JP2020021070A - 光学放射線のためのスキャナ構成 - Google Patents

Abstract

【課題】光学放射線のためのスキャナ構成を提供する。【解決手段】本発明は、光学放射線５によって走査野４２を走査するスキャナ構成に関する。スキャナ構成は、１つ又は２つの走査軸３、４の周りで傾斜可能な走査ミラー２を含む少なくとも１つのスキャナ１と、パン時、走査野を回転させ、サイズ可変走査野を走査し、且つ走査野中心４３をセンタリングする手段とを備える。スキャナ構成は、好ましくは、レーザ走査顕微鏡での使用に適する。機械的旋回デバイス７は、走査野を回転させる目的のために存在し、前記旋回デバイスは、スキャナを、スキャナ構成の特定の事例では旋回軸８の周りで旋回させるように実施される。旋回は、走査野の意図される回転に対応する角度寸法を通して実施される。旋回の結果として、走査野中心のオフセットを補償する目的のため、オフセットを生成及び制御する手段が提供される。【選択図】図１ｂ

Description

本発明は、光学放射線（optical radiation）によって走査野（scanning field）を走査するスキャナ構成（scanner arrangement）に関する。スキャナ構成は、１つ又は２つの走査軸（scanning axis）の周りで傾斜可能な走査ミラーを含む少なくとも１つのビーム偏向要素（beam deflection element）を備え、パン時、走査野を回転させ、サイズ可変走査野を走査し、且つ走査野中心をセンタリングする手段を含む。スキャナ構成は、好ましくは、レーザ走査顕微鏡での使用に適する。

一般に、スキャナ構成は、測定、処理又は画像生成の目的のため、レーザビームによって標的領域の線様又はラスタ様（raster-like）の走査に使用される。例として、レーザ走査顕微鏡では、スキャナ構成は、コリメートされた（collimated）レーザ放射線を、定義された角度を通して入力ビーム方向から偏向させる。偏向された放射線は、撮像光学ユニットを使用して集束されて、スポットを形成する。このスポットは、偏向角度の変更に応じて、時間的に連続して試料上の複数のロケーションに向けられる。したがって、偏向角度は、試料上のスポットのロケーションの尺度である。例えば、反射、散乱又は蛍光発光によって試料から到来する光は、空間的及び時間的に分解されるように検出され、且つ輝度に関して評価される。ここで、検出信号全体が、走査された試料領域の画像を生成する。

実施形態及び用途に応じて、スキャナ構成は、以下でスキャナとも呼ばれる１つ又は複数のビーム偏向要素を有する。１つ又は複数のビーム偏向要素は、その機能及びその作動選択肢に従って以下のように区別可能である：
− 一次元偏向のための準静的（quasi-static）原理で動作するスキャナ；作動により、これらは、所定の偏向角度に永続的に調整可能であるか、又はさもなければ低い走査周波数のみであるが、略自由に定義可能である、特に周期的な関数で可変偏向可能であり、
− 一次元偏向のための共振（resonant）原理で動作するスキャナ；これらは、バネ（spring）及び質量によって形成されるエネルギー貯蔵システムにより、時間的に特定の周波数における略正弦波偏向と共に使用可能である。ここで、走査周波数は、調整可能でないか、又は最小範囲でのみ調整可能である。

有利には、準静的スキャナは、より高い走査周波数で使用され得る。しかし、振幅は、周波数の増大に伴って大幅に低減する。使用可能な偏向は、共振スキャナで利用可能な最高走査周波数の場合、もはや準静的スキャナによって実現され得ない。

したがって、一次元ビーム偏向のための又は１つのみの線からなる走査野を走査するためのスキャナ構成は、１つのスキャナを備えるのみでよい。

逆に、二次元ビーム偏向のための又は二次元の通常矩形の領域を走査するためのスキャナ構成は、２つの軸の周りで傾斜可能な走査ミラーと共に、例えばＭＥＭＳとして既知の微小電子機械システムの形態における、２つの直交する方向に偏向する１つのみのスキャナを含むか、又はそれぞれ１つの軸の周りで傾斜可能な走査ミラーを有する２つのスキャナを含むかのいずれかである。例として、この場合の第１のスキャナは、共振機能を用いて偏向する一方、第２のスキャナは、準静的機能を用いて偏向する。

多くの場合、撮像システムによって可能な最大走査領域のセクションを単に走査することが意図される。両方又はさもなければ一方のみの走査方向のいずれかで走査領域全体を走査するのに必要とされるよりも少ない程度にレーザビームを任意選択的に偏向させるのに適するスキャナ構成の使用は、このために好都合である。可能な最大走査領域の中心からのセクションのみを走査することは、当技術分野でズームと呼ばれる。これは、準静的原理で動作するスキャナの場合及び共振原理で動作するスキャナの場合の両方で可能である。なぜなら、偏向角度又は走査振幅が変更され得、したがって走査野のサイズに影響を及ぼすことができるためである。

