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【発明の名称】 走査式描画装置
【発明者】 【氏名】小林 義則
【課題】ビームの走査方向を主走査方向に対して所定の方向に傾斜させることのできる走査式描画装置を提供することを目的とする。

【解決手段】ビームの現在位置を検出する位置検出手段と、光源からポリゴンミラーに至る光路上に設けられ描画面上においてビームを副走査方向に偏向させる光偏向器と、検出手段からの位置情報に基づいて偏向手段を制御することにより、ビームの１走査によって描かれる走査線を主走査方向に対して所定の方向に傾斜させる制御手段を備えて描画装置を構成する。ピエゾ素子よりなる光偏向器の応答特性を利用することで、光偏向器に対する制御信号を、ビームの走査範囲を複数の小区間に分割した場合の小区間毎に階段状に変化する信号とした場合であっても、ビームの１走査によって描かれる走査線の直線性が維持される。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 描画データに基づいて変調したビームで描画面上を走査するとともに描画テーブル移動させて感光材に対する描画を行う走査式描画装置であって、ビームを副走査方向に偏向させる偏向手段と、ビームの１走査によって描画面上に描かれる走査線の方向が所定の方向となるように前記偏向手段を制御する制御手段とを備えること、を特徴とする走査式描画装置。
【請求項２】 前記所定の方向が主走査方向であること、を特徴とする請求項１に記載の走査式描画装置。
【請求項３】 ビームの現在位置を検出する位置検出手段を更に備え、前記制御手段は、該位置検出手段から得られるビームの現在位置に基づいて前記偏向手段を制御すること、を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の走査式描画装置。
【請求項４】 前記偏向手段でビームを偏向させるべき偏向量を前記位置検出手段で検出されるビームの位置ｐを変数として表す関数ｆ（ｐ）、を記憶する記憶手段を更に備え、前記制御手段は、前記記憶手段に保持される関数ｆ（ｐ）を用い、前記ビームの現在位置におけるビームの副走査方向の偏向量を求め、該求められた偏向量となるように前記偏向手段を制御すること、を特徴とする請求項３に記載の走査式描画装置。
【請求項５】 前記記憶手段は、前記関数ｆ（ｐ）を、ビームの１走査の開始点から終了点に至る走査範囲を複数の小区間に分割した場合の夫々の小区間におけるビームの副走査方向の偏向量の集合として記憶し、前記制御手段は、前記ビームの現在位置におけるビームの副走査方向の偏向量を、前記記憶手段から読み出して取得すること、を特徴とする請求項４に記載の走査式描画装置。
【請求項６】 前記偏向手段がピエゾ素子を用いた光偏向器であり、前記小区間を走査するために要する時間と、該光偏向器のステップ状の制御信号に対する応答時間とが概ね等しい値であること、を特徴とする請求項５に記載の走査式描画装置。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、描画データに基づいて変調したビームで描画面上を走査するとともに描画テーブル移動させて感光材に対する描画を行う走査式描画装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】走査式描画装置は、大画面かつ高精細な描画を実現すべく、ビームの１走査によって描画面上に描かれる走査線の位置を高精度に位置決めすることを要求される。このような、走査式描画装置では、ビームを走査すると共に、感光材を載置する描画テーブルを副走査方向に一定のスピードで移動させることで感光材全体に渡っての描画を実行している。
【０００３】このように、描画テーブルを副走査方向に一定のスピードで移動させつつビームの走査を行う場合、ビームの１走査の開始から終了に至るまでの時間に描画テーブルが所定量副走査方向に移動することとなるので、ビームの１走査によって感光材上に描画されるライン（走査線）を、副走査方向に対して直交する方向（主走査方向）にするためには、すなわち描画面上の主走査方向と副走査方向を直角にするためには、ビームの走査方向を主走査方向に対して傾斜するように調整を行わなければならない。走査線の傾斜の量は次のように決定される。
