JP4160511B2

JP4160511B2 - 共焦点光学式走査装置

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Publication number: JP4160511B2
Application number: JP2003573474A
Authority: JP
Inventors: ヴァンサン・ロウエル
Original assignee: ヴァンサン・ロウエル
Priority date: 2002-03-04
Filing date: 2003-03-04
Publication date: 2008-10-01
Anticipated expiration: 2023-03-04
Also published as: US7463396B2; ATE370435T1; DE60315604T2; AU2003238149A1; CN1293404C; CN1639608A; JP2005519324A; DE60315604D1; FR2836727B1; US20060245022A1; FR2836727A1; EP1481277B1; ES2292977T3; WO2003075070A1; EP1481277A1

Description

本発明は、物体面と像面とを同時に走査するように設けられた光学式走査装置に関する。

国際特許出願ＰＣＴ／ＦＲ０１／０２８９０号明細書は、物体面と像面とを同時に走査するように設けられた光学式走査装置を記載している。

この文献には、２種類の走査装置が記載されている。すなわち、
‐光ビームを濾光するマイクロミラーのアレイを利用し、可動ミラーの１面のみ利用する装置、
‐光ビームを濾光するために空間的濾光装置として１つ以上の微小孔を利用し、可動ミラーの両側の２面を利用する装置である。

二番目の類の走査装置は、下記を有する可動ミラーを使用する。
‐観察物体の固定点の幾何学像を微小孔のアレイの面内で移動させることを可能にしかつ観察物体の方に（従って微小レンズの方に）向いた対物面（オブジェクト側鏡面）、および
‐観察像の固定点の幾何学像を検出装置の固定点に再度戻すことを可能にしかつ（例えばカメラのような）検出装置の方に向いた結像面（イメージ側鏡面）である。

こうして、対物面によって走査そのものが可能になり、結像面によってこの走査の補償が可能になる。

図１から図５は、補償のメカニズムをより分かりやすいように示している。図１（ａ）は単純な対称性を有する概念的な構造を示している。対物面０１に水平に到達するビームは上方に反射する。結像面０２に垂直に到達するビームは右に反射する。図１（ｂ）は、従来技術で使用されている走査および補償原理を示している。ビームは対物面に水平に到達し、上方に反射する。ビームは結像面に水平に到達し、下方に反射する。

図２に示すように、可動ミラーが図の面（紙面）に対して直交する軸周りに回転すると、図１（ａ）の反射ビームはそれぞれ図２（ａ）によって示される方向に回転する。ビームの方向を反転させることによって、図１（ｂ）に示した走査および補償システムにおいて、出力ビームの方向を一定に保つために入射ビームが可動ミラーの結像面上で向いていなければならない方向が導き出される。この方向が図２（ｂ）に示されている。したがって、光ビームを可動ミラーの対物面から結像面へと戻すレンズおよびミラー系は、対物面によって反射されて図面の右に向かって進路が変更されるビームが、上に向かって進路が変更されながら結像面に到達するように設計されなければならない。

図３に示すように、可動ミラーが図の面（紙面）内に置かれた軸周りに僅かに回転すると、図２（ａ）および図２（ｂ）のビームの方向は、図３（ａ）および図３（ｂ）にそれぞれ示すように変更される。これらの図では、十字は観察者から離れるビームを表し、円内の点は観察者の方向に向かうビームを表す。

しかし、図３に示した状況は一次にしか当てはまらない。可動ミラーの角度がかなり大きくなると、二次の現象が現れて、対物面によって反射されるビームが右方向に回転する。そこで図３の図面は、図４に示すように修正されなければならない。
国際特許出願第ＰＣＴ／ＦＲ／０１／０２８９０号明細書

