JP2995238B2 - 線に沿って面を光学的に走査する走査装置 - Google Patents
線に沿って面を光学的に走査する走査装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は線に沿って面を光学的
に走査する走査装置に関する。
に走査する走査装置に関する。
【０００２】更に詳述すると、この発明は上記のような
走査装置であって、該装置が前記面を源とする放射を検
出する放射感知型検出系と、前記面の領域を該放射感知
型検出系上に結像させる光学系と、走査すべき面の前記
領域を選択する偏向系とを有するような装置に関する。
この場合、前記光学系は第１及び第２の円柱状副光学系
を有し、この第１の円柱状副光学系は走査すべき前記線
に対し平行かつ近傍に配置され、前記第２の円柱状副光
学系は前記検出系の近傍に配置される。この種の装置は
対象物の表面を検査するために、例えば当該対象物上に
存在する標識を読み取るために、使用される。また、上
記のような装置は電子回路のような製品を、その回路上
に配置された部品が正しい位置に在るか否かを判定する
ことにより検査するためにも使用される。
走査装置であって、該装置が前記面を源とする放射を検
出する放射感知型検出系と、前記面の領域を該放射感知
型検出系上に結像させる光学系と、走査すべき面の前記
領域を選択する偏向系とを有するような装置に関する。
この場合、前記光学系は第１及び第２の円柱状副光学系
を有し、この第１の円柱状副光学系は走査すべき前記線
に対し平行かつ近傍に配置され、前記第２の円柱状副光
学系は前記検出系の近傍に配置される。この種の装置は
対象物の表面を検査するために、例えば当該対象物上に
存在する標識を読み取るために、使用される。また、上
記のような装置は電子回路のような製品を、その回路上
に配置された部品が正しい位置に在るか否かを判定する
ことにより検査するためにも使用される。
【０００３】
【従来の技術】冒頭に述べたような形式の装置は例えば
米国特許第３，７８７，１０７号から既知である。この
特許は、コンベアベルト上にある対象物の表面を走査し
て当該対象物上に設けられた文字等の標識の形の情報を
読み取る装置について述べている。この場合、上記面上
の線はレーザビームと回転多面鏡の形の偏向系とを用い
て光スポットにより走査される。上記光スポットの存在
により前記線の領域を選択する。前記面により反射され
た放射光は、次いで、円柱レンズの形の２個の円柱状光
学系を介して光電変換器上に投射される。この光電変換
器、即ち放射感知型検出系、の出力信号は前記面の反射
係数の、従って標識が在るか無いかの、目安となる。
米国特許第３，７８７，１０７号から既知である。この
特許は、コンベアベルト上にある対象物の表面を走査し
て当該対象物上に設けられた文字等の標識の形の情報を
読み取る装置について述べている。この場合、上記面上
の線はレーザビームと回転多面鏡の形の偏向系とを用い
て光スポットにより走査される。上記光スポットの存在
により前記線の領域を選択する。前記面により反射され
た放射光は、次いで、円柱レンズの形の２個の円柱状光
学系を介して光電変換器上に投射される。この光電変換
器、即ち放射感知型検出系、の出力信号は前記面の反射
係数の、従って標識が在るか無いかの、目安となる。
【０００４】上記既知の装置は、放射ビームにより照明
された面上の領域の放射量を、従ってその領域の反射係
数を、測定する。しかしながら、この既知の装置は他の
測定を行うには、特に走査すべき線に沿い輪郭を測定す
ることにより面の凹凸を決定するには、適していない。
このような輪郭測定は、高さが変化する表面を有するよ
うな部材、例えば部品が平坦な支持板上の決められた位
置に配置されねばならないような電気回路或いは色では
なくて高さにより背景から識別されるような標識、を検
査する場合に特に有利である。
された面上の領域の放射量を、従ってその領域の反射係
数を、測定する。しかしながら、この既知の装置は他の
測定を行うには、特に走査すべき線に沿い輪郭を測定す
ることにより面の凹凸を決定するには、適していない。
このような輪郭測定は、高さが変化する表面を有するよ
うな部材、例えば部品が平坦な支持板上の決められた位
置に配置されねばならないような電気回路或いは色では
なくて高さにより背景から識別されるような標識、を検
査する場合に特に有利である。
【０００５】したがって、この発明の一つの目的は光学
的方法により三次元検査を実施することができるような
走査装置を提供することにある。この目的を達成するた
め、この発明による走査装置は、前記偏向系が前記第１
及び第２の円柱状副光学系の間の放射通路に配置され、
前記光学系が結像レンズを有し、この結像レンズが、前
記走査方向を横切る方向で見た場合に前記面が前記第１
の円柱状副光学系により前記結像レンズ中に結像される
一方、前記結像レンズが前記第２の円柱状副光学系によ
り前記検出系上に結像されるように、配置される。もし
結像レンズが無かったとしたら、公称面と当該光学系の
光学軸との交点は走査方向を横切る方向で見た場合に検
出系上に正しく結像されるであろう。しかし、他の視野
では像は全く形成されない。また、面内にあるが前記光
学軸に隣接する他の点或いは異なる高さの他の各点はか
なりの収差を伴って結像されてしまう。結像レンズがあ
ると、像は走査方向から見た場合にも形成される。ま
た、走査方向を横切る方向に見た場合、前記結像レンズ
は視野レンズとして機能し当該面における収差と深さ変
化（depth transformation）とを補正するので、前記面
の公称走査点の周囲の部分が前記検出系に空間的に表示
され、しかもこの表示はほとんど収差を呈しない。この
場合、視野も大幅に拡大され、口径食（vignetting）が
防止される。前記面の実際に結像される部分は偏向系の
位置又は設定により決定される。
的方法により三次元検査を実施することができるような
