(57)【要約】【課題】  ミラーが不適切な周波数で振動することを防止できるミラー駆動装置、ミラー駆動方法を提供することを目的とする。【解決手段】  反射面に沿った軸を中心に振動するミラー２ｍを駆動するミラー駆動装置であって、ミラー２ｍの振動の振幅を計測する振幅計測部３７と、周波数制御部３１と、を備え、周波数制御部３１は、振幅計測部３７から出力される振幅を示す信号に基づき、振幅が所定の振幅範囲に入っているか否かを判断し、振幅が前記所定の振幅範囲に入っていない場合には、ミラー２ｍを駆動するドライブ信号の位相と振動の位相との位相差に基づいてドライブ信号の周波数を調整する第１制御から、前記ドライブ信号の周波数を所定の周波数とする第２制御に切り換える。【選択図】    図１
2015036782.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射面に沿った軸を中心に振動可能なミラーを駆動するミラー駆動装置であって、
前記ミラーの振動の振幅を計測する振幅計測部と、
周波数制御部と、
を備え、
前記周波数制御部は、
前記振幅計測部から出力される前記振幅を示す信号に基づき、前記振幅が所定の振幅範囲に入っているか否かを判断し、
前記振幅が前記所定の振幅範囲に入っていない場合には、前記ミラーを駆動するドライブ信号の位相と前記振動の位相との位相差に基づいて前記ドライブ信号の周波数を調整する第１制御から、前記ドライブ信号の周波数を所定の周波数とする第２制御に切り換える
ことを特徴とするミラー駆動装置。
【請求項２】
前記周波数制御部は、
前記ドライブ信号の位相と前記振動の位相との位相差が所定の位相差範囲に入っているか否かを判断して、
前記位相差が所定の位相差範囲に入っている場合には、前記振幅計測部から出力される前記振幅を示す信号に基づき、前記振幅が所定の振幅範囲に入っているか否かを判断し、
前記位相差が所定の位相差範囲に入っていない場合には、前記第１制御から前記第２制御に切り換える
ことを特徴とする請求項１に記載のミラー駆動装置。
【請求項３】
前記第２制御では、前記ドライブ信号の周波数を変化させ、前記振幅計測部から出力される振幅が最も大きい周波数をサーチし、前記振幅が最も大きい周波数を前記所定の周波数とする
ことを特徴とする請求項１または２に記載のミラー駆動装置。
【請求項４】
反射面に沿った軸を中心に振動可能なミラーを駆動するミラー駆動方法であって、
周波数制御部が、
前記ミラーの振幅が所定の振幅範囲に入っているか否かを判断し、
前記振幅が前記所定の振幅範囲に入っていない場合には、前記ミラーを駆動するドライブ信号の位相と前記振動の位相との位相差に基づいて前記ドライブ信号の周波数を調整する第１制御から、前記ドライブ信号の周波数を所定の周波数とする第２制御に切り換える
ことを特徴とするミラー駆動方法。
【請求項５】
前記周波数制御部は、
前記ドライブ信号の位相と前記振動の位相との位相差が所定の位相差範囲に入っているか否かを判断し、
前記位相差が所定の位相差範囲に入っている場合には、前記振幅が所定の振幅範囲に入っているか否かを判断し、
前記位相差が所定の位相差範囲に入っていない場合には、前記第１制御から前記第２制御に切り換える
ことを特徴とする請求項４に記載のミラー駆動方法。
【請求項６】
前記第２制御では、前記ドライブ信号の周波数を変化させ、前記振幅計測部から出力される振幅が最も大きい周波数をサーチし、前記振幅が最も大きい周波数を前記所定の周波数とする
ことを特徴とする請求項４または５に記載のミラー駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ミラーが不適切な周波数で振動することを防止できるミラー駆動装置、及び、ミラー駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
観察対象である試料の表面に走査した光の反射光を用いて、当該試料の表面を観察する共焦点顕微鏡が実用化されている。共焦点顕微鏡では、光源から出射する光を観察範囲の主走査方向に走査するように反射するミラーが用いられる場合がある。このミラーは、ミラーの反射面に沿った軸を中心に所定角度の範囲で回転するように振動する。このようなミラーは、例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を用いて作成されるＭＥＭＳスキャナーにより実現されている。
