JPH06308419A - ポリゴンミラー面倒れ補正光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 被検査物の欠陥検査等を行う場合に問題とな
るポリゴンミラーの面倒れによるレーザ光のずれを、シ
リンドリカルレンズを用いることにより光学的に補正
し、前記面倒れの悪影響を除去する。 【構成】 レーザ光源からのレーザ入射光を、複数の反
射面を有するポリゴンミラー３で走査し、ｆθレンズで
収束して被検査物１に照射する場合に、ポリゴンミラー
３のレーザ光入射側に、前記レーザ入射光を収束させる
入射光用シリンドリカルレンズ８を配設し、ポリゴンミ
ラー３のレーザ光反射側に、ポリゴンミラー３の反射面
で反射されたレーザ反射光をｆθレンズに平行光線とし
て入射させる補正用シリンドリカルレンズ９を配設して
ポリゴンミラー３の面倒れを補正する構成である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザ入射光を複数の
反射面を有するポリゴンミラーで走査する光学装置であ
って、とくにＣＤ(コンパクトディスク)やＦＤ(フロッ
ピーディスク)等の表面の傷や凹凸をレーザ光を用いて
検査するレーザ欠陥検査装置において、ポリゴンミラー
の面倒れを補正して高精度でレーザ光を被検査物に照射
する構造のポリゴンミラー面倒れ補正光学装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ＣＤ(コンパクトディスク)や
ＦＤ(フロッピーディスク)等の製造時に、製品の表面の
傷や凹凸を検査する装置の一つとして、レーザ光を被検
査物に照射して被検査物からの反射光を調べることで、
その欠陥を検出するレーザ欠陥検査装置が知られてい
る。従来、そのレーザ欠陥検査装置において、レーザ光
を被検査物に照射するときに、多角柱に複数の反射鏡を
配列してなるポリゴンミラーを用いて走査する構造のも
のが知られている。

【０００３】図３は従来のポリゴンミラーを用いてレー
ザ光を走査して被検査物に照射するポリゴンミラー光学
装置を示す。この図において、１はＣＤやＦＤ等の被検
査物であり、３はポリゴンミラーであり、４はｆθレン
ズであり、３１乃至３４はＨe−Ｎeレーザヘッドより出
射されたレーザ光の光路をそれぞれ示している。ポリゴ
ンミラー３は、光学的に平坦に磨かれた反射面６を複数
面持つ、金属またはガラス製の多面反射鏡であって、こ
こでは１２面の反射面６を有する正１２角柱状に形成さ
れている。このポリゴンミラー３の中心には、回転軸７
が設けられており、外部の駆動装置により矢印方向に回
転駆動されるようになっている。回転軸７は各反射面６
に対し平行であり、Ｈe−Ｎeレーザヘッドからのレーザ
入射光３１は回転軸７及び各反射面６に垂直な面内を通
るように設定されている。そして、ポリゴンミラー３を
回転させることで、Ｈe−Ｎeレーザヘッドからのレーザ
入射光３１に対する反射面６の角度が変化する。ｆθレ
ンズ４は、反射面６で反射されたレーザ反射光３２を、
被検査物１に対するレーザ光の走査方向（Ｘ方向）に所
定の幅を持つように収束する凸レンズであり、レーザ光
が通過する部分以外の不要な部分を除いた形状になって
いる（但し、Ｘ方向に垂直なＹ方向には極めて幅が狭く
なるように収束する。）。このｆθレンズ４は、ポリゴ
ンミラー３より反射されたレーザ反射光３２が被検査物
１に到達する途中に配置されており、ｆθレンズ４を通
過したレーザ照射光３３の焦点３４が被検査物１の表面
２に位置するように配置されている。

