(57)【要約】【課題】２次元の走査で得られる２次元像の歪が少なく、高精度な分解能を有し、かつ簡易な構成でコンパクトな２次元走査装置を提供すること。【解決手段】２次元走査装置１００は、光を出力する光源１１１と、被検面１０１に対するＸ方向の走査を担当するミラー１２１と、被検面１０１に対するＹ方向の走査を担当するミラー１２２と、Ｘ方向とＹ方向とでパワーが異なり、Ｘ方向のパワーが正であるレンズ１３１と、Ｘ方向とＹ方向とでパワーが異なり、Ｙ方向のパワーが正であるレンズ１３２とを備え、ミラー１２１，１２２が、レンズ１３１，１３２からなるレンズ群より光源１１１側に配置されており、当該レンズ群が、Ｘ方向とＹ方向とのいずれか一方に被検面１０１を走査する場合には、テレフォトタイプの光学系として機能し、他方に走査する場合には、レトロフォーカスタイプの光学系として機能することを特徴とする。【選択図】図１
2011232661.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１方向と、前記第１方向に直交する第２方向とに被検面を走査する２次元走査装置であって、
光を出力する光源と、
前記被検面に対する前記第１方向および前記第２方向を走査する走査光学系と、
前記第１方向と前記第２方向とでパワーが異なる第１レンズと、
前記第１方向と前記第２方向とでパワーが異なる第２レンズとを備え、
前記走査光学系が、前記第１レンズと前記第２レンズとからなるレンズ群より前記光源側に配置され、
走査方向が前記第１方向である場合の前記第１レンズの焦点距離をｆ１ｘとし、走査方向が前記第２方向である場合の前記第１レンズの焦点距離をｆ１ｙとし、走査方向が前記第１方向である場合の前記第２レンズの焦点距離をｆ２ｘとし、走査方向が前記第２方向である場合の前記第２レンズの焦点距離をｆ２ｙとしたとき、下記の式（１）および（２）を満たす
（１）｜ｆ１ｘ／ｆ１ｙ｜  ＜  １
（２）｜ｆ２ｘ／ｆ２ｙ｜  ＞  １
ことを特徴とする２次元走査装置。
【請求項２】
前記第１レンズと前記第２レンズとが、トロイダルレンズである
ことを特徴とする請求項１に記載の２次元走査装置。
【請求項３】
前記レンズ群が、前記第１方向と前記第２方向とのいずれか一方に前記被検面を走査する場合には、テレフォトタイプの光学系として機能し、他方に走査する場合には、レトロフォーカスタイプの光学系として機能する
ことを特徴とする請求項２に記載の２次元走査装置。
【請求項４】
走査方向が前記第１方向である場合の前記レンズ群の焦点距離をｆｘとしたとき、
下記式（６）を満たす
（６）０．５  ＜  ｆ１ｘ／ｆｘ  ＜  １．４
ことを特徴とする請求項１から３いずれかに記載の２次元走査装置。
【請求項５】
前記第１レンズと前記第２レンズとが、シリンドリカルレンズである
ことを特徴とする請求項１に記載の２次元走査装置。
【請求項６】
前記第１レンズと前記第２レンズとの少なくとも１つが、入射面と射出面との少なくとも１つが非球面であるレンズである
ことを特徴とする請求項５に記載の２次元走査装置。
【請求項７】
レンズの曲率が大きい面が非球面である
ことを特徴とする請求項５または６に記載の２次元走査装置。
【請求項８】
前記走査光学系が、前記被検面に対する前記第１方向を走査する第１ミラーと、前記被検面に対する前記第２方向を走査する第２ミラーとから構成された
ことを特徴とする請求項１から７いずれかに記載の２次元走査装置。
【請求項９】
走査方向が前記第１方向である場合の前記レンズ群の焦点距離をｆｘとし、
走査方向が前記第２方向である場合の前記レンズ群の焦点距離をｆｙとし、
前記第１ミラーと前記第２ミラーとの間隔をＤｍとし、
前記第１レンズの射出面と前記第２レンズの入射面との光軸上の距離をＤとし、
前記第２レンズの射出面から前記被検面までの光軸上の距離をＷＤとして、
下記の式（３）−（５）を満たす
（３）０．２  ＜  ｜ｆｘ−ｆｙ｜／Ｄｍ  ＜  １．４
（４）０．６  ＜  ＷＤ／ｆｙ  ＜  １．４
（５）０．６  ＜  （Ｄ＋ＷＤ）／ｆｘ  ＜  １．４
ことを特徴とする請求項８に記載の２次元走査装置。
【請求項１０】
下記の式（７）を満たす
（７）１．０  ＜  ｆｘ／ｆｙ  ＜  １．７
ことを特徴とする請求項９に記載の２次元走査装置。
【請求項１１】
下記の式（８）を満たす
（８）｜（１／ｆ１ｘ＋１／ｆ２ｘ）−（１／ｆ１ｙ＋１／ｆ２ｙ）｜  ＜  ０．０２
ことを特徴とする請求項８から１０いずれかに記載の２次元走査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検面を２次元に走査する２次元走査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、走査光学系において、平面状の被検面あるいは照射面に対して歪のない光学系を組む方法として、被検面側（像側）をテレセントリックな光学系にする方法がある。
例えば、特許文献１には、２次元の走査光学系に関する技術が開示されている。当該技術では、主走査方向、あるいは副走査方向のみにパワーをもったシリンドリカルレンズ２枚を用い、主走査断面及び副走査断面共にテレセントリックな状態を成り立たせている。
【０００３】
具体的には、図３０に示すように、光源４１から発せられた光は、コリメータレンズ４２を通り、ポリゴンミラー４３に導かれる。ポリゴンミラー４３に導かれた光は、ポリゴンミラー４３によって副走査方向に折り曲げられる。ポリゴンミラー４３によって副走査方向に折り曲げられた光は、副走査断面のみパワーをもつシリンドリカルレンズ４４を通り、ポリゴンミラー４５に導かれる。ポリゴンミラー４５に導かれた光は、ポリゴンミラー４５によって主走査方向に折り曲げられる。ポリゴンミラー４５によって主走査方向に折り曲げられた光は、主走査断面のみパワーをもつシリンドリカルレンズ４６を通り、被走査面４７に導かれる。
【０００４】
ここで、各シリンドリカルレンズは、各シリンドリカルレンズの物体側の焦点位置に各ポリゴンミラーの中心が位置するように配置されている。
このような構成によって、走査断面ごとにテレセントリックな状態を実現させている。
【０００５】
すなわち、上記の２次元の走査光学系では、ポリゴンミラーと当該ポリゴンミラーの走査方向のみにパワーを持つシリンドリカルレンズとを組み合わせたものを、主走査方向と副走査方向とについて、それぞれ備え、それらを直列につなげている。これによって、２次元の走査が可能な光学系、かつ被走査面４７側がテレセントリックな光学系を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第２７０９９２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来の２次元の走査光学系では、２次元でテレセントリックな光学系を実現するために、ポリゴンミラー４３、シリンドリカルレンズ４４、ポリゴンミラー４５、シリンドリカルレンズ４５の順に配置する必要がある。このため、走査光学系の光路の全長が非常に長くなり、装置としての構成が大きくなる。
