WO2023238175A1 - 集光光学系、ｆθ光学系、光加工装置、および光計測装置 - Google Patents

集光光学系、ｆθ光学系、光加工装置、および光計測装置 Download PDF

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WO2023238175A1
WO2023238175A1 PCT/JP2022/022732 JP2022022732W WO2023238175A1 WO 2023238175 A1 WO2023238175 A1 WO 2023238175A1 JP 2022022732 W JP2022022732 W JP 2022022732W WO 2023238175 A1 WO2023238175 A1 WO 2023238175A1
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WO
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optical system
workpiece
condensing
light
conjugate
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Application number
PCT/JP2022/022732
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English (en)
French (fr)
Inventor
健太 須藤
Original Assignee
株式会社ニコン
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below

Definitions

  • the present invention relates to a condensing optical system, an f ⁇ optical system, an optical processing device, and an optical measurement device.
  • Some optical processing apparatuses include a condensing optical system that condenses machining light onto a workpiece via a deflection scanning member such as a galvano mirror. Further, some optical measurement devices include a condensing optical system that condenses measurement light via a deflection scanning member onto a workpiece.
  • a condensing optical system see, for example, Patent Document 1 is also called an f ⁇ optical system, and is required to have a high NA (numerical aperture) and a long working distance.
  • a first aspect of the present invention is a condensing optical system that is used in an optical processing apparatus that changes the focusing position on a workpiece by a deflection member that deflects processing light, and that focuses the processing light from the deflection member.
  • a third aspect of the present invention is a condensing optical system that is used in an optical processing apparatus that changes a condensing position on a workpiece by a deflection member that deflects machining light, and that condenses the machining light from the deflection member.
  • a condensing optical system in which a work conjugate surface that is conjugate with the work is formed between the deflection member and the work, and a position conjugate with the deflection member is located closer to the work than the work conjugate surface. It is.
  • a fourth aspect of the present invention is a condensing optical system that is used in an optical processing apparatus that changes a condensing position on a workpiece by a deflection member that deflects machining light, and that condenses the machining light from the deflection member.
  • a concave mirror that reflects light from the deflection member, transmits at least a portion of the light from the deflection member toward the concave mirror, and directs the light reflected by the concave mirror toward the workpiece. It has a polarizing beam splitter for reflection, a quarter wavelength plate disposed between the polarizing beam splitter and the concave mirror, and a workpiece conjugate surface that is conjugate with the workpiece between the deflection member and the workpiece. It is a condensing optical system that forms a
  • a seventh aspect of the present invention is an f ⁇ optical system that focuses light onto a workpiece, the f ⁇ optical system having a first optical member disposed closest to the light incident side among a plurality of optical members constituting the f ⁇ optical system. , a second optical member disposed closest to the workpiece among the plurality of optical members constituting the f ⁇ optical system, and a workpiece conjugate surface that is conjugate with the workpiece is connected to the first optical member and the second optical member.
  • This is an f ⁇ optical system formed between the
  • a ninth aspect of the present invention is an optical measurement device having a deflection member and the above-mentioned condensing optical system.
  • the optical processing apparatus 1 includes a light source unit 5, a robot arm 10, a transmission optical system 20, and an optical processing head 30.
  • the directions shown by the arrows in FIGS. 14 and 15 may be referred to as the X direction, the Y direction, and the Z direction, respectively.
  • the optical processing apparatus 1 irradiates the surface of the workpiece WK placed at a predetermined position (for example, the upper surface of the stage ST) with processing light Lte under the control of a control device (not shown).
  • the optical processing head 30 is attached to the tip of the robot arm 10.
  • the optical processing head 30 irradiates the surface of the work WK with the processing light Lte transmitted by the transmission optical system 20.
  • the optical processing head 30 has a processing optical system 40, a processing irradiation optical system 50, and a housing section 35, as shown in FIG. 15, for example.
  • the housing section 35 accommodates and holds the processing optical system 40 and the processing irradiation optical system 50.
  • a three-dimensional camera 39 that constitutes a 3D vision (three-dimensional vision) that can three-dimensionally recognize the workpiece WK is attached to the housing section 35 of the optical processing head 30.
  • the processing light Lte emitted from the processing optical system 40 is incident on the processing irradiation optical system 50.
  • the processing irradiation optical system 50 emits the processing light Lte that has entered the processing irradiation optical system 50 toward the workpiece WK.
  • the processing irradiation optical system 50 includes a galvano scanner 51 and a condensing optical system CL. Processing light Lte emitted from the processing optical system 40 is incident on the galvano scanner 51 .
  • the galvano scanner 51 changes the irradiation position (focusing position) of the processing light Lte on the workpiece WK by deflecting the processing light Lte (that is, changing the emission angle of the processing light Lte).
  • the galvano scanner 51 includes, for example, a scanning mirror that can change the angle with respect to the optical path of the processing light Lte, and changes the exit angle of the processing light by swinging or rotating the scanning mirror to change the angle with respect to the optical path of the processing light Lte. change.
  • This scanning mirror may also be referred to as a scanning member.
  • the galvano scanner 51 is arranged at a pupil position between the processing optical system 40 and the condensing optical system CL (at the entrance pupil position of the condensing optical system CL) or at a position near the pupil.
  • the galvano scanner 51 shown in FIG. 15 has two scanning mirrors that are rotatable around axes in different directions, and has one scanning mirror that is rotatable around axes that intersect with each other. It may be a form. Further, in the case where the galvano scanner 51 has two scanning mirrors, an imaging optical system that makes the two scanning mirrors optically conjugate with each other may be arranged between the two scanning mirrors. .
  • Processing light Lte emitted from the galvano scanner 51 enters the condensing optical system CL.
  • the condensing optical system CL condenses the processing light Lte from the galvano scanner 51 onto the surface of the workpiece WK. That is, the condensing optical system CL irradiates the surface of the workpiece WK with the convergent processing light Lte.
  • the condensing optical system CL is also referred to as an f ⁇ optical system. In the example shown in FIG. 15, the processing light Lte emitted from the galvano scanner 51 enters the condensing optical system CL from above, but the invention is not limited to this.
  • the condensing optical system CL may be configured so that the processing light Lte emitted from the galvano scanner 51 enters from the side.
  • an optical processing device includes a stage on which a workpiece is placed, an optical processing head that irradiates processing light onto the surface of the workpiece from above the stage, and a head drive that can move the optical processing head above the stage. It may also have a part.
  • the optical measurement device 101 according to the present embodiment has the same configuration as the optical processing device 1 described above except that it has an optical measurement head 130 instead of the optical processing head 30, so the optical measurement device 101 has the same components as the optical processing device 1. are given the same reference numerals, and detailed explanations will be omitted.
  • the optical measurement device 101 according to this embodiment includes a light source unit 5, a robot arm 10, a transmission optical system 20, and an optical measurement head 130.
  • the optical measurement device 101 irradiates the surface of the workpiece WK placed at a predetermined position (for example, the top surface of the stage ST) with measurement light Ltm under the control of a control device (not shown).
  • the light source unit 5 has a plurality of measurement light sources 5a and 5b.
  • the plurality of measurement light sources 5a and 5b each emit a plurality of measurement lights Ltm that are phase synchronized with each other and are coherent.
  • the plurality of measurement light sources 5a and 5b may have different oscillation frequencies. Therefore, the plurality of measurement lights Ltm emitted from the plurality of measurement light sources 5a and 5b are different from the plurality of pulsed lights having different pulse frequencies (for example, the number of pulsed lights per unit time, which is the reciprocal of the pulsed light emission cycle).
  • the first measurement light source 5a emits measurement light Ltm1 (see FIG. 17) with a pulse frequency of 25 GHz
  • the second measurement light source 5b emits measurement light Ltm2 with a pulse frequency of 25 GHz+ ⁇ (for example, +100 kHz). (See FIG. 17) may also emit light.
  • the robot arm 10 moves the optical measurement head 130 attached to the tip of the robot arm 10 in the X direction, Y direction, and Z direction (i.e., three-dimensional direction) under the control of a control device (not shown). It is possible to do so.
  • the robot arm 10 moves the optical measurement head 130 to a position facing the surface of the workpiece WK that is irradiated with the measurement light Ltm.
  • the transmission optical system 20 transmits the measurement light Ltm emitted from the light source unit 5 to the optical measurement head 130.
  • the optical measurement head 130 is attached to the tip of the robot arm 10.
  • the optical measurement head 130 irradiates the surface of the workpiece WK with the measurement light Ltm transmitted by the transmission optical system 20.
  • the optical measurement head 130 has a measurement optical system 140, a measurement irradiation optical system 150, and a housing section 135, as shown in FIG. 17, for example.
  • the housing section 135 accommodates and holds the measurement optical system 140 and the measurement irradiation optical system 150.
  • a three-dimensional camera 139 that constitutes a 3D vision capable of three-dimensionally recognizing the workpiece WK is attached to the housing section 135 of the optical measurement head 130.
  • the measurement light Ltm transmitted by the transmission optical system 20 is incident on the measurement optical system 140.
  • the measurement optical system 140 emits the measurement light Ltm that has entered the measurement optical system 140 toward the measurement irradiation optical system 150.
  • the measurement optical system 140 includes, for example, a first beam splitter 141, a second beam splitter 142, a first detector 143, a third beam splitter 144, a mirror 145, and a second detector 146.
  • the second beam splitter 142 passes the other part of the measurement light Ltm1-2 of the measurement light Ltm1 incident on the second beam splitter 142 toward the third beam splitter 144.
  • the second beam splitter 142 reflects part of the measurement light Ltm2-1 of the measurement light Ltm2 incident on the second beam splitter 142 toward the first detector 143.
  • the second beam splitter 142 passes the other part of the measurement light Ltm2-2 of the measurement light Ltm2 incident on the second beam splitter 142 toward the third beam splitter 144.
  • the first detector 143 detects interference light generated by interference between the measurement light Ltm1-1 and the measurement light Ltm2-1. Specifically, the first detector 143 detects the interference light by receiving the interference light. Therefore, the first detector 143 may include a light receiving element (for example, a photoelectric conversion element) capable of receiving light.
  • the detection result of the first detector 143 is output to a control device (not shown).
  • the third beam splitter 144 reflects at least a portion of the measurement light Ltm1-2 incident on the third beam splitter 144 toward the mirror 145.
  • the third beam splitter 144 allows at least a portion of the measurement light Ltm2-2 incident on the third beam splitter 144 to pass toward the measurement irradiation optical system 150.
  • the third beam splitter 144 is also referred to as a branching member.
  • the measurement light Ltm1-2 reflected by the third beam splitter 144 enters the mirror 145.
  • the measurement light Ltm1-2 incident on the mirror 145 is reflected by the reflective surface of the mirror 145 (the reflective surface is also referred to as a reference surface).
  • the mirror 145 reflects the measurement light Ltm1-2 incident on the mirror 145 toward the third beam splitter 144. That is, the mirror 145 emits the measurement light Ltm1-2 incident on the mirror 145 toward the third beam splitter 144 as measurement light Ltm1-3, which is reflected light thereof.
  • the mirror 145 is also referred to as a reference reflecting member.
  • the measurement light Ltm1-3 emitted from the mirror 145 enters the third beam splitter 144.
  • the measurement light Ltm2-2 that has passed through the third beam splitter 144 of the measurement optical system 140 enters the measurement irradiation optical system 150.
  • the measurement irradiation optical system 150 emits the measurement light Ltm2-2 that has entered the measurement irradiation optical system 150 toward the workpiece WK.
  • the measurement irradiation optical system 150 includes a galvano scanner 51 and a condensing optical system CL.
  • the galvano scanner 51 and the condensing optical system CL are configured similarly to the galvano scanner 51 and the condensing optical system CL of the optical processing apparatus 1 (optical processing head 30).
  • the measurement light Ltm2-2 emitted from the measurement optical system 140 is incident on the galvano scanner 51.
  • the galvano scanner 51 deflects the measurement light Ltm2-2 (that is, changes the emission angle of the measurement light Ltm2-2) to determine the irradiation position (focusing position) of the measurement light Ltm2-2 on the workpiece WK. change.
  • the galvano scanner 51 is arranged at a pupil position between the measurement optical system 140 and the condensing optical system CL (at the entrance pupil position of the condensing optical system CL) or at a position near the pupil. Therefore, a change in the emission angle of the measurement light Ltm2-2 by the galvano scanner 51 is converted into a change in the irradiation position of the measurement light Ltm2-2 by the condensing optical system CL.
  • the galvano scanner 51 deflects the measurement light Ltm2-2 that is focused on the surface of the workpiece WK by the focusing optical system CL and scans the measurement light Ltm2-2 on the surface of the workpiece WK.
  • the condensing optical system CL may be configured so that the measurement light Ltm2-2 emitted from the galvano scanner 51 enters from the side. good.
  • the second detector 146 receives the measurement light Ltm1-3 in addition to the measurement light Ltm2-3. That is, the measurement light Ltm2-3 that goes to the second detector 146 via the workpiece WK and the measurement light Ltm1-3 that goes to the second detector 146 without going through the workpiece WK are incident on the second detector 146. do.
  • the measurement light Ltm1-3 is also referred to as reference light.
  • the second detector 146 detects interference light generated by interference between the measurement light Ltm1-3 and the measurement light Ltm2-3. Specifically, the second detector 146 detects the interference light by receiving the interference light. Therefore, the second detector 146 may include a light receiving element (for example, a photoelectric conversion element) capable of receiving light.
  • the detection result of the second detector 146 is output to a control device (not shown). Based on the detection result of the first detector 143 and the detection result of the second detector 146, the control device determines the position information of the part of the workpiece WK irradiated with the measurement light Ltm2-2 and the surface shape (three-dimensional The state of the work WK, such as information regarding the original shape), is determined.
  • the condensing optical system CL includes a first optical system AL that includes a first optical member and condenses light from the galvano scanner 51 onto a workpiece conjugate surface Im to form a condensing point;
  • the second optical system BL includes a second optical member and makes the workpiece conjugate surface Im and the workpiece WK optically conjugate with each other.
  • the galvano scanner 51 when the galvano scanner 51 is composed of a plurality of scanning mirrors (when the deflection member is composed of a plurality of scanning members), in the optical path of the optical processing device 1 and the optical measurement device 101, the side closest to the workpiece is
  • the scanning mirror scanning member
  • the scanning mirror may be regarded as the galvano scanner 51 (deflection member).
  • the condensing optical system CL may be the condensing optical system CL (2) shown in FIG. 4, the condensing optical system CL (3) shown in FIG. 7, or the condensing optical system CL (3) shown in FIG. CL(4) may also be used.
  • Conditional expression (1) defines an appropriate relationship between the focal length of the first optical system AL and the distance on the optical axis between the first optical system AL and the second optical system BL. If the corresponding value of conditional expression (1) falls below the lower limit value, the distance on the optical axis between the first optical system AL and the second optical system BL becomes too long, so that image-side telecentricity is no longer established. Moreover, the lens diameter of the second optical system BL becomes too large. On the other hand, if the corresponding value of conditional expression (1) exceeds the upper limit, the distance on the optical axis between the first optical system AL and the second optical system BL becomes too short, and image-side telecentricity no longer holds true. . Furthermore, the focal length of the second optical system BL becomes short, making it difficult to ensure a working distance. Note that by setting the upper limit of conditional expression (1) to 0.5, and further to 0.3, the effects of this embodiment can be made more reliable.
  • the second optical system BL has a It may have one or more lenses that focus light on the workpiece WK. Since the second optical system BL is composed of one or more lenses, it is possible to simplify the configuration of the second optical system BL.
  • the second optical system BL has a It may include a concave mirror M that reflects light and a condenser lens group G that focuses the light reflected by the concave mirror M onto the workpiece WK.
  • a concave mirror M that reflects light
  • a condenser lens group G that focuses the light reflected by the concave mirror M onto the workpiece WK.
  • the condensing optical system CL having the above-mentioned concave mirror M and condensing lens group G may satisfy the following conditional expression (2). 0.03 ⁇ fM/fB ⁇ 0.7...(2)
  • fM focal length of concave mirror M
  • fB focal length of second optical system BL
  • Conditional expression (3) defines an appropriate relationship between the focal length of the concave mirror M and the focal length of the condensing lens group G. If the corresponding value of conditional expression (3) is below the lower limit, the refractive power of the concave mirror M becomes too strong, making it difficult to ensure the working distance. On the other hand, if the corresponding value of conditional expression (3) exceeds the upper limit, the refractive power of the concave mirror M becomes too weak, making it difficult to correct various aberrations such as field curvature.
  • the second optical system BL transmits at least a part of the light from the workpiece conjugate surface Im toward the concave mirror M. It may include a polarizing beam splitter PBS that reflects the light reflected by M toward the condensing lens group G, and a quarter-wave plate PT1 disposed between the polarizing beam splitter PBS and the concave mirror M. . Thereby, chromatic aberration can be corrected.
