WO2015159573A1 - スキャナユニット、光ファイバスキャナ、照明装置および観察装置 - Google Patents

スキャナユニット、光ファイバスキャナ、照明装置および観察装置 Download PDF

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scanner
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博一 横田
靖明 葛西
博士 鶴田
善朗 岡崎
和敏 熊谷
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オリンパス株式会社
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    • H10N30/204—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators using bending displacement, e.g. unimorph, bimorph or multimorph cantilever or membrane benders

Definitions

  • the present invention relates to a scanner unit, an optical fiber scanner, an illumination device, and an observation device.
  • an optical fiber scanner including a rectangular cylindrical elastic portion that holds an optical fiber in a cantilever shape and actuators provided on four outer surfaces of the elastic portion (for example, Patent Document 1). reference.).
  • the actuator is composed of a plate-like piezoelectric element that is polarized in the thickness direction, and the front surface of the piezoelectric element is a positive pole and the rear surface is a negative pole.
  • an alternating voltage in the thickness direction is applied to the piezoelectric element through the front surface and the back surface, the piezoelectric element expands and contracts in the longitudinal direction of the optical fiber, thereby exciting bending vibration in the elastic portion and the optical fiber.
  • the tip of the optical fiber which is a free end can be vibrated along a predetermined locus, and light emitted from the tip can be scanned.
  • the front surface and the back surface of the piezoelectric element cannot be distinguished from the appearance. Therefore, when assembling the optical fiber scanner, there is a possibility that the piezoelectric element is attached to the outer surface of the elastic portion with the reverse direction of the front surface, and the elastic portion and the optical fiber cannot be bent and vibrated. In addition, due to variations in the attachment position of the piezoelectric element on the outer surface of the elastic part, the vibration state excited by the optical fiber differs from one optical fiber scanner to another, resulting in individual differences in light scanning performance. There is.
  • the present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object of the present invention is to provide a scanner unit, an optical fiber scanner, an illumination device, and an observation device that can always manufacture an optical fiber scanner with stable performance. To do.
  • a predetermined elastic region is set on an outer surface of the cylindrical elastic portion, and a first elastic mark is provided on the outer side of the predetermined adhesive region.
  • a piezoelectric element that is affixed to a predetermined affixing region and that excites bending vibration in a direction that intersects the longitudinal direction of the elastic part, the piezoelectric element having two electrode surfaces facing each other;
  • a piezoelectric body polarized in a direction opposite to the two electrode surfaces, and a second mark different from each other provided on each of the two electrode surfaces of the piezoelectric body, provided on one of the two electrode surfaces.
  • the second mark is located outside of the pasting area when the piezoelectric body is pasted on a predetermined pasting area on the outer side so that the other of the two electrode faces is in contact with the outer side.
  • the piezoelectric body when an alternating voltage is applied between the electrode surfaces of the piezoelectric body, the piezoelectric body elastically expands and contracts in the direction intersecting the polarization direction, that is, in the length direction of the elastic portion. Bending vibration is excited in the part. This bending vibration is transmitted to the optical fiber inserted into the elastic portion, so that the tip of the optical fiber can be vibrated and the light emitted from the tip can be scanned.
  • the polarity of each electrode surface can be identified and the piezoelectric body can be attached to the outer surface of the elastic portion in an appropriate direction. .
  • the piezoelectric body when the piezoelectric body is attached to the outer surface so that one electrode surface is in contact with the outer surface of the elastic portion, the second mark provided on the other electrode surface arranged on the outer side is on the outer surface.
  • the piezoelectric body By positioning the piezoelectric body so as to match the provided first mark, the piezoelectric body is accurately aligned with a predetermined pasting region on the outer surface.
  • the bending vibration excited in the elastic portion and the optical fiber by driving the piezoelectric body is constant without causing individual differences, and thus an optical fiber scanner with always stable performance can be manufactured.
  • the second marks provided on the two electrode surfaces may have different colors and / or shapes. In this way, the polarity of each electrode surface of the piezoelectric body can be easily identified based on the color and / or shape of the second mark.
  • the second mark may be composed of two straight lines extending in directions intersecting each other.
  • the two electrode surfaces may be rectangular, and the two straight lines may be parallel to the length direction and the width direction of the electrode surfaces, respectively.
  • the two electrode surfaces may be rectangular, and the two straight lines may be diagonal lines connecting the corners of the electrode surfaces.
  • each of the ends of the two straight lines is in contact with a side of the electrode surface.
  • a second aspect of the present invention is an optical fiber scanner including the scanner unit described above and an optical fiber inserted in the longitudinal direction inside the elastic portion.
  • the above-described optical fiber scanner a light source that supplies illumination light to the optical fiber, a light source that is disposed on the proximal end side of the optical fiber scanner, and a distal end side of the optical fiber scanner are provided.
  • the illumination device includes an illumination lens that collects light emitted from the tip of the optical fiber onto a subject, and an elongated outer cylinder that houses the optical fiber scanner and the illumination lens.
  • an observation apparatus including the above-described illumination device and a light detection unit that detects return light returning from the subject when the illumination device irradiates the subject with light.
  • FIG. 1 is a perspective view of a scanner unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1B is a front view of the scanner unit of FIG. 1A viewed in the length direction. It is a disassembled perspective view of the scanner unit of FIG. 1A. It is a figure which shows the whole structure of the observation apparatus which concerns on one Embodiment of this invention.
  • It is a top view of the piezoelectric element which shows the modification of a mark.
