WO2020003429A1 - 光走査装置及び撮像装置 - Google Patents

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WO2020003429A1
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智史 渡部
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Definitions

  • the present invention relates to an optical scanning device and an imaging device using a multi-core fiber.
  • an imaging device using a leading-edge scanner has been developed as a device for obtaining a high-definition image.
  • An imaging device using a tip scanner generates a spot-like illumination (light spot) using an optical fiber and scans the light spot (point scan). Then, the imaging apparatus illuminates the subject by the point scan and sequentially captures the obtained subject optical images to obtain an image of the entire screen.
  • an imaging device using a multi-core fiber in which a multi-mode fiber or a single-mode fiber is bundled has been developed as an imaging device that can be configured with high definition and small size.
  • Japanese Patent Publication No. 2011-527218 discloses an endoscope that operates to adjust the phase of incident light incident on a multi-mode fiber or a fiber bundle with a spatial light phase modulator and perform point scanning of a light spot. It has been disclosed.
  • the spatial light phase modulator a liquid crystal panel is generally used.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2016-202360 discloses that a fiber Bragg grating is added to a plurality of single-mode fiber bundles to detect a bend from a wavelength shift of a reflected wave, and to determine a spatial light phase based on the detected bend.
  • An apparatus for illuminating a sample with an arbitrary and high-resolution light intensity pattern to perform high-resolution imaging regardless of bending of an optical fiber by adjusting a wavefront of a modulator is disclosed.
  • the image acquisition time is It is determined by the spot scanning rate and the number of scanning points, and the longer the scanning range, the longer the time required for image acquisition.
  • the scanning position is determined by controlling the orientation state of a liquid crystal panel constituting the spatial light phase modulator.
  • the spatial light phase modulator one light spot is formed for each frame of the liquid crystal panel, and the frame rate of the liquid crystal panel is limited by the response speed of the liquid crystal molecules. Is relatively low.
  • the point scanning type imaging apparatus using the spatial light phase modulator as the optical scanning apparatus has a problem that it is difficult to image a wide field of view at high speed.
  • the present invention enables a small-sized optical scanning device capable of performing high-definition and high-speed point scanning and a small-sized optical scanning device capable of capturing a high-definition image at a high speed. It is an object of the present invention to provide an imaging device capable of performing such operations.
  • An optical scanning device includes a light source that emits light, a plurality of cores having a single mode or a propagation mode in a fusing mode, a first end surface including one end surface of the plurality of cores, and a plurality of the first end surfaces.
  • a wavefront transmitting unit that transmits light between a second end surface constituted by the other end surface of the core, and spatial light phase modulation of the incident light on an optical path from the light source to the first end surface, The light emitted from the second end face of the wavefront transmitting section generates light of a basic wavefront to be incident on the first end face in order to obtain illumination light having a basic intensity distribution at a position at a predetermined distance from the second end face.
  • a fundamental wavefront modulating unit that emits light for emitting a light having a tilt component added to the fundamental wavefront on the first end surface of the wavefront transmitting unit on an optical path from the light source to the first end surface.
  • Doing comprising a two-dimensional intensity distribution control unit for changing the basic intensity distribution.
  • An imaging device includes the optical scanning device, and a photoelectric conversion unit that receives at least one of reflected light and fluorescent light from a subject illuminated by the illumination light from the second end surface and converts the reflected light and fluorescent light into an electric signal.
  • an imaging device includes a light source that emits light, a first end surface including a plurality of cores having a single mode or a fusing mode propagation mode, and a first end surface configured by one end surface of the plurality of cores.
  • a wavefront transmitting unit that transmits light between a second end surface formed by the other end surface of the core, and light emitted from the light source is incident, and spatial light phase modulation of the incident light is performed, The light emitted from the second end face of the wavefront transmitting section should be incident on the first end face in order to obtain illumination light having a basic intensity distribution at a first position within a first region at a predetermined distance from the second end face.
  • a first fundamental wavefront modulator that generates and emits light of a first fundamental wavefront, and the light emitted from the light source is incident thereon, and the incident outgoing light is subjected to spatial light phase modulation, so that the wavefront transmitting unit is Emitted from the second end face Second light to be incident on the first end face in order to obtain illumination light having a basic intensity distribution at a second position corresponding to the first position within a second region at a predetermined distance from the second end face by the emitted light
  • a second fundamental wavefront modulator that generates and emits a wavefront light; a first area information adding unit that adds information indicating the first area to the light of the first fundamental wavefront; A second area information adding unit that adds information indicating that the area is the second area to light of a wavefront; and a light receiving unit that receives at least one of reflected light and fluorescence from a subject illuminated by illumination light from the second end face.
  • a photoelectric conversion unit that converts the light into an electric signal; an electric signal based on the light in the first region based on the information added by the first region information adding unit and the information added by the second region information adding unit; To separate and detect electrical signals based on It comprises a distribution detecting unit.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating an imaging device using an optical scanning device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining an imaging principle using a wavefront transmission unit using a multi-core fiber.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining an imaging principle using a wavefront transmission unit using a multi-core fiber.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining high-speed point scanning according to the first embodiment.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram showing another configuration of the light-collecting position control unit. Explanatory drawing which shows the 2nd Embodiment of this invention.
  • FIG. 11 is an explanatory diagram illustrating a modification of the second embodiment.
  • FIG. 11 is an explanatory diagram illustrating a modification of the second embodiment.
  • FIG. 11 is an explanatory diagram illustrating a modification of the second embodiment.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram illustrating a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is an explanatory diagram for explaining an operation of the third embodiment.
  • FIG. 11 is an explanatory diagram for explaining an operation of the third embodiment.
  • FIG. 11 is an explanatory diagram for explaining an operation of the third embodiment.
  • FIG. 14 is an explanatory diagram showing a modification of the third embodiment.
  • FIG. 14 is an explanatory diagram showing a modification of the third embodiment.
  • FIG. 14 is an explanatory diagram showing a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram showing an imaging device using the optical scanning device according to the first embodiment of the present invention.
  • the present embodiment employs a multi-core fiber (hereinafter, also referred to as a wavefront transmission unit) including a plurality of cores each having one or a small number of propagation modes (single mode or Few mode), and is configured by a spatial light phase modulator.
  • the light spot is emitted from the emission end of the wavefront transmitting unit using the fundamental wavefront modulator, and a point scan is executed using the light-collecting position control unit that controls the light-collecting position of the light spot.
  • the frame rate of the point scan depends not on the modulation process of the spatial light phase modulator, but on the control of the focusing position of the focusing position control unit.
  • a high-speed point scan is realized by configuring the focusing position control unit with, for example, a galvanometer mirror or the like.
  • the condensing position control unit gives light from the fundamental wavefront modulator to the incident end face of the wavefront transmission unit by changing its phase distribution, and may be referred to as a phase converter. It may be called a distribution control unit.
  • the condensing position control unit changes the intensity distribution of the light forming the light spot (hereinafter, referred to as a basic intensity distribution), and may be called an intensity distribution control unit.
  • the wavefront transmission unit 1 is configured by a multi-core fiber including a plurality of cores having one or a small number of propagation modes (single mode or Few mode).
  • FIG. 2 schematically shows a cross section of the multi-core fiber constituting the wavefront transmitting unit 1, and a rectangle indicates one core.
  • One ends of the cores are fixed to each other and the other ends are also fixed to each other, and a first end surface 1a of the wavefront transmitting unit 1 that is one end surface formed by all one ends of each core is configured.
  • the second end face 1b of the wavefront transmitting portion 1 which is one end face by all the other ends of each core is configured.
  • a laser is used as a light source, and light from the laser is incident on the first end face 1 a of the wavefront transmitting unit 1.
  • the light incident on the wavefront transmitting unit 1 is discretized by each core, propagates through the core, is emitted from the second end surface 1b, and illuminates the subject.
  • the light emitted from the second end face 1b becomes light synthesized by interfering with the light emitted from other cores as it moves away from the second end face 1b.
  • the wavefront (hereinafter also referred to as an incident wavefront) Lwi of the incident wave on the first end surface 1a is a plane.
  • the optical path length from the input end to the output end of the multi-core fiber constituting the wavefront transmission unit 1 is not strictly equal between the cores due to the uniformity of the refractive index of the material, manufacturing variations, and the like. Therefore, the wavefronts of the light incident from the first end face 1a and transmitted through the respective cores generate a phase amount corresponding to the propagation optical path length to the second end face 1b.
  • the wavefront (hereinafter, also referred to as an outgoing wavefront) Lwo at the second end surface 1b of the light emitted from the second end surface 1b does not become a plane. Therefore, when the light incident on the wavefront transmission unit 1 is a laser, a pattern having a random intensity distribution generally observed as speckle is radiated from the second end surface 1b to the subject.
  • the relative phase difference between each core of the multi-core fiber can be measured in advance. Accordingly, when the light having the wavefront of the opposite phase to the wavefront Lwo in FIG. 2 as the incident wavefront is incident on the first end face 1a using the spatial light phase modulator, a plane wave can be emitted from the second end face 1b. Further, by giving a spherical component to the incident wavefront, light from the second end face can be condensed, and a light spot can be obtained at a position at a predetermined distance from the second end face.
  • FIG. 3 shows this state, and the incident wavefront LwiA is obtained by adding a spherical component to the wavefront having the opposite phase to the wavefront Lwo of FIG.
  • the light LcoA emitted from the second end face 1b of the wavefront transmission unit 1 forms a light spot Lsp at a predetermined position.
  • the relative phase difference between the cores of the multi-core fiber may be obtained by actual measurement, or a light spot may be generated at an arbitrary position on the other end by another optical system, and this light may be obtained. It may be obtained by measuring the wavefront when transmitted through the multi-core fiber in the reverse order, and inverting the sign of the measurement result (electronic phase conjugate).
  • a wavefront LwiA is generated by a spatial light phase modulator (not shown), and light of an incident wavefront LwiA is incident on the first end face 1a, so that predetermined light is emitted from the second end face 1b.
  • a basic intensity distribution forming the light spot Lsp at the position of the distance is obtained.
  • a wavefront of light incident on the first end surface 1a in order to obtain a basic intensity distribution forming a light spot Lsp at a predetermined point is referred to as a fundamental wavefront
  • a spatial light phase modulator that generates light of the fundamental wavefront is referred to as a fundamental wavefront. It shall be called a modulator.
  • the basic intensity distribution is not limited to the one that forms a light spot, and may be one that forms light having a predetermined intensity pattern.
  • the setting of the fundamental wavefront modulator is not changed, and light of the wavefront LwiA, which is the fundamental wavefront, is emitted from the fundamental wavefront modulator. Then, the light of the wavefront LwiA is incident on the first end surface 1a by changing the angle with respect to the optical axis by the condensing position control unit.
  • the middle part of FIG. 4 illustrates this state.
  • the tilt component Lwib is added to the light of the wavefront LwiA from the spatial light phase modulator by the focusing position control unit.
  • the wavefront LwiA is applied to the first end surface 1a.
  • the phase of the wavefront of the light incident on the lower core of the paper advances, and the phase of the wavefront of the light incident on the upper core of the paper delays.
  • the light spot Lsp due to the light LcoB emitted from the second end surface 1 b is obtained. Indicates a shift to the upper side of the drawing.
  • the addition of the tilt component by the focusing position control unit changes the phase distribution of the light from the fundamental wavefront modulator and causes the light to enter the incident end face of the wavefront transmission unit.
  • the control unit functions as a phase distribution control unit.
  • the light spot Lsp can be shifted to a desired position and a point scan can be realized.
  • the condensing position control unit is constituted by a galvanomirror or the like
  • a tilt component to be applied can be changed at an extremely high speed, and a point scan can be realized in an extremely short scan time.
  • a plane parallel to the second end face 1b where the light spot Lsp is present is defined as an xy plane
  • a light spot can be formed at an arbitrary position on the xy plane by the focusing position control shown in the middle part of FIG. It is.
  • the lower part of FIG. 4 shows that the focusing position of the light spot can be shifted in the optical axis direction.
  • the spherical component Lwic is added to the light of the wavefront LwiA from the spatial light phase modulator by the focusing position control unit, and as a result, the wavefront LwiC obtained by bending the wavefront LwiA on the first end surface 1a is obtained.
  • the phase of the wavefront of the light incident on the core on the peripheral side of the multi-core fiber advances, and the phase of the wavefront of the light incident on the core on the central side of the multi-core fiber delays.
  • the light emitted from the second end face 1b This indicates that the light spot Lsp due to LcoC shifts to the second end face 1b side.
  • a condensing position control unit can be constituted by, for example, a variable focus lens.
  • the components added to the fundamental wavefront to control the light spot focusing position are the tilt component and the spherical component, and the elements that add these components to the fundamental wavefront have different degrees of freedom of change.
  • An extremely low element can be adopted.
  • a fundamental wavefront modulator whose main role is to cancel a relative phase difference between cores of a multi-core fiber, and a control (scan control) of a condensing position of a light spot are mainly used.
  • the light-condensing position control unit is implemented by mutually different devices.
  • the wavefront transmission unit 11 is configured by a multi-core fiber including a plurality of cores having one or a small number of propagation modes (single mode or Few mode).
  • FIG. 1 schematically shows a cross section of a multi-core fiber constituting the wavefront transmission unit 11 as in FIG. 2, and a rectangle indicates one core.
  • One ends of the cores are fixed to each other and the other ends are also fixed to each other.
  • One end of each core is gathered to form a first end face 11a of the wavefront transmitting unit 11, and the other end of each core is Gather to form the second end face 11b of the wavefront transmission unit 11.
  • the wavefront transmitting unit 11 may be configured such that the cores are randomly arranged so that a spatial frequency component characteristic of the core arrangement hardly occurs.
  • the control unit 35 may be configured by a processor using a CPU or the like, and may operate according to a program stored in a memory (not shown) to control each unit, or a part of a function may be implemented by a hardware electronic circuit. Alternatively, all of them may be realized.
