JP2004198716A - スキャナ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】簡単な構成で、高速スキャンを実現できるスキャナ装置を提供する。
【解決手段】曲面により形成される反射面１２を有する光学部材１１を、圧電素子１６により反射面１２への入射光の位置が曲面の曲率半径方向に移動するように直線移動させ、この直線移動により光学部材１１の反射面１２より反射される光を照射面上でスキャンさせる。
【選択図】 図１
【解決手段】曲面により形成される反射面１２を有する光学部材１１を、圧電素子１６により反射面１２への入射光の位置が曲面の曲率半径方向に移動するように直線移動させ、この直線移動により光学部材１１の反射面１２より反射される光を照射面上でスキャンさせる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源からの光を走査するスキャナ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
レーザ走査型顕微鏡には、光源からの光を走査するスキャナ装置が用いられている。
【０００３】
このようなレーザ走査型顕微鏡を用いて試料を観察する場合、スキャナ装置により光源からの光を１次元または２次元に走査して試料に照射し、試料からの反射光を通じて試料観察を行うようにしている。
【０００４】
ところで、従来のスキャナ装置は、ガルバノメータ式のものが多く用いられており、例えば、特許文献１に開示されるようにスキャナアセンブリユニットを備えた走査型顕微鏡で、スキャナアセンブリユニットを共振型のガルバノメータ式スキャナで構成することにより、非共振型のスキャナに比べて高速スキャンを実現できるようにしたものがある。
【０００５】
また、他の例として、例えば、特許文献２に開示されるように走査型顕微鏡に使用する２次元スキャナであって、主に第１と第２の２つのガルバノメータ式スキャナで構成されている。そして、第１のスキャナミラーによる反射光の振れ中心と瞳投影レンズの光軸上の入射瞳位置と一致するように第１のスキャナミラー配置し、また、第２のスキャナミラーによる反射光の振れ中心から瞳投影レンズまでの光路長と、瞳投影レンズの入射瞳位置から瞳投影レンズまでの長さが一致するように第２のスキャナミラーを配置し、常に、瞳位置で光を偏向できるようにすることで、走査型顕微鏡に使用した場合、高精度の検出を実現できるようにしたものもある。
【０００６】
【特許文献１】
特開平６−２０２０２３号公報
【０００７】
【特許文献２】
特開平６−０４３３６９号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
これら特許文献１、特許文献２に開示されるスキャナでは、いずれもガルバノメータ式スキャナが用いられている。このため、これらスキャナでは、ガルバノミラーを回転させるための駆動手段として、例えば、モータやコイルばねに電流を流して電磁場を作るようにしたものなどが一般に用いられる。
【０００９】
しかし、これらの駆動手段によると、電流による発熱や構成上の剛性から、ある程度の振れ角度を確保したい場合、ガルバノミラーを高速で回転させるのに限界があり、現実に、数十ＫＨｚ程度の高速のスキャナの実現は難しい。
【００１０】
また、これら特許文献１、特許文献２に開示されるスキャナは、２次元のスキャンを行うのに、２つのガルバノメータ式スキャナを必要とするため、価格的に高価な構成となるとともに、システム構成も難しくなり、設計上の制限も生じるという問題があった。
【００１１】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、簡単な構成で、高速のスキャンを実現できるスキャナ装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、曲面により形成される反射面を有する光学部材と、前記光学部材の反射面への入射光の位置が前記曲面の曲率半径方向に移動するように前記光学部材を直線移動させる駆動手段と、前記駆動手段による前記光学部材の移動量を制御する制御手段と、を具備し、前記前記光学部材の直線移動により前記光学部材の反射面より反射される光を照射面上でスキャンさせることを特徴としている。
【００１３】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記光学部材は、反射面の曲面の曲率半径が一定に形成された柱状体からなり、前記駆動手段は、さらに前記直線移動方向と直交する方向に前記光学部材を傾け可能にしたことを特徴としている。
【００１４】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記光学部材は、反射面の曲面の曲率半径が徐々に変化するような形状をなし、前記駆動手段は、さらに前記直線移動と直交する方向で前記反射面の曲率半径が変化する方向に前記光学部材を移動可能にしたことを特徴としている。
【００１５】
請求項４記載の発明は、球面により形成される反射面を有する光学部材と、前記光学部材の反射面への入射光の位置が前記球面上の直交方向にそれぞれ移動するように前記光学部材を直線移動させる駆動手段と、前記駆動手段による前記光学部材の移動量を制御する制御手段と、を具備し、前記前記光学部材の直線移動により前記光学部材の反射面より反射される光を照射面上でスキャンさせることを特徴としている。
【００１６】
請求項５記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明において、前記駆動手段は、圧電素子を有することを特徴としている。
【００１７】
この結果、本発明によれば、光学部材を直進移動して反射面への入射光の位置を曲面の曲率半径方向に移動させる簡単な構成により高速なスキャンを実現できる。
【００１８】
また、本発明によれば、さらに光学部材を傾けたり、反射面の曲率半径が変化する方向に移動させることにより、２次元のスキャンを実現できる。
【００１９】
さらに、本発明によれば、反射面を球面にした１個の光学部材を用い、反射面への入射光の位置が球面上の直交方向にそれぞれ移動するように、光学部材を直線移動させる簡単な構成により、高速な２次元スキャンを実現できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に従い説明する。
【００２１】
（第１の実施の形態）
図１および図２は、本発明の第１の実施の形態が適用されるスキャナ装置の概略構成で、図１は、正面図、図２は、側面図を示している。
【００２２】
図１において、１１は光学部材で、この光学部材１１は、図３に示すように、断面を扇状にするとともに、曲面の曲率半径が先端部から基端部にかけて一定の柱状体をなすものである。この光学部材１１は、曲面を形成する側面を反射面１２に形成している。
【００２３】
光学部材１１は、矩形状をした載置台１３上に直立して載置されている。この場合、光学部材１１は、載置台１３の上面に対して垂直方向に精度よく取り付けられている。
【００２４】
載置台１３は、側縁部１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄのうち、相対向する側縁部１３ａ、１３ｃを、例えば板ばねのような弾性部材１４ａ、１４ｂにより支持台１５に支持されている。これら弾性部材１４ａ、１４ｂは、一直線上に配置され、それぞれの弾性力により載置台１３を弾性部材１４ａ、１４ｂの支持方向と直交する方向に水平移動できるように支持している。
【００２５】
載置台１３には、側縁部１３ｂと支持台１５の間に、駆動手段として、圧電素子１６が設けられている。支持台１５には、載置台１３の側縁部１３ｄとの間に僅かな間隔をおいてセンサ１７が設けられている。この場合、センサ１７は、載置台１３の側縁部１３ｄに接触する接触型センサであってもよい。
【００２６】
これら圧電素子１６およびセンサ１７には、制御手段として、制御部１８が接続されている。
【００２７】
