JPH02170114A

JPH02170114A - 受動的な反射面追跡型レーザ・ラスタ・スキャナ

Info

Publication number: JPH02170114A
Application number: JP1273608A
Authority: JP
Inventors: Ronald J Straayer; ロナルド・ジェイ・ストラーヤー
Original assignee: Gerber Scientific Instrument Co
Current assignee: Gerber Systems Corp
Priority date: 1988-10-20
Filing date: 1989-10-20
Publication date: 1990-06-29
Anticipated expiration: 2009-11-02
Also published as: US4978184A; GB2224132A; FR2638244A1; DE3933065C2; GB8920899D0; JPH0687097B2; GB2224132B; FR2638244B1; DE3933065A1

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】［産業上の利用分野コ本発明はレーザ・ラスタ・スキャナに関し、さらに詳し
くは高い光学的効率を得るための受動的な反射面追跡（
ｐａｓｓｉｖｅ　ｆａｃｅｔ　ｔｒａｃｋｉｎｇ）を行
うレーザ・ラスタ・スキャナに使用される装置に関する
。

［従来の技術及び解決しようとする課題］精密プロッタ
、プリンタなどの高速光学走査装置はこの分野において
周知である。これらの装置は、直接像を描く装置（直接
描画装置）であり、後にプリント回路基板層又は印刷版
にそれぞれ加工されるべきレジスト被覆されたプリント
回路基板又は印刷版」二で露光用ビームをラスタ走査す
ることにより、プリント回路基板（Ｐ　ＣＢ）や印刷版
を製造するのに使用される。ガーバー・サイエンティフ
ィック・インスツルメント・カンパニー（Ｔｈｅ　Ｇｅ
ｒｂｅｒ　５ｃｉｅｎｔｉｆｉｃ　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎ
ｔＣｏｍｐａｎｙ）により市販されているもののような
代表的な装置は、磁気テープ駆動装置、ハード・ディス
ク、対話式コンピュータ・グラフィック端末、画像処理
装置及び移動可能なスキャナを有する光学テーブルから
成る。この装置は、コンピュータ援用設計（ＣＡＤ）デ
ータを直接（Ｐ　ＣＢ）層に移すのに必要な、又はフォ
ント、画像及びハーフ・トーンの像を印刷板に移すのに
必要な光学素子、メディア・キャリッジ及び電子素子な
どから成っている。

その作動は以下のようになる。直接描画装置は、表面に
感光性樹脂が塗布されたアルミニウムの平らな基板（グ
ラフィック・アートの場合）又は銅で被覆された誘電体
（プリント回路基板の場合）をプラテン上に受は入れる
ようにされる。コンピュータは、基板の特定の部分を感
光させるように、通常レーザからなる光学ビームの強さ
を調整する。一般には、基板上での感光位置（又は書き
込みビーム）を正確に制御するための走査タイミング信
号を発生させるために、感光ビームと同時に走査される
第２のビームである基準ビームがある。時には、ビーム
の焦点を合わせかつ基準マスク及び基板を横断してビー
ムの同時走査を行うために、平面場走査装置か用いられ
る。基板に像を描く際、プラテンを案内するために、精
密空気軸受がしばしば用いられる。

光学偏向装置が走査多面鏡である従来のレーザ・ラスタ
走査装置には、一般に二つの走査モードがある。第１の
モードは、照射面か過小であるものである。すなわち、
全面よりも小さな部分が感光ビームで照らされるもので
ある。第２のモードは、感光ビームが照射面の境界を越
えて面を照らすものである。第３の、そして最も望まし
い走査モードは、面が感光ビームによってちょうどぴっ
たりに照らされるものである。さらに、この第３のモー
ドで作動するスキャナは、反射面を追跡し走査効率を向
」ニさせるために、回転する多面体又は角錐に対して照
射ビーム（感光ビーム及び基準ビームの両方）を変位さ
せる手段を備えている。反射面の追跡を特徴とする従来
の走査装置は、能動的な態様で追跡を行う。これらの装
置は、多面体の面に対してビームを物理的に変位させる
ための電気機械的又は音響光学的装置を含んでいる。

