JP2005189094A - Scanning optical device inspection apparatus - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a scanning optical device inspection apparatus which extends an inspection area in a scanning optical device to be inspected without decreasing detection accuracy for an optical defect. <P>SOLUTION: A laser beam emitted from a light source device 10 as a collimated light beam forms a line image on a diffraction branch element 20 through a cylindrical lens 11 and branches into three light beams to form a line image again on a reflection surface 13b of a polygon mirror 13 through a relay lens 12. The three light beams are reflected by the polygon mirror 13 and pass through the scanning optical device to be inspected at different heights in a sub scanning direction to form spots on a surface to be scanned spaced apart in a main scanning direction. While rotating the polygon mirror 13, a sensor section 15a of an inspection apparatus 15 is moved in the main scanning direction to detect a peak amount of light of each light beam for each position in the main scanning direction. It is then determined that there is an optical defect in a position where the peak amount of light extremely decreases. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

この発明は、レーザープリンター等の描画装置に利用される走査光学装置に含まれる走査光学素子を検査するための走査光学素子検査装置に、関する。   The present invention relates to a scanning optical element inspection apparatus for inspecting a scanning optical element included in a scanning optical apparatus used in a drawing apparatus such as a laser printer.

この種の走査光学装置は、レーザープリンター,デジタルコピー機等の描画装置に組み込まれて利用されるものであり、光源装置から発したレーザー光束を、等速回転するポリゴンミラーの各反射面によって次々に反射させることによって、一定角度範囲内で偏向させ、fθ特性を有する走査光学素子(fθレンズ)によって被走査面上を走査するスポットとして集束させるという基本構成を、有している。更に、ポリゴンミラーの回転軸や個々の反射面の傾きに起因する面倒れ誤差,即ち、被走査面上での副走査方向(スポットが走査される主走査方向に直交する方向)への集束位置ズレをキャンセルするために、光源装置から平行光として発したレーザー光束をシリンドリカルレンズを透過させることにより、一旦副走査方向においてポリゴンミラーの反射面近傍に集束させて線像を形成するとともに、アナモフィックに構成された走査光学素子を介して反射面近傍の線像と被走査面とを共役にすることにより、スポットが被走査面上の副走査方向における同一高さ位置に常に集束させるいわゆる面倒れ誤差補正機能を有する走査光学装置も、一般に利用されている。   This type of scanning optical device is used by being incorporated in a drawing device such as a laser printer or a digital copier, and the laser beam emitted from the light source device is successively applied by each reflecting surface of a polygon mirror that rotates at a constant speed. And having a basic configuration in which it is deflected within a certain angle range and focused as a spot to be scanned on the surface to be scanned by a scanning optical element (fθ lens) having fθ characteristics. Further, the surface tilt error caused by the rotation axis of the polygon mirror and the inclination of each reflecting surface, that is, the focusing position in the sub-scanning direction (direction perpendicular to the main scanning direction in which the spot is scanned) on the surface to be scanned. In order to cancel the deviation, the laser beam emitted as parallel light from the light source device is transmitted through the cylindrical lens, and once converged in the vicinity of the reflection surface of the polygon mirror in the sub-scanning direction, a line image is formed, and anamorphic A so-called surface tilt error in which the spot is always focused at the same height position in the sub-scanning direction on the scanned surface by conjugating the line image near the reflecting surface and the scanned surface through the configured scanning optical element. A scanning optical device having a correction function is also generally used.

このような走査光学装置に用いられる走査光学素子は、主走査方向に長尺なレンズであり、そのレンズ径に比して入射するレーザー光束のビーム径が極端に小さいので、走査中の瞬間々々では、レーザー光束は、走査光学素子のごく一部のみを透過しているに過ぎない。従って、走査光学素子の各レンズ面又は内部に、ゴミやキズや屈折率異常のような光学的欠陥が、その主走査方向における一部に存在していると、走査中のレーザビームがその光学的欠陥を通過した瞬間のみ、被走査面上でのスポットの状態に異常(例えば、光量の低下,スポット径の拡大又は縮小,スポットの位置ズレ)が生じてしまう。その結果として、副走査方向に移動する被走査面上には、主走査方向における上記光学的欠陥に相当する位置から副走査方向に伸びた筋状のノイズが、形成されてしまうのである。   The scanning optical element used in such a scanning optical apparatus is a lens that is long in the main scanning direction, and the beam diameter of the laser beam incident is extremely small compared to the lens diameter. In many cases, the laser beam passes through only a small part of the scanning optical element. Therefore, if optical defects such as dust, scratches, and refractive index abnormality are present in each lens surface or inside of the scanning optical element in a part in the main scanning direction, the laser beam being scanned will Only at the moment of passing the target defect, the spot state on the surface to be scanned becomes abnormal (for example, the light amount is reduced, the spot diameter is enlarged or reduced, and the spot position is shifted). As a result, streak noise extending in the sub-scanning direction from a position corresponding to the optical defect in the main scanning direction is formed on the surface to be scanned moving in the sub-scanning direction.

このような印刷品質の劣化を避けるためには、走査光学装置を完成させる前には、これに組み込む走査光学素子を検査しなければならない。そのために従来採られていた検査の手法は、走査光学装置に組み込む前の走査光学素子を、人間の目視によって官能検査するというものであった。また、プラスチックの射出成形レンズに発生しうる脈理や歪みのような欠陥については、歪み計によってこれらの欠陥を可視化させた上で、人間の目視による結果を行うという方法も採られていた。また、人間の目視に換えて、走査光学素子を撮影することによって得られた画像データに対して所定の画像処理を施すことによって光学的欠陥を抽出するという手法も、利用されていた。   In order to avoid such deterioration in print quality, the scanning optical element incorporated in the scanning optical device must be inspected before the scanning optical device is completed. For this purpose, a conventional inspection technique is to perform a sensory inspection of a scanning optical element before being incorporated in a scanning optical device by human eyes. Further, for defects such as striae and distortion that may occur in plastic injection-molded lenses, a method of visualizing these defects with a strain gauge and performing a result by human visual observation has been adopted. Further, a technique of extracting optical defects by performing predetermined image processing on image data obtained by photographing a scanning optical element instead of human visual observation has been used.

しかしながら、走査光学素子に存在する光学的欠陥は、その全てが上述した印刷品質劣化をもたらすのではない。即ち、走査光学素子を走査光学装置に組み込んで実際にレーザー光束を走査するときにレーザー光束が透過する領域に存在する光学的欠陥のみが、上述した印刷品質劣化をもたらすのである。にも拘わらず、上述した手法によると、印刷品質劣化をもたらす光学的欠陥を他から識別して検査することができないので、製品としての走査光学装置の印刷品質には全く問題を生じないのに不良品として判断してしまうことに因って、歩留りを悪化(従って、製造コストを高騰)させたり、走査光学装置の印刷品質に問題を生じてしまう光学的欠陥を見逃してしまうことが、避けられなかった。更に、人間の目視過程を含む手法の場合には、検査者の判断基準の変動や体調に因る判断の誤差が検出結果に影響を与えてしまうことも、避けられない。   However, all of the optical defects present in the scanning optical element do not cause the print quality degradation described above. That is, when the scanning optical element is incorporated in the scanning optical apparatus and the laser light beam is actually scanned, only the optical defect existing in the region through which the laser light beam is transmitted causes the above-described print quality degradation. Nevertheless, according to the above-described method, optical defects that cause print quality degradation cannot be identified and inspected, so there is no problem with the print quality of the scanning optical device as a product. Do not overlook optical defects that can cause poor yields (thus increasing manufacturing costs) or cause problems with the printing quality of scanning optical devices due to being judged as defective. I couldn't. Furthermore, in the case of a method including a human visual process, it is unavoidable that the detection result is affected by a change in the judgment standard of the examiner or a judgment error due to the physical condition.

