(57)【要約】【課題】簡単な構造で低電圧高速駆動が可能となる光走査プローブおよび光走査プローブ装置並びに光走査プローブの制御方法を得る。【解決手段】光走査プローブ１００において、被検体５３に向けて光走査する光走査素子と、光走査素子に光走査させるための駆動信号を切り換える信号切り換え手段とを設けた。光走査素子は、第１の回転方向および第２の回転方向に変位する微小ミラーを有する可動部と、可動部へ物理的作用力を加える第１、第２の駆動部とを備える。信号切り換え手段は、可動部を第１の回転方向または第２の回転方向のいずれかに吸引させる駆動準備信号から、可動部を第１の回転方向と第２の回転方向へ交互に吸引する走査駆動信号に切り換えて出力する機能を有する。そして、駆動準備信号の最大電圧は、走査駆動信号の最大電圧より高い電圧値に設定した。【選択図】図１
2009063637.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プローブを被検体内に挿入し、該被検体内の所定領域に光を走査しつつ照射し、照射点より発せられる光を検出することで前記被検体内を観察する光走査プローブであって、
前記プローブの先端部に搭載され、前記プローブ内に挿通された光伝達手段を通じて前記先端部に導かれた光を前記被検体の所定領域に向けて光走査する光走査素子と、
前記光走査素子に光走査させるための駆動信号を切り換える信号切り換え手段と、を備え、
前記光走査素子は、弾性変位可能に支持され第１の回転方向およびこれとは逆の第２の回転方向との双方向に変位する微小ミラーを有する可動部と、前記可動部へ前記第１の回転方向の物理的作用力を加える第１の駆動部と、前記可動部へ前記第２の回転方向の物理的作用力を加える第２の駆動部と、を備え、
前記信号切り換え手段は、前記被検体内への挿入前に所定のタイミング信号を受けて前記可動部を前記第１の回転方向または前記第２の回転方向のいずれかに吸引させる駆動準備信号から、前記可動部を前記第１の回転方向と前記第２の回転方向へ交互に吸引する走査駆動信号に切り換えて出力する機能を有し、
前記駆動準備信号の最大電圧は前記走査駆動信号の最大電圧より高い電圧値に設定される光走査プローブ。
【請求項２】
請求項１記載の光走査プローブであって、
前記プローブが前記被検体内に挿入されたことを検知して検出信号を出力するセンサを備え、
前記センサから出力される前記検出信号が、前記タイミング信号として前記信号切り換え手段に入力される光走査プローブ。
【請求項３】
請求項１記載の光走査プローブであって、
前記所定のタイミング信号が、前記光走査プローブ装置への電源投入時に前記信号切り換え手段に入力される光走査プローブ。
【請求項４】
請求項１記載の光走査プローブであって、
前記所定のタイミング信号が、前記信号切り換え手段に接続されたスイッチにより入力される光走査プローブ。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか１項記載の光走査プローブであって、
前記可動部が前記第１の回転方向と前記第２の回転方向との間で変位方向が遷移するときの前記可動部の最終変位位置は、前記可動部の下端が該可動部の下方の部材に接触する位置となる光走査プローブ。
【請求項６】
請求項１〜請求項４のいずれか１項記載の光走査プローブであって、
前記可動部が前記第１の回転方向と前記第２の回転方向との間で変位方向が遷移するときの前記可動部の最終変位位置は、前記可動部の下端が該可動部の下方の部材に接触する手前の位置となる光走査プローブ。
【請求項７】
請求項１〜請求項６のいずれか１項記載の光走査プローブであって、
前記物理的作用力が、静電気力である光走査プローブ。
【請求項８】
請求項１〜請求項７のいずれか１項記載の光走査プローブであって、
前記物理的作用力が、前記可動部の複数の作用点に加えられる光走査プローブ。
【請求項９】
請求項８記載の光走査プローブであって、
前記可動部のそれぞれの遷移方向に対して２つ以上の前記物理的作用力が設定可能に構成された光走査プローブ。
【請求項１０】
請求項１〜請求項９のいずれか１項記載の光走査プローブであって、
少なくとも前記可動部が大気圧より低い減圧状態で封止される封止構造を備えた光走査プローブ。
【請求項１１】
請求項１〜請求項１０のいずれか１項記載の光走査プローブであって、
該光走査素子は、前記可動部が前記第１および第２の回転方向へ変位する際の第１回転軸と、該第１回転軸と直交する第２回転軸との２軸方向それぞれに対して前記可動部が回転変位可能に支持され、前記被検体の所定領域に向けて光を２次元走査する光走査プローブ。
【請求項１２】
請求項１〜請求項１１のいずれか１項記載の光走査プローブであって、
前記被検体に光を照射するための光を発生する光源と、
前記光走査素子の微小ミラーを揺動駆動する駆動信号を供給する走査駆動部と、
前記光走査部によって二次元走査された光により前記被検体の照射点から発せられる光を基端部に導くための戻り光伝達手段と、
を備えた光走査プローブ。
【請求項１３】
請求項１２記載の光走査プローブであって、
前記光源と前記光走査部との間にピンホールが形成され、該ピンホールを通過する光が実質的に点光源となり、前記被検体との間に共焦点光学系が構成される共焦点ピンホールを備えた光走査プローブ。
【請求項１４】
請求項１３記載の光走査プローブであって、
前記光伝達手段の前記プローブの先端部で、前記光伝達手段の端部に取り付けたフェルールが前記ピンホールを形成する光走査プローブ。
【請求項１５】
請求項１〜請求項１４のいずれか１項記載の光走査プローブであって、
前記照射点より発せられる光は、反射光、散乱光、蛍光、燐光のいずれかである光走査プローブ。
【請求項１６】
請求項１〜請求項１５のいずれか１項記載の光走査プローブと、
前記光走査プローブ装置の戻り光伝達手段から導かれる戻り光および前記走査駆動部の駆動信号から、前記被検体内における１次元または２次元の前記照射点より発せられる光の分布情報を求める信号処理部と、
該信号処理部から出力される映像信号を表示する表示部と、
を備えた光走査プローブ装置。
【請求項１７】
請求項１〜請求項１５のいずれか１項記載の光走査プローブの制御方法であって、
前記走査駆動信号は、
前記可動部を一方の前記回転方向に変位させるまでの間に前記可動部を支持する弾性支持梁に弾性エネルギを蓄え、前記一方の駆動部により発生させる物理的作用力により前記可動部を変位させた後、
前記一方の駆動部からの物理作用力を消失させると共に前記弾性支持梁に蓄えられた弾性エネルギを解放することで前記弾性支持梁に前記弾性エネルギとは逆極性の弾性エネルギを再度蓄えながら前記可動部を他方の回転方向に変位させ、前記他方の駆動部により発生させる物理的作用力により前記可動部を変位させる、ことを繰り返す駆動信号である光走査プローブの制御方法。
【請求項１８】
請求項１７記載の光走査プローブの制御方法であって、
前記走査駆動信号の最大電圧は、１００Ｖ未満に設定される光走査プローブの制御方法。
【請求項１９】
請求項１７または請求項１８記載の光走査プローブの制御方法であって、
前記可動部を、該可動部の共振周波数に相当する周期で変位させる光走査プローブの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物理的作用力により変位する微小ミラーを備えた光走査プローブおよび光走査プローブ装置並びに光走査プローブの制御方法に関し、特に医用応用内視鏡装置の診断プローブに用いて好適な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、生体組織や細胞の表面および内部の様子を微細に観察する手段として、光走査素子を搭載した光走査型の共焦点光学顕微鏡などが知られており、光走査素子を用いた同様の技術を内視鏡へ応用することも検討されている。光走査型の顕微鏡や内視鏡は、一般的な光学系の解像限界を超えた分解力を持つとともに三次元画像を構築することができるという利点を有している。
【０００３】
この光走査素子としては、様々なものが提案されているが、特に、マイクロマシニング技術を応用して作成した微小なミラーを、捻り梁を回転軸として静電力により往復振動させるように構成した光走査素子が実用上有力視されている。光走査素子は、同一直線上に設けられた２本の梁によって支持されたミラー基板を、ミラー基板に対向する位置に設けた電極との間の静電引力で、２本の梁を捻り回転軸として往復振動させる。
【０００４】
マイクロマシニング技術で形成される光走査素子は、従来の回転するポリゴンミラーを採用した光走査素子と比較すると、構造が簡単で半導体プロセスにより一括形成が可能なため、小型化が容易で製造コストも低く、また単一の反射面であるためポリゴンミラーのような反射面による精度のばらつきがなく、さらに往復走査であるため高速化にも対応できる等の利点がある。
【０００５】
上記のような光走査素子として、例えば特許文献１〜５に開示された構造のものが知られている。
特許文献１に開示された光走査素子の構成を図２２に示した。この光走査素子１Ａ，１Ｂは、内視鏡への適用を前提として構成されており、光走査素子の駆動方式については一般的な静電駆動を採用している。つまり、図２２（ａ）に示すように、可動部２の左右に備わる可動電極３ａ，３ｂと、図示しない対面的に設置された固定電極との間に電圧を印加し、発生する静電力によって可動部２が梁４を中心軸として回転変位する。図中ハッチ領域はミラー部分を表している。図２２（ａ）は１軸ミラー、図２２（ｂ）は、可動電極３ａ，３ｂおよび可動電極３ｃ，３ｄへの電圧印加により梁４および梁５を中心軸として回転変位する２軸ミラーの構成を示している。
【０００６】
特許文献２に開示された光走査素子の構成を図２３に示した。この光走査素子１Ｃは、一般的には櫛歯電極構造と言われている。すなわち、電極間距離が小さく、また電極同士の対面面積を広くしているため、駆動電圧の低電圧化をすることができる。また、固定電極６ａ，６ｂが可動部２の変位方向（図面垂直方向）に存在しないため、固定電極６ａ，６ｂに可動部２が吸着されるプルイン現象が発生せず、走査角度を大きくすることができる。
