(57)【要約】【課題】照明光を設計通りの軌跡に沿って走査する。【解決手段】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１１と、厚さ方向に分極された板形状を有し、光ファイバ１１の先端またはその近傍を含む位置において光ファイバ１１の外周面に、厚さ方向を光ファイバ１１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１５とを備える光ファイバスキャナ１０を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項２】
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１に記載の光ファイバスキャナ。
【請求項３】
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２に記載の光ファイバスキャナ。
【請求項４】
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１に記載の光ファイバスキャナ。
【請求項５】
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１から請求項４のいずれかに記載の光ファイバスキャナ。
【請求項６】
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１から請求項４のいずれかに記載の光ファイバスキャナ。
【請求項７】
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６のいずれかに記載の光ファイバスキャナ。
【請求項８】
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１から請求項７に記載の光ファイバスキャナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバスキャナに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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、照明光を光ファイバの先端から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、連結部材によって光ファイバの先端部をＰＺＴチューブに固定している。
【０００３】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００８−５０４５５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。
【０００６】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、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を提供する。
【０００８】
本発明によれば、圧電素子に対して厚さ方向に交番電圧を印加すると、圧電素子が分極方向に直交する方向、すなわち、厚さ方向に直交する方向に伸縮することにより、光ファイバにおいて先端が長手方向に交差する方向に振動するような屈曲振動が励起される。これにより、光ファイバの先端から射出させる照明光を先端の振動に合わせて被検体上において走査することができる。
【０００９】
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。
【００１０】
上記発明においては、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。
【００１１】
また、上記発明においては、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。
【００１２】
また、上記発明においては、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。
【００１３】
また、上記発明においては、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。
【００１４】
このようにすることで、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。
【００１５】
また、上記発明においては、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。
【００１６】
このようにすることで、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。
【００１７】
また、上記発明においては、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。
【００１８】
また、上記発明においては、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。
【発明の効果】
【００１９】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光ファイバスキャナの概略構成を示す（ａ）側面図および（ｂ）正面図と、（ｃ）（ａ）の圧電素子を示す斜視図である。
【図２】（ａ）図１の光ファイバの先端のＸ方向の振動動作を説明する側面図と、（ｂ）（ａ）の光ファイバの先端の振動の軌跡を示す図である。
【図３】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の概略構成を示す（ａ）側面図および（ｂ）正面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態の第２の変形例に係る光ファイバスキャナの概略構成を示す（ａ）側面図および（ｂ）正面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態の第３の変形例に係る光ファイバスキャナの概略構成を示す（ａ）側面図および（ｂ）正面図である。
【図６】本発明の第１の実施形態の第４の変形例に係る光ファイバスキャナの概略構成を示す（ａ）側面図および（ｂ）正面図である。
【図７】本発明の第１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（ａ）斜視図および（ｂ）Ａ−Ａ’断面図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る光ファイバスキャナの概略構成を示す（ａ）側面図および（ｂ）正面図と、（ｃ）（ａ）の圧電素子を示す斜視図である。
【図９】（ａ）図８の光ファイバの先端のＸ方向の振動動作を説明する側面図と、（ｂ）（ａ）の光ファイバの先端の振動の軌跡を示す図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態の変形例に係る光ファイバスキャナの概略構成を示す（ａ）側面図および（ｂ）正面図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態に係る光ファイバスキャナの概略構成を示す（ａ）側面図および（ｂ）正面図と、（ｃ）（ａ）の圧電素子を示す斜視図である。
【図１２】（ａ）図１１の光ファイバの先端のＸ方向の振動動作を説明する側面図と、（ｂ）（ａ）の光ファイバの先端の振動の軌跡を示す図である。
【図１３】（ａ）図１１の光ファイバの先端のＹ方向の振動動作を説明する側面図と、（ｂ）（ａ）の光ファイバの先端の振動の軌跡を示す図である。
【図１４】図１１の光ファイバの先端が描くスパイラル状の軌跡を示す図である。
【図１５】図１１の光ファイバスキャナを備える走査型観察装置の概略構成を示す図である。
【図１６】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の概略構成を示す（ａ）側面図および（ｂ）正面図である。
【図１７】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の概略構成を示す（ａ）側面図および（ｂ）正面図である。
【図１８】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の概略構成を示す（ａ）側面図および（ｂ）正面図である。
【図１９】本発明の第３の実施形態の第４の変形例に係る光ファイバスキャナの概略構成を示す（ａ）側面図および（ｂ）正面図と、（ｃ）（ａ）の圧電素子を示す斜視図である。
【図２０】本発明の第３の実施形態の第５の変形例に係る光ファイバスキャナの概略構成を示す（ａ）側面図および（ｂ）正面図である。
【図２１】本発明の第３の実施形態の第６の変形例に係る光ファイバスキャナの概略構成を示す（ａ）側面図および（ｂ）正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
（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１〜図７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）に示されるように、ガラス材料からなる細長い円柱状の光ファイバ１１と、該光ファイバ１１の外周面に設けられたＧＮＤ電極（電極部材）１３と、該ＧＮＤ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、光ファイバ１１の長手方向の途中位置を保持する保持部材１７とを備えている。
