(57)【要約】【課題】内視鏡に搭載可能な小型の光走査素子を２軸方向にそれぞれ駆動可能に構成すると共に、光学系の開口率を上げることが可能な光走査素子および駆動方法、並びに光走査プローブを提供する。【解決手段】基板上に支持された微小ミラー２９を物理的作用力によって揺動させる光走査素子であって、基板上で該基板の面に平行な第１の軸を中心として揺動変位可能に支持された第１可動部１１と、第１可動部１１上に一体に配置され、第１の軸とは直交する第２の軸を中心として揺動変位可能に支持されるともに、上面に微小ミラー２９を備えた第２可動部１３と、第１可動部１１および第２可動部１３に物理的作用力を印加することで、微小ミラー２９を第１の軸及び前記第２の軸方向を中心とする２軸方向に揺動変位させる駆動手段３１，３３，３５，３６，・・・と、を具備した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に支持された微小ミラーを物理的作用力によって揺動させる光走査素子であって、
前記基板上で該基板の面に平行な第１の軸を中心として揺動変位可能に支持された第１可動部と、
前記第１可動部上に一体に配置され、前記第１の軸とは直交する第２の軸を中心として揺動変位可能に支持されるともに、上面に前記微小ミラーを備えた第２可動部と、
前記第１可動部および前記第２可動部に物理的作用力を印加することで、前記微小ミラーを前記第１の軸及び前記第２の軸方向を中心とする２軸方向に揺動変位させる駆動手段と、
を具備した光走査素子。
【請求項２】
請求項１記載の光走査素子であって、
前記駆動手段が、前記第１可動部と前記第２可動部の少なくともいずれかに対して、各可動部の厚み方向に重なり合う範囲内に配置された光走査素子。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の光走査素子であって、
前記駆動手段が、
前記第１可動部に前記第1の軸を中心とする第１の回転方向に物理的作用力を加える第１駆動部と、
前記第１可動部に前記第１の回転方向とは反対の第２の回転方向に物理的作用力を加える第２駆動部と、
前記第２可動部に前記第２の軸を中心とする第３の回転方向に物理的作用力を加える第３駆動部と、
前記第２可動部に前記第３の回転方向とは反対の第４の回転方向に物理的作用力を加える第４駆動部と、
を備えた光学走査素子。
【請求項４】
請求項３記載の光走査素子であって、
前記第３駆動部および前記第４駆動部が、前記第１可動部と前記第２可動部との間の高さ位置に配置された光学走査素子。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか１項記載の光走査素子であって、
前記第２可動部の厚み方向に重なり合う領域内に配置され、該第２可動部に対して弾性変位可能に接続された支持部材を有する光走査素子。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれか１項記載の光走査素子であって、
前記第２可動部の前記第２の軸に直交する方向の最大寸法は、前記第１可動部の前記第１の軸に沿った方向の最大寸法に略等しい光走査素子。
【請求項７】
請求項１〜請求項６のいずれか１項記載の光走査素子であって、
少なくとも前記第１可動部および前記第２可動部が減圧状態で封止される封止構造を備えた光走査素子。
【請求項８】
請求項１〜請求項７のいずれか１項記載の光走査素子であって、
前記物理的作用力が静電気力である光走査素子。
【請求項９】
請求項８記載の光走査素子であって、
前記第１可動部と前記第２可動部は、少なくとも一部に導電性を有し、互いに電気的に接続されている光走査素子。
【請求項１０】
請求項１〜請求項９のいずれか１項記載の光走査素子の駆動方法であって、
前記第２可動部を第１の周波数で主走査駆動し、
前記第１可動部が１回揺動する間に複数回揺動するように、前記第１可動部を前記第１の周波数より低い第２の周波数で副走査駆動する光走査素子の駆動方法。
【請求項１１】
請求項１０記載の光走査素子の駆動方法であって、
前記第１可動部と前記第２可動部とが一方の回転方向から他方の回転方向へ遷移する際に、前記一方の回転方向の最終変位位置で前記可動部の下端が下方の部材に接触する前に前記他方の回転方向への変位を開始させる光走査素子の駆動方法。
【請求項１２】
請求項１０または請求項１１記載の光走査素子の駆動方法であって、
前記第２可動部を、該第２可動部の共振周波数に略等しい周波数で揺動駆動する光走査素子の駆動方法。
【請求項１３】
請求項１０または請求項１１記載の光走査素子の駆動方法であって、
前記第２可動部を、該第２可動部の共振周波数より高い周波数で揺動駆動する光走査素子の駆動方法。
【請求項１４】
請求項１０または請求項１１記載の光走査素子の駆動方法であって、
前記第２可動部を、該第２可動部の共振周波数より低い周波数で揺動駆動する光走査素子の駆動方法。
【請求項１５】
請求項１３または請求項１４記載の光走査素子の駆動方法であって、
前記第１可動部を、該第１可動部に一体とされた構造体の共振周波数に略等しい周波数で振動させる光走査素子の駆動方法。
【請求項１６】
被検体の体内に挿入されるプローブと、
前記被検体に光を照射するための光を発生する光源と、
前記光源からの光を前記プローブの先端部に導く光伝達手段と、
請求項１〜請求項９のいずれか１項記載の光走査素子が前記プローブの先端部に搭載され、前記光走査素子に導かれた前記光源からの光を前記被検体に向けて二次元走査する光走査部と、
前記光走査部の前記光走査素子に前記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の前記被検体からの反射光を基端部に導く反射光伝達手段と、
を備えた光走査プローブ。
【請求項１７】
請求項１６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。
【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素子およびその駆動方法、並びに光走査素子を用いた光走査プローブに関し、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及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。このような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】
このような用途に用いる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。この光走査素子の具体例については、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構造が非特許文献１に開示されている。
【０００４】
マイクロマシニング技術で形成されるこのような光走査素子は、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１〜３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３０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いる構成されており、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３０（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ものである。図中ハッチ領域はミラー部分を表している。図３１（ａ）は１軸ミラー、図３１（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及び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３１に示した。図３１に示す光走査素子１Ｃの構成は、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の構成を図３２に示した。図３２に示す光走査素子１Ｄは、特許文献２に開示された構造と同様に櫛歯電極構造であり、電極間距離が小さく、また電極同士の対向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７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂが可動部２の変位方向にないため、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。
【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】特表平１１−５２２７８号公報
【特許文献３】特開２００５−１４１２２９公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、光走査素子を内視鏡に搭載しようとする場合、内視鏡の鉗子口に挿入されるプローブの径が非常に細いため、光走査素子についても非常に小さく構成しなければならず、しかも、共焦点光学系を採用する場合には、光走査素子を２軸のそれぞれの方向について走査駆動することが求められる。しかし、これまでの光走査素子の素子形状では、反射面の面積に対して電極や支持部が占める面積の割合が比較的大きいため、反射面の開口率が低くなってしまい、ＭＥＭＳ（micro electro mechanical systems）技術を用いて微細に作成することのメリットが十分に活かせなかった。
【０００９】
また、特許文献１に示される技術では、いずれも反射面となるミラー（図中ハッチで表示）の周囲に、このミラーを支持するための支持駆動領域をミラーの周囲に確保する必要がある。そのため、反射面の周囲の面積が大きくなり、特に、２軸ミラーの場合には、２軸分の支持駆動領域を確保する必要があるため、素子全体の面積に対する反射面の面積の比率（開口率）は必然的に下がってしまう。光走査素子を細い内視鏡プローブの先端に設置する場合には、素子全体の大きさに制限があるため、その反射面は小さくなってしまい開口率は高くならない。また、可動部２の大きさにも制限があるため、素子設計においても自由度が低かった。
