JP2005238618A - マルチビームのヘッド部材およびマルチビーム露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 製作が簡単で費用がかからず、かつビームピッチの微調整が比較的簡単に行なえるマルチビーム露光ヘッド等を提供する。
【解決手段】 複数の光ファイバーが互いに並行で等間隔かつ平面的に配置された光ファイバー列を、互いに平行にｎ列（ｎは１または２以上の整数）備え、一面上に光ファイバーのビーム出射端列が配置されたマルチビーム射出へッドであって、光ファイバー列ごとに沿うｎ個の平面で区分けされたｎ＋１個の部品が積層された円柱形をなし、一面が円柱形の端面の一方であり、ビーム出射端の全部の幾何学的中心と一面の幾何学中心とが略一致する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＣＴＰ（Computer To Plate）などの露光装置に用いられる光ファイバーを束ねたマルチビーム射出ヘッドや露光ヘッド等のヘッド部材、及びそれを用いたマルチビーム露光装置に関する。

ＣＴＰ等に用いられる露光装置では、一般に、回転ドラムの外周面上に記録材料を担持して回転軸回りに回転することで主走査し、同時に回転ドラムの回転軸方向にビーム射出ヘッドを移動させて副走査する。このようにして二次元走査しながら、射出ヘッドから光ビームを射出して、レンズを介して記録材料上に画像描画する。

ここで、副走査方向の生産性を上げるために、複数本の光ファイバーを、副走査方向に一列に並べて束にした光ファイバーアレイ形式のマルチビーム射出ヘッドが知られている。ところが、このような射出ヘッドでは、光ファイバーの直径が走査線密度の上限を規定してしまうことになる。そのため、走査方向に複数の列を設け、それぞれの列の光ファイバーの副走査方向の位置を、互いに微妙にずらすことにより走査線密度を高める発明が開示されている（例えば、特許文献１参照）。また、光ファイバーの列を副走査方向から傾けることにより、走査線密度を高めるヘッドも開示されている（例えば、特許文献２、３参照）。

しかし、いずれも露光ヘッドが複雑で製作に費用がかかったり、または、光ファイバー列を傾ける機構が複雑で露光ヘッドのビームピッチの調整が難しいなどの問題点があった。
特開２０００−１４１７４９号公報 特開２００２−１６９１１３号公報 特開２００２−３６１９１１号公報

本発明は、製作が簡単で費用がかからず、かつビームピッチの微調整が比較的簡単に行なえるマルチビーム射出ヘッドや露光ヘッド等のヘッド部材、およびそれらを用いた露光装置を提供することを課題とする。

本発明の第一は、複数の光ファイバーが互いに並行で等間隔かつ平面的に配置された光ファイバー列を、互いに平行にｎ列（ｎは１または２以上の整数）備え、一面上に前記光ファイバーのビーム出射端列が配置されたマルチビーム射出へッドであって、前記光ファイバー列ごとに沿うｎ個の平面で区分けされたｎ＋１個の部品が積層された円柱形をなし、前記一面が前記円柱形の端面の一方であり、前記ビーム出射端の全部の幾何学的中心と前記一面の幾何学中心とが略一致することを特徴とするマルチビーム射出ヘッドである。

発明の第二は、複数の光ファイバーが互いに並行で等間隔かつ平面的に配置された光ファイバー列を互いに平行にｎ列（ｎは１または２以上の整数）備え、一面上に前記光ファイバーのビーム出射端列が配置されたマルチビーム射出へッドであって、前記光ファイバー列ごとに沿うｎ個の平面で区分けされたｎ＋１個の部品が積層された円柱形をなし、前記一面が前記円柱形の端面の一方であり、前記ビーム出射端の幾何学的中心と前記一面の幾何学中心とが略一致するマルチビーム射出ヘッドと、マルチビーム射出ヘッドからのビームを縮小するレンズと、中空の円筒部材とを備え、前記レンズの側面が前記円筒部材の一端に固定され、前記射出ヘッドが、前記一面が前記レンズに面するように前記円筒部材の他端に固定され、かつ前記レンズの開口中心と前記円筒部材の中心軸が略一致することを特徴とするマルチビーム露光ヘッドである。

