JP6103871B2

JP6103871B2 - Fiber optic scanner

Info

Publication number: JP6103871B2
Application number: JP2012219640A
Authority: JP
Inventors: 舟窪　朋樹; 朋樹舟窪; 博士鶴田; 盛通清水
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2012-10-01
Filing date: 2012-10-01
Publication date: 2017-03-29
Anticipated expiration: 2032-10-01
Also published as: JP2014071423A

Description

本発明は、光ファイバスキャナに関するものである。 The present invention relates to an optical fiber scanner.

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。 2. Description of the Related Art Conventionally, in the medical field, an optical fiber scanner that scans illumination light on a subject by emitting illumination light while vibrating the optical fiber at high speed using a piezoelectric element is known (see, for example, Patent Document 1). ). The optical fiber scanner described in Patent Literature 1 includes a tube-shaped piezoelectric element (PZT tube), four electrodes arranged at equal intervals in the circumferential direction on the surface of the PZT tube, and light inserted into the PZT tube. The tip of the optical fiber is fixed to the PZT tube by a connecting member.

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。 In the optical fiber scanner described in Patent Document 1, when the PZT tube is bent and deformed, a force in the vertical direction acts on the optical fiber via the connecting member, and the optical fiber is bent and vibrated by this force. Then, by synthesizing bending vibrations generated in two orthogonal directions in the optical fiber in consideration of the amplitude and phase, the tip of the optical fiber can be vibrated in a spiral shape and the illumination light can be scanned two-dimensionally. It is like that.

特表２００８−５０４５５７号公報Special table 2008-504557 gazette

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。 However, in the optical fiber scanner described in Patent Document 1, since the force generated in the PZT tube is transmitted to the optical fiber through the connecting member, a part of the force is absorbed by the connecting member and efficiently applied to the optical fiber. There is a problem that the optical fiber cannot be transmitted, and as a result, the vibration of the optical fiber is reduced.

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。 An object of the present invention is to provide an optical fiber scanner that can efficiently transmit the force of a piezoelectric element to an optical fiber without attenuating it, and can increase the vibration of the optical fiber.

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。
本発明の第１態様は、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、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一対の圧電素子と、該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圧電素子とを備え、前記一対の圧電素子および前記他の一対の圧電素子が、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ている光ファイバスキャナである。 In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
According to a first aspect of the present invention , there is provided an elongated optical fiber capable of guiding illumination light to be emitted from the tip, a pair of piezoelectric elements disposed in parallel with each other with the optical fiber interposed therebetween, and the pair And a pair of other piezoelectric elements disposed opposite to each other in parallel with the optical fiber interposed therebetween, the pair of piezoelectric elements and another pair of piezoelectric elements has a polarized plate shape in the thickness direction, which is the optical fiber scanner is attached to the individual on the outer peripheral surface of the proximal end side than the tip of the optical fiber.

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。 According to the present invention, when an alternating voltage is applied to the piezoelectric element in the thickness direction, the piezoelectric element expands and contracts in the direction orthogonal to the polarization direction, that is, the direction orthogonal to the thickness direction, so that the tip of the optical fiber is expanded. A bending vibration is excited such that the vibration vibrates in a direction crossing the longitudinal direction. Thereby, the illumination light emitted from the tip of the optical fiber can be scanned on the subject in accordance with the vibration of the tip.

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。 In this case, by attaching the plate-shaped piezoelectric elements individually to the outer peripheral surface of the optical fiber, each piezoelectric element can be closely adhered to the outer peripheral surface of the optical fiber. Thereby, the expansion and contraction of the piezoelectric element can be transmitted to the optical fiber with high efficiency, and the optical fiber can be greatly bent and vibrated. Further, by directly attaching the piezoelectric element to the outer peripheral surface of the optical fiber, the force of the piezoelectric element can be directly transmitted to the optical fiber. Thereby, it is possible to avoid the force from being attenuated as in the case where a resin material is interposed between the optical fiber and the piezoelectric element, and to further increase the bending vibration of the optical fiber.

上記第１態様においては、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。 In the first aspect , the piezoelectric element may be attached to the outer peripheral surface of the optical fiber over its entire length.
By comprising in this way, the expansion-contraction over the full length of a piezoelectric element can be transmitted without waste to an optical fiber.

本発明の参考例としての発明の参考態様においては、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。 In the reference aspect of the invention as a reference example of the present invention, two piezoelectric elements arranged so as to be shifted in the circumferential direction of the optical fiber so that the polarization directions intersect with each other may be provided.
With this configuration, by applying an alternating voltage to each piezoelectric element with an appropriate phase shift, the tip of the optical fiber can be vibrated in a spiral shape to scan illumination light in a two-dimensional manner. it can.

