光軸シフト装置および光学装置
【課題】機械的な駆動機構を必要とせず簡便な構成によって高速な応答を可能とする光軸シフト装置を提供する。
【解決手段】光軸シフト装置は、対向して配置される一対の透明電極１３，１４と、所定の方向に配向処理されて一対の透明電極１３，１４の対向面側にそれぞれ設けられた一対の配向板１５，１６と、一対の配向板１５，１６の間に備えられ配向板１５，１６により液晶分子を所定の方向に初期配向させる液晶層１７とをそれぞれ有し、透明電極１３，１４間への電圧の印加により液晶層１７中の液晶分子の姿勢を変更させることにより液晶層１７の実効的な屈折率を変化させる第１液晶素子１０および第２液晶素子２０を有して構成され、第１液晶素子１０と第２液晶素子２０とを互いに配向方向を直交して積層させてなるシフト平板２，３を入射光の光軸方向に対して傾斜させて配設する。
【解決手段】光軸シフト装置は、対向して配置される一対の透明電極１３，１４と、所定の方向に配向処理されて一対の透明電極１３，１４の対向面側にそれぞれ設けられた一対の配向板１５，１６と、一対の配向板１５，１６の間に備えられ配向板１５，１６により液晶分子を所定の方向に初期配向させる液晶層１７とをそれぞれ有し、透明電極１３，１４間への電圧の印加により液晶層１７中の液晶分子の姿勢を変更させることにより液晶層１７の実効的な屈折率を変化させる第１液晶素子１０および第２液晶素子２０を有して構成され、第１液晶素子１０と第２液晶素子２０とを互いに配向方向を直交して積層させてなるシフト平板２，３を入射光の光軸方向に対して傾斜させて配設する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入射光の光軸を光学的にシフトさせる光軸シフト装置、および、この光軸シフト装置を用いた光学装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
検査装置、投射装置（プロジェクタ）、光ピックアップ装置などの光学装置においては、入射光に対して出射光を平行にシフトさせて光軸（光路）を切り換えることが可能な光軸シフト装置を用いることで各種機能を向上させることが行われている。例えば、特許文献１には、所定の厚さを有する複数の平行平面ガラスをそれぞれ異なる回動軸上に軸支して設け、各平行平面ガラスの回動軸周りの回動を制御することにより、各平行平面ガラスの入射光に対する傾斜を変更させることで、光軸を複数の方向にシフト（変位）させることができる光軸シフト装置が開示されている。この光軸シフト装置が適用された検査装置によれば、検査対象物の被検面に対して複数の方向に関して光軸シフトされた複数の画像を取得することが可能になり、表面検査の精度を向上させることができる。
【特許文献１】特許第３３８３３８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、このような光軸シフト装置においては、光軸をシフトさせるために平行平面ガラスの傾斜角度を制御するための駆動機構が必要となり、構成が複雑となって装置全体が大型化するとともに、製造コストが増大するという問題がある。また、光軸のシフト量を可変とするための可動部（平行平面ガラス）を駆動機構により制御するため振動などを生じやすく、光軸のシフトを高速に制御することが困難であるという問題もある。
【０００４】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、機械的な駆動機構を必要とせず簡便な構成によって高速な応答を可能とする光軸シフト装置、および、この光軸シフト装置を用いた光学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】
このような目的達成のため、本発明に係る光軸シフト装置は、対向して配置される一対の透明電極と、所定の方向に配向処理されて一対の透明電極の対向面側にそれぞれ設けられた一対の配向板と、一対の配向板の間に備えられ配向板により液晶分子を所定の方向に初期配向させる液晶層とをそれぞれ有し、透明電極間への電圧の印加により液晶層中の液晶分子の姿勢を変更させることにより液晶層の実効的な屈折率を変化させる第１液晶素子および第２液晶素子を有して構成され、第１液晶素子と第２液晶素子とを互いに配向方向を直交して積層させてなるシフト平板を入射光の光軸方向に対して傾斜させて配設する。
【０００６】
なお、上述の発明において、第１液晶素子および第２液晶素子への印加電圧値を同一に制御することにより、第１液晶素子での実効的な屈折率と第２液晶素子での実行的な屈折率とを同一に制御するように構成されることが好ましい。
【０００７】
また、上述の発明において、所定の方向とは、透明電極の対向面に平行な方向であることが好ましい。
【０００８】
さらに、上述の発明において、一対の透明電極をそれぞれ対向面側に設けた平板状の一対の透明基板を備えて構成されることが好ましい。
【０００９】
また、上述の発明において、シフト平板を２枚有して構成され、２枚のシフト平板が、一方のシフト平板を入射光の光軸に対して第１の基軸周りに傾斜させてなる第１シフト平板と、他方のシフト平板を入射光の光軸に対して第２の基軸周りに傾斜させてなる第２シフト平板とから構成されることが好ましい。
【００１０】
さらに、上述の発明において、第１の基軸の方向と第２の基軸の方向とは互いに直交する方向であることが好ましい。
【００１１】
また、上述の発明において、第１シフト平板と第２シフト平板とを、光軸上にそれぞれ複数配置して構成されることが好ましい。
【００１２】
さらに、本発明に係る光学装置は、上記構成の光軸シフト装置を用いて構成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、機械的な駆動機構を必要とせず簡便な構成により、入射光の光軸を高速でシフトさせることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。本実施形態に係る光軸シフト装置の概略構成を図１に示している。なお、図１において図示の通りにＸＹＺ直交座標系を設定し、この座標系を参照しつつ説明する。
【００１５】
光軸シフト装置１は、ＸＹ平面に対してＸ軸に平行な基軸Ｘ′周りに角度αだけ傾けて配置された第１シフト平板２と、ＸＹ平面に対してＹ軸に平行な基軸Ｙ′周りに角度βだけ傾けて配置された第２シフト平板３とを有して構成される。各シフト平板２，３は、液晶の配向方向が互いに直交するようにして貼り付けられた２枚の液晶素子１０，２０をそれぞれ有して構成される。
【００１６】
各液晶素子１０，２０は、図２に示すように、対向配置された一対の透明基板１１，１２と、これらの透明基板１１，１２の内面側にそれぞれ設けられた一対の透明電極１３，１４と、これらの透明電極１３，１４上にそれぞれ設けられた一対の配向板１５，１６と、透明基板１１，１２間に配向板１５，１６を介して充填され、これら配向板１５，１６に処理された配向方向に多数の液晶分子１８が配列された液晶層（ネマティック液晶層）１７と、この液晶層１７を封止（シール）する矩形枠形状の封止部材１９とを有して構成される。
【００１７】
透明基板１１，１２としては、ガラス、プラスチック、フィルムなどの光学的に透明な材料が用いられる。また、透明電極１３，１４としては、ＩＴＯなどが用いられる。この一対の透明電極１３，１４には、不図示の電源装置から矩形波交流電圧が印加される。
【００１８】
配向板１５，１６には、液晶層１７の異常光屈折率方向が所定の方向（透明基板１１，１２の表面に対して平行な方向）を向くように配向処理（平行配向処理）を施している。配向処理は、ポリイミドなどを主成分とする配向膜を表面にスピンコートした後、布などで上記所定の方向にラビングする方法によりなされている。
【００１９】
