JPH08101007A - スキャナ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 印加電圧に対する圧電体の非線形的な変位量
によって生じる歪を低減して線形的に走査可能なスキャ
ナ装置を提供することを目的とする。 【構成】 印加された走査信号の電圧値と変位量との間
の関係に非線形性およびヒステリシスが存在する圧電体
３に、一定周期の基準信号に同期して電圧値が変化する
走査信号を印加することにより、圧電体３の変位方向に
対象物２を走査させるスキャナ装置１であって、走査時
間に対する圧電体３の変位量が線形性を有するような走
査信号の電圧値列を表す走査電圧データを記憶するメモ
リ１２と、基準信号に同期してメモリ１２から走査電圧
データを読み出すスキャンコントローラ１１と、読み出
した走査電圧データに基づいた電圧値の走査信号を生成
する走査信号生成回路１４とを備えて構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、走査トンネル
顕微鏡や原子間力顕微鏡等の走査型プローブ顕微鏡に適
用され、圧電体を用いて、プローブや試料などを走査さ
せるスキャナ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の圧電体を用いたスキャナ装置と
して、例えば、特開昭６２−１３０３０２号公報に記載
されているものがあり、この従来のスキャナ装置は、サ
ンプルの表面の像を得るために使用される走査トンネル
顕微鏡の走査用プローブに用いられている。このスキャ
ナ装置では、ＸＹＺの各方向に制御されるＸＹＺ駆動装
置にサンプルを保持させるとともに、圧電素子に電圧を
印加して振動させることにより、圧電素子に支持された
片持ち針を振動させている。そして、片持ち針の先端部
分に設けた尖点とサンプルとの間の境界に存在する原子
間力が、片持ち針の振動の振幅を変化させ、この変化に
より発生した修正信号に基づいて、尖点とサンプル間の
距離を制御することにより、尖点の位置情報を求め、こ
の位置情報に基づいて、サンプルの表面をラスタ走査す
ることによりより、サンプルの表面の像が形成されてい
る。前記ＸＹＺ駆動装置は一般にＰＺＴ（チタン酸ジル
コン酸鉛）などの圧電体を組み合わせて構成されるもの
である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来のスキ
ャナ装置において用いられている、ＰＺＴ（チタン酸ジ
ルコン酸鉛）などの圧電体は、印加電圧の電圧値と、電
圧を印加したときの圧電体の変位量との間の関係に、非
線形性でかつヒステリシスが存在するという特性を有し
ている。したがって、圧電体を用いた従来のスキャナ装
置によって、サンプルの表面をラスタ走査させた場合、
走査量は、走査電圧に対して非線形性を示す。このよう
な非線形性は、走査型プローブ顕微鏡においては観測像
の歪として現れ、定量的に測定できないという問題があ
った。

【０００４】本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてな
されたもので、請求項１に係るスキャナ装置は、印加電
圧に対する圧電体の非線形的な変位量によって生じる歪
を低減して線形的に走査可能なスキャナ装置を提供する
ことを目的とする。

【０００５】請求項２に係る発明は、上記目的に加え、
走査速度に応じて線形的に走査可能なスキャナ装置を提
供することを目的とする。

【０００６】また、請求項３に係る発明は、圧電体のヒ
ステリシスによって生じる歪を低減して線形的に走査可
能なスキャナ装置を提供することを目的とする。

【０００７】さらに、請求項４に係る発明は、請求項３
に係る発明の目的に加え、走査範囲に応じて線形的に走
査可能なスキャナ装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に係る発明は、印加された走査信号の電圧
値と変位量との間の関係に非線形性およびヒステリシス
が存在する圧電体に、一定周期の基準信号に同期して電
圧値が変化する走査信号を印加することにより、圧電体
の変位方向に対象物を走査させるスキャナ装置であっ
て、走査時間に対する圧電体の変位量が線形性を有する
ような走査信号の電圧値列を表す走査電圧データを記憶
するメモリと、基準信号に同期してメモリから走査電圧
データを読み出すスキャンコントローラと、読み出した
走査電圧データに基づいた電圧値の走査信号を生成する
走査信号生成回路とを備えることを特徴とする。

【０００９】請求項２に係る発明は、請求項１記載のス
キャナ装置において、基準信号の周期に応じた利得で走
査信号を増幅する第１利得可変増幅回路を備えたことを
特徴とする。

