(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
走査対象物を一本の軸に沿って走査するための大変位走査機構であり、
走査される移動部材と、
複数のアクチュエーター要素と、それらを互いに連結している少なくとも一つの中間部材とからなり、一本の軸に沿って変位し得るアクチュエーターと、
アクチュエーターを支持する支持部材と、
アクチュエーターの不所望な曲がりを規制するための、中間部材の不所望な動きを規制するアクチュエーター用直動案内とを有し、
移動部材はアクチュエーターの一方の端に固定され、アクチュエーターの他方の端は支持部材に固定されている、大変位走査機構。
【請求項２】
請求項１において、移動部材の不所望な動きを規制するための移動部材用直動案内を更に有している、大変位走査機構。
【請求項３】
請求項１において、アクチュエーター用直動案内は、中間部材の各々に接して配置される複数の鋼球と、鋼球を軸に垂直に中間部材に押し付ける中間部材押圧機構とを有している、大変位走査機構。
【請求項４】
請求項２において、移動部材用直動案内は、移動部材に接して配置される複数の鋼球と、鋼球を軸に垂直に移動部材に押し付ける移動部材押圧機構とを有している、大変位走査機構。
【請求項５】
走査対象物を二本の軸に沿って走査するための大変位走査機構であり、
走査される移動部材と、
複数の第一のアクチュエーター要素と、それらを互いに連結している少なくとも一つの第一の中間部材とからなり、第一の軸に沿って変位し得る第一のアクチュエーターと、
第一のアクチュエーターを支持する第一の支持部材と、
複数の第二のアクチュエーター要素と、それらを互いに連結している少なくとも一つの第二の中間部材とからなり、第一の軸と異なる第二の軸に沿って変位し得る第二のアクチュエーターと、
第二のアクチュエーターを支持する第二の支持部材と、
第一のアクチュエーターの不所望な曲がりを規制するための、第一の中間部材の不所望な動きを規制する第一のアクチュエーター用直動案内と、
第二のアクチュエーターの不所望な曲がりを規制するための、第二の中間部材の不所望な動きを規制する第二のアクチュエーター用直動案内とを有しており、
移動部材は第一のアクチュエーターの一方の端に固定され、第一のアクチュエーターの他方の端は第一の支持部材に固定され、第一の支持部材は第二のアクチュエーターの一方の端に固定され、第二のアクチュエーターの他方の端は第二の支持部材に固定されている、大変位走査機構。
【請求項６】
請求項５において、移動部材の不所望な動きを規制するための移動部材用直動案内を更に有している、大変位走査機構。
【請求項７】
請求項５において、第一の支持部材の不所望な動きを規制するための支持部材用直動案内を更に有している、大変位走査機構。
【請求項８】
請求項５において、第一のアクチュエーター用直動案内は、第一の中間部材の各々に接して配置される複数の鋼球と、鋼球を第一の軸に垂直に中間部材に押し付ける第一の中間部材押圧機構とを有している、大変位走査機構。
【請求項９】
請求項６において、移動部材用直動案内は、移動部材に接して配置される複数の鋼球と、鋼球を第一の軸に垂直に移動部材に押し付ける移動部材押圧機構とを有している、大変位走査機構。
【請求項１０】
請求項５において、第二のアクチュエーター用直動案内は、第二の中間部材の各々に接して配置される複数の鋼球と、鋼球を第二の軸に垂直に中間部材に押し付ける第二の中間部材押圧機構とを有している、大変位走査機構。
【請求項１１】
請求項１０において、支持部材用直動案内は、支持部材に接して配置される複数の鋼球と、鋼球を第二の軸に垂直に第二の支持部材に押し付ける支持部材押圧機構とを有している、大変位走査機構。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、走査型プローブ顕微鏡等に用いられる走査機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
走査型プローブ顕微鏡は、例えば、探針と試料とを相対的にＸＹ方向にラスター走査（ＸＹ走査）しながら、Ｚ方向についても試料と探針との相互作用が一定になるようフィードバック制御（Ｚ走査）することにより、試料の所望の領域の表面情報を得る装置である。