【０００４】ここで、図３のポリゴンミラー光学装置に
おけるレーザ光の光路について説明する。Ｈe−Ｎeレー
ザヘッドからのレーザ入射光３１は、まずポリゴンミラ
ー３の反射面６に入射し、反射面６で反射されたレーザ
反射光３２はその進行途中に配置されたｆθレンズ４を
通過することによりレーザ照射光３３として収束され、
そのレーザ照射光３３の収束された焦点３４が被検査物
１の検査対象である表面２に到達する。この被検査物１
の表面２に到達したレーザ照射光３３は、前記ポリゴン
ミラー３が回転することで前記反射面６のレーザ入射光
３１に対する角度が変化することによりＸ方向に走査さ
れているので、焦点３４の軌跡が図３に示した走査線ビ
ーム３５(２点鎖線)の如くＸ方向に移動する。このよう
な走査は各反射面について繰り返し行われる。

【０００５】なお、上記ポリゴンミラー光学装置によっ
て被検査物１の表面２に照射されたレーザ光は、表面２
の傷あるいは凹凸の有無により反射の仕方が異なるの
で、その反射光を検出する検出装置で解析することによ
り、被検査物１の欠陥検査を行うことができる。また、
図３では、レーザ光の光路を主としたポリゴンミラー光
学装置について示し、被検査物１に照射されたレーザ光
の軌跡が１本(走査線ビーム３５)だけ示されているが、
実際は被検査物１の表面２全域に満遍無くレーザ光を照
射して検査を行う必要があり、このためには、被検査物
１と、ポリゴンミラー光学装置のどちらか一方あるいは
両方をＸ方向に垂直なＹ方向に相対的に移動させること
で行う。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のポリ
ゴンミラー光学装置では、ポリゴンミラー３の反射面６
でレーザ光を走査するのであり、各反射面６はポリゴン
ミラー３の回転軸７に垂直でかつレーザ入射光が通過す
る平面に対し正確な垂直面を成すことが要求される。し
かしながら、そのポリゴンミラー３の反射面６のレーザ
光入射平面に対する垂直度について微少な角度誤差が生
じる面倒れがあることは避けられず、それに伴い以下に
述べる問題点が生じていた。

【０００７】図４は前記従来のポリゴンミラー光学装置
におけるレーザ光の光路の説明図を示し、同図におい
て、従来のポリゴンミラー光学装置の問題点について述
べる。前記ポリゴンミラーの反射面の面倒れによる角度
誤差をΔθとする。面倒れがなく完全に垂直な反射面Ａ
の場合、Ｈe−Ｎeレーザヘッドからのレーザ入射光３１
は、ポリゴンミラーの反射面Ａでレーザ反射光３２とし
てｆθレンズ４の光軸上を平行に反射され、該レーザ反
射光３２は、ｆθレンズ４でレーザ照射光３３として収
束され、被検査物１の表面２の点Ａ’で焦点を結んでい
る。なお、図中のｆはｆθレンズ４の焦点距離を示して
いる。

【０００８】前記ポリゴンミラーにΔθの面倒れがある
反射面Ｂ(点線)の場合、Ｈe−Ｎeレーザヘッドからのレ
ーザ入射光３１は、ポリゴンミラーの反射面Ｂでレーザ
反射光３２Ａとして角度Δθ上方に傾いて反射され、該
レーザ反射光３２Ａは、ｆθレンズ４でレーザ照射光３
３Ａとして傾いた方向に収束され、被検査物１の表面２
の点Ｂ’で焦点を結んでいる。ここで、前記点Ｂ’と前
記点Ａ'との走査ピッチずれをＬとする。この走査ピッ
チずれＬは、面倒れにより生じた角度誤差Δθ、ｆθレ
ンズの焦点距離をｆとしたとき、Ｌ＝ｆ・Δθとなり、
この走査ピッチずれＬだけ被検査物１の表面２上の走査
線ビーム３５がＹ方向にずれてしまうことを意味する。

【０００９】以上のように面倒れのある反射面により走
査ピッチずれＬが生じると、その反射面によって走査さ
れたレーザ照射光３３Ａの被検査物表面での軌跡が正し
い走査線ビーム位置からずれるので、そのずれた部分に
はレーザ照射光が照射されないことになり、その部分が
検査から漏れる恐れがある。とくに、被検査物が微小サ
イズの場合、走査ピッチずれＬとの相対関係によっては
検出の繰り返し精度悪化を招き、場合によっては検出自
体が不可能となる事態も発生する。

