JP2001311889A - 走査式描画装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ビームの走査方向を主走査方向に対して所定
の方向に傾斜させることのできる走査式描画装置を提供
することを目的とする。 【解決手段】 ビームの現在位置を検出する位置検出手
段と、光源からポリゴンミラーに至る光路上に設けられ
描画面上においてビームを副走査方向に偏向させる光偏
向器と、検出手段からの位置情報に基づいて偏向手段を
制御することにより、ビームの１走査によって描かれる
走査線を主走査方向に対して所定の方向に傾斜させる制
御手段を備えて描画装置を構成する。ピエゾ素子よりな
る光偏向器の応答特性を利用することで、光偏向器に対
する制御信号を、ビームの走査範囲を複数の小区間に分
割した場合の小区間毎に階段状に変化する信号とした場
合であっても、ビームの１走査によって描かれる走査線
の直線性が維持される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、描画データに基づ
いて変調したビームで描画面上を走査するとともに描画
テーブル移動させて感光材に対する描画を行う走査式描
画装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】走査式描画装置は、大画面かつ高精細な
描画を実現すべく、ビームの１走査によって描画面上に
描かれる走査線の位置を高精度に位置決めすることを要
求される。このような、走査式描画装置では、ビームを
走査すると共に、感光材を載置する描画テーブルを副走
査方向に一定のスピードで移動させることで感光材全体
に渡っての描画を実行している。

【０００３】このように、描画テーブルを副走査方向に
一定のスピードで移動させつつビームの走査を行う場
合、ビームの１走査の開始から終了に至るまでの時間に
描画テーブルが所定量副走査方向に移動することとなる
ので、ビームの１走査によって感光材上に描画されるラ
イン（走査線）を、副走査方向に対して直交する方向
（主走査方向）にするためには、すなわち描画面上の主
走査方向と副走査方向を直角にするためには、ビームの
走査方向を主走査方向に対して傾斜するように調整を行
わなければならない。走査線の傾斜の量は次のように決
定される。

【０００４】図８は、走査式描画装置のビームの走査方
向Ａと走査線Ｂの関係を表している。また、図８におい
て、描画テーブル１２の移動方向である副走査方向と平
行な方向をＸ軸とし、それと直交する方向（主走査方
向）をＹ軸としている。描画テーブル１２を矢印ｄ方向
に移動させながらビームの走査を行って描画を行う場
合、描画テーブル１２の移動速度をＶ_Ａ、ビームが１走
査の始点ａ１から終点ａ２まで走査するまでの走査時間
をＴ_０とすると、描画テーブル１２はビームの１走査期
間中にＶ_Ａ×Ｔ_０で表される距離だけ矢印ｄ方向に移動
することとなる。

【０００５】したがって、ビームの走査の終点ａ２にお
けるＸ座標値と始点ａ１におけるＸ座標値の差分ΔＸ
が、 ΔＸ＝Ｖ_Ａ×Ｔ_０ となるようにビームの走査の方向を主走査方向に対して
傾斜させることで、ビームの１走査によって感光材上に
描かれる走査線Ｂは、副走査方向に対して直角（すなわ
ち主走査方向）になる。従来、ビームの走査方向の傾き
の調整は、作業者が、走査式描画装置の機械的な微調整
機構を調整することで実施されていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】描画時における描画テ
ーブルの移動速度を変更する必要が無く、常に、同じ速
度で描画テーブルを移動させて走査式描画装置を運用さ
せる場合には、上記のように、描画テーブルの移動速度
にしたがってビームの走査方向を機械的な微調整により
１度行っておけばよい。

【０００７】ところで、前述のように、近年、走査式描
画装置の描画解像度は高い性能に達しており、描画対象
となるパターンによっては、走査式描画装置の描画解像
度を低下させて描画しても感光材の描画物としての品質
に影響が無い場合も少なくない。走査式描画装置におい
て、描画解像度を低下させて描画を行う場合、描画テー
ブルの移動速度を早めることで走査線の間隔を大きく
し、感光材全体の描画を行うための時間を短縮化するこ
とが可能である。すなわち、走査式描画装置において、
描画対象となるパターンに応じて描画テーブルの移動速
度を変更し、すなわち解像度を変更して運用をおこなう
ことが、走査式描画装置の利用効率を高めるために極め
て有効な手段となる。

【０００８】しかしながら、上述のように、ビームの走
査方向の主走査方向に対する傾きは、テーブルの移動速
度に応じた値に設定されていなければ、走査線を主走査
方向と平行に保つことはできない。描画装置の機械的な
微調整機構を用いてビームの走査方向を調整すること
は、時間を要する作業であるため、描画テーブルの速度
を変更する度にこのような微調整を行うことは現実的に
は不可能である。

