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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Gerät, welches einen Strahldurchmesser-Änderungsmechanismus aufweist,
mit dem ein Strahldurchmesser änderbar
ist, ferner einen Ausrichtmechanismus, der die Brennpunktlage eines
Lichtstrahls in Richtung des optischen Wegs derart bewegt, dass
die Brennpunktlage eingestellt wird. Die vorliegende Erfindung betrifft
außerdem
eine Belichtungsvorrichtung, die mit diesem optischen Gerät ausgestattet
ist.
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Beschreibung des Standes der
Technik
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Üblicherweise
besitzen Belichtungsvorrichtungen, die eine Belichtung mit einem
Lichtstrahl vornehmen, einen Strahldurchmesser-Änderungsmechanismus, der einen
Strahldurchmesser abhängig vom
Umschalten der Aufzeichnungsauflösung ändert, und
einen Ausrichtmechanismus, der die Brennpunktlage (die Fokusposition)
des Lichtstrahls in Richtung des optischen Wegs des Lichtstrahls
bewegt, um die Brennpunktposition zu justieren (vergleiche zum Beispiel
die japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift
(JP-A) Nr. 2001-162863 ).
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Ein
Treiberteil, der einen großen
Bewegungshub ausführen
kann, ist dazu notwendig, einen Strahldurchmesser-Änderungsmechanismus
anzutreiben. Ein Treiberteil, der einen geringen Bewegungshub für eine Feinjustierung
ausüben
kann, ist notwendig, um den Ausrichtmechanismus anzutreiben. Deshalb
sind im allgemeinen beide Treiberteile separat voneinander vorgesehen.
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Allerdings
gibt es das Problem, dass die Bereitstellung von separaten Treiberteilen
ein Hindernis darstellt für
die kompakte Ausgestaltung der Belichtungsvorrichtung, so dass ein
gemeinsamer Treiberteil erwünscht
ist.
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Beispiele
für Vorrichtungen
zum Verschieben von Linsen finden sich in der
US 5 497 272 ;
US 5 946 123 und
JP 62-180336 .
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Im
Hinblick auf das oben Gesagte ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung,
ein optisches Gerät zu
schaffen, welches kompakt ausgebildet sein kann und mit Hilfe eines
einzelnen Antriebsteils die Änderung
eines Strahldurchmessers einhergehend mit der Umschaltung der Aufzeichnungsauflösung vornehmen
und das Bewegen und Justieren der Brennpunktlage des Lichtstrahls
in der Richtung des optischen Wegs des Lichtstrahls ausführen kann,
wobei außerdem
eine Belichtungsvorrichtung mit einem solchen optischen Gerät angegeben
werden soll.
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Die
Erfinder haben sich auf den Umstand konzentriert, dass durch Ausbildung
der Steuerkurvenfläche
eines Exzenters in einer nahezu kreisförmigen Form das Ausmaß der Lageänderung
eines an der Steuerkurvenfläche
anliegenden Steuerkurvenglieds winzig ausgeführt werden kann. Außerdem haben
eingehende Studien der Erfinder zur Erzielung der vorliegenden Erfindung
geführt.
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Ein
erster Aspekt der Erfindung besteht in einem optischen Gerät mit den
Merkmalen des Anspruchs 1.
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Bei
der vorliegenden Erfindung lässt
sich der Strahldurchmesser ändern
durch Umschalten der optischen Linse, die sich in dem optischen
Weg befindet, wozu die Lage des optischen Elements durch die Verbindungseinrichtung
umgeschaltet wird. Der Drehwinkel der Drehwelle ist dabei relativ
groß.
Anschließend
wird durch Drehen des Steuerkurventeils der Ausrichtmechanismus
angetrieben, und es erfolgt die Justierung der Brennpunktlage. Der
Drehwinkel der Drehwelle ist dabei klein im Vergleich zu dem Fall
des Umschaltens des optischen Teils.
