(57)【要約】光ファイバスキャナ（１）は、光ファイバ（２）と、該光ファイバ（２）の外周面に固定された固定部材（３）とを備え、該固定部材（３）が、光ファイバ（３）の互いに交差する径方向において光ファイバ（３）とそれぞれ隣接し光ファイバ（３）の長手方向に伸縮する２つの振動部（５１，５２）と、該２つの振動部（５１，５２）を接続する接続部（６）とを備え、２つの振動部（５１，５２）が、光ファイバ（３）の外周面に突き当たる内面をそれぞれ有する。
2017168809.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手軸を有し、先端部から光を射出する光ファイバと、
前記先端部よりも前記光ファイバの基端部側の位置において前記光ファイバの外周面に固定された固定部材とを備え、
該固定部材が、
前記光ファイバの第１の径方向において前記光ファイバと隣接し、電圧の印加によって前記光ファイバの長手方向に伸縮する第１の振動部と、
前記第１の径方向と交差する前記光ファイバの第２の径方向において前記光ファイバと隣接し、電圧の印加によって前記光ファイバの長手方向に伸縮する第２の振動部と、
前記第１の振動部と前記第２の振動部とを接続する接続部とを備え、
前記第１の振動部が、前記光ファイバの外周面に突き当たる第１の内面を有し、
前記第２の振動部が、前記第１の内面と角度を成して配置され、前記光ファイバの外周面に突き当たる第２の内面を有する光ファイバスキャナ。
【請求項２】
前記接続部の少なくとも一部分が、前記第１の振動部および前記第２の振動部の振動吸収性よりも高い振動吸収性を有する請求項１に記載の光ファイバスキャナ。
【請求項３】
前記接続部の前記光ファイバとは反対側に位置する外側部分が、前記第１の振動部および前記第２の振動部の振動吸収性よりも高い振動吸収性を有する請求項２に記載の光ファイバスキャナ。
【請求項４】
前記固定部材が、前記光ファイバの前記第１の内面とは反対側に設けられ、前記光ファイバの外周面に接触する第３の内面を有する請求項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】
前記光ファイバの前記第１の振動部とは反対側に設けられ、電圧の印加によって前記光ファイバの長手方向に伸縮する第３の振動部を備え、
該第３の振動部が、前記第３の内面を有する請求項４に記載の光ファイバスキャナ。
【請求項６】
前記固定部材が、前記光ファイバの前記第２の内面とは反対側において前記第２の径方向に開放されている請求項４または請求項５に記載の光ファイバスキャナ。
【請求項７】
前記第１の内面および前記第３の内面が、前記第２の径方向において前記光ファイバの半径よりも大きな寸法を有し、
前記固定部材の、前記光ファイバの前記第２の内面とは反対側における開口が、前記第２の径方向に垂直な方向おいて前記光ファイバの直径よりも大きな寸法を有する請求項６に記載の光ファイバスキャナ。
【請求項８】
前記第２の径方向における前記第２の振動部の寸法が、前記第１の径方向における前記第１の振動部および前記第３の振動部の寸法よりも大きい請求項６または請求項７に記載の光ファイバスキャナ。
【請求項９】
前記固定部材が、
前記第１の振動部、前記第２の振動部および前記接続部を備える第１の固定部材と、
前記光ファイバの前記第２の内面とは反対側に設けられ、前記光ファイバの外周面に接触する第４の内面を有する第４の振動部を備える第２の固定部材とを備え、
前記第１の固定部材および前記第２の固定部材が、前記長手軸回りの周方向において互いに隣接して配置され、前記光ファイバの外周面を囲む筒状に密着状態に組み立てられている請求項４または請求項５に記載の光ファイバスキャナ。
【請求項１０】
前記固定部材が、
前記第１の振動部、前記第２の振動部および前記接続部を備える第１の固定部材と、
前記光ファイバの前記第１の内面とは反対側に設けられ、前記光ファイバの外周面に接触する第３の内面を有する第３の振動部と、前記光ファイバの前記第２の内面とは反対側に設けられ、前記光ファイバの外周面に接触する第４の内面を有する第４の振動部と、前記第３の振動部と前記第４の振動部とを接続する第２の接続部とを備える第２の固定部材とを備え、
前記第１の固定部材および前記第２の固定部材が、前記長手軸回りの周方向において互いに隣接し、前記光ファイバの外周面を取り囲む筒状に密着状態に組み立てられている請求項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１１】
前記第１の固定部材および前記第２の固定部材が、前記周方向の両端に前記長手方向の少なくとも一部に沿って面取り部を有し、
前記第１の固定部材および前記第２の固定部材が、前記面取り部同士を密着させて密着状態に組み立てられている請求項９または請求項１０に記載の光ファイバスキャナ。
【請求項１２】
前記光ファイバの外周面に、前記光ファイバの基端から前記固定部材の先端近傍まで前記外周面を被覆する金属被膜が設けられている請求項１から請求項１１のいずれかに記載の光ファイバスキャナ。
【請求項１３】
前記光ファイバが、前記第１の径方向および前記第２の径方向に側面を有する角柱形状である請求項１から請求項１２のいずれかに記載の光ファイバスキャナ。
【請求項１４】
照明光を発生する光源と、
該光源に前記光ファイバの基端が接続される請求項１から請求項１３のいずれかに記載の光ファイバスキャナとを備える照明装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の照明装置と、
該照明装置からの照明光が被写体に照射されることにより、被写体から戻る戻り光を検出する光検出部と、
前記固定部材の前記第１の振動部および前記第２の振動部に前記電圧を供給する電圧供給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】
