JP3147282B2 - レーザ・スキャナ装置 - Google Patents
レーザ・スキャナ装置Info
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- JP3147282B2 JP3147282B2 JP07593595A JP7593595A JP3147282B2 JP 3147282 B2 JP3147282 B2 JP 3147282B2 JP 07593595 A JP07593595 A JP 07593595A JP 7593595 A JP7593595 A JP 7593595A JP 3147282 B2 JP3147282 B2 JP 3147282B2
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- scanning mechanism
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- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
- G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
- G02B26/10—Scanning systems
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/0025—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for optical correction, e.g. distorsion, aberration
- G02B27/0031—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for optical correction, e.g. distorsion, aberration for scanning purposes
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- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
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- G02B26/105—Scanning systems with one or more pivoting mirrors or galvano-mirrors
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
- Lenses (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般的には、非点収
差、弓状歪曲、および像面のそりを補正するための新し
い方法および装置に関し、より具体的には、非点収差補
正式カタジオプトリック・レーザ・スキャナまたは対物
レンズ間レーザ・スキャナに関する。
差、弓状歪曲、および像面のそりを補正するための新し
い方法および装置に関し、より具体的には、非点収差補
正式カタジオプトリック・レーザ・スキャナまたは対物
レンズ間レーザ・スキャナに関する。
【０００２】
【従来の技術】レーザを使用する走査システムは、多く
の応用分野で使用されている。レーザ・スキャナは数十
億ドル規模の成長産業の一部になっている。たとえば、
レーザ光を走査することで超小型電子回路を作成するた
めの半導体基板に穴を開けたり、レーザ光を使用して部
品に英数字を刻んだり、バー・コードの読取りやレーザ
・プリンタにレーザ光を使用するなど、いくつかの例を
挙げることができる。
の応用分野で使用されている。レーザ・スキャナは数十
億ドル規模の成長産業の一部になっている。たとえば、
レーザ光を走査することで超小型電子回路を作成するた
めの半導体基板に穴を開けたり、レーザ光を使用して部
品に英数字を刻んだり、バー・コードの読取りやレーザ
・プリンタにレーザ光を使用するなど、いくつかの例を
挙げることができる。
【０００３】レーザ走査システムは、基本的に、対物レ
ンズ・スキャナ、対物レンズ前スキャナ、対物レンズ後
スキャナという３種類に分類することができる。
ンズ・スキャナ、対物レンズ前スキャナ、対物レンズ後
スキャナという３種類に分類することができる。
【０００４】図１および図２に示すような対物レンズ・
スキャナ１９は、被加工物または部品１２にレーザ光線
２５などの光線２５を合焦させるために単純なレンズ１
０を使用したタイプのスキャナである。この場合、図１
に示すようにレンズ１０を移動させるか、図２に示すよ
うに部品１２を移動させることで、部品１２上で合焦し
たレーザ光線２５を走査する。対物レンズ・スキャナの
主な利点は、光学系があまり複雑ではない点である。こ
れに対して、対物レンズ・スキャナの主な欠点は、走査
速度が比較的遅く、レンズまたは部品を移動させるのに
複雑な方策が必要な点である。
スキャナ１９は、被加工物または部品１２にレーザ光線
２５などの光線２５を合焦させるために単純なレンズ１
０を使用したタイプのスキャナである。この場合、図１
に示すようにレンズ１０を移動させるか、図２に示すよ
うに部品１２を移動させることで、部品１２上で合焦し
たレーザ光線２５を走査する。対物レンズ・スキャナの
主な利点は、光学系があまり複雑ではない点である。こ
れに対して、対物レンズ・スキャナの主な欠点は、走査
速度が比較的遅く、レンズまたは部品を移動させるのに
複雑な方策が必要な点である。
【０００５】図３に示すような対物レンズ前スキャナ２
９は、レーザ光線２５を反射してレンズ２０に入射す
る、通常はガルバノメータまたは回転鏡面多角形である
可動鏡面２２を有するタイプのスキャナである。この場
合、レンズ２０は、位置２３で部品１２にレーザ光線２
５を合焦させる。鏡面の角度が変化すると、鏡面２２'
によって別の角度でレンズ２０にレーザ光線２５を入射
させる。図３で明確に分かるように、レンズ２０は部品
１２の別の点２７に光線２５を合焦させる。一般に、対
物レンズ前スキャナ・システム２９のレンズ２０は複雑
で高価である。対物レンズ前スキャナ２９の主な利点
は、走査速度が速く、平らな視野像が得られる点であ
る。これに対して、対物レンズ前スキャナ２９の主な欠
点は、レンズが非常に複雑で、レンズがかなり大きくな
ければテレセントリックにならず（テレセントリック・
レンズでは、走査経路全般にわたって走査光線を加工面
に斜めに衝突させることができる）、系が複雑になり、
色補正が難しく、このような特徴のために系が非常に高
価なものになる点である。
９は、レーザ光線２５を反射してレンズ２０に入射す
る、通常はガルバノメータまたは回転鏡面多角形である
可動鏡面２２を有するタイプのスキャナである。この場
合、レンズ２０は、位置２３で部品１２にレーザ光線２
５を合焦させる。鏡面の角度が変化すると、鏡面２２'
によって別の角度でレンズ２０にレーザ光線２５を入射
させる。図３で明確に分かるように、レンズ２０は部品
１２の別の点２７に光線２５を合焦させる。一般に、対
物レンズ前スキャナ・システム２９のレンズ２０は複雑
で高価である。対物レンズ前スキャナ２９の主な利点
は、走査速度が速く、平らな視野像が得られる点であ
る。これに対して、対物レンズ前スキャナ２９の主な欠
点は、レンズが非常に複雑で、レンズがかなり大きくな
ければテレセントリックにならず（テレセントリック・
レンズでは、走査経路全般にわたって走査光線を加工面
に斜めに衝突させることができる）、系が複雑になり、
色補正が難しく、このような特徴のために系が非常に高
