JPH0792420A

JPH0792420A - 光走査装置

Info

Publication number: JPH0792420A
Application number: JP25897993A
Authority: JP
Inventors: Toshio Takahashi; 俊雄高橋; Masataka Takeshita; 正隆竹下; Hideki Wakai; 秀樹若井
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 1993-09-24
Filing date: 1993-09-24
Publication date: 1995-04-07

Abstract

(57)【要約】【目的】光路を自動的に補正し、性能（精度）を常に
一定に保つことができる光走査装置を提供する。【構成】光源、光偏向器、及び複数のミラーをケーシ
ング内に備え、光源から出た光ビームを光偏向器及びミ
ラーを利用して偏向走査させる構成の光走査装置におい
て、前記光ビームの副走査方向における光路位置をモニ
ターするセンサー部（８）と、センサー部（８）からの
信号に基づいて光路を自動的に補正する光路調整部（３
０）とを設け、前記センサー部をケーシング内に、前記
光路調整部を光源と光偏向器との間にそれぞれ配置した
ことを特徴とする光走査装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、イメージスキャナや
表面検査装置等に用いられる光走査装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】イメージスキャナや表面検査装置等に用
いる走査光学系では、ポリゴンミラー等の光偏向器を利
用して、光源から出た光ビームを偏向走査する構成にな
っている。ポリゴンミラーによって偏向走査された光ビ
ームは、一般に複数のミラーを経て対象物に導かれ、被
走査物上を走査する。従って、ケーシング内には複数の
ミラーによって幾つかの光路が画成される。対象物の測
定精度あるいは読み取り精度を向上するためには、走査
ビームの光路を常に安定させておくことが重要である。

【０００３】さて、ケーシングは一般に金属又は樹脂等
で形成されるが、これらの材料は熱によって膨脹変形し
たり、組み立て後の経時変化等で変形を起すことがあ
る。ケーシングが変形すると、これに固定されている光
源部、光偏向器及びミラーの相対位置が変化し、最終的
に被検物表面を走査する走査ビームの光路も変動してし
まう。また、光源部やミラー等の取付部に誤差が生じた
場合にも、同様に光路が変動する。

【０００４】図８は、従来のイメージスキャナに於ける
正常な状態の光路を示している。図９は、ケーシングが
変形して光路が変動した状態を示している。図９の状態
では、対象物の表面で反射した走査ビームが受光部に正
確に入射していないことがわかる。

【０００５】このような光路変動を防止するため、従来
はケーシングにリブ等を設け、ケーシングの剛性を高め
ることによって、変形量を最小限に抑えている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、大型の
イメージスキャナの場合には、走査ビームのスキャン幅
が大きくケーシングも大型となるので、ケーシングの変
形も複雑となる。また、必然的にポリゴンミラーと対象
物（被検物）の距離も長くなり、ケーシング内のミラー
枚数も増える傾向にある。この為、ケーシングが僅かに
変形しても、最終的に被検物表面を走査するビームの光
路に大きな誤差が生じてしまうのである。

【０００７】以上のような従来技術の問題点に鑑み、本
発明は光路を自動的に補正し、性能（精度）を常に一定
に保つことができる光走査装置を提供することを目的と
している。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は、光源、光偏
向器、及び複数のミラーをケーシング内に備え、光源か
ら出た光ビームを光偏向器及びミラーを利用して偏向走
査させる構成の光走査装置において、前記光ビームの副
走査方向における光路位置をモニターするセンサー部
（８）と、センサー部（８）からの信号に基づいて光路
を自動的に補正する光路調整部（３０）とを設け、前記
センサー部をケーシング内に、前記光路調整部を光源と
光偏向器との間にそれぞれ配置したことを特徴とする光
走査装置を要旨としている。

【０００９】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の好適な実施例
を説明する。図１は本発明による光走査装置の実施例の
主要部を示す斜視図、図２はその上面図、図７はその側
面図である。

