JPH02267515A - 走査光学系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、複数の光ビームを用いて感材を走査し、そ
れによって感材上に描画を行なう際に用いられる走査光
学系に関するもので、特に、感材上における光ビームの
スポット径と画素ピッチとを互いに独立に変更するため
の技術に関する。

〔従来の技術〕

所望の画像を白／黒の２値画像として感材上に記録する
レーザプロッタや、網点を用いた階調画像として感材上
に記録する製版用スキャナなどにおいて、描画時間の短
縮を目的として、複数のレーザビームを用いた走査光学
系（マルチビーム走査系）が使用される。

第３０図は、このようなマルチビーム走査系による走査
軌跡を示す図であり、主走査方向Ｘに沿って伸びる走査
線Ｌ　　−Ｌ１□が副走査方向Ｙに沿って配列されてい
る。この走査軌跡に沿った描画を２本のレーザビームを
用いて行なう場合を例にとると、感材上においてビーム
スポット径ｄを有する２つのビームスポットｓｐ、ｓｐ
２が距離ｐを離して形成されるように、マルチビーム走
査系の調整を行なっておく。ただし、距離９は、画素ピ
ッチ（走査線ピッチ）Ｐに対して、１１　−　　（２ｎ
−１）　Ｐ　　　　　　　＝・（１）を満足しており、
ｎは自然数（図示の場合はｎ　−２）である。

そして、たとえば矢印ペアＡＲ１で示すように、走査線
Ｌ　とＬ４とをそれぞれビームスポットＳ■ Ｐ　とＳＦ３とで同時に走査しながら、ビームスポット
ＳＰ　とＳ　Ｐ　２とを、感材表面に対して相対的に２
Ｐだけ移動させ、走査線Ｌ３とＬ６とについての走査を
行なう。このような副走査方向Ｙへの送りと主走査とを
繰返して行なうことにより、矢印ベアＡ　Ｒ−Ａ　Ｒ４
で示す並行走査が順次に行なわれる。その結果、図中、
白抜きで示す奇数番目の走査線Ｌ　　、Ｌ　　、Ｌ　　
、・・・、Ｌ１□は第１のビームスポットＳＰｌで、ま
た斜線を付した偶数番口の走査線Ｌ　　、Ｌ　４　、・
・・”ｔｏは第２のと−ムスポットＳＰ２でそれぞれ走
査されることになる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、光ビームを用いた走査において、描画速度を
向上させるために画素ピッチＰを大きくしたり、逆に、
描画、密度を向上させるために画素ピッチＰを小さくし
たりする場合がある。シングルビームを用いた走査光学
系においてこのような画素ピッチ変更を行なう場合には
、単に画像データ供給クロックや走査速度を変えればよ
いが、マルチビーム走査系では固有の問題が生ずる。す
なわち、互いに異なる画素ピッチをそれぞれＰｌ。

Ｐ２としたとき、 （２ｎ　　　１　）　Ｐ　　−（２ｎ　２−１　）　Ｐ
　２・・・（２） を満足する自然数ｎ　　、ｎ２が存在する場合を除■ き、ビームスポットＳＰ　とＳＦ３との相互距離を変え
なければ、画素ピッチＰ　とＰ２との間の■ 相互変更はできない。換言すれば、画素ピッチＰ１で走
査を行なうなためには、２本のビームスポットｓｐ、ｓ
ｐ２間の相互距離は、 １１　−　（２ｎ１−１）Ｐｌ　　　　　・（３）でな
ければならず、他方の画素ピッチＰ２で走査を行なうた
めには、上記相互距離は １　−（２ｎ２−１）Ｐ２　　　　　−（４）でなけれ
ばならないため、（２）式の条件が満足されなければ、
夕　≠１２となってしまうのである。

このようにして相互距離９を変更する必要が生じたとき
、マルチビーム走査系の中の縮小光学系の倍率を変える
ことにより、感材上におけるビーム像全体としての縮小
率を変化させるという対処法も考えられる。しかしなが
ら、このような方法を単純に適用すると、スポット径ｄ
もまた変化してしまうため、相互距ｆｌｌｌｉｌ　（し
たがって画素ピッチ）のみを変更したいという要請ル満
足させることはできない。また、同様の理由によって、
画素ピッチを変えずにスポット径ｄのみを変更すること
も不可能である。

一方、１本または２本以上の光ビームを周期的に偏向し
て主走査を行ないつつ、走査光学系と感材とを相対的に
移動させて副走査を達成する記録装置では、副走査のた
めの移動に伴って走査線が傾いてしまうという状況が知
られている。この状況が生ずる例として、第３１Ａ図の
感材１において、描画エリア２が複数の平行ストリップ
（ストライブ）２ａ、２ｂ、・・・２ｚに概念的に分割
され、各平行ストリップ２８〜２ｚごとに順次に描画を
行なう場合を考える。この方法では、光ビームをＸ方向
に周期的に偏向しつつ感材１を（−Ｙ）方向に移動させ
ることにより、まずＹ−ＹＡの位置からＹ−ＹＢの位置
まで第１のストリップ２ａ内の描画を行なう。他のスト
リップ２ｂ〜２ｚについても同様である。このような分
割描画方法は、描画対象領域２の全幅にわたってレーザ
ビームを偏向させる方法に比べてレーザビーム偏向角が
小さくてよいため、偏向誤差等が生じにくいという利点
を有している。また、偏光幅が狭いと、走査中レンズの
焦点距離を短かくできるので、その分走査ビームの径を
小さくでき、より細かなパターンが描画できる。また、
主走査と副走査との双方を、走査光学系と感材１との機
械的相対移動のみで達成する方法に比べると、質量の大
きな部材の機械的移動が少ないため、描画が高速になる
という利点もある。

このような分割露光方法においても、レーザビーム偏向
の方向をＸ方向とすると、感材１上でビームスポットが
走る方向は、レーザビーム偏向速度ｖｘ　（図示せず）
と副走査速度（感材送り速度）■、との比で定まる方向
へとずれてしまうため、走査線配列４は図中の右上り方
向に傾いた配列となる。そして、その結果、描画された
画像も傾いたものとなる。

各ストリップ２ａ〜２ｚのそれぞれにつき、Ｙ−Ｙ　　
の位置からＹ　””　Ｙ　ｎの位置まで同方向に描画を
行なう場合には、このような傾きを補償する方法が知ら
れている。最も単純な方法としては、感材１の移動方向
とレーザビームの偏向方向との関係を９０度からずれた
角度に固定しておくことにより、走査線配列４の傾きを
補償する方法がある。また、特開昭５５−１１１９１７
号には、レーザビームを副走査方向にも偏向することに
よって、上記傾きを補償する技術が開示されている。

