(57)【要約】  圧電素子に対し精度よく配線を位置決めし、組立性を向上させる光ファイバスキャナ、照明装置および観察装置を提供する。本発明に係る光ファイバスキャナ（１１）は、光を導光する光ファイバ（１０）と、光ファイバ（１０）を貫通させる貫通孔（１７）を有し、光ファイバ（１０）の先端部に振動を伝達する振動伝達部材（１４）と、振動伝達部材（１４）の外周面に配置され、光ファイバ（１０）の先端部を振動させる少なくとも１つの圧電素子（１２）と、振動伝達部材（１４）の基端側に設けられ、光ファイバ（１０）を固定する固定部（１３）と、圧電素子（１２）に電圧を印加する配線（２２）が長手軸方向に延びる状態に一体形成され、圧電素子（１２）の少なくとも基端側の一部を被覆する筒状の配線保持部材（１６）とを備える。配線保持部材（１６）は、配線（２２）を圧電素子（１２）の外周面に接触固定させる接触部（１８）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、
該光ファイバを貫通させる貫通孔を有し、前記光ファイバに振動を伝達する振動伝達部材と、
該振動伝達部材の外周面に配置され、前記光ファイバの先端部を振動させる少なくとも１つの圧電素子と、
前記振動伝達部材の基端側に設けられ、前記光ファイバを固定する固定部と、
前記圧電素子に電圧を印加する配線が長手軸方向に延びる状態に一体形成され、前記圧電素子の少なくとも基端側の一部を被覆する筒状の配線保持部材とを備え、
該配線保持部材が、前記配線を前記圧電素子の外周面に接触固定させる接触部を有する光ファイバスキャナ。
【請求項２】
前記配線保持部材が、熱収縮性材料または光収縮性材料からなる請求項１に記載の光ファイバスキャナ。
【請求項３】
前記接触部を前記圧電素子の外周面に対して押圧する円環状の弾性材料からなる押圧部材をさらに備える請求項１または請求項２に記載の光ファイバスキャナ。
【請求項４】
前記配線保持部材の少なくとも基端側の一部が、該配線保持部材の他の部分よりも硬度の高い材料で構成されている請求項１から請求項３のいずれかに記載の光ファイバスキャナ。
【請求項５】
前記固定部が、前記配線保持部材に一体形成されている請求項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】
光源と、
該光源からの光を走査する請求項１から請求項５のいずれかに記載の光ファイバスキャナと、
該光ファイバスキャナにより走査された光を集光する集光レンズとを備える照明装置。
【請求項７】
請求項６に記載の照明装置と、
該照明装置により被写体に光が照射されたときに、該被写体からの戻り光を検出する光検出部とを備える観察装置。
【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、照明装置および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。）。
特許文献１の光ファイバスキャナは、光ファイバを取り囲むように４枚の圧電素子が接着されたアクチュエータを備え、それぞれの圧電素子には、電力を供給するための配線が接続されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開第２０１０−９７０８３号公報
【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では、図７に示されるように、４枚の圧電素子の外面のそれぞれに配線が設置されているが、これら圧電素子間の間隔が狭いため、圧電素子に配線を貼り付ける作業が困難となる場合がある。また、２本の配線の導通箇所同士が接触してショートしてしまうと、アクチュエータが正常に動作できなくなる不都合がある。【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、圧電素子に対して精度よく配線を位置決めすることができ、組立性を向上することができる光ファイバスキャナ、照明装置および観察装置を提供することを目的としている。
【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、該光ファイバを貫通させる貫通孔を有し、前記光ファイバに振動を伝達する振動伝達部材と、該振動伝達部材の外周面に配置され、前記光ファイバの先端部を振動させる少なくとも１つの圧電素子と、前記振動伝達部材の基端側に設けられ、前記光ファイバを固定する固定部と、前記圧電素子に電圧を印加する配線が長手軸方向に延びる状態に一体形成され、前記圧電素子の少なくとも基端側の一部を被覆する筒状の配線保持部材とを備え、該配線保持部材が、前記配線を前記圧電素子の外周面に接触固定させる接触部を有する光ファイバスキャナである。【０００７】