【０００３】
上記のような振動型のミラーは、共振周波数で振動するように制御されることが好ましい。しかし、個体差によりミラー毎に共振周波数の違いが生じたり、環境温度等の外乱や経時変化等によりミラーの共振周波数に変化が生じる場合がある。これらの場合であってもミラーが常に共振周波数で振動するような制御が求められている。
【０００４】
下記特許文献１には、ミラーを共振周波数で駆動する制御方法が記載されている。この制御方法では、ミラーが共振周波数で振動しているか否かを、ミラーを駆動するドライブ信号の位相とミラーの振動の位相とが所定の関係になっているか否かにより検出する。そして、これらの位相が所定の関係になっていない場合には、ミラーの共振周波数をサーチして、サーチされたミラーの共振周波数でミラーを駆動することで、ミラーが不適切な周波数で振動することが防止されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２２１０３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
外乱等によりミラーの共振周波数が変化する場合、ミラーの共振周波数をサーチすることは重要である。しかし、ミラーを駆動するドライブ信号の位相とミラーの振動の位相とが所定の関係になっていると特許文献１に記載のように判断されていても、実際にはミラーが共振周波数で振動していない場合がある。この場合、ミラーが共振周波数で振動していないにも拘わらず、ミラーの共振周波数をサーチする制御に移行できず、結果としてミラーが不適切な周波数で振動されてしまう。
【０００７】
そこで、本発明は、ミラーが不適切な周波数で振動することを防止できるミラー駆動装置、ミラー駆動方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、上記のようにミラーが共振周波数で振動していないにも拘わらず、ミラーを駆動するドライブ信号の位相とミラーの振動の位相とが所定の関係になっていると判断される原因について鋭意検討をした。その結果、本発明者は、ミラーが共振周波数以外の周波数で振動している状態において、振幅の大きな振動と振幅の小さな振動とが周期的に繰り返される場合があることを見出した。そして、この振幅の大きな振動と振幅の小さな振動とで一周期の振動が構成されて、この周期的な振動の位相がミラーの振動の位相であると誤検出されてしまうことが、上記原因であるという結論に至った。そこで、本発明者は更に検討を進めて本発明をするに至った。
【０００９】
すなわち、本発明は、反射面に沿った軸を中心に振動可能なミラーを駆動するミラー駆動装置であって、前記ミラーの振動の振幅を計測する振幅計測部と、周波数制御部と、を備え、前記周波数制御部は、前記振幅計測部から出力される前記振幅を示す信号に基づき、前記振幅が所定の振幅範囲に入っているか否かを判断し、前記振幅が前記所定の振幅範囲に入っていない場合には、前記ミラーを駆動するドライブ信号の位相と前記振動の位相との位相差に基づいて前記ドライブ信号の周波数を調整する第１制御から、前記ドライブ信号の周波数を所定の周波数とする第２制御に切り換えることを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明は、反射面に沿った軸を中心に振動可能なミラーを駆動するミラー駆動方法であって、周波数制御部が、前記ミラーの振幅が所定の振幅範囲に入っているか否かを判断し、前記振幅が前記所定の振幅範囲に入っていない場合には、前記ミラーを駆動するドライブ信号の位相と前記振動の位相との位相差に基づいて前記ドライブ信号の周波数を調整する第１制御から、前記ドライブ信号の周波数を所定の周波数とする第２制御に切り換えることを特徴とするものである。
【００１１】