更に、多くの場合、可能な最大走査領域の中心から側方にオフセットされるセクションを走査する必要がある。これは、当技術分野でパンと呼ばれる。このために、レーザビームの偏向は、加えて、それに適用される一方又は両方の放射線方向においてオフセットを有することが周知である。しかし、スキャナの制限された走査速度及び比較的複雑な作動は、そのような偏向オフセットの場合に不利である。

更に、多くの場合、走査野回転又は走査野ターンとして既知である、回転試料を回転させることによる走査領域の適合を可能にするスキャナ構成が必要とされる。例として、これは、従来技術におけるスキャナの変更された作動によって実現される。しかし、これは、２つの準静的スキャナが使用される場合にのみ可能である。なぜなら、例えば、欧州特許出願公開第１６１７２６７号明細書に記載のように、回転走査領域の場合、両方のスキャナによって線走査方向の偏向を実施しなければならないためである。ここでの欠点は、準静的スキャナへの制限が可能な走査速度を制限することである。

回転可能な光学構成要素、例えばアッベ−ケーニッヒプリズムによる走査野回転も既知である。しかし、これは、器具設計をより複雑にし、且つより高いコストで接続されるのみならず、調整経費も増大させる。加えて、レーザ電力の変更がある。更に、このように実施されるスキャナ構成は、比較的低い透過率を有し、直線偏光が使用される場合、偏光の大きい変化を受ける。偏光は、透過率の更なる損失及び追加経費が許容される場合にのみ維持され得る。加えて、微分干渉（ＤＩＣ）は、得ることが可能でないか、又は増大した経費でのみ得ることが可能である。更なる欠点は、第１に、走査野がセクションの中心の周りで回転せず、第２に、走査ミラーの斜め照明のために少なくとも１つの軸に沿った歪みが生じることである。

欧州特許出願公開第１６１７２６７号明細書

この従来技術から進んで、本発明の目的は、上記欠点をもはや有さない、冒頭に記載したタイプのスキャナ構成を開発することである。

本発明によれば、この目的は、旋回が実行される角度が走査野の意図される回転に対応する、旋回軸の周りでビーム偏向要素を旋回させるため、走査野を回転させる目的で提供される機械デバイスによって達成される。更に、ビーム偏向のオフセットを生成する手段が提供される。前記手段は、１つ又は複数の偏向方向におけるビーム偏向中に振幅に可変的に影響するように機能する。

好ましくは、本スキャナ構成は、走査野にわたって光学放射線を二次元偏向させるために実施される。前記スキャナ構成は、様々な実施形態の変形形態において、
− 線に沿ったビーム偏向が一方の走査軸に割り当てられる一方、それぞれの場合の近傍線へのビーム偏向が他方の走査軸に割り当てられる、２つの走査軸の周りで傾斜可能な走査ミラー、例えばＭＥＭＳスキャナ、
− 線に沿った偏向が一方のビーム偏向要素に割り当てられる一方、それぞれの場合の近傍線への偏向が他方のビーム偏向要素に割り当てられる、それぞれ１つの走査軸の周りで傾斜可能な走査ミラーを有する２つのビーム偏向要素
のいずれかを含む。

ここで、共振走査軸を用いる線に沿ったビーム偏向は、好ましくは、主に正弦波走査機能によって実施される。準静的作動可能走査軸／偏向要素を用いるそれぞれの場合の近傍線へのビーム偏向は、階段形走査機能（step-shaped scanning function）によって実施される。偏向された放射線を物体面に撮像する撮像光学ユニットは、特にこれがレーザ走査顕微鏡で使用される場合、スキャナ構成の下流に配置されるべきである。

オフセットを生成する目的のため、線に沿ったビーム偏向の場合、特に走査軸に平行に位置合わせされた傾斜軸を有する傾斜デバイスの形態のオフセットアクチュエータが提供され、且つ／又は線から線へのビーム偏向の場合、スキャナ作動の変更が提供される。

本発明によれば、スキャナ構成は、走査野の回転中に走査野中心のオフセットを補償するデバイスを備える。好ましくは、補償は、旋回の結果として、走査野中心がその元の位置に配置され、且つ改行及び線走査が、走査野の回転に対応する所望の方向を指すような、ビーム偏向要素又はスキャナ構成の旋回中の改行及び線走査方向の連続的な変更によって連続的に実施される。したがって、走査野は、物体面上の元のロケーションに − その中心の周りで回転されて − 配置される。

