JP2010134375A - 描画装置および描画方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光学系の影響による歪みを補正しつつ高速かつ高精度に画像を描画する。
【解決手段】描画装置のヘッド部では、一列に１０２４個並ぶ光変調素子により空間変調された光ビームが生成される。光ビームは６つの反射面を有するポリゴンミラーにて偏向され、対象物上の光の照射位置が走査されて描画が行われる。描画装置では矩形のテストパターンを実際に描画して反射面等の歪みの影響を受けたテストパターン画像９１ａ〜９１ｆが取得され、反射面に依存しない共通領域９１１内に対象描画領域９２が設定される。そして、対象描画領域９２を形成する対象画素を光変調素子に入力されるデータを示す論理画素に変換する補正テーブルが生成される。描画時には補正テーブルを参照して入力された描画データが変換され、対象描画領域９２の描画が行われる。これにより、光学系の影響による歪みが補正されつつ高速かつ高精度に画像が描画される。
【選択図】図９

Description

本発明は、光の照射により対象物に画像を描画する技術に関連する。

従来より、１つの光ビームをポリゴンミラーやガルバノミラー等の偏向器により走査しつつ対象物に照射することにより画像を記録する技術が、半導体基板やガラス基板上に形成された感光材料へのパターンの描画や、版材等の印刷用の部材への画像の記録等に利用されている。

このような描画装置では、描画される画像の歪みを補正する対策が施されることがあり、例えば、特許文献１に開示される走査式描画装置では、光源とポリゴンミラーとの間に偏向器が設けられ、さらに、偏向器を制御する制御回路が設けられる。そして、制御回路により、ポリゴンミラーの各反射面を回転方向に分割した小分割面ごとの倒れ角に応じて偏向器から出射される光ビームの出射方向が補正される。

また、特許文献２に開示されるマルチビーム走査装置では、マルチビーム走査装置の設計に起因する固有の走査線曲がりを補正する補正屈折面が光学系のレンズに設けられる。
特開平２−１４９８１６号公報 特開平１１−１０９２６６号公報

ところで、同時に描画が行われる照射位置の数を増やして描画の高速化を図る場合、複数の光源や変調器を精度良く配置することが要求される。また、照射位置の数を増やすことにより一走査により照射可能な面積が増大すると、レンズの収差やポリゴンミラーの面倒れや歪みの影響が無視できなくなる。

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、光学系の影響による歪みを補正しつつ高速かつ高精度に画像を描画することを主たる目的としている。

請求項１に記載の発明は、光の照射により対象物に画像を描画する描画装置であって、空間変調された光ビームを生成する変調光生成部と、前記光ビームを偏向することにより前記光ビームの前記対象物上の照射位置を所定の走査方向に走査する偏向部と、前記偏向部に対して前記対象物を相対的に移動することにより前記光ビームの照射位置を前記走査方向に対して交差する方向に移動する移動機構と、前記光ビームの照射位置の各走査により描画可能な領域内に設定された対象画素配列に対応する対象座標と、前記各走査において前記変調光生成部に入力される論理描画データが示す論理画素配列に対応する論理座標との関係を示す補正テーブルを記憶する記憶部と、前記補正テーブルを参照して、前記光ビームの各走査における対象画素配列を示す対象描画データを、前記対象画素配列以上の解像度を有する論理画素配列を示す論理描画データへと変換するデータ変換部とを備える。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の描画装置であって、前記偏向部が、回転しつつ複数の反射面にて前記光ビームを反射することにより前記光ビームを偏向するポリゴンミラーを備え、前記記憶部が、前記ポリゴンミラーの各反射面に対応する補正テーブルを記憶する。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の描画装置であって、前記光ビームの照射位置の各走査により前記対象物上に描画される対象画素配列の行数および列数が一定である。

請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の描画装置であって、前記偏向部が、揺動しつつ反射面にて前記光ビームを反射することにより前記光ビームを偏向するガルバノミラーを備える。

請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の描画装置であって、前記光ビームの前記対象物への照射により、前記走査方向に交差する方向に一列に並ぶ複数の位置のそれぞれに変調された光が照射される。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の描画装置であって、前記複数の位置の数が、５０以上である。

請求項７に記載の発明は、請求項５または６に記載の描画装置であって、前記変調光生成部が、光源部と、回折格子型の複数の光変調素子を直線状に配列した空間光変調器と、前記光源部からの光を光束断面が直線状である線状光に変換して前記空間光変調器へと導く光学系とを備える。

請求項８に記載の発明は、請求項１ないし７のいずれかに記載の描画装置であって、前記対象画素配列における画素ピッチが、前記論理画素配列における画素ピッチの１倍以上５０倍以下である。

請求項９に記載の発明は、光の照射により対象物に画像を描画する描画方法であって、ａ）変調光生成部により空間変調された光ビームを生成する工程と、ｂ）前記光ビームを偏向する偏向部により前記光ビームの前記対象物上の照射位置を所定の走査方向に走査する工程と、ｃ）前記ａ）およびｂ）工程に並行して、前記偏向部に対して前記対象物を相対的に移動することにより前記光ビームの照射位置を前記走査方向に対して交差する方向に移動する工程とを備え、前記光ビームの照射位置の各走査により描画可能な領域内に設定された対象画素配列に対応する対象座標と、前記各走査において前記変調光生成部に入力される論理描画データが示す論理画素配列に対応する論理座標との関係を示す補正テーブルが記憶部に記憶されており、前記ａ）工程において、前記補正テーブルを参照して、前記光ビームの各走査における対象画素配列を示す対象描画データが、前記対象画素配列以上の解像度を有する論理画素配列を示す論理描画データへと変換されて前記変調光生成部に入力される。