  • the control unit 35 controls the operations of a fundamental wavefront modulator 22, a light condensing position control unit 23, a light condensing position control unit 26, and the detector 30, which will be described later, and constitute the basic wavefront modulating unit.
  • the light source 21 is constituted by, for example, a laser.
  • a laser used as the light source 21 a gas laser using HeNe or the like or a single mode semiconductor laser is desirable.
  • the wavelength of the light emitted from the light source 21 is selected according to the characteristics of the subject and the characteristics of the fluorescent probe when performing imaging using fluorescence. It is desirable to appropriately select the time coherence of the light source 21 so that a combined wavefront can be formed at the second end face 11b.
  • the fundamental wavefront modulator 22 is configured by a spatial light phase modulator such as a transmission type liquid crystal array or a reflection type liquid crystal array (LCOS) in which a plurality of pixels are arranged two-dimensionally.
  • the fundamental wavefront modulator 22 is configured so that the number of pixels in these arrays is at least equal to or greater than the number of cores forming the wavefront transmission unit 11.
  • the fundamental wavefront modulator 22 is controlled by the control unit 35 to change the retardation of each pixel in the array at a desired gradation within a phase delay (retardation) of 0 to 2 ⁇ . .
  • the polarization component to which retardation is applied is limited, so that the polarization of light from the light source 21 may be limited to a direction in which the retardation can be changed.
  • two spatial light phase modulators may be provided according to two orthogonal polarization directions.
  • a spatial light intensity modulator may be provided separately from the spatial light phase modulator. In that case, it is desirable that the spatial light phase modulator and the spatial light intensity modulator are arranged at optically conjugate positions.
  • the light source 21 emits the plane wave Lwih.
  • the fundamental wavefront modulator 22 receives the plane wave Lwih on the incident surface, and forms a light spot on a plane (xy plane) parallel to the second end face 11b at a predetermined distance from the second end face 11b of the wavefront transmitting unit 11, for example. To emit light of the fundamental wavefront LwiA.
  • the light of the fundamental wavefront LwiA passes through the focusing position control unit 23 and the two lenses 24 and 25 and is incident on the focusing position control unit 26.
  • the focusing position control unit 23 can be configured by, for example, a variable focus lens.
  • the condensing position control unit 23 sets the condensing position of the light spot by the light emitted from the second end face 11b of the wavefront transmitting unit 11 in a direction orthogonal to the xy plane (hereinafter, referred to as a z direction or a depth direction). To change it. That is, the condensing position controller 23 is controlled by the controller 35 to add a spherical component shown in the lower part of FIG. 4 to the fundamental wavefront.
  • the light condensing position control unit 23 is arranged conjugate with the first end face 11a. The light emitted from the focusing position control unit 23 enters the focusing position control unit 26 via the lenses 24 and 25.
  • the focusing position controller 26 is controlled by the controller 35 to add a tilt component shown in the middle part of FIG. 4 to the fundamental wavefront.
  • the focusing position control unit 26 changes the focusing position of the light spot by the light emitted from the second end surface 11b of the wavefront transmitting unit 11 to an arbitrary position in the xy plane.
  • the condensing position control unit 26 changes the intensity distribution of the outgoing light in the xy plane obtained from the fundamental wavefront, and can be said to be a two-dimensional intensity distribution control unit.
  • a galvanomirror, a MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) mirror, or the like can be employed as the light-converging position controller 26 that provides such an effect.
  • the condensing position control unit 23 changes the basic intensity distribution forming the light spot in the z direction, and can be said to be a depth direction intensity distribution control unit.
  • the light-condensing position control unit 26 indicates that the light spot is changed in, for example, the y direction by an arrow indicating swinging about one axis (not shown).
  • the light position control unit 26 can swing around the other axis (not shown) to change the light spot also in the x direction, for example.
  • the condensing position control unit 26 when the condensing position control unit 26 is constituted by a galvanometer mirror, the galvanometer mirror is swung about one axis (not shown), and the entire apparatus including the galvanometer mirror is swung about the other axis (not shown). By moving the light spot, a light spot can be formed at an arbitrary position on the xy plane. Further, the light condensing position control unit 26 is constituted by a first galvanomirror that swings about one axis (not shown) and a second galvanomirror that swings about the other axis (not shown).
  • the light condensing position control unit 26 may be constituted by a MEMS mirror capable of performing angle modulation on two axes. Further, by swinging the focusing position control unit 26 about one axis, and swinging a beam splitter 28, which will be described later, that reflects light emitted from the focusing position control unit 26 around the other axis, A light spot may be formed at an arbitrary position on the xy plane.
  • the light condensing position controller 26 is arranged conjugate with the first end face 11a.
  • the relay optics is set between the mirrors so that the rotation center of each mirror is also conjugate with the first end face 11a. Place the system.
  • the light condensing position control unit 26 operates so that the light spot is point-scanned within a predetermined range on the xy plane.
  • a lens 27 and a beam splitter 28 are disposed on the optical path of the light emitted from the light-converging position controller 26.
  • the lens 27 guides the light from the focusing position control unit 26 to the beam splitter 28.
  • the beam splitter 28 reflects the light emitted from the focusing position control unit 26 and guides the light to the wavefront transmitting unit 11, and transmits the light from the wavefront transmitting unit 11 and guides the light to the detector 30.
  • a lens 29 and a wavefront transmitting unit 11 are arranged on the optical path of the reflected light of the beam splitter 28, a lens 29 and a wavefront transmitting unit 11 are arranged.
  • the lens 29 guides the reflected light of the beam splitter 28 to the first end face 11a of the wavefront transmitting unit 11.
  • the first end face 11a of the wavefront transmitting unit 11 is provided with a fundamental wavefront or a wavefront obtained by adding a tilt component or a spherical component to the fundamental wavefront (hereinafter referred to as a fundamental wavefront including the fundamental wavefront and controlled in position. ) Light is incident.
  • a half mirror is used for imaging using normal light
  • a dichroic mirror is used for imaging using fluorescence.
  • the wavefront transmitting unit 11 transmits the light incident on the first end face 11a by each core and emits the light from the second end face 11b.
  • the combined light Lco from the second end face 11b is condensed to form a light spot.
  • the formation position of this light spot is controlled in the scanning direction (xy direction) by the focusing position control unit 26 and is controlled by the focusing position control unit 23 in a direction orthogonal to the scanning direction.
  • the light spot can be scanned at a high speed by forming the light condensing position control unit 26 with a galvanometer mirror or a MEMS mirror.
  • the light spot of the light Lco emitted from the wavefront transmitting unit 11 is point-scanned, so that the subject is illuminated while being scanned by the light spot.
  • the reflected light of the subject enters the second end face 11b, is transmitted to the first end face 11a side by each core of the wavefront transmission unit 11, and is emitted from the first end face 11a to the lens 29 side.
  • the emitted light passes through the lens 29 and the beam splitter 28 and enters the detector 30.
  • the detector 30 is configured by a photoelectric conversion unit such as a photodiode serving as a light detection element, and is controlled by the control unit 35 to detect incident light and generate an image signal based on an optical image based on the incident light. It has become.
  • the photodetector constituting the detector 30 an element that takes into account the light receiving sensitivity, noise, and response speed according to the wavelength of the light to be detected and the amount of light expected from the subject reflected light is used. Further, the photodetector constituting the detector 30 may be of a single pixel, or may be a two-dimensional image sensor. Further, it is preferable that the size of the light receiving surface of the photodetector constituting the detector 30 be configured so that the signal light can be received without leakage.
  • the optical scanning device is constituted by the components other than the detector 30.
  • the example in which the light condensing position control unit 23 is arranged at the position where the light emitted from the fundamental wavefront modulator 22 is incident has been described, but the light condensing position control unit 23 extends from the light source 21 to the first end surface 11 a of the wavefront transmitting unit 11.
  • the light condensing position control unit 23 may be arranged at any position on the optical path.
  • the light focusing position control unit 23 may be configured by a deformable mirror.
  • the mirror used for the galvanomirror constituting the condensing position control unit 26 may be constituted by a deformable mirror
  • the beam splitter 28 may be constituted by a deformable mirror.
  • a shape for correcting aberration caused by the lens 27 and the lens 29 may be further added.
  • the condensing position control unit 26 is configured by, for example, a galvanomirror and is arranged on the optical path of the light emitted from the light source 21.
  • the condensing position control unit is configured by the beam splitter 28. It is also possible. That is, a fixed mirror is arranged at the position of the light-condensing position control unit 23 in FIG. 1, and the beam splitter 28 is moved according to the scanning of the light spot.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing the configuration in this case.
  • a fundamental wavefront modulator 22 and a mirror 31 are arranged on the optical path of the light emitted from the light source 21.
  • the mirror 31 reflects light of the fundamental wavefront from the fundamental wavefront modulator 22.
  • a lens 27 and a beam splitter 28 are arranged on the optical path of the light reflected by the mirror 31.
  • the lens 27 guides light from the mirror 31 to the beam splitter 28.
  • the beam splitter 28 reflects the light emitted from the mirror 31 and guides the light to the wavefront transmitting unit 11, and transmits the light from the wavefront transmitting unit 11 and guides the light to the detector 30.
  • the beam splitter 28 can be moved in a direction perpendicular to the reflection surface by an actuator (not shown) controlled by the control unit 35, as shown by an arrow in FIG.
  • the wavefront is inclined by the lens 29 and is incident on the first end face 11 a of the wavefront transmission unit 11. Accordingly, when the beam splitter 28 moves in the direction of the arrow in FIG. 5, the incident position of light on the lens 29 changes, and the tilt component added to the fundamental wavefront changes. The position of the light spot by the light Lco emitted from the end face 11b changes in the y direction.
  • the light spot of the light Lco emitted from the second end face 11b of the wavefront transmission unit 11 can be displaced in the x direction. That is, by moving the beam splitter 28, the light spot can be point-scanned in a predetermined range on the xy plane. In this case, it is desirable that the beam splitter 28 be disposed so as to coincide with the front focal position of the lens 29 and the rear focal position of the lens 27.
  • a basic wavefront is determined in advance according to the characteristics of the wavefront transmitting unit 11.
  • the light source 21 emits a plane wave Lwih.
  • This plane wave is incident on the fundamental wavefront modulator 22.
  • the fundamental wavefront modulator 22 is configured by a liquid crystal array, and converts the plane wave Lwih into light of the fundamental wavefront LwiA and emits the light by controlling the retardation of each pixel in the array.
  • the light of the fundamental wavefront LwiA passes through the focusing position control unit 23 and the lenses 24 and 25 and enters the focusing position control unit 26.
  • the condensing position controller 26 adds the first tilt component to the incident fundamental wavefront LwiA and emits it.
  • the light emitted from the focusing position control unit 26 enters the beam splitter 28 via the lens 27, is reflected by the beam splitter 28, and reaches the first end face 11 a of the wavefront transmission unit 11 via the lens 29.
  • the wavefront transmitting unit 11 guides the incident light to the second end face 11b by each core, and emits the light from the second end face 11b.
  • a light spot is formed on the xy plane by the combined light Lco from the second end face 11b.
  • the incident wavefront at the first end face 11a of the wavefront transmitting unit 11 is obtained by adding a first tilt component to the fundamental wavefront LwiA, and the light spot is formed at a position corresponding to the first tilt component.
  • the fundamental wavefront modulator 22 emits light of the same fundamental wavefront during one screen formation period.
  • the focusing position control unit 26 changes the tilt component added to the fundamental wavefront LwiA at a predetermined cycle.
  • the condensing position control unit 26 adds a second tilt component after the first tilt component.
  • the incident wavefront of the first end face 11a of the wavefront transmission unit 11 becomes the fundamental wavefront LwiA with the second tilt component added, and the light spot is formed at a position corresponding to the second tilt component.
  • the reflected light from the subject sequentially illuminated by the point scan of the light spot sequentially enters the second end face 11b of the wavefront transmitting section 11, passes through the wavefront transmitting section 11, and is emitted from the first end face 11a.
  • the subject reflected light passes through the lens 29 and the beam splitter 28 and enters the detector 30.
  • the detector 30 detects light from the subject that is sequentially incident, and obtains an image signal based on the subject optical image.
  • the focusing position control unit 23 By adding a spherical component to the fundamental wavefront by the focusing position control unit 23, it is possible to move the formation position of the light spot in a direction perpendicular to the xy plane.
  • a light spot is formed by generating light of the fundamental wavefront by the fundamental wavefront modulator, and a tilt component and a spherical component are added to the fundamental wavefront by the focusing position control unit.
  • the point scan is realized by changing the light spot focusing position. Therefore, the scan rate of the point scan depends on the speed at which the amount of addition of the tilt component of the focusing position control unit is changed.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram showing a second embodiment of the present invention. 6, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
  • the fundamental wavefront modulator 22 emits light of the same fundamental wavefront during one screen scanning period.
  • the magnitude of the tilt component (position modulation amount) added to the fundamental wavefront increases. It is conceivable that distortion occurs in the light spot and the quality of the acquired image deteriorates.
  • the aberration caused by the optical system (the lens 27 and the lens 29) for making the light condensing position control unit 26 conjugate with the first end surface 11a has a large magnitude (position modulation amount) of the tilt component added to the fundamental wavefront. And this also becomes a factor that causes distortion in the light spot. Therefore, in the present embodiment, the fundamental wavefront is changed according to the position on the screen so that the position modulation amount (the magnitude of the tilt component) added to the fundamental wavefront does not become larger than a predetermined threshold. I have.
  • the fundamental wavefront modulator 22 changes the fundamental wavefront according to the scanning position for each predetermined number of lines on one screen.
  • the scanning rate is affected by the frame rate of the fundamental wavefront modulator 22. Therefore, in the present embodiment, a plurality of fundamental wavefront modulators corresponding to the position of the screen are prepared, and the fundamental wavefront modulator to be used is switched according to the scanning position, thereby enabling high-speed point scanning. .