【００２２】
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。
ＧＮＤ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。ＧＮＤ電極１３は、例えば、光ファイバ１１の外周面に金などの金属をスパッタするか、または、光ファイバ１１の外周面に導電性銀ペーストを塗布することによって形成される。このＧＮＤ電極１３は、硬度が高く、数μｍ程度の厚さを有している。
【００２３】
圧電素子１５は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）から形成されている。また、圧電素子１５は、図１（ｃ）に示されるように、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。
【００２４】
この圧電素子１５は、接着剤によって裏面がＧＮＤ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ＧＮＤ電極１３の表面にエポキシ接着剤を薄く塗布し、これら圧電素子１５と電極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ＧＮＤ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ＧＮＤ電極１３に接合されている。なお、圧電素子１５とＧＮＤ電極１３との接合は、半田等を用いた溶接技術により行なってもよい。圧電素子１５をその全長にわたって貼り付けることで、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。
【００２５】
圧電素子１５の表面、すなわち、ＧＮＤ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１９が導電性接着剤によって接合されている。また、ＧＮＤ電極１３には、該ＧＮＤ電極１３を接地電位に接続するためのＧＮＤ線２１が導電性接着剤によって接合されている。
【００２６】
保持部材１７は、光ファイバ１１の、ＧＮＤ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１７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１７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１７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。
【００２７】
次に、このように構成された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によって、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１９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。
【００２８】
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）に示されるように、光ファイバ１１の、保持部材１７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１７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１７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。
【００２９】
この状態で、光源から発せられた照明光を光ファイバ１１内を導光させてこの先端から射出させると、図２（ｂ）に示されるように、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。
【００３０】
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。
【００３１】
さらに、本実施形態によれば、ＧＮＤ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ＧＮＤ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、本実施形態によれば、光ファイバ１１と圧電素子１５との間にＧＮＤ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ＧＮＤ線２１を引き出す必要が無く、ＧＮＤ電極１３の任意の位置からＧＮＤ線２１が引き出すことができる。したがって、リード線１９およびＧＮＤ線２１の引き回しを容易にすることができる。
【００３２】
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ＧＮＤ電極１３を配置することに代えて、図３（ａ），（ｂ）に示されるように、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ＧＮＤ線２１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、ＧＮＤ電極を兼ねることになる。
本変形例によれば、別途ＧＮＤ電極１３を設ける必要がないので、構成を単純にすることができる。
【００３３】
第２の変形例として、図４（ａ），（ｂ）に示されるように、圧電素子１５を、光ファイバ１１の先端から保持部材１７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。
【００３４】
第３の変形例として、図５（ａ），（ｂ）に示されるように、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。
【００３５】
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ＧＮＤ電極１３を形成することに代えて、図６（ａ），（ｂ）に示されるように、金属からなる円筒状のマイクロチューブ（電極部材）１３’をＧＮＤ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、ＧＮＤ線２１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。
【００３６】
第５の変形例として、図７（ａ），（ｂ）に示されるように、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７（ａ）は、積層型圧電素子１５の外観を示しており、図７（ｂ）は、図７（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。
【００３７】
（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８〜図１０を参照して説明する。
本実施形態に係る光ファイバスキャナ２０は、図８（ａ），（ｂ）に示されるように、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。
【００３８】
一対の圧電素子１５Ａ，１５Ｂは、それぞれ接着剤によって、光ファイバ１１の外周面にＧＮＤ電極１３を介して接合されている。具体的には、一方の圧電素子１５Ａは裏面がＧＮＤ電極１３に接合され、他方の圧電素子１５Ｂは表面がＧＮＤ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。
【００３９】
また、１対の圧電素子１５Ａ，１５Ｂには、それぞれＧＮＤ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１９Ａ，１９Ｂが接合されている。これら２本のリード線１９Ａ，１９Ｂ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、ＧＮＤ電極１３には、１本のＧＮＤ線２１が導電性接着剤によって接合されている。
【００４０】
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１９Ａ，１９Ｂ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９（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。
【００４１】
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。
【００４２】
本実施形態においては、以下のように変形することができる。
第１の実施形態の第１の変形例と同様に、図１０（ａ），（ｂ）に示されるように、ＧＮＤ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１０（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。
【００４３】
