JP3548277B2 - マルチビーム記録装置およびマルチビーム記録装置の開口板製作方法 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、複数のビームを用いて、精密な画像、例えばプリント基板を作成するための、露光焼き付け用のマスクに回路パターン、を描画するためのマルチビーム記録装置とマルチビーム記録装置における開口板製作方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
【0003】
精密な画像を描画するプロッタとして、光源としてレーザ光を用い、偏向走査光学系により主走査をおこないつつ結像面を移動して副走査を行い2次元の画像を描画するレーザプロッタが従来より知られている。しかしレーザプロッタは高速で回転または揺動するミラーを用いて偏向走査を行っており、高精度化が難しく、精度を上げるためにはコストがかかるものであった。さらに、光源として半導体レーザを用いた場合には、発熱量が大きい、非点収差が発生しその補正のために光学部品を追加する必要があるといった問題があった。また、高速で結像面を走査するレーザビームを正確に変調するための駆動回路も必要であった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記の事情に鑑み、本発明は、機械的な機構によるビームの偏向を行うことなく、高精度・高精細な画像を高速に記録するための、マルチビーム記録装置およびその開口板製作方法を提供することを目的としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明のマルチビーム記録装置の開口板製作方法は、複数の光源部と、前記複数の光源部のそれぞれに対応する開口が設けられた開口板と、前記開口の像を感光材料面上に投影する結像光学系と、を有するマルチビーム記録装置において、前記結像光学系の結像面に目標結像パターンが描画されたパターンマスクを配置し、前記目標結像パターンを照明して、前記結像光学系により前記目標結像パターンを前記開口板位置に向けて投影し、前記開口板が設置される位置における前記目標結像パターンの投影像の位置に基づいて、前記開口板の開口を形成することを特徴としている。
なお、前記開口板が設置される位置に感光材料を設置し、前記感光材料により、前記投影された前記目標パターンを写し取り、前記感光材料に写し取ったパターンに基づいて前記開口板の開口を形成することができる。
また、前記目標結像パターンは前記開口板に形成される全ての開口に対応した結像パターンを有しているものを用いることができる。
【0006】
また、別の観点からは、本発明のマルチビーム記録装置の開口板製作方法は、複数の光源部と、前記複数の光源部のそれぞれに対応する複数の開口が設けられた開口板と、前記開口の像を感光材料面上に投影する結像光学系と、を有するマルチビーム記録装置において、前記結像光学系の結像面に単位点像を設け、前記単位点像と前記結像光学系との相対位置を変え、前記複数の開口の像が形成されるべき位置に順次前記単位点像を移動し、前記点像の移動が完了する毎に前記点像を照明して前記結像光学系にて前記単位点像を前記開口板が設けられる位置に取り付けられた感光材料に向けて投影し、前記感光材料に記録された前記点像のパターンに基づいて前記開口板の開口を形成すること、を特徴としている。
【0007】
あるいはまた、本発明のマルチビーム記録装置の開口板製作方法は、複数の光源部と、前記複数の光源部のそれぞれに対応する複数の開口が設けられた開口板と、前記開口の像を被走査面上に所定の結像パターンとして投影するための結像光学系と、を有するマルチビーム記録装置において、前記複数の開口の像が形成されるべき位置に所定のパターンを配置し、前記所定のパターンを照明して、前記結像光学系により前記所定のパターンの像を前記被走査面上に結像させ、結像した前記所定のパターンと、前記所定のパターンの目標結像パターンとのずれを検出し、前記ずれに基づいて、前記所定の結像パターンが前記被走査面上に投影されるよう、前記複数の開口の位置を決定すること、を特徴としている。