【００１０】光走査装置はケーシング９を有し、その底
面にはレーザ光線を射出する光源部１が固定されてい
る。ケーシング９の前面には走査窓２０が設けられ外部
からの塵がケーシング内に侵入することを防いでい
る。。光源部１は図２に示すように光源本体１、ビーム
エキスパンダ１２、整形プリズム１３、フォーカスレン
ズ１４から構成されている。

【００１１】光源部１から出た光ビームは、折り返しプ
リズム１５、第１ミラー３を経てポリゴンミラー４に入
射する。ポリゴンミラー４は、図示しないモータにによ
って駆動され、その軸の回りに所定の角速度で回転する
構成になっている。

【００１２】ポリゴンミラー４に入射して偏向されたビ
ームは、再び第１ミラー３で反射され、第２、３、４ミ
ラー５、６、７を経て対象物１０の表面の所定位置を走
査する。この対称物１０の表面に異常が無い場合、表面
で反射された光ビームは受光器２０１に入射する。ここ
で、もし対称物１０の表面上に異物の付着、又は傷等の
異常があると、光ビームは乱反射して受光器２０１に入
射せず、別に設けられた受光器２０２に入射することに
なる。この受光器２０１、２０２の出力は信号処理回路
２００に入力されており、対称物１０の表面の異常を検
出する構成になっている。対象物１０は図１、７では図
面の下方向に所定速度で送られている。なお、図２に於
いて実線で示したビームの軌跡は有効走査域を示し、破
線は走査領域の最大幅を示している。

【００１３】折り返しプリズム１５と第１ミラー３の間
の光路上には、光路調整部３０が設けられている。ま
た、第４ミラー７（Ｍ４）と対象物１０の間の光路上に
は、受光センサ８が配置されている。受光センサ８は図
２に示されているように、走査領域最外端付近のビーム
を受けるように配置されており、従って有効走査域内の
ビームの障害にはならない。

【００１４】本発明の光走査装置では、受光センサ８で
光路のズレを検知して、その情報に基づいて光路調整部
で光路を自動的に補正する構成になっている。

【００１５】受光センサ８は、例えば図３に示すように
４つの受光面Ｓ１〜Ｓ４から形成されている。図３に於
いて破線は基準軸を示し、矢印はビームＬ１の走査方向
を示している。ビームＬ１の中心線が基準軸上に位置す
る場合が正常な状態である。この時、受光面Ｓ１，Ｓ２
と受光面Ｓ３，Ｓ４の受光量が等しくなる。従って、例
えば図３の状態では、走査線Ｌ１を上方に移動してＳ
１，Ｓ２及びＳ３，Ｓ４の受光量が等しくなるように光
路調整部３０を制御すればよい。

【００１６】図４は光路調整部３０の概略を示してい
る。光路調整部３０は、ステージ２２の上に配置された
偏角プリズム２の姿勢をギア付ステップモータ２３で調
整する構成になっている。プリズムの角度は例えば３°
３３′に設定できる。受光センサ８からの信号は、位置
演算部と走査位置調整部を経て制御信号としてステップ
モータ２３に送られる。

【００１７】光路調整部３０を制御するための演算回路
と光軸追尾系のブロック図の例をそれぞれ図５、６に示
す。図５では、Ｓ１、Ｓ２及びＳ３、Ｓ４の受光量の比
が評価される。ここで、受光面からの出力により、光セ
ンサーでの走査光入射位置を検出するための信号処理に
おいて、従来用いられる差動増幅回路ではなく除算器を
用いることでより確実で、高精度な位置検出を実現して
いる。例えば、Ｓ１、Ｓ２の検出光量をＡ、Ｓ３、Ｓ４
の検出光量をＢとすると、従来では光量Ａと光量Ｂを作
動増幅回路により処理した値、及びその正負とにより前
記センサー上の走査ビームの光路位置を検出していた。

【００１８】しかし、前記光ビームが所定光路からずれ
て、片方の受光面のより外側の近傍に入射した場合、検
出光量Ａ、Ｂは共に微小となる。

【００１９】仮にＡ＝０．０５、Ｂ＝０．０１とする
と、Ａ−Ｂ＝０．０５−０．０１＝０．０４で実質的に
０となり、光路にずれがない状態、つまり所定位置にあ
る状態であると認識してしまう。