請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の描画方法であって、前記ａ）工程の前に、ｄ）前記変調光生成部に論理テストパターンを示すデータを入力しつつテスト対象物上における光ビームの照射位置を走査することにより、前記テスト対象物上にテストパターンを描画する工程と、ｅ）前記テスト対象物上に描画された前記テストパターンを撮像してテストパターン画像を取得する工程と、ｆ）前記論理テストパターンと前記テストパターン画像とを比較することにより、前記補正テーブルを生成する工程とをさらに備える。

請求項１１に記載の発明は、請求項９または１０に記載の描画方法であって、前記偏向部が、回転しつつ複数の反射面にて前記光ビームを反射することにより前記光ビームを偏向するポリゴンミラーを備え、前記記憶部が、前記ポリゴンミラーの各反射面に対応する補正テーブルを記憶する。

請求項１２に記載の発明は、請求項９または１０に記載の描画方法であって、前記偏向部が、揺動しつつ反射面にて前記光ビームを反射することにより前記光ビームを偏向するガルバノミラーを備える。

本発明では、光学系の影響による歪みを補正しつつ高速かつ高精度に画像を描画することができる。請求項２および１１の発明では、ポリゴンミラーの各面による画像の歪みを個別に補正することができる。

図１は本発明の一の実施の形態に係る描画装置１を示す斜視図である。描画装置１は光ビームの照射により平板状のプリント基板である対象物９に配線パターンである画像を描画するダイレクトパターン描画装置であり、光ビームを出射するヘッド部１１、対象物９を保持しつつ移動する移動機構１２、並びに、ヘッド部１１および移動機構１２の制御を行う制御部１３を備える。移動機構１２は図１中のＹ方向（光ビームの副走査方向に対応する。）に対象物９を移動し、移動機構１２および対象物９の上方には対象物９の描画面を撮像するカメラ２が配置される。制御部１３はヘッド部１１、移動機構１２およびカメラ２に接続されて各部の制御を行う。対象物９の描画面には感光材料が塗布されており、感光材料が光ビームの照射により感光することにより描画が行われる。

図２および図３はヘッド部１１の内部構成を簡略化して示す図であり、図３では光学素子の配列を展開して示している。ヘッド部１１は空間変調された光ビームを生成する変調光生成部１１１、および、光ビームをＸ方向に走査する偏向部１１２を有する。変調光生成部１１１はレーザ光を出射する光源部１１１１、光源部１１１１からの光をＺ方向に光束断面が直線状に伸びる線状光に変換する光学系である線状光生成部１１１２、および、線状光が導かれる空間光変調器１１１３を有し、空間光変調器１１１３は回折格子型の１０２４個の光変調素子がＺ方向に直線状に配列されたものとなっている。

本実施の形態では、光変調素子には、交互に並ぶ微小な固定リボンおよび可動リボンを有するＧＬＶ（Ｇｒａｔｉｎｇ Ｌｉｇｈｔ Ｖａｌｖｅ）素子が用いられ、可動リボンが昇降して回折格子の深さが変更されることにより回折状態と正反射状態とが切り替えられて光が変調される。空間光変調器１１１３ではＺ方向に並ぶＧＬＶ素子である反射型の光変調素子が制御されることにより、Ｚ方向における１０２４箇所の各位置において個別に光変調が行われる。なお、回折格子型の光変調器としてはＧＬＶ素子以外に、例えば、電界により屈折率が変化する材料の表面に複数の微細な電極を配列することにより、電気光学効果を利用して内部の屈折率分布を制御することができる全反射型の光変調器（以下、「ＴＩＲ（Ｔｏｔａｌ Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）型光変調器」という。）が用いられてもよい。ＴＩＲ型光変調器では、配列された電極により内部に周期的な屈折率分布が生じ、内部を光ビームが透過する際に光ビームに位相差が生じることにより回折が生じる（すなわち、ＴＩＲ型光変調器が回折格子として機能する。）。

ヘッド部１１の偏向部１１２は６枚の反射面を有するポリゴンミラー１１２１、光の進行方向においてポリゴンミラー１１２１の手前側に配置されたレンズ１１２２、ポリゴンミラー１１２１の後方に配置されたｆθレンズ１１２３、および、Ｘ方向に伸びるミラー１１２４を備える。

