WO2018109883A1 - 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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optical fiber
lead wire
electrode
fiber scanner
piezoelectric element
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PCT/JP2016/087288
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博士 鶴田
卓志 安見
靖明 葛西
博一 横田
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オリンパス株式会社
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    • 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
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
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    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/20—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/60—Piezoelectric or electrostrictive devices having a coaxial cable structure

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 guided light from its tip, and a vibration unit that vibrates the tip of the optical fiber in a direction that intersects the longitudinal axis (see, for example, Patent Document 1). ).
  • the vibrating portion is formed in a cylindrical shape that surrounds the optical fiber as a whole by arranging a plurality of circular plate-like piezoelectric elements in the circumferential direction.
  • the electrodes are provided on the outer peripheral surface of each piezoelectric element of the vibration part.
  • Lead electrodes for supplying voltage are wired to the electrodes of each piezoelectric element through the notch provided in the support part that supports the base end side of the vibration part, and are electrically connected by soldering etc. Has been.
  • connection position of the lead wire connected to the electrode of each piezoelectric element is different.
  • the vibration of the piezoelectric element is constrained at that position. Therefore, if the connection position in the longitudinal axis direction of the optical fiber differs for each piezoelectric element, all the piezoelectric elements are driven synchronously. In such a case, it is difficult to obtain a precise scanning locus, or the vibration of the optical fiber becomes unstable.
  • the present invention has been made in view of the above-described circumstances, and the center position of the cross section of the optical fiber supported on the inner peripheral surface of the support portion that supports the optical fiber while the tip of the optical fiber becomes an antinode is a node. It is an object of the present invention to provide an optical fiber scanner, an illuminating device, and an observation device that can obtain a precise scanning locus in the case of driving at a resonance frequency of a vibration mode or a frequency close thereto.
  • an optical fiber that guides illumination light and emits the light from the tip, and the tip of the optical fiber are vibrated in a direction perpendicular to the longitudinal axis of the optical fiber so that the outer surface of the optical fiber is
  • a plurality of vibration elements including a plate-like piezoelectric element that is fixed in parallel in the circumferential direction and is expanded and contracted in the longitudinal direction of the optical fiber by a voltage applied in the radial direction, a support part that supports the optical fiber, and the support
  • a lead wire extending from the portion side and connected to an electrode provided on a radially outer surface on the base end side of each piezoelectric element, and the lead wire in the longitudinal direction at a position where the lead wire is connected to the electrode
  • the illumination light is emitted from the tip of the optical fiber by guiding the illumination light by the optical fiber and oscillating the tip of the optical fiber in the direction perpendicular to the longitudinal axis by operating the vibration unit.
  • the element can be expanded and contracted in the longitudinal direction of the optical fiber to vibrate the tip of the optical fiber in a direction perpendicular to the longitudinal axis.
  • the lead wire Since the lead wire is positioned in the longitudinal direction by striking the abutting portion in the longitudinal direction at the position where it is connected to the electrode, the lead wire is fixed at a predetermined position on the electrode set by the abutting portion. Can do. As a result, the optical fiber is driven at a resonance frequency at or near the resonance frequency of the vibration mode in which the center position of the cross section of the optical fiber supported by the inner peripheral surface of the support portion supporting the optical fiber becomes a node while the tip of the optical fiber becomes an antinode In some cases, the predetermined position can be provided as close as possible to the node position.
  • the abutting portion may be fixed to the surface of the electrode and abut the tip of the lead wire.
  • the leading end of the lead wire hits the abutting portion fixed to the surface of the electrode and is easily positioned in the longitudinal direction. be able to.
  • the lead wire and the electrode can be fixed by solder or a conductive adhesive.
  • the abutting portion may be an annular contraction member that is wound around the electrodes of two or more of the piezoelectric elements in the circumferential direction and fixed in close contact with the electrodes.
  • an annular contractive member is wound around two or more piezoelectric elements so as to straddle in the circumferential direction, and contracted, thereby fixing the contractive member in close contact with the electrode, and leading ends of the lead wires It can be used as an abutting part that abuts.
  • the lead wire has a coating made of an insulating material around a core material made of a conductive material, and the abutting portion is the lead of the lead wire from which the core material is led out.
  • the tip of the coating may be abutted.
  • the lead wire made of the conductive material contacts the electrode surface by moving the lead wire in the longitudinal direction of the optical fiber with respect to the electrode, and the lead wire insulating material The resulting coating abuts against the abutting portion, and the lead wire is positioned in the longitudinal direction with respect to the electrode. At that position, the core material and the electrode can be electrically fixed by solder or a conductive adhesive.