そこで、走査光学素子以外の走査光学装置の全構成を備えるとともに、被走査面が存在すべき面に沿って主走査方向にスライドする受光手段を備えた検査装置が、提案されている(特許文献1参照)。この検査装置を用いて走査光学素子を検査するには、その検査対象走査光学素子を、検査装置内における所定位置(その検査対象光学素子を走査光学装置内に組み込むときと同じ位置)に配置した状態で、実際にポリゴンミラーを回転させることによってレーザー光束を走査させ、検査対象走査光学素子を透過した後に形成されるスポットの光量を、主走査方向における各位置にてこの受光手段によって計測するのである。そうすれば、この受光手段による計測結果は、その検査対象走査光学素子を実際に組み込んだ走査光学装置による印刷品質そのものを示すことになるので、走査光学装置の印刷品質に問題を生じない光学的欠陥の影響を排除した検査結果を、得ることが可能となるのである。
特開平10−332534号公報
In view of this, there has been proposed an inspection apparatus that includes the entire configuration of the scanning optical device other than the scanning optical element and includes light receiving means that slides in the main scanning direction along the surface where the surface to be scanned should exist (Patent Document) 1). In order to inspect the scanning optical element using this inspection apparatus, the inspection target scanning optical element is arranged at a predetermined position in the inspection apparatus (the same position as when the inspection target optical element is incorporated in the scanning optical apparatus). In this state, the laser beam is scanned by actually rotating the polygon mirror, and the light amount of the spot formed after passing through the scanning optical element to be inspected is measured by this light receiving means at each position in the main scanning direction. is there. Then, the measurement result by the light receiving means shows the print quality itself by the scanning optical device that actually incorporates the scanning optical element to be inspected, so that there is no problem in the printing quality of the scanning optical device. It is possible to obtain inspection results that eliminate the influence of defects.
Japanese Patent Laid-Open No. 10-332534

上述した検査装置によると、走査光学素子におけるレーザー光束が透過する領域のみが、検査対象領域として検査される(この領域に存在する光学的欠陥のみが検出される)ことになる。   According to the inspection apparatus described above, only the region through which the laser beam passes through the scanning optical element is inspected as an inspection target region (only optical defects existing in this region are detected).

しかしながら、検査の完了した走査光学素子は、一旦検査装置から外された後に、改めて、製品として走査光学装置に組み付けられる。従って、その走査光学装置が元々持っている機械誤差や、その走査光学素子を組み付ける際の組付誤差に因って、実際にレーザー光束が透過する位置が、検査対象領域から副走査方向にずれてしまうことがある。   However, once the inspection optical scanning element has been removed from the inspection apparatus, it is assembled again as a product in the scanning optical apparatus. Therefore, due to the mechanical error inherent in the scanning optical device and the assembling error when assembling the scanning optical element, the position where the laser beam is actually transmitted deviates from the inspection target area in the sub-scanning direction. May end up.

この問題を、図12を用いて、模式的に説明する。この図12において、実線は検査対象走査光学素子のレンズ面を示し、破線は検査対象領域を示し、Dは光学的欠陥(例えば、異物)を示す。このように、光学的欠陥Dが検査対象領域の外側のみにあれば、この検査対象走査光学素子は良品であると判定されるが、この検査対象走査光学素子が走査光学装置に組み込まれた際に何らかの誤差があると、実際のレーザ光の透過位置が検査対象領域から副走査方向にずれてしまい、光学的欠陥Dに重なってしまうことがあり得るのである。このようにして、実際のレーザ光の透過位置が光学的欠陥Dに重なってしまうと、その走査光学素子は良品と判定されたにも拘わらず、その走査光学素子を組み込んだ走査光学装置の製品としての印字品質が劣化してしまうのである。   This problem will be schematically described with reference to FIG. In FIG. 12, the solid line indicates the lens surface of the inspection target scanning optical element, the broken line indicates the inspection target region, and D indicates an optical defect (for example, a foreign object). As described above, if the optical defect D exists only outside the inspection target region, it is determined that the inspection target scanning optical element is a non-defective product. However, when this inspection target scanning optical element is incorporated into the scanning optical device, If there is any error, the actual transmission position of the laser beam may be shifted from the inspection target region in the sub-scanning direction and overlap the optical defect D. In this way, when the actual transmission position of the laser beam overlaps with the optical defect D, the scanning optical element product incorporating the scanning optical element, although the scanning optical element is determined to be non-defective As a result, the print quality will deteriorate.

このような透過位置のずれに対処するには、予め、検査装置上において、検査対象走査光学素子における検査対象領域の幅を、副走査方向においてある程度拡げておけば良い。そのために考えられる手法として考えられるのが、光源装置から射出されるレーザー光束のビーム径を拡げることによって、検査対象走査光学素子に対するレーザー光束の透過領域の幅を、拡げるというものである。この手法を採用すれば、図13に示すように、検査対象領域の幅が拡がるので、走査光学装置に組み込んだ場合に各種誤差に因ってレーザー光束の透過位置と重なり得る光学的誤差Dをも、検査対象領域内に包含させることが可能になる。   In order to cope with such a shift in the transmission position, the width of the inspection target area in the inspection target scanning optical element may be expanded in the sub-scanning direction to some extent in advance on the inspection apparatus. One possible method for this is to increase the width of the transmission region of the laser beam with respect to the scanning optical element to be inspected by expanding the beam diameter of the laser beam emitted from the light source device. If this method is adopted, as shown in FIG. 13, the width of the region to be inspected is widened. Therefore, when incorporated in the scanning optical apparatus, an optical error D that can overlap with the transmission position of the laser beam due to various errors is generated. Can also be included in the region to be inspected.

但し、検査対象光学素子に入射するレーザー光束のビーム径を拡大すると、印刷品質に影響を及ぼし得る最少の光学的欠陥の大きさに対するビーム径の比率が大きくなってしまう。この比率が大きくなってしまうと、レーザー光束がそのような光学的欠陥に当たった場合でも、その光学的欠陥によって遮断される光量がレーザー光束全体に対してなす比率(即ち、光量の減少率)が小さくなってしまう。そのため、受光手段によって受光された光量の変化を検知しにくくなってしまう(即ち、光学的欠陥に対する検出感度が下がってしまう)問題を、生じるのである。   However, if the beam diameter of the laser beam incident on the optical element to be inspected is enlarged, the ratio of the beam diameter to the size of the smallest optical defect that can affect the print quality increases. If this ratio increases, even if the laser beam hits such an optical defect, the ratio of the amount of light blocked by the optical defect to the entire laser beam (that is, the reduction rate of the light amount). Will become smaller. Therefore, there arises a problem that it becomes difficult to detect a change in the amount of light received by the light receiving means (that is, the detection sensitivity to an optical defect is lowered).

そこで、本発明は、簡単な構成により、光学的欠陥に対する検出感度を下げることなく、検査対象走査光学素子における検査対象領域の幅を副走査方向に拡げることができ、もって、走査光学装置自体の機械誤差や走査光学装置に対する組付誤差の有無に拘わらず、検査対象走査光学素子を組み込んだ走査光学装置の製品としての印刷品質に対応した検査結果を得ることができる走査光学素子検査装置の提供を、課題とする。   Therefore, the present invention can widen the width of the inspection target region in the inspection target scanning optical element in the sub-scanning direction without reducing the detection sensitivity to the optical defect with a simple configuration. Providing a scanning optical element inspection apparatus capable of obtaining an inspection result corresponding to the print quality as a product of a scanning optical apparatus incorporating a scanning optical element to be inspected regardless of whether there is a mechanical error or an assembly error with respect to the scanning optical apparatus. Is an issue.

