JPH10339836A - 光ビーム描画装置の描画ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 発光素子の交換作業を容易に実行することが
できる光ビーム描画装置の描画ヘッドを提供することを
目的とする。 【解決手段】 光源ユニット１３は、鏡筒２１内に各々
配設された半導体レーザ２０と、コリメータレンズ２２
と、位置合わせスリーブ２３とを備える。ベース部材１
２には、光源ユニット１３の取付時に位置決めを行うた
めの凹部３１が形成されており、位置合わせスリーブ２
３と凹部３１とを嵌合することにより、光源ユニット１
３をベース部材１２に対して位置決めすることができ
る。そして、鏡筒２１のフランジ部２８に形成されたね
じ孔２９を貫通する固定用ボルト３４を使用し、鏡筒２
１とベース部材１２とを締結することにより、光源ユニ
ット１３をベース部材１２に固定することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は光ビーム描画装置
の描画ヘッドに関し、特に、複数の光ビームにより描画
を行う多チャンネルの光ビーム描画装置に好適な描画ヘ
ッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、写真製版の分野において使用さ
れるマスクは、近年、レーザビーム等の光ビームを利用
して、電子データに基づいて記録材料に直接描画を行う
光ビーム描画装置により製作されるようになっている。
そして、このような光ビーム描画装置によりマスク画像
を描画する場合においても、従来においては、ハロゲン
化銀による化学反応を利用した銀塩プロセスが一般的で
あったが、近年においては、いわゆるドライフィルムプ
ロセスも使用されつつある。

【０００３】このドライフィルムプロセスは、例えば１
Ｗ程度の高出力のレーザビームを出射しうる半導体レー
ザを使用し、この半導体レーザから出射されるレーザビ
ームによって生ずる光熱反応による微小熱加工技術を利
用することにより、マスク画像を直接描画するものであ
る。そして、このようなドライプロセスにおいては、高
解像度、高スループットという目的のため、多数の半導
体レーザを配設することで多数のレーザビームを同時に
照射しうる多チャンネルの描画ヘッドが使用される。

【０００４】このようなマスク描画に使用される光ビー
ム描画装置の描画ヘッドは、例えば、米国特許第４７４
３０９１号明細書に記載されている。この米国特許第４
７４３０９１号明細書に記載された描画ヘッドは、ベー
ス部材に穿設された多数の貫通孔の一方から、その先端
にコリメータレンズを支持するスリーブを挿嵌すると共
に、貫通孔の他方から半導体レーザを挿入し、半導体レ
ーザとベース部材とをネジを介して連結する構成となっ
ている。

【０００５】なお、このような描画ヘッドにおいては、
多数の半導体レーザのうちのいずれかが破損した場合、
これを単独で交換する必要がある。上記米国特許第４７
４３０９１号明細書に記載された描画ヘッドにおいて
は、半導体レーザとベース部材とを連結するネジを取り
外すことにより、個々の半導体レーザを容易に交換しう
るよう構成されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】半導体レーザを交換し
た場合においては、半導体レーザとコリメータレンズと
の位置関係や半導体レーザ自体の光軸の方向が、交換前
の状態と一致している必要がある。しかしながら、上述
した米国特許第４７４３０９１号明細書に記載された描
画ヘッドにおいては、半導体レーザとコリメータレンズ
との位置関係や半導体レーザ自体の光軸の方向について
再現性が保証されない。

【０００７】このため、半導体レーザを交換した場合に
おいては、半導体レーザとコリメータレンズとの位置関
係や半導体レーザ自体の光軸の方向を調整することが必
要となる。しかしながら、高出力の半導体レーザを使用
した場合においてはレーザビーム自体が不可視であるこ
とから、このような調整を容易に実行することは不可能
である。このため、光ビーム描画装置自体を特別な調整
室に搬入した上で、上記の調整を行う必要が生じ、半導
体レーザの交換作業が極めて煩雑なものとなる。

【０００８】この発明は上記課題を解決するためになさ
れたものであり、発光素子の交換作業を容易に実行する
ことができる光ビーム描画装置の描画ヘッドを提供する
ことを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、ベース部材と、発光素子と、コリメータレンズと、
前記発光素子と前記コリメータレンズとを保持した状態
でその外周部において前記ベース部材と当接する保持部
材とを有する光源ユニットと、前記保持部材をその外周
部において前記ベース部材に締結する締結手段とを備え
たことを特徴とする。

