JPH02150369A - 走査式描画装置の描画面調整機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、レーザープロッター等のレーザー光走査に
よって描画を行う走査式描画装置の描画面調整機構に関
するものであり、より詳細には光学系に対して描画対象
を離反、接近、あるいは傾動させることができる描画面
調整機構に関するものである。

［従来の技術及び発明が解決しようとする課題］従来の
レーザープロッタは、比較的精度の緩い描画を対象とし
ており、描画の最小線幅を決定するスポット径は３０μ
ｍ程度であった。

より高精度微小線幅の描画を実現するためには、スポッ
トを絞るために走査レンズの焦点距離をより短く設定す
る必要がある。

しかし、この場合走査レンズの焦点深度が浅くなるため
、描画対象（ワーク）が光学系に対して上下方向に変位
した場合には描画面全体が焦点深度外となることが考え
られ、また、描画面が傾斜している場合には一走査範囲
内の一部が焦点深度外となる場合も考えられ、何らかの
検出、補正手段が必要となる。

但し、大型の走査式描画装置においては、−走査内で描
画面を上下動して各走査位置での合焦を図ることは困難
であるため、−走査内では一定の位置を保つよう設定す
ることが望ましい。

また、描画面のうねり等がある場合にも、−回の走査幅
内でのワークの高度差が焦点深度内にあれば描画に支障
はないため、描画板部が水平な状態での高度差が範囲外
となる場合であっても、描画板部を傾斜させることによ
り、この走査幅内での高度差を前記の範囲内とできる場
合がある。

［発明の目的］ この発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、
描画面の上下方向への変位、あるいは、−走査幅内での
うねりがある場合にも、描画面を走査レンズの焦点深度
内に収めることができる描画面調整装置を提供すること
を目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明は上記の目的を達成させるためになされたもの
であり、光束を一方向に走査させる走査光学系の走査対
象物がａ置される描画板部と、描画板部と走査光学系・
とを光束の走査方向に対して直交する方向に相対的にス
ライドさせる搬送手段と、走査方向に離間して設けられ
、それぞれ描画板部の一側を光束の入射方向に沿って移
動させる第１、第２の駆動機構と、第１、第２の駆動手
段の駆動量を異ならせて描画板部を搬送手段に対して傾
斜させる傾動制御手段と、第１、第２の駆動手段の駆動
量を等しくして描画板部を搬送手段に対して平行移動さ
せる平行移動制御手段とを備えることを特徴とする。

［実施例〕 以下、この発明に係る描画面調整機構を、ハロゲン化銀
感光材料に対して精密パターンを描画するレーザーフォ
トプロッタに適用した実施例を説明する。まず、第１図
〜第３図に従って装置全体の概略構成を説明する。

この装置は、Ｘテーブル１００及びＹテーブル２００が
設けられた本体１と、この本体１の長手方向の両端に設
けられた支柱２，３によってテーブルの上方に固定され
た光学ヘッド部４とから概略構成されている。

Ｘテーブル１００は、本体１のキャビネット部に対して
一方向にスライド自在に設けられ、Ｘ方向用ＤＣモータ
１０１によりボールネジ）０２を介して駆動される。

Ｙテーブル２００は、このＸテーブル１００上に設けら
れたがイドレールに沿ってスライド自在に設けられ、ｙ
方向ＤＣモータ２０１によりボールネジ２０２を介して
駆動される。

また、ＹテーブルＬに設けられた描画板部３００は、第
３図に示すように３箇所に設けられたＡＦ駆動部３１０
．３２０，３３０により」二下動、傾動可能に支持され
ている。

光学ヘッド部４には、走査光用レーザー４００から発す
るビームを偏向させるポリゴンミラー４５０及びこのポ
リゴンミラー４５０で反射されたビームを描画面上に収
束させるｆθレンズ５００等の走査光用の光学素子が設
けられている。

また、テーブルの正確な位置出のため、レーザー測長器
が設けられている。レーザー測長器は、測長用レーザー
４６０からの光束を２分してＹテーブル２００に固定さ
れたＸ軸ミラ一部４７０、ｙ軸ミラ一部４８０で反射さ
せ、この反射光を受光して各テーブルの移動量を測定す
る公知の構造である。

ポリゴンミラー４５０は、光学ヘッド部４の端部に設け
られたスピンドル部４５１に固定され、描画板部３００
に対して垂直な面内で回転自在とされている。

従来のベクター描画装置においても、上記と同様にｘ−
ｙテーブルを用いて描画を行っていたが、ビームの方向
が固定されていたため２軸の動作が全て機械的であり、
描画スピードが遅かった。

この改良としてテーブルを１＠駆動として一方向のみに
スライドさせ、光学ヘッドを走査式光学系としてラスタ
ースキャンによる描画を行うシステムが存在する。

しかし、従来のラスタースキャン装置は比較的精度の緩
い描画を対象としており、描画の最小線幅を決定するス
ポット径は３０μｍ程度であった。より高精度の描画を
目的とする場合には、スポットを絞るために走査レンズ
の焦点孔間を短く設定し、Ｆナンバーを明るくする必要
がある。

但し、この場合走査角度が従来と同一であれば走査幅は
小さくなり、焦点深度も浅くなる。

そこで、この実施例の装置では描画面の主走査方向の幅
を一回の走査でカバーせずにこれを複数のレーンに分割
し、複数回の走査によって主走査方向の幅全体に描画で
きるようテーブルの駆動方式を２軸としている。但し、
基本的にはラスタースキャン方式であるため従来のベク
タースキャン装置のような、テーブルの両方向の駆動は
必要なく、描画時の駆動は両軸とも一方向のみとしてロ
ストモーションの影響を除去している。

また、焦点深度が浅くなる問題は、ＡＦ機構を設けて描
画板部３００を光学ヘッド部４に対して上下動作せて常
に適切な位置となるようｆｔ制御することで解決してい
る。

基本的な動作としては、固定された光学ヘッド部４に対
し、Ｘテーブル１００を移動させつつスポットを走査し
て描画を行い、所定の走査幅でＸ方向の走査が終了する
と、Ｙテーブル２００を走査幅分移動すると共にＸテー
ブル１００を書き切砕と同一位置に戻し、再びＸテーブ
ル１００を移動させつつ描画を行う。