また、上記参考態様においては、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。 Moreover, in the said reference aspect , it is good also as arrange | positioning the said 2 piezoelectric element by shifting the position so that it may not overlap with the longitudinal direction of the said optical fiber.
With this configuration, the piezoelectric elements do not overlap with each other in the circumferential direction and the longitudinal direction of the optical fiber without increasing the size of the whole, so that a wide piezoelectric element having a large volume can be used. As a result, more energy can be output from the piezoelectric element, and the optical fiber can be vibrated with a large amplitude.

また、上記第１態様においては、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。 Further, the first aspect includes a pair of the piezoelectric elements arranged to face each other in parallel with the optical fiber interposed therebetween .
With this configuration, the bending vibration excited in the optical fiber can be increased by expanding and contracting the pair of piezoelectric elements in the same direction as compared with the case where only one piezoelectric element is provided.

また、上記第１態様においては、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。 Further, in the first aspect , the other pair of piezoelectric elements are arranged so as to be shifted in the circumferential direction of the optical fiber with respect to the pair of piezoelectric elements, and are opposed to each other in parallel with the optical fiber interposed therebetween. The device is provided .
With this configuration, by applying an alternating voltage to each piezoelectric element with an appropriate phase shift, the tip of the optical fiber can be vibrated in a spiral shape to scan illumination light in a two-dimensional manner. it can.

また、上記第１態様においては、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。 In the first aspect , the pair of piezoelectric elements may be arranged so as to be displaced from each other so as not to overlap with the longitudinal direction of the optical fiber.
With this configuration, it is possible to output larger energy for each pair of piezoelectric elements and to vibrate the optical fiber with a larger amplitude than in the case of two piezoelectric elements.

本発明の第２態様は、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、前記光ファイバの周方向にほぼ等間隔で配列された３以上の圧電素子とを備える光ファイバスキャナである。
本態様によれば、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。
上記第２態様においては、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。 The second aspect of the present invention has an elongated optical fiber capable of guiding illumination light and exiting from the distal end, and a plate shape polarized in the thickness direction, and is proximal to the distal end of the optical fiber. attached to separate an outer peripheral surface of the side, an optical fiber scanner and a three or more pressure conductive elements arranged at approximately equal intervals in the circumferential direction of the optical fiber.
According to this aspect, by applying an alternating voltage to each piezoelectric element with an appropriate phase shift, the tip of the optical fiber can be vibrated in a spiral shape, and illumination light can be scanned two-dimensionally.
In the said 2nd aspect, the said piezoelectric element is good also as being affixed with respect to the outer peripheral surface of the said optical fiber over the full length.

また、上記第１態様および上記第２態様においては、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。 Moreover, in the said 1st aspect and the said 2nd aspect , it is good also as providing the electroconductive electrode member arrange | positioned between the outer peripheral surface of the said optical fiber, and the said piezoelectric element.
With this configuration, it is possible to easily wire a common GND line.

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。 According to the present invention, there is an effect that the force of the piezoelectric element can be efficiently transmitted to the optical fiber without being attenuated, and the vibration of the optical fiber can be increased.

