JP2003194694A

JP2003194694A - 大変位走査機構

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Publication number: JP2003194694A
Application number: JP2001398466A
Authority: JP
Inventors: Hisafumi Okada; 尚史岡田
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2001-12-27
Filing date: 2001-12-27
Publication date: 2003-07-09
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Also published as: JP3899265B2

Abstract

(57)【要約】【課題】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。【解決手段】大変位走査機構１００は、走査される移動
部材１１０と、Ｚ軸に沿って変位し得るアクチュエータ
ー１２０とを有している。アクチュエーター１２０は支
持部材１３０の孔１３２の中に配置され、下側の端が支
持部材１３０に固定され、アクチュエーター１２０の上
側の端に移動部材１１０が固定されている。アクチュエ
ーター１２０は、例えば、三つのアクチュエーター要素
１２２と、それらを連結する二つの中間部材１２４とを
有する。大変位走査機構１００は更にアクチュエーター
１２０の曲がりを規制する直動案内を有している。直動
案内は、例えば、各中間部材１２４に接して配置される
三つの鋼球１４２と、鋼球１４２を中間部材１２４に押
し付けるための三本のねじ１４４とを有している。

Description

【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、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、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、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１
３０は有底円筒形状をしている。つまり、支持部材１３
０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１
４２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１２
０°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１
３６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１
００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１３
０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２４
２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２
１０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２５
２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２
４２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２
５２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３
３０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３７
０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３
１２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３８
４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３３
２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３
６６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３
２０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３
４２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３
１０のＸ軸に平行な移動を妨げることなく、移動部材３
１０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３
５２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４０
６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３
３０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４
０２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４
０４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４
０２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３７
４のＹ軸に平行な移動を妨げることなく、中間部材３７
４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３９
２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４０
２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

Claims

【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、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、アクチュエーターは
一つのアクチュエーター要素で構成されている、大変位
走査機構。
【請求項４】請求項１において、アクチュエーター
は、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で構成されてお
り、アクチュエーター用直動案内は中間部材の不所望な
動きを規制する、大変位走査機構。
【請求項５】請求項４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６】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７】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、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、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８】請求項７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９】請求項７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１０】請求項７において、第一のアクチュエ
ーターは一つの第一のアクチュエーター要素で構成され
ている、大変位走査機構。
【請求項１１】請求項７において、第一のアクチュエ
ーターは、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
材とで構成されており、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不所望な動きを規制する、大変
位走査機構。
【請求項１２】請求項１１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１３】請求項８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１４】請求項７において、第二のアクチュエ
ーターは一つの第二のアクチュエーター要素で構成され
ている、大変位走査機構。
【請求項１５】請求項７において、第二のアクチュエ
ーターは、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
材とで構成されており、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不所望な動きを規制する、大変
位走査機構。
【請求項１６】請求項１５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１７】請求項１６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。