JP2001102663A - 多波長レーザー光学系 - Google Patents
多波長レーザー光学系Info
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- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/005—Optical devices external to the laser cavity, specially adapted for lasers, e.g. for homogenisation of the beam or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 複数の波長のレーザー光によって描画面上に
形成されるスポットの径を揃えること。 【解決手段】 走査光学系は、複数のピーク波長で発光
するレーザー光源１０と、このレーザー光源１０からの
光束を波長に応じて複数の単色光に分離する波長分離プ
リズム２０と、分離された光束に応じて設けられた第
１，第２の変調光学系３０，４０と、各変調光学系３
０，４０により変調された複数の光束を合成する合成光
学系である偏光ビームスプリッター５０と、合成された
複数の光束を偏向させるポリゴンミラー６０と、このポ
リゴンミラー６０により偏向された光束を描画面Ｓ上に
結像させる結像光学系とてのｆθレンズ７０とから構成
されている。第１、第２の変調光学系３０、４０は、波
長が短いレーザー光ほど結像光学系であるｆθレンズ７
０に対する入射光束径を小さくする補正光学系としての
機能を有している。
形成されるスポットの径を揃えること。 【解決手段】 走査光学系は、複数のピーク波長で発光
するレーザー光源１０と、このレーザー光源１０からの
光束を波長に応じて複数の単色光に分離する波長分離プ
リズム２０と、分離された光束に応じて設けられた第
１，第２の変調光学系３０，４０と、各変調光学系３
０，４０により変調された複数の光束を合成する合成光
学系である偏光ビームスプリッター５０と、合成された
複数の光束を偏向させるポリゴンミラー６０と、このポ
リゴンミラー６０により偏向された光束を描画面Ｓ上に
結像させる結像光学系とてのｆθレンズ７０とから構成
されている。第１、第２の変調光学系３０、４０は、波
長が短いレーザー光ほど結像光学系であるｆθレンズ７
０に対する入射光束径を小さくする補正光学系としての
機能を有している。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、レーザーフォト
プロッター等に利用されるレーザー光学系であって、複
数の波長で発光する光源を用いた多波長レーザー光学系
に関する。
プロッター等に利用されるレーザー光学系であって、複
数の波長で発光する光源を用いた多波長レーザー光学系
に関する。
【０００２】
【従来の技術】比較的大きな光量が要求されるレーザー
フォトプロッター等の装置では、光源としてガスレーザ
ーが用いられる。ガスレーザーから発したレーザー光
は、ポリゴンミラーで偏向された後、ｆθレンズ等の結
像光学系を介して収束され、描画面上にスポットを形成
する。
フォトプロッター等の装置では、光源としてガスレーザ
ーが用いられる。ガスレーザーから発したレーザー光
は、ポリゴンミラーで偏向された後、ｆθレンズ等の結
像光学系を介して収束され、描画面上にスポットを形成
する。
【０００３】ところで、ガスレーザーは一般に複数のピ
ーク波長で発光する。例えば、アルゴンレーザーは、可
視域、紫外域で複数のピーク波長を持つ。エネルギーの
利用効率を高めるためには、複数のピーク波長のレーザ
ー光を用いることが望ましい。
ーク波長で発光する。例えば、アルゴンレーザーは、可
視域、紫外域で複数のピーク波長を持つ。エネルギーの
利用効率を高めるためには、複数のピーク波長のレーザ
ー光を用いることが望ましい。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、描画面
上での最小スポット径は、波長に比例し、入射光束径に
反比例するため、結像光学系に対して複数の波長のレー
ザー光が同一の光束径で入射すると、描画面上でのスポ
ット径が波長毎に異なることとなる。このため、波長が
異なる複数のレーザー光が描画面上で互いに異なる位置
にスポットを形成する場合には、描画線幅が波長によっ
て異なることとなり、複数のレーザー光が同一位置にス
ポットを形成する場合には、スポット内の露光量分布が
不均一となり、いずれの場合にも描画品質を悪化させる
という問題がある。
上での最小スポット径は、波長に比例し、入射光束径に
反比例するため、結像光学系に対して複数の波長のレー
ザー光が同一の光束径で入射すると、描画面上でのスポ
ット径が波長毎に異なることとなる。このため、波長が
異なる複数のレーザー光が描画面上で互いに異なる位置
にスポットを形成する場合には、描画線幅が波長によっ
て異なることとなり、複数のレーザー光が同一位置にス
ポットを形成する場合には、スポット内の露光量分布が
不均一となり、いずれの場合にも描画品質を悪化させる
という問題がある。
【０００５】この発明は、上述した従来技術の問題点に
鑑みてなされたものであり、レーザー光源から発する複
数の波長のレーザー光を用いる場合にも、各波長のレー
ザー光によって描画面上に形成されるスポットの径を揃
えることができる多波長レーザー光学系を提供すること
を目的とする。
鑑みてなされたものであり、レーザー光源から発する複
数の波長のレーザー光を用いる場合にも、各波長のレー
ザー光によって描画面上に形成されるスポットの径を揃
えることができる多波長レーザー光学系を提供すること
