JPH04255819A - 光ビ−ムの走査装置 - Google Patents
光ビ−ムの走査装置Info
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- JPH04255819A JPH04255819A JP3655391A JP3655391A JPH04255819A JP H04255819 A JPH04255819 A JP H04255819A JP 3655391 A JP3655391 A JP 3655391A JP 3655391 A JP3655391 A JP 3655391A JP H04255819 A JPH04255819 A JP H04255819A
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- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 7
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 201000009310 astigmatism Diseases 0.000 description 1
- 235000013405 beer Nutrition 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
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- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
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- Laser Beam Printer (AREA)
- Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は微小スポット径に集光し
たレ−ザ光を、2次元平面内の任意の方向に走査させ、
2次元の微細なパタ−ンの計測を行う光ビ−ムの走査装
置に関する。
たレ−ザ光を、2次元平面内の任意の方向に走査させ、
2次元の微細なパタ−ンの計測を行う光ビ−ムの走査装
置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年の精密加工技術の進歩により半導体
、精密機械産業等の分野でミクロンメ−トルオ−ダ−の
微細な2次元パタ−ンが形成されるようになり、微細パ
タ−ンの寸法、形状等の精密計測の必要性が高まってい
る。この種の計測では測定の空間分解能を高めるために
、微小なスポット径に集光したレ−ザ光を微小な走査ス
テップ距離(例えば0.05μm)で数10〜数100
μmの範囲を2次元的に走査する光ビ−ムの走査装置が
必要である。走査装置を構成するには光ビ−ムの走査を
行う走査素子を要するが、従来多く用いられている走査
素子は音響光学偏向素子、ガルバノミラ−、ポリゴンミ
ラ−等である。光ビ−ムを1次元的に走査する場合には
、上記走査素子の中の1個を各種のレンズと組み合わせ
た構成の走査装置が用いられる。光ビ−ムを2次元的に
走査する場合は、2個の走査素子を各種のレンズと組み
合わせた構成の走査装置が用いられる。各々の走査素子
は光学系の構成により走査する方向が例えばX軸、Y軸
方向に決まっている。2次元的なパタ−ンの計測を行う
従来の2次元走査装置では直交するX−Y平面でのラス
タ−走査が一般的である。
、精密機械産業等の分野でミクロンメ−トルオ−ダ−の
微細な2次元パタ−ンが形成されるようになり、微細パ
タ−ンの寸法、形状等の精密計測の必要性が高まってい
る。この種の計測では測定の空間分解能を高めるために
、微小なスポット径に集光したレ−ザ光を微小な走査ス
テップ距離(例えば0.05μm)で数10〜数100
μmの範囲を2次元的に走査する光ビ−ムの走査装置が
必要である。走査装置を構成するには光ビ−ムの走査を
行う走査素子を要するが、従来多く用いられている走査
素子は音響光学偏向素子、ガルバノミラ−、ポリゴンミ
ラ−等である。光ビ−ムを1次元的に走査する場合には
、上記走査素子の中の1個を各種のレンズと組み合わせ
た構成の走査装置が用いられる。光ビ−ムを2次元的に
走査する場合は、2個の走査素子を各種のレンズと組み
合わせた構成の走査装置が用いられる。各々の走査素子
は光学系の構成により走査する方向が例えばX軸、Y軸
方向に決まっている。2次元的なパタ−ンの計測を行う
従来の2次元走査装置では直交するX−Y平面でのラス
タ−走査が一般的である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来の1次元、あるい
は2次元の光ビ−ム走査装置では走査の方向はX軸、Y
軸、あるいはX−Y軸方向に予め設定されていて、直交
する方向へのラスタ−走査を行う構成である。2次元的
に形成されている被測定物上のパタ−ンはX軸、Y軸に
平行なパタ−ンだけでなく、それ以外の任意の方向にも
形成されており、従来のラスタ−走査を行う走査装置で
はX軸、Y軸以外の任意の方向に形成されたパタ−ンの
計測ができないという問題点がある。X軸、Y軸以外の
任意の方向にも光ビ−ムを走査させるには、X軸、Y軸
の走査素子を駆動させる駆動信号を変調してX軸、Y軸
を同時に走査することにより走査方向を変換するか、あ
るいは更に第三、第四の走査素子を付加して走査方向を
自由に変換する必要がある。しかし、走査の駆動信号を
変調するには複雑な駆動回路が必要になり、他の走査素
子を付加すると走査光学系の構成が複雑になるため、任
意の方向に光ビ−ムを走査することが困難になる。本発
