(57)【要約】ｘ−ｚ平面内で光軸（ｚ）を定義する連続レンズ系（２００）によって発生される電磁ビームの焦点スポットを偏向させるための音響光学偏向器の第１の対（１０）と、ｘ−ｚ平面に実質的に垂直なｙ−ｚ平面内で焦点スポットを偏向させるための音響光学偏向器の第２の対（２０）とを備える走査器システム（１００）を用いて、連続走査軌道に沿って走査するための方法であって、第１の偏向器対（１０）の偏向器（１２、１２’）、及び第２の偏向器対（２０）の偏向器（２２、２２’）において、時間と共に連続的に音響周波数掃引を変化させて、焦点スポットを、走査軌道に沿って連続的に移動させる。【選択図】図１
2015506497.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｘ−ｚ平面内で光軸（ｚ）を定義する連続レンズ系（２００）によって発生される電磁ビームの焦点スポットを偏向させるための音響光学偏向器の第１の対（１０）と、前記ｘ−ｚ平面に実質的に垂直なｙ−ｚ平面内で焦点スポットを偏向させるための音響光学偏向器の第２の対（２０）とを備える走査器システム（１００）を用いて、連続走査軌道に沿って走査する方法であって、
前記第１の偏向器対（１０）の前記偏向器（１２、１２’）及び前記第２の偏向器対（２０）の前記偏向器（２２、２２’）において、時間と共に連続的に音響周波数掃引を変化させて、前記焦点スポットを前記走査軌道に沿って連続的に移動させる
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
第１の速度（ｖｘ）で前記ｘ軸に沿って前記焦点スポットを移動させるために、前記第１の偏向器対（１０）の前記偏向器（１２、１２’）の前記音響周波数掃引間の傾きの不一致を設定し、
前記走査軌道に沿って前記焦点スポットを連続的に移動させるために、前記第１の速度（ｖｘ）に応じて、第２の速度（ｖｙ）で前記ｙ軸に沿って前記焦点スポットを移動させるために、前記第２の偏向器対（２０）の前記偏向器（２２、２２’）の前記音響周波数掃引間の傾きの不一致を設定することによって、前記音響周波数掃引を変える
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記走査軌道に沿って前記焦点スポットを連続的に移動させるために、前記第１の速度（ｖｘ）及び前記第２の速度（ｖｙ）に応じて、第３の速度（ｖｚ）で前記ｚ軸に沿って前記焦点スポットを移動させるために、それぞれ前記第１及び第２の偏向器対（１０及び２０）の前記偏向器（１２、１２’及び２２、２２’）内部で時間と共に非線形的かつ非対称に音響周波数掃引を変える
請求項２に記載の方法。
【請求項４】
関数
【数１】
2015506497.tif 000034
及び
【数２】
2015506497.tif 000035
に従って前記第１の偏向器対（１０）の前記偏向器（１２、１２’）での前記音響周波数掃引を変え、
関数
【数３】
2015506497.tif 000036
及び
【数４】
2015506497.tif 000037
に従って前記第２の偏向器対（２０）の前記偏向器（２２、２２’）での前記音響周波数掃引を変え、
前記２つの偏向器対（１０、２０）が前記焦点スポットに関して同じｚ座標（ｚ＝ｚｘ＝ｚｙ）及び同じ第３の速度（ｖｚ＝ｖｚｘ＝ｖｚｙ）を生じるように、定数ｂ１ｘ、ｂ２ｘ、ｂ１ｙ、ｂ２ｙ、ｃ１ｘ、ｃ２ｘ、ｃ１ｙ、ｃ２ｙ、ｆ１０ｘ、ｆ２０ｘ、ｆ１０ｙ、ｆ２０ｙを決定する
請求項３に記載の方法。
【請求項５】
関数
【数５】
2015506497.tif 000038
及び
【数６】
2015506497.tif 000039
に従って前記第１の偏向器対（１０）の前記偏向器（１２、１２’）での前記音響周波数掃引を変え、
関数
【数７】
2015506497.tif 000040
及び
【数８】
2015506497.tif 000041
に従って前記第２の偏向器対（２０）の前記偏向器（２２、２２’）での前記音響周波数掃引を変え、
前記２つの偏向器対（１０、２０）が前記焦点スポットに関して同じ一定のｚ座標（ｚｘ＝ｚｙ＝ｃｏｎｓｔ（一定））を生じるように、定数ａ１ｘ、ａ２ｘを決定する
請求項２に記載の方法。
【請求項６】
１対（１０及び２０）の前記２つの偏向器（１２、１２’及び２２、２２’）での前記傾きが、式
