向の貫通孔を有する多角筒状の振動伝達可能な材質からなる振動伝達部材を備えるとともに、該振動伝達部材の前記貫通孔内に前記光ファイバを貫通させ、前記振動伝達部材の外側面に前記アクチュエータを固定していてもよい。
このようにすることで、駆動部の横断面において、アクチュエータと振動伝達部材との接触面積を大きくすることができる。これにより、アクチュエータから振動伝達部材に対して振動を伝達する際の両者間の相対変位を抑制して貫通孔に保持されている光ファイバに振動を効率よく伝達することができる。
【００１１】
上記態様においては、前記アクチュエータが、前記光ファイバの射出端を１軸方向に変位させていてもよい。
このようにすることで、アクチュエータが、電圧の印加により、光ファイバの射出端を１次元的に変位させることができ、光ファイバの射出端から射出される光を１次元的に走査させることができる。
【００１２】
上記態様においては、前記駆動部が、前記光ファイバの径方向に振動を付与する２以上の前記アクチュエータを備え、周方向に隣り合う前記アクチュエータが、前記光ファイバの周方向に略９０°間隔をあけて配置されていてもよい。
このようにすることで、光ファイバの射出端を略直交する２軸方向に変位させることができる。重心位置が補正されることにより、加える電圧に精度よく対応する位置に光ファイバの射出端を配置することができ、所望の走査軌跡に従って照明光を照射することができる。例えば、周方向に隣り合うアクチュエータに対して、位相が９０°異なり振幅が線形に変化する電圧を印加することにより、光ファイバの射出端を精度よく螺旋状に変位させることができ、光ファイバの射出端から射出される照明光を２次元的に螺旋状に走査させることができる。
【００１３】
また、本発明の他の態様は、前記光ファイバに導光される光を発生する光源と、上記いずれかのスキャナと、該スキャナにより走査された照明光を照射対象に集光する集光レンズとを備える走査型照明装置を提供する。
本発明によれば、光ファイバの射出端から発せられた拡散する照明光が集光レンズに集光されることにより、照射対象に対してスポット光として照射される。
【００１４】
また、本発明の他の態様は、上記走査型照明装置と、該走査型照明装置から照射対象に光が照射され、照射対象からの戻り光を受光して該戻り光の強度を検出する光検出部とを備える走査型観察装置を提供する。
本発明によれば、走査型照明装置によって所望の軌跡に精度よく従って照射対象に照射された各照射位置と、各照射位置からの戻り光の強度とを対応づけることにより、歪みのない戻り光分布を取得することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、精度よく所望の走査軌跡を得ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る走査型観察装置を示す図である。
【図２】図１の走査型照明装置に備えられた本発明の第１の実施形態に係るスキャナを示す斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係るスキャナの補正手段を設ける前の駆動部の横断面を光ファイバの射出端側から見た図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係るスキャナの補正手段を設けた後の駆動部の横断面を光ファイバの射出端側から見た図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係るスキャナを示す斜視図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係るスキャナの補正手段を設ける前の駆動部の横断面を光ファイバの射出端側から見た図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係るスキャナの補正手段を設けた後の駆動部の横断面を光ファイバの射出端側から見た図である。
【図８】本発明の第１の実施形態の変形例に係るスキャナの駆動部の横断面を光ファイバの射出端側から見た図である。
【図９】本発明の第２の実施形態の変形例に係るスキャナの駆動部の横断面を光ファイバの射出端側から見た図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の第１の実施形態に係るスキャナ、走査型照明装置および走査型観察装置について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る走査型観察装置１は、図１に示されるように、円筒状の装置本体４と、該装置本体４の内部に収容され照射対象Ｐの表面に照明光を照射する走査型照明装置２と、該走査型照明装置２から照射対象Ｐの表面に照射された照明光の照射対象Ｐからの戻り光（例えば、反射光，蛍光）を受光して該戻り光の強度を検出する光検出部３とを備えている。
【００１８】
走査型照明装置２は、図１に示されるように、照明光を発生する光源１０と、該光源１０から発せられた照明光を１次元的に走査する本実施形態に係るスキャナ６と、照明光を集光する集光レンズ１１と、スキャナ６を制御する制御部１３とを備えている。
【００１９】