このような課題を解決するために案出された本発明による走査光学素子検査装置は、動的に偏向されるレーザー光を所定の被走査面上に収束させる走査光学素子の、光学的欠陥を検査するための装置であって、レーザー光束を射出するレーザー光源と、レーザー光源から発したレーザー光束を副走査方向に収束させて線像を形成するアナモフィックレンズと、このアナモフィックレンズにより形成される線像の位置に配置され、レーザー光束を副走査方向において複数に分岐する回折分岐素子と、この回折分岐素子により分岐された複数のレーザー光束を再度線像として収束させるリレーレンズと、このリレーレンズにより形成される線像の位置に偏向点を位置させ、複数のレーザー光束を動的に主走査方向に沿って偏向する偏向手段と、この偏向手段によって動的に偏向されたレーザー光束の光路上の所定位置に走査光学素子を保持するための保持具と、偏向手段及び保持具に保持される走査光学素子に対して被走査面と同じ相対的位置関係となるように仮想される面上において、保持具に保持される走査光学素子によって収束されたレーザー光束の状態を主走査方向に移動しつつ測定する検出手段とを備えたこと、を特徴とする。   The scanning optical element inspection apparatus according to the present invention devised to solve such a problem eliminates optical defects in a scanning optical element that converges dynamically deflected laser light on a predetermined surface to be scanned. An apparatus for inspecting a laser light source that emits a laser beam, an anamorphic lens that converges the laser beam emitted from the laser light source in the sub-scanning direction to form a line image, and a line formed by the anamorphic lens A diffraction branch element that is arranged at the position of the image and divides the laser beam into a plurality of beams in the sub-scanning direction; a relay lens that converges the plurality of laser beams branched by the diffraction branch element again as a line image; and A deflection unit that positions a deflection point at the position of the line image to be formed and dynamically deflects a plurality of laser beams along the main scanning direction; Same as the surface to be scanned with respect to the scanning optical element held by the deflecting means and the scanning optical element held at the predetermined position on the optical path of the laser beam dynamically deflected by the deflecting means Detecting means for measuring the state of the laser light beam converged by the scanning optical element held by the holder while moving in the main scanning direction on the surface assumed to be in a relative positional relationship; It is characterized by.

このように構成されると、回折分岐素子により分岐された複数のレーザー光束により、検査対象である走査光学素子の副走査方向の高さが異なる複数の位置を同時に検査することが可能となる。このようにレーザー光束を複数に分岐させることにより、走査光学素子を透過するレーザー光束のビーム径を拡大することなく、当該走査光学素子における検査対象領域を、副走査方向に拡げることができる。   If comprised in this way, it will become possible to test | inspect simultaneously the several position from which the height of the scanning optical element which is a test object differs in the subscanning direction with the some laser beam branched by the diffraction branching element. As described above, by dividing the laser beam into a plurality of parts, the inspection target region in the scanning optical element can be expanded in the sub-scanning direction without increasing the beam diameter of the laser beam transmitted through the scanning optical element.

リレーレンズは、第1レンズ群と第2レンズ群とから構成されることが望ましい。その場合、第1レンズ群の前側焦点を回折分岐素子の位置に一致させ、第1レンズ群の後側焦点を第2レンズ群の前側焦点に一致させ、第2レンズ群の後側焦点を偏向手段の偏向点に一致させるように配置することが望ましい。   The relay lens is preferably composed of a first lens group and a second lens group. In that case, the front focal point of the first lens unit is matched with the position of the diffraction branch element, the rear focal point of the first lens unit is matched with the front focal point of the second lens unit, and the rear focal point of the second lens unit is deflected. It is desirable to arrange so as to coincide with the deflection point of the means.

また、回折分岐素子は、その格子ベクトルが主走査方向、副走査方向のいずれに対しても傾くよう配置されることが望ましい。   Further, it is desirable that the diffraction branch element is arranged so that the grating vector is inclined with respect to both the main scanning direction and the sub-scanning direction.

さらに、レーザー光源の波長をλ、アナモフィックレンズに入射する光束の副走査方向の幅をDz、アナモフィックレンズの後側主点から線像位置までの距離をfCLとするとき、以下の条件(1)を満足することが望ましい。 Further, when the wavelength of the laser light source is λ, the width of the light beam incident on the anamorphic lens is Dz, and the distance from the rear principal point of the anamorphic lens to the line image position is f CL , the following condition (1 ) Is desirable.

Dz/fCL>(λ/p)sinγ>Dz/2fCL…(1)
ただし、p:回折素子の周期構造のピッチ、
γ:格子ベクトルの方向の主走査方向に対する角度である。
Dz / f CL > (λ / p) sinγ> Dz / 2f CL (1)
Where p: pitch of the periodic structure of the diffraction element,
γ: angle with respect to the main scanning direction in the direction of the lattice vector.

回折分岐素子としては、非線形に変化する基準位相パターンを等ピッチで多数並列して形成され、入射光を回折させて等光量の複数の光束に分岐する位相型回折素子を用いることができる。   As the diffraction branching element, a phase type diffraction element in which a large number of non-linearly changing reference phase patterns are formed in parallel at an equal pitch, and incident light is diffracted and branched into a plurality of light beams of equal light quantity can be used.

本発明の走査光学素子検査装置によれば、光学的欠陥に対する検出感度を下げることなく、検査対象走査光学素子における検査対象領域の幅を拡げることができるので、走査光学装置自体の機械誤差や走査光学装置に対する組付誤差の有無に拘わらず、検査対象走査光学素子を組み込んだ走査光学装置の製品としての印刷品質に対応した検査結果を、得ることができる。   According to the scanning optical element inspection apparatus of the present invention, the width of the inspection target area in the inspection target scanning optical element can be increased without lowering the detection sensitivity for the optical defect. Regardless of whether there is an assembly error with respect to the optical device, an inspection result corresponding to the print quality as a product of the scanning optical device incorporating the inspection target scanning optical element can be obtained.

以下、この発明にかかる走査光学素子検査装置を実施するための形態を説明する。図1は、本実施形態による走査光学素子検査装置(以下、単に「検査装置」という)1の構成を示す斜視図である、図2は、その主走査方向における光学構成図であり、図3は、その副走査方向における光学構成図である。   Hereinafter, embodiments for carrying out the scanning optical element inspection apparatus according to the present invention will be described. FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of a scanning optical element inspection apparatus (hereinafter simply referred to as “inspection apparatus”) 1 according to the present embodiment. FIG. 2 is an optical configuration diagram in the main scanning direction. These are optical configuration diagrams in the sub-scanning direction.

この検査装置1は、特定の走査光学装置に組み込まれて使用される特定形状の走査光学素子を検査対象とするものである。具体的には、この検査装置1は、図1乃至図3に示されるように、レーザー光束の進行方向に沿って、光源装置10、シリンドリカルレンズ11、回折分岐素子20、リレーレンズ12、ポリゴンミラー13を有すると共に、検査対象走査光学素子(fθレンズ)Lを保持する走査光学素子保持具14、及び、検出装置15を備えている。   This inspection apparatus 1 is intended to inspect a scanning optical element having a specific shape that is incorporated and used in a specific scanning optical apparatus. Specifically, as shown in FIGS. 1 to 3, the inspection apparatus 1 includes a light source device 10, a cylindrical lens 11, a diffraction branch element 20, a relay lens 12, and a polygon mirror along the traveling direction of the laser beam. 13, a scanning optical element holder 14 that holds an inspection target scanning optical element (fθ lens) L, and a detection device 15.

光源装置10は、レーザー光を平行光として射出する装置であり、アルゴンレーザー等のガスレーザー装置、あるいは、半導体レーザーとコリメータレンズとの組み合わせ等により構成される。光源装置10とシリンドリカルレンズ11との間には、図2に示すように、平行光束であるレーザー光束の光束幅を制限するための開口手段10aが、配置されている。なお、この開口手段10aの開口の形状は、主走査方向(図2の紙面と平行な方向)に長く副走査方向(図2の紙面に直交する方向)に短い矩形である。主走査方向に長径を有する楕円形又は長円形としてもよい。   The light source device 10 is a device that emits laser light as parallel light, and is configured by a gas laser device such as an argon laser, or a combination of a semiconductor laser and a collimator lens. Between the light source device 10 and the cylindrical lens 11, as shown in FIG. 2, opening means 10a for limiting the beam width of the laser beam which is a parallel beam is arranged. The opening shape of the opening means 10a is a rectangle that is long in the main scanning direction (direction parallel to the paper surface of FIG. 2) and short in the sub-scanning direction (direction orthogonal to the paper surface of FIG. 2). It may be oval or oval having a major axis in the main scanning direction.

