JPH0744647A - サンプリング信号発生装置および走査型光学顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】光偏向手段の偏向角が変化しても必要なサンプ
リング信号を安定して正確に得ることができるサンプリ
ング信号発生装置、ならびに対物レンズを変えずに画像
を拡大、縮小できる走査型光学顕微鏡を提供することに
ある。 【構成】光源の光を偏向する光偏向ミラー４と、この光
偏向ミラー４に照射し反射した光を集光する集光レンズ
１３と、この集光レンズ１３によって集光した位置に配
置され、光位置に応じたアナログ電気信号を出力する半
導体位置検出素子１４と、光偏向ミラー４の偏向角に対
して予め設定された基準電気信号を出力する基準信号発
生手段（２０，１９，２１，２２）と、この手段からの
基準電気信号と半導体位置検出素子１４からの電気信号
を入力し、両電気信号が一致したとき信号を出力する比
較回路２３と、比較回路２３からの出力信号が入力され
たときパルス信号を出力するワンショットタイマ２９を
具備したもの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばレーザプリン
タ、バーコードリーダ等に使用され、光偏向手段からの
光の集光位置からサンプリング信号を生成するサンプリ
ング信号発生装置およびこれを用いた走査型光学顕微鏡
に関する。

【０００２】

【従来の技術】光偏向器の偏向位置を検出する手段は、
特開昭６３−２６７９９１号公報に開示れており、図１
１はその実施例を示すもので、走査レーザダイオード１
０１から発生したレーザビーム１１１はコリメータレン
ズ１０２で平行になりガルバノミラー１０３に入射す
る。ガルバノミラー１０３で偏向されたレーザビームは
逆サインレンズ１０４を通り感光板１０５上に結像す
る。

【０００３】一方、タイミングレーザダイオード１０６
を出たレーザビームは、凸レンズ１０７を通りガルバノ
ミラー１０３で偏向される。この偏向されたレーザビー
ムは格子１０８を通り集光レンズ１０９で集められ光検
出器１１０に入射する。光検出器からの出力は、レーザ
ビームが格子１０８を通過するたびにパルスを出力す
る。この場合、格子１０８のパターンを変えることで任
意のガルバノミラー１０３の位置に対応するパルスを得
ることができる。

【０００４】例えば、このパルスを画像のサンプリング
信号に用いる場合、ガルバノミラー１０３の動きが多少
不正確であっても、ガルバノミラー１０３の位置は格子
１０８により正確に検出できる。このため格子１０８を
もとにしたパルス信号をサンプリング信号として用いれ
ば正確な画像を得ることができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１１
に開示されていてる技術では、偏向角が一定の場合にし
か対応できない。このため、画像をフレームメモリに保
存するような場合、フレームメモリの縦と横のサイズ
は、例えば５１２×５１２のようにある一定した値を持
つ。このため、画像のサンプリングパルスの数も一定で
なければならない。ここで、従来の技術では、格子１０
８の一端から他端までレーザビームを偏向した場合、光
検出器１１０から出てくるパルス数をＮとすると、偏向
角を半分にした場合、光検出器１１０から出てくるパル
ス数はＮ／２と半分になり、必要なサンプリングパルス
数を確保できない。サンプリングパルス数をＮにするに
は、例えばピッチを倍にした格子１０８に換えなければ
ならない。

【０００６】このようなことから、予めピッチの細かい
格子１０８を用いることも考えられるが、偏向角を連続
的に変化させるような場合、すべての偏向角に対応する
ピッチを格子１０８で実現するのは不可能である。

【０００７】また、従来の技術が偏向角が一定であるた
め、これを走査型光学顕微鏡に使用する場合には、対物
レンズを変えなければ、画像を拡大、縮小することがで
きない。

【０００８】本発明は、光偏向手段の偏向角が変化して
も必要なサンプリング信号を安定して正確に得ることが
できるサンプリング信号発生装置、ならびに対物レンズ
を変えずに画像を拡大、縮小できる走査型光学顕微鏡を
提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に対応する発明は、光源の光を偏向する光
偏向手段と、この光偏向手段に照射し反射した光を集光
する集光手段と、この集光手段によって集光した位置に
配置され、光位置に応じたアナログ電気信号を出力する
光位置検出手段と、前記光偏向手段の偏向角に対して予
め設定された基準電気信号を出力する基準信号発生手段
と、この基準信号発生手段からの基準電気信号と前記光
位置検出手段からの電気信号を入力し、両電気信号が一
致したとき信号を出力する比較手段と、この比較手段か
らの出力信号が入力されたときパルス信号を出力するパ
ルス発生手段と、を具備したサンプリング信号発生装置
である。