を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この発明にかかる多波長
レーザー変調光学系は、上記の目的を達成させるため、
波長が短いレーザー光ほど結像光学系に対する入射光束
径が小さくなるように補正光学系を設けたことを特徴と
する。すなわち、この発明の多波長レーザー光学系は、
複数のピーク波長で発光するレーザー光源と、レーザー
光源から発するレーザー光を収束させて描画面上にスポ
ットを形成する結像光学系と、レーザー光源の少なくと
も２つのピーク波長について、描画面上でのスポット径
が同一となるように、結像光学系に入射する各レーザー
光の光束径を波長に応じて異ならせる補正光学系とを備
え、補正光学系は、結像光学系に入射する波長λA、λB
のレーザー光の光束径をそれぞれω'A、ω'Bとして、以
下の条件(1)、 √(λA／λB)＜ω'A／ω'B＜{√(λA／λB)}3 …(1) を満たすこと、さらに望ましくは以下の条件(2)、 ω'A／ω'B＝λA／λB …(2) を満たすことを特徴とする。
レーザー変調光学系は、上記の目的を達成させるため、
波長が短いレーザー光ほど結像光学系に対する入射光束
径が小さくなるように補正光学系を設けたことを特徴と
する。すなわち、この発明の多波長レーザー光学系は、
複数のピーク波長で発光するレーザー光源と、レーザー
光源から発するレーザー光を収束させて描画面上にスポ
ットを形成する結像光学系と、レーザー光源の少なくと
も２つのピーク波長について、描画面上でのスポット径
が同一となるように、結像光学系に入射する各レーザー
光の光束径を波長に応じて異ならせる補正光学系とを備
え、補正光学系は、結像光学系に入射する波長λA、λB
のレーザー光の光束径をそれぞれω'A、ω'Bとして、以
下の条件(1)、 √(λA／λB)＜ω'A／ω'B＜{√(λA／λB)}3 …(1) を満たすこと、さらに望ましくは以下の条件(2)、 ω'A／ω'B＝λA／λB …(2) を満たすことを特徴とする。
【０００７】上記の構成によれば、結像光学系に入射す
る複数の波長のレーザー光の光束径が、補正光学系によ
り波長に応じて調整されるため、描画面上でのスポット
径が波長によらず一定となる。少なくとも条件(1)を満
たす場合には、波長の違いによるスポット径の差を実用
上問題とならない程度に小さくすることができる。さら
に条件(2)を満たす場合には、各波長のレーザー光によ
り形成されるスポットの径を完全に一致させることがで
きる。
る複数の波長のレーザー光の光束径が、補正光学系によ
り波長に応じて調整されるため、描画面上でのスポット
径が波長によらず一定となる。少なくとも条件(1)を満
たす場合には、波長の違いによるスポット径の差を実用
上問題とならない程度に小さくすることができる。さら
に条件(2)を満たす場合には、各波長のレーザー光によ
り形成されるスポットの径を完全に一致させることがで
きる。
【０００８】また、上記のような特性を補正光学系に持
たせるためには、波長λA、λBのレーザー光に対する補
正光学系の変換倍率をｍA、ｍBとして、以下の条件
(3)、 √(λA／λB)＜ｍA／ｍB＜{√(λA／λB)}3 …(3) を満たすこと、さらに望ましくは以下の条件(4)、 ｍA／ｍB＝λA／λB …(4) を満たすことが望ましい。
たせるためには、波長λA、λBのレーザー光に対する補
正光学系の変換倍率をｍA、ｍBとして、以下の条件
(3)、 √(λA／λB)＜ｍA／ｍB＜{√(λA／λB)}3 …(3) を満たすこと、さらに望ましくは以下の条件(4)、 ｍA／ｍB＝λA／λB …(4) を満たすことが望ましい。
【０００９】上記のように波長毎に変換倍率を異ならせ
るためには、レーザー光源からのレーザー光を波長毎に
分岐させ、分岐されたそれぞれのレーザー光の光路に互
いに異なる焦点距離を有する光学素子を備える補正光学
系を配置する方法と、共通の光路内に波長毎に変換倍率
が異なるような色収差を有する補正光学系を配置する方
法とが採用可能である。後者の場合、大きな色収差を生
じさせるため、補正光学系が回折面を含むことが望まし
い。
るためには、レーザー光源からのレーザー光を波長毎に
分岐させ、分岐されたそれぞれのレーザー光の光路に互
いに異なる焦点距離を有する光学素子を備える補正光学
系を配置する方法と、共通の光路内に波長毎に変換倍率
が異なるような色収差を有する補正光学系を配置する方
法とが採用可能である。後者の場合、大きな色収差を生
じさせるため、補正光学系が回折面を含むことが望まし
い。
【００１０】この発明の多波長レーザー光学系は、レー
ザーフォトプロッター等の走査光学装置に適用可能であ
る。この場合、補正光学系と結像光学系との間に、入射
光束を偏向するポリゴンミラーを配置することが望まし
い。なお、レーザー光源から発する波長が異なる複数の
レーザー光が描画面上で互いに異なる位置にスポットを
形成するようにしてもよいし、同一位置にスポットを形
成するようにしてもよい。
ザーフォトプロッター等の走査光学装置に適用可能であ
る。この場合、補正光学系と結像光学系との間に、入射
光束を偏向するポリゴンミラーを配置することが望まし
い。なお、レーザー光源から発する波長が異なる複数の
レーザー光が描画面上で互いに異なる位置にスポットを
形成するようにしてもよいし、同一位置にスポットを形
成するようにしてもよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、この発明にかかる多波長レ
ーザー光学系の実施形態を説明する。
ーザー光学系の実施形態を説明する。
【００１２】
【第１実施形態】図１は、この発明の多波長レーザー光
学系を走査光学系に適用した第１実施形態を示す説明図
である。第１実施形態の走査光学系は、図１に示すよう
