JP2006251052A - 画像記録方法とその装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】基準マーク作成方法における手間を軽減するとともに、多層構成基板等の多層構成を有する記録媒体への画像記録を行うのに好適な、画像記録位置合わせの精度を向上させ得る画像記録方法とその装置を提供すること。
【解決手段】光ビーム記録ヘッドを用いて、前記画像記録媒体の記録面に画像を記録する画像記録方法であって、前記画像記録媒体への画像記録位置を決定するための基準マークを、前記画像記録媒体に記録すべき描画データ、もしくはこの描画データに付随する基準マークの描画データから作成し、この描画データから作成した基準マークと、前記画像記録対象である画像記録媒体から読み取ったマークとを照合して、前記画像記録媒体への画像記録位置を決定することを特徴とする画像記録方法、並びにこれを具体化した装置。
【選択図】 図11

Description

本発明は、光ビームを画像記録媒体の記録面へ結像させるための光学系を備えた記録ヘッドを用いて、前記画像記録媒体の記録面に画像を記録する画像記録方法とその装置に関し、より具体的には、多層構成基板への画像記録を行うのに好適な、画像記録位置合わせの精度を向上させ得る画像記録方法とその装置に関するものである。
上記記録ヘッドとして、デジタル・マイクロミラー・デバイス(DMD)等の空間光変調素子(記録素子)を利用し、画像データに応じて変調された光ビームを照射する記録ヘッドを用いて記録媒体へ画像を記録(例えば、感光材料への画像露光)する画像記録装置が種々提案されている(特許文献1参照)。
このDMDは、制御信号に応じて反射面の角度が変化する多数のマイクロミラーが、シリコン等の半導体基板上にL行×M列の2次元状に配列されたミラーデバイスであり、単一の光源をこのDMDに照射することで、DMDの分解能に応じた複数の光を独立して変調制御することができる。
一般に、DMD等の記録素子は、各行の並び方向と各列の並び方向とが直交するように格子状(マトリクス状)に配列されているが、この記録素子を、走査方向(副走査方向)に対して傾斜させて配置することで、走査時に走査線の間隔が密になり、解像度を上げることができる。
ところで、上記のような複数の光ビームを同時に走査するための走査光学系の形態としては、定盤上を摺動可能な記録ステージを設け、記録媒体を前記記録ステージ上に平面的に位置決めして、前記記録ヘッドから照射される光ビームの発光点の配列方向(x方向)に対して略直交する方向(y方向)に記録ステージを移動(走査)しながら、固定配置された記録ヘッドからの光ビームを照射する構造が好ましい。
この場合、解像度を高くしようとすればするほど、光ビームの走査位置の精度を上げなければならず、記録ステージの移動直進性はもちろん、記録ステージへの記録媒体の位置決めが重要となる。このため、記録ヘッドによる画像記録とは別に、記録媒体に設けた位置決め用のマーク(基準マークまたはアライメントマークと呼ばれるが、以下では、単にマークということにする)を読み取るためのマーク読取手段(例えば、カメラユニット)を配設し、カメラユニットによって読み取ったマークの位置情報に基づいて、電気的に画像記録位置を補正することが必要となる。
また、多層構成を有する記録媒体(いわゆる、多層構成基板)への画像記録を行う場合には、上述のような記録ステージへの記録媒体の位置決めの精度を向上させるとともに、さらに、多層構成基板の各層間における画像記録位置合わせの精度を向上させることが重要となる。
ここで、通常行われる画像記録の手順としては、記録ステージの定盤上での往路移動中にマークを読み取り、復路移動中に画像記録を実行することになる。
米国特許第005132723号
ところで、上述の記録媒体に設けた位置決め用のマークは、マーク読取手段により読み取った多数の画像のうちから、予め登録されている基準マークと照合されて対応が確認されたものが(位置決め用の)マークとして抽出されるものである。そして、この際に用いられる基準マーク、すなわち予め登録されている基準となるマークは、これも前述のカメラユニットによって読み取った画像を用いるのが普通であった。
しかしながら、従来のこのような基準マークの作成方法においては、この基準マークを作成する際に要する手間が大きく、また、作成した画像の信頼性にも問題があった。
すなわち、前述のカメラユニットによって読み取った画像は、被写体である基板表面の状態(反射率,平面度等)により、必ずしも鮮明な画像が得られるとは限らないという問題である。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、従来の基準マーク作成方法における問題を解消し、基準マーク作成に要する手間を軽減可能とする画像記録方法とその装置を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、多層構成基板等の多層構成を有する記録媒体への画像記録を行うのに好適な、画像記録位置合わせの精度を向上させ得る画像記録方法とその装置を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明の請求項1に係る画像記録方法は、前記画像記録媒体の記録面に画像を記録する画像記録方法であって、前記画像記録媒体への画像記録位置を決定するための基準マークを、
(a)前記画像記録媒体に記録すべき描画データから作成、
(b)前記描画データに付随する、前記基準マークを作成するための他の描画データから作成、もしくは
(c)前記描画データとは別に管理される、前記基準マークを作成するためのさらに他の描画データから作成し、
この基準マークと、前記画像記録対象である画像記録媒体から読み取ったマークとを照合して、前記画像記録媒体への画像記録位置を決定することを特徴とする。
ここで、画像記録方法は、光ビームを画像記録媒体の記録面に結像させるための光学系を備えた記録ヘッドを用いて、前記画像記録媒体の記録面に画像を記録する画像記録方法であることが好ましい(請求項2参照)。
請求項1,2に記載の画像記録方法によれば、基準マークを画像記録媒体に記録すべき描画データ、もしくはこの描画データに付随する基準マークの描画データから作成するようにしたことにより、基準マーク作成方法における手間を軽減可能とする画像記録方法を実現できるという効果が得られる。