シリンドリカルレンズ11は、光源装置10から平行光として射出されたレーザー光束を副走査方向に収束させて線像を形成するアナモフィックレンズである。このシリンドリカルレンズ11により形成される線像の位置に、回折分岐素子20が配置されている。回折分岐素子20の詳細については後に説明するが、主走査方向、副走査方向の両方向についてレーザー光を分岐させる作用を持つ。この例では、レーザー光束を3本に分岐させる。   The cylindrical lens 11 is an anamorphic lens that converges a laser beam emitted from the light source device 10 as parallel light in the sub-scanning direction to form a line image. A diffraction branch element 20 is arranged at the position of the line image formed by the cylindrical lens 11. Although details of the diffraction branch element 20 will be described later, it has an action of branching the laser light in both the main scanning direction and the sub-scanning direction. In this example, the laser beam is branched into three.

リレーレンズ12は、共に正の単レンズから構成される第1レンズ群12aと第2レンズ群12bとを備え、回折分岐素子20とポリゴンミラー13の反射面とを共役にする作用を持つ。製品として構成される走査光学装置では、シリンドリカルレンズ11により形成される線像の位置にポリゴンミラー13の反射面が配置されるが、検査装置では線像の位置に回折分岐素子20が配置されるため、この回折分岐素子20とポリゴンミラー13との間にリレーレンズ12が配置され、ポリゴンミラー13の反射面上に再び線像を形成するようにしている。   The relay lens 12 includes a first lens group 12a and a second lens group 12b each composed of a positive single lens, and has a function of conjugating the diffraction branch element 20 and the reflecting surface of the polygon mirror 13. In the scanning optical device configured as a product, the reflection surface of the polygon mirror 13 is disposed at the position of the line image formed by the cylindrical lens 11, whereas in the inspection device, the diffraction branch element 20 is disposed at the position of the line image. Therefore, the relay lens 12 is disposed between the diffraction branch element 20 and the polygon mirror 13 so that a line image is formed again on the reflection surface of the polygon mirror 13.

これらのシリンドリカルレンズ11からポリゴンミラー13までの各素子の配置は、図4に示すとおりである。シリンドリカルレンズ11の焦点距離をfCL、リレーレンズの第1レンズ群12aの焦点距離をf1、第2レンズ群12bの焦点距離をf2とすると、シリンドリカルレンズ11と回折分岐素子20との間隔はfCL、回折分岐素子20と第1レンズ群12aとの間隔はf1、第1レンズ群12aと第2レンズ群12bとの間隔はf1+f2、第2レンズ群12bとポリゴンミラー13の反射面との間隔はf2となる。即ち、シリンドリカルレンズ11の副走査方向の焦点位置に回折分岐素子20が配置され、第1レンズ群12aの前側焦点F1を回折分岐素子20の位置に一致させ、第1レンズ群12aの後側焦点F1'を第2レンズ群12bの前側焦点F2に一致させ、第2レンズ群12bの後側焦点F2'をポリゴンミラー13の偏向点に一致させるように配置されている。 The arrangement of each element from the cylindrical lens 11 to the polygon mirror 13 is as shown in FIG. When the focal length of the cylindrical lens 11 is f CL , the focal length of the first lens group 12a of the relay lens is f 1 , and the focal length of the second lens group 12b is f 2 , the distance between the cylindrical lens 11 and the diffraction branch element 20 Is f CL , the distance between the diffractive branch element 20 and the first lens group 12 a is f 1 , the distance between the first lens group 12 a and the second lens group 12 b is f 1 + f 2 , the second lens group 12 b and the polygon mirror 13. the distance between the reflecting surface of the f 2. That is, the diffraction branch element 20 is disposed at the focal position of the cylindrical lens 11 in the sub-scanning direction, the front focal point F 1 of the first lens group 12a is made to coincide with the position of the diffraction branch element 20, and the rear side of the first lens group 12a. The focal point F 1 ′ is arranged to coincide with the front focal point F 2 of the second lens group 12 b, and the rear focal point F 2 ′ of the second lens group 12 b is arranged to coincide with the deflection point of the polygon mirror 13.

このような配置により、光源装置10から発した平行なレーザー光束は、シリンドリカルレンズ11により副走査方向にのみ収束され、回折分岐素子20により3本に分岐されて異なる角度でリレーレンズ12に入射し、リレーレンズ12の作用により再びポリゴンミラー13の反射面上で同じ位置に線像を形成する。   With such an arrangement, the parallel laser beam emitted from the light source device 10 is converged only in the sub-scanning direction by the cylindrical lens 11, is branched into three by the diffraction branch element 20, and enters the relay lens 12 at different angles. The line lens is again formed at the same position on the reflection surface of the polygon mirror 13 by the action of the relay lens 12.

偏向手段としてのポリゴンミラー13は、扁平な正六角柱形状で側面に6面の反射面が形成されており、中心軸(対称軸)13aと同軸に回転軸が連結されたモーター(図示略)により、図1及び図2における時計方向に、高速回転する。このポリゴンミラー13は、コリメータレンズ22の光軸がその外接円よりも内側であって中心軸13aからオフセットした位置を通過するとともに、リレーレンズ12によって再形成された線像が反射面13bの近傍に存在する位置関係にて、配置されている。その結果、リレーレンズ12を透過したレーザー光束は、ポリゴンミラー13の反射面13bに入射して、反射(偏向)される。そして、ポリゴンミラー13が回転することにより、各反射面13bがレーザー光束の光路中に順次進入して漸次その方向を変化させるので、レーザー光束は、繰り返し、一方向(即ち、主走査方向)に走査される。このとき、3本のレーザー光束は、それぞれ主走査方向においては平行光のままであるが、副走査方向においては、この反射面13b上にて一旦収束した後に、発散する。   The polygon mirror 13 as the deflecting means has a flat regular hexagonal prism shape, and six reflecting surfaces are formed on the side surface. A motor (not shown) having a rotational axis connected coaxially to the central axis (symmetrical axis) 13a. 1 and FIG. 2 rotate at high speed in the clockwise direction. The polygon mirror 13 passes through a position where the optical axis of the collimator lens 22 is inside the circumscribed circle and offset from the central axis 13a, and the line image re-formed by the relay lens 12 is in the vicinity of the reflecting surface 13b. Are arranged in a positional relationship existing in As a result, the laser beam transmitted through the relay lens 12 enters the reflecting surface 13b of the polygon mirror 13 and is reflected (deflected). As the polygon mirror 13 rotates, each reflecting surface 13b sequentially enters the optical path of the laser beam and gradually changes its direction, so that the laser beam repeatedly repeats in one direction (that is, the main scanning direction). Scanned. At this time, the three laser beams remain parallel in the main scanning direction, but in the sub scanning direction, once converged on the reflecting surface 13b and then diverge.

走査光学素子保持具14は、検査対象走査光学素子Lを着脱自在に保持する治具である。ポリゴンミラー13によって走査された3本のレーザー光束は、走査光学素子保持具14に保持されている検査対象走査光学素子Lに対して、副走査方向の高さが異なる3箇所に入射し、主走査方向に移動する。図11は、実施形態の検査装置1により検査対象走査光学素子L上を走査する3本のレーザー光束の軌跡を示す説明図である。   The scanning optical element holder 14 is a jig that detachably holds the inspection target scanning optical element L. The three laser light beams scanned by the polygon mirror 13 are incident on the inspection target scanning optical element L held by the scanning optical element holder 14 at three places having different heights in the sub-scanning direction. Move in the scanning direction. FIG. 11 is an explanatory diagram showing trajectories of three laser light beams that scan the inspection target scanning optical element L by the inspection apparatus 1 according to the embodiment.