補償が一次で適正に行われるように、ビームを対物面から結像面へと戻すレンズおよびミラー系は、図２（ｂ）および図３（ｂ）の状況を確かめることができるようにしなければならない。従って、図４（ａ）に示したように対物面によって反射されたビームは、図５に示すように結像面に戻る。ところが、方向が一定のまま再び出て行くには、ビームは図４（ｂ）に示すように戻らなければならない。ミラーのすべての動きの一次補償と、図の面内にある軸周りの回転運動の二次補償とは両立しない。補償が一次で適正に行われるように設計されたシステムでは、二次のずれは補償されず、むしろ図５に示すように増幅されてしまう。その結果、検出器で得られる画像は、図の面内にある軸周りのミラーの回転運動の大きさに関する二次の擾乱による影響を受ける。

本発明によって、上記の課題は共焦点光学式走査装置であって、
− 観察物体から来る光ビームを方向変換するための対物面および該対物面とは反対側の結像面を備えた回転運動可能なミラーと、
− 前記ビームが前記結像面に戻ることができるように、前記観察物体から来て前記対物面によって反射された前記光ビームを前記可動ミラーの前記結像面の方向に方向変換する方向変換ミラーと、
− 前記対物面と前記結像面との間の中間像面内に配置された少なくとも１つの微小孔と、
− 正の焦点距離を有する第１のレンズ群および正の焦点距離を有する第２のレンズ群であって、前記第１のレンズ群は、その全てを、光ビームが前記対物面と前記微小孔との間を通過するようなレンズから構成され、前記第２のレンズ群は、その全てを、光ビームが前記微小孔と前記結像面との間を通過するようなレンズから構成された第１および第２のレンズ群と、
を備えており、
前記方向変換ミラーおよび前記レンズ群は、固定された方向で前記対物面に入射した前記ビームが、前記可動ミラーの有用な回転角度の組に対して、前記可動ミラーの位置に関わりなく固定された方向で結像面から去るように、且つ、前記対物面から来て前記結像面に入射するビームが、前記結像面に向かって前記対物面を去るときのその同じビームと同じ軸および同じ方向を有するように配置されている走査装置によって解決される。

このように上記の課題は、対物面に入射するビームが図６（ａ）に示したように結像面に戻される走査システムによって解決される。すなわち、対物面によって反射されたビームは、対物面による反射の直後と同じ軸と同じ方向で結像面に戻り、結像面での反射後に可動ミラーから去るビームは、対物面での反射前の可動ミラーへの入射ビームと同じ軸および同じ方向を有している。そこで可動ミラーの運動の補償は、図６（ｂ）および図６（ｃ）に示すように行われ、一次補償と二次補償との間に矛盾はない。レンズおよびミラー系によって図６（ｃ）に示すように、対物面によって反射されたビームを結像面に戻すことが可能になり、図６（ｂ）の対物面によって反射されたビームも、図６（ｂ）に示すように結像面の方に戻される。概して、すべての次数で補償が完全であることを示すことができる。

可動ミラーが別個の２つの回転軸を有している場合は、この構成によって２つの軸周りに高角回転が可能になる。可動ミラーが１つの回転軸しか有していない場合は、この構成によってミラーの位置決めの不正確さに対するシステムの耐性が向上し、スペースの必要性を考慮して最も実用的な回転軸を使用することが可能になる。一般に、この構成によって可動ミラーの回転の有用な角度（有効角）を大きくすることが可能になる。しかし、この回転角度は、レンズ収差によって、さらには、ビームが制御レンズ、方向変換ミラー、ならびに微小孔アレイを通過させる経路から離れてはならない事実によって、依然として制約されている。

この構成によってさらに、走査システムから顕微鏡レンズおよび/または観察試料に伝わることがある振動の問題を解決することが可能になる。この目的に対して、本発明の１つの特徴によれば、走査装置は以下の事実によっても特徴付けられる。すなわち、
‐観察物体から来て可動ミラーの対物面の方に向けられる光が通過する少なくとも１つの対物レンズを備え、
‐観察物体から来て可動ミラーの対物面および結像面によって先に相継いで反射されて、観察物体の像が形成される面の方に向けられた光が通過する少なくとも１つの結像レンズを備え、
‐前記対物レンズと前記結像レンズとは、第１のフレームに固定され、
‐前記可動ミラー、制御レンズ、および方向変換ミラーは、第２のフレームに固定され、
‐前記第１および第２のフレームは、相対的に移動可能とされるとともに、変形可能な連結部によってのみ互いに連結されている。