例として、ガルバノスキャナ（galvano scanners）、ガルバノ共振スキャナ（galvano resonance scanners）又はピエゾスキャナ（piezo scanners）が線走査のために提供されるべきである。また、ガルバノスキャナが改行のために提供されるべきである。例えば、レーザ走査モジュールとしての複合組立体の形態のスキャナ構成の実施形態が特に有利である。

二次元偏向を用いるスキャナ構成に基づいて本発明が以下に説明される。しかし、本発明は、明示的に、適宜変更された実施形態における又は適宜変更された作動を有する、一次元偏向を用いるスキャナ構成にも関する。例示的な実施形態には以下が割り当てられる。

− 偏向が一方向において共振走査機能によって実施され、他方向において準静的走査機能によって実施される、レーザビームの二次元偏向のためのスキャナ及び走査ミラーを有し、 − 本発明による、走査野を回転させる機械的旋回装置を有し、且つ − ビーム偏向中に振幅に影響するオフセット機能を有する、スキャナ構成を示す。 走査野の回転によって生じる、その中心位置に対する走査野の不要な偏心の補償の説明を示す。 レーザビームの二次元偏向のために実施される、２つのスキャナ及び１つの走査ミラーを有する走査構成を示す。第１のスキャナは、共振走査機能を用いて動作される。第２のスキャナは、準静的走査機能を用いて動作される。スキャナ構成は、第１のスキャナに割り当てられたオフセットアクチュエータを含み、且つ走査野を回転させる機械的旋回装置を含む。 レーザビームの二次元偏向のために実施される、２つのスキャナ及び１つの走査ミラーを有する走査構成を示す。第１のスキャナは、共振走査機能を用いて動作される。第２のスキャナは、準静的走査機能を用いて動作される。スキャナ構成は、第１のスキャナに割り当てられたオフセットアクチュエータを含み、且つ走査野を回転させる機械的旋回装置を含む。 レーザビームの二次元偏向のために実施される、２つのスキャナ及び２つの走査ミラーを有するスキャナ構成を示す。第１のスキャナは、共振走査機能を用いて動作される。第２のスキャナは、準静的走査機能を用いて動作される。スキャナ構成は、第２のスキャナに割り当てられたオフセットアクチュエータを含み、且つ走査野を回転させる機械的旋回装置を含む。 レーザビームの二次元偏向のために実施される、２つのスキャナ及び２つの走査ミラーを有するスキャナ構成を示す。第１のスキャナは、共振走査機能を用いて動作される。第２のスキャナは、準静的走査機能を用いて動作される。スキャナ構成は、第２のスキャナに割り当てられたオフセットアクチュエータを含み、且つ走査野を回転させる機械的旋回装置を含む。 レーザビームの二次元偏向のために実施される、２つのスキャナ及び２つの走査ミラーを有するスキャナ構成を示す。第１のスキャナは、共振走査機能を用いて動作される。第２のスキャナは、準静的走査機能を用いて動作される。スキャナ構成は、第２のスキャナに割り当てられたオフセットアクチュエータを含み、且つ走査野を回転させる機械的旋回装置を含む。 レーザビームの二次元偏向のために実施される、２つのスキャナ及び２つの走査ミラーを有するスキャナ構成を示す。第１のスキャナは、共振走査機能を用いて動作される。第２のスキャナは、準静的走査機能を用いて動作される。スキャナ構成は、第２のスキャナに割り当てられたオフセットアクチュエータを含み、且つ走査野を回転させる機械的旋回装置を含む。 レーザビームの二次元偏向のために実施される、２つのスキャナ及び２つの走査ミラーを有するスキャナ構成を示す。第１のスキャナは、共振走査機能を用いて動作される。第２のスキャナは、準静的走査機能を用いて動作される。スキャナ構成は、第２のスキャナに割り当てられたオフセットアクチュエータを含み、且つ走査野を回転させる２つの機械的旋回装置を含む。 レーザビームの二次元偏向のために実施される、２つのスキャナ及び２つの走査ミラーを有するスキャナ構成を示す。第１のスキャナは、共振走査機能を用いて動作される。第２のスキャナは、準静的走査機能を用いて動作される。スキャナ構成は、第２のスキャナに割り当てられたオフセットアクチュエータを含み、且つ走査野を回転させる２つの機械的旋回装置を含む。

