JP2690111B2 - レーザ光の２次元スキャン光学装置 - Google Patents
レーザ光の２次元スキャン光学装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はレーザ光の２次元スキャンを行なわせる光学
装置に関する。
装置に関する。
近年の精密加工技術の進歩により、被加工物のマイク
ロ化、高密度化、高精度化が進み、微小領域に微細な２
次元パターンが作成されるようになってきた。それに伴
い、サブミクロン精度で形成された２次元パターンの形
状、寸法等の精密計測の必要性も高まり、光学的測定を
行なう場合、微小領域で安定した２次元スキャンが行な
える光学装置の実現が望まれている。
ロ化、高密度化、高精度化が進み、微小領域に微細な２
次元パターンが作成されるようになってきた。それに伴
い、サブミクロン精度で形成された２次元パターンの形
状、寸法等の精密計測の必要性も高まり、光学的測定を
行なう場合、微小領域で安定した２次元スキャンが行な
える光学装置の実現が望まれている。
レーザ光を微小なスポット径に集光して２次元スキャ
ンを行なわせるのに次の２つの方法がよく用いられてい
る。
ンを行なわせるのに次の２つの方法がよく用いられてい
る。
試料を２次元的に移動してスキャンする方法。
レーザ光を偏向デバイスを用いて電気的制御でスキ
ャンする方法。
ャンする方法。
の方法は、レーザ光を固定しておいて被測定物を乗
せたステージを機械的にスキャンするもの。の方法
は、被測定物は固定しておいてレーザ光を２次元スキャ
ンさせるもので、スキャンさせる偏光デバイスとして
は、ポリゴンミラー、ガルバノミラー、音響光学偏向素
子を用いる場合が多く、最近では音響光学偏光素子とガ
ルバノミラーを組み合わせて、電気的制御でレーザー光
を２次元スキャンさせる光学装置が実現されている。
せたステージを機械的にスキャンするもの。の方法
は、被測定物は固定しておいてレーザ光を２次元スキャ
ンさせるもので、スキャンさせる偏光デバイスとして
は、ポリゴンミラー、ガルバノミラー、音響光学偏向素
子を用いる場合が多く、最近では音響光学偏光素子とガ
ルバノミラーを組み合わせて、電気的制御でレーザー光
を２次元スキャンさせる光学装置が実現されている。
従来技術に記載したの方法はスキャン速度が遅くス
キャンに伴う機械的振動が発生したり、0.01ミクロンメ
ートル（以下μｍと記載する）程度の微小距離毎のスキ
ャン位置設定が困難である。従来技術に記載したの音
響光学偏向素子とがルバノミラーを組み合せた方法は、
従来技術のの方法に比べてスキャン速度は早くなる
が、ガルバノミラーの振れ角が比較的大きいため、例え
ば数10μｍ領域の如き微小領域を0.01μｍ程度のステッ
プでスキャンさせる場合には、ガルバノミラーの微小な
振れ角を安定して設定することが困難で、微小領域での
安定した２次元スキャンには適していない。
キャンに伴う機械的振動が発生したり、0.01ミクロンメ
ートル（以下μｍと記載する）程度の微小距離毎のスキ
ャン位置設定が困難である。従来技術に記載したの音
響光学偏向素子とがルバノミラーを組み合せた方法は、
従来技術のの方法に比べてスキャン速度は早くなる
が、ガルバノミラーの振れ角が比較的大きいため、例え
ば数10μｍ領域の如き微小領域を0.01μｍ程度のステッ
プでスキャンさせる場合には、ガルバノミラーの微小な
振れ角を安定して設定することが困難で、微小領域での
安定した２次元スキャンには適していない。
本発明の目的は上述した問題点を解消して、数10μｍ
程度の微小領域を0.01μｍ程度のスキャンステップで安
定した２次元スキャンを行なわせる光学装置を提供する
ことである。
程度の微小領域を0.01μｍ程度のスキャンステップで安
定した２次元スキャンを行なわせる光学装置を提供する
ことである。
上記の目的を達成するために、本発明は次のような構
成としている。
成としている。
レーザ光源から放射されるレーザ光を、第１の駆動信
号源により駆動される音響光学素子と、該音響光学素子
の光学動作を制御するレンズから成る第１の光学素子群
により第１の光偏向を行なわせ、第２の駆動信号源によ
り駆動されるピエゾトランスレータにより、入射される
レーザ光をその媒質内部でＶ型の反射経路を起こし、入
射される方向と同一の方向に出射させる光路変換プリズ
ムを駆動させて、前記第１の光偏向と直角の方向に第２
の光偏向を行なわせ、前記第１の光偏向と第２の光偏向
でスキャンされたレーザ光を対物レンズを含む第２の光
学素子群により集光させて２次元スキャンを行なわせ
る。
号源により駆動される音響光学素子と、該音響光学素子
の光学動作を制御するレンズから成る第１の光学素子群
により第１の光偏向を行なわせ、第２の駆動信号源によ
り駆動されるピエゾトランスレータにより、入射される
レーザ光をその媒質内部でＶ型の反射経路を起こし、入
射される方向と同一の方向に出射させる光路変換プリズ
ムを駆動させて、前記第１の光偏向と直角の方向に第２
の光偏向を行なわせ、前記第１の光偏向と第２の光偏向
でスキャンされたレーザ光を対物レンズを含む第２の光
学素子群により集光させて２次元スキャンを行なわせ
