JP4143391B2 - マルチビーム・マルチヘッド描画装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザを光源とし、複数の描画ヘッドを備えたマルチビーム・マルチヘッド描画装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、Ｎｄ：ＹＡＧレーザを用い、２つの露光ヘッドで異なるパターンを彫刻することができるマルチヘッドレーザ彫刻機が開示されている（例えば、特許文献１参照）。このマルチヘッドレーザ彫刻機は、例えば、プラスチック部品のラジオパネル等の彫刻を行うために使用される。
【０００３】
一方、従来のマルチビーム・マルチヘッド描画装置の一例として、図５に示すように、光源としてレーザ５２を有し、記録のスイッチング用としてＡＯＭ（音響光学素子）５１が実装された描画装置では、レーザ５２からのレーザ光５４は、反射ミラー５３で反射され、集光レンズ５５、ＡＯＭ５１、レンズ５６を通り、反射ミラー５７で反射され、偏向器５８にて偏向された後、ｆθレンズ５９を通って折り返しミラー６０で反射され、記録媒体に結像される。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−１９３１５６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記特許文献１に記載のマルチヘッドレーザ彫刻機においては、露光ヘッド間の高精度の画像結合が必要不可欠となるが、本文献で提案されている彫刻機では、これを実現することが困難であるという問題がある。
【０００６】
また、上記図５に示したマルチビーム・マルチヘッド描画装置では、描画時間を短縮するには偏向器を高速のものにする必要があるが、偏向器の速度上昇には限界がある。また、描画ヘッド間の画像の切れ目において走査線を合わせ込むには、機械的な位置調整を行う必要があり、この調整に長時間を要するという問題がある。
【０００７】
そこで、本発明は、上記従来のマルチビーム・マルチヘッド描画装置等における問題点に鑑みてなされたものであって、描画ヘッド間の高精度の画像結合を容易に行うことができ、描画時間を短縮することも可能なマルチビーム・マルチヘッド描画装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、レーザ光源と、該レーザ光源から入射されるレーザ光を描画領域へ導く複数の描画ヘッドとを備えたマルチビーム・マルチヘッド描画装置において、前記複数の描画ヘッドの各々は、前記レーザ光源から入射されるレーザ光を２つの光路に分離するビームスプリッタと、分離された各々の光路上に配置され、レーザ光の光軸を２次元方向に調整するための２つの音響光学素子を有するＡＯＭユニットと、該ＡＯＭユニットを通過したレーザ光を入射して前記描画領域に導く偏向器とを備えることを特徴とする。
【０００９】
そして、請求項１記載の発明によれば、ビームスプリッタによって分離された光路の各々に、レーザ光の光軸を２次元方向に調整するための２つの音響光学素子を有するＡＯＭユニットを設けるため、結像面の位置を自由自在に変化させることができ、ピッチ調整や位置調整が自由自在となり、描画ヘッド間の画像位置調整を容易に行うことができる。また、各々の描画ヘッドに２つのビームを有することで、描画時間を従来の１／２に短縮することができる。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のマルチビーム・マルチヘッド描画装置において、１つのレーザ光源と、該レーザ光源からのレーザ光を前記複数の描画ヘッドに導く複数の第２のビームスプリッタを備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項２記載の発明によれば、１つのレーザ光源で複数の描画ヘッドにレーザ光を提供することができるため、消耗品であるレーザ光源の交換作業を１回で済ませることができ、保守性の向上を図ることができる。また、レーザ単体が高価であるため、１つの光源のみでレーザ光を分岐することにより、安価な装置を提供することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１３】
図１は、本発明にかかるマルチビーム・マルチヘッド描画装置の一実施の形態を示し、このマルチビーム・マルチヘッド描画装置は、１つのレーザ光源１と、レーザ光源１からのレーザ光２を分岐させる複数のビームスプリッタ３と、ビームスプリッタ３で分岐されたレーザ光を光源として用いる複数の描画ヘッド４１〜４４とを備える。そして、描画ヘッド４１〜４４の各々は、図２に示すように、ＮＤフィルタ５と、ビームスプリッタ６と、反射ミラー７、８、９と、偏向器１０と、ｆθレンズ１１と、２つのＡＯＭユニット１２と、折り返しミラー１７等を備える。
【００１４】