圧電素子１６は、制御部１８より印加される駆動電圧により伸び方向に変形するもので、載置台１３を弾性部材１４ａ、１４ｂの支持方向と直交する水平方向に直線移動させて、光学部材１１の反射面１２に入射する、後述する入射光１４１の位置を反射面１２の曲率半径方向に移動させるようにしている。
【００２８】
この場合、圧電素子１６の固有周波数は、移動ストローク、構成の質量および構成の剛性によって異なるが、通常のものでも数十ＫＨｚのものが用いられている。
【００２９】
センサ１７は、載置台１３の移動量を検出するもので、この検出信号を制御部１８に入力するようにしている。
【００３０】
一方、図２に示すように支持台１５は、例えばコイルばねのような弾性部材１９ａ、１９ｂを介してベース部２０上に支持されている。支持台１５には、ベース部２０との間に圧電素子２１、２２が設けられている。また、支持台１５の上面との間に僅かな間隔をおいてセンサ２３が設けられている。この場合、センサ２３は、支持台１５の上面に接触する接触型センサであってもよい。
【００３１】
これら圧電素子２１、２２およびセンサ２３も上述した制御部１８に接続されている。
【００３２】
圧電素子２１、２２は、制御部１８より印加される駆動電圧により伸び方向に変形するもので、これら圧電素子２１、２２の図示矢印Ｐ方向の変形の大きさにより、支持台１５とともに、載置台１３上の光学部材１１を図示矢印Ｑ方向に傾けるようにしている。この場合、支持台１５の傾き方向は、載置台１３の直線移動方向に直交する方向になっている。
【００３３】
この場合の圧電素子２１、２２の固有周波数についても、上述した圧電素子１６とほぼ同様なものが用いられる。
【００３４】
センサ２３は、支持台１５の傾き量を検出するもので、この検出信号を制御部１８に入力するようにしている。
【００３５】
制御部１８は、図示しない外部装置からの制御信号が与えられ、この制御信号により圧電素子１６を駆動する電圧を出力するとともに、センサ１７からの検出信号をチェックしながら載置台１３の弾性部材１４ａ、１４ｂの支持方向と直交する方向の移動量を制御し、さらに、圧電素子２１、２２を駆動する電圧を出力するとともに、センサ２３からの検出信号をチェックしながら支持台１５の傾き量を制御するようにしている。
【００３６】
次に、このように構成した実施の形態の動作を説明する。
【００３７】
いま、図１に示すように、光学部材１１の反射面１２に図示しない光源から入射光１４１が与えられているとする。この場合、入射光１４１は、載置台１３の弾性部材１４ａ、１４ｂによる支持方向に沿った方向から反射面１２に入射されている。
【００３８】
この状態から、図示しない外部装置から制御部１８に制御信号が与えられると、制御部１８より圧電素子１６に対して駆動電圧が出力される。この場合、制御部１８からは、図２に示す圧電素子２１、２２に対しても駆動電圧が出力される。
【００３９】
ここで、まず、圧電素子１６の駆動による光学部材１１の動きについて説明する。この場合、制御部１８より圧電素子１６に駆動電圧が印加されると、このときの駆動電圧の大きさに応じて、圧電素子１６は伸び方向に変形し、載置台１３を押すようになる。
【００４０】
載置台１３は、弾性部材１４ａ、１４ｂにより支持台１５に支持された状態で、圧電素子１６の伸びと共に、弾性部材１４ａ、１４ｂの支持方向と直交する方向に直進移動し、載置台１３に載置されている光学部材１１も移動する。
【００４１】
載置台１３の移動量は、センサ１７により検出され、この検出信号は制御部１８に入力される。これにより、載置台１３は、移動量を常に監視された状態で、制御部１８に与えられた制御信号の通りに直進移動される。
【００４２】
この後、制御部１８より圧電素子１６に印加される駆動電圧がゼロになると、圧電素子１６は、元の状態に戻され、載置台１３とともに光学部材１１も、弾性部材１４ａ、１４ｂの弾性力により元の位置に戻される。
【００４３】
以下、同様にして制御部１８より圧電素子１６に対し、上述した駆動電圧を繰り返し印加することにより、光学部材１１を所定の移動量の範囲で直進往復移動させることができる。
【００４４】
ところで、図４に示すように、載置台１３と共に、光学部材１１が図示破線で示す光学部材１１’の位置まで直進移動すると、反射面１２も図示破線で示す反射面１２’の位置に移動することから、反射面１２への入射光１４１の位置は、反射面１２上の図示ａ点から反射面１２’上の図示ｂ点まで曲率半径方向に移動する。すると、反射面１２の点ａから反射する反射光１５１と反射面１２’の点ｂから反射する反射光１５１’は、それぞれ異なる方向に偏向され、照射面１６１上に照射される。つまり、反射面１２、１２’で反射された反射光１５１、１５１’は、照射面１６１上の異なる点ａ’、ｂ’に照射されるようになる。
【００４５】
これにより、載置台１３と共に光学部材１１を直進移動させて入射光１４１を反射面１２、１２’の範囲で反射させることで、反射光１５１（１５１’）を照射面１６１上の点ａ’、ｂ’の間でスキャンさせることができる。
【００４６】
この場合、図４に示すように、光学部材１１の反射面１２の曲率半径をＲ、入射光１４１と照射面１６１の距離をＬ、入射光１４１と光学部材１１の上面の距離をｈ、光学部材１１の直進移動距離をｔ、反射光１５１（１５１’）の照射面１６１上での移動距離をｌとした場合、ｌとｔの関係は、下記の式で表すことができる。
【００４７】
ここで、Ｌを１００ｍｍ、Ｒを１５ｍｍ、ｈを５ｍｍとし、光学部材１１の直進移動距離ｔを１〜９ｍｍの範囲で変化させた場合のｔとｌの関係を調べたところ、図５に示す結果が得られ、同図のグラフから光学部材１１の直進移動距離ｔが５ｍｍを超えるとｔとｌが非線形の関係になることが分かる。
【００４８】
しかし、一般に顕微鏡の場合、視野数が通常２０ｍｍ程度であり、図５で示すような大きな反射光の移動量またはスキャン範囲を必要とせず、実際の構成寸法は、光学部材１１の移動量は、１ｍｍ程度あれば、必要なスキャン範囲を充分確保できる。そこで、図５に示すグラフにおいて、光学部材１１の移動量が１ｍｍの範囲のみをを拡大すると、図６に示すようになり、同図に示すグラフからｔとｌの関係は、ほぼ線形ととみなすことができる。
【００４９】
一方、図２において、圧電素子２１、２２のうち、例えば、圧電素子２１に対して、制御部１８から駆動電圧が印加されると、このときの駆動電圧の大きさに応じて、圧電素子２１は伸び方向に変形する。この場合、制御部１８から圧電素子２２に印加される駆動電圧は、ゼロのままで、圧電素子２２は、変形していない状態を維持されている。
【００５０】
これにより、支持台１５は、傾けられ、この支持台１５の傾きとともに、載置台１３上の光学部材１１も傾けられる。この場合、光学部材１１の傾き方向は、載置台１３の移動方向に直交する方向である。
【００５１】
この結果、図７に示すように光学部材１１の反射面１２は、図示破線で示す反射面１２’’の角度の範囲で傾くようになり、反射面１２に入射する入射光１４１は、反射面１２の傾き角度に応じて異なる方向に反射し、照射面１６１上の点ａ’’、ｂ’’の間で照射されるようになる。
【００５２】
これにより、載置台１３と共に光学部材１１を直進移動させて、入射光１４１を照射面１６１上の点ａ’、ｂ’の間でスキャンさせ、同時に、支持台１５と共に光学部材１１を傾けて、入射光１４１を照射面１６１上の点ａ’’、ｂ’’の間で移動させることにより、照射面１６１上においてＸＹ方向の２次元のスキャンを実現することができる。
【００５３】
従って、このようにすれば、載置台１３と共に光学部材１１を直進移動させるとともに、支持台１５と共に光学部材１１を傾ける簡単な構成によって、２次元のスキャンを実現することができる。また、載置台１３の直進移動および支持台１５の傾けの駆動源として、圧電素子１６、２１、２２が用いられ、これら圧電素子１６、２１、２２の固有周波数として、例えば数十ＫＨｚ程度のものを用いることにより、これらの動作を高速で行うことができ、高速スキャンを実現することができる。
【００５４】
