光走査装置
【課題】光の走査範囲が広く、且つ、高速な走査を可能とする光走査装置を提供する。
【解決手段】基板と、基板において円周に沿って設けられた複数のレンズと、基板を円周の中心軸線周りに回転させる基板駆動機構と、複数のレンズが通過する軌道上に光を出射する光源部と、を備えるようにした。このような構成により、基板が回転することにより一つのレンズが光源部を横切る度に一次元の光の走査が達成される。また、複数のレンズが基板において円周上に設けられているので、基板を回転させることにより、高速に一次元の光の走査を達成することが可能である。
【解決手段】基板と、基板において円周に沿って設けられた複数のレンズと、基板を円周の中心軸線周りに回転させる基板駆動機構と、複数のレンズが通過する軌道上に光を出射する光源部と、を備えるようにした。このような構成により、基板が回転することにより一つのレンズが光源部を横切る度に一次元の光の走査が達成される。また、複数のレンズが基板において円周上に設けられているので、基板を回転させることにより、高速に一次元の光の走査を達成することが可能である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光走査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光を走査する光走査装置には、例えば、特開２００４−０７７９０６号公報に記載されたようなものがある。従来の光走査装置には、圧電素子により超音波を発生して音響光学効果により光を回折させる音響光学素子を用いたものや、モータによりミラーを駆動させることによりミラーで反射させた光を用いるポリゴンミラー、ガルバノミラー、レゾナントミラー等がある。また、従来の光走査装置には、ＭＥＭＳ技術を用いたミラーデバイス等がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−０７７９０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般的に、音響光学素子を用いた光走査装置では、数百ＫＨｚといった高速走査が可能であるが、その走査範囲が狭いので、光学系に制限が生じやすい。また、モータ駆動の光走査装置では、走査範囲は広くなるが、走査速度が低速である。
【０００５】
本発明は、光の走査範囲が広く、且つ、高速な走査を可能とする光走査装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の光走査装置は、基板、複数のレンズ、基板駆動機構、及び、光源部を備えている。複数のレンズは、基板において円周に沿って設けられている。基板駆動機構は、基板を円周の中心軸線周りに回転させる機構である。光源部は、複数のレンズが通過する軌道上に光を出射するように設けられている。
【０００７】
本発明の光走査装置によれば、基板が回転することにより一つのレンズが光源部を横切る度に一次元の光の走査が達成される。また、複数のレンズが基板において円周上に設けられているので、当該基板を回転させることにより、高速に一次元の光の走査を達成することが可能である。また、レンズからの光を別のレンズで拡大することにより、走査範囲を拡大することも可能である。
【０００８】
本発明の光走査装置は、光源部を円周の半径方向に移動させる光源駆動機構を更に備えることが好適である。例えば、予め定められた移動パターンに従って光源部を移動させることにより、光の走査位置が高精度に制御され得る。
【０００９】
本発明の光走査装置は、光源部から出射され複数のレンズの各々を経た光を分離する光分離素子と、光分離素子からの光を収束させる別のレンズと、別のレンズからの光を受ける受光器と、を更に備えており、光源駆動機構は、所定の走査方向に対する受光器における光の入射位置のずれを補正するように、光源部を移動させることが好適である。この光走査装置によれば、所定の走査方向に対する光の照射位置のずれを自動的に補正することが可能となる。
【００１０】
本発明の光走査装置では、受光器が、所定の走査方向に応じて二分割された二つの領域を含んでおり、光源駆動装置は、二つの領域の一方における光の強度と当該二つの領域の他方における光の強度との差異に基づいて、光部源を移動させることが好適である。この差異は簡易な演算により算出し得るので、制御速度を早めることが可能である。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明したように、本発明によれば、光の走査範囲が広く、且つ、高速な走査を可能とする光走査装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】一実施形態に係る光走査装置を示す図である。
【図２】図１に示す光走査装置の光走査の原理を説明するための図である。
【図３】別の実施形態に係る基板及び複数のレンズを示す断面図である。
【図４】別の実施形態に係る光走査装置を概略的に示す図である。
【図５】図４に示す受光器の光感応領域を概略的に示す図である。
【図６】一実施形態に係る映像表示装置を示す図である。
【図７】図６に示す映像表示装置の光走査装置に利用される光源部の例を示す図である。
【図８】一実施形態に係るレーザ走査顕微鏡を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を付すこととする。
【００１４】
図１は、一実施形態に係る光走査装置を示す図である。図１に示す光走査装置１０は、基板１２、複数のレンズ１４、基板駆動機構１６、及び、光源部１８を備えている。
【００１５】
本実施形態の基板１２は、光源部１８からの光に対して透明の基板であり、円板状の基板である。複数のレンズ１４は、基板１２における円周Ｃに沿って略同ピッチで設けられている。以下の説明では、複数のレンズ１４をレンズアレイと総称することがある。
【００１６】
基板駆動機構１６は、スピンドルモータ１６ａ及び支軸１６ｂを有している。支軸１６ｂは、円周Ｃの中心軸線Ｚに沿って延びており、基板１２を軸支している。支軸１６ｂによって軸支された基板１２は、スピンドルモータ１６ａの回転によって、中心軸線Ｚを中心に回転する。これによって、複数のレンズ１４の各々は、円周Ｃ上を回転移動する。
【００１７】
なお、レンズ１４は、光走査装置１０では、凸形状を有しているが、凹形状を有していてもよい。また、レンズ１４は、光走査装置１０では、基板１２の一方の主面に設けられているが、反対側の主面に設けられていてもよい。さらに、レンズ１４は、複合レンズであってもよく、非球面レンズのようなレンズを一体成形したものであってもよい。
【００１８】
光源部１８は、複数のレンズ１４が回転移動する軌跡上に向けて光を出射する。光源部１８から出射される光は、気体レーザ、発光ダイオード（ＬＥＤ）、若しくはレーザダイオード（ＬＤ）から出射される光、又は、これらの出射光を光ファイバで導光した光であってもよい。また、光源部１８は、他の光源から発生された光を集光した２次的な光源であってもよいし、平行光を出射してもよい。
【００１９】
以下、光走査装置１０の光走査の原理について説明する。図２は、図１に示す光走査装置の光走査の原理を説明するための図である。レンズ１４の焦点距離よりも内側に物点Ａがあると、この物点Ａから出た光はレンズ１４に入射した後に広がる。この光はあたかもＡ’点から広がった光と等価になる。すなわち、像点が点Ａ’ということになる。また、物点Ｂに対しても同様に像点が点Ｂ’となる。
【００２０】