【００１０】上記のようなポリゴンミラーの各反射面の
面倒れを全てなくすことは限界があり、従来のポリゴン
ミラー光学装置では、反射面の面倒れの影響による被検
査物表面の検査漏れを防止するために、図５(Ｂ)に示す
ように、ポリゴンミラー光学装置と被検査物１とのＹ方
向の相対移動量を調整することで、例えば前回の走査線
ビーム３５Ａ、今回の走査線ビーム３５Ｂ、次回の走査
線ビーム３５Ｃの隣合う上下部分に比較的大きなオーバ
ーラップ量３６を設定している。

【００１１】しかし、上記のように、隣合う走査線ビー
ム３５Ａ,３５Ｂ,３５Ｃに所定のオーバーラップ量３６
を設けることで検査漏れを防ぐことができても、オーバ
ーラップ量３６の幅分、被検査物１の表面２でのレーザ
光の走査の回数が増加するため、結果的に被検査物一個
あたりの検査所要時間が約２０〜３０％程度増加してし
まい、検査作業に時間を要してしまう問題点がある。

【００１２】本発明は、上記の点に鑑み、被検査物の欠
陥検査等を行う場合に問題となるポリゴンミラーの面倒
れによるレーザ光のずれを、シリンドリカルレンズを用
いることにより光学的に補正し、前記面倒れの悪影響を
除去したポリゴンミラー面倒れ補正光学装置を提供する
ことを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のポリゴンミラー面倒れ補正光学装置では、
レーザ光源からのレーザ入射光を、複数の反射面を有す
るポリゴンミラーで走査し、収束用レンズで収束して被
検査物に照射する場合において、前記ポリゴンミラーの
レーザ光入射側に、前記レーザ入射光を収束させる入射
光用シリンドリカルレンズを配設し、前記ポリゴンミラ
ーのレーザ光反射側に、前記ポリゴンミラーの反射面で
反射されたレーザ反射光を前記収束用レンズに平行光線
として入射させる補正用シリンドリカルレンズを配設し
た構成としている。

【００１４】また、前記入射光用シリンドリカルレンズ
が、前記レーザ入射光を前記ポリゴンミラーの反射面に
おいて焦点を結ぶごとく収束させるものであってもよ
い。

【００１５】

【作用】本発明のポリゴンミラー面倒れ補正光学装置で
は、ポリゴンミラーのレーザ光入射側に、レーザ入射光
を収束させる入射光用シリンドリカルレンズを配設し、
前記ポリゴンミラーのレーザ光反射側に、レーザ反射光
を収束用レンズに平行光線として入射させる補正用シリ
ンドリカルレンズを配設する構成としているため、ポリ
ゴンミラーの反射面の面倒れに伴い発生する、被検査物
表面におけるレーザ光の走査ピッチずれを無くすことが
できる。すなわち、入射光用シリンドリカルレンズ及び
補正用シリンドリカルレンズの作用により、ポリゴンミ
ラーの面倒れの有無にかかわらず収束用レンズには平行
光線が入射することになり、その収束用レンズの焦点位
置におかれた被検査物表面上の一定高さ位置を走査線ビ
ームが通過することになる。また、被検査物表面におけ
るレーザ光の走査線ビームをずれることなく走査できる
ため、従来構造のポリゴンミラー光学装置で行なわれて
いた大きなオーバーラップ量を設ける必要がなくなり、
被検査領域に対して実質的に一度の走査ですみ、従来の
ポリゴンミラー光学装置と比較して被検査物表面でのレ
ーザ光の走査の必要回数が減少し照射も確実にできるた
め、被検査物一個あたりの検査所要時間が大幅に短縮可
能になるとともに検査も確実に行うことができる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明に係るポリゴンミラー面倒れ補
正光学装置の実施例を図面に従って説明する。