また、本発明のマルチビーム記録装置は、上記のいずれかの方法で製作された開口板を用いることができる。
【0008】
【実施例】
図1は、本実施例のマルチビーム記録装置100の外観を示す斜視図である。本実施例の記録装置100は、プリント基板を作成するための、露光焼き付け用のマスクに回路パターンを作画するための装置である。
マルチビーム記録装置100は、装置本体ベース1に、回路パターンが作画される感光フィルム3を載置するための感光材搭載テーブル2が設けられている。テーブル2は、その下面がY方向に延びる一対のレール2Rに沿ってガイドされた状態で、ボールねじ2Bを図示しないテーブル駆動用モータにより回転させることによって、図中Y方向に往復移動可能となっている。
【0009】
描画光束は光照射ユニット4から、所定の領域内で2次元配列された複数本のビームとして、射出される。
光照射ユニット4は、光学系搭載ステージ5Sに載置された光学ベース5に固定されている。光学ベース5は、X方向に延びる一対のガイドレール5RにガイドされてX方向に移動可能となっており、光学系駆動モータ5Mによってボールねじ5Bを回転させることにより、光照射ユニット4はX方向に移動される。光照射ユニット4には、装置本体ベース1に設けられた位置検出用リニアスケール5Kを検出するスケール検出ヘッド5Dが設けられており、光学系駆動モータ5Mはスケール検出ヘッド5Dの検出信号に基づいてフィードバック制御されている。
なお、図示していないが、感光材搭載テーブル2には、図示しないテーブル位置検出用スケールを検出するテーブル位置検出ヘッドが設けられており、テーブル駆動用モータはテーブル位置検出ヘッドの出力信号にもとづいてフィードバック制御されている。
【0010】
図2は、光照射ユニット4の構成の概略を示す側面図である。
光照射ユニット4は、ユニット内のプリント基板41に取り付けられた複数のLED(発光ダイオード)42、複数のLED42に1対1に対応して開口が形成された開口板43、開口を透過したビームを感光フィルム3の表面で結像させるための第1レンズ群44、および第2レンズ群45からなる縮小光学系を有している。本実施例においては、感光フィルム3としては、波長400nm〜570nmにおいて分光感度を有するいわゆるオルソ系の感光材料を用いている。また、LED42としては、ピーク波長が450nmのいわゆる青色LEDを用いている。
【0011】
図3は、LED42および開口パネル43に形成された開口の配置を説明するための、開口板43を光照射ユニット4の上面側から見た図である。なお、LED42の位置は破線で示している。また、図4は、感光フィルム3上に結像した点像のパターンを示している。本実施例では第1群および第2群のレンズ44、45により1/25倍の像が感光フィルム3に投影される。
【0012】
プリント基板の回路パターンを作画する装置は、精密な描画性能を有する必要があり、従って高い解像度が要求される。しかし、LEDを光源とする場合、LED自体の物理的な大きさにより、光源の配置の密度が制限されることになる。本実施例の記録装置に用いられるLEDはプリント基板41に平行な平面上で、最大3.8mmの直径を有している。これを互いに接触しないよう配置するため、図3、図4に示すように、ビームは離散的に配置された開口から射出されて、離散的な点像を感光フィルム3表面に形成する。また、感光フィルム3に投影される点像の大きさ、および位置の精度を上げるため、開口パネル43に、LED42に1対1対応した開口を形成し、開口板43の像を感光フィルム3上に投影している。
【0013】
本実施例においては、テーブルの移動とLED42の発光のタイミングを制御することにより、あるライン(X方向に沿ったライン)に注目した場合に、図5に示すように、全てのビームの像が近接した状態で一列に並ぶようになっている。
【0014】