【００２０】一方、本願は差動増幅回路ではなく除算器
を使用しており、光量Ａを光量Ｂで除算した値、すなわ
ち、Ａ、Ｂの比により前記センサー上の走査ビームの光
路位置を検出する。

【００２１】前例に従い、検出光量Ａ＝０．０５、Ｂ＝
０．０１とすれば、Ａ／Ｂ＝５．００となり、検出光量
Ａ、Ｂがそれぞれ微小な値であっても検出することが可
能となる。すなわち、除算器を用いることによって、両
群のセンサに入る光量が微小な場合にも、ビームの片寄
りを適確に判断することができるのである。一方、微小
な光量でも検出可能なことにより、受光素子の表面積が
小さくても検出可能となることから、センサー部の小形
化が可能となる。図６では、前記受光量の差に基づいて
モータ２３がフィードバック制御される。

【００２２】次に、偏角プリズム２の回転補正方式の具
体例を述べる。まず、ビーム位置の変位量をＡ／Ｄ変換
しＲＡＭに保存する。１０回分のデータ単位で変位量の
ＭＡＸ．とＭＩＮ．をとり、その平均をビーム位置とみ
なす。そして、１時間に１回そのデータを３分間とって
平均し、その対応する量の１／１０偏角プリズム２を回
転させる。（１０時間程度の時定数にて追尾する。）プ
リズムの１度回転により、パスライン上ビーム位置を１
ｍｍ補正する。このように、対称物１０上に光ビーム走
査位置を極めてゆっくり位置補正することで、表面上の
走査域が対称物移動方向に飛んでしまうことを防止して
いる。

【００２３】なお、本発明は前述の実施例に限定されな
い。例えば、受光センサ８は第４ミラー７と第３ミラー
６の間に配置してもよい。

【００２４】

【発明の効果】本発明の光走査装置によれば、センサー
部８で光路のズレを検知し、その情報に基づいて光路調
整部３０で光路を自動的に補正するため、装置のケーシ
ングが変形して光路にズレが生じてもこれを適当に調整
することができる。従って、本発明の光走査装置は、長
期間に渡って高精度を維持できる。また、センサー部８
をケーシング内に配置することで外部からの熱や塵など
による悪影響を防止し、常に安定した精度を保つことが
できる。

【００２５】請求候２に記載の光走査装置のように、演
算部に除算器を組み込むことにより、受光センサの面積
を小さくすることが可能となり、ビーム位置精度をさら
に向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による光走査装置の主要部を示す斜視
図。

【図２】図１の光走査装置の上面図。

【図３】図１の受光センサを示す平面図。

【図４】図１の光路調整部を示す概略図。

【図５】同じく演算回路の構成を示すブロック図。

【図６】同じく光軸追尾系の構成を示すブロック図。

【図７】図１の光走査装置の側面図。

【図８】従来の光走査装置の基本状態を示す側面図。

【図９】従来の光走査装置の変形状態を示す側面図。

【符号の説明】

１光源部２偏角プリズム３第１ミラー４ポリゴンミラー５第２ミラー６第３ミラー７第４ミラー８受光センサ９ケーシング１０被走査面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源、光偏向器、及び複数のミラーをケ
ーシング内に備え、光源から出た光ビームを光偏向器及
びミラーを利用して偏向走査させる構成の光走査装置に
おいて、前記光ビームの副走査方向における光路位置を
モニターするセンサー部（８）と、センサー部（８）か
らの信号に基づいて光路を自動的に補正する光路調整部
（３０）とを設け、前記センサー部をケーシング内に、
前記光路調整部を光源と光偏向器との間にそれぞれ配置
したことを特徴とする光走査装置。
【請求項２】前記光路調整部（３０）を制御するため
の演算部が除算器を含んでいることを特徴とする請求項
１に記載の光走査装置。