(57)【要約】  接着剤に含まれる気泡による光ファイバの位置変動を防止して、光の走査を安定して行うことを目的として、本発明に係る光ファイバスキャナ（６）は、光を導光する光ファイバ（９）と、光ファイバ（９）の射出端を振動させる圧電素子（１２Ａ，１２Ｂ）と、光ファイバ（９）を挿入し該光ファイバ（９）を保持するフェルール（１０）と、フェルール（１０）を貫通させる中央孔（１１ａ）を有し、中央孔（１１ａ）に貫通させたフェルール（１０）を接着剤（１４）によって固定する筒状のホルダ（１１）とを備え、ホルダ（１１）が、ホルダ（１１）の軸方向の途中位置に、中央孔（１１ａ）の内面から径方向に貫通する１以上の貫通孔（１１ｂ）を有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を導光する光ファイバと、
該光ファイバの射出端を振動させる圧電素子と、
前記光ファイバを挿入し該光ファイバを保持するフェルールと、
該フェルールを貫通させる中央孔を有し、該中央孔に貫通させた前記フェルールを接着剤によって固定する筒状のホルダとを備え、
該ホルダが、該ホルダの軸方向の途中位置に、前記中央孔の内面から径方向に貫通する１以上の貫通孔を有する光ファイバスキャナ。
【請求項２】
前記貫通孔が、前記ホルダの周方向に間隔をあけて複数設けられている請求項１に記載の光ファイバスキャナ。
【請求項３】
前記貫通孔が、周方向に等間隔に設けられている請求項２に記載の光ファイバスキャナ。
【請求項４】
前記接着剤が、樹脂または半田材料からなる請求項１から請求項３のいずれかに記載の光ファイバスキャナ。
【請求項５】
光源と、
該光源からの光を走査する請求項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とを備える走査型照明装置。
【請求項６】
請求項５に記載の走査型照明装置と、
該走査型照明装置により被写体に光が照射されることにより、被写体からの戻り光を検出する受光部とを備える走査型観察装置。
【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、走査型照明装置および走査型観察装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバの先端を圧電素子の振動によって振動させ、光ファイバの先端から射出させる光を被写体において走査させ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。）。
この光ファイバスキャナは、光ファイバを貫通させる貫通孔を有する弾性材料からなる四角柱状のフェルールを備え、フェルールの４面に圧電素子を接着している。また、フェルールは、該フェルールを貫通させる貫通孔を有する筒状のホルダに、接着剤によって固定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際出願公開第２０１３／０６９３８２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の光ファイバスキャナは、光ファイバを支持するフェルールが接着剤によってホルダに固定されているが、流動性のある接着剤には、元来気泡が含まれていたり、フェルールとホルダとの間の隙間に充填される際、空気が巻き込まれて気泡が形成されたりする。気泡が含まれていると、輸送中や保管中の高温環境により、気泡が膨張してしまい、光ファイバの位置が変動する不都合がある。【０００５】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、接着剤に含まれる気泡による光ファイバの位置変動を防止して、光の走査を安定して行うことができる光ファイバスキャナ、走査型照明装置および走査型観察装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様は、光を導光する光ファイバと、該光ファイバの射出端を振動させる圧電素子と、前記光ファイバを挿入し該光ファイバを保持するフェルールと、該フェルールを貫通させる中央孔を有し、該中央孔に貫通させた前記フェルールを接着剤によって固定する筒状のホルダとを備え、該ホルダが、該ホルダの軸方向の途中位置に、前記中央孔の内面から径方向に貫通する１以上の貫通孔を有する光ファイバスキャナである。【０００７】