ここでＸ、Ｙテーブルの構成について詳細な説明を行う
。

Ｘテーブル１００は、第４図〜第６図に示したように、
中央に設けられてＸ軸モータ１０１の駆動力が直接伝達
されるマスターテーブル１１０と、その周囲にマスター
テーブルと同一方向にスライド自在に設けられ、かつ４
枚の板バネ１３０，１３１，１３２．１３３（第５図参
照）により連結されたワークテーブル１５０とから二重
構造として構成されている。

マスターテーブル１１０には、第４図及び第５図に示す
ように本体１上に設けられたメインレール１ａに側方か
ら当接してテーブルのスライド方向を規定する４つの水
平ローラ１１１，１１２，１１３，１１４と、メインレ
ールｌａに上方から当接してマスターテーブル１１０の
自重を受ける垂直ローラ１１５．１１［１，１１７，１
１８とが設けられている。また、マスターテーブル１１
０には、ボールネジ１０２が螺合するナツト１２０が固
定されており、Ｘ軸モータ１０１の回転に伴ってマスタ
ーテーブル１１０にＸ軸方向への駆動力を発生させる。

各水平ローラは、マスターテーブル１１０の４隅に固定
された支持板１２１，１２２，１２３，１２４によって
支持されており、メインレール１ａを挟んで対向する支
持板どうしは、第５図に示した板状の補強部材１２５に
よって連結されている。

他方、ワークテーブル１５０には、メインレール１ａに
側方から当接してテーブルのスライド方向を規定する４
つの水平ローラ１５１，１５２，１５３，１５４と、本
体ｌにメインレールを挟んで両側に設けられたサブレー
ルｌｂ、　ｌｃに上方から当接してワークテーブル１５
０の自重を受ける垂直ローラ１５５，１５６，１５７，
１５８とが設けられている。

ワークテーブル１５０の各水平ローラは、三角形の補強
板が設けられたアングル１６０，１６１，１６２，１ｆ
１３によって支持されている。

更に、ワークテーブル１５０上には、Ｙテーブル２００
を支持するためのメインレール１７０及びサブレール１
７１，１７２が、本体１上の各レールとは直交する方向
に設けられている。

上記のような構成によれば、マスターテーブル１１０に
対して加えられたＸ軸モータ２０１の駆動力が、４枚の
板バネ１３０，１３１，１３２，１３３を介してワーク
テーブル１５０に伝達され、ワークテーブル１５０がス
ライドすることとなる。

板バネは、スライド方向には剛性を有するよう配置され
ているため、マスターテーブル１１０が受けるスラスト
方向の力はワークテーブル１５０にそのまま伝達される
。しかしながら、スライド方向と直交する方向には弾性
を有しているため、マスターテーブル１１０がラジアル
方向の分力によってヨーイングを起した場合にも、板バ
ネがこのヨーイングを吸収し、ワークテーブル１５０に
はスラスト方向の力のみが伝達されることとなる。

従って、電気的な補正手段等を用いなくともワークテー
ブル１５０のヨーイングを効果的に抑制することができ
、精密描画を行なう場合のテーブルの移動誤差に基づく
影響を簡単な構成で除去することができる。

第７図は、Ｙテーブル２００を示したものである。Ｙテ
ーブル２００の構成も、上記のＸテーブル１００と基本
的に同様であり、マスターテーブル２１０とワークテー
ブル２５０とが４枚の板バネ２３０，２３１，２３２，
２３３を介して連結されている。

マスターテーブル２１０には、Ｘテーブル１００のワー
クテーブルｔ５０ｋに設けられたメインレール１７０に
側方から当接してテーブルのスライド方向を規定する４
つの水平ローラ２１１．２１２，２１３，２１４と、メ
インレール１７０に」：方から当接してマスターテーブ
ル２１０の自重を受ける垂直ローラ２１５，２１６，２
１７，２１８とが設けられている。また、マスターテー
ブル２１０には、ボールネジ２０２が螺合するナツト２
２０が固定されており、Ｙ軸モータ２０１の回転に伴っ
てマスターテーブル２１０にＹ軸方向への駆動力を発生
させる。

他方、マスターテーブル２１０を囲んで設けられたワー
クテーブル２５０には、Ｘデープル１００のメインレー
ル１７０に側方から当接して自身のスライド方向を規定
する４つの水平ローラ２５１，２５２，２５３，２５４
と、Ｘテーブル１００上に設けられたサブレール１７１
．１’７２に上方から当接してワークテーブル２５０の
自重を受ける垂直ローラ２５５，２５６，２５７，２５
８とが設けられている。

また、ワークテーブル２５０は中央に開［−１２６０を
有するフレーム状であ・す、スライド方向と直交する方
向に沿う一側には第１ＡＦ駆動部３１０が設けられ、開
口２６０を隔てて反対側には、第２、第３ＡＦ駆動部３
２０．３３０が設けられている。

描画板部３００は、第８図に示したように一端側では第
１＾Ｆ駆動部３１０のボールネジ３１１の先端に円柱形
の付当部材３４０を介して一点で当接すると共に、他端
側では同一信号で制御される第２、第３ＡＦ駆動部３２
０．３３０により平行な状態で上下駆動される垂直移動
片３５０に対して２つの軸受は部材３６０を介して揺動
自在に取り付けられている。

なお、第２、第３ＡＦ駆動部を同一信号で制御すること
として描画板部の傾動方向を１軸のみとしたのは、光束
の走査方向に関しては描画面の傾きがｆθレンズの焦点
深度との関係で問題となるが、副走査方向に関しては多
少傾斜しＣいたとしても一走査内では問題とならず、描
画面のスライドに伴って描画面全体を上下動させること
により解決できるからである。

第１ＡＦ駆動部３１０は、第７図及びそのＩＸ−ＩＸ腺
断面図である第９図に示したように、第１ＡＣモータ３
１２と、このモータの回転軸にカップリング３１２ａを
介して接続されてギアボックス３１３内に設けられたウ
オームギア３１４と、ギアボックス３１３内に同軸で設
けられたウオームホイール３１５及び第１平ギア３１６
と、この第１平ギア３１６に螺合して回転可能な第２Ｉ
Ｐギア３１７とを備えている。ウオームホイール３１５
及び第１平ギア３１６が固定された回転軸３１５ａは、
両端の単列玉軸受３１５ｂ、３１５ｃを介してギアボッ
クス３１３に取り付けられている。