光源部１１１１から出射された光ビームは、線状光生成部１１１２により上下方向であるＺ方向に伸びる線状光とされ、Ｚ方向に光変調素子が配列された空間光変調器１１１３に入射する。空間光変調器１１１３により空間変調された光ビームは、レンズ１１２２によりＺ方向においてポリゴンミラー１１２１の反射面内に収まる大きさに集光されつつポリゴンミラー１１２１に導かれる。ポリゴンミラー１１２１の回転軸および各反射面はＺ方向に平行であり、図２に示すように平面視したときのポリゴンミラー１１２１の形状は正六角形となっている。また、図３に示すように、ポリゴンミラー１１２１はモータ１１２５に接続されており、ポリゴンミラー１１２１は回転しつつ光ビームを反射することにより光ビームを偏向し、光ビームはＹ方向に垂直な水平方向であるＸ方向（光ビームの主走査方向に対応する。）に走査される。モータ１１２５にはエンコーダ１１２６が取り付けられ、エンコーダ１１２６によりポリゴンミラー１１２１の角度位置が取得される。

図３に示すように、ｆθレンズを通過した光ビームはミラー１１２４によりＸＹ平面に平行な方向からＺＸ平面に平行な方向へと反射され、下方に進行して対象物９の描画面に照射される。これにより、Ｙ方向に並ぶ光変調素子の像が描画面上に形成される。光ビームの対象物９上の照射位置はポリゴンミラー１１２１の回転によりＸ方向に走査されるとともに、移動機構１２が偏向部１１２に対して対象物９を相対的に移動して光ビームの照射位置をＹ方向（すなわち、主走査方向であるＸ方向に垂直な方向）に移動する。このとき、ｆθレンズ１１２３により、照射位置のＸ方向の移動速度（すなわち、走査速度）はポリゴンミラー１１２１の反射面の角度位置に関わらず一定とされる。以上の動作により、変調光生成部１１１によりＹ方向に並ぶ複数の位置に変調された光が同時に照射されつつ偏向部１１２および移動機構１２により複数の照射位置が走査され、対象物９上に描画が行われる。

図４は描画装置１の機能構成を示すブロック図である。描画装置１の制御部１３はヘッド部１１および移動機構１２の制御を行う描画制御部１３１、描画に必要な演算を行う演算部１３２、並びに、演算時に参照されるデータが記憶される記憶部１３３を有し、制御部１３に接続された外部記憶部１４から入力される描画データ７１に基づいて対象物９上への描画の制御が行われる。

演算部１３２はデータ変換部１３２１および補正テーブル生成部１３２２を有し、データ変換部１３２１は外部記憶部１４から入力された描画データ７１を各走査において変調光生成部１１１の空間光変調器１１１３に入力されるデータ（以下、「論理描画データ」という。）へと変換する。描画制御部１３１が論理描画データを空間光変調器１１１３に入力しつつ空間光変調器１１１３の動作を制御することにより、光ビームの空間変調が行われる。

また、描画制御部１３１にはエンコーダ１１２６からポリゴンミラー１１２１（図３参照）の角度位置を示す信号が入力され、描画制御部１３１は光ビームの主走査に同期して移動機構１２を制御する。これにより、対象物９が副走査方向であるＹ方向に移動される。本実施の形態では制御部１３はコンピュータ上のソフトウェアにより実現されるが、ハードウェアにより実現されるものであってもよく、例えば、制御部１３には画像処理を行うＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等の集積回路を搭載したボードが用いられてもよい。

図５は描画の準備段階として、論理描画データが示す画像と対象物９に描画される画像との対応関係を示すテーブル（以下、「補正テーブル」という。）を生成する流れを示す図である。まず、移動機構１２上に対象物９に代えてテスト対象物が配置され、図４および図５に示すように、補正テーブル７４の作成に用いられるテストパターンデータ７２が外部記憶部１４からデータ変換部１３２１および描画制御部１３１を介して変調光生成部１１１の空間光変調器１１１３に入力される。このとき、データ変換部１３２１ではテストパターンデータ７２が示すテストパターンの形状を変更することなく、解像度が空間光変調器１１１３に適したものとなるようにテストパターンデータ７２の形式が変換される。

図６はテストパターンデータ７２が示す論理テストパターン８１を例示する図であり、論理テストパターン８１は空間光変調器１１１３に入力されるデータの画素配列（以下、「論理画素配列」という。）により表現されるテストパターンである。論理画素配列を表す座標系（以下、「論理座標系」といい、これにより表される座標を「論理座標」という。）のｘ方向、および、ｘ方向に垂直なｙ方向はそれぞれ主走査方向であるＸ方向および副走査方向であるＹ方向にほぼ対応する。なお、実際には光学系による歪曲のためにｘ方向およびｙ方向はＸ方向およびＹ方向とは必ずしも一致しない。論理テストパターン８１は、ｘ方向およびｙ方向に平行な直線が等間隔に配置された格子状の矩形であり、光ビームの１回の主走査により描画される。図６では論理テストパターン８１の縦横比を変えるとともに線の数を減らして示している。

データ変換部１３２１にて論理テストパターン８１を示すデータが生成されると、描画制御部１３１がこのデータおよびエンコーダ１１２６からの信号に基づいて空間光変調器１１１３を制御することにより光ビームが変調され、テスト対象物上における光ビームの照射位置を走査することによりテストパターンの描画が行われる。テストパターンの描画はポリゴンミラー１１２１の各反射面に対して行われ、各反射面に対応したテストパターンが描画される（図５：ステップＳ１１）。描画された各テストパターンはカメラ２（図１参照）により撮像され、画像データとして取得される（ステップＳ１２）。

