JPH0534621A - 光走査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 レーザ走査型顕微鏡等に用いられる光走査装
置の高速化。 【構成】 回転鏡で、鏡面の形を反射面に立てた垂線が
回転鏡の回転軸を含む平面内にあり、かつ回転軸に対す
る傾きαが回転鏡の円周方向に基準位置からの角度θに
比例して変化しているような形にした。この鏡に一方向
から０点に光束を入射させ、鏡を一方向に回転させる
と、反射光の方向が鏡の回転角に応じて変化し、一回転
の後、飛躍的にもとの方向に戻る。鏡の一方向の回転で
走査ができるから、高速走査が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光走査顕微鏡等に用いら
れる光走査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来光走査装置としては往復回転する揺
動鏡を用いるとか、回転する多面体鏡を用いる等の機構
が用いられている。揺動鏡を用いる方法は鏡の一往復の
揺動によって一走査を行うので走査速度を高めるために
は揺動周期を短くせねばならず、そうすると鏡の慣性の
効果が周期の自乗に反比例して強く効いてくるので、走
査の高速化には機械的な困難が大きく、一走査周期内の
帰線期間を走査期間に比し短くしようとすると、鏡を非
対称的な波形で駆動する必要があって、機械的な困難が
一層増大する。多面体鏡を用いる方法は、鏡の一つの面
で一走査が行われるので、多面体鏡の一回転の間の走査
回数は多面体の数と一致し、かつ鏡は一方向の回転であ
るから慣性の問題はなく、比較的容易に走査速度を上げ
ることができるが、反射光束の振れの中心が一走査期間
中に若干移動する（鏡面上の光束の反射点が空間的に移
動する）ため、鏡の回転角と試料面上の光の照射点の位
置との関係が複雑になって、光の集光と歪みのない画像
再生が困難であり、バーコードリーダとか画像伝送装置
には利用できるが、精密な画像再生を必要とする場合に
は適用困難である。特に光走査顕微鏡では、光ビームで
仮想的な平面を走査し、その平面をレンズ系で試料面に
縮小投影すると云う構造になっているので、光ビームの
振れの中心点は空間的に正確に静止点になっている必要
があるので、多面体鏡は利用し難いのである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】一定点を中心にして光
ビームを振らせることのできる光走査装置で高速走査を
可能にしようとする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】一方向に回転せしめられ
る部材上に鏡面を円周方向に展開して配設し、この鏡面
の任意の一点に立てた法線が上記回転体の回転軸を含む
平面内にありかつ回転体の回転軸とのなす角が、回転体
の基準半径方向からの円周方向に沿う角度に比例してい
るようにし、この鏡面に一方向から光束を入射させるよ
うにした。

【０００５】

【作用】図１から明らかなように回転する鏡の一点０に
入射する光束は鏡の回転につれて鏡面の傾きが変化して
行くので、反射光束は入射点０を中心に振れ、その振れ
角は鏡の回転角に比例して変化し、かつ走査速度は鏡の
回転数に比例する。鏡の一方向の回転で走査を行うの
で、慣性の問題がなく、高速走査が可能となる。

【０００６】

【実施例】図１は本発明の一実施例を示し、図２はその
一部を拡大して示す。図で１は鏡体で全体は円板状であ
り、光学ガラスで作られており、鏡面は反射膜を蒸着し
てある。鏡体１の上面は円周方向に等分割され、分割さ
れた個々の扇形部分２は平面になっている。これら個々
の平面に立てた垂線Ｎは鏡体１の中心線Ａを含む平面内
にあり、中心線Ａとなす角αは鏡体１の基準半径方向Ｒ
からその扇形部分２の中心までの角度θに比例させてあ
る。即ちα＝ｋθである。円周がＮ等分してあるとき、
個々の扇形の中心角は２π／Ｎであり、基準方向Ｒを中
心とする扇形を１番目の扇形として、ｉ番目の扇形部分
２の傾き角αは α＝２πｋ（ｉ−１）／Ｎ（ｉ＝１，２，…Ｎ） である。個々の扇形部分２は鏡体１上の一定半径の円周
Ｃの位置で相互に同じ高さになっている。即ち個々の扇
形部分の中心はその部分を通っている円周Ｃの部分を中
心軸として傾きを変えている。このような鏡体の円周Ｃ
上の一点０にレーザビームが入射せしめられる。従って
反射光は鏡体１の回転に伴い、２π／Ｎだけ回転する度
に４πｋ／Ｎずつ方向が変化して行く。