明は上記の課題を解消して、簡単な光学系、及び駆動信
号で任意の方向に光ビ−ムを走査することが可能な光ビ
−ムの走査装置を実現することにある。
は2次元の光ビ−ム走査装置では走査の方向はX軸、Y
軸、あるいはX−Y軸方向に予め設定されていて、直交
する方向へのラスタ−走査を行う構成である。2次元的
に形成されている被測定物上のパタ−ンはX軸、Y軸に
平行なパタ−ンだけでなく、それ以外の任意の方向にも
形成されており、従来のラスタ−走査を行う走査装置で
はX軸、Y軸以外の任意の方向に形成されたパタ−ンの
計測ができないという問題点がある。X軸、Y軸以外の
任意の方向にも光ビ−ムを走査させるには、X軸、Y軸
の走査素子を駆動させる駆動信号を変調してX軸、Y軸
を同時に走査することにより走査方向を変換するか、あ
るいは更に第三、第四の走査素子を付加して走査方向を
自由に変換する必要がある。しかし、走査の駆動信号を
変調するには複雑な駆動回路が必要になり、他の走査素
子を付加すると走査光学系の構成が複雑になるため、任
意の方向に光ビ−ムを走査することが困難になる。本発
明は上記の課題を解消して、簡単な光学系、及び駆動信
号で任意の方向に光ビ−ムを走査することが可能な光ビ
−ムの走査装置を実現することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は以下に示す装置から構成される。レ−ザ光源
から対物レンズに至るまでの光路中に、光軸を共通にし
て、該光軸に直交するX−Y平面のX軸方向へのビ−ム
走査を行うX軸走査素子と、入射面と出射面の間に反射
面を有する構成でY軸方向へのビ−ム走査を行うY軸走
査素子とから成る走査光学系を設けるとともに、前記X
軸走査素子の走査を制御するX軸走査制御部と、前記Y
軸走査素子をY軸方向に移動させることにより、前記反
射面をY軸方向に移動させる移動手段と、該Y軸走査素
子を該素子の中心軸の周りに回転させる事により、前記
反射面を回転させる回転制御手段とを設け、前記Y軸走
査素子の反射面を前記回転制御手段により回転し所定の
回転角に設定し、Y軸走査素子の入射面にX軸方向に走
査される光ビ−ムを入射するとともに、前記反射面を前
記移動手段によりY軸方向に移動せしめ、2次元走査さ
せるものである。さらに本発明は前述の走査装置に対し
て、Y軸方向へのビ−ム走査を行う第二のY軸走査素子
を設け、Y軸走査素子の反射面の回転角を回転制御手段
で設定し、X軸走査素子によりX軸方向に走査される光
ビ−ムを前記第二のY軸走査素子によりY軸方向にシフ
トさせてY軸走査素子の入射面に入射せしめるとともに
、前記Y軸走査素子の反射面を前記移動手段によりY軸
方向に変化せしめ2次元走査させるものである。
に本発明は以下に示す装置から構成される。レ−ザ光源
から対物レンズに至るまでの光路中に、光軸を共通にし
て、該光軸に直交するX−Y平面のX軸方向へのビ−ム
走査を行うX軸走査素子と、入射面と出射面の間に反射
面を有する構成でY軸方向へのビ−ム走査を行うY軸走
査素子とから成る走査光学系を設けるとともに、前記X
軸走査素子の走査を制御するX軸走査制御部と、前記Y
軸走査素子をY軸方向に移動させることにより、前記反
射面をY軸方向に移動させる移動手段と、該Y軸走査素
子を該素子の中心軸の周りに回転させる事により、前記
反射面を回転させる回転制御手段とを設け、前記Y軸走
査素子の反射面を前記回転制御手段により回転し所定の
回転角に設定し、Y軸走査素子の入射面にX軸方向に走
査される光ビ−ムを入射するとともに、前記反射面を前
記移動手段によりY軸方向に移動せしめ、2次元走査さ
せるものである。さらに本発明は前述の走査装置に対し
て、Y軸方向へのビ−ム走査を行う第二のY軸走査素子
を設け、Y軸走査素子の反射面の回転角を回転制御手段
で設定し、X軸走査素子によりX軸方向に走査される光
ビ−ムを前記第二のY軸走査素子によりY軸方向にシフ
トさせてY軸走査素子の入射面に入射せしめるとともに
、前記Y軸走査素子の反射面を前記移動手段によりY軸
方向に変化せしめ2次元走査させるものである。
【0005】
【作用】X軸方向に光ビ−ム走査を行うX軸走査素子と
、反射面の幾何学的な配置の変化によりY軸方向に光ビ
−ムの走査を行うY軸走査素子の2個の走査素子を用い
て2次元走査を行わせる走査光学系で、Y軸走査素子の
反射面の配置を基準状態に設定したとき、Y軸走査素子
にX軸方向に走査される光ビ−ムを入射させると共に、
前記反射面をY軸方向に移動させて2次元平面内でラス
タ−走査を行わせる。このとき、X軸方向の走査は一定
としておき、Y軸走査素子の反射面を光軸を中心に回転
させて幾何学的な配置を変化させると、X軸方向に走査
される光ビ−ムは上記回転角度の2倍の角度方向に走査
方向が変換される。このとき、Y軸走査素子の反射面を
Y軸方向に移動させるか、あるいはY軸方向への走査を
行う第二のY軸走査素子を用いて、Y軸走査素子に入射
させるX軸方向に走査される光ビ−ムのY軸方向への相
対的な位置をシフトさせると、前述の反射面の回転に応
じて変換された走査方向に対して更に平行な方向に光ビ
−ムがシフトする。このようにしてX−Y平面内の任意
の方向に2次元的に光ビ−ムの走査を行わせることがで
きる。
、反射面の幾何学的な配置の変化によりY軸方向に光ビ
−ムの走査を行うY軸走査素子の2個の走査素子を用い
て2次元走査を行わせる走査光学系で、Y軸走査素子の
反射面の配置を基準状態に設定したとき、Y軸走査素子
にX軸方向に走査される光ビ−ムを入射させると共に、
前記反射面をY軸方向に移動させて2次元平面内でラス
タ−走査を行わせる。このとき、X軸方向の走査は一定
としておき、Y軸走査素子の反射面を光軸を中心に回転