液晶層（ネマチック液晶層）１７は、透明電極１３，１４および配向板１５，１６を介して透明基板１１，１２と、封止部材１９とで囲まれた空間内に封入されている。この液晶層１７の液晶分子１８は、ラビング処理が施された配向板１５，１６によって初期配向が規制されている。このため、液晶分子１８は、その長軸が電圧非印加時に透明基板１１，１２の対向面に対して平行な上記所定の方向（図２で示すＡ方向）となるように配列される。
【００２０】
また、液晶層１７は、この液晶層１７の配向方向に平行な方向の偏光成分の光（異常光）に対する屈折率が液晶分子１８の角度により変化する特性を有している。このことから、外部から透明電極間に印加する電圧（矩形波交流電圧）を変化させることで、液晶分子１８の分子配列が変化し（図４参照）、その液晶分子１８の角度により液晶層１７の実質的な屈折率を変化させることができる。また、液晶層１８の配向方向に垂直な方向の偏光成分の光は、液晶層１７内で常光として直進する。
【００２１】
そして、各シフト平板２，３は、図３に示すように、２枚の液晶素子１０，２０をその液晶の配向方向が互いに直交するようにして、互いの透明基板１１，１２の表面（液晶素子１０の下面側の透明基板１２と液晶素子２０の上面側の透明基板１１と）を張り合わせて構成されている。
【００２２】
そして、光軸シフト装置１は、これら各シフト平板２，３のうち、第１シフト平板２をＸＹ平面（水平面）に対してＸ軸に平行な基軸Ｘ′周りに角度αだけ傾けて配置するとともに、第２シフト平板３をＸＹ平面（水平面）に対してＹ軸に平行な基軸Ｙ′周りに角度βだけ傾けて配置することで構成されている。なお、ここで第１シフト平板２の傾斜角度αと第２シフト平板３の傾斜角度βとは同一の大きさの角度でもよいし、互いに相違する大きさの角度として構成してもよいものである。
【００２３】
このとき、各シフト平板２，３は、上述したように、配向方向が互いに直交するようにして２枚の液晶素子１０，２０を張り合わせて構成されるため、それぞれの液晶層１７内に入射する光に対して、液晶の配向方向に平行な方向の偏光成分については液晶層１７内で屈折を生じさせ、液晶の配向方向に垂直な方向の偏光成分については液晶層１７内を直進させる。
【００２４】
すなわち、これら各シフト平板２，３への入射光において、一方の液晶素子１０の配向方向との関係で平行な偏光成分の光は、他方の液晶素子２０の配向方向との関係では垂直な方向の偏光成分の光となる。これとは逆に、一方の液晶素子１０の配向方向との関係で垂直な方向の偏光成分の光は、他方の液晶素子２０の配向方向との関係では平行な方向の偏光成分の光となる。このため、一方の液晶素子１０への印加電圧値と他方の液晶素子２０への印加電圧値とを同一に制御することで、これらの偏光成分を有する入射光は、偏光成分ごとに各液晶素子１０，２０の液晶層１７内で同一変位量の屈折あるいは直進の作用を受け、シフト平板２，３の入射面内で距離ｄだけ光軸をシフト（変位）させて出射することになる。したがって、シフト平板２，３への入射光を、見かけ上は屈折率ｎでシフト平板の入射面内において屈折させて、光軸を距離ｄだけシフト（変位）させるようにすることができる。
【００２５】
ここで、上記の光軸のシフト量ｄは、
ｄ＝ｔ・ｓｉｎθｉ（１−ｔａｎθｒ／ｔａｎθｉ）
で表すことができる（図５参照）。このとき、ｔはシフト平板２，３の厚さ、θｉはシフト平板２，３に対する光軸の入射角、θｒはシフト平板２，３に対する光軸の屈折角、ｎはシフト平板２，３の屈折率である。このうち入射角θｉは、各シフト平板２，３の傾き角度α，βに応じて定まることになる。また、スネルの法則により、屈折角θｒは、
θｒ＝ｓｉｎ−１｛（ｎ０・ｓｉｎθｉ）／ｎ｝
で表すことができる。このとき、ｎ０はシフト平板２，３の外部の屈折率である。すなわち、印加電圧値を変化させることで屈折率ｎを変化させることにより、光軸を所望のシフト量ｄだけシフト（変位）させることが可能になる。
【００２６】
このように構成される光軸シフト装置１では、まず、第１シフト平板２への入射光を、この第１シフト平板２の入射面内でＹ方向に光軸を距離ｄＹだけシフト（変位）させて出射する。次いで、この出射光を第２シフト平板３により、第２シフト平板３の入射面内でＸ方向に距離ｄＸだけシフト（変位）させて出射する。そして、これらシフト平板２，３による光軸のシフト（変位）を組み合わせることで、各シフト平板２，３（液晶層１７）への印加電圧値を変化させてシフト平板２，３それぞれの実効屈折率を変化させることにより、入射光の光軸を二次元（ＸＹ平面内）で任意にシフト制御することが可能になる。
【００２７】
それでは、このような光軸シフト装置１を用いた光学装置への適用例について、以下４つの実施例を説明する。
【００２８】
まず、光軸シフト装置１を用いた表面検査装置への適用例について、図６を参照して説明する。表面検査装置は、散乱光により被検物（例えば、半導体ウェハ）の表面欠陥を検出するようになっており、照明部３０、ステージ３６、受光部４０、光軸シフト装置１、画像処理部（制御部）４３、および画像表示部４４を有して構成される。
【００２９】
ステージ３６は、不図示の搬送装置によって搬送されてきた被検物３５を、その上面の被検面を水平面内（ＸＹ平面内）に位置させた状態でステージ３６の表面に載置して、例えば真空吸着により固定保持する。また、ステージ３６はステージ回転機構３７によりステージ３６の表面に直交する所定の回転軸を中心として水平面内で回転可能に構成されている。
【００３０】
照明部３０は、照明光源３１、レンズ３２、スリット３３、および照射レンズ３４を有して構成されており、照明光源３１から出射される検査用照明光は、レンズ３２により共役面が形成される位置に配置されたスリット３３を通過したのち、照射レンズ３４により平行光束に変換されて均一な照明として被検物３５の被検面全体を照明する。
【００３１】
受光部４０は、被検物３５の被検面から散乱された光の一部を結像させる受光レンズ４１と、検出面上に所定の大きさの多数の画素を有するＣＣＤカメラ４２とを有して構成されており、その受光光軸がステージ３６の表面に載置された被検物３５の法線方向（Ｚ方向）と平行になるように設けられている。
【００３２】
このとき、被検物３５の被検面上に傷や異物などの欠陥が存在すると、被検面に照射された検査用照明光はこのような欠陥に当たって散乱される。この散乱光のうち、被検物３５のほぼ法線方向（Ｚ方向）に向かう光は、受光レンズ４１により集光されてＣＣＤカメラ４２の撮像面に結像される。この結果、被検物３５の被検面に存在する傷や異物の像がＣＣＤカメラ４２により撮像され画像信号に光電変換される。
【００３３】
ＣＣＤカメラ４２からの画像信号は、配線を介して画像処理部４３および画像表示部４４に送られる。画像処理部４３は、ＣＣＤカメラ４２の撮像素子（イメージデバイス）により変換された被検面の画像信号に基づいて、輝度が所定の閾値を超える部分に傷や異物などの欠陥が存在すると判断して欠陥抽出の処理を行う。画像表示部４４は、ＣＣＤカメラ４２により撮像された画像（または画像処理部により処理がされた画像）を画面４５に表示する。このため、ＣＣＤカメラ（撮像素子）４２からの撮像情報を画像処理部４３により画像処理して画像表示部４４の画面４５に表示される画像には、傷や異物などの欠陥を示す輝点（所定閾値の輝度よりも明るい輝度を有する部分）が現れ、これにより被検物３５における表面欠陥の存在を検出することができる。
【００３４】
このとき、受光レンズ４１とＣＣＤカメラ４２との間の光路上には、光軸シフト装置１が介在して設けられている。この光軸シフト装置１は、上述したように、画像処理部（制御部）４３からの印加電圧を変化させて各シフト平板２，３それぞれの実効屈折率を変化させることにより、入射光の光軸をＸＹ平面内で任意にシフト制御することが可能である。したがって、検査画像を取得する場合には、ＣＣＤカメラ４２の撮像素子間の間隔（画素ピッチ）に対して、Ｘ方向およびＹ方向に入射光（散乱光）の光軸に変位を与えたそれぞれの位置でＣＣＤカメラ４２への入射光像を撮像する。そして、これらの位置で撮像した画像を画像処理部４３によって合成処理等することにより、取得画像の解像度を向上させることができる。