例示的に図１ａ及び図２ａ〜図４ｂに示されているスキャナ構成に関連する説明は、明確にするために、それぞれの場合に画像野回転のない基本モードに基づいて実施される。画像野回転に関連する本発明による動作の機能及び原理について、図１ｂに基づいて説明する。これらは、原理上、同様に図１ａ及び図２ａ〜図４ｂに示される全てのスキャナ構成に当てはまる。スキャナ構成において説明されるスキャナは、例えば、各走査ミラーの駆動装置及びマウント等の詳細に示されない要素も明らかに含む。これらの要素は、両方とも離散構造を有し得るか、又はさもなければ例えばマイクロ技術を使用して製造されるＭＥＭＳスキャナ（微小電子機械システム＝ＭＥＭＳ）等の組立体に完全に一体化され得る。同様に、割り当てられる共振スキャナ及びオフセットアクチュエータは、複合組立体として実施することができる。

「走査領域」及び「走査野」という用語は、「スキャナ」及び「ビーム偏向要素」という用語並びに「光学放射線」及び「レーザビーム」という用語と同様に説明の文章において同義で使用される。

図１ａは、ＭＥＭＳとして実施されるスキャナ１を有するスキャナ構成を示す。スキャナ１の走査ミラー２は、入射レーザビーム５が２つの方向においてその入力方向から偏向され、したがって二次元走査野を走査することが可能なように、２つの直交軸、特に走査軸３及び４の周りで傾斜可能である。走査軸３、４は、互いに及び走査ミラー２のミラー面と少なくとも概ね交差するように位置合わせされる。スキャナ１は、偏向オフセットを生成する目的のため、別個に作動可能なオフセットアクチュエータ６に結合される。前記オフセットアクチュエータの傾斜軸は、走査軸４に対して同一線上又は少なくとも平行に位置合わせされる。更に、旋回デバイス（pivot device）７が提供される。旋回デバイス７は、ピボット軸受及び作動可能な駆動要素（図示せず）を含む。関連付けられた旋回軸８は、走査軸３、４に対して直交するように位置合わせされ、且つ走査軸３、４及び走査ミラー２のミラー面と少なくとも概ね交差する。

スキャナ構成の動作中、走査野の走査線のために好ましくは走査軸３の周りの走査ミラー２の傾斜が実施される。ここで、中心値の周りで振動するビーム偏向角度によって略正弦波走査機能を有する共振スキャナを使用して線走査が実行される。図１ａでは、走査軸３は、図面平面に直交して位置合わせされる。したがって、レーザビーム５は、それに対応して図面平面に留まる。

線を走査した後、走査ミラー２は、走査ミラー２によって偏向された（それに対応して図面平面から出る）レーザビーム５が、線走査によって続けて走査される隣接線に向けられるように、それぞれの場合に走査軸４の周りで所定の角度を通して傾斜される。走査ミラー２による偏向は、改行と呼ばれる。好ましくは、改行は、準静的に動作され、且つ階段形走査機能によって作動される。

図１ｂから明かであるように、偏向されたレーザビーム５は、撮像光学ユニット４０に向けられる。撮像光学ユニット４０は、レーザビーム５を物体面４１に撮像する。したがって、互いに平行する複数の線により、画定された二次元走査野４２が物体面４１に生じる。

基本モードでは、この構成は、予め設定されたパラメータによって定義されるサイズ及び位置合わせを有する物体面４１内の走査野４２の走査を促進する。ここで、サイズは、走査振幅によって決まる。位置合わせは、走査方向によって定義される。本発明によれば、基本モードに加えて以下の更なる用途が可能である。

走査野回転：物体面４１内でその中心の周りの所定の角度を通して走査野４２を回転させるため、特に以下の機能を有する、旋回軸８の周りの走査軸３、４の本発明による旋回及び旋回運動の結果として走査野中心４３のその元の位置からのオフセットを補償する手段が存在する。

走査野中心４３及び旋回軸８は、物体面４１における図と共に図１ｂの画像Ａに示されるように、構造的理由で物体面４１において互いから側方にオフセットされる。スキャナ１又はこの場合にはスキャナ構成が旋回軸８の周りで所定の角度φを通して回転される場合、走査野４２が変更されて（画像Ｂを参照されたい）、空間向きが回転され、走査野中心４３ａがオフセットされた走査野４２ａを形成する。

意図される画像野回転がこの位置で実行されたとしても、走査野中心４３ａは、旋回軸８の周りの角度φに対応する弧を辿るため、画像Ａにおいて元の位置に対して不所望にオフセットされるであろう。