価なものになる点である。
【０００６】図４（側面図）および図５（平面図）に示
すような対物レンズ後スキャナ３９は、合焦対物レンズ
３０の後ろに、通常はガルバノメータまたは回転多面鏡
である可動鏡面２２を有するタイプのスキャナである。
レンズを通過したあとの光線またはレーザ光線２５も、
光線またはレーザ光線１２５と呼ぶ。レーザ光線２５
は、まずレンズ３０を通過し、このレンズがレーザ光線
１２５を焦点に誘導し始める。レーザ光線１２５は、ガ
ルバノメータまたは鏡面２２によって遮られて反射さ
れ、点３５で部品１２の表面上に合焦する。走査機構の
角度が変化すると、図４に示すように、仮想曲線または
仮想弧３１上のスポット３３または３７のいずれかに光
線１２５の焦点を移動させる。光線１２５は弧３１上で
完全に合焦するが、被加工物または部品１２の平らな表
面３２上の点またはスポット３４および３８では焦点が
ずれている。図４の対物レンズ後スキャナ３９の場合、
レーザ光線１２５が点３５で合焦するように、レーザ光
線がガルバノメータ２２によってＸＹ平面で９０度折り
返される。ガルバノメータ２２が光線１２５を走査する
場合、光線１２５は、合焦光線１２５の中心に位置する
軸１３５を中心にしてガルバノメータ２２の表面上でＺ
軸方向に回転する。ガルバノメータ２２は、ＸＹ平面で
は９０度以外の角度でレーザ光線１２５を横切るように
動く。このため、合焦した光線は弧３１に沿って走査す
る。図５は、走査した弧３１を見おろす位置から見たこ
の対物レンズ後スキャナ３９を示している。走査した弧
３１は走査端部では焦点がずれているが、ＸＺ平面内の
まっすぐな経路をたどる。一般に、対物レンズ後スキャ
ナ３９のレンズ３０は単純で安価である。対物レンズ後
スキャナの主な利点は、その走査速度と、対物レンズの
単純さ、色補正能力、より長い波長に対応するよう設計
できる点である。これに対して、主な欠点としては、イ
メージ・フィールドが走査範囲の両端で焦点がずれてい
るか、走査距離全般にわたって焦点がずれる点である。
すような対物レンズ後スキャナ３９は、合焦対物レンズ
３０の後ろに、通常はガルバノメータまたは回転多面鏡
である可動鏡面２２を有するタイプのスキャナである。
レンズを通過したあとの光線またはレーザ光線２５も、
光線またはレーザ光線１２５と呼ぶ。レーザ光線２５
は、まずレンズ３０を通過し、このレンズがレーザ光線
１２５を焦点に誘導し始める。レーザ光線１２５は、ガ
ルバノメータまたは鏡面２２によって遮られて反射さ
れ、点３５で部品１２の表面上に合焦する。走査機構の
角度が変化すると、図４に示すように、仮想曲線または
仮想弧３１上のスポット３３または３７のいずれかに光
線１２５の焦点を移動させる。光線１２５は弧３１上で
完全に合焦するが、被加工物または部品１２の平らな表
面３２上の点またはスポット３４および３８では焦点が
ずれている。図４の対物レンズ後スキャナ３９の場合、
レーザ光線１２５が点３５で合焦するように、レーザ光
線がガルバノメータ２２によってＸＹ平面で９０度折り
返される。ガルバノメータ２２が光線１２５を走査する
場合、光線１２５は、合焦光線１２５の中心に位置する
軸１３５を中心にしてガルバノメータ２２の表面上でＺ
軸方向に回転する。ガルバノメータ２２は、ＸＹ平面で
は９０度以外の角度でレーザ光線１２５を横切るように
動く。このため、合焦した光線は弧３１に沿って走査す
る。図５は、走査した弧３１を見おろす位置から見たこ
の対物レンズ後スキャナ３９を示している。走査した弧
３１は走査端部では焦点がずれているが、ＸＺ平面内の
まっすぐな経路をたどる。一般に、対物レンズ後スキャ
ナ３９のレンズ３０は単純で安価である。対物レンズ後
スキャナの主な利点は、その走査速度と、対物レンズの
単純さ、色補正能力、より長い波長に対応するよう設計
できる点である。これに対して、主な欠点としては、イ
メージ・フィールドが走査範囲の両端で焦点がずれてい
るか、走査距離全般にわたって焦点がずれる点である。
【０００７】本発明は、基本的には対物レンズ後スキャ
ナ・タイプの改良であり、以下、対物レンズ間スキャナ
と呼ぶもう１つのタイプのレーザ走査システムである。
ナ・タイプの改良であり、以下、対物レンズ間スキャナ
と呼ぶもう１つのタイプのレーザ走査システムである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、新しい非点
収差補正式カタジオプトリック・レーザ・スキャナに関
する新規の方法および装置である。
収差補正式カタジオプトリック・レーザ・スキャナに関
する新規の方法および装置である。
【０００９】したがって、本発明の一目的は、非点収差
補正式カタジオプトリック・レーザ・スキャナを提供す
る装置および方法を提供することにある。
補正式カタジオプトリック・レーザ・スキャナを提供す
る装置および方法を提供することにある。
【００１０】本発明の他の目的は、対物レンズ後スキャ
ナ・システムによって発生した弓状歪曲、非点収差、お
よび像面のそりを最小限にするための手段を提供するこ
とにある。
ナ・システムによって発生した弓状歪曲、非点収差、お
よび像面のそりを最小限にするための手段を提供するこ
とにある。
【００１１】本発明の他の目的は、非常に安価なレンズ
および鏡を使用するスキャナ・システムを実現すること
にある。
および鏡を使用するスキャナ・システムを実現すること
にある。
【００１２】本発明の他の目的は、テレセントリックで
ある、すなわち、走査方向に沿ったあらゆる点で合焦光
線の中心が部品と垂直になる、光線を提供することにあ
る。
ある、すなわち、走査方向に沿ったあらゆる点で合焦光
線の中心が部品と垂直になる、光線を提供することにあ
る。
【００１３】本発明の他の目的は、費用をかけずに様々
な波長の光に適合可能な光学系を提供することにある。
な波長の光に適合可能な光学系を提供することにある。
【００１４】本発明の他の目的は、走査した線の長さが
可動鏡面の角度変化に正比例する、光学走査システムを
提供することにある。これは、いわゆるＦシータ・レン
ズを探求した結果である。
可動鏡面の角度変化に正比例する、光学走査システムを
提供することにある。これは、いわゆるＦシータ・レン
ズを探求した結果である。
【００１５】
【課題を解決するための手段】したがって、本発明は、
１つの態様では、非点収差、弓状歪曲、および像面のそ
りを補正するための方法であって、（ａ）少なくとも１
つの入射光線を少なくとも１つの被加工物に合焦させる
ための、角度αに傾斜した少なくとも１つのレンズと、
（ｂ）前記少なくとも１つの入射光線を遮って走査する
ための少なくとも１つの走査機構とを含み、（ｃ）前記
少なくとも１つの走査機構が、さらに前記少なくとも１
つの入射光線を円柱凹面鏡の反射面の少なくとも一部に
向け、（ｄ）前記少なくとも１つの入射光線が前記被加
工物に合焦するように、前記円柱凹面鏡が前記少なくと
も１つの入射光線を前記被加工物に向けることを特徴と
する方法である。
１つの態様では、非点収差、弓状歪曲、および像面のそ
りを補正するための方法であって、（ａ）少なくとも１
つの入射光線を少なくとも１つの被加工物に合焦させる
ための、角度αに傾斜した少なくとも１つのレンズと、
（ｂ）前記少なくとも１つの入射光線を遮って走査する
ための少なくとも１つの走査機構とを含み、（ｃ）前記
少なくとも１つの走査機構が、さらに前記少なくとも１
つの入射光線を円柱凹面鏡の反射面の少なくとも一部に
向け、（ｄ）前記少なくとも１つの入射光線が前記被加
工物に合焦するように、前記円柱凹面鏡が前記少なくと
も１つの入射光線を前記被加工物に向けることを特徴と
する方法である。
【００１６】本発明は、別の態様では、非点収差、弓状
