JPH0323414A

JPH0323414A - ２次元スキャン光学装置

Info

Publication number: JPH0323414A
Application number: JP15578089A
Authority: JP
Inventors: Hiroo Fujita; 宏夫藤田
Original assignee: Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 1989-06-20
Filing date: 1989-06-20
Publication date: 1991-01-31

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明はレーザ光を用いて２次元スキャンを行なわせる
２次元スキャン光学装置に関する。

〔従来の技術〕

近年の精密加工技術の進歩により、扱加工物上に２次元
的な形状を有するマイクロパターンが形成されるように
なり、それに伴って２次元マイクロパターンの形状ある
いは寸法等の精密計到の必要性が高まっている。従来行
なわれていろレーザ光スキャンによる２次元マイクロパ
ターン計測の方法は、微小スポット径に集光したレーザ
光を２つの偏向デバイスを用いて２次元的に走査（スキ
ャン）するものである。このとき偏向デバイスとしては
音響光学素子を用いる方法（「レーザ研究」第１５巻第
８号Ｐ．６３６）、あるいは音響光学素子とガルバノミ
ラーを組み合わせたもの（レーザテック社の製品ＩＬＭ
ＩＩ型）等がよく知られているが、上記の各々の偏向デ
バイスを駆動してレーザ光の進行方向に直交する平面内
で２次元的にラスターヌキャンを行ｋわせでいる。最近
ではレーザ光を用いた２次元スキャンを行なわせろ光学
装？をレーザ顕微鏡と呼んでいる。

〔発明が解決しようとする課題〕

音響光学素子、ガルバノ■ラー等の偏向デバイスは、デ
バイスの種類に応じて偏向角度、偏向角度分解能が決ま
っているため、各種のレンズ、光学素子と組み合わせた
光学装置としての偏向角、偏向ステップ角度も決まった
量になる。一般的には広い範囲をスキャンする場合は偏
向ステップ分解能は粗くなり、狭い範囲のスキャンの場
合は偏向ステップ分解能は細かくなる。従って被測定物
の形状、寸法に応じて偏向デバイスを選定し、必要とす
る偏向範囲、偏向ステップ量、測定精度が得られるよ５
八光学装置を構或する必要がある。

このとき一つの光学装置で２次元スキャンを行なうとき
、一定の偏向ステクプ分解能を保ったままで、広い範囲
と狭い範囲のスキャンを共用することは困難である。こ
のように従来の２つの偏向素子を用いた２次元スキャン
光学装置では、偏向量に応じて偏向ステ１プ分解能が規
定され、被測定物の形状、寸法によっては、偏向量に応
じて測定精度が低下するという問題点を有していた。

本発明は上記の問題点を解消して、偏光量にかかわらず
、測定対象とすべき領域の偏向ステップ分解能を高めて
、高精度々２次元マイクロノζターンの計測を可能とす
る２次元スキャン光学装置を実現することを目的とする
。

〔課題を解決するための手段〕

レーザ光源から放射されるレーザ光を対物レンズにより
集光して被測定物面上で２次元スキャンを行なわせる２
次元スキャン光学装置において、レーザ光源から対物レ
ンズまでの光路中に、少なくとも４個の偏向素子を設け
、少なくとも２涸の偏向素子から或る第１の偏向素子群
により前記被測定物面上の第１の範囲の２次元スキャン
を行なわせ、残りの少なくとも２個の偏向素子から成る
第２の偏向素子群により、前記第１の範囲と異なる領域
の第２の範囲の２次元スキャンを行なわせ、一方の偏向
素子群の偏向動作中は、他方の偏向素子群の偏向動作は
停止せしめ、同一光路中で相補的に２次元スキャンを行
なわせる。

〔作用〕

レーザ光源から対物レンズに至るまでの光路中に偏向角
度、偏向角度分解能の異なる少なくとも２種類の偏向素
子を４個配し、各々の種類の偏向デバイス毎にそれぞれ
２次元スキャンを行なわせる。このとき一方の種類の偏
向素子では比較的に広い領域を大きな偏向ステップでプ
リスキャンとして２次元スキャンさせ、被測定物の概略
の様子を測定して、詳細に測定すべき被測定領域を決定
する。次に他方の種類の偏向素子では、比較的に狭い領
域を細かい偏向ステタプで、前述の被測定領域を精密に
ファインスキャンとして２次元スキャンする。このよう
に同一光路において互いに異なる領域の２次元スキャン
を偏向素子を駆動する電気信号の切り替えで行なわせ、
一方の種類の偏向素子が偏向動作を行なっているときは
、他方の種類の偏向素子の偏向動作は停止させておき、
互いに相補的な偏向動作を行なわせる。