ところで、上記の単一方向副走査では、ひとつのストリ
ップ２ａの描画完了後に次のストリップ２ｂの描画に移
るとき、感材１をＹ方向に送り戻さねばならないため、
待ち時間によるロスがある。

このため、偶数番目のストリップについてはＹ−Ｙ　の
位置からＹ　”’　Ｙ　Ａの位置に向って走査を行なう
ような、往復走査の装置が望まれている。

往復走査の場合、奇数番目のストリップと偶数番目のス
トリップでは副走査方向が逆になるため、第３１Ｂ図に
示すように、走査線配列４の傾きは、奇数番目のストリ
ップと偶数番目のストリップとでは逆になる。したがっ
て、上記したような従来の補償方法を用いると、第３１
Ｃ図に示すように、奇数番目のストリップでの傾きは補
償できても、偶数番目のストリップでの傾きはむしろ大
きくなってしまう。また、速度ｖ　、■　を変更した場
Ｙ 合には走査線の傾きも変わってくる。

このように、走査線の傾きは種々の状況において生ずる
が、後述するように、マルチビーム走査系における画素
ピッチとスポット径との独立変更を行なう場合には特に
走査線の傾きに対する補償を有効に行なうことが望まし
い。しかし、従来の傾き補償方法はこのような状況を意
識していないため、画素ピッチとスポット径との独立変
更のための改良には、この状況に合致した傾き補償を開
発することが望まれる。

〔発明の目的〕

この発明は、上述のような従来技術の問題点の解決を意
図しており、まず、画素ピッチの独立変更を可能とする
マルチビームタイプの走査光学系を提供することを第１
の目的とする。

また、第２の目的は、描画ピッチのほかに、スポットサ
イズをも独立変更可能とすることである。

さらに、上記２つの目的を達成するにあたり、走査線の
傾きを解消することが、この発明の第３の目的である。

〔問題を解決するための手段〕

第１の目的を達成するために、この発明の第１の構成で
は、変調された複数の光ビームからなるビーム群を周期
的に偏向し、偏向された前記ビーム群によって感材を走
査しつつ、前記感材と前記ビーム群とを相対的に移動さ
せて、前記感材上の描画領域を順次に露光するために使
用される走査光学系において、（ａ）　　変調された前
記複数の光ビームを、所定点で交差する第１の光ビーム
群へと転換するビーム方向転換手段と、（ｂ）　　前記
ビーム方向転換手段に結合されて、前記ビーム方向転換
手段に回転変位を与えることにより、前記所定点におけ
る前記第１の光ビーム群の交差角を変化させる交差角変
更手段と、（ｃ）　　前記所定点に配置されて、前記第
１の光ビーム群を周期的に偏向し、それによって第２の
光ビーム群を生成する偏向手段と、（ｄ）前記第２の光
ビーム群に属する光ビームのそれぞれを前記感材上に集
光する集光手段とを設けている。

また、この発明の第２の構成では、集光手段として、焦
点距離可変光学系を具備するものを使用している。

さらに、この発明の第３の構成では、上記（ａ）〜（ｄ
）の手段にほかに、（ｅ）　　前記偏向手段と前記集光
手段との間に介挿されて、当該ｆｆ１２の光ビーム群の
偏向方向を回転させる偏向方向回転手段と、（ｒ）　　
前記偏向方向回転手段に結合されて、前記偏向方向回転
手段を回転させることにより前記第２の光ビーム群の偏
向方向の回転角度を変化させる回転角変更手段とを付加
している。

〔作用〕

マルチビーム走査系では、一般に複数の光ビームがそれ
ぞれ所定の光路上を進むが、「ビーム方向転換手段」は
、これらを受けて、所定点で交差する第１の光ビーム群
とする。そして、「交差角変更手段」が設けられている
ことにより、その交差角は任意に変更可能である。

交差角が変更されるということは、第１の光ビーム群に
含まれる複数の光ビームの、スキャンレンズ通過後の相
互の距離を変更できるということである。このため、上
記所定点に配置された「偏向手段」によって、周期的に
偏向する第２の光ビーム群が得られたとき、この第２の
光ビーム群に含まれる複数の光ビームの相互の開きは可
変となる。したがって、この段階において相互距離を自
在に変更可能な複数の光ビームが得られることになり、
感材上の画素ピッチも自在に変更できるようになる。

また、複数の光ビームの交差点に偏向手段を配置してい
るため、光ビームの相互間隔を変更する場合にも、これ
らの光ビームは常に偏向手段に向けられて入射する。そ
の結果、光ビームが偏向手段をそれてしまうこともない
。以ヒが第１の構成における作用である。

この発明の第２の構成においては、「集光手段」が焦点
距離可変光学系を備えている。この焦点距離可変光学系
において焦点距離を変化させると感材上での複数のビー
ムスポットのサイズとそれらの相互距離とが同時に変化
する。しかし、複数のビームスポットの相互距離の変化
は、「交差角変更手段」による交差角変更によって補償
することができる。その結果、例えばこの相互距離を不
変としつつ、スポットサイズのみを変更することも可能
となる。

一方、画素ピッチを変更する場合には、偏向周期を変え
ることは一般に不利なので、偏向周期−定のままで感材
と走査光学系との相対移動速度を変更する。たとえば画
素ピッチを大きくするときには、この相対移動速度を大
きくする。すると、第３１Ａ図〜第３１Ｃ図において説
明した走査線の傾き角も変わってくる。この傾きを補償
するために「偏向方向回転手段」が設けられている。偏
向方向の回転角は「回転角変更手段」によって変更可能
であり、その値は、感材と走査光学系との相対移動速度
に応じて指定される。このため、画素ピッチの変更に伴
う走査線の傾きの問題も解消される。この作用はこの発
明の第３の構成におけるものであって、往復走査を行な
う場合には、往復走査に伴う傾き方向の反転にも対応可
能である。

〔実施例〕

以下、この発明の詳細な説明するが、ここではまず、実
施例である走査光学系を組込んだ新規な描画システムの
概略構成と動作とを述べる。その後、走査光学系の詳細
を説明し、最後に変形例について述べる。

第１図はこの発明の一実施例である走査光学系を内蔵し
た描画システム１００の斜視図である。

描画システム１００は、基台１０の上に、感材送り機構
２０と描画機構３０とを備えている。感材送り機構２０
は吸引テーブル２１を有しており、ガラス乾板などの感
材１が吸引テーブル２１上に吸着されている。

吸引テーブル２１は、水平Ｙ方向に伸びる一対のガイド
２２上にスライド自在に載置されており、図示しないモ
ータによって回転するボールスクリューによって（±Ｙ
）方向に往復移動する。これによって感材１もまた（±
Ｙ）方向に往復移動する。

