WO2014054524A1 - 光ファイバスキャナ - Google Patents

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WO2014054524A1
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optical fiber
tip
piezoelectric element
piezoelectric elements
piezoelectric
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舟窪　朋樹
博士 鶴田
盛通 清水
靖明 葛西
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Olympus Corp
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    • G02B26/101—Scanning systems with both horizontal and vertical deflecting means, e.g. raster or XY scanners
    • 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
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    • H10N30/20—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
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    • H10N30/2041—Beam type
    • H10N30/2042—Cantilevers, i.e. having one fixed end
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    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/50—Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure
    • 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
    • A61B1/00163—Optical arrangements
    • A61B1/00165—Optical arrangements with light-conductive means, e.g. fibre optics

Definitions

  • the present invention relates to an optical fiber scanner.
  • Patent Document 1 an optical fiber scanner that scans illumination light on a subject by emitting illumination light while vibrating an optical fiber at high speed using a piezoelectric element.
  • the optical fiber scanner described in Patent Literature 1 includes a tube-shaped piezoelectric element (PZT tube), four electrodes arranged at equal intervals in the circumferential direction on the surface of the PZT tube, and light inserted into the PZT tube.
  • the tip of the optical fiber is fixed to the PZT tube by a connecting member.
  • the optical fiber scanner described in Patent Document 1 has a structure in which the force from the PZT tube acts at a position away from the tip of the optical fiber. Therefore, the tip of the optical fiber does not accurately follow the bending deformation of the PZT tube, and the vibration direction of the tip of the optical fiber is likely to be shaken. That is, the linear vibration becomes elliptical vibration, and there is a problem that the illumination light cannot be scanned accurately along the designed locus. In addition, there is a problem that it is difficult to realize ideal spiral vibration when attempting to vibrate the tip of the optical fiber by combining linear vibrations in two orthogonal directions.
  • An object of the present invention is to provide an optical fiber scanner that can efficiently transmit the force of a piezoelectric element to an optical fiber without attenuating it, and can increase the vibration of the optical fiber.
  • Another object of the present invention is to provide an optical fiber scanner capable of scanning illumination light along a designed locus.
  • the present invention provides the following means.
  • an elongated optical fiber capable of guiding illumination light and exiting from the tip, and a plate shape polarized in the thickness direction, and is based on the tip of the optical fiber.
  • An optical fiber scanner comprising at least one or more piezoelectric elements individually attached to an outer peripheral surface on an end side.
  • the piezoelectric element when an alternating voltage is applied to the piezoelectric element in the thickness direction, the piezoelectric element expands and contracts in the direction orthogonal to the polarization direction, that is, in the direction orthogonal to the thickness direction, and thereby the optical fiber. Then, a bending vibration is excited such that the tip vibrates in a direction intersecting the longitudinal direction. Thereby, the illumination light emitted from the tip of the optical fiber can be scanned on the subject in accordance with the vibration of the tip.
  • each piezoelectric element can be closely adhered to the outer peripheral surface of the optical fiber.
  • the expansion and contraction of the piezoelectric element can be transmitted to the optical fiber with high efficiency, and the optical fiber can be greatly bent and vibrated.
  • the force of the piezoelectric element can be directly transmitted to the optical fiber.
  • the piezoelectric element may be attached to the outer peripheral surface of the optical fiber over its entire length.
  • the piezoelectric element may include two piezoelectric elements arranged so as to be shifted in the circumferential direction of the optical fiber so that the polarization directions intersect with each other.
  • the two piezoelectric elements may be arranged so as to be displaced so as not to overlap in the longitudinal direction of the optical fiber.
  • the piezoelectric elements do not overlap with each other in the circumferential direction and the longitudinal direction of the optical fiber without increasing the size of the whole, so that a wide piezoelectric element having a large volume can be used.
  • more energy can be output from the piezoelectric element, and the optical fiber can be vibrated with a large amplitude.
  • a pair of the piezoelectric elements arranged in parallel with each other with the optical fiber interposed therebetween may be provided.
  • the bending vibration excited in the optical fiber can be increased by expanding and contracting the pair of piezoelectric elements in the same direction as compared with the case where only one piezoelectric element is provided.
  • another pair of the piezoelectric elements disposed so as to be shifted in the circumferential direction of the optical fiber with respect to the pair of piezoelectric elements and disposed to face each other in parallel with the optical fiber interposed therebetween.
  • An element may be provided.
  • the pair of piezoelectric elements may be arranged so as to be shifted from each other so as not to overlap with the longitudinal direction of the optical fiber. With this configuration, it is possible to output larger energy for each pair of piezoelectric elements and to vibrate the optical fiber with a larger amplitude than in the case of two piezoelectric elements.
  • three or more piezoelectric elements arranged at substantially equal intervals in the circumferential direction of the optical fiber may be provided.
  • the tip of the optical fiber can be vibrated in a spiral shape to scan illumination light in a two-dimensional manner. it can.
  • the second aspect of the present invention has an elongated optical fiber capable of guiding illumination light and exiting from the tip, and a plate shape polarized in the thickness direction, and the tip of the optical fiber or the vicinity thereof And a piezoelectric element affixed on the outer peripheral surface of the optical fiber in a direction crossing the longitudinal direction of the optical fiber on the outer peripheral surface of the optical fiber.
  • the piezoelectric element when an alternating voltage is applied to the piezoelectric element in the thickness direction, the piezoelectric element expands and contracts in a direction perpendicular to the polarization direction, that is, in a direction perpendicular to the thickness direction, so that the optical fiber Then, a bending vibration is excited such that the tip vibrates in a direction intersecting the longitudinal direction. Thereby, the illumination light emitted from the tip of the optical fiber can be scanned on the subject in accordance with the vibration of the tip.
  • the tip of the optical fiber since the piezoelectric element is arranged at a position including or near the tip of the optical fiber, the tip of the optical fiber follows the expansion / contraction movement of the piezoelectric element accurately and is forced in a direction crossing the expansion / contraction direction. Vibrated. As a result, the tip of the optical fiber vibrates along the designed locus, so that the illumination light emitted from the tip of the optical fiber can be scanned along the designed locus.
  • the other pair disposed opposite to each other in parallel with the optical fiber interposed therebetween at a position shifted by approximately 90 ° in the circumferential direction of the optical fiber with respect to the pair of piezoelectric elements.
  • the piezoelectric element may be provided.
  • the tip of the optical fiber can be vibrated in a spiral shape to scan illumination light in a two-dimensional manner. it can.
  • the piezoelectric element is disposed at a position retracted from the distal end of the optical fiber to the proximal end side of the optical fiber, and between the distal end of the piezoelectric element and the distal end of the optical fiber.
  • the frequency of the bending resonance vibration having one end as a fixed end of the tip portion of the optical fiber projecting to the tip side from the piezoelectric element is sufficient to excite the bending vibration in the optical fiber. You may set so that it may become higher than the frequency of the alternating voltage supplied to an element.
  • the piezoelectric element is disposed at a position protruding from the tip of the optical fiber toward the tip of the optical fiber, and between the tip of the piezoelectric element and the tip of the optical fiber.
  • the distance is such that the frequency of the bending resonance vibration with one end as a fixed end of the tip portion of the piezoelectric element protruding to the tip side from the tip of the optical fiber excites bending vibration in the optical fiber. You may set so that it may become higher than the frequency of the alternating voltage supplied to a piezoelectric element.
  • Such a configuration can alleviate the required accuracy such as the shape of the piezoelectric element and positioning with respect to the optical fiber. Even if the piezoelectric element is arranged at a position protruding from the tip of the optical fiber, by setting the protruding amount within the above range, the tip of the optical fiber is not affected by the displacement of the position of the piezoelectric element. Can be vibrated.
  • the piezoelectric element may be a laminated piezoelectric element that is a laminated piezoelectric element in which a plurality of piezoelectric layers are laminated in the thickness direction.
  • the wiring of a GND line can be made easy by joining a GND line to this electrode member by making an electrode member into a GND electrode.
  • the force of the piezoelectric element can be efficiently transmitted to the optical fiber without being attenuated, and the vibration of the optical fiber can be increased.
  • the illumination light can be scanned along the locus as designed.
  • (A) is the schematic block diagram which looked at the optical fiber scanner which concerns on the 1st Embodiment of this invention in the direction orthogonal to a longitudinal direction
  • (b) is (a) longitudinally from the front end side of an optical fiber. It is the figure seen from the direction, (c) is the perspective view which took out and looked at only the piezoelectric element of (a).
  • (A) is a figure which shows the state which vibrated the front-end
  • (b) is a figure which shows the locus
  • (A) is the schematic block diagram which looked at the optical fiber scanner which concerns on the 1st modification of the 1st Embodiment of this invention in the direction orthogonal to a longitudinal direction
  • (b) is the light of (a). It is the figure which looked at the fiber in the longitudinal direction from the front end side.
  • (A) is the schematic block diagram which looked at the optical fiber scanner which concerns on the 2nd Embodiment of this invention in the direction orthogonal to a longitudinal direction
  • (b) is an optical fiber of (a) longitudinally from a front end side. It is the figure seen in the direction.
  • (A) is a figure which shows the state which vibrated the front-end
  • (b) is a figure which shows the locus
  • (A) is the schematic block diagram which looked at the optical fiber scanner which concerns on the 1st modification of the 2nd Embodiment of this invention in the direction orthogonal to a longitudinal direction
  • (b) is the light of (a). It is the figure which looked at the fiber in the longitudinal direction from the front end side.
  • (A) is the schematic block diagram which looked at the optical fiber scanner which concerns on the 3rd Embodiment of this invention in the direction orthogonal to a longitudinal direction
  • (b) is an optical fiber of (a) longitudinally from a front end side. It is the figure seen in the direction.
  • (A) is a figure which shows the state which vibrated the front-end
  • (b) is a figure which shows the locus
  • (A) is a figure which shows the state which vibrated the front-end
  • (b) is a figure which shows the locus
  • (A) is the schematic block diagram which looked at the optical fiber scanner which concerns on the 1st modification of the 3rd Embodiment of this invention in the direction orthogonal to a longitudinal direction
  • (b) is the light of (a). It is the figure which looked at the fiber in the longitudinal direction from the front end side.
  • (A) is the schematic block diagram which looked at the optical fiber scanner which concerns on the 2nd modification of the 3rd Embodiment of this invention in the direction orthogonal to a longitudinal direction
  • (b) is the light of (a). It is the figure which looked at the fiber in the longitudinal direction from the front end side.
  • (A) is the schematic block diagram which looked at the optical fiber scanner which concerns on the 3rd modification of the 3rd Embodiment of this invention in the direction orthogonal to a longitudinal direction
  • (b) is the light of (a). It is the figure which looked at the fiber in the longitudinal direction from the front end side.
  • (A) is the schematic block diagram which looked at the optical fiber scanner which concerns on the 4th Embodiment of this invention in the direction orthogonal to a longitudinal direction
  • (b) is an optical fiber of (a) longitudinally from a front end side. It is the figure seen in the direction.
  • (A) is a figure which shows the state which vibrated the front-end
  • (b) is a figure which shows the locus
  • (A) is a figure which shows the state which vibrated the front-end
  • (b) is a figure which shows the locus
  • (A) is the schematic block diagram which looked at the optical fiber scanner which concerns on the 1st modification of the 4th Embodiment of this invention in the direction orthogonal to a longitudinal direction
  • (b) is the light of (a). It is the figure which looked at the fiber in the longitudinal direction from the front end side.
  • (A) is the schematic block diagram which looked at the optical fiber scanner which concerns on the 5th Embodiment of this invention in the direction orthogonal to a longitudinal direction
  • (b) is (a) longitudinally from the front end side of an optical fiber. It is the figure seen from the direction, (c) is the perspective view which took out and looked at only the piezoelectric element of (a).
  • (A) is a figure which shows the state which vibrated the front-end
  • (b) is a figure which shows the locus
  • (A) is the schematic block diagram which looked at the optical fiber scanner which concerns on the 1st modification of the 5th Embodiment of this invention in the direction orthogonal to a longitudinal direction
  • (b) is the light of (a). It is the figure which looked at the fiber in the longitudinal direction from the front end side.
  • (A) is the schematic block diagram which looked at the optical fiber scanner which concerns on the 2nd modification of the 5th Embodiment of this invention in the direction orthogonal to a longitudinal direction
  • (b) is the light of (a). It is the figure which looked at the fiber in the longitudinal direction from the front end side.
  • (A) is the schematic block diagram which looked at the optical fiber scanner which concerns on the 3rd modification of the 5th Embodiment of this invention in the direction orthogonal to a longitudinal direction
  • (b) is the light of (a). It is the figure which looked at the fiber in the longitudinal direction from the front end side.
  • (A) is the schematic block diagram which looked at the optical fiber scanner which concerns on the 4th modification of the 5th Embodiment of this invention in the direction orthogonal to a longitudinal direction
  • (b) is the light of (a). It is the figure which looked at the fiber in the longitudinal direction from the front end side.
  • FIG. (A) is a perspective view which shows schematic structure of the piezoelectric element with which the optical fiber scanner which concerns on the 5th modification of the 5th Embodiment of this invention is equipped, (b) is an AA 'cross section of (a).
  • FIG. (A) is the schematic block diagram which looked at the optical fiber scanner which concerns on the 6th Embodiment of this invention in the direction orthogonal to a longitudinal direction, (b) is (a) longitudinally from the front end side of an optical fiber. It is the figure seen from the direction, (c) is the perspective view which took out and looked at only the piezoelectric element of (a).
  • (A) is a figure which shows the state which vibrated the front-end
  • (b) is a figure which shows the locus
  • (A) is a schematic block diagram which looked at the optical fiber scanner which concerns on the modification of the 6th Embodiment of this invention in the direction orthogonal to a longitudinal direction
  • (b) is a tip of the optical fiber of (a). It is the figure seen from the side in the longitudinal direction.
  • (A) is the schematic block diagram which looked at the optical fiber scanner which concerns on the 7th Embodiment of this invention in the direction orthogonal to a longitudinal direction
  • (b) is (a) longitudinally from the front end side of an optical fiber.
  • (c) is the perspective view which took out and looked at only the piezoelectric element of (a).
  • (A) is a figure which shows the state which vibrated the front-end
  • (b) is a figure which shows the locus
  • (A) is a figure which shows the state which vibrated the front-end
  • (b) is a figure which shows the locus
  • FIG. 29 It is a figure which shows a mode that the optical fiber scanner of FIG. 29 was employ
  • (A) is the schematic block diagram which looked at the optical fiber scanner which concerns on the 1st modification of the 7th Embodiment of this invention in the direction orthogonal to a longitudinal direction
  • (b) is the light of (a). It is the figure which looked at the fiber in the longitudinal direction from the front end side.
  • (A) is the schematic block diagram which looked at the optical fiber scanner which concerns on the 2nd modification of the 7th Embodiment of this invention in the direction orthogonal to a longitudinal direction
  • (b) is the light of (a). It is the figure which looked at the fiber in the longitudinal direction from the front end side.
