JPH06160728A - マイクロレーザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 機械的走査をしない、小型・軽量な、且つ被
検物体を観察しながら走査又は加工が可能なマイクロレ
ーザ装置を提供することである。 【構成】 観察用レーザダイオードアレイから放射され
る観察光を逐次放射して走査し、撮像素子の画素で逐次
受光して観察し、操作用レーザダイオードアレイから放
射される操作光を位相同期して同時発光して変調偏向す
ることにより操作又は加工を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は被検物体を観察しながら
操作し又は加工するためのマイクロレーザ装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】近時、被検物体を観察しながら操作し又
は加工するマイクロレーザ装置が使用されるようになっ
ている。被検物体を操作をする例としては、液体等の試
料中に浮遊する微小粒子を観察しながら操作して化学反
応や生化学反応を行うマイクロレーザマニュピュレータ
がある。このようなマイクロレーザマニュピュレータ
は、図１１にその概念図を示すように、観察光学系は結
像型顕微鏡で構成され白色電球７１により照明された試
料７２を撮像素子７３に投影してＣＲＴ７４で観察しな
がら、単一のレーザ光源から放射された連続波レーザ７
５の光をガルバノミラー等の機械走査型ミラー７６や音
響光学偏向素子（不図示）などで走査して、液中に浮遊
する微小粒子７２ａを捕捉し、パルスレーザ７７の光で
励起等の操作するように構成されている。

【０００３】このように従来のマイクロレーザ装置にお
ける走査は、単一のレーザ光源から放射された連続波レ
ーザの光ビームをガルバノミラー等の機械走査型ミラー
や音響光学偏向素子などで行われ、被検物体を照準し、
パルスレーザの光ビームで操作し又は加工するようにな
っていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の光ビームの走査
を機械走査型ミラーによって行うものは、単一光源より
出た光ビームを可動部材で走査するものであって照明光
学系と操作光の走査光学系が複雑であり、高速走査する
場合は振動や騒音が発生し、又装置が大型で且つ高価で
あったし、又大きいものを加工する場合は、光学系全体
か又は被検物体を直接移動して走査するものであった。

【０００５】このように観察光学系を共焦点走査型顕微
鏡方式にすることにより結像型顕微鏡方式の装置に比し
て、観察像に重複するフレア光や、ぼけ像を除去するこ
とができ、光学系のＳ／Ｎ比の向上がはかられ、低反射
率・低コントラスト試料の観察が可能である。

【０００６】本発明は上記課題に鑑み、機械的走査機構
を要せず、小型・軽量な、且つ被検物体を観察しながら
操作し又は加工することが可能なマイクロレーザ装置を
提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、所定の平面上
に配列された多数のレーザ発光素子を有する第１及び第
２の面発光型光源手段と、第１の面発光型光源手段から
の第１光束を被検物体面に集光する照明光学手段と、第
２の面発光型光源手段からの第２光束を被検物体面に集
光する光学手段と、被検物体面からの第１光束を所定の
像面上に集光する対物光学手段と、対物光学手段の像面
上に配置された多数の受光素子を有する２次元撮像手段
と、第１の面発光型光源手段のレーザ発光素子を時系列
的に発光させると共に、レーザ発光素子と互いに共役な
２次元撮像手段上の受光素子を順次受光可能とする制御
手段とを備えるマイクロレーザ装置である。

【０００８】そして、第２の面発光型光源手段のレーザ
発光素子を位相同期して同時発光させ、変調偏向する操
作手段を併せ有することが望ましい。

【０００９】本発明の構成を更に詳述する。本発明によ
るのマイクロレーザ装置は面発光レーザの発展により開
発された、例えば、応用物理 第６０巻 第１号（１９
９１）ｐｐ．２〜１３（伊賀健一、小山二三夫）に記載
されている２次元レーザダイオードアレイ（以下ＬＤア
レイということがある）を観察用と操作又は加工用と別
個の波長のものを用い、又観察用の２次元レーザダイオ
ードアレイとシャッター同期した撮像素子を使用して、
観察しながら操作又は加工が可能な構成にしたものであ
る。