走査装置を提供することにある。この目的を達成するた
め、この発明による走査装置は、前記偏向系が前記第１
及び第２の円柱状副光学系の間の放射通路に配置され、
前記光学系が結像レンズを有し、この結像レンズが、前
記走査方向を横切る方向で見た場合に前記面が前記第１
の円柱状副光学系により前記結像レンズ中に結像される
一方、前記結像レンズが前記第２の円柱状副光学系によ
り前記検出系上に結像されるように、配置される。もし
結像レンズが無かったとしたら、公称面と当該光学系の
光学軸との交点は走査方向を横切る方向で見た場合に検
出系上に正しく結像されるであろう。しかし、他の視野
では像は全く形成されない。また、面内にあるが前記光
学軸に隣接する他の点或いは異なる高さの他の各点はか
なりの収差を伴って結像されてしまう。結像レンズがあ
ると、像は走査方向から見た場合にも形成される。ま
た、走査方向を横切る方向に見た場合、前記結像レンズ
は視野レンズとして機能し当該面における収差と深さ変
化（depth transformation）とを補正するので、前記面
の公称走査点の周囲の部分が前記検出系に空間的に表示
され、しかもこの表示はほとんど収差を呈しない。この
場合、視野も大幅に拡大され、口径食（vignetting）が
防止される。前記面の実際に結像される部分は偏向系の
位置又は設定により決定される。
【０００６】前記面を検出系上に結像する結像レンズ
は、前記の２つの円柱状副光学系を互いに正確に結像し
あうような実視野レンズに比べて、収差の低減に関して
はより好ましい効果を有していることが分かった。
は、前記の２つの円柱状副光学系を互いに正確に結像し
あうような実視野レンズに比べて、収差の低減に関して
はより好ましい効果を有していることが分かった。
【０００７】上記結像レンズは単一レンズでよいが、複
数のレンズ素子からなる系であってもよい。
数のレンズ素子からなる系であってもよい。
【０００８】前記の第１の円柱レンズを設けることに
は、偏向系の不完全さによる所望の走査線からのずれが
大幅に低減されるという、他の利点がある。
は、偏向系の不完全さによる所望の走査線からのずれが
大幅に低減されるという、他の利点がある。
【０００９】前記円柱状副光学系は、例えば、円柱レン
ズを有してなっている。好ましい実施例は、少なくとも
一方の円柱状副光学系が凹状の円柱状鏡を有しているこ
とを特徴としている。また、反射系はレンズの開口数よ
りも大幅に大きな開口数を有して実現することができ
る。この構成によれば、前記面を源とし、かつ、該面の
垂直線に対して４５度以上の角度で延びる放射光を受入
することが可能になる。
ズを有してなっている。好ましい実施例は、少なくとも
一方の円柱状副光学系が凹状の円柱状鏡を有しているこ
とを特徴としている。また、反射系はレンズの開口数よ
りも大幅に大きな開口数を有して実現することができ
る。この構成によれば、前記面を源とし、かつ、該面の
垂直線に対して４５度以上の角度で延びる放射光を受入
することが可能になる。
【００１０】上記実施例は、好ましくは、前記円柱状鏡
が楕円形を有することを特徴とする。良好な像は、一方
の焦点が前記面の公称位置に位置し他方の焦点が前記結
像レンズ中に位置するような楕円を選択することにより
得ることができる。更に、楕円円柱状鏡は切削機（mill
ing machine ）により比較的容易に作成することができ
る。
が楕円形を有することを特徴とする。良好な像は、一方
の焦点が前記面の公称位置に位置し他方の焦点が前記結
像レンズ中に位置するような楕円を選択することにより
得ることができる。更に、楕円円柱状鏡は切削機（mill
ing machine ）により比較的容易に作成することができ
る。
【００１１】円柱レンズが使用された場合、当該走査装
置は前記第１及び第２の円柱状副光学系が円形からずれ
た屈折面を持つ円柱レンズ（非球面レンズ）を有してい
ることを特徴とする。これらのレンズによれば、当該系
の軸線上に位置する各点を略像誤差なしに結像させるこ
とができる。上記軸線上に位置しない各点の像における
収差は前記結像レンズにより低減される。
置は前記第１及び第２の円柱状副光学系が円形からずれ
た屈折面を持つ円柱レンズ（非球面レンズ）を有してい
ることを特徴とする。これらのレンズによれば、当該系
の軸線上に位置する各点を略像誤差なしに結像させるこ
とができる。上記軸線上に位置しない各点の像における
収差は前記結像レンズにより低減される。
【００１２】本発明による走査装置は、更に、前記結像
レンズが前記偏向系と第２の円柱状副光学系との間の放
射通路上に配置されることを特徴としている。結果とし
て、前記結像レンズを横切る放射ビームの方角は偏向系
の位置とは無関係となる。したがって、レンズと光学的
光通路とは単純になる。
レンズが前記偏向系と第２の円柱状副光学系との間の放
射通路上に配置されることを特徴としている。結果とし
て、前記結像レンズを横切る放射ビームの方角は偏向系
の位置とは無関係となる。したがって、レンズと光学的
光通路とは単純になる。
【００１３】走査することができる面の幅は限られてい
る。何故なら、走査すべき線上の異なる点と検出系との
間の光学通路は異なってはならず、または極僅かしか異
なってはならないからである。このことは、偏向系は前
記面から極遠方になくてはならず、また前記幅が結像レ
ンズの焦点距離よりも大幅に小さくなければならないこ
とを、意味する。この欠点を除去するため、本発明によ
る走査装置は、前記光学系が補正系を有し、該補正系は
走査すべき領域と放射感知型検出系との間の光学距離が
偏向系の制御に略無関係となるように第１の円柱状副光
学系と偏向系との間における放射通路上に配置されるこ
とを特徴とする。また、本発明による走査装置は好まし
くは更に前記補正系が放射通路に順次配置された少なく
とも２個の曲面鏡を有することを特徴とする。上記のよ
うな補正系であって、一方の鏡が好ましくは双曲の凸状