  • (A) is the schematic block diagram which looked at the optical fiber scanner which concerns on the 3rd modification of the 7th Embodiment of this invention in the direction orthogonal to a longitudinal direction
  • (b) is the light of (a). It is the figure which looked at the fiber in the longitudinal direction from the front end side.
  • (A) is the schematic block diagram which looked at the optical fiber scanner which concerns on the 4th modification of the 7th Embodiment of this invention in the direction orthogonal to a longitudinal direction
  • (b) is the light of (a). It is the figure which looked at the fiber to the longitudinal direction from the front end side
  • (c) is the perspective view which took out and saw only the piezoelectric element of (a).
  • (A) is the schematic block diagram which looked at the optical fiber scanner which concerns on the 5th modification of the 7th Embodiment of this invention in the direction orthogonal to a longitudinal direction
  • (b) is the light of (a). It is the figure which looked at the fiber in the longitudinal direction from the front end side.
  • (A) is the schematic block diagram which looked at the optical fiber scanner which concerns on the 6th modification of the 7th Embodiment of this invention in the direction orthogonal to a longitudinal direction
  • (b) is the light of (a). It is the figure which looked at the fiber in the longitudinal direction from the front end side.
  • the optical fiber scanner 10 according to a first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
  • the optical fiber scanner 10 has an elongated cylindrical optical fiber 11 made of a glass material and a conductive property provided on the outer peripheral surface of the optical fiber 11.
  • the optical fiber 11 can guide illumination light emitted from a light source (not shown) and emit it from the tip.
  • a light source not shown
  • the conductive electrode 13 gold sputter, conductive silver paste, conductive adhesive, or the like can be used.
  • the conductive electrode 13 is formed over the entire circumference on a part of the outer peripheral surface closer to the proximal end than the distal end of the optical fiber 11.
  • the conductive electrode 13 has a high hardness and a thickness of about several ⁇ m.
  • the piezoelectric element 15 is made of lead zirconate titanate (PZT).
  • PZT lead zirconate titanate
  • the piezoelectric element 15 is provided with electrodes 16 on both surfaces (hereinafter referred to as a front surface and a back surface) facing each other in the thickness direction, and the thickness is increased by a predetermined DC voltage. Polarized in the vertical direction. It is assumed that the polarization vector is directed from the + plane (front surface) to the ⁇ plane (back surface) of the piezoelectric element 15.
  • the back surface of the piezoelectric element 15 is bonded to the conductive electrode 13 with an adhesive, and is attached to the outer peripheral surface of the optical fiber 11 over the entire length of the piezoelectric element 15.
  • an epoxy adhesive is thinly applied to the back surface of the piezoelectric element 15 and the surface of the conductive electrode 13, and after aligning the piezoelectric element 15 and the conductive electrode 13 under a stereomicroscope, the heat shrinkable tube
  • the piezoelectric element 15 is bonded to the conductive electrode 13 by thermosetting the epoxy adhesive at a predetermined temperature while pressing the piezoelectric element 15 against the conductive electrode 13 using.
  • the piezoelectric element 15 and the conductive electrode 13 may be joined by a welding technique using solder or the like.
  • a lead wire 17 constituting an A phase for applying an alternating voltage to the piezoelectric element 15 is formed by a conductive adhesive. It is joined. Further, the common GND line 19 is joined to the conductive electrode 13 by a conductive adhesive. Since the electrode 16 on the back surface of the piezoelectric element 15 and the conductive electrode 13 are electrically connected, the conductive electrode 13 can be used as a GND electrode.
  • the lead A 17 corresponds to the frequency of the bending resonance vibration in the A phase of the piezoelectric element 15. Apply the alternating voltage.
  • the piezoelectric element 15 When an alternating voltage is applied to the piezoelectric element 15 in the thickness direction, the piezoelectric element 15 expands and contracts in a direction orthogonal to the polarization direction, that is, a direction orthogonal to the thickness direction. As a result, as shown in FIG. 2A, in the optical fiber 11, a bending resonance vibration is excited such that the tip vibrates in the direction (X direction) intersecting the longitudinal direction (Z direction).
  • the illumination light emitted from the light source is guided by the optical fiber 11 and emitted from the tip, as shown in FIG. 2 (b), on the subject according to the linear vibration at the tip of the optical fiber 11.
  • the illumination light can be reciprocated in the X direction.
  • the arrow S indicates the locus of the tip of the vibrating optical fiber 11.
  • the piezoelectric element 15 is attached to the outer peripheral surface of the optical fiber 11 by attaching a single plate-shaped piezoelectric element 15 to the outer peripheral surface of the optical fiber 11. It can be brought into close contact with accuracy. Accordingly, the expansion and contraction of the piezoelectric element 15 can be transmitted to the optical fiber 11 with high efficiency, and the optical fiber 11 can be greatly bent and vibrated.
  • the conductive electrode 13 has a high hardness and a thickness of about several ⁇ m, the force transmitted from the piezoelectric element 15 to the optical fiber 11 is hardly attenuated in the conductive electrode 13. Therefore, by directly attaching the piezoelectric element 15 to the outer peripheral surface of the optical fiber 11 via the conductive electrode 13, the force is attenuated as in the case where a resin material is interposed between the optical fiber 11 and the piezoelectric element 15. The bending vibration of the optical fiber 11 can be further increased.
  • the conductive electrode 13 between the optical fiber 11 and the piezoelectric element 15 there is no need to draw the common GND line 19 from the electrode 16 on the back surface of the piezoelectric element 15 bonded to the optical fiber 11.
  • the common GND line 19 can be drawn from 13 arbitrary positions. Therefore, the lead wire 17 and the common GND wire 19 can be easily routed.
  • This embodiment can be modified as follows.
  • the outer peripheral surface of the optical fiber 11 is used.
  • the electrode 16 on the back surface of the piezoelectric element 15 may be directly joined.
  • the common GND line 19 may be bonded to the exposed position of the electrode 16 on the back surface of the piezoelectric element 15 using a conductive adhesive.
  • the force of the piezoelectric element 15 can be directly transmitted to the optical fiber.
  • the configuration can be simplified by omitting the conductive electrode 13.
  • the optical fiber scanner 20 according to the present embodiment includes a pair of piezoelectric elements 15A and 15B arranged in parallel with each other with the optical fiber 11 interposed therebetween. This is different from the first embodiment.
  • portions having the same configuration as those of the optical fiber scanner 10 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
  • the pair of piezoelectric elements 15 ⁇ / b> A and 15 ⁇ / b> B are bonded to the outer peripheral surface of the optical fiber 11 via the conductive electrode 13 with an adhesive. Specifically, the back surface of the piezoelectric element 15 ⁇ / b> A is bonded to the conductive electrode 13, and the front surface of the piezoelectric element 15 ⁇ / b> B is bonded to the conductive electrode 13. Therefore, the polarization directions of the piezoelectric element 15A and the piezoelectric element 15B are the same.
  • lead wires 17A and 17B are bonded to the electrode 16 on the surface opposite to the surface bonded to the conductive electrode 13 by a conductive adhesive. These two lead wires 17A and 17B are coupled to each other to form an A phase. Further, one common GND line 19 is joined to the conductive electrode 13 by a conductive adhesive.
  • the piezoelectric elements 15A and 15B By expanding and contracting all at once in the direction orthogonal to the polarization direction, a bending resonance vibration in which the tip vibrates in a direction intersecting the longitudinal direction (Z direction) is excited in the optical fiber 11. Thereby, as shown by the arrow S in FIG. 5B, the tip of the optical fiber 11 can be vibrated in the X direction.
  • the optical fiber 11 is compared with the case where the single piezoelectric element 15 is used.
  • the vibration amplitude to be excited can be increased.
  • the conductive electrode 13 is omitted, and the pair of piezoelectric elements 15A and 15B are replaced with the outer peripheral surface of the optical fiber 11. They may be directly joined to each other.
  • FIGS. 6A and 6B show a state in which the back surfaces of the piezoelectric elements 15A and 15B are joined to the outer peripheral surface of the optical fiber 11, respectively.
  • the polarization directions (see arrows) of the piezoelectric elements 15A and 15B are different from each other, that is, directions toward the optical fiber 11, respectively.
  • the common GND wire 19A is bonded to the electrode 16 on the surface (back surface) bonded to the optical fiber 11, and the lead wire 17A is connected to the electrode 16 on the opposite surface (front surface). What is necessary is just to join.
  • a lead wire 17B is bonded to the electrode 16 on the surface (back surface) bonded to the optical fiber 11, and a common GND line 19B is bonded to the electrode 16 on the opposite surface (front surface).
  • the configuration can be simplified by omitting the conductive electrode 13.
  • the optical fiber scanner 30 according to the present embodiment is different from the pair of piezoelectric elements 15 ⁇ / b> A and 15 ⁇ / b> B that are arranged so as to be shifted in the circumferential direction of the optical fiber 11.
  • the second embodiment is different from the second embodiment in that it includes a pair of piezoelectric elements 15C and 15D.
  • portions having the same configuration as those of the optical fiber scanner 20 according to the second embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
  • the pair of piezoelectric elements 15C and 15D are disposed to face each other in parallel with the optical fiber 11 interposed therebetween, and conductive electrodes are formed on the outer peripheral surface of the optical fiber 11 by an adhesive, respectively. 13 is joined.
  • the back surface of the piezoelectric element 15A and the surface of the piezoelectric element 15B are bonded to the conductive electrode 13
  • the back surface of the piezoelectric element 15C and the surface of the piezoelectric element 15D are bonded to the conductive electrode 13. Yes.
  • the polarization directions of the piezoelectric elements 15A and 15B are the same, and the polarization directions of the piezoelectric elements 15C and 15D are the same.
  • the pair of piezoelectric elements 15A and 15B and the pair of piezoelectric elements 15C and 15D are disposed so as to be shifted by 90 ° in the circumferential direction of the optical fiber 11.
  • the pair of piezoelectric elements 15A and 15B are disposed to face each other in the X direction
  • the pair of piezoelectric elements 15C and 15D are disposed to face each other in the Y direction.
  • These four piezoelectric elements 15A, 15B, 15C, and 15D each have a width dimension substantially equal to the diameter dimension of the optical fiber 11.
  • the driving lead wires 17A and 17B constituting the A phase are respectively formed on the electrode 16 on the surface opposite to the surface bonded to the conductive electrode 13 by a conductive adhesive. It is joined.
  • driving leads 17C and 17D constituting the B phase are bonded to the electrode 16 on the side opposite to the surface bonded to the conductive electrode 13 by a conductive adhesive. ing.
  • the common GND line 19 is joined to the conductive electrode 13 with a conductive adhesive.
  • the piezoelectric elements 15A and 15B when an alternating voltage corresponding to the frequency of bending resonance vibration is applied to the A phase of the pair of piezoelectric elements 15A and 15B via the lead wires 17A and 17B, the piezoelectric elements 15A and 15B. Are simultaneously expanded and contracted in the direction orthogonal to the polarization direction, whereby the bending resonance vibration is excited in the optical fiber 11 as shown in FIG.
  • the vicinity of the ends of the piezoelectric elements 15A and 15B is a node, and the tip of the optical fiber 11 is an antinode.
  • the tip of the optical fiber 11 can be linearly vibrated in the X direction.
  • the X-directional vibration and the Y-directional vibration are simultaneously generated in the optical fiber 11, and the phase of the alternating voltage applied to the piezoelectric elements 15A and 15B and the phase of the alternating voltage applied to the piezoelectric elements 15C and 15D are determined.
  • the tip of the optical fiber 11 vibrates along a circular locus.
  • the magnitude of the alternating voltage is gradually increased or decreased, as shown in FIG. 10, the tip of the optical fiber 11 vibrates along a spiral locus (spiral scanning).
  • the illumination light can be two-dimensionally scanned (spiral scan) along the spiral trajectory on the subject.
  • the optical fiber scanner 30 As shown in FIG. 11, a case where the optical fiber scanner 30 according to the present embodiment is employed in an image forming apparatus will be described.
  • the tip of the optical fiber 11 When the tip of the optical fiber 11 is spirally vibrated with the lens 2 facing the subject X and the illumination light L propagated through the optical fiber 11 is emitted from the tip, the illumination light L is converged by the lens 2. Then, the subject X is irradiated and scanned two-dimensionally on the subject X.
  • the reflected light L ′ from the subject X irradiated with the illumination light L is detected by a plurality of detection fibers 4.
  • the image forming apparatus can image the surface state of the scanning range of the illumination light L in the subject X by detecting the reflected light L ′ by the detection fiber 4 in synchronization with the scanning cycle of the illumination light L.
  • This embodiment can be modified as follows.
  • two piezoelectric elements 15A and 15C are provided. It may be.
  • the piezoelectric elements 15 ⁇ / b> A and 15 ⁇ / b> C are arranged at positions shifted by 90 ° in the circumferential direction of the optical fiber 11 so that the polarization directions are orthogonal to each other.
  • the tip of the optical fiber 11 is vibrated in a spiral shape, so The illumination light can be scanned two-dimensionally. Therefore, although an alternating voltage is required, the configuration can be simplified as compared with the case where four piezoelectric elements 15A, 15B, 15C, and 15D are used.
  • the width dimensions of the piezoelectric elements 15A, 15B, 15C, and 15D may be made larger than the diameter dimensions of the optical fiber 11, respectively.
  • the optical fiber 11 is placed so that the front surfaces or back surfaces and side surfaces of the piezoelectric elements 15A, 15B, 15C, and 15D adjacent in the circumferential direction of the optical fiber 11 are alternately in contact with each other.
  • Each piezoelectric element 15A, 15B, 15C, 15D may be joined with a slight shift in the width direction.
  • the four piezoelectric elements 15A, 15B, 15C, and 15D can be positioned in the circumferential direction of the optical fiber 11 to facilitate assembly. Further, since the substantial volume of the piezoelectric elements 15A, 15B, 15C, and 15D increases, more energy is input to increase the displacement amount of the expansion and contraction of the piezoelectric elements 15A, 15B, 15C, and 15D, and the optical fiber 11 The amplitude of can be increased.
  • the three piezoelectric elements 15A, 15B, and 15C are arranged so as to be shifted by 120 ° in the circumferential direction of the optical fiber 11 and joined. Also good.
  • the piezoelectric elements 15A, 15B, and 15C are bonded to the conductive electrode 13 on the back surface thereof with the polarization direction directed to the optical fiber 11.
  • 17B, 17C are joined by a conductive adhesive.
  • an alternating voltage that is electrically shifted in phase by 120 ° may be applied to the A phase of the piezoelectric element 15A, the B phase of the piezoelectric element 15B, and the C phase of the piezoelectric element 15C.
  • the piezoelectric elements 15A, 15B, 15C, and 15D may be directly joined to the outer peripheral surface of the optical fiber 11 without providing the conductive electrode 13, respectively.
  • the common GND line 19B may be bonded to the electrode 16 on the surface (back surface) bonded to the optical fiber 11 of the piezoelectric elements 15A, 15B, 15C, and 15D.
