JP7175123B2 - 焦点距離可変レンズ装置 - Google Patents
焦点距離可変レンズ装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP7175123B2 JP7175123B2 JP2018146605A JP2018146605A JP7175123B2 JP 7175123 B2 JP7175123 B2 JP 7175123B2 JP 2018146605 A JP2018146605 A JP 2018146605A JP 2018146605 A JP2018146605 A JP 2018146605A JP 7175123 B2 JP7175123 B2 JP 7175123B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- lens
- focal length
- variable focal
- length lens
- 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.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
- G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
- G01S17/89—Lidar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
- G02B7/02—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses
- G02B7/04—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses with mechanism for focusing or varying magnification
- G02B7/10—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses with mechanism for focusing or varying magnification by relative axial movement of several lenses, e.g. of varifocal objective lens
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
- G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
- G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
- G01S7/4818—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements using optical fibres
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
- G01S7/483—Details of pulse systems
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B21/00—Microscopes
- G02B21/0004—Microscopes specially adapted for specific applications
- G02B21/002—Scanning microscopes
- G02B21/0024—Confocal scanning microscopes (CSOMs) or confocal "macroscopes"; Accessories which are not restricted to use with CSOMs, e.g. sample holders
- G02B21/0052—Optical details of the image generation
- G02B21/006—Optical details of the image generation focusing arrangements; selection of the plane to be imaged
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B21/00—Microscopes
- G02B21/06—Means for illuminating specimens
- G02B21/08—Condensers
- G02B21/082—Condensers for incident illumination only
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B21/00—Microscopes
- G02B21/24—Base structure
- G02B21/241—Devices for focusing
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
- G02B26/004—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements based on a displacement or a deformation of a fluid
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B3/00—Simple or compound lenses