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Erfindungsgemäß wird ein
optisches Gerät realisiert,
welches kompakt gebaut ist und mit Hilfe eines einzelnen Motors
die Änderung
eines Strahldurchmessers dadurch ausführen kann, dass mit Hilfe der
Verbindungseinrichtung das in dem optischen Weg befindliche optische
Element umgeschaltet wird und durch Bewegen und Justieren der Brennpunktposition
des Lichtstrahls in Richtung des optischen Wegs mit Hilfe des Ausrichtmechanismus
durchgeführt
wird.
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Man
beachte, dass zur einfachen Bauweise des Geräts die Drehwelle des Steuerkurventeils
häufig
orthogonal zu dem optischen Weg orientiert ist.
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Erfindungsgemäß können die
optischen Elemente Linsen sein, die sich in einer derartigen Lage befinden,
dass die Richtungen der optischen Achse der Linsen parallel zueinander
verlaufen. Hierdurch ist es einfach, das optische Gerät kompakt
zu gestalten. Erfindungsgemäß kann das
optische Element eines von Elementen sein, die einen Expander (Strahlaufweiter)
bilden. Auf diese Weise können,
wenn das optische Gerät
einen Expander besitzt, Effekte erzielt werden, ohne dass dazu die
Anzahl der Teile erhöht werden
muss.
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Erfindungsgemäß kann der
Ausrichtmechanismus aufweisen: ein das optische Teil haltendes Ausrichtteil;
und eine das Ausrichtteil schwenkfähig halternde Plattenfeder,
welche das Ausrichtelement entlang der optischen Achsenrichtung
belastet, so dass dieses an der Steuerkurvenfläche anliegt. Der Aufbau des
Ausrichtmechanismus lässt
sich hierdurch einfach gestalten. Erfindungsgemäß kann der Ausrichtmechanismus
einen Halterungsmechanismus aufweisen, gebildet durch ein Paar Plattenfedern,
die parallel zueinander angeordnet ist. Auf diese Weise ist es einfach,
den Ausrichtmechanismus mit einem einfachen Aufbau zu gestalten,
der die Ausrichtposition des optischen Elements stabil aufrecht
erhalten kann.
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Eine
Belichtungsvorrichtung gemäß einem zweiten
Aspekt der Erfindung enthält:
eine Lichtquelle; das oben beschriebene optische Gerät, durch
welches ein von der Lichtquelle kommender Lichtstrahl hindurchgeht;
und eine Fokussieroptik zum Fokussieren des Lichtstrahls, der durch
das optische Gerät gelaufen
ist, auf eine zu belichtende Fläche.
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Auf
diese Weise kann ein kompakt bauendes optisches Gerät bei Änderung
der Aufzeichnungsauflösung
den Strahldurchmesser des hindurchgehenden Lichtstrahls ändern und
ist Bestandteil der Belichtungsvorrichtung. Aus diesem Grund kann
die Belichtungsvorrichtung kompakt und einfach aufgebaut werden.
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Durch
die vorliegende Erfindung, die die oben erläuterte Struktur vorschlägt, lassen
sich folgende Effekte erzielen:
Gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung wird ein optisches Gerät realisiert, welches kompakt
aufgebaut ist und mit Hilfe eines einzigen Motors in der Lage ist,
einen Strahldurchmesser dadurch zu ändern, dass es mit Hilfe einer
Verbindungseinrichtung die sich in dem optischen Weg befindliche
optische Linse umschaltet und mit Hilfe des Ausrichtmechanismus
durch Bewegen und Justieren die Brennpunktlage des Lichtstrahls
in Richtung des optischen Wegs verändert.
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Erfindungsgemäß ist es
einfach, das optische Element kompakt zu gestalten.
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Wenn
das optische Gerät
einen Expander besitzt, lassen sich ohne Erhöhung der Teilezahl Effekte
erzielen.
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Erfindungsgemäß kann der
Aufbau des Ausrichtmechanismus einfach gestaltet sein.
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Erfindungsgemäß ist es
einfach, den Ausrichtmechanismus mit einer einfachen Struktur zu
gestalten, die die Ausrichtposition des optischen Elements stabil
aufrechterhalten kann.