本態様によれば、複数の圧電素子のそれぞれに配線を固定設置する際に、配線があらかじめ組み込まれて一体に形成された筒状の配線保持部材を圧電素子が貼付された振動伝達部材の上から被せることで、各圧電素子に対して配線を正確に位置決めすることができる。また、配線を圧電素子に対して容易に設置固定することができ、光ファイバスキャナの組立性を向上させることができる。また、配線保持部材を固定部の上から被せるか、または固定部の中央孔内に挿通させるかを選択することができ、目的に応じて適宜設計変更することできる。【０００８】
上記態様においては、前記配線保持部材が、熱収縮性材料または光収縮性材料からなっていてもよい。
このようにすることで、圧電素子に対して配線を位置決めした後に配線保持部材を熱収縮または光収縮させるだけで、配線を圧電素子に対して容易に密着固定することができる。【０００９】
上記態様においては、前記接触部を前記圧電素子の外周面に対して押圧する円環状の弾性材料からなる押圧部材をさらに備えていてもよい。
このようにすることで、押圧部材の弾発力により配線が組み込まれた配線保持部材の接触部を圧電素子に押圧することで、配線と圧電素子との密着性をさらに高めることができる。【００１０】
上記態様においては、前記配線保持部材の少なくとも基端側の一部が、該配線保持部材の先端側部分よりも硬度の高い材料で構成されていてもよい。
このようにすることで、光ファイバスキャナを組み立てる際には、配線保持部材における硬度の高い部分をピンセット等の工具で把持することで、配線保持部材の圧電素子外周面への取り付けを容易に行うことができる。また、配線保持部材の伸縮性を有する部分の変形や、配線保持部材に内蔵された配線の損傷を防ぐことができる。【００１１】
上記態様においては、前記固定部が、前記配線保持部材に一体形成されていてもよい。
このようにすることで、あらかじめ固定部を配線保持部材と一体形成することにより、固定部が別個独立して設けられているものに比べ、光ファイバスキャナの組立性を向上させることができる。【００１２】
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に記載の光ファイバスキャナと、該光ファイバスキャナにより走査された光を集光する集光レンズとを備える照明装置である。
また、本発明の他の態様は、上記記載の照明装置と、該照明装置により被写体に光が照射されたときに、該被写体からの戻り光を検出する光検出部とを備える観察装置である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、圧電素子に対して精度よく配線を位置決めすることができ、組立性を向上させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る観察装置および照明装置を示す縦断面図である。
【図２Ａ】図１の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縦断面図である。
【図２Ｂ】図２Ａの光ファイバスキャナに備えられる配線保持部材を示す斜視図である。
【図２Ｃ】図２Ａの光ファイバスキャナを線Ａ−Ａに沿って切断した横断面図である。
【図３Ａ】図２Ａの光ファイバスキャナの変形例を示す部分拡大図である。
【図３Ｂ】図３Ａの光ファイバスキャナを線Ａ−Ａに沿って切断した横断面図である。
【図４】図２Ｂの配線保持部材の第１の変形例を示す部分拡大図である。
【図５】図２Ｂの配線保持部材の第２の変形例を示す部分拡大図である。
【図６】図２Ｂの配線保持部材の第３の変形例を示す部分拡大図である。
【図７】従来技術に係る光ファイバスキャナを示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施形態に係る光ファイバスキャナ１１、照明装置２および観察装置１について図面を参照して以下に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る観察装置および照明装置を示す縦断面図であり、図２Ａは、図１の観察装置に備えられる本発明の実施形態に係る光ファイバスキャナを示す縦断面図、図２Ｂは、図２Ａの光ファイバスキャナに備えられる配線保持部材を示す斜視図、図２Ｃは、図２Ａの光ファイバスキャナを線Ａ−Ａに沿って切断した横断面図である。
【００１６】