に、複数のピーク波長で発光するレーザー光源１０と、
このレーザー光源１０からの光束を波長に応じて複数の
単色光、この例では２つの波長成分に分離する波長分離
光学系としての波長分離プリズム２０と、分離された光
束に応じて設けられた第１，第２の変調光学系３０，４
０と、各変調光学系３０，４０により変調された複数の
光束を合成する合成光学系である偏光ビームスプリッタ
ー５０と、合成された複数の光束を偏向させるポリゴン
ミラー６０と、このポリゴンミラー６０により偏向され
た光束を描画面Ｓ上に結像させる結像光学系としてのｆ
θレンズ７０とから構成されている。
学系を走査光学系に適用した第１実施形態を示す説明図
である。第１実施形態の走査光学系は、図１に示すよう
に、複数のピーク波長で発光するレーザー光源１０と、
このレーザー光源１０からの光束を波長に応じて複数の
単色光、この例では２つの波長成分に分離する波長分離
光学系としての波長分離プリズム２０と、分離された光
束に応じて設けられた第１，第２の変調光学系３０，４
０と、各変調光学系３０，４０により変調された複数の
光束を合成する合成光学系である偏光ビームスプリッタ
ー５０と、合成された複数の光束を偏向させるポリゴン
ミラー６０と、このポリゴンミラー６０により偏向され
た光束を描画面Ｓ上に結像させる結像光学系としてのｆ
θレンズ７０とから構成されている。
【００１３】レーザー光源１０は、例えばアルゴンレー
ザーであり、その複数のピーク波長のうち、第１の波長
514.5nmと第２の波長488nmの２波長を利用する。レーザ
ー光源１０から発してミラー１１で反射されたレーザー
光は、波長分離プリズム２０の分散を利用して空間的に
分離される。波長の長い第１の波長の光束は、楔型の波
長分離プリズム２０により所定の屈折角で屈折し、ミラ
ー２２により反射されて第１の変調光学系３０に入射す
る。一方、波長の短い第２の波長の光束は、第１の波長
の光束よりも大きい屈折角度で屈折し、ミラー２３によ
り反射されて第２の変調光学系４０に入射する。
ザーであり、その複数のピーク波長のうち、第１の波長
514.5nmと第２の波長488nmの２波長を利用する。レーザ
ー光源１０から発してミラー１１で反射されたレーザー
光は、波長分離プリズム２０の分散を利用して空間的に
分離される。波長の長い第１の波長の光束は、楔型の波
長分離プリズム２０により所定の屈折角で屈折し、ミラ
ー２２により反射されて第１の変調光学系３０に入射す
る。一方、波長の短い第２の波長の光束は、第１の波長
の光束よりも大きい屈折角度で屈折し、ミラー２３によ
り反射されて第２の変調光学系４０に入射する。
【００１４】第１の変調光学系３０は、光束が入射する
ミラー２２側から順に、一対の正レンズ３１ａ，３１ｂ
から構成されるリレーレンズ系３１、ポリゴンミラー６
０の面倒れ誤差を補正するためのピエゾミラー３２(こ
こでは光路を展開して透過型の素子として示してい
る)、集光レンズ３３、音響光学変調器(ＡＯＭ)３４、
コリメートレンズ３５を備えている。
ミラー２２側から順に、一対の正レンズ３１ａ，３１ｂ
から構成されるリレーレンズ系３１、ポリゴンミラー６
０の面倒れ誤差を補正するためのピエゾミラー３２(こ
こでは光路を展開して透過型の素子として示してい
る)、集光レンズ３３、音響光学変調器(ＡＯＭ)３４、
コリメートレンズ３５を備えている。
【００１５】ミラー２２により反射されたレーザー光
は、リレーレンズ系３１によりその光束径が調整され、
集光レンズ３３により収束光となり、集光レンズ３３の
後焦点位置に配置されたＡＯＭ３４に入射して変調され
る。変調された発散光は、コリメートレンズ３５により
再び平行光とされ、偏光ビームスプリッター５０に入射
する。レーザー光源１０から第１の変調光学系３０まで
の光学素子は、第１の変調光学系３０を透過した光束が
Ｐ偏光として偏光ビームスプリッター５０に入射するよ
う設定されている。このため、第１の変調光学系３０か
らの光束は、偏光ビームスプリッター５０を透過する。
は、リレーレンズ系３１によりその光束径が調整され、
集光レンズ３３により収束光となり、集光レンズ３３の
後焦点位置に配置されたＡＯＭ３４に入射して変調され
る。変調された発散光は、コリメートレンズ３５により
再び平行光とされ、偏光ビームスプリッター５０に入射
する。レーザー光源１０から第１の変調光学系３０まで
の光学素子は、第１の変調光学系３０を透過した光束が
Ｐ偏光として偏光ビームスプリッター５０に入射するよ
う設定されている。このため、第１の変調光学系３０か
らの光束は、偏光ビームスプリッター５０を透過する。
【００１６】第２の変調光学系４０は、第１の変調光学
系３０におけるのと同様に、光束が入射するミラー２３
側から順に、一対の正レンズ４１ａ，４１ｂから構成さ
れるリレーレンズ系４１、ピエゾミラー４２、集光レン
ズ４３、ＡＯＭ４４、ミラー４５、コリメートレンズ４
６、１／２波長板４７を備えている。
系３０におけるのと同様に、光束が入射するミラー２３
側から順に、一対の正レンズ４１ａ，４１ｂから構成さ
れるリレーレンズ系４１、ピエゾミラー４２、集光レン
ズ４３、ＡＯＭ４４、ミラー４５、コリメートレンズ４
６、１／２波長板４７を備えている。
【００１７】ミラー２３により反射されたレーザー光
は、リレーレンズ系４１によりその光束径が調整され、
集光レンズ４３により収束光となり、集光レンズ４３の
後焦点位置に配置されたＡＯＭ４４に入射して変調され
る。変調された発散光は、コリメートレンズ４６により
再び平行光とされ、１／２波長板４７を介して偏光ビー
ムスプリッター５０にＳ偏光として入射する。このた
め、第２の変調光学系４０からの光束は、偏光ビームス
プリッター５０により反射される。
は、リレーレンズ系４１によりその光束径が調整され、
