JPH05307148A - レーザ光の光軸補正装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 レーザプロッタ等のレーザ光を用いる装置に
おいて、レーザ光の終端位置における光軸位置を高精度
に制御することを可能とする。 【構成】 レーザ光源７から射出されるレーザ光の光路
に駆動ミラー１０，１１と光軸位置検出手段１９を配設
し、検出した光軸位置に基づいて駆動ミラーを駆動させ
て光軸を調整可能とする。又、記憶手段には予めレーザ
装置の環境温度、湿度、気圧等の環境条件に対応する光
軸補正量を記憶させておき、検出した環境条件から得ら
れた光軸補正量に基づいて光軸位置を補正することで、
直接光軸位置を検出することが困難なレーザ光の終端位
置（走査部８の出力側）における光軸位置を高精度に調
整することが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばレーザ光を用い
てパターン描画を行うレーザプロッタ等のレーザ光装置
に適用して好適なレーザ光の光軸補正装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザ光を用いて感光材料にパターン描
画を行うための装置としてレーザプロッタがあり、レー
ザ光源から射出されたレーザ光をポリゴンミラー，ｆθ
レンズ等からなる走査部によって感光材料の表面に走査
させ、所要のパターンの描画を行っている。このような
レーザ光装置では、設計通りのパターンを描画するには
走査部におけるレーザ光の光軸位置を高精度に制御する
必要があり、このため、従来からレーザ光の光路の一部
に光軸補正装置を設け、レーザ光の光軸が基準位置から
ずれたときに、これを補正する光軸補正装置が設けられ
ている。例えば、光路の一部にハーフミラーを設けてレ
ーザ光の一部を分岐させ、分岐させたレーザ光をポジシ
ョンセンサで受光し、その出力値に基づいて光軸のずれ
量を検出する。又、これよりも前段の光路には駆動ミラ
ーを設けておき、この駆動ミラーの角度を、検出した光
軸のずれ量に基づいて調整することで光軸を基準位置に
制御する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このように従来の光軸
補正装置は、光路の途中位置においてレーザ光の光軸位
置を制御するものとされている。即ち、光軸位置はレー
ザ光の終端位置で制御することが好ましいものである
が、レーザプロッタのようにレーザ光の終端位置である
走査部においてレーザ光を高速で走査する機構を有する
レーザ光装置では、光軸位置を検出するためのボジョン
センサを終端位置に配置することに制約があるため、終
端位置での光軸位置を検出することは困難となる。この
ため、従来では可及的に終端位置に近い光路位置で光軸
の検出及び補正を行っている。

【０００４】しかしながら、光路の途中で光軸位置の制
御を行っても、それよりも後段における光軸の位置ずれ
を補正することができず、結果として終端位置である走
査部において光軸の位置ずれが発生し、これが原因とな
って設計通りのパターン描画ができなくなるという問題
が生じる。特に、レーザプロッタでは、走査部がポリゴ
ンミラー，ｆθレンズ、テレセントリック光学系等の多
数の部品で構成されており、これらの部品が温度，湿
度，気圧等の変動によって微小変形され、或いは装置基
台上で微細変動されるため、終端部における光軸の位置
変動を無視することができず、パターン描画の誤差が顕
著なものになり易い。本発明の目的は、レーザ光の終端
位置における光軸位置を高精度に制御することが可能な
レーザ光の光軸補正装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、レーザ光源か
ら射出されるレーザ光の光路に配置され、駆動されたと
きにレーザ光の光路を変化させる駆動ミラーと、この駆
動ミラーを制御するミラー駆動部と、レーザ光の光軸位
置をその光路途中で検出する手段と、レーザ光装置の環
境温度、湿度、気圧等の環境条件を検出する手段と、環
境条件の変化に対応する光軸補正量を記憶する手段と、
光軸位置検出手段の検出値と前記環境条件検出手段の検
出値に基づいて記憶手段から対応する光軸補正量を読み
出し、この補正量に基づいてミラー駆動部を制御する制
御部とを備える。又、記憶手段には、環境条件の変化に
応じて変化される光軸位置検出手段での光軸位置データ
と、この光軸位置の変化に伴って変化されるレーザ光の
光路終端位置における光軸位置データとが記憶される。

【０００６】

【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。図１は本発明が適用されるレーザ光装置としてのレ
ーザプロッタの概略斜視図である。このレーザプロッタ
は、基台１の上面に一対のレール２を敷設し、走査テー
ブル３がドライブモータ４によって前記レール２上を図
示Ｘ方向に移動される。この走査テーブル３の上面には
パターン描画される感光材料を塗布したシート材、例え
ばプリント配線板のマスクフィルム５が載置される。