なお、光学部材１１は、断面を扇状にした柱状体のものを用いたが、円柱状をしたものを用いることもできる。
【００５５】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。
【００５６】
図８および図９は、本発明の第２の実施の形態が適用されるスキャナ装置の概略構成で、図８は、正面図、図９は、側面図を示している。なお、これら図８および図９は、上述した図１と同一部分には、同符号を付している。
【００５７】
この場合、３１は光学部材で、この光学部材３１は、図１０に示すように断面を扇状にするとともに、曲面の曲率半径が先端部から基端部にかけて徐々に大きくなるような形状をしたものである。光学部材３１は、このような曲面を形成する側面を反射面３２に形成している。
【００５８】
光学部材３１は、矩形状をした載置台１３上に直立して載置されている。この場合、光学部材３１は、載置台１３の上面に対して垂直方向に精度よく取り付けられている。
【００５９】
その他は、図１と同様である。
【００６０】
一方、図９に示すように支持台１５の下面には、圧電素子３３が設けられている。この圧電素子３３も制御部１８に接続されている。
【００６１】
圧電素子３３は、制御部１８より印加される駆動電圧により伸び方向に変形するもので、この変形により、支持台１５とともに、載置台１３上の光学部材３１を上下動させるようにしている。この場合、支持台１５の上下動は、載置台１３の直線移動方向と直交する方向で、光学部材３１の反射面３２の曲面の曲率半径が変化する方向になっている。
【００６２】
このような構成において、制御部１８から圧電素子１６に駆動電圧を印加し、圧電素子１６を変形させて載置台１３とともに光学部材３１を弾性部材１４ａ、１４ｂの支持方向と直交する方向に直進移動させることにより、第１の実施の形態で述べたと同様にして、光学部材３１の反射面３２に入射する光の反射光が偏向され、照射面をスキャンすることができる。
【００６３】
一方、圧電素子３３に対して制御部１８から駆動電圧が印加されると、圧電素子３３が変形する。これにより、支持台１５は、上下動し、この支持台１５の上下動とともに、載置台１３上の光学部材３１も上下動される。
【００６４】
この場合、光学部材３１は、図１０に示すように反射面３２の曲面の曲率半径が底面に向けて徐々に大きくなるような形状をしているので、光学部材３１が上下動されて、図９に示すように反射面３２への入射光１４１の位置が図示ｃ点からｄ点に移動すると、これらｃ、ｄ点での反射面３２の曲率半径が変化することから、入射光１４１は、反射面３２上のそれぞれの位置、つまりｃ、ｄ点で異なる方向に反射して照射面上に照射される。
【００６５】
ここで、光学部材３１の反射面３２の曲率半径と、反射面３２からの反射光の照射面上における移動距離の関係は、第１の実施の形態で述べた（１）式で表すことができる。例えばＬを１００ｍｍ、ｈを５ｍｍ、ｔを１ｍｍとし、これらの条件の下で曲率半径Ｒを１５〜５０ｍｍの範囲で変化させると、反射光の照射面上での移動距離は、図１１のグラフに示す関係で表わすことができる。
【００６６】
これにより、載置台１３と共に光学部材３１を直進移動させ、入射光１４１を照射面上でスキャンさせ、また、支持台１５と共に光学部材３１を上下動させ、入射光１４１を曲率半径の異なる反射面３２上に位置させて、反射光を照射面上で移動させることにより、このときのスキャンの範囲を任意に変えることができる。
【００６７】
従って、このようにすれば、光学部材３１を上下動させるのに圧電素子３３のみを用いた簡単な構成により、反射光の照射面でのＸ方向のスキャンの範囲を所望するものに簡単に設定することができる。
【００６８】
なお、上述した第２の実施の形態では、Ｘ方向のスキャンの範囲を設定するのみの構成になっているが、第１の実施の形態で述べたと同様にして、支持台１５と共に光学部材１１を傾ける構成を付加することによって、ＸＹ方向の２次元のスキャンを実現することができる。また、上述した実施の形態では、光学部材３１を上下動するのに圧電素子３３を用いたが、光学部材３１の上下動を高速で行う必要がない場合は、モータなど他の駆動手段を用いて光学部材３１を上下動させるようにしてもよい。さらに、光学部材１１は、円錐状をしたものを用いることもできる。
【００６９】
（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態を説明する。
【００７０】
図１２および図１３は、本発明の第３の実施の形態が適用されるスキャナ装置の概略構成で、図１２は、正面図、図１３は、側面図を示している。
【００７１】
図１において、４１は光学部材で、この光学部材４１は、球体を４分割した形状をなすものである。この光学部材４１は、球面部分を反射面４２に形成している。
【００７２】
光学部材４１は、矩形状をした載置台４３に固定されている。この場合、図１３に示すように載置台４３は、垂直方向に設けられ、この載置台４３に対して光学部材４１の反射面４２が下側を向くように取り付けられている。
【００７３】
載置台４３は、側縁部４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄのうち、相対向する側縁部４３ａ、４３ｃのうち、側縁部４３ａを、例えば板ばねのような弾性部材４４ａにより支持台４５に支持され、また、側縁部４３ｃを、例えば板ばねのような弾性部材４４ｂと圧電素子４６を介して支持台４５に支持されている。
【００７４】
同様にして、他の相対向する側縁部４３ｂ、４３ｄのうち、側縁部４３ｂを、例えば板ばねのような弾性部材４７ａにより支持台４５に支持され、また、側縁部４３ｄを、例えば板ばねのような弾性部材４７ｂと圧電素子４８を介して支持台４５に支持されている。この場合、圧電素子４６および４８は、互いに直交するＸＹ方向に配置されている。
【００７５】
支持台４５には、載置台４３の側縁部４３ｃとの間に僅かな間隔をおいてセンサ４９が設けられ、同様に載置台４３の側縁部４３ｄとの間に僅かな間隔をおいてセンサ５０が設けられている。この場合、センサ４６は、載置台４３の側縁部４３ｃに接触する接触型センサであってもよく、同様に、センサ５０も、載置台４３の側縁部４３ｄに接触する接触型センサであってもよい。
【００７６】
これら圧電素子４６、４８およびセンサ４９，５０には、制御部５１が接続されている。
【００７７】
圧電素子４６は、制御部５１より印加される電圧により伸縮方向に変形するもので、載置台４３をＸ方向に直進移動させ、また、圧電素子４８も、制御部５１より印加される電圧により伸縮方向に変形するもので、載置台４３をＸ方向と直交するＹ方向に直進移動させるようにしたもので、光学部材４１の反射面４２に入射する後述する入射光５２の位置を直交する方向（ＸＹ方向）に移動させるようにしている。この場合、これら圧電素子４６、４８の固有周波数は、移動ストローク、構成の質量および構成の剛性によって異なるが、通常のものでも数十ＫＨｚのものが用いられている。
【００７８】
センサ４９、５０は、それぞれ載置台４３のＸＹ方向の移動量を検出するもので、この検出信号を制御部５１に入力するようにしている。
【００７９】
制御部５１は、図示しない外部装置からの制御信号が与えられ、この制御信号により圧電素子４６、４８を駆動する電圧を出力するとともに、センサ４９、５０からの検出信号をチェックしながら載置台４３のＸＹ方向の移動量を制御するようにしている。
【００８０】
次に、このように構成した実施の形態の動作を説明する。
【００８１】
いま、図１２に示すように、光学部材４１の反射面４２に図示しない光源から入射光５２が与えられているとする。この場合、入射光５２は、載置台４３の弾性部材４４ａ、４４ｂによる支持方向に沿った方向、つまりＸ方向から反射面４２に入射されている。
【００８２】
この状態から、図示しない外部装置から制御部５１に制御信号が与えられると、制御部５１より圧電素子４６、４８に対して駆動電圧が出力される。
【００８３】
ここで、まず、圧電素子４６の駆動による光学部材４１の動きについて説明する。この場合、制御部５１より圧電素子４６に駆動電圧が印加されると、圧電素子４６は伸び方向に変形し、載置台４３を押すようになる。
