JP2009080364A - 画像記録方法、および画像記録システム - Google Patents

Abstract

【課題】製品の歩留りを向上させる。
【解決手段】描画パターンが形成される被描画体１４の露光面１４ａの凹凸形状を形状測定器２８で測定する。これにより得られた凹凸形状の変位データから、焦点調節可否判定部８１で、プリズムペア４９による焦点調節が可能であるか否かを判定する。焦点調節が不可であった場合、露光タイミング補正部８２で、被描画体１４の移動速度Ｖを遅くするとともに、ＤＭＤ４０の変調周期ｔ１を延長する。光量補正部８３は、変調周期ｔ１の補正に伴って変化する露光記録位置の積算光量がデフォルトの値となるように、レーザービームの光量を減少させる。
【選択図】図６

Description

本発明は、デジタルデータで表される所定の描画パターンを、光ビームを用いて被描画体に直接描画する画像記録方法、および画像記録システムに関する。

従来、デジタルデータで表される所定の描画パターンを、被描画体に直接描画する画像記録システムが開発されている。画像記録システムとしては、例えば、表面に感光材料が塗布または貼着されたプリント配線基板やフラットパネルディスプレイ用ガラス基板などの被描画体の露光面に、描画パターンに応じて変調された光ビームを照射することにより、マスクレスで露光記録を行うデジタル露光システムが知られている。

デジタル露光システムは、描画パターンの設計、被描画体の作製から、露光済みの被描画体の検査、梱包、出荷に至る一連のプロセスを統合した一大製造システムに組み込まれており、そのうちの描画パターンの露光という役割を担っている。描画パターンの設計は、例えば、ＣＡＤ（Computer Aided Design）で行われ、デジタル露光システムには、ＣＡＤで設計した描画パターンをＣＡＭ（Computer Aided Manufacturing）で編集したベクトルデータ（またはガーバーデータ）が与えられる。デジタル露光システムでは、与えられたベクトルデータをラスターイメージプロセッサ（Raster Image Processor；ＲＩＰ）でラスタライズし、これにより生成されたラスターデータ（画素毎に露光記録の有無を“０”または“１”の二値で表したもの）に基づいて、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device、登録商標）などの空間光変調素子を駆動制御することで、露光記録を行っている。

デジタル露光システムでは、扱う製品の性質上、被描画体の露光面の正規の位置に、如何にして正確に描画パターンを露光するかが重要な課題となっている。描画パターンの露光位置がずれると、製品の性能が著しく低下するばかりか、場合によっては不良品となって歩留りが悪くなるおそれがあるからである。

ところが、被描画体には、デジタル露光システムに至る前の工程でプレス処理を施した際の熱膨張など、製造条件や周囲の環境に起因して厚み方向に多少の凹凸が生じる。このため、従来、被描画体の露光面の凹凸形状を測定し、この測定結果に応じて光ビームの焦点調節を行っている。具体的には、光ビームの出射端に配したプリズムペアなどの光学部材を機械的に移動させている。

被描画体には、デジタル露光システムに導入した際に位置決めを行うためのアラインメントマークや、各種電子部品を装着するためのランド孔が設けられている。従来のデジタル露光システムでは、製造条件や周囲の環境に起因する凹凸と、アラインメントマークやランド孔などの人工的な形成物とを区別して、人工的な形成物を無視して焦点調節を行っている（特許文献１参照）。
特開２００６−０４７９５８号公報

デジタル露光システムでは、露光は等速移動する被描画体に対して行うため、プリズムペアなどの光学部材の移動が被描画体の移動に追いつけないことがあり、光学部材の移動で追従可能な速度にも限界がある。したがって、被描画体の一部が反り上がっていたりして、露光面の凹凸形状が急激に変化していたときには、焦点調節を行うことができない場合がある。この場合は、その被描画体への露光を断念せざるを得ず、当該被描画体は廃棄されるため、製品の歩留りが悪くなるという問題があった。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、製品の歩留りを向上させることができる画像記録方法、および画像記録システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、デジタルデータで表される所定の描画パターンを、描画手段からの光ビームを用いて、前記描画手段に対して相対移動される被描画体に直接描画する画像記録システムにおいて、前記描画パターンが形成される前記被描画体の描画面の凹凸形状を測定する形状測定手段と、前記形状測定手段による前記凹凸形状の変位データに基づいて、前記描画面に前記光ビームが合焦するように前記光ビームの焦点調節を機械的に行う焦点調節手段と、前記焦点調節が可能となるように、前記光ビームによる描画周期、および前記描画手段と前記被描画体の相対移動の速度を補正する第一補正手段とを備えることを特徴とする。

なお、本発明の画像記録システムは、前記光ビームによる描画を、前記描画手段と前記被描画体の相対移動の速度に同期させて行うことで、前記被描画体に前記描画パターンを走査記録するものである。

前記描画手段と前記被描画体の相対移動の速度の補正とは、前記焦点調節手段の機械的な焦点調節が不可となる程、前記凹凸形状に急激な変化があった場合、前記焦点調節が可能となるまで、前記描画手段と前記被描画体の相対移動の速度をデフォルトの値よりも遅くすることを意味する。

前記描画周期がデフォルトの値のまま、前記描画手段と前記被描画体の相対移動の速度をデフォルトの値よりも遅くすれば、結果として前記光ビームによる前記描画面への記録位置もずれる。したがって、前記描画周期の補正とは、前記描画手段と前記被描画体の相対移動の速度の補正に伴って生じる記録位置のずれを、描画周期を長くすることで補正することを意味する。

