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技術 光ファイバスキャナ

出願人 オリンパス株式会社
発明者 舟窪朋樹鶴田博士清水盛通葛西靖明
出願日 2013年1月18日 (4年9ヶ月経過) 出願番号 2013-007550
公開日 2014年7月28日 (3年2ヶ月経過) 公開番号 2014-137565
状態 拒絶査定
技術分野 機械的光走査系
主要キーワード 引っ込み量 直線振動 検出ファイバ 導電性銀ペースト 伸縮運動 GND電極 振動動作 圧電シート

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図面 (20)

課題

照明光設計通り軌跡に沿って走査する。

解決手段

照明光を導光して先端から射出可能な細長い形状の光ファイバ11と、厚さ方向に分極された板形状を有し、光ファイバ11の先端またはその近傍を含む位置において光ファイバ11の外周面に、厚さ方向を光ファイバ11の長手方向に交差する方向に向けて貼り付けられた圧電素子15とを備え光ファイバスキャナ10を提供する。

背景

従来、医療分野において、圧電素子を用いて光ファイバ高速振動させながら、照明光を光ファイバの先端から射出させることにより、被検体上で照明光を走査す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)。特許文献1に記載の光ファイバスキャナは、チューブ状の圧電素子(PZTチューブ)と、このPZTチューブの表面に周方向に等間隔配列された4つの電極と、PZTチューブ内に挿入された光ファイバとを備え連結部材によって光ファイバの先端部をPZTチューブに固定している。

この特許文献1に記載の光ファイバスキャナは、PZTチューブが屈曲変形すると、連結部材を介して光ファイバに垂直方向の力が働き、この力によって光ファイバを屈曲振動させるようになっている。そして、光ファイバにおいて直交する2方向に発生する屈曲振動を、振幅位相とを考慮して合成することで、光ファイバの先端をスパイラル状に振動させて照明光を2次元的に走査することができる。

概要

照明光を設計通り軌跡に沿って走査する。照明光を導光して先端から射出可能な細長い形状の光ファイバ11と、厚さ方向に分極された板形状を有し、光ファイバ11の先端またはその近傍を含む位置において光ファイバ11の外周面に、厚さ方向を光ファイバ11の長手方向に交差する方向に向けて貼り付けられた圧電素子15とを備える光ファイバスキャナ10を提供する。

目的

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、照明光を設計通りの軌跡に沿って走査することができる光ファイバスキャナを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
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請求項1

照明光導光して先端から射出可能な細長い形状の光ファイバと、厚さ方向に分極された板形状を有し、前記光ファイバの前記先端またはその近傍を含む位置において前記光ファイバの外周面に、前記厚さ方向を前記光ファイバの長手方向に交差する方向に向けて貼り付けられた圧電素子とを備え光ファイバスキャナ

請求項2

前記光ファイバを径方向に挟んで互いに平行に対向して配置された一対の前記圧電素子を備える請求項1に記載の光ファイバスキャナ。

請求項3

前記一対の圧電素子に対して前記光ファイバの周方向にほぼ90°ずれた位置において、該光ファイバを挟んで互いに平行に対向して配置された他の一対の前記圧電素子を備える請求項2に記載の光ファイバスキャナ。

請求項4

前記光ファイバの周方向に配列された3以上の前記圧電素子を備える請求項1に記載の光ファイバスキャナ。

請求項5

前記圧電素子が、前記光ファイバの前記先端から前記光ファイバの基端側に引っ込んだ位置に配置され、前記圧電素子の先端と前記光ファイバの先端との間の距離は、前記圧電素子よりも前記先端側に突出している前記光ファイバの先端部分の、片端固定端とする屈曲共振振動周波数が、前記光ファイバに屈曲振動励起するために前記圧電素子に供給される交番電圧の周波数よりも高くなるように設定されている請求項1から請求項4のいずれかに記載の光ファイバスキャナ。

請求項6

前記圧電素子が、前記光ファイバの前記先端から前記光ファイバの先端側に突出した位置に配置され、前記圧電素子の先端と前記光ファイバの先端との間の距離は、前記光ファイバの先端よりも前記先端側に突出している前記圧電素子の先端部分の、片端を固定端とする屈曲共振振動の周波数が、前記光ファイバに屈曲振動を励起するために前記圧電素子に供給される交番電圧の周波数よりも高くなるように設定されている請求項1から請求項4のいずれかに記載の光ファイバスキャナ。

