JP2002244069A - レーザ走査光学装置及び該光学装置を用いたレーザ走査方法 - Google Patents
レーザ走査光学装置及び該光学装置を用いたレーザ走査方法Info
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- G02B26/101—Scanning systems with both horizontal and vertical deflecting means, e.g. raster or XY scanners
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- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/10—Greenhouse gas [GHG] capture, material saving, heat recovery or other energy efficient measures, e.g. motor control, characterised by manufacturing processes, e.g. for rolling metal or metal working
Abstract
(57)【要約】
【課題】フラットトップで均一な光エネルギー分布を持
ち、直線性の良いレーザ走査光学装置及び該光学装置を
用いたレーザ走査方法の提供。 【解決手段】レーザ光を出射するレーザ光源1と、fθ
レンズ10及びシリンドリカルレンズ11を含む結像光
学系9と、レーザ光を副走査方向に走査する第1の偏向
装置4と、主走査方向に走査する第2の偏向装置8とを
少なくとも有し、レーザ光を副走査方向に高速で繰り返
し走査しながら主走査方向に走査するに際し、結像光学
系により、走査面において主走査方向に長い楕円形のビ
ームを結像し、副走査方向の走査速度が主走査方向の走
査速度より高速となるように第1の偏向装置を駆動する
ことにより、副走査方向の光強度分布をフラットトップ
とし、主走査方向の直線性の走査歪み及び光エネルギー
分布を副走査で補正可能なように、予め入力された値又
は測定データを参照して第1の偏向装置を制御する。
ち、直線性の良いレーザ走査光学装置及び該光学装置を
用いたレーザ走査方法の提供。 【解決手段】レーザ光を出射するレーザ光源1と、fθ
レンズ10及びシリンドリカルレンズ11を含む結像光
学系9と、レーザ光を副走査方向に走査する第1の偏向
装置4と、主走査方向に走査する第2の偏向装置8とを
少なくとも有し、レーザ光を副走査方向に高速で繰り返
し走査しながら主走査方向に走査するに際し、結像光学
系により、走査面において主走査方向に長い楕円形のビ
ームを結像し、副走査方向の走査速度が主走査方向の走
査速度より高速となるように第1の偏向装置を駆動する
ことにより、副走査方向の光強度分布をフラットトップ
とし、主走査方向の直線性の走査歪み及び光エネルギー
分布を副走査で補正可能なように、予め入力された値又
は測定データを参照して第1の偏向装置を制御する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ光を走査す
るレーザ走査光学装置及び該光学装置を用いたレーザ走
査方法に関し、特に、カラーフィルタのパターンや発光
素子材料を基板上に転写する熱転写装置に用いて好適な
レーザ走査光学装置及び該光学装置を用いたレーザ走査
方法に関する。
るレーザ走査光学装置及び該光学装置を用いたレーザ走
査方法に関し、特に、カラーフィルタのパターンや発光
素子材料を基板上に転写する熱転写装置に用いて好適な
レーザ走査光学装置及び該光学装置を用いたレーザ走査
方法に関する。
【0002】
【従来の技術】レーザ走査光学装置は、レーザプリンタ
の光学系に多く用いられていることが知られている。こ
れらの装置は、感光体に潜像を形成する電子写真装置や
材料を熱で転写する熱転写装置であるが、いずれも目視
で認識する文字や画像を形成する装置であるため、液晶
パネルのカラーフィルタ転写装置やEL素子などのディ
スプレイ装置のように高精度な解像度や直線性を要求さ
れる高精度転写装置に対しては十分なものではない。ま
た、これらの装置の光学系は、偏向装置の面倒れの影響
が少なくなるような面倒れ補正光学系になっているが、
ステージ等の影響を緩和するものではない。
の光学系に多く用いられていることが知られている。こ
れらの装置は、感光体に潜像を形成する電子写真装置や
材料を熱で転写する熱転写装置であるが、いずれも目視
で認識する文字や画像を形成する装置であるため、液晶
パネルのカラーフィルタ転写装置やEL素子などのディ
スプレイ装置のように高精度な解像度や直線性を要求さ
れる高精度転写装置に対しては十分なものではない。ま
た、これらの装置の光学系は、偏向装置の面倒れの影響
が少なくなるような面倒れ補正光学系になっているが、
ステージ等の影響を緩和するものではない。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記従来のレーザ走査
光学装置では、レーザ光は一方向のみに走査されるた
め、走査して描画した線の直線性は偏向装置の精度と光
学系の精度に依存し、走査線の曲がりやうねりを補正す
ることができないという問題がある。
光学装置では、レーザ光は一方向のみに走査されるた
め、走査して描画した線の直線性は偏向装置の精度と光
学系の精度に依存し、走査線の曲がりやうねりを補正す
ることができないという問題がある。
【0004】さらに、走査が一方向に限られるため、走
査と直行する方向(副走査方向)の光強度分布は平坦に
ならず、ビームの強度分布に依存し、ガウス分布かそれ
に近い分布になっている。このため、レーザ走査型の熱
転写装置の場合、副走査方向に光強度分布が均一でない
ため、熱エネルギー分布も均一にならず転写にむらが生
じるという問題もある。
査と直行する方向(副走査方向)の光強度分布は平坦に
ならず、ビームの強度分布に依存し、ガウス分布かそれ