図７は描画された１つのテストパターンの画像９１（以下、「テストパターン画像９１」という。）を示す図であり、歪曲を強調して示している。主走査方向であるＸ方向および副走査方向であるＹ方向は、それぞれテスト対象物の描画面上の座標系（以下、「対象座標系」といい、これにより表される座標を「対象座標」という。）を示す。テストパターン画像９１はレンズの収差やポリゴンミラー１１２１の反射面が有する傾きや歪みといった光学系の影響により、例えば、図７に示すように樽型に歪曲した画像となる。特に、テストパターン画像９１の周辺部に近いほど論理座標と対象座標とのずれが拡大する。歪曲形状は糸巻き型や他の形状となることもある。

図４に示すように、カメラ２により撮像されたテストパターン画像９１は制御部１３の記憶部１３３にテストパターン画像データ７３として記憶される。図８および図９は全ての反射面に対応するテストパターン画像９１の輪郭を重ねて示す図であり、テストパターン画像に符号９１ａ〜９１ｆを付している。図８に示すように、テストパターン画像９１ａ〜９１ｆでは反射面の固有の面倒れ（ポリゴンミラー１１２１の回転軸に対する反射面の傾き）の影響によりそれぞれ僅かに位置および傾きがずれている。

次に、演算部１３２の補正テーブル生成部１３２２により、図９に示す重ね合わされたテストパターン画像９１ａ〜９１ｆにおいて、平行斜線を付して示す全てのテストパターン画像に共通の領域９１１（以下、「共通領域９１１」という。）内に、実際の光ビームの照射位置の１回の走査による描画の対象となる領域９２（以下、「対象描画領域９２」という。）が設定される（ステップＳ１３）。対象描画領域９２はＸ方向に平行な辺およびＹ方向に平行な辺により形成される矩形領域であり、対象描画領域９２は共通領域９１１内に設けられることにより、ポリゴンミラー１１２１の反射面に依存することなく光ビームの照射位置の走査により描画可能な領域となる。また、ＸＹ方向に配列されて対象描画領域９２内に描画される画像を表現する画素配列を「対象画素配列」と呼び、各画素を「対象画素」と呼ぶ。なお、図９では対象画素を表す正方形を誇張して示している。

図１０は１つのテストパターン画像９１ａおよび対象描画領域９２を重ねて示す図であり、図１１は他の１つのテストパターン画像９１ｂおよび対象描画領域９２を重ねて示す図である。なお、対象描画領域９２中に参照のためにＹ方向に平行な破線を示している。対象描画領域９２の位置は図９に示すようにテスト対象物上の対象座標系では一定であるが、描画したときの光ビームがポリゴンミラー１１２１のいずれの反射面により反射されたかによりテストパターン画像９１との相対的な位置が変化する。図１０では、テストパターン画像９１ａ内における対象描画領域９２の位置は図１０における下側に相対的に偏っており、図１１では、テストパターン画像９１ｂ内における対象描画領域９２の位置は図１１における上側に相対的に偏っている。また、テストパターン画像９１の格子点は図６に示すｘｙ方向にて表される論理座標系における論理テストパターンの格子点を示しており、図１０および図１１に示すように、対象描画領域９２の１つの対象座標に対して反射面に依存して異なる論理座標が対応する。

対象描画領域９２が設定されると、次に、テストパターン画像９１ａの格子点の対象座標が取得され、格子点における対象座標と論理座標との対応関係が得られる。また、正方形である各対象画素の各頂点の対象座標が取得される（ステップＳ１４）。そして、取得された格子点の対象座標および対象画素の頂点の対象座標に基づいて対象画素の頂点の論理座標が求められる。

図１２は、対象描画領域９２内において、論理座標を求める対象となる対象点６１１（すなわち、対象画素の頂点の１つ）、および、対象点６１１を囲む略四角形の格子要素６１を示している。図１３は論理座標系において対象点６１１に対応する変換済対象点６２１、および、変換済対象点６２１を囲み、格子要素６１に対応する正方形の格子要素６２（以下、「論理格子要素６２」という。）を示している。図１２では、格子要素６１を囲む格子点に時計回りに符号６１２，６１３，６１４，６１５を付しており、各格子点を結ぶ線分を符号Ｄ１〜Ｄ４を付す細線にて示している。また、対象点６１１を通る直線Ｌ１と線分Ｄ１，Ｄ３との交点に符号６１６，６１８を付し、対象点を通る他の直線Ｌ２と線分Ｄ２，Ｄ４との交点に符号６１７，６１９を付している。

対象点６１１の論理座標が求められる際には、まず、格子点６１２から交点６１６までの距離と、交点６１６から格子点６１３までの距離との比が、格子点６１５から交点６１８までの距離と、交点６１８から格子点６１４までの距離との比に等しくなる直線Ｌ１および線分Ｄ１，Ｄ３における交点６１６，６１８の内分比ｓ１，ｓ２が求められる。同様に、格子点６１３から交点６１７までの距離と、交点６１７から格子点６１４までの距離との比が、格子点６１２から交点６１９までの距離と、交点６１９から格子点６１５までの距離との比に等しくなる直線Ｌ２および線分Ｄ２，Ｄ４における交点６１７，６１９の内分比ｔ１，ｔ２が求められる。