歪曲、および像面のそりを補正するための装置であっ
て、（ａ）少なくとも１つの入射光線を少なくとも１つ
の被加工物に合焦させるために少なくとも１つのレンズ
を角度αに傾斜させるための少なくとも１つの手段と、
（ｂ）前記少なくとも１つの傾斜レンズと前記少なくと
も１つの被加工物との間に位置する走査機構であって、
前記少なくとも１つの入射光線を円柱凹面鏡の反射面の
少なくとも一部に向けるための少なくとも１つの手段を
有する走査機構と、（ｃ）前記円柱凹面鏡内の手段であ
って、前記少なくとも１つの入射光線が被加工物に合焦
するように、前記少なくとも１つの入射光線を前記被加
工物に向けるための手段とを含む装置である。
歪曲、および像面のそりを補正するための装置であっ
て、（ａ）少なくとも１つの入射光線を少なくとも１つ
の被加工物に合焦させるために少なくとも１つのレンズ
を角度αに傾斜させるための少なくとも１つの手段と、
（ｂ）前記少なくとも１つの傾斜レンズと前記少なくと
も１つの被加工物との間に位置する走査機構であって、
前記少なくとも１つの入射光線を円柱凹面鏡の反射面の
少なくとも一部に向けるための少なくとも１つの手段を
有する走査機構と、（ｃ）前記円柱凹面鏡内の手段であ
って、前記少なくとも１つの入射光線が被加工物に合焦
するように、前記少なくとも１つの入射光線を前記被加
工物に向けるための手段とを含む装置である。
【００１７】本発明は、さらに別の態様では、非点収
差、弓状歪曲、および像面のそりを補正するための装置
であって、（ａ）少なくとも１つの入射光線を少なくと
も１つの被加工物に合焦させるための少なくとも１つの
トーリック・レンズと、（ｂ）前記少なくとも１つのト
ーリック・レンズと前記少なくとも１つの被加工物との
間に位置する走査機構であって、前記少なくとも１つの
入射光線を円柱凹面鏡の反射面の少なくとも一部に向け
るための少なくとも１つの手段を有する走査機構と、
（ｃ）前記円柱凹面鏡内の手段であって、前記少なくと
も１つの入射光線が被加工物に合焦するように、前記少
なくとも１つの入射光線を前記被加工物に向けるための
手段とを含む装置である。
差、弓状歪曲、および像面のそりを補正するための装置
であって、（ａ）少なくとも１つの入射光線を少なくと
も１つの被加工物に合焦させるための少なくとも１つの
トーリック・レンズと、（ｂ）前記少なくとも１つのト
ーリック・レンズと前記少なくとも１つの被加工物との
間に位置する走査機構であって、前記少なくとも１つの
入射光線を円柱凹面鏡の反射面の少なくとも一部に向け
るための少なくとも１つの手段を有する走査機構と、
（ｃ）前記円柱凹面鏡内の手段であって、前記少なくと
も１つの入射光線が被加工物に合焦するように、前記少
なくとも１つの入射光線を前記被加工物に向けるための
手段とを含む装置である。
【００１８】本発明は、さらに別の態様では、非点収
差、弓状歪曲、および像面のそりを補正するための方法
であって、（ａ）少なくとも１つの入射光線を少なくと
も１つの被加工物に合焦させるための少なくとも１つの
トーリック・レンズと、（ｂ）前記少なくとも１つの入
射光線を遮って走査するための少なくとも１つの走査機
構とを含み、（ｃ）前記少なくとも１つの走査機構が、
さらに前記少なくとも１つの入射光線を円柱凹面鏡の反
射面の少なくとも一部に向け、（ｄ）前記少なくとも１
つの入射光線が前記被加工物に合焦するように、前記円
柱凹面鏡が前記少なくとも１つの入射光線を前記被加工
物に向けることを特徴とする方法である。
差、弓状歪曲、および像面のそりを補正するための方法
であって、（ａ）少なくとも１つの入射光線を少なくと
も１つの被加工物に合焦させるための少なくとも１つの
トーリック・レンズと、（ｂ）前記少なくとも１つの入
射光線を遮って走査するための少なくとも１つの走査機
構とを含み、（ｃ）前記少なくとも１つの走査機構が、
さらに前記少なくとも１つの入射光線を円柱凹面鏡の反
射面の少なくとも一部に向け、（ｄ）前記少なくとも１
つの入射光線が前記被加工物に合焦するように、前記円
柱凹面鏡が前記少なくとも１つの入射光線を前記被加工
物に向けることを特徴とする方法である。
【００１９】
【実施例】より具体的には、本発明は、非点収差補正式
カタジオプトリック・レーザ・スキャナまたは対物レン
ズ間スキャナ・システムに関する。カタジオプトリック
系とは、その合焦力を達成するために反射と屈折の両方
を使用する光学系である。レンズと鏡の相対的合焦力は
系によって異なるが、合焦力の大半を達成するための反
射面と、合焦力が低いまたはゼロの屈折面とを組み合わ
せて使用すると、収差特性が改善された像が得られる。
カタジオプトリック・レーザ・スキャナまたは対物レン
ズ間スキャナ・システムに関する。カタジオプトリック
系とは、その合焦力を達成するために反射と屈折の両方
を使用する光学系である。レンズと鏡の相対的合焦力は
系によって異なるが、合焦力の大半を達成するための反
射面と、合焦力が低いまたはゼロの屈折面とを組み合わ
せて使用すると、収差特性が改善された像が得られる。
【００２０】ここで使用するレンズとは、単一レンズ要
素または複数レンズ要素を意味する。
素または複数レンズ要素を意味する。
【００２１】本発明では、本発明の対物レンズ間走査シ
ステムで複数色の光または複数波長の光を使用できるよ
うに、色消しレンズを使用することもできる。
ステムで複数色の光または複数波長の光を使用できるよ
うに、色消しレンズを使用することもできる。
【００２２】図４および図５に戻って説明すると、対物
レンズ後スキャナ３９が仮想線または仮想曲線３１上の
合焦レーザ・スポット３５を走査する場合、図４および
図５に示すように、このスキャナは任意の曲率半径を有
する弧または曲線３１状に焦点またはスポット３５を振
動させる。この曲率半径はガルバノメータ２２の中心か
ら焦点３５までの距離とまったく同じである。この振動
によって、像面のそり３６と呼ばれる、平らな像面から
の偏差が発生する。この像面のそり３６は、弧３１と部
品１２の平面３２との間の距離になる。図４および図５
から明らかなように、弧３１は点３５で完全に合焦する
が、スポット３３または３７のいずれかの方向に光線１
２５を走査すると、部品１２上の点３４および３８でそ
れぞれ明らかなように、光線１２５は部品１２の平面３
２で焦点がずれてしまう。合焦スポット３５がまっすぐ
な走査線または部品１２の平面３２をたどって、正しく
部品１２を走査すれば、完全な走査になるはずである。
レンズ後スキャナ３９が仮想線または仮想曲線３１上の
合焦レーザ・スポット３５を走査する場合、図４および
図５に示すように、このスキャナは任意の曲率半径を有
する弧または曲線３１状に焦点またはスポット３５を振
動させる。この曲率半径はガルバノメータ２２の中心か
ら焦点３５までの距離とまったく同じである。この振動
によって、像面のそり３６と呼ばれる、平らな像面から
の偏差が発生する。この像面のそり３６は、弧３１と部
品１２の平面３２との間の距離になる。図４および図５
から明らかなように、弧３１は点３５で完全に合焦する
が、スポット３３または３７のいずれかの方向に光線１
２５を走査すると、部品１２上の点３４および３８でそ
れぞれ明らかなように、光線１２５は部品１２の平面３
２で焦点がずれてしまう。合焦スポット３５がまっすぐ
な走査線または部品１２の平面３２をたどって、正しく
部品１２を走査すれば、完全な走査になるはずである。
【００２３】図６に示すように、正しい曲率半径４８を
有する曲面鏡４２で走査光線１２５を反射することで、
この像面のそり３６を対物レンズ後スキャナ４９で補正
することができる。これにより、まっすぐな走査線また
は平らな像面４１が形成され、同図から明らかなよう
に、焦点４３、４５、および４７はいずれも仮想像面４