【００１０】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、前記光源ユニットは前記ベース部材に
形成された凹部に対応する形状を有する嵌合部を有し、
当該嵌合部と前記凹部とを嵌合することにより前記光源
ユニットを位置決めしている。

【００１１】請求項３に記載の発明は、請求項１または
２いずれかに記載の発明において、前記保持部材は、前
記コリメータレンズの光軸方向の位置を調整する調整機
構と、前記コリメータレンズの光軸と直交する方向の位
置を調整する調整機構とを有している。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面に基づいて説明する。図１は、この発明の第１実施形
態に係る描画ヘッド２を使用した光ビーム描画装置の全
体構造図である。

【００１３】この光ビーム描画装置は、３２個の半導体
レーザ２０より出射されるレーザビームを記録材料に照
射することにより描画を実行するものであり、それぞれ
基台１上に設置された一対の描画ヘッド２と、合成ミラ
ー３と、アパーチュアプレート４と、第１レンズ５と、
一対の折返しミラー６、７と、第２レンズ８と、ズーム
レンズ９とを有する。

【００１４】各描画ヘッド２は、後程詳細に説明するよ
うに、ベース部材１２上に配設された１６個の光源ユニ
ット１３を有する。各光源ユニット１３内には各々半導
体レーザ２０が配設されており、各描画ヘッド２からは
１６本のレーザビームが出射される。

【００１５】各描画ヘッド２から互いに直交する方向に
出射された各々１６本のレーザビームは、合成ミラー３
により合成され、同一の方向を向く合計３２本のレーザ
ビームとなる。そして、このレーザビームは、アパーチ
ュアプレート４に形成された３２個のアパーチュアを通
過することにより整形された後、第１レンズ５に入射
し、しかる後、一対の折返しミラー６、７を介して第２
レンズ８およびズームレンズ９に入射する。

【００１６】第１レンズ５、第２レンズ８およびズーム
レンズ９は、アパーチュアプレート４に形成されたアパ
ーチュアの像を縮小し投影する縮小投影光学系を形成し
ている。このため、アパーチュアプレート４に形成され
たアパーチュアにより整形されたレーザビームの像が、
ズームレンズ９の後段に配設されたドライプロセスフィ
ルム等の記録材料上に照射され、画像の描画が実行され
る。

【００１７】次に、上述した描画ヘッド２の構成につい
て説明する。図２は描画ヘッド２の一部を断面で示す側
面図であり、図３はその一部拡大図である。また、図４
は描画ヘッド２の正面図である。さらに、図５は光源ユ
ニット１３の構成を示す分解図である。

【００１８】この描画ヘッド２は、アルミニウム合金製
のベース部材１２上において４行４列の状態で配置され
た１６個の光源ユニット１３を有する。そして、この光
源ユニット１３は、図３および図５に示すように、鏡筒
２１内に各々配設された半導体レーザ２０と、コリメー
タレンズ２２と、位置合わせスリーブ２３とを備える。

【００１９】半導体レーザ２０は、鏡筒２１と位置合わ
せスリーブ２３とにより挟持された状態で、鏡筒２１内
において固定されている。一方、コリメータレンズ２２
は、鏡筒２１内に配設された筒体２４の先端部に固定さ
れている。この筒体２４の外周部には、鏡筒２１の内面
に形成されたねじ溝と螺合するねじ部が形成されてい
る。このため、鏡筒２１に対して筒体２４を回転させる
ことにより、コリメータレンズ２２はその光軸方向に移
動することから、コリメータレンズ２２と半導体レーザ
２０との間隔を調整することができる。そして、筒体２
４の外周部に形成されたねじ部と螺合する固定筒２５を
利用することにより、鏡筒２１に対して筒体２４を固定
することができる。

【００２０】鏡筒２１の外周部には、複数個のねじ２６
が鏡筒２１の側壁を貫通する状態で立設されている。こ
のため、このねじ２６を回転させることにより、ねじ２
６が筒体２４を押圧して移動させる。このため、これら
のねじ２６により、コリメータレンズ２２の光軸と直交
する方向の位置を調整することができる。