本実施例の記録装置100においては、LED42が、2次元に配列されている。図3に示すように、Y方向には32個のLED42が並べられている(以下、Y方向に並んだLED42をY列のLED42と呼ぶ)。同様にY方向に配列されたLED42の列がX方向に32列配置される。X方向の一つのラインに注目すると、32個のLED42はX方向に沿って一直線に並んでいる(以下、X方向に一直線に並んだLEDをX行のLEDと呼ぶ)。Y列のLEDは、図3のY1〜Y32に示されるように、開口AP1(2、3、・・・)の直径分だけ順にずれた位置に配置され、開口AP1〜32も同様な配置で形成されている。開口APの径は、Y列の先頭のLEDY1と隣の列の先頭のLEDY33とのX方向における距離をY列のLEDの数で割った値と等しく設定されている。即ち、Y列には32個のLEDが配置されており、Y1とY33との距離は4mmとなっている。従って、開口APの径は0.125mmとなっている。
【0015】
ここで、テーブル2をY方向に移動しつつ光照射ユニット4からビームを照射させる場合を考える。LEDY1を含む行の各LEDから射出されたビームにより感光フィルム3上に形成される像に注目する。Y1、Y33、Y65、・・・から射出されたビームは感光フィルム3上で、一列に離散的に並んだ点像を形成する(この点像が並ぶ行を図4にラインL1として示す)。次に、テーブルが移動し、ラインL1がY2を含む行のLEDから照射されるビーム位置に対応した位置に達すると、ラインL1上に前回形成された離散的な点像に隣接してY2、Y34、・・・に対応した像が形成される。以降同様にして、順次隣接した像が同一ライン上に形成され、最後にY32を含む行のLEDY32、Y64、・・・に対応した点像が同一ラインL1上に形成されると、結果として、図5に示したように、1024個の点像が隣接して同一ライン上に形成されることになる。従って、離散的に2次元配列された像の、Y方向のピッチ分だけテーブル2(したがって感光フィルム3)が移動した時点で露光を行うことにより、感光フィルム3上の各ラインに順次点像が補間されて、最終的には各ラインがそれぞれ1024個のドットで構成されるようになる。
【0016】
感光フィルム3への作画は次のようにして行われる。まずY方向にテーブル2を移動しつつ上述の作画処理を行って、感光フィルム3の表面に、Y方向に延びた帯状に画像を形成する。感光フィルム3の端部まで画像形成が行われると、光学系搭載ステージ5SをX方向に移動する。光学系搭載ステージ5Sの移動後にテーブル2を前回とは逆方向に移動することにより、同様にして、感光フィルム3にY方向に延びた帯状の画像を形成する。尚、光学系搭載ステージ5Sは、互いに隣接する帯状の画像がオーバーラップすることなく、また、間に画像が形成されない空白部分が入ることのないよう、LEDの配列により定まる所定の長さ分だけ正確にX方向に移動される。
【0017】
図6は、本実施例の記録装置100の作画処理を行うための制御系を説明するブロック図である。
作画データはメモリ13にビットマップとして記憶されており、所定のクロック信号に同期して、LEDアレイ42Aの各LED42の配列に対応したデータが、LED駆動回路12に入力され、LED駆動回路12は各LED42を、入力信号に対応した所定の強度のパルス状の電流により駆動し、発光させる。
【0018】
LEDアレイ42Aの駆動と共に、テーブル2および光学ベース5の移動もCPU10により制御される。本実施例の記録装置100においては、CPU10は光学系駆動モータ5Mを駆動させて光学ベース5に搭載された光照射ユニット4のX方向における位置決めを行い、次にテーブル移動用モータ2Mを駆動してテーブル2をY方向に移動させながらLEDアレイ42Aを発光させる。なお、光学系駆動モータ5Mおよびテーブル移動用モータ2Mに駆動中は、スケール検出ヘッド5Dおよび2Dの出力がCPU10に入力されており、光学系駆動モータ5Mおよびテーブル移動用モータ2Mはフィードバック制御されている。
【0019】
記録されるパターンの位置精度を高いレベルに保つためには、図3に示した開口の位置関係が高精度で保たれている必要がある。しかしながら、一般に結像光学系は歪曲収差を持っており、たとえ開口板43において等ピッチ性が保たれていても、結像されたパターンの位置関係にはずれが生じる。
