JP2014071423A

JP2014071423A - 光ファイバスキャナ

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Publication number: JP2014071423A
Application number: JP2012219640A
Authority: JP
Inventors: Tomoki Funakubo; 朋樹舟窪; Hiroshi Tsuruta; 博士鶴田; Morimichi Shimizu; 盛通清水
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2012-10-01
Filing date: 2012-10-01
Publication date: 2014-04-21
Anticipated expiration: 2032-10-01
Also published as: JP6103871B2

Abstract

【課題】光ファイバに対して圧電素子の力を減衰させずに効率よく伝達し、光ファイバの振動を大きくする。
【解決手段】光源から発せられた照明光を導光して先端から射出可能な細長い筒形状を有し、先端を長手方向に交差する方向に振動可能な光ファイバ１１と、厚さ方向に分極された板形状を有し、光ファイバ１１の先端よりも基端側の外周面に個別に貼り付けられた少なくとも１以上の圧電素子１５とを備える光ファイバスキャナ１０を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光ファイバスキャナに関するものである。

従来、医療分野において、圧電素子を用いて光ファイバを高速で振動させながら照明光を射出させることにより、被写体上で照明光を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）。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で配列された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、連結部材により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、この力により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と位相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次元的に走査させることができるようになっている。

特表２００８−５０４５５７号公報

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チューブにおいて発生した力が連結部材を介して光ファイバに伝達されるため、連結部材によりその力の一部が吸収されて光ファイバに効率よく伝達することができず、結果的に光ファイバの振動が小さくなってしまうという問題がある。

本発明は、光ファイバに対して圧電素子の力を減衰させずに効率よく伝達し、光ファイバの振動を大きく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している。

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よりも基端側の外周面に個別に貼り付けられた少なくとも１以上の圧電素子とを備える光ファイバスキャナを提供する。

本発明によれば、圧電素子に対して厚さ方向に交番電圧を印加すると、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写体上で走査させることができる。

この場合において、光ファイバの外周面に板形状の圧電素子を個別に貼り付けることで、圧電素子ごとに光ファイバの外周面に精度よく密着させることができる。これにより、光ファイバに対して圧電素子の伸縮を高効率に伝達させて、光ファイバを大きく屈曲振動させることができる。また、光ファイバの外周面に圧電素子を直接貼り付けることにより、光ファイバに対して圧電素子の力を直接伝達させることができる。これにより、光ファイバと圧電素子との間に樹脂材料を介在させた場合のように力が減衰するのを回避し、光ファイバの屈曲振動をより大きくすることができる。

上記発明においては、前記圧電素子が、その全長にわたり前記光ファイバの外周面に対して貼り付けられていることとしてもよい。
このように構成することで、光ファイバに対して圧電素子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。

また、上記発明においては、前記分極方向が互いに交差するように、前記光ファイバの周方向にずらして配置された２枚の前記圧電素子を備えることとしてもよい。
このように構成することで、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次元的に走査させることができる。

また、上記発明においては、前記２枚の圧電素子が、前記光ファイバの長手方向に重ならないように位置をずらして配置されていることとしてもよい。
このように構成することで、全体を大型化させることなく、圧電素子どうしが光ファイバの周方向および長手方向に重ならないので、体積が大きい幅広の圧電素子を用いることができる。これにより、圧電素子からより大きなエネルギーを出力させて、光ファイバを大きな振幅で振動させることができる。

また、上記発明においては、前記光ファイバを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こととしてもよい。
このように構成することで、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。

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ずらして配置され、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こととしてもよい。
このように構成することで、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次元的に走査させることができる。

また、上記発明においては、前記一対の圧電素子どうしが、前記光ファイバの長手方向に重ならないように位置をずらして配置されていることとしてもよい。
このように構成することで、圧電素子が２枚の場合と比較して、一対の圧電素子ごとにより大きなエネルギーを出力させ、光ファイバをより大きな振幅で振動させることができる。

また、上記発明においては、前記光ファイバの周方向にほぼ等間隔で配列された３以上の前記圧電素子を備えることとしてもよい。
このように構成することで、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次元的に走査させることができる。

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の電極部材を備えることとしてもよい。
このように構成することで、共通のＧＮＤ線を配線し易くすることができる。