を呈し第２の鏡が好ましくは放物の凹状を呈するような
系の補助によれば、上記面を、走査ビームの主軸が常に
例えば該走査すべき面に垂直な同一の角度で延在するよ
うにしたまま、テレセントリックに（telecentrically
）走査することができる。上記のような補正系はヨー
ロッパ特許出願公開第EP-A-0351011号に記載されてい
る。しかしながら、このヨーロッパ出願に記載された走
査装置は本発明による走査装置におけるように第１及び
第２の円柱状副光学系を有していない。また、空間像を
形成すると共に大きな開口数を有し、従って走査方向を
横切る方向の放射を大幅に入力することができるので高
さの測定が可能である等の本発明の作用効果は上記ヨー
ロッパ出願には記載されていない。なお、上記ヨーロッ
パ出願に記載された補正系は面を広い範囲に渡り及び高
精度でテレセントリックに走査することを可能にする。
る。何故なら、走査すべき線上の異なる点と検出系との
間の光学通路は異なってはならず、または極僅かしか異
なってはならないからである。このことは、偏向系は前
記面から極遠方になくてはならず、また前記幅が結像レ
ンズの焦点距離よりも大幅に小さくなければならないこ
とを、意味する。この欠点を除去するため、本発明によ
る走査装置は、前記光学系が補正系を有し、該補正系は
走査すべき領域と放射感知型検出系との間の光学距離が
偏向系の制御に略無関係となるように第１の円柱状副光
学系と偏向系との間における放射通路上に配置されるこ
とを特徴とする。また、本発明による走査装置は好まし
くは更に前記補正系が放射通路に順次配置された少なく
とも２個の曲面鏡を有することを特徴とする。上記のよ
うな補正系であって、一方の鏡が好ましくは双曲の凸状
を呈し第２の鏡が好ましくは放物の凹状を呈するような
系の補助によれば、上記面を、走査ビームの主軸が常に
例えば該走査すべき面に垂直な同一の角度で延在するよ
うにしたまま、テレセントリックに（telecentrically
）走査することができる。上記のような補正系はヨー
ロッパ特許出願公開第EP-A-0351011号に記載されてい
る。しかしながら、このヨーロッパ出願に記載された走
査装置は本発明による走査装置におけるように第１及び
第２の円柱状副光学系を有していない。また、空間像を
形成すると共に大きな開口数を有し、従って走査方向を
横切る方向の放射を大幅に入力することができるので高
さの測定が可能である等の本発明の作用効果は上記ヨー
ロッパ出願には記載されていない。なお、上記ヨーロッ
パ出願に記載された補正系は面を広い範囲に渡り及び高
精度でテレセントリックに走査することを可能にする。
【００１４】本発明による走査装置は、更に、前記結像
レンズがアナモルフィックレンズ（anamorphotic lens
）であることを特徴としている。当該結像レンズを構
成するレンズ系は２つの機能を満たす。前述したよう
に、結像レンズは走査方向を横切る方向における円筒状
光学系の結像誤差を補正すると共に視野を拡大するため
に用いられる。更に、該レンズ系は走査すべき面の像を
前記円柱状光学系が全く倍率（power ）を有しない走査
方向において検出系上に形成する。アナモルフィックレ
ンズが用いられた場合は、前記の２つの機能が互いに独
立に最適化される。
レンズがアナモルフィックレンズ（anamorphotic lens
）であることを特徴としている。当該結像レンズを構
成するレンズ系は２つの機能を満たす。前述したよう
に、結像レンズは走査方向を横切る方向における円筒状
光学系の結像誤差を補正すると共に視野を拡大するため
に用いられる。更に、該レンズ系は走査すべき面の像を
前記円柱状光学系が全く倍率（power ）を有しない走査
方向において検出系上に形成する。アナモルフィックレ
ンズが用いられた場合は、前記の２つの機能が互いに独
立に最適化される。
【００１５】本発明による走査装置の好ましい実施例
は、更に、前記第１及び第２の円柱状副光学系が結像レ
ンズに対して対称に配置されることを特徴としている。
対称な系においては、第２の円柱状副光学系が第１の円
柱状副光学系により引き起こされる像の誤差を補償す
る。また、他の利点は単一の形状の円柱レンズまたは円
柱状鏡のみが必要であるという点にある。そして、この
ような構成によれば質的に良好な像が得られることが分
かった。
は、更に、前記第１及び第２の円柱状副光学系が結像レ
ンズに対して対称に配置されることを特徴としている。
対称な系においては、第２の円柱状副光学系が第１の円
柱状副光学系により引き起こされる像の誤差を補償す
る。また、他の利点は単一の形状の円柱レンズまたは円
柱状鏡のみが必要であるという点にある。そして、この
ような構成によれば質的に良好な像が得られることが分
かった。
【００１６】本発明による走査装置の実施例は、更に、
前記放射感知型検出系がレンズ系に先行された放射感知
型の検出器を少なくとも一個有し、このレンズ系の主軸
が前記第２の円柱状副光学系の主軸に対してある角度で
延在していることを特徴としている。前記光学系は前記
面の実空間像を形成し、また前記円柱レンズ又は円柱状
鏡は走査方向を横切る方向に比較的大きな開口数を有し
ているので、前記検出系は三角測量法が使用されこれに
より選択領域の高さが得られるように構成することがで
きる。この場合、二重の三角測量法の方が望ましい。何
故なら、その方が影に対してより敏感でなく、かつ、よ
り正確な情報が得られるからである。
前記放射感知型検出系がレンズ系に先行された放射感知
型の検出器を少なくとも一個有し、このレンズ系の主軸
が前記第２の円柱状副光学系の主軸に対してある角度で
延在していることを特徴としている。前記光学系は前記
面の実空間像を形成し、また前記円柱レンズ又は円柱状
鏡は走査方向を横切る方向に比較的大きな開口数を有し
ているので、前記検出系は三角測量法が使用されこれに
より選択領域の高さが得られるように構成することがで
