(57)【要約】【課題】光走査装置において、幅方向（径方向）の小型化をさらに進める。【解決手段】第１走査部１０２は可動反射面１１１を有しており、第２走査部１０４も可動反射面１１１を有している。第１走査部１０２の可動反射面１１１は、第１の回転軸を中心に回転可能になっている。また第２走査部１０４の可動反射面１１１は、第２の回転軸を中心に回転可能である。第２の回転軸は、第１の回転軸とは異なる方向を向いている。第１固定反射面３１０は、第１走査部１０２の可動反射面１１１によって反射された光を、第２走査部１０４の可動反射面１１１に向けて反射する。そして、第１固定反射面３１０は、中立状態にある第１走査部１０２の可動反射面１１１、及び中立状態にある第２走査部１０４の可動反射面１１１のいずれとも平行ではない。【選択図】図１
2015022287.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の回転軸を中心に回転可能である第１可動反射面と、
前記第１の回転軸とは異なる方向を向いている第２の回転軸を中心に回転可能である第２可動反射面と、
前記第１可動反射面によって反射された光を前記第２可動反射面に向けて反射する第１固定反射面と、
を備え、
前記第１固定反射面は、中立状態の前記第１可動反射面及び中立状態の前記第２可動反射面のいずれとも平行ではない光走査装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光走査装置において、
前記第１固定反射面は、前記第２可動反射面に対向する向きに傾斜しており、
第１固定反射面の中心から前記第１可動反射面の中心までの距離は、前記第１固定反射面の中心から前記第２可動反射面の中心までの距離よりも短い光走査装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の光走査装置において、
前記第１可動反射面へ入射する光の入射角をθＩＮ、中立状態の前記第１可動反射面に対する前記第１固定反射面の角度をθＲ、前記第１固定反射面から前記第２可動反射面に入射する光の入射角をθＹとすると、以下の式（１）を満たす光走査装置。
【数１】
2015022287.tif 000010
【請求項４】
請求項１又は２に記載の光走査装置において、
光路において前記第１可動反射面を介して前記第１固定反射面とは逆側に配置された第２固定反射面と、
光路において前記第２可動反射面を介して前記第１固定反射面とは逆側に配置された第３固定反射面と、
を備える光走査装置。
【請求項５】
請求項４に記載の光走査装置において、中立状態の可動反射面１１１に対する第２固定反射面３１２の角度をθｖ、中立状態の可動反射面１１１に対する第３固定反射面３１４の角度をθｗ、前記第１可動反射面へ入射する光の入射角をθＩＮ、前記第１固定反射面から前記第２可動反射面に入射する光の入射角をθＹとすると、以下の式（２）及び式（３）を満たす光走査装置。
【数２】
2015022287.tif 000011
【数３】
2015022287.tif 000012
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の光走査装置において、
前記第１可動反射面の前記第１の回転軸は、前記光走査装置内における光路に沿う方向を向いており、
前記第２可動反射面の前記第２の回転軸は、前記光路に交わる方向を向いている光走査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光走査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術の開発が進んでいる。ＭＥＭＳ技術を用いた装置の一つに、光を走査する光走査装置がある。光走査装置は、レーザプリンタ、バーコードリーダ、及び内視鏡など、様々な機器に利用されている。
【０００３】
