JPH11212124A - 光ビーム偏向装置および描画装置 - Google Patents
光ビーム偏向装置および描画装置Info
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- JPH11212124A JPH11212124A JP1289398A JP1289398A JPH11212124A JP H11212124 A JPH11212124 A JP H11212124A JP 1289398 A JP1289398 A JP 1289398A JP 1289398 A JP1289398 A JP 1289398A JP H11212124 A JPH11212124 A JP H11212124A
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- light
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 光ビームを広帯域かつ高速に走査させた場合
でも所定の回折効率を確保しつつ入射光と同じ大きさの
回折光を得ることができる光ビーム偏向装置およびそれ
を用いた描画装置を提供することである。 【解決手段】 ＡＯＤ１のトランスデューサ１ｂの幅Ｌ
を次式のように設定する。 【数２２】 ｖはＡＯＤ１の音響媒質１ａ中の音速、ｆは掃引信号に
基づく超音波の中心周波数、ＤはＡＯＤ１の開口幅、Ｔ
は掃引信号に基づく超音波の掃引時間、λは光ビームの
波長、Δｆは超音波の掃引周波数帯域である。
でも所定の回折効率を確保しつつ入射光と同じ大きさの
回折光を得ることができる光ビーム偏向装置およびそれ
を用いた描画装置を提供することである。 【解決手段】 ＡＯＤ１のトランスデューサ１ｂの幅Ｌ
を次式のように設定する。 【数２２】 ｖはＡＯＤ１の音響媒質１ａ中の音速、ｆは掃引信号に
基づく超音波の中心周波数、ＤはＡＯＤ１の開口幅、Ｔ
は掃引信号に基づく超音波の掃引時間、λは光ビームの
波長、Δｆは超音波の掃引周波数帯域である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、音響光学偏向素子
（ＡＯＤ）を用いて光ビームを偏向させる光ビーム偏向
装置およびそれを用いた描画装置に関する。
（ＡＯＤ）を用いて光ビームを偏向させる光ビーム偏向
装置およびそれを用いた描画装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】音響光学偏向素子（ＡＯＤ）は、レーザ
ビーム等の光ビームを偏向させる偏向器として光ビーム
偏向装置に広く用いられている。特に、このＡＯＤを用
いた光ビーム偏向装置は、偏向角の制御を高速で行うこ
とができるので、光ビームを高速で走査させるための走
査光学系に用いられることが多い。このような光ビーム
偏向装置は、例えば光ビームを感光材の表面に走査させ
ることにより描画を行う描画装置に用いられている。
ビーム等の光ビームを偏向させる偏向器として光ビーム
偏向装置に広く用いられている。特に、このＡＯＤを用
いた光ビーム偏向装置は、偏向角の制御を高速で行うこ
とができるので、光ビームを高速で走査させるための走
査光学系に用いられることが多い。このような光ビーム
偏向装置は、例えば光ビームを感光材の表面に走査させ
ることにより描画を行う描画装置に用いられている。
【０００３】しかし、ＡＯＤを用いて高速な走査を行う
と、シリンドリカルレンズ効果と呼ばれる現象が現れる
ことが知られている。ＡＯＤのシリンドリカルレンズ効
果については、例えばL.D.Dickson,“Optical Consider
ations for an Accoustooptic Deflector,”Applied Op
tics誌,Vol.11,No10, 1972年10月, 第2196頁〜第2202頁
に詳しく説明されている。
と、シリンドリカルレンズ効果と呼ばれる現象が現れる
ことが知られている。ＡＯＤのシリンドリカルレンズ効
果については、例えばL.D.Dickson,“Optical Consider
ations for an Accoustooptic Deflector,”Applied Op
tics誌,Vol.11,No10, 1972年10月, 第2196頁〜第2202頁
に詳しく説明されている。
【０００４】図３（ａ）はＡＯＤにおけるシリンドリカ
ルレンズ効果を説明するための概念図、図３（ｂ）は超
音波の周波数変化の一例を示す波形図である。
ルレンズ効果を説明するための概念図、図３（ｂ）は超
音波の周波数変化の一例を示す波形図である。
【０００５】図３（ａ）において、ＡＯＤ１は、音響媒
質１ａおよび超音波振動子（トランスデューサ）１ｂを
備える。トランスデューサ１ｂから発振された超音波Ｓ
は、音響媒質１ａ中を進行する。図においては、超音波
Ｓは音響媒質１ａ内に平行線によって模擬的に示されて
いる。この平行線は、その間隔が狭いほど周波数が高い
ことを意味している。超音波Ｓの周波数は、図３（ｂ）
に示すように、最低周波数ｆmin から最高周波数ｆmax
まで直線的に上昇するように周期的に変化している。
質１ａおよび超音波振動子（トランスデューサ）１ｂを
