(57)【要約】【課題】レーザビーム等の光を２次元状に走査する光偏向器において、ベクタースキャン方式の走査及びラスタースキャン方式の走査の両方を行うことができるようにする。【解決手段】外周フレーム１により第１の捩れ梁部３，３を介して揺動可能に支持された第１のジンバルフレーム４と、第１のジンバルフレーム４により第１の捩れ梁部３，３に直交する第２の捩れ梁部５，５を介して揺動可能に支持された第２のジンバルフレーム６と、第２のジンバルフレーム６により第２の捩れ梁部５，５に直交する第３の捩れ梁部７，７を介して揺動可能に支持されたミラー２とを備え、ミラー２は、第１の捩れ梁部３，３回り及び第２の捩れ梁部５，５回りにベクタースキャン方式により駆動されるとともに、第３の捩れ梁部７，７回りにラスタースキャン方式により駆動される。【選択図】図６
2013257424.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周フレームと、
前記外周フレームにより、第１の捩れ梁部を介して、第１の軸回りに揺動可能に支持された第１のジンバルフレームと、
前記第１のジンバルフレームにより、第２の捩れ梁部を介して、前記第１の軸に直交する第２の軸回りに揺動可能に支持された第２のジンバルフレームと、
前記第２のジンバルフレームにより、第３の捩れ梁部を介して、前記第１の軸回りに揺動可能に支持されたミラーと、
前記第１のジンバルフレーム及び前記第２のジンバルフレームを、ベクタースキャン方式により駆動する第１の駆動手段と、
前記第２のジンバルフレーム及び前記ミラーを、ラスタースキャン方式により駆動する第２の駆動手段と
を備え、
前記ミラーは、
ベクタースキャン方式により、前記第１の軸回り及び前記第２の軸回りにそれぞれ非共振で制御駆動され、
ラスタースキャン方式により、前記第１の軸回りには共振周波数で、前記第２の軸回りには非共振で、それぞれ制御駆動される
ことを特徴する光偏向器。
【請求項２】
内視鏡内部に、請求項１記載の光偏向器を備え、
低出力のレーザ光束を、前記光偏向器により、ラスタースキャン方式により２次元走査させ、患部の光干渉型断層検査を行い、
高出力のレーザ光束を、前記光偏向器により、ベクタースキャン方式により、前記光干渉型断層検査により特定した方向に導き、患部の治療、または、切除を行う
ことを特徴とする内視鏡型医療器具。
【請求項３】
請求項１記載の光偏向器を備え、
光源からの光束を、前記光偏向器により、前記ミラーを前記第１の軸回りに共振周波数で駆動して走査するとともに、前記第２の軸回りに画像のリフレッシュレートの周波数で駆動して走査して、画像表示を行い、
前記光源からの光束を、前記光偏向器により、前記ミラーを前記第１の軸回り及び前記第２の軸回りに、非共振周波数で駆動して、前記画像表示を行う方向を変える
ことを特徴とする画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザビーム等の光を２次元状に走査する光偏向器、この光偏向器を用いた内視鏡型医療器具及び画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子写真式複写機、レーザビームプリンタ及びバーコードリーダ等の光学機器を構成する走査装置や、光ディスクのトラッキング制御装置を構成する光偏向装置などにおいては、光偏向器が使用されている。また、光偏向器は、光を偏向させ２次元的に走査することにより２次元の画像を表示する画像表示装置にも用いられる。
【０００３】
このような光偏向器は、レーザ光が照射されるミラーを有し、このミラーを揺動させることにより、このミラーにより反射させたレーザ光をスクリーン等の上に走査してゆく。レーザ光を２次元的に走査する場合には、１次元走査を直交方向に組み合わせて２次元走査を行うことができる。すなわち、光偏向器を２個使用し、１個目の光偏向器でＹ軸方向の走査を行い、この光を２個目の光偏向器に入射させてＸ軸方向の走査を行うことにより、２次元の画像を表示することができる。また、１個で２軸方向の走査を可能とした光偏向器も提案されている。
【０００４】
近年、シリコン基板を用いたマイクロミラーによる光偏向器が提案されている。このような光偏向器は、半導体プロセス技術と、ＭＥＭＳ技術（マイクロマシン技術）とを利用して作製される。
【０００５】