レーザ光源１は、光学ベース１３上に配置され、ガスレーザまたは個体励起のレーザであり、その出力は平行光束となっている。
【００１５】
光学ベース１３上に設けられた描画ヘッド４１〜４４の構成は、光量調整用のＮＤフィルタ５の透過率が異なるだけであり、他の構成は同一である。
【００１６】
ＡＯＭユニット１２の前方に配置されている集光レンズ１５は、レーザ光２をＡＯＭ結晶内で集光させ、画像データのスイッチングスピードの立ち上がりを改善するために配置される。
【００１７】
一方、ＡＯＭユニット１２の後方に配置されているレンズ１６は、結像面で適正なビームサイズを得るため、ｆθレンズ１１に入射するビーム径を所望のビームサイズに調整するために配置される。
【００１８】
ＡＯＭユニット１２には、図３に示すように、Ｘ、Ｙ方向に偏向されるように調整可能な光学結晶媒体１９、２０が配置されている。この光学結晶媒体１９、２０は、音響光学素子としてビーム位置を電気的に制御するために使用される。すなわち、音響波が光学結晶媒体１９、２０の中に入ると、ある屈折率を持った波が生じ、レーザ光は、結晶内を通過中にいくつかに回析される。ここで、光学結晶媒体１９、２０は、一次光回析光線が最大効率になるように配置されている。この光線の偏向角度θは、（式１）に示すように、音響周波数ｆに比例するため、音響周波数ｆを変化させることによりＸＹ方向に光軸を変化させることができる。
【００１９】
θ＝λ・ｆ／Ｖ・・・・（式１）
ここで、θ：０次光と一次光の角度
λ：光波長
ｆ：音響周波数
Ｖ：光学結晶媒体内の音速
である。
【００２０】
図３（ａ）に示すように、ＡＯＭユニット１２のＡＯＭの光学結晶媒体１９は、描画ヘッド４１の光学ベース１３に水平に配置され、結晶内を通過中にレーザ光を音響周波数ｆによって０次光２１と一次光２２とに分離する。分離された光２１、２２は、描画ヘッドベースに対して垂直に配置された光学結晶体２０を通過する。この時、光学結晶媒体１９の音響周波数ｆを変化させることで、（式１）の関係からＸ方向に分離することができ、Ｙ方向は、光学結晶媒体２０の音響周波数ｆを変更することで調整が可能である。
【００２１】
描画ヘッド４１には、ＡＯＭユニット１２を通過した後のレンズ１６の後に、０次光２１、２３と１次光２２、２４とに分離するアパーチャ２６が配置される。
【００２２】
偏向器１０は、ガルバノミラーやポリゴンミラー等を使用する。
【００２３】
次に、上記構成を有するマルチビーム・マルチヘッド描画装置の動作について説明する。
【００２４】
図１に示すように、描画ヘッドを４つとした場合には、その描画ヘッド４１のレーザ光量は、ビームスプリッタ３で５０％透過し、５０％反射する。描画ヘッド４１で透過した光は、描画ヘッド４２のビームスプリッタ３で分岐され、描画ヘッド４３へ、さらに描画ヘッド４４と伝達していく。各ビームスプリッタ３は、５０％で透過／反射されるので、描画ヘッド４１は１２．５％の透過率のＮＤフィルタ５を、描画ヘッド４２は透過率２５％のＮＤフィルタ５を、描画ヘッド４３は透過率５０％のＮＤフィルタ５を実装し、各描画ヘッド４１〜４４の光量を同一としている。
【００２５】
描画ヘッド４１においてＮＤフィルタ５を通過したレーザ光２は、図２に示すように、２つに光路を分離するビームスプリッタ１４でさらに分離される。ビームスプリッタ１４を透過した光は、反射ミラー７を介して９０°折り返され、集光レンズ１５を介してＡＯＭユニット１２へ入射する。そして、ＡＯＭユニット１２を透過した後、レンズ１６を通り、偏光ビームスプリッタ６によって９０°折り返され、反射ミラー９を介して偏向器１０のミラー面に入射し、ｆθレンズ１１を通って折り返しミラー１７で反射され、結像面に結像する。
【００２６】
一方、ビームスプリッタ１４で９０°反射された光は、ＡＯＭユニット１２を通って反射ミラーを介してλ／２板１８にて偏光方向を９０°変え、偏光ビームスプリッタ６を透過して反射ミラー９で反射され、偏向器１０のミラー面に入射し、ｆθレンズ１１を通って折り返しミラーで反射され、結像面に結像する。ここで、図４に示すように、上述の要領で音響周波数ｆを変化させることによりＸＹ方向に結像位置のビームを変化させ、描画ヘッド間の高精度の画像結合を可能とする。
【００２７】
結像面には、記録媒体２５が配置され、画データをＡＯＭで変調して記録する。記録媒体２５は、図示しない円筒ドラムに巻き付けたり、記録媒体２５を設けた平面上の台が移動したり、記録媒体２５をローラ間に挟んで駆動機構を用いてフィードすることで、記録媒体２５を副走査方向に移動する。尚、描画ヘッド４１〜４４の数は、その記録媒体２５の主走査幅分だけ増加することができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、描画ヘッド間の高精度の画像結合を容易に行うことができ、描画時間を短縮すること等が可能なマルチビーム・マルチヘッド描画装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるマルチビーム・マルチヘッド描画装置の一実施の形態を示す概略図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