備える。トランスデューサ１ｂから発振された超音波Ｓ
は、音響媒質１ａ中を進行する。図においては、超音波
Ｓは音響媒質１ａ内に平行線によって模擬的に示されて
いる。この平行線は、その間隔が狭いほど周波数が高い
ことを意味している。超音波Ｓの周波数は、図３（ｂ）
に示すように、最低周波数ｆmin から最高周波数ｆmax
まで直線的に上昇するように周期的に変化している。
【０００６】音響媒質１ａに光ビームＬＩａ，ＬＩｂが
入射すると、１次回折光である出射光ＬＤａ，ＬＤｂが
出射される。一般に、回折光の回折角２ψは、次式（ａ
１）で与えられる。
入射すると、１次回折光である出射光ＬＤａ，ＬＤｂが
出射される。一般に、回折光の回折角２ψは、次式（ａ
１）で与えられる。
【０００７】２ψ＝ｆλ／ｖ ・・・（ａ１） ここで、ｆは超音波の周波数、λは光ビームの波長、ｖ
は音響媒質１ａ中の音速である。上式から、超音波の周
波数ｆを変化させることにより、回折光の回折角ψを変
化させて、光ビームを偏向することができる。
は音響媒質１ａ中の音速である。上式から、超音波の周
波数ｆを変化させることにより、回折光の回折角ψを変
化させて、光ビームを偏向することができる。
【０００８】回折角ψを高速に変化させるために超音波
Ｓの周波数ｆを高速で変化させると、図３（ａ）に模擬
的に示すように、音響媒質１ａ中に低周波の音波と高周
波の音波とが同時に存在することになる。
Ｓの周波数ｆを高速で変化させると、図３（ａ）に模擬
的に示すように、音響媒質１ａ中に低周波の音波と高周
波の音波とが同時に存在することになる。
【０００９】このとき、入射光ＬＩｂは入射光ＬＩａよ
りもトランスデューサ１ｂから遠い位置で回折するの
で、入射光ＬＩｂの回折に関与する周波数ｆｂは入射光
ＬＩａの回折に関与する周波数ｆａよりも低くなってい
る。
りもトランスデューサ１ｂから遠い位置で回折するの
で、入射光ＬＩｂの回折に関与する周波数ｆｂは入射光
ＬＩａの回折に関与する周波数ｆａよりも低くなってい
る。
【００１０】したがって、上式（ａ１）から導かれるよ
うに、回折光ＬＤｂの回折角ψb は、回折光ＬＤａの回
折角ψa よりも小さくなる。すなわち、ＡＯＤ１は凹レ
ンズとして働く。逆に、超音波Ｓの周波数を高周波から
低周波に変化させると、ＡＯＤ１は凸レンズとして働
く。このような現象がシリンドリカルレンズ効果と呼ば
れるものである。
うに、回折光ＬＤｂの回折角ψb は、回折光ＬＤａの回
折角ψa よりも小さくなる。すなわち、ＡＯＤ１は凹レ
ンズとして働く。逆に、超音波Ｓの周波数を高周波から
低周波に変化させると、ＡＯＤ１は凸レンズとして働
く。このような現象がシリンドリカルレンズ効果と呼ば
れるものである。
【００１１】このシリンドリカルレンズ効果による凸レ
ンズまたは凹レンズの焦点距離Ｆは、次式（ａ２）で表
される。
ンズまたは凹レンズの焦点距離Ｆは、次式（ａ２）で表
される。
【００１２】 Ｆ＝ｖ2 ・Ｔ／（λ・Δｆ） ・・・（ａ２） ここで、ｖは音響媒質１ａ中の音速、Ｔは超音波Ｓの周
波数の掃引時間（図３（ｂ）参照）、λは光ビームの波
長、Δｆは掃引周波数帯域（ｆmax −ｆmin ）である。
ＡＯＤ１から出射される光ビームを平行光にするために
は、上記のシリンドリカルレンズ効果を補正する必要が
ある。ＡＯＤ１のシリンドリカルレンズ効果を補正する
方法としては、例えばＡＯＤ１の入射側に補正光学系を
配置する方法が提案されている。
波数の掃引時間（図３（ｂ）参照）、λは光ビームの波
長、Δｆは掃引周波数帯域（ｆmax −ｆmin ）である。
ＡＯＤ１から出射される光ビームを平行光にするために
は、上記のシリンドリカルレンズ効果を補正する必要が
ある。ＡＯＤ１のシリンドリカルレンズ効果を補正する
方法としては、例えばＡＯＤ１の入射側に補正光学系を
配置する方法が提案されている。
【００１３】図４はＡＯＤの入射側に補正光学系を配置
した光ビーム偏向装置の一例を示す図である。
した光ビーム偏向装置の一例を示す図である。
【００１４】図４において、レーザ光源２とＡＯＤ１と
の間に複数のシリンドリカルレンズからなる補正光学系
３が配置されている。図４の例では、ＡＯＤ１が凸レン
ズとして働く。この場合には、レーザ光源２から出射さ
れたレーザビームを、補正光学系３によりＡＯＤ１の手
前の焦点ＦＣから発散する発散光としてＡＯＤ１に入射
させる。この焦点ＦＣは、音響媒質１ａ内の回折位置か
ら上式（ａ２）の焦点距離Ｆだけレーザ光源２に近づく
位置に存在する。これにより、ＡＯＤ１から出射される
レーザビームが平行光として走査用レンズ４に入射す
る。
の間に複数のシリンドリカルレンズからなる補正光学系
３が配置されている。図４の例では、ＡＯＤ１が凸レン
ズとして働く。この場合には、レーザ光源２から出射さ
れたレーザビームを、補正光学系３によりＡＯＤ１の手
前の焦点ＦＣから発散する発散光としてＡＯＤ１に入射
させる。この焦点ＦＣは、音響媒質１ａ内の回折位置か
ら上式（ａ２）の焦点距離Ｆだけレーザ光源２に近づく
位置に存在する。これにより、ＡＯＤ１から出射される
レーザビームが平行光として走査用レンズ４に入射す
る。
【００１５】また、ＡＯＤ１が凹レンズとして働く場合
には、レーザ光源２から出射されたレーザビームを、補