このような光走査装置の一つに、特許文献１に記載の装置がある。この装置は、２つの可動ミラーの間に反射表面を配置したものである。第１の可動ミラーは第１の回転軸を中心に回転し、第２の可動ミラーは第２の回転軸を中心に回転する。第１の回転軸と第２の回転軸は互いに平行ではない。そして、光走査装置に入社した光は、第１の可動ミラーで反射された後、反射表面によって第２の可動ミラーに向けて反射される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００８−５１４９７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＭＥＭＳ技術は、装置を小型化するのに有効である。しかし、本発明者は、特許文献１に記載の光走査装置では、幅方向（径方向）の小型化には限界がある、と考えた。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、光走査装置において、幅方向（径方向）の小型化をさらに進めることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に記載の光走査装置は、第１走査部、第２走査部、及び第１固定反射面を備えている。第１走査部は第１可動反射面を有しており、第２走査部１０４も第２可動反射面を有している。第１可動反射面は第１の回転軸を中心に回転可能になっている。第２可動反射面は第２の回転軸を中心に回転可能である。第２の回転軸は、第１の回転軸とは異なる方向を向いている。第１固定反射面は、第１可動反射面によって反射された光を、第２可動反射面に向けて反射する。そして、第１固定反射面は、中立状態にある第１可動反射面及び中立状態にある第２可動反射面のいずれとも平行ではない。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、光走査装置において、幅方向（径方向）の小型化をさらに進めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態に係る光走査装置の構成を示す図である。
【図２】第１走査部の詳細構造の一例を示す平面図である。
【図３】第２の実施形態に係る光走査装置の構成を示す図である。
【図４】第３の実施形態に係る光走査装置の構成を示す図である。
【図５】第４の実施形態に係る光走査装置の要部の構成を示す図である。
【図６】第５の実施形態に係る内視鏡装置の構成を示す図である。
【図７】比較例に係る光走査装置の構成を示す図である。
【図８】図７に示した光走査装置の要部を情報から見た図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００１１】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る光走査装置１０の構成を示す図である。本実施形態に係る光走査装置１０は、第１走査部１０２、第２走査部１０４、及び第１固定反射面３１０を備えている。第１走査部１０２は可動反射面１１１（第１可動反射面）を有しており、第２走査部１０４も可動反射面１１１（第２可動反射面）を有している。第１走査部１０２の可動反射面１１１は、第１の回転軸を中心に回転可能になっている。また第２走査部１０４の可動反射面１１１は、第２の回転軸を中心に回転可能である。第２の回転軸は、第１の回転軸とは異なる方向を向いている。第１固定反射面３１０は、第１走査部１０２の可動反射面１１１によって反射された光を、第２走査部１０４の可動反射面１１１に向けて反射する。そして、第１固定反射面３１０は、中立状態にある第１走査部１０２の可動反射面１１１、及び中立状態にある第２走査部１０４の可動反射面１１１のいずれとも平行ではない。ここで、可動反射面１１１が中立状態にある、とは、例えば可動反射面１１１の駆動信号が光走査装置１０に入力されていないときを示している。以下、詳細に説明する。
【００１２】
第１走査部１０２及び第２走査部１０４は、いずれもＭＥＭＳ技術を用いて形成されている。第１走査部１０２の可動反射面１１１及び第２走査部１０４の可動反射面１１１は、中立状態において互いに平行になっている。
【００１３】
第１固定反射面３１０は、光学部材３００が有する一つの面である。そして第１固定反射面３１０は、光学部材３００の外面に金属膜（例えばＡｌ膜）を蒸着法などで形成したものである。光学部材３００は、例えば、セラミックス、金属、ガラス、又 は樹脂により形成されている。
