JP2001013417A - 光走査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 多量のデータを記憶することなく、光源の光
量が変化した場合でも対象物に走査させる光の量を一定
に制御することができ、かつ走査手段の特性が変化した
場合または光の走査範囲を任意に設定した場合でも光の
走査範囲を一定に制御することができる光走査装置を提
供することである。 【解決手段】 半導体レーザ１０から出射されたレーザ
光は共振スキャナ２１０のミラー２１１により反射さ
れ、ＰＳＤ２２０に入射する。光量・ビーム振れ幅検出
回路２３０はＰＳＤ２２０の出力電流から光量検出信号
およびビーム振れ幅検出信号を出力する。光量制御回路
２４０は光量検出信号に応答してＰＳＤ２２０により受
光される光量が一定になるように半導体レーザ１０を制
御する。ビーム振れ幅制御回路２５０はビーム振れ幅検
出信号に応答してＰＳＤ２２０の受光領域でのビーム振
れ幅が一定になるように自励発振回路２００を制御す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、対象物に光を走査
させる光走査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザ走査型の共焦点顕微鏡、レーザマ
ーカ、レーザプリンタ等には、対象物に光を走査させる
光走査装置が設けられている。このような光走査装置に
は例えば共振スキャナが用いられる。

【０００３】共振スキャナは、自励発振回路から発生さ
れる駆動信号により駆動され、ミラーを軸の周りで振動
（揺動）させるものである。このような共振スキャナで
は、ミラーの振動が自励発振回路から発生される駆動信
号と共振する。そのため、駆動信号の周波数を高くする
ことにより、ミラーを高速に振動させることができる。

【０００４】共振スキャナを用いた光走査装置では、ミ
ラーを振動させつつ、そのミラーに光を照射することに
より、その反射光を対象物に往復走査させることができ
る。レーザ走査型の共焦点顕微鏡では、光走査装置によ
り対象物に一定の走査範囲で光を走査させながら対象物
からの反射光を受光し、受光量に基づくデータをサンプ
リングし、サンプリングされたデータに基づいて対象物
の画像を表示する。また、レーザマーカやレーザプリン
タでは、光走査装置により対象物に一定の走査範囲で光
を走査させながら画像データに基づいて光源をオンまた
はオフし、対象物に印字を行う。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記の光走査装置にお
いては、周囲の温度変化または光源の経時変化により光
源の光量が変動すると、対象物に走査される光の量が変
動する。それにより、共焦点顕微鏡では、対象物からの
反射光の光量が変動し、正確な測定が妨げられる。レー
ザマーカやレーザプリンタでは、対象物に走査させる光
の光量が変動し、均一な濃度の印字が妨げられる。

【０００６】また、周囲の温度変化または共振スキャナ
の経時変化により共振スキャナのミラーの振れ角が変動
すると、対象物での光の走査範囲が変化する。

【０００７】対象物での光の走査範囲を一定に制御する
方法として、光の走査範囲に相当する開口部を有するマ
スクを光源と受光素子との間に配置し、そのマスクの開
口部を通して光源から出射された光を受光素子に走査さ
せる方法が提案されている。この方法では、光がマスク
の開口部の両端を横切る時間によってミラーの振れ幅を
検出し、振れ幅を所定の値に制御している。しかしなが
ら、この方法によれば、光の走査範囲を変える場合に
は、その走査範囲に対応した開口部を有する別のマスク
を用意する必要がある。光の走査範囲を任意に設定する
ためには、光の走査範囲ごとに異なる開口部を有する複
数のマスクが必要となる。したがって、光の走査範囲を
任意に設定することは困難である。

【０００８】また、周囲の温度変化による光の走査範囲
の変動を補正するために、共振スキャナの近傍の温度を
測定し、測定された温度に基づいて駆動信号の周波数を
制御する方法が提案されている。しかしながら、この方
法によれば、各温度に対応した駆動信号の周波数を予め
メモリ等に記憶しておく必要がある。また、個々の共振
スキャナの特性にばらつきがある場合には、正確に駆動
信号の周波数を制御することはできない。

【０００９】さらに、対象物に走査される光の走査位置
を検出し、検出された走査位置に基づいて画面に表示す
べきデータまたは印字すべきデータをメモリから読み出
す方法も提案されている。しかしながら、この方法によ
れば、画面に表示すべきデータまたは印字すべきデータ
の他にも余分なデータをメモリに記憶しておく必要があ
る。

【００１０】本発明の目的は、多量のデータを記憶する
ことなく、光源の光量が変化した場合でも対象物に走査
させる光の量を一定に制御することができる光走査装置
を提供することである。

【００１１】本発明の他の目的は、多量のデータを記憶
することなく、光源の光量が変化した場合でも対象物に
走査させる光の量を一定に制御することができ、かつ走
査手段の特性が変化した場合または光の走査範囲を任意
に設定した場合でも対象物での光の走査範囲を一定に制
御することができる光走査装置を提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段および発明の効果】（１）
第１の発明 第１の発明に係る光走査装置は、対象物に光を走査させ
る光走査装置であって、光を出射する光源と、光源によ
り出射された光を反射する鏡および鏡を揺動させる揺動
手段を有し、鏡で反射された光を対象物に走査させる走
査手段と、走査手段の揺動手段を駆動する走査駆動回路
と、走査手段の鏡で反射された光の少なくとも一部を受
光する受光素子と、受光素子の出力信号から走査手段に
より走査される光の量を検出する光量検出回路と、光量
検出回路の出力信号に応答して走査手段により走査され
る光の量が一定になるように第１の制御信号により光源
をフィードバック制御する光量制御回路と、受光素子の
出力信号から走査手段による光の走査範囲を検出する走
査範囲検出回路と、走査範囲検出回路の出力信号に応答
して走査手段による光の走査範囲が一定になるように第
２の制御信号により走査駆動回路をフィードバック制御
する走査範囲制御回路とを備えたものである。

【００１３】本発明に係る光走査装置においては、走査
手段の揺動手段が走査駆動回路により駆動され、鏡が揺
動される。光源により出射された光は、走査手段の鏡に
より反射され、対象物に走査される。

