JPH0528940B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は撮像装置、特に試料を線状の光ビーム
で走査するように構成した撮像装置に関するもの
である。

（従来の技術） 従来、試料の光学的画像情報を電気信号に変換
する撮像装置として、受光素子を２次元的に配列
して各受光素子からの信号を順次読出して画像信
号を形成する固体撮像素子を利用した撮像装置が
実用化されている。この２次元固体撮像素子を用
いた撮像装置では、試料を一様に照射して試料の
像を撮像素子上に投影しており、簡単な構成で、
画像信号を得ることができる利点があり、種々の
用途に用いられるようになつている。

更に、別の撮像装置として、微小スポツト状に
収束した光ビームを２次元的に偏向して試料面を
走査し、試料からの反射光又は透過光をフオトマ
ル等の受光素子で検出して試料の光学情報を画像
信号として形成する光学式走査撮像装置が実用化
されている。この光学式走査型撮像装置では微小
スポツト状の光ビームで試料を走査する構成とし
ているから、迷光の発生を防止でき高解像度の画
像信号を得ることができると共に像の明るさやコ
ントラストを電気的に調整でき、巾広い用途を具
えている。

一方、上述した従来の撮像装置はモノクロ型撮
像装置であり、試料の色彩に関する情報を検出で
きない不都合であつた。このため、試料の色彩に
関する情報も検出できる簡単な構成のカラー撮像
装置の開発が強く要請されている。

上述した構成の撮像装置は簡単な構成で撮像で
きる利点を有しいるが、カラー撮像装置に利用す
るには種々の問題点がある。例えば光学式走査型
撮像装置では３原色の光ビームを試料上に一致さ
せて走査するのが難しく水平方向及び垂直方向の
光ビーム間のずれ、すなわち色ずれを生じ易すい
欠点がある。このため垂直方向にずれが生ずると
レジトレーシヨンエラーが発生してしまい、水平
方向の走査速度のムラが生ずると３原色と画像に
歪みが発生してしまい試料の色彩情報を正確に再
現出来ない不都合が生じていた。更に、試料面を
光ビームで高速走査するため受光素子として感度
の高いフオトマルを用いなければならず、装置が
大型化且つ高価になる欠点があつた。一方、二次
元固体撮像素子を利用した撮像装置では、二次元
固体撮像素子の分解能が低いため高解像度の画像
信号が得にくく、例えば欠陥検査装置のような用
途に対しては解像度が不足する欠点がある。ま
た、二次元固体撮像素子は感度が低いため強力な
光源が必要となり、同様に装置が大型化する欠点
があつた。

本発明者は、上述した欠点を解消し、３原色の
光ビームを試料上に一致させて走査することがで
きると共に各光ビームの走査速度が変動しても画
像に歪みが発生せず高解像度の画像が得られ、し
かも小型且つ安価カラー撮像装置を提供している
（特願昭60−76611号）。

このカラー撮像装置は、異なる色成分の複数の
光ビームを放射する複数の光源と、これら光源か
ら発した複数の光ビームを主走査方向に偏向させ
る第１の偏向手段と、複数の光ビームを前記第１
の偏向手段による走査方向と直交する方向に共通
に偏向する共通の第２の偏向手段と、第１及び第
２の偏向手段によつて偏向された光ビームを微小
スポツト状に収束させて試料に投射する対物レン
ズと、試料からの反射光又は透過光を各色成分毎
に色分解する色分解光学系と、複数の素子が前記
主走査方向に１次元的に配列され、各成分毎に分
解された光束を受光してそれぞれ同期して光電出
力信号を出力する複数のリニアイメージセンサと
を具えることを特徴とするものである。

このカラー撮像装置では、３原色の各光ビーム
を第１の偏向手段により試料のＸ方向にそれぞれ
高速振動させると共に、各光ビームを共通の第２
の偏向手段に入射させてＸ方向と直交するＹ方向
に偏向して３原色光ビームを１本の光ビームに合
成する。この合成した光ビームを対物レンズを介
して微小スポツト状に収束して試料に投射し、試
料をＸ及びＹ方向に走査する。そして、試料から
の反射光又は透過光を色分解光学系により各色成
分に分解して各色成分毎に配置したリニアイメー
ジセンサに入射させる。各リニアイメージセンサ
は、複数の素子が主走査方向であるＸ方向と対応
する方向に１次元的に配列された構成とし、各イ
メージセンサはそれぞれ同期して各素子に蓄積し
た電荷量を順次読出して光電出力信号を出力する
ように構成されている。