  • the said support part may be comprised with an insulating material, and the abutting surface provided in the said support part may be sufficient as the said abutting part.
  • the lead wire made of the conductive material contacts the electrode surface by moving the lead wire in the longitudinal direction of the optical fiber with respect to the electrode, and the lead wire insulating material
  • the resulting coating strikes the abutting portion made of the abutting surface provided on the support portion, and the lead wire is positioned in the longitudinal direction with respect to the electrode.
  • the core material and the electrode can be electrically fixed by solder or a conductive adhesive.
  • channel which penetrates the said core material substantially parallel to the said optical fiber is provided in the said support part
  • the said abutment surface was provided in the said through-hole or the said groove
  • an abutting surface can be simply comprised by forming a counterbore surface in the through-hole or groove
  • the lead wire is integrally formed in a state extending in the longitudinal axis direction, and at least of the electrodes provided on the radially outer surface of each piezoelectric element from the proximal end side of the optical fiber. It further includes a cylindrical lead wire holding portion that covers up to a portion, and the abutting portion is abutted in the longitudinal direction on the end portion of the lead wire in a state where the electrode is covered with the lead wire holding portion. May be.
  • the other aspect of this invention is an illuminating device provided with the light source which generates illumination light, and one of the said optical fiber scanners which scan the illumination light from this light source.
  • Another aspect of the present invention is an observation apparatus including the illumination device and a light detection unit that detects return light that returns from the subject when the subject is irradiated with illumination light from the illumination device. .
  • the resonance frequency of the vibration mode in which the tip end of the optical fiber becomes an antinode and the center position of the cross section of the optical fiber supported on the inner peripheral surface of the support part supporting the optical fiber becomes a node or a frequency close thereto.
  • a plurality of piezoelectric elements are driven in synchronism and an accurate scanning locus can be obtained.
  • FIG. 1 is an overall view of an observation system including an observation apparatus according to an embodiment of the present invention. It is a longitudinal cross-sectional view which shows the observation apparatus of FIG. It is a partial longitudinal cross-sectional view which shows the optical fiber scanner with which the observation apparatus of FIG. 1 is equipped. It is a front view which shows the support part of the optical fiber scanner of FIG. It is a longitudinal cross-sectional view which shows the 1st modification of the optical fiber scanner of FIG. It is a front view which shows the 2nd modification of the optical fiber scanner of FIG. It is a front view which shows the 3rd modification of the optical fiber scanner of FIG. It is a longitudinal cross-sectional view which shows the 4th modification of the optical fiber scanner of FIG. FIG.
  • 10 is a longitudinal sectional view showing a fifth modification of the optical fiber scanner in FIG. 2. It is a longitudinal cross-sectional view which shows the 6th modification of the optical fiber scanner of FIG. It is a cross-sectional view showing a seventh modification of the optical fiber scanner of FIG. It is a longitudinal cross-sectional view which shows the 7th modification of the optical fiber scanner of FIG. It is a longitudinal cross-sectional view which shows the 8th modification of the optical fiber scanner of FIG. It is a longitudinal cross-sectional view which shows the 9th modification of the optical fiber scanner of FIG.
  • 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 on the observation target A along a spiral scanning locus and acquires an image of the subject 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 apparatus 1 includes an illumination apparatus 3 that emits illumination light from an apparatus main body 2 to be described later, and an observation object of illumination light that is irradiated onto the observation object by the illumination apparatus 3. And a light detection unit 4 that receives return light (for example, reflected light and fluorescence).
  • 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 at the tip, and the light receiving optical fibers. 5 and a photodetector 6 that is connected to the base end of 5 and detects return light that has been 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.
  • a light source for example, a laser diode
  • An optical fiber scanner 8 according to the present embodiment that scans two-dimensionally (XY directions in the figure), a condensing lens 9 that condenses illumination light scanned by the optical fiber scanner 8, a light source 7, and an optical fiber scanner 8 and a drive control device 30 that controls the motor 8.
  • the optical fiber scanner 8 guides the illumination light from the light source 7 and emits the light from the tip 10a, and the tip 10a of the optical fiber 10. Is provided with a vibrating portion 11 that vibrates the optical fiber 10 in a direction orthogonal to the longitudinal axis, a support portion 12 that supports the optical fiber 10 on the apparatus main body 2, and a lead wire 17 that is electrically connected to the vibrating portion 11.
  • the vibration unit 11 includes a vibration transmission member 14 made of a quadrangular columnar elastic material having a through-hole 13 that penetrates the optical fiber 10, four piezoelectric elements 15 fixed to four outer surfaces of the vibration transmission member 14, and a drive Electrodes 16a and 16b to which a voltage is applied from the control device 30 are provided.
