WO2018092316A1 - 光ファイバスキャナ、照明装置および観察装置 - Google Patents

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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electrodes
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靖明 葛西
卓志 安見
博士 鶴田
博一 横田
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オリンパス株式会社
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/10—Scanning systems

Definitions

  • the present invention relates to an optical fiber scanner, an illumination device, and an observation device.
  • An optical fiber scanner includes an optical fiber that emits light that has been guided from the tip, and a vibrating section that vibrates the tip of the optical fiber in a direction that intersects the longitudinal axis (see, for example, Patent Document 1). ).
  • the vibrating part is a plate-like piezoelectric element made of lead zirconate titanate (PZT) with electrodes provided on the front and back surfaces in the thickness direction on the four sides around the rectangular ferrule that penetrates the optical fiber. It is configured by pasting.
  • the ferrule is made of a conductive material and functions as a common electrode to which one electrode of all the piezoelectric elements is connected. A lead wire is connected to the other electrode of all the piezoelectric elements.
  • each piezoelectric element By applying an alternating voltage between the electrodes of each piezoelectric element, each piezoelectric element can be expanded and contracted in the longitudinal direction, and emitted from the tip of the optical fiber by adjusting the phase of the expansion and contraction operation of each piezoelectric element.
  • the tip of the optical fiber can be vibrated so as to draw an arbitrary locus by light.
  • An object of the present invention is to provide an optical fiber scanner, an illumination device, and an observation device.
  • One embodiment of the present invention is an optical fiber that guides illumination light and emits it from the tip, and is fixed to the outer surface of the optical fiber, and the tip of the optical fiber is in a direction perpendicular to the longitudinal axis of the optical fiber.
  • One or more plate-like piezoelectric elements that are expanded and contracted in the longitudinal direction of the optical fiber by an alternating voltage applied in the plate thickness direction.
  • Electrodes provided on the front and back surfaces opposed to each other in the plate thickness direction, and the electrodes on the surface side of the piezoelectric element have connection surfaces to which lead wires for supplying an alternating voltage are electrically connected,
  • a creeping distance from an edge of the electrode to a back surface of the vibrating portion at a connection surface position is set to be larger than a thickness dimension of the piezoelectric element between the electrodes.
  • the illumination light from the light source is guided by the optical fiber, and the vibration unit is operated to vibrate the tip of the optical fiber in a direction perpendicular to the longitudinal axis, thereby being emitted from the tip of the optical fiber.
  • the illumination light can be scanned along a predetermined locus.
  • the piezoelectric element is expanded and contracted in the longitudinal direction of the optical fiber.
  • the fiber can be vibrated in a direction perpendicular to the longitudinal axis.
  • the alternating voltage applied to the piezoelectric element is supplied via a lead wire connected to the connection surface of the surface-side electrode.
  • the creepage distance from the connection surface to the back surface of the piezoelectric element at the position where the lead wire is connected is larger than the thickness dimension of the piezoelectric element between the electrodes, Even if the solder or conductive adhesive for adhering to the connection surface of the electrode on the side protrudes from the connection surface, it is difficult to short-circuit the electrode on the back surface. As a result, it is possible to prevent malfunction of the optical fiber scanner and a decrease in yield.
  • the electrode on the surface side has the edge on the inner side of the side surface of the piezoelectric element at least at the position of the connection surface, and from the edge of the electrode at the position of the connection surface.
  • the creeping distance to the back surface of the piezoelectric element may be set larger than the thickness dimension of the piezoelectric element between the electrodes.
  • the edge of the electrode on the surface side is disposed at the position of the connecting surface at a position where the edge of the electrode is retracted from the side surface of the piezoelectric element, and the surface side portion of the piezoelectric element exposed outside the edge of the electrode. Further, it is possible to prevent the solder and conductive adhesive protruding from the electrodes from flowing to the side surface side of the piezoelectric element.
  • the piezoelectric element portion outside the edge of the electrode approaches the back surface by the inclined surface.
  • the said electrode of the said front and back may have the same area, and may be arrange
  • the vibration part is integrally formed adjacent to the piezoelectric element, and further includes a thick part having a thickness dimension larger than that of other parts at the position of the connection surface, A creepage distance from the edge of the electrode to the back surface of the thick portion at the position may be set larger than the thickness dimension of the piezoelectric element between the electrodes. In this way, the distance from the connection surface to the back surface of the piezoelectric element can be increased by the difference in thickness dimension, and the solder or conductive adhesive that protrudes from the edge of the connection surface is removed from the back surface of the piezoelectric element. Can be difficult to reach.