る。
さらには、レーザ光源から放射されるレーザ光を、第
１の駆動信号源で動作させられる第１のピエゾトランス
レータで前述した光路変換プリズムを駆動させて第１の
光偏向を行なわせ、第２の駆動信号源で動作させられる
第２のピエゾトランスレータで前述した光路変換プリズ
ムを駆動させて、前記第１の光偏向と直角の方向に第２
の光偏向を行なわせ、前記第１の光偏向と第２の光偏向
でスキャンされたレーザ光を対物レンズを含む光学素子
群により集光させて２次元スキャンを行なわせる。
１の駆動信号源で動作させられる第１のピエゾトランス
レータで前述した光路変換プリズムを駆動させて第１の
光偏向を行なわせ、第２の駆動信号源で動作させられる
第２のピエゾトランスレータで前述した光路変換プリズ
ムを駆動させて、前記第１の光偏向と直角の方向に第２
の光偏向を行なわせ、前記第１の光偏向と第２の光偏向
でスキャンされたレーザ光を対物レンズを含む光学素子
群により集光させて２次元スキャンを行なわせる。
光路変換プリズムの例としてダブプリズムを用いる場
合、ダブプリズムに入射する光線位置を固定していると
き、ダブプリズムの全反射を起こすプリズム底面位置を
移動させると、ダブプリズムを透過した光線は移動前の
位置に対して、移動量の２倍シフトされた位置に出射す
る。従ってダブプリズムをピエゾトランスレータにより
微小量毎移動させることによってスキャンを行なわせる
ことができる。
合、ダブプリズムに入射する光線位置を固定していると
き、ダブプリズムの全反射を起こすプリズム底面位置を
移動させると、ダブプリズムを透過した光線は移動前の
位置に対して、移動量の２倍シフトされた位置に出射す
る。従ってダブプリズムをピエゾトランスレータにより
微小量毎移動させることによってスキャンを行なわせる
ことができる。
一方、音響光学素子は印加する電気信号に応じた微小
な回折角度の変化でスキャンを行なうことができ、音響
光学素子＋ダブプリズム、あるいは、ダブプリズム＋ダ
ブプリズムの組み合せにより微小領域の２次元スキャン
を行なうことができる。
な回折角度の変化でスキャンを行なうことができ、音響
光学素子＋ダブプリズム、あるいは、ダブプリズム＋ダ
ブプリズムの組み合せにより微小領域の２次元スキャン
を行なうことができる。
音響光学素子、ダブプリズムを駆動するピエゾトラン
スレータ共に電気信号により駆動されるが、電気信号の
単位変化当り音響光学素子は 10-3mrad、ピエゾトランスレータは10-3μｍ程度の変化
を行なわせることができるため、 10-3μｍオーダのスキャン精度で駆動する電気信号に応
じた任意の軌跡で２次元スキャンが行なわれる。
スレータ共に電気信号により駆動されるが、電気信号の
単位変化当り音響光学素子は 10-3mrad、ピエゾトランスレータは10-3μｍ程度の変化
を行なわせることができるため、 10-3μｍオーダのスキャン精度で駆動する電気信号に応
じた任意の軌跡で２次元スキャンが行なわれる。
以下に本発明の実施例を図面を用いて説明する。
（第１実施例） 第１図に本発明の第１の実施例の動作を説明するブロ
ック図を示し、光路変換プリズムとしてダブプリズムを
用いる場合について説明する。
ック図を示し、光路変換プリズムとしてダブプリズムを
用いる場合について説明する。
10はレーザ光源、11はレーザ光源10から放射されるレ
ーザ光で、レーザ光源10は例えばHe−Neレーザ、Arレー
ザ、半導体レーザ等が用いられる。12は音響光学素子
（以下にＡ・Ｏと略記する）、13はＡ・O12の光学動作
を制御するための各種のレンズから成る第１の光学素子
群14、はＡ・O12を駆動するための第１の駆動信号群で
ある。Ａ・O12に超音波進行波を印加するとＡ・Ｏ媒質
の光弾性効果により媒質中に屈折率の周期的変動を生じ
させるため、光に対する回折格子として作用し、入射光
を回折させる。このときＡ・O12の回折角度は第１の駆
動信号源14からの電気信号によって制御される。このＡ
・O12による光偏向を第１の光偏向と称するが、例えば
偏向方向は紙面に平行な面内のＸ方向である。
ーザ光で、レーザ光源10は例えばHe−Neレーザ、Arレー
ザ、半導体レーザ等が用いられる。12は音響光学素子
（以下にＡ・Ｏと略記する）、13はＡ・O12の光学動作
を制御するための各種のレンズから成る第１の光学素子
群14、はＡ・O12を駆動するための第１の駆動信号群で
ある。Ａ・O12に超音波進行波を印加するとＡ・Ｏ媒質
の光弾性効果により媒質中に屈折率の周期的変動を生じ
させるため、光に対する回折格子として作用し、入射光
を回折させる。このときＡ・O12の回折角度は第１の駆
動信号源14からの電気信号によって制御される。このＡ
・O12による光偏向を第１の光偏向と称するが、例えば
偏向方向は紙面に平行な面内のＸ方向である。
15はダブプリズム（DOVE PRISM）、16はピエゾトラ
ンスレータ、17はピエゾトランスレータ16を駆動する第
２の駆動信号源である。ピエゾトランスレータ16でダブ
プリズム15を移動させるが、移動方向を例えば紙面と垂
直方向のＺ方向に行なわせれば、同じくＺ方向に第２の