  • the second optical system BL includes a negative lens disposed between the quarter-wave plate PT1 and the concave mirror M. Good too. Thereby, lateral chromatic aberration can be corrected.
  • the focusing position of the processing light Lte (or measurement light Ltm) on the workpiece WK may be moved depending on the incident angle of the light from the galvano scanner 51 with respect to the focusing optical system CL.
  • the projection characteristics of the condensing optical system CL are not limited to those of the f ⁇ optical system.
  • a position conjugate to the pupil (for example, a plane Pc conjugate to the entrance pupil plane Pu of the condensing optical system CL) is located between the workpiece conjugate plane Im and the second optical system BL. position) may be present. Further, the condensing optical system CL according to the present embodiment is arranged at a position conjugate with the pupil (for example, a position of a plane Pc conjugate with the entrance pupil plane Pu of the condensing optical system CL) or near a position conjugate with the pupil.
  • the workpiece WK may be brought into focus by having a focusing lens FL (see the two-dot chain line in FIGS.
  • the condensing optical system CL is not limited to the configuration having the first optical system AL and the second optical system BL as described above.
  • the condensing optical system CL forms a workpiece conjugate surface Im that is conjugate with the workpiece WK between the galvano scanner 51 and the workpiece WK, and places the workpiece conjugate surface Im at a position conjugate with the pupil (e.g. , the position of the plane Pc that is conjugate with the entrance pupil plane Pu of the condensing optical system CL).
  • a condensing optical system CL may be the condensing optical system CL(1) shown in FIG. 1, the condensing optical system CL(2) shown in FIG. 4, or the condensing optical system CL(2) shown in FIG. 3) or the condensing optical system CL(4) shown in FIG. 10 may be used.
  • the condensing optical system CL forms a workpiece conjugate surface Im that is conjugate with the workpiece WK between the galvano scanner 51 and the workpiece WK, and a position that is conjugate with the galvano scanner 51 is located closer to the workpiece WK than the workpiece conjugate surface Im. It may be a configuration where there is.
  • Such a condensing optical system CL may be the condensing optical system CL(1) shown in FIG. 1, the condensing optical system CL(2) shown in FIG. 4, or the condensing optical system CL(2) shown in FIG. 3) or the condensing optical system CL(4) shown in FIG. 10 may be used.
  • the condensing optical system CL also includes a concave mirror M that reflects light from the galvano scanner 51, a concave mirror M that transmits at least a portion of the light from the galvano scanner 51, and a light beam reflected by the concave mirror M. It has a polarizing beam splitter PBS that reflects the light toward the workpiece WK, and a quarter-wave plate PT1 disposed between the polarizing beam splitter PBS and the concave mirror M. A configuration may be adopted in which a workpiece conjugate surface Im that is conjugate to the workpiece WK is formed.
  • Such a condensing optical system CL may be the condensing optical system CL(3) shown in FIG. 7 or the condensing optical system CL(4) shown in FIG. 10.
  • the condensing optical system CL may have a structure having a workpiece conjugate plane Im that is conjugate with the workpiece WK.
  • a condensing optical system CL may be the condensing optical system CL(1) shown in FIG. 1, the condensing optical system CL(2) shown in FIG. 4, or the condensing optical system CL(2) shown in FIG. 3) or the condensing optical system CL(4) shown in FIG. 10 may be used.
  • the condensing optical system CL is not limited to the configuration in which the processing light Lte (or measurement light Ltm) is condensed onto the workpiece WK via the galvano scanner 51 (deflection member) as described above. do not have.
  • the condensing optical system CL is an f ⁇ optical system that condenses light onto the workpiece WK, and the first optical member ( For example, it includes a negative lens L11 in FIG. 1) and a second optical member disposed closest to the workpiece WK among the plurality of optical members constituting the f ⁇ optical system (for example, the negative meniscus lens L27 in FIG.
  • a configuration may be adopted in which a workpiece conjugate surface Im that is conjugate to the workpiece WK is formed between the first optical member and the second optical member.
  • a condensing optical system CL may be the condensing optical system CL(1) shown in FIG. 1, the condensing optical system CL(2) shown in FIG. 4, or the condensing optical system CL(2) shown in FIG. 3) or the condensing optical system CL(4) shown in FIG. 10 may be used.
  • FIG. 4, FIG. 7, and FIG. 10 are cross-sectional views showing the configurations of condensing optical systems CL ⁇ CL(1) to CL(4) ⁇ according to the first to fourth embodiments.
  • each part of the condensing optical system is represented by a code or a combination of a code and a number.
  • each example is expressed using a combination of codes and numbers independently. Therefore, even if the same combination of symbols and numbers is used between the embodiments, it does not mean that they have the same configuration.
  • Tables 1 to 4 are shown below, of which Table 1 is the first example, Table 2 is the second example, Table 3 is the third example, and Table 4 is the specification data for the fourth example. This is a table showing.
  • the center wavelength ⁇ c is set to 517 nm.
  • f indicates the focal length of the condensing optical system.
  • DB indicates the diameter of the beam incident on the condensing optical system (the distance between two points that is 1/e 2 times the maximum intensity of the beam).
  • NA indicates the numerical aperture of the condensing optical system, and SA indicates the scan area (length of one side) of the condensing optical system.
  • ⁇ M indicates the relay magnification of the second optical system. In other words, ⁇ M represents the magnification of the image of the object when the workpiece conjugate plane Im is the object plane and the workpiece WK is the image plane.
  • WD indicates the working distance of the condensing optical system.
  • fA indicates the focal length of the first optical system.
  • Dab indicates the distance on the optical axis between the first optical system and the second optical system.
  • fB indicates the focal length of the second optical system.
  • fM indicates the focal length of the concave mirror.
  • fG indicates the focal length of the condenser lens group.
  • the surface number indicates the order of the lens surfaces from the object side.
  • R represents the radius of curvature of each optical surface (the surface where the center of curvature is located on the workpiece side is a positive value).
  • D indicates the surface spacing, which is the distance on the optical axis from each optical surface to the next optical surface (or image surface).
  • the radius of curvature R, surface spacing D, and other lengths listed are generally expressed in mm unless otherwise specified, but the optical system may be proportionally enlarged or reduced. However, the same optical performance can be obtained, so the invention is not limited to this.
  • the first optical system AL includes plano-concave negative lenses with a concave surface facing the galvano scanner 51 side, which are arranged in order from the entrance pupil plane Pu side along the optical axis, that is, from the galvano scanner 51 side along the optical axis.
  • a positive meniscus lens L16 with a convex surface facing the galvano scanner 51 side.
  • the negative meniscus lens L21, the positive meniscus lens L22, the positive lens L23, the positive lens L24, the positive meniscus lens L25, the negative meniscus lens L26, and the negative meniscus lens L27 are formed using, for example, quartz glass.
  • the negative meniscus lens L27 of the second optical system BL corresponds to the above-mentioned second optical member.
  • the workpiece conjugate surface Im is formed between the negative lens L11 (first optical member) and the negative meniscus lens L27 (second optical member).
  • the workpiece conjugate plane Im is formed between the galvano scanner 51 and the workpiece WK.
  • a plane Pc that is conjugate with the entrance pupil plane Pu that is, the galvano scanner 51
  • a plane Pc that is conjugate with the entrance pupil plane Pu that is, the galvano scanner 51
  • the image plane I is arranged closer to the workpiece WK than the second optical system BL.
  • the condensing optical system CL(1) according to the first embodiment condenses the processing light Lte (or measurement light Ltm) reflected by the galvano scanner 51 onto the surface of the workpiece WK placed on the image plane I.
  • the condensing optical system CL(1) according to the first embodiment is also called an f ⁇ optical system or an f ⁇ lens, and the processing light Lte is (or measurement light Ltm) on the workpiece WK moves in a direction perpendicular to the optical axis.
  • FIG. 2 is a diagram showing longitudinal aberrations (spherical aberration, field curvature, and distortion aberration) of the condensing optical system according to the first example.
  • FIG. 3 is a diagram showing lateral aberrations (meridional coma aberration and sagittal coma aberration) of the condensing optical system according to the first example.
  • the vertical axis indicates a value normalized with the maximum value of the entrance pupil radius as 1
  • the horizontal axis indicates the aberration value [mm].
  • the condensing optical system according to the first example has various aberrations (monochromatic aberration) well corrected and has excellent optical performance.
  • FIG. 4 is a sectional view showing the configuration of a condensing optical system according to the second embodiment.
  • the condensing optical system CL(2) according to the second embodiment includes a first optical system AL having a positive refractive power and a second optical system BL having a positive refractive power.
  • a workpiece conjugate surface Im that is conjugate to the workpiece WK is formed between the first optical system AL and the second optical system BL.
  • the first optical system AL focuses the light from the galvano scanner 51 onto the workpiece conjugate surface Im to form a light focusing point.
  • the second optical system BL makes the workpiece conjugate surface Im and the workpiece WK optically conjugate with each other, and focuses the light from the workpiece conjugate surface Im on the workpiece WK.
  • the above-mentioned galvano scanner 51 is arranged at the position of the entrance pupil plane Pu of the condensing optical system CL(2).
  • a plane Pc that is conjugate to the entrance pupil plane Pu is arranged between the workpiece conjugate plane Im and the second optical system BL.
  • the negative lens L11, the positive meniscus lens L12, the positive meniscus lens L13, the positive meniscus lens L14, the positive lens L15, and the positive meniscus lens L16 are formed using, for example, quartz glass.
  • the negative lens L11 of the first optical system AL corresponds to the above-mentioned first optical member. Further, the first optical system AL is a hyperpercentural optical system.
  • the second optical system BL includes a biconcave negative lens L21 and a positive meniscus lens L22 with a concave surface facing the galvano scanner 51 side, which are arranged in order from the galvano scanner 51 side (work conjugate surface Im side) along the optical axis. , a biconvex positive lens L23, a positive meniscus lens L24 with a convex surface facing the galvano scanner 51 side, and a negative meniscus lens L25 with a convex surface facing the galvano scanner 51 side.
  • the negative lens L21, the positive meniscus lens L22, the positive lens L23, the positive meniscus lens L24, and the negative meniscus lens L25 are formed using, for example, quartz glass.
  • the negative meniscus lens L25 of the second optical system BL corresponds to the above-mentioned second optical member.
  • the workpiece conjugate plane Im is formed between the negative lens L11 (first optical member) and the negative meniscus lens L25 (second optical member).
  • the workpiece conjugate plane Im is formed between the galvano scanner 51 and the workpiece WK.
  • a plane Pc that is conjugate with the entrance pupil plane Pu that is, the galvano scanner 51 is located closer to the workpiece WK than the workpiece conjugate plane Im.
  • the image plane I is arranged closer to the workpiece WK than the second optical system BL.
  • the condensing optical system CL(2) according to the second embodiment condenses the processing light Lte (or measurement light Ltm) reflected by the galvano scanner 51 onto the surface of the workpiece WK placed on the image plane I.
  • the condensing optical system CL(2) according to the second embodiment is also called an f ⁇ optical system or an f ⁇ lens, and the processing light Lte is (or measurement light Ltm) on the workpiece WK moves in a direction perpendicular to the optical axis.
  • Table 2 lists the values of the specifications of the condensing optical system according to the second example. Note that the first surface is the entrance pupil plane Pu of the condensing optical system, and the fourteenth surface is the workpiece conjugate plane Im.
  • FIG. 5 is a diagram showing longitudinal aberrations (spherical aberration, field curvature, and distortion aberration) of the condensing optical system according to the second example.
  • FIG. 6 is a diagram showing lateral aberrations (meridional coma aberration and sagittal coma aberration) of the condensing optical system according to the second example. From each aberration diagram, it can be seen that the condensing optical system according to the second example has excellent optical performance with various aberrations (monochromatic aberration) being well corrected.
  • FIG. 7 is a sectional view showing the configuration of a condensing optical system according to the third embodiment.
  • the condensing optical system CL(3) according to the third embodiment includes a first optical system AL having a positive refractive power and a second optical system BL having a positive refractive power.
  • a workpiece conjugate surface Im that is conjugate to the workpiece WK is formed between the first optical system AL and the second optical system BL.
  • the first optical system AL focuses the light from the galvano scanner 51 onto the workpiece conjugate surface Im to form a light focusing point.
  • the second optical system BL makes the workpiece conjugate surface Im and the workpiece WK optically conjugate with each other, and focuses the light from the workpiece conjugate surface Im on the workpiece WK.
  • the above-mentioned galvano scanner 51 is arranged at the position of the entrance pupil plane Pu of the condensing optical system CL(3).
  • the first optical system AL includes a biconcave negative lens L11 and a biconvex positive lens L11, which are arranged in order from the entrance pupil plane Pu side along the optical axis, that is, from the galvano scanner 51 side along the optical axis. It is composed of a lens L12, a biconvex positive lens L13, and a positive meniscus lens L14 with its convex surface facing the galvano scanner 51 side.
  • the negative lens L11, the positive lens L12, the positive lens L13, and the positive meniscus lens L14 are formed using, for example, quartz glass.
  • the negative lens L11 of the first optical system AL corresponds to the above-mentioned first optical member. Further, the first optical system AL is a hyperpercentural optical system.
  • the second optical system BL includes a polarizing beam splitter PBS, a quarter-wave plate PT1, a concave mirror M, a quarter-wave plate PT2, and a condenser lens group G.
  • the polarizing beam splitter PBS is arranged closest to the galvano scanner 51 side (work conjugate plane Im side) in the second optical system BL.
  • the quarter-wave plate PT1 is arranged between the polarizing beam splitter PBS and the concave mirror M.
  • the concave mirror M is arranged at a position of a plane Pc that is conjugate with the entrance pupil plane Pu, that is, a position that is conjugate with the galvano scanner 51.
  • the reflective surface of the concave mirror M is a spherical surface.
  • the quarter-wave plate PT2 is arranged between the polarizing beam splitter PBS and the condenser lens group G.
  • the condensing lens group G is arranged closest to the workpiece WK in the second optical
  • the polarizing beam splitter PBS sends at least a portion of the light from the workpiece conjugate plane Im (p-polarized light relative to the polarization separation surface of the polarizing beam splitter PBS, hereinafter referred to as p-polarized light) to a quarter-wave plate PT1 (that is, a concave mirror M). ). A part of the light (p-polarized light) transmitted through the polarizing beam splitter PBS becomes circularly polarized light when it passes through the quarter-wave plate PT1.
  • the concave mirror M reflects the light (circularly polarized light) that has passed through the polarizing beam splitter PBS and the quarter-wave plate PT1 toward the quarter-wave plate PT1 (that is, the polarizing beam splitter PBS).
  • the light reflected by the concave mirror M passes through the quarter-wave plate PT1, it becomes s-polarized light (s-polarized light relative to the polarization separation surface of the polarizing beam splitter PBS, hereinafter referred to as s-polarized light).
  • the polarizing beam splitter PBS reflects the light (s-polarized light) that has been reflected by the concave mirror M and passed through the quarter-wave plate PT1 toward the quarter-wave plate PT2 (that is, the condenser lens group G).
  • the condensing lens group G condenses the light (circularly polarized light) that has been reflected by the polarizing beam splitter PBS and passed through the quarter-wave plate PT2 onto the workpiece WK.
  • the condensing lens group G is composed of a negative meniscus lens L21 with a concave surface facing the workpiece WK and a biconvex positive lens L22, which are arranged in order from the polarizing beam splitter PBS side along the optical axis.
  • the negative meniscus lens L21 and the positive lens L22 are formed using, for example, quartz glass.
  • the positive lens L22 of the second optical system BL corresponds to the above-mentioned second optical member.
  • the workpiece conjugate plane Im is formed between the negative lens L11 (first optical member) and the positive lens L22 (second optical member).
  • the workpiece conjugate plane Im is formed between the galvano scanner 51 and the workpiece WK.
  • a plane Pc that is conjugate with the entrance pupil plane Pu that is, the galvano scanner 51 is located closer to the workpiece WK than the workpiece conjugate plane Im.
  • the image plane I is arranged closer to the workpiece WK than the second optical system BL (condensing lens group G).
  • the condensing optical system CL(3) according to the third embodiment condenses the processing light Lte (or measurement light Ltm) reflected by the galvano scanner 51 onto the surface of the workpiece WK placed on the image plane I.
  • the condensing optical system CL(3) according to the third embodiment is also called an f ⁇ optical system or an f ⁇ lens, and the processing light Lte is (or measurement light Ltm) on the workpiece WK moves in a direction perpendicular to the optical axis.
  • Table 3 lists the values of the specifications of the condensing optical system according to the third example. Note that the first surface is the entrance pupil plane Pu of the condensing optical system, and the tenth surface is the workpiece conjugate surface Im.
  • FIG. 8 is a diagram showing longitudinal aberrations (spherical aberration, field curvature, and distortion aberration) of the condensing optical system according to the third example.
  • FIG. 9 is a diagram showing lateral aberrations (meridional coma aberration and sagittal coma aberration) of the condensing optical system according to the third example. From each aberration diagram, it can be seen that the condensing optical system according to the third example has excellent optical performance with various aberrations (monochromatic aberration) being well corrected.