〔実施例〕

以下に図面を用いて本発明の実施例を説明する。

第１図に本発明の２次元スキャン光学装置の動作を示し
、第１図（／Ｏは光学装置の原理を説明するブロック図
、第１図（口）は第１図（イ）による光学装置を用いた
ときの２次元スキャン領域の説明図である。

第１図（イ）に示した光学装置においては１０はレーザ
光源で、｝｛ｅ−Ｎｅレーザ管、半導体レーザ等から成
り、レーザ光１００を放射する。１１は光学系で、第１
の偏向素子群１２、第２の偏向素子群１３０対物レンズ
１６、ビームスプリッタ−１７及び図示していないが、
他の各種のレンズ、光学素子から構成される。第１の偏
向素子群１２は更に偏向素子１２０、１２２から成り、
第２の偏向素子群１３は更に偏向素子１６０、１６２か
ら構成され、レーザ光源１０から対物レンズ１６に至る
光路内に前述した少なくとも４ＷＡの偏向素子１２０、
１２２、１３０、１６２を配置する。ここでレーザ光の
進行方向を２方向としたとき、個々の偏向素子はそれぞ
れＸ方向あるいはｙ方向への偏向動作を行ない、第１の
偏向素子群１２及び第２の偏向素子群１３でそれぞれｘ
−ｙ方向へ２次元スキャンを行なう。なお図では４＠の
偏向素子の配置を１２０、１２２、１３０、１３２の順
に各偏向素子群の構成順で示したが、例えば４個の偏向
素子を１２０、１６０、１２２、１３２の順で配置して
もよく、偏向素子を構成するデ・くイスの種類に応じた
光学系１１の構成に従って配置すればよい。第１の偏向
素子群１２は第１の２次元スキャンドライバー１４で駆
動し、第２の偏向素子群１３は第２の２次元スキャンド
ライバー１５で駆動するが、駆動信号の大きさ、偏向素
子の種類、光学系１１を構成する各種レンズの焦点距離
の大きさによって光学装置としての偏向量、偏向ステッ
プ距離が決定できる。

第１の偏向素子群１２と第２の偏向素子群１６は異なっ
た種類の偏向素子から構成する。ここで第１の偏向素子
群１２を構成する偏光素子１２０、１２２は例えばガル
バノミラー等から構成され、比較的大きい偏向角度、偏
向角度分解能を持ち、広い範囲を粗いステップで偏向す
る。第２の偏向素子群１６を構成する偏向素子１３０、
１６２は例えば音饗光学素子等から構威され、比較的小
さい偏向角度、偏向角度分解能を持ち、狭い範囲を細か
いステップで偏向する。

第ｌの偏向素子群１２が２次元スキャン動作を行なって
いるときは、第２の偏向素子群１６の２次元スキャン動
作は停止させておき相補的な駆動を行なう。逆の場合も
同様である。２次元スキャンされたレーザ光はビームス
ブリッタ−１７を通過し、対物レンズ１６で微小なスポ
ット径に集光され、被叫定物１８の面上に照射されて２
次元スキャンを行なう。被測定物１８はミクロンメート
ルのオーダの２次元マイクロパターンが形成されていて
、その形状、寸法等の測定を行なう。被測定物１８によ
って反射されたレーザ光は再び対物レンズ１６を逼り、
ビームスブリッタ−１７により進路を変えられて光電変
換される（図示せず）。

１９は画像処理部で、光電変換された被測定物１８から
の反射光情報から画像処理を行々う。画像処理の結果に
応じて信号１９０及び信号１９２を発して第１の２次元
スキャンドライノく−１４及び第２の２次元スキャンド
ライパー１５の駆動信号の設定を行々う。