また、本発明の請求項3に係る画像記録方法は、請求項1または2に記載の画像記録方法において、前記描画データから基準マークを作成するに際し、前記画像記録媒体が搬送されることに起因する影響を考慮して前記基準マークを作成するようにしたことを特徴とする。
請求項3に記載の画像記録方法によれば、画像記録媒体からマークを読み取る際に、記録ヘッドと画像記録媒体とを相対的に移動させて読み取りの高速化を図った場合においても、上記移動に起因する影響を考慮した基準マークを用意しておくことで、読み取ったマークが変形したマークであっても確実に画像記録媒体と記録ヘッドとの相対位置を認識することができるようになる。
一方、本発明の請求項4に係る画像記録装置は、画像記録手段を用いて画像記録媒体の記録面に画像を記録する画像記録装置であって、前記画像記録手段に隣接配置され、前記画像記録媒体上に設けられた位置決めマークを読み取るマーク読取手段と、上位装置から供給される前記画像記録媒体に記録すべき描画データ、もしくはこの描画データに付随する基準マークの描画データから、前記画像記録媒体への画像記録位置を決定するための基準マークを作成する基準マーク作成手段と、この基準マーク作成手段が作成した基準マークを記憶する基準マーク記憶手段と、前記マーク読取手段による前記位置決めマークの読み取り結果を、前記基準マーク記憶手段に記憶されている基準マークと照合するマーク照合手段とを有し、前記基準マーク記憶手段は、前記画像記録媒体に記録すべき描画データ、もしくはこの描画データに付随する基準マークの描画データから作成された基準マークを記憶するものであることを特徴とする。
ここで、前記画像記録装置は、光ビームを画像記録媒体の記録面に結像させるための光学系を備えた記録ヘッドを用いて、前記画像記録媒体の記録面に画像を記録する画像記録装置であって、前記マーク読取手段は、前記記録ヘッドに隣接配置され、前記画像記録媒体上に設けられた位置決めマークを読み取るものであることが好ましい。
請求項4,5に記載の画像記録装置によれば、基準マークを画像記録媒体に記録すべき描画データ、もしくはこの描画データに付随する基準マークの描画データから作成するようにしたことにより、基準マーク作成方法における手間を軽減可能とする画像記録装置を実現できるという効果が得られる。
また、本発明の請求項6に係る画像記録装置は、請求項4または5に記載の画像記録装置において、前記基準マーク記憶手段に記憶する、前記描画データから作成された基準マークとして、前記画像記録媒体が搬送されることに起因する影響を考慮して作成されたものを記憶することを特徴とする。
請求項6に記載の画像記録装置によれば、画像記録媒体からマークを読み取る際に、記録ヘッドと画像記録媒体とを相対的に移動させて読み取りの高速化を図った場合においても、上記移動に起因する影響を考慮した基準マークを用意しておくことで、読み取ったマークが変形したマークであっても確実に画像記録媒体と記録ヘッドとの相対位置を認識することができるようになる。
以上、説明したように、本発明によれば、従来の基準マーク作成方法における手間を軽減するとともに、多層構成基板等の多層構成を有する画像記録媒体への画像記録を行うのに好適な、画像記録位置合わせの精度を向上させ得る画像記録方法とその装置を提供することができ、作業効率を向上することができるという優れた効果を有する。
また、本発明によれば、上述の効果に加えて、多層構成基板等の多層構成を有する記録媒体への画像記録を行うのに好適な、画像記録位置合わせの精度を向上させ得る画像記録方法とその装置を実現できるという効果が得られる。
以下、本発明の一実施形態に係る画像記録方法を適用した画像記録装置を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。
図1〜図3には、本実施形態に係るフラットベッドタイプの画像記録装置10が示されている。
本実施形態に係る画像記録装置10は、棒状の角パイプを枠状に組み付けて構成された直方体形状の枠体12に各部が収容されて構成されている。なお、枠体12には、図示されていないがパネルが張り付けられることで、その内外を隔離している。
枠体12は、背高の筐体部12Aと、この筐体部12Aの一側面から突出するように設けられたステージ部12Bとから構成されている。このステージ部12Bは、その上面を筐体部12Aよりも低位に配設することで、作業者がこのステージ部12Bの前に立ったときに、ほぼ腰の高さの位置となるように構成されている。
また、ステージ部12Bの上面には、開閉蓋14が設けられている。この開閉蓋14の筐体部12A側の一辺には、図示されていない蝶番が取り付けられており、この一辺を中心として開閉動作が可能となっている。開閉蓋14を開放した状態のステージ部12Bの上面には、露光ステージ16(図4参照)が露出可能となっている。
露光ステージ16の下面には、断面略「コ」の字型の脚部16A(図4参照)が取り付けられており、この脚部16Aは、このステージ部12Bから上記筐体部12Aまで延設された定盤18に対して、露光ステージ16を摺動可能に支持するとともに、互いに平行、かつ定盤18の長手方向に沿って配設された一対の摺動レール20を介して支持されている。
ここで、露光ステージ16は、上記摺動レール20に支持されることで、ほとんど摩擦抵抗なく(ベアリング等を介している場合は、そのベアリングの転がり抵抗のみで)図1中のy方向に摺動可能となっている。また、上記定盤18の長手方向一端部は上記ステージ部12Bまで至っており、露光ステージ16がこの位置に位置している状態で、作業者は露光ステージ16上に感光材料22を載置あるいは取り出すことができる。
定盤18は、筐体部12Aを構成する角パイプに対して強固に固定された架台24に支持されており、露光ステージ16の移動軌跡の基準となっている。また、この定盤18の長手方向に沿って配設された一対の摺動レール20の間には、リニアモータ部26が配設されている。
このリニアモータ部26は、ステッピングモータの駆動力を応用した直線型の駆動源であり、定盤18の長手方向に沿って設けられた棒状のステータ部(磁石部)26A(図2参照)と、露光ステージ16の下面側に設けられ上記ステータ部26Aとは所定の間隔を持って配置されたコイル部26Bとから構成されている。