【００１０】請求項３に係る発明は、印加された走査信
号の電圧値と変位量との間の関係に非線形性およびヒス
テリシスが存在する圧電体に、一定周期の基準信号に同
期して電圧値が変化する走査信号を印加することによ
り、圧電体の変位方向に対象物を往復走査させるスキャ
ナ装置であって、走査時間に対する電圧値が線形性を有
するような基準走査信号の基準電圧値列を生成する基準
電圧値生成回路と、走査時間に対する圧電体の変位量が
線形性を有するような走査信号の電圧値列と基準電圧値
列との差電圧を表す差電圧データを記憶するメモリと、
基準信号に同期してメモリから差電圧データを読み出す
スキャンコントローラと、対象物の往路走査および復路
走査に応じて、生成された基準電圧値列に読み出した差
電圧データを加減算して走査電圧データを生成する加減
算回路と、生成した走査電圧データに基づいた電圧値の
走査信号を生成する走査信号生成回路とを備えることを
特徴とする。

【００１１】請求項４に係る発明は、請求項３記載のス
キャナ装置において、メモリから読み出した差電圧デー
タによって表される電圧を、対象物の走査範囲に応じた
利得で増幅する第２利得可変増幅回路を備えたことを特
徴とする。

【００１２】

【作用】請求項１に係るスキャナ装置では、スキャンコ
ントローラが、基準信号に同期して、メモリから走査電
圧データを読み出し、走査信号生成回路が、読み出した
走査電圧データに基づいた電圧値の走査信号を生成して
圧電体に印加する。この印加された走査信号は、走査時
間に対する圧電体の変位量が線形性を有するため、線形
的な走査を行うことができる。このため、例えば、ラス
タスキャン走査などにおいて、印加電圧に対する圧電体
の非線形的な変位量によって生じる歪を低減して線形的
に走査させることができる。

【００１３】請求項２に係るスキャナ装置では、第１利
得可変増幅回路が、基準信号の周期に応じた利得で走査
信号を増幅するので、走査速度上げていくと走査範囲が
狭まるという圧電体の特性を補正することができる結
果、走査速度が変わっても、圧電体を線形的に走査させ
ることができる

【００１４】請求項３に係るスキャナ装置では、スキャ
ンコントローラが、基準信号に同期して、メモリから差
電圧データを読み出し、加減算回路が、例えば、往路走
査のときは、基準電圧列に読み出した差電圧データを加
算して走査電圧データを生成し、復路走査のときは、基
準電圧列から差電圧データを減算して走査電圧データを
生成する。そして、走査信号生成回路が、生成した走査
電圧データに基づいた電圧値の走査信号を生成する。こ
の生成された走査信号は、走査時間に対する圧電体の変
位量が、線形性を有しかつ圧電体の変位量のヒステリシ
スをキャンセルするように、圧電体を走査させる。この
ため、走査の往路および復路のいずれにおいても、線形
的な走査が行われる。したがって、例えば、対象物を往
復走査させるラスタスキャン走査などにおいて、走査信
号の電圧値に対する圧電体の非線形的な変位量によって
生じる歪を低減して線形的に走査させることができる。
また、通常、圧電体のヒステリシスは、往路走査のとき
と復路走査のときとで対称な特性を示すため、メモリに
記憶させる差電圧データは、往路走査および復路走査の
いずれか一方の差電圧データを記憶すればよいため、メ
モリの記憶容量が少なくてすむことになる。

【００１５】請求項４に係るスキャナ装置では、第２利
得可変増幅回路が、メモリ回路から読み出された差電圧
データによって表される電圧を、対象物の走査範囲に応
じた利得で増幅する。この場合、圧電体のヒステリシス
は、通常、走査範囲が拡がるに連れて大きくなるが、走
査範囲に応じた利得で増幅した走査信号を圧電体に印加
することにより、適正な走査範囲を線形的に走査するこ
とができる。

【００１６】

【実施例】

［実施例１］図１は、例えば、プローブ顕微鏡に用いら
れるスキャナ装置１を示しており、このスキャナ装置１
は、対象物２をＸ方向（同図において左右方向）および
Ｙ方向（同図において紙面に垂直方向）に走査させるチ
ューブ型圧電スキャナ３と、チューブ型圧電スキャナ３
をＸ方向およびＹ方向にそれぞれ変位（移動）させるＸ
方向駆動回路４およびＹ方向駆動回路５を備えている。