従来、光ファイバと該光ファイバの外周面に固定された圧電素子とを備え、圧電素子の伸縮によって光ファイバを屈曲振動させて光ファイバの先端から射出される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。）。光を２次元的に走査するためには、互いに直交する２軸方向（Ｘ方向およびＹ方向）の屈曲振動を光ファイバに発生させる必要がある。そのため、特許文献１の光ファイバスキャナにおいては、光ファイバの周方向に９０°ずれた位置にＸ方向用の圧電素子とＹ方向用の圧電素子を配置している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−７１４２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、円筒状の光ファイバの外周面に平板状の圧電素子を貼り付ける作業は難しく、各圧電素子の貼り付け位置に誤差が生じ得る。光ファイバスキャナによる光の走査軌跡の形状は、Ｘ方向用の圧電素子とＹ方向用の圧電素子との相対位置に影響されるので、光ファイバへの圧電素子の貼り付け位置にずれが生じると、光の走査軌跡にも理想の走査軌跡からのずれが生じる。その結果、光ファイバスキャナの走査性能に個体差が生じ、安定した走査性能を得ることが難しいという問題がある。【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、組立精度を向上して安定した走査性能を得ることができる光ファイバスキャナおよびこれを備える照明装置および観察装置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】
【０００６】
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。
本発明の第１の態様は、長手軸を有し、先端部から光を射出する光ファイバと、前記先端部よりも前記光ファイバの基端部側の位置において前記光ファイバの外周面に固定された固定部材とを備え、該固定部材が、前記光ファイバの第１の径方向において前記光ファイバと隣接し、電圧の印加によって前記光ファイバの長手方向に伸縮する第１の振動部と、前記第１の径方向と交差する前記光ファイバの第２の径方向において前記光ファイバと隣接し、電圧の印加によって前記光ファイバの長手方向に伸縮する第２の振動部と、前記第１の振動部と前記第２の振動部とを接続する接続部とを備え、前記第１の振動部が、前記光ファイバの外周面に突き当たる第１の内面を有し、前記第２の振動部が、前記第１の内面と角度を成して配置され、前記光ファイバの外周面に突き当たる第２の内面を有する光ファイバスキャナである。【０００７】
本発明の第１の態様によれば、第１の振動部に電圧が印加されると、該第１の振動部が光ファイバの長手方向に変形することによって光ファイバが第１の径方向に屈曲変形し、光ファイバの先端が第１の径方向に変位する。これにより、光ファイバの先端から射出される光が第１の径方向に走査される。同様に、第２の振動部に電圧が印加されると、該第２の振動部が光ファイバの長手方向に変形することによって光ファイバが第２の径方向に屈曲変形し、光ファイバの先端が第２の径方向に変位する。これにより、光ファイバの先端から射出される光が、第１の径方向に交差する第２の径方向に走査される。したがって、第１の振動部および第２の振動部に同時に電圧を印加することによって、光を２次元的に走査することができる。【０００８】
この場合に、第１の振動部および第２の振動部はそれぞれ、単一の部材からなる固定部材の一部分として構成されているので、第１の振動部と第２の振動部との相対位置は固定である。さらに、光ファイバスキャナの組立工程において、互いに角度を成す第１の内面および第２の内面に光ファイバの外周面を径方向に突き当てることによって、固定部材に対して光ファイバが所定の位置に位置決めされる。したがって、第１の振動部、第２の振動部および光ファイバの３者間の相対位置が一意に決まる。これにより、光ファイバスキャナの組立精度を向上し、安定した走査性能を得ることができる。【０００９】
上記第１の態様においては、前記接続部の少なくとも一部分が、前記第１の振動部および前記第２の振動部の振動吸収性よりも高い振動吸収性を有していてもよい。
このようにすることで、第１の振動部と第２の振動部との間の接続部において振動が吸収されるので、第１の振動部と第２の振動部との間で伸縮振動が伝達し合うことを防止することができる。【００１０】
上記第１の態様においては、前記接続部の前記光ファイバとは反対側に位置する外側部分が、前記第１の振動部および前記第２の振動部の振動吸収性よりも高い振動吸収性を有することが好ましい。
このようにすることで、第１の振動部および第２の振動部とは異なる材料を用いて接続部の振動吸収性を高める場合に、接続部の加工を容易にすることができる。【００１１】
上記第１の態様においては、前記固定部材が、前記光ファイバの前記第１の内面とは反対側に設けられ、前記光ファイバの外周面に接触する第３の内面を有していてもよい。
このようにすることで、光ファイバスキャナの組立工程において、第１の内面、第２の内面および第３の内面によって囲まれる空間内に開口部から光ファイバを径方向に挿入することができる。さらに、３つの内面によって周方向に位置が異なる３点で光ファイバの外周面を支持することによって、光ファイバをより安定的に保持することができる。【００１２】
上記第１の態様においては、前記光ファイバの前記第１の振動部とは反対側に設けられ、電圧の印加によって前記光ファイバの長手方向に伸縮する第３の振動部を備え、該第３の振動部が、前記第３の内面を有していてもよい。
このようにすることで、第１の径方向においてより強い変形力を第１および第３の振動部によって光ファイバに与えることができる。【００１３】
上記第１の態様においては、前記固定部材が、前記光ファイバの前記第２の内面とは反対側において前記第２の径方向に開放されていてもよい。
上記第１の態様においては、前記第１の内面および前記第３の内面が、前記第２の径方向において前記光ファイバの半径よりも大きな寸法を有し、前記固定部材の、前記光ファイバの前記第２の内面とは反対側における開口が、前記第２の径方向に垂直な方向おいて前記光ファイバの直径よりも大きな寸法を有していてもよい。
