JPS61275815A - 走査光学装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の技術分野） 本発明は、物体面を光学的に走査する走査光学装置に関
する。

（発明の背景） 従来、半導体製造工程における位置合せやレーザープリ
ンター等で使用される走査光学装置としては、例えば第
７図に示すようなガルバノミラ−を用いた反射式の走査
光学装置、第８図に示すようなポリゴンミラーを用いた
反射式の走査光学装置、第９図に示すようなガラス角柱
を用いた屈折式の走査光学装置等がある。

第７図に示す従来の反射式の走査光学装置は、レーザー
光源ｌからの平行光中を結像光学系２に向けて反射する
ガルバノミラ−３が結像光学系２の瞳位置（前側焦点位
置）に配置されており、該ガルバノミラ−３が枢軸３ａ
を中心に偏角αｌだけ揺動反転可能に支持されて成り、
該ガルバノミラ−３が枢軸３ａを中心に揺動反転するこ
とにより、結像光学系２の後側焦点位置ＢＦでｈ　１　
＝　ｆ　ｌ　　ｔａｎ２　ａ　１　　　　　　　　・”
　（１）の偏位が生じるように構成されたものである。

ここで、ｆｌは結像光学系２の焦点距離である。

しかしながら、第７図に示す上記従来の反射式の走査光
学装置では、（１）ガルバノミラ−３を枢軸３ａを中心
に揺動反転させているので、偏角中心が移動してしまっ
たり、偏角αｌが不安定であり、偏位再現性（一定の偏
位を得ること）について高い信頼性を期待できない、（
２）安定して得られる偏角α１がαｌ≦１分と非常に小
さいため、偏位ｈ１が非常に小さく、適度な偏位が得ら
れないという問題点があった。

第８図に示す従来の反射式の走査光学装置は、正多角柱
に形成されたポリゴンミラー４が前記レーザー光源ｌと
結像光学系２との間のＩＩｉ行光東中に回転軸４ａを中
心に回転１丁能に設けられており、該ポリゴンミラー４
を一方向に回転することにより、各ポリゴン反射面４ｂ
がレーザー光源ｌからの乎行光束を結像光学系２に向け
て反射し、該結像光学系２の後側焦点位置ＢＦで偏位ｈ
２が生じるように構成されたものである。

しかしながら、第８図に示すト記従来の反射式の走査光
学装置では、ポリゴンミラー４を・方向に回転させてい
るので、該ポリゴンミラー４が１［：多角柱に加ｌ：さ
れていれば、偏角α２が安定しており、前記偏位再現性
について高い信頼性を期待できるが、（１）前記回転軸
４ａがポリゴンミラー４の中心に設けられているので、
該ポリゴンミラー４の回転により偏角中心が移動し、図
に示すように実線の場合と破線の場合とで光路長が異な
ってしまい、像面■の湾曲を生じてしまう、（２）偏角
振幅は（３ＳＯ＋＆）／（ポリゴン反射面４ｂの数）で
表わされ、偏角α２を小きくするためには非常に多くの
ポリゴン反射面４ｂを必要とするので、実際には偏角α
２はα２≧５度と大きくなってしまい、適用な偏位が得
られない、（３）したがって、仮に小さな偏角を目的と
して使う場合には、偏角α２の　部のみを利用し、残り
の偏角については前記結像光学系２の後側焦点位置に配
置した開１１絞りで制限しなければならないので、時間
的ロスを伴なってしまうという問題点があった。

第９図に示す従来の屈折式の走査光学装置は、ガラス角
打５が前記結像光学系２の集光光束中に設けられ、該ガ
ラス角柱５が結像光学系２の光軸に＋ｌｊ直な回転軸５
ａを中心に回転ｉ＋）能に支持されて成り、ガラス角杆
５を・方向に回転することにより、該結像光学系２の後
側焦点位置ＢＦで、・・・　（２） の偏位が生じるように構成されたものである。