【０００３】
その走査機構は、探針あるいは試料を移動（ＸＹ走査およびＺ走査）させるためのアクチュエーターを有しており、それには一般に圧電アクチュエーターが利用されている。走査機構は、例えば、一軸に沿って変位し得る複数の積層型圧電アクチュエーターを組み合わせて構成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
走査型プローブ顕微鏡の走査機構は、例えば長いストロークすなわち広い走査範囲を有していることが望まれている。また、その一方で、高速走査のために高い共振周波数を有していることが望まれている。
【０００５】
広い走査範囲を得るには、変位軸に沿った寸法が長いアクチュエータを用いればよい。しかし、長いアクチュエーターは曲げ方向の剛性が低く、振動し易く、共振周波数が低いため、高速で駆動することができない。従って、長いアクチュエーターを用いた走査機構は高速走査に適さない。
【０００６】
本発明の目的は、広い走査範囲を有しながらも、高速走査に適した走査機構を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明はひとつには、走査対象物を一本の軸に沿って走査するための大変位走査機構であり、走査される移動部材と、複数のアクチュエーター要素と、それらを互いに連結している少なくとも一つの中間部材とからなり、一本の軸に沿って変位し得るアクチュエーターと、アクチュエーターを支持する支持部材と、アクチュエーターの不所望な曲がりを規制するための、中間部材の不所望な動きを規制するアクチュエーター用直動案内とを有し、移動部材はアクチュエーターの一方の端に固定され、アクチュエーターの他方の端は支持部材に固定されている。
【０００８】
本発明はひとつには、走査対象物を二本の軸に沿って走査するための大変位走査機構であり、走査される移動部材と、複数の第一のアクチュエーター要素と、それらを互いに連結している少なくとも一つの第一の中間部材とからなり、第一の軸に沿って変位し得る第一のアクチュエーターと、第一のアクチュエーターを支持する第一の支持部材と、複数の第二のアクチュエーター要素と、それらを互いに連結している少なくとも一つの第二の中間部材とからなり、第一の軸と異なる第二の軸に沿って変位し得る第二のアクチュエーターと、第二のアクチュエーターを支持する第二の支持部材と、第一のアクチュエーターの不所望な曲がりを規制するための、第一の中間部材の不所望な動きを規制する第一のアクチュエーター用直動案内と、第二のアクチュエーターの不所望な曲がりを規制するための、第二の中間部材の不所望な動きを規制する第二のアクチュエーター用直動案内とを有しており、移動部材は第一のアクチュエーターの一方の端に固定され、第一のアクチュエーターの他方の端は第一の支持部材に固定され、第一の支持部材は第二のアクチュエーターの一方の端に固定され、第二のアクチュエーターの他方の端は第二の支持部材に固定されている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
【００１０】
本発明の大変位走査機構の第一の実施の形態が図１と図２に示される。
【００１１】
図１に示されるように、本実施形態の大変位走査機構１００は、走査される移動部材１１０と、一本の軸すなわちＺ軸に沿って変位し得るアクチュエーター１２０と、アクチュエーター１２０を支持する支持部材１３０とを有している。
【００１２】
図１と図２から分かるように、支持部材１３０は有底円筒形状をしている。つまり、支持部材１３０は円柱の外観形状を有し、その中央にＺ軸に沿って延びる孔１３２を有している。
【００１３】
アクチュエーター１２０は、図１に示されるように、支持部材１３０の孔１３２の中に配置され、下側の端部が支持部材１３０（の孔１３２の底面）に例えば接着により固定されている。移動部材１１０は、アクチュエーター１２０の上側の端部に例えば接着により固定されている。
【００１４】
アクチュエーター１２０は、例えば、複数の（例えば三つの）アクチュエーター要素１２２と、それらを互いに連結している少なくとも一つの（例えば二つの）中間部材１２４とで構成されている。しかしながら、アクチュエーター１２０は、比較的長い一つのアクチュエーター要素で構成されてもよい。