【０００４】図８は、走査式描画装置のビームの走査方向Ａと走査線Ｂの関係を表している。また、図８において、描画テーブル１２の移動方向である副走査方向と平行な方向をＸ軸とし、それと直交する方向（主走査方向）をＹ軸としている。描画テーブル１２を矢印ｄ方向に移動させながらビームの走査を行って描画を行う場合、描画テーブル１２の移動速度をＶＡ、ビームが１走査の始点ａ１から終点ａ２まで走査するまでの走査時間をＴ０とすると、描画テーブル１２はビームの１走査期間中にＶＡ×Ｔ０で表される距離だけ矢印ｄ方向に移動することとなる。
【０００５】したがって、ビームの走査の終点ａ２におけるＸ座標値と始点ａ１におけるＸ座標値の差分ΔＸが、ΔＸ＝ＶＡ×Ｔ０となるようにビームの走査の方向を主走査方向に対して傾斜させることで、ビームの１走査によって感光材上に描かれる走査線Ｂは、副走査方向に対して直角（すなわち主走査方向）になる。従来、ビームの走査方向の傾きの調整は、作業者が、走査式描画装置の機械的な微調整機構を調整することで実施されていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】描画時における描画テーブルの移動速度を変更する必要が無く、常に、同じ速度で描画テーブルを移動させて走査式描画装置を運用させる場合には、上記のように、描画テーブルの移動速度にしたがってビームの走査方向を機械的な微調整により１度行っておけばよい。
【０００７】ところで、前述のように、近年、走査式描画装置の描画解像度は高い性能に達しており、描画対象となるパターンによっては、走査式描画装置の描画解像度を低下させて描画しても感光材の描画物としての品質に影響が無い場合も少なくない。走査式描画装置において、描画解像度を低下させて描画を行う場合、描画テーブルの移動速度を早めることで走査線の間隔を大きくし、感光材全体の描画を行うための時間を短縮化することが可能である。すなわち、走査式描画装置において、描画対象となるパターンに応じて描画テーブルの移動速度を変更し、すなわち解像度を変更して運用をおこなうことが、走査式描画装置の利用効率を高めるために極めて有効な手段となる。
【０００８】しかしながら、上述のように、ビームの走査方向の主走査方向に対する傾きは、テーブルの移動速度に応じた値に設定されていなければ、走査線を主走査方向と平行に保つことはできない。描画装置の機械的な微調整機構を用いてビームの走査方向を調整することは、時間を要する作業であるため、描画テーブルの速度を変更する度にこのような微調整を行うことは現実的には不可能である。
【０００９】本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされた。すなわち、本発明は、ビームの走査方向を主走査方向に対して所定の方向に傾斜させることのできる走査式描画装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】そのため本発明の請求項１に記載の走査式描画装置は、描画データに基づいて変調したビームで描画面上を走査するとともに描画テーブル移動させて感光材に対する描画を行う走査式描画装置であって、ビームを副走査方向に偏向させる偏向手段と、ビームの１走査によって描画面上に描かれる走査線の方向が所定の方向となるように前記偏向手段を制御する制御手段とを備える。１つの感光材を描画する場合に決定される描画テーブルの移動速度が感光材毎に変更される場合であっても、前記制御手段は、描画テーブルの移動速度の変更にかかわらず走査線の方向を所定の方向に維持することができる。
【００１１】また、請求項２に記載の走査式描画装置は、制御手段が走査線の方向を常に主走査方向（副走査方向と直交する方向）となるようにする。
【００１２】また、請求項３に記載の走査式描画装置は、ビームの現在位置を検出する位置検出手段を更に備えており、制御手段は、位置検出手段から得られるビームの現在位置に基づいて前記偏向手段を制御することが可能となる。