このような光偏向器は、レーザ光などの光束を所望の方向に偏向できるため、レーザプリンタやバーコードリーダ、光ＬＡＮモジュールなど、種々の用途に使用されている。なかでも、２軸方向にレーザ光を偏向させて画像を投影するレーザディスプレイや、医療用途としての光干渉型断層検査装置（Optical Coherence Tomography：ＯＣＴ）への応用が研究されている。
【０００６】
特に、ＭＥＭＳ技術により作製した光偏向器（ＭＥＭＳ光偏向器）は、小型化が可能であり、高速動作が可能であるというメリットがあるため、高解像度のレーザディスプレイや、医療器具として内視鏡に封入して光走査を行うことのできる内視鏡型ＯＣＴなどへの用途が期待されている。
【０００７】
２軸方向の走査の方式としては、動画表示を行うディスプレイに使用する場合のラスタースキャン方式と、一筆書きのように線画を描くような動作をさせるベクタースキャン方式がある。
【０００８】
ラスタースキャン方式は、高速水平走査（数十ｋＨｚ程度）と、画像のリフレッシュレートに相当する低速垂直走査（数十Ｈｚ程度）とを組み合わせる走査方式である。基本的には、のこぎり波のようなランプ波駆動であり、それぞれの軸とも、一方向への走査時に映像信号を同期させ、画像を表示する。ただし、いわゆる「プログレッシブスキャン方式」においては、水平方向の走査は、ランプ波ではなく三角波、または、サイン波によって行い、往復走査の戻り動作のときには、映像信号を逆方向に出力し、往復走査のいずれにおいても画像表示を行う。この「プログレッシブスキャン方式」においても、垂直方向については、画像を表示する走査は、一方向のみである。
【０００９】
ＭＥＭＳ光偏向器においては、高速の水平走査は、共振周波数を用いたサイン波駆動で行い、低速の垂直走査は、ランプ波駆動で非共振制御動作をさせる。制御動作のためには、大きな駆動力が必要なので、電磁駆動力を用いることが望ましい。
【００１０】
特許文献１には、ラスタースキャン方式の２次元駆動が可能なＭＥＭＳ光偏向器が記載されている。このＭＥＭＳ光偏向器は、図８に示すように、全体を保持する外周フレーム１０１を有し、この外周フレーム１０１により、ミラー１０２を揺動可能に支持して構成されている。外周フレーム１０１は、第１の捩れ梁部１０３により、ジンバルフレーム１０４を、第１軸Ｘ回りに揺動可能に支持している。ジンバルフレーム１０４は、第２の捩れ梁部１０５により、ミラー１０２を、第１軸Ｘに直交する第２軸Ｙ回りに揺動可能に支持している。ミラー１０２の駆動には、静電力、電磁力、圧電力などから、駆動仕様（周波数等）や、ミラー１０２の大きさ、構造などに応じて、適切に選択される。
【００１１】
非特許文献１にも、ラスタースキャン方式の２次元駆動が可能なＭＥＭＳ光偏向器が記載されている。このＭＥＭＳ光偏向器においては、ミラーをジンバルフレームを介して支持し、水平走査はミラーの共振周波数で、垂直走査は６０Ｈｚの画像リフレッシュレートのランプ波動作で、２次元的にラスタースキャンを行う。垂直走査は、ジンバルフレーム上にパターン配線されたコイルにランプ波電流を流し、外部磁界との作用によるローレンツ力により行う。水平走査は、同じコイルにミラーの構造共振周波数のサイン波電流を重畳させて流して行う。
【００１２】
一方、ベクタースキャン方式は、レーザマーカなどに使用される走査方式であり、２次元の走査範囲中の任意の位置にレーザ光を移動させ、また、任意の位置において静止させるものである。ベクタースキャン方式においては、水平方向及び垂直方向ともに、同等の動作特性であればよいが、いずれも制御可能な動作でなければならない。制御動作をさせるためには、ミラーを静的に大きく偏向させる必要がある。
【００１３】
ベクタースキャン方式の２次元駆動が可能なＭＥＭＳ光偏向器は、特許文献２、非特許文献２及び非特許文献３に記載されているように、構造的には、前述したＭＥＭＳ光偏向器と同様であるが、ミラーの支持体のバネ定数を低くするために共振周波数は低く設定され、その周波数以下での制御動作を行っている。バネ定数を小さくするためには、ミラーを支持する梁を細くし、または、長くするか、あるいは、ヤング率の小さいポリイミドなどの高分子フィルム材料からなる梁を用いる。
【００１４】
以上のようなＭＥＭＳ光偏向器においては、さまざまな構造及び駆動方式が提案されている。その設計方針は、ラスタースキャン方式の高速走査を行うＭＥＭＳ光偏向器と、ベクタースキャン方式の制御動作を行うＭＥＭＳ光偏向器とでは、大きく異なる。そのため、２次元の偏向を行うＭＥＭＳ光偏向器においては、いずれの走査軸についても、ラスタースキャン方式及びベクタースキャン方式のいずれかの同一方式の走査を行うように設計するのが一般的である。
