JPH08286217A - 光走査光学系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】特別な光学系を使用することなく、被検査物体
での周辺光量の低下の発生を防止すること。 【構成】被検査物体の光学的特性を測定するのに用いら
れる光走査光学系において、レ―ザ光を出力するレ―ザ
光源と、高周波の印加により発生する超音波の作用によ
って、レ―ザ光源からのレ―ザ光を偏向して射出する音
響光学偏向器と、音響光学偏向器からの射出光を被検査
物体の表面に集光する集光光学系と、被検査物体からの
反射光あるいは透過光を受光する受光光学系と、受光光
学系により受光された光の強度を電気信号に変換して出
力する受光素子と、受光光学系を通過した光束の端縁部
における光量の低下に応じて、音響光学偏向器からの射
出光の強度および方向を制御する制御手段とを備えて成
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、被検査物体の光学的特
性（反射率および透過率分布）を測定するのに用いられ
る光走査光学系に係り、特にレ―ザ光走査を音響光学偏
向器（以下、ＡＯＤと称する）を用いて行なう光走査光
学系に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、被検査物体の光学的特性（反
射率および透過率分布）を測定するための手段の一つと
して、レ―ザ光走査を行なうことにより測定する光走査
光学系が用いられている。そして、この種の光走査光学
系としては、集光光学系が偏向点の後に位置するタイプ
と、集光光学系が偏向点の前に位置するタイプとの、２
種類の光走査光学系が知られている。

【０００３】すなわち、前者は、図６にその概要図を示
すように、光を偏向素子２１で偏向し、この偏向された
光を集光光学系２２で集光し、この集光された反射光あ
るいは透過光を受光光学系２３で受光するものであり、
像面が平坦となる。

【０００４】また、後者は、図７にその概要図を示すよ
うに、被検査物体からの光を集光光学系２４で集光し、
この集光された光を偏向素子２５で偏向し、この偏向さ
れた光を受光光学系２６で受光するものであり、像面が
円形で、射出瞳の主光線が像面に垂直となる。

【０００５】しかしながら、上記図６および図７のいず
れの集光光学系を使用した光走査光学系の場合において
も、光学系にレンズを用いていることから、被検査物体
（＝像面）の周辺では、受光光学系の実効的な開口数が
減少するため、この受光光学系を通過した光束の端縁部
における光量である周辺光量の低下が発生する。

【０００６】ここで、この周辺光量の低下とは、この受
光光学系の通過光束の端縁部と中心部との光量の比較に
よってわかる低下であり、走査動作の進行（走査時間の
経過）と共に周期的に起こるものである。

【０００７】このため、反射光や散乱光を集光する受光
光学系には、周辺光量の低下の発生を防止するために、
被検査物体の直後にフィ―ルドレンズを使用するか、あ
るいは大きな開口数を持つレンズを第１群に配したレト
ロフォ―カスタイプのレンズ等を集光光学系に使用する
ことが必要となる。

【０００８】しかしながら、反射光を集光する際には、
走査光とスペ―スの関係からフィ―ルドレンズを使用す
ることが難しく、またフィ―ルドレンズを使用しない場
合でも、集光光学系が大形になるという問題点がある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
光走査光学系においては、被検査物体での周辺光量の低
下の発生を防止するために、フィ―ルドレンズ、大口径
レンズ等の特別な光学系を使用しなければならないとい
う問題があった。

【００１０】本発明の目的は、被検査物体の光学的特性
を物体表面の反射率または透過率から測定する際に用い
られる光走査光学系において、特別な光学系を使用する
ことなく、被検査物体での周辺光量の低下の発生を防止
することが可能な光走査光学系を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明では、被検査物体の光学的特性を測定するの
に用いられる光走査光学系において、レ―ザ光を出力す
るレ―ザ光源と、高周波の印加により発生する超音波の
作用によって、レ―ザ光源からのレ―ザ光を偏向して射
出する音響光学偏向器と、音響光学偏向器からの射出光
を被検査物体の表面に集光する集光光学系と、被検査物
体からの反射光あるいは透過光を受光する受光光学系
と、受光光学系により受光された光の強度を電気信号に
変換して出力する受光素子と、受光光学系を通過した光
束の端縁部における光量の低下に応じて、音響光学偏向
器からの射出光の強度および方向を制御する制御手段と
を備えて成る。

【００１２】ここで、特に上記制御手段は、音響光学偏
向器によるレ―ザ光走査に必要な周波数変化を持つ高周
波信号を発振するＦＭ発振器と、受光光学系を通過した
光束の端縁部における光量の低下を補正するような強度
分布を持つ信号を発振するＡＭ発振器と、ＦＭ発振器か
らの高周波信号に対してＡＭ発振器からの信号で振幅変
調を行ない、当該変調信号を補正された高周波信号とし
て音響光学偏向器に与える振幅変調器とから成ることが
望ましい。