一方、描画機＄４３０は、水平Ｘ方向に伸びる一対のガ
イド３１を有している。ただし、Ｘ方向はＹ方向に直角
な方向である。そして、ガイド３１上にはハウジング３
２がスライド可能に載置されており、この発明の一実施
例である走査光学系２００がこのハウジング３２内に収
容されている。

図中の切欠き部に示された描画ヘッド３３は、この走査
光学系２００の一部分となっている。モータ３４によっ
てボールスクリュー３５が回転すると、ハウジング３２
したがって走査光学系２００はＸ方向または（−Ｘ）方
向へ移動する。その結果、描画ヘッド３３もまたＸ方向
または（−Ｘ）方向へ移動する。

基台１０の上面には、Ｈｅ−Ｎｅレーザ発振器４０が設
けられている。このＨｅ−Ｎｅレーザ発振器４０からの
レーザ光４１は、ビームスプリッタ４２〜４５によって
２本のレーザ光４１Ｘ、４１Ｙに分離される。ただし、
ビームスプリッタ４４．４５は、描画ヘッド３３に固定
されている。

吸引テーブル２１のＸ方向端部および（−Ｙ）方向端部
には、それぞれ平面ミラー４６Ｘ、４６Ｙが立設されて
いる。そして、レーザ光４１Ｘ、４１Ｙはこれらのミラ
ー４６Ｘ、４６Ｙによってそれぞれ反射され、ビームス
プリッタ４４．４５の位置へ戻る。図示しない光干渉検
出器によってこれらのレーザ光４１Ｘ、４１Ｙのミラー
反射光路長が検出され、それによって、描画ヘッド３３
に対する感材１の水平面内相対位置が１１−１定される
ようになっている。

なお、図示しないが、感材送り機構２０の全体は、開閉
自在な遮光フードの中に収容されている。

第２図は、描画システム１００における描画の基本的原
理を示す図である。描画ヘッド３３からは、（±Ｘ）方
向に周期的に偏向した２本のレーザビームＢ、Ｂｂが感
材１上に照射される。これらのレーザビームＢ　　、Ｂ
ｂはともに、所定の画像信号による変調を受けている。

そして、感材１をたとえば（−Ｙ）方向に移動させつつ
レーザビームＢ、Ｂ、による露光を行なう場合には、（
±Ｘ）方向に伸びた走査線りの配列に沿って描画が行な
われる。この走査光学系２００はマルチビーム走査系で
あるため、第３０図において説明したような原理に従っ
て露光走査が行なわれる。

ただし、後述するように、レーザビームＢ　　、Ｂ、の
スポットサイズと画素ピッチとは独立に変更可能である
。また、後述する理由によって、走査線りの傾きも生じ
ない。そして、感材１の描画エリア２は平行ストリップ
２ａ　、　　２　ｂ　＊　・・・に概念的に分割されて
おり、描画は各ストリップ２ａ、２ｂ、・・・ごとに行
なわれる。

第３図は、描画システム１００を用いて感材１に描画を
行なう場合の、感材１と描画ヘッド３３との相対的な動
きを示す図である。ただし、仮想線Ｙ。は、描画ヘッド
３３の（±Ｘ）方向の移動経路位置を示す。まず、第３
図（ａ）のように、感材１がＹ方向に移動し、描画ヘッ
ド３３が感材１の左下隅付近の原点位置にくる。

描画の開始とともに感材１は（−Ｙ）方向へ送られる（
第３図（ｂ））。したがって、最初のストリップにつき
描画がＹ方向へ進行し、感材１の（−Ｙ）方向の送りが
完了した時点では、第３図（ｃ）に示す状態となる。次
に、描画ヘッド３３がＸ方向に所定距離ΔＸだけ移動す
る（第３図（ｄ））。この距離ΔＸは、ストリップ間の
相互配列間隔に等しい距離とされる。

第２番目のストリップについての描画は、感材１をＹ方
向に送りつつ行なわれる（第３図（ｅ））。

そして、第２番目のストリップについての描画が第３図
（「）のように完了した後、以上の往復走査が繰返され
る。その結果、第３図（ｇ）に示すように、描画エリア
内の描画が順次に進行し、最終的には描画エリア内に所
望の画像が記録された状態となる。

（Ａ−２）電気的構成 第４図は、描画システム１００の電気的構成を示す概略
ブロック図である。マイクロコンピュータやその周辺装
置などで構成される図形入力装置６０では、所望の図形
の輪郭線を表現したベクトルデータが生成される。この
ベクトルデータは、各ストリップごとに分割されて分割
ベクトルデータＳｖとなり、描画制御装置７０に与えら
れる。

描画制御装置７０は、この分割ベクトルデータＳｖに基
づいて、走査線順次のラスターデータを発生する。そし
て、ラスターデータが０Ｎ１０ＦＦＮ１０ＦＦ変調器て
ＡＯＭドライバ７１に出力される。ＡＯＭドライバ７１
はこの変調信号ＳＭをＡＯＭドライブ信号ＳＭＤに変換
する。また、描画用レーザ光を偏向するための偏向信号
Ｓ、が発生され、これがＡＯＤドライバ７２によってＡ
ＯＤドライブ信号ＳＤＤへと変換される。これらのドラ
イブ信号Ｓ　、Ｓ　は、走査光学系２００の中ＭＤ　　
　ＤＤ に設けられているＡＯＭ　（音響光学変調器）２０７お
よびＡＯＤ　（音響光学偏向器）２１３へそれぞれ与え
られる。なお、走査光学系２００がマルチビーム走査系
であることに対応して、ＡＯＭ２０７は２個のＡＯＭ２
０７ａ、２０７ｂ　（第４図には図示せず）を有してお
り、信号Ｓ　、Ｓ　の　　　ＭＤ それぞれも２つの成分を含んでいる。

一方、描画制御装置７０は、走査光学系２００を（±Ｘ
）方向へ移動させるためのモータ３４と、感材テーブル
２１を（±Ｙ）方向へ移動させるためのモータ２３とに
対して、モータドライブ信号Ｍｘ、Ｍ、をそれぞれ供給
する。また、第１図のレーザ発振器４０等に関連して説
明したレーザＩＩｐＪ長器５０から、感材テーブル２１
のＸ−Ｙ方向の位置を表現した位置信号Ｓ　、Ｓ　が描
画制御装Ｙ 置７０へ入力される。描画制御装置７０は、これらの位
置信号Ｓ　、Ｓ　に同期して、上記変調器Ｙ 号Ｓ　や偏向信号Ｓｏを発生するようになっている。

