JP2000147395A - サンプリングクロック発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高価な光学部材を用いることなく正常にサン
プリングクロックを生成することができるサンプリング
クロック発生装置を提供する． 【解決手段】 格子状の明暗パターンが描かれているリ
ニアスケールと、レーザ光を出射するレーザダイオード
と、レーザ光を反射して明暗パターン上で所定の方向に
往復走査するレゾナントスキャナと、リニアスケールか
らの反射光を検出する光検出器と、リニアスケールから
の反射光の強度からレゾナントスキャナの走査角度に応
じたクロックを生成するクロック生成回路６０とを備え
るサンプリングクロック発生装置において、クロック生
成回路６０にマスク回路６５を設け、このマスク回路６
５によって明暗パターンが描かれている領域外からの反
射光に基いて生成される信号を排除するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はサンプリングクロ
ック発生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、光走査型画像入力装置のサンプリ
ングクロック発生装置には、スキャナとして高速でレー
ザ光を走査できるレゾナントスキャナが用いられてい
る。

【０００３】図５はレゾナントスキャナの走査を説明す
る波形図である。

【０００４】レゾナントスキャナのスキャナミラーは、
正弦波で振動するので、時間的に等間隔にサンプリング
すると、スキャナミラーの折り返し点に近づくほど変位
量が小さい不等間隔サンプリングになってしまう（図５
参照）。

【０００５】そのため、サンプリングクロック発生装置
にレゾナントスキャナを用いた場合、光走査型画像入力
装置で得られた画像が歪んでしまうという問題がある。

【０００６】この問題は、レゾナントスキャナのスキャ
ナミラーの動きを直接モニタし、スキャナミラーの走査
角度に応じたタイミングでサンプリングする方法によっ
て解決される。

【０００７】次に、上記方法を採用したサンプリングク
ロック発生装置を説明する。

【０００８】図６は従来のサンプリングクロック発生装
置のブロック図である。

【０００９】サンプリングクロック発生装置は、格子状
の反射パターンが描かれているリニアスケール１５１
と、レーザ光を出射する半導体レーザ１５２と、レーザ
光を反射してリニアスケール１５１の反射パターン上で
所定の方向に往復走査するレゾナントスキャナ１３０
と、リニアスケール１５１からの反射光を検出する光検
出器１５３と、リニアスケール１５１からの反射光の強
度からレゾナントスキャナ１３０の走査角度に応じたク
ロックを生成するクロック生成回路１６０とを備える。

【００１０】半導体レーザ１５２から出射された照明光
は、コリメータレンズ１５５で平行光とされ、ビームス
プリッタ１５６を透過してレゾナントスキャナ１３０に
入射する。

【００１１】レゾナントスキャナミラー１３２が矢印ｆ
で示す方向に振動すると、照明光は反射パターン上で矢
印ｇで示す方向に往復走査される。このとき、照明光は
対物レンズ１５７によって反射パターン上に集光され
る。

【００１２】走査された照明光はリニアスケール１５１
で反射され、反射光はレゾナントスキャナ１３０に戻っ
てデスキャニングされ、ビームスプリッタ１５６で照明
光と分離され、集光レンズ１５８で集光されて光検出器
１５３に入射する。

【００１３】光検出器１５３は反射光の強度の違いから
得られる光強度信号をレゾナントスキャナミラー１３２
の走査角度に対応した電気信号に変換し、クロック生成
回路１６０へ出力する。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、リニアスケ
ール１５１に描かれた反射パターンの反射光の強度の差
で走査角度を検出するためには、反射パターンが描かれ
ていない領域の反射率を一定にする必要がある。

【００１５】しかし、反射パターンが描かれていない領
域にごみ、傷又は製造上の欠陥が存在すると、光検出器
１５３がごみ等を反射パターンであると誤って検知する
という問題がある。

【００１６】また、ビームスプリッタ１５６は反射光の
一部を透過させるので、反射パターンが描かれていない
領域から比較的長い時間に亘って一定パワーの反射光が
半導体レーザ１５２に戻ることになり、レーザ光のパワ
ーが変動し、反射パターンが描かれている領域の反射光
として検知されるという問題がある。