【００８４】
載置台４３は、弾性部材４４ａ、４４ｂにより支持台４５に支持された状態で、圧電素子４６の伸びと共に、Ｘ方向に直進移動し、載置台４３に載置されている光学部材４１も移動する。
【００８５】
載置台４３の移動量は、センサ４９により検出され、この検出信号は制御部５１に入力される。これにより、載置台４３は、移動量を常に監視された状態で、制御部５１に与えられた制御信号の通りにＸ方向に直進移動される。
【００８６】
この後、制御部５１より圧電素子４６に対して上述と逆極性の駆動電圧を印加すると、圧電素子４６は、元の状態に戻され、載置台４３とともに光学部材４１も元の位置に戻される。
【００８７】
以下、同様にして制御部５１より圧電素子４６に対し、上述した駆動電圧を繰り返し出力することにより、光学部材４１をＸ方向の所定の移動量の範囲で直進往復移動させることができる。
【００８８】
同様にして、制御部５１より圧電素子４８に駆動電圧が印加されると、圧電素子４８は伸び方向に変形し、載置台４３を押すようになる。
【００８９】
載置台４３は、弾性部材４７ａ、４７ｂにより支持台４５に支持された状態で、圧電素子４８の伸びと共に、今度は、Ｙ方向に直進移動し、載置台４３に載置されている光学部材４１も移動する。
【００９０】
載置台４３の移動量は、センサ５０により検出され、この検出信号は制御部５１に入力される。これにより、載置台４３は、移動量を常に監視された状態で、制御部５１に与えられた制御信号の通りにＹ方向に直進移動される。
【００９１】
この後、制御部５１より圧電素子４８に対して上述と逆極性の駆動電圧を印加すると、圧電素子４８は、元の状態に戻され、載置台４３とともに光学部材４１も元の位置に戻される。
【００９２】
以下、同様にして制御部５１より圧電素子４８に対し、上述した駆動電圧を繰り返し出力することにより、光学部材４１をＹ方向の所定の移動量の範囲で直進往復移動させることができる。
【００９３】
この場合、図１４に示すように、光学部材４１をＹ方向に、図示破線で示す光学部材４１’の位置まで直進移動すると、反射面４２も図示破線で示す反射面４２’の位置に移動することから、反射面４２に入射する入射光５２の位置は、反射面４２上の図示ａ点から反射面４２’上の図示ｂ点に移動する。すると、第１の実施の形態で述べたと同様にして、反射面４２の点ａから反射する反射光５４と反射面４２’の点ｂから反射する反射光５４’は、それぞれ異なる方向に偏向され、照射面５３上に照射される。つまり、反射面４２、４２’で反射された反射光５４、５４’は、照射面５３上の異なる点ａ’、ｂ’に照射されるようになる。
【００９４】
これにより、光学部材４１を直進移動させて入射光５２を反射面４２、４２’の範囲で反射させることで、反射光５４（５４’）を照射面５３上の点ａ’、ｂ’の間でスキャンさせることができる。
【００９５】
一方、光学部材４１がＸ方向に直進移動すると、上述したＹ方向の場合と同様にして、光学部材４１の反射面４２上の入射光５２の位置が変わり、反射光は偏向され、照射面５３上で移動するようになる。
【００９６】
この場合、光学部材４１がＸ方向に直進移動したときの、反射光の移動方向は光学部材４１がＹ方向に直進移動したときの反射光の移動方向と直交する方向となる。正確には、図１５に示すように光学部材４１をＹ方向に直進移動したときの反射光の照射面５３上での移動軌跡５４は、直線になるのに対し、光学部材４１をＸ方向に直進移動したときの反射光の照射面５３上での移動軌跡５５は、曲線となる。しかし、光学部材４１のＸ方向の直進移動量が小さい場合、つまり、反射光の照射面５３上の移動距離が小さい場合、反射光の移動軌跡５５は、ほぼ直線とみなすことができる。
【００９７】
これにより、載置台４３と共に光学部材４１をＹ方向に直進移動させて、反射光５４を照射面５３上でスキャンさせ、同時に、光学部材４１をＸ方向に直進移動させて、光学部材４１がＹ方向に直進移動したときの反射光の移動方向と直交する方向に、反射光を照射面５３上で移動させることにより、照射面５３上においてＸＹ方向の２次元のスキャンを実現することができる。
【００９８】
従って、このようにすれば、球面からなる反射面４２を有する光学部材４１を２次元方向に直進移動させることによって、反射面４２からの反射光を２次元に偏向させることができるので、第１の実施の形態で述べたと同様に、高速スキャンを実現することができる。また、このような２次元のスキャンを実現するのに、１個の光学部材４１を用いるだけなので、装置の構成を簡単化でき、価格的にも安価にできる。
【００９９】
その他、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、実施段階では、その要旨を変更しない範囲で種々変形することが可能である。
【０１００】
さらに、上記実施の形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示されている複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出できる。例えば、実施の形態に示されている全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題を解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出できる。
【０１０１】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、簡単な構成で、高速のスキャンを実現できるスキャナ装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の概略構成を示す正面図。
【図２】第１の実施の形態の概略構成を示す側面図。
【図３】第１の実施の形態に用いられる光学部材を示す斜視図。
【図４】第１の実施の形態の光学部材を直線移動させた場合の入射光と反射光の関係を説明するための図。
【図５】第１の実施の形態の光学部材の直進移動距離と反射光の照射面上での移動距離の関係を示す図。
【図６】第１の実施の形態の光学部材の直進移動距離と反射光の照射面上での移動距離の関係を一部拡大して示す図。
【図７】第１の実施の形態の光学部材の反射面を傾けた場合の入射光と反射光の関係を説明するための図。
【図８】本発明の第２の実施の形態の概略構成を示す正面図。
【図９】本発明の第２の実施の形態の概略構成を示す側面図。
【図１０】第２の実施の形態に用いられる光学部材を示す斜視図。
【図１１】第２の実施の形態の光学部材の反射面の曲率半径と反射光の照射面上における移動距離の関係を説明するための図。
【図１２】本発明の第３の実施の形態の概略構成を示す正面図。
【図１３】本発明の第３の実施の形態の概略構成を示す側面図。
【図１４】第３の実施の形態の光学部材を直線移動させた場合の入射光と反射光の関係を説明するための図。
【図１５】第３の実施の形態の光学部材をＸ方向に直進移動したときの反射光の移動軌跡と光学部材をＹ方向に直進移動したときの反射光の移動軌跡を示す図。
【符号の説明】
１１…光学部材
１２…反射面
１３…載置台
１３ａ〜１３ｄ…側縁部
１４ａ．１４ｂ…弾性部材
１５…支持台
１６、２１，２２…圧電素子
１４１…入射光
１５１…反射光
１６１…照射面
１７…センサ
１８…制御部
１９ａ．１９ｂ…弾性部材
２０…ベース部
２３…センサ
３１…光学部材
３２…反射面
３３…圧電素子
４１…光学部材
４２…反射面
４３…載置台
４３ａ〜４３ｄ…側縁部
４４ａ．４４ｂ、４７ａ．４７ｂ…弾性部材
４５…支持台
４６．４８…圧電素子
４９．５０…センサ
５１…制御部
５２…入射光
５３…照射面
５４、５５…移動軌跡
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源からの光を走査するスキャナ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