に近い分布になっている。このため、レーザ走査型の熱
転写装置の場合、副走査方向に光強度分布が均一でない
ため、熱エネルギー分布も均一にならず転写にむらが生
じるという問題もある。
【0005】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
のであって、その主たる目的は、熱転写等に用いられる
レーザ走査光学系において、走査線の曲がりやうねりを
補正して主走査方向の直線性の精度を上げ、さらに、走
査されたレーザビームの光強度分布の形状をフラットト
ップにして転写むらを防止することができるレーザ走査
光学装置及び該光学装置を用いたレーザ走査方法を提供
することにある。
のであって、その主たる目的は、熱転写等に用いられる
レーザ走査光学系において、走査線の曲がりやうねりを
補正して主走査方向の直線性の精度を上げ、さらに、走
査されたレーザビームの光強度分布の形状をフラットト
ップにして転写むらを防止することができるレーザ走査
光学装置及び該光学装置を用いたレーザ走査方法を提供
することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のレーザ走査光学装置は、レーザ光を出射す
るレーザ光源と、前記レーザ光を結像する光学系と、前
記レーザ光を副走査方向に走査する第1の偏向装置と、
前記レーザ光を主走査方向に走査する第2の偏向装置と
を少なくとも有し、前記レーザ光を副走査方向に繰り返
し走査しながら主走査方向に走査するレーザ走査光学装
置であって、前記結像光学系が、走査面において主走査
方向に長い楕円形のビームを結像するように構成され、
副走査方向の走査速度が主走査方向の走査速度より高速
となるように、前記第1の偏向装置が駆動され、主走査
方向の直線性の走査歪みが前記第1の偏向装置による副
走査において補正されるように、予め入力された値又は
測定されたデータを参照して、前記第1の偏向装置が制
御されるものである。
め、本発明のレーザ走査光学装置は、レーザ光を出射す
るレーザ光源と、前記レーザ光を結像する光学系と、前
記レーザ光を副走査方向に走査する第1の偏向装置と、
前記レーザ光を主走査方向に走査する第2の偏向装置と
を少なくとも有し、前記レーザ光を副走査方向に繰り返
し走査しながら主走査方向に走査するレーザ走査光学装
置であって、前記結像光学系が、走査面において主走査
方向に長い楕円形のビームを結像するように構成され、
副走査方向の走査速度が主走査方向の走査速度より高速
となるように、前記第1の偏向装置が駆動され、主走査
方向の直線性の走査歪みが前記第1の偏向装置による副
走査において補正されるように、予め入力された値又は
測定されたデータを参照して、前記第1の偏向装置が制
御されるものである。
【0007】また、本発明のレーザ走査光学装置は、レ
ーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光を結像す
る光学系と、前記レーザ光を副走査方向に走査する第1
の偏向装置と、前記レーザ光を主走査方向に走査する第
2の偏向装置とを少なくとも有し、前記レーザ光を副走
査方向に繰り返し走査しながら主走査方向に走査するレ
ーザ走査光学装置であって、前記結像光学系が、走査面
において主走査方向に長い楕円形のビームを結像するよ
うに構成され、副走査方向の走査速度が主走査方向の走
査速度より高速となるように、前記第1の偏向装置が駆
動され、主走査方向の光エネルギー分布が前記第1の走
査装置による副走査において補正されるように、予め入
力された値又は測定されたデータを参照して、前記第1
の偏向装置が制御されるものである。
ーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光を結像す
る光学系と、前記レーザ光を副走査方向に走査する第1
の偏向装置と、前記レーザ光を主走査方向に走査する第
2の偏向装置とを少なくとも有し、前記レーザ光を副走
査方向に繰り返し走査しながら主走査方向に走査するレ
ーザ走査光学装置であって、前記結像光学系が、走査面
において主走査方向に長い楕円形のビームを結像するよ
うに構成され、副走査方向の走査速度が主走査方向の走
査速度より高速となるように、前記第1の偏向装置が駆
動され、主走査方向の光エネルギー分布が前記第1の走
査装置による副走査において補正されるように、予め入
力された値又は測定されたデータを参照して、前記第1
の偏向装置が制御されるものである。
【0008】また、本発明のレーザ走査光学装置は、レ
ーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光を結像す
る光学系と、前記レーザ光を副走査方向に走査する第1
の偏向装置と、前記レーザ光を主走査方向に走査する第
2の偏向装置と、副走査方向に偏向する第3の偏向装置
とを少なくとも有し、前記レーザ光を副走査方向に繰り
返し走査しながら主走査方向に走査するレーザ走査光学
装置であって、前記結像光学系が、走査面において主走
査方向に長い楕円形のビームを結像するように構成さ
れ、副走査方向の走査速度が主走査方向の走査速度より
高速となるように、前記第1の偏向装置が駆動され、主
走査方向の直線性の走査歪みが前記第3の偏向装置で補
正され、前記主走査方向の光エネルギー分布が前記第1
の走査装置による副走査において補正されるように、予
め入力された値又は測定されたデータを参照して、前記
第1及び第3の偏向装置が制御されるものである。
ーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光を結像す
る光学系と、前記レーザ光を副走査方向に走査する第1
の偏向装置と、前記レーザ光を主走査方向に走査する第
2の偏向装置と、副走査方向に偏向する第3の偏向装置
とを少なくとも有し、前記レーザ光を副走査方向に繰り
返し走査しながら主走査方向に走査するレーザ走査光学
装置であって、前記結像光学系が、走査面において主走
査方向に長い楕円形のビームを結像するように構成さ