【００１７】この問題を解消するためには、波長板や偏
光ビームスプリッタ等の高価な光学部材が必要になる。

【００１８】この発明はこのような事情に鑑みてなされ
たもので、その課題は高価な光学部材を用いることなく
正常なサンプリングクロックを生成することができるサ
ンプリングクロック発生装置を提供することである。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
請求項１に記載の発明は、格子状の反射パターンが描か
れているスケールと、レーザ光を出射する光源と、前記
レーザ光を反射して前記反射パターン上で所定の方向に
往復走査する光学部材と、前記スケールからの反射光を
検出する光検出器と、前記スケールからの反射光の強度
から前記光学部材の走査角度に応じたクロックを生成す
るクロック生成手段とを備えるサンプリングクロック発
生装置において、前記クロック生成手段は、前記反射パ
ターンが描かれている領域外からの反射光に基いて生成
される信号を排除するマスク手段を有していることを特
徴とする。

【００２０】反射パターンが描かれている領域外からの
反射光に基いて生成される信号はマスク手段によって排
除されるので、反射パターンが描かれている領域外のご
み等によって誤った走査角度情報が検知されることがな
い。また、反射パターンから得られる反射光の周波数成
分が高いので、レーザ光が光源に戻ったときでもパワー
変動の影響を受けない。

【００２１】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
のサンプリングクロック発生装置において、前記マスク
手段は、前記光検出器から得られる信号のうち前記反射
パターンが描かれていない領域外からの反射光に応じた
信号の周波数成分を検出するフィルタ回路と、前記光検
出器から得られる信号から前記フィルタ回路によって検
出された領域の信号を除去する演算回路とを有すること
を特徴とする。

【００２２】光検出器から得られる信号からフィルタ回
路によって検出された領域の信号が演算回路によって除
去されるので、反射パターンが描かれている領域だけの
信号を出力させることができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面に基づいて説明する。

【００２４】図１はこの発明のサンプリングクロック発
生装置を備えるレーザ走査型ライン画像入力装置のブロ
ック構成図である。

【００２５】レーザ走査型ライン画像入力装置は、レー
ザ走査型顕微鏡１０とサンプリングクロック発生装置５
０とを備える。

【００２６】レーザ走査型顕微鏡１０は、レーザ光源１
１と、ビームエクスパンダ１２と、検出光分離ミラー１
３と、レゾナントスキャナ（光学部材）３０と、レゾナ
ントスキャナドライブ回路３１と、対物レンズ１４と、
集光レンズ１５と、光検出器１６と、Ａ／Ｄ変換器１７
とを備える。

【００２７】レーザ光源１１は、ステージ（図示せず）
上に載置された標本２０に照射するレーザ光を出射す
る。

【００２８】ビームエクスパンダ１２はレーザ光源１１
から出射されたレーザ光を対物レンズ１４の瞳面を満た
せる大きさに拡大する。

【００２９】検出光分離ミラー１３としては、蛍光検出
を行うときにはダイクロイックミラーが、反射検出を行
うときにはハーフミラー又は偏光ビームスプリッタが用
いられる。

【００３０】レゾナントスキャナ３０は、標本２０上で
レーザ光をライン状（１次元）に走査するものである。
スキャナミラー３２はレゾナントスキャナドライブ回路
３１によって自己共振で振動する。

【００３１】光検出器１６はフォトダイオードやフォト
マルチプライヤチューブ等で構成され、検出光を光強度
信号１６ａに変換する。

【００３２】Ａ／Ｄ変換器１７は、光強度信号１６ａを
サンプリングクロック生成回路（サンプリングクロック
生成手段）６０の出力信号（サンプリングクロック６０
ａ）に同期してサンプリングする。

【００３３】レーザ光源１１から出射されたレーザ光
は、ビームエクスパンダ１２により対物レンズ１４の瞳
面を満たせる大きさに拡大され、検出光分離ミラー１３
で反射される。

【００３４】レーザ光はスキャナミラー３２の一方の面
３２ａに導かれ、対物レンズ１４によって標本２０上に
集光する。このとき、レーザ光はスキャナミラー３２の
振動によって標本２０上をライン状に走査される。

【００３５】レーザ光の照射によって標本２０で生じた
検出光（蛍光標本の場合には蛍光、反射標本の場合には
反射光）は、対物レンズ１４からレゾナントスキャナ３
０へと光路を逆行し、レゾナントスキャナ３０でデスキ
ャニングされ、検出光分離ミラー１３を透過する。