ここで、物点が光源部１８であるものとする。レンズ１４の各々は基板１２に等間隔で配置されたレンズアレイの一部であるから、スピンドルモータ１６ａを回転させると、レンズ１４に対して、光源部１８の位置が相対的に点Ａから点Ｂに連続的に変化したことになる。したがって、光源部１８の像点も点Ａ’から点Ｂ’まで変化することになる。すなわち、光源部１８の位置がＡ’から点Ｂ’まで連続的に移動したことになる。よって、光源部１８の位置が上述した物点となるようにレンズ２０を配置することにより、レンズ２０の像面で点Ａ’’から点Ｂ’’まで光源部１８を相対的に走査させたことになる。
【００２１】
換言すると、光源部１８から出射された光は、スピンドルモータ１６ａの回転に伴い、レンズ１４の各々によって角度変化を受ける。このように、光源部１８から出射された光がレンズアレイを形成するレンズ１４のそれぞれに入射する度に、角度変化が繰り返されることになる。レンズ１４は基板１２において同一円周上に等間隔で配置されており、基板１２の回転に伴い光源部１８からの光に対して次々とレンズ１４が通過していくことになるので、像点Ａ’’からＢ’’が次々と形成されることになる。
【００２２】
この光走査装置１０の光学系の後に配置する光学系により、様々な走査光学系を構成することが可能である。例えば、レンズ２０を物点Ａ’及びＢ’からの光を結像するようなレンズとし、レンズ２０の像面位置に光走査装置１０の走査方向に対して垂直方向に光を走査するガルバノミラー等の走査系を配置し、この像面を更に別のレンズで結像させることにより、２次元の光の走査が可能になる。
【００２３】
また、例えば、レンズ２０を物点Ａ’及びＢ’からの光を平行にするようなレンズとし、別の二つのレンズ（図示せず）により瞳伝達レンズ系を構成すると、レンズ２０の主面が伝達される。その伝達位置に光走査装置１０の走査方向に対して垂直方向に光を走査するガルバノミラー等の走査系を配置することで、２次元の光の走査が可能になる。
【００２４】
また、光源部１８をレンズ１４の焦点位置に配置することで、レンズ１４の主面が平行光を発する位置になるので、別の二つのレンズ（図示せず）により瞳伝達レンズ系を構成すると、レンズ１４の主面が伝達される。その伝達位置に光走査装置１０の走査方向に対して垂直方向に光を走査するガルバノミラー等の走査系を配置することで、２次元の光の走査が可能になる。この場合、レンズ２０の機能がレンズ１４に統合されたような結果となる。
【００２５】
なお、一般的に、ラスタースキャン及びプログレッシブスキャンともに、水平走査周波数を高くする必要性があり、垂直方向の周波数は低くてよいので、水平走査に光走査装置１０の走査系を利用することが好ましい。
【００２６】
以下、光走査装置１０の性能について説明する。ここで、円周Ｃの半径を１００ｍｍとし、レンズ１４の半径を０．５ｍｍとすると、円周Ｃには６２８個のレンズを配置することが可能である。また、レンズ１４を屈折率１．５の平凸レンズとすると、焦点距離は、１ｍｍとなる。また、レンズ１４と光源部１８との距離を０．６ｍｍとし、光源部１８が、ＬＤの出射光のように出射後に広がりをもって進行する光であって半値全幅で広がり角２２°のような光を出射するものとする。この光が倍の角度までレンズに入射するものとしても、ビームのけられのない角度が片側で２３°程度になる。したがって、光走査装置１０によれば、走査全角で４６°で光量ロスのない走査角を得ることが可能である。
【００２７】
ここで、レンズ１４の個数を３１４個とし、隣り合う二つのレンズ１４に同時に光が入射しないように、レンズ１４間の間隔を十分に設けた場合であっても、基板１２の回転数を３０００ｒｐｍとすると、１８．８ｋＨｚの走査周波数が得られる。また、基板１２の回転速度を１００００ｒｐｍとすると、走査周波数は６２ｋＨｚとなり、ハイビジョンのレートが達成される。レンズ間隔を更に最適化すれば、フルハイビジョンのレートが余裕をもって達成される。レンズ１４の半径を更に小さくして、円周Ｃの大きさを大きくし、基板１２の回転数を上げることで、より高速な走査周波数を得ることも可能である。
【００２８】
なお、光走査装置１０は、以下の構成をとっていてもよい。例えば、複数の光源部１８を用意し、当該複数の光源部１８からの光が複数のレンズ１４の移動軌跡上の異なる位置に照射されるようにする。そして、複数の光源部１８から出射された光線が同一の水平走査線上に至るように光学系を構成することにより、複数の光源部１８からの光線の合成が可能となる。例えば、ＲＧＢといった異なる波長の光を発する複数の光源部１８を用いれば、カラー画像を形成することが可能となる。また、上記複数の光源から走査された光を異なる水平走査線上に配置することで、実質的な水平走査速度を向上させることができる。
【００２９】
また、複数の光源部１８から走査された光線が異なる水平走査線上に至るように光学系を構成することにより、実質的に水平走査速度を向上させることが可能となる。また、複数のレンズ１４を異なる複数の同一円周上に配置して、それぞれの円周上に複数の光源部１８からの光線が入射するように構成してもよい。これにより、複数の光源部１８からの光線を複数の走査線に対応させることができるので、より高速な走査周波数を実現することができる。この場合には、複数の円周上でのレンズ１４の密度が一定となるように、半径の小さい円周上ではレンズ１４の径は小さくしておく必要がある。このようにすれば、走査速度は、常に一定となる。
【００３０】
以下、基板及び複数のレンズの別の実施形態について説明する。図３は、別の実施形態に係る基板及び複数のレンズを示す断面図である。図３に示す基板１２及びレンズ１４は、三つ以上の異なる色の光を発する光源部１８を用いる場合に有効なものである。図３に示す基板１２は、遮光部１２ａ、第１の層１２ｂ、第２の層１２ｃ、第３の層１２ｄ、及び、第４の層１２ｅを有する基板である。
【００３１】
遮光部１２ａは、レンズ１４以外の開口部を遮光する。第１の層１２ｂと第２の層１２ｃとは互いに密着しており、第２の層１２ｃと第４の層１２ｅとの間には、空気層である第３の層１２ｄが設けられている。
【００３２】
第１の層１２ｂ、第２の層１２ｃ、及び第４の層１２ｅは、光源部１８からの光に対して透明である。レンズ１４は、第１の層１２ｂ、第２の層１２ｃ、第３の層１２ｄ、及び、第４の層１２ｅに凹凸を設けることにより作成された複合レンズとなっている。
【００３３】
図３に示す基板１２及びレンズ１４によれば、レンズ１４の径よりも大きい平行ビームを照射しても、遮光部１２ａによりレンズ１４の開口のみに光を通過させることができる。基板１２を回転させると、平行ビームはレンズ１４により集光されるので、平行ビームがレンズ１４を通過する間に、（平行ビームの径−レンズ径）とレンズにより絞られたビーム径の比のスポット列が作成できる。したがって、基板１２を高速に回転させることで、このスポット列がレンズ個数と回転数の積の周波数で、走査されることになる。
【００３４】
また、例えば、第１の層１２ｂをポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ）、第２の層１２ｃをポリカーボネート（ＰＣ）、第４の層１２ｅをチオウレタン系樹脂で作成すると、これら材料のアッベ数はそれぞれ、５８、３０、３６程度であるので、３色の光に対する色収差を取り除くことができ、且つ、回折限界系のＮＡ０．５程度の合成レンズにすることが可能となる。このような構成によれば、平行光ビーム径を３ｍｍ、ＮＡを０．５、レンズ１４の径を０．５ｍｍ程度とすることにより、２０００点の約１μｍのスポットができることになる。さらに、基板半径を６ｃｍにすると、レンズ１４を１２５個程度並べることが可能であるので、基板１２の回転数を１５０００ｒｐｍにすれば、約３１．４ｋＨｚの走査周波数を得ることが可能となる。