【００１４】走査手段の鏡で反射された光の少なくとも
一部は受光素子により受光される。受光素子の出力信号
から走査される光の量が検出され、走査される光の量が
一定になるように第１の制御信号により光源がフィード
バック制御される。また、受光素子の出力信号から光の
走査範囲が検出され、光の走査範囲が一定になるように
第２の制御信号により走査駆動回路がフィードバック制
御される。

【００１５】したがって、温度変動または経時変化によ
り光源の光量が変化した場合でも、対象物に走査される
光の量を一定に制御することができる。また、温度変動
または経時変化により走査駆動回路の特性が変化した場
合、あるいは光の走査範囲を任意に設定した場合でも、
対象物での光の走査範囲を一定に制御することができ
る。この場合、多量のデータを記憶しておく必要はな
い。

【００１６】（２）第２の発明 第２の発明に係る光走査装置は、第１の発明に係る光走
査装置の構成において、光源のオフ期間に、光源、走査
手段、受光素子、光量検出回路および光量制御回路によ
り形成される第１のループを開放状態にする第１のスイ
ッチと、光源のオフ期間に、走査駆動回路、走査手段、
受光素子、走査範囲検出回路および走査範囲制御回路に
より形成される第２のループを開放状態にする第２のス
イッチと、第１のスイッチのオフ時に光量制御回路の第
１の制御信号を保持する第１の保持回路と、第２のスイ
ッチのオフ時に走査範囲制御回路の第２の制御信号を保
持する第２の保持回路とをさらに備えたものである。

【００１７】この場合、光源のオフ期間に、光源、走査
手段、受光素子、光量検出回路および光量制御回路によ
り形成される第１のループが第１のスイッチにより開放
状態にされ、光源のフィードバック制御が停止される。
このとき、第１の制御信号が第１の保持回路により保持
される。それにより、光源がオン状態に移行したとき
に、第１の制御信号により円滑に光源のフィードバック
制御に移行し、フィードバック制御が迅速に安定化す
る。

【００１８】また、光源のオフ期間に、走査駆動回路、
走査手段、受光素子、走査範囲検出回路および走査範囲
制御回路により形成される第２のループが第２のスイッ
チにより開放状態にされ、走査手段のフィードバック制
御が停止される。このとき、第２の保持回路により第２
の制御信号が保持される。それにより、光源がオン状態
に移行したときに、第２の制御信号により円滑に走査手
段のフィードバック制御に移行し、フィードバック制御
が迅速に安定化する。

【００１９】（３）第３の発明 第３の発明に係る光走査装置は、対象物に光を走査させ
る光走査装置であって、光を出射する光源と、光源によ
り出射された光を反射する鏡および鏡を揺動させる揺動
手段を有し、鏡で反射された光を対象物に走査させる走
査手段と、走査手段の揺動手段を駆動する走査駆動回路
と、走査手段の前記鏡で反射された光の少なくとも一部
を受光する受光素子と、受光素子の出力信号から走査手
段により走査される光の量を検出する光量検出回路と、
光量検出回路の出力信号に応答して走査手段により走査
される光の量が一定になるように制御信号により光源を
フィードバック制御する光量制御回路と、光源のオフ期
間に、光源、走査手段、受光素子および光量検出回路に
より構成されるループを開放状態にするスイッチと、ス
イッチのオフ時に光量制御回路の制御信号を保持する保
持回路とを備えたものである。

【００２０】本発明に係る光走査装置においては、走査
手段の揺動手段が走査駆動回路により駆動され、鏡が揺
動される。光源により出射された光は、走査手段の鏡に
より反射され、対象物に走査される。

【００２１】走査手段の鏡で反射された光の少なくとも
一部は受光素子により受光される。受光素子の出力信号
から走査される光の量が検出され、走査される光の量が
一定になるように制御信号により光源がフィードバック
制御される。したがって、温度変動または経時変化によ
り光源の光量が変化した場合でも、対象物に走査される
光の量を一定に制御することができる。この場合、多量
のデータを記憶する必要はない。

【００２２】光源のオフ期間には、光源、走査手段、受
光素子、光量検出回路および光量制御回路により構成さ
れるループがスイッチにより開放状態にされ、光源のフ
ィードバック制御が停止される。このとき、保持回路に
より制御信号が保持される。それにより、光源がオン状
態に移行したときに、制御信号により円滑に走査手段の
フィードバック制御に移行し、フィードバック制御が迅
速に安定化する。

【００２３】（４）第４の発明 第４の発明に係る光走査装置は、第１〜第３のいずれか
の発明に係る光走査装置の構成において、走査手段の鏡
で反射された光の一部を分岐して受光素子に導く分岐手
段をさらに備えたものである。

【００２４】この場合、走査手段の鏡で反射された光の
一部が分岐手段により分岐され、受光素子に導かれる。
それにより、走査される光の量が一定になるように光源
がフィードバック制御される。フィードバック制御が対
象物へ光を走査させるための光源を用いて行われるの
で、正確な制御が可能になるとともに、部品点数の増加
が抑制される。

【００２５】（５）第５の発明 第５の発明に係る光走査装置は、第１〜第３のいずれか
の発明に係る光走査装置の構成において、光源は、光走
査用光源および制御用光源を含み、走査手段は、光走査
用光源により出射された光を鏡の表面で反射させて対象
物に走査させるとともに、制御用光源により出射された
光を鏡の裏面で反射させて受光素子に導くものである。

【００２６】この場合、光走査用光源により出射された
光が鏡の表面で反射され、対象物に走査されるととも
に、制御用光源により出射された光が鏡の裏面で反射さ
れ、受光素子に導かれる。それにより、対象物に十分な
量の光を走査させることができる。

【００２７】（６）第６の発明 第６の発明に係る光走査装置は、第１〜第５のいずれか
の発明に係る光走査装置の構成において、受光素子は所
定幅の受光領域を有し、走査手段は、受光素子の受光領
域の幅よりも大きい寸法の光スポットを受光素子の受光
領域に形成するものである。

【００２８】この場合、受光素子の受光領域の幅よりも
大きい寸法の光スポットが受光領域に形成されるので、
光学系の位置合わせが容易になる。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る光走査装置を
共焦点顕微鏡に適用した場合について説明する。

