JP7081092B2 - Optical scanning equipment and measuring instruments - Google Patents
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Description
本発明は、光走査装置および計測器に関する。 The present invention relates to an optical scanning device and a measuring instrument.
従来、マイクロミラーに設けられた回動部の変位を、マイクロミラーに設けられた櫛歯部間の容量の変化に応じた電圧により検出することが知られている(例えば、特許文献1参照)。また、支持梁を挟んで設けられた第1の容量素子および第2の容量素子を有する光走査装置において、第1の容量素子の静電容量が最大となる可動部の変位量と、第2の容量素子の静電容量が最大となる可動部の変位量とが異なること知られている。但し、この場合、可動部の厚み方向において段差部を設ける必要がある(例えば、特許文献2参照)。
[先行技術文献]
[特許文献]
[特許文献1] 特開2005-208251号公報
[特許文献2] 特開2004-245890号公報
Conventionally, it is known that the displacement of the rotating portion provided in the micromirror is detected by the voltage corresponding to the change in the capacitance between the comb tooth portions provided in the micromirror (see, for example, Patent Document 1). .. Further, in the optical scanning device having the first capacitive element and the second capacitive element provided with the support beam interposed therebetween, the displacement amount of the movable portion that maximizes the capacitance of the first capacitive element and the second. It is known that the displacement amount of the movable part that maximizes the capacitance of the capacitive element is different. However, in this case, it is necessary to provide a stepped portion in the thickness direction of the movable portion (see, for example, Patent Document 2).
[Prior Art Document]
[Patent Document]
[Patent Document 1] Japanese Unexamined Patent Publication No. 2005-208251 [Patent Document 2] Japanese Unexamined Patent Publication No. 2004-245890
可動部の厚み方向において段差部を設けることなく、光スキャナにおける走査角度の正負(+θ度であるのか、または、-θ度であるのか)を特定することが望ましい。 It is desirable to specify the positive or negative (whether it is + θ degree or −θ degree) of the scanning angle in the optical scanner without providing a step portion in the thickness direction of the movable portion.
本発明の第1の態様においては、光走査装置を提供する。光走査装置は、光源部と、光走査部と、光検出部と、状態検出部とを備えてよい。光源部は、第1の光と、第2の光とを出射してよい。第1の光は、被走査対象に照射されてよい。光走査部は、第1の光と第2の光とを反射してよい。光検出部は、第2の光を受光してよい。状態検出部は、静電容量の変化と、第2の光に応じた光検出部の出力とに基づいて、反射部の状態を検出してよい。静電容量は、光走査部における反射部の予め定められた領域と検出部とにより形成されてよい。静電容量は、光走査部の反射部の傾斜角度に対応して変化してよい。光走査装置は、光走査部を揺動するために設けられた駆動部を備えてよい。静電容量を形成する検出部は、駆動部とは別個に設けられてよい。 In the first aspect of the present invention, an optical scanning device is provided. The optical scanning device may include a light source unit, an optical scanning unit, a light detecting unit, and a state detecting unit. The light source unit may emit the first light and the second light. The first light may illuminate the object to be scanned. The optical scanning unit may reflect the first light and the second light. The photodetector may receive the second light. The state detecting unit may detect the state of the reflecting unit based on the change in capacitance and the output of the photodetecting unit in response to the second light. The capacitance may be formed by a predetermined region of the reflecting portion in the optical scanning portion and the detecting portion. The capacitance may change according to the tilt angle of the reflecting portion of the optical scanning portion. The optical scanning device may include a driving unit provided for swinging the optical scanning unit. The detection unit that forms the capacitance may be provided separately from the drive unit.
光検出部は、光電変換素子を有してよい。光電変換素子は、光走査部が光検出部において第2の光を走査する走査長さの少なくとも一部に設けられてよい。 The photodetector may have a photoelectric conversion element. The photoelectric conversion element may be provided at least a part of the scanning length in which the optical scanning unit scans the second light in the photodetecting unit.
光電変換素子は、受光面が走査長さ以上の長さを有する線状の光電変換素子であってよい。これに代えて、光電変換素子は、受光面が点状の光電変換素子であってもよい。受光面が点状の光電変換素子は、走査長さの中心位置から予め定められた距離だけ離間した位置に設けられてよい。 The photoelectric conversion element may be a linear photoelectric conversion element having a light receiving surface having a length equal to or longer than the scanning length. Instead of this, the photoelectric conversion element may be a photoelectric conversion element having a point-shaped light receiving surface. The photoelectric conversion element having a point-shaped light receiving surface may be provided at a position separated from the center position of the scanning length by a predetermined distance.
状態検出部は、光検出部の出力に基づいて、走査角度を補正してよい。走査角度は、反射部における反射面と予め定められた平面との成す角度であってよい。 The state detection unit may correct the scanning angle based on the output of the light detection unit. The scanning angle may be an angle formed by a reflecting surface in the reflecting portion and a predetermined plane.
光走査装置は、容量電圧変換部をさらに備えてよい。容量電圧変換部は、静電容量を電圧信号に変換してよい。容量電圧変換部は、光検出部の出力に基づいて、容量電圧変換部が出力する電圧信号を大きくするよう補正してよい。 The optical scanning device may further include a capacitive voltage converter. The capacitance voltage converter may convert the capacitance into a voltage signal. The capacitance voltage conversion unit may make corrections so as to increase the voltage signal output by the capacitance voltage conversion unit based on the output of the photodetection unit.
状態検出部は、光検出部の出力に基づいて、走査角度の正負を補正してよい。走査角度は、反射部における反射面と予め定められた平面との成す角度であってよい。 The state detection unit may correct the positive or negative of the scanning angle based on the output of the light detection unit. The scanning angle may be an angle formed by a reflecting surface in the reflecting portion and a predetermined plane.
第1の光と第2の光とは、反射部の異なる位置に入射してもよい。 The first light and the second light may be incident on different positions of the reflecting portion.
光走査装置は、光結合部をさらに備えてよい。光結合部は、光走査部に入射する前に、第1の光と第2の光とを光路上において重ね合わせてよい。第2の光は、第1の光の波長とは異なる波長を有してよい。 The optical scanning device may further include an optical coupling unit. The optical coupling unit may superimpose the first light and the second light on the optical path before incident on the optical scanning unit. The second light may have a wavelength different from that of the first light.
光走査装置は、光分離部をさらに備えてよい。光分離部は、第1の光と第2の光とを分離して、第1の光を被走査対象に入射させ、第2の光を光検出部に入射させてよい。 The optical scanning device may further include an optical separator. The light separation unit may separate the first light and the second light so that the first light is incident on the object to be scanned and the second light is incident on the photodetection unit.
光走査装置は、第1の光学部材と、追加の光走査部とをさらに備えてよい。第1の光学部材は、光走査部から反射された光のうち、第1の光および第2の光を反射してよい。追加の光走査部は、第1の光学部材からそれぞれ反射された第1の光および第2の光を反射してよい。光分離部は、追加の光走査部から反射された光のうち、第1の光を被走査対象に入射させ且つ第2の光を光検出部に入射させてよい。 The optical scanning device may further include a first optical member and an additional optical scanning unit. The first optical member may reflect the first light and the second light among the light reflected from the light scanning unit. The additional optical scanning unit may reflect the first light and the second light reflected from the first optical member, respectively. The light separation unit may have the first light of the light reflected from the additional light scanning unit incident on the object to be scanned and the second light incident on the photodetection unit.
第1の光学部材と追加の光走査部とをさらに備えることに代えて、光走査装置は、第2の光学部材と、追加の光走査部と、追加の光検出部と、第3の光学部材とをさらに備えてよい。第2の光学部材は、光走査部から反射された光のうち、第2の光の一部を透過し、第2の光における一部以外の部分と第1の光とを反射してよい。追加の光走査部は、第2の光学部材からそれぞれ反射された第1の光および第2の光を反射してよい。第3の光学部材は、追加の光走査部から反射された光のうち、第1の光を被走査対象に入射させ且つ第2の光を追加の光検出部に入射させてよい。第2の光学部材を透過した第2の光の一部が、光検出部に入射してよい。 Instead of further comprising a first optical member and an additional optical scanning unit, the optical scanning device includes a second optical member, an additional optical scanning unit, an additional photodetecting unit, and a third optical unit. Further members may be provided. The second optical member may transmit a part of the second light among the light reflected from the optical scanning unit and reflect the part other than the part of the second light and the first light. .. The additional optical scanning unit may reflect the first light and the second light reflected from the second optical member, respectively. The third optical member may make the first light of the light reflected from the additional light scanning unit incident on the object to be scanned and the second light incident on the additional photodetection unit. A part of the second light transmitted through the second optical member may be incident on the photodetector.
光源部は、第1の光を出射する間、第2の光を出射し続けてよい。 The light source unit may continue to emit the second light while emitting the first light.
光走査部と、光検出部とは同一基板上に設けられてよい。 The optical scanning unit and the photodetecting unit may be provided on the same substrate.
光走査部の使用時間の長さに応じて、光源部から出射される第2の光の強度を高くしてよい。 The intensity of the second light emitted from the light source unit may be increased according to the length of use of the optical scanning unit.
本発明の第2の態様においては、光走査装置を有する計測器を提供する。 In the second aspect of the present invention, a measuring instrument having an optical scanning device is provided.
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。 The outline of the above invention does not list all the necessary features of the present invention. A subcombination of these feature groups can also be an invention.
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。 Hereinafter, the present invention will be described through embodiments of the invention, but the following embodiments do not limit the invention within the scope of the claims. Also, not all combinations of features described in the embodiments are essential to the means of solving the invention.