第５図は走査光学系２００の内部構成を示す斜視図であ
る。Ａｒ　　レーザ発振器２０１から出射したシングル
レーザビームＬＢｏは、光量補正用ＡＯＭ２０２に与え
られる。このＡＯＭ２０２は、感材１上におけるビーム
スポット径を変更する際に、最適の露光状態が常に得ら
れるようにレーザビームの光量を補正する。その補正量
は感材１の特性に合わせてあらかじめ実験的に求めてお
けばよく、スポット径および、画素ピッチの種々の組み
合わせ値ごとにひとつの補正量が定められている。一般
には、単位面積当りの光量をほぼ一定とするために、例
えば、大きなポット径に対しては比較的大きな光量で露
光を行なわせて露光を確実にさせる。

ＡＯＭ２０２を出たレーザビームＬＢｏは、ミラー２０
３による反射を受けた後、ビームスプリッタ２０４にお
いて２つのレーザビームＬＢ　　。

ＬＢ、に分割される。これらのうち、第１のビームＬＢ
　　はミラー２０５で反射された後、集光しンズ２０６
ａを介してＡＯＭ２０７ａに与えられる。ＡＯＭ２・０
７ａはＡＯＭドライブ信号”ＭＤ（第４図）の第１の成
分に応答してビームＬＢ１を０Ｎ１０ＦＦ変調する。そ
して、変調後のビームＢｌはコリメータ２０８ａによっ
てコリメートされ、後述するマルチビーム調整器３００
に与えられる。

他方、ビームスプリッタ２０４で生成された第２のビー
ムＬＢｂは、集光レンズ２０６ｂを介してＡＯＭ２０７
ｂに与えられる。ＡＯＭ２０７　ｂはＡＯＭドライブ信
号ＳＭＤの第２の成分に応答してビームＬＢｂを０Ｎ１
０ＦＦ変調する。そして、変調後のビームＢ２はコリメ
ータ２０８ｂによってコリメートされ、ミラー２０９を
介してマルチビーム調整器３００に与えられる。なお、
マルチビーム調整器３００に入射する２本のビームＢ１
゜Ｂ２は互いに直角方向に進行している。

尚、これら２本の変調後のビームは、この実施例に限ら
ず、各々を別のレーザ光源（半導体レーザを含む）より
得る方法など、他の慣用される方法により得るようにし
てもよい。さらに、半導体レーザによる場合の変調は半
導体レーザ自体で行うことができるので、必ずしも変調
手段を別個に設ける必要はない。

（Ｂ−２）ビーム方向転換の原理 第６図は、マルチビーム調整器３００の構成の前提とな
るビーム方向転換の原理の説明図である。

マルチビーム調整器３００は、第５図に示すように、ビ
ーム方向転換素子３０１を有している。このビーム方向
転換素子３０１はビームスプリッタと同じ構成となって
おり、ハーフミラ−而３０２を有している。第１のビー
ムＢｌの一部分はハーフミラ−而３０２を透過して第６
図の直進ビームＢ　となる。また、第２のビームＢ２の
一部分がハーフミラ−面３０２で反射されて反射ビーム
Ｂ５となる。後述する規則に従って素子３０１に回転変
位を与えておくことにより、この２つのビームＢ　　、
Ｂ　　は素子３０１の後段側の所定点Ｐ。

ａ　　　　　　ｂ で互いに交差する。これらの２つのビームＢ、。

Ｂ、を周期的に偏向するためのＡＯＤ２１３がこの交差
点Ｐ。に配置されており、ＡＯＤ、２１３による偏向を
受けた後のビームＢ、Ｂ、が、スキャンレンズ２１６に
よって平行ビーム群に変換される。ただし、交差点Ｐｃ
とスキャンレンズ２１６との間の距離は、スキャンレン
ズ２１６の焦点圧Ｍｆと同一とされている。

このようにビームＢ　　、Ｂ　　を、交差点Ｐ。てｂ 交差する交差ビームへと変換するのは次の理由による。

まず、感材１の表面上において画素ピッチを任意に変更
するためには、第３０図で説明したように、感材１の表
面上における２つのビームスポット間の相互距離９を変
更し得るようにしなければならない。そのためには、走
査光学系２００内において、ビームＢ、Ｂｂ間の相互距
離を可変とするようなメカニズムが必要とされる。

しかしながら、ビームＢ、Ｂ、を直ちに平行ビーム群へ
と変換し４、それらの相互距離を変えるような構成を付
加したのでは、支障が生ずる。すなわち、２つのビーム
を単純に平行にすると、スキャンレンズ２１６を通過後
のこれらのビームは一点で結像して画素ピッチを所要の
値に設定することができなくなる。したがって、２本の
ビーム間に角度をつけることが必要とするが、このとき
、両ビームを交差点Ｐｃで交わるようにするのは次の理
由による。その第１は、ＡＯＤ素子を形成する結晶片は
あまり大きくないために、ＡＯＤ２１３の入射側アパー
チャの径は比較的小さいということである。また、第２
の事実は、感材１上においてビームを十分に絞るために
は、ビームＢｌ。

Ｂ２のビーム径をあまり小さくできないという事実であ
る。したがって、この第２の事実を考慮してビームＢ、
Ｂ２の径を比較的大きく設定し、■ これらのビームＢ、８２間に単に角度を与えただけでは
特に、交差点がＡＯＤの中心位置から離れれば離れるほ
ど第１の事実によってビームＢ１゜Ｂ２の双方がＡＯＤ
２１３に入ることができない。

また、ＡＯＤ２１３のかわりにポリゴンミラーなどを用
いた場合にも、ポリゴンミラーのミラー面の高さはあま
り大きくないため、平行ビーム群が常にミラー面で反射
されるように構成することは容易ではない。

そこで、この実施例では、ビームＢ　、Ｂ２を交差ビー
ムＢ’、Ｂｂへと変換し、その交差角θを変更すること
により、偏向後のビームＢ　　、Ｂｂをスキャンレンズ
２１６で平行ビーム群へと変換した際の相互距離！Ｑ、
ｌたがって感材１上でのスポット相互距離Ｉ）を変えよ
うとしているのである。この場合、上述した理由により
ＡＯＤ２１３は交差点Ｐｃに配置され、交差角θが変化
しでもビームＢ、Ｂｂは確実にＡＯＤ２１３に人射可能
である。もつとも、交差点Ｐ。とＡＯＤ２１３の中心点
とを完全に一致させる必要はなく、ＡＯＤ２１３の入射
側アパーチャが交差点Ｐ。と一致するようにしてもよい
。ＡＯＤ２１Ｂのかわりにポリゴンミラーやガルバノミ
ラ−を用いる場合には、それらのミラー面を交差点Ｐ。

