(57)【要約】【課題】  光軸の位置や傾きに関する誤差を低減できるレンズの保持構造を提供する。【解決手段】  ベース２１が、貫通穴部２２及び貫通穴部２２の開口を取り囲む座面２３を画定している。内部にレンズ群を保持した鏡筒２４が、貫通穴部２２に嵌まる。鏡筒２４は、貫通穴部２２の内側面２２ａと対面する嵌合側面２４１ａ、及び座面２３と対面するフランジ面２４２ａを画定している。Ｏリング２７が、嵌合側面２４１ａと内側面２２ａとの間に介在する。座面２３とフランジ面２４２ａとの間に介在したシム２５の枚数によって、フランジ面２４２ａの座面２３に対する傾きが変化するように鏡筒２４の姿勢を調整でき、調整後の鏡筒２４の姿勢が維持されるように鏡筒２４をボルト２６によってベース２１に固定することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
穴部及び該穴部の開口を取り囲む座面を画定したベースと、
前記穴部に嵌まる保持体であって、該保持体が前記穴部に嵌められたときに該穴部の内側面と対面する嵌合側面、及び前記座面と対面するフランジ面を画定した保持体と、
前記保持体によって保持された光学素子と、
前記穴部の内側面と前記保持体の嵌合側面とに接触した状態で、これら両面の間に介在した弾性体と、
前記保持体が前記穴部に嵌まった状態で、前記フランジ面の前記座面に対する傾きが変化するように該保持体の姿勢を調整することができ、かつ調整後の該保持体の姿勢が維持されるように該保持体を前記ベースに固定することができる固定部材と
を備えた光学素子の保持構造。
【請求項２】
前記弾性体が、前記保持体の嵌合側面を全周にわたって取り囲むＯリングによって構成されている請求項１に記載の保持構造。
【請求項３】
前記光学素子が、複数のレンズを含み、
前記保持体が、前記座面と交差する軸方向に延在し、内部に前記複数のレンズを前記軸方向に配列した状態で保持する筒体によって構成されている請求項１又は２に記載の保持構造。
【請求項４】
前記固定部材が、
前記フランジ面と前記座面との間に介在したシムと、
前記シムが前記フランジ面と前記座面とによって挟圧されるように、前記保持体を前記ベースに固定する複数のボルトと
を含む請求項１〜３のいずれかに記載の保持構造。
【請求項５】
前記ベースと前記保持体とが、前記座面と前記フランジ面とが重力作用方向に対面し、かつ前記フランジ面が前記座面よりも重力作用方向に関して下方に配置される位置関係を有する条件で配置されている請求項１〜４のいずれかに記載の保持構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンズやミラー等の光学素子の保持構造に関し、特にマスクに形成されたパターンを基板に転写させるレンズの保持に適した保持構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
図６は、従来のレンズの保持構造を示す断面図である（特許文献１参照）。定盤１上にベース２が配置されている。ベース２には、貫通穴部２ａが形成され、この貫通穴部２ａに鏡筒３が嵌まっている。鏡筒３は、その内部に複数のレンズ４を貫通穴部２ａの深さ方向に配列した状態で保持している。図示しない光源から出射したレーザ光Ｌが、転写すべきパターン（以下、マスクパターンという。）が形成されたマスク５に入射し、マスク５を通過したレーザ光Ｌが鏡筒３内のレンズ４群を通して、基板Ｗに入射する。これにより、マスクパターンが基板Ｗに転写される。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１４２３９６号公報（第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば、基板Ｗ表面における所望の位置に正確にマスクパターンを転写させるためには、鏡筒３内のレンズ４群によって構成される投影光学系の光軸Ｓの空間的位置が、所期の理想的な位置に保たれることが必要である。しかし、従来の保持構造では、光軸Ｓの位置の再現性を向上させることに関して改善の余地があり、例えばレンズ４の交換作業を行うために鏡筒３を一旦取り外した場合等に、光軸Ｓの位置が理想的な位置からずれてしてしまうことがあった。ここで一般に、光軸の位置の、理想的な位置からのずれを「位置誤差」と呼ぶことにする。