【０００８】
そこで、本発明は、上記の課題を解決するものであり、２次元の走査で得られる２次元像の歪が少なく、高精度な分解能を有し、かつ簡易な構成でコンパクトな２次元走査装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明に係わる２次元走査装置は、第１方向と、前記第１方向に直交する第２方向とに被検面を走査する２次元走査装置であって、光を出力する光源と、前記被検面に対する前記第１方向および前記第２方向を走査する走査光学系と、前記第１方向と前記第２方向とでパワーが異なる第１レンズと、前記第１方向と前記第２方向とでパワーが異なる第２レンズとを備え、前記走査光学系が、前記第１レンズと前記第２レンズとからなるレンズ群より前記光源側に配置され、走査方向が前記第１方向である場合の前記第１レンズの焦点距離をｆ１ｘとし、走査方向が前記第２方向である場合の前記第１レンズの焦点距離をｆ１ｙとし、走査方向が前記第１方向である場合の前記第２レンズの焦点距離をｆ２ｘとし、走査方向が前記第２方向である場合の前記第２レンズの焦点距離をｆ２ｙとしたとき、下記の式（１）および（２）を満たす
（１）｜ｆ１ｘ／ｆ１ｙ｜  ＜  １
（２）｜ｆ２ｘ／ｆ２ｙ｜  ＞  １
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、２次元の走査で得られる２次元像の歪が少なく、高精度な分解能を有し、かつ簡易な構成でコンパクトな２次元走査装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１における２次元走査装置の鳥瞰図
【図２】本実施の形態１における２次元走査装置をＸ方向から見た図
【図３】本実施の形態１における２次元走査装置をＹ方向から見た図
【図４】（Ａ）本実施の形態１における２次元走査装置でＹ方向に走査した場合における光路図、（Ｂ）本実施の形態１における２次元走査装置でＸ方向に走査した場合における光路図
【図５】本実施の形態１における２次元走査装置の各光学素子の諸元表を示す図
【図６】本実施の形態１における２次元走査装置の設計条件を定義する数式の計算結果の表を示す図
【図７】（Ａ）本実施の形態１における２次元走査装置でＹ方向に走査した場合の被検面の座標［０，０］の横収差図、（Ｂ）本実施の形態１における２次元走査装置でＸ方向に走査した場合の被検面の座標［０，０］の横収差図
【図８】（Ａ）本実施の形態１における２次元走査装置でＹ方向に走査した場合の被検面の座標［−１０，−１０］の横収差図、（Ｂ）本実施の形態１における２次元走査装置でＸ方向に走査した場合の被検面の座標［−１０，−１０］の横収差図
【図９】本発明の実施の形態２における２次元走査装置の鳥瞰図
【図１０】本実施の形態２における２次元走査装置をＸ方向から見た図
【図１１】本実施の形態２における２次元走査装置をＹ方向から見た図
【図１２】本実施の形態２における２次元走査装置の各光学素子の諸元表を示す図
【図１３】本実施の形態２における２次元走査装置の設計条件を定義する数式の計算結果の表を示す図
【図１４】（Ａ）本実施の形態２における２次元走査装置でＹ方向に走査した場合の被検面の座標［０，０］の横収差図、（Ｂ）本実施の形態２における２次元走査装置でＸ方向に走査した場合の被検面の座標［０，０］の横収差図
【図１５】（Ａ）本実施の形態２における２次元走査装置でＹ方向に走査した場合の被検面の座標［−１０，−１０］の横収差図、（Ｂ）本実施の形態２における２次元走査装置でＸ方向に走査した場合の被検面の座標［−１０，−１０］の横収差図
【図１６】本発明の実施の形態３における２次元走査装置の鳥瞰図
【図１７】本実施の形態３における２次元走査装置をＸ方向から見た図
【図１８】本実施の形態３における２次元走査装置をＹ方向から見た図
【図１９】本実施の形態３における２次元走査装置の各光学素子の諸元表を示す図
【図２０】本実施の形態３における２次元走査装置の設計条件を定義する数式の計算結果の表を示す図
【図２１】（Ａ）本実施の形態３における２次元走査装置でＹ方向に走査した場合の被検面の座標［０，０］の横収差図、（Ｂ）本実施の形態３における２次元走査装置でＸ方向に走査した場合の被検面の座標［０，０］の横収差図
【図２２】（Ａ）本実施の形態３における２次元走査装置でＹ方向に走査した場合の被検面の座標［−１０，−１０］の横収差図、（Ｂ）本実施の形態３における２次元走査装置でＸ方向に走査した場合の被検面の座標［−１０，−１０］の横収差図
【図２３】本発明の実施の形態４における２次元走査装置の鳥瞰図
【図２４】本実施の形態４における２次元走査装置をＸ方向から見た図
【図２５】本実施の形態４における２次元走査装置をＹ方向から見た図
【図２６】本実施の形態４における２次元走査装置の各光学素子の諸元表を示す図
【図２７】本実施の形態４における２次元走査装置の設計条件を定義する数式の計算結果の表を示す図
【図２８】（Ａ）本実施の形態４における２次元走査装置でＹ方向に走査した場合の被検面の座標［０，０］の横収差図、（Ｂ）本実施の形態４における２次元走査装置でＸ方向に走査した場合の被検面の座標［０，０］の横収差図
【図２９】（Ａ）本実施の形態４における２次元走査装置でＹ方向に走査した場合の被検面の座標［−１０，−１０］の横収差図、（Ｂ）本実施の形態４における２次元走査装置でＸ方向に走査した場合の被検面の座標［−１０，−１０］の横収差図
【図３０】従来の２次元の走査光学系の概要を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係る実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、同じ構成には同じ符号を付けて、適宜、説明を省略している。
（実施の形態１）
以下、本発明に係わる実施の形態１について、図面を参照しながら説明する。
【００１３】
＜２次元走査装置１００＞
図１に示すように、２次元走査装置１００は、被検面１０１を２次元に走査する装置である。ここでは、２次元走査装置１００は、光源１１１、ミラー１２１，１２２、レンズ１３１，１３２を備える。
【００１４】
この２次元走査装置１００における光源１１１から被検面１０１までの光の動きについて説明する。光源１１１から出力された光がミラー１２１で反射される。ミラー１２１で反射された光がミラー１２２で反射される。ミラー１２２で反射された光がレンズ１３１を通過する。レンズ１３１を通過した光がレンズ１３２を通過する。レンズ１３２を通過した光が被検面１０１に照射される。