- G02B3/12—Fluid-filled or evacuated lenses
- G02B3/14—Fluid-filled or evacuated lenses of variable focal length
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
- G02B7/02—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses
- G02B7/04—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses with mechanism for focusing or varying magnification
- G02B7/09—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses with mechanism for focusing or varying magnification adapted for automatic focusing or varying magnification
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
- H04N23/56—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof provided with illuminating means
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
- H04N23/60—Control of cameras or camera modules
- H04N23/67—Focus control based on electronic image sensor signals
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
- H04N23/70—Circuitry for compensating brightness variation in the scene
- H04N23/74—Circuitry for compensating brightness variation in the scene by influencing the scene brightness using illuminating means
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/29—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the position or the direction of light beams, i.e. deflection
- G02F1/294—Variable focal length devices
Description
レンズシステムは、圧電材料で形成された円筒状の振動部材を、透明な液体に浸漬して形成される。レンズシステムにおいて、振動部材の内周面と外周面とに交流電圧を印加すると、振動部材が厚み方向に伸縮し、振動部材の内側の液体を振動させる。液体の固有振動数に応じて印加電圧の周波数を調整することで、液体には同心円状の定在波が形成され、振動部材の中心軸線を中心として屈折率が異なる同心円状の領域が形成される。このため、レンズシステムにおいて、振動部材の中心軸線に沿って光を通せば、この光は同心円状の領域ごとの屈折率に従って、発散または収束する経路を辿ることになる。
通常の対物レンズに平行光を入射させると、レンズを通過した光は所定の焦点距離にある焦点位置に焦点を結ぶ。これに対し、焦点距離可変レンズに平行光を入射させると、当該平行光はレンズシステムで発散または収束され、対物レンズを通過した光は元の(レンズシステムがなかった状態の)焦点位置よりも遠くまたは近くにずれた位置に焦点を結ぶ。
受光部は、観察対象物で反射された検出光を受光して受光信号を出力する。信号処理部は、受光部から入力された受光信号に基づき、検出光が観察対象物の表面で合焦した合焦タイミングに同期した発光信号を出力する。
なお、受光信号に基づいて合焦タイミングを求める方法は、共焦点法、ダブルピンホール法、非点収差法、ナイフエッジ法など、様々な焦点検出法を利用することができる。例えば、共焦点法を利用する場合、受光部は、焦点距離可変レンズによる合焦位置が観察対象物の表面に一致しているときに受光信号がピークとなるよう配置される。これにより、信号処理部は、受光信号のピークを合焦タイミングとして検出し、当該合焦タイミングに同期した発光信号を出力することができる。
以上のように、本発明では、合焦画像を取得するためのパルス照明のタイミングが自動で調整され、従来技術のような手動での調整を必要としない。よって、観察対象物の合焦画像を簡単に取得することができる。
なお、本発明におけるパルス照射とは、撮像部が焦点ブレに問題のない画像を取得できる程度の極短い時間、照明光が照射されることを意味しており、当該パルス照射は、焦点距離可変レンズの駆動周期に合わせて繰り返されてもよいし、1回単独であってもよい。
本発明では、焦点距離可変レンズによる合焦位置が変動しても、撮像部に入射する像の倍率は一定になるため、視野の変動がなく良好な観察が可能である。