  • FIG. 10 is a sectional view showing the configuration of a condensing optical system according to the fourth embodiment.
  • the condensing optical system CL (4) according to the fourth example includes a first optical system AL having a positive refractive power and a second optical system BL having a positive refractive power.
  • a workpiece conjugate surface Im that is conjugate to the workpiece WK is formed between the first optical system AL and the second optical system BL.
  • the first optical system AL focuses the light from the galvano scanner 51 onto the workpiece conjugate surface Im to form a light focusing point.
  • the second optical system BL makes the workpiece conjugate surface Im and the workpiece WK optically conjugate with each other, and focuses the light from the workpiece conjugate surface Im on the workpiece WK.
  • the above-mentioned galvano scanner 51 is arranged at the position of the entrance pupil plane Pu of the condensing optical system CL(4).
  • the first optical system AL includes a biconvex positive lens L11 and a biconvex positive lens L11 arranged in order from the entrance pupil plane Pu side along the optical axis, that is, from the galvano scanner 51 side along the optical axis. It is composed of a lens L12.
  • the positive lens L11 and the positive lens L12 are formed using, for example, quartz glass.
  • the positive lens L11 of the first optical system AL corresponds to the above-mentioned first optical member. Further, the first optical system AL is a hyperpercentural optical system.
  • the second optical system BL includes a biconvex positive lens L21, a polarizing beam splitter PBS, and a quarter-wave plate PT1, which are arranged in order from the galvano scanner 51 side (work conjugate surface Im side) along the optical axis. , a negative meniscus lens L22 having a concave surface facing the galvano scanner 51 side, and a concave mirror M. Further, the second optical system BL includes a quarter-wave plate PT2 and a condensing lens group G.
  • the positive lens L21 and the negative meniscus lens L22 are formed using, for example, quartz glass.
  • the concave mirror M is arranged at a position of a plane Pc that is conjugate with the entrance pupil plane Pu, that is, a position that is conjugate with the galvano scanner 51.
  • the reflective surface of the concave mirror M is a spherical surface.
  • the quarter-wave plate PT2 is arranged between the polarizing beam splitter PBS and the condenser lens group G.
  • the condensing lens group G is arranged closest to the workpiece WK in the second optical system BL.
  • the polarizing beam splitter PBS transmits at least a portion (p-polarized light) of the light from the workpiece conjugate plane Im that has passed through the positive lens L21 toward the quarter-wave plate PT1 (that is, the concave mirror M).
  • a part of the light (p-polarized light) transmitted through the polarizing beam splitter PBS becomes circularly polarized light when it passes through the quarter-wave plate PT1.
  • the concave mirror M reflects the light (circularly polarized light) that has passed through the polarizing beam splitter PBS and passed through the quarter-wave plate PT1 and the negative meniscus lens L22 toward the negative meniscus lens L22 (that is, the polarizing beam splitter PBS). do.
  • the light (circularly polarized light) reflected by the concave mirror M becomes s-polarized light when it passes through the negative meniscus lens L22 and the quarter-wave plate PT1.
  • the polarizing beam splitter PBS sends the light (s-polarized light) that has been reflected by the concave mirror M and passed through the negative meniscus lens L22 and the quarter-wave plate PT1 to the quarter-wave plate PT2 (that is, the condenser lens group G). reflect towards.
  • the condensing lens group G condenses the light (circularly polarized light) that has been reflected by the polarizing beam splitter PBS and passed through the quarter-wave plate PT2 onto the workpiece WK.
  • the condensing lens group G includes a negative meniscus lens L23 with a convex surface facing the work WK side and a positive meniscus lens L24 with a convex surface facing the work WK side, which are arranged in order from the polarizing beam splitter PBS side along the optical axis. It is composed of a double-convex positive lens L25.
  • the negative meniscus lens L23, the positive meniscus lens L24, and the positive lens L25 are formed using, for example, quartz glass.
  • the positive lens L25 of the second optical system BL (condensing lens group G) corresponds to the above-mentioned second optical member.
  • the workpiece conjugate plane Im is formed between the positive lens L11 (first optical member) and the positive lens L25 (second optical member).
  • the workpiece conjugate plane Im is formed between the galvano scanner 51 and the workpiece WK.
  • a plane Pc that is conjugate with the entrance pupil plane Pu that is, the galvano scanner 51
  • a plane Pc that is conjugate with the entrance pupil plane Pu that is, the galvano scanner 51
  • the image plane I is arranged closer to the workpiece WK than the second optical system BL (condensing lens group G).
  • the condensing optical system CL(4) according to the fourth embodiment condenses the processing light Lte (or measurement light Ltm) reflected by the galvano scanner 51 onto the surface of the workpiece WK placed on the image plane I.
  • the condensing optical system CL (4) according to the fourth embodiment is also called an f ⁇ optical system or an f ⁇ lens, and the processing light Lte is (or measurement light Ltm) on the workpiece WK moves in a direction perpendicular to the optical axis.
  • Table 4 lists the values of the specifications of the condensing optical system according to the fourth example. Note that the first surface is the entrance pupil plane Pu of the condensing optical system, and the sixth surface is the workpiece conjugate plane Im.
  • FIG. 11 is a diagram showing longitudinal aberrations (spherical aberration, curvature of field, and distortion aberration) of the condensing optical system according to the fourth example.
  • FIG. 12 is a diagram showing lateral aberrations (meridional coma aberration and sagittal coma aberration) of the condensing optical system according to the fourth example.
  • FIG. 13 is a diagram showing the chromatic aberration of magnification of the condensing optical system according to the fourth example.
  • the vertical axis indicates a value normalized with the maximum value of the entrance pupil radius as 1, and the horizontal axis indicates the aberration value [mm] for each light.
  • the vertical axis shows the angle of view [degrees]
  • the horizontal axis shows the aberration value [mm].
  • the vertical axis indicates the angle of view [degrees]
  • the horizontal axis indicates the aberration ratio in percentage (% value).
  • Each coma aberration diagram shows aberration values when the image height ratio RFH is 0.00 to 1.00.
  • the vertical axis shows the angle of view [degrees]
  • the horizontal axis shows the aberration value [mm].
  • the condensing optical system according to the fourth example has excellent optical performance, with chromatic aberration (lateral chromatic aberration) being well corrected in addition to monochromatic aberration.
  • Conditional expression (1) 0.1 ⁇ fA/Dab ⁇ 0.8
  • Conditional expression (2) 0.03 ⁇ fM/fB ⁇ 0.7
  • Conditional expression (3) 0.2 ⁇ fM/fG ⁇ 0.6
  • the quarter-wave plate PT2 is provided between the polarizing beam splitter PBS and the condensing lens group G, but the quarter-wave plate PT2 is not limited to this. /4 wavelength plate PT2 may not be provided.
  • the second concave mirror M2 (see the two-dot chain line in FIG. 7) and the quarter-wave plate PT2 are located at the opposite side of the polarizing beam splitter PBS from the quarter-wave plate PT2.
