(57)【要約】【課題】共焦点光学装置における光路長の短い光走査光学系を提供する。【解決手段】共焦点光学装置１の光走査光学系１０は、光源ＬＸからの光の光軸に垂直な第１方向ｘに平行な軸周りに回転する副走査部を備える。光源ＬＸからの光を偏向する平行透過部を有し、副走査部によって回転可能な状態で保持され且つ光軸ＬＸ及び第１方向ｘに垂直な第２方向ｙに平行な軸周りに回転する主走査部を備える。副走査部を回転可能な状態で保持する保持部を備える。光源ＬＸからの光の偏向は、主走査部の回転、及び副走査部の回転に基づいて平行透過部と光軸ＬＸとのなす角を変動させることにより行われる。【選択図】図１
2009115900.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光の光軸に垂直な第１方向に平行な軸周りに回転する副走査部と、
前記光源からの光を偏向する平行透過部を有し、前記副走査部によって回転可能な状態で保持され且つ前記光軸及び前記第１方向に垂直な第２方向に平行な軸周りに回転する主走査部と、
前記副走査部を回転可能な状態で保持する保持部とを備え、
前記光源からの光の偏向は、前記主走査部の回転、及び前記副走査部の回転に基づいて前記平行透過部と前記光軸とのなす角を変動させることにより行われることを特徴とする共焦点光学装置の光走査光学系。
【請求項２】
前記主走査部は、前記平行透過部を内側に設けた主走査フレームを有し、前記平行透過部はＳｉＯ２で構成され、前記主走査フレームはＳｉで構成されることを特徴とする請求項１に記載の光走査光学系。
【請求項３】
前記平行透過部、及び前記主走査フレームは、ＳｉＯ２層をＳｉ層で挟む構造物における前記Ｓｉ層の一部を酸化することにより形成されることを特徴とする請求項２に記載の光走査光学系。
【請求項４】
前記主走査フレームは、前記光源からの光が入射される部分以外の領域で、前記平行透過部を挟むことを特徴とする請求項２に記載の光走査光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、共焦点光学装置に関し、特に光走査光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内視鏡装置などで、共焦点光学装置が提案されている。
【０００３】
特許文献１は、ミラーを使って光源からの光を偏向する共焦点光学装置の光走査光学系を開示する。
【特許文献１】特開２０００−２５８６９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１では、被検面の集光点位置の走査のために光路上にミラーが配置される。このため、光路長が長くなる問題があった。光路長が長くなるとＦ値が大きくなり明るい画像を得にくく、解像度を高くすることが困難になる。
【０００５】
したがって本発明の目的は、共焦点光学装置における光路長の短い光走査光学系を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る共焦点光学装置の光走査光学系は、光源からの光の光軸に垂直な第１方向に平行な軸周りに回転する副走査部と、光源からの光を偏向する平行透過部を有し、副走査部によって回転可能な状態で保持され且つ光軸及び第１方向に垂直な第２方向に平行な軸周りに回転する主走査部と、副走査部を回転可能な状態で保持する保持部とを備え、光源からの光の偏向は、主走査部の回転、及び副走査部の回転に基づいて平行透過部と光軸とのなす角を変動させることにより行われる。
【０００７】
好ましくは、主走査部は、平行透過部を内側に設けた主走査フレームを有し、平行透過部はＳｉＯ２で構成され、主走査フレームはＳｉで構成される。
