(57)【要約】【課題】小型化が可能な光走査ユニット及び光学系の取り替えが簡単に可能な観察装置を提供する。【解決手段】この光走査ユニット５０は、ミラーＭを繰り返し傾斜させるＭＥＭＳ光スキャナと、対物レンズ５２と、を備え、光をＭＥＭＳ光スキャナで傾斜するミラーにより走査して対物レンズを介して対物レンズの光軸に沿って出射させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ミラーを繰り返し傾斜させるＭＥＭＳ光スキャナと、対物レンズと、を備え、光を前記ＭＥＭＳ光スキャナで傾斜するミラーにより走査して前記対物レンズを介して前記対物レンズの光軸に沿って出射させる光走査ユニット。
【請求項２】
前記走査光を前記対物レンズを介して観察対象物に照射し、前記観察対象物から前記対物レンズに入射する光を光学系を介して出射させて前記観察対象物を観察する観察装置用の請求項１に記載の光走査ユニット。
【請求項３】
前記観察対象物から前記対物レンズに入射する光は、前記光学系を介して前記対物レンズの光軸に沿って出射する請求項２に記載の光走査ユニット。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光走査ユニットを備える観察装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光を走査して出射させる光走査ユニット及びかかる光走査ユニットを用いた観察装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、観察対象物を拡大して観察する観察用の顕微鏡に、走査光を観察対象物に照射するために走査光学系を取り付ける場合には、ミラー等からなる光学系を外付けしている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上述の走査光学系として、従来のポリゴンミラーやガルバノミラーとレンズ光学系を用いた光走査光学系を用いると、外付け装置として大型となってしまい適さない。また、汎用的に光学系を取り替えての使用ができない。
【０００４】
本発明は、上述のような従来技術の問題に鑑み、小型化が可能な光走査ユニット及び光学系の取り替えが簡単に可能な観察装置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】
【０００５】
上記目的を達成するために、本実施形態による光走査ユニットは、ミラーを繰り返し傾斜させるＭＥＭＳ光スキャナと、対物レンズと、を備え、光を前記ＭＥＭＳ光スキャナで傾斜するミラーにより走査して前記対物レンズを介して対物レンズの光軸に沿って出射させるものである。
【０００６】
この光走査ユニットによれば、ＭＥＭＳ（メムス）光スキャナによりミラーを繰り返し傾斜させて光を走査することで走査光を得て、対物レンズを介して対物レンズの光軸に沿って出射させることができる。ＭＥＭＳ（メムス）とは、微小電気機械システム（Micro Electro Mechanical Systems）の略で、機械要素部品を極小サイズで作製した小型デバイスである。ＭＥＭＳ光スキャナは、アクチュエータによりミラーを駆動して光を走査するＭＥＭＳ（メムス）光デバイスであり、小型に構成され信頼性が高く動作が安定している。このように、ＭＥＭＳ光スキャナを光走査に用いることによって、小型化できかつ安定して作動する光走査ユニットを実現できる。
【０００７】
上記光走査ユニットは、前記走査光を前記対物レンズを介して観察対象物に照射し、前記観察対象物から前記対物レンズに入射する光を光学系を介して出射させて前記観察対象物を観察する観察装置用に構成できる。
【０００８】
この場合、前記観察対象物から前記対物レンズに入射する光が前記光学系を介して前記対物レンズの光軸に沿って出射するように構成することで、小型に構成された光走査ユニットを観察装置に対して交換可能にできる。
【０００９】
本実施の形態の観察装置は、上述の光走査ユニットを備えるものである。これにより、顕微鏡等の観察装置において上述の小型の光走査ユニットを用いることで光学系の交換を簡単に行うことができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の光走査ユニット及び観察装置によれば、小型化が可能であり、光学系の取り替えが簡単に可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。図１は本実施の形態による光走査ユニットの全体の概略的構成を示す図である。
【００１２】
図１に示すように、光走査ユニット５０は、筐体５０ａ内に、ミラーＭと、コリメートレンズ５１と、対物レンズ５２と、全反射ミラー５３，５４，５５と、ハーフミラー５６と、を備える。ミラーＭはＭＥＭＳ光スキャナの一部を構成するものである。対物レンズ５２は例えば非球面レンズやＦθレンズからなる。