  • the piezoelectric element 15 is expanded and contracted in the longitudinal direction of the optical fiber 10 by an oscillating voltage applied between the electrodes 16a and 16b arranged on the front and back surfaces in the 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 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 support portion 12 is formed in a disc shape that fits the base end portion of the vibration transmitting member 14 and fits to the inner surface of the apparatus main body 2.
  • the support portion 12 is made of a conductive material. Further, as shown in FIG. 4, a groove 18 that penetrates the lead wire 17 connected to each electrode 16 a in the thickness direction is formed in the support portion 12 radially inward from the outer peripheral surface. .
  • the depth of the groove 18 is such that the lead wire 17 is arranged so that the coating 19 made of an insulating material constituting the lead wire 17 contacts the bottom surface of the groove 18. Then, the core member 20 made of a conductive material constituting the lead wire 17 is set so as to be disposed at a radial position just along the surface of the electrode 16a on the surface side of the piezoelectric element 15. .
  • reference numeral 21 denotes solder or a conductive adhesive for fixing the lead wire 17 to the electrode 16a.
  • a protrusion (butting portion) 22 that protrudes from the surface of the electrode 16a is provided at a position spaced a predetermined distance from the base end side of the electrode 16a on the surface side of the piezoelectric element 15. .
  • the protrusion 22 is a lump formed on the surface of the electrode 16a with an adhesive or the like.
  • the optical fiber scanner 8 In order to connect the lead wire 17 to the electrode 16a on the surface side of the piezoelectric element 15, the lead wire 17 in which the core material 20 is led out by a predetermined length is used as a support portion. 12 is inserted into the groove 18 from the base end side.
  • the core material 20 of the lead wire 17 forms the piezoelectric element 15.
  • the tip of the core member 20 abuts against the protrusion 22 provided on the electrode 16a. Since the protrusion 22 is fixed at a position spaced a predetermined distance from the base end side of the electrode 16a, the lead wire 17 is positioned in the longitudinal direction when the tip of the core member 20 abuts against the protrusion 22. At this position, the lead wire 17 is electrically and mechanically connected to the piezoelectric element 15 by fixing the core member 20 of the lead wire 17 to the electrode 16a with the solder 21 or the conductive adhesive 21.
  • the lead wires 17 are fixed to the same position in the longitudinal direction with respect to all the piezoelectric elements 15. According to the optical fiber scanner 8 according to the present embodiment configured as described above, since the lead wires 17 are fixed to the same position on all the piezoelectric elements 15, the restraining position of the vibration of the piezoelectric elements 15 by the lead wires 17 is determined. All the piezoelectric elements 15 can be aligned, and there is an advantage that a plurality of piezoelectric elements 15 can be driven synchronously to obtain a precise scanning locus.
  • one piezoelectric element 15 is expanded in the longitudinal direction of the optical fiber 10, and the other piezoelectric element 15 Is contracted in the longitudinal direction of the optical fiber 10 to generate vibration that bends the optical fiber 10, and the generated vibration is transmitted to the optical fiber 10 through the vibration transmitting member 14, thereby 10a is vibrated in a direction perpendicular to the longitudinal axis.
  • the tip 10a of the optical fiber 10 can be vibrated along an arbitrary locus, and the light source 7 guided by the optical fiber 10 can be By emitting the illumination light from the distal end 10a of the optical fiber 10, the illumination light can be irradiated onto the subject A along an arbitrary scanning locus.
  • the two-to-four piezoelectric elements 15 need to be expanded and contracted in precise synchronization. That is, it is necessary for the piezoelectric element 15 to perform expansion and contraction vibration with respect to the drive command signal.
  • the restraint state of the piezoelectric elements 15 by fixing the lead wires 17 is made constant in all the piezoelectric elements 15, so that all the piezoelectric elements 15 with respect to the same drive command signal. Can be vibrated in the same manner, and there is an advantage that the illumination light can be scanned with a highly accurate scanning locus.
  • the lead wire 17 is accommodated in the groove 18 provided in the support portion 12, but instead of this, as shown in FIG. 5, a through hole provided in the support portion 12.
  • the lead wire 17 may be accommodated in the 25.
  • the coating 19 of the lead wire 17 is accommodated and brought into contact with the groove 18 or the through hole 25 provided in the support portion 12, but instead, as shown in FIG.
  • the core material 20 of the lead wire 17 may be accommodated. In this case, short-circuiting between the lead wires 17 can be prevented by configuring the support portion 12 with an insulating material such as resin.