本態様によれば、ホルダの中央孔に光ファイバを保持しているフェルールを貫通させた状態で、中央孔内に充填した接着剤によってフェルールをホルダに固定する場合に、接着剤内に気泡が混入していても、接着剤を硬化させる際の脱気処理により、気泡が中央孔に設けた貫通孔を経由して径方向外方に容易に排出される。これにより、接着剤内に混入している気泡が、接着剤の硬化の過程で脱気される。その結果、フェルールをホルダに固定する接着剤内の気泡を極力なくして、輸送中や保管中の高温環境による気泡の膨張によってフェルールが保持している光ファイバの位置が変動してしまうことを防止することができ、光の走査を安定して行うことができる。【０００８】
上記態様においては、前記貫通孔が、前記ホルダの周方向に間隔をあけて複数設けられていてもよい。
このようにすることで、一の貫通孔が脱気しにくい位置に配置されていても、他の貫通孔から脱気することができる。脱気の機会を増やして、より確実に光ファイバの位置変動を防止することができる。【０００９】
また、上記態様においては、前記貫通孔が、周方向に等間隔に設けられていてもよい。
このようにすることで、等間隔に配置された貫通孔から気泡を満遍なく脱気することができる。【００１０】
また、上記態様においては、前記接着剤が、樹脂または半田材料からなっていてもよい。
このようにすることで、硬化前の状態で流動性を有する接着剤に気泡が含まれていても、硬化の過程で気泡を貫通孔から放出することができる。【００１１】
また、本発明の他の態様は、光源と、該光源からの光を走査する上記いずれかの光ファイバスキャナとを備える走査型照明装置である。
また，本発明の他の態様は、上記走査型照明装置と、該走査型照明装置により被写体に光が照射されることにより、被写体からの戻り光を検出する受光部とを備える走査型観察装置である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、接着剤に含まれる気泡による光ファイバの位置変動を防止して、光の走査を安定して行うことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る走査型観察装置および走査型照明装置を示す縦断面図である。
【図２】図１の走査型観察装置に備えられる本発明の一実施形態に係る光ファイバスキャナを示す斜視図である。
【図３】図２の光ファイバスキャナに備えられるホルダにフェルールを嵌合させて、隙間に接着剤を充填した状態を示すホルダ部分の横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明の一実施形態に係る光ファイバスキャナ６、走査型照明装置２および走査型観察装置１について図面を参照して説明する。
本実施形態に係る走査型観察装置１は、内視鏡装置であり、図１に示されるように、被写体（図示略）に照明光を照射する本発明の一実施形態に係る走査型照明装置２と、被写体から戻る戻り光を受光する受光用光ファイバ（受光部）３と、走査型照明装置２を駆動制御する制御部４とを備えている。
【００１５】
本実施形態に係る走査型照明装置２は、光源５と、該光源５からの光を走査する光ファイバスキャナ６と、光ファイバスキャナ６よりも先端側に配置され、光ファイバスキャナ６から射出された照明光を集光させる集光レンズ７と、光ファイバスキャナ６および集光レンズ７を収納する細長い筒状の枠体８とを備えている。
【００１６】