【００１７】チューブ型圧電スキャナ３は、チューブ状
に形成された圧電体の内周面に単一の電極（図示せず）
を備えており、その外周面には、周方向に４つの駆動電
極（図示せず）を備えている。そして、チューブ型圧電
スキャナ３は、電極に走査信号を印加することによって
Ｘ方向およびＹ方向にそれぞれ変位するようになってい
る。

【００１８】Ｘ方向駆動回路４とＹ方向駆動回路５は、
同一に構成されているため、以下、代表してＸ方向駆動
回路４について説明する。

【００１９】Ｘ方向駆動回路４は、スキャンコントロー
ラ１１、メモリ回路（メモリ）１２、信号発生器１３、
Ａ／Ｄコンバータ（走査信号生成回路）１４、可変ゲイ
ンアンプ（第１利得可変増幅回路）１５、走査範囲演算
回路１６およびバッファアンプ１７を備えている。

【００２０】スキャンコントローラ１１は、チューブ型
圧電スキャナ３の変位量を制御するものであり、マイク
ロプロセッサにより構成され、マイクロプロセッサは、
信号発生器１３から出力されるクロック信号（基準信
号）の数をカウントするカウント機能を有している。ま
た、スキャンコントローラ１１は、クロック信号に同期
してメモリ回路１２から後述する走査電圧データを読み
出してＡ／Ｄコンバータ１４に出力する。

【００２１】メモリ回路１２は、走査時間に対するチュ
ーブ型圧電スキャナ３の変位量が線形性を有する走査信
号の電圧値を表す走査電圧データを記憶している。

【００２２】信号発生器１３は、例えば、水晶発振器や
ＲＣ発振器などで構成され、チューブ型圧電スキャナ３
の走査速度の基準となるクロック信号を発振する。

【００２３】Ａ／Ｄコンバータ１４は、スキャンコント
ローラ１１が読み出した走査電圧データをアナログ電圧
に変換して可変ゲインアンプ１５に出力する。

【００２４】可変ゲインアンプ１５は、オペレーショナ
ルアンプで構成され、Ａ／Ｄコンバータ１４から出力さ
れたアナログ電圧を所定の利得で増幅する。また、可変
ゲインアンプ１５は、電子ボリュームを備えており、走
査範囲演算回路１６から出力される利得指定信号によっ
て、自身の利得を変化させることができるように構成さ
れている。

【００２５】走査範囲演算回路１６は、可変ゲインアン
プ１５の利得を、チューブ型圧電スキャナ３を変位させ
る走査速度に応じて変化させるものであり、信号発生器
１３のクロック信号の周期に応じた利得指定信号で可変
ゲインアンプ１５の電子ボリュームを制御する。

【００２６】バッファアンプ１７は、可変ゲインアンプ
１５から出力された走査信号を電流増幅する。

【００２７】次に、メモリ回路１２に記憶されている走
査電圧データについて、具体的に説明する。最初に、圧
電体の変位量特性について説明すると、図２に示すよう
に、圧電体は、印加された電圧値と、電圧値に対する圧
電体の変位量との間の関係に非線形性およびヒステリシ
スが存在するという変位量特性を有している。したがっ
て、圧電体を線形的に走査させるためには、走査時間に
対する圧電体の変位量が線形性を有するような電圧値列
の走査信号を印加する必要がある。

【００２８】このため、図３（ａ）に示すような、電圧
値が走査時間に対して線形的に増減する基準走査信号で
チューブ型圧電スキャナ３を走査させ、走査時間に対す
る変位量特性を求めておく。この変位量特性は、同図
（ｂ）の実線で示すような特性になる。なお、同図に示
す点線は基準走査信号の電圧値を示している。同図
（ｂ）の変位量特性を線形にするためには、非線形性の
変位量を補正できるような走査信号（同図（ｃ）に示す
実線）にする必要がある。

【００２９】本実施例においては、同図（ｃ）の実線に
示す走査信号の電圧値列をメモリ回路１２に記憶させて
いる。具体的には、同図（ｃ）の走査時間を、例えば、
２０００等分すると共に、等分した各走査時間をメモリ
回路１２のアドレス「１」〜「２０００」（１０進数）
に対応させる。そして、等分した各走査時間に対する走
査信号の電圧値を表すディジタルデータを対応するメモ
リ回路１２のアドレスに走査電圧データとして記憶させ
ている。