このようにすることで、開口部から容易に光ファイバを挿入することができる。また、光ファイバの中心軸が３つの内面によって囲まれる空間内に位置するように、光ファイバを配置することができる。【００１４】
上記第１の態様においては、前記第２の径方向における前記第２の振動部の寸法が、前記第１の径方向における前記第１の振動部および前記第３の振動部の寸法よりも大きくてもよい。
このようにすることで、第１の径方向における光ファイバの屈曲振動の共振周波数と第２の径方向における光ファイバの屈曲振動の共振周波数とが近くなる。したがって、３つの振動部に交番電圧を与えて光ファイバを屈曲振動させる場合に、光ファイバの屈曲振動をより安定させることができる。【００１５】
上記第１の態様においては、前記固定部材が、前記第１の振動部、前記第２の振動部および前記接続部を備える第１の固定部材と、前記光ファイバの前記第２の内面とは反対側に設けられ、前記光ファイバの外周面に接触する第４の内面を有する第４の振動部を備える第２の固定部材とを備え、前記第１の固定部材および前記第２の固定部材が、前記長手軸回りの周方向において互いに隣接して配置され、前記光ファイバの外周面を囲む筒状に密着状態に組み立てられていてもよい。
このようにすることで、光ファイバスキャナの組立工程において、第１の固定部材の第１の内面および第２の内面に光ファイバの外周面を突き当てて位置決めした後、第１の固定部材および第２の固定部材が筒を形成するように、第２の固定部材を第１の固定部材に取り付けることができる。さらに、４つの内面によって周方向に位置が異なる４点で光ファイバの外周面を支持することによって、光ファイバをより安定的に保持することができる。【００１６】
上記第１の態様においては、前記固定部材が、前記第１の振動部、前記第２の振動部および前記接続部を備える第１の固定部材と、前記光ファイバの前記第１の内面とは反対側に設けられ、前記光ファイバの外周面に接触する第３の内面を有する第３の振動部と、前記光ファイバの前記第２の内面とは反対側に設けられ、前記光ファイバの外周面に接触する第４の内面を有する第４の振動部と、前記第３の振動部と前記第４の振動部とを接続する第２の接続部とを備える第２の固定部材とを備え、前記第１の固定部材および前記第２の固定部材が、前記長手軸回りの周方向において互いに隣接し、前記光ファイバの外周面を取り囲む筒状に密着状態に組み立てられていてもよい。
このようにすることで、光ファイバスキャナの組立工程において、第１の固定部材の第１の内面および第２の内面に光ファイバの外周面を突き当てて位置決めした後、第１の固定部材および第２の固定部材が筒を形成するように、第２の固定部材を第１の固定部材に取り付けることができる。さらに、４つの内面によって周方向に位置が異なる４点で光ファイバの外周面を支持することによって、光ファイバをより安定的に保持することができる。【００１７】
上記第１の態様においては、前記第１の固定部材および前記第２の固定部材が、前記周方向の両端に前記長手方向の少なくとも一部に沿って面取り部を有し、前記第１の固定部材および前記第２の固定部材が、前記面取り部同士を密着させて密着状態に組み立てられていてもよい。
このようにすることで、第１の固定部材および第２の固定部材が互いに密着するように容易に組み立てることができる。【００１８】
上記第１の態様においては、前記光ファイバの外周面に、前記光ファイバの基端から前記固定部材の先端近傍まで前記外周面を被覆する金属被膜が設けられていてもよい。
このようにすることで、精密な接合に適した半田を固定部材と光ファイバとの接合に用いることができるので、組立精度をさらに向上することができる。また、金属被膜によって光ファイバを保護することができる。さらに、光ファイバを介して各振動部と電気的に接続される他の部材をグランド（ＧＮＤ）電極として使用することができるので、ＧＮＤ用のリード線を固定部材に直接接続する必要がなく、リード線の配線を容易にすることができる。【００１９】
上記第１の態様においては、前記光ファイバが、前記第１の径方向および前記第２の径方向に側面を有する角柱形状であってもよい。
このようにすることで、光ファイバの第１の径方向の振動および第２の径方向の振動を互いに確実に分離することができる。【００２０】
本発明の第２の態様は、照明光を発生する光源と、該光源に前記光ファイバの基端が接続される第１の態様に係る光ファイバスキャナとを備える照明装置である。
本発明の第３の態様は、第２の態様に係る照明装置と、該照明装置からの照明光が被写体に照射されることにより、被写体から戻る戻り光を検出する光検出部と、前記固定部材の前記第１の振動部および前記第２の振動部に前記電圧を供給する電圧供給部とを備える観察装置である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、組立精度を向上して安定した走査性能を得ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る観察装置の全体構成図である。
【図２】図１の観察装置の内視鏡の挿入部先端の内部構成を示す長手軸に沿った縦断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る光ファイバスキャナを先端側から長手軸方向に見た正面図である。
【図４】図３の固定部材を先端側から長手軸方向に見た正面図である。
【図５】図３の固定部材の変形例を先端側から長手軸方向に見た正面図である。
【図６】図３の固定部材の他の変形例を先端側から長手軸方向に見た正面図である。
【図７】図３の固定部材の他の変形例を先端側から長手軸方向に見た正面図である。
【図８】図３の固定部材の他の変形例を先端側から長手軸方向に見た正面図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る光ファイバスキャナを先端側から長手軸方向に見た正面図である。