本発明によれば、光ファイバに対して圧電素子の力を減衰させずに効率よく伝達し、光ファイバの振動を大きくすることができるという効果を奏する。

（ａ）は本発明の第１実施形態に係る光ファイバスキャナを長手方向に対して直交する方向に見た概略構成図であり、（ｂ）は（ａ）を光ファイバの先端側から長手方向に見た図であり、（ｃ）は（ａ）の圧電素子だけを取り出して見た斜視図である。（ａ）は図１（ａ）の光ファイバの先端をＸ方向に振動させた状態を示す図であり、（ｂ）は（ａ）の光ファイバの先端の振動の軌跡を示す図である。（ａ）は本発明の第１実施形態の第１変形例に係る光ファイバスキャナを長手方向に対して直交する方向に見た概略構成図であり、（ｂ）は（ａ）の光ファイバを先端側から長手方向に見た図である。（ａ）は本発明の第２実施形態に係る光ファイバスキャナを長手方向に対して直交する方向に見た概略構成図であり、（ｂ）は（ａ）の光ファイバを先端側から長手方向に見た図である。（ａ）は図４（ａ）の光ファイバの先端をＸ方向に振動させた状態を示す図であり、（ｂ）は（ａ）の光ファイバの先端の振動の軌跡を示す図である。（ａ）は本発明の第２実施形態の第１変形例に係る光ファイバスキャナを長手方向に対して直交する方向に見た概略構成図であり、（ｂ）は（ａ）の光ファイバを先端側から長手方向に見た図である。（ａ）は本発明の第３実施形態に係る光ファイバスキャナを長手方向に対して直交する方向に見た概略構成図であり、（ｂ）は（ａ）の光ファイバを先端側から長手方向に見た図である。（ａ）は図７（ａ）の光ファイバの先端をＸ方向に振動させた状態を示す図であり、（ｂ）は（ａ）の光ファイバの先端の振動の軌跡を示す図である。（ａ）は図７（ａ）の光ファイバの先端をＹ方向に振動させた状態を示す図であり、（ｂ）は（ａ）の光ファイバの先端の振動の軌跡を示す図である。光ファイバの先端がスパイラル状に走査する様子を示す図である。図７（ａ）の光ファイバスキャナを画像形成装置に採用した様子を示す図である。（ａ）は本発明の第３実施形態の第１変形例に係る光ファイバスキャナを長手方向に対して直交する方向に見た概略構成図であり、（ｂ）は（ａ）の光ファイバを先端側から長手方向に見た図である。（ａ）は本発明の第３実施形態の第２変形例に係る光ファイバスキャナを長手方向に対して直交する方向に見た概略構成図であり、（ｂ）は（ａ）の光ファイバを先端側から長手方向に見た図である。（ａ）は本発明の第３実施形態の第３変形例に係る光ファイバスキャナを長手方向に対して直交する方向に見た概略構成図であり、（ｂ）は（ａ）の光ファイバを先端側から長手方向に見た図である。（ａ）は本発明の第４実施形態に係る光ファイバスキャナを長手方向に対して直交する方向に見た概略構成図であり、（ｂ）は（ａ）の光ファイバを先端側から長手方向に見た図である。（ａ）は図１５（ａ）の光ファイバの先端をＸ方向に振動させた状態を示す図であり、（ｂ）は（ａ）の光ファイバの先端の振動の軌跡を示す図である。（ａ）は図１５（ａ）の光ファイバの先端をＹ方向に振動させた状態を示す図であり、（ｂ）は（ａ）の光ファイバの先端の振動の軌跡を示す図である。（ａ）は本発明の第４実施形態の第１変形例に係る光ファイバスキャナを長手方向に対して直交する方向に見た概略構成図であり、（ｂ）は（ａ）の光ファイバを先端側から長手方向に見た図である。

〔第１実施形態〕
本発明の第１実施形態に係る光ファイバスキャナについて、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る光ファイバスキャナ１０は、図１（ａ），（ｂ）に示すように、ガラス材料からなる細長い円筒状の光ファイバ１１と、光ファイバ１１の外周面に設けられた導電性の電極部材（以下、導電性電極という。）１３と、導電性電極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とを備えている。

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。
導電性電極１３としては、金スパッタ、導電性銀ペーストまたは導電性接着剤等を用いることができる。導電性電極１３は、光ファイバ１１の先端よりも基端側の外周面の一部に周方向全域にわたり形成されている。この導電性電極１３は、硬度が高く、数μｍ程度の厚さを有している。