【００３０】次に、スキャナ装置１の動作について説明
する。

【００３１】スキャンコントローラ１１は、信号発生器
１３から出力されるクロック信号の数をカウンタによっ
てカウントし、このカウント値に対応するアドレス信号
をメモリ回路１２に出力して、走査電圧データを読み出
す。つまり、スキャンコントローラ１１は、クロック信
号に同期して走査電圧データを読み出している。次い
で、スキャンコントローラ１１は、読み出した走査電圧
データをＡ／Ｄコンバータ１４に出力する。Ａ／Ｄコン
バータ１４は、走査電圧データをアナログ電圧に変換
し、可変ゲインアンプ１５に出力する。そして、このア
ナログ電圧が所定の利得で増幅され、バッファアンプ１
７によって電流増幅されて走査信号になり、この走査信
号が印加されてチューブ型圧電スキャナ３が変位する。
これにより、チューブ型圧電スキャナ３は、走査時間に
対して線形的に変位し、対象物２を走査させる。

【００３２】また、チューブ型圧電スキャナ３の圧電体
の電気特性は、コンデンサ成分Ｃ（容量値）で表され、
バッファアンプ１７の出力インピーダンスＲ（抵抗値）
との関係により走査周波数を高くした場合、その応答周
波数が低下して走査範囲が狭くなる。この場合、応答周
波数が、１／２πＲＣ以上になると、この現象が顕著に
なる。このため、走査範囲演算回路１６では、チューブ
型圧電スキャナ３の応答周波数を記憶または計算し、信
号発生器１３のクロック信号の周波数、すなわち走査速
度に応じてチューブ型圧電スキャナ３に印加する走査信
号の電圧値を変化させ、適切な走査範囲を維持させてい
る。より具体的には、走査範囲演算回路１６は、走査速
度が高いときは、可変ゲインアンプ１５の利得を上げる
ようにし、走査速度が低いときは、可変ゲインアンプ１
５の利得を１にする。

【００３３】以上のように、実施例１によれば、チュー
ブ型圧電スキャナ３の変位量が、走査時間に対して線形
的に変化するため、例えば、プローブ型顕微鏡に適用し
た場合、画像の歪がなくなり正確な観測像を得ることが
できる。また、走査速度を変化した場合でも、可変ゲイ
ンアンプ１５および走査範囲演算回路１６によって、適
切な走査範囲で走査を行うことができ、この結果、走査
速度の変化による画像のズレがなくなり、より正確な観
測像を得ることができる。

【００３４】［実施例２］次に、図４を参照して、実施
例２について説明する。実施例２では、実施例１と異な
り、Ｘ方向駆動回路２１およびＹ方向駆動回路２２が、
スキャン演算コントローラ３１および往復判別回路３２
をそれぞれ備えている。なお、実施例１と同一の構成要
素については、同一の符号を使用し、その説明を省略す
る。

【００３５】スキャン演算コントローラ（スキャンコン
トローラ、加減算回路）３１は、マイクロプロセッサに
より構成され、信号発生器１３から出力されるクロック
信号の数をカウントし、このカウント値に応じたアドレ
ス信号をメモリ回路１２に出力して、後述する差電圧デ
ータを読み出し、読み出した差電圧データをカウント値
に加減算する機能を有している。

【００３６】往復判別回路３２は、アップダウンカウン
タを主要構成要素としており、信号発生器１３から出力
されるクロック信号をカウントし、カウント値が１〜１
０００のときは、往路走査と判別し、カウント値が１０
０１〜２０００のときは、復路走査と判別し、判別結果
をスキャン演算コントローラ３１に出力する。

【００３７】メモリ回路１２は、走査時間に対するチュ
ーブ型圧電スキャナ３の変位量が線形性を有するような
走査信号の電圧値列（以下、「変位量が線形性を有する
電圧値列」という）と、走査時間に対する電圧値が線形
性を有するような基準走査信号（図３（ａ）参照）の基
準電圧値列との差電圧を表す差電圧データを記憶する。