  • the vibrating portion includes a lead wire holding portion that is provided adjacent to the piezoelectric element and includes a groove that positions the lead wire in the width direction adjacent to the position of the connection surface. You may do it. By doing so, the lead wire is positioned in the width direction with respect to the electrode on the surface side by being accommodated in the groove of the lead wire holding portion at the position of the connection surface, so the lead wire is fixed to the connection surface. Therefore, it is possible to make it difficult for the solder or conductive adhesive to protrude from the electrode in the width direction.
  • an illumination comprising: a light source that generates the illumination light; any one of the optical fiber scanners; and a condenser lens that collects the illumination light scanned by the optical fiber scanner.
  • an observation apparatus including the illumination apparatus and a light detection unit that receives return light from the observation object when the illumination object is irradiated with the illumination light by the illumination apparatus. It is.
  • the optical scanning observation system 100 includes an observation device 1 according to the present embodiment, a control device 50 that controls the observation device 1, and a monitor 60.
  • the optical scanning observation system 100 is an observation system that scans illumination light along the spiral scanning locus on the observation target A and acquires an image of the observation target A.
  • the control device 50 includes a photodetector 6, a light source 7 and a drive control device 30 which will be described later.
  • the observation device 1 includes an illumination device 3 that irradiates illumination light from the inside of the device main body 2 to be described later, and illumination light that is irradiated onto the observation target A by the illumination device 3. And a light detection unit 4 that receives return light (for example, reflected light and fluorescence) from the observation target A.
  • the light detection unit 4 is arranged side by side on the outer peripheral surface of the apparatus main body 2 in the circumferential direction, and receives a plurality of light receiving optical fibers 5 that receive and guide return light from the observation target A at the tip, and the light receiving light.
  • the optical detector 6 is connected to the proximal end of the fiber 5 and detects the return light guided.
  • the illuminating device 3 includes a light source (for example, a laser diode) 7 that generates illuminating light, a cylindrical device main body 2, and an illuminating light 2 that is accommodated in the device main body 2.
  • An optical fiber scanner 8 according to the present embodiment that scans in dimension, a condensing lens 9 that condenses illumination light scanned by the optical fiber scanner 8, and a drive control device that controls the light source 7 and the optical fiber scanner 8. 30.
  • the drive control device 30 performs drive control so that the illumination light is scanned two-dimensionally (X and Y directions in the figure).
  • the optical fiber scanner 8 guides the illumination light from the light source 7 and emits it from the tip 10a, and penetrates the optical fiber 10.
  • a vibration transmitting member 14 made of a square columnar elastic material having a through hole 13 and four fixed to the four outer surfaces of the vibration transmitting member 14 and vibrates the tip 10a of the optical fiber 10 in a direction perpendicular to the longitudinal axis.
  • the vibration part 11 and the support part 12 which supports the optical fiber 10 to the apparatus main body 2 are provided.
  • the vibration unit 11 includes a piezoelectric element 15 fixed to the outer surface of the vibration transmission member 14 and electrodes 16 a and 16 b to which an alternating voltage is applied from the drive control device 30.
  • the piezoelectric element 15 is expanded and contracted in the longitudinal direction of the optical fiber 10 by an alternating voltage applied between the electrodes 16a and 16b arranged on the front and back surfaces in the thickness (plate thickness) direction.
  • the vibration is transmitted to the optical fiber 10 through the vibration transmitting member 14, and the tip 10 a of the optical fiber 10 that emits illumination light is displaced in a direction intersecting the longitudinal axis. It has become.
  • the surface fixed to the vibration transmission member 14 side of the piezoelectric element 15 is referred to as a back surface
  • the surface disposed on the side opposite to the vibration transmission member 14 is referred to as a front surface.
  • a pair of piezoelectric elements 15 arranged on the opposite side across the vibration transmission member 14 are fixed to the vibration transmission member 14 with their polarization directions aligned in the same direction.
  • a bending vibration can be generated in the optical fiber 10. That is, the 2 to 4 piezoelectric elements 15 can generate bending vibrations in two directions orthogonal to each other.
  • the vibration transmission member 14 is made of an elastic material having conductivity, and is disposed at a midway position in the longitudinal axis direction of the optical fiber 10 at a predetermined interval along the longitudinal axis direction from the distal end 10a of the optical fiber 10 to the proximal end side. Has been.
  • the electrode 16 b disposed on the back surface side of the piezoelectric element 15 has an area covering the entire back surface of the piezoelectric element 15, while the piezoelectric element 15.
  • the electrode 16a disposed on the surface side of the piezoelectric element 15 is smaller than the surface area of the piezoelectric element 15, and has edges at positions spaced inward from the four side surfaces of the piezoelectric element 15, respectively.
  • the electrode 16 b located on the back side of the piezoelectric element 15 is bonded to the vibration transmission member 14 with a conductive adhesive, and a lead wire (not shown) is soldered or conductively bonded to the vibration transmission member 14.
