(57)【要約】  光走査装置は、光源と、第１端面と第２端面とを有し、前記第１端面と前記第２端面との間で光を伝搬する光ファイバと、前記光源からの光を空間光位相変調するものであって、前記第２端面から希望光を出射させるために前記第１端面に入射すべき基準入射波面の情報に基づいて生成された基準波面の情報と、前記基準波面を補正するための補正情報とに基づいて、前記基準波面を補正した光を出射して所定の光学系を介して前記第１端面に入射させる波面変調器と、前記第２端面からの出射光の強度分布及び位相分布の少なくとも一方の第１の分布と前記希望光の強度分布及び位相分布の少なくとも一方の第２の分布との相関に基づいて前記補正情報を求め、求めた補正情報及び前記基準波面の情報に基づいて前記波面変調器を制御するプロセッサとを具備する。
2020065841.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
第１端面と第２端面とを有し、前記第１端面と前記第２端面との間で光を伝搬する光ファイバと、
前記光源からの光を空間光位相変調するものであって、前記第２端面から希望光を出射させるために前記第１端面に入射すべき基準入射波面の情報に基づいて生成された基準波面の情報と、前記基準波面を補正するための補正情報とに基づいて、前記基準波面を補正した光を出射して所定の光学系を介して前記第１端面に入射させる波面変調器と、
前記第２端面からの出射光の強度分布及び位相分布の少なくとも一方の第１の分布と前記希望光の強度分布及び位相分布の少なくとも一方の第２の分布との相関に基づいて前記補正情報を求め、求めた補正情報及び前記基準波面の情報に基づいて前記波面変調器を制御するプロセッサと
を具備したことを特徴とする光走査装置。
【請求項２】
前記プロセッサは、前記第２端面からの出射光の第１の分布の情報が与えられて、前記第１の分布と前記希望光の第２の分布との相関値を算出して、前記補正情報を求める
ことを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
【請求項３】
前記プロセッサは、前記第１の分布と前記第２の分布との相関に対応した出力が与えられて、前記補正情報を求める
ことを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
【請求項４】
前記補正情報は、前記基準波面に対して、前記波面変調器の出射光の光軸に垂直な面内の所定方向にシフトさせるシフト成分、前記波面変調器の出射光の光軸に対して傾斜させるチルト成分、前記波面変調器の出射光の光軸の周りに回転させる回転成分及び前記波面変調器の出射光の光軸を中心とする球面に変化させる球面成分のうちの少なくとも１つの成分を補正するための情報を含む
ことを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
【請求項５】
前記第２端面側に設けられて、前記第１の分布を取得する観察装置を更に具備し、
前記プロセッサは、前記補正情報を変化させながら前記相関値を求め、所定の相関値以上又は最も高い相関値を与える補正情報を前記基準波面の補正に用いる補正情報に設定する
ことを特徴とする請求項２に記載の光走査装置。
【請求項６】
前記第２端面側に設けられて、前記第２の分布に対応した反射率を有する反射部材と、
前記反射部材を反射し前記第２端面から前記光ファイバに入射し前記第１端面から出射する光の強度を取得して前記相関に対応した出力を出力する光検出素子とを更に具備し、
前記プロセッサは、前記補正情報を変化させ、前記光検出素子の出力が所定のレベル以上又は最も高いレベルとなる前記補正情報を前記基準波面の補正に用いる補正情報に設定する
ことを特徴とする請求項３に記載の光走査装置。
【請求項７】
前記第２端面に設けられて、前記第２の分布に対応した反射率を有する反射コートと、
前記反射コートを反射し前記第２端面から前記光ファイバに入射し前記第１端面から出射する光の強度を取得して前記相関に対応した出力を出力する光検出素子とを更に具備し、
前記プロセッサは、前記補正情報を変化させ、前記光検出素子の出力が所定のレベル以上又は最も高いレベルとなる前記補正情報を前記基準波面の補正に用いる補正情報に設定する
ことを特徴とする請求項３に記載の光走査装置。
【請求項８】
前記基準波面の情報、前記第２の分布の情報及び前記補正情報を記憶するメモリ
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。
【請求項９】
前記プロセッサは、複数の希望光に対応した複数の基準波面について共通の補正情報を用いて前記波面変調器を制御する
ことを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
【請求項１０】
光源と、
第１端面と第２端面とを有し、前記第１端面と前記第２端面との間で光を伝搬する光ファイバと、
前記光源からの光を空間光位相変調するものであって、前記第２端面から希望光を出射させるために前記第１端面に入射すべき基準入射波面の情報に基づいて生成された基準波面の情報と、前記基準波面を補正するための補正情報とに基づいて、前記基準波面を補正した光を出射して所定の光学系を介して前記第１端面に入射させる波面変調器と、
前記波面変調器に所定の波面の情報を与えて前記波面変調器から光を出射させると共に、前記光ファイバのファイバ伝達関数と前記波面変調器からの出射光に基づく前記第２端面からの出射光の強度分布及び位相分布の少なくとも一方の第１の分布と前記所定の光学系に関する情報とに基づいて、演算により前記波面変調器からの出射光の波面の情報を求め、求めた波面の情報と前記波面変調器から出射される所定の波面の情報とに基づいて、前記補正情報を算出し、算出した補正情報及び前記基準波面の情報に基づいて前記波面変調器を制御するプロセッサと