  • the light sources 21a and 21b have the same configuration as the light source 21, and emit the generated light.
  • Fundamental wavefront modulators 22a and 22b are arranged on the optical path of the light emitted from the light sources 21a and 21b, respectively.
  • the fundamental wavefront modulators 22a and 22b have the same configuration as the fundamental wavefront modulator 22, respectively, and are controlled by the control unit 35 to convert the plane waves Lwih from the light sources 21a and 21b into fundamental wavefronts LwiAa and LwiAb.
  • the fundamental wavefronts of the light emitted from the fundamental wavefront modulators 22a and 22b correspond to different positions on the screen.
  • the fundamental wavefront modulator 22a emits light of the fundamental wavefront LwiAa corresponding to the screen position on the upper side of the screen
  • the fundamental wavefront modulator 22b emits light of the fundamental wavefront LwiAb corresponding to the screen position on the lower side of the screen.
  • a wavefront switching member 42 is disposed on the optical path of light emitted from the fundamental wavefront modulators 22a and 22b.
  • the optical system for guiding the light emitted from the fundamental wavefront modulator 22b to the wavefront switching member 42 is not shown.
  • the wavefront switching member 42 is configured by, for example, a mirror.
  • the wavefront switching member 42 is controlled by the control unit 35 to change its position.
  • the wavefront switching member 42 is disposed at a position other than on the optical path from the fundamental wavefront modulator 22a to the focusing position control unit 26.
  • the light emitted from the fundamental wavefront modulator 22a is incident on the focusing position control unit 26, or is arranged on the optical path of the light emitted from the fundamental wavefront modulator 22b, and the light emitted from the fundamental wavefront modulator 22b is reflected. Then, the light is made to enter the light condensing position control unit 26.
  • the control unit 35 controls the wavefront switching member 42 in synchronization with the addition control of the tilt component of the focusing position control unit 26, that is, the point scan control. For example, if the fundamental wavefront LwiAa from the fundamental wavefront modulator 22a corresponds to the upper side of the screen, and the fundamental wavefront LwiAb from the fundamental wavefront modulator 22b corresponds to the lower side of the screen, the focusing position control unit When the point 26 performs the point scan control on the upper side of the screen, the wavefront switching member 42 is moved so that the light from the fundamental wavefront modulator 22a is incident on the focusing position control unit 26.
  • control unit 35 causes the light from the fundamental wavefront modulator 22b to be incident on the condensing position control unit 26 when the condensing position control unit 26 performs the point scan control on the lower side of the screen.
  • the wavefront switching member 42 is moved.
  • the light sources 21a and 21b generate the illumination light of the plane wave Lwih and make the light enter the fundamental wavefront modulators 22a and 22b, respectively.
  • the fundamental wavefront modulator 22a generates light of a fundamental wavefront LwiAa corresponding to a predetermined first area on the screen
  • the fundamental wavefront modulator 22b generates a fundamental wavefront LwiAb corresponding to a second area different from the first area on the screen. Generates light.
  • the control unit 35 moves the wavefront switching member 42 to add the tilt component for performing the point scan of the first area to the fundamental wavefront LwiAa by the light-condensing position control unit 26, so that the fundamental wavefront modulator 22a
  • the emitted light is caused to be incident on the focusing position control unit 26.
  • the control unit 35 moves the wavefront switching member 42 to move the fundamental wavefront modulator.
  • the reflected light of 22b is made to enter the focusing position control unit 26.
  • the fundamental wavefront LwiAa corresponds to the first area of the screen, and the magnitude of the tilt component added by the focusing position control unit 26 for the point scan of the relatively narrow first area is relatively small.
  • the fundamental wavefront LwiAb corresponds to the second area of the screen, and the magnitude of the tilt component added by the light-condensing position control unit 26 for the point scan of the relatively narrow second area is relatively small. .
  • the magnitude of the tilt component added to the fundamental wavefronts LwiAa and LwiAb by the focusing position control unit 26 is relatively small, and the distortion of the light spot obtained by the light Lco emitted from the wavefront transmission unit 11 is relatively small.
  • the fundamental wavefront corresponding to each area is facilitated in advance, and one of the fundamental wavefronts is selectively synchronized with the scan control. This has the advantage that the scanning rate can be increased and the distortion of the light spot can be suppressed.
  • the screen is divided into two and two fundamental wavefront modulators corresponding to two regions of the screen are used.
  • the screen is divided into three or more regions and each of the regions is divided into three or more regions.
  • Three or more fundamental wavefront modulators corresponding to a region may be used.
  • FIG. 7 and FIG. 8 are explanatory diagrams showing modified examples of the second embodiment.
  • the light of the fundamental wavefront LwiAa from the fundamental wavefront modulator 22a and the light of the fundamental wavefront LwiAb from the fundamental wavefront modulator 22b are selectively focused using the wavefront switching member 42.
  • the control unit 26 various methods for selectively making the lights of the two fundamental wavefronts incident on the light condensing position control unit 26 are considered.
  • the light sources 51a and 51b are configured so that the emission of the illumination light is controlled by the control unit 35. Assuming that the fundamental wavefront modulator 22a corresponds to the first area of the screen and the fundamental wavefront modulator 22b corresponds to the second area of the screen, the control unit 35 determines that the focusing position control unit 26 has the first area of the screen. , The light source 51a is turned on only during the period in which the point scan control is being performed, and the light source 51b is turned on only during the period in which the light condensing position control unit 26 is performing the point scan control on the second area of the screen.
  • the beam splitter 52 transmits the light emitted from the fundamental wavefront modulator 22a and makes the light incident on the focusing position control unit 26, and reflects the light emitted from the fundamental wavefront modulator 22b and makes it incident on the focusing position control unit 26.
  • the optical system for guiding the light emitted from the fundamental wavefront modulator 22b to the beam splitter 52 is not shown.
  • the light of the fundamental wavefront LwiAa enters the light collection position control unit 26 during the period in which the light collection position control unit 26 performs the point scan control on the first area of the screen, and the light collection position
  • the light of the fundamental wavefront LwiAb enters the focusing position control unit 26 during a period in which the control unit 26 performs the point scan control on the second area of the screen.
  • FIG. 8 shows an example in which the emission light switching member 55 is employed.
  • the emission light switching member 55 is a disk-shaped member, and has an opening 56 in a part near the periphery.
  • the emission light switching member 55 is controlled by the control unit 35 and is rotatable around the center of the circle as a rotation axis as indicated by an arrow.
  • the emission light switching member 55 can be rotated by the rotation control by the control unit 35 to the position where the opening 56 allows the light emitted from the light source 21a to pass, and the opening 56 can be rotated to the position where the light emitted from the light source 21b passes. Can rotate.
  • FIG. 8 shows a state in which light from the light source 21a can enter the fundamental wavefront modulator 22a.
  • the control unit 35 determines that the focusing position control unit 26 has the first area of the screen.
  • the light from the light source 21a is emitted to the fundamental wavefront modulator 22a through the opening 56, and the condensing position control unit 26 performs the point scan control on the second area of the screen.
  • the rotation of the emission light switching member 55 is controlled so that the light from the light source 21b is emitted to the fundamental wavefront modulator 22b through the opening 56.
  • the light of the fundamental wavefront LwiAa enters the focus position control unit 26 and the focus position
  • the light of the fundamental wavefront LwiAb enters the focusing position control unit 26 during a period in which the control unit 26 performs the point scan control on the second area of the screen.
  • one opening 56 is provided in the emission light switching member 55.
  • a configuration in which a plurality of openings are provided on the circumference may be used.
  • FIG. 9 is an explanatory view showing a third embodiment of the present invention. 9, the same components as those in FIGS. 6 and 7 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
  • one screen is divided into a plurality of screens, and light of each fundamental wavefront corresponding to each of the divided areas is selected while being selected in accordance with the scanning position of the focusing position control unit 26. Scanning of one screen was performed by adding a tilt component by the light position control unit 26.
  • light spots are simultaneously formed in a plurality of regions by simultaneously using the light of each fundamental wavefront corresponding to each region and adding the tilt component of the focusing position control unit 26. This makes it possible to perform point scanning.
  • each fundamental wavefront corresponding to each area forms each light spot at a position corresponding to each area on the xy plane.
  • the area information adding units 61a and 61b are provided.
  • the region information adding unit 61a is controlled by the control unit 35 to add information indicating the first region of the screen to the light of the fundamental wavefront from the fundamental wavefront modulator 22a and emit the light.
  • the region information adding unit 61b is controlled by the control unit 35 to add information indicating the second region of the screen to the light of the fundamental wavefront from the fundamental wavefront modulator 22b and emit the light.
  • the outgoing light of the area information adding unit 61a passes through the beam splitter 52 and enters the focusing position control unit 26, and the outgoing light of the area information adding unit 61b is reflected by the beam splitter 52 and is focused.
  • FIG. 9 shows an example in which the number of screen divisions is two, but the screen may be divided into three or more divisions. In this case, the light source, the fundamental wavefront modulator, and the area information adding unit may be provided by the number of divisions.
  • the area information adding units 61a and 61b add information indicating an area by changing the characteristics of the incident light without changing the fundamental wavefront.
  • the area information adding units 61a and 61b add information by changing the intensity of the incident light or changing the wavelength of the incident light.
  • the area information addition units 61a and 61b may add information of each area by changing the intensity of the incident light to make the light blink, and making the frequency, phase or intensity of the light different from each other.
  • the area information adding units 61a and 61b may add information of each area by making the wavelength of the incident light different from each other.
  • the area information adding units 61a and 61b For example, by employing a mechanical shutter or an AO modulator (Acoust Optical Modulators) or the like as the area information adding units 61a and 61b, it is possible to blink the incident light and control the blinking frequency, phase or intensity. Further, for example, by employing a color filter as the area information adding units 61a and 61b, the wavelength of the incident light can be changed. As described above, the area information adding units 61a and 61b can emit blinking light or light whose wavelength has been changed without changing the fundamental wavefront.
  • a mechanical shutter or an AO modulator Acoustic Optical Modulators
  • the area information detecting section 62 is provided with information on each area added by the area information adding sections 61a and 61b from the control section 35.
  • the area information detection unit 62 can separate and detect the subject reflected light at each position in each area from the light detected by the detector 30 based on the information provided by the control unit 35. I have.
  • FIGS. 10A to 10C are diagrams for explaining information added by the area information adding unit 61. 10A to 10C, the horizontal axis represents time t, the vertical axis I1 represents the light intensity of the light emitted from the area information adding unit 61a, and the vertical axis I2 represents the light intensity of the light emitted from the area information adding unit 61b. ing. That is, FIGS. 10A to 10C show an example in which the information of the area is transmitted by the light intensity.
  • the plane wave from the light source 21a is converted into light of a fundamental wavefront (first fundamental wavefront) corresponding to a predetermined position in the first region by the fundamental wavefront modulator 22a, and is focused through the region information adding unit 61a and the beam splitter 52.
  • the light enters the control unit 26.
  • the plane wave from the light source 21b is converted by the fundamental wavefront modulator 22b into light of a fundamental wavefront (second fundamental wavefront) corresponding to a predetermined position of the second region corresponding to a predetermined position of the first region, and the region information adding unit
  • the light is incident on the focusing position controller 26 via the beam splitter 61 b and the beam splitter 52.
  • the region information adding units 61a and 61b do not change the wavefront, and the first and second position-controlled first and second end surfaces 11a of the wavefront transmitting unit 11 are controlled by the addition of the tilt component of the condensing position control unit 26.
  • Light of the fundamental wavefront enters.
  • the outgoing light Lco1 based on the first fundamental wavefront and the outgoing light Lco2 based on the second fundamental wavefront are emitted from the second end face 11b of the wavefront transmitting unit 11, and the respective light spots based on the outgoing lights Lco1 and Lco2 are first and second. It is formed simultaneously at a corresponding position in the second region.
  • FIG. 10A shows that in the area information adding unit 61a, the light emitted from the fundamental wavefront modulator 22a blinks at a predetermined frequency, for example, f1. Further, it shows that the area information adding unit 61b causes the light emitted from the fundamental wavefront modulator 22b to blink at a predetermined frequency different from the frequency f1, for example, f2.
  • the frequencies f1 and f2 are sufficiently higher than the scanning rate, and the flickering of the light spot is repeated during the period when the light spot is formed at each of the first and second regions.
  • the subject reflected light by each light spot based on the outgoing lights Lco1 and Lco2 enters from the second end face 11b, passes through the wavefront transmitting unit 11, exits from the first end face 11a, passes through the lens 29 and the beam splitter 28, and The light enters the detector 30.
  • the light detected by the detector 30 includes a component that blinks at the frequency f1 and a component that blinks at the frequency f2.
  • the region information detection unit 62 is provided with information on the frequencies f1 and f2 from the control unit 35, and the region information detection unit 62 blinks at the frequency f2 and the component that flickers at the frequency f1 in the light detected by the detector 30. And the level of the separated component is detected. These levels indicate the levels of the subject reflected light from the first area and the subject reflected light from the second area, respectively.
  • the light of the fundamental wavefront is made to blink by the area information adding sections 61a and 61b, and the blinking frequency is made different by the area information adding sections 61a and 61b, so that the subject reflected light of the first area is obtained from the detection result of the detector 30. And the level of the subject reflected light in the second area can be detected separately.
  • FIG. 10B the control of FIG. 10B is performed by the control unit 35 in the area information adding units 61a and 61b.
  • the light of the first and second fundamental wavefronts corresponding to the corresponding positions of the first and second regions are blinked by the region information adding units 61a and 61b, and the blinking phases are made different from each other.
  • the blinking frequency is a frequency sufficiently higher than the scanning rate, and the blinking of the light spot is repeated during a period in which the light spot is formed in each of the first and second regions.
  • the emitted light Lco1 and the emitted light Lco2 are generated alternately, and the light spot is formed alternately in the first region and the second region.