【０００５】
また、光軸Ｓが基板Ｗ表面に対して垂直であることが望まれる。しかし、ベース２や鏡筒３等の製作精度等に限界があるため、従来の保持構造では、光軸Ｓが基板Ｗ表面に対して垂直とはならない場合があった。ここで一般に、光軸の、基板表面の法線からの傾きを「傾き誤差」と呼ぶことにする。
【０００６】
本発明の目的は、位置誤差や傾き誤差を低減することができる光学素子の保持構造を提供することにある。また、本発明の目的は、位置誤差や傾き誤差を低減することができる光学素子の保持構造を簡素な構成で実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一観点によれば、穴部及び該穴部の開口を取り囲む座面を画定したベースと、前記穴部に嵌まる保持体であって、該保持体が前記穴部に嵌められたときに該穴部の内側面と対面する嵌合側面、及び前記座面と対面するフランジ面を画定した保持体と、前記保持体によって保持された光学素子と、前記穴部の内側面と前記保持体の嵌合側面とに接触した状態で、これら両面の間に介在した弾性体と、前記保持体が前記穴部に嵌まった状態で、前記フランジ面の前記座面に対する傾きが変化するように該保持体の姿勢を調整することができ、かつ調整後の該保持体の姿勢が維持されるように該保持体を前記ベースに固定することができる固定部材とを備えた光学素子の保持構造が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
保持体が、その嵌合側面と穴部の内側面との対面方向に移動することが、弾性体の弾性反発力によって防止される。このため、保持体によって保持された光学素子の光軸の位置の再現性を向上でき、位置誤差の発生を防止できる。一方、弾性体は変形しうるため、嵌合側面と穴部の内側面との間の距離は可変とされる。この結果、フランジ面の座面に対する傾きが変化するように保持体の姿勢を調整することが可能となる。従って、仮にベースや保持体等の製作誤差に起因して傾き誤差が発生しているとしても、その傾き誤差を補正するように保持体の姿勢を調整できるから、傾き誤差の低減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図４は、試行例によるレンズの保持構造を示す断面図である。実施例の説明に先立ち、まず試行例について説明する。ベース１１が、貫通穴部１２と、この貫通穴部１２の開口を取り囲む座面１３とを画定している。鏡筒１４は、インロー部１４１とフランジ部１４２とを有する。
【００１０】
インロー部１４１が、貫通穴部１２に嵌まる。インロー部１４１は、貫通穴部１２に嵌められたときに貫通穴部１２の内側面１２ａと対面する嵌合側面１４１ａを画定している。嵌合側面１４１ａと、貫通穴部１２の内側面１２ａとの間には隙間Ｇ１が確保されているが、鏡筒１４を座面１３に平行な方向（例えば、図４の左右方向）に所定以上移動させたときに、嵌合側面１４１ａが内側面１２ａに接触する。これにより、鏡筒１４の、座面１３に平行な方向の移動が制限される。本試行例では、隙間Ｇ１を従来よりも狭小化した。具体的には、貫通穴部１２の内径とインロー部１４１の外径との差を１０μｍに設計した。これにより、従来よりも鏡筒１４の、座面１３に平行な方向の可動範囲が小さくなるので、光軸Ｓの位置の再現性を向上でき、位置ずれの発生を防止できる。
【００１１】
フランジ部１４２は、座面１３と対面するフランジ面１４２ａを画定している。本試行例では、座面１３とフランジ面１４２ａとの間にシム１５を介在させるとともに、シム１５が座面１３とフランジ面１４２ａとによって挟圧されるように、ボルト１６によってフランジ部１４２をベース１１に固定する構成をとった。なお、図４には、２つのボルト１６のみを示すが、ボルト１６は、フランジ部１４２の周方向に関して離散的に２つ以上、具体的には３つ配置されている。シム１５は、フランジ部１４２の周方向に離散的に複数配置される。
【００１２】