【００１０】ＬＤアレイは、図２にその斜視図を示すよ
うに基板に対して垂直な方向に光を発振する個々のレー
ザダイオードセル（以下ＬＤセルということがある）が
平面上に多数集積し並置したものである。ＬＤアレイを
構成する各ＬＤセルは同一波長で逐次発振や同時発振が
可能であり、構成ＬＤセルの位相同期・変調によるビー
ムの偏向も可能である。なお装置全体は１０ｃｍ角で、
重さ２００〜４００ｇ程度以下の軽量小型化可能であ
る。

【００１１】観察光を放射する観察用レーザダイオード
アレイは、数１０万個程度以上のＬＤセルから構成さ
れ、撮像素子と共役位置に置かれる。そしてオートフォ
ーカス機能を持ち、被検物体の状態や位置の確認などを
リアルタイムで行うことができる。構成する各ＬＤセル
を、（毎秒画像数ｘＬＤセル数）Ｈｚで逐次点滅させる
と、ハーフミラー又は偏光ビームスプリッタを介してＬ
Ｄアレイの共役位置にある撮像素子の対応する画素を各
ＬＤセルに同期してシャッターを開閉させ、共焦点光学
系が構成される。被検物体は各ＬＤセルに対応して逐次
照明されることより走査され、走査される被検物体の各
部分が対応する画素に結像して走査画像が得られ、観察
が行われる。ＬＤアレイと撮像素子とは鏡像関係の方向
に走査が行われ、又ＬＤアレイの光出力は逐次発光で１
ｍＷ程度である。

【００１２】１００万個のＬＤセルから構成されるＬＤ
アレイを１００ＭＨｚ駆動で使用すると、光ビームを１
００Ｈｚ程度（毎秒１００画像）の高速走査が可能とな
り、被検物体の表面を精細に観察できる。なお観察波長
は被検物体の詳細を観察するため操作又は加工用の波長
より短いものが望ましい。

【００１３】操作光を放射する操作用レーザダイオード
アレイは、１万個程度の複数の同一波長のＬＤセルを位
相同期して同時発光し、変調（Phased Array Laserとし
て使用）によりビームを偏向することができる。個々の
ＬＤセルの出力は小さいが、複数個の同時発光によりＬ
Ｄセルの個数倍の光強度が得られる。大きい光出力を得
るために長い波長を発振するレーザダイオードアレイを
使用し、対物レンズにより回折限界程度までレーザ光を
絞り操作し又は加工するのに必要な強度を得ることがで
きる。

【００１４】１万個のＬＤセルからなるＬＤアレイの場
合には、光ビームを高速偏向が可能であるし、ＬＤアレ
イをブロックごとに分割し、ブロッ間の位相差を固定し
たまま位相同期・変調すればマルチビーム化してビーム
を走査することも可能である。

【００１５】操作系と観察系を一体化し、観察しながら
操作又は加工を可能にするために観察光と操作光とが透
過する対物レンズ光学部品は両波長について色収差補正
したものを使用し、又、観察光と操作光とは、ハーフミ
ラー又はダイクロイックミラー等で分離することができ
る。

【００１６】

【作用】第１の面発光型光源手段を構成する多数のレー
ザ発光素子が逐次点滅し、対応する受光素子に結像し
て、機械的な走査部材や照明系を使用せずに高分解能な
高速走査画像が得られる。第２の面発光型光源手段は第
１の面発光型光源手段と別に設けられており、被検物体
を観察中しながら、機械的な偏向部材を使用せず、位相
同期して同時発光し、変調によりビームが偏向して操作
し又は加工することができる。