【０００７】
特許文献３に開示された光走査素子を図２４に示した。（ａ）は光走査装置全体の正面図、(ｂ)は電極基板の正面図、(ｃ)は駆動電極を含んだ断面図、(ｄ)は駆動電極部の形状を拡大して示す断面図である。この光走査素子１Ｄは、同一直線上に設けられた梁４で支持された可動部２、ミラー７と、ミラー７に対向する位置に設けた対向電極８ａ，８ｂとを備え、可動部２と対向電極８ａ，８ｂとの間に静電引力を発生させることで、梁４をねじり回転軸としてミラー７を往復振動させる。対向電極８ａ，８ｂは、ミラー７に対して平行でない傾斜面９ａ，９ｂに設けられ、この傾斜面上の少なくとも一部に、溝１０が形成されている。図中、１１はフレーム、１２は電極パッド、１３は電極基板の尾根の頂上を示す。この光走査素子１Ｄによれば、可動部２に備わる電極と対向した下部の対向電極８ａ，８ｂが傾斜状に備わっており、電極間距離を短くして低電圧化を図っている。
【０００８】
特許文献４に開示された光走査素子を図２５に示した。図２５（ａ）は光走査素子の断面図（Ｐ−Ｐ断面）、図２５（ｂ）は平面図である。この光走査素子１Ｅは、フレーム１４内の端面に、ミラー７の基板端と対面させて駆動用固定電極１５ａ，１５ｂを形成し、ミラー７の基板端より基板厚さ方向にずらして起動用固定電極１６ａ，１６ｂを形成することにより、低い電圧でミラー７の基板を安定に起動できるようにしている。図中、１７ａ，１７ｂは電極バッド、１８ａ，１８ｂは裏面電極パッドを示す。
【０００９】
特許文献５に開示された光走査素子を図２６に示した。この光走査素子１Ｆは、入射光を正反射するミラー７と、ミラー７を保持するミラー保持基板１９と、ミラー保持基板１９を回動可能に支持するねじり回動軸４と、ねじり回動軸４に支持されたミラー保持基板１９の側面の可動電極２０と、可動電極２０の対向面２０ａからミラー保持基板１９の厚み方向にずれた位置に形成された固定電極２１とを設け、光走査の振れ角を大きくし、かつ駆動電圧の低電圧化を図っている。
【００１０】
【非特許文献１】ＩＢＭ  Ｊ．Ｒｅｓ．Ｄｅｖｅｌｏｐ  Ｖｏｌ．２４  （１９８０）
【特許文献１】特開２０００−３１０７４３号公報
【特許文献２】特開平１１−５２２７８号公報
【特許文献３】特開２００１−３１１９００号公報
【特許文献４】特開２００２−２６７９９５号公報
【特許文献５】特開２００２−３２８３２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記した従来の光走査素子は、次のような問題があった。すなわち、特許文献１の光走査素子１Ａ，１Ｂは、共振周波数で駆動させるのが一般的であるが、その共振周波数は構造、材料によって一意的に決まってしまう。よって、所望の共振周波数になるように構造、材料を設計することになるが、高速走査をする場合、可動部は小さく、支持部弾性力は大きくなるため、駆動電圧や起動電圧が大きくなる傾向にある。特に内視鏡のような医療機器においては、大きな電圧を印加することは生体への安全性の観点から好ましくない。つまり、低電圧での高速駆動が要求された。また、大きな電圧を加えるとプルイン現象を起こしてしまうため、電極間ギャップの一部の範囲しか走査角として使えなかった。
【００１２】
特許文献２の光走査素子１Ｃは、櫛歯構造が複雑であるため、小型化に伴って製造プロセスが困難になる。また、櫛歯電極の面積が大きく、素子全体の面積も大きくなってしまい、小型化に向かない他、Ｘ，Ｙ面の面走査を行う場合、２軸目の設置がスペース上困難となった。
【００１３】
特許文献３の光走査素子１Ｄは、回転トルクの小さい回転軸から近い方では電極間距離が小さくなっているが、回転トルクの大きくなる回転軸から遠い方では電極間距離はそれほど変わっていない。そのため、素子の起動時においては、低電圧化の効果は小さい。
【００１４】
特許文献４の光走査素子１Ｅ、特許文献５の光走査素子１Ｆは、可動部側面に駆動電極の他に、別の駆動または起動電極を設け、これら第２の電極を用いて、より低電圧に駆動させることを図っているが、電極数が増える分、構造が複雑で小型化には向かない。また、回転軸に近いところの第２電極の追加であるため、トルクとしては小さくなり、上記同様に低電圧化の効果は小さく、また、Ｘ，Ｙ面の面走査を行う場合、２軸目の構造が困難となった。
【００１５】
これらの問題と併せて、従来の光走査素子においては下記の課題があった。すなわち、上記のように内視鏡用途では駆動電圧を高く設定することは安全上できない。低電圧化するには、可動部の共振周波数を下げる、つまり柔らかくするとよい。ところが、梁の弾性を低下させると可動部の弾性復元力が減少し、動作速度を速めることが困難となり、実用的でなかった。また、内視鏡用途では、通常の素子駆動用信号の周波数（素子の共振周波数等）があるが、高速な画像取り込み等の要望により、１桁程高い周波数、あるいはそれ以上の高い周波数で駆動するには、駆動電圧をより高電圧化する必要があり、従来の駆動方式では実用的ではなかった。
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、簡単な構造で低電圧高速駆動が可能となる光走査プローブおよび光走査プローブ装置並びに光走査プローブの制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明に係る上記目的は、下記構成により達成される。
（１）  プローブを被検体内に挿入し、該被検体内の所定領域に光を走査しつつ照射し、照射点より発せられる光を検出することで前記被検体内を観察する光走査プローブであって、
前記プローブの先端部に搭載され、前記プローブ内に挿通された光伝達手段を通じて前記先端部に導かれた光を前記被検体の所定領域に向けて光走査する光走査素子と、
前記光走査素子に光走査させるための駆動信号を切り換える信号切り換え手段と、
を備え、
前記光走査素子は、弾性変位可能に支持され第１の回転方向およびこれとは逆の第２の回転方向との双方向に変位する微小ミラーを有する可動部と、前記可動部へ前記第１の回転方向の物理的作用力を加える第１の駆動部と、前記可動部へ前記第２の回転方向の物理的作用力を加える第２の駆動部と、を備え、
前記信号切り換え手段は、前記被検体内への挿入前に所定のタイミング信号を受けて前記可動部を前記第１の回転方向または前記第２の回転方向のいずれかに吸引させる駆動準備信号から、前記可動部を前記第１の回転方向と前記第２の回転方向へ交互に吸引する走査駆動信号に切り換えて出力する機能を有し、
前記駆動準備信号の最大電圧は前記走査駆動信号の最大電圧より高い電圧値に設定される光走査プローブ。
【００１７】
この光走査プローブによれば、起動時のみに大きな電圧の駆動準備信号が用いられ、可動部が回転方向の定位置に吸引される。これにより、印加電圧に依存して支持部材質を選定する必要がなくなり、弾性復元力の大きい材質での支持部形成が可能となる。被検体内への挿入後には、駆動準備信号から低電圧の安全な走査駆動信号に切り換わり、弾性復元力の大きい支持部に蓄積された駆動エネルギを、低電圧走査駆動信号の交番によりそれぞれの回転（揺動）方向に助勢しながら、高速な駆動（走査）が可能となる。
【００１８】
（２）  （１）記載の光走査プローブであって、
前記プローブが前記被検体内に挿入されたことを検知して検出信号を出力するセンサを備え、
前記センサから出力される前記検出信号が、前記タイミング信号として前記信号切り換え手段に入力される光走査プローブ。
【００１９】
この光走査プローブによれば、プローブが被検体内に挿入されると、挿入がセンサによって検出され、挿入検出信号が信号切り換え手段に入力される。挿入検出信号が入力された信号切り換え手段は、可動部を吸引させるために光走査素子に印加していた駆動準備信号を、これよりも低電圧の走査駆動信号に切り換えて出力する。
【００２０】
（３）  （１）記載の光走査プローブであって、
前記所定のタイミング信号が、前記光走査プローブ装置への電源投入時に前記信号切り換え手段に入力される光走査プローブ。
【００２１】
この光走査プローブによれば、光走査プローブ装置の使用開始時に電源が投入されると、構わず信号切り換え手段が光走査素子に駆動準備信号を出力して可動部を第１の回転方向または第２の回転方向のいずれかに吸引させる。すなわち、被検体内への挿入前における弾性エネルギの蓄積準備を、特別な操作によらずして電源の投入と同時に簡便に行うことができる。
【００２２】
（４）  （１）記載の光走査プローブであって、
前記所定のタイミング信号が、前記信号切り換え手段に接続されたスイッチにより入力される光走査プローブ。
【００２３】
この光走査プローブによれば、光走査プローブ装置の使用開始時に電源が投入され、信号切り換え手段に接続されたスイッチが手動により入力されることで、信号切り換え手段が光走査素子に駆動準備信号を出力して可動部を第１の回転方向または第２の回転方向のいずれかに吸引させる。すなわち、被検体内への挿入前における弾性エネルギの蓄積準備を、所望の時期から開始させることができ、電源投入後から長時間挿入が行われない場合の無用な可動部の吸引を防止できる。
【００２４】
（５）  （１）〜（４）のいずれか１項記載の光走査プローブであって、
前記可動部が前記第１の回転方向と前記第２の回転方向との間で変位方向が遷移するときの前記可動部の最終変位位置は、前記可動部の下端が該可動部の下方の部材に接触する位置となる光走査プローブ。
【００２５】
この光走査プローブによれば、可動部の変位が、第１の回転方向の最終変位位置、第２の回転方向の最終変位位置までの間の範囲となり、可動部の走査角度が可動部可動範囲の最大限で確保される。
【００２６】
（６）  （１）〜（４）のいずれか１項記載の光走査プローブであって、
前記可動部が前記第１の回転方向と前記第２の回転方向との間で変位方向が遷移するときの前記可動部の最終変位位置は、前記可動部の下端が該可動部の下方の部材に接触する手前の位置となる光走査プローブ。
【００２７】