レーザ走査型顕微鏡には、光源からの光を走査するスキャナ装置が用いられている。
【０００３】
このようなレーザ走査型顕微鏡を用いて試料を観察する場合、スキャナ装置により光源からの光を１次元または２次元に走査して試料に照射し、試料からの反射光を通じて試料観察を行うようにしている。
【０００４】
ところで、従来のスキャナ装置は、ガルバノメータ式のものが多く用いられており、例えば、特許文献１に開示されるようにスキャナアセンブリユニットを備えた走査型顕微鏡で、スキャナアセンブリユニットを共振型のガルバノメータ式スキャナで構成することにより、非共振型のスキャナに比べて高速スキャンを実現できるようにしたものがある。
【０００５】
また、他の例として、例えば、特許文献２に開示されるように走査型顕微鏡に使用する２次元スキャナであって、主に第１と第２の２つのガルバノメータ式スキャナで構成されている。そして、第１のスキャナミラーによる反射光の振れ中心と瞳投影レンズの光軸上の入射瞳位置と一致するように第１のスキャナミラー配置し、また、第２のスキャナミラーによる反射光の振れ中心から瞳投影レンズまでの光路長と、瞳投影レンズの入射瞳位置から瞳投影レンズまでの長さが一致するように第２のスキャナミラーを配置し、常に、瞳位置で光を偏向できるようにすることで、走査型顕微鏡に使用した場合、高精度の検出を実現できるようにしたものもある。
【０００６】
【特許文献１】
特開平６−２０２０２３号公報
【０００７】
【特許文献２】
特開平６−０４３３６９号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
これら特許文献１、特許文献２に開示されるスキャナでは、いずれもガルバノメータ式スキャナが用いられている。このため、これらスキャナでは、ガルバノミラーを回転させるための駆動手段として、例えば、モータやコイルばねに電流を流して電磁場を作るようにしたものなどが一般に用いられる。
【０００９】
しかし、これらの駆動手段によると、電流による発熱や構成上の剛性から、ある程度の振れ角度を確保したい場合、ガルバノミラーを高速で回転させるのに限界があり、現実に、数十ＫＨｚ程度の高速のスキャナの実現は難しい。
【００１０】
また、これら特許文献１、特許文献２に開示されるスキャナは、２次元のスキャンを行うのに、２つのガルバノメータ式スキャナを必要とするため、価格的に高価な構成となるとともに、システム構成も難しくなり、設計上の制限も生じるという問題があった。
【００１１】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、簡単な構成で、高速のスキャンを実現できるスキャナ装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、曲面により形成される反射面を有する光学部材と、前記光学部材の反射面への入射光の位置が前記曲面の曲率半径方向に移動するように前記光学部材を直線移動させる駆動手段と、前記駆動手段による前記光学部材の移動量を制御する制御手段と、を具備し、前記前記光学部材の直線移動により前記光学部材の反射面より反射される光を照射面上でスキャンさせることを特徴としている。
【００１３】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記光学部材は、反射面の曲面の曲率半径が一定に形成された柱状体からなり、前記駆動手段は、さらに前記直線移動方向と直交する方向に前記光学部材を傾け可能にしたことを特徴としている。
【００１４】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記光学部材は、反射面の曲面の曲率半径が徐々に変化するような形状をなし、前記駆動手段は、さらに前記直線移動と直交する方向で前記反射面の曲率半径が変化する方向に前記光学部材を移動可能にしたことを特徴としている。
【００１５】
請求項４記載の発明は、球面により形成される反射面を有する光学部材と、前記光学部材の反射面への入射光の位置が前記球面上の直交方向にそれぞれ移動するように前記光学部材を直線移動させる駆動手段と、前記駆動手段による前記光学部材の移動量を制御する制御手段と、を具備し、前記前記光学部材の直線移動により前記光学部材の反射面より反射される光を照射面上でスキャンさせることを特徴としている。
【００１６】
請求項５記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明において、前記駆動手段は、圧電素子を有することを特徴としている。
【００１７】
この結果、本発明によれば、光学部材を直進移動して反射面への入射光の位置を曲面の曲率半径方向に移動させる簡単な構成により高速なスキャンを実現できる。
【００１８】
また、本発明によれば、さらに光学部材を傾けたり、反射面の曲率半径が変化する方向に移動させることにより、２次元のスキャンを実現できる。
【００１９】
さらに、本発明によれば、反射面を球面にした１個の光学部材を用い、反射面への入射光の位置が球面上の直交方向にそれぞれ移動するように、光学部材を直線移動させる簡単な構成により、高速な２次元スキャンを実現できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に従い説明する。
【００２１】
（第１の実施の形態）
図１および図２は、本発明の第１の実施の形態が適用されるスキャナ装置の概略構成で、図１は、正面図、図２は、側面図を示している。
【００２２】
図１において、１１は光学部材で、この光学部材１１は、図３に示すように、断面を扇状にするとともに、曲面の曲率半径が先端部から基端部にかけて一定の柱状体をなすものである。この光学部材１１は、曲面を形成する側面を反射面１２に形成している。
【００２３】
光学部材１１は、矩形状をした載置台１３上に直立して載置されている。この場合、光学部材１１は、載置台１３の上面に対して垂直方向に精度よく取り付けられている。
【００２４】
載置台１３は、側縁部１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄのうち、相対向する側縁部１３ａ、１３ｃを、例えば板ばねのような弾性部材１４ａ、１４ｂにより支持台１５に支持されている。これら弾性部材１４ａ、１４ｂは、一直線上に配置され、それぞれの弾性力により載置台１３を弾性部材１４ａ、１４ｂの支持方向と直交する方向に水平移動できるように支持している。
【００２５】
載置台１３には、側縁部１３ｂと支持台１５の間に、駆動手段として、圧電素子１６が設けられている。支持台１５には、載置台１３の側縁部１３ｄとの間に僅かな間隔をおいてセンサ１７が設けられている。この場合、センサ１７は、載置台１３の側縁部１３ｄに接触する接触型センサであってもよい。
【００２６】
これら圧電素子１６およびセンサ１７には、制御手段として、制御部１８が接続されている。
【００２７】
圧電素子１６は、制御部１８より印加される駆動電圧により伸び方向に変形するもので、載置台１３を弾性部材１４ａ、１４ｂの支持方向と直交する水平方向に直線移動させて、光学部材１１の反射面１２に入射する、後述する入射光１４１の位置を反射面１２の曲率半径方向に移動させるようにしている。
【００２８】
この場合、圧電素子１６の固有周波数は、移動ストローク、構成の質量および構成の剛性によって異なるが、通常のものでも数十ＫＨｚのものが用いられている。
【００２９】
センサ１７は、載置台１３の移動量を検出するもので、この検出信号を制御部１８に入力するようにしている。
【００３０】
一方、図２に示すように支持台１５は、例えばコイルばねのような弾性部材１９ａ、１９ｂを介してベース部２０上に支持されている。支持台１５には、ベース部２０との間に圧電素子２１、２２が設けられている。また、支持台１５の上面との間に僅かな間隔をおいてセンサ２３が設けられている。この場合、センサ２３は、支持台１５の上面に接触する接触型センサであってもよい。
【００３１】
