(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
観察対象物に照射する照射光を走査するための走査手段と、
前記観察対象物上で焦点を結ぶように前記照射光を集光する対物レンズ系と、
前記対物レンズ系の出射側且つ前記対物レンズ系の光軸上に配置され、前記照射光を透過させてその透過した位置を検出する光検出素子と
を有し、前記光検出素子が検出した位置に基づいて該照射光のスポットの位置を検出する光走査装置において、
前記光検出素子は、
前記光軸に垂直且つ該光軸を中心とする複数の同心円により分割された、該光軸に垂直な受光領域を有する第一の光検出素子と、
前記光軸を中心として配列された、等しい中心角を有する複数の扇形の領域に分割された受光領域を有する第二の光検出素子と
を有することを特徴とする光走査装置。
【請求項２】
観察対象物に照射する照射光を走査するための走査手段と、
前記走査手段からの照射光が入射する第一のレンズ系と、前記第一のレンズ系から出射した照射光が前記観察対象物上で焦点を結ぶように集光する第二のレンズ系とから構成された対物レンズ系と、
前記第一のレンズ系と前記第二のレンズ系の間で且つ光軸上に配置され、照射光を透過させてその透過した位置を検出する光検出素子と
を有し、前記光検出素子が検出した位置に基づいて該照射光のスポットの位置を検出する光走査装置において、
前記光検出素子は、
前記光軸に垂直且つ該光軸を中心とする複数の同心円により分割された、該光軸に垂直な受光領域を有する第一の光検出素子と、
前記光軸を中心として配列された、等しい中心角を有する複数の扇形の領域に分割された受光領域を有する第二の光検出素子と
を有することを特徴とする光走査装置。
【請求項３】
前記対物レンズ系が像側テレセントリック光学系をなすことを特徴とする請求項１又は２に記載の光走査装置。
【請求項４】
前記第二の光検出素子の受光領域が前記光軸と垂直に配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光走査装置。
【請求項５】
前記光走査装置は、前記光検出素子の検出結果に基づいて前記走査手段による照射光の走査をフィードバック制御する制御手段を有することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の光走査装置。
【請求項６】
前記光検出素子は、光を透過する半導体で形成されたフォトダイオードを有することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の光走査装置。
【請求項７】
対物レンズ系を構成する光学部品と、光検出素子とが互いに接合して一体部品として構成される光位置検出器を備えることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の光走査装置。
【請求項８】
観察対象物上で焦点を結ぶように照射光を集光する対物レンズ系と、
前記対物レンズ系の出射側且つ前記対物レンズ系の光軸上に配置され、前記照射光を透過させてその透過した位置を検出する光検出素子と
を有し、
前記光検出素子が検出した位置に基づいて該照射光のスポットの位置を検出する光位置検出器において、
前記光検出素子は、
前記光軸に垂直且つ該光軸を中心とする複数の同心円により分割された、該光軸に垂直な受光領域を有する第一の光検出素子と、
前記光軸を中心として配列された、等しい中心角を有する複数の扇形の領域に分割された受光領域を有する第二の光検出素子と、
を有することを特徴とする光位置検出器。
【請求項９】
照射光が入射する第一のレンズ系と、前記第一のレンズ系から出射した前記照射光が観察対象物上で焦点を結ぶように集光する第二のレンズ系とから構成された対物レンズ系と、
前記第一のレンズ系と前記第二のレンズ系の間で且つ光軸上に配置され、前記照射光を透過させてその透過した位置を検出する光検出素子と、
を有し、
前記光検出素子が検出した位置に基づいて該照射光のスポットの位置を検出する光位置検出器において、
前記光検出素子は、
前記光軸に垂直且つ該光軸を中心とする複数の同心円により分割された、該光軸に垂直な受光領域を有する第一の光検出素子と、
前記光軸を中心として配列された、等しい中心角を有する複数の扇形の領域に分割された受光領域を有する第二の光検出素子と、