【００３５】
例えば、光軸を変位させていない初期画像と、Ｘ方向に画素ピッチの１／２の距離、Ｙ方向に画素ピッチの１／２の距離、およびＸ，Ｙ方向に画素ピッチの１／２の距離だけ変位を与えて撮像した画像との計４枚の画像を、画像処理部４３によって合成処理することで、ＣＣＤカメラ４２に用いた撮像素子の画素数よりも高画素化された検査画像を取得することができる。このように、高解像化を実現するために必要な光学系の構成を小さくすることができ、精度の高い表面欠陥検査を行うことが可能になる。
【００３６】
次に、光軸シフト装置１を用いた顕微鏡装置への適用例について、図７を参照して説明する。顕微鏡装置は、光源５１、レンズ５２、開口絞り５３、ハーフミラー５４、対物レンズ５５、スリット５６、結像レンズ５７、光軸シフト装置１、ＣＣＤカメラ５８、画像処理部（制御部）５９、および画像表示部６０を有して構成される。
【００３７】
このうち、光源５１、レンズ５２、開口絞り５３、ハーフミラー５４、および対物レンズ５５が照明光学系（落射照明系）ＬＳ１を構成しており、対物レンズ５５、ハーフミラー５４、スリット５６、および結像レンズ５７が観察光学系ＬＳ２を構成している。なお、照明光学系ＬＳ１と観察光学系ＬＳ２とは、ハーフミラー５４から対物レンズ５５までの光路を共有している。
【００３８】
このように構成される顕微鏡装置では、照明光学系ＬＳ１の光源５１からの出射光は、レンズ５２によって開口絞り５３の位置で一旦集光された後、ハーフミラー５４で垂直下方へ（折り曲げられるように）反射されたのち、対物レンズ５５を介して撮像対象の標本（標本面）６２を照射する。標本（標本面）６２から反射された光は、再び対物レンズ５５を通ってハーフミラー５４を透過した後、観察光学系ＬＳ２の単独光路へ入る。
【００３９】
そして、ハーフミラー５４を透過した光は、スリット５６を介して結像レンズ５７によってＣＣＤカメラ５８の撮像面上に結像されて標本像が形成される。この標本像はＣＣＤカメラ５８によって撮像され、画像信号に光電変換された後、配線を介して画像処理部（制御部）５９および画像表示部６０に送られる。そして、ＣＣＤカメラ５８からの画像信号に基づいて画像処理部５９により画像処理がなされ、画像表示部６０の画面６１に標本６２の画像を表示させることができる。
【００４０】
このとき、結像レンズ５７とＣＣＤカメラ５８との間の光路上には、光軸シフト装置１が介在して設けられている。この光軸シフト装置１は、上述したように、画像処理部（制御部）５９からの印加電圧を変化させてシフト平板２，３それぞれの実効屈折率を変化させることにより、入射光の光軸をＸＹ平面内で任意にシフト制御することが可能である。したがって、標本画像を取得する場合には、先に説明した表面検査装置と同様に、ＣＣＤカメラ５８の撮像素子間の間隔（画素ピッチ）に対して、Ｘ方向およびＹ方向に入射光の光軸に変位を与えたそれぞれの位置でＣＣＤカメラ５８への入射光像を撮像する。そして、これらの位置で撮像した画像を画像処理部５９によって合成処理等することにより、取得画像の解像度を向上させることができる。
【００４１】
次に、光軸シフト装置１を用いた投射装置（液晶プロジェクタ）への適用例について、図８を参照して説明する。この液晶プロジェクタは、照明部７０、液晶ライトバルブ７４、光軸シフト装置１、および投射レンズ７５を有して構成される。
【００４２】
照明部７０は、光源７１、メニスカスレンズ７２、およびコンデンサレンズ７３を備えている。この光源７１からの出射光はメニスカスレンズ７２で拡散されたのちコンデンサレンズ７３により平行光に変換され、液晶ライトバルブ７４の有効画素領域を照射する。また、照明部７０はその光軸上に不図示のフィルタを有しており、照明光に含まれる不要な紫外線成分や赤外線成分などを吸収する。
【００４３】
液晶ライトバルブ７４は、光の入射側および出射側に設けられた一対の偏光板（図示しない）に挟まれる透過型液晶パネルから構成される。液晶ライトバルブ７４は、入射光を入力された画像情報に応じて空間光変調を行い、これを変調光として出射（透過）する。液晶ライトバルブ（透過型液晶パネル）７４の各画素は印加電圧を制御することにより液晶分子の配列が変化し、液晶層が位相板の役目を果たすようになっている。そして、液晶ライトバルブ７４は、入射光を入力された画像情報に応じて印加電圧を制御することにより、透過型液晶パネルを構成する画素単位で偏光状態を輝度変調して出射する。
【００４４】
投射レンズ７５は、液晶ライトバルブ７４から出射された変調光（画像光）をスクリーン７６に拡大投射する。これによりスクリーン７６には、拡大投影された画像が写し出される。なお、液晶ライトバルブ７４において輝度変調されて投射レンズ７５を介してスクリーン７６に写し出される投射画像の一部を図９（ａ）に示す。
【００４５】
このとき、液晶ライトバルブ７４と投射レンズ７５との間の光路上には、光軸シフト装置１が介在して設けられている。この光軸シフト装置１は、上述したように、不図示の電源装置からの各シフト平板（液晶層）への印加電圧値を変化させてシフト平板２，３それぞれの実効屈折率を変化させることにより、入射光の光軸をＸＹ平面内で任意にシフト制御することが可能である。したがって、画像光をスクリーン７６に投射する場合には、この光軸シフト装置１によって画像光を所定のシフト量だけ変位させて写し出すことができる。これにより、光軸シフト装置１により表示位置をずらした状態の画像パターンを繰り返し表示させることで、液晶ライトバルブ（透過型液晶パネル）７４の見かけ上の画素数を倍増してスクリーン７６に表示させることができる。
【００４６】
例えば、シフトなしの状態と、Ｘ方向に画素ピッチの１／２のシフト量を変位させた状態と、Ｙ方向に画素ピッチの１／２のシフト量を変位させた状態と、Ｘ，Ｙ方向に画素ピッチの１／２のシフト量を変位させた状態とで、画素ずらしをした４つの表示位置による画像パターンを順次繰り返し表示させることで、液晶ライトバルブ７４（透過型液晶パネル）の画素の配列方向に対して見かけ上４倍の画素数倍増がされた投射画像を得ることができる（図９（ｂ）参照）。
【００４７】
また、同様にして画像光を画素ピッチの１／３のシフト量を画素の配列方向に順次変位させて、９つの表示位置による画像パターンを繰り返し表示させることとすると、液晶ライトバルブ（透過型液晶パネル）７４の画素の配列方向に対して、見かけ上９倍の画素数倍増がされた投射画像を得ることができる（図９（ｃ）参照）。
【００４８】
したがって、光軸シフト装置１によるシフト量に応じて画素区画を細分化することにより、投射画像の解像度、階調を高め、高精細な画像を表示させることができる。特に、投射画像のエッジ部分などを滑らか、かつ自然に表示させることができる。また、投射画像が重なることにより、明るい投射画像を表示させることができる。
【００４９】
次に、光軸シフト装置１を用いた光ピックアップ装置への適用例について、図１０を参照して説明する。光ピックアップ装置は、光ディスク９４を回転ステージ９５により定速回転させ、光ピックアップ装置から出射したレーザビーム光を光ディスク９４の記録面９４ａに集光させることで情報の記録を行い、また、記録面９４ａからの反射光を検出することで光ディスク９４に記録されている情報の再生を行う。この光ピックアップ装置は、固定ヘッド部８０と可動ヘッド部９０とを有して構成される。
【００５０】