【００１７】

【実施例】本発明にかかるマイクロレーザ装置を倒立型
顕微鏡の形式のレーザ加工装置に適用した第１の実施例
を図１〜図７により説明する。図１は第１の実施例の構
成図、図２は２次元レーザダイオードアレイの斜視図、
図３は観察光の走査の説明図、図４は加工光の偏向の説
明図、図５は加工光の偏向による走査の説明図、図６及
び図７はフィールドレンズによる２次元レーザダイオー
ドアレイの偏向の説明図である。ＬＤアレイ１は観察光
を放射する光源である。ＬＤアレイ１から観察光の光路
には、フィールドレンズ２、コリメータレンズ３、偏光
板４、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）５が配置されて
いる。偏光ビームスプリッタ５により光路は垂直に偏向
し、下方には４分の１波長板６、ダイクロイックミラー
７、無限遠系対物レンズ８が配置され、無限遠系対物レ
ンズ８による結像面に被検物体９が置かれている。偏光
ビームスプリッタ５より上方の光路には第２対物レンズ
１０が配置され、その結像位置に撮像素子１１が置か
れ、投影された走査画像がＣＲＴ又は液晶ディスプレイ
などの表示装置１２において観察されるようになってい
る。

【００１８】制御手段１５がＬＤアレイ１に２次元に配
置された複数のＬＤセルの発光と、撮像素子１１に２次
元に配置された複数の画素のシャッターの開閉を制御す
る。ＬＤアレイ１の個々のＬＤセルと撮像素子１１の個
々の画素はそれぞれ互いに共役位置にあり、且つ時間的
に同期されて逐次発光に対し、逐次シャッターが開放さ
れる。ＬＤアレイ１のＬＤセルと撮像素子の画素は同型
且つ同数であり、また結像倍率と画素の大きさの関係も
一致していて共役関係が保たれている。個数はそれぞれ
４０万（ＮＴＳＣ仕様）〜２００万（ハイビジョン仕
様）が適当である。ＬＤアレイの発光時間や撮像素子の
シャッター開閉時間などのシャッタースピードは被検物
体９の反射率の大小により調整することができる。又Ｌ
Ｄアレイが撮像素子に合焦している時が最も受光量が大
きくなることを利用して、自動的に合焦が行われる。

【００１９】次に加工光学系について説明する。ＬＤア
レイ１３は加工光を放射する光源である。２次元に配置
された複数のＬＤセルの発光・変調は操作手段１６によ
り行われ、ＬＤセルは全部が位相同期して同時発光する
ことも、複数個づつ位相同期して同時発光することもで
きる。そして変調でビームを偏向することができる。Ｌ
Ｄセルの数は被検物体に依存して選択するが、千〜１０
万の程度が適正である。ＬＤアレイ１３から放射された
加工光は瞳投影レンズ１４及びダイクロイックミラー７
を介して無限遠系対物レンズ８に入射して、被検物体９
に収束するように配置されている。無限遠系対物レンズ
８は観察光と加工光と両波長について色消しされてい
る。

【００２０】次に観察動作について説明する。ＬＤアレ
イ１から射出した光はフィールドレンズ２及びコリメー
タレンズ３を介し、偏光板４で水平方向の偏光となり偏
光ビームスプリッタ５で最大反射率で反射する。そして
４分の１波長板６で円偏光になり、ダイクロイックミラ
ー７を透過し、無限系対物レンズ８により被検物体９面
上にＬＤアレイ１の回折限界程度のピンホール像が結像
する。ピンホール像は無限遠系対物レンズ８に入射し、
ダイクロイックミラー７を透過し、４分の１波長板６で
直線偏光になり、偏光ビームスプリッタ５を最大透過率
で透過し、第２対物レンズ１０により撮像素子１１の上
に結像する。

【００２１】偏光板４、偏光ビームスプリッ５及び４分
の１波長板６を使用すると、撮像素子１１に光源ＬＤア
レイ１からのフレアー光が遮断され、被検物体９から反
射した光のみが入射し信号を出力するので、被検物体の
加工部位を効率よく照準することができる。

【００２２】被検物体９の観察光による走査は次に、図
３に示すように行われる。ＬＤアレイ１には二次元に複
数のＬＤセルが配されているが、図３はこれを一次元の
み示したものである。ＬＤアレイ１に配されている複数
のＬＤセル１ａは、撮像素子１１の複数の画素１１ａと
それぞれ１対１に対応し、共役の位置にある。今ＬＤセ
ル１ｂが発光する時、共役の位置にある画素１１ｂのシ
ャッターが開放され、画素１１ｂからの出力がＣＲＴ１
２に表示される。次いで発光位置がＬＤセル１ｂから逐
次移動して、ＬＤセル１ｃが発光する時、画素１１ｂの
シャッターが閉じ、共役の位置にある画素１１ｃのシャ
ッターが開放される。このようにして一次元の走査が終
わると、他の列の走査が行われ終に二次元の走査が完了
し、ＣＲＴ又は液晶ディスプレイなどの表示装置１２上
に全走査画面が表示され、観察・検査をすることができ
る。これが共焦点走査型の動作である。