【００３５】
なお、上述した実施形態における基板１２を薄くして空気安定化を施すように基板１２に近接させてスタビライザを配置することにより、基板１２の面ぶれを５μｍ以下に抑えることができる（例えば、空気安定化したフレキシブルディスクへの高密度光記録：Ricoh Technical Report No.30を参照されたい）。このようにスタビライザを用いることにより、基板１２の面ぶれは、焦点距離１ｍｍのレンズの焦点深度内に収めることが十分可能となる。その結果、基板１２の面ブレを補正するようなフォーカスサーボは不要となる。
【００３６】
また、基板１２には、複数のレンズ１４が並んでいるので、基板１２やレンズ１４の構成材料とは異なる材料で、レンズ面を保護材でカバーしてもよい。この場合には、レンズ１４による空気の乱流が低減され、基板１２の回転がより安定化する。或いは、レンズ１４の逆側にダミーの凸凹やレンズ状の凹凸を配置することによって、レンズ１４を高速回転することによる空気の乱流を打ち消すようにしてもよい。
【００３７】
以下、本発明の光走査装置の別の実施形態について説明する。図４は、別の実施形態に係る光走査装置を概略的に示す図である。図４に示す光走査装置１０Ａでは、基板１２、レンズ１４、基板駆動機構１６、及び、光源部１８は、上述した光走査装置１０の対応の要素と同じものである。
【００３８】
図４に示すように、光走査装置１０Ａは、更に、ホルダ２２、光源駆動機構２４、マウント２６、光分離素子２８、レンズ３０、及び、受光器３２を備えている。光源部１８は、ホルダ２２によって保持されている。このホルダ２２は、光源駆動機構２４に取付けられている。
【００３９】
光源駆動機構２４は、駆動素子２４ａ及び制御部２４ｂを有している。ホルダ２２は、駆動素子２４ａを介してマウント２６上に支持されている。駆動素子２４ａは、基板１２の上述した円周Ｃの半径方向に光源部１８を移動させる。また、駆動素子２４ａは、制御部２４ｂによる制御によって光源部１８を移動させる。なお、駆動素子２４ａとしては、圧電素子やボイスコイルモータ等を用いることができる。
【００４０】
光分離素子２８は、光源部１８から出射されてレンズ１４及びレンズ２０を通った光を、反射及び透過により、二方向に分離する。光分離素子２８を透過した光は、ガルバノミラー３４に入射する。ガルバノミラー３４は、光源部１８に共役な集光点列が回転軸と一致するように配置されている。このガルバノミラー３４は、スピンドルモータ１６ａの回転による走査方向に対して垂直方向に光の走査を行う。ガルバノミラー３４によって走査された光は、結像レンズ３６によって像面ＩＰに結像される。
【００４１】
一方、光分離素子２８によって反射された光は、集光レンズ３０を介して受光器３２に入射する。この集光レンズ３０は、光のビーム径を最適なサイズとし、当該光を受光器３２に導く機能を有している。なお、像面ＩＰ上に投影する光の光量を大きくするために、光分離素子２８によって反射する光の光量は可能な限り少ない方がよい。
【００４２】
図５は、図４に示す受光器の光感応領域を概略的に示す図である。受光器３２は、光感応領域を有しており、当該光感応領域に入射する光の光量に応じた信号を生成する領域である。受光器３２の光感応領域は、二分割されており、第１の領域３２ａ及び第２の領域３２ｂを含んでいる。光走査装置１０では、レンズ１４の中心に光源部１８からの光が入射するときに、当該光の光軸がレンズ２０、光分離素子２８、及びレンズ３０を経て、第１の領域３２ａと第２の領域３２ｂの境界３２ｃに入射するようになっている。即ち、第１の領域３２ａと第２の領域３２ｂの境界３２ｃが、光走査装置１０Ａの光の理想的な走査方向と同一となるように、受光器３２が配置されている。なお、この理想的な走査方向は、図４では、紙面に垂直な方向である。
【００４３】
制御部２４ｂは、第１の領域３２ａに入射する光に基づく信号と第２の領域３２ｂに入射する光に基づく信号との間の差信号を受光器３２から得て、この差信号を０とするように、駆動素子２４ａを制御し、光源部１８を円周Ｃの半径方向に移動させる。例えば、図５の光スポットＳＰ１は、第１の領域３２ａと第２の領域３２ｂに均等に入射しているので、光源部１８の移動は行われない。一方、光スポットＳＰ２及びＳＰ３のように、第１の領域３２ａと第２の領域３２ｂのうち一方に光が多く入射している場合には、制御部２４ｂは、差信号を０とするように、駆動素子２４ａへのフィードバックを行う。
【００４４】
なお、分解点数を向上させるためにレンズ１４を高ＮＡのレンズにする場合には、レンズの焦点深度が浅くなり、基板１２の面ブレによる影響が大きくなり、この面ぶれに伴うビーム径の変化が現れる。これを防ぐためには、光源部１８とレンズ１４との距離を変化させる別のアクチュエーターを更に設置し、集光レンズ３０と受光器３２を含む光学系に焦点検出ができる光学系（既知の非点収差法や臨界角法等に基づく光学系）の機能を与え、焦点検出信号に基づき当該別のアクチュエーターを制御してもよい。
【００４５】
以下、上述した実施形態の光走査装置の応用例について説明する。図６は、一実施形態に係る映像表示装置を示す図である。図６の映像表示装置４０は、カラーモニタ又はプロジェクタとして利用可能なものである。
【００４６】
映像表示装置４０は、光走査装置１０、ガルバノミラー３４、及び、レンズ３６を備えている。映像表示装置４０では、ガルバノミラー３４、及び、レンズ３６は、図４に示したものと同様のものである。したがって、像面ＩＰに対する２次元の光の走査は、図４に示した走査と同様である。また、映像表示装置４０では、光走査装置１０の代わりに、光走査装置１０Ａが用いられてもよい。
【００４７】
図７は、図６に示す映像表示装置の光走査装置に利用される光源部の例を示す図である。図７に示す光源部１８は、光源４２Ｒ、４２Ｇ、及び、４２Ｂ、コリメータレンズ４４Ｒ、４４Ｇ、及び、４４Ｂ、ダイクロイックミラー４６及び４８、集光レンズ５０、並びに光ファイバ５２を有している。
【００４８】
光源４２Ｒ、４２Ｇ、及び、４２Ｂは、それぞれ、赤、緑、青の光を出射する。光源４２Ｒ、４２Ｇ、及び、４２Ｂとしては、半導体レーザ、又は、ＬＥＤを用いることができる。
【００４９】
コリメータレンズ４４Ｒ、４４Ｇ、及び、４４Ｂはそれぞれ、光源４２Ｒ、４２Ｇ、及び、４２Ｂからの光を平行光束とする。コリメータレンズ４４Ｒ、４４Ｇ、及び、４４Ｂを経た三色の光は、ダイクロイックミラー４６及び４８によって波長合成される。ダイクロイックミラー４６及び４８は、例えば、誘電体多層膜で構成される。ダイクロイックミラー４６は、青色の光を透過し、赤色の光を反射する。また、ダイクロイックミラー４８は、緑色の光を反射し、青色及び赤色の光を透過する。これにより、三色の光が合成される。
【００５０】
集光レンズ５０は、合成された三色の光を光ファイバ５２の一端面に光学的に結合する。光ファイバ５２は、一端面に入射した光を導波して、当該光を他端面から出射する。他端面から出射された光は、図６に示すようにレンズ１４に入射する。なお、光源部１８は、光ファイバ５２を用いずに、光ファイバの入射位置にレンズ１４が位置するように配置されていてもよい。しかしながら、光ファイバ５２を用いると、光源部１８と基板１２とを空間的に離しておくことができるので、光源部１８や基板１２の配置が容易であり、モータ１６ａの回転に伴う振動等の影響を光源部１８が受けることがないといった利点がある。
【００５１】