次に実際の２次元スキャン動作を第１図（ロ）の２次元
スキャン領域の説明図を用いて説明する。まず最初に第
１の偏向素子群１２を第１の２次元スキャンドライパー
１４から発せられる駆動信号により駆動する。このとき
第２の偏向素子群１６による偏向動作は停止しておくが
、・第２の２次元スキャンドライバー１５から発せられ
る駆動信号のほぼ中間レベルの信号を与えておき、その
状態に対応した静的状態に保持しておく。第１図（口）
においてＡＢＣＤで囲まれた領域１８０が第１の偏向素
子群１２によって２次元スキャンされる領域で、第１の
範囲と呼ぶ。この第ｌの範囲１８０のスキャンはブリス
キャン動作で、被測定物１８の概略の様子を、広い範囲
について測定する。従ってある程度はスキャンによる偏
向ステップ量は粗くても、短時間に広い領域をスキャン
することが必要である。ここでＡＢ上に示したＪＸの距
離、ＡＣ上のＡｙの距離を偏向ステップ距離とよぶ。第
１の範囲１８０をスキャンして得られた反酊光強度デー
タを画像処理部１９で画は処理を行ない、詳細に測定し
たい領域を決定する。第１図（口）に示したＰＱＲＳで
囲まれた領域１８２が前述の詳細に測定したい領域で、
第２の範囲と呼ぶもこのとき画像処理部１９から信号１
９２を発して、第２の範囲１８２の領域に応じた駆動信
号を設定して、第２の偏向素子群１６により２次元スキ
ャン動作を行なわせる。ここで第１の偏向素子群１２の
２次元偏向動作は停止しておくが、画像処理部１９から
信号１９０を発して、第２の範囲１８２のほぼ中央部の
位置１８５に対応する位置に第１の偏向素子群１２の偏
向位置を保持する。第２の範囲１８２はファインスキャ
ン動作を行なうもので、細かい偏向ステクプ量で狭い範
囲を精密に２次元スキャンする。第２の範囲１８２をス
キャンして得られた反射光強度データを画像処理部１９
で画像処理して、被測定物１８の詳細に測定したい領域
の形状、寸法等の精密計測を行なう。なお第１図（ロ）
では第２の範囲１８２は一つのみを示したが、複数個の
第２の範囲１８２が存在していても同様である。

次に第１図（イ）で示した光学系１１の実際の構成につ
いて説明する。

第１の実施例として第２図に第１の偏向素子群１２にガ
ルバノミラ−（以下にＧＭと略記する）、第２の偏向素
子群に音響光学素子（以下にＡＯと略記する）を用いた
場合の光学系の光路図を示す。

第２図において、２０及び２１はＡ０，２２及び２３は
Ｇ　Ｍである。ＡＯ２０はＸ方向、Ａ０２１はｙ方向の
スキャンを行ない、ＧＭ２２はＸ方向、Ｇ〜１２６はｙ
方向のスキャンを行ｋうものとする。

レーザ光源１０から放射されたレーザ光１００はレンズ
群・２１０でビーム形状を変換する。レンズ２１２はシ
リンドリ力ルレンズ（焦点距離ｆ１）、レンズ２１４は
凸レンズ（焦点距離ｆ２　）で、シリンドリカルレンズ
２１２は紙面に平行な面内に屈折作用を持ち、凸レンズ
２１４との組み合わせにより紙面に平行な面で扇状のビ
ームを形成してＡＯ２０に入射させる。ＡＯ２０は偏向
器とじての構成で、紙面に平行な方向に開口の広がりを
持ち、この開口径に合致した形状のレーザビームを入射
させると、ＡＯ２０による回折効率が向上する。なおレ
ンズ群２１０による紙面に垂直方向のビーム形状はＡＯ
２０の中心部で焦点を結ぶ。

ＡＯ２０は第１図（イ）に示した第２の２次元スキャン
ドライバー１５からのＸ軸駆動信号により、回折角の大
きさを制御して紙面に平行な面内で偏向動作を行なう。

この方向をＸ方向とする。レンズ群２２０は扇状のビー
ム形状を元の円形状のビーム形に変換するもので、凸レ
ンズ２２２（焦点距離ｒｔ　　）とシリンドリカルレン
ズ２２４（焦点距離’＋　　）から成り、前述のレンズ
群２１０と同じレンズで構成する。レンズ群２２０以降
の光路１，７おけるビーム形状は円形である。光学素子
群２３０は凸レンズ２６２（焦点距離ｆｓ　）、Ｇ　Ｍ
２２、凸レンズ２３４（焦点距離’４　　）から成る。