させて幾何学的な配置を変化させると、X軸方向に走査
される光ビ−ムは上記回転角度の2倍の角度方向に走査
方向が変換される。このとき、Y軸走査素子の反射面を
Y軸方向に移動させるか、あるいはY軸方向への走査を
行う第二のY軸走査素子を用いて、Y軸走査素子に入射
させるX軸方向に走査される光ビ−ムのY軸方向への相
対的な位置をシフトさせると、前述の反射面の回転に応
じて変換された走査方向に対して更に平行な方向に光ビ
−ムがシフトする。このようにしてX−Y平面内の任意
の方向に2次元的に光ビ−ムの走査を行わせることがで
きる。
【0006】
【実施例】以下に図面を用いて本発明の実施例を詳細に
説明する。図1は本発明の第一の実施例を説明するブロ
ック図である。10はレ−ザ光源で、例えばHe−Ne
レ−ザ管、半導体レ−ザから成り、レ−ザ光100を放
射する。11はレ−ザ光の走査を行う走査光学系で、X
軸走査素子12、Y軸走査素子13、ビ−ムスプリッタ
−110、対物レンズ120、及び図示していないが他
のレンズ、ミラ−等の光学素子から構成される。ここで
、X軸走査素子12は音響光学偏向素子(以下にAOと
略記する)から成り、X軸方向へ光ビ−ムの走査を行う
。Y軸走査素子13は、入射面と出射面の間に反射面を
有する特別な形状をしたプリズムから構成され、反射面
の幾何学的な位置の変化によりY軸方向へ光ビ−ムの走
査を行う。14はX軸走査素子であるAO12の走査を
制御するX軸走査制御部で、制御信号140をAO12
に印加して偏向角度(回折角度)の制御を行う。制御信
号140は電圧が連続的に変化するランプ波信号で、ラ
ンプ電圧に応じて偏向角度を変化させ、偏向角度に応じ
た位置にレ−ザ光を走査させる。15はY軸走査素子で
ある前記のプリズム13の反射面をY軸方向に移動させ
るための制御信号150を作成するY軸走査制御部、1
6はプリズム13の反射面をY軸方向に移動させるため
の移動手段であるピエゾトランスレ−タ(以下の説明で
PZTと略記する)である。制御信号150は電圧がス
テップ的に変化するステップ電圧信号で、電圧に応じて
PZT16が移動し、プリズム13の反射面がY軸方向
に移動する。17は回転制御手段で、例えばステップモ
−タから成り、プリズム13の反射面を光軸の周りに設
定された角度だけ回転させる。この回転の制御信号はY
軸走査制御部15から発せられる。
説明する。図1は本発明の第一の実施例を説明するブロ
ック図である。10はレ−ザ光源で、例えばHe−Ne
レ−ザ管、半導体レ−ザから成り、レ−ザ光100を放
射する。11はレ−ザ光の走査を行う走査光学系で、X
軸走査素子12、Y軸走査素子13、ビ−ムスプリッタ
−110、対物レンズ120、及び図示していないが他
のレンズ、ミラ−等の光学素子から構成される。ここで
、X軸走査素子12は音響光学偏向素子(以下にAOと
略記する)から成り、X軸方向へ光ビ−ムの走査を行う
。Y軸走査素子13は、入射面と出射面の間に反射面を
有する特別な形状をしたプリズムから構成され、反射面
の幾何学的な位置の変化によりY軸方向へ光ビ−ムの走
査を行う。14はX軸走査素子であるAO12の走査を
制御するX軸走査制御部で、制御信号140をAO12
に印加して偏向角度(回折角度)の制御を行う。制御信
号140は電圧が連続的に変化するランプ波信号で、ラ
ンプ電圧に応じて偏向角度を変化させ、偏向角度に応じ
た位置にレ−ザ光を走査させる。15はY軸走査素子で
ある前記のプリズム13の反射面をY軸方向に移動させ
るための制御信号150を作成するY軸走査制御部、1
6はプリズム13の反射面をY軸方向に移動させるため
の移動手段であるピエゾトランスレ−タ(以下の説明で
PZTと略記する)である。制御信号150は電圧がス
テップ的に変化するステップ電圧信号で、電圧に応じて
PZT16が移動し、プリズム13の反射面がY軸方向
に移動する。17は回転制御手段で、例えばステップモ
−タから成り、プリズム13の反射面を光軸の周りに設
定された角度だけ回転させる。この回転の制御信号はY
軸走査制御部15から発せられる。
【0007】AO12でX軸方向に走査される光ビ−ム
はプリズム13の入射面に入射し、プリズム内部を進行
して反射面で反射され、更にプリズム内部を進行して出
射面から光軸に平行に出射する。プリズム13の反射面
がY軸に垂直な基準位置にあるとき、反射面をY軸方向
にhだけ移動させるとX軸方向に走査されるビ−ムのY
軸方向の位置は2hだけシフトし、反射面の移動距離の
2倍の距離だけY軸方向に光ビ−ムが走査される。この
ときX軸方向の走査方向は一定である。また、プリズム
13の反射面を回転させると、回転角度の2倍の角度だ
け走査方向がX軸方向からY軸方向へと変換され、X−
Y平面内でのθ軸変換が行われる。この反射面の回転と
共に反射面をY軸方向に移動させれば、変換された走査
方向に平行に光ビ−ムを移動させることができ、X−Y
平面内の任意の方向にラスタ−走査が行われる。この変
換された方向へのラスタ−走査は、プリズム13の反射
面の回転が停止したとき反射面を移動させた場合に得ら
れるが、反射面の回転と移動を同時に行えば、楕円の軌
跡を描く走査が行われる。プリズム13を出射した光ビ
−ムは対物レンズ120で微小なスポット径に集光され
、2次元的なパタ−ンが形成されている被測定物18に
照射されてパタ−ン面上を2次元的に走査する。被測定
物18で反射した光ビ−ムはビ−ムスプリッタ−110
で反射され、反射光130として受光部160で検出さ
れる。170はデ−タ処理部で、反射光130に対して
目的に応じたデ−タ処理を行い2次元パタ−ンの計測を
行う。
はプリズム13の入射面に入射し、プリズム内部を進行
して反射面で反射され、更にプリズム内部を進行して出