請求項7

前記光ファイバの外周面と前記圧電素子との間に配置された導電性電極部材を備える請求項1から請求項6のいずれかに記載の光ファイバスキャナ。

請求項8

前記圧電素子は、複数の圧電体層が厚さ方向に積層されてなる積層型圧電素子である請求項1から請求項7に記載の光ファイバスキャナ。

技術分野

0001

本発明は、光ファイバスキャナに関するものである。

背景技術

0002

従来、医療分野において、圧電素子を用いて光ファイバ高速振動させながら、照明光を光ファイバの先端から射出させることにより、被検体上で照明光を走査す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)。特許文献1に記載の光ファイバスキャナは、チューブ状の圧電素子(PZTチューブ)と、このPZTチューブの表面に周方向に等間隔配列された4つの電極と、PZTチューブ内に挿入された光ファイバとを備え連結部材によって光ファイバの先端部をPZTチューブに固定している。

0003

この特許文献1に記載の光ファイバスキャナは、PZTチューブが屈曲変形すると、連結部材を介して光ファイバに垂直方向の力が働き、この力によって光ファイバを屈曲振動させるようになっている。そして、光ファイバにおいて直交する2方向に発生する屈曲振動を、振幅位相とを考慮して合成することで、光ファイバの先端をスパイラル状に振動させて照明光を2次元的に走査することができる。

先行技術

0004

特表2008−504557号公報

発明が解決しようとする課題

0005

しかしながら、特許文献1に記載の光ファイバスキャナは、PZTチューブからの力が、光ファイバの、先端から離れた位置に作用する構造となっている。そのため、光ファイバの先端がPZTチューブの屈曲変形に正確に追従せず、光ファイバの先端の振動方向がぶれやすい。すなわち、直線振動楕円振動となってしまい、設計した軌跡に正確に沿って照明光を走査することができないとう問題がある。また、直交する2方向の直線振動を合成することによって光ファイバの先端をスパイラル振動させようとした場合には、理想的なスパイラル振動を実現することが難しいという問題がある。

0006

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、照明光を設計通りの軌跡に沿って走査することができる光ファイバスキャナを提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0007

上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、照明光を導光して先端から射出可能な細長い形状の光ファイバと、厚さ方向に分極された板形状を有し、前記光ファイバの前記先端またはその近傍を含む位置において前記光ファイバの外周面に、前記厚さ方向を前記光ファイバの長手方向に交差する方向に向けて貼り付けられた圧電素子とを備える光ファイバスキャナを提供する。

0008

本発明によれば、圧電素子に対して厚さ方向に交番電圧印加すると、圧電素子が分極方向に直交する方向、すなわち、厚さ方向に直交する方向に伸縮することにより、光ファイバにおいて先端が長手方向に交差する方向に振動するような屈曲振動が励起される。これにより、光ファイバの先端から射出させる照明光を先端の振動に合わせて被検体上において走査することができる。

0009

この場合に、光ファイバの先端またはその近傍を含む位置に圧電素子が配置されているので、光ファイバの先端は、圧電素子の伸縮運動に正確に追従してこの伸縮方向に交差する方向に強制的に振動させられる。これにより、光ファイバの先端が設計通りの軌跡に沿って振動するので、光ファイバの先端から射出される照明光を設計通りの軌跡に沿って走査することができる。

0010

上記発明においては、前記光ファイバを径方向に挟んで互いに平行に対向して配置された一対の前記圧電素子を備えていてもよい。
このようにすることで、一対の圧電素子を同方向に伸縮させることにより、圧電素子が1枚だけの場合と比較して、光ファイバに励起させる屈曲振動を増大することができる。

0011

また、上記発明においては、前記一対の圧電素子に対して前記光ファイバの周方向にほぼ90°ずれた位置において、該光ファイバを挟んで互いに平行に対向して配置された他の一対の前記圧電素子を備えていてもよい。
このようにすることで、各圧電素子に対して交番電圧を位相を適宜ずらして印加することにより、光ファイバの先端をスパイラル状に振動させて、照明光を2次元的に走査することができる。

0012

また、上記発明においては、前記光ファイバの周方向に配列された3以上の前記圧電素子を備えていてもよい。
このようにすることで、各圧電素子に対して交番電圧を位相を適宜ずらして印加することにより、光ファイバの先端をスパイラル状に振動させて、照明光を2次元的に走査することができる。

0013

また、上記発明においては、前記圧電素子が、前記光ファイバの前記先端から前記光ファイバの基端側に引っ込んだ位置に配置され、前記圧電素子の先端と前記光ファイバの先端との間の距離は、前記圧電素子よりも前記先端側に突出している前記光ファイバの先端部分の、片端固定端とする屈曲共振振動周波数が、前記光ファイバに屈曲振動を励起するために前記圧電素子に供給される交番電圧の周波数よりも高くなるように設定されていてもよい。