１に合焦している。しかし、部品１２がレーザ発振源と
曲面鏡４２との間に位置しなければならないため、この
平らな像面４１は物理的にはアクセス不能であり、ほと
んどの応用分野では、通常、レーザ光線１２５が部品１
２を通過することができない。
有する曲面鏡４２で走査光線１２５を反射することで、
この像面のそり３６を対物レンズ後スキャナ４９で補正
することができる。これにより、まっすぐな走査線また
は平らな像面４１が形成され、同図から明らかなよう
に、焦点４３、４５、および４７はいずれも仮想像面４
１に合焦している。しかし、部品１２がレーザ発振源と
曲面鏡４２との間に位置しなければならないため、この
平らな像面４１は物理的にはアクセス不能であり、ほと
んどの応用分野では、通常、レーザ光線１２５が部品１
２を通過することができない。
【００２４】図７（側面図）および図８（平面図）に示
すように、可動鏡面５０および５０'有する対物レンズ
後スキャナ５９がＸＹ平面で９０度の角度にレーザ光線
１２５の向きを変えると、このスキャナは、軸５４を中
心にしてガルバノメータ５０を回転させることで合焦ス
ポットを走査する。合焦スポットがたどる経路５１は平
らな部品または被加工物１２から外れて曲線を描くだけ
でなく、直線５２からも外れて曲線を描いている。この
ように実際の走査経路が直線から外れる偏差を弓状歪曲
と呼ぶ。この弓状歪曲は図８に明確に示されているが、
同図は、ガルバノメータ５０を介して加工面１２をまっ
すぐ見た場合のスキャナ５９の図である。合焦スポット
の軌跡がＸＹ平面内の曲面上にある（すなわち、像面の
そりを形成する）だけでなく、走査線がＸＺ平面内で曲
線を描いている（すなわち、弓状歪曲を形成する）。こ
の弓状歪曲は、図４および図５に示すようにガルバノメ
ータがＸＹ平面内の合焦スポットまたは焦点を走査した
ときに発生するわけではないことに留意されたい。
すように、可動鏡面５０および５０'有する対物レンズ
後スキャナ５９がＸＹ平面で９０度の角度にレーザ光線
１２５の向きを変えると、このスキャナは、軸５４を中
心にしてガルバノメータ５０を回転させることで合焦ス
ポットを走査する。合焦スポットがたどる経路５１は平
らな部品または被加工物１２から外れて曲線を描くだけ
でなく、直線５２からも外れて曲線を描いている。この
ように実際の走査経路が直線から外れる偏差を弓状歪曲
と呼ぶ。この弓状歪曲は図８に明確に示されているが、
同図は、ガルバノメータ５０を介して加工面１２をまっ
すぐ見た場合のスキャナ５９の図である。合焦スポット
の軌跡がＸＹ平面内の曲面上にある（すなわち、像面の
そりを形成する）だけでなく、走査線がＸＺ平面内で曲
線を描いている（すなわち、弓状歪曲を形成する）。こ
の弓状歪曲は、図４および図５に示すようにガルバノメ
ータがＸＹ平面内の合焦スポットまたは焦点を走査した
ときに発生するわけではないことに留意されたい。
【００２５】この弓状歪曲を補正する１つの方法は、Ei
dolon社のVictor J. Dohertyによる“Correction Schem
e for a Post-Objective Optical Scanner"という論文
（Society of Photo-Optical Instrumentation Enginee
rs, International Lens Design Conference, Vol. 55
4, pp. 247-251 (1985)）に論じられている。この方式
では、図６に示す曲面鏡４２と同様の球面鏡の使用につ
いて論じているが、この球面鏡は、像面にアクセスでき
るようにするために４５度傾斜している。しかし、この
補正方式では、非点収差という収差が像に追加されてし
まう。
dolon社のVictor J. Dohertyによる“Correction Schem
e for a Post-Objective Optical Scanner"という論文
（Society of Photo-Optical Instrumentation Enginee
rs, International Lens Design Conference, Vol. 55
4, pp. 247-251 (1985)）に論じられている。この方式
では、図６に示す曲面鏡４２と同様の球面鏡の使用につ
いて論じているが、この球面鏡は、像面にアクセスでき
るようにするために４５度傾斜している。しかし、この
補正方式では、非点収差という収差が像に追加されてし
まう。
【００２６】レンズによって誘発される非点収差の典型
的な例を図９に示すが、この場合、レンズ収差の結果、
子午像（tangential image）面と球欠像（sagittal ima
ge）面が軸方向に分離されるか、合焦光線の一方の軸が
もう一方の軸より先に焦点を結ぶ。図９に示すように、
物点６１と光軸６５を有する光学系６０では、扇形の子
午光線６２が子午像または焦線６４で焦点を結ぶのに対
し、扇形の球欠光線６６は球欠像または焦線６８で焦点
を結ぶ。
的な例を図９に示すが、この場合、レンズ収差の結果、
子午像（tangential image）面と球欠像（sagittal ima
ge）面が軸方向に分離されるか、合焦光線の一方の軸が
もう一方の軸より先に焦点を結ぶ。図９に示すように、
物点６１と光軸６５を有する光学系６０では、扇形の子
午光線６２が子午像または焦線６４で焦点を結ぶのに対
し、扇形の球欠光線６６は球欠像または焦線６８で焦点
を結ぶ。
【００２７】Ｅｉｄｏｌｏｎの補正方式では、図６に示
す曲面鏡４２と同様に球面鏡を球面状ではなくトロイダ
ル状にすることで、２つの収差の補正を試みている。つ
まり、折返し鏡の球面状のそりが軸ごとに異なってい
る。トロイダル鏡が系内の弓状歪曲をすべて補正するの
ではなく、すべての収差を補正するわけでもないこと
は、すでに判明している。基本的に、Ｅｉｄｏｌｏｎの
補正方式は、弓状歪曲による収差と、非点収差による収
差という２つの収差の補正に関する妥協案を提供してい
るにすぎない。
す曲面鏡４２と同様に球面鏡を球面状ではなくトロイダ
ル状にすることで、２つの収差の補正を試みている。つ
まり、折返し鏡の球面状のそりが軸ごとに異なってい
る。トロイダル鏡が系内の弓状歪曲をすべて補正するの
ではなく、すべての収差を補正するわけでもないこと
は、すでに判明している。基本的に、Ｅｉｄｏｌｏｎの
補正方式は、弓状歪曲による収差と、非点収差による収
差という２つの収差の補正に関する妥協案を提供してい
るにすぎない。
【００２８】しかし、本発明の発明者は、非点収差と弓
状歪曲の両方を補正し、さらに像面のそりも補正する新
しい方法および装置を発見した。
状歪曲の両方を補正し、さらに像面のそりも補正する新
しい方法および装置を発見した。
【００２９】本発明の好ましい実施例は、図１０に示す
ような対物レンズ間スキャナ・システム７９である。こ
のシステムでは、入射レーザ光線２５を焦点まで誘導し
始めるために、角度αの単純な屈折対物レンズ７０を使
用している。光線１２５は、ガルバノメータまたは回転
多面鏡などの走査機構５０によって遮られ、ＸＹ平面内
で走査機構５０によって９０度反射される。このガルバ
ノメータ５０は、軸７４を中心にして回転することでレ
ーザ光線１２５を走査する。
ような対物レンズ間スキャナ・システム７９である。こ
のシステムでは、入射レーザ光線２５を焦点まで誘導し
始めるために、角度αの単純な屈折対物レンズ７０を使
用している。光線１２５は、ガルバノメータまたは回転
多面鏡などの走査機構５０によって遮られ、ＸＹ平面内
で走査機構５０によって９０度反射される。このガルバ
ノメータ５０は、軸７４を中心にして回転することでレ
ーザ光線１２５を走査する。
【００３０】レーザ光線１２５が焦点を結ぶ前に、走査