射面から光軸に平行に出射する。プリズム13の反射面
がY軸に垂直な基準位置にあるとき、反射面をY軸方向
にhだけ移動させるとX軸方向に走査されるビ−ムのY
軸方向の位置は2hだけシフトし、反射面の移動距離の
2倍の距離だけY軸方向に光ビ−ムが走査される。この
ときX軸方向の走査方向は一定である。また、プリズム
13の反射面を回転させると、回転角度の2倍の角度だ
け走査方向がX軸方向からY軸方向へと変換され、X−
Y平面内でのθ軸変換が行われる。この反射面の回転と
共に反射面をY軸方向に移動させれば、変換された走査
方向に平行に光ビ−ムを移動させることができ、X−Y
平面内の任意の方向にラスタ−走査が行われる。この変
換された方向へのラスタ−走査は、プリズム13の反射
面の回転が停止したとき反射面を移動させた場合に得ら
れるが、反射面の回転と移動を同時に行えば、楕円の軌
跡を描く走査が行われる。プリズム13を出射した光ビ
−ムは対物レンズ120で微小なスポット径に集光され
、2次元的なパタ−ンが形成されている被測定物18に
照射されてパタ−ン面上を2次元的に走査する。被測定
物18で反射した光ビ−ムはビ−ムスプリッタ−110
で反射され、反射光130として受光部160で検出さ
れる。170はデ−タ処理部で、反射光130に対して
目的に応じたデ−タ処理を行い2次元パタ−ンの計測を
行う。
【0008】図2に前述したY軸走査素子であるプリズ
ム13の具体的な構成を示す。20は頂角が60°の正
三角形プリズム、21は頂角が30°と60°の直角プ
リズムで、2つのプリズムを図のように重ね合わせた構
成である。正三角形プリズム20の面200が入射面、
直角プリズム21の面210が反射面、同じく直角プリ
ズムの面220が出射面である。入射面200と出射面
220はレ−ザ光の進行方向(Z方向)に垂直に設定す
る。入射面200、出射面220を垂直面に設定するの
は、入射する光ビ−ムが発散光、あるいは収束光である
とき、非点収差によるビ−ム形状の変形を防止するため
である。入射面200に入射するX軸方向に走査される
光ビ−ム230は入射面200を透過し、正三角形プリ
ズム20の他方の面240で反射し、直角プリズム21
の底面である反射面210で反射し、他方の面250で
反射し、出射面220から入射光230と平行な光路で
出射するが、プリズム内部では図のごとくV型の光路を
たどる。以上の構成のプリズム13において、入射面2
00、出射面220は常に入射光230に対して垂直な
状態に保ち、反射面210の幾何学的な位置を変化させ
る。
ム13の具体的な構成を示す。20は頂角が60°の正
三角形プリズム、21は頂角が30°と60°の直角プ
リズムで、2つのプリズムを図のように重ね合わせた構
成である。正三角形プリズム20の面200が入射面、
直角プリズム21の面210が反射面、同じく直角プリ
ズムの面220が出射面である。入射面200と出射面
220はレ−ザ光の進行方向(Z方向)に垂直に設定す
る。入射面200、出射面220を垂直面に設定するの
は、入射する光ビ−ムが発散光、あるいは収束光である
とき、非点収差によるビ−ム形状の変形を防止するため
である。入射面200に入射するX軸方向に走査される
光ビ−ム230は入射面200を透過し、正三角形プリ
ズム20の他方の面240で反射し、直角プリズム21
の底面である反射面210で反射し、他方の面250で
反射し、出射面220から入射光230と平行な光路で
出射するが、プリズム内部では図のごとくV型の光路を
たどる。以上の構成のプリズム13において、入射面2
00、出射面220は常に入射光230に対して垂直な
状態に保ち、反射面210の幾何学的な位置を変化させ
る。
【0009】以上の構成のプリズム13において、反射
面210をPZT16により距離hだけY軸方向に移動
させると、入射光230に対して入射面200の相対的
な位置が変化することにより、反射面210での反射位
置がZ方向にシフトし、出射面220からはY軸方向に
距離2hだけシフトしたビ−ムが出射し、Y軸方向への
走査が行われる。このときプリズム13の内部ではZ方
向に位置がシフトしたV型の光路をたどるため、プリズ
ム13からの出射光は入射光230と平行である。なお
、入射面200に入射する光ビ−ムはX軸方向の走査で
あるためY軸方向の位置は一定である。プリズム13の
反射面210を回転制御手段17により角度θだけ中心
軸22を中心にして回転させると、X軸方向の走査位置
に応じて反射面210のZ方向に対する反射位置が異な
るため、X軸方向に走査している光ビ−ムの走査方向は
、反射面210の回転角度θの2倍の角度の2θの方向
に変換される。反射面210をθだけ回転した状態で反
射面210をY軸方向に移動すれば、X軸方向から2θ
回転した走査方向に平行に光ビ−ムがシフトし、2次元
平面内で角度2θの方向でラスタ−走査が可能になる。 以上述べた走査は、プリズム13の反射面210の幾何
学的な位置の変化を行わせるだけでよく、特別に複雑な
走査駆動信号を必要としないため、簡単な構成でY軸、
θ軸の走査が可能である。
面210をPZT16により距離hだけY軸方向に移動
させると、入射光230に対して入射面200の相対的
な位置が変化することにより、反射面210での反射位
置がZ方向にシフトし、出射面220からはY軸方向に
距離2hだけシフトしたビ−ムが出射し、Y軸方向への
走査が行われる。このときプリズム13の内部ではZ方
向に位置がシフトしたV型の光路をたどるため、プリズ
ム13からの出射光は入射光230と平行である。なお
、入射面200に入射する光ビ−ムはX軸方向の走査で
あるためY軸方向の位置は一定である。プリズム13の
反射面210を回転制御手段17により角度θだけ中心