次に、図１３に示すように、図１２の格子点６１２，６１３，６１４，６１５に対応する格子点６２２，６２３，６２４，６２５を有する格子要素６２において、格子点６２２と格子点６２３とを結ぶ線分Ｅ１をｓ１対ｓ２に内分する点６２６のｘ座標、および、格子点６２２と格子点６２５とを結ぶ線分Ｅ４をｔ１対ｔ２に内分する点６２９のｙ座標が求められ、これらが変換済対象点６２１の論理座標とされる。

上記方法により、対象描画領域９２を形成する対象画素の各頂点の対象座標が論理座標に変換され、論理座標系における対象描画領域９２に対応する領域（以下、「論理描画領域」という。）が得られる。また、他の全てのテストパターン画像についても対象描画領域９２の変換が行われ、個別に論理描画領域が取得される。なお、対象画素の頂点の論理座標を求める手法は図１２および図１３に示す手法以外のものであってもよい。

図１４は図１０に示すテストパターン画像９１ａの対象描画領域９２に対応する（すなわち、論理座標系における）論理描画領域８２ａを示す図であり、図１５は図１１に示すテストパターン画像９１ｂの対象描画領域９２に対応する論理描画領域８２ｂを示す図である。図１４および図１５では論理描画領域に平行斜線を付して論理テストパターン８１と重ねて示しており、さらに、図１０および図１１にて示す破線の参照線に対応する線を破線にて示している。

図１６は論理画素配列の一部を拡大して示す図であり、ｘ方向およびｙ方向に配列された論理画素を示している。図４に示す補正テーブル生成部１３２２では、既述のように対象画素の頂点の対象座標が論理座標に変換され、符号８２１ａ〜８２１ｄを付して例示するように、各頂点が論理座標系に配置される。これにより、頂点８２１ａ〜８２１ｄにより囲まれ、１つの対象画素に対応する領域８２１（以下、「変換済対象画素８２１」という。）が論理描画領域８２内に設定される。同様に対象描画領域９２の他の全ての対象画素の頂点が変換され、これらの頂点を結ぶことにより、全ての変換済対象画素８２１が設定される。変換済対象画素８２１は論理座標系に対して歪曲しているため、頂点と頂点とを結ぶ変換済対象画素８２１の境界線は論理画素上を横切る。したがって、境界線により分断された論理画素の領域のうち、面積が大きい方の領域がいずれの変換済対象画素８２１（または論理描画領域８２の外部）に含まれるかにより、境界線上の論理画素がいずれの変換済対象画素８２１に属するか（または論理描画領域８２の外か）が決定される。これにより、変換済対象画素８２１を論理画素の集合として表現することができる。

１つの論理画素は１つの光変調素子に対応し、主走査時に論理画素がＯＮを示す場合には対応する光変調素子がＯＮとなって照射位置に描画が行われ、ＯＦＦを示す場合には光変調素子はＯＦＦとなって描画は行われない。描画の際には、変換済対象画素８２１に含まれる論理画素のＯＮ／ＯＦＦにより光変調素子が制御され、対象物上においてＸＹ方向に配列された対象画素に対応する領域への光のＯＮ／ＯＦＦが実現される。

本実施の形態では、対象描画領域９２の１つの対象画素の一辺は１０μｍであり、光学系による歪みが一切なく、論理座標系のｘｙ方向と対象座標系のＸＹ方向とが一致する場合（すなわち、対象画素と変換済対象画素８２１との形状および大きさが同一の場合）には、１つの論理画素の一辺は１μｍとされる。すなわち、描画装置１では対象画素配列における画素ピッチは論理画素配列における画素ピッチの１０倍として設計されている。

実際には一方の座標系に対して他方の座標系が歪曲しているため、論理画素と対象画素との画素ピッチの比は正確に１対１０とはならず、変換済対象画素８２１を形成する論理画素の数は変換済対象画素８２１毎に異なる。換言すれば、変換済対象画素８２１を形成する論理画素は約１００個であり、各論理画素の一辺の大きさは約１μｍである。

補正テーブル生成部１３２２にて各論理画素が属する変換済対象画素８２１が特定されると（すなわち、対象画素と論理画素との対応関係が求められると）、この情報は各対象画素がＯＮの時にいずれの論理画素をＯＮとすべきかを示す補正テーブル７４として記憶部１３３に記憶される（ステップＳ１５）。さらに、他のテストパターン画像９１ｂ〜９１ｆに関しても論理描画領域８２が求められ、同様に補正テーブル７４が生成される。以上の処理により、ポリゴンミラー１１２１の各反射面に対応する補正テーブル７４が記憶部１３３に記憶される（ステップＳ１６）。

なお、図１６に示す変換済対象画素８２１はテストパターン画像が示す格子点から導かれることから、上述の対象画素と論理画素との対応位置関係を求めて補正テーブル７４を生成する処理は、実質的に論理テストパターン８１とテストパターン画像９１ａとの比較により実現されているといえる。そして、対象画素に対応する論理画素を示す補正テーブル７４は、実質的に対象画素配列における対象座標と論理座標との関係を示している。