ＧＭ２２は第１図（イ）に示した第１の２次元スキャン
ドライバー１４からのＸ軸駆動信号により回転角が制御
されで、紙面に平行ｋ面内のＸ軸方向への偏向動作を行
なう。／．．ＣおＧＭ２２は凸レンズ２６２と凸レンズ
２３４の共焦点位置に設置して：１，；　＜。凸レンズ
２６４を出射したレーザ光は凸レンズ２３６（焦点距離
ｆ，）で屈折されてＡＯ２１に入射する。ＡＯ２１は円
形の開口を有するもので、紙面に張直なｙ軸方向への偏
向動作を行！５「うもので、第２の２次元スキャンドラ
イバー１５のｙ軸駆動信号により偏向制御を行なう。Ｘ
軸方向にスキャンされているレーザ光はｙ軸駆動信号が
偏向動作を行なっていなＬ・ときはＡＯ２１によるｙ　
４ａ方向への偏向の影響は受けないで直進する。Ａ０２
１を出射したレーザ光は凸レンズ２６８（焦点距離ｆ６
　）で屈折されて光学素子群２４口に入射する。光学素
子詳２４０は凸レンズ２４２（焦点距離ｒｔ　　）、Ｇ
Ｍ２３、凸レンズ２４４（焦点距離ｒｓ　　）から成る
。ＧＭ２３は第１の２次元スキャンドライバー１４から
のｙ軸駆動信号により回転角が制御されて、紙面に垂直
なｙ　４１＋方向への偏向動作を行なう。なおＧＭ２３
は凸レンズ２４２と凸レンズ２４４の共焦点位置に設置
する。この場合、ＧＭ２３を駆動するｙ軸駆動信号が偏
向動作な行なっていｆ．いときは、Ｘ軸方向にスキャン
されているレーザ光はｙ軸方向への偏向は行なわれず、
単にミラー面で反射されろだけである。凸レンズ２４４
を出射したレーザ光は凸レンズ２５２（焦点距離ｆ９　
）で屈折されて対物レンズ２４（焦点距離ｒｅ　）に入
射する。対物レンズ２４では入射するレーザ光を微小な
スポット径に集光して被測定物１８の面上に照射する。

このようにして第１図で説明した如く、第１の洞向素子
群１２と第２の偏向素子群１６により相補的な２次元ス
キャン動作を行なうことかでＮろ。

第３図と第２図に示した光学系の構成による２次元スキ
ャンの偏向光路図を示す。第３図（イ）ｌ８１ＡＯ２０
によるＸ＠偏向、第３図ｆ口）ｉ！Ｇ　Ｍ２’ｌによる
Ｘ軸偏向、第３図←ＱはＡ　０　２　１によるｙ軸１゛
ｉ向、第３図（ニ）はＧ　Ｍ　２　３によるｙ軸方向の
偏向を表わす。なお第３図（イ）一（→の偏向光略図に
おいて偏向に直接に関与する党ｔ　Ｘ子のみを図示し、
関与しない部分はブ口ククラ示している。光学素子群２
６０の凸レンズ２６２と凸レンズ２６４の焦点距離は等
しく、光学素子群２４０の凸レンズ２４２と凸レンズ２
４４の焦点距離も等しいと仮定する。

第３図（イ）において、レーザ光１００はＡＯ２０によ
りθｘ２だげ回折（偏向）される。回折光は凸レンズ２
２２により光軸に平行に進行する千行光となるが、シリ
ンドリ力ルレンズ２２４は紙面に垂直方向に屈折作用を
持たせているため、紙面に平行なＸ軸方向には屈折され
紅いで直進する。光学素子群２６０ではＧＭ２２が停止
しているためＸ軸方向の偏向作用を受けず直進し、凸レ
ンズ２６６によって屈折されＡＯ２１に入射する。

ＡＯ２１ではＸ軸方向の偏向は行なわれず直進し、凸レ
ンズ２６８によって光軸に平行に進行し、光学素子群２
４０によってもＸ軸方向への偏向は行なわれず直進する
。凸レンズ２５２によって屈折されて対物レンズ２４に
より光軸に平行に進行するように変換される。このとき
の偏向量Ｄｘ２は（ｆ２　　”ｆａ　　’ｆｏ　　’　
θｘｔ　　）／　（　’ｓ　　・ｆａ　　）となる。

回折角θｘ２　　を駆動信号により変えることにより上
記の関係式で定まる偏向ができる。

第３図（口）の場合はレーザ光１０口はＡ．　０　２　
０によっては偏向されず直進し、光学素子群２６０のＧ
Ｍ２２によって偏向される。Ｇ　Ｍ　２　２による偏向
角度なθＸ，とする。偏向されたレーザ光は凸レンズ２
３４によって光軸に平行に進行させられて凸レンズ２６
６に入射する。凸レンズ２６６以後の光路は前述の第３
図（イ）の場合と同様である。

第３図（口）に示した場合の偏向量Ｄｘｌは（ｆ，・ｒ
６・ｆ０・θＸ，　）／（　ｆｓ　−　ｆ９）　テｓｈ
される。

従ってＸ軸方向のスキャンの場合、Ｄｘｌ／Ｄｘ２＝ｆ４　’θＸＩ／（ｆ２”θＸ２　）
である。

次にｙ軸方向の偏向光路について説明する。

第３図（ハ）において、レーザ光１００はＡＯ２０によ
ってはｙ軸方向の偏向は行なわれずに直進し、ＡＯ２１
によってｙ軸方向に偏向される。このときの偏向角度な
θｙ２とする。Ａ．　０　２　１によって偏向されたレ
ーザ光は凸レンズ２６８により光軸に平行に進行させら
れる。光学素子群２４０ではＧ　Ｍ　２３が停止してい
て偏向動作を行なっていたいため偏向されずに直進し、
凸レンズ２５２により屈折させられて対物レンズ２４に
入射する。対物レンズ２４ではレーザ光を微少なスポッ
ト径に集光すると共に、光軸に平行に進行させる。この
ときに得られる偏向量Ｄｙ２は（ｒａ・ｆ０・θｙ２）／ｆ，となる。