【図１０】図９の固定部材を先端側から長手軸方向に見た正面図である。
【図１１】図１０の固定部材の変形例を先端側から長手軸方向に見た正面図である。
【図１２】図１０の固定部材の変形例を先端側から長手軸方向に見た正面図である。
【図１３】図８の固定部材の変形例を先端側から長手軸方向に見た分解正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
（第１の実施形態）
以下に、本発明の第１の実施形態に係る光ファイバスキャナ１、照明装置１０および観察装置１００について図１から図８を参照して説明する。
本実施形態に係る観察装置１００は、図１に示されるように、細長い挿入部２０ａを有する内視鏡２０と、該内視鏡２０に接続された制御装置本体３０と、該制御装置本体３０に接続されたディスプレイ４０とを備えている。観察装置１００は、内視鏡２０の挿入部２０ａの先端から射出される照明光を被写体Ａ上でスパイラル状の走査軌跡Ｂに沿って走査し、被写体Ａの画像を取得する光走査型内視鏡装置である。
【００２４】
観察装置１００は、図２に示されるように、被写体Ａに照明光を照射する照明装置１０と、照明光が照射されることによって被写体Ａから戻る戻り光を検出するフォトダイオードのような光検出器（光検出部）６０と、照明装置１０および光検出器６０を駆動制御する駆動制御装置（電圧供給部）７０とをさらに備えている。光検出器６０および駆動制御装置７０は制御装置本体３０内に設けられている。
【００２５】
照明装置１０は、制御装置本体３０内に設けられ照明光を発生する光源５０と、挿入部２０ａ内に設けられ、光源５０から発せられた照明光を導光して先端から射出する照明用の光ファイバ２を有する光ファイバスキャナ１と、光ファイバ２よりも先端側に配置され、光ファイバ２から射出された照明光を集光させる集光レンズ１１と、光ファイバスキャナ１および集光レンズ１１を収納する細長い筒状の枠体１２と、該枠体１２の外周面上に周方向に配列して設けられ、被写体Ａ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６０に導光する複数の検出用の光ファイバ１３とを備えている。
【００２６】
光ファイバスキャナ１は、図２および図３に示されるように、光ファイバ２と、光ファイバ２の外周面に固定された固定部材３と、該固定部材３よりも基端側において光ファイバ２に設けられ光ファイバ２を枠体１２に固定する固定部４とを備えている。
【００２７】
光ファイバ２は、マルチモードファイバまたはシングルモードファイバであり、長手軸を有する円柱状のガラス材からなる。光ファイバ２は、枠体１２の長手方向に沿って配され、枠体１２の基端から制御装置本体３０へ延びている。光ファイバ２の先端は枠体１２の内部の先端部近傍に配置され、光ファイバ２の基端は制御装置本体３０内の光源５０に接続されている。
【００２８】
固定部材３は、光ファイバ２の先端よりも該光ファイバ２の基端側の位置において光ファイバ２の外周面に設けられ、光ファイバ２の先端部分（以下、「突出部」という。）２ａが固定部材３の先端面から突出している。以下、光ファイバ２の長手方向をＺ方向とし、光ファイバ２の互いに直交する２つの径方向をＸ方向（第１の径方向）およびＹ方向（第２の径方向）とする。
【００２９】
ＸＹ平面における固定部材３の横断面形状は、図３および図４に示されるように、光ファイバ２の円筒状の外周面に互いに垂直な２つの平坦な内面５１ａ，５２ａで接するＬ字形状である。２つの内面５１ａ，５２ａと光ファイバ２の外周面は、接着剤によって固定されている。固定部材３は、全体にわたって均質な圧電材料（例えば、チタン酸ジルコン酸鉛）から形成され、継ぎ目の無い一体構造を有する。このような固定部材３は、例えば、角柱状の圧電材料から切り出すことによって作製される。
【００３０】
固定部材３は、光ファイバ２とＸ方向に隣接する第１の振動部５１と、光ファイバ２とＹ方向に隣接する第２の振動部５２と、第１の振動部５１と第２の振動部５２とを接続する接続部６とから構成されている。接続部６は、第１の振動部５１の第２の振動部５２側に位置する端部と、第２の振動部５２の第１の振動部５１側に位置する端部との間に設けられている。
【００３１】
固定部材３の先端側および基端側は、Ｚ方向に開放され、固定部材３の、光ファイバ２の第１の振動部５１とは反対側および第２の振動部５２とは反対側は、それぞれＸ方向およびＹ方向に開放されている。したがって、光ファイバ２と固定部材３との組立工程において、光ファイバ２を内面５１ａ，５２ａに向かって径方向に接近させて内面５１ａ，５２ａに突き当てることができるようになっている。
【００３２】
第１の振動部５１は、光ファイバ２の外周面に突き当たる平坦な第１の内面５１ａと、該第１の内面５１ａよりもＸ方向において外側に位置し、第１の内面５１ａと対向する第１の外面５１ｂとを有している。第１の内面５１ａは、光ファイバ２の外周面のＹ方向の接線に沿ってＺ方向に平行に配置されている。第１の内面５１ａおよび第１の外面５１ｂにはそれぞれ電極７１ａ，７１ｂが形成され、第１の内面５１ａと第１の外面５１ｂとの間の領域において圧電材料がＸ方向に分極している。これにより、第１の内面５１ａと第１の外面５１ｂとの間には、電極７１ａ，７１ｂ間の電圧の印加によってＺ方向に伸縮する第１の圧電活性領域５１ｃが形成されている。図中の矢印Ｐは、圧電材料の分極方向を示している。
【００３３】
第２の振動部５２は、光ファイバ２の外周面に突き当たる平坦な第２の内面５２ａと、該第２の内面５２ａよりもＹ方向において外側に位置し、第２の内面５２ａと対向する第２の外面５２ｂとを有している。第２の内面５２ａは、光ファイバ２の外周面のＸ方向の接線に沿ってＺ方向に平行に配置されている。第２の内面５２ａおよび第２の外面５２ｂにはそれぞれ電極７２ａ，７２ｂが形成され、第２の内面５２ａと第２の外面５２ｂとの間の領域において圧電材料がＹ方向に分極している。これにより、第２の内面５２ａと第２の外面５２ｂとの間には、電極７２ａ，７２ｂ間の電圧の印加によってＺ方向に伸縮する第２の圧電活性領域５２ｃが形成されている。