きる。この場合、二重の三角測量法の方が望ましい。何
故なら、その方が影に対してより敏感でなく、かつ、よ
り正確な情報が得られるからである。
【００１７】本発明による走査装置の好ましい実施例
は、前記光学系が供給された放射ビームを前記面上に焦
点を結ばせるべく全体として又は部分的に使用されるこ
とを特徴とすると共に、前記偏向系がこのようにして形
成された放射スポットを走査すべき線に渡り移動させる
ために使用される。この場合、走査すべき領域は、該領
域を走査すべき領域に沿い移動する小さな放射スポット
により露光することにより正確に選択することができ
る。当該走査装置中に既に存在する光学系は前記面上に
そのような小さな放射スポットを形成するのに極めて好
適である。この場合に前記光学系を使用する他の利点
は、入射放射ビームが前記面からの放射光を受け取る方
向と同一な例えば該面に垂直な方向で入射するので、影
効果が殆ど働かないという点にある。上記入力放射ビー
ムは光学系全体を横切るか、又は偏向系と前記面との間
の部分のみを横切る。後者の場合、上記放射ビームは例
えば鏡を介して導入することができる。
は、前記光学系が供給された放射ビームを前記面上に焦
点を結ばせるべく全体として又は部分的に使用されるこ
とを特徴とすると共に、前記偏向系がこのようにして形
成された放射スポットを走査すべき線に渡り移動させる
ために使用される。この場合、走査すべき領域は、該領
域を走査すべき領域に沿い移動する小さな放射スポット
により露光することにより正確に選択することができ
る。当該走査装置中に既に存在する光学系は前記面上に
そのような小さな放射スポットを形成するのに極めて好
適である。この場合に前記光学系を使用する他の利点
は、入射放射ビームが前記面からの放射光を受け取る方
向と同一な例えば該面に垂直な方向で入射するので、影
効果が殆ど働かないという点にある。上記入力放射ビー
ムは光学系全体を横切るか、又は偏向系と前記面との間
の部分のみを横切る。後者の場合、上記放射ビームは例
えば鏡を介して導入することができる。
【００１８】本発明による走査装置の実施例は、更に、
前記放射感知型検出系が前記面上の複数の点を検出する
ように構成され、これら点が走査中に並置された平行な
通路をたどるようにすることを特徴とする。この構成に
よれば、前記面が複数の線に沿って同時に走査されるの
で、高速で走査される。
前記放射感知型検出系が前記面上の複数の点を検出する
ように構成され、これら点が走査中に並置された平行な
通路をたどるようにすることを特徴とする。この構成に
よれば、前記面が複数の線に沿って同時に走査されるの
で、高速で走査される。
【００１９】
【実施例】以下、本発明を上述した見地及び他の見地か
ら実施例につき詳細に説明する。
ら実施例につき詳細に説明する。
【００２０】図１の（ａ）及び（ｂ）はこの発明による
走査装置を概念的に示している。ここで、図１の（ａ）
は側面図であり走査方向は図の面に垂直となる、また、
図１の（ｂ）は正面図であり走査方向は図の面上にあり
双頭矢印３１により示される。
走査装置を概念的に示している。ここで、図１の（ａ）
は側面図であり走査方向は図の面に垂直となる、また、
図１の（ｂ）は正面図であり走査方向は図の面上にあり
双頭矢印３１により示される。
【００２１】面１０の一部は、２個の円柱レンズ４１及
び４２と対物系４３とを有する光学系により、検出面２
１を具備する検出系２０の近傍に結像される。上記各円
柱レンズは、前記第１の円柱レンズにより形成される走
査すべき面の公称位置の像が走査方向を横切る方向にお
いて前記第２の円柱レンズ４２により形成される前記検
出面２１の像と一致するように、配置されている。そし
て、結像レンズ（対物系）４３はこれらの像の位置に配
置される。この結像レンズ４３は、さもなくば光軸と走
査すべき面の公称位置との交点の周囲の点の像に存在す
る結像誤差を低減させる。当該光学系をこのように構成
したことにより、この光学系は走査方向を横切る方向に
おいて大きな開口数を、従って、比較的大きな解像力及
び大きな光出力を有することになる。この場合、前記検
出系及び走査すべき面は比較的離して配置することが可
能であるから、偏向系３０用の空間が確保され、この偏
向系により前記面１０を線に沿って走査することができ
る。上記構成により前記検出系２０を高さ測定系として
構成することが可能になるので、面１０の凹凸を測定す
ることが可能である。偏向系３０は、例えば、検流計鏡
或いは回転多面体のような軸の回りに回転する鏡、又は
音響光学素子である。
び４２と対物系４３とを有する光学系により、検出面２
１を具備する検出系２０の近傍に結像される。上記各円
柱レンズは、前記第１の円柱レンズにより形成される走
査すべき面の公称位置の像が走査方向を横切る方向にお
いて前記第２の円柱レンズ４２により形成される前記検
出面２１の像と一致するように、配置されている。そし
て、結像レンズ（対物系）４３はこれらの像の位置に配
置される。この結像レンズ４３は、さもなくば光軸と走
査すべき面の公称位置との交点の周囲の点の像に存在す
る結像誤差を低減させる。当該光学系をこのように構成
したことにより、この光学系は走査方向を横切る方向に
おいて大きな開口数を、従って、比較的大きな解像力及
び大きな光出力を有することになる。この場合、前記検
出系及び走査すべき面は比較的離して配置することが可
能であるから、偏向系３０用の空間が確保され、この偏
向系により前記面１０を線に沿って走査することができ
る。上記構成により前記検出系２０を高さ測定系として
構成することが可能になるので、面１０の凹凸を測定す
ることが可能である。偏向系３０は、例えば、検流計鏡
或いは回転多面体のような軸の回りに回転する鏡、又は
音響光学素子である。
【００２２】前記結像系４３は走査された領域の像を走
査方向においても形成する。この結像系４３と円柱レン
ズ４１、４２との組合せが、逆像（retro-image ）の走