【０００７】鏡体１は上述したように多数の扇形部分に
分割され個々の扇形は傾きの異なる平面になっているの
で、隣同士の扇形部分の間には円周方向に段が出来てい
る。図２はこの状態の詳細を示す。個々の扇形部分２の
間には半径方向に溝３が設けられている。これは個々の
扇形部分を平面に研磨する場合、図３に示すように研磨
工具Ｔを鏡体１の半径方向に往復させると、工具が左隣
の扇形部分の内側に干渉し、右隣の扇形部分との間では
外側に研磨されない部分が残るから、これらの部分を予
め溝３を切って除去しているのである。また光走査過程
で入射光束が一つの扇形部分から隣の扇形部分に移ると
き、両方の扇形部分にまたがる期間が存在すると、試料
面上で隣合う二つの画素が同時照射される期間ができて
画像の分解能が低下するから、入射光束が二つの扇形部
分にまたがって入射することがないようにする効果もあ
る。

【０００８】図４は図１の鏡体をモータに取り付ける構
造を示す。鏡体１はアルミ製のフランジ４にねじ５によ
って固定され、フランジ４のボス部にモータ６の軸が挿
入される。鏡体１は外径６０ｍｍ，反射部分の幅即ち各
扇形部分２の半径方向の長さ１０ｍｍで平均厚さ３ｍ
ｍ，その内側のフランジ４との取り付け部分の厚さ２ｍ
ｍ，材料は光学ガラスで密度は約３ｇ／ｃｍ³ ，フラン
ジ４は厚さが内側で１０ｍｍ外周が６ｍｍ，外径４０ｍ
ｍである。鏡体１とフランジ４を合わせた慣性モーメン
トは約１２０ｇｃｍ² である。これを市販のＤＣブラシ
レスサーボモータで回転させる場合、所要の応答性が得
られるための負荷の慣性モーメントには限界があるが、
上述した慣性モーメントであれば、市販のＤＣサーボモ
ータで使用可能なものが入手し得、３０００ｒ．ｐ．ｍ
で回転させることができる。この実施例では傾き角αは
円周を１００等分して、０から５°までを０．０５°間
隔で設定してある。

【０００９】図５は本発明の他の実施例で、反射面を鏡
体１の周側面に設けた例である。これらの実施例では反
射面は多数の傾きの異なる平面に分割されているが、傾
きが連続的に変化するようにしてもよい。また鏡体１の
一回転で一走査を行うようにしてあるが、円周を複数等
分して、その一区間内で一走査を行い、鏡体１の一回転
の間に複数回の走査を行い得るようにしてもよい。

【００１０】図６は光走査顕微鏡の走査光学系の概略を
一直線に展開して示す。１０は本発明光走査装置で平行
光束が０点に入射し、反射光束は０点を中心にして角２
αの範囲で振られる。Ｌ１は第１レンズで０点に焦点を
置いているので、Ｌ１を通った光束は中心光線がレンズ
Ｌ１の光軸と平行でＬ１の焦点面Ｆ１に集光する光束と
なる。Ｌ２は第２レンズで焦点面Ｆ１に焦点を置いてい
るので、光束は平行光束となってＬ２の焦点０’を通
る。０’の所に第２の光走査装置１１が置かれて光束を
図の紙面と直角の面内で振るが、図ではこれを図の紙面
内に展開して示してある。Ｌ３，Ｌ４は０’より反射さ
れた光束に対し、レンズＬ１，Ｌ２と同じ作用をなし、
Ｌ４を透過した光束は平行光束となって対物レンズＬｂ
の中心を通り、試料Ｓ上に集光せしめられる。この構造
によって試料面のｘ，ｙ方向走査が行われる。光走査装
置１０がｘ方向走査を行い、１１がｙ方向走査を行うの
で、１１の走査速度は１０より遅くてよく、従って１１
は従来の揺動鏡型であってもよい。光走査装置１０で振
られる光束はレンズＬ１で全てが互いに平行とされるの
で、０点はレンズＬ１の焦点にあるを要し、０点は空間
的に固定している必要がある。このため光走査顕微鏡に
は従来の多面体鏡方式の光走査装置は利用できなかっ
た。もっとも本発明は光走査顕微鏡への適用に限定され
ず汎用性を持つものである。

【００１１】

【発明の効果】本発明によれば一方向の回転で光の走査
ができるので、高速走査が可能であり、かつ光ビームの
偏向点が定点となっているので、精度および集光度の良
い光走査装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例の斜視図

【図２】 上記実施例の一部拡大斜視図

【図３】 上記実施例の加工法説明図

【図４】 上記実施例の回転機構への取付図

【図５】 本発明の他の実施例の斜視図

【図６】 光走査顕微鏡の概略光路図

【符号の説明】

１ 鏡体 ２ 扇形部分 ３ 溝 ４ フランジ ５ ねじ ６ モータ １０ 本発明光走査装置 １１ 光走査装置 Ｓ 試料

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】一方向に回転せしめられる部材上に鏡面を
   円周方向に展開配置し、この鏡面上に立てた法線が上記
   回転部材の回転軸を含む平面内にあり、かつ同回転軸と
   のなす角が回転部材の基準半径から円周方向に測った角
   度に比例しているようにし、この鏡面に一方向から光束
   を入射させるようにしたことを特徴とする光走査装置。