を具備したことを特徴とする光走査装置。
【請求項１１】
前記光ファイバのコア径をφとし、
前記波面変調器の出射光の光軸に垂直な面内の所定方向にシフトさせるシフト成分による前記第１端面における補正量は、前記第１端面の面内方向においてΦ／１０以下であること、
前記波面変調器の出射光の光軸を中心とする球面に変化させる球面成分による前記第１端面における補正量は、前記第１端面に直交する方向にφ以下であること、
前記波面変調器の出射光の光軸に対して傾斜させるチルト成分による前記第１端面における補正量は、５°以下であること、及び、
前記波面変調器の出射光の光軸の周りに回転させる回転成分による前記第１端面における補正量は、前記第１端面に直交する軸を中心とした回転角で５°以下であることの少なくとも１つを満足する
ことを特徴とする請求項４に記載の光走査装置。
【請求項１２】
請求項１から１１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を受光して電気信号に変換するフォトダイオードと
を具備したことを特徴とする撮像装置。
【請求項１３】
光源と、第１端面と第２端面とを有し前記第１端面と前記第２端面との間で光を伝搬する光ファイバと、前記光源からの光を空間光位相変調して出射し所定の光学系を介して前記第１端面に入射させる波面変調器とを有する光走査装置の前記波面変調器に対して、前記第２端面から希望光を出射させるために前記第１端面に入射すべき基準入射波面の情報に基づいて生成された基準波面を補正するための補正情報を変化させながら順次与えると共に、前記第２端面からの出射光の強度分布及び位相分布の少なくとも一方の第１の分布と前記希望光の強度分布及び位相分布の少なくとも一方の第２の分布との相関に基づいて前記基準波面の補正に用いるべき補正情報を決定して、決定した補正情報及び前記基準波面の情報に基づいて前記波面変調器を制御するプロセッサ
を具備したことを特徴とする光走査装置の調整装置。
【請求項１４】
光源と、第１端面と第２端面とを有し前記第１端面と前記第２端面との間で光を伝搬する光ファイバと、前記光源からの光を空間光位相変調して出射し所定の光学系を介して前記第１端面に入射させる波面変調器とを有する光走査装置の前記波面変調器に対して、前記第２端面から希望光を出射させるために前記第１端面に入射すべき基準入射波面の情報に基づいて生成された基準波面を補正するための補正情報を変化させながら順次与え、
前記第２端面からの出射光の強度分布及び位相分布の少なくとも一方の第１の分布と前記希望光の強度分布及び位相分布の少なくとも一方の第２の分布との相関値を求め、
前記相関値の比較結果に基づいて基準波面の補正に用いるべき補正情報を決定し、
決定した補正情報及び前記基準波面の情報に基づいて前記波面変調器を制御する
ことを特徴とする光走査装置の調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバを用いた光走査装置、撮像装置、光走査装置の調整装置及び光走査装置の調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバは、コアと呼ばれる高屈折率の部分と、コアの周囲に配置されたクラッドと呼ばれる低屈折率の部分とを有している。このような構造を有する光ファイバに入射した光は、コアとクラッドとの境界において全反射等しながら伝搬する。この種の光ファイバの中で、複数の伝搬モード（光の経路）を有する光ファイバは、マルチモードファイバと呼ばれている。【０００３】
例えば、米国公開第２０１５／０１５８７９号公報（以下、文献１という）には、マルチモードファイバにより構成される光ファイバを伝搬した光を用いて被写体を撮像する撮像装置が開示されている。この撮像装置は、光ファイバの伝達特性に対応した波面の光を光ファイバの入射面に入射することにより、光ファイバの出射面から所望の出射光を得るようになっている。文献１の発明では、出射光として希望する光を入射端面から入射させ、出射端に形成される光の波面により、希望する光を出射端面から出射させるために必要な入射端面に入射する光の波面（以下、入射波面という）を正確に求めるようになっている。【０００４】
しかしながら、光学系の機械的な取付け精度等に起因して、求めた入射波面の光を光ファイバの入射端面に正確に入射させることは困難である。このため、文献１の発明では、光ファイバの入射端面に入射波面がずれて入射されることがあり、望んだ出射光を得ることは比較的困難であるという問題があった。【０００５】
そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、所定の入射波面の光を光ファイバの入射端に正確に入射させて、所望の出射光を出射することを可能にすることができる光走査装置、光走査装置の調整装置及び光走査装置の調整方法並びに出射された所望の出射光を用いて撮像を行うことができる撮像装置を提供することを目的とする。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様による光走査装置は、光源と、第１端面と第２端面とを有し、前記第１端面と前記第２端面との間で光を伝搬する光ファイバと、前記光源からの光を空間光位相変調するものであって、前記第２端面から希望光を出射させるために前記第１端面に入射すべき基準入射波面の情報に基づいて生成された基準波面の情報と、前記基準波面を補正するための補正情報とに基づいて、前記基準波面を補正した光を出射して所定の光学系を介して前記第１端面に入射させる波面変調器と、前記第２端面からの出射光の強度分布及び位相分布の少なくとも一方の第１の分布と前記希望光の強度分布及び位相分布の少なくとも一方の第２の分布との相関に基づいて前記補正情報を求め、求めた補正情報及び前記基準波面の情報に基づいて前記波面変調器を制御するプロセッサとを具備する。【０００７】
