(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光源部と、前記複数の光源部のそれぞれに対応する開口が設けられた開口板と、前記開口の像を感光材料面上に投影する結像光学系と、を有するマルチビーム記録装置において、前記結像光学系の結像面に目標結像パターンが描画されたパターンマスクを配置し、前記目標結像パターンを照明して、前記結像光学系により前記目標結像パターンを前記開口板位置に向けて投影し、前記開口板が設置される位置における前記目標結像パターンの投影像の位置に基づいて、前記開口板の開口を形成することを特徴とする、マルチビーム記録装置の開口板製作方法。
【請求項２】
前記開口板が設置される位置に感光材料を設置し、前記感光材料により、前記投影された前記目標パターンを写し取り、前記感光材料に写し取ったパターンに基づいて前記開口板の開口を形成すること、を特徴とする、請求項１に記載のマルチビーム記録装置の開口板製作方法。
【請求項３】
前記目標結像パターンは前記開口板に形成される全ての開口に対応した結像パターンを有していることを特徴とする、請求項１または２に記載のマルチビーム記録装置の開口板製作方法。
【請求項４】
複数の光源部と、前記複数の光源部のそれぞれに対応する複数の開口が設けられた開口板と、前記開口の像を感光材料面上に投影する結像光学系と、を有するマルチビーム記録装置において、前記結像光学系の結像面に単位点像を設け、前記単位点像と前記結像光学系との相対位置を変え、前記複数の開口の像が形成されるべき位置に順次前記単位点像を移動し、前記点像の移動が完了する毎に前記点像を照明して前記結像光学系にて前記単位点像を前記開口板が設けられる位置に取り付けられた感光材料に向けて投影し、前記感光材料に記録された前記点像のパターンに基づいて前記開口板の開口を形成すること、を特徴とする、マルチビーム記録装置の開口板製作方法。
【請求項５】
前記複数の光源部は、複数の発光ダイオードを有することを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載のマルチビーム記録装置の開口板製作方法。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかの方法で製作された開口板を有する、マルチビーム記録装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、複数のビームを用いて、精密な画像、例えばプリント基板を作成するための、露光焼き付け用のマスクに回路パターン、を描画するためのマルチビーム記録装置とマルチビーム記録装置における開口板製作方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【０００３】
精密な画像を描画するプロッタとして、光源としてレーザ光を用い、偏向走査光学系により主走査をおこないつつ結像面を移動して副走査を行い２次元の画像を描画するレーザプロッタが従来より知られている。しかしレーザプロッタは高速で回転または揺動するミラーを用いて偏向走査を行っており、高精度化が難しく、精度を上げるためにはコストがかかるものであった。さらに、光源として半導体レーザを用いた場合には、発熱量が大きい、非点収差が発生しその補正のために光学部品を追加する必要があるといった問題があった。また、高速で結像面を走査するレーザビームを正確に変調するための駆動回路も必要であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記の事情に鑑み、本発明は、機械的な機構によるビームの偏向を行うことなく、高精度・高精細な画像を高速に記録するための、マルチビーム記録装置およびその開口板製作方法を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明のマルチビーム記録装置の開口板製作方法は、複数の光源部と、前記複数の光源部のそれぞれに対応する開口が設けられた開口板と、前記開口の像を感光材料面上に投影する結像光学系と、を有するマルチビーム記録装置において、前記結像光学系の結像面に目標結像パターンが描画されたパターンマスクを配置し、前記目標結像パターンを照明して、前記結像光学系により前記目標結像パターンを前記開口板位置に向けて投影し、前記開口板が設置される位置における前記目標結像パターンの投影像の位置に基づいて、前記開口板の開口を形成することを特徴としている。
なお、前記開口板が設置される位置に感光材料を設置し、前記感光材料により、前記投影された前記目標パターンを写し取り、前記感光材料に写し取ったパターンに基づいて前記開口板の開口を形成することができる。
また、前記目標結像パターンは前記開口板に形成される全ての開口に対応した結像パターンを有しているものを用いることができる。
【０００６】
また、別の観点からは、本発明のマルチビーム記録装置の開口板製作方法は、複数の光源部と、前記複数の光源部のそれぞれに対応する複数の開口が設けられた開口板と、前記開口の像を感光材料面上に投影する結像光学系と、を有するマルチビーム記録装置において、前記結像光学系の結像面に単位点像を設け、前記単位点像と前記結像光学系との相対位置を変え、前記複数の開口の像が形成されるべき位置に順次前記単位点像を移動し、前記点像の移動が完了する毎に前記点像を照明して前記結像光学系にて前記単位点像を前記開口板が設けられる位置に取り付けられた感光材料に向けて投影し、前記感光材料に記録された前記点像のパターンに基づいて前記開口板の開口を形成すること、を特徴としている。
【０００７】
あるいはまた、本発明のマルチビーム記録装置の開口板製作方法は、複数の光源部と、前記複数の光源部のそれぞれに対応する複数の開口が設けられた開口板と、前記開口の像を被走査面上に所定の結像パターンとして投影するための結像光学系と、を有するマルチビーム記録装置において、前記複数の開口の像が形成されるべき位置に所定のパターンを配置し、前記所定のパターンを照明して、前記結像光学系により前記所定のパターンの像を前記被走査面上に結像させ、結像した前記所定のパターンと、前記所定のパターンの目標結像パターンとのずれを検出し、前記ずれに基づいて、前記所定の結像パターンが前記被走査面上に投影されるよう、前記複数の開口の位置を決定すること、を特徴としている。
また、本発明のマルチビーム記録装置は、上記のいずれかの方法で製作された開口板を用いることができる。
【０００８】
【実施例】
図１は、本実施例のマルチビーム記録装置１００の外観を示す斜視図である。本実施例の記録装置１００は、プリント基板を作成するための、露光焼き付け用のマスクに回路パターンを作画するための装置である。
マルチビーム記録装置１００は、装置本体ベース１に、回路パターンが作画される感光フィルム３を載置するための感光材搭載テーブル２が設けられている。テーブル２は、その下面がＹ方向に延びる一対のレール２Ｒに沿ってガイドされた状態で、ボールねじ２Ｂを図示しないテーブル駆動用モータにより回転させることによって、図中Ｙ方向に往復移動可能となっている。
【０００９】
描画光束は光照射ユニット４から、所定の領域内で２次元配列された複数本のビームとして、射出される。
光照射ユニット４は、光学系搭載ステージ５Ｓに載置された光学ベース５に固定されている。光学ベース５は、Ｘ方向に延びる一対のガイドレール５ＲにガイドされてＸ方向に移動可能となっており、光学系駆動モータ５Ｍによってボールねじ５Ｂを回転させることにより、光照射ユニット４はＸ方向に移動される。光照射ユニット４には、装置本体ベース１に設けられた位置検出用リニアスケール５Ｋを検出するスケール検出ヘッド５Ｄが設けられており、光学系駆動モータ５Ｍはスケール検出ヘッド５Ｄの検出信号に基づいてフィードバック制御されている。
なお、図示していないが、感光材搭載テーブル２には、図示しないテーブル位置検出用スケールを検出するテーブル位置検出ヘッドが設けられており、テーブル駆動用モータはテーブル位置検出ヘッドの出力信号にもとづいてフィードバック制御されている。
【００１０】
図２は、光照射ユニット４の構成の概略を示す側面図である。
光照射ユニット４は、ユニット内のプリント基板４１に取り付けられた複数のＬＥＤ（発光ダイオード）４２、複数のＬＥＤ４２に１対１に対応して開口が形成された開口板４３、開口を透過したビームを感光フィルム３の表面で結像させるための第１レンズ群４４、および第２レンズ群４５からなる縮小光学系を有している。本実施例においては、感光フィルム３としては、波長４００ｎｍ〜５７０ｎｍにおいて分光感度を有するいわゆるオルソ系の感光材料を用いている。また、ＬＥＤ４２としては、ピーク波長が４５０ｎｍのいわゆる青色ＬＥＤを用いている。
【００１１】
図３は、ＬＥＤ４２および開口パネル４３に形成された開口の配置を説明するための、開口板４３を光照射ユニット４の上面側から見た図である。なお、ＬＥＤ４２の位置は破線で示している。また、図４は、感光フィルム３上に結像した点像のパターンを示している。本実施例では第１群および第２群のレンズ４４、４５により１／２５倍の像が感光フィルム３に投影される。
【００１２】
プリント基板の回路パターンを作画する装置は、精密な描画性能を有する必要があり、従って高い解像度が要求される。しかし、ＬＥＤを光源とする場合、ＬＥＤ自体の物理的な大きさにより、光源の配置の密度が制限されることになる。本実施例の記録装置に用いられるＬＥＤはプリント基板４１に平行な平面上で、最大３．８ｍｍの直径を有している。これを互いに接触しないよう配置するため、図３、図４に示すように、ビームは離散的に配置された開口から射出されて、離散的な点像を感光フィルム３表面に形成する。また、感光フィルム３に投影される点像の大きさ、および位置の精度を上げるため、開口パネル４３に、ＬＥＤ４２に１対１対応した開口を形成し、開口板４３の像を感光フィルム３上に投影している。
【００１３】
本実施例においては、テーブルの移動とＬＥＤ４２の発光のタイミングを制御することにより、あるライン（Ｘ方向に沿ったライン）に注目した場合に、図５に示すように、全てのビームの像が近接した状態で一列に並ぶようになっている。
【００１４】
本実施例の記録装置１００においては、ＬＥＤ４２が、２次元に配列されている。図３に示すように、Ｙ方向には３２個のＬＥＤ４２が並べられている（以下、Ｙ方向に並んだＬＥＤ４２をＹ列のＬＥＤ４２と呼ぶ）。同様にＹ方向に配列されたＬＥＤ４２の列がＸ方向に３２列配置される。Ｘ方向の一つのラインに注目すると、３２個のＬＥＤ４２はＸ方向に沿って一直線に並んでいる（以下、Ｘ方向に一直線に並んだＬＥＤをＸ行のＬＥＤと呼ぶ）。Ｙ列のＬＥＤは、図３のＹ１〜Ｙ３２に示されるように、開口ＡＰ１（２、３、・・・）の直径分だけ順にずれた位置に配置され、開口ＡＰ１〜３２も同様な配置で形成されている。開口ＡＰの径は、Ｙ列の先頭のＬＥＤＹ１と隣の列の先頭のＬＥＤＹ３３とのＸ方向における距離をＹ列のＬＥＤの数で割った値と等しく設定されている。即ち、Ｙ列には３２個のＬＥＤが配置されており、Ｙ１とＹ３３との距離は４ｍｍとなっている。従って、開口ＡＰの径は０．１２５ｍｍとなっている。
【００１５】
ここで、テーブル２をＹ方向に移動しつつ光照射ユニット４からビームを照射させる場合を考える。ＬＥＤＹ１を含む行の各ＬＥＤから射出されたビームにより感光フィルム３上に形成される像に注目する。Ｙ１、Ｙ３３、Ｙ６５、・・・から射出されたビームは感光フィルム３上で、一列に離散的に並んだ点像を形成する（この点像が並ぶ行を図４にラインＬ１として示す）。次に、テーブルが移動し、ラインＬ１がＹ２を含む行のＬＥＤから照射されるビーム位置に対応した位置に達すると、ラインＬ１上に前回形成された離散的な点像に隣接してＹ２、Ｙ３４、・・・に対応した像が形成される。以降同様にして、順次隣接した像が同一ライン上に形成され、最後にＹ３２を含む行のＬＥＤＹ３２、Ｙ６４、・・・に対応した点像が同一ラインＬ１上に形成されると、結果として、図５に示したように、１０２４個の点像が隣接して同一ライン上に形成されることになる。従って、離散的に２次元配列された像の、Ｙ方向のピッチ分だけテーブル２（したがって感光フィルム３）が移動した時点で露光を行うことにより、感光フィルム３上の各ラインに順次点像が補間されて、最終的には各ラインがそれぞれ１０２４個のドットで構成されるようになる。
【００１６】
感光フィルム３への作画は次のようにして行われる。まずＹ方向にテーブル２を移動しつつ上述の作画処理を行って、感光フィルム３の表面に、Ｙ方向に延びた帯状に画像を形成する。感光フィルム３の端部まで画像形成が行われると、光学系搭載ステージ５ＳをＸ方向に移動する。光学系搭載ステージ５Ｓの移動後にテーブル２を前回とは逆方向に移動することにより、同様にして、感光フィルム３にＹ方向に延びた帯状の画像を形成する。尚、光学系搭載ステージ５Ｓは、互いに隣接する帯状の画像がオーバーラップすることなく、また、間に画像が形成されない空白部分が入ることのないよう、ＬＥＤの配列により定まる所定の長さ分だけ正確にＸ方向に移動される。
【００１７】
図６は、本実施例の記録装置１００の作画処理を行うための制御系を説明するブロック図である。
作画データはメモリ１３にビットマップとして記憶されており、所定のクロック信号に同期して、ＬＥＤアレイ４２Ａの各ＬＥＤ４２の配列に対応したデータが、ＬＥＤ駆動回路１２に入力され、ＬＥＤ駆動回路１２は各ＬＥＤ４２を、入力信号に対応した所定の強度のパルス状の電流により駆動し、発光させる。
【００１８】
ＬＥＤアレイ４２Ａの駆動と共に、テーブル２および光学ベース５の移動もＣＰＵ１０により制御される。本実施例の記録装置１００においては、ＣＰＵ１０は光学系駆動モータ５Ｍを駆動させて光学ベース５に搭載された光照射ユニット４のＸ方向における位置決めを行い、次にテーブル移動用モータ２Ｍを駆動してテーブル２をＹ方向に移動させながらＬＥＤアレイ４２Ａを発光させる。なお、光学系駆動モータ５Ｍおよびテーブル移動用モータ２Ｍに駆動中は、スケール検出ヘッド５Ｄおよび２Ｄの出力がＣＰＵ１０に入力されており、光学系駆動モータ５Ｍおよびテーブル移動用モータ２Ｍはフィードバック制御されている。
【００１９】
記録されるパターンの位置精度を高いレベルに保つためには、図３に示した開口の位置関係が高精度で保たれている必要がある。しかしながら、一般に結像光学系は歪曲収差を持っており、たとえ開口板４３において等ピッチ性が保たれていても、結像されたパターンの位置関係にはずれが生じる。
例えば、光学系の倍率を１／２５倍、開口直径１２５μｍ、開口間のピッチを２５０μｍとすると、開口全体の大きさは１２４ｍｍ×１２４ｍｍ、結像面での縮小された大きさは５ｍｍ×５ｍｍとなる。このとき、結像光学系に最大＋１％の歪曲収差が存在したとすると開口ＡＰ１と開口ＡＰ１０２４は（Ｘ方向、Ｙ方向）にそれぞれ約（−２５μｍ、＋２５μｍ）、（＋２５μｍ、−２５μｍ）の位置ずれが生ずる。
結像面での開口の大きさ（１ドット）は１０μｍなので、位置誤差は２．５ドットとなり、容認できない量である。
【００２０】
また、２次元配列された開口の幅分だけ移動しながら繰り返し描画する場合、前回描画した開口ＡＰ１０２４と次回描画する開口ＡＰ１とが隣接することになる。このとき、設計上の両者の間隔（Ｘ方向）は５μｍであるが、実際には上述のずれのために５５μｍとなり、描画パターンに隙間ができてしまう。
結像光学系の歪曲収差を抑えることは可能だが、そのためには、レンズ構成枚数を増やす必要が生じ、コストアップ、大型化、透過率の低下などの問題が発生する。また、設計上歪曲収差をなくすることができても、個々のレンズ、鏡枠の加工誤差等によっても歪曲収差は発生する。
【００２１】
以上のことから、本発明においては、設計上残留した歪曲収差、加工・組立誤差に起因する歪曲収差があっても、所定のパターンの投影像が得られるようなマルチビーム記録装置及び、該装置に用いる開口板の製作方法を提案している。
【００２２】
図７は、第１実施例の開口製作方法を示す図である。第１実施例は、感光フィルム３が載置される位置に、理想的な投影パターンが描かれたチャート３１を置き、その像を開口板４３位置に逆投影する事により、開口の位置を得るものである。
投影パターンは、レーザ描画装置などを用いて銀塩乾板上に描画したもの、あるいは、フォトレジスト、電子ビームレジストを介してクロム乾板上に形成したものを用いる。一方、開口板位置には銀塩乾板、フォトレジストなどの感光材料３２を配置し、記録されたパターンをそのままもしくは、クロムなどの金属パターンに置き換えて、開口板４３として使用する。
【００２３】