  • a lead wire 18 for supplying an alternating voltage is soldered or conductive adhesive on the surface (connection surface) opposite to the surface bonded to the piezoelectric element 15 of the electrode 16a located on the surface side of the piezoelectric element 15. And is electrically connected to the output terminal of the alternating voltage of the drive control device 30 via the lead wire 18.
  • the piezoelectric element 15 in the operation of fixing the lead wire 18 to the electrode 16a on the surface side of each piezoelectric element 15 with solder or a conductive adhesive, the piezoelectric element 15
  • the lead wire 18 may be displaced in one direction with respect to the center in the width direction.
  • the piezoelectric element 15 has a very fine structure such that the width of the piezoelectric element 15 is 100 ⁇ m, the thickness is 50 ⁇ m, and the diameter of the lead wire 30 is 30 ⁇ m, the lead wire 18 and the piezoelectric element can be piezoelectrically aligned even if they are aligned under a microscope.
  • the element 15 may be displaced in the width direction.
  • solder or the conductive adhesive may protrude from the electrode 16a in the width direction.
  • solder or conductive adhesive is used. Even if it protrudes from the electrode 16a, it can be held so as not to flow down along the side surface of the piezoelectric element 15.
  • the piezoelectric element 15 since the piezoelectric element 15 is disposed outside the electrode 16a, it is held by the piezoelectric element 15 so that it does not flow down immediately even if it protrudes from the electrode 16a. Therefore, it is possible to prevent the occurrence of inconvenience that the solder or the conductive adhesive flows along the side surface of the piezoelectric element 15 and the surface-side electrode 16a and the vibration transmitting member 14 are short-circuited. There is an advantage that malfunction of the element 15 can be prevented.
  • the optical fiber scanner 8 it is possible to prevent the failure due to the malfunction of the piezoelectric element 15 and the disturbance of the scanning trajectory of the illumination light.
  • illumination light can be scanned accurately.
  • the observation apparatus 1 it is possible to obtain an image without distortion by scanning illumination light with high accuracy.
  • the vibration unit 11 is fixed to the outer surface of the optical fiber 10 via the vibration transmission member 14. Instead, the vibration unit 11 is disposed on the outer surface of the optical fiber 10. It may be fixed directly. In the present embodiment, a single piezoelectric element 15 has been described as an example of the vibration unit 11, but a plurality of vibration elements 11 may be provided.
  • the edge of the front electrode 16a is retracted inward from the side surface of the piezoelectric element 15, and the back surface of the vibrating portion 11 (the back surface of the piezoelectric element 15 provided with the electrode 16b or the piezoelectric material of the electrode 16b).
  • the distance (creeping distance) along the surface of the piezoelectric element 15 from the surface opposite to the surface bonded to the element 15 to the edge of the surface electrode 16a larger than the thickness dimension of the piezoelectric element 15, Generation
  • the back surface electrode 16 b has the same area as the front surface electrode 16 a, and each edge is arranged at a position retracted inward from the side surface of the piezoelectric element 15. Also good. By doing so, the polarization direction can be made parallel at each position of the piezoelectric active region formed between the electrodes 16a and 16b, and the driving stability of the piezoelectric element 15 can be improved. There is an advantage.
  • the inclined surface 17 may be provided by chamfering the portion of the piezoelectric element 15 exposed around the electrode 16 a on the surface side.
  • the connecting operation of the lead wire 18 to the electrode 16a is performed under magnified observation with a microscope, the height direction positions of the electrode 16a and the edge portion of the surrounding piezoelectric element 15 are made different. Only the vicinity of 16a is disposed within the depth of field of the microscope, and the lead wire 18 can be connected while observing the electrode 16a clearly. As a result, the connecting operation can be performed while the lead wire 18 is easily brought closer to the center position in the width direction of the electrode 16a, and the protrusion of the solder or the conductive adhesive from the electrode 16a can be prevented.
  • the back-side electrode 16 b has the same area as the front-side electrode 16 a, and each edge is disposed at a position where it is retracted from the side surface of the piezoelectric element 15. You may decide. Further, in this case, by not providing the inclined surface 17 on the back surface, another recognition of the front and back of the piezoelectric element 15 can be facilitated, and the assembly work can be facilitated. In addition, you may decide to provide an inclined surface also about a back surface.
  • the surface-side electrode 16 a is made smaller than the piezoelectric element 15, whereby the distance along the surface of the piezoelectric element 15 from the back surface of the vibrating portion 11 to the edge of the surface-side electrode 16 a (creeping surface). The distance) is longer than the thickness of the piezoelectric element 15, but instead of this, as shown in FIG. 8, the piezoelectric element 15 in the piezoelectric active region disposed between the electrodes 16a and 16b in a part of the vibration part 11 is used.
  • a thick portion 19 having a thickness dimension larger than the thickness dimension is provided adjacent to the piezoelectric element 15, and the electrode 16 a on the surface side is extended to the surface of the thick portion 19.