【００１０】
また、特許文献２に示される技術では、櫛歯構造による電極が可動部の横方向にあるため、支持部以外でもさらに櫛歯電極を配置するための領域を確保する必要があり、開口率はより下がってしまう。電極面積が小さくなると印加電圧を高くする必要があり、低電圧駆動の実現に支障をきたす。さらには、特に内視鏡などの体内に挿入される装置に適用する場合には、高電圧の使用が嫌われるので十分な機能が得られない問題を生じる。
【００１１】
さらに、特許文献３に示される技術では、特許文献２の場合と同様に、櫛歯構造による電極７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂが可動部２の周囲に配置され、支持部以外にも各櫛歯電極７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂを配置するための領域を確保する必要がある。このように、２軸ミラーを櫛歯電極で実現する場合には、櫛歯電極を配置するための面積がより多く必要となり、開口率は益々下がってしまう。
【００１２】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、内視鏡に搭載可能な小型の光走査素子を２軸方向にそれぞれ駆動可能に構成すると共に、光学系の開口率を上げることが可能な光走査素子およびその駆動方法、並びに光走査素子を用いた光走査プローブを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の上記目的は、下記構成により達成される。
（１）  基板上に支持された微小ミラーを物理的作用力によって揺動させる光走査素子であって、
前記基板上で該基板の面に平行な第１の軸を中心として揺動変位可能に支持された第１可動部と、
前記第１可動部上に一体に配置され、前記第１の軸とは直交する第２の軸を中心として揺動変位可能に支持されるともに、上面に前記微小ミラーを備えた第２可動部と、
前記第１可動部および前記第２可動部に物理的作用力を印加することで、前記微小ミラーを前記第１の軸及び前記第２の軸方向を中心とする２軸方向に揺動変位させる駆動手段と、
を具備した光走査素子。
【００１４】
この光走査素子によれば、微小ミラーを備えた第２可動部が第１可動部の上に配置されているので、微小ミラーを２つの軸方向に対してそれぞれ駆動することができるとともに、光走査素子の全体の面積に対する微小ミラーの露出している反射面の面積の割合である開口率を向上できる。すなわち、微小ミラーの面と、それを支持している第１可動部の面とを厚み方向に重なるように配置することができ、更に、第１可動部と第２可動部を揺動可能な状態で支持するために必要となる支持領域を、微小ミラーの面と厚み方向に重なるように配置することができるので、微小ミラーの面を上から見た場合に、微小ミラーの面の周囲に、支持領域や第１可動部の領域がはみ出す面積を低減できる。
【００１５】
（２）  （１）記載の光走査素子であって、
前記駆動手段が、前記第１可動部と前記第２可動部の少なくともいずれかに対して、各可動部の厚み方向に重なり合う範囲内に配置された光走査素子。
【００１６】
この光走査素子によれば、微小ミラーの面積は、駆動手段の設置面積によらずに、光走査素子全体の面積に対する微小ミラーの面積の比率である開口率を十分に大きくできる。
【００１７】
（３）  （１）または（２）記載の光走査素子であって、
前記駆動手段が、
前記第１可動部に前記第1の軸を中心とする第１の回転方向に物理的作用力を加える第１駆動部と、
前記第１可動部に前記第１の回転方向とは反対の第２の回転方向に物理的作用力を加える第２駆動部と、
前記第２可動部に前記第２の軸を中心とする第３の回転方向に物理的作用力を加える第３駆動部と、
前記第２可動部に前記第３の回転方向とは反対の第４の回転方向に物理的作用力を加える第４駆動部と、
を備えた光学走査素子。
【００１８】
この光走査素子によれば、第１駆動部及び第２駆動部を制御することにより、第１可動部に第1の軸を中心として第１の回転方向及びその反対方向に回転変位する物理的作用力を与えることができる。また、第３駆動部及び第４駆動部を制御することにより、第２可動部に第２の軸を中心とする第３の回転方向及びその反対方向に回転変位する物理的作用力を与えることができるので、それぞれの軸方向に対して微小ミラーの面を揺動させることができる。
【００１９】
（４）  （３）記載の光走査素子であって、
前記第３駆動部および前記第４駆動部が、前記第１可動部と前記第２可動部との間の高さ位置に配置された光学走査素子。
【００２０】
この光走査素子によれば、第３駆動部および第４駆動部が、第１可動部と第２可動部との間の高さ位置に配置されるので、第３駆動部および第４駆動部が第２可動部に接近した位置で配置される。従って、第３、第４駆動部と第２可動部との距離が短くなり、その結果、発生させる物理的作用力を増大させることができ、微小ミラーの回転変位の駆動が省電力化される。
【００２１】
（５）  （１）〜（４）のいずれか１項記載の光走査素子であって、
前記第２可動部の厚み方向に重なり合う領域内に配置され、該第２可動部に対して弾性変位可能に接続された支持部材を有する光走査素子。
【００２２】
この光走査素子によれば、第２可動部を弾性変位可能な状態で支持する支持部材が、第２可動部の厚み方向（上下方向）に重なり合うように配置されるので、支持部材が第２可動部に設けられている微小ミラーの面の外側にはみ出すことがなくなり、微小ミラーの開口率が更に向上する。
【００２３】
（６）  （１）〜（５）のいずれか１項記載の光走査素子であって、
前記第２可動部の前記第２の軸に直交する方向の最大寸法は、前記第１可動部の前記第１の軸に沿った方向の最大寸法に略等しい光走査素子。
【００２４】
この光走査素子によれば、微小ミラーが備えられた第２可動部の面と第１可動部の面とが、第１の軸に沿った方向に対して完全に重なるように配置できるので、光走査素子の全体の面積に対して、微小ミラーの面積を大きく採ることが可能になり、開口率が更に向上する。
【００２５】
（７）  （１）〜（６）のいずれか１項記載の光走査素子であって、
少なくとも前記第１可動部および前記第２可動部が減圧状態で封止される封止構造を備えた光走査素子。
【００２６】
この光走査素子によれば、前記第１可動部および前記第２可動部が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、前記第１可動部および前記第２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、前記第１可動部および前記第２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前記第１可動部および前記第２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、高速の振動動作も可能になる。
【００２７】
（８）  （１）〜（７）のいずれか１項記載の光走査素子であって、
前記物理的作用力が静電気力である光走査素子。
【００２８】
この光走査素子によれば、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。
【００２９】
（９）  （８）記載の光走査素子であって、
前記第１可動部と前記第２可動部は、少なくとも一部に導電性を有し、互いに電気的に接続されている光走査素子。
【００３０】
この光走査素子によれば、第１可動部に形成された導電性を有する領域、並びに第２可動部に形成された導電性を有する領域がそれぞれ電極を形成するので、これらと対向する位置に配置される固定電極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。また、第１可動部と第２可動部とを電気的に共通接続することにより、両者の間には静電気力が発生しなくなるので、第１可動部の動作と第２可動部の動作とが互いに干渉することを防止でき、精度の高い走査が可能になる。
【００３１】
（１０）  （１）〜（９）のいずれか１項記載の光走査素子の駆動方法であって、
前記第２可動部を第１の周波数で主走査駆動し、
前記第１可動部が１回揺動する間に複数回揺動するように、前記第１可動部を前記第１の周波数より低い第２の周波数で副走査駆動する光走査素子の駆動方法。
【００３２】
この光走査素子の駆動方法によれば、第１可動部が１回揺動する間に第２可動部を複数回揺動させることができるので、第２可動部上に存在する微小ミラーの面が向く方向を、主走査方向及び副走査に向かって二次元的に走査することができる。
【００３３】
（１１）  （１０）記載の光走査素子の駆動方法であって、
前記第１可動部と前記第２可動部とが一方の回転方向から他方の回転方向へ遷移する際に、前記一方の回転方向の最終変位位置で前記可動部の下端が下方の部材に接触する前に前記他方の回転方向への変位を開始させる光走査素子の駆動方法。
【００３４】
この光走査素子の駆動方法によれば、第１可動部及び第２可動部がそれぞれ揺動する際に、それらが周囲の他の部材と接触することなく揺動を繰り返すので、接触による機械振動の発生を防止でき、微小ミラーの面が向く方向を高精度で制御することが可能になる。
【００３５】
（１２）  （１０）または（１１）記載の光走査素子の駆動方法であって、
前記第２可動部を、該第２可動部の共振周波数に略等しい周波数で振動駆動する光走査素子の駆動方法。
【００３６】
この光走査素子の駆動方法によれば、第２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第２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駆動することができ、揺動動作が安定する。
【００３７】
（１３）  （１０）または（１１）記載の光走査素子の駆動方法であって、
前記第２可動部を、該第２可動部の共振周波数より高い周波数で揺動駆動する光走査素子の駆動方法。
【００３８】
