JP2810775B2 - 走査光学系の焦点位置調節方法 - Google Patents
走査光学系の焦点位置調節方法Info
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- JP2810775B2 JP2810775B2 JP24535190A JP24535190A JP2810775B2 JP 2810775 B2 JP2810775 B2 JP 2810775B2 JP 24535190 A JP24535190 A JP 24535190A JP 24535190 A JP24535190 A JP 24535190A JP 2810775 B2 JP2810775 B2 JP 2810775B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- light receiving
- spot
- receiving sensor
- optical system
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、対象物の表面に設定された走査線上でスポ
ット光を走査するとともに、スポット光の反射光を焦点
が固定された集光レンズを通した後、スポット光の反射
光を受光センサに入射させるように振動鏡を振動させて
偏向する走査光学系の焦点位置調節方法に関するもので
ある。
ット光を走査するとともに、スポット光の反射光を焦点
が固定された集光レンズを通した後、スポット光の反射
光を受光センサに入射させるように振動鏡を振動させて
偏向する走査光学系の焦点位置調節方法に関するもので
ある。
従来より、対象物の表面に設定された走査線上でスポ
ット光を走査し、スポット光の反射光を受光レンズを通
すとともに、スポット光の位置に応じて振動する振動鏡
で偏向して受光センサに入射させるようにした走査光学
系が提供されている。すなわち、第１図に示すように、
受光レンズ２と受光センサ３とを光軸が互いに交差する
ように配置し、受光レンズ２の焦点に振動鏡４を配設さ
れた構成を有している。 いま、振動鏡４が存在しない場合について考えると、
走査線Ｓの端点Ａからの反射光は、受光レンズ２を通
り、第１図のＡ′の位置に結像する。また、走査線Ｓの
中点Ｏからの反射光は、Ｏ′の位置に結像して結像スポ
ットを形成する。すなわち、振動鏡４が存在しなけれ
ば、結像スポットの位置はスポット光の移動に伴って大
きく移動することになる。そこで、受光センサ３に結像
スポットが形成されるようにするために、受光レンズ２
の光軸上で受光レンズ２の焦点位置に振動鏡４を配置し
てスポット光の移動に同期するように振動させることに
より、スポット光が移動しても結像スポットがほぼ受光
センサ３の位置に形成されるようにしているのである。 いま、振動鏡４が存在しないものとすると、走査線Ｓ
の上でAOBとスポット光が移動したときに、結像スポッ
トはＡ′Ｏ′Ｂ′と移動するから、受光レンズ２の焦点
位置から結像スポットまでの位置が変化することにな
る。すなわち、受光レンズ２の焦点から点Ａ′までの距
離をｌ、受光レンズ２の焦点と点Ａ′とを結ぶ線分が受
光レンズ２の光軸となす角度をθとすれば、受光レンズ
２の焦点と点Ｏ′との距離は、ｌ・cosθになるから、
第１図中の寸法を用いるとすると、結像スポットの位置
は、Δｌ＝L2−ｆ−ｌ・cosθの範囲（Ｏ′−Ｏ″）で
移動することになる。したがって、従来は、振動鏡４か
ら受光センサ３までの距離が上記範囲の中点付近になる
ように配置することで、結像スポットの位置ずれが最小
になるようにしていた。
ット光を走査し、スポット光の反射光を受光レンズを通
すとともに、スポット光の位置に応じて振動する振動鏡
で偏向して受光センサに入射させるようにした走査光学
系が提供されている。すなわち、第１図に示すように、
受光レンズ２と受光センサ３とを光軸が互いに交差する
ように配置し、受光レンズ２の焦点に振動鏡４を配設さ
れた構成を有している。 いま、振動鏡４が存在しない場合について考えると、
走査線Ｓの端点Ａからの反射光は、受光レンズ２を通
り、第１図のＡ′の位置に結像する。また、走査線Ｓの