これら圧電素子２１、２２およびセンサ２３も上述した制御部１８に接続されている。
【００３２】
圧電素子２１、２２は、制御部１８より印加される駆動電圧により伸び方向に変形するもので、これら圧電素子２１、２２の図示矢印Ｐ方向の変形の大きさにより、支持台１５とともに、載置台１３上の光学部材１１を図示矢印Ｑ方向に傾けるようにしている。この場合、支持台１５の傾き方向は、載置台１３の直線移動方向に直交する方向になっている。
【００３３】
この場合の圧電素子２１、２２の固有周波数についても、上述した圧電素子１６とほぼ同様なものが用いられる。
【００３４】
センサ２３は、支持台１５の傾き量を検出するもので、この検出信号を制御部１８に入力するようにしている。
【００３５】
制御部１８は、図示しない外部装置からの制御信号が与えられ、この制御信号により圧電素子１６を駆動する電圧を出力するとともに、センサ１７からの検出信号をチェックしながら載置台１３の弾性部材１４ａ、１４ｂの支持方向と直交する方向の移動量を制御し、さらに、圧電素子２１、２２を駆動する電圧を出力するとともに、センサ２３からの検出信号をチェックしながら支持台１５の傾き量を制御するようにしている。
【００３６】
次に、このように構成した実施の形態の動作を説明する。
【００３７】
いま、図１に示すように、光学部材１１の反射面１２に図示しない光源から入射光１４１が与えられているとする。この場合、入射光１４１は、載置台１３の弾性部材１４ａ、１４ｂによる支持方向に沿った方向から反射面１２に入射されている。
【００３８】
この状態から、図示しない外部装置から制御部１８に制御信号が与えられると、制御部１８より圧電素子１６に対して駆動電圧が出力される。この場合、制御部１８からは、図２に示す圧電素子２１、２２に対しても駆動電圧が出力される。
【００３９】
ここで、まず、圧電素子１６の駆動による光学部材１１の動きについて説明する。この場合、制御部１８より圧電素子１６に駆動電圧が印加されると、このときの駆動電圧の大きさに応じて、圧電素子１６は伸び方向に変形し、載置台１３を押すようになる。
【００４０】
載置台１３は、弾性部材１４ａ、１４ｂにより支持台１５に支持された状態で、圧電素子１６の伸びと共に、弾性部材１４ａ、１４ｂの支持方向と直交する方向に直進移動し、載置台１３に載置されている光学部材１１も移動する。
【００４１】
載置台１３の移動量は、センサ１７により検出され、この検出信号は制御部１８に入力される。これにより、載置台１３は、移動量を常に監視された状態で、制御部１８に与えられた制御信号の通りに直進移動される。
【００４２】
この後、制御部１８より圧電素子１６に印加される駆動電圧がゼロになると、圧電素子１６は、元の状態に戻され、載置台１３とともに光学部材１１も、弾性部材１４ａ、１４ｂの弾性力により元の位置に戻される。
【００４３】
以下、同様にして制御部１８より圧電素子１６に対し、上述した駆動電圧を繰り返し印加することにより、光学部材１１を所定の移動量の範囲で直進往復移動させることができる。
【００４４】
ところで、図４に示すように、載置台１３と共に、光学部材１１が図示破線で示す光学部材１１’の位置まで直進移動すると、反射面１２も図示破線で示す反射面１２’の位置に移動することから、反射面１２への入射光１４１の位置は、反射面１２上の図示ａ点から反射面１２’上の図示ｂ点まで曲率半径方向に移動する。すると、反射面１２の点ａから反射する反射光１５１と反射面１２’の点ｂから反射する反射光１５１’は、それぞれ異なる方向に偏向され、照射面１６１上に照射される。つまり、反射面１２、１２’で反射された反射光１５１、１５１’は、照射面１６１上の異なる点ａ’、ｂ’に照射されるようになる。
【００４５】
これにより、載置台１３と共に光学部材１１を直進移動させて入射光１４１を反射面１２、１２’の範囲で反射させることで、反射光１５１（１５１’）を照射面１６１上の点ａ’、ｂ’の間でスキャンさせることができる。
【００４６】
この場合、図４に示すように、光学部材１１の反射面１２の曲率半径をＲ、入射光１４１と照射面１６１の距離をＬ、入射光１４１と光学部材１１の上面の距離をｈ、光学部材１１の直進移動距離をｔ、反射光１５１（１５１’）の照射面１６１上での移動距離をｌとした場合、ｌとｔの関係は、下記の式で表すことができる。
【００４７】
【００４８】
しかし、一般に顕微鏡の場合、視野数が通常２０ｍｍ程度であり、図５で示すような大きな反射光の移動量またはスキャン範囲を必要とせず、実際の構成寸法は、光学部材１１の移動量は、１ｍｍ程度あれば、必要なスキャン範囲を充分確保できる。そこで、図５に示すグラフにおいて、光学部材１１の移動量が１ｍｍの範囲のみをを拡大すると、図６に示すようになり、同図に示すグラフからｔとｌの関係は、ほぼ線形ととみなすことができる。
【００４９】
一方、図２において、圧電素子２１、２２のうち、例えば、圧電素子２１に対して、制御部１８から駆動電圧が印加されると、このときの駆動電圧の大きさに応じて、圧電素子２１は伸び方向に変形する。この場合、制御部１８から圧電素子２２に印加される駆動電圧は、ゼロのままで、圧電素子２２は、変形していない状態を維持されている。
【００５０】
これにより、支持台１５は、傾けられ、この支持台１５の傾きとともに、載置台１３上の光学部材１１も傾けられる。この場合、光学部材１１の傾き方向は、載置台１３の移動方向に直交する方向である。
【００５１】
この結果、図７に示すように光学部材１１の反射面１２は、図示破線で示す反射面１２’’の角度の範囲で傾くようになり、反射面１２に入射する入射光１４１は、反射面１２の傾き角度に応じて異なる方向に反射し、照射面１６１上の点ａ’’、ｂ’’の間で照射されるようになる。
【００５２】
これにより、載置台１３と共に光学部材１１を直進移動させて、入射光１４１を照射面１６１上の点ａ’、ｂ’の間でスキャンさせ、同時に、支持台１５と共に光学部材１１を傾けて、入射光１４１を照射面１６１上の点ａ’’、ｂ’’の間で移動させることにより、照射面１６１上においてＸＹ方向の２次元のスキャンを実現することができる。
【００５３】
従って、このようにすれば、載置台１３と共に光学部材１１を直進移動させるとともに、支持台１５と共に光学部材１１を傾ける簡単な構成によって、２次元のスキャンを実現することができる。また、載置台１３の直進移動および支持台１５の傾けの駆動源として、圧電素子１６、２１、２２が用いられ、これら圧電素子１６、２１、２２の固有周波数として、例えば数十ＫＨｚ程度のものを用いることにより、これらの動作を高速で行うことができ、高速スキャンを実現することができる。
【００５４】
なお、光学部材１１は、断面を扇状にした柱状体のものを用いたが、円柱状をしたものを用いることもできる。
【００５５】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。
【００５６】
図８および図９は、本発明の第２の実施の形態が適用されるスキャナ装置の概略構成で、図８は、正面図、図９は、側面図を示している。なお、これら図８および図９は、上述した図１と同一部分には、同符号を付している。
【００５７】
この場合、３１は光学部材で、この光学部材３１は、図１０に示すように断面を扇状にするとともに、曲面の曲率半径が先端部から基端部にかけて徐々に大きくなるような形状をしたものである。光学部材３１は、このような曲面を形成する側面を反射面３２に形成している。
【００５８】
光学部材３１は、矩形状をした載置台１３上に直立して載置されている。この場合、光学部材３１は、載置台１３の上面に対して垂直方向に精度よく取り付けられている。
【００５９】
その他は、図１と同様である。
【００６０】
一方、図９に示すように支持台１５の下面には、圧電素子３３が設けられている。この圧電素子３３も制御部１８に接続されている。
【００６１】
圧電素子３３は、制御部１８より印加される駆動電圧により伸び方向に変形するもので、この変形により、支持台１５とともに、載置台１３上の光学部材３１を上下動させるようにしている。この場合、支持台１５の上下動は、載置台１３の直線移動方向と直交する方向で、光学部材３１の反射面３２の曲面の曲率半径が変化する方向になっている。