本実施形態に係るスキャナ６は、図２および図４に示されるように、光源１０から発せられた照明光を導光する光ファイバ１４と、該光ファイバ１４の射出端１５から射出される照明光を走査させる駆動部１６と、光ファイバ１４を支持する支持部１７と、駆動部１６の重心位置を補正する補正手段１８とを備えている。
【００２０】
光ファイバ１４には、図２に示されるように、外側面１４ａの周方向の一部に、光軸Ｓに略平行な平面からなる平面部２０が形成されている。
駆動部１６は、図２および図４に示されるように、平面部２０に固定された単一のアクチュエータ２１と、アクチュエータ２１が固定されている部分の光ファイバ１４と、補正手段１８とにより構成されている。
【００２１】
アクチュエータ２１は、電磁式またはピエゾ式であり、厚さ方向の両面に電極２２ａ，２２ｂをそれぞれ備えており、電極２２ａ，２２ｂに駆動用電圧が印加されると、印加された電圧信号に基づいた方向および振幅の振動を発生させるようになっている。アクチュエータ２１は、一方の電極２２ａを平面部２０に合わせて光ファイバ１４に固定されることで、その振動を光ファイバ１４に伝達し、光ファイバ１４の射出端１５を平面部２０に直交する１軸方向に振動させることができるようになっている。
【００２２】
支持部１７は、図１および図２に示されるように、駆動部１６に対して装置本体４の長手方向の基端側に間隔を空けて設けられ、装置本体４の長手軸に沿って厚さ方向に貫通孔２３を有するリング状の部材である。光ファイバ１４が貫通孔２３を貫通するようにして支持部１７に固定され、支持部１７の外側面１７ａが装置本体４の内側面４ｂに密着させられている。
また、支持部１７は、駆動部１６より基端側の位置で光ファイバ１４を装置本体４に固定しており、駆動部１６から光ファイバ１４に伝達された振動が、支持部１７よりも基端側に伝達されることを抑制するようになっている。
【００２３】
補正手段１８は、図２および図４に示されるように、接着剤であり、光ファイバ１４の一部に固定され、駆動部１６の横断面において、スキャナ６の重心Ｙ位置を調節して、図３に示されている２つの重心Ｘ，Ｙ位置が、図４に示されている一致した重心Ｚ位置となるように補正している。
【００２４】
集光レンズ１１は、図１に示されるように、スキャナ６よりも先端側の装置本体４の内側面４ｂに設けられているレンズ保持部１２により保持され、スキャナ６により走査された照明光を照射対象Ｐの表面に集束させるようになっている。
制御部１３は、図１に示されるように、光ファイバ１４の射出端１５から射出される照明光がユーザにより入力された所定の走査軌跡となるように、所定の走査軌跡に基づいた電圧信号をアクチュエータ２１に供給するようになっている。
【００２５】
光検出部３は、図１に示されるように、照射対象Ｐからの戻り光を受光して装置本体４の基端側に導光する検出用光ファイバ７と、該検出用光ファイバ７によって導光された戻り光の強度を検出するセンサ３１とを備えている。
検出用光ファイバ７は、図１に示されるように、入射端８を前方に向けて装置本体４の外周面４ａに、長手軸方向に沿って配置され、周方向に複数配列されている。
センサ３１はこれら複数の検出用光ファイバ７によって導光された戻り光を同時に受光してその合計強度を検出するようになっている。
【００２６】
このように構成された本実施形態に係る走査型観察装置１の作用について以下に説明する。
制御部１３からアクチュエータ２１の電極２２ａ，２２ｂに電圧信号が供給されると、供給された電圧信号に対応する態様でアクチュエータ２１が振動させられ、その振動がアクチュエータ２１から光ファイバ１４に伝達される。光ファイバ１４に振動が伝達されると、光ファイバ１４の射出端１５が共振によって１軸方向に大きく振動させられる。この状態で、光ファイバ１４を介して導光されてきた照明光を射出端１５から射出させることにより、照明光を照射対象Ｐの表面において光ファイバ１４の光軸Ｓに交差する方向に走査させることができる。
【００２７】
すなわち、本実施形態に係る走査型観察装置１によれば、走査型照明装置２の光源１０から発せられ光ファイバ１４の射出端１５から射出された照明光が、スキャナ６によって光軸Ｓに交差する方向に走査され、集光レンズ１１によって集光されて照射対象Ｐの表面にスポット光として照射される。
そして、照明光が照射されることによる照射対象Ｐからの戻り光が検出用光ファイバ７の入射端８に入射し、検出用光ファイバ７を介してセンサ３１により受光される。これにより、スキャナ６による光ファイバ１４の各走査位置と、センサ３１により受光された戻り光の強度とを対応づけて、歪みのない戻り光の分布画像を生成することが可能となる。
【００２８】
この場合において、スキャナ６の重心Ｙ位置は、駆動部１６に設けられた補正手段１８によって、図４に示されるように駆動部１６の重心Ｘ位置と一致するように補正されているので、光ファイバ１４の射出端１５の操作軌跡として、印加された電圧信号通りの所望の走査軌跡を精度よく得ることができるという効果を奏する。
【００２９】
また、本実施形態に係るスキャナ６によれば、アクチュエータ２１が光ファイバ１４の平面部２０に固定されているため、アクチュエータ２１と光ファイバ１４の外側面１４ａとが、大きな接触面積によって安定的に接触している。これにより、アクチュエータ２１から光ファイバ１４に振動が伝達される際における両者間の相対変位を抑制し、所望の方向への振動の伝達を効率よく行うことができる。