この能動的装置は、閉ループ方式で作動されるコントロ
ーラにより制御される。そして、閉ループ方式による作
動においては、較正のため及び正確な作動を行わせるた
めにコン）・ローラに光学的なフィードバックを与える
ための検出器のような付加的な部品か必要となる。

従って、受動的であり、作動のために電子素子を必要と
することなくかつ開ループ方式で作動する反射面追跡装
置を備えたレーザ走査装置を提供するのが好ましい。本
発明はそのような走査装置に関してなされたものである
。

本発明の目的は、レーザ走査装置に使用され、受動的な
反射面追跡を行う装置を提供することにある。

本発明の別の目的は、レーザ走査装置に使用され、反射
面対鏡の回転軸線の角度誤差を光学的に補償する装置を
提供することにある。

［課題を解決するための手段］本発明によれば、コン）・ローラからの制御信号に応答
して、複数の反射面を有する多面鏡を回転させることに
より、基板を横断する感光ビームで走査を行うレーザ・
ラスタ・スキャナは、反射面の各対応する面と協働する
ように多面鏡に形成された複数のガラス窓を有する装置
を備える。第１のビーム操作機構は窓の第１の面で窓に
対する軸線に沿うレーザ・ビームを与える。第２のビー
ム操作機構は、窓の反対側の第２の面からのレーザ・ビ
ームを受け、反射面の対応する面への照射ビームを与え
る。鏡の回転方向にかつ鏡の動きと同期して照射ビーム
の対応する変位を行わせるために、各ガラス窓はレーザ
・ビームの入射軸線からビームを変位させるように配置
されているので、反射面は、高い走査作動サイクルでの
走査の間、照射ビームの全横断面を含むようにされる。

本発明の別の目的によれば、基板を横断する感光ビーム
で走査するレーザ・ラスタ・スキャナは、レーザ・ビー
ムを発生するレーザと、レーザ・ビームの変調を行いか
つアドレスを用いて読み書き可能なビーム変調器と、複
数の反射面を有する回転多面鏡とを備える。さらに、反
射面の対応する各面と協働するように鏡に形成された複
数のガラス窓も設けられる。第１のビーム操作機構は窓
の第１の面で窓に対する軸線に沿うレーザ・ビームを与
える。第２のビーム操作機構は、窓の反対側の第２の面
からレーザ・ビームを受け、反射面の対応する面への照
射ビームを与える。鏡の回転方向に反射面への照射ビー
ムの対応する変位を行わせるために、各ガラス窓は、レ
ーザ・ビームの入射軸線からビームを変位させるように
配置されている。さらに、ビーム変調器及び回転鏡を制
御するための機構も設けられている。

［実　施　例］第１図は本発明によるレーザ・ラスタ・スキャナ１０の
概略を示している。好ましくは干渉性４ＷアルゴンΦイ
オン（Ｃｏｈｅｒｅｎｔ　４Ｗ　Ａｒｇｏｎ−ｉｏｎ）
レーザからなる光源１２がビーム１４を発し、そのビー
ム１４は、電気−光変調器１６に受は入れられ、その後
ビーム形成光学素子１８に送られる。このビーム形成光
学素子１８は、よく知られている普通のものであるが、
特殊な用途に使用されるような光検出器で構成すること
もできる。

第１図に示されたコントローラ２０は、光学素子１８と
結合された検出器からの信号を受け、変調制御信号を電
気−光変調器１６に周知の態様で送る。

ビーム１４と同一直線上にある基準ビーム２２がレーザ
２４により発せられる。代表的には、レーザ２４は、メ
レス・グリオツド会社（Ｍｅｌｌｅｓ　Ｇｒｉｏｔ　Ｃ
ｏ、）によって市販されているヘリウム・ネオン（Ｈｅ
Ｎｅ）レーザからなる。