ミラーは、その共振周波数で振動している場合に最も大きな振幅で効率よく振動することができ、振動の周波数が共振周波数から離れるにつれて振幅が小さくなる傾向がある。そこで本発明のミラー駆動装置やミラー駆動方法では、ドライブ信号の周波数が調整される第１制御からドライブ信号の周波数が所定の周波数とされる第２制御への切り換えが、振動するミラーの振幅に基づいて行われる。このため、上記のような位相の誤検出に起因して、第２制御に移行できないことを防止することができる。従って、第１制御から第２制御に適切に移行することができるので、ミラーの共振周波数が大きく変化する場合であっても、所定の周波数でミラーを振動させることができる。従って、ミラーが不適切な周波数で振動することを防止することができる。なお、第２制御により所定の周波数のドライブ信号でミラーを駆動した後、再び第１制御に切り替えても良い。
【００１２】
また、上記ミラー駆動装置において、前記周波数制御部は、前記ドライブ信号の位相と前記振動の位相との位相差が所定の位相差範囲に入っているか否かを判断して、前記位相差が所定の位相差範囲に入っている場合には、前記振幅計測部から出力される前記振幅を示す信号に基づき、前記振幅が所定の振幅範囲に入っているか否かを判断し、前記位相差が所定の位相差範囲に入っていない場合には、前記第１制御から前記第２制御に切り換えることが好ましい。
【００１３】
また、上記ミラー駆動方法において、前記周波数制御部は、前記ドライブ信号の位相と前記振動の位相との位相差が所定の位相差範囲に入っているか否かを判断し、前記位相差が所定の位相差範囲に入っている場合には、前記振幅が所定の振幅範囲に入っているか否かを判断し、前記位相差が所定の位相差範囲に入っていない場合には、前記第１制御から前記第２制御に切り換えることが好ましい。
【００１４】
上記のように本発明では、第１制御において、ミラーを駆動するドライブ信号の位相と振動の位相との位相差に基づいてドライブ信号の周波数を調整する。従って、元々第１制御に用いる位相差を第２制御への切り替えの判断に利用することで、制御を簡易にすることができる。このように位相差を用いて切り替えを行う場合、ミラーを駆動するドライブ信号の位相と振動の位相とが、見かけ上適切な関係であるとしても、上記のようにミラーが不適切な周波数で振動していることが起こりうる。従って、本発明では、位相差が所定の位相差範囲に入っている場合には、振幅が所定の振幅範囲に入っているか否かを判断して、ミラーが不適切な周波数で振動しているにも拘わらず、第２制御に移行できないことを防止することができる。
【００１５】
また、上記のミラー駆動装置やミラー駆動方法において、前記第２制御では、前記ドライブ信号の周波数を変化させ、前記振幅計測部から出力される振幅が最も大きい周波数をサーチし、前記振幅が最も大きい周波数を前記所定の周波数とすることとしても良い。
【００１６】
ＭＥＭＳスキャナー等のミラーは、環境温度等の外乱や経時変化等により共振周波数が変化する場合がある。そこで、上記のように所定の周波数を定めることにより、第２制御において共振周波数でミラーを振動させることができる。また、ミラーは、共振周波数と異なる周波数で振動すると、極端に振幅が小さくなる傾向がある。つまり、振動数に対する振幅のＱ値（Quality factor）が高い。従って、共振周波数を振幅から求めることで、正確に共振周波数を求めることができる。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように、本発明によれば、ミラーが不適切な周波数で振動することを防止できるミラー駆動装置、ミラー駆動方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態に係るミラー駆動装置及びミラー駆動方法を用いた共焦点顕微鏡を示す図である。
【図２】図１のミラー駆動部を示す図である。
【図３】図１のシステム同期信号発生部を示す図である。
【図４】ミラーを駆動する駆動方法を示すフローチャートである。
【図５】ミラーの振動の周波数と振幅のとの関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係るミラー駆動装置、ミラー駆動方法の好適な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２０】