固定ヘッド部８０は、半導体レーザ等の光源８１、光軸シフト装置１、光源８１から出射されたレーザ光をメニスカスレンズ８２を介して平行なビーム光に変換するコリメータレンズ８３、ビームスプリッタ８４、収束レンズ８５、および光ディスク９４の記録面９４ａからの反射光を検出する光検出器（フォトセンサ）８６を有して構成される。
【００５１】
可動ヘッド部９０は、固定ヘッド部８０から出射されたビーム光を上方に９０度方向変換させる反射ミラー９１、ビーム光をスポット径１μｍ程度に絞って光ディスク９４の記録面９４ａに集光させる対物レンズ９２、不図示のフォーカシング・アクチュエータおよびトラッキング・アクチュエータ等を内蔵しており、ガイド機構９３に沿ってベース上を光ディスク９４のトラッキング方向（ラジアル方向）にリニア駆動され、微動トラッキング・アクチュエータとともにトラッキング制御される。
【００５２】
このような構成において、光源８１から出射されたレーザ光は、メニスカスレンズ８２で拡散されコリメータレンズ８３により平行なビーム光に変換された後、ビームスプリッタ８４を透過し、反射レンズ９１によって上方に方向変換され対物レンズ９２に入射される。この対物レンズ９２に入射されたレーザビーム光は、対物レンズ９２により光ディスク９４の記録面９４ａに集光されることで微小レーザ光スポットを形成し、情報の書き込みを行う。また、ビーム光で記録面９４ａ上に記録されている微小マーク（ピット）を照射すると、記録面９４ａからの反射光はマークによって変化する。この記録面９４ａから反射されたビーム光は、上記経路とは逆の経路を通って固定ヘッド部８０へ送られる。そして、固定ヘッド部８０のビームスプリッタ８４および収束レンズ８５を介して光検出器８６へ導かれ、ここで電気信号に変換され、光ディスク９４に記録されている情報が再生される。
【００５３】
ところで、このような光ピックアップにおいては、反射ミラー９１の上下動や、この光ピックアップ装置の各構成部品の取付精度などに起因して、光ディスク９４の記録面９４ａに集光される焦点位置にずれが生じ、データの書き込みエラーや読み出しエラーを引き起こすおそれがある。
【００５４】
このとき、光源８１とメニスカスレンズ８２との間の光路上には、光軸シフト装置１が介在して設けられている。この光軸シフト装置１は、上述したように、不図示の電源装置からの印加電圧を変化させてシフト平板２，３それぞれの実効屈折率を変化させることにより、入射光の光軸をＸＹ平面内で任意にシフト制御することが可能である。したがって、情報の記録などを行う場合には、光源から出射されるレーザビームの光軸を任意の方向にシフト（変位）させることができる。このため、光軸シフト装置１によって、光軸ずれを打ち消す方向にレーザビームの光軸をシフト調整することにより、光軸のずれを防止して光ディスク９４を良好に記録・再生することができる。
【００５５】
以上、このような構成の光軸シフト装置１によれば、光軸をシフトさせるための駆動機構を必要とせず、液晶の実行屈折率を印加電圧値により制御することで、入射光に対する光軸のシフト方向およびシフト量を高精度に制御することができる。また、このように簡便な構成とすることで、装置全体を小型コンパクト化することができるとともに、製造コストを低減させることができる。さらに、液晶素子を用いることにより動作速度が向上し、光軸を高速にシフト制御することが可能になる。
【００５６】
なお、上述の実施形態においては、光軸シフト装置１を２枚のシフト平板２，３により構成した場合について説明したが、本発明の技術的範囲はこれに限定されるものではなく、シフト平板をさらに複数配置して構成することにより、光軸を多段階にシフトさせることができるようになる。これによれば、光軸のシフト量を同方向に段階的に変化させることで大きなシフト量を得ることができる一方で、シフト量が互いに打ち消されるように印加電圧値を調整することでシフト量をきめ細かく制御することができる。
【００５７】
また、上述の実施形態においては、光軸シフト装置１を用いた表面検査装置、顕微鏡装置、投射装置（液晶プロジェクタ）、および光ピックアップ装置への適用例について説明したが、本発明の技術的範囲はこれに限定されるものではなく、光学シフト装置を用いて他の光学装置へ適用させて構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本実施形態に係る光軸シフト装置の構成を示す模式図である。
【図２】本実施形態に係る光軸シフト装置の液晶素子の構成を示す模式図である。
【図３】本実施形態に係る光軸シフト装置のシフト平板の構成を示す模式図である。
【図４】本実施形態に係る光軸シフト装置の液晶素子の動作を示す模式図である。
【図５】本実施形態に係る光軸シフト装置のシフト平板での光軸のシフト量を説明するための図である。
【図６】本実施形態に係る光軸シフト装置を用いた表面検査装置への適用例を示す模式図である。
【図７】本実施形態に係る光軸シフト装置を用いた顕微鏡装置への適用例を示す模式図である。
【図８】本実施形態に係る光軸シフト装置を用いた投射装置への適用例を示す模式図である。
【図９】上記投射装置での投射画像の一部を示す図であり、（ａ）は画素ずらしなしの状態を示し、（ｂ）は１／２画素ずらしによる画像を繰り返し表示した状態を示し、（ｃ）は１／３画素ずらしによる画像を繰り返し表示した状態を示す。
【図１０】本実施形態に係る光軸シフト装置を用いた光ピックアップ装置への適用例を示す模式図である。
【符号の説明】
【００５９】
１ 光軸シフト装置 ２ 第１シフト平板（シフト平板）
３ 第２シフト平板（シフト平板） １０ 液晶素子（第１液晶素子）
１１，１２ 透明基板 １３，１４透明電極 １５，１６ 配向板
１７ 液晶層 １８ 液晶分子 ２０ 液晶素子（第２液晶素子）
Ｘ′ 基軸（第１の基軸） Ｙ′ 基軸（第２の基軸）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入射光の光軸を光学的にシフトさせる光軸シフト装置、および、この光軸シフト装置を用いた光学装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
検査装置、投射装置（プロジェクタ）、光ピックアップ装置などの光学装置においては、入射光に対して出射光を平行にシフトさせて光軸（光路）を切り換えることが可能な光軸シフト装置を用いることで各種機能を向上させることが行われている。例えば、特許文献１には、所定の厚さを有する複数の平行平面ガラスをそれぞれ異なる回動軸上に軸支して設け、各平行平面ガラスの回動軸周りの回動を制御することにより、各平行平面ガラスの入射光に対する傾斜を変更させることで、光軸を複数の方向にシフト（変位）させることができる光軸シフト装置が開示されている。この光軸シフト装置が適用された検査装置によれば、検査対象物の被検面に対して複数の方向に関して光軸シフトされた複数の画像を取得することが可能になり、表面検査の精度を向上させることができる。
【特許文献１】特許第３３８３３８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、このような光軸シフト装置においては、光軸をシフトさせるために平行平面ガラスの傾斜角度を制御するための駆動機構が必要となり、構成が複雑となって装置全体が大型化するとともに、製造コストが増大するという問題がある。また、光軸のシフト量を可変とするための可動部（平行平面ガラス）を駆動機構により制御するため振動などを生じやすく、光軸のシフトを高速に制御することが困難であるという問題もある。
【０００４】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、機械的な駆動機構を必要とせず簡便な構成によって高速な応答を可能とする光軸シフト装置、および、この光軸シフト装置を用いた光学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】