【０００９】本発明は、以上のような問題点に鑑みてな
された。すなわち、本発明は、ビームの走査方向を主走
査方向に対して所定の方向に傾斜させることのできる走
査式描画装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】そのため本発明の請求項
１に記載の走査式描画装置は、描画データに基づいて変
調したビームで描画面上を走査するとともに描画テーブ
ル移動させて感光材に対する描画を行う走査式描画装置
であって、ビームを副走査方向に偏向させる偏向手段
と、ビームの１走査によって描画面上に描かれる走査線
の方向が所定の方向となるように前記偏向手段を制御す
る制御手段とを備える。１つの感光材を描画する場合に
決定される描画テーブルの移動速度が感光材毎に変更さ
れる場合であっても、前記制御手段は、描画テーブルの
移動速度の変更にかかわらず走査線の方向を所定の方向
に維持することができる。

【００１１】また、請求項２に記載の走査式描画装置
は、制御手段が走査線の方向を常に主走査方向（副走査
方向と直交する方向）となるようにする。

【００１２】また、請求項３に記載の走査式描画装置
は、ビームの現在位置を検出する位置検出手段を更に備
えており、制御手段は、位置検出手段から得られるビー
ムの現在位置に基づいて前記偏向手段を制御することが
可能となる。

【００１３】また、請求項４に記載の走査式描画装置
は、前記偏向手段でビームを偏向させるべき偏向量を前
記位置検出手段で検出されるビームの位置ｐを変数とし
て表す関数ｆ（ｐ）を記憶する記憶手段を更に備えてお
り、前記制御手段は、前記記憶手段に保持される関数ｆ
（ｐ）を用い、前記ビームの現在位置におけるビームの
副走査方向の偏向量を求め、該求められた偏向量となる
ように前記偏向手段を制御する。

【００１４】また、請求項５に記載の走査式描画装置
は、前記記憶手段が、関数ｆ（ｐ）を、ビームの１走査
の開始点から終了点に至る走査範囲を複数の小区間に分
割した場合の夫々の小区間におけるビームの副走査方向
の偏向量の集合として記憶する。この場合、前記制御手
段は、前記ビームの現在位置におけるビームの副走査方
向の偏向量を前記記憶手段から読み出して取得する。

【００１５】また、請求項６に記載の走査式描画装置
は、偏向手段がピエゾ素子を用いた光偏向器であり、小
区間を走査するために要する時間と、光偏向器のステッ
プ状の制御信号に対する応答時間とが概ね等しくなるよ
うに設定されている。ステップ状の制御信号に対して、
光偏向器はなだらかに応答して所期の偏向量に達するの
で、光偏向器に対して小区間と小区間の境目毎に階段状
に変化する制御信号を与えた場合であっても、走査線の
直線性を維持させることができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の描画装置の概略
構成を示す斜視図である。図１において、光源２０から
射出されたビームは、ビームベンダ２１等を介してＡＯ
（Ａｃｏｕｓｔｏ−ｏｐｔｉｃ）変調器２４に導かれ
る。ＡＯ変調器２４は、図示しない制御回路によって制
御され、描画データに基づいてドット単位でビームをＯ
Ｎ／ＯＦＦ変調する。ＡＯ変調器２４を通過したビーム
は光偏向器２６に導かれる。光偏向器２６はピエゾ素子
を用いた光偏向器であり、ビームベンダ２８に向けて反
射するビームの偏向の向きを変えることにより、描画面
上におけるビームの位置を描画テーブル１８の移動方向
（副走査方向）において偏向させる機能を有している。

【００１７】光偏向器２６で反射され、さらに、ビーム
ベンダ２８，３０で反射されたビームは、ポリゴンミラ
ー３２の分割面に導かれる。ポリゴンミラー３２は、図
示しない駆動機構により一定の速度で回転し、この回転
に伴い、ポリゴンミラー３２の１つの分割面で反射され
るビームは描画面上を走査する。なお、ポリゴンミラー
３２で反射したビームはｆθレンズ３４を介して反射鏡
３６に導かれ、その後大コンデンサレンズ３８を通過
し、描画面上に集光される。

【００１８】図１において、描画テーブル１８は、図示
しない駆動機構によりレール１７ａ、１７ｂに沿って移
動できるように構成されている。ビームの走査を行いつ
つ、描画テーブル１８を図のｅ方向に移動させること
で、描画テーブル１８上に載置される感光材全体に渡っ
ての描画が達成される。なお、描画装置１において、Ｘ
軸は描画テーブル１８の移動方向である副走査方向と平
行であり、Ｙ軸は副走査方向と直交する主走査方向と平
行である。