集光レンズ４３により収束光となり、集光レンズ４３の
後焦点位置に配置されたＡＯＭ４４に入射して変調され
る。変調された発散光は、コリメートレンズ４６により
再び平行光とされ、１／２波長板４７を介して偏光ビー
ムスプリッター５０にＳ偏光として入射する。このた
め、第２の変調光学系４０からの光束は、偏光ビームス
プリッター５０により反射される。
【００１８】偏光ビームスプリッター５０は、第１の変
調光学系３０からの光束を透過させると共に、第２の変
調光学系４０からの光束を反射させることにより両者を
合成する機能を備え、合成された光束は、共にポリゴン
ミラー６０により反射されてｆθレンズ７０を介して描
画面Ｓに達する。なお、走査光学系は、描画速度が重視
される場合には、波長が異なる複数のレーザー光による
スポットを描画面Ｓ上の互いに異なる位置に形成すれば
よい。この場合、各ＡＯＭ３４、４４を独立の信号によ
り制御することにより、１走査で２本の走査線を形成す
ることができる。他方、スポットの光強度が重視される
場合には、複数のレーザー光によるスポットを同一位置
に形成すればよい。この場合には、各ＡＯＭ３４、４４
を同一の信号により制御することにより、１走査で１本
の走査線が形成される。
調光学系３０からの光束を透過させると共に、第２の変
調光学系４０からの光束を反射させることにより両者を
合成する機能を備え、合成された光束は、共にポリゴン
ミラー６０により反射されてｆθレンズ７０を介して描
画面Ｓに達する。なお、走査光学系は、描画速度が重視
される場合には、波長が異なる複数のレーザー光による
スポットを描画面Ｓ上の互いに異なる位置に形成すれば
よい。この場合、各ＡＯＭ３４、４４を独立の信号によ
り制御することにより、１走査で２本の走査線を形成す
ることができる。他方、スポットの光強度が重視される
場合には、複数のレーザー光によるスポットを同一位置
に形成すればよい。この場合には、各ＡＯＭ３４、４４
を同一の信号により制御することにより、１走査で１本
の走査線が形成される。
【００１９】第１、第２の変調光学系３０、４０は、波
長が短いレーザー光ほど結像光学系であるｆθレンズ７
０に対する入射光束径を小さくする補正光学系としての
機能を有している。第１、第２の変調光学系３０、４０
の光学的特性が全く同一であると、ｆθレンズ７０に対
する入射光束径が等しくなり、描画面Ｓ上でのスポット
径が異なることになる。そこで、リレーレンズ系３１、
４１を構成する対応するレンズの焦点距離を互いに異な
らせることにより倍率を異ならせ、ｆθレンズ７０に対
する入射光束径を波長が短くなるほど小さくなるように
設定している。
長が短いレーザー光ほど結像光学系であるｆθレンズ７
０に対する入射光束径を小さくする補正光学系としての
機能を有している。第１、第２の変調光学系３０、４０
の光学的特性が全く同一であると、ｆθレンズ７０に対
する入射光束径が等しくなり、描画面Ｓ上でのスポット
径が異なることになる。そこで、リレーレンズ系３１、
４１を構成する対応するレンズの焦点距離を互いに異な
らせることにより倍率を異ならせ、ｆθレンズ７０に対
する入射光束径を波長が短くなるほど小さくなるように
設定している。
【００２０】ここで、変調光学系による光束径の変換
を、第１の変調光学系３０から描画面Ｓに至る光学系を
例にして説明する。なお、ここでは集光レンズ３３とコ
リメートレンズ３５とは省略されている。図２に示すよ
うに、リレー光学系３１の第１レンズ３１ａ(焦点距離f
1)に対する入射光束径をω、第２レンズ３１ｂ(焦点距
離f2)を射出した際の光束径をω'、ｆθレンズ７０(焦
点距離f5)により結像される描画面Ｓ上でのスポット径
をω"とすると、これらの間には以下のような関係が成
立する。 ω'＝(|f2|/|f1|)・ω ω"＝(4λ|f5|)/(πω')
を、第１の変調光学系３０から描画面Ｓに至る光学系を
例にして説明する。なお、ここでは集光レンズ３３とコ
リメートレンズ３５とは省略されている。図２に示すよ
うに、リレー光学系３１の第１レンズ３１ａ(焦点距離f
1)に対する入射光束径をω、第２レンズ３１ｂ(焦点距
離f2)を射出した際の光束径をω'、ｆθレンズ７０(焦
点距離f5)により結像される描画面Ｓ上でのスポット径
をω"とすると、これらの間には以下のような関係が成
立する。 ω'＝(|f2|/|f1|)・ω ω"＝(4λ|f5|)/(πω')
【００２１】したがって、波長λA、λBのレーザー光の
ｆθレンズ７０に対する入射光束径をそれぞれω'A、
ω'Bとして、以下の条件(2)、 ω'A／ω'B＝λA／λB …(2) を満たせば、各波長のレーザー光によって形成される描
画面上でのスポット径ω"A、ω"Bを同一にすることがで
きる。また、少なくとも、以下の条件(1)、 √(λA／λB)＜ω'A／ω'B＜{√(λA／λB)}3 …(1) を満たす場合には、描画面上でのスポット径の違いを描
画品質上問題とならない程度に抑えることができる。
ｆθレンズ７０に対する入射光束径をそれぞれω'A、
ω'Bとして、以下の条件(2)、 ω'A／ω'B＝λA／λB …(2) を満たせば、各波長のレーザー光によって形成される描
画面上でのスポット径ω"A、ω"Bを同一にすることがで
きる。また、少なくとも、以下の条件(1)、 √(λA／λB)＜ω'A／ω'B＜{√(λA／λB)}3 …(1) を満たす場合には、描画面上でのスポット径の違いを描
画品質上問題とならない程度に抑えることができる。
【００２２】また、上記のような特性を変調光学系に持
たせるためには、波長λA、λBのレーザー光に対する変
調光学系の変換倍率をｍA、ｍBとして、以下の条件
(4)、 ｍA／ｍB＝λA／λB …(4) を満たせば、各波長のレーザー光のスポット径を同一に