ここで、前記円筒部材が、前記レンズの側面を覆うように構成されており、かつ遮光性であることは好ましい。

発明の第三は、記録材料を回転ドラム上に担持し、前記回転ドラムが回転して主走査を行うと共に、前記回転ドラムの回転軸方向に露光光源が移動する副走査を行って二次元走査しながら、マルチビーム露光ヘッドにより前記記録材料を露光するマルチビーム露光装置であって、前記マルチビーム露光ヘッドが上記に記載のものであり、前記光ファイバー列に沿う平面が、前記副走査方向と鋭角をなすことを特徴とするマルチビーム露光装置である。

露光ヘッドの製作が簡単で費用がかからない。部品点数も少なくて済む。また、露光装置作成時の露光ヘッドのビームピッチの微調整が容易に行える。

以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。図１は、複数の光ファイバを束ねてマルチビームを射出する射出ヘッドの概略構成を示した図である。図１（ａ）は、射出ヘッドの正面図であり、（ｂ）は右側面図であり、（ｃ）は射出ヘッド１の構成を示した斜視図である。

射出ヘッド１は円柱形であって、一方の端面上に光ファイバのビーム射出端４１、５１が並んでいる。また、射出ヘッド１は、互いに平行で等間隔に並べられた光ファイバ４０の一列と、光ファイバ４０の列と平行に同様に光ファイバー５０が並べられた他の一列との合計二列の光ファイバー列を備えている。これら二列は、互いに平行であって、円柱の端面の幾何学的中心３に対して点対照となるように配置されている。つまり、端面の幾何学的中心３と、光ファイバーの射出端全部の幾何学的中心とが一致するように配置されている。このように配置することで、射出ヘッドを中心軸周りに回転させて角度調整しても、射出ヘッドの光軸がずれることがない。光ファイバー列は、１列でもよいし、３列以上でもよいが、それらは互いに平行であって、それら全部の幾何学的中心と端面の幾何学的中心３とが一致するように配置する。

射出ヘッド１は、図１（ｃ）に示したように、二列の光ファイバー列に沿った二つの平面でそれぞれ分割された三つの部品１０、２０、３０が積層されて構成されている。それぞれの部品の間には、光ファイバー４０と５０が一定本数ずつ、たとえば３２本ずつ（図１では８本）が等間隔で光軸方向となるように挟まれて固定されている。

部品１０は、略蒲鉾形状であり、円柱の側面の一部をなす曲面１１と、端面の一部をなす平面１５と、光ファイバーに接する平面１２を有している。面１２には、面１３と１４で構成されたＶ字型の光軸方向の溝１６が、互いに平行に、光ファイバーの本数分だけ刻まれている。これら溝の各々に光ファイバーが一本ずつ挟まれて固定される。

部品２０はスペーサであり、円柱の側面の一部をなす曲面２３、２４と、端面の一部をなす平面２５と、光ファイバーに接する平面２１、２２を有している。平面２１、２２はそれぞれ光ファイバーと接し、溝と協同して光ファイバーを挟み込んで固定する。

部品３０は、部品１０と同様に略蒲鉾形状であり、円柱の側面の一部をなす曲面３１と、端面の一部をなす平面３５と、光ファイバーに接する平面３２を有している。面３２には、面３３と３４で構成されたＶ字型の光軸方向の溝３６が、互いに平行に複数本刻まれている。部品３０は、、円柱の中心軸に対して部品１０と線対称になるように配置される。

これら三つの部品の平面１２と平面２１、平面２２と平面３２が、それぞれ接するように積層されて互いに固定されることで円柱形となる。このような部品は、比較的簡単に製造することができ、精度を高めることも容易である。なお、これらの部品は、放熱の観点から金属製であることが好ましく、さらに追随性と重量の観点から、ここではアルミニウム製としている。チタンなどの他の金属を用いてもよいことはいうまでもない。