  • an optical fiber scanner 40 according to a fourth embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
  • the optical fiber scanner 40 according to the present embodiment is configured such that the other pair of piezoelectric elements 15C and 15D is replaced with the pair of piezoelectric elements 15C and 15B. It differs from the third embodiment in that it is arranged at a position shifted in the longitudinal direction.
  • portions having the same configuration as those of the optical fiber scanner 30 according to the third embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
  • the piezoelectric elements 15A and 15B and the piezoelectric elements 15C and 15D are arranged so as to be shifted in the longitudinal direction of the optical fiber 11 so as not to overlap with each other in the longitudinal direction of the optical fiber 11.
  • 15A and 15B, a pair of piezoelectric elements 15A and 15B constituting the A phase are arranged near the tip of the optical fiber 11, and another pair of piezoelectric elements 15C and 15D constituting the B phase are arranged.
  • positioned near the base end of the optical fiber 11 is illustrated.
  • the back surface of the piezoelectric element 15A and the surface of the piezoelectric element 15B are bonded to the conductive electrode 13, and the back surface of the piezoelectric element 15C and the surface of the piezoelectric element 15D are bonded to the conductive electrode 13.
  • the polarization directions of the piezoelectric element 15A and the piezoelectric element 15B are the same, and the polarization directions of the piezoelectric element 15C and the piezoelectric element 15D are the same.
  • the lead wires 17A and 17B constituting the A phase are joined to the surface opposite to the surface joined to the conductive electrode 13 of the piezoelectric elements 15A and 15B, and to the conductive electrode 13 of the piezoelectric elements 15C and 15D.
  • Lead wires 17C and 17D constituting the B phase are joined to the surface opposite to the joined surface, and the common GND wire 19 is joined to the conductive electrode 13.
  • the X-directional vibration and the Y-directional vibration are simultaneously generated in the optical fiber 11, and the phase of the alternating voltage applied to the piezoelectric elements 15A and 15B and the phase of the alternating voltage applied to the piezoelectric elements 15C and 15D are determined.
  • the tip of the optical fiber 11 vibrates along a circular locus.
  • the magnitude of the alternating voltage is gradually increased or decreased, the tip of the optical fiber 11 vibrates along a spiral trajectory. Thereby, it is possible to two-dimensionally scan the illumination light along the spiral locus on the subject.
  • the pair of piezoelectric elements 15A and 15B and the other pair of piezoelectric elements 15C and 15D are positioned on the outer peripheral surface of the optical fiber 11 so as not to overlap each other in the longitudinal direction. Since the piezoelectric elements 15A, 15B, 15C, and 15D do not overlap with each other in the circumferential direction and the longitudinal direction of the optical fiber 11 by being shifted, the piezoelectric elements 15A and 15B having a large volume and a large volume are not enlarged. , 15C, 15D can be used. Therefore, large energy can be output from the piezoelectric elements 15A, 15B, 15C, and 15D, and the optical fiber 11 can be vibrated with a large amplitude.
  • piezoelectric elements 15A, 15B, 15C, and 15D are used.
  • two piezoelectric elements 15A, 15B, 15C, and 15D are used.
  • the piezoelectric elements 15A and 15C are shifted by 90 ° in the circumferential direction of the optical fiber 11, and the longitudinal direction of the optical fiber 11 is not overlapped with the longitudinal direction of the optical fiber 11.
  • the positions may be shifted. In this way, although an alternating voltage is required, the configuration can be simplified as compared with the case where four piezoelectric elements 15A, 15B, 15C, and 15D are used.
  • the piezoelectric elements 15A, 15B, 15C, and 15D may be directly bonded to the outer peripheral surface of the optical fiber 11 without providing the conductive electrode 13.
  • the common GND line 19B may be bonded to the electrode 16 on the surface (back surface) bonded to the optical fiber 11 of the piezoelectric elements 15A, 15B, 15C, and 15D.
  • the optical fiber scanner 50 according to the present embodiment includes the holding member 18 and the position of the tip of the piezoelectric element 15 at the tip of the optical fiber 11. It differs from the first embodiment in that it is attached to the optical fiber 11 so as to match the position.
  • portions having the same configuration as those of the optical fiber scanner 10 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
  • the conductive electrode 13 is provided from the tip of the optical fiber 11 to a predetermined length in the longitudinal direction of the optical fiber 11 and over the entire circumference.
  • the piezoelectric element 15 is provided with electrodes 16A and 16B on the front and back surfaces, respectively, and is polarized in the thickness direction by a predetermined DC voltage.
  • the piezoelectric element 15 is attached to the optical fiber 11 so that the thickness direction is directed to the radial direction of the optical fiber 11 and the position of the tip of the piezoelectric element 15 coincides with the position of the tip of the optical fiber 11.
  • the holding member 18 holds the position of the optical fiber 11 closer to the base end than the conductive electrode 13 at a fixed position.
  • the holding member 18 is an annular member into which the optical fiber 11 is inserted, and the inner surface and the outer peripheral surface of the optical fiber 11 are joined by an adhesive.
  • the holding member 18 is made of a metal such as stainless steel or ceramics having a relatively large specific gravity, and has a sufficiently large mass with respect to the distal end portion of the optical fiber 11 and the piezoelectric element 15 disposed on the distal end side of the holding member 18. Have.
  • the A phase of the piezoelectric element 15 corresponds to the frequency of the bending resonance vibration via the lead wire 17. Apply the alternating voltage.
  • the piezoelectric element 15 When an alternating voltage is applied to the piezoelectric element 15 in the thickness direction, the piezoelectric element 15 expands and contracts in a direction orthogonal to the polarization direction, that is, a direction orthogonal to the thickness direction.
  • the tip of the optical fiber 11 vibrates in the direction (X direction) intersecting the longitudinal direction (Z direction) at the tip side of the holding member 18. Bending resonance vibration is excited.
  • the holding member 18 is sufficiently heavy with respect to the mass of the distal end portion of the optical fiber 11, the optical fiber 11 is stably excited by the bending primary vibration having the vicinity of the distal end of the holding member 18 as a fixed end. Is done.
  • the illumination light emitted from the light source is guided by the optical fiber 11 and emitted from the tip, as shown in FIG.
  • the illumination light can be reciprocated in the X direction.
  • the arrow S indicates the locus of the tip of the vibrating optical fiber 11.
  • the piezoelectric element 15 is directly bonded to the optical fiber 11 using an adhesive over a predetermined length from the tip of the optical fiber 11, thereby The expansion and contraction motion of the piezoelectric element 15 is directly transmitted to the tip of the fiber 11.
  • the tip of the optical fiber 11 is forcibly vibrated in the X direction according to the expansion and contraction motion of the piezoelectric element 15.
  • the light emitted from the tip of the optical fiber 11 can be reciprocally scanned as designed along a linear locus in the X direction.
  • the conductive electrode 13 has a high hardness and a thickness of about several ⁇ m, the force transmitted from the piezoelectric element 15 to the optical fiber 11 is hardly attenuated in the conductive electrode 13. Therefore, the optical fiber 11 can be flexibly vibrated efficiently. Furthermore, by providing the conductive electrode 13 between the optical fiber 11 and the piezoelectric element 15, there is no need to draw the common GND line 19 from the electrode 16 B on the back surface of the piezoelectric element 15 bonded to the optical fiber 11. The common GND line 19 can be drawn from 13 arbitrary positions. Therefore, the lead wire 17 and the common GND wire 19 can be easily routed.
  • This embodiment can be modified as follows.
  • the outer peripheral surface of the optical fiber 11 is used.
  • the electrode 16B on the back surface of the piezoelectric element 15 may be directly bonded, and the common GND line 19 may be connected to the exposed position of the electrode 16B on the back surface using a conductive adhesive. That is, the electrode 16B on the back surface of the piezoelectric element 15 also serves as a conductive electrode.
  • the force of the piezoelectric element 15 can be directly transmitted to the optical fiber.
  • the configuration can be simplified by omitting the conductive electrode 13.
  • the piezoelectric element 15 may be provided over the entire length from the tip of the optical fiber 11 to the holding member 18 or the vicinity thereof. According to the present modification, the force applied to the optical fiber 11 by the expanding and contracting piezoelectric element 15 can be further increased.
  • the piezoelectric element 15 of the second modified example is divided into a plurality (two in the illustrated example) in the longitudinal direction of the optical fiber 11. May be.
  • a piezoelectric element with a short dimension can also be used effectively, and the design restrictions of the piezoelectric element to be used can be relaxed.
  • a cylinder made of metal is used as shown in FIGS.
  • a shaped microtube (electrode member) 13 ′ may be used as the conductive electrode.
  • the material of the microtube 13 ′ is preferably nickel or copper. According to this modification, it is not necessary to perform a process such as sputtering for forming a metal film on the outer peripheral surface of the optical fiber 11, so that manufacturing can be facilitated. Further, the common GND line 19 can be joined to an arbitrary position of the microtube 13 ′, and the manufacturing can be facilitated.
  • FIGS. 25A and 25B As the piezoelectric element 15, a plurality of (three in the illustrated example) thin piezoelectric sheets (piezoelectric layers) are arranged in the thickness direction. Laminated piezoelectric elements that are laminated may be used.
  • FIG. 25A shows the appearance of the multilayer piezoelectric element 15, and
  • FIG. 25B shows a cross section taken along the line AA ′ of FIG.
  • the piezoelectric sheet disposed inside has an internal electrode 16C, and an external electrode 16D is provided on the outer surface of the piezoelectric sheet. According to this modification, a larger force can be generated when the same voltage is applied to the piezoelectric element 15.
  • the optical fiber scanner 60 according to the present embodiment has a pair of piezoelectric elements 15A and 15B arranged in parallel with each other with the optical fiber 11 in the radial direction.
  • the optical fiber scanner 60 according to the present embodiment has a pair of piezoelectric elements 15A and 15B arranged in parallel with each other with the optical fiber 11 in the radial direction.
  • the pair of piezoelectric elements 15 ⁇ / b> A and 15 ⁇ / b> B are bonded to the outer peripheral surface of the optical fiber 11 via the conductive electrode 13 with an adhesive. Specifically, the back surface of the piezoelectric element 15 ⁇ / b> A is bonded to the conductive electrode 13, and the front surface of the piezoelectric element 15 ⁇ / b> B is bonded to the conductive electrode 13. Therefore, the polarization directions of the piezoelectric element 15A and the piezoelectric element 15B are the same.
  • lead wires 17A and 17B are bonded to the electrode 16A or 16B on the surface opposite to the surface bonded to the conductive electrode 13 by a conductive adhesive. . These two lead wires 17A and 17B are coupled to each other to form an A phase. Further, one common GND line 19 is joined to the conductive electrode 13 by a conductive adhesive.
  • the piezoelectric elements 15A and 15B By expanding and contracting all at once in the direction orthogonal to the polarization direction, a bending resonance vibration in which the tip vibrates in a direction intersecting the longitudinal direction (Z direction) is excited in the optical fiber 11. As a result, as indicated by an arrow S in FIG. 27B, the tip of the optical fiber 11 can be vibrated in the X direction.
  • the optical fiber 11 is compared with the case where the single piezoelectric element 15 is used.
  • the vibration amplitude to be excited can be increased.
  • the conductive electrode 13 is omitted, and the pair of piezoelectric elements 15A and 15B is replaced with the outer peripheral surface of the optical fiber 11. They may be directly joined to each other.
  • FIGS. 28A and 28B show a state where the back surfaces of the piezoelectric elements 15A and 15B are joined to the outer peripheral surface of the optical fiber 11, respectively.
  • the polarization directions (see arrows) of the piezoelectric elements 15A and 15B are different from each other, that is, directions toward the optical fiber 11, respectively.
  • the common GND wire 19A is bonded to the electrode 16B on the surface (back surface) bonded to the optical fiber 11, and the lead wire 17A is connected to the electrode 16A on the opposite surface (front surface). What is necessary is just to join. Also, in the piezoelectric element 15B, if the lead wire 17B is joined to the electrode 16B on the surface (back surface) joined to the optical fiber 11, and the common GND wire 19B is joined to the electrode 16A on the opposite surface (front surface). Good. According to this modification, the configuration can be simplified by omitting the conductive electrode 13.
  • the conductive electrode 13 shown in the second to fourth modifications of the fifth embodiment may be adopted, and the fifth modification of the fifth embodiment.
  • the piezoelectric element 15 shown in the example may be adopted.
  • the optical fiber scanner 70 according to the present embodiment is different from the pair of piezoelectric elements 15 ⁇ / b> A and 15 ⁇ / b> B that are arranged so as to be shifted in the circumferential direction of the optical fiber 11.
  • the sixth embodiment is different from the sixth embodiment in that it includes a pair of piezoelectric elements 15C and 15D.
  • portions having the same configuration as those of the optical fiber scanner 60 according to the sixth embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
  • the pair of piezoelectric elements 15C and 15D are arranged to face each other in parallel with the optical fiber 11 in the radial direction, and are respectively attached to the outer peripheral surface of the optical fiber 11 by an adhesive. It is joined via the conductive electrode 13.
  • the back surface of the piezoelectric element 15A and the surface of the piezoelectric element 15B are bonded to the conductive electrode 13
  • the back surface of the piezoelectric element 15C and the surface of the piezoelectric element 15D are bonded to the conductive electrode 13. Yes.
  • the polarization directions of the piezoelectric elements 15A and 15B are the same, and the polarization directions of the piezoelectric elements 15C and 15D are the same.
  • the pair of piezoelectric elements 15A and 15B and the pair of piezoelectric elements 15C and 15D are disposed so as to be shifted by 90 ° in the circumferential direction of the optical fiber 11.
  • the pair of piezoelectric elements 15A and 15B are disposed to face each other in the X direction
  • the pair of piezoelectric elements 15C and 15D are disposed to face each other in the Y direction.
  • These four piezoelectric elements 15A, 15B, 15C, and 15D each have a width dimension substantially equal to the diameter dimension of the optical fiber 11.
  • driving leads 17A and 17B constituting the A phase are respectively conductively bonded to the electrode 16A or 16B on the surface opposite to the surface bonded to the conductive electrode 13. It is joined by the agent.
  • lead wires 17C and 17D for driving constituting the B phase are respectively connected to the electrode 16A or 16B opposite to the surface bonded to the conductive electrode 13 by a conductive adhesive. It is joined.
  • a common GND line 19 provided in common for the four piezoelectric elements 15A, 15B, 15C, and 15D is joined to the conductive electrode 13 by a conductive adhesive.
  • the piezoelectric elements 15A and 15B when an alternating voltage corresponding to the frequency of bending resonance vibration is applied to the A phase of the pair of piezoelectric elements 15A and 15B via the lead wires 17A and 17B, the piezoelectric elements 15A and 15B. Are expanded and contracted simultaneously in the direction orthogonal to the polarization direction, whereby the bending resonance vibration is excited in the optical fiber 11 as shown in FIG.
  • the vicinity of the proximal end of the piezoelectric elements 15A and 15B becomes a node, and the tip of the optical fiber 11 becomes an antinode.