【００３４】
第１の振動部５１の電極７１ａ，７１ｂは、光ファイバ２の中心軸をＹ方向に跨ぐように配置されている。電極７１ａ，７１ｂは、光ファイバ２の中心軸の両側における寸法が等しくなるように配置されていることが好ましい。
第２の振動部５２の電極７２ａ，７２ｂは、光ファイバ２の中心軸をＸ方向に跨ぐように配置されている。電極７２ａ，７２ｂは、光ファイバ２の中心軸の両側における寸法が等しくなるように配置されていることが好ましい。
【００３５】
電極７１ｂにはＡ相用のリード線８Ａが接続され、電極７２ｂにはＢ相用のリード線８Ｂが接続され、電極７１ａまたは電極７２ａにはＧＮＤ用のリード線８Ｇが接続されている。リード線８Ａ，８Ｂ，８Ｇは、制御装置本体３０内の駆動制御装置７０に接続されている。電極７１ａ，７１ｂ，７２ａ，７２ｂとリード線８Ａ，８Ｂ，８Ｇとの接続には導電性接着剤または半田が使用される。
【００３６】
なお、図３および図４に示される電極７１ａ，７２ａは、内面５１ａ，５２ａ全面にそれぞれ形成されて互いに接続されているが、これに代えて、図５に示されるように、電極７１ａ，７２ａが内面５１ａ，５２ａの一部分のみにそれぞれ形成されて互いに分離されていてもよい。この場合には、ＧＮＤ用のリード線８Ｇは、電極７１ａおよび電極７２ａの各々に１本ずつ接続される。外面５１ｂ，５２ｂに形成される電極７１ｂ，７２ｂも、図５に示されるように、外面５１ｂ，５２ｂの一部分のみに形成されていてもよい。
【００３７】
固定部４は、円柱状の部材からなり、光ファイバ２の径方向外側に設けられている。固定部４の内周面は光ファイバ２の外周面と接着剤によって固定され、固定部４の外周面は枠体１２の内壁に固定されている。これにより、光ファイバ２が先端を自由端とする片持ち梁状に固定部４によって支持されている。
【００３８】
駆動制御装置７０は、Ａ相用のリード線８Ａを介して電極７１ｂに所定の駆動周波数を有するＡ相の交番電圧を印加し、Ｂ相用のリード線８Ｂを介して電極７２ｂ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。所定の駆動周波数は、光ファイバ２の突出部２ａの固有振動数と等しい周波数または固有振動数の近傍の周波数に設定される。ここで、駆動制御装置７０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Ａ相用のリード線８ＡおよびＢ相用のリード線８Ｂにそれぞれ供給する。
【００３９】
次に、このように構成された光ファイバスキャナ１、照明装置１０および観察装置１００の作用について説明する。
本実施形態に係る観察装置１００を用いて被写体Ａを観察するには、駆動制御装置７０を作動させ、光源５０から光ファイバ２に照明光を供給させるとともに、リード線８Ａ，８Ｂを介して電極７１ｂ，７２ｂに所定の駆動周波数を有する交番電圧を印加させる。
【００４０】
Ａ相の交番電圧が電極７１ｂに供給されて第１の圧電活性領域５１ｃにＸ方向に電圧が印加されると、第１の圧電活性領域５１ｃが分極方向に直交するＺ方向に伸縮振動し、固定部４の位置を節とし光ファイバ２の先端を腹とするＸ方向の屈曲振動が光ファイバ２の突出部２ａに励起され、光ファイバ２の先端がＸ方向に振動する。これにより、光ファイバ２の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。
【００４１】
Ｂ相の交番電圧が電極７２ｂに供給されて第２の圧電活性領域５２ｃにＹ方向に交番電圧が印加されると、第２の圧電活性領域５２ｃが分極方向に直交するＺ方向に伸縮振動し、固定部４の位置を節とし光ファイバ２の先端を腹とするＹ方向の屈曲振動が光ファイバ２の突出部２ａに励起され、光ファイバ２の先端がＹ方向に振動する。これにより、光ファイバ２の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。
【００４２】
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、光ファイバ２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Ａ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２ａの固有振動数と等しいまたは近傍の周波数であるので、突出部２ａを効率的に励振させることができる。
【００４３】
被写体Ａからの戻り光は、複数本の光ファイバ１３によって受光され、その強度が光検出器６０によって検出される。駆動制御装置７０は、照明光の走査周期と同期して光検出器６０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Ａの画像を生成する。生成された画像は、制御装置本体３０からディスプレイ４０に出力され該ディスプレイ４０に表示される。
【００４４】
ここで、光ファイバスキャナ１の組立方法について説明する。
本実施形態に係る光ファイバスキャナ１を組み立てるには、固定部材３の第１の内面５１ａおよび第２の内面５２ａに接着剤を塗布する。次に、第１の内面５１ａおよび第２の内面５２ａの両方に光ファイバ２の外周面が突き当たるように、光ファイバ２と固定部材３との相対位置を決定する。次に、接着剤を硬化させて光ファイバ２の外周面に固定部材３を固定する。これにより、光ファイバ２と固定部材３とを組み立てることができる。
【００４５】
この場合に、本実施形態によれば、光ファイバ２をＸ方向およびＹ方向に屈曲振動させるための２つの振動部５１，５２はそれぞれ、単一の部材から形成される固定部材３の一部分である。すなわち、第１の振動部５１と第２の振動部５２との相対位置は固定である。さらに、固定部材３が有する互いに垂直な２つの内面５１ａ，５２ａに光ファイバ２の外周面を突き当てることによって、固定部材３に対して光ファイバ２が所定の位置に位置決めされる。したがって、第１の振動部５１と第２の振動部５２と光ファイバ２との間の相対位置を一意に決めることができる。これにより、光ファイバスキャナ１の組立精度を向上し、所望の走査性能を有する光ファイバスキャナ１を安定的に製造することができるという利点がある。