れ、副走査方向の走査速度が主走査方向の走査速度より
高速となるように、前記第1の偏向装置が駆動され、主
走査方向の直線性の走査歪みが前記第3の偏向装置で補
正され、前記主走査方向の光エネルギー分布が前記第1
の走査装置による副走査において補正されるように、予
め入力された値又は測定されたデータを参照して、前記
第1及び第3の偏向装置が制御されるものである。
【0009】本発明においては、前記第1の偏向装置
に、副走査方向の走査角度を調整する手段を備え、該走
査角度調整手段により描画ビーム幅が調整されることが
好ましい。
に、副走査方向の走査角度を調整する手段を備え、該走
査角度調整手段により描画ビーム幅が調整されることが
好ましい。
【0010】また、本発明においては、前記第1の偏向
装置が、音響光学素子、電気光学素子又はガルバノミラ
ーのいずれかにより構成されることが好ましく、前記レ
ーザ光の走査面における光エネルギーが一定となるよう
に、前記第2の偏向装置の走査角度に対応して、前記音
響光学素子の振幅変調及び周波数変調が制御される構成
とすることができる。
装置が、音響光学素子、電気光学素子又はガルバノミラ
ーのいずれかにより構成されることが好ましく、前記レ
ーザ光の走査面における光エネルギーが一定となるよう
に、前記第2の偏向装置の走査角度に対応して、前記音
響光学素子の振幅変調及び周波数変調が制御される構成
とすることができる。
【0011】本発明のレーザ走査方法は、レーザ光を出
射するレーザ光源と、前記レーザ光を結像する光学系
と、前記レーザ光を副走査方向に走査する第1の偏向装
置と、前記レーザ光を主走査方向に走査する第2の偏向
装置とを少なくともするレーザ走査光学装置を用い、前
記レーザ光を副走査方向に繰り返し走査しながら主走査
方向に走査するレーザ走査方法であって、前記結像光学
系により、前記レーザ光を走査面において主走査方向に
長い楕円形のビームとして結像し、副走査方向の走査速
度が主走査方向の走査速度より高速となるように、前記
第1の偏向装置を駆動し、予め入力された値又は測定さ
れたデータを参照して、主走査方向の直線性の走査歪み
を前記第1の偏向装置による副走査において補正するも
のである。
射するレーザ光源と、前記レーザ光を結像する光学系
と、前記レーザ光を副走査方向に走査する第1の偏向装
置と、前記レーザ光を主走査方向に走査する第2の偏向
装置とを少なくともするレーザ走査光学装置を用い、前
記レーザ光を副走査方向に繰り返し走査しながら主走査
方向に走査するレーザ走査方法であって、前記結像光学
系により、前記レーザ光を走査面において主走査方向に
長い楕円形のビームとして結像し、副走査方向の走査速
度が主走査方向の走査速度より高速となるように、前記
第1の偏向装置を駆動し、予め入力された値又は測定さ
れたデータを参照して、主走査方向の直線性の走査歪み
を前記第1の偏向装置による副走査において補正するも
のである。
【0012】また、本発明のレーザ走査方法は、レーザ
光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光を結像する光
学系と、前記レーザ光を副走査方向に走査する第1の偏
向装置と、前記レーザ光を主走査方向に走査する第2の
偏向装置とを少なくともするレーザ走査光学装置を用
い、前記レーザ光を副走査方向に繰り返し走査しながら
主走査方向に走査するレーザ走査方法であって、前記結
像光学系により、前記レーザ光を走査面において主走査
方向に長い楕円形のビームとして結像し、副走査方向の
走査速度が主走査方向の走査速度より高速となるよう
に、前記第1の偏向装置を駆動し、予め入力された値又
は測定されたデータを参照して、主走査方向の光エネル
ギー分布を前記第1の走査装置による副走査において補
正するものである。
光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光を結像する光
学系と、前記レーザ光を副走査方向に走査する第1の偏
向装置と、前記レーザ光を主走査方向に走査する第2の
偏向装置とを少なくともするレーザ走査光学装置を用
い、前記レーザ光を副走査方向に繰り返し走査しながら
主走査方向に走査するレーザ走査方法であって、前記結
像光学系により、前記レーザ光を走査面において主走査
方向に長い楕円形のビームとして結像し、副走査方向の
走査速度が主走査方向の走査速度より高速となるよう
に、前記第1の偏向装置を駆動し、予め入力された値又
は測定されたデータを参照して、主走査方向の光エネル
ギー分布を前記第1の走査装置による副走査において補
正するものである。
【0013】また、本発明のレーザ走査方法は、レーザ
光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光を結像する光
学系と、前記レーザ光を副走査方向に走査する第1の偏
向装置と、前記レーザ光を主走査方向に走査する第2の
偏向装置と、副走査方向に偏向する第3の偏向装置とを
少なくともするレーザ走査光学装置を用い、前記レーザ
光を副走査方向に繰り返し走査しながら主走査方向に走
査するレーザ走査方法であって、前記結像光学系によ
り、前記レーザ光を走査面において主走査方向に長い楕
円形のビームとして結像し、副走査方向の走査速度が主
走査方向の走査速度より高速となるように、前記第1の
偏向装置を駆動し、予め入力された値又は測定されたデ
ータを参照して、主走査方向の直線性の走査歪みを前記
第3の偏向装置で補正し、主走査方向の光エネルギー分
布を前記第1の走査装置による副走査において補正する
ものである。
光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光を結像する光
学系と、前記レーザ光を副走査方向に走査する第1の偏
向装置と、前記レーザ光を主走査方向に走査する第2の
偏向装置と、副走査方向に偏向する第3の偏向装置とを
少なくともするレーザ走査光学装置を用い、前記レーザ
光を副走査方向に繰り返し走査しながら主走査方向に走