  • the region information detection unit 62 is given information on the blinking phase from the control unit 35.
  • the region information detection unit 62 separates the subject reflected light from the first region and the subject reflected light from the second region. Level can be detected.
  • the light of the fundamental wavefront is flickered by the region information adding units 61a and 61b, and the blinking phase is made different by the region information adding units 61a and 61b, so that the subject reflected light of the first region is obtained from the detection result of the detector 30. And the level of the subject reflected light in the second area can be detected separately.
  • two detectors may be prepared, and a detector that receives the subject reflected light may be selected in synchronization with the blinking timing.
  • FIG. 10C shows that the intensity of the light emitted from the fundamental wavefront modulator 22a is changed in a predetermined first pattern in the area information adding unit 61a. Further, it shows that the intensity of the light emitted from the fundamental wavefront modulator 22b is changed in a predetermined second pattern different from the first pattern in the area information adding unit 61b.
  • the frequency at which the intensity is changed is a frequency sufficiently higher than the scanning rate, and the intensity of the light spot is changed to the first or the second during the period when the light spot is formed at each one of the first and second regions. It changes in the second pattern.
  • the light detected by the detector 30 includes a component whose level changes in the first pattern and a component whose level changes in the second pattern.
  • the region information detection unit 62 is provided with information of the first and second patterns from the control unit 35, and the region information detection unit 62 detects the component of the light detected by the detector 30 whose level changes in the first pattern. And the component whose level changes in the second pattern are separated, and the level of the separated component is detected. These levels indicate the levels of the subject reflected light from the first area and the subject reflected light from the second area, respectively.
  • the intensity of light of the fundamental wavefront is controlled by the region information adding units 61a and 61b, and light whose intensity changes in the first pattern or the second pattern is generated.
  • the level of the subject reflected light in the first area and the level of the subject reflected light in the second area can be detected separately from the detection result of the detector 30.
  • the region information adding unit changes the intensity and wavelength between the light of the fundamental wavefront corresponding to the first region and the light of the fundamental wavefront corresponding to the second region,
  • the level of the subject reflected light in the first area and the level of the subject reflected light in the second area can be detected separately from the detection result of the detector.
  • detectors corresponding to each wavelength may be provided, and the level of the subject reflected light in the first area and the level of the subject reflected light in the second area are detected from the output of each detector. be able to.
  • FIG. 11 and FIG. 12 are explanatory diagrams showing modified examples of the third embodiment.
  • the region information adding units 61a and 61b are arranged on the optical path of the light emitted from the fundamental wavefront modulators 22a and 22b, respectively.
  • the area information adding sections 63a and 63b are arranged on the optical path of light from the light sources 21a and 21b to the fundamental wavefront modulators 22a and 22b, respectively.
  • the area information adding sections 63a and 63b have the same configuration as the area information adding sections 61a and 61b, respectively. That is, the area information adding unit 63a is controlled by the control unit 35, and emits the plane wave light from the light source 21a with information indicating the first area of the screen added thereto. Further, the area information adding unit 63b is controlled by the control unit 35, and emits the plane wave light from the light source 21b with information indicating the second area of the screen added thereto.
  • the light from the area information adding unit 63a is incident on the fundamental wavefront modulator 22a and is converted into light of the first fundamental wavefront corresponding to a predetermined position in the first area.
  • the light is incident on the wavefront modulator 22b and is converted into light of a second fundamental wavefront corresponding to a predetermined position in the second region corresponding to a predetermined position in the first region.
  • the area information addition units 63a and 63b add information indicating an area by changing the characteristics of incident light without changing the wavefront, similarly to the area information addition units 61a and 61b. Change the intensity or change the wavelength of the incident light. For example, similarly to the area information adding sections 61a and 61b, the area information adding sections 63a and 63b change the intensity of the incident light to make the light blink, and make the frequency, phase or intensity of the light differ from each other, or Make the wavelengths of light different from each other.
  • the light sources 64a and 64b having the area information adding units 65a and 65b are employed.
  • the area information adding units 63a and 63b change the intensity of the incident light to make it blink, and change the frequency, phase or intensity of the blinking light or the wavelength of the incident light to each other.
  • different light is emitted, such light can be emitted from the light sources 64a and 64b.
  • the area information adding sections 65a and 65b are controlled by the control section 35 to control the light emitted from the light sources 64a and 64b, for example, to blink, light having a different blinking frequency, phase, or intensity. , And emit light having mutually different wavelengths.
  • FIG. 13 is an explanatory diagram showing a fourth embodiment of the present invention. 13, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
  • the first embodiment is different from the first embodiment in that the light emitted from the light source 21 is incident on the focusing position control unit 26 and the emission light from the focusing position control unit 26 is incident on the fundamental wavefront modulator 74. Different from form.
  • the light emitted from the light source 21 is incident on the light-collecting position control unit 26 via the mirror 71.
  • the light condensing position control unit 26 emits light after adding a tilt component.
  • Lenses 72 and 73 and a fundamental wavefront modulator 74 are arranged on the optical axis of the light emitted from the focusing position controller 26.
  • the fundamental wavefront modulator 74 is a reflection-type spatial light phase modulator that reflects incident light and changes the wavefront.
  • the fundamental wavefront modulator 74 is configured by a spatial light phase modulator such as a reflective liquid crystal array (LCOS) in which a plurality of pixels are arranged two-dimensionally.
  • the fundamental wavefront modulator 74 is configured such that the number of pixels in the array is at least equal to or greater than the number of cores forming the wavefront transmission unit 11.
