JP4974821B2 - 画像記録方法、および画像記録システム - Google Patents

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、被描画体の厚み方向に沿って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

プリズムペアなどの光学部材を用いた機械的な焦点調節では、光学部材が移動可能な範囲が制限されるため、焦点調節が可能な範囲も自ずと限られる。また、露光は等速移動する被描画体に対して行うため、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大きく変化していたり、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、光ビームを用いて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、前記変位データを補正する補正手段とを備えることを特徴とする。

前記補正手段で補正した前記変位データと、前記補正手段で補正していない元の前記変位データとの差分を算出する差分算出手段と、前記差分算出手段で算出された前記差分の最大値と閾値とを比較し、この比較結果に基づいて、前記描画の可否を判定する描画可否判定手段とを備えることが好ましい。

この場合、前記描画可否判定手段は、前記差分の最大値が前記閾値以下である場合、前記描画が可能であると判定し、前記差分の最大値が前記閾値よりも大きい場合、前記描画が不可であると判定する。

また、前記焦点調節手段は、前記描画可否判定手段で前記描画が可能であると判定された場合、前記補正手段で補正された前記変位データに基づいて駆動制御される。

前記閾値を入力させるための操作入力手段を備えることが好ましい。前記閾値は、少なくとも前記描画パターンの精細度に応じて設定されることが好ましい。

前記補正手段は、前記変位データで表される前記凹凸形状の波形を鈍化させる波形鈍化処理を施すことで、補正を行うことが好ましい。

前記変位データを解析して、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前記変位データに対して補正を行うことが好ましい。

この場合、前記補正手段は、前記焦点調節可否判定手段で前記焦点調節が可能であると判定されるまで、前記変位データに対して補正を繰り返し行う。

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露光ヘッドを備えることが好ましい。

請求項１２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、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、前記変位データ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、描画パターンが形成される被描画体の描画面の凹凸形状の変位データを補正して、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１／２ピッチ分（半径分）ずらして配列されている（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、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Ｚ方向に移動可能に設けられており、Ｚ方向に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、焦点調節可否判定部８０が設けられている。焦点調節可否判定部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）を解析して、露光面１４ａの凹凸形状が、プリズムペア４９による焦点調節が可能な程度であるか否かを判定する。

ここで、プリズムペア４９による焦点調節は、プリズムペア４９をＺ方向に移動させて行う機械的なものであるため、焦点調節が可能な範囲は自ずと限られ、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、被描画体１４の一部が反り上がっていたりして、露光面１４ａの凹凸形状が大きく変化していたり、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。

そこで、焦点調節可否判定部８０は、変位データから、凹凸の変化量（例えば、最大値と最小値の差、あるいは平均値との差）、およびその傾きを求める。そして、求めた変化量、および傾きがプリズムペア４９の焦点調節が可能な範囲、および追従可能な速度の範囲内に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。

波形鈍化処理部８１は、焦点調節可否判定部８０で焦点調節が不可であると判定された変位データに対して、適当なフィルタリング処理を施し、大きく、あるいは急激に変化している波形の部分を鈍化させる。波形鈍化処理部８１は、処理後の変位データを再度焦点調節可否判定部８０にフィードバックし、焦点調節可否判定部８０で焦点調節が可能であると判定されるまで、波形鈍化処理を繰り返す。なお、フィルタリング処理の例としては、データを平滑化する処理として広く行われている移動平均が挙げられる。波形鈍化処理を繰り返し行う場合には、移動平均を施す範囲（マスクサイズ）を徐々に広げていき、少しずつ波形を鈍化させる。また、言う迄もないが、波形鈍化処理部８１は、焦点調節可否判定部８０による一回目の判定で焦点調節が可能であると判定された変位データに対しては、当然ながら波形鈍化処理を施さない。一回目の判定で焦点調節が可能であると判定された変位データは、そのままフォーカス制御信号生成部８４に出力される。

差分算出部８２は、焦点調節可否判定部８０で焦点調節が不可であると判定され、波形鈍化処理部８１を通さずに焦点調節可否判定部８０から入力された変位データ（以下、元データという）と、焦点調節可否判定部８０で焦点調節が可能であると判定されるまで、波形鈍化処理部８１で波形鈍化処理が施された変位データ（以下、処理済みデータという）との差分をとり、その算出結果を露光可否判定部８３に出力する。

露光可否判定部８３は、差分算出部８２からの元データと処理済みデータとの差分の最大値と、閾値とを比較する。露光可否判定部８３は、元データと処理済みデータとの差分の最大値が閾値以下であった場合、露光可能であると判定する。逆に、最大値が閾値よりも大きかった場合、露光不可であると判定する。露光可否判定部８３は、露光可否の判定結果をフォーカス制御信号生成部８４に出力する。