【００３０】図１は本発明の一実施例における共焦点顕
微鏡の側面図である。図１に示すように、共焦点顕微鏡
１００は、台座７０および光学部８０を備える。光学部
８０は台座７０に着脱自在に取り付けられている。台座
７０は、前方部７０ａおよび後方部７０ｂからなる。前
方部７０ａの上面には、対象物を支持する支持台３０を
上下に移動させるための手動ハンドル３１が設けられて
いる。また、前方部７０ａの両側面には、支持台３０を
前後左右に移動させるための手動ハンドル３２が設けら
れている。さらに、前方部７０ａの前面および後方部７
０ｂの背面にはそれぞれ持ち手７１ａ，７１ｂが設けら
れている。

【００３１】光学部８０は、光学系搭載部５０および間
接取り付け部６０からなる。光学系搭載部５０の下面に
は、対物レンズ１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄが取り
付けられたレボルバ５３が設けられている。レボルバ５
３を回転させることにより、観察に用いる対物レンズを
選択することができる。

【００３２】また、光学系搭載部５０の側面には、外部
装置との間で電気信号の伝送を行うための雄型コネクタ
５２ａおよび雌型コネクタ５２ｂが設けられている。雄
型コネクタ５２ａ用のケーブルの両端には雌型コネクタ
が接続されている。また、雌型コネクタ５２ｂ用のケー
ブルの両端には雄型コネクタが接続されている。

【００３３】間接取り付け部６０は、背板部６０ａ、底
板部６０ｂおよび１対の側板部６０ｃから構成されてい
る。背板部６０ａおよび底板部６０ｂの側端面には複数
のねじ穴６５、側板部６０ｃの側面には複数のねじ穴６
８、底板部６０ｂの前端面には１対のねじ穴６７がそれ
ぞれ設けられている。また、背板部６０ａの背面には複
数のねじ穴（図示せず）が設けられている。

【００３４】図２は図１の共焦点顕微鏡１００の光学系
搭載部５０、間接取り付け部６０および台座７０の組み
立て構造を示す斜視図である。

【００３５】図２に示すように、光学系搭載部５０の底
面には複数のねじ穴５１が設けられている。複数のねじ
穴５１に対応するように、間接取り付け部６０の底板部
６０ｂに複数の貫通孔６１が設けられている。貫通孔６
１の底面側には、取り付けボルトの頭部を収納するため
の座ぐりが設けられている。

【００３６】間接取り付け部６０の底板部６０ｂには、
貫通孔６１とねじ穴５１との位置合わせを容易にするた
めに凹部１６０が設けられている。光学系搭載部５０を
凹部１６０上に載置した後、ボルト８１を貫通孔６１を
通してねじ穴５１に螺合させることにより、光学系搭載
部５０と間接取り付け部６０とが一体化する。

【００３７】また、間接取り付け部６０の底板部６０ｂ
に複数のねじ穴６２，６３が設けられている。複数のね
じ穴６２に対応するように、台座７０には複数の貫通孔
７２が形成されている。貫通孔７２は、台座７０の両側
面から延びる溝部８３内に位置している。さらに、間接
取り付け部６０の背板部６０ａには、凹部６９が形成さ
れている。この背板部６０ａには、凹部６９内から底面
まで上下に貫通する複数の貫通孔６４が設けられてい
る。複数の貫通孔６４に対応するように、台座７０には
複数の対物レンズ取り付け穴７４が設けられている。

【００３８】台座７０には、間接取り付け部６０のねじ
穴６２と台座７０の貫通孔７２との位置合わせおよび間
接取り付け部６０の貫通孔６４と台座７０の対物レンズ
取り付け穴７４との位置合わせを容易にするために凹部
１７０が設けられている。光学系搭載部５０と一体化し
た間接取り付け部６０を凹部１７０上に載置した後、ボ
ルト８２を貫通孔７２を通してねじ穴６２に螺合させる
とともに、ボルト８４を貫通孔６４を通して対物レンズ
取り付け穴７４に螺合させる。これにより、台座７０に
間接取り付け部６０および光学系搭載部５０が固定され
る。

【００３９】図３は図１の共焦点顕微鏡１００の光学系
搭載部５０に搭載される光学系の一例を示す概略構成図
である。

【００４０】図３に示すように、光学系搭載部５０は、
レーザ光学系１および白色光光学系２を備える。

【００４１】レーザ光学系１は、共焦点光学系であり、
光源として例えば赤色のレーザ光Ｌ１を出射する半導体
レーザ１０を有する。半導体レーザ１０はレーザ駆動回
路４４により駆動され、レーザ光Ｌ１を出射する。レー
ザ光Ｌ１は第１のコリメートレンズ１１を透過した後、
ビームスプリッタ１２により反射され、１／４波長板１
３、水平方向偏向装置１４ａ、ビームスプリッタ２６
３、垂直方向偏向装置１４ｂ、第１のリレーレンズ１
５、第２のハーフミラー２３、第２のリレーレンズ１６
および第１のハーフミラー２２を通して対物レンズ１７
に導かれる。対物レンズ１７の焦点位置の付近には、支
持台３０が配設されている。レーザ光Ｌ１は対物レンズ
１７により対象物Ｗの表面に集光される。図３の対物レ
ンズ１７は、図１の対物レンズ１７ａ，１７ｂ，１７
ｃ，１７ｄのいずれかに相当する。

【００４２】ビームスプリッタ２６３は、後述するよう
に、水平方向偏向装置１４ａからのレーザ光を垂直方向
偏向装置１４ｂの方向およびＰＳＤ（位置検出素子；Po
sition Sensitive Light Detector ）２２０の方向に分
岐させる。

【００４３】水平方向偏向装置１４ａは、後述する共振
スキャナから構成され、レーザ光Ｌ１を矢印Ｘで示す水
平方向に偏向させる。垂直方向偏向装置１４ｂは、例え
ば１枚のガルバノスキャナに取り付けられたミラーから
構成され、レーザ光Ｌ１を矢印Ｙで示す水平方向に偏向
させる。それにより、対象物Ｗの表面にレーザ光Ｌ１を
二次元的に走査させる。なお、水平方向偏向装置１４ａ
の構成および動作については後述する。