  • the fundamental wavefront modulator 74 is controlled by the control unit 35 to change the retardation of each pixel in the array at a desired gradation within a phase delay (retardation) of 0 to 2 ⁇ . .
  • the fundamental wavefront modulator 74 is composed of a liquid crystal array
  • the polarization component to which retardation is applied is limited, the polarization of the light from the focusing position control unit 26 is limited to a direction in which the retardation can be changed. May be.
  • the light condensing position control unit 26, the fundamental wavefront modulator 74, and the first end face 11a are arranged at optically conjugate positions.
  • the light source 21 emits a plane wave
  • the light condensing position controller 26 emits a plane wave obtained by adding a tilt component to the incident plane wave.
  • the fundamental wavefront modulator 74 receives a plane wave LwihB having a tilt component added to the incident surface, and a plane (xy plane) parallel to the second end surface 11b at a position at a predetermined distance from the second end surface 11b of the wavefront transmitting unit 11, for example.
  • the light of the fundamental wavefront LwiB for forming a light spot thereon is emitted.
  • the position of the light spot on the xy plane is determined by the tilt component added by the focusing position control unit 26.
  • the wavefront transmission unit 11 is bent. Therefore, by adding a fiber Bragg grating to the wavefront transmitting unit 11, the bending of the wavefront transmitting unit 11 is detected, and based on the detection result, the optical image of the subject incident through the second end surface is corrected or connected. Then, a captured image in which the influence of bending is corrected may be obtained. In this case, a wider range than the screen to be configured may be scanned in consideration of bending correction.
  • the present invention is not limited to the above embodiments as they are, and can be embodied by modifying the constituent elements in the implementation stage without departing from the scope of the invention.
  • Various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the above embodiments. For example, some components of all the components shown in the embodiment may be deleted. Further, components of different embodiments may be appropriately combined.

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Abstract

本発明の光走査装置は、光を出射する光源（２１）と、シングルモード又はフューモードの伝播モードを有するコアを複数含み複数の前記コアの一端面により構成される第１端面（１１ａ）と複数の前記コアの他端面により構成される第２端面（１１ｂ）との間で光を伝送する波面伝達部（１１）と、前記光源（２１）から前記第１端面（１１ａ）までの光路上において、入射された光を空間光位相変調することにより、前記波面伝達部（１１）の前記第２端面（１１ｂ）から出射した光により前記第２端面（１１ｂ）から所定距離の位置において基本強度分布を有する照明光を得るために前記第１端面（１１ａ）に入射すべき基本波面の光を生成して出射する基本波面変調部（２２）と、前記光源（２１）から前記第１端面（１１ａ）までの光路上において、前記基本波面にチルト成分を付加した光を前記波面伝達部（１１）の前記第１端面（１１ａ）に入射させるための光を出射することで、前記基本強度分布を変更する２次元強度分布制御部（２６）と、を具備する。

Description

光走査装置及び撮像装置
　本発明は、マルチコアファイバを用いた光走査装置及び撮像装置に関する。
　近年、光ファイバを用いて光を伝送する照明装置や撮像装置が開発されている。例えば、束にした光ファイバにより光学像を伝送するファイバスコープが実用化されている。しかし、ファイバスコープは、１つの１つの光ファイバが各画素に相当し、解像度はファイバ束の数によって規定されるので伝送できる画像の精細度は比較的低い。
　そこで、高精細画像を得る装置として先端スキャナを用いた撮像装置が開発されている。先端スキャナを用いた撮像装置は、光ファイバによりスポット状の照明（光スポット）を生成し、光スポットをスキャンする（点スキャン）。そして、この撮像装置は、点スキャンにより被写体を照明し、得られる被写体光学像を順次取り込んで画面全体の画像を得る。
　しかしながら、先端スキャナを用いた撮像装置では、照明光を出射する先端に、光スポットをスキャンさせるためのスキャン機構を設ける必要があり、小型化が困難である。
　そこで、高精細で且つ小型に構成できる撮像装置として、マルチモードファイバ又はシングルモードファイバを束にしたマルチコアファイバを用いた撮像装置が開発されている。例えば、日本国特表２０１１－５２７２１８号公報には、マルチモードファイバ又はファイバ束に入射する入射光の位相を空間光位相変調器で調整し、光スポットを点スキャンするよう動作する内視鏡が開示されている。なお、空間光位相変調器としては、液晶パネルを用いたものが一般的である。
　また、日本国特開２０１６－２０２３６０号公報には、複数のシングルモードファイバ束にファイバブラッググレーティングを追加することで、反射波の波長シフトから曲げを検出し、検出した曲げに基づいて空間光位相変調器の波面を調整することで光ファイバの曲げに拘わらず、標本を任意かつ高解像度な光強度パターンで照明して高解像度なイメージングを行う装置が開示されている。
　しかしながら、光スポットで被写体上を走査しながら照明し、被写体の局所的な光学応答（反射、蛍光）を検出して画像を構成する装置（点走査型の撮像装置）においては、像取得時間はスポットの走査レートとスキャン点数によって決まり、走査範囲が広いほど像取得に要する時間が長くなる。
　しかも、点走査型の撮像装置のうち空間光位相変調器によって光スポットを点スキャンする装置においては、空間光位相変調器を構成する液晶パネルの配向状態を制御することで、スキャン位置が決定される。即ち、空間光位相変調器では、液晶パネルの１フレーム毎に１つの光スポットが形成されることになり、液晶分子の応答速度により液晶パネルのフレームレートが制限されるので、点スキャンの走査レートは比較的低くなる。このように、空間光位相変調器を光走査装置として用いた点走査型の撮像装置では、広視野を高速で撮像することは困難であるという問題があった。
　本発明は、小型に構成することができると共に高精細で高速な点スキャンを行うことができる光走査装置及び小型に構成することができると共に高精細な画像を高速に撮像することを可能にすることができる撮像装置を提供することを目的とする。
　本発明の一態様の光走査装置は、光を出射する光源と、シングルモード又はフューモードの伝播モードを有するコアを複数含み複数の前記コアの一端面により構成される第１端面と複数の前記コアの他端面により構成される第２端面との間で光を伝送する波面伝達部と、前記光源から前記第１端面までの光路上において、入射された光を空間光位相変調することにより、前記波面伝達部の前記第２端面から出射した光により前記第２端面から所定距離の位置において基本強度分布を有する照明光を得るために前記第１端面に入射すべき基本波面の光を生成して出射する基本波面変調部と、前記光源から前記第１端面までの光路上において、前記基本波面にチルト成分を付加した光を前記波面伝達部の前記第１端面に入射させるための光を出射することで、前記基本強度分布を変更する２次元強度分布制御部と、を具備する。
　本発明の一態様の撮像装置は、上記光走査装置と、前記第２端面からの照明光によって照明された被写体からの反射光及び蛍光の少なくとも一方を受光して電気信号に変換する光電変換部と、を具備する。
　また、本発明の他の態様の撮像装置は、光を出射する光源と、シングルモード又はフューモードの伝播モードを有するコアを複数含み複数の前記コアの一端面により構成される第１端面と複数の前記コアの他端面により構成される第２端面との間で光を伝送する波面伝達部と、前記光源の出射光が入射され、入射された前記出射光を空間光位相変調することにより、前記波面伝達部の前記第２端面から出射した光により前記第２端面から所定距離の第１領域内の第１位置において基本強度分布を有する照明光を得るために前記第１端面に入射すべき第１基本波面の光を生成して出射する第１基本波面変調器と、前記光源の出射光が入射され、入射された前記出射光を空間光位相変調することにより、前記波面伝達部の前記第２端面から出射した光により前記第２端面から所定距離の第２領域内の前記第１位置に対応する第２位置おいて基本強度分布を有する照明光を得るために前記第１端面に入射すべき第２基本波面の光を生成して出射する第２基本波面変調器と、前記第１基本波面の光に前記第１領域であることを示す情報を付加する第１領域情報付加部と、前記第２基本波面の光に前記第２領域であることを示す情報を付加する第２領域情報付加部と、前記第２端面からの照明光によって照明された被写体からの反射光及び蛍光の少なくとも一方を受光して電気信号に変換する光電変換部と、前記第１領域情報付加部及び第２領域情報付加部により付加された情報に基づいて前記第１領域の光に基づく電気信号と前記第２領域の光に基づく電気信号とを分離して検出する領域情報検出部と、を具備する。
本発明の第１の実施の形態に係る光走査装置を用いた撮像装置を示す説明図。 マルチコアファイバによる波面伝達部を利用した撮像原理を説明するための説明図。 マルチコアファイバによる波面伝達部を利用した撮像原理を説明するための説明図。 第１の実施の形態における高速な点スキャンを説明するための説明図。 集光位置制御部の他の構成を示す説明図。 本発明の第２の実施の形態を示す説明図。 第２の実施の形態の変形例を示す説明図。 第２の実施の形態の変形例を示す説明図。 本発明の第３の実施の形態を示す説明図。 第３の実施の形態の動作を説明するための説明図。 第３の実施の形態の動作を説明するための説明図。 第３の実施の形態の動作を説明するための説明図。 第３の実施の形態の変形例を示す説明図。 第３の実施の形態の変形例を示す説明図。 本発明の第４の実施の形態を示す説明図。
　以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
（第１の実施の形態）
　図１は本発明の第１の実施の形態に係る光走査装置を用いた撮像装置を示す説明図である。
　本実施の形態は、それぞれ１つ又は少数の伝播モード（シングルモード又はフューモード）を有するコアを複数含むマルチコアファイバ（以下、波面伝達部ともいう）を採用し、空間光位相変調器により構成される基本波面変調器を用いて波面伝達部の出射端から光スポットを出射させると共に、光スポットの集光位置を制御する集光位置制御部を用いて点スキャンを実行する。この結果、点スキャンのフレームレートは、空間光位相変調器の変調処理ではなく、集光位置制御部の集光位置の制御に依存する。本実施の形態においては、集光位置制御部を例えばガルバノミラー等によって構成することにより、高速な点スキャンを実現する。
　なお、集光位置制御部は、波面伝達部の入射端面に、基本波面変調器からの光を、その位相分布を変化させて与えるものであり、位相変換器と言ってもよく、また、位相分布制御部と言ってもよい。また、集光位置制御部は、結果的に、光スポットを形成する光の強度分布（以下、基本強度分布という）を変更するものであり、強度分布制御部と言ってもよい。
　先ず、図２から図４の説明図を参照して、マルチコアファイバによる波面伝達部を利用した撮像原理について説明する。
　図２において、波面伝達部１は、１つ又は少数の伝播モード（シングルモード又はフューモード）を有するコアを複数含むマルチコアファイバにより構成されている。図２は波面伝達部１を構成するマルチコアファイバの断面を模式化して示しており、長方形が１つのコアを示している。各コアの一方端同士は相互に固定されると共に他方端同士も相互に固定されており、各コアの全ての一方端による１つの端面である波面伝達部１の第１端面１ａが構成され、各コアの全ての他方端による１つの端面である波面伝達部１の第２端面１ｂが構成される。
　例えば、光源としてレーザを採用し、レーザからの光を波面伝達部１の第１端面１ａから入射する。波面伝達部１に入射した光は、各コアで離散化されてコア内を伝播し、第２端面１ｂから出射されて被写体が照明される。第２端面１ｂから出射された光は、第２端面１ｂから離れるに従って、他のコアからの出射光と干渉して合成された光となる。
　いま、波面伝達部１の第１端面１ａに、波面が第１端面１ａに平行な平面波を入射するものとする。図２の破線は第１端面１ａにおける入射波の波面（以下、入射波面ともいう）Ｌｗｉが平面であることを示している。通常、波面伝達部１を構成するマルチコアファイバの入射端から出射端までの光路長は、材料の屈折率の均一性や製造ばらつき等に起因して各コア間で厳密には等しくならない。従って、第１端面１ａから入射されて各コアを伝送されるそれぞれ光の波面は、第２端面１ｂまでの伝播光路長に応じた位相量を生じる。この結果、図２の破線にて示すように、第２端面１ｂから出射される光の第２端面１ｂにおける波面（以下、出射波面ともいう）Ｌｗｏは、平面とはならない。従って、波面伝達部１の入射光がレーザの場合には、第２端面１ｂから一般的にスペックルとして観察されるランダムな強度分布を有するパターンが被写体に照射されることになる。
　マルチコアファイバの第１端面に第１波面を有する光を入射させた場合に、第２端面から第２波面を有する光が出射されるものとする。この場合に、マルチコアファイバを構成する各コア間の相対的な位相量が固定されているものとすると、第２波面の逆位相の波面を入射波面とする光をマルチコアファイバの第１端面に入射すると、第２端面からは第１波面を有する光が出射されることになる。
　マルチコアファイバの各コア間の相対的な位相差は予め計測することが可能である。従って、空間光位相変調器を用いて、図２の波面Ｌｗｏの逆位相の波面を入射波面とする光を第１端面１ａに入射させると、第２端面１ｂから平面波を出射させることができる。更に、この入射波面に球面成分を付与することにより、第２端面からの光を集光させて第２端面から所定距離の位置において光スポットを得ることができる。