【００１０】上記目的を達成するため、請求項２に対応
する発明は、光源の光を偏向する光偏向手段と、この光
偏向手段に照射し反射した光を集光する集光手段と、こ
の集光手段によって集光した位置に配置され、光位置に
応じた電気信号を出力する複数の特性の異なる光位置検
出手段と、前記光偏向手段で反射された光を前記光位置
検出手段にそれぞれ導く光学手段と、前記光偏向手段の
偏向角に対して予め設定された基準電気信号を出力する
基準信号発生手段と、この各光位置検出手段の内偏向角
に応じて選択された光位置検出手段から出力される電気
信号と、前記基準信号発生手段から出力される電気信号
を入力し、両電気信号が一致したとき信号を出力する比
較手段と、この比較手段からの出力信号が入力されたと
きパルス信号を出力するパルス発生手段と、を具備した
サンプリング信号発生装置である。

【００１１】上記目的を達成するため、請求項３に対応
する発明は、請求項１記載の集光手段として、複数の焦
点距離の異なるレンズを使用し、前記光偏向手段の偏向
角に応じて最適なレンズが光路に挿入される構成とした
ことを特徴とするサンプリング信号発生装置である。

【００１２】上記目的を達成するため、請求項４に対応
する発明は、請求項１記載の集光手段として、ズームレ
ンズを使用したことを特徴とするサンプリング信号発生
装置である。

【００１３】上記目的を達成するため、請求項５に対応
する発明は、請求項１記載の光偏向手段の偏向角が光学
的に無効倍率に相当する場合は、予め決められたサンプ
リング信号に切換える構成としたことを特徴とするサン
プリング信号発生装置である。

【００１４】上記目的を達成するため、請求項６に対応
する発明は、請求項１〜請求項５のいずれか一つに記載
のサンプリング信号発生装置を、その光学素子駆動用と
した走査型光学顕微鏡である。

【００１５】

【作用】請求項１に対応する発明によれば、光位置検出
手段は受光面に入射した光の位置をアナログ電気信号と
して出力するため、光偏向手段が連続可変となっても問
題なく光位置検出ができる。また、光位置検出手段から
の電気信号と、基準信号発生手段からの基準信号が一致
したとき、パルス発生手段からサンプリングパルス信号
が出力されるので、歪みのない画像が生成できる。

【００１６】請求項２に対応する発明によれば、複数の
特性の異なる光位置検出手段を有しているので、光偏向
手段の偏向角が小さくなるにつれて、感度の高い光位置
検出手段を使用することにより、確実にサンプリング信
号を発生させることができる。

【００１７】請求項３に対応する発明によれば、ズーム
レンズの場合に比べて簡単な構成で偏向角が小さくなっ
ても確実にサンプリング信号を発生させることができ
る。請求項４に対応する発明によれば、光偏向手段によ
る偏向角が小さくなっても、ズームレンズによって光位
置検出手段の走査幅を一定にすることができ、従って、
一つの光位置検出手段を用いる場合、偏向角が小さくな
っても確実にサンプリング信号を発生させることができ
る。

【００１８】請求項５に対応する発明によれば、光偏向
手段の偏向角が光学的に無効倍率に相当する場合には、
予め決められたサンプリング信号に切換えるように構成
したので、次の作用効果が得られる。すなわち、光偏向
手段の偏向角がかなり小さい領域では、光偏向手段は理
想的な状態に近い動作をしていると考えられる。従っ
て、光偏向手段の位置を検出する回路から理想動作をし
ていると仮定したサンプリング信号発生装置に切替え、
光学系を簡素化できる。

【００１９】請求項６に対応する発明は、請求項１〜５
のいずれかに記載のサンプリング信号発生装置を、その
光学素子駆動用としたので、対物レンズを変えずに、画
像を拡大・縮小できる走査型光学顕微鏡を提供できる。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図１は本発明による第１実施例を示す概略
構成図である。この主たる構成は、光源を構成するレー
ザ光源１０からのレーザビーム１１を偏向する光偏向手
段を構成する共振型ガルバノスキャナー３と、このガル
バノスキャナー３に照射し反射した光を集光する集光手
段を構成する集光レンズ１３と、この集光レンズ１３に
よって集光した位置に配置され、光位置に応じたアナロ
グ電気信号を出力する光位置検出手段を構成する半導体
位置検出素子（ＰＳＤ）１４と、ガルバノスキャナー３
の偏向角θに対して予め設定された基準電気信号を出力
する基準信号発生手段を構成するアドレスカウンター２
０、メモリ１９、デジタル・アナログ変換回路（Ｄ／
Ａ）２１、可変利得増幅器２２とからなっている。

【００２１】また、基準信号発生手段からの基準電気信
号と光位置検出素子１４からの電気信号を入力し、両電
気信号が一致したとき信号を出力する比較手段を構成す
る比較回路２３と、比較回路２３からの出力信号が入力
されたときパルス信号を出力するパルス発生手段を構成
するワンショットタイマー２９とからなっている。

【００２２】レーザ光源１から出たレーザビーム２は共
振型ガルバノスキャナー３に取り付けられたミラー４の
表面４Ａで反射する。偏向がおこなわれていない状態で
は、レーザビーム２は光軸５と一致している。