【００１９】また、図１に示すポリゴンミラー３２に
は、以上で説明した描画用のビームと異なる光路からモ
ニター光が入射している。このモニター光は、ｆθレン
ズ３４、反射鏡３６、大コンデンサレンズ３８を通過
後、描画面に到達することなく反射鏡４１で反射され、
走査方向に延びたスケール４２に導かれる。スケール４
２にはスリットが等間隔で形成されており、モニター光
の走査に伴いスケール４２を透過する光量の変化が、図
示しない制御回路によって電気的なクロック信号として
取り出される。後述するように、このクロック信号のカ
ウント値は、ビームの走査線方向における位置を表すア
ドレス情報として用いられる。

【００２０】図２は、光偏向器２６の詳細を示してい
る。図２（ａ）に示すように、光偏向器２６は、ケーブ
ル２６ｄからの入力電圧に応じてピエゾ素子２６ａが伸
縮することで、ヒンジバネ２６ｂを介して取り付けられ
た反射ミラー２６ｃが、図２（ａ）の矢印方向で遥動す
るように構成されている。したがって、図２（ｂ）に示
すように、反射ミラー２６ｃで反射されるビームｂ_２の
ｚ_１軸に対する反射角θ _２は、ｙ_１軸を中心に遥動する
反射ミラー２６ｃの遥動に応じて変化することとなる。
すなわち、光偏向器２６によってビームを偏向させるる
ことにより、ポリゴンミラー３２へのビームの入射角度
が移動し、描画面上におけるビームの位置が副走査方向
において移動することになる。

【００２１】図３は、描画装置１の描画動作の概略を示
すフローチャートである。描画装置１で描画を実行する
場合、始めに描画装置１に対して描画指令とともに、描
画対象となるパターンに基づいて決定された、描画テー
ブルの移動速度の指示が与えられる（Ｓ３０１）。ここ
で決定される描画テーブル１８の移動速度をＶ_Ｔとす
る。Ｓ３０２では、Ｖ_Ｔに基づいて、主走査方向に対し
ビームの走査方向（図７の矢印Ｓ方向）を傾かせるため
の、光偏向器２６における偏向量の算出が行われる。

【００２２】図７は、描画装置１の描画テーブル１８と
ポリゴンミラー３２の１つの小分割面の回転に伴うビー
ムの走査方向Ｓが示されている。ビームを１走査するの
に要する時間がＴ_１、描画テーブル１８の移動速度がＶ
_Ｔである場合、ビームの走査の終点ｓ２のＸ座標と始点
ｓ１のＸ座標との差ΔＸ_２を、 ΔＸ_２＝Ｖ_Ｔ×Ｔ_１ となるようにビームの走査方向Ｓを決定することで、感
光材に描かれる走査線Ｌ _０は、主走査方向と平行にな
る。

【００２３】また、Ｓ３０２では、ビームの１走査の始
点ｓ１から終点ｓ２までの走査範囲を等間隔の小区間に
分割した場合の小区間毎に、ビームの副走査方向の偏向
量が算出される。ここで算出された小区間毎の偏向量
は、描画装置１内部のメモリ６７（図５参照）に記憶さ
れる（Ｓ３０３）。次に、メモリ６７に記憶された小区
間毎の偏向量に基づいて光偏向器２６でのビームの偏向
量が制御されつつビームの走査が行われ、描画面全体に
渡る描画が実行される（Ｓ３０４）。以下、描画装置１
の動作の詳細について説明する。

【００２４】図４（ａ）に示すように、光偏向器２６に
対してステップ状の制御信号５１を与えた場合、ピエゾ
素子の応答特性から、光偏向器２６における実際のビー
ムの偏向量は波形５２で示すように滑らかに変化し、応
答時間ｔ_０後に所期の偏向量に達する。例えば、描画装
置１においてビームの１走査に要する時間Ｔ_１が１０ｍ
ｓ、光偏向器２６の応答時間ｔ_０が１ｍｓである場合に
は、ビームの１走査の始点ｓ１から終点ｓ２までの走査
範囲を１０の小区間に分割し、図４（ｂ）に示すよう
に、ビームの始点ｓ１から終点ｓ２に移動するにしたが
って、偏向量が直線的に増加するように、夫々の小区間
における偏向量を決定する。