0014

このようにすることで、最も振幅が大きくなる光ファイバの先端に圧電素子を設けないことにより、光ファイバの先端が周囲の部材と干渉することを防ぐことができる。また、圧電素子の形状や光ファイバに対する位置決めなどの要求精度緩和することができる。なお、圧電素子が光ファイバの先端から引っ込んだ位置に配置されていても、この引っ込み量を上記の範囲とすることにより、圧電素子の位置のずれに因る影響を受けることなく光ファイバの先端を振動させることができる。

0015

また、上記発明においては、前記圧電素子が、前記光ファイバの前記先端から前記光ファイバの先端側に突出した位置に配置され、前記圧電素子の先端と前記光ファイバの先端との間の距離は、前記光ファイバの先端よりも前記先端側に突出している前記圧電素子の先端部分の、片端を固定端とする屈曲共振振動の周波数が、前記光ファイバに屈曲振動を励起するために前記圧電素子に供給される交番電圧の周波数よりも高くなるように設定されていてもよい。

0016

このようにすることで、圧電素子の形状や光ファイバに対する位置決めなどの要求精度を緩和することができる。なお、圧電素子が光ファイバの先端から突出した位置に配置されていても、この突出量を上記の範囲とすることにより、圧電素子の位置のずれに因る影響を受けることなく光ファイバの先端を振動させることができる。

0017

また、上記発明においては、前記光ファイバの外周面と前記圧電素子との間に配置された導電性電極部材を備えていてもよい。
このようにすることで、電極部材をGND電極としてこの電極部材にGND線接合することにより、GND線の配線を容易にすることができる。特に複数の圧電素子を備える構成においては、電極部材を共通のGND電極とすることにより、GND線の配線を効果的に容易にすることができる。

0018

また、上記発明においては、前記圧電素子は、複数の圧電体層が厚さ方向に積層されてなる積層型圧電素子である積層圧電素子であってもよい。
このようにすることで、同一の大きさの交番電圧を圧電素子に印加したときの、圧電素子の伸縮の変位量を増大し、光ファイバの先端の振動振幅を増大することができる。

発明の効果

0019

本発明によれば、照明光を設計通りの軌跡に沿って走査することができるという効果を奏する。

図面の簡単な説明

0020

本発明の第1の実施形態に係る光ファイバスキャナの概略構成を示す(a)側面図および(b)正面図と、(c)(a)の圧電素子を示す斜視図である。
(a)図1の光ファイバの先端のX方向の振動動作を説明する側面図と、(b)(a)の光ファイバの先端の振動の軌跡を示す図である。
本発明の第1の実施形態の第1の変形例に係る光ファイバスキャナの概略構成を示す(a)側面図および(b)正面図である。
本発明の第1の実施形態の第2の変形例に係る光ファイバスキャナの概略構成を示す(a)側面図および(b)正面図である。
本発明の第1の実施形態の第3の変形例に係る光ファイバスキャナの概略構成を示す(a)側面図および(b)正面図である。
本発明の第1の実施形態の第4の変形例に係る光ファイバスキャナの概略構成を示す(a)側面図および(b)正面図である。
本発明の第1の実施形態の第5の変形例に係る光ファイバスキャナが備える圧電素子の概略構成を示す(a)斜視図および(b)A−A’断面図である。
本発明の第2の実施形態に係る光ファイバスキャナの概略構成を示す(a)側面図および(b)正面図と、(c)(a)の圧電素子を示す斜視図である。
(a)図8の光ファイバの先端のX方向の振動動作を説明する側面図と、(b)(a)の光ファイバの先端の振動の軌跡を示す図である。
本発明の第2の実施形態の変形例に係る光ファイバスキャナの概略構成を示す(a)側面図および(b)正面図である。
本発明の第3の実施形態に係る光ファイバスキャナの概略構成を示す(a)側面図および(b)正面図と、(c)(a)の圧電素子を示す斜視図である。
(a)図11の光ファイバの先端のX方向の振動動作を説明する側面図と、(b)(a)の光ファイバの先端の振動の軌跡を示す図である。
(a)図11の光ファイバの先端のY方向の振動動作を説明する側面図と、(b)(a)の光ファイバの先端の振動の軌跡を示す図である。
図11の光ファイバの先端が描くスパイラル状の軌跡を示す図である。
図11の光ファイバスキャナを備える走査型観察装置の概略構成を示す図である。
本発明の第3の実施形態の第1の変形例に係る光ファイバスキャナの概略構成を示す(a)側面図および(b)正面図である。
本発明の第3の実施形態の第2の変形例に係る光ファイバスキャナの概略構成を示す(a)側面図および(b)正面図である。
本発明の第3の実施形態の第3の変形例に係る光ファイバスキャナの概略構成を示す(a)側面図および(b)正面図である。
本発明の第3の実施形態の第4の変形例に係る光ファイバスキャナの概略構成を示す(a)側面図および(b)正面図と、(c)(a)の圧電素子を示す斜視図である。
本発明の第3の実施形態の第5の変形例に係る光ファイバスキャナの概略構成を示す(a)側面図および(b)正面図である。
本発明の第3の実施形態の第6の変形例に係る光ファイバスキャナの概略構成を示す(a)側面図および(b)正面図である。