この光走査素子の駆動方法によれば、第２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より高い周波数で第２可動部が揺動するように駆動するので、第２可動部を強制的に動かすために高速な走査が可能になり、共振周波数に影響されないので、素子設計自由度が向上する。
【００３９】
（１４）  （１０）または（１１）記載の光走査素子の駆動方法であって、
前記第２可動部を、該第２可動部の共振周波数より低い周波数で揺動駆動する光走査素子の駆動方法。
【００４０】
この光走査素子の駆動方法によれば、第２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より低い周波数で第２可動部が揺動するように駆動するので、第２可動部の共振周波数によらずに、必要な時間をかけてゆっくりと走査することが可能になる。
【００４１】
（１５）  （１３）または（１４）記載の光走査素子の駆動方法であって、
前記第１可動部を、該第１可動部に一体とされた構造体の共振周波数に略等しい周波数で振動させる光走査素子の駆動方法。
【００４２】
この光走査素子の駆動方法によれば、第１可動部と一体とされた構造体、すなわち第２可動部を含む構造体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第１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駆動でき、揺動動作が安定する。
【００４３】
（１６）  被検体の体内に挿入されるプローブと、
前記被検体に光を照射するための光を発生する光源と、
前記光源からの光を前記プローブの先端部に導く光伝達手段と、
請求項１〜請求項９のいずれか１項記載の光走査素子が前記プローブの先端部に搭載され、前記光走査素子に導かれた前記光源からの光を前記被検体に向けて二次元走査する光走査部と、
前記光走査部の前記光走査素子に前記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の前記被検体からの反射光を基端部に導く反射光伝達手段と、
を備えた光走査プローブ。
【００４４】
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、この特定領域からの反射光（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。
【００４５】
（１７）  （１６）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。
【００４６】
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。更に、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及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。
【発明の効果】
【００４７】
本発明の光走査素子およびその駆動方法によれば、微小ミラーを備えた第２可動部が第１可動部の上に配置されているので、微小ミラーを２つの軸方向に対してそれぞれ駆動することができるとともに、光走査素子の全体の面積に対する微小ミラーの露出している反射面の面積の割合である開口率を向上できる。したがって、光走査素子の設置場所が非常に狭く、素子サイズを小さくせざるを得ない場合であっても、微小ミラーの有効面積を広く確保することができる。
また、本発明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、この特定領域からの反射光（戻り光）を基端側に導くので、特定領域の二次元画像を検出できる。また、微小ミラーの開口率が高いので、径が細い内視鏡などの用途に採用する場合であっても、高い解像度で対象物（生体組織や細胞の表面、その他、工業製品などの内部等）の像を検出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】
以下、本発明に係る光走査素子およびその駆動方法、並びに光走査プローブ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。
（第１の実施の形態）
本実施の形態で想定している光走査素子については、例えば内視鏡のプローブ先端付近の内部空間に搭載可能な非常に小さいサイズのもの（例えば最大寸法が１ｍｍ以下程度）を想定している。勿論、異なる用途で使用する場合には、上記より少し大きな光走査素子を構成することもできる。
【００４９】
図１は第１の実施の形態における光走査素子の基本構造を示す斜視図、図２は図１に示す光走査素子の一部分解斜視図、図３は図１のＡ１−Ａ１線から見た縦断面図、図４は図１のＢ１−Ｂ１線から見た縦断面図である。
図１に示すように、この光走査素子１００は、可動部として、平板形状の第１可動板（第１可動部）１１及びこの第１可動板１１上に一体に配置される第２可動板（第２可動部）１３を備えている。第１可動板１１と第２可動板１３は、それらの厚み方向（図中に示すＺ方向）に重なるように基板１５上で上下に重なる位置に配置され、双方が独立して傾斜可能に支持されている。また、第１可動板１１は、図２に示すように平面視でＨ形状であり、第２可動板１３の平面形状は長方形とされ、それぞれ均一な厚みに形成されている。
【００５０】
第１可動板１１は、図２、図４に示すようにＸ方向中央の両端部１１ａ，１１ｂがそれぞれ支持部材としての弾性支持梁１７Ａ，１７Ｂを介して第１支持部１９，２１と連結され、これにより回転軸Ａｘ２を中心に傾斜可能に支持されている。弾性支持梁１７Ａ，１７Ｂは、それぞれ弾性体からなる捻り梁を形成し、基板１５上に形成された第１支持部１９，２１の上に固定されている。
【００５１】
第１可動板１１は、弾性体からなる弾性支持梁１７Ａ，１７Ｂ介して第１支持部１９，２１に支持され、回転軸Ａｘ２を中心とした回転変位が自在となる。実際には、回転変位可能な範囲に制約があるので、外部から力を加えることにより第１可動板１１は回転軸Ａｘ２を中心として揺動することになる。
【００５２】
第２可動板１３は、図２、図３に示すようにＹ方向中央の両端部１３ａ，１３ｂがそれぞれ支持部材としての弾性支持梁２３Ａ，２３Ｂを介して第２支持部２５，２７と連結され、これにより回転軸Ａｘ１を中心に傾斜可能に支持されている。弾性支持梁２３Ａ，２３Ｂは、それぞれ弾性体からなる捻り梁を形成し、第１可動板１１上に形成された第２支持部２５，２７の上に固定されている。
【００５３】
第２可動板１３は、弾性体からなる弾性支持梁２３Ａ，２３Ｂを介して第２支持部２５，２７によって支持されているので、回転軸Ａｘ１を中心とした回転変位が自在となる。実際には、回転変位可能な範囲に制約があるので、外部から力を加えることにより第２可動板１３は回転軸Ａｘ１を中心として揺動することになる。
【００５４】
したがって、第２可動板１３は、第２支持部２５，２７を介して第１可動板１１上に支持され、第１可動板１１は第１支持部１９，２１を介して基板１５上に支持されているので、第２可動板１３の面方向は、第１可動板１１の回転変位に伴って回転軸Ａｘ２を中心として傾斜し、更に第２可動板１３の回転変位に伴って回転軸Ａｘ１を中心として傾斜するように変化する。つまり、第２可動板１３の面方向は基板１５に対して２軸方向にそれぞれ変位する。この第２可動板１３の上面には、上面全域を覆うように光反射面である微小ミラー２９が形成されている。
【００５５】
図２、図３に示すように、基板１５の上面１５ａには、第１可動板１１のＸ方向両端部近傍の下面とそれぞれ厚み方向（Ｚ方向）に対向する位置に薄板状の第１固定電極３１，３３を設けてある。なお、各第１固定電極３１，３３のＹ方向の寸法は、第１可動板１１のＹ方向の寸法と略等しくなっている。また、第１可動板１１は、その全体が導電性材料からなるか、表面が導電性膜で覆われている。また、第１可動板１１のうち、少なくとも第１固定電極３１，３３と対向する領域を導電性材料で形成する構成としてもよい。これによっても、第１可動板１１が実質的に導電性を有する可動電極となる。上記の第1固定電極３１，３３は、第１可動板１１に第１の軸Ａｘ２を中心とする第１の回転方向および第２の回転方向に物理的作用力を加える第１、第２の駆動部として機能する。
【００５６】
また、図２に示すように、基板１５の上面１５ａには、第２可動板１３のＹ方向両端近傍の下面とそれぞれ対向する位置に、第２固定電極３５，３６，３７，３８がそれぞれ支持台３９上に設けてある。これらの第２固定電極３５，３６，３７，３８は、第１可動板１１のＹ方向の幅が狭くなっている凹領域に配置してあり、第２固定電極３５，３６，３７，３８のそれぞれは、上面位置が第１可動板１１の上面と略同一になるような高さを有している。
【００５７】
なお、第２固定電極３５は第１固定電極３１と第１支持部１９との間に配置され、第２固定電極３６は第１固定電極３３と第１支持部１９との間に配置されており、いずれも第１可動板１１の凹領域に配置される。また、反対側の第２固定電極３７，３８も同様である。
【００５８】
また、第２可動板１３は、その全体が導電性材料からなるか、表面が導電性膜で覆われている。また、第２可動板１３上の各領域のうち、少なくとも第２固定電極３５，３６，３７，３８と対向する領域は導電性材料で形成してもよい。これにより、第２可動板１３が実質的に導電性を有する可動電極となる。上記の第２固定電極３５，３６，３７，３８は、第２可動板１１に第２の軸Ａｘ１を中心とする第３の回転方向および第４の回転方向に物理的作用力を加える第３、第４の駆動部として機能する。
【００５９】
上記構成の光走査素子１００は、図１および図４に示すように、Ｙ方向の第１可動板１１の最大寸法Ｌａと、Ｙ方向の第２可動板１３及び微小ミラー２９の最大寸法Ｌｂは、略同等の長さとされている。つまり、第１支持部１９，２１および第２固定電極３５，３６，３７，３８は、第１可動板１１のＹ方向に幅の狭くなっている凹領域に配置されているので、光走査素子１００の全体をＺ方向上方から見ると、第１支持部１９，２１および第２固定電極３５，３６，３７，３８はいずれも第２可動板１３の下部に隠れるようになる。