（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) is the schematic block diagram which looked at the optical fiber scanner which concerns on 1st Embodiment of this invention in the direction orthogonal to a longitudinal direction, (b) is a longitudinal direction from the front end side of an optical fiber. (C) is a perspective view of only the piezoelectric element (a) taken out and viewed. （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) is a figure which shows the state which vibrated the front-end | tip of the optical fiber of Fig.1 (a) to the X direction, (b) is a figure which shows the locus | trajectory of the vibration of the front-end | tip of the optical fiber of (a). （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) is the schematic block diagram which looked at the optical fiber scanner which concerns on the 1st modification of 1st Embodiment of this invention in the direction orthogonal to a longitudinal direction, (b) is the optical fiber of (a). It is the figure seen from the front end side to the longitudinal direction. （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) is a schematic block diagram which looked at the optical fiber scanner which concerns on 2nd Embodiment of this invention in the direction orthogonal to a longitudinal direction, (b) is a longitudinal direction from the front end side of the optical fiber of (a). FIG. （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) is a figure which shows the state which vibrated the front-end | tip of the optical fiber of Fig.4 (a) to the X direction, (b) is a figure which shows the locus | trajectory of the vibration of the front-end | tip of the optical fiber of (a). （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) is the schematic block diagram which looked at the optical fiber scanner which concerns on the 1st modification of 2nd Embodiment of this invention in the direction orthogonal to a longitudinal direction, (b) is the optical fiber of (a). It is the figure seen from the front end side to the longitudinal direction. （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) is the schematic block diagram which looked at the optical fiber scanner which concerns on 3rd Embodiment of this invention in the direction orthogonal to a longitudinal direction, (b) is a longitudinal direction from the front end side of the optical fiber of (a). FIG. （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) is a figure which shows the state which vibrated the front-end | tip of the optical fiber of Fig.7 (a) to the X direction, (b) is a figure which shows the locus | trajectory of the vibration of the front-end | tip of the optical fiber of (a). （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。(A) is a figure which shows the state which vibrated the front-end | tip of the optical fiber of Fig.7 (a) to a Y direction, (b) is a figure which shows the locus | trajectory of the vibration of the front-end | tip of the optical fiber of (a). 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。It is a figure which shows a mode that the front-end | tip of an optical fiber scans spirally. 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。It is a figure which shows a mode that the optical fiber scanner of Fig.7 (a) was employ | adopted for the image forming apparatus. （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) is the schematic block diagram which looked at the optical fiber scanner which concerns on the 1st modification of 3rd Embodiment of this invention in the direction orthogonal to a longitudinal direction, (b) is the optical fiber of (a). It is the figure seen from the front end side to the longitudinal direction. （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) is the schematic block diagram which looked at the optical fiber scanner which concerns on the 2nd modification of 3rd Embodiment of this invention in the direction orthogonal to a longitudinal direction, (b) is the optical fiber of (a). It is the figure seen from the front end side to the longitudinal direction. （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) is the schematic block diagram which looked at the optical fiber scanner which concerns on the 3rd modification of 3rd Embodiment of this invention in the direction orthogonal to a longitudinal direction, (b) is the optical fiber of (a). It is the figure seen from the front end side to the longitudinal direction. （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) is the schematic block diagram which looked at the optical fiber scanner which concerns on 4th Embodiment of this invention in the direction orthogonal to a longitudinal direction, (b) is a longitudinal direction from the front end side of the optical fiber of (a). FIG. （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) is a figure which shows the state which vibrated the front-end | tip of the optical fiber of Fig.15 (a) to a X direction, (b) is a figure which shows the locus | trajectory of the vibration of the front-end | tip of the optical fiber of (a). （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) is a figure which shows the state which vibrated the front-end | tip of the optical fiber of Fig.15 (a) to a Y direction, (b) is a figure which shows the locus | trajectory of the vibration of the front-end | tip of the optical fiber of (a). （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。(A) is the schematic block diagram which looked at the optical fiber scanner which concerns on the 1st modification of 4th Embodiment of this invention in the direction orthogonal to a longitudinal direction, (b) is the optical fiber of (a). It is the figure seen from the front end side to the longitudinal direction.

〔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。 [First Embodiment]
An optical fiber scanner according to a first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
As shown in FIGS. 1A and 1B, the optical fiber scanner 10 according to the present embodiment has an elongated cylindrical optical fiber 11 made of a glass material and a conductive property provided on the outer peripheral surface of the optical fiber 11. Electrode member (hereinafter referred to as a conductive electrode) 13 and a single square plate-shaped piezoelectric element 15 attached to the outer peripheral surface of the optical fiber 11 via the conductive electrode 13.

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。 The optical fiber 11 can guide illumination light emitted from a light source (not shown) and emit it from the tip.
As the conductive electrode 13, gold sputter, conductive silver paste, conductive adhesive, or the like can be used. The conductive electrode 13 is formed over the entire circumferential direction on a part of the outer peripheral surface closer to the base end side than the tip end of the optical fiber 11. The conductive electrode 13 has a high hardness and a thickness of about several μm.

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。 The piezoelectric element 15 is made of lead zirconate titanate (PZT). In addition, as shown in FIG. 1C, the piezoelectric element 15 is provided with electrodes 16 on both surfaces (hereinafter referred to as a front surface and a back surface) facing each other in the thickness direction, and the thickness is increased by a predetermined DC voltage. Polarized in the vertical direction. It is assumed that the polarization vector is directed from the + plane (front surface) of the piezoelectric element 15 to the − plane (back surface).

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。 The back surface of the piezoelectric element 15 is bonded to the conductive electrode 13 with an adhesive, and is bonded to the outer peripheral surface of the optical fiber 11 over the entire length of the piezoelectric element 15. Specifically, an epoxy adhesive is thinly applied to the back surface of the piezoelectric element 15 and the surface of the conductive electrode 13, and after aligning the piezoelectric element 15 and the conductive electrode 13 under a stereomicroscope, a heat shrinkable tube is attached. The piezoelectric element 15 is bonded to the conductive electrode 13 by thermosetting the epoxy adhesive at a predetermined temperature while pressing the piezoelectric element 15 against the conductive electrode 13. The piezoelectric element 15 and the conductive electrode 13 may be joined by a welding technique using solder or the like. By affixing the piezoelectric element 15 over its entire length, expansion and contraction over the entire length of the piezoelectric element 15 can be transmitted to the optical fiber 11 without waste.