変形可能な連結部は、典型的にはばね、またはその他のゴム部材であってよい。それで、可動ミラーと、ビームを対物面から結像面へと戻すミラーとレンズの系とからなるアセンブリは、顕微鏡装置のその他の部材（対物レンズおよび結像レンズ）から機械的に遮断されるように取り付けられて懸架された全体を構成する。微小孔のアレイがない場合は、このアセンブリの動きは観察される像の質にほとんど影響を及ぼさない。微小孔のアレイがある場合も、振動が走査周波数よりも十分に低い周波数にあるならば、この影響はわずかなままである。その理由は下記の通りである。
‐光ビームは、第１のフレームに連結された素子から、該第１のフレームに対して移動可能な第２のフレームに連結された素子へと、無限焦点領域において通過し、これが第１のフレームに対する第２のフレームの並進運動の焦平面に対する影響を防ぐ。
‐第２のフレームに結び付けられた基準系内では、結像面を去るビームの方向は、対物面への入射ビームの方向に関わりなく、対物面に到達するビームの方向と同じである。このことは、第１のフレームに関する基準系においても当てはまり、第１のフレームに対する第２のフレームの運動に関わりなく、結像面を去るビームの方向は依然として対物面への入射ビームの方向と同じままである。このことは、第２のフレームが第１のフレームに対して回転移動した場合にも、観察物体の固定点の（結像レンズ通過後の）結像面内の像が固定されたままであることを意味している。

本発明の１つの特徴によれば、周囲の振動がそれほど大きくない場合に適用できる簡単な解決方法は、第１のフレームを振動減衰テーブル上に配置し、また第２のフレームを床に直に連結することである。この場合、変形可能な連結部は振動減衰テーブルのサスペンション装置からなる。振動が過度に大きい場合は、第１のフレームが第１の振動減衰テーブル上に配置され、第２のフレームが第１のテーブルとは別個の第２の独立した振動減衰テーブル上に配置される。

本発明によってさらに、上記のシステムを既存の顕微鏡の光路内に挿入しようとした場合に遭遇するスペースの必要性の問題を解決できるようになる。その理由は、その場合、可動ミラーが光路の無限焦点部分内に挿入されなければならないが、この挿入によって前記経路の修正（例えば方向の変更）は必要なく、またシステムが光路を過度に拡張することがないからである。採用された構成によって、装置を通過する際の光路の方向を保ち、光路上で必要なスペースを可動ミラーの幅に限定することが可能になる（走査装置の残りの部分は例えば脇にある）。

このような走査装置は、様々な方法で製造可能である。本発明の目的の１つはスペースの必要性を最小限にし、透過率を最適にしつつこのような装置の製造を可能にすることである。

この目的は下記を特徴とする走査装置によって達成される。すなわち、
‐ちょうど２群の制御レンズを備え、
‐前記群の各々は、可動ミラーの一つの面が置かれる無限焦点領域を、微小孔アレイが置かれる合焦範囲から分離し、
‐ちょうど４つの方向変換ミラーを備えている。

その理由は以下のとおりである。本発明による走査装置は、可動ミラーの対物面がある無限焦点領域から微小孔のアレイがある像面へと通過させ、また逆に微小孔のアレイから可動ミラーの結像面がある無限焦点領域へと通過させるように少なくとも２つのレンズを含んでいる。さらに、ちょうど正確に２つのレンズを使用した場合、可動ミラーの対物面を発するビームを、可動ミラーの結像面に向けて戻すことはできないし、また４つに満たないレンズを使用した場合、補償効果を得ることはできないことを示すことができる。したがって、４つのミラーと２つのレンズとを有する構成が最適である。