【００１４】
そして光走査装置１０には、導光部４００から光が入射する。導光部４００から入射された光は、第１走査部１０２の可動反射面１１１で反射した後、第１固定反射面３１０に向かう。このとき、第１走査部１０２の可動反射面１１１の角度が変わることにより、光は、第１走査部１０２の可動反射面１１１の回転軸（第１の回転軸）に直交する方向に走査される。
【００１５】
第１固定反射面３１０に向かった光は、第１固定反射面３１０で第２走査部１０４の可動反射面１１１に向けて反射される。第２走査部１０４の可動反射面１１１に向かった光は、第２走査部１０４の可動反射面１１１で反射した後、観察対象５００に向けて光走査装置１０の外部の観察対象５００に向けて出射する。このとき、第２走査部１０４の可動反射面１１１の角度が変わることにより、光は、第２走査部１０４の可動反射面１１１の回転軸（第２の回転軸）に直交する方向に走査される。
【００１６】
なお、第１の回転軸は、光走査装置１０内における光路に沿う方向を向いており、第２の回転軸は、この光路に交わる方向（例えば直交する方向）を向いているのが好ましい。ただし、第１の回転軸は光路に交わる方向を向いていても良い。この場合、第２の回転軸は、例えば光路に沿う方向を向いている。
【００１７】
逆に観察対象５００で発生した光（例えば蛍光又は反射光）は、第２走査部１０４の可動反射面１１１、第１固定反射面３１０、及び第１走査部１０２の可動反射面１１１の順に反射された後、導光部４００の光ファイバーを介して外部に取り出される。
【００１８】
なお、本図に示す例において、第１固定反射面３１０は、第２走査部１０４の可動反射面１１１に対向する向きに傾斜している。このため、第２走査部１０４の可動反射面１１１への光の入射角度θＹは、第１走査部１０２の可動反射面１１１への光の入射角度θＩＮよりも大きくなっている。そして、第１固定反射面３１０の中心から第２走査部１０４の可動反射面１１１の中心までの距離は、第１固定反射面３１０の中心から第１走査部１０２の可動反射面１１１の中心までの距離よりも短い。
【００１９】
図２は、第１走査部１０２の詳細構造の一例を示す平面図である。本図に示す第１走査部１０２は、一つの基板、例えばシリコン基板を加工することにより形成されている。第１走査部１０２は、可動電極１１０、支持部１４０、支持軸１３０、及び２つの固定電極１２０を備えている。支持軸１３０は、可動電極１１０を支持部１４０に取り付けており、かつ可動電極１１０の回転軸となる。２つの固定電極１２０は、可動電極１１０を介して互いに対向しており、可動電極１１０の回転軸と交わる方向に並んでいる。
【００２０】
可動電極１１０の平面形状は矩形であるが、固定電極１２０と対向する辺（図２においてＹ方向に伸びている辺）は、櫛歯形状となっている。支持部１４０は、可動電極１１０の４辺のうち固定電極１２０と対向していない２つの辺（図２においてＸ方向に伸びている辺）それぞれに対向している。支持軸１３０は、可動電極１１０のうち支持部１４０と対向している２辺それぞれに対して設けられている。詳細には、支持軸１３０は、可動電極１１０のうち支持部１４０と対向している辺の中心に接続している。そして２つの支持軸１３０を結ぶ線が、可動電極１１０の回転軸となっている。本実施形態では、支持部１４０、可動電極１１０、及び支持軸１３０は一体的に形成されている。
【００２１】
固定電極１２０のうち可動電極１１０と対向する辺は、櫛歯形状となっており、可動電極１１０の櫛歯部分とかみ合っている。このため、固定電極１２０と可動電極１１０は、互いに対向する部分の面積が大きくなり、その結果、可動電極１１０の駆動力は大きくなる。
【００２２】
また、固定電極１２０は、一部が可動電極１１０と支持部１４０の間に伸びている。その伸びている部分の先端は、支持軸１３０に対向している。
【００２３】
第１走査部１０２の可動電極１１０は、例えば上面が可動反射面１１１になっている。可動反射面１１１は、例えば可動電極１１０の上面に金属膜（例えばＡｌ膜）を形成することにより、形成されている。そして可動電極１１０の角度を変えることにより、可動電極１１０に入射してきた光の反射角を変える。可動電極１１０の角度は、制御部２００によって制御される。