図１７は描画装置１による対象物９への描画の流れを示す図である。まず、図４に示す外部記憶部１４から最初の主走査にて描画される描画データ７１の一部（以下、「対象描画データ」という。）がデータ変換部１３２１に入力される（ステップＳ２１）。対象描画データは図９に示す対象描画領域９２に対応し、光ビームの１主走査における行数および列数が一定の対象画素配列を示す。

予め最初の主走査に用いられるポリゴンミラー１１２１（図２および図３参照）の反射面が設定されており、最初の主走査に用いられる反射面に対応する補正テーブル７４が選択される（ステップＳ２２）。データ変換部１３２１は選択された補正テーブル７４を参照しつつ、対象描画データを図１４および図１５に例示する論理描画領域８２内の論理画素配列を示す論理描画データへと変換して（すなわち、対象画素のＯＮ／ＯＦＦの情報を論理画素のＯＮ／ＯＦＦの情報に変換する。）データ変換部１３２１内のバッファメモリに蓄積する（ステップＳ２３）。

次に、２回目の主走査に用いられる対象描画データが読み込まれ（ステップＳ２１）、２回目の主走査に用いられるポリゴンミラー１１２１の反射面（すなわち、１回目の反射面の次の反射面）に対応する補正テーブル７４が選択される（ステップＳ２２）。そして、データ変換部１３２１が補正テーブル７４を参照しつつ対象描画データを論理描画データへと変換し、バッファメモリに蓄積する（ステップＳ２３）。ステップＳ２１〜Ｓ２３は、描画データ７１全体が論理描画データに変換されるまで繰り返される（ステップＳ２４）。

全ての対象描画データが論理描画データに変換されると、図１に示す移動機構１２により副走査方向であるＹ方向への対象物９の移動が開始されるとともにポリゴンミラー１１２１の回転が開始される（ステップＳ２５）。図４に示すようにヘッド部１１のエンコーダ１１２６から送られるポリゴンミラー１１２１の回転位置の情報に基づいて、１回目の主走査に用いられる論理描画データに対応する反射面が光ビームを反射するときに１回目の主走査に対応する論理描画データが変調光生成部１１１の空間光変調器１１１３に入力される。

図２および図３に示すように、光源部１１１１から出射された光ビームは線状光生成部１１１２により線状光とされて空間光変調器１１１３に連続的に入射しており、空間光変調器１１１３が入力された論理描画データに基づいて各光変調素子のＯＮ／ＯＦＦを制御することにより、空間変調された光ビームが生成される。空間変調された光ビームは偏向部１１２により対象物９上の照射位置を主走査方向であるＸ方向に走査されつつ対象物９の描画面に照射され、これにより、対象描画領域９２に１回の主走査による描画が行われ、歪みのない対象画素の配列が描画される（ステップＳ２６）。また、ステップＳ２６の主走査方向への描画に並行して、移動機構１２が対象物９を偏向部１１２に対して相対的に移動することにより、光ビームの照射位置が副走査方向に移動される。

１回目の主走査が終わると、次の主走査に用いられるポリゴンミラー１１２１の反射面に対応する論理描画データが空間光変調器１１１３に入力される。空間光変調器１１１３により空間変調された光ビームは偏向部１１２により対象物９上の照射位置（１回目の主走査による照射位置に対し副走査方向に隣接する照射位置）を主走査方向に走査されつつ対象物９の描画面に照射され、１回目の主走査時の対象描画領域９２に隣接する対象描画領域９２に２回目の主走査による描画が行われる（ステップＳ２６）。

ステップＳ２６が繰り返されて副走査方向に隙間なく並ぶ対象描画領域９２に描画が行われ、全ての描画データ７１が読み出されて描画が完了すると（ステップＳ２７）、移動機構１２による対象物９の移動が停止される（ステップＳ２８）。

対象物９への上記描画動作は適宜変更されてよく、例えば、全ての対象描画データを変換する前に、論理描画データのバッファメモリへの記憶が一定の量に達したときにステップＳ２５以降の動作が開始されてもよい。この場合、ステップＳ２１〜Ｓ２３に示す対象描画データの論理描画データへの変換とステップＳ２６に示す描画とが並行して行われる。

以上に説明したように、描画装置１では、空間変調された光ビームによる描画において、補正テーブル７４を参照して、対象画素配列を示す対象描画データを光学系による歪みを反映した論理描画データへと変換することにより、光学系の影響による歪みを補正しつつ高速かつ高精度に画像を描画することができる。なお、本実施の形態では、Ｚ方向に並ぶ１０２４個の光変調素子のうち、光学系の影響を受けずに論理描画領域８２として有効に利用できるものは約８００個とされる。既述のように論理画素配列は対象画素配列の約１０倍の解像度とされるため、光ビームの照射位置におけるＹ方向の幅は約８０の対象画素に相当する幅となり、高速に描画が行われる。

また、補正テーブル７４がポリゴンミラー１１２１の各面に対して生成され、適宜選択されて参照されることにより、ポリゴンミラー１１２１の各面による画像の歪みを個別に補正することができる。対象画素は論理画素の集合により実現される仮想的な画素であることから、補正テーブルを再生成することにより、対象画素の画素ピッチを様々に変更することも実現される。