  • It is a top view of the piezoelectric element which shows another modification of a mark.
  • It is a top view of the piezoelectric element which shows another modification of a mark.
  • It is a graph explaining the combination of the mark provided in a piezoelectric element, and the mark provided in an elastic part.
  • the scanner unit 10 includes a piezoelectric element 1 and an elastic portion 2 to which the piezoelectric element 1 is attached.
  • the piezoelectric element 1 includes a piezoelectric body 3 made of a rectangular plate member, and marks (second marks) 4 and 5 provided on the outer surface of the piezoelectric body 3.
  • the piezoelectric body 3 is formed from a piezoelectric ceramic material such as lead zirconate titanate (PZT).
  • the piezoelectric body 3 has a length direction L, a width direction W, and a thickness direction T that are orthogonal to each other.
  • the piezoelectric body 3 has a front surface 3a and a back surface 3b that face each other in the thickness direction T.
  • the piezoelectric body 3 is subjected to polarization treatment so that the front surface (electrode surface) 3a becomes a positive electrode and the rear surface (electrode surface) 3b becomes a negative electrode. Polarized in the direction T.
  • the front surface 3a includes a straight line (hereinafter also referred to as a vertical line) 4a parallel to the length direction L and a straight line (hereinafter also referred to as a horizontal line) 4b parallel to the width direction W.
  • a mark 4 having the following colors is provided.
  • the vertical line 4a connects the two sides of the front surface 3a facing each other in the length direction L.
  • the horizontal line 4b connects the two sides of the front surface 3a facing each other in the width direction W.
  • the back surface 3b includes a straight line (hereinafter also referred to as a vertical line) 5a parallel to the length direction L and a straight line (hereinafter also referred to as a horizontal line) 5b parallel to the width direction W.
  • a straight line hereinafter also referred to as a vertical line
  • a straight line hereinafter also referred to as a horizontal line
  • the vertical line 5a connects two sides of the back surface 3b facing each other in the length direction L.
  • the horizontal line 5b connects the two sides of the back surface 3b facing each other in the width direction W.
  • the elastic part 2 is a square cylindrical member made of a metal having conductivity and elasticity, such as nickel or copper.
  • the elastic portion 2 has a length direction L ′, a width direction W ′, and a height direction H ′ that are orthogonal to each other.
  • the elastic portion 2 is formed along the central axis in the length direction L ′ from the distal end surface to the proximal end surface, and has a through hole 2a into which an optical fiber is inserted.
  • the four outer surfaces of the elastic portion 2 have a straight line (hereinafter also referred to as a vertical line) 6a parallel to the length direction L ′ and a straight line (hereinafter also referred to as a horizontal line) 6b parallel to the width direction W ′. And a straight line (hereinafter also referred to as a vertical line) 7a parallel to the length direction L ′ and a straight line (hereinafter also referred to as a horizontal line) parallel to the height direction H ′. .) A mark (first mark) 7 consisting of 7b is provided.
  • the vertical lines 6a and 7a connect two sides facing each other in the length direction L 'of the outer surface.
  • the horizontal line 6b connects two sides facing each other in the width direction W '
  • the horizontal line 7b connects two sides facing each other in the height direction H'.
  • one is provided with the same first color mark 6 as the mark 4 on the front surface 3a, and the other is provided with the same second color mark 7 as the mark 5 on the back surface 3b. Is provided. Similarly, one of the remaining two outer surfaces is provided with the same first color mark 6 as the mark 4 on the front surface 3a, and the other is provided with the same second color as the mark 5 on the back surface 3b. A mark 7 is provided.
  • the piezoelectric element 1 is affixed to a predetermined affixing region R set on each outer surface of the elastic portion 2 as shown in FIG.
  • the predetermined affixing region R refers to the elastic portion 2 due to stretching vibration in the length direction L of the piezoelectric element 1 when an alternating voltage is applied to the piezoelectric element 1 affixed to the predetermined affixing region R as described later. This is a region where bending vibration can be excited.
  • the colors of the marks 6 and 7 on the outer surface are the same as the colors of the marks 4 and 5 of the piezoelectric element 1 on the outer surface.
  • the piezoelectric element 1 is attached to each outer surface of the elastic portion 2. Furthermore, when each outer surface is viewed from the front, the vertical lines 4a and 6a and the horizontal lines 4b and 6b are in a straight line, or the vertical lines 5a and 7a and the horizontal lines 5b and 7b are in a straight line. As shown, the positions of the marks 4, 5, 6, and 7 are designed.
  • one piezoelectric element 1 is attached to two outer surfaces facing each other out of the four outer surfaces of the elastic portion 2 using a conductive adhesive. Specifically, for one outer surface on which the first color mark 6 is provided, the back surface 3b on which the second color mark 5 is provided is in contact with the outer surface. The element 1 is pasted. At this time, the positions and angles of the length direction L ′ and the width direction W ′ of the piezoelectric element 1 with respect to the outer surface are adjusted so that the vertical lines 4a, 6a and the horizontal lines 4b, 6b are in a straight line. .
  • the piezoelectric surface is provided so that the front surface 3a on which the first color mark 4 is provided is in contact with the outer surface.
  • the element 1 is pasted.
  • the positions and angles of the length direction L ′ and the height direction H ′ of the piezoelectric element 1 with respect to the outer surface are adjusted so that the vertical lines 5a and 7a and the horizontal lines 5b and 7b are in a straight line. To do.