なお、第２平ギア３１７の回転軸は前述したようにボー
ルネジ３１１となっており、ワークテーブル２５０に固
定されたナツト３１８に螺合している。また、第１平ギ
アの厚さは、ボールネジの作用番ごよって第２平ギア３
１７が−Ｌ下勤した場合にも噛合が外れないように上下
方向に余裕を持って設定されている。

ボールネジ３１１の先端にはクリップ３１１ａが設けら
れており、当て付は部材３４０にはこのクリップ３３１
ａが当接する球面部材３４１が単列玉軸受３４２により
回転自在に設けられでいる。

上記のような構成・によれば、第１ＡＣモータ３１２を
駆動することによ−）てギアタリを介してボールネジ３
１１を回転させ、モータ駆動量に応じて描画板部３００
の一側の４−下動を行わせることができる。

さて、第３ＡＰ駆動部３３０は、第７図及びそのＸ−Ｘ
線断面図である第１０図に示すとおり、第３ＡＣモータ
３３１からの駆動力をカップリング３３１ａを経てギア
ボックス３３３内のウオームギア３３４に伝達し、この
ギアに噛合するウオームホイール３３５及びこれと同軸
で設けられたｍｌ平ギア３３６を回転させる。そして、
この第１平ギア３３６に噛合する第２平ギア３３７を回
転させることにより、ナツト３３９と螺合するボールネ
ジ３３８を上下動させる。ボールネジ゛３３８の先端に
設けられたクリップ３３８ａは、垂直移動片３５０に固
定された当て付は部材３５１の球面部材３５１ａに当接
している。

また、ワークテーブル２５０からは、円柱状のリニアブ
ツシュ２８０が２本上方に突出して設けられており、こ
のリニアブツシュ２８０が垂直・移動片３５０の両端部
に固定されたシリンダ３５１内に摺動自在に嵌挿されて
いる。そして、上記の構成は第２＾Ｆ駆動部３２０につ
いても全く同様であり、第２、第３ＡＣモータの駆動に
より垂直移動片３５０がリニアブツシュにガイドされて
上下動することとなる。

更に、垂直移動片３５０と描画板部３００とを接続する
軸受は部材３６０は、第７図の）ｉｆｆ−ＸＩ線断面図
である第１１図及びその側面図である第１２図に示した
通り、垂直移動片３５０に固定される固定板部３６１と
、この固定板部から垂直に立ち上げられた支持腕部３６
１ａと、回動軸３６２を保持して支持腕部３６１ａに嵌
合するソケット部３６３と、回転軸に対して組合せアン
ギュラ軸受３６４を介して回動自在に設けられた回動部
材３６５と、この回動部材３６５と一体に取付けられて
描画板部３５０が固定される描画板支持部３６６とから
構成されている。なお、回動軸３６２は、両端からロッ
クナツト３６７により固定されている。

上述したような構成により、垂直移動片３５０と描画板
部３００とが傾動可能に連結される。　　次に、第３図
及び第１３図に基づいて各光学素子の配列を説明する。

なお、第１３図は第３図中の光学素子のみを抜き出して
概略的に示′した斜視図であり、付された符号は両図共
通である。

このフォトプロッタは、走査充用レーザー４００から出
射するレーザー光を３本に分割し、その内の２本によっ
て描画面上に２つのスポットを形成し、残りの１本をス
ポットの正確な位置を検出するためのモニター光として
用いている。描画面上のスポットは、ポリゴンミラー４
５０の回転によって隣接する走査ライン上を主走査方向
に所定間隔をおいて同時に走査する。

主走査方向の間隔を設けた理由は、＠接する走査ライン
の間隔が精密描画を行うためにスポット径より小さく設
定されており、間隔を設けないと２つのスポットが端部
オーバーラップして干渉により描画性能を不安定なもの
とする虞があるからである。

なお、２つの光束を同一光路に合成するためには、２本
の光束の偏光方向を互いに直交させ、偏光ビームスプリ
ッタ−を用いて合成する構成が一般的であるが、上記の
ように１つの光源から発する光束を３つに分割し、再び
合成して同一の偏向器によって走査させるためには偏光
方向のみによる分割、合成では実現できない。

そこで、この光学系においては、描画用の光束とモニタ
ー用光束とを偏光を利用して区別し、２本の描画用光束
どうしは同一のレンズに対して異なる方向から入射させ
ることによって同一光路上に合成している。このような
合成方法が許容されるのは、前述したように描画用のス
ポットを主走査方向にずらして形成する構成を採用して
いるからである。

走査充用レーザー４００から発したレーザー光は、シャ
ッター４０１を介して５％反射のハーフミラ−４０２に
より二分される。このハーフミラ−４０２で反射された
レーザー光はモニタ用光束ＬＯとして利用される。

一方、ハーフミラ−４０２を透過したレーザー光はＡＯ
変調器（超音波光学変調器）に対してＳ偏光として入射
するよう第１の１／２波長板４０３で偏光方向を９０１
回転され、５０％０％反射０％透過の第１のビームスプ
リッタ−４０４で更に二分される。そして、分割された
２本の光束は、描画面上で離間する２つのスポットを形
成する描画用光束として用いられる。

第１のビームスプリッタ−４０４で反射された第１描画
用光束Ｌ１は、ビームベンダー４０５で反射され、レン
ズ４０６を介して第１描画用ＡＯ変調器４０７の位置に
集光する。

このＡＯ変調器４０７は、ブラッグ条件を満たす方向か
ら入射するレーザー光をトランスデユーサ−への超音波
の入力により回折させるもので、入力される超音波を０
Ｎ１０ＦＦすること、により、し７ザー光を０次光と１
次光とに切り換えることができ、１次光を描画光束とし
て利用する。　　ＡＯ変調器４０７は、描画面に対する
ドツト単位の露光情報である古き込み信号により制御さ
れる。

変調されたＯＮ光である１次光は、ＡＯ変調器４０７の
後方に設けられたレンズ４０８によって再び平行光束と
され、それぞれ２個のプリズムからなる第１、第２の光
軸微調部４１０，４２０により所定角度偏向され、ビー
ムベンダ−４０９の端部を僅かに外れて第ルンズ系４３
０に入射する。