  • the tip of the optical fiber 11 can be linearly vibrated in the X direction.
  • the X-directional vibration and the Y-directional vibration are simultaneously generated in the optical fiber 11, and the phase of the alternating voltage applied to the piezoelectric elements 15A and 15B and the phase of the alternating voltage applied to the piezoelectric elements 15C and 15D are determined.
  • the tip of the optical fiber 11 vibrates along a circular locus.
  • the amplitudes of the two alternating voltages at this time are changed with time in a sine wave shape, the tip of the optical fiber 11 vibrates along a spiral locus as shown in FIG. 32 (spiral scanning).
  • the illumination light can be two-dimensionally scanned (spiral scan) along the spiral trajectory on the subject.
  • the tip of the optical fiber 11 is the piezoelectric element 15A, 15B, 15C, and 15D. It can be forced to vibrate in the X and Y directions following the telescopic motion accurately. As a result, the tip of the optical fiber 11 is vibrated along a designed spiral trajectory, and as a result, the illumination light can be two-dimensionally scanned on the subject X along the designed spiral trajectory. .
  • FIG. 33 shows a part of the configuration of a scanning observation apparatus including the optical fiber scanner 70.
  • This scanning observation apparatus includes a lens 2 disposed on the front end side of the optical fiber scanner 70 and a plurality of detection fibers 4 arranged in the circumferential direction outside the optical fiber 11.
  • the illumination light L propagated through the optical fiber 11 is emitted from the tip.
  • the light L is converged by the lens 2 and applied to the subject X, and is scanned two-dimensionally on the subject X.
  • the reflected light L ′ from the subject X irradiated with the illumination light L is detected by a plurality of detection fibers 4.
  • the scanning observation apparatus can image the surface state of the scanning range of the illumination light L in the subject X by detecting the reflected light L ′ by the detection fiber 4 in synchronization with the scanning cycle of the illumination light L. .
  • an image without distortion can be obtained since the illumination light L is scanned on the subject X along an ideal spiral trajectory as designed, an image without distortion can be obtained.
  • This embodiment can be modified as follows.
  • two piezoelectric elements 15A and 15C are provided. It may be.
  • the piezoelectric elements 15 ⁇ / b> A and 15 ⁇ / b> C are arranged at positions shifted by 90 ° in the circumferential direction of the optical fiber 11 so that the polarization directions are orthogonal to each other.
  • the tip of the optical fiber 11 is vibrated in a spiral shape, so The illumination light can be scanned two-dimensionally. Therefore, the configuration can be simplified as compared with the case where the four piezoelectric elements 15A, 15B, 15C, and 15D are used.
  • the width dimensions of the piezoelectric elements 15A, 15B, 15C, and 15D may be made larger than the diameter dimension of the optical fiber 11, respectively.
  • the optical fiber 11 is placed so that the front surfaces or back surfaces and side surfaces of the piezoelectric elements 15A, 15B, 15C, and 15D adjacent in the circumferential direction of the optical fiber 11 are alternately in contact with each other.
  • Each piezoelectric element 15A, 15B, 15C, 15D may be joined with a slight shift in the width direction.
  • the four piezoelectric elements 15A, 15B, 15C, and 15D can be positioned in the circumferential direction of the optical fiber 11 to facilitate assembly. Further, since the substantial volume of the piezoelectric elements 15A, 15B, 15C, and 15D increases, more energy is input to increase the displacement amount of the expansion and contraction of the piezoelectric elements 15A, 15B, 15C, and 15D, and the optical fiber 11 The amplitude of can be increased.
  • FIGS. 36A and 36B As a third modified example, as shown in FIGS. 36A and 36B, three piezoelectric elements 15A, 15B, and 15C are arranged while being shifted by 120 ° in the circumferential direction of the optical fiber 11 and joined. Also good.
  • the piezoelectric elements 15A, 15B, and 15C are bonded to the conductive electrode 13 on the back surface thereof with the polarization direction directed to the optical fiber 11.
  • a driving lead wire 17A constituting an A phase, a B phase, and a C phase on the electrode 16A on the surface (surface) opposite to the surface joined to the conductive electrode 13 of the piezoelectric elements 15A, 15B, 15C, respectively.
  • 17B, 17C are joined by a conductive adhesive.
  • an alternating voltage that is electrically shifted in phase by 120 ° may be applied to the A phase of the piezoelectric element 15A, the B phase of the piezoelectric element 15B, and the C phase of the piezoelectric element 15C.
  • a cylindrical piezoelectric element 15E may be used as a fourth modified example.
  • the cylindrical piezoelectric element 15 ⁇ / b> E has an inner diameter that is substantially the same as the outer diameter of the optical fiber 11.
  • Four electrodes 16A arranged substantially evenly in the circumferential direction are provided on the outer peripheral surface of the piezoelectric element 15E.
  • An electrode 16B is uniformly provided on the inner peripheral surface of the piezoelectric element 15E.
  • the tip of the optical fiber 11 is attached as in the case where the four piezoelectric elements 15A, 15B, 15C, and 15D are provided separately. It can be vibrated in a spiral shape. Further, assembling can be facilitated by configuring the piezoelectric element 15E from a single member.
  • this distance L is such that the resonance frequency of the primary bending vibration mode in which the one end of the distal end portion of the optical fiber 11 having a length L, which protrudes from the piezoelectric elements 15A, 15B, 15C, and 15D, is fixed. It is set in a range higher than the frequency of the alternating voltage for exciting the optical fiber 11 to bend resonance vibration.
  • the optical fiber scanner 70 can be connected to other members disposed around, for example, Interference with the detection fiber 4 of FIG. 33 can be prevented.
  • the tips of the piezoelectric elements 15A, 15B, 15C, and 15D are arranged at positions protruding from the tip of the optical fiber 11 by a distance M toward the tip side. May be.
  • this distance M is the resonance frequency of the primary bending vibration mode in which the one end of the tip of the piezoelectric element 15A, 15B, 15C, 15D of length M protruding from the tip of the optical fiber 11 is fixed.
  • the frequency is set to be higher than the frequency of the alternating voltage for exciting the bending resonance vibration in the optical fiber 11.
  • the optical fiber 11 When the distance M is in the above range, when the optical fiber 11 is subjected to bending resonance vibration by applying an alternating voltage, the portions of the piezoelectric elements 15A, 15B, 15C, and 15D protruding from the optical fiber 11 are bent. Resonance vibration is not affected, and the tip of the optical fiber 11 follows a spiral trajectory as designed, as in the case where the piezoelectric elements 15A, 15B, 15C, and 15D are arranged as shown in FIG. Vibrate. According to this modification, it is possible to relax the design restrictions and positional accuracy required during assembly of the piezoelectric elements 15A, 15B, 15C, and 15D to be used.
  • the conductive electrode 13 shown in the first to fourth modifications of the fifth embodiment may be adopted, and the fifth modification of the fifth embodiment.