  • the piezoelectric element 1 is attached to the elastic portion 2 so that the polarization directions P of the piezoelectric elements 1 provided on the outer surfaces of the elastic portion 2 facing each other are the same. It is done.
  • the scanner unit 10 can be completed by sticking the piezoelectric elements 1 one by one to the remaining two outer surfaces of the elastic portion 2.
  • the colors of the marks 4 and 5 provided on the respective surfaces 3a and 3b of the piezoelectric element 1 and the colors of the marks 6 and 7 provided on the respective outer surfaces of the elastic portion 2 are as follows. Based on the above, the piezoelectric element 1 can be attached to each outer surface without making a mistake in the front. Further, the vertical lines 4a and 5a and the horizontal lines 4b and 5b provided on the surfaces 3a and 3b of the piezoelectric element 1, and the vertical lines 6a and 7a and the horizontal lines 6b and 7b provided on the outer surfaces of the elastic portion 2, respectively.
  • the position of the piezoelectric element 1 on the outer surface can be uniquely specified in the predetermined pasting region R, and the piezoelectric element 1 can be accurately aligned and pasted on the pasting region R.
  • the scanner unit 10 can be assembled without causing an assembly error. Therefore, there is an advantage that the scanner unit 10 having a constant vibration performance of the elastic portion 2 can be obtained.
  • the optical fiber scanner 20, the illumination device 30, and the observation device 40 according to an embodiment of the present invention will be described.
  • the height direction H ′ of the elastic portion 2 is defined as the X direction
  • the width direction W ′ is defined as the Y direction
  • the length direction L ′ is defined as the Z direction.
  • the observation device 40 detects the illumination device 30 that irradiates the surface of the subject X with the illumination light L and the return light L ′ of the illumination light L from the subject X.
  • the optical fiber 31 for detection and the photodetector (light detection part) 32 are provided.
  • the illuminating device 30 includes an optical fiber scanner 20, an illumination lens 21 disposed on the distal end side of the optical fiber scanner 20, an elongated cylindrical outer tube 22 that houses the optical fiber scanner 20 and the illumination lens 21, and a light source 23. And.
  • the optical fiber scanner 20 includes a scanner unit 10, an optical fiber 11, and a fixing unit 12.
  • the optical fiber 11 has an elongated round bar shape made of a glass material.
  • the optical fiber 11 is inserted into the through hole 2a of the elastic portion 2 with its tip portion protruding, and the inner peripheral surface of the through hole 2a and the outer surface of the optical fiber 11 are fixed to each other.
  • the portion of the optical fiber 11 that protrudes from the elastic portion 2 toward the tip side is referred to as an optical scanning portion 11a.
  • the fixed portion 12 is a cylindrical member formed from a metal material such as stainless steel.
  • the inner peripheral surface of the fixing portion 12 is fixed to the outer surface of the base end portion of the elastic portion 2.
  • the outer surface of the fixed portion 12 is fixed to the inner peripheral surface of the outer cylinder 22.
  • a lead wire 13A for A phase is joined to the two piezoelectric elements 1 facing each other in the X direction by solder or conductive adhesive.
  • a B-phase lead wire 13B is joined to the remaining two piezoelectric elements 1 facing each other in the Y direction by solder or conductive adhesive.
  • a GND (ground) lead wire 14 is joined to the fixing portion 12 with solder or a conductive adhesive, and the fixing portion 12 functions as a common GND for the four piezoelectric elements 1.
  • the illumination lens 21 is disposed so that the rear focal position thereof substantially coincides with the tip 11b of the optical fiber 11, and condenses the illumination light L emitted from the tip 11b of the optical fiber 11 on the subject X.
  • the light source 23 is connected to the base end of the optical fiber 11 on the base end side of the outer tube 22, and supplies the illumination light L to the base end of the optical fiber 11.
  • a plurality of detection optical fibers 31 are provided in the outer cylinder 22 and arranged in the circumferential direction outside the optical fiber scanner 20.
  • the distal end surface of the detection optical fiber 31 is disposed on the distal end surface of the outer cylinder 22.
  • the photodetector 32 is disposed on the proximal end side of the outer cylinder 22 and is connected to the proximal end of the detection output optical fiber 31.
  • the illumination light L is supplied from the light source 23 to the optical fiber 11 and an alternating voltage is applied to the piezoelectric element 1 via the lead wires 13A and 13B. By doing so, the tip 11b of the optical fiber 11 is vibrated.
  • an A-phase alternating voltage having a frequency corresponding to the bending resonance vibration frequency of the optical scanning unit 11a is applied to the piezoelectric element 1 via the lead wire 13A.
  • the piezoelectric element 1 expands and contracts in the Z direction orthogonal to the polarization direction P.
  • one of the two piezoelectric elements 1 is contracted in the Z direction and the other is expanded in the Z direction, so that bending vibration in the X direction is excited in the elastic portion 2.
  • the bending vibration of the elastic part 2 is transmitted to the optical fiber 11, whereby the optical scanning part 11a bends and vibrates in the X direction, and the light emitted from the tip 11b is linearly scanned in the X direction.
  • a B-phase alternating voltage having a frequency corresponding to the bending resonance vibration frequency of the optical scanning unit 11a is applied to the piezoelectric element 1 via the lead wire 13B.
  • the piezoelectric element 1 expands and contracts in the Z direction orthogonal to the polarization direction P.
  • one of the two piezoelectric elements 1 is contracted in the Z direction and the other is expanded in the Z direction, so that bending vibration in the Y direction is excited in the elastic portion 2.