【００２３】共振型ガルバノスキャナー３は、以下に述
べる駆動回路９からの駆動信号の大きさに応じて駆動す
る。すなわち、コンピュータ６から出力される駆動開始
信号が波形発生回路７に出され、この波形発生回路７は
共振型ガルバノスキャナー３を駆動するための駆動信号
を発生する。この駆動信号は、可変利得増幅器８、駆動
回路９を通して、共振型ガルバノスキャナー３に伝えら
れる。共振型ガルバノスキャナー３では、駆動回路９か
らの駆動信号の大きさに応じて角度θでミラー４が振動
する。レーザビーム２は光軸５を中心に対称にＸ₁ から
Ｘ₂ の間を角度２θで偏向する。

【００２４】次に、ミラー４の位置検出機能について説
明する。レーザ光源１０から出たレーザビーム１１はコ
リメータレンズ１２で平行光束になる。ミラー４の裏面
４Ｂで反射したレーザビームは、集光レンズ１３を通り
半導体位置検出素子（ＰＳＤ）１４上に集光する。ＰＳ
Ｄ１４の受光面１５の中心Ｏは光軸１６にほぼ一致する
ように配置されている。偏向がおこなわれていない状態
では、レーザビーム１１の集光点は光軸１６と一致して
いる。集光点はミラー４の回転に合わせてＰＳＤ１４の
受光面１５上を移動する。

【００２５】ＰＳＤ１４は図２に示すように、受光面１
５に入射した光の位置に応じた信号を発生する素子であ
る。例えば受光面１５の光軸１６からＺだけ離れた位置
に光が入射したとする。両端の端子１７，１８に発生す
る電流Ｉ₁ 、Ｉ₂ は、受光面１５の長さを２Ｌ、総電流
をＩとすると、 Ｉ₁ ＝（Ｌ＋Ｚ）×Ｉ／２Ｌ Ｉ₂ ＝（Ｌ−Ｚ）×Ｉ／２Ｌ となる。電流Ｉ₁ 、Ｉ₂ の和と差の比は、 （Ｉ₁ −Ｉ₂ ）／（Ｉ₁ ＋Ｉ₂ ）＝Ｚ／Ｌ …（１） となり、電流値から入射光の位置が判明する。

【００２６】図１において、レーザビーム１１は光軸１
６をはさんで角度２θで偏向する。集光点がＰＳＤ１４
の受光面１５上を１５Ａと１５Ｂの間（長さｌｈ）で移
動する。当然ｌｈはＰＳＤ１４の受光面１５の長さ２Ｌ
より短くなければならないから、集光レンズ１３の焦点
距離ｆは、 ｆ×ｔａｎ２θ₁ ＝ｌｈ＜２Ｌ を満足するような値が選ばれる。

【００２７】サンプリング数をＮとすると、サンプリン
グ間隔ｌｓは ｌｓ＝ｌｈ／Ｎ となる。すなわち、ＰＳＤ１４の受光面１５上をレーザ
ビーム１１がｌｓ移動するたびに、サンプリング信号が
発生すればよい。ｎ番目における位置信号は式（１）で
Ｚ＝ｎ×ｌｓとすれば求まる。

【００２８】次に、サンプリング信号の発生手段につい
て説明する。メモリ（基準電圧ＲＡＭ）１９には、１番
目からＮ番目まで、式（１）でＺ＝ｎ×ｌｓ（ｎ＝１〜
Ｎ）で得られた位置信号に対応した基準電圧データが記
憶されている。偏向の開始に先立って、メモリ１９の１
番目の基準電圧データが記憶されているアドレスの値
が、コンピュータ６よりアドレスカウンター２０にセッ
トされる。アドレスがメモリ１９に出力されると、１番
目の基準電圧データがメモリ１９よりデジタル・アナロ
グ変換回路（Ｄ／Ａ）２１ー可変利得増幅器２２を通し
て比較回路２３の一方の入力端子２３Ａに出力される。

【００２９】次に偏向が開始されると、レーザビームが
ＰＳＤ１４の受光面１５上を移動しはじめる。ＰＳＤ１
４の両端からの出力信号はアンプ２４、２５で増幅され
たあと、そこから加算回路２６で和信号が、また減算回
路２７で差信号が作られる。

【００３０】さらに、式（１）を行うために割算器２８
に入力し、この出力信号は比較回路２３のもう一方の入
力端子２３Ｂに入力される。入力端子２３Ａの信号レベ
ルに対して、入力端子２３Ｂの信号レベルが大きい間は
比較回路２３の出力はＬＯＷである。入力端子２３Ｂの
信号レベルがだんだん小さくなって入力端子２３Ａの信
号レベルより小さくなると、比較回路２３の出力はＨＩ
ＧＨに変化する。比較回路２３の出力はワンショットタ
イマー２９にそのまま伝達されるが、ワンショットタイ
マー２９ではある一定の時間が経過すると出力がＨＩＧ
ＨからＬＯＷへ変化する。

【００３１】ワンショットタイマー２９の出力におい
て、ＬＯＷからＨＩＧＨへ変化する時の立ち上がり信号
がサンプリング信号となり、このサンプリング信号がア
ナログ・デジタル変換回路（Ａ／Ｄ）３０に入力され
る。アナログ・デジタル変換回路３０には、試料３１を
通過したレーザビーム２を、フォトダイオード３２で光
電変換したアナログの画像信号も出力しており、サンプ
リング信号によりアナログ画像信号がデジタル画像デー
タに変換される。