の中心にあるレーザ光線の中心が、前にガルバノメータ
５０が光線を折り返したのと同じ平面で任意の曲率半径
７８を有する円柱凹面鏡７７によってもう一度９０度折
り返されるが、ガルバノメータ５０によって折り返され
る前の伝搬方向と同じ方向にレーザ光線１２５の向きを
変えるように折り返される。円柱凹面鏡７７のそりは、
通常、ＸＺ平面内で４５度傾斜しており、像面７５のそ
りを補正する曲率半径７８を有している。
の中心にあるレーザ光線の中心が、前にガルバノメータ
５０が光線を折り返したのと同じ平面で任意の曲率半径
７８を有する円柱凹面鏡７７によってもう一度９０度折
り返されるが、ガルバノメータ５０によって折り返され
る前の伝搬方向と同じ方向にレーザ光線１２５の向きを
変えるように折り返される。円柱凹面鏡７７のそりは、
通常、ＸＺ平面内で４５度傾斜しており、像面７５のそ
りを補正する曲率半径７８を有している。
【００３１】このようにしてもう一度光線１２５を折り
返すことで、システムに弓状歪曲が追加されるが、この
弓状歪曲はガルバノメータ５０によって追加されたもの
とは正反対である。このため、弓状歪曲が相殺され、像
から弓状歪曲が解消される。
返すことで、システムに弓状歪曲が追加されるが、この
弓状歪曲はガルバノメータ５０によって追加されたもの
とは正反対である。このため、弓状歪曲が相殺され、像
から弓状歪曲が解消される。
【００３２】弓状歪曲の補正後に系内に残っている唯一
の品質を低下させる収差は非点収差である。この非点収
差は、第一の単純な屈折対物レンズ７０に同量の非点収
差を加えることで像から取り除かれる。これは、図１０
により明確に示されているように、レーザ光線１２５が
折り返される平面（ＸＹ平面）内でレンズ７０を角度α
に傾斜させることで達成される。
の品質を低下させる収差は非点収差である。この非点収
差は、第一の単純な屈折対物レンズ７０に同量の非点収
差を加えることで像から取り除かれる。これは、図１０
により明確に示されているように、レーザ光線１２５が
折り返される平面（ＸＹ平面）内でレンズ７０を角度α
に傾斜させることで達成される。
【００３３】この傾斜角度αは、（ａ）開口数で測定し
た系の解像度、（ｂ）円柱凹面鏡７７の反射面から被加
工物１２までの作動距離、（ｃ）可動鏡面５０と円柱凹
面鏡７７の反射面との間の距離、（ｄ）レンズ７０と可
動鏡面５０との間の距離、（ｅ）使用するレンズまたは
屈折対物レンズ７０の焦点距離など、いくつかの要因に
よって決まる。
た系の解像度、（ｂ）円柱凹面鏡７７の反射面から被加
工物１２までの作動距離、（ｃ）可動鏡面５０と円柱凹
面鏡７７の反射面との間の距離、（ｄ）レンズ７０と可
動鏡面５０との間の距離、（ｅ）使用するレンズまたは
屈折対物レンズ７０の焦点距離など、いくつかの要因に
よって決まる。
【００３４】同様に、円柱凹面鏡７７の曲率半径７８
は、（ａ）レンズ７０と可動鏡面５０との間の距離、
（ｂ）可動鏡面５０と円柱凹面鏡７７の反射面との間の
距離、（ｃ）レンズ７０の焦点距離など、いくつかの要
因によって決まる。
は、（ａ）レンズ７０と可動鏡面５０との間の距離、
（ｂ）可動鏡面５０と円柱凹面鏡７７の反射面との間の
距離、（ｃ）レンズ７０の焦点距離など、いくつかの要
因によって決まる。
【００３５】レンズ７０がその節点（節点とは、どのレ
ンズにも見られる仮想点である）を中心にして傾斜する
場合、レンズ７０が傾斜したときに結像位置が移動する
ことはない。このため、焦点がぼけた像が焦点を結ぶの
を観察する場合と同様、像の品質が改善される際の合焦
スポットを連続観察することができる。対物レンズ７０
を傾斜させる場合、レーザ光線２５を観察し、非点収差
が最小になる点を特定してもよい。
ンズにも見られる仮想点である）を中心にして傾斜する
場合、レンズ７０が傾斜したときに結像位置が移動する
ことはない。このため、焦点がぼけた像が焦点を結ぶの
を観察する場合と同様、像の品質が改善される際の合焦
スポットを連続観察することができる。対物レンズ７０
を傾斜させる場合、レーザ光線２５を観察し、非点収差
が最小になる点を特定してもよい。
【００３６】図１１は、トーリック・レンズ８０を使用
した、本発明の対物レンズ間スキャナ８９の別の実施例
を示している。トーリック・レンズとは、一方の子午線
に最大の度を有し、これに垂直の子午線に最小の度を有
する表面を持つレンズである。通常、非点収差を補正す
るためにトーリック・レンズが使用される。対物レンズ
間スキャナ８９は、トーリック・レンズ８０を使用して
いるため、対物レンズ間スキャナ７９より製造費用がい
くらか高くなると思われるが、応用分野によっては、こ
のようなレンズを使用する方が好ましい場合もある。被
加工物１２の表面で平らな像または線７５を形成するに
は、追加または補正の必要がある非点収差をトーリック
・レンズ８０のトーリック面８１によって発生させなけ
ればならない。
した、本発明の対物レンズ間スキャナ８９の別の実施例
を示している。トーリック・レンズとは、一方の子午線
に最大の度を有し、これに垂直の子午線に最小の度を有
する表面を持つレンズである。通常、非点収差を補正す
るためにトーリック・レンズが使用される。対物レンズ
間スキャナ８９は、トーリック・レンズ８０を使用して
いるため、対物レンズ間スキャナ７９より製造費用がい
くらか高くなると思われるが、応用分野によっては、こ
のようなレンズを使用する方が好ましい場合もある。被
加工物１２の表面で平らな像または線７５を形成するに
は、追加または補正の必要がある非点収差をトーリック
・レンズ８０のトーリック面８１によって発生させなけ
ればならない。
【００３７】少なくとも１つの入射光線２５または１２
５は、レーザ光線である場合もあれば、光エネルギーの
平行ビームである場合もある。
５は、レーザ光線である場合もあれば、光エネルギーの
平行ビームである場合もある。
【００３８】対物レンズ間スキャナというこの装置およ
びプロセスでは、非点収差と弓状歪曲がない、像面が平
らな対物レンズ後スキャナを使用することができる。ま
た、結果的に得られる走査レーザ光線は現在使用できる
技術を上回る大きな改良点である。
びプロセスでは、非点収差と弓状歪曲がない、像面が平
らな対物レンズ後スキャナを使用することができる。ま
た、結果的に得られる走査レーザ光線は現在使用できる
技術を上回る大きな改良点である。
【００３９】まとめとして、本発明の構成に関して以下
の事項を開示する。
の事項を開示する。
【００４０】（１）非点収差、弓状歪曲、および像面の
そりを補正されたスキャナ装置であって、（ａ）少なく
とも１つの入射光線を少なくとも１つの被加工物に合焦
させるために少なくとも１つのレンズを角度αに傾斜さ
せるための少なくとも１つの手段と、（ｂ）前記少なく
とも１つの傾斜レンズと前記少なくとも１つの被加工物
との間に位置する走査機構であって、前記少なくとも１
つの入射光線を円柱凹面鏡の反射面の少なくとも一部に
向けるための少なくとも１つの手段を有する走査機構
と、（ｃ）前記円柱凹面鏡内の手段であって、前記少な
くとも１つの入射光線が被加工物に合焦するように、前
記少なくとも１つの入射光線を前記被加工物に向けるた
めの手段とを含む装置。 （２）前記少なくとも１つの光線がレーザ光線であるこ
とを特徴とする、上記（１）に記載の装置。 （３）前記少なくとも１つの光線が光エネルギーの平行
ビームであることを特徴とする、上記（１）に記載の装
置。 （４）前記走査機構がガルバノメータであることを特徴
とする、上記（１）に記載の装置。 （５）前記走査機構が回転多面鏡であることを特徴とす
る、上記（１）に記載の装置。 （６）前記レンズが色消しレンズであることを特徴とす