【０００７】又、前記基台１上には前記走査テーブルを
跨ぐように固定テーブル６が固定され、この固定テーブ
ル６上にレーザ光学系が配設される。このレーザ光学系
は、レーザ光を射出するＡｒレーザ光源７と、射出され
たレーザ光を反射させて最終的に走査部８にまで導く複
数枚（ここでは３枚）のミラー９，１０，１１と、レー
ザ光の大部分は透過させるがその一部を反射分岐させる
ハーフミラー１２と、パターン描画に際してレーザ光を
オン・オフ変調するための光学変調器１３と、光路途中
のレーザ光束を集束させるレンズ１４と、レーザ光を前
記走査テーブル３上のマスクフィルム５面に走査する前
記した走査部８とを有している。この走査部８は高速で
回転してレーザ光を反射させるポリゴンミラー１５と、
ｆθレンズ１６と、曲げミラー１７と、コンデンサレン
ズ１８を備え、レーザ光を前記走査テーブル３上のマス
クフィルム５に対して図示のＹ方向に走査する。

【０００８】前記ハーフミラー１２の反射面側にはポジ
ションセンサ１９が対向するように配置されており、ハ
ーフミラー１２で反射されたレーザ光を受光し、基準の
光軸位置に対する変位量に応じた光軸位置信号を出力す
るように構成される。又、このハーフミラー１２よりも
前段の２枚のミラー、ここではミラー１０及び１１はそ
れぞれ駆動ミラーとして構成されており、図１には示さ
れていないミラー駆動機構によって、ミラー１０は上下
方向に角度調整され、ミラー１１は左右方向に角度調整
される。

【０００９】前記ポジションセンサ１９，ハーフミラー
１２及びミラー１０，１１は光軸補正装置の一部を構成
しており、その光軸補正装置の要部の構成図を図２に示
し、その系統図を図３に示す。前記ポジションセンサ１
９は例えば２次元ＣＣＤ等で構成され、基準光軸位置に
対するレーザ光の光軸の上下方向、左右方向のずれ量に
対応する信号を出力する。このポジションセンサ１９に
は信号処理回路２０が接続され、検出したずれ量に基づ
いて上下光軸位置信号、左右光軸位置信号、及び光量信
号をＣＰＵで構成される制御部２１に出力する。

【００１０】一方、図１には示されていないが、前記レ
ーザプロッタの複数箇所には、レーザプロッタの環境条
件を検出するための温度センサ２２，湿度センサ２３，
気圧センサ２４が配設される。これらのセンサからの検
出信号は環境信号処理回路２５において処理され、温度
データ信号，湿度データ信号，気圧データ信号としてそ
れぞれ前記制御部２１に入力される。

【００１１】更に、前記制御部２１にはメモリ２６が接
続されており、このメモリ２６には環境条件に対する光
軸位置の補正データが予め記憶される。即ち、実際に同
型のレーザプロッタを用いてその温度変化，湿度変化，
気圧変化等の環境条件を変動させながら、ポジションセ
ンサ１９の位置におけるレーザ光の光軸位置ずれと、終
端位置（レーザ光描画位置：マクスフィルム位置）にお
けるレーザ光の光軸位置がどの様に変化されるかを測定
し、この測定結果から得られた特性をメモリ２６に記憶
させる。この終端位置の光軸位置ずれ量は、例えば終端
位置に別のポジションセンサを設置して光軸位置のずれ
量を測定することで可能とされる。又、環境温度，湿
度，気圧等は、例えばレーザプロッタを実験室内等に設
置して実験を行うことで変動させることができる。尚、
前記した光軸位置の変化特性には、光軸検出位置を基準
とした上下方向、及び左右方向の光軸位置ずれ量の特性
が必要とされ、更にこの特性は温度，湿度、気圧等の各
環境条件毎に必要とされる。

【００１２】図４はその一例であり、レーザプロッタを
駆動させた際の経過時間に対する、温度変化と、その際
のポジションセンサにおける光軸位置変化と、その際の
終端位置における光軸位置変化の特性である。ここでは
上下方向の光軸位置ずれ量を示しているが、左右方向の
光軸位置ずれも同様である。又、湿度変化、気圧変化に
ついては図示を省略しているが、それぞれにおいても経
過時間に対する光軸位置変化がある。前記メモリ２６に
は制御部２１から環境条件の情報が入力され、この入力
された環境条件の情報に基づいて図４に示したような特
性に基づく光軸位置の上下方向のずれ量のデータがメモ
リ２６から制御部２１に読み出される。

【００１３】一方、前記制御部２１にはミラー駆動回路
２７が接続されており、このミラー駆動回路２７は、図
２に示されるように、前記駆動ミラー１０をギヤ機構３
２によって上下方向に角度変化させる駆動モータ３０を
駆動するモータドライバ２８と、駆動ミラー１１を同様
にギヤ機構３３によって左右方向に角度変化させる駆動
モータ３１を駆動するモータドライバ２９を制御するこ
とができる。