【００３８】差電圧データについて、より具体的に説明
する。図２に示すように、圧電体の変位量をｙとし、走
査信号の電圧値をｘとすると、変位量特性、すなわち圧
電体のヒステリシス特性は、ｙ＝ｘの線形性を有する直
線に対し、往路（同図中符号）と復路（同図中符号
）で対称になっている。実施例２では、このことに着
眼している。図５（ａ）に示すように、往路の走査時間
を１０００等分すると共に、等分した各走査時間をメモ
リ回路１２のアドレス「１」〜「１０００」（１０進
数）に対応させる。そして、等分した各走査時間におけ
る、変位量が線形性を有する電圧値列と前述した基準電
圧列との差の電圧値を求め、求めたすべての差電圧値
が、差電圧データとしてメモリ回路１２の対応するアド
レスに記憶されている。

【００３９】次に、Ｘ方向駆動回路２１の動作について
説明する。

【００４０】往路走査のときは、往復判別回路３２は、
スキャン演算コントローラ３１に往路信号を出力する。
スキャン演算コントローラ３１は、往路信号を入力した
ときは、信号発生器１３から出力されるクロック信号の
数をカウントし、まず最初にカウント値「１」に対応す
るアドレス信号「１」をメモリ回路１２に出力して、差
電圧データを読み出す。次いで、スキャン演算コントロ
ーラ３１は、カウント値「１」と差電圧データで表され
る差電圧値を加算して、走査電圧データを生成し、Ａ／
Ｄコンバータ１４に出力する。この動作を、カウント値
が「１０００」になるまで繰り返す。これにより、Ａ／
Ｄコンバータ１４に出力される走査電圧データは、実施
例１においてメモリ回路１２から読み出された走査電圧
データと等しくなる。つまり、カウント値が、図２に示
すｙ＝ｘの直線と同等の直線性を示しているので、加減
算された走査信号の電圧値は、図３（ｃ）の実線で示す
電圧値になる。そして、Ａ／Ｄコンバータ１４が、アナ
ログ電圧に変換する結果、往路分の走査信号がチューブ
型圧電スキャナ３に印加され、チューブ型圧電スキャナ
３が走査時間に対して線形的に変位する。

【００４１】一方、出力されたクロック信号の数が１０
０１になると、往復判別回路３２がスキャン演算コント
ローラ３１に対して復路信号を出力する。スキャン演算
コントローラ３１は、復路信号を入力したときは、まず
最初に、カウンタをカウントダウンする（この場合に
は、「１」をカウントダウンして、カウント値が「１０
００」になる）。そして、アドレス「１」の差電圧デー
タを読み出し、差電圧データで表される差電圧値をカウ
ント値から減算し、走査電圧データを生成する。次に、
クロック信号の数が１００２になると、カウント値を
「９９９」にすると共に、アドレス「２」の差電圧デー
タを読み出し、差電圧データで表される差電圧値をカウ
ント値「９９９」から減算する。このようにして、カウ
ント値が「２０００」になるまで、上述した動作を繰り
返す。これにより、復路走査のときの走査信号の電圧値
も、実施例１において、カウント値が「１００１」〜
「２０００」のときの走査信号の電圧値と等しくなる。

【００４２】出力されたクロック信号の数が２００１に
なると、往復判別回路３２は、往路信号をスキャン演算
コントローラ３１に出力して、前述した往路走査が繰り
返し行われる。これにより、チューブ型圧電スキャナ３
は、走査時間に対して線形的に変位する。なお、実施例
２で説明しなかった他の構成要素は、実施例１で説明し
たのと同じように作動する。

【００４３】以上のように、実施例２によれば、往路分
の差電圧データで、チューブ型圧電スキャナ３を往復変
位させることができるので、メモリ回路１２のメモリ容
量が、実施例１と比較して半分でよい。この結果、Ｘ方
向駆動回路２１のコストを低減することができると共
に、装置の小型化を図ることができる。また、同じメモ
リ容量のメモリ回路を使用した場合には、走査信号の電
圧値の分解能を倍にすることができる結果、チューブ型
圧電スキャナ３をより高い分解能で変位（走査）させる
ことができる。

【００４４】［実施例３］次に、図６を参照して、実施
例３について説明する。実施例３では、実施例２と異な
り、Ｘ方向駆動回路４１およびＹ方向駆動回路４２が、
可変ゲイン回路（第２利得可変増幅回路）５１をそれぞ
れ備えている。なお、実施例１および実施例２と同一の
構成要素については、同一の符号を使用し、その説明を
省略する。