  • the bending vibration of the elastic portion 2 is transmitted to the optical fiber 11, whereby the optical scanning portion 11a bends and vibrates in the Y direction, and the light emitted from the tip 11b is linearly scanned in the X direction.
  • the tip 11b of the optical fiber 11 vibrates along a spiral trajectory, and the illumination light L is scanned two-dimensionally along the spiral trajectory on the subject X.
  • the return light L ′ of the illumination light L from the subject X is received by the plurality of detection optical fibers 31, and the intensity thereof is detected by the photodetector 32.
  • the observation device 40 detects the return light L ′ by the photodetector 32 in synchronization with the scanning period of the illumination light L, and associates the detected intensity of the return light L ′ with the scanning position of the illumination light L, thereby providing a subject.
  • X image is generated.
  • the scanner unit 10 having the vibration performance of the constant elastic portion 2 since the scanner unit 10 having the vibration performance of the constant elastic portion 2 is provided, the bending resonance vibration of the optical scanning unit 11a excited by the bending vibration of the elastic portion 2 is also constant. Thus, there is no difference in the scanning performance of the illumination light L for each optical fiber scanner 20. Thereby, there exists an advantage that the optical fiber scanner 20, the illuminating device 30, and the observation apparatus 40 which have the same scanning performance can be manufactured.
  • the mark 4 on the front surface 3a and the mark 5 on the back surface 3b of the piezoelectric element 1 have the same shape and have different colors.
  • the mark 4 on the front surface 3a and the mark 5 on the back surface 3b may have different shapes.
  • the colors of both marks 4 and 5 may be the same or different from each other. Even in this case, the polarities of the surfaces 3a and 3b of the piezoelectric element 1 can be identified based on the shapes of the marks 4 and 5.
  • the marks 4 and 5 may be composed of two diagonal lines connecting the corners of the surfaces 3 a and 3 b. Further, as shown in FIGS. 5 and 6, the two lines of the marks 4 and 5 may be discontinuous as a result of being cut off in the middle. Further, it is preferable that each end of the two lines of the marks 4 and 5 is in contact with the four sides of the front surface 3a or the back surface 3b, respectively, but as shown in FIG. 7 and FIG. The end of each line may be located away from the side.
  • FIG. 9 shows an example of a combination of the marks 4 and 5 of the piezoelectric element 1 and the marks 6 and 7 of the elastic portion 2.