正光学系３によりＡＯＤ１の後方の焦点で収束する収束
光としてＡＯＤ１に入射させる。この焦点は、音響媒質
１ａ内の回折位置から上式（ａ２）の焦点距離Ｆだけレ
ーザ光源２から遠ざかる位置に存在する。
には、レーザ光源２から出射されたレーザビームを、補
正光学系３によりＡＯＤ１の後方の焦点で収束する収束
光としてＡＯＤ１に入射させる。この焦点は、音響媒質
１ａ内の回折位置から上式（ａ２）の焦点距離Ｆだけレ
ーザ光源２から遠ざかる位置に存在する。
【００１６】このように、ＡＯＤ１のシリンドリカルレ
ンズ効果を補正してＡＯＤ１から平行光を出射させた場
合、ＡＯＤ１には広がりのあるレーザビームが入射され
る。
ンズ効果を補正してＡＯＤ１から平行光を出射させた場
合、ＡＯＤ１には広がりのあるレーザビームが入射され
る。
【００１７】なお、ＡＯＤ１のトランスデューサ１ｂの
幅（電極幅）Ｌを大きくするほど高い回折効率が得られ
るため、一般に、トランスデューサ１ｂの幅Ｌはできる
だけ大きく設定される。ここで、回折効率とは、入射光
の光量に対する回折光の光量の割合である。
幅（電極幅）Ｌを大きくするほど高い回折効率が得られ
るため、一般に、トランスデューサ１ｂの幅Ｌはできる
だけ大きく設定される。ここで、回折効率とは、入射光
の光量に対する回折光の光量の割合である。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】図４の光ビーム偏向装
置において、レーザビームを広帯域および高速に走査さ
せるために、掃引周波数帯域Δｆを大きくし、超音波Ｓ
の掃引時間Ｔを小さくすると、上式（ａ２）からシリン
ドリカルレンズ効果による凸レンズまたは凹レンズの焦
点距離Ｆが短くなる。その場合、補正光学系３によりシ
リンドリカルレンズ効果を補正すると、ＡＯＤ１に入射
するレーザビームの広がり角が大きくなる。
置において、レーザビームを広帯域および高速に走査さ
せるために、掃引周波数帯域Δｆを大きくし、超音波Ｓ
の掃引時間Ｔを小さくすると、上式（ａ２）からシリン
ドリカルレンズ効果による凸レンズまたは凹レンズの焦
点距離Ｆが短くなる。その場合、補正光学系３によりシ
リンドリカルレンズ効果を補正すると、ＡＯＤ１に入射
するレーザビームの広がり角が大きくなる。
【００１９】ＡＯＤ１への入射光の入射角度がある角度
よりも大きくなると、その入射光は回折せずにＡＯＤ１
から出射する。そのため、ＡＯＤ１への入射光の広がり
角が大きくなると、図５に示すように、入射光Ｌｉのう
ち回折に寄与しない角度の光ビームＲａ，Ｒｂが生じ
る。その結果、ＡＯＤ１への入射光よりも小さな径の回
折光しか得られない。
よりも大きくなると、その入射光は回折せずにＡＯＤ１
から出射する。そのため、ＡＯＤ１への入射光の広がり
角が大きくなると、図５に示すように、入射光Ｌｉのう
ち回折に寄与しない角度の光ビームＲａ，Ｒｂが生じ
る。その結果、ＡＯＤ１への入射光よりも小さな径の回
折光しか得られない。
【００２０】ＡＯＤ１からの出射光を走査用レンズ４で
収束させる場合に、出射光の径が小さいとその光ビーム
を走査用レンズ４で十分に小さい光スポットに絞ること
ができなくなる。したがって、図４の光ビーム偏向装置
を描画装置に用いた場合に、高解像度を得ることが困難
となる。
収束させる場合に、出射光の径が小さいとその光ビーム
を走査用レンズ４で十分に小さい光スポットに絞ること
ができなくなる。したがって、図４の光ビーム偏向装置
を描画装置に用いた場合に、高解像度を得ることが困難
となる。
【００２１】本発明の目的は、光ビームを広帯域かつ高
速に走査させた場合でも所定の回折効率を確保しつつ入
射光と同じ大きさの回折光を得ることができる光ビーム
偏向装置およびそれを用いた描画装置を提供することで
ある。
速に走査させた場合でも所定の回折効率を確保しつつ入
射光と同じ大きさの回折光を得ることができる光ビーム
偏向装置およびそれを用いた描画装置を提供することで
ある。
【００２２】
【課題を解決するための手段および発明の効果】（１）
第１の発明 第１の発明に係る光ビーム偏向装置は、光ビームを出射
する光源と、光源からの光ビームを回折させる音響媒質
および所定の掃引信号に基づいて音響媒質中に超音波を
発生する超音波振動子を有する音響光学偏向素子と、光
源と音響光学偏向素子との間に配置され、音響光学偏向
素子のシリンドリカルレンズ効果を補正する補正光学系
とを備え、音響媒質中の音速をｖとし、掃引信号に基づ
く超音波の中心周波数をｆとし、音響光学偏向素子の開
口幅をＤとし、掃引信号に基づく超音波の掃引時間をＴ
とし、光源から出射される光ビームの波長をλとし、掃
引信号に基づく超音波の掃引周波数帯域をΔｆとした場
合に、音響媒質に対する光ビームの透過方向に平行な方
向における超音波振動子の幅Ｌが、
第１の発明 第１の発明に係る光ビーム偏向装置は、光ビームを出射
する光源と、光源からの光ビームを回折させる音響媒質
および所定の掃引信号に基づいて音響媒質中に超音波を
発生する超音波振動子を有する音響光学偏向素子と、光
源と音響光学偏向素子との間に配置され、音響光学偏向
素子のシリンドリカルレンズ効果を補正する補正光学系
とを備え、音響媒質中の音速をｖとし、掃引信号に基づ