このオフセットを避けるために、又はこのオフセットを発生させないために、本発明は、リアルタイムで既に可能である場合、旋回中に走査野４２が回転されるが、走査野中心４３が元の位置にセンタリングされたままであることを保証する。これは、走査野４２が略連続的に回転され、そうするに当たり、走査野中心４３の位置ずれが、回転終了時又は旋回の結果として走査野４２が所望の角度を通して回転され、したがって画像回転が実行され、走査野中心４３が必要に応じて画像Ａでのように元の位置に配置されるように連続的に補償されるように同時に行われる回転角の変化に応じて、改行及び線走査方向において連続的に適合されるビーム偏向によって達成される。

この補償に必要とされる両方の走査方向でのビーム偏向の設定は、回転角の現在の変化の関数として測定技術を使用して直接確認及び計算されるか、又はシステム依存ルックアップテーブルに基づいて予め決定され、作動変化によって事前に確認される。任意選択的に、ここでも、所望の走査野位置、最初に完了した位置後に残る位置誤差及び位置合わせ補正に向けて繰り返し最適化することが有利である。

好ましくは、オフセットは、この場合、改行の準静的走査機能に適用される。逆に、これは、線走査のために提供される共振走査機能では可能でない。したがって、線走査方向でのオフセットをもたらすために、線走査の走査軸４に対して同一線上又は少なくとも平行に位置合わせされる傾斜軸を有する別個に作動可能なオフセットアクチュエータ６が存在する。

パン：パン中、走査野４２の一部のみを走査するには、この部分の中心を走査野４２の中心にセンタリングする必要がある。本発明によれば、これは、ここでも、任意選択的に両方の偏向方向で利用可能なオフセット機能の包含あり又はなしで、− 走査野回転に基づいて上述したように − 走査振幅を変更することによって実施される。従来技術と比較して、オフセットは、本発明によるスキャナ構成の適用範囲を広げることを促進する。

ズーム：任意選択的に両方の偏向方向で本発明によって利用可能なオフセット機能の包含あり又はなしで、両方の走査方向において走査振幅を変更することにより、走査野４２のサイズを変更することが可能であり、したがってズーム機能を実現することが可能である。走査野４２は、そのサイズに関して変更され、物体面４１においてその走査野中心４３と同じ位置に留まる。従来技術と比較して、オフセットは、ズーム範囲を大幅に広げることを促進する。

図２ａによる例示的な実施形態は、共振スキャナ９を有するスキャナ構成を含む。共振スキャナ９の走査ミラー１０は、第１の走査方向、好ましくは線走査方向においてレーザビーム５を偏向させるために、走査軸１１の周りで傾斜可能である。必要に応じて、この走査方向における偏向にオフセットを適用するために、別個に作動可能なオフセットアクチュエータ１２が存在する。オフセットアクチュエータ１２の傾斜軸は、走査軸１１に対して同一線上又は少なくとも平行に位置合わせされる。スキャナ９及びオフセットアクチュエータ１２で作られた組立体は、第２のスキャナ１３、この場合には準静的スキャナによって走査軸１４の周りで傾斜可能である。その結果、レーザビーム５は、第２の走査方向、好ましくは改行方向において偏向可能である。特殊な場合、両方の走査方向を互いに位置合わせすることができる。

二次元走査野の走査は、２つの走査方向における偏向によって可能である。更に、準静的スキャナ１３は、第２の走査方向における偏向のオフセットの任意選択的な生成を促進する。ここでも、走査野のサイズは、変更され得る。したがって、両方の走査方向で走査振幅を変更することによってズーム機能を実現することができる。

パンとして利用可能な最大走査野の一部のみを走査するには、走査野の中心をこの部分にセンタリングしなければならないか、又は走査野をその元の中心から偏心させなければならない。これに関して、準静的走査機能は、適切なスキャナ作動によって改行にオフセットを適用するという選択肢を提供する。逆に、線走査に提供される共振走査機能では、これは可能ではない。ここで、その傾斜軸が走査軸１１に対して同一線上に位置合わせされたオフセットアクチュエータ１２は、線走査方向にオフセットを生成するように機能する。

説明した共振スキャナ９への線走査の割り当て及び準静的スキャナ１３、例えばガルバノスキャナへの改行の割り当ては、純粋に例示である。逸脱した構成も明かに本発明の範囲内にある。

旋回デバイス１５は、必要に応じて、走査野を回転させるために存在する。前記旋回デバイスは、ピボット軸受及び作動可能な駆動要素（明示的に示されず）を含む。旋回軸１６は、走査ミラー１０のミラー面の法線に少なくとも概ね平行に位置合わせされる。

図２ｂによるスキャナ構成及びその機能は、大部分が図２ａによるスキャナ構成と同等である。この場合、単に走査ミラー１０の位置合わせ及び走査軸１１と旋回軸１６との空間向きが変更されている。補助のため、傾斜方向及び旋回方向は、図２ａ及び図２ｂの両方で矢印方向によって指定される。