  • a four-wavelength plate PT3 (see the two-dot chain line in FIG. 7) may be provided.
  • an optical element for example, a 1/2 wavelength plate that makes the ratio of p-polarized light and s-polarized light 1:1 may be provided closer to the galvano scanner 51 than the polarizing beam splitter PBS.
  • a focusing optical system for an optical processing device that focuses processing light onto a workpiece via a deflection scanning member that deflects and scans the light, forming an intermediate image plane conjugate with the workpiece between the deflection scanning member and the workpiece;
  • a condensing optical system having a position conjugate with the pupil closer to the workpiece than the intermediate image plane.
  • a focusing optical system for an optical processing device that focuses processing light onto a workpiece via a deflection scanning member that deflects and scans the light, forming an intermediate image plane conjugate with the workpiece between the deflection scanning member and the workpiece;
  • a condensing optical system having a position conjugate with the deflection scanning member closer to the workpiece than the intermediate image plane.
  • a focusing optical system for an optical processing device that focuses processing light onto a workpiece via a deflection scanning member that deflects and scans the light, a concave mirror that reflects light from the deflection scanning member; a polarizing beam splitter that transmits at least a portion of the light from the deflection scanning member toward the concave mirror and reflects the light reflected by the concave mirror toward the workpiece; a quarter-wave plate disposed between the polarizing beam splitter and the concave mirror; A condensing optical system that forms an intermediate image plane conjugate with the workpiece between the deflection scanning member and the workpiece.
  • a condensing optical system that condenses processing light onto a workpiece a condensing optical system having a workpiece conjugate surface that is conjugate with the workpiece
  • a condensing optical system that condenses measurement light onto a workpiece a condensing optical system having a workpiece conjugate surface that is conjugate with the workpiece

Abstract

集光光学系（ＣＬ）は、ワーク上での加工光の集光位置を変更するガルバノスキャナを備える光加工装置に用いられ、加工光を集光する集光光学系であり、集光光学系（ＣＬ）を構成する複数の光学部材のうち最もガルバノスキャナ側に配置された第１光学部材（例えば、負レンズ（Ｌ１１））と、集光光学系（ＣＬ）を構成する複数の光学部材のうち最もワーク側に配置された第２光学部材（例えば、負メニスカスレンズ（Ｌ２７））とを有し、ワークと共役なワーク共役面Ｉｍを第１光学部材と第２光学部材との間に形成する。

Description

集光光学系、ｆθ光学系、光加工装置、および光計測装置
　本発明は、集光光学系、ｆθ光学系、光加工装置、および光計測装置に関する。
　光加工装置には、ガルバノミラー等の偏向走査部材を介した加工光をワークに集光する集光光学系を有するものがある。また、光計測装置には、偏向走査部材を介した計測光をワークに集光する集光光学系を有するものがある。このような集光光学系（例えば、特許文献１を参照）は、ｆθ光学系とも称されるが、ＮＡ（開口数）を高くしつつ、ワーキングディスタンスを長くすることが求められている。
米国特許第６３２４０１５号明細書
　本発明の第１の態様は、加工光を偏向する偏向部材によってワーク上での集光位置を変更する光加工装置に用いられ、前記偏向部材からの前記加工光を集光する集光光学系であって、前記集光光学系を構成する複数の光学部材のうち最も前記偏向部材側に配置された第１光学部材と、前記集光光学系を構成する前記複数の光学部材のうち最もワーク側に配置された第２光学部材とを有し、前記ワークと共役なワーク共役面を前記第１光学部材と前記第２光学部材との間に形成する集光光学系である。
　本発明の第２の態様は、加工光を偏向する偏向部材によってワーク上での集光位置を変更する光加工装置に用いられ、前記偏向部材からの前記加工光を集光する集光光学系であって、前記ワークと共役なワーク共役面を前記偏向部材と前記ワークとの間に形成し、前記ワーク共役面よりも前記ワーク側に、瞳と共役な位置がある集光光学系である。
　本発明の第３の態様は、加工光を偏向する偏向部材によってワーク上での集光位置を変更する光加工装置に用いられ、前記偏向部材からの前記加工光を集光する集光光学系であって、前記ワークと共役なワーク共役面を前記偏向部材と前記ワークとの間に形成し、前記ワーク共役面よりも前記ワーク側に、前記偏向部材と共役な位置がある集光光学系である。
　本発明の第４の態様は、加工光を偏向する偏向部材によってワーク上での集光位置を変更する光加工装置に用いられ、前記偏向部材からの前記加工光を集光する集光光学系であって、前記偏向部材からの光を反射する凹面ミラーと、前記偏向部材からの光の少なくとも一部を前記凹面ミラーに向けて透過させ、前記凹面ミラーで反射した光を前記ワークに向けて反射させる偏光ビームスプリッタと、前記偏光ビームスプリッタと前記凹面ミラーとの間に配置された１／４波長板とを有し、前記偏向部材と前記ワークとの間に前記ワークと共役なワーク共役面を形成する集光光学系である。
　本発明の第５の態様は、加工光を偏向する偏向部材によってワーク上での集光位置を変更する光加工装置に用いられ、前記偏向部材からの前記加工光を集光する集光光学系であって、前記ワークと共役なワーク共役面を有する集光光学系である。
　本発明の第６の態様は、偏向部材と、上述の集光光学系とを有する光加工装置である。
　本発明の第７の態様は、光をワーク上に集光するｆθ光学系であって、前記ｆθ光学系を構成する複数の光学部材のうち最も光入射側に配置された第１光学部材と、前記ｆθ光学系を構成する前記複数の光学部材のうち最もワーク側に配置された第２光学部材とを備え、前記ワークと共役なワーク共役面を前記第１光学部材と前記第２光学部材との間に形成するｆθ光学系である。
　本発明の第８の態様は、計測光を偏向する偏向部材によってワーク上での集光位置を変更する光計測装置用に用いられ、前記偏向部材からの前記計測光を集光する集光光学系であって、前記ワークと共役なワーク共役面を有する集光光学系である。
　本発明の第９の態様は、偏向部材と、上述の集光光学系とを有する光計測装置である。
第１実施例に係る集光光学系の構成を示す断面図である。 第１実施例に係る集光光学系の縦収差図である。 第１実施例に係る結像レンズの横収差図である。 第２実施例に係る集光光学系の構成を示す断面図である。 第２実施例に係る集光光学系の縦収差図である。 第２実施例に係る集光光学系の横収差図である。 第３実施例に係る集光光学系の構成を示す断面図である。 第３実施例に係る集光光学系の縦収差図である。 第３実施例に係る集光光学系の横収差図である。 第４実施例に係る集光光学系の構成を示す断面図である。 第４実施例に係る集光光学系の縦収差図である。 第４実施例に係る集光光学系の横収差図である。 第４実施例に係る集光光学系の倍率色収差図である。 光加工装置の一例を示す概略構成図である。 光加工ヘッドの一例を示す概略構成図である。 光計測装置の一例を示す概略構成図である。 光計測ヘッドの一例を示す概略構成図である。
　以下、本発明に係る好ましい実施形態について説明する。まず、本実施形態に係る（ｆθ光学系とも称される）集光光学系を有する光加工装置について図１４に基づいて説明する。図１４に示すように、本実施形態に係る光加工装置１は、光源ユニット５と、ロボットアーム１０と、伝送光学系２０と、光加工ヘッド３０とを有する。本実施形態において、図１４および図１５の各矢印で示す方向をそれぞれ、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向と称する場合がある。光加工装置１は、制御装置（図示せず）の制御により、加工光Ｌｔｅを所定位置（例えば、ステージＳＴの上面）に配置されたワークＷＫの表面に照射する。
　例えば、ワークＷＫに照射される加工光Ｌｔｅによって、ワークＷＫに対して研磨加工を行うことが可能である。この場合、光加工装置１は、研磨加工を行うための光加工装置として用いられる。ワークＷＫに照射される加工光Ｌｔｅによって、ワークＷＫに対して切断加工を行うことも可能である。この場合、光加工装置１は、切断加工を行うための光加工装置として用いられる。ワークＷＫに照射される加工光Ｌｔｅによって、ワークＷＫに対してアブレーション加工を行うことも可能である。この場合、光加工装置１は、アブレーション加工を行うための光加工装置として用いられる。
　光源ユニット５は、例えばレーザ光等の加工光Ｌｔｅを発光させる。なお、加工光Ｌｔｅは、ワークＷＫに照射されることでワークＷＫを加工可能であれば、レーザ光と異なる種類の光であってもよい。また、加工光Ｌｔｅの波長域は、ワークＷＫに照射されることでワークＷＫを加工可能であれば、いずれの波長域であってもよい。例えば、加工光Ｌｔｅの波長域は、可視光線の波長域であってもよく、赤外線の波長域であってもよく、紫外線の波長域であってもよい。
　ロボットアーム１０は、制御装置（図示せず）の制御により、ロボットアーム１０の先端部に取り付けられた光加工ヘッド３０を、Ｘ方向、Ｙ方向、およびＺ方向（すなわち、３次元方向）に移動させることが可能である。ロボットアーム１０は、光加工ヘッド３０を、ワークＷＫにおいて加工光Ｌｔｅが照射される面と対向する位置まで移動させる。伝送光学系２０は、ロボットアーム１０に設けられる。伝送光学系２０は、光源ユニット５から発光した加工光Ｌｔｅを光加工ヘッド３０に伝送する。
　光加工ヘッド３０は、ロボットアーム１０の先端部に取り付けられる。光加工ヘッド３０は、伝送光学系２０により伝送された加工光ＬｔｅをワークＷＫの表面に照射する。光加工ヘッド３０は、例えば図１５に示すように、加工光学系４０と、加工照射光学系５０と、筐体部３５とを有する。筐体部３５は、加工光学系４０および加工照射光学系５０を収容保持する。光加工ヘッド３０の筐体部３５には、ワークＷＫを３次元的に認識可能な３Ｄビジョン（３次元ビジョン）を構成する３次元カメラ３９が取り付けられる。
　加工光学系４０には、伝送光学系２０により伝送された加工光Ｌｔｅが入射する。加工光学系４０は、加工光学系４０に入射した加工光Ｌｔｅを加工照射光学系５０に向けて射出する。加工光学系４０は、位置調整光学系４１と、角度調整光学系４２とを有する。位置調整光学系４１は、加工光学系４０からの加工光Ｌｔｅの射出位置を調整可能である。位置調整光学系４１は、例えば加工光Ｌｔｅの進行方向に対して傾斜可能な平行平面板を備え、平行平面板の傾斜角を変えることで加工光の射出位置を変更する。加工光学系４０からの加工光Ｌｔｅの射出位置が変わると、加工光Ｌｔｅの入射角度（例えば、ワークＷＫに対する入射角度）が変わる。角度調整光学系４２は、加工光学系４０からの加工光Ｌｔｅの射出角度を調整可能である。角度調整光学系４２は、例えば加工光Ｌｔｅの進行方向に対して傾斜可能な角度調整ミラーを備え、角度調整ミラーの傾斜角を変えることで加工光の射出角度を変更する。加工光学系４０からの加工光Ｌｔｅの射出角度が変わると、加工光Ｌｔｅの照射位置（例えば、ワークＷＫ上での照射位置）が変わる。なお、加工光学系４０は、位置調整光学系４１および角度調整光学系４２の少なくとも一方を有していなくてもよい。
　加工照射光学系５０には、加工光学系４０から射出された加工光Ｌｔｅが入射する。加工照射光学系５０は、加工照射光学系５０に入射した加工光ＬｔｅをワークＷＫに向けて射出する。加工照射光学系５０は、ガルバノスキャナ５１と、集光光学系ＣＬとを有する。ガルバノスキャナ５１には、加工光学系４０から射出された加工光Ｌｔｅが入射する。ガルバノスキャナ５１は、加工光Ｌｔｅを偏向する（すなわち、加工光Ｌｔｅの射出角度を変更する）ことで、ワークＷＫ上での加工光Ｌｔｅの照射位置（集光位置）を変更することから、偏向走査部材又は偏向部材と称されてもよい。ガルバノスキャナ５１は、例えば加工光Ｌｔｅの光路に対する角度を変更可能な走査ミラーを備え、走査ミラーを揺動または回転させて加工光Ｌｔｅの光路に対する角度を変更することで、加工光の射出角度を変更する。この走査ミラーは、走査部材と称されてもよい。ガルバノスキャナ５１は、加工光学系４０と集光光学系ＣＬとの間の瞳の位置（集光光学系ＣＬの入射瞳の位置）もしくは瞳の近傍の位置に配置される。そのため、ガルバノスキャナ５１による加工光Ｌｔｅの射出角度の変化は、集光光学系ＣＬによって、加工光Ｌｔｅの照射位置の変化に変換される。これにより、ガルバノスキャナ５１は、集光光学系ＣＬによりワークＷＫの表面に集光される加工光Ｌｔｅを偏向してワークＷＫの表面上で走査する。図１５に示したガルバノスキャナ５１は、互いに異なる方向に沿った軸回りに回転可能な２枚の走査ミラーを有する形態であるが、互いに交差する軸回りに回転可能な１枚の走査ミラーを有する形態であってもよい。また、ガルバノスキャナ５１が２枚の走査ミラーを有する形態の場合、２枚の走査ミラー同士を互いに光学的に共役にする結像光学系が、２枚の走査ミラー間に配置されていてもよい。
　集光光学系ＣＬには、ガルバノスキャナ５１から射出された加工光Ｌｔｅが入射する。集光光学系ＣＬは、ガルバノスキャナ５１からの加工光ＬｔｅをワークＷＫの表面に集光する。すなわち、集光光学系ＣＬは、収斂状態の加工光ＬｔｅをワークＷＫの表面に照射する。集光光学系ＣＬは、ｆθ光学系とも称される。なお、図１５に示す例において、集光光学系ＣＬには、ガルバノスキャナ５１から射出された加工光Ｌｔｅが上方から入射するが、これに限られるものではない。例えば、集光光学系ＣＬの光軸が途中で直角に折れ曲がる場合、集光光学系ＣＬには、ガルバノスキャナ５１から射出された加工光Ｌｔｅが側方から入射するように構成されてもよい。
　なお、光加工ヘッド３０における加工光学系４０と集光光学系ＣＬとの間に、ガルバノスキャナ５１が設けられているが、これに限られるものではない。例えば、光加工ヘッド３０における加工光学系４０と集光光学系ＣＬとの間に、加工光Ｌｔｅを偏向走査する偏向走査部材として、ポリゴンスキャナや音響光学素子等が設けられてもよい。また、光加工装置１は、光加工ヘッド３０を移動させることが可能なロボットアーム１０を有しているが、これに限られるものではない。例えば、光加工装置は、ワークが載置されるステージと、ステージの上方からワークの表面に加工光を照射する光加工ヘッドと、ステージの上方において光加工ヘッドを移動させることが可能なヘッド駆動部とを有してもよい。
　次に、本実施形態に係る（ｆθ光学系とも称される）集光光学系を有する光計測装置について図１６に基づいて説明する。本実施形態に係る光計測装置１０１は、光加工ヘッド３０の代わりに光計測ヘッド１３０を有する他は、前述の光加工装置１と同様の構成であるため、光加工装置１と同様の構成部分に同一の符号を付して、詳細な説明を省略する。図１６に示すように、本実施形態に係る光計測装置１０１は、光源ユニット５と、ロボットアーム１０と、伝送光学系２０と、光計測ヘッド１３０とを有する。光計測装置１０１は、制御装置（図示せず）の制御により、計測光Ｌｔｍを所定位置（例えば、ステージＳＴの上面）に配置されたワークＷＫの表面に照射する。