することができる。また、少なくとも以下の条件(3)、 √(λA／λB)＜ｍA／ｍB＜{√(λA／λB)}3 …(3) を満たす場合には、スポット径の違いは許容範囲内とな
る。
たせるためには、波長λA、λBのレーザー光に対する変
調光学系の変換倍率をｍA、ｍBとして、以下の条件
(4)、 ｍA／ｍB＝λA／λB …(4) を満たせば、各波長のレーザー光のスポット径を同一に
することができる。また、少なくとも以下の条件(3)、 √(λA／λB)＜ｍA／ｍB＜{√(λA／λB)}3 …(3) を満たす場合には、スポット径の違いは許容範囲内とな
る。
【００２３】第１実施形態では、λA=514.5nm、λB=488
nmであるため、各条件は以下の通りとなる。 条件(1) 1.027 ＜ω'A／ω'B＜ 1.083 条件(2) ω'A／ω'B＝ 1.054 条件(3) 1.027 ＜ ｍA／ｍB＜ 1.083 条件(4) ｍA／ｍB＝ 1.054
nmであるため、各条件は以下の通りとなる。 条件(1) 1.027 ＜ω'A／ω'B＜ 1.083 条件(2) ω'A／ω'B＝ 1.054 条件(3) 1.027 ＜ ｍA／ｍB＜ 1.083 条件(4) ｍA／ｍB＝ 1.054
【００２４】そこで、第１実施形態においては、上記の
条件を満たすよう、リレー光学系３１、４１の第１レン
ズ３１ａ，４１ａの焦点距離を互いに異ならせている。
各変調光学系３０、４０の構成は以下の表１に示すとお
りとなる。表中f1はリレーレンズ系３１、４１の第１レ
ンズ３１ａ，４１ａの焦点距離、f2は第２レンズ３１
ｂ，４１ｂの焦点距離、f3は集光レンズ３３、４３の焦
点距離、f4はコリメートレンズ３５、４６の焦点距離、
f5はｆθレンズ７０の焦点距離である。単位は倍率ｍ、
スポット径ω"を除き、全てｍｍである。
条件を満たすよう、リレー光学系３１、４１の第１レン
ズ３１ａ，４１ａの焦点距離を互いに異ならせている。
各変調光学系３０、４０の構成は以下の表１に示すとお
りとなる。表中f1はリレーレンズ系３１、４１の第１レ
ンズ３１ａ，４１ａの焦点距離、f2は第２レンズ３１
ｂ，４１ｂの焦点距離、f3は集光レンズ３３、４３の焦
点距離、f4はコリメートレンズ３５、４６の焦点距離、
f5はｆθレンズ７０の焦点距離である。単位は倍率ｍ、
スポット径ω"を除き、全てｍｍである。
【００２５】
【表１】 ω f1 f2 f3 f4 ｍ ω' f5 ω" 変調光学系３０ 1.5 300 253 120 1800 12.65倍 18.975 720 24.9μm 変調光学系４０ 1.5 300 240 120 1800 12.00倍 18.000 720 24.9μm
【００２６】表１の構成によれば、ω'A／ω'B＝ｍA／
ｍB＝ 1.054となり、条件(2),(4)を満たすため、描画面
Ｓ上でのスポット径ω"を同一の値とすることができ
る。ちなみに、第１の変調光学系３０におけるリレーレ
ンズ系３１の第１レンズ３１ａの焦点距離を第２の変調
光学系と同じく240mmとした場合には、ω'は18.000mmと
なり、描画面上でのスポット径ω"は26.2μmとなり、約
５パーセントの誤差が発生する。
ｍB＝ 1.054となり、条件(2),(4)を満たすため、描画面
Ｓ上でのスポット径ω"を同一の値とすることができ
る。ちなみに、第１の変調光学系３０におけるリレーレ
ンズ系３１の第１レンズ３１ａの焦点距離を第２の変調
光学系と同じく240mmとした場合には、ω'は18.000mmと
なり、描画面上でのスポット径ω"は26.2μmとなり、約
５パーセントの誤差が発生する。
【００２７】
【第２実施形態】図３は、この発明の多波長レーザー光
学系を走査光学系に適用した第２実施形態を示す説明図
である。第２実施形態の走査光学系は、複数のピーク波
長で発光するレーザー光源１０から発したレーザー光を
変調光学系８０を介して変調し、ポリゴンミラー６０に
より反射偏向させ、ｆθレンズ７０を介して描画面Ｓ上
に収束させてスポットを形成する。
学系を走査光学系に適用した第２実施形態を示す説明図
である。第２実施形態の走査光学系は、複数のピーク波
長で発光するレーザー光源１０から発したレーザー光を
変調光学系８０を介して変調し、ポリゴンミラー６０に
より反射偏向させ、ｆθレンズ７０を介して描画面Ｓ上
に収束させてスポットを形成する。
【００２８】変調光学系８０は、レーザー光源１０側か
ら順に、一対の正レンズ８１ａ，８１ｂから構成される
リレーレンズ系８１、ポリゴンミラー６０の面倒れ誤差
を補正するためのピエゾミラー８２(ここでは光路を展
開して透過型の素子として示している)、集光レンズ８
３、ＡＯＭ８４、そしてコリメートレンズ８５を備えて
いる。
ら順に、一対の正レンズ８１ａ，８１ｂから構成される
リレーレンズ系８１、ポリゴンミラー６０の面倒れ誤差
を補正するためのピエゾミラー８２(ここでは光路を展
開して透過型の素子として示している)、集光レンズ８
３、ＡＯＭ８４、そしてコリメートレンズ８５を備えて
いる。
【００２９】第２実施形態では、レーザー光源１０の複
数のピーク波長のうち、第１の波長363.8nmと第２の波
長351.1nmの２波長を利用する。レーザー光源１０から
発したレーザー光は、リレーレンズ系８１によりその光
束径が調整され、集光レンズ８３により収束光となり、
集光レンズ８３の後焦点位置に配置されたＡＯＭ８４に
入射して変調される。変調された発散光は、コリメート
レンズ８５により再び平行光とされ、ポリゴンミラー６
０により反射されてｆθレンズ７０を介して描画面Ｓに
達する。
数のピーク波長のうち、第１の波長363.8nmと第２の波
長351.1nmの２波長を利用する。レーザー光源１０から
発したレーザー光は、リレーレンズ系８１によりその光