【００３２】一方、ワンショットタイマー２９の出力に
おいて、ＨＩＧＨからＬＯＷへ変化する時の立ち下がり
信号がカウンター信号になり、アドレスカウンター２０
の値が一つ進み、メモリ１９の２番目の基準電圧データ
が記憶されているアドレスがセットされる。以上のよう
に、メモリ１９のＮ番目の基準電圧データが出力される
まで、上記動作が繰り返し行われる。

【００３３】次に、ガルバノスキャナー３の偏向角が変
化した場合について述べる。偏向角がθの時のＰＳＤ１
４の出力信号の振幅をＶとする。サンプリング数はＮで
あるから、次にサンプリング信号を得るために、デジタ
ル・アナログ変換回路２１から出力される基準電圧の変
化量はＶ／Ｎとなる。

【００３４】偏向角がθ／２になった場合、ＰＳＤ１４
の出力信号の振幅はＶ／２になる。従って、基準電圧の
変化量も偏向角がθの時の１／２に設定しなければなら
ない。偏向角の設定はコンピュータ６で行われる。コン
ピュータ６は駆動信号の発生前に、可変利得増幅器８、
２２に設定された偏向角に応じた利得のデータ出力す
る。このデータをもとに、偏向角および基準電圧の変化
量の設定が行われる。

【００３５】ここで、偏向角がθの時と同じタイミング
でサンプリング信号を得るには、上記の方法以外に以下
の方法がある。 （１）図１の回路において、メモリ１９内に、図３に示
すように全ての偏向角に対応する複数の基準電圧データ
を用意する。例えば、図３において、偏向角がθの場合
は、アドレスカウンタには００１０がセットされる。ま
た、偏向角をθ／３に変更した場合にはアドレスカウン
タには００３０がセットされる。

【００３６】（２）図１の回路において割算器２８の出
力と比較回路２３の間に、図４に示すように可変利得増
幅器４０を設け、比較回路２３の入力端子２３Ｂへの入
力電圧が常に偏向角がθの時の電圧になるようにする。

【００３７】次に、図１の回路においてサンプリング信
号の発生が可能な、偏向角の可変範囲について考えてみ
る。サンプリング信号に関わる要因のうち、ＰＳＤ１４
の位置分解能について述べる。ＰＳＤ１４の性能は各社
異なるが、ＳｉＴｅｋ社のモデル１Ｌ１０を使って説明
する。１Ｌ１０は受光面の長さが１０ｍｍ、位置分解能
は１．６μｍである。分解点数Ｍは、 Ｍ＝１０／１．６×１０^-3 ＝６２５０ サンプリング数をＮ＝１０２４とすると、 １０２４／６２５０で約１／６ すなわち、偏向角θの１／６までは１０２４のサンプリ
ング数は得られるが、それより小さい偏向角に対応でき
なくなる。従って、本実施例は、偏向角がθからθ／６
の範囲で使用する場合に適用される。もちろん、サンプ
リング数が少なくなれば、θ／６より小さい偏向角まで
適用できる。

【００３８】次に、本発明の第２実施例について図５を
参照して説明する。ここでは、簡単のためにミラー位置
検出機構の部分に限定して述べる。図１と同じ構成要素
については同じ番号を付し、その説明は省略する。本発
明の実施例では、特性の異なる複数のＰＳＤ５２，５
３，５４を用意し、またハーフミラー５０，５１、減光
フィルタ５６，５７、スイッチ５５を用意し、ミラー４
の偏向角の変化に応じて最適のＰＳＤ５２〜５４を選択
し、そこからサンプリング信号を得る構成になってい
る。

【００３９】レーザ光源１０から出たレーザビーム１１
はコリメータレンズ１２で平行光束になる。ミラー４の
裏面４Ｂで反射したレーザビームは、集光レンズ１３・
第１のハーフミラー５０を通り、第１のＰＳＤ５２上に
集光する。第１のハーフミラー５０で反射されたレーザ
ビームは第２のハーフミラー５１で分割される。第２の
ハーフミラー５１で反射・透過したレーザビームはそれ
ぞれ、第２・第３のＰＳＤ５３、５４に入射する。５
６、５７は減光フィルタで、ＰＳＤ５２、５３、５４に
入射する光量が均等になるようにする役目をする。

【００４０】本実施例のＰＳＤ５２、５３、５４は、そ
れぞれ特性が異なったものを使用する。具体的にＳｉＴ
ｅｋ社の製品を用いた場合について説明する。ＳｉＴｅ
ｋ社の製品は以下の特性の異なるものがあり、それぞれ
をＰＳＤ５２、５３、５４に対応させる。