【００２１】ベース部材１２には、上記光源ユニット１
３の取付時に位置決めを行うための凹部３１が形成され
ている。この凹部３１は、図４に示すように、光源ユニ
ットを固定するための略円形の取付部３２と、半導体レ
ーザ２０のリード線２７を外部に案内するための略Ｕ字
状の切欠部３３とから構成されている。なお、この凹部
３１として、ベース部材１２を貫通する形状のものを採
用することも可能である。

【００２２】光源ユニット１３における位置合わせスリ
ーブ２３の外径は、凹部３１における取付部３２の内径
と一致している。このため、嵌合部としての位置合わせ
スリーブ２３と凹部３１における取付部３２とを嵌合す
ることにより、光源ユニット１３をベース部材１２に対
して位置決めすることができる。そして、鏡筒２１のフ
ランジ部２８に形成されたねじ孔２９を貫通する固定用
ボルト３４を使用し、鏡筒２１とベース部材１２とを締
結することにより、光源ユニット１３をベース部材１２
に固定することができる。

【００２３】このとき、光源ユニット１３はその外周部
にフランジ部２８を有する円筒状の鏡筒２１により、ベ
ース部材１２の表面と当接している。言い換えれば、光
源ユニット１３はその外周部でのみベース部材１２の表
面と当接し、その中央部においてはベース部材１２の表
面との接触部を有しない。また、締結手段としての固定
用ボルト３４も、光源ユニット１３の外周部において、
光源ユニット１３をベース部材１２に締結する。このた
め、ベース部材１２の表面に平面度誤差が生じた場合に
おいても、光源ユニット１３の傾きに対する影響は少な
く、また、光源ユニット１３の取付姿勢も安定する。

【００２４】この光源ユニット１３においては、円筒状
の鏡筒２１を採用することにより、光源ユニット１３が
その外周部でのみベース部材１２の表面と当接する構成
としているが、例えばその外周部に複数の脚部を有する
鏡筒を使用し、この脚部とベース部材１２とを当接させ
ることにより、光源ユニット１３がその外周部でのみベ
ース部材１２の表面と当接する構成とすることも可能で
ある。

【００２５】なお、上述したように、光源ユニット１３
をベース部材１２に対して正確に位置決めし、また、傾
き等を生ずることなく取り付けるためには、鏡筒２１お
よび位置合わせスリーブ２３の材質として、強度、硬度
に優れるジュラルミン等を採用することが好ましい。

【００２６】このような構成の描画ヘッド２において、
半導体レーザ２０として例えば１Ｗ程度の高出力のもの
を使用した場合においては、半導体レーザ２０から発生
する熱により半導体レーザ２０自身が自己破壊してしま
うという問題が生ずる。特に、この描画ヘッド２のよう
に、多数の半導体レーザ２０を列設した場合には、この
熱の問題は特に顕著になる。

【００２７】このため、上述した描画ヘッド２において
は、図２に示すように、ベース部材１２における光源ユ
ニット１３の裏面側に、ペエルチェ素子３５と、ペエル
チェ素子３５により発生する排熱を放出するためのフィ
ン３６と、フィン３６を冷却するためのファン３７（図
１参照）とを配設するとともに、ベース部材１２内に当
該ベース部材１２の温度を測定するための温度センサ３
８を埋設している。また、位置合わせスリーブ２３とベ
ース部材１２との間に形成される隙間３９（図３参照）
には、熱伝導性グリスを充填している。

【００２８】このような構成をとることにより、半導体
レーザ２０から発生する熱は、鏡筒２１および位置合わ
せスリーブ２３を介してベース部材１２に伝えられた
後、ペエルチェ素子３５等の作用により大気中に放熱さ
れる。このとき、半導体レーザ２０が点灯する時間比率
等により半導体レーザ２０から発生する熱量は変化す
る。このため、温度センサ３８によりベース部材１２の
温度を測定し、この測定結果によりペルチェ素子３５の
駆動を制御することにより、ベース部材１２の温度を例
えば摂氏２０度程度の一定温度に維持するように構成し
ている。