前記焦点調節の可否を判定する焦点調節可否判定手段を備え、前記第一補正手段は、前記焦点調節可否判定手段で前記焦点調節が不可であると判定された場合に補正を行う。

前記第一補正手段による補正に伴って変化する前記光ビームの積算光量がデフォルトの値となるように、前記光ビームの光量を補正する第二補正手段を備えることが好ましい。

この場合、前記第二補正手段は、前記光ビームを発する光源の駆動電力を補正する。あるいは、前記第二補正手段は、前記描画周期、および前記描画手段と前記被描画体の相対移動の速度によらず、前記光ビームの照射時間がデフォルトの値となるようにする。

前記焦点調節手段は、前記光ビームの出射端に配される楔形状の複数の光学部材を有することが好ましい。また、前記露光手段は、前記デジタルデータに基づいて前記光ビームを変調する空間光変調素子を有することが好ましい。

請求項８に記載の発明は、デジタルデータで表される所定の描画パターンを、描画手段からの光ビームを用いて、前記描画手段に対して相対移動される被描画体に直接描画する画像記録方法において、前記描画パターンが形成される前記被描画体の描画面の凹凸形状を測定する形状測定工程と、前記形状測定工程で得られた前記凹凸形状の変位データに基づいて、前記描画面に前記光ビームが合焦するように前記光ビームの焦点調節を機械的に行う焦点調節工程と、前記焦点調節が可能となるように、前記光ビームによる描画周期、および前記描画手段と前記被描画体の相対移動の速度を補正する補正工程とを備えることを特徴とする。

本発明の画像記録方法、および画像記録システムによれば、光ビームによる描画周期、および描画手段と被描画体の相対移動の速度を補正して、光ビームの焦点調節が可能となるようにするので、描画面に焦点調節が不可能なほどの凹凸がある場合でも、描画を行うことができる。したがって、従来は描画が不可であるとして廃棄していた被描画体も、廃棄されることなく製品として組み入れることができ、製品の歩留りを向上させることが可能となる。

図１において、デジタル露光システム２は、デジタル露光機１０、光源ユニット１１、画像処理ユニット１２、および制御装置１３から構成される。デジタル露光システム２は、ＣＡＤ（Computer Aided Design）で設計した所定の描画パターン（例えば、プリント配線パターンなど）をＣＡＭ（Computer Aided Manufacturing）で編集したベクトルデータ（またはガーバーデータ）を画像処理ユニット１２でラスタライズし、これにより生成されたラスターデータ（画素毎に露光記録の有無を“０”または“１”の二値で表したもの）を元に、デジタル露光機１０および光源ユニット１１を用いて被描画体１４を露光することで、マスクレスで被描画体１４に所望の画像を形成するものである。

被描画体１４は、例えば、露光面１４ａに感光材料が塗布または貼着されたプリント配線基板や、フラットパネルディスプレイ用ガラス基板からなる。露光面１４ａには、露光位置の基準を示すアラインメントマーク１５が設けられている。アラインメントマーク１５は、例えば、薄膜の凹凸によって形成され、露光面１４ａの四隅にそれぞれ一つずつ、計四個配されている。

デジタル露光機１０は、平板状の基台１６を有している。基台１６は、四本の脚部１７に支持され、水平面に対して平行に配置されている。基台１６の上面には、Ｙ方向（基台１６の長手方向に平行な方向）に平行な二本のガイドレール１８が並べて設けられている。ガイドレール１８には、被描画体１４を吸着保持する移動ステージ１９が、Ｙ方向にスライド自在となるように取り付けられている。移動ステージ１９は、リニアモータなどの駆動源を含むステージ駆動部７３（図５参照）によってＹ方向に往復移動される。また、図示はしていないが、移動ステージ１９には、Ｚ方向（水平面と直交する方向）の位置を調整するための機構が取り付けられている。

基台１６のＹ方向に関する中央部には、露光部２０が配置されている。露光部２０は、ガイドレール１８を跨ぐように立設された門型の第一ゲート２１に固定されている。露光部２０には、Ｘ方向（水平面上でＹ方向と直交する方向）に四個ずつ二列に配列された計八個の円筒状の露光ヘッド２２が設けられている。

露光ヘッド２２には、光源ユニット１１から引き出された光ファイバー２３と、画像処理ユニット１２から引き出された信号ケーブル２４とが接続されている。露光ヘッド２２は、信号ケーブル２４を介して画像処理ユニット１２から入力されるフレームデータ（ラスターデータを露光ヘッド２２毎に分割したもの）に基づいて、光ファイバー２３を介して光源ユニット１１から入力されるレーザービーム（以下、ＬＢと略す）を変調する。そして、変調したＬＢを、移動ステージ１９のＹ方向の移動に伴って直下を通過する被描画体１４に照射し、露光を行う。

露光ヘッド２２は、第一列目と第二列目とで互いに隙間なく配置されている。露光ヘッド２２は、第一列目と第二列目とでＸ方向に露光領域がオーバーラップするように配列されている（図４も参照）。これにより、第一列目の露光ヘッド２２で露光できない部分が第二列目の露光ヘッド２２で露光され、被描画体１４をＸ方向に隙間無く露光することができる。なお、露光ヘッド２２の個数や配列の仕方は、被描画体１４の仕様に応じて適宜変更することが可能である。