束径が調整され、集光レンズ８３により収束光となり、
集光レンズ８３の後焦点位置に配置されたＡＯＭ８４に
入射して変調される。変調された発散光は、コリメート
レンズ８５により再び平行光とされ、ポリゴンミラー６
０により反射されてｆθレンズ７０を介して描画面Ｓに
達する。
【００３０】変調光学系８０は、波長が短いレーザー光
ほど結像光学系であるｆθレンズ７０に対する入射光束
径を小さくする補正光学系としての機能を有している。
第２実施形態における補正光学系は、２つの波長のレー
ザー光の共通光路内に配置されており、波長毎に変換倍
率が異なるような色収差を有する。
ほど結像光学系であるｆθレンズ７０に対する入射光束
径を小さくする補正光学系としての機能を有している。
第２実施形態における補正光学系は、２つの波長のレー
ザー光の共通光路内に配置されており、波長毎に変換倍
率が異なるような色収差を有する。
【００３１】第２実施形態では、λA=363.8nm、λB=35
1.1nmであるため、前述した各条件は以下の通りとな
る。 条件(1) 1.018 ＜ω'A／ω'B＜ 1.055 条件(2) ω'A／ω'B＝ 1.036 条件(3) 1.018 ＜ ｍA／ｍB＜ 1.055 条件(4) ｍA／ｍB＝ 1.036
1.1nmであるため、前述した各条件は以下の通りとな
る。 条件(1) 1.018 ＜ω'A／ω'B＜ 1.055 条件(2) ω'A／ω'B＝ 1.036 条件(3) 1.018 ＜ ｍA／ｍB＜ 1.055 条件(4) ｍA／ｍB＝ 1.036
【００３２】そこで、第２実施形態においては、上記の
条件を満たすよう、リレーレンズ系８１を構成する第
１、第２レンズ８１ａ，８１ｂに波長に応じて焦点距離
が変化するような色収差を持たせている。変調光学系８
０の各波長に応じた焦点距離等のデータは以下の表２に
示すとおりとなる。表中f1はリレーレンズ系８１の第１
レンズ８１ａの焦点距離、f2は第２レンズ８１ｂの焦点
距離、f3は集光レンズ８３の焦点距離、f4はコリメート
レンズ８５の焦点距離、f5はｆθレンズ７０の焦点距離
である。単位は倍率ｍ、スポット径ω"を除き、全てｍ
ｍである。
条件を満たすよう、リレーレンズ系８１を構成する第
１、第２レンズ８１ａ，８１ｂに波長に応じて焦点距離
が変化するような色収差を持たせている。変調光学系８
０の各波長に応じた焦点距離等のデータは以下の表２に
示すとおりとなる。表中f1はリレーレンズ系８１の第１
レンズ８１ａの焦点距離、f2は第２レンズ８１ｂの焦点
距離、f3は集光レンズ８３の焦点距離、f4はコリメート
レンズ８５の焦点距離、f5はｆθレンズ７０の焦点距離
である。単位は倍率ｍ、スポット径ω"を除き、全てｍ
ｍである。
【００３３】
【表２】 ω f1 f2 f3 f4 ｍ ω' f5 ω" 波長363.8nm 1.2 240.00 240.00 180 900 5.000倍 6.00 720 18.5μm 波長351.1nm 1.2 244.30 235.70 180 900 4.824倍 5.79 720 18.5μm
【００３４】表２の構成によれば、ω'A／ω'B＝ｍA／
ｍB＝ 1.036となり、条件(2),(4)を満たすため、描画面
Ｓ上でのスポット径ω"を同一の値とすることができ
る。なお、表２に示される第１、第２レンズ８１ａ，８
１ｂが有する大きな色収差は、屈折レンズのみでは与え
ることができない。そこで、回折面を利用してその波長
依存性を利用することにより、色収差を発生させる。具
体的には、第１レンズ８１ａは焦点距離480mmの回折面
と焦点距離480mmの反射面との組み合わせ、第２レンズ
８１ｂは焦点距離-480mmの回折面と焦点距離160mmの反
射面との組み合わせにより構成される。これにより、第
１レンズ８１ａは+10nmの波長変動に対して-3.4mmの焦
点距離変化、第２レンズ８１ｂは+10nmの波長変動に対
して+3.4mmの焦点距離変化を持ち、表２に示すような波
長依存性を与えることができる。
ｍB＝ 1.036となり、条件(2),(4)を満たすため、描画面
Ｓ上でのスポット径ω"を同一の値とすることができ
る。なお、表２に示される第１、第２レンズ８１ａ，８
１ｂが有する大きな色収差は、屈折レンズのみでは与え
ることができない。そこで、回折面を利用してその波長
依存性を利用することにより、色収差を発生させる。具
体的には、第１レンズ８１ａは焦点距離480mmの回折面
と焦点距離480mmの反射面との組み合わせ、第２レンズ
８１ｂは焦点距離-480mmの回折面と焦点距離160mmの反
射面との組み合わせにより構成される。これにより、第
１レンズ８１ａは+10nmの波長変動に対して-3.4mmの焦
点距離変化、第２レンズ８１ｂは+10nmの波長変動に対
して+3.4mmの焦点距離変化を持ち、表２に示すような波
長依存性を与えることができる。
【００３５】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、波長が短いレーザー光ほど結像光学系に対する入射
光束径が小さくなるような波長依存性を補正光学系に持
たせることにより、結像光学系により描画面上に形成さ
れるスポットの径を波長によらず一定に保つことができ
る。したがって、波長が異なる複数のレーザー光が描画
面上で互いに異なる位置にスポットを形成する場合に
は、描画線幅を波長によらず揃えることができ、同一位
置にスポットを形成する場合には、スポット内の露光量
分布を均一にすることができ、いずれの場合にも描画品
質を高く保つことができる。
ば、波長が短いレーザー光ほど結像光学系に対する入射
光束径が小さくなるような波長依存性を補正光学系に持
たせることにより、結像光学系により描画面上に形成さ