【図２】図１のマルチビーム・マルチヘッド描画装置の描画ヘッドを示す平面図である。
【図３】図１のマルチビーム・マルチヘッド描画装置のＡＯＭユニットを示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
【図４】本発明にかかるマルチビーム・マルチヘッド描画装置における結像位置ビームの可変図であって、（ａ）は一方の描画ヘッド、（ｂ）は他方の描画ヘッドの結像位置ビームの可変図である。
【図５】従来のマルチビーム・マルチヘッド描画装置の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
１ レーザ光源
２ レーザ光
３ ビームスプリッタ
５ ＮＤフィルタ
６ 偏光ビームスプリッタ
７〜９ 反射ミラー
１０ 偏向器
１１ ｆθレンズ
１２ ＡＯＭユニット
１３ 光学ベース
１４ ビームスプリッタ
１５ 集光レンズ
１６ レンズ
１７ 折り返しミラー
１８ λ／２板
１９ 光学結晶媒体
２０ 光学結晶媒体
２１ ０次光（Ｘ方向）
２２ 一次光（Ｘ方向）
２３ ０次光（Ｙ方向）
２４ 一次光（Ｙ方向）
２５ 記録媒体
２６ アパーチャ
４１〜４４ 描画ヘッド
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザを光源とし、複数の描画ヘッドを備えたマルチビーム・マルチヘッド描画装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、Ｎｄ：ＹＡＧレーザを用い、２つの露光ヘッドで異なるパターンを彫刻することができるマルチヘッドレーザ彫刻機が開示されている（例えば、特許文献１参照）。このマルチヘッドレーザ彫刻機は、例えば、プラスチック部品のラジオパネル等の彫刻を行うために使用される。
【０００３】
一方、従来のマルチビーム・マルチヘッド描画装置の一例として、図５に示すように、光源としてレーザ５２を有し、記録のスイッチング用としてＡＯＭ（音響光学素子）５１が実装された描画装置では、レーザ５２からのレーザ光５４は、反射ミラー５３で反射され、集光レンズ５５、ＡＯＭ５１、レンズ５６を通り、反射ミラー５７で反射され、偏向器５８にて偏向された後、ｆθレンズ５９を通って折り返しミラー６０で反射され、記録媒体に結像される。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−１９３１５６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記特許文献１に記載のマルチヘッドレーザ彫刻機においては、露光ヘッド間の高精度の画像結合が必要不可欠となるが、本文献で提案されている彫刻機では、これを実現することが困難であるという問題がある。
【０００６】
また、上記図５に示したマルチビーム・マルチヘッド描画装置では、描画時間を短縮するには偏向器を高速のものにする必要があるが、偏向器の速度上昇には限界がある。また、描画ヘッド間の画像の切れ目において走査線を合わせ込むには、機械的な位置調整を行う必要があり、この調整に長時間を要するという問題がある。
【０００７】
そこで、本発明は、上記従来のマルチビーム・マルチヘッド描画装置等における問題点に鑑みてなされたものであって、描画ヘッド間の高精度の画像結合を容易に行うことができ、描画時間を短縮することも可能なマルチビーム・マルチヘッド描画装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、レーザ光源と、該レーザ光源から入射されるレーザ光を描画領域へ導く複数の描画ヘッドとを備えたマルチビーム・マルチヘッド描画装置において、前記複数の描画ヘッドの各々は、前記レーザ光源から入射されるレーザ光を２つの光路に分離するビームスプリッタと、分離された各々の光路上に配置され、レーザ光の光軸を２次元方向に調整するための２つの音響光学素子を有するＡＯＭユニットと、該ＡＯＭユニットを通過したレーザ光を入射して前記描画領域に導く偏向器とを備えることを特徴とする。
【０００９】