軸22を中心にして回転させると、X軸方向の走査位置
に応じて反射面210のZ方向に対する反射位置が異な
るため、X軸方向に走査している光ビ−ムの走査方向は
、反射面210の回転角度θの2倍の角度の2θの方向
に変換される。反射面210をθだけ回転した状態で反
射面210をY軸方向に移動すれば、X軸方向から2θ
回転した走査方向に平行に光ビ−ムがシフトし、2次元
平面内で角度2θの方向でラスタ−走査が可能になる。 以上述べた走査は、プリズム13の反射面210の幾何
学的な位置の変化を行わせるだけでよく、特別に複雑な
走査駆動信号を必要としないため、簡単な構成でY軸、
θ軸の走査が可能である。
【0010】図3にレ−ザ光の偏向を行う走査光学系1
1の構成例を示す。31と34は焦点距離がf1のシリ
ンドリカルレンズ、32と33は焦点距離がf2、35
は焦点距離がf3の凸レンズで、36は焦点距離がf0
の対物レンズである。レ−ザ光源10から放射される円
形状のレ−ザ光100をシリンドリカルレンズ31と凸
レンズ32の組合せにより、紙面に平行な面内に広がり
を持ち、紙面に垂直な面内に集光されるシ−ト状のビ−
ムを作成する。それは、AO12の偏向作用の効率を高
めるためである。なお、シリンドリカルレンズ31は紙
面に平行な面内にのみ屈折作用を持たせるように配置す
る。シ−ト状ビ−ムはAO12に照射されて紙面に平行
な面内で回折される。光ビ−ムの偏向に必要なのは回折
光であるから、非回折光はカットする。回折された光ビ
−ムは凸レンズ33とシリンドリカルレンズ34の組合
せにより、光軸に平行に進行せられると共に、シ−ト状
のビ−ム形状を円形状のビ−ムに変換する。なお、シリ
ンドリカルレンズ34は紙面に垂直な面内にのみ屈折さ
れるように配置する。更に、凸レンズ33の焦点位置と
シリンドリカルレンズ34の焦点位置が同じ位置になる
ようにするため、凸レンズ33の焦点位置の手前にシリ
ンドリカルレンズ34を設置する。この焦点位置で光ビ
−ムは再び円形状に変換され、次は発散光としてプリズ
ム13の入射面200に入射し、出射面220から出射
し、凸レンズ35に照射されて平行光に変換される。平
行光は対物レンズ36で微小なスポット径に集光され、
光軸に平行に進行せられて被測定物18の面上に照射さ
れる。AO12を駆動するX軸走査制御信号140の電
圧を変えることにより、AO12の回折角度が変えられ
て光ビ−ムの走査が行われる。AO12での偏向角度が
φであるとき、被測定物18の面上でのX軸方向の走査
距離Dxは、Dx=f0・f2・φ/f3で表される。 プリズム13の反射面210をY軸方向へ距離h移動さ
せたとき、被測定物18の面上でのY軸方向の走査距離
Dyは、Dy=2h・f0/f3である。AO12での
偏向角度φは3mrad程度であり、前述のレンズの焦
点距離を適当な値に設定することにより、目的とする走
査距離を自由に設定できる。このとき、AO12を駆動
するランプ波電圧、及びPZT16を駆動するステップ
電圧の電圧を1/2000程度のステップに分割して微
小な走査ステップ距離で走査すれば、微小なパタ−ンを
十分な空間分解能で測定することが可能となる。被測定
物18で反射されたビ−ムは逆向きに進行し、ビ−ムス
プリッタ−110で反射し、凸レンズ37で集光されて
受光部160で検出される。この受光部160の受光位
置は被測定物18の面上と共焦点関係にあると共に偏向
の定点位置であるため、被測定物18の幾何学的分布に
対応した反射光の強度分布が常に定点で測定できる。
1の構成例を示す。31と34は焦点距離がf1のシリ
ンドリカルレンズ、32と33は焦点距離がf2、35
は焦点距離がf3の凸レンズで、36は焦点距離がf0
の対物レンズである。レ−ザ光源10から放射される円
形状のレ−ザ光100をシリンドリカルレンズ31と凸
レンズ32の組合せにより、紙面に平行な面内に広がり
を持ち、紙面に垂直な面内に集光されるシ−ト状のビ−
ムを作成する。それは、AO12の偏向作用の効率を高
めるためである。なお、シリンドリカルレンズ31は紙
面に平行な面内にのみ屈折作用を持たせるように配置す
る。シ−ト状ビ−ムはAO12に照射されて紙面に平行
な面内で回折される。光ビ−ムの偏向に必要なのは回折
光であるから、非回折光はカットする。回折された光ビ
−ムは凸レンズ33とシリンドリカルレンズ34の組合
せにより、光軸に平行に進行せられると共に、シ−ト状
のビ−ム形状を円形状のビ−ムに変換する。なお、シリ
ンドリカルレンズ34は紙面に垂直な面内にのみ屈折さ
れるように配置する。更に、凸レンズ33の焦点位置と
シリンドリカルレンズ34の焦点位置が同じ位置になる
ようにするため、凸レンズ33の焦点位置の手前にシリ
ンドリカルレンズ34を設置する。この焦点位置で光ビ
−ムは再び円形状に変換され、次は発散光としてプリズ
ム13の入射面200に入射し、出射面220から出射
し、凸レンズ35に照射されて平行光に変換される。平
行光は対物レンズ36で微小なスポット径に集光され、
光軸に平行に進行せられて被測定物18の面上に照射さ
れる。AO12を駆動するX軸走査制御信号140の電
圧を変えることにより、AO12の回折角度が変えられ
て光ビ−ムの走査が行われる。AO12での偏向角度が
φであるとき、被測定物18の面上でのX軸方向の走査
距離Dxは、Dx=f0・f2・φ/f3で表される。 プリズム13の反射面210をY軸方向へ距離h移動さ
せたとき、被測定物18の面上でのY軸方向の走査距離
Dyは、Dy=2h・f0/f3である。AO12での
偏向角度φは3mrad程度であり、前述のレンズの焦
点距離を適当な値に設定することにより、目的とする走
査距離を自由に設定できる。このとき、AO12を駆動