【００４６】
本実施形態においては、固定部材３が、継ぎ目の無い一体構造からなることしたが、これに代えて、第１の振動部５１、第２の振動部５２および接続部６を構成する３個のブロックを互いに接合することによって、全体として単一の部材からなる固定部材３が形成されていてもよい。
【００４７】
本実施形態においては、接続部６の全体が圧電材料からなることとしたが、これに代えて、図６および図７に示されるように、接続部６の少なくとも一部分が、第１の振動部５１および第２の振動部５２のうち少なくとも一方よりも高い振動吸収性を有する振動吸収部材９から構成されていてもよい。図６の例においては、接続部６の一部分のみが振動吸収部材９から構成されている。図７の例においては、接続部６の全体が振動吸収部材９から構成されている。
【００４８】
このようにすることで、第１の圧電活性領域５１ｃと第２の圧電活性領域５２ｃとの間での振動の伝達を抑制することができる。振動吸収部材９の材料は、硬質な樹脂、例えばＰＥＥＫ、エンジニアプラスチックまたはエラストマであることが好ましい。
図６に示されるように、接続部６の一部分のみに振動吸収部材９を設ける場合には、振動吸収部材９は、接続部６のうち光ファイバ２とは反対側に位置する外側部分に設けられることが好ましい。このようにすることで、接続部６の加工を容易にすることができる。
【００４９】
本実施形態においては、単一の固定部材３を備えることとしたが、これに代えて、図８に示されるように、光ファイバ２を取り囲む四角筒を固定部材３と共に形成するように、固定部材（第１の固定部材）３と周方向に隣接して配置されるもう１つの固定部材（第２の固定部材）３０１をさらに備えていてもよい。
第２の固定部材３０１は、第１の固定部材３と同様に、ＸＹ平面において、光ファイバ２の外周面に互いに垂直な２つの平坦な内面５３ａ，５４ａで接するＬ字形状の横断面形状を有している。
【００５０】
第２の固定部材３０１は、第１の振動部５１とは反対側において光ファイバ２とＸ方向に隣接する第３の振動部５３と、第２の振動部５２とは反対側において光ファイバ２とＹ方向に隣接する第４の振動部５４と、第３の振動部５３と第４の振動部５４とを接続する接続部（第２の接続部）６０１とから構成されている。
【００５１】
第３の振動部５３は、第１の振動部５１と同様の構成を有している。すなわち、第３の振動部５３は、光ファイバ２をＸ径方向に挟んで第１の内面５１ａと対向し、光ファイバ２の外周面に突き当たる平坦な第３の内面５３ａを有している。第３の振動部５３の内面５３ａには、もう１本のＧＮＤ用のリード線８Ｇが接続される電極７３ａが形成され、第３の振動部５３の外面５３ｂには、もう１本のＡ相用のリード線８Ａが接続される電極７３ｂが形成されている。これにより、内面５３ａと外面５３ｂとの間には、Ｚ方向に伸縮する第３の圧電活性領域５３ｃが形成されている。
【００５２】
第４の振動部５４は、第２の振動部５２と同様の構成を有している。すなわち、第４の振動部５４は、光ファイバ２をＹ径方向に挟んで第２の内面５２ａと対向し、光ファイバ２ａの外周面に突き当たる平坦な第４の内面５４ａを有している。第４の振動部５４の内面５４ａには、電極７３ａと接続する電極７４ａが形成され、第４の振動部５４の外面５４ｂには、もう１本のＢ相用のリード線８Ｂが接続される電極７４ｂが形成されている。これにより、内面５４ａと外面５４ｂとの間には、Ｚ方向に伸縮する第４の圧電活性領域５４ｃが形成されている。
【００５３】
光ファイバスキャナの組立工程において、第１および第２の内面５１ａ，５２ａに光ファイバ２の外周面が突き当たるように光ファイバ２と第１の固定部材３との相対位置を決定した後、第２の固定部材３０１を、第３および第４の内面５３ａ，５４ａが光ファイバ２の外周面に突き当たるように、第１の固定部材３および光ファイバ２に対して位置決めする。このときに、周方向に隣接する第１の振動部５１の端部と第４の振動部５４の端部とが互いに密着し、周方向に隣接する第２の振動部５２の端部と第３の振動部５３の端部とが互いに密着するように、第２の固定部材３０１の周方向の両端部の形状が設計されている。次に、接着剤を硬化させて光ファイバ２の外周面に固定部材３，３０１を固定する。
【００５４】
本変形例によれば、光ファイバ２の外周面を全周にわたって覆う固定部材３，３０１によって、光ファイバ２を保護することができる。また、光ファイバ２は、Ｘ方向およびＹ方向にそれぞれ２つの圧電活性領域５１ｃ，５３ｃ；５２ｃ，５４ｃの伸縮振動によって振動させられるので、より大きな振動振幅を得ることができる。
【００５５】
（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１０１、照明装置および観察装置について図９から図１２を参照して説明する。本実施形態においては、第１の実施形態と異なる構成について主に説明し、第１の実施形態と共通する構成については同一の符号を付して説明を省略する。
【００５６】
本実施形態に係る光ファイバスキャナ１０１は、図９および図１０に示されるように、固定部材３１が、第１の振動部５１とは反対側において光ファイバ２とＸ方向に隣接する第３の振動部５３と、第３の振動部５３と第２の振動部５２とを接続するもう１つの接続部６１とをさらに有している点で、第１の実施形態と異なっている。
【００５７】
接続部６１は、第３の振動部５３の第２の振動部５２側に位置する端部と、第２の振動部５２の第３の振動部５３側に位置する端部との間に設けられている。したがって、ＸＹ平面における固定部材３１の横断面形状は、２つの直角の角を有するＵ字形状であり、固定部材３１は、光ファイバ２の第２の振動部５２とは反対側において開放されている。固定部材３１は、全体にわたって均質な圧電材料（例えば、チタン酸ジルコン酸鉛）から形成され、継ぎ目の無い一体構造を有する。このような固定部材３１は、例えば、角柱状の圧電材料から切り出すことによって作製される。