に配置する。また、スキャンレンズ２１６の焦点位置を
交差点Ｐｃと一致させているのは、交差角θが変化して
も、スキャンレンズ２１６の後段側では常に平行ビーム
群が得られるようにするためである。

次に、２つのビームＢ、Ｂｂが常に交差点Ｐ。で交差す
るという条件を満足させつつ、交差角θを任意に変える
ための規則について解析する。

この実施例では、所定点ＣＲを中心として素子３０１に
回転変位を与え、それによって交差角θを変えるように
構成する。この場合、ビーム方向転換素子３０１の基準
位置（つまりハーフミラ−面３０２が第７図の位置３０
２ａに存在する場合の素子３０１の位置）と回転中心Ｃ
Ｒとの距離をＡとしたとき、素子３０１の基準位置と交
差点Ｐ。

との光路長ａに対して、上記距離Ａをどのように定めれ
ばよいかを決定する必要がある。

第７図はこの解析のための図であり、素子３０１（図示
せず）が回転中心ＣＲのまわりに角度βだけ回転し、そ
の状態においてビームＢ、Ｂｂが交差点ＰＣで角度θを
なして交差したものと仮定した図である。ただし、補助
線等は次のように定義されている。

ＰＲ・・・ハーフミラ−面３０２上のビームＢ２の反射
点、 Ｆ　・・・点ＰＲを通り、ビームＢ１の光軸に平行な線
、 Ｆｓ・・・ハーフミラ−面３０２の法線、Ｆ　・・・ビ
ームＢ２の入射方向とπ／４の角度をなす線、 α・・・ビームＢ２の入射方向と直線ＦＮとのなす角度
、 ｈ・・・ビームＢ１の光軸から見た点ＰＲの高さ。

このとき、直線ＦＮとＦＨとのなす角度は（α−θ）と
なり、また直線ＦＩＩとビームＢ２の進行方向とのなす
角はπ／２であることから（５）式が成立する。

（α−θ）＋α＼−π／２　　　　・・・（５）また、
直線Ｆ４５とＦＩＩとのなす角度はπ／４であるから、
（８）式が成立する。

（α−θ）＋β　−π／４　　　　・・・（６）（５）
　、　（８）式からαを消去すると（７）式が得られる
。

β　　　−θ　／　２ 一方、次の（８）　、　（９）式が成立する。

ｔａｎ　　β　　　簡　　　ｈ／Ａ ｔａｎθ−ｍｈ／ａ したがって、（７）、（８）式より、 ・・・（７） ・・・（８） ・・・（９） Ａ−ｈ／ｌａｎβ −ｈ／１ａｎ（θ／２） −ｈｆ「＝τｏｓ＃／ｒτ訂Ｔ　・・・（１０）となり
、（９）式から得られる関係式：ｃｏｓθ　−ｃｏｓ　
［Ｌａｎ−’　（ｈ　／　ａ　）］　　−（１１）を（
１０）式に代入して整理すると、 Ａ　　−ｍ　＋　ａ　　　　　・（１２）が得られる。

（１２）式がａに対する距ｆｉＡの依存性を示す式であ
るが、Ｊｌａ、ｈの値は、たとえば、ａ　　　　ｍ　　
　　３００　　ａｍ　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　−（１８）ｈ　　−０，０４龍　　　
　　　　　　・・・（１４）のように定められる。した
がって、ａに対してｈは高次微小量であり、（１３）式
は非常に高い精度において、 Ａ　　念　　２ａ　　　　　　　　　　　　　　　　　
・・・（１５）と近似できる。したがってこの実施例で
は、ハーフミラ−面３０２の基準位置３０２ａとＡＯＤ
２１３の位置との間の光路長ａに対して、その２倍の距
離だけ基準位置３０２ａから離れた点を回転中心とする
。このため、第４図のマルチビーム調整器３００は、こ
のような回転変位を素子３０１に与えるべく、後述する
ような構成とされている。

ところで、素子３０１は第７図の上方に並進移動するの
ではなく、回転中心ＣＲのまわりに回転するのであるか
ら、交差角θが０でない場合における反射点ＰＲはハー
フミラ−面３０１の中心からずれている。第８図はこの
事情を誇張して描いた図であり、素子３０１を仮想的に
上方へ並進してその中心まわりに回転した場合（実線）
と、２点鎖線で示すように、上記の回転中心ＣＲまわり
に回転させた場合（破線）とが示されている。また、第
９図は第８図の反射点ＰＲ付近の拡大図であり、第８図
および第９図中の補助線等の定義は次の通りである。

Ｊ・・・実線で描かれた素子３０１についての、ハーフ
ミラ−面３０２の中心点。

Ｋ・・・破線で描かれた素子３０１についての、ハーフ
ミラ−面３０２の中心点。

ＰＣＢ（第８図）・・・実際のビーム交差点の位置であ
り、上記ずれによって、理想的な交差点ＰｃからΔａだ
け変位している。

ＦＬ・・・実線の位置に素子３０１が存在する場合のビ
ームＢ、の光路。

Ｆｎ・・・破線の位置に素子３０１が存在する場合のビ
ームＢｂの光路。

ΔＨ・・・２つの光路Ｆ　　、Ｆ　　の上下方向距離、
Ｂ Ｔ・・・点Ｋから直線ＰＲＪへ下した垂線の足。

ｅ、ｇ、・・・第９図に示す各距離。

これらのうち、距離ｇは、第８図から、ｇ　　＝　　２
ａ−２ａｃｏｓβ 一２ａ（１−ｃｏｓβ）　　　　　・（１Ｂ）となる。

またＺＰＲＫＴは、ハーフミラ−面３０２のβ回転に伴
って、 ＺＰＲＫＴ　−π／４＋β　　　　・・・（１７）とな
る。したがって、 ΔＨ■Ｐ　ＲＴ　　ｅ −ｇｔａｎ（π／４＋β）−ｇｔａｎβ−ｇ　［ｔａｎ
　（π／４＋β）　　−ｔａｎβ］１−ｔａｎβ ・・・（１８） が得られる。