元データと処理済みデータとの差分の最大値とは、露光面１４ａの実際の凹凸形状（元データ）から、波形鈍化処理で補正した凹凸形状（処理済みデータ）がどれだけ乖離しているかという度合いを示すものである。また、露光可否を判定する際の基準となる上記閾値は、描画パターンの精細度や露光記録の要求精度によって決まるもので、キーボードやマウスなどからなる操作部８５をオペレーターが操作することで入力される。閾値は、処理済みデータを元にフォーカス制御を行った場合に、描画パターンの精細度や露光記録の要求精度を満たす限度の値（実際の凹凸形状との乖離の度合いの許容範囲）が設定される。したがって、描画パターンの精細度や露光記録の要求精度が高い（低い）場合には、閾値が低く（高く）設定され、露光可否判定部８３で可能であると判定される範囲が狭め（広げ）られる。

フォーカス制御信号生成部８４は、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、プリズムペア４９のＺ方向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。焦点調節可否判定部８０による一回目の判定で焦点調節が可能であると判定された場合、フォーカス制御信号生成部８４は、波形鈍化処理部８１などを経ずにそのままの形で入力された変位データに応じたフォーカス制御信号を生成する。

一方、焦点調節可否判定部８０で焦点調節が不可であると判定され、波形鈍化処理部８１を経て焦点調節が可能であると判定された変位データ、すなわち処理済みデータが存在し、且つ当該処理済みデータに関して露光可否判定部８３で露光可能であると判定された場合、フォーカス制御信号生成部８４は、当該処理済みデータに応じたフォーカス制御信号を生成する。露光可否判定部８３で露光不可であると判定された場合は、フォーカス制御信号生成部８４はフォーカス制御信号を生成せず、したがって露光記録自体も行われない。なお、ここでは、焦点調節可否判定部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。

以下、上記各部の動作を、具体例を挙げて説明する。まず、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のようであったとする。すなわち、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）していた場合を考える。そして、波形Ａを表す変位データのみが、焦点調節可否判定部８０で焦点調節が不可であると判定されたとする。

波形Ａを表す変位データは、焦点調節可否判定部８０で焦点調節が可能であると判定されるまで、波形鈍化処理部８１で波形鈍化処理が施され、図８に点線で示す波形Ａ’のように、大きく、急激に変化している点線で囲む部分が鈍化される。

次いで、図９に示すように、差分算出部８２で波形ＡとＡ’で表される変位データ、すなわち元データと処理済みデータとの差分Δがとられる。差分Δは、例えば、Ｙ方向位置に関して規定の間隔毎に算出される。

そして、露光可否判定部８３で、差分の最大値Δｍａｘと閾値とが比較されて、露光可否が判定される。露光可能であると判定された場合は、波形Ａ’で表される処理済みデータを元に、フォーカス制御信号が生成される。露光不可であると判定された場合は、露光記録は行われない。

一方、焦点調節可否判定部８０で焦点調節が可能であると判定され、波形鈍化処理部８１を経なかった波形Ａ以外の波形（図７で細線で示す）を表す変位データは、そのままフォーカス制御信号生成部８４に出力され、これを元にフォーカス制御信号が生成される。

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、焦点調節可否判定部８０によって変位データが解析され、焦点調節の可否が判定される。一回目の判定で焦点調節が可能であると判定された場合（Ｓ３１、３２でともにｙｅｓ）、Ｓ３３に示すように、フォーカス制御信号生成部８４にて、その変位データに応じたフォーカス制御信号が生成される。

焦点調節が不可であると判定された場合（Ｓ３１でｎｏ）、その変位データは波形鈍化処理部８１に出力され、Ｓ３４において、波形鈍化処理部８１で波形鈍化処理が施される。波形鈍化処理が施された変位データは、焦点調節可否判定部８０にフィードバックされ、焦点調節可否判定部８０にて再度焦点調節の可否が判定される（Ｓ３０に戻る）。

波形鈍化処理部８１で波形鈍化処理が施され、再度の判定で焦点調節が可能と判定された場合（Ｓ３１でｙｅｓ、Ｓ３２でｎｏ）、Ｓ３５に示すように、差分算出部８２で元データと処理済みデータとの差分が算出される。差分算出部８２の算出結果は、露光可否判定部８３に出力される。

Ｓ３６において、露光可否判定部８３では、差分算出部８２からの元データと処理済みデータとの差分の最大値と、操作部８５から入力された閾値とが比較される。そして、元データと処理済みデータとの差分の最大値が閾値以下であった場合、露光可能であると判定される（Ｓ３７でｙｅｓ）。逆に、最大値が閾値よりも大きかった場合、露光不可であると判定される（Ｓ３７でｎｏ）。露光可否判定部８３の判定結果は、フォーカス制御信号生成部８４に出力される。