この光走査プローブによれば、可動部の走査角度は狭くなるが、材料選択の自由度が高まる。また、電気的に絶縁状態となる可動部が接触面に対して接触・離反を繰り返すことで生じる電荷チャージが発生せず、駆動特性のバラツキや、光走査素子の経時劣化が防止される。
【００２８】
（７）  （１）〜（６）のいずれか１項記載の光走査プローブであって、
前記物理的作用力が、静電気力である光走査プローブ。
【００２９】
この光走査プローブによれば、静電気力を利用して駆動するので、例えば固定側の電極と可動側の電極との間に印加する電圧の切り替えによって駆動状態を容易に制御できる。
【００３０】
（８）  （１）〜（７）のいずれか１項記載の光走査プローブであって、
前記物理的作用力が、前記可動部の複数の作用点に加えられる光走査プローブ。
【００３１】
この光走査プローブによれば、作用点が複数となることで、例えば中央が回転中心となる揺動型の可動部において、回転中心を挟む両側に物理的応力が加えられるようになる。これにより、それぞれの作用点に、異なる大きさの制動力を、異なるタイミングで加えられるようになり、例えば第１の回転方向と第２の回転方向への助勢、或いは吸引保持等の多様な制動効果が得られるようになる。
【００３２】
（９）  （８）記載の光走査プローブであって、
前記可動部のそれぞれの遷移方向に対して２つ以上の前記物理的作用力が設定可能に構成された光走査プローブ。
【００３３】
この光走査プローブによれば、例えば中央が回転中心となる揺動型の可動部において、回転中心を挟む両側のそれぞれの片側に２つ以上の物理的応力が加えられるようになる。これにより、可動部の片側に、異なる大きさの制動力を、異なるタイミングで加えられるようになり、例えば、回転方向と逆の吸引力を作用させて可動部を接触する手前の位置で制止させる等多様な制動効果が得られるようになる。
【００３４】
（１０）  （１）〜（９）のいずれか１項記載の光走査プローブであって、
少なくとも前記可動部が大気圧より低い減圧状態で封止される封止構造を備えた光走査プローブ。
【００３５】
この光走査プローブによれば、可動部が大気圧より低い減圧状態の環境下で動作するので、空気の粘性の影響を低減できる。非常に小さく形成された光走査素子においては、可動部の質量が小さいため、これらを高速で振動させようとすると、それらの周囲にある空気の粘性の影響を受けることになり、振動周波数を上げることが困難になる。そこで、可動部を減圧状態で封止することにより、通常よりも密度の低い空気中で可動部が振動することになり、空気の粘性の影響が小さくなり、高速駆動が可能となる。
【００３６】
（１１）  （１）〜（１０）のいずれか１項記載の光走査プローブであって、
該光走査素子は、前記可動部が前記第１および第２の回転方向へ変位する際の第１回転軸と、該第１回転軸と直交する第２回転軸との２軸方向それぞれに対して前記可動部が回転変位可能に支持され、前記被検体の所定領域に向けて光を２次元走査する光走査プローブ。
【００３７】
この光走査プローブによれば、可動部が、直交する第１回転軸および第２回転軸を中心に回転変位する３次元駆動され、照射光と戻り光による２次元走査が可能となり、戻り光の分布情報に基づく照射領域の画像形成が可能となる。
【００３８】
（１２）  （１）〜（１１）のいずれか１項記載の光走査プローブであって、
前記被検体に光を照射するための光を発生する光源と、
前記光走査素子の微小ミラーを揺動駆動する駆動信号を供給する走査駆動部と、
前記光走査部によって二次元走査された光により前記被検体の照射点から発せられる光を基端部に導くための戻り光伝達手段と、
を備えた光走査プローブ。
【００３９】
この光走査プローブによれば、光走査部に設けられた光走査素子を用いて、光源から導入された光を二次元走査するので、被検体内の特定領域を照明すると共に、この照射点より発せられる光（戻り光）を基端側に導くことで、特定領域の二次元画像を検出することができる。
【００４０】
（１３）  （１２）記載の光走査プローブであって、
前記光源と前記光走査部との間にピンホールが形成され、該ピンホールを通過する光が実質的に点光源となり、前記被検体との間に共焦点光学系が構成される共焦点ピンホールを備えた光走査プローブ。
【００４１】
この光走査プローブによれば、共焦点光学系を構成するので、光走査素子を用いて光を二次元走査する際に、被検体内の対象物のうち焦点の合っている領域（走査位置）の光像のみを検出することができる。また、点光源となるピンホールから共焦点光学系を介して被検体内の対象物に照明光を照射するので、照明光は焦点の合っている１点のみに集中的に照射される。そのため、走査位置の周辺から不要な散乱光が生じないので、高いコントラストで走査位置の像を検出可能になる。さらに、共焦点光学系を用いることにより、光ファイバのように細い部材を用いて照明光および戻り光を導くことができるので、内視鏡として好適に利用可能な細長い光走査プローブを構成できる。
【００４２】
（１４）  （１３）記載の光走査プローブであって、
前記光伝達手段の前記プローブの先端部で、前記光伝達手段の端部に取り付けたフェルールが前記ピンホールを形成する光走査プローブ。
【００４３】
この光走査プローブによれば、光伝達手段の端部に取り付けられる光ファイバコネクタ内におけるフェルール（ferrule）の光出射端が、実質的な点光源を形成する共焦点ピンホールとして有効に利用される。
【００４４】
（１５）  （１）〜（１４）のいずれか１項記載の光走査プローブであって、
前記照射点より発せられる光は、反射光、散乱光、蛍光、燐光のいずれかである光走査プローブ。
【００４５】
この光走査プローブによれば、照射点より発せられる反射光、散乱光、蛍光、燐光のいずれかを検出することで、例えば医療用途では種々の診断が可能となる。
【００４６】
（１６）  （１）〜（１５）のいずれか１項記載の光走査プローブと、
前記光走査プローブの戻り光伝達手段から導かれる戻り光および前記走査駆動部の駆動信号から、前記被検体内における１次元または２次元の前記照射点より発せられる光の分布情報を求める信号処理部と、
該信号処理部から出力される映像信号を表示する表示部と、
を備えた光走査プローブ装置。
【００４７】
この光走査プローブ装置によれば、光走査プローブから出射された光が走査されると、被検体の照射点より発せられる光が戻り光伝達手段によって導かれ、光電変換素子等によって戻り光の強度が電気信号として出力される。出力された電気信号は、信号処理装置に入力されて、照射点より発せられる光の分布情報となって表示部に表示される。
【００４８】
（１７）  （１）〜（１５）のいずれか１項記載の光走査プローブの制御方法であって、
前記走査駆動信号は、
前記可動部を一方の前記回転方向に変位させるまでの間に前記可動部を支持する弾性支持梁に弾性エネルギを蓄え、前記一方の駆動部により発生させる物理的作用力により前記可動部を変位させた後、
前記一方の駆動部からの物理作用力を消失させると共に前記弾性支持梁に蓄えられた弾性エネルギを解放することで前記弾性支持梁に前記弾性エネルギとは逆極性の弾性エネルギを再度蓄えながら前記可動部を他方の回転方向に変位させ、前記他方の駆動部により発生させる物理的作用力により前記可動部を変位させる、
ことを繰り返す駆動信号である光走査プローブの制御方法。
【００４９】
この光走査プローブの制御方法によれば、プローブが被検体内に挿入される前に、可動部が比較的高い電圧によって傾けられ、弾性支持梁に弾性エネルギが蓄積される。その状態で高い電圧の印加が停止され、プローブが被検体内に挿入される。被検体内に挿入された後は、弾性支持梁に蓄積された弾性エネルギの解放によって可動部が揺動され、揺動された可動部が慣性力によって逆方向の弾性エネルギを蓄積しつつ、他方の回転方向まで回転された後、慣性力の消失と蓄積弾性力の平衡が逆転した時点で再び可動部が戻り方向へ遷移する。この遷移の繰り返しが交番する低電圧の走査駆動信号にて助勢されることで、弾性支持梁の弾性エネルギが解放・再蓄積され、可動部が揺動され続けることとなる。
【００５０】
（１８）  （１７）記載の光走査プローブの制御方法であって、
前記走査駆動信号の最大電圧は、１００Ｖ未満に設定される光走査プローブの制御方法。
【００５１】
この光走査プローブの制御方法によれば、被検体内に挿入された後、光走査を行うために必要となる走査駆動信号が、最大電圧で１００Ｖ未満に設定されることで、内視鏡用途における安全性が確保される。なお、この最大電圧は、光走査素子の諸寸法や諸材料の変更によりさらに下げることが可能となる。
【００５２】
（１９）  （１７）または（１８）記載の光走査プローブの制御方法であって、
前記可動部を、該可動部の共振周波数に相当する周期で変位させる光走査プローブの制御方法。
【００５３】
この光走査プローブの制御方法によれば、可動部の形状や質量等によって定まる固有振動数に相当する共振周波数で可動部が揺動するように駆動するので、必要最小限の駆動力で効率的な駆動が可能となり、揺動動作が安定する。
【発明の効果】
【００５４】
本発明に係る光走査プローブによれば、被検体に向けて光走査する光走査素子と、光走査素子に光走査させるための駆動信号を切り換える信号切り換え手段とを設け、光走査素子は、第１の回転方向および第２の回転方向に変位する微小ミラーを有する可動部と、可動部へ物理的作用力を加える第１、第２の駆動部とを備え、信号切り換え手段は、可動部を第１の回転方向または第２の回転方向のいずれかに吸引させる駆動準備信号から、可動部を第１の回転方向と第２の回転方向へ交互に吸引する走査駆動信号に切り換えて出力する機能を有し、駆動準備信号の最大電圧は、走査駆動信号の最大電圧より高い電圧値に設定したので、起動時のみに大きな電圧を用いることで、駆動時には低電圧化を可能にすることができる。また、駆動は支持部弾性力の効果を大きくできるので、高速駆動が可能となる。この結果、簡単な構造で低電圧高速駆動を実現できる。
【００５５】
本発明に係る光走査プローブ装置によれば、上記の光走査プローブと、光走査プローブ装置の戻り光伝達手段から導かれる戻り光および走査駆動部の駆動信号から、被検体内における１次元または２次元の照射点より発せられる光の分布情報を求める信号処理部と、信号処理部から出力される映像信号を表示する表示部とを備えたので、簡単な構造の光走査プローブを用い、低電圧で高速な光走査を行いながら、戻り光の強度を電気信号として信号処理装置に入力し、戻り光の分布情報を表示部に高速表示できる。