【００４４】なお、支持台３０は、手動ハンドル３１に
より矢印Ｚで示す上下方向に移動可能となっており、矢
印ＸおよびＹの方向については手動ハンドル３２で移動
可能となっている。

【００４５】対象物Ｗで反射されたレーザ光Ｌ１は、対
物レンズ１７、第１のハーフミラー２２、第２のリレー
レンズ１６、第２のハーフミラー２３および第１のリレ
ーレンズ１５を通り、再び、垂直方向偏向装置１４ｂ、
ビームスプリッタ２６３および水平方向偏向装置１４ａ
を介して１／４波長板１３およびビームスプリッタ１２
を透過し、結像レンズ１８に向かう。レーザ光Ｌ１は、
結像レンズ１８によって集光され、ピンホールを有する
光絞り部１９ａを通過して受光素子１９ｂに入射する。

【００４６】受光素子１９ｂは、例えばフォトマルチプ
ライヤまたはフォトダイオード等で構成され、入射した
レーザ光Ｌ１を光電変換し、アナログ光量信号として第
１の増幅回路１９ｄを介して第１のＡ／Ｄコンバータ
（アナログ・デジタル変換器）４１に出力する。第１の
Ａ／Ｄコンバータ４１から輝度情報が出力される。

【００４７】次に、レーザ光学系１によって得られる輝
度情報について説明する。光絞り部１９ａは、結像レン
ズ１８の焦点位置に配設されている。光絞り部１９ａの
ピンホールは極めて微小である。そのため、レーザ光Ｌ
１が対象物Ｗ上で焦点を結ぶと、そのレーザ光Ｌ１のほ
とんどが光絞り部１９ａのピンホールを通過するので、
受光素子１９ｂの受光量が著しく大きくなる。逆に、レ
ーザ光Ｌ１が対象物Ｗ上で焦点を結んでいなと、レーザ
光Ｌ１の大部分が光絞り部１９ａのピンホールを通過し
ないので、受光素子１９ｂの受光量が著しく小さくな
る。したがって、レーザ光学系１による走査領域のう
ち、焦点の合った部分について明るい映像が得られ、そ
れ以外の部分については暗い映像が得られる。なお、レ
ーザ光学系１は単色のレーザ光Ｌ１を用いた共焦点光学
系であるから、分解能に優れた輝度情報が得られる。

【００４８】次に、白色光光学系２について説明する。
白色光光学系２は、光源として色情報用の照明光である
白色光Ｌ２を出射する白色光源２０を有する。白色光源
２０から出射された白色光Ｌ２は、第２のコリメートレ
ンズ２１を通過した後、第１のハーフミラー２２により
反射され、対物レンズ１７によりレーザ光Ｌ１の走査領
域と同一の箇所に集光される。

【００４９】対象物Ｗで反射された白色光Ｌ２は、対物
レンズ１７、第１のハーフミラー２２および第２のリレ
ーレンズ１６を透過し、さらに、第２のハーフミラー２
３で反射され、カラーＣＣＤ２４の表面で結像する。す
なわち、カラーＣＣＤ２４は、光絞り部１９ａと共役な
いし共役に近い位置に配設されている。

【００５０】カラーＣＣＤ２４は、ＣＣＤ駆動回路４３
により駆動される。カラーＣＣＤ２４の出力信号は、ア
ナログカラー撮像信号として、ＣＣＤ駆動回路４３およ
び第２の増幅回路４３ａを介して第２のＡ／Ｄコンバー
タ（アナログ・デジタル変換器）４２に出力される。第
２のＡ／Ｄコンバータ４２からカラー撮像情報が出力さ
れる。

【００５１】第１のＡ／Ｄコンバータ４１からの輝度情
報および第２のＡ／Ｄコンバータ４２からのカラー撮像
情報に所定の処理を行うことにより、カラー映像信号が
得られ、カラーの拡大画像が表示装置に映し出される。

【００５２】本実施例の共焦点顕微鏡においては、半導
体レーザ１０を点灯させてレーザ光学系１により輝度情
報を得た後、白色光源２０を点灯させて白色光光学系２
によりカラー撮像情報を得る。この場合、白色光光学系
２により得られるカラー撮像情報がレーザ光の影響を受
けないように、白色光光学系２によりカラー撮像情報を
得るときには半導体レーザ１０をオフする必要がある。

【００５３】図４は図３の水平方向偏向装置１４ａを含
む光走査装置の概略構成を示すブロック図である。

【００５４】図４の光走査装置は、水平方向偏向装置１
４ａ、図３に示したレーザ駆動回路４４、半導体レーザ
１０、ビームスプリッタ２６３、ＰＳＤ２２０、光量・
ビーム振れ幅検出回路２３０、光量制御回路２４０およ
びビーム振れ幅制御回路２５０により構成される。水平
方向偏向装置１４ａは、自励発振回路２００および共振
スキャナ２１０を含む。共振スキャナ２１０は、自励発
振回路２００により発生される駆動信号により駆動さ
れ、ミラー２１１を軸２１１ａの周りで揺動（振動）さ
せる。

【００５５】半導体レーザ１０から出射されたレーザ光
は、共振スキャナ２１０のミラー２１１により反射さ
れ、ビームスプリッタ２６３により図３に示した垂直方
向偏向装置１４ｂの方向とＰＳＤ２２０の方向とに分岐
される。共振スキャナ２１０のミラー２１１の揺動に伴
って図３の対象物Ｗの矢印Ｘで示す水平方向にレーザ光
が走査されるとともに、ＰＳＤ２２０の受光領域の長手
方向にレーザ光が走査される。

【００５６】ＰＳＤ２２０の出力電流Ｉ１，Ｉ２は、光
量・ビーム振れ幅検出回路２３０に与えられる。光量・
ビーム振れ幅検出回路２３０は、ＰＳＤ２２０の出力電
流Ｉ１，Ｉ２の演算により光量を検出し、光量検出信号
Ｖ（＋）を光量制御回路２４０に与える。また、光量・
ビーム振れ幅検出回路２３０は、ＰＳＤ２２０の出力電
流Ｉ１，Ｉ２の演算によりレーザ光の走査範囲（以下、
ビーム振れ幅と呼ぶ。）を検出し、ビーム振れ幅検出信
号ＶＫをビーム振れ幅制御回路２５０に与える。