  • the abutting portion 22 is provided by arranging a lump of adhesive or the like on the surface of the electrode 16a.
  • an annular shape such as an O-ring is provided.
  • the abutting portion 23 is formed in close contact with the electrode 16a by arranging and contracting an elastic contracting member or an annular contracting member such as a heat-shrinkable tube so as to rotate around the surface of all the electrodes 16a. You may decide to do it. Thereby, the abutting portion 23 can be easily configured at the same position in the longitudinal direction of all the piezoelectric elements 15.
  • the groove 18 or the through hole 25 of the support portion 12 made of an insulating material is provided on the proximal side.
  • You may comprise a facing part with the counterbore surface (butting surface) 24 which forms a counterbore from an end surface and abuts the front end surface of the coating
  • the width of the groove 18 or the through hole 25 is A
  • the counterbore width or the counterbore inner diameter is B
  • the outer diameter of the coating 19 of the lead wire 17 is C
  • the outer diameter of the core material 20 of the lead wire 17 is D.
  • the case where the two to four piezoelectric elements 15 are arranged at the same position in the longitudinal direction of the optical fiber 10 is illustrated, but instead, as shown in FIG.
  • the present invention may be applied to the case where the one-to-two piezoelectric elements 15 and the other one-to-two piezoelectric elements 15 are arranged at different positions in the longitudinal direction of the optical fiber 10.
  • the piezoelectric element 15 was fixed to the outer peripheral surface of the optical fiber 10 via the vibration transmission member 14 , it replaced with this and the piezoelectric element 15 was replaced with the outer peripheral surface of the optical fiber 10 You may decide to fix directly to. Further, the number of piezoelectric elements 15 is not limited to four.
  • the abutting portion 22 that abuts the lead wires 17 in the longitudinal direction is provided for all the piezoelectric elements 15, but the relative positions along the longitudinal direction of the lead wires 17 are fixed. In some cases, the abutting portion 22 may be disposed at a position corresponding to one or more piezoelectric elements 15.
  • the optical fiber scanner 8 is the one that fixes the piezoelectric element 15 to the optical fiber 10 via the vibration transmission member 14, but instead, this is shown in FIGS. 11A and 11B. As described above, the piezoelectric element 15 may be directly fixed to the surface of the optical fiber 10.
  • the lead wire 17 is formed by coating the core material 20 with the coating 19 made of an insulating material.
  • the lead wire 17 is made of a shrinkable material.
  • An integrally formed tube in which a plurality of core members 20 are built in a cylindrical tube (lead wire holding portion) 26 may be adopted.
  • the tube 26 is inserted from the proximal end side into the through hole 26a of the tube 26 until the optical fiber 10, the vibration transmitting member 14, the piezoelectric element 15, and the electrodes 16a and 16b are in contact with the protrusion 22 of the core member 20.
  • the tube 26 is contracted in the radial direction by light, heat, or the like so as to be in close contact with the optical fiber scanner 8.
  • the contracted tube 26 is fixed to the support portion 12 with an adhesive or the like.
  • the lead wire 17 is configured such that the core member 20 protrudes from the tip of the tube 26 by a predetermined length.
  • the predetermined lengths on the distal end side of the core member 20 protruding from the distal end of the tube 26 are preferably all the same dimension. In this way, the positioning for electrically and mechanically connecting the lead wire 17 to the piezoelectric element 15 can be performed simply by providing the projection 22 on at least one electrode 16a, and the wiring connection work is simplified. Be able to.
  • a lead wire 17 composed of a core material 20 and a tube 26 may be used in the optical fiber scanner 8 in which the piezoelectric element 15 is directly fixed to the surface of the optical fiber 10.