例えば、光学系の倍率を1/25倍、開口直径125μm、開口間のピッチを250μmとすると、開口全体の大きさは124mm×124mm、結像面での縮小された大きさは5mm×5mmとなる。このとき、結像光学系に最大+1%の歪曲収差が存在したとすると開口AP1と開口AP1024は(X方向、Y方向)にそれぞれ約(−25μm、+25μm)、(+25μm、−25μm)の位置ずれが生ずる。
結像面での開口の大きさ(1ドット)は10μmなので、位置誤差は2.5ドットとなり、容認できない量である。
【0020】
また、2次元配列された開口の幅分だけ移動しながら繰り返し描画する場合、前回描画した開口AP1024と次回描画する開口AP1とが隣接することになる。このとき、設計上の両者の間隔(X方向)は5μmであるが、実際には上述のずれのために55μmとなり、描画パターンに隙間ができてしまう。
結像光学系の歪曲収差を抑えることは可能だが、そのためには、レンズ構成枚数を増やす必要が生じ、コストアップ、大型化、透過率の低下などの問題が発生する。また、設計上歪曲収差をなくすることができても、個々のレンズ、鏡枠の加工誤差等によっても歪曲収差は発生する。
【0021】
以上のことから、本発明においては、設計上残留した歪曲収差、加工・組立誤差に起因する歪曲収差があっても、所定のパターンの投影像が得られるようなマルチビーム記録装置及び、該装置に用いる開口板の製作方法を提案している。
【0022】
図7は、第1実施例の開口製作方法を示す図である。第1実施例は、感光フィルム3が載置される位置に、理想的な投影パターンが描かれたチャート31を置き、その像を開口板43位置に逆投影する事により、開口の位置を得るものである。
投影パターンは、レーザ描画装置などを用いて銀塩乾板上に描画したもの、あるいは、フォトレジスト、電子ビームレジストを介してクロム乾板上に形成したものを用いる。一方、開口板位置には銀塩乾板、フォトレジストなどの感光材料32を配置し、記録されたパターンをそのままもしくは、クロムなどの金属パターンに置き換えて、開口板43として使用する。
【0023】
開口板43の位置と結像面の位置は互いに共役な位置となっている。上記の方法で作られた開口板は43光学系の特性に起因する歪みを全て反映しているため、この開口板を用いることにより、位置精度の非常に高い描画パターンを得ることができる。なお、投影パターンおよび投影パターンの照明は、透過型のパターンと透過照明、反射型のパターンと反射照明のいずれも可能である。
【0024】
図8は、第2実施例の開口製作方法を示す図である。第2実施例は、結像面に単一の点像33を配し、テーブル2および光学系載置ステージ5Sを、点像パターンが開口板43の各開口と対応した位置となる様移動させ(例えば、図8において、a〜e)、各位置での開口板の位置における点像パターンの投影像(A〜E)を記録するものである。このときの移動位置は、理想的な光学系を用いた場合の像の位置となるようにする。この場合にも、第1実施例と同様、点像パターンに対応する位置には、感光材料を置き、透過型または反射型の点像パターンと、それに対応した照明を用いて、点像パターンを逆投影する。
【0025】
第3実施例は、開口板43が置かれるべき位置に、図9に示す格子状のチャートを置き、これを照明し、光学系を介して結像面にその像を投影する方法である。一般に投影像は歪曲収差のために、図9の図形に比べて歪んだ格子となる。この投影された格子状チャートを感光材料に記録し、各格子点の位置座標を測定して、理想状態からのずれを検出する。次に、検出された理想状態からのずれに基づいて、開口板43が置かれる位置における開口の位置座標を決定する。この位置座標に基づいて、レーザ描画装置等を用いて開口板43を製作する。
尚、第3実施例で使用するチャートは、格子状に限るものではなく、形状に関する情報が予め分かっており、所定の解像度で位置のずれが求められるものであれば、どのようなチャートでも良い。