シム１５の挿入枚数や挿入位置を調整することにより、フランジ面１４２ａの座面１３に対する傾きが変化するように鏡筒１４の姿勢を調整することができる。そして、調整後の鏡筒１４の姿勢が維持されるように、ボルト１６によって鏡筒１４をベース１１に固定することができる。このため、仮に鏡筒１４やベース１１等の製作誤差に起因した傾き誤差が生じたとしても、その傾き誤差を補正するように光軸Ｓの傾きを調整することができる。このため、傾き誤差を低減できる。また、シム１５の挿入枚数によって、鏡筒１４の、基板Ｗに面した端面１４ａから、基板Ｗ表面までの距離（以下、ワークディスタンスという）ＷＤを調整することも可能となる。
【００１３】
しかし、本試行例においては、例えば次のような新たな課題が見出された。まず、隙間Ｇ１を狭小化した場合、光軸Ｓの位置の再現性を向上できる反面、貫通穴部１２へのインロー部１４１の嵌入作業が困難になってしまう。このため、鏡筒１４の交換作業等のメンテナンスのし易さが損なわれる。
【００１４】
また、シム１５の挿入枚数を調整する作業の容易化に関して改善の余地がある。具体的に説明する。シム１５の挿入枚数の調整を行うためには、ボルト１６を緩め、フランジ面１４２ａと既に挿入されているシム１５との間に隙間を確保しなければならない。フランジ面１４２ａと座面１３とは重力作用方向に対面しているため、フランジ面１４２ａと既に挿入されているシム１５との間に隙間を確保するためには、鏡筒１４を持上げることが必要である。この点、鏡筒１４の重量が例えば４０ｋｇ程度以上ある場合には、シム１５の挿入枚数の調整が困難になることも想定されうる。
【００１５】
また、上述のように鏡筒１４の傾き調整機能をもたせたものの、その調整範囲が充分とは言い難い。これは、隙間Ｇ１を狭小化した場合、鏡筒１４を僅かに傾けただけでも、インロー部１４１が貫通穴部１２の内側面１２ａに接触し、これによって鏡筒１４のさらなる傾きが阻止されるからである。隙間Ｇ１の幅を狭くする程、傾き調整の範囲は小さくなってしまう。
【００１６】
図５に、インロー部１４１が貫通穴部１２の内側面１２ａに接触した状態を模式的に示す。シム１５の挿入枚数を調整することにより、鏡筒１４を座面１３に対して傾斜させることができる。しかし、傾斜を大きくしていくと、インロー部１４１が貫通穴部１２の内側面１２ａに接触するため、これ以上鏡筒１４を傾斜させることはできない。なお、このような状態でボルト１６を締め付けた場合、その後にボルト１６を緩めても、インロー部１４１がベース１１とかみ合って鏡筒１４が動かなくなってしまうこともある。
【００１７】
図４に戻って説明を続ける。一方、隙間Ｇ１の幅は変化させずに、鏡筒１４の傾きの調整範囲を拡大させる方法として、インロー部１４１の、貫通穴部１２の深さ方向の高さＤ１を低くすることが考えられる。インロー部１４１の高さＤ１を低くする程、鏡筒１４の傾き調整範囲を拡大させることができる。ところが、インロー部１４１の高さＤ１を低くすると、インロー部１４１が貫通穴部１２から抜けやすくなるといった別の課題が生じることになる。
【００１８】
具体的に説明する。いま、インロー部１４１のうち貫通穴部１２に嵌まっている部分の高さＤｈが２ｍｍであるとする。ワークディスタンスＷＤを調整するために、シム１５の挿入枚数によって、鏡筒１４を上下方向に移動させることを考える。望まれるワークディスタンスＷＤの調整範囲は、鏡筒１４内に配置するレンズの取り付け誤差等によって決まり、例えば±３ｍｍである。いま、ワークディスタンスＷＤを３ｍｍ増やすためにシム１５の挿入枚数を増やして鏡筒１４を上方に３ｍｍ移動させたとする。すると、Ｄｈが２ｍｍよりも小さいため、インロー部１４１が貫通穴部１２から抜けてしまう。
【００１９】
インロー部１４１が貫通穴部１２から抜けてしまった状態では、鏡筒１４の座面１３に平行な方向の移動に対して、貫通穴部１２の内側面１２ａが規制を与えないので、位置誤差の発生を招く。発明者は、以上説明してきた知見等に基づいてさらに検討した結果、以下に説明するレンズの保持構造を案出した。
【００２０】
図１は、実施例によるレンズの保持構造を示す断面図である。ベース２１が、貫通穴部２２と、この貫通穴部２２の開口を取り囲む座面２３とを画定している。座面２３は、ベース２１の裏面（重力作用方向に関して下側の面）に画定されている。鏡筒２４は、貫通穴部２２の内側面２２ａと対面する嵌合側面２４１ａを画定したインロー部２４１と、座面２３と対面するフランジ面２４２ａを画定したフランジ部２４２とを有する。座面２３とフランジ面２４２ａとの間にシム２５が介在し、シム２５が座面２３とフランジ面２４２ａとによって挟圧されるようにボルト２６によってフランジ部２４２がベース２１に固定される。