するランプ波電圧、及びPZT16を駆動するステップ
電圧の電圧を1/2000程度のステップに分割して微
小な走査ステップ距離で走査すれば、微小なパタ−ンを
十分な空間分解能で測定することが可能となる。被測定
物18で反射されたビ−ムは逆向きに進行し、ビ−ムス
プリッタ−110で反射し、凸レンズ37で集光されて
受光部160で検出される。この受光部160の受光位
置は被測定物18の面上と共焦点関係にあると共に偏向
の定点位置であるため、被測定物18の幾何学的分布に
対応した反射光の強度分布が常に定点で測定できる。
【0011】図4に走査方向の変換例を示す。(イ)に
プリズム13の反射面210の回転角度θがθ=0°の
基準状態にある場合の走査を示す。線40はAO12に
よりX軸方向に走査される走査ビ−ムの軌跡で、反射面
210のY軸方向の位置が基準位置にある場合である。 線41は反射面210がPZT16によりY軸方向に移
動した場合の走査ビ−ムの軌跡である。このようにして
X−Y軸方向に2次元のラスタ−走査がおこなわれる。 (ロ)はプリズム13の反射面210の回転角度θがθ
=22.5°の状態での走査を示す。光ビ−ムの走査角
度は45°の方向に変換される。線42はAO12によ
りX軸方向に走査される走査ビ−ムの走査方向が45°
変換されたときの軌跡で、反射面210のY軸方向の位
置が基準位置にある場合である。線43は反射面210
がPZT16によりY軸方向に移動した場合の走査ビ−
ムの軌跡で、線42と平行である。このようにしてX−
Y平面内の45°の軸方向に2次元のラスタ−走査がお
こなわれる。以上の光ビ−ムの走査において、AO12
による走査は高速動作であり、本発明によれば走査方向
を任意の方向に変換することが可能なため、X軸方向以
外の任意の方向でもAO12で高速に走査を行うことが
できる。
プリズム13の反射面210の回転角度θがθ=0°の
基準状態にある場合の走査を示す。線40はAO12に
よりX軸方向に走査される走査ビ−ムの軌跡で、反射面
210のY軸方向の位置が基準位置にある場合である。 線41は反射面210がPZT16によりY軸方向に移
動した場合の走査ビ−ムの軌跡である。このようにして
X−Y軸方向に2次元のラスタ−走査がおこなわれる。 (ロ)はプリズム13の反射面210の回転角度θがθ
=22.5°の状態での走査を示す。光ビ−ムの走査角
度は45°の方向に変換される。線42はAO12によ
りX軸方向に走査される走査ビ−ムの走査方向が45°
変換されたときの軌跡で、反射面210のY軸方向の位
置が基準位置にある場合である。線43は反射面210
がPZT16によりY軸方向に移動した場合の走査ビ−
ムの軌跡で、線42と平行である。このようにしてX−
Y平面内の45°の軸方向に2次元のラスタ−走査がお
こなわれる。以上の光ビ−ムの走査において、AO12
による走査は高速動作であり、本発明によれば走査方向
を任意の方向に変換することが可能なため、X軸方向以
外の任意の方向でもAO12で高速に走査を行うことが
できる。
【0012】次に本発明の第二の実施例を示す。第二の
実施例は、図1に示した走査装置に対してY軸方向に走
査を行う第二のY軸走査素子を付加した構成である。図
5に第二の実施例を構成する走査光学系を示す。レンズ
は図3に示した光学系と同一のものを用いる。50はY
軸方向に走査を行う第二のY軸走査素子で、例えばガル
バノミラ−(以下にGMと略記する)から成り、凸レン
ズ33とシリンドリカルレンズ34の間に設置する。G
M50はPZT16に比べて高速走査が可能であるが、
走査分解能は低いという特性がある。また、走査分解能
は低くても、走査角度が大きいために走査範囲を広くで
きるという特徴がある。AO12による走査方向に直交
する方向の走査は、GM50とプリズム13の両者を用
いれば走査の速度を上げることが可能になる。GM50
を走査させてAO12の走査方向に直交する方向に粗い
が、高速に光ビ−ムを移動させ、次にプリズム13の反
射面210をPZT16により微小な距離だけ精密に移
動させれば、全体の走査速度が上がり、測定の対象とす
る位置に正確に光ビ−ムを照射することができる。
実施例は、図1に示した走査装置に対してY軸方向に走
査を行う第二のY軸走査素子を付加した構成である。図
5に第二の実施例を構成する走査光学系を示す。レンズ
は図3に示した光学系と同一のものを用いる。50はY
軸方向に走査を行う第二のY軸走査素子で、例えばガル
バノミラ−(以下にGMと略記する)から成り、凸レン
ズ33とシリンドリカルレンズ34の間に設置する。G
M50はPZT16に比べて高速走査が可能であるが、
走査分解能は低いという特性がある。また、走査分解能
は低くても、走査角度が大きいために走査範囲を広くで
きるという特徴がある。AO12による走査方向に直交
する方向の走査は、GM50とプリズム13の両者を用
いれば走査の速度を上げることが可能になる。GM50
を走査させてAO12の走査方向に直交する方向に粗い
が、高速に光ビ−ムを移動させ、次にプリズム13の反
射面210をPZT16により微小な距離だけ精密に移
動させれば、全体の走査速度が上がり、測定の対象とす
る位置に正確に光ビ−ムを照射することができる。
【0013】図6(イ)、(ロ)に図5に示した走査光
学系による走査光路を示す。(イ)はAO12によるX
軸方向の走査光路である。AO12によりX軸方向に角
度φ回折された光ビ−ム61は凸レンズ33で光軸に平
行に進行させられ、GM50で反射される。GM50は
Y軸方向への走査をおこなうため、GM50で反射され
た光ビ−ムはX軸方向には光軸と平行に進行し、シリン
ドリカルレンズ34によってもX軸方向には屈折されな