【００３０】
なお、本実施形態においては、光ファイバ１４として、平面部２０を有するものを例示したが、照明光を導光するものであれば、これに限られるものではない。
また、本実施形態においては、補正手段１８として接着剤を例示したが、これに限られるものではなく、例えば、樹脂、金属等の任意の部材を接着剤によって固定してもよい。
また、補正手段１８としては、２つの重心Ｘ，Ｙ位置を完全に一致させるものの他、２つの重心Ｘ，Ｙ位置間距離を近接させるものであってもよい。
【００３１】
次に、本発明の第２の実施形態に係るスキャナ２４、走査型照明装置２５（図示しない）および走査型観察装置２６（図示しない）について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態の説明において、上述した第１の実施形態に係るスキャナ６、走査型照明装置２および走査型観察装置１と構成を共通とする箇所には同一符号を付して説明を省略する。
【００３２】
本実施形態に係るスキャナ２４は、図５および図７に示されるように、駆動部２７が、光ファイバ１４を貫通させる軸方向の貫通孔２８を有する四角筒状の振動伝達部材２９を備え、アクチュエータ２１が、振動伝達部材２９の周方向に隣接する２つの外側面２９ａにそれぞれ固定されている点において、第１の実施形態に係るスキャナ６と相違している。
四角筒状の振動伝達部材２９の隣接する外側面２９ａに固定されたアクチュエータ２１は、その振動方向を略９０°異ならせて配置されている。
【００３３】
補正手段３０は、図７に示されるように、振動伝達部材２９の外側面２９ａおよび／または内側面２９ｂに固定される接着剤からなり、駆動部２７の横断面において、図６に示されているスキャナ２４の重心Ｋ位置と駆動部２７の重心Ｌ位置とを調節して、２つの重心Ｋ，Ｌ位置が一致する重心Ｑ位置となるように補正している。
【００３４】
このように構成された本実施形態に係るスキャナ２４、走査型照明装置２５（図示しない）および走査型観察装置２６（図示しない）の作用について以下に説明する。
制御部１３から２つのアクチュエータ２１の各電極２２ａ，２２ｂにそれぞれ電圧信号が供給されることにより、光ファイバ１４の射出端１５を略直交する２軸方向に変位させることができる。
【００３５】
そして、アクチュエータ２１の各電極２２ａ，２２ｂに供給する電圧信号の振幅および位相を調節することにより、光ファイバ１４の射出端１５を任意の軌跡に沿って２次元的に変位させることができる。これにより、光ファイバ１４の射出端１５から射出される照明光を２次元的に走査させることができる。
【００３６】
例えば、２つのアクチュエータ２１に、それぞれ振幅が線形的に減少する正弦波からなり、位相が９０°異なる電圧信号を入力することにより、照明光を螺旋状に照射対象Ｐの表面上に照射することができる。
【００３７】
この場合において、本実施形態に係るスキャナ２４によれば、補正手段３０によって駆動部２７の重心Ｌ位置が調節されているので、電圧信号に精度よく対応する照射位置に照明光を照射することができる。その結果、電圧信号に対応する照明光の走査位置と、実際の照明光の照射位置とを精度よく一致させることができ、走査位置とセンサ３１により検出された戻り光の強度情報とに基づいて歪みのない戻り光画像を生成することができるという効果を奏する。
【００３８】
また、本実施形態においても、各アクチュエータ２１が、振動伝達部材２９の平面上の外側面２９ａに安定的に固定されているので、アクチュエータ２１と振動伝達部材２９との相対変位を抑制して貫通孔２８に保持されている光ファイバ１４を効率よく振動させることができる。
【００３９】
なお、上述した実施形態においては、スキャナ６，２４は、図８および図９に示されるように、駆動部１６，２７が、光ファイバ１４の径方向に振動を付与する４個のアクチュエータ２１を備え、周方向に隣り合うアクチュエータ２１が、光ファイバ１４の周方向に略９０°間隔をあけて配置されていてもよい。また、アクチュエータ２１は３個または５個以上備えられていてもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１  走査型観察装置
２  走査型照明装置
３  光検出部
６，２４  スキャナ
１０  光源
１１  集光レンズ
１４  光ファイバ
１４ａ  光ファイバの外側面
１５  光ファイバの射出端
１６，２７  駆動部
１７  支持部
１８，３０  補正手段
１９  光ファイバの入射端
２０  平面部
２１  アクチュエータ
２８  振動伝達部材の貫通孔
２９  振動伝達部材
【図１】
2015081935.tif 000003
【図２】
2015081935.tif 000004
【図３】
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【図４】
2015081935.tif 000006
【図５】
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【図６】
2015081935.tif 000008
【図７】
2015081935.tif 000009
【図８】
2015081935.tif 000010
【図９】
2015081935.tif 000011