を有することを特徴とする光位置検出器。
【請求項１０】
前記対物レンズ系が像側テレセントリック光学系をなすことを特徴とする請求項８又は９に記載の光位置検出器。
【請求項１１】
前記第二の光検出素子の受光領域が前記光軸と垂直に配置されていることを特徴とする請求項８から１０のいずれかに記載の光位置検出器。
【請求項１２】
前記光検出素子は、光を透過する半導体で形成されたフォトダイオードを有する、
ことを特徴とする請求項８から１１のいずれかに記載の光位置検出器。
【請求項１３】
対物レンズ系を構成する光学部品と、光検出素子とが互いに接合して一体部品として構成されることを特徴とする請求項８から１２のいずれかに記載の光位置検出器。
【請求項１４】
請求項１から７のいずれかに記載の光走査装置を備えることを特徴とする共焦点プローブ装置。
【請求項１５】
請求項８から１３のいずれかに記載の光位置検出器を備えることを特徴とする共焦点プローブ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光のスポット位置を検出する光位置検出器を備えた小型光走査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より共焦点プローブ装置が知られている。共焦点プローブ装置は、光走査装置と共焦点光学系とを備える。光走査装置は、光源からの照射光（レーザー光）を観察対象物上で走査する手段であり、駆動可能な光ファイバや静電駆動されるミラー装置により走査を行っている。共焦点光学系は、光走査装置によって観察対象物上の焦点面上で走査された光の戻り光を受光し、結果として観察対象物の共焦点画像を生成する。また、共焦点プローブ装置は、照射光の観察対象物上のスポット位置を検出して、該検出結果に基づいて観察対象物における照射光の走査位置を制御する。照射光のスポット位置を検出する方法としては以下の方法が従来から知られている。【０００３】
図６は、照射光を走査する手段として静電駆動されるミラー装置を備えた、従来の光走査装置３００を示す。光走査装置３００は、ミラー装置３０２と、対物レンズ系３０５とを備える。レーザー光である照射光３１１がミラー装置３０２に入射し、ミラー装置３０２で反射され、その後対物レンズ系３０５に入射する。ミラー装置３０２に入射する照射光３１１は、平行光束であり、対物レンズ系３０５を介することによって、観察対象物３１５上において焦点を結ぶ（図６では光スポット３１７が焦点位置を示す）。【０００４】
ミラー装置３０２は、照射光３１１を走査するミラー面の裏面側に位置する不図示の基板を有し、該基板上には駆動電極が配設されている。そして、任意の駆動電極に電圧を印加することにより、駆動電極とミラー間に静電引力が発生し、ミラーの一部分は駆動電極に引き寄せられるため、ミラー装置３０２のミラー面は傾斜する。該駆動電極に電圧を印加することで該駆動電極に蓄えられた静電容量と、ミラー面の傾斜角との関係には線形性があるため、該駆動電極に蓄えられた静電容量からミラー面の傾斜角を把握することができる。このミラー面の傾斜角に基づいて、観察対象物３１５における光スポット３１７の位置座標を計算することができる。従来の典型的な静電駆動されるミラー装置は、例えば以下の特許文献１に開示される。【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２９１７２号公報
【０００６】
上記のような、特許文献１に記載の光走査装置３００においては、ミラー装置３０２のミラー面の傾斜角が大きくなると、静電容量とミラー面の傾斜角との関係は非線形になり、ミラー面の傾斜角を正確に把握できなくなる。その結果、光走査装置３００の制御部が光スポット３１７があるべき位置と認識している位置（ターゲット位置）と、実際に制御された光スポット３１７の位置は、ミラー面の傾斜が大きくなるほど相違する。そのため取得された画像は、ミラー面の傾斜の大きい位置で、歪んでしまうという問題点がある。【０００７】
以上のような問題点から、歪のない画像を取得するには、光スポットの位置を間接的に測定するのではなく直接的に測定することが求められる。光スポットの位置を直接測定する方法としては、以下の方法が従来から知られている。【０００８】