（発明が解決しようとする問題点） 上述した本出願人が提案したカラー撮像装置
は、レーザ光源から発した光ビームを音響光学素
子によつて主走査方向に偏向すると共に振動ミラ
ーによつて副走査方向に偏向して対物レンズを経
て試料上に投射する構成としているから、試料を
微小スポツト状の光ビームで走査することがで
き、鮮明な高解像度の画像を得ることができる。

しかしながら、主走査を行う音響光学素子は価
格が高価であるため音響光学素子を用いて主走査
を行なう構成とすると、撮像装置の価格が高価に
なる欠点があつた。更に、音響光学素子は、光源
から発した光ビームを所定の入射角で高精度に入
射させなければならず、入射角がわずかにずれる
だけで試料を正確に走査できなくなつてしまうた
め音響光学素子の組立調整が面倒になる欠点があ
つた。

従つて、本発明の目的は上述した欠点を除去
し、音響光学素子を用いなくても試料の画像情報
を再現でき、鮮明な画像が得られる撮像装置を提
供するものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明による撮像装置は、光ビームを放射する
光源と、光源から発した光ビームを拡大するエキ
スパンダと、エキスパンダからの光ビームを主走
査方向と直交する副走査方向にのみ集束するシリ
ンドリカルレンズと、ビーム偏向ミラーを有し、
前記シリンドルカルレンズで集束された光ビーム
を副走査方向に偏向する偏向装置と、この偏向装
置からの光ビームを線状光ビームとして試料に投
射すると共に試料からの反射光を受光する対物レ
ンズと、複数の受光素子が前記主走査方向に一次
元的に配列され、前記対物レンズから発する光を
受光して光電出力信号を出力するリニアイメージ
センサと具え、前記対物レンズで受光された試料
からの反射光を前記偏向装置を介して前記リニア
イメージセンサ上に結像させ、リニアイメージセ
ンサの各受光素子に生じ電荷を所定の読出周波数
で順次読み出すように構成したことを特徴とする
ものである。

（作用） 本発明では、光源から発した光ビームを、シリ
ンドリカルレンズを用いて主走査方向に延在する
細い線状光ビームとし、この線状光ビームを振動
ミラーによつて偏向して副走査を行なう。この結
果、試料は細い線状光ビームによつて全面に亘つ
て走査され、試料からの線状の反射光又は透過光
をリニアイメージセンサで受光し、各受光素子に
蓄積した電荷を所定の読出し周波数で読み出して
光電出力信号を形成する。このように構成するこ
とにより、音響光学素子が不用になり、装置の価
格を低減できると共に組立調整が容易になる。

（実施例） 第１図は本発明による撮像装置の一例の構成を
示す線図である。レーザ光源１から発した光ビー
ムをエキスパンダ２で拡大平行光束としシリンド
リカルレンズ３に入射させる。このシリンドリカ
ルレンズ３を光ビームを主走査方向（紙面と直交
する方向）と直交する副走査方向にだけ収束させ
る作用を有するものであり、シリンドリカルレン
ズ３を出射した光束は主走査方向に延在する細い
線状の光ビームとなり、ハーフミラー４を透過し
て振動ミラー５に入射する。この振動ミラー５は
矢印ａ又はｂ方向に回動して光ビームを副走査方
向（紙面に平行）に一定の周波数で偏向する。振
動ミラー５で反射した線状光ビームは、結像レン
ズ６及びリレーレンズ７を経て対物レンズ８に入
射し、主走査方向に延在する細い線状光ビームと
なつて試料９に入射する。この結果、試料９は線
状光ビームによつて一定の走査周波数で副走査方
向に走査されることになる。すなわち、本発明で
は微小スポツト状の光ビームで主走査する代り
に、主走査方向に延在する線状光ビームを試料に
投射して等価的に主走査を行なう構成とする。こ
の結果、試料９は、微小スポツト状の光ビームに
よつて主走査方向及び副走査方向に走査される場
合と同様に試料の全面に亘つて光ビームにより走
査されることになる。本例では試料９から反射光
に基いて試料９の光学情報を得るものとする。試
料９の反射光は対物レンズ８で集光され、リレー
レンズ７及び結像レンズ６を経て再び振動ミラー
５で反射し、ハーフミラー４で反射して主走査方
向と対応する方向に延在する細い線状ビームの状
態でリニアイメージセンサ１０に入射する。この
リニアイメージセンサ１０は結像レンズ６の結像
位置に配置され、複数の受光素子が主走査方向に
対応する方向に１次元的に配列した構成とする。
従つて、第２図に示すようにリニアイメージセン
サ１０上には、各受光素子１０ａ〜１０ｎの配列
方向に沿つて試料９からの線状ビーム１１が投影
されるので、各受光素子１０ａ〜１０ｎに蓄積し
た電荷を所定の読出し周波数で順次読出して画像
信号を形成する。このように構成すれば、主走査
方向に延在する細い線状光ビームで試料を走査す
るので、主走査方向における走査速度ムラ等によ
る悪影響を受けず鮮明な画像を形成することがで
きる。