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Abstract

複数の圧電素子を同期して駆動し精密な走査軌跡を得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（１０ａ）から射出する光ファイバ（１０）と、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、光ファイバの外面に周方向に並んで複数固定され、径方向に印加される電圧によって光ファイバの長手方向に伸縮させられる板状の圧電素子（１５）を備える振動部（１１）と、光ファイバを支持する支持部（１２）と、該支持部側から延びて各圧電素子の基端側において径方向外側の面に設けられた電極（１６ａ，１６ｂ）に接続されるリード線（１７）と、該リード線が電極に接続される位置においてリード線を長手方向に突き当てる突き当て部（２２）を備える

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。）。
　振動部は、複数の円弧板状の圧電素子を周方向に配列して全体として光ファイバを取り巻く円筒状に形成されている。
　振動部の各圧電素子には、外周面に電極が設けられている。各圧電素子の電極には、振動部の基端側を支持する支持部に設けた切り欠き部を貫通して、電圧を供給するためのリード線が配線され、半田付け等により電気的に接続されている。
特開２０１５－８８６１５号公報
　特許文献１の光ファイバスキャナにおいては、各圧電素子の電極に接続されるリード線の接続位置が異なっている。
　リード線は圧電素子に固定されると、その位置で圧電素子の振動を拘束するため、光ファイバの長手軸方向における接続位置が圧電素子毎に異なると、全ての圧電素子を同期して駆動させた場合に精密な走査軌跡を得ることが困難となり、あるいは、光ファイバの振動が不安定になる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、光ファイバの先端が腹となるとともに光ファイバを支持する支持部の内周面に支持されている光ファイバの断面中心位置が節となる振動モードの共振周波数もしくはそれに近い周波数で駆動する場合において、精密な走査軌跡を得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、前記光ファイバの外面に周方向に並んで複数固定され、径方向に印加される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板状の圧電素子を備える振動部と、前記光ファイバを支持する支持部と、該支持部側から延びて各該圧電素子の基端側において径方向外側の面に設けられた電極に接続されるリード線と、該リード線が前記電極に接続される位置において前記リード線を長手方向に突き当てる突き当て部を備える光ファイバスキャナである。
　本態様によれば、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、光ファイバの外面に周方向に並んで固定されている複数の板状の圧電素子の径方向外側の面に設けられた電極にリード線を介して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の先端を長手軸に直交する方向に振動させることができる。
　リード線は電極に接続される位置において、突き当て部に長手方向に突き当たることにより、長手方向に位置決めされるので、リード線を突き当て部により設定された電極上の所定の位置に固定することができる。その結果、光ファイバの先端が腹となるとともに光ファイバを支持する支持部の内周面に支持されている光ファイバの断面中心位置が節となる振動モードの共振周波数もしくはそれに近い周波数で駆動する場合において、該所定の位置を前記節位置に出来る限り近い位置に設けることができる。そして、複数の電極に対するリード線の取り付け位置のバラツキをなくして、リード線による圧電素子の振動の拘束位置を揃えて、複数の圧電素子を同期して駆動し精密な走査軌跡を得ることができる。
　上記態様においては、前記突き当て部が、前記電極の表面に固定され、前記リード線の先端を突き当ててもよい。
　このようにすることで、電極に対してリード線を光ファイバの長手方向に移動させることで、リード線の先端が電極の表面に固定された突き当て部に突き当たり、長手方向に容易に位置決めすることができる。その位置で、半田あるいは導電性接着剤により、リード線と電極とを固定することができる。
　また、上記態様においては、前記突き当て部が、２以上の前記圧電素子の前記電極に周方向に巻き掛けられて、各前記電極に密着状態に固定された環状の収縮部材であってもよい。
　このようにすることで、環状の収縮部材を２以上の圧電素子に周方向に跨がるように巻き掛けて、収縮させることにより、収縮部材を電極に密着状態に固定し、リード線の先端を突き当てる突き当て部として利用することができる。
　また、上記態様においては、前記リード線が、導電性材料からなる芯材の周囲に絶縁性材料からなる被覆を有し、前記突き当て部が、前記芯材が口出しされた前記リード線の前記被覆の先端を突き当ててもよい。
　このようにすることで、電極に対してリード線を光ファイバの長手方向に移動させることで、リード線の導電性材料からなる芯材が電極の表面に接触し、リード線の絶縁性材料からなる被覆が、突き当て部に突き当たり、リード線が電極に対して、長手方向に位置決めされる。その位置で、半田あるいは導電性接着剤により、芯材と電極とを電気的に固定することができる。