光偏向が行なわれるが、この偏向量、偏向位置の制御を
第２の駆動信号源17からの電気信号によって行なう。な
お第２の光偏向の偏向方向は前述の第１の光偏向の偏向
方向と直角の方向である。
ンスレータ、17はピエゾトランスレータ16を駆動する第
２の駆動信号源である。ピエゾトランスレータ16でダブ
プリズム15を移動させるが、移動方向を例えば紙面と垂
直方向のＺ方向に行なわせれば、同じくＺ方向に第２の
光偏向が行なわれるが、この偏向量、偏向位置の制御を
第２の駆動信号源17からの電気信号によって行なう。な
お第２の光偏向の偏向方向は前述の第１の光偏向の偏向
方向と直角の方向である。
18は対物レンズ19を含む第２の光学素子群で、Ｘ方
向、Ｚ方向に２次元スキャンされるレーザ光100を微小
なスポット径に集光すると共に、この集束光を微小な領
域を２次元スキャンさせるために、レーザ光100の偏向
量を一定の比率に従って縮少する動作を行なう。点101
が対物レンズ19の焦点位置で、Ｘ−Ｚ面で集束光点の２
次元スキャンを行なう。この２次元スキャンを行なうと
き特にピエゾトランスレータ16の安定度が重要になる。
ヒステリシスが無く、移動のリニアティが良い事及び動
作速度が早いことが特に重要であるが、Queensgate Ins
truments社のピエゾトランスレータ、モデルDPT/AX100
がこのような目的に適している。またＡ・O12にも高精
度の偏向特性が必要であるが、イントラアクション社の
ADM−40が本目的に適している。
向、Ｚ方向に２次元スキャンされるレーザ光100を微小
なスポット径に集光すると共に、この集束光を微小な領
域を２次元スキャンさせるために、レーザ光100の偏向
量を一定の比率に従って縮少する動作を行なう。点101
が対物レンズ19の焦点位置で、Ｘ−Ｚ面で集束光点の２
次元スキャンを行なう。この２次元スキャンを行なうと
き特にピエゾトランスレータ16の安定度が重要になる。
ヒステリシスが無く、移動のリニアティが良い事及び動
作速度が早いことが特に重要であるが、Queensgate Ins
truments社のピエゾトランスレータ、モデルDPT/AX100
がこのような目的に適している。またＡ・O12にも高精
度の偏向特性が必要であるが、イントラアクション社の
ADM−40が本目的に適している。
第２図にダブプリズム15による光偏向動作を説明する
光路図を示す。第２図（イ）はダブプリズム15が設定さ
れた基準位置にある場合、第２図（ロ）はダブプリズム
15がピエゾトランスレータの動きに連動して基準位置か
らｈだけＺ方向にシフトした場合である。
光路図を示す。第２図（イ）はダブプリズム15が設定さ
れた基準位置にある場合、第２図（ロ）はダブプリズム
15がピエゾトランスレータの動きに連動して基準位置か
らｈだけＺ方向にシフトした場合である。
第２図（イ）において基準位置に置かれたダブプリズ
ム15に入射されるレーザ光200が、ダブプリズム15の高
さ方向の中央部に入射すれば、図のような屈折経路を進
み、長さ方向の中央部201において全反射され、出射光2
02は入射光200と同じ高さ方向の位置に出射する。
ム15に入射されるレーザ光200が、ダブプリズム15の高
さ方向の中央部に入射すれば、図のような屈折経路を進
み、長さ方向の中央部201において全反射され、出射光2
02は入射光200と同じ高さ方向の位置に出射する。
ダブプリズム15の全反射面がｈだけＺ方向にシフトさ
れた第２図（ロ）の場合は、入射光線200はダブプリズ
ム15の高さ方向の中央部よりもｈだけ下方に入射される
（入射光線200のＺ方向位置は固定されている）。屈折
光線は図示の経路を進み、長さ方向の中央部よりも左側
の位置203で全反射されるため、出射光204は基準となる
出射光202の位置に対して2hだけＺ方向にシフトされた
位置に出射される。このようにピエゾトランスレータ16
を用いて、ダブプリズム15の全反射面をＺ方向にｈだけ
シフトさせることにより、2hの大きさでＺ方向に出射光
位置も変化させて光偏向させることができる。
れた第２図（ロ）の場合は、入射光線200はダブプリズ
ム15の高さ方向の中央部よりもｈだけ下方に入射される
（入射光線200のＺ方向位置は固定されている）。屈折
光線は図示の経路を進み、長さ方向の中央部よりも左側
の位置203で全反射されるため、出射光204は基準となる
出射光202の位置に対して2hだけＺ方向にシフトされた
位置に出射される。このようにピエゾトランスレータ16
を用いて、ダブプリズム15の全反射面をＺ方向にｈだけ
シフトさせることにより、2hの大きさでＺ方向に出射光
位置も変化させて光偏向させることができる。
第３図に第１図に示したブロック図の光学系の構成実
施例を示す。
施例を示す。
30及び33はシリンドリカルレンズで各々の焦点距離は
等しくてfcとする。31及び32は凸レンズで各々の焦点距
離がf1、f2であり、凸レンズ31と凸レンズ32の間にＡ・
O12を配置する。以上のレンズ群30、31、32、33がＡ・O
12の光学動作を制御する第１の光学素子群13である。
等しくてfcとする。31及び32は凸レンズで各々の焦点距
離がf1、f2であり、凸レンズ31と凸レンズ32の間にＡ・