第３図（ニ）の場合は、レーザ光１００はＡＯ２０及び
ＡＯ２１では偏向されずに直進し、光学素子群２４０の
ＧＭ２３によって偏向される。ＧＭ２６による偏向角度
をθｙ，とする。ＧＭ２３によって偏向されたレーザ光
は凸レンズ２４４によって光軸に平行に進行させられて
凸レンズ２５２に入射される。以後の光路は第３図（ハ
）の場合と同様である。第３図（ニ）に示した場合の偏
向量ＤＹ＋は（ｆａ　・ｆ０・θｙ，）／ｆ９　　であ
る。

従ってｙ軸スキャンの場合、ＤＹ＋　／Ｄｙｚ　＝　ｆａ　・θｙ＋／（’ａ　・θ
Ｙｚ　）である。

第４図に本発明の第２の実施例を示す。第１の偏向素子
群１２には２個のガルパノミラー（ＧＭ）を用いるのは
第２図に示した第１実施例と同様であるが・第２の偏向
素子群１　３Ｋ２１’［ｆｆｉの特殊形状プリズムを用
いる場合である。

４１はＧＭで、ＧＭ４１は紙面に垂直な方向であるｙ軸
方向への偏向を行なう。レンズ群４１口はレーザ光源１
口から放射されるレーザ光１００のビーム径を拡大する
ためのレンズ群で、凸レンズ４１２（焦点距離ｆ＋ｏ）
、凸レンズ４１４（焦点距離ｆ１，）から構成される。

４２はＧ　Ｍで、ＧＭ４２は紙面に平行な方向である。

Ｘ軸方向への偏向を行なう。４２０は凸レンズ（焦点距
離ｆｉ！）、４５０も同じく凸レンズ（焦点距離ｆ，，
）、４５は対物レンズ（焦点距離ｆ。）である。

４６及び４４は特殊プリズム（以下にＰＳＭと略記する
）で、ｐＳＭ４３及びＰＳＭ４４で第２の偏向素子群１
６を構成し、ＰＳＭ４３はｙ軸方向の偏向、ＰＳＭ４４
はＸ軸方向の偏向を行ｋうが、ＰＳＭ４３はアクチュエ
ータ４６０、ＰＳＭ４４はアクチュエータ４４０によっ
て駆動される。

アクチーエータ４６０及び４　４　０　４Ｊ例えばピエ
ゾトランスレータ（ＰＺＴ）、リニアモータ等から構成
する。

第５図に第４図に示した特殊プリズムの形状及び偏向の
動作を示す。第５図（イ）において、５１は頂角が各々
６０”の正三角形の断面形状となる正三角形プリズム、
５２は頂角が３０’　　６０゜である直角プリズムで、
正三角形プリズム５１と直角プリズム５２を図の様に組
み合わせて特殊プリズム５０を構成する。この構成にお
いて、正三角形プリズム５１の垂直面５００にレーザ光
５６が垂直に入射するとき、直進した透過光は点５０２
で反射され、次に直角プリズム５２の底面の点５０４で
再び反射する。反射光は同じく直角プリズム５２の斜崩
部の点５０６で反射し、直角三角形プリズム５２の垂直
面５０８から出射光５４として、入射光５６と平行に出
射するが、プリズムの媒質内部ではｖ字型の光路となる
。この場合、正三角形プリズム５１の垂直面５００に入
射光５３が入射されるとき、垂直面５００への光軸高さ
位置に応じて、出射光５４の光軸高さ方向の出射位置が
変化する。

第５図（ロ）で特殊プリズム５０による偏向動作を説明
する。実線で示した特殊プリズム５０は底面５１０が基
準位置にある場合を示しこれを状態Ｉとする。破線で示
した特殊プリズム５ｏはその底ｉ５２［］が基準位置か
らｈだげ上方に移動させられた状態を示しこれを状態■
とする。この底面５１０の移動を第４図に示したアクチ
ュエータ４６０で行なう。入射光５６の光軸高さ位置は
固定されているものとする。