中点Ｏからの反射光は、Ｏ′の位置に結像して結像スポ
ットを形成する。すなわち、振動鏡４が存在しなけれ
ば、結像スポットの位置はスポット光の移動に伴って大
きく移動することになる。そこで、受光センサ３に結像
スポットが形成されるようにするために、受光レンズ２
の光軸上で受光レンズ２の焦点位置に振動鏡４を配置し
てスポット光の移動に同期するように振動させることに
より、スポット光が移動しても結像スポットがほぼ受光
センサ３の位置に形成されるようにしているのである。 いま、振動鏡４が存在しないものとすると、走査線Ｓ
の上でAOBとスポット光が移動したときに、結像スポッ
トはＡ′Ｏ′Ｂ′と移動するから、受光レンズ２の焦点
位置から結像スポットまでの位置が変化することにな
る。すなわち、受光レンズ２の焦点から点Ａ′までの距
離をｌ、受光レンズ２の焦点と点Ａ′とを結ぶ線分が受
光レンズ２の光軸となす角度をθとすれば、受光レンズ
２の焦点と点Ｏ′との距離は、ｌ・cosθになるから、
第１図中の寸法を用いるとすると、結像スポットの位置
は、Δｌ＝L2−ｆ−ｌ・cosθの範囲（Ｏ′−Ｏ″）で
移動することになる。したがって、従来は、振動鏡４か
ら受光センサ３までの距離が上記範囲の中点付近になる
ように配置することで、結像スポットの位置ずれが最小
になるようにしていた。
しかしながら、上記従来構成では、結像スポットの位
置ずれを完全には除去できないものであって、距離の測
定装置などに上記走査光学系を用いた場合に誤差が生じ
る原因になっていた。 本発明は上記問題点の解決を目的とするものであり、
結像スポットの位置ずれを除去して、結像スポットがつ
ねに受光センサの受光面上に形成されるようにした走査
光学系の焦点位置調節方法を提供しようとするものであ
る。
置ずれを完全には除去できないものであって、距離の測
定装置などに上記走査光学系を用いた場合に誤差が生じ
る原因になっていた。 本発明は上記問題点の解決を目的とするものであり、
結像スポットの位置ずれを除去して、結像スポットがつ
ねに受光センサの受光面上に形成されるようにした走査
光学系の焦点位置調節方法を提供しようとするものであ
る。
本発明では、対象物の表面に設定された走査線上でス
ポット光を走査するとともに、スポット光の反射光を焦
点が固定された集光レンズを通した後、スポット光の反
射光を受光センサに入射させるように受光レンズの焦点
位置に配置された振動鏡を振動させて偏向する走査光学
系を前提としている。 上記目的を達成するために、請求項１では、結像スポ
ットの位置に受光センサが位置するように、振動鏡の振
動に同期させて振動鏡と受光センサとの距離を調節する
ようにしている。 請求項２では、受光レンズに結像面が焦点位置を中心
とする円弧になるような収差を持たせているのである。 請求項３では、受光レンズから受光センサに至る光路
の一部に、屈折率が周囲とは異なるとともに上記光路に
沿う方向の厚みが調節自在とされた焦点調節装置を設
け、焦点調節装置の厚みを調節して結像スポットを受光
センサ上に形成するようにしているのである。
ポット光を走査するとともに、スポット光の反射光を焦
点が固定された集光レンズを通した後、スポット光の反
射光を受光センサに入射させるように受光レンズの焦点
位置に配置された振動鏡を振動させて偏向する走査光学
系を前提としている。 上記目的を達成するために、請求項１では、結像スポ
ットの位置に受光センサが位置するように、振動鏡の振
動に同期させて振動鏡と受光センサとの距離を調節する
ようにしている。 請求項２では、受光レンズに結像面が焦点位置を中心
とする円弧になるような収差を持たせているのである。 請求項３では、受光レンズから受光センサに至る光路
の一部に、屈折率が周囲とは異なるとともに上記光路に
沿う方向の厚みが調節自在とされた焦点調節装置を設
け、焦点調節装置の厚みを調節して結像スポットを受光
センサ上に形成するようにしているのである。
上記いずれの方法においても、結像スポットが受光セ
ンサの受光面上に形成されるように調節しているから、
結像スポットの位置ずれが防止されるのであって、この
ような走査光学系を用いた測定装置を構成した場合に