  • the line 18 may be connected to the electrode 16a.
  • the creepage distance from the edge of the electrode 16a on the front surface side to the back surface of the thick portion 19 of the vibrating portion 11 at the position where the lead wire 18 is connected is the piezoelectric in the piezoelectric active region sandwiched between the electrodes 16a and 16b. It is possible to prevent the solder and conductive adhesive protruding from the electrode 16a from reaching the vibration transmitting member 14 and short-circuiting between the electrodes 16a and 16b by making it larger than the thickness dimension of the element 15. In this case, it is preferable not to provide the electrode 16b on the back surface of the thick portion 19. Accordingly, the piezoelectric active region having a uniform thickness can be formed by using the thick portion 19 as the piezoelectric inactive region, and the piezoelectric element 15 can be stably driven.
  • a lead wire holding portion constituted by a U-shaped groove 20 that accommodates the lead wire 18 at the center in the width direction of the thick portion 19 provided in a part of the piezoelectric element 15. 21 may be provided, and the lead wire 18 accommodated in the groove 20 may be fixed to the surface-side electrode 16a by soldering or the like.
  • the lead wire 18 is positioned in the vicinity of the center of the electrode 16a in the width direction, so that there is an advantage that the possibility that solder or the like protrudes from the electrode 16a can be reduced.
  • channel 20 was demonstrated, it replaced with this and may employ

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Abstract

電極の幅方向に半田あるいは導電性接着剤がはみ出した場合であっても、表裏の電極の短絡の可能性を低減することを目的として、本発明に係る光ファイバスキャナ（８）は、照明光を導光して先端から射出する光ファイバ（１０）と、光ファイバの外面に固定され、光ファイバの先端を、光ファイバの長手軸に直交する方向に振動させる１以上の振動部（１１）とを備え、振動部が、板厚方向に印加される交番電圧によって光ファイバの長手方向に伸縮させられる１以上の板状の圧電素子（１５）と、圧電素子の板厚方向に対向する表裏面にそれぞれ設けられた電極（１６ａ，１６ｂ）とを備え、圧電素子の表面側の電極が、交番電圧を供給するリード線（１８）が電気的に接続される接続面を有し、接続面の位置における電極の端縁から振動部の裏面までの沿面距離が、電極間の圧電素子の厚さ寸法より大きく設定されている。

Description

光ファイバスキャナ、照明装置および観察装置
　本発明は、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。
　導光してきた光を先端から射出させる光ファイバと、該光ファイバの先端を長手軸に交差する方向に振動させる振動部とからな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。）。