【００４１】 モデル名 受光面 分解能 ＰＳＤ ５２ １Ｌ１０ １０ ｍｍ １．６μｍ ＰＳＤ ５３ １Ｌ５ ５ ｍｍ ０．８μｍ ＰＳＤ ５４ １Ｌ２．５ ２．５ｍｍ ０．４μｍ レーザビーム１１がＰＳＤ５２〜５４の受光面の左端
（Ｚ＝Ｌ）にきた時の位置信号Ｐ_L は、式（１）で電流
を電圧に換算して（Ｉ₁ →Ｖ₁ ，Ｉ₂ →Ｖ₂ ） （Ｖ₁ −Ｖ₂ ）／（Ｖ₁ ＋Ｖ₂ ）＝１ Ｖ₁ ＋Ｖ₂ ＝１０Ｖとすると、 Ｐ_L ＝（Ｖ₁ −Ｖ₂ ）＝１０Ｖ ＰＳＤの受光面の右端（Ｚ＝−Ｌ）にきた時の位置信号
Ｐ_R は、 （Ｖ₁ −Ｖ₂ ）／（Ｖ₁ ＋Ｖ₂ ）＝−１ Ｐ_R ＝−１０Ｖ 従って、出力信号の範囲Ｒは２０Ｖ（±１０Ｖ）にな
る。これはどのＰＳＤについても同じである。１サンプ
リングあたりの電圧の変化量Δは、 Δ＝Ｒ／Ｎ（Ｎはサンプリング数） となる。

【００４２】ここで、最大偏向角をθとし、この時のレ
ーザビーム１１の振れ幅は、ＰＳＤ５２の受光面の長さ
に一致するようになっているとする。この状態で偏向角
を変えた場合に、各ＰＳＤ５２〜５４が発生する電圧の
変化量Δを算出すると以下のようになる。（簡単のため
にＮ＝１０００とする。）

【００４３】

【表１】

【００４４】ＰＳＤ５２で角度θ／４の時、電圧を増幅
して２０ｍＶにすることは可能である。しかし、同時に
ノイズも増幅し比較回路２３での判定が不安定になり、
安定したサンプリング信号を得ることができない。従っ
て、偏向角が小さくなるのにあわせて、受光面の小さい
ＰＳＤを用いるようにすることが良いことは表１から明
らかである。

【００４５】偏向角にあわせて最適のＰＳＤの信号を選
択できるようにするため、それぞれのＰＳＤの出力信号
をスイッチ５５に入力する。スイッチ５５はコンピュー
タ６からの選択信号に応じて、（Ａ１，Ａ２）、（Ｂ
１，Ｂ２）、（Ｃ１，Ｃ２）のいずれかの信号を選ぶ。

【００４６】上記例では、θ〜θ／２は信号（Ａ１，Ａ
２）を使用する。θ／２〜θ／４は信号（Ｂ１，Ｂ２）
を使用する。

【００４７】θ／４〜は信号（Ｃ１，Ｃ２）を使用す
る。というように選択条件を決めておけばよい。選ばれ
た信号は、アンプ２４、２５で増幅されたあと、そこか
ら加算回路２６で和信号、減算回路２７で差信号が作ら
れる。そして、和信号と差信号が割算器２８に入力し、
出力信号は比較回路２３へ送られる。

【００４８】以上のように本発明の第２実施例では、偏
向角にあわせて最適のＰＳＤ５２〜５４の信号を選択で
きるようになっている。このため、第１実施例に比べ
て、より小さな偏向角に対しても安定したサンプリング
信号を得ることができる。

【００４９】次に、本発明による第３実施例について図
６を参照して説明する。簡単のためにミラー位置検出機
構の部分に限定して述べる。図１と同じ構成要素につい
ては同じ番号を付し、その説明は省略する。本発明の実
施例では複数の焦点距離数の異なる集光レンズ６０，６
２を用い、ＰＳＤ６１の受光面上のレーザビーム１１の
幅を一定にするものである。

【００５０】レーザ光源１０から出たレーザビーム１１
はコリメータレンズ１２で平行光束になる。ミラー４の
裏面４Ｂで反射したレーザビームは、集光レンズ６０を
通りＰＳＤ６１上に集光する。ＰＳＤ６１上のレーザビ
ーム１１の振れ幅Ｌ１は、偏向角をθ、集光レンズ６０
の焦点距離をｆとすると、 Ｌ１＝ｆ×ｔａｎθ となる。次に偏向角が減少しθ／２になったとする。こ
のままでは、当然レーザビームの振れ幅は半分になる。
前述のように振れ幅の減少すると、ＰＳＤ６１からの出
力信号が小さくなり、安定したサンプリング信号が得ら
れにくくなる。本実施例ではＰＳＤ６１上の長さを偏向
角がθの時と同じにするため、集光レンズ６０の代わり
に別の集光レンズ６２を光路に挿入する。集光レンズ６
２は焦点距離が集光レンズ６０の２倍になっている。こ
のためＰＳＤ６１上のレーザビームの振れ幅Ｌ２は、 Ｌ２＝２ｆ×ｔａｎθ／２ となる。ｔａｎθとθが略等しい範囲であれば、Ｌ１と
Ｌ２が略等しいから、偏向角がθの時と同じように安定
したサンプリング信号が得られる。集光レンズ６０，６
２の焦点距離が変わると集光位置も変わるため、集光レ
ンズ６０、６２の切り換えに合わせてＰＳＤ６１の位置
も光軸方向に移動させなけれけばならない。