【数９】
2015506497.tif 000042
及び
【数１０】
2015506497.tif 000043
を維持するように対称的に変えられるように前記傾きの不一致を設定する（ただし、Ｋ１ｘ（λ）、Ｋ２ｘ（λ）、Ｋ１ｙ（λ）、Ｋ２ｙ（λ）が、それぞれ所定の偏向器（１２、１２’、２２、２２’）での音響周波数ｆへの前記偏向角度θの依存性である）
請求項５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光軸（ｚ）を定義する連続レンズ系を横切る電磁ビームの焦点スポットをｘ−ｚ平面内で偏向させるための音響光学偏向器の第１の対と、ｘ−ｚ平面に実質的に垂直なｙ−ｚ平面内で焦点スポットを偏向させるための音響光学偏向器の第２の対とを備える走査器システムを用いて、連続走査軌道に沿って走査するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
３次元（３Ｄ）レーザ走査技術は、（走査、投影、検出、励起などを含めた）生物学的標本に対する測定を行うのに非常に重要である。
【０００３】
現況技術は、一般に、二光子レーザ走査顕微鏡を使用する。二光子レーザ走査顕微鏡は、比較的低い光子エネルギーのレーザ光を使用し、レーザ光の２つの光子を用いて、量子的事象で蛍光体を励起して蛍光光子を放出させ、その蛍光光子が次いで検出器によって検出される。２つの光子がほぼ同時に吸収される確率は非常に低く、高い励起光子束が必要とされ、したがって、実際上は、レーザビームの焦点スポット（そこでは、ビーム強度が二光子しきい値を超える）のみで二光子励起が生じる。また、励起レーザをモード同期させて、高強度で反跳するように光子を試料に到達させることによって、光子数が増加される。一般に、フェムト秒パルスレーザを使用して、二光子励起のために必要な光子束を提供すると共に、熱による試料の劣化を避けるために平均レーザビーム強度を十分に低く保つ。
【０００４】
生物学的標本を分析する場合、一般に、標本を移動させるのではなく、レーザビームの焦点スポットを移動させることが好ましい。標本の移動は、浸漬標本チャンバを使用するとき、または微小電極を用いて生物学的標本に関する電気的記録が行われるときには、実施するのが難しい。レーザビームを偏向させて焦点面（ｘ−ｙ平面）内の様々な点を走査することによって、また、例えば圧電式位置決め装置によって対物レンズをその光軸（軸ｚ）に沿って変位させて焦点面の深さを変えることによって、任意の軌道に沿った焦点スポットの移動を実現することができる。ＸＹ走査は、従来、検流計式走査器に取り付けられた偏向ミラーなどの機械光学偏向手段によって、所定の焦点面（ｘ−ｙ平面）内部でレーザビームを偏向させることによって実現されている。
【０００５】
機械的走査構成要素（すなわち、走査ミラー及び顕微鏡の対物レンズ）の慣性が、実現可能な走査速度に対して何らかの制約を課す。なぜなら、それらの走査構成要素は、３Ｄ走査を行うために物理的に変位させる必要があるからである。
【０００６】
従来の機械光学的解決策の代替として、高速音響光学偏向器が提案されている。
【０００７】
非特許文献１は、ビームを側方に移動させずにｚ軸に沿った焦点面の移動のみを実現するために、２つの偏向器から構成された音響光学レンズを提案しており、対向伝搬する音響波の位相を固定させている。このタイプの用途では、チャープ周波数音響波を発生させるべきであり、すなわち、偏向器の音響光学媒体内での音響波の周波数が連続的に変えられる。音響光学レンズの焦点の変化は、音響光学デバイスの光学開口を通る音響周波数の掃引速度を変えることによって実現される。ビームを移動させると同時に焦点面を変化させるためには、掃引速度を変えなければならず、また、１対の２つの偏向器の間の音響周波数差を導入すべきである。ｘ軸に沿って焦点スポットを移動させるためには、ｘ−ｚ平面内で偏向する偏向器間の音響周波数差を適用すべきであり、ｙ軸に沿って移動させるためには、ｙ−ｚ平面内で偏向する対の偏向器間の音響周波数差を適用すべきである。それぞれの対の周波数差の量が、スポットのｘ座標及びｙ座標を決定する。
【０００８】