第３図は駆動回路の一例の構成を示すブロツク
図である。垂直及び水平同期信号Ｖ及びＨを生成
する同期回路２０をクロツク発生回路２１に接続
して水平同期信号Ｈを供給する。クロツク発生回
路２１では、供給されてくる水平同期信号Ｈに基
づいてリニアイメージセンサ１０の各受光素子に
蓄積された電荷を読出すためのクロツク信号を形
成し、この読出し用クロツク信号をリニアイメー
ジセンサ１０に供給する。また、同期回路２０に
は振動ミラー５の駆動を制御する振動ミラー駆動
回路２２を接続して垂直同期信号Ｖを供給し、更
にプロセツサ回路２３を接続して垂直及び水平同
期信号Ｖ及びＨを供給する。リニアイメージセン
サ１０では、試料９からの反射光量に応じた電荷
量が各素子に蓄積されるので、これらの電荷量を
読出し用クロツク信号に基いて読出し、リニアイ
メージセンサ１０に接続した増幅器２４を介して
増幅し、プロセツサ回路２３から供給される垂直
及び水平同期信号Ｖ及びＨを印加して画像信号を
形成する。そして、画像信号をモニタ２５に供給
して表示したり、VTR２６に記録する。

第４図は本発明による撮像装置をカラー撮像装
置に適用した実施例を示す線図である。赤、緑及
び青の３原色と光ビームを放射するため、赤色光
源３１、緑色光源３２及び青色光源３３をそれぞ
れ配置する。本例では赤色光源３１として633n
ｍの波長光を放射するHe−Neレーザを用い、緑
色光源３２として488nｍの波長光を放射するAr
レーザを、青色光源３３として442nｍの波長光
を放射するHe−Cdレーザを用いる。各光源３１
〜３３から発する光ビームは全て直線偏向してい
るものとする。赤色光源３１から発した光ビーム
は、エキスパンダ３４により拡大平行光束とされ
第１のシリンドリカルレンズ３５に入射する。こ
の第１のシリンドリカルレンズ３５は入射した光
ビームを主走査方向と直交する副走査方向だけに
収束作用を有するレンズでおい、光ビームは出射
後主走査方向に延在する細い線状ビームとなる。
この第１のシリンドリカルレンズ３５を出射した
光ビームはビームスプリツタとして作用する第１
の偏向プリズム３６及び1/4波長板３７をそれぞ
れ透過して第１のダイクロイツクプリズム３８に
入射する。この第１のダイクロイツクプリズム３
８は緑色光だけを反射し、他の波長域い光を透過
する。この第１のダイクロイツクプリズム３８を
透過した赤色光ビームは、青色光だけを反射する
第２のダイクロイツプリズム３９を透過して振動
ミラー４０に入射する。この振動ミラー４０は、
赤色光ビーム、緑色光ビーム及び青色光ビームに
ついて共用するものとし、各光ビームを試料の主
走査方向と直交する副走査方向（紙面方向）に偏
向する。振動ミラー４０で反射された赤色光ビー
ムは、結像レンズ４１及びリレーレンズ４２を経
て対物レンズ４３で主走査方向に延在する極細の
線状光ビームとなつて試料４４に入射する。この
結果、試料４４は、主走査方向に延在する細い線
状の赤色光ビームにより副走査方向に所定の走査
周波数で走査されることになる。本例では試料４
４からの反射光を検出して試料の光学情報を得る
ものとする。試料４４からの反射光は再び対物レ
ンズ４３で集光され、リレーレンズ４２及び結像
レンズ４１を経て再び振動ミラー４０に入射し、
この振動ミラー４０で反射してから第２及び第１
のダイクロイツクプリズム３９及び３８を透過
し、更に1/4波長板３７を透過して第１の偏向プ
リズム３６に入射する。偏向プリズム３６に入射
した光束は、1/4波長板３７を２回透過している
のでその偏向面が90°回転しており、偏向面３６
ａで反射されて第１のリニアイメージセンサ４５
に細い線状ビームとなつて入射する。このリニア
イメージセンサ４５は結像レンズ４１の結像位置
に配置され、複数の受光素子が主走査方向と対応
する方向に配列した構成とし、各受光素子に蓄積
した電荷を所定の読出し周波数で順次読出すもの
とする。