【００１５】
なお、Ｘ方向において、光源１１１からミラー１２１へ向かう方を負とする。Ｙ方向において、ミラー１２１からミラー１２２へ向かう方を負とする。特に断りがない限り、被検面１０１の中心を原点とする。被検面１０１の中心とミラー１２２の中心とを結ぶ線を、レンズ１３１，１３２からなる光学系の光軸とする。
【００１６】
＜光源１１１＞
光源１１１は、Ｘ軸に平行に、波長１３１０ｍｍの光を出力する。
＜ミラー１２１，１２２＞
ミラー１２１は、被検面１０１をＸ方向に走査する方向に光を屈折させるガルバノミラーである。ミラー１２２は、被検面１０１をＹ方向に走査する方向に光を屈折させるガルバノミラーである。ミラー１２１の回転軸１２３がＺ軸と平行になるように、ミラー１２１の向きが調整されている。ミラー１２２の回転軸１２４がＸ軸と平行になるように、ミラー１２２の向きが調整されている。ミラー１２１の中心とミラー１２２の中心とが同一軸上に位置するように、光源側１１１側にミラー１２１が配置されて、レンズ１３１側にミラー１２２が配置されている。ミラー１２１とミラー１２２との間には、各ミラーが衝突せずに回転可能な空間が確保されている。
【００１７】
このミラー１２１，１２２による被検面１０１の走査について説明する。光源１１１から出力された光がミラー１２１で反射される。ミラー１２１で反射された光がミラー１２２で反射される。回転軸１２３を中心に所定角度範囲でミラー１２１が回転することで、被検面１０１がＸ方向に走査される。回転軸１２４を中心に所定角度範囲でミラー１２２が回転することで、被検面１０１がＹ方向に走査される。
【００１８】
＜レンズ１３１，１３２＞
レンズ１３１は、２つの異なる曲率を持ち、Ｘ方向とＹ方向とでパワーが異なるトロイダルレンズである。レンズ１３２は、Ｘ方向とＹ方向とでパワーが異なるトロイダルレンズである。レンズ１３１の光軸がＺ軸と平行になるように、レンズ１３１の向きが調整されている。レンズ１３２の光軸がＺ軸と平行になるように、レンズ１３２の向きが調整されている。レンズ１３１の光軸とレンズ１３２の光軸とが同一軸上に位置するように、ミラー１２２側にレンズ１３１が配置されて、被検面１０１側にレンズ１３２が配置されている。ミラー１２２で反射された光がレンズ１３１に入射する。レンズ１３１から射出された光がレンズ１３２に入射する。
【００１９】
なお、図２、図３に示すように、レンズ１３１の入射面については、Ｘ方向の曲がり具合が凸型（正）であり、Ｙ方向の曲がり具合が凹型（負）であり、Ｙ方向の曲がり具合よりもＸ方向の曲がり具合の方がきつい。レンズ１３１の射出面については、Ｘ方向の曲がり具合が凹型（負）であり、Ｙ方向の曲がり具合が凹型（負）であり、Ｘ方向の曲がり具合よりもＹ方向の曲がり具合の方がきつい。レンズ１３２の入射面については、Ｘ方向の曲がり具合が凹型（負）であり、Ｙ方向の曲がり具合が凸型（正）であり、Ｙ方向の曲がり具合よりもＸ方向の曲がり具合の方がきつい。レンズ１３２の射出面については、Ｘ方向の曲がり具合が凹型（負）であり、Ｙ方向の曲がり具合が凹型（負）であり、Ｙ方向の曲がり具合よりもＸ方向の曲がり具合の方がきつい。
【００２０】
＜設計条件＞
次に、２次元走査装置１００を構成する各光学素子の設計条件について説明する。
本実施の形態では、２枚のトロイダルレンズからなるレンズ群を使用している。これによって、簡易な構成で、Ｘ方向に走査しても、Ｙ方向に走査しても、全体として、被検面１０１での走査平面側（像側）がテレセントリックになる。
【００２１】
一般に、走査光学系において、走査平面側がテレセントリックになるためには、レンズの走査平面側の焦点距離と、走査ミラーの中心からレンズの光源側の主点位置までの距離が等しいことが必要である。これを、図４（Ａ）、図４（Ｂ）において、模式図を用いて説明する。
【００２２】
ここでは、Ｘ方向の走査を担当する走査ミラーＭ１、Ｙ方向の走査を担当する走査ミラーＭ２、トロイダルレンズＬ１、トロイダルレンズＬ２からなる走査光学系を例に説明する。図４（Ａ）に走査ミラーＭ２の走査方向（Ｙ方向）の光線追跡図、図４（Ｂ）に走査ミラーＭ１の走査方向（Ｘ方向）の光線追跡図を示す。
【００２３】
また、図４（Ａ）、図４（Ｂ）において、点線で表された第一の光路は、無限遠にある点光源から、トロイダルレンズＬ１，Ｌ２を通り、走査平面側の像面ＩＰで結像される光線である。また、実線で表された第二の光路は、走査ミラーＭ１または走査ミラーＭ２に物点があるときの、トロイダルレンズＬ１，Ｌ２を通る光路である。
【００２４】
像側テレセントリックをなすときは、この第二の光路と走査平面側の像面ＩＰのなす角度が直角である。すなわち、第二の光路の結像位置が無限遠方にある。
ゆえに、図４（Ａ）に示すＹ方向の走査光学系、図４（Ｂ）に示すＸ方向の走査光学系において、走査ミラーＭ１，Ｍ２が、それぞれ、物体側のＸ方向、及びＹ方向の焦点位置にあるとき、走査ミラーの中心にある物点の像が、それぞれ無限遠方にある。ここで、焦点位置は、レンズの主点位置から、焦点距離分、物体から離れた位置である。
【００２５】
本走査光学系では、走査ミラーが入射瞳であり、射出瞳の位置が無限である。このとき、トロイダルレンズＬ１，Ｌ２からなるレンズ群が、像側テレセントリックになる。
また、レンズ群の両走査断面において像側テレセントリックになるため、どの走査断面でも、像側テレセントリックになる。
【００２６】
最も簡易に２次元の走査を実現する方法は、ガルバノミラーを２枚組み合わせて、Ｘ方向とＹ方向との各方向に走査させることである。このため、この２枚のミラーの間には、ミラーを回転させるだけの物理的な距離が必要となる。
【００２７】
今、この走査光学系に使用されるレンズが、通常の軸回転対称なレンズであると、当該レンズの持つ焦点距離が、すべての走査方向に対して同じ値になり、主点位置も同位置になる。しかしながら、２枚の走査ミラーを同じ位置に配置することができない。このため、走査ミラーを別々の位置に配置することになる。すなわち、走査ミラーの回転中心からの距離が、走査方向によって異なる。結果、通常の軸回転対称なレンズを用いた場合では、走査方向によってテレセントリックを満たすことが出来なくなる。
【００２８】
これに対して、本実施の形態では、走査断面によって異なるパワーを持つレンズを用いることで、走査方向によらず、テレセントリック条件を満たしている。
また、解像力を高めるためには、走査方向によらず、走査光学系から射出し、被検面に当たるスポット径を、小さくする必要がある。これを実現させるためには、走査光学系の像面を、走査方向によらず一定にすることが必要である。さらに、スポット径を小さくする上で、走査光学系の収差を小さくすることが必要である。
【００２９】