【００５６】
本発明に係る光走査プローブの制御方法によれば、走査駆動信号は、可動部を一方の回転方向に変位させるまでの間に可動部を支持する弾性支持梁に弾性エネルギを蓄え、一方の駆動部により発生させる物理的作用力により前記可動部を変位させた後、一方の駆動部からの物理作用力を消失させると共に弾性支持梁に蓄えられた弾性エネルギを解放することで弾性支持梁に弾性エネルギとは逆極性の弾性エネルギを再度蓄えながら可動部を他方の回転方向に変位させ、他方の駆動部により発生させる物理的作用力により可動部を変位させる、ことを繰り返す駆動信号であるので、プローブを被検体内に挿入する前に、可動部を比較的高い電圧で傾けておき、その状態から高い電圧の印加を停止し、プローブを被検体内に挿入する。被検体内に挿入した後は、可動部が低電圧で駆動され続けることとなる。これにより、構造および製造プロセスを複雑にせず、駆動方法の工夫により簡単な構造で、高速走査と低電圧化を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５７】
以下、本発明に係る光走査プローブおよび光走査プローブ装置並びに光走査プローブの制御方法の好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明に係る光走査プローブを備えた光走査プローブ装置のブロック図である。
光走査プローブ装置３１は、光走査プローブ１００に光学情報を入出力する光学系統と、駆動制御情報を入力する駆動系統とを備えており、双方から情報を入出力することで、観察画像を信号処理装置３３を介して表示部３５に出力する構成となっている。
光学系統では、半導体レーザ等で構成される光源３７、光検出部３９、光カプラ４１、これらを結ぶ光伝達手段（および戻り光伝達手段）である光ファイバ４３を備え、駆動系統では、操作部４５、およびこれに接続される制御部４７、走査駆動部４９、補正テーブル５１（いずれも詳細は後述する）を備える。
【００５８】
光源３７から出射されたレーザ光は、適宜な光量調整手段により光量調整されて第１の光ファイバＯＦ１に導光され、４つの入出力を有する光カプラ４１によって第３の光ファイバＯＦ３と第４の光ファイバＯＦ４に分岐される。第３の光ファイバＯＦ３は、可視レーザ光が合波されたレーザ光として光走査プローブ１００に伝送される。そして、光走査プローブ１００の先端部に内蔵した後述する対物ユニットで走査することにより、観察光（観察ビーム）を走査して、被検体５３の表面付近の観察点に集光する。
【００５９】
一方、検出すべき被検体５３の走査位置における照射点より発せられる光は、光走査プローブ１００に戻り、光ファイバ４３を通って光カプラ４１に導かれる。そして、光カプラ４１から第２の光ファイバＯＦ２に分岐された光が光検出部３９によって検出される。光検出部３９は、光電変換素子のように入射光の強度を電気信号として出力する装置である。光検出部３９が出力する電気信号は、信号処理装置３３に入力され、表示部３５に表示される。
【００６０】
なお、第４の光ファイバＯＦ４に分岐した光は、その端部で反射して光カプラ４１側に戻ることを防止するため、第４の光ファイバＯＦ４の端部は閉塞或いは無反射処理を施す。これら第１の光ファイバＯＦ１、第２の光ファイバＯＦ２、第３の光ファイバＯＦ３、第４の光ファイバＯＦ４としては、好ましくはシングルモードファイバまたは、コヒーレンス性を十分に維持することが可能な低次マルチモードファイバ、偏波保存ファイバなどを用いることができる。
【００６１】
そして、制御部４７は、対物ユニットにおける光学走査を行うための駆動信号を走査駆動部４９に生成させたり、その駆動信号を信号処理装置３３に出力して画像形成させたり、操作部４５からの操作信号により、撮像画像のフリーズ操作や、静止画のハードコピー動作を行わせたり、光走査プローブ１００の屈曲等の各種動作を制御する。
【００６２】
制御部４７にはセンサ５５が接続され、センサ５５はプローブが被検体５３内に挿入されたことを検知して検出信号を出力する。センサ５５から出力される検出信号は、後述するタイミング信号として信号切り換え手段である駆動電圧制御回路１０５（図５参照）に入力される。
【００６３】
次に、上記光走査プローブ装置３１を内視鏡装置に組み込んだ状態を説明する。
図２は光走査素子が搭載された光走査プローブを含む光走査プローブ装置および内視鏡装置全体の構成を示す正面図である。
光走査プローブ１００は、先端部が被検体５３内に挿入され、被検体５３内の所定領域に光を走査しつつ照射し、照射点より発せられる光を検出することで被検体５３内を観察する。この光走査プローブ１００は、細長で可撓性を有するシース５７で覆われている。
内視鏡装置３０の接続部３２にはスコープ３４の基端側が接続され、このスコープ３４の他端側には操作部４５が接続される。そして、操作部４５の先には細長の挿入部６１が接続されている。操作部４５には鉗子の挿入口４５ａが設けられ、この挿入口４５ａから光走査プローブ１００が挿入される。光走査プローブ１００は、挿入部６１に形成される鉗子口５９を通じて挿入部６１の先端まで延設されている。
【００６４】
また、光走査プローブ装置３１は、図１に示すように、光走査プローブ１００と、光走査プローブ１００の光ファイバ４３から導かれる戻り光、および走査駆動部４９の駆動信号から、被検体５３内の所定領域に対する１次元または２次元の照射点より発せられる光の分布情報を求める信号処理装置３３と、信号処理装置３３から出力される映像信号を表示する表示部３５と、を備え、光走査プローブ１００から出射された光が走査されると、被検体５３からの発せられる光が光ファイバ４３によって戻り光として導かれ、光電変換素子等によって戻り光の強度が電気信号として出力される。出力された電気信号は、信号処理装置３３に入力されて、照射点より発せられる光の分布情報となって表示部３５に表示される。
【００６５】
ここで、照射点より発せられる光（戻り光）は、光照射領域からの反射光、散乱光、蛍光、燐光のいずれかが含まれ、これらの光成分が検出されることで、種々の診断が可能となる。散乱光は、反射光に対する散乱光の比から減衰率を計算し、さらに各波長における減衰率に基づいて酸素代謝量を求めること等に用いられる。蛍光は、蛍光を発する光感受性物質を吸収している生体内部の部位に励起光を照射し、そのとき光感受性物質から発せられる蛍光による画像情報から診断を行う際に用いられ、一般にＰＤＤ（photodynamic diagnosis）と称される光力学診断に用いられる。また、燐光については、光増感剤が特異的に蓄積された病巣部にレーザを照射すると、活性酸素により燐光が発生する。この燐光を撮像することで、病巣部の浸潤状況、病巣部の範囲、病巣部であることの等の診断が可能となる。
【００６６】
次に、図３に光走査プローブ装置の先端部の構造を示す断面図を示した。
光走査プローブ１００は、シース５７の先端に先端枠体６３がリング状の連結部６５を介して接続されており、シース５７内に挿通された光ファイバ４３および信号線６７が先端枠体６３側に接続されている。先端枠体６３は、先端部が閉塞した円筒形状の構造になっている。
【００６７】
先端枠体６３の内部には、保持部材６９が先端枠体６３の内径と略同等の外形を有して保持され、保持部材６９には、光ファイバ４３と信号線６７を挿通するための連通孔６９ａ，６９ｂが形成されている。連通孔６９ａには光ファイバ４３の先端に設けたフェルール７１が配置され、連通孔６９ｂには信号線６７がパッキン７３と共に挿入されている。これにより、先端枠体６３の内部では、保持部材６９によって密閉された内部空間７５が画成される。
【００６８】
また、先端枠体６３の先端近傍の一部分には、被検体５３を撮影するための開口が形成され、この開口部分にはカバーガラス７７が取り付けられている。このカバーガラス７７に隣接した位置には集光レンズ７９が配置され、また、集光レンズ７９に対面して前述の光走査素子８１が配置してある。光走査素子８１は、先端枠体６３の軸方向に対して約４５度傾けた状態で設置してあり、後述する回転変位可能な微小ミラー８３（図４参照）によって入射光の光路が変更される。つまり、保持部材６９に固定されたフェルール７１から出力される光は、保持部材６９に支持されたコリメータレンズ８５を通して光走査素子８１に照射され、その反射光が走査されて被検体５３に照射される。
【００６９】
ここで、光走査素子８１を走査駆動するための駆動信号（後述のＶａ，Ｖｂに相当）が印加される各電極は、信号線６７を介して走査駆動部４９（図１参照）と接続されている。
【００７０】
保持部材６９の中央部を貫通する位置に配置されたフェルール７１は、中心部を貫通する微小な貫通孔を有しており、その一端に光ファイバ４３が接続され、他端側の開口は解放されている。したがって、図１に示した光走査プローブ１００の光学系は共焦点光学系を構成しており、フェルール７１が共焦点ピンホールとして機能している。照明光は、光源３７（図１参照）から光ファイバ４３に入力され、フェルール７１の開口から点光源の照明光として出射される。この照明光は、コリメータレンズ８５によって平行光に変換され、光走査素子８１の微小ミラー８３の面に入射し、微小ミラー８３の面で反射し、集光レンズ７９で集光され、カバーガラス７７を通して被検体５３を照明する。
【００７１】
一方、被検体５３の領域のうち、光走査素子８１の微小ミラー８３の面の傾きによって定まる走査位置に相当する点からの反射光は、往路を逆に辿り、カバーガラス７７を通過して、集光レンズ７９で集光されて光走査素子８１の微小ミラー８３に導かれ、微小ミラー８３の面で反射し、コリメータレンズ８５を通って共焦点ピンホールであるフェルール７１の開口部に入射し、光ファイバ４３を介して光検出部３９（図１参照）まで導かれる。すなわち、光ファイバ４３は、戻り光伝達手段ともなっている。
【００７２】