図１は、本発明の実施形態に係るミラー駆動装置及びミラー駆動方法を用いた共焦点顕微鏡を示す図である。図１に示すように本実施形態の共焦点顕微鏡は、照明光を出射する光源１と、ミラー２ｍが所定の角度で往復回転するように設置されたＭＥＭＳスキャナー２と、ハーフミラーＨＭと、集光レンズＬ１及びコリメートレンズＬ２及び対物レンズＬ３及び集光レンズＬ４と、受光部５と、ＭＥＭＳスキャナー２のミラー２ｍを駆動するミラー駆動装置であるミラー駆動部３と、システム同期信号を発生するシステム同期信号発生部４と、光源１を制御する光源制御部６と、を主な構成として備える。
【００２１】
光源１は、照明光として例えば所定の周波数のレーザー光を出射する。光源１は、半導体レーザー素子や必要なコリメートレンズ等を有しており、光の出射状態と非出射状態との切り替えや、出射する光の強度をコントロール可能に構成されている。光源１からはコリメート光が出射し、出射する光は集光レンズＬ１に入射する。
【００２２】
集光レンズＬ１にコリメート光が入射すると、光は集光レンズＬ１から集光するように出射する。集光レンズＬ１から出射した光は、完全に集光される前、すなわち焦点に到達する前にコリメートレンズＬ２に入射する。そして、コリメートレンズＬ２から径が絞られたコリメート光が出射する。コリメートレンズＬ２から出射した光は、ＭＥＭＳスキャナー２に入射する。
【００２３】
ＭＥＭＳスキャナー２は、反射面に沿った特定方向を軸として所定の角度だけ往復回転するように振動するミラー２ｍを備えている。なお、本例ではＭＥＭＳスキャナーを例に説明するが、上記のミラー２ｍを備えるスキャナーであればスキャナーはＭＥＭＳスキャナーに限定されない。ＭＥＭＳスキャナー２では、ミラー２ｍの前記の特定方向の軸に沿った両端に不図示の一対のバーが接続されており、このバーがトーションバネとして機能する。ミラー２ｍは、このトーションバネの弾性変形の範囲内で前記の方向を軸として往復回転するよう構成される。
【００２４】
ＭＥＭＳスキャナー２のミラー２ｍは、例えば圧電駆動方式により駆動される。圧電駆動方式では、ミラー２ｍの回転軸を挟んで一対の圧電アクチュエータが配置される。そして、これらの圧電アクチュエータに対して、軸の一方側の圧電アクチュエータと他方側の圧電アクチュエータの伸縮関係が逆になるよう交番電圧が印加されることで、それぞれの圧電アクチュエータが変形されて、ミラー２ｍが駆動される。また、圧電駆動方式以外にも電磁駆動方式を挙げることができる。電磁駆動方式では、ミラー２ｍの回転軸を挟んで設けられる一対のコイルや電極に対して、軸の一方側のコイルや電極と他方側のコイルや電極の電磁界の向きが逆になるよう交番電圧が印加されることで、当該電磁界によりミラー２ｍが駆動される。ミラー２ｍを駆動する電圧は、後述するようにミラー駆動部３から入力される。
【００２５】
また、ＭＥＭＳスキャナー２には、ミラー２ｍの回転角の大きさを検知するための不図示のポジション検知手段が設けられている。このポジション検知手段は、例えばミラー２ｍと容量結合する電極から成り、ミラー２ｍの回転方向の傾きの変化により、ミラー２ｍと電極との静電容量が変化して、ミラー２ｍの傾きを検知することができる。このミラー２ｍの傾きは、後述するようにミラー駆動部３により検出される。
【００２６】
コリメートレンズＬ２から出射しＭＥＭＳスキャナー２に入射する光は、所定の角度回転するように振動しているミラー２ｍで反射して、ハーフミラーＨＭに入射する。
【００２７】
ハーフミラーＨＭは、ガラス体にアルミニウム等の金属が蒸着等により成膜されて構成される。また、ハーフミラーＨＭは、ＭＥＭＳスキャナー２から出射する光の少なくとも一部を透過し、対物レンズＬ３側から入射する光の少なくとも一部を受光部５に向かって反射する。ＭＥＭＳスキャナー２からハーフミラーＨＭに入射してハーフミラーＨＭを透過する光は、対物レンズＬ３に入射する。
【００２８】
対物レンズＬ３は、単数のレンズ、或いは、複数のレンズの組み合わせから成り、ＭＥＭＳスキャナー２から入射する光を試料ＳＡ上に集光する。このときミラー２ｍの振動により光が往復移動することで、光は試料ＳＡ上を主走査方向に走査する。
【００２９】