　振動部は、光ファイバを貫通させる四角筒状のフェルールの周囲の４面に、厚さ方向の表裏面にそれぞれ電極が設けられたチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる平板状の圧電素子を貼り付けて構成されている。フェルールは導電性材料からなり、全ての圧電素子の一方の電極が接続された共通電極として機能している。全ての圧電素子の他方の電極には、リード線が接続されている。
　各圧電素子の電極間に交番電圧を印加することにより、各圧電素子を長手方向に伸縮させることができ、各圧電素子の伸縮動作の位相を調節することにより、光ファイバの先端から射出される光によって任意の軌跡を描くように、光ファイバの先端を振動させることができる。
特開２０１４－１８０３１７号公報
　特許文献１の光ファイバにおいては、各圧電素子の電極にリード線を半田付けあるいは導電性接着剤によって接着する場合に、半田あるいは導電性接着剤が電極の幅方向にはみ出すと、はみ出した半田あるいは導電性接着剤によって圧電素子の表裏の電極が容易に短絡してしまうという不都合がある。
　本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、電極の幅方向に半田あるいは導電性接着剤がはみ出した場合であっても、表裏の電極の短絡の可能性を低減することができる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している。
　本発明の一態様は、照明光を導光して先端から射出する光ファイバと、該光ファイバの外面に固定され、該光ファイバの前記先端を、該光ファイバの長手軸に直交する方向に振動させる１以上の振動部とを備え、該振動部が、板厚方向に印加される交番電圧によって前記光ファイバの長手方向に伸縮させられる１以上の板状の圧電素子と、該圧電素子の板厚方向に対向する表裏面にそれぞれ設けられた電極とを備え、前記圧電素子の表面側の前記電極が、交番電圧を供給するリード線が電気的に接続される接続面を有し、該接続面の位置における前記電極の端縁から前記振動部の裏面までの沿面距離が、前記電極間の前記圧電素子の厚さ寸法より大きく設定されている光ファイバスキャナである。
　本態様によれば、光源からの照明光を光ファイバによって導光するとともに、振動部を作動させて光ファイバの先端を長手軸に直交する方向に振動させることにより、光ファイバの先端から射出される照明光を所定の軌跡で走査させることができる。この場合に、振動部に備えられている圧電素子の板厚方向に対向する表裏面に設けられた電極間に交番電圧を印加することにより、圧電素子を光ファイバの長手方向に伸縮させて光ファイバを長手軸に直交する方向に振動させることができる。
　圧電素子に印加される交番電圧は、表面側の電極の接続面に接続されるリード線を介して供給される。本態様によれば、リード線が接続されている位置における接続面から圧電素子の裏面までの沿面距離が電極間の圧電素子の厚さ寸法より拡大されているので、その分、リード線を表面側の電極の接続面に接着するための半田あるいは導電性接着剤が接続面からはみ出しても、裏面の電極に短絡し難くすることができる。その結果、光ファイバスキャナの動作不良や歩留まりの低下を防止することができる。
　上記態様においては、前記表面側の前記電極が、少なくとも前記接続面の位置において、前記圧電素子の側面よりも内側に前記端縁を有し、前記接続面の位置における前記電極の前記端縁から前記圧電素子の裏面までの沿面距離が、前記電極間の前記圧電素子の厚さ寸法より大きく設定されてていてもよい。
　このようにすることで、接続面の位置において表面側の電極の端縁が圧電素子の側面より引っ込んだ位置に配置され、電極の端縁より外側に露出している圧電素子の表面側部分によって、電極からはみ出した半田や導電性接着剤が圧電素子の側面側に流れることを阻止することができる。
　また、上記態様においては、前記端縁よりも外側に位置する前記圧電素子に、前記端縁から外側に向かって、前記裏面に近接する方向に傾斜する傾斜面を有していてもよい。
　このようにすることで、顕微鏡で拡大観察しながら表面側の電極の接続面へのリード線の接続作業を行う場合に、電極の端縁よりも外側の圧電素子部分が傾斜面によって裏面に近づく方向に傾斜していることにより、顕微鏡の短い被写界深度外に圧電素子部分を配置して、電極を鮮明に撮影して、リード線の接続作業を容易にすることができる。
　また、上記態様においては、前記表裏面の前記電極が同一の面積を有し、相互に正対する位置に配置されていてもよい。
　このようにすることで、電極間に配置される圧電素子の分極方向を平行に形成して、印加する交番電圧に応じて圧電素子を精度よく変形させ、光ファイバスキャナを安定的に駆動することができる。
　また、上記態様においては、前記振動部が、前記圧電素子と隣接して一体形成され、前記接続面の位置に、他の部位より厚さ寸法の大きな厚肉部を更に有し、前記接続面の位置における前記電極の前記端縁から前記厚肉部の裏面までの沿面距離が、前記電極間の前記圧電素子の厚さ寸法より大きく設定されていてもよい。
　このようにすることで、接続面から圧電素子の裏面までの距離を厚さ寸法の差分だけ長くすることができ、接続面の端縁からはみ出した半田または導電性接着剤が、圧電素子の裏面まで到達し難くすることができる。