  • combinations provided with circles indicate available combinations.
  • the marks 6 and 7 of the elastic part 2 can be modified in the same manner as the marks 4 and 5 of the piezoelectric element 1 shown in FIGS.
  • the marks 4 and 5 of the piezoelectric element 1 and the marks 6 and 7 of the elastic part 2 are compatible with each other when the piezoelectric element 1 is arranged in the predetermined pasting region R on the outer surface of the elastic part 2. It is only necessary to have a shape, preferably a shape continuous with each other in at least two directions.

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Abstract

スキャナユニット（１０）は、その外側面に設定された所定の貼付領域（Ｒ）の外側にマーク（６，７）が設けられた筒状の弾性部（２）と、貼付領域（Ｒ）に貼り付けられた圧電素子（１）とを備え、該圧電素子（１）が、互いに対向する２つの電極面（３ａ，３ｂ）を有する圧電体（３）と、電極面（３ａ，３ｂ）の各々に設けられた互いに異なるマーク（４，５）とを備え、一方の電極面（３ａ）に設けられたマーク（４）は、他方の電極面（３ｂ）が外側面と接するように圧電体（３）が貼付領域（Ｒ）に貼り付けられたときに、該貼付領域（Ｒ）の外側に設けられたマーク（６）と適合する形を有している。

Description

スキャナユニット、光ファイバスキャナ、照明装置および観察装置
　本発明は、スキャナユニット、光ファイバスキャナ、照明装置および観察装置に関するものである。
　従来、光ファイバを片持ち梁状に保持する四角筒状の弾性部と、該弾性部の４つの外側面に設けられたアクチュエータとを備え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。）。アクチュエータは、厚さ方向に分極処理が施された板状の圧電素子からなり、圧電素子のおもて面が＋極、裏面が－極となっている。おもて面および裏面を介して圧電素子に厚さ方向の交番電圧が印加されると、圧電素子が光ファイバの長手方向に伸縮振動することによって弾性部および光ファイバに屈曲振動が励起される。これにより、自由端である光ファイバの先端を所定の軌跡に沿って振動させ、当該先端から射出される光を走査することができる。
特開２０１３－２４４０４５号公報
　しかしながら、特許文献１の光ファイバスキャナにおいては、圧電素子のおもて面と裏面とを外見からでは区別することができない。したがって、光ファイバスキャナの組み立て時に、おもて裏の向きを間違って圧電素子を弾性部の外側面に貼り付けてしまい、弾性部および光ファイバを屈曲振動させることができなくなる可能性がある。また、弾性部の外側面における圧電素子の貼り付け位置にばらつきが生じることにより、光ファイバに励起される振動状態が光ファイバスキャナ毎に異なり、光の走査性能に個体差が生じてしまうという問題がある。
　本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、常に性能の安定した光ファイバスキャナを製造することができるスキャナユニット、光ファイバスキャナ、照明装置および観察装置を提供することを目的とする。
　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。
　本発明の第１の態様は、その外側面に所定の貼付領域が設定されるとともに該所定の貼付領域の外側に第１のマークが設けられた筒状の弾性部と、該弾性部の前記所定の貼付領域に貼り付けられ、前記弾性部に長さ方向に交差する方向の屈曲振動を励起する圧電素子とを備え、該圧電素子が、互いに対向する２つの電極面を有し、該２つの電極面の対向方向に分極した圧電体と、該圧電体の前記２つの電極面の各々に設けられた互いに異なる第２のマークとを備え、前記２つの電極面のうちの一方に設けられた第２のマークは、前記２つの電極面のうちの他方が前記外側面と接するように前記圧電体が前記外側面の所定の貼付領域に貼り付けられたときに、該貼付領域の外側に設けられた第１のマークと適合する形を有しているスキャナユニットである。
　本発明の第１の態様によれば、圧電体の電極面間に交番電圧を印加すると、圧電体が、分極方向に交差する方向、すなわち弾性部の長さ方向に伸縮振動することにより、弾性部に屈曲振動が励起される。この屈曲振動が、弾性部の内部に挿入された光ファイバに伝達されることによって、光ファイバの先端を振動させ、該先端から射出される光を走査することができる。
　この場合に、２つの電極面には互いに異なる第２のマークが設けられているので、各電極面の極性を識別し、圧電体を適切な向きで弾性部の外側面に貼り付けることができる。
　さらに、一方の電極面が弾性部の外側面に接するようにして圧電体を当該外側面に貼り付ける際に、外側に配置される他方の電極面に設けられた第２のマークが外側面に設けられた第１のマークと適合するように圧電体を位置決めすることによって、圧電体が外側面の所定の貼付領域に正確に位置合わせされる。これにより、圧電体の駆動によって弾性部および光ファイバに励起される屈曲振動は個体差が生じることなく一定となるので、常に性能の安定した光ファイバスキャナを製造することができる。
　上記第１の態様においては、前記２つの電極面に設けられた第２のマークが、互いに異なる色および／または形を有していてもよい。