ここで、光源からの光が観察対象物の表面で合焦した合焦タイミングのときのみ、当該観察対象物で反射された光は、焦点距離可変レンズの後側焦点位置で集光され、導光部に入射する。そして、導光部に導かれた光は、照明光学系を介して観察対象物に照射される。すなわち、本発明では、光源から出射して観察対象物で反射された光が、合焦タイミングにのみ、戻り光として観察対象物に照射される。このため、観察対象物は、合焦タイミングに合わせて光をパルス照射される。よって、撮像部は、合焦位置が観察対象物の表面に一致したときの画像(合焦画像)を取得することができる。
また、本発明では、照明光源や発光信号の処理装置を必要せず、コストを削減することができる。
本発明では、観察対象物に照射される光の開口数を高めることができるため、照明状態の選択肢を増やすことができる。
本発明では、焦点距離可変レンズによる合焦位置が変動しても、撮像部に入射する像の倍率は一定になるため、視野の変動がなく良好な観察が可能である。
〔第1実施形態〕
図1に示すように、焦点距離可変レンズ装置1は、周期的に合焦位置が変化する焦点距離可変レンズ10を含んで構成され、焦点距離可変レンズ10を通る光軸Aに交差して配置された観察対象物Wの画像を取得するものである。
具体的には、焦点距離可変レンズ装置1は、検出光を出射する光源6と、検出光の光路を形成する光学系(導光部7およびコリメートレンズ75)と、焦点距離可変レンズ10を構成する対物レンズ2および液体レンズユニット3と、観察対象物Wで反射された検出光を受光する受光部8と、観察対象物Wに照明光をパルス照射する照明部4と、焦点距離可変レンズ10を通して観察対象物Wを撮像する撮像部5と、を備えている。
さらに、焦点距離可変レンズ装置1は、液体レンズユニット3の動作を制御するレンズ制御部95と、レンズ制御部95を操作するための制御部9と、を備えている。制御部9は、受光信号Sdを取り込んで処理し、照明部4に発光信号Ciを出力する機能も含んでいる。
図1に示すように、焦点距離可変レンズ10は、対物レンズ2および液体レンズユニット3を含んで構成される。
対物レンズ2は、既存の凸レンズあるいはレンズ群で構成される。対物レンズ2は、液体レンズユニット3と同じ光軸A上に配置されている。
液体レンズユニット3は、内部にレンズシステムが構成され、レンズ制御部95から入力される駆動信号Cfに応じて屈折率が変化する。駆動信号Cfは、液体レンズユニット3に定在波を発生させる周波数の交流であって、正弦波状の交流信号である。
焦点距離可変レンズ10を通過する光の合焦位置Pfは、対物レンズ2の焦点距離を基本としつつ、液体レンズユニット3の屈折率を変化させることで、任意に変化させることができる。
図2において、液体レンズユニット3は、円筒形のケース31を有し、ケース31の内部には円筒状の振動部材32が設置されている。振動部材32は、その外周面33とケース31の内周面との間に介装されたエラストマ製のスペーサ39で支持されている。
振動部材32は、圧電材料を円筒状に形成したものであり、外周面33と内周面34との間に駆動信号Cfの交流電圧が印加されることで、厚み方向に振動する。
ケース31の内部には、透過性の高い液体35が充填されており、振動部材32は全体を液体35に浸漬され、円筒状の振動部材32の内側は液体35で満たされている。駆動信号Cfの交流電圧は、振動部材32の内側にある液体35に定在波を発生させる周波数に調整されている。
このとき、液体レンズユニット3の中心軸線からの距離(半径)と液体35の屈折率との関係は、図3(C)部に示す屈折率分布Rのようになる。
図4(A)の状態では、屈折率分布Rの振れ幅が最大となり、液体レンズユニット3は通過する光を収束させ、合焦位置Pfは対物レンズ2に最も近くなっている。
図4(B)の状態では、屈折率分布Rが平坦となり、液体レンズユニット3は通過する光をそのまま通過させ、合焦位置Pfは標準的な値となっている。
図4(C)の状態では、屈折率分布Rが図4(A)と逆極性で振れ幅が最大となり、液体レンズユニット3は通過する光を拡散させ、合焦位置Pfは対物レンズ2から最も遠くなっている。
図4(D)の状態では、再び屈折率分布Rが平坦となり、液体レンズユニット3は通過する光をそのまま通過させ、合焦位置Pfは標準的な値となっている。
図4(E)の状態では、再び図4(A)の状態に戻っており、以下同様の変動を繰り返すことになる。
このように、焦点距離可変レンズ10においては、駆動信号Cfは正弦波状の交流信号であり、合焦位置Pfも、図4の焦点変動波形Mfのように正弦波状に変動する。
なお、焦点距離可変レンズ10では、焦点距離可変レンズ10の主点が変動することで、焦点距離(焦点距離可変レンズ10の主点から合焦位置Pfまでの距離)が一定のまま、合焦位置Pfが変化する場合も含む。
焦点距離可変レンズ装置1において撮像を行うための撮像光学系について、図1を参照して説明する。
照明部4は、観察対象物Wに照明光Liをパルス照射するものであり、照明光Liを出射する照明光源41、照明光源41から出射した照明光Liを導くライトガイド42、および、ライトガイド42から出射した照明光Liを調整して対物レンズ2に入射させる照明光学系43を有する。
照明光源41は、LEDなどの発光素子を含んで構成され、入力されるパルス状の発光信号Ciに基づいて照明光Liを出射する。具体的には、照明光源41は、発光信号Ciがハイレベルの間だけ照明光Liを出射し、発光信号Ciがローレベルの間は照明光Liの出射を停止する。
ライトガイド42は、光ファイバなどから構成され、照明光源41に接続されている。ライトガイド42は、照明光源41から出射された照明光Liを、照明光学系43に伝送する。
また、照明光学系43は、対物レンズ2と後述のリレーレンズ52との間に配置されたビームスプリッタ48を有している。ビームスプリッタ48は、コンデンサレンズ45側から入射する照明光Liを対物レンズ2側に反射する。ビームスプリッタ48で反射された照明光Liは、対物レンズ2を介して観察対象物Wに照射される。