本実施形態に係る観察装置１は、図１に示されるように、照明光を被写体に照射する照明装置２と、被写体から戻る戻り光を検出する光検出部３と、照明装置２を駆動制御する制御部７とを備えている。
【００１７】
本実施形態に係る照明装置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１１と、光ファイバスキャナ１１よりも先端側に配置され、光ファイバスキャナ１１から射出された照明光を集光させる集光レンズ６と、光ファイバスキャナ１１および集光レンズ６を収納する細長い筒状の枠体８とを備えている。
【００１８】
光ファイバスキャナ１１は、図１および図２Ａ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光ファイバ１０と、該光ファイバ１０を貫通させる貫通孔１７を有する四角柱状の導電性の弾性材料からなる弾性部（振動伝達部材）１４と、該弾性部１４の外周面に配置された４つの圧電素子１２と、弾性部１４基端側に設けられ、光ファイバ１０を固定する固定部１３とを備えている。
【００１９】
図２Ｂに示されるように、光ファイバスキャナ１１はまた、各圧電素子１２に交番電圧を供給するための配線２２が長手軸方向に延びる状態に一体形成された筒状の配線付チューブ（配線保持部材）１６を備えている。具体的には、この配線付チューブ１６の内周面には、弾性部１４の外周面に配置された４つの圧電素子１２のそれぞれに対応する４本の配線２２が、周方向に９０°間隔をあけて長手軸方向に延びる状態に配置されている。図２Ｂに示されるように、各配線２２の先端にはそれぞれ導線２５が取り付けられており、この導線２５を介して対応する圧電素子１２の外周面に配線２２が電気的に接続されるようになっている。
【００２０】
各圧電素子１２には、その外周面に配置される配線２２から電圧が印加されるようになっている。具体的には、光ファイバスキャナ１１の長手軸方向をＺ軸方向とし、光ファイバスキャナ１１の互いに直交する２つの径方向をＸ軸方向およびＹ軸方向とした場合、Ｘ軸方向に対向して配置されている２枚一対の圧電素子１２にはＡ相の交番電圧が印加され、Ｙ軸方向に対向して配置されている２枚一対の圧電素子１２にはＢ相の交番電圧が印加される。弾性部１４は、各圧電素子１２に対する交番電圧の印加によって屈曲振動させられるようになっており、その振動が弾性部１４を介して光ファイバ１０に伝達され、照明光を射出する光ファイバ１０の射出端が、長手軸に交差する方向に変位させられて振動するようになっている。
【００２１】
圧電素子１２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形成されている。本実施形態では、図２Ｃに示されるように、断面四角形状の弾性部１４の４つの外周面に、合計４枚の平板状の圧電素子１２が接着剤２０により接着されたものについて説明しているが、圧電素子１２としては、４枚の平板状のものに限られず、例えば、単体または２枚で２軸方向の振動の発生が可能な、Ｕ字状やＬ字状に形成したものを用いてもよい。
【００２２】
弾性部１４は、長手軸方向に光ファイバ１０を貫通させる貫通孔１７を有する四角柱状の部材であり、導電性を有する弾性材料からなる。弾性部１４は、図２Ａに示されるように、光ファイバ１０の先端から基端側に長手軸方向に沿った途中位置に配置されている。
なお、本実施形態では、弾性部１４は四角柱状の部材について説明しているが、これに限られるものではなく、２軸方向の振動の発生が可能な圧電素子１２を接着できる形状であれば、多角柱形状や円筒形状のものを用いても構わない。
【００２３】
固定部１３は、図２Ｃに示されるように、断面正方形状の中央孔を有する略円環状の導電性部材であり、圧電素子１２よりも基端側に位置する弾性部１４を中央孔に嵌合させた状態で接着剤２０により固定されている。固定部１３の外周面には、図２Ｃに示されるように、周方向に９０°間隔をあけて長手軸方向に延びる４つの配線溝２３が設けられている。
固定部１３の外周面は、枠体８の内壁に固定されており、弾性部１４は片持ち梁状に固定部１３によって支持され、光ファイバ１０の先端部は、先端を自由端とする片持ち梁状に弾性部１４によって支持されている。
弾性部１４の基端側にはＧＮＤ線２４が接続されている。
【００２４】
図２Ａおよび図２Ｃに示されるように、配線付チューブ１６を光ファイバ１０の基端側から固定部１３を覆う状態で先端側に向けて被せたときに、配線付チューブ１６の内周面に配置された配線２２が、固定部１３に設けた配線溝２３内に収容される。これにより、配線２２同士が互いに接触しないようになっている。