実施例

0021

(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態に係る光ファイバスキャナ10について、図1図7を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る光ファイバスキャナ10は、図1(a),(b)に示されるように、ガラス材料からなる細長い円柱状の光ファイバ11と、該光ファイバ11の外周面に設けられたGND電極(電極部材)13と、該GND電極13を介して光ファイバ11の外周面に貼り付けられた1枚の角板形状の圧電素子15と、光ファイバ11の長手方向の途中位置を保持する保持部材17とを備えている。

0022

光ファイバ11は、光源(図示略)から発せられた照明光を導光して先端から射出することができるようになっている。
GND電極13は、光ファイバ11の先端から、光ファイバ11の長手方向に所定の長さに渡って、かつ、全周にわたって設けられている。GND電極13は、例えば、光ファイバ11の外周面に金などの金属スパッタするか、または、光ファイバ11の外周面に導電性銀ペースト塗布することによって形成される。このGND電極13は、硬度が高く、数μm程度の厚さを有している。

0023

圧電素子15は、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)から形成されている。また、圧電素子15は、図1(c)に示されるように、厚さ方向に対向する両面(以下、表面と裏面とする。)にそれぞれ電極16A,16Bが設けられており、所定のDC電圧によって厚さ方向に分極が施されている。圧電素子15は、厚さ方向を光ファイバ11の径方向に向け、その先端の位置が光ファイバ11の先端の位置に一致するように、光ファイバ11に貼り付けられている。

0024

この圧電素子15は、接着剤によって裏面がGND電極13に接合されて、光ファイバ11の外周面に対して圧電素子15の全長にわたって貼り付けられている。具体的には、圧電素子15の裏面とGND電極13の表面にエポキシ接着剤を薄く塗布し、これら圧電素子15と電極13とを実体顕微鏡下で位置合わせした後、熱収縮チューブを用いて圧電素子15をGND電極13に押圧しながら所定の温度でエポキシ接着剤を熱硬化させることにより、圧電素子15がGND電極13に接合されている。なお、圧電素子15とGND電極13との接合は、半田等を用いた溶接技術により行なってもよい。圧電素子15をその全長にわたって貼り付けることで、光ファイバ11に対して圧電素子15の全長にわたる伸縮を無駄なく伝達させることができる。

0025

圧電素子15の表面、すなわち、GND電極13に接合した裏面とは反対側の面には、圧電素子15に交番電圧を印加するためのA相を構成するリード線19が導電性接着剤によって接合されている。また、GND電極13には、該GND電極13を接地電位に接続するためのGND線21が導電性接着剤によって接合されている。

0026

保持部材17は、光ファイバ11の、GND電極13よりも基端側の位置を、一定の位置に保持するものである。具体的には、保持部材17は、光ファイバ11が挿入される環状の部材であって、内面と光ファイバ11の外周面とが接着剤によって接合されている。保持部材17は、比較的比重の大きいステンレス等の金属またはセラミックスから形成され、保持部材17よりも先端側に配置されている光ファイバ11の先端部および圧電素子15に対して十分に大きな質量を有している。

0027

次に、このように構成された光ファイバスキャナ10の作用について以下に説明する。
本実施形態に係る光ファイバスキャナ10によって、光源から発せられた照明光を被検体上で走査するには、まず、リード線19を介して圧電素子15のA相に屈曲共振振動の周波数に対応した交番電圧を印加する。

0028

圧電素子15に対して厚さ方向に交番電圧を印加すると、圧電素子15が分極方向に直交する方向、すなわち、厚さ方向に直交する方向に伸縮する。これにより、図2(a)に示されるように、光ファイバ11の、保持部材17よりも先端側の部分において、先端が長手方向(Z方向)に交差する方向(X方向)に振動するような屈曲共振振動が励起される。このときに、保持部材17が光ファイバ11の先端部の質量に対して十分に重いので、光ファイバ11には、保持部材17の先端近傍を固定端とする屈曲1次振動が安定して励起される。