図２において、露光ヘッド２２は、入射光学系３０、光変調部３１、第一出射光学系３２、マイクロレンズアレイ３３、アパーチャアレイ３４、および第二出射光学系３５を有する。入射光学系３０は、光ファイバー２３の出射端部と対面して配置される。入射光学系３０は、集光レンズ３６と、オプティカルインテグレーター３７と、結像レンズ３８と、ミラー３９とからなる。

集光レンズ３６は、光ファイバー２３から出射されたＬＢ（矢印で示す）をオプティカルインテグレーター３７に向けて集光する。オプティカルインテグレーター３７は、集光レンズ３６を通過したＬＢの光路上に配置されており、例えば、入射端面および出射端面に反射防止膜がコーティングされた四角柱状の透光性ロッドからなる。オプティカルインテグレーター３７は、その内部を全反射しながら進行するＬＢを、ビーム断面内強度が均一化された略平行光とする。オプティカルインテグレーター３７で略平行光とされたＬＢは、結像レンズ３８によってミラー３９に導かれ、ミラー３９によって光変調部３１に入射される。

光変調部３１は、空間光変調素子であるデジタルマイクロミラーデバイス（Digital Micromirror Device、以下、ＤＭＤと略す）４０と、ＤＭＤ４０の動作を制御するＤＭＤドライバ４１と、ミラー３９を介して入射したＬＢをＤＭＤ４０に向けて反射させる全反射プリズム４２とを備えている。

図３において、ＤＭＤ４０は、ＳＲＡＭセルアレイ６０を構成する各ＳＲＡＭセル上に、マイクロミラー６１が支柱により傾斜自在に支持されてなる。マイクロミラー６１は、例えば、６００個×８００個の二次元正方格子状に配列されている。

各ＳＲＡＭセルには、ＤＭＤドライバ４１を介してフレームデータが書き込まれる。ＳＲＡＭセルは、フリップフロップ回路によって構成されており、書き込まれるフレームデータ（“０”または“１”）によって電荷状態が切り替わる。マイクロミラー６１は、ＳＲＡＭセルの電荷状態に応じた静電気力によって傾斜角度が変化し、これによりＬＢの反射方向も変化する。例えば、フレームデータ“０”が書き込まれたＳＲＡＭセルのマイクロミラー６１は、ＬＢが第一出射光学系３２に入射するように傾斜する。反対に“１”が書き込まれた場合は、ＬＢが光吸収体（図示せず）に入射するように傾斜する。光吸収体に入射したＬＢは、光吸収体に吸収されて露光には寄与しない。なお、ＤＭＤ４０は、各露光ヘッド２２による走査軌跡のＸ方向における間隔を狭めて露光の解像度を高めるために、その短辺がＹ方向に対して僅かに傾斜（例えば、０．１°〜０．５°）して配置されている（図４参照）。

図２に戻って、第一出射光学系３２は、レンズ４３、４４を備え、光変調部３１からのＬＢを所定の倍率に拡大してマイクロレンズアレイ３３上に入射させる。マイクロレンズアレイ３３は、透光性を有する材料、例えば、石英ガラスからなり、平凸レンズ状の複数のマイクロレンズ４５が一体的に形成されてなる。マイクロレンズ４５は、マイクロミラー６１に一対一で対応し、入射したＬＢの光軸上に位置している。このマイクロレンズ４５の作用により、入射したＬＢが鮮鋭化されてアパーチャアレイ３４に入射される。

アパーチャアレイ３４は、マイクロミラー６１に対応して二次元正方格子状に配列された複数のアパーチャ４６を有している。アパーチャアレイ３４は、例えば、石英ガラス板にクロムなどの遮光膜を蒸着し、遮光膜にアパーチャ４６となる孔を形成してなる。マイクロレンズアレイ３３から入射したＬＢは、アパーチャ４６の位置で焦点を結び、第二出射光学系３５へと導かれる。このアパーチャアレイ３４によって、マイクロミラー６１のチャタリングに起因する不要光の通過が防止され、ＬＢの鮮鋭度がさらに増す。

第二出射光学系３５は、レンズ４７、４８、およびプリズムペア（楔形状の複数の光学部材に相当）４９を備えている。レンズ４７、４８は、アパーチャアレイ３４からのＬＢを所定の倍率に拡大するか、あるいは等倍率のままでプリズムペア４９に入射させる。プリズムペア４９は、例えば、透明な平行平板を、この平行平板の平行平面に対して斜めに傾く平面で切断して得られる一対の楔形プリズム４９ａ、４９ｂで構成される。楔形プリズム４９ａは、ステッピングモータなどの駆動源を含むフォーカス制御部７４（図５参照）によって、楔形プリズム４９ｂに対して傾斜面に沿う方向に移動可能に設けられており、楔形プリズム４９ａが移動することによって、露光面１４ａにＬＢが合焦するように、ＬＢの焦点調節を行う。

図１に戻って、光源ユニット１１には、３５０ｎｍ〜４５０ｎｍの範囲（例えば、４０５ｎｍ）の発振波長のＬＢを発するＧａＮ系半導体レーザーが複数設けられている。ＧａＮ系半導体レーザーは、マルチモードの場合には１００ｍＷ、シングルモードの場合には５０ｍＷ程度の最大出力を有する。ＧａＮ系半導体レーザーの各々から発せられたＬＢは、そのまま、あるいは数個ずつ合波されて光ファイバー２３の入射端部に導かれる。なお、ＧａＮ系半導体レーザーの代わりに、他の種類の半導体レーザーや発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いてもよい。