　図３はこの状態を示しており、入射波面ＬｗｉＡは、図２の波面Ｌｗｏの逆位相の波面に球面成分を付加したものである。これにより、波面伝達部１の第２端面１ｂからの出射光ＬｃｏＡは、所定の位置において光スポットＬｓｐを形成する。なお、マルチコアファイバの各コア間の相対的な位相差は、実際に計測することによって求めてもよいし、他方端側の任意の場所に光スポットを別の光学系で生成し、この光が逆順でマルチコアファイバを透過した場合の波面を計測し、計測結果を符号反転することで求めてもよい（電子位相共役）。
　従って、この手法により出射端側で点スキャンして波面を計測することにより、点スキャンが可能な波面を空間光位相変調器に生成させるためのルックアップテーブルを作成することが可能である。しかしながら、上述したように、空間光位相変調器によって点スキャンを可能にする光を生成する場合には、空間光位相変調器を構成する液晶パネルのフレームレートに依存して走査レートが低下するという欠点がある。
　そこで、本実施の形態においては、図４に示す手法によって、高速な点スキャンを実現する。
（高速な点スキャンの原理）
　マルチコアファイバにおける各コア間の相対的な位相差は、加工条件、温度、応力等の要因で変化する。従って、各コア間の位相差の相殺に必要な入射波面の形状は複雑であり、高い自由度で所望の波面の光を生成可能な空間光位相変調器を採用する必要がある。
　図４の上段は、図３と同様に、図示しない空間光位相変調器によって波面ＬｗｉＡの光を発生し、第１端面１ａに入射波面ＬｗｉＡの光を入射させることで、第２端面１ｂから所定距離の位置において光スポットＬｓｐを形成する基本強度分布が得られることを示している。以下、所定のポイントに光スポットＬｓｐを形成する基本強度分布を得るために第１端面１ａに入射させる光の波面を基本波面と言い、基本波面の光を生成する空間光位相変調器を基本波面変調器と言うものとする。なお、基本強度分布としては、光スポットを形成するものに限定するものではなく、所定の強度パターンの光を形成するものであってもよい。
　本実施の形態においては、例えば、１画面の画像を形成する期間、基本波面変調器の設定は変更せず、基本波面変調器から基本波面である波面ＬｗｉＡの光を出射させる。そして、集光位置制御部によって、波面ＬｗｉＡの光を光軸に対する角度を変化させて第１端面１ａに入射させるようになっている。
　図４の中段はこの状態を示しており、空間光位相変調器からの波面ＬｗｉＡの光に、集光位置制御部によってチルト成分Ｌｗｉｂが付加され、その結果として、第１端面１ａに、波面ＬｗｉＡが傾斜して得られた波面ＬｗｉＢの光が入射する。図４の例では紙面下側のコアに入射する光の波面の位相が進み、紙面上側のコアに入射する光の波面の位相が遅れる結果、第２端面１ｂからの出射光ＬｃｏＢによる光スポットＬｓｐは紙面上側にシフトすることを示している。なお、集光位置制御部によるチルト成分の付加は、基本波面変調器からの光をその位相分布を変化させて波面伝達部の入射端面に入射させるものであり、上述したように、集光位置制御部は位相分布制御部として機能する。
　このように、集光位置制御部により付与するチルト角及びチルト方向を調整することで、光スポットＬｓｐを所望の位置にシフトさせて、点スキャンを実現することができる。例えば、集光位置制御部をガルバノミラー等によって構成することによって、付与するチルト成分を極めて高速に変化させることができ、極めて短いスキャン時間で点スキャンを実現することができる。なお、光スポットＬｓｐが存在する第２端面１ｂに平行な面をｘｙ平面とすると、図４の中段に示す集光位置制御によって、ｘｙ平面上の任意の位置に光スポットを形成することが可能である。
　また、図４の下段は、光スポットの集光位置を光軸方向にシフト可能であることを示すものである。例えば、空間光位相変調器からの波面ＬｗｉＡの光に、集光位置制御部によって球面成分Ｌｗｉｃを付加し、その結果として、第１端面１ａに、波面ＬｗｉＡが湾曲して得られた波面ＬｗｉＣの光が入射する。図４の例ではマルチコアファイバの周囲側のコアに入射する光の波面の位相が進み、マルチコアファイバの中心側のコアに入射する光の波面の位相が遅れる結果、第２端面１ｂからの出射光ＬｃｏＣによる光スポットＬｓｐは第２端面１ｂ側にシフトすることを示している。なお、このような集光位置制御部は、例えば、焦点可変レンズ等によって構成することができる。
　このように、光スポットの集光位置を制御するために基本波面に付与する成分はチルト成分や、球面成分であり、これらの成分を基本波面に付加する素子としては、変更の自由度が比較的低い素子を採用することができる。本実施の形態は、マルチコアファイバの各コア間の相対的な位相差の相殺を主な役割とする基本波面変調器と、光スポットの集光位置の制御（スキャン制御）を主な役割とする集光位置制御部とを、相互に別のデバイスによって実装する。
　次に、図１を参照して本実施の形態における撮像装置の構成について説明する。
　図１において、波面伝達部１１は、１つ又は少数の伝播モード（シングルモード又はフューモード）を有するコアを複数含むマルチコアファイバにより構成されている。図１では、図２と同様に波面伝達部１１を構成するマルチコアファイバの断面を模式化して示しており、長方形が１つのコアを示している。各コアの一方端同士は相互に固定されると共に他方端同士も相互に固定されており、各コアの一方端が集まって波面伝達部１１の第１端面１１ａが構成され、各コアの他方端が集まって波面伝達部１１の第２端面１１ｂが構成される。
　なお、整列し等間隔で並んだコアによってマルチコアファイバを構成した場合には、配列の周期に起因して、光スポットＬｓｐが複数発生しやすい（グレーティングの高次光と同様）。そこで、波面伝達部１１は、各コアをランダムに配置して、コア配置に特徴的な空間周波数成分が生じにくくなるように構成してもよい。
　制御部３５は、ＣＰＵ等を用いたプロセッサによって構成されて、図示しないメモリに記憶されたプログラムに従って動作して各部を制御するものであってもよいし、ハードウェアの電子回路で機能の一部又は全部を実現するものであってもよい。制御部３５は、基本波面変調部を構成する後述する基本波面変調器２２、集光位置制御部２３、集光位置制御部２６及びディテクタ３０の動作を制御するようになっている。
　光源２１は、例えば、レーザによって構成される。なお光源２１として用いるレーザとしては、ＨｅＮｅ等を利用したガスレーザ、またはシングルモードの半導体レーザが望ましい。光源２１からの出射光の波長は、被写体の特性および蛍光を用いた撮像を行う場合は蛍光プローブの特性に応じて選択する。第２端面１１ｂで合成波面を形成できるように光源２１の時間コヒレンスを適切に選択することが望ましい。
　光源２１の出射光の光路上には、基本波面変調器２２、集光位置制御部２３、２つのレンズ２４，２５及び集光位置制御部２６が配置される。基本波面変調器２２は、２次元に複数の画素を配置した透過型液晶アレイや反射型液晶アレイ（ＬＣＯＳ）等の空間光位相変調器によって構成される。これらのアレイの画素の数が少なくとも波面伝達部１１を構成するコアの数以上になるように基本波面変調器２２を構成する。基本波面変調器２２は、制御部３５に制御されて、アレイ中の各画素について、所望の階調で、０～２πの位相遅れ（リタデーション）の範囲内でリタデーションを変更するようになっている。なお、基本波面変調器２２を液晶アレイで構成する場合には、リタデーションを与えられる偏光成分が限られるため、光源２１からの光の偏光をリタデーションの変更が可能な方向に制限してもよい。あるいは直交する２つの偏光方向に応じて２つの空間光位相変調器を備えてもよい。また、空間光位相変調器とは別に、空間光強度変調器を備えても良い。その場合、空間光位相変調器と、空間光強度変調器とは光学的に共役な位置に配置するのが望ましい。
　光源２１は、平面波Ｌｗｉｈを出射する。基本波面変調器２２は、入射面に平面波Ｌｗｉｈが入射され、波面伝達部１１の第２端面１１ｂから所定距離の位置において第２端面１１ｂに例えば平行な平面（ｘｙ平面）上に光スポットを形成するための基本波面ＬｗｉＡの光を出射する。
　この基本波面ＬｗｉＡの光が集光位置制御部２３及び２つのレンズ２４，２５を通過して集光位置制御部２６に入射される。集光位置制御部２３は、例えば、焦点可変レンズによって構成することができる。集光位置制御部２３は、波面伝達部１１の第２端面１１ｂから出射される出射光による光スポットの集光位置を、ｘｙ平面に直交する方向（以下、ｚ方向又は深さ方向という）に変化させるものである。即ち、集光位置制御部２３は、制御部３５に制御されて、基本波面に、図４の下段に示す球面成分を付加するものである。なお、集光位置制御部２３は、第１端面１１ａと共役に配置する。集光位置制御部２３の出射光は、レンズ２４，２５を介して集光位置制御部２６に入射される。
　集光位置制御部２６は、制御部３５に制御されて、基本波面に、図４の中段に示すチルト成分を付加するものである。これにより、集光位置制御部２６は、波面伝達部１１の第２端面１１ｂから出射される出射光による光スポットの集光位置を、ｘｙ平面内の任意の位置に変化させる。なお、集光位置制御部２６は、基本波面により得られるｘｙ平面における出射光の強度分布を変化させるものであり、２次元強度分布制御部とも言える。このような効果を与える集光位置制御部２６としては、例えば、ガルバノミラーやＭＥＭＳ（Micro-Electro-Mechanical Systems）ミラー等を採用することができる。なお、集光位置制御部２３については、光スポットを形成する基本強度分布をｚ方向に変化させるものであり、深さ方向強度分布制御部とも言える。
　また、図２の例では、集光位置制御部２６は、図示しない一方の軸を中心に揺動することを示す矢印により、光スポットを例えばｙ方向に変化させることを示しているが、集光位置制御部２６は、図示しない他方の軸を中心に揺動して、光スポットを例えばｘ方向にも変化させることができるようになっている。
　例えば、集光位置制御部２６をガルバノミラーで構成する場合には、図示しない一方の軸を中心にガルバノミラーを揺動させると共に、ガルバノミラーを含む装置全体を図示しない他方の軸を中心に揺動させることによって、ｘｙ平面の任意の位置に光スポットを形成させることができる。また、集光位置制御部２６を図示しない一方の軸を中心に揺動する第１のガルバノミラーと図示しない他方の軸を中心に揺動する第２のガルバノミラーとによって構成して、入射光を第１のガルバノミラー、第２のガルバノミラーで順次反射させて出射することにより、ｘｙ平面の任意の位置に光スポットを形成させるようになっていてもよい。また、集光位置制御部２６を２軸で角度変調が可能なＭＥＭＳミラーで構成してもよい。更に、集光位置制御部２６を一方の軸を中心に揺動させると共に、集光位置制御部２６の出射光を反射する後述するビームスプリッタ２８を他方の軸を中心に揺動させることにより、ｘｙ平面の任意の位置に光スポットを形成させるようになっていてもよい。
　集光位置制御部２６は、第１端面１１ａと共役に配置する。なお、２つのミラーによって、ｘｙ平面の任意の位置に光スポットを形成させるように構成する場合には、各ミラーの回転中心も第１端面１１ａと共役となるように、ミラー相互間にリレー光学系を配置する。このように、集光位置制御部２６は、光スポットをｘｙ平面の所定の範囲内で点スキャンさせるように動作するようになっている。
　集光位置制御部２６の出射光の光路上には、レンズ２７及びビームスプリッタ２８が配置されている。レンズ２７は集光位置制御部２６からの光をビームスプリッタ２８に導く。ビームスプリッタ２８は、集光位置制御部２６の出射光を反射させて波面伝達部１１に導くと共に、波面伝達部１１からの光を透過させてディテクタ３０に導く。ビームスプリッタ２８の反射光の光路上にはレンズ２９及び波面伝達部１１が配置される。レンズ２９はビームスプリッタ２８の反射光を波面伝達部１１の第１端面１１ａに導く。これにより、波面伝達部１１の第１端面１１ａには、基本波面、又は、基本波面にチルト成分や球状成分が付加された波面（以下、基本波面を含みこれらの波面を位置制御された基本波面ともいう）の光が入射する。
　なお、ビームスプリッタ２８としては、通常光を用いた撮像の場合にはハーフミラーを採用し、蛍光を用いた撮像時にはダイクロイックミラーを採用する。
　波面伝達部１１は、第１端面１１ａに入射した光を各コアによって伝送し、第２端面１１ｂから出射する。第１端面１１ａに位置制御された基本波面の光が入射する結果、第２端面１１ｂからの合成光Ｌｃｏは集光して光スポットを形成する。この光スポットの形成位置は、集光位置制御部２６によってスキャン方向（ｘｙ方向）に制御され、集光位置制御部２３によってスキャン方向に直交する方向に制御される。集光位置制御部２６をガルバノミラーやＭＥＭＳミラーによって構成することによって、光スポットを高速にスキャンさせることが可能である。
　波面伝達部１１からの出射光Ｌｃｏによる光スポットが点スキャンされることによって被写体が光スポットによりスキャンされながら照明される。被写体の反射光は第２端面１１ｂに入射し、波面伝達部１１の各コアによって第１端面１１ａ側に伝送され、第１端面１１ａからレンズ２９側に出射される。この出射光は、レンズ２９及びビームスプリッタ２８を透過して、ディテクタ３０に入射される。ディテクタ３０は、例えば光検出素子であるフォトダイオード等の光電変換部によって構成されており、制御部３５に制御されて、入射光を検出し、入射光による光学像に基づく画像信号を生成するようになっている。
　なお、ディテクタ３０を構成する光検出素子としては、検出する光の波長や、被写体反射光に期待される光量に応じて受光感度、ノイズ、応答速度を考慮したものを採用する。また、ディテクタ３０を構成する光検出素子としては、単一画素のものでもよく、また、２次元のイメージセンサを用いても良い。また、ディテクタ３０を構成する光検出素子の受光面の大きさは、信号光を漏れなく受光できるように構成した方がよい。
　図１においては、ディテクタ３０を除く各構成要素によって、光走査装置が構成されることになる。
　なお、上記説明では、集光位置制御部２３は、基本波面変調器２２の出射光が入射される位置に配置した例を説明したが、光源２１から波面伝達部１１の第１端面１１ａに至る光路上のいずれの位置に集光位置制御部２３を配置してもよい。
　また、集光位置制御部２３として焦点可変レンズの例を説明したが、集光位置制御部２３をデフォーマブルミラーによって構成してもよい。例えば、集光位置制御部２６を構成するガルバノミラーに用いるミラーをデフォーマブルミラーによって構成してもよく、また、ビームスプリッタ２８をデフォーマブルミラーによって構成してもよい。なおデフォーマブルミラーで構成する場合、レンズ２７およびレンズ２９によって生じる収差を補正する形状をさらに付加してもよい。
　また、上記説明では、集光位置制御部２６は、例えばガルバノミラーによって構成して、光源２１の出射光の光路上に配置する例を示したが、集光位置制御部をビームスプリッタ２８によって構成することも可能である。即ち、図１の集光位置制御部２３の位置には固定されたミラーを配置すると共に、ビームスプリッタ２８を光スポットのスキャンに応じて移動させるのである。
　図５はこの場合の構成を示す説明図である。
　光源２１の出射光の光路上には基本波面変調器２２及びミラー３１が配置される。ミラー３１は基本波面変調器２２からの基本波面の光を反射させる。ミラー３１の反射光の光路上にはレンズ２７及びビームスプリッタ２８が配置されている。レンズ２７はミラー３１からの光をビームスプリッタ２８に導く。ビームスプリッタ２８は、ミラー３１の出射光を反射させて波面伝達部１１に導くと共に、波面伝達部１１からの光を透過させてディテクタ３０に導く。図５の例では、ビームスプリッタ２８は、制御部３５に制御された図示しないアクチュエータにより、図５の矢印に示すように、反射面に直行する方向に移動することができるようになっている。
　ビームスプリッタ２８の反射面が実線の位置にある場合の光（図５の細線矢印）の波面に対して、ビームスプリッタ２８の反射面が破線の位置にある場合の光（図５の太線）の波面は、レンズ２９によって傾斜して波面伝達部１１の第１端面１１ａに入射する。従って、図５の矢印方向にビームスプリッタ２８が移動することによってレンズ２９への光の入射位置が変化し、基本波面に付加されるチルト成分が変化することになり、波面伝達部１１の第２端面１１ｂからの出射光Ｌｃｏによる光スポットは、ｙ方向に位置が変わる。なお、ビームスプリッタ２８を図５の紙面垂直方向に移動させることによって、波面伝達部１１の第２端面１１ｂからの出射光Ｌｃｏによる光スポットをｘ方向に変位させることができる。即ち、ビームスプリッタ２８を移動させることで、光スポットをｘｙ平面の所定範囲で点スキャンさせることができる。この場合、ビームスプリッタ２８はレンズ２９の前側焦点位置、およびレンズ２７の後側焦点位置と一致するように配されるのが望ましい。
　次に、このように構成された実施の形態の動作について図１の例を用いて説明する。