とはいえ、４つのミラーと２つのレンズとを使用することが、対物面を用いて行われる走査に関する結像面を用いた適正な補償を保証するというものでもない。この補償が有効であるためには、本発明の１つの特徴によって、装置は下記の条件を満たさなければならない。
（ＡＢ×ＢＣ，ＢＣ×ＣＤ）_ＢＣ＋（ＢＣ×ＣＤ，ＣＤ×ＤＥ）_ＤＣ＋（ＣＤ×ＤＥ，ＤＥ×ＥＦ）_ＤＥ＋（ＤＥ×ＥＦ，ＥＦ×ＢＣ）_ＦＥ＝π
ここに（ＵＶ×ＶＸ，ＶＸ×ＸＹ）_ＶＸは、任意の組の点Ｕ、Ｖ、Ｘ、ＹについてベクトルＶＸによって配向されたベクトルＵＶおよびＶＸのベクトル積（ＵＶ×ＶＸ）と、ベクトルＶＸおよびＸＹのベクトル積（ＶＸ×ＸＹ）との角度を表すとともに、
Ａは光軸上にある可動ミラーの対物面上の点であり、
Ｂは光軸上にある可動ミラーの対物面から結像面へと向けられたビームの達する第１方向変換ミラー上の点であり、
Ｃは光軸上にある可動ミラーの対物面から結像面へと向けられたビームの達する第２方向変換ミラー上の点であり、
Ｄは光軸上にある可動ミラーの対物面から結像面へと向けられたビームの達する第３方向変換ミラー上の点であり、
Ｅは光軸上にある可動ミラーの対物面から結像面へと向けられたビームの達する第４方向変換ミラー上の点であり、
Ｆは光軸上にある可動ミラーの結像面上の点である。

この条件は特に、A、B、C、D、E、Fは同一平面上にないことを意味している。

図１から図５は、従来技術による顕微鏡の欠点を説明し易くするための役割を果たす。図１（ａ）、図２（ａ）、図３（ａ）、図４（ａ）は、ビームの方向を反転することによって、従来技術で利用される補償原理を示した図１（ｂ）、図２（ｂ）、図３（ｂ）、図４（ｂ）が得られるようにする対称構造を示す。

〔第１実施形態〕
図７には、第１実施形態が示されている。顕微鏡（図示せず）の像面１１２から来る光ビームは、「対物」レンズ１１１を通過する。このレンズの焦平面の１つは上記面１１２である。この図は、観察物体の特定の点から来るビームを示している。レンズ１１１を通過した後、ビームは無限焦点領域にある。すなわち、平面１１２上の所定の点から来るビームは、レンズ１１１を通過した後に平行になる。次にビームは、入口と出口が無限焦点領域内にある走査および補償のアセンブリ１２０に達する。走査装置内でビームが遭遇する最初の素子は、レンズ１１１の焦平面内にあるガルバノメータ・ミラー（検流計ミラー）の対物面１０１（ａ）である。検流計ミラーのこの面は、ビームをレンズ１０２の方向に反射する。このレンズの１つの焦平面は、検流計ミラーの面１０１（ａ）上にある。レンズ１０２を通過後、ビームはミラー１０３に達する。ミラー１０３は、ビームをレンズ１０２の焦平面内にある微小孔のアレイ１０４に向けて反射する。微小孔のアレイ１０４を通過したビームは、次にミラー１０５によって反射され、その後、焦平面の１つがアレイ１０４上にあるレンズ１０６を通過する。次にビームは、焦平面の１つがレンズ１０６の第２焦平面に合わされたレンズ１０７を通過する。ビームは、ミラー１０８および１０９によって反射され、その後、焦平面の１つがレンズ１０７の第２焦平面に合わされたレンズ１１０を通過する。このビームは、検流計ミラーの結像面１０１（ｂ）によって反射され、走査装置１２０から出る。ビームは次に「結像」レンズ１１３によって像面１１４に合焦される。通常、面１１４内にはＣＣＤセンサが配置されている。レンズ１０２、１０６、１０７、１１０は互いに同じものである。観察物体に向けられる照明光ビームは、走査装置内もしくはこの装置外のさまざまな箇所で入射することができる。ここでは、水銀灯から発するビーム１１５がダイクロイックミラー１００によってシステム内に入射される例が示されている。矢印は、観察物体から来るビームの方向だけを示しており、照明光ビームは、反対方向の物体の方に向けられている。この実施形態では、走査の補償が機能することが確かめられている。すなわち、
‐観察物体から来るビームの方向は、検流計ミラーの対物面での反射前と、検流計ミラーの結像面での反射後とで同じである。
‐その結果、平面１１２上の固定点の幾何学像は平面１１４上の固定点である。