【００２３】次に加工動作について説明する。ＬＤアレ
イ１３に配されているＬＤセルは位相同期して同時発光
する。ＣＲＴ１２上に表示される被検物体９を観察しな
がら変調するとビームが図４に示すように偏向する。Ｌ
Ｄアレイ１３には二次元に複数のＬＤセルが配されてい
るが、図４はこれを一次元のみ示したものである。ＬＤ
アレイ１３の複数のＬＤセルから位相同期して同時発光
すると、ＬＤアレイ１３に垂直な方向にビーム１４ａが
放射される。これを変調するとビーム１４ｂ又はビーム
１４ｃのように垂直な方向から偏向する。偏向の方向は
上下左右に偏向可能である。そして瞳投影レンズ１４に
より瞳の大きさを一致させて無限遠系対物レンズ８に入
射させると、被検物体９に結像する。

【００２４】図５に示すように、ＬＤアレイ１３からの
光が偏向せず垂直方向に向かうときは、光路１４ａに従
って被検物体９の中央９ａに光が収束する。又図中上方
に偏向するときは、光路１４ｂに従って被検物体９の中
央９ｂに光が収束し、図中下方に偏向するときは、光路
１４ｃに従って被検物体９の中央９ｃに光が収束する。
このようにして被検物体９の全面が走査され、被検物体
９の加工部位が照準される。加工を行うときは、１００
００個のＬＤセルを位相同期して同時発光し、１０Ｗの
エネルギーで励起する。

【００２５】又透過型でマニュピュレータとして使用す
る場合、本実施例においてＬＤセル１個１ｍＷである
と、１００個１００ｍＷのエネルギーで捕捉の走査を行
う。

【００２６】被検物体９の加工に消費された以外の光は
反射し、撮像素子１１の方向に向かうが、ダイクロイッ
クミラー７により波長分離され、撮像素子１１に入射し
ないから高エネルギーの加工光により損傷することはな
い。

【００２７】次にフィールドレンズについて説明する。
ＬＤアレイ１の個々のＬＤセル１ａから光はＬＤアレイ
１の面に垂直に放射する。コリメータレンズ３を介して
入射する対物レンズ８はＬＤアレイ１に比して小さく、
又後側開口数が小さいのでＬＤアレイ１の周辺部から放
射する光を充分に利用するためにフィールドレンズを使
用する。これにより同時に対物レンズ８に入射しないフ
レアー光を減少させることができる。尚、フィールドレ
ンズの効用について後に詳述する。

【００２８】次に観察光学系における光源の指向性と利
用効率及び光源の選択についてＬＥＤアレーと比較しな
がら図６及び図７により説明する。レーザ光のようなコ
ヒーレントなビームの半発散角θ_LDは光源直径（アレイ
間隔）をΔ、波長をλとすると次のようになる。 θ_LD〜λ／２Δ これは他のインコヒーレントなＬＥＤの半発散角θ_LD＞
３０°と比較して最小角θ_MIN であり、従ってレーザは
最も指向性が良い光源である。一方対物レンズに入射す
ることが可能な光束θ_0bは開口数ＮＡと倍率βにより次
のようになる。 θ_0b ＝ ＮＡ／β ここで光源の利用効率ηは、光源の半発散角θとすると
次のようになる。 η ＝ （θ_0b／θ）² 上式から発散角最小のレーザ光を使用するのが最も効果
的であることが明らかである。レーザ光の発散角は波長
と共にアレイ間隔（光源直径）に依存するが、これは以
下のように決定される。即ち、光学系の分解能δを活か
すには分解能の半分の間隔でアレイを並べることが望ま
しい。 Δ〜β・δ／２ ここで共焦点顕微鏡の分解能は、レイリーの基準に従え
ば、次のようになる。 δ〜０．４５・λ／ＮＡ これからＬＤアレイの半発散角は θ_LD〜（ＮＡ／β）／０．４５＝θ_0b／０．４５ となり、従ってＬＤアレイの利用効率はη〜（０．４
５）² ＝０．２となる。