図1は、第1実施形態における光走査装置200の概要を示す図である。本例のZ軸は、X軸およびY軸に直交する軸である。本例のX、YおよびZ軸は、右手系を構成する。X、YおよびZ軸は、光走査装置200等の相対的な方向を示すために用いられる。Y軸方向は、必ずしも重力方向と平行でなくてよい。本明細書において、Y軸方向と平行な方向を指す表現として「上」よおび「下」等を用いるが、これらの用語もまた重力方向における上下方向に限定されない。
FIG. 1 is a diagram showing an outline of the
光走査装置200は、窓部98から被走査対象へ第1の光13を照射し、被走査対象を第1の光13で走査する機能を有してよい。本例の被走査対象は、スクリーン300である。本例の光走査装置200は、光源部10と、光結合部20と、光スキャナ30と、ダイクロイックミラー50と、光検出部60と、CV変換部70と、配線基板79と、走査角度出力部80と、制御部90と、交流電源部92と、直流電源部94とを含む。
The
本例の光源部10は、第1の光13を出射する第1の光源11と、第2の光14を出射する第2の光源12とを含む。本例の第1の光13および第2の光14は、互いに異なる波長を有するレーザー光である。例えば、第1の光13は波長帯域450nm以上495nm以下の光であり、第2の光14は波長帯域750nm以上1400nm以下の光である。ただし、これは一例であり、第1の光13および第2の光14の波長帯域は当該範囲に限定されない。
The
本例のコンバイナ22およびコンバイナ24は、光結合部の一例である。本例において、第1の光13は、コンバイナ22により反射され、コンバイナ24に入射する。コンバイナ22は、第1の光13を反射するミラーであってよい。本例において、コンバイナ24は第2の光14を反射し、かつ、第1の光13を透過させる。これにより、第1の光13と第2の光14とが光スキャナ30に入射する前に、両者を光路上において重ね合わせられる。本例においては、第1の光13および第2の光14を反射部32の表面における一点(一箇所のスポット)に当てることができるので、第1の光13および第2の光14を反射部32の表面の異なる位置に当てる場合に比べて、光学系の設計および組み立てが比較的容易である。
The
本例において、第1の光13および第2の光14の両方は、光スキャナ30で反射された後、ダイクロイックミラー50で分離される。本例のダイクロイックミラー50は、光分離部の一例である。本例のダイクロイックミラー50は、光スキャナ30から各々反射された第1の光13と第2の光14とを分離する。本例のダイクロイックミラー50は、第1の光13をスクリーン300に入射させ、第2の光14を光検出部60に入射させる。
In this example, both the
詳細については後述するが、光検出部60および第2の光14は、光スキャナ30の走査角を補正するために用いられてよい。光検出部60は、第2の光14を受光して光電変換することにより、第2の光14の強度に応じた電流信号を走査角度出力部80へ出力してよい。
Although the details will be described later, the
本例においては、第1の光13と第2の光14とを用いるので、スクリーン300を走査するための第1の光13の強度と、走査角の補正をするための第2の光14の強度とを個別に調節することができる点が有利である。これにより、例えば、スクリーン300をより高い強度の第1の光13で走査し、かつ、光検出部60へ入射する第2の光14の強度は一定とすることができる。例えば、画像または動画をスクリーン300に表示する場合に、第1の光13の強度は調整するが、第2の光14の強度を一定にする。
In this example, since the
なお、1種類のみの波長帯域の光をビームスプリッタにより分離することにより一部をスクリーン300に入射させ且つ残りを光検出部60に入射させる他の例においては、被走査対象へ照射される光の強度を下げると、光検出部60へ入射する光の強度も付随して低下することになる。この場合、光検出部60へ入射する光の強度が光検出部60における測定可能範囲外となる問題があるが、本例ではこの問題を解消することができる。
In another example in which light of only one wavelength band is split by a beam splitter so that a part of the light is incident on the
本例の光スキャナ30は、光走査部の一例である。本例の光スキャナ30は、MEMS(MicroElectro Mechanical Systems)の一例である。光スキャナ30は、サイズの微小さゆえに、マイクロミラーおよびマイクロスキャナ等とも呼ばれる。光スキャナ30は、反射部32と、反射部32を揺動させるように駆動する駆動部34と、駆動部34を支持する基体部36とを含んでよい。
The
本例の反射部32は、その最表面に、第1の光13および第2の光14を反射する反射面33を有する。また、本例の反射部32は、本体部と、X軸方向において揺動可能に本体部を支持する軸部42と、本体部上に形成されて反射面33として機能する約100nmの厚みのアルミニウム(Al)膜とを有する。反射部32は、軸部42を中心として比較的小さな揺動角度で高速に揺動する(即ち、振動する)。なお、本例の軸部42は、反射部32の揺動に伴い捻じれる、いわゆる捻じり棒ばね(torsion bar)である。
The reflecting
駆動部34は電圧値VAの交流電源部92に接続し、反射部32は電圧値VBの直流電源部94に接続してよい。なお、交流電源部92は、可変交流電源であってよい。駆動部34と反射部32とは微小ギャップを介して電気的に絶縁されており、両者の間には各電源部により供給された電荷に応じたクーロン力(静電力または静電引力ともいう)が生じてよい。本例の駆動部34は基体部36等を介して配線基板79に固定されており、反射部32は駆動部34に対して相対的に揺動する。
The
本例の反射部32および反射面33は、X‐Z面に平行な平面に対して最大で|±θM|度傾くように揺動する。また、本例においては、任意の時間において反射部32または反射面33とX‐Z面に平行な平面とが成す角度を傾斜角度θと表す。これに対して、反射部32または反射面33における傾斜角度θの大きさの最大値をθMと表す。つまり、‐θM≦傾斜角度θ≦θMである。また、本例において、反射部32または反射面33の傾斜角度θMを、走査角度と称する。走査角度は、走査角の角度の大きさでもある。なお、本例において、反射部32の傾斜角度θは反射面33の傾斜角度θと等しい。それゆえ、本例においては両者を区別しないが、通常、傾斜角度θは反射面33の傾斜角度θを意味するとしてよい。
The reflecting
光スキャナ30は、例えばSOI(Silicon on Insulator)基板をエッチングすることにより形成することができる。例えば、第1の単結晶シリコン層、二酸化シリコン(SiO2)層および第2の単結晶シリコン層を有するSOI基板を、反応性イオンエッチング(Reactive Ion Etching:RIE)により微細加工することにより、光スキャナ30を形成することができる。一例において、反射部32、駆動部34および軸部42は、第1の単結晶シリコン層を加工することにより形成されてよい。基体部36は、第2の単結晶シリコン層を加工することにより形成されてよい。少なくとも反射部32の直下に位置する二酸化シリコン層および第2の単結晶シリコン層は、全て除去されてよい。なお、駆動部34と基体部36との間には、二酸化シリコン層が残存してよい。
The
本例のCV変換部70は、容量電圧変換部の一例である。本例のCV変換部70は、チャージアンプ回路である。CV変換部70は、静電容量CMを電圧信号に変換する機能を有してよい。後述するように、静電容量CMは、反射部32における予め定められた領域37と検出部38とにより形成されてよい。静電容量CMは、反射部32の傾斜角度θに応じで変化してよい。本例のCV変換部70は、傾斜角度θの変化を電流信号として光スキャナ30から受け取り、これを電圧信号に変換して走査角度出力部80に出力する。
The
なお、光スキャナ30およびCV変換部70は、同一の配線基板79上に近接して設けられる。例えば、光スキャナ30およびCV変換部70は数mm以内に近接して設けられる。これにより、光スキャナ30およびCV変換部70を別の基板上に離間して設ける場合に比べて、光スキャナ30から出力される電流信号にノイズが乗る可能性を低減することができるので、傾斜角度θの検出精度を向上させることができる。
The
本例の走査角度出力部80は、状態検出部の一例である。走査角度出力部80は、光検出部60からの電流信号と、静電容量CMの変化に対応するCV変換部70からの電圧信号とに基づいて、反射部32の状態を検出してよい。反射部32の傾斜角度θは、反射部32の状態の一例である。つまり、走査角度出力部80は、任意の時刻における反射部32の傾斜角度θ(走査角度θMを含む)を検出してよい。
The scanning
さらに、本例の走査角度出力部80は、光検出部60からの電流信号のみに基づいて、傾斜角度θ(走査角度θMを含む)を検出することもできる。また、本例の走査角度出力部80は、光検出部60からの電流信号のみに基づいて、反射部32がX‐Z面に平行な平面に対して「反時計回り」に進んだ傾斜角度+θを有するのか、または、「時計回り」に進んだ傾斜角度-θを有するのかを検出することもできる。なお、傾斜角度の正負(即ち、傾斜方向)も、反射部32の状態の一例である。
Further, the scanning
制御部90は、走査角度出力部80からの情報に基づいて、第1の光源11および第2の光源12の出力と、交流電源部92の電圧値VAとの少なくともいずれかを制御してよい。制御部90は、走査角度θMを一定に保つべく、電圧値VAの大きさを増加または減少させてよい。また、制御部90は、適切な光の強度でスクリーン300を走査するべく、第1の光源11のレーザー光の出力を増加または減少させてよい。
The
さらに、制御部90は、光検出部60において光の強度に対して光電変換される電荷の量が直線性を有するように、第2の光14の強度を増加または減少させてよい。より好ましくは、制御部90は、第2の光14におけるガウシアン強度分布のピークが、前述の直線性を実現する光の強度の範囲の上限値と下限値との中央値となるように、第2の光14の強度を調節してよい。
Further, the
また、制御部90は、光スキャナ30の使用時間の長さに応じて、光源部10から出射される第2の光14の強度を高くしてもよい。なお、光源部10がレーザー光を出射する本例において、光の強度とは、例えば、単位面積・単位時間当たりのエネルギー[W/cm2]である。例えば、1年以上使用すると反射面33であるアルミニウム膜が部分的に剥げる場合があり、これにより光スキャナ30から出射されるレーザー光の強度が弱くなる場合がある。光スキャナ30の使用時間に応じてレーザー光の強度を上げることにより、レーザー光の強度を制御しない場合に比べて、光検出部60に入射する光の強度を一定に保つことができる。
Further, the
図2は、光スキャナ30およびCV変換部70を示す図である。光スキャナ30およびCV変換部70を破線の枠で囲んで示す。理解を容易にすることを目的として、光スキャナ30についてはX、YおよびZ軸と共に上面図を示し、CV変換部70については回路図を示す。
FIG. 2 is a diagram showing an
本例において、反射部32の本体部および反射面33は、上面視において矩形形状である。本例の反射部32は、本体部のZ軸方向の両端部に設けられ且つX軸方向において互いに離間して設けられた複数の櫛歯31‐1および31‐2を含む。また、本例において、反射部32および固定部40‐1はX軸方向において軸部42‐1を介して接続され、反射部32および固定部40‐2はX軸方向において軸部42‐2を介して接続される。
In this example, the main body portion and the reflecting
本例の光スキャナ30は、軸部42に対して線対称な位置に、一対の駆動部34‐1および34‐2と、一対の検出部38‐1および検出部38‐3ならびに一対の検出部38‐2および検出部38‐4を有する。本例において、駆動部34‐1、検出部38‐1および検出部38‐2は、反射部32の+Z方向に対向する。また、駆動部34‐2、検出部38‐3および検出部38‐4は、反射部32の-Z方向に対向する。X軸方向において、検出部38‐1および検出部38‐2は駆動部34‐1を挟み、検出部38‐3および検出部38‐4は駆動部34‐2を挟む。
The
本例における駆動部34‐1および駆動部34‐2の各々は、Z軸方向に突出する櫛歯35‐1および35‐2を有する。また、本例における検出部38‐1から38‐4の各々も、Z軸方向に突出する櫛歯39‐1から39‐4を有する。櫛歯35および櫛歯39は、反射部32の櫛歯31とかみ合うように配置されてよい。本例において、櫛歯35および櫛歯39の各々は、微小ギャップ空間を形成するように、反射部32の矩形の端部と反射部32の櫛歯31とから離間する。
Each of the drive unit 34-1 and the drive unit 34-2 in this example has comb teeth 35-1 and 35-2 protruding in the Z-axis direction. Further, each of the detection units 38-1 to 38-4 in this example also has comb teeth 39-1 to 39-4 protruding in the Z-axis direction. The comb teeth 35 and the comb teeth 39 may be arranged so as to mesh with the comb teeth 31 of the
また、本例において、反射部32の櫛歯31および本体部には、電圧値VBが印加される。また、本例の駆動部34の櫛歯35および本体部には、電圧値VAが印加される。このようにして、反射部32の予め定められた領域37‐1から37‐4と検出部38‐1から38‐4とにより、静電容量CMが形成される。静電容量CMは、反射部32の揺動に応じて、変化してよい。
Further, in this example, the voltage value V B is applied to the comb teeth 31 of the