【００１４】このように構成されたレーザプロッタで
は、温度，湿度，気圧等の環境条件が変動されると、こ
れに伴って図４に例示したような特性でレーザ光の光路
途中及び終端位置における光軸位置が変化されることに
なる。そして、この光路途中における光軸の位置変化を
ポジションセンサ１９で検出し、これを制御部２１に入
力させる。一方、制御部２１には温度センサ２２、湿度
センサ２３、気圧センサ２４からのデータ信号が入力さ
れており、これらデータ信号に基づく環境条件の情報を
メモリ２６に入力し、記憶されている図４のような光軸
位置ずれ量特性からその環境条件における光軸検出位置
の光軸位置データと、その際の終端位置における光軸位
置データをそれぞれ読み出す。

【００１５】そして、先ず光軸検出位置における光軸位
置データと、実際にポジションセンサ１９で検出された
光軸位置とを比較し、これから光軸検出位置における光
軸位置のずれ量を検出し、補正量δを求める。更に、こ
のときの環境条件における光軸検出位置の光軸位置デー
タと、終端位置の光軸位置データから、光軸検出位置に
対する終端位置の光軸ずれ量を求め、これから補正量
δ′を求める。しかる上で、前記補正量δと補正量δ′
を加えた値を最終補正量とし、この最終補正量に基づい
て光軸検出位置における光軸を補正する。この場合に
は、制御部２１はモータドライバ２８，２９により駆動
モータ３０，３１を駆動させ、各モータによって駆動ミ
ラー１０を上下方向に、或いは駆動ミラー１１を左右方
向に角度調整することにより行われる。この場合、各駆
動ミラー１０，１１の角度位置を検出する検出器を設け
ておき、フィードバック制御により各ミラーの角度調整
を行うように構成することは勿論である。

【００１６】これにより、終端位置では、光軸検出位置
での光軸位置ずれに走査部８での光軸位置ずれ量を加味
した光軸調整が行われることになり、環境条件の変動に
よって走査部において光軸位置ずれが生じる場合でも、
これを相殺する補正が行われることになり、マスクフィ
ルムに対して設計通りの高精度のパターン描画を行うこ
とが可能となる。尚、光軸検出位置は前記した実施例の
位置に限られるものではなく、レーザ光の光路の任意の
位置に設けることができる。

【００１７】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、環境条件
の変化に伴う光軸位置のずれ量を予めメモリに記憶さ
せ、検出した環境条件に応じた光軸位置のずれ量を読み
出した上で、このずれ量に基づいてレーザ光の光路途中
における光軸位置のずれ量を補正するので、レーザ光の
終端位置での光軸位置を検出することができない場合で
も、環境条件の変化に伴う終端位置におけるレーザ光の
光軸位置を高精度に調整できる。本発明を例えばレーザ
プロッタに用いたときには、走査部でのレーザ光走査を
設計通りに行うことができ、所要のパターン描画を高精
度に行うことができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光軸補正装置が適用されたレーザプロ
ッタの概略構成図である。

【図２】本発明の光軸補正装置の主要部の概略構成図で
ある。

【図３】本発明の光軸補正装置の系統図である。

【図４】環境条件の変化に対応する光軸検出位置と終端
位置での光軸位置ずれ量の関係を示す特性図である。

【符号の説明】

３ 走査テーブル ５ マスクフィルム ７ レーザ光源 ８ 走査部 ９，１０，１１ ミラー １２ ハーフミラー １９ ポジションセンサ ２１ 制御部 ２２ 温度センサ ２３ 湿度センサ ２４ 気圧センサ ２６ メモリ ２７ ミラー駆動回路 ３０，３１ モータ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ光源から射出されるレーザ光の光
   路に配置され、駆動されたときに前記レーザ光の光路を
   変化させる駆動ミラーと、この駆動ミラーを制御するミ
   ラー駆動部と、レーザ光の光軸位置をその光路途中で検
   出する手段と、レーザ光装置の環境温度、湿度、気圧等
   の環境条件を検出する手段と、環境条件の変化に対応す
   る光軸補正量を記憶する手段と、前記光軸位置検出手段
   の検出値と前記環境条件検出手段の検出値に基づいて前
   記記憶手段から対応する光軸補正量を読み出し、この補
   正量に基づいて前記ミラー駆動部を制御する制御部とを
   備えることを特徴とするレーザ光の光軸補正装置
2. 【請求項２】 記憶手段には、環境条件の変化に応じて
   変化される光軸位置検出手段での光軸位置データと、こ
   の光軸位置の変化に伴って変化されるレーザ光の光路終
   端位置における光軸位置データとが記憶されてなる請求
   項１のレーザ光の光軸補正装置。