他方、第１のビームスプリッタ−４０４を透過した第２
描曲１用光束Ｌ２は、レンズ４０６°を介して収束光と
され、第２ｊｌδ画用ＡＯ変調器４０７′に入射する。

　　ＡＯ変調器４０７°の機能は、前記の第１描画用Ａ
Ｏ変調器４０７と同様である。但し、この第２描画用Ａ
Ｏ変調器４０７°を駆動する信号は、前記の第１描画用
ＡＯ変調器４０７に人力される信（Ｊとは１ライン分ず
れたラインを走査するための信号である。

第２描画用ＡＯ変調器４０７′を出射した１次光は、レ
ンズ４０８゛を通して２個のプリズムからなる第３光軸
微調部４１０°、ビームベンダー４３１、そして第４光
軸徹調部４２０°を介して所定角度偏向され、ビームベ
ンダー４０９の端部で反射されて第ルンズ系４３０に入
射する。

像面上で複数のスポットを微小量分離し、かつ各スポッ
トの収束性能を高く保つためには、各光束が微小角度を
有するように偏向器上で同一位置に合成される必要があ
る。

これを達成するため、角度、位置の微小設定、調整が必
要となるが−特に角度方向に対する誤差は像面上で倍増
されるため、厳しい精度が要求され、ミラーによる調整
では満足する精度を得ることができない。

そこで、この装置においては、光束の方向、シフト量を
微小なピッチで調整するために一部述したように１つの
光路につき２組の光軸微調部を設けている。同様の理由
から、モニター光ＬＯに関しても第５、第６光軸微調部
４１０”　、４２０″″が設けられている。

そしてこの例では、第１、第２の描画用光束［，１，Ｌ
２は、その中心軸がｆｊ−いに主走査方向に０．２７”
　　副走査方向に０．０３４″′の角度をもち、主走査
方向に３．８ｍ、副走査方向に０．４８ｍｍ離れた位置
から第ルンズ系４３０に入射するよう構成されている。

さて、上記の光束方向調整装置１７４２０．４２０°を
出射した光束が入射する第ルンズ系４３０は、　ｒ＋−
４」の３枚構成による正レンズであり、入射するレーザ
ー光を収束させる。そして、この第ルンズ系４３０によ
る集光点より手前側に、ポリゴンミラー４５０の而倒れ
齋こよる影響を補正するための補正用ＡＯ変ｆｌｌｌ器
４３２が設けられている。

補正用ＡＯ変調器４３２を出射した描画用のレーザー光
は、　「＋−」の２枚構成のリレーレンズ系４３３を透
過し、　「−町の２枚構成の第２レンズ系４３４に入射
する。

第２レンズ系４３４により再び平行光束とされた描画用
のレーザー光は、光量調整用のバリアプルフィルタ一部
４３５を透過すると共に、ビームベンダー４３６で反射
されて第１偏光ビームスプリッタ−４３７においてモニ
ター光と合成される。すなわち、ハーフミラ−４０２で
分割されたモニタ光ＬＯは、ビームベン’／　　４３８
　テ反Ｍ　サｈ、第５、第６光軸ｒａｖＩ４部４１０”
。

４２０”によって所定角度偏向されると共に、ビームベ
ンダー４３９．４４０で反射されて第１偏光ビームスプ
リッタ−４３７にＳ偏光として入射し、反射される。

一方、２本の描画用光束は第１の１７２波長板４０３に
よりモニター光とは偏光方向がｙ４なるものとされてい
るため、Ｐ偏光として入射してそのまま透過することと
なる。

２本の描画用光束とモニター用光束とは、第２の１）２
波長板４４１により・それぞれ偏光方向が９０＠回転さ
せられ、　ｒ−＋−＋」の４枚構成による第３レンズ系
４４２、ビームベンダー４４３を介して「＋＋」の２枚
構成の第４レンズ系４４４に入射する。そして、第４レ
ンズ系４４４を出射した光束は、３つのビームベンダー
４４５．４４６，４４７を介してポリゴンミラー４５０
に向けられ、このポリゴンミラー４５０によって反射偏
向される。

第ルンズ系４３０と第２レンズ系４３４とは、倍率１゜
６７倍の第１のビームエクスパンダ−系を構成しており
、０．７φのビームを１．１７φに拡大する。そして、
第３レンズ系４４２と第４レンズ系４４４とは、倍率２
１．４倍の第２のビームエクスパンダ−系を構成してお
り、２本の描画用光束は１．１７φから２５φに拡大さ
れる。

リレーレンズ系４３３は、これらのビームエクスパンダ
−系の倍率に関与せずに、補正用ＡＯ変調器４３２とポ
リゴンミラー４５０の反射面とを共役とし、ポリゴンミ
ラーの面倒れ補正、及びこの補正に伴うポリゴンミラー
上での光束のずれを補正する機能を有している。

ポリゴンミラー４５０の反射面は、加工誤差等の問題か
ら回転軸に対する傾き、すなわち而倒れ誤差が発生し、
反射面毎に走査ラインがスポットの走査方向に対して垂
直な副走査方向にずれることとなる。

この面倒れ誤差を補正するため、単に光源と偏向器との
間にＡＯ変調器を設けて副走査方向への入射角度を微小
偏向する場合には、面倒れによる反射光束の角度ずれは
補正できるが、この補正に伴って反射光束に平行なシフ
トが発生する。そして、このシフトによりｆθレンズへ
の入射光束が副走査方向にずれ、レンズ性能の悪化や走
査ラインの湾曲、場合によっては枠によるケラレを生じ
て問題となる。

そこでこの装置では、補正用ＡＯ変調器４３２と、ポリ
ゴンミラー４５０とを光学的にほぼ共役な状態としてい
る。光学的に共役であるとは、必ずしも結像関係にある
ことを意味しないが、主光線のみを考えると光束の角度
ずれがあっても位置ずれが生じないことが理解できる。

ポリゴンミラー４５０による反射光束は、焦点距離１５
１ｍｍのｆθレンズ５００によって収束され、描画光束
は第２の偏光ビームスプリッタ−４４８を透過して描画
面に直径５μｍの２つのスポットを形成する。