すなわち、テレセントリック条件と、像面一致条件、収差を簡易な構成で小さくすることを満たす条件式として、下記の数式が挙げられる。
数式（１）は、トロイダルレンズＬ１における、Ｘ方向の走査断面の焦点距離とＹ方向の走査断面の焦点距離との比率の条件式である。ここでは、数式（１）は、望ましい数値範囲で表されている。
【００３０】
【数１】
2011232661.tif 000003
数式（２）は、トロイダルレンズＬ２における、Ｘ方向の走査断面の焦点距離とＹ方向の走査断面の焦点距離との比率の条件式である。ここでは、数式（２）は、望ましい数値範囲で表されている。
【００３１】
【数２】
2011232661.tif 000004
今、本実施の形態では、Ｙ方向の走査を像面に近い走査ミラーＭ２で担い、またＸ方向の走査を像面から遠い走査ミラーＭ１が担っている。なお、本実施の形態では、数式（１）と数式（２）の条件（数値範囲）としたが、条件を変えることで、これらの数式を入れ替えることも可能である。
【００３２】
一般に、良好なスポットを得るためには、レンズ群において、正のパワーと負のパワーのレンズの組み合わせが望ましい。これは、正のパワーのレンズ（以下、正レンズ）が発する収差（主として球面収差）を、負のパワーのレンズ（以下、負レンズ）で打ち消す傾向があるからである。
【００３３】
また、一般にパワーが強い面を持つレンズは、高次の収差（主として球面収差）が現れやすく、望ましくない。
２枚の正負のパワーをもつレンズの組み合わせで、面のパワーを大きくすることなく、長い焦点距離を実現するには、テレフォトタイプ（光源から順に、正レンズ、負レンズが並ぶ光学系）がある。
【００３４】
また、一方で短い焦点距離のもので、面のパワーを大きくすることなく実現するものとして、レトロフォーカスタイプ（光源から順に、負レンズ、正レンズが並ぶ光学系）がある。
【００３５】
特に、レンズ最終面から像点までの距離（以下、ワーキングディスタンス）を焦点距離に対して比較的長くしたい場合、このレトロフォーカスタイプが有効である。
本実施の形態のように、２枚のレンズ群で、走査断面によって異なる焦点距離を持たせる場合、焦点距離の長い走査断面を、テレフォトタイプに近いタイプ、焦点距離の短い走査断面を、レトロフォーカスタイプに近いタイプにするのが望ましい。
【００３６】
数式（１）および、数式（２）は、これを実現するためのものである。
焦点距離が短いＹ方向の走査断面については、トロイダルレンズＬ２が正のパワーが強く、トロイダルレンズＬ１が負のパワーに近くなる。また、Ｘ方向の走査断面については、この逆にするのが望ましい。
【００３７】
ゆえに、トロイダルレンズＬ１では、Ｙ方向の走査断面の焦点距離がＸ方向の走査断面の焦点距離に対して長いほうが望ましい。トロイダルレンズＬ２では、Ｘ方向の走査断面の焦点距離がＹ方向のそれに対して長いほうが望ましい。
また、数式（３）は、トロイダルレンズＬ１，Ｌ２からなるレンズ群の各方向の走査断面の焦点距離の差分と、走査ミラーの間隔との比の条件式である。ここでは、数式（３）は、望ましい数値範囲で表されている。
【００３８】
【数３】
2011232661.tif 000005
ここで、数式（３）の数値範囲が望ましい理由について説明する。
【００３９】
前述のように、本実施の形態では、２枚のトロイダルレンズを使用して、テレセントリック光学系を実現するものであり、必然的に焦点距離が走査断面によって異なる。
焦点距離が異なる走査断面に対して、像面を一致させるには、その焦点距離の差分の分、各走査断面に対して、レンズ群の像側主点位置がずれていることが必要である。
【００４０】
数式（３）は、このズレ量に関して規定するものである。この値が大きいと、両トロイダルレンズの間隔に対して、焦点距離の差が大きいことになり、焦点距離に差分が出やすい。すなわち、両トロイダルレンズの走査断面が、走査断面の方向によって、形が大きく異なることを意味する。
【００４１】
具体的には、光源１０１から見た場合に、焦点距離の短いＹ方向に関しては、レトロフォーカスタイプである負正の順番になる。また、焦点距離の長いＸ方向に関しては、テレフォトタイプである正負の順番になる。これは、各トロイダルレンズにおいて、走査断面によってパワーの正負が逆になることを意味する。
【００４２】
ゆえに、トロイダルレンズの形状がいびつになりやすく、加工の難しさに加え、面の厚みが大きくなる、収差が大きくなるという不利益をもたらす。
一方、数式（３）の値が小さい、すなわち、焦点距離の差分が、両トロイダルレンズの間隔に比べ小さいと、焦点距離の差分は上記のように、走査ミラーの間隔の差分に由来しているものなので、像点一致条件とテレセントリックを両立することが困難となる。
【００４３】
これらの条件を満たすために、数式（３）の数値範囲が前述のようになることが望ましい。
数式（４）は、トロイダルレンズＬ２から被検面までの距離と、トロイダルレンズＬ１とトロイダルレンズＬ２のなす光学系のＹ方向の走査断面の焦点距離の比の条件式である。ここでは、数式（４）は、望ましい数値範囲で表されている。
【００４４】
【数４】
2011232661.tif 000006
ここで、数式（４）の数値範囲が望ましい理由について説明する。
【００４５】
前述のように、トロイダルレンズＬ１，Ｌ２からなるレンズ群のＹ方向の走査断面の焦点距離は、Ｘ方向のそれに比べ短い。これは、レトロフォーカスタイプ、すなわち負正の順番に並ぶ形が望ましい。
【００４６】
数式（４）は、このレトロフォーカスタイプのレトロ比に相当するものである。レンズ群のＹ方向の走査断面の焦点距離に対して、バックフォーカス（後側焦点）の長さの比率を表すものである。
【００４７】
一般に、光軸中心付近の画角では、レトロフォーカスタイプのレンズにおいて、レトロ比分、正レンズの分担する収差が縮小される一方、負レンズの分担する収差が拡大する傾向にある。
【００４８】
数式（４）の数値が大きくなると、レトロ比が大きくなる。すなわち、負レンズの担う収差の分担が大きくなり、トロイダルレンズＬ１が簡易な構成で収差がよいレンズを満たすことが困難になる。
【００４９】
また、Ｘ方向の走査断面がテレフォトタイプの正負の並びになることが望ましいことを考慮すると、形が走査断面によって、極端に曲率が異なるいびつな形になり、加工が難しく、さらに収差が悪化しやすいという難点が生じる。
【００５０】
逆に、この数値が小さくなると、レトロ比が小さくなる。すなわち、トロイダルレンズＬ２の担う収差における分担の比率が大きくなり、トロイダルレンズＬ２を簡易な構成にするのが困難になる。
【００５１】
これらの条件を満たすために、数式（４）の数値範囲が前述のようになることが望ましい。