図３ａによるスキャナ構成は、第１の走査方向、好ましくは改行方向においてレーザビーム５を偏向させる走査ミラー１８を有する準静的スキャナ１７と、第２の走査方向、好ましくは線走査方向において概ね直交するようにレーザビーム５を偏向させる走査ミラー２０を有する共振スキャナ１９とを含む。更に、レーザビーム５を定義された角度で走査ミラー１８及び２０に操縦する２つの偏向ミラー２２及び２３からなるビーム偏向が存在する。説明した構成要素は、旋回軸２５の周りで旋回可能であるように搭載されたフレーム２４によって保持される。旋回軸２５は、スキャナ構成に入射し、且つスキャナ構成から出るレーザビーム５に対して少なくとも概ね同一線上に延びる。旋回軸２５の周りの旋回は、作動可能なアクチュエータ（明示的に示されず）によって実現される。

スキャナ構成を基本モードで動作させる場合、入射レーザビーム５は、偏向ミラー２２及び２３によって走査軸に直交して走査ミラー１８に操縦される。そこから、レーザビーム５は、走査軸に概ね直交して入射し、走査ミラー２０が、好ましくは、走査ミラー１８から到来する放射線の方向に直交して延びる方向においてレーザビーム５を偏向させるように、スキャナ１９の走査ミラー２０で反射される。そこで、２つの走査方向に偏向されたレーザビーム５は、少なくともスキャナの基本位置において、旋回軸２５に対して概ね同一線上であるか又は旋回軸２５に概ね平行するようにスキャナ構成から出る。スキャナが基本位置から偏向される場合（図３ａに示される基本位置）、ビームは、もはや決して旋回軸２５に対して平行して構成から出ない。

走査野のサイズは、走査振幅（ズーム）を変更することによって両方の方向において変更することができる。更に、スキャナ１８は、その準静的機能により、パンを実現する目的のため、オフセットによる改行方向での偏向角度の直接調整を促進する。共振スキャナ２０は、オフセットアクチュエータ２１に接続される。オフセットアクチュエータ２１も同様にパンを目的として線走査方向へのオフセットの適用を促進する。

レーザビーム５は、図３ａによる変形形態では、スキャナ１７の走査軸に直交するようにスキャナ１７の走査ミラー１８に入射する。一方では、図３ｂによる変形形態は、レーザビーム５がスキャナ１７の走査軸の方向で走査ミラー１８に入射するように実施される。ここでも、２つの走査方向に偏向されたレーザビーム５は、フレーム２４が旋回可能な旋回軸２５に対して少なくとも概ね同一線上にスキャナ構成から出る。

図３ａ及び図３ｂに基づいて説明した実施形態の代替として、オフセットアクチュエータ２１を含むスキャナ１７の位置とスキャナ１９の位置との相互交換は、本発明の範囲内にある。ここで、スキャナ１７及び１９の走査軸並びにレーザビーム５に対するオフセットアクチュエータ２１の回転軸は、図３ａ及び図３ｂに示される図と基本位置に関して均等である。したがって、スキャナ構成から現れるレーザビーム５の偏向方向が一定のままである。

走査野回転は、フレーム２４の回転によって行われる。ここで、線走査方向及び改行方向は、互いに対して回転される。これらの２つの方向間の角度は、それぞれの場合に維持される。したがって、直交走査方向を有する構成でも、２つの走査方向間で９０°の角度が維持される。走査方向は、単にオフセット角度を通して回転される。

走査野回転の場合、回転の中心は、基本位置で照明される撮像光学ユニットを用いる撮像の角度又はロケーションに対応する。走査野中心がオフセットで変位する場合、走査野は、単に、走査野回転角によって構成されるオフセットアクチュエータ２１の結果として、オフセット及び準静的スキャナ１８の結果としてのオフセットによって回転され得る。

図３ｃ及び図３ｄに示される実施形態では、オフセットアクチュエータ２１は、それぞれの場合に省かれている。共振スキャナ２０のみが存在する。この結果、パンは、準静的スキャナ１７によって生成される走査方向においてのみ可能である。他の点では、図３ａ及び図３ｂによる実施形態と同様の全ての選択肢が維持される。

図４ａによる二次元スキャナ構成は、走査ミラー２７を有する準静的スキャナ２６を含む。走査ミラー２７は、レーザビーム５を第１の方向、好ましくは改行方向に偏向させる。ビーム方向において下流に配置され、スキャナミラー２９を含む共振スキャナ２８は、第２の方向、好ましくは線走査方向で概ね直交して偏向させる。