【００６０】
つまり、第1〜第４の駆動部は、第１可動板１１と第２可動板１３の少なくともいずれかに対して、各可動板１１，１３の厚み方向に重なり合う範囲内に配置されている。これにより、微小ミラー２９の面積は、第１支持部１９，２１および第２固定電極３５，３６，３７，３８の配置に必要なスペースによらず、光走査素子１００全体の面積に対する微小ミラー２９の面積の比率である開口率を十分に大きくできる。
【００６１】
次に、上記構成の光走査素子１００の第１可動板１１、第２可動板１３を回転変位させるための基本的な動作について説明する。
図５は光走査素子とそれを駆動するための電気信号の接続状態を示す説明図である。
光走査素子１００を駆動する場合には、図５に示すように各電極に駆動信号φＶ１〜φＶ４が印加される。すなわち、第１固定電極３１には駆動信号φＶ１、第１固定電極３３には駆動信号φＶ２、第２固定電極３５，３６には駆動信号φＶ３、第２固定電極３７，３８には駆動信号φＶ４が印加される。また、第１可動板１１と、第２可動板１３と、これらを支持している第１支持部１９，２１並びに第２支持部２５，２７は、電気的に互いに共通に接続され、これらはアースと接続されて接地電位とされている。
【００６２】
図６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。
図６に示す駆動ユニット４１は、駆動電圧制御回路４３とメモリ回路４５とを備えている。駆動電圧制御回路４３は、光走査素子１００の各電極に印加される駆動信号φＶ１〜φＶ４を生成する。メモリ回路４５は、素子の駆動に先立ち、各駆動信号φＶ１〜φＶ４として出力すべき信号波形の情報を、光走査素子１００の微小ミラー２９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４５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４３に与える。駆動電圧制御回路４３は、メモリ回路４５から入力される情報に基づいて、各駆動信号φＶ１〜φＶ４の波形を必要なタイミングで生成する。
【００６３】
なお、第１可動板１１に形成された導電性を有する領域、並びに第２可動板１３に形成された導電性を有する領域がそれぞれ共通電極を形成して互いに電気的に接続されるので、これらと対向する位置に配置される固定電極３１，３３等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。また、第１可動板１１と第２可動板１３とを共通接続することにより、両者の間には静電気力が発生しなくなり、第１可動板１１の動作と第２可動板１３の動作とが互いに干渉することを防止でき、精度の高い走査が可能になる。
【００６４】
図７に光走査素子の第２可動板を回転変位させた様子（ａ）、第２可動板を回転変位させた様子（ｂ）を表す説明図を示した。
図７（ａ）に示すように、光走査素子の第２可動板１３は回転軸Ａｘ１を中心に傾斜（傾斜角θ２）し、図７（ｂ）に示すように、第１可動板１１は回転軸Ａｘ２を中心に傾斜（傾斜角θ１）する。
【００６５】
次に、第１可動板１１，第２可動板１３それぞれに対する駆動動作を以下に説明する。
図８は光走査素子を図３と同じ方向から見た場合の第１可動板の各動作状態（ａ）〜（ｄ）を示す説明図である。
ここで、第１可動板１１は導電性材料からなり、その板面全体が電極として機能するものとする。
第１可動板１１と第１固定電極３１，第１可動板１１と第１固定電極３３との間の電位差が０である定常状態においては、図８（ａ）に示すように、基板１５の面と、第１可動板１１の面は、互いに平行な状態で配置されている。なお、第２可動板１３の面は、第１可動板１１の面に平行な状態にされているものとする。
【００６６】
いま、第１固定電極３１と第１可動板１１との間を所定の電圧差にする駆動信号の印加により、図８（ｂ）に示すように第１固定電極３１と第１可動板１１の対向する端部１１ｃとの間に矢印Ｚ１方向の静電吸引力が働き、第１可動板１１と、第１可動板１１上の第２可動板１３は回転軸Ａｘ２を中心として反時計回りに回転変位し、第１可動板１１が傾斜する。
【００６７】
図８（ｂ）に示す状態で、再び第１固定電極３１と第１可動板１１との間の電位差を０にすると、第１固定電極３１と第１可動板１１の対向する端部１１ｃとの間の静電吸引力がなくなり、弾性支持梁１７Ａ，１７Ｂ（図２参照）の弾性復元力によって、図８（ｃ）に示す状態（図８（ａ）と同じ状態）になる。
【００６８】
次に、第１固定電極３３と第１可動板１１との間を所定の電圧差にする駆動信号の印加により、図８（ｄ）に示すように第１固定電極３３と第１可動板１１の対向する端部１１ｄとの間に矢印Ｚ２方向の静電吸引力が働き、第１可動板１１と、第１可動板１１上の第２可動板１３は回転軸Ａｘ２を中心として時計回りに回転変位し、第１可動板１１が傾斜する。また、この状態で電位差を０にすると、弾性支持梁１７Ａ，１７Ｂの弾性復元力によって、図８（ｃ）に示す状態（図８（ａ）と同じ状態）になる。
【００６９】
次に、上記構成の光走査素子１００の第２可動板１３を回転変位させるための基本的な動作について説明する。
図９は光走査素子を図４と同じ方向から見た場合の各動作状態（ａ）〜（ｄ）を示す説明図である。
ここで、第２可動板１３は導電性材料からなり、その板面全体が電極として機能するものとする。
第２可動板１３と第２固定電極３５，３６、第２可動板１３と第２固定電極３７，３８との間の電位差が０である定常状態においては、図９（ａ）に示すように、基板１５の面と、第２可動板１３の面（微小ミラー２９の反射面）は、互いに平行な状態で配置されている。なお、第１可動板１３の面は、基板１５の面に平行な状態にされているものとする。
【００７０】
ここで、第２固定電極３５，３６と第２可動板１３との間を所定の電圧差にする駆動信号の印加により、図９（ｂ）に示すように第２固定電極３５，３６と第２可動板１３の対向する端部１３ｃとの間に矢印Ｚ３方向の静電吸引力が働き、第２可動板１３は回転軸Ａｘ１を中心として反時計回りに回転変位し、第２可動板１３は傾斜する。
【００７１】
図９（ｂ）に示す状態で、再び第２固定電極３５，３６と第２可動板１３との間の電位差を０にすると、第２固定電極３５，３６と第２可動板１３の対向する端部１３ｃとの間の静電吸引力がなくなり、弾性支持梁２３Ａ，２３Ｂ（図２参照）の弾性復元力によって、図９（ｃ）に示す状態（図９（ａ）と同じ状態）になる。
【００７２】
次に、第２固定電極３７，３８と第２可動板１３の電極との間を所定の電圧差にする駆動信号の印加により、図９（ｄ）に示すように第２固定電極３７，３８と第２可動板１３の対向する端部１３ｄとの間に矢印Ｚ４方向の静電吸引力が働き、第２可動板１３は回転軸Ａｘ１を中心として時計回りに回転し、第２可動板１３は傾斜する。また、この状態で電位差を０にすると、弾性支持梁２３Ａ，２３Ｂの弾性復元力によって、図９（ｃ）に示す状態（図９（ａ）と同じ状態）になる。
【００７３】
次に、光走査素子１００を駆動する駆動信号について、具体例をあげて以下に説明する。
（第１の駆動例）
図１０に光走査素子を駆動する駆動信号及びこれによる動作のタイムチャートを示した。
図１０に示す例では、第２可動板１３の変位（傾斜角θ２）を第２可動板１３の固有振動数に相当する共振振動数によって定まる第１の周波数（ｆ１）の駆動信号を用いて駆動し、第１可動板１１の変位（傾斜角θ１）を第１の周波数（ｆ１）よりも低い第２の周波数（ｆ２）の駆動信号を用いて駆動する。共振周波数は、第２可動板１３の形状や質量によって固有振動数が定まり、この固有振動数、すなわち共振周波数で駆動することで、揺動動作を安定化できる。
【００７４】
この例では、図１０に示すように４つの駆動信号φＶ１〜φＶ４の印加により、第１可動板１１と第２可動板１３とを、それぞれ回転変位させている。駆動信号φＶ３，φＶ４は、第２可動板１３を回転変位させる駆動信号であり、交互にパルスを印加することで、図９に示すように第２可動板１３を一方の側、他方の側へ吸引して傾斜させる。なお、駆動信号φＶ３，φＶ４は、パルス幅Ｔ１と周波数が双方で等しくされ、パルスの印加開始タイミングが互いに半周期分ずれている。この駆動信号φＶ３，φＶ４の印加により、第２可動板１３の傾斜角θ２は、初期状態から＋Δθ２，０，−Δθ２と、２Δθ２を振幅としてサインカーブを描きながら変化する。回転変位の周期Ｔ２は、第２の周波数ｆ２の逆数に相当する周期となっている。
【００７５】
また、駆動信号φＶ１，φＶ２は、第１可動板１１を回転変位させる駆動信号であり、これも交互にパルス印加することで、図８に示すように第１可動板１１を一方の側、他方の側へ吸引して傾斜させる。駆動信号φＶ１，φＶ２は、パルス幅Ｔ２と周波数が双方で等しくされ、パルスの印加タイミングが互いに半周期分ずれている。この駆動信号φＶ１，φＶ２の印加により、第２可動板１１の傾斜角θ１は、初期状態から＋Δθ１，０，−Δθ１と、２Δθ１を振幅としてサインカーブを描きながら変化する。回転変位の周期Ｔ４は、第１の周波数ｆ１の逆数に相当する周期となっている。なお、本例においては、駆動信号φＶ３，φＶ４のパルス幅Ｔ３は、φＶ１，φＶ２のパルス幅よりも大きく設定し、発生させる静電吸引力の印加時間を増やしている。これにより、第１可動板１３よりも大きな構造体となる第１可動板１１側を必要なタイミングおよび速度で駆動させることができる。なお、第１可動板１１の周期Ｔ４は周期Ｔ２の整数倍の長さになっている。
【００７６】
上記の駆動信号φＶ１〜φＶ４の印加により第１可動板１１と第２可動板１３は、次のように回転変位する。
第２可動板１３の傾斜角θ２が０°の定常状態（静止状態）で、駆動信号φＶ３を低電位から高電位に切り替えると、前述の静電吸引力によって傾斜角θ２（図９（ｂ）参照）は徐々に大きくなり、最大値Δθ２に達する。そして、最大値Δθ２に達した後、駆動信号φＶ３が再び低電位に切り替わると、静電吸引力が解除されるので、弾性支持梁２３Ａ，２３Ｂの弾性復元力により、傾斜角θ２は再び０°の状態に戻るように変化する。
【００７７】