【００１３】また、請求項４に記載の走査式描画装置は、前記偏向手段でビームを偏向させるべき偏向量を前記位置検出手段で検出されるビームの位置ｐを変数として表す関数ｆ（ｐ）を記憶する記憶手段を更に備えており、前記制御手段は、前記記憶手段に保持される関数ｆ（ｐ）を用い、前記ビームの現在位置におけるビームの副走査方向の偏向量を求め、該求められた偏向量となるように前記偏向手段を制御する。
【００１４】また、請求項５に記載の走査式描画装置は、前記記憶手段が、関数ｆ（ｐ）を、ビームの１走査の開始点から終了点に至る走査範囲を複数の小区間に分割した場合の夫々の小区間におけるビームの副走査方向の偏向量の集合として記憶する。この場合、前記制御手段は、前記ビームの現在位置におけるビームの副走査方向の偏向量を前記記憶手段から読み出して取得する。
【００１５】また、請求項６に記載の走査式描画装置は、偏向手段がピエゾ素子を用いた光偏向器であり、小区間を走査するために要する時間と、光偏向器のステップ状の制御信号に対する応答時間とが概ね等しくなるように設定されている。ステップ状の制御信号に対して、光偏向器はなだらかに応答して所期の偏向量に達するので、光偏向器に対して小区間と小区間の境目毎に階段状に変化する制御信号を与えた場合であっても、走査線の直線性を維持させることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の描画装置の概略構成を示す斜視図である。図１において、光源２０から射出されたビームは、ビームベンダ２１等を介してＡＯ（Ａｃｏｕｓｔｏ−ｏｐｔｉｃ）変調器２４に導かれる。ＡＯ変調器２４は、図示しない制御回路によって制御され、描画データに基づいてドット単位でビームをＯＮ／ＯＦＦ変調する。ＡＯ変調器２４を通過したビームは光偏向器２６に導かれる。光偏向器２６はピエゾ素子を用いた光偏向器であり、ビームベンダ２８に向けて反射するビームの偏向の向きを変えることにより、描画面上におけるビームの位置を描画テーブル１８の移動方向（副走査方向）において偏向させる機能を有している。
【００１７】光偏向器２６で反射され、さらに、ビームベンダ２８，３０で反射されたビームは、ポリゴンミラー３２の分割面に導かれる。ポリゴンミラー３２は、図示しない駆動機構により一定の速度で回転し、この回転に伴い、ポリゴンミラー３２の１つの分割面で反射されるビームは描画面上を走査する。なお、ポリゴンミラー３２で反射したビームはｆθレンズ３４を介して反射鏡３６に導かれ、その後大コンデンサレンズ３８を通過し、描画面上に集光される。
【００１８】図１において、描画テーブル１８は、図示しない駆動機構によりレール１７ａ、１７ｂに沿って移動できるように構成されている。ビームの走査を行いつつ、描画テーブル１８を図のｅ方向に移動させることで、描画テーブル１８上に載置される感光材全体に渡っての描画が達成される。なお、描画装置１において、Ｘ軸は描画テーブル１８の移動方向である副走査方向と平行であり、Ｙ軸は副走査方向と直交する主走査方向と平行である。
【００１９】また、図１に示すポリゴンミラー３２には、以上で説明した描画用のビームと異なる光路からモニター光が入射している。このモニター光は、ｆθレンズ３４、反射鏡３６、大コンデンサレンズ３８を通過後、描画面に到達することなく反射鏡４１で反射され、走査方向に延びたスケール４２に導かれる。スケール４２にはスリットが等間隔で形成されており、モニター光の走査に伴いスケール４２を透過する光量の変化が、図示しない制御回路によって電気的なクロック信号として取り出される。後述するように、このクロック信号のカウント値は、ビームの走査線方向における位置を表すアドレス情報として用いられる。
【００２０】図２は、光偏向器２６の詳細を示している。図２（ａ）に示すように、光偏向器２６は、ケーブル２６ｄからの入力電圧に応じてピエゾ素子２６ａが伸縮することで、ヒンジバネ２６ｂを介して取り付けられた反射ミラー２６ｃが、図２（ａ）の矢印方向で遥動するように構成されている。したがって、図２（ｂ）に示すように、反射ミラー２６ｃで反射されるビームｂ２のｚ１軸に対する反射角θ２は、ｙ１軸を中心に遥動する反射ミラー２６ｃの遥動に応じて変化することとなる。すなわち、光偏向器２６によってビームを偏向させるることにより、ポリゴンミラー３２へのビームの入射角度が移動し、描画面上におけるビームの位置が副走査方向において移動することになる。