図７は、光スポットの位置を直接測定する従来の光走査装置４００を示す。光走査装置４００は、光ファイバ４０１、対物レンズ系４０５、ビームスプリッタ４０７、光検出素子４０９（例えば、フォトダイオード）を備える。光ファイバ４０１は走査部４０３を有する。なお光ファイバ４０１は、前述したミラー装置３０２と置き換えが可能である。【０００９】
走査部４０３は、不図示の駆動手段により駆動されて、照射光４１１を走査する。照射光４１１は、走査部４０３から対物レンズ系４０５へ向けて出射される。対物レンズ系４０５を透過した照射光４１１は、ビームスプリッタ４０７に入射し、照射光４１１の一部は進行方向に対して９０度曲げられ、光検出素子４０９に入射する。残りの照射光４１１は直進して観察対象物４１５に達する。【００１０】
ここで観察対象物４１５においてＸＹＺ座標及び原点Ｏを図７に示すように定義する。すなわち、光軸４１３と観察対象物４１５の所定の位置との交点を原点Ｏとし、光軸４１３に平行な方向をＺ軸方向とする。また光検出素子４０９において別の座標系Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標及び原点Ｏ’を定義する。すなわち、光軸４１３と光検出素子４０９との交点を原点Ｏ’とし光軸４１３に平行な方向をＺ’軸方向とする。
【００１１】
観察対象物４１５における光スポット４１７の原点Ｏからの位置座標（Ｘ，Ｙ）は、光検出素子４０９における光スポット４１７’の原点Ｏ’からの位置座標（Ｘ’，Ｙ’）を検出することにより判明する。このようにして光スポットの位置を直接測定することが可能となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、光走査装置４００は、ビームスプリッタ４０７で分離された光を、光軸から外れた位置で受光するので、装置が大型化する。プローブ先端部等の狭小な場所において、より小型であり且つ光スポットの位置検出の精度が高い光走査装置が求められていた。【００１３】
本発明は、以上の事情に鑑み、小型であり、精度の高い光スポットの位置検出が可能な光位置検出器を有する光走査装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するため、本発明の一つの側面によって提供されるのは、観察対象物に照射する照射光を走査するための走査手段と、前記観察対象物上で焦点を結ぶように前記照射光を集光する対物レンズ系と、前記対物レンズ系の出射側で且つ前記対物レンズ系の光軸上に配置され、前記照射光を透過させてその透過した位置を検出する光検出素子とを有し、光検出素子が検出した位置に基づいて照射光のスポットの位置を検出する光走査装置である。光検出素子は、光軸に垂直且つ該光軸を中心とする複数の同心円により分割された該光軸に垂直な受光領域を有する第一の光検出素子と、光軸を中心として配列された、等しい中心角を有する複数の扇形の領域に分割された受光領域を有する第二の光検出素子とを有する。この構成により、対物レンズ系の光軸上に光検出素子を配置することで従来よりも小型化が可能であり、且つ照射光を直接検出することにより精度の高いスポット位置検出を可能とする光位置検出器を備えた光走査装置を提供することができる。
【００１５】
また、本発明の一つの側面によって提供されるのは、観察対象物に照射する照射光を走査するための走査手段と、前記走査手段からの照射光が入射する第一のレンズ系と、前記第一のレンズ系から出射した照射光が前記観察対象物上で焦点を結ぶように集光する第二のレンズ系とから構成された対物レンズ系と、前記第一のレンズ系と前記第二のレンズ系の間で且つ光軸上に配置され、照射光を透過させてその透過した位置を検出する光検出素子とを有し、光検出素子が検出した位置に基づいて照射光のスポットの位置を検出する光走査装置である。光検出素子は、光軸に垂直且つ該光軸を中心とする複数の同心円により分割された該光軸に垂直な受光領域を有する第一の光検出素子と、光軸を中心として配列された、等しい中心角を有する複数の扇形の領域に分割された受光領域を有する第二の光検出素子とを有する。この構成により、照射光を対物レンズ系の光軸と平行にする第一のレンズ系と照射光を集光させる第二のレンズ系との間に光検出素子を配置し観察対象物のスポット位置を直接的に検出することによりその精度を高めることができると共に、光軸上に光検出素子を配置することにより従来よりも小型化が可能である光位置検出器を備えた光走査装置を提供することができる。