　このようにすることで、第２のマークの色および／または形に基づいて圧電体の各電極面の極性を容易に識別することができる。
　上記第１の態様においては、前記第２のマークが、互いに交差する方向に延びる２本の直線からなっていていてもよい。例えば、前記２つの電極面が、長方形であり、前記２本の直線が、前記電極面の長さ方向および幅方向にそれぞれ平行であってもよい。あるいは、前記２つの電極面が、長方形であり、前記２本の直線が、前記電極面の角同士を結ぶ対角線であってもよい。
　このようにすることで、単純な形の第２のマークでありながら２軸方向の圧電体の位置合わせ精度を向上することができる。
　上記第１の態様においては、前記２本の直線の末端の各々が、前記電極面の辺に接していることが好ましい。
　このようにすることで、弾性部の第１のマークに対する圧電体の第２のマークの位置合わせ精度をさらに向上することができる。
　本発明の第２の態様は、上記のスキャナユニットと、前記弾性部の内部に長手方向に挿入される光ファイバとを備える光ファイバスキャナである。
　本発明の第３の態様は、上記の光ファイバスキャナと、該光ファイバスキャナの基端側に配置され、前記光ファイバに照明光を供給する光源と、前記光ファイバスキャナの先端側に配置され、前記光ファイバの先端から射出される光を被写体に集光する照明レンズと、前記光ファイバスキャナおよび前記照明レンズを収容する細長い外筒とを備える照明装置である。
　本発明の第４の態様は、上記の照明装置と、該照明装置によって光が被写体に照射されることにより前記被写体から戻る戻り光を検出する光検出部とを備える観察装置である。
　本発明によれば、常に性能の安定した光ファイバスキャナを製造することができるという効果を奏する。
本発明の一実施形態に係るスキャナユニットの斜視図である。 図１Ａのスキャナユニットの、長さ方向に見た正面図である。 図１Ａのスキャナユニットの分解斜視図である。 本発明の一実施形態に係る観察装置の全体構成を示す図である。 マークの変形例を示す圧電素子の平面図である。 マークのもう１つの変形例を示す圧電素子の平面図である。 マークのもう１つの変形例を示す圧電素子の平面図である。 マークのもう１つの変形例を示す圧電素子の平面図である。 マークのもう１つの変形例を示す圧電素子の平面図である。 圧電素子に設けられるマークと弾性部に設けられるマークとの組み合わせを説明する図表である。
　以下に、本発明の一実施形態に係る圧電素子１とこれを備えるスキャナユニット１０について図面を参照して説明する。
　本実施形態に係るスキャナユニット１０は、図１Ａおよび図１Ｂに示されるように、圧電素子１と、該圧電素子１が貼り付けられる弾性部２とを備えている。
　圧電素子１は、矩形の板状部材からなる圧電体３と、該圧電体３の外表面に設けられたマーク（第２のマーク）４，５とを備えている。
　圧電体３は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の圧電セラミックス材料から形成されてている。圧電体３は、互いに直交する長さ方向Ｌと幅方向Ｗと厚さ方向Ｔとを有している。圧電体３は、厚さ方向Ｔに対向するおもて面３ａと裏面３ｂとを有している。圧電体３は、おもて面（電極面）３ａが＋極、裏面（電極面）３ｂが－極となるように分極処理が施されることによって、矢印Ｐで示されるように、厚さ方向Ｔに分極している。
　おもて面３ａには、長さ方向Ｌに平行な直線（以下、縦線ともいう。）４ａと、幅方向Ｗに平行な直線（以下、横線ともいう。）４ｂとからなり、第１の色を有するマーク４が設けられている。縦線４ａは、おもて面３ａの、長さ方向Ｌに対向する２本の辺同士を接続している。横線４ｂは、おもて面３ａの、幅方向Ｗに対向する２本の辺同士を接続している。
　裏面３ｂには、長さ方向Ｌに平行な直線（以下、縦線ともいう。）５ａと、幅方向Ｗに平行な直線（以下、横線ともいう。）５ｂとからなり、第１の色とは異なる第２の色を有するマーク５が設けられている。縦線５ａは、裏面３ｂの、長さ方向Ｌに対向する２本の辺同士を接続している。横線５ｂは、裏面３ｂの、幅方向Ｗに対向する２本の辺同士を接続している。
　弾性部２は、導電性および弾性を有する金属、例えばニッケルや銅等からなる四角筒状の部材である。弾性部２は、互いに直交する長さ方向Ｌ’と幅方向Ｗ’と高さ方向Ｈ’とを有している。弾性部２は、先端面から基端面まで長さ方向Ｌ’の中心軸に沿って形成され、光ファイバが挿入される貫通孔２ａを有している。
　弾性部２が有する４つの外側面には、長さ方向Ｌ’に平行な直線（以下、縦線ともいう。）６ａと、幅方向Ｗ’に平行な直線（以下、横線ともいう。）６ｂとからなるマーク（第１のマーク）６、および、長さ方向Ｌ’に平行な直線（以下、縦線ともいう。）７ａと、高さ方向Ｈ’に平行な直線（以下、横線ともいう。）７ｂとからなるマーク（第１のマーク）７が設けられている。縦線６ａ，７ａは、外側面の長さ方向Ｌ’に対向する２本の辺同士を接続している。横線６ｂは、幅方向Ｗ’に対向する２本の辺同士を接続し、横線７ｂは、高さ方向Ｈ’に対向する２本の辺同士を接続している。
　互いに対向する２つの外側面のうち、一方にはおもて面３ａのマーク４と同じ第１の色のマーク６が設けられ、他方には裏面３ｂのマーク５と同じ第２の色のマーク７が設けられている。同様に、残りの２つの外側面のうち、一方にはおもて面３ａのマーク４と同じ第１の色のマーク６が設けられ、他方には裏面３ｂのマーク５と同じ第２の色のマーク７が設けられている。
　圧電素子１は、図２に示されるように、弾性部２の各外側面に設定された所定の貼付領域Ｒに貼り付けられている。所定の貼付領域Ｒとは、該所定の貼付領域Ｒに貼り付けられた圧電素子１に後述するように交番電圧を印加したときに、圧電素子１の長さ方向Ｌの伸縮振動によって弾性部２に屈曲振動を励起することができる領域である。
　ここで、各外側面をその正面から見たときに、その外側面上のマーク６，７の色と、その外側面上の圧電素子１のマーク４，５の色とが同一となるように、圧電素子１は弾性部２の各外側面に貼り付けられている。さらに、各外側面をその正面から見たときに、縦線４ａ，６ａ同士および横線４ｂ，６ｂ同士が一直線となるように、または、縦線５ａ，７ａ同士および横線５ｂ，７ｂ同士が一直線となるように、各マーク４，５，６，７の位置は設計されている。