【００２９】ＬＤアレイの利用効率は最高の２０％程度
であって、必ずしも高い効率ではない。そして残りが利
用されずノイズ（フレアー）となるから、有効な信号の
４倍の不要なノイズが発生することとなる。ＬＥＤアレ
イと比較するとＬＥＤアレイの利用効率は、３０°半発
散角、θ_0b＝０．０２４の場合について計算してみると
０．２％となり、ＬＤアレイの１／１００程度に過ぎな
い。ＬＥＤアレイを光源とするのは低い利用効率による
光量不足とともに９９．８％（信号の４９９倍）のフレ
アー（光学的ノイズ）対策も困難で、ＬＥＤアレイは共
焦点顕微鏡に不適当であり、共焦点顕微鏡に使用する逐
次発光光源にはＬＤアレイを選択するのが適当である。
偏光板、偏光ビームスプリッタ及び４分の１波長板を使
用すると、光源からのフレアー光が遮断され、被検物体
から反射した光のみが撮像素子に入射し信号を出力する
ので、被検物体の加工部位を効率よく照準することがで
きる。

【００３０】一様照明のためにＬＤアレイ１の軸外光の
有効利用のためには、画面周辺部についても考慮する必
要がある。今複数の画素としてのＬＤセルからなる、装
置の寸法を５０ｍｍ程度以内にするため、物像間距離Ｌ
を４０ｍｍ、使用波長λを５５０ｎｍとして諸元を計算
すると次のようになる。画面寸法（対角線長、直径）を
φとすると画面の半画角ωは ω〜φ／（２Ｌ）である
が、通常の顕微鏡の半画角は ω〜１０／１９５＝０．
０５rad （２．９°）程度である。普通視野（ＮＴＳＣ
方式）と広視野（ＨＤＴＶ方式）とに分けてそれぞれ計
算し、検討する。下記のａ）、ｂ）の計算結果より、広
視野（ＨＤＴＶ）では画角がレーザの発散角より大きく
なる（ω＞θ_LD）ためフィールドレンズが不可欠なこと
がわかる。又普通視野（ＮＴＳＣ）の場合でも視野周辺
部の照明の一様性を確保するためにはフィールドレンズ
を設けられることが望ましいことが明らかである。

【００３１】ａ）開口数ＮＡ＝０．９５、倍率β＝４
０、焦点距離ｆ〜１ｍｍ、分解能δ＝０．２６μｍとお
いたとき、Δ〜５μｍ として、 θ_LD〜0.53rad （3.0 °）＞θ_0b＝ＮＡ／β＝0.024rad（1.4 °）

【００３２】ｂ）開口数ＮＡ＝0.5 、倍率β＝10、焦点
距離ｆ〜3.3 ｍｍ、分解能δ＝0.5 μｍ 開口数ＮＡ＝0.2 、倍率β＝ 4、焦点距離ｆ〜6.7 ｍ
ｍ、分解能δ＝1.2 μｍ 開口数ＮＡ＝0.1 、倍率β＝ 2、焦点距離ｆ〜 10 ｍ
ｍ、分解能δ＝2.5 μｍ とおいたとき、Δ〜５μｍ として θ_LD〜0.11rad （6.4 °）＞θ_0b＝ＮＡ／β＝0.05rad （2.9 °）

【００３３】本実施例により、ＬＤセルの逐次点滅と画
素の逐次受光により、機械的な走査部材や照明系を使用
せずに高分解能な走査画像が得られ、これにより精細な
観察が可能であり、又加工用レーザダイオードアレイの
位相同期・同時発光と、機械的な偏向部材を使用しない
変調によるビーム偏向により、被検物体を観察中しなが
ら加工を行うことができる。中でも、本実施例において
は無限遠系光学系を使用したことにより、装置全体の部
品点数が少なく小型になり、そして軽量小型の観察用レ
ーザダイオードアレイ、撮像素子及び加工用レーザダイ
オードアレイの使用により、小型・軽量な装置が構成で
きた。