査を実際に実現可能にする。検出系２０の位置に形成さ
れる光度的実像は三角測量法或いはその他の高さ測定法
により観察することができるので、前記面１０の反射差
のみならず高度差も検出することができる。前記結像系
４３は、走査方向及び走査方向を横切る方向の両方にお
いて倍率が最適化されるようなアナモルフィック（anam
orphotic）なものでよい。
査方向においても形成する。この結像系４３と円柱レン
ズ４１、４２との組合せが、逆像（retro-image ）の走
査を実際に実現可能にする。検出系２０の位置に形成さ
れる光度的実像は三角測量法或いはその他の高さ測定法
により観察することができるので、前記面１０の反射差
のみならず高度差も検出することができる。前記結像系
４３は、走査方向及び走査方向を横切る方向の両方にお
いて倍率が最適化されるようなアナモルフィック（anam
orphotic）なものでよい。
【００２３】図２の（ａ）及び図２の（ｂ）は本発明に
よる走査装置の実際の実施例を示す。この実施例におい
て、前記偏向系は回転多面鏡３２であり、該回転多面鏡
は対物系、即ち結像レンズ４３と第１の円柱レンズ４１
との間に配置されている。これらの２つのレンズの間に
おける偏向系の位置は、当該偏向系の制御に無関係に放
射ビームが対物系４３を同一の方角に横切るから該系は
異なる方角の放射ビーム用に関して設計する必要がない
ことを意味する。
よる走査装置の実際の実施例を示す。この実施例におい
て、前記偏向系は回転多面鏡３２であり、該回転多面鏡
は対物系、即ち結像レンズ４３と第１の円柱レンズ４１
との間に配置されている。これらの２つのレンズの間に
おける偏向系の位置は、当該偏向系の制御に無関係に放
射ビームが対物系４３を同一の方角に横切るから該系は
異なる方角の放射ビーム用に関して設計する必要がない
ことを意味する。
【００２４】上記の場合に対物系４３と面１０との間の
光学距離を一定に保つため、当該走査装置は一対の補正
鏡５１及び５２を有する。これらの補正鏡は前記対物系
と前記面との間の放射通路を、当該放射通路の長さが前
記多面鏡３２の位置に無関係となるように延在する。更
に、この補正系は当該光学系の焦点距離が等しく維持さ
れるように、いかなる正味の倍率も有していない。ま
た、この補正系は斜めの放射ビームに起因する影効果が
可能な最大限に除去されるように前記面１０のテレセン
トリックな走査を可能にする。この補正系は、好ましく
は、双曲円柱状の第１の凸面鏡５１と放物円柱状の第２
の凹面鏡５２とを有してなっている。小さな走査幅の場
合は、円形円柱状を使用すれば最適形状を充分に近似す
ることになる。このような補正系は、前述したヨーロッ
パ特許出願公開第EP-A-0351011号公報に記載されている
ので、詳細については該公報を参照されたい。
光学距離を一定に保つため、当該走査装置は一対の補正
鏡５１及び５２を有する。これらの補正鏡は前記対物系
と前記面との間の放射通路を、当該放射通路の長さが前
記多面鏡３２の位置に無関係となるように延在する。更
に、この補正系は当該光学系の焦点距離が等しく維持さ
れるように、いかなる正味の倍率も有していない。ま
た、この補正系は斜めの放射ビームに起因する影効果が
可能な最大限に除去されるように前記面１０のテレセン
トリックな走査を可能にする。この補正系は、好ましく
は、双曲円柱状の第１の凸面鏡５１と放物円柱状の第２
の凹面鏡５２とを有してなっている。小さな走査幅の場
合は、円形円柱状を使用すれば最適形状を充分に近似す
ることになる。このような補正系は、前述したヨーロッ
パ特許出願公開第EP-A-0351011号公報に記載されている
ので、詳細については該公報を参照されたい。
【００２５】図示した本実施例においては、前記面は走
査されるべき線の近傍に配置されたランプのような光源
により均一に露光してもよい。このような照明の場合、
前記面の多くの部分が前記検出系上に結像される。該面
の満足のゆく表示を得るためには、一個の小さな検出器
か又は多数の小さな検出器を有する検出系を使用する必
要がある。
査されるべき線の近傍に配置されたランプのような光源
により均一に露光してもよい。このような照明の場合、
前記面の多くの部分が前記検出系上に結像される。該面
の満足のゆく表示を得るためには、一個の小さな検出器
か又は多数の小さな検出器を有する検出系を使用する必
要がある。
【００２６】前記面上の点の高さは当該面を非常に小さ
な放射スポットを用いて露光することにより測定するこ
とができる。原理的には、この放射スポットは別の光学
系により該面上に投射することができる。しかしなが
ら、この構成は放射スポットの動きを当該走査装置によ
る走査に同期させるための複雑な制御系を必要とする。
一方、面１０を検出系２０上に結像する光学系を該面を
露光するためにも使用すれば、上記のような制御系は必
要ではない。この場合、偏向系３０又は３２は前記面上
の点を露光するように作用すると同時にこの露光された
点を囲む領域を選択するよう作用する。
な放射スポットを用いて露光することにより測定するこ
とができる。原理的には、この放射スポットは別の光学
系により該面上に投射することができる。しかしなが
ら、この構成は放射スポットの動きを当該走査装置によ
る走査に同期させるための複雑な制御系を必要とする。
一方、面１０を検出系２０上に結像する光学系を該面を
露光するためにも使用すれば、上記のような制御系は必
要ではない。この場合、偏向系３０又は３２は前記面上
の点を露光するように作用すると同時にこの露光された
点を囲む領域を選択するよう作用する。
【００２７】図２に示すように、当該装置は例えばレー
ザのような光源ユニット６０を有している。もし必要な
らば、当該光源ユニットには放射スポットが仮想検出面
２１に形成されるように光学系が設けられる。この放射
スポットは前記素子４２、４３、５２、５１及び４１を
有する光学系を介して面１０上に結像される。また、他