　次に、このように構成されたスキャナユニット１０の組み立て方法について説明する。
　本実施形態に係るスキャナユニット１０を組み立てるには、弾性部２の４つの外側面のうち、互いに対向する２つの外側面に１枚ずつ圧電素子１を導電性接着剤を用いて貼り付ける。
　具体的には、第１の色のマーク６が設けられている一方の外側面に対しては、第２の色のマーク５が設けられている裏面３ｂが当該外側面と接するように、圧電素子１を貼り付ける。このときに、縦線４ａ，６ａ同士および横線４ｂ，６ｂ同士が一直線になるように、圧電素子１の、当該外側面に対する長さ方向Ｌ’および幅方向Ｗ’の位置と角度とを調整する。
　また、第２の色のマーク７が設けられている他方の外側面に対しては、第１の色のマーク４が設けられているおもて面３ａが当該外側面と接するように、圧電素子１を貼り付ける。このときに、縦線５ａ，７ａ同士および横線５ｂ，７ｂ同士が一直線になるように、圧電素子１の、当該外側面に対する長さ方向Ｌ’および高さ方向Ｈ’の位置と角度とを調整する。
　以上の手順により、図１Ｂに示されるように、弾性部２の互いに対向する外側面に設けられた圧電素子１の分極方向Ｐが同一となるように、圧電素子１は弾性部２に貼り付けられる。
　同様の要領で、弾性部２の残りの２つの外側面にも１枚ずつ圧電素子１を貼り付けることにより、スキャナユニット１０を完成することができる。
　このように、本実施形態によれば、圧電素子１の各面３ａ，３ｂに設けられたマーク４，５の色と、弾性部２の各外側面に設けられたマーク６，７の色とに基づいて、圧電素子１を、おもて裏を間違えることなく各外側面に貼り付けることができる。また、圧電素子１の各面３ａ，３ｂに設けられた縦線４ａ，５ａおよび横線４ｂ，５ｂと、弾性部２の各外側面に設けられた縦線６ａ，７ａおよび横線６ｂ，７ｂとに基づいて、外側面上の圧電素子１の位置を所定の貼付領域Ｒに一意に特定し、圧電素子１を貼付領域Ｒに正確に位置合わせして貼り付けることができる。これにより、組み立て誤差を生じることなくスキャナユニット１０を組み立てることができるので、常に一定の弾性部２の振動性能を有するスキャナユニット１０を得ることができるという利点がある。
　次に、本発明の一実施形態に係る光ファイバスキャナ２０、照明装置３０および観察装置４０について説明する。以下の説明においては、弾性部２の高さ方向Ｈ’をＸ方向、幅方向Ｗ’をＹ方向、長さ方向Ｌ’をＺ方向と定義している。
　本実施形態に係る観察装置４０は、図３に示されるように、被写体Ｘの表面に照明光Ｌを照射する照明装置３０と、被写体Ｘからの照明光Ｌの戻り光Ｌ’を検出するための検出用光ファイバ３１および光検出器（光検出部）３２とを備えている。
　照明装置３０は、光ファイバスキャナ２０と、該光ファイバスキャナ２０の先端側に配置された照明レンズ２１と、光ファイバスキャナ２０および照明レンズ２１を収容する細長い円筒状の外筒２２と、光源２３とを備えている。
　光ファイバスキャナ２０は、スキャナユニット１０と、光ファイバ１１と、固定部１２とを備えている。
　光ファイバ１１は、ガラス材料からなる細長い丸棒状である。光ファイバ１１は、その先端部分を突出させて弾性部２の貫通孔２ａ内に挿入され、貫通孔２ａの内周面と光ファイバ１１の外側面とは互いに固定されている。以下、光ファイバ１１の、弾性部２から先端側に突出している部分を光走査部１１ａという。
　固定部１２は、ステンレス等の金属材料から形成された円筒状の部材である。固定部１２の内周面は、弾性部２の基端部分の外側面に固定されている。固定部１２の外側面は、外筒２２の内周面に固定されている。
　Ｘ方向に互いに対向する２つの圧電素子１には、Ａ相用のリード線１３Ａが半田または導電性接着剤によって接合されている。Ｙ方向に互いに対向する残りの２つの圧電素子１には、Ｂ相用のリード線１３Ｂが半田または導電性接着剤によって接合されている。固定部１２には、ＧＮＤ（グランド）リード線１４が半田または導電性接着剤によって接合され、固定部１２が、４枚の圧電素子１の共通のＧＮＤとして機能するようになっている。
　照明レンズ２１は、その後側焦点位置が光ファイバ１１の先端１１ｂと略一致するように配置され、光ファイバ１１の先端１１ｂから射出された照明光Ｌを被写体Ｘに集光させる。
　光源２３は、外筒２２の基端側において光ファイバ１１の基端に接続されており、光ファイバ１１の基端に照明光Ｌを供給する。
　検出用光ファイバ３１は、外筒２２内において、光ファイバスキャナ２０の外側に周方向に配列して複数設けられている。検出用光ファイバ３１の先端面は、外筒２２の先端面に配置されている。
　光検出器３２は、外筒２２の基端側に配置されており、検用出光ファイバ３１の基端に接続されている。
　次に、このように構成された光ファイバスキャナ２０、照明装置３０および観察装置４０の作用について説明する。
　本実施形態に係る観察装置４０を用いて被写体Ｘを観察するには、光源２３から光ファイバ１１に照明光Ｌを供給するとともに、圧電素子１にリード線１３Ａ，１３Ｂを介して交番電圧を印加することによって光ファイバ１１の先端１１ｂを振動させる。
　具体的には、光走査部１１ａの屈曲共振振動周波数と対応する周波数を有するＡ相の交番電圧を、リード線１３Ａを介して圧電素子１に印加する。これにより、圧電素子１が、分極方向Ｐに直交するＺ方向に伸縮振動する。このときに、２枚の圧電素子１のうち、一方がＺ方向に縮み、他方がＺ方向に伸びることにより、弾性部２にＸ方向の屈曲振動が励起される。そして、弾性部２の屈曲振動が光ファイバ１１に伝達されることにより、光走査部１１ａがＸ方向に屈曲振動し、先端１１ｂから射出される光がＸ方向に直線的に走査される。
　同様に、光走査部１１ａの屈曲共振振動周波数と対応する周波数を有するＢ相の交番電圧を、リード線１３Ｂを介して圧電素子１に印加する。これにより、圧電素子１が、分極方向Ｐに直交するＺ方向に伸縮振動する。このときに、２枚の圧電素子１のうち、一方がＺ方向に縮み、他方がＺ方向に伸びることにより、弾性部２にＹ方向の屈曲振動が励起される。そして、弾性部２の屈曲振動が光ファイバ１１に伝達されることにより、光走査部１１ａがＹ方向に屈曲振動し、先端１１ｂから射出される光がＸ方向に直線的に走査される。