【００５７】光量制御回路２４０は、光量・ビーム振れ
幅検出回路２３０から与えられた光量検出信号Ｖ（＋）
に応答してＰＳＤ２２０により受光される光量が一定に
なるようにレーザ駆動回路４４を制御する。

【００５８】ビーム振れ幅制御回路２５０は、光量・ビ
ーム振れ幅検出回路２３０から与えられるビーム振れ幅
検出信号ＶＫに応答してＰＳＤ２２０の受光領域でのビ
ーム振れ幅が一定になるように自励発振回路２００を制
御する。

【００５９】図５は図４の光走査装置の詳細な構成を示
す回路図である。図５において、自励発振回路２００
は、プリアンプ２０１、フィルタを含む移相器２０２、
可変利得アンプ２０３およびバッファ２０４を含む。共
振スキャナ２１０は、ドライブコイル２１２およびピッ
クアップコイル２１３を有する。プリアンプ２０１、移
相器２０２、可変利得アンプ２０３、バッファ２０４お
よび共振スキャナ２１０のドライブコイル２１２が順に
接続され、共振スキャナ２１０のピックアップコイル２
１３がプリアンプ２０１に接続されている。

【００６０】半導体レーザ１０は、レーザ駆動回路４４
により駆動される。レーザ駆動回路４４には、半導体レ
ーザ１０のオンオフを制御する制御信号ＬＡが与えられ
る。図３のレーザ光学系１による測定時には、半導体レ
ーザ１０がオンし、白色光光学系２による測定時には、
半導体レーザ１０がオフする。

【００６１】半導体レーザ１０により出射されたレーザ
光は、レンズ２６１により平行光に変換され、共振スキ
ャナ２１０のミラー２１１に入射する。ミラー２１１に
より反射されたレーザ光は、リレーレンズ２６２により
集束光に変換され、ビームスプリッタ２６３に入射す
る。その集束光の一部はビームスプリッタ２６３により
反射され、リレーレンズ２６４により再び平行光に変換
され、図３の垂直方向偏向装置１４ｂに入射する。ビー
ムスプリッタ２６３に入射した残りの集束光は、ビーム
スプリッタ２６３を透過してＰＳＤ２２０に入射すると
ともに、共振スキャナ２１０のミラー２１１の揺動に伴
ってＰＳＤ２２０の受光領域で矢印ｘで示す方向に走査
される。

【００６２】ＰＳＤ２２０の共通電極には電源電圧Ｖｃ
ｃが印加される。ＰＳＤ２２０は、受光領域に入射する
レーザ光の位置に応じて２つの出力電流Ｉ１，Ｉ２を導
出する。

【００６３】ビーム・振れ幅検出回路２３０は、電流電
圧変換回路２２５、加減算回路２３１および整流回路２
３４を含む。ＰＳＤ２２０の出力電流Ｉ１，Ｉ２は電流
電圧変換回路２２５に与えられる。電流電圧変換回路２
２５は、ＰＳＤ２２０の出力電流Ｉ１，Ｉ２をそれぞれ
電圧Ｖ１，Ｖ２に変換して出力する。

【００６４】加減算回路２３１は、加算器２３２および
減算器２３３を含む。加算器２３２は、電流電圧変換回
路２２５から与えられる電圧Ｖ１と電圧Ｖ２とを加算
し、光量検出信号Ｖ（＋）として出力する。減算器２３
３は、電流電圧変換回路２２５から与えられる電圧Ｖ１
から電圧Ｖ２を減算し、ビーム位置検出信号Ｖ（−）と
して出力する。

【００６５】加減算回路２３１の加算器２３２から出力
される光量検出信号Ｖ（＋）は、スイッチ２３５を介し
て光量制御回路２４０に与えられる。スイッチ２３５の
オンオフは、制御信号ＰＨにより制御される。

【００６６】光量制御回路２４０は、基準電圧回路２４
１および比較積分回路２４２を含む。比較積分回路２４
２は、演算増幅器２４３、コンデンサ２４４および抵抗
２４５により構成される。演算増幅器２４３は比較回路
として働き、コンデンサ２４４および抵抗２４５は積分
回路として働く。

【００６７】比較積分回路２４２は、加減算回路２３１
の加算器２３２から与えられる光量検出信号Ｖ（＋）を
基準電圧回路２４１から出力される基準電圧Ｖｒ１と比
較し、光量検出信号Ｖ（＋）と基準電圧Ｖｒ１との差に
応じた光量制御信号Ｖｆｂ１をレーザ駆動回路４４に与
える。レーザ駆動回路４４は、光量制御信号Ｖｆｂ１に
応答して半導体レーザ１０の光量を制御する。

【００６８】一方、加減算回路２３１の減算器２３３か
ら出力されるビーム位置検出信号Ｖ（−）は、整流回路
２３４に与えられる。整流回路２３４は、ビーム位置検
出信号Ｖ（−）を整流し、ビーム振れ幅に比例したビー
ム振れ幅検出信号ＶＫを出力する。

【００６９】整流回路２３４から出力されるビーム振れ
幅検出信号ＶＫは、スイッチ２３６を介してビーム振れ
幅制御回路２５０に与えられる。スイッチ２３６のオン
オフは、制御信号ＢＳにより制御される。

【００７０】ビーム振れ幅制御回路２５０は、基準電圧
回路２５１および比較積分回路２５２を含む。比較積分
回路２５２は、演算増幅器２５３、コンデンサ２５４お
よび抵抗２５５により構成される。演算増幅器２５３は
比較回路として働き、コンデンサ２５４および抵抗２５
５は積分回路として働く。

【００７１】比較積分回路２５２は、整流回路２３４か
ら与えられるビーム振れ幅検出信号ＶＫを基準電圧回路
２５１から与えられる基準電圧Ｖｒ２と比較し、ビーム
振れ幅検出信号ＶＫと基準電圧Ｖｒ２との差に応じたビ
ーム振れ幅制御信号Ｖｆｂ２を自励発振回路２００の可
変利得アンプ２０３に与える。