【0026】
上記の第1〜第3の何れの実施例に基づいて製作された開口板も、光学系により投影された像に基づいて開口位置を定めたものであるため、極めて高い精度で理想パターンに近い描画パターンを感光フィルム面3に投影することができる。
【0027】
【発明の効果】
第1、第2実施例によれば、光学系の結像面上の、目標パターンを逆投影して開口板の開口位置を決定しているため、光学系の歪曲収差、組付けの誤差の影響等を全て加味した状態で開口位置を決定するため、極めて精密に描画する事ができる。
また、第3実施例によれば、開口板の位置に配置したチャートを投影し、目標位置と、実際の投影位置とのずれに基づいて、開口のあるべき位置を決定しているため、精密なパターンを描画することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施例のマルチビーム記録装置100の外観を示す斜視図である。
【図2】光照射ユニット4の構成の概略を示す側面図である。
【図3】開口パネル43を光照射ユニット4の上面側から見た図である。
【図4】感光フィルム3上に結像した点像のパターンを示す図である。
【図5】全ての点像が近接した状態で一列に並んだ状態を示す図である。
【図6】作画処理を行うための制御系のブロック図である。
【図7】第1実施例の開口製作方法を示す図である。
【図8】第2実施例の開口製作方法を示す図である。
【図9】第3実施例で用いる、格子状のチャートを示す図である。
【符号の説明】
1 記録装置本体
2 感光材搭載用テーブル
2B ボールねじ
2R ガイドレール
2M テーブル駆動用モータ
2D スケール検出ヘッド
3 感光フィルム
4 光照射ユニット
5 光学ベース
5S 光学系搭載ステージ
5B ボールねじ
5R ガイドレール
5D スケール検出ヘッド
5K 位置検出用リニアスケール
Claims (6)
- 複数の光源部と、前記複数の光源部のそれぞれに対応する開口が設けられた開口板と、前記開口の像を感光材料面上に投影する結像光学系と、を有するマルチビーム記録装置において、前記結像光学系の結像面に目標結像パターンが描画されたパターンマスクを配置し、前記目標結像パターンを照明して、前記結像光学系により前記目標結像パターンを前記開口板位置に向けて投影し、前記開口板が設置される位置における前記目標結像パターンの投影像の位置に基づいて、前記開口板の開口を形成することを特徴とする、マルチビーム記録装置の開口板製作方法。
- 前記開口板が設置される位置に感光材料を設置し、前記感光材料により、前記投影された前記目標パターンを写し取り、前記感光材料に写し取ったパターンに基づいて前記開口板の開口を形成すること、を特徴とする、請求項1に記載のマルチビーム記録装置の開口板製作方法。
- 前記目標結像パターンは前記開口板に形成される全ての開口に対応した結像パターンを有していることを特徴とする、請求項1または2に記載のマルチビーム記録装置の開口板製作方法。
- 複数の光源部と、前記複数の光源部のそれぞれに対応する複数の開口が設けられた開口板と、前記開口の像を感光材料面上に投影する結像光学系と、を有するマルチビーム記録装置において、前記結像光学系の結像面に単位点像を設け、前記単位点像と前記結像光学系との相対位置を変え、前記複数の開口の像が形成されるべき位置に順次前記単位点像を移動し、前記点像の移動が完了する毎に前記点像を照明して前記結像光学系にて前記単位点像を前記開口板が設けられる位置に取り付けられた感光材料に向けて投影し、前記感光材料に記録された前記点像のパターンに基づいて前記開口板の開口を形成すること、を特徴とする、マルチビーム記録装置の開口板製作方法。
- 前記複数の光源部は、複数の発光ダイオードを有することを特徴とする、請求項1から4のいずれかに記載のマルチビーム記録装置の開口板製作方法。
- 請求項1から5のいずれかの方法で製作された開口板を有する、マルチビーム記録装置。
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