【００１５】
アクチュエーター要素は例えば積層型圧電アクチュエーターであるが、これに限定されることはなく、チューブ型圧電アクチュエーターや磁歪アクチュエーターなどであってもよい。
【００１６】
大変位走査機構１００は更に、アクチュエーター１２０の不所望な曲がりを規制するためのアクチュエーター用直動案内を有している。
【００１７】
アクチュエーター用直動案内は、図１と図２から分かるように、中間部材１２４の各々に接して配置される複数の（例えば三つの）鋼球１４２と、鋼球１４２をＺ軸に垂直に中間部材１２４に押し付ける中間部材押圧機構とで構成されている。
【００１８】
中間部材押圧機構は、支持部材１３０に設けられた三つのねじ孔１３４と、これらのねじ孔１３４に係合された三本のねじ１４４とで構成されている。三つのねじ孔１３４は共にＺ軸に直交し、Ｚ軸周りに１２０°の間隔に配置されている。
【００１９】
アクチュエーター用直動案内は、Ｚ軸に平行な中間部材１２４の移動を妨げることなく、Ｚ軸に非平行な中間部材１２４の移動を抑える。中間部材１２４は、変位量が小さいときは、鋼球１４２の弾性変形により変位し、変位量が大きいときは、鋼球１４２との間のすべりにより、あるいは鋼球１４２のころがりにより変位すると考えられる。
【００２０】
大変位走査機構１００は更に、移動部材の不所望な動きを規制するための移動部材用直動案内を有している。
【００２１】
移動部材用直動案内は、アクチュエーター用直動案内と同様に、移動部材１１０に接して配置される三つの鋼球１５２と、鋼球１５２をＺ軸に垂直に移動部材１１０に押し付ける移動部材押圧機構とで構成されている。移動部材押圧機構は、支持部材１３０にＺ軸周りに等間隔で形成されたＺ軸に直交する三つのねじ孔１３６と、これらのねじ孔１３６に係合された三本のねじ１５４とで構成される。
【００２２】
この移動部材用直動案内は、Ｚ軸に平行な移動部材１１０の移動を妨げることなく、Ｚ軸に非平行な移動部材１１０の移動を抑える。移動部材１１０は、変位量が小さいときは、鋼球１５２の弾性変形により変位し、変位量が大きいときは、鋼球１５２との間のすべりにより、あるいは鋼球１５２のころがりにより変位すると考えられる。
【００２３】
アクチュエーター１２０は、その変位軸すなわちＺ軸に沿って並べて配置された複数のアクチュエーター要素１２２を有しているので、大変位走査機構１００は長いストロークすなわち走査範囲を有する。
【００２４】
アクチュエーター１２０の曲げ方向の剛性は当然ながらアクチュエーター要素１２２の曲げ方向の剛性よりも低い。しかし、アクチュエーター要素１２２を連結している中間部材１２４はアクチュエーター用直動案内によってＺ軸に非平行な移動が規制されているので、アクチュエーター１２０の曲げ方向の剛性は、それ単体の曲げ方向の剛性よりも高い。
【００２５】
つまり、大変位走査機構１００のアクチュエーター１２０の曲げ方向の剛性は、アクチュエーター用直動案内によって、アクチュエーター要素１２２を単に連結した構造体（すなわちアクチュエーター１２０単体）の曲げ方向の剛性よりも高められている。
【００２６】
曲げ方向の共振周波数（横振動）は伸縮方向の共振周波数（縦振動）よりも低いので、横振動の共振周波数を上げることで、制御系からみたメカ系の一次共振周波数を上げることができる。制御対象であるメカ系の共振周波数が高くなれば、制御系の周波数を上げることができ、応答の速い制御が可能になる。
【００２７】
従って、大変位走査機構１００は、アクチュエーター１２０の曲げ方向の剛性が高められていることにより、共振周波数が高く、高い周波数で駆動することができる。
【００２８】
また、大変位走査機構１００は、アクチュエーター１２０の曲げ方向の剛性が高められているので、曲げ方向の振動変位が小さく、正確な駆動ができる。これに加えて、移動部材１１０は移動部材用直動案内によってＺ軸に非平行な移動が規制されているので、大変位走査機構１００は移動部材１１０の振動が少ない。
【００２９】
アクチュエーター要素１２２である圧電アクチュエータは焼結材なので破損しやすい。また薄い圧電体を積層した積層型圧電アクチュエータは接着面が多く、接着面は引っ張り応力に弱い。しかし、アクチュエーター１２０の曲げ方向の剛性が高められているので、大変位走査機構１００は圧電アクチュエータのせん断応力や曲げ応力による破損を効果的に防止できる。