基台１６には、さらに、ガイドレール１８を跨ぐように門型の第二ゲート２５が立設されている。また、基台１６のＹ方向の一端部には、一対の測長器２６が取り付けられている。第二ゲート２５には、移動ステージ１９のＹ方向の移動に伴って直下を通過する被描画体１４をＺ方向上方から撮影する三台のカメラ２７が設置されている。カメラ２７は、ＣＣＤイメージセンサなどの固体撮像素子を内蔵しており、固体撮像素子で得られた撮像信号を位置検出部７５（図５参照）に出力する。

カメラ２７が設けられた第二ゲート２５の他方の側面には、形状測定器２８が取り付けられている。形状測定器２８には、例えば、露光面１４ａにレーザー光を照射し、その反射光を受光するタイミングによって、露光面１４ａの凹凸形状を測定するレーザー干渉式の変位計が採用されている。形状測定器２８の分解能は、およそ０．１μｍ〜１μｍである。

図４に示すように、形状測定器２８は、露光ヘッド２２と同数の八個設けられており、露光ヘッド２２の中心を通るＹ方向に平行な直線上に配置されている。つまり、形状測定器２８は、露光ヘッド２２の走査範囲の中心に位置する露光面１４ａの凹凸形状を測定する。形状測定器２８は、制御装置１３に接続されており（図５参照）、測定結果を制御装置１３に出力する。なお、形状測定器２８から発せられるレーザー光は、被描画体１４を露光しない発振波長に設定されている。

測長器２６には、形状測定器２８と同様に、移動ステージ１９の側端面にレーザー光を照射して、移動ステージ１９のＹ方向における位置を測定するレーザー変位計が用いられている。測長器２６は、制御装置１３に接続されており（図５参照）、測長結果を制御装置１３に出力する。なお、形状測定器、測長器としては、超音波送受信機やステレオカメラで構成されるものを用いてもよい。

図５において、制御装置１３は、デジタル露光システム２の全体の動作を統括的に制御する。制御装置１３には、前述の制御を行うためのプログラムやデータが、ＨＤＤやＲＯＭなどの記憶部（図示せず）に予め記憶されている。制御装置１３は、記憶部から必要なプログラムやデータを読み出してＲＡＭなどの作業用メモリに展開し、読み出したプログラムを逐次処理する。

制御装置１３には、前述の光源ユニット１１の他に、画像処理ユニット１２のメモリ７０、ラスターイメージプロセッサ（Raster Image Processor、以下、ＲＩＰと略す）７１、およびフレームデータ生成部７２、並びにデジタル露光機１０のＤＭＤドライバ４１、ステージ駆動部７３、フォーカス制御部７４、位置検出部７５、測長器２６、および形状測定器２８が接続されている。

メモリ７０は、ＣＡＭなどの外部機器から送信されるベクトルデータを一時的に記憶する。ＲＩＰ７１は、メモリ７０からベクトルデータを読み出し、ベクトルデータをラスタライズしてラスターデータを生成する。ＲＩＰ７１は、生成したラスターデータをフレームデータ生成部７２に出力する。

フレームデータ生成部７２は、マイクロミラー６１および露光ヘッド２２の配置によって決まる被描画体１４への各露光ヘッド２２の露光位置に基づいて、ＲＩＰ７１からのラスターデータを露光ヘッド２２毎に分割したフレームデータを生成する。また、フレームデータ生成部７２は、位置検出部７５で検出される移動ステージ１９上の基準位置に対する被描画体１４のずれ量に応じて、ずれが生じていない場合と同一の位置に露光がなされるように、フレームデータを補正する。フレームデータ生成部７２は、生成したフレームデータを該当する露光ヘッド２２のＤＭＤドライバ４１に出力する。ＤＭＤドライバ４１は、前述のように、フレームデータ生成部７２からのフレームデータをＳＲＡＭセルに書き込む。

位置検出部７５は、カメラ２７からの撮像信号を、周知の信号処理によってデジタルの画像データに変換する。位置検出部７５は、変換した画像データ、カメラ２７のＸ方向における位置、およびその撮影タイミング（位置、撮影タイミングともに既知）を元に、移動ステージ１９上の被描画体１４のアラインメントマーク１５の位置を検出する。位置検出部７５は、位置の検出結果を制御装置１３に出力する。

制御装置１３は、位置検出部７５からの検出結果を受けて、移動ステージ１９上の基準位置に対する被描画体１４のＸ方向、Ｙ方向、およびθ方向（Ｚ方向を軸とした回転方向、図１参照）のずれ量を算出する。制御装置１３は、算出したずれ量から、フレームデータの補正量を算出し、この情報をフレームデータ生成部７２に出力する。また、制御装置１３は、測長器２６からの出力を受けて、移動ステージ１９のＹ方向における位置を検出する。