【００５１】集光レンズ６０、６２の切り換えは図７に
示すようにモータ６３で行われる。集光レンズ６０、６
２は、ベース６５上に固定されたレンズ枠６４に組み込
まれている。ベース６５の下部にはラック６６が取り付
けられている。

【００５２】一方、モータ６３の回転軸にはピニオン６
７が取り付けられており、ピニオン６７を介してラック
６６と繋がっている。同様にＰＳＤ６１の移動について
も、ラック５８とピニオン５９で行われる。

【００５３】偏向角の変更はコンピュータ６で行われ、
偏向角にあった集光レンズ６０，６２の選択信号がコン
ピュータ６から出される。選択信号はモータ駆動回路６
８、６９に送られる。駆動信号によって、モータ６３の
回転軸およびピニオン６７が回転する。この回転運動が
ラック６６で直線運動に変換され、集光レンズ６０、６
２やＰＳＤ６１がＹ１，Ｙ２の矢印方向に移動する。

【００５４】本実施例では集光レンズ６０，６２が２種
類であったが、それ以上使用しても構わない。また、Ｐ
ＳＤ６１の移動についても、本実施例以外の方法を実施
することも可能である。以上のように、第３実施例によ
れば、偏向角に応じて最適の集光レンズを用いるため、
安定したサンプリング信号が得られる。

【００５５】本発明による第４実施例について図８を参
照して説明する。ここでは、簡単のためにミラー位置検
出機構の部分に限定して述べる。図１と同じ構成要素に
ついては同じ番号を付し、その説明は省略する。本発明
の実施例では、集光レンズとしてズームレンズ７０を使
用し、ズームレンズ７０で集光した光をＰＳＤ７１に導
くように構成したものである。

【００５６】レーザ光源１０から出たレーザビーム１１
はコリメータレンズ１２で平行光束になる。ミラー４の
裏面４Ｂで反射したレーザビーム１１は、ズームレンズ
７０を通りＰＳＤ７１上に集光する。ズームレンズ７０
はＰＳＤ７１の受光面上のレーザビームの幅が一定にな
るように、偏向角に応じて焦点距離が連続的に変化す
る。第３実施例で説明したように、距離が変化するとズ
ームレンズ７０やＰＳＤ７１の位置も変化させなければ
ならない。これは図７のＰＳＤの移動機構を用いればよ
い。

【００５７】次に、本発明による第５実施例について図
９を参照して説明する。ここでは、図１と同じ構成要素
については同一符号を付し、その説明は省略し、かつま
た簡単のために、構成の一部を省略する。

【００５８】本実施例では、図９（ａ）に示すようにＰ
ＳＤ１４をもとに作ったサンプリング信号８１と、コン
ピュータ６から発生したサンプリング信号８２を、スイ
ッチ８０により使い分ける構成となっている。

【００５９】スイッチ８０には、ＰＳＤ１４をもとに比
較回路２３から出力されるサンプリング信号８１と、コ
ンピュータ６からのサンプリング信号８２が入力され
る。サンプリング信号８１はミラーの位置を正確に反映
している。

【００６０】サンプリング信号８２について分解点数
と、画像メモリの点から考えてみる。最大偏向角θの時
の、試料上のレーザビームの走査幅をＬ、光学系の分解
能をδとする。この光学系の分解点数Ｍは、 Ｍ＝Ｌ／δ 一方、画像メモリの大きさをＮ×Ｎとする。ＭとＮの関
係によって以下のような表示状態がある。Ｍ＞Ｎの時
は、画像メモリが不足で、試料情報を間引き表示してい
る状態。Ｍ＝Ｎの時は、試料情報を過不足なく表示して
いる状態。Ｍ＜Ｎの時は、光学系の分解能以上に細かく
試料情報を表示している状態、いわゆる無効倍率（例え
ば物体の細部の観察にまったく効果をもたらさない高倍
率）の状態。

【００６１】例えば、顕微鏡の光学系で考えると、１０
０倍の対物レンズを用いた場合、Ｌ＝１６０μｍ、δ＝
０．２５μｍであるから、 Ｍ＝６４０ となる。画像メモリをＮ＝５１２とすると、Ｍ＞Ｎであ
るから問題ない。

【００６２】次に、偏向角をθ／４にすると、 Ｍ＝６４０／４＝１６０ となり、無効倍率の状態になる。

【００６３】この状態では画像メモリの３画素以内に対
応する試料上のスポットのどの位置でサンプリングして
も、表示される画像には大きな差がないと考えられる。
即ち、サンプリングが多少ばらついても問題はないこと
になる。

【００６４】逆に言えば、例えば図１のミラー４が、駆
動回路９からの駆動信号と完全に追従しているとした駆
動信号をもとに作ったサンプリング信号に対して、ミラ
ーが多少理想動作状態からはずれても問題ないことにな
る。さらに、偏向角が小さくなると、スキャナの動作も
安定し理想動作状態に近づくことから、図９（ｂ）に示
すようにミラー４が駆動信号と完全に追従しているとし
て駆動信号をもとに作ったサンプリング信号８２を使っ
ても問題はないということになる。