【００１６】
また、本発明の一つの側面によって提供されるのは、観察対象物上で焦点を結ぶように照射光を集光する対物レンズ系と、前記対物レンズ系の出射側且つ前記対物レンズ系の光軸上に配置され、前記照射光を透過させてその透過した位置を検出する光検出素子と、を有し、光検出素子が検出した位置に基づいて照射光のスポットの位置を検出することを特徴とする光位置検出器である。光検出素子は、光軸に垂直且つ該光軸を中心とする複数の同心円により分割された該光軸に垂直な受光領域を有する第一の光検出素子と、光軸を中心として配列された、等しい中心角を有する複数の扇形の領域に分割された受光領域を有する第二の光検出素子とを有する。この構成により、対物レンズ系の光軸上に光検出素子を配置することで従来よりも小型化が可能であり、且つ照射光を直接検出することにより精度の高いスポット位置検出を可能とする光位置検出器を提供することができる。
【００１７】
また、本発明の一つの側面によって提供されるのは、照射光が入射する第一のレンズ系と前記第一のレンズ系から出射した前記照射光が観察対象物上で焦点を結ぶように集光する第二のレンズ系とから構成された対物レンズ系と、前記第一のレンズ系と前記第二のレンズ系の間で且つ光軸上に配置され、照射光を透過させてその透過した位置を検出する光検出素子とを有し、光検出素子が検出した位置に基づいて照射光のスポットの位置を検出する光位置検出器である。光検出素子は、光軸に垂直且つ該光軸を中心とする複数の同心円により分割された該光軸に垂直な受光領域を有する第一の光検出素子と、光軸を中心として配列された、等しい中心角を有する複数の扇形の領域に分割された受光領域を有する第二の光検出素子とを有する。この構成により、照射光を対物レンズ系の光軸と平行にする第一のレンズ系と照射光を集光させる第二のレンズ系との間に光検出素子を配置し観察対象物のスポット位置を直接的に検出することによりその精度を高めることができると共に、光軸上に光検出素子を配置することにより従来よりも小型化が可能である光位置検出器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】光走査装置の光軸上に光検出素子が配設された、光走査装置を示す。
【図２】光走査装置の制御フローを示す図である。
【図３】光走査装置の光軸上に光検出素子が配設された、光走査装置を示す。
【図４】光走査装置の光位置検出器の斜視図である。
【図５】図４の光位置検出器の側面図である。
【図６】照射光を走査する手段として静電駆動されるミラー装置を備えた、従来の光走査装置を示す。
【図７】光スポットの位置を直接測定する従来の光走査装置を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、光走査装置１００の原理を説明するための図である。光走査装置１００は、ミラー装置１０２（走査手段）と、光位置検出器１１０と、制御部１２５とを有する。光位置検出器１１０は、対物レンズ系１０５と、光検出素子１１９と、光検出素子１２１とを備える。なお、対物レンズ系１０５の光軸を光走査装置１００の光軸１１３とも称するものとする。【００２０】
ミラー装置１０２、対物レンズ系１０５、光検出素子１１９、光検出素子１２１は、それぞれ光軸１１３上に配設されている。光走査装置１００では、図示しない光源により供給される照射光１１１（レーザ光）は、平行光であり、ミラー装置１０２に入射し、その後ミラー装置１０２により反射されて対物レンズ系１０５へ入射する。なお、ミラー装置１０２の中心点１３１において照射光１１１（の主光線）が反射されるようになっている。また、ミラー装置１０２は、照射光１１１の反射角度を調整して、照射光１１１を走査する「走査手段」としての機能を有する。
【００２１】