配線付チューブ１６の先端には、配線２２の先端に取り付けられた導線２５を、対応する圧電素子１２の外周面に接触固定させる接触領域（接触部）１８が設けられている。
【００２５】
配線付チューブ１６は、伸縮性を有する材料から形成される。具体的には、加熱することによって収縮する熱収縮チューブや、近赤外光照射等により収縮する光収縮チューブにより形成されている。熱収縮チューブの材料としては、例えば、ポリオレフィン系、フッ素系、シリコン系の樹脂を用いることができる。また、光収縮チューブの材料としては、例えば、イソプロピルアクリルアミド等を用いることができる。
【００２６】
配線付チューブ１６は、配線２２を対応する圧電素子１２に位置決めする際に、対応関係が目視確認できるよう、透過性のある材料から形成されていることとしてもよい。あるいは、配線付チューブ１６の外周面に、配線２２と圧電素子１２の位置決めを行うための目印が設けられていることとしてもよい。
【００２７】
配線２２およびＧＮＤ線２４は、導電性を有する線材（例えば、銅、アルミニウム等）から形成されている。
各配線２２およびＧＮＤ線２４の基端側は制御部７に接続されており、光源５は光ファイバ１０の基端に接続されている。
配線２２は、圧電素子１２に電気的に接続される導線２５を除き、配線２２を周囲から電気的に絶縁する絶縁薄膜によって被覆されている。なお、導線２５の部分を除いて配線２２を絶縁部材により被覆することで、配線２２が外部の電界から受ける影響を低減することができる。
固定部１３が絶縁体により形成されている場合には、配線２２を絶縁薄膜により被覆しなくてもかまわない。
【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１１、照明装置２および観察装置１の作用について以下に説明する。
本実施形態に係る観察装置１を用いて被写体を観察するには、制御部７を作動させ、光源５から光ファイバ１０に照明光を供給させるとともに、配線２２を介して圧電素子１２に所定の駆動周波数を有する交番電圧を印加させる。
【００２９】
各圧電素子１２のうち、Ｘ軸方向に対向して配置されている２枚一対の圧電素子１２にＡ相の交番電圧を印加することにより、一方の圧電素子１２を長さ方向に伸張させ、他方の圧電素子１２を長さ方向に収縮させる。これにより、光ファイバ１０の先端をＸ軸方向に振動し、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】
同様に、Ｙ軸方向に対向して配置されている２枚一対の圧電素子１２にＢ相の交番電圧を印加することにより、一方の圧電素子１２を長さ方向に伸張させ、他方の圧電素子１２を長さ方向に収縮させる。これにより、光ファイバ１０の先端がＹ軸方向に振動し、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】
被写体からの戻り光は、図示しない受光用光ファイバによって受光され、その強度が光検出部３により検出される。制御部７は、照明光の走査周期と同期して光検出部３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。生成された画像は、図示しないディスプレイに出力され、該ディスプレイに表示される。
【００３２】
続いて、本実施形態に係る光ファイバスキャナ１１の製造方法について説明する。
まず、弾性部１４の貫通孔１７内に、光ファイバ１０の先端側の所定の範囲を長手軸方向に貫通させる。そして、四角柱状の弾性部１４の四面のそれぞれに、合計４枚の平板状の圧電素子１２を接着剤２０により接着する。その後、圧電素子１２よりも基端側に位置する弾性部１４を固定部１３の中央孔に嵌合させた状態で接着剤２０により固定する。弾性部１４の基端部には、ＧＮＤ線２４が接続される。
【００３３】
次に、光ファイバの基端側から先端側に向けて熱収縮性材料からなる伸縮性を有する配線付チューブ１６を被せてゆく。このとき、配線付チューブ１６を引き伸ばして固定部１３の外周に被せながら、圧電素子１２の少なくとも基端側の外周面の部分を被覆する。
【００３４】
そして、配線付チューブ１６の内周面に周方向に９０°間隔をあけて設置された４本の配線２２の導線２５が、それぞれ４枚の圧電素子１２の外周面上に配置されるように配線付チューブ１６を周方向に回転させながら位置決めする。このとき、図２Ｃに示されるように、固定部１３の外周面には、周方向に９０°間隔をあけて長手軸方向に延びる４つの配線溝２３が設けられているので、４本の配線２２が、それぞれ配線溝２３内に収容されるように位置決めされると、配線２２がちょうど圧電素子１２の外周面上に配置されることとなる。配線溝２３内に配線２２が収容されることで、配線２２同士の接触を防ぐことができる。