図１８はヘッド部の他の例を示す図であり、図３と同様に光学素子の配列を展開して示している。図１８に示すヘッド部１１ａは、図３に示すポリゴンミラー１１２１に代えて偏向部１１２にガルバノミラー１１２１ａが設けられ、ガルバノミラー１１２１ａは駆動部１１２７により反射面に平行な中心軸を中心に往復回動するように揺動する。また、駆動部１１２７からは、図３のエンコーダ１１２６からの出力と同様の役割を果たす信号が出力される。描画装置１の他の構成は図１ないし図４に示すものと同様である。

描画装置１の動作は、偏向部１１２の反射面が１つである点を除いて、ポリゴンミラー１１２１が用いられる場合と同様である。すなわち、テスト対象物にテストパターンが描画されて１つの反射面に対応する補正テーブル７４が求められ、補正テーブル７４を参照しつつ光学系の影響による歪みを補正しつつ高速かつ高精度に画像が描画される。

なお、ガルバノミラー１１２１ａによる描画は、ミラーの往復の回動動作の一方（往路または復路）のみで行われてもよく、対象物９を間欠移動しつつミラーの往復の回動動作の双方で描画が行われてもよい。後者の場合は、空間光変調器１１１３に入力される論理描画データの主走査方向の順序が交互に反転される。

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

例えば、描画装置１における副走査方向は主走査方向に対して垂直な方向以外の方向であってもよく、走査方向に対して交差する方向であれば傾斜していてもよい。具体的には、連続的に副走査方向に移動する対象物上において描画を正確に（対象物を基準とする）Ｘ方向に平行に行うために、主走査方向がＸ方向から僅かに傾斜していてもよい。

また、光が照射される一列に並ぶ複数の照射位置の数は本実施の形態では約８００とされるが、いくつであってもよい。ただし、光学系の影響を取り除くことができる本実施の形態では、５０以上とされることが好ましい。照射位置の配列方向は、主走査方向に交差する方向であれば、Ｙ方向に対して傾斜していてもよい。

論理画素配列における画素ピッチに対する対象画素配列における画素ピッチの大きさは、光学系による歪みが無いと仮定した場合に論理画素配列が対象画素配列以上の解像度を有するのであれば１０倍とは異なるものとされてもよく、１倍以上５０倍以下とされることが実用上好ましい。さらに、対象画素は正方形の画素でなくてもよく、長方形とされてもよい。

補正テーブル７４は、対象画素に対応する論理画素の集合を示すもの以外に、対象画素配列（対象画素の頂点）に対応する対象座標と論理画素に対応する論理座標との関係を直接示すものであってもよい。この場合、描画時に補正テーブルを参照して対象画素に対応する論理画素の集合が求められることとなるが、対象画素の画素ピッチが変更されても補正テーブルの生成をやり直す作業は不要となる。また、対象画素配列に対応する対象座標と論理画素に対応する論理座標との関係を実質的に示すのであれば、補正テーブルは他の形式であってもよい。

ポリゴンミラー１１２１の反射面の数は６以外であってもよく、補正テーブル７４は反射面の数だけ生成される。さらに、偏向部１１２にはポリゴンミラーやガルバノミラー以外の光学素子が用いられてもよく、例えば、ＡＯＭ（Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）が用いられてもよい。

変調光生成部１１１による光ビームの空間変調は、ＧＬＶ素子やＴＩＲ素子のような回折格子型の光変調素子によるものには限定されず、例えば、二次元に配列された微小なミラーの向きを変更することにより空間変調を行うＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）が用いられてよい。また、対象物上の各位置に複数のミラーによる多重照射が行われてもよい。さらに、複数の半導体レーザや発光ダイオードにより空間変調された光ビーム（すなわち、変調された複数の光ビーム要素の束）が生成されてよい。

論理画素配列はＯＮ／ＯＦＦの二値情報を有するものの他に、多階調の情報を有するものとされてもよい。この場合、各論理画素に対応する位置に照射される光の強度または量が多階調に制御される。

描画装置１はプリント基板以外に、半導体基板、マスク、表示装置用のガラス基板等へのパターンの描画を行う装置であってもよい。また、対象物が刷版や刷版用フィルムとされ、ＣＴＰ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｔｏ Ｐｌａｔｅ）、イメージセッタ、電子写真式高速プリンタ等の印刷用の装置に上述の補正テーブルを利用する歪み補正が適用されてもよい。

描画装置を示す斜視図である。 ヘッド部を示す平面図である。 ヘッド部を示す側面図である。 描画装置の機能構成を示す図である。 補正テーブル生成の流れを示す図である。 論理テストパターンを示す図である。 テストパターン画像を示す図である。 テストパターン画像を示す図である。 対象描画領域を示す図である。 対象描画領域を示す図である。 対象描画領域を示す図である。 描画された格子要素を示す図である。 論理格子要素を示す図である。 論理描画領域を示す図である。 論理描画領域を示す図である。 論理画素配列の拡大図である。 対象物への描画の流れを示す図である。 ヘッド部の他の例を示す図である。

符号の説明

１ 描画装置
９ 対象物
１２ 移動機構
７２ テストパターンデータ
７４ 補正テーブル
８１ 論理テストパターン
９１ テストパターン画像
９２ 対象描画領域
１１１ 変調光生成部
１１２ 偏向部
１３３ 記憶部
１１１１ 光源部
１１１２ 線状光生成部
１１１３ 空間光変調器
１１２１ ポリゴンミラー
１１２１ａ ガルバノミラー
１３２１ データ変換部
Ｓ１１〜Ｓ１６，Ｓ２１〜Ｓ２８ ステップ

Claims (12)

1. 光の照射により対象物に画像を描画する描画装置であって、
   空間変調された光ビームを生成する変調光生成部と、
   前記光ビームを偏向することにより前記光ビームの前記対象物上の照射位置を所定の走査方向に走査する偏向部と、
   前記偏向部に対して前記対象物を相対的に移動することにより前記光ビームの照射位置を前記走査方向に対して交差する方向に移動する移動機構と、
   前記光ビームの照射位置の各走査により描画可能な領域内に設定された対象画素配列に対応する対象座標と、前記各走査において前記変調光生成部に入力される論理描画データが示す論理画素配列に対応する論理座標との関係を示す補正テーブルを記憶する記憶部と、
   前記補正テーブルを参照して、前記光ビームの各走査における対象画素配列を示す対象描画データを、前記対象画素配列以上の解像度を有する論理画素配列を示す論理描画データへと変換するデータ変換部と、
   を備えることを特徴とする描画装置。
2. 請求項１に記載の描画装置であって、
   前記偏向部が、回転しつつ複数の反射面にて前記光ビームを反射することにより前記光ビームを偏向するポリゴンミラーを備え、
   前記記憶部が、前記ポリゴンミラーの各反射面に対応する補正テーブルを記憶することを特徴とする描画装置。
3. 請求項２に記載の描画装置であって、
   前記光ビームの照射位置の各走査により前記対象物上に描画される対象画素配列の行数および列数が一定であることを特徴とする描画装置。
4. 請求項１に記載の描画装置であって、
   前記偏向部が、揺動しつつ反射面にて前記光ビームを反射することにより前記光ビームを偏向するガルバノミラーを備えることを特徴とする描画装置。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の描画装置であって、
   前記光ビームの前記対象物への照射により、前記走査方向に交差する方向に一列に並ぶ複数の位置のそれぞれに変調された光が照射されることを特徴とする描画装置。
6. 請求項５に記載の描画装置であって、
   前記複数の位置の数が、５０以上であることを特徴とする描画装置。
7. 請求項５または６に記載の描画装置であって、
   前記変調光生成部が、
   光源部と、
   回折格子型の複数の光変調素子を直線状に配列した空間光変調器と、
   前記光源部からの光を光束断面が直線状である線状光に変換して前記空間光変調器へと導く光学系と、
   を備えることを特徴とする描画装置。
8. 請求項１ないし７のいずれかに記載の描画装置であって、
   前記対象画素配列における画素ピッチが、前記論理画素配列における画素ピッチの１倍以上５０倍以下であることを特徴とする描画装置。
9. 光の照射により対象物に画像を描画する描画方法であって、
   ａ）変調光生成部により空間変調された光ビームを生成する工程と、
   ｂ）前記光ビームを偏向する偏向部により前記光ビームの前記対象物上の照射位置を所定の走査方向に走査する工程と、
   ｃ）前記ａ）およびｂ）工程に並行して、前記偏向部に対して前記対象物を相対的に移動することにより前記光ビームの照射位置を前記走査方向に対して交差する方向に移動する工程と、
   を備え、
   前記光ビームの照射位置の各走査により描画可能な領域内に設定された対象画素配列に対応する対象座標と、前記各走査において前記変調光生成部に入力される論理描画データが示す論理画素配列に対応する論理座標との関係を示す補正テーブルが記憶部に記憶されており、
   前記ａ）工程において、前記補正テーブルを参照して、前記光ビームの各走査における対象画素配列を示す対象描画データが、前記対象画素配列以上の解像度を有する論理画素配列を示す論理描画データへと変換されて前記変調光生成部に入力されることを特徴とする描画方法。
10. 請求項９に記載の描画方法であって、
    前記ａ）工程の前に、
    ｄ）前記変調光生成部に論理テストパターンを示すデータを入力しつつテスト対象物上における光ビームの照射位置を走査することにより、前記テスト対象物上にテストパターンを描画する工程と、
    ｅ）前記テスト対象物上に描画された前記テストパターンを撮像してテストパターン画像を取得する工程と、
    ｆ）前記論理テストパターンと前記テストパターン画像とを比較することにより、前記補正テーブルを生成する工程と、
    をさらに備えることを特徴とする描画方法。
11. 請求項９または１０に記載の描画方法であって、
    前記偏向部が、回転しつつ複数の反射面にて前記光ビームを反射することにより前記光ビームを偏向するポリゴンミラーを備え、
    前記記憶部が、前記ポリゴンミラーの各反射面に対応する補正テーブルを記憶することを特徴とする描画方法。
12. 請求項９または１０に記載の描画方法であって、
    前記偏向部が、揺動しつつ反射面にて前記光ビームを反射することにより前記光ビームを偏向するガルバノミラーを備えることを特徴とする描画方法。

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