　また、上記態様においては、前記支持部が絶縁性材料により構成され、前記突き当て部が、前記支持部に設けられた突き当て面であってもよい。
　このようにすることで、電極に対してリード線を光ファイバの長手方向に移動させることで、リード線の導電性材料からなる芯材が電極の表面に接触し、リード線の絶縁性材料からなる被覆が、支持部に設けられた突き当て面からなる突き当て部に突き当たり、リード線が電極に対して、長手方向に位置決めされる。その位置で、半田あるいは導電性接着剤により、芯材と電極とを電気的に固定することができる。支持部を絶縁性材料とすることにより、芯材と支持部が接触しても電気的な短絡を生ずることが回避される。
　また、上記態様においては、前記支持部に、前記芯材を前記光ファイバと略平行に貫通させる貫通孔または溝が設けられ、前記突き当て面が前記貫通孔または前記溝に設けられたザグリ面であってもよい。
　このようにすることで、支持部に設けた貫通孔または溝にザグリ面を形成することにより、簡易に突き当て面を構成することができる。すなわち、貫通孔または溝にリード線の芯材を貫通させるように配置して、リード線を長手方向に移動させると、ザグリ面にリード線の被覆の先端が突き当たってリード線の芯材が電極の所定の位置に位置決めされる。
　また、上記態様においては、前記リード線が、前記長手軸方向に延びる状態で一体形成され、前記光ファイバの基端側から各前記圧電素子の径方向外側の面に設けられた前記電極の少なくとも一部までを被覆する筒状のリード線保持部を更に備え、前記突き当て部が、前記リード線保持部で前記電極を被覆した状態において、前記リード線の端部を長手方向に突き当てられてもよい。
　また、本発明の他の態様は、照明光を発生する光源と、該光源からの照明光を走査させる上記いずれかの光ファイバスキャナ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、該照明装置からの照明光が被写体に照射されることにより、該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、光ファイバの先端が腹となるとともに光ファイバを支持する支持部の内周面に支持されている光ファイバの断面中心位置が節となる振動モードの共振周波数もしくはそれに近い周波数で駆動する場合において、複数の圧電素子を同期して駆動し精密な走査軌跡を得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観察装置を備える観察システムの全体図である。 図１の観察装置を示す縦断面図である。 図１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２の光ファイバスキャナの支持部を示す正面図である。 図２の光ファイバスキャナの第１の変形例を示す縦断面図である。 図２の光ファイバスキャナの第２の変形例を示す正面図である。 図２の光ファイバスキャナの第３の変形例を示す正面図である。 図２の光ファイバスキャナの第４の変形例を示す縦断面図である。 図２の光ファイバスキャナの第５の変形例を示す縦断面図である。 図２の光ファイバスキャナの第６の変形例を示す縦断面図である。 図２の光ファイバスキャナの第７の変形例を示す横断面図である。 図２の光ファイバスキャナの第７の変形例を示す縦断面図である。 図２の光ファイバスキャナの第８の変形例を示す縦断面図である。 図２の光ファイバスキャナの第９の変形例を示す縦断面図である。
　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、被写体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により観察対象に照射された照明光の観察対象からの戻り光（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（図中、ＸＹ方向）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。
　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の先端１０ａを長手軸に直交する方向に振動させる振動部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、振動部１１に電気的に接続されるリード線１７とを備えている。
　振動部１１は、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つの外面に固定された４つの圧電素子１５と、駆動制御装置３０から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、厚さ方向の表裏面に配置される電極１６ａ，１６ｂ間に印加される振動的な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、表面側に位置する電極１６ａに同じ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。
　支持部１２は、振動伝達部材１４の基端部を嵌合させるとともに、装置本体２の内面に嵌合する円板状に形成されている。支持部１２は、導電性材料により構成されている。また、支持部１２には、図４に示されるように、各電極１６ａに接続されるリード線１７を厚さ方向に貫通させる溝１８が外周面から径方向内方に向かって形成されている。