また、ビームスプリッタ48は、リレーレンズ52側から入射する光(後述の検出光Ls)を対物レンズ2側に透過させると共に、観察対象物Wで反射して対物レンズ2側から入射する光(照明光Li、検出光Ls)をリレーレンズ52側に透過させる。
ビームスプリッタ55は、焦点距離可変レンズ10とコリメートレンズ75との間に配置される。ビームスプリッタ55は、焦点距離可変レンズ10側から入射する光(照明光Liおよび検出光Lsを含む光)を分離し、一方の光束を反射板56側に反射すると共に、他方の光束をコリメートレンズ75側に透過させる。また、ビームスプリッタ55は、コリメートレンズ75側から入射する光(検出光Ls)を焦点距離可変レンズ10側に透過させる。
ビームスプリッタ55で反射された一方の光束は、反射板56で反射された後、結像レンズ57によって撮像部5上で結像する。
次に、焦点距離可変レンズ装置1において、受光信号Sdを取得するための検出光学系について説明する。
光源6は、例えばレーザ光源であり、照明光Liとは異なる波長の検出光Lsを連続的に出射する。
導光部7は、ファイバスプリッタ71および光ファイバ72~74を有する。ファイバスプリッタ71は、光ファイバ72~74のそれぞれの一端部が接合される光路を有しており、光ファイバ73から入射される光を光ファイバ72に導き、光ファイバ72から入射される光を光ファイバ74に導くように構成されている。
また、光ファイバ74の他端部は、受光部8に接続されている。このため、光ファイバ72の端面720に入射された検出光Lsは、光ファイバ72、ファイバスプリッタ71および光ファイバ74を経由して受光部8に入射される。
ここで、光ファイバ72の端面720は、コリメートレンズ75の後側焦点位置Pcに配置されている。すなわち、光ファイバ72の端面720は、焦点距離可変レンズ10による合焦位置Pfに対して共役関係を成す位置に配置されている。
コリメートレンズ75は、光ファイバ72の端面720から出射した検出光Lsを平行光に変換し、焦点距離可変レンズ10に入射させる。また、コリメートレンズ75は、観察対象物Wで反射して焦点距離可変レンズ10を再通過した検出光Lsを集光する。
ここで、焦点距離可変レンズ10による合焦位置Pfは、光軸A方向に周期的に変化するものである。このため、合焦位置Pfが観察対象物Wの表面に一致しているときのみ、当該表面で反射した検出光Lsが、コリメートレンズ75の後側焦点位置Pcにスポットを形成し、光ファイバ72の端面720に入射される。
よって、受光部8に入射される検出光Lsは、合焦位置Pfが観察対象物Wの表面に一致しているときに極大化する。すなわち、受光部8が出力する受光信号Sdは、合焦位置Pfが観察対象物Wの表面に一致したときにピークを示す。
図5に示すように、制御部9は、例えばCPU(Central Precessing Unit)およびメモリ等を有するパーソナルコンピュータ等により構成される。制御部9は、所定のソフトウェアを実行することで所期の機能が実現されるものであり、レンズ制御部95の設定を行うレンズ設定部91と、入力される各種信号の処理を行う信号処理部92と、画像処理部93とを有する。
レンズ設定部91は、レンズ制御部95に対して、駆動信号Cfの周波数、振幅、最大駆動電圧の設定などを行う。
なお、液体レンズユニット3は、周囲温度の変化等により共振変化数が変化する。このため、レンズ設定部91は、フィードバック制御により駆動信号Cfの周波数をリアルタイムに変化させ、液体レンズユニット3の安定した動作を実現する。
画像処理部93は、撮像部5から画像Imを取り込んで所定の処理を行う。
レンズ制御部95は、駆動信号Cfを液体レンズユニット3に出力することにより、液体レンズユニット3の動作を制御する。
次に、本実施形態におけるパルス照明の方法について説明する。
焦点距離可変レンズ10の動作開始後、信号処理部92は、図6に示すような受光信号Sdを取得する。
図6において、焦点距離可変レンズ10による合焦位置Pfは、駆動信号Cfに同期して周期的に変化している。なお、図6には、光軸A上の合焦位置Pfの変化範囲における観察対象物Wの表面の位置(観察対象物位置Pwを)を例示している。受光信号Sdは、合焦位置Pfが観察対象物位置Pwに一致したタイミング(合焦タイミングT)でピークを示し、駆動信号Cfの1周期当たりに2回のピークを示す。
なお、受光信号Sdの閾値Vtは、特に限定されないが、発光信号Ciのハイレベル期間(照明光Liがパルス照射される期間)と、受光信号Sdのピーク(合焦タイミングT)とが重なるように設定される。これにより、信号処理部92は、合焦タイミングTに同期した発光信号Ciを照明光源41に出力できる。
また、照明部4によるパルス照射は、撮像部5が焦点ブレに問題のない画像を取得できる程度の極短い時間、照明光Liが照射されるものであればよく、当該パルス照射は、焦点距離可変レンズの駆動周期に合わせて合焦タイミングT毎に繰り返されてもよいし、任意の1回単独であってもよい。
以上のように、本実施形態の焦点距離可変レンズ装置1では、信号処理部92が、入力される受光信号Sdに基づき、合焦タイミングTに同期した発光信号Ciを出力する。そして、照明部4は、入力される発光信号Ciに基づいて観察対象物Wに照明光Liをパルス照射する。このため、合焦画像を取得するためのパルス照明のタイミングが自動で調整され、従来技術のような手動での調整を必要としない。よって、観察対象物Wの合焦画像を簡単に取得することができる。
また、本実施形態の焦点距離可変レンズ装置1は、照明光源41を利用して照明部4を構成しているため、照明光源41の光量を調整することにより、任意の照明光量を実現することができる。