れるスポットの径を波長によらず一定に保つことができ
る。したがって、波長が異なる複数のレーザー光が描画
面上で互いに異なる位置にスポットを形成する場合に
は、描画線幅を波長によらず揃えることができ、同一位
置にスポットを形成する場合には、スポット内の露光量
分布を均一にすることができ、いずれの場合にも描画品
質を高く保つことができる。
【図１】 第１実施形態の多波長レーザー変調光学系が
適用された走査光学系の全体構成を示す説明図。
適用された走査光学系の全体構成を示す説明図。
【図２】 発明の原理を示す図１の一部拡大図。
【図３】 第２実施形態の多波長レーザー変調光学系が
適用された走査光学系の全体構成を示す説明図。
適用された走査光学系の全体構成を示す説明図。
１０ レーザー光源 ３０、４０、８０ 変調光学系 ３１、４１、８１ リレーレンズ系 ３４、４４、８４ ＡＯＭ ３５、４６、８５ コリメートレンズ ６０ ポリゴンミラー ７０ ｆθレンズ Ｓ 描画面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H045 AA01 BA02 2H079 AA04 BA01 CA24 DA02 HA03 KA01 KA15 KA18 KA20 2H087 KA19 LA24 LA25 LA27 RA41 RA46 TA04 5F072 AA02 JJ20 KK15 KK30 MM20 RR03 YY20
Claims (11)
- 【請求項１】 複数のピーク波長で発光するレーザー光
源と、 前記レーザー光源から発するレーザー光を収束させて描
画面上にスポットを形成する結像光学系と、 前記レーザー光源の少なくとも２つのピーク波長につい
て、前記描画面上でのスポット径が同一となるように、
前記結像光学系に入射する各レーザー光の光束径を波長
に応じて異ならせる補正光学系とを備え、 前記補正光学系は、前記結像光学系に入射する波長
λA、λBのレーザー光の光束径をそれぞれω'A、ω'Bと
して、以下の条件(1)、 √(λA／λB)＜ω'A／ω'B＜{√(λA／λB)}3 …(1) を満たすことを特徴とする多波長レーザー光学系。 - 【請求項２】 以下の条件(2)、 ω'A／ω'B＝λA／λB …(2) を満たすことを特徴とする請求項１に記載の多波長レー
ザー光学系。 - 【請求項３】 前記補正光学系は、波長λA、λBのレー
ザー光に対する前記補正光学系の変換倍率をｍA、ｍBと
して、以下の条件(3)、 √(λA／λB)＜ｍA／ｍB＜{√(λA／λB)}3 …(3) を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載の多
波長レーザー光学系。 - 【請求項４】 以下の条件(4)、 ｍA／ｍB＝λA／λB …(4) を満たすことを特徴とする請求項３に記載の多波長レー
ザー光学系。 - 【請求項５】 前記レーザー光源からのレーザー光を波
長毎に分離する波長分離光学系と、分離されたレーザー
光を合成して前記結像光学系に入射させる合成光学系と
を備え、前記補正光学系は、分離されたそれぞれのレー
ザー光の光路に配置され、該補正光学系は、相対的な変
換倍率が異なるように、互いに異なる焦点距離を有する
光学素子を備えることを特徴とする請求項１〜４のいず
れかに記載の多波長レーザー光学系。 - 【請求項６】 前記補正光学系は、入射するレーザー光
の波長毎に変換倍率が異なるような色収差を有すること
を特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の多波長レ
ーザー光学系。 - 【請求項７】 前記補正光学系は、回折面を含むことを
特徴とする請求項６に記載の多波長レーザー光学系。 - 【請求項８】 前記補正光学系と前記結像光学系との間
に、入射光束を偏向するポリゴンミラーが配置されてい
ることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の多
波長レーザー光学系。 - 【請求項９】 前記レーザー光源から発する波長が異な
る複数のレーザー光は、前記描画面上で互いに異なる位
置にスポットを形成することを特徴とする請求項１〜８
のいずれかに記載の多波長レーザー光学系。 - 【請求項１０】 前記レーザー光源から発する波長が異
なる複数のレーザー光は、前記描画面上で同一位置にス
ポットを形成することを特徴とする請求項１〜８のいず
れかに記載の多波長レーザー光学系。 - 【請求項１１】 複数のピーク波長で発光するレーザー
光源と、 前記レーザー光源から発するレーザー光を収束させて描
画面上にスポットを形成する結像光学系と、 前記結像光学系に入射する各レーザー光の光束径を波長
に応じて異ならせる補正光学系とを備え、 前記補正光学系は、波長が短くなるほど前記結像光学系
に入射させる光束径を小さくすることを特徴とする多波
長レーザー光学系。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27650799A JP4324644B2 (ja) | 1999-09-29 | 1999-09-29 | 多波長レーザー光学系 |
| US09/669,754 US6563847B1 (en) | 1999-09-29 | 2000-09-26 | Laser optical system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27650799A JP4324644B2 (ja) | 1999-09-29 | 1999-09-29 | 多波長レーザー光学系 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001102663A true JP2001102663A (ja) | 2001-04-13 |