試料ＳＡ上に集光された光は、試料ＳＡで反射して、再び対物レンズＬ３を透過し、再びハーフミラーＨＭに入射する。ハーフミラーＨＭに入射する光の少なくとも一部は、ハーフミラーＨＭで反射して、集光レンズＬ４で集光されて、受光部５に入射する。
【００３０】
受光部５は、受光した光の強度を示す信号を出力する構成となっている。本実施形態では、受光部５は複数の受光素子が直線状に並んだラインセンサから構成されている。このようなラインセンサとしては、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）ラインセンサを挙げることができる。それぞれの受光素子が並ぶ方向は、受光部５に入射する光のミラー２ｍの振動による移動方向（試料ＳＡ状の主走査方向に相当）とされる。受光部５や集光レンズＬ４は、対物レンズＬ３を透過する光の焦点が丁度試料ＳＡの表面上となっている場合に、集光レンズＬ４で集光される光は受光部５の受光素子に集光されるように構成されている。一方、受光部５や集光レンズＬ４は、対物レンズＬ３を透過する光の焦点が試料ＳＡの表面上となっていない場合には、集光レンズＬ４で集光される光は受光部５の受光素子に集光されず、多くの光が受光部５の受光素子に入射できない構成とされている。そして、ラインセンサの各受光素子に光が集光する状態では、受光部５からはその受光素子からの信号として強度の大きな光が受光される旨の信号が出力され、ラインセンサの受光素子に光が集光しない状態では、受光部５からはその受光素子からの信号として強度の小さな光が受光される旨の信号が出力される。
【００３１】
このような構成を有する共焦点顕微鏡では、上記のようにミラー２ｍの振動により、光が試料ＳＡの観察範囲の主走査方向を走査する。また、光が主走査方向を走査するごとに、不図示の手段（例えばガルバノミラー）により、光が副走査方向に僅かに移動され、ラスタスキャンが可能とされている。そして受光部５から出力する信号に基づいて、図示しない画像処理部にて適宜画像処理が施され、試料ＳＡの観察範囲の表面形状が画像合成される。
【００３２】
上記のように主走査方向の走査を適切に行うためには、ミラー２ｍが適切な角度で回転するように振動することが求められる。このためにはミラー２ｍを自身の共振周波数で振動させることが最適である。
【００３３】
図２は、図１のミラー駆動部を示す図である。図２に示すように、ＭＥＭＳスキャナー２に適切にバイアスされたドライブ信号を入力するミラー駆動部３は、周波数制御部３１と、ドライブ信号発生部３２と、バイアス回路３３と、静電容量検出回路３４と、ゼロクロスコンパレータ３５と、位相比較器３６と、振幅計測部３７と、を主な構成として備える。
【００３４】
周波数制御部３１は、ミラー２ｍを駆動する周波数に係るコマンド信号を出力する。周波数制御部３１から出力されるコマンド信号は、ドライブ信号発生部３２に入力する。このミラー２ｍを駆動する周波数の調整については後述する。
【００３５】
ドライブ信号発生部３２は、例えばデジタルシンセサイザーから構成され、周波数制御部３１から入力されるコマンド信号に基づいた周波数の正弦波を出力する。この正弦波がドライブ信号であり、ドライブ信号はバイアス回路３３とゼロクロスコンパレータ３５に入力する。
【００３６】
バイアス回路３３は、ドライブ信号発生部３２から入力したドライブ信号を増幅して出力する。その増幅されたドライブ信号は、ミラー駆動部３から出力して、ＭＥＭＳスキャナー２に入力する。そして、ＭＥＭＳスキャナー２のミラー２ｍは、入力したドライブ信号により、上記のように駆動される。
【００３７】
ミラー２ｍが振動している状態において、ＭＥＭＳスキャナー２のポジション検知手段の静電容量は、静電容量検出回路３４により検知される。そして、静電容量検出回路３４は、検知手段の静電容量をミラー２ｍの傾きを示すポジション信号として出力する。このポジション信号は、ミラー２ｍが振動している場合に正弦波となる。出力したポジション信号は、ミラー駆動部３のゼロクロスコンパレータ３５及び振幅計測部３７に入力する。
【００３８】
ゼロクロスコンパレータ３５は、入力したドライブ信号及びポジション信号のそれぞれのゼロクロスポイントを検知して、それぞれの正弦波と同期するドライブ信号の矩形波及びポジション信号の矩形波を出力する。ゼロクロスコンパレータから出力するドライブ信号の矩形波、ポジション信号の矩形波のそれぞれ立ち上がり時及び立ち下がり時は、ゼロクロスコンパレータに入力するドライブ信号、ポジション信号の電圧上昇時及び電圧下降時におけるゼロボルト時に一致する。出力したそれぞれの矩形波は、位相比較器３６に入力すると共に、ミラー駆動部３から出力する。ゼロクロスコンパレータ３５から出力するこれら信号の矩形波は正弦波のドライブ信号及びポジション信号を基にしているため、これら信号の矩形波の電圧はミラーの振動に応じて周期的に変化する電圧となる。
【００３９】
位相比較器３６は、それぞれの矩形波を比較して、ドライブ信号とポジション信号との位相差を示す位相差信号を出力する。この位相差信号は、例えば内部クロックのカウント値から構成される。位相比較器３６から出力される位相差信号は、周波数制御部３１に入力する。
【００４０】
また、振幅計測部３７は、静電容量検出回路３４から入力するポジション信号をＲＭＳ−ＤＣ変換やピークｔｏピーク−ＤＣ変換等により、振幅を示す電圧値に変換してポジション信号の振幅に係る振幅信号を出力する。ポジション信号の振幅は、ミラー２ｍの振幅を示すため、結局、振幅信号はミラー２ｍの振幅を示すこととなる。出力される振幅信号は、周波数制御部３１に入力する。
【００４１】
周波数制御部３１は、ドライブ信号の周波数からミラー２ｍの振動の１／４周期に相当するカウント値を出力し、このカウント値はミラー駆動部３から出力する。
【００４２】
図３は、図１のシステム同期信号発生部を示す図である。図３に示すようにシステム同期信号発生部４は、マルチセレクタ４１と移送器４２とを備える。
【００４３】
マルチセレクタ４１には、上記のようにゼロクロスコンパレータ３５から出力されてミラー駆動部３から出力されるドライブ信号の矩形波とポジション信号の矩形波とが入力する。マルチセレクタ４１はミラー２ｍが振動している状態では、ポジション信号の矩形波を選択して出力する。一方、装置を立ち上げた初期の状態や異常時等のミラー２ｍが振動していない状態では、ドライブ信号の矩形波を選択して出力する。出力される信号は、移送器４２に入力する。
【００４４】
移送器４２には、周波数制御部３１から出力してミラー駆動部３から出力する１／４周期に相当するカウント値が入力する。マルチセレクタ４１から移送器４２に入力するポジション信号の矩形波或いはドライブ信号の矩形波は、移送器４２で１／４周期分だけ時間が遅延されて出力され、この出力がシステム同期信号とされて、システム同期ブロックから出力される。
【００４５】
システム同期ブロックから出力されるシステム同期信号は、受光部５や光源制御部６に入力する。受光部５では、入力するシステム同期信号に基づいて、観察範囲の主走査方向の端部を検出してラインセンサの同期をとったり、出力する電気信号の増幅度を調整する。また、光源制御部６では、入力するシステム同期信号に基づいて、光源１から出射されるべき光の強度を求めて、光源１に入力する光源駆動電圧を出力する。そして、光源１は光源制御部で調整された光源駆動電圧に応じた強度の光を出射する。光源制御部６による光源１から出射する光の強度の調整により、受光部５に入力する光が観察範囲においてばらつくことを抑制することができ、受光部５での増幅度の調整により、観察範囲の画像の輝度をより均一にすることができる。
【００４６】
次に、ミラー２ｍを駆動する駆動方法について説明する。
【００４７】
図４は、ミラー駆動部３がミラー２ｍを駆動する駆動方法を示すフローチャートである。ミラー駆動部３は、図４に示すフローチャートのように動作する。
【００４８】
＜第１制御ステップＳ１＞
本ステップでは、周波数制御部３１は、ドライブ信号発生部３２から出力されるドライブ信号の周波数とミラー２ｍの共振周波数とが同じ周波数になるようクローズループ制御を行う。本例ではＰＬＬ（Phase lock Loop）制御を行う。具体的には、周波数制御部３１は、位相比較器３６から入力されるドライブ信号とポジション信号との位相差を示す位相差信号に基づいて、ドライブ信号とポジション信号とが同位相となるように、ドライブ信号の周波数を調整する。つまり、ドライブ信号の位相に対してポジション信号の位相が遅れている場合には、ドライブ信号の周波数がミラー２ｍの共振周波数よりも大きい状態であるため、ドライブ信号の周波数を小さくする。一方、ドライブ信号の位相に対してポジション信号の位相が進んでいる場合には、ドライブ信号の周波数がミラー２ｍの共振周波数よりも小さい状態であるため、ドライブ信号の周波数を大きくする。このようにドライブ信号の周波数がミラー２ｍの共振周波数と異なる原因は、環境温度やミラー２ｍの経時的変化等により、ミラー２ｍの共振周波数が変化することが挙げられる。
【００４９】
ところで、ＭＥＭＳスキャナー等のような振動型のミラー２ｍを上記のようにドライブ信号で駆動すると、ミラー２ｍの振動の周波数が共振振周波数から僅かにずれただけで上記の位相差が大きく変化する傾向がある。従って、位相差を用いた比例制御のみでドライブ信号の周波数を調整すると、ドライブ信号の周波数を安定して共振周波数と一致させづらい。そこで、本ステップでは、更にＰＩＤ（Proportional Integral Derivative）制御を行っている。具体的には、位相差が比較的大きい状態では、比例ゲインや積分ゲインがあまり抑え込まれない状態にしておき、位相差がゼロの付近では、ハンチングを抑えるために、微分ゲインにより比例ゲインや積分ゲインを抑え込む。
【００５０】
＜第１の判断ステップＳ２＞
また、周波数制御部３１では、上記の第１制御が行われている状態で、位相比較器３６から入力する位相差信号が示すドライブ信号の位相差とポジション信号の位相差とが所定の位相差範囲に入っているか否かを判断する。具体的には、周波数制御部３１は、当該位相差が所定の位相差範囲に入っていれば第２の判断ステップＳ４に進み、当該位相差が所定の位相差範囲に入っていなければ第２制御ステップＳ３に進む制御を行う。
【００５１】
＜第２制御ステップＳ３＞
上記のように第１の判断ステップにおいてドライブ信号の位相とポジション信号の位相の位相差が所定の位相差範囲に入っていない場合、周波数制御部３１は、上記第１制御を中断し、第２制御を行う。つまり上記のＰＬＬ制御やＰＩＤ制御を中断する。第２制御は、ドライブ信号とポジション信号との位相差を用いた位相にかかるクローズループ制御を行っておらず、位相についてオープンループ制御とすることができる。
【００５２】
図５は、ミラー２ｍの振動の周波数と振幅のとの関係を示す図である。図５に示すようにミラー２ｍが共振周波数で振動している状態で、振動の振幅が最も大きくなる。第２制御では、まず、周波数制御部３１はサーチ制御を行う。サーチ制御では、ミラー２ｍの共振周波数を検出する。具体的には、周波数制御部３１は、ドライブ信号の周波数が低い状態から高い状態に徐々に変化するようにドライブ信号発生部３２にコマンドを出力する。このとき周波数制御部３１は、振幅計測部３７からの信号を用いてミラー２ｍの振幅を把握する。そして、最も振幅の大きい状態でのドライブ信号の周波数をミラー２ｍの共振周波数とする。こうしてミラー２ｍの共振周波数が検出される。なお、図５から把握できるようにＭＥＭＳスキャナーのミラー２ｍは、振動数に対する振幅のＱ値が高い。従って、本例のように共振周波数を振幅から求めることで、正確に共振周波数を求めることができる。
【００５３】
次に周波数制御部３１は、検出されたミラー２ｍの共振周波数を所定の周波数として、ドライブ信号の周波数が当該所定の周波数となるように、ドライブ信号発生部３２からドライブ信号を出力させる。そして、所定の時間、ドライブ信号発生部３２から所定の周波数のドライブ信号が出力されて、ミラー２ｍが駆動され、当該所定の時間経過後に第１制御ステップＳ１に戻る。
【００５４】
＜第２の判断ステップＳ４＞
一方、上記のように第１の判断ステップにおいてドライブ信号の位相とポジション信号の位相の位相差が所定の位相差範囲に入っている場合、周波数制御部３１は、上記第１制御を続けると共に、振幅計測部３７から出力される振幅信号に基づき、ミラー２ｍの振動の振幅が所定の振幅範囲に入っているか否かを判断する。具体的には、周波数制御部３１は、当該振幅が所定の振幅範囲に入っていれば、そのまま第１制御を行ったままとなり、当該振幅が所定の振幅範囲に入っていなければ第２制御ステップＳ３に進む制御を行う。
【００５５】