【００２１】図３は、描画装置１の描画動作の概略を示すフローチャートである。描画装置１で描画を実行する場合、始めに描画装置１に対して描画指令とともに、描画対象となるパターンに基づいて決定された、描画テーブルの移動速度の指示が与えられる（Ｓ３０１）。ここで決定される描画テーブル１８の移動速度をＶＴとする。Ｓ３０２では、ＶＴに基づいて、主走査方向に対しビームの走査方向（図７の矢印Ｓ方向）を傾かせるための、光偏向器２６における偏向量の算出が行われる。
【００２２】図７は、描画装置１の描画テーブル１８とポリゴンミラー３２の１つの小分割面の回転に伴うビームの走査方向Ｓが示されている。ビームを１走査するのに要する時間がＴ１、描画テーブル１８の移動速度がＶＴである場合、ビームの走査の終点ｓ２のＸ座標と始点ｓ１のＸ座標との差ΔＸ２を、ΔＸ２＝ＶＴ×Ｔ１となるようにビームの走査方向Ｓを決定することで、感光材に描かれる走査線Ｌ０は、主走査方向と平行になる。
【００２３】また、Ｓ３０２では、ビームの１走査の始点ｓ１から終点ｓ２までの走査範囲を等間隔の小区間に分割した場合の小区間毎に、ビームの副走査方向の偏向量が算出される。ここで算出された小区間毎の偏向量は、描画装置１内部のメモリ６７（図５参照）に記憶される（Ｓ３０３）。次に、メモリ６７に記憶された小区間毎の偏向量に基づいて光偏向器２６でのビームの偏向量が制御されつつビームの走査が行われ、描画面全体に渡る描画が実行される（Ｓ３０４）。以下、描画装置１の動作の詳細について説明する。
【００２４】図４（ａ）に示すように、光偏向器２６に対してステップ状の制御信号５１を与えた場合、ピエゾ素子の応答特性から、光偏向器２６における実際のビームの偏向量は波形５２で示すように滑らかに変化し、応答時間ｔ０後に所期の偏向量に達する。例えば、描画装置１においてビームの１走査に要する時間Ｔ１が１０ｍｓ、光偏向器２６の応答時間ｔ０が１ｍｓである場合には、ビームの１走査の始点ｓ１から終点ｓ２までの走査範囲を１０の小区間に分割し、図４（ｂ）に示すように、ビームの始点ｓ１から終点ｓ２に移動するにしたがって、偏向量が直線的に増加するように、夫々の小区間における偏向量を決定する。
【００２５】なお、ビームの終点ｓ２における偏向量をＶＴ×Ｔ１とするために、第１小区間における偏向量ｈを、ｈ＝（ＶＴ×Ｔ１）／１０とし、第２小区間における偏向量を２ｈ、さらに第１０小区間に向かって偏向量をｈづつ増加させることで、始点ｓ１から終点ｓ２に至る偏向量の増加が直線的になる。このように得られた夫々の小区間の偏向量は、描画装置１内部のメモリ６７（図５参照）に記憶される。
【００２６】光偏向器２６に対しては、制御信号を図４（ｂ）に示す制御信号５３のように階段状に変化する信号として与える。上述のように、制御信号５３の各小区間の時間幅は光偏向器２６の応答時間ｔ０に等しいので、光偏向器２６に対して制御信号５３を与えた場合の、光偏向器２６におけるビームの実際の偏向量は波形５４に示すように滑らかに変化する。したがって、始点ｓ１から終点ｓ２に至るビームの走査が直線的になると共に、描画面上における走査線Ｌ０の形状が階段状になることなく直線的な形状になる。
【００２７】図５は、光偏向器２６に対する制御部のブロック図である。図１で示したスケール４２のスリット上を走査することによるモニター光のｏｎ／ｏｆｆの変化は、描画クロック発生部６８によって電気的な描画クロック信号８１（図６参照）に変換される。さらに、描画クロック発生部６８は、図６に示すように、描画クロック信号８１をもとに小区間の時間ｔ０と等しい周期のクロック信号である区間クロック信号８２を生成し、カウンタ６６に対して出力する。カウンタ６６は、区間クロック信号８２のカウント値をメモリ６７に対するアドレスとして出力する。