本発明の他の態様による光走査装置は、光源と、第１端面と第２端面とを有し、前記第１端面と前記第２端面との間で光を伝搬する光ファイバと、前記光源からの光を空間光位相変調するものであって、前記第２端面から希望光を出射させるために前記第１端面に入射すべき基準入射波面の情報に基づいて生成された基準波面の情報と、前記基準波面を補正するための補正情報とに基づいて、前記基準波面を補正した光を出射して所定の光学系を介して前記第１端面に入射させる波面変調器と、前記波面変調器に所定の波面の情報を与えて前記波面変調器から光を出射させると共に、前記光ファイバのファイバ伝達関数と前記波面変調器からの出射光に基づく前記第２端面からの出射光の強度分布及び位相分布の少なくとも一方の第１の分布と前記所定の光学系に関する情報とに基づいて、演算により前記波面変調器からの出射光の波面の情報を求め、求めた波面の情報と前記波面変調器から出射される所定の波面の情報とに基づいて、前記補正情報を算出し、算出した補正情報及び前記基準波面の情報に基づいて前記波面変調器を制御するプロセッサとを具備する。【０００８】
また、本発明の一態様による撮像装置は、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を受光して電気信号に変換するフォトダイオードとを具備する。【０００９】
また、本発明の一態様による光走査装置の調整装置は、光源と、第１端面と第２端面とを有し前記第１端面と前記第２端面との間で光を伝搬する光ファイバと、前記光源からの光を空間光位相変調して出射し所定の光学系を介して前記第１端面に入射させる波面変調器とを有する光走査装置の前記波面変調器に対して、前記第２端面から希望光を出射させるために前記第１端面に入射すべき基準入射波面の情報に基づいて生成された基準波面を補正するための補正情報を変化させながら順次与えると共に、前記第２端面からの出射光の強度分布及び位相分布の少なくとも一方の第１の分布と前記希望光の強度分布及び位相分布の少なくとも一方の第２の分布との相関に基づいて前記基準波面の補正に用いるべき補正情報を決定して、決定した補正情報及び前記基準波面の情報に基づいて前記波面変調器を制御するプロセッサを具備する。【００１０】
また、本発明の一態様による光走査装置の調整方法は、光源と、第１端面と第２端面とを有し前記第１端面と前記第２端面との間で光を伝搬する光ファイバと、前記光源からの光を空間光位相変調して出射し所定の光学系を介して前記第１端面に入射させる波面変調器とを有する光走査装置の前記波面変調器に対して、前記第２端面から希望光を出射させるために前記第１端面に入射すべき基準入射波面の情報に基づいて生成された基準波面を補正するための補正情報を変化させながら順次与え、前記第２端面からの出射光の強度分布及び位相分布の少なくとも一方の第１の分布と前記希望光の強度分布及び位相分布の少なくとも一方の第２の分布との相関値を求め、前記相関値の比較結果に基づいて基準波面の補正に用いるべき補正情報を決定し、決定した補正情報及び前記基準波面の情報に基づいて前記波面変調器を制御する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態に係る光走査装置を用いた撮像装置の全体構成を説明するための図である。
【図２】光ファイバに入射する光を補正する補正処理の流れの一例を説明するフローチャートである。
【図３】光ファイバに入射する光を補正する補正処理の流れの一例を説明するフローチャートである。
【図４】第２の実施形態に係る光走査装置を用いた撮像装置の全体構成を説明するための図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
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。【００１３】
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施形態に係る光走査装置を用いた撮像装置の全体構成を説明するための図である。【００１４】
本実施形態の撮像装置は、光ファイバと空間光位相変調器により構成された波面変調器とを採用する。なお、光ファイバとしては、複数の伝搬モード（光の経路）を有するマルチモードファイバ、又は、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を採用する。【００１５】
光ファイバの出射端面から所望の強度分布の光（以下、希望光という）を出射させるために必要な入射波面を基準入射波面というものとする。波面変調器は基準入射波面を光ファイバの入射端面に入射させるための波面（以下、基準波面という）の光を生成可能である。なお、波面変調器の出射端面と光ファイバの入射端面とが共役である場合には、基準入射波面と基準波面とは同一である。【００１６】
本実施の形態においては、後述するように、基準波面のチルト成分（入射角）、シフト成分（入射位置）、球面成分（ｚ方向シフト）及び回転成分（回転角）の少なくとも１つを適正に補正することで、機械的な取付け誤差等に拘わらず、光ファイバの入射端面に基準入射波面の光が入射されるようにして、光ファイバの出射端から希望光を得るものである。【００１７】
なお、以下の説明では、波面変調器から出力される光の波面を基準波面から変化させることで、光ファイバの入射端面に基準入射波面の光を入射する例を説明するが、波面変調器から基準波面の光を出射させ、波面変調器の出射端から光ファイバの入射端面までの光学系によって基準波面の波面を変化させることで、光ファイバの入射端面に基準入射波面の光を入射させるようにしてもよいことは明らかである。【００１８】