圧電素子１５は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）により形成されている。また、圧電素子１５は、図１（ｃ）に示すように、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１６が設けられており、所定のＤＣ電圧により厚さ方向に分極が施されている。分極ベクトルは、圧電素子１５の＋面（表面）から−面（裏面）に向かうものとする。

この圧電素子１５は、接着剤により裏面が導電性電極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の裏面と導電性電極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と導電性電極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を導電性電極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が導電性電極１３に接合されている。なお、圧電素子１５と導電性電極１３との接合は半田等を用いた溶接技術により行なうこととしてもよい。圧電素子１５をその全長にわたり貼り付けることで、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。

圧電素子１５の表面、すなわち、導電性電極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１７が導電性接着剤により接合されている。また、導電性電極１３には、共通ＧＮＤ線１９が導電性接着剤により接合されている。圧電素子１５の裏面の電極１６と導電性電極１３とが導通することにより、導電性電極１３をＧＮＤ電極として利用することができるようになっている。

このように構成されたる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により、光源から発せられた照明光を被写体上で走査させるには、まず、リード線１７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。

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），（ｂ）に示すように、光ファイバ１１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共振振動が励起される。

この状態で、光源から発せられた照明光を光ファイバ１１により導光して先端から射出させると、光ファイバ１１の先端の振動に合わせて被写体上で照明光を走査させることができる。例えば、図２（ａ），（ｂ）に示すように、光ファイバ１１の先端をＸ方向に振らせた場合、被写体上で照明光をＸ方向に走査させることができる。

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の外周面に１枚の板形状の圧電素子１５を貼り付けることで、圧電素子１５を光ファイバ１１の外周面に精度よく密着させることができる。これにより、光ファイバ１１に対して圧電素子１５の伸縮を高効率に伝達させ、光ファイバ１１を大きく屈曲振動させることができる。

また、導電性電極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に伝達させる力は導電性電極１３において殆ど減衰しない。したがって、光ファイバ１１の外周面に導電性電極１３を介して圧電素子１５を直接貼り付けることにより、光ファイバ１１と圧電素子１５との間に樹脂材料を介在させた場合のように力が減衰するのを回避し、光ファイバ１１の屈曲振動をより大きくすることができる。

また、光ファイバ１１と圧電素子１５との間に導電性電極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１６から共通ＧＮＤ線１９を引き出す必要が無く、導電性電極１３の任意の位置から共通ＧＮＤ線１９が引き出すことができる。したがって、リード線１７および共通ＧＮＤ線１９の引き回しを容易にすることができる。

本実施形態は以下のように変形することができる。
例えば、本実施形態においては、光ファイバ１１と圧電素子１５との間に導電性電極１３を配置することとしたが、第１変形例としては、図３（ａ），（ｂ）に示すように、導電性電極１３を設けないこととしてもよい。

すなわち、光ファイバ１１の外周面に対して圧電素子１５の裏面の電極１６を直接接合することとしてもよい。この場合、共通ＧＮＤ線１９は、圧電素子１５の裏面の電極１６の露出している箇所に導電性接着剤を用いて接合することとすればよい。本変形例によれば、光ファイバに対して圧電素子１５の力を直接伝達させることができる。また、導電性電極１３を省いた分だけ構成を単純にすることができる。

〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態に係る光ファイバスキャナについて説明する。
本実施形態に係る光ファイバスキャナ２０は、図４（ａ），（ｂ）に示すように、光ファイバ１１を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実施形態と異なる。
以下、第１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。

一対の圧電素子１５Ａ，１５Ｂは、それぞれ接着剤により、光ファイバ１１の外周面に導電性電極１３を介して接合されている。具体的には、圧電素子１５Ａは裏面が導電性電極１３に接合され、圧電素子１５Ｂは表面が導電性電極１３に接合されている。したがって、圧電素子１５Ａ，１５Ｂは、互いに分極方向が同一方向を向いている。

また、１対の圧電素子１５Ａ，１５Ｂには、それぞれ導電性電極１３に接合した面とは反対側の面の電極１６に、導電性接着剤によりリード線１７Ａ，１７Ｂが接合されている。これら２本のリード線１７Ａ，１７Ｂ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、導電性電極１３には、１本の共通ＧＮＤ線１９が導電性接着剤により接合されている。