図６において、制御装置１３には、フォーカス制御信号生成部８０、焦点調節可否判定部８１、露光タイミング補正部８２、および光量補正部８３が設けられている。フォーカス制御信号生成部８０は、形状測定器２８からの出力、すなわち、露光面１４ａの凹凸形状を表す波形のデータ（以下、変位データという）に応じて、プリズムペア４９による焦点調節によって露光面１４ａにＬＢが合焦するように、楔形プリズム４９ａの移動を制御するためのフォーカス制御信号を生成する。フォーカス制御信号生成部８０は、生成したフォーカス制御信号を、フォーカス制御部７４、および焦点調節可否判定部８１に出力する。

ここで、プリズムペア４９による焦点調節は、楔形プリズム４９ａを移動させて行う機械的なものであるため、被描画体１４の移動に追従可能な速度にも限界がある。したがって、例えば、八個の形状測定器２８による露光面１４ａの凹凸形状の波形が、図７に示すように、被描画体１４の一端部が移動ステージ１９上から浮いており、太線で示す一つの波形ＡのＺ方向変位が、Ｙ方向位置の端で大きく、且つ急激に変化（点線で囲む部分）していたときには、焦点調節を行うことができない場合がある。

つまり、プリズムペア４９による焦点調節の可否は、楔形プリズム４９ａの最高移動速度と、露光面１４ａの凹凸形状の変化量（傾き）および被描画体１４の移動速度Ｖに依存する凹凸形状の変位速度（被描画体１４が単位距離移動したときに凹凸形状がどれだけ変化したかを示す）とで決まる。例えば、移動速度Ｖ＝５０ｍｍ／ｓｅｃで被描画体１４が移動していた場合、１ｍｍ移動するには２０ｍｓｅｃ掛かるが、被描画体１４が１ｍｍ移動したときの露光面１４ａの凹凸形状の変化量が１０μｍであったとすると、楔形プリズム４９ａの最高移動速度が５００μｍ／ｓｅｃ以上であれば、焦点調節が可能となる。換言すれば、楔形プリズム４９ａの最高移動速度が５００μｍ／ｓｅｃで、被描画体１４が１ｍｍ移動したときの露光面１４ａの凹凸形状の変化量が１０μｍであった場合は、移動速度Ｖを５０ｍｍ／ｓｅｃ以下とすれば、焦点調節が可能となる。

そこで、焦点調節可否判定部８１は、フォーカス制御信号生成部８０で生成されたフォーカス制御信号を解析して、フォーカス制御信号で規定される楔形プリズム４９ａの移動が、最高移動速度を超える範囲であるか否かを見極めることで、焦点調節の可否を判定する。焦点調節可否判定部８１は、その判定結果を露光タイミング補正部８２に出力する。

露光タイミング補正部８２は、第一補正手段に相当し、焦点調節可否判定部８１で焦点調節が可能であると判定された場合は作動せず、焦点調節可否判定部８１で焦点調節が不可であると判定された場合、つまり、楔形プリズム４９ａの移動が、最高移動速度を超える範囲であった場合に作動する。露光タイミング補正部８２は、プリズムペア４９による焦点調節が可能となるように、露光タイミングを補正する。なお、ここでいう露光タイミングとは、ＤＭＤ４０の変調周期（描画周期に相当）ｔ１と、被描画体１４の移動速度Ｖである。

以下、露光タイミング補正部８２の具体的な処理内容について述べる。楔形プリズム４９ａの移動が、最高移動速度を超える範囲であった場合に、プリズムペア４９による焦点調節が可能となるようにするためには、段落［００４６］の例からも分かるように、移動速度Ｖを遅くすればよい。移動速度Ｖの遅延量ΔＶは、露光面１４ａの凹凸形状の変化量と、焦点調節が可能となる移動速度Ｖとの関係を予め求めておけば、これを元に導き出すことができる。

ただ、移動速度Ｖを遅くすると、ＤＭＤ４０の変調周期ｔ１がデフォルトと同じであった場合、Ｙ方向における露光面１４ａへの露光記録位置が、デフォルトの場合と大きくずれてしまう。このため、移動速度Ｖを遅くした分だけ、ＤＭＤ４０の変調周期ｔ１を延長する必要がある。変調周期ｔ１の延長量は、遅延量ΔＶに対してデフォルトの露光記録位置を与える変調周期ｔ１の関係が分れば、ここから算出することができる。

以上の考察を踏まえて、露光タイミング補正部８２の処理内容を纏めると、
１．焦点調節が可能となるように移動速度Ｖを遅くする。
２．移動速度Ｖを遅くしたことによる露光記録位置のずれを、変調周期ｔ１を延長することで補正する。
となる。これを一つのＤＭＤ４０の駆動に関して模式的に示すと、図８に示すようになる。なお、マイクロミラー６１の傾斜によってＬＢが露光面１４ａに照射される場合を「ＯＮ」、ＬＢが光吸収体に吸収されて露光面１４ａに照射されない場合を「ＯＦＦ」とする。つまり、この時点では、変調周期ｔ１（＋Δｔ１）とＬＢの照射時間ｔ２は等しい。

露光タイミング補正部８２は、Δｔ１の情報をＤＭＤドライバ４１に、ΔＶの情報をステージ駆動部７３にそれぞれ出力する。ＤＭＤドライバ４１は、例えば、フレームデータのＳＲＡＭセルへの書き込みタイミングをΔｔ１分遅くするなどして、変調周期ｔ１をΔｔ１分延長させる。ステージ駆動部７３は、リニアモータの回転数を減じるなどして、被描画体１４の移動速度をΔＶ分遅くさせる。