　また、上記態様においては、前記振動部が、前記圧電素子と隣接して設けられ、前記接続面の位置に隣接して、前記リード線を幅方向に位置決めする溝を有するリード線保持部を有していてもよい。
　このようにすることで、接続面の位置において、リード線がリード線保持部の溝に収容されることによって表面側の電極に対して幅方向に位置決めされるので、リード線を接続面に固定するための半田あるいは導電性接着剤が電極から幅方向にはみ出し難くすることができる。
　また、本発明の他の態様は、前記照明光を発生する光源と、上記いずれかの光ファイバスキャナと、該光ファイバスキャナにより走査された前記照明光を集光する集光レンズとを備える照明装置である。
　また、本発明の他の態様は、上記照明装置と、該照明装置により観察対象に前記照明光が照射されたときに、該観察対象からの戻り光を受光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、電極の幅方向に半田あるいは導電性接着剤がはみ出した場合であっても、表裏の電極の短絡の可能性を低減することができるという効果を奏する。
本発明の光走査型観察装置を備える光走査型観察システムを示す縦断面図である。 本発明の一実施形態に係る観察装置を示す縦断面図である。 図２の観察装置に備えられる光ファイバスキャナを示す部分的な縦断面図である。 図３の光ファイバスキャナに備えられる圧電素子および電極を示す斜視図である。 図４の圧電素子および電極の第１の変形例を示す側面図である。 図４の圧電素子および電極の第２の変形例を示す斜視図である。 図４の圧電素子および電極の第３の変形例を示す側面図である。 図４の圧電素子および電極の第４の変形例を示す斜視図である。 図４の圧電素子および電極の第５の変形例を示す斜視図である。
　本発明の第１の実施形態に係る光ファイバスキャナ８、照明装置３および観察装置１を備える光走査型観察システム１００について、図面を参照して以下に説明する。
　光走査型観察システム１００は、図１に示されるように、本実施形態に係る観察装置１と、観察装置１を制御する制御装置５０と、モニタ６０とを備えている。
　光走査型観察システム１００は、照明光を観察対象Ａ上でスパイラル状の走査軌跡に沿って走査し、観察対象Ａの画像を取得する観察システムである。
　制御装置５０は、図２に示されるように、後述する光検出器６、光源７および駆動制御装置３０により構成されている。
　本発明の一実施形態に係る光ファイバスキャナ８、照明装置３および観察装置１について、図面を参照して以下に説明する。
　本実施形態に係る観察装置１は、図２に示されるように、後述する装置本体２内部から照明光を照射する照明装置３と、該照明装置３により観察対象Ａに照射された照明光の観察対象Ａからの戻り光（例えば、反射光、蛍光）を受光する光検出部４とを備えている。
　光検出部４は、装置本体２の外周面に周方向に並んで配列され、観察対象Ａからの戻り光を先端において受光して導光する複数の受光用光ファイバ５と、該受光用光ファイバ５の基端に接続され、導光されてきた戻り光を検出する光検出器６とを備えている。
　照明装置３は、図２に示されるように、照明光を発生する光源（例えば、レーザダイオード）７と、円筒状の装置本体２と、該装置本体２の内部に収容されて照明光を２次元的に走査する本実施形態に係る光ファイバスキャナ８と、該光ファイバスキャナ８により走査された照明光を集光する集光レンズ９と、光源７および光ファイバスキャナ８を制御する駆動制御装置３０とを備えている。駆動制御装置３０は、照明光を二次元的（図中、Ｘ，Ｙ方向）に走査させるように駆動制御する。
　本実施形態に係る光ファイバスキャナ８は、図２および図３に示されるように、光源７からの照明光を導光して先端１０ａから射出する光ファイバ１０と、該光ファイバ１０を貫通させる貫通孔１３を有する四角柱状の弾性材料からなる振動伝達部材１４と、該振動伝達部材１４の４つの外面にそれぞれ固定され、光ファイバ１０の先端１０ａを長手軸に直交する方向に振動させる４つの振動部１１と、光ファイバ１０を装置本体２に支持させる支持部１２とを備えている。
　振動部１１は、振動伝達部材１４の外面に固定された圧電素子１５と、駆動制御装置３０から交番電圧が印加される電極１６ａ，１６ｂとを備えている。
　圧電素子１５は、厚さ（板厚）方向の表裏面に配置される電極１６ａ，１６ｂ間に印加される交番電圧によって光ファイバ１０の長手方向に伸縮させられるようになっている。圧電素子１５を伸縮させることにより、その振動が振動伝達部材１４を介して光ファイバ１０に伝達され、照明光を射出する光ファイバ１０の先端１０ａが、長手軸に交差する方向に変位させられるようになっている。
　ここで、圧電素子１５の振動伝達部材１４側に固定される面を裏面、振動伝達部材１４とは反対側に配置される面を表面という。
　振動伝達部材１４を挟んで反対側に配置される一対の圧電素子１５は、分極方向を同一方向に揃えて振動伝達部材１４に固定されている。これにより、各対の圧電素子１５に対しては、外側に位置する電極１６ａに同じ交番電圧を印加することにより、一方の圧電素子１５が伸張するときに他方の圧電素子１５が収縮して、光ファイバ１０に屈曲振動を発生させることができるようになっている。
　すなわち、２対４個の圧電素子１５は、互いに直交する２方向の屈曲振動を発生させることができるようになっている。