の例においては、上記入射放射ビームを位置６９の鏡に
より側部から導入することもできる。
ザのような光源ユニット６０を有している。もし必要な
らば、当該光源ユニットには放射スポットが仮想検出面
２１に形成されるように光学系が設けられる。この放射
スポットは前記素子４２、４３、５２、５１及び４１を
有する光学系を介して面１０上に結像される。また、他
の例においては、上記入射放射ビームを位置６９の鏡に
より側部から導入することもできる。
【００２８】前記面により反射された放射光は検出面２
１まで逆方向に通過し、例えば対物レンズ２２及び２３
を介して、位置感知型放射検出器２４及び２５上に投射
される。これらの位置感知型放射検出器は、入力放射の
強度を示すのみならず放射感知面上の放射スポットの位
置をも示す出力信号を提供する。このような検出器は例
えば多数の分離された素子または位置感知型フォトダイ
オード（ＰＳＤ）を有している。前記レンズ２２及び２
３の各主軸は前記円柱レンズ４２の主軸に、従って当該
光学系の主軸に、対して角度を以て延在しているから、
検出器２４及び２５に入射する放射光の位置を測定する
ことにより三角測量法が実施される。この結果、前記面
の露光された部分の像の空間位置を、従ってこの面のこ
の部分の高さを、決定することができる。そして、線を
走査する際に多数の測定を行えば、前記面のこの線に沿
う高さの形状（輪郭）が得られる。
１まで逆方向に通過し、例えば対物レンズ２２及び２３
を介して、位置感知型放射検出器２４及び２５上に投射
される。これらの位置感知型放射検出器は、入力放射の
強度を示すのみならず放射感知面上の放射スポットの位
置をも示す出力信号を提供する。このような検出器は例
えば多数の分離された素子または位置感知型フォトダイ
オード（ＰＳＤ）を有している。前記レンズ２２及び２
３の各主軸は前記円柱レンズ４２の主軸に、従って当該
光学系の主軸に、対して角度を以て延在しているから、
検出器２４及び２５に入射する放射光の位置を測定する
ことにより三角測量法が実施される。この結果、前記面
の露光された部分の像の空間位置を、従ってこの面のこ
の部分の高さを、決定することができる。そして、線を
走査する際に多数の測定を行えば、前記面のこの線に沿
う高さの形状（輪郭）が得られる。
【００２９】図２は２個の対物レンズ２２及び２３及び
２個の検出器２４及び２５を示している。検出器を有す
る単一の対物系と比較して、この構成はより一層正確な
測定を可能にし、又急峻な高度差の場合の影効果の影響
もより小さい。
２個の検出器２４及び２５を示している。検出器を有す
る単一の対物系と比較して、この構成はより一層正確な
測定を可能にし、又急峻な高度差の場合の影効果の影響
もより小さい。
【００３０】前記光源ユニット６０は、面１０上の単一
の点のみならず並置関係の多数の点が露光されるよう
に、構成することができる。これらの点は走査方向を横
切る方向に互いにずらすことができ、これにより面の走
査が単一の露光点の場合よりも大幅に高速で進行するよ
うにすることができる。この場合、前記検出系は勿論多
数の照射点を検出するように構成しなければならない。
また、前記面のより大きな部分を露光してもよく、ま
た、より多くの並置点が検出できるように多数の小さな
検出器を使用してもよい。
の点のみならず並置関係の多数の点が露光されるよう
に、構成することができる。これらの点は走査方向を横
切る方向に互いにずらすことができ、これにより面の走
査が単一の露光点の場合よりも大幅に高速で進行するよ
うにすることができる。この場合、前記検出系は勿論多
数の照射点を検出するように構成しなければならない。
また、前記面のより大きな部分を露光してもよく、ま
た、より多くの並置点が検出できるように多数の小さな
検出器を使用してもよい。
【００３１】前記面の（一部の）高さを表す情報は共焦
点（confocal）検出法によっても得ることができる。こ
の場合は、点状の光源及び点状の検出器の両方が同一の
点に結像され、この点は走査すべき面の上又は近傍の公
称位置に位置する。
点（confocal）検出法によっても得ることができる。こ
の場合は、点状の光源及び点状の検出器の両方が同一の
点に結像され、この点は走査すべき面の上又は近傍の公
称位置に位置する。
【００３２】また、干渉法、フーコー法又は非点収差法
等の他の既存の高さ測定原理を使用してもよい。当該装
置においては、前記の大きな開口数がこれらの使用を可
能にする。
等の他の既存の高さ測定原理を使用してもよい。当該装
置においては、前記の大きな開口数がこれらの使用を可
能にする。
【００３３】図３及び図４は本発明による走査装置の構
成をプリント回路板を走査する実施例に関して示してい
る。
成をプリント回路板を走査する実施例に関して示してい
る。
【００３４】放射源ユニットは平行化されたレーザビー
ム６２を発生するレーザ６１を有している。このビーム
は電気／光学変調器６３を通過され、使用される検出器
に対して光強度を適応化させるようにしてもよい。この
レーザビーム６２はレンズ６５に入力され、該レンズは
このビームを仮想面２１における焦点６６に焦点を結ば
せる。しかる後、当該レーザビームは第２の円柱レンズ
４２を横切り、折り返し鏡４５及び４６で反射され、結
像レンズ即ちレンズ４３ａ及び４３ｂを有する結像系を
横切り、走査すべき面１０方向に回転多面鏡３２を介し
て偏向される。前記補正鏡５１及び５２は、多面鏡３２
と走査すべき面１０との間に配置される。最終的に、前
記レーザビームは面１０上に走査スポット１２を形成
し、該走査スポットは前記多面鏡３２の回転により面１
０上を矢印３１の方向に移動する。この面から反射され
た放射光は上記光学系を逆方向に横切り、前記仮想面２
１の上又は近傍に像を形成する。この像はレンズ２２及
び２３並びに検出器２４及び２５を有する検出系により
観察される。
ム６２を発生するレーザ６１を有している。このビーム