【００３４】尚、本実施例では偏光ビームスプリッタを
使用したが、ハーフミラー又はハーフプリズムを置き換
えて使用することができるのはいうまでもない。

【００３５】次に本発明にかかるマイクロレーザ装置を
正立型顕微鏡の形式のマイクロレーザマニュピュレータ
に適用した第２の実施例を図８及び図９により説明す
る。図８は第２の実施例の構成図、図９は観察光の走査
の説明図である。ＬＤアレイ３１は観察光を放射する光
源であり、光を入射瞳方向に偏向するフィールドレンズ
３２と操作光遮蔽用のダイクロイックフィルタ３３を経
て、補正環つきコンデンサレンズ３４が配置され、コン
デンサレンズ３４による結像位置に試料３５が置かれて
いる。補正環付き対物レンズは無限遠系対物レンズ３６
と第２対物レンズ３８により構成され、その間にダイク
ロイックミラー３７が配置されている。試料３５の対物
レンズによる結像位置に撮像素子３９が配置され、投影
された走査画像がＣＲＴ又は液晶ディスプレイなどの表
示装置４２において観察されるようになっている。

【００３６】制御手段４３がＬＤアレイ３１に２次元に
配置された複数のＬＤセルをの発光と、撮像素子３９に
２次元に配置された複数の画素のシャッターの開閉を制
御する。ＬＤアレイ３１には二次元に複数のＬＤセルが
配され、個別にＬＤセルが点光源として発光するように
なっており、撮像素子３９の画素は個別に開閉するシャ
ッターが付せられている。ＬＤアレイ３１の個々のＬＤ
セルと撮像素子３９の個々の画素はそれぞれ互いに共役
位置にあり、且つ時間的に同期されて逐次発光に対し、
逐次シャッターが開放される。

【００３７】次に操作光学系について説明する。２次元
に配置された複数のＬＤセルの発光・変調は操作手段４
４により行われる。ＬＤアレイ４０は操作光を放射する
光源であり、複数のＬＤセルは全部が位相同期して同時
発光することも、複数個づつ位相同期して同時発光する
こともできる。そして変調でビームを偏向することがで
きる。ＬＤアレイ４０から放射された操作光は瞳投影レ
ンズ４１及びダイクロイックミラー３７を介して無限遠
系対物レンズ３６に入射して、試料３５に収束するよう
に配置されている。無限遠系対物レンズ３６は観察光と
操作光と両波長について色消しされている。

【００３８】次に観察動作について説明する。ＬＤアレ
イ３１から射出した光はフィールドレンズ３２によりコ
ンデンサレンズ３４の入射瞳方向に偏向され、ダイクロ
イックフィルタ３３を透過し、コンデンサレンズ３４に
入射する。コンデンサレンズ３４により試料３５面上に
ＬＤアレイ３１の回折限界程度のピンホール像が結像す
る。ピンホール像は無限遠系対物レンズ３６に入射し、
ダイクロイックミラー３７を透過し、第２対物レンズ３
８により撮像素子３９の上に結像する。

【００３９】試料３５の観察光による走査は次に、図９
に示すように行われる。ＬＤアレイ３１には二次元に複
数のＬＤセルが配されているが、図９はこれを一次元の
み示したものである。ＬＤアレイ３１に配されている複
数のＬＤセル３１ａは、撮像素子３９の複数の画素３９
ａとそれぞれ１対１に対応し、共役の位置にある。今Ｌ
Ｄセル３１ｂが発光する時、共役の位置にある画素３９
ｂのシャッターが開放され、画素３９ｂからの出力がＣ
ＲＴ４２に表示される。次いで発光位置がＬＤセル３１
ｂから逐次移動して、ＬＤセル３１ｃが発光する時、画
素３９ｂのシャッターが閉じ、共役の位置にある画素３
９ｃのシャッターが開放される。このようにして一次元
の走査が行われると、他の列の走査が行われ終に二次元
の走査が完了し、ＣＲＴ又は液晶ディスプレイなどの表
示装置４２上に全走査画面が表示され、観察・検査をす
ることができる。