【００２１】
本実施例では、ベース２１と鏡筒２４とを、フランジ面２４２ａが座面２３よりも重力作用方向に関して下方に配置される位置関係を有する条件で配置した。即ち、インロー部２４１をベース２１の裏面側から貫通穴部２２に挿入する構成とした。これにより、ボルト２６を緩めるだけで、鏡筒２４の自重によって、座面２３とフランジ面２４２ａとの間の距離が増大する。ボルト２６の緩め具合によって、座面２３とフランジ面２４２ａとの間の距離を調整できる。このため、シム２５の挿入及び挿入枚数の調整を容易に行うことができる。
【００２２】
また、本実施例では、インロー部２４１の嵌合側面２４１ａと、貫通穴部２２の内側面２２ａとの間に、Ｏリング２７を介在させた。Ｏリング２７は、嵌合側面２４１ａ内にその周方向に延在するように形成された溝に嵌め込まれており、インロー部２４１を全周にわたって取り囲んでいる。Ｏリング２７は、嵌合側面２４１ａと内側面２２ａとに接触した状態で配置されている。これにより、鏡筒２４の、嵌合側面２４１ａと内側面２２ａとの対面方向の移動が、Ｏリング２７の弾性反発力によって防止される。このため、嵌合側面２４１ａと内側面２２ａとの間の隙間Ｇ２を図４の隙間Ｇ１より大きく設計しても、光軸Ｓの位置の再現性を向上でき、位置誤差の発生を防止できる。また、隙間Ｇ２を図４の隙間Ｇ１より大きく設計することができるので、鏡筒２４の貫通穴部２２への嵌入作業が容易になる。
【００２３】
一方、Ｏリング２７は弾性変形しうるため、フランジ面２４２ａの座面２３に対する傾きが変化するように鏡筒２４の姿勢を調整することは可能である。上述の通り、嵌合側面２４１ａと内側面２２ａとの間の隙間Ｇ２を図４の隙間Ｇ１より大きく設計できるので、インロー部２４１の高さＤ２を低くすることなく、鏡筒２４の傾き調整範囲を充分に確保できる。このため、光軸Ｓの傾き誤差の低減を図ることができる。また、フランジ面２４２ａからＯリング２７までの高さを充分に確保できるので、Ｏリング２７が貫通穴部２２から抜けてしまうことは防止できる。
【００２４】
具体例について説明する。インロー部２４１の高さＤ２を１３．５ｍｍとした。また、フランジ面２４２ａからＯリング２７の下面までの高さＤ２ａを７．５ｍｍとした。ここでＯリング２７の下面とは、Ｏリング２７のフランジ面２４２ａ側の端面のことをいう。これにより、インロー部２４１を貫通穴部２２に嵌めた状態のままで、ワークディスタンスＷＤを３ｍｍ増減させることが可能となる。
【００２５】
また、貫通穴部２２の内径とインロー部２４１の外径との差を０．５ｍｍに設計した。詳細には、貫通穴部２２の内径を２２０．５ｍｍとし、インロー部２４１の外径を２２０ｍｍとした。フランジ部２４２の径方向の幅Ｆは２０ｍｍとした。これにより、光軸Ｓを基準軸に対して約０．１４°以上傾斜させることが可能となった。ここで基準軸とは、シム２５を全く挿入しない場合に画定される光軸Ｓをいう。即ち、約０．１４°以上の傾き誤差の補正が可能となった。なお、貫通穴部２２の内径がインロー部２４１の外径よりも０．５ｍｍ大きいが、Ｏリング２７の弾性反発力により光軸Ｓの位置誤差の発生は防止される。
【００２６】
以上説明したように、本実施例による保持構造は、嵌合側面２４１ａと内側面２２ａとの間にＯリング２７を介在させた簡素な構成で実現できるものであり、光軸Ｓの位置誤差の発生を防止し、かつ光軸Ｓの傾き調整範囲を広く確保できるという効果を奏するものである。なお、鏡筒２４をベース２１の上方から貫通穴部２２に挿入する構成であっても上記効果が得られる。本実施例による保持構造は、例えば図６のマスク５に相当するものとしてピンホールが形成されたマスクを用い、そのマスクのピンホールを鏡筒２４内のレンズ群を用いて基板Ｗ表面に結像させる穴あけ加工等に適用できる。
【００２７】
図２は、他の実施例によるミラーの保持構造を示す断面図である。ベース３１が、有底穴部３２と、その有底穴部３２の開口を取り囲む座面３３とを画定している。ミラーＭを保持した保持体３４が、有底穴部３２に嵌まっている。保持体３４は、有底穴部３２の内側面３２ａと対面する嵌合側面３５と、座面３３と対面するフランジ面３６とを画定している。座面３３とフランジ面３６との間にシム３７が介在し、シム３７が座面３３とフランジ面３６とによって挟圧されるようにボルト３８によって保持体３４がベース３１に固定される。なお、ボルト３８は、フランジ面３６の周方向に２つ以上、具体的には３つ配置されている。シム３７は、フランジ面３６の周方向に離散的に複数配置される。