入射光５６が正三角形プリズム５１の垂直面５００に入
射したとき、状態Ｉでは点５６０で反射し、状態■では
点５３２で反射する。このときの状態■での反射光５３
４と状態■での反射光５３６では〆Ｔｈだけ離れている
。状態Ｉでは直角プリズム５２の底画５１０の点５４０
で反射し、状態■では同じく底面５２０の点５４２の位
置で再び反射する。このとき点５４０と点５４２の距れ
た光路で進行し、状態■では直角プリズム５２の斜面部
の点５４４で反射、状態■では同じく点５４６で反躬し
て、それぞれ垂直面５０８に垂直に出射する。状態■で
の出射光を５５で表わし、状ｆ３　ＩＩでの出射光を５
６で表わすと、出射光５５と出射光５６とでは光軸高さ
方向の高さが２ｈだけシフトする。従って特殊プリズム
５０の底面をアクチュエー夕で移動すると、移動量の２
倍だけ出射光の光軸］窩さ位置がシフトされて偏向が可
能になる。

第６図に第４図で后した光学系を用いた場合の２次元ス
キャンによる偏向光路図を示す。第６図（イ）はＰＳＭ
４４によるＸ軸方向の偏向、第６図（ロ）はＧＭ４２に
よるＸ軸方向の偏向、第６図（ハ）はＰＳＭ４３による
ｙ軸方向の偏向、第６図（ニ）はＧＭ４１によるｙ軸方
向の偏向を表わす。

第６図（イ）において、レーザ光源１０かも放射された
レーザ光１００はＧＭ４１によってはＸ軸方向の偏向が
行なわれず直進する。ＧＭ４２はＸ軸方向の偏向動作が
停止されているため偏向動作は行なわれずに直進する。

更にＰＳＭ４３においては第５図で示した如くにプリズ
ム内部ではＶ字型の反射光経路を有するが、Ｘ軸方向へ
の偏向は行なわれず、偏向光路の面からみればＰ　Ｓ　
Ｍ　４　３は直進することになる。ＰＳＭ４４において
は、前述の説明の如く、特殊プリズム４４の底面をｈｘ
だけ移動させることにより偏向を行なう。光軸に平行に
出射したレーザ光は凸レンズ４５，０で屈折されて対物
レンズ４５に入射する。対物レンズ４５はレーザ光を微
小なスポット径に集光すると共に、光軸に平行に進行さ
せる。このときの偏向量Ｄ０は２ｈ　ｘ−ｆｏ　／　ｆ
１ｓで表わされる。なお本例では特殊プリズム４４の底
面は紙面に平行な方向への移動である。第６図（口）の
場合は、レーザ光１００はＧＭ４２の回転角を変化させ
ることによりＸ　４１１方向へ偏向させる。このときの
回転角をθｘ１とする。ＧＭ４２によって偏向されたレ
ーザ光は凸レンズ４２０により光軸に平行に進行させら
れる。

ＰＳＭ４３では第６図（イ）での説明と同じくＸ＠方向
へは偏向されずにＸ軸方向へは直進し、ＰＳＭ４４によ
りプリズム内部ではＶ字型の反射光経路を有する。この
ときＰＳＭ４４は底面の移動動作を停止している。ＰＳ
Ｍ４　４以後の光路は（イ）の場合と同様である。第６
図（口）の場合のＧＭによって行なわれる偏向量Ｄｘｌ
は２ｆ，，−　ｆｏ・θＸ　Ｉ　／　ｆ　１　３　となる
。

第６図（ハ）の場合のｙ軸方向の偏向の場合は、ＧＭ４
１のｙ軸方向の偏向動作は停止しているため、ＧＭ４１
によっては偏向は行なわれずに直進する。ＰＳＭ４３は
ＰＳＭ４４に対して９０°回転した状態で設置し、アク
チュエータ４３０は紙面に垂直な方向へ移動する。ＰＳ
Ｍ４　３は紙面に垂直ｋ方向へｈアだげ移動を行なわせ
る。ＰＳＭ４３により偏向されたレーザ光はＰ，　Ｓ　
Ｍ　４　４ではｙ軸方向への偏向は行なわれず、ｙ軸方
向へは直進したことになる。凸レンズ４５０で屈折され
て、対物レンズ４５により光軸に平行に偏向されること
になる。この場合の偏向量Ｄ，，は２ｈ　，　−　ｆｏ／ｆ，，　　で表わされる。第６図
（イ）の場合と比較すると特殊プリズムの底面の移動量
だけ偏向量が異なる。第６図（ニ）の場合は、レーザ光
１００はＧＭ４１によって偏向される。ＧＭ４１による
回転角をθｙＩ　とする。ＧＭ４１によって偏向された
レーザ光はレンズ群４１０の凸レンズ４１２で屈折され
て光軸に平行に進行し、凸レンズ４１４により再び屈折
されてＧＭ４２に対してｙ軸方向へは直進する。次に凸
レンズ４２０により屈折されて光軸に平行に進行する。