すなわち、露光ステージ16は、コイル部26Bへの通電によって発生する磁界とステータ部26Aの磁界との磁力作用により駆動力を得て、上記摺動レール20に沿って定盤18上を、その長手方向(y方向)に移動するように構成されている。
上述したように、リニアモータの原理はステッピングモータと同様であるため、本実施形態に係る露光ステージ16は、電気的な制御により、定速性,位置決め精度並びに始動,停止時のトルク変動等について精度の高い駆動制御が可能となっている。
また、リニアモータ部26には、図示されていないがリニアエンコーダが付設されており、このリニアエンコーダは、露光ステージ16とともにコイル部26Aがステータ部26Bに対してy方向へ相対移動する際に、その往復移動方向に対応する極性のパルス信号を移動量に比例するパルス数だけパルスカウンタへ出力する。
露光ステージ16には、前述のように、感光材料22がセットされるようになっている。露光ステージ16には、感光材料22の載置面に複数の溝(図示は省略されている)が設けられており、感光材料22が所定位置に位置決めされた状態で、バキュームポンプ等によって溝内を負圧とすることで、感光材料22を密着・保持させることができる。
露光ステージ16の、定盤18上における移動軌跡のほぼ中間位置には、露光ヘッドユニット28(図5参照)が配設されている。この露光ヘッドユニット28は、上記定盤18の幅方向両端部の外側にそれぞれ立設された一対の支柱29に掛け渡されるように架設されている。すなわち、露光ヘッドユニット28と定盤18との間を上記露光ステージ16が通過するようにゲートが形成されている構成である。
上記露光ヘッドユニット28は、複数のヘッドアッセンブリ28Aが前記定盤18の幅方向に沿って配列されて構成されており、上記露光ステージ16を定速度で移動させながら、所定のタイミングでそれぞれのヘッドアッセンブリ28Aから照射される複数の光ビーム(詳細について後述する)を上記露光ステージ16上の感光材料22へ照射することで、感光材料16を露光することができるようになっている。
図6(B)に示すように、露光ヘッドユニット28を構成するヘッドアッセンブリ28Aは、m行n列(例えば、2行5列)のマトリックス状に配列されており、これら複数のヘッドアッセンブリ28Aが上記露光ステージ16の移動方向(副走査方向、図1中のy方向)と直交する方向(すなわち、主走査方向、図1中のx方向)に配列されている。本実施形態に係る露光ヘッドユニット28では、感光材料22の幅との関係で、2行で合計10個のヘッドアッセンブリ28Aが配設されている。
ここで、1つのヘッドアッセンブリ28Aによる露光エリア28Bは、副走査方向を短辺とする矩形状で、かつ、副走査方向に対して所定の傾斜角で傾斜しており、露光ステージ16Aの移動に伴い、感光材料22にはヘッドアッセンブリ28A毎に帯状の露光済み領域が形成される(図6(A)参照)。
図1に示すように、前記筐体部12A内には、前記定盤18上の露光ステージ16の移動を妨げない別の場所に光源ユニット30が配設されている。この光源ユニット30には複数のレーザ(半導体レーザ)を収容しており、このレーザから出射する光を図示されていない光ファイバを介して、それぞれのヘッドアッセンブリ28Aへ案内している。
それぞれのヘッドアッセンブリ28Aは、上記光ファイバによって案内され入射された光ビームを空間光変調素子である図示されていないデジタル・マイクロミラー・デバイス(DMD)によってドット単位で制御し、感光材料22に対してドットパターンを露光する。本実施形態に係る画像記録装置10では、この複数のドットパターンを用いて、1画素の濃度を表現するようになっている。
図7に示すように、前述した帯状の露光済み領域28B(1つのヘッドアッセンブリ28A)は、二次元配列(例えば4×5)された20個のドットによって形成される。
また、上記二次元配列のドットパターンは、副走査方向に対して傾斜されていることで、副走査方向に並ぶ各ドットが、副走査方向と交差する方向(主走査方向)に並ぶドット間を通過するようになっており、実質的なドット間ピッチを狭めることができ、高解像度化を図ることができる。なお、上記のようにヘッドアッセンブリ28Aの傾斜は、装置の標準解像度の設定によっては、同一走査線上に複数のドットパターンが重複する場合がある。このような場合には、何れか一方のドットパターン(図7では、斜線を施したドットパターン)に対応するDMDを常にオフ状態とすることで、不使用のドットパターンを設ければよい。
ここで、ステージ部12Bにおいて、前記露光ステージ16上に位置決めされた感光材料22への露光処理は、前記露光ステージ16に感光材料22を載置し、定盤18上の摺動レール20に沿って奥側へ移動するとき(往路)ではなく、一旦、定盤18の奥側端部へ到達して、前記ステージ部12Bへ戻るとき(復路)に実行される。
すなわち、往路走行は、露光ステージ16上の感光材料22の位置情報を得るための移動であり、この位置情報を得るためのユニットとして、定盤18上には、アライメントユニット32(図8参照)が配設されている。
アライメントユニット32は、前記露光ヘッドユニット28よりも往路方向奥側に配設されており、筐体部12Aの一部を構成する一対の梁部34(図8参照)に固定されている。そして、このアライメントユニット32は、上記一対の梁部34に固定されるベース部36と、このベース部36に対して定盤18の幅方向へ移動可能な複数(本実施形態に係るアライメントユニット32では、4台)のカメラ部38とから構成されている。
カメラ部38は、それぞれ独立して前記ベース部36に沿って配設された互いに平行な一対のレール部40にカメラベース42を介してx方向に摺動可能に取り付けられている。このカメラ部38は、カメラ本体38Aの下面にレンズ部38Bが設けられ、このレンズ部38Bの突出先端部には、リング状のストロボ光源(LEDストロボ光源)38Cが取り付けられている。
このストロボ光源38Cからの光が、前記露光ステージ16上の感光材料22へ照射され、その反射光を、上記レンズ部38Bを介してカメラ本体38Aに入力させることで、感光材料22上のマークM(図9(A)参照)を撮影することができる。
上記カメラベース42は、それぞれ、ボールねじ機構部44の駆動によって、定盤18の幅方向(x方向)へ移動可能となっており、前記露光ステージ16の移動と、このボールねじ機構部44の駆動力による定盤18の幅方向への移動とによって、感光材料22の所望の位置にレンズ部38Aの光軸を配置することが可能となっている。すなわち、露光ステージ16と、感光材料22とは、作業者が感光材料22を載置することで、その相対位置関係が決まるため、若干のずれが生じることがある。