ここで、光ファイバー列がｎ列ある場合は、それらに沿う平面がｎ個あるから、円柱形を構成する部品はｎ＋１個となる。ｎは１でもよいし、図１のように２でもよく、また、３以上であってもよい。ｎ＋１個のうち、２個が部品１０または３０と同様であり、残りが部品２０と同様のスペーサとなる。なお、光ファイバーを挟む溝は、部品１０と３０には刻まず、スペーサだけに刻むようにしてもよいし、部品１０、３０とスペーサとの両方に刻んでもよい。

このように、構成が比較的単純な部品を積層して円柱形の射出ヘッドを構成することで、射出ヘッドの組み立てが簡単となり、射出ヘッドの精度もでやすい。また、露光装置を組み立てる際に、光ファイバー列を副走査方向に対して傾ける角度の調整がきわめて容易となる。

図２は、このような射出ヘッド１を用いて構成された露光ヘッド８０の概略構成を示した図である。（ａ）は側面図であり、（ｂ）は斜視図である。露光ヘッド８０は、射出ヘッド１と、当該射出ヘッド１のビーム射出端４１、５１から射出されたビームを記録材料上で縮小させるためのレンズ７０と、レンズ７０と射出ヘッドとを連結する遮光性で中空の円筒部材６０とからなる。レンズ７０は、円筒部材６０の中心軸と光軸７１が一致するように、円筒部材６０の一端に円筒部材の内面にレンズ７０の側面が接するようにしてはめ込まれている。なお、レンズ７０としては、単レンズでもよいし、複数のレンズを組み合わせたレンズ群であってもよい。

円筒部材６０の他端には、レンズ７０に対してビームの射出端４１、５１が設けられた端面を向けて、射出ヘッド１がレンズ７０と同様にしてはめ込まれている。円筒部材の中心軸と射出ヘッドの円柱の中心軸は一致するように構成される。この結果、レンズ７０の光軸と、射出ヘッドの円柱の中心軸が一致し、光軸周りに露光ヘッドを回転させてもレンズ収差の影響を生じるおそれがなくなる。

露光装置の製造段階では、レンズ７０と円筒部材６０とは固定しておくのがよいが、円筒部材６０と射出ヘッド１とは互いに回転可能に仮留め状態に留めている。このようにすることにより、円筒部材６０に対して射出ヘッド１を摺動回転することが可能となり、光ファイバー列を副走査方向に対して傾ける角度調整がきわめて容易となる。また、円筒部材６０と射出ヘッド１とを固定しておき、露光ヘッド８０を露光装置に取り付ける部材と露光ヘッド８０との間を仮留めにして、露光ヘッド８０を露光装置に対して回転可能にしてもよい。いずれの場合も、角度調整が終了したあとに仮留め状態から固定状態に移行させる。

図３は、図１の射出ヘッド１を用いて露光装置を製造する際に、必要な角度調整について説明した模式図である。角度調整は、光ファイバー列が副走査方向Ｐから鋭角θをなすように、射出端の幾何学中心３を中心として回転することでなされる。このとき、二列の光ファイバー列の光ファイバーのいずれもが主走査方向に重複しないように調整する。さらに、副走査方向に対して幾何学中心３に隣接する光ファイバー４２と５３との副走査方向の距離ｄ０が、それぞれの光ファイバー列において隣接する光ファイバー間の距離ｄ１と同じになるように角度θを定める。このように定めることで、二列の光ファイバー列で高い走査線密度を実現することができる。光ファイバー列が三列以上でも同様にして角度調整すればよい。射出ヘッド１または露光ヘッド８０では、この角度の微調整がきわめて容易である。