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１７Ａ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５（ａ），（ｂ）に示すように、光ファイバ１１の先端をＸ方向に振らせることができる。

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を用いたことにより、圧電素子１５が１枚だけの場合と比較して、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。

本実施形態においては、第１変形例として、第１実施形態の第１変形例と同様に、導電性電極１３を設けずに、光ファイバ１１の外周面に対して一対の圧電素子１５Ａ，１５Ｂをそれぞれ直接接合することとしてもよい。例えば、図６（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は、互いに分極方向が異なる方向、すなわち、それぞれ分極方向が光ファイバ１１に向いている。

この場合、例えば、圧電素子１５Ａには、導電性電極１３に接合した面（裏面）の電極１６に共通ＧＮＤ線１９Ａを接合して、反対側の面（表面）の電極１６にリード線１７Ａを接合することとすればよい。また、圧電素子１５Ｂには、導電性電極１３に接合した面（裏面）の電極１６にリード線１７Ｂを接合して、反対側の面（表面）の電極１６に共通ＧＮＤ線１９Ｂを接合することとすればよい。このようにすることで、導電性電極１３を省いた分だけ構成を単純にすることができる。

〔第３実施形態〕
次に、本発明の第３実施形態に係る光ファイバスキャナについて説明する。
本実施形態に係る光ファイバスキャナ３０は、図７（ａ），（ｂ）に示すように、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実施形態と異なる。
以下、第２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。

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の外周面に導電性電極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の表面が導電性電極１３に接合され、また、圧電素子１５Ｃの裏面と圧電素子１５Ｄの表面が導電性電極１３に接合されている。これにより、圧電素子１５Ａ，１５Ｂは互いに分極方向が同一方向を向いており、また、圧電素子１５Ｃ，１５Ｄも互いに分極方向が同一方向を向いている。

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。

また、一対の圧電素子１５Ａ，１５Ｂには、導電性電極１３に接合した面とは反対側の面の電極１６に、それぞれＡ相を構成する駆動用のリード線１７Ａ，１７Ｂが導電性接着剤により接合されている。また、一対の圧電素子１５Ｃ，１５Ｄには、導電性電極１３に接合した面とは反対側の電極１６に、それぞれＢ相を構成する駆動用のリード線１７Ｃ、Ｄが導電性接着剤により接合されている。共通ＧＮＤ線１９は、導電性電極１３に導電性接着剤により接合されている。

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１７Ａ，１７Ｂ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、圧電素子１５Ａ，１５Ｂの先端側端部近傍が節で光ファイバ１１の先端が腹となるような屈曲共振振動が光ファイバ１１に励起される。これにより、図８（ａ），（ｂ）に示すように、光ファイバ１１の先端をＸ方向に振らせることができる。

一方、リード線１７Ｃ，１７Ｄ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、圧電素子１５Ｃ，１５Ｄの先端側端部近傍が節で光ファイバ１１の先端が腹となるような屈曲共振振動が光ファイバ１１に励起される。これにより、図９（ａ），（ｂ）に示すように、光ファイバ１１の先端部をＹ方向に振らせることができる。

ここで、光ファイバ１１に対してＸ方向振動とＹ方向振動を同時に発生させて、圧電素子１５Ａ，１５Ｂに印加する交番電圧の位相と圧電素子１５Ｃ，１５Ｄに印加する交番電圧の位相とをπ／２ずらすと、光ファイバ１１の先端を円軌跡を描くように振動させることができる。そして、交番電圧の大きさを徐々に増減させると、図１０に示すように、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（スパイラル走査）。これにより、被写体上で照明光を２次元的に走査（スパイラルスキャン）させることができる。

例えば、図１１に示すように、本実施形態に係る光ファイバスキャナ３０を画像形成装置に採用した場合について説明する。光ファイバ１１の先端をスパイラル状に振動させて、光ファイバ１１内を伝播させたレーザ光を先端部から射出させると、レーザ光はレンズ２を通って光束が絞られて被検体で２次元的に走査される。

レーザ光が照射された被検体からの反射光は、複数本の検出ファイバ４により検出される。レーザ光の走査周期と同期して、検出ファイバ４により反射光を検出することで、画像形成装置（図示略）を用いて、被検体におけるレーザ光の走査範囲の表面状態を画像化することができる。