【００１５】
フックの法則によれば、振動体（ミラー）を静的により大きく動作させるためには、駆動力を大きくするか、振動体のバネ定数を小さくするかのいずれかが必要である。一方、振動体を安定して動作させるためには、その振動体の共振周波数以下で駆動する必要がある。つまり、動作可能な速度は、振動体の共振周波数以下に相当する速度である。動作可能な速度を上げるために、共振周波数をより高く設定するためには、運動方程式より、振動体のばね定数を大きくするか、振動体の質量を小さくする必要がある。ここで、振動体の質量が変えられないとすると、バネ定数を大きくするしかない。バネ定数を大きくすると、静的な動作量（偏向角）が小さくなってしまうので、動作量を維持するために、駆動力を大きくする必要がある。
【００１６】
しかし、駆動力の増加には限界があり、また、ＭＥＭＳ光偏向器のような小さなデバイス中に作製できる駆動アクチュエータは小さいので、駆動力の増加は困難である。
【００１７】
一方、運動系の共振周波数では、その運動系の機械的Ｑに応じて、静的な動作量のＱ倍に拡大した変位量を示すことが知られている。したがって、動作させる周波数を運動系の共振周波数に一致させれば、少ない駆動力によって、高速化及び動作量の増加を両立させることができる。
【００１８】
逆に、ベクタースキャン方式における制御動作を行うには、共振周波数を低く設定し、かつ、共振周波数より低い速度で動作させる必要がある。共振周波数を低く設定すると、バネ定数を小さくできるので、フックの法則より、少ない駆動力で大きく動作させることができる。ただし、共振周波数が低いほど動作可能な最大速度は低くなるので、駆動力と動作速度とは、トレードオフの関係になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特開２０００−２１４４０７
【特許文献２】特開２００９−２２３２４６
【非特許文献】
【００２０】
【非特許文献１】Urey et. Al.、Two-axis MEMS Scanner for Display and Imaging Applications、IEEE-LEOS Optical MEMS Conference, August 2005
【非特許文献２】電磁駆動型２軸光走査ＭＥＭＳミラーの磁界依存性、IEEJ Trans. SM.Vol130, No.4, 2010 p107
【非特許文献３】パターンつき埋め込み酸化膜をもつ特殊ＳＯＩウエハーの作成プロセスとその広角２次元光スキャナへの適用、IEEJ Trans. SM.Vol123, No.5, 2003 p152
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
前述のように、ラスタースキャン方式の走査を行うＭＥＭＳ光偏向器は、ミラーを共振周波数のみで高速動作させることが可能であるが、バネ定数が極めて大きくなるため、共振周波数以下では、ほとんど動作しない。そのため、ラスタースキャン方式の走査を行うＭＥＭＳ光偏向器において、ベクタースキャン方式における制御動作を行うことはほとんど不可能である。
【００２２】
したがって、２次元走査が可能な一つのＭＥＭＳ光偏向器において、ベクタースキャン方式の走査と、ラスタースキャン方式の走査との両方を行うことは困難である。
【００２３】
なお、ベクタースキャン方式に対応したＭＥＭＳ光偏向器において、ラスタースキャン方式の走査を行うことは可能ではあるが、その場合には、走査速度が極めて遅くなってしまい、動画表示に使用することはほとんど不可能である。静止画表示に使用する場合でも、１枚の画像を表示するのに長い時間が必要となってしまう。
【００２４】
そこで、本発明は、前述の実情に鑑みて提案されるものであって、ベクタースキャン方式の走査及びラスタースキャン方式の走査の両方を行うことができる２次元走査が可能な光偏向器を提供し、この光偏向器を用いた内視鏡型医療器具及び画像表示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】
【００２５】
前述の課題を解決し、前記目的を達成するため、本発明に係る光偏向器、内視鏡型医療器具及び画像表示装置は、以下の構成の少なくとも一を有するものである。