本例において、全ての検出部38は互いに電気的に接続し、CV変換部70の増幅器72の反転入力端子(-)に電気的に接続する。本例において、静電容量C1(領域37‐1と検出部38‐1とにより形成される)から静電容量C4(領域37‐4と検出部38‐4とにより形成される)は、反射部32の揺動に応じて同様に変化する。また、本例において、静電容量CMは静電容量C1からC4の和であり(CM=C1+C2+C3+C4)、CV変換部70は各静電容量C1からC4の変化の和を、ΔCMとして検出することができる。これにより、例えば1つの静電容量C1のみの変化を検出する場合に比べて、ノイズ耐性を向上させることができる。
In this example, all the detection units 38 are electrically connected to each other and electrically connected to the inverting input terminal (-) of the
反射部32と検出部38との間の電位差は所定の値であってよく、本例において当該電位差はVMであるとする。これに対して、反射部32の揺動に伴い静電容量CMは変化する。本例においては、静電容量CMの変化量をΔCMと表す。静電容量CMの変化に対応して、静電容量CMに蓄積される電荷量QMが変化する。本例においては、電荷量QMの変化をΔQMと表す。反射部32の傾斜角度θの変化はΔQMに変換され、単位時間当たりのΔQMが電流信号IINとして増幅器72の反転入力端子(-)に入力される。
The potential difference between the
本例のCV変換部70は、電流信号IINを電圧信号VOUTに変換するチャージアンプ回路である。本例のCV変換部70は、増幅器72と、増幅器72に各々並列に接続されるコンデンサ76および抵抗器74とを有する。増幅器72は、非反転入力端子(+)と、反転入力端子(-)と、出力端子78とを有する。非反転入力端子(+)は電気的に接地されてよい。
The
本例において、抵抗器74の一端は反転入力端子(-)に電気的に接続され、他端は出力端子78に電気的に接続される。抵抗器74は、MΩからGΩ程度の高い抵抗値を有してよい。本例の抵抗器74は、1GΩの抵抗値を有する。抵抗器74は、電流信号IINの直流成分を通過させることなく、かつ、増幅器72のネガティブフィードバック経路として機能することができる。なお、反転入力端子(-)と非反転入力端子(+)とは仮想接地されているので、検出部38は接地電位であると見なしてもよい。
In this example, one end of the
本例において、コンデンサ76の一端は反転入力端子(-)に電気的に接続され、他端は出力端子78に電気的に接続される。本例において、コンデンサ76の静電容量Cfは変化せず、一定である。それゆえ、電流信号IINにより電荷がチャージ/ディスチャージされると、コンデンサ76の電荷量Qfが変化する。本例においては、電荷量Qfの変化をΔQfと表す。ΔQfに応じてコンデンサ76における電圧Vfが変化する。本例においては、電圧Vfの変化をΔVfと表す。これにより、電流信号IINは電圧信号VOUTに変換される。ただし、当該説明はVOUTについての定性的な説明である。
In this example, one end of the
増幅器72の出力端子78から出力される電圧信号VOUTは、増幅器72における抵抗器74のRfおよびコンデンサ76の静電容量Cf、静電容量CM、直流電源部94の電圧値VBを用いて、定量的には[数1]で表される。ただし、jは虚数単位であり、ωは周期的に変化する静電容量CMの周波数である。
[数1]
VOUT=(-jωRfVBCM)/(1+jωCfRf)
The voltage signal V OUT output from the
[Number 1]
V OUT = ( -jωR f VBC M ) / (1 + jωC f R f )
なお、増幅器72における利得Gは、[数1]を変形することにより[数2]で表される。
[数2]
G=|VOUT/CM|=ωRf|VB|/{1+(ωCfRf)2}1/2
The gain G in the
[Number 2]
G = | V OUT / CM | = ωR f | V B | / {1+ (ωC f R f ) 2 } 1/2
ここで、ωが十分高く、ωCfRfが1よりも十分に大きい場合には、利得Gは[数3]に近似することができる。なお、[数3]において「≒」は、近似であることを意味する。Cfは一定であるので、VBが一定であれば、利得Gは一定となる。
[数3]
G≒|VB|/Cf
Here, when ω is sufficiently high and ωC f R f is sufficiently larger than 1, the gain G can be approximated to [Equation 3]. In addition, in [Equation 3], "≈" means that it is an approximation. Since C f is constant, if V B is constant, the gain G is constant.
[Number 3]
G ≒ | V B | / C f
図3の(a)は、反射部32の状態の例を示す。図3の(a)の左側は、反射面33がX‐Z面に平行な平面に対して「時計回り」に進んだ傾斜角度θ=-θMの状態を示す。θ=-θMの状態において、反射部32における櫛歯31‐1の下部と検出部38‐1の櫛歯39‐1の上部とはX軸方向において部分的に重なってよく、櫛歯31‐2の上部と櫛歯39‐3の下部とはX軸方向において部分的に重なってよい。θ=-θMの状態において、静電容量CMは最小となる。
FIG. 3A shows an example of the state of the
また、図3の(a)の右側は、反射面33がX‐Z面に平行な平面に対して「反時計回り」に進んだ傾斜角度θ=+θMの状態を示す。θ=+θMの状態において、反射部32における櫛歯31‐1の上部と検出部38‐1の櫛歯39‐1の下部とはX軸方向において部分的に重なってよく、櫛歯31‐2の下部と櫛歯39‐3の上部とはX軸方向において部分的に重なってよい。θ=+θMの状態においても、静電容量CMは最小となる。
Further, the right side of FIG. 3A shows a state of an inclination angle θ = + θ M in which the reflecting
さらに、図3の(a)の中央は、反射面33がX‐Z面に平行である傾斜角度θ=0の状態を示す。θ=0の場合に、櫛歯31と櫛歯39とのX軸方向における重なり面積が最大になるので、静電容量CMは最大となる。
Further, the center of FIG. 3A shows a state where the
図3の(b)は、傾斜角度θと静電容量CMとの関係を示す。横軸は傾斜角度θを示し、縦軸は静電容量CMを示す。P1からP5の各々は、時刻t1からt5に対応する傾斜角度θおよび静電容量CMを示す。P1からP5は、図3の(c)および(d)におけるt1からt5にそれぞれ対応する。上述のように、θ=0(P1、P3およびP5)の場合に静電容量CMは最大となり、θ=±θM(P2およびP4)の場合に静電容量CMは最小となる。 FIG. 3B shows the relationship between the tilt angle θ and the capacitance CM. The horizontal axis shows the inclination angle θ, and the vertical axis shows the capacitance CM. Each of P 1 to P 5 indicates a tilt angle θ and a capacitance CM corresponding to times t 1 to t 5 . P1 to P5 correspond to t1 to t5 in ( c) and (d) of FIG. 3 , respectively. As described above, the capacitance CM is maximum when θ = 0 (P 1 , P 3 and P 5 ), and the capacitance CM is when θ = ± θ M ( P 2 and P 4 ). Is the minimum.
図3の(c)は、傾斜角度θの時間変化を示す。横軸は傾斜角度θであり、縦軸は時間tである。本例の傾斜角度θは、θ=0(時刻t1)→θ=+θM(時刻t2)→θ=0(時刻t3)→θ=-θM(時刻t4)→θ=0(時刻t5)と変化する。 FIG. 3 (c) shows the time change of the inclination angle θ. The horizontal axis is the tilt angle θ, and the vertical axis is the time t. The tilt angle θ in this example is θ = 0 (time t 1 ) → θ = + θ M (time t 2 ) → θ = 0 (time t 3 ) → θ = −θ M (time t 4 ) → θ = 0. It changes with (time t 5 ).
図3の(d)は、静電容量CMの時間変化を示す。横軸は時間tであり、縦軸は静電容量CMである。本例の静電容量CMは、最大(時刻t1)→最小(時刻t2)→最大(時刻t3)→最小(時刻t4)→最大(時刻t5)と変化する。ただし、本例において、静電容量CMの周期は傾斜角度θの周期の半分であるので、静電容量CMの大小をモニタリングするだけでは、傾斜角度θが+θMであるのか-θMであるのかは特定することができない。これは、本例の反射部32が特許文献2に記載の段差部のような構造を有せず、走査角度±θMにおいて静電容量CMが等しいことに起因する。しかしながら、傾斜角度の正負(即ち、傾斜方向)は、第1の光13で被走査対象を正確に走査する上で重要となる。そこで、本例においては、光検出部60を利用して傾斜角度の正負を特定する。
FIG. 3D shows the time change of the capacitance CM. The horizontal axis is time t , and the vertical axis is capacitance CM. The capacitance CM of this example changes in the order of maximum (time t 1 ) → minimum (time t 2 ) → maximum (time t 3 ) → minimum (time t 4 ) → maximum (time t 5 ). However, in this example, since the period of the capacitance CM is half the period of the inclination angle θ, is the inclination angle θ + θ M just by monitoring the magnitude of the capacitance CM ? It cannot be specified whether it is. This is because the
図4の(a)は、1次元PSD(Position Sensitive Detector)61の上面図である。光検出部60は、光スキャナ30が光検出部60において第2の光14を走査する走査長さの少なくとも一部に設けられた光電変換素子を有してよい。本例の光検出部60は、受光面62がZ軸方向において長さLを有する1次元PSD61である。1次元PSD61は、線状の光電変換素子の一例である。
FIG. 4A is a top view of a one-dimensional PSD (Position Sensitive Detector) 61. The
本例において、第2の光14は、受光面62上を往復走査する。この往復走査において-Z方向の端部に位置する第2の光14のスポットS1を破線で示し、当該スポットS1の光量重心g1を黒丸で示す。また、本例において、往復走査において+Z方向の端部に位置する第2の光14のスポットS2を破線で示し、スポットS2の光量重心g2を黒丸で示す。本例において、第2の光14の往復走査の長さ、即ち、スポットS1の-Z方向の端部からスポットS2の+Z方向の端部までの長さはLPである。これに対して、本例の受光面62におけるZ軸方向の長さLは、走査長さLP以上の長さ(即ち、LP≦L)である。
In this example, the
本例の1次元PSD61は、X軸方向の短辺とZ軸方向の長辺とを有する矩形形状である。1次元PSD61は、Z軸方向の両端部に、アノード電極63‐1および63‐2を有する。アノード電極63‐1および63‐2間の距離は、抵抗長とも呼ばれ、受光面62のZ軸方向の長さLに等しい。本例では長さLの中点を、基準位置(ゼロ点)とする。本例では、スポットSZの光量重心gZがゼロ点から+Z方向に離れた位置zに位置する場合を示す。
The one-dimensional PSD61 of this example has a rectangular shape having a short side in the X-axis direction and a long side in the Z-axis direction. The one-
図4の(b)は、1次元PSD61の断面図である。本例の1次元PSD61は、第2の光14の入射側に近い順に、P型層65、I型層66およびN型層67を有する。P型層65およびN型層67はI型層66を挟んでPN接合を形成する。P型層65の表面のうち、アノード電極63に覆われていない部分が、受光面62である。P型層65は、光電変換された電流にとっての抵抗層でもある。受光面62に光が入射すると、光量重心gZからP型層65上のアノード電極63‐1に電流IZ1が流れ、光量重心gZからP型層65上のアノード電極63‐2に電流IZ2が流れる。なお、N型層67下には、カソード電極64が設けられる。
FIG. 4B is a cross-sectional view of the one-
この場合、例えば、電流IZ1および電流IZ2の比は、長さLおよび位置zを用いて[数4]のように表される。
[数4]
IZ1/IZ2=(L-2z)/(L+2z)
In this case, for example, the ratio of the current I Z1 to the current I Z2 is expressed as [Equation 4] using the length L and the position z.