そして、請求項１記載の発明によれば、ビームスプリッタによって分離された光路の各々に、レーザ光の光軸を２次元方向に調整するための２つの音響光学素子を有するＡＯＭユニットを設けるため、結像面の位置を自由自在に変化させることができ、ピッチ調整や位置調整が自由自在となり、描画ヘッド間の画像位置調整を容易に行うことができる。また、各々の描画ヘッドに２つのビームを有することで、描画時間を従来の１／２に短縮することができる。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のマルチビーム・マルチヘッド描画装置において、１つのレーザ光源と、該レーザ光源からのレーザ光を前記複数の描画ヘッドに導く複数の第２のビームスプリッタを備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項２記載の発明によれば、１つのレーザ光源で複数の描画ヘッドにレーザ光を提供することができるため、消耗品であるレーザ光源の交換作業を１回で済ませることができ、保守性の向上を図ることができる。また、レーザ単体が高価であるため、１つの光源のみでレーザ光を分岐することにより、安価な装置を提供することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１３】
図１は、本発明にかかるマルチビーム・マルチヘッド描画装置の一実施の形態を示し、このマルチビーム・マルチヘッド描画装置は、１つのレーザ光源１と、レーザ光源１からのレーザ光２を分岐させる複数のビームスプリッタ３と、ビームスプリッタ３で分岐されたレーザ光を光源として用いる複数の描画ヘッド４１〜４４とを備える。そして、描画ヘッド４１〜４４の各々は、図２に示すように、ＮＤフィルタ５と、ビームスプリッタ６と、反射ミラー７、８、９と、偏向器１０と、ｆθレンズ１１と、２つのＡＯＭユニット１２と、折り返しミラー１７等を備える。
【００１４】
レーザ光源１は、光学ベース１３上に配置され、ガスレーザまたは個体励起のレーザであり、その出力は平行光束となっている。
【００１５】
光学ベース１３上に設けられた描画ヘッド４１〜４４の構成は、光量調整用のＮＤフィルタ５の透過率が異なるだけであり、他の構成は同一である。
【００１６】
ＡＯＭユニット１２の前方に配置されている集光レンズ１５は、レーザ光２をＡＯＭ結晶内で集光させ、画像データのスイッチングスピードの立ち上がりを改善するために配置される。
【００１７】
一方、ＡＯＭユニット１２の後方に配置されているレンズ１６は、結像面で適正なビームサイズを得るため、ｆθレンズ１１に入射するビーム径を所望のビームサイズに調整するために配置される。
【００１８】
ＡＯＭユニット１２には、図３に示すように、Ｘ、Ｙ方向に偏向されるように調整可能な光学結晶媒体１９、２０が配置されている。この光学結晶媒体１９、２０は、音響光学素子としてビーム位置を電気的に制御するために使用される。すなわち、音響波が光学結晶媒体１９、２０の中に入ると、ある屈折率を持った波が生じ、レーザ光は、結晶内を通過中にいくつかに回析される。ここで、光学結晶媒体１９、２０は、一次光回析光線が最大効率になるように配置されている。この光線の偏向角度θは、（式１）に示すように、音響周波数ｆに比例するため、音響周波数ｆを変化させることによりＸＹ方向に光軸を変化させることができる。
【００１９】
θ＝λ・ｆ／Ｖ・・・・（式１）
ここで、θ：０次光と一次光の角度
λ：光波長
ｆ：音響周波数
Ｖ：光学結晶媒体内の音速
である。
【００２０】
図３（ａ）に示すように、ＡＯＭユニット１２のＡＯＭの光学結晶媒体１９は、描画ヘッド４１の光学ベース１３に水平に配置され、結晶内を通過中にレーザ光を音響周波数ｆによって０次光２１と一次光２２とに分離する。分離された光２１、２２は、描画ヘッドベースに対して垂直に配置された光学結晶体２０を通過する。この時、光学結晶媒体１９の音響周波数ｆを変化させることで、（式１）の関係からＸ方向に分離することができ、Ｙ方向は、光学結晶媒体２０の音響周波数ｆを変更することで調整が可能である。
【００２１】
描画ヘッド４１には、ＡＯＭユニット１２を通過した後のレンズ１６の後に、０次光２１、２３と１次光２２、２４とに分離するアパーチャ２６が配置される。
【００２２】
偏向器１０は、ガルバノミラーやポリゴンミラー等を使用する。
【００２３】
次に、上記構成を有するマルチビーム・マルチヘッド描画装置の動作について説明する。
【００２４】
図１に示すように、描画ヘッドを４つとした場合には、その描画ヘッド４１のレーザ光量は、ビームスプリッタ３で５０％透過し、５０％反射する。描画ヘッド４１で透過した光は、描画ヘッド４２のビームスプリッタ３で分岐され、描画ヘッド４３へ、さらに描画ヘッド４４と伝達していく。各ビームスプリッタ３は、５０％で透過／反射されるので、描画ヘッド４１は１２．５％の透過率のＮＤフィルタ５を、描画ヘッド４２は透過率２５％のＮＤフィルタ５を、描画ヘッド４３は透過率５０％のＮＤフィルタ５を実装し、各描画ヘッド４１〜４４の光量を同一としている。
【００２５】