合成された照射ビームは、後述する受動的な反射面追跡
を行う光学装置２６に入る。光学装置２６は回転多面鏡
２８を備えており、鏡２８はコントローラ２０からの信
号に応答して軸線を中心に回転する複数の鏡面を有する
。基準ビームと照射ビームとは通常のＦシータ走査レン
ズ３０に入る。照射ビームは、最終の折りたたみ式鏡３
４に入り、スキャナの面から、本発明の一部ではなく図
示されていないプラテンに送られる。同時に、基準ビー
ムが、基準マスク及びよく知られた型式の光検出器列３
６に送られ、そしてタイミングを制御するため、従って
走査したビームの変調をするために、受光した基準ビー
ムを示す信号をコントローラに送る。このコントローラ
は、好ましい実施例においては、後述する機能を奏する
のに必要な演算処理装置及びメモリを備える。

前述のように、代表的には、つぎの三つの型式のレーザ
・ラスタ・スキャナがある。（１）面に対する過小な照
射を特徴とするスキャナ。（２）面に対する過大な照射
を特徴とするスキャナ。（３）面に対して適正な（面と
ちょうど合う）照射を行う、反射面追跡型のスキャナ。

過小面照射を行うスキャナは、走査部分によって決めら
れビームを通って固片を移動させるのに必要なむだ時間
が、ビームが面上にある時間に比べて最小の割合となる
。過大面照射を行うスキャナの場合は、面が常にビーム
内にあるので、むだ時間の割合は極めて小さい。反射面
追跡型スキャナの場合は、鏡への入射ビームが回転する
反射面と協働して横方向に移動する。各型式の特徴をつ
ぎの表に示す。

上述のように、反射面追跡型の装置は、時間的及び光学
的効率が共に高い点で、最も有益である。

従来の反射面追跡型の装置では、必要となる追加の構成
部材数のために、装置が複雑になるのが大きな欠点であ
った。

第２，３図は、それぞれ第１図の光学装置２６の平面図
及び正面図である。光学装置２６は、好ましくは空気軸
受フランジ３８に支持された多面鏡２８を備えている。

鏡２８は第１図のコントローラ２０からの信号に応答し
て軸線４０を中心に回転可能となっている。第１図の光
学装置２６は第１のビーム操作機構４２を備えており、
この第１のビーム操作機構４２は、入射ビームを受けて
、そのビームを回転軸線４０に沿って回転する多面鏡２
８の中心に送るように配置される。第１のビーム操作機
構４２はレンズ４４及び回転鏡４６を有する。

第１のビーム操作機構４２を出たビームは光学的に透明
な窓４８に送られる。この窓４８は、鏡２８の頂面に形
成された複数の窓の一つである。後述するように、合意
は面の回転と協働してビームを変位させるように配置さ
れている。ビームは、窓４８を出て第２のビーム操作機
構５０に入る。この第２のビーム操作機構５０は、好ま
しくは、複数の鏡５４゜５６及びレンズ５８．６１を有
する望遠鏡５２を備えている。その後、ビームは鏡６０
．６２により鏡面に向けて反射され、平行レンズ６４を
通って鏡面に向かう。

本発明においては、ガラスの窓がビームを反射面の回転
方向に変位させて、照射ビームが反射面と同期して移動
するようにする。第４図には、窓の表面の法線７２に対
して角度（１）７０をなす光線６８として概略示される
入射ビームを受けるガラス窓６６の一部が示されている
。この窓６６は、厚さ（ｔ）７４及び屈折率（Ｎ）を有
する。光線６８は次式で与えられる量（Ｄ）７Ｂだけ元
の方向から変位する。