また、第８図より、 Δ　ａ　　　　−Δ　Ｈ／ｊａｎ（２β　）　　　　　
　　　−（１９）である。

角度βは比較的小さな値とされるため、近似式：％式％
（２０） が成立する。したがって、（１８）〜（２２）式を用い
ると、 Δａ”ａβ（１＋β２）／［２（１−β）］・・・（２
３） となり、βについて主要項のみを残すと、Δａ　諷　ａ
β／２　　　　　　　　・・・（２４）となる。具体的
には、 ａ　　　　■　　　　３００　−鳳　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・
　（２５）ｈ　　　　　−０，０４ｍ璽　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・　（２
６）とすると、 β　億　ｔａｎβ −ｈ／　（２ａ） −（２／３）Ｘ　１０−’　　　　　　・・・（２７）
であるため、（２４）　、　（２５）　、　（２７）式
より、Δａ　〜　１０−２　　　　　　　　　・・・（
２８）となり、この偏差Δａは十分に小さい。つまり、
反射点ＰＲがハーフミラ−面３０１の中心からずれてし
まうことによる誤差は実質的に無視可能である。換言す
れば、Ａ−２ａの関係によって定まる回転中心ＣＲのま
わりに素子３０１を回転させれば、ビームＢ、Ｂ、は常
に点ＰＣで交差すると考えてよい。

（Ｂ−３）マルチビーム調整器３００の構成第１０図は
、以上の原理に従って構成したマルチビーム調整器３０
０の斜視図である。また、第１１図はその概念的側面図
である。第１０図において、このマルチビーム調整器３
００は、ビーム方向転換素子３０１と、この素子３０１
に結合してそれに回転変位を与えるための一体型切り欠
きリンク機構３０３とを有している。切り欠きリンク機
構３０３は一体の金属ブロック板などの弾性体を加工し
て得られたものであって、矩形に配列した外枠メンバ３
１１〜３１４が固定部を形成している。第１０図の右側
に立設しているメンバ３１４からは水平方向にアームメ
ンバ３１５．３１６が伸びており、それらの間の境界は
切り欠き部３２１．３２２となっている。また、これら
のアームメンバ３１５，３１６の左端は、切り欠き部３
２３．３２４を介してセンタメンバ３１７に連なってい
る。

左下側の切り欠き部３２４に隣接して切り欠き部３２５
が設けられ、この切り欠き部３２５から右方へと他のア
ームメンバ３１８が伸びている。

このアームメンバ３．１８は切り欠き部３２６を介して
外枠メンバ３１１に連結している。また、このアームメ
ンバ３１８の右端部は、切り欠き部３２７を介してピエ
ゾ素子３３０に結合している。

さらに、右側の外枠メンバ３１４には支持部材３３１が
取付けられており、この支持部材３３１で支持されたマ
イクロメータ３３２を操作することにより、ピエゾ素子
３３０は上下方向に変位する。

センタメンバ３１７にはビーム方向転換素子３０１が固
定されている。第１０図の左側から入射する第１のビー
ムＢｌは外枠メンバ３１２とセンタメンバ３１７とに設
けられた貫通孔３４１を通して素子３０１に至り、ハー
フミラ−面３０２を透過した成分が、外枠メンバ３１４
および支持部材３３１に設けられた貫通孔３４２を通っ
てビームＢ　となる。また、上方から与えられる第２の
ビームＢ２は、外枠メンバ３１３とアームメンバ３１５
とに設けた貫通孔３４３を通ってハーフミラ−面３０２
に至る。このビームＢ２のうち、ノ１−フミラー面３０
２で反射した成分は貫通孔３４２を通ってビームＢｂと
なる。

切り欠きリンク機構３０３は弾性体で形成されているが
、切り欠き部３２１〜３２７以外の部分は比較的大きな
断面を持っており、切り欠き部３２１〜３２７のみで弾
性的なたわみを生ずる。このため、この切り欠きリンク
機構３３０は、切り欠き部３２１〜３２７をリンク節と
し、メンバ３１５〜３１８をアームとするりンンを形成
している。

第１１図に示すように、切り欠き部３２１と３２３との
間にはΔＵだけの高低差がある。同様に、切り欠き部３
２２と３２４との間にも高低差ΔＵがある。このため、
切り欠きリンク機構３０３を模式的に表現した第１２図
において、アームメンバ３１５と３１６とのそれぞれの
延長線は一点ＣＡにおいて交差する。また、メンバ３１
５．３１６．３１７によって４節リンク機構３４０が形
成され、切り欠き部３２６を支点とするテコ３４１がこ
の４節リンク機構３４０に結合している。そして、この
リンク機構によるビーム方向転換素子３０１の変位が前
記距＃１２ａに比してほぼ無視できる程度に各メンバの
長さが設定されている。したがって、４節リンク機構３
４０にリンク運動を与えたときには、センタメンバ３１
７（したがって素子３０１）が、点ＣＡを瞬時の回転中
心として回転する。このため、素子３０１と点ＣＡとの
距離が上記距１！！１２ａとなるように切り欠きリンク
機構３０３の各部分のサイズを定めておけば、点Ｃを第
６図の回転中心ＣＲとして、第６図に相当する回転変位
を素子３０１に与えることができる。

一方、第１２図のテコ３４１は、ピエゾ素子３３０によ
って駆動される。たとえばピエゾ素子３３０に伸びを与
えて切り欠き部３２７に押下刃ＦＰを加えると、テコ３
４１の左端に存在する切り欠き部３２５には押上刃ＦＬ
が生じ、その結果、センタメンバ３１７には回転力ＦＣ
が加わる。そして、それによって素子３０１は回転中心
ＣＡ−ＣＲのまわりに回転変位する。なお、第１０図の
マイクロメータ３３２は、素子３ｎｌの初期位置を定め
るにあたっての粗調用である。

ピエゾ素子３３０の伸長量ΔＬ、（図示せず）と交差角
θ（第６図）との関係は、例えば有限要素法に基づく解
析によってあらかじめ知っておくことが可能である。実
施例において採用された切り欠きリンク機構３００では
、次の（２９）式が成立するようなサイズを有している
。

θ−２β−３゜０ΔＬｐ　　　　　　　　・・・（２９
）このため、所望の交差角θを得るための伸長量ΔＬｐ
が、（２９）式に従ってピエゾ素子３３０に付与される
。

（Ｂ−４）ビームＢ　　、Ｂ　　の偏向第５図に戻って
、このようにしてマルチビーム調整器３００で得られた
ビームＢ、Ｂ、は、ミラー２１０による反射を受けた後
、ＡＯＤ２１Ｂ内の交差点Ｐｃにおいて互いに交差する
。ただし、第５図においては、図示の便宜上、この交差
状態は示されていない。また、第６図において定義した
距離ａは、第５図の素子３０１からＡＯＤ２１３に至る
までの光路長に相当する。さらに、第５図の構成で・は
、ミラー２１０においてビームＢ　。

Ｂ、の進行方向が変化するが、第６図の回転中心ＣＲは
、第５図のマルチビーム調整器３００とミラー２１０と
を結ぶ直線をそのまま延長した先に存在する（第５図で
は図示せず）。