基本モードでは、レーザビーム５は、準静的スキャナ２６の走査軸に直角にスキャナ構成に入射する。スキャナ２６の走査軸は、走査ミラー２７の法線に直交して位置合わせされる。続けて、走査ミラー２７によって反射したビームは、共振スキャナ２８の走査ミラー２９に入射する。共振スキャナ２８は、線走査を実現する。共振スキャナ２８の走査軸は、走査ミラー２９の法線に直交して位置合わせされる。基本モードでは、両方のスキャナ２６、２８の偏向角度は、好ましくは、９０°である。

走査する走査野のサイズは、スキャナの走査振幅を変更することによって（ズーム機能）両方の方向において変更することができる。更に、スキャナ２６は、その準静的機能により、パンを実現する目的のため、オフセットによる改行方向での偏向角度の直接調整を促進する。共振スキャナ２８は、オフセットアクチュエータ３０に接続される。オフセットアクチュエータ３０の傾斜軸は、走査軸に対して同一線上又は少なくとも平行に延びる。オフセットアクチュエータ３０は、線走査方向へのオフセットを適用することによってパンを促進する。

準静的スキャナ２６は、走査野回転を目的として旋回軸３１の周りで旋回可能である。共振スキャナ２８及びオフセットアクチュエータ３０は、一緒に旋回軸３２の周りで旋回可能である。軸３１、３２は、互いに対して少なくとも概ね平行に延び、走査ミラー２７及び２９の法線に対して平行に位置合わせされる。加えて、少なくとも１つの作動可能な駆動要素を有する旋回デバイスが存在し（明示的に示されず）、少なくとも概ね同じサイズを有する回転角度を通して同期して、両方の軸３１及び３２の周り又は走査ミラー２７及び２９の法線の周りでの旋回を引き起こす。

走査野回転の場合、回転の中心は、この場合、旋回角度又は基本位置において照明される光学ユニットを用いた撮像のロケーションにも対応する。走査野中心がオフセットで変位する場合、走査野は、単に、走査野回転角度によって構成されるオフセットアクチュエータ３０の結果として、オフセット及び準静的スキャナ２６の結果としてのオフセットによってその周りで回転され得る。

図４ａの図から逸脱して、図４ｂによる構成での共振スキャナ２８は、オフセットアクチュエータに結合されない。その結果、この場合、パンは、準静的スキャナ２６によって生成される走査方向においてのみ可能である。

図４ａ及び図４ｂに基づいて説明した実施形態の代替として、オフセットアクチュエータ３０を含む、一方ではスキャナ２６の位置と、他方ではスキャナ２８の位置との相互交換も本発明の範囲内にある。ここで、スキャナ２６、２８の走査軸及び入射し且つ偏向されたレーザビーム５のそれぞれに対するオフセットアクチュエータ３０の回転軸は、図４ａ及び図４ｂに示される図と基本位置に関して均等である。したがって、ビームプロファイルが一定である。現れるレーザビーム５の走査方向が維持される。

第２のスキャナ２８への放射線方向において見られるように、第１のスキャナ２６を撮像する光学ユニット（図示せず）は、有利には、２つのスキャナ２６、２８間の光学放射線の広がりに沿って提供される。

従来技術と比較して、図１〜図４ｂによるスキャナ構成を使用して以下の利点が達成される：
− 光学要素を追加することなく、走査野回転の複雑性がより低く、
− 主に普遍的な使用のためのレーザ走査モジュールとしての実現が可能であり、
− パン（図１ａから離れて）及びズームが可能であり、
− 走査野回転中に偏光の変更がなく、
− 走査野回転中にレーザ電力の変更がなく、
− ２つのスキャナの走査軸間にある距離が小さい距離のみであるため、レーザビームの側方オフセットが最小であり、
− 大きい走査野の場合でも走査速度がより高速である。

図１によるスキャナ構成は、両方の走査方向で１つのみの偏向要素を使用することによって高透過率という更なる利点を有する。

１ スキャナ
２ 走査ミラー
３ 走査軸
４ 走査軸
５ レーザビーム
６ オフセットアクチュエータ
７ 旋回デバイス
８ 旋回軸
９ スキャナ
１０ 走査ミラー
１１ 走査軸
１２ オフセットアクチュエータ
１３ スキャナ
１４ 走査軸
１５ 旋回デバイス
１６ 旋回軸
１７ スキャナ
１８ 走査ミラー
１９ スキャナ
２０ 走査ミラー
２１ オフセットアクチュエータ
２２ 偏向ミラー
２３ 偏向ミラー
２４ フレーム
２５ 旋回軸
２６ スキャナ
２７ 走査ミラー
２８ スキャナ
２９ 走査ミラー
３０ オフセットアクチュエータ
３１ 旋回軸
３２ 旋回軸
４０ 撮像光学ユニット
４１ 物体面
４２、４２ａ、４２ｂ 走査野
４３、４３ａ、４３ｂ 走査野中心
φ 角度