図１に示すように、光走査装置を用いた撮像装置１は、レーザ光源１１と、コリメートレンズ１２と、ミラー１３と、ビームスプリッタ１４と、ミラー１５と、集光レンズ１６と、光ファイバ１７と、集光レンズ１８と、観察装置１９と、プロセッサ２０と、波面変調器２１と、集光レンズ３２と、フォトダイオード３３とを有して構成されている。【００１９】
レーザ光源１１は、所定の波長の光を出射する光源である。コリメートレンズ１２は、レーザ光源１１から出射された光を平行化し、平行化した光を出射する。ミラー１３は、コリメートレンズ１２により平行化された光を所定の方向に反射する。【００２０】
ミラー１３の反射光の光路上には、ビームスプリッタ１４及びミラー１５が配設されており、ビームスプリッタ１４は、ミラー１３からの光を透過させてミラー１５に出射する。ミラー１５は、ビームスプリッタ１４を透過した光を所定の方向に反射する。ミラー１５の反射光の光路上には波面変調器２１が配設される。【００２１】
波面変調器２１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。なお、波面変調器２１は、プロセッサ２０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。波面変調器２１の入出射端面には、波面がこの入出射端面に平行な平面波がミラー１５から入射するようになっている。波面変調器２１は、プロセッサ２０によって各画素を構成する液晶の配向状態が制御されて、各画素により反射される光のリタデーションが制御される。これにより、波面変調器２１は、プロセッサ２０の制御に従った波面の光をミラー１５に向けて出射することができるようになっている。【００２２】
本実施の形態においては、プロセッサ２０には、メモリ２０ａが設けられており、メモリ２０ａには、波面変調器２１において基準波面の光を生成するための情報が記憶されている。なお、基準波面の情報は、例えば、文献１に開示された技術によって取得してもよい。即ち、所望の出射光を光ファイバ１７の入射端面１７ａに入射させた場合の出射光の波面を計測し、計測した波面の位相共役の波面に基づいて基準波面を求めるのである。また、光ファイバ１７の伝達関数を求め、求めた伝達関数から演算によって基準波面の情報を取得してもよい。【００２３】
波面変調器２１の出射光は、ミラー１５によってビームスプリッタ１４の方向に反射される。ビームスプリッタ１４は、ミラー１５からの光を所定の方向に反射させる。ビームスプリッタ１４の反射光の光路上には集光レンズ１６が設けられており、集光レンズ１６は、入射した光を集光して、光ファイバ１７の入射端面１７ａに出射するようになっている。 
なお、図１の例では、波面変調器２１は、反射型液晶アレイにより構成する例を説明したが、光学系の構成によっては、波面変調器２１を透過型液晶アレイ等によって構成してもよい。【００２４】
光ファイバ１７は、例えばマルチモードファイバにより構成され、第１端面である入射端面１７ａと、第２端面である出射端面１７ｂとを有する。光ファイバ１７は、入射端面１７ａに入射された光を複数の伝搬モードにより伝搬し、出射端面１７ｂから出射する。【００２５】
本実施の形態においては、光ファイバ１７の出射端面１７ｂ側には、集光レンズ１８を介して観察装置１９が配設されている。集光レンズ１８は、光ファイバ１７の出射端面１７ｂから出射された光を観察装置１９の入射端に集光するようになっている。【００２６】
観察装置１９は、例えばカメラ等により構成され、光ファイバ１７の出射端面１７ｂからの光を撮像し、撮像画像をプロセッサ２０に出力するようになっている。観察装置１９が取得する撮像画像は、光ファイバ１７の出射端面１７ｂに現れる光の強度分布、即ち、出射端面１７ｂに現れる光の位相分布の情報を含んでいる。なお、位相分布を直接測定する装置としては、シャックハルトマンセンサー等がある。【００２７】
プロセッサ２０は、ＣＰＵ等により構成されて、メモリ２０ａ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、ＦＰＧＡ等の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。【００２８】
メモリ２０ａには、光ファイバ１７の出射端面１７ｂから出射されるべき希望光の強度分布、即ち、希望光の位相分布の情報が記憶されている。なお、メモリ２０ａに記憶されている基準波面の情報は、図１の撮像装置１に組込まれた光ファイバ１７について求められた情報ではなく、単独の光ファイバ１７について求められた情報であり、撮像装置１の機械的な組み立て精度等によっては、メモリ２０ａに記憶されている基準波面の情報に基づいて波面変調器２１から基準波面の光を出射したとしても、光ファイバ１７の入射端面１７ａには、基準入射波面の光が入射されるとは限らない。従って、波面変調器２１から基準波面の光を出射したとしても、出射端面１７ｂに現れる光の位相分布の情報は、メモリ２０ａに記憶されている希望光の位相分布の情報に一致するとは限らない。【００２９】
本実施の形態においては、プロセッサ２０は、出射端面１７ｂに現れる光の位相分布が、メモリ２０ａに記憶されている希望光の位相分布に一致又は類似するように、基準波面を補正するための補正情報を生成するようになっている。例えば、プロセッサ２０は、基準波面を、波面変調器２１の出射光の光軸に垂直な面内の所定方向にシフトさせる成分（シフト成分）、波面変調器２１の出射光の光軸に対して傾斜させる成分（チルト成分）、波面変調器２１の出射光の光軸の周りに回転させる成分（回転成分）及び波面変調器２１の出射光の光軸を中心とする球面に変化させる成分（球面成分）のうちの少なくとも１つの成分（以下、補正成分という）を補正するための補正値（補正情報）を生成する。【００３０】