傾斜角θ２が０°の状態に戻ると、次は駆動信号φＶ４が低電位から高電位に切り替わるので、反対側の位置に静電吸引力が発生し、これによって傾斜角θ２はマイナス側に徐々に増大して−Δθ２に達する。駆動信号φＶ４が再び低電位に切り替わると、静電吸引力が解除されるので、弾性支持梁２３Ａ，２３Ｂの弾性復元力により、傾斜角θ２は再び０°の状態に戻るように変化する。
【００７８】
傾斜角θ２の最大値Δθ２は、各電極に印加する駆動信号φＶ３，φＶ４の高電位の電圧値を制御することにより調整できる。この傾斜角θ２の最大値Δθ２を規制することにより、第２可動板１３が回転変位時に周囲の他の部材と接触することを防止できる。
【００７９】
第１可動板１１に対しても同様に、傾斜角θ１が０°の定常状態（静止状態）から、駆動信号φＶ１を低電位から高電位に切り替えると、前述の静電吸引力によって傾斜角θ１（図８（ｂ）参照）は徐々に大きくなり、最大値Δθ１に達する。この場合の駆動信号φＶ１は、傾斜角θ１が最大値Δθ１に達する前に低電位に切り換える。そして、最大値Δθ１に達した後、弾性支持梁１７Ａ，１７Ｂの弾性復元力に従って、傾斜角θ１は再び０°の状態に戻るように変化する。
【００８０】
傾斜角θ１が０°の状態に戻ると、次は駆動信号φＶ２が低電位から高電位に切り替わるので、反対側の位置に静電吸引力が発生し、これによって傾斜角θ１はマイナス側に徐々に増大して−Δθ１に達する。駆動信号φＶ１が再び低電位に切り替わった後は、静電吸引力が解除されるので、弾性支持梁１７Ａ，１７Ｂの弾性復元力に従って、傾斜角θ１は、再び０°の状態に戻るように変化する。
【００８１】
傾斜角θ１の最大値Δθ１は、各電極に印加する駆動電圧信号φＶ１，φＶ２の高電位の電圧値を制御することにより調整できる。傾斜角θ１の最大値Δθ１を規制することにより、第２可動板１３が回転変位時に周囲の他の部材と接触することを防止できる。
つまり、第１可動板１１と第２可動板１３とが一方の回転方向から他方の回転方向へ遷移する際に、一方の回転方向の最終変位位置で可動板の下端が下方の部材に接触する前に他方の回転方向への変位を開始させるので、第１可動板１１及び第２可動板１３がそれぞれ揺動する際に、それらが周囲の他の部材と接触することなく揺動を繰り返すことができる。これにより、接触による機械振動の発生を防止でき、微小ミラーの面が向く方向を高精度で制御することが可能になる。
【００８２】
図１０に示す制御を実施することにより、光走査素子１００の第１可動板１１及び第２可動板１３がそれぞれ同期して回転変位するので、光走査素子１００の微小ミラー２９に入射させた光は、例えば図１１に示すように反射光を２軸の方向に順次スキャンさせることができ、二次元走査が可能となる。すなわち、主走査を第２可動板１３が担い、副走査を第１可動板１１が担うことで、慣性重量が大きい第１可動板１１側の構造体は低い周波数で、慣性重量の小さい第２可動板１３側の構造体は高い周波数で効率良く駆動される。
【００８３】
（第２の駆動例）
ところで、画像の取り込み用として実際に二次元走査を行う場合には、解像度を上げる要求があり、短時間で１画面の二次元走査を完了させるには、特に主走査を速めることが得策となる。そこで、第２可動板１３の駆動を、第２可動板１３の構造体固有の共振周波数よりも更に高い周波数で駆動する例を説明する。
【００８４】
図１２は光走査素子を駆動する駆動信号及びこれによる動作のタイムチャートである。
図１２に示す例では、第１可動板１１の駆動は前述の第２の周波数（ｆ２）で行い、第２可動板１３の駆動を前述の共振周波数である第１の周波数（ｆ１）よりも高い周波数（ｆ３）の駆動信号を用いて行う場合を想定している。第１可動板１１の駆動については、既に説明した図１０の例と同様であるので、その説明は省略する。
【００８５】
この例においても、図１２に示すように４つの駆動信号φＶ１〜φＶ４の印加により、第１可動板１１と第２可動板１３とを、それぞれ回転変位させている。駆動信号φＶ３，φＶ４は、パルス幅をそれぞれＴ５として交互にパルスを印加することで、図９に示すように第２可動板１３を一方の側、他方の側へ吸引して傾斜させる。なお、駆動信号φＶ３，φＶ４は、パルス幅Ｔ５と周波数が双方で等しくされ、パルスの印加開始タイミングが互いに半周期分ずれている。この駆動信号φＶ３，φＶ４の印加により、第２可動板１３の傾斜角θ２は、前述同様のサインカーブを描きながら変化するが、回転変位の周期Ｔ６は、第３の周波数ｆ３の逆数に相当する周期となっている。この場合は、共振周波数よりも高い振動周波数で駆動する必要があるので、第２可動板１３の傾斜角θ２が０の位置に戻るように第２可動板１３が移動しようとするときにも、強制的に力を与えて移動を促進させる必要がある。このような制御により、傾斜角θ２が変化する周期Ｔ６は、第２可動板１３等の固有振動数によって定まる共振周波数の周期よりも短くなる。なお、駆動信号φＶ１，φＶ２は、図１０に示す場合と同様であるので、ここでは説明を省略する。
【００８６】
上記の駆動信号φＶ１〜φＶ４の印加により第１可動板１１と第２可動板１３は、基本的には前述と同様に回転変位するが、特に、第２可動板１３を、を第２可動板１３固有の共振振動数によって定まる第１の周波数（ｆ１）より高い第３の周波数で駆動するので、第２可動板１３の変位（傾斜角θ２）が短い周期で変化して、微小ミラーの反射光を走査させ動作が高速化される。これにより、二次元走査による１画面の走査期間が短縮され、高速な画像取り込み等が可能となる。また、第２可動板１３を強制的に動かすため、共振周波数によらずに素子設計自由度が向上する。
【００８７】
（第３の駆動例）
一方、用途によっては比較的ゆっくりとした速度で光走査素子１００の走査を行う場合もある。そのような場合には、第２可動板１３の共振周波数よりも低い周波数で第２可動板１３を駆動する。ここでは、第２可動板１３の駆動を、第２可動板１３の構造体固有の共振周波数よりも低い第４の周波数で駆動する例を説明する。
【００８８】
図１３は光走査素子を駆動する駆動信号及びこれによる動作のタイムチャートである。
図１３に示す例では、第１可動板１１の駆動は前述の第１の周波数（ｆ１）で行い、第２可動板１３の駆動を前述の共振周波数である第２の周波数（ｆ２）よりも低い第４の周波数（ｆ４）の駆動信号を用いて行う場合を想定している。なお、第１可動板１１の駆動については、既に説明した図１０の例と同様であるので、その説明は省略する。
【００８９】
図１３に示す例においては、駆動信号φＶ３、φＶ４として、鋸歯状波のように電位が時間と共に一定の傾きで上昇するスロープを有する信号波形を用いている。このような信号波形を用いることにより、前述の共振周波数である第２の周波数（ｆ２）の速度よりも遅い速度で第２可動板１３を駆動することができる。
【００９０】
すなわち、傾斜角θ２が０の定常状態（静止状態）で、駆動信号φＶ３を低電位から高電位に向かって徐々に増大させることにより前述の静電吸引力が徐々に増大し、傾斜角θ２（図９（ａ）参照）の変化の立ち上がりはゆっくりとなる。傾斜角θ２が最大Δθ２になったところで駆動信号φＶ３を低電位に切り替えると、静電吸引力が解除されるので、慣性力や弾性支持梁２３Ａ，２３Ｂの弾性復元力等の物理的な力関係に従って、再び傾斜角０°の状態に戻るように変化する。
【００９１】
傾斜角θ２が０°の状態に戻ると、次は駆動信号φＶ４が低電位から高電位に向かって徐々に増大するので、反対側の位置に向かわせる静電吸引力が徐々に増大し、傾斜角θ２がマイナス方向にゆっくりと変化する。そして、傾斜角θ２がマイナス側の最大値−Δθ２ に到達したところで、駆動信号φＶ４を高電位から低電位に切り替えると、静電吸引力が解除されるので、慣性力や弾性支持梁２３Ａ，２３Ｂの弾性復元力等の物理的な力関係に従って、傾斜角が０°の状態に戻るように変化する。これにより、第２可動板１３は周期Ｔ８で回転変位されることになる。
【００９２】
上記の通り、駆動信号φＶ４の鋸波状波の面積は、第２可動板１３を駆動するエネルギーに相当し、適宜波形形状を変更することで第２可動板１３に所望の動作をさせることができる。
【００９３】
なお、上記の第２，第３の駆動例では、第１可動板１１の駆動を第２可動板１３の共振周波数より低い周波数で駆動していたが、これに限らず、第１可動板１１に一体とされた構造体の共振周波数に略等しい周波数で振動させてもよい。その場合には、第１可動板１１と一体とされた構造体、すなわち第２可動板１３等を含む構造体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第１可動板が揺動するように駆動されるので、必要最小限の駆動力で駆動でき、揺動動作が安定する。
【００９４】
（第２の実施の形態）
次に、本発明に係る光走査素子の第２の実施の形態を説明する。本実施形態の光走査素子は、第２可動板を更に大型化している。
図１４は第２の実施の形態における光走査素子の基本構造を示す斜視図、図１５は図１４に示した光走査素子の一部分解斜視図である。また、図１６は図１４のＡ２−Ａ２線から見た縦断面図、図１７は図１４のＢ２−Ｂ２線から見た縦断面図である。なお、図１４〜図１７において第１の実施の形態における構造に対応する要素は同一の符号を付けて示してある。
【００９５】
図１４に示すように、この光走査素子２００は、平板形状の第１可動板（第１可動部）１１上に、第２可動板（第２可動部）１４が図中Ｘ方向に延長して配置されている。本実施形態の光走査素子２００は、第２可動板１４の支持形態を異ならせることで、第２可動板１４のサイズを大きくしている。
【００９６】
図１５に示すように、第１可動板１１上に第２支持部２５，２７が前述の第１実施形態と同様に配置されるが、これら第２支持部２５，２７上を跨ぐように弾性支持梁５１が設けられ、弾性支持梁５１の中央部で上方に突出する接合部５３によって第２可動板１４が接合され支持されている点で異なっている。つまり、第２可動板１４は、その厚み方向に重なり合う領域内で、第２可動板１４に対して弾性変位可能に支持部材としての弾性支持梁５１に接続されている。弾性支持梁５１は、第１可動板１１の一端から他端までの距離と略同等の長さでＸ方向に向かって延びる細長い板状の弾性体により形成されている。この弾性支持梁５１は捻り梁を形成している。
【００９７】