Claims (13)

1. 物体面（４１）に形成された走査野（４２）にわたって光学放射線（５）を偏向させるスキャナ構成であって、
   − １つ又は２つの走査軸（３、４）の周りで傾斜可能な走査ミラー（２）を含む少なくとも１つの反射ビーム偏向要素（１）と、
   − 前記物体面（４１）内で前記走査野（４２）を回転させる手段と
   を含むスキャナ構成において、
   − 機械的旋回デバイス（７）は、前記走査野（４２）を回転させるために存在し、前記旋回デバイスは、旋回軸（８）の周りで前記ビーム偏向要素（１）を旋回させるように実施され、
   − 特定の角度寸法を通した旋回は、前記走査野（４２）の意図される回転に対応し、及び
   − 旋回の結果として、走査野中心（４３）のその元の位置からのオフセットを補償する手段が提供されることを特徴とするスキャナ構成。
2. 前記光学放射線（５）の二次元偏向のために実施される、請求項１に記載のスキャナ構成。
3. ビーム偏向要素（１）を含み、前記ビーム偏向要素（１）は、２つの走査軸（３、４）の周りで傾斜可能な走査ミラー（２）を含み、
   − 線に沿った前記ビーム偏向は、第１の走査軸（３）に割り当てられ、及び
   − それぞれの場合の前記走査野（４２）の近傍線への前記ビーム偏向は、前記第２の走査軸（４）に割り当てられる、請求項１又は２に記載のスキャナ構成。
4. ＭＥＭＳスキャナは、ビーム偏向要素（１）として提供される、請求項３に記載のスキャナ構成。
5. ２つのビーム偏向要素（２６、２８）を含み、前記ビーム偏向要素（２６、２８）のそれぞれは、それぞれの場合に１つの走査軸（３１、３２）の周りで傾斜可能な走査ミラー（２７、２９）を含み、
   − 線に沿った前記ビーム偏向は、一方のビーム偏向要素（２８）に割り当てられ、及び
   − それぞれの場合の前記走査野（４２）の近傍線への前記ビーム偏向は、他方のビーム偏向要素（２６）に割り当てられる、請求項１又は２に記載のスキャナ構成。
6. 撮像光学ユニット（４０）は、前記偏向された光学放射線を物体面（４１）に撮像する目的のため、前記偏向された光学放射線の下流に配置される、請求項１〜５のいずれか一項に記載のスキャナ構成。
7. 線に沿った前記ビーム偏向は、共振走査機能によって提供され、及びそれぞれの場合の近傍線への前記ビーム偏向は、準静的走査機能によって提供される、請求項３〜６のいずれか一項に記載のスキャナ構成。
8. 前記旋回軸（８）は、前記走査軸（３、４）に対して直交して位置合わせされ、且つ前記走査ミラー（２）の走査ミラー面の近くで前記走査軸（３、４）と交差する、請求項３〜７のいずれか一項に記載のスキャン構成。
9. − 前記走査野中心（４３）の前記オフセットの前記補償は、前記ビーム偏向のオフセットによって提供され、
   − 特に前記走査軸（４）に平行に位置合わせされた傾斜軸を有する傾斜デバイスの形態のオフセットアクチュエータ（６）は、線に沿った前記ビーム偏向のために提供され、及び
   − 変更されたスキャナ作動は、線から線への前記ビーム偏向のために提供される、請求項１〜８のいずれか一項に記載のスキャナ構成。
10. 前記補償は、前記旋回の結果として、前記走査野中心（４３）がその元の位置に配置され、且つ改行及び線走査が、前記走査野（４２）の前記回転に対応する所望の方向を指すような、前記ビーム偏向要素（１）又は前記スキャナ構成の前記旋回中の改行及び線走査方向の連続的な変更によって連続的に提供される、請求項９に記載のスキャナ構成。
11. ビーム偏向要素（１）として、
    − ガルバノスキャナ、ガルバノ共振スキャナ又はピエゾスキャナは、前記線走査のために提供され、及び
    − ガルバノスキャナは、前記改行のために提供される、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のスキャナ構成。
12. 走査振幅の変動は、ズーム又はパン目的のために提供される、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のスキャナ構成。
13. 複合組立体、好ましくはレーザ走査モジュールとして実施される、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のスキャナ構成。

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