例えば、光の波面を数式で表現する方法として、フリンジゼルニケ近似多項式を採用することができる。この多項式は、各項と収差の種類が対応しており、この多項式の第２及び第３項がチルト成分に対応し、第４項が球面成分に対応する。各項の加算によって合成補正量を得ることができる。なお、シフト成分及び回転成分については波面形状は変化しないので、この多項式に対応する項はない。各補正成分は相互に独立した成分であり、各補正成分を独立して制御することが可能である。【００３１】
例えば、プロセッサ２０は、所定の補正成分を補正するための補正情報を用いて、基準波面を当該補正成分について補正した波面の光を波面変調器２１から出射させるように波面変調器２１を制御する。プロセッサ２０が補正成分としてシフト成分を採用した場合には、光ファイバ１７の入射端面１７ａに入射する基準波面の光の入射端面１７ａにおける入射位置がシフト方向及びシフト量に応じて変化する。また、プロセッサ２０が補正成分としてチルト成分を採用した場合には、光ファイバ１７の入射端面１７ａに入射する基準波面の光の入射角がチルト方向及びチルト角度に応じて変化する。また、プロセッサ２０が補正成分として回転成分を採用した場合には、光ファイバ１７の入射端面１７ａに入射する基準波面は、入射端面１７ａの所定位置を中心に補正した角度だけ回転する。また、プロセッサ２０が補正成分として球面成分を採用した場合には、光ファイバ１７の入射端面１７ａに入射する基準波面は、入射端面１７ａに直交する方向（ｚ方向）に球面の曲率に従ってシフトして入射端面１７ａに入射する。【００３２】
なお、光ファイバ１７の入射端面１７ａに平行な平面をｘｙ平面とし、ｘｙ平面に直交する方向をｚ方向とすると、補正成分のうちシフト成分及びチルト成分は、基準波面をｘｙ平面上で変化させるものであり、球面成分は基準波面をｚ方向に変化させるものであり、回転成分は基準波面をｚ軸回りに回転させるものである。【００３３】
プロセッサ２０による基準波面の補正の結果、入射端面１７ａに基準入射波面の光が入射した場合には、光ファイバ１７の出射端面１７ｂから希望光が出射されることになる。プロセッサ２０は、各補正成分について補正値を適正に調整することで、観察装置１９により得られる光を希望光になるべく類似させる。例えば、プロセッサ２０は、各補正成分について補正値を調整しながら、観察装置１９により得られる光の波面の位相分布、強度分布又はその両方と希望光の波面の位相分布、強度分布又はその両方とをそれぞれ比較し、両者の相関（類似度）が最も高くなる補正値を求め、メモリ２０ａに補正情報として記憶させる。【００３４】
ところで、図１の撮像装置１においては、例えば、希望光としてスポット状の光（光スポット）を形成すると共に、この光スポットをスキャン（点スキャン）させる。そして、撮像装置１は、この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ようになっている。【００３５】
従って、点スキャンを実現するために、波面変調器２１は、各スキャン位置における光スポットに対応した基準波面をそれぞれ発生させる必要がある。この場合でも、本実施の形態においては、各基準波面に対して上述した補正成分である基準波面のチルト成分、シフト成分、球面成分及び回転成分のうちの少なくとも１つの補正成分を付加する。即ち、１つの基準波面について求めた補正情報を共通に用いて、全スキャン位置に対応した基準波面を補正してもよい。これにより、各スキャン位置に対応した光スポットを得るための基準入射波面を入射端面１７ａに確実に入射させることができる。即ち、本実施の形態においては、極めて少ない演算量で、確実な点スキャンを実現することが可能である。【００３６】
実使用時には、光ファイバ１７の出射端面１７ｂからの出射光は被写体に照射され、被写体からの反射光が出射端面１７ｂから光ファイバ１７に入射して伝搬され入射端面１７ａから出射される。光ファイバ１７からの光は集光レンズ１６を介してビームスプリッタ１４に導かれる。ビームスプリッタ１４は、光ファイバ１７から集光レンズ１６を介して入射した光を透過させ、集光レンズ３２を介してフォトダイオード３３に導く。フォトダイオード３３は、光電変換によって入射光を検出し、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、フォトダイオード３３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であってもよい。【００３７】
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２及び図３を参照して説明する。図２は設定値決定処理を説明するためのフローチャートであり、図３は補正値算出処理を説明するためのフローチャートである。【００３８】
図２の設定値決定処理は、図３の補正値算出のための設定値を決定する準備作業に相当する。先ず、メモリ２０ａに希望光に関する情報及び基準入射波面に基づく基準波面に関する情報を記憶させる。図２のステップＳ１〜Ｓ３は、基準入射波面を求める一例を示している。なお、基準入射波面は、図２のステップＳ１〜Ｓ３の方法に限らず、文献１による手法によって求めてもよい。【００３９】
図２のステップＳ１においては、光ファイバ１７の入射光に対する出射光の特性、即ち、ファイバ伝達関数を取得する。ステップＳ２において、光ファイバ１７の出射端面１７ｂから出射させたい希望光の強度分布を設定する。点スキャンによる撮像を行う場合には、希望光は光スポットとなる。ステップＳ３において、取得したファイバ伝達関数と設定した希望光の強度分布の情報とに基づいて、光ファイバ１７の入射端面１７ａに入射すべき光の波面の情報、即ち、基準入射波面の情報を算出する。この基準入射波面の情報と撮像装置１の光学系の情報とに基づいて、基準波面の情報を生成し、メモリ２０ａに記憶させる。【００４０】