露光可能であると判定された場合、Ｓ３８に示すように、フォーカス制御信号生成部８４にて、処理済みデータに応じたフォーカス制御信号が生成される。なお、Ｓ３８とＳ３３とは、処理の項目としては同じであるが、フォーカス制御信号を生成する元となる変位データの種類が異なることに注意を要する。フォーカス制御信号の生成後は、図１０のＳ１８に処理が移行する。一方、露光可否判定部８３で露光不可と判定された場合は、フォーカス制御信号の生成は行われず、図１０のＳ２０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、および図１１のＳ３３またはＳ３８におけるフォーカス制御信号の生成が終わると、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が等速度で移動され、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。

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、Ｓ３３またはＳ３８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によってプリズムペア４９のＺ方向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、あるいは露光可否判定部８３で露光不可であると判定され、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、あるいは露光不可と判定された被描画体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、焦点調節が不可であると判定された場合に、波形鈍化処理を施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の凹凸形状の大きな、あるいは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。

元データと処理済みデータとの差分を算出し、その最大値と閾値の比較結果から、最終的な露光記録の可否を判定するので、要求される最低限の品質を確保することができる。

上記実施形態では、焦点調節可否判定部８０で焦点調節可否を判定したうえで、焦点調節が不可であると判定された変位データに対して、波形鈍化処理部８１で波形鈍化処理を施しているが、最初に無条件で全ての変位データに対して波形鈍化処理を施した後に、焦点調節可否を判定してもよい。また、波形鈍化処理の繰り返し回数に制限を設けておき、波形鈍化処理を何回か繰り返しても焦点調節が不可であると判定された場合に、露光不可であると判定してもよい。

上記実施形態では、閾値を操作部８５から入力する例を挙げて説明したが、閾値は少なくとも描画パターンの精細度に応じて設定されればよく、描画パターンの精細度に対する閾値を予め制御装置１３の記憶部に記憶しておき、これを露光可否判定部８３に読み出す構成としてもよい。また、ラスターデータの解像度に応じて閾値を設定してもよい。あるいは、焦点がずれたときに描画パターンの線幅がどれだけずれるかを予備実験で測定しておき、このデータを参照して閾値を設定してもよい。要するに、最低限の品質を確保できる値に閾値が設定されていればよい。

なお、露光可否判定部８３で露光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。 波形鈍化処理部の処理例を示すグラフである。 差分算出部の処理例を示すグラフである。 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
７４ フォーカス制御部
８０ 焦点調節可否判定部
８１ 波形鈍化処理部
８２ 差分算出部
８３ 露光可否判定部
８５ 操作部

Claims (12)

1. 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、前記変位データを補正する補正手段と、
   前記補正手段で補正した前記変位データと、前記補正手段で補正していない元の前記変位データとの差分を算出する差分算出手段と、
   前記差分算出手段で算出された前記差分の最大値と閾値とを比較し、この比較結果に基づいて、前記描画の可否を判定する描画可否判定手段とを備え、
   前記描画可否判定手段は、前記差分の最大値が前記閾値以下である場合、前記描画が可能であると判定し、
   前記差分の最大値が前記閾値よりも大きい場合、前記描画が不可であると判定することを特徴とする画像記録システム。
2. 前記焦点調節手段は、前記描画可否判定手段で前記描画が可能であると判定された場合、前記補正手段で補正された前記変位データに基づいて駆動制御される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. 前記閾値を入力させるための操作入力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. 前記閾値は、少なくとも前記描画パターンの精細度に応じて設定されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の画像記録システム。
5. 前記補正手段は、前記変位データで表される前記凹凸形状の波形を鈍化させる波形鈍化処理を施すことで、補正を行うことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の画像記録システム。
6. 前記変位データを解析して、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前記変位データに対して補正を行う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可能であると判定されるまで、前記変位データに対して補正を繰り返し行うことを特徴とする請求項６に記載の画像記録システム。
8. 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７のいずれかに記載の画像記録システム。
9. 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露光ヘッドを備えることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の画像記録システム。
10. 前記描画可否判定手段で前記描画が不可であると判定された場合にその旨を警告表示することを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の画像記録システム。
11. 前記描画可否判定手段で前記描画が不可であると判定された場合に前記形状測定手段による前記凹凸形状の測定結果を表示することを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記載の画像記録システム。
12. 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、前記変位データを補正する補正工程と、
    前記補正工程で補正した前記変位データと、前記補正工程で補正していない元の前記変位データとの差分を算出する差分算出工程と、
    前記差分算出工程で算出された前記差分の最大値と閾値とを比較し、この比較結果に基づいて、前記描画の可否を判定する描画可否判定工程とを備え、
    前記描画可否判定工程では、前記差分の最大値が前記閾値以下である場合、前記描画が可能であると判定し、
    前記差分の最大値が前記閾値よりも大きい場合、前記描画が不可であると判定することを特徴とする画像記録方法。

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