数式（５）は、トロイダルレンズＬ１とトロイダルレンズＬ２との間隔と、トロイダルレンズＬ２から被検面までの距離とを足したものと、トロイダルレンズＬ１，Ｌ２からなるレンズ群のＸ方向の走査断面の焦点距離の比の条件式である。ここでは、望ましい数値範囲で表されている。
【００５２】
【数５】
2011232661.tif 000007
これは、トロイダルレンズＬ１，Ｌ２からなるレンズ群のＸ方向の走査断面において、光学系の全長に対して、焦点距離の比率を表すものに相当する。
【００５３】
ここで、数式（５）の数値範囲が望ましい理由について説明する。
前述のように、Ｘ方向の走査断面に関し、このレンズ群は、焦点距離が長いものに有利な、正負の順に並ぶテレフォトタイプになることが望ましい。
【００５４】
数式（５）は、このテレフォト比に相当するものである。トロイダルレンズＬ１，Ｌ２からなるレンズ群は、値が小さいほど、全長に対する焦点距離が長いレンズ群になる。
一般に、テレフォトタイプの正負に並ぶレンズ群では、テレフォト比が小さくなって、すなわち全長に対して焦点距離が短くなると、正レンズおよび負レンズのパワーがそれぞれ大きくなり、収差が悪化する傾向にある。
【００５５】
数式（５）の範囲を超えて、このテレフォト比に相当するものが小さくなると、トロイダルレンズＬ１及びトロイダルレンズＬ２のパワーが大きくなる傾向にあり、簡易な構成で良好な収差を保つことが難しくなる。
【００５６】
また、数式（５）の範囲を超えて、このテレフォト比に相当するものが大きくなると、レンズ群がコンパクトな構成を保てなくなる。
これらの条件を満たすために、数式（５）の数値範囲が前述のようになることが望ましい。
【００５７】
なお、上記レンズ群においては、さらに数式（６）の数値範囲を満たしていることが望ましい。
【００５８】
【数６】
2011232661.tif 000008
ここで、数式（６）の数値範囲が望ましい理由について説明する。
【００５９】
数式（６）は、トロイダルレンズＬ１におけるＸ方向の走査断面の焦点距離と、トロイダルレンズＬ１，Ｌ２からなるレンズ群のＸ方向の走査断面の焦点距離との焦点距離の比の条件式である。この条件式は、二つのレンズから構成される光学系において、第二レンズ（トロイダルレンズＬ２）の担う倍率の逆数を既定するものである。
【００６０】
一般的に、光学系において、光学系の収差において占める第一レンズ（トロイダルレンズＬ１）の収差は、第一レンズ（トロイダルレンズＬ１）以降のレンズの受け持つ倍率分拡大される。
【００６１】
特に、本実施の形態のＸ方向の走査断面におけるテレフォトタイプに似た比較的焦点距離が長いレンズは、倍率が大きくなる傾向があり、第二レンズ（トロイダルレンズＬ２）の分担する収差が大きくなる。
【００６２】
数式（６）の範囲を超えて数値が小さくなると、トロイダルレンズＬ２の受け持つ倍率が大きくなり、トロイダルレンズＬ１の収差が大きく拡大され、トロイダルレンズＬ１の形状が簡易なものとするのが困難になる。
【００６３】
また、数式（６）の範囲を超えて数値が大きくなると、トロイダルレンズＬ２の受け持つ倍率が小さくなり、トロイダルレンズＬ１の収差が大きく拡大されることはないが、その一方でコンパクトなレンズ系にするのが困難になる。
【００６４】
これらの条件を満たすために、数式（６）の数値範囲が前述のようになることが望ましい。
なお、上記レンズ群においては、さらに数式（７）の数値範囲を満たしていることが望ましい。
【００６５】
【数７】
2011232661.tif 000009
数式（７）は、トロイダルレンズＬ１，Ｌ２からなるレンズ群のＸ方向の走査断面の焦点距離とＹ方向の走査断面の焦点距離の比の条件式である。
【００６６】
ここで、数式（７）の数値範囲が望ましい理由について説明する。
本実施の形態では、前述するようにテレセントリックを満たすために、ミラーの間隔分、走査方向の走査断面の焦点距離が異なる構成になっている。
【００６７】
数式（７）の範囲を超えて、走査断面におけるパワーの比が異なると、Ｘ方向の走査断面とＹ方向の走査断面との中間、すなわち、斜めの走査方向において、スポットの形状が楕円形となり、トロイダルレンズが２枚という、簡易な構成でスポット径を小さくすることが困難になる。
【００６８】
これらの条件を満たすために、数式（７）の数値範囲が前述のようになることが望ましい。
なお、上記レンズ群においては、さらに数式（８）の数値範囲を満たしていることが望ましい。
【００６９】
【数８】
2011232661.tif 000010
ここで、数式（８）の数値範囲が望ましい理由について説明する。
【００７０】
数式（８）は、トロイダルレンズＬ１、及びトロイダルレンズＬ２におけるＸ方向とＹ方向の走査断面の焦点距離の逆数、すなわちパワーの差分の和の条件式である。
一般に、光学系において、各レンズのパワーの和は、非点格差に影響する値である。パワーの和がゼロに近いほど、非点格差が小さくなり、中心から遠い点のビームスポットの形が円に近くなり、良好な光学性能が得られる傾向にある。
【００７１】
本実施の形態では、テレセントリックを満たすために、走査方向によるパワーが異なる。このため、数式（８）の値に必然的に差分が生まれやすい。
しかし、この値を数式（８）の範囲にとどめることで、非点収差が少なくなり、ビームスポットが円形に近くなる傾向にある。結果、走査方向によらず、解像度の良い走査光学系を構成することができる。
【００７２】
この値を超えると、非点収差が大きくなり、中心から離れた点におけるビームスポット径の形がいびつになる。結果、走査方向により、解像度に差分が生じてしまう。
これらの条件を満たすために、数式（８）の数値範囲が前述のようになることが望ましい。
【００７３】
さらに、解像力を上げるためには、スポット形状をさらに小さく、真円に近づけるのが望ましい。このため、トロイダルレンズの利用に合わせて、レンズ表面が非球面なものを利用することが望ましい。
【００７４】
このようにして、本実施の形態では、走査ミラーよりも被検面側に、２枚のトロイダルレンズからなるレンズ群が配置されている。これによって、簡易な構成で、テレセントリックでコンパクトな走査光学系を実現することができる。
【００７５】
＜実施例＞
ここでは、レンズ１３１については、走査方向がＸ方向である場合の焦点距離ｆ１ｘが５３．４５ｍｍであり、走査方向がＹ方向である場合の焦点距離ｆ１ｙが８６．５５ｍｍである。レンズ１３２については、走査方向がＸ方向である場合の焦点距離ｆ２ｘが−３８０．１ｍｍであり、走査方向がＹ方向である場合の焦点距離ｆ２ｙが１５９．５４ｍｍである。レンズ１３１，１３２からなる光学系については、走査方向がＸ方向である場合の焦点距離ｆｘが６８．２７ｍｍであり、走査方向がＹ方向である場合の焦点距離ｆｙが６０ｍｍである。ミラー１２１の中心とミラー１２２の中心との距離が１０ｍｍである。回転軸１２３を中心に±４．８３°でミラー１２１を回転させ、回転軸１２４を中心に±５．３４°でミラー１２２を回転させることで、被検面１０１における２０ｍｍ×２０ｍｍの正方形の範囲が走査される。