ステップＳ４において、入射端面１７ａに入射する光の波面について、入射角、入射位置、ｚ方向シフト及び回転角のうちの少なくとも１つの補正成分を設定する。次に、ステップＳ５において、設定した補正成分について、それぞれの初期値、補正レンジ及び補正刻み幅を設定する。【００４１】
光ファイバ１７のコア径をφとすると、例えば、入射位置の補正刻み幅は入射端面１７ａの面内方向のφ／１０以下とする。また、ｚ方向シフトの補正刻み幅はφ以下とする。また、入射角の補正刻み幅は、５度以下とする。また、回転角の補正刻み幅は、回転角５度以下とする。【００４２】
そして、ステップＳ６において、入射端面１７ａに入射する光の波面についての補正成分の設定を、入射端面１７ａから波面変調器２１の出射端面までの光学系の情報に基づいて、基準波面の補正成分の設定に変換する。ステップＳ６によって、基準波面のチルト成分、シフト成分、球面成分及び回転成分のうち選択された補正成分についての初期値、補正レンジ及び補正刻み幅が設定される。なお、これらの設定値に関する情報についても、メモリ２０ａに記憶される。【００４３】
ステップＳ６において、基準波面の情報及び基準波面の補正に関する情報がメモリ２０ａに記憶されると、プロセッサ２０によって、補正情報（補正値）を求める図３の補正値算出処理を実行する。プロセッサ２０は、ステップＳ１１において、設定した補正成分の１つについて、基準波面の情報と補正情報の初期値とに基づいて、波面変調器２１を制御することで、基準波面に対して選択した補正成分の１つについて初期値を用いた補正を行う。【００４４】
レーザ光源１１からの光は、コリメートレンズ１２、ミラー１３、ビームスプリッタ１４、ミラー１５を介して波面変調器２１に入射する。波面変調器２１は、プロセッサ２０に制御されて、選択された補正成分の初期値を用いて基準波面を補正した光を出射する。この光は、ミラー１５、ビームスプリッタ１４及び集光レンズ１６を介して光ファイバ１７の入射端面１７ａに入射する。こうして、入射端面１７ａには、基準波面が、選択された補正成分について入射端面１７ａにおける初期値だけ補正された光が入射する。【００４５】
光ファイバ１７は入射端面１７ａに入射された光を出射端面１７ｂに導き、出射端面１７ｂからは補正された基準波面に対応した光が出射される。観察装置１９は、出射端面１７ｂからの光を集光レンズ１８を介して取得し、出射端面１７ｂから出射される光の強度分布の情報をプロセッサ２０に出力する（ステップＳ１２）。【００４６】
プロセッサ２０は、ステップＳ１３において、メモリ２０ａに記憶されている希望光の位相分布及び強度分布の情報のうちの少なくとも一方の情報と観察装置１９から与えられる出射光の位相分布及び強度分布の情報のうちの少なくとも一方の情報とに基づいて、位相分布同士の相関、強度分布同士の相関又は位相分布と強度分布を含む複素振幅分布同士の相関（類似度）を求める。プロセッサ２０は、求めた相関値（類似度）を補正量の情報と共にメモリ２０ａに記憶させる。次に、プロセッサ２０は、現在の補正量が補正レンジ以上であるか否かを判定する（ステップＳ１４）。この場合には初期値を採用しているので、プロセッサ２０は、処理をステップＳ１４からステップＳ１５に移行して、求めた相関値が所定の閾値以上であるか否かを判定する。プロセッサ２０は、相関値が所定の閾値以上でない場合には、処理をステップＳ１６に移行して、補正刻み幅分だけ補正値を変更して、基準波面を選択した補正成分について補正して処理をステップＳ１２に戻す。【００４７】
こうして、波面変調器２１からの基準波面は更に補正されて、光ファイバ１７の入射端面１７ａにはこの補正された基準波面に対応する光が入射する。観察装置１９は、出射端面１７ｂからの光を集光レンズ１８を介して取得し、出射端面１７ｂから出射される光の強度分布の情報をプロセッサ２０に出力する（ステップＳ１２）。プロセッサ２０は、希望光の強度分布と出射光の強度分布との相関を求め（ステップＳ１３）、補正量が補正レンジ以上でなければ、ステップＳ１５において、求めた相関値が所定の閾値以上であるか否かを判定する。【００４８】
以後同様の動作が繰り返され、プロセッサ２０は、ステップＳ１４において補正量が補正レンジ以上になったことを検出するか又はステップＳ１５において相関値が所定の閾値以上になったことを検出すると、処理をステップＳ１７に移行する。プロセッサ２０は、補正量が補正レンジ以上になった場合には、メモリ２０ａに記憶させた相関値のうち最も大きい相関値が得られる補正値を、設定すべき補正値としてメモリ２０ａに記憶させる（ステップＳ１７）。また、プロセッサ２０は、求めた相関値が所定の閾値以上になった場合には、この相関値が十分に類似していることを示す相関値であるものとして、この相関値が得られる補正値を、設定すべき補正値としてメモリ２０ａに記憶させる（ステップＳ１７）。【００４９】
プロセッサ２０は、次のステップＳ１８において、ステップＳ４において設定した全ての補正成分について補正を行ったか否かを判定し、全ての補正成分について補正を行っていない場合には、処理をステップＳ１９に移行して補正成分を変更した後、ステップＳ１１〜Ｓ１８の処理を繰り返す。プロセッサ２０は、全ての補正成分についての補正が終了した場合には処理を終了する。【００５０】
こうして、メモリ２０ａには、設定すべき補正値として、希望波の強度分布と光ファイバ１７からの出射光の強度分布との相関値を最も大きくするか又は所定の閾値よりも大きくする補正値が格納される。このメモリ２０ａに格納された補正値を用いて補正された基本波面は、光ファイバ１７の入射端面１７ａに基準入射波面に一致するか又は類似する波面の光を入射させるものであり、出射端面１７ｂから希望波に一致又は類似する強度分布を有する光を出射させるものである。【００５１】