対物レンズ系１０５は、複数のレンズ及び光学部材から構成されたレンズ系であり、観察対象物１１５上において、平行光束である照射光１１１を集光させる（スポット径は約１μｍ程度）機能を有する。観察対象物１１５上に図１に示すような直交座標系を定義するものとする（光軸１１３上であって観察対象物１１５との交点を原点Ｏとし、光軸１１３に平行な方向をＺ軸方向、その他図のようにＸ軸、Ｙ軸を定める）。照射光１１１は、対物レンズ系１０５のパワーにより、原点Ｏを通るＸＹ平面において、焦点を結ぶ（光スポット１１７）。なお、本発明の実施形態では、ミラー装置１０２の中心点１３１は対物レンズ系１０５の焦点位置となるように調整されている。すなわち、この位置関係は像側テレセントリック光学系をなし、対物レンズ系１０５を通過した照射光１１１は光軸１１３に対して常に平行となる。したがって、ミラー装置１０２により照射光１１１が走査されたとしても、原点Ｏを通るＸＹ平面上において常に照射光１１１を集光させることができる。【００２２】
光検出素子１１９及び光検出素子１２１は、その受光面が光軸１１３と略垂直であり且つその受光面の中心が光軸と一致するように配置されている。すなわち、本発明においては、光検出素子１１９および光検出素子１２１への入射位置により、観察対象物１１５上の光スポット１１７の位置（Ｘ座標、Ｙ座標）を検出することができる。【００２３】
光検出素子についてさらに詳述する。本発明においては、例えば、特開平１１−３１２８２１号公報において開示されるような、光を透過する透明な半導体受光素子を、光検出素子として使用することを想定している。その半導体受光素子は、受光した光の一部のみを吸収し、受光した光の大部分をその背面に透過させる機能を有する。また、光を吸収することにより電流（光電流）を生ずる。半導体受光素子は、例えば、ｐｎ接合で形成されたフォトダイオードであり、光が透過する程度の薄膜に形成されている。【００２４】
光検出素子１１９は、Ｘ軸方向に等分割され、分割された各領域には図示しないがそれぞれ電極が接続されている。照射光１１１が光検出素子１１９を透過したとき、どの電極に光電流が流れるかを検出することにより観察対象物１１５上の光スポット１１７のＸ座標を検出することができる。本発明では、対物レンズ系１０５を通過した照射光１１１と光軸１１３が平行であるので、光検出素子１１９で検出されたＸ座標が光スポット１１７のＸ座標となる。光検出素子１２１は、Ｙ軸方向に等分割され、分割された各領域には図示しないがそれぞれ電極が接続されている。照射光１１１が光検出素子１２１を透過したとき、どの電極に光電流が流れるかを検出することにより光スポット１１７のＹ座標を検出できる。なお、対物レンズ系１０５を通過した照射光１１１と光軸１１３が平行でなく、該照射光１１１が光軸１１３と所定の角度をなす場合には、そのなす角度と、光検出素子１１９で検出されたＸ座標、光検出素子１１９の観察対象物１１５からのＺ軸上の距離等を用いて幾何学的に光スポット１１７のＸ座標を検出することができる。同様に光スポット１１７のＹ座標を検出することもできる。しかし、ミラー装置１０２と対物レンズ系１０５により像側テレセントリック光学系を形成して照射光１１１と光軸１１３とを平行にしたほうが、光検出素子１１９，１２１の検出範囲を大きくとることができると共に、検出位置の分解能を高くすることができる（すなわち、照射光１１１が光軸１１３と非平行であると、光検出素子１１９，１２１の入射範囲が制限されるとともに、検出素子上でのスポット径が広がってしまう）。【００２５】
本発明によれば、照射光を透過する光検出素子を用いることにより、対物レンズ系の光軸上に少なくとも１つの光検出素子を用いることを可能にし、その結果、従来の検出方法と比して検出のメカニズムを簡易とし且つ高精度な検出を可能としている。
【００２６】
制御部１２５は、制御回路１２７及び駆動回路１２９を備える。制御回路１２７は光検出素子１１９，１２１により検出されるＸ，Ｙ座標を示す信号を取得する機能と駆動回路１２９を制御する機能とを有する。駆動回路１２９は制御回路１２７の制御に基づいて駆動手段１２３を駆動させる機能を有する。例えば前述した従来の方法によって、駆動手段１２３は、ミラー装置１０２の中心点１３１を中心にしてミラー装置１０２を静電駆動させる。また、本発明の実施形態では、走査手段として、ミラー装置１０２の代わりに、光ファイバを用いることができる。【００２７】
次に、光走査装置１００の制御を説明する。【００２８】