描画面上に形成される２つのスポットは、主走査方向に
対しては２０μｍ、副走査方向に対しては１ライン間隔
分の２．５μｍ離間して形成される。

他方、モニター光はこのビームスプリッタ−４４８に対
してＳ偏光で入射するためここで反射され、走査方向に
直交する縞状のパターンが形成された走査補正用スケー
ル８０１を有するモニター検出系８００に入射する。こ
のモニター検出系８００は、後述するようにスケール８
０１上を走査するビームの透過光量の変化から走査速度
に比例する周波数のパルスを出力する。

なお、符号９００は３対の発光部及び受光部から成る焦
点検出機構であり、後述するように描画面からの反射光
により描画面がｆθレンズの焦点深度内にあるか否かを
判断する。

さて、次にｆθレンズ５００の光学ヘッド部４への固定
と、ｆθレンズ５００に隣接して設けられたモニター検
出系８ｏｏ、焦点検出系９００についての説明を行う。

この例で示したｆθレンズ５００はＦナンバーがｌ二〇
と大変明るく高精度であるため、面の偏心公差が非常に
厳しく、面の倒れの許容量は秒オーダーである。

但し、１次元走査に利用するｆθレンズでは、実際にレ
ンズとして機能するのはその走査ラインに沿う一部のみ
である。

そこで、この実施例の装置ではｆθレンズ５００に回転
機構を設け、組み付は後の回転調整によりレンズの最も
性能の良い位置を定めて固定することができるように構
成している。　　調整機構は、第１４図に示す通りであ
る。

第ルンズ５０１から第５レンズ５０５は、主枠５１０の
段部とリングネジ５０１ａ〜５０５ａとによって端部を
挟持されると共に、各々のコバ面に当接する埋め込みボ
ルト５０１ｂ〜５０５ｂにより固定されている。なお・
第ルンズ５０１は図中上方から、他のレンズは図中下方
から挿入される。

第６レンズ５０６は、・副枠５２０の段部とリングネジ
５０６ａとによって端部を挟持されると共に、コバ面に
当接する埋め込みボルト５０６ｂにより固定されている
。

副枠５２０は、主枠５１０に対してねじ込みによって取
り付けられ、更に主枠５１０はこれを外側から囲む円筒
状のホルダ一部５３０の下端に形成された内方フランジ
によって支持されており、上方からはリングネジ５３１
が螺合してこれを抑えている。このホルダ一部５３０は
、光学ヘッド部４に支持固定されている。

調整に当たっては、主枠５１０を持ってこれを回動させ
ることにより、レンズ全体を光軸口りに回転させる。そ
して、最も性能のよい位置を定めた後、埋め込みボルト
５３２を締め付けてホルダ一部５３０に対して主枠５１
０を固定する。

上記のホルダ一部５３０には、第１５図に示すようにそ
の下側に副枠５２０の下端を覆う段付き有底円筒状のレ
ンズカバー５４０が取り付けられている。

第２の偏光ビームスプリッタ−４４８は、このレンズカ
バー５４０の底壁５４１１ご走査方向に沿って穿設され
た長孔５４２を覆う形で載置されている。また、このＬ
／ンズカバー５４０の側壁には、第２の偏光ビームスプ
リッタ−４４８で反射さ旬たモニター光をレンズカバー
外に導くための透孔５４３が光束の走査幅に対応して穿
設されている。モニター検出系８００は、ホルダ一部５
３０に固定されたアーム８５０により透孔５４３に臨ん
で支持されている。

史に、レンズカバー５４０の下方には、光束を透過させ
る長孔９５１が穿設された円盤状の支持板９５０を介し
て焦点検出系９００の発光部９１０と受光部９２０とが
固定されている。

発光部９１０は、支持板９５０にネジ止めされた中空の
保持部材９１１と、この保持部材９１１内に嵌合して発
光ダイオード９１２及び投光レンズ９１３を保持する筒
状のブツシュ９１４と、投光レンズ９１３を出射した描
画面と平行な方向への光束を描画面へ向けて反射させる
プリズム５１５と、保持部材５１１の一端側に設けられ
てプリズム５１５を固定するプリズムベース５１６とか
ら構成されている。プリズムベース５１６には、プリズ
ムからの・反射光を透過させる光路孔５１８ａが形成さ
れている。

発光部９１０からの光束は１１図示したように描画面上
で描画光束の収束位置に向けて収束するよう設定されて
いる。また、ＬＥＤ９１２の発光波長は８６０ｎｍであ
り、描画対象となるフィルム、感材等の感光感度外とさ
れている。

受光部９２０は、支持板９５０にネジｄ−めされた中空
の保持部材９２１と、この保持部材９２１の発光部９１
０側に設けられて集光レンズ９２２を保持するレンズ枠
９２３と、集光レンズ９２２による収束光を再び描画面
と平行な方向への光束とするプリズム９２４及びこのプ
リズムを保持するプリズムベース９２５と、保持部材９
２１１内に嵌合して赤外透過フィルター９２６及びポジ
ションセンサー（ＰＳＤ）９２７を保持する筒状のブツ
シュ９２８とから構成されている。

ＰＳＤ９２７は、描画面との離反接近に基づく発光部９
１０からの光束の集光位置の差を１８号として出力する
一次元のセンサーであり、ＰＳＤの他、ＣＣＤ等の素子
を用いることも可能である。また、この例ではＰＳＤ９
２１上での集光位置の差を拡大するために集光レンズ９
２２の後方の間隔を長くとっている。なお、赤外透過フ
ィルター９２６は、このセンサー出力のＳｌＮ比を向上
させる機能を果たしている。

発光部９１０ど受光部９２０との下側には、更にカバー
９３０が設けられており、このカバー９３０は光学ヘッ
ド部４に固定されている。カバー９３０には描画光束及
び焦点検出用の光束を透過させる開口９３１が設けられ
ている。

なお、上記の発光部９１０と受光部９２０とは、第１６
図（第１５図を描画１ｍ側からみた図）に示す通り、長
孔９５１の長手方向となる描画光束の走査方向に離間し
て３組設けられている。これにより、描画面と焦点検出
機構どの図中上下方向の間隔を走査ライン上の３点くこ
の例では描画光の走査範囲のほぼ両端の２点とその中心
の１点）で検出することができ、間隔及び傾斜を判断す
ることができる。そして、この判断に基づいて描画板部
３００の上下動、あるいは傾動させ、描画光束のビーム
ウェスト位置を描画面と一致させるように制御すること
ができる。