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。 On the surface of the piezoelectric element 15, that is, the surface opposite to the back surface bonded to the conductive electrode 13, a lead wire 17 constituting an A phase for applying an alternating voltage to the piezoelectric element 15 is formed by a conductive adhesive. It is joined. Further, the common GND line 19 is joined to the conductive electrode 13 by a conductive adhesive. Since the electrode 16 on the back surface of the piezoelectric element 15 and the conductive electrode 13 are electrically connected, the conductive electrode 13 can be used as a GND electrode.

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。 The operation of the optical fiber scanner 10 thus configured will be described below.
In order to scan the illumination light emitted from the light source on the subject by the optical fiber scanner 10 according to the present embodiment, first, the phase A of the piezoelectric element 15 via the lead wire 17 corresponds to the frequency of the bending resonance vibration. Apply alternating voltage.

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。 When an alternating voltage is applied to the piezoelectric element 15 in the thickness direction, the piezoelectric element 15 expands and contracts in a direction orthogonal to the polarization direction, that is, a direction orthogonal to the thickness direction. As a result, as shown in FIGS. 2A and 2B, bending resonance vibration is excited in the optical fiber 11 such that the tip vibrates in the direction intersecting the longitudinal direction.

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。 In this state, when the illumination light emitted from the light source is guided by the optical fiber 11 and emitted from the tip, the illumination light can be scanned on the subject in accordance with the vibration of the tip of the optical fiber 11. For example, as shown in FIGS. 2A and 2B, when the tip of the optical fiber 11 is swung in the X direction, the illumination light can be scanned in the X direction on the subject.

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。 In this case, according to the optical fiber scanner 10 according to the present embodiment, the piezoelectric element 15 is attached to the outer peripheral surface of the optical fiber 11 by attaching a single plate-shaped piezoelectric element 15 to the outer peripheral surface of the optical fiber 11. It can be brought into close contact with accuracy. Accordingly, the expansion and contraction of the piezoelectric element 15 can be transmitted to the optical fiber 11 with high efficiency, and the optical fiber 11 can be greatly bent and vibrated.

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。 Further, since the conductive electrode 13 has a high hardness and a thickness of about several μm, the force transmitted from the piezoelectric element 15 to the optical fiber 11 is hardly attenuated in the conductive electrode 13. Therefore, by directly attaching the piezoelectric element 15 to the outer peripheral surface of the optical fiber 11 via the conductive electrode 13, the force is attenuated as in the case where a resin material is interposed between the optical fiber 11 and the piezoelectric element 15. The bending vibration of the optical fiber 11 can be further increased.

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。 Further, by providing the conductive electrode 13 between the optical fiber 11 and the piezoelectric element 15, there is no need to draw the common GND line 19 from the electrode 16 on the back surface of the piezoelectric element 15 bonded to the optical fiber 11, and the conductive electrode The common GND line 19 can be drawn from 13 arbitrary positions. Therefore, the lead wire 17 and the common GND wire 19 can be easily routed.

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。 This embodiment can be modified as follows.
For example, in the present embodiment, the conductive electrode 13 is disposed between the optical fiber 11 and the piezoelectric element 15, but as a first modification, as shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b). In addition, the conductive electrode 13 may not be provided.

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。 That is, the electrode 16 on the back surface of the piezoelectric element 15 may be directly bonded to the outer peripheral surface of the optical fiber 11. In this case, the common GND line 19 may be bonded to the exposed portion of the electrode 16 on the back surface of the piezoelectric element 15 using a conductive adhesive. According to this modification, the force of the piezoelectric element 15 can be directly transmitted to the optical fiber. Further, the configuration can be simplified by omitting the conductive electrode 13.

〔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。 [Second Embodiment]
Next, an optical fiber scanner according to a second embodiment of the invention will be described.
As shown in FIGS. 4A and 4B, the optical fiber scanner 20 according to the present embodiment includes a pair of piezoelectric elements 15A and 15B arranged in parallel with each other with the optical fiber 11 interposed therebetween. This is different from the first embodiment.
In the following, portions having the same configuration as those of the optical fiber scanner 10 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

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。 The pair of piezoelectric elements 15 A and 15 B are bonded to the outer peripheral surface of the optical fiber 11 via the conductive electrode 13 with an adhesive. Specifically, the back surface of the piezoelectric element 15 A is bonded to the conductive electrode 13, and the front surface of the piezoelectric element 15 B is bonded to the conductive electrode 13. Therefore, the piezoelectric elements 15A and 15B have the same polarization direction.