【００５８】
第３の振動部５３は、光ファイバ２の外周面に突き当たる平坦な第３の内面５３ａと、該第３の内面５３ａよりもＸ方向において外側に位置し、第３の内面５３ａと対向する第３の外面５３ｂとを有している。したがって、光ファイバ２は、３つの内面５１ａ，５２ａ，５３ａによって囲まれた空間内に配置され、光ファイバ２の外周面は、周方向に９０°ずつずれた３点において内面５１ａ，５２ａ，５３ａによって支持されている。
【００５９】
光ファイバ２の第２の振動部５２とは反対側における開口のＸ方向の幅寸法Ｗは、光ファイバ２の直径以上である。したがって、光ファイバスキャナ１０１の組立工程において、３つの内面５１ａ，５２ａ，５３ａに囲まれる空間内に光ファイバ２を径方向に挿入することができるようになっている。
【００６０】
第３の内面５３ａは、光ファイバ２の外周面のＹ方向の接線に沿ってＺ方向に平行に配置されている。第１の内面５１ａおよび第３の内面５３ａのＹ方向における高さ寸法Ｈは、光ファイバ２の中心軸が３つの内面５１ａ，５２ａ，５３ａに囲まれる空間内に位置するように、光ファイバ２の半径よりも大きくなっている。
【００６１】
第３の内面５３ａおよび第３の外面５３ｂにはそれぞれ電極７３ａ，７３ｂが形成され、第３の内面５３ａと第３の外面５３ｂとの間の領域において圧電材料がＸ方向に分極している。これにより、第３の内面５３ａと第３の外面５３ｂとの間には、電極７３ａ，７３ｂ間の電圧の印加によってＺ方向に伸縮する第３の圧電活性領域５３ｃが形成されている。電極７３ａ，７３ｂは、光ファイバ２の中心軸をＹ方向に跨ぐように配置されている。電極７３ａ，７３ｂは、光ファイバ２の中心軸の両側における寸法が等しくなるように配置されていることが好ましい。電極７３ａ，７３ｂは、図５に示される電極７１ａ，７２ａ，７１ｂ，７２ｂのように、内面５３ａおよび外面５３ｂの一部分のみにそれぞれ形成されていてもよい。
【００６２】
電極７３ｂにはＡ相用のもう１つのリード線８Ａが接続されている。駆動制御装置７０は、Ａ相用のリード線８Ａを介して電極７３ｂにＡ相の交番電圧を印加する。ここで、第１の圧電活性領域５１ｃの分極方向と第３の圧電活性領域５３ｃの分極方向は、Ｘ方向の同一の側を向いている。したがって、電極７１ｂおよび電極７３ｂにＡ相の交番電圧が同時に印加されると、第１の圧電活性領域５１ｃおよび第３の圧電活性領域５３ｃ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、光ファイバ２の突出部２ａにＸ方向の屈曲振動が励起されるようになっている。
【００６３】
第１および第３の圧電活性領域５１ｃ，５３ｃのＸ方向における厚さ寸法（すなわち、電極７１ａ，７１ｂ間の距離および電極７３ａ，７３ｂ間の距離）ならびに第２の圧電活性領域５２ｃのＹ方向における厚さ寸法（すなわち、電極７２ａ，７２ｂ間の距離）は、互いに等しくなっている。駆動制御装置７０は、Ａ相の交番電圧の大きさの２倍の大きさを有するＢ相の交番電圧を電極７２ｂに供給する。これにより、第１の振動部５１および第３の振動部５３によるＸ方向の屈曲振動の振幅と、第２の振動部５２によるＹ方向の屈曲振動の振幅とが互いに等しくなり、光の走査軌跡全体の形状が真円状となる。
【００６４】
このような光ファイバスキャナ１０１を組み立てるには、固定部材３１の第１の内面５１ａ、第２の内面５２ａおよび第３の内面５３ａに接着剤を塗布する。次に、３つの内面５１ａ，５２ａ，５３ａによって囲まれる空間内に光ファイバ２を径方向に挿入し、第１の内面５１ａ、第２の内面５２ａおよび第３の内面５３ａの全てに光ファイバ２の外周面が突き当たるように、光ファイバ２と固定部材３１との相対位置を決定する。次に、接着剤を硬化させて光ファイバ２の外周面に固定部材３１を固定する。これにより、光ファイバ２と固定部材３１とを組み立てることができる。
【００６５】
この場合に、本実施形態によれば、光ファイバ２をＸ方向およびＹ方向に屈曲振動させるための３つの振動部５１，５２，５３はそれぞれ、単一の部材から形成される固定部材３の一部分である。すなわち、第１の振動部５１と第２の振動部５２と第３の振動部５３との相対位置は固定である。さらに、固定部材３１が有する３つの内面５１ａ，５２ａ，５３ａに光ファイバ２の外周面を突き当てることによって、固定部材３１に対して光ファイバ２が所定の位置に位置決めされる。したがって、第１の振動部５１と第２の振動部５２と第３の振動部５３と光ファイバ２との間の相対位置を一意に決めることができる。これにより、光ファイバスキャナ１０１の組立精度を向上し、所望の走査性能を有する光ファイバスキャナ１０１を安定的に製造することができるという利点がある。
【００６６】
本実施形態においては、３つの圧電活性領域５１ｃ，５２ｃ，５３ｃの厚さ寸法が全て等しいこととしたが、これに代えて、図１１に示されるように、第２の圧電活性領域５２ｃが第１および第３の圧電活性領域５１ｃ，５３ｃよりも大きな厚さ寸法を有していてもよい。
このようにすることで、突出部２ａのＸ方向における屈曲振動の共振周波数とＹ方向における屈曲振動の共振周波数とが近くなるので、突出部２ａをより安定的に屈曲振動させることができ、より安定した走査軌跡Ｂを得ることができる。
【００６７】
さらに、第２の圧電活性領域５２ｃが第１および第３の圧電活性領域５１ｃ，５３ｃの各々の２倍の厚さ寸法を有する場合には、Ａ相およびＢ相の交番電圧の大きさが等しいときにＸ方向およびＹ方向における突出部２ａの屈曲振動の振幅が等しくなる。すなわち、全ての電極７１ｂ，７２ｂ，７３ｂに等しい大きさの交番電圧を供給すればよいので、交番電圧の制御を容易にすることができる。
【００６８】
本実施形態においては、第３の振動部５３に代えて、圧電材料以外の材料からなる支持部材が設けられていてもよい。この場合にも、光ファイバ２の外周面が周方向の３点で固定部材３１によって支持されるように、支持部材が、光ファイバ２の外周面と接触する内面（第３の内面）を有する。