  • Electrode 10 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70
  • Optical fiber scanner 11 Optical fiber 13

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Description

光ファイバスキャナ
　本発明は、光ファイバスキャナに関する。
　従来、医療分野において、圧電素子を用いて光ファイバを高速で振動させながら照明光を射出させることにより、被検体上で照明光を走査する光ファイバスキャナが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の光ファイバスキャナは、チューブ状の圧電素子（ＰＺＴチューブ）と、このＰＺＴチューブの表面に周方向に等間隔で配列された４つの電極と、ＰＺＴチューブ内に挿入された光ファイバとを備え、連結部材により光ファイバの先端部をＰＺＴチューブに固定している。
　この特許文献１に記載の光ファイバスキャナは、ＰＺＴチューブが屈曲変形すると、連結部材を介して光ファイバに垂直方向の力が働き、この力によって光ファイバを屈曲振動させるようになっている。そして、光ファイバにおいて直交する２方向に発生する屈曲振動を振幅と位相とを考慮して合成することで、光ファイバの先端をスパイラル状に振動させて照明光を２次元的に走査することができる。
特表２００８－５０４５５７号公報
　しかしながら、特許文献１に記載の光ファイバスキャナは、ＰＺＴチューブにおいて発生した力が連結部材を介して光ファイバに伝達されるため、連結部材によりその力の一部が吸収されて光ファイバに効率よく伝達することができず、結果的に光ファイバの振動が小さくなってしまうという問題がある。
　また、特許文献１に記載の光ファイバスキャナは、ＰＺＴチューブからの力が、光ファイバの、先端から離れた位置に作用する構造となっている。そのため、光ファイバの先端がＰＺＴチューブの屈曲変形に正確に追従せず、光ファイバの先端の振動方向がぶれやすい。すなわち、直線振動が楕円振動となってしまい、設計した軌跡に正確に沿って照明光を走査することができないという問題がある。また、直交する２方向の直線振動を合成することによって光ファイバの先端をスパイラル振動させようとした場合には、理想的なスパイラル振動を実現することが難しいという問題がある。
　本発明は、光ファイバに対して圧電素子の力を減衰させずに効率よく伝達し、光ファイバの振動を大きくすることができる光ファイバスキャナを提供することを目的とする。
　また、本発明は、照明光を設計通りの軌跡に沿って走査することができる光ファイバスキャナを提供することを目的とする。
　上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
　本発明の第１の態様は、照明光を導光して先端から射出可能な細長い形状の光ファイバと、厚さ方向に分極された板形状を有し、前記光ファイバの前記先端よりも基端側の外周面に個別に貼り付けられた少なくとも１以上の圧電素子とを備える光ファイバスキャナである。
　第１の態様によれば、圧電素子に対して厚さ方向に交番電圧を印加すると、圧電素子が分極方向に直交する方向、すなわち、厚さ方向に直交する方向に伸縮することにより、光ファイバにおいて先端が長手方向に交差する方向に振動するような屈曲振動が励起される。これにより、光ファイバの先端から射出させる照明光を先端の振動に合わせて被検体上で走査することができる。
　この場合において、光ファイバの外周面に板形状の圧電素子を個別に貼り付けることで、圧電素子ごとに光ファイバの外周面に精度よく密着させることができる。これにより、光ファイバに対して圧電素子の伸縮を高効率に伝達させて、光ファイバを大きく屈曲振動させることができる。また、光ファイバの外周面に圧電素子を直接貼り付けることにより、光ファイバに対して圧電素子の力を直接伝達させることができる。これにより、光ファイバと圧電素子との間に樹脂材料を介在させた場合のように力が減衰するのを回避し、光ファイバの屈曲振動をより大きくすることができる。
　第１の態様においては、前記圧電素子が、その全長にわたり前記光ファイバの外周面に対して貼り付けられていてもよい。
　このように構成することで、光ファイバに対して圧電素子の全長にわたる伸縮を無駄なく伝達させることができる。
　また、第１の態様においては、前記分極方向が互いに交差するように、前記光ファイバの周方向にずらして配置された２枚の前記圧電素子を備えていてもよい。
　このように構成することで、各圧電素子に対して交番電圧を位相を適宜ずらして印加することにより、光ファイバの先端をスパイラル状に振動させて、照明光を２次元的に走査することができる。
　また、第１の態様においては、前記２枚の圧電素子が、前記光ファイバの長手方向に重ならないように位置をずらして配置されていてもよい。
　このように構成することで、全体を大型化させることなく、圧電素子どうしが光ファイバの周方向および長手方向に重ならないので、体積が大きい幅広の圧電素子を用いることができる。これにより、圧電素子からより大きなエネルギーを出力させて、光ファイバを大きな振幅で振動させることができる。
　また、第１の態様においては、前記光ファイバを挟んで互いに平行に対向して配置された一対の前記圧電素子を備えていてもよい。
　このように構成することで、一対の圧電素子を同方向に伸縮させることにより、圧電素子が１枚だけの場合と比較して、光ファイバに励起させる屈曲振動を増大することができる。
　また、第１の態様においては、前記一対の圧電素子に対して前記光ファイバの周方向にずらして配置され、該光ファイバを挟んで互いに平行に対向して配置された他の一対の前記圧電素子を備えていてもよい。
　このように構成することで、各圧電素子に対して交番電圧を位相を適宜ずらして印加することにより、光ファイバの先端をスパイラル状に振動させて、照明光を２次元的に走査することができる。
　また、第１の態様においては、前記一対の圧電素子どうしが、前記光ファイバの長手方向に重ならないように位置をずらして配置されていてもよい。
　このように構成することで、圧電素子が２枚の場合と比較して、一対の圧電素子ごとにより大きなエネルギーを出力させ、光ファイバをより大きな振幅で振動させることができる。
　また、第１の態様においては、前記光ファイバの周方向にほぼ等間隔で配列された３以上の前記圧電素子を備えていてもよい。
　このように構成することで、各圧電素子に対して交番電圧を位相を適宜ずらして印加することにより、光ファイバの先端をスパイラル状に振動させて、照明光を２次元的に走査することができる。
　本発明の第２の態様は、照明光を導光して先端から射出可能な細長い形状の光ファイバと、厚さ方向に分極された板形状を有し、前記光ファイバの前記先端またはその近傍を含む位置において前記光ファイバの外周面に、前記厚さ方向を前記光ファイバの長手方向に交差する方向に向けて貼り付けられた圧電素子とを備える光ファイバスキャナである。
　第２の態様によれば、圧電素子に対して厚さ方向に交番電圧を印加すると、圧電素子が分極方向に直交する方向、すなわち、厚さ方向に直交する方向に伸縮することにより、光ファイバにおいて先端が長手方向に交差する方向に振動するような屈曲振動が励起される。これにより、光ファイバの先端から射出させる照明光を先端の振動に合わせて被検体上において走査することができる。
　この場合に、光ファイバの先端またはその近傍を含む位置に圧電素子が配置されているので、光ファイバの先端は、圧電素子の伸縮運動に正確に追従してこの伸縮方向に交差する方向に強制的に振動させられる。これにより、光ファイバの先端が設計通りの軌跡に沿って振動するので、光ファイバの先端から射出される照明光を設計通りの軌跡に沿って走査することができる。
　第２の態様においては、前記光ファイバを径方向に挟んで互いに平行に対向して配置された一対の前記圧電素子を備えていてもよい。
　このように構成することで、一対の圧電素子を同方向に伸縮させることにより、圧電素子が１枚だけの場合と比較して、光ファイバに励起させる屈曲振動を増大することができる。
　また、第２の態様においては、前記一対の圧電素子に対して前記光ファイバの周方向にほぼ９０°ずれた位置において、該光ファイバを挟んで互いに平行に対向して配置された他の一対の前記圧電素子を備えていてもよい。
　このように構成することで、各圧電素子に対して交番電圧を位相を適宜ずらして印加することにより、光ファイバの先端をスパイラル状に振動させて、照明光を２次元的に走査することができる。
　また、第２の態様においては、前記光ファイバの周方向に配列された３以上の前記圧電素子を備えていてもよい。
　このように構成することで、各圧電素子に対して交番電圧を位相を適宜ずらして印加することにより、光ファイバの先端をスパイラル状に振動させて、照明光を２次元的に走査することができる。
　また、第２の態様においては、前記圧電素子が、前記光ファイバの前記先端から前記光ファイバの基端側に引っ込んだ位置に配置され、前記圧電素子の先端と前記光ファイバの先端との間の距離は、前記圧電素子よりも前記先端側に突出している前記光ファイバの先端部分の、片端を固定端とする屈曲共振振動の周波数が、前記光ファイバに屈曲振動を励起するために前記圧電素子に供給される交番電圧の周波数よりも高くなるように設定されていてもよい。
　このように構成することで、最も振幅が大きくなる光ファイバの先端に圧電素子を設けないことにより、光ファイバの先端が周囲の部材と干渉することを防ぐことができる。また、圧電素子の形状や光ファイバに対する位置決めなどの要求精度を緩和することができる。なお、圧電素子が光ファイバの先端から引っ込んだ位置に配置されていても、この引っ込み量を上記の範囲とすることにより、圧電素子の位置のずれに因る影響を受けることなく光ファイバの先端を振動させることができる。
　また、第２の態様においては、前記圧電素子が、前記光ファイバの前記先端から前記光ファイバの先端側に突出した位置に配置され、前記圧電素子の先端と前記光ファイバの先端との間の距離は、前記光ファイバの先端よりも前記先端側に突出している前記圧電素子の先端部分の、片端を固定端とする屈曲共振振動の周波数が、前記光ファイバに屈曲振動を励起するために前記圧電素子に供給される交番電圧の周波数よりも高くなるように設定されていてもよい。
　このように構成することで、圧電素子の形状や光ファイバに対する位置決めなどの要求精度を緩和することができる。なお、圧電素子が光ファイバの先端から突出した位置に配置されていても、この突出量を上記の範囲とすることにより、圧電素子の位置のずれに因る影響を受けることなく光ファイバの先端を振動させることができる。
　また、第２の態様においては、前記圧電素子は、複数の圧電体層が厚さ方向に積層されてなる積層型圧電素子である積層圧電素子であってもよい。
　このようにすることで、同一の大きさの交番電圧を圧電素子に印加したときの、圧電素子の伸縮の変位量を増大し、光ファイバの先端の振動振幅を増大することができる。
　また、第１および第２の態様においては、前記光ファイバの外周面と前記圧電素子との間に配置された導電性の電極部材を備えていてもよい。
　このように構成することで、電極部材をＧＮＤ電極としてこの電極部材にＧＮＤ線を接合することにより、ＧＮＤ線の配線を容易にすることができる。特に複数の圧電素子を備える構成においては、電極部材を共通のＧＮＤ電極とすることにより、ＧＮＤ線の配線を効果的に容易にすることができる。
　本発明によれば、光ファイバに対して圧電素子の力を減衰させずに効率よく伝達し、光ファイバの振動を大きくすることができるという効果を奏する。
　また、本発明によれば、照明光を設計通りの軌跡に沿って走査することができるという効果を奏する。
（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る光ファイバスキャナを長手方向に対して直交する方向に見た概略構成図であり、（ｂ）は（ａ）を光ファイバの先端側から長手方向に見た図であり、（ｃ）は（ａ）の圧電素子だけを取り出して見た斜視図である。 （ａ）は図１の光ファイバの先端をＸ方向に振動させた状態を示す図であり、（ｂ）は（ａ）の光ファイバの先端の振動の軌跡を示す図である。 （ａ）は本発明の第１の実施形態の第１の変形例に係る光ファイバスキャナを長手方向に対して直交する方向に見た概略構成図であり、（ｂ）は（ａ）の光ファイバを先端側から長手方向に見た図である。 （ａ）は本発明の第２の実施形態に係る光ファイバスキャナを長手方向に対して直交する方向に見た概略構成図であり、（ｂ）は（ａ）の光ファイバを先端側から長手方向に見た図である。 （ａ）は図４の光ファイバの先端をＸ方向に振動させた状態を示す図であり、（ｂ）は（ａ）の光ファイバの先端の振動の軌跡を示す図である。 （ａ）は本発明の第２の実施形態の第１の変形例に係る光ファイバスキャナを長手方向に対して直交する方向に見た概略構成図であり、（ｂ）は（ａ）の光ファイバを先端側から長手方向に見た図である。 （ａ）は本発明の第３の実施形態に係る光ファイバスキャナを長手方向に対して直交する方向に見た概略構成図であり、（ｂ）は（ａ）の光ファイバを先端側から長手方向に見た図である。 （ａ）は図７の光ファイバの先端をＸ方向に振動させた状態を示す図であり、（ｂ）は（ａ）の光ファイバの先端の振動の軌跡を示す図である。 （ａ）は図７の光ファイバの先端をＹ方向に振動させた状態を示す図であり、（ｂ）は（ａ）の光ファイバの先端の振動の軌跡を示す図である。 光ファイバの先端がスパイラル状に走査する様子を示す図である。 図７の光ファイバスキャナを画像形成装置に採用した様子を示す図である。 （ａ）は本発明の第３の実施形態の第１の変形例に係る光ファイバスキャナを長手方向に対して直交する方向に見た概略構成図であり、（ｂ）は（ａ）の光ファイバを先端側から長手方向に見た図である。 （ａ）は本発明の第３の実施形態の第２の変形例に係る光ファイバスキャナを長手方向に対して直交する方向に見た概略構成図であり、（ｂ）は（ａ）の光ファイバを先端側から長手方向に見た図である。 （ａ）は本発明の第３の実施形態の第３の変形例に係る光ファイバスキャナを長手方向に対して直交する方向に見た概略構成図であり、（ｂ）は（ａ）の光ファイバを先端側から長手方向に見た図である。 （ａ）は本発明の第４の実施形態に係る光ファイバスキャナを長手方向に対して直交する方向に見た概略構成図であり、（ｂ）は（ａ）の光ファイバを先端側から長手方向に見た図である。 （ａ）は図１５の光ファイバの先端をＸ方向に振動させた状態を示す図であり、（ｂ）は（ａ）の光ファイバの先端の振動の軌跡を示す図である。 （ａ）は図１５の光ファイバの先端をＹ方向に振動させた状態を示す図であり、（ｂ）は（ａ）の光ファイバの先端の振動の軌跡を示す図である。 （ａ）は本発明の第４の実施形態の第１の変形例に係る光ファイバスキャナを長手方向に対して直交する方向に見た概略構成図であり、（ｂ）は（ａ）の光ファイバを先端側から長手方向に見た図である。 （ａ）は本発明の第５の実施形態に係る光ファイバスキャナを長手方向に対して直交する方向に見た概略構成図であり、（ｂ）は（ａ）を光ファイバの先端側から長手方向に見た図であり、（ｃ）は（ａ）の圧電素子だけを取り出して見た斜視図である。 （ａ）は図１９の光ファイバの先端をＸ方向に振動させた状態を示す図であり、（ｂ）は（ａ）の光ファイバの先端の振動の軌跡を示す図である。 （ａ）は本発明の第５の実施形態の第１の変形例に係る光ファイバスキャナを長手方向に対して直交する方向に見た概略構成図であり、（ｂ）は（ａ）の光ファイバを先端側から長手方向に見た図である。 （ａ）は本発明の第５の実施形態の第２の変形例に係る光ファイバスキャナを長手方向に対して直交する方向に見た概略構成図であり、（ｂ）は（ａ）の光ファイバを先端側から長手方向に見た図である。 （ａ）は本発明の第５の実施形態の第３の変形例に係る光ファイバスキャナを長手方向に対して直交する方向に見た概略構成図であり、（ｂ）は（ａ）の光ファイバを先端側から長手方向に見た図である。 （ａ）は本発明の第５の実施形態の第４の変形例に係る光ファイバスキャナを長手方向に対して直交する方向に見た概略構成図であり、（ｂ）は（ａ）の光ファイバを先端側から長手方向に見た図である。 （ａ）は本発明の第５の実施形態の第５の変形例に係る光ファイバスキャナが備える圧電素子の概略構成を示す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ－Ａ’断面図である。 （ａ）は本発明の第６の実施形態に係る光ファイバスキャナを長手方向に対して直交する方向に見た概略構成図であり、（ｂ）は（ａ）を光ファイバの先端側から長手方向に見た図であり、（ｃ）は（ａ）の圧電素子だけを取り出して見た斜視図である。 （ａ）は図２６の光ファイバの先端をＸ方向に振動させた状態を示す図であり、（ｂ）は（ａ）の光ファイバの先端の振動の軌跡を示す図である。 （ａ）は本発明の第６の実施形態の変形例に係る光ファイバスキャナを長手方向に対して直交する方向に見た概略構成図であり、（ｂ）は（ａ）の光ファイバを先端側から長手方向に見た図である。 （ａ）は本発明の第７の実施形態に係る光ファイバスキャナを長手方向に対して直交する方向に見た概略構成図であり、（ｂ）は（ａ）を光ファイバの先端側から長手方向に見た図であり、（ｃ）は（ａ）の圧電素子だけを取り出して見た斜視図である。 （ａ）は図２９の光ファイバの先端をＸ方向に振動させた状態を示す図であり、（ｂ）は（ａ）の光ファイバの先端の振動の軌跡を示す図である。 （ａ）は図２９の光ファイバの先端をＹ方向に振動させた状態を示す図であり、（ｂ）は（ａ）の光ファイバの先端の振動の軌跡を示す図である。 光ファイバの先端がスパイラル状に走査する様子を示す図である。 図２９の光ファイバスキャナを走査型観察装置に採用した様子を示す図である。 （ａ）は本発明の第７の実施形態の第１の変形例に係る光ファイバスキャナを長手方向に対して直交する方向に見た概略構成図であり、（ｂ）は（ａ）の光ファイバを先端側から長手方向に見た図である。 （ａ）は本発明の第７の実施形態の第２の変形例に係る光ファイバスキャナを長手方向に対して直交する方向に見た概略構成図であり、（ｂ）は（ａ）の光ファイバを先端側から長手方向に見た図である。 （ａ）は本発明の第７の実施形態の第３の変形例に係る光ファイバスキャナを長手方向に対して直交する方向に見た概略構成図であり、（ｂ）は（ａ）の光ファイバを先端側から長手方向に見た図である。 （ａ）は本発明の第７の実施形態の第４の変形例に係る光ファイバスキャナを長手方向に対して直交する方向に見た概略構成図であり、（ｂ）は（ａ）の光ファイバを先端側から長手方向に見た図であり、（ｃ）は（ａ）の圧電素子だけを取り出して見た斜視図である。 （ａ）は本発明の第７の実施形態の第５の変形例に係る光ファイバスキャナを長手方向に対して直交する方向に見た概略構成図であり、（ｂ）は（ａ）の光ファイバを先端側から長手方向に見た図である。 （ａ）は本発明の第７の実施形態の第６の変形例に係る光ファイバスキャナを長手方向に対して直交する方向に見た概略構成図であり、（ｂ）は（ａ）の光ファイバを先端側から長手方向に見た図である。