【００４５】可変ゲイン回路５１は、ディジタル乗算器
で構成されており、メモリ回路１２から読み出した差分
データによって表される差電圧値を所定の乗算値で乗算
した後、スキャン演算コントローラ３１に出力する。ま
た、乗算器はスキャン演算コントローラ３１の演算部で
共用可能である。

【００４６】一般に、圧電体は、印加電圧が大きくなる
ほど、すなわち走査範囲が大きくなるほど、ヒステリシ
ス特性（往路走査と復路走査における変位量の差）が大
きくなることが知られている。実施例３では、この圧電
体の性質を利用して、走査範囲が変化する場合でも、チ
ューブ型圧電スキャナ３を時間に対して線形的に走査し
ている。具体的には、チューブ型圧電スキャナ３が最大
走査範囲を時間に対して線形的に走査させるような差電
圧データを予め求めておき、この差電圧データをメモリ
回路１２に記憶させる。そして、図示しない走査範囲指
示手段から走査範囲が指示されたときに、可変ゲイン回
路５１が、読み出された差電圧に、指示された走査範囲
に応じた乗算値を乗算する（１次あるいは２次可変す
る）。このように構成することによって、チューブ型圧
電スキャナ３を走査させる範囲が異なる場合でも、メモ
リ回路１２に記憶させる差電圧データは、１種類でよい
ことになる。実施例３における他の動作は、実施例２と
同じであるので、説明を省略する。

【００４７】以上のように、実施例３によれば、可変ゲ
イン回路５１を備えたことで、走査範囲を変更しても、
時間に対して線形性を有する走査をすることができるの
で、プローブ型顕微鏡などに適用した場合、走査範囲の
変更による画像の歪がなくなる。また、走査範囲に対応
した数の差電圧データをメモリ回路１２に記憶させる必
要がないため、メモリ回路のメモリ容量が少なくてす
み、この結果、Ｘ方向駆動回路２１のコストを低減する
ことができると共に、装置の小型化を図ることができ
る。また、同じメモリ容量のメモリ回路を使用した場合
には、走査信号の電圧値の分解能を向上させることがで
きる結果、チューブ型圧電スキャナ３をより高い分解能
で変位させることができる。

【００４８】なお、上記実施例では、Ｙ方向駆動回路
５，２２，４２がＸ方向駆動回路４，２１，４１と同一
の構成にした例についてそれぞれ説明したが、これに限
定されず、例えば、Ｙ方向駆動回路５，２２，４２は、
スキャンコントローラ１１（またはスキャン演算コント
ローラ３１）、メモリ回路１２、信号発生器１３をＸ方
向駆動回路４，２１，４１とそれぞれ共用することがで
きる。この場合には、スキャンコントローラ１１（また
はスキャン演算コントローラ３１）が、Ｘ方向駆動回路
４，２１，４１の動作とＹ方向駆動回路５，２２，４２
の動作を交互に行うようにすればよい。この場合には、
共用した分だけ、コストの低減を図ることができる。

【００４９】また、信号発生器１３から出力されるクロ
ック信号は、スキャンコントローラ１１（またはスキャ
ン演算コントローラ３１）のＣＰＵに用いるクロック信
号を分周することによっても生成することができる。

【００５０】実施例２では、差電圧データとして往路に
おける差電圧データをメモリ回路１２に記憶させる例に
ついて説明したが、復路における差電圧データを記憶さ
せるようにしてもよい。この場合には、スキャン演算コ
ントローラ３１が、往路走査のときに、カウンタ値から
差電圧データで表される差電圧値を減算し、復路走査の
ときに、加算すればよい。

【００５１】また、実施例３において、走査速度を上げ
るときは、信号発生器１３のクロック周波数を上げると
共に、可変ゲイン回路５１の利得を走査速度に応じて上
げるように構成してもよい。

【００５２】

【発明の効果】以上のように、請求項１に係る発明によ
れば、走査時間に対する圧電体の変位量が線形性を有す
るような走査信号の電圧値列を表す走査電圧データをメ
モリから読み出して走査信号を生成するので、例えば、
ラスタスキャン走査などにおいて、印加電圧に対する圧
電体の非線形的な変位量によって生じる歪を低減して、
圧電体を線形的に走査させることができる。

【００５３】請求項２に係る発明によれば、基準信号の
周期に応じた利得で走査信号を増幅する第１利得可変増
幅回路を備えたので、上記効果に加え、走査速度を上げ
ていくと走査範囲が狭まるという圧電体の特性を補正す
ることができる結果、走査速度を変化させた場合でも、
圧電体を線形的に走査させることができる。