本実施形態は下記のように変形することができる。
本実施形態においては、２組の１対の圧電素子１５Ａ，１５Ｂおよび圧電素子１５Ｃ，１５Ｄを採用することとしたが、第１変形例としては、図１２（ａ），（ｂ）に示すように、光ファイバ１１の外周面に２枚の圧電素子１５Ａ，１５Ｃを設け、これらの圧電素子１５Ａ，１５Ｃを互いに分極方向が直交する向きで配置することとしてもよい。

このようにすることで、２枚の圧電素子１５Ａ，１５Ｃに対して交番電圧を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、被写体上で照明光を２次元的に走査させることができる。したがって、交番電圧は必要となるものの、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。

また、本実施形態においては、４枚の圧電素子１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄが光ファイバ１１の径寸法と略同等の幅寸法を有することとしたが、第２変形例としては、図１３（ａ），（ｂ）に示すように、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することとしてもよい。

この場合、同図に示すように、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ることとすればよい。

このようにすることで、４枚の圧電素子１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄを光ファイバ１１の周方向に互いに位置決めさせて、組み立て易くすることができる。また、実質的に圧電素子１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄの体積が増加するので、より多くのエネルギーを入力して圧電素子１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄごとの伸縮を大きくし、光ファイバ１１の振幅を増大することができる。

また、第３変形例としては、図１４（ａ），（ｂ）に示すように、３枚の圧電素子１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃを光ファイバ１１の周方向に１２０°ずらして配置して接合することとしてもよい。この場合、例えば、光ファイバ１１の外周面に導電性電極１３を形成するとともに、導電性電極１３に対して各圧電素子１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃの裏面をそれぞれ接合し、各圧電素子１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃをそれぞれ分極方向が光ファイバ１１に向くように固定することとすればよい。

また、圧電素子１５Ａの導電性電極１３に接合した面とは反対側の面（表面）の電極１６に、Ａ相を構成する駆動用のリード線１７Ａを導電性接着剤により接合することとすればよい。同様にして、圧電素子１５Ｂの表面の電極１６にＢ相を構成する駆動用のリード線Ｂを接合し、また、圧電素子１５Ｃの表面の電極１６にＣ相を構成する駆動用のリード線Ｃを接合することとすればよい。

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とすればよい。このようにすることで、圧電素子１５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、被写体上で照明光を２次元的に走査させることができる。

また、本実施形態およびその変形例においても、導電性電極１３を設けずに、光ファイバ１１の外周面に対して圧電素子１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄをそれぞれ直接接合することとしてもよい。この場合、各圧電素子１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄの導電性電極１３に接合した面の電極１６に共通ＧＮＤ線１９Ｂを接合することとすればよい。このようにすることで、導電性電極１３を省いた分だけ構成を単純にすることができる。

〔第４実施形態〕
次に、本発明の第４実施形態に係る光ファイバスキャナについて説明する。
本実施形態に係る光ファイバスキャナ４０は、図１５（ａ），（ｂ）に示すように、一対の圧電素子１５Ａ，１５Ｂに対して、他の一対の圧電素子１５Ｃ，１５Ｄを光ファイバ１１の長手方向にずらした位置に配置する点で第３実施形態と異なる。
以下、第３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。

本実施形態においては、圧電素子１５Ａ，１５Ｂと圧電素子１５Ｃ，１５Ｄとを互いに光ファイバ１１の長手方向に重ならないように光ファイバ１１の長手方向にも位置をずらして配置している。図１５（ａ），（ｂ）においては、Ａ相を構成する一対の圧電素子１５Ａ，１５Ｂを光ファイバ１１の先端寄りに配置し、Ｂ相を構成する他の一対の圧電素子１５Ｃ，１５Ｄを光ファイバ１１の基端寄りに配置した構成を例示している。

また、圧電素子１５Ａの裏面と圧電素子１５Ｂの表面を導電性電極１３に接合するとともに、圧電素子１５Ｃの裏面と圧電素子１５Ｄの表面を導電性電極１３に接合している。これにより、圧電素子１５Ａ，１５Ｂは互いに分極方向が同一方向を向いており、また、圧電素子１５Ｃ，１５Ｄも互いに分極方向が同一方向を向いている。