[Number 4]
I Z1 / I Z2 = (L-2z) / (L + 2z)
IZ1およびIZ2は測定から得られ且つ長さLは既知であるので、位置zを算出することができる。位置zと電流比IZ1/IZ2とは一対一に対応するので、[数4]から光量重心gAの位置を特定することができる。これにより、1次元PSD61を用いることにより、任意の時刻における光量重心gZの位置を特定することができる。本例においては、光量重心gZの位置がゼロ点よりも+Z方向に位置する場合に走査角度θが正であり、光量重心gAの位置がゼロ点よりも-Z方向に位置する場合に走査角度θが負である。このように本例では、光検出部60を利用して傾斜角度の正負を特定することができる。
Since I Z1 and I Z2 are obtained from the measurement and the length L is known, the position z can be calculated. Since the position z and the current ratio I Z1 / I Z2 have a one-to-one correspondence, the position of the light quantity center of gravity g A can be specified from [Equation 4]. Thereby, by using the one-
図5の(a)は、傾斜角度θの時間変化を示す。図5の(a)は、図3の(c)に対応する。横軸は時間tであり、縦軸は傾斜角度θである。但し、本例においては、時刻t1から時刻t9までを示す。時刻t5から時刻t9までの傾斜角度θの振る舞いは、時刻t1から時刻t5までと同じである。 FIG. 5A shows the time change of the inclination angle θ. FIG. 5A corresponds to FIG. 3C. The horizontal axis is time t, and the vertical axis is the tilt angle θ. However, in this example, time t 1 to time t 9 are shown. The behavior of the tilt angle θ from the time t5 to the time t9 is the same as that from the time t1 to the time t5.
図5の(b)は、光検出部60における光量重心gZの位置の時間変化を示す。横軸は時間tであり、縦軸は光量重心gZの位置である。本例の光量重心gZは、-LP/2≦z≦LP/2の範囲で変化する。なお、光量重心gZの位置の変化の周期と傾斜角度θの周期とは一致するので、走査角度θMの情報は走査長さLPの情報に変換可能である。
FIG. 5B shows the time change of the position of the light amount center of gravity gZ in the
図5の(c)は、CV変換部70における出力電圧の時間変化を示す。横軸は時間tであり、縦軸はCV変換部70の電圧信号VOUT[V]である。図3の(c)および(d)の例からも明らかなように、静電容量CMの周期は傾斜角度θの周期の半分となる。同様に、本例の電圧信号VOUTの周期は傾斜角度θの周期の半分となる。
FIG. 5C shows the time change of the output voltage in the
上述の[数2]および[数3]を利用すると、電圧値VBが一定である場合には、VOUTを測定することにより静電容量CMを算出することができる。図5の(c)において、電圧値VBが一定である場合のVOUTを実線で示す。本例の走査角度出力部80は、VOUTにより反射面33の傾斜角度θを算出し、また、光検出部60の出力により走査角度θMの正負を補助的に補正する。これにより、任意の時刻においてVOUTから光検出部60に比べて高い精度で傾斜角度θを得つつ、光検出部60を利用して正しい走査角度θMも得ることもできる。
By using the above-mentioned [Equation 2] and [Equation 3], when the voltage value V B is constant, the capacitance CM can be calculated by measuring V OUT . In (c) of FIG. 5, V OUT when the voltage value V B is constant is shown by a solid line. The scanning
ただし、電気的外乱により電圧値VBの大きさが変動すると、上述の[数2]および[数3]から明らかなように、利得Gが変化する。利得Gが変化すると、仮に走査角度θMが利得Gの変化の前後において一定であったとしても、VOUTのピークピーク値(peak‐to‐peak value)が変化する。この場合、VOUTの測定により正しい走査角度θMを算出することができなくなる。図5の(c)において、電圧値VBが減少した例におけるVOUTを破線で示す。 However, when the magnitude of the voltage value V B fluctuates due to electrical disturbance, the gain G changes as is clear from the above-mentioned [Equation 2] and [Equation 3]. When the gain G changes, the peak peak value (peak-to-peak value) of V OUT changes even if the scanning angle θ M is constant before and after the change in the gain G. In this case, the correct scanning angle θ M cannot be calculated by measuring V OUT . In (c) of FIG. 5, V OUT in the example in which the voltage value V B is decreased is shown by a broken line.
そこで、走査角度出力部80は、光検出部60の出力に基づいて、走査角度θMを補正してよい。つまり、走査角度出力部80は、光検出部60の出力に基づいて、走査角度θMの大きさに対応する電圧信号VOUTのピークピーク値を補正してよい。より具体的には、利得Gが変化しても光検出部60における光量重心gZのピークピーク値は変化しないので、走査角度出力部80は、光量重心gZのピークピーク値(本例では、±LP/2)を基準として逐次的に電圧信号VOUTのピークピーク値を補正することができる。
Therefore, the scanning
本例の走査角度出力部80は、光検出部60の出力電流に基づいて、電圧信号VOUTの大きさをピークピーク値2Nからこれより大きい2Mにするよう補正する。このように本例では、特定の時刻における走査角度θMの正負と、走査角度θMの大きさとを補正する。走査角度θMの正負と走査角度θMの大きさとの補正は、上述した走査角の補正に対応してよい。
The scanning
静電容量CMは光スキャナ30の温度によって変化する場合がある。任意温度における光検出部60の出力と電圧信号VOUTとの関係を示すテーブルを予め準備しておけば、当該テーブルに基づいて光検出部60の出力から電圧信号VOUTを走査角度出力部80が補正することもできる。走査角度出力部80は、温度変化のテーブルと光検出部60の出力との両方に基づいて、電圧信号VOUTを補正してもよい。
The capacitance CM may change depending on the temperature of the
なお、光源部10は、第1の光13を出射する間、第2の光14を出射し続けてよい。つまり、ピークピーク値と走査角度θMの正負との補正に用いる光検出部60のための第2の光14は、スクリーン300を第1の光13で走査する間、常に出してよい。これにより、スクリーン300を第1の光13で走査間、常に第1の光13を補正することができる。
The
図6は、第1実施形態の第1変形例である光走査装置210を示す図である。本例において、第1の光13および第2の光14は、光路上において重ね合わされず且つ反射部32の異なる位置に入射する。ただし、本例において、第1の光13および第2の光14は、互いに平行に反射部32に入射する。例えば、第1の光13および第2の光14は、光量重心gZが互いに微小距離Δzだけずれて、反射面33の略中央に入射する。これにより、コンバイナ22および24を用いることなく、第1実施形態と同じ機能を有する光走査装置210を実現することができる。本例は、部品点数を減らすことができる点が、第1実施形態に比べて有利である。
FIG. 6 is a diagram showing an
図7は、第1実施形態の第2変形例である光走査装置220を示す図である。本例において、第1の光13および第2の光14は、光路上において重ね合わされず且つ異なる角度で反射部32の同じ位置に入射する。本例において、傾斜角度θ=0の反射面33に対する鉛直線44と第1の光13とは角度αを形成し、鉛直線44と第2の光14とは角度αよりも大きな角度βを形成する。これにより、第1の光13と第2の光14とを光スキャナ30で走査しつつも、第1の光13および第2の光14の出射先を分けることができる。なお、角度αおよびβは、反射部32から窓部98までの距離と、反射部32から反射部52までの距離とに応じて適宜定めてよい。
FIG. 7 is a diagram showing an
本例では、第1の光13は窓部98からスクリーン300へ照射され、第2の光14は反射部52で反射され光検出部60に入射する。ただし、第1の光13も第2の光14も光スキャナ30により同じ走査角度θMで走査されるので、第1実施形態と同じ機能を有する光走査装置210を実現することができる。本例ではダイクロイックミラー50等を必要としないので、部品点数を減らすことができる点が第1実施形態に比べて有利である。また、本例においては、光検出部60と光スキャナ30とを配線基板79上に設ける。これにより、光学的な組み立てが容易になる点が有利である。
In this example, the
図8は、光検出部60の変形例である、受光面62が点状の光電変換素子68を示す図である。光電変換素子68は、走査長さLPの中心位置から予め定められた距離lZだけ離間した位置に設けられてよい。本例において、走査長さLPの中心位置は、図4の(a)の基準位置(ゼロ点)に対応する。光電変換素子68は、ゼロ点から+Z方向に距離lZだけ離れた位置に光量重心gZが来たタイミングにおいて、光電変換してよい。
FIG. 8 is a diagram showing a
光電変換素子68は、ドット状の光電変換素子と表現してもよい。図4の(a)および(b)の例のように電気的に独立した複数のアノード電極をP型層に接続するのではなく、光電変換素子68は、1つのアノード電極をP型層に接続し且つ1つのカソード電極をN型層に接続した構造を有すればよい。
The
図9の(a)は、傾斜角度θの時間変化を示す。横軸は時間を示し、縦軸は傾斜角度θを示す。本例においては、走査角度がθAである例を実線で示し、走査角度がθAよりも小さいθBである例を破線で示す。 FIG. 9A shows the time change of the inclination angle θ. The horizontal axis shows time, and the vertical axis shows the tilt angle θ. In this example, an example in which the scanning angle is θ A is shown by a solid line, and an example in which the scanning angle is θ B , which is smaller than θ A , is shown by a broken line.