上述した原理は、３Ｄ走査を提供するために音響光学走査器で使用される。音響光学走査器では、真の３Ｄ走査を実現するために、４つの偏向器が使用される。すなわち、特許文献１で述べられているように、ダイヤモンド状の空間体積内部の点に励起レーザビームを合焦する。通常動作中、ランダムアクセス走査が使用される。これは、音響光学偏向器を適切に制御することによって、３Ｄ空間内の任意の選択された点にアドレスすることができることを意味する。このモードは、ランダムアクセス多点走査（ＲＡＭＰ）と呼ばれている。
【０００９】
３ＤでのＲＡＭＰ動作に関して、偏向器をチャープ音響波で満たすべきであり、チャープ音響波は、時間と共に線形的にその周波数を変え、周波数掃引速度はほぼ等しいが、開始周波数が異なる。チャープの傾きが焦点深度（ｚレベル）を決定し、それぞれｘ−ｚ平面またはｙ−ｚ平面で偏向する偏向器対の要素内の瞬時周波数の差が、軸に対する焦点スポットの側方距離ｘ及びｙを与える。
【００１０】
例えばｘ−ｚ平面内で偏向する偏向器対の要素内の周波数関数は、以下のように定義することができる。
【００１１】
【数１】
2015506497.tif 000003
【００１２】
ＲＡＭＰ動作では、ａ１ｘとａ２ｘの量を等しく保つ（ａ１ｘ＝ａ２ｘ）ことによってｚレベルが制御され（一定に保たれ）、ａ１ｘ＝ａ２ｘであることから、ｘレベルは、式ｆ２ｘ−ｆ１ｘ＝ｆ２０ｘ−ｆ１０ｘによって決定される。従来技術の音響光学走査器では、望みの空間的位置に安定した焦点スポットを形成するために、値ａ１ｘとａ２ｘは等しくされる。新たな音響波が偏向器の光学開口を完全に満たさなければならないので、ＲＡＭＰモードでの２つの異なる空間点の間の切替え時間は、音響速度によって決定される。開口が音に対して幅Ｄを有する場合、音響光学媒体を速度ｖａｃの新たな音響波で満たすのにかかる時間は、ｔｓｗ＝Ｄ／ｖａｃである（音響的に回転されるＴｅＯ２偏向器構成では、この時間は、１５ｍｍの開口に関して２１μｓである）。
【００１３】
従来のＲＡＭＰモードに関連する問題の１つは、周波数の離散変化により、スポットが空間内で拡散し、そのため多光子励起が生じないので、切替え時間中に測定を行うことができないことである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】米国特許第７，２２７，１２７号
【特許文献２】国際公開第２０１０／０７６５７９号
【非特許文献】
【００１５】
【非特許文献１】Ｋａｐｌａｎ他「Ａｃｏｕｓｔｏ−ｏｐｔｉｃ  ｌｅｎｓ  ｗｉｔｈ  ｖｅｒｙ  ｆａｓｔ  ｆｏｃｕｓ  ｓｃａｎｎｉｎｇ」，  ＯＰＴＩＣＳ  ＬＥＴＴＥＲＳ／Ｖｏｌ．２６，Ｎｏ．１４／Ｊｕｌｙ  １５，（２００１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明の目的は、従来技術に関連する問題を克服することである。特に、本発明の目的は、音響光学偏向器のＲＡＭＰモードに関連する切替え時間をなくし、任意の走査軌道（曲線）に沿って焦点スポットを連続的に移動させるための新規の動作モードを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明者は、ｘ−ｚ平面偏向器対またはｙ−ｚ平面偏向器対での２つの偏向器の傾きが等しく保たれずに、時間的に変化する場合に、２Ｄ及び３Ｄで軌道（曲線）に沿って焦点スポットを移動させることが可能であることを認識している。
【００１８】
上述の目的は、請求項１に記載の方法によって実現される。
【００１９】
本発明の方法の特に有利な実施形態は、添付の特許請求の範囲における従属請求項で定義される。
【００２０】
本発明の方法を用いると、新たな周波数が光学開口を満たすまで待機する必要はない。なぜなら、周波数差が時間と共に連続的に変化する場合には、それにより、スポットが隣接する点に沿って移動し、１つの測定点から別の測定点への「跳躍」を必要としないからである。そのような「跳躍」は、空間内のスポットを拡散させることになる。本発明者は、焦点スポットが移動していることだけでは焦点スポットの点拡がり関数ＰＳＦが歪められないことを、理論的にも実験的にも認識して実証している。他方で、音響光学デバイスの適切な制御は、適切な電子ドライバ及び制御ソフトウェアによって実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】１対の音響光学偏向器によるビーム偏向の基礎の概略説明図