　溝１８の深さは、図３および図４に示されるように、リード線１７を、該リード線１７を構成している絶縁性材料からなる被覆１９が溝１８の底面に接触するように配置したときに、リード線１７を構成している導電性材料からなる芯材２０が、丁度、圧電素子１５の表面側の電極１６ａの表面に沿う径方向位置に配置されるように設定されている。図中、符号２１はリード線１７を電極１６ａに固定する半田あるいは導電性接着剤である。
　また、本実施形態においては、圧電素子１５の表面側の電極１６ａの基端側から所定の距離をあけた位置に、電極１６ａの表面から突出する突起（突き当て部）２２が設けられている。突起２２は、例えば、電極１６ａの表面に接着剤等により形成した塊である。
　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、照明装置３および観察装置１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８を組み立てる際に、圧電素子１５の表面側の電極１６ａにリード線１７を接続するには、芯材２０を所定長さだけ口出ししたリード線１７を、支持部１２の溝１８に基端側から挿入する。
　リード線１７を構成している絶縁性材料からなる被覆１９を溝１８の底面に沿わせるようにリード線１７を長手方向に前進させて行くと、リード線１７の芯材２０が圧電素子１５の表面側の電極１６ａの表面に沿うように配置され、そのまま前進を継続することにより、芯材２０の先端が電極１６ａに設けられている突起２２に突き当たる。突起２２は、電極１６ａの基端側から所定の距離をあけた位置に固定されているので、芯材２０の先端が突起２２に突き当たることにより、リード線１７が長手方向に位置決めされる。そして、この位置で、半田２１または導電性接着剤２１によってリード線１７の芯材２０を電極１６ａに固定することにより、リード線１７が圧電素子１５に電気的および機械的に接続される。
　この作業を全ての圧電素子１５に対して行うことにより、リード線１７が全ての圧電素子１５に対して長手方向の同じ位置に位置決め状態に固定される。
　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によれば、全ての圧電素子１５にリード線１７が同じ位置に固定されるので、リード線１７による圧電素子１５の振動の拘束位置を全ての圧電素子１５で揃えることができ、複数の圧電素子１５を同期して駆動し精密な走査軌跡を得ることができるという利点がある。
　すなわち、振動伝達部材１４を挟んで両側に配置される一対の圧電素子１５に同じ位相の電圧を加えることにより、一方の圧電素子１５を光ファイバ１０の長手方向に伸張させ、他方の圧電素子１５を光ファイバ１０の長手方向に収縮させることで、光ファイバ１０を屈曲させる振動を発生させ、発生した振動が振動伝達部材１４を介して光ファイバ１０に伝達されることにより、光ファイバ１０の先端１０ａが長手軸に直交する方向に振動させられる。
　相互に直交する２対の圧電素子１５を振動の位相を調整することにより、光ファイバ１０の先端１０ａを任意の軌跡で振動させることができ、光ファイバ１０によって導光されてきた光源７からの照明光を光ファイバ１０の先端１０ａから射出させることにより、照明光を任意の走査軌跡で、被写体Ａに照射することができる。
　この場合において、照明光を高精度の走査軌跡で走査させるためには、２対４個の圧電素子１５の精密に同期した伸縮動作が必要となる。すなわち、駆動指令信号に対して圧電素子１５が精度よく伸縮振動することが必要となる。
　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１７の固定による圧電素子１５の拘束状態を全ての圧電素子１５において一定にすることで、同じ駆動指令信号に対して全ての圧電素子１５を同じ態様で振動させることができ、高精度の走査軌跡で照明光を走査させることができるという利点がある。
　なお、本実施形態においては、支持部１２に設けた溝１８内にリード線１７を収容することとしたが、これに代えて、図５に示されるように、支持部１２に設けた貫通孔２５内にリード線１７を収容することにしてもよい。
　また、本実施形態においては、支持部１２に設けた溝１８または貫通孔２５内にリード線１７の被覆１９を収容して接触させることとしたが、これに代えて、図６に示されるように、リード線１７の芯材２０を収容することにしてもよい。この場合には、支持部１２を、樹脂等の絶縁性材料により構成することによって、リード線１７どうしの短絡を防止することができる。
　また、本実施形態においては、電極１６ａの表面に接着剤等の塊を配置することによって突き当て部２２を設けたが、これに代えて、図７に示されるように、Ｏリング等の環状の弾性部材や、熱収縮チューブのような環状の収縮部材を全ての電極１６ａの表面に周方向に回し掛けるように配置して収縮させることにより、電極１６ａに密着させて突き当て部２３を構成することにしてもよい。これにより、全ての圧電素子１５の長手方向の同一位置に、簡易に突き当て部２３を構成することができる。
　また、電極１６ａの表面に固定した突き当て部２２に代えて、図８および図９に示されるように、絶縁性材料により構成した支持部１２の溝１８または貫通孔２５に、基端側の端面からザグリを形成し、基端側から挿入されるリード線１７の被覆１９の先端面を突き当てるザグリ面（突き当て面）２４により突き当て部を構成してもよい。
　この場合に、溝１８幅あるいは貫通孔２５の内径をA、ザグリ幅あるいはザグリ内径をＢ、リード線１７の被覆１９の外径をＣ、リード線１７の芯材２０の外径をＤとしたときに、以下の条件式を満足していればよい。
　Ｃ＞Ａ＞Ｄ
　Ｃ≦Ｂ
　また、被覆１９の先端をザグリ面２４に突き当てることに代えて、支持部１２の基端側の表面、あるいは圧電素子１５の基端側の端面に突き当てることにしてもよい。