変調周期ｔ１をΔｔ１増加させると、露光記録位置にあたるＬＢの積算光量も増加する。このため、光量補正部（第二補正手段に相当）８３は、ＬＢの積算光量がデフォルトの場合と同じとなるようにＬＢの光量Ｌを減少させる。光量の減少量ΔＬは、変調周期ｔ１とＬＢの積算光量との関係を予め知得しておけば、そこから求めることができる。光量補正部８３は、ΔＬの情報を光源ユニット１１に出力する。光源ユニット１１は、半導体レーザーの駆動電流（駆動電力）を制御するなどして、光量をΔＬ分減少させる。

あるいは、光量補正部８３は、ΔＬの情報をＤＭＤドライバ４１に出力する。ＤＭＤドライバ４１は、露光タイミング補正部８２で補正した変調周期はｔ１＋Δｔ１のままで、ＤＭＤ４０によるＬＢの照射時間（ＤＭＤ４０がＯＮしている時間）ｔ２がデフォルトと同じになるように、ＤＭＤ４０の駆動を制御する。露光タイミング補正部８２による補正の段階では、前述のように、照射時間ｔ２は変調周期ｔ１＋Δｔ１に等しい。このため、図９に模式的に示すように、照射時間ｔ２をデフォルトと同じにするということは、変調周期ｔ１と等しくすることに他ならない。

なお、言う迄もないが、焦点調節可否判定部８１で焦点調節が可能であると判定された場合は、上記の各部による補正は行われず、デフォルトの変調周期ｔ１、移動速度Ｖ、および光量Ｌで露光記録が行われる。また、ここでは、フォーカス制御信号生成部８０などの各部が一つずつしか描かれていないが、実際には、露光ヘッド２２、および形状測定器２８の個数（八個）分設けられている。勿論、八個の露光ヘッド２２、および形状測定器２８に対して、各部を一つずつ設け、八個分の処理を一つの処理部に担わせてもよい。

次に、上記構成によるデジタル露光システム２の動作手順について、図１０、および図１１のフローチャートを参照して説明する。まず、Ｓ１０において、露光記録に先立ち、ＣＡＭなどの外部機器から、メモリ７０にベクトルデータが送信され、メモリ７０にベクトルデータが記憶される。メモリ７０に記憶されたベクトルデータは、ＲＩＰ７１に読み出される。Ｓ１１において、ＲＩＰ７１では、ベクトルデータがラスタライズされてラスターデータが生成される。

ラスターデータの生成後、被描画体１４への露光記録が指示されると、Ｓ１２において、図１に示す位置にある移動ステージ１９上に被描画体１４がセットされる。そして、Ｓ１３において、制御装置１３によってステージ駆動部７３が駆動され、移動ステージ１９が第二ゲート２５に向けてＹ方向に等速度で移動される。

移動ステージ１９はＹ方向に移動され、第二ゲート２５の直下を通過する。このとき、Ｓ１４において、カメラ２７で移動ステージ１９上の被描画体１４が撮影される。カメラ２７で得られた撮像信号は、位置検出部７５に出力される。また、形状測定器２８によって、露光面１４ａの凹凸形状が測定される。形状測定器２８の測定結果は、制御装置１３に出力される。

図１１において、制御装置１３では、形状測定器２８の測定結果を受けて、Ｓ３０に示すように、フォーカス制御信号生成部８０でフォーカス制御信号が生成される。次いで、Ｓ３１において、焦点調節可否判定部８１によってフォーカス制御信号が解析され、焦点調節の可否が判定される。焦点調節が可能であると判定された場合（Ｓ３２でｙｅｓ）は、以降の各種補正処理は行われず、図１０のＳ１８に処理が移行する。

焦点調節が不可であると判定された場合（Ｓ３２でｎｏ）、Ｓ３３に示すように、露光タイミング補正部８２にて、焦点調節が可能となるように、被描画体１４の移動速度Ｖ、および変調周期ｔ１が補正される。露光タイミング補正部８２で求められた移動速度Ｖ、および変調周期ｔ１の補正量、すなわちΔＶ、Δｔ１の情報は、ＤＭＤドライバ４１、およびステージ駆動部７３にそれぞれ出力される。

次に、Ｓ３４において、光量補正部８３で、変調周期ｔ１をΔｔ１長くしたことによる積算光量の増加を補正するために、ＬＢの光量Ｌが補正される。光量補正部８３で求められた光量の補正量、すなわちΔＬの情報は、光源ユニット１１、あるいはＤＭＤドライバ４１に出力される。Ｓ３３〜Ｓ３４までの各種補正処理が終わると、図１０のＳ１８に処理が移行する。

図１０に戻って、Ｓ１５において、位置検出部７５では、Ｓ１４でカメラ２７から入力された撮像信号が、デジタルの画像データに変換され、画像データ、カメラ２７のＸ方向における位置、およびその撮影タイミングを元に、移動ステージ１９上の被描画体１４のアラインメントマーク１５の位置が検出される。位置検出部７５の検出結果は、制御装置１３に出力される。

制御装置１３では、位置検出部７５からのアラインメントマーク１５の検出結果が解析され、移動ステージ１９上の基準位置に対する、被描画体１４のＸ方向、Ｙ方向、およびθ方向のずれ量が算出される。次いで、Ｓ１６に示すように、算出したずれ量から、フレームデータの補正量が算出される。算出されたフレームデータの補正量は、フレームデータ生成部７２に出力される。