描画ヘッド４１においてＮＤフィルタ５を通過したレーザ光２は、図２に示すように、２つに光路を分離するビームスプリッタ１４でさらに分離される。ビームスプリッタ１４を透過した光は、反射ミラー７を介して９０°折り返され、集光レンズ１５を介してＡＯＭユニット１２へ入射する。そして、ＡＯＭユニット１２を透過した後、レンズ１６を通り、偏光ビームスプリッタ６によって９０°折り返され、反射ミラー９を介して偏向器１０のミラー面に入射し、ｆθレンズ１１を通って折り返しミラー１７で反射され、結像面に結像する。
【００２６】
一方、ビームスプリッタ１４で９０°反射された光は、ＡＯＭユニット１２を通って反射ミラーを介してλ／２板１８にて偏光方向を９０°変え、偏光ビームスプリッタ６を透過して反射ミラー９で反射され、偏向器１０のミラー面に入射し、ｆθレンズ１１を通って折り返しミラーで反射され、結像面に結像する。ここで、図４に示すように、上述の要領で音響周波数ｆを変化させることによりＸＹ方向に結像位置のビームを変化させ、描画ヘッド間の高精度の画像結合を可能とする。
【００２７】
結像面には、記録媒体２５が配置され、画データをＡＯＭで変調して記録する。記録媒体２５は、図示しない円筒ドラムに巻き付けたり、記録媒体２５を設けた平面上の台が移動したり、記録媒体２５をローラ間に挟んで駆動機構を用いてフィードすることで、記録媒体２５を副走査方向に移動する。尚、描画ヘッド４１〜４４の数は、その記録媒体２５の主走査幅分だけ増加することができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、描画ヘッド間の高精度の画像結合を容易に行うことができ、描画時間を短縮すること等が可能なマルチビーム・マルチヘッド描画装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるマルチビーム・マルチヘッド描画装置の一実施の形態を示す概略図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
【図２】図１のマルチビーム・マルチヘッド描画装置の描画ヘッドを示す平面図である。
【図３】図１のマルチビーム・マルチヘッド描画装置のＡＯＭユニットを示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
【図４】本発明にかかるマルチビーム・マルチヘッド描画装置における結像位置ビームの可変図であって、（ａ）は一方の描画ヘッド、（ｂ）は他方の描画ヘッドの結像位置ビームの可変図である。
【図５】従来のマルチビーム・マルチヘッド描画装置の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
１ レーザ光源
２ レーザ光
３ ビームスプリッタ
５ ＮＤフィルタ
６ 偏光ビームスプリッタ
７〜９ 反射ミラー
１０ 偏向器
１１ ｆθレンズ
１２ ＡＯＭユニット
１３ 光学ベース
１４ ビームスプリッタ
１５ 集光レンズ
１６ レンズ
１７ 折り返しミラー
１８ λ／２板
１９ 光学結晶媒体
２０ 光学結晶媒体
２１ ０次光（Ｘ方向）
２２ 一次光（Ｘ方向）
２３ ０次光（Ｙ方向）
２４ 一次光（Ｙ方向）
２５ 記録媒体
２６ アパーチャ
４１〜４４ 描画ヘッド
Claims (2)
- レーザ光源と、該レーザ光源から入射されるレーザ光を描画領域へ導く複数の描画ヘッドとを備えたマルチビーム・マルチヘッド描画装置において、
前記複数の描画ヘッドの各々は、
前記レーザ光源から入射されるレーザ光を２つの光路に分離するビームスプリッタと、
分離された各々の光路上に配置され、レーザ光の光軸を２次元方向に調整するための２つの音響光学素子を有するＡＯＭユニットと、
該ＡＯＭユニットを通過したレーザ光を入射して前記描画領域へ導く偏向器とを備えることを特徴とするマルチビーム・マルチヘッド描画装置。 - １つのレーザ光源と、該レーザ光源からのレーザ光を前記複数の描画ヘッドに導く複数の第２のビームスプリッタを備えることを特徴とする請求項１記載のマルチビーム・マルチヘッド描画装置。
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|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|---|
| JP2008254035A (ja) * | 2007-04-05 | 2008-10-23 | Disco Abrasive Syst Ltd | レーザー加工装置 |
| JP5431989B2 (ja) * | 2010-01-29 | 2014-03-05 | 株式会社ディスコ | レーザー加工装置 |
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2002
- 2002-12-02 JP JP2002349960A patent/JP4143391B2/ja not_active Expired - Fee Related
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