査するレーザ走査方法であって、前記結像光学系によ
り、前記レーザ光を走査面において主走査方向に長い楕
円形のビームとして結像し、副走査方向の走査速度が主
走査方向の走査速度より高速となるように、前記第1の
偏向装置を駆動し、予め入力された値又は測定されたデ
ータを参照して、主走査方向の直線性の走査歪みを前記
第3の偏向装置で補正し、主走査方向の光エネルギー分
布を前記第1の走査装置による副走査において補正する
ものである。
【0014】このように、本発明は上記構成により、主
走査方向の直線性を副走査方向の偏向装置で精度良く補
正し、かつ、2次元に走査することによってフラットト
ップなビームが得られるため、高精度な熱転写装置が実
現できるという効果が得られる。
走査方向の直線性を副走査方向の偏向装置で精度良く補
正し、かつ、2次元に走査することによってフラットト
ップなビームが得られるため、高精度な熱転写装置が実
現できるという効果が得られる。
【0015】
【発明の実施の形態】本発明に係るレーザ走査光学装置
は、その好ましい一実施の形態において、レーザ光を出
射するレーザ光源と、fθレンズ及びシリンドリカルレ
ンズを含む結像光学系と、レーザ光を副走査方向に走査
する音響光学素子等からなる第1の偏向装置と、主走査
方向に走査するガルバノミラー等からなる第2の偏向装
置とを少なくとも有し、レーザ光を副走査方向に繰り返
し走査しながら主走査方向に走査するものであり、結像
光学系により、走査面において主走査方向に長い楕円形
のビームを結像し、副走査方向の走査速度が主走査方向
の走査速度より高速となるように第1の偏向装置を駆動
することにより、副走査方向の光強度分布がフラットト
ップとなり、また、主走査方向の直線性の走査歪み及び
光エネルギー分布が第1の偏向装置による副走査におい
て補正されるように、予め入力された値又は測定された
データを参照して、第1の偏向装置を制御する。
は、その好ましい一実施の形態において、レーザ光を出
射するレーザ光源と、fθレンズ及びシリンドリカルレ
ンズを含む結像光学系と、レーザ光を副走査方向に走査
する音響光学素子等からなる第1の偏向装置と、主走査
方向に走査するガルバノミラー等からなる第2の偏向装
置とを少なくとも有し、レーザ光を副走査方向に繰り返
し走査しながら主走査方向に走査するものであり、結像
光学系により、走査面において主走査方向に長い楕円形
のビームを結像し、副走査方向の走査速度が主走査方向
の走査速度より高速となるように第1の偏向装置を駆動
することにより、副走査方向の光強度分布がフラットト
ップとなり、また、主走査方向の直線性の走査歪み及び
光エネルギー分布が第1の偏向装置による副走査におい
て補正されるように、予め入力された値又は測定された
データを参照して、第1の偏向装置を制御する。
【0016】
【実施例】上記した本発明の実施の形態についてさらに
詳細に説明すべく、本発明の実施例について図面を参照
して説明する。
詳細に説明すべく、本発明の実施例について図面を参照
して説明する。
【0017】[実施例1]まず、本発明の第1の実施例
に係るレーザ走査光学装置及び該光学装置を用いたレー
ザ走査方法について、図1乃至図3を参照して説明す
る。図1は、第1の実施例に係るレーザ走査光学装置の
主要な構成を模式的に示す図である。また、図2は、走
査面におけるビームスポットの形状及び光強度分布を示
す図であり、図3は、ビームスポットの走査方向及び副
走査方向の光強度分布を示す図である。
に係るレーザ走査光学装置及び該光学装置を用いたレー
ザ走査方法について、図1乃至図3を参照して説明す
る。図1は、第1の実施例に係るレーザ走査光学装置の
主要な構成を模式的に示す図である。また、図2は、走
査面におけるビームスポットの形状及び光強度分布を示
す図であり、図3は、ビームスポットの走査方向及び副
走査方向の光強度分布を示す図である。
【0018】図1に基づき、本実施例のレーザ走査光学
装置の構成について説明する。レーザ光源1から発せら
れたレーザ光は、アッテネータ2で加工に必要な光エネ
ルギーに減光された後、ビームエキスパンダ3に入射
し、必要なビーム径に変換される。そして、ビーム径が
変換されたレーザ光は、第1の偏向装置4に入射し、紙
面と垂直な副走査方向(y方向)に走査されながらシリ
ンドリカルレンズ5、コリメートレンズ6、ミラー7を
介して、第2の偏向装置8に入射する。
装置の構成について説明する。レーザ光源1から発せら
れたレーザ光は、アッテネータ2で加工に必要な光エネ
ルギーに減光された後、ビームエキスパンダ3に入射
し、必要なビーム径に変換される。そして、ビーム径が
変換されたレーザ光は、第1の偏向装置4に入射し、紙
面と垂直な副走査方向(y方向)に走査されながらシリ
ンドリカルレンズ5、コリメートレンズ6、ミラー7を
介して、第2の偏向装置8に入射する。
【0019】第2の偏向装置8では、レーザ光は主走査
方向(紙面の上下方向:x方向)に走査される。x方向
に走査されたレーザ光は、結像光学系9により走査面1
2で所定のビーム形状に変換された状態で走査面12を
走査する。なお、第2の偏向装置8と走査面12との間
には、図1では図示していないが45度ミラーが設置さ
れ、走査面12は水平に設置された基板を走査するよう
になっている。また、図1に示す結像光学系9は一つの
例を示すものであり、たとえばfθレンズ10とシリン
ドリカルレンズ11とで構成することができる。
方向(紙面の上下方向:x方向)に走査される。x方向
に走査されたレーザ光は、結像光学系9により走査面1
2で所定のビーム形状に変換された状態で走査面12を
走査する。なお、第2の偏向装置8と走査面12との間
には、図1では図示していないが45度ミラーが設置さ
れ、走査面12は水平に設置された基板を走査するよう
になっている。また、図1に示す結像光学系9は一つの
例を示すものであり、たとえばfθレンズ10とシリン
ドリカルレンズ11とで構成することができる。
【0020】図2は、図1における走査面12でのビー