これに対し、本実施形態では、焦点変動波形Mfの振幅やピーク値が変化した場合であっても、発光信号Ciが受光信号Sdのピークである合焦タイミングTに同期しているため、補正を行わずとも、パルス照射時点の合焦位置Pfは、観察対象物位置Pwに自動的に調整される。このため、煩雑な処理を行うことなしに、合焦画像を常に正しく取得することができる。
リレーレンズ52,53は、対物レンズ2の射出瞳と液体レンズユニット3の主点位置とを共役にするように配置され、テレセントリック光学系を保ちながら対物レンズ2の射出瞳のリレーを行っている。これにより、合焦位置Pfが変動しても、撮像部5に入射する像の倍率は一定になる。
また、光ファイバ72の端面720は、共焦点光学系の点光源および検出用ピンホールの両方の役割を果たしているため、製造時の調整工数を大幅に低減することができる。
前記第1実施形態では、共焦点法によって合焦タイミングTを検出しているが、本発明はこれに限定されない。具体的には、ダブルピンホール法、非点収差法、ナイフエッジ法など、他の様々な焦点検出法を利用することにより、合焦タイミングTを検出してもよい。例えば、ダブルピンホール法を利用する場合、合焦位置Pfと共役関係を成す集光位置の前後にそれぞれ受光部を設け、各受光部から出力される受光信号に基づいて演算を行うことにより、合焦タイミングTを求めることができる。信号処理部92は、このように求めた合焦タイミングTに同期した発光信号Ciを出力してもよい。
第2実施形態の焦点距離可変レンズ装置1Aについて、図7を参照して説明する。なお、第2実施形態において、第1実施形態と同様の構成には同一の符号を付し、その詳細な説明については省略する。
導光部7Aは、第1実施形態の導光部7とは異なる構成を有し、第1実施形態では受光部8に接続されていた光ファイバ74の替わりに、光ファイバ76を有している。光ファイバ76は、一端部がファイバスプリッタ71に接続され、他端部が照明光学系43の近傍に配置されている。
照明光学系43は、第1実施形態と同様の構成を有しており、ファイバスプリッタ71の他端部から出射された光を適宜調整し、照明光Liとして対物レンズ2を介して観察対象物Wに照射する。
ここで、焦点距離可変レンズ10による合焦位置Pfは、光軸A方向に周期的に変化するものである。このため、合焦位置Pfが観察対象物Wの表面に一致しているときのみ、当該表面で反射した検出光Lsが、コリメートレンズ75の後側焦点位置Pcにスポットを形成し、光ファイバ72の端面720に入射される。光ファイバ72の端面720に入射された検出光Lsは、導光部7Aおよび照明光学系43を介して、照明光Liとして観察対象物Wに照射される。合焦位置Pfが観察対象物Wの表面に一致しているときに、観察対象物Wに対して照明光Liがパルス照射される。
また、焦点変動波形Mfの振幅やピーク値が変化した場合であっても、検出光Lsは、合焦位置Pfが観察対象物Wの表面に一致しているときのみ、戻り光として照明光Liになるため、補正を行わずとも、パルス照射時点の合焦位置Pfは、観察対象物位置Pwに自動的に調整される。このため、煩雑な処理を行うことなしに、合焦画像を常に正しく取得することができる。
さらに、第2実施形態によれば、第1実施形態における照明光源41を使用しない分、コストを削減できる。また、第1実施形態における発光信号Ciの処理を行わない分、制御部9Aにおける処理が簡単になる。
図8に示すように、第2実施形態の照明光学系43では、光ファイバ76のコア径(一般に直径1mm以下)がそのまま照明光Liのサイズになるため、観察対象物Wにおける照明光Liの開口数NAはほぼゼロである。このため、第2実施形態では、照明光Liによるコヒーレント照明のみ実現される。なお、図8では、照明光学系43のビームスプリッタ48を省略し、かつ、照明光Liの光軸を直線状に直した状態を示している。
本発明は、前述の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は、本発明に含まれる。
液体レンズユニット3の具体的構成は、適宜変更してよく、ケース31および振動部材32は円筒状のほか六角筒状などであってもよく、これらの寸法や、液体35の属性も適宜選択することができる。
Claims (3)
- 入力される駆動信号に応じて合焦位置が周期的に変化する焦点距離可変レンズと、
前記焦点距離可変レンズを介して観察対象物に光を照射する光源と、
前記観察対象物で反射された後に前記焦点距離可変レンズによる合焦位置に対して共役関係をなす位置を通る光を導く導光部と、
前記導光部に導かれた光を前記観察対象物に照射する照明光学系と、
前記焦点距離可変レンズを通して前記観察対象物を撮像する撮像部と、
を備えることを特徴とする焦点距離可変レンズ装置。 - 請求項1に記載された焦点距離可変レンズ装置において、
前記照明光学系は、前記導光部から出射した光を拡散させる拡散板を含んでいることを特徴とする焦点距離可変レンズ装置。 - 請求項1または請求項2に記載された焦点距離可変レンズ装置において、
前記焦点距離可変レンズは、
前記駆動信号に応じて屈折率が周期的に変化する液体レンズユニットと、
前記液体レンズユニットと同じ光軸上に配置された対物レンズと、
前記対物レンズの射出瞳と前記液体レンズユニットの主点位置とを共役にするよう配置された複数のリレーレンズと、を備えることを特徴とする焦点距離可変レンズ装置。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018146605A JP7175123B2 (ja) | 2018-08-03 | 2018-08-03 | 焦点距離可変レンズ装置 |
US16/519,359 US11525978B2 (en) | 2018-08-03 | 2019-07-23 | Variable focal length lens apparatus |