ここで、ｄ３はガラス角柱５の厚さ、α３はガラス角柱
５の偏角、ｎ３はガラス角柱５の屈折率である。

しかしながら、第９図に示す一１―記従来の屈折式の走
査光学装置では、ガラス角柱５を一方向に回転させてい
るので、偏角α３が安定しており、前記偏位再現性につ
いて高い信頼性を期待できるが、（１）ガラス角柱５が
結像光学系２の集光光束中に設けられているので、該ガ
ラス角柱５の回転により図の実線および破線で示すよう
にガラス角柱５内での光路長が異なってしまい、結像光
学系２の後側焦点位置ＢＦで像面湾曲■が生じてしまう
、（２）ガラス角柱５を連続回転していても、結像光学
系２からの光束がガラス角柱５の稜にかかる範囲につい
ては使えないので、偏角α３の一部しか使えないという
問題点があった。

（発明の目的） 本発明は、このような従来の問題点に着］１して成され
たもので、偏位＋ｌｆ現性が良く、適度な大きさの偏位
を得ることができ、かつ像面湾曲の生じない走査光学装
置を提供することを目的としている。

（発明の概要） かかるｌ−１的を達成するための本発明の要旨は、物体
面を光学的に走査する走査光学装置において、２つのモ
行ＩＴｉ面透過部材をｑ−いに偏位置が等しくなる様に
光軸に斜設し、該２つの４Ｌ行Ｉｌ１面透過部材を、該
光軸を中心としてｑ゛いに逆方向に等しい角速度で回転
可能に構成したことを特徴とする走査光学装置に存する
。

そして、１−記走査光学装置では、前記２つの甲−行平
面透過部材が光軸を中心としてＬＩ″いに逆方向に等し
い角速度で回転することにより、光軸に屯直な・方向の
往復偏位が得られるように成っている。

次に、本発明の原理を第１図および第２図に基づいて説
明する。

第１図に小すように、レーザー光源ｌからの１１ｉ行光
東を後側焦点イ装置ＢＦに結像する結像光学系２の集光
光束中に、１′行１ノ而透過部材としてのバーピングガ
ラスＨが、没けられている。バーピングガラス■１は、
結像光学系２の光軸２０に対して角１＆　０だけ傾けて
設けられていると共にこの角度θを維持したまま該光軸
２０を中心として回転＋＋（能と成っている。

バーピングガラスＨが結像光学系２の光軸２０に対して
角１＆　０だけ傾いていることにより、後側焦点位置Ｂ
Ｆでの光軸２０よりの偏イ☆ｈ４はＬ記（２）式と同様
に、 ・・・（３） で求まる。

ここで、ｄｈはバーピングガラスＨの厚さ、ｎｈはバー
ピングガラスＨの屈折（ｌである。

バーピングガラスＨを結像光学系２の光軸２０に対して
角度Ｏだけ傾けた状ｆａ１で該光軸２０を中心として角
度ωだけ回転すると、後側焦点位置ＢＦでの結像点は、
第２図に示すように光軸２０をＺ軸とし、後側焦点位置
ＢＦの断面をＸ、ｙ軸とした☆体座標のＸ−Ｙ座標甲面
において、偏位ｈ４をＶ・径とした円弧！、を角度ωだ
け回転する。

ここで、後側焦点位置ＢＦでの結像点のＸ座標、Ｙ座標
は、 Ｘ＝ｈ４　　ｓｉｎω、Ｙ＝ｈ４　　ｓｉｎω−（４）
で表わされる。

（実施例） 以ド、１−記原理を用いた本発明の・実施例を図面に基
づいて説明する。なお、この実施例の説明において１．
記従来例および原理説明と同様の部位には同・の符号を
封する。

第３図から第６図は本発明の・実施例を示している。

第３図に示すように、物体面を光学的に走査する走査光
学装置は、レーザー光源ｌと、レーザー光源ｌからのモ
行光東を後側焦点位置ＢＦに結像する結像光学系２と、
該結像光学系２の集光光束中に設けられた平行平面透過
部材としてのバーピングガラスＨｆ、Ｈｓとから構成さ
れている。

各バーピングガラスＨｆ、Ｈｓは、結像光学系２の光軸
２０に対して角度ｏｆ、Ｏ３だけ傾けてそれぞれ設けら
れており、かつこの角度ｏｆ、θＳを維持したまま該光
軸２０を中心としてそれぞれ回転可能と成っている。