次に、緑色光の走査については説明する。緑色
光源３２から発した光ビームは、エキスアンダ４
６で拡大平行光束とされてから第２のシリンドカ
ルレンズ４７に入射し、副走査方向だけに収束作
用を受け線状ビームなつて出射する。第２のシリ
ンドリカルレンズ４７を出射した緑束光ビームは
第２の偏向プリズム４８を透過し、直角プリズム
４９で反射し、1/4波長板５０を透過して第１の
ダイクロイツクプリズム３８に入射する。この第
１のダイクロイツクプリズム３８は緑色光だけを
反射するから、入射した緑色光ビームは反射され
て共通の光路に進入し、第２のダイクロイツクプ
リズム３９を透過して振動ミラー４０に入射す
る。そして、この振動ミラー４０により赤色光ビ
ームと同様に副走査方向に偏向され、結像レンズ
４１及びリレーレンズ４２を経て対物レンズ４３
により微細線状ビームに収束されて試料４４に入
射する。この結果、試料４４の赤色光ビームによ
つて走査された部分が緑色光ビームにより同時に
走査されることになる。試料４４からの反射光
は、再び対物レンズ４３で集光されリレーレンズ
４２及び結像レンズ４１を経て振動ミラー４０で
反射され、更に第２のダイクロイツクプリズム３
９を透過して第１のダイクロイツクプリズム３８
で反射する。その後再び1/4波長板５０を透過し
て偏向面が90°変化し、直角プリズム４９で反射
し、更に第２の偏向プリズム４８の偏向面４８ａ
で反射してハーフミラー５１に入射する。そし
て、その透過光は第２のリニアイメージセンサ５
２に入射し、その反射光は合焦検出装置５３に入
射して対物レンズ４３の焦点検出用に供される。

この第２のリニアイメージセンサ５６も同様に
結像レンズ４１の結像位置に配置され、複数の受
光素子が試料４４の主走査方向と対応する方向に
１次元的に配列した構成とし、各受光素子に蓄積
した電荷を第１をリニアイメージセンサ４５と同
期して読出す。

次に、青色光の走査について説明する。青色光
源３３から発した色ビームは、エキスパンダ５４
により拡大平行光束とされて第３のシリンドリカ
ルレンズ５５に入射する。この第３のシリンドカ
ルレンズ５５も、第１及び第２のシンドリカルレ
ンズ３５及び４７と同様に副走査方向だけに収束
作用を有している。第３のシリンドリカルレンズ
５５を出射した光ビームは、細い線状ビームとな
り、第３の偏向プリズム５６を透過し、直角プリ
ズム５７で反射し、更に1/4波長板５８を透過し
て第２のダイクロイツクプリズム３９で反射し、
共通の光路に進入して共通の振動ミラー４０に入
射して赤色及び緑色ビームと同様に副走査方向に
偏向される。更に、結像レンズ４１及びリレーレ
ンズ４２を経て対物レンズ４３により主走査方向
に延在する細い線状光ビームとされて試料４４に
入射する、この結果、赤色、緑色及び青色の光ビ
ームが合成されて１本の主走査方向に延在する細
い線状走査ビームが形成され、この線状の走査ビ
ームにより試料４４が副走査方向に走査されるこ
とになる。試料４４からの青色反射光は、再び対
物レンズ４３によつて集光され、リレーレンズ４
２及び結像レンズ４１を経て振動ミラー４０に入
射する。そして、この振動ミラー４０で反射し、
第２ダイクロイツクプリズム３９で反射して共通
の光路からはずれ、1/4波長板５８を透過して偏
向面が90°変化し、直角リズム５７及び偏向プリ
ズム５６で反射し、第３のリニアイメージセンサ
５９に線状ビームとなつて入射する。この第３の
リニアイメージセンサ５９も同様に結像レンズ４
１の結像位置に配置されると共に、複数の受光素
子が主走査方向と対応する方向に１次元的に配列
され、各受光素子に蓄積した電荷を第１及び第２
のリニアイメージセンサ４５及び５２と同期して
読出す。このように構成すれば、３本の光ビーム
が主走査方向の走査ラム等による悪影響を受けな
いと共に、副走査を行なう振動ミラーを共用する
構成としているので副走査方向の色ずれが除去さ
れ、主走査方向及び副走査方向共に色ずれのない
鮮明な画像を得ることができる。