上記構成により、弾性支持梁５１は軸Ａｘ１を中心として回転変位可能であり、弾性支持梁５１の接合部５３により接合されている第２可動板１４は軸Ａｘ１を中心とした回転変位が可能な状態で支持される。なお、第２可動板１４の上面には、面の全域を覆うように光反射面である微小ミラー２９が形成されている。
【００９８】
ここで、第２可動板１４の微小ミラー２９のサイズは、Ｙ方向については第１の実施の形態と同様で、第１可動板１１の最大寸法Ｌａと、第２可動板１４及び微小ミラー２９の最大寸法Ｌｂとはほぼ同等になっている。Ｘ方向については、図１６に示すように、Ｘ方向の第１可動板１１の最大寸法Ｌｃと、Ｘ方向の第２可動板１４及び微小ミラー２９の最大寸法Ｌｄとはほぼ同等になっている。
【００９９】
つまり、第１支持部１９，２１および第２固定電極３５，３６，３７，３８は、第１可動板１１のＹ方向に幅の狭くなっている凹領域に配置されているので、光走査素子２００の全体をＺ方向上方から見ると、第１支持部１９，２１および第２固定電極３５，３６，３７，３８はいずれも第２可動板１３の下部に隠れるようになる。つまり、厚み方向に重なり合うようになる。また、第２支持部２５，２７および弾性支持梁５１についても、第２可動板１４の下部に隠れるので、光走査素子２００の全体をＺ方向の上方から見ると、第１支持部１９，２１および第２固定電極３５，３６，３７，３８、並びに第２支持部２５，２７および弾性支持梁５１は、いずれも第２可動板１３の面に隠れて、第２可動板１３の微小ミラー２９が光走査素子２００全体の平面サイズに近いサイズに拡大されている。つまり、第１固定電極３１，３３および第２固定電極３５，３６，３７，３８は、第２可動板１４の厚み方向（上下方向）に重なり合うように配置され、弾性支持梁５１を含めて、第２可動板１４に設けられている微小ミラーの面の外側にはみ出すことがなくなる。したがって、光走査素子２００全体の面積に対する微小ミラー２９の面積の比率である開口率は、第１の実施の形態の光走査素子１００と比べても更に大きくなっている。
【０１００】
なお、この光走査素子２００の第１可動板１１及び第２可動板１４を駆動するための動作については第１の実施の形態と同様であるのでその説明は省略する。
【０１０１】
（第３の実施の形態）
次に、本発明に係る光走査素子の第３の実施の形態を説明する。本実施形態の光走査素子は、第２可動板と第２固定電極との間の電極間距離を狭めた構成としている。
図１８は第３の実施の形態における光走査素子の基本構造を示す斜視図、図１９は図１８に示した光走査素子の一部分解斜視図である。また、図２０は図１８のＡ３−Ａ３線から見た縦断面図、図２１は図１８のＢ３−Ｂ３線から見た縦断面図である。なお、図１８〜図２１において第１の実施の形態又は第２の実施の形態に対応する要素は同一の符号を付けて示してある。
【０１０２】
図１８、図１９に示すように、光走査素子３００Ｃは、前述の光走査素子２００の構成と比較すると、第２可動板１３等の主要な構成は同一とされるが、基板１５上に配置され第２固定電極３５，３６，３７，３８を頂部に有する支持台の構成、および第１可動板１１の形状が異なっている。
支持台４０は、基板１５の上面１５ａに立設され、それぞれの頂部に第２固定電極３５，３６，３７，３８を配置している。第２固定電極３５，３６，３７，３８の高さは、図２０，図２１に示すように、第１可動板１１と第２可動板１４との間の高さ位置、すなわち弾性支持梁５１の高さと略同一とされ、第１可動板１１の設置面高さから突出した高さにされている。そして、第１可動板１１を跨ぐ第２固定電極３５−３７間の距離、同じく第２固定電極３６−３８間の距離は、第１可動板１１のＹ方向の幅が狭くなっている凹領域の幅を更に細くすることで、前述の第２実施形態の場合より短くされている。つまり、第２可動板１４の回転軸Ａｘ２と第２固定電極３５，３６，３７，３８との距離が近くなっている。
【０１０３】
第２可動板１４と第２固定電極３５，３６，３７，３８との電極間距離が短くなったため、同じ電位差を印加した場合に発生する静電気力が大きくなる。これにより、低い電圧の印加で済むようになるので、低電圧化が図られる。また、第２固定電極３５，３６，３７，３８と回転軸Ａｘ２との距離を短くしたため、第２可動板１４の走査角度を大きくすることができる。これにより、省電力で広範囲な走査を実現できる。
【０１０４】
次に、上記構成の光走査素子の製造プロセスについて説明する。ここでは、前述の第２の実施の形態で説明した光走査素子２００に相当する素子を製造する場合の製造工程の具体例を示す。
図２２に光走査素子の製造工程（ａ）〜（ｌ）の各段階を表す説明図を示した。なお、図２２に示す各工程の状態は、図１４に示す光走査素子２００の前面側（Ｙ方向の手前側）の構造と対応している。
【０１０５】
図２２（ａ）に示すように、まず、ＳＯＩ（Si on Insulator）基板に形成した第１絶縁層５５の上にＣＭＯＳよりなる駆動回路５７を形成する。
次いで、駆動回路５７の上部に、ＳｉＯ２をＰＥＣＶＤより成膜して第２絶縁層５９を形成し、駆動回路５７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６１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。
その後、下地膜ＴｉＮ薄膜（図示略）をスパッタにより成膜し、続けてタングステンＷをスパッタにより成膜する。これによりタングステンＷがコンタクトホール６１内に埋め込まれる。さらにその表面をＣＭＰで平坦化する。そして、コンタクトホール６１がタングステンＷで埋め込まれた平坦面を覆うように第２絶縁膜（図示略）を形成する。
【０１０６】
その第２絶縁膜の上部に第１固定電極３１，３３の膜と第２固定電極（３５，３６，３７，３８）の下層膜、第１共通電極（第１可動板１１）の下層膜である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第１固定電極３１，３３の膜と第２固定電極の下層膜、第１共通電極の下層膜を形成する。なお、このとき、第１固定電極３１，３３の膜と第２固定電極の下層膜、第１共通電極の下層膜は、各々コンタクトホール６１を介して駆動回路５７の出力に接続されて、それぞれ電位が供給可能にされる。
【０１０７】
次に、図２２（ｂ）に示すように、犠牲層としてポジ型レジスト膜６３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膜６３の膜厚は将来の下部電極と支持部及び可動部の空隙を決定する。
【０１０８】
次に、図２２（ｃ）に示すように、第２固定電極３５，３６，３７，３８、第１共通電極となる箇所をフォトリソグラフィによりパターニングしてコンタクトホール６５を形成する。
【０１０９】
そして、図２２（ｄ）に示すように、第１可動板１１の膜、第２固定電極３５，３６，３７，３８、第１共通電極となるＡｌ（好ましくは高融点金属を含有したＡｌ合金）からなる導電膜６７をスパッタにより成膜する。
【０１１０】
次に、図２２（ｅ）に示すように、導電膜６７に対して、第１可動板１１の膜、第２固定電極３５，３６，３７，３８、第１共通電極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エッチングによりパターニングする。その後、酸素系のプラズマエッチング（アッシング）により、レジストを除去する。
【０１１１】
次いで、図２２（ｆ）に示すように、再び犠牲層としてポジ型レジスト膜６９を塗布し、ハードベークする。ハードベーク後のレジスト膜６９の膜厚は将来の第１可動板１１、第２固定電極３５，３６，３７，３８、第１共通電極と第２可動板１３の支持部（第２共通電極）の空隙を決定する。
【０１１２】
そして、図２２（ｇ）に示すように、第２共通電極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７１を形成する。
【０１１３】
次に、図２２（ｈ）に示すように、第２共通電極（第２可動板１３の支持部）となるＡｌ（好ましくは高融点金属を含有したAl合金）からなる導電膜７３をスパッタにより成膜し、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エッチングによりパターニングする。その後、酸素系のプラズマエッチング（アッシング）により、レジストを除去する。
【０１１４】
そして、図２２（ｉ）に示すように、再び犠牲層としてポジ型レジスト膜７５を塗布し、ハードベークする。ハードベーク後のレジスト膜７５の膜厚は将来の第２共通電極（第２可動膜の支持部）と第２可動膜の空隙を決定する。
【０１１５】
さらに、図２２（ｊ）に示すように、第２可動板１３の支柱となる箇所をフォトリソグラフィによりパターニングしてコンタクトホール７６を形成する。
【０１１６】
次に、図２２（ｋ）に示すように、第２可動板１３となるＡｌ（好ましくは高融点金属を含有したＡｌ合金）からなる導電膜７７をスパッタにより成膜し、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エッチングによりパターニングする。その後、酸素系のプラズマエチング（アッシング）により、レジストを除去する。
【０１１７】
次に、図２２（ｌ）に示すように、酸素系かつまた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６３，６９，７５を除去して空隙７９を形成し、所望の構造の光走査素子が形成させる。
なお、上記の材料及び製造方法は例であり、本発明の主旨に沿えば、如何なる材料及製造方法でも良い。
【０１１８】
（第４の実施の形態）
次に、本発明に係る光走査素子を内視鏡装置の光学素子に適用した例を説明する。
本実施の形態においては、前述のように構成された光走査素子を内視鏡装置に採用した場合の具体例について、図２３〜図２８を参照しながら説明する。
図２３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４００は、先端部が被検体内に挿入され、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被検体内を観察する。この光走査プローブ４００は、細長で可撓性を有するシース８１で覆われている。