このような目的達成のため、本発明に係る光軸シフト装置は、対向して配置される一対の透明電極と、所定の方向に配向処理されて一対の透明電極の対向面側にそれぞれ設けられた一対の配向板と、一対の配向板の間に備えられ配向板により液晶分子を所定の方向に初期配向させる液晶層とをそれぞれ有し、透明電極間への電圧の印加により液晶層中の液晶分子の姿勢を変更させることにより液晶層の実効的な屈折率を変化させる第１液晶素子および第２液晶素子を有して構成され、第１液晶素子と第２液晶素子とを互いに配向方向を直交して積層させてなるシフト平板を入射光の光軸方向に対して傾斜させて配設する。
【０００６】
なお、上述の発明において、第１液晶素子および第２液晶素子への印加電圧値を同一に制御することにより、第１液晶素子での実効的な屈折率と第２液晶素子での実行的な屈折率とを同一に制御するように構成されることが好ましい。
【０００７】
また、上述の発明において、所定の方向とは、透明電極の対向面に平行な方向であることが好ましい。
【０００８】
さらに、上述の発明において、一対の透明電極をそれぞれ対向面側に設けた平板状の一対の透明基板を備えて構成されることが好ましい。
【０００９】
また、上述の発明において、シフト平板を２枚有して構成され、２枚のシフト平板が、一方のシフト平板を入射光の光軸に対して第１の基軸周りに傾斜させてなる第１シフト平板と、他方のシフト平板を入射光の光軸に対して第２の基軸周りに傾斜させてなる第２シフト平板とから構成されることが好ましい。
【００１０】
さらに、上述の発明において、第１の基軸の方向と第２の基軸の方向とは互いに直交する方向であることが好ましい。
【００１１】
また、上述の発明において、第１シフト平板と第２シフト平板とを、光軸上にそれぞれ複数配置して構成されることが好ましい。
【００１２】
さらに、本発明に係る光学装置は、上記構成の光軸シフト装置を用いて構成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、機械的な駆動機構を必要とせず簡便な構成により、入射光の光軸を高速でシフトさせることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。本実施形態に係る光軸シフト装置の概略構成を図１に示している。なお、図１において図示の通りにＸＹＺ直交座標系を設定し、この座標系を参照しつつ説明する。
【００１５】
光軸シフト装置１は、ＸＹ平面に対してＸ軸に平行な基軸Ｘ′周りに角度αだけ傾けて配置された第１シフト平板２と、ＸＹ平面に対してＹ軸に平行な基軸Ｙ′周りに角度βだけ傾けて配置された第２シフト平板３とを有して構成される。各シフト平板２，３は、液晶の配向方向が互いに直交するようにして貼り付けられた２枚の液晶素子１０，２０をそれぞれ有して構成される。
【００１６】
各液晶素子１０，２０は、図２に示すように、対向配置された一対の透明基板１１，１２と、これらの透明基板１１，１２の内面側にそれぞれ設けられた一対の透明電極１３，１４と、これらの透明電極１３，１４上にそれぞれ設けられた一対の配向板１５，１６と、透明基板１１，１２間に配向板１５，１６を介して充填され、これら配向板１５，１６に処理された配向方向に多数の液晶分子１８が配列された液晶層（ネマティック液晶層）１７と、この液晶層１７を封止（シール）する矩形枠形状の封止部材１９とを有して構成される。
【００１７】
透明基板１１，１２としては、ガラス、プラスチック、フィルムなどの光学的に透明な材料が用いられる。また、透明電極１３，１４としては、ＩＴＯなどが用いられる。この一対の透明電極１３，１４には、不図示の電源装置から矩形波交流電圧が印加される。
【００１８】
配向板１５，１６には、液晶層１７の異常光屈折率方向が所定の方向（透明基板１１，１２の表面に対して平行な方向）を向くように配向処理（平行配向処理）を施している。配向処理は、ポリイミドなどを主成分とする配向膜を表面にスピンコートした後、布などで上記所定の方向にラビングする方法によりなされている。
【００１９】
液晶層（ネマチック液晶層）１７は、透明電極１３，１４および配向板１５，１６を介して透明基板１１，１２と、封止部材１９とで囲まれた空間内に封入されている。この液晶層１７の液晶分子１８は、ラビング処理が施された配向板１５，１６によって初期配向が規制されている。このため、液晶分子１８は、その長軸が電圧非印加時に透明基板１１，１２の対向面に対して平行な上記所定の方向（図２で示すＡ方向）となるように配列される。
【００２０】
また、液晶層１７は、この液晶層１７の配向方向に平行な方向の偏光成分の光（異常光）に対する屈折率が液晶分子１８の角度により変化する特性を有している。このことから、外部から透明電極間に印加する電圧（矩形波交流電圧）を変化させることで、液晶分子１８の分子配列が変化し（図４参照）、その液晶分子１８の角度により液晶層１７の実質的な屈折率を変化させることができる。また、液晶層１８の配向方向に垂直な方向の偏光成分の光は、液晶層１７内で常光として直進する。
【００２１】
そして、各シフト平板２，３は、図３に示すように、２枚の液晶素子１０，２０をその液晶の配向方向が互いに直交するようにして、互いの透明基板１１，１２の表面（液晶素子１０の下面側の透明基板１２と液晶素子２０の上面側の透明基板１１と）を張り合わせて構成されている。
【００２２】
そして、光軸シフト装置１は、これら各シフト平板２，３のうち、第１シフト平板２をＸＹ平面（水平面）に対してＸ軸に平行な基軸Ｘ′周りに角度αだけ傾けて配置するとともに、第２シフト平板３をＸＹ平面（水平面）に対してＹ軸に平行な基軸Ｙ′周りに角度βだけ傾けて配置することで構成されている。なお、ここで第１シフト平板２の傾斜角度αと第２シフト平板３の傾斜角度βとは同一の大きさの角度でもよいし、互いに相違する大きさの角度として構成してもよいものである。
【００２３】
このとき、各シフト平板２，３は、上述したように、配向方向が互いに直交するようにして２枚の液晶素子１０，２０を張り合わせて構成されるため、それぞれの液晶層１７内に入射する光に対して、液晶の配向方向に平行な方向の偏光成分については液晶層１７内で屈折を生じさせ、液晶の配向方向に垂直な方向の偏光成分については液晶層１７内を直進させる。
【００２４】
すなわち、これら各シフト平板２，３への入射光において、一方の液晶素子１０の配向方向との関係で平行な偏光成分の光は、他方の液晶素子２０の配向方向との関係では垂直な方向の偏光成分の光となる。これとは逆に、一方の液晶素子１０の配向方向との関係で垂直な方向の偏光成分の光は、他方の液晶素子２０の配向方向との関係では平行な方向の偏光成分の光となる。このため、一方の液晶素子１０への印加電圧値と他方の液晶素子２０への印加電圧値とを同一に制御することで、これらの偏光成分を有する入射光は、偏光成分ごとに各液晶素子１０，２０の液晶層１７内で同一変位量の屈折あるいは直進の作用を受け、シフト平板２，３の入射面内で距離ｄだけ光軸をシフト（変位）させて出射することになる。したがって、シフト平板２，３への入射光を、見かけ上は屈折率ｎでシフト平板の入射面内において屈折させて、光軸を距離ｄだけシフト（変位）させるようにすることができる。
【００２５】
ここで、上記の光軸のシフト量ｄは、
ｄ＝ｔ・ｓｉｎθｉ（１−ｔａｎθｒ／ｔａｎθｉ）
で表すことができる（図５参照）。このとき、ｔはシフト平板２，３の厚さ、θｉはシフト平板２，３に対する光軸の入射角、θｒはシフト平板２，３に対する光軸の屈折角、ｎはシフト平板２，３の屈折率である。このうち入射角θｉは、各シフト平板２，３の傾き角度α，βに応じて定まることになる。また、スネルの法則により、屈折角θｒは、
θｒ＝ｓｉｎ−１｛（ｎ０・ｓｉｎθｉ）／ｎ｝