映像表示装置４０は、処理部５４によって映像信号に基づき、スピンドルモータ１６ａへの水平走査信号とガルバノミラーの垂直走査信号とを同期させ、光源部１８の各光源を変調することによって、映像を表示することができる。この映像表示装置４０は、光走査装置１０を水平方向の走査に用いているので、水平走査周波数を極めて高くすることが可能である。したがって、映像表示装置４０は、フルハイビジョンのカラーモニタやプロジェクタとして用いることができる。
【００５２】
また、液晶やプラズマ方式のモニタやプロジェクタでは画素を構成する素子による変調速度の制限が存在するが、映像表示装置４０では、光源の変調速度を半導体レーザや後述する他の変調器の変調周波数の上限まで高めることが可能である。さらに、結像レンズ３６を光軸方向に動かすことによって、表示サイズも自由に変更することが可能である。
【００５３】
また、紫外線ＬＤ励起の蛍光発色方式のＬＥＤを映像表示装置４０の光源として用いることにより、通常のＬＥＤを用いる場合より、更に変調速度を向上させることが可能となる。
【００５４】
また、気体レーザや固体レーザのように直接変調を行うことが不可能な光源を映像表示装置４０に用いる場合には、光源の外部に電気変調器や音響光学素子等の外部変調素子を配置することができる。この場合の水平走査線の回転に伴うブレを補正する手段は、光ファイバ５２を保持する部材を変位させる駆動素子によって実現され得る。
【００５５】
また、４０４ｎｍ等の青色発光のＬＤ光源と青色の光を励起する紫外線ＬＤとビームスプリッタ等により光を合成する光学系を別途用意して、この光学系を新たな青領域発光の光源として映像表示装置４０に用いれば、青領域の色域を従来のブラウン管に近似させることが出来る。このように紫外線ＬＤ励起の蛍光発色を用いる場合には、当該蛍光発色に対して適宜にＬＤ光源の光を混ぜることにより、色域をある程度自在に制御することができる。なお、この例では、青領域について説明したが、赤や緑、或いは、他の色を混ぜてもよいことは言うまでもないことである。
【００５６】
以下、上述した実施形態の光走査装置の応用例について説明する。図８は、一実施形態に係るレーザ走査顕微鏡を示す図である。図８に示すレーザ走査顕微鏡６０は、光走査装置１０、第１の瞳伝達レンズ系６２、ガルバノミラー６４、第２の瞳伝達レンズ系６６、及び、対物レンズ６８を備えている。なお、図８では、光走査装置１０については、レンズ１４及び光源部１８のみを示している。
【００５７】
光源部１８は、レンズ１４の前側焦点位置に配置されている。したがって、レンズ１４の光軸上に光源部１８が存在する場合には、光源部１８からの光はレンズ１４の光軸方向に進む平行光Ｌ１となる。レンズ１４の移動に伴い、レンズ１４からの光は、当該レンズ１４の光軸に対して傾斜した平行光Ｌ２となる。
【００５８】
第１の瞳伝達レンズ系６２は、レンズ１４からの平行光を、ガルバノミラー６４に伝達する。レーザ走査顕微鏡６０は、共焦点型のレーザ走査顕微鏡であり、対物レンズ６８で集光された光の情報を用いた処理を行うために、第２の瞳伝達レンズ系６６を備えている。即ち、光源部１８と試料面ＳＰが共役な位置関係となっている。また、対物レンズ６８の瞳位置は、レンズ１４の主面及びガルバノミラー６４と共役な位置関係になっている。
【００５９】
レーザ走査顕微鏡６０は、更に、第１の瞳伝達レンズ系６２の二つのレンズの間にビームスプリッタ７０を有している。なお、ビームスプリッタ７０は、第２の瞳伝達レンズ系６６の二つのレンズの間に設けられていてもよい。
【００６０】
また、レーザ走査顕微鏡６０は、スリット７２を更に備えている。スリット７２には、ビームスプリッタ７０から試料面ＳＰによって反射された光が導かれる。スリット７２の位置は、試料面ＳＰのジャストフォーカス位置で、ビーム径が最小になるように固定されている。このスリット７２の配置方向は、光走査装置１０の走査方向と一致しており、また、スリット７２の横幅は集光されるビームサイズよりも小さく設定されている。レーザ走査顕微鏡６０は、更に、スリット７２を通過した光を受ける受光素子７４を有しており、受光素子７４によってスリット７２を通過した光の光量を測定する。即ち、レーザ走査顕微鏡６０は、通常のレーザ走査型共焦点顕微鏡のピンホールに代わるものとして、スリット７２を有している。
【００６１】
レーザ走査顕微鏡６０では、光走査装置１０の水平走査とガルバノミラー６４の垂直走査とにより１周期で１画面の情報、即ち、受光素子７４に受けた光の光量、及び、対物レンズ６８と試料面ＳＰとの間の距離の変化量が取得され、当該情報がメモリ７６に記憶される。そして、対物レンズ６８と試料面ＳＰとの間の距離を相対的に変化させ、一画面の情報を得るプロセスが繰り替えされる。レーザ走査顕微鏡６０では、最終的に得られた情報を用いて、各走査位置で光量が最大になる場合の上記変化量が試料面ＳＰのプロファイル情報として選択される。
【００６２】
このレーザ走査顕微鏡６０は、光走査装置１０を用いているので、水平走査周波数を極めて高くすることが可能である。したがって、レーザ走査顕微鏡６０は、１画面の情報取得を高速に行うことができる。なお、レーザ走査顕微鏡６０には、光走査装置１０に代えて光走査装置１０Ａが用いられてもよい。また、スリット７２を２分割受光素子とし、２分割受光素子の分割線の背面に更に受光素子が設けられてもよい。この場合には、図４を参照して上述した２分割受光素子による光源部１８の位置制御も行うことができ、同時に共焦点情報も取得することが可能である。
【符号の説明】
【００６３】
１０，１０Ａ…光走査装置、１２…基板、１２ａ…遮光部、１２ｂ…第１の層、１２ｃ…第２の層、１２ｄ…第３の層、１２ｅ…第４の層、１４…レンズ、１６…基板駆動機構、１６ａ…スピンドルモータ、１６ｂ…支軸、１８…光源部。２０…レンズ、２２…ホルダ、２４…光源駆動機構、２４ａ…駆動素子、２４ｂ…制御部、２６…マウント、２８…光分離素子、３０…集光レンズ、３２…受光器、３２ａ…第１の領域、３２ｂ…第２の領域、３２ｃ…境界、３４…ガルバノミラー、３６…結像レンズ、４０…映像表示装置、４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂ…光源、４４Ｒ，４４Ｇ，４４Ｂ…コリメータレンズ、４６，４８…ダイクロイックミラー、５０…集光レンズ、５２…光ファイバ、５４…処理部、６０…レーザ走査顕微鏡、６２…第１の瞳伝達レンズ系、６４…ガルバノミラー、６６…第２の瞳伝達レンズ系、６８…対物レンズ、７０…ビームスプリッタ、７２…スリット、７４…受光素子、７６…メモリ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光走査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光を走査する光走査装置には、例えば、特開２００４−０７７９０６号公報に記載されたようなものがある。従来の光走査装置には、圧電素子により超音波を発生して音響光学効果により光を回折させる音響光学素子を用いたものや、モータによりミラーを駆動させることによりミラーで反射させた光を用いるポリゴンミラー、ガルバノミラー、レゾナントミラー等がある。また、従来の光走査装置には、ＭＥＭＳ技術を用いたミラーデバイス等がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−０７７９０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般的に、音響光学素子を用いた光走査装置では、数百ＫＨｚといった高速走査が可能であるが、その走査範囲が狭いので、光学系に制限が生じやすい。また、モータ駆動の光走査装置では、走査範囲は広くなるが、走査速度が低速である。