図４は、このような露光ヘッド８０を用いて、記録材料を露光する露光装置１００の概略構成を示した模式図である。図１（ａ）は側面図であり、（ｂ）は上面図である。露光装置１００は、射出ヘッド１とレンズ７０と円筒部材６０とからなる露光ヘッド８０と、射出ヘッド１に光ビームを送出する露光光源１０３と、射出ヘッド１と露光光源１０３を光接続する光ファイバー４０、５０と、円筒形状で軸回りに回転可能で、露光により画像を記録する記録材料を外周面上に担持するドラム１１０と、露光ヘッド８０を光ビームの光軸方向に随時移動させてピント調整する駆動機構１０２と、記録材料の露光面までの距離を光学的に検出する距離センサ１０４とを備えている。そのほか、ドラムを所定速度で回転させる回転機構、記録材料を供給してドラムに担持させるフィード機構、記録材料をドラムから取り出す排出機構、移動台１０５を副走査方向に駆動する移動台駆動機構等を備えているが、いずれも図示していない。なお、露光装置１００の各部分は、これも図示しない制御部のコントロール下で動作する。

移動支持台１０５は、装置架台１２０上にレール１２１を介して、図示されない移動機構により移動可能に取り付けられている。このレール１２１と、回転ドラム１１０の回転軸１１２とは、略平行となるように位置が設定されている。制御部からこの移動台駆動機構に出力される駆動信号に基いて、移動支持台１０５は、回転ドラム１１０の回転軸１１２と略平行方向に移動する。この移動方向が副走査方向Ｐとなる。

回転ドラム１１０は、装置架台１２０上に、回転可能に取り付けられた円筒形状の部材である。回転ドラム１１０は、装置架台１２０に起立して設けられた支持部材１１３によって周方向に回転可能に軸支されており、図示されない回転機構により、主走査方向であるＲ方向に所定の角速度で回転する。回転ドラム１１０は、光露光で画像を形成する際、その外周面上に記録材料を巻き付けるように保持するとともに、制御部からの制御信号が回転ドラム駆動機構に出力されることにより、図１中の矢印Ｒの方向に回転するようになっている。

駆動機構１０２は、移動支持台１０５上に搭載されている。駆動機構１０２は、図示されないステッピングモータとボールねじにより、制御部からの指示に基づいて腕１０１を光軸方向に平行移動させる。腕１０１の移動方向と距離は、後述する距離センサ１０４の測定値により制御部が演算する。これにより、露光ヘッド８０と記録材料との距離が変化することで光ビームのピント調整が行われる。なお、ステッピングモータとボールねじに代えて圧電アクチュエータ等を用いてもよい。

露光ヘッドは、露光ヘッド８０の円筒部材６０の部分で、駆動機構１０２から装置上側に突出した腕１０１に固定されている。露光装置の製造段階では、露光ヘッド８０の射出ヘッド１は、仮留め状態で光軸周りに回転可能となっている。この射出ヘッド１が、副走査方向に対して所定の角度をなすように摺動回転されて、光ファイバー列が図３に記載のごとき角度で傾けられる。仮に設定された傾きにより、良好な走査線密度の画像が得られると、射出ヘッドが円筒部材に固定される。

露光光源１０３は、移動支持台１０５上に搭載されており、複数の半導体レーザ（ＬＤ）または発光ダイオード（ＬＥＤ）の発光素子が、射出ヘッドの構成に対応して二列並列に設けられている。露光光源１０３は、制御部の露光制御回路から出力される露光制御信号に基づいて、該当する発光素子を所定の強度で発光する。

距離センサ１０４は、回転ドラム１１０に保持される記録材料の露光面に検出光を照射して、その反射光の位置を測定して深度方向距離情報信号に変換して制御部に出力する。制御部では、深度方向距離情報信号から露光ヘッドのあるべき位置を演算し、駆動機構１０２に駆動信号を送出して腕１０１を光軸方向に平行移動させる。これにより、露光ビームのピント調整が行われる。

このような露光装置とすることで、装置製造の際の光ファイバー列の角度調整がきわめれて容易となる。また、露光ヘッド製造のための手間やコストも低減されるから、露光装置を低コストで製造することが可能となる。