で表すことができる。このとき、ｎ０はシフト平板２，３の外部の屈折率である。すなわち、印加電圧値を変化させることで屈折率ｎを変化させることにより、光軸を所望のシフト量ｄだけシフト（変位）させることが可能になる。
【００２６】
このように構成される光軸シフト装置１では、まず、第１シフト平板２への入射光を、この第１シフト平板２の入射面内でＹ方向に光軸を距離ｄＹだけシフト（変位）させて出射する。次いで、この出射光を第２シフト平板３により、第２シフト平板３の入射面内でＸ方向に距離ｄＸだけシフト（変位）させて出射する。そして、これらシフト平板２，３による光軸のシフト（変位）を組み合わせることで、各シフト平板２，３（液晶層１７）への印加電圧値を変化させてシフト平板２，３それぞれの実効屈折率を変化させることにより、入射光の光軸を二次元（ＸＹ平面内）で任意にシフト制御することが可能になる。
【００２７】
それでは、このような光軸シフト装置１を用いた光学装置への適用例について、以下４つの実施例を説明する。
【００２８】
まず、光軸シフト装置１を用いた表面検査装置への適用例について、図６を参照して説明する。表面検査装置は、散乱光により被検物（例えば、半導体ウェハ）の表面欠陥を検出するようになっており、照明部３０、ステージ３６、受光部４０、光軸シフト装置１、画像処理部（制御部）４３、および画像表示部４４を有して構成される。
【００２９】
ステージ３６は、不図示の搬送装置によって搬送されてきた被検物３５を、その上面の被検面を水平面内（ＸＹ平面内）に位置させた状態でステージ３６の表面に載置して、例えば真空吸着により固定保持する。また、ステージ３６はステージ回転機構３７によりステージ３６の表面に直交する所定の回転軸を中心として水平面内で回転可能に構成されている。
【００３０】
照明部３０は、照明光源３１、レンズ３２、スリット３３、および照射レンズ３４を有して構成されており、照明光源３１から出射される検査用照明光は、レンズ３２により共役面が形成される位置に配置されたスリット３３を通過したのち、照射レンズ３４により平行光束に変換されて均一な照明として被検物３５の被検面全体を照明する。
【００３１】
受光部４０は、被検物３５の被検面から散乱された光の一部を結像させる受光レンズ４１と、検出面上に所定の大きさの多数の画素を有するＣＣＤカメラ４２とを有して構成されており、その受光光軸がステージ３６の表面に載置された被検物３５の法線方向（Ｚ方向）と平行になるように設けられている。
【００３２】
このとき、被検物３５の被検面上に傷や異物などの欠陥が存在すると、被検面に照射された検査用照明光はこのような欠陥に当たって散乱される。この散乱光のうち、被検物３５のほぼ法線方向（Ｚ方向）に向かう光は、受光レンズ４１により集光されてＣＣＤカメラ４２の撮像面に結像される。この結果、被検物３５の被検面に存在する傷や異物の像がＣＣＤカメラ４２により撮像され画像信号に光電変換される。
【００３３】
ＣＣＤカメラ４２からの画像信号は、配線を介して画像処理部４３および画像表示部４４に送られる。画像処理部４３は、ＣＣＤカメラ４２の撮像素子（イメージデバイス）により変換された被検面の画像信号に基づいて、輝度が所定の閾値を超える部分に傷や異物などの欠陥が存在すると判断して欠陥抽出の処理を行う。画像表示部４４は、ＣＣＤカメラ４２により撮像された画像（または画像処理部により処理がされた画像）を画面４５に表示する。このため、ＣＣＤカメラ（撮像素子）４２からの撮像情報を画像処理部４３により画像処理して画像表示部４４の画面４５に表示される画像には、傷や異物などの欠陥を示す輝点（所定閾値の輝度よりも明るい輝度を有する部分）が現れ、これにより被検物３５における表面欠陥の存在を検出することができる。
【００３４】
このとき、受光レンズ４１とＣＣＤカメラ４２との間の光路上には、光軸シフト装置１が介在して設けられている。この光軸シフト装置１は、上述したように、画像処理部（制御部）４３からの印加電圧を変化させて各シフト平板２，３それぞれの実効屈折率を変化させることにより、入射光の光軸をＸＹ平面内で任意にシフト制御することが可能である。したがって、検査画像を取得する場合には、ＣＣＤカメラ４２の撮像素子間の間隔（画素ピッチ）に対して、Ｘ方向およびＹ方向に入射光（散乱光）の光軸に変位を与えたそれぞれの位置でＣＣＤカメラ４２への入射光像を撮像する。そして、これらの位置で撮像した画像を画像処理部４３によって合成処理等することにより、取得画像の解像度を向上させることができる。
【００３５】
例えば、光軸を変位させていない初期画像と、Ｘ方向に画素ピッチの１／２の距離、Ｙ方向に画素ピッチの１／２の距離、およびＸ，Ｙ方向に画素ピッチの１／２の距離だけ変位を与えて撮像した画像との計４枚の画像を、画像処理部４３によって合成処理することで、ＣＣＤカメラ４２に用いた撮像素子の画素数よりも高画素化された検査画像を取得することができる。このように、高解像化を実現するために必要な光学系の構成を小さくすることができ、精度の高い表面欠陥検査を行うことが可能になる。
【００３６】
次に、光軸シフト装置１を用いた顕微鏡装置への適用例について、図７を参照して説明する。顕微鏡装置は、光源５１、レンズ５２、開口絞り５３、ハーフミラー５４、対物レンズ５５、スリット５６、結像レンズ５７、光軸シフト装置１、ＣＣＤカメラ５８、画像処理部（制御部）５９、および画像表示部６０を有して構成される。
【００３７】
このうち、光源５１、レンズ５２、開口絞り５３、ハーフミラー５４、および対物レンズ５５が照明光学系（落射照明系）ＬＳ１を構成しており、対物レンズ５５、ハーフミラー５４、スリット５６、および結像レンズ５７が観察光学系ＬＳ２を構成している。なお、照明光学系ＬＳ１と観察光学系ＬＳ２とは、ハーフミラー５４から対物レンズ５５までの光路を共有している。
【００３８】
このように構成される顕微鏡装置では、照明光学系ＬＳ１の光源５１からの出射光は、レンズ５２によって開口絞り５３の位置で一旦集光された後、ハーフミラー５４で垂直下方へ（折り曲げられるように）反射されたのち、対物レンズ５５を介して撮像対象の標本（標本面）６２を照射する。標本（標本面）６２から反射された光は、再び対物レンズ５５を通ってハーフミラー５４を透過した後、観察光学系ＬＳ２の単独光路へ入る。
【００３９】
そして、ハーフミラー５４を透過した光は、スリット５６を介して結像レンズ５７によってＣＣＤカメラ５８の撮像面上に結像されて標本像が形成される。この標本像はＣＣＤカメラ５８によって撮像され、画像信号に光電変換された後、配線を介して画像処理部（制御部）５９および画像表示部６０に送られる。そして、ＣＣＤカメラ５８からの画像信号に基づいて画像処理部５９により画像処理がなされ、画像表示部６０の画面６１に標本６２の画像を表示させることができる。
【００４０】
このとき、結像レンズ５７とＣＣＤカメラ５８との間の光路上には、光軸シフト装置１が介在して設けられている。この光軸シフト装置１は、上述したように、画像処理部（制御部）５９からの印加電圧を変化させてシフト平板２，３それぞれの実効屈折率を変化させることにより、入射光の光軸をＸＹ平面内で任意にシフト制御することが可能である。したがって、標本画像を取得する場合には、先に説明した表面検査装置と同様に、ＣＣＤカメラ５８の撮像素子間の間隔（画素ピッチ）に対して、Ｘ方向およびＹ方向に入射光の光軸に変位を与えたそれぞれの位置でＣＣＤカメラ５８への入射光像を撮像する。そして、これらの位置で撮像した画像を画像処理部５９によって合成処理等することにより、取得画像の解像度を向上させることができる。
【００４１】
次に、光軸シフト装置１を用いた投射装置（液晶プロジェクタ）への適用例について、図８を参照して説明する。この液晶プロジェクタは、照明部７０、液晶ライトバルブ７４、光軸シフト装置１、および投射レンズ７５を有して構成される。