このような共焦点光学系においては、集光レンズ７９の焦点位置と共役な位置（像位置）に円形の開口を持つピンホールを配置することで、焦点のあった位置のみの光を検出することができる。本実施の形態では、光ファイバ４３の端部に取り付けられるフェルール７１の光出射端が、実質的な点光源を形成する共焦点ピンホールとして有効に利用される。共焦点光学系では点光源から出射した光は対物レンズにより被検体５３の１点に集光され照射される。そのため、被検体５３の全体を均一に照明する一般的な照明とは異なり、走査位置の周辺部からの不要な散乱光が生じることがなく、像のコントラストが大幅に向上する。さらに、共焦点光学系を用いることにより、光ファイバ４３のように細い部材を用いて照明光および戻り光を導くことができるので、光走査プローブ装置３１として好適に利用可能な細長い光走査プローブ１００を構成できる。よって、生態組織内部等の被検体体内の表面を高画質の画像として観察することができる。
【００７３】
上記の画像取り込みの際、制御部４７（図１参照）は、走査駆動部４９が生成する各走査制御信号のタイミング、すなわち光走査素子８１の微小ミラー８３による走査位置を把握し、この走査位置に合わせて光検出部３９から入力される電気信号を信号処理装置３３に処理させ、被検体５３の撮像画像である二次元画像の情報を表示部３５に出力させる。
【００７４】
ところで、走査範囲（撮影する範囲）を決定する光走査素子８１の微小ミラー８３の傾斜角の大きさについては、光走査素子８１の各電極に印加する駆動電圧の大きさに応じて変化するが、それぞれの光走査素子８１の電極間距離等にばらつきがあった場合、同じ駆動電圧を印加しても、光走査素子８１毎に実際の走査範囲に誤差が生じる。また、温度等の環境変化の影響を受けて走査範囲が変化する可能性がある。
【００７５】
そこで、光走査素子８１の実際の走査範囲が安定するように、制御部４７は、光走査素子８１に印加する駆動電圧を補正する補正テーブル５１を有する。すなわち、印加する駆動電圧の値と実際の傾斜角との関係を表す情報を予めテーブルに登録して保持しておき、実際に光走査素子８１を駆動する際には、走査範囲が所望の範囲になるように、補正テーブル５１の内容を参照して印加すべき駆動電圧の値を決定する。
【００７６】
この補正テーブル５１については、光走査プローブ装置３１の製品出荷時までに作成しておく。また、補正テーブル５１の内容を書き換え可能な状態にしておき、定期的なメンテナンスを行う際に補正テーブル５１の内容を書き換えても良い。また、必要に応じて光走査プローブ装置３１の電源立ち上げ時や、使用者が決める任意のタイミングで補正テーブル５１の内容を更新しても良い。
【００７７】
また、光走査素子８１を駆動する際の走査タイミングと実際の走査位置との対応関係が非線形であるような場合には、これらの関係を表す情報も補正テーブル５１に登録しておく。
【００７８】
図４は図３に示した光走査素子の斜視図である。
光走査素子８１は、光走査プローブ１００（図３参照）の先端部に搭載され、光走査プローブ１００内に挿通された光ファイバ４３を通じて先端部に導かれた光を被検体５３の所定領域に向けて光走査する。光走査素子８１は、基本的な構成要素として、基板９１と、基板９１に空隙９３を介して平行に配置される小片状の可動部９５と、可動部９５の両縁部から延出される支持部である弾性支持梁９７と、この弾性支持梁９７を介して可動部９５を基板９１に支持するスペーサ９９とを備える。このような構成により、可動部９５は、弾性支持梁９７の捩れによって第１の回転方向およびこれとは逆の第２の回転方向との双方向に回転変位が可能となっている。
【００７９】
光走査素子８１は、可動部９５の上面が微小ミラー８３となる。基板９１の上面には、２つの弾性支持梁９７を中央として両側に、可動部９５へ第１の回転方向の物理的作用力を加える第１の駆動部１０１ａと、可動部９５へ第２の回転方向の物理的作用力を加える第２の駆動部１０１ｂとを備える。第１の駆動部１０１ａ、第２の駆動部１０１ｂは、固定電極であるアドレス電極となる。また、可動部９５にもその一部に可動電極１０３が設けられている。
【００８０】
図５は光走査素子とそれを駆動するための電気回路を示すブロック図である。
光走査素子８１は、基板９１内に駆動回路１０４を有する。駆動回路１０４は、駆動電圧制御回路１０５とメモリ回路１０７とを備えている。駆動電圧制御回路１０５は、光走査素子８１の各電極に印加される駆動信号Ｖａ，Ｖｂを生成する。メモリ回路１０７は、素子の駆動に先立ち、各駆動信号Ｖａ，Ｖｂとして出力すべき信号波形の情報を、光走査素子８１の微小ミラー８３の各軸に対する傾きの変位量に対応付けて保持している。メモリ回路１０７が外部から変位量の指示が入力されると、その変位量に対応する信号波形を生成するために必要な情報を駆動電圧制御回路１０５に与える。駆動電圧制御回路１０５は、メモリ回路１０７から入力される情報に基づいて、各駆動信号Ｖａ，Ｖｂの波形を必要なタイミングで生成する。
【００８１】
なお、可動部９５に形成された導電性を有する領域が、共通電極である可動電極１０３を形成し、これと対向する位置に配置される第１の駆動部１０１ａ、第２の駆動部１０１ｂに電圧を印加することにより、駆動力となる静電気力を発生することができる。
【００８２】
ここで、光走査素子８１の可動部９５を基板９１側に接触させて揺動する接触駆動方法について説明する。
図６は接触駆動における可動部の変位状況を（ａ）〜（ｆ）で表した動作説明図である。
光走査素子８１は、基本動作として、第１の駆動部１０１ａ、第２の駆動部１０１ｂ、可動電極１０３（図中では可動部９５として説明）へ電圧を印加することによって、弾性支持梁９７を捩り中心として可動部９５を揺動変位させる。これにより、可動部９５上の微小ミラー８３が揺動され、光の反射方向がスイッチングされる。しかし、起動時において、平衡状態にある可動部９５を回転変位させるための最小エネルギは、変位開始後に要するエネルギより大きくなり、その分、駆動信号の印加電圧値を増大させる必要がある。本実施形態では、起動時における印加電圧をＶ１、起動後の定常駆動時における印加電圧をＶ２（＜Ｖ１）として説明する。
【００８３】
可動部９５を平衡位置から下部に接触させる場合、図６（ａ）に示すように、可動部９５の平衡停止状態から、図６（ｂ）に示すように、第１駆動部１０１ａへ印加電圧Ｖａ（Ｖ１）を印加することで静電気力Ｆ１が働き、可動部９５を回転変位させて基板９１上に設置されたピボット１０９に接触させる。ピボット１０９は、このPull-in状態で可動部９５との癒着を防止する機能を有する。
【００８４】
そして、図６（ｃ）に示すように、第１駆動部１０１ａへの印加電圧Ｖａを切ると、弾性支持梁９７の弾性復元力Ｋθにより、可動部９５は反対方向に回転変位する。これ以降は、定常駆動となって、可動部９５は連続的な揺動動作となる。
ただし、図６（ｄ）に示すように、粘性の効果がない場合は、可動部９５は最大変位位置まで回転変位するが、粘性の効果がある場合、その変位は小さくなる。そこで、不足変位分を補うために、前述の印加電圧値Ｖ１より低い電圧Ｖ２を第２駆動部１０１ｂに印加電圧Ｖｂとしてパルス的に印加し、静電気力Ｆ２（＞Ｆ１）を発生させる。なお、ここでは第２駆動部１０１ｂにPull-inさせない程度に電圧を印加する。
【００８５】
そして、図６（ｅ）に示すように、第２駆動部１０１ｂへの印加電圧Ｖｂを切ると、再び弾性支持梁９７の弾性復元力Ｋθによって、可動部９５は反対方向に回転変位する。ここで、再び不足変位分を補うために、図６（ｆ）に示すように、第１駆動部１０１ａへ印加電圧Ｖ２（＜Ｖ１）をパルス的に印加し、静電気力Ｆ２（＞Ｆ１）を発生させる。以上の図６（ｃ）〜図６（ｆ）の動作を繰り返すことで可動部９５は揺動を繰り返す。
【００８６】
なお、可動部９５は、可動部９５の共振周波数に相当する周期で変位させることが好ましい。可動部９５の形状や質量等によって定まる固有振動数に相当する共振周波数で駆動すれば、必要最小限の駆動力で効率的な駆動が可能となり、揺動動作が安定する。可動部９５は、加えられる物理的作用力が静電気力となることで、高速な回転変位が可能となっている。また、物理的作用力が静電気力であるので、例えば固定側の電極と可動側の電極との間に印加する電圧の切り替えによって駆動状態を容易に制御できる。
【００８７】
図７は接触駆動における印加電圧と変位角度の関係を示す動作説明図である。
ここでは、図６に示す可動部９５の駆動による傾斜角の変化を、第１駆動部１０１ａおよび第２駆動部１０１ｂへの駆動信号と合わせて説明する。
可動部９５を平衡位置から下部に接触させる起動時の場合、可動部９５を下部に接触させたとき（図６（ｂ）に示す状態）の可動部９５の傾斜角度を＋θ１とする。この状態に保持するために、印加電圧ＶａはＶ２より高い電圧Ｖ１にされる。そして、図６（ｃ）〜（ｆ）で示される定常駆動に移行する際は、その移行タイミングｔ１で印加電圧ＶａをＶ１から一旦０にする。そして、可動部９５が最終変位位置に到達する直前に順方向に静電気力を付与することで、可動部９５を最終変位位置に吸引する。可動部９５が最終変位位置を超えたときには、静電気力を加えずに、弾性支持梁９７の弾性復元力により反対方向への回転変位を開始する。したがって、定常駆動時における第１駆動部１０１ａ、第２駆動部１０１ｂへの駆動信号は、可動部９５の揺動サイクルの変曲点の直前でパルス的に電圧Ｖ２を印加するものとなる。なお、図中点線の波形は、粘性の効果が生じた場合の傾斜角範囲が狭くなる様子を示している。本実施形態では、傾斜角範囲が狭くならないように第１駆動部１０１ａ、第２駆動部１０１ｂに電圧値Ｖ２の駆動信号を印加している。
【００８８】
このように、可動部９５の下端が可動部９５の下方のピボット１０９に接触する位置となる場合、可動部９５の変位が、第１の回転方向の最終変位位置、第２の回転方向の最終変位位置までの間の範囲となり、可動部９５の走査角度が可動部の可動範囲の最大限に確保される。
【００８９】
ここで、上記のように、起動時と定常駆動時とで駆動信号を切り換えることについてさらに詳細に説明する。