【０００８】
さらに好ましくは、平行透過部、及び主走査フレームは、ＳｉＯ２層をＳｉ層で挟む構造物におけるＳｉ層の一部を酸化することにより形成される。
【０００９】
また、好ましくは、主走査フレームは、光源からの光が入射される部分以外の領域で、平行透過部を挟む。
【発明の効果】
【００１０】
以上のように本発明によれば、共焦点光学装置における光路長の短い光走査光学系を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明にかかる実施形態について、図を用いて説明する。本実施形態における共焦点光学装置１は、内視鏡装置などに使用され、光源（不図示）からの光を伝達する光ファイバケーブル５、光ファイバ５から出射された光を被検面Ｓに集光させる集光光学系６、及び被検面Ｓ上の集光位置を調整する（集光光学系６からの光を走査する）光走査光学系１０を備える（図１参照）。
【００１２】
なお、方向を説明するために、共焦点光学装置１において光ファイバケーブル５から出射される光の光軸ＬＸと直交する水平方向を第１方向ｘ、光軸ＬＸ及び第１方向ｘと直交する鉛直方向を第２方向ｙ、光軸ＬＸと平行な水平方向を第３方向ｚとして説明する。
【００１３】
光ファイバケーブル５はシングルモードファイバであり、端面５ａは点光源としてみなすことができ、共焦点ピンホールとして使用される。
【００１４】
光走査光学系１０は、第２方向ｙに平行な軸周りに回転する主走査部２０、主走査部２０を保持し且つ第１方向ｘに平行な軸周りに回転する副走査部４０、及び副走査部４０を保持する保持部５０を有する（図２参照）。主走査部２０と副走査部４０の回転により、主走査部２０の平行透過部３０が傾動し光軸ＬＸとなす角度が変化する。これにより、平行透過部３０を透過する集光光学系６からの光が偏向され、被検面Ｓ上（ｘｙ平面上）における結像位置（観察位置、集光点）が走査される。図１の実線で示す光走査光学系１０は光軸ＬＸと直交する位置関係（初期状態）を示し、破線で示す光走査光学系１０’は副走査部４０が回転して初期状態から傾いた状態を示す。
【００１５】
光ファイバケーブル５から出射された光は、集光光学系６で集光され、光走査光学系１０で偏向され、被検面Ｓに集光される。被検面Ｓにおける反射光は、集光時の光路であって逆方向に辿り、光ファイバケーブル５に入射する。光ファイバケーブル５に入射した光は、検出装置（不図示）によって検出され、被検面Ｓの情報取得に使用される。
【００１６】
本実施形態では、透過光を偏向することにより光走査光学系１０の走査（被検面Ｓの集光点位置の調整）が行われるため、反射光を偏向する形態に比べて光路長を短くすることができ、Ｆ値を小さくできるメリットを有する。
【００１７】
次に、光走査光学系１０の詳細について説明する。主走査部２０は、主走査フレーム２１、主走査櫛歯部２３、主走査トーションバネ２５、及び平行透過部３０を有する。副走査部４０は、副走査フレーム４１、第１副走査櫛歯部４３、第２副走査櫛歯部４４、及び副走査トーションバネ４５を有する。保持部５０は、保持フレーム５１、及び保持櫛歯部５３を有する。
【００１８】
平行透過部３０は、主走査フレーム２１の内側に設けられる。主走査フレーム２１は、第３方向ｚから見て、副走査フレーム４１の内側に配置される。主走査櫛歯部２３は、主走査フレーム２１から第１方向ｘで且つ外側方向に突出し、主走査櫛歯部２３を構成する櫛歯は、副走査フレーム４１から第１方向ｘで且つ内側方向に突出した第２副走査櫛歯部４４を構成する櫛歯と交互に配置される。
【００１９】