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。 Further, in the pair of piezoelectric elements 15A and 15B, lead wires 17A and 17B are bonded to the electrode 16 on the surface opposite to the surface bonded to the conductive electrode 13 by a conductive adhesive. These two lead wires 17A and 17B are coupled to each other to form an A phase. Further, one common GND line 19 is joined to the conductive electrode 13 by a conductive adhesive.

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。 In the optical fiber scanner 20 according to the present embodiment, when an alternating voltage corresponding to the frequency of bending resonance vibration is applied to the A phase of the pair of piezoelectric elements 15A and 15B via the lead wire 17A, the piezoelectric elements 15A and 15B are polarized. By expanding and contracting all at once in a direction orthogonal to the optical fiber 11, a bending resonance vibration is excited such that the optical fiber 11 vibrates in a direction intersecting the longitudinal direction (Z direction). Thereby, as shown to Fig.5 (a), (b), the front-end | tip of the optical fiber 11 can be swung to a X direction.

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。 As described above, according to the optical fiber scanner 20 according to the present embodiment, since the two piezoelectric elements 15A and 15B are used, the optical fiber 11 is compared with the case where only one piezoelectric element 15 is provided. The vibration amplitude to be excited can be increased.

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。 In the present embodiment, as a first modification, as in the first modification of the first embodiment, a pair of piezoelectric elements 15 A and 15 B with respect to the outer peripheral surface of the optical fiber 11 without providing the conductive electrode 13. Each may be directly joined. For example, FIGS. 6A and 6B show a state in which the back surfaces of the piezoelectric elements 15A and 15B are joined to the outer peripheral surface of the optical fiber 11, respectively. The piezoelectric elements 15 A and 15 B have different polarization directions, that is, the polarization directions are directed to the optical fiber 11.

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。 In this case, for example, in the piezoelectric element 15A, the common GND line 19A is bonded to the electrode 16 on the surface (back surface) bonded to the conductive electrode 13, and the lead wire 17A is connected to the electrode 16 on the opposite surface (front surface). What is necessary is just to join. Further, in the piezoelectric element 15B, a lead wire 17B is bonded to the electrode 16 on the surface (back surface) bonded to the conductive electrode 13, and a common GND line 19B is bonded to the electrode 16 on the opposite surface (front surface). And it is sufficient. By doing so, the configuration can be simplified by omitting the conductive electrode 13.

〔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。 [Third Embodiment]
Next, an optical fiber scanner according to a third embodiment of the invention will be described.
As shown in FIGS. 7A and 7B, the optical fiber scanner 30 according to the present embodiment is different from the pair of piezoelectric elements 15 A and 15 B that are arranged so as to be shifted in the circumferential direction of the optical fiber 11. The second embodiment is different from the second embodiment in that it includes a pair of piezoelectric elements 15C and 15D.
In the following, portions having the same configuration as those of the optical fiber scanner 10 according to the second embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

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。 Like the pair of piezoelectric elements 15A and 15B, the pair of piezoelectric elements 15C and 15D are disposed to face each other in parallel with the optical fiber 11 interposed therebetween, and conductive electrodes are formed on the outer peripheral surface of the optical fiber 11 by an adhesive, respectively. 13 is joined. In the present embodiment, the back surface of the piezoelectric element 15A and the surface of the piezoelectric element 15B are bonded to the conductive electrode 13, and the back surface of the piezoelectric element 15C and the surface of the piezoelectric element 15D are bonded to the conductive electrode 13. Accordingly, the piezoelectric elements 15A and 15B have the same polarization direction, and the piezoelectric elements 15C and 15D have the same polarization direction.

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。 Further, the pair of piezoelectric elements 15 A and 15 B and the pair of piezoelectric elements 15 C and 15 D are disposed so as to be shifted by 90 ° in the circumferential direction of the optical fiber 11. For example, the pair of piezoelectric elements 15A and 15B are disposed to face each other in the X direction, and the pair of piezoelectric elements 15C and 15D are disposed to face each other in the Y direction. These four piezoelectric elements 15A, 15B, 15C, and 15D each have a width dimension substantially equal to the diameter dimension of the optical fiber 11.

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。 Further, in the pair of piezoelectric elements 15A and 15B, driving leads 17A and 17B constituting the A phase are respectively provided on the electrode 16 on the surface opposite to the surface bonded to the conductive electrode 13, and the conductive adhesive. It is joined by. In addition, to the pair of piezoelectric elements 15C and 15D, driving leads 17C and D constituting the B phase are bonded to the electrode 16 on the side opposite to the surface bonded to the conductive electrode 13 by a conductive adhesive. Has been. The common GND line 19 is joined to the conductive electrode 13 with a conductive adhesive.