【００２５】なお、ビームの終点ｓ２における偏向量を
Ｖ_Ｔ×Ｔ_１とするために、第１小区間における偏向量ｈ
を、 ｈ＝（Ｖ_Ｔ×Ｔ_１）／１０ とし、第２小区間における偏向量を２ｈ、さらに第１０
小区間に向かって偏向量をｈづつ増加させることで、始
点ｓ１から終点ｓ２に至る偏向量の増加が直線的にな
る。このように得られた夫々の小区間の偏向量は、描画
装置１内部のメモリ６７（図５参照）に記憶される。

【００２６】光偏向器２６に対しては、制御信号を図４
（ｂ）に示す制御信号５３のように階段状に変化する信
号として与える。上述のように、制御信号５３の各小区
間の時間幅は光偏向器２６の応答時間ｔ_０に等しいの
で、光偏向器２６に対して制御信号５３を与えた場合
の、光偏向器２６におけるビームの実際の偏向量は波形
５４に示すように滑らかに変化する。したがって、始点
ｓ１から終点ｓ２に至るビームの走査が直線的になると
共に、描画面上における走査線Ｌ_０の形状が階段状にな
ることなく直線的な形状になる。

【００２７】図５は、光偏向器２６に対する制御部のブ
ロック図である。図１で示したスケール４２のスリット
上を走査することによるモニター光のｏｎ／ｏｆｆの変
化は、描画クロック発生部６８によって電気的な描画ク
ロック信号８１（図６参照）に変換される。さらに、描
画クロック発生部６８は、図６に示すように、描画クロ
ック信号８１をもとに小区間の時間ｔ_０と等しい周期の
クロック信号である区間クロック信号８２を生成し、カ
ウンタ６６に対して出力する。カウンタ６６は、区間ク
ロック信号８２のカウント値をメモリ６７に対するアド
レスとして出力する。

【００２８】メモリ６７には、小区間に対応するアドレ
ス毎に光偏向器２６に対する偏向量が記憶されている。
すなわち、メモリ６７には、小区間の位置を変数とし、
各小区間における偏向量を表す関数が記憶されているこ
ととなる。また、メモリ６７からは、アドレスに入力応
じた偏向量が、ドライバ７４を介して光偏向器２６に対
して送られる。したがって、図６に示すように区間クロ
ック信号８２の１クロック毎に階段状に変化する制御信
号５３を光偏向器２６に対して与えることが可能とな
る。なお、カウンタ６６のクリア信号入力には、ポリゴ
ン面検出器５９から、ポリゴンミラーのビームが入射す
る分割面の切り替わり毎に、１つのパルスが入力され
る。すなわち、ビームの１走査が終了する度に、カウン
タ６６はクリアされる。

【００２９】ポリゴン面検出器５９は、ポリゴンミラー
を回転駆動するモータに設けられた回転板６３と、フォ
トディテクタ６４によって構成される。また、回転板６
３には、ポリゴンミラー３２の分割面の数と等しい数の
スリット６５が設けられており、フォトディテクタ６４
がスリット６５を検出することによって、ポリゴンミラ
ーの各分割面の切り替わりを表すパルスが生成される。

【００３０】また、メモリ６７には、カウンタ７１から
のカウント値がアドレスとして入力される。カウンタ７
１のクロック入力には、ポリゴン面検出器５９からのパ
ルスが入力され、また、カウンタ７１のクリア入力に
は、ポリゴン原点検出器５８からポリゴンミラー３２の
１回転毎に１つのパルスが入力される。すなわち、カウ
ンタ７１のカウント値は、ポリゴンミラー３２における
各分割面を識別するためのアドレスとして使用される。
なお、ポリゴン原点検出器５８は、ポリゴンミラー３２
を回転駆動するモータに設けられた回転板６０とフォト
ディテクタ６１によって構成され、回転板６０の１回転
毎にフォトディテクタ６１部分を通過するスリット６２
が検出されることで、ポリゴンミラー３２の１回転毎に
１つのパルスが生成される。