検査対象走査光学素子Lは、製品となる走査光学装置内のシリンドリカルレンズ(シリンドリカルレンズ11に相当)と共に面倒れ誤差を補正するため、アナモフィックレンズ系となっている。即ち、検査対象走査光学素子Lは、主走査方向においては、その像側焦点が被走査面と略一致するパワーを有しており、副走査方向においては、ポリゴンミラー13の反射面と被走査面とを共役にするパワーを有している。従って、ポリゴンミラー13によって偏向された3本のレーザー光束は、この検査対象光学素子Lの光学的欠陥の影響を受けない限り、この検査対象走査光学素子Lを透過することによって、被走査面に相当する位置にそれぞれスポットを形成し、これらのスポットは、被走査面に相当する面に沿って主走査方向に移動する。3つのスポットは、主走査方向には互いに離れ、副走査方向には同一の位置に形成される。図1には、このようにして移動する3つのスポットの軌跡が、破線によって示されている。   The scanning optical element L to be inspected is an anamorphic lens system for correcting a surface tilt error together with a cylindrical lens (corresponding to the cylindrical lens 11) in the scanning optical device as a product. That is, the inspection target scanning optical element L has a power in which the image-side focal point substantially coincides with the surface to be scanned in the main scanning direction, and the surface to be scanned with the reflecting surface of the polygon mirror 13 in the sub-scanning direction. It has the power to conjugate the surface. Therefore, the three laser beams deflected by the polygon mirror 13 pass through the inspection target scanning optical element L as long as they are not affected by the optical defect of the inspection target optical element L, and are thus incident on the surface to be scanned. Spots are formed at corresponding positions, and these spots move in the main scanning direction along a surface corresponding to the surface to be scanned. The three spots are separated from each other in the main scanning direction and are formed at the same position in the sub scanning direction. In FIG. 1, the trajectories of the three spots moving in this way are indicated by broken lines.

検出手段としての検出装置15は、センサ部15aと駆動部15bとから、構成されている。センサ部15aは、その前面に受光素子の受光面を保持した装置である。また、駆動部15bは、センサ部15aを主走査方向に移動させる装置である。なお、この検出装置15は、センサ部15aの受光面の主走査方向における位置を検出するために図示せぬエンコーダを備えている。   The detection device 15 as detection means is composed of a sensor unit 15a and a drive unit 15b. The sensor unit 15a is a device that holds the light receiving surface of the light receiving element on the front surface thereof. The drive unit 15b is a device that moves the sensor unit 15a in the main scanning direction. The detection device 15 includes an encoder (not shown) for detecting the position of the light receiving surface of the sensor unit 15a in the main scanning direction.

検査時には、光源装置10からレーザー光束を発し、ポリゴンミラー13を高速回転させながら、駆動部15bによりセンサ部15aを比較的遅い速度で走査範囲の始端から終端に向けて主走査方向に移動させる。これにより、センサ部15aは主走査方向の位置を変更しつつ、3本のレーザー光束を繰り返し受光する。そして、エンコーダから出力される主走査方向の位置情報と、その位置でセンサ部15aの受光素子に受光されたピーク光量値とを、図示せぬ処理装置に入力する。3本のレーザー光束は、それぞれ受光素子の受光面の副走査方向の同一高さを通るが、主走査方向には分離されているため、センサ部15aの受光素子は3本のレーザー光束を異なるタイミングで受光することとなり、処理装置は、受光したレーザー光束が検査対象走査光学素子Lのどの位置を通過してきた光束かを、識別することができる。   At the time of inspection, a laser beam is emitted from the light source device 10 and the polygon mirror 13 is rotated at a high speed, and the sensor unit 15a is moved in the main scanning direction from the start end to the end of the scanning range at a relatively low speed by the drive unit 15b. Thereby, the sensor unit 15a repeatedly receives three laser beams while changing the position in the main scanning direction. Then, the position information in the main scanning direction output from the encoder and the peak light quantity value received by the light receiving element of the sensor unit 15a at that position are input to a processing device (not shown). The three laser beams pass through the same height in the sub-scanning direction of the light receiving surface of the light receiving element, but are separated in the main scanning direction, so that the light receiving element of the sensor unit 15a differs from the three laser beams. Since the light is received at the timing, the processing apparatus can identify the position of the inspection target scanning optical element L through which the received laser light beam has passed.

処理装置は、エンコーダからの位置情報と、その位置におけるそれぞれのレーザー光束のピーク光量値とを対応付けて記録する。検査対象走査光学素子Lに欠陥がなければ、ピーク光量値はなだらかに連続し、光学的欠陥があると、その位置でのピーク光量値が急激に低下する。したがって、各レーザー光束についてピーク光量値の変化を監視することにより、光学的欠陥の有無を検査することができる。このようにして、センサ部15aを走査範囲にわたって一度移動させつつピーク光量を検出することにより、光学的欠陥の検出が可能となるのである。図11の例では、図中下側を通るレーザー光束の光路中に光学的欠陥Dがあるため、このレーザー光束のピーク光量値が光学的欠陥に相当する部分で急激に低下することになる。処理装置は、主走査方向における各位置毎に、検査対象領域に光学的欠陥が全く無い場合のピーク光量値よりも若干低く設定された閾値を用い、測定されたピーク光量値が閾値を下回った場合に、検査対象領域における当該部分に光学的欠陥が存在していると、判断する。   The processing device records the position information from the encoder in association with the peak light amount value of each laser beam at that position. If there is no defect in the scanning optical element L to be inspected, the peak light amount value continues smoothly, and if there is an optical defect, the peak light amount value at that position rapidly decreases. Therefore, the presence or absence of an optical defect can be inspected by monitoring the change in the peak light quantity value for each laser beam. In this manner, the optical defect can be detected by detecting the peak light quantity while moving the sensor unit 15a once over the scanning range. In the example of FIG. 11, since there is an optical defect D in the optical path of the laser beam passing through the lower side in the drawing, the peak light quantity value of this laser beam rapidly decreases at the portion corresponding to the optical defect. The processing device uses a threshold value set slightly lower than the peak light amount value when there is no optical defect in the inspection target region for each position in the main scanning direction, and the measured peak light amount value falls below the threshold value. In this case, it is determined that an optical defect exists in the portion in the inspection target area.

上記の光学系に用いられている回折分岐素子20は、非線形に変化する基準位相パターンを等ピッチで多数並列して形成され、入射光を回折させて等光量の複数の光束に分岐する素子であり、例えば、特開平10−332534号公報に記載された素子を利用することができる。即ち、回折分岐素子20は、図5に模式的に示されるように、x方向に延びる帯状の基準位相パターンP1,P2,...が基板B上に等ピッチでy方向に多数並列させて形成される。基板Bは、基準位相パターンも含めて透明な樹脂材料、またはガラス材料で形成されている。   The diffraction branching element 20 used in the above optical system is an element that is formed by arranging a large number of non-linearly changing reference phase patterns in parallel at an equal pitch, and diffracts incident light into a plurality of light beams of equal light quantity. For example, an element described in JP-A-10-332534 can be used. That is, as schematically shown in FIG. 5, the diffraction branch element 20 has a plurality of strip-like reference phase patterns P1, P2,... Extending in the x direction arranged in parallel in the y direction on the substrate B at an equal pitch. It is formed. The substrate B is made of a transparent resin material or glass material including the reference phase pattern.

それぞれの基準位相パターンP1,P2,...は、y方向においてそのピッチ内で与える位相差が非線形に変化するよう、すなわち、二値ではなく多値の値を持つよう形成され、しかも、隣接する基準位相パターンの間に位相ギャップを持たない滑らかな連続形状とされている。反射型ではなく回折型の分岐素子によりレーザー光束を分岐させることにより、収束、発散光の光路中で光束を分離する場合にも、全ての光束について光路長を一致させ、共役条件を成立させることができる。また、上記のような位相ギャップを持たない回折分岐素子を利用することにより、複数の回折光を効率よく発生させることができる。   Each of the reference phase patterns P1, P2,... Is formed so that the phase difference given within the pitch in the y direction changes nonlinearly, that is, has a multivalued value instead of a binary value. And a smooth continuous shape having no phase gap between the reference phase patterns. By splitting the laser beam with a diffractive branching element instead of a reflection type, even when separating the light beam in the optical path of convergent and divergent light, the optical path length must be matched for all the light beams and the conjugate condition must be satisfied Can do. In addition, by using a diffraction branch element having no phase gap as described above, a plurality of diffracted lights can be generated efficiently.