【００７２】本実施例では、半導体レーザ１０が光源に
相当し、共振スキャナ２１０が走査手段に相当し、自励
発振回路２００が走査駆動回路に相当し、ＰＳＤ２２０
が受光素子に相当する。また、光量・ビーム振れ幅検出
回路２３０が光量検出回路および走査範囲検出回路に相
当し、光量制御回路２４０が光量制御回路に相当し、ビ
ーム振れ幅制御回路２５０が走査範囲制御回路に相当す
る。さらに、スイッチ２３５が第１のスイッチに相当
し、スイッチ２３６が第２のスイッチに相当し、コンデ
ンサ２４４が第１の保持回路に相当し、コンデンサ２５
４が第２の保持回路に相当する。また、ビームスプリッ
タ２６３が分岐手段に相当する。

【００７３】次に、図６のタイミングチャートを参照し
ながら図５の光走査装置の動作について説明する。

【００７４】制御信号ＬＡがハイレベルのときには、レ
ーザ駆動回路４４が半導体レーザ１０をオンにする。制
御信号ＰＨがハイレベルのときには、スイッチ２３５が
オンし、半導体レーザ１０、共振スキャナ２１０、ＰＳ
Ｄ２２０、電流電圧変換回路２２５、加減算回路２３
１、光量制御回路２４０およびレーザ駆動回路４４から
なる第１の閉ループが構成される。また、制御信号ＢＳ
がハイレベルのときには、自励発振回路２００、共振ス
キャナ２１０、ＰＳＤ２２０、電流電圧変換回路２２
５、加減算回路２３１、整流回路２３４およびビーム振
れ幅制御回路２５０からなる第２の閉ループが構成され
る。スイッチ２３５，２３６は同時にオンおよびオフす
る。

【００７５】半導体レーザ１０がオフしているときに上
記の第２の閉ループが構成されると、共振スキャナ２１
０のミラー２１１の振れが乱れる。そのため、本実施例
では、スイッチ２３５，２３６を、半導体レーザ１０が
オフする時点よりも前にオフさせ、半導体レーザ１０が
オンする時点よりも後にオンさせている。

【００７６】ＰＳＤ２２０の出力電流Ｉ１，Ｉ２は、互
いに位相が１８０°異なる。図６では、出力電流Ｉ１を
実線で表し、出力電流Ｉ２を破線で表す。ここで、出力
電流Ｉ１，Ｉ２の直流成分をＩｐとし、交流成分の振幅
をＩａｃとする。出力電流Ｉ１，Ｉ２の直流成分Ｉｐは
ＰＳＤ２２０の受光領域での光量に応じて変化し、出力
電流Ｉ１，Ｉ２の交流成分はＰＳＤ２２０の受光領域で
の光の入射位置に応じて変化する。

【００７７】ＰＳＤ２２０の出力電流Ｉ１，Ｉ２を電流
電圧変換回路２２５により電圧Ｖ１，Ｖ２に変換して加
減算回路２３１の加算器２３２により加算することによ
り光量検出信号Ｖ（＋）が得られる。光量検出信号Ｖ
（＋）のレベルはｍＩｐとなる。ここで、ｍは定数であ
る。光量検出信号Ｖ（＋）のレベルがＰＳＤ２２０によ
り受光される光量を表わしている。

【００７８】比較積分回路２４２は、半導体レーザ１０
がオンしているときに、光量検出信号Ｖ（＋）と基準電
圧回路２４１から出力される基準電圧Ｖｒ１との差に応
じた光量制御信号Ｖｆｂ１を出力する。

【００７９】光量検出信号Ｖ（＋）のレベルが基準電圧
Ｖｒ１よりも低い場合には、光量制御信号Ｖｆｂ１のレ
ベルが高くなり、レーザ駆動回路４４が半導体レーザ１
０の光量を上昇させる。逆に、光量検出信号Ｖ（＋）の
レベルが基準電圧Ｖｒ１よりも高い場合には、光量制御
信号Ｖｆｂ１のレベルが低くなり、レーザ駆動回路４４
が半導体レーザ１０の光量を低下させる。このようにし
て、光量検出信号Ｖ（＋）のレベルが基準電圧Ｖｒ１と
等しくなるように、第１の閉ループによるフィードバッ
ク制御が行われる。その結果、ＰＳＤ２２０により受光
される光量が一定に制御される。

【００８０】この場合、基準電圧回路２４１から出力さ
れる基準電圧Ｖｒ１を任意に設定することにより、ＰＳ
Ｄ２２０により受光される光量を任意の値に制御するこ
とができる。

【００８１】ＰＳＤ２２０の出力電流Ｉ１，Ｉ２を電流
電圧変換回路２２５により電圧Ｖ１，Ｖ２に変換して加
減算回路２３１の減算器２３３により電圧Ｖ１から電圧
Ｖ２を減算することによりビーム位置検出信号Ｖ（−）
が得られる。ビーム位置検出信号Ｖ（−）の振幅はｋ・
２Ｉａｃとなる。ここで、ｋは定数である。整流回路２
３４によりビーム位置検出信号Ｖ（−）を整流すること
によりビーム振れ幅検出信号ＶＫが得られる。ビーム振
れ幅検出信号ＶＫは、ＰＳＤ２２０の受光領域でのビー
ム振れ幅に比例したレベルを有する。

【００８２】比較積分回路２５２は、ビーム振れ幅検出
信号ＶＫを基準電圧回路２５１から出力される基準電圧
Ｖｒ２と比較し、ビーム振れ幅検出信号ＶＫと基準電圧
Ｖｒ２との差に応じたビーム振れ幅制御信号Ｖｆｂ２を
出力する。

【００８３】ビーム振れ幅検出信号ＶＫのレベルが基準
電圧Ｖｒ２よりも低い場合には、ビーム振れ幅制御信号
Ｖｆｂ２のレベルが高くなる。それにより、可変利得ア
ンプ２０３の利得が上昇し、バッファ２０４から出力さ
れる駆動信号の振幅が大きくなる。その結果、共振スキ
ャナ２１０のミラー２１１の振れ角が大きくなり、ＰＳ
Ｄ２２０の受光領域でのビーム振れ幅が大きくなる。ビ
ーム振れ幅検出信号ＶＫのレベルが基準電圧Ｖｒ２より
も高い場合には、ビーム振れ幅制御信号Ｖｆｂ２のレベ
ルが低くなる。それにより、可変利得アンプ２０３の利
得が低下し、バッファ２０４から出力される駆動信号の
振幅が小さくなる。その結果、共振スキャナ２１０のミ
ラー２１１の振れ角が小さくなり、ＰＳＤ２２０の受光
領域でのビーム振れ幅が小さくなる。