光ファイバスキャナ６は、図１および図２に示されるように、光源５からの光を導光し先端から射出させるマルチモードファイバまたはシングルモードファイバのような照明用光ファイバ（光ファイバ）９と、該照明用光ファイバ９を貫通させる貫通孔１０ａを有する四角柱状の導電性の弾性材料からなるフェルール１０と、該フェルール１０を支持する筒状のホルダ１１と、フェルール１０に固定された４つの圧電素子１２Ａ，１２Ｂとを備えている。各圧電素子１２Ａ，１２Ｂおよびホルダ１１には交番電圧を供給するためのリード線１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｇが接続されている。光源５は照明用光ファイバ９の基端に接続されている。
【００１７】
照明用光ファイバ９は、細長いガラス材からなり、枠体８の長手方向に沿って配されている。照明用光ファイバ９の先端は、枠体８の内部の先端部近傍に配されている。照明用光ファイバ９の基端は枠体８の基端から外部へ延びて光源５に接続されている。以下、照明用光ファイバ９の長手方向をＺ方向とし、照明用光ファイバ９の互いに直交する２つの半径方向をＸ方向およびＹ方向とする。
【００１８】
圧電素子１２Ａ，１２Ｂは、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの圧電セラミックス材料からなる矩形の平板状である。圧電素子１２Ａ，１２Ｂは、表面に＋の電極処理が施され、裏面に−の電極処理が施されており、これによって＋極から−極に向かって板厚方向に分極している。
【００１９】
４枚の圧電素子１２Ａ，１２Ｂは、２枚のＡ相用の圧電素子１２Ａと２枚のＢ相用の圧電素子１２Ｂとからなる。Ａ相用の圧電素子１２ＡおよびＢ相用の圧電素子１２Ｂは、図２に示されるように、フェルール１０の４つの外面に導電性の接着剤により固定されている。Ｘ方向に互いに対向する２枚のＡ相用の圧電素子１２Ａは、分極方向がＸ方向の同一方向を向くように配置され、Ｙ方向に互いに対向する２枚のＢ相用の圧電素子１２Ｂは、分極方向がＹ方向の同一方向を向くように配置されている。
【００２０】
ホルダ１１は、中央孔１１ａを有する円筒状の導電性部材であり、圧電素子１２Ａ，１２Ｂよりも基端側に位置するフェルール１０を中央孔１１ａに嵌合させた状態で導電性の接着剤１４により固定している。ホルダ１１の外周面は、枠体８の内壁に固定されている。これにより、フェルール１０は、先端を自由端とする片持ち梁状にホルダ１１によって支持され、照明用光ファイバ９の突出部９ａは、先端を自由端とする片持ち梁状にフェルール１０によって支持されている。
【００２１】
ホルダ１１には、図３に示されるように、角柱形状のフェルール１０を嵌合させるための、断面が円形状の中央孔１１ａの内面から径方向外方に向かって放射状に複数の、例えば、周方向に等間隔を空けて４カ所の貫通孔１１ｂが設けられている。貫通孔１１ｂは中央孔１１ａの内面からホルダ１１の外面まで貫通している。このように、ホルダ１１の中央孔１１ａに対し、フェルール１０の角柱の角部分が内接することで、安定にフェルール１０を保持できる。
【００２２】
また、中央孔１１ａとフェルール１０との間に相当する半月状の断面からなる空間に、および複数の貫通孔１１ｂには流動性を有する接着剤１４が充填され、該接着剤１４が硬化させられることによりホルダ１１とフェルール１０とが固定されるようになっている。ここで、ホルダ１１の中央孔１１ａの断面形状は、円形に限られるものではなく、これに代えて、四角形や、フェルール１０との間に接着剤を供給できでる空間を形成できるような角部の位置または多角形状であるのが好ましい。
【００２３】
また、フェルール１０が、少なくともホルダ１１と嵌合される部分において断面が円柱形状であってもよく、この場合には、逆にホルダ１１の中央孔１１ａの断面形状を４つまたは５つ以上の角部を均等の間隔で有する多角形状とすることにより、上記のような内接関係でフェルール１０を堅固に保持することができる。