内視鏡装置９０の接続部９２にはスコープ９４の基端側が接続され、このスコープ９４の他端側には操作部８９が接続される。そして、操作部８９の先には細長の挿入部８７が接続されている。操作部８９には鉗子の挿入口８９ａが設けられ、この挿入口８９ａからプローブが挿入される。プローブは、挿入部８９ａに形成される鉗子口８５を通じて挿入部８７の先端まで延設されている。
【０１１９】
そして、光走査プローブ装置９６は、光走査プローブ４００と、光走査プローブ４００の光ファイバ１０１から導かれる反射光と、走査駆動部１０５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装置９１と、信号処理装置９１から出力される映像信号を表示する表示部９８とを備えたので、簡単な構造の光走査プローブ４００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９１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９８に高い応答性で表示できる。
【０１２０】
図２４に内視鏡の構成を示すブロック図を示した。
内視鏡８３は、光走査プローブ４００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９１を介して表示部９３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９５、光検出部９７、光カプラ９９、これらを結ぶ光伝達手段（および反射光伝達手段）である光ファイバ１０１を備え、駆動系統では、操作部８９、およびこれに接続される制御部１０３、走査駆動部１０５、補正テーブル１３１（いずれも詳細は後述する）を備える。
【０１２１】
光源９５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９９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４００に伝送される。そして、光走査プローブ４００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１０７の表面付近の観察点に集光する。
【０１２２】
一方、検出すべき被検体１０７の走査位置からの反射光は、光走査プローブ４００に戻り、光ファイバ１０１を通って光カプラ９９に導かれる。そして、光カプラ９９から第２の光ファイバＯＦ２に分岐された光が光検出部９７によって検出される。光検出部９７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９７が出力する電気信号は、信号処理装置９１に入力され、表示部９３に表示される。
【０１２３】
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９９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。
【０１２４】
そして、制御部１０３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１０５に生成させたり、その駆動信号を信号処理装置９１に出力して画像形成させたり、操作部８９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４００の屈曲等の各種動作を制御する。
【０１２５】
ここで、図２５に光走査プローブ４００の先端部の構造を示す断面図を示した。
光走査プローブ４００は、シース８１の先端に先端枠体１１１がリング状の連結部１１３を介して接続されており、シース８１内に挿通された光ファイバ１０１および信号線１１５が先端枠体１１１側に接続されている。先端枠体１１１は、先端部が閉塞した円筒形状の構造になっている。
【０１２６】
先端枠体１１１の内部には、保持部材１１７が先端枠体１１１の内径と略同等の外形を有して保持され、保持部材１１７には、光ファイバ１０１と信号線１１５を挿通するための連通孔１１７ａ，１１７ｂが形成されている。連通孔１１７ａには光ファイバ１０１の先端に設けたフェルール１１９が配置され、連通孔１１７ｂには信号線１１５がパッキン１２１と共に挿入されている。これにより、先端枠体１１１の内部では、保持部材１１７によって密閉された内部空間１２３が画成される。
【０１２７】
また、先端枠体１１１の先端近傍の一部分には、被検体１０７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１２５が取り付けられている。このカバーガラス１２５に隣接した位置には集光レンズ１２７が配置され、また、集光レンズ１２７に対面して前述の光走査素子１００が配置してある。光走査素子１００は、先端枠体１１１の軸方向に対して約４５度傾けた状態で設置してあり、前述の回転変位可能な微小ミラー２９（図１参照）によって入射光の光路が変更される。つまり、保持部材１１７に固定されたフェルール１１９から出力される光は、保持部材１１７に支持されたコリメータレンズ１２９を通して光走査素子１００に照射され、その反射光が走査されて被検体１０７に照射される。
【０１２８】
ここで、光走査素子１００を走査駆動するための駆動信号（前述のφＶ１〜φＶ４に相当）が印加される各電極は、信号線１１５を介して走査駆動部１０５（図２４参照）と接続されている。
【０１２９】
保持部材１１７の中央部を貫通する位置に配置されたフェルール１１９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１０１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２４に示した光走査プローブ４００の光学系は共焦点光学系を構成しており、フェルール１１９が共焦点ピンホールとして機能している。照明光は、光源９５（図２４参照）から光ファイバ１０１に入力され、フェルール１１９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１２９によって平行光に変換され、光走査素子１００の微小ミラー２９の面に入射し、微小ミラー２９の面で反射し、集光レンズ１２７で集光され、カバーガラス１２５を通して被検体１０７を照明する。
【０１３０】
一方、被検体１０７の領域のうち、光走査素子１００の微小ミラー２９の面の傾き（θ１，θ２）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１２５を通過して、集光レンズ１２７で集光されて光走査素子１００の微小ミラー２９に導かれ、微小ミラー２９の面で反射し、コリメータレンズ１２９を通って共焦点ピンホールであるフェルール１１９の開口部に入射し、光ファイバ１０１を介して光検出部９７（図２４参照）まで導かれる。
【０１３１】
このような共焦点光学系においては、集光レンズ１２７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。更に、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１０７の１点に集光され照射される。そのため、被検体１０７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。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。
【０１３２】
上記の画像取り込みの際、制御部１０３（図２４参照）は、走査駆動部１０５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１００の微小ミラー２９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９７から入力される電気信号を信号処理装置９１に処理させ、被検体１０７の撮像画像である二次元画像の情報を表示部９３に出力させる。なお、ここでは、光走査素子として第１実施形態の光走査素子１００を一例に説明しているが、勿論、他の実施形態の光走査素子２００，３００等の構成であってもよい。
【０１３３】
ところで、走査範囲（撮影する範囲）を決定する光走査素子１００の微小ミラー２９の傾斜角の大きさ（Δθ１，Δθ２）については、光走査素子１００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１００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１００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。
【０１３４】
そこで、光走査素子１００の実際の走査範囲が安定するように、制御部１０３は、光走査素子１００に印加する駆動電圧を補正する補正テーブル１３１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（θ１，θ２）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１００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１３１の内容を参照して印加すべき駆動電圧の値を決定する。
【０１３５】
この補正テーブル１３１については、内視鏡の製品出荷時までに作成しておく。また、補正テーブル１３１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１３１の内容を書き換えても良い。また、必要に応じて内視鏡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１３１の内容を更新しても良い。
【０１３６】
また、光走査素子１００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１３１に登録しておく。
【０１３７】