【００８４】このようにして、ビーム振れ幅検出信号Ｖ
Ｋのレベルが基準電圧Ｖｒ２と等しくなるように第２の
閉ループによるフィードバック制御が行われる。その結
果、ＰＳＤ２２０の受光領域におけるビーム振れ幅が一
定に制御される。

【００８５】この場合、基準電圧回路２５１から出力さ
れる基準電圧Ｖｒ２を任意に設定することにより、ビー
ム振れ幅を任意に制御することができる。

【００８６】半導体レーザ１０がオフしている期間に
は、ＰＳＤ２２０の出力電流Ｉ１，Ｉ２は共に０とな
る。それにより、光量検出信号Ｖ（＋）のレベルおよび
ビーム位置検出信号Ｖ（−）のレベルは０となる。

【００８７】制御信号ＰＨ，ＢＳがローレベルになる
と、スイッチ２３５，２３６がオフする。それにより、
第１および第２の閉ループが開放状態となる。このと
き、比較積分回路２４２のコンデンサ２４４は、スイッ
チ２３５がオフする直前の光量制御信号Ｖｆｂ１のレベ
ルを保持する。また、比較積分回路２５２のコンデンサ
２５４は、スイッチ２３６がオフする直前のビーム振れ
幅制御信号Ｖｆｂ２のレベルを保持する。

【００８８】その後、スイッチ２３５，２３６がオンす
ると、第１および第２の閉ループによるフィードバック
制御が行われる。この場合、光量制御回路２４０のコン
デンサ２４４にスイッチ２３５がオフする直前の光量制
御信号Ｖｆｂ１が保持され、かつビーム振れ幅制御回路
２５０のコンデンサ２５４にスイッチ２３６がオフする
直前のビーム振れ幅制御信号Ｖｆｂ２が保持されている
ので、スイッチ２３５，２３６が再びオンしたときに第
１および第２の閉ループによるフィードバック制御に円
滑に移行し、フィードバック制御が迅速に安定化する。

【００８９】本実施例の共焦点顕微鏡においては、温度
変化または経時変化により半導体レーザ１０の光量が変
化した場合でも、対象物Ｗに走査される光の量が一定に
制御される。それにより、対象物Ｗから常に均一な光量
の反射光を得ることができる。また、温度変化または経
時変化により自励発振回路２００または共振スキャナ２
１０の特性が変化した場合でも、対象物Ｗ上での走査範
囲を一定に制御することができる。それにより、常に対
象物Ｗを均一な倍率で表示することができる。これらの
結果、対象物Ｗを正確に測定することが可能となる。

【００９０】図７は光走査装置の構成の他の例を示す概
略ブロック図である。図７の光走査装置では、光走査用
の半導体レーザ１０ａおよび制御用の半導体レーザ１０
ｂが設けられている。

【００９１】光走査用の半導体レーザ１０ａおよび制御
用の半導体レーザ１０ｂはレーザ駆動回路４４により駆
動される。光走査用の半導体レーザ１０ａから出射され
たレーザ光は、共振スキャナ１０のミラー１１の表面で
反射され、図３に示した垂直方向偏向装置１４ｂに入射
する。制御用の半導体レーザ１０ｂから出射されたレー
ザ光は、共振スキャナ２１０のミラー２１１の裏面で反
射され、ＰＳＤ２２０に入射する。共振スキャナ２１０
のミラー２１１の揺動に伴ってミラー２１１の表面で反
射されたレーザ光が図３に示した対象物Ｗに矢印Ｘで示
す水平方向に走査され、かつミラー２１１の裏面で反射
されたレーザ光がＰＳＤ２２０の受光領域の長手方向に
走査される。

【００９２】ＰＳＤ２２０の出力電流Ｉ１，Ｉ２は、光
量・ビーム振れ幅検出回路２３０に与えられる。光量・
ビーム振れ幅検出回路２３０は、ＰＳＤ２２０の出力電
流Ｉ１，Ｉ２の演算により光量を検出し、光量検出信号
Ｖ（＋）を光量制御回路２４０に与える。また、光量・
ビーム振れ幅検出回路２３０は、ＰＳＤ２２０の出力電
流Ｉ１，Ｉ２の演算によりレーザ光の走査範囲（ビーム
振れ幅）を検出し、ビーム振れ幅検出信号をビーム振れ
幅制御回路２５０に与える。

【００９３】光量制御回路２４０は、光量・ビーム振れ
幅検出回路２３０から与えられた光量検出信号Ｖ（＋）
に応答してＰＳＤ２２０により受光される光量が一定に
なるようにレーザ駆動回路４４を制御する。

【００９４】ビーム振れ幅制御回路２５０は、光量・ビ
ーム振れ幅検出回路２３０から与えられるビーム振れ幅
検出信号ＶＫに応答してＰＳＤ２２０の受光領域でのビ
ーム振れ幅が一定になるように自励発振回路２００を制
御する。

【００９５】本例では、光走査用の半導体レーザ１０ａ
が光走査用光源に相当し、制御用の半導体レーザ１０ｂ
が制御用光源に相当する。

【００９６】本例の光走査装置では、共振スキャナ２１
０のミラー２１１の表面で反射されたレーザ光の全てが
図３に示した垂直方向偏向装置１４ｂに与えられ、さら
に対象物Ｗに入射するので、対象物Ｗに十分な量の光を
走査させることができる。

【００９７】図８はＰＳＤ２２０の受光領域とレーザ光
のビームスポットとの関係を示す図である。図８に示す
ように、レーザ光のビームスポットＬＢは楕円形状を有
している。ビームスポットＬＢの長軸がＰＳＤ２２０の
受光領域２２０ａの幅方向に一致するように半導体レー
ザ１０が配置される。このビームスポットＬＢの長軸は
ＰＳＤ２２０の受光領域２２０ａの幅よりも長く設定さ
れている。これにより、光学系の位置合わせが容易にな
る。