本発明は上述した実施例にだけに限定されるも
のではなく幾多の変形や偏向が可能である。例え
ば上述した実施例では試料からの反射光に基いて
試料の光学情報を得る構成としたが、試料からの
透過光を利用して試料の光学情報を得る構成とす
ることもできる。

また、光ビームを偏向する手段としては例えば
ポリゴンミラー等の任意の偏向手段を用いること
ができる。

（発明の効果） 以上説明した本発明の効果を要約すると次の通
りである。

(1) １本の細い線状の光ビームで試料を走査する
構成としているから、１個の偏向手段を用いる
だけで試料を全面に亘つて走査することがで
き、光学系の構成が簡単になり、組立調整が容
易になると共にコストの低減を図ることができ
る。特に高価で組立調整の難しい音響光学素子
が不要になるので、コストの低減及び組立調整
の簡単化を一層図ることができる。

(2) 主走査方向に延在する細い線状の光ビームを
副走査方向に偏向して試料を走査する構成とし
ているから、主走査方向の走査速度ムラ等によ
る悪影響を除去することができる。

(3) 光源としてレーザ光源を用いる構成とすれ
ば、試料の凹凸によつて位相差が生じ、この結
果干渉作用が生ずるため試料の深さ方向にコン
トラストの高い画像を得ることができる。

(4) 微小スポツト状の光ビームで走査する構成に
比べ、高倍率時では若干解像力で低下するが、
解像力は低くてもよい低倍率で観察する場合に
は十分実用できる。

(5) 線状の光ビームを偏向装置によつて高速偏向
させて試料に投射しているから、試料を高速で
走査でき、従つて試料の像をテレビレートでリ
アルタイムで撮像でき、しかも静止画も撮像す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による撮像装置の一例の構成を
示す線図、第２図はリニアイメージセンサ上に投
影されるビーム形状を示す線図、第３図は駆動回
路の一例の構成を示す線図、第４図は本発明の撮
像装置をカラー撮像装置に適用した実施例を示す
線図である。 １……レーザ光源、２，３４，４６，５４……
エキスパンダ、３，３５，４７，５５……シリン
ドリカルレンズ、４，５１……ハーフミラー、
５，４０……振動ミラー、６，４１……結像レン
ズ、７，４２……リレーレンズ、８，４３……対
物レンズ、９，４４……試料、１０，４５，５
２，５９……リニアイメージセンサ、３１……赤
色光源、３２……緑色光源、３３……青色光源、
３６，４８，５６……偏向プリズム、３７，５
０，５８……1/4波長板、３８，３９……ダイク
ロイツクプリズム。

【特許請求の範囲】

１ 印字データの速度決定用クロツク周波数に基
づき読み出した該印字データによりレーザー発光
体をドライブして得られるレーザー光を感光体上
に走査させるようになつたレーザープリンタにお
ける前記クロツク周波数の微調回路であつて、前
記感光体における印字領域の走査時間を等分に分
割した複数の各時間ブロツクに前記感光体中心に
対し極性が反転する累進数値に割り当てた周波数
変更信号を作成する変更信号作成回路と、発振器
の一定の発振周波数信号を前記周波数変更信号に
各々対応する各分周比で分周する可変分周回路
と、前記発振器による一定の周波数信号を被変調
信号とし且つ前記可変分周回路の出力周波数信号
を変調信号として変調する変調回路と、この変調
回路の出力周波数信号のうちの所定の周波数成分
のみ抽出して前記レーザー光の前記感光体上にお
ける走査スピードの変化に対応した印字データの
速度決定用の前記クロツク周波数信号を得るバン
ドパスフイルタとを具備したことを特徴とするレ
ーザープリンタ用周波数微調回路。 ２ 前記変調回路を、排他的論理和ゲートを用い
て構成した平衡変調回路としたことを特徴とする
前記特許請求の範囲第１項に記載のレーザープリ