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Erfindungsgemäß kann das
kompakte optische Gerät
bei Änderung
der Aufzeichnungsauflösung
den Strahldurchmesser des hindurchgehenden Lichts ändern und
befindet sich in der Belichtungsvorrichtung. Aus diesem Grund lässt sich
die Belichtungsvorrichtung einfach und kompakt aufbauen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein schematisches Diagramm, das eine Belichtung bei hoher Auflösung in
Verbindung mit einer Belichtungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung zeigt.
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2 ist
ein schematisches Diagramm, welches die Belichtung bei niedriger
Auflösung
bei der Belichtungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform der Erfindung zeigt.
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3 ist
eine perspektivische Ansicht eines optischen Geräts gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung.
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4 ist
eine perspektivische Ansicht des optischen Geräts nach der Ausführungsform
der Erfindung.
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5A und 5B sind
eine Draufsicht bzw. eine Seitenansicht eines Zustands bei der Ausführung einer
Belichtung mit hoher Auflösung
unter Verwendung des optischen Geräts gemäß der Ausführungsform der Erfindung.
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6 ist
eine Draufsicht, die die Ausrichtung der Lage einer optischen Linse
bei der Durchführung einer
Belichtung mit hoher Auflösung
unter Verwendung des optischen Geräts nach der Ausführungsform
der Erfindung veranschaulicht.
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7 ist
eine Draufsicht, die das Umschalten von hoher auf niedrige Auflösung unter
Verwendung des optischen Geräts
gemäß der Ausführungsform
der Erfindung zeigt.
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8 ist
ein Grundriss, der die Ausrichtung der Lage der optischen Linse
bei der Ausführung
der Belichtung mit niedriger Auflösung unter Verwendung des optischen
Geräts
gemäß der Ausführungsform der
Erfindung zeigt.
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9 ist
eine Draufsicht auf einen Zustand, bei dem eine Belichtung mit niedriger
Auflösung
unter Verwendung des optischen Geräts gemäß der Ausführungsform der Erfindung durchgeführt wird.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Im
folgenden wird eine Ausführungsform
der Erfindung anhand eines Beispiels beschrieben. Wie in 1 und 2 gezeigt
ist, besitzt eine Belichtungsvorrichtung 10 gemäß der Ausführungsform
der Erfindung ein Halbleiterlaser-Bauelement 12, eine konvexe
Linse 16, die das von dem Halbleiterlaser 12 emittierte
Laserlicht zu parallelem Licht (zu einem kollimierten Lichtstrahl) 14 formt,
und eine Sammeloptik 22, die das parallele Licht 14 nach
dem Durchgang durch die konvexe Linse 16 auf eine zu belichtende
Fläche 20 eines
Aufzeichnungsmediums als Belichtungsobjekt bündelt. Die Sammeloptik 22 besitzt
ein optisches Gerät 26,
auf das das parallele Licht 14 auftrifft, außerdem eine
Fokussieroptik 28, die den Lichtstrahl, nachdem er durch
das optische Gerät 26 gelaufen
ist, zum Auftreffen auf die zu belichtende Fläche 20 bringt und
die Brennpunkte verbindet. Mit einer derartigen Anordnung werden
optische Wege in der Belichtungsvorrichtung 10 sowohl an
der Vorderseite als auch an der Rückseite des optischen Geräts 26 in
Vorwärtsrichtung
des optischen Wegs gebildet.
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Ein
optisches Element 30, welches verschieblich in einer Richtung
orthogonal zu einem optischen Weg B des parallelen Lichts gehalten
wird, befindet sich an dem optischen Gerät 26 (siehe 3 bis 5).
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Wie
in 5 gezeigt ist, befinden sich in
Linsentuben 32, 34, die die Struktur des optischen
Elements 30 bilden, optische Linsen 36 bzw. 38 in
der Weise, dass die Richtungen U der optischen Achse der beiden
optischen Linsen 36, 38 parallel zu dem optischen
Weg B verlaufen. Durch die oben angesprochene Verschieblichkeit
des optischen Elements 30 lassen sich die in dem optischen
Weg B befindlichen optischen Linsen 36, 38 umschalten.