図9の(b)は走査角度±θAで反射面33が振動する場合における光検出部60の出力電流を示し、図9の(c)は走査角度±θBで反射面33が振動する場合における光検出部60の出力電流を示す。横軸は図9の(a)と同じ時間であり、縦軸は光電変換素子68の出力電流[A]である。
FIG. 9B shows the output current of the
本例の光電変換素子68は、第2の光14が入射するタイミングにおいて電流を生成する。本例においては、光量重心gZの位置のピークピーク値を検出しないので、電圧信号VOUTのピークピーク値を補正しない。しかしながら、本例においても、光電変換素子68の出力を用いて走査角度θMの正負を特定することはできる。本例の光電変換素子68は、反射面33の傾斜角度θが正である場合に電流を生成する。それゆえ、本例においても、走査角度の正負を補正することはできる。また、本例においては、1次元PSD61およびCV変換部70を用いないので、これらを用いる例に比べて低コストで光走査装置200を製造することができる。
The
なお、他の例においては、電圧信号VOUTのピークピーク値を補正してもよい。この場合、走査角度出力部80は、光電変換素子68から電流出力タイミングの間隔と、走査角度θMとに対応するテーブルを予め有してよい。例えば、当該テーブルを参照することにより、走査角度出力部80は、光電変換素子68から得られた電流出力タイミングの間隔がΔtAである場合には、走査角度θAに対応するようにVOUTを補正してよい。同様に、走査角度出力部80は、電流出力タイミングの間隔がΔtBである場合には、走査角度θBに対応するようにVOUTを補正してよい。
In another example, the peak value of the voltage signal V OUT may be corrected. In this case, the scanning
図10は、第2実施形態における光走査装置230の概要を示す図である。本例のダイクロイックミラー54は、第1の光13を透過し、第2の光14を反射する。それゆえ、本例においては、窓部98がダイクロイックミラー54の上方に設けられ、光検出部60がダイクロイックミラー54の下方に設けられる。本例は、係る点において第1実施形態と異なるが、第1実施形態と同じ有利な効果を得ることができる。また、本例と上述の各変形例とを組み合わせてもよい。
FIG. 10 is a diagram showing an outline of the
図11は、第3実施形態における光走査装置240の概要を示す図である。本例の光走査装置240は、配線基板79上の光スキャナ130およびCV変換部170と、光スキャナ30から反射された光のうち第1の光13および第2の光14を反射する反射部52とをさらに有する。本例の光スキャナ130は、追加の光走査部の一例である。また、本例の反射部52は、第1の光学部材の一例である。
FIG. 11 is a diagram showing an outline of the
光スキャナ30の軸部42がX軸方向に延伸するのに対して、光スキャナ130の軸部はZ軸方向に延伸する。光スキャナ130は、光スキャナ30をY軸周りに90度だけ回転させた構造を有してよい。本例の光スキャナ130は、反射部52から反射された第1の光13および第2の光14をダイクロイックミラー50へ反射する。第1の光13はダイクロイックミラー50により反射され、第2の光14はダイクロイックミラー50を透過する。本例の光走査装置240は、光スキャナ30により第1の方向においてスクリーン300を走査し、光スキャナ130により第1の方向と直交する第2の方向においてスクリーン300を走査することができる。
The
CV変換部170は、CV変換部70と同様に、光スキャナ130の反射部における予め定められた領域と光スキャナ130の検出部とにより形成される静電容量CMに対応する電圧信号VOUTを走査角度出力部80に出力してよい。また、光検出部60は、2次元PSDであってよい。2次元PSDは、光スキャナ30の走査方向と光スキャナ130の走査方向とを個別に検出できる機能を有していればよく、両面分割型PSDであっても、表面分割型PSDであってもよい。本例においても、走査角度出力部80は、光検出部60の出力に基づいて、走査角度θMの大きさに対応する電圧信号VOUTのピークピーク値を補正することができ、走査角度θMの正負を補正することもできる。
Similar to the
図12は、第3実施形態の変形例である光走査装置250を示す図である。本例の光走査装置250は、反射部52に代えてダイクロイックミラー150‐1を有し、ダイクロイックミラー50に代えてダイクロイックミラー150‐2を有し、さらに、追加的に光検出部160を有する。本例のダイクロイックミラー150‐1は第2の光学部材の一例であり、本例のダイクロイックミラー150‐2は第3の光学部材の一例である。また、本例の光検出部160は、追加の光検出部の一例である。
FIG. 12 is a diagram showing an
ダイクロイックミラー150‐1は、光スキャナ30から反射された光のうち、第2の光14の一部を透過し、第2の光14における一部以外の部分と第1の光13とを反射してよい。そして、ダイクロイックミラー150‐1を透過した第2の光14の一部が、光検出部60に入射してよい。例えば、第2の光14の50%がダイクロイックミラー150‐1を透過する。本例の走査角度出力部80は、光検出部60の出力に基づいて、電圧信号VOUTのピークピーク値と、光スキャナ30における走査角度θMの正負とを補正することができる。
The dichroic mirror 150-1 transmits a part of the
また、光スキャナ130は、ダイクロイックミラー150‐1からそれぞれ反射された第1の光13および第2の光14を反射してよい。ダイクロイックミラー150‐2は、光スキャナ130から反射された光のうち、第1の光13をスクリーン300に入射させ且つ第2の光14を光検出部160に入射させてよい。本例においては、第1の光13はダイクロイックミラー150‐2において反射され、第2の光14の残り50%がダイクロイックミラー150‐2を透過する。本例の走査角度出力部80も、光検出部160の出力に基づいて、電圧信号VOUTのピークピーク値と、光スキャナ130における走査角度θMの正負とを補正することができる。
Further, the
図13は、第4実施形態における光走査装置260の概要を示す図である。本例のダイクロイックミラー54は、第1の光13を透過し、第2の光14を反射する。それゆえ、本例においては、窓部98がダイクロイックミラー54の上方に設けられ、光検出部60がダイクロイックミラー54の下方に設けられる。本例は、係る点において第3実施形態と異なるが、第3実施形態と同じ有利な効果を得ることができる。なお、本例においては、光検出部60と光スキャナ30および130とを配線基板79上に設ける。これにより、光学的な組み立てが容易になる点が有利である。
FIG. 13 is a diagram showing an outline of the
図14は、第4実施形態の変形例である光走査装置270を示す図である。本例は、窓部98がダイクロイックミラー54の上方に設けられ、光検出部60がダイクロイックミラー54の下方に設けられる点で第4実施形態と同じであり、2つのダイクロイックミラーを有する点で、第3実施形態の変形例と同じである。ただし、第3実施形態のダイクロイックミラー150‐2が、第2の光14を透過し、第1の光13を反射するのに対して、本例のダイクロイックミラー154は、第1の光13を透過し、第2の光14を反射する。係る点で、第3実施形態の変形例と相違する。本例のダイクロイックミラー154は第3の光学部材の一例である。本例においても第3実施形態と同じ有利な効果を得ることができる。
FIG. 14 is a diagram showing an
なお、本例においては、光検出部160と光スキャナ30および130とを配線基板79上に設ける。これにより、光検出部60および160の両方を配線基板79上に設けない場合に比べて、光学的な組み立てが容易になる点が有利である。ところで、第3および第4実施形態においては、レーザー光を個別の光スキャナ30および130により直交する2つの方向に走査する例を示した。ただし、2つの光スキャナ30および130に代えて、レーザー光を2次元的に走査する2軸光スキャナを1つ用いてもよい。
In this example, the
図15Aは、光スキャナ130においてレーザー光がX‐Z平面方向に広がった第5実施形態を示す図である。本例では、第1の光13および第2の光14が光路上において重ね合されている。ただし、本例では、前段の光スキャナ30においては点状に光が入射するのに対して、光スキャナ30から光スキャナ130へ反射される過程でレーザー光が広がる場合を示す。光スキャナ130の反射面におけるレーザー光の範囲を破線にて示す。破線の範囲の面積は、前段の光スキャナ30における点状の光の面積よりも大きい。なお、本例の光走査装置の構成は、例えば第3実施形態の光走査装置240と同じであってよい。
FIG. 15A is a diagram showing a fifth embodiment in which the laser beam spreads in the XX plane direction in the
図15Bは、スクリーン300における第1の光13の走査範囲を示す図である。本例においては、第1の光13はスクリーン300上の第2方向において曲線状に走査される。これに対して、第1の光13は、第2方向に直交する第1方向においてスクリーン300上を直線状に走査される。
FIG. 15B is a diagram showing a scanning range of the
ところで、例えば、光スキャナ130の温度変化に起因して、交流電源部92の電圧値VAが一定であっても走査角度θMが小さくなる場合がある。光スキャナ130の走査角度θMが小さくなった場合、第1の光13がスクリーン300上に走査される範囲は、走査範囲Aから走査範囲Bへ縮小する。これに伴い、第1方向の走査長さは走査長さLAから走査長さLBへ縮小する。第1方向における走査長の減少は、光検出部60にも同様に反映される。
By the way, for example, due to a temperature change of the
そこで、本例においては、光検出部60(例えば、2次元PSD)の出力に基づいて走査角度θMを大きくするよう、交流電源部92‐2の電圧値VAを増加させてよい。一例において、予め定められた走査角度θMに対応する光検出部60の走査長さLを記録しておけば、光検出部60においてこの記録された走査長さLが得られるように電圧値VAを調整してよい。
Therefore, in this example, the voltage value VA of the AC power supply unit 92-2 may be increased so as to increase the scanning angle θ M based on the output of the light detection unit 60 (for example, two-dimensional PSD). In one example, if the scanning length L of the
図16は、第6実施形態である光走査装置280を示す図である。光走査装置280においては、一つの光源から発せられるレーザー光が用いられてよい。第6実施形態においては、第1の光13と第2の光14とが同じ波長の光であってよい。それゆえ、第1の光源11および第2の光源12のいずれかが用いられてよい。本例の光源部10は、第2の光源12を有さず、第1の光源11を有する。さらに、本例の光走査装置280は、ダイクロイックミラー50に代えてビームスプリッタ56を有する。係る点が、第1実施形態と異なる。
FIG. 16 is a diagram showing an
本例において、光スキャナ30により反射された第1の光13の一部は、ビームスプリッタ56により反射される。ビームスプリッタ56により反射された第1の光13は、スクリーン300に入射する。これにより、第1の光13でスクリーン300を走査することができる。また、光スキャナ30により反射された第1の光13の残りは、ビームスプリッタ56を透過する。ビームスプリッタ56を透過した第1の光13は、光検出部60に入射する。これにより、光検出部60は、第1の光13の強度に応じた電流信号を走査角度出力部80へ出力することができる。本例においても、第1実施形態と同様に、傾斜角度の正負を特定する等の利点を得ることができる。なお、第1の光源11に代えて、第2の光源12を用いてもよい。また、本例を第2実施形態(図10)の様に変形してもよい。
In this example, a part of the
図17は、第7実施形態である光走査装置290を示す図である。光走査装置290においては、一つの光源から発せられるレーザー光が用いられてよい。第7実施形態においても、第1の光13と第2の光14とが同じ波長の光であってよい。それゆえ、第1の光源11および第2の光源12のいずれかが用いられてよい。本例の光源部10は、第2の光源12を有さず、第1の光源11を有する。さらに、本例の光走査装置290は、ダイクロイックミラー50に代えてビームスプリッタ56を有する。係る点が、第3実施形態(図11)と異なる。
FIG. 17 is a diagram showing an
本例においても、ビームスプリッタ56により反射された第1の光13でスクリーン300を走査することができる。また、ビームスプリッタ56を透過した第1の光13は、光検出部60に入射する。これにより、光検出部60は、第1の光13の強度に応じた電流信号を走査角度出力部80へ出力することができる。本例においても、第3実施形態と同様に、傾斜角度の正負を特定する等の利点を得ることができる。なお、第1の光源11に代えて、第2の光源12を用いてもよい。また、本例を、第3実施形態の変形例(図12)、第4実施形態(図13)または第4実施形態の変形例(図14)の様に変形してもよい。
Also in this example, the
図18は、第8実施形態における共焦点顕微鏡システム500を示す図である。本例の共焦点顕微鏡システム500は、計測器の一例である。本例の共焦点顕微鏡システム500は、被走査対象600の表面または内部の凹凸形状を可視化する機能を有する。
FIG. 18 is a diagram showing a
本例の共焦点顕微鏡システム500は、光源部10、光結合部20、走査角度出力部80、制御部90、光ファイバ400、先端部510、ダイクロイックミラー520、光検出部530、AD変換部540、画像処理部550および表示部560を有する。先端部510は、上述した光走査装置240、250、260および270のいずれかと同じ構成を有してよい。ただし、先端部510の筐体サイズの制限に起因して、走査角度出力部80および制御部90は、先端部510の外部に設けられてよい。また、適用する光走査装置の実施形態に応じて、光結合部20を省略してよく、先端部510の構成を変更してもよいのは勿論である。
The
先端部510は、走査部515と、対物レンズ512と、コリメートレンズ514とを含んでよい。走査部515は、光スキャナ30および130、ダイクロイックミラー50、光検出部60および160、CV変換部70および170、ならびに、配線基板79等を含んでよい。なお、交流電源部92および直流電源部94は図示を省略するが、交流電源部92および直流電源部94は走査部515へ電気的に接続してよい。本例においては、コリメートレンズ514の後方であって、対物レンズ512の焦点位置と共役な位置に光ファイバ400の端部を配置することにより、共焦点光学系が形成される。なお、本例の先端部510は、内視鏡に適用されてもよい。
The
被走査対象600は、細胞培養装置に載置された人間または動物の細胞であってよい。被走査対象600は、先端部510から照射される第1の光13を吸収して蛍光を放出してよい。本例の被走査対象600は、内部に蛍光材料を有してよい。当該蛍光材料は、第1の光13を吸収して、第1の光13および第2の光14とは異なる波長帯域の蛍光を放出してよい。被走査対象600から放出された蛍光は、ダイクロイックミラー520を経て光検出部530に入射してよい。なお、本例のダイクロイックミラー520は、第1の光13および第2の光14を反射し、蛍光を透過する機能を有する。
The object to be scanned 600 may be a human or animal cell placed on a cell culture device. The object to be scanned 600 may absorb the
光検出部530は、フォトダイオード等の光電変換素子を有してよい。光検出部530は、蛍光の強度に応じて電荷を生成してよい。AD変換部540は、アナログ情報である電荷の量をデジタル信号に変換するアナログ・デジタルコンバータを有してよい。AD変換部540はデジタル信号を画像処理部550に出力し、画像処理部550はデジタル信号に基づいて画像を生成する。本例の画像処理部550はデジタル信号からリサージュ走査画像を生成し、表示部560はリサージュ走査画像を表示する。ユーザは、リサージュ走査画像により被走査対象600を視認することができる。
The photodetector 530 may have a photoelectric conversion element such as a photodiode. The photodetector 530 may generate an electric charge depending on the intensity of fluorescence. The
なお、上述した各実施形態の光走査装置200から270は、共焦点顕微鏡システム500だけでなく、工業用計測器に適用されてもよい。工業用計測器は、物体の表面における凹凸の観察、および、物体の表面における異物の検査等に利用されてよい。なお、工業用計測器においては、先端部510の筐体サイズの制限は、考慮しなくてもよい。
The
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。 Although the present invention has been described above using the embodiments, the technical scope of the present invention is not limited to the scope described in the above embodiments. It will be apparent to those skilled in the art that various changes or improvements can be made to the above embodiments. It is clear from the description of the claims that the form with such changes or improvements may be included in the technical scope of the present invention.