　光源ユニット５は、複数の計測光源５ａ，５ｂを有する。複数の計測光源５ａ，５ｂは、互いに位相同期され且つ干渉性のある複数の計測光Ｌｔｍをそれぞれ発光させる。例えば、複数の計測光源５ａ，５ｂは、発振周波数が異なっていてもよい。そのため、複数の計測光源５ａ，５ｂから発光する複数の計測光Ｌｔｍは、パルス周波数（例えば、単位時間当たりのパルス光の数であり、パルス光の発光周期の逆数）が異なる複数のパルス光となる。一例として、第１計測光源５ａは、パルス周波数が２５ＧＨｚとなる計測光Ｌｔｍ１（図１７を参照）を発光させ、第２計測光源５ｂは、パルス周波数が２５ＧＨｚ＋α（例えば、＋１００ｋＨｚ）となる計測光Ｌｔｍ２（図１７を参照）を発光させてもよい。
　なお、計測光Ｌｔｍは、ワークＷＫに照射されることでワークＷＫを計測可能であれば、パルス光と異なる種類の光であってもよい。また、計測光Ｌｔｍの波長域は、ワークＷＫに照射されることでワークＷＫを計測可能であれば、いずれの波長域であってもよい。例えば、計測光Ｌｔｍの波長域は、可視光線の波長域であってもよく、赤外線の波長域であってもよく、紫外線の波長域であってもよい。
　ロボットアーム１０は、制御装置（図示せず）の制御により、ロボットアーム１０の先端部に取り付けられた光計測ヘッド１３０を、Ｘ方向、Ｙ方向、およびＺ方向（すなわち、３次元方向）に移動させることが可能である。ロボットアーム１０は、光計測ヘッド１３０を、ワークＷＫにおいて計測光Ｌｔｍが照射される面と対向する位置まで移動させる。伝送光学系２０は、光源ユニット５から発光した計測光Ｌｔｍを光計測ヘッド１３０に伝送する。
　光計測ヘッド１３０は、ロボットアーム１０の先端部に取り付けられる。光計測ヘッド１３０は、伝送光学系２０により伝送された計測光ＬｔｍをワークＷＫの表面に照射する。光計測ヘッド１３０は、例えば図１７に示すように、計測光学系１４０と、計測照射光学系１５０と、筐体部１３５とを有する。筐体部１３５は、計測光学系１４０および計測照射光学系１５０を収容保持する。光計測ヘッド１３０の筐体部１３５には、ワークＷＫを３次元的に認識可能な３Ｄビジョンを構成する３次元カメラ１３９が取り付けられる。
　計測光学系１４０には、伝送光学系２０により伝送された計測光Ｌｔｍが入射する。計測光学系１４０は、計測光学系１４０に入射した計測光Ｌｔｍを計測照射光学系１５０に向けて射出する。計測光学系１４０は、例えば、第１ビームスプリッタ１４１と、第２ビームスプリッタ１４２と、第１検出器１４３と、第３ビームスプリッタ１４４と、ミラー１４５と、第２検出器１４６とを有する。
　伝送光学系２０により伝送された計測光Ｌｔｍは、第１ビームスプリッタ１４１に入射する。具体的には、伝送光学系２０により伝送された、第１計測光源５ａからの計測光Ｌｔｍ１と第２計測光源５ｂからの計測光Ｌｔｍ２は、第１ビームスプリッタ１４１に入射する。第１ビームスプリッタ１４１は、第１ビームスプリッタ１４１に入射した計測光Ｌｔｍ１と計測光Ｌｔｍ２を第２ビームスプリッタ１４２に向けて出射させる。第２ビームスプリッタ１４２は、第２ビームスプリッタ１４２に入射した計測光Ｌｔｍ１のうち一部の計測光Ｌｔｍ１－１を第１検出器１４３に向けて反射する。第２ビームスプリッタ１４２は、第２ビームスプリッタ１４２に入射した計測光Ｌｔｍ１のうち他の一部の計測光Ｌｔｍ１－２を第３ビームスプリッタ１４４に向けて通過させる。第２ビームスプリッタ１４２は、第２ビームスプリッタ１４２に入射した計測光Ｌｔｍ２のうち一部の計測光Ｌｔｍ２－１を第１検出器１４３に向けて反射する。第２ビームスプリッタ１４２は、第２ビームスプリッタ１４２に入射した計測光Ｌｔｍ２のうち他の一部の計測光Ｌｔｍ２－２を第３ビームスプリッタ１４４に向けて通過させる。
　第２ビームスプリッタ１４２で反射した計測光Ｌｔｍ１－１と計測光Ｌｔｍ２－１は、第１検出器１４３に入射する。第１検出器１４３は、計測光Ｌｔｍ１－１と計測光Ｌｔｍ２－１とが干渉することで生成される干渉光を検出する。具体的には、第１検出器１４３は、干渉光を受光することで、干渉光を検出する。そのため、第１検出器１４３は、光を受光可能な受光素子（例えば、光電変換素子）を備えてもよい。第１検出器１４３の検出結果は、制御装置（図示せず）に出力される。
　第２ビームスプリッタ１４２を通過した計測光Ｌｔｍ１－２と計測光Ｌｔｍ２－２は、第３ビームスプリッタ１４４に入射する。第３ビームスプリッタ１４４は、第３ビームスプリッタ１４４に入射した計測光Ｌｔｍ１－２の少なくとも一部をミラー１４５に向けて反射する。第３ビームスプリッタ１４４は、第３ビームスプリッタ１４４に入射した計測光Ｌｔｍ２－２の少なくとも一部を計測照射光学系１５０に向けて通過させる。なお、第３ビームスプリッタ１４４は、分岐部材とも称される。
　第３ビームスプリッタ１４４で反射した計測光Ｌｔｍ１－２は、ミラー１４５に入射する。ミラー１４５に入射した計測光Ｌｔｍ１－２は、ミラー１４５の反射面（反射面は、参照面とも称される）によって反射される。具体的には、ミラー１４５は、ミラー１４５に入射した計測光Ｌｔｍ１－２を第３ビームスプリッタ１４４に向けて反射する。すなわち、ミラー１４５は、ミラー１４５に入射した計測光Ｌｔｍ１－２を、その反射光である計測光Ｌｔｍ１－３として第３ビームスプリッタ１４４に向けて射出する。なお、ミラー１４５は、参考反射部材とも称される。ミラー１４５から射出された計測光Ｌｔｍ１－３は、第３ビームスプリッタ１４４に入射する。第３ビームスプリッタ１４４は、第３ビームスプリッタ１４４に入射した計測光Ｌｔｍ１－３を第２ビームスプリッタ１４２に向けて反射する。第３ビームスプリッタ１４４で反射した計測光Ｌｔｍ１－３は、第２ビームスプリッタ１４２に入射する。第２ビームスプリッタ１４２は、第２ビームスプリッタ１４２に入射した計測光Ｌｔｍ１－３を第２検出器１４６に向けて反射する。
　計測光学系１４０の第３ビームスプリッタ１４４を通過した計測光Ｌｔｍ２－２は、計測照射光学系１５０に入射する。計測照射光学系１５０は、計測照射光学系１５０に入射した計測光Ｌｔｍ２－２をワークＷＫに向けて射出する。計測照射光学系１５０は、ガルバノスキャナ５１と、集光光学系ＣＬとを有する。ガルバノスキャナ５１および集光光学系ＣＬは、光加工装置１（光加工ヘッド３０）のガルバノスキャナ５１および集光光学系ＣＬと同様に構成される。ガルバノスキャナ５１には、計測光学系１４０から射出された計測光Ｌｔｍ２－２が入射する。ガルバノスキャナ５１は、計測光Ｌｔｍ２－２を偏向する（すなわち、計測光Ｌｔｍ２－２の射出角度を変更する）ことで、ワークＷＫ上での計測光Ｌｔｍ２－２の照射位置（集光位置）を変更する。ガルバノスキャナ５１は、計測光学系１４０と集光光学系ＣＬとの間の瞳の位置（集光光学系ＣＬの入射瞳の位置）もしくは瞳の近傍の位置に配置される。そのため、ガルバノスキャナ５１による計測光Ｌｔｍ２－２の射出角度の変化は、集光光学系ＣＬによって、計測光Ｌｔｍ２－２の照射位置の変化に変換される。これにより、ガルバノスキャナ５１は、集光光学系ＣＬによりワークＷＫの表面に集光される計測光Ｌｔｍ２－２を偏向してワークＷＫの表面上で走査する。
　集光光学系ＣＬには、ガルバノスキャナ５１から射出された計測光Ｌｔｍ２－２が入射する。集光光学系ＣＬは、ガルバノスキャナ５１からの計測光Ｌｔｍ２－２をワークＷＫの表面に集光する。すなわち、集光光学系ＣＬは、収斂状態の計測光Ｌｔｍ２－２をワークＷＫの表面に照射する。なお、図１７に示す例において、集光光学系ＣＬには、ガルバノスキャナ５１から射出された計測光Ｌｔｍ２－２が上方から入射するが、これに限られるものではない。例えば、集光光学系ＣＬの光軸が途中で直角に折れ曲がる場合、集光光学系ＣＬには、ガルバノスキャナ５１から射出された計測光Ｌｔｍ２－２が側方から入射するように構成されてもよい。
　ワークＷＫの表面に計測光Ｌｔｍ２－２が照射されると、計測光Ｌｔｍ２－２の照射に起因した光がワークＷＫから発生する。計測光Ｌｔｍ２－２の照射に起因した光として、例えば、ワークＷＫの表面で反射した反射光や、ワークＷＫの表面で散乱した散乱光、ワークＷＫの表面で回折した回折光等がある。以降、計測光Ｌｔｍ２－２の照射に起因してワークＷＫから発生した光を、計測光Ｌｔｍ２－３と称する。計測光Ｌｔｍ２－２の照射に起因してワークＷＫから発生した計測光Ｌｔｍ２－３の少なくとも一部は、計測照射光学系１５０の集光光学系ＣＬおよびガルバノスキャナ５１を介して、計測光学系１４０の第３ビームスプリッタ１４４に入射する。第３ビームスプリッタ１４４は、第３ビームスプリッタ１４４に入射した計測光Ｌｔｍ２－３の少なくとも一部を第２ビームスプリッタ１４２に向けて通過させる。第２ビームスプリッタ１４２は、第２ビームスプリッタ１４２に入射した計測光Ｌｔｍ２－３の少なくとも一部を第２検出器１４６に向けて反射する。
　前述したように、第２検出器１４６には、計測光Ｌｔｍ２－３に加えて、計測光Ｌｔｍ１－３が入射する。すなわち、第２検出器１４６には、ワークＷＫを介して第２検出器１４６に向かう計測光Ｌｔｍ２－３と、ワークＷＫを介することなく第２検出器１４６に向かう計測光Ｌｔｍ１－３とが入射する。なお、計測光Ｌｔｍ１－３は、参照光とも称される。第２検出器１４６は、計測光Ｌｔｍ１－３と計測光Ｌｔｍ２－３とが干渉することで生成される干渉光を検出する。具体的には、第２検出器１４６は、干渉光を受光することで、干渉光を検出する。そのため、第２検出器１４６は、光を受光可能な受光素子（例えば、光電変換素子）を備えてもよい。第２検出器１４６の検出結果は、制御装置（図示せず）に出力される。制御装置は、第１検出器１４３の検出結果および第２検出器１４６の検出結果に基づいて、ワークＷＫにおける計測光Ｌｔｍ２－２が照射された部分の位置情報や、ワークＷＫの表面形状（三次元形状）に関する情報等、ワークＷＫの状態を求める。
　なお、光計測ヘッド１３０における計測光学系１４０と集光光学系ＣＬとの間に、ガルバノスキャナ５１が設けられているが、これに限られるものではない。例えば、光計測ヘッド１３０における計測光学系１４０と集光光学系ＣＬとの間に、計測光Ｌｔｍ（Ｌｔｍ２－２）を偏向走査する偏向走査部材として、ポリゴンスキャナや音響光学素子等が設けられてもよい。また、光計測装置１０１は、光計測ヘッド１３０を移動させることが可能なロボットアーム１０を有しているが、これに限られるものではない。例えば、光計測装置は、ワークが載置されるステージと、ステージの上方からワークの表面に計測光を照射する光計測ヘッドと、ステージの上方において光計測ヘッドを移動させることが可能なヘッド駆動部とを有してもよい。
　次に、このような光加工装置１や光計測装置１０１に設けられる（ｆθ光学系とも称される）集光光学系ＣＬについて説明する。本実施形態に係る集光光学系ＣＬは、例えば図１に示す集光光学系ＣＬ（１）のように、集光光学系ＣＬを構成する複数の光学部材のうち最もガルバノスキャナ５１側（偏向部材側）に配置された第１光学部材（例えば、図１における負レンズＬ１１）と、集光光学系ＣＬを構成する複数の光学部材のうち最もワークＷＫ側に配置された第２光学部材（例えば、図１における負メニスカスレンズＬ２７）とを有する。第１光学部材と第２光学部材との間に、ワークＷＫと共役なワーク共役面Ｉｍが形成される。なお、このワーク共役面Ｉｍを中間像面と称してもよい。また、本実施形態に係る集光光学系ＣＬは、第１光学部材を含み、ガルバノスキャナ５１からの光をワーク共役面Ｉｍに集光して集光点を形成する第１光学系ＡＬと、第２光学部材を含み、ワーク共役面ＩｍとワークＷＫとを光学的に互いに共役にする第２光学系ＢＬとを有する。本実施形態において、ガルバノスキャナ５１が複数の走査ミラーで構成されている場合（偏向部材が複数の走査部材で構成されている場合）、光加工装置１や光計測装置１０１の光路において最もワーク側の走査ミラー（走査部材）をガルバノスキャナ５１（偏向部材）と見なしてもよい。
　例えば、光加工装置１に設けられる集光光学系ＣＬにおいて、ＮＡ（開口数）が比較的高い条件（例えば、ＮＡ＝０．１程度）であると、加工光Ｌｔｅの照射による良好な加工を行える場合がある。しかしながら、集光光学系ＣＬのＮＡを高くしようとすると、ワーキングディスタンスを確保することが難しくなる。これに対し、本実施形態によれば、集光光学系ＣＬにワーク共役面Ｉｍを設けることで、ワーク共役面ＩｍよりもワークＷＫ側の光学部材によってワーキングディスタンスを長くする設計を行うことが容易になる。これにより、ＮＡが高くてワーキングディスタンスが長い集光光学系ＣＬおよび、これを備えた光加工装置１および光計測装置１０１を得ることが可能になる。光加工装置１や光計測装置１０１に設けられる集光光学系ＣＬにおいて、高いＮＡ且つ長いワーキングディスタンスが達成されることにより、ワークの加工精度の向上と加工自由度の向上との両立、あるいは計測精度の向上と計測自由度の向上との両立を図ることができる。本実施形態に係る集光光学系ＣＬは、図４に示す集光光学系ＣＬ（２）でもよく、図７に示す集光光学系ＣＬ（３）でもよく、図１０に示す集光光学系ＣＬ（４）でもよい。
　本実施形態に係る集光光学系ＣＬにおいて、第１光学系ＡＬは、ハイパーセントリック光学系であってもよい。これにより、第１光学系ＡＬは、ガルバノスキャナ５１からの光をワーク共役面Ｉｍに集光して集光点を形成することが可能になる。また、諸収差の補正が容易になる。なお、第１光学系ＡＬがハイパーセントリック光学系であるとは、第１光学系ＡＬのワーク共役面Ｉｍ側（第２光学系ＢＬ側）の主光線が、第１光学系ＡＬからワーク共役面Ｉｍ（第２光学系ＢＬ）に近づくにつれて第１光学系ＡＬの光軸に近づく振る舞いを示す光学系であると言える。別の言い方をすると、第１光学系ＡＬがハイパーセントリック光学系であるとは、第１光学系ＡＬから第２光学系ＢＬへ光が進行する場合、第１光学系ＡＬの射出瞳が第１光学系ＡＬのワーク共役面Ｉｍ側（第２光学系ＢＬ側）にあるとも言える（第２光学系ＢＬから第１光学系ＡＬへ光が進行する場合には、第１光学系ＡＬの入射瞳が第１光学系ＡＬのワーク共役面Ｉｍ側（第２光学系ＢＬ側）にあるとも言える）。
　本実施形態に係る集光光学系ＣＬは、以下の条件式（１）を満足してもよい。
　０．１＜ｆＡ／Ｄａｂ＜０．８　・・・（１）
　但し、ｆＡ：第１光学系ＡＬの焦点距離
　　　　Ｄａｂ：第１光学系ＡＬと第２光学系ＢＬとの間の光軸上の距離
　条件式（１）は、第１光学系ＡＬの焦点距離と、第１光学系ＡＬと第２光学系ＢＬとの間の光軸上の距離との適切な関係を規定するものである。条件式（１）の対応値が下限値を下回ると、第１光学系ＡＬと第２光学系ＢＬとの間の光軸上の距離が長くなりすぎるため、像側テレセントリックが成立しなくなる。また、第２光学系ＢＬのレンズ径が大きくなりすぎてしまう。一方、条件式（１）の対応値が上限値を上回ると、第１光学系ＡＬと第２光学系ＢＬとの間の光軸上の距離が短くなりすぎるため、像側テレセントリックが成立しなくなる。また、第２光学系ＢＬの焦点距離が短くなり、ワーキングディスタンスを確保することが困難になる。なお、条件式（１）の上限値を０．５、さらに０．３に設定することで、本実施形態の効果をより確実なものとすることができる。
　本実施形態に係る集光光学系ＣＬにおいて、例えば図１および図４に示す集光光学系ＣＬ（１），ＣＬ（２）のように、第２光学系ＢＬは、ワーク共役面Ｉｍからの光をワークＷＫに集光する１以上のレンズを有してもよい。第２光学系ＢＬが１以上のレンズで構成されることより、第２光学系ＢＬの構成を単純にすることが可能になる。
　本実施形態に係る集光光学系ＣＬにおいて、例えば図７および図１０に示す集光光学系ＣＬ（３），ＣＬ（４）のように、第２光学系ＢＬは、ワーク共役面Ｉｍからの光を反射する凹面ミラーＭと、凹面ミラーＭで反射した光をワークＷＫに集光する集光レンズ群Ｇとを有してもよい。これにより、凹面ミラーＭでの光の反射を利用して、像面湾曲等の諸収差を容易に補正することが可能になる。従って、第２光学系ＢＬを構成するレンズの枚数を低減させることができ、集光光学系ＣＬを小型にすることが可能になる。
　上述の凹面ミラーＭおよび集光レンズ群Ｇを有する集光光学系ＣＬは、以下の条件式（２）を満足してもよい。
　０．０３＜ｆＭ／ｆＢ＜０．７　・・・（２）
　但し、ｆＭ：凹面ミラーＭの焦点距離
　　　　ｆＢ：第２光学系ＢＬの焦点距離
　条件式（２）は、凹面ミラーＭの焦点距離と、第２光学系ＢＬの焦点距離との適切な関係を規定するものである。条件式（２）の対応値が下限値を下回ると、凹面ミラーＭの屈折力が強くなりすぎるため、ワーキングディスタンスを確保することが困難になる。一方、条件式（２）の対応値が上限値を上回ると、凹面ミラーＭの屈折力が弱くなりすぎるため、像面湾曲等の諸収差を補正することが困難になる。なお、条件式（２）の下限値を０．３に設定することで、本実施形態の効果をより確実なものとすることができる。
　上述の凹面ミラーＭおよび集光レンズ群Ｇを有する集光光学系ＣＬは、以下の条件式（３）を満足してもよい。
　０．２＜ｆＭ／ｆＧ＜０．６　・・・（３）
　但し、ｆＭ：凹面ミラーＭの焦点距離
　　　　ｆＧ：集光レンズ群Ｇの焦点距離
　条件式（３）は、凹面ミラーＭの焦点距離と、集光レンズ群Ｇの焦点距離との適切な関係を規定するものである。条件式（３）の対応値が下限値を下回ると、凹面ミラーＭの屈折力が強くなりすぎるため、ワーキングディスタンスを確保することが困難になる。一方、条件式（３）の対応値が上限値を上回ると、凹面ミラーＭの屈折力が弱くなりすぎるため、像面湾曲等の諸収差を補正することが困難になる。
　上述の凹面ミラーＭおよび集光レンズ群Ｇを有する集光光学系ＣＬにおいて、集光レンズ群Ｇは、凹面ミラーＭ側から順に並んだ、負レンズと、正レンズとを有してもよい。集光レンズ群Ｇが負レンズと正レンズとを有することにより、テレセントリック性を補正することが可能になる。
　上述の凹面ミラーＭおよび集光レンズ群Ｇを有する集光光学系ＣＬにおいて、第２光学系ＢＬは、ワーク共役面Ｉｍからの光の少なくとも一部を凹面ミラーＭに向けて透過させ、凹面ミラーＭで反射した光を集光レンズ群Ｇに向けて反射させる偏光ビームスプリッタＰＢＳと、偏光ビームスプリッタＰＢＳと凹面ミラーＭとの間に配置された１／４波長板ＰＴ１とを有してもよい。これにより、色収差を補正することができる。