以下の表1は、実施形態の3分割型の光束分割素子20に用いられる基準位相パターンの数値構成を示す(特開平10−332534号公報の実施例2に相当)。この表では、基準位相パターンの1ピッチを図5のy方向、すなわち位相パターンの並列方向に沿って0〜63の64の座標に等分割し、各座標での相対的な形状を光の位相差(単位:ラジアン)として示している。実形状は、座標0の点からの高さとして表される場合、空気中での使用を前提とすると、使用波長をλ、素子の屈折率をnとして、位相×λ/(2π(n−1))により求められる。図6は、表1に示される光束分割素子20の基準位相パターンの形状を示すグラフであり、縦軸が位相差、横軸が座標である。   Table 1 below shows a numerical configuration of a reference phase pattern used for the three-divided beam splitting element 20 of the embodiment (corresponding to Example 2 of JP-A-10-332534). In this table, one pitch of the reference phase pattern is equally divided into 64 coordinates from 0 to 63 along the y direction in FIG. 5, that is, the parallel direction of the phase pattern, and the relative shape at each coordinate is the position of the light. It is shown as a phase difference (unit: radians). When the actual shape is expressed as a height from the point of coordinate 0, assuming use in the air, assuming that the wavelength used is λ and the refractive index of the element is n, the phase × λ / (2π (n− 1)). FIG. 6 is a graph showing the shape of the reference phase pattern of the light beam splitting element 20 shown in Table 1. The vertical axis represents the phase difference and the horizontal axis represents the coordinates.

Figure 2005189094
以下の表2は、上述の光束分割素子20の光束分割性能を示す数値であり、入射光の強度を1として、分割された各光束の光量を±10次の範囲で次数毎に示している。回折効率は、目的とする分割数の回折光の強度和が入射光束の強度に占める割合を示す。なお、表2に示される回折光の強度分布は、図7のグラフに示されている。これらのグラフで、横軸は回折光の次数、縦軸は入射光の強度を1としたときの各次数の回折光の強度を示す。
Figure 2005189094
Table 2 below is a numerical value showing the light beam splitting performance of the light beam splitting element 20 described above. The intensity of the incident light is 1, and the light amount of each split light beam is shown for each order within a range of ± 10th order. . The diffraction efficiency indicates the ratio of the intensity sum of the diffracted light of the target number of divisions to the intensity of the incident light beam. The intensity distribution of the diffracted light shown in Table 2 is shown in the graph of FIG. In these graphs, the horizontal axis represents the order of diffracted light, and the vertical axis represents the intensity of diffracted light of each order when the intensity of incident light is 1.

Figure 2005189094
上記のように構成された回折分岐素子20は、図8に示すように、入射光に垂直な面内で見たときに、その格子ベクトル(回折による光の分岐方向、角度を示すベクトルであり、基準位相パターンの向きに直交する図5のy方向に延びる)が主走査方向に対して角度γをなすように配置されている。したがって、分岐した光束は、図9に示すように副走査方向にも広がりつつ、図10に示すように主走査方向にも広がる。分岐した光束は、図10に示すように、主走査方向については平行光であるため、分岐してリレーレンズ12を介してポリゴンミラー13に入射する光束は、主走査方向では平行光の状態を保っている。3本の光束は、リレーレンズ12を介してポリゴンミラー13に対して同じ位置に入射するため、複数の光束を走査する場合にもポリゴンミラー13の面のサイズを大きくする必要がない。
Figure 2005189094
As shown in FIG. 8, the diffraction branch element 20 configured as described above is a grating vector (a vector indicating the direction and angle of light branching due to diffraction) when viewed in a plane perpendicular to the incident light. , Extending in the y direction of FIG. 5 orthogonal to the direction of the reference phase pattern) is arranged so as to form an angle γ with respect to the main scanning direction. Therefore, the branched light beam spreads in the sub-scanning direction as shown in FIG. 9 and also in the main scanning direction as shown in FIG. As shown in FIG. 10, since the branched light beam is parallel light in the main scanning direction, the light beam branched and incident on the polygon mirror 13 via the relay lens 12 has a parallel light state in the main scanning direction. I keep it. Since the three light beams enter the polygon mirror 13 at the same position via the relay lens 12, it is not necessary to increase the size of the surface of the polygon mirror 13 when scanning a plurality of light beams.

格子ベクトルを主走査方向に対して傾けることにより、前記のように被走査面上でスポットを主走査方向に分離することができるため、単一のセンサで3本の光束を時分割的に検出することができ、検出部15の構成が簡単となる。   By tilting the grating vector with respect to the main scanning direction, the spot can be separated in the main scanning direction on the surface to be scanned as described above, so that a single sensor detects three light beams in a time-sharing manner. Therefore, the configuration of the detection unit 15 is simplified.

また、回折分岐素子20の上に形成される線像を回折分岐素子20の基準位相パターンに対して斜めにすることにより、光束が交差する基準位相パターンの本数を多くすることができる。線像の方向と基準位相パターンの方向とが一致すると、線像が細い場合には線像の範囲に含まれる基準位相パターンの数が少なくなり、回折効率が低下する。線像に対して周期構造を斜めにすることにより、線像が交差する基準位相パターンの数を増やすことができ、回折効率を上げることができる。   Further, by making the line image formed on the diffraction branch element 20 oblique with respect to the reference phase pattern of the diffraction branch element 20, the number of reference phase patterns where the light beams intersect can be increased. If the direction of the line image coincides with the direction of the reference phase pattern, when the line image is thin, the number of reference phase patterns included in the range of the line image decreases, and the diffraction efficiency decreases. By making the periodic structure oblique to the line image, the number of reference phase patterns intersecting the line image can be increased, and the diffraction efficiency can be increased.

さらに、走査対象走査光学素子Lのレンズ面上で3本のレーザー光束が透過する検査領域が互いに離れないようにしたい。このためには、副走査方向の分岐角度を小さくする必要がある。回折分岐素子20の格子ベクトルを主走査方向に対して傾けることにより、実質的な副走査方向の分岐角度を小さくすることができる。   Further, it is desired that the inspection areas through which the three laser beams pass on the lens surface of the scanning target scanning optical element L are not separated from each other. For this purpose, it is necessary to reduce the branch angle in the sub-scanning direction. By tilting the grating vector of the diffraction branching element 20 with respect to the main scanning direction, the substantial branching angle in the sub-scanning direction can be reduced.

3本のレーザービームによる検査領域を適正に設定するためには、格子ベクトルの主走査方向に対する角度γと回折分岐素子20の周期構造(基準位相パターン)のピッチpとが、レーザー光束の波長をλ、アナモフィックレンズに入射する光束の副走査方向の幅をDz、アナモフィックレンズの後側主点から線像位置までの距離をfCLとして、以下の条件(1)を満足することが望ましい。 In order to appropriately set the inspection region by the three laser beams, the angle γ of the grating vector with respect to the main scanning direction and the pitch p of the periodic structure (reference phase pattern) of the diffraction branch element 20 determine the wavelength of the laser beam. It is desirable to satisfy the following condition (1), where λ is the width of the light beam incident on the anamorphic lens in the sub-scanning direction is Dz, and the distance from the rear principal point of the anamorphic lens to the line image position is f CL .

Dz/fCL>(λ/p)sinγ>Dz/2fCL…(1)
上記の条件の上限を超えると、複数のレーザー光束が通過する領域に隙間が生じて検査の見落しになる。一方、下限を下回ると、複数のレーザー光束が通過する領域の重複が大きすぎて検査領域の拡大に不利となる。
Dz / f CL > (λ / p) sinγ> Dz / 2f CL (1)
If the upper limit of the above condition is exceeded, a gap is generated in the region through which a plurality of laser light beams pass, and the inspection is overlooked. On the other hand, below the lower limit, the overlap of the areas through which the plurality of laser beams pass is too large, which is disadvantageous for the enlargement of the inspection area.