【０００５】
本発明は、光の走査範囲が広く、且つ、高速な走査を可能とする光走査装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の光走査装置は、基板、複数のレンズ、基板駆動機構、及び、光源部を備えている。複数のレンズは、基板において円周に沿って設けられている。基板駆動機構は、基板を円周の中心軸線周りに回転させる機構である。光源部は、複数のレンズが通過する軌道上に光を出射するように設けられている。
【０００７】
本発明の光走査装置によれば、基板が回転することにより一つのレンズが光源部を横切る度に一次元の光の走査が達成される。また、複数のレンズが基板において円周上に設けられているので、当該基板を回転させることにより、高速に一次元の光の走査を達成することが可能である。また、レンズからの光を別のレンズで拡大することにより、走査範囲を拡大することも可能である。
【０００８】
本発明の光走査装置は、光源部を円周の半径方向に移動させる光源駆動機構を更に備えることが好適である。例えば、予め定められた移動パターンに従って光源部を移動させることにより、光の走査位置が高精度に制御され得る。
【０００９】
本発明の光走査装置は、光源部から出射され複数のレンズの各々を経た光を分離する光分離素子と、光分離素子からの光を収束させる別のレンズと、別のレンズからの光を受ける受光器と、を更に備えており、光源駆動機構は、所定の走査方向に対する受光器における光の入射位置のずれを補正するように、光源部を移動させることが好適である。この光走査装置によれば、所定の走査方向に対する光の照射位置のずれを自動的に補正することが可能となる。
【００１０】
本発明の光走査装置では、受光器が、所定の走査方向に応じて二分割された二つの領域を含んでおり、光源駆動装置は、二つの領域の一方における光の強度と当該二つの領域の他方における光の強度との差異に基づいて、光部源を移動させることが好適である。この差異は簡易な演算により算出し得るので、制御速度を早めることが可能である。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明したように、本発明によれば、光の走査範囲が広く、且つ、高速な走査を可能とする光走査装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】一実施形態に係る光走査装置を示す図である。
【図２】図１に示す光走査装置の光走査の原理を説明するための図である。
【図３】別の実施形態に係る基板及び複数のレンズを示す断面図である。
【図４】別の実施形態に係る光走査装置を概略的に示す図である。
【図５】図４に示す受光器の光感応領域を概略的に示す図である。
【図６】一実施形態に係る映像表示装置を示す図である。
【図７】図６に示す映像表示装置の光走査装置に利用される光源部の例を示す図である。
【図８】一実施形態に係るレーザ走査顕微鏡を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を付すこととする。
【００１４】
図１は、一実施形態に係る光走査装置を示す図である。図１に示す光走査装置１０は、基板１２、複数のレンズ１４、基板駆動機構１６、及び、光源部１８を備えている。
【００１５】
本実施形態の基板１２は、光源部１８からの光に対して透明の基板であり、円板状の基板である。複数のレンズ１４は、基板１２における円周Ｃに沿って略同ピッチで設けられている。以下の説明では、複数のレンズ１４をレンズアレイと総称することがある。
【００１６】
基板駆動機構１６は、スピンドルモータ１６ａ及び支軸１６ｂを有している。支軸１６ｂは、円周Ｃの中心軸線Ｚに沿って延びており、基板１２を軸支している。支軸１６ｂによって軸支された基板１２は、スピンドルモータ１６ａの回転によって、中心軸線Ｚを中心に回転する。これによって、複数のレンズ１４の各々は、円周Ｃ上を回転移動する。
【００１７】
なお、レンズ１４は、光走査装置１０では、凸形状を有しているが、凹形状を有していてもよい。また、レンズ１４は、光走査装置１０では、基板１２の一方の主面に設けられているが、反対側の主面に設けられていてもよい。さらに、レンズ１４は、複合レンズであってもよく、非球面レンズのようなレンズを一体成形したものであってもよい。
【００１８】
光源部１８は、複数のレンズ１４が回転移動する軌跡上に向けて光を出射する。光源部１８から出射される光は、気体レーザ、発光ダイオード（ＬＥＤ）、若しくはレーザダイオード（ＬＤ）から出射される光、又は、これらの出射光を光ファイバで導光した光であってもよい。また、光源部１８は、他の光源から発生された光を集光した２次的な光源であってもよいし、平行光を出射してもよい。
【００１９】
以下、光走査装置１０の光走査の原理について説明する。図２は、図１に示す光走査装置の光走査の原理を説明するための図である。レンズ１４の焦点距離よりも内側に物点Ａがあると、この物点Ａから出た光はレンズ１４に入射した後に広がる。この光はあたかもＡ’点から広がった光と等価になる。すなわち、像点が点Ａ’ということになる。また、物点Ｂに対しても同様に像点が点Ｂ’となる。
【００２０】
ここで、物点が光源部１８であるものとする。レンズ１４の各々は基板１２に等間隔で配置されたレンズアレイの一部であるから、スピンドルモータ１６ａを回転させると、レンズ１４に対して、光源部１８の位置が相対的に点Ａから点Ｂに連続的に変化したことになる。したがって、光源部１８の像点も点Ａ’から点Ｂ’まで変化することになる。すなわち、光源部１８の位置がＡ’から点Ｂ’まで連続的に移動したことになる。よって、光源部１８の位置が上述した物点となるようにレンズ２０を配置することにより、レンズ２０の像面で点Ａ’’から点Ｂ’’まで光源部１８を相対的に走査させたことになる。
【００２１】
換言すると、光源部１８から出射された光は、スピンドルモータ１６ａの回転に伴い、レンズ１４の各々によって角度変化を受ける。このように、光源部１８から出射された光がレンズアレイを形成するレンズ１４のそれぞれに入射する度に、角度変化が繰り返されることになる。レンズ１４は基板１２において同一円周上に等間隔で配置されており、基板１２の回転に伴い光源部１８からの光に対して次々とレンズ１４が通過していくことになるので、像点Ａ’’からＢ’’が次々と形成されることになる。
【００２２】
この光走査装置１０の光学系の後に配置する光学系により、様々な走査光学系を構成することが可能である。例えば、レンズ２０を物点Ａ’及びＢ’からの光を結像するようなレンズとし、レンズ２０の像面位置に光走査装置１０の走査方向に対して垂直方向に光を走査するガルバノミラー等の走査系を配置し、この像面を更に別のレンズで結像させることにより、２次元の光の走査が可能になる。
【００２３】
また、例えば、レンズ２０を物点Ａ’及びＢ’からの光を平行にするようなレンズとし、別の二つのレンズ（図示せず）により瞳伝達レンズ系を構成すると、レンズ２０の主面が伝達される。その伝達位置に光走査装置１０の走査方向に対して垂直方向に光を走査するガルバノミラー等の走査系を配置することで、２次元の光の走査が可能になる。
【００２４】