　上述の凹面ミラーＭおよび集光レンズ群Ｇを有する集光光学系ＣＬにおいて、第２光学系ＢＬは、１／４波長板ＰＴ１と凹面ミラーＭとの間に配置された負レンズを有してもよい。これにより、倍率色収差を補正することができる。
　また、本実施形態に係る集光光学系ＣＬにおいて、加工光Ｌｔｅ（もしくは計測光Ｌｔｍ）のワークＷＫ上での集光位置をガルバノスキャナ５１による偏向走査に応じて移動させてもよい。言い換えると、加工光Ｌｔｅ（もしくは計測光Ｌｔｍ）のワークＷＫ上での集光位置をガルバノスキャナ５１からの加工光Ｌｔｅ（もしくは計測光Ｌｔｍ）の射出方向の変更動作に応じて移動させてもよい。本実施形態に係る集光光学系ＣＬは、ｆθ光学系としての射影特性を有する。言い換えると、集光光学系ＣＬに対するガルバノスキャナ５１からの光の入射角に応じて加工光Ｌｔｅ（もしくは計測光Ｌｔｍ）のワークＷＫ上での集光位置が移動してもよい。なお、集光光学系ＣＬの射影特性は、ｆθ光学系の射影特性に限定されるものではない。
　本実施形態に係る集光光学系ＣＬにおいて、ワーク共役面Ｉｍと第２光学系ＢＬとの間に、瞳と共役な位置（例えば、集光光学系ＣＬの入射瞳面Ｐｕと共役な面Ｐｃの位置）があってもよい。また、本実施形態に係る集光光学系ＣＬは、瞳と共役な位置（例えば、集光光学系ＣＬの入射瞳面Ｐｕと共役な面Ｐｃの位置）または瞳と共役な位置の近傍に配置された合焦レンズＦＬ（図１および図４の二点鎖線を参照）を有し、合焦レンズＦＬを光軸に沿って移動させることにより、ワークＷＫに対して合焦させてもよい。これにより、ロボットアーム１０等を動かさなくても、集光光学系ＣＬによる加工光Ｌｔｅ（もしくは計測光Ｌｔｍ）の集光位置を光軸に沿って変位させることが可能になる。
　なお、本実施形態に係る集光光学系ＣＬは、上述のような第１光学系ＡＬと第２光学系ＢＬとを有する構成に限られるものではない。例えば、集光光学系ＣＬは、ワークＷＫと共役なワーク共役面Ｉｍをガルバノスキャナ５１とワークＷＫとの間に形成し、ワーク共役面ＩｍよりもワークＷＫ側に、瞳と共役な位置（例えば、集光光学系ＣＬの入射瞳面Ｐｕと共役な面Ｐｃの位置）がある構成であってもよい。このような集光光学系ＣＬは、図１に示す集光光学系ＣＬ（１）でもよく、図４に示す集光光学系ＣＬ（２）でもよく、図７に示す集光光学系ＣＬ（３）でもよく、図１０に示す集光光学系ＣＬ（４）でもよい。
　また、集光光学系ＣＬは、ワークＷＫと共役なワーク共役面Ｉｍをガルバノスキャナ５１とワークＷＫとの間に形成し、ワーク共役面ＩｍよりもワークＷＫ側に、ガルバノスキャナ５１と共役な位置がある構成であってもよい。このような集光光学系ＣＬは、図１に示す集光光学系ＣＬ（１）でもよく、図４に示す集光光学系ＣＬ（２）でもよく、図７に示す集光光学系ＣＬ（３）でもよく、図１０に示す集光光学系ＣＬ（４）でもよい。
　また、集光光学系ＣＬは、ガルバノスキャナ５１からの光を反射する凹面ミラーＭと、ガルバノスキャナ５１からの光の少なくとも一部を凹面ミラーＭに向けて透過させ、凹面ミラーＭで反射した光をワークＷＫに向けて反射させる偏光ビームスプリッタＰＢＳと、偏光ビームスプリッタＰＢＳと凹面ミラーＭとの間に配置された１／４波長板ＰＴ１とを有し、ガルバノスキャナ５１とワークＷＫとの間にワークＷＫと共役なワーク共役面Ｉｍを形成する構成であってもよい。このような集光光学系ＣＬは、図７に示す集光光学系ＣＬ（３）でもよく、図１０に示す集光光学系ＣＬ（４）でもよい。
　また、集光光学系ＣＬは、ワークＷＫと共役なワーク共役面Ｉｍを有する構成であってもよい。このような集光光学系ＣＬは、図１に示す集光光学系ＣＬ（１）でもよく、図４に示す集光光学系ＣＬ（２）でもよく、図７に示す集光光学系ＣＬ（３）でもよく、図１０に示す集光光学系ＣＬ（４）でもよい。
　また、本実施形態に係る集光光学系ＣＬは、上述のようなガルバノスキャナ５１（偏向部材）を介した加工光Ｌｔｅ（もしくは計測光Ｌｔｍ）をワークＷＫに集光する構成に限られるものではない。例えば、集光光学系ＣＬは、光をワークＷＫ上に集光するｆθ光学系であって、ｆθ光学系を構成する複数の光学部材のうち最も光入射側に配置された第１光学部材（例えば、図１における負レンズＬ１１）と、ｆθ光学系を構成する複数の光学部材のうち最もワークＷＫ側に配置された第２光学部材（例えば、図１における負メニスカスレンズＬ２７）とを備え、ワークＷＫと共役なワーク共役面Ｉｍを第１光学部材と第２光学部材との間に形成する構成であってもよい。このような集光光学系ＣＬは、図１に示す集光光学系ＣＬ（１）でもよく、図４に示す集光光学系ＣＬ（２）でもよく、図７に示す集光光学系ＣＬ（３）でもよく、図１０に示す集光光学系ＣＬ（４）でもよい。
　以下、本実施形態に係る集光光学系ＣＬの実施例を図面に基づいて説明する。図１、図４、図７、図１０は、第１～第４実施例に係る集光光学系ＣＬ｛ＣＬ（１）～ＣＬ（４）｝の構成を示す断面図である。これら図１、図４、図７、図１０において、集光光学系の各部を符号または符号と数字の組み合わせにより表している。この場合において、符号、数字の種類および数が大きくなって煩雑化するのを防止するため、実施例毎にそれぞれ独立して符号と数字の組み合わせを用いて表している。このため、実施例間で同一の符号と数字の組み合わせが用いられていても、同一の構成であることを意味するものでは無い。
　以下に表１～表４を示すが、この内、表１は第１実施例、表２は第２実施例、表３は第３実施例、表４は第４実施例における各諸元データを示す表である。第１～第３実施例では、中心波長λｃ＝５１７ｎｍとしている。第４実施例では、中心波長λｃ＝５１７ｎｍとし、最短波長λｍｎ＝５１５．４ｎｍとし、最長波長λｍｘ＝５１８．６ｎｍとしている。
　［全体諸元］の表において、ｆは、集光光学系の焦点距離を示す。ＤＢは、集光光学系に入射するビームの径（ビームの最大強度の１／ｅ2倍となる２点間での距離）を示す。ＮＡは、集光光学系の開口数を示す、ＳＡは、集光光学系のスキャンエリア（１辺の長さ）を示す。βＭは、第２光学系のリレー倍率を示す。言い換えると、βＭは、ワーク共役面Ｉｍを物体面としてワークＷＫを像面としたときの物体の像の倍率を示す。ＷＤは、集光光学系のワーキングディスタンスを示す。ｆＡは、第１光学系の焦点距離を示す。Ｄａｂは、第１光学系と第２光学系との間の光軸上の距離を示す。ｆＢは、第２光学系の焦点距離を示す。ｆＭは、凹面ミラーの焦点距離を示す。ｆＧは、集光レンズ群の焦点距離を示す。
　［レンズ諸元］の表において、面番号は物体側からのレンズ面の順序を示す。Ｒは各光学面の曲率半径（曲率中心がワーク側に位置する面を正の値としている）を示す。Ｄは各光学面から次の光学面（又は像面）までの光軸上の距離である面間隔を示す。Ｎは光学部材の材料の（中心波長λｃ＝５１７ｎｍでの）屈折率を示す。曲率半径の「∞」は平面又は開口を示す。空気の屈折率Ｎ＝1.000000の記載は省略している。
　また、第４実施例の［屈折率データ］において、光学部材の材料の中心波長λｃでの屈折率Ｎに対応する、最短波長λｍｎでの屈折率Ｎ（λｍｎ）と、最長波長λｍｘでの屈折率Ｎ（λｍｘ）を示す。
　以下、全ての諸元値において、掲載されている曲率半径Ｒ、面間隔Ｄ、その他の長さ等は、特記のない場合一般に「mm」が使われるが、光学系は比例拡大又は比例縮小しても同等の光学性能が得られるので、これに限られるものではない。
　ここまでの表の説明は全ての実施例において共通であり、以下での重複する説明は省略する。
　（第１実施例）
　第１実施例について、図１～図３および表１を用いて説明する。図１は、第１実施例に係る集光光学系の構成を示す断面図である。第１実施例に係る集光光学系ＣＬ（１）は、正の屈折力を有する第１光学系ＡＬと、正の屈折力を有する第２光学系ＢＬとを有する。第１光学系ＡＬと第２光学系ＢＬとの間に、ワークＷＫと共役なワーク共役面Ｉｍが形成される。第１光学系ＡＬは、ガルバノスキャナ５１からの光をワーク共役面Ｉｍに集光して集光点を形成する。第２光学系ＢＬは、ワーク共役面ＩｍとワークＷＫとを光学的に互いに共役にして、ワーク共役面Ｉｍからの光をワークＷＫに集光する。なお、集光光学系ＣＬ（１）の入射瞳面Ｐｕの位置には、上述のガルバノスキャナ５１が配置される。ワーク共役面Ｉｍと第２光学系ＢＬとの間に、入射瞳面Ｐｕと共役な面Ｐｃが配置される。
　第１光学系ＡＬは、光軸に沿って入射瞳面Ｐｕ側から順に、すなわち、光軸に沿ってガルバノスキャナ５１側から順に並んだ、ガルバノスキャナ５１側に凹面を向けた平凹形状の負レンズＬ１１と、ガルバノスキャナ５１側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１２と、ガルバノスキャナ５１側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１３と、両凸形状の正レンズＬ１４と、両凸形状の正レンズＬ１５と、ガルバノスキャナ５１側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１６とから構成される。負レンズＬ１１、正メニスカスレンズＬ１２、正メニスカスレンズＬ１３、正レンズＬ１４、正レンズＬ１５、および正メニスカスレンズＬ１６は、例えば石英ガラスを用いて形成される。第１光学系ＡＬの負レンズＬ１１は、前述の第１光学部材に該当する。また、第１光学系ＡＬは、ハイパーセントリック光学系である。
　第２光学系ＢＬは、光軸に沿ってガルバノスキャナ５１側（ワーク共役面Ｉｍ側）から順に並んだ、ガルバノスキャナ５１側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２１と、ガルバノスキャナ５１側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２２と、両凸形状の正レンズＬ２３と、両凸形状の正レンズＬ２４と、ガルバノスキャナ５１側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２５と、ガルバノスキャナ５１側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ２６と、ガルバノスキャナ５１側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ２７とから構成される。負メニスカスレンズＬ２１、正メニスカスレンズＬ２２、正レンズＬ２３、正レンズＬ２４、正メニスカスレンズＬ２５、負メニスカスレンズＬ２６、および負メニスカスレンズＬ２７は、例えば石英ガラスを用いて形成される。第２光学系ＢＬの負メニスカスレンズＬ２７は、前述の第２光学部材に該当する。本実施例において、ワーク共役面Ｉｍは、負レンズＬ１１（第１光学部材）と負メニスカスレンズＬ２７（第２光学部材）との間に形成される。言い換えると、ワーク共役面Ｉｍは、ガルバノスキャナ５１とワークＷＫとの間に形成される。また、ワーク共役面ＩｍよりもワークＷＫ側に、入射瞳面Ｐｕ（すなわち、ガルバノスキャナ５１）と共役な面Ｐｃの位置がある。
　第２光学系ＢＬよりもワークＷＫ側に、像面Ｉが配置される。第１実施例に係る集光光学系ＣＬ（１）は、像面Ｉに配置されたワークＷＫの表面に、ガルバノスキャナ５１で反射した加工光Ｌｔｅ（もしくは計測光Ｌｔｍ）を集光する。第１実施例に係る集光光学系ＣＬ（１）はｆθ光学系またはｆθレンズとも称され、集光光学系ＣＬ（１）に対するガルバノスキャナ５１からの光の入射角に応じて、加工光Ｌｔｅ（もしくは計測光Ｌｔｍ）のワークＷＫ上での集光位置が光軸と垂直な方向に移動する。
　以下の表１に、第１実施例に係る集光光学系の諸元の値を掲げる。なお、第１面は集光光学系の入射瞳面Ｐｕであり、第１４面はワーク共役面Ｉｍである。
（表１）
［全体諸元］
　　ｆ＝65　　　　　　　　　　　　　　　　ＤＢ＝10
　ＮＡ＝0.077　　　　　　 　　　　　　　　ＳＡ＝22.5
　βＭ＝1.11　　　　　　　　　　　　　　　ＷＤ＝130
　ｆＡ＝58.7　　　　　　　　　　　　　　　Ｄａｂ＝284.6
　ｆＢ＝98.9
［レンズ諸元］
　面番号　　　Ｒ　　 　　Ｄ　　 　　Ｎ
　　1　 　　　∞　　 　38.210
　　2　　　-22.466　 　13.000　　1.461435
　　3　 　　　∞　　　　6.837
　　4　　　-70.617　 　15.000　　1.461435
　　5　　　-52.524　　　1.000
　　6　 　-180.171　 　18.000　　1.461435
　　7　　　-78.320　　　1.000
　　8　 　4980.838　 　18.000　　1.461435
　　9　 　-111.670　　　1.000
　　10　 　211.083　 　20.000　　1.461435
　　11　　-165.744　　　1.000
　　12　 　107.136　 　18.000　　1.461435
　　13　 　711.653　 　98.746
　　14　 　　　∞　 　185.820
　　15　 　-54.780　 　12.000　　1.461435
　　16　 　-75.031　　　1.000
　　17　　-323.324　 　19.000　　1.461435
　　18　　-118.700　　　1.000
　　19　　2549.411　 　19.000　　1.461435
　　20　　-192.413　　　1.000
　　21　 　253.604　 　19.000　　1.461435
　　22　　-447.929　　　1.000
　　23　 　120.803　 　17.000　　1.461435
　　24　 　516.762　　　8.286
　　25　　　56.042　 　20.000　　1.461435
　　26　　　53.740　 　11.000
　　27　　　67.649　　　9.387　　1.461435
　　28　　　36.316　　145.000
　図２は、第１実施例に係る集光光学系の縦収差（球面収差、像面湾曲、および歪曲収差）を示す図である。図３は、第１実施例に係る集光光学系の横収差（メリジオナルコマ収差およびサジタルコマ収差）を示す図である。図２と図３の各収差図において、中心波長（λｃ＝５１７ｎｍ）での諸収差をそれぞれ示す。球面収差図において、縦軸は入射瞳半径の最大値を１として規格化して示した値を示し、横軸は収差の値［ｍｍ］を示す。像面湾曲を示す収差図において、実線はサジタル像面を示し、破線はメリジオナル像面を示す。また、像面湾曲を示す収差図において、縦軸は画角［度］を示し、横軸は収差の値［ｍｍ］を示す。歪曲収差図（ディストーション）において、縦軸は画角［度］を示し、横軸は収差の割合を百分率（％値）で示す。各コマ収差図は、像高比ＲＦＨ（Relative　Field　Height）が０．００～１．００のときの収差の値を示す。なお、以下に示す第２～第３実施例の収差図においても、本実施例と同様の符号を用い、重複する説明は省略する。
　各収差図より、第１実施例に係る集光光学系は、諸収差（単色収差）が良好に補正され、優れた光学性能を有していることがわかる。
（第２実施例）
　第２実施例について、図４～図６および表２を用いて説明する。図４は、第２実施例に係る集光光学系の構成を示す断面図である。第２実施例に係る集光光学系ＣＬ（２）は、正の屈折力を有する第１光学系ＡＬと、正の屈折力を有する第２光学系ＢＬとを有する。第１光学系ＡＬと第２光学系ＢＬとの間に、ワークＷＫと共役なワーク共役面Ｉｍが形成される。第１光学系ＡＬは、ガルバノスキャナ５１からの光をワーク共役面Ｉｍに集光して集光点を形成する。第２光学系ＢＬは、ワーク共役面ＩｍとワークＷＫとを光学的に互いに共役にして、ワーク共役面Ｉｍからの光をワークＷＫに集光する。なお、集光光学系ＣＬ（２）の入射瞳面Ｐｕの位置には、上述のガルバノスキャナ５１が配置される。ワーク共役面Ｉｍと第２光学系ＢＬとの間に、入射瞳面Ｐｕと共役な面Ｐｃが配置される。
　第１光学系ＡＬは、光軸に沿って入射瞳面Ｐｕ側から順に、すなわち、光軸に沿ってガルバノスキャナ５１側から順に並んだ、ガルバノスキャナ５１側に凹面を向けた平凹形状の負レンズＬ１１と、ガルバノスキャナ５１側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１２と、ガルバノスキャナ５１側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１３と、ガルバノスキャナ５１側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１４と、両凸形状の正レンズＬ１５と、ガルバノスキャナ５１側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１６とから構成される。負レンズＬ１１、正メニスカスレンズＬ１２、正メニスカスレンズＬ１３、正メニスカスレンズＬ１４、正レンズＬ１５、および正メニスカスレンズＬ１６は、例えば石英ガラスを用いて形成される。第１光学系ＡＬの負レンズＬ１１は、前述の第１光学部材に該当する。また、第１光学系ＡＬは、ハイパーセントリック光学系である。
　第２光学系ＢＬは、光軸に沿ってガルバノスキャナ５１側（ワーク共役面Ｉｍ側）から順に並んだ、両凹形状の負レンズＬ２１と、ガルバノスキャナ５１側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２２と、両凸形状の正レンズＬ２３と、ガルバノスキャナ５１側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２４と、ガルバノスキャナ５１側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ２５とから構成される。負レンズＬ２１、正メニスカスレンズＬ２２、正レンズＬ２３、正メニスカスレンズＬ２４、および負メニスカスレンズＬ２５は、例えば石英ガラスを用いて形成される。第２光学系ＢＬの負メニスカスレンズＬ２５は、前述の第２光学部材に該当する。本実施例において、ワーク共役面Ｉｍは、負レンズＬ１１（第１光学部材）と負メニスカスレンズＬ２５（第２光学部材）との間に形成される。言い換えると、ワーク共役面Ｉｍは、ガルバノスキャナ５１とワークＷＫとの間に形成される。また、ワーク共役面ＩｍよりもワークＷＫ側に、入射瞳面Ｐｕ（すなわち、ガルバノスキャナ５１）と共役な面Ｐｃの位置がある。