く超音波の中心周波数をｆとし、音響光学偏向素子の開
口幅をＤとし、掃引信号に基づく超音波の掃引時間をＴ
とし、光源から出射される光ビームの波長をλとし、掃
引信号に基づく超音波の掃引周波数帯域をΔｆとした場
合に、音響媒質に対する光ビームの透過方向に平行な方
向における超音波振動子の幅Ｌが、
【００２３】
【数５】
【００２４】式（１）で表され、式（１）中のｋが、
【００２５】
【数６】
【００２６】式（２）を満足する定数であることを特徴
とする。本発明に係る光ビーム偏向装置においては、音
響光学偏向素子の超音波振動子の幅Ｌが式（１）を満足
するように設定されることにより、光ビームを高帯域か
つ高速に走査させた場合でも、所定の回折効率を確保し
つつ入射光と同じ大きさの回折光を得ることができる。
したがって、偏向される光ビームを十分に小さい径に絞
ることが可能となる。
とする。本発明に係る光ビーム偏向装置においては、音
響光学偏向素子の超音波振動子の幅Ｌが式（１）を満足
するように設定されることにより、光ビームを高帯域か
つ高速に走査させた場合でも、所定の回折効率を確保し
つつ入射光と同じ大きさの回折光を得ることができる。
したがって、偏向される光ビームを十分に小さい径に絞
ることが可能となる。
【００２７】（２）第２の発明 第２の発明に係る光ビーム偏向装置は、第１の発明に係
る光ビーム偏向装置の構成において、ｋが０．７である
ことを特徴とする。
る光ビーム偏向装置の構成において、ｋが０．７である
ことを特徴とする。
【００２８】この場合、超音波の掃引周波数帯域Δｆお
よび超音波の掃引時間Ｔにおいてほぼ１／ｅ2 以上の回
折光の強度を得ることが可能となる。
よび超音波の掃引時間Ｔにおいてほぼ１／ｅ2 以上の回
折光の強度を得ることが可能となる。
【００２９】（３）第３の発明 第３の発明に係る描画装置は、光ビームを出射する光源
と、画像信号を発生する画像信号発生手段と、画像信号
発生手段により発生された画像信号に基づいて光源から
出射される光ビームを変調する変調手段と、掃引信号を
発生する掃引信号発生手段と、変調手段により変調され
た光ビームを回折させる音響媒質および掃引信号発生手
段により発生された掃引信号に基づいて音響媒質中に超
音波を発生する超音波振動子を有する音響光学偏向素子
と、光源と音響光学偏向素子との間に配置され、音響光
学偏向素子のシリンドリカルレンズ効果を補正する補正
光学系とを備え、音響媒質中の音速をｖとし、掃引信号
に基づく超音波の中心周波数をｆとし、音響光学偏向素
子の開口幅をＤとし、掃引信号に基づく超音波の掃引時
間をＴとし、光源から出射される光ビームの波長をλと
し、掃引信号に基づく超音波の掃引周波数帯域をΔｆと
した場合に、音響媒質に対する光ビームの透過方向に平
行な方向における超音波振動子の幅Ｌが、
と、画像信号を発生する画像信号発生手段と、画像信号
発生手段により発生された画像信号に基づいて光源から
出射される光ビームを変調する変調手段と、掃引信号を
発生する掃引信号発生手段と、変調手段により変調され
た光ビームを回折させる音響媒質および掃引信号発生手
段により発生された掃引信号に基づいて音響媒質中に超
音波を発生する超音波振動子を有する音響光学偏向素子
と、光源と音響光学偏向素子との間に配置され、音響光
学偏向素子のシリンドリカルレンズ効果を補正する補正
光学系とを備え、音響媒質中の音速をｖとし、掃引信号
に基づく超音波の中心周波数をｆとし、音響光学偏向素
子の開口幅をＤとし、掃引信号に基づく超音波の掃引時
間をＴとし、光源から出射される光ビームの波長をλと
し、掃引信号に基づく超音波の掃引周波数帯域をΔｆと
した場合に、音響媒質に対する光ビームの透過方向に平
行な方向における超音波振動子の幅Ｌが、
【００３０】
【数７】
【００３１】式（１）で表され、式（１）中のｋが、
【００３２】
【数８】
【００３３】式（２）を満足する定数であることを特徴
とする。本発明に係る描画装置においては、音響光学偏
向素子の超音波振動子の幅Ｌが式（１）を満足するよう
に設定されることにより、光ビームを広帯域かつ高速に
走査させた場合でも、所定の回折効率を確保しつつ入射
光と同じ大きさの回折光を得ることができる。したがっ
て、偏向される光ビームを十分に小さい光スポットに絞
ることができ、高解像度の描画が可能となる。
とする。本発明に係る描画装置においては、音響光学偏
向素子の超音波振動子の幅Ｌが式（１）を満足するよう
に設定されることにより、光ビームを広帯域かつ高速に
走査させた場合でも、所定の回折効率を確保しつつ入射
光と同じ大きさの回折光を得ることができる。したがっ
て、偏向される光ビームを十分に小さい光スポットに絞
ることができ、高解像度の描画が可能となる。
【００３４】（４）第４の発明 第４の発明に係る描画装置は、第３の発明に係る描画装
置の構成において、ｋが０．７であることを特徴とす
る。
置の構成において、ｋが０．７であることを特徴とす
る。
【００３５】この場合、超音波の掃引周波数帯域Δｆお
よび超音波の掃引時間Ｔにおいてほぼ１／ｅ2 以上の回
折光の強度を得ることが可能となる。
よび超音波の掃引時間Ｔにおいてほぼ１／ｅ2 以上の回
折光の強度を得ることが可能となる。
【００３６】