【００１７】図１は本発明の実施例を示し、これは、Ｃ
Ｄ(コンパクトディスク)やＦＤ(フロッピーディスク)等
の製造時に、製品の表面の傷や凹凸を検査する装置の一
つとしてのレーザ光を被検査物に照射してその欠陥を検
査するレーザ欠陥検査装置に用いられる、ポリゴンミラ
ー面倒れ補正光学装置である。同図において、１はＣＤ
やＦＤ等の被検査物であり、３はポリゴンミラーであ
り、４は収束用レンズとしてのｆθレンズであり、これ
らはそれぞれ前記従来のポリゴンミラー光学装置で述べ
たものと同様である。８は入射光用シリンドリカルレン
ズであり、９は補正用シリンドリカルレンズであり、１
１，１２，１４乃至１７はレーザ光源としてのＨe−Ｎe
レーザヘッドより出射されたレーザ光の光路をそれぞれ
示している。

【００１８】前記入射光用シリンドリカルレンズ８は、
一方が円周面２１で他方が平面２２である円筒状のレン
ズを縦方向に切断したような形状であり、通過光に対し
て横方向（レーザ入射光１１が通過する回転軸７に垂直
な平面に平行な方向）には収束せず、縦方向（回転軸７
に平行な方向）には収束して絞りこむようになってい
る。該入射光用シリンドリカルレンズ８は、Ｈe−Ｎeレ
ーザヘッドより出たレーザ入射光１１(断面円形状ビー
ム)がポリゴンミラー３に到達するまでの光路に配置さ
れており、入射光用シリンドリカルレンズ８はレーザ入
射光１１を縦方向に絞りこんだミラー入射レーザ光１２
として出射し、そのミラー入射レーザ光１２はポリゴン
ミラー３の反射面６上で焦点を結ぶようになっている。

【００１９】前記補正用シリンドリカルレンズ９は、前
記入射光用シリンドリカルレンズ８と同様に一方が平面
２３で他方が円周面２４を有する形状であり、通過光に
対して横方向（レーザ入射光１１が通過する回転軸７に
垂直な平面に平行な方向）には収束（屈折）させず、縦
方向（回転軸７に平行な方向）には収束（屈折）させる
ようになっている。該補正用シリンドリカルレンズ９
は、ポリゴンミラー３の反射面６で反射されたレーザ反
射光１４がｆθレンズ４に到達するまでの光路に配置さ
れており、入射したレーザ反射光１４を断面円形状のビ
ームを持つ平行光線１５として出射する。ｆθレンズ４
は、入射した平行光線１５を収束し、出射したレーザ照
射光１６が被検査物１の表面２上で焦点１７を結ぶよう
に配置されている。なお、シリンドリカルレンズ８，９
を用いるのは、レーザ光の走査方向には影響を与えない
ようにするためである。

【００２０】ここで、図２において、このポリゴンミラ
ー面倒れ補正光学装置におけるレーザ光の光路について
説明する。図２中、ｆはｆθレンズ４の焦点距離、ｆ₁
は入射光用シリンドリカルレンズ８の焦点距離、ｆ₂は
補正用シリンドリカルレンズ９の焦点距離である。この
図において、Ｈe−Ｎeレーザヘッドより出されたレーザ
入射光１１は、まず入射光用シリンドリカルレンズ８に
入射して縦方向に収束されてミラー入射光１２として出
射される。このミラー入射光１２は、その進行方向がポ
リゴンミラー３の回転軸７に垂直な平面と平行であり、
ポリゴンミラー３の反射面６に入射する。面倒れがなく
レーザ入射光１１及びミラー入射光１２が通る平面に完
全に垂直（回転軸７に完全に平行）な反射面６の場合、
Ｈe−Ｎeレーザヘッドから出されたレーザ入射光１１
は、入射光用シリンドリカルレンズ８で縦方向に絞りこ
まれてミラー入射レーザ光１２として出射し、そのミラ
ー入射レーザ光１２はポリゴンミラー３の反射面Ａ上で
焦点を結び、この反射面Ａで反射されて補正用シリンド
リカルレンズ９に入射する。この補正用シリンドリカル
レンズ９は、ポリゴンミラー３の反射面Ａで反射された
レーザ反射光１４を断面円形状のビームを持つ平行光線
１５として出射し、この平行光線１５はｆθレンズ４で
収束され、レーザ照射光１６となって被検査物１の表面
２上の点Ａ'で焦点１７を結んでいる。

