JPH0687097B2

JPH0687097B2 - 受動的な反射面追跡型レーザ・ラスタ・スキャナ

Info

Publication number: JPH0687097B2
Application number: JP1273608A
Authority: JP
Inventors: ロナルド・ジェイ・ストラーヤー
Original assignee: ガーバー・システムス・コーポレーション
Priority date: 1988-10-20
Filing date: 1989-10-20
Publication date: 1994-11-02
Anticipated expiration: 2009-11-02
Also published as: JPH02170114A; US4978184A; GB8920899D0; FR2638244B1; DE3933065C2; DE3933065A1; FR2638244A1; GB2224132B; GB2224132A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］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上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（PCB）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 Scientific Instrument Company）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（PCB）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）をプラテン上に受け入れる
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、平面場走査装置が用いられ
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、一般に三つの走査モードがある。第１の
モードは、照射面が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
たりに照らされているものである。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
を向上させるために、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
にコント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が必要となる。

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、コント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・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
受け入れられ、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・グリオット会社（Melles
Griot Co.）によって市販されているヘリウム・ネオン
（HeNe）・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34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36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
れビームを通って面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28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、各窓は面の回
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（Ｉ）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
は次式を与えられる量（Ｄ）76だけ元の方向から変位す
る。

第４図ｂ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に対して
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ｂ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、ガラス窓で生じる屈折によりビ
ームがガ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％以上にまで向上す
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。しかしなが
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
跡型ではあるが各種の検出器、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
が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ば、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
しながら、第８図に示されるように、ガラス窓104の二
つの対向面100,102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、容易に補償ができる。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、削除及び付加が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ｂ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ｂ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ｂ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、14,88……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 42,86……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】

【請求項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（6
8）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（68）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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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（90,94）を備えることを特徴とするレーザ・ラスタ
・スキャナ。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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（2
0）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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。