は、高精度な測定が可能になるのである。
ンサの受光面上に形成されるように調節しているから、
結像スポットの位置ずれが防止されるのであって、この
ような走査光学系を用いた測定装置を構成した場合に
は、高精度な測定が可能になるのである。
【実施例１】 第１図に本発明方法を実現する装置の概略構成を示
す。対象物１には、一つの走査線Ｓの上でスポット光が
走査されているものとする。走査線Ｓ上のスポット光の
反射光は、固定焦点の受光レンズ２を通して受光センサ
３に結像されて結像スポットを形成するのであって、受
光レンズ２から受光センサ３に至る光路上には、受光レ
ンズ２の焦点の位置に、受光レンズ２を通った光を受光
センサ３に入射させる向きに偏向させる振動鏡４が配設
されている。振動鏡４は、走査線Ｓ上を移動するスポッ
ト光の反射光がつねに受光センサ３に入射されるよう
に、スポット光の移動に同期して偏向角度が調節され
る。 「従来の技術」の項で説明したように、スポット光が
移動すると結像スポットは、第１図中の寸法を用いる
と、 Δｌ＝L2−ｆ−ｌ・cosθ の範囲で受光レンズ２の焦点からの距離が変化する。こ
こに、θ＝tan-1（b/f）とおけば、 Δｌ＝（１−cosθ）ｌ と表すことができる。 そこで本実施例では、スポット光が走査線Ｓ上を移動
するのに同期して、受光センサ３を受光センサ３の受光
面に直交する方向において上記Δｌの範囲で往復移動さ
せるようにしている。これにより、結像スポットをつね
に受光センサ３の受光面に位置させるようにすることが
できるのであって、結像スポットの位置の変化に対応す
ることができるのである。
す。対象物１には、一つの走査線Ｓの上でスポット光が
走査されているものとする。走査線Ｓ上のスポット光の
反射光は、固定焦点の受光レンズ２を通して受光センサ
３に結像されて結像スポットを形成するのであって、受
光レンズ２から受光センサ３に至る光路上には、受光レ
ンズ２の焦点の位置に、受光レンズ２を通った光を受光
センサ３に入射させる向きに偏向させる振動鏡４が配設
されている。振動鏡４は、走査線Ｓ上を移動するスポッ
ト光の反射光がつねに受光センサ３に入射されるよう
に、スポット光の移動に同期して偏向角度が調節され
る。 「従来の技術」の項で説明したように、スポット光が
移動すると結像スポットは、第１図中の寸法を用いる
と、 Δｌ＝L2−ｆ−ｌ・cosθ の範囲で受光レンズ２の焦点からの距離が変化する。こ
こに、θ＝tan-1（b/f）とおけば、 Δｌ＝（１−cosθ）ｌ と表すことができる。 そこで本実施例では、スポット光が走査線Ｓ上を移動
するのに同期して、受光センサ３を受光センサ３の受光
面に直交する方向において上記Δｌの範囲で往復移動さ
せるようにしている。これにより、結像スポットをつね
に受光センサ３の受光面に位置させるようにすることが
できるのであって、結像スポットの位置の変化に対応す
ることができるのである。
【実施例２】 本実施例では、第２図にＡ′Ｏ″Ｂ′で示しているよ
うな円弧状の収差を受光レンズ２に持たせているもので
ある。すなわち、受光レンズ２の結像面が焦点位置を中
心とする円弧になるような収差を持たせているのであ
る。ここに、第２図では振動鏡４を省略しているが、実
施例１と同様に、受光レンズ２の焦点位置に配置されて
いるものである。 受光レンズ２にこのような収差を持たせたことによ
り、走査線ＳのAOBの位置からのスポット光の反射光
は、Ａ′Ｏ″Ｂ′の位置に結像するのであり、受光セン
サ３を固定しておいても、受光センサ２の受光面につね
に結像スポットを形成することができるのである。
うな円弧状の収差を受光レンズ２に持たせているもので
ある。すなわち、受光レンズ２の結像面が焦点位置を中
心とする円弧になるような収差を持たせているのであ
る。ここに、第２図では振動鏡４を省略しているが、実
施例１と同様に、受光レンズ２の焦点位置に配置されて
いるものである。 受光レンズ２にこのような収差を持たせたことによ
り、走査線ＳのAOBの位置からのスポット光の反射光
は、Ａ′Ｏ″Ｂ′の位置に結像するのであり、受光セン
サ３を固定しておいても、受光センサ２の受光面につね
に結像スポットを形成することができるのである。