る、上記（１）に記載の装置。 （７）前記レンズがその節点を中心にして傾斜している
ことを特徴とする、上記（１）に記載の装置。 （８）前記円柱凹面鏡の曲率半径が、（ａ）前記レンズ
と前記走査機構の走査面との間の距離、（ｂ）前記走査
機構の走査面と前記円柱凹面鏡の前記反射面との間の距
離、および（ｃ）前記レンズの焦点距離によって決まる
ことを特徴とする、上記（１）に記載の装置。 （９）前記少なくとも１つの傾斜レンズの前記角度α
が、（ａ）開口数で測定した系の解像度、（ｂ）前記円
柱凹面鏡の前記反射面から前記被加工物までの作動距
離、（ｃ）前記走査機構の走査面と前記円柱凹面鏡の前
記反射面との間の距離、（ｄ）前記レンズと前記走査機
構の走査面との間の距離、および（ｅ）前記レンズの焦
点距離によって決まることを特徴とする、上記（１）に
記載の装置。 （１０）非点収差、弓状歪曲、および像面のそりが補正
されるスキャン方法であって、（ａ）少なくとも１つの
入射光線は、少なくとも１つの被加工物に合焦させるた
めに、角度αに傾斜されたレンズを通過し、（ｂ）前記
レンズを通過した前記入射光線は、前記レンズと前記被
加工物との間に置かれた少なくとも１つの走査機構を介
して、円柱凹面鏡の反射面の少なくとも一部に向けら
れ、（ｃ）前記円柱凹面鏡に入射した前記入射光線は、
前記円柱凹面鏡の反射面で反射されて、前記被加工物に
向けられ、前記被加工物で合焦することを特徴とする方
法。 （１１）前記少なくとも１つの光線がレーザ光線である
ことを特徴とする、上記（１０）に記載の方法。 （１２）前記少なくとも１つの光線が光エネルギーの平
行ビームであることを特徴とする、上記（１０）に記載
の方法。 （１３）前記走査機構がガルバノメータであることを特
徴とする、上記（１０）に記載の方法。 （１４）前記走査機構が回転多面鏡であることを特徴と
する、上記（１０）に記載の方法。 （１５）前記レンズが色消しレンズであることを特徴と
する、上記（１０）に記載の方法。 （１６）前記レンズがその節点を中心にして傾斜してい
ることを特徴とする、上記（１０）に記載の方法。 （１７）前記円柱凹面鏡の曲率半径が、（ａ）前記レン
ズと前記走査機構の走査面との間の距離、（ｂ）前記走
査機構の走査面と前記円柱凹面鏡の前記反射面との間の
距離、および（ｃ）前記レンズの焦点距離によって決ま
ることを特徴とする、上記（１０）に記載の方法。 （１８）前記傾斜レンズの前記角度αが、（ａ）開口数
で測定した系の解像度、（ｂ）前記円柱凹面鏡の前記反
射面から前記被加工物までの作動距離、（ｃ）前記走査
機構の走査面と前記円柱凹面鏡の前記反射面との間の距
離、（ｄ）前記レンズと前記走査機構の走査面との間の
距離、および（ｅ）前記レンズの焦点距離によって決ま
ることを特徴とする、上記（１０）に記載の方法。 （１９）非点収差、弓状歪曲、および像面のそりを補正
されたスキャナ装置であって、（ａ）少なくとも１つの
入射光線を少なくとも１つの被加工物に合焦させるため
の少なくとも１つのトーリック・レンズと、（ｂ）前記
少なくとも１つのトーリック・レンズと前記少なくとも
１つの被加工物との間に位置する走査機構であって、前
記少なくとも１つの入射光線を円柱凹面鏡の反射面の少
なくとも一部に向けるための少なくとも１つの手段を有
する走査機構と、（ｃ）前記円柱凹面鏡内の手段であっ
て、前記少なくとも１つの入射光線が被加工物に合焦す
るように、前記少なくとも１つの入射光線を前記被加工
物に向けるための手段とを含む装置。 （２０）非点収差、弓状歪曲、および像面のそりが被正
されるスキャン方法であって、（ａ）少なくとも１つの
入射光線は、少なくとも１つの被加工物に合焦させるた
に、少なくとも１つのトーリック・レンズを通過し、
（ｂ）前記トーリック・レンズを通過した前記入射光線
は、前記トーリック・レンズと、前記被加工物との間に
置かれた少なくとも１つの走査機構を介して、円柱凹面
鏡の少なくとも一部に向けられ、（ｃ）前記円柱凹面鏡
に入射した前記入射光線は、前記円柱凹面鏡の反射面で
反射されて、前記被加工物に向けられ、前記被加工物で
合焦することを特徴とする方法。
そりを補正されたスキャナ装置であって、（ａ）少なく
とも１つの入射光線を少なくとも１つの被加工物に合焦
させるために少なくとも１つのレンズを角度αに傾斜さ
せるための少なくとも１つの手段と、（ｂ）前記少なく
とも１つの傾斜レンズと前記少なくとも１つの被加工物
との間に位置する走査機構であって、前記少なくとも１
つの入射光線を円柱凹面鏡の反射面の少なくとも一部に
向けるための少なくとも１つの手段を有する走査機構
と、（ｃ）前記円柱凹面鏡内の手段であって、前記少な
くとも１つの入射光線が被加工物に合焦するように、前
記少なくとも１つの入射光線を前記被加工物に向けるた
めの手段とを含む装置。 （２）前記少なくとも１つの光線がレーザ光線であるこ
とを特徴とする、上記（１）に記載の装置。 （３）前記少なくとも１つの光線が光エネルギーの平行
ビームであることを特徴とする、上記（１）に記載の装
置。 （４）前記走査機構がガルバノメータであることを特徴
とする、上記（１）に記載の装置。 （５）前記走査機構が回転多面鏡であることを特徴とす
る、上記（１）に記載の装置。 （６）前記レンズが色消しレンズであることを特徴とす
る、上記（１）に記載の装置。 （７）前記レンズがその節点を中心にして傾斜している
ことを特徴とする、上記（１）に記載の装置。 （８）前記円柱凹面鏡の曲率半径が、（ａ）前記レンズ
と前記走査機構の走査面との間の距離、（ｂ）前記走査
機構の走査面と前記円柱凹面鏡の前記反射面との間の距
離、および（ｃ）前記レンズの焦点距離によって決まる
ことを特徴とする、上記（１）に記載の装置。 （９）前記少なくとも１つの傾斜レンズの前記角度α
が、（ａ）開口数で測定した系の解像度、（ｂ）前記円
柱凹面鏡の前記反射面から前記被加工物までの作動距
離、（ｃ）前記走査機構の走査面と前記円柱凹面鏡の前
記反射面との間の距離、（ｄ）前記レンズと前記走査機
構の走査面との間の距離、および（ｅ）前記レンズの焦
点距離によって決まることを特徴とする、上記（１）に
記載の装置。 （１０）非点収差、弓状歪曲、および像面のそりが補正
されるスキャン方法であって、（ａ）少なくとも１つの
入射光線は、少なくとも１つの被加工物に合焦させるた
めに、角度αに傾斜されたレンズを通過し、（ｂ）前記
レンズを通過した前記入射光線は、前記レンズと前記被
加工物との間に置かれた少なくとも１つの走査機構を介
して、円柱凹面鏡の反射面の少なくとも一部に向けら
れ、（ｃ）前記円柱凹面鏡に入射した前記入射光線は、
前記円柱凹面鏡の反射面で反射されて、前記被加工物に
向けられ、前記被加工物で合焦することを特徴とする方
法。 （１１）前記少なくとも１つの光線がレーザ光線である
ことを特徴とする、上記（１０）に記載の方法。 （１２）前記少なくとも１つの光線が光エネルギーの平
行ビームであることを特徴とする、上記（１０）に記載
の方法。 （１３）前記走査機構がガルバノメータであることを特
徴とする、上記（１０）に記載の方法。 （１４）前記走査機構が回転多面鏡であることを特徴と
する、上記（１０）に記載の方法。 （１５）前記レンズが色消しレンズであることを特徴と
する、上記（１０）に記載の方法。 （１６）前記レンズがその節点を中心にして傾斜してい
ることを特徴とする、上記（１０）に記載の方法。 （１７）前記円柱凹面鏡の曲率半径が、（ａ）前記レン
ズと前記走査機構の走査面との間の距離、（ｂ）前記走
査機構の走査面と前記円柱凹面鏡の前記反射面との間の
距離、および（ｃ）前記レンズの焦点距離によって決ま
ることを特徴とする、上記（１０）に記載の方法。 （１８）前記傾斜レンズの前記角度αが、（ａ）開口数
で測定した系の解像度、（ｂ）前記円柱凹面鏡の前記反