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。 The operation of the thus configured optical fiber scanner 30 will be described.
In the optical fiber scanner 30 according to the present embodiment, when an alternating voltage corresponding to the frequency of bending resonance vibration is applied to the A phase of the pair of piezoelectric elements 15A and 15B via the lead wires 17A and 17B, the piezoelectric elements 15A and 15B. Are simultaneously expanded and contracted in a direction orthogonal to the polarization direction, and bending resonance vibrations are excited in the optical fiber 11 such that the vicinity of the ends of the piezoelectric elements 15A and 15B is a node and the tip of the optical fiber 11 becomes an antinode. The Thereby, as shown to Fig.8 (a), (b), the front-end | tip of the optical fiber 11 can be swung to a X direction.

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。 On the other hand, when an alternating voltage corresponding to the frequency of bending resonance vibration is applied in the thickness direction to the B phase of the pair of piezoelectric elements 15C and 15D via the lead wires 17C and 17D, the piezoelectric elements 15C and 15D are orthogonal to the polarization direction. By expanding and contracting in the direction all at once, bending resonance vibration is excited in the optical fiber 11 such that the vicinity of the end portions of the piezoelectric elements 15C and 15D is a node and the tip of the optical fiber 11 becomes an antinode. Thereby, as shown to Fig.9 (a), (b), the front-end | tip part of the optical fiber 11 can be swung to a Y direction.

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。 Here, the X direction vibration and the Y direction vibration are simultaneously generated in the optical fiber 11, and the phase of the alternating voltage applied to the piezoelectric elements 15A and 15B and the phase of the alternating voltage applied to the piezoelectric elements 15C and 15D are π. When shifted by 2, the tip of the optical fiber 11 can be vibrated to draw a circular locus. When the magnitude of the alternating voltage is gradually increased or decreased, the tip of the optical fiber 11 can be vibrated spirally as shown in FIG. 10 (spiral scanning). Thereby, the illumination light can be two-dimensionally scanned (spiral scan) on the subject.

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。 For example, as shown in FIG. 11, a case where the optical fiber scanner 30 according to the present embodiment is employed in an image forming apparatus will be described. When the tip of the optical fiber 11 is vibrated in a spiral shape and the laser light propagated through the optical fiber 11 is emitted from the tip, the laser beam is focused through the lens 2 and is two-dimensionally viewed on the subject. Scanned.

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。 Reflected light from the subject irradiated with the laser light is detected by a plurality of detection fibers 4. By detecting the reflected light with the detection fiber 4 in synchronization with the scanning period of the laser light, the surface state of the scanning range of the laser light in the subject can be imaged using an image forming apparatus (not shown). it can.

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。 This embodiment can be modified as follows.
In the present embodiment, two pairs of piezoelectric elements 15A and 15B and piezoelectric elements 15C and 15D are employed. As a first modification, as shown in FIGS. In addition, two piezoelectric elements 15A and 15C may be provided on the outer peripheral surface of the optical fiber 11, and these piezoelectric elements 15A and 15C may be arranged in directions in which the polarization directions are orthogonal to each other.

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。 In this way, by applying an alternating voltage to the two piezoelectric elements 15A and 15C with their phases shifted, the tip of the optical fiber 11 is vibrated in a spiral shape so that the illumination light is irradiated on the subject. It can be scanned dimensionally. Therefore, although an alternating voltage is required, the configuration can be simplified as compared with the case where four piezoelectric elements 15A, 15B, 15C, and 15D are used.

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。 In the present embodiment, the four piezoelectric elements 15A, 15B, 15C, and 15D have a width dimension substantially equal to the diameter dimension of the optical fiber 11, but as a second modification, FIG. As shown in a) and (b), the width dimensions of the piezoelectric elements 15A, 15B, 15C, and 15D may be made larger than the diameter dimension of the optical fiber 11, respectively.

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。 In this case, as shown in the figure, the optical fiber 11 is placed so that the front surfaces or back surfaces and side surfaces of the piezoelectric elements 15A, 15B, 15C, and 15D adjacent in the circumferential direction of the optical fiber 11 are alternately in contact with each other. The piezoelectric elements 15A, 15B, 15C, and 15D may be joined with a slight shift in the width direction.