【００３６】検出光分離ミラー１３を透過した検出光
は、集光レンズ１５で集光され、光検出器１６で光強度
信号１６ａに変換され、Ａ／Ｄ変換器１７でデジタル信
号としてサンプリングされる。

【００３７】サンプリングクロック発生装置５０は、リ
ニアスケール（スケール）５１と、レーザダイオード
（光源）５２と、レゾナントスキャナ３０と、光検出器
５３と、サンプリングクロック生成回路６０とを備え
る。

【００３８】図２はリニアスケールの平面図である。

【００３９】リニアスケール５１にはサンプリングクロ
ック６０ａを生成するために必要な本数の明暗パターン
（反射パターン）５１Ａが所定のピッチで格子状に蒸着
されている。

【００４０】図２において、ａはサンプリングクロック
が生成される領域（画像を取得する領域）を、ｂはレー
ザ光が実際にリニアスケール上を走査する領域を、ｃは
画像を取得しない領域を、それぞれ示す。

【００４１】レーザダイオード５２はレーザ光を出射す
る。レーザ光のパワーはレーザドライブ回路５４によっ
て一定に保たれている。

【００４２】光検出器５３はフォトダイオードやフォト
マルチプライヤチューブ等で構成される。

【００４３】レーザダイオード５２から出射されたレー
ザ光は、コリメータレンズ５５で平行光とされ、ビーム
スプリッタ５６を透過してスキャナミラー３２の他方の
面３２ｂに入射する。

【００４４】スキャナミラー３２を矢印ｄ（図１参照）
で示す方向に振動させてレーザ光をリニアスケール５１
の領域ｂに矢印ｅ（図１参照）で示す方向に往復走査す
る。このとき、レーザ光は対物レンズ５７によってリニ
アスケール５１上に集光される。

【００４５】レーザ光はリニアスケール５１で反射さ
れ、反射光はレゾナントスキャナ３０に戻ってデスキャ
ニングされ、ビームスプリッタ５６で分離され、集光レ
ンズ５８で集光されて光検出器５３に入射する。

【００４６】光検出器５３で検出された反射光はリニア
スケール信号（電気信号）５３ａに変換される。

【００４７】サンプリングクロック生成回路６０は、リ
ニアスケール信号５３ａをピクセルクロックの水平ライ
ンの１周期に相当するサンプリングクロック６０ａに変
換し、Ａ／Ｄ変換器１７へ出力する。

【００４８】図３はクロック生成回路のブロック構成
図、図４はリニアスケール信号の波形図である。なお、
図４に示すａ，ｃは、図２に示すａ，ｃにそれぞれ対応
する領域である。

【００４９】サンプリングクロック生成回路６０は、Ｉ
−Ｖ変換回路６１と、コンパレータ６２と、マスク回路
（マスク手段）６５とで構成される。

【００５０】Ｉ−Ｖ変換回路６１は、リニアスケール信
号５３ａを電圧信号に変換する（図４（ａ）参照）。

【００５１】コンパレータ６２は電圧信号に変換された
リニアスケール信号６１ａをピクセルクロック信号６２
ａに変換する。コンパレータ６２は、リニアスケール信
号６１ａを基準電圧Ｖｒｅｆ１と比較し、リニアスケー
ル信号６１ａが基準電圧Ｖｒｅｆ１より高いときにはピ
クセルクロック信号６２ａを高レベルとし、その逆のと
きにはピクセルクロック信号６２ａを低レベルとする。

【００５２】マスク回路６５は、ローパスフィルタ（フ
ィルタ回路）６６と、コンパレータ６７と、ＡＮＤ回路
（演算回路）６８とで構成される。

【００５３】ローパスフィルタ６６はリニアスケール信
号６１ａのうち周波数の低い信号成分だけを通す。すな
わち、ローパスフィルタ６６によって、領域ａからの反
射光に応じた周波数の信号成分を減衰させ、領域ｃから
の反射光に応じた周波数の信号成分を通過させたリニア
スケール信号６６ａが検出される（図４（ｃ）参照）。