そこで、感光材料22に設けられたマークM(図9(A)参照)をカメラ本体38Aによって撮影する。この撮影によって上述のずれが認識され、露光ステージ16と既知の相対関係となっている前記露光ヘッドユニット28による露光タイミングに補正をかけ、感光材料22と画像との相対位置を所望の位置としている。
次に、露光ヘッドユニット28とカメラユニット32との相対位置関係について、詳細に説明する。
本実施形態に係る画像記録装置10では、このカメラユニット32と露光ヘッドユニット28との相対位置は、当該カメラユニット32の外観構造と、露光ヘッドユニット28の外観構造に基づいて、露光ステージ16が最も短距離の往復移動ですむような配置としている。
図10(A)は、本実施形態に係る画像記録装置10の露光ヘッドユニット28とカメラユニット32との配置関係を示す概略図である。
ステージ部12Bに位置する露光ステージ16が定盤18に沿って往路移動(図10(A)の右方向)するとき、まず、露光ヘッドユニット28の下を通過して、カメラユニット32へと至り、カメラユニット32へ到達する。このカメラユニット32を露光ステージ16の全面が通過までの距離が寸法L1となる。
一方、図10(B)は、往路でカメラユニット32による撮影が、復路で露光ヘッドユニット16による露光が行われる系において、通常実施されている配置関係を示す概略図である。
図10(A)と同様に、ステージ部12Bに位置する露光ステージ16が定盤18に沿って往路移動(図10(B)の右方向)するとき、まず、カメラユニット32の下を通過する。これにより、カメラユニット32による撮影が可能となる。
しかし、復路で露光ヘッドユニット28による露光を実施するためには、露光ステージ16の全面が露光ヘッドユニット28を通過するまで往路を継続しなければならず、結果として露光ステージ16の移動距離は、寸法L2となる。
ここで、寸法L1と寸法L2との関係は、明らかにL1<L2であり、本実施形態に係る画像記録装置10のように、往路で実施するカメラユニット32を往路移動方向奥側とすることで、露光ステージ16の移動量を軽減することが可能となっている。
次に、塵埃排除構造について説明する。
図1に示したように、定盤18における前記露光ヘッドユニット28を含む奥側は、筐体部12A内の空間に対してさらに隔離するように、チャンバ46が設けられている。
すなわち、チャンバ46内には、露光ヘッドユニット28とカメラユニット32が配設され、定盤18がこのチャンバ46内から前記ステージ部12Bへ連続されており、露光ステージ28のみが、チャンバ46内外を行き来(往路移動および復路移動)する構造となっている。
チャンバ46の天井部には、送風ダクト48の一端が取り付けられている。この送風ダクト48の他端部は、送風機50のエア排出口に取り付けられており、送風機50が作動すると、エアが送風ダクト48を介して上記チャンバ46内へ送り込まれる構成である。
ここで、チャンバ46にエアが送り込まれると、チャンバ46内は正圧となり、唯一の逃げ場、すなわち、露光ステージ16の移動空間を通って、ステージ部12Bへと流動する。この流動により、最も塵埃を回避するべき、露光ヘッドユニット28周辺の塵埃を排出することができ、かつ開閉蓋14の開放時であっても、圧力差によって新たな塵埃の侵入を防止することが可能となっている。
また、本実施形態に係る画像記録装置10では、前記露光ヘッドユニット28における露光ステージ16の往路移動方向手前側、すなわちステージ部12Bに近い側には、定盤18の幅方向に亘り、除電装置(イオナイザ)52が配設されている。
この除電装置52は、中空パイプ状の吹出部52Aと、この吹出部52Aへイオン化されたエアを供給するイオン発生部52Bと、で構成されており、定盤18に向けて、イオン化されたエアを吹き出す構造となっている。
より具体的には、イオン発生部52Bでは、アース電極と放電電極との間でコロナ放電が発生することでイオンが生成され、このイオンを送風源によって吹出部52Aへ案内し、静電気によって帯電している塵埃と異極のイオンによる中和し除電を行う。
これにより、感光材料22が載置された露光ステージ16が定盤18上を移動するとき、感光材料22の表面を除電し、静電気によって付着している塵埃を除去すると共に、エアブローで露光ステージ16の上方空間に浮遊する塵埃を除去することが可能となる。
次に、上記構成の画像記録装置10におけるアライメントの際に実行される、感光材料22と、露光ヘッドユニット28の相対位置関係を把握するための、感光材料22に付与されたマーク検出制御について説明する。
まず、本発明の特徴的動作である、基準マーク記憶手段としてのマークデータメモリ68に記憶される基準マークの作成方法について説明する。
前述の通り、マークデータメモリ68に記憶される基準マークは、画像記録媒体(感光材料)に記録すべき描画データ、もしくはこの描画データに付随する基準マークの描画データから作成されるものである。
ここで、上述の感光材料に記録すべき描画データとは、画像記録装置の前段に配設される、CAD(Computer Aided Design )並びにこれに接続されるCAM(Computer Aided Manufacture )システム中のRIP(Raster Image Processor )等により、ガーバー・フォーマット等から変換処理され出力される、基板パターン等を主とするラスターデータもしくはビットマップデータである(図11参照)。
従来は、この描画データは基板パターン等の実際の描画に供されるデータのみが含まれるものであったが、本発明に係る画像記録方法並びにこれを具体化した装置においては、
(a)この描画データ中のある種のデータをそのまま基準マークの描画データとして用いる
(b)この描画データ中に基準マークの描画データを追加する、もしくは、
(c)上記描画データとは別に管理される、前記基準マークを作成するためのさらに他の描画データから作成する
という工夫をしたことにより、基準マーク作成のための撮影を排除したものである。
上述の、(c)上記描画データとは別に管理される、前記基準マークを作成するためのさらに他の描画データから作成する場合というのは、例えば、予め基準マークを作成するためのデータを作っておき、記録媒体に記録すべき描画データと基準マーク識別用ID等の形で扱えるようにしておくことが可能である。