【００３０】
本発明の大変位走査機構は上述した実施の形態に限定されない。従って、本実施形態の大変位走査機構１００は様々な変形されてもよい。
【００３１】
例えば、アクチュエーター用直動案内は、図３に示されるように、中間部材１２４の各々に接して配置される四つの鋼球１４２と、鋼球１４２をＺ軸に垂直に中間部材１２４に押し付けるために、支持部材１３０にＺ軸周りに等間隔で形成されたＺ軸に直交する四つのねじ孔１３４と、これらのねじ孔１３４に係合された四本のねじ１４４とで構成されてもよい。
【００３２】
また、アクチュエーター用直動案内は、鋼球を用いた案内の他に、ローラーすなわちころを用いた案内や、線材の曲げを利用した案内、板材の曲げを利用した案内、Ｏ−リング等の弾性部材を用いた案内であってもよい。
【００３３】
本発明の大変位走査機構の第二の実施の形態が図４と図５に示される。
【００３４】
図４と図５に示されるように、本実施形態の大変位走査機構２００は、走査される移動部材２１０と、一本の軸すなわちＸ軸に沿って変位し得るアクチュエーター２２０と、アクチュエーターを支持する支持部材２３０とを有している。
【００３５】
支持部材２３０は、板状のベース部２３２と、ベース部２３２から突出した側壁部２３４とを有してる。ベース部２３２はＸＹ平面に沿って広がり、側壁部２３４はＺＸ平面に沿って広がっている。
【００３６】
移動部材２１０はアクチュエーター２２０の一方の端に例えば接着により固定され、アクチュエーター２２０の他方の端は支持部材２３０の側壁部２３４に例えば接着により固定されている、
アクチュエーター２２０は、複数の（例えば三つの）アクチュエーター要素２１２と、それらを互いに連結している少なくとも一つの（例えば二つの）中間部材２２４とで構成されている。しかし、アクチュエーター２２０は一つの長いアクチュエーター要素で構成されてもよい。
【００３７】
アクチュエーター要素は例えば積層型圧電アクチュエーターであるが、これに限定されることはなく、チューブ型圧電アクチュエーターや磁歪アクチュエーターなどであってもよい。
【００３８】
大変位走査機構２００は更に、アクチュエーター２２０の不所望な曲がりを規制するためのアクチュエーター用直動案内と、移動部材２１０の不所望な動きを規制するための移動部材用直動案内を有している。
【００３９】
アクチュエーター用直動案内と移動部材用直動案内は、与圧板２６２と、これを支持部材２３０のベース部２３２に固定するためのねじ２６４とを共有しており、アクチュエーター用直動案内はアクチュエーター２２０の中間部材２２４と支持部材２３０のベース部２３２の間にこれらに接して配置される複数の鋼球２４２と、中間部材２２４と与圧板２６２の間にこれらに接して配置される複数の鋼球２４４とを有し、移動部材用直動案内は移動部材２１０とベース部２３２の間にこれらに接して配置される複数の鋼球２５２と、移動部材２１０と与圧板２６２の間にこれらに接して配置される複数の鋼球２５４とを有している。
【００４０】
与圧板２６２とねじ２６４は、鋼球２４２と２４４をアクチュエーター２２０の中間部材２２４にＸ軸に垂直に押し付ける移動部材押圧機構と、鋼球２５２と２５４を移動部材２１０にＸ軸に垂直に押し付ける移動部材押圧機構を兼ねている。
【００４１】
アクチュエーター用直動案内は、Ｘ軸に平行な中間部材２２４の移動を妨げることなく、Ｘ軸に非平行な中間部材２２４の移動を抑える。中間部材２２４は、変位量が小さいときは、鋼球２４２と鋼球２４４の弾性変形により変位し、変位量が大きいときは、鋼球２４２と鋼球２４４との間のすべりにより、あるいは鋼球２４２と鋼球２４４のころがりにより変位すると考えられる。
【００４２】
また、移動部材用直動案内は、Ｘ軸に平行な移動部材２１０の移動を妨げることなく、Ｘ軸に非平行な移動部材２１０の移動を抑える。移動部材２１０は、変位量が小さいときは、鋼球２５２と鋼球２５４の弾性変形により変位し、変位量が大きいときは、鋼球２５２と鋼球２５４との間のすべりにより、あるいは鋼球２５２と鋼球２５４のころがりにより変位すると考えられる。
【００４３】
アクチュエーター２２０はＸ軸に沿って配置された複数のアクチュエーター要素２２２を有しているので、大変位走査機構２００は長いストロークすなわち走査範囲を有している。