【実施例３】 本実施例は、第３図に示すように、振動鏡４と受光セ
ンサ３との間に、焦点調節装置５を配設したものであっ
て、焦点調節装置５は、たとえば、一対の平行な透明板
の間に気密空間を形成するとともに、両透明板の距離を
縮める向きに付勢し、両透明板の間の空間を周囲（空
気）とは屈折率の異なる液体で満たした構成を有してい
る。このような液体としては、水、メタノール、アセト
ン、トルエンなどを用いることができる。両透明板の間
の液体はポンプで出し入れされるようになっており、こ
れによって両透明板間の距離を調節できるようにしてあ
る。 受光レンズ２と受光センサ３との間に屈折率ｎ、厚み
ｔの焦点調節装置５を配設したとすると、焦点調節装置
５が存在しない場合に比較すれば、結像スポットの位置
の変位Δｌは、 Δｌ＝｛１−（tanω′/tanω）｝・ｔ になる。ここに、ωは第４図に示す角度であり、 ω′＝sin-1｛（sinω）/n｝ である。すなわち、ω′は第５図に示す角度になる。第
１図において、Δｌ＝（１−cosθ）ｌであったから、
焦点調節装置５の厚みｔは、 と表すことができる。受光レンズ２の光軸上の結像位置
に相当する位置に受光センサ３を配置しているものと
し、このときの焦点調節装置５の厚みをt0とすれば、ス
ポット光の移動に伴って焦点調節装置５の厚みが（t0−
ｔ）となるように調節することにより、受光センサ３の
位置を固定した状態で結像スポットをつねに受光センサ
３の受光面上に形成することができるのである。
ンサ３との間に、焦点調節装置５を配設したものであっ
て、焦点調節装置５は、たとえば、一対の平行な透明板
の間に気密空間を形成するとともに、両透明板の距離を
縮める向きに付勢し、両透明板の間の空間を周囲（空
気）とは屈折率の異なる液体で満たした構成を有してい
る。このような液体としては、水、メタノール、アセト
ン、トルエンなどを用いることができる。両透明板の間
の液体はポンプで出し入れされるようになっており、こ
れによって両透明板間の距離を調節できるようにしてあ
る。 受光レンズ２と受光センサ３との間に屈折率ｎ、厚み
ｔの焦点調節装置５を配設したとすると、焦点調節装置
５が存在しない場合に比較すれば、結像スポットの位置
の変位Δｌは、 Δｌ＝｛１−（tanω′/tanω）｝・ｔ になる。ここに、ωは第４図に示す角度であり、 ω′＝sin-1｛（sinω）/n｝ である。すなわち、ω′は第５図に示す角度になる。第
１図において、Δｌ＝（１−cosθ）ｌであったから、
焦点調節装置５の厚みｔは、 と表すことができる。受光レンズ２の光軸上の結像位置
に相当する位置に受光センサ３を配置しているものと
し、このときの焦点調節装置５の厚みをt0とすれば、ス
ポット光の移動に伴って焦点調節装置５の厚みが（t0−
ｔ）となるように調節することにより、受光センサ３の
位置を固定した状態で結像スポットをつねに受光センサ
３の受光面上に形成することができるのである。
本発明は上述のように、結像スポットが受光センサが
受光面上に形成されるように調節しているから、結像ス
ポットの位置ずれが防止されるのであって、このような
走査光学系を用いた測定装置を構成した場合には、高精
度な測定が可能になるという利点がある。
受光面上に形成されるように調節しているから、結像ス
ポットの位置ずれが防止されるのであって、このような
走査光学系を用いた測定装置を構成した場合には、高精
度な測定が可能になるという利点がある。
第１図は本発明の実施例１を示す概略構成図、第２図は
本発明の実施例２を示す概略構成図、第３図は本発明の
実施例３を示す概略構成図、第４図および第５図は同上
の原理説明図である。 １……対象物、２……受光レンズ、３……受光センサ、
４……振動鏡。
本発明の実施例２を示す概略構成図、第３図は本発明の
実施例３を示す概略構成図、第４図および第５図は同上
の原理説明図である。 １……対象物、２……受光レンズ、３……受光センサ、