【００２６】
〔構成１〕
本発明に係る光偏向器は、外周フレームと、外周フレームにより第１の捩れ梁部を介して第１の軸回りに揺動可能に支持された第１のジンバルフレームと、第１のジンバルフレームにより第２の捩れ梁部を介して第１の軸に直交する第２の軸回りに揺動可能に支持された第２のジンバルフレームと、第２のジンバルフレームにより第３の捩れ梁部を介して第１の軸回りに揺動可能に支持されたミラーと、第１のジンバルフレーム及び第２のジンバルフレームをベクタースキャン方式により駆動する第１の駆動手段と、第２のジンバルフレーム及びミラーをラスタースキャン方式により駆動する第２の駆動手段とを備え、ミラーは、ベクタースキャン方式により、第１の軸回り及び第２の軸回りにそれぞれ非共振で制御駆動され、ラスタースキャン方式により、第１の軸回りには共振周波数で、第２の軸回りには非共振で、それぞれ制御駆動されることを特徴するものである。
【００２７】
〔構成２〕
本発明に係る内視鏡型医療器具は、内視鏡内部に、構成１を有する光偏向器を備え、低出力のレーザ光束を光偏向器によりラスタースキャン方式により２次元走査させ、患部の光干渉型断層検査を行い、高出力のレーザ光束を光偏向器によりベクタースキャン方式により光干渉型断層検査により特定した方向に導き、患部の治療、または、切除を行うことを特徴とするものである。
【００２８】
〔構成３〕
本発明に係る画像表示装置は、構成１を有する光偏向器を備え、光源からの光束を光偏向器によりミラーを第１の軸回りに共振周波数で駆動して走査するとともに、第２の軸回りに画像のリフレッシュレートの周波数で駆動して走査して画像表示を行い、光源からの光束を光偏向器によりミラーを第１の軸回り及び第２の軸回りに非共振周波数で駆動して画像表示を行う方向を変えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２９】
本発明に係る光偏向器は、構成１を有することにより、ミラーは、ベクタースキャン方式により、第１の軸回り及び第２の軸回りにそれぞれ非共振で制御駆動され、ラスタースキャン方式により、第１の軸回りには共振周波数で、第２の軸回りには非共振で、それぞれ制御駆動される。
【００３０】
本発明に係る内視鏡型医療器具は、構成２を有することにより、低出力のレーザ光束を光偏向器によりラスタースキャン方式により２次元走査させ、患部の光干渉型断層検査を行い、高出力のレーザ光束を光偏向器によりベクタースキャン方式により光干渉型断層検査により特定した方向に導き、患部の治療、または、切除を行うことができる。
【００３１】
本発明に係る画像表示装置は、構成３を有することにより、光源からの光束を光偏向器によりミラーを第１の軸回りに共振周波数で駆動して走査するとともに、第２の軸回りに画像のリフレッシュレートの周波数で駆動して走査して画像表示を行い、光源からの光束を光偏向器によりミラーを第１の軸回り及び第２の軸回りに非共振周波数で駆動して画像表示を行う方向を変えることができる。
【００３２】
すなわち、本発明は、ベクタースキャン方式の走査及びラスタースキャン方式の走査の両方を行うことができる２次元走査が可能な光偏向器を提供し、この光偏向器を用いた内視鏡型医療器具及び画像表示装置を提供することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施の形態に係る光偏向器の構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る光偏向器の構成を示す平面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る光偏向器の駆動手段の構成を示す平面図（ａ）、底面図（ｂ）及び側面図（ｃ）である。
【図４】本発明の実施の形態に係る光偏向器の駆動手段の構成の他の例を示す平面図（ａ）、底面図（ｂ）及び側面図（ｃ）である。
【図５】本発明の実施の形態に係る光偏向器において、ラスタースキャン方式による走査を行っている状態を示す斜視図（ａ）及びベクタースキャン方式による走査を行っている状態を示す斜視図（ｂ）である。
【図６】本発明の実施の形態に係る内視鏡型医療器具の構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る画像表示装置の構成を示すブロック図である。