この２つのバーピングガラスＨｆ、Ｈｓは、ηいに偏位
にが等しく成るように構成されている。

ここで、バーピングガラスＨｆによる偏位をｈｆ、バー
ピングガラスＨｓによる偏位をｈｓとすると、各偏位ｈ
ｆ　、ｈｓはそれぞれ１−記（３）式より、 となる。

ここで、ｄｆ、ｄｓはそれぞれバーピングガラスＨｆ、
Ｈｓの厚さ、ｎｆ、ｎｓはそれぞれバーピングガラスＨ
ｆ、Ｈｓの屈折率である。

したがって、２つのバーピングガラスＨｆ、Ｈｓは、前
記偏位ｈｆと偏位ｈ　ｓとが等しく成るように、前記角
度ｏｆ、Ｏ５、厚さｄｆ、ｄｓおよび屈折率ｎｆ、ｎｓ
が定められている。

Ｉ−記構酸を有する走査光学装置では、前記各バーピン
グガラスＨｆ、Ｈｓは平行平面透過部材であり、各バー
ピングガラスＨｆ、Ｈ５において入射主光線および射出
−に光線は光軸と＋ｉ行であるので、バーピングガラス
Ｈｆによる偏位ｈｆとバーピングガラスＨｓによる偏位
ｈｓとを独１′ｌ゛に扱える。

したがって、バーピングガラスＨｆ、バーピングガラス
Ｈｓを結像光学系２の光軸２０に対して角度ｏｆ、Ｏｓ
だけ傾けた状態で該光軸２０を中心として回転角度ωｆ
、ωＳだけそれぞれ回転すると、光軸２０をＺ軸とし、
後側焦点位置ＢＦの断面なＸ、Ｙ軸を含むＸ、Ｙ座標面
内における結像点のＸ、Ｙ座標は、 Ｘ＝ｈｆ　　ｓｉｎωｆ＋ｈｓ　　ｓｉｎωｓ　。

Ｙ＝ｈｆ　　ｃｏｓω　ｆ＋ｈｓ　　Ｃ０８（１）Ｓ　
　　　　−（５）で表わされる。

ここで、１−述したように、ｈｆ＝ｈｓであるので、１
−記（５）式においてωｆ＝−ωＳとすれば、Ｘ座標成
分は常に零となり、Ｙ座標成分は、Ｙ＝　２　ｈ　ｆ　
　ｃｏｓωｆ　　　　　　　　　−（６）となる。

すなわち、前記バーピングガラスＨｆ、Ｈｓを結像光学
系２の光軸２０を中心にしてＷいに逆方向に等しい角速
度で回転することにより、レーザー光源ｌからの光線の
結像点を第４図に示す後側焦点位置ＢＦでのＸ、Ｙ座標
面内でＹ軸方向においてのみ往復偏位させることができ
、ｈ５＝２ｈｆの振幅を持ったＹ軸方向の正弦的な走査
が得られる。

ここで、前記厚さｄｆを３　ｍ　ｍ　〜５０　ｍ　ｍ　
、屈折率ｎｆを１．６．角度ｏｆを５分〜３０度とした
場合には、前記振幅（２ｈ　ｆ）は３７ｔｍ〜２０ｍｍ
となり、非常に広い範囲の偏位が得られる。

ト記Ｙ軸方向の往復偏位が得られることを第５図および
第６図を用いて説明する。

第５図は、前記バーピングガラスＨｆ、Ｈｓを光軸２０
を中心として芽いに逆方向に等しい角速度で回転した場
合の、Ｘ−Ｙ座標平面における光線の偏位方向のベクト
ル図、第６図はその時のＹ−Ｚ座標平面における光線の
偏位の様ｆを示す光路図である。

第５図においては、Ｙ軸を各バーピングガラスＨｆ、Ｈ
ｓの回転角度の基準として、該バーピングガラスＨｆ、
Ｈｓを第５図（ａ）の位置から！ｆいに逆方向に等しい
角速度で回転している。

すなわち、第５図（ａ）は各バーピングガラスＨｆ、Ｈ
ｓの回転角度がＯであるとき、第５図（ｂ）はその回転
角度が−ωｌ、ωｌであるとき、第５図（Ｃ）はその回
転角度が−ω２、ω２（ω２＝９０度）であるとき、第
５図（ｄ）はその回転角度が−ω３、ω３であるときの
Ｘ−Ｙ座標ｌｌｉ面における光線の偏位方向のベクトル
図である。

また、第６図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は第５図
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）にそれぞれ対応してい
る。