【００４４】
アクチュエーター２２０の曲げ方向の剛性はアクチュエーター要素２２２の曲げ方向の剛性よりも低い。しかし、アクチュエーター要素２２２を連結している中間部材２２４はアクチュエーター用直動案内によってＸ軸に非平行な移動が規制されているので、アクチュエーター２２０の曲げ方向の剛性は、それ単体の曲げ方向の剛性よりも高い。
【００４５】
つまり、大変位走査機構２００のアクチュエーター２２０の曲げ方向の剛性は、そのアクチュエーター要素２２２を単に連結した構造体（すなわちアクチュエーター２２０単体）の曲げ方向の剛性よりも高められている。
【００４６】
従って、大変位走査機構２００は、共振周波数が高く、高い周波数で駆動することができる。また、曲げ方向の振動変位が小さく、正確な駆動ができる。さらに、圧電アクチュエータのせん断応力や曲げ応力による破損を効果的に防止できる。
【００４７】
アクチュエーター２２０の曲げ方向の剛性が高められていることに加えて、移動部材２１０は移動部材用直動案内によってＸ軸に非平行な移動が規制されているので、大変位走査機構２００は移動部材２１０の振動が少ない。
【００４８】
本発明の大変位走査機構は上述した実施の形態に限定されない。従って、本実施形態の大変位走査機構２００は様々な変形されてもよい。
【００４９】
例えば、アクチュエーター用直動案内と移動部材用直動案内は、鋼球を用いた案内に限定されるものではなく、他の適当な案内、例えば、ローラーすなわちころを用いた案内や、線材の曲げを利用した案内、板材の曲げを利用した案内、弾性部材を用いた案内であってもよい。
【００５０】
本発明の大変位走査機構の第三の実施の形態が図６と図７に示される。
【００５１】
図６と図７に示されるように、大変位走査機構３００は、走査される移動部材３１０と、第一の軸すなわちＸ軸に沿って変位し得る第一のアクチュエーターすなわちＸ走査用アクチュエーター３２０と、Ｘ走査用アクチュエーター３２０を支持する第一の支持部材３３０と、Ｘ軸と異なる第二の軸すなわちＹ軸に沿って変位し得る第二のアクチュエーターすなわちＹ走査用アクチュエーター３７０と、Ｙ走査用アクチュエーター３７０を支持する第二の支持部材３８０とを有している。
【００５２】
移動部材３１０は、四角柱状のベース部３１２と、そこからＺ軸に沿って突出した突出部３１４とを有している。突出部３１４の上面は、試料が載せられるステージとして機能する。
【００５３】
第一の支持部材３３０は、板状のベース部３３２と、そこからＺ軸に沿って突出した壁部３３４とを有してる。ベース部３３２はＸＹ平面に沿って広がり、壁部３３４はＹＺ平面に沿って広がっている。
【００５４】
第二の支持部材３８０は、板状のベース部３８２と、そこからＺ軸に沿って突出した側壁部３８４とを有してる。ベース部３８２はＸＹ平面に沿って広がり、側壁部３８４はＺＸ平面に沿って広がっている。
【００５５】
移動部材３１０のベース部３１２はＸ走査用アクチュエーター３２０の一方の端に例えば接着により固定され、Ｘ走査用アクチュエーター３２０の他方の端は第一の支持部材３３０の壁部３３４に例えば接着により固定されている。第一の支持部材３３０のベース部３３２はＹ走査用アクチュエーター３７０の一方の端に例えば接着により固定され、Ｙ走査用アクチュエーター３７０の他方の端は第二の支持部材３８０の側壁部３８４に例えば接着により固定されている。
【００５６】
Ｘ走査用アクチュエーター３２０は、複数の（例えば三つの）第一のアクチュエーター要素３２２と、それらを互いに連結している少なくとも一つの（例えば二つの）中間部材３２４とで構成されている。しかし、Ｘ走査用アクチュエーター３２０は一つの長いアクチュエーター要素で構成されてもよい。
【００５７】
同様に、Ｙ走査用アクチュエーター３７０は、複数の（例えば三つの）第二のアクチュエーター要素３７２と、それらを互いに連結している少なくとも一つの（例えば二つの）中間部材３７４とで構成されている。しかし、Ｙ走査用アクチュエーター３７０は一つの長いアクチュエーター要素で構成されてもよい。
【００５８】
アクチュエーター要素は例えば積層型圧電アクチュエーターであるが、これに限定されることはなく、チューブ型圧電アクチュエーターや磁歪アクチュエーターなどであってもよい。