いでプリズム13に入射する。プリズム13では反射面
210のY軸方向の位置により出射光のY軸方向の位置
が変化すると共に、反射面210の回転によって走査方
向が変換されるが、反射面210の回転角度θがθ=0
°の基準位置にあるときはX軸方向の光路は変化しない
。プリズム13を出射した光ビ−ムは凸レンズ35によ
りX軸方向に屈折され、対物レンズ36で光軸に平行に
進行させられ、被測定物18に照射する。(ロ)はY軸
方向の走査光路である。AO12によってはY軸方向に
は回折されず、GM50の反射角度をψ変化させてY軸
方向に走査を行う。GM50で走査される光ビ−ム62
はシリンドリカルレンズ34により屈折し、Y軸方向に
平行に進行する。プリズム13に入射したビ−ムは、反
射面210の移動によりさらにY軸方向に変化させられ
、プリズム13への入射光と平行な光路で出射する。 プリズム13以降の光路は前述の(イ)と同様である。 なおGM50によるY軸方向への光ビ−ムの走査距離D
gはDg=2h・ψ・f1・f0/f3で表される。こ
こでhはプリズム13の入射面200への入射光のY軸
方向に対すら位置の変化である。以上の構成の走査装置
で、GM50とプリズム13はどちらかの一方が駆動さ
れている場合、他方は走査を停止させておく。
学系による走査光路を示す。(イ)はAO12によるX
軸方向の走査光路である。AO12によりX軸方向に角
度φ回折された光ビ−ム61は凸レンズ33で光軸に平
行に進行させられ、GM50で反射される。GM50は
Y軸方向への走査をおこなうため、GM50で反射され
た光ビ−ムはX軸方向には光軸と平行に進行し、シリン
ドリカルレンズ34によってもX軸方向には屈折されな
いでプリズム13に入射する。プリズム13では反射面
210のY軸方向の位置により出射光のY軸方向の位置
が変化すると共に、反射面210の回転によって走査方
向が変換されるが、反射面210の回転角度θがθ=0
°の基準位置にあるときはX軸方向の光路は変化しない
。プリズム13を出射した光ビ−ムは凸レンズ35によ
りX軸方向に屈折され、対物レンズ36で光軸に平行に
進行させられ、被測定物18に照射する。(ロ)はY軸
方向の走査光路である。AO12によってはY軸方向に
は回折されず、GM50の反射角度をψ変化させてY軸
方向に走査を行う。GM50で走査される光ビ−ム62
はシリンドリカルレンズ34により屈折し、Y軸方向に
平行に進行する。プリズム13に入射したビ−ムは、反
射面210の移動によりさらにY軸方向に変化させられ
、プリズム13への入射光と平行な光路で出射する。 プリズム13以降の光路は前述の(イ)と同様である。 なおGM50によるY軸方向への光ビ−ムの走査距離D
gはDg=2h・ψ・f1・f0/f3で表される。こ
こでhはプリズム13の入射面200への入射光のY軸
方向に対すら位置の変化である。以上の構成の走査装置
で、GM50とプリズム13はどちらかの一方が駆動さ
れている場合、他方は走査を停止させておく。
【0014】図7に本発明の光ビ−ム走査装置で測定を
行う2次元パタ−ンの例を示し、走査の説明をする。図
に示した2次元パタ−ン70は透明電極パタ−ンで、ガ
ラス基板上のX−Y平面内の任意の方向に形成されてい
る。透明電極では、パタ−ンの断線、パタ−ン間のショ
−トの検出が必要であるが、この種の計測では微小なス
ポットに形成されたレ−ザ光を走査させ、反射光の変化
を検出する方法が多く用いられている。パタ−ンの断線
の検出にはパタ−ン上を走査すれば良い。本例ではパタ
−ンのショ−トの検出を行うときの走査例を示す。ショ
−トの検出ではパタ−ンに直交する方向に走査を行うこ
とが必要である。線71はX軸方向の走査で、プリズム
13の反射面210の回転角度θがθ=0°の基準位置
に設定すれば良い。線72はY軸方向の走査で、プリズ
ム13の反射面210を回転させてθ=45°とすれば
良い。線73はY軸から45°傾いた方向の走査で、同
じく反射面210を22.5°回転させれば良い。また
、パタ−ン間のピッチが短い場合は、AO12での走査
に直交する方向にはプリズム13をPZT16で移動さ
せればよく、逆にピッチが長い場合は大きな移動をGM
50で行い、細かい移動をプリズム13で行えば測定の
時間を短縮することができる。
行う2次元パタ−ンの例を示し、走査の説明をする。図
に示した2次元パタ−ン70は透明電極パタ−ンで、ガ
ラス基板上のX−Y平面内の任意の方向に形成されてい
る。透明電極では、パタ−ンの断線、パタ−ン間のショ
−トの検出が必要であるが、この種の計測では微小なス
ポットに形成されたレ−ザ光を走査させ、反射光の変化
を検出する方法が多く用いられている。パタ−ンの断線
の検出にはパタ−ン上を走査すれば良い。本例ではパタ
−ンのショ−トの検出を行うときの走査例を示す。ショ
−トの検出ではパタ−ンに直交する方向に走査を行うこ
とが必要である。線71はX軸方向の走査で、プリズム
13の反射面210の回転角度θがθ=0°の基準位置
に設定すれば良い。線72はY軸方向の走査で、プリズ
ム13の反射面210を回転させてθ=45°とすれば
良い。線73はY軸から45°傾いた方向の走査で、同
じく反射面210を22.5°回転させれば良い。また
、パタ−ン間のピッチが短い場合は、AO12での走査
に直交する方向にはプリズム13をPZT16で移動さ
せればよく、逆にピッチが長い場合は大きな移動をGM
50で行い、細かい移動をプリズム13で行えば測定の
時間を短縮することができる。
【0015】
【発明の効果】上記のごとく本発明によれば、簡素な走
査光学系、簡素な走査制御部により任意の方向に光ビ−
ムの走査方向を変換することが可能で、2次元平面内の
任意の方向に形成されたパタ−ンに対しても走査を行う