CN201910710687.0A CN110850434B (zh) | 2018-08-03 | 2019-08-02 | 可变焦距透镜装置 |
DE102019120919.6A DE102019120919A1 (de) | 2018-08-03 | 2019-08-02 | Linseneinrichtung variabler brennweite |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018146605A JP7175123B2 (ja) | 2018-08-03 | 2018-08-03 | 焦点距離可変レンズ装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2020021014A JP2020021014A (ja) | 2020-02-06 |
JP7175123B2 true JP7175123B2 (ja) | 2022-11-18 |
Family
ID=69168206
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018146605A Active JP7175123B2 (ja) | 2018-08-03 | 2018-08-03 | 焦点距離可変レンズ装置 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US11525978B2 (ja) |
JP (1) | JP7175123B2 (ja) |
CN (1) | CN110850434B (ja) |
DE (1) | DE102019120919A1 (ja) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7098474B2 (ja) * | 2018-08-07 | 2022-07-11 | 株式会社ミツトヨ | 非接触式変位計 |
JP7390790B2 (ja) | 2018-12-28 | 2023-12-04 | 株式会社ミツトヨ | 画像測定装置および非接触形状測定装置 |
JP7449700B2 (ja) * | 2020-01-20 | 2024-03-14 | 株式会社ミツトヨ | 焦点距離可変光学系 |
GB2607286A (en) | 2021-05-26 | 2022-12-07 | Occuity Ltd | Optical measurement apparatus and method of scanning a focus |
CN114397090B (zh) * | 2021-11-15 | 2023-05-02 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 一种连续变焦相机光轴平行性快速测量方法 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20100177376A1 (en) | 2007-02-26 | 2010-07-15 | Arnold Craig B | Tunable acoustic gradient index of refraction lens and system |
JP2017223651A (ja) | 2016-05-03 | 2017-12-21 | 株式会社ミツトヨ | 高速で周期的に変更される可変焦点距離レンズシステムのための自動合焦システム |
Family Cites Families (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH1123219A (ja) | 1997-07-01 | 1999-01-29 | Komatsu Eng Kk | 共焦点光学系による変位計測装置 |
JP4519594B2 (ja) * | 2004-09-30 | 2010-08-04 | サンクス株式会社 | 変位センサ |
US7990522B2 (en) | 2007-11-14 | 2011-08-02 | Mitutoyo Corporation | Dynamic compensation of chromatic point sensor intensity profile data selection |
LU91714B1 (en) * | 2010-07-29 | 2012-01-30 | Iee Sarl | Active illumination scanning imager |
US10119816B2 (en) * | 2012-11-21 | 2018-11-06 | Nikon Metrology Nv | Low drift reference for laser radar |
CN103983981A (zh) * | 2013-10-11 | 2014-08-13 | 北京理工大学 | 基于相位测距原理的三维压缩成像方法及装置 |
WO2016121685A1 (ja) * | 2015-01-28 | 2016-08-04 | 株式会社東京精密 | レーザーダイシング装置 |
US9930243B2 (en) * | 2016-05-02 | 2018-03-27 | Mitutoyo Corporation | Variable focal length imaging system |
US10267915B2 (en) * | 2016-06-07 | 2019-04-23 | Raytheon Company | Optical system for object detection and location |