【図２】ｘ−ｚ平面及びｙ−ｚ平面で合焦する２つの連続する偏向器対を備える従来技術の走査システムの概略説明図
【図３】別の従来技術の走査システムの概略説明図
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明のさらなる詳細は、添付図面及び例示的実施形態から明らかになる。
【００２３】
図１は、第１の偏向器１２と第２の偏向器１２’を備える１対の音響光学偏向器１０によるビーム偏向の基礎の概略図である。
既知の様式でｘ−ｚ平面内で走査を行うために、第１の偏向器１２と第２の偏向器１２’は、対向伝搬する音響波１３と１３’を有する。偏向器１２、１２’を構成する結晶の結晶格子定数は、音響波が結晶を通って伝播することによってわずかに変えられ、それにより、偏向器の結晶は、格子定数を変えることができる厚い光学回折格子として作用する。
【００２４】
したがって、入射する電磁ビーム１４（一般にはレーザビーム）が、第１の偏向器１２によって、偏向されない０次ビーム１６と、１次偏向ビーム１８と、高次偏向ビームとに分割される。一般に、１次偏向ビーム１８のみに注目すればよいので、以下の論述では高次偏向ビームは無視する。第２の偏向器１２’によって偏向（回折）された１次ビーム１８’は、入射ビーム１４と同じ方向を有し、したがって、第１の偏向器１２によって偏向された０次ビーム１６と同じ方向を有する。したがって、この０次ビーム１６を、第２の偏向器１２’から出る２回回折された１次ビーム１８’から分離しなければならない。０次ビーム１６を分離するために２つの技術が一般的に使用されている。偏向器１２、１２’が異方性結晶から構成され、遅い剪断音響波の異方性ブラッグ回折を用いる場合、１次回折ビーム１８の偏波は、非回折０次ビーム１６に対して９０度回転され、したがって、単に偏光フィルタに通せば０次ビーム１６をフィルタ除去することができる。第２の技術によれば、２回回折された１次ビーム１８’と０次ビーム１６とが空間的に分離される。すなわち、２つの偏向器１２、１２’の間の間隔ｄは、第１の偏向器１２のビーム開口Ｄと１次回折角度θとによって予測される間隔よりも大きくなければならない。実際上、必要な間隔ｄは、ｄ≒１０×Ｄである。これにより、同じ偏向器内部で２つの対向伝搬する音響ビームが実現されることがなくなる。
【００２５】
図２は、連続する２対の偏向器（１０及び２０）を備える従来技術の走査システム１００を例示する。
第１の対１０は、ｘ−ｚ平面内で合焦するために提供される第１の偏向器１２と第２の偏向器１２’を備え、第２の対２０は、ｙ−ｚ平面で合焦するために提供される第３の偏向器２２と第４の偏向器２２’を備える。
【００２６】
図３は、異なる偏向器構成を含む従来技術の走査システム１００を例示する。
ここでは、偏向器１２、１２’と２２、２２’は、連続する２対１１０と１２０、すなわちドリフト補償ユニットとｚ方向合焦ユニットに分けられる。どちらの対１１０、１２０も、ｘ−ｚ平面内で動作する偏向器１２、１２’と、ｙ−ｚ平面内で動作する偏向器２２、２２’とを含む。２つの偏向器対１１０、１２０は、テレセントリック投影システム６０と光学的に連係される。走査システム１００は、さらに、第２のテレセントリック投影システム６０によって、対物レンズまたは同様のレンズ系２００の背面開口に投影される。
【００２７】
特許文献２に詳細に論じられているように、様々なタイプの光学収差を補償するために、様々な走査システム１００が提案されている。
【００２８】
本発明は、２対の音響光学偏向器、特に国際公開第２０１０／０７６５７９号（特許文献２）に開示されている任意の音響光学偏向器システムを備える任意の従来技術の走査器に適用することができる。本発明による方法は、二光子顕微鏡技術において音響光学走査の速度を高めるのに適しており、（所定の焦点面内の線分に沿った、すなわちｚ座標が一定である）２Ｄでの走査も、（試料内部での任意の３Ｄ軌道に沿った）３Ｄでの走査も可能にする。
【００２９】
ｘ−ｚ平面内で偏向する対１０の偏向器１２、１２’での周波数関数は、以下のように定義することができる。
【００３０】
【数２】
2015506497.tif 000004
【００３１】
同様に、ｙ−ｚ平面内で偏向する対２０の偏向器２２、２２’に関する周波数関数は、以下のように定義することができる。
【００３２】