【図８】従来の光偏向器の構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明を実施するための形態について説明する。
【００３５】
〔光偏向器の実施の形態〕
図１は、本発明の実施の形態に係る光偏向器の構成を示す斜視図である。
【００３６】
図２は、本発明の実施の形態に係る光偏向器の構成を示す平面図である。
【００３７】
本発明の実施の形態に係る光偏向器は、ＭＥＭＳ光偏向器であって、図１及び図２に示すように、全体を保持する枠状の外周フレーム１を有し、この外周フレーム１により、ミラー２を揺動可能に支持して構成されている。外周フレーム１は、内側に、一対の第１の捩れ梁部３により、環状の第１のジンバルフレーム４を、第１軸Ｘに平行な第１の揺動軸回りに揺動可能に支持している。第１のジンバルフレーム４は、内側に、一対の第２の捩れ梁部５により、第２のジンバルフレーム６を、第１軸Ｘに直交する第２軸Ｙに平行な第２の揺動軸回りに揺動可能に支持している。第２のジンバルフレーム６は、内側に、一対の第３の捩れ梁部７により、ミラー２を、上記の第１の揺動軸回りに揺動可能に支持している。
【００３８】
これら外周フレーム１、各ジンバルフレーム４，６、ミラー２及び各捩れ梁部３，５，７は、ＭＥＭＳ技術により、シリコン基板、例えばＳＩＯ基板をエッチングして作成されている。
【００３９】
この光偏向器において、ミラー２、各ジンバルフレーム４，６及び各捩れ梁部３，５，７は、同じ厚みで薄く形成されている。外周フレーム１は、光偏向器の全体を保持するためのフレームであり、この光偏向器を用いる装置の組み立てにおけるハンドリング等で破損しないように、ミラー２等よりも厚く形成され、適切な厚みを有している。第２のジンバルフレーム６は、必ずしも薄くする必要はないが、薄くすれば重量が少なくなり、第２の揺動軸回りの偏向での共振周波数をより高くすることができる。
【００４０】
図３は、本発明の実施の形態に係る光偏向器の駆動手段の構成を示す平面図（ａ）、底面図（ｂ）及び側面図（ｃ）である。
【００４１】
この光偏向器は、第１のジンバルフレーム４及び第２のジンバルフレーム６をベクタースキャン方式により駆動する第１の駆動手段と、第２のジンバルフレーム６及びミラー２をラスタースキャン方式により駆動する第２の駆動手段とを有している。
【００４２】
第１の駆動手段は、図３（ｂ）（ｃ）に示すように、第２のジンバルフレーム６の裏面に取り付けられたマグネット８と、一対のコイル９，１０とによって構成されている。一対のコイル９，１０は、一方が第１軸Ｘを軸として巻回されており、他方が第２軸Ｙを軸として巻回されている。これらコイル９，１０は、それぞれポールピース１１，１２を軸として巻回されている。各ポールピース１１，１２の両端側には、それぞれヨーク１３，１４が取り付けられており、それぞれ磁気回路を構成している。各ポールピース１１，１２のヨーク１３，１４は、それぞれマグネット８を二方向から挟むようにして配置されている。マグネット８は、二対のヨーク１３，１４、１３，１４の間に形成される磁界中に位置している。コイル９，１０に電流を流すことにより、この電流が形成する磁界とマグネット８との電磁的作用（ローレンツ力）により、第２のジンバルフレーム６が、第１の捩れ梁部３を介して第１軸Ｘに平行な第１の揺動軸回りに、及び、第２の捩れ梁部５を介して第２軸Ｙに平行な第２の揺動軸回りに、駆動（揺動）される。
【００４３】
第２の駆動手段は、図３（ａ）に示すように、マグネット８及び一対のコイル９，１０と、第３の捩れ梁部７に対応して形成された圧電膜１６とによって構成されている。第２のジンバルフレーム６は、２組（計４本）のアーム１５及び２組（計４本）の第３の捩れ梁部７によって、ミラー２を支持している。すなわち、第２のジンバルフレーム６は、２組（計４本）のアーム１５を有し、これらアーム１５の先端側において、２組（計４本）の第３の捩れ梁部７によって、ミラー２を、第１軸Ｘに平行な第１の揺動軸回りに揺動可能に支持している。アーム１５は、基端側が第２のジンバルフレーム６の内側部に接続され、先端側に第３の捩れ梁部７の基端側が接続されている。各アーム１５と、各第３の捩れ梁部７とは、ほぼ直交する方向となされて接続されている。各アーム１５には、圧電膜１６が形成されている。圧電膜１６に、ミラー２の共振周波数で電圧を印加すると、各アーム１５は、ユニモルフのように振動し、ミラー２を各第３の捩れ梁部７の対称軸（第１軸Ｘに平行な第１の揺動軸）を中心として偏向させる。
【００４４】