【００６２】
このような構成において、制御部１８から圧電素子１６に駆動電圧を印加し、圧電素子１６を変形させて載置台１３とともに光学部材３１を弾性部材１４ａ、１４ｂの支持方向と直交する方向に直進移動させることにより、第１の実施の形態で述べたと同様にして、光学部材３１の反射面３２に入射する光の反射光が偏向され、照射面をスキャンすることができる。
【００６３】
一方、圧電素子３３に対して制御部１８から駆動電圧が印加されると、圧電素子３３が変形する。これにより、支持台１５は、上下動し、この支持台１５の上下動とともに、載置台１３上の光学部材３１も上下動される。
【００６４】
この場合、光学部材３１は、図１０に示すように反射面３２の曲面の曲率半径が底面に向けて徐々に大きくなるような形状をしているので、光学部材３１が上下動されて、図９に示すように反射面３２への入射光１４１の位置が図示ｃ点からｄ点に移動すると、これらｃ、ｄ点での反射面３２の曲率半径が変化することから、入射光１４１は、反射面３２上のそれぞれの位置、つまりｃ、ｄ点で異なる方向に反射して照射面上に照射される。
【００６５】
ここで、光学部材３１の反射面３２の曲率半径と、反射面３２からの反射光の照射面上における移動距離の関係は、第１の実施の形態で述べた（１）式で表すことができる。例えばＬを１００ｍｍ、ｈを５ｍｍ、ｔを１ｍｍとし、これらの条件の下で曲率半径Ｒを１５〜５０ｍｍの範囲で変化させると、反射光の照射面上での移動距離は、図１１のグラフに示す関係で表わすことができる。
【００６６】
これにより、載置台１３と共に光学部材３１を直進移動させ、入射光１４１を照射面上でスキャンさせ、また、支持台１５と共に光学部材３１を上下動させ、入射光１４１を曲率半径の異なる反射面３２上に位置させて、反射光を照射面上で移動させることにより、このときのスキャンの範囲を任意に変えることができる。
【００６７】
従って、このようにすれば、光学部材３１を上下動させるのに圧電素子３３のみを用いた簡単な構成により、反射光の照射面でのＸ方向のスキャンの範囲を所望するものに簡単に設定することができる。
【００６８】
なお、上述した第２の実施の形態では、Ｘ方向のスキャンの範囲を設定するのみの構成になっているが、第１の実施の形態で述べたと同様にして、支持台１５と共に光学部材１１を傾ける構成を付加することによって、ＸＹ方向の２次元のスキャンを実現することができる。また、上述した実施の形態では、光学部材３１を上下動するのに圧電素子３３を用いたが、光学部材３１の上下動を高速で行う必要がない場合は、モータなど他の駆動手段を用いて光学部材３１を上下動させるようにしてもよい。さらに、光学部材１１は、円錐状をしたものを用いることもできる。
【００６９】
（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態を説明する。
【００７０】
図１２および図１３は、本発明の第３の実施の形態が適用されるスキャナ装置の概略構成で、図１２は、正面図、図１３は、側面図を示している。
【００７１】
図１において、４１は光学部材で、この光学部材４１は、球体を４分割した形状をなすものである。この光学部材４１は、球面部分を反射面４２に形成している。
【００７２】
光学部材４１は、矩形状をした載置台４３に固定されている。この場合、図１３に示すように載置台４３は、垂直方向に設けられ、この載置台４３に対して光学部材４１の反射面４２が下側を向くように取り付けられている。
【００７３】
載置台４３は、側縁部４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄのうち、相対向する側縁部４３ａ、４３ｃのうち、側縁部４３ａを、例えば板ばねのような弾性部材４４ａにより支持台４５に支持され、また、側縁部４３ｃを、例えば板ばねのような弾性部材４４ｂと圧電素子４６を介して支持台４５に支持されている。
【００７４】
同様にして、他の相対向する側縁部４３ｂ、４３ｄのうち、側縁部４３ｂを、例えば板ばねのような弾性部材４７ａにより支持台４５に支持され、また、側縁部４３ｄを、例えば板ばねのような弾性部材４７ｂと圧電素子４８を介して支持台４５に支持されている。この場合、圧電素子４６および４８は、互いに直交するＸＹ方向に配置されている。
【００７５】
支持台４５には、載置台４３の側縁部４３ｃとの間に僅かな間隔をおいてセンサ４９が設けられ、同様に載置台４３の側縁部４３ｄとの間に僅かな間隔をおいてセンサ５０が設けられている。この場合、センサ４６は、載置台４３の側縁部４３ｃに接触する接触型センサであってもよく、同様に、センサ５０も、載置台４３の側縁部４３ｄに接触する接触型センサであってもよい。
【００７６】
これら圧電素子４６、４８およびセンサ４９，５０には、制御部５１が接続されている。
【００７７】
圧電素子４６は、制御部５１より印加される電圧により伸縮方向に変形するもので、載置台４３をＸ方向に直進移動させ、また、圧電素子４８も、制御部５１より印加される電圧により伸縮方向に変形するもので、載置台４３をＸ方向と直交するＹ方向に直進移動させるようにしたもので、光学部材４１の反射面４２に入射する後述する入射光５２の位置を直交する方向（ＸＹ方向）に移動させるようにしている。この場合、これら圧電素子４６、４８の固有周波数は、移動ストローク、構成の質量および構成の剛性によって異なるが、通常のものでも数十ＫＨｚのものが用いられている。
【００７８】
センサ４９、５０は、それぞれ載置台４３のＸＹ方向の移動量を検出するもので、この検出信号を制御部５１に入力するようにしている。
【００７９】
制御部５１は、図示しない外部装置からの制御信号が与えられ、この制御信号により圧電素子４６、４８を駆動する電圧を出力するとともに、センサ４９、５０からの検出信号をチェックしながら載置台４３のＸＹ方向の移動量を制御するようにしている。
【００８０】
次に、このように構成した実施の形態の動作を説明する。
【００８１】
いま、図１２に示すように、光学部材４１の反射面４２に図示しない光源から入射光５２が与えられているとする。この場合、入射光５２は、載置台４３の弾性部材４４ａ、４４ｂによる支持方向に沿った方向、つまりＸ方向から反射面４２に入射されている。
【００８２】
この状態から、図示しない外部装置から制御部５１に制御信号が与えられると、制御部５１より圧電素子４６、４８に対して駆動電圧が出力される。
【００８３】
ここで、まず、圧電素子４６の駆動による光学部材４１の動きについて説明する。この場合、制御部５１より圧電素子４６に駆動電圧が印加されると、圧電素子４６は伸び方向に変形し、載置台４３を押すようになる。
【００８４】
載置台４３は、弾性部材４４ａ、４４ｂにより支持台４５に支持された状態で、圧電素子４６の伸びと共に、Ｘ方向に直進移動し、載置台４３に載置されている光学部材４１も移動する。
【００８５】
載置台４３の移動量は、センサ４９により検出され、この検出信号は制御部５１に入力される。これにより、載置台４３は、移動量を常に監視された状態で、制御部５１に与えられた制御信号の通りにＸ方向に直進移動される。
【００８６】
この後、制御部５１より圧電素子４６に対して上述と逆極性の駆動電圧を印加すると、圧電素子４６は、元の状態に戻され、載置台４３とともに光学部材４１も元の位置に戻される。
【００８７】
以下、同様にして制御部５１より圧電素子４６に対し、上述した駆動電圧を繰り返し出力することにより、光学部材４１をＸ方向の所定の移動量の範囲で直進往復移動させることができる。
【００８８】
同様にして、制御部５１より圧電素子４８に駆動電圧が印加されると、圧電素子４８は伸び方向に変形し、載置台４３を押すようになる。
【００８９】
載置台４３は、弾性部材４７ａ、４７ｂにより支持台４５に支持された状態で、圧電素子４８の伸びと共に、今度は、Ｙ方向に直進移動し、載置台４３に載置されている光学部材４１も移動する。
【００９０】