【００５４】コンパレータ６７はリニアスケール信号６
６ａをブランク信号６７ａに変換する。リニアスケール
信号６６ａを基準電圧Ｖｒｅｆ２と比較し、リニアスケ
ール信号６６ａが基準電圧Ｖｒｅｆ２より高いときには
ブランク信号６７ａを高レベルとし、その逆のときには
ブランク信号６７ａを低レベルとする。

【００５５】ＡＮＤ回路６８の一方の入力側にはピクセ
ルクロック信号６２ａが入力され、他方の入力側には反
転したブランク信号６７ａが入力され、ピクセルクロッ
ク信号６２ａとブランク信号６７ａとが共に高レベルの
ときに高レベルのサンプリングクロック６０ａが出力さ
れる。

【００５６】その結果、ＡＮＤ回路６８からは、領域ａ
からの反射光に応じた周波数のサンプリングクロック６
０ａが出力される。

【００５７】この実施形態によれば、マスク回路６５を
設けたので、パターン５１Ａが描かれていない領域ｃに
ごみ、傷又は製造上の欠陥が存在したり、レーザダイオ
ードのパワー変動によってリニアスケール信号が図４
（ｂ）に示すようになったりしたときであっても、領域
ｃで発生する信号が排除されたサンプリングクロック６
０ａを生成することができる。

【００５８】しかも、パターン５１Ａから得られる反射
光の周波数成分が高いので、レーザ光がレーザダイオー
ド５２に戻ったときでもパワー変動の影響を受けないた
め、ビームスプリッタ５６に代えて波長板や偏光ビーム
スプリッタ等の高価な光学部材を用いることなく、正常
に、すなわち画像を取得する領域ａに応じたサンプリン
グクロックを生成することができる。

【００５９】なお、上記実施形態ではピクセルクロック
を生成するために専用のレーザダイオード５２を用いた
が、これに代えて標本２０を照明するレーザ光源１１の
光路を分岐させてもよい。

【００６０】また、上記実施形態では１次元の画像取得
装置で説明したが、レゾナントスキャナ３０の走査方向
に直交する方向へ走査するスキャナを追加して２次元の
画像取得装置としてもよい。

【００６１】

【発明の効果】以上に説明したように請求項１記載の発
明のサンプリングクロック発生装置によれば、高価な光
学部材を用いることなく正常なサンプリングクロックを
生成することができる。

【００６２】請求項２記載の発明のサンプリングクロッ
ク発生装置によれば、反射パターンが描かれていない領
域で発生する信号が精度良く排除された信号を出力させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１はこの発明のサンプリングクロック発生装
置を備えるレーザ走査型ライン画像入力装置のブロック
構成図である。

【図２】図２はリニアスケールの平面図である。

【図３】図３はクロック生成回路のブロック構成図であ
る。

【図４】図４はリニアスケール信号の波形図である。

【図５】図５はレゾナントスキャナの走査を説明する波
形図である。

【図６】図６は従来のサンプリングクロック発生装置の
ブロック図である。

【符号の説明】

３０ レゾナントスキャナ（光学部材） ５１ リニアスケール（スケール） ５１Ａ 明暗パターン（反射パターン） ５２ レーザダイオード（光源） ５３ 光検出器 ６０ クロック生成回路（クロック生成手段） ６５ マスク回路（マスク手段） ６６ ローパスフィルタ（フィルタ回路） ６８ ＡＮＤ回路（演算回路）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 格子状の反射パターンが描かれているス
   ケールと、レーザ光を出射する光源と、前記レーザ光を
   反射して前記反射パターン上で所定の方向に往復走査す
   る光学部材と、前記スケールからの反射光を検出する光
   検出器と、前記スケールからの反射光の強度から前記光
   学部材の走査角度に応じたクロックを生成するクロック
   生成手段とを備えるサンプリングクロック発生装置にお
   いて、 前記クロック生成手段は、前記反射パターンが描かれて
   いる領域外からの反射光に基いて生成される信号を排除
   するマスク手段を有していることを特徴とするサンプリ
   ングクロック発生装置。
2. 【請求項２】 前記マスク手段は、前記光検出器から得
   られる信号のうち前記反射パターンが描かれていない領
   域外からの反射光に応じた信号の周波数成分を検出する
   フィルタ回路と、前記光検出器から得られる信号から前
   記フィルタ回路によって検出された領域の信号を除去す
   る演算回路とを有することを特徴とする請求項１に記載
   のサンプリングクロック発生装置。