図４は、本発明の実施の形態に係る光偏向器の駆動手段の構成の他の例を示す平面図（ａ）、底面図（ｂ）及び側面図（ｃ）である。
【００４５】
また、この光偏向器における第１の駆動手段は、図４（ｂ）（ｃ）に示すように、第１及び第２のジンバルフレーム４，６の裏面にパターン配線で形成されたコイル１７，１８と、マグネット１９とによって構成することもできる。
【００４６】
マグネット１９の両端側には、一対のヨーク２０，２１が取り付けられており、磁気回路を構成している。一対のヨーク２０，２１は、外周フレーム１の両側に、外周フレーム１を挟むようにして配置されている。マグネット１９及び一対のヨーク２０，２１は、外周フレーム１の両側に、それぞれＮ極及びＳ極を位置させており、図４（ｂ）中にＢで示すように、第１軸Ｘに平行な第１の揺動軸、及び第２軸Ｙに平行な第２の揺動軸に対してほぼ等角度である方向（４５°方向）の磁界を形成している。各ジンバルフレーム４，６の裏面に形成されたコイル１７，１８は、一対のヨーク２０，２１の間に形成される磁界中に位置している。
【００４７】
第１のジンバルフレーム４の裏面に形成されたコイル１７に電流を流すことにより、この電流と一対のヨーク２０，２１間の磁気ギャップに形成される磁界との電磁的作用（ローレンツ力）により、ミラー２が、第１軸Ｘに平行な第１の揺動軸回りに駆動（揺動）される。
【００４８】
第２のジンバルフレーム６の裏面に形成されたコイル１８に電流を流すことにより、この電流と一対のヨーク２０，２１間の磁気ギャップに形成される磁界との電磁的作用（ローレンツ力）により、ミラー２が、第２軸Ｙに平行な第２の揺動軸回りに駆動（揺動）される。
【００４９】
そして、第２の駆動手段は、図４（ａ）に示すように、第２のジンバルフレーム６の裏面に形成されたコイル１８及びマグネット１９と、第３の捩れ梁部７に対応して形成された圧電膜１６とによって構成されている。第３の捩れ梁部７及び圧電膜１６の構成は、図３（ａ）により前述した構成と同様である。
【００５０】
なお、第１及び第２の駆動手段は、前述した構成の他にも、例えば、静電駆動力を利用した構成など、動作周波数、偏向角度などの仕様により、最適な構成を選択することができる。
【００５１】
図５は、本発明の実施の形態に係る光偏向器において、ラスタースキャン方式による走査を行っている状態を示す斜視図（ａ）及びベクタースキャン方式による走査を行っている状態を示す斜視図（ｂ）である。
【００５２】
この光偏向器において、第２の駆動手段によって２次元のラスタースキャン方式の走査を行うには、図５（ａ）に示すように、第１軸Ｘに平行な第１の揺動軸回りの揺動による水平走査は、アーム１５に形成した圧電膜１６に、ミラー２の共振周波数の駆動電圧を印加して行う。水平走査の駆動方法としては、２組（計４本）のアーム１５を、逆相の電圧で駆動する方法、または、２組（計４本）のアーム１５のうち片側の１組（計２本）のアーム１５のみを駆動する方法がある。２組（計４本）のアーム１５に逆相電圧を印加する方が、片側のみに電圧を印加するよりも、同じ電圧でより大きく（約２倍程度）動作させることができる。一方、片側の１組（計２本）のアーム１５のみを駆動する場合には、反対側のアーム１５も共振振動によって動くので、その上の圧電膜は、動作に応じた電圧を出力する。この出力電圧は、共振動作の検出信号として用いることができる。画像表示装置に用いる場合には、この検出信号により、水平走査と画像信号との同期を取って、画像がずれないように制御することができる。
【００５３】
そして、垂直走査の動作には、第１軸Ｘを軸として巻回されたコイル９、または、第２のジンバルフレーム６の裏面に形成されたコイル１８に、所定周期（例えば、６０Ｈｚの画像リフレッシュレートの周期）のランプ波電流を供給する。このような動作のためには、第２の捩れ梁部５のバネ定数を、共振周波数が数百Ｈｚになるように設計し、６０Ｈｚランプ波駆動では制御動作させることがのぞましい。このような電流供給により、ローレンツ力が発生し、ミラー２が動作する。垂直動作の動作検出を行うには、例えば、第２の捩れ梁部５にも圧電膜のパターンを形成しておく。この圧電膜から、動作時の第２の捩れ梁部５のねじれ変形による圧電効果で電圧が発生し、動作信号を検出することができる。
【００５４】