【００２９】上述した構成を有する描画ヘッド２の光源
ユニット１３においては、半導体レーザ２０とコリメー
タレンズ２２との距離や光軸を、予め精度よく調整して
おく必要がある。以下、この光源ユニット１３の調整方
法について説明する。図６は、光源ユニット１３の調整
を行うための調整装置の概要図である。

【００３０】光源ユニット１３の調整を行う際には、図
６に示すように、光学ベンチ４１と、光学ベンチ４１上
に配設された前記ベース部材１２に相当するベース部材
４２と、レンズ４３、４４と、ＣＣＤカメラ４５と、画
像処理機能を有する制御部４６とから成る調整装置を使
用する。この調整装置においては、レンズ４３の焦点５
０面の画像がＣＣＤカメラ４５により撮影され、制御部
４６におけるモニター４７に表示されるように構成され
ている。

【００３１】この調整装置により光源ユニット１３の調
整を行う際には、調整を行うべき光源ユニット１３をベ
ース部材４２に装着する。そして、光源ユニット１３よ
り出射されるレーザビームの画像をＣＣＤカメラ４５に
より撮影する。このとき、光源ユニット１３から出射さ
れるレーザビームは、レンズ４３の焦点５０に集束する
必要がある。このため、制御部４６におけるモニター４
７等を確認しながら、上述した筒体２４と固定筒２５、
あるいはねじ２６を回転させてその位置を調整すること
により、コリメータレンズ２２の光軸方向の位置および
光軸と直交する方向の位置を調整する。この調整によ
り、光源ユニット１３から出射されるレーザビームがレ
ンズ４３の焦点位置に集束すれば、光源ユニット１３の
調整が完了したことになる。

【００３２】以上のような光源ユニット１３を有する描
画ヘッド２を使用した光ビーム描画装置において、半導
体レーザ２０を交換する必要がある場合においては、固
定用ボルト３４を緩め光源ユニット１３自体をベース部
材１２から取り外す。そして、図６に示す調整装置によ
り半導体レーザ２０とコリメータレンズ２２との距離や
光軸を予め精度よく調整した別の光源ユニット１３を、
固定用ボルト３４によりベース部材１２に固定する。

【００３３】このとき、光源ユニット１３の位置合わせ
スリーブ２３とベース部材１２の凹部３１とを嵌合する
ことにより、光源ユニット１３をベース部材１２に対し
て容易に位置決めすることができる。また、光源ユニッ
ト１３はその外周部でのみベース部材１２の表面と当接
し、固定用ボルト３４も光源ユニット１３の外周部にお
いて光源ユニット１３をベース部材１２に締結すること
から、光源ユニット１３を精度よくベース部材１２に取
り付けることができる。このため、交換後の光源ユニッ
ト１３における半導体レーザ２０とコリメータレンズ２
２との距離や光軸が予め精度よく調整されていることと
相俟って、半導体レーザ２０の交換後においても、半導
体レーザ２０とコリメータレンズ２２との位置関係や半
導体レーザ２０自体の光軸を半導体レーザ２０を交換す
る前の状態と一致させることが可能となる。

【００３４】次に、この発明の他の実施の形態について
説明する。図７はこの発明の第２実施形態に係る描画ヘ
ッド１０２の側断面図である。なお、図２等に示す第１
実施形態と同一の部材については、同一の符号を付して
詳細な説明を省略する。

【００３５】この描画ヘッド１０２においては、半導体
レーザ２０としてその出力がさほど大きくないものを使
用することから、第１実施形態に係るペエルチェ素子３
５等を省略している。そして、ベース部材１１２におけ
る各光源ユニット１３の裏面側には、各半導体レーザ２
０の駆動回路１２２を配設し、半導体レーザ２０とその
駆動回路１２２とを保護回路１２３を介して接続するよ
うに構成している。なお、その他の構成については、第
１実施形態に係る描画ヘッド２と同様となっている。

【００３６】この実施形態に係る描画ヘッド１０２にお
いても、第１実施形態に係る描画ヘッド２と同様、光源
ユニット１３の位置合わせスリーブ２３とベース部材１
１２の凹部３１とを嵌合することにより、光源ユニット
１３をベース部材１２に対して容易に位置決めすること
ができる。また、光源ユニット１３をその外周部でのみ
ベース部材１２の表面と当接させ、固定用ボルト３４も
光源ユニット１３の外周部において光源ユニット１３を
ベース部材１２に締結することにより、光源ユニット１
３を精度よくベース部材１２に取り付けることができ
る。