| JP4324644B2 JP4324644B2 (ja) | 2009-09-02 |
Family
ID=17570441
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27650799A Expired - Fee Related JP4324644B2 (ja) | 1999-09-29 | 1999-09-29 | 多波長レーザー光学系 |
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| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6563847B1 (ja) |
| JP (1) | JP4324644B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008070797A (ja) * | 2006-09-15 | 2008-03-27 | Ricoh Co Ltd | 回折光学素子および走査光学系および光走査装置および画像形成装置 |
| JP2013045110A (ja) * | 2011-08-19 | 2013-03-04 | Orbotech Ltd | ダイレクトイメージングシステムおよび方法 |
| WO2014034738A1 (ja) * | 2012-08-30 | 2014-03-06 | 住友電気工業株式会社 | レーザ光源 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20080151951A1 (en) * | 2006-12-22 | 2008-06-26 | Elliott David J | Laser optical system |
| US20090323739A1 (en) * | 2006-12-22 | 2009-12-31 | Uv Tech Systems | Laser optical system |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4821113A (en) * | 1985-05-22 | 1989-04-11 | Minnesota Mining And Manufacturing Company | Full color, continuous tone laser diode photographic imaging apparatus and method using three laser diodes at predetermined frequencies |
| JP3222052B2 (ja) * | 1996-01-11 | 2001-10-22 | 株式会社東芝 | 光走査装置 |
| US6222961B1 (en) * | 1996-04-16 | 2001-04-24 | Leica Microsystems Heidelberg Gmbh | Point light source for a laser scanning microscope and process for feeding at least two different laser beams of different wavelengths into a laser scanning microscope |
| JP3564914B2 (ja) * | 1997-01-30 | 2004-09-15 | ミノルタ株式会社 | ズームレンズ |
| JP3342400B2 (ja) * | 1998-04-14 | 2002-11-05 | キヤノン株式会社 | 回折光学素子を有した光学系 |
-
1999
- 1999-09-29 JP JP27650799A patent/JP4324644B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2000
- 2000-09-26 US US09/669,754 patent/US6563847B1/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008070797A (ja) * | 2006-09-15 | 2008-03-27 | Ricoh Co Ltd | 回折光学素子および走査光学系および光走査装置および画像形成装置 |
| JP2013045110A (ja) * | 2011-08-19 | 2013-03-04 | Orbotech Ltd | ダイレクトイメージングシステムおよび方法 |
| US9523873B2 (en) | 2011-08-19 | 2016-12-20 | Orbotech Ltd. | System and method for direct imaging |
| WO2014034738A1 (ja) * | 2012-08-30 | 2014-03-06 | 住友電気工業株式会社 | レーザ光源 |
| US9395550B2 (en) | 2012-08-30 | 2016-07-19 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Laser light source |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4324644B2 (ja) | 2009-09-02 |
| US6563847B1 (en) | 2003-05-13 |
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