【００１３】さらに、上記ＡＭ発振器は、レ―ザ光走査
の１周期の中で受光光学系を通過した光束の端縁部にお
ける強度と中心部における強度とがほぼ等しくなるよう
な強度分布を持つ信号を発振するものであることが望ま
しい。

【００１４】

【作用】従って、本発明の光走査光学系においては、集
光光学系の能力に依存する受光光学系の被検査物体での
周辺光量の低下に対応して、音響光学偏向器からの射出
光の強度および方向が制御されることにより、周辺光量
低下の補正を行なったレ―ザ光走査を実現することがで
きる。

【００１５】これにより、周辺光量の低下を防ぐ目的の
ための、前述のようなフィ―ルドレンズ、大口径レンズ
等の特別な光学系を必要としないため、特に被検査物体
表面の反射光強度分布を測定する際に問題となるフィ―
ルドレンズの使用を避けることができる。

【００１６】また、受光光学系の周辺光量の低下に対応
して、音響光学偏向器からの射出光の強度および方向が
制御されることにより、周辺光量低下の補正を行なった
レ―ザ光走査を実現するために、収集デ―タの補正を必
要としない。すなわち、あらかじめデ―タに重み付けが
なされているため、計算機等に余計な負荷を与えること
がない。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照
して詳細に説明する。図１は、本発明による光走査光学
系の構成例を示す外観図である。すなわち、本実施例の
光走査光学系は、図１に示すように、レ―ザ光源１と、
光学系であるビ―ムエキスパンダ２と、音響光学偏向器
であるＡＯＤ（Ａｃｏｕｓｔ Ｏｐｔｉｃ Ｄｅｖｖｉ
ｃｅ）３と、集光光学系である収差補正光学系４および
走査光学系５と、受光光学系６と、受光素子である光セ
ンサ７とから構成している。

【００１８】ここで、レ―ザ光源１は、レ―ザ光を出力
するものである。また、ビ―ムエキスパンダ２は、レ―
ザ光源１からのレ―ザ光を、ＡＯＤ３に適した形状に変
換した上で入力するためのものである。

【００１９】さらに、ＡＯＤ３は、高周波信号を与える
と超音波が発生し、ビ―ムエキスパンダ２からのレ―ザ
光を偏向して射出するものである。一方、収差補正光学
系４は、ＡＯＤ３から射出光に対して収差補正を行なう
ものである。

【００２０】また、走査光学系５は、収差補正光学系４
からの補正された光を、被検査物体８の表面に集光する
ものである。さらに、受光光学系６は、被検査物体８か
らの反射光あるいは透過光を受光するものである。

【００２１】さらにまた、光センサ７は、受光光学系６
により受光された光の強度を、電気信号に変換して出力
するものである。次に、図２は、上記ＡＯＤ３の射出光
を制御する制御装置の構成例を示すブロック図である。

【００２２】すなわち、本制御装置は、図２に示すよう
に、ＦＭ発振器９と、ＡＭ発振器１０と、振幅変調器１
１と、増幅器１２とから成っている。ここで、ＦＭ発振
器９は、ＡＯＤ３によるレ―ザ光走査に必要な周波数変
化を持つ高周波信号を発振するものである。

【００２３】また、ＡＭ発振器１０は、前述した周辺光
量の低下を補正するように信号を発振するものである。
すなわち、ＡＭ発振器１０は、レ―ザ光走査の１サイク
ルの中で低下する周辺光量強度と中心光強度とがほぼ等
しくなるように信号を発振するものとすることが望まし
い。

【００２４】さらに、振幅変調器１１は、ＦＭ発振器９
からの高周波信号に対してＡＭ発振器１０からの信号で
振幅変調を行ない、この変調信号を増幅器１２に与える
ものである。

【００２５】さらにまた、増幅器１２は、振幅変調器１
１からの変調信号を増幅し、この増幅信号を補正された
高周波信号としてＡＯＤ３に与えるものである。以上に
より、本制御装置は、集光光学系の特性に依存する受光
光学系の周辺光量の低下に応じて、音響光学偏向器から
の射出光の強度および方向を制御するようにしている。

【００２６】次に、以上のように構成した本実施例の光
走査光学系の作用について、図３乃至図５を用いて説明
する。図１において、レ―ザ光源１から出力された光
は、ビ―ムエキスパンダ２を通過した後、ＡＯＤ３の開
口に適した形状に整えられて、ＡＯＤ３に入射される。