撮像装置１の実使用時には、観察装置１９は用いずに、光ファイバ１７の入射端面１７ａからの光を被写体に照射する。プロセッサ２０は、メモリ２０ａに記憶されている補正値を用いて基準波面のチルト成分、シフト成分、球面成分及び回転成分のうちの少なくとも１つの補正成分について、メモリ２０ａから読出した補正値を用いた補正を行った基準波面の光を波面変調器２１から出射させる。これにより、光ファイバ１７の出射端面１７ｂからは希望光に一致又は類似した光が出射されることになり、被写体に対して希望光に一致又は類似した光を用いた照明を行うことができる。【００５２】
例えば、基準波面が光ファイバ１７の出射端面１７ｂから光スポットを出射させるものである場合には、プロセッサ２０はメモリ２０ａに記憶された補正値を用いて各スキャン位置に対応した基準波面を補正するように波面変調器２１を制御することで、被写体を確実に点スキャンすることができる。【００５３】
点スキャンによって照明された被写体からの反射光は、出射端面１７ｂから光ファイバ１７に入射し、入射端面１７ａから集光レンズ１６、ビームスプリッタ１４及び集光レンズ３２を介してフォトダイオード３３に入射される。こうして、フォトダイオード３３において、点スキャンによる被写体光学像に基づく撮像画像が得られる。【００５４】
このように本実施の形態においては、希望光に対応した基準波面のチルト成分、シフト成分、球面成分及び回転成分のうちの少なくとも１つの補正成分について、出射光の強度分布と希望光の強度分布との相関結果により補正値を求めて基準波面を補正するようになっており、光学系の機械的な取付け精度等に拘わらず、光ファイバの入射端面に希望光を得るための基準入射波面を入射させて、確実に希望光を出射させることができる。希望光として、例えば光スポットを出射させて点スキャンを行うことで、高画質の撮像画像を得ることができる。また、点スキャンを行う場合でも、補正値は１つの光スポットについて求めればよく、補正に必要な演算量は比較的小さい。【００５５】
（第２の実施形態）
図４は、第２の実施形態に係る光走査装置を用いた撮像装置の全体構成を説明するための図である。なお、図４において、図１と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。【００５６】
第１の実施の形態においては、光ファイバ１７の出射端面１７ｂ側に配置した観察装置１９によって出射光の強度分布を取得して、観察装置１９により得られる強度分布と希望光の強度分布の相関に基づいて補正値を求める例を説明したが、出射端面１７ｂの出射光を反射させて光ファイバ１７に再伝搬させ、光ファイバ１７の入射端面１７ａ側に配置した光検出素子、例えばフォトダイオード３３によって、出射光の強度分布と希望光の強度分布との相関を求めることも可能である。【００５７】
図４に示すように、撮像装置１ａには、光ファイバ１７の出射端面１７ｂ側に光ファイバ１７を伝搬した光を反射する反射部材３１が配置されている。反射部材３１には、希望光の強度分布のパターンに一致したパターンであって、強度が大きい程反射率が高いパターンが形成されるようにマスク（以下、反射マスクという）が形成されている。例えば、希望光が光スポットである場合には、反射部材３１には、当該光スポットが照射される反射部材３１のスポット領域において、反射率が１で他の部分は反射率が０の反射マスクが形成される。【００５８】
従って、光ファイバ１７の出射端面１７ｂから希望光である光スポットが希望の位置に生じた場合には、反射部材３１に入射した光の全てが反射されることになる。即ち、この場合にはフォトダイオード３３に入射される光のレベルはピークとなる。一方、光ファイバ１７の出射端面１７ｂから希望光である光スポットが出射されていない場合には、反射部材３１により反射する光のレベルは低くなり、フォトダイオード３３に入射する光のレベルはピークよりも低くなる。【００５９】
即ち、本実施の形態においては、光の強度のみを検出するフォトダイオード３３と、反射マスクが形成された反射部材３１とによって、出射端面１７ｂの出射光の強度分布と希望光の強度分布との相関（類似度）を求めることが可能である。フォトダイオード３３は、入射光のレベルに応じた出力、即ち、希望光の強度分布と出射光の強度分布との相関（類似度）に応じたレベルの出力をプロセッサ２０に出力する。【００６０】
プロセッサ２０は、第１の実施の形態と同様に、各補正成分について補正値を変化させながら、フォトダイオード３３の出力を受信し、フォトダイオード３３の出力レベルが所定値以上であるか又は最大の出力レベルとなる場合の補正値を、希望光を得るための補正値として決定する。【００６１】
なお、反射部材３１は、希望光の強度分布のパターンに一致したパターンであって、強度が大きい程反射率が高いパターンを形成する反射マスクを有するものと説明したが、反射部材３１として、希望光の強度分布のパターンに一致したパターンであって、強度が大きい程反射率が低いパターンの反射マスクが形成されるようにしてもよい。例えば、希望光が光スポットである場合には、反射部材３１には、当該光スポットが照射される反射部材３１のスポット領域において、反射率が０でその他の部分の反射率が１の反射マスクが形成される。従って、光ファイバ１７の出射端面１７ｂから希望光である光スポットが希望の位置に生じた場合には、反射部材３１は光を反射しない。従って、フォトダイオード３３には反射光が入射しない。【００６２】