この光偏向器において、ミラー２、各ジンバルフレーム４，６及び各捩れ梁部３，５は、同じ厚みで薄く形成されている。外周フレーム１は、光偏向器の全体を保持するためのフレームであり、この光偏向器を用いる装置の組み立てにおけるハンドリング等で破損しないように、ミラー２等よりも厚く形成され、適切な厚みを有している。
【００５５】
ミラー２を薄く形成するのは、ミラー２を軽くして共振周波数を上昇させるためである。ミラー２の軽量化次第で、数百Ｈｚ〜数ｋＨｚの高速動作も可能となる。ミラー２の共振周波数で動作させることにより、一定の周波数ではあるが、数十ｋＨｚの更なる高速動作も可能である。また、各捩れ梁部３，５を薄く形成するのは、バネ定数を適切な値にするためである。シリコン材料では、厚さが数百ミクロン程度になると、硬すぎて、ミラー２を偏向させることができなくなってしまう。
【００５６】
各ジンバルフレーム４，６は、必ずしも薄くする必要はないが、薄くすれば重量が少なくなり、第１の捩れ梁部３を揺動軸とした偏向での共振周波数をより高くすることができ、制御動作時には、より安定した動作を行うことができる。
【００５７】
そして、この光偏向器において、第１の駆動手段によって２次元のベクタースキャン方式の走査を行うには、図５（ｂ）に示すように、一対のコイル９，１０、または、第１及び第２のジンバルフレーム４，６の裏面に形成されたコイル１７，１８に、電流を供給する。
【００５８】
第２の捩れ梁部５，５を揺動軸とした駆動は、ミラー２及び第２のジンバルフレーム６をともに動作させるため、これらの重量が加わるため、高速動作は難しい。しかし、前述のような垂直動作と同様に、数十Ｈｚの動作周波数であれば、制御動作による駆動は可能である。
【００５９】
第１の捩れ梁部３，３を揺動軸とした駆動は、ミラー２、第１及び第２のジンバルフレーム４，６をともに動作させるため、これらの重量が加わる。しかし、第２の捩れ梁部５，５を揺動軸とした駆動と同様に、数Ｈｚ〜数十Ｈｚの動作周波数であれば、制御動作による駆動は可能である。
【００６０】
したがって、第１及び第２の捩れ梁部３，５を揺動軸とした偏向動作では、２次元ともに、数Ｈｚ〜数十Ｈｚの制御動作が可能であり、ベクタースキャン方式の走査が可能である。
【００６１】
上述した光偏向器が有する構成によれば、１つの光偏向器により、ラスタースキャン方式の２次元走査及びベクタースキャン方式の２次元走査が可能になる。
【００６２】
〔内視鏡型医療器具の実施の形態〕
図６は、本発明の実施の形態に係る内視鏡型医療器具の構成を示すブロック図である。
【００６３】
この内視鏡型医療器具においては、前述した光偏向器３１が、内視鏡部３２に内蔵されている。この光偏向器３１は、ＭＥＭＳ技術を用いて作成されており、駆動手段を含めて内視鏡部３２に内蔵できる程度に小型化されている。この光偏向器３１は、前述のように、ラスタースキャン方式の２次元走査及びベクタースキャン方式の２次元走査が可能である。
【００６４】
この内視鏡型医療器具は、低出力のレーザ光束を、光偏向器３１により、ラスタースキャン方式により２次元走査させ、光干渉型断層検査（以下、「ＯＣＴ」という。）を行うことができる。また、この内視鏡型医療器具は、高出力のレーザ光束を、光偏向器３１により、ベクタースキャン方式により、ＯＣＴにより特定した方向に導き、治療、または、切除を行うことができる。光偏向器３１は、光偏向器コントローラ３５によって制御される。
【００６５】
この内視鏡型医療器具は、ＯＣＴ部３３を有している。このＯＣＴ部３３においては、光源３６における検査用光源から発せられた検査用光束（低出力のレーザ光束）が、分波器３７により分波される。分波された一方の検査用光束は、オートパワーコントロール（ＡＰＣ）３８を経て、内視鏡部３２内のダイクロイックミラー３９を経て、光偏向器３１に入射される。分波された他方の検査用光束は、リファレンスミラー４０に入射され、反射されて参照光となる。光偏向器３１に入射された検査用光束は、患部５０上に、ラスタースキャン方式により２次元走査される。
【００６６】
患部５０上に二次元走査された検査用光束は、患部５０を透過しつつ、この患部５０において反射され、光偏向器３１及びダイクロイックミラー３９を経て、分波器３７に戻る。この検査用光束は、リファレンスミラー４０に反射された参照光と干渉して、フォトダイオード４１により受光される。このフォトダイオード４１から出力は、増幅器４２を経て、画像処理装置４３に送られる。画像処理装置４３は、フォトダイオード４１から出力に基づいて画像処理を行い、患部５０の断層画像を生成し、表示する。この断層画像より、患部５０の位置を特定することができる。