O12を配置する。以上のレンズ群30、31、32、33がＡ・O
12の光学動作を制御する第１の光学素子群13である。
Ａ・O12の回折による偏向動作を最適状態で行なわせ
るために、Ａ・O12の媒質内を伝播する超音波進行波と
光波の相互作用を十分に行なわせる必要があるため、シ
リンドリカルレンズ30と凸レンズ31の組み合せにより焦
点距離比f1/fCに応じて、レーザ光線10から放射される
円形状を持つ直線偏光のレーザ光11のビーム径及びビー
ム形状を変換する。この変換されたビーム300はシリン
ドリカルレンズ30の作用によりほぼ１次元の広がりを持
つシート形状である。なお図示のビーム形状は紙面に平
行なＸ方向の面内での形状を表わしており、紙面に垂直
なＺ方向面内ではＡ・O12の中点位置301で焦点を結ぶビ
ーム形状である。
るために、Ａ・O12の媒質内を伝播する超音波進行波と
光波の相互作用を十分に行なわせる必要があるため、シ
リンドリカルレンズ30と凸レンズ31の組み合せにより焦
点距離比f1/fCに応じて、レーザ光線10から放射される
円形状を持つ直線偏光のレーザ光11のビーム径及びビー
ム形状を変換する。この変換されたビーム300はシリン
ドリカルレンズ30の作用によりほぼ１次元の広がりを持
つシート形状である。なお図示のビーム形状は紙面に平
行なＸ方向の面内での形状を表わしており、紙面に垂直
なＺ方向面内ではＡ・O12の中点位置301で焦点を結ぶビ
ーム形状である。
シート形状のビーム300によりＡ・O12で回折作用が行
なわれるが、凸レンズ32とシリンドリカルレンズ33でシ
ート形状のビームを再び変換して円形ビーム形状に直し
てやる。なおシリンドリカルレンズ33の光線屈折面は、
シリンドリカルレンズ30の光線屈折面とは垂直な方向に
設定する。位置302が円形状に集光されたビームの焦点
位置で、Ａ・O12によって回折された１次回折光と、回
折されない０次光との分離を行なうが、１次回折光を偏
向ビームとして用いる。
なわれるが、凸レンズ32とシリンドリカルレンズ33でシ
ート形状のビームを再び変換して円形ビーム形状に直し
てやる。なおシリンドリカルレンズ33の光線屈折面は、
シリンドリカルレンズ30の光線屈折面とは垂直な方向に
設定する。位置302が円形状に集光されたビームの焦点
位置で、Ａ・O12によって回折された１次回折光と、回
折されない０次光との分離を行なうが、１次回折光を偏
向ビームとして用いる。
34は偏光ビームスプリッター（PBS）、15は前述した
ダブプリズム、35は焦点距離f3を有する凸レンズ、36は
1/4波長板、19は焦点距離f0を有する対物レンズ、37はP
iNフォトダイオード等から成る光検出器、38は微小な２
次元パターンを有する被測定物である。ここで対物レン
ズ19の焦点位置に被測定物38を配置し、反射光を光検出
器37で検出する。円形状で発散光となるビーム303の光
路中に偏光ビームスプリッター34とダブプリズム15を配
置する。ここでダブプリズム15は紙面に垂直な面で移動
を行なわせ、紙面に垂直な面内（Ｚ方向）での第２の光
偏向を行なわせる。なお前述のＡ・O12では紙面に平行
な面内でＸ方向に第１の光偏向を行なわせる。
ダブプリズム、35は焦点距離f3を有する凸レンズ、36は
1/4波長板、19は焦点距離f0を有する対物レンズ、37はP
iNフォトダイオード等から成る光検出器、38は微小な２
次元パターンを有する被測定物である。ここで対物レン
ズ19の焦点位置に被測定物38を配置し、反射光を光検出
器37で検出する。円形状で発散光となるビーム303の光
路中に偏光ビームスプリッター34とダブプリズム15を配
置する。ここでダブプリズム15は紙面に垂直な面で移動
を行なわせ、紙面に垂直な面内（Ｚ方向）での第２の光
偏向を行なわせる。なお前述のＡ・O12では紙面に平行
な面内でＸ方向に第１の光偏向を行なわせる。
凸レンズ35で発散光303を平行光304に変換し、対物レ
ンズ19で直径１μｍ程度の微小スポット径に集光して、
焦点位置でＸ−Ｚ面内で微小領域を２次元スキャンさせ
る。ここで凸レンズ35と対物レンズ19が第２の光学素子
群18である。なお1/4波長板を平行ビーム304の光路中に
配置しているが、凸レンズ35の左側に配置してもよい。
ンズ19で直径１μｍ程度の微小スポット径に集光して、
焦点位置でＸ−Ｚ面内で微小領域を２次元スキャンさせ
る。ここで凸レンズ35と対物レンズ19が第２の光学素子
群18である。なお1/4波長板を平行ビーム304の光路中に
配置しているが、凸レンズ35の左側に配置してもよい。
第４図に第３図に示した光学系の構成によるスキャン
による光路変換を説明する光路図を示し、第４図（イ）
はＡ・O12によるＸ方向の光偏向を説明する光路図、第
４図（ロ）はダブプリズム15によるＺ方向の光偏向を説
明する光路図である。第４図（イ）、（ロ）の両方の図
において、第３図に示したシリンドリカルレンズ30、凸
レンズ31、偏光ビームスプリッター34、1/4波長板36は
光路説明には関係しないから図から省略している。
による光路変換を説明する光路図を示し、第４図（イ）