開口板４３の位置と結像面の位置は互いに共役な位置となっている。上記の方法で作られた開口板は４３光学系の特性に起因する歪みを全て反映しているため、この開口板を用いることにより、位置精度の非常に高い描画パターンを得ることができる。なお、投影パターンおよび投影パターンの照明は、透過型のパターンと透過照明、反射型のパターンと反射照明のいずれも可能である。
【００２４】
図８は、第２実施例の開口製作方法を示す図である。第２実施例は、結像面に単一の点像３３を配し、テーブル２および光学系載置ステージ５Ｓを、点像パターンが開口板４３の各開口と対応した位置となる様移動させ（例えば、図８において、ａ〜ｅ）、各位置での開口板の位置における点像パターンの投影像（Ａ〜Ｅ）を記録するものである。このときの移動位置は、理想的な光学系を用いた場合の像の位置となるようにする。この場合にも、第１実施例と同様、点像パターンに対応する位置には、感光材料を置き、透過型または反射型の点像パターンと、それに対応した照明を用いて、点像パターンを逆投影する。
【００２５】
第３実施例は、開口板４３が置かれるべき位置に、図９に示す格子状のチャートを置き、これを照明し、光学系を介して結像面にその像を投影する方法である。一般に投影像は歪曲収差のために、図９の図形に比べて歪んだ格子となる。この投影された格子状チャートを感光材料に記録し、各格子点の位置座標を測定して、理想状態からのずれを検出する。次に、検出された理想状態からのずれに基づいて、開口板４３が置かれる位置における開口の位置座標を決定する。この位置座標に基づいて、レーザ描画装置等を用いて開口板４３を製作する。
尚、第３実施例で使用するチャートは、格子状に限るものではなく、形状に関する情報が予め分かっており、所定の解像度で位置のずれが求められるものであれば、どのようなチャートでも良い。
【００２６】
上記の第１〜第３の何れの実施例に基づいて製作された開口板も、光学系により投影された像に基づいて開口位置を定めたものであるため、極めて高い精度で理想パターンに近い描画パターンを感光フィルム面３に投影することができる。
【００２７】
【発明の効果】
第１、第２実施例によれば、光学系の結像面上の、目標パターンを逆投影して開口板の開口位置を決定しているため、光学系の歪曲収差、組付けの誤差の影響等を全て加味した状態で開口位置を決定するため、極めて精密に描画する事ができる。
また、第３実施例によれば、開口板の位置に配置したチャートを投影し、目標位置と、実際の投影位置とのずれに基づいて、開口のあるべき位置を決定しているため、精密なパターンを描画することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例のマルチビーム記録装置１００の外観を示す斜視図である。
【図２】光照射ユニット４の構成の概略を示す側面図である。
【図３】開口パネル４３を光照射ユニット４の上面側から見た図である。
【図４】感光フィルム３上に結像した点像のパターンを示す図である。
【図５】全ての点像が近接した状態で一列に並んだ状態を示す図である。
【図６】作画処理を行うための制御系のブロック図である。
【図７】第１実施例の開口製作方法を示す図である。
【図８】第２実施例の開口製作方法を示す図である。
【図９】第３実施例で用いる、格子状のチャートを示す図である。
【符号の説明】
１      記録装置本体
２      感光材搭載用テーブル
２Ｂ    ボールねじ
２Ｒ    ガイドレール
２Ｍ    テーブル駆動用モータ
２Ｄ    スケール検出ヘッド
３      感光フィルム
４      光照射ユニット
５      光学ベース
５Ｓ    光学系搭載ステージ
５Ｂ    ボールねじ
５Ｒ    ガイドレール
５Ｄ    スケール検出ヘッド
５Ｋ    位置検出用リニアスケール
【図１】
0003548277.tif 000002
【図２】
0003548277.tif 000003
【図３】
0003548277.tif 000004
【図４】
0003548277.tif 000005
【図５】
0003548277.tif 000006
【図６】
0003548277.tif 000007
【図７】
0003548277.tif 000008
【図８】
0003548277.tif 000009
【図９】
0003548277.tif 000010