【００４０】次に操作動作に付いて説明する。ＬＤアレ
イ４０に配されているＬＤセルは位相同期して同時発光
する。ＣＲＴ又は液晶ディスプレイなどの表示装置４２
上に表示される微小粒子を観察しながら変調するとビー
ムが偏向する。そして瞳投影レンズ４１により瞳の大き
さを一致させて無限遠系対物レンズ３６に入射させる
と、試料３５に結像する。

【００４１】試料３５の全面が走査されるまでに、試料
３５中に浮遊する微小粒子が捕捉される。微小粒子の捕
捉には大きな光エネルギーを必要としないから、本実施
例においてＬＤセル１個１ｍＷであると、１００個１０
０ｍＷ程度のエネルギーで捕捉の走査を行う。

【００４２】捕捉が行われ、続いてその微小粒子の励起
の操作を行うときは、１００００個のＬＤセルを位相同
期して同時発光し、１０Ｗのエネルギーで励起する。捕
捉及び励起に要するエネルギーは試料又は微小粒子の種
類により異なるから、同時発光の個数を適正に選択する
必要があり、過度に強力な操作光を照射すると微小粒子
を破壊してしまう虞れがある。

【００４３】試料３５を透過した操作光は、コンデンサ
ーレンズ３４で収束されるが、操作光の高エネルギーに
よりＬＤアレイ３１が破損するのを防ぐために設けられ
たダイクロイックフィルター３３で反射又は吸収され
る。又試料３５から反射した光はダイクロイックミラー
３７により波長分離されて偏向し、直進して撮像素子３
９に入射することはない。

【００４４】次に本発明にかかるマイクロレーザ装置を
正立型顕微鏡の形式のマイクロレーザマニュピュレータ
に適用した他の第３の実施例を図１０により説明する。
図１０は第３の実施例の構成図である。ＬＤアレイ５１
から放射される観察光はフィールドレンズ５２、コリメ
ータレンズ５３、ダイクロイックミラー５４を経て無限
遠系コンデンサレンズ５５により、試料５６に収束す
る。試料５６は対物レンズ５７によりダイクロイックフ
ィルタ５８を透過し、撮像素子５９に結像し、投影され
た走査画像がＣＲＴ６２において観察される。ＬＤアレ
イ５１に２次元に配置された複数のＬＤセルの発光と、
撮像素子５９に２次元に配置された複数の画素のシャッ
ターの開閉は制御手段６３により制御される。

【００４５】又ＬＤアレイ６０から放射される操作光は
瞳投影レンズ６１及びダイクロイックミラー５４を介し
て無限遠系コンデンサレンズ５５に入射して、試料５６
に収束する。ＬＤアレイ６０の２次元に配置された複数
のＬＤセルの発光・変調は操作手段６４により行われ
る。試料５６に対し、操作光が観察光と同方向から入射
するので、コンデンサレンズには無限遠系コンデンサレ
ンズ５５を使用し、又ダイクロイックミラー５４とダイ
クロイックフィルタ５８の位置が対応する第２の実施例
ものと異なっている。

【００４６】本実施例により、軽量小型の観察用レーザ
ダイオードアレイ、撮像素子及び操作用レーザダイオー
ドアレイの使用により、小型・軽量なレーザダイオード
アレイマニュピュレータが構成できた。もちろん操作用
と励起用に別々の波長のＬＤアレイとダイクロイックミ
ラーを使用して構成しても良い。

【００４７】尚各実施例は、小型の共焦点走査顕微鏡と
しても使用可能であり、又観察用のＬＤアレイを同時発
光し撮像素子のシャッターを同期して開放すれば、μｓ
程度の発光時間が可能であり、従来の結像型顕微鏡では
１００μｍ／ｓ程度が限度であったが、１００ｍｍ／ｓ
程度の速度の動体の撮像が結像型顕微鏡として可能にな
る。