射面から前記被加工物までの作動距離、（ｃ）前記走査
機構の走査面と前記円柱凹面鏡の前記反射面との間の距
離、（ｄ）前記レンズと前記走査機構の走査面との間の
距離、および（ｅ）前記レンズの焦点距離によって決ま
ることを特徴とする、上記（１０）に記載の方法。 （１９）非点収差、弓状歪曲、および像面のそりを補正
されたスキャナ装置であって、（ａ）少なくとも１つの
入射光線を少なくとも１つの被加工物に合焦させるため
の少なくとも１つのトーリック・レンズと、（ｂ）前記
少なくとも１つのトーリック・レンズと前記少なくとも
１つの被加工物との間に位置する走査機構であって、前
記少なくとも１つの入射光線を円柱凹面鏡の反射面の少
なくとも一部に向けるための少なくとも１つの手段を有
する走査機構と、（ｃ）前記円柱凹面鏡内の手段であっ
て、前記少なくとも１つの入射光線が被加工物に合焦す
るように、前記少なくとも１つの入射光線を前記被加工
物に向けるための手段とを含む装置。 （２０）非点収差、弓状歪曲、および像面のそりが被正
されるスキャン方法であって、（ａ）少なくとも１つの
入射光線は、少なくとも１つの被加工物に合焦させるた
に、少なくとも１つのトーリック・レンズを通過し、
（ｂ）前記トーリック・レンズを通過した前記入射光線
は、前記トーリック・レンズと、前記被加工物との間に
置かれた少なくとも１つの走査機構を介して、円柱凹面
鏡の少なくとも一部に向けられ、（ｃ）前記円柱凹面鏡
に入射した前記入射光線は、前記円柱凹面鏡の反射面で
反射されて、前記被加工物に向けられ、前記被加工物で
合焦することを特徴とする方法。
【００４１】
【発明の効果】本発明は、弓状歪曲、非点収差、および
像面のそりを除去するものである。本発明は、非常に安
価なレンズと鏡を使用する。また、本発明は、テレセン
トリック光線、すなわち、走査したときに光線の中心が
走査経路に沿ったすべての点で部品に垂直になるような
光線も提供する。また、本発明は、走査線の長さが可動
面５０の走査角度に正比例するような走査線も形成す
る。これは、Ｆシータ条件として知られる、走査システ
ムにおいて努力が重ねられている条件である。
像面のそりを除去するものである。本発明は、非常に安
価なレンズと鏡を使用する。また、本発明は、テレセン
トリック光線、すなわち、走査したときに光線の中心が
走査経路に沿ったすべての点で部品に垂直になるような
光線も提供する。また、本発明は、走査線の長さが可動
面５０の走査角度に正比例するような走査線も形成す
る。これは、Ｆシータ条件として知られる、走査システ
ムにおいて努力が重ねられている条件である。
【００４２】本発明の対物レンズ間スキャナの適切な使
用法または応用分野は、ＩＢＭが発明した補正システム
であり、米国特許第５１６８４５４号（ＬａＰｌａｎｔ
ｅ他）の主題であるＭＬＤＳ補正方式の光学走査システ
ムに代わるものとしての使用法である。上記特許の開示
内容は、言及することにより本明細書の一部となる。Ｍ
ＬＤＳはＩＢＭ社（Armonk, New York, USA）の商標で
ある。本発明の対物レンズ間スキャナはテレセントリッ
ク・レンズ系を提供するので、上記の米国特許第５１６
８４５４号のマスクレス・レーザ・ドリリング・システ
ム（ＭＬＤＳ）によって開けた穴は、走査経路全般にわ
たってすべて均一になる。すなわち、走査の中心からの
距離が変わったときに、ドリルで開けた穴に角度が付か
ず、端部に傾斜壁面ができることもない。
用法または応用分野は、ＩＢＭが発明した補正システム
であり、米国特許第５１６８４５４号（ＬａＰｌａｎｔ
ｅ他）の主題であるＭＬＤＳ補正方式の光学走査システ
ムに代わるものとしての使用法である。上記特許の開示
内容は、言及することにより本明細書の一部となる。Ｍ
ＬＤＳはＩＢＭ社（Armonk, New York, USA）の商標で
ある。本発明の対物レンズ間スキャナはテレセントリッ
ク・レンズ系を提供するので、上記の米国特許第５１６
８４５４号のマスクレス・レーザ・ドリリング・システ
ム（ＭＬＤＳ）によって開けた穴は、走査経路全般にわ
たってすべて均一になる。すなわち、走査の中心からの
距離が変わったときに、ドリルで開けた穴に角度が付か
ず、端部に傾斜壁面ができることもない。
【図１】典型的な先行技術の対物レンズ・スキャナを示
す図である。
す図である。
【図２】典型的な先行技術の対物レンズ・スキャナを示
す図である。
す図である。
【図３】典型的な先行技術の対物レンズ前スキャナを示
す図である。
す図である。
【図４】典型的な先行技術の対物レンズ後スキャナの側
面図である。
面図である。
【図５】典型的な先行技術の対物レンズ後スキャナの平
面図である。
面図である。
【図６】図４および図５に示す先行技術の対物レンズ後
スキャナの像面のそりを補正する方法を示す図である。
スキャナの像面のそりを補正する方法を示す図である。
【図７】典型的な先行技術の対物レンズ後スキャナによ
って誘発された像面のそりおよび弓状歪曲を示す図であ
る。
って誘発された像面のそりおよび弓状歪曲を示す図であ
る。
【図８】図７の対物レンズ後スキャナのＸＺ平面での平
面図である。
面図である。
【図９】レンズによって誘発された非点収差を示す図で
ある。
ある。
【図１０】本発明の好ましい実施例を示す図である。
【図１１】トーリック・レンズを使用する、本発明の別
の実施例を示す図である。
の実施例を示す図である。
１０ レンズ １２ 被加工物 １９ 対物レンズ・スキャナ ２０ レンズ ２２ ガルバノメータ ２２' 鏡面 ２３ 位置 ２５ 入射レーザ光線 ２７ 点 ２９ 対物レンズ前スキャナ ３０ 合焦対物レンズ ３１ 仮想弧 ３２ 平面 ３３ スポット ３４ スポット ３５ 点 ３６ そり ３７ スポット ３８ スポット ３９ 対物レンズ後スキャナ ４１ 像面 ４２ 曲面鏡 ４３ 焦点 ４５ 焦点 ４７ 焦点 ４８ 曲率半径 ５０ 走査機構 ５０' 可動鏡面 ５１ 経路 ５２ 直線 ５４ 軸 ５９ 対物レンズ後スキャナ ６０ 光学系 ６１ 物点 ６２ 子午像 ６４ 焦線 ６６ 球欠光線 ６８ 焦線 ７０ 屈折対物レンズ ７４ 軸 ７５ 像面 ７７ 円柱凹面鏡 ７８ 曲率半径 ７９ 対物レンズ間スキャナ ８０ トーリック・レンズ １２５ レーザ光線 １３５ 軸
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジョシュア・モンロー・コブ アメリカ合衆国12545 ニューヨーク州 ミルブルック オーク・サミット・ロー ド 232 (72)発明者 キャンダス・ジョイ・フラタリー＝フリ ーデンバーグ アメリカ合衆国12603 ニューヨーク州 ポーキープシー ウォーラル・アベニュ ー 63 (72)発明者 フランツ・エックス・トポロヴェツ アメリカ合衆国12404 ニューヨーク州 アコード クーパーストリート 357 (72)発明者 ウルディス・アルティス・ツィーミンス アメリカ合衆国12603 ニューヨーク州 ポーキープシー スカイビュー・ドライ ブ 59 (56)参考文献 特開 平２−84612（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−316819（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−6512（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−249801（ＪＰ，Ａ)
Claims (24)
- 【請求項１】非点収差、弓状歪曲および像面のそりを補
正するスキャナ装置であって、 （ａ）少なくとも１つの入射光線を少なくとも１つの被
加工物の表面に合焦させるために前記入射光線の源と前