【００２７】このＡＯＤ３から射出される偏向した光
は、収差補正光学系４によってビ―ムプロファイルを整
えられ、次の走査光学系５に入射される。この入射され
た光は、走査光学系５によって、被検査物体８の表面に
集光される。

【００２８】この被検査物体８からの反射光あるいは透
過光は、受光光学系６によって集められ、光センサ７に
導かれる。この導かれた光は、光センサ７によって、そ
の強度が電気信号に変換されて出力される。

【００２９】そして、この光センサ７の出力に基づく被
検査物体８の反射率または透過率から、被検査物体８の
光学的特性が測定される。一方、上記において、ＡＯＤ
３におけるレ―ザ光の走査は、本実施例では次のように
して行なわれる。

【００３０】すなわち、ＡＯＤ３は、時間的に発振周波
数の変化する高周波発振器からの高周波信号を増幅器で
増幅した信号を入力することによって超音波が発生し、
ビ―ムエキスパンダ２からのレ―ザ光の走査を実現して
いる。また、この高周波発振器からの出力を変化させる
ことによって、走査レ―ザ光の強度をコントロ―ルする
ことができる。

【００３１】このことから、本実施例では、図２に示す
ように、ＡＯＤ３によるレ―ザ光走査に必要な周波数変
化を持つ、図３に示すような発振波形を決め、この高周
波信号を高周波発振器であるＦＭ発振器９から繰り返し
発振するようにする。また、集光光学系である収差補正
光学系４および走査光学系５の特性に依存する受光光学
系６の周辺光量の低下を、あらかじめ何らかの手段で求
めておき、レ―ザ光走査の１周期の中で低下する周辺光
量強度と、低下しない中心光強度（受光光学系６を通過
する光束の中心部における強度）とがほぼ等しくなるよ
うな強度分布を持つ、図４に示すような発振波形を決
め、この信号をＡＭ発振器１０から繰り返し発振するよ
うにする。

【００３２】次に、ＡＭ発振器１０からの信号を搬送波
として、ＦＭ発振器９からの高周波信号を、振幅変調器
１１により振幅変調を行なって図６に示すような波形の
振幅変調信号を得る。そして、この振幅変調信号を増幅
器１２で増幅した後に、その増幅信号をＡＯＤ３に入力
する。

【００３３】以上により、ＡＯＤ３においては、受光光
学系６の周辺光量低下の補正を行なったレ―ザ光走査を
実現することができる。上述したように、本実施例の光
走査光学系は、レ―ザ光を出力するレ―ザ光源１と、レ
―ザ光源１からのレ―ザ光を、ＡＯＤ３に入力するビ―
ムエキスパンダ２と、高周波信号を与えると超音波が発
生し、ビ―ムエキスパンダ２からのレ―ザ光を偏向して
射出するＡＯＤ３と、ＡＯＤ３から射出光に対して収差
補正を行なう収差補正光学系４と、収差補正光学系４か
らの補正された光を、被検査物体８の表面に集光する走
査光学系５と、被検査物体８からの反射光あるいは透過
光を受光する受光光学系６と、受光光学系６により受光
された光の強度を、電気信号に変換して出力する光セン
サ７と、ＡＯＤ３によるレ―ザ光走査に必要な周波数変
化を持つ高周波信号を発振するＦＭ発振器９、周辺光量
の低下を補正するような強度分布を持つ信号を発振する
ＡＭ発振器１０、ＦＭ発振器９からの高周波信号に対し
てＡＭ発振器１０からの信号で振幅変調を行ない、この
変調信号を増幅器１２に与える振幅変調器１１、および
振幅変調器１１からの変調信号を増幅し、この増幅信号
を補正された高周波信号としてＡＯＤ３に与える増幅器
１２を有する制御装置とから構成したものである。

【００３４】従って、集光光学系である収差補正光学系
４および走査光学系５の能力に依存する受光光学系６の
周辺光量の低下に対応して、ＡＯＤ３からの射出光の強
度および方向を制御するようにしているため、周辺光量
低下の補正を行なったレ―ザ光走査を実現することが可
能となる。

【００３５】これにより、周辺光量の低下を防ぐ目的の
ための、前述のようなフィ―ルドレンズ、大口径レンズ
等の特別な光学系を必要としないため、特に被検査物体
８表面の反射光強度分布を測定する際に問題となるフィ
―ルドレンズの使用を避けることができる。

【００３６】また、受光光学系６の周辺光量の低下に対
応して、ＡＯＤ３からの射出光の強度および方向を制御
するようにしているため、周辺光量低下の補正を行なっ
たレ―ザ光走査を実現するために、収集デ―タの補正を
必要としない。すなわち、あらかじめデ―タに重み付け
がなされているため、計算機等に余計な負荷を与えるこ
とがない。