第１５図に二点鎖線・で示したモニタ検出系８００は、
第１７図に示したように光入射側の端面に縞状のスリッ
トが１６０μｍピッチで形成されたガラス製のスケール
８０１と、蛍光ファイバーが複数本束ねられたファイバ
ー束８０２と、このファイバー束８０２の両端に設けら
れた２つのビンフォトダイオード８０３，８０４とを有
するユニットとして一体に構成されている。

モニター光は、スケール８０１を介して蛍光ファイバー
束８０２に側方から入射し、ファイバーを伝播して両端
のビンフォトダイオード８０３，８０４に到達する。

モニター光がスケール８０１上を走査すると、ビンフォ
トダイオードからは正弦波が出力される。この正弦波は
整形されて矩形波として制御系に入力され、第１第２描
画用ＡＯ索子４０７　、４０７°のルリ御タイミングを
とるため、モして面倒れ補正用ＡＯ索子４３２のポリゴ
ン１面内での回転による反射光方向の変化を補正するた
めの制御に利用される。但し、スリットのピッチは１６
０μｍであるため、このままではスポット径の５μｍと
比較して１パルスの幅が大きすぎる。

そこで、１パルスを１７６４に電気的に分割し、２．５
μｍの走査に対応して１パルスが出力されるようにして
いる。

ここで通常の光ファイバを用いると、モニター光はファ
イバーを透過してしまう、しかし、蛍光ファイバーを用
いると、光の照射によって蛍光が発生し、この蛍光がフ
ァイバー内を伝搬して両端のビンフォトダイオードに達
する。原理的には、ビンフォトダイオードは一端側にの
み設ければよいが、モニター光の照射する位置に拘らず
一定光量を得るためには、実施例のように両端に設ける
ことが望ましい。

そして、モニター検出系８００は、第１８ｔＡ（第１７
図のＡ方向からの矢祝図）に示すように、このユニット
としてアーム８５０の下端に形成されたＬ字状の載置部
８５１に載置されると共に、アーム８５０の両端部にモ
ニター検出系８００を挟んで固定されたマイクロメータ
ーヘッド８６０，８６１とスプリングプランジャー８６
２．８６３との間に挟持されて位置決めされている。

なお、第１７図の中央線より下側は第１８図のＸ■−Ｘ
■線に沿う断面図、中央線より」二側番オ第１８図のＸ
■−Ｘ■線に沿う断面図である。

マイクロメーターヘッド８６０，８６１は、アーム８５
０の側壁部分にネジ止めされた取付は金具８７０，８７
１によって固定されており、マイクロメーターヘッド８
６０のスピンドル８６０ａはアーム８５０の側壁部分に
穿設された貫通孔８５２を通してモニター検出系８００
に当て付けられている。他方、スプリングプランジャー
８６２，８６３は、載置部８５１から」二方に立ち上げ
られた支持壁８５３，８５４によって固定されており、
モニター検出系８００をマイクロメーターヘッド側に押
圧付勢している。このような構成により、マイクロメー
ターヘッド８６０．１３８１の調整によってモニター検
出系８００の光束入射方向に対する前後位置調整、及び
走査方向に沿う傾き調整を行うことができ、スケール８
０１の入射端面を描画面と等価な位置に設定する盲の微
調整を行うことができる。

なお、モニター検出系８００は、レンズカバー５４０の
下段側面に穿設された透孔５４３から出射するモニター
光を受光するようこの透孔５４３に対向して配置されて
いるが、レンズカバー５４０とモニター検出系８００と
の間には、第１９図に示すように一辺側がレンズカバー
５４０に沿う円弧で他辺側が直線となるような開口端形
状の枠部材８８０が介在している。そしてこの枠部材８
８０の両開口縁部には、側壁に切込みを有するシリコン
チューブ８８１，８８２がそれぞれ装着されており、各
々の開口端縁がレンズカバー５４０及びアーム８５０に
密着する構成となっている。

ユニット化されたモニター検出系８００は、より詳細に
は、第２０．２１図に示すように正面にモニター光束を
透過させる矩形孔８０５ａが穿設されると共に、マイク
ロメーターヘッド及びスプリングプランジャーに直接当
接する基部８０５と、スピンドル８６０ａの当接部分に
固定された板バネ８０６の付勢力によりスケール８０１
を基部８０５に対して押し付ける押圧板８０７とを備え
ている。なお、第２０図は第１７図の一部を拡大したも
のであり、第２１図は第１７図のＸＸ［−ＸＸＩ線に沿
う断面図である。

また、押圧板８０７は第２１図に示すとおりスケール８
０１に臨む側に段状の切り欠き８０７ａが形成され、そ
のスケール８０１側の角にはファイバー束８０２のスペ
ースを確保するため）こスケール８０１側へ向けて下方
へ傾斜する傾斜面８０７ｂが形成されている。更に、こ
の切り欠き８０７ａには先端に抑圧板８０５の傾斜面８
０７ｂと対称形の形斜面８０８ａが形成されてファイバ
ー束８０２を図中上方から抑える固定片８０８が挿入さ
れている。そしてファイバー束８０２は、両傾斜面とス
ケールとの間に形成される断面三角形のスペース内に固
定される。

なお、ポリゴンミラーの反射面上での光束の位置が回転
に伴って変化すると、ｒθレンズへの入射位置が変化し
て周辺部でテレセントリック性が崩れる。

従って、描画面とスケール８０１との位置とが光学的に
完全に等価でないと、実際の描画位置に対応したモニタ
ー信号が得られないこととなる０通常このズレは僅かで
あり、あ鴇り問題とならないが、この装置では前述した
ように１画面を複数のレーンに分割して露光するため、
周辺部にズレが生じると隣接するレーンどうしの境界部
分で描画パターンが不連続となることとなって好ましく
ない。

そこで、この装置では、ポリゴンミラーの位置ｉＡ整の
際に中心部のテレセントリック性を多少落としても、有
効走査幅の周辺部におけるテレセントリック性を確保す
るように偏向点変化を考慮して設定している。

次に、上述したフォトプロッタのｔ＋制御について説明
する。

制御系は、第２２図に示した通り、ホストＣＰＵと接続
されて描画データをラスタースキャン用のデータに変換
するラスターエンジンと、このラスターエンジンを介し
てデータが一走査うイン分を単位として書き込み、吐き
出しが行われるラインバッファと、各種のコマンドの入
出力を行いつつ、ラインバッファあるいはｌ１０（入出
力）コントローラを制御するＣＰＵとを備えている。