【００２８】メモリ６７には、小区間に対応するアドレス毎に光偏向器２６に対する偏向量が記憶されている。すなわち、メモリ６７には、小区間の位置を変数とし、各小区間における偏向量を表す関数が記憶されていることとなる。また、メモリ６７からは、アドレスに入力応じた偏向量が、ドライバ７４を介して光偏向器２６に対して送られる。したがって、図６に示すように区間クロック信号８２の１クロック毎に階段状に変化する制御信号５３を光偏向器２６に対して与えることが可能となる。なお、カウンタ６６のクリア信号入力には、ポリゴン面検出器５９から、ポリゴンミラーのビームが入射する分割面の切り替わり毎に、１つのパルスが入力される。すなわち、ビームの１走査が終了する度に、カウンタ６６はクリアされる。
【００２９】ポリゴン面検出器５９は、ポリゴンミラーを回転駆動するモータに設けられた回転板６３と、フォトディテクタ６４によって構成される。また、回転板６３には、ポリゴンミラー３２の分割面の数と等しい数のスリット６５が設けられており、フォトディテクタ６４がスリット６５を検出することによって、ポリゴンミラーの各分割面の切り替わりを表すパルスが生成される。
【００３０】また、メモリ６７には、カウンタ７１からのカウント値がアドレスとして入力される。カウンタ７１のクロック入力には、ポリゴン面検出器５９からのパルスが入力され、また、カウンタ７１のクリア入力には、ポリゴン原点検出器５８からポリゴンミラー３２の１回転毎に１つのパルスが入力される。すなわち、カウンタ７１のカウント値は、ポリゴンミラー３２における各分割面を識別するためのアドレスとして使用される。なお、ポリゴン原点検出器５８は、ポリゴンミラー３２を回転駆動するモータに設けられた回転板６０とフォトディテクタ６１によって構成され、回転板６０の１回転毎にフォトディテクタ６１部分を通過するスリット６２が検出されることで、ポリゴンミラー３２の１回転毎に１つのパルスが生成される。
【００３１】以上説明したようにメモリ６７に対するアドレスは、ポリゴンミラー３２の分割面を識別できるように割り当てられ、かつ、小区間毎に割り当てられる。したがって、メモリ６７内部にポリゴンミラーの面倒れの影響を補正するための補正データを小区間毎に区別された補正データの集まりとして保持し、以上で述べたビームの走査方向を主走査方向に対して傾かせるための偏向量と合成して光偏向器２６を制御することで、走査線を主走査方向と平行にするのみでなく、ポリゴンミラーの面倒れによる走査線の直線性の歪をも補正することが可能となる。
【００３２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、描画装置において描画テーブルの移動速度を変化させて描画を行う場合であっても、機械的な微調整を行うことなく、描画テーブルの移動速度に応じてビームの走査方向を主走査方向に対して所定の方向に傾かせ、ビームの１走査によって描かれる走査線の方向を主走査方向と平行にすることが可能である。すなわち、描画装置において、描画対象となるパターンに応じて描画テーブルの移動速度を変え描画を行うような運用をする場合であっても、描画テーブルの移動速度の変更によらず、走査線を常に主走査方向にすることが可能であるため、描画装置における描画効率が大きく向上することとなる。
【００３３】また、光偏向器の制御によって、ビームの１走査の範囲を複数に分割した小区間毎に副走査方向におけるビームの偏向を制御することができるため、描画装置の機械的な製造不具合によって発生する走査線の歪をも補正することが可能である。また、この小区間の時間間隔をピエゾ素子により構成される光偏向器の応答時間と等しくしているので、始点Ｓ１から終点Ｓ２に至るビームの走査方向の直線性が維持されるとともに、感光材に描画される走査線の直線性も維持される。
【出願人】 【識別番号】００００００５２７
【氏名又は名称】旭光学工業株式会社
【出願日】 平成１２年４月２８日（２０００．４．２８）
【代理人】 【識別番号】１０００７８８８０
【弁理士】
【氏名又は名称】松岡 修平
【公開番号】 特開２００１−３１１８８９（Ｐ２００１−３１１８８９Ａ）
【公開日】 平成１３年１１月９日（２００１．１１．９）
【出願番号】 特願２０００−１３０５９０（Ｐ２０００−１３０５９０）