図８は、ミラーを考慮に入れない「無曲折（折畳みの無い）」表示によって、本発明の走査および補償のアセンブリの光路を示している。検流計ミラーの対物面１０１（ａ）から来るビームは、レンズ１０２、微小孔１０４、レンズ１０６、レンズ１０７、およびレンズ１１０を続けて通過し、検流計ミラーの結像面１０１（ｂ）に戻る。図７の略図は、方向変換ミラー１０３、１０５、１０８、１０９によってこの光路を曲折する（折畳む）ことによって得られる。これらのミラーの位置、ひいては光路の曲折は、光軸上に置かれるこれらのミラーのポイント（点）の座標によって特徴付けられる。これらのミラーならびにポイントが、図９に示されている。ポイントＡは、光軸１２１上にある検流計ミラーの対物面１０１（ａ）の中心である。ポイントＢは、光軸１２１上にあるミラー１０３上の点である。同様に、ポイントＣ、Ｄ、Ｅ、Ｆは、光軸上にあるビームが順に到達するミラー上の点である。この場合は、ポイントＡ、B、C、D、E、Fは同一平面上にある。

このシステムは、互いに機械的に遮断できる２つのサブアセンブリ４４０と４４１とに分割可能である。例えば、サブアセンブリ４４１は、振動減衰テーブルに連結することができ、サブアセンブリ４４０は、床に直に連結することができる。２つのサブアセンブリはさらに、高い振動周波数を遮断するゴム部分によって互いに連結可能であり、アセンブリは、振動減衰テーブル上に配置される。２つのサブアセンブリをこのように機械的に遮断することによって、干渉計装置の機能を妨害する可能性がある検流計ミラーからの振動の伝達が防止される。この機械的な遮断は、走査システムの光学的構成によって可能になる。すなわち、所定方向による検流計ミラー面（ａ）上への入射ビームは、アセンブリ４４０がアセンブリ４４１に対して移動または転回された場合でも、面（ｂ）での反射後とまったく同じ方向を回復する。その結果、２つのアセンブリの相対運動は、その程度が小さい限りは、カメラ４３０上における物体４０１上の点の像の位置を変更することはない。したがって、２つのサブアセンブリの相対運動は許容され、それによってこれらを振動レベルで遮断することが可能になる。

〔第２実施形態〕
この第２実施形態では、前述の場合におけるような、無限焦点領域と像面とを分離する４つのレンズを使用せずに、像面から無限焦点領域をそれぞれ分離する２つのレンズまたはレンズ群だけを使用している。

図１０は、図８と同じやり方による本実施形態の「無曲折」表示を示している。検流計ミラーの対物面２０１（ａ）によって反射されるビームは、レンズＬ１、微小孔２０４、およびレンズＬ２を通過し、検流計ミラーの結像面２０１（ｂ）に達する。レンズＬ１およびＬ２は同じものであり、いずれのレンズも、アレイ２０４上の焦平面と、検流計ミラーの一方の面上の焦平面とを有している。光路は、前述の場合と同様に４つのミラーによって曲折される。しかし図９に示したような単純な曲折構造は、適正な補償には不可欠な、図６（ｂ）、図６（ｃ）に示されるような方向で検流計ミラーにビームを戻すということができないため、適切ではない。