【００２４】
なお、第２走査部１０４の詳細構造は、平面視における向きが９０°異なっている点を除いて、第１走査部１０２の詳細構造と同様である。
【００２５】
次に、本実施形態の効果について、図７に示した比較例を用いて説明する。この比較例に係る光走査装置１２は、光学部材３００の第１固定反射面３１０が、中立状態の可動反射面１１１に対して平行になっている点を除いて、図１に示した光走査装置１０と同様の構成である。そして図８は、図７に示した光走査装置１２の要部を上方から見た図である。
【００２６】
導光部４００から第１走査部１０２の可動反射面１１１への入射角をθＩＮ、第１走査部１０２の可動反射面１１１と第２走査部１０４の可動反射面１１１の間の距離をＬ、可動反射面１１１を基準にしたときの第１固定反射面３１０の高さをｇとすると、以下の式（１）が成立する。
【００２７】
【数１】
2015022287.tif 000003
【００２８】
式（１）から、ｇを小さくすると、Ｌも小さくなることが分かる。一方、２つの可動反射面１１１はある程度の大きさを有しているため、距離Ｌを小さくすることには限界がある。このため、ｇを小さくすること、すなわち光走査装置１０の幅（径）を小さくすることには限界がある。
【００２９】
これに対して本実施形態では、第１固定反射面３１０は、中立状態の可動反射面１１１に対して傾斜している。従って、第１固定反射面３１０から第２走査部１０４の可動反射面１１１に入射する光の入射角θＹを、導光部４００から第１走査部１０２の可動反射面１１１への入射角θＩＮよりも大きくすることができる。従って、可動反射面１１１を基準にしたときの第１固定反射面３１０の高さｇを大きくしなくても、距離Ｌを離すことができる。言い換えると、距離Ｌを小さくしなくても、高さｇを小さくすること（光走査装置１０の幅（径）を小さくすること）ができる。
【００３０】
また、第１走査部１０２の可動反射面１１１の回転軸（第１の回転軸）は、光走査装置１０内における光路に沿う方向を向いており、第２走査部１０４の可動反射面１１１の回転軸（第２の回転軸）は、この光路に交わる方向（例えば直交する方向）を向いている。従って、第１固定反射面３１０を傾斜させても、光路に直交する方向における光の走査範囲には大きな影響が生じない。
【００３１】
一方、図７に示す比較例において、第２走査部１０４の可動反射面１１１の傾斜角をθＴ、第２走査部１０４による走査角度θＮとすると、以下の式（２）が成立する。
【００３２】
【数２】
2015022287.tif 000004
【００３３】
この式（２）から、第２走査部１０４による走査角度θＮは、第２走査部１０４の可動反射面１１１の傾斜角θＴに比例することが分かる。
【００３４】
一方、第１走査部１０２の可動反射面１１１の傾斜角をθＳ、第１走査部１０２による走査角度θＭとすると、以下の式（３）が成立する。
【００３５】
【数３】
2015022287.tif 000005
【００３６】
この式（３）によれば、ｔａｎθＭはｔａｎ（π／２−θＩＮ）に比例する。従って、光の入射角θＩＮが大きくなると、第１走査部１０２による走査角度θＭは小さくなってしまう。
【００３７】
そして、式（１）から、ｔａｎ（π／２−θＩＮ）を大きくするためには、Ｌを小さくするか、ｇを大きくする必要がある。Ｌを小さくすることには限界があり、また、ｇを大きくすると、光走査装置１０は大きくなってしまう。
【００３８】
例えば、θＳが１０度である場合、θｉｎが４５度のときはθＭは約１８．９度、θｉｎが８０度のときはθＭは約３．４５度である。なお、この条件において、Ｌが２ｍｍのとき、ｇは１ｍｍとなる。
【００３９】
これに対し、図１において、導光部４００から第１走査部１０２の可動反射面１１１へ入射する光の入射角をθＩＮ、中立状態の可動反射面１１１に対する第１固定反射面３１０の角度をθＲ、第１固定反射面３１０から第２走査部１０４の可動反射面１１１に入射する光の入射角をθＹ、２つの可動反射面１１１の距離をＬ、可動反射面１１１を基準にしたときの第１固定反射面３１０のうち光が当たる部分の高さをｇとすると、以下の式（４）及び式（５）が成立する。