【００２１】一方、前記ポリゴンミラー３の角度誤差Δ
θの面倒れがある反射面Ｂ（点線)の場合、Ｈe−Ｎeレ
ーザヘッドから出射され入射光用シリンドリカルレンズ
８を経て進行するミラー入射光１２は、ポリゴンミラー
３の反射面Ｂ上の点で焦点を結び、レーザ反射光１４Ａ
として角度Δθ上方に傾いて反射され、該レーザ反射光
１４Ａは進行縦方向に広がりながら補正用シリンドリカ
ルレンズ９に入射する。この補正用シリンドリカルレン
ズ９と反射面Ｂ間の距離は当該補正用シリンドリカルレ
ンズ９の焦点距離ｆ₂に一致しているため、レーザ反射
光１４Ａが補正用シリンドリカルレンズ９の光軸に平行
か否かに関係無く反射面Ｂ上の点で焦点を結んだ光線に
対して平行光線として出射するため、反射面Ｂに面倒れ
があってもレーザ反射光１４Ａは平行光線１５Ａとして
出射される。そして、該平行光線１５Ａは、ｆθレンズ
４でレーザ照射光１６Ａとして収束され、被検査物１の
表面２の点Ａ’で焦点を結んでいる（面倒れの無い場合
と同じ）。これは、ｆθレンズ４が単焦点の凸レンズで
あるため、平行光線に対しては入射側のどの位置から入
射しても同一の焦点に出射光を収束させるためである。
このように、ポリゴンミラー３の反射面６に面倒れがあ
って、そのレーザ反射光１４Ａが、本来のレーザ反射光
１４の進行方向よりずれたとしても、補正用シリンドリ
カルレンズ９により平行光線１５として補正されること
で、ｆθレンズ４を通過して一つの焦点に収束される。

【００２２】このことは、レーザ照射光１６,１６Ａの
被検査物表面での軌跡が常に正しいＸ方向の走査線ビー
ム１８となり、レーザ照射光の走査ピッチずれに起因す
る検査漏れがなくなることを意味する。従って、従来の
光学装置で行っていた隣合う上下の走査線ビームを充分
にオーバーラップさせて走査するといったことが不要に
なる。つまり、ポリゴンミラー面倒れ補正光学装置と被
検査物１との相対移動量は、例えば図５(Ａ)に示すよう
に、被検査物１の表面２に照射される照射レーザ光１４
の焦点が走査した前回の走査線ビーム１８Ａ、今回の走
査線ビーム１８Ｂ、次回の走査線ビーム１８Ｃの隣合う
上下部分のオーバーラップ量１９を極めて少なく（実質
的に零）に設定できる。

【００２３】従って、上記実施例の構成によれば、ポリ
ゴンミラー３の反射面６の面倒れでレーザ光がずれて
も、途中で光学的に補正するので最終的に到達する被検
査物表面においてずれることなく焦点を結び、被検査物
表面における走査線ビームがずれることなく走査できる
ため、前記オーバーラップ量を実質的に設ける必要がな
くなり、被検査領域に対して一度の走査ですみ、従来の
光学装置と比較して被検査物表面でのレーザ光の走査の
必要回数が減少し、照射も確実にできるため、被検査物
一個あたりの検査所要時間が大幅に短縮可能になるとと
もに検査も確実に行うことができる。