　ここで、Ａ相の交番電圧の位相とＢ相の交番電圧の位相とを互いにπ／２ずらし、かつ、Ａ相の交番電圧およびＢ相の交番電圧の振幅を正弦波状に変化させることによって、光ファイバ１１の先端１１ｂがスパイラル状の軌跡に沿って振動し、照明光Ｌが被写体Ｘ上においてスパイラル状の軌跡に沿って２次元的に走査される。被写体Ｘからの照明光Ｌの戻り光Ｌ’は、複数本の検出用光ファイバ３１によって受光され、その強度が光検出器３２によって検出される。観察装置４０は、照明光Ｌの走査周期と同期して光検出器３２によって戻り光Ｌ’を検出し、検出された戻り光Ｌ’の強度を照明光Ｌの走査位置と対応付けることにより、被写体Ｘの画像を生成する。
　この場合に、本実施形態によれば、一定の弾性部２の振動性能を有するスキャナユニット１０を備えているので、弾性部２の屈曲振動によって励起される光走査部１１ａの屈曲共振振動も一定となり、光ファイバスキャナ２０毎に照明光Ｌの走査性能に差が生じることがない。これにより、同じ走査性能を有する光ファイバスキャナ２０、照明装置３０および観察装置４０を製造することができるという利点がある。
　本実施形態においては、圧電素子１のおもて面３ａのマーク４と裏面３ｂのマーク５とが、互いに同一の形を有し、かつ、互いに異なる色を有することとしたが、これに代えて、おもて面３ａのマーク４と裏面３ｂのマーク５とが、互いに異なる形を有していてもよい。この場合、両方のマーク４，５の色は、互いに同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。このようにしても、マーク４，５の形に基づいて、圧電素子１の各面３ａ，３ｂの極性を識別することができる。
　図４から図８は、マーク４，５の形の変形例を示している。マーク４，５は、図４に示されるように、各面３ａ，３ｂの角同士を結ぶ２本の対角線から構成されていてもよい。また、各マーク４，５の２本の線は、図５および図６に示されるように、途中部分が切除されて不連続になっていてもよい。また、各マーク４，５の２本の線の各末端は、おもて面３ａまたは裏面３ｂの４つの辺にそれぞれ接していることが好ましいが、図７および図８に示されるように、各線の末端が辺から離れて位置していていもよい。
　圧電素子１のマーク４，５の形に応じて、弾性部２のマーク６，７の形も適宜変更される。図９は、圧電素子１のマーク４，５と弾性部２のマーク６，７との組み合わせの例を示している。図９において、丸印が設けられている組み合わせは、利用可能な組み合わせを示している。弾性部２のマーク６，７も、図４から図８に示した圧電素子１のマーク４，５と同様の変形が可能である。このように、圧電素子１のマーク４，５と弾性部２のマーク６，７とは、圧電素子１が弾性部２の外側面の所定の貼付領域Ｒに配置されたときに、互いに適合する形、好ましくは、少なくとも２方向に互いに連続する形を有していればよい。
１　圧電素子
２　弾性部
２ａ　貫通孔
３　圧電体
３ａ　おもて面（電極面）
３ｂ　裏面（電極面）
４，５　マーク（第２のマーク）
４ａ，５ａ　縦線
４ｂ，５ｂ　横線
６，７　マーク（第１のマーク）
１０　スキャナユニット
１１　光ファイバ
１１ａ　光走査部
１２　固定部
１３Ａ，１３Ｂ　リード線
１４　ＧＮＤリード線
２０　光ファイバスキャナ
２１　照明レンズ
２２　外筒
２３　光源
３０　照明装置
３１　検出用光ファイバ
３２　光検出器
４０　観察装置
Ｌ　照明光
Ｌ’　戻り光
Ｘ　被写体

Claims (10)

  1. 　その外側面に所定の貼付領域が設定されるとともに該所定の貼付領域の外側に第１のマークが設けられた筒状の弾性部と、
    　該弾性部の前記所定の貼付領域に貼り付けられ、前記弾性部に長さ方向に交差する方向の屈曲振動を励起する圧電素子とを備え、
    　該圧電素子が、
    　互いに対向する２つの電極面を有し、該２つの電極面の対向方向に分極した圧電体と、
    　該圧電体の前記２つの電極面の各々に設けられた互いに異なる第２のマークとを備え、
    　前記２つの電極面のうちの一方に設けられた第２のマークは、前記２つの電極面のうちの他方が前記外側面と接するように前記圧電体が前記外側面の所定の貼付領域に貼り付けられたときに、該貼付領域の外側に設けられた第１のマークと適合する形を有しているスキャナユニット。
  2. 　前記２つの電極面に設けられた第２のマークが、互いに異なる色を有する請求項１に記載のスキャナユニット。
  3. 　前記２つの電極面に設けられた第２のマークが、互いに異なる形を有する請求項１または請求項２に記載のスキャナユニット。
  4. 　前記第２のマークが、互いに交差する方向に延びる２本の直線からなる請求項１から請求項３のいずれかに記載のスキャナユニット。
  5. 　前記２つの電極面が、長方形であり、
    　前記２本の直線が、前記電極面の長さ方向および幅方向にそれぞれ平行である請求項４に記載のスキャナユニット。
  6. 　前記２つの電極面が、長方形であり、
    　前記２本の直線が、前記電極面の角同士を結ぶ対角線である請求項４に記載のスキャナユニット。
  7. 　前記２本の直線の末端の各々が、前記電極面の辺に接している請求項４から請求項６のいずれかに記載のスキャナユニット。
  8. 　請求項１から請求項７のいずれかに記載のスキャナユニットと、
    　前記弾性部の内部に長手方向に挿入される光ファイバとを備える光ファイバスキャナ。
  9. 　請求項８に記載の光ファイバスキャナと、
    　該光ファイバスキャナの基端側に配置され、前記光ファイバに照明光を供給する光源と、
    　前記光ファイバスキャナの先端側に配置され、前記光ファイバの先端から射出される光を被写体に集光する照明レンズと、
    　前記光ファイバスキャナおよび前記照明レンズを収容する細長い外筒とを備える照明装置。
  10. 　請求項９に記載の照明装置と、
    　該照明装置によって光が被写体に照射されることにより前記被写体から戻る戻り光を検出する光検出部とを備える観察装置。
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