ムスポット13の形状と光強度分布を示した図である。
ビームスポット13の楕円形状の長軸方向(x方向:主
走査方向)の寸法aは、主にfθレンズ10の結像作用
で決定され、楕円形状の短軸方向(y方向:副走査方
向)の寸法bは、主にfθレンズ10とシリンドリカル
レンズ11の結像作用で決定され、その比率は、例えば
10倍程度になっている。
ムスポット13の形状と光強度分布を示した図である。
ビームスポット13の楕円形状の長軸方向(x方向:主
走査方向)の寸法aは、主にfθレンズ10の結像作用
で決定され、楕円形状の短軸方向(y方向:副走査方
向)の寸法bは、主にfθレンズ10とシリンドリカル
レンズ11の結像作用で決定され、その比率は、例えば
10倍程度になっている。
【0021】図3は、図1における走査面12上を、図
2に示したビームスポット13が走査する様子を模式的
に示した図である。ビームスポット13は、yで示した
副走査方向を高速に走査を繰り返しながら、xで示した
主走査方向に走査される。
2に示したビームスポット13が走査する様子を模式的
に示した図である。ビームスポット13は、yで示した
副走査方向を高速に走査を繰り返しながら、xで示した
主走査方向に走査される。
【0022】以下、本実施例の動作について、図1乃至
図3を参照してさらに詳細に説明する。レーザ光源1か
らのレーザビームは、例えば1mm程度の円形のビーム
で出力される。本レーザ走査光学装置を液晶カラーフィ
ルタ転写装置に用いる場合、走査面12において、フィ
ルム状の色素材料をガラス基板上に熱転写することにな
るが、転写する材料およびレーザ光源1の出力劣化等に
合わせて光エネルギーを調節する必要がある。転写に必
要な光エネルギーの確保の点から、光源としては波長1
064nmのNd:YAGレーザが用いられるが、レー
ザ光源1としてはこれに限ったものではない。
図3を参照してさらに詳細に説明する。レーザ光源1か
らのレーザビームは、例えば1mm程度の円形のビーム
で出力される。本レーザ走査光学装置を液晶カラーフィ
ルタ転写装置に用いる場合、走査面12において、フィ
ルム状の色素材料をガラス基板上に熱転写することにな
るが、転写する材料およびレーザ光源1の出力劣化等に
合わせて光エネルギーを調節する必要がある。転写に必
要な光エネルギーの確保の点から、光源としては波長1
064nmのNd:YAGレーザが用いられるが、レー
ザ光源1としてはこれに限ったものではない。
【0023】アッテネータ2は、レーザ光の透過率を変
えて光エネルギーを変化させる装置であり、常に一定範
囲の光エネルギーが到達するよう調整される。レーザ光
の走査面12でのビームスポットサイズは、結像光学系
9の焦点距離と入射ビーム径で決定される。ビームエキ
スパンダ3は、アッテネータ2からのビームを拡大また
は縮小して後述するシリンドリカルレンズ5とコリメー
トレンズ6の作用と合わせて、走査面12でのビーム形
状を所定の大きさにするものである。
えて光エネルギーを変化させる装置であり、常に一定範
囲の光エネルギーが到達するよう調整される。レーザ光
の走査面12でのビームスポットサイズは、結像光学系
9の焦点距離と入射ビーム径で決定される。ビームエキ
スパンダ3は、アッテネータ2からのビームを拡大また
は縮小して後述するシリンドリカルレンズ5とコリメー
トレンズ6の作用と合わせて、走査面12でのビーム形
状を所定の大きさにするものである。
【0024】第1の偏向装置4は、図3においてy方向
(副走査方向)にビームを走査させる。結像光学系9を
構成するfθレンズ10は、x、y両方向に結像作用を
持つが、シリンドリカルレンズ11は、y方向にのみ結
像作用を持つ。これらの作用を利用して走査面12で
は、図2に示すような楕円形状で、それぞれの方向にほ
ぼガウス分布の強度分布を持つビームが得られる。
(副走査方向)にビームを走査させる。結像光学系9を
構成するfθレンズ10は、x、y両方向に結像作用を
持つが、シリンドリカルレンズ11は、y方向にのみ結
像作用を持つ。これらの作用を利用して走査面12で
は、図2に示すような楕円形状で、それぞれの方向にほ
ぼガウス分布の強度分布を持つビームが得られる。
【0025】このビームを図3に示すようにy方向(副
走査方向)に高速で走査しながらx方向(主走査方向)
に走査すると、図3右側に示すように、y方向にフラッ
トトップな光エネルギー分布を得ることができる。な
お、第1の偏向装置4は、副走査の走査角度を変えるこ
とによりy方向の描画ビーム幅を変えられるようになっ
ており、必要なパターンサイズに合わせて、第1の偏向
装置4の振り角を変えることができる。また、図3で
は、y方向の走査はシグザグに往復走査をしているが、
一方向に走査を繰り返す片方向走査であっても良い。
走査方向)に高速で走査しながらx方向(主走査方向)
に走査すると、図3右側に示すように、y方向にフラッ
トトップな光エネルギー分布を得ることができる。な
お、第1の偏向装置4は、副走査の走査角度を変えるこ
とによりy方向の描画ビーム幅を変えられるようになっ
ており、必要なパターンサイズに合わせて、第1の偏向
装置4の振り角を変えることができる。また、図3で
は、y方向の走査はシグザグに往復走査をしているが、
一方向に走査を繰り返す片方向走査であっても良い。
【0026】また、x方向の走査は第2の偏向装置8で
行うが、このとき第2の偏向装置8のy方向の角度誤差
のためにx方向は直線にならず、わずかにy方向にうね
りを持ってしまい、カラーフィルタ転写装置のように転
写する基板を走査しながらビームをx方向に走査する
と、基板上で斜めに走査することになる。これらを補正
するために、あらかじめ決められた値でy方向を補正す
る必要があり、第2の偏向装置8はこのようなビーム補
正を行う機能も兼ね備えている。
行うが、このとき第2の偏向装置8のy方向の角度誤差
のためにx方向は直線にならず、わずかにy方向にうね
りを持ってしまい、カラーフィルタ転写装置のように転
写する基板を走査しながらビームをx方向に走査する