図２は、光走査装置１００の制御フローを示す図である。光学系では、まず初めに照射光１１１を光源から走査手段（ミラー装置１０２）へ出射する（ＳＴＥＰ１）。一方、制御系では、制御部１２５は、走査しようとする光スポット１１７の座標（ターゲット座標（Ｘ１，Ｙ１））を示す信号（駆動信号）を制御回路１２７へ送信する（ＳＴＥＰ２）。制御回路１２７は、駆動信号により得られるターゲット座標ごとに走査手段の傾斜角を決定し、相当する制御信号を駆動回路１２９へ送信する（ＳＴＥＰ３）。駆動回路１２９は、その制御信号に基づいて走査手段を傾斜させる（ＳＴＥＰ４）。傾斜した走査手段は、所定の出射角を有する照射光１１１を対物レンズ系１０５へ向けて出射する（ＳＴＥＰ５）。そして対物レンズ系１０５を経た照射光１１１が、光検出素子１１９を透過することにより、光検出素子１１９における照射光１１１のＸ座標が検出され（ＳＴＥＰ６）、同様に光検出素子１２１における照射光１１１のＹ座標が検出される（ＳＴＥＰ７）。検出されたＸ座標、Ｙ座標は、制御回路１２７において観察対象物１１５における光スポット１１７の位置の座標（Ｘ２、Ｙ２）とみなされる。そしてターゲット座標（Ｘ１、Ｙ１）と検出された座標（Ｘ２、Ｙ２）の差分を補正した補正制御信号が駆動回路１２９に送信される（ＳＴＥＰ８）。そして駆動回路１２９は、その補正制御信号に基づいて走査手段を傾斜させる（ＳＴＥＰ９）。【００２９】
ＳＴＥＰ５からＳＴＥＰ９までの処理は、ターゲット座標（Ｘ１、Ｙ１）と検出された座標（Ｘ２、Ｙ２）が一致するまで繰り返される。以上のように、光走査装置１００の制御部１２５は、光検出素子１１９及び光検出素子１２１の検出結果に基づいて、走査手段をフィードバック制御することにより、観察対象物１１５における照射光１１１の位置をターゲット座標に精度良く一致させることができる。【００３０】
ここまで、スポット位置をＸ軸方向及びＹ軸方向の直交座標系で取得する光走査装置１００について説明した。次に、本発明の他の実施形態であるスポット位置を極座標系（ｒ、θ）で取得する光走査装置２００を説明する。【００３１】
図３は、光走査装置２００の原理を説明するための図である。光走査装置２００は、光ファイバ２０１と、光位置検出器２１０と、制御部２２５とを有する。光位置検出器２１０は、対物レンズ系２０５と、光検出素子２１９と、光検出素子２２１とを備える。なお、対物レンズ系２０５の光軸を光走査装置２００の光軸２１３というものとする。また、光ファイバ２０１は走査部２０３を有し、走査部２０３が走査手段としての機能を有する。【００３２】
光ファイバ２０１の走査部２０３、対物レンズ系２０５、光検出素子２１９、光検出素子２２１は、それぞれ光軸２１３上に配設されている。光走査装置２００では、図示しない光源により供給される照射光２１１（レーザ光）は、平行光であり、光ファイバ２０１の走査部２０３から出射し、その後対物レンズ系２０５へ入射する。走査部２０３は、照射光２１１の出射角度を調整して、照射光２１１を走査することができ、照射光を走査するという機能においては前述のミラー装置１０２と同等の機能を有する。対物レンズ系２０５は、光走査装置１００の対物レンズ系１０５と機能が同等であるためその説明は省略する。【００３３】
光軸２１３、ＸＹＺ座標系、及びその原点Ｏは、図１における例と同様に定義される。また極座標（ｒ、θ）として、ターゲット座標（Ｘ１，Ｙ１）から光軸２１３におろした垂線の長さをｒ、該垂線がＸＺ平面となす角をθとする。【００３４】
光検出素子２１９は、光軸２１３を中心としたリング状の領域を複数有し、例えばそのリング状の領域は半径方向に等間隔毎に分割されている。また、分割された各リング状の領域には図示しないがそれぞれ電極が接続されている。なお、電極としては、例えば、充分線幅の細いもの、或いはＬＣＤに用いられている透明電極（ＩＴＯ）等を用いることができる。照射光２１１が光検出素子２１９を透過したとき、どの電極に光電流が流れるかを検出することにより光スポット２１７のｒ座標を検出することができる。光検出素子２２１は、光軸２１３を中心として配列された略扇形状の領域を複数有し、例えばその扇形状の領域はそれぞれの中心角が等角度に分割されている。また、分割された各扇形状の領域には図示しないがそれぞれ電極が接続されている。照射光２１１が光検出素子２２１を透過したとき、どの電極に光電流が流れるかを検出することにより光スポット２１７のθ座標を検出することができる。【００３５】
制御部２２５は、制御回路２２７及び駆動回路２２９を備える。光ファイバ２０１の走査部２０３は、駆動手段２２３により駆動される。【００３６】