は電気／光学変調器６３を通過され、使用される検出器
に対して光強度を適応化させるようにしてもよい。この
レーザビーム６２はレンズ６５に入力され、該レンズは
このビームを仮想面２１における焦点６６に焦点を結ば
せる。しかる後、当該レーザビームは第２の円柱レンズ
４２を横切り、折り返し鏡４５及び４６で反射され、結
像レンズ即ちレンズ４３ａ及び４３ｂを有する結像系を
横切り、走査すべき面１０方向に回転多面鏡３２を介し
て偏向される。前記補正鏡５１及び５２は、多面鏡３２
と走査すべき面１０との間に配置される。最終的に、前
記レーザビームは面１０上に走査スポット１２を形成
し、該走査スポットは前記多面鏡３２の回転により面１
０上を矢印３１の方向に移動する。この面から反射され
た放射光は上記光学系を逆方向に横切り、前記仮想面２
１の上又は近傍に像を形成する。この像はレンズ２２及
び２３並びに検出器２４及び２５を有する検出系により
観察される。
【００３５】図４に示すように、面１０の全体はプリン
ト回路板を走査方向を横切る矢印１１の方向に移動させ
ることにより走査される。
ト回路板を走査方向を横切る矢印１１の方向に移動させ
ることにより走査される。
【００３６】前記円柱レンズ４１及び４２の代わりに、
又はそれらに加えて、円柱状鏡を使用してもよい。この
場合を図５に示す。なお、この図は前記図２の（ａ）に
対応させることができる。図５において、円柱状鏡１４
１ａ、１４１ｂ、１４２ａ及び１４２ｂが前記円柱レン
ズ４１及び４２に追加して設けられている。走査すべき
面の近傍の上記鏡１４１ａ及び１４１ｂの各反射面は楕
円の一部を形成し、その一方の焦点Ｆｃは当該系の光学
軸と走査すべき面の公称位置との交点に位置し、第２の
焦点Ｆｆは前記結像レンズ４３の中心に位置する。第２
の円柱鏡系１４２ａ及び１４２ｂも楕円形状を有し、そ
の一方の焦点Ｆｆは前記結像レンズの中心に一致し、他
方の焦点Ｆｄは前記検出面２１に位置する。
又はそれらに加えて、円柱状鏡を使用してもよい。この
場合を図５に示す。なお、この図は前記図２の（ａ）に
対応させることができる。図５において、円柱状鏡１４
１ａ、１４１ｂ、１４２ａ及び１４２ｂが前記円柱レン
ズ４１及び４２に追加して設けられている。走査すべき
面の近傍の上記鏡１４１ａ及び１４１ｂの各反射面は楕
円の一部を形成し、その一方の焦点Ｆｃは当該系の光学
軸と走査すべき面の公称位置との交点に位置し、第２の
焦点Ｆｆは前記結像レンズ４３の中心に位置する。第２
の円柱鏡系１４２ａ及び１４２ｂも楕円形状を有し、そ
の一方の焦点Ｆｆは前記結像レンズの中心に一致し、他
方の焦点Ｆｄは前記検出面２１に位置する。
【００３７】円柱状鏡１４１ａ及び１４１ｂは面１０か
らの放射を広い角度で入力することを可能にする。この
構成は当該走査装置の解像度を、円柱レンズ４１のみを
使用した走査装置に比較して、より改善する。このより
よい解像度を利用するため、前記検出系は更に対物レン
ズ１２２及び１２３が先行する追加位置感知型検出器１
２４及び１２５を有している。図には、更に、円柱レン
ズ４１又は円柱状鏡１４１ａ及び１４１ｂを介して入力
される前記面からの放射光の通路を示している。走査す
べき面が公称位置である場合の該面から発生する放射光
に関しても、放射光の通路が（点線で）示されている。
なお、上記のような楕円鏡は、例えば回転切削刃を備え
る切削機（millinng machine）を用い加工部材の動きの
方向に対してこの切削刃の回転軸がある角度で延在する
ようにすれば、作成することができる。
らの放射を広い角度で入力することを可能にする。この
構成は当該走査装置の解像度を、円柱レンズ４１のみを
使用した走査装置に比較して、より改善する。このより
よい解像度を利用するため、前記検出系は更に対物レン
ズ１２２及び１２３が先行する追加位置感知型検出器１
２４及び１２５を有している。図には、更に、円柱レン
ズ４１又は円柱状鏡１４１ａ及び１４１ｂを介して入力
される前記面からの放射光の通路を示している。走査す
べき面が公称位置である場合の該面から発生する放射光
に関しても、放射光の通路が（点線で）示されている。
なお、上記のような楕円鏡は、例えば回転切削刃を備え
る切削機（millinng machine）を用い加工部材の動きの
方向に対してこの切削刃の回転軸がある角度で延在する
ようにすれば、作成することができる。
【００３８】図６は円柱状鏡１４１ａ及び１４１ｂが光
を入力するために用いられる場合の前記補正鏡５１及び
５２の位置を示している。これら鏡５１及び５２は、円
柱レンズ４１のみが存在する走査装置におけるよりも、
僅かに広くなっている。以上に述べた部分を読解すれ
ば、この図における各素子及びそれらの機能を説明する
ことは不要であろう。
を入力するために用いられる場合の前記補正鏡５１及び
５２の位置を示している。これら鏡５１及び５２は、円
柱レンズ４１のみが存在する走査装置におけるよりも、
僅かに広くなっている。以上に述べた部分を読解すれ
ば、この図における各素子及びそれらの機能を説明する
ことは不要であろう。
【００３９】本発明による走査装置は（三次元）対象物
を検査するのに使用するのみならず、例えばプリント回
路板製造時のようにパターンを備える面あるいは感光層
を用いて作成される他のパターンを露光するためにも使
用することが可能である。
を検査するのに使用するのみならず、例えばプリント回
路板製造時のようにパターンを備える面あるいは感光層
を用いて作成される他のパターンを露光するためにも使
用することが可能である。
【図１】図１は、本発明による走査装置の一実施例を概
念的に示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面
図、
念的に示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面
図、
【図２】図２は、放射光通路が折り返された本発明によ