主走査櫛歯部２３を構成する櫛歯のうち、第２方向ｙで且つ外側に配置された第１方向ｘの一方の櫛歯２３ａ１は、隣接する第２副走査櫛歯部４４を構成する櫛歯よりも第３方向ｚで被検面Ｓ側に配置され、第１方向ｘの他方の櫛歯２３ａ２は、隣接する第２副走査櫛歯部４４を構成する櫛歯よりも第３方向ｚで集光光学系６側に配置される。主走査櫛歯部２３を構成し第２方向ｙで且つ外側に配置された櫛歯２３ａ１、２３ａ２と、これらと隣接する第２副走査櫛歯部４４を構成する櫛歯との間に電位差が発生すると、これらの櫛歯が近づくように主走査部２０が主走査トーションバネ２５の軸（主走査フレーム２１の主走査ヒンジ２２）周り、すなわち第２方向ｙに平行な軸周りの一方の方向に回転する（図３、図１４参照）。
【００２０】
主走査櫛歯部２３を構成する櫛歯のうち、第２方向ｙで且つ内側に配置された第１方向ｘの一方の櫛歯２３ｂ１は、隣接する第２副走査櫛歯部４４を構成する櫛歯よりも第３方向ｚで集光光学系６側に配置され、第１方向ｘの他方の櫛歯２３ｂ２は、隣接する第２副走査櫛歯部４４を構成する櫛歯よりも第３方向ｚで被検面Ｓ側に配置される。主走査櫛歯部２３を構成し第２方向ｙで且つ内側に配置された櫛歯２３ｂ１、２３ｂ２と、これらと隣接する第２副走査櫛歯部４４を構成する櫛歯との間に電位差が発生すると、これらの櫛歯が近づくように主走査部２０が主走査トーションバネ２５の軸（主走査フレーム２１の主走査ヒンジ２２）周り、すなわち第２方向ｙに平行な軸周りの他方の方向に回転する（図３、図１５参照）。
【００２１】
この第２方向ｙに平行な軸周りの回転により、平行透過部３０において偏向される方向が第１方向ｘに変動し、被検面Ｓの集光点位置が第１方向ｘに移動せしめられる。主走査フレーム２１などの第２方向ｙに平行な軸周りの回転のための電圧駆動は、共振振動で行われる。
【００２２】
副走査フレーム４１は、第３方向ｚから見て、保持フレーム５１の内側に配置される。第１副走査櫛歯部４３は、副走査フレーム４１から第２方向ｙで且つ外側方向に突出し、第１副走査櫛歯部４３を構成する櫛歯は、保持フレーム５１から第２方向ｙで且つ内側方向に突出した保持櫛歯部５３を構成する櫛歯と交互に配置される。副走査フレーム４１は、第３方向ｚでＳｉ層がＳｉＯ２層を挟む構造物で、副走査櫛歯部４３はＳｉで構成される。
【００２３】
第１副走査櫛歯部４３を構成する櫛歯のうち、第１方向ｘで且つ外側に配置された第２方向ｙの一方の櫛歯は、隣接する保持櫛歯部５３を構成する櫛歯よりも第３方向ｚで被検面Ｓ側に配置され、第２方向ｙの他方の櫛歯は、隣接する保持櫛歯部５３を構成する櫛歯よりも第３方向ｚで集光光学系６側に配置される。第１副走査櫛歯部４３を構成し第１方向ｘで且つ外側に配置された櫛歯と、これらと隣接する保持櫛歯部５３を構成する櫛歯との間に電位差が発生すると、これらの櫛歯が近づくように副走査部４０、主走査部２０が副走査トーションバネ４５の軸（副走査フレーム４１の副走査ヒンジ４２）周り、すなわち第１方向ｘに平行な軸周りの一方の方向に回転する。
【００２４】
第１副走査櫛歯部４３を構成する櫛歯のうち、第１方向ｘで且つ内側に配置された第２方向ｙの一方の櫛歯は、隣接する保持櫛歯部５３を構成する櫛歯よりも第３方向ｚで集光光学系６側に配置され、第２方向ｙの他方の櫛歯は、隣接する保持櫛歯部５３を構成する櫛歯よりも第３方向ｚで被検面Ｓ側に配置される。第１副走査櫛歯部４３を構成し第１方向ｘで且つ内側に配置された櫛歯と、これらと隣接する保持櫛歯部５３を構成する櫛歯との間に電位差が発生すると、これらの櫛歯が近づくように副走査部４０、主走査部２０が副走査トーションバネ４５の軸（副走査フレーム４１の副走査ヒンジ４２）周り、すなわち第１方向ｘに平行な軸周りの他方の方向に回転する。
【００２５】