と、基板上で斜めに走査することになる。これらを補正
するために、あらかじめ決められた値でy方向を補正す
る必要があり、第2の偏向装置8はこのようなビーム補
正を行う機能も兼ね備えている。
【0027】この第1の偏向装置4としては、高速駆動
が可能な音響光学素子(AOD:Acousto-Optic Deflec
tor)が用いられ、第2の偏向装置8としては走査角度
の大きいガルバノミラーが用いられるが、これらの偏向
装置はこれらに限ったものではないことは言うまでもな
い。例えば、第1の偏向装置4として電気光学効果を利
用した偏向装置、あるいは第2の偏向装置8と同様のガ
ルバノミラーを用いても良く、第2の偏向装置8として
ポリゴンミラーを用いても良い。
が可能な音響光学素子(AOD:Acousto-Optic Deflec
tor)が用いられ、第2の偏向装置8としては走査角度
の大きいガルバノミラーが用いられるが、これらの偏向
装置はこれらに限ったものではないことは言うまでもな
い。例えば、第1の偏向装置4として電気光学効果を利
用した偏向装置、あるいは第2の偏向装置8と同様のガ
ルバノミラーを用いても良く、第2の偏向装置8として
ポリゴンミラーを用いても良い。
【0028】なお、第2の偏向装置8でレーザビームを
広い角度で走査するとき、光軸付近と周辺付近ではレン
ズ、あるいは図1では図示していない45度ミラーへの
入射角が異なるため、透過率あるいは反射率が異なって
くるが、第1の偏向装置4である音響光学素子は、一定
の周波数での振幅変調によりレーザ光の強度を変調する
ことができ、また、RF周波数を変調することにより角
度変調が可能な素子であるため、この変調作用を利用す
ることにより、走査面で常に光エネルギーが一定になる
ように周波数の振幅変調を走査角度に合わせて制御する
ことができる。この制御は、あらかじめ計算あるいは測
定したデータに基づいて行うこともできるし、図示して
いない主走査方向に設置されたセンサーで光強度をモニ
ターした値を用いることもできる。
広い角度で走査するとき、光軸付近と周辺付近ではレン
ズ、あるいは図1では図示していない45度ミラーへの
入射角が異なるため、透過率あるいは反射率が異なって
くるが、第1の偏向装置4である音響光学素子は、一定
の周波数での振幅変調によりレーザ光の強度を変調する
ことができ、また、RF周波数を変調することにより角
度変調が可能な素子であるため、この変調作用を利用す
ることにより、走査面で常に光エネルギーが一定になる
ように周波数の振幅変調を走査角度に合わせて制御する
ことができる。この制御は、あらかじめ計算あるいは測
定したデータに基づいて行うこともできるし、図示して
いない主走査方向に設置されたセンサーで光強度をモニ
ターした値を用いることもできる。
【0029】また、x方向の直線性の歪みおよびx方向
の光強度分布の不均一さは、y方向に対して、x方向走
査毎に周期的に現れる場合が多い。従って、あらかじめ
これらの誤差を測定し、補正値を決めておくことにより
第1の偏向装置4による補正が可能になる。
の光強度分布の不均一さは、y方向に対して、x方向走
査毎に周期的に現れる場合が多い。従って、あらかじめ
これらの誤差を測定し、補正値を決めておくことにより
第1の偏向装置4による補正が可能になる。
【0030】このように、レーザ光源から出射したレー
ザ光を第1の偏向装置4で副走査方向に走査し、第2の
偏向装置8で主走査方向に走査するレーザ走査光学装置
において、レーザビームを長軸が主走査方向と一致する
楕円形とし、y方向の走査を高速で行うことにより、副
走査方向にフラットトップな光エネルギー分布を実現す
ることができる。また、主走査方向の曲がりやうねりを
第1の偏向装置4で調整することにより、主走査方向の
直線性を向上させることができる。
ザ光を第1の偏向装置4で副走査方向に走査し、第2の
偏向装置8で主走査方向に走査するレーザ走査光学装置
において、レーザビームを長軸が主走査方向と一致する
楕円形とし、y方向の走査を高速で行うことにより、副
走査方向にフラットトップな光エネルギー分布を実現す
ることができる。また、主走査方向の曲がりやうねりを
第1の偏向装置4で調整することにより、主走査方向の
直線性を向上させることができる。
【0031】[実施例2]次に、本発明の第2の実施例
に係るレーザ走査光学装置及び該光学装置を用いたレー
ザ走査方法について、図4を参照して説明する。図4
は、第2の実施例に係るレーザ走査光学装置の主要な構
成を模式的に示す図である。なお、本実施例は、y方向
の直線性の補正を行うための第3の偏向装置14を、第
1の偏向装置4と第2の偏向装置8との間に設置したこ
とを特徴とするものであり、他の部分の構成に関しては
前記した第1の実施例と同様である。
に係るレーザ走査光学装置及び該光学装置を用いたレー
ザ走査方法について、図4を参照して説明する。図4
は、第2の実施例に係るレーザ走査光学装置の主要な構
成を模式的に示す図である。なお、本実施例は、y方向
の直線性の補正を行うための第3の偏向装置14を、第
1の偏向装置4と第2の偏向装置8との間に設置したこ
とを特徴とするものであり、他の部分の構成に関しては
前記した第1の実施例と同様である。
【0032】図4に基づき、本実施例のレーザ走査光学
装置の構成について説明する。前記した第1の実施例と
同様に、レーザ光源1から発せられたレーザ光は、アッ
テネータ2で加工に必要な光エネルギーに減光された
後、ビームエキスパンダ3に入射し、必要なビーム径に
変換される。ビーム径が変換されたレーザ光は、第1の
偏向装置4に入射し、紙面と垂直な副走査方向(y方
向)に走査されながらシリンドリカルレンズ5、コリメ
ートレンズ6、ミラー7を介して、本実施例の特徴部分
である第3の偏向装置14に入射する。
装置の構成について説明する。前記した第1の実施例と
同様に、レーザ光源1から発せられたレーザ光は、アッ
テネータ2で加工に必要な光エネルギーに減光された
後、ビームエキスパンダ3に入射し、必要なビーム径に
変換される。ビーム径が変換されたレーザ光は、第1の