この場合に走査を適正に補償するためには、曲折がより適切な方法で行われなければならない。曲折が適正に行われるために満たさなければならない条件は下記の通りである。
（ＡＢ×ＢＣ，ＢＣ×ＣＤ）_ＢＣ＋（ＢＣ×ＣＤ，ＣＤ×ＤＥ）_ＤＣ＋（ＣＤ×ＤＥ，ＤＥ×ＥＦ）_ＤＥ＋（ＤＥ×ＥＦ，ＥＦ×ＢＣ）_ＦＥ＝π
ここに例えば（ＡＢ×ＢＣ，ＢＣ×ＣＤ）_ＢＣはベクトルＢＣによって配向されたベクトル積（ＡＢ×ＢＣ）とベクトル積（ＢＣ×ＣＤ）との角度を表す。

この条件は、ポイントＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆが同一平面上にある場合は満たすことができない。したがって、走査装置の素子がすべては同一平面上にない光路を用いることが必要である。例えば、経路ＡＢＣＤＥＦは、基準系が付されたいくつかの方向から見た図１１に示した類のものとすることができる。概して言えば、この経路は、ポイントＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆの三次元座標によって特徴付けられる。ミラーの向きはそこから導出される。例えば、ポイントＢを通るミラーは、このミラーに対する法線が角度（ＢＡ、ＢＣ）の二等分線になるような向きに向けられる。他のミラーも同様に、光軸がまさに経路ＡＢＣＤＥＦに沿って折れ曲がるような向きに向けられる。この条件を満たすシステムは、たとえば、光路の全長がレンズの選択によって付与された値に保たれるようにしながら上記の角度の適正値が得られるようにポイントの位置を調整するための表計算ソフトの「目標値」関数を用いて計算することができる。

特定の例が図１２から図１５に示されている。図１２は、使用されるレンズを示している。これは同一の２つの色消しレンズからなっている。ポイントＰとポイントＱは、レンズの位置を示すために用いられている。レンズＬ１およびＬ２は同一であり、ポイントＰはレンズＬ１の場合かＬ２の場合かによってＰ１、Ｐ２と記され、同様にポイントＱもレンズＬ１の場合かＬ２の場合かによってＱ１、Ｑ２と記される。

このレンズの特性は下記の通りである。

使用される検流計ミラーの厚みは６ｍｍである。図１３ないし図１５は、ビームの光路を異なる観点から見て示している。この構成は、正規直交基準系内のポイントＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆの座標によって特徴付けられる。

方程式：
（ＡＢ×ＢＣ，ＢＣ×ＣＤ）_ＢＣ＋（ＢＣ×ＣＤ，ＣＤ×ＤＥ）_ＤＣ＋（ＣＤ×ＤＥ，ＤＥ×ＥＦ）_ＤＥ＋（ＤＥ×ＥＦ，ＥＦ×ＢＣ）_ＦＥ＝π
が満たされている。
光軸に沿った距離は、ｍｍ単位で下記の通りであり、文字Ｒは微小孔２０４のアレイの位置を示している。

図１３ないし図１５は、本例の実施形態をいくつかの図面で示している。図１５の斜視図では、曲折ポイントＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆだけが示されている。他の２つの図では、上記の表のすべてのポイントが示されている。対物レンズおよび結像レンズ（図７のレンズ１１１および１１４と同様）は図示されておらず、したがって図７のアセンブリ１２０と同様の走査および補償のアセンブリだけが示されている。完全な走査装置では、対物レンズおよび結像レンズを図７と同様に加えなければならない。図１３および図１５に示された走査および補償のアセンブリは、床に直に連結された単一のフレームに固定可能であり、その後、顕微鏡が用いられるのと同じ光学テーブルに対物レンズおよび結像レンズが固定される。