この第１方向ｘに平行な軸周りの回転により、平行透過部３０において偏向される方向が第２方向ｙに変動し、被検面Ｓの集光点位置が第２方向ｙに移動せしめられる。副走査フレーム４１などの第１方向ｘに平行な軸周りの回転のための電圧駆動は、ＤＣ駆動により行われる。
【００２６】
主走査櫛歯部２３を構成し第２方向ｙで且つ外側に配置された櫛歯２３ａ１、２３ａ２とこれらと隣接する第２副走査櫛歯部４４を構成する櫛歯との間への電力供給、主走査櫛歯部２３を構成し第２方向ｙで且つ内側に配置された櫛歯２３ｂ１、２３ｂ２とこれらと隣接する第２副走査櫛歯部４４を構成する櫛歯との間への電力供給、第１副走査櫛歯部４３を構成し第１方向ｘで且つ外側に配置された櫛歯とこれらと隣接する保持櫛歯部５３を構成する櫛歯との間への電力供給、及び第１副走査櫛歯部４３を構成し第１方向ｘで且つ内側に配置された櫛歯とこれらと隣接する保持櫛歯部５３を構成する櫛歯との間への電力供給は、それぞれ独立して行われるように、Ａｕなどを使った導電路やＳｉＯ２を使った絶縁により、各櫛歯への電気的な接続が行われる。
【００２７】
主走査トーションバネ２５は、主走査フレーム２１から第２方向ｙで且つ外側方向に突出し、副走査フレーム４１の内側と接続される。副走査トーションバネ４５は、副走査フレーム４１から第１方向ｘで且つ外側方向に突出し、保持フレーム５１の内側と接続される。主走査トーションバネ２５、及び副走査トーションバネ４５は、第３方向ｚから見て、Ｓ字形状を有し、これにより単位長さ当たりのねじりバネ定数を低減している。
【００２８】
本実施形態では、１つの平行透過部３０の光軸ＬＸとのなす角を調整することによって、被検面Ｓ上の集光点位置を第１方向ｘ、及び第２方向ｙに移動させることが可能であり、２つのミラーを使って集光点位置を第１方向ｘ、及び第２方向ｙに移動させる形態に比べて構造を簡素化することが出来る。
【００２９】
次に、主走査フレーム２１と平行透過部３０の構成の詳細について説明する。主走査フレーム２１は、Ｓｉで構成され、平行透過部３０は、ＳｉＯ２（ガラス）で構成される。主走査フレーム２１は、集光光学系６からの光が入射される部分以外の領域（第１方向ｘの両端部、及び第２方向ｙの両端部）で、第３方向ｚに、平行透過部３０を挟む（ＳＯＩウエハー、図４参照）。主走査櫛歯部２３の櫛歯（２３ａ１など）は、主走査フレーム２１を構成するＳｉで構成される。
【００３０】
次に、主走査フレーム２１と平行透過部３０を形成する方法について説明する。平行透過部３０、及び主走査フレーム２１は、ＳｉＯ２層をＳｉ層で挟む構造物（図５参照）におけるＳｉ層の一部を酸化することにより形成される。まず、ＳｉＯ２の薄板（ＳｉＯ２層）をＳｉ層で挟む構造物のＳｉ層に正六角形の穴をドライエッチングで形成する（図６、図７参照）。穴は、Ｓｉ層だけを貫通させ、第３方向ｚから見ると、正六角形の穴からＳｉＯ２層が見える状態にされる。
【００３１】
正六角形の穴の大きさ、隣接する穴の間隔は、Ｓｉが酸化してＳｉＯ２に変わる際に体積が約２．２２倍に膨張して穴がふさがり且つ内部応力が発生しない程度に設定される。例えば、穴の周りのＳｉ（Ｓｉ残存部分、図８の横線部分）が、酸化膨張により穴部分（図８の縦線部分）をふさぐように（面積が約２．２２倍になるように）、正六角形の大きさｐ１と、Ｓｉ残存部分の大きさｐ２の比率（約１．３５程度）が設定される。
【００３２】
ドライエッチング後、熱による酸化を行い、穴の壁面やＳｉ層の表面が酸化してＳｉＯ２に変質し、膨張によって穴が塞がる（図９、図１０参照）。熱酸化後、高温アニール処理（焼き鈍し、表面処理）を施して、ラフネスを低減し、エッチングによりＳｉ層の表面に形成されたＳｉ０２を除去して平行透過部３０が形成される（図４、１１参照）。図６〜１１では、比較的大きな穴を使って説明したが、かかる穴を小さくすることにより、第３方向ｚから見た平行透過部３０の形状が略円形に近づけることが出来る。この後、主走査フレーム２１の外形や主走査櫛歯部２３が形成される。