はＡ・O12によるＸ方向の光偏向を説明する光路図、第
４図（ロ）はダブプリズム15によるＺ方向の光偏向を説
明する光路図である。第４図（イ）、（ロ）の両方の図
において、第３図に示したシリンドリカルレンズ30、凸
レンズ31、偏光ビームスプリッター34、1/4波長板36は
光路説明には関係しないから図から省略している。
第４図（イ）において、Ａ・O12によって回折された
回折１次光400はθなる回折角で進行し、凸レンズ32に
よって平行光路で進行する平行光401に変換される。シ
リンドリカルレンズ33は平行光401に対して屈折作用を
持たず、更にダブプリズム15もＸ方向に偏向される平行
光401に対しては、Ｘ方向への光路変換作用を持たな
い。平行光401は凸レンズ35で屈折され、対物レンズ19
で微小スポット径に集光されて再び平行光に変換されて
Ｘ方向のスキャンを行なう。Ａ・O12に印加される第１
の駆動信号源14の駆動信号によるＡ・O12の回折角の変
化をθｄとすれば、対物レンズ19の焦点位置における偏
向量の変化DXは式 DX＝（f0/f3）×f2×θｄ…… で表わされる。
回折１次光400はθなる回折角で進行し、凸レンズ32に
よって平行光路で進行する平行光401に変換される。シ
リンドリカルレンズ33は平行光401に対して屈折作用を
持たず、更にダブプリズム15もＸ方向に偏向される平行
光401に対しては、Ｘ方向への光路変換作用を持たな
い。平行光401は凸レンズ35で屈折され、対物レンズ19
で微小スポット径に集光されて再び平行光に変換されて
Ｘ方向のスキャンを行なう。Ａ・O12に印加される第１
の駆動信号源14の駆動信号によるＡ・O12の回折角の変
化をθｄとすれば、対物レンズ19の焦点位置における偏
向量の変化DXは式 DX＝（f0/f3）×f2×θｄ…… で表わされる。
第４図（ロ）において、Ｚ方向の光路についてはＡ・
O12では回折作用が行なわれず光ビーム402は直進する。
ダブプリズム15において、第２図で説明した如く光ビー
ム402は屈折され、基準位置からの変化ｈに対して、2h
だけシフトされた位置に屈折光が出射され、平行に進行
する平行光403が得られる。平行光403は凸レンズ35と対
物レンズ19によって第４図（イ）で説明したのと同様
に、微小スポット径に集光されてＺ方向のスキャンを行
なう。ダブプリズム15を駆動するピエゾトランスレータ
16に印加される第２の駆動信号源17の駆動信号によるダ
ブプリズム15の移動量をｈとしたとき、対物レンズ19の
焦点位置における偏向量DZは式 DZ＝（f0/f3）×2h…… で表わされる。
O12では回折作用が行なわれず光ビーム402は直進する。
ダブプリズム15において、第２図で説明した如く光ビー
ム402は屈折され、基準位置からの変化ｈに対して、2h
だけシフトされた位置に屈折光が出射され、平行に進行
する平行光403が得られる。平行光403は凸レンズ35と対
物レンズ19によって第４図（イ）で説明したのと同様
に、微小スポット径に集光されてＺ方向のスキャンを行
なう。ダブプリズム15を駆動するピエゾトランスレータ
16に印加される第２の駆動信号源17の駆動信号によるダ
ブプリズム15の移動量をｈとしたとき、対物レンズ19の
焦点位置における偏向量DZは式 DZ＝（f0/f3）×2h…… で表わされる。
式、式において偏向量DX、DZは（f0/f3）によっ
て変化させることができるため、希望する偏向量に応じ
て第２の光学素子群を構成する凸レンズ35と対物レンズ
19の焦点距離を設定すればよい。
て変化させることができるため、希望する偏向量に応じ
て第２の光学素子群を構成する凸レンズ35と対物レンズ
19の焦点距離を設定すればよい。
（第２実例例） 次にダブプリズムを２個用いた２次元スキャン光学系
について説明する。第１実施例においてはＸ方向のスキ
ャンをＡ・O12を用いて行なったが、Ａ・O12の代りにダ
ブプリズムを用いてスキャンさせることも可能である。
について説明する。第１実施例においてはＸ方向のスキ
ャンをＡ・O12を用いて行なったが、Ａ・O12の代りにダ
ブプリズムを用いてスキャンさせることも可能である。
第５図にダブプリズムを２個用いて２次元スキャンを
行なわせる第２の実施例の動作を説明するブロック図を
示す。10は前述したレーザ光源で、レーザ光11を放射す
る。51は第１のダブプリズムでＸ方向の第１の光偏向を
行なう。52は第１のダブプリズム51を移動させるための
第１のピエゾトランスレータ（以下PZTと略記する）、5
3は第１のPZT52を駆動するための第１の駆動信号源であ
る。54は第２のダブプリズムでＺ方向の第２の光偏向を
行なう。55は第２のダブプリズム54を移動させるための
第２のPZT、56は第２のPZT55を駆動するための第２の駆
動信号源である。57は対物レンズ19を含み、第１と第２
のダブプリズム51及び54の光学動作を制御するための光
学系である。
行なわせる第２の実施例の動作を説明するブロック図を
示す。10は前述したレーザ光源で、レーザ光11を放射す
る。51は第１のダブプリズムでＸ方向の第１の光偏向を
行なう。52は第１のダブプリズム51を移動させるための