一方、光ファイバ１７の出射端面１７ｂから希望光である光スポットが出射されていない場合には、反射部材３１の反射率が１の領域において光が反射されることになる。こうして、フォトダイオード３３において入射される光の強度分布に応じたレベルの反射光が検出される。この場合にも、光の強度のみを検出するフォトダイオード３３と、反射マスクが形成された反射部材３１とによって、出射端面１７ｂの出射光の強度分布と希望光の強度分布との相関を求めることが可能である。【００６３】
他の構成及び作用は第１の実施の形態と同様である。【００６４】
なお、上記説明では、光ファイバ１７の出射端面１７ｂ側に光ファイバ１７を伝搬した光を反射する反射部材３１を配置する例を示したが、これに限定されるものではない。例えば、光ファイバ１７の出射端面１７ｂにファイバ１７を伝搬した光の透過率及び反射率を制御する反射コートを施してもよい。すなわち、光ファイバ１７の出射端面１７ｂに、希望光の強度パターンに応じて、誘電体をコーティングし誘電体膜を形成するようにしてもよい。【００６５】
誘電体コーティングは光の干渉によって反射率や透過率等をコントロールする技術である。誘電体の材料は、例えば、使用波長域で光の吸収が極めて少ない二酸化チタン（TiO2）、五酸化二タンタル（Ta2O5） 、酸化アルミニウム（Al2O3）、二酸化ケイ素（SiO2）、フッ化マグネシウム（MgF2）等を用いる。【００６６】
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。また、本実施の形態においては、反射マスクを施した反射部材及びフォトダイオードによって光ファイバの出射光の強度分布を取得するようになっており、観察装置を省略することが可能である。また、反射部材に代えて反射コートを施すことにより、撮像装置として必要な構成のみによって、補正値の算出が可能となる。【００６７】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。本実施の形態のハードウェア構成は第１又は第２の実施の形態と同様である。【００６８】
上記各実施の形態においては、基準波面のチルト成分、シフト成分、球面成分及び回転成分のうちの少なくとも１つの補正成分について、最適な補正値を試行錯誤により求めた。本実施の形態においてはこの最適な補正値を演算によって求めるものである。【００６９】
メモリ２０ａには、光ファイバ１７のファイバ伝達関数に関する情報が記憶されているものとする。プロセッサ２０は、メモリ２０ａから所定の波面（以下、検査波面ともいう）の情報、例えば基準波面の情報を読出し、基準波面の光が出射されるように波面変調器２１を制御する。なお、この場合に出射する検査波面は基本波面でなくてもよい。波面変調器２１からの基準波面の光は、ミラー１５、ビームスプリッタ１４及び集光レンズ１６を介して光ファイバ１７の入射端面１７ａに入射する。この場合の入射波面は、光学系の機械的な取付け誤差等により、希望光に対応した基準入射波面とは異なる波面となっていることがある。光ファイバ１７を伝搬した光は出射端面１７ｂから出射される。観察装置１９はこの出射光の強度分布を取得してプロセッサ２０に出力する。【００７０】
入射波面の光の位相をＩｎとし、ファイバ伝達関数をＴＭとし、出射光の強度分布、即ち、出射光の位相をＯＵＴとすると、下記（１）式が成立する。
Ｉｎ×ＴＭ＝ＯＵＴ      …（１）
プロセッサ２０は、メモリ２０ａに記憶されているＴＭの情報及び観察装置１９から取得したＯＵＴの情報に基づいて、上記（１）式から入射波面の位相Ｉｎを算出することができる。更に、プロセッサ２０は、波面変調器２１の出射端から光ファイバ１７の入射端面１７ａまでの理想的な光学系の情報に基づいて、入射波面の位相Ｉｎを得る波面変調器２１の出射端の光の波面の情報を取得する。プロセッサ２０は、取得した波面の情報と出射した検査波面との差分を求める。この差分は、波面変調器２１の出射端から光ファイバ１７の入射端面１７ａまでの光学系の機械的な誤差等に起因するものである。プロセッサ２０は、この差分を０にするための補正値として、基準波面に対するチルト成分、シフト成分、球面成分及び回転成分のうちの少なくとも１つの補正成分についての補正値を算出する。プロセッサ２０は、算出した補正値をメモリ２０ａに記憶させる。【００７１】
実使用時には、プロセッサ２０は、メモリ２０ａに記憶されている補正値を用いて基準波面のチルト成分、シフト成分、球面成分及び回転成分のうちの少なくとも１つの補正成分について、メモリ２０ａから読出した補正値を用いた補正を行った基準波面の光を波面変調器２１から出射させる。これにより、光ファイバ１７の出射端面１７ｂからは希望光に一致又は類似した光が出射されて、被写体に対して所望の照明が可能となる。【００７２】
また、点スキャンを行う場合には、光スポットの位置毎に基準波面は異なる。この場合でも、補正成分は、基準波面のチルト成分、シフト成分、球面成分及び回転成分のうちの少なくとも１つであり、各基準波面に対して同一の補正値を用いて基準波面を補正すればよい。【００７３】
なお、観察装置１９によって出射光の波面の位相分布の情報ＯＵＴを求める例を説明したが、第２の実施の形態に適用して反射部材３１及びフォトダイオード３３によって出射光の波面の位相分布の情報ＯＵＴを求めるようにしてもよい。【００７４】
このように本実施の形態においても、第１及び第２の実施の形態と同様の効果を得ることができる。【００７５】
なお、本明細書におけるフローチャート中の各ステップは、その性質に反しない限り、実行順序を変更し、複数同時に実行し、あるいは実行毎に異なった順序で実行してもよい。【００７６】
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。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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