【００４０】
【数４】
2015022287.tif 000006
【数５】
2015022287.tif 000007
【００４１】
そして、Ｌを２ｍｍとして、θｉｎを４５度とした場合、θＲを１２．５度にすると、θＹは８０度となり、θＭは約１８．９度となり、ｇは約０．５３ｍｍとなる。すなわち、比較例に対して、第１走査部１０２による走査角度及びＬを維持したまま、ｇを約半分にすることができる。
【００４２】
（第２の実施形態）
図３は、第２の実施形態に係る光走査装置１０の構成を示す図である。本実施形態に係る光走査装置１０は、第１走査部１０２及び第２走査部１０４が同一の基板１００に形成されている点を除いて、第１の実施形態に係る光走査装置１０と同様の構成である。
【００４３】
本実施形態によっても、第１の実施形態と同様の効果が得られる。また、第１走査部１０２及び第２走査部１０４が同一の基板１００に形成されているため、光走査装置１０の組み立てが容易になる。また、第１走査部１０２の可動反射面１１１と第２走査部１０４の可動反射面１１１を同一の平面に位置させることができる。
【００４４】
（第３の実施形態）
図４は、第３の実施形態に係る光走査装置１０の構成を示す図である。本実施形態に係る光走査装置１０は、光学部材３０２，３０４を備えている点を除いて、第１の実施形態又は第２の実施形態に係る光走査装置１０と同様の構成である。
【００４５】
光学部材３０２は、光路において導光部４００と第１走査部１０２の間に位置しており、光学部材３０４は、光路において第２走査部１０４と観察対象５００の間に位置している。光学部材３０２，３０４は、例えばセラミックス、金属、ガラス、又は樹脂により形成されている。光学部材３０２は第２固定反射面３１２を有しており、光学部材３０４は第３固定反射面３１４を有している。第２固定反射面３１２は、導光部４００から入射した光を第１走査部１０２の可動反射面１１１に向けて反射し、また可動反射面１１１から光学部材３０２に向かう光を導光部４００に向けて反射する。第３固定反射面３１４は、第２走査部１０４の可動反射面１１１から光学部材３０４に向かう光を観察対象５００に向けて反射し、また、観察対象５００から入射した光を第２走査部１０４の可動反射面１１１に向けて反射する。
【００４６】
なお、本図に示す例において、第２固定反射面３１２は第１固定反射面３１０よりも第１走査部１０２から離れており、第１固定反射面３１０は第３固定反射面３１４よりも基板から離れている。ただし、基板１００から各固定反射面までの距離は、本図に示す例に限定されない。
【００４７】
中立状態の可動反射面１１１に対する第２固定反射面３１２の角度をθｖ、中立状態の可動反射面１１１に対する第３固定反射面３１４の角度をθｗとすると、以下の式（６）及び式（７）が成立する。
【００４８】
【数６】
2015022287.tif 000008
【数７】
2015022287.tif 000009
【００４９】
本実施形態においても、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００５０】
（第４の実施形態）
図５は、第４の実施形態に係る光走査装置１０の要部の構成を示す図である。本実施形態に係る光走査装置１０は、第２固定反射面３１２及び第３固定反射面３１４が光学部材３００に形成されている点を除いて、第３の実施形態に係る光走査装置１０と同様の構成である。
【００５１】
詳細には、第１固定反射面３１０、第２固定反射面３１２、及び第３固定反射面３１４は、光学部材３００の外面のうち基板１００に対向している面に金属膜（例えばＡｌ膜）を蒸着法などで形成したものである。本図に示す例において、第１固定反射面３１０、第２固定反射面３１２、及び第３固定反射面３１４は、いずれも平面であるが、向きが互いに異なる。
【００５２】
本実施形態によっても、第３の実施形態と同様の効果が得られる。また、第１固定反射面３１０、第２固定反射面３１２、及び第３固定反射面３１４が一つの光学部材３００に形成されているため、光走査装置１０の組み立てが容易になる。
【００５３】
（第５の実施形態）