ＡＯＤ２１３は、２つのビームＢ、Ｂｂを偏向方向ＤＦ
ｏへ周期的に偏向する。偏向後のビームＢ　　、Ｂｂは
スキャンレンズ２１６に至り、このスキャンレンズ２１
６において、交差角θに応じた相互間隔を持つ相互平行
ビームとなる。そして、このように平行化されたビーム
Ｂ、Ｂｂはミラー２１７で反射され、描画ヘッド３３内
へ入射する。

尚、マルチビーム調整器３００で得られたビームＢ　　
、Ｂｂは、慣用されるビームエキスパンダにより適宜そ
の光束を変えることができるが、この場合、こちらによ
るビームのゆがみを考慮して前記の回転中心Ｃ１ひいて
はＡＯＤ２１３の位置を決めればよい。

（Ｂ−５）偏向方向調整器４００ 描画ヘッド３３の初段部には、偏向方向調整器４００が
配置されている。この偏向方向調整器４００は、ペチャ
ンプリズム４０１とプリズム回転機構４０２とを備えて
いる。周知のように、ペチャンプリズム４０１は「像回
転プリズム」の１種であり、ペチャンプリズム４０１を
その中心軸まわりに回転させると、ペチャンプリズム４
０１を介して得られる像は、プリズム４０１の回転角の
２倍の角度だけ回転する。このため、第１３図に示すよ
うに、ペチャンプリズム４０１を角度φだけ回転させる
と、ビームＢ、Ｂ、の偏向方向ＤＦｏは角度２φだけ回
転し、ペチャンプリズム４０１の後段側における偏向方
向はＤＦとなる。

第１４図は偏向方向調整器４００の具体例を示す斜視図
であり、第１５図はその正面図である。

この偏向方向調整器４００においては、偏向方向回転手
段としてのペチャンプリズム４０１と、このペチャンプ
リズム４０１自身をその中心軸まわりに回転させること
によりビームＢ、Ｂｂの偏向方向を自在に回転させるプ
リズム回転機構（回転角変更手段）４０２とが相互に結
合されている。

プリズム回転機構４０２は、矩形の外枠体４０３の４隅
から板バネ４０４〜４０７を内側に向けて内向き放射線
状に張り出し、この板バネ４０４〜４０７によって内枠
体４０８を支持している。

内枠体４０８の内部にはペチャンプリズム４０１が固定
されており、ペチャンプリズム４０８の上面にはミラー
４０９が取付けられている。また、内枠体４０８と外枠
体４０３との間には、水平方向に２本のピエゾ素子４１
０，４１１が介挿されている。この２本のピエゾ素子４
１０，４１１のそれぞれの両端には切り欠き部４１２〜
４１５（第１５図）を有する弾性メンバが設けられてい
る。また、ピエゾ素子４１０，４１１のそれぞれの取付
は高さは互いに異なり、第１５図に示すように、ペチャ
ンプリズム４０１の中心点ｚｏの高さからそれぞれ上方
および下方に同一距離Δ２だけずれている。その結果、
ピエゾ素子４１０，４１１を同一量だけ伸長させると、
その仲良力によってペチャンプリズム４０１に偶力が働
き、ペチャンプリズム４０１は中心点ｚｏのまわりに回
転する。また、ピエゾ素子４１０，４１１への駆動信号
を不活性化すると、板バネ４０４〜４０７の弾性力によ
ってペチャンプリズム４０１は初期位置（角度）へと戻
る。

外枠体４σ２の上辺部には、半導体レーザ発振器４１６
とビームスプリッタ４１７とが取付けられている。レー
ザ発振器４１６から出射したレーザビームＬｓ　（第１
５図）は、ビームスプリッタ４１７で反射された後に透
孔４１８を介してミラー４０９に到達する。ミラー４０
って反射されたレーザビームＬｓは上方へと向い、ビー
ムスプリッタ４１７および透孔４１９を経て、外枠体４
０３の上方に固定されているＰ　Ｓ　Ｄ　（ＰｏｓｌＬ
ｌｏｎ　Ｓｏｎｓｌｎｇ　Ｄｅｖｔｃｅ）　４２０へと
至る。したがって、ピエゾ素子４１０，４１１の駆動に
よってペチャンプリズム４０１が回転すると、その回転
角φ（第１４図および第１５図には図示せず）が、ＰＳ
Ｄ４２０上の光スポットの位置変位として検出される。

第１６図は、偏向方向調整器４００の制御ブロック図で
ある。描画制御装置７０に対して所望の画素ピッチＰの
値が入力される。描画制御装置７０では、この画素ピッ
チＰに基づいて、走査線の傾きを補償するための補償角
δを演算して求める。

すなわち、画素ピッチＰに対応するビーム偏向速度をＶ
　とし、Ｙ方向の感材送り速度をＶ、としたとき、補償
角δは δ　−（Ｖ　　／Ｖｘ）　　　　　　　　−（Ｈ）のよ
うに定まる。なお、速度ｖ　、■　と画素ピＹ ッチＰとの間には、 Ｖ　τ　　−Ｐ　　　　　　　　　・・・（３１）ｘ Ｖ　τ　　−２Ｐ　　　　　　　　・・・（３２）Ｙ の関係があり、τ　、τＹはそれぞれ、Ｘ方向およびＹ
方向についての走査クロックのクロック周期である。そ
して画素ピッチＰを変更するときには、たとえばτ　と
Ｖｙとが変更される。また、描画制御装置７０からは、
現在描画中のストリップが奇数番目のストリップか偶数
番目のストリップかを示すストリップ指示信号Ｓ。が与
えられている。

指令値発生回路４４０では、補償角δからペチャンプリ
ズム回転角φ。を演算して求める。第１３図で説明した
偏向方向回転の原理に従って、この角度φ。は、 φ０−　γ（δ／　２　）　　　　　　　−＝　（３３
）で与えられる。ただし、係数γは、描画中のストリッ
プが奇数番目のストリップのとき（＋１）であり、偶数
番目のストリップのとき（−１）である。

一方、周知のように、ＰＳＤ４２０からは、その中に設
けられている一対の電極から一対の検出信号Ｓ、Ｓ２　
（第１６図）が出力される。周知のＰＳＤ信号処理回路
４３０ではこれらの検出信号Ｓ　　、ｓ２に基づいて、
ＰＳＤ４２０の検出面上における光スポツト変位Δｔを
演算して求める。

また、この光スポツト変位Δｔを２１．（Ｊ２．はミラ
ー４０９とＰＳＤ４２０との距離）で除算し、ペチャン
プリズム４０１の実際の回転角φを求める。この除算に
おいて係数“２”があるのは、プリズム４０１の回転角
φの２倍が検出ビームＬ８の偏向角となって０るためで
ある。