【数３】
2015506497.tif 000005
【００３３】
２Ｄ走査：
比較的単純な実施形態では、ｚ座標を一定に保ち、ｘ座標とｙ座標のみを変えることによって、２Ｄでライン走査を行うことができる。この場合、ｘ−ｚ平面内またはｙ−ｚ平面内で偏向する連続する音響光学偏向器１２、１２’または２２、２２’内部での音響周波数掃引の傾きの不一致（すなわち、ＲＡＭＰ動作モードの場合と同様に、ａ１ｘとａ２ｘが等しくない）を利用することが可能である。所定の平面内での走査の速度は、それぞれ偏向器対１０及び２０にある偏向器の傾きの不一致をほぼ対称的に増加させることによって設定することができる。すなわち、これは、ａ１ｘ−ａ２ｘ及びａ１ｙ−ａ２ｙがゼロでなくなることを意味する。第１の対１０の偏向器１２と１２’が同一であり、第２の対２０の偏向器２２と２２’も同一である場合、対１０の２つの偏向器１２、１２’、及び対２０の２つの偏向器２２、２２’の傾きが以下の式を維持するように対称的に変えられるときには、偏向される焦点スポットの平面のｚレベルは変化しない。
Δａｘ＝ａ１ｘ−ａ２ｘ＝ｃｏｎｓｔ、及び、Δａｙ＝ａ１ｙ−ａ２ｙ＝ｃｏｎｓｔ
【００３４】
したがって、ａ１ｘ、ａ２ｘ、ａ１ｙ、及びａ２ｙは、以下のように選択することができる。
ａ１ｘ＝ａ１０ｘ＋Δａｘ、及びａ２ｘ＝ａ１０ｘ−Δａｘ
ａ１ｙ＝ａ１０ｙ＋Δａｙ、及びａ２ｙ＝ａ１０ｙ−Δａｙ
【００３５】
偏向器１２と１２’が同一でなく、偏向器２２と２２’も同一でない場合、以下の式を使用することができる。
【００３６】
ｘ−ｚ平面内での偏向に寄与する周波数掃引がそれぞれ傾きａ１ｘ及びａ２ｘを有する場合、焦点スポットは、以下の速度でｘ軸に沿って測定平面内を移動する。
【００３７】
【数４】
2015506497.tif 000006
【００３８】
ここで、Ｋ（λ）は、所定の偏向器での音響周波数ｆへの偏向角度θの依存性である。すなわち、θ＝Ｋ（λ）ｆであり、λは光波長である。１対の第１の偏向器と第２の偏向器は、構成及び幾何形状が異なっていてよく、したがってＫ１とＫ２は異なる。Ｍは、走査器１００と対物レンズ２００との間の光学系の倍率であり、ｆｏｂｊは、対物レンズの実効焦点距離、または対物レンズ２００として使用される任意のレンズ系の実効焦点距離である。同じことが、ｙ−ｚ平面に関しても当てはまる。すなわち、
【００３９】
【数５】
2015506497.tif 000007
【００４０】
したがって、上記の２つの速度を両方設定することによって、所定の焦点面内での任意のドリフト方向を調節することができる。
【００４１】
シミュレーションにより示されているように、スポット自体は、ドリフト中にそのパラメータを大幅には変えず、ストレールレシオのみが、静止した焦点スポットに関して有効な規則に従って、最適点からの（走査される体積の中心からの）距離と共に減少する。
【００４２】
最良のスポットサイズ及び形状を得るために、掃引の傾きの不一致は、任意のｚ≠０平面内で非点収差が最小になるように最適化される。非点収差を最小にするという制約は、ｘ方向及びｙ方向で偏向する偏向器対の周波数の傾き（ｘ−ｚ平面に関して設定されるａ１ｘとａ２ｘ、及びｙ−ｚ平面に関して設定されるａ１ｙとａ２ｙ）の差を引き起こす。本発明者は、所定のｚでの平面内で望みの方向に望みの速度ｖでスポットを移動させる周波数掃引の傾きを求めるアルゴリズムにおいて、かなり単純な方法を使用する。
【００４３】
図３に示される走査システム１００では、ドリフト補償ユニット１１０の偏向器１２及び２２は、走査器ユニット１２０の偏向器２２’及び１２’上に投影される。光学系の設計は、走査システム１００を組み込む顕微鏡の公称焦点面内で非点収差がゼロになるように形成された。非点収差は、ｘ方向偏向器とｙ方向偏向器の傾きの値が等しい場合、この平面からのΔｚ距離と共にほぼ線形に増加することになる。しかし、これらは、走査される体積全体にわたって、取り得る最良の焦点スポットＰＳＦが得られるように各偏向器の傾きを実験に基づいて選択することによって、任意のｚ＝ｃｏｎｓｔ（一定）の平面に関して非点収差がゼロまたはほぼゼロになるように設定される。非点収差をゼロにするための条件は、ｚｘ＝ｚｙである。ｘ−ｚ平面またはｙ−ｚ平面でのｚ値は、以下のように、それぞれの偏向器での傾きから直接求めることができる。
【００４４】