記被加工物の間に配置され、前記非点収差を補正するた
めの角度αだけ傾斜された少なくとも１つのレンズと、 （ｂ）該レンズと前記被加工物との間に配置された少な
くとも１つの走査機構であって、前記レンズからの入射
光線を９０度の角度で反射して円柱凹面鏡の凹面状反射
面の少なくとも一部に向けるための前記少なくとも１つ
走査機構と、 （ｃ）前記円柱凹面鏡とを有し、 該円柱凹面鏡の前記凹面状反射面は、前記被加工物の表
面で生じる前記像面のそりを補正する曲率半径を有し、
そして前記走査機構からの入射光線を前記被加工物の表
面に合焦させると共に、前記弓状歪曲および前記像面の
そりを補正するように前記走査機構からの入射光線を前
記被加工物の表面に垂直な方向に沿って反射することを
特徴するスキャナ装置。 - 【請求項２】前記円柱凹面鏡は、該円柱凹面鏡の凹面状
反射面に入射される前記入射光線を９０度の角度で反射
して前記被加工物の表面に向けることを特徴とする、請
求項１に記載の装置。 - 【請求項３】前記少なくとも１つの光線がレーザ光線で
あることを特徴とする、請求項１に記載の装置。 - 【請求項４】前記少なくとも１つの光線が光エネルギー
の平行ビームであることを特徴とする、請求項１に記載
の装置。 - 【請求項５】前記走査機構がガルバノメータであること
を特徴とする、請求項１に記載の装置。 - 【請求項６】前記走査機構が回転多面鏡であることを特
徴とする、請求項１に記載の装置。 - 【請求項７】前記レンズが色消しレンズであることを特
徴とする、請求項１に記載の装置。 - 【請求項８】前記レンズがその節点を中心にして傾斜し
ていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。 - 【請求項９】前記円柱凹面鏡の曲率半径が、（ａ）前記
レンズと前記走査機構の走査面との間の距離、（ｂ）前
記走査機構の走査面と前記円柱凹面鏡の前記反射面との
間の距離、および（ｃ）前記レンズの焦点距離によって
決まることを特徴とする、請求項１に記載の装置。 - 【請求項１０】前記少なくとも１つの傾斜レンズの前記
角度αが、（ａ）開口数で測定した系の解像度、（ｂ）
前記円柱凹面鏡の前記反射面から前記被加工物までの作
動距離、（ｃ）前記走査機構の走査面と前記円柱凹面鏡
の前記反射面との間の距離、（ｄ）前記レンズと前記走
査機構の走査面との間の距離、および（ｅ）前記レンズ
の焦点距離によって決まることを特徴とする、請求項１
に記載の装置。 - 【請求項１１】非点収差、弓状歪曲および像面のそりを
補正するスキャン方法であって、 （ａ）少なくとも１つの入射光線を少なくとも１つの被
加工物の表面に合焦させるために前記入射光線の源と前
記被加工物の間に配置され、前記非点収差を補正するた
めの角度αだけ傾斜された少なくとも１つのレンズに前
記入射光線を向け、 （ｂ）前記レンズからの入射光線を、前記レンズと前記
被加工物との間に配置された走査機構に向け、 （ｃ）該走査機構により前記入射光線を９０度の角度で
反射して、凹面状反射面を有する円柱凹面鏡の前記反射
面の少なくとも一部に向けることを含み、 上記円柱凹面鏡の前記凹面状反射面は、前記被加工物の
表面で生じる前記像面のそりを補正する曲率半径を有
し、そして前記走査機構からの入射光線を前記被加工物
の表面に合焦させると共に、前記弓状歪曲および前記像
面のそりを補正するように前記走査機構からの入射光線
を前記被加工物の表面に垂直な方向に沿って反射するこ
とを特徴するスキャン方法。 - 【請求項１２】前記円柱凹面鏡は、該円柱凹面鏡の凹面
状反射面に入射される前記入射光線を９０度の角度で反
射して前記被加工物の表面に向けることを特徴とする、
請求項１１に記載の方法。 - 【請求項１３】前記少なくとも１つの光線がレーザ光線
であることを特徴とする、請求項１１に記載の方法。 - 【請求項１４】前記少なくとも１つの光線が光エネルギ
ーの平行ビームであることを特徴とする、請求項１１に
記載の方法。 - 【請求項１５】前記走査機構がガルバノメータであるこ
とを特徴とする、請求項１１に記載の方法。 - 【請求項１６】前記走査機構が回転多面鏡であることを
特徴とする、請求項１１に記載の方法。 - 【請求項１７】前記レンズが色消しレンズであることを
特徴とする、請求項１１に記載の方法。 - 【請求項１８】前記レンズがその節点を中心にして傾斜
していることを特徴とする、請求項１１に記載の方法。 - 【請求項１９】前記円柱凹面鏡の曲率半径が、（ａ）前
記レンズと前記走査機構の走査面との間の距離、（ｂ）
前記走査機構の走査面と前記円柱凹面鏡の前記反射面と
の間の距離、および（ｃ）前記レンズの焦点距離によっ
て決まることを特徴とする、請求項１１に記載の方法。 - 【請求項２０】前記傾斜レンズの前記角度αが、（ａ）
開口数で測定した系の解像度、（ｂ）前記円柱凹面鏡の
前記反射面から前記被加工物までの作動距離、（ｃ）前
記走査機構の走査面と前記円柱凹面鏡の前記反射面との
間の距離、（ｄ）前記レンズと前記走査機構の走査面と
の間の距離、および（ｅ）前記レンズの焦点距離によっ
て決まることを特徴とする、請求項１１に記載の方法。 - 【請求項２１】非点収差、弓状歪曲および像面のそりを
補正するスキャナ装置であって、 （ａ）少なくとも１つの入射光線を少なくとも１つの被
加工物の表面に合焦させるために前記入射光線の源と前
記被加工物の間に配置され、非点収差を補正する少なく
とも１つのトーリック・レンズと、 （ｂ）該トーリック・レンズと前記被加工物との間に配
置された少なくとも１つの走査機構であって、前記トー
リック・レンズからの入射光線を９０度の角度で反射し
て円柱凹面鏡の凹面状反射面の少なくとも一部に向ける
ための前記少なくとも１つ走査機構と、 （ｃ）前記円柱凹面鏡とを有し、 該円柱凹面鏡の前記凹面状反射面は、前記被加工物の表
面で生じる前記像面のそりを補正する曲率半径を有し、
そして前記走査機構からの入射光線を前記被加工物の表
面に合焦させると共に、前記弓状歪曲および前記像面の
そりを補正するように前記走査機構からの入射光線を前
記被加工物の表面に垂直な方向に沿って反射することを
特徴するスキャナ装置。 - 【請求項２２】前記円柱凹面鏡は、該円柱凹面鏡の凹面
状反射面に入射される前記入射光線を９０度の角度で反
射して前記被加工物の表面に向けることを特徴とする、
請求項２１に記載の装置。 - 【請求項２３】非点収差、弓状歪曲および像面のそりを
補正するスキャン方法であって、 （ａ）少なくとも１つの入射光線を少なくとも１つの被
加工物の表面に合焦させるために前記入射光線の源と前
記被加工物の間に配置され、非点収差を補正する少なく
とも１つのトーリック・レンズに前記入射光線を向け、 （ｂ）該トーリック・レンズからの入射光線を、前記ト
ーリック・レンズと前記被加工物との間に配置された走
査機構に向け、 （ｃ）該走査機構により前記入射光線を９０度の角度で
反射して、凹面状反射面を有する円柱凹面鏡の前記反射
面の少なくとも一部に向けることを含み、 上記円柱凹面鏡の前記凹面状反射面は、前記被加工物の
表面で生じる前記像面のそりを補正する曲率半径を有
し、そして前記走査機構からの入射光線を前記被加工物
の表面に合焦させると共に、前記弓状歪曲および前記像
面のそりを補正するように前記走査機構からの入射光線
を前記被加工物の表面に垂直な方向に沿って反射するこ
とを特徴するスキャン方法。 - 【請求項２４】前記円柱凹面鏡は、該円柱凹面鏡の凹面
状反射面に入射される前記入射光線を９０度の角度で反
射して前記被加工物の表面に向けることを特徴とする、
請求項２３に記載の方法。
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