　振動伝達部材１４は、導電性を有する弾性材料からなり、光ファイバ１０の先端１０ａから基端側に長手軸方向に沿って所定の間隔を空けた光ファイバ１０の長手軸方向の途中位置に配置されている。
　本実施形態においては、図３および図４に示されるように、圧電素子１５の裏面側に配置される電極１６ｂは圧電素子１５の裏面の全面を覆う面積を有している一方、圧電素子１５の表面側に配置される電極１６ａは圧電素子１５の表面の面積より小さく、圧電素子１５の４つの側面からそれぞれ内側に間隔をあけた位置に端縁を有している。
　図３に示されるように、圧電素子１５の裏面側に位置する電極１６ｂは導電性接着剤により振動伝達部材１４に接着され、図示していないリード線が振動伝達部材１４に半田または導電性接着剤で固定され、それを介して駆動制御装置３０のＧＮＤと電気的に接続している。また、圧電素子１５の表面側に位置する電極１６ａの圧電素子１５に接着されている面とは反対側の面（接続面）には交番電圧を供給するリード線１８が半田または導電性接着剤により固定され、リード線１８を介して駆動制御装置３０の交番電圧の出力端と電気的に接続している。
　このように構成された本実施形態に係る光ファイバスキャナ８を組み立てる際に、各圧電素子１５の表面側の電極１６ａにリード線１８を半田あるいは導電性接着剤により固定する作業において、圧電素子１５の幅方向の中心に対しリード線１８が一方向にずれることがある。特に、圧電素子１５の幅が１００μｍ、厚さが５０μｍ、リード線１８の直径が３０μｍのように極めて微細な構造である場合には、顕微鏡観察下において位置合わせを行ってもリード線１８と圧電素子１５とが幅方向にずれてしまうことがある。
　このような場合に、リード線１８が圧電素子１５の中心からずれた状態で半田付けや導電性接着剤の塗布を行うと、半田や導電性接着剤が電極１６ａから幅方向にはみ出してしまう場合がある。本実施形態に係る光ファイバスキャナ８によれば、リード線１８を固定する表面側の電極１６ａが圧電素子１５の側面から内側に引っ込んだ位置に端縁を有するので、半田や導電性接着剤が電極１６ａからはみ出しても圧電素子１５の側面を伝って流れ落ちないように保持することができる。
　すなわち、電極１６ａの外側に圧電素子１５が配置されているので、電極１６ａからはみ出しても即座に流れ落ちないように圧電素子１５によって保持される。
　したがって、半田や導電性接着剤が圧電素子１５の側面を伝って流れ、表面側の電極１６ａと振動伝達部材１４とが短絡されてしまう不都合の発生を防止することができ、歩留まりの低下や圧電素子１５の動作不良を防止することができるという利点がある。
　これにより、本実施形態に係る光ファイバスキャナ８によれば、圧電素子１５の動作不良による故障や照明光の走査軌跡の乱れを防止することができる。また、本実施形態に係る照明装置３によれば、照明光を精度よく走査させることができる。また、本実施形態に係る観察装置１によれば、照明光を精度よく走査させて歪みのない画像を取得することができる。
　なお、本実施形態においては、振動部１１として、振動伝達部材１４を介して光ファイバ１０の外面に固定されるものを用いたが、これに代えて、振動部１１が光ファイバ１０の外面に直接固定されていてもよい。
　なお、本実施形態においては、振動部１１として、圧電素子１５が単一のものを一例として説明したが、複数であってもよい。
　また、本実施形態においては、表側の電極１６ａの端縁を圧電素子１５の側面から内側に引っ込めて、振動部１１の裏面（電極１６ｂが設けられている圧電素子１５の裏面または電極１６ｂの圧電素子１５と接着された面と反対側の面）から表面の電極１６ａの端縁までの圧電素子１５の表面に沿う距離（沿面距離）を圧電素子１５の厚さ寸法より大きくすることで、電極１６ａの端縁からはみ出した半田や導電性接着剤によって電極１６ａ，１６ｂ間が短絡してしまう不都合の発生を防止した。
　これに代えて、図５に示されるように、裏面の電極１６ｂについても表面の電極１６ａと同一の面積とし、各端縁を圧電素子１５の側面から内側に引っ込めた位置に配置することにしてもよい。
　このようにすることで、電極１６ａ，１６ｂ間に形成される圧電活性領域の各位置において、分極方向が平行となるようにすることができ、圧電素子１５の駆動安定性を向上することができるという利点がある。
　また、図６に示されるように、表面側の電極１６ａの周囲に露出している圧電素子１５部分に面取りを施して傾斜面１７を設けることにしてもよい。
　上述したように、電極１６ａへのリード線１８の接続作業は顕微鏡による拡大観察下で行われるため、電極１６ａとその周囲の圧電素子１５のエッジ部分の高さ方向位置を異ならせることにより、電極１６ａ近傍のみを顕微鏡の被写界深度内に配置して、電極１６ａを鮮明に観察しながらリード線１８の接続作業を行うことができる。これにより、リード線１８を電極１６ａの幅方向の中心位置により容易に近づけながら接続作業を実施することができ、半田や導電性接着剤の電極１６aからのはみ出しを防止することができる。
　また、この場合に、図７に示されるように、裏面側の電極１６ｂについても表面側の電極１６ａと同一の面積とし、各端縁を圧電素子１５の側面から内側に引っ込めた位置に配置することにしてもよい。また、この場合に裏面については傾斜面１７を設けないことにより、圧電素子１５の表裏の別の認識を容易にして組み立て作業を容易にすることができる。