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順序で実施することが必須であることを意味するものではない。
[項目1]
被走査対象に照射される第1の光と、第2の光とを出射する光源部と、
上記第1の光と、上記第2の光とを反射する光走査部と、
上記第2の光を受光する光検出部と、
上記光走査部を揺動するために設けられた駆動部と、
上記光走査部における反射部の予め定められた領域と検出部とにより形成される静電容量であって、上記光走査部の上記反射部の傾斜角度に対応して変化する上記静電容量の変化と、上記第2の光に応じた上記光検出部の出力とに基づいて、上記反射部の状態を検出する状態検出部と、
を備えており、
上記静電容量を形成する上記検出部は、上記駆動部とは別個に設けられている、光走査装置。
[項目2]
被走査対象に照射される第1の光と、第2の光とを出射する光源部と、
上記第1の光と、上記第2の光とを反射する光走査部と、
上記第2の光を受光する光検出部と、
上記光走査部における反射部の予め定められた領域と検出部とにより形成される静電容量であって、上記光走査部の上記反射部の傾斜角度に対応して変化する上記静電容量の変化と、上記第2の光に応じた上記光検出部の出力とに基づいて、上記反射部の状態を検出する状態検出部と、
を備えており、
上記光検出部は、上記光走査部が上記光検出部において上記第2の光を走査する走査長さの少なくとも一部に設けられた光電変換素子を有しており、
上記光電変換素子は、上記走査長さの中心位置から予め定められた距離だけ離間した位置に設けられ、受光面が点状の光電変換素子である、光走査装置。
[項目3]
被走査対象に照射される第1の光と、第2の光とを出射する光源部と、
上記第1の光と、上記第2の光とを反射する光走査部と、
上記第2の光を受光する光検出部と、
上記光走査部における反射部の予め定められた領域と検出部とにより形成される静電容量であって、上記光走査部の上記反射部の傾斜角度に対応して変化する上記静電容量の変化と、上記第2の光に応じた上記光検出部の出力とに基づいて、上記反射部の状態を検出する状態検出部と、
を備えている光走査装置であって、
上記光検出部は、上記光走査部が上記光検出部において上記第2の光を走査する走査長さの少なくとも一部に設けられた光電変換素子を有しており、
上記光電変換素子は、受光面が上記走査長さ以上の長さを有する線状の光電変換素子であり、
上記状態検出部は、上記光検出部の出力に基づいて、上記反射部における反射面と予め定められた平面との成す走査角度を補正し、
上記光走査装置は、上記静電容量を電圧信号に変換する容量電圧変換部をさらに備え、
上記容量電圧変換部は、上記光検出部の出力に基づいて、上記容量電圧変換部が出力する電圧信号を大きくするよう補正する、光走査装置。
[項目4]
被走査対象に照射される第1の光と、第2の光とを出射する光源部と、
上記第1の光と、上記第2の光とを反射する光走査部と、
上記第2の光を受光する光検出部と、
上記光走査部における反射部の予め定められた領域と検出部とにより形成される静電容量であって、上記光走査部の上記反射部の傾斜角度に対応して変化する上記静電容量の変化と、上記第2の光に応じた上記光検出部の出力とに基づいて、上記反射部の状態を検出する状態検出部と、
上記第1の光と上記第2の光とを分離して、上記第1の光を上記被走査対象に入射させ、上記第2の光を上記光検出部に入射させる光分離部と、
を備える、光走査装置。
[項目5]
被走査対象に照射される第1の光と、第2の光とを出射する光源部と、
上記第1の光と、上記第2の光とを反射する光走査部と、
上記第2の光を受光する光検出部と、
上記光走査部における反射部の予め定められた領域と検出部とにより形成される静電容量であって、上記光走査部の上記反射部の傾斜角度に対応して変化する上記静電容量の変化と、上記第2の光に応じた上記光検出部の出力とに基づいて、上記反射部の状態を検出する状態検出部と、
上記光走査部から反射された光のうち、上記第2の光の一部を透過し、上記第2の光における上記一部以外の部分と上記第1の光とを反射する第2の光学部材と、
上記第2の光学部材からそれぞれ反射された上記第1の光および上記第2の光を反射する追加の光走査部と、
追加の光検出部と、
上記追加の光走査部から反射された光のうち、上記第1の光を上記被走査対象に入射させ且つ上記第2の光を上記追加の光検出部に入射させる第3の光学部材と、
を備え、
上記第2の光学部材を透過した上記第2の光の上記一部が、上記光検出部に入射する、
光走査装置。
[項目6]
被走査対象に照射される第1の光と、第2の光とを出射する光源部と、
上記第1の光と、上記第2の光とを反射する光走査部と、
上記第2の光を受光する光検出部と、
上記光走査部における反射部の予め定められた領域と検出部とにより形成される静電容量であって、上記光走査部の上記反射部の傾斜角度に対応して変化する上記静電容量の変化と、上記第2の光に応じた上記光検出部の出力とに基づいて、上記反射部の状態を検出する状態検出部と、
を備えており、
上記光走査部と、上記光検出部とは同一基板上に設けられる、
光走査装置。
[項目7]
被走査対象に照射される第1の光と、第2の光とを出射する光源部と、
上記第1の光と、上記第2の光とを反射する光走査部と、
上記第2の光を受光する光検出部と、
上記光走査部における反射部の予め定められた領域と検出部とにより形成される静電容量であって、上記光走査部の上記反射部の傾斜角度に対応して変化する上記静電容量の変化と、上記第2の光に応じた上記光検出部の出力とに基づいて、上記反射部の状態を検出する状態検出部と、
を備えており、
光走査部の使用時間の長さに応じて、上記光源部から出射される上記第2の光の強度を高くする、
光走査装置。
[項目8]
上記光検出部は、上記光走査部が上記光検出部において上記第2の光を走査する走査長さの少なくとも一部に設けられた光電変換素子を有する、項目1、4、5、6、または7のいずれか一項に記載の光走査装置。
[項目9]
上記光電変換素子は、受光面が上記走査長さ以上の長さを有する線状の光電変換素子である、項目2または8に記載の光走査装置。
[項目10]
上記光電変換素子は、上記走査長さの中心位置から予め定められた距離だけ離間した位置に設けられ、受光面が点状の光電変換素子である、項目3または8に記載の光走査装置。
[項目11]
上記状態検出部は、上記光検出部の出力に基づいて、上記反射部における反射面と予め定められた平面との成す走査角度を補正する、項目9または10に記載の光走査装置。
[項目12]
上記状態検出部は、上記光検出部の出力に基づいて、上記反射部における反射面と予め定められた平面との成す走査角度の正負を補正する、項目1から11のいずれか一項に記載の光走査装置。
[項目13]
上記第1の光と上記第2の光とは、上記反射部の異なる位置に入射する、項目1から12のいずれか一項に記載の光走査装置。
[項目14]
上記光走査部に入射する前に、上記第1の光と、上記第1の光の波長とは異なる波長を有する上記第2の光とを光路上において重ね合わせる光結合部をさらに備える、項目1から12のいずれか一項に記載の光走査装置。
[項目15]
上記第1の光と上記第2の光とを分離して、上記第1の光を上記被走査対象に入射させ、上記第2の光を上記光検出部に入射させる光分離部をさらに備える項目1、2、3、5、6、または7のいずれか一項に記載の光走査装置。
[項目16]
上記光走査部から反射された光のうち、上記第1の光および上記第2の光を反射する第1の光学部材と、
上記第1の光学部材からそれぞれ反射された上記第1の光および上記第2の光を反射する追加の光走査部と、
をさらに備え、
上記光分離部は、上記追加の光走査部から反射された光のうち、上記第1の光を上記被走査対象に入射させ且つ上記第2の光を上記光検出部に入射させる、
項目15に記載の光走査装置。
[項目17]
上記光走査部から反射された光のうち、上記第2の光の一部を透過し、上記第2の光における上記一部以外の部分と上記第1の光とを反射する第2の光学部材と、
上記第2の光学部材からそれぞれ反射された上記第1の光および上記第2の光を反射する追加の光走査部と、
追加の光検出部と、
上記追加の光走査部から反射された光のうち、上記第1の光を上記被走査対象に入射させ且つ上記第2の光を上記追加の光検出部に入射させる第3の光学部材と、
をさらに備え、
上記第2の光学部材を透過した上記第2の光の上記一部が、上記光検出部に入射する、
項目1、2、3、6、または7のいずれか一項に記載の光走査装置。
[項目18]
上記光源部は、上記第1の光を出射する間、上記第2の光を出射し続ける、項目1から17のいずれか一項に記載の光走査装置。
[項目19]
上記光走査部と、上記光検出部とは同一基板上に設けられる、項目1から5のいずれか一項に記載の光走査装置。
[項目20]
光走査部の使用時間の長さに応じて、上記光源部から出射される上記第2の光の強度を高くする、項目1から6のいずれか一項に記載の光走査装置。
[項目21]
項目1から20のいずれか一項に記載の光走査装置を有する、計測器。
The order of execution of each process such as operation, procedure, step, and step in the apparatus, system, program, and method shown in the claims, specification, and drawings is particularly "before" and "prior to". It should be noted that it can be realized in any order unless the output of the previous process is used in the subsequent process. Even if the scope of claims, the specification, and the operation flow in the drawings are described using "first", "next", etc. for convenience, it means that it is essential to carry out in this order. It's not a thing.
[Item 1]
A light source unit that emits the first light and the second light that are applied to the object to be scanned, and the light source unit.
An optical scanning unit that reflects the first light and the second light,
A photodetector that receives the second light,
A drive unit provided for swinging the optical scanning unit and
Capacitance formed by a predetermined region of the reflective portion of the optical scanning unit and the detection unit, and of the capacitance that changes according to the inclination angle of the reflective portion of the optical scanning unit. A state detection unit that detects the state of the reflection unit based on the change and the output of the light detection unit in response to the second light.
Equipped with
The detection unit that forms the capacitance is an optical scanning device that is provided separately from the drive unit.
[Item 2]
A light source unit that emits the first light and the second light that are applied to the object to be scanned, and the light source unit.