このような目的に使用可能な描画データは、例えば、上述のCAD並びにCAMシステム中のRIP等の処理プログラムそのまま(上記(a)の場合)、もしくはその一部を変更する(上記(b)の場合)ことにより、容易に、画像記録装置10に供給することが可能である。
また、後述するように、カメラ部38の撮影動作中に露光ステージ16を定盤18上で往路を定速度移動させる場合(いわゆる、流し撮り方式)においても、その移動速度や撮影時のシャッター速度等から推定される長円形マークML(図9(B)参照)を作成するような描画データを供給することにより、これに対応することが可能である。
このような方法により画像記録装置10に供給された描画データは、カメラユニット32におけるマーク検出のための制御系の機能ブロック図である、以下に説明する図12中のマークデータメモリ68を制御するメモリ制御部67の制御により、マークデータメモリ68に記憶され、後述する、露光開始時期補正ルーチン(図13参照)により読み出されて、マーク画像の照合に供される。
図12は、カメラユニット32におけるマーク検出のための制御系の機能ブロック図である。ここでは、カメラユニット32による撮影動作中に露光ステージ16を定盤18上で往路を定速度移動させる場合を例にして説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
コントローラ部54のカメラ動作制御部56では、露光ステージ動作制御信号が入力されると、カメラ部38に対して起動信号を送出する。この起動信号によりカメラ部38は起動し撮影待機状態になる。
また、コントローラ部54のトリガ信号生成部55では、前述したリニアエンコーダの出力パルスをカウントするパルスカウンタが所定のカウント値をとると(例えば、往路移動する露光ステージ16に搬送された感光材料22のマークMがカメラ部38の撮影画角内に入った位置に対応するパルス数をカウントした際)、トリガ信号を生成してカメラ動作制御部56およびストロボ発光制御部57へ送出する。
このトリガ信号の入力タイミングで、カメラ動作制御部56ではカメラ部38に対してタイミング信号を送出し、カメラ部38は撮影を行う。また、ストロボ発光制御部57ではストロボ光源38Cに対してタイミング信号を送出し、ストロボ光源38Cはカメラ部38の撮影動作に連動して発光する。
このように、露光ステージ16の動作タイミング(移動動作)と、カメラ部38による撮影タイミングおよびストロボ光源38Cの発光タイミングとは同期がとられている。
また、上記露光ステージ動作制御信号と共に、サイズデータが幅方向位置設定部58に入力され、この幅方向位置設定部58により、ボールねじ機構部44の動作が制御され、カメラ部38の定盤18に対する幅方向位置が調整される。
上記カメラ部38の撮影動作中において、露光ステージ16は、定盤18上の往路を定速度移動する。このため、露光ステージ16上に載置されている感光材料22に付与されたマークM(図9(A)参照)がカメラ部38によって撮影される。
撮影されたデータは、撮影データ解析部60へ送出され、撮影データの解析が行わる。基本的には、撮影された画像データはアナログデータ(光電変換直後は、光量が電圧に変換される)であるため、このアナログデータをデジタル画像データに変換し、当該デジタル画像データが位置データと共に数値(濃度値)管理される。
撮影データ解析部60で解析されたデジタル画像データは、マーク抽出部62へ送出され、マークを抽出し、マーク照合部64へ送出する。一方、上記デジタル画像データに対応付けられた位置データは、露光位置補正係数演算部66へ送出される。
前記マーク照合部64では、抽出したマークの画像データと、予めマークデータメモリ68に記憶された基準マークデータ(前述のように、CAM側から送付された描画データから作成されたデータ)とを照合し、一致/不一致を示す信号を前記露光位置補正係数演算部66へ送出する。
露光位置補正係数演算部66では、照合の結果、一致していると判別されたマークデータに対応する位置データと、本来の(設計上の)マークの位置データとの誤差を認識し、露光位置(露光ステージ16の移動方向における露光開始位置並びに、露光ステージ16の幅方向におけるドットのシフト位置)の補正係数を演算し、露光制御系へ送出する。そしてこの補正係数に基づき、感光材料22上に記録する画像の位置を適正位置に補正するよう、露光ヘッドユニット28の各ヘッドアッセンブリ28Aによる画像記録開始時期等を補正する。
本実施形態に係る画像記録装置10においては、露光ステージ16を定速度で移動しながらマークを検出している。そのため、図9に示すように、本来、感光材料22に付与されたマークMが円形である場合(図9(A)参照)に、これを、露光ステージ16を移動しながら撮影すると、撮影画像は撮影時のシャッタースピード等にもよるが、長円形マークML(図9(B)参照)となる。
前述の通り、従来はマークMを撮影(検出)する場合、露光ステージ16を一旦停止させていた。しかし、この露光ステージ16の一旦停止は、作業効率の低下を招き、高速処理に支障をきたす原因となる。
そこで、本実施形態に係る画像記録装置10では、マークデータメモリ68(図12参照)に記憶するマークデータを、カメラ部38の撮影環境(シャッター速度、露光ステージ16の移動速度等)を加味した画像ML’(図9(C)に示す長円形)としている。すなわち、上述のような撮影環境下で実際に露光ステージ16を移動しながら撮影した画像に対応したマークデータを、前述のように描画データから作成して記憶することで、照合の適正化を図っている。
次に、画像記録の流れについて、詳細に説明する。
感光材料22を表面に吸着した露光ステージ16は、リニアモータ部26の駆動力により、定盤18の摺動レール20に沿ってステージ部12Bから筐体部12Aの奥側へ一定速度で移動される(往路移動)。ここで露光ステージ16がカメラユニット32を通過する際に、カメラ部38により感光材料22に予め付与されたマークMを検出する。このマークMは、予め記憶されたマークと照合され、その位置関係に基づいて露光ヘッドユニット28による露光開始時期等が補正される。
図13には、上記露光開始時期補正ルーチンを示すフローチャートが示されている。