ことが可能になる。更に、音響光学偏向素子を用いるこ
とにより、あらゆる方向への走査の速度を早めることも
可能になり、2次元パタ−ンの測定速度の向上がはかれ
る。
査光学系、簡素な走査制御部により任意の方向に光ビ−
ムの走査方向を変換することが可能で、2次元平面内の
任意の方向に形成されたパタ−ンに対しても走査を行う
ことが可能になる。更に、音響光学偏向素子を用いるこ
とにより、あらゆる方向への走査の速度を早めることも
可能になり、2次元パタ−ンの測定速度の向上がはかれ
る。
【図1】本発明の第一の実施例を示すブロック図である
。
。
【図2】本発明によるY軸走査素子の構成を示す図であ
る。
る。
【図3】本発明の第一の実施例の走査光学系の構成を示
す図である。
す図である。
【図4】本発明による走査方向の変換の例を示す図であ
る。
る。
【図5】本発明の第二の実施例の走査光学系の構成を示
す図である。
す図である。
【図6】図5に示した走査光学系の走査光路を示す図で
、(イ)はX軸方向の光路図、(ロ)はY軸方向の光路
図である。
、(イ)はX軸方向の光路図、(ロ)はY軸方向の光路
図である。
【図7】本発明の走査装置を用いた2次元パタ−ン測定
のパタ−ン例である。
のパタ−ン例である。
10 レ−ザ光源
11 走査光学系
12 X軸走査素子
13 Y軸走査素子
14 X軸走査制御部
16 移動手段
17 回転制御手段
50 第二のY軸走査素子
Claims (2)
- 【請求項1】 レ−ザ光源から対物レンズに至るまで
の光路中に、光軸を共通にして、該光軸に直交するX−
Y平面のX軸方向へのビ−ム走査を行うX軸走査素子と
、入射面と出射面の間に反射面を有する構成でY軸方向
へのビ−ム走査を行うY軸走査素子とから成る走査光学
系を設けるとともに、前記X軸走査素子の走査を制御す
るX軸走査制御部と、前記Y軸走査素子をY軸方向に移
動させることにより、前記反射面をY軸方向に移動させ
る移動手段と、該Y軸走査素子を該素子の中心軸の周り
に回転させる事により、前記反射面を回転させる回転制
御手段とを設け、前記Y軸走査素子の反射面を前記回転
制御手段により回転し所定の回転角に設定し、Y軸走査
素子の入射面にX軸方向に走査される光ビ−ムを入射す
るとともに、前記反射面を前記移動手段によりY軸方向
に移動せしめ、2次元走査させることを特徴とする光ビ
−ムの走査装置。 - 【請求項2】 請求項1に記載の光ビ−ム走査装置に
、Y軸方向へのビ−ム走査を行う第二のY軸走査素子を
設け、Y軸走査素子の反射面の回転角を回転制御手段で
設定し、X軸走査素子によりX軸方向に走査される光ビ
−ムを前記第二のY軸走査素子によりY軸方向にシフト
させてY軸走査素子の入射面に入射せしめるとともに、
前記Y軸走査素子の反射面を前記移動手段によりY軸方
向に変化せしめ2次元走査させることを特徴とする光ビ
−ムの走査装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3655391A JPH04255819A (ja) | 1991-02-07 | 1991-02-07 | 光ビ−ムの走査装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3655391A JPH04255819A (ja) | 1991-02-07 | 1991-02-07 | 光ビ−ムの走査装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04255819A true JPH04255819A (ja) | 1992-09-10 |
Family
ID=12472954
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3655391A Pending JPH04255819A (ja) | 1991-02-07 | 1991-02-07 | 光ビ−ムの走査装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH04255819A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07274215A (ja) * | 1994-03-31 | 1995-10-20 | Rohm Co Ltd | 立体ビジョンカメラ |
JP2018130739A (ja) * | 2017-02-15 | 2018-08-23 | 株式会社ディスコ | レーザー加工装置 |
JP6522260B1 (ja) * | 2018-06-08 | 2019-05-29 | 三菱電機株式会社 | レーザレーダ装置 |
-
1991
- 1991-02-07 JP JP3655391A patent/JPH04255819A/ja active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07274215A (ja) * | 1994-03-31 | 1995-10-20 | Rohm Co Ltd | 立体ビジョンカメラ |
JP2018130739A (ja) * | 2017-02-15 | 2018-08-23 | 株式会社ディスコ | レーザー加工装置 |
JP6522260B1 (ja) * | 2018-06-08 | 2019-05-29 | 三菱電機株式会社 | レーザレーダ装置 |
WO2019234926A1 (ja) * | 2018-06-08 | 2019-12-12 | 三菱電機株式会社 | レーザレーダ装置 |
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