0029

この状態で、光源から発せられた照明光を光ファイバ11内を導光させてこの先端から射出させると、図2(b)に示されるように、光ファイバ11の先端の直線振動に合わせて被検体上で照明光をX方向に往復走査することができる。図2(b)において、矢印Sは、振動する光ファイバ11の先端の軌跡を示している。

0030

この場合において、本実施形態に係る光ファイバスキャナ10によれば、光ファイバ11の先端から所定の長さに渡って圧電素子15を接着剤を用いて直接光ファイバ11に接合することにより、光ファイバ11の先端に対して圧電素子15の伸縮運動が直接伝達される。これにより、光ファイバ11の先端は、圧電素子15の伸縮運動に従って強制的にX方向に振動させられる。その結果、光ファイバ11の先端から射出される光を、X方向の一直線の軌跡に沿って設計通りに往復走査することができる。

0031

さらに、本実施形態によれば、GND電極13は硬度が高く厚さも数μm程度を有するので、圧電素子15から光ファイバ11に伝達させる力はGND電極13において殆ど減衰しない。したがって、光ファイバ11を効率良く屈曲振動させることができる。
さらに、本実施形態によれば、光ファイバ11と圧電素子15との間にGND電極13を設けることで、光ファイバ11に接合した圧電素子15の裏面の電極16BからGND線21を引き出す必要が無く、GND電極13の任意の位置からGND線21が引き出すことができる。したがって、リード線19およびGND線21の引き回しを容易にすることができる。

0032

本実施形態は以下のように変形することができる。
第1の変形例として、光ファイバ11と圧電素子15との間にGND電極13を配置することに代えて、図3(a),(b)に示されるように、光ファイバ11の外周面に圧電素子15の裏面の電極16Bを直接接合し、この裏面の電極16Bの露出した位置にGND線21を導電性接着剤を用いて接続してもよい。すなわち、圧電素子15の裏面の電極16Bが、GND電極を兼ねることになる。
本変形例によれば、別途GND電極13を設ける必要がないので、構成を単純にすることができる。

0033

第2の変形例として、図4(a),(b)に示されるように、圧電素子15を、光ファイバ11の先端から保持部材17またはその近傍までの全長にわたって設けてもよい。
本変形例によれば、伸縮する圧電素子15が光ファイバ11に与える力をより大きくすることができる。

0034

第3の変形例として、図5(a),(b)に示されるように、第2の変形例の圧電素子15を、光ファイバ11の長手方向に複数(図示する例では2つ)に分割してもよい。
本変形例によれば、寸法の短い圧電素子も有効に利用することができ、使用する圧電素子の設計上の制約を緩和することができる。

0035

第4の変形例として、光ファイバ11の外周面を金属膜によって被覆してGND電極13を形成することに代えて、図6(a),(b)に示されるように、金属からなる円筒状のマイクロチューブ(電極部材)13’をGND電極として用いてもよい。マイクロチューブ13’の材料としては、ニッケルまたは銅が好ましい。
本変形例によれば、光ファイバ11の外周面に金属膜を形成するためのスパッタなどの処理が不要となるので製造を容易にすることができる。また、GND線21をマイクロチューブ13’の任意の位置に接合することができ、製造を容易にすることができる。

0036

第5の変形例として、図7(a),(b)に示されるように、圧電素子15として、複数枚(図示する例では3枚)の薄い圧電シート(圧電体層)を厚さ方向に積層した積層型圧電素子を用いてもよい。図7(a)は、積層型圧電素子15の外観を示しており、図7(b)は、図7(a)のA−A’線における断面を示している。内側に配置される圧電シートは内部電極16Cを有し、圧電シートの外側の表面には外部電極16Dが設けられている。
本変形によれば、同一の電圧が圧電素子15に印加されたときに、より大きな力を発生することができる。

0037

(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態に係る光ファイバスキャナ20について図8図10を参照して説明する。
本実施形態に係る光ファイバスキャナ20は、図8(a),(b)に示されるように、光ファイバ11を径方向に挟んで互いに平行に対向して配置された一対の圧電素子15A,15Bを備える点で第1の実施形態と異なる。
以下、第1の実施形態に係る光ファイバスキャナ10と構成を共通する箇所には、同一符号を付して説明を省略する。

0038

一対の圧電素子15A,15Bは、それぞれ接着剤によって、光ファイバ11の外周面にGND電極13を介して接合されている。具体的には、一方の圧電素子15Aは裏面がGND電極13に接合され、他方の圧電素子15Bは表面がGND電極13に接合されている。したがって、圧電素子15Aおよび圧電素子15Bの分極方向は、互いに同一方向となっている。