極座標系（ｒ、θ）の軸方向に沿って分割された光検出素子２１９及び光検出素子２２１を用いた光走査装置２００では、図２を用いて説明した光走査装置１００の制御とほぼ同様の制御が行われる。ただし、ＳＴＥＰ６およびＳＴＥＰ７において検出される座標が曲座標系であるため、ＳＴＥＰ８では、その検出された極座標をＸ，Ｙ座標に変換したものを光スポット２１７の位置とみなして、その後補正制御信号を駆動回路１２９へ送信する点のみが異なる。【００３７】
以上述べたように光軸上に、光を透過する半導体受光素子で形成された光検出素子を配置することにより、光軸上の光を分岐することなく、光スポットの位置を直接検出することができる。よって制御すべき光スポットの位置と、実際の光スポットの位置を精度よく一致させることが可能となる。【００３８】
次に、光走査装置の光位置検出器の具体的な構成を説明する。図４は、光走査装置の光位置検出器１０の斜視図である。図５は、図４の光走査装置１０の側面図である。なお、光位置検出器１０は、光走査装置１００（或いは光走査装置２００）の光位置検出器１１０（或いは光位置検出器２１０）として用いることができる。【００３９】
光位置検出器１０は、対物レンズ系５a、光検出素子１９、ガラス板３１、光検出素子２１、対物レンズ系５bから構成される。対物レンズ系５aは光位置検出器１０の入射側に配置され、対物レンズ系５bは光位置検出器１０の出射側に配置されている。対物レンズ系５ａ及び対物レンズ系５ｂは各々が複数のレンズから構成され（単レンズでもよい）、対物レンズ系５aと対物レンズ系５bとにより、平行光である照射光を観察対象物上に集光させる。より詳細には、例えば、対物レンズ系５aが、走査手段からの照射光を対物レンズ系５a及び対物レンズ系５bの光軸に平行にするような像側テレセントリック系をなし、対物レンズ系５bが平行光である照射光を集光させる系をなす構成となっている。
【００４０】
光検出素子１９は、光を透過する半導体受光素子で形成された薄膜部１９ａ、薄膜部１９ａを分割した各部分に接続された電極１９ｂを有する。光検出素子２１も光検出素子１９と同様の構造を有する。対物レンズ系５ａは光検出素子１９に接合され、光検出素子１９はガラス板３１に接合され、ガラス板３１は光検出素子２１に接合され、光検出素子２１は対物レンズ系５ｂに接合されている。走査手段から出射された照射光は、対物レンズ系５ａ、光検出素子１９、ガラス板３１、光検出素子２１、対物レンズ系５ｂの順に透過する。なお、本発明の実施形態では、光位置検出器１０においては、入射する照射光は直径約２００μｍの平行光であり、観察対象上での照射光のスポット径は約１μｍである。また、対物レンズ系のおおよその径は１．０〜１．５ｍｍであり、走査手段による走査範囲は２５０μｍから４００μｍである。【００４１】
上述のように、対物レンズ系の光学部品及び光検出素子を互いに接合して一体部品として構成することにより、光位置検出器の小型化が可能となる。また最終的に組み立てられた光走査装置では、各光学部品および検出素子間の光軸合わせの手間が省け、配置及び調整を簡単に行うことができる。また、光検出素子は、照射光のスポット位置を直接的に検出しているため、ミラー装置の静電駆動等による間接的な検出方法よりも高い精度で照射光のスポット位置を検出することができる。なお、図４及び図５に示す光位置検出器では、対物レンズ系５aと５bを用いているが、いずれか一方であってもよい（図１や図３に示す光走査装置にみるように、対物レンズ系が一方であっても、その機能を達成することができる）。【００４２】
なお本発明における光走査装置は、例えば体腔内の生態組織を観察する、共焦点顕微鏡又は内視鏡に使用される共焦点プローブへの適用が想定される。【００４３】
したがって、本発明では、走査手段と、対物レンズ系と、光を透過するよう形成された光検出素子とを、光走査装置の光軸上の所定の位置に配設することによって、小型であり、精度の高い光スポットの位置検出が可能な光位置検出器を有する光走査装置を提供することができる。
【図１】
0004589931.tif 000002
【図２】
0004589931.tif 000003
【図３】
0004589931.tif 000004
【図４】
0004589931.tif 000005
【図５】
0004589931.tif 000006
【図６】
0004589931.tif 000007
【図７】
0004589931.tif 000008