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。 By doing so, the four piezoelectric elements 15A, 15B, 15C, and 15D can be positioned with respect to each other in the circumferential direction of the optical fiber 11 to facilitate assembly. Further, since the volumes of the piezoelectric elements 15A, 15B, 15C, and 15D substantially increase, more energy is input to increase the expansion and contraction of each of the piezoelectric elements 15A, 15B, 15C, and 15D, and the amplitude of the optical fiber 11 Can be increased.

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。 Further, as a third modification, as shown in FIGS. 14A and 14B, three piezoelectric elements 15A, 15B, and 15C are arranged so as to be shifted by 120 ° in the circumferential direction of the optical fiber 11 and joined. It is good as well. In this case, for example, the conductive electrode 13 is formed on the outer peripheral surface of the optical fiber 11, and the back surfaces of the piezoelectric elements 15A, 15B, and 15C are bonded to the conductive electrode 13, respectively, and the piezoelectric elements 15A, 15B, What is necessary is just to fix 15C so that the polarization direction may face the optical fiber 11, respectively.

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。 Further, the driving lead wire 17A constituting the A phase is bonded to the electrode 16 on the surface (front surface) opposite to the surface bonded to the conductive electrode 13 of the piezoelectric element 15A by a conductive adhesive. That's fine. Similarly, the driving lead wire B constituting the B phase is joined to the electrode 16 on the surface of the piezoelectric element 15B, and the driving lead wire C constituting the C phase to the electrode 16 on the surface of the piezoelectric element 15C. May be joined.

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。 Then, an alternating voltage that is electrically shifted by 120 ° may be applied to the A phase of the piezoelectric element 15A, the B phase of the piezoelectric element 15B, and the C phase of the piezoelectric element 15C. By doing so, the tip of the optical fiber 11 can be vibrated in a spiral shape while reducing the number of the piezoelectric elements 15 from four to three, and the illumination light can be scanned two-dimensionally on the subject. .

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。 Also in the present embodiment and its modifications, the piezoelectric elements 15A, 15B, 15C, and 15D may be directly bonded to the outer peripheral surface of the optical fiber 11 without providing the conductive electrode 13. In this case, the common GND line 19B may be bonded to the electrode 16 on the surface bonded to the conductive electrode 13 of each piezoelectric element 15A, 15B, 15C, 15D. By doing so, the configuration can be simplified by omitting the conductive electrode 13.

〔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。 [Fourth Embodiment]
Next, an optical fiber scanner according to a fourth embodiment of the invention is described.
As shown in FIGS. 15A and 15B, the optical fiber scanner 40 according to the present embodiment is configured such that the other pair of piezoelectric elements 15C and 15D is replaced with the pair of piezoelectric elements 15C and 15B. It differs from the third embodiment in that it is arranged at a position shifted in the longitudinal direction.
In the following, portions having the same configuration as those of the optical fiber scanner 10 according to the third embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

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。 In the present embodiment, the piezoelectric elements 15 A and 15 B and the piezoelectric elements 15 C and 15 D are arranged so as to be shifted in the longitudinal direction of the optical fiber 11 so as not to overlap with each other in the longitudinal direction of the optical fiber 11. 15A and 15B, a pair of piezoelectric elements 15A and 15B constituting the A phase are arranged near the tip of the optical fiber 11, and another pair of piezoelectric elements 15C and 15D constituting the B phase are arranged. The structure arrange | positioned near the base end of the optical fiber 11 is illustrated.

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。 Further, the back surface of the piezoelectric element 15 A and the surface of the piezoelectric element 15 B are bonded to the conductive electrode 13, and the back surface of the piezoelectric element 15 C and the surface of the piezoelectric element 15 D are bonded to the conductive electrode 13. Accordingly, the piezoelectric elements 15A and 15B have the same polarization direction, and the piezoelectric elements 15C and 15D have the same polarization direction.

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。 The lead wires 17A and 17B constituting the A phase are joined to the surface opposite to the surface joined to the conductive electrode 13 of the piezoelectric elements 15A and 15B, and to the conductive electrode 13 of the piezoelectric elements 15C and 15D. Lead wires 17C and 17D constituting the B phase are joined to the surface opposite to the joined surface, and the common GND wire 19 is joined to the conductive electrode 13.

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。 The operation of the thus configured optical fiber scanner 40 will be described.
When an alternating voltage corresponding to the frequency of bending resonance vibration is applied to the A phase of the pair of piezoelectric elements 15A and 15B via the lead wires 17A and 17B, the piezoelectric elements 15A and 15B expand and contract all at once in a direction orthogonal to the polarization direction. As a result, bending resonance vibration is excited in the optical fiber 11 such that the vicinity of the upper ends of the piezoelectric elements 15A and 15B in the optical fiber 11 is a node and the tip of the optical fiber 11 becomes an antinode. Thereby, as shown in FIGS. 16A and 16B, the tip of the optical fiber 11 can be swung in the X direction.