【００１３】
半導体レーザ等からなる光源５７から光が光ファイバＦＩを介して光走査ユニット５０のコリメートレンズ５１に導入される。コリメートレンズ５１で平行化された光がミラーＭに入射し、ミラーＭで反射してハーフミラー５６を通過して対物レンズ５２から光走査ユニット５０の外部へと方向ｋに対物レンズ５２の光軸ａに沿って出射する。
【００１４】
また、光走査ユニット５０の外部から入射した光は対物レンズ５２を通過してハーフミラー５６で反射し、続いてミラー５５，５４，５３で反射して光走査ユニット５０の外部へと方向ｍに対物レンズ５２の光軸ａに沿って出射する。
【００１５】
図１のミラーＭは、ＭＥＭＳ光スキャナの一部を構成するが、かかるＭＥＭＳ光スキャナについて図２、図３を参照して説明する。
【００１６】
図２は図１の光走査ユニットで使用可能なＭＥＭＳ光スキャナの基本構造及び動作原理を説明するための概略図である。図３は図１〜図３の光走査ユニットで使用可能なＭＥＭＳ光スキャナの具体例を示す上面図（ａ）、b-b線方向に切断してみた断面図（ｂ）及び下面図（ｃ）である。
【００１７】
図２に示すＭＥＭＳ光スキャナは、矩形状のヨークＹ内に矩形平面状のミラーＭを一対のねじり棒Ｔ，ＴでヨークＹと連結するように形成し、ミラーＭの外周に沿って駆動コイルＤを形成し、ヨークＹの外側に対向するように一対の永久磁石Ｐ１，Ｐ２を配置するものであり、電磁駆動アクチュエータによりミラーを駆動する電磁駆動式の共振型である。
【００１８】
ＭＥＭＳ光スキャナは、図２のように、永久磁石Ｐ１，Ｐ２により磁束密度Ｂの磁界がねじり棒Ｔ，Ｔに直交する方向に生じ、駆動コイルＤに電流ｉを流すと、ローレンツ力Ｆによる回転トルクでねじり棒Ｔ，Ｔがその弾性復元力に抗して回動してミラーＭが傾く。電流ｉを交流電流とすることにより、ねじり棒Ｔ，Ｔが回転方向ｒとその逆方向ｒ’に共振して回動することでミラーＭが共振して傾斜を繰り返す。ここで、Ｆ∝ｉ・Ｂであるので、電流量を変化させることで、ミラーＭの傾きを変えることができる。ミラーＭは回転方向ｒ，ｒ’に傾斜し、ミラーＭに入射して反射する光の方向を一方向において変えるので、図２のＭＥＭＳ光スキャナは１次元可動タイプである。
【００１９】
ＭＥＭＳ光スキャナ１は、具体的には、図３（ａ）〜（ｃ）のように、基板６の基準面６ａ側にヨーク４を設け、ヨーク４の内側に永久磁石２，３を対向させて配置し、永久磁石２，３の間にシリコンチップ７を設け、ミラー５をシリコンチップ７で包囲するようにして配置し、図２のように駆動コイルを形成し、この駆動コイルにコネクタ８を介して外部から交流電流を流すことで、図３（ｂ）、（ｃ）のようにミラー５が回転中心軸ｐを中心にして回転方向ｒ、その逆方向ｒ’に共振して傾斜を繰り返すようになっており、１次元可動タイプの電磁駆動式共振型に構成されている。
【００２０】
図３（ａ）〜（ｃ）のＭＥＭＳ光スキャナ１では、基板６の基準面６ａの反対面６ｂ側において入射光ｎがミラーＭで反射するとき、その反射光ｎ’の基準面６ａに対する反射角度がミラー５の傾斜角に応じて変化する。なお、ＭＥＭＳ光スキャナ１には、図２のねじり棒Ｔと同様のねじり棒が回転中心軸ｐ上に設けられている。
【００２１】
図３（ａ）〜（ｃ）のＭＥＭＳ光スキャナ１は、各部品が微小に構成されており、その全体寸法が、例えば、３０ｍｍ×２２ｍｍ×５ｍｍ（厚さ）であり、ミラー５の平面寸法が４ｍｍ×４ｍｍである。このようなＭＥＭＳ光スキャナは、例えば、日本信号株式会社から商品名「ECO SCAN:ESS115B」として販売されている。
【００２２】
ＭＥＭＳ光スキャナ１は、図１のミラーＭの位置に配置される。すなわち、ＭＥＭＳ光スキャナ１は、基板６の四隅に取付孔６ｃを有し、基準面６ａを基準にして図１の光走査ユニット５０の筐体５０ａ内の所定位置にミラー５がミラーＭの機能を発揮するように取付孔６ｃで取り付けられる。
【００２３】
次に、図１〜図３の光走査ユニット５０における光走査について説明する。光源５７からの光がコリメートレンズ５１で平行光になってミラーＭに入射する。ミラーＭは、図３（ａ）〜（ｃ）のＭＥＭＳ光スキャナ１のミラー５に相当し、ＭＥＭＳ光スキャナ１に図２の駆動コイルＤのように交流電流を流すことで、図２のねじり棒Ｔを中心に回動を繰り返し傾斜を繰り返して振動する。
【００２４】
上述のようなＭＥＭＳ光スキャナ１のミラーＭの振動により、光源５７からの光がミラーＭで反射するときの反射光が図１の光軸ａに関し例えば図の横方向Ｈに走査されることで走査光となって光走査ユニット５０から出射する。
【００２５】