【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施例における
光ビーム偏向装置を用いた描画装置の構成を示すブロッ
ク図である。
光ビーム偏向装置を用いた描画装置の構成を示すブロッ
ク図である。
【００３７】図１の描画装置は、音響光学偏向素子（Ａ
ＯＤ）１、レーザ光源２、補正光学系３、走査用レンズ
４、変調器５、画像信号発生回路６および掃引信号発生
回路７を含む。この描画装置において、ＡＯＤ１、レー
ザ光源２および補正光学系３が光ビーム偏向装置を構成
する。
ＯＤ）１、レーザ光源２、補正光学系３、走査用レンズ
４、変調器５、画像信号発生回路６および掃引信号発生
回路７を含む。この描画装置において、ＡＯＤ１、レー
ザ光源２および補正光学系３が光ビーム偏向装置を構成
する。
【００３８】レーザ光源２から出射されたレーザビーム
は、変調器５を通して補正光学系３に入射する。変調器
５は、画像信号発生回路６により発生される画像信号に
基づいてレーザ光源２から出射されるレーザビームのオ
ンオフを制御することにより変調を行う。
は、変調器５を通して補正光学系３に入射する。変調器
５は、画像信号発生回路６により発生される画像信号に
基づいてレーザ光源２から出射されるレーザビームのオ
ンオフを制御することにより変調を行う。
【００３９】補正光学系３は、レーザ光源２からのレー
ザビームをＡＯＤ１のシリンドリカルレンズ効果に応じ
て発散光または収束光としてＡＯＤ１に与える。図１で
は、ＡＯＤ１のシリンドリカルレンズ効果によりＡＯＤ
１が凸レンズとして働く場合が示されている。この場
合、補正光学系３は、ＡＯＤ１から出射されるレーザビ
ームが平行光となるように、レーザビームを手前の焦点
ＦＣから発散する発散光としてＡＯＤ１に与える。
ザビームをＡＯＤ１のシリンドリカルレンズ効果に応じ
て発散光または収束光としてＡＯＤ１に与える。図１で
は、ＡＯＤ１のシリンドリカルレンズ効果によりＡＯＤ
１が凸レンズとして働く場合が示されている。この場
合、補正光学系３は、ＡＯＤ１から出射されるレーザビ
ームが平行光となるように、レーザビームを手前の焦点
ＦＣから発散する発散光としてＡＯＤ１に与える。
【００４０】ＡＯＤ１は、結晶材料からなる音響媒質１
ａおよび超音波振動子（トランスデューサ）１ｂを備え
る。ＡＯＤ１のトランスデューサ１ｂには掃引信号発生
回路７により発生される掃引信号が与えられる。ＡＯＤ
１から出射されるレーザビームは走査用レンズ４を通し
て感光材１０の表面に照射される。
ａおよび超音波振動子（トランスデューサ）１ｂを備え
る。ＡＯＤ１のトランスデューサ１ｂには掃引信号発生
回路７により発生される掃引信号が与えられる。ＡＯＤ
１から出射されるレーザビームは走査用レンズ４を通し
て感光材１０の表面に照射される。
【００４１】感光材１０の表面に照射されるレーザビー
ムがＡＯＤ１により主走査方向に沿って一定幅で走査さ
れるとともに、駆動機構（図示せず）により感光材１０
が描画装置に対して相対的に副走査方向に移動する。そ
れにより、感光材１０の表面にレーザビームによる描画
が行われる。
ムがＡＯＤ１により主走査方向に沿って一定幅で走査さ
れるとともに、駆動機構（図示せず）により感光材１０
が描画装置に対して相対的に副走査方向に移動する。そ
れにより、感光材１０の表面にレーザビームによる描画
が行われる。
【００４２】本実施例では、レーザ光源２が光源に相当
し、変調器５が変調手段に相当する。また、画像信号発
生回路６が画像信号発生手段に相当し、掃引信号発生回
路７が掃引信号発生手段に相当する。
し、変調器５が変調手段に相当する。また、画像信号発
生回路６が画像信号発生手段に相当し、掃引信号発生回
路７が掃引信号発生手段に相当する。
【００４３】図２は図１の描画装置に用いられるＡＯＤ
１の斜視図である。図２に示すように、直方体形状の音
響媒質１ａの一方の端面にトランスデューサ１ｂが設け
られている。ここでは、ＡＯＤ１の開口幅をＤとし、音
響媒質１ａ中の光路に沿った方向のトランスデューサ１
ｂの幅（電極幅）をＬとし、音響媒質１ａ中の光路に垂
直な方向のトランスデューサ１ｂの高さ（電極高さ）を
Ｈとする。トランスデューサ１ｂの幅Ｌは、次式（３）
を満足するように設定される。
１の斜視図である。図２に示すように、直方体形状の音
響媒質１ａの一方の端面にトランスデューサ１ｂが設け
られている。ここでは、ＡＯＤ１の開口幅をＤとし、音
響媒質１ａ中の光路に沿った方向のトランスデューサ１
ｂの幅（電極幅）をＬとし、音響媒質１ａ中の光路に垂
直な方向のトランスデューサ１ｂの高さ（電極高さ）を
Ｈとする。トランスデューサ１ｂの幅Ｌは、次式（３）
を満足するように設定される。
【００４４】
【数９】
【００４５】ここで、ｖは音響媒質１ａ中の音速、ｆは
掃引信号に基づく超音波の中心周波数、ＤはＡＯＤ１の
開口幅（光学的に有効な幅）である。また、Ｔは掃引信
号に基づく超音波の掃引時間、λはレーザ光源２から出
射されるレーザビームの波長である。Δｆは掃引信号に
基づく超音波の掃引周波数帯域であり、最高周波数と最
低周波数との差に相当する。なお、トランスデューサ１
ｂの幅Ｌは、上式（３）を満足する範囲で可能な限り大
きい方が好ましい。
掃引信号に基づく超音波の中心周波数、ＤはＡＯＤ１の