偏向装置4に入射し、紙面と垂直な副走査方向(y方
向)に走査されながらシリンドリカルレンズ5、コリメ
ートレンズ6、ミラー7を介して、本実施例の特徴部分
である第3の偏向装置14に入射する。
【0033】ここで、基板をステージでy方向に走査し
ながらレーザビームをx方向に走査する場合、x方向に
走査されたビームは基板に対して斜めに走査することに
なる。また、図3に示すように、第1の偏向装置4でy
方向に走査させながらx方向に走査する場合、エッジの
直線性を第1の偏向装置4だけでは補正しきれない場合
がある。そこで、本実施例では、高精度にx方向エッジ
の直線性を得るために第3の偏向装置14を図4に示す
ように設置し補正を行っている。
ながらレーザビームをx方向に走査する場合、x方向に
走査されたビームは基板に対して斜めに走査することに
なる。また、図3に示すように、第1の偏向装置4でy
方向に走査させながらx方向に走査する場合、エッジの
直線性を第1の偏向装置4だけでは補正しきれない場合
がある。そこで、本実施例では、高精度にx方向エッジ
の直線性を得るために第3の偏向装置14を図4に示す
ように設置し補正を行っている。
【0034】そして、第3の偏向装置14を通過したレ
ーザビームは、第2の偏向装置8に入射し、第2の偏向
装置8により、レーザ光は主走査方向(紙面の上下方
向:x方向)に走査される。x方向に走査されたレーザ
光は、結像光学系9により走査面12で所定のビーム形
状に変換された状態で走査面12を走査する。なお、結
像光学系9に45度ミラー15を設け、第2の偏向装置
8から出射されたレーザ光を45度ミラー15で反射し
て、水平に設置された基板を走査する場合は、図4
(b)に示すような構成となる。
ーザビームは、第2の偏向装置8に入射し、第2の偏向
装置8により、レーザ光は主走査方向(紙面の上下方
向:x方向)に走査される。x方向に走査されたレーザ
光は、結像光学系9により走査面12で所定のビーム形
状に変換された状態で走査面12を走査する。なお、結
像光学系9に45度ミラー15を設け、第2の偏向装置
8から出射されたレーザ光を45度ミラー15で反射し
て、水平に設置された基板を走査する場合は、図4
(b)に示すような構成となる。
【0035】このように、第1の偏向装置4と第2の偏
向装置8の間に第3の偏向装置14を設けることによ
り、第1の偏向装置4で調整しきれない主走査方向の曲
がりやうねりを精密に調整することができ、前記した第
1の実施例よりも主走査方向の直線性を向上させること
ができる。
向装置8の間に第3の偏向装置14を設けることによ
り、第1の偏向装置4で調整しきれない主走査方向の曲
がりやうねりを精密に調整することができ、前記した第
1の実施例よりも主走査方向の直線性を向上させること
ができる。
【0036】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のレーザ走
査光学装置によれば、例えば、カラーフィルタを熱転写
で作成する装置や、有機EL素子材料を基板に熱転写す
る装置のような高精度の走査を必要とする装置におい
て、y方向(副走査方向)に走査しながらx方向(主走
査方向)に走査し、第1の偏光装置で位置ずれと光エネ
ルギー分布を補正し、さらに第3の偏向装置で位置ずれ
を精度良く補正することにより、直線性が良く、かつ光
エネルギー分布が均一でフラットトップな描画を得るこ
とができ、精度の良い熱転写装置を提供することができ
る。
査光学装置によれば、例えば、カラーフィルタを熱転写
で作成する装置や、有機EL素子材料を基板に熱転写す
る装置のような高精度の走査を必要とする装置におい
て、y方向(副走査方向)に走査しながらx方向(主走
査方向)に走査し、第1の偏光装置で位置ずれと光エネ
ルギー分布を補正し、さらに第3の偏向装置で位置ずれ
を精度良く補正することにより、直線性が良く、かつ光
エネルギー分布が均一でフラットトップな描画を得るこ
とができ、精度の良い熱転写装置を提供することができ
る。
【0037】なお、本発明は上記各実施例に限定され
ず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施例は適
宜変更され得ることは明らかである。
ず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施例は適
宜変更され得ることは明らかである。
【図1】本発明の第1の実施例に係るレーザ走査光学装
置の構成を模式的に示す図である。
置の構成を模式的に示す図である。
【図2】本発明の第1の実施例に係るレーザ走査光学装
置の走査面上でのビームスポット形状及び光強度分布を
示す図である。
置の走査面上でのビームスポット形状及び光強度分布を
示す図である。
【図3】本発明の第1の実施例に係るレーザ走査光学装
置の加工面におけるビームの走査及び光強度分布を示す
図である。
置の加工面におけるビームの走査及び光強度分布を示す
図である。
【図4】本発明の第2の実施例に係るレーザ走査光学装
置の構成を模式的に示す図である。
置の構成を模式的に示す図である。
1 レーザ光源 2 アッテネータ 3 ビームエキスパンダ 4 第1の偏向装置 5 シリンドリカルレンズ 6 リレーレンズ 7 ミラー 8 第2の偏向装置 9 結像光学系 10 fθレンズ 11 シリンドリカルレンズ 12 走査面 13 ビームスポット 14 第3の偏向装置 15 45度ミラー
Claims (12)
- 【請求項1】レーザ光を出射するレーザ光源と、前記レ
ーザ光を結像する光学系と、前記レーザ光を副走査方向
に走査する第1の偏向装置と、前記レーザ光を主走査方
向に走査する第2の偏向装置とを少なくとも有し、前記
レーザ光を副走査方向に繰り返し走査しながら主走査方
向に走査するレーザ走査光学装置であって、 前記結像光学系が、走査面において主走査方向に長い楕
円形のビームを結像するように構成され、 副走査方向の走査速度が主走査方向の走査速度より高速