また、光源部１８をレンズ１４の焦点位置に配置することで、レンズ１４の主面が平行光を発する位置になるので、別の二つのレンズ（図示せず）により瞳伝達レンズ系を構成すると、レンズ１４の主面が伝達される。その伝達位置に光走査装置１０の走査方向に対して垂直方向に光を走査するガルバノミラー等の走査系を配置することで、２次元の光の走査が可能になる。この場合、レンズ２０の機能がレンズ１４に統合されたような結果となる。
【００２５】
なお、一般的に、ラスタースキャン及びプログレッシブスキャンともに、水平走査周波数を高くする必要性があり、垂直方向の周波数は低くてよいので、水平走査に光走査装置１０の走査系を利用することが好ましい。
【００２６】
以下、光走査装置１０の性能について説明する。ここで、円周Ｃの半径を１００ｍｍとし、レンズ１４の半径を０．５ｍｍとすると、円周Ｃには６２８個のレンズを配置することが可能である。また、レンズ１４を屈折率１．５の平凸レンズとすると、焦点距離は、１ｍｍとなる。また、レンズ１４と光源部１８との距離を０．６ｍｍとし、光源部１８が、ＬＤの出射光のように出射後に広がりをもって進行する光であって半値全幅で広がり角２２°のような光を出射するものとする。この光が倍の角度までレンズに入射するものとしても、ビームのけられのない角度が片側で２３°程度になる。したがって、光走査装置１０によれば、走査全角で４６°で光量ロスのない走査角を得ることが可能である。
【００２７】
ここで、レンズ１４の個数を３１４個とし、隣り合う二つのレンズ１４に同時に光が入射しないように、レンズ１４間の間隔を十分に設けた場合であっても、基板１２の回転数を３０００ｒｐｍとすると、１８．８ｋＨｚの走査周波数が得られる。また、基板１２の回転速度を１００００ｒｐｍとすると、走査周波数は６２ｋＨｚとなり、ハイビジョンのレートが達成される。レンズ間隔を更に最適化すれば、フルハイビジョンのレートが余裕をもって達成される。レンズ１４の半径を更に小さくして、円周Ｃの大きさを大きくし、基板１２の回転数を上げることで、より高速な走査周波数を得ることも可能である。
【００２８】
なお、光走査装置１０は、以下の構成をとっていてもよい。例えば、複数の光源部１８を用意し、当該複数の光源部１８からの光が複数のレンズ１４の移動軌跡上の異なる位置に照射されるようにする。そして、複数の光源部１８から出射された光線が同一の水平走査線上に至るように光学系を構成することにより、複数の光源部１８からの光線の合成が可能となる。例えば、ＲＧＢといった異なる波長の光を発する複数の光源部１８を用いれば、カラー画像を形成することが可能となる。また、上記複数の光源から走査された光を異なる水平走査線上に配置することで、実質的な水平走査速度を向上させることができる。
【００２９】
また、複数の光源部１８から走査された光線が異なる水平走査線上に至るように光学系を構成することにより、実質的に水平走査速度を向上させることが可能となる。また、複数のレンズ１４を異なる複数の同一円周上に配置して、それぞれの円周上に複数の光源部１８からの光線が入射するように構成してもよい。これにより、複数の光源部１８からの光線を複数の走査線に対応させることができるので、より高速な走査周波数を実現することができる。この場合には、複数の円周上でのレンズ１４の密度が一定となるように、半径の小さい円周上ではレンズ１４の径は小さくしておく必要がある。このようにすれば、走査速度は、常に一定となる。
【００３０】
以下、基板及び複数のレンズの別の実施形態について説明する。図３は、別の実施形態に係る基板及び複数のレンズを示す断面図である。図３に示す基板１２及びレンズ１４は、三つ以上の異なる色の光を発する光源部１８を用いる場合に有効なものである。図３に示す基板１２は、遮光部１２ａ、第１の層１２ｂ、第２の層１２ｃ、第３の層１２ｄ、及び、第４の層１２ｅを有する基板である。
【００３１】
遮光部１２ａは、レンズ１４以外の開口部を遮光する。第１の層１２ｂと第２の層１２ｃとは互いに密着しており、第２の層１２ｃと第４の層１２ｅとの間には、空気層である第３の層１２ｄが設けられている。
【００３２】
第１の層１２ｂ、第２の層１２ｃ、及び第４の層１２ｅは、光源部１８からの光に対して透明である。レンズ１４は、第１の層１２ｂ、第２の層１２ｃ、第３の層１２ｄ、及び、第４の層１２ｅに凹凸を設けることにより作成された複合レンズとなっている。
【００３３】
図３に示す基板１２及びレンズ１４によれば、レンズ１４の径よりも大きい平行ビームを照射しても、遮光部１２ａによりレンズ１４の開口のみに光を通過させることができる。基板１２を回転させると、平行ビームはレンズ１４により集光されるので、平行ビームがレンズ１４を通過する間に、（平行ビームの径−レンズ径）とレンズにより絞られたビーム径の比のスポット列が作成できる。したがって、基板１２を高速に回転させることで、このスポット列がレンズ個数と回転数の積の周波数で、走査されることになる。
【００３４】
また、例えば、第１の層１２ｂをポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ）、第２の層１２ｃをポリカーボネート（ＰＣ）、第４の層１２ｅをチオウレタン系樹脂で作成すると、これら材料のアッベ数はそれぞれ、５８、３０、３６程度であるので、３色の光に対する色収差を取り除くことができ、且つ、回折限界系のＮＡ０．５程度の合成レンズにすることが可能となる。このような構成によれば、平行光ビーム径を３ｍｍ、ＮＡを０．５、レンズ１４の径を０．５ｍｍ程度とすることにより、２０００点の約１μｍのスポットができることになる。さらに、基板半径を６ｃｍにすると、レンズ１４を１２５個程度並べることが可能であるので、基板１２の回転数を１５０００ｒｐｍにすれば、約３１．４ｋＨｚの走査周波数を得ることが可能となる。
【００３５】
なお、上述した実施形態における基板１２を薄くして空気安定化を施すように基板１２に近接させてスタビライザを配置することにより、基板１２の面ぶれを５μｍ以下に抑えることができる（例えば、空気安定化したフレキシブルディスクへの高密度光記録：Ricoh Technical Report No.30を参照されたい）。このようにスタビライザを用いることにより、基板１２の面ぶれは、焦点距離１ｍｍのレンズの焦点深度内に収めることが十分可能となる。その結果、基板１２の面ブレを補正するようなフォーカスサーボは不要となる。
【００３６】
また、基板１２には、複数のレンズ１４が並んでいるので、基板１２やレンズ１４の構成材料とは異なる材料で、レンズ面を保護材でカバーしてもよい。この場合には、レンズ１４による空気の乱流が低減され、基板１２の回転がより安定化する。或いは、レンズ１４の逆側にダミーの凸凹やレンズ状の凹凸を配置することによって、レンズ１４を高速回転することによる空気の乱流を打ち消すようにしてもよい。
【００３７】
以下、本発明の光走査装置の別の実施形態について説明する。図４は、別の実施形態に係る光走査装置を概略的に示す図である。図４に示す光走査装置１０Ａでは、基板１２、レンズ１４、基板駆動機構１６、及び、光源部１８は、上述した光走査装置１０の対応の要素と同じものである。
【００３８】
図４に示すように、光走査装置１０Ａは、更に、ホルダ２２、光源駆動機構２４、マウント２６、光分離素子２８、レンズ３０、及び、受光器３２を備えている。光源部１８は、ホルダ２２によって保持されている。このホルダ２２は、光源駆動機構２４に取付けられている。
【００３９】
光源駆動機構２４は、駆動素子２４ａ及び制御部２４ｂを有している。ホルダ２２は、駆動素子２４ａを介してマウント２６上に支持されている。駆動素子２４ａは、基板１２の上述した円周Ｃの半径方向に光源部１８を移動させる。また、駆動素子２４ａは、制御部２４ｂによる制御によって光源部１８を移動させる。なお、駆動素子２４ａとしては、圧電素子やボイスコイルモータ等を用いることができる。