　第２光学系ＢＬよりもワークＷＫ側に、像面Ｉが配置される。第２実施例に係る集光光学系ＣＬ（２）は、像面Ｉに配置されたワークＷＫの表面に、ガルバノスキャナ５１で反射した加工光Ｌｔｅ（もしくは計測光Ｌｔｍ）を集光する。第２実施例に係る集光光学系ＣＬ（２）はｆθ光学系またはｆθレンズとも称され、集光光学系ＣＬ（２）に対するガルバノスキャナ５１からの光の入射角に応じて、加工光Ｌｔｅ（もしくは計測光Ｌｔｍ）のワークＷＫ上での集光位置が光軸と垂直な方向に移動する。
　以下の表２に、第２実施例に係る集光光学系の諸元の値を掲げる。なお、第１面は集光光学系の入射瞳面Ｐｕであり、第１４面はワーク共役面Ｉｍである。
（表２）
［全体諸元］
　　ｆ＝65　　　　　　　　　　　　　　　　ＤＢ＝10
　ＮＡ＝0.077　　　　　　 　　　　　　　　ＳＡ＝15
　βＭ＝1.04　　　　　　　　　　　　　　　ＷＤ＝200
　ｆＡ＝62.3　　　　　　　　　　　　　　　Ｄａｂ＝338.8
　ｆＢ＝125.6
［レンズ諸元］
　面番号　　　Ｒ　　 　　Ｄ　　 　　Ｎ
　　1　 　　　∞　　 　38.210
　　2　　　-19.307　 　13.000　　1.461435
　　3　 　　　∞　　　　4.684
　　4　　　-83.070　 　15.000　　1.461435
　　5　　　-50.413　　　1.000
　　6　 　-187.213　 　18.000　　1.461435
　　7　　　-69.825　　　1.000
　　8　 　-908.546　 　16.000　　1.461435
　　9　　　-92.851　　　1.000
　　10　 　224.097　 　15.000　　1.461435
　　11　　-261.008　　　1.000
　　12　 　105.057　 　12.000　　1.461435
　　13　 　562.138　　112.368
　　14　　　　∞　　　226.467
　　15　　-640.419　 　10.000　　1.461435
　　16　 　202.052　　　7.626
　　17　　-453.033　 　16.000　　1.461435
　　18　　-117.758　　　1.000
　　19　 　261.160　 　18.000　　1.461435
　　20　　-265.130　　　1.000
　　21　　　83.923　 　18.000　　1.461435
　　22　 　241.957　　　5.318
　　23　　　54.359　 　19.000　　1.461435
　　24　　　42.838　　217.000
　図５は、第２実施例に係る集光光学系の縦収差（球面収差、像面湾曲、および歪曲収差）を示す図である。図６は、第２実施例に係る集光光学系の横収差（メリジオナルコマ収差およびサジタルコマ収差）を示す図である。各収差図より、第２実施例に係る集光光学系は、諸収差（単色収差）が良好に補正され、優れた光学性能を有していることがわかる。
（第３実施例）
　第３実施例について、図７～図９および表３を用いて説明する。図７は、第３実施例に係る集光光学系の構成を示す断面図である。第３実施例に係る集光光学系ＣＬ（３）は、正の屈折力を有する第１光学系ＡＬと、正の屈折力を有する第２光学系ＢＬとを有する。第１光学系ＡＬと第２光学系ＢＬとの間に、ワークＷＫと共役なワーク共役面Ｉｍが形成される。第１光学系ＡＬは、ガルバノスキャナ５１からの光をワーク共役面Ｉｍに集光して集光点を形成する。第２光学系ＢＬは、ワーク共役面ＩｍとワークＷＫとを光学的に互いに共役にして、ワーク共役面Ｉｍからの光をワークＷＫに集光する。なお、集光光学系ＣＬ（３）の入射瞳面Ｐｕの位置には、上述のガルバノスキャナ５１が配置される。
　第１光学系ＡＬは、光軸に沿って入射瞳面Ｐｕ側から順に、すなわち、光軸に沿ってガルバノスキャナ５１側から順に並んだ、両凹形状の負レンズＬ１１と、両凸形状の正レンズＬ１２と、両凸形状の正レンズＬ１３と、ガルバノスキャナ５１側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１４とから構成される。負レンズＬ１１、正レンズＬ１２、正レンズＬ１３、および正メニスカスレンズＬ１４は、例えば石英ガラスを用いて形成される。第１光学系ＡＬの負レンズＬ１１は、前述の第１光学部材に該当する。また、第１光学系ＡＬは、ハイパーセントリック光学系である。
　第２光学系ＢＬは、偏光ビームスプリッタＰＢＳと、１／４波長板ＰＴ１と、凹面ミラーＭと、１／４波長板ＰＴ２と、集光レンズ群Ｇとを有する。偏光ビームスプリッタＰＢＳは、第２光学系ＢＬにおける最もガルバノスキャナ５１側（ワーク共役面Ｉｍ側）に配置される。１／４波長板ＰＴ１は、偏光ビームスプリッタＰＢＳと凹面ミラーＭとの間に配置される。凹面ミラーＭは、入射瞳面Ｐｕと共役な面Ｐｃの位置、すなわちガルバノスキャナ５１と共役な位置に配置される。凹面ミラーＭの反射面は球面である。１／４波長板ＰＴ２は、偏光ビームスプリッタＰＢＳと集光レンズ群Ｇとの間に配置される。集光レンズ群Ｇは、第２光学系ＢＬにおける最もワークＷＫ側に配置される。
　偏光ビームスプリッタＰＢＳは、ワーク共役面Ｉｍからの光のうち少なくとも一部（偏光ビームスプリッタＰＢＳの偏光分離面に対するｐ偏光、以下ｐ偏光と称する）を、１／４波長板ＰＴ１（すなわち凹面ミラーＭ）に向けて透過させる。偏光ビームスプリッタＰＢＳを透過した光の一部（ｐ偏光）は、１／４波長板ＰＴ１を通ると円偏光になる。凹面ミラーＭは、偏光ビームスプリッタＰＢＳを透過して１／４波長板ＰＴ１を通った光（円偏光）を、１／４波長板ＰＴ１（すなわち偏光ビームスプリッタＰＢＳ）に向けて反射する。凹面ミラーＭで反射した光（円偏光）は、１／４波長板ＰＴ１を通るとｓ偏光（偏光ビームスプリッタＰＢＳの偏光分離面に対するｓ偏光、以下ｓ偏光と称する）になる。偏光ビームスプリッタＰＢＳは、凹面ミラーＭで反射して１／４波長板ＰＴ１を通った光（ｓ偏光）を、１／４波長板ＰＴ２（すなわち集光レンズ群Ｇ）に向けて反射する。
　偏光ビームスプリッタＰＢＳで反射した光（ｓ偏光）は、１／４波長板ＰＴ２を通ると円偏光になる。集光レンズ群Ｇは、偏光ビームスプリッタＰＢＳで反射して１／４波長板ＰＴ２を通った光（円偏光）を、ワークＷＫに集光する。集光レンズ群Ｇは、光軸に沿って偏光ビームスプリッタＰＢＳ側から順に並んだ、ワークＷＫ側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２１と、両凸形状の正レンズＬ２２とから構成される。負メニスカスレンズＬ２１および正レンズＬ２２は、例えば石英ガラスを用いて形成される。第２光学系ＢＬ（集光レンズ群Ｇ）の正レンズＬ２２は、前述の第２光学部材に該当する。本実施例において、ワーク共役面Ｉｍは、負レンズＬ１１（第１光学部材）と正レンズＬ２２（第２光学部材）との間に形成される。言い換えると、ワーク共役面Ｉｍは、ガルバノスキャナ５１とワークＷＫとの間に形成される。また、ワーク共役面ＩｍよりもワークＷＫ側に、入射瞳面Ｐｕ（すなわち、ガルバノスキャナ５１）と共役な面Ｐｃの位置がある。
　第２光学系ＢＬ（集光レンズ群Ｇ）よりもワークＷＫ側に、像面Ｉが配置される。第３実施例に係る集光光学系ＣＬ（３）は、像面Ｉに配置されたワークＷＫの表面に、ガルバノスキャナ５１で反射した加工光Ｌｔｅ（もしくは計測光Ｌｔｍ）を集光する。第３実施例に係る集光光学系ＣＬ（３）はｆθ光学系またはｆθレンズとも称され、集光光学系ＣＬ（３）に対するガルバノスキャナ５１からの光の入射角に応じて、加工光Ｌｔｅ（もしくは計測光Ｌｔｍ）のワークＷＫ上での集光位置が光軸と垂直な方向に移動する。
　以下の表３に、第３実施例に係る集光光学系の諸元の値を掲げる。なお、第１面は集光光学系の入射瞳面Ｐｕであり、第１０面はワーク共役面Ｉｍである。
（表３）
［全体諸元］
　　ｆ＝65　　　　　　　　　　　　　　　　ＤＢ＝10
　ＮＡ＝0.077　　　　　　 　　　　　　　　ＳＡ＝22.5
　βＭ＝1.10　　　　　　　　　　　　　　　ＷＤ＝130
　ｆＡ＝59.0　　　　　　　　　　　　　　　Ｄａｂ＝185.1
　ｆＢ＝195.9
　ｆＭ＝100.0　　　　　　 　　　　　　　　ｆＧ＝213.4
［レンズ諸元］
　面番号　　　Ｒ　　 　　Ｄ　　 　　Ｎ
　　1　 　　　∞　　 　38.210
　　2　　-1007.853　　　4.000　　1.461435
　　3　　 　55.870　　　5.498
　　4　　　277.757　 　10.000　　1.461435
　　5　　　-77.349　 　13.211
　　6　　　154.172　 　14.000　　1.461435
　　7　　　-57.690　　　1.000
　　8　　 　70.156　 　10.000　　1.461435
　　9　　　288.235　 　55.286
　　10　　　　∞　　　129.786
　　11　　　　∞　　 　50.800　　1.461435
　　12　　　　∞　　 　10.000
　　13　　　　∞　　　　2.000　　1.461435
　　14　　　　∞　　 　10.000
　　15　　　-200.000　-10.000　　　　　　　　（反射面）
　　16　　　　∞　　 　-2.000　　1.461435
　　17　　　　∞　　　-10.000
　　18　　　　∞　　　-25.400　　1.461435
　　19　　　　∞　　 　25.400　　1.461435　　（反射面）
　　20　　　　∞　　 　10.000
　　21　　　　∞　　　　2.000　　1.461435
　　22　　　　∞　　 　10.000
　　23　 　560.411　　　5.000　　1.461435
　　24　　　50.469　 　66.372
　　25　　　95.936　 　15.000　　1.461435
　　26　　-129.723　　130.000
　図８は、第３実施例に係る集光光学系の縦収差（球面収差、像面湾曲、および歪曲収差）を示す図である。図９は、第３実施例に係る集光光学系の横収差（メリジオナルコマ収差およびサジタルコマ収差）を示す図である。各収差図より、第３実施例に係る集光光学系は、諸収差（単色収差）が良好に補正され、優れた光学性能を有していることがわかる。
（第４実施例）
　第４実施例について、図１０～図１３および表４を用いて説明する。図１０は、第４実施例に係る集光光学系の構成を示す断面図である。第４実施例に係る集光光学系ＣＬ（４）は、正の屈折力を有する第１光学系ＡＬと、正の屈折力を有する第２光学系ＢＬとを有する。第１光学系ＡＬと第２光学系ＢＬとの間に、ワークＷＫと共役なワーク共役面Ｉｍが形成される。第１光学系ＡＬは、ガルバノスキャナ５１からの光をワーク共役面Ｉｍに集光して集光点を形成する。第２光学系ＢＬは、ワーク共役面ＩｍとワークＷＫとを光学的に互いに共役にして、ワーク共役面Ｉｍからの光をワークＷＫに集光する。なお、集光光学系ＣＬ（４）の入射瞳面Ｐｕの位置には、上述のガルバノスキャナ５１が配置される。
　第１光学系ＡＬは、光軸に沿って入射瞳面Ｐｕ側から順に、すなわち、光軸に沿ってガルバノスキャナ５１側から順に並んだ、両凸形状の正レンズＬ１１と、両凸形状の正レンズＬ１２とから構成される。正レンズＬ１１および正レンズＬ１２は、例えば石英ガラスを用いて形成される。第１光学系ＡＬの正レンズＬ１１は、前述の第１光学部材に該当する。また、第１光学系ＡＬは、ハイパーセントリック光学系である。
　第２光学系ＢＬは、光軸に沿ってガルバノスキャナ５１側（ワーク共役面Ｉｍ側）から順に並んだ、両凸形状の正レンズＬ２１と、偏光ビームスプリッタＰＢＳと、１／４波長板ＰＴ１と、ガルバノスキャナ５１側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２２と、凹面ミラーＭとを有する。また、第２光学系ＢＬは、１／４波長板ＰＴ２と、集光レンズ群Ｇとを有する。正レンズＬ２１および負メニスカスレンズＬ２２は、例えば石英ガラスを用いて形成される。凹面ミラーＭは、入射瞳面Ｐｕと共役な面Ｐｃの位置、すなわちガルバノスキャナ５１と共役な位置に配置される。凹面ミラーＭの反射面は球面である。１／４波長板ＰＴ２は、偏光ビームスプリッタＰＢＳと集光レンズ群Ｇとの間に配置される。集光レンズ群Ｇは、第２光学系ＢＬにおける最もワークＷＫ側に配置される。
　偏光ビームスプリッタＰＢＳは、正レンズＬ２１を通ったワーク共役面Ｉｍからの光のうち少なくとも一部（ｐ偏光）を、１／４波長板ＰＴ１（すなわち凹面ミラーＭ）に向けて透過させる。偏光ビームスプリッタＰＢＳを透過した光の一部（ｐ偏光）は、１／４波長板ＰＴ１を通ると円偏光になる。凹面ミラーＭは、偏光ビームスプリッタＰＢＳを透過して１／４波長板ＰＴ１と負メニスカスレンズＬ２２とを通った光（円偏光）を、負メニスカスレンズＬ２２（すなわち偏光ビームスプリッタＰＢＳ）に向けて反射する。凹面ミラーＭで反射した光（円偏光）は、負メニスカスレンズＬ２２と１／４波長板ＰＴ１を通るとｓ偏光になる。偏光ビームスプリッタＰＢＳは、凹面ミラーＭで反射して負メニスカスレンズＬ２２と１／４波長板ＰＴ１とを通った光（ｓ偏光）を、１／４波長板ＰＴ２（すなわち集光レンズ群Ｇ）に向けて反射する。
　偏光ビームスプリッタＰＢＳで反射した光（ｓ偏光）は、１／４波長板ＰＴ２を通ると円偏光になる。集光レンズ群Ｇは、偏光ビームスプリッタＰＢＳで反射して１／４波長板ＰＴ２を通った光（円偏光）を、ワークＷＫに集光する。集光レンズ群Ｇは、光軸に沿って偏光ビームスプリッタＰＢＳ側から順に並んだ、ワークＷＫ側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ２３と、ワークＷＫ側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２４と、両凸形状の正レンズＬ２５とから構成される。負メニスカスレンズＬ２３、正メニスカスレンズＬ２４、および正レンズＬ２５は、例えば石英ガラスを用いて形成される。第２光学系ＢＬ（集光レンズ群Ｇ）の正レンズＬ２５は、前述の第２光学部材に該当する。本実施例において、ワーク共役面Ｉｍは、正レンズＬ１１（第１光学部材）と正レンズＬ２５（第２光学部材）との間に形成される。言い換えると、ワーク共役面Ｉｍは、ガルバノスキャナ５１とワークＷＫとの間に形成される。また、ワーク共役面ＩｍよりもワークＷＫ側に、入射瞳面Ｐｕ（すなわち、ガルバノスキャナ５１）と共役な面Ｐｃの位置がある。
　第２光学系ＢＬ（集光レンズ群Ｇ）よりもワークＷＫ側に、像面Ｉが配置される。第４実施例に係る集光光学系ＣＬ（４）は、像面Ｉに配置されたワークＷＫの表面に、ガルバノスキャナ５１で反射した加工光Ｌｔｅ（もしくは計測光Ｌｔｍ）を集光する。第４実施例に係る集光光学系ＣＬ（４）はｆθ光学系またはｆθレンズとも称され、集光光学系ＣＬ（４）に対するガルバノスキャナ５１からの光の入射角に応じて、加工光Ｌｔｅ（もしくは計測光Ｌｔｍ）のワークＷＫ上での集光位置が光軸と垂直な方向に移動する。
　以下の表４に、第４実施例に係る集光光学系の諸元の値を掲げる。なお、第１面は集光光学系の入射瞳面Ｐｕであり、第６面はワーク共役面Ｉｍである。
（表４）
［全体諸元］
　　ｆ＝65　　　　　　　　　　　　　　　　ＤＢ＝10
　ＮＡ＝0.077　　　　　　 　　　　　　　　ＳＡ＝15
　βＭ＝1.16　　　　　　　　　　　　　　　ＷＤ＝130
　ｆＡ＝56.2　　　　　　　　　　　　　　　Ｄａｂ＝81.7
　ｆＢ＝1140.0
　ｆＭ＝66.1　　　　　　　　　　　　　　　ｆＧ＝191.8
［レンズ諸元］
　面番号　　　Ｒ　　 　　Ｄ　　 　　Ｎ
　　1　 　　　∞　　 　38.210
　　2　　　158.388　　　7.000　　1.461435
　　3　　　-61.333　 　15.351
　　4　　 　67.920　　　7.000　　1.461435
　　5　 　-189.046　 　42.225
　　6　 　　　∞　　 　39.507
　　7　　　206.312　　　7.000　　1.461435
　　8　　　-66.761　 　54.694
　　9　 　　　∞　　 　50.800　　1.461435
　　10　　　　∞　　 　10.000
　　11　　　　∞　　　　2.000　　1.461435
　　12　　　　∞　　 　10.000
　　13　 　-54.541　　　3.000　　1.461435
　　14　　-217.153　 　25.428
　　15　　-132.110　　-25.428　　　　　　　　（反射面）
　　16　　-217.153　 　-3.000　　1.461435
　　17　 　-54.541　　-10.000
　　18　　　　∞　　 　-2.000　　1.461435
　　19　　　　∞　　　-10.000
　　20　　　　∞　　　-25.400　　1.461435
　　21　　　　∞　　 　25.400　　1.461435　　（反射面）
　　22　　　　∞　　 　10.000
　　23　　　　∞　　　　2.000　　1.461435
　　24　　　　∞　　 　10.000
　　25　 　-63.662　　　3.000　　1.461435
　　26　　-130.303　 　13.402
　　27　　-362.339　　　7.000　　1.461435
　　28　 　-91.850　　　1.000
　　29　 　202.941　　　8.000　　1.461435
　　30　　-128.277　　130.000
［屈折率データ］
　　Ｎ（λｍｎ）　　　　Ｎ　　　　　Ｎ（λｍｘ）
　　　1.461515　　　　1.461435　　　　1.461355