開口幅（光学的に有効な幅）である。また、Ｔは掃引信
号に基づく超音波の掃引時間、λはレーザ光源２から出
射されるレーザビームの波長である。Δｆは掃引信号に
基づく超音波の掃引周波数帯域であり、最高周波数と最
低周波数との差に相当する。なお、トランスデューサ１
ｂの幅Ｌは、上式（３）を満足する範囲で可能な限り大
きい方が好ましい。
【００４６】このようにトランスデューサ１ｂの幅Ｌを
設定することにより、以下に説明するように、ＡＯＤ１
において所定の回折効率を確保しつつ入射光と同じ大き
さの回折光を得ることが可能となる。したがって、走査
用レンズ４でレーザビームを十分に小さな光スポットに
絞ることができる。その結果、高解像度を得ることが可
能な描画装置が実現される。
設定することにより、以下に説明するように、ＡＯＤ１
において所定の回折効率を確保しつつ入射光と同じ大き
さの回折光を得ることが可能となる。したがって、走査
用レンズ４でレーザビームを十分に小さな光スポットに
絞ることができる。その結果、高解像度を得ることが可
能な描画装置が実現される。
【００４７】以下、式（３）の導出過程を説明する。Ａ
ＯＤ１の回折効率ηは次式（Ａ１）で表される。
ＯＤ１の回折効率ηは次式（Ａ１）で表される。
【００４８】
【数１０】
【００４９】上式（Ａ１）は、例えばDESIGN AND FABRI
CATION OF ACOUSTO-OPTIC DEVICESby AKIS P.GOUTZOULI
S,DENNIS R.PAPE,Marcel Dekker,Inc. に示されてい
る。η a はＡＯＤ１の音響媒質１ａ内での超音波の減衰
に依存する効率、ηAOはＡＯＤ１の音響媒質１ａおよび
トランスデューサ１ｂの構造に依存する効率、ηD はＡ
ＯＤ１の音響媒質１ａ中で超音波が伝搬する領域のうち
光ビームが通過しない領域による効率、ηTRANはＡＯＤ
１のトランスデューサ１ｂでの電気エネルギーから音波
エネルギーへの変換の効率を示している。
CATION OF ACOUSTO-OPTIC DEVICESby AKIS P.GOUTZOULI
S,DENNIS R.PAPE,Marcel Dekker,Inc. に示されてい
る。η a はＡＯＤ１の音響媒質１ａ内での超音波の減衰
に依存する効率、ηAOはＡＯＤ１の音響媒質１ａおよび
トランスデューサ１ｂの構造に依存する効率、ηD はＡ
ＯＤ１の音響媒質１ａ中で超音波が伝搬する領域のうち
光ビームが通過しない領域による効率、ηTRANはＡＯＤ
１のトランスデューサ１ｂでの電気エネルギーから音波
エネルギーへの変換の効率を示している。
【００５０】式（Ａ１）において、入射光の広がり角が
影響するのはηAOのみである。ここでは、超音波の減衰
がなく（ηa ＝１）、光ビームが通過しない領域による
損失がなく（ηD ＝１）、トランスデューサ１ｂでのエ
ネルギー変換の損失がない（ηTRAN＝１）とする。
影響するのはηAOのみである。ここでは、超音波の減衰
がなく（ηa ＝１）、光ビームが通過しない領域による
損失がなく（ηD ＝１）、トランスデューサ１ｂでのエ
ネルギー変換の損失がない（ηTRAN＝１）とする。
【００５１】ＡＯＤ１のシリンドリカル効果を補正する
ため、入射光に広がり角があるとすると、トランスデュ
ーサ１ｂから発生される超音波Ｓが十分な広がり角を有
するようにＡＯＤ１を設計する必要がある。
ため、入射光に広がり角があるとすると、トランスデュ
ーサ１ｂから発生される超音波Ｓが十分な広がり角を有
するようにＡＯＤ１を設計する必要がある。
【００５２】ＡＯＤ１の音響媒質１ａおよびトランスデ
ューサ１ｂの構造とに起因する効率ηAOは次式（Ａ２）
で表される。
ューサ１ｂの構造とに起因する効率ηAOは次式（Ａ２）
で表される。
【００５３】
【数１１】
【００５４】上式（Ａ２）において、ｋi （＝ｎ・２π
／λ）は音響媒質１ａ中での光ビームの波数、Ｍ2 はＡ
ＯＤ１の音響媒質１ａの特性により決まる定数、Ｐ0 は
トランスデューサ１ｂでの音波の強度、Ｌはトランスデ
ューサ１ｂの幅、θBCは超音波の掃引周波数帯域Δｆ
（最高周波数と最低周波数との差）の中心周波数ｆでの
ブラッグ角、Ｈはトランスデューサ１ｂの高さである。
ｎは音響媒質１ａの屈折率、λは光ビームの波長であ
る。
／λ）は音響媒質１ａ中での光ビームの波数、Ｍ2 はＡ
ＯＤ１の音響媒質１ａの特性により決まる定数、Ｐ0 は
トランスデューサ１ｂでの音波の強度、Ｌはトランスデ
ューサ１ｂの幅、θBCは超音波の掃引周波数帯域Δｆ
（最高周波数と最低周波数との差）の中心周波数ｆでの
ブラッグ角、Ｈはトランスデューサ１ｂの高さである。
ｎは音響媒質１ａの屈折率、λは光ビームの波長であ
る。
【００５５】また、Δｋｚは、超音波の波数ベクトルＫ
（＝２πｆ／ｖ）と超音波の半角の広がり角δγ／２と
の積（Δｋｚ＝Ｋ・δγ／２）である。ｖは音響媒質１
ａ中の音速である。
（＝２πｆ／ｖ）と超音波の半角の広がり角δγ／２と
の積（Δｋｚ＝Ｋ・δγ／２）である。ｖは音響媒質１
ａ中の音速である。
【００５６】式（Ａ２）のうちηM は音波と光波の相互
作用に起因する効率であり、広がり角が影響するのは回
折光の強度Ｉd である。Ｉd は次式（Ａ３）のように書