第４図すは、第４図ａの窓６６の位置での反射鏡６０゜
６２におけるビーム７９の対応位置７８を示している。

第４．５．６図は、回転鏡に配置されたガラス窓の作用
の概略を示している。鏡が回転すると、ガラス窓も回転
する。各ガラス窓６６は、最初、その表面の法線７２に
対しである角度でビームを受ける。このビームはガラス
窓６６の中央に向かって変位させられる。ガラス窓及び
鏡が回転すると、ビームはガラス窓６６に対して直角に
ガラス窓６６を照射するようになり、このときは、入射
ビームの軸線は変位しない（第５図ａ）。しかしながら
、第５図すに示されるように、ビームは最初の位置から
ある量８０だけ変位させられ、ビームが継続して対応す
る反射面を照射することを可能とする。

第６図ａは第３の位置にある回転するガラス窓６６にお
けるビームを示す。ビームの変位は継続され、さらにビ
ームが回転する反射面を照射することが可能となる。

この実施例において、ビームが、光学的効率の増大をも
たらす方向であるガラス窓の中央に向かって変位すると
いうことに注目すべきである。

このことにより、最も高い作動サイクル又は時間効率が
得られる。なぜならば、カラス窓で生じる屈折によりビ
ームがカラス窓の出口面で窓の中央に向けられ、ビーム
が最も長い時間に亘って反射面の表面に溜まるからであ
る。光学的効率は、反射面追跡を行わない面照射走査装
置の代表的な値である６０％から９０％以上にまで向１
−する。

別の受動的な反射面追跡型装置８４の平面図が第７図に
示されている。この受動的な反射面追跡型装置８４は、
窓が対となって用いられている点及びビーム８８を多面
鏡９２の周辺部に位置する第１のガラス窓９０へそして
さらに直径方向に対向するガラス窓９４へ送るビーム操
作機構８６を有する点を除いて、第１図の実施例と同様
である。ビームは、第１図に関して説明した装置と同様
の第２のビーム操作機構９６に送られる前に両ガラス窓
を通過するときに変位する。この受動的な反射面追跡型
装置８４において生じるビームの変位は、入射する窓に
対してその窓の中央に向かうものではない。それ故、第
１の実施例と比較した場合、同じ光学的効率は得られな
い。さらに別の受動的な反射面追跡型装置では、第７図
に示されるものの改良形態として中実の屈折多角形を備
える。［７かしながら、このものにおいても第７図に示
される実施例と同様の限界がある。

本発明に備えられた反射面の追跡は完全に受動的であり
そして専ら光学的である。それ故、本発明は、反射面追
跡型ではあるか各種の検用器、音響−光又は電気−光変
調器そして他の電子装置を用いて能動的な態様で作動さ
れていた従来のスキャナと際立った対照をなす。本発明
の技術は受動的であるので、能動的な技術を用いた際に
生じる強度に関連した効果をさらに矯正する必要はない
。また、本発明の技術は、ある従来の能動的な技術では
不可能な多色用の装置にも適している。

さらに、技術か受動的であることによって、反射面の移
動が速度に依存しない。

窓と窓との間の寸法を考えれは、窓の対向する表面の水
平方向の角度は、この誤差が掃引する方向にあることか
ら、重要なものではないことに注目すべきである。しか
しなから、第８図に示され１．９るように、ガラス窓１０４の二つの対向面１００　、１
．０２間の鋭角（又はくさび形の角度）は走査面の寸法
を考えれば重要である。実際、本発明に関して、ガラス
窓は、回転する多面鏡に存在する面対鏡の回転軸線の角
錐の誤差を補償するために使用される。この誤差は、通
常、鏡面と回転軸線との整合が不完全であることから生
じるものであり、反射面は、多数の反射面からの走査線
の重なりが生じないように、軸線に向かうか又は軸線か
ら離れるように僅かに傾斜している。従来の装置におい
てはこの誤差を補償することは困難であるが、本発明に
おいては、各反射面がそれに結合された窓を有している
ことから、容易に補償かできる。第８図に詳細に示され
るように、窓は、くさび形の角度が（ビームの倍率の比
に関して）大きさが同じで符号が反対となるように形成
され、反射面・回転軸線間の角度の誤差は相殺される。