【００３１】以上説明したようにメモリ６７に対するア
ドレスは、ポリゴンミラー３２の分割面を識別できるよ
うに割り当てられ、かつ、小区間毎に割り当てられる。
したがって、メモリ６７内部にポリゴンミラーの面倒れ
の影響を補正するための補正データを小区間毎に区別さ
れた補正データの集まりとして保持し、以上で述べたビ
ームの走査方向を主走査方向に対して傾かせるための偏
向量と合成して光偏向器２６を制御することで、走査線
を主走査方向と平行にするのみでなく、ポリゴンミラー
の面倒れによる走査線の直線性の歪をも補正することが
可能となる。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
描画装置において描画テーブルの移動速度を変化させて
描画を行う場合であっても、機械的な微調整を行うこと
なく、描画テーブルの移動速度に応じてビームの走査方
向を主走査方向に対して所定の方向に傾かせ、ビームの
１走査によって描かれる走査線の方向を主走査方向と平
行にすることが可能である。すなわち、描画装置におい
て、描画対象となるパターンに応じて描画テーブルの移
動速度を変え描画を行うような運用をする場合であって
も、描画テーブルの移動速度の変更によらず、走査線を
常に主走査方向にすることが可能であるため、描画装置
における描画効率が大きく向上することとなる。

【００３３】また、光偏向器の制御によって、ビームの
１走査の範囲を複数に分割した小区間毎に副走査方向に
おけるビームの偏向を制御することができるため、描画
装置の機械的な製造不具合によって発生する走査線の歪
をも補正することが可能である。また、この小区間の時
間間隔をピエゾ素子により構成される光偏向器の応答時
間と等しくしているので、始点Ｓ１から終点Ｓ２に至る
ビームの走査方向の直線性が維持されるとともに、感光
材に描画される走査線の直線性も維持される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による描画装置の概略を示す斜視図であ
る。

【図２】光偏向器の詳細構造を表す図である。

【図３】本発明による描画装置の動作概略を示すフロー
チャートである。

【図４】光偏向器に対して与える制御信号を表すグラフ
である。

【図５】光偏向器に対する制御部の詳細を示すブロック
図である。

【図６】図５で示す制御部で発生される信号のタイミン
グチャートである。

【図７】本発明の描画装置におけるビームの走査方向と
描画テーブルの関係を示す図である。

【図８】従来の描画装置におけるビームの走査方向と描
画テーブルの関係を示す図である。

【符号の説明】

１ 描画装置 １８ 描画テーブル ２０ 光源 ２４ ＡＯ変調器 ２６ 光偏向器 ２６ａ ピエゾ素子 ２６ｂ ヒンジバネ ２６ｃ 反射ミラー ３２ ポリゴンミラー ３４ ｆθレンズ ３８ 大コンデンサレンズ ４２ スケール ５８ ポリゴン原点検出器 ５９ ポリンゴン面検出器 ６５ スリット ６６ カウンタ ６７ メモリ ６８ 描画クロック発生部 ７１ カウンタ ７４ ドライバ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 描画データに基づいて変調したビームで
   描画面上を走査するとともに描画テーブル移動させて感
   光材に対する描画を行う走査式描画装置であって、 ビームを副走査方向に偏向させる偏向手段と、 ビームの１走査によって描画面上に描かれる走査線の方
   向が所定の方向となるように前記偏向手段を制御する制
   御手段とを備えること、を特徴とする走査式描画装置。
2. 【請求項２】 前記所定の方向が主走査方向であるこ
   と、を特徴とする請求項１に記載の走査式描画装置。
3. 【請求項３】 ビームの現在位置を検出する位置検出手
   段を更に備え、 前記制御手段は、該位置検出手段から得られるビームの
   現在位置に基づいて前記偏向手段を制御すること、を特
   徴とする請求項１又は請求項２に記載の走査式描画装
   置。
4. 【請求項４】 前記偏向手段でビームを偏向させるべき
   偏向量を前記位置検出手段で検出されるビームの位置ｐ
   を変数として表す関数ｆ（ｐ）、を記憶する記憶手段を
   更に備え、 前記制御手段は、前記記憶手段に保持される関数ｆ
   （ｐ）を用い、前記ビームの現在位置におけるビームの
   副走査方向の偏向量を求め、該求められた偏向量となる
   ように前記偏向手段を制御すること、を特徴とする請求
   項３に記載の走査式描画装置。
5. 【請求項５】 前記記憶手段は、 前記関数ｆ（ｐ）を、ビームの１走査の開始点から終了
   点に至る走査範囲を複数の小区間に分割した場合の夫々
   の小区間におけるビームの副走査方向の偏向量の集合と
   して記憶し、 前記制御手段は、前記ビームの現在位置におけるビーム
   の副走査方向の偏向量を、前記記憶手段から読み出して
   取得すること、を特徴とする請求項４に記載の走査式描
   画装置。
6. 【請求項６】 前記偏向手段がピエゾ素子を用いた光偏
   向器であり、 前記小区間を走査するために要する時間と、該光偏向器
   のステップ状の制御信号に対する応答時間とが概ね等し
   い値であること、を特徴とする請求項５に記載の走査式
   描画装置。