本実施形態の光走査プローブ装置３１においては、光走査プローブ１００で使用できる電圧には、安全上、上限値がある。そこで、起動時のみ、大きな電圧Ｖ１を印加し、その後は電圧Ｖ１より小さな電圧Ｖ２を印加して連続して揺動させる。電圧値としてはＶ１よりＶ２の方が小さいが、静電気力から言えば、図７に示すように、電圧Ｖ２の印加タイミングにおける電極間距離は、電圧Ｖ１の印加タイミングにおける電極間距離よりも短い分、大きな静電気力を発生でき、可動部９５の吸引効果が大きくなる。
具体的な操作手順としては、光走査プローブ１００のプローブを被検体５３内に挿入する前に、可動部９５を比較的高い電圧Ｖ１で平衡状態からいずれかの駆動部に傾けておき、その傾斜させた状態から高い電圧Ｖ１の印加を停止する。その後に、光走査プローブ１００を被検体５３内に挿入する。被検体５３内にプローブを挿入したときには、低電圧で駆動された状態となる。したがって、被検体５３内においては光走査素子８１が高電圧で駆動されることがない。
【００９０】
高電圧から低電圧駆動に変化させるタイミングｔ１（図７参照）は、信号切り換え手段である駆動電圧制御回路１０５（図５参照）によって行われる。すなわち、制御部４７（図１参照）は、光走査素子８１に、光走査させるための駆動信号を切り換え可能としている。より具体的には、駆動電圧制御回路１０５は、被検体５３内へプローブを挿入する前に、タイミングｔ１におけるタイミング信号を制御部４７から受けて、可動部９５を第１の回転方向または第２の回転方向のいずれかに吸引させる駆動準備信号から、可動部９５を第１の回転方向と第２の回転方向へ交互に吸引する走査駆動信号に切り換えて出力する機能を有する。前述の通り、駆動準備信号の最大電圧は、走査駆動信号の最大電圧より高い電圧値に設定される。
【００９１】
ここで、走査駆動信号とは、可動部９５を一方の回転方向に変位させるまでの間に可動部９５を支持する弾性支持梁９７に弾性エネルギを蓄え、一方の駆動部（例えば第１の駆動部１０１ａ）により発生させる物理的作用力により可動部９５を変位させた後、一方の駆動部からの物理作用力を消失させると共に、弾性支持梁９７に蓄えられた弾性エネルギを解放することで、弾性支持梁９７に弾性エネルギとは逆極性の弾性エネルギを再度蓄えながら可動部９５を他方の回転方向に変位させ、他方の駆動部（例えば第２の駆動部１０１ｂ）により発生させる物理的作用力により可動部９５を変位させる、ことを繰り返す駆動信号である。
【００９２】
このように、光走査プローブ装置３１では、光走査プローブ１００のプローブが被検体５３内に挿入される前に、可動部９５が比較的高い駆動準備信号によって傾けられ、弾性支持梁９７に弾性エネルギが蓄積される。その状態で高い駆動準備信号Ｖ１の印加が停止されてから、プローブが被検体５３内に挿入される。駆動準備信号の印加停止後は、弾性支持梁９７に蓄積された弾性エネルギの解放によって可動部９５が回転変位し、回転変位された可動部９５が慣性力によって逆方向の弾性エネルギを蓄積しつつ、他方の回転方向まで回転され、その後、慣性力の消失と蓄積弾性力の平衡が逆転した時点で再び可動部９５が戻り方向へ遷移する。この遷移の繰り返しが交番に印加され低電圧の走査駆動信号にて助勢されることで、弾性支持梁９７の弾性エネルギが解放・再蓄積され、可動部９５が揺動され続けることとなる。
【００９３】
ところで、走査駆動信号Ｖ２の最大電圧は、１００Ｖ未満に設定されることが好ましい。被検体５３が人体である場合は、プローブが体内に挿入された後、光走査を行うために必要となる走査駆動信号が、最大電圧で１００Ｖ未満に設定されることで、内視鏡用途における安全性がより確保される。なお、この最大電圧は、光走査素子８１の諸寸法や諸材料の変更によりさらに下げることが可能となる。
【００９４】
本実施の形態による光走査プローブ装置３１では、光走査プローブ１００が被検体５３内に挿入されたことを検知して検出信号を出力するセンサ５５（図１参照）を備えている。センサ５５から出力される検出信号が、タイミングｔ１の信号として制御部４７を介して駆動電圧制御回路１０５に入力される。光走査プローブ１００が被検体５３内に挿入されると、挿入がセンサ５５によって検出され、挿入検出信号が駆動電圧制御回路１０５に入力される。挿入検出信号が入力された駆動電圧制御回路１０５は、可動部９５を吸引させるために光走査素子８１に印加していた駆動準備信号を、これよりも低電圧の走査駆動信号に切り換えて出力することとなる。
【００９５】
この他、所定のタイミングｔ１の信号は、光走査プローブ１００への電源投入時に、駆動電圧制御回路１０５に入力されるものであってもよい。光走査プローブ１００の使用開始時に電源が投入されると、自動的に駆動電圧制御回路１０５が光走査素子８１に駆動準備信号を出力して可動部９５を第１の回転方向または第２の回転方向のいずれかに吸引させる。すなわち、プローブの被検体５３内への挿入前における弾性エネルギの蓄積準備を、特別な操作によらずして電源の投入と同時に簡便に行うことができる。
【００９６】
また、所定のタイミングｔ１の信号は、制御部４７に接続された操作部４５のスイッチにより入力されるものであってもよい。この場合は、光走査プローブ１００の使用開始時に電源が投入され、駆動電圧制御回路１０５に接続されたスイッチが手動により入力されることで、駆動電圧制御回路１０５が光走査素子８１に駆動準備信号を出力して可動部９５を第１の回転方向または第２の回転方向のいずれかに吸引させる。すなわち、プローブの被検体５３内への挿入前における弾性エネルギの蓄積準備を、所望の時期から開始させることができ、電源投入後から長時間挿入が行われない場合の無用な可動部９５の吸引を防止できるようになる。
【００９７】
以上のように、本実施形態の光走査プローブ１００では、起動時のみに大きな電圧の駆動準備信号が用いられ、可動部９５をいずれかの回転方向の定位置に吸引させる。プローブの被検体５３内への挿入後には、駆動準備信号から低電圧の安全な走査駆動信号に切り換わり、弾性復元力の大きい弾性支持梁９７に蓄積された駆動エネルギを、低電圧走査駆動信号の交番によりそれぞれの回転（揺動）方向に助勢しながら、高速な走査駆動が可能となる。
【００９８】
次に、光走査素子８１の可動部９５を基板９１側に接触させずに揺動する非接触駆動方法について説明する。
図８は非接触駆動における可動部の変位状況を（ａ）〜（ｆ）で表した動作説明図である。
可動部９５を平衡位置から下部に接触させない場合、図８（ａ）に示すように、可動部９５の平衡停止状態から、図８（ｂ）に示すように、第１駆動部１０１ａへ印加電圧Ｖａ（Ｖ１）を印加することで静電気力Ｆ１が働き、可動部９５を回転変位させて、下部に接触しない位置で停止させる。つまり、可動部９５をPull-inさせず、中間位置で静止させる。
そして、図８（ｃ）に示すように、第１駆動部１０１ａへの印加電圧Ｖａを切ると、弾性支持梁９７の弾性力Ｋθにより、可動部９５は反対方向に回転変位する。これ以降は、定常駆動となって、可動部９５は連続的な揺動動作となる。
ただし、図８（ｄ）に示すように、粘性の効果がない場合は、可動部９５は最大変位位置まで回転変位するが、粘性の効果がある場合、その変位は小さくなる。そこで、不足変位分を補うために、前述の印加電圧Ｖ１より低い電圧Ｖ２を第２駆動部１０１ｂに印加電圧Ｖｂとしてパルス的に印加し、静電気力Ｆ２（＞Ｆ１）を発生させる。なお、ここでも可動部９５をPull-inさせない。
【００９９】
そして、図８（ｅ）に示すように、第２駆動部１０１ｂへの印加電圧Ｖｂを切ると、再び弾性支持梁９７の弾性力Ｋθによって、可動部９５は反対方向に回転変位する。ここで、再び不足変位分を補うために、図８（ｆ）に示すように、第１駆動部１０１ａへ印加電圧Ｖ２（＜Ｖ１）をパルス的に印加し、静電気力Ｆ２（＞Ｆ１）を発生させる。以上の図８（ｃ）〜図８（ｆ）の動作を繰り返すことで可動部９５は下部に接触することなく振動を繰り返す。
【０１００】
なお、可動部９５は、可動部９５の共振周波数に相当する周期で変位させることが好ましく、上記同様に、必要最小限の駆動力で効率的な駆動が可能となり、揺動動作が安定する。
【０１０１】
図９は非接触駆動における印加電圧と変位角度の関係を示す動作説明図である。
ここでも、図８に示す可動部９５の駆動による傾斜角の変化を、第１駆動部１０１ａおよび第２駆動部１０１ｂへの駆動信号と合わせて説明する。
可動部９５を平衡位置から下部に接触させない駆動時の場合、可動部９５を下部に接触させない最大変位の角度を＋θ２とする。この状態に維持するために、印加電圧ＶａはＶ２より高い電圧Ｖ１にされる。
このように、可動部９５の最終変位位置が、可動部９５の下方の部材に接触する手前の位置となる場合、可動部９５の走査角度は狭くなるが、ピボットとの癒着を考慮しなくて済み、素子の材料選択の自由度が高まる。また、電気的に絶縁状態となる可動部９５が基板側に対して接触・離反を繰り返すことで生じる電荷チャージが発生せず、駆動特性のバラツキや、光走査素子８１の経時劣化が防止される。
【０１０２】
次に、光走査素子の具体的な一構造例、およびその動作をシミュレーションにより解析した結果について説明する。
図１０は構造解析で用いた光走査素子の構造を示す斜視図、図１１は図１０に示した解析モデルを使用して得た解析結果であり、可動部の傾斜角と印加電圧との相関図である。
実際に光走査素子のサイズを想定し、運動方程式により静解析を行った。図１０に符号で表した各部位のサイズを下表１に示す。
【０１０３】
【表１】
2009063637.tif 000003
【０１０４】
この解析モデルに係る光走査素子は、印加電圧４００ＶでPull-in現象を起こし、可動部は下部に接触した。なお、この解析モデルは、起動時に下部に接触する接触型光走査素子を想定している。この解析モデルの場合、起動時のみに４００Ｖ以上の駆動準備信号（電圧）を印加すれば、可動部が下部に接触し、その後は支持部の弾性力と、不足分を補う低い印加電圧とにより、変位を繰り返すことが知見できた。
【０１０５】
次に、上記した実施の形態と同様の構成を有する光走査素子の製造プロセスについて説明する。
図１２は製造プロセスで用いた光走査素子の構造を示す断面図、図１３は光走査素子の製造工程（ａ）〜（ｅ）の各段階を表す説明図である。