【００７６】
２次元走査装置１００を構成する光学素子の諸元を図５に示す。
図５に示す諸元表には、各光学素子の面について、面番号、有効径、ＲＸ（Ｘ方向の曲率半径）、ＲＹ（Ｙ方向の曲率半径）、距離（次の番号の光学系までの距離）、屈折率が列挙されている。
【００７７】
当該諸元のデータを使用して計算された上記の数式（１）−（８）の各値を図６に示す。図６に示す表には、各数式について、数式の番号、計算結果が列挙されている。
なお、面番号１がミラー１２１の反射面に割り当てられた面番号である。面番号２がミラー１２２の反射面に割り当てられた面番号である。面番号３がレンズ１３１の入射面に割り当てられた面番号である。面番号４がレンズ２３１の射出面に割り当てられた面番号である。面番号５がレンズ１３２の入射面に割り当てられた面番号である。面番号６がレンズ１３２の射出面に割り当てられた面番号である。
【００７８】
図５に示すように、本実施の形態の構成では、焦点距離ｆｘと焦点距離ｆｙとの差分に影響を及ぼすミラー間隔Ｄｍが１０ｍｍである。レトロ比とテレフォト比とに影響を及ぼすワーキングディスタンスＷＤが４５ｍｍである。図６に示す各値により、２次元走査装置１００では、走査方向によらず、テレセントリック条件、像点一致条件、およびビームスポット条件を満たすことが窺える。
【００７９】
なお、２次元走査装置１００で、Ｙ方向に走査した場合の被検面１０１の座標［０，０］の横収差を図７（Ａ）に示し、Ｘ方向に走査した場合の被検面１０１の座標［０，０］の横収差を図７（Ｂ）に示す。また、２次元走査装置２００で、Ｙ方向に走査した場合の被検面１０１の座標［−１０，−１０］の横収差を図８（Ａ）に示し、Ｘ方向に走査した場合の被検面１０１の座標［−１０，−１０］の横収差を図８（Ｂ）に示す。これらの図については、入射瞳の最大割合１０割に対し、一目盛り１００ｕｍで横収差をプロットしている。これらの図に示すグラフにより、２次元走査装置１００では、収差が充分に小さいことが窺える。
【００８０】
また、面番号１の距離がミラー１２１の中心からミラー１２２の中心までの距離である。面番号２の距離がミラー１２２からレンズ１３１の入射面までの光軸上の距離である。面番号３の距離がレンズ１３１の入射面からレンズ１３１の射出面までの光軸上の距離である。面番号４の距離がレンズ１３１の射出面からレンズ１３２の入射面までの光軸上の距離である。面番号５の距離がレンズ１３２の入射面からレンズ１３２の射出面までの光軸上の距離である。面番号６の距離がレンズ１３２の射出面から被検面１０１までの光軸上の距離である。
【００８１】
また、どの面番号の屈折率も、波長１３１０ｎｍに対するものである。
なお、本実施の形態では、光を２次元平面上で動かすために、ガルバノミラー１２１，１２２と２枚のミラーを用いている。しかしながら、ほぼ同様の射出が行われるのであれば、２枚のガルバノミラーの代わりに、ミラーが１枚で２軸に揺動可能な構成、または光源自体が被検面に揺動照射可能な構成などとしてもよい。
【００８２】
＜まとめ＞
以上、本実施の形態では、レンズ１３１，１３２にトロイダルレンズが採用されている。そして、光源１１１から順に、ガルバノミラー１２１，１２２、レンズ１３１，１３２が配置されている。このとき、２次元平面上を走査可能なように、ガルバノミラー１２１，１２２が配置されている。レンズ１３１，１３２とが隣接した状態で、レンズ１３１，１３２が配置されている。これによって、歪が少なく、かつ簡易な構成でコンパクトな２次元走査装置を実現することができる。
【００８３】
（実施の形態２）
以下、本発明に係わる実施の形態２について、図面を参照しながら説明する。
図９に示すように、本実施の形態における２次元走査装置２００は、実施の形態１における２次元走査装置１００と比べて、レンズ１３１，１３２の代わりに、レンズ２３１，２３２を備える点が異なる。
【００８４】
＜レンズ２３１，２３２＞
レンズ２３１は、Ｘ方向のみにパワーがあるシリンドリカルレンズである。レンズ２３２は、Ｙ方向のみにパワーがあるシリンドリカルレンズである。
【００８５】
なお、シリンドリカルレンズは、トロイダルレンズの一形態である。このため、実施の形態１で説明した各光学素子の設計条件を、本実施の形態でも適用することができる。
レンズ２３１の光軸がＺ軸と平行になるように、レンズ２３１の向きが調整されている。レンズ２３２の光軸がＺ軸と平行になるように、レンズ２３２の向きが調整されている。レンズ２３１の光軸とレンズ２３２の光軸とが同一軸上に位置するように、ミラー１２２側にレンズ２３１が配置されて、被検面１０１側にレンズ２３２が配置されている。ミラー１２２で反射された光がレンズ２３１に入射する。レンズ２３１から射出された光がレンズ２３２に入射する。
【００８６】
なお、レンズ２３１は、ＹＺ断面が長方形となっている。レンズ２３２は、ＸＺ断面が長方形となっている。レンズ２３１は、Ｙ軸の垂直な面の形状が凸型（正）であり、Ｘ軸に垂直な面の形状が平坦であり、入射面の曲率よりも射出面の曲率の方が大きい。
【００８７】
レンズ２３２は、Ｙ軸に垂直な面の形状が平坦であり、Ｘ軸に垂直な面の形状が凸型（正）であり、入射面の曲率よりも射出面の曲率の方が大きい。
なお、シリンドリカルレンズは、トロイダルレンズよりも製造が容易である。しかしながら、レトロフォーカスタイプの光学系や、テレフォトタイプの光学系を構成することができない。そこで、シリンドリカルレンズで、テレセントリック条件、像点一致条件、およびビームスポット条件を満たすために、レンズの面を非球面にする必要がある。
【００８８】
＜実施例＞
ここでは、レンズ２３１については、走査方向がＸ方向である場合の焦点距離ｆ１ｘが６０．０２ｍｍであり、走査方向がＹ方向である場合の焦点距離ｆ１ｙが無限大である。レンズ１３２については、走査方向がＸ方向である場合の焦点距離ｆ２ｘが無限であり、走査方向がＹ方向である場合の焦点距離ｆ２ｙが５４．４４ｍｍである。レンズ２３１，２３２からなる光学系については、走査方向がＸ方向である場合の焦点距離ｆｘが６０．０２ｍｍであり、走査方向がＹ方向である場合の焦点距離ｆｙが５４．４４ｍｍである。ミラー１２１の中心とミラー１２２の中心との距離が１０ｍｍである。レンズ２３１射出面とレンズ２３２射出面との間隔は、５．５８ｍｍである。回転軸１２３を中心に±４．８３°でミラー１２１を回転させ、回転軸１２４を中心に±５．３４°でミラー１２２を回転させることで、被検面１０１における２０ｍｍ×２０ｍｍの正方形の範囲が走査される。
【００８９】