４……振動鏡。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−248871（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−224810（ＪＰ，Ａ) 河田聡，南茂夫，「光学走査顕微 鏡」，『光学』，ｖｏｌ．18，ｎｏ, ８，1989 「化学計測のための画像データ処理」 河田聡，南茂夫編著（ＣＱ出版社) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G02B 26/10 G01B 11/00 H04N 1/04
Claims (3)
- 【請求項１】対象物の表面に設定された走査線上でスポ
ット光を走査するとともに、スポット光の反射光を焦点
が固定された集光レンズを通した後、スポット光の反射
光を受光センサに入射させるように受光レンズの焦点位
置に配置された振動鏡を振動させて偏向する走査光学系
において、結像スポットの位置に受光センサが位置する
ように、振動鏡の振動に同期させて振動鏡と受光センサ
との距離を調節することを特徴とする走査光学系の焦点
位置調節方法。 - 【請求項２】対象物の表面に設定された走査線上でスポ
ット光を走査するとともに、スポット光の反射光を焦点
が固定された集光レンズを通した後、スポット光の反射
光を受光センサに入射させるように受光レンズの焦点位
置に配置された振動鏡を振動させて偏向する走査光学系
において、受光レンズに結像面が焦点位置を中心とする
円弧になるような収差を持たせたことを特徴とする走査
光学系の焦点位置調節方法。 - 【請求項３】対象物の表面に設定された走査線上でスポ
ット光を走査するとともに、スポット光の反射光を焦点
が固定された集光レンズを通した後、スポット光の反射
光を受光センサに入射させるように受光レンズの焦点位
置に配置された振動鏡を振動させて偏向する走査光学系
において、受光レンズから受光センサに至る光路の一部
に、屈折率が周囲とは異なるとともに上記光路に沿う方
向の厚みが調節自在とされた焦点調節装置を設け、焦点
調節装置の厚みを調節して結像スポットを受光センサ上
に形成するようにしたことを特徴とする走査光学系の焦
点位置調節方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24535190A JP2810775B2 (ja) | 1990-09-14 | 1990-09-14 | 走査光学系の焦点位置調節方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24535190A JP2810775B2 (ja) | 1990-09-14 | 1990-09-14 | 走査光学系の焦点位置調節方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04124610A JPH04124610A (ja) | 1992-04-24 |
| JP2810775B2 true JP2810775B2 (ja) | 1998-10-15 |
Family
ID=17132384
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24535190A Expired - Lifetime JP2810775B2 (ja) | 1990-09-14 | 1990-09-14 | 走査光学系の焦点位置調節方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2810775B2 (ja) |
-
1990
- 1990-09-14 JP JP24535190A patent/JP2810775B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 「化学計測のための画像データ処理」河田聡，南茂夫編著（ＣＱ出版社） |
| 河田聡，南茂夫，「光学走査顕微鏡」，『光学』，ｖｏｌ．１８，ｎｏ，８，１９８９ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04124610A (ja) | 1992-04-24 |
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