0039

また、1対の圧電素子15A,15Bには、それぞれGND電極13に接合した面とは反対側の面の電極16Aまたは16Bに、導電性接着剤によってリード線19A,19Bが接合されている。これら2本のリード線19A,19Bは互いに結合されて、A相を構成するようになっている。また、GND電極13には、1本のGND線21が導電性接着剤によって接合されている。

0040

本実施形態に係る光ファイバスキャナ20において、リード線19A,19Bを介して一対の圧電素子15A,15BのA相に屈曲共振振動の周波数に対応した交番電圧を印加すると、圧電素子15A,15Bが分極方向に直交する方向に一斉に伸縮することにより、光ファイバ11において、先端が長手方向(Z方向)に交差する方向に振動するような屈曲共振振動が励起される。これにより、図9(b)に矢印Sで示されるように、光ファイバ11の先端をX方向に振動させることができる。

0041

以上説明したように、本実施形態に係る光ファイバスキャナ20によれば、2枚の圧電素子15A,15Bを用いることにより、単一の圧電素子15を用いた場合と比較して、光ファイバ11に励起させる振動振幅を増大することができる。

0042

本実施形態においては、以下のように変形することができる。
第1の実施形態の第1の変形例と同様に、図10(a),(b)に示されるように、GND電極13を省略し、一対の圧電素子15A,15Bを光ファイバ11の外周面にそれぞれ直接接合してもよい。例えば、図10(a),(b)は、各圧電素子15A,15Bの裏面をそれぞれ光ファイバ11の外周面に接合した様子を示している。各圧電素子15A,15Bの分極方向(矢印参照。)は、互いに異なる方向、すなわち、それぞれ光ファイバ11に向かう方向となっている。

0043

この場合、例えば、一方の圧電素子15Aには、光ファイバ11に接合された面(裏面)の電極16BにGND線21Aを接合して、反対側の面(表面)の電極16Aにリード線19Aを接合すればよい。他方の圧電素子15Bには、光ファイバ11に接合された面(裏面)の電極16Bにリード線19Bを接合して、反対側の面(表面)の電極16AにGND線21Bを接合すればよい。
本変形例によれば、GND電極13を省いた分だけ構成を単純にすることができる。

0044

また、本実施形態およびその変形例においては、第1の実施形態の第2〜第4の変形例に示されるGND電極13を採用してもよく、第1の実施形態の第5の変形例に示される圧電素子15を採用してもよい。

0045

(第3の実施形態)
次に、本発明の第3の実施形態に係る光ファイバスキャナ30について図11図21を参照して説明する。
本実施形態に係る光ファイバスキャナ30は、図11(a),(b)に示されるように、一対の圧電素子15A,15Bに対して、光ファイバ11の周方向にずらして配置された他の一対の圧電素子15C,15Dを備える点で第2の実施形態と異なる。
以下、第2の実施形態に係る光ファイバスキャナ20と構成を共通する箇所には、同一符号を付して説明を省略する。

0046

一対の圧電素子15C,15Dは、一対の圧電素子15A,15Bと同様に、光ファイバ11を径方向に挟んで互いに平行に対向して配置され、それぞれ接着剤により、光ファイバ11の外周面にGND電極13を介して接合されている。本実施形態においては、圧電素子15Aの裏面と圧電素子15Bの表面がGND電極13に接合され、また、圧電素子15Cの裏面と圧電素子15Dの表面がGND電極13に接合されている。これにより、圧電素子15Aおよび圧電素子15Bの分極方向が互いに同一方向となり、圧電素子15Cおよび圧電素子15Dの分極方向が互いに同一方向となっている。

0047

さらに、これらの一対の圧電素子15A,15Bと一対の圧電素子15C,15Dとは、光ファイバ11の周方向に90°ずつ位置をずらして配置されている。例えば、一対の圧電素子15A,15Bは互いにX方向に対向して配置され、一対の圧電素子15C,15Dは互いにY方向に対向して配置されている。これら4枚の圧電素子15A,15B,15C,15Dは、それぞれ光ファイバ11の径寸法とほぼ同等の幅寸法を有している。

0048

一対の圧電素子15A,15Bには、GND電極13に接合された面とは反対側の面の電極16Aまたは16Bに、それぞれA相を構成する駆動用のリード線19A,19Bが導電性接着剤によって接合されている。一対の圧電素子15C,15Dには、GND電極13に接合された面とは反対側の電極16Aまたは16Bに、それぞれB相を構成する駆動用のリード線19C,19Dが導電性接着剤によって接合されている。4つの圧電素子15A,15B,15C,15Dに対して共通して設けられたGND線21は、GND電極13に導電性接着剤によって接合されている。