【００２４】
また、ホルダ１１は、フェルール１０を介して４枚の圧電素子１２Ａ，１２Ｂのフェルール１０側の電極と電気的に接続されており、圧電素子１２Ａ，１２Ｂを駆動する際の共通ＧＮＤとして機能するようになっている。
【００２５】
２枚のＡ相用の圧電素子１２Ａには、Ａ相用のリード線１３Ａが導電性接着剤によって接合されている。２枚のＢ相用の圧電素子１２Ｂには、Ｂ相用のリード線１３Ｂが導電性接着剤によって接合されている。ホルダ１１の基先側の面には、ＧＮＤリード線１３Ｇが接合されている。また、ホルダ１１には、周方向に間隔をあけた４箇所にＺ方向に延びる、リード線１３Ａ，１３Ｂとほぼ同径の貫通孔１１ｃが形成されており、各貫通孔１１ｃ内にリード線１３Ａ，１３Ｂが１本ずつ収容されている。貫通孔１１ｃは、貫通孔１１ｂに対してホルダ１１の周方向にずれて形成されており、貫通孔１１ｂと貫通孔１１ｃとが接続しないようになっている。各リード線１３Ａ，１３ＢおよびＧＮＤリード線１３Ｇは、制御部４に接続されている。
【００２６】
受光用光ファイバ３は、枠体８の外周面上に周方向に配列して複数設けられ、被写体からの戻り光（例えば、照明光の反射光または蛍光）を光検出器２０に導光するようになっている。
【００２７】
制御部４は、リード線１３Ａを介してＡ相用の圧電素子１２Ａに所定の駆動周波数を有するＡ相の交番電圧を印加し、リード線１３Ｂを介してＢ相用の圧電素子１２Ｂに所定の駆動周波数を有するＢ相の交番電圧を印加するようになっている。所定の駆動周波数は、照明用光ファイバ９の突出部９ａの固有振動数と等しいかその近傍の周波数に設定されるようになっている。制御部４は、位相が互いにπ／２だけ異なり、かつ、振幅が正弦波状に時間変化するＡ相の交番電圧およびＢ相の交番電圧を各リード線１３Ａ，１３Ｂに供給するようになっている。
【００２８】
このように構成された本実施形態に係る光ファイバスキャナ６、走査型照明装置２および走査型観察装置１の作用について以下に説明する。
本実施形態に係る走査型観察装置１を用いて被写体を観察するには、制御部４を作動させ、光源５から照明用光ファイバ９に照明光を供給させるとともに、リード線１３Ａ，１３Ｂを介して圧電素子１２Ａ，１２Ｂに所定の駆動周波数を有する交番電圧を印加させる。
【００２９】
Ａ相の交番電圧が印加されたＡ相用の圧電素子１２Ａは、分極方向に直交するＺ方向に伸縮振動する。このときに、２枚の圧電素子１２Ａのうち、一方がＺ方向に縮み、他方がＺ方向に伸びることにより、フェルール１０に、ホルダ１１の位置を節とするＸ方向の屈曲振動が励起される。そして、フェルール１０の屈曲振動が照明用光ファイバ９に伝達されることにより、突出部９ａが交番電圧の駆動周波数と等しい周波数でＸ方向に屈曲振動して照明用光ファイバ９の先端がＸ方向に振動し、先端から射出される照明光がＸ方向に直線的に走査される。
【００３０】
Ｂ相の交番電圧が印加されたＢ相用の圧電素子１２Ｂは、分極方向に直交するＺ方向に伸縮振動する。このときに、２枚の圧電素子１２Ｂのうち、一方がＺ方向に縮み、他方がＺ方向に伸びることにより、フェルール１０にホルダ１１の位置を節とするＹ方向の屈曲振動が励起される。そして、フェルール１０の屈曲振動が照明用光ファイバ９に伝達されることにより、突出部９ａが交番電圧の駆動周波数と等しい周波数でＹ方向に屈曲振動し、先端から射出される照明光がＹ方向に直線的に走査される。
【００３１】
ここで、Ａ相の交番電圧の位相とＢ相の交番電圧の位相とは互いにπ／２ずれており、かつ、Ａ相の交番電圧およびＢ相の交番電圧の振幅が正弦波状に時間変化することによって、照明用光ファイバ９の先端がスパイラル状の軌跡に沿って振動し、照明光が被写体上においてスパイラル状の軌跡に沿って２次元的に走査される。また、駆動周波数は突出部９ａの固有振動数と等しいか近傍の周波数であるので、突出部９ａを効率的に励振させることができる。
【００３２】