本走査装置は、例えば細胞生物学用の共焦点走査顕微鏡に使用することができる。

可動ミラーの中心部を示す図である。可動ミラーの中心部を示す図である。紙面に対して直交する軸周りの回転運動の作用を示す図である。紙面に対して直交する軸周りの回転運動の作用を示す図である。紙面内にある軸周りの回転運動の一次の効果を示す図である。紙面内にある軸周りの回転運動の一次の効果を示す図である。上記の運動の二次の効果を示す図である。上記の運動の二次の効果を示す図である。システムが可動ミラーの回転を一次で補償するように構成されている場合の、前記運動の二次の効果を示す図である。本発明により走査運動を補償するために利用される原理を示す図であって、可動ミラーの中心位置を示す図である。本発明により走査運動を補償するために利用される原理を示す図であって、紙面に直交する軸周りの回転の作用を示す図である。本発明により走査運動を補償するために利用される原理を示す図であって、紙面内にある軸周りの回転の作用を示す図である。本発明の第１実施形態を示す図である。図７で利用される光路を示すが、方向変換ミラーによる折畳みはない図である。ミラーによる方向変換の原理を示し、この方向変換を特徴付けるポイントＡ、B、C、D、E、Fを規定する図である。本発明の第２実施形態を示し、方向変換ミラーなしの「無曲折」光路を示す図である。本発明の第２実施形態を示し、曲折を規定するポイントＡ、B、C、D、E、Fの三次元空間での位置の例を示す図である。本発明の第２実施形態の完全な寸法の特定例を示し、同一の２つの色消しレンズからなる、使用されるレンズを示す図である。本発明の第２実施形態の完全な寸法の特定例を示す、装置の図である。本発明の第２実施形態の完全な寸法の特定例を示す、装置の図である本発明の第２実施形態の完全な寸法の特定例を示す、装置の斜視図である。

符号の説明

１００ダイクロイックミラー
１０１（ａ）対物面（物体側鏡面）
１０１（ｂ）結像面（像側鏡面）
１０２レンズ
１０３ミラー
１０４微小孔アレイ
１０５ミラー
１０６レンズ
１０７レンズ
１０８ミラー
１０９ミラー
１１０レンズ
１１４像面
１１５ビーム
１２１光軸
４４０サブアセンブリ
４４１サブアセンブリ