【００６５】従って、偏向角に応じてコンピュータ６か
ら選択信号がスイッチ８０に出力され、サンプリング信
号８１とサンプリング信号８２のいずれかを選ぶことに
よって、どの偏向角においても安定したサンプリング信
号が得られる。

【００６６】図１０は本発明による第１実施例のサンプ
リング信号発生装置を、走査型光学顕微鏡に用いた例で
ある。レーザ光源９００からのレーザビーム９０１は、
ビームエキスパンダ９０２により必要な大きさのビーム
径に拡大される。拡大されたレーザビーム９０１は偏光
ビームスプリッタ９０３を通過して対物レンズ９１１の
瞳位置と共役な位置に設けられたガルバノスキャナー９
０４に入射する。ここでレーザビーム９０１はＹ方向に
偏向される。

【００６７】次に、瞳伝送レンズ９０５、９０６によっ
てやはり対物レンズ９１１の瞳位置と共役な位置に設け
られた共振型ガルバノスキャナー９０７に入射する。こ
こでレーザビーム９０１はＸ方向に偏向される。２次元
走査されたレーザビーム９０１は瞳投影レンズ９０８、
結像レンズ９０９およびλ／４波長板９１０を通過し、
対物レンズ９１１に入射する。そして試料９１２上に回
折で制限されるスポットを生じ、そのスポットで試料９
１２をＸ−Ｙ走査する。

【００６８】試料９１２が透過物体であれば、レーザビ
ーム９０１はコンデンサレンズ９１３を通って光検出器
９１４によって検出される。一方、試料９１２が反射物
体であればレーザビーム９０１は再び対物レンズ９１
１、λ／４波長板９１０、結像レンズ９０９、瞳投影レ
ンズ９０８、光偏向器９０７、瞳伝送レンズ９０６，９
０５、光偏向器９０４を通ってビームスプリッタ９０３
で反射されて集光レンズ９１５で集光され、集光位置に
配置したピンホール９１６を通って光検出器９１７で検
出される。

【００６９】コンピュータ９２７からＸ−Ｙ走査を行う
ために駆動回路９１８，９１９に信号が送られる。この
うち、Ｙ走査を行うガルバノスキャナー９０４は、高速
走査の必要がない（数１０Hz）ため、線型動作のタイプ
が使用される。

【００７０】一方Ｘ走査を行う共振型ガルバノスキャナ
ー９０７は、高速走査を行う（１０数ｋHz）ため、非線
形（例えば正弦波）型動作のタイプが使用される。従っ
て非線形走査でも歪みのない画像を得るため、レーザ光
源９２０（図１の１０に相当）、コリメータレンズ９２
１（図１の１２に相当）、集光レンズ９２２（図１の１
３に相当）、ＰＳＤ９２３（図１のＰＳＤ１４に相
当）、サンプリング信号発生回路９２４によってミラー
の位置を検出し画像が線型になるようなサンプリング信
号を得るようになっている。９２０〜９２４は図１の第
１実施例の一部を簡略化したもので、レーザ光源９２０
から出たレーザビームはコリメータレンズ９２１で平行
になり、共振型ガルバノスキャナー９０７のミラーの裏
面で反射し、集光レンズ９２２を通りＰＳＤ９２３上に
集光する。ＰＳＤ９２３からの信号をもとにサンプリン
グ信号発生回路９２４からサンプリング信号が出力さ
れ、メモリ９２６に入力する。

【００７１】一方、光検出器９１４，９１７によって試
料９１２の強度情報が画像信号に変換され、スイッチ９
２５にはいる。コンピュータ９２７によって透過画像信
号か反射画像信号のいずれかが選択される。選択された
画像信号はメモリ９２６にはいり、サンプリング信号発
生回路９２４からのサンプリング信号に基づいてメモリ
９２６に保存される。保存された画像信号はコンピュー
タ９２７を通してＣＲＴ９２８に表示される。

【００７２】以上述べた図１０の実施例のように、図１
の実施例のサンプリング信号発生装置を、ガルバノスキ
ャナー９０４を駆動用としたので、対物レンズ９１１を
変えずに、画像を拡大・縮小できる走査型光学顕微鏡が
得られる。

【００７３】

【発明の効果】本発明によれば、光偏向手段の偏向角が
変化しても必要なサンプリング信号を安定して正確に得
ることができるサンプリング信号発生装置、ならびに対
物レンズを変えずに画像を拡大、縮小できる走査型光学
顕微鏡を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明によるサンプリング信号発生装置の第
１実施例を説明するための概略構成図。