0049

次に、このように構成された光ファイバスキャナ30の作用について説明する。
本実施形態に係る光ファイバスキャナ30においては、リード線19A,19Bを介して一対の圧電素子15A,15BのA相に屈曲共振振動の周波数に対応した交番電圧を印加すると、圧電素子15A,15Bが分極方向に直交する方向に一斉に伸縮することにより、図12(a)に示されるように、屈曲共振振動が光ファイバ11に励起される。この屈曲共振振動において、圧電素子15A,15Bの基端側の端部近傍が節となり、光ファイバ11の先端が腹となる。これにより、図12(b)に矢印Sxで示されるように、光ファイバ11の先端をX方向に直線的に振動させることができる。

0050

一方、リード線19C,19Dを介して一対の圧電素子15C,15DのB相に屈曲共振振動の周波数に対応した交番電圧を厚さ方向に印加すると、圧電素子15C,15Dが分極方向に直交する方向に一斉に伸縮することにより、図13(a)に示されるように、屈曲共振振動が光ファイバ11に励起される。この屈曲共振振動において、圧電素子15C,15Dの基端側の端部近傍が節となり、光ファイバ11の先端が腹となる。れにより、図13(b)に矢印Syで示されるように、光ファイバ11の先端部をY方向に直線的に振動させることができる。

0051

ここで、圧電素子15A,15Bと圧電素子15C,15Dとに、互いに位相がπ/2だけずれた交番電圧を同時に印加すると、光ファイバ11の先端が円状の軌跡に沿って振動する。さらに、このときの2つの交番電圧の振幅を正弦波状に時間変化させると、図14に示されるように、光ファイバ11の先端がスパイラル状の軌跡に沿って振動する。これにより、被検体上において照明光をスパイラル状の軌跡に沿って2次元的に走査することができる。

0052

この場合に、本実施形態によれば、圧電素子15A,15B,15C,15Dが光ファイバ11の先端にも配置されているので、光ファイバ11の先端は圧電素子15A,15B,15C,15Dの伸縮運動に正確に追従して強制的にX方向およびY方向に振動させられる。これにより、光ファイバ11の先端を設計通りのスパイラル状の軌跡に沿って振動させ、その結果、被検体X上において照明光を設計通りのスパイラル状の軌跡に沿って2次元走査することができる。

0053

次に、本実施形態に係る光ファイバスキャナ30を走査型観察装置に採用した場合について説明する。図15は、ファイバスキャナ30を備える走査型観察装置の構成の一部を示している。この走査型観察装置は、光ファイバスキャナ30の先端側に配置されたレンズ2と、光ファイバ11の外側に周方向に配列された複数本検出ファイバ4とを備えている。

0054

図15に示されように、レンズ2を被検体Xに対向配置した状態で光ファイバ11の先端をスパイラル状に振動させ、光ファイバ11内を伝播させた照明光Lを先端から射出させると、照明光Lはレンズ2によって収束して被検体Xに照射され、被検体X上において2次元的に走査される。

0055

照明光Lが照射された被検体Xからの反射光L’は、複数本の検出ファイバ4によって検出される。走査型観察装置は、照明光Lの走査周期と同期して検出ファイバ4によって反射光L’を検出することで、被検体Xにおける照明光Lの走査範囲表面状態画像化することができる。この場合に、本実施形態によれば、照明光Lが、被検体X上において設計通りの理想的なスパイラル状の軌跡に沿って走査されるので、像に歪みがない画像を得ることができる。

0056

本実施形態は下記のように変形することができる。
第1の変形例として、4枚の圧電素子15A,15B,15C,15Dを備えることに代えて、図16(a),(b)に示されるように、2枚の圧電素子15A,15Cを備えていてもよい。圧電素子15A,15Cは、光ファイバ11の周方向に90°ずれた位置に、互いに分極方向が直交する向きで配置される。

0057

本変形例によれば、2枚の圧電素子15A,15Cに対して交番電圧をπ/2だけ位相をずらして印加することにより、光ファイバ11の先端をスパイラル状に振動させて、被検体上で照明光を2次元的に走査することができる。したがって、4枚の圧電素子15A,15B,15C,15Dを用いる場合と比較して構成を単純にすることができる。

0058

第2の変形例として、図17(a),(b)に示されるように、各圧電素子15A,15B,15C,15Dの幅寸法をそれぞれ光ファイバ11の径寸法よりも大きくしてもよい。この場合、同図に示されるように、光ファイバ11の周方向に隣接する圧電素子15A,15B,15C,15Dどうしの表面または裏面と側面とが交互に接触するように、光ファイバ11に対して各圧電素子15A,15B,15C,15Dを幅方向に若干ずらして接合すればよい。

