JP2006106159A - 光走査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転多面鏡の隣接面からの再反射ノイズ光を除去し、高精度・低ノイズの光走査装置を提供する。
【解決手段】光源部１と、光源部１から発する光ビーム１１を反射偏向させる回転多面鏡２と、光ビーム１１を集光しながら照射対象６に対し垂直に照射するｆθレンズ３とを有し、回転多面鏡２の隣接鏡面からの再反射ノイズ光成分１３を、走査幅半値Ｘ[ｍｍ]より２倍以上離れた位置に投光させるとともに、回転多面鏡２の隣接鏡面からの再反射ノイズ光成分１３を除去する遮蔽部材４をｆθレンズ３の下流側にある投光窓であるカバーガラス５上に設置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光源部と回転多面鏡とｆθレンズとを有する光走査装置に関するもので、より詳細には、照射対象からの反射光の中のノイズ光成分除去手段に関するものである。

従来、実装基板検査装置のセンサなどにおいて、光ビーム照射対象から拡散する反射光を、再度走査光学系を経由させて受光素子まで導く技術がある(例えば、特許文献１参照)。

また、図４に示すように、光ビーム走査において光走査装置各構成要素からの微弱な散乱反射光がノイズ光となり検査精度に悪影響を及ぼすことから、ｆθレンズを透過しないノイズとなるレンズ表面反射散乱光を除去するため反射散乱光成分除去用部材を受光素子前方に配設しているものがある(特許文献２)。
特開２００２−４８７３４号公報 特開平３−２６１８５０号公報

近年、光走査装置の主要構成要素である回転多面鏡は、数万ｒｐｍ高速回転のモータを有し小型で安価な汎用性の高いユニットとして市販されている。

しかしながら、このユニットの小型化により回転多面鏡の面間隔が狭くなったことで、光ビーム照射対象からの拡散反射光が隣接鏡面にも当たり再反射されて再度ｆθレンズを経て光ビーム照射対象上へ結像し、それがノイズ光となる課題を有していた。

本発明は、この課題を解決するもので、回転多面鏡の隣接鏡面からの再反射ノイズ光を除去し、高精度・低ノイズの光走査装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の光走査装置は、光源部と、該光源部から発する光ビームを反射偏向させる回転多面鏡と、前記光ビームを集光しながら照射対象に対し垂直に照射するｆθレンズとを有し、前記回転多面鏡の隣接鏡面からの再反射ノイズ光成分を除去する遮蔽部材を前記ｆθレンズ下流側の所定の位置に設置したことを特徴としたものである。

また、本発明の光走査装置は、光源部と、該光源部から発する光ビームを反射偏向させる回転多面鏡と、前記光ビームを集光して照射対象に対し垂直に照射するｆθレンズと、前記ｆθレンズから前記照射対象への照射光及び前記照射対象からの反射光を透過さすカバーガラスと、前記照射対象からの反射光を再度前記回転多面鏡にて反射偏向させ該反射光を受光する受光素子とを有し、前記回転多面鏡の隣接鏡面再反射ノイズ光成分を除去する遮蔽部材を前記ｆθレンズの下流側に配置される前記カバーガラス上に設置することを特徴としたものである。

本発明の光走査装置によれば、回転多面鏡の隣接鏡面からの再反射ノイズ光の影響の無い高精度・低ノイズの高速光走査手段を実現する事ができる。

以下に、本発明における光走査装置の実施の形態を図面とともに詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例１における光走査装置全体の概略構成図、図２は本発明の実施例１における光走査装置を説明するための原理図、図３は本発明の実施例１における光走査装置の光学配置図を示すものである。図１、図２、及び図３を用いて、実施例の光走査装置について説明する。

図１において、光源部１から発せられる正規投光ビーム１１は、回転多面鏡２により偏向されて、光ビームを集光しながら照射対象６に対し垂直に照射するｆθレンズ３を透過した後、照射対象６上へ照射される。照射対象６表面から垂直方向へ拡散反射された反射光１２は、再びｆθレンズ３を透過した後、回転多面鏡２に反射される。この反射光１２を信号光として検出する受光光学系を含む検査装置のセンサ等の場合には、穴あきミラー７、偏向ミラー８、及び集光レンズ９等の光学素子を用いて受光素子１０へと導く。

ここで、回転多面鏡２が小型で面数の多いものである場合、ｆθレンズ３を透過した後の照射対象６からの反射光１２は、回転多面鏡２の投光の際に反射偏向に用いた鏡面のみでなく、その隣接鏡面にも入射する。隣接鏡面に入射した反射光１２は再反射されｆθレンズ３を通過して照射対象６上へ再び照射され、これが光走査装置のノイズ光となる。