Die Brennweiten der optischen Linsen 36 und 38 sind
voneinander verschieden. Die optische Linse 38 ist eine
Linse mit kurzer Brennweite, die optische Linse 36 ist eine
Linse mit langer Brennweite. Außerdem
ist an dem optischen Element 30 ein Stift 31 ausgebildet, der
nach oben wegsteht, und auf den eine Verschiebungskraft übertragen
wird.
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Wie
in den 3 bis 5 gezeigt ist,
besitzt das optische Gerät 36 einen
Schrittmotor 40 (im folgenden als „Motor 40" bezeichnet), dessen
Drehrichtung umschaltbar ist, ein exzentrisches Steuerkurventeil 46,
das an dem fernen Endbereich einer Drehwelle 44 ange bracht
ist, die orthogonal zu dem optischen Weg B verläuft; einen Verbindungsmechanismus 50, der
an das exzentrische Steuerkurventeil 46 gekoppelt ist,
und mit dessen Hilfe durch Umschalten der Lage des optischen Elements 30 in
der oben beschriebenen Weise die optischen Linsen 36, 38,
die sich in dem optischen Weg B befinden, umgeschaltet werden.
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An
der Drehwelle des Motors 40 befindet sich ein Zahnrad 41.
Ein Zahnrad 45 mit größerem Durchmesser
als das Zahnrad 41 ist an der Drehwelle 44 befestigt.
Die Zahnräder 41 und 45 kämmen miteinander.
Die Zähnezahl
der Zahnräder 41, 45 ist im
Hinblick auf die Drehzahl des Motors 40, die Abmessungen
des exzentrischen Steuerkurventeils 46 und dergleichen
ausgelegt.
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Der
Verbindungsmechanismus 50 besitzt ein Stabglied 52,
welches an der Oberseite des exzentrischen Steuerkurventeils 46 fixiert
ist und einhergehend mit der Drehung des Steuerkurventeils 46 dreht,
außerdem
einen Verbindungsstab 54, der an einem Ausrichtglied 62 gelagert
ist, welches das optische Element 30 hält und weiter unten erläutert wird,
so dass es an einen Drehpunkt 56 frei drehbar ist. Ein
Stiftteil 53, der nach oben steht, befindet sich an dem
freien Ende des Stabteils 52. Ein sich in Längsrichtung
des Verbindungsstabs 54 erstreckendes Langloch 58 ist
am Ende des Verbindungsstabs 54 ausgebildet, welches sich
in der Nähe
des Stiftteils 53 befindet. Letzterer dringt in das Langloch 58 ein.
Ein Langloch 59, welches sich in Längsrichtung des Verbindungsstabs 54 erstreckt,
ist an dessen anderem Endbereich ausgebildet. Der Stiftteil 31d es optischen
Elements 30 ist in das Langloch 59 eingesetzt.
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Außerdem drängt eine
Druck-Schraubenfeder 60, indem sie den Stiftteil 31 in
Richtung des Drehpunkts 56 belastet, das optische Element 30 in Richtung
des Ausrichtelements 62, welches weiter unten noch erläutert wird
und sich an dem anderen Endbereich des Verbindungsstabs 54 befindet.
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Ein
Ausrichtmechanismus 61, der das optische Element 30 hält und dieses
in Richtung U der optischen Achse innerhalb eines Spielbereichs
des Verbindungsmechanismus 50 bewegt, ist an dem optischen
Gerät 26 vorgesehen.
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Der
Ausrichtmechanismus 61 besitzt ein Ausrichtglied 62,
welches das optische Element 30 verschieblich hält.
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In
etwa der Mitte des Ausrichtglieds 62 ist eine Öffnung 64 gebildet.
Eine Steuerkurvenfläche liegt
an dem exzentrischen Steuerkurventeil 46 an einer ebenen Öffnungswand 64S der Öffnung 64 an, bei
der es sich unter den Öffnungswänden der Öffnung 64 um
diejenige Öffnungswand
handelt, die an der Seite in Richtung entgegen der Vorrückrichtung des
optischen Wegs B ausgebildet ist. Anschläge 66, 68,
die für
eine Positionierung des optischen Elements 30 beim Umschalten
der im optischen Weg B befindlichen optischen Linse sorgen, sind
an dem Ausrichtglied 62 ausgebildet.