【００９８】上記実施例では、受光素子としてＰＳＤ２
２０を用いているが、受光素子としてＣＣＤ（電荷結合
素子）を用いてもよい。受光素子としてＣＣＤを用いた
場合には、ＣＣＤの各画素での光量を表す光量信号のピ
ーク値またはＣＣＤの全画素に相当する受光信号の平均
値を光量検出信号として用いる。また、ＣＣＤの各画素
に対応する受光信号の所定の受光量を超える時間間隔を
ビーム振れ幅検出信号として用いる。

【００９９】また、上記実施例では、走査手段として共
振スキャナ２１０を用いているが、走査手段としてガル
バノミラーを用いてもよい。

【０１００】なお、上記実施例では、本発明の光走査装
置を共焦点顕微鏡に適用した場合について説明したが、
本発明の光走査装置は、共焦点顕微鏡に限らず、レーザ
マーカやレーザプリンタにも同様に適用することができ
る。その場合には、均一な濃度の印字および均一な寸法
の印字が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における共焦点顕微鏡の側面
図である。

【図２】図１の共焦点顕微鏡の光学系搭載部、間接取り
付け部および台座の組み立て構造を示す斜視図である。

【図３】図１の共焦点顕微鏡の光学系搭載部に搭載され
る光学系の一例を示す概略構成図である。

【図４】図３の水平方向偏向装置を含む光走査装置の概
略構成を示すブロック図である。

【図５】図４の光走査装置の詳細な構成を示す回路図で
ある。

【図６】図５の光走査装置の動作を説明するためのタイ
ミングチャートである。

【図７】光走査装置の他の例を示すブロック図である。

【図８】ＰＳＤの受光領域とレーザ光のビームスポット
との関係を示す図である。

【符号の説明】

１ レーザ光学系 ２ 白色光光学系 １０，１０ａ，１０ｂ 半導体レーザ ４４ レーザ駆動回路 ２００ 自励発振回路 ２０３ 可変利得アンプ ２１０ 共振スキャナ ２１１ ミラー ２２０ ＰＳＤ ２３０ 光量・ビーム振れ幅検出回路 ２３１ 加減算回路 ２３５，２３６ スイッチ ２３４ 整流回路 ２４０ 光量制御回路 ２４１，２５１ 基準電圧回路 ２４２ 比較積分回路 ２５０ ビーム振れ幅制御回路 ２６３ ビームスプリッタ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対象物に光を走査させる光走査装置であ
   って、 光を出射する光源と、 前記光源により出射された光を反射する鏡および前記鏡
   を揺動させる揺動手段を有し、前記鏡で反射された光を
   対象物に走査させる走査手段と、 前記走査手段の前記揺動手段を駆動する走査駆動回路
   と、 前記走査手段の前記鏡で反射された光の少なくとも一部
   を受光する受光素子と、 前記受光素子の出力信号から前記走査手段により走査さ
   れる光の量を検出する光量検出回路と、 前記光量検出回路の出力信号に応答して前記走査手段に
   より走査される光の量が一定になるように第１の制御信
   号により前記光源をフィードバック制御する光量制御回
   路と、 前記受光素子の出力信号から前記走査手段による光の走
   査範囲を検出する走査範囲検出回路と、 前記走査範囲検出回路の出力信号に応答して前記走査手
   段による光の走査範囲が一定になるように第２の制御信
   号により前記走査駆動回路をフィードバック制御する走
   査範囲制御回路とを備えたことを特徴とする光走査装
   置。
2. 【請求項２】 前記光源のオフ期間に、前記光源、前記
   走査手段、前記受光素子、前記光量検出回路および前記
   光量制御回路により形成される第１のループを開放状態
   にする第１のスイッチと、 前記光源のオフ期間に、前記走査駆動回路、前記走査手
   段、前記受光素子、前記走査範囲検出回路および前記走
   査範囲制御回路により形成される第２のループを開放状
   態にする第２のスイッチと、 前記第１のスイッチのオフ時に前記光量制御回路の前記
   第１の制御信号を保持する第１の保持回路と、 前記第２のスイッチのオフ時に前記走査範囲制御回路の
   前記第２の制御信号を保持する第２の保持回路とをさら
   に備えたことを特徴とする請求項１記載の光走査装置。
3. 【請求項３】 対象物に光を走査させる光走査装置であ
   って、 光を出射する光源と、 前記光源により出射された光を反射する鏡および前記鏡
   を揺動させる揺動手段を有し、前記鏡で反射された光を
   対象物に走査させる走査手段と、 前記走査手段の前記揺動手段を駆動する走査駆動回路
   と、 前記走査手段の前記鏡で反射された光の少なくとも一部
   を受光する受光素子と、 前記受光素子の出力信号から前記走査手段により走査さ
   れる光の量を検出する光量検出回路と、 前記光量検出回路の出力信号に応答して前記走査手段に
   より走査される光の量が一定になるように制御信号によ
   り前記光源をフィードバック制御する光量制御回路と、 前記光源のオフ期間に、前記光源、前記走査手段、前記
   受光素子および前記光量検出回路により構成されるルー
   プを開放状態にするスイッチと、 前記スイッチのオフ時に前記光量制御回路の前記制御信
   号を保持する保持回路とを備えたことを特徴とする光走
   査装置。
4. 【請求項４】 前記走査手段の前記鏡で反射された光の
   一部を分岐して前記受光素子に導く分岐手段をさらに備
   えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の
   光走査装置。
5. 【請求項５】 前記光源は、光走査用光源および制御用
   光源を含み、 前記走査手段は、前記光走査用光源により出射された光
   を前記鏡の表面で反射させて前記対象物に走査させると
   ともに、前記制御用光源により出射された光を前記鏡の
   裏面で反射させて前記受光素子に導くことを特徴とする
   請求項１〜３のいずれかに記載の光走査装置。
6. 【請求項６】 前記受光素子は所定幅の受光領域を有
   し、前記走査手段は、前記受光素子の前記受光領域の幅
   よりも大きい寸法の光スポットを前記受光素子の前記受
   光領域に形成することを特徴とする請求項１〜５のいず
   れかに記載の光走査装置。