このようにして、各鏡面（反射面）の角度誤差は、適当
な誤差をもつガラス窓を選択することにより個々に補償
される。

以上、本発明を好ましい実施例に基づいて説明したが、
当業者にとって、本発明の精神と範囲から逸脱すること
なく種々の変更、削除及び（１加かなされ得ることは明
らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による受動的な反射面追跡型レーザ・
ラスタ・スキャナの単純化した概略図である。第２図は、第１図の装置における受動的な反射面追跡を
行う光学装置の平面図である。第３図は、第２図の光学装置の側面図である。第４図ａは、第２図の光学装置の部分図であり、光学ビ
ームの第１の位置を示している。第４図すは、第１図の光学装置における回転鏡へのビー
ムの第１の入射位置を示す略図である。第５図ａは、第２の位置に回転したときの第４図ａの光
学装置の部分図である。第５図すは、第１図の光学装置における回転鏡へのビー
ムの第２の入射位置を示す略図である。第６図ａは、第３の位置に回転したときの第４図ａの光
学装置の部分図である。第６図すは、第１−図の光学装置における回転鏡へのビ
ームの第３の入射位置を示す略図である。第７図は、本発明の受動的な反射面追跡を行う別の装置
の一部を示す概略図である。第８図は、第２図の光学装置に使用され、反射面対鏡の
回転軸線の誤差を補償するための窓の一部を示す概略図
である。１０・・・レーザ゛・ラスタ・スキャナ１２・・・光　
源　　　　　　１．４．、８８・・・ビーム１６・・・
変調器　　　　　　２０・・・コントローラ２６・・・
光学装置　　　　　２８．９２・・・回転多面鏡３０・
・・走査レンズ４．２．８６・・・第１のビーム操作機構４８、６６、
９０．９４．１０４・・・ガラス窓５０、９６・・・第
２のビーム操作機構６０、６２・・・鏡