次いで、Ｓ１７に示すように、フレームデータ生成部７２にて、各露光ヘッド２２に応じたフレームデータが生成される。このとき、制御装置１３からの補正量に応じて、ずれが生じていない場合と同一の位置に露光がなされるように、フレームデータが補正される。生成されたフレームデータは、該当する露光ヘッド２２のＤＭＤドライバ４１に出力される。

フレームデータの生成が終わると、Ｓ１８に示すように、最初の方向とは逆に、元の位置に向けて移動ステージ１９が移動され、Ｓ１９において、制御装置１３により光源ユニット１１が駆動され、露光部２０による露光記録が開始される。このとき、焦点調節可否判定部８１で焦点調節が不可であると判定され、Ｓ３３〜Ｓ３４に示す各種補正処理が行われた場合は、補正された露光タイミング（移動速度Ｖ−ΔＶ、変調周期ｔ１＋Δｔ１、）、および光量（Ｌ―ΔＬ）で露光記録が行われるように、ＤＭＤドライバ４１、ステージ駆動部７３、および光源ユニット１１が駆動制御される。一方、焦点調節が可能であると判定された場合は、デフォルトの設定で露光記録が行われる。

ＤＭＤドライバ４１に出力されたフレームデータは、測長器２６で測定される移動ステージ１９のＹ方向における位置に応じて、順次ＳＲＡＭセルに書き込まれる。これにより、書き込まれるフレームデータによってＳＲＡＭセルの電荷状態が切り替わり、ひいてはマイクロミラー６１の傾斜角度が変化して、光ファイバー２３、入射光学系３０を介して与えられる光源ユニット１１からのＬＢの反射方向も変化される。つまり、光源ユニット１１からのＬＢが、ＤＭＤ４０などから構成される光変調部３１によって、フレームデータに応じて光変調される。

光変調部３１で変調されたＬＢは、第一出射光学系３２で所定の倍率に拡大され、マイクロレンズ４５によって鮮鋭化されてアパーチャアレイ３４に入射される。そして、アパーチャアレイ３４によってさらに鮮鋭化され、マイクロミラー６１のチャタリングに起因する不要光の通過が防止される。

アパーチャアレイ３４を通過したＬＢは、第二出射光学系３５で所定の倍率に拡大されるか、あるいは等倍率のままでプリズムペア４９に入射され、プリズムペア４９で焦点調節がなされる。このとき、Ｓ３０で生成されたフォーカス制御信号に基づいて、フォーカス制御部７４によって楔形プリズム４９ａの移動が制御される。プリズムペア４９で焦点調節されたＬＢは、移動ステージ１９上の被描画体１４に照射され、これにより所望の画像が被描画体１４に露光記録される。

一つの被描画体１４への露光記録終了後、次の被描画体１４がある場合（Ｓ２０でｙｅｓ）は、Ｓ２１に示すように、露光記録が終了した被描画体１４が移動ステージ１９上から回収されるとともに、Ｓ１２に戻って、次の被描画体１４が移動ステージ１９上にセットされ、以下の工程が繰り返される。

一方、次の被描画体１４がなく（Ｓ２０でｎｏ）、ベクトルデータの入れ替えが指示された場合（Ｓ２２でｙｅｓ）は、入れ替えられたベクトルデータに適合する被描画体１４が用意され、Ｓ１０に戻って、ラスタライズなどの以下の工程が繰り返される。ベクトルデータの入れ替えが指示されなかった場合（Ｓ２２でｎｏ）は、処理が終了される。

以上説明したように、露光面１４ａの凹凸形状が急激に変化していて、焦点調節が不可であった場合に、露光タイミングを補正して焦点調節が可能となるようにするので、露光面１４ａの凹凸形状が多少規格から外れていても、露光記録を行うことができる。つまり、被描画体１４の品質の許容範囲が広がる。換言すれば、露光面１４ａの凹凸形状の急激な変化を無くすために、被描画体１４の製造条件や周囲の環境を厳密に管理する必要がなくなる。すなわち、被描画体１４の製造条件や周囲の環境による外乱や設計誤差など、同定が困難な不確定要因に関わらず、安定した制御を維持する（デジタル露光システム２のロバスト性を向上させる）ことができる。

ＬＢの光量を減じることで、変調周期ｔ１を長くしたことによるＬＢの積算光量の増加をデフォルトの値に補正するので、デフォルトの場合と同等の画質を維持することができる。

なお、焦点調節が不可であると判定され、各部で補正された露光タイミング、および光量でＤＭＤドライバ４１、ステージ駆動部７３、および光源ユニット１１を駆動制御する場合、当該被描画体１４の露光記録の全体に渡って上記駆動制御をしてもよいし、焦点調節が不可であると判定された、変位データが急激に変化している部分が露光部２０に差し掛かったときにのみ上記駆動制御をし、それ以外の部分はデフォルトの設定で露光記録を行ってもよい。当該被描画体１４への露光記録時間は、上記駆動制御によってデフォルトよりも長くなるが、変位データが急激に変化している部分にのみ上記駆動制御を行う後者を採用した場合、露光記録時間の増大を最小限に抑えることができる。

上記実施形態では、フォーカス制御信号生成部８０でフォーカス制御信号を生成したうえで、焦点調節可否判定部８１で焦点調節可否を判定しているが、変位データを解析して焦点調節可否を判定してもよい。