　図１１は、第４実施例に係る集光光学系の縦収差（球面収差、像面湾曲、および歪曲収差）を示す図である。図１２は、第４実施例に係る集光光学系の横収差（メリジオナルコマ収差およびサジタルコマ収差）を示す図である。図１３は、第４実施例に係る集光光学系の倍率色収差を示す図である。図１１と図１２の各収差図において、実線は最長波長（λｍｘ＝５１８．６ｎｍ）、破線は中心波長（λｃ＝５１７ｎｍ）、一点鎖線は最短波長（λｍｎ＝５１５．４ｎｍ）での諸収差をそれぞれ示す。球面収差図において、縦軸は入射瞳半径の最大値を１として規格化して示した値を示し、横軸は各光における収差の値［ｍｍ］を示す。像面湾曲を示す収差図において、破線は中心波長（λｃ＝５１７ｎｍ）でのサジタル像面を示し、二点鎖線は中心波長（λｃ＝５１７ｎｍ）でのメリジオナル像面を示す。また、像面湾曲を示す収差図において、縦軸は画角［度］を示し、横軸は収差の値［ｍｍ］を示す。歪曲収差図において、縦軸は画角［度］を示し、横軸は収差の割合を百分率（％値）で示す。各コマ収差図は、像高比ＲＦＨが０．００～１．００のときの収差の値を示す。倍率色収差を示す収差図において、縦軸は画角［度］を示し、横軸は収差の値［ｍｍ］を示す。
　各収差図より、第４実施例に係る集光光学系は、単色収差に加えて色収差（倍率色収差）が良好に補正され、優れた光学性能を有していることがわかる。
　次に、［条件式対応値］の表を下記に示す。この表には、各条件式（１）～（３）に対応する値を、全実施例（第１～第４実施例）について纏めて示す。
　条件式（１）　　０．１＜ｆＡ／Ｄａｂ＜０．８
　条件式（２）　　０．０３＜ｆＭ／ｆＢ＜０．７
　条件式（３）　　０．２＜ｆＭ／ｆＧ＜０．６
　［条件式対応値］（第１～第４実施例）
　条件式　　第１実施例　第２実施例　第３実施例　第４実施例
　（１）　　　0.206　　 　0.184　　 　0.319　　 　0.688
　（２）　　　　―　　　　　―　　　　0.510　　 　0.058
　（３）　　　　―　　　　　―　　　　0.469　　 　0.344
　上記各実施例によれば、高い光学性能を維持しつつ、ＮＡ（開口数）が高くてワーキングディスタンスが長い集光光学系を実現することができる。
　ここで、上記各実施例は本実施形態の一具体例を示しているものであり、本実施形態はこれらに限定されるものではない。
　上述の第３実施例および第４実施例において、偏光ビームスプリッタＰＢＳと集光レンズ群Ｇとの間に、１／４波長板ＰＴ２が設けられているが、これに限られるものではなく、１／４波長板ＰＴ２が設けられていなくてもよい。
　上述の第１実施例および第２実施例において、入射瞳面Ｐｕと共役な面Ｐｃの位置、もしくは入射瞳面Ｐｕと共役な面Ｐｃの位置の近傍に、合焦レンズＦＬ（図１および図４の二点鎖線を参照）が配置されてもよい。合焦レンズＦＬを光軸に沿って移動させることにより、ワークＷＫに対して合焦させてもよい。
　上述の第３実施例および第４実施例において、凹面ミラーＭは、球面ミラーに限らず、電気的な制御信号に基づいて反射面の形状を所望の形状に変更することができるデフォーマブルミラーであってもよい。この場合、像面Ｉよりも下方の位置に波面センサ（図示せず）を設けてもよい。そして、制御装置（図示せず）により、波面センサで検出される波面収差に応じて、収差を低減させるようにデフォーマブルミラーの反射面の形状を変化させる制御を行ってもよい。
　上述の第３実施例および第４実施例において、偏光ビームスプリッタＰＢＳに対する１／４波長板ＰＴ２と反対側の位置に、第２の凹面ミラーＭ２（図７の二点鎖線を参照）と１／４波長板ＰＴ３（図７の二点鎖線を参照）とが設けられてもよい。また、偏光ビームスプリッタＰＢＳよりもガルバノスキャナ５１側に、ｐ偏光とｓ偏光の割合を１：１にする光学素子（例えば、１／２波長板）が設けられてもよい。そして、（第１の）凹面ミラーＭおよび第２の凹面ミラーＭ２のうち一方を僅かにチルトさせることにより、（第１の）凹面ミラーＭで反射した光に基づく第１の加工光と、第２の凹面ミラーＭ２で反射した光に基づく第２の加工光とをワークＷの表面に集光させてもよい。
　上述の第３実施例および第４実施例において、偏光ビームスプリッタＰＢＳに対する１／４波長板ＰＴ２と反対側の位置に、偏光ビームスプリッタＰＢＳを透過した光（ｐ偏光）を遮蔽可能なビームダンパー（ビームトラップ、ビームディフューザー、ビームポケットとも称される）が設けられてもよい。ワークＷＫからの戻り光は、１／４波長板ＰＴ２を通ってｐ偏光となり、偏光ビームスプリッタＰＢＳを透過するため、ビームダンパーで吸収することが可能である。
　以上説明した実施形態に関して、更に以下の付記を記載する。
［付記１］
　光を偏向走査する偏向走査部材を介した加工光をワークに集光する光加工装置用の集光光学系であって、
　前記集光光学系を構成する複数の光学部材のうち最も前記偏向走査部材側に配置された第１光学部材と、
　前記集光光学系を構成する前記複数の光学部材のうち最もワーク側に配置された第２光学部材とを有し、
　前記ワークと共役な中間像面を前記第１光学部材と前記第２光学部材との間に形成する集光光学系。
［付記２］
　前記第１光学部材を含み、前記偏向走査部材からの光を前記中間像面に集光して集光点を形成する第１光学系と、
　前記第２光学部材を含み、前記中間像面と前記ワークとを光学的に互いに共役にする第２光学系とを有する付記１に記載の集光光学系。
［付記３］
　前記第１光学系は、ハイパーセントリック光学系である付記２に記載の集光光学系。
［付記４］
　以下の条件式を満足する付記２または３に記載の集光光学系。
　０．１＜ｆＡ／Ｄａｂ＜０．８
　但し、ｆＡ：前記第１光学系の焦点距離
　　　　Ｄａｂ：前記第１光学系と前記第２光学系との間の光軸上の距離
［付記５］
　前記第２光学系は、前記中間像面からの光を前記ワークに集光する１以上のレンズを有する付記２～４のいずれか一項に記載の集光光学系。
［付記６］
　前記第２光学系は、前記中間像面からの光を反射する凹面ミラーと、前記凹面ミラーで反射した光を前記ワークに集光する集光レンズ群とを有する付記２～４のいずれか一項に記載の集光光学系。
［付記７］
　以下の条件式を満足する付記６に記載の集光光学系。
　０．０３＜ｆＭ／ｆＢ＜０．７
　但し、ｆＭ：前記凹面ミラーの焦点距離
　　　　ｆＢ：前記第２光学系の焦点距離
［付記８］
　以下の条件式を満足する付記６または７に記載の集光光学系。
　０．２＜ｆＭ／ｆＧ＜０．６
　但し、ｆＭ：前記凹面ミラーの焦点距離
　　　　ｆＧ：前記集光レンズ群の焦点距離
［付記９］
　前記集光レンズ群は、前記凹面ミラー側から順に並んだ、負レンズと、正レンズとを有する付記６～８のいずれか一項に記載の集光光学系。
［付記１０］
　前記第２光学系は、前記中間像面からの光の少なくとも一部を前記凹面ミラーに向けて透過させ、前記凹面ミラーで反射した光を前記集光レンズ群に向けて反射させる偏光ビームスプリッタと、
　前記偏光ビームスプリッタと前記凹面ミラーとの間に配置された１／４波長板とを有する付記６～９のいずれか一項に記載の集光光学系。
［付記１１］
　前記第２光学系は、前記１／４波長板と前記凹面ミラーとの間に配置された負レンズを有する付記１０に記載の集光光学系。
［付記１２］
　前記中間像面と前記第２光学系との間に、瞳と共役な位置がある付記２～１１のいずれか一項に記載の集光光学系。
［付記１３］
　前記瞳と共役な位置または前記瞳と共役な位置の近傍に配置された合焦レンズを有し、
　前記合焦レンズを光軸に沿って移動させることにより、前記ワークに対して合焦させる付記１２に記載の集光光学系。
［付記１４］
　前記加工光の前記ワーク上での集光位置を前記偏向走査部材による偏向走査に応じて移動させる付記１～１３のいずれか一項に記載の集光光学系。
［付記１５］
　前記集光光学系に対する前記偏向走査部材からの光の入射角に応じて前記加工光の前記ワーク上での集光位置が移動する付記１～１４のいずれか一項に記載の集光光学系。
［付記１６］
　光を偏向走査する偏向走査部材を介した加工光をワークに集光する光加工装置用の集光光学系であって、
　前記ワークと共役な中間像面を前記偏向走査部材と前記ワークとの間に形成し、
　前記中間像面よりも前記ワーク側に、瞳と共役な位置がある集光光学系。
［付記１７］
　光を偏向走査する偏向走査部材を介した加工光をワークに集光する光加工装置用の集光光学系であって、
　前記ワークと共役な中間像面を前記偏向走査部材と前記ワークとの間に形成し、
　前記中間像面よりも前記ワーク側に、前記偏向走査部材と共役な位置がある集光光学系。
［付記１８］
　光を偏向走査する偏向走査部材を介した加工光をワークに集光する光加工装置用の集光光学系であって、
　前記偏向走査部材からの光を反射する凹面ミラーと、
　前記偏向走査部材からの光の少なくとも一部を前記凹面ミラーに向けて透過させ、前記凹面ミラーで反射した光を前記ワークに向けて反射させる偏光ビームスプリッタと、
　前記偏光ビームスプリッタと前記凹面ミラーとの間に配置された１／４波長板とを有し、
　前記偏向走査部材と前記ワークとの間に前記ワークと共役な中間像面を形成する集光光学系。
［付記１９］
　光を偏向走査する偏向走査部材を介した加工光をワークに集光する光加工装置用の集光光学系であって、
　前記ワークと共役な中間像面を有する集光光学系。
［付記２０］
　偏向走査部材と、付記１～１９のいずれか一項に記載の集光光学系とを有する光加工装置。
［付記２１］
　光をワーク上に集光するｆθ光学系であって、
　前記ｆθ光学系を構成する複数の光学部材のうち最も光入射側に配置された第１光学部材と、
　前記ｆθ光学系を構成する前記複数の光学部材のうち最もワーク側に配置された第２光学部材とを備え、
　前記ワークと共役な中間像面を前記第１光学部材と前記第２光学部材との間に形成するｆθ光学系。
［付記２２]
　光を偏向走査する偏向走査部材を介した計測光をワークに集光する光計測装置用の集光光学系であって、
　前記ワークと共役な中間像面を有する集光光学系。
［付記２３］
　偏向走査部材と、付記２２に記載の集光光学系とを有する光計測装置。
［付記２４］
　加工光をワーク上に集光する集光光学系であって、
　前記集光光学系を構成する複数の光学部材のうち最も光入射側に配置された第１光学部材と、
　前記集光光学系を構成する前記複数の光学部材のうち最もワーク側に配置された第２光学部材とを有し、
　前記ワークと共役なワーク共役面を前記第１光学部材と前記第２光学部材との間に形成する集光光学系。
［付記２５］
　加工光をワーク上に集光する集光光学系であって、
　前記ワークと共役なワーク共役面を、前記集光光学系を構成する複数の光学部材のうち前記加工光の光路において最も光入射側に配置される光学部材と前記ワークとの間に形成し、
　前記ワーク共役面よりも前記ワーク側に、瞳と共役な位置がある集光光学系。
［付記２６］
　加工光をワーク上に集光する集光光学系であって、
　前記ワークと共役なワーク共役面を、前記集光光学系を構成する複数の光学部材のうち前記加工光の光路において最も光入射側に配置される光学部材と前記ワークとの間に形成し、
　前記ワーク共役面よりも前記ワーク側に、前記集光光学系の入射瞳と共役な位置がある集光光学系。
［付記２７］
　加工光をワーク上に集光する集光光学系であって、
　入射する前記加工光を反射する凹面ミラーと、
　入射する前記加工光の少なくとも一部を前記凹面ミラーに向けて透過させ、前記凹面ミラーで反射した光を前記ワークに向けて反射させる偏光ビームスプリッタと、
　前記偏光ビームスプリッタと前記凹面ミラーとの間に配置された１／４波長板とを有し、
　前記集光光学系を構成する複数の光学部材のうち前記加工光の光路において最も光入射側に配置される光学部材と前記ワークとの間に前記ワークと共役なワーク共役面を形成する集光光学系。
［付記２８］
　加工光をワーク上に集光する集光光学系であって、
　前記ワークと共役なワーク共役面を有する集光光学系。
［付記２９］
　計測光をワーク上に集光する集光光学系であって、
　前記ワークと共役なワーク共役面を有する集光光学系。
　上述の各実施形態の構成要件の少なくとも一部は、上述の各実施形態の構成要件の少なくとも他の一部と適宜組み合わせることができる。上述の各実施形態の構成要件のうちの一部が用いられなくてもよい。
　本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う集光光学系（ｆθ光学系）もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
　ＣＬ　集光光学系
　ＡＬ　第１光学系　　　　　　　　　　ＢＬ　第２光学系
　Ｉｍ　ワーク共役面

Claims (23)

  1. 　加工光を偏向する偏向部材によってワーク上での集光位置を変更する光加工装置に用いられ、前記偏向部材からの前記加工光を集光する集光光学系であって、
    　前記集光光学系を構成する複数の光学部材のうち最も前記偏向部材側に配置された第１光学部材と、
    　前記集光光学系を構成する前記複数の光学部材のうち最もワーク側に配置された第２光学部材とを有し、
    　前記ワークと共役なワーク共役面を前記第１光学部材と前記第２光学部材との間に形成する集光光学系。
  2. 　前記第１光学部材を含み、前記偏向部材からの光を前記ワーク共役面に集光して集光点を形成する第１光学系と、
    　前記第２光学部材を含み、前記ワーク共役面と前記ワークとを光学的に互いに共役にする第２光学系とを有する請求項１に記載の集光光学系。
  3. 　前記第１光学系は、ハイパーセントリック光学系である請求項２に記載の集光光学系。
  4. 　以下の条件式を満足する請求項２または３に記載の集光光学系。
    　０．１＜ｆＡ／Ｄａｂ＜０．８
    　但し、ｆＡ：前記第１光学系の焦点距離
    　　　　Ｄａｂ：前記第１光学系と前記第２光学系との間の光軸上の距離
  5. 　前記第２光学系は、前記ワーク共役面からの光を前記ワークに集光する１以上のレンズを有する請求項２～４のいずれか一項に記載の集光光学系。
  6. 　前記第２光学系は、前記ワーク共役面からの光を反射する凹面ミラーと、前記凹面ミラーで反射した光を前記ワークに集光する集光レンズ群とを有する請求項２～４のいずれか一項に記載の集光光学系。
  7. 　以下の条件式を満足する請求項６に記載の集光光学系。
    　０．０３＜ｆＭ／ｆＢ＜０．７
    　但し、ｆＭ：前記凹面ミラーの焦点距離
    　　　　ｆＢ：前記第２光学系の焦点距離
  8. 　以下の条件式を満足する請求項６または７に記載の集光光学系。
    　０．２＜ｆＭ／ｆＧ＜０．６
    　但し、ｆＭ：前記凹面ミラーの焦点距離
    　　　　ｆＧ：前記集光レンズ群の焦点距離
  9. 　前記集光レンズ群は、前記凹面ミラー側から順に並んだ、負レンズと、正レンズとを有する請求項６～８のいずれか一項に記載の集光光学系。
  10. 　前記第２光学系は、前記ワーク共役面からの光の少なくとも一部を前記凹面ミラーに向けて透過させ、前記凹面ミラーで反射した光を前記集光レンズ群に向けて反射させる偏光ビームスプリッタと、
    　前記偏光ビームスプリッタと前記凹面ミラーとの間に配置された１／４波長板とを有する請求項６～９のいずれか一項に記載の集光光学系。
  11. 　前記第２光学系は、前記１／４波長板と前記凹面ミラーとの間に配置された負レンズを有する請求項１０に記載の集光光学系。
  12. 　前記ワーク共役面と前記第２光学系との間に、瞳と共役な位置がある請求項２～１１のいずれか一項に記載の集光光学系。
  13. 　前記瞳と共役な位置または前記瞳と共役な位置の近傍に配置された合焦レンズを有し、
    　前記合焦レンズを光軸に沿って移動させることにより、前記ワークに対して合焦させる請求項１２に記載の集光光学系。
  14. 　前記加工光の前記ワーク上での集光位置を前記偏向部材からの前記加工光の射出方向の変更動作に応じて移動させる請求項１～１３のいずれか一項に記載の集光光学系。
  15. 　前記集光光学系に対する前記偏向部材からの光の入射角に応じて前記加工光の前記ワーク上での集光位置が移動する請求項１～１４のいずれか一項に記載の集光光学系。
  16. 　加工光を偏向する偏向部材によってワーク上での集光位置を変更する光加工装置に用いられ、前記偏向部材からの前記加工光を集光する集光光学系であって、
    　前記ワークと共役なワーク共役面を前記偏向部材と前記ワークとの間に形成し、
    　前記ワーク共役面よりも前記ワーク側に、瞳と共役な位置がある集光光学系。
  17. 　加工光を偏向する偏向部材によってワーク上での集光位置を変更する光加工装置に用いられ、前記偏向部材からの前記加工光を集光する集光光学系であって、
    　前記ワークと共役なワーク共役面を前記偏向部材と前記ワークとの間に形成し、
    　前記ワーク共役面よりも前記ワーク側に、前記偏向部材と共役な位置がある集光光学系。
  18. 　加工光を偏向する偏向部材によってワーク上での集光位置を変更する光加工装置に用いられ、前記偏向部材からの前記加工光を集光する集光光学系であって、
    　前記偏向部材からの光を反射する凹面ミラーと、
    　前記偏向部材からの光の少なくとも一部を前記凹面ミラーに向けて透過させ、前記凹面ミラーで反射した光を前記ワークに向けて反射させる偏光ビームスプリッタと、
    　前記偏光ビームスプリッタと前記凹面ミラーとの間に配置された１／４波長板とを有し、
    　前記偏向部材と前記ワークとの間に前記ワークと共役なワーク共役面を形成する集光光学系。
  19. 　加工光を偏向する偏向部材によってワーク上での集光位置を変更する光加工装置に用いられ、前記偏向部材からの前記加工光を集光する集光光学系であって、
    　前記ワークと共役なワーク共役面を有する集光光学系。
  20. 　偏向部材と、請求項１～１９のいずれか一項に記載の集光光学系とを有する光加工装置。
  21. 　光をワーク上に集光するｆθ光学系であって、
    　前記ｆθ光学系を構成する複数の光学部材のうち最も光入射側に配置された第１光学部材と、
    　前記ｆθ光学系を構成する前記複数の光学部材のうち最もワーク側に配置された第２光学部材とを備え、
    　前記ワークと共役なワーク共役面を前記第１光学部材と前記第２光学部材との間に形成するｆθ光学系。
  22. 　計測光を偏向する偏向部材によってワーク上での集光位置を変更する光計測装置に用いられ、前記偏向部材からの前記計測光を集光する集光光学系であって、
    　前記ワークと共役なワーク共役面を有する集光光学系。
  23. 　偏向部材と、請求項２２に記載の集光光学系とを有する光計測装置。
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