被写体からの戻り光は、複数本の受光用光ファイバ３によって受光され、その強度が光検出器２０によって検出される。制御部４は、照明光の走査周期と同期して光検出器２０に戻り光を検出させ、検出された戻り光の強度を照明光の走査位置と対応付けることによって被写体の画像を生成する。
【００３３】
この場合に、本実施形態によれば、フェルール１０を接着剤１４によって固定しているホルダ１１に、中央孔１１ａから外面に貫通する貫通孔１１ｂが設けられているので、接着剤１４を硬化させる際に、光ファイバスキャナ６を密閉空間内に配置して、空間を減圧していくことにより、接着剤１４に混入している気泡が貫通孔１１ｂを経由して容易に排出される。
【００３４】
そして、複数の貫通孔１１ｂを経由して、接着剤１４の内部の気泡が、満遍なく、かつ、十分に脱気されることにより、輸送中や保管中の高温環境による気泡の膨張によって照明用光ファイバ９の中心線がホルダ１１の中央孔１１ａの中心線に対してずれることを未然に防止することができる。その結果、光の走査を安定して行うことができるという利点がある。
【００３５】
また、貫通孔１１ｂの直径寸法を、流動性の接着剤１４が流入可能な、例えば、０．５ｍｍ以上に設定することにより、接着剤１４を貫通孔１１ｂから流入させ、フェルール１０とホルダ１１との隙間に充填することもできる。貫通孔１１ｂには接着剤１４が充填された状態であることにしてもよい。この場合には、脱気を行うことができることに加え、充填されていない場合と比較して、ホルダ１１の重量を増大させることができ、ホルダ１１によるフェルール１０の固定の安定性を増大させることができるという利点がある。
【００３６】
接着剤１４としては、樹脂製の接着剤１４あるいは半田材料を使用することができる。
半田としてはクリーム半田あるいは半田メッキを挙げることができる。フェルール１０の外面あるいはホルダ１１の中央孔１１ａの内面に塗布しておき、外部から熱を加えることで溶融させて隙間に充填することができる。
フェルール１０およびホルダ１１としては、半田接合を可能にする材料を選ぶことにしてもよいし、表面にメッキや蒸着等による半田接合を容易にする表面処理を施してもよい。半田を用いる場合、半田接合後に圧電素子１２Ａ，１２Ｂを接合することにより圧電素子１２Ａ，１２Ｂへの熱ダメージを低減することが好ましい。
【００３７】
フェルール１０とホルダ１１との隙間が大きい場合には、半田が隙間から流出する場合がある。このような場合には、フェルール１０として半田が濡れにくい材料、例えば、アルミニウムを用い、ホルダ１１の中央孔１１ａ内部に位置するフェルール１０の表面には半田が濡れやすい材料、例えば、金等をメッキあるいは蒸着することにより被膜を設けておけばよい。これにより、半田がフェルール１０とホルダ１１との隙間に保持され易く、隙間内を均一かつ十分な質量の接着剤１４により充填することが可能となる。
【００３８】
また、本実施形態においては、照明用光ファイバ９をフェルール１０の貫通孔１０ａに貫通させ、外面に圧電素子１２Ａ，１２Ｂを搭載したフェルール１０をホルダ１１に接合することとしたが、これに代えて、圧電素子１２Ａ，１２Ｂを照明用光ファイバ９の表面に直接接合しておき、照明用光ファイバ９自体をホルダ１１の中央孔１１ａに嵌合して接着剤１４により接合することにしてもよい。
【符号の説明】
【００３９】
１  走査型観察装置
２  走査型照明装置
３  受光用光ファイバ（受光部）
５  光源
６  光ファイバスキャナ
９  照明用光ファイバ（光ファイバ）
１０  フェルール
１１  ホルダ
１１ａ  中央孔
１１ｂ  貫通孔
１２Ａ，１２Ｂ  圧電素子
【図１】
2017085855.tif 000003
【図２】
2017085855.tif 000004
【図３】
2017085855.tif 000005
【国際調査報告】
2017085855.tif 000006
2017085855.tif 000007