ところで、光走査素子１００の各可動部は複雑な構造となっており、また、質量が非常に小さく形成されているので、光走査素子１０の走査（可動部の回転変位）を高速で行おうとしても、大気圧下では空気の粘性の影響を受ける。そのため、光走査素子１００を高い周波数で高速駆動することは困難となる。そこで、光走査素子１００が受ける空気の粘性の影響を抑制するために、光走査素子１００を大気中よりも空気密度の小さい減圧状態下で使用することが望ましい。
【０１３８】
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２６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。
この光走査素子１００によれば、パッケージ１３３内に光走査素子１００が収容され、パッケージ１３３の内部空間を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１００の下方には、光走査素子１００の各電極と電気的に接続される駆動回路１３７が配置され、光走査素子１００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。
【０１３９】
このパッケージ素子１４１によれば、光走査素子１００の可動部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１４１を前述の図２５の光走査素子１００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が得られる。
【０１４０】
また、光走査素子１００をパッケージ内に封入する他にも、例えば図２７に示す構造にしてもよい。
図２７は、光走査プローブの先端枠体１１１の内部空間を減圧状態とした場合を示す説明図である。
この場合の構成は、前述の内視鏡の構成と同様であるが、光走査プローブ４００の先端枠体１１１の内部に、減圧空間１４３を画成することで、光走査素子１００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、密封後に光走査プローブ４００に固定すればよい。
【０１４１】
（光走査素子の具体例の構造解析結果）
次に、光走査素子の具体的構造とその動作解析結果について説明する。
ここでは、走査線数３００×３００の場合を想定し、実際に光走査素子の構造を決定し、有限要素法による構造解析を行った。この構造解析で用いた光走査素子の構造を図２８に示した。図２８（ａ）は解析モデルの全体構成を示す斜視図、図２８（ｂ）は第１可動板１１の形状および寸法を示す平面図、図２８（ｃ）は第２の可動部（第２可動板１３）の形状および寸法を示す平面図である。
【０１４２】
なお、図２８において、各寸法は次の通りである。
Ｌ１１＝６４０μｍ：  Ｌ１２＝６４０μｍ：  Ｌ１３＝１２０μｍ：  Ｌ１４＝４００μｍ
Ｌ１５＝２００μｍ：  Ｌ１６＝２００μｍ：  Ｌ１７＝  １０μｍ：  Ｌ２１＝４００μｍ
Ｌ２２＝５００μｍ：  Ｌ２３＝  １０μｍ：  Ｌ２４＝  ４０μｍ
また、第１可動板１１と、その弾性支持梁１７Ａ，１７Ｂの厚みはいずれも１０μｍ。また、第２可動板１３の厚みは１０μｍで、弾性支持梁２３Ａ．２３Ｂの厚みは４μｍである。そして、各部材の材料は、Ｓｉを想定しており、ヤング率は１７０ＧＰａ、ポアソン比は０．２６とした。
【０１４３】
上記モデルを用いて構造解析を行った結果、第１可動板１１およびこれと一体となって変位する構造体の共振周波数はおよそ８ｋＨｚ、第２可動板１３の共振周波数はおよそ１５ｋＨｚであった。従って、このような構造の光走査素子を駆動する場合には、第１可動板１１の駆動については５０Ｈｚの駆動周波数を用いて非共振状態で駆動し、第２可動板１３の駆動については１５ｋＨｚの駆動周波数（共振周波数）を用いて共振状態で駆動することが好ましい。
【０１４４】
次に、このようなモデルの駆動の様子について図２９を用いて説明する。
図２９に示すように、第１可動板１１が走査範囲のＹ軸方向に１走査する時間は、振動周期の半周期なので、第１可動板１１の駆動周波数を５０Ｈｚとすると、(１／５０Ｈｚ)／２＝０．０１ｓｅｃとなる。第１可動板１１がＹ軸方向に１走査する時間に、第２可動板１３はＸ軸方向に３００走査する。また、第２可動板１３が１走査する時間は、同様に駆動周期の半周期なので、第２可動板１３の駆動周波数（この場合は共振周波数）を１５ｋＨｚとすると、 ((１／１５ｋＨｚ)／２)×３００＝０．０１ｓｅｃとなり、第１可動板１１がＹ軸方向に１走査する時間と一致する。よって、この素子の設計値を採用すると、第１可動板１１がＹ軸方向に１走査する間に、第２可動板１３はＸ軸方向の走査を３００走査することができる。
したがって、このＸ軸方向の１走査の間に、光源をパルス的に３００回照射するか、検出器のシャッタを高速に３００回切替えれば、走査範囲を３００×３００の測定点として走査することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１４５】
上記各実施形態の光走査素子は、レーザプリンタ等のレーザ走査記録装置、レーザ加工装置、レーザ走査顕微鏡、レーザスキャナ装置等をはじめ、レーザディスプレイ、網膜走査ディスプレイ（ＲＳＤ：Retinal Scanning Display）等の種々の用途に対しても適用が可能である。また、上記光走査プローブは、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】
【０１４６】
【図１】第１の実施の形態における光走査素子の基本構造を示す斜視図である。
【図２】図１に示す光走査素子の一部分解斜視図である。
【図３】図１のＡ１−Ａ１線から見た縦断面図である。
【図４】図１のＢ１−Ｂ１線から見た縦断面図である。
【図５】光走査素子とそれを駆動するための電気信号の接続状態を示す説明図である。
【図６】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７】光走査素子の第２可動板を回転変位させた様子（ａ）、第２可動板を回転変位させた様子（ｂ）を表す説明図である。
【図８】光走査素子を図３と同じ方向から見た場合の第１可動板の各動作状態（ａ）〜（ｄ）を示す説明図である。
【図９】光走査素子を図４と同じ方向から見た場合の各動作状態（ａ）〜（ｄ）を示す説明図である。
【図１０】光走査素子を駆動する駆動信号及びこれによる動作のタイムチャートである。
【図１１】光走査素子の駆動により変化する走査位置を表す模式図である。
【図１２】光走査素子を駆動する駆動信号及びこれによる動作のタイムチャートである。
【図１３】光走査素子を駆動する駆動信号及びこれによる動作のタイムチャートである。
【図１４】第２の実施の形態における光走査素子の基本構造を示す斜視図である。
【図１５】図１４に示した光走査素子の一部分解斜視図である。
【図１６】図１４のＡ２−Ａ２線から見た縦断面図である。
【図１７】図１４のＢ２−Ｂ２線から見た縦断面図である。
【図１８】第３の実施の形態における光走査素子の基本構造を示す斜視図である。
【図１９】図１８に示した光走査素子の一部分解斜視図である。
【図２０】図１８のＡ３−Ａ３線から見た縦断面図である。
【図２１】図１８のＢ３−Ｂ３線から見た縦断面図である。
【図２２】光走査素子の製造工程（ａ）〜（ｌ）の各段階を表す説明図である。
【図２３】光走査素子が搭載された光走査プローブを含む内視鏡装置全体の構成を示す正面図である。
【図２４】内視鏡の構成を示すブロック図である。
【図２５】光走査プローブの先端部の構造を示す断面図である。
【図２６】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２７】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２８】構造解析で用いた光走査素子の構造を示す図で、（ａ）は解析モデルの全体構成を示す斜視図、（ｂ）は第１可動板の形状および寸法を示す平面図、（ｃ）は第２の可動部の形状および寸法を示す平面図である。
【図２９】図２８に示したモデルによる光走査素子の駆動例を示す説明図である。
【図３０】従来例１の光走査素子の構成を示す平面図である。
【図３１】従来例２の光走査素子の構成を示す平面図である。
【図３２】従来例３の光走査素子の構成を示す平面図である。
【符号の説明】
【０１４７】
１１  第１可動板
１３，１４  第２可動板
１３ａ，１３ｂ  端部
１５  基板
１５ａ  上面
１７Ａ，１７Ｂ  弾性支持梁
１９，２１  第１支持部
２３Ａ，２３Ｂ  弾性支持梁
２５，２７  第２支持部
２９  微小ミラー
３１，３３  第１固定電極
３５，３６，３７，３８  第２固定電極
３９，４０  支持台
４１  駆動ユニット
４３  駆動電圧制御回路
４５  メモリ回路
５１  弾性支持梁
５３  接合部
５５  ＳＯＩ基板
５７  駆動回路
８１  シース
８３  内視鏡
８５  鉗子口
８７  挿入部
８９  操作部
９１  信号処理装置
９３  表示部
９５  光源
９７  光検出部
９９  光カプラ
１００，２００，３００  光走査素子
１０１  光ファイバ
１０３  制御部
１０５  走査駆動部
１０７  被検体
１１１  先端枠体
１１３  連結部
１１５  信号線
１１７  保持部材
１１７ａ，１１７ｂ  連通孔
１１９  フェルール
１２１  パッキン
１２３  内部空間
１２５  カバーガラス
１２７  集光レンズ
１２９  コリメータレンズ
１３１  補正テーブル
１３３  パッケージ
１３５  カバーガラス
１３７  駆動回路
１４１  パッケージ素子
１４３  減圧空間
４００  光走査プローブ
【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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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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