【００３５】
その後、配線付チューブ１６の表面を満遍なく所定の温度で加熱して配線付チューブ１６を径方向に熱収縮させる。この熱収縮により、圧電素子１２に配線２２が接合される。このとき、配線付チューブ１６の内周面に接着剤２０を薄く塗布しておくことで、熱により接着剤２０を溶融させて瞬時に接着固定することができる。なお、弾性部１４や固定部１３として、耐熱部材を選択することにより、圧電素子１２への熱ダメージを低減することが可能である。
なお、配線付チューブ１６としては、熱収縮チューブの代わりに、光の照射により光収縮可能な光収縮チューブを用いることとしてもよい。
【００３６】
このように、複数の圧電素子１２のそれぞれに配線２２を固定設置する際に、配線２２があらかじめ組み込まれて一体に形成された筒状の配線付チューブ１６を用いることで、各圧電素子１２に対して配線２２を正確に位置決めすることができ、容易に配線２２を設置固定することができる。これにより、光ファイバスキャナ１１の組立性を向上させることができる。
また、配線付チューブ１６として熱収縮チューブや光収縮チューブを用いることで、配線付チューブ１６の熱収縮または光収縮により、配線２２を圧電素子１２に対して容易に密着固定することができる。
【００３７】
なお、本実施形態においては、配線付チューブ１６を引き伸ばして固定部１３の外周に被せながら、圧電素子１２の少なくとも基端側の外周面の部分を被覆して密着固定することとしたが、図３Ａおよび図３Ｂに示すように、あらかじめ圧電素子１２の外周面に配線付チューブ１６を被せて配線２２と圧電素子１２とを位置決めした後に、配線付チューブ１６を収縮させて配線２２と圧電素子１２とを固定しておき、配線付チューブ１６を固定部１３の中央孔内に嵌合して接着剤２０により接合することにしてもよく、目的に応じて適宜設計変更することができる。
【００３８】
配線付チューブ１６は、図４に示されるように、その基端側の一部分が他の部分より硬度の高い、金属製または樹脂製の硬質材料からなる硬性部１９を有することとしてもよい。
このようにすることで、光ファイバスキャナ１１を組み立てる際に、配線付チューブ１６の硬性部１９の部分をピンセット等の工具で把持することで、配線付チューブ１６の伸縮性を有するその他の部分の変形や損傷を防ぐことができ、配線付チューブ１６に配置された配線２２の損傷や断絶を防ぐことができる。また、配線付チューブ１６の圧電素子１２の外周面への取り付けを簡便容易に行うことができる。
【００３９】
また、図５に示されるように、導線２５が配置された接触領域１８を圧電素子１２の外周面に対して押圧するゴム等の弾性材料からなる円環状の押圧部（押圧部材）２６をさらに備えることとしてもよい。
このようにすることで、押圧部２６の弾発力により配線付チューブ１６の接触領域１８を圧電素子１２に押圧することで、配線２２と圧電素子１２とを密着させることができる。
また、配線付チューブ１６の収縮による配線２２の圧電素子１２への密着固定に、押圧部の弾発力による密着固定が加わることにより、圧電素子１２と配線２２との固定性をさらに高めることができる。
【００４０】
また、図６に示されるように、配線付チューブ１６の外周面に固定部１３’をあらかじめ嵌合して一体形成された構成としてもよい。
このようにすることで、別個独立して固定部１３が設けられたものに比べ、光ファイバスキャナ１１の組立性を向上させることができる。
【符号の説明】
【００４１】
１  観察装置
２  照明装置
５  光源
１０  光ファイバ
１１  光ファイバスキャナ
１２  圧電素子
１３，１３’  固定部
１４  弾性部（振動伝達部材）
１６  配線付チューブ（配線保持部材）
２２  配線
２６  押圧部（押圧部材）
【図１】
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【図２Ａ】
2018051439.tif 000004
【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
2018051439.tif 000008
【図４】
2018051439.tif 000009
【図５】
2018051439.tif 000010
【図６】
2018051439.tif 000011
【図７】
2018051439.tif 000012
【国際調査報告】
2018051439.tif 000013
2018051439.tif 000014
2018051439.tif 000015
2018051439.tif 000016