ステップ100では、露光開始指示があったか否かが判断され、肯定判定されると、ステップ102へ移行してカメラ部38を起動させるように指示する。なお、ステップ100で否定判定の場合は、このルーチンは終了する。
ステップ102でカメラ部38の起動を指示すると、次いでステップ104へ移行して感光材料22のサイズデータが入力されたか否かが判断される。このステップ104で肯定判定されると、ステップ106へ移行して入力したサイズデータに基づいてカメラ部38の定盤18に対する幅方向位置を調整する(ボールねじ機構部44の駆動制御)。
ステップ108では、調整が完了したか否かが判断され、肯定判定されると、ステップ110へ移行して露光ステージ16の往路移動を開始する。この露光ステージ16の移動は定速度搬送である。
露光ステージ16が往路移動中、ステップ112では、リニアモータ部26に設けられたリニアエンコーダの出力パルスをパルスカウンタがカウントすることによって露光ステージ16の位置を確認し(リニアモータ部26の駆動パルスでも判別可能)、ステップ114において撮影タイミングか否かが判断される。すなわち、露光ステージ16の移動方向先端がカメラユニット32の真下を通過する直前の位置か否かを判断し、肯定判定されると、ステップ116へ移行して撮影を開始する。
次のステップ118では、露光ステージ16の位置を確認し、ステップ120において撮影終了タイミングか否かが判断される。すなわち、露光ステージ16の移動方向後端がカメラユニット38の真下を通過し終えたか否かを判断し、肯定判定されると、ステップ122へ移行して撮影を終了する。
次のステップ124では、撮影したデータを解析し、次いでステップ126へ移行してマークMに相当する画像データを抽出する。
次いで、ステップ128では、マークデータメモリ68(図12参照)から基準データを読み出し、ステップ130において、撮影し、かつ抽出したマーク画像データと基準データとを照合する。
次のステップ132では、照合結果に基づいて露光位置補正係数を演算し、ステップ134へ移行して、演算した補正係数データを露光制御系へ送出し、このルーチンは終了する。
ところで、このカメラユニット32による感光材料22のマークMの撮影並びに露光開始時期補正は、前記往路移動中に露光ステージ16が停止することなく実行される。
一般に、移動方向の位置決めのみであれば(すなわち一次元)、移動中の検出であっても検出誤差を生じることはほとんどないが、感光材料の平面的な位置決め(すなわち二次元)の場合、少なくとも移動方向とこの移動方向と直交する方向の十字マーク(いわゆる、トンボマーク)が必要である。さらに、精度向上のためには、所定の面積をもつ画像をマークMとして用いることが好ましく、最適な形状が円形である。本実施形態に係る画像記録装置10では、この円形画像をマークM(図9(A)参照)として適用している。
この場合、露光ステージ16の移動中に撮影を行うと、カメラ部32のシャッタースピードや露光ステージ16の移動速度等の環境条件により、撮影された画像が円形とならず長円マークML(図9(B)参照)となる場合がある。
そこで、本実施形態に係る画像記録装置10では、マークデータメモリ68内に記憶する基準となるマーク画像を前記環境条件に基づいて設定された長円形画像ML’として記憶しておく(図9(C)参照)。これにより、実際に撮影し長円形状となったマークMLとの照合が可能となり、この照合の結果に基づいて、前述した感光材料22上に記録する画像の位置を適正な位置に補正するための、露光ヘッドユニット28の各ヘッドアッセンブリ28Aによる画像記録開始時期等の補正が可能となる。このように、感光材料22上に記録する画像記録位置を補正するためのマーク読み取りおよび感光材料22の位置の認識が、感光材料22の移動中でも確実に行えるようになるため、作業効率を向上することができる。
また、上述のように露光ステージ16(感光材料22)を移動させたまま行うマークMの撮影では、カメラ部38のストロボ光源38Cを用いてストロボ撮影するときに、図14(A)に示すようなタイミング信号によって撮影およびストロボ発光の各動作タイミングを制御し撮影してもよい。
図14(A)では、ストロボ光源38Cの発光動作を制御するタイミング信号S2は、カメラ本体38Aのシャッタータイミングのばらつきに対するマージンを確保するため、カメラ本体38Aの撮影動作を制御するタイミング信号S1に対してΔt遅らせており、さらに、ストロボ光源38Cの発光時間を定めるパルス幅W2は、パルス幅W2に上記のタイミング信号S1とS2との差Δtを加算した値が、カメラ本体38A側のシャッター開放時間を定めるパルス幅W1よりも小さくなるように設定されている(W1>W2+Δt)。
このタイミング信号S1、S2によりカメラ部38を制御してマークMをストロボ撮影すると、カメラ本体38Aのシャッター開放よりもΔt遅れてストロボ光源38Cが発光し、ストロボ光が露光ステージ16上の感光材料22に照射される。そして感光材料22の上面で反射した光は、レンズ部38Bを介してカメラ本体38Aへ入力され、シャッター開放時間内においてストロボ光源38Cが発光している間に移動した円形マークMの移動軌跡が、図14(B)に示すような長円マークMSとなって撮影される。
このようなストロボ撮影においても、撮影した長円マークMSのマーク画像に対し、上記の撮影条件(ストロボ発光時間)に基づいて設定される基準となるマーク画像を、図14(C)に示すような長円形画像MS’として作成しマークデータメモリ68内に記憶させて登録しておき、その長円形画像MS’との照合を行うことで、感光材料22の位置決め精度を向上することができる。
なお、この長円形画像MS’では、元のマークMに対する長手方向の寸法増加分(d)は、露光ステージ16の移動速度(v)×ストロボ発光時間(t)によって求められる。
また、このように撮影およびストロボ発光の各動作タイミングを制御して行うストロボ撮影であれば、カメラ本体38Aのシャッタースピードおよびシャッタータイミングのばらつきにより、撮影した長円マークMSの長手方向寸法に生じるばらつきが抑えられるため、マーク読み取りおよび照合精度が高められて感光材料22上に記録する画像記録位置の補正精度が向上する。
以上の画像記録位置補正(露光開始時期補正)を終えて、露光ステージ16が往路端まで至ると、折り返してステージ部12B方向へ定速度で戻ってくる(復路移動)。この復路移動中に露光ヘッドユニット28を通過することになる。