【００２８】
Ｏリング３９が、嵌合側面３５と有底穴部３２の内側面３２ａとに接触した状態でこれら両面の間に介在している。Ｏリング３９は、嵌合側面３５を全周にわたって取り囲んでいる。Ｏリング３９は弾性変形しうるため、シム３７間における厚さの差を調整することにより、フランジ面３６の座面３３に対する傾きが変化するように保持体３４の姿勢を調整できる。これにより、ミラーＭを直交する２軸方向にあおることができる。また、調整後の保持体３４の姿勢が維持されるように、ボルト３８によって保持体３４をベース３１に固定することができる。このため、例えばミラーＭに入射するレーザ光の反射光軸の空間的位置を調整できるから、その光軸の空間的位置に関する誤差を補正することが可能となる。
【００２９】
図３に、従来から用いられているミラーの保持構造を示す。図３(ａ)は、ミラー構造体の断面図である。ミラー構造体は、ミラーＭがホルダ４１に固定的に取り付けられて構成される。この場合、ミラーＭを直交する２軸方向にあおることができるようにするためには、図３(ｂ)に示す構造が必要である。図３(ｂ)は、２軸あおり機構の概略図である。Ｕ字部材４２によって第１の軸４３が支持され、第１の軸４３によってホルダ４１が支持されている。ホルダ４１は第１の軸４３まわりに回転できる。Ｕ字部材４２は、第１の軸４３と直交する方向に延在する第２の軸４４によって支持されている。Ｕ字部材４２は、第２の軸４４まわりに回転できる。このような機構に比べると、図２に示した保持構造は簡素な構成でコンパクトに実現できる。
【００３０】
以上、実施例について説明したが、本発明はこれに限られない。実施例では、弾性体としてＯリングを用いたが、特にＯリングに限られず、穴部の内側面と保持体の嵌合側面との対面方向に弾性を発揮するものを広く用いることができる。また、実施例では、弾性体として保持体の嵌合側面を全周にわたって取り囲む円環状のものを用いたが、複数の弾性体を嵌合側面の周方向に離散的に配置するようにしてもよい。また、シムの挿入位置がずれないようにするために、フランジ面及び座面の一方に、他方に向って嵌入する突起軸を設け、貫通穴が形成されたシムを、その貫通穴がその突起軸によって貫かれた状態で、フランジ面と座面との間に介在させるようにしてもよい。また、保持対象とする光学素子は、特にレンズやミラーに限られるものではなく、ウインドウやプリズム或いは絞り等も保持対象とすることができる。この他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】実施例によるレンズの保持構造を示す断面図である。
【図２】実施例によるミラーの保持構造を示す断面図である。
【図３】従来技術によるミラーの保持構造を示す概略図である。
【図４】試行例によるレンズの保持構造を示す断面図である。
【図５】試行例によるレンズの保持構造を示す断面図である。
【図６】従来技術によるレンズの保持構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１…光学定盤、２ベース、２ａ…貫通穴部、３…鏡筒、４…レンズ（光学素子）、５…フォトマスク、Ｌ…レーザ光、Ｓ…光軸、Ｗ…基板、１１,２１…ベース、１２,２２…貫通穴部（穴部）、１２ａ,２２ａ…内側面、１３,２３…座面、１４,２４…鏡筒、１４１,２４１…インロー部、１４２,２４２…フランジ部、１４２ａ,２４２ａ…フランジ面、１５,２５…シム、１６,２６…ボルト、２７…Ｏリング（弾性体）、３１…ベース、３２…有底穴部（穴部）、３２ａ…内側面、３３…座面、３４…保持体、３５…嵌合側面、３６…フランジ面、３７…シム、３８…ボルト、３９…Ｏリング（弾性体）、Ｍ…ミラー（光学素子）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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