【数６】
2015506497.tif 000008
【００４５】
ここで、Ｍｘ及びＭｙは、それぞれの平面内での、走査システム１００及び対物レンズ２００に連係されたテレセントリックシステムの倍率である。
【００４６】
それぞれ同じ方向（ｘ方向またはｙ方向）で偏向する２つの偏向器１２、１２’及び２２、２２’の間の傾きの差Δａｘ＝ａ１ｘ−ａ２ｘ及びΔａｙ＝ａ１ｙ−ａ２ｙは、望みのスポットドリフトパラメータ、すなわち方向と速度によって設定される。方向は、ｘ軸に対するドリフト方向の角度αとして定義することができる。以下のようにして求められる傾きの差によって、所定の方向α及び所定の速度ｖを設定することができる。
【００４７】
【数７】
2015506497.tif 000009
【００４８】
１対（１０及び２０）の２つの偏向器（１２、１２’及び２２、２２’）の傾きが、
【００４９】
【数８】
2015506497.tif 000010
【００５０】
及び
【００５１】
【数９】
2015506497.tif 000011
【００５２】
を維持するように対称的に変えられる場合には、平面のｚレベルは変化しない。
【００５３】
３Ｄ走査：
線形チャープではなく非線形チャープを使用し、それと同時に、異なる偏向器の傾きの対称的な変化を維持しないとき、原理的には、任意の３Ｄ経路に沿った走査を実現することができる。３Ｄ経路は、関数ｚ＝ｆ（ｘ，ｙ）によって与えられ、ｘ、ｙ、ｚは、試料体積のデカルト座標であり、その原点は、例えば、光軸ｚと対物レンズの公称焦点面との交点によって定義される点にある。よく知られているａ１ｘなど傾きの値を用いた速度に関する基本式は、以下のようなものである。
【００５４】
【数１０】
2015506497.tif 000012
【００５５】
しかし、空間内でスポットを拡散させないために、ｚｘ＝ｚｙ及びｖｚｘ＝ｖｚｙが常に満たされなければならない。これらは、以下のように、取り得る傾きの値及びそれらの時間導関数
【００５６】
【数１１】
2015506497.tif 000013
【００５７】
などに制約を加える。
【００５８】
【数１２】
2015506497.tif 000014
【００５９】
及び
【００６０】
【数１３】
2015506497.tif 000015
【００６１】
座標ｚは、一般に以下のように表すことができる。
【００６２】
【数１４】
2015506497.tif 000016
【実施例】
【００６３】
実施例１：
例示的な設定では、ａ１ｘとａ２ｘは、以下の式に従って制御される。
【００６４】
【数１５】
2015506497.tif 000017
【００６５】
及び
【００６６】
【数１６】
2015506497.tif 000018
【００６７】
この場合、以下の式が成り立つ。
【００６８】
【数１７】
2015506497.tif 000019
【００６９】
さらに、偏向器１２、１２’が同一である走査システム１００を考えると、Ｋ１ｘ＝Ｋ２ｘ＝Ｋｘであり、したがって、以下の式が得られる。
【００７０】
【数１８】
2015506497.tif 000020
【００７１】
これらの値を使用すると、所定の偏向器対１０での周波数（例えばｘ方向での周波数）は、以下のようになる。
【００７２】
【数１９】
2015506497.tif 000021
【００７３】
これらを用いて、以下のようにｘ座標を求めることができる。
【００７４】
【数２０】
2015506497.tif 000022
【００７５】
上記の考察は、同様に、ｙ方向走査の制御にも適用することができる。すなわち、
【００７６】
【数２１】
2015506497.tif 000023
【００７７】
ここから、ｙ座標を同様に求めることができる。すなわち、
【００７８】
【数２２】
2015506497.tif 000024
【００７９】
ｚに関して設定された制約（ｚｘ＝ｚｙ及びｖｚｘ＝ｖｚｙ）を使用して、ｂ１ｘ、ｂ２ｘ、ｂ１ｙ、ｂ２ｙ、ｃ１ｘ、ｃ１ｙ、ｆ１０ｘ、ｆ２０ｘ、ｆ１０ｙ、ｆ２０ｙの間の制約を見出すことができる。
【００８０】
これらの式をより単純にするために、ｆ１０ｘ、ｆ２０ｘ、ｆ１０ｙ、及びｆ２０ｙは、以下のように選択される：ｆ１０ｘ＝ｄｘ、及びｆ２０ｘ＝０、ならびにｆ１０ｙ＝ｄｙ、及びｆ２０ｙ＝０。
【００８１】