本実施形態においては、図６および図７に示されるような振動吸収部材９が、接続部６，６１に設けられていてもよい。
【００６９】
本実施形態においては、単一の固定部材３１を備えることとしたが、これに代えて、図１２に示されるように、光ファイバ２を取り囲む四角筒を固定部材３１と共に形成するように、固定部材（第１の固定部材）３１と周方向に隣接して配置されるもう１つの固定部材（第２の固定部材）３１１をさらに備えていてもよい。
第２の固定部材３１１は、光ファイバ２の外周面に平坦な内面５４ａで接する平板状であり、第２の振動部５２とは反対側において光ファイバ２とＹ方向に隣接する第４の振動部５４を備える。
【００７０】
第４の振動部５４は、第１の実施形態において説明した図８の第４の振動部５４と同様の構成を有している。すなわち、本変形例における第４の振動部５４は、光ファイバ２をＹ径方向に挟んで第２の内面２ａと対向する平坦な第４の内面５４ａを有し、内面５４ａと外面５４ｂとの間には、Ｚ方向に伸縮する第４の圧電活性領域５４ｃが形成されている。
【００７１】
光ファイバスキャナの組立工程において、第１、第２および第３の内面５１ａ，５２ａ，５３ａに光ファイバ２の外周面が突き当たるように光ファイバ２と第１の固定部材３１との相対位置を決定した後、第２の固定部材３１１を、第４の内面５４ａが光ファイバ２の外周面に突き当たるように、第１の固定部材３１および光ファイバ２に対して位置決めする。このときに、周方向に隣接する第１の振動部５１の端部と第４の振動部５４の端部とが互いに密着し、周方向に隣接する第３の振動部５３の端部と第４の振動部５４の端部とが互いに密着するように、第２の固定部材３１１の両端部の形状が設計されている。次に、接着剤を硬化させて光ファイバ２の外周面に固定部材３１，３１１を固定する。
【００７２】
本変形例によれば、光ファイバ２の外周面を全周にわたって覆う固定部材３，３０１によって、光ファイバ２を保護することができる。また、光ファイバ２は、Ｘ方向およびＹ方向にそれぞれ２つの圧電活性領域５１ｃ，５３ｃ；５２ｃ，５４ｃの伸縮振動によって振動させられるので、より大きな振動振幅を得ることができる。
【００７３】
上述した第１および第２の実施形態においては、基端から固定部材３，３１の先端近傍まで外周面が金属被膜によって被覆された光ファイバ２を使用してもよい。
このようにすることで、光ファイバ２と固定部材３，３１の内面５１ａ，５２ａ，５３ａとの接合に、精密な接合に好適な半田を使用することができるので、光ファイバスキャナ１，１０１の組立精度をさらに向上することができる。また、金属被膜によって光ファイバ２を保護することができ、組み立て時における光ファイバ２の破損を防ぐことができる。さらに、内面５１ａ，５２ａ，５３ａの電極７１ａ，７２ａ，７３ａが金属被膜を介して固定部４と電気的に接続されるので、電極７１ａ，７２ａ，７３ａではなく固定部４に単一のＧＮＤ用のリード線８Ｇを接続して固定部４を共通のＧＮＤ電極として機能させることが可能となる。これにより、リード線８Ｇの配線作業を容易にすることができるという利点がある。
【００７４】
上述した第１のおよび第２の実施形態において、図８および図１２に示されるような角筒を形成する２つの固定部材３，３０１；３１，３１１を備える場合には、図１３に示されるように、各固定部材３，３０１の周方向の端部に面取り部１４，１５が設けられていてもよい。
面取り部１４，１５は、第１の固定部材３と第２の固定部材３０１とを角筒状に組み立てたときに互いに密着するように、形成されている。図１３には、平坦な面取り部１４，１５が示されているが、面取り部１４，１５は、凹凸を有してもよく、曲面であってもよい。また、面取り部１４，１５は、固定部材３，３０１の長手方向の全長にわたって形成されていてもよく、長手方向の一部分のみに形成されていてもよい。
このように面取り部１４，１５を設けることによって、２つの固定部材３，３０１を互いに容易に密着状態に組み立てることができる。
【００７５】
上述した第１および第２の実施形態においては、光ファイバ２が円柱状であることとしたが、これに代えて、図１３に示されるように、Ｘ方向に対向する２つの側面とＹ方向に対向する２つの側面とを有する四角柱状の光ファイバ２１を用いてもよい。光ファイバ２１は、少なくとも２つの側面が固定部材の２つの内面５１ａ，５２ａと突き当たるように、固定部材に対して位置決めされる。図１３には、一例として、四角柱状の光ファイバ２１と２つの固定部材３，３０１との組み合わせが示されているが、光ファイバ２１を、これまで説明したいずれの固定部材と組み合わせてもよい。
このように、四角柱状の光ファイバ２１を用いることによって、光ファイバ２のＸ方向の振動およびＹ方向の振動を互いに確実に分離することができる。
【符号の説明】
【００７６】
１，１０１  光ファイバスキャナ
２  光ファイバ
３，３１  固定部材
４  固定部
５１，５２，５３  振動部
５１ａ，５２ａ，５３ａ  内面
５１ｂ，５２ｂ，５３ｂ  外面
５１ｃ，５２ｃ，５３ｃ  圧電活性領域
６，６１  接続部
７１ａ，７１ｂ，７２ａ，７２ｂ，７３ａ，７３ｂ  電極
８Ａ，８Ｂ，８Ｇ  リード線
９  振動吸収部材
１０  照明装置
１１  集光レンズ
１２  枠体
１３  光ファイバ
２０  内視鏡
２０ａ  挿入部
３０  制御装置本体
４０  ディスプレイ
５０  光源
６０  光検出器（光検出部）
７０  駆動制御装置（電圧供給部）
１００  観察装置
Ａ  被写体
Ｂ  走査軌跡
【図１】
2017168809.tif 000003
【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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【国際調査報告】
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