具体的には、実施形態の検査装置1は、以下の諸元を有する。   Specifically, the inspection apparatus 1 of the embodiment has the following specifications.

レーザー光束の波長(λ):780nm
開口サイズ:主走査方向 3.00mm
副走査方向(Dz) 0.77mm
シリンドリカルレンズ11の焦点距離(fCL):50mm
リレーレンズ第1レンズ群12aの焦点距離(f1):50mm
第2レンズ群12bの焦点距離(f2):50mm
シリンドリカルレンズ11から回折分岐素子20までの距離:50mm
回折分岐素子20から第1レンズ群12aまでの距離:50mm
第1レンズ群12aと第2レンズ群12bとの間隔:100mm
第2レンズ群12bからポリゴンミラー13までの距離:50mm
回折分岐素子20の基準位相パターンのピッチ(p):44.7μm
格子ベクトルと主走査方向のなす角度(γ):45°
ピッチ44.7μmで基準位相パターンを形成すると、回折分岐素子20により分岐した3本の光束は、それぞれ1°ずつの角度差(全体で2°)を持つ。また、角度γが45°であると、主走査、副走査方向の角度差は共に0.707°となり、副走査方向に関しては0.175°(20%)の重なりを持たせることができる。
Laser beam wavelength (λ): 780 nm
Aperture size: 3.00mm in the main scanning direction
Sub-scanning direction (Dz) 0.77mm
Focal length (f CL ) of cylindrical lens 11: 50 mm
Focal length (f 1 ) of the relay lens first lens group 12a: 50 mm
Focal length (f 2 ) of the second lens group 12b: 50 mm
Distance from cylindrical lens 11 to diffraction branch element 20: 50 mm
Distance from the diffraction branch element 20 to the first lens group 12a: 50 mm
Distance between the first lens group 12a and the second lens group 12b: 100 mm
Distance from the second lens group 12b to the polygon mirror 13: 50 mm
Pitch of reference phase pattern of diffraction branch element 20 (p): 44.7 μm
Angle between lattice vector and main scanning direction (γ): 45 °
When the reference phase pattern is formed at a pitch of 44.7 μm, the three light beams branched by the diffraction branch element 20 have an angle difference of 1 ° (2 ° as a whole). When the angle γ is 45 °, the angle difference between the main scanning direction and the sub-scanning direction is 0.707 °, and an overlap of 0.175 ° (20%) can be obtained in the sub-scanning direction.

また、検査対象走査光学素子Lの主走査方向の焦点距離を150mm、副走査方向の倍率を‐2.0倍とすると、上記の設計例では、被走査面に達する光束の主走査方向のFnoは50、副走査方向のFnoは65となる。また、被走査面上でのスポットの主走査方向の間隔は1.85mmとなる。   Further, when the focal length in the main scanning direction of the scanning optical element L to be inspected is 150 mm and the magnification in the sub scanning direction is −2.0 times, in the above design example, Fno in the main scanning direction of the light beam reaching the scanning surface is 50. Fno in the sub-scanning direction is 65. Further, the distance between the spots on the surface to be scanned in the main scanning direction is 1.85 mm.

光学系の構成要素は上記の実施形態と同一とし、回折分岐素子20の格子ベクトルの主走査方向に対する角度γを45°から30°に変更すると、副走査対応方向の分岐角は0.500°、主走査対応方向の分岐角は0.866°となり、副走査方向には0.382°(43%)の重なりを持たせつつ、3本のレーザー光束により検査対象走査光学素子Lを検査することができる。この場合、被走査面上でのスポットの主走査方向の間隔は2.27mmとなる。   The components of the optical system are the same as those in the above embodiment, and when the angle γ of the diffraction branching element 20 with respect to the main scanning direction is changed from 45 ° to 30 °, the branching angle in the sub-scanning corresponding direction is 0.500 °. The branch angle in the scanning-corresponding direction is 0.866 °, and the inspection target scanning optical element L can be inspected with three laser beams while having an overlap of 0.382 ° (43%) in the sub-scanning direction. In this case, the interval between the spots on the surface to be scanned in the main scanning direction is 2.27 mm.

以下の表3は、角度γが45°の実施形態と、30°の変形例について上記の条件(1)の各項の値を計算した結果を示す。いずれの場合も、中間項が上限と下限との間にあり、条件(1)を満たしていることがわかる。   Table 3 below shows the results of calculating the values of the terms in the above condition (1) for the embodiment in which the angle γ is 45 ° and the modified example of 30 °. In either case, the intermediate term is between the upper limit and the lower limit, and it can be seen that the condition (1) is satisfied.

Figure 2005189094
このように、本実施形態によると、回折分岐素子20によりレーザー光束を3本に分岐することにより、スポット位置(即ち、検出装置15のセンサ部15aによる受光位置)を副走査方向に変位させることなく、検査対象走査光学素子Lに対するレーザー光束の入射位置及び透過位置(即ち、検査対象領域)を副走査方向の高さが異なる複数の領域に設定することができる。その結果、検査対象走査光学素子Lへの透過時におけるビーム径はそのままに、全体としての検査対象領域を拡げることができる。また、各レーザー光束は時間差を持ってセンサ部15aに入射するため、単一のセンサで検査が可能であり、検出装置15としては、従来のものをそのまま用いることができるのである。
Figure 2005189094
As described above, according to the present embodiment, the spot position (that is, the light receiving position by the sensor unit 15a of the detection device 15) is displaced in the sub-scanning direction by branching the laser beam into three beams by the diffraction branching element 20. Instead, the incident position and transmission position of the laser beam with respect to the inspection target scanning optical element L (that is, the inspection target area) can be set to a plurality of areas having different heights in the sub-scanning direction. As a result, it is possible to expand the entire inspection target region while maintaining the beam diameter during transmission to the inspection target scanning optical element L. Further, since each laser beam enters the sensor unit 15a with a time difference, the inspection can be performed with a single sensor, and the conventional detection device 15 can be used as it is.

このように、本実施形態によると、ビーム径は何ら拡大されないので、検出感度が劣化することはないが、検査対象領域が拡がるので、検査によって光学的欠陥を全く検出されなかった良品の走査光学素子Lであれば、これが検査終了後に図示せぬ走査光学装置に組み込まれる場合には、仮に当該走査光学装置自体に機械誤差があったり組付誤差が生じたとしても、この走査光学素子に起因する印刷品質の劣化は生じない。このように検査対象領域が拡大しても、その拡大比率は最大3倍程度であるため、通常生じ得る走査光学装置自体の誤差や走査光学装置に対する走査光学素子Lの組付誤差に起因してレーザー光束がズレ得る範囲の外側における光学的欠陥の有無は、検査結果に影響を及ぼさない。   As described above, according to the present embodiment, since the beam diameter is not enlarged at all, the detection sensitivity does not deteriorate, but the inspection target area is expanded, so that the non-defective scanning optical in which no optical defect is detected by the inspection. If the element L is incorporated in a scanning optical device (not shown) after the inspection is completed, even if there is a mechanical error or an assembly error in the scanning optical device itself, it is caused by the scanning optical element. The print quality does not deteriorate. Even when the inspection target area is enlarged in this way, the enlargement ratio is about three times at maximum, and therefore, it is caused by an error of the scanning optical apparatus itself that can normally occur or an assembly error of the scanning optical element L to the scanning optical apparatus. The presence or absence of an optical defect outside the range in which the laser beam can deviate does not affect the inspection result.