【００６７】
そして、この内視鏡型医療器具は、治療部（レーザメス部）３４を有している。この治療部３４においては、光源３６における治療用光源から発せられた治療用光束（高出力のレーザ光束）が、内視鏡部３２内のダイクロイックミラー３９を経て、光偏向器３１に入射される。なお、ダイクロイックミラー３９は、検査用光束と治療用光束とを切り替えて、光偏向器３１に入射させることができる。
【００６８】
この内視鏡型医療器具においては、光偏向器３１により、ベクタースキャン方式による２次元走査を行って、断層画像により特定した患部５０に対して、治療用光束を導くことができる。患部５０には、治療用光束を、所定の軌跡（直線状や曲線状等）に走査して、または、一点集中させて照射し、患部５０を除去、切断する治療を行うことができる。
【００６９】
治療終了後には、再びＯＣＴ部３３により、治療後の患部５０の断層画像を得ることができる。
【００７０】
以上のように、この内視鏡型医療器具においては、１つの内視鏡を患部５０の近傍に挿入したままで、患部５０の観察診断を行うとともに、患部５０の治療を行い、さらに、治療後の観察診断を連続して行うことができ、患者への負担を減らすことができる。
【００７１】
〔画像表示装置の実施の形態〕
図７は、本発明の実施の形態に係る画像表示装置の構成を示すブロック図である。
【００７２】
この画像表示装置は、前述した光偏向器３１を備えている。この画像表示装置においては、レーザ光源５１からの光束５２を、光偏向器３１により、ミラー２を第３の捩れ梁部７回り（第１の揺動軸回り）に共振周波数で駆動して走査するとともに、第２の捩れ梁部５（第２の揺動軸回り）回りに画像のリフレッシュレートの周波数で駆動して走査して、画像表示５３を行う。この画像表示５３は、ラスタースキャン方式の２次元走査によって行われる。
【００７３】
また、この画像表示装置は、レーザ光源５１からの光束５２を、光偏向器３１により、ミラー２を第１の捩れ梁部３回り（第１の揺動軸回り）及び第２の捩れ梁部５回り（第２の揺動軸回り）に、非共振周波数で駆動して、画像表示５３を行う方向を変えることができる。画像表示５３を行う方向の変更は、ベクタースキャン方式の２次元走査によって行われる。このベクタースキャン方式の２次元走査は、極めてゆっくりとした速度、例えば、０．１Ｈｚ程度の速度で行うことができる。また、画像表示５３を行う方向の変更は、連続的、または、断続的にも行うことができる。
【００７４】
また、この画像表示装置においては、画像表示のみならず、ベクタースキャン方式の２次元走査により、レーザマーキング表示も可能である。
【００７５】
なお、このような画像表示を行う方向の変更は、例えば、画像表示装置全体を移動操作することによっても可能である。しかし、本発明に係る画像表示装置においては、光偏向器３１のミラー２だけを動作させることにより、同様の効果が得られる。この画像表示装置においては、小さなミラー２を動作させるだけでよいので、画像表示装置全体を移動させるよりも少ない電力及び駆動力で済み、また、モータやギアなどの駆動機構が不要であり、動作音も発生せず、さらに、画像表示装置全体の移動が目障りとなることもない。
【００７６】
すなわち、この画像表示装置においては、省電力、低騒音で、かつ、目障りな画像表示装置全体の移動を行うことなく、画像表示を行う方向を変更することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明は、レーザビーム等の光を２次元状に走査する光偏向器、この光偏向器を用いた内視鏡型医療器具及び画像表示装置に適用される。
【符号の説明】
【００７８】
１  外周フレーム
２  ミラー
３  第１の捩れ梁部
４  第１のジンバルフレーム
５  第２の捩れ梁部
６  第２のジンバルフレーム
７  第３の捩れ梁部
８  マグネット
９，１０  コイル
１３，１４  ヨーク
１７，１８  コイル
１９  マグネット
２０，２１  ヨーク
３１  光偏向器
３２  内視鏡部
３３  ＯＣＴ部
３４  治療部
５０  患部
５１  レーザ光源
５２  光束
５３  画像表示
【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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