以上のように、本実施形態のミラー駆動装置、ミラー駆動方法によれば、第２の判断ステップＳ４で説明したように、振動するミラー２ｍの振幅に基づいて第１制御を維持するか第２制御に切り換えるかの判断が行われる。従って、ミラー２ｍが不適切な周波数で振動しているにも拘わらず、ミラー２ｍが共振周波数で振動していると誤判断することを防止することができる。こうして、ミラー２ｍが不適切な周波数で振動されることを防止することができる。しかも本実施形態の第２制御では、ミラー２ｍの共振周波数をサーチするサーチ制御を行うので、第２制御においてミラー２ｍを共振周波数で振動させることができる。
【００５６】
また、本実施形態では、第２の判断ステップＳ２の前に第１の判断ステップＳ２が行われる。第１制御Ｓ１では、ミラー２ｍを駆動するドライブ信号の位相と振動の位相との位相差に基づいてドライブ信号の周波数が調整される。従って、元々第１制御Ｓ１に用いている位相差を第１の判断ステップＳ２にてサーチ制御への切り替えの判断に利用することができるため、周波数制御部３１での制御を簡易にすることができる。
【００５７】
以上本発明について実施形態を例に説明したが、本発明はこれに限らない。例えば、上記実施形態ではミラー駆動装置が共焦点顕微鏡に用いられる例で説明したが、本発明のミラー駆動装置やミラー駆動方法は他の機器に適用されても良い。例えば、振動するミラーに光を当てて、反射する光を投影する投影器に用いられても良い。
【００５８】
また、本発明のＭＥＭＳスキャナーの構成や回路構成を適宜変更することができる。例えば、ミラー２ｍの駆動手段やミラー２ｍのポジション検知手段は上記以外の構成であっても良い。
【００５９】
また、上記実施形態では、第２制御においてミラー２ｍの共振周波数をサーチしたが、このサーチは必須ではない。例えば、第２制御においてドライブ信号発生部３２から出力される所定の周波数のドライブ信号を周波数制御部３１に記憶された予め定められた周波数のドライブ信号としても良い。このドライブ信号の周波数は、例えば、製品の製造時におけるミラー２ｍの共振周波数とすれば良い。
【００６０】
また、本実施形態では、受光部５としてラインセンサを例に説明したが、受光部５は、ラインセンサではなく１画素分の受光素子であっても良い。この場合、上記実施形態でＭＥＭＳスキャナー２と対物レンズＬ３との間に配置されたハーフミラーＨＭを光源１とＭＥＭＳスキャナー２との間に配置し、光源１からの光を透過して、ＭＥＭＳスキャナー２からの光を受光部５に向けて反射する構成とする。そして、受光部５とハーフミラーＨＭとの間にピンホールが形成されたピンホール板を配置する。このピンホール板は、対物レンズＬ３から出射する光が試料ＳＡ上に集光する場合、試料ＳＡで反射する光がピンホール内で集光してピンホールを通過する構成とする。このように構成することで、ピンホールを通過する光は受光部５の受光素子で受光される。一方、試料ＳＡに光が集光しない場合に多くの光はピンホールを通過することできず受光部５に入射することができない。こうして光が試料ＳＡ上に集光しているか否かを受光部５からの信号で区別することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
以上説明したように、本発明によれば、ミラーが不適切な周波数で振動することを防止できるミラー駆動装置、ミラー駆動方法が提供され、共焦点顕微鏡や投影装置等への利用ができる。
【符号の説明】
【００６２】
１・・・光源
２・・・ＭＥＭＳスキャナー
２ｍ・・・ミラー
３・・・ミラー駆動部
４・・・システム同期信号発生部
５・・・受光部
６・・・光源制御部
３１・・・周波数制御部
３２・・・ドライブ信号発生部
３３・・・バイアス回路
３４・・・静電容量検出回路
３５・・・ゼロクロスコンパレータ
３６・・・位相比較器
３７・・・振幅計測部
４１・・・マルチセレクタ
４２・・・移送器
ＨＭ・・・ハーフミラー
Ｌ１・・・集光レンズ
Ｌ２・・・コリメートレンズ
Ｌ３・・・対物レンズ
Ｌ４・・・集光レンズ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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