（第１の実施形態）
　本発明の第１の実施形態に係る光ファイバスキャナ１０について、図面を参照して以下に説明する。
　本実施形態に係る光ファイバスキャナ１０は、図１（ａ），（ｂ）に示すように、ガラス材料からなる細長い円筒状の光ファイバ１１と、光ファイバ１１の外周面に設けられた導電性の電極部材（以下、導電性電極という。）１３と、導電性電極１３を介して光ファイバ１１の外周面に貼り付けられた１枚の角板形状の圧電素子１５とを備えている。
　光ファイバ１１は、光源（図示略）から発せられた照明光を導光して先端から射出することができるようになっている。
　導電性電極１３としては、金スパッタ、導電性銀ペーストまたは導電性接着剤等を用いることができる。導電性電極１３は、光ファイバ１１の先端よりも基端側の外周面の一部に全周にわたって形成されている。この導電性電極１３は、硬度が高く、数μｍ程度の厚さを有している。
　圧電素子１５は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）により形成されている。また、圧電素子１５は、図１（ｃ）に示すように、厚さ方向に対向する両面（以下、表面と裏面とする。）にそれぞれ電極１６が設けられており、所定のＤＣ電圧により厚さ方向に分極が施されている。分極ベクトルは、圧電素子１５の＋面（表面）から－面（裏面）に向かうものとする。
　この圧電素子１５は、接着剤により裏面が導電性電極１３に接合されて、光ファイバ１１の外周面に対して圧電素子１５の全長にわたって貼り付けられている。具体的には、圧電素子１５の裏面と導電性電極１３の表面とにエポキシ接着剤を薄く塗布し、これら圧電素子１５と導電性電極１３とを実体顕微鏡下で位置合わせした後、熱収縮チューブを用いて圧電素子１５を導電性電極１３に押圧しながら所定の温度でエポキシ接着剤を熱硬化させることにより、圧電素子１５が導電性電極１３に接合されている。なお、圧電素子１５と導電性電極１３との接合は半田等を用いた溶接技術により行なうこととしてもよい。圧電素子１５をその全長にわたり貼り付けることで、光ファイバ１１に対して圧電素子１５の全長にわたる伸縮を無駄なく伝達させることができる。
　圧電素子１５の表面、すなわち、導電性電極１３に接合した裏面とは反対側の面には、圧電素子１５に交番電圧を印加するためのＡ相を構成するリード線１７が導電性接着剤により接合されている。また、導電性電極１３には、共通ＧＮＤ線１９が導電性接着剤により接合されている。圧電素子１５の裏面の電極１６と導電性電極１３とが導通することにより、導電性電極１３をＧＮＤ電極として利用することができるようになっている。
　このように構成されたる光ファイバスキャナ１０の作用について以下に説明する。
　本実施形態に係る光ファイバスキャナ１０により、光源から発せられた照明光を被検体上で走査するには、まず、リード線１７を介して圧電素子１５のＡ相に屈曲共振振動の周波数に対応した交番電圧を印加する。
　圧電素子１５に対して厚さ方向に交番電圧を印加すると、圧電素子１５が分極方向に直交する方向、すなわち、厚さ方向に直交する方向に伸縮する。これにより、図２（ａ）に示すように、光ファイバ１１において、先端が長手方向（Ｚ方向）に交差する方向（Ｘ方向）に振動するような屈曲共振振動が励起される。
　この状態で、光源から発せられた照明光を光ファイバ１１により導光して先端から射出させると、図２（ｂ）に示すように、光ファイバ１１の先端の直線振動に合わせて被検体上で照明光をＸ方向に往復走査することができる。図２（ｂ）において、矢印Ｓは、振動する光ファイバ１１の先端の軌跡を示している。
　この場合において、本実施形態に係る光ファイバスキャナ１０によれば、光ファイバ１１の外周面に１枚の板形状の圧電素子１５を貼り付けることで、圧電素子１５を光ファイバ１１の外周面に精度よく密着させることができる。これにより、光ファイバ１１に対して圧電素子１５の伸縮を高効率に伝達させ、光ファイバ１１を大きく屈曲振動させることができる。
　また、導電性電極１３は硬度が高く厚さも数μｍ程度を有するので、圧電素子１５から光ファイバ１１に伝達させる力は導電性電極１３において殆ど減衰しない。したがって、光ファイバ１１の外周面に導電性電極１３を介して圧電素子１５を直接貼り付けることにより、光ファイバ１１と圧電素子１５との間に樹脂材料を介在させた場合のように力が減衰するのを回避し、光ファイバ１１の屈曲振動をより大きくすることができる。
　さらに、光ファイバ１１と圧電素子１５との間に導電性電極１３を設けることで、光ファイバ１１に接合した圧電素子１５の裏面の電極１６から共通ＧＮＤ線１９を引き出す必要が無く、導電性電極１３の任意の位置から共通ＧＮＤ線１９を引き出すことができる。したがって、リード線１７および共通ＧＮＤ線１９の引き回しを容易にすることができる。
　本実施形態は以下のように変形することができる。
　第１の変形例として、光ファイバ１１と圧電素子１５との間に導電性電極１３を配置することに代えて、図３（ａ），（ｂ）に示すように、光ファイバ１１の外周面に圧電素子１５の裏面の電極１６を直接接合することとしてもよい。この場合、共通ＧＮＤ線１９は、圧電素子１５の裏面の電極１６の露出した位置に導電性接着剤を用いて接合することとすればよい。本変形例によれば、光ファイバに対して圧電素子１５の力を直接伝達させることができる。また、導電性電極１３を省いた分だけ構成を単純にすることができる。
（第２の実施形態）
　次に、本発明の第２の実施形態に係る光ファイバスキャナ２０について、図面を参照して以下に説明する。
　本実施形態に係る光ファイバスキャナ２０は、図４（ａ），（ｂ）に示すように、光ファイバ１１を挟んで互いに平行に対向して配置された一対の圧電素子１５Ａ，１５Ｂを備える点で第１の実施形態と異なる。
　以下、第１の実施形態に係る光ファイバスキャナ１０と構成を共通する箇所には、同一符号を付して説明を省略する。
　一対の圧電素子１５Ａ，１５Ｂは、それぞれ接着剤により、光ファイバ１１の外周面に導電性電極１３を介して接合されている。具体的には、圧電素子１５Ａは裏面が導電性電極１３に接合され、圧電素子１５Ｂは表面が導電性電極１３に接合されている。したがって、圧電素子１５Ａおよび圧電素子１５Ｂの分極方向は、互いに同一方向となっている。
　また、１対の圧電素子１５Ａ，１５Ｂには、それぞれ導電性電極１３に接合した面とは反対側の面の電極１６に、導電性接着剤によってリード線１７Ａ，１７Ｂが接合されている。これら２本のリード線１７Ａ，１７Ｂは互いに結合されて、Ａ相を構成するようになっている。また、導電性電極１３には、１本の共通ＧＮＤ線１９が導電性接着剤によって接合されている。
　本実施形態に係る光ファイバスキャナ２０において、リード線１７Ａ，１７Ｂを介して一対の圧電素子１５Ａ，１５ＢのＡ相に屈曲共振振動の周波数に対応した交番電圧を印加すると、圧電素子１５Ａ，１５Ｂが分極方向に直交する方向に一斉に伸縮することにより、光ファイバ１１において、先端が長手方向（Ｚ方向）に交差する方向に振動するような屈曲共振振動が励起される。これにより、図５（ｂ）に矢印Ｓで示されるように、光ファイバ１１の先端をＸ方向に振動させることができる。
　以上説明したように、本実施形態に係る光ファイバスキャナ２０によれば、２枚の圧電素子１５Ａ，１５Ｂを用いることにより、単一の圧電素子１５を用いた場合と比較して、光ファイバ１１に励起させる振動振幅を増大することができる。
　本実施形態においては、第１の変形例として、第１の実施形態の第１の変形例と同様に、導電性電極１３を省略し、一対の圧電素子１５Ａ，１５Ｂを光ファイバ１１の外周面にそれぞれ直接接合してもよい。例えば、図６（ａ），（ｂ）は、各圧電素子１５Ａ，１５Ｂの裏面をそれぞれ光ファイバ１１の外周面に接合した様子を示している。各圧電素子１５Ａ，１５Ｂの分極方向（矢印参照。）は、互いに異なる方向、すなわち、それぞれ光ファイバ１１に向かう方向となっている。
　この場合、例えば、圧電素子１５Ａには、光ファイバ１１に接合された面（裏面）の電極１６に共通ＧＮＤ線１９Ａを接合して、反対側の面（表面）の電極１６にリード線１７Ａを接合すればよい。また、圧電素子１５Ｂには、光ファイバ１１に接合された面（裏面）の電極１６にリード線１７Ｂを接合して、反対側の面（表面）の電極１６に共通ＧＮＤ線１９Ｂを接合すればよい。
　本変形例によれば、導電性電極１３を省いた分だけ構成を単純にすることができる。
（第３の実施形態）
　次に、本発明の第３の実施形態に係る光ファイバスキャナ３０について、図面を参照して以下に説明する。
　本実施形態に係る光ファイバスキャナ３０は、図７（ａ），（ｂ）に示すように、一対の圧電素子１５Ａ，１５Ｂに対して、光ファイバ１１の周方向にずらして配置された他の一対の圧電素子１５Ｃ，１５Ｄを備える点で第２の実施形態と異なる。
　以下、第２の実施形態に係る光ファイバスキャナ２０と構成を共通する箇所には、同一符号を付して説明を省略する。
　一対の圧電素子１５Ｃ，１５Ｄは、一対の圧電素子１５Ａ，１５Ｂと同様に、光ファイバ１１を挟んで互いに平行に対向して配置され、それぞれ接着剤により、光ファイバ１１の外周面に導電性電極１３を介して接合されている。本実施形態においては、圧電素子１５Ａの裏面と圧電素子１５Ｂの表面とが導電性電極１３に接合され、また、圧電素子１５Ｃの裏面と圧電素子１５Ｄの表面とが導電性電極１３に接合されている。これにより、圧電素子１５Ａおよび圧電素子１５Ｂの分極方向が互いに同一方向となり、圧電素子１５Ｃおよび圧電素子１５Ｄの分極方向が互いに同一方向となっている。
　さらに、これらの一対の圧電素子１５Ａ，１５Ｂと一対の圧電素子１５Ｃ，１５Ｄとは、光ファイバ１１の周方向に９０°ずつ位置をずらして配置されている。例えば、一対の圧電素子１５Ａ，１５Ｂは互いにＸ方向に対向して配置され、一対の圧電素子１５Ｃ，１５Ｄは互いにＹ方向に対向して配置されている。これら４枚の圧電素子１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄは、それぞれ光ファイバ１１の径寸法とほぼ同等の幅寸法を有している。
　一対の圧電素子１５Ａ，１５Ｂには、導電性電極１３に接合された面とは反対側の面の電極１６に、それぞれＡ相を構成する駆動用のリード線１７Ａ，１７Ｂが導電性接着剤により接合されている。一対の圧電素子１５Ｃ，１５Ｄには、導電性電極１３に接合された面とは反対側の電極１６に、それぞれＢ相を構成する駆動用のリード線１７Ｃ，１７Ｄが導電性接着剤により接合されている。共通ＧＮＤ線１９は、導電性電極１３に導電性接着剤によって接合されている。
　このように構成された光ファイバスキャナ３０の作用について説明する。
　本実施形態に係る光ファイバスキャナ３０においては、リード線１７Ａ，１７Ｂを介して一対の圧電素子１５Ａ，１５ＢのＡ相に屈曲共振振動の周波数に対応した交番電圧を印加すると、圧電素子１５Ａ，１５Ｂが分極方向に直交する方向に一斉に伸縮することにより、図８（ａ）に示すように、屈曲共振振動が光ファイバ１１に励起される。この屈曲共振振動において、圧電素子１５Ａ，１５Ｂの先端側の端部近傍が節となり、光ファイバ１１の先端が腹となる。これにより、図８（ｂ）に矢印Ｓｘで示されるように、光ファイバ１１の先端をＸ方向に直線的に振動させることができる。
　一方、リード線１７Ｃ，１７Ｄを介して一対の圧電素子１５Ｃ，１５ＤのＢ相に屈曲共振振動の周波数に対応した交番電圧を厚さ方向に印加すると、圧電素子１５Ｃ，１５Ｄが分極方向に直交する方向に一斉に伸縮することにより、図９（ａ）に示すように、屈曲共振振動が光ファイバ１１に励起される。この屈曲共振振動において、圧電素子１５Ｃ，１５Ｄの先端側の端部近傍が節となり、光ファイバ１１の先端が腹となる。これにより、図９（ｂ）に矢印Ｓｙで示されるように、光ファイバ１１の先端をＹ方向に直線的に振動させることができる。
　ここで、光ファイバ１１に対してＸ方向振動とＹ方向振動とを同時に発生させて、圧電素子１５Ａ，１５Ｂに印加する交番電圧の位相と圧電素子１５Ｃ，１５Ｄに印加する交番電圧の位相とをπ／２ずらすと、光ファイバ１１の先端が円状の軌跡に沿って振動する。そして、交番電圧の大きさを徐々に増減させると、図１０に示すように、光ファイバ１１の先端がスパイラル状の軌跡に沿って振動する（スパイラル走査）。これにより、被検体上で照明光をスパイラル状の軌跡に沿って２次元的に走査（スパイラルスキャン）することができる。
　例えば、図１１に示すように、本実施形態に係る光ファイバスキャナ３０を画像形成装置に採用した場合について説明する。レンズ２を被検体Ｘに対向配置した状態で光ファイバ１１の先端をスパイラル状に振動させ、光ファイバ１１内を伝播させた照明光Ｌを先端から射出させると、照明光Ｌはレンズ２によって収束して被検体Ｘに照射され、被検体Ｘ上で２次元的に走査される。
　照明光Ｌが照射された被検体Ｘからの反射光Ｌ’は、複数本の検出ファイバ４によって検出される。画像形成装置は、照明光Ｌの走査周期と同期して検出ファイバ４によって反射光Ｌ’を検出することで、被検体Ｘにおける照明光Ｌの走査範囲の表面状態を画像化することができる。
　本実施形態は下記のように変形することができる。
　第１の変形例として、４枚の圧電素子１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄを備えることに代えて、図１２（ａ），（ｂ）に示すように、２枚の圧電素子１５Ａ，１５Ｃを備えていてもよい。圧電素子１５Ａ，１５Ｃは、光ファイバ１１の周方向に９０°ずれた位置に、互いに分極方向が直交する向きで配置される。
　本変形例によれば、２枚の圧電素子１５Ａ，１５Ｃに対して交番電圧をπ／２だけ位相をずらして印加することにより、光ファイバ１１の先端をスパイラル状に振動させて、被検体上で照明光を２次元的に走査することができる。したがって、交番電圧は必要となるものの、４枚の圧電素子１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄを用いる場合と比較して構成を単純にすることができる。
　第２の変形例として、図１３（ａ），（ｂ）に示すように、各圧電素子１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄの幅寸法をそれぞれ光ファイバ１１の径寸法よりも大きくしてもよい。この場合、同図に示すように、光ファイバ１１の周方向に隣接する圧電素子１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄどうしの表面または裏面と側面とが交互に接触するように、光ファイバ１１に対して各圧電素子１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄを幅方向に若干ずらして接合すればよい。
　本変形例によれば、４枚の圧電素子１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄを光ファイバ１１の周方向に互いに位置決めさせて、組み立て易くすることができる。また、圧電素子１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄの実質的な体積が増加するので、より多くのエネルギーを入力して圧電素子１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄの伸縮の変位量を大きくし、光ファイバ１１の振幅を増大することができる。
　第３の変形例として、図１４（ａ），（ｂ）に示すように、３枚の圧電素子１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃを光ファイバ１１の周方向に１２０°ずつずらして配置して接合してもよい。この場合、圧電素子１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃは、分極方向を光ファイバ１１に向けて、その裏面において導電性電極１３と接合される。また、圧電素子１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃの導電性電極１３に接合した面とは反対側の面（表面）の電極１６に、それぞれＡ相、Ｂ相およびＣ相を構成する駆動用のリード線１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃが導電性接着剤によって接合される。