【００４０】
光分離素子２８は、光源部１８から出射されてレンズ１４及びレンズ２０を通った光を、反射及び透過により、二方向に分離する。光分離素子２８を透過した光は、ガルバノミラー３４に入射する。ガルバノミラー３４は、光源部１８に共役な集光点列が回転軸と一致するように配置されている。このガルバノミラー３４は、スピンドルモータ１６ａの回転による走査方向に対して垂直方向に光の走査を行う。ガルバノミラー３４によって走査された光は、結像レンズ３６によって像面ＩＰに結像される。
【００４１】
一方、光分離素子２８によって反射された光は、集光レンズ３０を介して受光器３２に入射する。この集光レンズ３０は、光のビーム径を最適なサイズとし、当該光を受光器３２に導く機能を有している。なお、像面ＩＰ上に投影する光の光量を大きくするために、光分離素子２８によって反射する光の光量は可能な限り少ない方がよい。
【００４２】
図５は、図４に示す受光器の光感応領域を概略的に示す図である。受光器３２は、光感応領域を有しており、当該光感応領域に入射する光の光量に応じた信号を生成する領域である。受光器３２の光感応領域は、二分割されており、第１の領域３２ａ及び第２の領域３２ｂを含んでいる。光走査装置１０では、レンズ１４の中心に光源部１８からの光が入射するときに、当該光の光軸がレンズ２０、光分離素子２８、及びレンズ３０を経て、第１の領域３２ａと第２の領域３２ｂの境界３２ｃに入射するようになっている。即ち、第１の領域３２ａと第２の領域３２ｂの境界３２ｃが、光走査装置１０Ａの光の理想的な走査方向と同一となるように、受光器３２が配置されている。なお、この理想的な走査方向は、図４では、紙面に垂直な方向である。
【００４３】
制御部２４ｂは、第１の領域３２ａに入射する光に基づく信号と第２の領域３２ｂに入射する光に基づく信号との間の差信号を受光器３２から得て、この差信号を０とするように、駆動素子２４ａを制御し、光源部１８を円周Ｃの半径方向に移動させる。例えば、図５の光スポットＳＰ１は、第１の領域３２ａと第２の領域３２ｂに均等に入射しているので、光源部１８の移動は行われない。一方、光スポットＳＰ２及びＳＰ３のように、第１の領域３２ａと第２の領域３２ｂのうち一方に光が多く入射している場合には、制御部２４ｂは、差信号を０とするように、駆動素子２４ａへのフィードバックを行う。
【００４４】
なお、分解点数を向上させるためにレンズ１４を高ＮＡのレンズにする場合には、レンズの焦点深度が浅くなり、基板１２の面ブレによる影響が大きくなり、この面ぶれに伴うビーム径の変化が現れる。これを防ぐためには、光源部１８とレンズ１４との距離を変化させる別のアクチュエーターを更に設置し、集光レンズ３０と受光器３２を含む光学系に焦点検出ができる光学系（既知の非点収差法や臨界角法等に基づく光学系）の機能を与え、焦点検出信号に基づき当該別のアクチュエーターを制御してもよい。
【００４５】
以下、上述した実施形態の光走査装置の応用例について説明する。図６は、一実施形態に係る映像表示装置を示す図である。図６の映像表示装置４０は、カラーモニタ又はプロジェクタとして利用可能なものである。
【００４６】
映像表示装置４０は、光走査装置１０、ガルバノミラー３４、及び、レンズ３６を備えている。映像表示装置４０では、ガルバノミラー３４、及び、レンズ３６は、図４に示したものと同様のものである。したがって、像面ＩＰに対する２次元の光の走査は、図４に示した走査と同様である。また、映像表示装置４０では、光走査装置１０の代わりに、光走査装置１０Ａが用いられてもよい。
【００４７】
図７は、図６に示す映像表示装置の光走査装置に利用される光源部の例を示す図である。図７に示す光源部１８は、光源４２Ｒ、４２Ｇ、及び、４２Ｂ、コリメータレンズ４４Ｒ、４４Ｇ、及び、４４Ｂ、ダイクロイックミラー４６及び４８、集光レンズ５０、並びに光ファイバ５２を有している。
【００４８】
光源４２Ｒ、４２Ｇ、及び、４２Ｂは、それぞれ、赤、緑、青の光を出射する。光源４２Ｒ、４２Ｇ、及び、４２Ｂとしては、半導体レーザ、又は、ＬＥＤを用いることができる。
【００４９】
コリメータレンズ４４Ｒ、４４Ｇ、及び、４４Ｂはそれぞれ、光源４２Ｒ、４２Ｇ、及び、４２Ｂからの光を平行光束とする。コリメータレンズ４４Ｒ、４４Ｇ、及び、４４Ｂを経た三色の光は、ダイクロイックミラー４６及び４８によって波長合成される。ダイクロイックミラー４６及び４８は、例えば、誘電体多層膜で構成される。ダイクロイックミラー４６は、青色の光を透過し、赤色の光を反射する。また、ダイクロイックミラー４８は、緑色の光を反射し、青色及び赤色の光を透過する。これにより、三色の光が合成される。
【００５０】
集光レンズ５０は、合成された三色の光を光ファイバ５２の一端面に光学的に結合する。光ファイバ５２は、一端面に入射した光を導波して、当該光を他端面から出射する。他端面から出射された光は、図６に示すようにレンズ１４に入射する。なお、光源部１８は、光ファイバ５２を用いずに、光ファイバの入射位置にレンズ１４が位置するように配置されていてもよい。しかしながら、光ファイバ５２を用いると、光源部１８と基板１２とを空間的に離しておくことができるので、光源部１８や基板１２の配置が容易であり、モータ１６ａの回転に伴う振動等の影響を光源部１８が受けることがないといった利点がある。
【００５１】
映像表示装置４０は、処理部５４によって映像信号に基づき、スピンドルモータ１６ａへの水平走査信号とガルバノミラーの垂直走査信号とを同期させ、光源部１８の各光源を変調することによって、映像を表示することができる。この映像表示装置４０は、光走査装置１０を水平方向の走査に用いているので、水平走査周波数を極めて高くすることが可能である。したがって、映像表示装置４０は、フルハイビジョンのカラーモニタやプロジェクタとして用いることができる。
【００５２】
また、液晶やプラズマ方式のモニタやプロジェクタでは画素を構成する素子による変調速度の制限が存在するが、映像表示装置４０では、光源の変調速度を半導体レーザや後述する他の変調器の変調周波数の上限まで高めることが可能である。さらに、結像レンズ３６を光軸方向に動かすことによって、表示サイズも自由に変更することが可能である。
【００５３】
また、紫外線ＬＤ励起の蛍光発色方式のＬＥＤを映像表示装置４０の光源として用いることにより、通常のＬＥＤを用いる場合より、更に変調速度を向上させることが可能となる。
【００５４】
また、気体レーザや固体レーザのように直接変調を行うことが不可能な光源を映像表示装置４０に用いる場合には、光源の外部に電気変調器や音響光学素子等の外部変調素子を配置することができる。この場合の水平走査線の回転に伴うブレを補正する手段は、光ファイバ５２を保持する部材を変位させる駆動素子によって実現され得る。
【００５５】
また、４０４ｎｍ等の青色発光のＬＤ光源と青色の光を励起する紫外線ＬＤとビームスプリッタ等により光を合成する光学系を別途用意して、この光学系を新たな青領域発光の光源として映像表示装置４０に用いれば、青領域の色域を従来のブラウン管に近似させることが出来る。このように紫外線ＬＤ励起の蛍光発色を用いる場合には、当該蛍光発色に対して適宜にＬＤ光源の光を混ぜることにより、色域をある程度自在に制御することができる。なお、この例では、青領域について説明したが、赤や緑、或いは、他の色を混ぜてもよいことは言うまでもないことである。
【００５６】