【００３７】また、この実施形態に係る描画ヘッド１０
２においては、光源ユニット１３をベース部材１１２に
取り付けることにより、各半導体レーザ１３とその駆動
回路１２２とを電気的に接続することができるので、光
源ユニット１３の交換をより簡易に実施することができ
る。また、数メガヘルツ程度の高周波を含む半導体レー
ザ２０の駆動電流が流れる回路長を極めて短くすること
が可能となるので、その周波数特性を良好に維持するこ
とが可能となる。

【００３８】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、発光素
子とコリメータレンズとを光源ユニットにおける保持部
材により保持していることから、発光素子の交換時にお
いて発光素子とコリメータレンズを光源ユニットごと交
換することにより、発光素子とコリメータレンズとの位
置関係を一定に維持することができる。また、光源ユニ
ットにおける保持部材はその外周部においてベース部材
に当接し、また、締結手段は保持部材をその外周部にお
いてベース部材に締結することから、ベース部材の表面
に平面度誤差が生じた場合においても、光源ユニットの
傾きに対する影響は少なく、また、光源ユニットの取付
姿勢も安定する。従って、発光素子を交換した後の調整
作業は不要となり、発光素子の交換作業を容易に実行す
ることができる。

【００３９】請求項２に記載の発明によれば、光源ユニ
ットはベース部材に形成された凹部に対応する形状を有
する嵌合部を有し、当該嵌合部と凹部とを嵌合すること
により光源ユニットを位置決めすることから、光源ユニ
ットをベース部材に対して容易に位置決めすることが可
能となる。

【００４０】請求項３に記載の発明によれば、保持部材
がコリメータレンズの光軸方向の位置を調整する調整機
構とコリメータレンズの光軸と直交する方向の位置を調
整する調整機構とを有することから、光源ユニットにお
けるコリメータレンズの光軸方向の位置と光軸と直交す
る方向の位置とを容易に調整することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施形態に係る描画ヘッド２を
使用した光ビーム描画装置の全体構造図である。

【図２】描画ヘッド２の一部を断面で示す側面図であ
る。

【図３】図２の一部拡大図である。

【図４】描画ヘッド２の正面図である。

【図５】光源ユニット１３の構成を示す分解図である。

【図６】光源ユニット１３の調整を行うための調整装置
の概要図である。

【図７】この発明の第２実施形態に係る描画ヘッド１０
２の側断面図である。

【符号の説明】

２ 描画ヘッド １２ ベース部材 １３ 光源ユニット ２０ 半導体レーザ ２１ 鏡筒 ２２ コリメータレンズ ２３ 位置合わせスリーブ ２４ 筒体 ２５ 固定筒 ２６ ねじ ２８ フランジ部 ２９ ねじ孔 ３１ 凹部 ３２ 取付部 ３４ 固定用ボルト １０２ 描画ヘッド １１２ ベース部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 玉置 英一 京都市上京区堀川通寺之内上る４丁目天神 北町１番地の１ 大日本スクリーン製造株 式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ベース部材と、 発光素子と、コリメータレンズと、前記発光素子と前記
   コリメータレンズとを保持した状態でその外周部におい
   て前記ベース部材と当接する保持部材とを有する光源ユ
   ニットと、 前記保持部材をその外周部において前記ベース部材に締
   結する締結手段と、 を備えたことを特徴とする光ビーム描画装置の描画ヘッ
   ド。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の光ビーム描画装置の描
   画ヘッドにおいて、 前記光源ユニットは前記ベース部材に形成された凹部に
   対応する形状を有する嵌合部を有し、当該嵌合部と前記
   凹部とを嵌合することにより前記光源ユニットを位置決
   めする光ビーム描画装置の描画ヘッド。
3. 【請求項３】 請求項１または２いずれかに記載の光ビ
   ーム描画装置の描画ヘッドにおいて、 前記保持部材は、前記コリメータレンズの光軸方向の位
   置を調整する調整機構と、前記コリメータレンズの光軸
   と直交する方向の位置を調整する調整機構とを有する光
   ビーム描画装置の描画ヘッド。