射出ヘッドの（ａ）全体正面、（ｂ）全体右側面、（ｃ）部品構成を、それぞれ示した模式図である。 露光ヘッドの概略構成を示した（ａ）側面図と（ｂ）斜視図である。 射出ヘッドの角度調整について説明した模式図である。 露光装置の（ａ）側面、（ｂ）上面の概略構成を示した模式図である。

符号の説明

１ 射出ヘッド
３ 幾何学的中心
１０ 蒲鉾型部品
１１ 曲面（円周面の一部）
１２ 平面
１３ Ｖ字型溝を構成する面
１４ Ｖ字型溝を構成する面
１５ 平面（円柱端面の一部）
１６ Ｖ字型溝
２０ スペーサ
２１ 接触面
２２ 接触面
２３、２４ 曲面（円周面の一部）
２５ 平面（円柱端面の一部）
３０ 蒲鉾型部品
３１ 曲面（円周面の一部）
３２ 接触面
３３ Ｖ字型溝を構成する面
３４ Ｖ字型溝を構成する面
３５ 平面（円柱端面の一部）
３６ Ｖ字型溝
４０ 光ファイバー
４１ ビーム射出端
４２ 光ファイバー
５０ 光ファイバー
５１ ビーム射出端
５２ 光ファイバー
６０ 円筒部材
７０ レンズ
７１ 光軸
８０ 露光ヘッド
１００ 露光装置
１０１ 腕
１０２ 駆動機構
１０３ 露光光源
１０４ 距離センサ
１０５ 移動支持台
１１０ 回転ドラム
１１１ 外周面
１１２ 回転軸
１１３ 支持部材
１２０ 装置架台
１２１ レール

Claims (4)

1. 複数の光ファイバーが互いに並行で等間隔かつ平面的に配置された光ファイバー列を、互いに平行にｎ列（ｎは１または２以上の整数）備え、一面上に前記光ファイバーのビーム出射端列が配置されたマルチビーム射出へッドであって、前記光ファイバー列ごとに沿うｎ個の平面で区分けされたｎ＋１個の部品が積層された円柱形をなし、前記一面が前記円柱形の端面の一方であり、前記ビーム出射端の全部の幾何学的中心と前記一面の幾何学中心とが略一致することを特徴とするマルチビーム射出ヘッド。
2. 複数の光ファイバーが互いに並行で等間隔かつ平面的に配置された光ファイバー列を互いに平行にｎ列（ｎは１または２以上の整数）備え、一面上に前記光ファイバーのビーム出射端列が配置されたマルチビーム射出へッドであって、前記光ファイバー列ごとに沿うｎ個の平面で区分けされたｎ＋１個の部品が積層された円柱形をなし、前記一面が前記円柱形の端面の一方であり、前記ビーム出射端の幾何学的中心と前記一面の幾何学中心とが略一致するマルチビーム射出ヘッドと、マルチビーム射出ヘッドからのビームを縮小するレンズと、中空の円筒部材とを備え、前記レンズの側面が前記円筒部材の一端に固定され、前記射出ヘッドが、前記一面が前記レンズに面するように前記円筒部材の他端に固定され、かつ前記レンズの開口中心と前記円筒部材の中心軸が略一致することを特徴とするマルチビーム露光ヘッド。
3. 前記円筒部材が、前記レンズの側面を覆うように構成されており、かつ遮光性であることを特徴とする請求項２に記載のマルチビーム露光ヘッド
4. 記録材料を回転ドラム上に担持し、前記回転ドラムが回転して主走査を行うと共に、前記回転ドラムの回転軸方向に露光光源が移動する副走査を行って二次元走査しながら、マルチビーム露光ヘッドにより前記記録材料を露光するマルチビーム露光装置であって、前記マルチビーム露光ヘッドは請求項２または３に記載のものであり、前記光ファイバー列に沿う平面が、前記副走査方向と鋭角をなすことを特徴とするマルチビーム露光装置。
   

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