露光ヘッドユニット28では、上述の補正された露光開始時期に基づいて、DMDにレーザ光が照射され、DMDのマイクロミラーがオン状態のときに反射されたレーザ光が光学系を介して感光材料22へと案内され、この感光材料22上に結像される。
上記のように、本実施形態に係る画像記録装置10は、露光ステージ16の往復移動によって、感光材料22と露光ヘッドユニット16との相対位置に基づいて、露光開始時期を設定し(往路移動)、露光ヘッドユニット16による露光処理が実行される(復路移動)構成となっているが、このとき、往路移動に必要なユニットに先に到達する配置とするのが一般的である(図10(B)参照)。
しかし、本実施形態に係る画像記録装置10では、露光ステージ16の往路移動方向の手前側に露光ヘッドユニット28を配し、その往路移動方向奥側にカメラユニット32を配している(図10(A)参照)。
これは、カメラユニット32が、定盤18の幅方向に移動させるための機構を具備しており、定盤18の長手方向を占有する寸法が大きく、仮に図10(B)のように露光ステージ16の往路移動方向手前側に配置すると、このカメラユニット32の定盤18の長手方向の占有寸法分、露光ヘッドユニット28が後退された位置となる。
この結果、露光ステージ16の往路移動方向後端が、奥側の露光ヘッドユニット28の真下を通過し終えるまでに必要は距離が寸法L2となる。
一方、本実施形態に係る画像記録装置10の配置である図10(A)の場合、露光ヘッドユニット28とカメラユニット32とを比較的接近させた状態で配置することが可能となる。このため、露光ステージ16の往路移動方向後端分が、奥側のカメラユニット32の真下を通過し終えるまでに必要な距離は寸法L1となる。
すなわち、往路でカメラユニット32を用い、復路で露光ヘッドユニット28を用いるということから、露光ステージ16が必要なユニットに最先に到達するように配置するという一般的な概念ではなく、上記のように、カメラユニット32が定盤18の幅方向へ移行させるための機構が定盤18の長手方向を占有する場合、この移動機構と反対側を露光ヘッドユニット28に対面させ、露光ヘッドユニット28とカメラユニット32とが最も接近する配置することにより、露光ステージ16の移動距離を短くすることができ、ひいては処理効率の向上を図ることができる。
次に、前記露光ヘッドユニット28およびカメラユニット32が配設された領域は、チャンバ46によって他の筐体12A内の空間とは完全に隔離している。また、このチャンバ46の天井部には、送風ダクト48の一端が取り付けられている。送風機50の作動によって、当該送風機50のエア排出口からのエアがチャンバ46内へ送り込まれる。このエアの送り込みより、チャンバ46内は正圧となり、エアは、唯一の逃げ場であるステージ部12Bへと流動する。そして、この流動により、最も塵埃を回避するべき、露光ヘッドユニット28およびカメラユニット32周辺の塵埃をステージ部12Bから排出することができる。
また、感光材料22の露光ステージ16上への着脱の際、ステージ部12Bの開閉蓋14を開放する。このとき、この開放状態のステージ部12Bから塵埃が侵入することがあったが、本実施形態に係る画像記録装置10では、チャンバ46内部を正圧としているため、圧力差によって新たな塵埃が侵入することはなく、露光ヘッドユニット28およびカメラユニット32の周囲の環境悪化を防止することできる。
一方、感光材料22はそのベースの材質により静電気を帯び、電荷が帯電することで、塵埃を引き寄せることがある。静電気によってひきよせられて付着している塵埃は、前記エアの流動のみでは払拭しきれない場合がある。そこで、露光ヘッドユニット28における露光ステージ16の往路移動方向手前側に、定盤18の幅方向に亘って、除電装置(イオナイザ)52を配設した。
これにより、定盤18上を摺動する露光ステージ16に位置決めされた感光材料22は、必ずこの除電装置52に対向し、吹出部52Aからイオン化されたエアが吹き付けられる。
すなわち、イオン発生部52Bでアース電極と放電電極との間でコロナ放電を発生させて、静電気によって帯電している塵埃と異極のイオンを生成し、このイオンを送風源によって吹出部52Aから吹き出しているため、中和によって除電がなされる。
これにより、感光材料22が載置された露光ステージ16が定盤18上を移動するとき、感光材料22の表面を除電し、静電気によって付着している塵埃を除去すると共に、エアブローで露光ステージ16の上方空間に浮遊する塵埃を除去することができる。
なお、本実施形態に係る画像記録装置10では、空間変調素子としてDMDを用い、点灯時間を一定にしてオン/オフすることでドットパターンを生成するようにしたが、オン時間比(デューティ)制御によるパルス幅変調を行ってもよい。また、1回の点灯時間を極めて短時間として、点灯回数によってドットパターンを生成してもよい。
さらに、本実施形態に係る画像記録装置10では、空間光変調素子としてDMDを備えた記録素子ユニット166について説明したが、このような反射型空間光変調素子の他に、透過型空間光変調素子(LCD)を使用することもできる。例えば、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)タイプの空間光変調素子(SLM;Special Light Modulator)や、電気光学効果により透過光を変調する光学素子(PLZT素子)や液晶光シャッタ(FLC)等の液晶シャッターアレイなど、MEMSタイプ以外の空間光変調素子を用いることも可能である。
なお、MEMSとは、IC製造プロセスを基盤としたマイクロマシニング技術によるマイクロサイズのセンサ、アクチュエータ、そして制御回路を集積化した微細システムの総称であり、MEMSタイプの空間光変調素子とは、静電気力を利用した電気機械動作により駆動される空間光変調素子を意味している。さらに、Grating Light Valve(GLV)を複数ならべて二次元状に構成したものを用いることもできる。これらの反射型空間光変調素子(GLV)や透過型空間光変調素子(LCD)を使用する構成では、上記したレーザの他にランプ等も光源として使用可能である。