なお、２次元走査装置２００を構成する光学素子の諸元を図１２に示す。当該諸元のデータを使用して計算された、上記の数式（１）−（８）の各値を図１３に示す。図１３に示す各値により、２次元走査装置２００でも、走査方向によらず、テレセントリック条件、像点一致条件、およびビームスポット条件を満たすことが窺える。
【００９０】
また、ミラー１２１の反射面が平面であるので、面番号１のＲＸとＲＹがｉｎｆ（無限大）である。ミラー１２２の反射面が平面であるので、面番号２のＲＸとＲＹがｉｎｆ（無限大）である。レンズ２３１のＹＺ断面が長方形であるので、面番号３，４のＲＹがｉｎｆ（無限大）である。レンズ２３２のＸＺ断面が長方形であるので、面番号５，６のＲＸがｉｎｆ（無限大）である。
【００９１】
レンズ２３１の射出面は非球面形状である。レンズ２３２の射出面は非球面形状である。すなわち、レンズ２３１，２３２について、レンズの曲率が大きい面が非球面形状である。非球面形状は、下記の数式（９）で定義される。
【００９２】
ここで、光軸方向の値をＸ、光軸方向に垂直な方向の値をＨ、光の進行方向の符号を正、近軸曲率半径をＲ、離心率をｋ、各非球面係数をＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとした。
【００９３】
【数９】
2011232661.tif 000011
図１２に示す諸元により、ミラー間隔Ｄｍが１０ｍｍである。ワーキングディスタンスＷＤが５２．３６ｍｍである。図１３に示す各値により、２次元走査装置２００では、走査方向によらず、テレセントリック条件、像点一致条件、およびビームスポット条件を満たすことが窺える。
【００９４】
なお、２次元走査装置２００で、Ｙ方向に走査した場合の被検面１０１の座標［０，０］の横収差を図１４（Ａ）に示し、Ｘ方向に走査した場合の被検面１０１の座標［０，０］の横収差を図１４（Ｂ）に示す。また、２次元走査装置２００で、Ｙ方向に走査した場合の被検面１０１の座標［−１０，−１０］の横収差を図１５（Ａ）に示し、Ｘ方向に走査した場合の被検面１０１の座標［−１０，−１０］の横収差を図１５（Ｂ）に示す。これらの図については、入射瞳の最大割合１０割に対し、一目盛り１００ｕｍで横収差をプロットしている。これらの図に示すグラフにより、２次元走査装置２００では、充分に収差が小さいことが窺える。
【００９５】
＜まとめ＞
以上、本実施の形態では、レンズ２３１，２３２にシリンドリカルレンズが採用されている。これによって、前述の２次元の走査で得られる２次元像の歪が少なく、高精度な分解能を有し、かつ簡易な構成でコンパクトな２次元走査装置を実現することができる。さらに、実施の形態１と比べて、レンズの形状の自由度が増す。
【００９６】
（実施の形態３）
以下、本発明に係わる実施の形態３について、図面を参照しながら説明する。
図１６に示すように、本実施の形態における２次元走査装置３００は、実施の形態１における２次元走査装置１００と比べて、レンズ１３１，１３２の代わりに、レンズ３３１，３３２を備える点が異なる。
【００９７】
＜レンズ３３１，３３２＞
レンズ３３１は、Ｘ方向とＹ方向とでパワーが異なるトロイダルレンズである。レンズ３３２は、Ｘ方向とＹ方向とでパワーが異なるトロイダルレンズである。レンズ３３１の光軸がＺ軸と平行になるように、レンズ３３１の向きが調整されている。レンズ３３２の光軸がＺ軸と平行になるように、レンズ３３２の向きが調整されている。レンズ３３１の光軸とレンズ３３２の光軸とが同一軸上に位置するように、ミラー１２２側にレンズ３３１が配置されて、被検面１０１側にレンズ３３２が配置されている。ミラー１２２で反射された光がレンズ３３１に入射する。レンズ３３１から射出された光がレンズ３３２に入射する。
【００９８】
なお、図１７、図１８に示すように、レンズ３３１の入射面は、Ｘ方向の曲率が凸型（正）であり、Ｙ方向の曲率が凸型（正）である。このレンズ３３１の入射面は、Ｙ方向の曲率よりもＸ方向の曲率の方が大きい。レンズ３３１の射出面については、Ｘ方向の曲率が凹型（負）であり、Ｙ方向の曲率が凹型（負）である。このレンズ３３１の射出面は、Ｘ方向の曲率とＹ方向の曲率とも略同じである。レンズ３３２の入射面は、Ｘ方向の曲率が凹型（負）であり、Ｙ方向の曲率が凸型（正）である。このレンズ３３２の入射面は、Ｙ方向の曲率よりもＸ方向の曲率の方が大きい。レンズ３３２の射出面については、Ｘ方向の曲率が凹型（負）であり、Ｙ方向の曲率が凹型（負）であり、Ｙ方向の曲率よりもＸ方向の曲率の方が大きい。
【００９９】
＜実施例＞
ここでは、レンズ３３１については、走査方向がＸ方向である場合の焦点距離ｆ１ｘが５１．８２ｍｍであり、走査方向がＹ方向である場合の焦点距離ｆ１ｙが８３．９８ｍｍである。レンズ３３２については、走査方向がＸ方向である場合の焦点距離ｆ２ｘが−４１３．１７ｍｍであり、走査方向がＹ方向である場合の焦点距離ｆ２ｙが１７２．９ｍｍである。レンズ３３１，３３２からなる光学系については、走査方向がＸ方向である場合の焦点距離ｆｘが６６．１６ｍｍであり、走査方向がＹ方向である場合の焦点距離ｆｙが６０ｍｍである。ミラー１２１の中心とミラー１２２の中心との距離が１０ｍｍである。回転軸１２３を中心に±４．５°でミラー１２１を回転させ、回転軸１２４を中心に±５．０°でミラー１２２を回転させることで、被検面１０１における２０ｍｍ×２０ｍｍの正方形の範囲が走査される。
【０１００】
なお、２次元走査装置３００を構成する光学素子の諸元を図１９に示す。当該諸元のデータを使用して計算された上記の数式（１）−（８）の各値を図２０に示す。図１９に示すように、ミラー間隔Ｄｍは５ｍｍである。ワーキングディスタンスＷＤは４５ｍｍである。図２０に示す各値により、２次元走査装置３００では、走査方向によらず、テレセントリック条件、像点一致条件、およびビームスポット条件を満たすことが窺える。
【０１０１】
なお、２次元走査装置３００で、Ｙ方向に走査した場合の被検面１０１の座標［０，０］の横収差を図２１（Ａ）に示し、Ｘ方向に走査した場合の被検面１０１の座標［０，０］の横収差を図２１（Ｂ）に示す。また、２次元走査装置３００で、Ｙ方向に走査した場合の被検面１０１の座標［−１０，−１０］の横収差を図２２（Ａ）に示し、Ｘ方向に走査した場合の被検面１０１の座標［−１０，−１０］の横収差を図２２（Ｂ）に示す。これらの図については、入射瞳の最大割合１０割に対し、一目盛り１００ｕｍで横収差をプロットしている。これらの図に示すグラフにより、２次元走査装置３００では、収差が充分に小さいことが窺える。
【０１０２】
＜まとめ＞
以上、本実施の形態では、レンズ３３１，３３２に特殊な形状のトロイダルレンズを採用することで、２次元の走査で得られる２次元像の歪が少なく、より高精度な分解能を有し、かつ簡易な構成でコンパクトな２次元走査装置を実現することができる。