【００４８】尚、各実施例において多色２次元レーザダ
イオードアレイを使用すれば、カラー観察や計測が可能
なことはいうまでもないし、所定加工部位を観察せずに
コンピュータ等で制御して加工光を照射する装置におい
ては、観察系の装置が省略可能なことはいうまでもな
い。

【００４９】第１の面発光型光源手段を構成する多数の
レーザ発光素子が逐次点滅し、対応する受光素子に結像
して、機械的な走査部材や照明系を使用せずに高分解能
な高速走査画像が得られる。第２の面発光型光源手段は
第１の面発光型光源手段と別に設けられており、被検物
体を観察中しながら、機械的な偏向部材を使用せず、位
相同期して同時発光し、変調によりビームが偏向して操
作し又は加工することができる。

【００５０】

【発明の効果】本発明により、第１の面発光型光源手段
を構成する多数のレーザ発光素子が逐次点滅し、対応す
る受光素子に逐次結像するから、高分解能な高速走査画
像が得られこの際に機械的な走査部材や照明系が不要に
なった。そして第２の面発光型光源手段が第１の面発光
型光源手段と別に設けられているから、捕捉・励起等の
操作や又は微細な加工を被検物体を観察中しながら行う
ことができる。しかも使用する第１の面発光型光源手
段、受光素子及び第２の面発光型光源手段は数ｃｍ角に
過ぎず、軽量小型であるから機械的走査機構による振動
や騒音がない、軽量・小型のマイクロレーザ装置による
操作又は加工が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例の構成図である。

【図２】２次元レーザダイオードアレイの斜視図であ
る。

【図３】観察光の走査の説明図である。

【図４】加工光の偏向の説明図である。

【図５】加工光の偏向による走査の説明図である。

【図６】フィールドレンズによる２次元レーザダイオー
ドアレイの偏向の説明図である。

【図７】フィールドレンズによる２次元レーザダイオー
ドアレイの偏向の説明図である。

【図８】第２の実施例の構成図である。

【図９】観察光の走査の説明図である。

【図１０】第３の実施例の構成図である。

【図１１】従来のマイクロレーザマニュピュレータの概
念図である。

【符号の説明】

１ ＬＤアレイ １ａ、１ｂ、１ｃ ＬＤセル ２ フィールドレンズ ３ コリメータレンズ ４ 偏光板 ５ 偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ） ６ ４分の１波長板 ７ ダイクロイックミラー ８ 無限遠系対物レンズ ９ 被検物体 １０ 第２対物レンズ １１ 撮像素子 １１ａ、１１ｂ、１１ｃ 画素 １２ ＣＲＴ又は液晶ディスプレイなどの表示装置 １３ ＬＤアレイ １４ 瞳投影レンズ ３１、４０ ＬＤアレイ ３１ａ、３１ｂ、３１ｃ ＬＤセル ３２ フィールドレンズ ３３ ダイクロイックフィルタ ３４ コンデンサレンズ ３６ 無限遠系対物レンズ ３７ ダイクロイックミラー ３８ 第２対物レンズ ３９ 撮像素子 ３９ａ、３９ｂ、３９ｃ 画素 ４１ 瞳投影レンズ ４２ ＣＲＴ又は液晶ディスプレイなどの表示装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の平面上に配列された多数のレーザ
   発光素子を有する第１及び第２の面発光型光源手段と、
   前記第１の面発光型光源手段からの第１光束を被検物体
   面に集光する照明光学手段と、前記第２の面発光型光源
   手段からの第２光束を被検物体面に集光する光学手段
   と、前記被検物体面からの第１光束を所定の像面上に集
   光する対物光学手段と、前記対物光学手段の像面上に配
   置された多数の受光素子を有する２次元撮像手段と、前
   記第１の面発光型光源手段のレーザ発光素子を時系列的
   に発光させると共に、前記レーザ発光素子と互いに共役
   な前記２次元撮像手段上の受光素子を順次受光可能とす
   る制御手段とを備えることを特徴とするマイクロレーザ
   装置。
2. 【請求項２】 前記第２の面発光型光源手段のレーザ発
   光素子を位相同期して同時発光させ、変調偏向する操作
   手段を併せ有することを特徴とする請求項１に記載のマ
   イクロレーザ装置。