そして、圧電素子１５Ａ，１５Ｂの導電性電極１３に接合した面とは反対側の面に、Ａ相を構成するリード線１７Ａ，１７Ｂを接合するとともに、圧電素子１５Ｃ，１５Ｄの導電性電極１３に接合した面とは反対側の面に、Ｂ相を構成するリード線１７Ｃ，１７Ｄを接合し、導電性電極１３に共通ＧＮＤ線１９を接合している。

このように構成された光ファイバスキャナ４０の作用について説明する。
リード線１７Ａ，１７Ｂ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における圧電素子１５Ａ，１５Ｂの上端部近傍が節で光ファイバ１１の先端が腹となるような屈曲共振振動が光ファイバ１１に励起される。これにより、図１６（ａ），（ｂ）に示すように、光ファイバ１１の先端をＸ方向に振らせることができる。

一方、リード線１７Ｃ，１７Ｄを介して他の一対の圧電素子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、光ファイバ１１における圧電素子１５Ａ，１５Ｂの上端部近傍が節で光ファイバ１１の先端が腹となるような屈曲共振振動が光ファイバ１１に励起させる。これにより、図１７（ａ），（ｂ）に示すように、光ファイバ１１の先端をＹ方向に振らせることができる。

そして、光ファイバ１１に対してＸ方向振動とＹ方向振動を同時に発生させて、圧電素子１５Ａ，１５Ｂに印加する交番電圧の位相と圧電素子１５Ｃ，１５Ｄに印加する交番電圧の位相とをπ／２ずらすことで、光ファイバ１１の先端を円軌跡を描くように振動させることができる。さらに、交番電圧の大きさを徐々に増減させることで、光ファイバ１１の先端をスパイラル状に振動させて、被写体上で照明光を２次元的に走査させることができる。

本実施形態にかかる光ファイバスキャナ４０によれば、一対の圧電素子１５Ａ，１５Ｂと他の一対の圧電素子１５Ｃ，１５Ｄとを光ファイバ１１の外周面にその長手方向に互いに重ならないように位置をずらして配置することで、圧電素子１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄどうしが光ファイバ１１の周方向および長手方向に重ならないので、全体を大型化させることなく、体積が大きい幅広の圧電素子１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄを用いることができる。したがって、各圧電素子１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄから大きなエネルギーを出力させて、光ファイバ１１を大きな振幅で振動させることができる。

本実施形態においては、４枚の圧電素子１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄを用いることとしたが、第１変形例としては、図１８（ａ），（ｂ）に示すように、２枚の圧電素子１５Ａ，１５Ｃを用い、これら２枚の圧電素子１５Ａ，１５Ｃを光ファイバ１１の周方向に９０°ずらすとともに、これらを光ファイバ１１の長手方向にも重ならないように光ファイバ１１の長手方向にも位置をずらして配置することとしてもよい。このようにすることで、交番電圧は必要となるものの、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。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。例えば、本発明を上記の各実施形態および変形例に適用したものに限定されることなく、これらの実施形態および変形例を適宜組み合わせた実施形態に適用してもよく、特に限定されるものではない。

１０，２０，３０，４０，５０光ファイバスキャナ
１１光ファイバ
１３導電性電極（電極部材）
１５，１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄ圧電素子

Claims

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よりも基端側の外周面に個別に貼り付けられた少なくとも１以上の圧電素子とを備える光ファイバスキャナ。
前記圧電素子が、その全長にわたり前記光ファイバの外周面に対して貼り付けられている請求項１に記載の光ファイバスキャナ。
前記分極方向が互いに交差するように、前記光ファイバの周方向にずらして配置された２枚の前記圧電素子を備える請求項１または請求項２に記載の光ファイバスキャナ。
前記２枚の圧電素子が、前記光ファイバの長手方向に重ならないように位置をずらして配置されている請求項３に記載の光ファイバスキャナ。
前記光ファイバを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または請求項２に記載の光ファイバスキャナ。
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ずらして配置され、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５に記載の光ファイバスキャナ。
前記一対の圧電素子どうしが、前記光ファイバの長手方向に重ならないように位置をずらして配置されている請求項６に記載の光ファイバスキャナ。
前記光ファイバの周方向にほぼ等間隔で配列された３以上の前記圧電素子を備える請求項１または請求項２に記載の光ファイバスキャナ。
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の電極部材を備える請求項１から請求項８のいずれかに記載の光ファイバスキャナ。