JPH0650365B2 - 所与の表面上に光を集束させる装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は所与の表面に光を集束させる装置に係る。

光学装置からの光を所与の表面で焦点合わせすることが
しばしば必要である。例えば非接触型光学プローブまた
は計器、及びビデオディスク用読取器にこのような動作
が必要である。従来の手段として、光がいつ焦点が合っ
た状態で表面に到達するかを決定する手段、及び焦点か
らずれた時に信号を発生し、焦点を形成或いは復元する
ためにはどの方向に光学素子及び表面を相対移動すべき
かを表示するための手段がある。前述の信号はサーボ制
御系に加えられ、前述のサーボ制御系は光学装置の一部
を移動させることにより所望の焦点合せを行う。前述の
光学装置は例えば従来型の顕微鏡対物レンズを含んでお
り、この対物レンズは良好な光学品質を有するべく大き
い質量を有し得るため、サーボ制御系の応答速度が制限
されるという不利な点がある。

本発明の目的は、迅速なサーボ応答性を発揮し得る光を
集束させる装置を提供することにある。

本発明によれば、前述の目的は、複数の波長の光の中か
ら所定波長の光を選択し、所定波長の光を射出する可変
波長光源と、射出された光を所与の表面に集束させるべ
く、射出された光の光路上に移動自在に設けられてお
り、所定の色収差を有するゾーンプレートと、前述の所
与の表面から反射される反射光を受容して、前述の所与
の表面上での前述の集束された光の集束度を示す信号を
出力する焦点検出手段と、ゾーンプレートを前述の光路
に沿って駆動すべく、ゾーンプレートに連結された駆動
手段と、焦点検出手段、可変波長光源、及び駆動手段に
電気的に連結されており、焦点検出手段からの前述の信
号に基づいて、前述の集束された光の焦点を前述の所与
の表面上に維持すべく、可変波長光源及び駆動手段を制
御する制御手段とを有する、所与の表面上に光を集束さ
せる装置により達成される。

本発明の装置によれば、集束検出手段から出力された所
与の表面上での集束された光の集束度を示す信号に基づ
いて、集束された光の焦点を所与の表面上に維持すべ
く、ゾーンプレートを光路に沿って駆動するように駆動
手段を制御するのに加えて、色収差を有するゾーンプレ
ートに向けられる光の波長を変えるように可変波長光源
を制御するが故に、所与の表面に対するゾーンプレート
の相対移動に加えて、光の波長を変えることによって、
所与の表面上に集束される光の集束度を変え得、光のサ
ーボ応答速度を迅速なものとし得る。

光源からの光の波長は、白色光から所望の波長帯を選択
するモノクロメータにより変化させられ得る。

光源からの光の波長は、白色光から所望の波長帯を選択
する干渉フィルタくさびにより変化させられ得る。別の
具体例に於いて、光源からの光の波長は半導体レーザの
温度を変化させることにより変えられる。