第６図に示すように、Ｙ−Ｚ座標平面での光軸に対する
各バーピングガラスＨｆ、Ｈｓの傾斜角がバーピングガ
ラスＨｆ、Ｈｓの回転角度の変化に伴って連続的に変化
し、この傾斜角の変化に伴ってＹ−Ｚ座標平面での各バ
ーピングガラスＨｆ、Ｈｓの実質的光路が連続的に変化
する。

第６図（ａ）に示すように、バーピングガラスＨｆ、Ｈ
ｓの回転角度がＯであるとき、Ｙ−Ｚ座標平面での光軸
に対する各バーピングガラスＨｆ、Ｈｓの傾斜角は最大
傾斜角θ０であり、このときバーピングガラスＨｆ、Ｈ
ｓを通過する光線の偏位は最大となる。

第６図（Ｃ）に示すように、バーピングガラスＨｆ、Ｈ
ｓの回転角度が一ω２、ω２（ω２−９０度）であると
き、Ｙ−Ｚ座標平面での光軸２０に対する各バーピング
ガラスＨｆ、Ｈｓの傾斜角は実質的に０度となり、この
ときバーピングガラスＨｆ、Ｈｓを通過する光線は偏位
せず、光軸２０に沿って直進する。

このように、バーピングガラスＨｆ、Ｈｓを結像光学系
２の光軸２０を中心にしてカーいに逆方向に等しい角速
度で回転することにより、レーザー光源ｌからの光線の
結像点を後側焦点位置ＢＦでのＹ軸方向において連続的
に往復偏位させることができる。

なお、１−記実施例によれば１種々のダイナミックレン
ジで安定した走査が可能であるため、前記偏位の振幅を
比較的小さくすれば、−１−記走査光学装置を半導体製
造装置の位置検出装置等に利用することが有効となり、
また前記偏位の振幅を大きくすれば、」−記走査光学装
置をバーコードリーダーの読み取り光学系やレーザープ
リンタ等に応用することも可能になる。

なお、−１−記実施例においては、前記バーピングガラ
スＨｆ、Ｈｓを結像光学系２の集光光束中に設けている
が、該バーピングガラスＨｆ、Ｈｓを設ける位置は前記
集光光束中に限られるものではない。

（発明の効果） 本発明に係る走査光学装置によれば、２つの平行ＩＩｉ
面透過部材をそれぞれ・定の方向でかっｑいに逆方向に
回転させているので、偏位が４定しており、偏位再現性
について高い信頼性を期待でき、各モ行１ｉ面透過部材
が光軸に対して常に・定の傾斜角を維持した状態で回転
しているので、走査中において光路長が常に−・定に保
たれ、像面湾曲を生じない、さらに３４ｍ−２０ｍｍ程
度の広い範囲の偏位が得られ、適度な大きさの偏位を得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の原理を示しており、第１
図は光学系の概略的な配置図、第２図は、光軸をＹ軸と
し、後備焦点位置ＢＦの断面をＸ。 Ｙ軸としたｑ体座標のＸ−Ｙ座標平面を示す説明図、第
３図〜第６図は本発明の一実施例を示しており、第３図
は光学系の概略的な配置図、第４図は、光軸をＹ軸とし
、後側焦点位置ＢＦの断面をＸ、Ｙ軸としたケ体座標の
Ｘ−Ｙ座標平面を示す説明図、第５図は、Ｘ−Ｙ座標１
１面における光線の偏位方向のベクトル図、第６図はそ
の時のＹ−Ｚ座標平面における光線の偏位の様子を示す
光路図で、第５図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）と第
６図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）とはそれぞれ対応
している。第７図〜第９図は従来例を示しており、第７
図はガルバノミラ−を用いた反射式の走査光学装置を示
す光学系の概略的な配置図、第８図はポリゴンミラーを
用いた反射式の走査光学装置を示す光学系の概略的な配
置図、第９図はガラス角柱を用いた屈折式の走査光学装
置を示す光学系の概略的な配置図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 物体面を光学的に走査する走査光学装置において、２つ
   の平行平面透過部材を互いに偏位量が等しくなる様に光
   軸に斜設し、該２つの平行平面透過部材を、該光軸を中
   心として互いに逆方向に等しい角速度で回転可能に構成
   したことを特徴とする走査光学装置。