Ｐ　Ｓ　Ｍ　４　３以後の光路は第６図（ハ）で述べた
場合と同様である。

ｔ１おこの場合ＰＳＭ４３の底面の移動は停止されてい
る。第６図（ニ）に示した場合の偏向量Ｄ，，は２θｙ
＋　”　’＋ａ　”　ｆｔｔ　”　ｆｏ／（ｆ＋＋・ｆ
＋ｓ）　　で衣わされる。このようにして特殊プリズム
２個とガルパノミラ−２涸の組み合わせにより、簡単な
光学系の構成で相補的な２次元スキャンが可能と々る。

第７図に本発明による第３の実施例を説明する。

第１の偏向素子群１２には前述の場合と同じく２個のガ
ルバノミラーを用い、第２の偏向素子群１３には１個の
ＡＯと１涸の特殊プリズムを用い？場合である。第７図
においてＡＯ２０及びレンズ群２１０は第２図にて説明
したのと同一で、特殊プリズム４６及びアクチーエータ
４６０も第４図にて説明したものと同一である。レーザ
光源１０から出射されたレーザ光１００はレンズ詳２１
０でビーム形状を変換してＡＯ２０に入射される。ＡＯ
２０は紙面に平行な面内でＸ軸方向への偏向を行なう。

光学素子群７１０はＧＭ７２及び第２図にて示したレン
ズ群２２０と同一の凸レンズ２２２とシリンドリカルレ
ンズ２２４から或り、ＧＭ７２は紙面に垂直な方向であ
るｙ軸方向への偏向を行なう。更に光学素子群７１０は
ビム形状の変換も行ない、扇形状のビームを円形状のビ
ームに変換する。光学素子群７２０はＧＭ７６及び凸レ
ンズ７２２（焦点距離ｒ　！Ｏ　）、凸レンズ７２４（
焦点距離ｆ２■）から成り、ＧＭ７　５はＸ軸方向への
偏向を行なう。特殊プリズム４６はアクテユエータ４６
０で駆動されて、特殊プリズム４３の底面は紙面の垂直
方向へ移動させられてｙ軸方向の偏向を行ｋう。７６０
は凸レンズ？焦点距離ｆ２■）、７５は対物レンズ（焦
点距離ｆｏ　）である。以上の構成の光学系において、
ＡＯ２０と特殊プリズム４６とで狭い領域のファインス
キャンを行ない，ＧＭ７２とＧＭ７３とで広い領域のプ
リスキャンを行なう。

第８図に第７図で述べた光学系による偏向光路図を示す
。第８図（イ）はＡＯ２０によるＸ軸方向の偏向光路、
第８図（口）はＧＭ７３によるＸ軸方向、第８図（ハ）
は特殊プリズム４３によるｙ軸方向、第８図（ニ）はＧ
Ｍ７２によるｙ軸方向の偏向光路な示す。この場合光学
素子群７２０の凸レンズ７２２と凸レンズ７２４の焦点
距離は等しいと仮定する。

第８図（イ）において、レーザ光源１０から放射された
レーザ光１００はＡＯ２０によってＸ軸方向に偏向され
る。ＡＯ２０による偏向角度をθｘ２とする。ＡＯ２０
により偏向されたレーザ光は光学素子群７１０の凸レン
ズ２２２により屈折される。

ＧＭ７２はｙ軸方向の偏向を行なうため、Ｘ軸方向には
直進する。シリンドリ力ルレンズ２２４はｙ軸方向の屈
折作用を有するためにＸ軸方向には直進する。光学素子
群７２０のＧＭ７３の偏向動作は停止されているため、
偏向されずに直進し、特殊プリズム４６によっても偏向
されずにＸ軸方向には直進する。凸レンズ７６０で屈折
されて対物レンズ７５に入射する。対物レンズ７５はレ
ーザ光を微小なスポット径に集光すると共に、光軸に平
行に進行させて偏向を行なわせる。この場合の偏向膣１
）　ｘ２はｆ２−　ｆｏ・θｘ２　／　ｆ２２　　とな
る。

第８図（ロ）の場合はレーザ光１００はＡ０２０で偏向
されずに直進し、光学素子群７２００ＧＭ７６により偏
向される。このときの偏向角をθ８，とする。偏向され
たレーザ光は凸レンズ７２４により屈折されて、光軸に
平行に進行させられる。凸レンズ７２４以後の光路は第
８図（イ）の場合と同じである。この場合の偏向ｔ　Ｄ
　ｘ　＋は『２１・ｆｏ−θＸｌ／『１１２　　となる
。