なお、本実施形態による検査装置の光学構成は、検査対象走査光学素子Lが組み込まれる走査光学装置の光学構成に応じて、適宜変更される。また、検出装置15のセンサ部15aは、レーザー光束の光量を測定するものであったが、レーザー光束のビーム径を計測するものであっても良い。その場合には、計測されたビーム径に対応する判定閾値が設定されていれば良い。   The optical configuration of the inspection apparatus according to the present embodiment is appropriately changed according to the optical configuration of the scanning optical apparatus in which the inspection target scanning optical element L is incorporated. Further, the sensor unit 15a of the detection device 15 measures the light amount of the laser beam, but may measure the beam diameter of the laser beam. In that case, a determination threshold value corresponding to the measured beam diameter may be set.

本発明の実施の形態である走査光学素子検査装置の概略構成を示す斜視図The perspective view which shows schematic structure of the scanning optical element inspection apparatus which is embodiment of this invention 走査光学素子検査装置の主走査方向における光学構成図Optical configuration diagram in main scanning direction of scanning optical element inspection apparatus 走査光学素子検査装置の副走査方向における光学構成図Optical configuration diagram of scanning optical element inspection apparatus in sub-scanning direction 走査光学素子検査装置のシリンドリカルレンズからポリゴンミラーまでの配置の詳細を示す光学構成図Optical configuration diagram showing details of arrangement from cylindrical lens to polygon mirror of scanning optical element inspection device 回折分岐素子の構造を模式的に示す斜視図A perspective view schematically showing the structure of a diffraction branch element 回折分岐素子の基準位相パターンの一周期内の位相分布を示すグラフGraph showing the phase distribution within one period of the reference phase pattern of the diffraction branch element 回折分岐素子により分岐された光束の次数毎の強度を示すグラフGraph showing the intensity for each order of the light beam branched by the diffraction branch element 入射光に垂直な面内で見たときの回折分岐素子の格子ベクトルの方向を示す図Diagram showing the direction of the grating vector of the diffractive branching element when viewed in a plane perpendicular to the incident light 回折分岐素子により分岐した光束の光路を示す副走査方向の説明図Explanatory drawing in the sub-scanning direction showing the optical path of the light beam branched by the diffraction branch element 回折分岐素子により分岐した光束の光路を示す主走査方向の説明図Explanatory drawing in the main scanning direction showing the optical path of the light beam branched by the diffraction branching element 実施形態の検査装置における検査対象領域を示す図The figure which shows the inspection object area | region in the inspection apparatus of embodiment 従来の検査装置における検査対象領域を示す図The figure which shows the inspection object area | region in the conventional inspection apparatus 従来の検査装置においてビーム径を拡げた場合の検査対象領域を示す図The figure which shows the inspection object field at the time of expanding the beam diameter in the conventional inspection device

符号の説明Explanation of symbols

10 光源装置
10a 開口手段
11 シリンドリカルレンズ
12 リレーレンズ
13 ポリゴンミラー
14 走査光学素子保持具
15 検査装置
20 回折分岐素子
21 半導体レーザー
L 検査対象走査光学素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Light source device 10a Aperture means 11 Cylindrical lens 12 Relay lens 13 Polygon mirror 14 Scanning optical element holder 15 Inspection apparatus 20 Diffraction branch element 21 Semiconductor laser L Scanning target scanning optical element

Claims (5)

動的に偏向されるレーザー光を所定の被走査面上に収束させる走査光学素子の、光学的欠陥を検査するための走査光学素子検査装置であって、
レーザー光束を射出するレーザー光源と、
前記レーザー光源から発したレーザー光束を副走査方向に収束させて線像を形成するアナモフィックレンズと、
このアナモフィックレンズにより形成される線像の位置に配置され、レーザー光束を副走査方向において複数に分岐する回折分岐素子と、
この回折分岐素子により分岐された複数のレーザー光束を再度線像として収束させるリレーレンズと、
このリレーレンズにより形成される線像の位置に偏向点を位置させ、複数のレーザー光束を動的に主走査方向に沿って偏向する偏向手段と、
この偏向手段によって動的に偏向されたレーザー光束の光路上の所定位置に前記走査光学素子を保持するための保持具と、
前記偏向手段及び前記保持具に保持される前記走査光学素子に対して前記被走査面と同じ相対的位置関係となるように仮想される面上において、前記保持具に保持される前記走査光学素子によって収束されたレーザー光束の状態を主走査方向に移動しつつ測定する検出手段と
を備えたことを特徴とする走査光学素子検査装置。
A scanning optical element inspection apparatus for inspecting an optical defect of a scanning optical element for converging dynamically deflected laser light on a predetermined surface to be scanned,
A laser light source that emits a laser beam;
An anamorphic lens that forms a line image by converging a laser beam emitted from the laser light source in a sub-scanning direction;
A diffractive branch element that is arranged at the position of a line image formed by this anamorphic lens and divides a laser beam into a plurality of parts in the sub-scanning direction;
A relay lens that converges a plurality of laser light beams branched by the diffraction branching element again as a line image;
A deflection means for locating a deflection point at a position of a line image formed by the relay lens and dynamically deflecting a plurality of laser beams along the main scanning direction;
A holder for holding the scanning optical element at a predetermined position on the optical path of the laser beam dynamically deflected by the deflecting means;
The scanning optical element held by the holder on a surface virtually assumed to have the same relative positional relationship as the scanned surface with respect to the scanning optical element held by the deflection unit and the holder And a detecting means for measuring the state of the laser beam converged by the laser beam while moving in the main scanning direction.
前記リレーレンズは、第1レンズ群と第2レンズ群とを有し、前記第1レンズ群の前側焦点を前記回折分岐素子の位置に一致させ、前記第1レンズ群の後側焦点を前記第2レンズ群の前側焦点に一致させ、前記第2レンズ群の後側焦点を前記偏向手段の偏向点に一致させたことを特徴とする請求項1に記載の走査光学素子検査装置。   The relay lens includes a first lens group and a second lens group, the front focus of the first lens group is made to coincide with the position of the diffraction branch element, and the rear focus of the first lens group is the first lens group. 2. The scanning optical element inspection apparatus according to claim 1, wherein the front focal point of the two lens groups is made to coincide with the rear focal point of the second lens group to the deflection point of the deflecting means. 前記回折分岐素子は、その格子ベクトルが主走査方向、副走査方向のいずれに対しても傾くよう配置されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の走査光学素子検査装置。   The scanning optical element inspection apparatus according to claim 1, wherein the diffraction branching element is arranged such that a grating vector thereof is inclined with respect to both a main scanning direction and a sub-scanning direction. 前記レーザー光源の波長をλ、前記アナモフィックレンズに入射する光束の副走査方向の幅をDz、該アナモフィックレンズの後側主点から線像位置までの距離をfCLとするとき、以下の条件(1)を満足することを特徴とする請求項3に記載の走査光学素子検査装置。
Dz/fCL>(λ/p)sinγ>Dz/2fCL…(1)
ただし、p:回折分岐素子の周期構造のピッチ、
γ:格子ベクトルの方向の主走査方向に対する角度である。
When the wavelength of the laser light source is λ, the width of the light beam incident on the anamorphic lens is Dz, the distance from the rear principal point of the anamorphic lens to the line image position is f CL , the following conditions ( The scanning optical element inspection apparatus according to claim 3, wherein 1) is satisfied.
Dz / f CL > (λ / p) sinγ> Dz / 2f CL (1)
Where p: pitch of the periodic structure of the diffraction branching element,
γ: angle with respect to the main scanning direction in the direction of the lattice vector.
前記回折分岐素子は、非線形に変化する基準位相パターンを等ピッチで多数並列して形成され、入射光を回折させて等光量の複数の光束に分岐する位相型回折素子であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の走査光学素子検査装置。
The diffractive branch element is a phase type diffractive element that is formed by arranging a large number of non-linearly changing reference phase patterns in parallel at an equal pitch, and diffracts incident light into a plurality of light beams of equal light quantity. The scanning optical element inspection apparatus according to claim 1.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2008026076A (en) * 2006-07-19 2008-02-07 Fuji Xerox Co Ltd Laser optical system inspection system
JP2010085434A (en) * 2008-09-29 2010-04-15 Sanyo Electric Co Ltd Beam irradiation device and position sensing device

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