　そして、圧電素子１５ＡのＡ相、圧電素子１５ＢのＢ相および圧電素子１５ＣのＣ相に対して、電気的に１２０°ずつ位相をずらした交番電圧を印加することとすればよい。このようにすることで、圧電素子の枚数を４枚から３枚に減らしつつ、光ファイバ１１の先端をスパイラル状に振動させて、被検体上で照明光を２次元的に走査することができる。
　また、本実施形態およびその変形例においても、導電性電極１３を設けずに、光ファイバ１１の外周面に圧電素子１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄをそれぞれ直接接合することとしてもよい。この場合、圧電素子１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄの光ファイバ１１に接合された面（裏面）の電極１６に共通ＧＮＤ線１９Ｂを接合することとすればよい。このようにすることで、導電性電極１３を省いた分だけ構成を単純にすることができる。
（第４の実施形態）
　次に、本発明の第４の実施形態に係る光ファイバスキャナ４０について、図面を参照して以下に説明する。
　本実施形態に係る光ファイバスキャナ４０は、図１５（ａ），（ｂ）に示すように、一対の圧電素子１５Ａ，１５Ｂに対して、他の一対の圧電素子１５Ｃ，１５Ｄを光ファイバ１１の長手方向にずらした位置に配置する点で第３の実施形態と異なる。
　以下、第３の実施形態に係る光ファイバスキャナ３０と構成を共通する箇所には、同一符号を付して説明を省略する。
　本実施形態においては、圧電素子１５Ａ，１５Ｂと圧電素子１５Ｃ，１５Ｄとを互いに光ファイバ１１の長手方向に重ならないように光ファイバ１１の長手方向にも位置をずらして配置している。図１５（ａ），（ｂ）においては、Ａ相を構成する一対の圧電素子１５Ａ，１５Ｂを光ファイバ１１の先端寄りに配置し、Ｂ相を構成する他の一対の圧電素子１５Ｃ，１５Ｄを光ファイバ１１の基端寄りに配置した構成を例示している。
　また、圧電素子１５Ａの裏面と圧電素子１５Ｂの表面とを導電性電極１３に接合するとともに、圧電素子１５Ｃの裏面と圧電素子１５Ｄの表面とを導電性電極１３に接合している。これにより、圧電素子１５Ａおよび圧電素子１５Ｂの分極方向は、互いに同一方向となっており、圧電素子１５Ｃおよび圧電素子１５Ｄの分極方向は、互いに同一方向となっている。
　そして、圧電素子１５Ａ，１５Ｂの導電性電極１３に接合した面とは反対側の面に、Ａ相を構成するリード線１７Ａ，１７Ｂを接合するとともに、圧電素子１５Ｃ，１５Ｄの導電性電極１３に接合した面とは反対側の面に、Ｂ相を構成するリード線１７Ｃ，１７Ｄを接合し、導電性電極１３に共通ＧＮＤ線１９を接合している。
　このように構成された光ファイバスキャナ４０の作用について説明する。
　リード線１７Ａ，１７Ｂを介して一対の圧電素子１５Ａ，１５ＢのＡ相に屈曲共振振動の周波数に対応した交番電圧を印加すると、圧電素子１５Ａ，１５Ｂが分極方向に直交する方向に一斉に伸縮することにより、図１６（ａ）に示すように、屈曲共振振動が光ファイバ１１に励起される。この屈曲共振振動において、圧電素子１５Ａ，１５Ｂの上端部近傍が節となり、光ファイバ１１の先端が腹となる。これにより、図１６（ｂ）に矢印Ｓｘで示されるように、光ファイバ１１の先端をＸ方向に直線的に振動させることができる。
　一方、リード線１７Ｃ，１７Ｄを介して他の一対の圧電素子１５Ｃ，１５ＤのＢ相に屈曲共振振動の周波数に対応した交番電圧を印加すると、圧電素子１５Ｃ，１５Ｄが分極方向に直交する方向に一斉に伸縮することにより、図１７（ａ）に示すように、屈曲共振振動が光ファイバ１１に励起される。この屈曲共振振動において、圧電素子１５Ａ，１５Ｂの上端部近傍が節となり、光ファイバ１１の先端が腹となる。これにより、図１７（ｂ）に矢印Ｓｙで示されるように、光ファイバ１１の先端をＹ方向に直線的に振らせることができる。
　ここで、光ファイバ１１に対してＸ方向振動とＹ方向振動とを同時に発生させて、圧電素子１５Ａ，１５Ｂに印加する交番電圧の位相と圧電素子１５Ｃ，１５Ｄに印加する交番電圧の位相とをπ／２ずらすと、光ファイバ１１の先端が円状の軌跡に沿って振動する。そして、交番電圧の大きさを徐々に増減させると、光ファイバ１１の先端がスパイラル状の軌跡に沿って振動する。これにより、被検体上で照明光をスパイラル状の軌跡に沿って２次元的に走査することができる。
　本実施形態にかかる光ファイバスキャナ４０によれば、一対の圧電素子１５Ａ，１５Ｂと他の一対の圧電素子１５Ｃ，１５Ｄとを光ファイバ１１の外周面にその長手方向に互いに重ならないように位置をずらして配置することで、圧電素子１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄどうしが光ファイバ１１の周方向および長手方向に重ならないので、全体を大型化させることなく、体積が大きい幅広の圧電素子１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄを用いることができる。したがって、圧電素子１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄから大きなエネルギーを出力させて、光ファイバ１１を大きな振幅で振動させることができる。
　本実施形態においては、４枚の圧電素子１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄを用いることとしたが、第１の変形例としては、図１８（ａ），（ｂ）に示すように、２枚の圧電素子１５Ａ，１５Ｃを用い、これら２枚の圧電素子１５Ａ，１５Ｃを光ファイバ１１の周方向に９０°ずらすとともに、これらを光ファイバ１１の長手方向にも重ならないように光ファイバ１１の長手方向にも位置をずらして配置することとしてもよい。このようにすることで、交番電圧は必要となるものの、４枚の圧電素子１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄを用いる場合と比較して構成を単純にすることができる。
　また、本実施形態およびその変形例においても、導電性電極１３を設けずに、光ファイバ１１の外周面に対して圧電素子１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄをそれぞれ直接接合することとしてもよい。この場合、圧電素子１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄの光ファイバ１１に接合された面（裏面）の電極１６に共通ＧＮＤ線１９Ｂを接合することとすればよい。このようにすることで、導電性電極１３を省いた分だけ構成を単純にすることができる。
（第５の実施形態）
　本発明の第５の実施形態に係る光ファイバスキャナ５０について、図面を参照して以下に説明する。
　本実施形態に係る光ファイバスキャナ５０は、図１９（ａ），（ｂ）に示すように、保持部材１８を備えている点、および、圧電素子１５の先端の位置が光ファイバ１１の先端の位置に一致するように、光ファイバ１１に貼り付けられている点で第１の実施形態と異なる。
　以下、第１の実施形態に係る光ファイバスキャナ１０と構成を共通する箇所には、同一符号を付して説明を省略する。
　導電性電極１３は、光ファイバ１１の先端から、光ファイバ１１の長手方向に所定の長さに渡って、かつ、全周にわたって設けられている。
　圧電素子１５は、図１９（ｃ）に示すように、表面および裏面にそれぞれ電極１６Ａ，１６Ｂが設けられており、所定のＤＣ電圧によって厚さ方向に分極が施されている。圧電素子１５は、厚さ方向を光ファイバ１１の径方向に向け、その先端の位置が光ファイバ１１の先端の位置に一致するように、光ファイバ１１に貼り付けられている。
　保持部材１８は、光ファイバ１１の、導電性電極１３よりも基端側の位置を、一定の位置に保持するものである。具体的には、保持部材１８は、光ファイバ１１が挿入される環状の部材であって、内面と光ファイバ１１の外周面とが接着剤によって接合されている。保持部材１８は、比較的比重の大きいステンレス等の金属またはセラミックスから形成され、保持部材１８よりも先端側に配置されている光ファイバ１１の先端部および圧電素子１５に対して十分に大きな質量を有している。
　このように構成された光ファイバスキャナ５０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５０により、光源から発せられた照明光を被検体上で走査するには、まず、リード線１７を介して圧電素子１５のＡ相に屈曲共振振動の周波数に対応した交番電圧を印加する。
　圧電素子１５に対して厚さ方向に交番電圧を印加すると、圧電素子１５が分極方向に直交する方向、すなわち、厚さ方向に直交する方向に伸縮する。これにより、図２０（ａ）に示すように、光ファイバ１１の、保持部材１８よりも先端側の部分において、先端が長手方向（Ｚ方向）に交差する方向（Ｘ方向）に振動するような屈曲共振振動が励起される。このときに、保持部材１８が光ファイバ１１の先端部の質量に対して十分に重いので、光ファイバ１１には、保持部材１８の先端近傍を固定端とする屈曲１次振動が安定して励起される。
　この状態で、光源から発せられた照明光を光ファイバ１１により導光して先端から射出させると、図２０（ｂ）に示すように、光ファイバ１１の先端の直線振動に合わせて被検体上で照明光をＸ方向に往復走査することができる。図２０（ｂ）において、矢印Ｓは、振動する光ファイバ１１の先端の軌跡を示している。
　この場合において、本実施形態に係る光ファイバスキャナ５０によれば、光ファイバ１１の先端から所定の長さに渡って圧電素子１５を接着剤を用いて直接光ファイバ１１に接合することにより、光ファイバ１１の先端に対して圧電素子１５の伸縮運動が直接伝達される。これにより、光ファイバ１１の先端は、圧電素子１５の伸縮運動に従って強制的にＸ方向に振動させられる。その結果、光ファイバ１１の先端から射出される光を、Ｘ方向の一直線の軌跡に沿って設計通りに往復走査することができる。
　また、導電性電極１３は硬度が高く厚さも数μｍ程度を有するので、圧電素子１５から光ファイバ１１に伝達させる力は導電性電極１３において殆ど減衰しない。したがって、光ファイバ１１を効率良く屈曲振動させることができる。
　さらに、光ファイバ１１と圧電素子１５との間に導電性電極１３を設けることで、光ファイバ１１に接合した圧電素子１５の裏面の電極１６Ｂから共通ＧＮＤ線１９を引き出す必要が無く、導電性電極１３の任意の位置から共通ＧＮＤ線１９を引き出すことができる。したがって、リード線１７および共通ＧＮＤ線１９の引き回しを容易にすることができる。
　本実施形態は以下のように変形することができる。
　第１の変形例として、光ファイバ１１と圧電素子１５との間に導電性電極１３を配置することに代えて、図２１（ａ），（ｂ）に示すように、光ファイバ１１の外周面に圧電素子１５の裏面の電極１６Ｂを直接接合し、この裏面の電極１６Ｂの露出した位置に共通ＧＮＤ線１９を導電性接着剤を用いて接続してもよい。すなわち、圧電素子１５の裏面の電極１６Ｂが、導電性電極を兼ねることになる。
　本変形例によれば、光ファイバに対して圧電素子１５の力を直接伝達させることができる。また、導電性電極１３を省いた分だけ構成を単純にすることができる。
　第２の変形例として、図２２（ａ），（ｂ）に示すように、圧電素子１５を、光ファイバ１１の先端から保持部材１８またはその近傍までの全長にわたって設けてもよい。
　本変形例によれば、伸縮する圧電素子１５が光ファイバ１１に与える力をより大きくすることができる。
　第３の変形例として、図２３（ａ），（ｂ）に示すように、第２の変形例の圧電素子１５を、光ファイバ１１の長手方向に複数（図示する例では２つ）に分割してもよい。
　本変形例によれば、寸法の短い圧電素子も有効に利用することができ、使用する圧電素子の設計上の制約を緩和することができる。
　第４の変形例として、光ファイバ１１の外周面を金属膜によって被覆して導電性電極１３を形成することに代えて、図２４（ａ），（ｂ）に示すように、金属からなる円筒状のマイクロチューブ（電極部材）１３’を導電性電極として用いてもよい。マイクロチューブ１３’の材料としては、ニッケルまたは銅が好ましい。
　本変形例によれば、光ファイバ１１の外周面に金属膜を形成するためのスパッタなどの処理が不要となるので製造を容易にすることができる。また、共通ＧＮＤ線１９をマイクロチューブ１３’の任意の位置に接合することができ、製造を容易にすることができる。
　第５の変形例として、図２５（ａ），（ｂ）に示すように、圧電素子１５として、複数枚（図示する例では３枚）の薄い圧電シート（圧電体層）を厚さ方向に積層した積層型圧電素子を用いてもよい。図２５（ａ）は、積層型圧電素子１５の外観を示しており、図２５（ｂ）は、図２５（ａ）のＡ－Ａ’線における断面を示している。内側に配置される圧電シートは内部電極１６Ｃを有し、圧電シートの外側の表面には外部電極１６Ｄが設けられている。
　本変形例によれば、同一の電圧が圧電素子１５に印加されたときに、より大きな力を発生することができる。
（第６の実施形態）
　次に、本発明の第６の実施形態に係る光ファイバスキャナ６０について、図面を参照して以下に説明する。
　本実施形態に係る光ファイバスキャナ６０は、図２６（ａ），（ｂ）に示すように、光ファイバ１１を径方向に挟んで互いに平行に対向して配置された一対の圧電素子１５Ａ，１５Ｂを備える点で第５の実施形態と異なる。
　以下、第５の実施形態に係る光ファイバスキャナ５０と構成を共通する箇所には、同一符号を付して説明を省略する。
　一対の圧電素子１５Ａ，１５Ｂは、それぞれ接着剤により、光ファイバ１１の外周面に導電性電極１３を介して接合されている。具体的には、圧電素子１５Ａは裏面が導電性電極１３に接合され、圧電素子１５Ｂは表面が導電性電極１３に接合されている。したがって、圧電素子１５Ａおよび圧電素子１５Ｂの分極方向は、互いに同一方向となっている。
　また、１対の圧電素子１５Ａ，１５Ｂには、それぞれ導電性電極１３に接合した面とは反対側の面の電極１６Ａまたは１６Ｂに、導電性接着剤によってリード線１７Ａ，１７Ｂが接合されている。これら２本のリード線１７Ａ，１７Ｂは互いに結合されて、Ａ相を構成するようになっている。また、導電性電極１３には、１本の共通ＧＮＤ線１９が導電性接着剤によって接合されている。
　本実施形態に係る光ファイバスキャナ６０において、リード線１７Ａ，１７Ｂを介して一対の圧電素子１５Ａ，１５ＢのＡ相に屈曲共振振動の周波数に対応した交番電圧を印加すると、圧電素子１５Ａ，１５Ｂが分極方向に直交する方向に一斉に伸縮することにより、光ファイバ１１において、先端が長手方向（Ｚ方向）に交差する方向に振動するような屈曲共振振動が励起される。これにより、図２７（ｂ）に矢印Ｓで示されるように、光ファイバ１１の先端をＸ方向に振動させることができる。
　以上説明したように、本実施形態に係る光ファイバスキャナ６０によれば、２枚の圧電素子１５Ａ，１５Ｂを用いることにより、単一の圧電素子１５を用いた場合と比較して、光ファイバ１１に励起させる振動振幅を増大することができる。
　本実施形態においては、第１の変形例として、第５の実施形態の第１の変形例と同様に、導電性電極１３を省略し、一対の圧電素子１５Ａ，１５Ｂを光ファイバ１１の外周面にそれぞれ直接接合してもよい。例えば、図２８（ａ），（ｂ）は、各圧電素子１５Ａ，１５Ｂの裏面をそれぞれ光ファイバ１１の外周面に接合した様子を示している。各圧電素子１５Ａ，１５Ｂの分極方向（矢印参照。）は、互いに異なる方向、すなわち、それぞれ光ファイバ１１に向かう方向となっている。
　この場合、例えば、圧電素子１５Ａには、光ファイバ１１に接合された面（裏面）の電極１６Ｂに共通ＧＮＤ線１９Ａを接合して、反対側の面（表面）の電極１６Ａにリード線１７Ａを接合すればよい。また、圧電素子１５Ｂには、光ファイバ１１に接合された面（裏面）の電極１６Ｂにリード線１７Ｂを接合して、反対側の面（表面）の電極１６Ａに共通ＧＮＤ線１９Ｂを接合すればよい。
　本変形例によれば、導電性電極１３を省いた分だけ構成を単純にすることができる。
　また、本実施形態およびその変形例においては、第５の実施形態の第２～第４の変形例に示される導電性電極１３を採用してもよく、第５の実施形態の第５の変形例に示される圧電素子１５を採用してもよい。
（第７の実施形態）
　次に、本発明の第７の実施形態に係る光ファイバスキャナ７０について、図面を参照して以下に説明する。
　本実施形態に係る光ファイバスキャナ７０は、図２９（ａ），（ｂ）に示すように、一対の圧電素子１５Ａ，１５Ｂに対して、光ファイバ１１の周方向にずらして配置された他の一対の圧電素子１５Ｃ，１５Ｄを備える点で第６の実施形態と異なる。
　以下、第６の実施形態に係る光ファイバスキャナ６０と構成を共通する箇所には、同一符号を付して説明を省略する。
　一対の圧電素子１５Ｃ，１５Ｄは、一対の圧電素子１５Ａ，１５Ｂと同様に、光ファイバ１１を径方向に挟んで互いに平行に対向して配置され、それぞれ接着剤により、光ファイバ１１の外周面に導電性電極１３を介して接合されている。本実施形態においては、圧電素子１５Ａの裏面と圧電素子１５Ｂの表面とが導電性電極１３に接合され、また、圧電素子１５Ｃの裏面と圧電素子１５Ｄの表面とが導電性電極１３に接合されている。これにより、圧電素子１５Ａおよび圧電素子１５Ｂの分極方向が互いに同一方向となり、圧電素子１５Ｃおよび圧電素子１５Ｄの分極方向が互いに同一方向となっている。