US10151962B2 (en) * | 2016-09-29 | 2018-12-11 | Mitutoyo Corporation | Variable focal length lens system with focus monitoring and control |
JP6845737B2 (ja) | 2017-04-28 | 2021-03-24 | 株式会社ミツトヨ | 焦点距離可変レンズ装置および焦点距離可変レンズ制御方法 |
-
2018
- 2018-08-03 JP JP2018146605A patent/JP7175123B2/ja active Active
-
2019
- 2019-07-23 US US16/519,359 patent/US11525978B2/en active Active
- 2019-08-02 CN CN201910710687.0A patent/CN110850434B/zh active Active
- 2019-08-02 DE DE102019120919.6A patent/DE102019120919A1/de active Pending
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20100177376A1 (en) | 2007-02-26 | 2010-07-15 | Arnold Craig B | Tunable acoustic gradient index of refraction lens and system |
JP2017223651A (ja) | 2016-05-03 | 2017-12-21 | 株式会社ミツトヨ | 高速で周期的に変更される可変焦点距離レンズシステムのための自動合焦システム |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN110850434B (zh) | 2024-03-26 |
US20200041757A1 (en) | 2020-02-06 |
US11525978B2 (en) | 2022-12-13 |
DE102019120919A1 (de) | 2020-02-06 |
JP2020021014A (ja) | 2020-02-06 |
CN110850434A (zh) | 2020-02-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP7175123B2 (ja) | 焦点距離可変レンズ装置 | |
JP4762593B2 (ja) | 外部レーザ導入装置 | |
EP1596238A2 (en) | Optical stimulation apparatus and optical-scanning examination apparatus | |
CN106441571A (zh) | 一种光源模块及应用其的线扫描多光谱成像系统 | |
JP2021113987A5 (ja) | ||
JP5616824B2 (ja) | 顕微鏡装置 | |
CN110793432B (zh) | 非接触型位移传感器 | |
JP6210754B2 (ja) | 走査型光学顕微鏡 | |
JP7343376B2 (ja) | レーザ加工装置 | |
JP7098474B2 (ja) | 非接触式変位計 | |
KR101685004B1 (ko) | 마이크로렌즈 어레이를 이용한 구강 스캔 장치 | |
JP6396137B2 (ja) | 顕微鏡照明装置、顕微鏡照明方法および顕微鏡 | |
KR102014753B1 (ko) | 치아 스캐닝 장치 | |
JPH06265773A (ja) | 顕微鏡自動焦点装置 | |
JP2006118944A (ja) | レンズの評価装置 | |
CN111801544B (zh) | 偏心测定装置及方法 | |
JP4054485B2 (ja) | 共焦点光スキャナの調整方法 | |
JP2005157146A5 (ja) | ||
JP2005157146A (ja) | 光学顕微鏡 | |
JP2009288076A (ja) | 収差測定装置 | |
JP4707089B2 (ja) | 薄層斜光照明装置および顕微鏡 | |
JP6579403B2 (ja) | 顕微鏡及び顕微鏡の調整方法 | |
WO2018207356A1 (ja) | 光走査装置 | |
JP6024576B2 (ja) | 共焦点顕微鏡の光源ユニット | |
JP2010091818A (ja) | 走査光学系 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20210707 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20220708 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20220726 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20220921 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20221011 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20221108 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7175123 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |