Brevet FR2638590A1 — publié le 19900504

Cette invention concerne un système destiné à engendrer des signaux de référence de balayage ou de synchronisation dans des dispositifs de balayage de trame à laser, et plus particulièrement un appareil destiné à engendrer de façon économique un signal de synchronisation dans un dispositif de balayage de trame à laser. Des systèmes de balayage optique à vitesse élevée comme des traceurs de précision, des impriman- tes et similaires sont bien connus dans la technique. Ces dispositifs sont des systèmes d'imagerie directe et sont utilisés pour fabriquer des cartes ou plaques de circuits imprimés (CCI) et des plaques d'impression en balayant en trame un faisceau d'exposition à tra- vers soit une plaque de circuit imprimée revêtue de résine qui est traitée plus tard pour former une plaque de circuit imprimé soit une plaque d'impres- sion, respectivement. Un système typique, tel que celui qui est commercialisé par la Demanderesse, consiste en un entrainement de bande magnétique, un disque dur, un ordinateur, un terminal graphique interactif, un processeur d'images et une table optique comportant une platine mobile d'écriture pour positionner le substrat et un dispositif de balayage de précision. Le système peut également comprendre les optiques, moyens de transport de milieu, et circuits électroniques qui sont néces- saires pour transférer directement des données de conception assistée par ordinateur (C.A.0) vers une carte de circuit imprimé (CCI) ou pour transférer des polices de caractères, des graphiques et des images en demi-teinte sur une plaque d'impression. En fonctionnement, un système d'imagerie direct est configuré pour recevoir sur la platine d'écriture un substrat plan en aluminium (dans le cas d'arts graphi- ques) ou un diélectrique recouvert de cuivre dans le cas de cartes de circuits imprimés sur la surface supérieure duquel a été appliqué un photopolymère optiquement sen- sible. L'ordinateur module l'intensité d'un faisceau optique habituellement réalisé par un laser pour exposer des parties choisies du substrat. Typiquement, il existe un deuxième faisceau, de référence, qui est aussi bala- yée simultanément avec le faisceau d'exposition pour engendrer un signal de synchronisation de balayage et pour commander avec précision la position du faisceau d'exposition ou d'écriture sur le substrat. Un système de balayage de champ plat est parfois employé pour focaliser les faisceaux en de petites taches et pour réaliser le balayage simultané des faisceaux sur un masque de référence et des substrats, respectivement. On utilise souvent des paliers à air de précision pour guider la platine d'écriture lorsque l'imagerie est en cours sur le substrat. Le faisceau de référence balaie une cible de précision qui consiste typiquement en un réseau linéaire de barres transparentes et opaques sur un substrat (c'est- à-dire une alternance de 25.m transparent, 25 pm opaque). Après modulation par cette cible, la lumière est typique- ment collectée par un réseau linéaire de fibres optiques positionnées derrière le masque de référence et en coin- cidence avec la ligne de balayage. Lorsque le faisceau de référence parcourt la ligne de balayage et est modulé par la cible, la lumière entre dans les fibres optiques et elle est recue par un ou plusieurs photodétecteurs. Un dispositif de commande utilise le signal de sortie provenant des photodétecteurs pour engendrer un signal d'horloge. Pour s'étendre sur une longueur typique de ligne de balayage de l'ordre de 51 cm (vingt pouces), le réseau linéaire de fibres optiques doit comprendre un très grand nombre de fibres. En outre, une atténua- tion non uniforme par des fibres différentes peut pro- voquer des erreurs de synchronisation. Des dispositifs connus destinés à engendrer des signaux de synchroni- sation de balayage dans de grands dispositifs de bala- yage de trame sont donc onéreux et sujets à erreurs. Un but de l'invention est de réaliser un appareil destiné à engendrer un signal de synchroni- sation en diffusant un faisceau de référence modulé pour améliorer la photodétection. Un autre but de la présente invention est de réaliser un dispositif de balayage de trame à laser possédant un signal de synchronisation engendré d'une façon simple et peu onéreuse. Selon la présente invention, on propose un appareil pour un dispositif de balayage de trame à laser qui balaie simultanément, le long des lignes de balayage respectives, un faisceau de référence sur un masque de référence comprenant des régions optique- ment transparentes espacées et un faisceau d'exposition sur un substrat, ledit appareil étant destiné à engen- drer des signaux indicatifs d'une position des fais- ceaux et comprenant un diffuseur optique qui est positionné à la suite du masque de référence pour recevoir le faisceau de référence le long de la ligne de balayage de référence et un collecteur transparent à guide de lumière destiné à contenir l'énergie diffu- sée. Un réseau de détecteurs est positionné à la suite du collecteur optique et comprend une pluralité de photodétecteurs espacés le long de la ligne de bala- yage du faisceau de référence, et ces détecteurs reçoivent le faisceau de référence modulé et délivrent des signaux électriques représentatifs de celui-ci. On va maintenant décrire l'invention de façon plus détaillée en se référant aux Figures annexées, qui représentent: La Figure 1 une représentation schématique d'un dispositif de balayage de trame à laser compre- nant un appareil destiné à engendrer un signal de synchronisation selon la présente invention; La Figure 2 une vue en perspective d'une partie du dispositif de balayage de trame à laser de la Figure I; La Figure 3 une vue de côté de l'ensemble de détecteurs de la Figure 2, montrant un trajet de faisceau lumineux représentatif; et La Figure 4 une vue de dessus de la partie de l'ensemble de détecteurs de la Figure 3, montrant l'angle de diffusion du faisceau de référence. En se référant maintenant à la Figure 1, celle-ci représente de façon schématique une vue de dessus d'un dispositif 10 de balayage de trame à laser. Le dispositif de balayage est logé dans un boîtier 12. Une source optique 14, de préférence un laser Argon Cyonics de 3 Mw, fournit un faisceau 16 qui est reçu par un premier miroir tournant 18 et présenté à l'optique de formation de faisceau. L'optique de formation de faisceau est classique et elle peut comprendre une lentille de largeur de bande, une lentille négative, un trou d'épingle et un ensemble de lentilles de transformation selon les besoins de l'application spécifique. Le faisceau formé est reçu par un premier séparateur de faisceau 22 qui sépare le faisceau en un faisceau de référence 24 et un faisceau d'exposition 26. Le faisceau d'exposition est présenté à un modula- teur acousto-optique classique 28 qui module le fais- ceau en réponse à des signaux de commande reçus sur des lignes 30 depuis un dispositif de commande 32. De même, le faisceau de référence 24 est tourné par un deuxième miroir tournant 34 et il est présenté à une optique 36 de formation de faisceau de référence qui comprend typiquement des lentilles et d'autres compo- sants optiques similaires aux composants de formation de faisceau détaillés ci-dessus. Le faisceau de référence traverse une ouver- ture dans une cloison de séparation 38, tandis que le faisceau d'exposition traverse une ouverture 40. Le faisceau de référence est reçu par un miroir tournant 42 et il est présenté à un dispositif de combinaison de faisceau 44. Le dispositif de combinaison de fais- ceau 44 reçoit aussi le faisceau d'exposition, et pré- sente un faisceau de sortie combiné à une lentille de collimation 46 d'un ensemble 48 à prismes. Comme il est courant, le faisceau combiné est reçu par un polygone optique 50 logé sur un ensemble à broche 52. Le polygone tourne autour d'un axe 54 d'une manière courante en réponse à des signaux de commande reçus depuis le dispositif de commande 32 sur des lignes 56. Les faisceaux sortent de la surface du polygone et sont reçus par une lentille de balayage théta classique F 58. Le faisceau d'exposition est reçu par le miroir pliant final 60 et il est présenté à une platine d'écriture située hors du plan du dispo- sitif de balayage, non représentée, et qui ne fait pas partie de la présente invention. Le faisceau de référence est présenté simultanément au masque de référence 62 et il est finalement recu par l'ensemble de photodétecteurs 64. L'ensemble de photodétecteurs 64 fournit des signaux indicatifs du faisceau de référence reçu au dispositif de commande sur les lignes 66 pour commander la synchro- nisation, et donc la modulation des faisceaux balayés. Par suite de la rotation du polygone, les faisceaux d'exposition et de référence sont balayés sur la platine d'écriture et le masque de référence, respectivement. Le dispositif de commande, dans le mode de réalisation préféré, comprend le processeur et les mémoires nécessaires pour réaliser les fonctions qui sont décrites ici. Comme noté plus haut, le dispositif de commande gouverne la rotation du dispositif de bala- yage à polygone et fournit des signaux au modulateur acousto-optique 28. La configuration optique du masque de référence comprend en alternance des zones de transmission optique et des zones réfléchissantes. Par conséquent, lorsque le faisceau de référence est balayé sur le masque par le polygone tournant, le réseau de photodétecteurs reçoit un faisceau optique modulé. Le signal de modulation du faisceau est indicatif de la position du faisceau. Le signal de sortie du système à photodétecteurs est uti- lisé par le dispositif de commande pour engendrer un signal d'horloge ou de synchronisation. Puisque les dimensions du dessin modèle dans la direction du bala- yage sont fonction de la vitesse de modulation fournie par le modulateur (et en définitive de la fréquence du signal d'horloge), une augmentation de la période du signal d'horl e entraîne un accroissement en proportion de la dimension du dessin modèle le long de la ligne de balayage. Des systèmes connus de balayage à laser recoi- vent le faisceau de référence dans un mécanisme détec- teur qui comprend un masque de référence suivi d'un réseau linéaire de fibres optiques, qui convertit une répartition spatiale de lignes en un cercle o il existe un ou plusieurs photodétecteurs. Comme il est bien connu, le masque de référence comprend un réseau de barres opaques formant des surfaces qui sont alter- nativement réfléchissantes et transparentes. Le signal de référence modulé est reçu par les photodétecteurs, et il est finalement utilisé pour engendrer un signal de synchronisation de balayage. Le faisceau de réfé- rence modulé comprend un signal optique qui présente un rapport d'aspect longueur/hauteur très important puisque le faisceau de référence est très petit en diamètre par rapport à la longueur de balayage d'en- viron 51 cm (20 pouces). La qualité et l'alignement du faisceau de fibres optiques sont critiques puisque des variations de transmission de fibres peuvent pro- voquer des informations erronées de synchronisation de balayage. L'information contenue dans le faisceau de référence est encodée lorsque le faisceau de référence modulé sort du masque de référence. La fonction des fibres optiques est simplement de réaliser un mécanisme commode pour diriger les signaux optiques vers les photodétecteurs. Il n'est pas nécessaire de maintenir la relation de position du faisceau par rapport au masque de référence, puisque l'information de position de faisceau est totalement encodée sous forme d'une variation d'intensité. En se référant maintenant à la Figure 2, celle-ci représente une partie de l'ensemble de détecteurs 64 de la Figure 1. Le masque de référence 62 comprend un élément 68 sur lequel sont formées les barres espacées qui réalisent la modulation optique. Celles-ci peuvent se trouver soit sur le côté avant soit sur le côté arrière du substrat de l'élément 68. Le faisceau de référence traverse l'élément de verre qui module le fais- ceau lorsqu'il est balayé longitudinalement le long du détecteur. Le faisceau de référence modulé est reçu par un diffuseur 70 qui étale le faisceau. Il est préférable que le diffuseur soit constitué par un verre dépoli clas- sique, mais d'autres types de diffuseurs optiques peuvent être substitués de façon équivalente. Le faisceau de ré- férence modulé et diffusé est reçu, dans le mode de réa- lisation préféré, par un collecteur optique ou guide 72 collecteur de lumière tel qu'un guide de lumière ou équivalent qui présente le faisceau directement à un réseau de photodétecteurs 74. Le réseau de photodétecteurs est constitué d'un réseau de photodétecteurs configuré sur une carte à circuit imprimé et espacés l'un de l'autre d'environ ,4 mm (1 pouce). L'espacement des photodétecteurs est très grand par rapport à l'espacement des zones transparentes du masque de référence. Typiquement, l'espacement des photodétecteurs est d'environ mille fois plus grande que l'espacement entre les zones transparentes du masque de référence. Dans le mode de réalisation préféré, le diffuseur optique diffuse suffi- samment le faisceau de référence modulé sur la longueur du collecteur pour que le faisceau de référence diffusé et modulé vienne frapper simutanément au moins deux photodétecteurs pour chaque position lorsque le faisceau parcourt la longueur du réseau de photodétecteurs. Comme l'indique en détail la Figure 3, le guide collecteur de lumière limite la divergence du faisceau 75 dans le plan vertical par réflexion interne totale de sorte que tout le rayonnement est recueilli dans la dimension verticale. La Figure 4 est une vue de dessus de la partie de l'ensemble à photodétecteurs de la Figure 3, repre- sentant l'angle de diffusion 76 selon lequel le faisceau de référence est étalé lorsqu'il traverse le guide col- lecteur de lumière. La sortie de signal électrique du réseau de photodétecteurs est alors la somme électrique de toutes les sorties individuelles de photodétecteurs, c'est-à-dire une sinusoïde variant en fonction du temps qui, lorsqu'elle est reçue par des circuits appropriés dans le dispositif de commande, est reconvertie en un signal de synchronisation à utiliser par le dispositif de commande lors du balayage du substrat de la manière décrite plus haut. L'homme de l'art notera que les composants de l'ensemble à détecteurs sont économiques et n'exigent pas la haute précision nécessaire avec un réseau linéaire de fibres optiques. Puisqu'aucune information ne peut être perdue en diffusant le faisceau de référence modulé, l'utilisation du diffuseur permet la suppression du fais- ceau de fibres optiques et des photodétecteurs rapides de grande surface qui, sinon, seraient nécessaires pour recevoir le faisceau de référence modulé. Ceci repré- sente une différence essentielle de la présente invention par rapport à la technique antérieure. De même, bien que l'invention ait été décrite ci-dessus en se référant à un mode de réalisation préféré de celle-ci, il faut que l'homme de l'art comprenne que diverses variations, suppressions et additions peuvent y être apportées sans s'écarter de l'esprit et du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1.- Appareil (64) pour un dispositif (10) de balayage de trame à laser qui balaie simultanément, le long de lignes de balayage respectives, un faisceau de référence (24) sur un masque de référence (62) compre- nant des régions optiquement transparentes espacées et un faisceau d'exposition (26) sur un substrat, ledit appareil (64) engendrant des signaux indicatifs d'une vitesse de balayage desdits faisceaux, caractérisé par un moyen (70) positionné à la suite du masque de réfé- rence (62) et en coincidence avec celui-ci pourdiffuser optiquement ledit faisceau de référence (24) de façon à contenir le faisceau de référence (24) généralement le long de la ligne de balayage de référence; et par un moyen détecteur (74) en coïncidence avec ledit moyen de diffusion et à la suite de celui-ci, comprenant une pluralité de photodétecteurs espacés le long de ladite ligne de balayage du faisceau de référence, ledit moyen détecteur (74) étant apte à recevoir ledit faisceau de référence (24) et à fournir des signaux électriques représentatifs de celui-ci. 2.- Appareil selon la revendication 1, caracté- risé en outre en ce que lesdits photodétecteurs présen- tent un espacement qui est approximativement mille fois plus grand que l'espacement desdites régions optiquement transparentes du masque (62) de référence. 3.- Appareil selon la revendication 1, caracté- risé en outre en ce que ledit faisceau de référence diffusé est reçu simultanément par au moins deux des- dits photodétecteurs. 4.- Appareil (64) pour un dispositif (10) de balayage de trame à laser qui balaie simultanément, le long de lignes de balayage respectives, un faisceau de référence (24) sur un masque de référence (62) compre- nant des régions optiquement transparentes espacées et un faisceau d'exposition (26) sur un substrat, et qui comporte un dispositif de commande (32) recevant des signaux de photodétection et délivrant à partir de ceux-ci un signal de synchronisation de balayage, ledit dispositif de commande (32) étant destiné à balayer lesdits faisceaux de référence (24) et d'exposition (26) en fonction dudit signal de synchronisation de balayage, l'appareil étant caractérisé par un moyen (70) positionné à la suite du masque de référence (62) pour diffuser optiquement ledit faisceau de référence (24) de façon à diriger le faisceau de référence (24) généralement le long de la ligne de balayage de réfé- rence; et par un moyen détecteur (74 placé en coin- cidence avec ledit moyen de diffusion et à la suite de celui-ci, comprenant une pluralité de photodétecteurs espacés le long de ladite ligne de balayage de référence et dont les sorties sont additionnées électriquement, pour recevoir ledit faisceau de référence et produire des signaux électriques équivalents indicatifs de la position du faisceau de référence le long de la ligne de balayage. 5.- Appareil selon la revendication 4, caracté- risé en outre en ce que lesdits photodétecteurs présen- tent un espacement qui est approximativement mille fois plus grand que l'espacement desdites régions optiquement transparentes du masque (62) de référence. 6.- Appareil selon la revendication 4, caracté- risé en outre en ce que ledit faisceau de référence diffusé est reçu simultanément par au moins deux desdits photodétecteurs. 7.- Appareil selon la revendication 6, caracté- risé en outre en ce que ledit signal de photodétection consiste en un signal sinusoïdal dressé variant en fonc- tion du temps, et en ce que ledit dispositif de commande convertit le signal de photodétection en un signal numé- rique d'horloge. 8.- Procédé appliqué par un dispositif (10) de balayage de trame à laser qui balaie simultanément, le long de lignes respectives de balayage, un faisceau de référence (24) sur un masque de référence (62) compre- nant des régions optiquement transparentes espacées et un faisceau d'exposition (26) sur un substrat, procédé destiné à engendrer un signal de synchronisation de balayage et caractérisé par les étapes consistant à diffuser le faisceau de référence à la suite du masque de référence de façon à contenir le faisceau de réfé- rence généralement le long de la ligne de balayage de référence, à détecter le faisceau de référence diffusé à des intervalles espacés le long de la ligne de bala- yage et à fournir un signal électrique représentatif de celui-ci, et à engendrer un signal de synchronisa- tion de balayage en accord avec le signal électrique équivalent pour commander le balayage desdits faisceaux de référence et d'exposition.