An optical scanning unit that reflects the first light and the second light,
A photodetector that receives the second light,
Capacitance formed by a predetermined region of the reflective portion of the optical scanning unit and the detection unit, and of the capacitance that changes according to the inclination angle of the reflective portion of the optical scanning unit. A state detection unit that detects the state of the reflection unit based on the change and the output of the light detection unit in response to the second light.
Equipped with
The photodetector has a photoelectric conversion element provided in at least a part of the scanning length in which the photodetector scans the second light in the photodetector.
The photoelectric conversion element is an optical scanning device provided at a position separated from the center position of the scanning length by a predetermined distance, and the light receiving surface is a point-shaped photoelectric conversion element.
[Item 3]
A light source unit that emits the first light and the second light that are applied to the object to be scanned, and the light source unit.
An optical scanning unit that reflects the first light and the second light,
A photodetector that receives the second light,
Capacitance formed by a predetermined region of the reflective portion of the optical scanning unit and the detection unit, and of the capacitance that changes according to the inclination angle of the reflective portion of the optical scanning unit. A state detection unit that detects the state of the reflection unit based on the change and the output of the light detection unit in response to the second light.
It is an optical scanning device equipped with
The photodetector has a photoelectric conversion element provided in at least a part of the scanning length in which the photodetector scans the second light in the photodetector.
The photoelectric conversion element is a linear photoelectric conversion element having a light receiving surface having a length equal to or longer than the scanning length.
The state detection unit corrects the scanning angle formed by the reflection surface and the predetermined plane in the reflection unit based on the output of the light detection unit.
The optical scanning device further includes a capacitance voltage converter that converts the capacitance into a voltage signal.
The capacitance voltage conversion unit is an optical scanning device that corrects the voltage signal output by the capacitance voltage conversion unit to be large based on the output of the photodetection unit.
[Item 4]
A light source unit that emits the first light and the second light that are applied to the object to be scanned, and the light source unit.
An optical scanning unit that reflects the first light and the second light,
A photodetector that receives the second light,
Capacitance formed by a predetermined region of the reflective portion of the optical scanning unit and the detection unit, and of the capacitance that changes according to the inclination angle of the reflective portion of the optical scanning unit. A state detection unit that detects the state of the reflection unit based on the change and the output of the light detection unit in response to the second light.
A light separation unit that separates the first light and the second light, causes the first light to enter the object to be scanned, and causes the second light to enter the photodetector.
An optical scanning device.
[Item 5]
A light source unit that emits the first light and the second light that are applied to the object to be scanned, and the light source unit.
An optical scanning unit that reflects the first light and the second light,
A photodetector that receives the second light,
Capacitance formed by a predetermined region of the reflective portion of the optical scanning unit and the detection unit, and of the capacitance that changes according to the inclination angle of the reflective portion of the optical scanning unit. A state detection unit that detects the state of the reflection unit based on the change and the output of the light detection unit in response to the second light.
A second optical beam that transmits a part of the second light among the light reflected from the light scanning unit and reflects a part other than the part of the second light and the first light. Members and
An additional optical scanning unit that reflects the first light and the second light reflected from the second optical member, respectively.
With an additional photodetector,
Of the light reflected from the additional light scanning unit, a third optical member that causes the first light to be incident on the object to be scanned and the second light to be incident on the additional photodetecting unit.
Equipped with
The part of the second light transmitted through the second optical member is incident on the photodetector.
Optical scanning device.
[Item 6]
A light source unit that emits the first light and the second light that are applied to the object to be scanned, and the light source unit.
An optical scanning unit that reflects the first light and the second light,
A photodetector that receives the second light,
Capacitance formed by a predetermined region of the reflective portion of the optical scanning unit and the detection unit, and of the capacitance that changes according to the inclination angle of the reflective portion of the optical scanning unit. A state detection unit that detects the state of the reflection unit based on the change and the output of the light detection unit in response to the second light.
Equipped with
The optical scanning unit and the photodetecting unit are provided on the same substrate.
Optical scanning device.
[Item 7]
A light source unit that emits the first light and the second light that are applied to the object to be scanned, and the light source unit.
An optical scanning unit that reflects the first light and the second light,
A photodetector that receives the second light,
Capacitance formed by a predetermined region of the reflective portion of the optical scanning unit and the detection unit, and of the capacitance that changes according to the inclination angle of the reflective portion of the optical scanning unit. A state detection unit that detects the state of the reflection unit based on the change and the output of the light detection unit in response to the second light.
Equipped with
The intensity of the second light emitted from the light source unit is increased according to the length of use of the optical scanning unit.
Optical scanning device.
[Item 8]
The optical detection unit includes photoelectric conversion elements provided in at least a part of the scanning length in which the optical scanning unit scans the second light in the optical scanning unit,
[Item 9]
The optical scanning device according to
[Item 10]
Item 3. The optical scanning device according to item 3 or 8, wherein the photoelectric conversion element is provided at a position separated from the center position of the scanning length by a predetermined distance, and the light receiving surface is a point-shaped photoelectric conversion element.
[Item 11]
Item 9. The optical scanning apparatus according to
[Item 12]
The item according to any one of
[Item 13]
The optical scanning apparatus according to any one of
[Item 14]
An item further comprising an optical coupling unit that superimposes the first light and the second light having a wavelength different from the wavelength of the first light on the optical path before incident on the optical scanning unit. The optical scanning apparatus according to any one of 1 to 12.
[Item 15]
Further provided is a light separation unit that separates the first light and the second light, causes the first light to be incident on the object to be scanned, and causes the second light to be incident on the photodetection unit. The optical scanning apparatus according to any one of
[Item 16]
Of the light reflected from the optical scanning unit, the first optical member that reflects the first light and the second light, and the first optical member.
An additional optical scanning unit that reflects the first light and the second light reflected from the first optical member, respectively.
Further prepare
The light separation unit causes the first light of the light reflected from the additional light scanning unit to be incident on the object to be scanned and the second light to be incident on the photodetection unit.
The optical scanning apparatus according to item 15.
[Item 17]
A second optical beam that transmits a part of the second light among the light reflected from the light scanning unit and reflects a part other than the part of the second light and the first light. Members and
An additional optical scanning unit that reflects the first light and the second light reflected from the second optical member, respectively.
With an additional photodetector,
Of the light reflected from the additional light scanning unit, a third optical member that causes the first light to be incident on the object to be scanned and the second light to be incident on the additional photodetecting unit.
Further prepare
The part of the second light transmitted through the second optical member is incident on the photodetector.
The optical scanning apparatus according to any one of
[Item 18]
The optical scanning device according to any one of
[Item 19]
Item 6. The optical scanning apparatus according to any one of
[Item 20]
The optical scanning apparatus according to any one of
[Item 21]
A measuring instrument having the optical scanning apparatus according to any one of
10・・光源部、11・・第1の光源、12・・第2の光源、13・・第1の光、14・・第2の光、20・・光結合部、22・・コンバイナ、24・・コンバイナ、30・・光スキャナ、31・・櫛歯、32・・反射部、33・・反射面、34・・駆動部、35・・櫛歯、36・・基体部、37・・領域、38・・検出部、39・・櫛歯、40・・固定部、42・・軸部、44・・鉛直線、50・・ダイクロイックミラー、52・・反射部、54・・ダイクロイックミラー、56・・ビームスプリッタ、60・・光検出部、61・・1次元PSD、62・・受光面、63・・アノード電極、64・・カソード電極、65・・P型層、66・・I型層、67・・N型層、68・・光電変換素子、70・・CV変換部、72・・増幅器、74・・抵抗器、76・・コンデンサ、78・・出力端子、79・・配線基板、80・・走査角度出力部、90・・制御部、92・・交流電源部、94・・直流電源部、98・・窓部、130・・光スキャナ、150、154・・ダイクロイックミラー、160・・光検出部、170・・CV変換部、200、210、220、230、240、250、260、270、280、290・・光走査装置、300・・スクリーン、400・・光ファイバ、500・・共焦点顕微鏡システム、510・・先端部、512・・対物レンズ、514・・コリメートレンズ、515・・走査部、520・・ダイクロイックミラー、530・・光検出部、540・・AD変換部、550・・画像処理部、560・・表示部、600・・被走査対象
10 ... light source unit, 11 ... first light source, 12 ... second light source, 13 ... first light, 14 ... second light, 20 ... optical coupling part, 22 ... combiner, 24 ... combiner, 30 ... optical scanner, 31 ... comb tooth, 32 ... reflective part, 33 ... reflective surface, 34 ... drive unit, 35 ... comb tooth, 36 ... base part, 37 ... Area, 38 ... detection part, 39 ... comb tooth, 40 ... fixed part, 42 ... shaft part, 44 ... vertical line, 50 ... dichroic mirror, 52 ... reflective part, 54 ... dichroic mirror, 56 ... beam splitter, 60 ... light detector, 61 ... 1-dimensional PSD, 62 ... light receiving surface, 63 ... anode electrode, 64 ... cathode electrode, 65 ... P-type layer, 66 ... type I Layer, 67 ... N-type layer, 68 ... photoelectric conversion element, 70 ... CV converter, 72 ... Amplifier, 74 ... Resistor, 76 ... Condenser, 78 ... Output terminal, 79 ... Wiring board , 80 ... Scanning angle output unit, 90 ... Control unit, 92 ... AC power supply unit, 94 ... DC power supply unit, 98 ... Window unit, 130 ... Optical scanner, 150, 154 ... Dycroic mirror, 160・ ・ Optical detection unit, 170 ・ ・ CV conversion unit, 200, 210, 220, 230, 240, 250, 260, 270, 280, 290 ・ ・ Optical scanning device, 300 ・ ・ Screen, 400 ・ ・ Optical fiber, 500・ ・ Cofocal microscope system, 510 ・ ・ Tip part, 512 ・ ・ Objective lens, 514 ・ ・ Collimating lens, 515 ・ ・ Scanning unit, 520 ・ ・ Dicroic mirror, 530 ・ ・ Light detection unit, 540 ・ ・
Claims (20)
前記第1の光と、前記第2の光とを反射する光走査部と、
前記第2の光を受光する光検出部と、
前記光走査部における反射部の予め定められた領域と検出部とにより形成される静電容量であって、前記光走査部の前記反射部の傾斜角度に対応して変化する前記静電容量の変化と、前記第2の光に応じた前記光検出部の出力とに基づいて、前記反射部の状態を検出する状態検出部と
を備えており、
前記光検出部は、前記光走査部が前記光検出部において前記第2の光を走査する走査長さの少なくとも一部に設けられた光電変換素子を有しており、
前記光電変換素子は、前記走査長さの中心位置から予め定められた距離だけ離間した位置に設けられ、受光面が点状の光電変換素子である、光走査装置。 A light source unit that emits the first light and the second light that are applied to the object to be scanned, and the light source unit.
An optical scanning unit that reflects the first light and the second light,
A photodetector that receives the second light,
The capacitance formed by a predetermined region of the reflective portion of the optical scanning unit and the detection unit, and the electrostatic capacitance that changes according to the inclination angle of the reflective portion of the optical scanning unit. It includes a state detection unit that detects the state of the reflection unit based on the change and the output of the light detection unit in response to the second light.
The photodetector has a photoelectric conversion element provided in at least a part of the scanning length in which the photodetector scans the second light in the photodetector.
The photoelectric conversion element is an optical scanning device provided at a position separated from the center position of the scanning length by a predetermined distance, and the light receiving surface is a point-shaped photoelectric conversion element.