【図２】 図１の半導体位置検出器を説明するための
図。

【図３】 図１のメモリを説明するための図。

【図４】 図１の変形例を説明するための図。

【図５】 本発明によるサンプリング信号発生装置の第
２実施例を説明するための概略構成図。

【図６】 本発明によるサンプリング信号発生装置の第
３実施例を説明するための概略構成図。

【図７】 図６のミラー位置検出機構を説明するための
図。

【図８】 本発明によるサンプリング信号発生装置の第
４実施例を説明するための概略構成図。

【図９】 本発明によるサンプリング信号発生装置の第
５実施例を説明するための概略構成図。

【図１０】 本発明によるサンプリング信号発生装置を
走査型光学顕微鏡に適用した例を示す概略構成図。

【図１１】 従来の光偏向器の偏向位置を検出する手段
の一例を示す概略構成図。

【符号の説明】

１…レーザ光源、２…レーザビーム、３…共振型ガルバ
ノスキャナー、４…ミラー、５…光軸、６…コンピュー
タ、７…波形発生回路、８…可変利得増幅器、９…駆動
回路、１０…レーザ光源、１１…レーザビーム、１２…
コリメータレンズ、１３…集光レンズ、１４…半導体位
置検出器、１５…受光面、１６…光軸、１７，１８…端
子、１９…メモリ、２０…アドレスカウンター、２１…
デジタル・アナログ変換回路、２２…可変利得増幅器、
２３…比較回路、２３Ａ，２３Ｂ…入力端子、２４，２
５…アンプ、２６…加算回路、２７…和信号・減算回
路、２８…割算器、２９…ワンショットタイマー、３０
…アナログ・デジタル変換回路、３１…試料、３２…フ
ォトダイオード、４０…可変利得増幅器、５０，５１…
ハーフミラー、５２，５３，５４…半導体位置検出器、
５５…スイッチ、５６，５７…減光フィルタ、６０，６
２…集光レンズ、６１…半導体位置検出器、６３…モー
タ、６４…レンズ枠、６５…ベース、５８，６６…ラッ
ク、５９，６７…ピニオン、６８，６９…モータ駆動回
路、７０…ズームレンズ、７１…半導体位置検出器、８
０…スイッチ、８１，８２…サンプリング信号、９００
…光源、９０１…レーザビーム、９０２…ビームエキス
パンダ、９０３…ビームスプリッタ、９０４…ガルバノ
スキャナー、９０５，９０６…瞳伝送レンズ、９０７…
光偏向器、９０８…瞳投影レンズ、９０９…結像レン
ズ、９１０…λ／４波長板、９１１…対物レンズ、９１
２…試料、９１３…コンデンサレンズ、９１４…光検出
器、９１５…集光レンズ、９１６…ピンホール、９１７
…光検出器、９１８，９１９…駆動回路、９２０…レー
ザ光源、９２１…コリメータレンズ、９２２…集光レン
ズ、９２３…半導体位置検出器、９２４…サンプリング
信号発生回路、９２５…スイッチ、９２６…メモリ、９
２７…コンピュータ、９２８…ＣＲＴ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０６Ｋ 7/10 Ｂ 9191−5Ｌ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源の光を偏向する光偏向手段と、 この光偏向手段に照射し反射した光を集光する集光手段
   と、 この集光手段によって集光した位置に配置され、光位置
   に応じたアナログ電気信号を出力する光位置検出手段
   と、 前記光偏向手段の偏向角に対して予め設定された基準電
   気信号を出力する基準信号発生手段と、 この基準信号発生手段からの基準電気信号と前記光位置
   検出手段からの電気信号を入力し、両電気信号が一致し
   たとき信号を出力する比較手段と、 この比較手段からの出力信号が入力されたときパルス信
   号を出力するパルス発生手段と、 を具備したサンプリング信号発生装置。
2. 【請求項２】 光源の光を偏向する光偏向手段と、 この光偏向手段に照射し反射した光を集光する集光手段
   と、 この集光手段によって集光した位置に配置され、光位置
   に応じた電気信号を出力する複数の特性の異なる光位置
   検出手段と、 前記光偏向手段で反射された光を前記光位置検出手段に
   それぞれ導く光学手段と、 前記光偏向手段の偏向角に対して予め設定された基準電
   気信号を出力する基準信号発生手段と、 この各光位置検出手段の内偏向角に応じて選択された光
   位置検出手段から出力される電気信号と、前記基準信号
   発生手段から出力される電気信号を入力し、両電気信号
   が一致したとき信号を出力する比較手段と、 この比較手段からの出力信号が入力されたときパルス信
   号を出力するパルス発生手段と、 を具備したサンプリング信号発生装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の集光手段は、複数の焦点
   距離の異なるレンズであり、前記光偏向手段の偏向角に
   応じて最適なレンズが光路に挿入される構成としたこと
   を特徴とするサンプリング信号発生装置。
4. 【請求項４】 請求項１記載の集光手段は、ズームレン
   ズで構成したことを特徴とするサンプリング信号発生装
   置。
5. 【請求項５】 請求項１記載の光偏向手段の偏向角が光
   学的に無効倍率に相当する場合は、予め決められたサン
   プリング信号に切換えることを特徴とするサンプリング
   信号発生装置。
6. 【請求項６】 請求項１〜請求項５のいずれか一つに記
   載のサンプリング信号発生装置を、その光学素子駆動用
   とした走査型光学顕微鏡。