この場合、例えば、一方の圧電素子１５Ａには、光ファイバ１１に接合された面（裏面）の電極１６ＢにＧＮＤ線２１Ａを接合して、反対側の面（表面）の電極１６Ａにリード線１９Ａを接合すればよい。他方の圧電素子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１９Ｂを接合して、反対側の面（表面）の電極１６ＡにＧＮＤ線２１Ｂを接合すればよい。
本変形例によれば、ＧＮＤ電極１３を省いた分だけ構成を単純にすることができる。
【００４４】
また、本実施形態およびその変形例においては、第１の実施形態の第２〜第４の変形例に示されるＧＮＤ電極１３を採用してもよく、第１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。
【００４５】
（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１１〜図２１を参照して説明する。
本実施形態に係る光ファイバスキャナ３０は、図１１（ａ），（ｂ）に示されるように、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。
【００４６】
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ＧＮＤ電極１３を介して接合されている。本実施形態においては、圧電素子１５Ａの裏面と圧電素子１５Ｂの表面がＧＮＤ電極１３に接合され、また、圧電素子１５Ｃの裏面と圧電素子１５Ｄの表面がＧＮＤ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。
【００４７】
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。
【００４８】
一対の圧電素子１５Ａ，１５Ｂには、ＧＮＤ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１９Ａ，１９Ｂ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、ＧＮＤ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１９Ｃ，１９Ｄ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ＧＮＤ線２１は、ＧＮＤ電極１３に導電性接着剤によって接合されている。
【００４９】
次に、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１９Ａ，１９Ｂ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１２（ａ）に示されるように、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１２（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。
【００５０】
一方、リード線１９Ｃ，１９Ｄ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１３（ａ）に示されるように、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。れにより、図１３（ｂ）に矢印Ｓｙで示されるように、光ファイバ１１の先端部をＹ方向に直線的に振動させることができる。
【００５１】
ここで、圧電素子１５Ａ，１５Ｂと圧電素子１５Ｃ，１５Ｄとに、互いに位相がπ／２だけずれた交番電圧を同時に印加すると、光ファイバ１１の先端が円状の軌跡に沿って振動する。さらに、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１４に示されるように、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。これにより、被検体上において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。
【００５２】
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。
【００５３】
次に、本実施形態に係る光ファイバスキャナ３０を走査型観察装置に採用した場合について説明する。図１５は、ファイバスキャナ３０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３０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。
【００５４】
図１５に示されように、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上において２次元的に走査される。
【００５５】
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、本実施形態によれば、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。
【００５６】
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１６（ａ），（ｂ）に示されるように、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。
【００５７】
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。
【００５８】
第２の変形例として、図１７（ａ），（ｂ）に示されるように、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、同図に示されるように、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。
【００５９】
本変形例によれば、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各圧電素子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。
【００６０】
第３の変形例として、図１８（ａ），（ｂ）に示されるように、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ＧＮＤ電極１３と接合される。また、圧電素子１５Ａ，１５Ｂ，１５ＣのＧＮＤ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１９Ａ，１７Ｂ，１７Ｃが導電性接着剤によって接合される。
【００６１】
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により、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。
【００６２】
第４の変形例として、図１９（ａ），（ｂ）に示されるように、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。
【００６３】
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。
【００６４】
第５の変形例として、図２０（ａ），（ｂ）に示されるように、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。
【００６５】
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１１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。
【００６６】
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３０が、周囲の配置された他の部材、例えば、図１５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。
【００６７】
第６の変形例として、図２１（ａ），（ｂ）に示されるように、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。
【００６８】
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１１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。
【００６９】
また、本実施形態およびその変形例においては、第１の実施形態の第１〜４の変形例に示されるＧＮＤ電極１３を採用してもよく、第１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。
【符号の説明】
【００７０】
１０，２０，３０  光ファイバスキャナ
１１  光ファイバ
１３  ＧＮＤ電極（電極部材）
１５，１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄ，１５Ｅ  圧電素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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