【００５９】
大変位走査機構３００は更に、Ｘ走査用アクチュエーター３２０の不所望な曲がりを規制するための第一のアクチュエーター用直動案内すなわちＸ走査用アクチュエーター用直動案内と、移動部材３１０の不所望な動きを規制するための移動部材用直動案内とを有している。
【００６０】
Ｘ走査用アクチュエーター用直動案内と移動部材用直動案内は、与圧板３６２と、これを第一の支持部材３３０のベース部３３２に固定するための複数のねじ３６４とを共有しており、アクチュエーター用直動案内はＸ走査用アクチュエーター３２０の第一の中間部材３２４の各々と第一の支持部材３３０のベース部３３２の間にこれらに接して配置される複数の鋼球３４２と、第一の中間部材３２４の各々と与圧板３６２の間にこれらに接して配置される図示されていない複数の鋼球とを有し、移動部材用直動案内は移動部材３１０とベース部３３２の間にこれらに接して配置される複数の鋼球３５２と、移動部材３１０と与圧板３６２の間にこれらに接して配置される複数の鋼球３５４とを有している。
【００６１】
与圧板３６２は開口３６６を有しており、移動部材３１０の突出部３１４は与圧板３６２の開口３６６を通って露出している。
【００６２】
与圧板３６２とねじ３６４は、鋼球３４２と図示されていない鋼球をＸ走査用アクチュエーター３２０の第一の中間部材３２４にＸ軸に垂直に押し付ける移動部材押圧機構と、鋼球３５２と鋼球３５４を移動部材３１０にＸ軸に垂直に押し付ける移動部材押圧機構を兼ねている。
【００６３】
Ｘ走査用アクチュエーター用直動案内は、Ｘ走査用アクチュエーター３２０の中間部材３２４のＸ軸に平行な移動を妨げることなく、中間部材３２４のＸ軸に非平行な移動を抑える。中間部材３２４は、変位量が小さいときは、鋼球３４２と図示されていない鋼球の弾性変形により変位し、変位量が大きいときは、鋼球３４２と図示されていない鋼球との間のすべりにより、あるいは鋼球３４２と図示されていない鋼球のころがりにより変位すると考えられる。
【００６４】
また、移動部材用直動案内は、移動部材３１０のＸ軸に平行な移動を妨げることなく、移動部材３１０のＸ軸に非平行な移動を抑える。移動部材３１０は、変位量が小さいときは、鋼球３５２と鋼球３５４の弾性変形により変位し、変位量が大きいときは、鋼球３５２と鋼球３５４との間のすべりにより、あるいは鋼球３５２と鋼球３５４のころがりにより変位すると考えられる。
【００６５】
大変位走査機構３００は更に、Ｙ走査用アクチュエーターの不所望な曲がりを規制するための第二のアクチュエーター用直動案内すなわちＹ走査用アクチュエーター用直動案内と、第一の支持部材３３０の不所望な動きを規制するための支持部材用直動案内とを有している。
【００６６】
Ｙ走査用アクチュエーター用直動案内は、与圧板３９６と、これを第二の支持部材３８０のベース部３８２に固定するための複数のねじ３９８と、Ｙ走査用アクチュエーター３７０の第二の中間部材３７４の各々と第二の支持部材３８０のベース部３８２の間にこれらに接して配置される複数の鋼球３９２と、第二の中間部材３７４の各々と与圧板３９６の間にこれらに接して配置される複数の鋼球３９４とを有している。
【００６７】
支持部材用直動案内は、一対の与圧板４０６と、これを第二の支持部材３８０のベース部３８２に固定するための複数のねじ４０８と、第一の支持部材３３０のベース部３３２と第二の支持部材３８０のベース部３８２の間にこれらに接して配置される複数の鋼球４０２と、第一の支持部材３３０のベース部３３２と与圧板３９６の間にこれらに接して配置される複数の鋼球４０４とを有している。
【００６８】
与圧板３９６とねじ３９８は、鋼球３９２と鋼球３９４をＹ走査用アクチュエーター３７０の第二の中間部材３７４にＹ軸に垂直に押し付ける移動部材押圧機構を構成し、与圧板４０６とねじ４０８は、鋼球４０２と鋼球４０４を第一の支持部材３３０にＹ軸に垂直に押し付ける支持部材押圧機構を構成している。
【００６９】
Ｙ走査用アクチュエーター用直動案内は、Ｙ走査用アクチュエーター３７０の第二の中間部材３７４のＹ軸に平行な移動を妨げることなく、中間部材３７４のＹ軸に非平行な移動を抑える。中間部材３７４は、変位量が小さいときは、鋼球３９２と鋼球３９４の弾性変形により変位し、変位量が大きいときは、鋼球３９２と鋼球３９４との間のすべりにより、あるいは鋼球３９２と鋼球３９４のころがりにより変位すると考えられる。