上記した実施の形態と同様の構成を有する図１２に示す光走査素子８１を作製するには、先ず、図１３（ａ）に示すように、ＳＯＩ(Si on Insulator)基板９１の第１絶縁層１１１上にＣＭＯＳよりなる駆動回路１０４が形成される。駆動回路１０４の上部に、ＳｉＯ2をＰＥＣＶＤより成膜して第２絶縁層１１３を形成し、駆動回路１０４の出力を素子の各電極と接続するためのコンタクトホールをフォトリソグラフィとフッ素系のＲＩＥエッチングによりパターニング形成する。
【０１０６】
その後、下地膜ＴｉＮ薄膜をスパッタにより成膜し、続けてＷをスパッタにより成膜する。これにより、Ｗがコンタクトホール部に埋め込まれる。さらにその表面をＣＭＰで平坦化し、コンタクトホール部がＷで埋め込まれた平坦な第２絶縁層１１３が形成される。
その上部に固定電極膜であるＡｌ（好ましくは高融点金属を含有したＡｌ合金）をスパッタで成膜し、フォトリソグラフィと塩素系のＲＩＥエッチングにより所望の電極形状にパターニングして固定電極膜（第１の駆動部１０１ａ、第２の駆動部１０１ｂ）を形成する。なお、この時、固定電極膜は各々コンタクトホールを介して駆動回路１０４の出力に接続されて、それぞれ電位が供給される。
【０１０７】
次に、図１３（ｂ）に示すように、犠牲層としてポジ型レジスト膜１１５を塗布し、ハードベークする。ハードベークはＤｅｅｐ  ＵＶを照射しながら２００℃を超える温度で行う。これにより後工程の高温プロセスにおいてもその形状を維持し、また、レジスト剥離溶剤に不溶となる。レジストの塗布成膜により下地膜の段差に依らずレジスト表面は平坦となる。このレジスト層は犠牲層として機能し、後述の工程で除去される。従って、ハードベーク後のレジストの膜厚は将来の下部固定電極１０１ａ，１０１ｂと支持部および可動部９５の空隙を決定する。
【０１０８】
そして、可動部を支持する支柱となる箇所をフォトリソグラフィによるパターニングしてコンタクトホールを形成する。
【０１０９】
次に、図１３（ｃ）に示すように、可動部９５、支持部（弾性支持梁９７）、可動部９５の支柱であるＡｌ（好ましくは高融点金属を含有したＡｌ合金）をスパッタにより成膜する。
【０１１０】
そして、図１３（ｄ）に示すように、可動部９５、弾性支持梁９７、可動部９５の支柱となる箇所をポジ型レジストによるフォトリソグラフィおよび、フッ素系のＲＩＥエッチングによるパターニング形成する。その後、酸素系のプラズマエッチング（アッシング）により、レジスト除去する。
【０１１１】
最後に、図１３（ｅ）に示すように、酸素系および／又はフッ素系のプラズマエッチング（アッシング）により、犠牲層であるレジスト層１１５を除去して空隙１１７を形成し、所望の構造の光走査素子８１が形成される。
なお、上記の材料および製造方法は一例であり、本発明の主旨に沿えば、如何なる材料および製造方法を用いても良い。
【０１１２】
以上説明したように、本実施形態に係る光走査プローブ１００によれば、被検体５３に向けて光走査する光走査素子８１と、光走査素子８１に光走査させるための駆動信号を切り換える駆動電圧制御回路１０５とを設け、光走査素子８１は、第１の回転方向および第２の回転方向に変位する微小ミラー８３を有する可動部９５と、可動部９５へ物理的作用力を加える第１の駆動部１０１ａ、第２の駆動部１０１ｂとを備え、駆動電圧制御回路１０５は、可動部９５を第１の回転方向または第２の回転方向のいずれかに吸引させる駆動準備信号から、可動部９５を第１の回転方向と第２の回転方向へ交互に吸引する走査駆動信号に切り換えて出力する機能を有し、駆動準備信号の最大電圧は、走査駆動信号の最大電圧より高い電圧値に設定したので、起動時のみに大きな電圧を用いることで、駆動時には低電圧化を可能にすることができる。また、駆動は弾性支持梁９７の弾性力の効果を大きくできるので、高速駆動が可能となる。この結果、簡単な構造で低電圧高速駆動を実現できる。
【０１１３】
光走査プローブ装置３１は、光走査プローブ１００と、光走査プローブ１００の光ファイバ４３から導かれる反射光と、走査駆動部４９の駆動信号から、被検体５３内における１次元または２次元の照射点より発せられる光の分布情報を求める信号処理装置３３と、信号処理装置３３から出力される映像信号を表示する表示部３５とを備えたので、簡単な構造の光走査プローブ１００を用い、低電圧で高速な光走査を行いながら、照射点より発せられる光の強度を電気信号として信号処理装置３３に入力し、この照射点より発せられる光の分布情報を表示部３５に高い応答性で表示できる。
【０１１４】
また、この光走査プローブ１００の制御方法によれば、走査駆動信号は、可動部９５を一方の回転方向に変位させるまでの間に可動部９５を支持する弾性支持梁９７に弾性エネルギを蓄え、一方の駆動部（例えば第１の駆動部１０１ａ）により発生させる物理的作用力により可動部９５を変位させた後、一方の駆動部からの物理作用力を消失させると共に弾性支持梁９７に蓄えられた弾性エネルギを解放することで弾性支持梁９７に弾性エネルギとは逆極性の弾性エネルギを再度蓄えながら可動部９５を他方の回転方向に変位させ、他方の駆動部（例えば第２の駆動部１０１ｂ）により発生させる物理的作用力により可動部９５を変位させる、ことを繰り返す駆動信号である。そのため、光走査プローブ１００のプローブを被検体５３内に挿入する前に、可動部９５を比較的高い駆動準備信号で傾けておき、その状態から高い駆動準備信号の印加を停止し、プローブを被検体５３内に挿入する。被検体５３内に挿入した後は、可動部９５が低電圧で駆動され続けることとなる。これにより、構造および製造プロセスを複雑にせず、駆動方法の工夫により、簡単な構造でありながら高速走査と低電圧化を同時に実現できる。
【０１１５】
次に、上述した光走査素子の他の構成例を説明する。
＜変形例１＞
図１４は片持ち梁構造で可動部が支持される変形例１に係る光走査素子の斜視図である。
本発明に係る光走査素子は、片持ち梁構造で可動部が支持される構成とすることができる。すなわち、光走査素子８１Ａは、可動部９５の一端が弾性支持梁９７、９７、スペーサ９９、９９を介して基板９１に支持固定されている。つまり、可動部９５は、他端が自由端となった片持ち梁状に構成される。そして、基板９１上には可動部９５の自由端に対向して第１の駆動部１０１ａが設けられ、可動部９５を挟んだ第１の駆動部１０１ａの反対側には図示しない対向基板に形成される第２の駆動部１０１ｂが設けられている。
【０１１６】
このような構成の光走査素子８１Ａにおいても、第１の駆動部１０１ａ、第２の駆動部１０１ｂ、可動電極１０３へ電圧を印加することによって、弾性支持梁９７を捩り中心として可動部９５を揺動変位させる。そして、可動部９５が微小ミラー８３であることにより、光の反射方向が変化される。
【０１１７】
＜変形例２＞
図１５は可動部の遷移方向に２つの物理的作用力が設定可能に構成された変形例２に係る光走査素子の斜視図である。
光走査素子８１は、可動部９５のそれぞれの遷移方向に対して２つ以上の物理的作用力が設定可能に構成されるものであってもよい。例えば中央が回転中心となる揺動型の可動部９５において、回転中心を挟む両側のそれぞれの片側に２つ以上の物理的応力が加えられるようになる。これにより、可動部９５の片側に、異なる大きさの制動力を、異なるタイミングで加えられるようになり、例えば、回転方向と逆の吸引力を作用させて可動部９５を接触する手前の位置で制止させる等多様な制動効果が得られるようになる。
【０１１８】
具体的には、光走査素子８１Ｂは、第１の駆動部１０１ａ、第２の駆動部１０１ｂの駆動部とは異なる第１振動制御電極１２１ａ、第２振動制御電極１２１ｂを備えている。可動部９５の可動電極と第１の駆動部１０１ａとの間には振動制御電圧Ｖａ１、可動部９５の可動電極と第２振動制御電極１２１ａとの間には振動制御電圧Ｖａ２が印加される。また、可動部９５の可動電極と第２の駆動部１０１ｂとの間には振動制御電圧Ｖｂ１、可動部９５の可動電極と第２振動制御電極１２１ｂとの間には振動制御電圧Ｖｂ２が印加される。なお、第１振動制御電極１２１ａ、第２振動制御電極１２１ｂは、本実施の形態の構成とは逆の第１の駆動部１０１ａ、第２の駆動部１０１ｂの外側にそれぞれが配設されてもよい。
【０１１９】
この光走査素子８１Ｂにおいて、第１振動制御電極１２１ａ、第２振動制御電極１２１ｂにより可動部９５を変位させる物理的作用力は、第１の駆動部１０１ａ、第２の駆動部１０１ｂと同様に静電気力である。この光走査素子８１Ｂの動作例としては、接触型の駆動である場合、例えば、可動部９５を第１の駆動部１０１ａ側に回転変位させ、図示しない停止部材であるピボットに接触する直前に、可動部９５の可動電極と第２振動制御電極１２１ｂとの間に振動制御電圧Ｖｂ２を印加する。
【０１２０】
このように、可動部９５の変位方向とは逆方向に静電気力が作用すると、停止部材に接触する直前の可動部９５が減速され、可動部９５が大きな速度で最終変位位置へ到達することが抑止され、或いは停止部材に接触した後の反力による可動部９５の変位方向とは逆方向の変位が抑止され、可動部９５の振動がアクティブに減少される。つまり、振動制御電圧Ｖｂ２によって発生する静電気力は、可動部９５のモーメントに対して制動力（ブレーキ）として作用することになる。これにより、可動部９５は、停止部材に接触と同時に静止するよう制御される。
【０１２１】
これにより、可動部９５が大きな速度で最終変位位置へ到達することで生じていた衝突による振動や、非接触駆動の場合の最終変位位置へ到達する際のオーバーシュートが発生しなくなる。
【０１２２】
図１６は変形例２に係る光走査素子の他の駆動例で、回転角度と印加電圧との相関図である。
光走査素子８１Ｂは、可動部９５を第１の回転方向へ変位駆動した後、可動部９５が第２の回転方向へ遷移しようとするとき、若しくは遷移している間に、可動部９５の可動電極、第１振動制御電極１２１ａにパルスＰ１が印加されることにより、可動部９５に対し第１の回転方向に静電気力が加えられる。可動部９５が第１の回転方向へ変位駆動され、変位の最終位置に到達した後、さらに、停止部材に当接することによる反力、或いは弾性力によって第２の回転方向へ遷移している間に、第１の回転方向の静電気力が可動部９５に加えられることで、変位の最終位置から離反しようとする可動部９５の移動（図中破線波形状の軌跡）がアクティブに制動される。これにより、可動部９５を終変位位置でいち早く静止させることができる。