前記第1の光と、前記第2の光とを反射する光走査部と、
前記第2の光を受光する光検出部と、
前記光走査部における反射部の予め定められた領域と検出部とにより形成される静電容量であって、前記光走査部の前記反射部の傾斜角度に対応して変化する前記静電容量の変化と、前記第2の光に応じた前記光検出部の出力とに基づいて、前記反射部の状態を検出する状態検出部と
を備えている光走査装置であって、
前記光検出部は、前記光走査部が前記光検出部において前記第2の光を走査する走査長さの少なくとも一部に設けられた光電変換素子を有しており、
前記光電変換素子は、受光面が前記走査長さ以上の長さを有する線状の光電変換素子であり、
前記状態検出部は、前記光検出部の出力に基づいて、前記反射部における反射面と予め定められた平面との成す走査角度を補正し、
前記光走査装置は、前記静電容量を電圧信号に変換する容量電圧変換部をさらに備え、
前記容量電圧変換部は、前記光検出部の出力に基づいて、前記容量電圧変換部が出力する電圧信号を大きくするよう補正する、光走査装置。 A light source unit that emits the first light and the second light that are applied to the object to be scanned, and the light source unit.
An optical scanning unit that reflects the first light and the second light,
A photodetector that receives the second light,
The capacitance formed by a predetermined region of the reflective portion of the optical scanning unit and the detection unit, and the electrostatic capacitance that changes according to the inclination angle of the reflective portion of the optical scanning unit. An optical scanning device including a state detection unit that detects the state of the reflection unit based on a change and an output of the light detection unit in response to the second light.
The photodetector has a photoelectric conversion element provided in at least a part of the scanning length in which the photodetector scans the second light in the photodetector.
The photoelectric conversion element is a linear photoelectric conversion element having a light receiving surface having a length equal to or longer than the scanning length.
The state detection unit corrects the scanning angle formed by the reflection surface and the predetermined plane in the reflection unit based on the output of the light detection unit.
The optical scanning device further includes a capacitance voltage converter that converts the capacitance into a voltage signal.
The capacitance voltage conversion unit is an optical scanning device that corrects the voltage signal output by the capacitance voltage conversion unit to be large based on the output of the photodetection unit.
前記第1の光と、前記第2の光とを反射する光走査部と、
前記第2の光を受光する光検出部と、
前記光走査部における反射部の予め定められた領域と検出部とにより形成される静電容量であって、前記光走査部の前記反射部の傾斜角度に対応して変化する前記静電容量の変化と、前記第2の光に応じた前記光検出部の出力とに基づいて、前記反射部の状態を検出する状態検出部と
前記第1の光と前記第2の光とを分離して、前記第1の光を前記被走査対象に入射させ、前記第2の光を前記光検出部に入射させる光分離部と、
前記光走査部から反射された光のうち、前記第1の光および前記第2の光を反射する第1の光学部材と、
前記第1の光学部材からそれぞれ反射された前記第1の光および前記第2の光を反射する追加の光走査部と、
を備え、
前記光分離部は、前記追加の光走査部から反射された光のうち、前記第1の光を前記被走査対象に入射させ且つ前記第2の光を前記光検出部に入射させる、
光走査装置。 A light source unit that emits the first light and the second light that are applied to the object to be scanned, and the light source unit.
An optical scanning unit that reflects the first light and the second light,
A photodetector that receives the second light,
The electrostatic capacity formed by a predetermined region of the reflective portion of the optical scanning unit and the detection unit, and the electrostatic capacitance that changes according to the inclination angle of the reflective unit of the optical scanning unit. The state detection unit that detects the state of the reflection unit, the first light, and the second light are separated based on the change and the output of the light detection unit in response to the second light. A light separation unit that causes the first light to enter the object to be scanned and the second light to enter the light detection unit.
Of the light reflected from the optical scanning unit, the first optical member that reflects the first light and the second light, and the first optical member.
An additional optical scanning unit that reflects the first light and the second light reflected from the first optical member, respectively.
Equipped with
The light separation unit causes the first light of the light reflected from the additional light scanning unit to be incident on the scanned object and the second light to be incident on the photodetection unit .
Optical scanning device.
前記第1の光と、前記第2の光とを反射する光走査部と、
前記第2の光を受光する光検出部と、
前記光走査部における反射部の予め定められた領域と検出部とにより形成される静電容量であって、前記光走査部の前記反射部の傾斜角度に対応して変化する前記静電容量の変化と、前記第2の光に応じた前記光検出部の出力とに基づいて、前記反射部の状態を検出する状態検出部と、
前記光走査部から反射された光のうち、前記第2の光の一部を透過し、前記第2の光における前記一部以外の部分と前記第1の光とを反射する第2の光学部材と、
前記第2の光学部材からそれぞれ反射された前記第1の光および前記第2の光を反射する追加の光走査部と、
追加の光検出部と、
前記追加の光走査部から反射された光のうち、前記第1の光を前記被走査対象に入射させ且つ前記第2の光を前記追加の光検出部に入射させる第3の光学部材と
を備え、
前記第2の光学部材を透過した前記第2の光の前記一部が、前記光検出部に入射する
光走査装置。 A light source unit that emits the first light and the second light that are applied to the object to be scanned, and the light source unit.
An optical scanning unit that reflects the first light and the second light,
A photodetector that receives the second light,
Capacitance formed by a predetermined region of the reflective portion of the optical scanning unit and the detection unit, and the capacitance that changes according to the inclination angle of the reflective portion of the optical scanning unit. A state detection unit that detects the state of the reflection unit based on the change and the output of the light detection unit in response to the second light.
A second optical beam that transmits a part of the second light among the light reflected from the light scanning unit and reflects a part of the second light other than the part and the first light. Members and
An additional optical scanning unit that reflects the first light and the second light reflected from the second optical member, respectively.
With an additional photodetector,
Of the light reflected from the additional light scanning unit, a third optical member that causes the first light to be incident on the scanned object and the second light to be incident on the additional photodetecting unit. Prepare,
An optical scanning device in which a part of the second light transmitted through the second optical member is incident on the photodetector.
前記第1の光と、前記第2の光とを反射する光走査部と、
前記第2の光を受光する光検出部と、
前記光走査部における反射部の予め定められた領域と検出部とにより形成される静電容量であって、前記光走査部の前記反射部の傾斜角度に対応して変化する前記静電容量の変化と、前記第2の光に応じた前記光検出部の出力とに基づいて、前記反射部の状態を検出する状態検出部と
を備えており、
前記光走査部と、前記光検出部とは同一基板上に設けられる、
光走査装置。 A light source unit that emits the first light and the second light that are applied to the object to be scanned, and the light source unit.
An optical scanning unit that reflects the first light and the second light,
A photodetector that receives the second light,
The capacitance formed by a predetermined region of the reflective portion of the optical scanning unit and the detection unit, and the electrostatic capacitance that changes according to the inclination angle of the reflective portion of the optical scanning unit. It includes a state detection unit that detects the state of the reflection unit based on the change and the output of the light detection unit in response to the second light.
The optical scanning unit and the photodetecting unit are provided on the same substrate.
Optical scanning device.
前記第1の光と、前記第2の光とを反射する光走査部と、
前記第2の光を受光する光検出部と、
前記光走査部における反射部の予め定められた領域と検出部とにより形成される静電容量であって、前記光走査部の前記反射部の傾斜角度に対応して変化する前記静電容量の変化と、前記第2の光に応じた前記光検出部の出力とに基づいて、前記反射部の状態を検出する状態検出部と
を備えており、
光走査部の使用時間の長さに応じて、前記光源部から出射される前記第2の光の強度を高くする
光走査装置。 A light source unit that emits the first light and the second light that are applied to the object to be scanned, and the light source unit.
An optical scanning unit that reflects the first light and the second light,
A photodetector that receives the second light,
The capacitance formed by a predetermined region of the reflective portion of the optical scanning unit and the detection unit, and the electrostatic capacitance that changes according to the inclination angle of the reflective portion of the optical scanning unit. It includes a state detection unit that detects the state of the reflection unit based on the change and the output of the light detection unit in response to the second light.
An optical scanning device that increases the intensity of the second light emitted from the light source unit according to the length of use of the optical scanning unit.
請求項3から6のいずれか一項に記載の光走査装置。 3 . The optical scanning device according to.
請求項1または7に記載の光走査装置。 The optical scanning device according to claim 1 or 7 , wherein the photoelectric conversion element is a linear photoelectric conversion element having a light receiving surface having a length equal to or longer than the scanning length.
請求項2または7に記載の光走査装置。 The optical scanning device according to claim 2 or 7 , wherein the photoelectric conversion element is provided at a position separated from the center position of the scanning length by a predetermined distance, and the light receiving surface is a point-shaped photoelectric conversion element.
請求項8または9に記載の光走査装置。 The optical scanning apparatus according to claim 8 or 9 , wherein the state detecting unit corrects a scanning angle formed by a reflecting surface in the reflecting unit and a predetermined plane based on the output of the light detecting unit.
請求項1から10のいずれか一項に記載の光走査装置。 6 . Optical scanning device.
請求項1から11のいずれか一項に記載の光走査装置。 The optical scanning apparatus according to any one of claims 1 to 11 , wherein the first light and the second light are incident on different positions of the reflecting portion.
請求項1から11のいずれか一項に記載の光走査装置。 A claim further comprising an optical coupling portion for superimposing the first light and the second light having a wavelength different from that of the first light on an optical path before incident on the optical scanning portion. The optical scanning apparatus according to any one of 1 to 11 .
前記第1の光学部材からそれぞれ反射された前記第1の光および前記第2の光を反射する追加の光走査部と
をさらに備え、
前記光分離部は、前記追加の光走査部から反射された光のうち、前記第1の光を前記被走査対象に入射させ且つ前記第2の光を前記光検出部に入射させる
請求項14に記載の光走査装置。 Of the light reflected from the optical scanning unit, the first optical member that reflects the first light and the second light, and the first optical member.
Further comprising the first light reflected from the first optical member and an additional light scanning unit for reflecting the second light.
The light separation unit makes the first light of the light reflected from the additional light scanning unit incident on the scanned object and the second light incident on the light detection unit. The optical scanning device according to.
前記第2の光学部材からそれぞれ反射された前記第1の光および前記第2の光を反射する追加の光走査部と、
追加の光検出部と、
前記追加の光走査部から反射された光のうち、前記第1の光を前記被走査対象に入射させ且つ前記第2の光を前記追加の光検出部に入射させる第3の光学部材と
をさらに備え、
前記第2の光学部材を透過した前記第2の光の前記一部が、前記光検出部に入射する
請求項1、2、5および6のいずれか一項に記載の光走査装置。 A second optical beam that transmits a part of the second light among the light reflected from the light scanning unit and reflects a part of the second light other than the part and the first light. Members and
An additional optical scanning unit that reflects the first light and the second light reflected from the second optical member, respectively.
With an additional photodetector,
Of the light reflected from the additional light scanning unit, a third optical member that causes the first light to be incident on the scanned object and the second light to be incident on the additional photodetecting unit. Further prepare
The optical scanning apparatus according to any one of claims 1, 2, 5 and 6 , wherein the part of the second light transmitted through the second optical member is incident on the photodetector.
請求項1から16のいずれか一項に記載の光走査装置。 The optical scanning device according to any one of claims 1 to 16 , wherein the light source unit continues to emit the second light while emitting the first light.
請求項1から4のいずれか一項に記載の光走査装置。 The optical scanning apparatus according to any one of claims 1 to 4 , wherein the optical scanning unit and the optical detection unit are provided on the same substrate.
請求項1から5のいずれか一項に記載の光走査装置。 The optical scanning apparatus according to any one of claims 1 to 5 , wherein the intensity of the second light emitted from the light source unit is increased according to the length of use of the optical scanning unit.
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