【００５４】請求項３に係る発明では、往路走査と復路
走査とで、加減算回路が、基準電圧値列に差電圧データ
を加減算し、加減算した走査電圧データに基づいた電圧
値の走査信号が生成されるため、例えば、対象物を往復
走査させるラスタスキャン走査などにおいて、走査電圧
に対して非線形性およびヒステリシスが存在する圧電体
の特性によって生じる歪を低減して、圧電体を線形的に
走査させることができる。また、往路走査および復路走
査のいずれか一方における差電圧データをメモリに記憶
させればよいため、メモリの記憶容量が少なくてすむ。

【００５５】請求項４に係る発明によれば、メモリから
読み出した差電圧データによって表される電圧を、圧電
体の走査範囲に応じた利得で増幅する第２利得可変増幅
回路を備えたため、上記請求項３に記載された発明の効
果に加え、走査範囲の変更による圧電体のヒステリシス
特性を除去し、圧電体を線形的に走査させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１に係るスキャナ装置のブロック図であ
る。

【図２】圧電体のヒステリシス特性を示す図である。

【図３】図３（ａ）は基準走査信号を表す図、同図
（ｂ）は基準走査信号によって走査したときの圧電体の
変位量を示す図、同図（ｃ）は実施例１に係るメモリ回
路に記憶されているデータの内容を説明するための図で
ある。

【図４】実施例２に係るスキャナ装置のブロック図であ
る。

【図５】図５（ａ）は差電圧データを説明するための
図、同図（ｂ）は実施例２のスキャン演算コントローラ
の動作を説明するための図である。

【図６】実施例３に係るスキャナ装置のブロック図であ
る。

【符号の説明】

１ スキャナ装置 ２ 対象物 ３ チューブ型圧電スキャナ １１ スキャンコントローラ １２ メモリ回路 １４ Ａ／Ｄコンバータ １５ 可変ゲインアンプ ３１ スキャン演算コントローラ ５１ 可変ゲイン回路

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 印加された走査信号の電圧値と変位量と
   の間の関係に非線形性およびヒステリシスが存在する圧
   電体に、一定周期の基準信号に同期して電圧値が変化す
   る走査信号を印加することにより、当該圧電体の変位方
   向に対象物を走査させるスキャナ装置であって、 走査時間に対する前記圧電体の変位量が線形性を有する
   ような走査信号の電圧値列を表す走査電圧データを記憶
   するメモリと、 前記基準信号に同期して前記メモリから前記走査電圧デ
   ータを読み出すスキャンコントローラと、 当該読み出した走査電圧データに基づいた電圧値の走査
   信号を生成する走査信号生成回路とを備えることを特徴
   とするスキャナ装置。
2. 【請求項２】 前記基準信号の周期に応じた利得で前記
   走査信号を増幅する第１利得可変増幅回路を備えたこと
   を特徴とする請求項１記載のスキャナ装置。
3. 【請求項３】 印加された走査信号の電圧値と変位量と
   の間の関係に非線形性およびヒステリシスが存在する圧
   電体に、一定周期の基準信号に同期して電圧値が変化す
   る走査信号を印加することにより、当該圧電体の変位方
   向に対象物を往復走査させるスキャナ装置であって、 走査時間に対する電圧値が線形性を有するような基準走
   査信号の基準電圧値列を生成する基準電圧値生成回路
   と、 走査時間に対する前記圧電体の変位量が線形性を有する
   ような走査信号の電圧値列と前記基準電圧値列との差電
   圧を表す差電圧データを記憶するメモリと、 前記基準信号に同期して前記メモリから前記差電圧デー
   タを読み出すスキャンコントローラと、 前記対象物の往路走査および復路走査に応じて、前記生
   成された基準電圧値列に前記読み出した差電圧データを
   加減算して走査電圧データを生成する加減算回路と、 当該生成した走査電圧データに基づいた電圧値の走査信
   号を生成する走査信号生成回路とを備えることを特徴と
   するスキャナ装置。
4. 【請求項４】 前記メモリから読み出した差電圧データ
   によって表される電圧を、前記対象物の走査範囲に応じ
   た利得で増幅する第２利得可変増幅回路を備えたことを
   特徴とする請求項３記載のスキャナ装置。