　点スキャンを実現するために、予め、波面伝達部１１の特性に応じて、基本波面を求めておく。光源２１は、平面波Ｌｗｉｈを出射する。この平面波は基本波面変調器２２に入射される。例えば、基本波面変調器２２は、液晶アレイによって構成されてアレイ中の各画素のリタデーションの制御によって、平面波Ｌｗｉｈを基本波面ＬｗｉＡの光に変換して出射する。
　この基本波面ＬｗｉＡの光は、集光位置制御部２３、レンズ２４，２５を通過して集光位置制御部２６に入射する。集光位置制御部２６は、入射された基本波面ＬｗｉＡに第１のチルト成分を付加して出射する。集光位置制御部２６の出射光は、レンズ２７を介してビームスプリッタ２８に入射し、ビームスプリッタ２８によって反射してレンズ２９を介して波面伝達部１１の第１端面１１ａに到達する。波面伝達部１１は、入射した光を各コアにより第２端面１１ｂに導き、第２端面１１ｂから出射する。第２端面１１ｂからの合成光Ｌｃｏによりｘｙ平面において光スポットが形成される。
　波面伝達部１１の第１端面１１ａの入射波面は、基本波面ＬｗｉＡに第１のチルト成分が付加されたものであり、光スポットは第１のチルト成分に応じた位置に形成される。
　本実施の形態においては、基本波面変調器２２は、１画面の形成期間において同一の基本波面の光を出射する。一方、集光位置制御部２６は、所定の周期で基本波面ＬｗｉＡに付加するチルト成分を変更する。例えば、集光位置制御部２６は、第１のチルト成分の次に第２のチルト成分を付加する。これにより、波面伝達部１１の第１端面１１ａの入射波面は、基本波面ＬｗｉＡに第２のチルト成分が付加されたものとなり、光スポットは第２のチルト成分に応じた位置に形成される。
　以後、同様の動作が繰り返され、第２端面１１ｂからの合成光Ｌｃｏによりｘｙ平面において形成される光スポットは、集光位置制御部２６が付加するチルト成分に応じて移動し、ｘｙ平面の所定範囲において、点スキャンが行われる。
　光スポットの点スキャンによって順次照明された被写体からの反射光は、波面伝達部１１の第２端面１１ｂに順次入射し、波面伝達部１１を通過して第１端面１１ａから出射される。この被写体反射光は、レンズ２９及びビームスプリッタ２８を通過してディテクタ３０に入射する。ディテクタ３０は、順次入射される被写体からの光を検出し、被写体光学像に基づく画像信号を得る。
　なお、集光位置制御部２３によって、基本波面に球面成分を付加することにより、光スポットの形成位置をｘｙ平面に垂直な方向に移動させることができる。
　このように、本実施の形態においては、基本波面変調器によって基本波面の光を発生することで光スポットを形成すると共に、集光位置制御部によって基本波面にチルト成分や球面成分を付加することによって、光スポット集光位置を変化させて点スキャンを実現している。従って、点スキャンの走査レートは、集光位置制御部のチルト成分の付加量を変化させる速度に依存する。集光位置制御部をガルバノミラーやＭＥＭＳミラーにより構成することにより、チルト成分の付加および変更を極めて高速に行うことができ、極めて高速なスキャンが可能である。これにより、本実施の形態では、先端スキャン機構を設けることなく小型に構成すると共に、高精細な画像を高速に撮像する撮像装置を得ることができる。
（第２の実施の形態）
　図６は本発明の第２の実施の形態を示す説明図である。図６において図１と同一の構成要素には同一符号を付して説明を省略する。
　第１の実施の形態においては、１画面の走査期間において、基本波面変調器２２は同一の基本波面の光を出射した。しかしながら、波面伝達部１１の各コアにおいて少数の伝播モードが存在する場合、あるいはコア間のクロストークがある場合等においては、基本波面に付加するチルト成分の大きさ（位置変調量）が大きくなると、光スポットに歪が生じて、取得する画像品質が劣化することが考えられる。また、集光位置制御部２６を第１端面１１ａと共役にするための光学系（レンズ２７およびレンズ２９）によって生じる収差も、基本波面に付加するチルト成分の大きさ（位置変調量）が大きくなることで変化し、これも光スポットに歪が生じさせる要因となる。そこで、本実施の形態においては、基本波面に付加する位置変調量（チルト成分の大きさ）が所定の閾値よりも大きくならないように、画面の位置に応じて基本波面を変更するようになっている。
　例えば、１画面の所定のライン数毎に、基本波面変調器２２が走査位置に応じて基本波面を変更することが考えられる。しかしながら、この場合には、走査レートが基本波面変調器２２のフレームレートの影響を受けてしまう。そこで、本実施の形態においては、画面の位置に応じた複数の基本波面変調器を用意し、走査位置に応じて、使用する基本波面変調器を切換えることで、高速な点スキャンを可能にする。
　光源２１ａ，２１ｂは、それぞれ光源２１と同様の構成であり、発生した光を出射する。光源２１ａ，２１ｂの出射光の光路上には、それぞれ基本波面変調器２２ａ，２２ｂが配置される。基本波面変調器２２ａ，２２ｂは、それぞれ基本波面変調器２２と同様の構成であり、制御部３５に制御されて、光源２１ａ，２１ｂからの平面波Ｌｗｉｈを基本波面ＬｗｉＡａ，ＬｗｉＡｂに変換する。なお、基本波面変調器２２ａ，２２ｂが出射する光の基本波面は、それぞれ画面の異なる位置に対応するものである。例えば、基本波面変調器２２ａは画面上部側の画面位置に対応する基本波面ＬｗｉＡａの光を出射し、基本波面変調器２２ｂは画面下部側の画面位置に対応する基本波面ＬｗｉＡｂの光を出射する。
　基本波面変調器２２ａ，２２ｂの出射光の光路上には、波面切換部材４２が配置されている。なお、基本波面変調器２２ｂの出射光を波面切換部材４２に導く光学系については図示を省略している。波面切換部材４２は、例えば、ミラーによって構成される。波面切換部材４２は、制御部３５に制御されて、位置を変化させることができるようになっており、基本波面変調器２２ａから集光位置制御部２６までの光路上以外の位置に配置されて、基本波面変調器２２ａの出射光を集光位置制御部２６に入射させるか、又は、基本波面変調器２２ｂの出射光の光路上に配置されて、基本波面変調器２２ｂからの出射光を反射させて集光位置制御部２６に入射させるようになっている。
　制御部３５は、集光位置制御部２６のチルト成分の付加制御、即ち、点スキャン制御に同期させて、波面切換部材４２を制御する。例えば、基本波面変調器２２ａからの基本波面ＬｗｉＡａが画面の上部側に対応し、基本波面変調器２２ｂからの基本波面ＬｗｉＡｂが画面の下部側に対応している場合には、集光位置制御部２６が画面の上部側の点スキャン制御を行っている場合には、基本波面変調器２２ａからの光を集光位置制御部２６に入射させるように波面切換部材４２を移動させる。また、制御部３５は、集光位置制御部２６が画面の下部側の点スキャン制御を行っている場合には、基本波面変調器２２ｂからの光を集光位置制御部２６に入射させるように波面切換部材４２を移動させる。
　次に、このように構成された実施の形態の動作について説明する。
　光源２１ａ，２１ｂは、平面波Ｌｗｉｈの照明光を発生してそれぞれ基本波面変調器２２ａ，２２ｂに入射させる。基本波面変調器２２ａは画面上の所定の第１領域に対応する基本波面ＬｗｉＡａの光を発生し、基本波面変調器２２ｂは画面上の第１領域とは異なる第２領域に対応する基本波面ＬｗｉＡｂの光を発生する。制御部３５は、集光位置制御部２６によって第１領域の点スキャンを行うためのチルト成分を基本波面ＬｗｉＡａに付加させる場合には、波面切換部材４２を移動させて、基本波面変調器２２ａの出射光を集光位置制御部２６に入射させるようにする。また、制御部３５は、集光位置制御部２６によって第２領域の点スキャンを行うためのチルト成分を基本波面ＬｗｉＡｂに付加させる場合には、波面切換部材４２を移動させて、基本波面変調器２２ｂの反射光を集光位置制御部２６に入射させるようにする。
　基本波面ＬｗｉＡａは、画面の第１領域に対応しており、比較的狭い第１領域の点スキャンのために集光位置制御部２６が付加するチルト成分の大きさは、比較的小さい。同様に、基本波面ＬｗｉＡｂは、画面の第２領域に対応しており、比較的狭い第２領域の点スキャンのために集光位置制御部２６が付加するチルト成分の大きさは、比較的小さい。
　こうして、集光位置制御部２６により基本波面ＬｗｉＡａ，ＬｗｉＡｂに付加されるチルト成分の大きさは比較的小さく、波面伝達部１１からの出射光Ｌｃｏにより得られる光スポットの歪は比較的小さい。
　このように本実施の形態においては、画面の領域に対応して基本波面を変更すると共に、各領域に対応した基本波面を予め容易し、スキャン制御に同期していずれかの基本波面を選択的に用いるようになっており、走査レートを高くすると共に、光スポットの歪を抑制することができるという利点を有する。
　なお、上記実施の形態においては、画面を２分割し、画面の２つの領域に対応した２つの基本波面変調器を用いた例を説明したが、画面を３つ以上の領域に分割し、各領域に対応する３つ以上の基本波面変調器を用いてもよい。
（変形例）
　図７及び図８は第２の実施の形態の変形例を示す説明図である。図６の実施の形態においては、波面切換部材４２を用いて、基本波面変調器２２ａからの基本波面ＬｗｉＡａの光と基本波面変調器２２ｂからの基本波面ＬｗｉＡｂの光とを選択的に集光位置制御部２６に入射させたが、２つの基本波面の光を選択的に集光位置制御部２６に入射させる手法は種々考えられる。
　図７の例は光源２１ａ，２１ｂにそれぞれ代えて光源５１ａ，５１ｂを採用すると共に、波面切換部材４２に代えてビームスプリッタ５２を採用した点が図６の実施形態と異なるのみである。光源５１ａ，５１ｂは、制御部３５に照明光の出射が制御されるようになっている。基本波面変調器２２ａが画面の第１領域に対応し、基本波面変調器２２ｂが画面の第２領域に対応するものとすると、制御部３５は、集光位置制御部２６が画面の第１領域に対する点スキャン制御を行っている期間にのみ光源５１ａを点灯させ、集光位置制御部２６が画面の第２領域に対する点スキャン制御を行っている期間にのみ光源５１ｂを点灯させるように制御する。
　ビームスプリッタ５２は、基本波面変調器２２ａの出射光を透過させて集光位置制御部２６に入射させると共に、基本波面変調器２２ｂの出射光を反射させて集光位置制御部２６に入射させる。なお、基本波面変調器２２ｂからの出射光をビームスプリッタ５２に導く光学系は図示を省略している。
　この結果、図７の例においても、集光位置制御部２６が画面の第１領域に対する点スキャン制御を行う期間に、基本波面ＬｗｉＡａの光が集光位置制御部２６に入射し、集光位置制御部２６が画面の第２領域に対する点スキャン制御を行う期間に、基本波面ＬｗｉＡｂの光が集光位置制御部２６に入射する。
　また、図８は出射光切換部材５５を採用した例を示している。出射光切換部材５５は、円盤状の部材であり、周縁近傍の一部に開口部５６を有する。出射光切換部材５５は、制御部３５に制御されて、円形の中心を回転軸として矢印に示すように回転自在である。出射光切換部材５５は、制御部３５による回転制御によって、開口部５６が光源２１ａの出射光を通過させる位置に回転することができると共に、開口部５６が光源２１ｂの出射光を通過させる位置に回転することができる。例えば、図８では光源２１ａからの光が基本波面変調器２２ａに入射可能な状態を示している。
　基本波面変調器２２ａが画面の第１領域に対応し、基本波面変調器２２ｂが画面の第２領域に対応するものとすると、制御部３５は、集光位置制御部２６が画面の第１領域に対する点スキャン制御を行っている期間には、光源２１ａからの光を開口部５６を介して基本波面変調器２２ａに出射させ、集光位置制御部２６が画面の第２領域に対する点スキャン制御を行っている期間には光源２１ｂからの光を開口部５６を介して基本波面変調器２２ｂに出射するように、出射光切換部材５５を回転制御する。
　この結果、図８の例においても、集光位置制御部２６が画面の第１領域に対する点スキャン制御を行う期間に、基本波面ＬｗｉＡａの光が集光位置制御部２６に入射し、集光位置制御部２６が画面の第２領域に対する点スキャン制御を行う期間に、基本波面ＬｗｉＡｂの光が集光位置制御部２６に入射する。なお、上記実施の形態においては、出射光切換部材５５に１つの開口部５６を設けたが、周回上に複数の開口部を設ける構成にしてもよい。
（第３の実施の形態）
　図９は本発明の第３の実施の形態を示す説明図である。図９において図６及び図７と同一の構成要素には同一符号を付して説明を省略する。
　第２の実施の形態においては、１画面を複数に分割し、分割した各領域にそれぞれ対応した各基本波面の光を、集光位置制御部２６の走査位置に対応して選択しながら、集光位置制御部２６によりチルト成分を付加することで、１画面の走査を行った。これに対し、本実施の形態は、各領域にそれぞれ対応した各基本波面の光を同時に使用して、集光位置制御部２６のチルト成分の付加によって、複数の領域において光スポットを同時に形成し点スキャンすることを可能にしたものである。なお、この場合には、各領域にそれぞれ対応した各基本波面は、ｘｙ平面上の各領域の対応する位置に各光スポットを形成するものとなっている。これにより、これらの基本波面に同時に同一のチルト成分を付加することで、各領域の対応する位置において、同時に点スキャンが実行される。従って、１画面の走査に要する時間は、画面を分割しない場合に比べて分割数分の１となる。
　しかしながら、このような照明を撮像装置に適用する場合には、被写体からの反射光が画面上のいずれの位置からの光であるかを識別する必要がある。そこで、本実施の形態においては、領域情報付加部６１ａ，６１ｂが設けられている。領域情報付加部６１ａは、制御部３５に制御されて、基本波面変調器２２ａからの基本波面の光に、画面の第１領域を示す情報を付加して出射する。また、領域情報付加部６１ｂは、制御部３５に制御されて、基本波面変調器２２ｂからの基本波面の光に、画面の第２領域を示す情報を付加して出射する。
　領域情報付加部６１ａの出射光は、ビームスプリッタ５２を通過して集光位置制御部２６に入射し、領域情報付加部６１ｂの出射光は、ビームスプリッタ５２において反射して集光位置制御部２６に入射するようになっている。なお、図９は画面の分割数が２の例を示しているが、画面を３分割以上に分割してもよい。この場合には、光源、基本波面変調器及び領域情報付加部を分割数だけ設ければよい。
　領域情報付加部６１ａ，６１ｂは、基本波面の変更処理を行うことなく、入射光の特性を変更することで、領域を示す情報を付加する。領域情報付加部６１ａ，６１ｂは、入射光の強度を変更するか又は入射光の波長を変更することで情報を付加する。例えば、領域情報付加部６１ａ，６１ｂは、入射光の強度を変更することで明滅させ、明滅の周波数、位相又は強度を相互に異ならせることで、各領域の情報を付加してもよい。また、例えば、領域情報付加部６１ａ，６１ｂは、入射光の波長を相互に異ならせることで各領域の情報を付加してもよい。
　例えば、領域情報付加部６１ａ，６１ｂとして、メカニカルシャッタやＡＯモジュレータ（Acoust Optical Modulators）等を採用することで、入射光を明滅させ、明滅の周波数、位相又は強度を制御することが可能である。また、例えば、領域情報付加部６１ａ，６１ｂとして、カラーフィルタを採用することで、入射光の波長を変化させることができる。このように、領域情報付加部６１ａ，６１ｂは、基本波面を変更することなく、明滅した光や波長が変更された光を出射することができる。
　領域情報検出部６２には、制御部３５から領域情報付加部６１ａ，６１ｂによって付加された各領域の情報が与えられるようになっている。領域情報検出部６２は、制御部３５によって与えられた情報に基づいて、ディテクタ３０によって検出された光から、各領域の各位置における被写体反射光を分離して検出することができるようになっている。
　次に、このように構成された実施の形態の動作について、図１０Ａから図１０Ｃの説明図を参照して説明する。図１０Ａから図１０Ｃは領域情報付加部６１によって付加される情報を説明するためのものである。図１０Ａから図１０Ｃにおいて、横軸は時間ｔを示し、縦軸Ｉ１は領域情報付加部６１ａの出射光の光強度を示し、縦軸Ｉ２は領域情報付加部６１ｂの出射光の光強度を示している。即ち、図１０Ａから図１０Ｃは光強度によって領域の情報を伝送する例を示している。
　光源２１ａからの平面波は基本波面変調器２２ａによって第１領域の所定位置に対応した基本波面（第１基本波面）の光に変換され、領域情報付加部６１ａ及びビームスプリッタ５２を介して集光位置制御部２６に入射する。また、光源２１ｂからの平面波は基本波面変調器２２ｂによって第１領域の所定位置に対応する第２領域の所定位置に応じた基本波面（第２基本波面）の光に変換され、領域情報付加部６１ｂ及びビームスプリッタ５２を介して集光位置制御部２６に入射する。
　領域情報付加部６１ａ，６１ｂは波面を変更しておらず、波面伝達部１１の第１端面１１ａには、集光位置制御部２６のチルト成分の付与によって、位置制御された第１及び第２基本波面の光が入射する。こうして、波面伝達部１１の第２端面１１ｂからは第１基本波面に基づく出射光Ｌｃｏ１及び第２基本波面に基づく出射光Ｌｃｏ２が出射され、出射光Ｌｃｏ１，Ｌｃｏ２に基づく各光スポットが第１及び第２領域の対応する位置に同時に形成される。