【０１０３】
（実施の形態４）
以下、本発明に係わる実施の形態４について、図面を参照しながら説明する。
図２３に示すように、本実施の形態における２次元走査装置４００は、実施の形態１における２次元走査装置１００と比べて、レンズ１３１，１３２の代わりに、レンズ４３１，４３２を備える点が異なる。
【０１０４】
＜レンズ４３１，４３２＞
レンズ４３１は、Ｘ方向とＹ方向とでパワーが異なるトロイダルレンズである。レンズ４３２は、Ｘ方向とＹ方向とでパワーが異なるトロイダルレンズである。レンズ４３１の光軸がＺ軸と平行になるように、レンズ４３１の向きが調整されている。レンズ４３２の光軸がＺ軸と平行になるように、レンズ４３２の向きが調整されている。レンズ４３１の光軸とレンズ４３２の光軸とが同一軸上に位置するように、ミラー１２２側にレンズ４３１が配置されて、被検面１０１側にレンズ４３２が配置されている。ミラー１２２で反射された光がレンズ４３１に入射する。レンズ４３１から射出された光がレンズ４３２に入射する。
【０１０５】
なお、図２４、図２５に示すように、レンズ４３１の入射面については、Ｘ方向の曲がり具合が凸型（正）であり、Ｙ方向の曲がり具合が凹型（正）であり、Ｘ方向の曲がり具合とＹ方向の曲がり具合とも略同じである。レンズ４３１の射出面については、Ｘ方向の曲がり具合が凹型（負）であり、Ｙ方向の曲がり具合が凹型（負）であり、Ｘ方向の曲がり具合よりもＹ方向の曲がり具合の方がきつい。レンズ４３２の入射面については、Ｘ方向の曲がり具合が凹型（負）であり、Ｙ方向の曲がり具合が凸型（正）であり、Ｙ方向の曲がり具合よりもＸ方向の曲がり具合の方がきつい。レンズ３３２の射出面については、Ｘ方向の曲がり具合が凹型（負）であり、Ｙ方向の曲がり具合が凹型（負）であり、Ｘ方向の曲がり具合よりもＹ方向の曲がり具合の方がきつい。
【０１０６】
＜実施例＞
ここでは、レンズ４３１については、走査方向がＸ方向である場合の焦点距離ｆ１ｘが４７．９ｍｍであり、走査方向がＹ方向である場合の焦点距離ｆ１ｙが２１３．３ｍｍである。レンズ４３２については、走査方向がＸ方向である場合の焦点距離ｆ２ｘが−９０．３５ｍｍであり、走査方向がＹ方向である場合の焦点距離ｆ２ｙが８５．９６ｍｍである。レンズ４３１，４３２からなる光学系については、走査方向がＸ方向である場合の焦点距離ｆｘが８４．４８ｍｍであり、走査方向がＹ方向である場合の焦点距離ｆｙが６０ｍｍである。ミラー１２１の中心とミラー１２２の中心との距離が１０ｍｍである。回転軸１２３を中心に±３．４°でミラー１２１を回転させ、回転軸１２４を中心に±４．８°でミラー１２２を回転させることで、被検面１０１における２０ｍｍ×２０ｍｍの正方形の範囲が走査される。
【０１０７】
なお、２次元走査装置４００を構成する光学素子の諸元を図２６に示す。当該諸元のデータを使用して計算された上記の数式（１）−（８）の各値を図２７に示す。図２６に示す諸元により、焦点距離ｆｘと焦点距離ｆｙとの差分に影響を及ぼすミラー間隔Ｄｍが５０ｍｍである。レトロ比とテレフォト比とに影響を及ぼすワーキングディスタンスＷＤが６０ｍｍである。図２７に示す各値により、２次元走査装置４００では、走査方向によらず、テレセントリック条件、像点一致条件、およびビームスポット条件を満たすことが窺える。
【０１０８】
なお、２次元走査装置４００で、Ｙ方向に走査した場合の被検面１０１の座標［０，０］の横収差を図２８（Ａ）に示し、Ｘ方向に走査した場合の被検面１０１の座標［０，０］の横収差を図２８（Ｂ）に示す。また、２次元走査装置４００で、Ｙ方向に走査した場合の被検面１０１の座標［−１０，−１０］の横収差を図２９（Ａ）に示し、Ｘ方向に走査した場合の被検面１０１の座標［−１０，−１０］の横収差を図２９（Ｂ）に示す。これらの図については、入射瞳の最大割合１０割に対し、一目盛り１００ｕｍで横収差をプロットしている。これらの図に示すグラフにより、２次元走査装置４００では、収差が充分に小さいことが窺える。
【０１０９】
＜まとめ＞
以上、本実施の形態では、レンズ４３１，４３２にトロイダルレンズを採用することで、２次元の走査で得られる２次元像の歪が少なく、高精度な分解能を有し、かつ簡易な構成でコンパクトな２次元走査装置を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１０】
本発明は、例えば、診断装置、レーザー加工機などのように、２次元に被検面を走査する２次元走査装置などとして、利用することができる。
【符号の説明】
【０１１１】
４１、１１１  光源
４２  コリメータレンズ
４３、４５  ポリゴンミラー
４４、４６  シリンドリカルレンズ
４７  非走査面
１００、２００、３００、４００  ２次元走査装置
１０１  被検面
１２１、１２２  ミラー
１２３、１２４  回転軸
１３１、１３２、２３１、２３２、３３１、３３２、４３１、４３２  レンズ
【図１】
2011232661.tif 000012
【図２】
2011232661.tif 000013
【図３】
2011232661.tif 000014
【図４】
2011232661.tif 000015
【図５】
2011232661.tif 000016
【図６】
2011232661.tif 000017
【図７】
2011232661.tif 000018
【図８】
2011232661.tif 000019
【図９】
2011232661.tif 000020
【図１０】
2011232661.tif 000021
【図１１】
2011232661.tif 000022
【図１２】
2011232661.tif 000023
【図１３】
2011232661.tif 000024
【図１４】
2011232661.tif 000025
【図１５】
2011232661.tif 000026
【図１６】
2011232661.tif 000027
【図１７】
2011232661.tif 000028
【図１８】
2011232661.tif 000029
【図１９】
2011232661.tif 000030
【図２０】
2011232661.tif 000031
【図２１】
2011232661.tif 000032
【図２２】
2011232661.tif 000033
【図２３】
2011232661.tif 000034
【図２４】
2011232661.tif 000035
【図２５】
2011232661.tif 000036
【図２６】
2011232661.tif 000037
【図２７】
2011232661.tif 000038
【図２８】
2011232661.tif 000039
【図２９】
2011232661.tif 000040
【図３０】
2011232661.tif 000041