Claims

共焦点光学式の走査装置であって、
− 観察物体から来る光ビームを方向変換するための対物面および該対物面とは反対側の結像面を備えた回転運動可能なミラーと、
− 前記ビームが前記結像面に戻ることができるように、前記観察物体から来て前記対物面によって反射された前記光ビームを前記可動ミラーの前記結像面の方向に方向変換するちょうど４つの方向変換ミラーと、
− 前記対物面と前記結像面との間の中間像面内に配置された少なくとも１つの微小孔と、
− 正の焦点距離を有する第１のレンズ群および正の焦点距離を有する第２のレンズ群であって、前記第１のレンズ群は、その全てを、光ビームが前記対物面と前記微小孔との間を通過するようなレンズから構成され、前記第２のレンズ群は、その全てを、光ビームが前記微小孔と前記結像面との間を通過するようなレンズから構成された第１および第２のレンズ群と、
を備えており、
前記方向変換ミラーおよび前記レンズ群は、固定された方向で前記対物面に入射した前記ビームが、前記可動ミラーの有用な回転角度の組に対して、前記可動ミラーの位置に関わりなく固定された方向で結像面から去るように、且つ、前記対物面から来て前記結像面に入射するビームが、前記結像面に向かって前記対物面を去るときのその同じビームと同じ軸および同じ方向を有するように配置されており、
Ａは、前記可動ミラーの前記対物面上の点であって光軸上に位置している点であり、
Ｂは、前記可動ミラーの前記対物面から前記結像面へと向けられたビームが到達する前記第１の方向変換ミラー上の点であって光軸上に位置している点であり、
Ｃは、前記可動ミラーの前記対物面から前記結像面へと向けられたビームが到達する前記第２の方向変換ミラー上の点であって光軸上に位置している点であり、
Ｄは、前記可動ミラーの前記対物面から前記結像面へと向けられたビームが到達する前記第３の方向変換ミラー上の点であって光軸上に位置している点であり、
Ｅは、前記可動ミラーの前記対物面から前記結像面へと向けられたビームが到達する前記第４の方向変換ミラー上の点であって光軸上に位置している点であり、
Ｆは、前記可動ミラーの前記結像面上の点であって光軸上に位置している点である、
場合において、
前記点Ａ、点Ｂ、点Ｃ、点Ｄ、点Ｅおよび点Ｆが、同一平面上にないことを特徴とする走査装置。
下記の条件、
（ＡＢ×ＢＣ，ＢＣ×ＣＤ）_ＢＣ＋（ＢＣ×ＣＤ，ＣＤ×ＤＥ）_ＤＣ＋（ＣＤ×ＤＥ，ＤＥ×ＥＦ）_ＤＥ＋（ＤＥ×ＥＦ，ＥＦ×ＢＣ）_ＦＥ＝π
を満たし、
ここに、（ＵＶ×ＶＸ，ＶＸ×ＸＹ）ＶＸは、任意の組の点Ｕ、Ｖ、Ｘ、ＹについてベクトルＶＸによって方向付けられたベクトルＵＶおよびＶＸのベクトル積（ＵＶ×ＶＸ）と、ベクトルＶＸおよびＸＹのベクトル積（ＶＸ×ＸＹ）との角度を表す、
ことを特徴とする請求項１に記載の走査装置。
共焦点光学式の走査装置であって、
− 観察物体から来る光ビームを方向変換するための対物面を備えた回転運動可能なミラーと、
− 光ビームが、前記回転運動可能なミラーの前記対物面と、該対物面とは反対側の結像面との間を通過する少なくとも２つのレンズ群と、
− 前記２つのレンズ群の間の中間像面内に配置された少なくとも１つの微小孔と、
− 前記ビームが前記結像面に戻ることができるように、前記観察物体から来て前記対物面によって反射された前記光ビームを前記可動ミラーの前記結像面の方向に方向変換し、それによって、固定された方向で前記対物面に入射した前記ビームが、前記可動ミラーの有用な回転角度の組に対して、前記可動ミラーの位置に関わりなく固定された方向で結像面から去るようにするちょうど４つの方向変換ミラーと、
を備え、
前記方向変換ミラーおよび前記レンズ群は、前記対物面から来て前記結像面に入射するビームが、前記結像面に向かって前記対物面を去るときのその同じビームと同じ軸および同じ方向を有するように配置された走査装置において、
Ａは、前記可動ミラーの前記対物面上の点であって光軸上に位置している点であり、
Ｂは、前記可動ミラーの前記対物面から前記結像面へと向けられたビームが到達する前記第１の方向変換ミラー上の点であって光軸上に位置している点であり、
Ｃは、前記可動ミラーの前記対物面から前記結像面へと向けられたビームが到達する前記第２の方向変換ミラー上の点であって光軸上に位置している点であり、
Ｄは、前記可動ミラーの前記対物面から前記結像面へと向けられたビームが到達する前記第３の方向変換ミラー上の点であって光軸上に位置している点であり、
Ｅは、前記可動ミラーの前記対物面から前記結像面へと向けられたビームが到達する前記第４の方向変換ミラー上の点であって光軸上に位置している点であり、
Ｆは、前記可動ミラーの前記結像面上の点であって光軸上に位置している点である、
場合において、
前記点Ａ、点Ｂ、点Ｃ、点Ｄ、点Ｅおよび点Ｆが、同一平面上にないことを特徴とする走査装置。
下記の条件、
（ＡＢ×ＢＣ，ＢＣ×ＣＤ）_ＢＣ＋（ＢＣ×ＣＤ，ＣＤ×ＤＥ）_ＤＣ＋（ＣＤ×ＤＥ，ＤＥ×ＥＦ）_ＤＥ＋（ＤＥ×ＥＦ，ＥＦ×ＢＣ）_ＦＥ＝π
を満たし、
ここに、（ＵＶ×ＶＸ，ＶＸ×ＸＹ）ＶＸは、任意の組の点Ｕ、Ｖ、Ｘ、ＹについてベクトルＶＸによって方向付けられたベクトルＵＶおよびＶＸのベクトル積（ＵＶ×ＶＸ）と、ベクトルＶＸおよびＸＹのベクトル積（ＶＸ×ＸＹ）との角度を表す、
ことを特徴とする請求項３に記載の走査装置。