なお、焦点調節可否判定部８１で焦点調節が不可であると判定された場合に、その旨をモニタに表示する、あるいはスピーカーから警告音を鳴らすなどして、オペレーターに報せてもよい。また、その際に、形状測定器２８による波形を表示するなどして、露光面１４ａのどの部分が変形しているかをオペレーターが知得できるようにしてもよい。

製品の歩留りを向上させるための他の方法としては、変位データを解析して、露光面１４ａのＺ方向の変位量の出現頻度を示すヒストグラムを作成し、最も頻度が高い変位量でＬＢが合焦するように、フォーカス制御信号を生成する方法が挙げられる。もしくは、露光ヘッド２２を構成する各種光学系の被写界深度を深くして、焦点調節そのものを不要とすることも考えられる。さらには、移動ステージ１９による被描画体１４への吸着力を上げるなどして、焦点調節が可能となる程度に露光面１４ａが平らになるように矯正してもよい。

なお、上記実施形態では、空間光変調素子としてＤＭＤ４０を示したが、空間光変調素子は、これに限ることなく、例えば、ＳＬＭ（Special Light Modulator）や液晶光シャッタ、及びＰＬＺＴ（Piezo-electric Lanthanum-modified lead Zirconate Titanate）素子などを用いてもよい。また、上記実施形態では、露光対象として感光材料が塗布または貼着された被描画体１４を示したが、例えば、写真フイルムや印画紙などであってもよい。さらに、上記実施形態では、デジタル露光システム２に本発明を適用した例を示したが、例えば、ポリゴンミラーで光ビームを偏向反射させて露光を行うシステムに適用してもよい。

デジタル露光システムの概略構成を示す斜視図である。 露光ヘッドの概略構成を示す説明図である。 ＤＭＤの概略構成を示す斜視図である。 露光ヘッドと形状測定器との配置関係を説明するための図である。 デジタル露光システムの内部構成を示すブロック図である。 制御装置の内部構成を示すブロック図である。 形状測定器の測定結果の例を示すグラフである。 ＤＭＤの駆動処理を模式的に示す図である。 露光タイミング補正部の処理を模式的に示す図である。 光量補正部の処理を模式的に示す図である。 デジタル露光システムの動作手順を示すフローチャートである。 形状測定器の測定結果を受けて、制御装置で行われる処理の手順を示すフローチャートである。

符号の説明

２ デジタル露光システム
１０ デジタル露光機
１１ 光源ユニット
１２ 画像処理ユニット
１３ 制御装置
１４ 被描画体
１４ａ 露光面
２０ 露光部
２２ 露光ヘッド
２８ 形状測定器
４０ ＤＭＤ
４９ プリズムペア
７３ ステージ駆動部
７４ フォーカス制御部
８１ 焦点調節可否判定部
８２ 露光タイミング補正部
８３ 光量補正部

Claims (8)

1. デジタルデータで表される所定の描画パターンを、描画手段からの光ビームを用いて、前記描画手段に対して相対移動される被描画体に直接描画する画像記録システムにおいて、
   前記描画パターンが形成される前記被描画体の描画面の凹凸形状を測定する形状測定手段と、
   前記形状測定手段による前記凹凸形状の変位データに基づいて、前記描画面に前記光ビームが合焦するように前記光ビームの焦点調節を機械的に行う焦点調節手段と、
   前記焦点調節が可能となるように、前記光ビームによる描画周期、および前記描画手段と前記被描画体の相対移動の速度を補正する第一補正手段とを備えることを特徴とする画像記録システム。
2. 前記焦点調節の可否を判定する焦点調節可否判定手段を備え、
   前記第一補正手段は、前記焦点調節可否判定手段で前記焦点調節が不可であると判定された場合に補正を行うことを特徴とする請求項１に記載の画像記録システム。
3. 前記第一補正手段による補正に伴って変化する前記光ビームの積算光量がデフォルトの値となるように、前記光ビームの光量を補正する第二補正手段を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の画像記録システム。
4. 前記第二補正手段は、前記光ビームを発する光源の駆動電力を補正することを特徴とする請求項３に記載の画像記録システム。
5. 前記第二補正手段は、前記描画周期、および前記描画手段と前記被描画体の相対移動の速度によらず、前記光ビームの照射時間がデフォルトの値となるようにすることを特徴とする請求項３または４に記載の画像記録システム。
6. 前記焦点調節手段は、前記光ビームの出射端に配される楔形状の複数の光学部材を有することを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の画像記録システム。
7. 前記露光手段は、前記デジタルデータに基づいて前記光ビームを変調する空間光変調素子を有することを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の画像記録システム。
8. デジタルデータで表される所定の描画パターンを、描画手段からの光ビームを用いて、前記描画手段に対して相対移動される被描画体に直接描画する画像記録方法において、
   前記描画パターンが形成される前記被描画体の描画面の凹凸形状を測定する形状測定工程と、
   前記形状測定工程で得られた前記凹凸形状の変位データに基づいて、前記描画面に前記光ビームが合焦するように前記光ビームの焦点調節を機械的に行う焦点調節工程と、
   前記焦点調節が可能となるように、前記光ビームによる描画周期、および前記描画手段と前記被描画体の相対移動の速度を補正する補正工程とを備えることを特徴とする画像記録方法。

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