き換えられる。
作用に起因する効率であり、広がり角が影響するのは回
折光の強度Ｉd である。Ｉd は次式（Ａ３）のように書
き換えられる。
【００５７】
【数１２】
【００５８】回折光の強度の帯域は、広がり角δγにお
いてＩd ＞１／ｅ2 である事が必要であり、次式（Ａ
４）が成立する。
いてＩd ＞１／ｅ2 である事が必要であり、次式（Ａ
４）が成立する。
【００５９】
【数１３】
【００６０】なお、ｅは自然対数の底である。ここで、
ｋを次式（Ａ５）を満足する定数であるとする。
ｋを次式（Ａ５）を満足する定数であるとする。
【００６１】
【数１４】
【００６２】上式（Ａ５）を満足するｋの値は０．７で
ある。この場合、次式（Ａ６）の関係を満たすと、上式
（Ａ４）の関係が満足される。
ある。この場合、次式（Ａ６）の関係を満たすと、上式
（Ａ４）の関係が満足される。
【００６３】
【数１５】
【００６４】上式（Ａ６）から次式（Ａ７）が得られ
る。
る。
【００６５】
【数１６】
【００６６】ＡＯＤ１のトランスデューサ１ａの幅Ｌが
上式（Ａ７）の関係を満たすと、ＡＯＤ１に入射する広
がり角を有する光ビームに対して１／ｅ2 以上の強度の
回折光が得られる。
上式（Ａ７）の関係を満たすと、ＡＯＤ１に入射する広
がり角を有する光ビームに対して１／ｅ2 以上の強度の
回折光が得られる。
【００６７】次に、ＡＯＤ１のシリンドリカルレンズ効
果を補正するために必要なシリンドリカルレンズの焦点
距離をＦ（＝ｖ2 ・Ｔ／（λ・Δｆ））、ＡＯＤ１の開
口幅をＤとすれば、ＡＯＤ１に入射する光ビームの半角
の広がり角Δθは、次式（Ａ８）のようになる。
果を補正するために必要なシリンドリカルレンズの焦点
距離をＦ（＝ｖ2 ・Ｔ／（λ・Δｆ））、ＡＯＤ１の開
口幅をＤとすれば、ＡＯＤ１に入射する光ビームの半角
の広がり角Δθは、次式（Ａ８）のようになる。
【００６８】
【数１７】
【００６９】δγ＝２Δθであれば良いので、式（Ａ
８）を式（Ａ７）に代入して整理すると、次式（Ａ９）
のように、トランスデューサ１ｂの幅Ｌの条件が得られ
る。
８）を式（Ａ７）に代入して整理すると、次式（Ａ９）
のように、トランスデューサ１ｂの幅Ｌの条件が得られ
る。
【００７０】
【数１８】
【００７１】上式（Ａ９）の掃引周波数帯域Δｆおよび
掃引時間Ｔにおいて、ＡＯＤ１に広がり角を持つ光ビー
ムが入射されても、そのすべての光ビームが回折に寄与
し、入射光と同じ大きさの回折光を得ることができる。
上式（Ａ９）にｋ＝０．７を代入すると、式（３）が得
られる。
掃引時間Ｔにおいて、ＡＯＤ１に広がり角を持つ光ビー
ムが入射されても、そのすべての光ビームが回折に寄与
し、入射光と同じ大きさの回折光を得ることができる。
上式（Ａ９）にｋ＝０．７を代入すると、式（３）が得
られる。
【００７２】
【実施例】ここで、表１の条件で上式（３）を満足する
トランスデューサ１ｂの幅Ｌを算出した。
トランスデューサ１ｂの幅Ｌを算出した。
【００７３】
【表１】
【００７４】上記の条件でのシリンドリカルレンズ効果
による焦点距離Ｆは次式のようになる。
による焦点距離Ｆは次式のようになる。
【００７５】
【数１９】
【００７６】また、シリンドリカルレンズ効果の補正に
より生じる入射光の半角の広がり角Δθ（＝δγ／２）
は次式のようになる。
より生じる入射光の半角の広がり角Δθ（＝δγ／２）
は次式のようになる。
【００７７】
【数２０】
【００７８】式（３）より広がり角２Δθを有する全て
の入射光が回折に寄与するために必要なＡＯＤ１のトラ
ンスデューサ１ｂの幅Ｌの条件は次式のようになる。
の入射光が回折に寄与するために必要なＡＯＤ１のトラ
ンスデューサ１ｂの幅Ｌの条件は次式のようになる。
【００７９】
【数２１】
【００８０】これにより、上記の条件においては、トラ
ンスデューサ１ａの幅Ｌを０．９１７ｍｍ以下にすれ
ば、入射光に等しい大きさの回折光が得られることがわ
かる。
ンスデューサ１ａの幅Ｌを０．９１７ｍｍ以下にすれ
ば、入射光に等しい大きさの回折光が得られることがわ
かる。
【００８１】また、トランスデューサ１ｂの幅Ｌが小さ
くなるほど音響媒質中を伝搬する超音波の強度が小さく
なり、回折効率が小さくなる。したがって、トランスデ
ューサ１ｂの幅Ｌは上記の式（３）の条件を満たす範囲
で大きい方が好ましい。
くなるほど音響媒質中を伝搬する超音波の強度が小さく
なり、回折効率が小さくなる。したがって、トランスデ
ューサ１ｂの幅Ｌは上記の式（３）の条件を満たす範囲
で大きい方が好ましい。
【００８２】なお、図１の例では、ＡＯＤ１が凸レンズ
として働く場合を示しているが、ＡＯＤ１が凹レンズと
して働く場合にも、同様に式（３）を満足するようにト
ランスデューサ１ｂの幅を設定することにより、所定の
回折効率を確保しつつ入射光と同じ大きさの回折光を得
ることが可能となる。
として働く場合を示しているが、ＡＯＤ１が凹レンズと
して働く場合にも、同様に式（３）を満足するようにト
ランスデューサ１ｂの幅を設定することにより、所定の
回折効率を確保しつつ入射光と同じ大きさの回折光を得
ることが可能となる。
【図１】本発明の一実施例における光ビーム偏向装置を
用いた描画装置の構成を示すブロック図である。