第８図（ハ）の場合は、レーザ光１００は光学素子群７
１００ＧＭ７２のｙ軸方向の偏向動作が停止しているた
め偏向されずに直進し、特殊プリズム４３によって偏向
される。このとき特殊プリズム４３のプリズム底面をｈ
，だげ移動させる。特殊プリズム４６を出射したレーザ
光は光軸高さ位置が変化させられ、光軸と平行に進行し
、凸レンズ７６０により屈折される。凸レンズ７３０以
後の光路は第８図（イ）の場合と同じである。本実施例
の偏向量Ｄｙ，は２ｈｙ・『。／ｆ２２　　となる。第
８図（ニ）の場合は光学素子群７１００ＧＭ７２でｙ軸
方向の偏向がなされる。ＧＭ７２による偏向角度をθ，
１とする。偏向されたレーザ光は凸レンズ２２４により
屈折されて光軸に平行に進行させられ、特殊プリズム４
６によりプリズム内部でＶ字型の屈折光路を経て、光軸
に平行に出躬する。以後の光路は（ハ）の場合と同じで
ある。本実施例の場合の偏向ｔＤ　ｙ　ＩＩ！２ｆ，　
”　ｏ　’θｙ１／　ｆ２２トなる。

以上第１、第２、第３の実施例を述べたが、第１の偏向
素子群１２、第２の偏向素子群１ろは他の各種の偏向素
子を用いることができ、同様に光学系の構成も使用する
偏向素子に応じて決められる。

また偏向素子を駆動する駆動信号も、測定領域、測定分
解能に応じて設定すればよい。更に対物レンズの光軸方
向の移動機構を付加すれば、３次元の形状の計測も可能
である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、偏向量、偏向ステップ分解能の異なっ
た種類の偏向素子を組み合わせてノ・イフリノド型の構
成とし、かつ同一の光路内に偏向素子を配置する光学系
の構成としている。従って広い範囲も狭い範囲と同一の
光学装置を用いて２次元スキャンを行なうことができる
１、広い範囲のスキャンでブリスキャンを行ない、被測
定物の測定すべき場所を容易に認識でき、次にその狭い
範囲を精密にファインスキャンすることにより高精度な
計測が町能となる。以上の如く測定の目的に応じて異な
った領域の２次元スキャンがフレキシフルに行なえ、効
率の良い２次元スキャンが可能とｋる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光学装置のブロノク構或を示し、第１
図（イ）は動作を説明するブロック図、第１図（ロ）は
領域を示す説明図、第２図は本発明の第１の実施例の光
学系の構成を示す光路図、第３図（イ）、（口）、（ハ
）、（ニ）はそれぞれ第２図に示した光学系の偏向光路
な説明する光略図、第４図は本発明の第２の実施例の光
学系の構成を示す光路図、第５図（イ）、（ロ）はそれ
ぞれ特殊プリズムの構成及び偏向動作の説明図、第６図
（イ）、（ロ）、（ハ）、（ニ）はそれぞれ第４図に示
した光学系の構成による偏向光路な説明する光路図、第
７図は本発明の第３の実施例の光学系の構或を示す光略
図、第８図（イ）、（口）、（ハ）、（ニ）はそれぞれ
第７図に示した光学系の構故による偏向光路な説明する
光略図である。１０・・・・・・レーザ光源、１２・・・・・・第１の
偏向素子群、１３・・・・・・第２の偏向素子群、１６
・・・・・・対物レンズ、１８・・・・・・被測定物、
２０・・・・・・音響光学素子、２２・・・・・・ガル
バノミラ−　４３、４４、５０・・・・・・特殊プリズ
ム。第４図４１０第５等（−｛）５０才シ々ｋ？リス゜Ａ第７国

Claims

【特許請求の範囲】

レーザ光源から放射されるレーザ光を対物レンズにより
集光して被測定物面上で２次元スキャンを行なわせる２
次元スキャン光学装置において、レーザ光源から対物レ
ンズまでの光路中に、少なくとも４個の偏向素子を設け
、少なくとも２個の偏光素子から成る第１の偏向素子群
により前記被測定物面上の第１の範囲の２次元スキャン
を行なわせ、残りの少なくとも２個の偏向素子から成る
第２の偏向素子群により、前記第１の範囲と異なる領域
の第２の範囲の２次元スキャンを行なわせ、一方の偏向
素子群の偏向動作中は、他方の偏向素子群の偏向動作は
停止せしめ、同一光路中で相補的に２次元スキャンを行
なうことを特徴とする２次元スキャン光学装置。