る走査装置の他の実施例を概念的に示す図で、（ａ）は
側面図、（ｂ）は正面図、
る走査装置の他の実施例を概念的に示す図で、（ａ）は
側面図、（ｂ）は正面図、
【図３】図３は、本発明による走査装置の更に他の実施
例の正面図、
例の正面図、
【図４】図４は、同実施例の側面図、
【図５】図５は、本発明による走査装置の更に他の実施
例の側面図、
例の側面図、
【図６】図６は、補正系と楕円鏡との同時使用を説明す
る図である。
る図である。
１０ 面 ２０ 検出系 ２１ 検出面 ２２ 対物レンズ ２３ 対物レンズ ２４ 検出器 ２５ 検出器 ３０ 偏向系 ３２ 偏向系 ４１ 第１の円柱レンズ ４２ 第２の円柱レンズ ４３ 対物系（結像系） ５１ 補正鏡 ５２ 補正鏡 ６０ 光源ユニット（放射源ユニット）
フロントページの続き (73)特許権者 590000248 Ｇｒｏｅｎｅｗｏｕｄｓｅｗｅｇ １, 5621 ＢＡ Ｅｉｎｄｈｏｖｅｎ， Ｔ ｈｅ Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ (72)発明者 ヨセフ・ルイス・ホレイオン オランダ国 アインドーフェン フルー ネヴァウツウェッハ １ (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G02B 26/10
Claims (12)
- 【請求項１】 線に沿って面（１０）を光学的に走査す
る走査装置であって、前記面（１０）を源とする放射を
検出する放射感知型の検出系（２０）と、前記面（１
０）における領域を前記放射感知型検出系（２０）上に
結像させる光学系と、走査すべき前記面（１０）におけ
る前記領域を選択する偏向系（３０）とを有し、前記光
学系が第１及び第２の円柱状副光学系（４１、４２、１
４１ａ、１４１ｂ、１４２ａ、１４２ｂ）を有し、前記
第１の円柱状副光学系（４１、１４１ａ、１４１ｂ）が
走査すべき前記線に対して近傍にかつ平行に配置され、
前記第２の円柱状副光学系（４２、１４２ａ、１４２
ｂ）が前記検出系（２０）の近傍に配置された走査装置
において、前記偏向系（３０）は前記第１の円柱状副光
学系（４１）と前記第２の円柱状副光学系（４２）との
間の放射通路に配置され、前記光学系は結像レンズ（４
３）を有し、該結像レンズは、走査方向を横切る方向に
見た場合に、前記面（１０）が前記第１の円柱状副光学
系（４１、１４１ａ、１４１ｂ）により前記結像レンズ
（４３）内に結像され、この結像レンズ（４３）が前記
第２の円柱状副光学系（４２、１４２ａ、１４２ｂ）に
より前記検出系（２０）上に結像されるように配置され
ている、ことを特徴とする走査装置。 - 【請求項２】 請求項１に記載の走査装置において、前
記円柱状副光学系の内の少なくとも一つが凹状の円柱状
鏡（１４１ａ、１４１ｂ、１４２ａ、１４２ｂ）を有す
ることを特徴とする走査装置。 - 【請求項３】 請求項２に記載の走査装置において、前
記円柱状鏡（１４１ａ、１４１ｂ、１４２ａ、１４２
ｂ）が楕円形状を有していることを特徴とする走査装
置。 - 【請求項４】 請求項１に記載の走査装置において、前
記第１及び第２の円柱状副光学系が円形形状からずれた
屈折面を持つ非球面円柱レンズ（４１、４２）を有して
いることを特徴とする走査装置。 - 【請求項５】 請求項１に記載の走査装置において、前
記結像レンズ（４３）が前記偏向系（３０）と前記第２
の円柱状副光学系（４２；１４２ａ、１４２ｂ）との間
の放射通路に配置されていることを特徴とする走査装
置。 - 【請求項６】 請求項４に記載の走査装置において、前
記光学系は補正系（５１、５２）を有し、該補正系は、
前記第１の円柱状副光学系（４１；１４１ａ、１４１
ｂ）と前記偏向系（３０）との間の放射通路に、走査す
べき前記領域と前記放射感知型検出系（２０）との間の
光学距離が前記偏向系（３０）の位置に実質的に無関係
となるように配置されていることを特徴とする走査装
置。 - 【請求項７】 請求項６に記載の走査装置において、前
記補正系（５１、５２）が前記放射通路に順次配置され
た少なくとも２個の曲面鏡を有して構成されていること
を特徴とする走査装置。 - 【請求項８】 請求項１ないし請求項７の何れか一項に
記載の走査装置において、前記結像レンズ（４３）がア
ナモルフィックレンズであることを特徴とする走査装
置。 - 【請求項９】 請求項１ないし請求項８の何れか一項に
記載の走査装置において、前記第１の円柱状副光学系
（４１；１４１ａ、１４１ｂ）と前記第２の円柱状副光
学系（４２；１４２ａ、１４２ｂ）とが前記結像レンズ
（４３）に対して対称に配置されていることを特徴とす
る走査装置。 - 【請求項１０】 請求項１ないし請求項９の何れか一項
に記載の走査装置において、前記放射感知型検出系はレ
ンズ系に先行された少なくとも１個の放射感知型検出器
（２２、２３、１２２、１２３）を有し、このレンズ系
の主軸線が前記第２の円柱状副光学系（４２；１４２
ａ、１４２ｂ）の主軸線に対して角度をもって延在して
いることを特徴とする走査装置。 - 【請求項１１】 請求項１ないし請求項10の何れか一項
に記載の走査装置において、当該走査装置は放射ビーム
を供給する放射源ユニットを有し、前記光学系は前記の
供給された放射ビームを前記面（１０）上に焦点を合わ
せるべく全体として又は部分的に配置され、前記偏向系
（３０）はこのようにして形成された放射スポットを走
査すべき線にわたって移動させるように構成されている
ことを特徴とする走査装置。 - 【請求項１２】 請求項１ないし請求項11の何れか一項
に記載の走査装置において、前記の放射感知型検出系
（２０）は前記面上の複数の点を検出するように構成さ
れ、これら点が走査中に並置された平行な通路をたどる
ように構成されていることを特徴とする走査装置。
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