Claims

【特許請求の範囲】１、コントローラ（２０）からの制御信号に応答して、
複数の反射面を有する回転多面鏡（２８）により基板を
横断する感光レーザ・ビーム（１４）で走査を行うレー
ザ・ラスタ・スキャナにおいて、受動的な反射面追跡を行う装置（２６）が、反射面の対
応する面と協働するように各窓が多面鏡に形成される複
数のガラス窓（４８）を有する光学的ビーム変位手段と
、該窓（４８）の第１の面で該窓（４８）に対する入射
軸線（６８）に沿うレーザ・ビーム（１４）を与える第
１のビーム操作手段（４２）と、該窓（４８）の反対側
の第２の面からの前記レーザ・ビームを受けかつ前記反
射面の前記対応する面への照射ビームを与える第２のビ
ーム操作手段（５０）とを備え、前記窓（４８）の各々
が、鏡の回転方向に反射面への前記照射ビームの対応す
る変位（７６）を生じさせるために、前記入射軸線（６
８）から前記レーザ・ビームを変位させるように配置さ
れていることを特徴とするレーザ・ラスタ・スキャナ。２、請求項１に記載のレーザ・ラスタ・スキャナにして
、前記反射面の各々が反射面対鏡の回転軸線に角度誤差
を有しており、前記対応する窓（４８）が、前記第１及
び第２の面の間で、反射面で生じる誤差を走査方向に矯
正する大きさのくさび角を形成することを特徴とするレ
ーザ・ラスタ・スキャナ。３、請求項１に記載のレーザ・ラスタ・スキャナにして
、前記光学的ビーム変位手段が一つの反射面に対して単
一のガラス窓（４８）を備えることを特徴とするレーザ
・ラスタ・スキャナ。４、請求項１に記載のレーザ・ラスタ・スキャナにして
、前記光学的ビーム変位手段が鏡（２８）の反射面の各
々と直径方向に対向して配置された一対のガラス窓（９
０，９４）を備えることを特徴とするレーザ、ラスタ・
スキャナ。５、請求項１に記載のレーザ・ラスタ・スキャナにして
、前記光学的ビーム変位手段が鏡の反射面と同数の屈折
面を有する中実の透明な多面体を備えることを特徴とす
るレーザ・ラスタ・スキャナ。６、請求項１に記載のレーザ・ラスタ・スキャナにして
、前記第２のビーム操作手段（５０）が前記照射ビーム
を拡げるための光学的望遠鏡を備えることを特徴とする
レーザ・ラスタ・スキャナ。７、基板を横断する感光レーザ・ビームで走査を行うレ
ーザ・ラスタ・スキャナにして、該レーザ・ラスタ・スキャナが、レーザ・ビーム（１４
）を発生するレーザ（１２）と、レーザ・ビーム（１４
）の変調を行いかつアドレスを用いて読み書き可能なビ
ーム変調器（１６）と、複数の反射面を有する回転多面
鏡（２８）と、前記ビーム変調器（１６）及び前記反射
面の対応する面と協働するように前記回転多面鏡（２８
）に形成された複数のガラス窓（４８）を有する光学的
ビーム変位手段を備える前記回転多面鏡（２８）を制御
するための手段（２０）と、前記窓（４８）の第１の面
で該窓（４８）に対する入射軸線（６８）に沿うレーザ
・ビームを与える第１のビーム操作手段（４２）と、該
窓（４８）の反対側の第２の面からの前記レーザ・ビー
ムを受けかつ前記反射面の前記対応する面への照射ビー
ムを与える第２のビーム操作手段（５０）とを備え、前
記窓（４８）の各々が、鏡の回転方向に反射面への前記
照射ビームの対応する変位を生じさせるために、前記入
射軸線（６８）から前記照射ビームを変位させるように
配置されていることを特徴とするレーザ・ラスタ・スキ
ャナ。８、請求項７に記載のレーザ・ラスタ・スキャナにして
、前記反射面の各々が反射面対鏡の回転軸線に角度誤差
を有しており、前記対応する窓（４８）が、前記第１及
び第２の面の間で、反射面で生じる誤差を矯正する大き
さのくさび角を形成することを特徴とするレーザ・ラス
タ・スキャナ。９、請求項７に記載のレーザ・ラスタ・スキャナにして
、前記光学的ビーム変位手段が一つの反射面に対して単
一のガラス窓を備えることを特徴とするレーザ・ラスタ
・スキャナ。１０、請求項７に記載のレーザ・ラスタ・スキャナにし
て、前記光学的ビーム変位手段が鏡の各反射面の各々と
直径方向に対向して配置された一対のガラス窓（９０，
９４）を備えることを特徴とするレーザ・ラスタ・スキ
ャナ。１１、請求項７に記載のレーザ・ラスタ・スキャナにし
て、前記光学的ビーム変位手段が鏡の反射面の２倍の数
の屈折面を有する中実の透明な多面体を備えることを特
徴とするレーザ・ラスタ・スキャナ。１２、コントローラ（２０）からの制御信号に応答して
、反射面と鏡の回転軸線との間に誤差がある複数の反射
面を有する回転多面鏡により基板を横断する感光レーザ
・ビームで走査を行うレーザ・ラスタ・スキャナにおい
て、鏡・反射面間の誤差を補償する装置（２６）が、反射面
の対応する面と協働するように回転多面鏡（２８）に形
成されかつ前記誤差を相殺する符号及び大きさのくさび
角（９８）が第１の面及び反対側の第２の面の間に形成
された複数のガラス窓（１０４）を備えた光学的ビーム
変位手段と、前記窓の第１の面で該窓に対する軸線に沿
うレーザ・ビームを与える第１のビーム操作手段（４２
）と、前記第２の面からの前記レーザ・ビームを受けか
つ前記反射面の前記対応する面への照射ビームを与える
第２のビーム操作手段（５０）とを備えることを特徴と
するレーザ・ラスタ・スキャナ。１３、請求項１２に記載のレーザ・ラスタ・スキャナに
して、前記第２のビーム操作手段が前記照射ビームを拡
げるための光学的望遠鏡を備えることを特徴とするレー
ザ・ラスタ・スキャナ。