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。 On the other hand, when an alternating voltage corresponding to the frequency of the bending resonance vibration is applied to the B phase of the other pair of piezoelectric elements 15C and 15D via the lead wires 17C and 17D, the piezoelectric elements 15C and 15D are in a direction orthogonal to the polarization direction. By expanding and contracting all at once, bending resonance vibration is excited in the optical fiber 11 such that the vicinity of the upper ends of the piezoelectric elements 15A and 15B in the optical fiber 11 is a node and the tip of the optical fiber 11 becomes an antinode. Thereby, as shown to Fig.17 (a), (b), the front-end | tip of the optical fiber 11 can be swung to a Y direction.

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。 Then, the X direction vibration and the Y direction vibration are simultaneously generated in the optical fiber 11, and the phase of the alternating voltage applied to the piezoelectric elements 15A and 15B and the phase of the alternating voltage applied to the piezoelectric elements 15C and 15D are π /. By shifting by two, the tip of the optical fiber 11 can be vibrated to draw a circular locus. Further, by gradually increasing or decreasing the magnitude of the alternating voltage, the tip of the optical fiber 11 can be vibrated in a spiral shape, and the illumination light can be scanned two-dimensionally on the subject.

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。 According to the optical fiber scanner 40 according to the present embodiment, the pair of piezoelectric elements 15A and 15B and the other pair of piezoelectric elements 15C and 15D are positioned on the outer peripheral surface of the optical fiber 11 so as not to overlap each other in the longitudinal direction. Since the piezoelectric elements 15A, 15B, 15C, and 15D do not overlap with each other in the circumferential direction and the longitudinal direction of the optical fiber 11 by being shifted, the piezoelectric elements 15A and 15B having a large volume and a large volume are not enlarged. , 15C, 15D can be used. Therefore, it is possible to output a large energy from each of the piezoelectric elements 15A, 15B, 15C, and 15D and vibrate the optical fiber 11 with a large amplitude.

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。 In this embodiment, four piezoelectric elements 15A, 15B, 15C, and 15D are used. As a first modification, two piezoelectric elements are used as shown in FIGS. Using the elements 15A and 15C, the two piezoelectric elements 15A and 15C are shifted by 90 ° in the circumferential direction of the optical fiber 11, and they are also arranged in the longitudinal direction of the optical fiber 11 so as not to overlap with the longitudinal direction of the optical fiber 11. Alternatively, the positions may be shifted. In this way, although an alternating voltage is required, the configuration can be simplified as compared with the case where four piezoelectric elements 15A, 15B, 15C, and 15D are used.

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。 As mentioned above, although embodiment of this invention was explained in full detail with reference to drawings, the specific structure is not restricted to this embodiment, The design change etc. of the range which does not deviate from the summary of this invention are included. For example, the present invention is not limited to those applied to the above-described embodiments and modifications, but may be applied to embodiments in which these embodiments and modifications are appropriately combined, and is not particularly limited. Absent.

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 10, 20, 30, 40, 50 Optical fiber scanner 11 Optical fiber 13 Conductive electrode (electrode member)
15, 15A, 15B, 15C, 15D Piezoelectric element

Claims

An elongated optical fiber that can guide the illumination light and emit it from the tip,
A pair of piezoelectric elements disposed parallel to each other across the optical fiber;
Another pair of piezoelectric elements disposed in parallel with each other with the optical fiber interposed therebetween, the first pair of piezoelectric elements being displaced in the circumferential direction of the optical fiber,
The pair of piezoelectric elements and the other pair of piezoelectric elements have plate shapes polarized in the thickness direction, and are individually attached to the outer peripheral surface of the optical fiber on the base end side with respect to the distal end . Fiber optic scanner.

The optical fiber scanner according to claim 1 , wherein the pair of piezoelectric elements are arranged so as to be shifted from each other so as not to overlap each other in the longitudinal direction of the optical fiber.

An elongated optical fiber that can guide the illumination light and emit it from the tip,
3 or more having a plate shape polarized in the thickness direction, individually attached to the outer peripheral surface of the base end side of the optical fiber, and arranged at substantially equal intervals in the peripheral direction of the optical fiber optical fiber scanner Ru and a pressure conductive element.

The optical fiber scanner according to any one of claims 1 to 3, wherein the piezoelectric element is attached to the outer peripheral surface of the optical fiber over its entire length.

The optical fiber scanner according to any one of claims 1 to 4 , further comprising a conductive electrode member disposed between an outer peripheral surface of the optical fiber and the piezoelectric element.