この隣接鏡面からの再反射ノイズ光成分１３の除去のため、本実施例においては、遮蔽部材４を、ｆθレンズ３と照射対象６との間に配置される光走査装置の投光窓に相当するカバーガラス５上に設置する。このカバーガラス５は、走査光１１及び反射光１２を透過する通常のガラス材料を用いる。

次に、本実施例における光走査装置の構成要素１〜４の光学的配置について図２、図３を用いて説明する。

図２（ａ）に示すように、一般に、媒質境界面での光の屈折・反射に関するスネルの法則から、入射角と反射角は常に等しく、光は入射光の光軸に対し入射角の２倍の角度をもって反射される。従って、例えば入射光軸を固定した状態で鏡面がα傾いた場合、入射角、反射角は共にα変化し、反射光の光軸は２α変化する。つまり、各鏡面間角度βの回転多面鏡の２面にまたがるビーム径をもつ光が回転多面鏡に入射したとすると、その各鏡面から分離反射される２つの光がなす角度は２βとなる。

また、図２（ｂ）において、通常のレンズの理想像高さｙは、焦点距離をｆ、画角をθとすると、ｙ＝ｆ×ｔａｎθと表されるが、光ビームを回転多面鏡で走査する場合に通常使用されるｆθレンズにおいては、理想像高さｙは、ｙ＝ｆ×θと表され、走査光速度が像高によらず一定となるように設計されている。そして、θが微小な範囲では、両者の特性は同じだが、θが大きくなると差が大きくなる。

上述の原理から、図３（ａ）に示すように回転多面鏡２の各鏡面間角度をφ[ｒａｄ]とすると、正規投光ビーム１１と隣接鏡面再反射ノイズ光１３の光軸のなす角は必ず２φ[ｒａｄ]である。また、照射対象６へ垂直に下ろしたｆθレンズ３の走査中央光軸と正規投光ビーム１１の光軸のなす角をｒ[ｒａｄ]とすると、隣接鏡面再反射ノイズ光１３はｆθレンズ３の中央光軸に対し（ｒ−２φ）[ｒａｄ]の角度をもって入射する。従って、ｆθレンズ３の焦点距離をｆ[ｍｍ]とすると、ｆθレンズの特性から隣接鏡面再反射ノイズ光１３は走査中央よりｆ×（ｒ−２φ）[ｍｍ]の距離に集光照射される。

本実施例においては、光走査装置の走査幅を走査中央より±Ｘ[ｍｍ]とした場合に、光源部１、回転多面鏡２、及びｆθレンズ３の光学配置関係の条件として、走査中央からのノイズ光照射距離であるｆ×（ｒ−２φ）が走査幅半値Ｘより十分に大きくなるように設定し、隣接鏡面再反射ノイズ光成分１３を走査光１１とが分離したｆθレンズ下流側のカバーガラス５上にノイズ光遮蔽部材４を配置する。

以上のように構成することにより、光走査装置の投光窓であるカバーガラス６の所定の位置に遮蔽部材４を配置すると、光走査機能に影響無く走査光１１と分離した隣接鏡面再反射ノイズ光１３のみを、遮蔽部材４により吸収、或いは散乱させることができる。遮蔽部材４は、隣接鏡面再反射ノイズ光１３を吸収させる場合には黒色の表面処理を施した金属板や黒色のプラスチック板を用い、隣接鏡面再反射ノイズ光１３を散乱させる場合には黒色のフェルト紙等を用いる。

即ち、走査装置が所定の走査幅を走査するとき、その走査幅よりも十分離れた位置にノイズ光となる隣接鏡面からの再反射光１３を投光させるとともに、その隣接鏡面再反射ノイズ光成分１３を吸収或いは散乱させるため、走査光１１と分離したノイズ光投光光軸を遮るように遮蔽部材４をカバーガラス５上に配置して隣接鏡面再反射ノイズ光成分１３を影響のないレベルに除去できる。

具体的には、図３（ｂ）に示すように、回転多面鏡２が１２面のものであるとすると各鏡面間角度φ＝π／６[ｒａｄ]であり、走査幅半値がＸ＝１５[ｍｍ]、ｆθレンズ３の焦点距離がｆ＝５７[ｍｍ]の光走査装置であるとすると、Ｘ＝ｆ×（ｒ−２φ）とおいて、走査中央光軸と正規投光ビーム１１の光軸のなす角ｒを求めると約０．４２π[ｒａｄ]と計算される。ｒ＝０．４２π[ｒａｄ]の時、隣接鏡面再反射ノイズ光１３の投光位置はちょうど走査端となり、走査光１１との分離が始まる境界である。従って、走査幅半値Ｘより外側に隣接鏡面再反射ノイズ光１３の投光位置を設定するように、このｒの値を設定すればよい。但し、走査光１１と隣接鏡面再反射ノイズ光１３は収束光、照射対象からの反射光１２は拡散光であるから、其々のビーム径を考慮に入れると、隣接鏡面再反射ノイズ光１３のみを分離遮蔽するには、望ましくは、走査端よりさらにその２倍以上離れた位置へ照射させるようにｒの値を設定するのがよい。