この場合、上記の制約は、以下のようになる。
【００８２】
【数２３】
2015506497.tif 000025
【００８３】
ｚに沿った速度がｔに関わらず一定であることを要求することによって、さらなる制約設けることができる。これは、ｖｚの式におけるｔ依存項の係数がゼロでなければならないことを意味する。
【００８４】
これは、以下のようにｂ係数に制約を課す。
【００８５】
【数２４】
2015506497.tif 000026
【００８６】
これをｘの式（及び対称的にｙの式）に適用すると、以下の式が得られる。
【００８７】
【数２５】
2015506497.tif 000027
【００８８】
また、それに従って、ｘに沿った速度は以下のようになる。
【００８９】
【数２６】
2015506497.tif 000028
【００９０】
ｚの式は、以下のようになる。
【００９１】
【数２７】
2015506497.tif 000029
【００９２】
ｖｘがｔに依存しないように（及びｘがｔ２に依存しないように）、ｂ１ｘは、ｂ１ｘ＝０と設定することができる。これは、ｂ２ｘ＝０を直に意味する。その結果、ｘ−ｚ平面内でのセルと対物レンズの間の倍率が１（すなわちＭｘ＝１）でない限り、ｖｚｘ＝０となる。
【００９３】
ｂ１ｘ＝０とＭｘ＝１が同時に成り立つ場合、第２の偏向器ｘ１２’及びｙ２２’での周波数の傾きのみが時間と共に変わればよいので、座標に関して非常に単純な式が得られる。これに関して、両方の倍率が１（すなわちＭｘ＝Ｍｙ＝１）となるように制約すべきである。この制約は、（ｘ方向偏向器１２、１２’及びｙ方向偏向器２２、２２’間の距離及び偏向器サイズＩに比べて）長い焦点距離のレンズを含む機構によってほぼ満たすことができ、または、特別に設計された円柱形の非点収差レンズによって正確に満たすことができる。この単純な場合には、座標は、以下のようになる。
【００９４】
【数２８】
2015506497.tif 000030
【００９５】
速度は、以下のようになる。
【数２９】
2015506497.tif 000031
【００９６】
しかし、ｚ制約（ｚｘ＝ｚｙ）から、以下の式が得られる。
【００９７】
【数３０】
2015506497.tif 000032
【００９８】
及び
【００９９】
【数３１】
2015506497.tif 000033
【０１００】
任意の連続する軌道に沿って走査することを望むとき、上記の式により、望みのｘ，ｙ座標を定めるためにｃ１ｘ、ｃ１ｙ、及びｄｙ−ｄｘを設定することができ、ｚ座標は、それに従って、ｘ座標及びｙ座標から決定されたｃ１ｘ及びｃ１ｙを使用してｂ２ｘ及びｂ２ｙを設定することによって設定することができる。
【０１０１】
上述の実施形態は、例示としてのみ意図されていて、本発明を限定するものではない。特許請求の範囲によって決定される保護範囲から逸脱することなく、当業者には様々な修正が可能である。
【図１】
2015506497.tif 000044
【図２】
2015506497.tif 000045
【図３】
2015506497.tif 000046
【手続補正書】
【提出日】平成25年11月4日(2013.11.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
２Ｄ走査：
比較的単純な実施形態では、ｚ座標を一定に保ち、ｘ座標とｙ座標のみを変えることによって、２Ｄでライン走査を行うことができる。この場合、ｘ−ｚ平面内またはｙ−ｚ平面内で偏向する連続する音響光学偏向器１２、１２’または２２、２２’内部での音響周波数掃引の傾きの不一致（すなわち、ＲＡＭＰ動作モードの場合と同様に、ａ１ｘとａ２ｘが等しくない）を利用することが可能である。所定の平面内での走査の速度は、それぞれ偏向器対１０及び２０にある偏向器の傾きの不一致をほぼ対称的に増加させることによって設定することができる。すなわち、これは、ａ１ｘ−ａ２ｘ及びａ１ｙ−ａ２ｙがゼロでなくなることを意味する。第１の対１０の偏向器１２と１２’が同一であり、第２の対２０の偏向器２２と２２’も同一である場合、対１０の２つの偏向器１２、１２’、及び対２０の２つの偏向器２２、２２’の傾きが以下の式を維持するように対称的に変えられるときには、偏向される焦点スポットの速度ｖｘ及びｖｙは変化しない。
Δａｘ＝ａ１ｘ−ａ２ｘ＝ｃｏｎｓｔ、及び、Δａｙ＝ａ１ｙ−ａ２ｙ＝ｃｏｎｓｔ