第１のピエゾトランスレータ（以下PZTと略記する）、5
3は第１のPZT52を駆動するための第１の駆動信号源であ
る。54は第２のダブプリズムでＺ方向の第２の光偏向を
行なう。55は第２のダブプリズム54を移動させるための
第２のPZT、56は第２のPZT55を駆動するための第２の駆
動信号源である。57は対物レンズ19を含み、第１と第２
のダブプリズム51及び54の光学動作を制御するための光
学系である。
以上の構成において第１と第２のダブプリズム51及び
54は図示の如く、全反射を起こすダブプリズム底面の位
置が互いに垂直になるように配置し、いずれの場合もダ
ブプリズム底面位置を移動させる必要があるから、第１
のPZT52はＸ方向、第２のPZT55はＺ方向への移動を行な
わせるような構成とする。
54は図示の如く、全反射を起こすダブプリズム底面の位
置が互いに垂直になるように配置し、いずれの場合もダ
ブプリズム底面位置を移動させる必要があるから、第１
のPZT52はＸ方向、第２のPZT55はＺ方向への移動を行な
わせるような構成とする。
第６図に第５図にし示したブロック図の光学系の構成
実施例を示す。60は凸レンズで、レーザ光源10から放射
された円形状のレーザ光11のビーム径を拡大した発散光
600を作成する。この発散光600の光路中に前述の第１の
ダブプリズム51と第２のダブプリズム54を配置する。61
は焦点距離f3を有する凸レンズで発散光600を平行光601
に変換し、焦点距離f0を有する対物レンズ19で平行光60
1を集光して微小スポットに集束させ、焦点位置に被測
定物38を配置して２次元スキャンを行なわせる。なお第
６図においては反射光検出の際に有用な偏光ビームスプ
リッター、1/4波長板、光検出器は省略している。
実施例を示す。60は凸レンズで、レーザ光源10から放射
された円形状のレーザ光11のビーム径を拡大した発散光
600を作成する。この発散光600の光路中に前述の第１の
ダブプリズム51と第２のダブプリズム54を配置する。61
は焦点距離f3を有する凸レンズで発散光600を平行光601
に変換し、焦点距離f0を有する対物レンズ19で平行光60
1を集光して微小スポットに集束させ、焦点位置に被測
定物38を配置して２次元スキャンを行なわせる。なお第
６図においては反射光検出の際に有用な偏光ビームスプ
リッター、1/4波長板、光検出器は省略している。
第７図に第６図に示した光学系の構成によるスキャン
による光路変換を説明する図を示し、第７図（イ）は第
１のダブプリズム51によるＸ方向スキャンの光路図、第
７図（ロ）は第２のダブプリズム54によるＺ方向スキャ
ンの光路図である。
による光路変換を説明する図を示し、第７図（イ）は第
１のダブプリズム51によるＸ方向スキャンの光路図、第
７図（ロ）は第２のダブプリズム54によるＺ方向スキャ
ンの光路図である。
第７図（イ）において第１のダブプリズム51の全反射
を起こす底面を基準位置からhXだけＸ方向にシフトさせ
ると、出射光700は基準位置から2hXシフトされる。第２
のダブプリズム54はＸ方向に対する光路変換作用は持た
ず直進して凸レンズ61により屈折され、対物レンズ19で
再び屈折させて平行に進行させる。第１の駆動信号源53
の駆動信号による第１のダブプリズム51の移動量をhXと
したとき、対物レンズ19の焦点位置における偏向量DXは
式 DX＝（f0/f3）×2h…… で表わされる。
を起こす底面を基準位置からhXだけＸ方向にシフトさせ
ると、出射光700は基準位置から2hXシフトされる。第２
のダブプリズム54はＸ方向に対する光路変換作用は持た
ず直進して凸レンズ61により屈折され、対物レンズ19で
再び屈折させて平行に進行させる。第１の駆動信号源53
の駆動信号による第１のダブプリズム51の移動量をhXと
したとき、対物レンズ19の焦点位置における偏向量DXは
式 DX＝（f0/f3）×2h…… で表わされる。
第７図（ロ）において、Ｚ方向の光路については第１
のダブプリズム51は光路変換作用を持たないので直進
し、第２のダブプリズム54の全反射を起こす底面を基準
位置からhZだけＺ方向にシフトさせると、出射光701は
基準位置から2hZシフトされ、第７図（イ）の場合と同
様に凸レンズ61と対物レンズ19で屈折されて、対物レン
ズ19の焦点面でＺ方向のスキャンが行なわれる。第２の
駆動信号源56の駆動信号による第２のダブプリズムの移
動量をhZとすれば、対物レンズ19の焦点位置における偏
向量DZは式 DZ＝（f0/f3）×2hZ…… で表わされる。
のダブプリズム51は光路変換作用を持たないので直進
し、第２のダブプリズム54の全反射を起こす底面を基準
位置からhZだけＺ方向にシフトさせると、出射光701は
基準位置から2hZシフトされ、第７図（イ）の場合と同
様に凸レンズ61と対物レンズ19で屈折されて、対物レン
ズ19の焦点面でＺ方向のスキャンが行なわれる。第２の
駆動信号源56の駆動信号による第２のダブプリズムの移
動量をhZとすれば、対物レンズ19の焦点位置における偏
向量DZは式 DZ＝（f0/f3）×2hZ…… で表わされる。