　さらに、これらの一対の圧電素子１５Ａ，１５Ｂと一対の圧電素子１５Ｃ，１５Ｄとは、光ファイバ１１の周方向に９０°ずつ位置をずらして配置されている。例えば、一対の圧電素子１５Ａ，１５Ｂは互いにＸ方向に対向して配置され、一対の圧電素子１５Ｃ，１５Ｄは互いにＹ方向に対向して配置されている。これら４枚の圧電素子１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄは、それぞれ光ファイバ１１の径寸法とほぼ同等の幅寸法を有している。
　一対の圧電素子１５Ａ，１５Ｂには、導電性電極１３に接合された面とは反対側の面の電極１６Ａまたは１６Ｂに、それぞれＡ相を構成する駆動用のリード線１７Ａ，１７Ｂが導電性接着剤によって接合されている。一対の圧電素子１５Ｃ，１５Ｄには、導電性電極１３に接合された面とは反対側の電極１６Ａまたは１６Ｂに、それぞれＢ相を構成する駆動用のリード線１７Ｃ，１７Ｄが導電性接着剤によって接合されている。４つの圧電素子１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄに対して共通して設けられた共通ＧＮＤ線１９は、導電性電極１３に導電性接着剤によって接合されている。
　このように構成された光ファイバスキャナ７０の作用について説明する。
　本実施形態に係る光ファイバスキャナ７０においては、リード線１７Ａ，１７Ｂを介して一対の圧電素子１５Ａ，１５ＢのＡ相に屈曲共振振動の周波数に対応した交番電圧を印加すると、圧電素子１５Ａ，１５Ｂが分極方向に直交する方向に一斉に伸縮することにより、図３０（ａ）に示すように、屈曲共振振動が光ファイバ１１に励起される。この屈曲共振振動において、圧電素子１５Ａ，１５Ｂの基端側の端部近傍が節となり、光ファイバ１１の先端が腹となる。これにより、図３０（ｂ）に矢印Ｓｘで示されるように、光ファイバ１１の先端をＸ方向に直線的に振動させることができる。
　一方、リード線１７Ｃ，１７Ｄを介して一対の圧電素子１５Ｃ，１５ＤのＢ相に屈曲共振振動の周波数に対応した交番電圧を厚さ方向に印加すると、圧電素子１５Ｃ，１５Ｄが分極方向に直交する方向に一斉に伸縮することにより、図３１（ａ）に示すように、屈曲共振振動が光ファイバ１１に励起される。この屈曲共振振動において、圧電素子１５Ｃ，１５Ｄの基端側の端部近傍が節となり、光ファイバ１１の先端が腹となる。これにより、図３１（ｂ）に矢印Ｓｙで示されるように、光ファイバ１１の先端をＹ方向に直線的に振動させることができる。
　ここで、光ファイバ１１に対してＸ方向振動とＹ方向振動とを同時に発生させて、圧電素子１５Ａ，１５Ｂに印加する交番電圧の位相と圧電素子１５Ｃ，１５Ｄに印加する交番電圧の位相とをπ／２ずらすと、光ファイバ１１の先端が円状の軌跡に沿って振動する。そして、このときの２つの交番電圧の振幅を正弦波状に時間変化させると、図３２に示すように、光ファイバ１１の先端がスパイラル状の軌跡に沿って振動する（スパイラル走査）。これにより、被検体上で照明光をスパイラル状の軌跡に沿って２次元的に走査（スパイラルスキャン）することができる。
　この場合に、本実施形態によれば、圧電素子１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄが光ファイバ１１の先端にも配置されているので、光ファイバ１１の先端は圧電素子１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄの伸縮運動に正確に追従して強制的にＸ方向およびＹ方向に振動させられる。これにより、光ファイバ１１の先端を設計通りのスパイラル状の軌跡に沿って振動させ、その結果、被検体Ｘ上において照明光を設計通りのスパイラル状の軌跡に沿って２次元走査することができる。
　次に、本実施形態に係る光ファイバスキャナ７０を走査型観察装置に採用した場合について説明する。図３３は、光ファイバスキャナ７０を備える走査型観察装置の構成の一部を示している。この走査型観察装置は、光ファイバスキャナ７０の先端側に配置されたレンズ２と、光ファイバ１１の外側に周方向に配列された複数本の検出ファイバ４とを備えている。
　図３３に示すように、レンズ２を被検体Ｘに対向配置した状態で光ファイバ１１の先端をスパイラル状に振動させ、光ファイバ１１内を伝播させた照明光Ｌを先端から射出させると、照明光Ｌはレンズ２によって収束して被検体Ｘに照射され、被検体Ｘ上で２次元的に走査される。
　照明光Ｌが照射された被検体Ｘからの反射光Ｌ’は、複数本の検出ファイバ４によって検出される。走査型観察装置は、照明光Ｌの走査周期と同期して検出ファイバ４によって反射光Ｌ’を検出することで、被検体Ｘにおける照明光Ｌの走査範囲の表面状態を画像化することができる。この場合に、照明光Ｌが、被検体Ｘ上において設計通りの理想的なスパイラル状の軌跡に沿って走査されるので、像に歪みがない画像を得ることができる。
　本実施形態は下記のように変形することができる。
　第１の変形例として、４枚の圧電素子１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄを備えることに代えて、図３４（ａ），（ｂ）に示すように、２枚の圧電素子１５Ａ，１５Ｃを備えていてもよい。圧電素子１５Ａ，１５Ｃは、光ファイバ１１の周方向に９０°ずれた位置に、互いに分極方向が直交する向きで配置される。
　本変形例によれば、２枚の圧電素子１５Ａ，１５Ｃに対して交番電圧をπ／２だけ位相をずらして印加することにより、光ファイバ１１の先端をスパイラル状に振動させて、被検体上で照明光を２次元的に走査することができる。したがって、４枚の圧電素子１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄを用いる場合と比較して構成を単純にすることができる。
　第２の変形例として、図３５（ａ），（ｂ）に示すように、各圧電素子１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄの幅寸法をそれぞれ光ファイバ１１の径寸法よりも大きくしてもよい。この場合、同図に示すように、光ファイバ１１の周方向に隣接する圧電素子１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄどうしの表面または裏面と側面とが交互に接触するように、光ファイバ１１に対して各圧電素子１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄを幅方向に若干ずらして接合すればよい。
　本変形例によれば、４枚の圧電素子１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄを光ファイバ１１の周方向に互いに位置決めさせて、組み立て易くすることができる。また、圧電素子１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄの実質的な体積が増加するので、より多くのエネルギーを入力して圧電素子１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄの伸縮の変位量を大きくし、光ファイバ１１の振幅を増大することができる。
　第３の変形例として、図３６（ａ），（ｂ）に示すように、３枚の圧電素子１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃを光ファイバ１１の周方向に１２０°ずつずらして配置して接合してもよい。この場合、圧電素子１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃは、分極方向を光ファイバ１１に向けて、その裏面において導電性電極１３と接合される。また、圧電素子１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃの導電性電極１３に接合した面とは反対側の面（表面）の電極１６Ａに、それぞれＡ相、Ｂ相およびＣ相を構成する駆動用のリード線１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃが導電性接着剤によって接合される。
　そして、圧電素子１５ＡのＡ相、圧電素子１５ＢのＢ相および圧電素子１５ＣのＣ相に対して、電気的に１２０°ずつ位相をずらした交番電圧を印加することとすればよい。このようにすることで、圧電素子の枚数を４枚から３枚に減らしつつ、光ファイバ１１の先端をスパイラル状に振動させて、被検体上で照明光を２次元的に走査することができる。
　第４の変形例として、図３７（ａ），（ｂ）に示すように、円筒状の圧電素子１５Ｅを用いてもよい。この円筒状の圧電素子１５Ｅは、光ファイバ１１の外径と略同一の内径を有している。圧電素子１５Ｅの外周面には、周方向に略均等に配列された４つの電極１６Ａが設けられている。圧電素子１５Ｅの内周面には、一様に電極１６Ｂが設けられている。
　本変形例によれば、単一の部材からなる圧電素子１５Ｅを用いたとしても、４つの圧電素子１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄを別体で設けた場合と同様に、光ファイバ１１の先端をスパイラル状に振動させることができる。また、このように圧電素子１５Ｅを単一の部材から構成することにより、組み立てを容易にすることができる。
　第５の変形例として、図３８（ａ），（ｂ）に示すように、圧電素子１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄの先端を光ファイバ１１の先端よりも基端側に距離Ｌだけ引っ込んだ位置に配置してもよい。ただし、この距離Ｌは、圧電素子１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄよりも突出している、長さＬの光ファイバ１１の先端部の、片端を固定端とする１次屈曲振動モードの共振周波数が、光ファイバ１１に屈曲共振振動を励起するための交番電圧の周波数よりも高くなる範囲に設定される。
　距離Ｌが上記の範囲であるときは、交番電圧を印加して光ファイバ１１を屈曲共振振動させたときに、光ファイバ１１の、圧電素子１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄから突出している部分が屈曲共振振動に影響を与えることがなく、光ファイバ１１の先端は、図２９のように圧電素子１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄを配置したときと同様に、設計した通りのスパイラル状の軌跡に沿って振動する。
　本変形例によれば、最も振幅が大きくなる光ファイバ１１の先端において圧電素子１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄを設けないことにより、光ファイバスキャナ７０が、周囲の配置された他の部材、例えば、図３３の検出ファイバ４に干渉することを防ぐことができる。また、使用する圧電素子１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄの設計上の制約および組み立て時に要求される位置精度を緩和することができる。
　第６の変形例として、図３９（ａ），（ｂ）に示すように、圧電素子１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄの先端を光ファイバ１１の先端から距離Ｍだけ先端側に突出した位置に配置してもよい。ただし、この距離Ｍは、光ファイバ１１の先端から突出している、長さＭの圧電素子１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄの先端部の、片端を固定端とする１次屈曲振動モードの共振周波数が、光ファイバ１１に屈曲共振振動を励起するための交番電圧の周波数よりも高くなる範囲に設定される。
　距離Ｍが上記の範囲であるときは、交番電圧を印加して光ファイバ１１を屈曲共振振動させたときに、圧電素子１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄの、光ファイバ１１から突出している部分が屈曲共振振動に影響を与えることがなく、光ファイバ１１の先端は、図２９のように圧電素子１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄを配置したときと同様に、設計した通りのスパイラル状の軌跡に沿って振動する。
　本変形例によれば、使用する圧電素子１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄの設計上の制約および組み立て時に要求される位置精度を緩和することができる。
　また、本実施形態およびその変形例においては、第５の実施形態の第１～４の変形例に示される導電性電極１３を採用してもよく、第５の実施形態の第５の変形例に示される圧電素子を採用してもよい。
　以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。例えば、本発明を上記の各実施形態および変形例に適用したものに限定されることなく、これらの実施形態および変形例を適宜組み合わせた実施形態に適用してもよく、特に限定されるものではない。
　１０，２０，３０，４０，５０，６０，７０　光ファイバスキャナ
　１１　光ファイバ
　１３　導電性電極（電極部材）
　１５，１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄ，１５Ｅ　圧電素子

Claims (16)

  1. 　照明光を導光して先端から射出可能な細長い形状の光ファイバと、
    　厚さ方向に分極された板形状を有し、前記光ファイバの前記先端よりも基端側の外周面に個別に貼り付けられた少なくとも１以上の圧電素子とを備える光ファイバスキャナ。
  2. 　前記圧電素子が、その全長にわたり前記光ファイバの外周面に対して貼り付けられている請求項１に記載の光ファイバスキャナ。
  3. 　前記分極方向が互いに交差するように、前記光ファイバの周方向にずらして配置された２枚の前記圧電素子を備える請求項１または請求項２に記載の光ファイバスキャナ。
  4. 　前記２枚の圧電素子が、前記光ファイバの長手方向に重ならないように位置をずらして配置されている請求項３に記載の光ファイバスキャナ。
  5. 　前記光ファイバを挟んで互いに平行に対向して配置された一対の前記圧電素子を備える請求項１または請求項２に記載の光ファイバスキャナ。
  6. 　前記一対の圧電素子に対して前記光ファイバの周方向にずらして配置され、該光ファイバを挟んで互いに平行に対向して配置された他の一対の前記圧電素子を備える請求項５に記載の光ファイバスキャナ。
  7. 　前記一対の圧電素子どうしが、前記光ファイバの長手方向に重ならないように位置をずらして配置されている請求項６に記載の光ファイバスキャナ。
  8. 　前記光ファイバの周方向にほぼ等間隔で配列された３以上の前記圧電素子を備える請求項１または請求項２に記載の光ファイバスキャナ。
  9. 　照明光を導光して先端から射出可能な細長い形状の光ファイバと、
    　厚さ方向に分極された板形状を有し、前記光ファイバの前記先端またはその近傍を含む位置において前記光ファイバの外周面に、前記厚さ方向を前記光ファイバの長手方向に交差する方向に向けて貼り付けられた圧電素子とを備える光ファイバスキャナ。
  10. 　前記光ファイバを径方向に挟んで互いに平行に対向して配置された一対の前記圧電素子を備える請求項９に記載の光ファイバスキャナ。
  11. 　前記一対の圧電素子に対して前記光ファイバの周方向にほぼ９０°ずれた位置において、該光ファイバを挟んで互いに平行に対向して配置された他の一対の前記圧電素子を備える請求項１０に記載の光ファイバスキャナ。
  12. 　前記光ファイバの周方向に配列された３以上の前記圧電素子を備える請求項９に記載の光ファイバスキャナ。
  13. 　前記圧電素子が、前記光ファイバの前記先端から前記光ファイバの基端側に引っ込んだ位置に配置され、
    　前記圧電素子の先端と前記光ファイバの先端との間の距離は、前記圧電素子よりも前記先端側に突出している前記光ファイバの先端部分の、片端を固定端とする屈曲共振振動の周波数が、前記光ファイバに屈曲振動を励起するために前記圧電素子に供給される交番電圧の周波数よりも高くなるように設定されている請求項９から請求項１２のいずれかに記載の光ファイバスキャナ。
  14. 　前記圧電素子が、前記光ファイバの前記先端から前記光ファイバの先端側に突出した位置に配置され、
    　前記圧電素子の先端と前記光ファイバの先端との間の距離は、前記光ファイバの先端よりも前記先端側に突出している前記圧電素子の先端部分の、片端を固定端とする屈曲共振振動の周波数が、前記光ファイバに屈曲振動を励起するために前記圧電素子に供給される交番電圧の周波数よりも高くなるように設定されている請求項９から請求項１２のいずれかに記載の光ファイバスキャナ。
  15. 　前記圧電素子は、複数の圧電体層が厚さ方向に積層されてなる積層型圧電素子である請求項９から請求項１４に記載の光ファイバスキャナ。
  16. 　前記光ファイバの外周面と前記圧電素子との間に配置された導電性の電極部材を備える請求項１から請求項１５のいずれかに記載の光ファイバスキャナ。
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