図１〜図３の光走査ユニット５０は顕微鏡等の観察装置の対物レンズ部に適用することができる。すなわち、図１の光走査ユニット５０の下側に設けられた台Ｄ上の観察対象物Ａの表面Ａ１上を、光源５７の光からミラーＭで走査して得た走査光を横方向Ｈに走査することで、走査光を観察対象物Ａの表面Ａ１に照射しながら、表面Ａ１で反射した光が光走査ユニット５０を介して方向ｍへと出射する。この表面Ａ１からの反射光が光走査ユニット５０の上側に設けられた接眼部等に入射することで、観察対象物Ａの表面Ａ１を観察することができる。
【００２６】
以上のように、ＭＥＭＳ光スキャナは、電磁駆動アクチュエータによりミラーを共振させ光を走査するＭＥＭＳ（メムス）光デバイスであり、小型に構成されて信頼性が高く動作が安定しているので、ＭＥＭＳ光スキャナを光走査ユニット５０の光走査に用いることによって、装置を小型化できかつ安定して作動する。
【００２７】
従来の光走査手段であるポリゴンミラーやガルバノミラーとレンズ光学系を用いた光走査光学系によれば、装置の全体構成が大きく、高価であったのに対し、本実施の形態のようにＭＥＭＳ光スキャナを用いることで、安価でかつ小型化した光走査ユニットを実現でき、従来構成よりも省電力になる。
【００２８】
図１の光走査ユニット５０は小型に構成できるので、上述のように、顕微鏡等の観察装置の対物レンズ部に適用でき、走査光を照射しながら観察対象物の観察ができるとともに、例えば、対物レンズ５２の倍率を変えた複数の光走査ユニットを用意しておき取り替えることで、簡単に光学系を取り替えて倍率を変えた観察が可能となる。
【００２９】
例えば、図１のような光学系を収容した筐体５０ａを市販の顕微鏡の対物レンズ部のサイズに構成し、かかる光走査ユニット５０を市販の顕微鏡の対物レンズレボルバに取り付けるだけで簡単に走査光を照明する構成にできる。これにより、走査光を照明しながら観察することが可能となり、また、レボルバを回転操作するだけで簡単に光学系の取り替えが可能となる。これにより、光走査ユニットを取り付けて既存の顕微鏡をそのまま使用できるようになる。
【００３０】
以上のように本発明を実施するための最良の形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で各種の変形が可能である。例えば、被観察物Ａの表面Ａ１上における走査光の走査長さは、ミラーＭのＭＥＭＳ光スキャナ１への駆動電流量を変えることによりミラー傾斜角を変えることで所定範囲内で調整可能である。
【００３１】
また、図１〜図３のＭＥＭＳ光スキャナは、ミラーＭを１方向に傾斜させる１次元可動タイプであったが、本発明はこれに限定されず、ミラーＭを２方向に傾斜させる２次元可動タイプとしてもよい。すなわち、図４の永久磁石やねじり棒や駆動コイル等を追加して構成された２次元可動タイプのＭＥＭＳ光スキャナを図１で用いることで、走査光を２次元的に観察対象物Ａに照射できる。かかる２次元可動タイプのＭＥＭＳ光スキャナは、具体的には、その全体寸法が、例えば、５０ｍｍ×３５ｍｍ×９ｍｍ（厚さ）であり、ミラーの平面寸法が４ｍｍ×３ｍｍであり、例えば、日本信号株式会社から商品名「ECO SCAN:ESS212B」として販売されている。さらに、２次元的に走査される走査光を得るために、図２，図３のような１次元可動タイプのＭＥＭＳ光スキャナを２つ用いてもよい。
【００３２】
また、ＭＥＭＳ光スキャナは交流電流により変位する共振タイプから構成したが、直流電流で変位するＭＥＭＳ光スキャナであってもよい。
【００３３】
また、光走査ユニット５０の光源５７を図１の筐体５０ａ内に設けるようにしてもよく、この場合は、光ファイバＦＩを省略できる。
【００３４】
また、図１の光走査ユニット５０は、通常の光学顕微鏡のみならず、位相差顕微鏡システムや蛍光顕微鏡システムにも適用可能であり、また、顕微鏡だけではなく、例えば、露光装置や形状測定ユニットや蛍光測定ユニットにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本実施の形態による光走査ユニットの全体の概略的構成を示す図である。
【図２】図１の光走査ユニットで使用可能なＭＥＭＳ光スキャナの基本構造及び動作原理を説明するための概略図である。
【図３】図１の光走査ユニットで使用可能なＭＥＭＳ光スキャナの具体例を示す上面図（ａ）、b-b線方向に切断してみた断面図（ｂ）及び下面図（ｃ）である。
【符号の説明】
【００３６】
５０ 光走査ユニット
５０ａ 筐体
５１ コリメートレンズ
５２ 対物レンズ
５３〜５５ 全反射ミラー
５６ ハーフミラー
５７ 光源
Ａ 観察対象物
Ａ１ 表面
ＦＩ 光ファイバ
Ｈ 横方向
Ｍ ミラー
ａ 対物レンズの光軸
ｋ 走査光の出射方向
ｍ 観察対象物からの反射光
【図１】
2009116082.tif 000003
【図２】
2009116082.tif 000004
【図３】
2009116082.tif 000005