　また、本実施形態においては、２対４個の圧電素子１５が、光ファイバ１０の長手方向の同一位置に配置されている場合を例示したが、これに代えて、図１０に示されるように、１対２個の圧電素子１５と他の１対２個の圧電素子１５とが光ファイバ１０の長手方向位置を異ならせて配置されている場合に適用してもよい。
　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。また、圧電素子１５の数は４個に限定されるものではない。
　また、本実施形態においては、全ての圧電素子１５に対してリード線１７を長手方向に突き当てる突き当て部２２を設けたが、リード線１７どうしの長手方向に沿う相対位置が固定されている場合には、突き当て部２２は１以上の圧電素子１５に対応する位置に配置されていてもよい。
　また、本実施形態においては、光ファイバスキャナ８として、光ファイバ１０に振動伝達部材１４を介して圧電素子１５を固定するものを採用したが、これに代えて、図１１Ａおよび図１１Ｂに示されるように、光ファイバ１０の表面に直接圧電素子１５を固定してもよい。
　また、本実施形態においては、リード線１７として、芯材２０を絶縁性材料からなる被覆１９で被覆したものを採用したが、これに代えて、図１２に示されるように、収縮素材からなる円筒状のチューブ（リード線保持部）２６に複数の芯材２０が内蔵される一体形成のものを採用してもよい。
　この場合、チューブ２６は、基端側からチューブ２６の貫通孔２６ａ内に光ファイバ１０、振動伝達部材１４、圧電素子１５および電極１６ａ，１６ｂを、芯材２０の先端が突起２２に突き当たるまで挿入し、光または熱等によってチューブ２６を径方向に収縮させて光ファイバスキャナ８に密着させるようになっている。収縮されたチューブ２６は、接着剤等により、支持部１２に固定される。
　また、リード線１７は、芯材２０がチューブ２６の先端から所定長さ突出して構成されるようになっている。チューブ２６の先端から突出する芯材２０の先端側における所定長さは、全て同一寸法であることが好ましい。このようにすることで、少なくとも１つの電極１６ａに突起２２を設けるだけで、リード線１７を圧電素子１５に電気的および機械的に接続するための位置決めができ、配線の接続作業を簡易化することができるようになっている。
　また、図１３に示されるように、光ファイバ１０の表面に直接圧電素子１５を固定した光ファイバスキャナ８に芯材２０およびチューブ２６で構成されるリード線１７を用いてもよい。
　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
　１０　光ファイバ
　１０ａ　先端
　１１　振動部
　１２　支持部
　１５　圧電素子
　１６ａ，１６ｂ　電極
　１７　リード線
　１８　溝
　１９　被覆
　２０　芯材
　２２　突起（突き当て部）
　２３　突き当て部（弾性部材、収縮部材）
　２４　突き当て面（ザグリ面、突き当て部）
　２５　貫通孔
　２６　チューブ（リード線保持部）
　Ａ　被写体

Claims (9)

  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、前記光ファイバの外面に周方向に並んで複数固定され、径方向に印加される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板状の圧電素子を備える振動部と、
    　前記光ファイバを支持する支持部と、
    　該支持部側から延びて各該圧電素子の基端側において径方向外側の面に設けられた電極に接続されるリード線と、
    　該リード線が前記電極に接続される位置において前記リード線を長手方向に突き当てる突き当て部を備える光ファイバスキャナ。
  2. 　前記突き当て部が、前記電極の表面に固定され、前記リード線の先端を突き当てる請求項１に記載の光ファイバスキャナ。
  3. 　前記突き当て部が、２以上の前記圧電素子の前記電極に周方向に巻き掛けられて、各前記電極に密着状態に固定された環状の収縮部材である請求項２に記載の光ファイバスキャナ。
  4. 　前記リード線が、導電性材料からなる芯材の周囲に絶縁性材料からなる被覆を有し、
    　前記突き当て部が、前記芯材が口出しされた前記リード線の前記被覆の先端を突き当てる請求項１に記載の光ファイバスキャナ。
  5. 　前記支持部が絶縁性材料により構成され、
    　前記突き当て部が、前記支持部に設けられた突き当て面である請求項４に記載の光ファイバスキャナ。
  6. 　前記支持部に、前記芯材を前記光ファイバと略平行に貫通させる貫通孔または溝が設けられ、
    　前記突き当て面が前記貫通孔または前記溝に設けられたザグリ面である請求項５に記載の光ファイバスキャナ。
  7. 　前記リード線が、前記長手軸方向に延びる状態で一体形成され、前記光ファイバの基端側から各前記圧電素子の径方向外側の面に設けられた前記電極の少なくとも一部までを被覆する筒状のリード線保持部を更に備え、
    　前記突き当て部が、前記リード線保持部で前記電極を被覆した状態において、前記リード線の端部を長手方向に突き当てられる請求項１に記載の光ファイバスキャナ。
  8. 　照明光を発生する光源と、
    　該光源からの照明光を走査させる請求項１から請求項７のいずれかに記載の光ファイバスキャナとを備える照明装置。
  9. 　請求項８に記載の照明装置と、
    　該照明装置からの照明光が被写体に照射されることにより、該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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