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｘ−ｚ平面内で光軸（ｚ）を定義する連続レンズ系（２００）によって発生される電磁ビームの焦点スポットを偏向させるための音響光学偏向器の第１の対（１０）と、前記ｘ−ｚ平面に実質的に垂直なｙ−ｚ平面内で焦点スポットを偏向させるための音響光学偏向器の第２の対（２０）とを備える走査器システム（１００）を用いて、連続走査軌道に沿って走査する方法であって、
前記第１の偏向器対（１０）の前記偏向器（１２、１２’）及び前記第２の偏向器対（２０）の前記偏向器（２２、２２’）において、時間と共に連続的に音響周波数掃引の傾きの差を変化させ、
前記傾きの差を変化させることが、
第１の速度（ｖｘ）で前記ｘ軸に沿って前記焦点スポットを移動させるために、前記第１の偏向器対（１０）の前記偏向器（１２、１２’）の前記音響周波数掃引間の時間依存する傾きの差を設定し、
前記走査軌道に沿って前記焦点スポットを連続的に移動させるために、前記第１の速度（ｖｘ）に応じて、第２の速度（ｖｙ）で前記ｙ軸に沿って前記焦点スポットを移動させるために、前記第２の偏向器対（２０）の前記偏向器（２２、２２’）の前記音響周波数掃引間の時間依存する傾きの差を設定する
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記走査軌道に沿って前記焦点スポットを連続的に移動させるために、前記第１の速度（ｖｘ）及び前記第２の速度（ｖｙ）に応じて、第３の速度（ｖｚ）で前記ｚ軸に沿って前記焦点スポットを移動させるために、それぞれ前記第１及び第２の偏向器対（１０及び２０）の前記偏向器（１２、１２’及び２２、２２’）内部で時間と共に非線形的に音響周波数掃引を変え、１対（１０、２０）の前記２つの偏向器（１２、１２’および２２、２２’）の前記周波数の傾きを非対称に変える
る
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
関数
【数１】
2015506497.tif 000047
及び
【数２】
2015506497.tif 000048
に従って前記第１の偏向器対（１０）の前記偏向器（１２、１２’）での前記音響周波数掃引を変え、
関数
【数３】
2015506497.tif 000049
及び
【数４】
2015506497.tif 000050
に従って前記第２の偏向器対（２０）の前記偏向器（２２、２２’）での前記音響周波数掃引を変え、
前記２つの偏向器対（１０、２０）が前記焦点スポットに関して同じｚ座標（ｚ＝ｚｘ＝ｚｙ）及び同じ第３の速度（ｖｚ＝ｖｚｘ＝ｖｚｙ）を生じるように、定数ｂ１ｘ、ｂ２ｘ、ｂ１ｙ、ｂ２ｙ、ｃ１ｘ、ｃ２ｘ、ｃ１ｙ、ｃ２ｙ、ｆ１０ｘ、ｆ２０ｘ、ｆ１０ｙ、ｆ２０ｙを決定する
請求項２に記載の方法。
【請求項４】
関数
【数５】
2015506497.tif 000051
及び
【数６】
2015506497.tif 000052
に従って前記第１の偏向器対（１０）の前記偏向器（１２、１２’）での前記音響周波数掃引を変え、
関数
【数７】
2015506497.tif 000053
及び
【数８】
2015506497.tif 000054
に従って前記第２の偏向器対（２０）の前記偏向器（２２、２２’）での前記音響周波数掃引を変え、
前記２つの偏向器対（１０、２０）が前記焦点スポットに関して同じ一定のｚ座標（ｚｘ＝ｚｙ＝ｃｏｎｓｔ（一定））を生じるように、時間依存する音響周波数掃引の傾きａ１ｘ、ａ２ｘを決定する
請求項１に記載の方法。
【請求項５】
１対（１０及び２０）の前記２つの偏向器（１２、１２’及び２２、２２’）での前記傾きが、式
【数９】
2015506497.tif 000055
及び
【数１０】
2015506497.tif 000056
を維持するように対称的に変えられるように前記傾きの差を設定する（ただし、Ｋ１ｘ（λ）、Ｋ２ｘ（λ）、Ｋ１ｙ（λ）、Ｋ２ｙ（λ）が、それぞれ所定の偏向器（１２、１２’、２２、２２’）での音響周波数ｆへの前記偏向角度θの依存性である）
請求項４に記載の方法。
【国際調査報告】
2015506497.tif 000057
2015506497.tif 000058
2015506497.tif 000059