場合によっては、光は光ファイバ光導波路を介して光源
からゾーンプレートに送られる。

本発明を添付図面を参照し乍ら具体例に基づいて、詳細
に説明する。

先ず、第１図に基づいて本発明の一具体例について説明
する。

光を集束させるべき所与の表面を符号10で示す（第１
図）。表面10は、例えばビデオディスクの表面であり得
る。可変波長光源は12で略示される。白色光はランプ14
により発生される。狭い波長帯の波長の光がモノクロメ
ータ16により選択される。図中、モノクロメータ16はプ
リズムから構成される。波長は、矢印18で略示されるモ
ノクロメータ調整手段により変えられる。選択された波
長の光は、アパーチャ20を通って光源から離れ、本具体
例の場合、単一のフィラメントの光ファイバ光導波路22
を介して伝送される。光は端末24で光導波路22を離れ、
ビームスプリッタキューブ26に移る。ビームスプリッタ
キューブ26内部の部分反射表面28に於いて、光は、ゾー
ンプレート30に送られる。ゾーンプレート30は表面10上
で光を集束させ、光の集束する面積は光の集束度に従い
小さくなる。表面10から反射された光はゾーンプレート
30を通って戻り、反射光の一部は部分反射表面28、シリ
ンドリカルレンズ32及び平面鏡34を通って四分円形光電
セル36に達する。シリンドリカルレンズ32と四分円形光
電セル36とのアセンブリ自体は集光の良好さを検出する
ための、慣用手段である。四分円形光電セル36は４個の
出力を有し、光電セル36からの出力の相対強さは、ゾー
ンプレート30から表面10に供給された光が表面10上の焦
点38、表面10より上方40或いは表面10より下方42のいず
れに到着するかを示すために使用され得る。光電セル36
からの出力はリード44を通って増幅表示手段46に送ら
れ、増幅表示手段46に於いて表面10上の集束度が表示さ
れ得る。

ゾーンプレート30は顕著な色収差を有し、緑色光を焦
点、即ち位置38に、赤色光を40及び青色光を42に到達さ
せる。従ってモノクロメータ16の調整（従って選択され
た光の色の調整）を示す信号48は、ゾーンプレート30と
表面10との間の距離を表示すべく、制御手段を構成する
制御表示装置50内で焦点検出手段32,34,36,46からの信
号52と結合され得る。モノクロメータ（プリズム）16
は、焦点検出手段32,34,36,46が正確な焦点を示すま
で、即ちゾーンプレート10からの光が実質的に点38で集
束するような選択波長（色）が得られる迄回転させられ
得る。初期に較正を行うことにより、モノクロメータ調
整手段18にはゾーンプレート30と表面10との距離として
マイクロメータの単位を用いることができる。焦点合わ
せのみが必要な場合、制御表示装置50は、点38で光を集
束させるように出力波長が変化する方向に、調整手段18
を介してモノクロメータ（プリズム）16を回転駆動すべ
く構成され得る。

本具体例によると、ゾーンプレート30と所与の表面10と
の間の距離を変化させることによっても焦点を維持する
ことができる。この時モノクロメータ16は調整手段18に
より光が点38において焦点が合う基準距離に設定され
得、一定の信号48が制御表示装置50に供給される。距離
が基準距離から変化するなら、焦点検出手段は表面が位
置40側に移動したか位置42側に移動したかによって左右
される（極性、大きさまたは他の要素）信号52を供給す
る。２個の信号48及び52は制御表示装置50中で結合さ
れ、制御信号54を発生する。制御信号54は、軽量キャリ
ッジに支持されたゾーンプレート30を、表面10と光の焦
点38とを再び一致させるような方向に駆動すべく、駆動
手段を構成するサーボモータ56を作動させる。

本具体例においては、ランプ14、モノクロメータ16及び
アパーチャ20は可変波長光源12を構成する。光源12は所
定波長の光を射出する。ゾーンプレート30は光源12から
射出された光を所与の表面10に集束させるべく、射出さ
せた光の光路上に移動自在に設けられており、且つ色収
差を有する。

シリンドリカルレンズ32、平面鏡34、四分円形光電セル
36及び増幅表示手段46は焦点検出手段を構成する。この
焦点検出手段は、所与の表面10から反射される反射光を
受容して、表面10上での集束された光の集束度を示す信
号52を出力する。サーボモータ56は駆動手段を構成して
おり、ゾーンプレート30を前述の光路に沿って駆動すべ
く、支持部材58を介してゾーンプレート30に連結されて
いる。また、制御表示装置50及びモノクロメータ調整手
段18は制御手段を構成する。この制御手段は、焦点検出
手段、可変波長光源及び駆動手段とに電気的に連結され
ており、焦点検出手段からの信号52に基づいて、集束さ
れた光の焦点を所与の表面10上に維持すべく、可変波長
光源及び駆動手段を制御する。