ラインバッファは、モニター検出系８００から入力され
るモニター信号のタイミングに基づき、各オシレータを
介して第１、第２描画用ＡＯ木子、面倒れ補正用ＡＯｉ
子を駆動する。

Ｉ１０コントローラは、ＣＰＵからのコマンドに基づい
て描画用レーザー　ポリゴンミラーを駆動する。

また、Ｉ１０コントローラは焦点検出系９００の３つの
ＬＥＤを駆動すると共に、このＬＥＤからの光束を受光
したＰＳＤからの出力がそれぞれのＰＳＤにつき２つ設
けられたオペアンプを介して入力される。一方のオペア
ンプからの出力ＶＬはＰＳＤ上に集光した光束の光量信
号であり、他方のオペアンプからの出力ｖＰは光束の収
束位置に対応する位ｒｕ信号である９位置信号を光量信
号で割ることにより、光量の全体的な変動による影響を
相殺して各点での検出機構と描画面との位置関係を検知
することができる。

Ｉ１０コントローラは、入力された上記の焦点検出系か
らの信号をＣＰＵに送り、ＣＰＵはこの信号に基づいて
各ＡＰモータの駆動量を決定してこれを再び！１０コン
トローラ番二返す、Ｉ１０コントローラはこの馬匹動量
に基づいてＡＦモータドライバを介して各ＡＦモータを
制御し、描画面がｆθレンズ５００の焦点深度±１５μ
ｍの範囲内となるよう描画板部３００の上下位置、傾斜
角度を調整する。

更に、Ｉ１０コントローラは、ヘテロダイン計測を行な
うために測長用レーザー４６０を制御すると共に、この
測長用レーザーの光束を利用したＸ、Ｙ測長器からのフ
ィードバックを安けつつＸ軸モータ１０１、Ｙ軸モータ
２０１を駆動するｈサーボ回路を制御している。

次に、焦点検出系の検出１１ｉ（理と、描画板部の駆動
ｊＪ法について説明する。

］−記のような大型の走査式光学装置においては、−走
査内で描画面を１−駆動じて各走査位置での合焦を図る
ことは困難である。但し、ｔｉＭ画面の表面の凹凸は走
査幅と比較して緩やかなうねりであるため、比較的反応
速度が遅い駆動１段によって描画面の上ＦＩノを行い、
−走査内では一定の位置を保つよう設定した場合にも目
的を達成することはできる。

このとき、描画面と光学系との位置関係の検出を一点の
みで行う構成であると、合に（ｉを図れない可能性が高
くなる。すなわち、例えば走査幅の中央−点で検出を行
う場合、描画面が走査幅の全域にＶ（つで水平であるか
、あるいは傾きがリニアである場合には問題はないが、
第２３図に示すように傾きがリニアでない・場合には、
中央Ｂ点のみで検出した結果に基づいて描画面を上下に
駆動すると、破線で示したラインに合焦してｆθレンズ
の焦点深度が一方側のみで利用されることとなるため、
Ａ点が焦点深度外となってしまう可能性がある。ここで
Ａ点と０点との２箇所で検出してその平均に基づいて描
画面をム上下に駆動すると、−点鎖線で示したラインに
合焦することとなり、焦点深度の両側を有効に利用して
各点が合焦範囲内に入る可能性が前記の例より高くなる
。

但し、描画面の形状が第２４図に示したような山形であ
る場合には、両端の２点で検出した結果に基づいて描画
面を上下動させたのではＢ点が範囲外となる可能性が強
く、この場合にはＡ、Ｂ、Ｃの３点で検出してこれらの
平均によって描画面を上下動させることが望ましい。

このことから、検出点が多いほど、描画面の上下動のみ
による合焦動作を考えた場合にも精度向上の可能性が高
いことが理解できる。しかも、この例で示したように走
査方向に離間する複数点で検出した場合には、描画面の
傾斜をも検出することができ、検出された角度に基づい
て描画面を傾動させることにより、描画面のうねり等に
対してより柔軟な対応をとることができる。すなわち、
第２５図の左側に示したように一回の走査幅内でのワー
クの高度差が焦点深度内にあれば描画に支障はないが、
同図右側に示したように描画板部が水平な状態での高度
差が範囲外となる場合であっても、描画板部を破線で示
したラインが水平となるように傾斜させることにより、
この走査幅内での高度差を前記の範囲内とできる場合が
ある。

第２６図は、上記実施例における描画板部３００の駆動
機構を簡略化して示したものである。実際には３つの駆
動部による３点支持が行われているが、走査方向の一側
に設けられた２つの駆動部は前述したように同一の信号
によって駆動されるため、２つの駆動部３１０，３２０
に代表させて表示している。

図示したＡ、Ｂ、Ｃの３点で検出を行った結果、各点に
おける基準合焦ラインからのズレを示す出力電圧を第２
７図に示すようにＶｑａ、Ｖｑｂ、Ｖｑａトすると、Ａ
、Ｂの中点Ｍｌに対応する電圧Ｖａ、　　Ｂ、Ｃの中点
Ｍ２に対応する電圧ｖｂは、 Ｖａ：（Ｖｑａ＋Ｖｑｂ）／２ Ｖｂ＝（Ｖｑｂ＋Ｖｑｃ）／２ で表すことができる。この中点Ｍ１．８２を通る直線が
、Ａ、Ｂ、Ｃの３点からの距離が平均して最小となる仮
想描画面を示している。この仮想描画面を基準合焦ライ
ンと一致させるよう各ＡＦ駆動部を制御することにより
、通電は走査範囲内の各点を合焦範囲内に収めることが
できる。

この際のモータ駆動量に対応する電圧ｄｉ、ｄ２は、中
点Ｍｌ、８２間の水平距離をＷ、各支点と中点Ｍｌ、８
２間の水平距離をＬｌ、Ｌ２とすると、 ｄｌ＝Ｖａ−Ｖ１＝Ｖａ−（Ｌｌ／Ｗ）（Ｖｂ−Ｖａ）
ｄ２＝Ｖａ−Ｖ２：Ｖａ＋（（Ｗ＋Ｌ２）／１ｖ）（Ｖ
ｂ−Ｖａ）：Ｖｂ−（Ｌ２／Ｗ）（Ｖａ−Ｖｂ） で求めることができる。