載置台４３の移動量は、センサ５０により検出され、この検出信号は制御部５１に入力される。これにより、載置台４３は、移動量を常に監視された状態で、制御部５１に与えられた制御信号の通りにＹ方向に直進移動される。
【００９１】
この後、制御部５１より圧電素子４８に対して上述と逆極性の駆動電圧を印加すると、圧電素子４８は、元の状態に戻され、載置台４３とともに光学部材４１も元の位置に戻される。
【００９２】
以下、同様にして制御部５１より圧電素子４８に対し、上述した駆動電圧を繰り返し出力することにより、光学部材４１をＹ方向の所定の移動量の範囲で直進往復移動させることができる。
【００９３】
この場合、図１４に示すように、光学部材４１をＹ方向に、図示破線で示す光学部材４１’の位置まで直進移動すると、反射面４２も図示破線で示す反射面４２’の位置に移動することから、反射面４２に入射する入射光５２の位置は、反射面４２上の図示ａ点から反射面４２’上の図示ｂ点に移動する。すると、第１の実施の形態で述べたと同様にして、反射面４２の点ａから反射する反射光５４と反射面４２’の点ｂから反射する反射光５４’は、それぞれ異なる方向に偏向され、照射面５３上に照射される。つまり、反射面４２、４２’で反射された反射光５４、５４’は、照射面５３上の異なる点ａ’、ｂ’に照射されるようになる。
【００９４】
これにより、光学部材４１を直進移動させて入射光５２を反射面４２、４２’の範囲で反射させることで、反射光５４（５４’）を照射面５３上の点ａ’、ｂ’の間でスキャンさせることができる。
【００９５】
一方、光学部材４１がＸ方向に直進移動すると、上述したＹ方向の場合と同様にして、光学部材４１の反射面４２上の入射光５２の位置が変わり、反射光は偏向され、照射面５３上で移動するようになる。
【００９６】
この場合、光学部材４１がＸ方向に直進移動したときの、反射光の移動方向は光学部材４１がＹ方向に直進移動したときの反射光の移動方向と直交する方向となる。正確には、図１５に示すように光学部材４１をＹ方向に直進移動したときの反射光の照射面５３上での移動軌跡５４は、直線になるのに対し、光学部材４１をＸ方向に直進移動したときの反射光の照射面５３上での移動軌跡５５は、曲線となる。しかし、光学部材４１のＸ方向の直進移動量が小さい場合、つまり、反射光の照射面５３上の移動距離が小さい場合、反射光の移動軌跡５５は、ほぼ直線とみなすことができる。
【００９７】
これにより、載置台４３と共に光学部材４１をＹ方向に直進移動させて、反射光５４を照射面５３上でスキャンさせ、同時に、光学部材４１をＸ方向に直進移動させて、光学部材４１がＹ方向に直進移動したときの反射光の移動方向と直交する方向に、反射光を照射面５３上で移動させることにより、照射面５３上においてＸＹ方向の２次元のスキャンを実現することができる。
【００９８】
従って、このようにすれば、球面からなる反射面４２を有する光学部材４１を２次元方向に直進移動させることによって、反射面４２からの反射光を２次元に偏向させることができるので、第１の実施の形態で述べたと同様に、高速スキャンを実現することができる。また、このような２次元のスキャンを実現するのに、１個の光学部材４１を用いるだけなので、装置の構成を簡単化でき、価格的にも安価にできる。
【００９９】
その他、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、実施段階では、その要旨を変更しない範囲で種々変形することが可能である。
【０１００】
さらに、上記実施の形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示されている複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出できる。例えば、実施の形態に示されている全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題を解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出できる。
【０１０１】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、簡単な構成で、高速のスキャンを実現できるスキャナ装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の概略構成を示す正面図。
【図２】第１の実施の形態の概略構成を示す側面図。
【図３】第１の実施の形態に用いられる光学部材を示す斜視図。
【図４】第１の実施の形態の光学部材を直線移動させた場合の入射光と反射光の関係を説明するための図。
【図５】第１の実施の形態の光学部材の直進移動距離と反射光の照射面上での移動距離の関係を示す図。
【図６】第１の実施の形態の光学部材の直進移動距離と反射光の照射面上での移動距離の関係を一部拡大して示す図。
【図７】第１の実施の形態の光学部材の反射面を傾けた場合の入射光と反射光の関係を説明するための図。
【図８】本発明の第２の実施の形態の概略構成を示す正面図。
【図９】本発明の第２の実施の形態の概略構成を示す側面図。
【図１０】第２の実施の形態に用いられる光学部材を示す斜視図。
【図１１】第２の実施の形態の光学部材の反射面の曲率半径と反射光の照射面上における移動距離の関係を説明するための図。
【図１２】本発明の第３の実施の形態の概略構成を示す正面図。
【図１３】本発明の第３の実施の形態の概略構成を示す側面図。
【図１４】第３の実施の形態の光学部材を直線移動させた場合の入射光と反射光の関係を説明するための図。
【図１５】第３の実施の形態の光学部材をＸ方向に直進移動したときの反射光の移動軌跡と光学部材をＹ方向に直進移動したときの反射光の移動軌跡を示す図。
【符号の説明】
１１…光学部材
１２…反射面
１３…載置台
１３ａ〜１３ｄ…側縁部
１４ａ．１４ｂ…弾性部材
１５…支持台
１６、２１，２２…圧電素子
１４１…入射光
１５１…反射光
１６１…照射面
１７…センサ
１８…制御部
１９ａ．１９ｂ…弾性部材
２０…ベース部
２３…センサ
３１…光学部材
３２…反射面
３３…圧電素子
４１…光学部材
４２…反射面
４３…載置台
４３ａ〜４３ｄ…側縁部
４４ａ．４４ｂ、４７ａ．４７ｂ…弾性部材
４５…支持台
４６．４８…圧電素子
４９．５０…センサ
５１…制御部
５２…入射光
５３…照射面
５４、５５…移動軌跡
Claims (5)
- 曲面により形成される反射面を有する光学部材と、
前記光学部材の反射面への入射光の位置が前記曲面の曲率半径方向に移動するように前記光学部材を直線移動させる駆動手段と、
前記駆動手段による前記光学部材の移動量を制御する制御手段と
を具備し、前記前記光学部材の直線移動により前記光学部材の反射面より反射される光を照射面上でスキャンさせることを特徴とするスキャナ装置。 - 前記光学部材は、反射面の曲面の曲率半径が一定に形成された柱状体からなり、
前記駆動手段は、さらに前記直線移動方向と直交する方向に前記光学部材を傾け可能にしたことを特徴とする請求項１記載のスキャナ装置。 - 前記光学部材は、反射面の曲面の曲率半径が徐々に変化するような形状をなし、
前記駆動手段は、さらに前記直線移動と直交する方向で前記反射面の曲率半径が変化する方向に前記光学部材を移動可能にしたことを特徴とする請求項１記載のスキャナ装置。 - 球面により形成される反射面を有する光学部材と、
前記光学部材の反射面への入射光の位置が前記球面上の直交方向にそれぞれ移動するように前記光学部材を直線移動させる駆動手段と、
前記駆動手段による前記光学部材の移動量を制御する制御手段と
を具備し、前記前記光学部材の直線移動により前記光学部材の反射面より反射される光を照射面上でスキャンさせることを特徴とするスキャナ装置。 - 前記駆動手段は、圧電素子を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のスキャナ装置。
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