【００４２】
照明部７０は、光源７１、メニスカスレンズ７２、およびコンデンサレンズ７３を備えている。この光源７１からの出射光はメニスカスレンズ７２で拡散されたのちコンデンサレンズ７３により平行光に変換され、液晶ライトバルブ７４の有効画素領域を照射する。また、照明部７０はその光軸上に不図示のフィルタを有しており、照明光に含まれる不要な紫外線成分や赤外線成分などを吸収する。
【００４３】
液晶ライトバルブ７４は、光の入射側および出射側に設けられた一対の偏光板（図示しない）に挟まれる透過型液晶パネルから構成される。液晶ライトバルブ７４は、入射光を入力された画像情報に応じて空間光変調を行い、これを変調光として出射（透過）する。液晶ライトバルブ（透過型液晶パネル）７４の各画素は印加電圧を制御することにより液晶分子の配列が変化し、液晶層が位相板の役目を果たすようになっている。そして、液晶ライトバルブ７４は、入射光を入力された画像情報に応じて印加電圧を制御することにより、透過型液晶パネルを構成する画素単位で偏光状態を輝度変調して出射する。
【００４４】
投射レンズ７５は、液晶ライトバルブ７４から出射された変調光（画像光）をスクリーン７６に拡大投射する。これによりスクリーン７６には、拡大投影された画像が写し出される。なお、液晶ライトバルブ７４において輝度変調されて投射レンズ７５を介してスクリーン７６に写し出される投射画像の一部を図９（ａ）に示す。
【００４５】
このとき、液晶ライトバルブ７４と投射レンズ７５との間の光路上には、光軸シフト装置１が介在して設けられている。この光軸シフト装置１は、上述したように、不図示の電源装置からの各シフト平板（液晶層）への印加電圧値を変化させてシフト平板２，３それぞれの実効屈折率を変化させることにより、入射光の光軸をＸＹ平面内で任意にシフト制御することが可能である。したがって、画像光をスクリーン７６に投射する場合には、この光軸シフト装置１によって画像光を所定のシフト量だけ変位させて写し出すことができる。これにより、光軸シフト装置１により表示位置をずらした状態の画像パターンを繰り返し表示させることで、液晶ライトバルブ（透過型液晶パネル）７４の見かけ上の画素数を倍増してスクリーン７６に表示させることができる。
【００４６】
例えば、シフトなしの状態と、Ｘ方向に画素ピッチの１／２のシフト量を変位させた状態と、Ｙ方向に画素ピッチの１／２のシフト量を変位させた状態と、Ｘ，Ｙ方向に画素ピッチの１／２のシフト量を変位させた状態とで、画素ずらしをした４つの表示位置による画像パターンを順次繰り返し表示させることで、液晶ライトバルブ７４（透過型液晶パネル）の画素の配列方向に対して見かけ上４倍の画素数倍増がされた投射画像を得ることができる（図９（ｂ）参照）。
【００４７】
また、同様にして画像光を画素ピッチの１／３のシフト量を画素の配列方向に順次変位させて、９つの表示位置による画像パターンを繰り返し表示させることとすると、液晶ライトバルブ（透過型液晶パネル）７４の画素の配列方向に対して、見かけ上９倍の画素数倍増がされた投射画像を得ることができる（図９（ｃ）参照）。
【００４８】
したがって、光軸シフト装置１によるシフト量に応じて画素区画を細分化することにより、投射画像の解像度、階調を高め、高精細な画像を表示させることができる。特に、投射画像のエッジ部分などを滑らか、かつ自然に表示させることができる。また、投射画像が重なることにより、明るい投射画像を表示させることができる。
【００４９】
次に、光軸シフト装置１を用いた光ピックアップ装置への適用例について、図１０を参照して説明する。光ピックアップ装置は、光ディスク９４を回転ステージ９５により定速回転させ、光ピックアップ装置から出射したレーザビーム光を光ディスク９４の記録面９４ａに集光させることで情報の記録を行い、また、記録面９４ａからの反射光を検出することで光ディスク９４に記録されている情報の再生を行う。この光ピックアップ装置は、固定ヘッド部８０と可動ヘッド部９０とを有して構成される。
【００５０】
固定ヘッド部８０は、半導体レーザ等の光源８１、光軸シフト装置１、光源８１から出射されたレーザ光をメニスカスレンズ８２を介して平行なビーム光に変換するコリメータレンズ８３、ビームスプリッタ８４、収束レンズ８５、および光ディスク９４の記録面９４ａからの反射光を検出する光検出器（フォトセンサ）８６を有して構成される。
【００５１】
可動ヘッド部９０は、固定ヘッド部８０から出射されたビーム光を上方に９０度方向変換させる反射ミラー９１、ビーム光をスポット径１μｍ程度に絞って光ディスク９４の記録面９４ａに集光させる対物レンズ９２、不図示のフォーカシング・アクチュエータおよびトラッキング・アクチュエータ等を内蔵しており、ガイド機構９３に沿ってベース上を光ディスク９４のトラッキング方向（ラジアル方向）にリニア駆動され、微動トラッキング・アクチュエータとともにトラッキング制御される。
【００５２】
このような構成において、光源８１から出射されたレーザ光は、メニスカスレンズ８２で拡散されコリメータレンズ８３により平行なビーム光に変換された後、ビームスプリッタ８４を透過し、反射レンズ９１によって上方に方向変換され対物レンズ９２に入射される。この対物レンズ９２に入射されたレーザビーム光は、対物レンズ９２により光ディスク９４の記録面９４ａに集光されることで微小レーザ光スポットを形成し、情報の書き込みを行う。また、ビーム光で記録面９４ａ上に記録されている微小マーク（ピット）を照射すると、記録面９４ａからの反射光はマークによって変化する。この記録面９４ａから反射されたビーム光は、上記経路とは逆の経路を通って固定ヘッド部８０へ送られる。そして、固定ヘッド部８０のビームスプリッタ８４および収束レンズ８５を介して光検出器８６へ導かれ、ここで電気信号に変換され、光ディスク９４に記録されている情報が再生される。
【００５３】
ところで、このような光ピックアップにおいては、反射ミラー９１の上下動や、この光ピックアップ装置の各構成部品の取付精度などに起因して、光ディスク９４の記録面９４ａに集光される焦点位置にずれが生じ、データの書き込みエラーや読み出しエラーを引き起こすおそれがある。
【００５４】
このとき、光源８１とメニスカスレンズ８２との間の光路上には、光軸シフト装置１が介在して設けられている。この光軸シフト装置１は、上述したように、不図示の電源装置からの印加電圧を変化させてシフト平板２，３それぞれの実効屈折率を変化させることにより、入射光の光軸をＸＹ平面内で任意にシフト制御することが可能である。したがって、情報の記録などを行う場合には、光源から出射されるレーザビームの光軸を任意の方向にシフト（変位）させることができる。このため、光軸シフト装置１によって、光軸ずれを打ち消す方向にレーザビームの光軸をシフト調整することにより、光軸のずれを防止して光ディスク９４を良好に記録・再生することができる。
【００５５】
以上、このような構成の光軸シフト装置１によれば、光軸をシフトさせるための駆動機構を必要とせず、液晶の実行屈折率を印加電圧値により制御することで、入射光に対する光軸のシフト方向およびシフト量を高精度に制御することができる。また、このように簡便な構成とすることで、装置全体を小型コンパクト化することができるとともに、製造コストを低減させることができる。さらに、液晶素子を用いることにより動作速度が向上し、光軸を高速にシフト制御することが可能になる。
【００５６】
なお、上述の実施形態においては、光軸シフト装置１を２枚のシフト平板２，３により構成した場合について説明したが、本発明の技術的範囲はこれに限定されるものではなく、シフト平板をさらに複数配置して構成することにより、光軸を多段階にシフトさせることができるようになる。これによれば、光軸のシフト量を同方向に段階的に変化させることで大きなシフト量を得ることができる一方で、シフト量が互いに打ち消されるように印加電圧値を調整することでシフト量をきめ細かく制御することができる。