第２の実施例の場合でも、ピエゾトランスレータによ
る移動量が決まれば、凸レンズ61及び対物レンズ19の焦
点距離比を任意に設定することにより希望する量だけ２
次元スキャンが行なわれる。
る移動量が決まれば、凸レンズ61及び対物レンズ19の焦
点距離比を任意に設定することにより希望する量だけ２
次元スキャンが行なわれる。
次に、第１の実施例及び第２の実施例で説明した２次
元スキャンを行なう場合の駆動信号について述べる。
元スキャンを行なう場合の駆動信号について述べる。
第８図に第１実施例で説明した場合でのラスタースキ
ャンを行なわせる駆動信号の一例を示す。信号80は第１
の駆動信号源14から発せられる信号でＡ・O12を駆動す
る。信号81は第２の駆動信号源17から発せられる信号で
PZT16を駆動する。駆動信号80は電圧レベルがVX1〜VX2
までの範囲で変化するランプ波で、この電圧範囲で前述
したθｄの回折角変化が行なわれ、印加した電圧値に応
じたＸ位置にスキャンされる。駆動信号81は駆動信号80
に同期して電圧がステップ状に変化する信号で、印加し
た電圧値VZ1、VZ2、……に応じたＺ位置にスキャンされ
る。
ャンを行なわせる駆動信号の一例を示す。信号80は第１
の駆動信号源14から発せられる信号でＡ・O12を駆動す
る。信号81は第２の駆動信号源17から発せられる信号で
PZT16を駆動する。駆動信号80は電圧レベルがVX1〜VX2
までの範囲で変化するランプ波で、この電圧範囲で前述
したθｄの回折角変化が行なわれ、印加した電圧値に応
じたＸ位置にスキャンされる。駆動信号81は駆動信号80
に同期して電圧がステップ状に変化する信号で、印加し
た電圧値VZ1、VZ2、……に応じたＺ位置にスキャンされ
る。
本実施例の場合はＸ方向に１ラインスキャンしたら、
Ｚ方向の位置をシフトさせて更に１ラインスキャンさ
せ、この動作を順次くり返してラスタースキャンを行な
う。第２実施例で述べたダブプリズムを２個用いる場合
でも、第１のダブプリズム51を駆動信号80のランプ状信
号で駆動すればよい。更には希望するスキャンの形式に
合わせて駆動信号の電圧を設定すればよい。
Ｚ方向の位置をシフトさせて更に１ラインスキャンさ
せ、この動作を順次くり返してラスタースキャンを行な
う。第２実施例で述べたダブプリズムを２個用いる場合
でも、第１のダブプリズム51を駆動信号80のランプ状信
号で駆動すればよい。更には希望するスキャンの形式に
合わせて駆動信号の電圧を設定すればよい。
以上光路変換プリズムの実施例としてダブプリズムを
用いる例を説明したが、光路変換プリズムの他の実施例
を第９図に示す。91は各々の頂角が60゜で、断面形状が
正三角形をなす第１のプリズム、92は頂角が30゜、60
゜、90゜の角度をなす第２のプリズムで、以上の２つの
プリズムを図のように重ねて用いる。第１のプリズム91
に入射されるレーザ光93は、第１のプリズム91に垂直に
入射され、その媒質内部でダブプリズムの場合と同様に
Ｖ型の反射経路を起こし、第２のプリズム92から出射さ
れるレーザ光94は、第２のプリズム92の垂直な面から入
射される方向と同一方向に出射される。
用いる例を説明したが、光路変換プリズムの他の実施例
を第９図に示す。91は各々の頂角が60゜で、断面形状が
正三角形をなす第１のプリズム、92は頂角が30゜、60
゜、90゜の角度をなす第２のプリズムで、以上の２つの
プリズムを図のように重ねて用いる。第１のプリズム91
に入射されるレーザ光93は、第１のプリズム91に垂直に
入射され、その媒質内部でダブプリズムの場合と同様に
Ｖ型の反射経路を起こし、第２のプリズム92から出射さ
れるレーザ光94は、第２のプリズム92の垂直な面から入
射される方向と同一方向に出射される。
本実施例の場合もダブプリズムの場合と同様にピエゾ
トランスレータで駆動すれば、移動量の２倍だけ入射光
線と出射光線の位置がシフトされる。本実施例のプリズ
ムを用いる場合の光学系は前述した光学系のダブプリズ
ムと置き換えればよい。
トランスレータで駆動すれば、移動量の２倍だけ入射光
線と出射光線の位置がシフトされる。本実施例のプリズ
ムを用いる場合の光学系は前述した光学系のダブプリズ
ムと置き換えればよい。
以上の説明から明らかな如く、本発明によれば簡素な
光学系の構成で微小領域を安定して２次元スキャンを行
なわせることが可能で、微小な２次元マイクロパターン
の形状、寸法等を高精度に検出することが可能である。
光学系の構成で微小領域を安定して２次元スキャンを行
なわせることが可能で、微小な２次元マイクロパターン
の形状、寸法等を高精度に検出することが可能である。
第１図は本発明の第１の実施例を説明するブロック図、
第２図はダブプリズムによる光偏向の動作を説明する光
路図、第３図は第１図に示したブロック図の光学系の構
成例を示す光路図、第４図は第３図に示した光学系によ
る光偏向の光路を説明する光路図、第５図は本発明の第
２の実施例を説明するブロック図、第６図は第５図に示
したブロック図の光学系の構成例を示す光路図、第７図
は第６図に示した光学系による光偏向の光路を説明する
光路図、第８図は駆動信号の例を示す波形図、第９図は