【０１２３】
＜変形例３＞
図１７は片持ち梁構造で可動部の遷移方向に２つの物理的作用力が設定可能に構成された変形例３に係る光走査素子の斜視図である。
光走査素子８１Ｃは、可動部９５の一端が弾性支持梁９７、スペーサ９９を介して基板９１に支持固定され、基板９１上に可動部９５の自由端に対向して第１の駆動部１０１ａ、第１振動制御電極１２１ａが設けられ、可動部９５を挟んだ第１の駆動部１０１ａ、第１振動制御電極１２１ａの反対側には不図示の対向基板に形成される第２の駆動部１０１ｂ、第２振動制御電極１２１ｂが設けられる構成である。
【０１２４】
このような構成の光走査素子８１Ｃにおいても、第１振動制御電極１２１ａと可動部９５との間、または、第２振動制御電極１２１ｂと可動部９５との間に上記の振動制御電圧Ｖａ２、Ｖｂ２が印加され、可動部９５の振動をアクティブに減少させることができる。これによって、光走査素子８１Ｃにおける変位動作を高速化することができる。
【０１２５】
以上説明した光走査素子は、１軸の揺動動作であり、その場合の光走査素子は特にレーザ光断層診断装置（ＯＣＴ：Optical Coherence Tomography)に対して適用される。
図１８は本発明に係る光走査素子による生体組織内部の観察状況を表す説明図である。
弾性支持梁９７による１軸回りで揺動変位（すなわち、１次元スキャン）される上記の光走査素子８１，８１Ａ，８１Ｂ，８１Ｃは、ＯＣＴシステムの光走査プローブ１００Ａに好適に用いることができる。ＯＴＣシステムは、マイケルソン干渉計に基づいて考案された体腔内観察用のシステムであり、低コヒーレント光を利用することにより生体組織内部の観察を可能にさせている。このＯＣＴシステムを用いることにより生体組織１２３の内部の様相を高画質の断層画像として表示部で観察することができる。なお、図例の光走査素子８１においては、回転軸が紙面に垂直に配置される。
【０１２６】
次に、２軸の揺動動作が可能な光走査素子を説明する。
図１９は２軸走査素子の斜視図である。
光走査素子８１Ｄは、可動部９５が第１および第２の回転方向へ変位する際の第１回転軸である弾性支持梁９７と、この弾性支持梁９７と直交する第２回転軸である弾性支持梁１２５との２軸方向それぞれに対して可動部９５が回転変位可能に支持されるものである。この場合、２次元光走査素子８１Ｄは、第１の駆動部１０１ａと第２の駆動部１０１ｂに加え、第３の駆動部１２７ａと第４の駆動部１２７ｂとが設けられることになる。
【０１２７】
光走査素子８１Ｄでは、第１の駆動部１０１ａ、第２の駆動部１０１ｂと、可動部９５との間の電圧印加によって可動部９５がＸ方向に駆動され、第３の駆動部１２７ａ、第４の駆動部１２７ｂと、フレーム１２９との間の電圧印加によって可動部９５がＹ方向に駆動される。光走査素子８１Ｄでは、可動部９５が、直交する第１回転軸および第２回転軸を中心に回転変位する２次元駆動され、出射光と反射光による２次元走査が可能となり、反射光の分布情報に基づく照射領域の画像形成が可能となる。
【０１２８】
このような３次元光走査素子８１Ｄにおいても、駆動準備信号を印加した後、プローブの被検体５３の挿入後には、必要最小限の走査駆動信号に印加することで、簡素な構造でありながら低電圧高速駆動を実現できる。
【０１２９】
この場合の光走査素子は特に共焦点内視鏡システムに対して適用される。
図１８に示すように、弾性支持梁９７、弾性支持梁１２５による２軸回りで揺動変位（すなわち、２次元スキャン）される上記の光走査素子８１Ｄは、共焦点内視鏡システムの光走査プローブ１００Ｂに好適に用いることができる。共焦点内視鏡システムは、微小ミラーによって生体組織１２３の表面または断層を走査し、得られる反射光のうち、対物光学系の焦点面における反射光のみをピンホール(本発明ではフェルール７１がその役目を果たす)によって抽出する共焦点抽出部を有する。これにより、生体組織１２３表面の２次元情報、あるいは、深さ方向に対する情報を含む３次元情報（断面情報）を高画質の画像として表示部で観察することができる。
【０１３０】
ここで、光走査素子を密封構造として減圧状態とした例を説明する。
図２０は減圧封止した光走査素子の構成例を示す縦断面図である。
上記した光走査素子８１等は、少なくとも可動部９５が減圧状態で封止される封止構造を備えてもよい。例えば、パッケージ１３３内に光走査素子８１が収容され、パッケージ１３３の内部空間を大気圧より減圧状態として透明なカバーガラス１３５により封止されている。パッケージ１３３内の光走査素子８１の下方には、光走査素子８１の各電極と電気的に接続される前述の駆動回路１０４（図５も参照）が配置され、光走査素子８１のパッケージ１３３封入後における駆動信号の入出力機能を担っている。
【０１３１】
このパッケージ素子１３７によれば、光走査素子の可動部９５は減圧状態の環境下で駆動され、空気の粘性の影響の少ない高速駆動が可能となる。ここでの真空度は、例えば０．１気圧以下に設定することで、空気の粘性の影響を実用上十分な程度に小さくできる。そして、パッケージ素子１３７を前述の図３の光走査素子８１の位置に配置することで、より高速な画像取り込みの行える光走査プローブ装置が得られる。
【０１３２】
また、光走査素子をパッケージ内に封入する他にも、例えば図２１に示す構造にしてもよい。
図２１は光走査プローブの先端枠体の内部空間を減圧状態とした場合を示す説明図である。
光走査プローブ１００Ｃは、先端枠体６３の内部に、大気圧より低い減圧空間１３９を画成することで、光走査素子８１単体で減圧封止する必要がなくなり、構造が簡略化される。具体的には、図中点線部分の部材を減圧環境下化で製作し、密封後に連結部６５に固定すればよい。
【産業上の利用可能性】
【０１３３】
上記した光走査プローブは、共焦点光学系光走査プローブ装置やレーザ光断層診断装置ＯＣＴ、血管光走査プローブ装置などに好適に用いられ、経口内視鏡、気管支内視鏡、大腸内視鏡などの医療用内視鏡装置、工業用内視鏡装置等、他のいかなる内視鏡装置に対しても適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１３４】
【図１】本発明に係る光走査プローブを備えた光走査プローブ装置のブロック図である。
【図２】光走査素子が搭載された光走査プローブを含む光走査プローブ装置および内視鏡装置全体の構成を示す正面図である。
【図３】光走査プローブの先端部の構造を示す断面図である。
【図４】図３に示した光走査素子の斜視図である。
【図５】光走査素子とそれを駆動するための電気回路を示すブロック図である。
【図６】接触駆動における可動部の変位状況を（ａ）〜（ｆ）で表した動作説明図である。
【図７】接触駆動における印加電圧と変位角度の関係を示す動作説明図である。
【図８】非接触駆動における可動部の変位状況を（ａ）〜（ｆ）で表した動作説明図である。
【図９】非接触駆動における印加電圧と変位角度の関係を示す動作説明図である。
【図１０】構造解析で用いた光走査素子の構造を示す斜視図である。
【図１１】図１０に示した解析モデルを使用して得た解析結果である回転角度と印加電圧との相関図である。
【図１２】製造プロセスで用いた光走査素子の構造を示す断面図である。
【図１３】光走査素子の製造工程（ａ）〜（ｅ）の各段階を表す説明図である。
【図１４】片持ち梁構造で可動部が支持される変形例１に係る光走査素子の斜視図である。
【図１５】可動部の遷移方向に２つの物理的作用力が設定可能に構成された変形例２に係る光走査素子の斜視図である。
【図１６】変形例２に係る光走査素子の駆動例を示す図で、回転角度と印加電圧との相関図である。
【図１７】片持ち梁構造で可動部の遷移方向に２つの物理的作用力が設定可能に構成された変形例３に係る光走査素子の斜視図である。
【図１８】本発明に係る光走査素子による生体組織内部の観察状況を表す説明図である。
【図１９】２軸走査素子の斜視図である。
【図２０】減圧封止した光走査素子の構成例を示す縦断面図である。
【図２１】光走査プローブの先端枠体の内部空間を減圧状態とした場合を示す説明図である。
【図２２】一般的な従来の１軸光走査素子（ａ）、２軸光走査素子（ｂ）の平面図である。
【図２３】櫛歯電極構造による従来の光走査素子の平面図である。
【図２４】対向電極を傾斜面に設けた従来の光走査素子の構成図で（ａ）は光走査装置全体の正面図、(ｂ)は電極基板の正面図、(ｃ)は駆動電極を含んだ断面図、(ｄ)は駆動電極部の形状を拡大して示す断面図である。
【図２５】起動用固定電極を備えた従来の光走査素子を示す図で、（ａ）は光走査素子の断面図（Ｐ−Ｐ断面）、（ｂ）は平面図である。
【図２６】反射手段保持基板の厚み方向にずれた固定電極を備えた従来の光走査素子の構成図である。
【符号の説明】
【０１３５】
３０  内視鏡装置
３１  光走査プローブ装置
３３  信号処理装置（信号処理部）
３５  表示部
４３  光ファイバ（光伝達手段、戻り光伝達手段）
４９  走査駆動部
５３  被検体
５５  センサ
７１  フェルール
８１  光走査素子
８３  微小ミラー
９５  可動部
９７  弾性支持梁（第１回転軸、弾性支持梁）
１００  光走査プローブ
１０１ａ  第１の駆動部
１０１ｂ  第２の駆動部
１０５  駆動電圧制御回路（信号切り換え手段）
１０９  ピボット（可動部の下方の部材）
１２５  弾性支持梁（第２回転軸、弾性支持梁）
Ｖ１  駆動準備信号
Ｖ２  走査駆動信号
【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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【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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