なお、描画板部の最大移動逍はワークとしてガラス板が
載置された場合とフィルムが載置された場合との両方を
考慮に入れて１１０１Ｉ１としである。

ここで描画板部３００の駆動につき基本的な動作を説明
する。

電源が投入されると、ＣＰｕは描画板部を最下位の位置
まで降下させるよう！１０コントローラに信号を出力す
る。描画板部が下降して、Ｙテーブルに設けられたリミ
ットスイッチにより最下位であることが検出されると、
モータを切り替えて上界を開始させる。従って、ＩＷ述
した焦点検出系９００には、当初信号は発生しない、焦
点検出系９００の信号を検出しつつ描画板部３００を徐
々に上昇させ、信号が出力され始めた時点から上述した
原理に基づいて焦点検出、描画板部の駆動制御がなされ
る。

描画板部のｆθレンズに対する合焦位置は、予めテスト
描画によって実際に最適な描画が可能な位置、すなわち
スポット径が最小となる位置を捜し、その際出力される
焦点検出系９００の３つのＰＳＤの信号として記憶され
ている。従って、描画面が合焦位置にある場合の３つの
ＰＳＤの出力が全て同一であるとは限らない、制御系は
この合焦位置における出力信号と現在の信号との差を０
とするよう３つのモータを駆動する。

制御の際の方法としては、駆動量が決定された際にその
駆動量の全てを一度に駆動するのではなく、ある程度駆
動した時点で再度焦点検出系からの信号を入力し、今度
はこの入力に基づく駆動量を決定して駆動を続行する。

この制御方法は、第２８図のフローチャートに示すとお
りである。すなわち、Ａ　Ｆ　４８号が入り始めてＡＦ
が許可されると、ステップ（以下、単にＳ、とする）ｌ
を抜け、３．２で光！■倍信号Ｌを入力すると共に、８
．３で位置信号ｖＰを入力する。そして３．４で位置信
号を光量信号で割って光用変化による影響を除去した純
粋位置信号ＶＲを得る。８．５ではこの純粋位置１８号
ＶＲと予め定められた描画板部の合焦位置における信号
とを比較して各モータの駆＆ｔｆｆｌと駆動方向とを演
算する。演算により求めた駆動量が０でない場合には、
３．６から３．７に進んでモータの駆動を開始し、８．
８において求められた駆動量分の移動が完了したか否か
を判断する。完了していなければ再び３．２に戻って信
号を入力する。８．６で駆動ｆｉｏと判断された場合と
、３．８で駆動が完了したと判断された場合とには、３
．９へ進んでモータを停止し、Ｓ・１に戻って処理が続
けられる。

なお、このブロックでは、前述したようにガラス板等の
厚い部材からフィルム等の薄い部材まで種々のワークを
想定しているため、描画板部の高さはワークの厚さによ
って異なることとなる。倶し、を記の方式によれば、描
画板部はワークを載置した状態で最ド位から上界するた
め、焦点検出系が最初に検知するのはワークの−Ｌ表面
に対する光学ヘッドの位置情報である。従って、厚さの
異なるワークがセットされた場合にも、その表面をｆθ
レンズの合焦位置とすることができる。

［効果］ 以上説明してきたように、この発明に係る走査式描画装
置の描画面機構によれば、描画板部を上下動のみでなく
傾斜させることもできるため、−走査範囲内での描画面
のうねり等があった場合にも、描画面を走査レンズの焦
点深度内に収めることができる可能性が高くなる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図はこの発明に係る走査式描画装置の一実
施例であるレーザーフォトプロッタを示したものであり
、第１図は側面図、第２図は正面図、第３図は平面図で
ある。 ？Ｐｉ４図〜第１２図はテーブルの説明図であり、第４
図はＸテーブルの■ｑｆｉｉ図、第６図は第４図のｖ−
ｖ線断面図、策６図は第４図のＶｌ−Ｖｌ線断面図、第
７図はＹテーブルの平面図、第８図は第７図の側面図、
第９図は第７図のＩＸ−ＩＸ線断面図、第１０図は第７
図のＸ−Ｘ線断面図、第１１図は第７図のＸ［−＞Ｃ線
断面図、第１２図は第１１図の側面図である。 第１３図は光学素子の配置を示す概略斜視図である。 第１４図はｆθレンズの支持構造を示す断面図である。 第１５図及び第１６図は上記実施例に係るＡＰ検出系を
示したものであり、第１５図は一部破断した側面図、第
１６図は第１５図を描画面側からみた平面図である。 第１７図〜第２１図は上記実施例に係るモニター検出系
を示したものであり、第１７図は一部破断した平面図、
第１８図は第１７図のへ方向からの矢視図、第１９図は
枠部材の斜視図、第２０図は第１７図の一部拡大図、第
２１図は第１７図のＸＸＩ−Ｘ）４線断面図である。 第２２図は制御系のブロック図、第２３図〜第２５図は
描画面の傾斜あるいはうねりの説明図、第２６図はＡＦ
駆ｆＩＪ機構の概略図、第２７図はＡＦ検出及び駆動の
原理を示す説明図、第２８図はＡＰの手順を示すフロー
チャートである。 １０１．２０１・・・Ｘ軸、Ｙ軸モータ（搬送手段）３
００・・・描画板部 ３１０．３２０．３３０・・・ＡＦ駆動機横第１９図 第２１ 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 光束を一方向に走査させる走査光学系の走査対象物が載
   置される描画板部と、 該描画板部と前記走査光学系とを光束の走査方向に対し
   て直交する方向に相対的にスライドさせる搬送手段と、 前記走査方向に離間して設けられ、それぞれ前記描画板
   部の一側を光束の入射方向に沿つて移動させる第１、第
   ２の駆動機構と、 該第１、第２の駆動手段の駆動量を異ならせて前記描画
   板部を前記搬送手段に対して傾斜させる傾動制御手段と
   、 前記第１、第２の駆動手段の駆動量を等しくして前記描
   画板部を前記搬送手段に対して平行移動させる平行移動
   制御手段とを備えることを特徴とする走査式描画装置の
   描画面調整機構。