【００３３】
ドライエッチングによって形成される穴の形状は、正六角形に限らず、三角形など他の形状であってもよい。但し、体積比を考慮した穴の大きさの算出が比較的簡単な正六角形が望ましい。図１２は、長方形の穴を形成した形態を示す。
【００３４】
また、ドライエッチングにより、正六角形などの突起部（Ｓｉ残存部分）の周りに穴を形成する形態であってもよい。図１３は、正六角形のＳｉ残存部分の周囲に穴を形成した形態を示す。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本実施形態における共焦点光学装置の構成図（側面図）である。
【図２】集光光学系を第３方向からみ構成図（正面図）である。
【図３】光走査光学系を第３方向からみた構成図（正面図）である。
【図４】図３のＡ−Ａ線における断面図である。
【図５】図３のＡ−Ａ線における断面図に相当する部分で、主走査フレームと平行透過部とを形成するためのＳｉＯ２の薄板をＳｉで挟む構造物を示す。
【図６】図５の構造物の正面図に、正六角形の穴を形成した状態を示す図である。
【図７】図６のＢ−Ｂ線における断面図である。
【図８】図６の正六角形の穴と、Ｓｉ残存部分の大きさの関係を示す図である。
【図９】図７の状態から、ＳｉＯ２の薄板をＳｉで挟む構造物でＳｉの一部が酸化している状態を示す。
【図１０】図８の状態から、さらにＳｉの酸化が進行した状態を示す。
【図１１】図１０の状態から、高温アニール処理、及びエッチング処理が施されて平行透過部が形成された状態の正面図である。
【図１２】図６の形態と異なる穴形成の第１例を示す正面図である。
【図１３】図６の形態と異なる穴形成の第２例を示す正面図である。
【図１４】図２のＣ−Ｃ線における断面図である。
【図１５】図２のＤ−Ｄ線における断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  共焦点光学装置
５  光ファイバケーブル
６  集光光学系
１０  光走査光学系
２０  主走査部
２１  主走査フレーム
２２  主走査ヒンジ
２３  主走査櫛歯部
２５  主走査トーションバネ
３０  平行透過部
４０  副走査部
４１  副走査フレーム
４２  副走査ヒンジ
４３  第１副走査櫛歯部
４４  第２副走査櫛歯部
４５  副走査トーションバネ
５０  保持部
５１  保持フレーム
５３  保持櫛歯部
ＬＸ  光軸
Ｓ  被検面
【図１】
2009115900.tif 000003
【図２】
2009115900.tif 000004
【図３】
2009115900.tif 000005
【図４】
2009115900.tif 000006
【図５】
2009115900.tif 000007
【図６】
2009115900.tif 000008
【図７】
2009115900.tif 000009
【図８】
2009115900.tif 000010
【図９】
2009115900.tif 000011
【図１０】
2009115900.tif 000012
【図１１】
2009115900.tif 000013
【図１２】
2009115900.tif 000014
【図１３】
2009115900.tif 000015
【図１４】
2009115900.tif 000016
【図１５】
2009115900.tif 000017