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Der
Ausrichtmechanismus 61 besitzt Plattenfedern 72, 74,
die in Richtung des optischen Wegs an den beiden Kantenbereichen
des Ausrichtglieds 62 und an einer Basis 70 des
optischen Geräts 26 ausgebildet
sind, und die das Ausrichtglied 62 schwenkfähig haltern
und es in Richtung des optischen Wegs belassen, und somit bewirken,
dass das Ausrichtglied 62 an der Steuerkurvenfläche 46S anliegt.
Aufgrund dieser beiden Plattenfedern 72, 74 führt das
Ausrichtglied 62 den Ablauf eines Parallelgestänges aus
und bewegt sich geradlinig innerhalb eines geringen Bewegungshubs
in Richtung U der optischen Achse, wie es für die Ausrichtung erforderlich
ist. Außerdem
wird die Position des Ausrichtglieds 62 von der Steuerkurvenfläche 46S und
den Plattenfedern 72, 74 stabil gehalten.
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Im
folgenden wird die Arbeitsweise des optischen Geräts 26,
die Arbeitsweise der Belichtungsvorrichtung 10 in Verbindung
mit der Arbeitsweise des optischen Geräts 26 beschrieben.
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Wie
in 1 gezeigt ist, wird im Fall der Durchführung einer
Belichtung mit hoher Auflösung bei
steilem Strahlprofil BF1 der Motor 40 gedreht, so dass
die Lage des optischen Elements 30 umgeschaltet wird, demzufolge
die optische Linse 38 mit kurzer Brennweite in den optischen
Weg gelangt. Das optische Element 30 wird an der Stelle
fixiert, in die es durch den Umschaltvorgang gebracht wurde (vergleiche 3 bis 9).
In diesem Zustand wird, wie in den 5 und 6 gezeigt
ist, durch Einstellung des Drehwinkels des Motors 40 das
optische Element 30 in Richtung der optischen Achse U (parallel
zum optischen Weg B) innerhalb des Spielbereichs des Verbindungsmechanis mus 50 bewegt
(innerhalb der Totpunktzone des Verbindungsmechanismus 50),
so dass sich die Lage des Brennpunkts F einstellen lässt.
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Wie
in 2 gezeigt ist, wird, wenn die Belichtung bei geringer
Auflösung
mit einem flacheren Strahlprofil BF2 durchgeführt wird, der Motor 40 gedreht,
und es wird die Lage des optischen Elements 30 derart umgeschaltet,
dass die optische Linse 36 mit langer Brennweite sich in
dem optischen Weg befindet. Das optische Element 30 wird
an der Stelle, in die es durch den Umschaltvorgang gebracht wurde, fixiert
(siehe 7 bis 9). Auch in diesem Zustand wird,
wie aus den 8 und 9 ersichtlich ist,
durch Einstellung des Drehwinkels des Motors 40 das optische
Element 30 in Richtung U der optischen Achse innerhalb
des Spielbereichs des Verbindungsmechanismus 50 bewegt,
so dass die Lage des Brennpunkts F justiert werden kann.
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Wie
oben erläutert
wurde, kann bei der vorliegenden Ausführungsform mit Hilfe eines
einzigen Motors 40 der dynamische Vorgang des Bewegens des
optischen Elements 30 zum Umschalten der optischen Linse 36 bzw. 38 in
den optischen Weg ebenso durchgeführt werden wie die Feineinstellung
beim Durchführen
der Ausrichtung, um die Brennpunktlage der optischen Linse 36 bzw. 38 zu
justieren. Dementsprechend ist das optische Gerät 36 kompakt und lässt sich
mit geringem Kostenaufwand realisieren. Durch Bereitstellung des
optischen Geräts 26 in
einer Belichtungsvorrichtung 10 kann letztere kompakt und mit
geringem Kostenaufwand realisiert werden.
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Außerdem wird
das optische Element 30 von der an dem Verbindungsstab 54 befestigten Druck-Schraubenfeder 60 in
Richtung des Ausrichtglieds 62 belastet. Hierdurch wird
verhindert, dass sich die Lage des optischen Elements 30 gegenüber dem
Ausrichtglied 62 verändert.