また、上記実施形態に係る画像記録装置10における光源としては、合波レーザ光源を複数備えたファイバアレイ光源、1個の発光点を有する単一の半導体レーザから入射されたレーザ光を出射する1本の光ファイバを備えたファイバ光源をアレイ化したファイバアレイ光源、複数の発光点が二次元状に配列された光源(例えば、LDアレイ、有機ELアレイ等)、等が適用可能である。
また、上記の画像記録装置10には、露光により直接情報が記録されるフォトンモード感光材料、露光により発生した熱で情報が記録されるヒートモード感光材料の何れをも使用することができる。
ここで、フォトンモード感光材料を使用する場合、レーザ装置にはGaN系半導体レーザ,波長変換固体レーザ等が使用され、ヒートモード感光材料を使用する場合、レーザ装置にはAlGaAs系半導体レーザ(赤外レーザ),固体レーザが使用される。
本発明の一実施形態に係るフラットベッドタイプの画像記録装置の概略を示す斜視図である。 一実施形態に係る画像記録装置の概略を示す側面図である。 一実施形態に係る画像記録装置の概略を示す平面図である。 一実施形態に係る画像記録装置中の露光ステージの斜視図である。 一実施形態に係る画像記録装置中の露光ヘッドユニットの斜視図である。 (A)露光ヘッドユニットによる露光領域を示す平面図、(B)はヘッドアッセンブリの配列パターンを示す平面図である。拡大倍率時のドットパターンの平面図である。 単一のヘッドアッセンブリにおけるドットパターンの配列状態を示す平面図である。 一実施形態に係る画像記録装置中のカメラユニットの斜視図である。 感光材料の上のマークと、基準となるメモリ上のマークとの照合の手順を示す説明図であり、(A)は実画像、(B)は撮影画像、(C)は基準画像の例を示している。 露光ヘッドユニットとカメラユニットとの位置関係を示し、(A)は一実施形態の位置関係の側面図、(B)は一般形態(従来)の位置関係の側面図である。 一実施形態に係る基準マークの作成方法の概要を示す説明図である。 カメラユニットにおけるマーク検出のための制御系の機能ブロック図である。 露光開始時期補正ルーチンを示す制御フローチャートである。 (A)は撮影タイミングを示す説明図、(C)はマークデータメモリ内に記憶されているマークを示す説明図、(B)は所定のタイミングでストロボ発光させ撮影したマークの撮影画像と、(C)の基準となるマークとの照合の手順を示す説明図である。
符号の説明
10 画像記録装置
12 枠体
12A 筐体部
12B ステージ部
14 開閉蓋
16 露光ステージ(記録ステージ)
16A 脚部
18 定盤
20 摺動レール
22 感光材料(画像記録媒体)
24 架台
26 リニアモータ部(記録ステージ移動手段)
26A ステータ部
26B コイル部
28 露光ヘッドユニット(記録ヘッド)
28A ヘッドアッセンブリ
28B 露光エリア
29 支柱
30 光源ユニット
32 アライメントユニット(マーク読取手段)
34 梁部
36 ベース部
38 カメラ部(撮像素子)
40 レール部
42 カメラベース
38A カメラ本体
38B レンズ部
38C ストロボ光源(発光手段)
42 カメラベース
44 ボールねじ機構部
46 チャンバ
48 送風ダクト
50 送風機
52 除電装置(イオナイザ)
52A 吹出部
52B イオン発生部
54 コントローラ部
56 カメラ動作制御部
58 幅方向位置設定部
60 撮影データ解析部
62 マーク抽出部
64 マーク照合部(照合手段)
66 露光位置補正係数演算部(補正係数演算手段)
67 メモリ制御部
68 マークデータメモリ(記憶手段)
M マーク

Claims (6)

  1. 画像記録媒体の記録面に画像を記録する画像記録方法であって、
    前記画像記録媒体への画像記録位置を決定するための基準マークを、
    (a)前記画像記録媒体に記録すべき描画データから作成、
    (b)前記描画データに付随する、前記基準マークを作成するための他の描画データから作成、もしくは
    (c)前記描画データとは別に管理される、前記基準マークを作成するためのさらに他の描画データから作成し、
    この基準マークと、前記画像記録対象である画像記録媒体から読み取ったマークとを照合して、前記画像記録媒体への画像記録位置を決定する
    ことを特徴とする画像記録方法。
  2. 前記画像記録方法は、光ビームを画像記録媒体の記録面に結像させるための光学系を備えた記録ヘッドを用いて、前記画像記録媒体の記録面に画像を記録する画像記録方法であることを特徴とする請求項1に記載の画像記録方法。
  3. 前記描画データから基準マークを作成するに際し、前記画像記録媒体が搬送されることに起因する影響を考慮して前記基準マークを作成するようにした、請求項1または2に記載の画像記録方法。
  4. 画像記録手段を用いて画像記録媒体の記録面に画像を記録する画像記録装置であって、
    前記画像記録手段に隣接配置され、前記画像記録媒体上に設けられた位置決めマークを読み取るマーク読取手段と、
    上位装置から供給される前記画像記録媒体に記録すべき描画データ、もしくはこの描画データに付随する基準マークの描画データから、前記画像記録媒体への画像記録位置を決定するための基準マークを作成する基準マーク作成手段と、
    この基準マーク作成手段が作成した基準マークを記憶する基準マーク記憶手段と、
    前記マーク読取手段による前記位置決めマークの読み取り結果を、前記基準マーク記憶手段に記憶されている基準マークと照合するマーク照合手段とを有し、
    前記基準マーク記憶手段は、前記画像記録媒体に記録すべき描画データ、もしくはこの描画データに付随する基準マークの描画データから作成された基準マークを記憶するものであることを特徴とする画像記録装置。
  5. 前記画像記録装置は、光ビームを画像記録媒体の記録面に結像させるための光学系を備えた記録ヘッドを用いて、前記画像記録媒体の記録面に画像を記録する画像記録装置であって、
    前記マーク読取手段は、前記記録ヘッドに隣接配置され、前記画像記録媒体上に設けられた位置決めマークを読み取るものであることを特徴とする請求項4に記載の画像記録装置。
  6. 前記基準マーク記憶手段に記憶する、前記描画データから作成された基準マークは、前記画像記録媒体が搬送されることに起因する影響を考慮して作成されたものである、請求項4または5に記載の画像記録装置。
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