用いた描画装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の描画装置に用いられるＡＯＤの斜視図で
ある。
ある。
【図３】ＡＯＤにおけるシリンドリカルレンズ効果を説
明するための概念図および超音波の周波数変化の一例を
示す波形図である。
明するための概念図および超音波の周波数変化の一例を
示す波形図である。
【図４】ＡＯＤの入射側に補正光学系を配置した従来の
光ビーム偏向装置の一例を示す図である。
光ビーム偏向装置の一例を示す図である。
【図５】ＡＯＤへの入射光およびＡＯＤから出射される
回折光を示す図である。
回折光を示す図である。
１ ＡＯＤ １ａ 音響媒質 １ｂ トランスデューサ ２ レーザ光源 ３ 補正光学系 ４ 走査用レンズ ５ 変調器 ６ 画像信号発生回路 ７ 掃引信号発生回路 １０ 感光材 Ｌ トランスデューサの幅
Claims (4)
- 【請求項１】 光ビームを出射する光源と、 前記光源からの光ビームを回折させる音響媒質および所
定の掃引信号に基づいて前記音響媒質中に超音波を発生
する超音波振動子を有する音響光学偏向素子と、 前記光源と前記音響光学偏向素子との間に配置され、前
記音響光学偏向素子のシリンドリカルレンズ効果を補正
する補正光学系とを備え、 前記音響媒質中の音速をｖとし、前記掃引信号に基づく
超音波の中心周波数をｆとし、前記音響光学偏向素子の
開口幅をＤとし、前記掃引信号に基づく超音波の掃引時
間をＴとし、前記光源から出射される光ビームの波長を
λとし、前記掃引信号に基づく超音波の掃引周波数帯域
をΔｆとした場合に、前記音響媒質に対する光ビームの
透過方向に平行な方向における前記超音波振動子の幅Ｌ
が、 【数１】 式（１）で表され、式（１）中のｋが、 【数２】 式（２）を満足する定数であることを特徴とする光ビー
ム偏向装置。 - 【請求項２】 前記ｋが０．７であることを特徴とする
請求項１記載の光ビーム偏向装置。 - 【請求項３】 光ビームを出射する光源と、 画像信号を発生する画像信号発生手段と、 前記画像信号発生手段により発生された画像信号に基づ
いて前記光源から出射される光ビームを変調する変調手
段と、 掃引信号を発生する掃引信号発生手段と、 前記変調手段により変調された光ビームを回折させる音
響媒質および前記掃引信号発生手段により発生された掃
引信号に基づいて前記音響媒質中に超音波を発生する超
音波振動子を有する音響光学偏向素子と、 前記光源と前記音響光学偏向素子との間に配置され、前
記音響光学偏向素子のシリンドリカルレンズ効果を補正
する補正光学系とを備え、 前記音響媒質中の音速をｖとし、前記掃引信号に基づく
超音波の中心周波数をｆとし、前記音響光学偏向素子の
開口幅をＤとし、前記掃引信号に基づく超音波の掃引時
間をＴとし、前記光源から出射される光ビームの波長を
λとし、前記掃引信号に基づく超音波の掃引周波数帯域
をΔｆとした場合に、前記音響媒質に対する光ビームの
透過方向に平行な方向における前記超音波振動子の幅Ｌ
が、 【数３】 式（１）で表され、式（１）中のｋが、 【数４】 式（２）を満足する定数であることを特徴とする描画装
置。 - 【請求項４】 前記ｋが０．７であることを特徴とする
請求項３記載の描画装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01289398A JP3781545B2 (ja) | 1998-01-26 | 1998-01-26 | 光ビーム偏向装置および描画装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01289398A JP3781545B2 (ja) | 1998-01-26 | 1998-01-26 | 光ビーム偏向装置および描画装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11212124A true JPH11212124A (ja) | 1999-08-06 |
| JP3781545B2 JP3781545B2 (ja) | 2006-05-31 |
Family
ID=11818082
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP01289398A Expired - Fee Related JP3781545B2 (ja) | 1998-01-26 | 1998-01-26 | 光ビーム偏向装置および描画装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3781545B2 (ja) |
-
1998
- 1998-01-26 JP JP01289398A patent/JP3781545B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3781545B2 (ja) | 2006-05-31 |
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| JPS6224768B2 (ja) |
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