　なお、裏面についても傾斜面を設けることにしてもよい。
　また、本実施形態においては、表面側の電極１６ａを圧電素子１５よりも小さくすることにより、振動部１１の裏面から表面側の電極１６ａの端縁までの圧電素子１５の表面に沿う距離（沿面距離）を圧電素子１５の厚さより長くしたが、これに代えて、図８に示されるように、振動部１１の一部に、電極１６ａ，１６ｂ間に配置される圧電活性領域における圧電素子１５の厚さ寸法よりも大きな厚さ寸法を有する厚肉部１９を圧電素子１５に隣接するように設け、表面側の電極１６ａを厚肉部１９の表面まで延ばし、該厚肉部１９において、リード線１８を電極１６ａに接続することにしてもよい。
　これによっても、リード線１８が接続される位置における表面側の電極１６ａの端縁から振動部１１の厚肉部１９の裏面までの沿面距離を、電極１６ａ，１６ｂに挟まれる圧電活性領域における圧電素子１５の厚さ寸法より大きくして、電極１６ａからはみ出した半田や導電性接着剤が、振動伝達部材１４まで到達して電極１６ａ，１６ｂ間が短絡されてしまうことを抑制することができる。
　この場合に、厚肉部１９の裏面には電極１６ｂを設けないことが好ましい。これにより、厚肉部１９を圧電不活性領域として、均一な厚さの圧電活性領域を形成して、圧電素子１５の安定した駆動を実現することができる。
　また、図９に示されるように、圧電素子１５の一部に設けた厚肉部１９の幅方向の中央に、リード線１８を収容するＵ字形状の溝２０で構成されたリード線保持部２１を設け、該溝２０に収容されたリード線１８を表面側の電極１６ａに半田等によって固定することにしてもよい。このようにすることで、リード線１８が電極１６ａの幅方向の中心近傍に位置決めされるので、半田等が電極１６ａからはみ出す可能性を低減することができるという利点がある。
　また、溝２０として、図９に示されるようなＵ字形状の溝を用いた一例を説明したが、これに代えて、他の形状（例えば、Ｖ字形状等）の溝を採用してもよい。
　また、本実施形態においては、圧電素子１５が振動伝達部材１４を介して光ファイバ１０の外周面に固定される場合を例示したが、これに代えて、圧電素子１５が光ファイバ１０の外周面に直接固定されることにしてもよい。
　１　観察装置
　３　照明装置
　４　光検出部
　７　光源
　８　光ファイバスキャナ
　９　集光レンズ
　１０　光ファイバ
　１１　振動部
　１５　圧電素子
　１６ａ，１６ｂ　電極
　１７　傾斜面
　１８　リード線
　１９　厚肉部
　２０　溝
　Ａ　観察対象

Claims (8)

  1. 　照明光を導光して先端から射出する光ファイバと、
    　該光ファイバの外面に固定され、該光ファイバの前記先端を、該光ファイバの長手軸に直交する方向に振動させる１以上の振動部とを備え、
    　該振動部が、板厚方向に印加される交番電圧によって前記光ファイバの長手方向に伸縮させられる１以上の板状の圧電素子と、該圧電素子の板厚方向に対向する表裏面にそれぞれ設けられた電極とを備え、
    　前記圧電素子の表面側の前記電極が、交番電圧を供給するリード線が電気的に接続される接続面を有し、
    　該接続面の位置における前記電極の端縁から前記振動部の裏面までの沿面距離が、前記電極間の前記圧電素子の厚さ寸法より大きく設定されている光ファイバスキャナ。
  2. 　前記表面側の前記電極が、少なくとも前記接続面の位置において、前記圧電素子の側面よりも内側に前記端縁を有し、
    　前記接続面の位置における前記電極の前記端縁から前記圧電素子の裏面までの沿面距離が、前記電極間の前記圧電素子の厚さ寸法より大きく設定されている請求項１に記載の光ファイバスキャナ。
  3. 　前記端縁よりも外側に位置する前記圧電素子に、前記端縁から外側に向かって、前記裏面に近接する方向に傾斜する傾斜面を有する請求項２に記載の光ファイバスキャナ。
  4. 　前記表裏面の前記電極が同一の面積を有し、相互に正対する位置に配置されている請求項１から請求項３のいずれかに記載の光ファイバスキャナ。
  5. 　前記振動部が、前記圧電素子と隣接して一体形成され、前記接続面の位置に、他の部位より厚さ寸法の大きな厚肉部を更に有し、
    　前記接続面の位置における前記電極の前記端縁から前記厚肉部の裏面までの沿面距離が、前記電極間の前記圧電素子の厚さ寸法より大きく設定されている請求項１に記載の光ファイバスキャナ。
  6. 　前記振動部が、前記圧電素子と隣接して設けられ、前記接続面の位置に隣接して、前記リード線を幅方向に位置決めする溝を有するリード線保持部を有する請求項１に記載の光ファイバスキャナ。
  7. 　前記照明光を発生する光源と、
    　請求項１から請求項６のいずれかに記載の光ファイバスキャナと、
    　該光ファイバスキャナにより走査された前記照明光を集光する集光レンズとを備える照明装置。
  8. 　請求項７に記載の照明装置と、
    　該照明装置により観察対象に前記照明光が照射されたときに、該観察対象からの戻り光を受光する光検出部とを備える観察装置。
     
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