【００３７】さらに、被検査物体８の姿勢が変化（水平
面から傾斜しているような場合）しても、それに応じた
制御を行なうことで、上記効果を奏することができる。
尚、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、次
のようにしても同様に実施して、前述と同様の作用効果
が得られるものである。

【００３８】（ａ）本発明において、前述したＡＯＤの
制御に使用する発振は、外部から発振出力、周波数を変
化させることが可能なものを使用して、任意のレ―ザ光
走査（スキャニングのパターン）を行なうようにしても
よい。

【００３９】（ｂ）本発明において、ＡＯＤの特性（高
周波の周波数−回折格子の回折角）は線形の関係にある
ことから、これを強制的に発振器の周波数変化のパタ―
ンを変えることにより、スキャンラインの周辺で顕著に
なる非線形の入力周波数−走査角度の関係を補正するよ
うにしてもよい。これにより、角速度を一定とすること
が可能となる。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、被
検査物体の光学的特性を測定するのに用いられる光走査
光学系において、レ―ザ光を出力するレ―ザ光源と、高
周波の印加により発生する超音波の作用によって、レ―
ザ光源からのレ―ザ光を偏向して射出する音響光学偏向
器と、音響光学偏向器からの射出光を被検査物体の表面
に集光する集光光学系と、被検査物体からの反射光ある
いは透過光を受光する受光光学系と、受光光学系により
受光された光の強度を電気信号に変換して出力する受光
素子と、受光光学系を通過した光束の端縁部における光
量の低下に応じて、音響光学偏向器からの射出光の強度
および方向を制御する制御手段とを備えるようにしたの
で、特別な光学系を使用することなく、被検査物体での
周辺光量の低下の発生を防止することが可能な光走査光
学系が提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による光走査光学系の一実施例を示す外
観図。

【図２】同実施例の光走査光学系におけるＡＯＤ３の制
御装置の構成例を示すブロック図。

【図３】図２の制御装置におけるＦＭ発振器９からの発
振信号の一例を示す波形図。

【図４】図２の制御装置におけるＡＭ発振器１０からの
発振信号の一例を示す波形図。

【図５】図２の制御装置における振幅変調器１１からの
振幅変調信号の一例を示す波形図。

【図６】従来の光走査光学系の一例を示す構成図。

【図７】従来の光走査光学系の他の例を示す構成図。

【符号の説明】

１…レ―ザ光源、 ２…ビ―ムエキスパンダ、 ３…ＡＯＤ、 ４…収差補正光学系、 ５…走査光学系、 ６…受光光学系、 ７…光センサ、 ８…被検査物体、 ９…ＦＭ発振器、 １０…ＡＭ発振器、 １１…振幅変調器、 １２…増幅器、 ２１…偏向素子、 ２２…集光光学系、 ２３…受光光学系、 ２４…集光光学系、 ２５…偏向素子、 ２６…受光光学系。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検査物体の光学的特性を測定するのに
   用いられる光走査光学系において、 レ―ザ光を出力するレ―ザ光源と、 高周波の印加により発生する超音波の作用によって、前
   記レ―ザ光源からのレ―ザ光を偏向して射出する音響光
   学偏向器と、 前記音響光学偏向器からの射出光を前記被検査物体の表
   面に集光する集光光学系と、 前記被検査物体からの反射光あるいは透過光を受光する
   受光光学系と、 前記受光光学系により受光された光の強度を電気信号に
   変換して出力する受光素子と、 前記受光光学系を通過した光束の端縁部における光量の
   低下に応じて、前記音響光学偏向器からの射出光の強度
   および方向を制御する制御手段と、 を備えて成ることを特徴とする光走査光学系。
2. 【請求項２】 前記制御手段は、前記音響光学偏向器に
   よるレ―ザ光走査に必要な周波数変化を持つ高周波信号
   を発振するＦＭ発振器と、前記受光光学系を通過した光
   束の端縁部における光量の低下を補正するような強度分
   布を持つ信号を発振するＡＭ発振器と、前記ＦＭ発振器
   からの高周波信号に対して前記ＡＭ発振器からの信号で
   振幅変調を行ない、当該変調信号を補正された高周波信
   号として前記音響光学偏向器に与える振幅変調器とから
   成ることを特徴とする請求項１に記載の光走査光学系。
3. 【請求項３】 前記ＡＭ発振器は、レ―ザ光走査の１周
   期の中で前記受光光学系を通過した光束の端縁部におけ
   る強度と中心部における強度とがほぼ等しくなるような
   強度分布を持つ信号を発振するものであることを特徴と
   する請求項２に記載の光走査光学系。