そこで、（２Ｘ）＝ｆ×（ｒ−２φ）とおいてｒの値を求めるとｒ≒π／２[ｒａｄ]となり、走査光１１及び反射信号光１２と隣接鏡面再反射ノイズ光１３とを十分な間隔で分離でき、再反射ノイズ光成分１３のみを遮蔽部材４により除去或いは減少することが可能となる。

また、一般に、走査幅半値Ｘはｆθレンズの焦点距離ｆに比例して決められる値であるから、この隣接鏡面再反射ノイズ光１３の投光位置を決める条件は概してｆの値によらず、φとｒに依存する。

以上、説明したように、所定の走査幅より２倍以上離れた位置に隣接鏡面再反射ノイズ光１３を投光するようにするとともに、その再反射ノイズ光投光光軸上に遮蔽部材４を配置することにより、回転多面鏡の隣接鏡面からの再反射ノイズ光の影響のほとんど無い高精度・低ノイズの光走査装置を実現する事ができる。

本発明にかかる光走査装置は、光源部と回転多面鏡とｆθレンズとを有する光走査手段全般に適用できる。

本発明の実施例１における光走査装置全体の概略構成図 本発明の実施例１における光走査装置を説明するための原理図 本発明の実施例１における光走査装置の光学配置図 従来の光走査装置の概略構成図

符号の説明

１ 光源部
２ 回転多面鏡
３ ｆθレンズ
４ 遮蔽部材
５ カバーガラス
６ 照射対象
７ 穴あきミラー
８ 偏向ミラー
９ 集光レンズ
１０ 受光素子
１１ 投光ビーム
１２ 照射対象反射光
１３ 隣接鏡面再反射ノイズ光

Claims (6)

1. 光源部と、該光源部から発する光ビームを反射偏向させる回転多面鏡と、前記光ビームを集光しながら照射対象に対し垂直に照射するｆθレンズとを有し、前記回転多面鏡の隣接鏡面からの再反射ノイズ光成分を除去する遮蔽部材を前記ｆθレンズ下流側の所定の位置に設置したことを特徴とする光走査装置。
2. 前記遮蔽部材は、前記回転多面鏡の隣接鏡面からの再反射ノイズ光成分を吸収、或いは散乱さすことを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
3. 前記隣接鏡面再反射ノイズ光成分を、走査幅半値Ｘ[ｍｍ]より外側に投光させるとともに、その再反射ノイズ光投光光軸上に前記遮蔽部材を配置することを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
4. 前記隣接鏡面再反射ノイズ光成分を、走査幅半値Ｘ[ｍｍ]より２倍以上離れた位置に投光させるとともに、その再反射ノイズ光投光光軸上に前記遮蔽部材を配置することを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
5. 光源部と、該光源部から発する光ビームを反射偏向させる回転多面鏡と、前記光ビームを集光して照射対象に対し垂直に照射するｆθレンズと、前記ｆθレンズから前記照射対象への照射光及び前記照射対象からの反射光を透過さすカバーガラスと、前記照射対象からの反射光を再度前記回転多面鏡にて反射偏向させ該反射光を受光する受光素子とを有し、前記回転多面鏡の隣接鏡面再反射ノイズ光成分を除去する遮蔽部材を前記ｆθレンズの下流側に配置される前記カバーガラス上に設置することを特徴とする光走査装置。
6. 前記回転多面鏡の各鏡面間角度φ[ｒａｄ]、前記ｆθレンズの焦点距離をｆ[ｍｍ]、前記照射対象物を走査する前記走査幅半値をＸ[ｍｍ]、前記光源部から前記回転多面鏡への入射光軸と前記ｆθレンズの走査中央光軸とのなす角度をｒ[ｒａｄ]としたときに、ｆ×（ｒ−２φ）により計算される隣接鏡面再反射ノイズ光照射位置が前記走査幅半値Ｘ[ｍｍ]の値より十分大きくなるように、前記光源部、前記回転多面鏡、及び前記ｆθレンズの夫々を配置し、その再反射ノイズ光投光光軸上に前記遮蔽部材を配置することを特徴とする請求項１或いは請求項５に記載の光走査装置。
   

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