【００５７】
また、上述の実施形態においては、光軸シフト装置１を用いた表面検査装置、顕微鏡装置、投射装置（液晶プロジェクタ）、および光ピックアップ装置への適用例について説明したが、本発明の技術的範囲はこれに限定されるものではなく、光学シフト装置を用いて他の光学装置へ適用させて構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本実施形態に係る光軸シフト装置の構成を示す模式図である。
【図２】本実施形態に係る光軸シフト装置の液晶素子の構成を示す模式図である。
【図３】本実施形態に係る光軸シフト装置のシフト平板の構成を示す模式図である。
【図４】本実施形態に係る光軸シフト装置の液晶素子の動作を示す模式図である。
【図５】本実施形態に係る光軸シフト装置のシフト平板での光軸のシフト量を説明するための図である。
【図６】本実施形態に係る光軸シフト装置を用いた表面検査装置への適用例を示す模式図である。
【図７】本実施形態に係る光軸シフト装置を用いた顕微鏡装置への適用例を示す模式図である。
【図８】本実施形態に係る光軸シフト装置を用いた投射装置への適用例を示す模式図である。
【図９】上記投射装置での投射画像の一部を示す図であり、（ａ）は画素ずらしなしの状態を示し、（ｂ）は１／２画素ずらしによる画像を繰り返し表示した状態を示し、（ｃ）は１／３画素ずらしによる画像を繰り返し表示した状態を示す。
【図１０】本実施形態に係る光軸シフト装置を用いた光ピックアップ装置への適用例を示す模式図である。
【符号の説明】
【００５９】
１ 光軸シフト装置 ２ 第１シフト平板（シフト平板）
３ 第２シフト平板（シフト平板） １０ 液晶素子（第１液晶素子）
１１，１２ 透明基板 １３，１４透明電極 １５，１６ 配向板
１７ 液晶層 １８ 液晶分子 ２０ 液晶素子（第２液晶素子）
Ｘ′ 基軸（第１の基軸） Ｙ′ 基軸（第２の基軸）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向して配置される一対の透明電極と、
所定の方向に配向処理されて前記一対の透明電極の対向面側にそれぞれ設けられた一対の配向板と、
前記一対の配向板の間に備えられ前記配向板により液晶分子を前記所定の方向に初期配向させる液晶層とをそれぞれ有し、
前記透明電極間への電圧の印加により前記液晶層中の前記液晶分子の姿勢を変更させることにより前記液晶層の実効的な屈折率を変化させる第１液晶素子および第２液晶素子を有して構成され、
前記第１液晶素子と前記第２液晶素子とを互いに配向方向を直交して積層させてなるシフト平板を入射光の光軸方向に対して傾斜させて配設すること特徴とする光軸シフト装置。
【請求項２】
前記第１液晶素子および前記第２液晶素子への印加電圧値を同一に制御することにより、前記第１液晶素子での実効的な屈折率と前記第２液晶素子での実行的な屈折率とを同一に制御することを特徴とする請求項１に記載の光軸シフト装置。
【請求項３】
前記所定の方向とは、前記透明電極の対向面に平行な方向であることを特徴とする請求項１または２に記載の光軸シフト装置。
【請求項４】
前記一対の透明電極をそれぞれ対向面側に設けた平板状の一対の透明基板を備えて構成されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光軸シフト装置。
【請求項５】
前記シフト平板を２枚有して構成され、
前記２枚のシフト平板が、
一方の前記シフト平板を入射光の光軸に対して第１の基軸周りに傾斜させてなる第１シフト平板と、
他方の前記シフト平板を入射光の光軸に対して第２の基軸周りに傾斜させてなる第２シフト平板とから構成されることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の光軸シフト装置。
【請求項６】
前記第１の基軸の方向と前記第２の基軸の方向とは互いに直交する方向であることを特徴とする請求項５に記載の光軸シフト装置。
【請求項７】
前記第１シフト平板と前記第２シフト平板とを、光軸上にそれぞれ複数配置して構成されることを特徴とする請求項５または６に記載の光軸シフト装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれかに記載の光軸シフト装置を用いて構成されることを特徴とする光学装置。
【請求項１】
対向して配置される一対の透明電極と、
所定の方向に配向処理されて前記一対の透明電極の対向面側にそれぞれ設けられた一対の配向板と、
前記一対の配向板の間に備えられ前記配向板により液晶分子を前記所定の方向に初期配向させる液晶層とをそれぞれ有し、
前記透明電極間への電圧の印加により前記液晶層中の前記液晶分子の姿勢を変更させることにより前記液晶層の実効的な屈折率を変化させる第１液晶素子および第２液晶素子を有して構成され、
前記第１液晶素子と前記第２液晶素子とを互いに配向方向を直交して積層させてなるシフト平板を入射光の光軸方向に対して傾斜させて配設すること特徴とする光軸シフト装置。
【請求項２】
前記第１液晶素子および前記第２液晶素子への印加電圧値を同一に制御することにより、前記第１液晶素子での実効的な屈折率と前記第２液晶素子での実行的な屈折率とを同一に制御することを特徴とする請求項１に記載の光軸シフト装置。
【請求項３】
前記所定の方向とは、前記透明電極の対向面に平行な方向であることを特徴とする請求項１または２に記載の光軸シフト装置。
【請求項４】
前記一対の透明電極をそれぞれ対向面側に設けた平板状の一対の透明基板を備えて構成されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光軸シフト装置。
【請求項５】
前記シフト平板を２枚有して構成され、
前記２枚のシフト平板が、
一方の前記シフト平板を入射光の光軸に対して第１の基軸周りに傾斜させてなる第１シフト平板と、
他方の前記シフト平板を入射光の光軸に対して第２の基軸周りに傾斜させてなる第２シフト平板とから構成されることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の光軸シフト装置。
【請求項６】
前記第１の基軸の方向と前記第２の基軸の方向とは互いに直交する方向であることを特徴とする請求項５に記載の光軸シフト装置。
【請求項７】
前記第１シフト平板と前記第２シフト平板とを、光軸上にそれぞれ複数配置して構成されることを特徴とする請求項５または６に記載の光軸シフト装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれかに記載の光軸シフト装置を用いて構成されることを特徴とする光学装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−２４９７（Ｐ２０１０−２４９７Ａ）
【公開日】平成２２年１月７日（２０１０．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１５９３５６（Ｐ２００８−１５９３５６）
【出願日】平成２０年６月１８日（２００８．６．１８）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１月７日（２０１０．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月１８日（２００８．６．１８）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
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