となるように、前記第1の偏向装置が駆動され、 主走査方向の直線性の走査歪みが前記第1の偏向装置に
よる副走査において補正されるように、予め入力された
値又は測定されたデータを参照して、前記第1の偏向装
置が制御されることを特徴とするレーザ走査光学装置。 - 【請求項2】レーザ光を出射するレーザ光源と、前記レ
ーザ光を結像する光学系と、前記レーザ光を副走査方向
に走査する第1の偏向装置と、前記レーザ光を主走査方
向に走査する第2の偏向装置とを少なくとも有し、前記
レーザ光を副走査方向に繰り返し走査しながら主走査方
向に走査するレーザ走査光学装置であって、 前記結像光学系が、走査面において主走査方向に長い楕
円形のビームを結像するように構成され、 副走査方向の走査速度が主走査方向の走査速度より高速
となるように、前記第1の偏向装置が駆動され、 主走査方向の光エネルギー分布が前記第1の走査装置に
よる副走査において補正されるように、予め入力された
値又は測定されたデータを参照して、前記第1の偏向装
置が制御されることを特徴とするレーザ走査光学装置。 - 【請求項3】レーザ光を出射するレーザ光源と、前記レ
ーザ光を結像する光学系と、前記レーザ光を副走査方向
に走査する第1の偏向装置と、前記レーザ光を主走査方
向に走査する第2の偏向装置と、副走査方向に偏向する
第3の偏向装置とを少なくとも有し、前記レーザ光を副
走査方向に繰り返し走査しながら主走査方向に走査する
レーザ走査光学装置であって、 前記結像光学系が、走査面において主走査方向に長い楕
円形のビームを結像するように構成され、 副走査方向の走査速度が主走査方向の走査速度より高速
となるように、前記第1の偏向装置が駆動され、 主走査方向の直線性の走査歪みが前記第3の偏向装置で
補正され、前記主走査方向の光エネルギー分布が前記第
1の走査装置による副走査において補正されるように、
予め入力された値又は測定されたデータを参照して、前
記第1及び第3の偏向装置が制御されることを特徴とす
るレーザ走査光学装置。 - 【請求項4】前記第1の偏向装置に、副走査方向の走査
角度を調整する手段を備え、該走査角度調整手段により
描画ビーム幅が調整されることを特徴とする請求項1乃
至3のいずれか一に記載のレーザ走査光学装置。 - 【請求項5】前記第1の偏向装置が、音響光学素子、電
気光学素子又はガルバノミラーのいずれかにより構成さ
れることを特徴とする請求項4記載のレーザ走査光学装
置。 - 【請求項6】前記レーザ光の走査面における光エネルギ
ーが一定となるように、前記第2の偏向装置の走査角度
に対応して、前記音響光学素子の振幅変調及び周波数変
調が制御されることを特徴とする請求項5記載のレーザ
走査光学装置。 - 【請求項7】前記第2の偏向装置が、ガルバノミラー又
はポリゴンミラーにより構成されることを特徴とする請
求項1乃至6のいずれか一に記載のレーザ走査光学装
置。 - 【請求項8】前記結像光学系に、fθレンズとシリンド
リカルレンズとビームエキスパンダとを含み、該結像光
学系により、前記レーザ光が所定の大きさ及び扁平率の
楕円形に調整されることを特徴とする請求項1乃至7の
いずれか一に記載のレーザ走査光学装置。 - 【請求項9】レーザ光を出射するレーザ光源と、前記レ
ーザ光を結像する光学系と、前記レーザ光を副走査方向
に走査する第1の偏向装置と、前記レーザ光を主走査方
向に走査する第2の偏向装置とを少なくともするレーザ
走査光学装置を用い、前記レーザ光を副走査方向に繰り
返し走査しながら主走査方向に走査するレーザ走査方法
であって、 前記結像光学系により、前記レーザ光を走査面において
主走査方向に長い楕円形のビームとして結像し、 副走査方向の走査速度が主走査方向の走査速度より高速
となるように、前記第1の偏向装置を駆動し、 予め入力された値又は測定されたデータを参照して、主
走査方向の直線性の走査歪みを前記第1の偏向装置によ
る副走査において補正することを特徴とするレーザ走査
方法。 - 【請求項10】レーザ光を出射するレーザ光源と、前記
レーザ光を結像する光学系と、前記レーザ光を副走査方
向に走査する第1の偏向装置と、前記レーザ光を主走査
方向に走査する第2の偏向装置とを少なくともするレー
ザ走査光学装置を用い、前記レーザ光を副走査方向に繰
り返し走査しながら主走査方向に走査するレーザ走査方
法であって、 前記結像光学系により、前記レーザ光を走査面において
主走査方向に長い楕円形のビームとして結像し、 副走査方向の走査速度が主走査方向の走査速度より高速
となるように、前記第1の偏向装置を駆動し、 予め入力された値又は測定されたデータを参照して、主
走査方向の光エネルギー分布を前記第1の走査装置によ
る副走査において補正することを特徴とするレーザ走査
方法。 - 【請求項11】レーザ光を出射するレーザ光源と、前記
レーザ光を結像する光学系と、前記レーザ光を副走査方
向に走査する第1の偏向装置と、前記レーザ光を主走査
方向に走査する第2の偏向装置と、副走査方向に偏向す
る第3の偏向装置とを少なくともするレーザ走査光学装
置を用い、前記レーザ光を副走査方向に繰り返し走査し
ながら主走査方向に走査するレーザ走査方法であって、 前記結像光学系により、前記レーザ光を走査面において
主走査方向に長い楕円形のビームとして結像し、 副走査方向の走査速度が主走査方向の走査速度より高速
となるように、前記第1の偏向装置を駆動し、 予め入力された値又は測定されたデータを参照して、主
走査方向の直線性の走査歪みを前記第3の偏向装置で補
正し、主走査方向の光エネルギー分布を前記第1の走査
装置による副走査において補正することを特徴とするレ
ーザ走査方法。 - 【請求項12】前記第1の偏向装置が、音響光学素子か
らなり、 前記レーザ光の走査面における光エネルギーが一定とな
るように、前記第2の偏向装置の走査角度に対応して、
前記音響光学素子の振幅変調及び周波数変調を制御する
ことを特徴とする請求項9乃至11のいずれか一に記載
のレーザ走査方法。
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