以下、上述した実施形態の光走査装置の応用例について説明する。図８は、一実施形態に係るレーザ走査顕微鏡を示す図である。図８に示すレーザ走査顕微鏡６０は、光走査装置１０、第１の瞳伝達レンズ系６２、ガルバノミラー６４、第２の瞳伝達レンズ系６６、及び、対物レンズ６８を備えている。なお、図８では、光走査装置１０については、レンズ１４及び光源部１８のみを示している。
【００５７】
光源部１８は、レンズ１４の前側焦点位置に配置されている。したがって、レンズ１４の光軸上に光源部１８が存在する場合には、光源部１８からの光はレンズ１４の光軸方向に進む平行光Ｌ１となる。レンズ１４の移動に伴い、レンズ１４からの光は、当該レンズ１４の光軸に対して傾斜した平行光Ｌ２となる。
【００５８】
第１の瞳伝達レンズ系６２は、レンズ１４からの平行光を、ガルバノミラー６４に伝達する。レーザ走査顕微鏡６０は、共焦点型のレーザ走査顕微鏡であり、対物レンズ６８で集光された光の情報を用いた処理を行うために、第２の瞳伝達レンズ系６６を備えている。即ち、光源部１８と試料面ＳＰが共役な位置関係となっている。また、対物レンズ６８の瞳位置は、レンズ１４の主面及びガルバノミラー６４と共役な位置関係になっている。
【００５９】
レーザ走査顕微鏡６０は、更に、第１の瞳伝達レンズ系６２の二つのレンズの間にビームスプリッタ７０を有している。なお、ビームスプリッタ７０は、第２の瞳伝達レンズ系６６の二つのレンズの間に設けられていてもよい。
【００６０】
また、レーザ走査顕微鏡６０は、スリット７２を更に備えている。スリット７２には、ビームスプリッタ７０から試料面ＳＰによって反射された光が導かれる。スリット７２の位置は、試料面ＳＰのジャストフォーカス位置で、ビーム径が最小になるように固定されている。このスリット７２の配置方向は、光走査装置１０の走査方向と一致しており、また、スリット７２の横幅は集光されるビームサイズよりも小さく設定されている。レーザ走査顕微鏡６０は、更に、スリット７２を通過した光を受ける受光素子７４を有しており、受光素子７４によってスリット７２を通過した光の光量を測定する。即ち、レーザ走査顕微鏡６０は、通常のレーザ走査型共焦点顕微鏡のピンホールに代わるものとして、スリット７２を有している。
【００６１】
レーザ走査顕微鏡６０では、光走査装置１０の水平走査とガルバノミラー６４の垂直走査とにより１周期で１画面の情報、即ち、受光素子７４に受けた光の光量、及び、対物レンズ６８と試料面ＳＰとの間の距離の変化量が取得され、当該情報がメモリ７６に記憶される。そして、対物レンズ６８と試料面ＳＰとの間の距離を相対的に変化させ、一画面の情報を得るプロセスが繰り替えされる。レーザ走査顕微鏡６０では、最終的に得られた情報を用いて、各走査位置で光量が最大になる場合の上記変化量が試料面ＳＰのプロファイル情報として選択される。
【００６２】
このレーザ走査顕微鏡６０は、光走査装置１０を用いているので、水平走査周波数を極めて高くすることが可能である。したがって、レーザ走査顕微鏡６０は、１画面の情報取得を高速に行うことができる。なお、レーザ走査顕微鏡６０には、光走査装置１０に代えて光走査装置１０Ａが用いられてもよい。また、スリット７２を２分割受光素子とし、２分割受光素子の分割線の背面に更に受光素子が設けられてもよい。この場合には、図４を参照して上述した２分割受光素子による光源部１８の位置制御も行うことができ、同時に共焦点情報も取得することが可能である。
【符号の説明】
【００６３】
１０，１０Ａ…光走査装置、１２…基板、１２ａ…遮光部、１２ｂ…第１の層、１２ｃ…第２の層、１２ｄ…第３の層、１２ｅ…第４の層、１４…レンズ、１６…基板駆動機構、１６ａ…スピンドルモータ、１６ｂ…支軸、１８…光源部。２０…レンズ、２２…ホルダ、２４…光源駆動機構、２４ａ…駆動素子、２４ｂ…制御部、２６…マウント、２８…光分離素子、３０…集光レンズ、３２…受光器、３２ａ…第１の領域、３２ｂ…第２の領域、３２ｃ…境界、３４…ガルバノミラー、３６…結像レンズ、４０…映像表示装置、４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂ…光源、４４Ｒ，４４Ｇ，４４Ｂ…コリメータレンズ、４６，４８…ダイクロイックミラー、５０…集光レンズ、５２…光ファイバ、５４…処理部、６０…レーザ走査顕微鏡、６２…第１の瞳伝達レンズ系、６４…ガルバノミラー、６６…第２の瞳伝達レンズ系、６８…対物レンズ、７０…ビームスプリッタ、７２…スリット、７４…受光素子、７６…メモリ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板において円周に沿って設けられた複数のレンズと、
前記基板を前記円周の中心軸線周りに回転させる基板駆動機構と、
前記複数のレンズが通過する軌道上に光を出射する光源部と、
を備える光走査装置。
【請求項２】
前記光源部を前記円周の半径方向に移動させる光源駆動機構を更に備える、請求項１に記載の光走査装置。
【請求項３】
前記光走査装置は、前記光源部から出射され前記複数のレンズの各々を経た光を分離する光分離素子と、
前記光分離素子からの光を収束させる別のレンズと、
前記別のレンズからの光を受ける受光器と、
を更に備えており、
前記光源駆動機構は、所定の走査方向に対する前記受光器における光の入射位置のずれを補正するように、前記光源部を移動させる、請求項２に記載の光走査装置。
【請求項４】
前記受光器は、前記所定の走査方向に応じて二分割された二つの領域を含んでおり、
前記光源駆動装置は、前記二つの領域の一方における光の強度と該二つの領域の他方における光の強度との差異に基づいて、前記光源部を移動させる、請求項３に記載の光走査装置。
【請求項１】
基板と、
前記基板において円周に沿って設けられた複数のレンズと、
前記基板を前記円周の中心軸線周りに回転させる基板駆動機構と、
前記複数のレンズが通過する軌道上に光を出射する光源部と、
を備える光走査装置。
【請求項２】
前記光源部を前記円周の半径方向に移動させる光源駆動機構を更に備える、請求項１に記載の光走査装置。
【請求項３】
前記光走査装置は、前記光源部から出射され前記複数のレンズの各々を経た光を分離する光分離素子と、
前記光分離素子からの光を収束させる別のレンズと、
前記別のレンズからの光を受ける受光器と、
を更に備えており、
前記光源駆動機構は、所定の走査方向に対する前記受光器における光の入射位置のずれを補正するように、前記光源部を移動させる、請求項２に記載の光走査装置。
【請求項４】
前記受光器は、前記所定の走査方向に応じて二分割された二つの領域を含んでおり、
前記光源駆動装置は、前記二つの領域の一方における光の強度と該二つの領域の他方における光の強度との差異に基づいて、前記光源部を移動させる、請求項３に記載の光走査装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−１７５８２３（Ｐ２０１０−１７５８２３Ａ）
【公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１８２５３（Ｐ２００９−１８２５３）
【出願日】平成２１年１月２９日（２００９．１．２９）
【出願人】（０００１０１３３０）アストロデザイン株式会社 (28)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月２９日（２００９．１．２９）
【出願人】（０００１０１３３０）アストロデザイン株式会社 (28)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]