　いま、例えば、領域情報付加部６１ａ，６１ｂにおいて、制御部３５により図１０Ａの制御が行われるものとする。図１０Ａは領域情報付加部６１ａにおいて、基本波面変調器２２ａの出射光を所定の周波数、例えばｆ１で明滅させることを示している。また、領域情報付加部６１ｂにおいて、基本波面変調器２２ｂの出射光を周波数ｆ１とは異なる所定の周波数例えばｆ２で明滅させることを示している。なお、この周波数ｆ１，ｆ２は、走査レートに比べて十分に高い周波数であって、第１及び第２領域の各１箇所に光スポットが形成される期間に、光スポットの明滅が繰り返されるものとする。
　出射光Ｌｃｏ１，Ｌｃｏ２に基づく各光スポットによる被写体反射光は、第２端面１１ｂから入射され、波面伝達部１１を通過して第１端面１１ａから出射され、レンズ２９及びビームスプリッタ２８を通過してディテクタ３０に入射する。ディテクタ３０において検出される光には、周波数ｆ１で明滅する成分と周波数ｆ２で明滅する成分とが含まれる。領域情報検出部６２には、制御部３５から周波数ｆ１，ｆ２の情報が与えられており、領域情報検出部６２は、ディテクタ３０において検出した光のうち周波数ｆ１で明滅する成分と周波数ｆ２で明滅する成分とを分離し、分離した成分のレベルを検出する。これらのレベルは、それぞれ第１領域からの被写体反射光と第２領域からの被写体反射光のレベルを示している。
　このように、領域情報付加部６１ａ，６１ｂによって基本波面の光を明滅させると共に、領域情報付加部６１ａ，６１ｂで明滅周波数を異ならせることにより、ディテクタ３０の検出結果から第１領域の被写体反射光のレベルと第２領域の被写体反射光のレベルとを分離して検出することができる。
　また、例えば、領域情報付加部６１ａ，６１ｂにおいて、制御部３５により図１０Ｂの制御が行われるものとする。図１０Ｂは領域情報付加部６１ａ，６１ｂによって、第１及び第２領域の対応する位置に応じた第１及び第２基本波面の光を明滅させると共に明滅位相を相互に異ならせるものである。明滅周波数は、走査レートに比べて十分に高い周波数であって、第１及び第２領域の各１箇所に光スポットが形成される期間に、光スポットの明滅が繰り返されるものとする。なお、図１０Ｂの例では、出射光Ｌｃｏ１と出射光Ｌｃｏ２とは交互に発生し、光スポットは第１領域と第２領域とで交互に形成される。
　従って、ディテクタ３０においては、第１領域の被写体反射光と第２領域の被写体反射光とが交互に入射されることになる。領域情報検出部６２には、制御部３５から明滅位相の情報が与えられており、領域情報検出部６２は、第１領域からの被写体反射光と第２領域からの被写体反射光とを分離してレベルを検出することができる。
　このように、領域情報付加部６１ａ，６１ｂによって基本波面の光を明滅させると共に、領域情報付加部６１ａ，６１ｂで明滅位相を異ならせることにより、ディテクタ３０の検出結果から第１領域の被写体反射光のレベルと第２領域の被写体反射光のレベルとを分離して検出することができる。
　なお、図１０Ｂの制御を行う場合には、２つのディテクタを用意し、明滅のタイミングに同期させて、被写体反射光を受光するディテクタを選択するように構成してもよい。
　また、例えば、領域情報付加部６１ａ，６１ｂにおいて、制御部３５により図１０Ｃの制御が行われるものとする。図１０Ｃは領域情報付加部６１ａにおいて、基本波面変調器２２ａの出射光の強度を所定の第１パターンで変化させることを示している。また、領域情報付加部６１ｂにおいて、基本波面変調器２２ｂの出射光の強度を第１パターンとは異なる所定の第２パターンで変化させることを示している。なお、この強度の変化周波数は、走査レートに比べて十分に高い周波数であって、第１及び第２領域の各１箇所に光スポットが形成される期間に、光スポットの強度が第１又は第２パターンで変化するものとする。
　ディテクタ３０において検出される光は、第１パターンでレベルが変化する成分と第２パターンでレベルが変化する成分とが含まれる。領域情報検出部６２には、制御部３５から第１及び第２パターンの情報が与えられており、領域情報検出部６２は、ディテクタ３０において検出した光のうち第１パターンでレベルが変化する成分と第２パターンでレベルが変化する成分とを分離し、分離した成分のレベルを検出する。これらのレベルは、それぞれ第１領域からの被写体反射光と第２領域からの被写体反射光のレベルを示している。
　このように、領域情報付加部６１ａ，６１ｂによって基本波面の光の強度を制御して、第１パターン又は第２パターンで強度が変化する光を発生させる。これにより、ディテクタ３０の検出結果から第１領域の被写体反射光のレベルと第２領域の被写体反射光のレベルとを分離して検出することができる。
　このように、本実施の形態においては、領域情報付加部によって、第１領域に対応する基本波面の光と第２領域に対応する基本波面の光とで、強度や波長を変化させることで、ディテクタの検出結果から第１領域の被写体反射光のレベルと第２領域の被写体反射光のレベルとを分離して検出することができる。なお、波長を変化させる場合には、各波長に対応したディテクタを設けてもよく、各ディテクタの出力から第１領域の被写体反射光のレベルと第２領域の被写体反射光のレベルとを検出することができる。
（変形例）
　図１１及び図１２は第３の実施の形態の変形例を示す説明図である。
　図９では領域情報付加部６１ａ，６１ｂをそれぞれ基本波面変調器２２ａ，２２ｂの出射光の光路上に配置した。これに対し、図１１は領域情報付加部６３ａ，６３ｂをそれぞれ光源２１ａ，２１ｂから基本波面変調器２２ａ，２２ｂまでの光の光路上に配置するものである。領域情報付加部６３ａ，６３ｂは、それぞれ領域情報付加部６１ａ，６１ｂと同様の構成である。即ち、領域情報付加部６３ａは、制御部３５に制御されて、光源２１ａからの平面波の光に、画面の第１領域を示す情報を付加して出射する。また、領域情報付加部６３ｂは、制御部３５に制御されて、光源２１ｂからの平面波の光に、画面の第２領域を示す情報を付加して出射する。
　領域情報付加部６３ａからの光は、基本波面変調器２２ａに入射されて第１領域の所定の位置に対応する第１基本波面の光に変換され、領域情報付加部６３ｂからの光は、基本波面変調器２２ｂに入射されて第１領域の所定の位置に対応する第２領域の所定位置に応じた第２基本波面の光に変換される。
　領域情報付加部６３ａ，６３ｂは、領域情報付加部６１ａ，６１ｂと同様に、波面を変化させることなく入射光の特性を変更することで領域を示す情報を付加するものであり、例えば入射光の強度を変更するか又は入射光の波長を変更する。例えば、領域情報付加部６３ａ，６３ｂは、それぞれ領域情報付加部６１ａ，６１ｂと同様に、入射光の強度を変更することで明滅させ、明滅の周波数、位相又は強度を相互に異ならせたり、入射光の波長を相互に異ならせる。
　このように、図１１の例でも、第３の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。
　また、図１２の例は、領域情報付加部６５ａ，６５ｂを有する光源６４ａ，６４ｂを採用するものである。図１１の例では、領域情報付加部６３ａ，６３ｂは、例えば、入射光の強度を変更させて明滅させ、明滅の周波数、位相又は強度を相互に異ならる光や、入射光の波長が相互に異なる光を出射するものであったが、このような光を光源６４ａ，６４ｂから出射させることもできる。即ち、領域情報付加部６５ａ，６５ｂは、制御部３５に制御されて、光源６４ａ，６４ｂの出射光を制御して、例えば、明滅し、明滅の周波数、位相又は強度が相互に異ならる光や、入射光の波長が相互に異なる光を出射させる。
　このように、図１２の例でも、第３の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。
（第４の実施の形態）
　図１３は本発明の第４の実施の形態を示す説明図である。図１３において図１と同一の構成要素には同一符号を付して説明を省略する。本実施の形態は、光源２１の出射光を集光位置制御部２６に入射させ、集光位置制御部２６の出射光を基本波面変調器７４に入射させるようにした点が第１の実施の形態と異なる。
　光源２１の出射光は、ミラー７１を介して集光位置制御部２６に入射するようになっている。集光位置制御部２６は、チルト成分を付与して出射する。集光位置制御部２６の出射光の光軸上にレンズ７２，７３及び基本波面変調器７４が配置されている。基本波面変調器７４は、入射した光を反射させると共に波面を変化させる、反射型の空間光位相変調器である。
　例えば、基本波面変調器７４は、２次元に複数の画素を配置した反射型液晶アレイ（ＬＣＯＳ）等の空間光位相変調器によって構成される。基本波面変調器７４は、アレイの画素の数が少なくとも波面伝達部１１を構成するコアの数以上になるように構成される。基本波面変調器７４は、制御部３５に制御されて、アレイ中の各画素について、所望の階調で、０～２πの位相遅れ（リタデーション）の範囲内でリタデーションを変更するようになっている。なお、基本波面変調器７４を液晶アレイで構成する場合には、リタデーションを与えられる偏光成分が限られるため、集光位置制御部２６からの光の偏光をリタデーションの変更が可能な方向に制限してもよい。
　集光位置制御部２６と基本波面変調器７４と第１端面１１ａとは、光学的に共役な位置に配置するようになっている。
　このように構成された実施の形態においては、光源２１は平面波を出射し、集光位置制御部２６は、入射した平面波にチルト成分を付加した平面波を出射する。基本波面変調器７４は、入射面にチルト成分が付加された平面波ＬｗｉｈＢが入射され、波面伝達部１１の第２端面１１ｂから所定距離の位置において第２端面１１ｂに例えば平行な平面（ｘｙ平面）上に光スポットを形成するための基本波面ＬｗｉＢの光を出射する。光スポットのｘｙ平面上の位置は、集光位置制御部２６が付加するチルト成分によって決まる。
　他の作用は、第１の実施の形態と同様である。
　このように本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
　なお、上記各実施の形態においては、波面伝達部１１に曲げが生じることは考慮されていない。そこで、波面伝達部１１にファイバブラッググレーティングを追加することにより、波面伝達部１１の曲げを検出し、検出結果に基づいて第２端面を介して入射される被写体光学像を補正したりつなぎ合わせたりして、曲げの影響を補正した撮像画像を得るようにしてもよい。なお、この場合には、曲げの補正を考慮して、構成する画面よりも広い範囲をスキャンするようにしてもよい。
　本発明は、上記各実施形態にそのまま限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素の幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

Claims (12)

  1. 　光を出射する光源と、
    　シングルモード又はフューモードの伝播モードを有するコアを複数含み複数の前記コアの一端面により構成される第１端面と複数の前記コアの他端面により構成される第２端面との間で光を伝送する波面伝達部と、
    　前記光源から前記第１端面までの光路上において、入射された光を空間光位相変調することにより、前記波面伝達部の前記第２端面から出射した光により前記第２端面から所定距離の位置において基本強度分布を有する照明光を得るために前記第１端面に入射すべき基本波面の光を生成して出射する基本波面変調部と、
    　前記光源から前記第１端面までの光路上において、前記基本波面の位相分布を制御した光を前記波面伝達部の前記第１端面に入射させるための光を出射することで、前記基本強度分布を変更する２次元強度分布制御部と、
    を具備したことを特徴とする光走査装置。
  2. 　前記２次元強度分布制御部は、前記基本波面の位相分布を制御した光として、前記基本波面にチルト成分を付加した光を前記波面伝達部の前記第１端面に入射させるための光を出射する
    ことを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
  3. 　前記２次元強度分布制御部は、入射光の反射方向を変化させるミラー
    を具備したことを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
  4. 　前記２次元強度分布制御部は、前記波面伝達部の前記第１端面に光を入射するレンズと、
    　入射された前記基本波面の光を反射して前記レンズに入射させるものであって、前記基本波面の光の前記レンズの入射位置を変更することにより、前記基本波面にチルト成分を付加した光を前記波面伝達部の前記第１端面に入射させるミラーと、
    を具備したことを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
  5. 　前記光源から前記第１端面までの光路上において、前記基本波面に球面成分を付加した光を前記波面伝達部の前記第１端面に入射させるための光を出射することで、前記基本強度分布を前記第２端面に直交する方向に移動させる深さ方向強度分布制御部、
    を更に具備したことを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
  6. 　前記基本波面変調部は、
    　前記光源の出射光が入射され、入射された前記出射光を空間光位相変調することにより、前記波面伝達部の前記第２端面から出射した光により前記第２端面から所定距離の第１領域内において基本強度分布を有する照明光を得るために前記第１端面に入射すべき第１基本波面の光を生成して出射する第１基本波面変調器と、
    　前記光源の出射光が入射され、入射された前記出射光を空間光位相変調することにより、前記波面伝達部の前記第２端面から出射した光により前記第２端面から所定距離の第２領域内おいて基本強度分布を有する照明光を得るために前記第１端面に入射すべき第２基本波面の光を生成して出射する第２基本波面変調器と、を具備し、
    　前記第１基本波面の光と前記第２基本波面の光とを切換えて前記２次元強度分布制御部に入射させる光学系を更に具備した
    ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の光走査装置。
  7. 　前記基本波面変調部は、
    　前記光源の出射光が入射され、入射された前記出射光を空間光位相変調することにより、前記波面伝達部の前記第２端面から出射した光により前記第２端面から所定距離の第１領域内の第１位置において基本強度分布を有する照明光を得るために前記第１端面に入射すべき第１基本波面の光を生成して出射する第１基本波面変調器と、
    　前記光源の出射光が入射され、入射された前記出射光を空間光位相変調することにより、前記波面伝達部の前記第２端面から出射した光により前記第２端面から所定距離の第２領域内の前記第１位置に対応する第２位置おいて基本強度分布を有する照明光を得るために前記第１端面に入射すべき第２基本波面の光を生成して出射する第２基本波面変調器と、を具備し、
    　前記第１基本波面の光に前記第１領域であることを示す情報を付加する第１領域情報付加部と、
    　前記第２基本波面の光に前記第２領域であることを示す情報を付加する第２領域情報付加部と、
    を更に具備したことを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の光走査装置。
  8. 　前記２次元強度分布制御部は、前記波面伝達部の前記第１端面と光学的に共役の関係を有し、前記基本波面変調部からの前記基本波面の光が入射され、前記基本波面にチルト成分を付加した光を前記波面伝達部の前記第１端面に入射させるための光を出射する
    ことを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
  9. 　前記２次元強度分布制御部は、前記波面伝達部の前記第１端面と光学的に共役の関係を有し、前記光源からの平面波にチルト成分を付加して前記基本波面変調部に入射させることにより、前記基本波面にチルト成分を付加した光を前記波面伝達部の前記第１端面に入射させる
    ことを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
  10. 　請求項１から９のいずれか１つに記載の光走査装置と、
    　前記第２端面からの照明光によって照明された被写体からの反射光及び蛍光の少なくとも一方を受光して電気信号に変換する光電変換部と、
    を具備したことを特徴とする撮像装置。
  11. 　前記光電変換部は、前記波面伝達部の前記第１端面を介して、前記被写体からの反射光及び蛍光の少なくとも一方を受光する
    ことを特徴とする請求項１０に記載の撮像装置。
  12. 　請求項７に記載の光走査装置と、
    　前記第２端面からの照明光によって照明された被写体からの反射光及び蛍光の少なくとも一方を受光して電気信号に変換する光電変換部と、
    　前記第１領域情報付加部及び第２領域情報付加部により付加された情報に基づいて前記第１領域の光に基づく電気信号と前記第２領域の光に基づく電気信号とを分離して検出する領域情報検出部と、
    を具備したことを特徴とする撮像装置。
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