【００２４】以上に述べた構成のポリゴンミラー面倒れ
補正光学装置を用い、被検査物からの反射光あるいは透
過光を受光して解析する検出解析装置や、被検査物を固
定保持したり、ポリゴンミラー面倒れ補正光学装置とと
もに被検査物を移動させる駆動装置等を組み合わせて構
成することで、ポリゴンミラー面倒れ補正能力を有し、
被検査物の表面検査所要時間の大幅な短縮化を実現する
とともに表面検査を確実に実行できるレーザ欠陥検査装
置が得られる。

【００２５】以上の実施例では、反射面６を１２面有す
るポリゴンミラー３を用いていたが、他の面数の反射面
６を有するポリゴンミラーに適宜変更可能であり、ｆθ
レンズ４、入射光用シリンドリカルレンズ８及び補正用
シリンドリカルレンズ９といった光学レンズについて
は、レーザ光の各光路１１，１２，１４乃至１７の距
離、各レンズの配置位置の相対角度、出射光源及び所望
照射光線の状態といった条件に応じて、レンズの形状、
屈折率及び屈折方向等をそれぞれ適宜変更可能である。
さらに、レーザ光源としてＨe−Ｎeガスを用いて発振す
るＨe−Ｎeレーザヘッドを用いているが、他の方式のレ
ーザ光源を用いてもよい。

【００２６】以上本発明の実施例について説明してきた
が、本発明はこれに限定されることなく請求項の記載の
範囲内において各種の変形、変更が可能なことは当業者
には自明であろう。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のポリゴン
ミラー面倒れ補正光学装置によれば、被検査物に対して
光線を誘導し照射を行う上で問題となるポリゴンミラー
の面倒れによるレーザ光のずれが生じる対策として、ポ
リゴンミラーの反射面に対するレーザ光の入射側に入射
光用シリンドリカルレンズを、反射側に補正用シリンド
リカルレンズを配置して光学的に補正する構成とするこ
とで、被検査物に照射する前記光線の走査ピッチずれを
無くすことが可能になり、高精度の被検査物の表面検査
が可能になる。また、被検査領域に対して走査線ビーム
を実質的に一度走査すればすむため、従来のポリゴンミ
ラーを用いた光学装置と比較して、レーザ光の走査の必
要回数が減少し照射も確実に行えることから被検査物一
個あたりの検査所要時間が大幅に短縮可能になるととも
に検査も確実に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るポリゴンミラー面倒れ補正光学装
置の実施例を示す斜視図である。

【図２】同実施例におけるレーザ光の光路を示す説明図
である。

【図３】従来例としてのポリゴンミラー光学装置を示す
斜視図である。

【図４】同従来例におけるレーザ光の光路を示す説明図
である。

【図５】本発明の実施例におけるレーザ光の走査線ビー
ムの軌跡、及び従来のポリゴンミラーを用いた光学装置
におけるレーザ光の走査線ビームの軌跡を示す説明図で
ある。

【符号の説明】

１ 被検査物 ２ 表面 ３ ポリゴンミラー ４ ｆθレンズ ６ 反射面 ７ 回転軸 ８ 入射光用シリンドリカルレンズ ９ 補正用シリンドリカルレンズ １１ レーザ入射光 １２ ミラー入射光 １４ レーザ反射光 １５ 平行光線 １６ レーザ照射光 １８，１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ 走査線ビーム

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ光源からのレーザ入射光を、複数
   の反射面を有するポリゴンミラーで走査し、収束用レン
   ズで収束して被検査物に照射する光学装置において、前
   記ポリゴンミラーのレーザ光入射側に、前記レーザ入射
   光を収束させる入射光用シリンドリカルレンズを配設
   し、前記ポリゴンミラーのレーザ光反射側に、前記ポリ
   ゴンミラーの反射面で反射されたレーザ反射光を前記収
   束用レンズに平行光線として入射させる補正用シリンド
   リカルレンズを配設したことを特徴とするポリゴンミラ
   ー面倒れ補正光学装置。
2. 【請求項２】 前記入射光用シリンドリカルレンズが、
   前記レーザ入射光を、前記ポリゴンミラーの反射面上で
   焦点を結ぶごとく収束させるものである請求項１記載の
   ポリゴンミラー面倒れ補正光学装置。