図６は、第５の実施形態に係る内視鏡装置４０の構成を示す図である。本実施形態に係る内視鏡装置４０は、共焦点光学系の内視鏡装置であり、光走査装置１０、光源４２０、ダイクロイックミラー４３０、光ファイバー４４０、光検出部４５０、ＡＤ変換部４６０、及び画像処理部４７０を備えている。光走査装置１０は、ケース４１０の中に収容されている。ケース４１０は、内視鏡装置４０の先端部を構成しており、その先端にレンズ４１２を有している。光源４２０は、例えばレーザ光源である。
【００５４】
本実施形態において、光走査装置１０は、基板１００、光学部材３００、制御部２００、及び配線基板４８０を有している。光学部材３００の構造は、第１〜第３の実施形態のいずれかと同様である。本図に示す例では、第１の実施形態と同様の場合を示している。また、本図に示す例では、基板１００はＳＯＩ（Silicon ON Insulator）基板である。そして第１走査部１０２及び第２走査部１０４は、基板１０１の上側のシリコン層を用いて形成されている。そして、基板１００は、配線基板４８０上に実装されている。また、配線基板４８０上には、制御部２００も実装されている。制御部２００は、例えば半導体ベアチップであり、基板１００と共に配線基板４８０上に実装されている。
【００５５】
次に、内視鏡装置４０の動作について説明する。光源４２０が生成した光は、ダイクロイックミラー４３０で反射され、光ファイバー４４０に入射する。光ファイバー４４０は、入射した光を光学部材３００の第２固定反射面３１２に向けて出射する。第２固定反射面３１２に入射した光は、第１走査部１０２、第１固定反射面３１０、第２走査部１０４、及び第３固定反射面３１４を介して、レンズ４１２から観察対象に向けて出射する。このとき、制御部２００が第１走査部１０２及び第２走査部１０４を制御することにより、観察対象に向けて出射する光の向きが制御される。
【００５６】
観察対象には、予め蛍光体の分子が含浸されている。この蛍光体の分子は、レーザ光で励起されることにより蛍光発光する。この蛍光発光した光は、レンズ４１２を介して第３固定反射面３１４、第２走査部１０４、第１固定反射面３１０、第１走査部１０２、及び第２固定反射面３１２を介して光ファイバー４４０に入射する。光ファイバー４４０に入射した光は、ダイクロイックミラー４３０を透過して光検出部４５０によって電気信号に変換される。この電気信号は、ＡＤ変換部４６０によってデジタル信号に変換される。画像処理部４７０は、ＡＤ変換部４６０が生成したデジタル信号に基づいて画像データを生成する。
【００５７】
本実施形態によれば、光走査装置１０は、第１〜第３の実施形態のいずれかと同様の構造を有している。このため、内視鏡装置４０から出射される光の光軸を、内視鏡装置４０が延伸する方向（すなわちケース４１０が向いている方向）に合わせることができる。また、ケース４１０の径ｒを小さくすることができる。
【００５８】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。例えば第１〜第４の実施形態に示した光走査装置１０は、内視鏡装置４０以外の装置、例えばレーザープロジェクタに使用されても良い。
【符号の説明】
【００５９】
１０ 光走査装置
１２ 光走査装置
４０ 内視鏡装置
１００ 基板
１０２ 第１走査部
１０４ 第２走査部
１０６ 絶縁層
１１０ 可動電極
１１１ 可動反射面
１２０ 固定電極
１３０ 支持軸
１４０ 支持部
２００ 制御部
３００ 光学部材
３０２ 光学部材
３０４ 光学部材
３１０ 第１固定反射面
３１２ 第２固定反射面
３１４ 第３固定反射面
４００ 導光部
４１０ ケース
４１２ レンズ
４２０ 光源
４３０ ダイクロイックミラー
４４０ 光ファイバー
４５０ 光検出部
４６０ ＡＤ変換部
４７０ 画像処理部
４８０ 配線基板
５００ 観察対象
【図１】
2015022287.tif 000013
【図２】
2015022287.tif 000014
【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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