ゾーンプレート30とその支持部材（キャリッジ58）とは
１グラムまたは２グラムの大きさの質量を有するように
形成され得る。ゾーンプレート30は、100グラムの質量
を有し得る前述の従来型の顕微鏡対物レンズのような集
光手段に較べて優れている。質量が比較的小さいため迅
速なサーボ応答時間が得られる。

第１図に基づいて説明した具体例においては、モノクロ
メータ16は回転プリズム型である。第２図に示される光
を集束させる装置においてはモノクロメータの代りに、
符号60で略示するような干渉フィルタくさびが用いられ
ており、干渉フィルタくさび60は白色光から所望の狭い
波表帯を選択する。第２図に示される装置は第１図に基
づいて説明した本発明の一具体例と同様に機能し、本発
明の別の具体例を構成する。

第３図に示される光を集束させる装置においては、第１
図に示されるモノクロメータは符号62で略示するような
半導体ダイオード型のレーザ（半導体レーザ）が用いら
れており、射出される光の波長はダイオードの温度に依
存する。この場合、装置は予め決定し得る一定の値に温
度を維持すべく、サーモスタット式に制御される加熱手
段64のような手段を備える。第３図に示される装置は第
１図に基づいて説明した具体例と同様に機能し、本発明
の更に別の具体例を構成する。

前述の参考例の構成は内視鏡に適用され得る。ゾーンプ
レートは体腔挿入用内視鏡の遠端（即ち接眼レンズと反
対の端部）でレンズシステムの少なくとも一部を形成す
るように構成される。内視鏡の入射光の波長が変化する
とゾーンプレートは内視鏡の端部から異なる距離に焦点
を形成する。その結果、移動部分を用いることなしにモ
ノクロメータによる遠隔制御によりズームレンズシステ
ムの効果が得られる。このような容易さは、被試験物体
から接眼レンズに光を送るためにコヒーレントな光ファ
イバを使用する内視鏡の場合特に有利である。

【図面の簡単な説明】

第１図は所与の表面で光を集束させる装置の概略説明
図、第２図は別の光源を有する具体例を示す第１図と同
様の概略説明図、及び第３図は更に別の光源を有する具
体例を示す概略説明図である。 10……表面、12……（可変波長）光源、14……ランプ、
16……モノクロメータ、20……アパーチャ、22……光フ
ァイバ光導波路、26……ビームスプリッタキューブ、30
……ゾーンプレート、32……シリンドリカルレンズ、34
……平面鏡、36……光電セル、44……リード、46……増
幅表示手段、50……制御表示装置、56……サーボモー
タ、58……キャリッジ、60……干渉フィルタくさび、62
……半導体レーザ、64……炉。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の波長の光の中から所定波長の光を選
   択し、当該所定波長の光を射出する可変波長光源と、 前記射出された光を所与の表面に集束させるべく、前記
   射出された光の光路上に移動自在に設けられており、所
   定の色収差を有するゾーンプレートと、 前記所与の表面から反射される反射光を受容して、前記
   所与の表面上での前記集束された光の集束度を示す信号
   を出力する焦点検出手段と、 前記ゾーンプレートを前記光路に沿って駆動すべく、前
   記ゾーンブレートに連結された駆動手段と、 前記焦点検出手段、前記可変波長光源及び前記駆動手段
   に電気的に連結されており、前記焦点検出手段からの前
   記信号に基づいて、前記集束された光の焦点を前記所与
   の表面上に維持すべく、前記可変波長光源及び前記駆動
   手段を制御する制御手段とを有する、所与の表面上に光
   を集束させる装置。
2. 【請求項２】前記光源は、白色光から前記所定波長を選
   択するモノクロメータを含む特許請求の範囲第１項に記
   載の装置。
3. 【請求項３】前記光源は、白色光から前記所定波長を選
   択する干渉フィルタくさびを含む特許請求の範囲第１項
   に記載の装置。
4. 【請求項４】前記光源は、半導体レーザと、当該半導体
   レーザの温度を一定値に維持する手段とを含む特許請求
   の範囲第１項に記載の装置。