0059

本変形例によれば、圧電素子15A,15B,15C,15Dの実質的な体積が増加するので、より多くのエネルギー入力して各圧電素子15A,15B,15C,15Dの伸縮の変位量を大きくし、光ファイバ11の振幅を増大することができる。

0060

第3の変形例として、図18(a),(b)に示されるように、3枚の圧電素子15A,15B,15Cを光ファイバ11の周方向に120°ずつずらして配置して接合してもよい。この場合、圧電素子15A,15B,15Cは、分極方向を光ファイバ11に向けて、その裏面においてGND電極13と接合される。また、圧電素子15A,15B,15CのGND電極13に接合した面とは反対側の面(表面)の電極16Aに、それぞれA相、B相およびC相を構成する駆動用のリード線19A,17B,17Cが導電性接着剤によって接合される。

0061

そして、圧電素子15AのA相、圧電素子15BのB相および圧電素子15CのC相に対して、電気的に120°ずつ位相をずらした交番電圧を印加することにより、圧電素子の枚数を4枚から3枚に減らしつつ、光ファイバ11の先端をスパイラル状に振動させて、被検体上で照明光を2次元的に走査することができる。

0062

第4の変形例として、図19(a),(b)に示されるように、円筒状の圧電素子15Eを用いてもよい。この円筒状の圧電素子15Eは、光ファイバ11の外径と略同一の内径を有している。圧電素子15Eの外周面には、周方向に略均等に配列された4つの電極16Aが設けられている。圧電素子15Eの内周面には、一様に電極16Bが設けられている。

0063

本変形例によれば、単一の部材からなる圧電素子15Eを用いたとしても、4つの圧電素子15A,15B,15C,15Dを別体で設けた場合と同様に、光ファイバ11の先端をスパイラル状に振動させることができる。また、このように圧電素子15Eを単一の部材から構成することにより、組み立てを容易にすることができる。

0064

第5の変形例として、図20(a),(b)に示されるように、圧電素子15A,15B,15C,15Dの先端を光ファイバ11の先端よりも基端側に距離Lだけ引っ込んだ位置に配置してもよい。ただし、この距離Lは、圧電素子15A,15B,15C,15Dよりも突出している、長さLの光ファイバ11の先端部の、片端を固定端とする1次屈曲振動モード共振周波数が、光ファイバ11に屈曲共振振動を励起するための交番電圧の周波数よりも高くなる範囲に設定される。

0065

距離Lが上記の範囲であるときは、交番電圧を印加して光ファイバ11を屈曲共振振動させたときに、光ファイバ11の、圧電素子15A,15B,15C,15Dから突出している部分が屈曲共振振動に影響を与えることがなく、光ファイバ11の先端は、図11のように圧電素子15A,15B,15C,15Dを配置したときと同様に、設計した通りのスパイラル状の軌跡に沿って振動する。

0066

本変形例によれば、最も振幅が大きくなる光ファイバ11の先端において圧電素子15A,15B,15C,15Dを設けないことにより、光ファイバスキャナ30が、周囲の配置された他の部材、例えば、図15の検出ファイバ4に干渉することを防ぐことができる。また、使用する圧電素子15A,15B,15C,15Dの設計上の制約および組み立て時に要求される位置精度を緩和することができる。

0067

第6の変形例として、図21(a),(b)に示されるように、圧電素子15A,15B,15C,15Dの先端を光ファイバ11の先端から距離Mだけ先端側に突出した位置に配置してもよい。ただし、この距離Mは、光ファイバ11の先端から突出している、長さMの圧電素子15A,15B,15C,15Dの先端部の、片端を固定端とする1次屈曲振動モードの共振周波数が、光ファイバ11に屈曲共振振動を励起するための交番電圧の周波数よりも高くなる範囲に設定される。

0068

距離Mが上記の範囲であるときは、交番電圧を印加して光ファイバ11を屈曲共振振動させたときに、圧電素子15A,15B,15C,15Dの、光ファイバ11から突出している部分が屈曲共振振動に影響を与えることがなく、光ファイバ11の先端は、図11のように圧電素子15A,15B,15C,15Dを配置したときと同様に、設計した通りのスパイラル状の軌跡に沿って振動する。
本変形例によれば、使用する圧電素子15A,15B,15C,15Dの設計上の制約および組み立て時に要求される位置精度を緩和することができる。

0069

また、本実施形態およびその変形例においては、第1の実施形態の第1〜4の変形例に示されるGND電極13を採用してもよく、第1の実施形態の第5の変形例に示される圧電素子を採用してもよい。

0070

10,20,30光ファイバスキャナ
11光ファイバ
13GND電極(電極部材)
15,15A,15B,15C,15D,15E 圧電素子

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