【００７０】
また、支持部材用直動案内は、第一の支持部材３３０のＹ軸に平行な移動を妨げることなく、第一の支持部材３３０のＹ軸に非平行な移動を抑える。第一の支持部材３３０は、変位量が小さいときは、鋼球４０２と鋼球４０４の弾性変形により変位し、変位量が大きいときは、鋼球４０２と鋼球４０４との間のすべりにより、あるいは鋼球４０２と鋼球４０４のころがりにより変位すると考えられる。
【００７１】
Ｘ走査用アクチュエーター３２０はＸ軸に沿って配置された複数のアクチュエーター要素３２２を有しており、Ｙ走査用アクチュエーター３７０はＹ軸に沿って配置された複数のアクチュエーター要素３７２を有しているので、大変位走査機構３００はＸ軸に沿ってもＹ軸に沿っても長いストロークを有している、つまり広い走査範囲を有している。
【００７２】
Ｘ走査用アクチュエーター３２０の第一の中間部材３２４はＸ走査用アクチュエーター用直動案内によってＸ軸に非平行な移動が規制されており、その結果、Ｘ走査用アクチュエーター３２０の曲げ方向の剛性が高められている。同様に、Ｙ走査用アクチュエーター３７０の第二の中間部材３７４はＹ走査用アクチュエーター用直動案内によってＸ軸に非平行な移動が規制されており、その結果、Ｙ走査用アクチュエーター３７０の曲げ方向の剛性が高められている。従って、大変位走査機構３００は、共振周波数が高く、高い周波数で駆動することができる。また、曲げ方向の振動変位が小さく、正確な駆動ができる。さらに、圧電アクチュエータのせん断応力や曲げ応力による破損を効果的に防止できる。
【００７３】
さらに、移動部材３１０は移動部材用直動案内によってＸ軸に非平行な移動が規制されており、第一の支持部材３３０は支持部材用直動案内によってＹ軸に非平行な移動が規制されている。このため、大変位走査機構３００は移動部材３１０と第一の支持部材３３０の振動が少ない。
【００７４】
本発明の大変位走査機構は上述した実施の形態に限定されない。従って、本実施形態の大変位走査機構３００は様々な変形されてもよい。
【００７５】
例えば、Ｘ走査用アクチュエーター用直動案内とＹ走査用アクチュエーター用直動案内と移動部材用直動案内と支持部材用直動案内は、鋼球を用いた案内に限定されるものではなく、他の適当な案内、例えば、ローラーすなわちころを用いた案内や、線材の曲げを利用した案内、板材の曲げを利用した案内、弾性部材を用いた案内であってもよい。
【００７６】
これまで、図面を参照しながら本発明の実施の形態を述べたが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において様々な変形や変更が施されてもよい。
【００７７】
【発明の効果】
本発明によれば、広い走査範囲を有しながらも高速走査に適した走査機構が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の大変位走査機構の第一の実施の形態を示しており、図２のI-I線に沿った断面で示されている。
【図２】図１の大変位走査機構のII-II線に沿った断面を示している。
【図３】図１の大変位走査機構の変形例を示しており、図２と同様の断面で示されている。
【図４】本発明の大変位走査機構の第二の実施の形態を示している。
【図５】図４の大変位走査機構の右側側面を示している。
【図６】本発明の大変位走査機構の第三の実施の形態の斜視図である。
【図７】図６の大変位走査機構の手前側側面を示している。
【符号の説明】
１００  大変位走査機構
１１０  移動部材
１２０  アクチュエーター
１２２  アクチュエーター要素
１２４  中間部材
１３０  支持部材
１３４  ねじ孔
１４２  鋼球
１５４  ねじ
【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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【図６】
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【図７】
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