光路変換プリズムの第２の実施例を説明する光路図であ
る。 10……レーザ光源、 12……音響光学素子、 15……ダブプリズム、 16……ピエゾトランスレータ、 19……対物レンズ、 51……第１のダブプリズム、 54……第２のダブプリズム、 91……第１のプリズム、 92……第２のプリズム。
第２図はダブプリズムによる光偏向の動作を説明する光
路図、第３図は第１図に示したブロック図の光学系の構
成例を示す光路図、第４図は第３図に示した光学系によ
る光偏向の光路を説明する光路図、第５図は本発明の第
２の実施例を説明するブロック図、第６図は第５図に示
したブロック図の光学系の構成例を示す光路図、第７図
は第６図に示した光学系による光偏向の光路を説明する
光路図、第８図は駆動信号の例を示す波形図、第９図は
光路変換プリズムの第２の実施例を説明する光路図であ
る。 10……レーザ光源、 12……音響光学素子、 15……ダブプリズム、 16……ピエゾトランスレータ、 19……対物レンズ、 51……第１のダブプリズム、 54……第２のダブプリズム、 91……第１のプリズム、 92……第２のプリズム。
Claims (2)
- 【請求項１】レーザ光源から放射されるレーザ光を、第
１の駆動信号源により駆動される音響光学素子と、該音
響光学素子の光学動作を制御するレンズから成る第１の
光学素子群により第１の光偏向を行なわせ、第２の駆動
信号源により駆動されるピエゾトランスレータで、入射
されるレーザ光をその媒質内部でＶ型の反射経路を起こ
し、入射される方向と同一の方向に出射させる光路変換
プリズムを駆動させて、前記第１の光偏向と直角の方向
に第２の光偏向を行なわせ、前記第１の光偏向と第２の
光偏向でスキャンされたレーザ光を、対物レンズを含む
第２の光学素子群により集光させて２次元スキャンを行
なわせることを特徴とするレーザ光の２次元スキャン光
学装置。 - 【請求項２】レーザ光源から放射されるレーザ光を、第
１の駆動信号源により動作させられる第１のピエゾトラ
ンスレータで、入射されるレーザ光をその媒質内部でＶ
型の反射経路を起こし、入射される方向と同一の方向に
出射させる第１の光路変換プリズムを駆動させて第１の
光偏向を行なわせ、第２の駆動信号源により動作させら
れる第２のピエゾトランスレータで第２の光路変換プリ
ズムを駆動させて、前記第１の光偏向と直角な方向に第
２の光偏向を行なわせ、前記第１の光偏向と第２の光偏
向でスキャンされたレーザ光を対物レンズを含む光学素
子群により集光させて２次元スキャンを行なわせること
を特徴とするレーザ光の２次元スキャン光学装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22137788A JP2690111B2 (ja) | 1988-09-06 | 1988-09-06 | レーザ光の２次元スキャン光学装置 |
| US07/402,033 US5121247A (en) | 1988-09-06 | 1989-09-05 | Two-dimensional optical scanning system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22137788A JP2690111B2 (ja) | 1988-09-06 | 1988-09-06 | レーザ光の２次元スキャン光学装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0269713A JPH0269713A (ja) | 1990-03-08 |
| JP2690111B2 true JP2690111B2 (ja) | 1997-12-10 |
Family
ID=16765836
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22137788A Expired - Lifetime JP2690111B2 (ja) | 1988-09-06 | 1988-09-06 | レーザ光の２次元スキャン光学装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2690111B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0720403A (ja) * | 1993-07-06 | 1995-01-24 | Nec Corp | レーザ光位置制御装置 |
| WO2020218036A1 (ja) * | 2019-04-26 | 2020-10-29 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 光学系 |
-
1988
- 1988-09-06 JP JP22137788A patent/JP2690111B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0269713A (ja) | 1990-03-08 |
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