この実際の回転角φの値と指令回転角φ。の値とはＰＩ
Ｄ制御回路４４２に取込まれる。ＰＩＤ制御回路４４２
はこれらの偏差（φ。−φ）についての比例信号、積分
信号および微分信号を生成し、それらの組合せとしての
ＰＩＤ制御信号Δφをピエゾドライバ４４３に出力する
。そして、ピエゾドライバ４４３はピエゾ素子駆動信号
ｓＰｚを発生し、それによってピエゾ素子４１０，４４
１を同一量だけ伸縮させる。

以上のようなりローズドループ制御を行なうことにより
、ペチャンプリズム４０１の回転角φは指令値φ。と一
致するようになり、さらに、ピエゾ素子のヒステリジア
スのによる影響も除外され、その結果としてビームＢ、
Ｂ、の偏向方向も角度δ（−２φ。）だけ回転する。も
っとも、偏向方向調整器４００の制御にあたっては、オ
ープンループ制御を行なってもよい。ただし、ピエゾ素
子にはヒステリシスが存在するため、回転角φを変化さ
せる際にはいったんピエゾ素子駆動信号ＳＰＺを“０°
として、ピエゾ素子４１０，４１１の原点復帰を行なわ
せることが望ましい。

（Ｂ−６）可変集光機構５００ 再び第５図に戻って、偏向方向回転後のビームＢ　　、
Ｂｂはリレーレンズ２１８を介して可変集光機構５００
に与えられる。第１７図はリレーレンズ２１８の機能を
示す図であり、便宜上、ペチャンプリズム４０１はその
配置位置のみが示されており、また第５図のミラー２１
７は省略されている。第１７図に示すように、スキャン
レンズ２１６を出た後のビームＢ、Ｂ、は相互に平行な
ビームであり、ビームＢ、Ｂ、のそれぞれは収東光束と
なっている。そして、それぞれの収束点Ｆ　　、Ｆｂの
位置にペチャンプリズム２１８が配置される。なお、ペ
チャンプリズム２１８による光路長骨を配慮すれば、こ
のＦ　　、Ｆｂに限ることなく、偏光後の位置であれば
、適宜配置することができる。リレーレンズ２１８によ
ってビームＢ、Ｂ、は交差光とされ、後述する対物レン
ズ５０１（または５０２〜５０４）によって、ビームＢ
、Ｂｂは感材１上に集光される。このように、スキャン
レンズ２１６とリレーレンズ２１８とによる２段集光を
行なうのは、単一のスキャンレンズ２１６のみによって
集光を行なうよりも設計の自由度が増加するためである
。

一方、第５図の可変集光機構５００では、焦点距離が互
いに異なる複数個の対物レンズ５０１〜５０４の配列を
穴あき円板状のレンズホルダ５０５で保持している。レ
ンズホルダ５０５の外周面は歯車面となっており、この
歯車面と駆動ギア５０８の歯車面とが噛合している。駆
動ギア５０８は駆動モータ５０７で回転駆動され、それ
によってレンズホルダ５０５は軸５０６のまわりに回転
する。

このようなターレット式のレンズホルダ５０５において
ひとつの対物レンズ（たとえば５０１）が選択され、そ
の対物レンズ５０１がビームＢａ。

Ｂ、の光路内に回転移動する。そして、対物レンズ５０
１固有の縮小率でビームＢ、Ｂｂが感材１上に縮小投射
される。また、他の対物レンズ５０２を選択し、それに
よってビームＢ、Ｂｂを集光すると、感材１上でのビー
ムＢ、Ｂ、のスポットＳＰ　　、ＳＰｂ　（１７図）の
サイズと相互距離量とが変化する。したがって、この実
施例では、スポットｓｐ、ｓｐｂのサイズは、対物しン
ズ５０１〜５０４の中からの選択自由度に応じて４通り
に変更可能である。

尚、上記の「スキャンレンズ２１７とリレーレンズ２１
８」又は［リレーレンズと対物レンズは、各々、ズーム
レンズなどの焦点距離可変の光学系で構成してもよい。

（Ｂ−７）実施例の総括 以上の構成において、可変集光機構５００における対物
レンズの選択変更を通じてスポットＳＰ、、ｓｐｂのサ
イズと相互距離ｐとを、たとえば、サイズ　：ｄｉ−４
ｄ２ 距　　離　　＝　　１１　→　ｆＩ２ のように変更するとともに、マルチビーム調整器３００
によって距離１２を１、へと戻すように交差角θを変更
すれば、結果としてスポットサイズのみを変更可能であ
る。また、対物レンズの変更は行なわずに交差角θのみ
を変更すれば、距離ｐのみの変更が達成され、それによ
って、スポットサイズを固定したままで画素ピッチの変
更が可能となる。

さらに第１８図（ａ）に示すように感材１が（−Ｙ）方
向へ送られるときには、偏向方向調整手段４００によっ
て、Ｘ軸から右下りに測った角度δだけビーム偏向方向
を変化させる。すると、感材１の表面上で見た場合には
、感材１の送りによる走査線の傾きが補償されて、第１
８図（ｂ）のようにＸ方向に平行な走査線が得られる。

感材１が（＋Ｙ）方向に送られる場合（第１８図（ｃ）
）には、補償角δの方向を反転させれば、やはり第１８
図（ｂ）の走査線が得られる。画素ピッチの変更に伴っ
て走査速度を変更するごとに、補償角δの大きさも変化
させる。

Ｃ１変形例 （ｃ−１）　３本以上のビーム使用 この発明は、２本のレーザビームを用いる場合に限らず
、３本以上のレーザビームを用いて描画を行なう装置に
も適用可能である。たとえば第１９八図に示す３本のビ
ーム８１〜Ｂ３を交差ビームＢ　　−Ｂ　　へと変換す
る場合、ハーフミラ−面ａ　　　　　　Ｃ ３０２，３０２Ｂをそれぞれ有する２つのビーム方向転
換素子（図示せず）によって、ビームＢ２と８３とのそ
れぞれの進行方向を転換する。そして、第１０図の切り
欠きリンク機構３３０と同様の機構を２つの準備し、ハ
ーフミラ−而３０２、．３０２Ｂとを個別に回転変位さ
せる。ただし、ハーフミラ−面３０２　．３０２Ｂと交
差点Ｐｃとのそれぞれの距離は互いに異なるため、回転
中心までの距離は互いに異なる値とされる。このように
すると、交差角θ　　θ　のそれぞれを任意１２’　　
　１３ に変更することができる。

なお・、３本以上のビームを用いる場合、感材１上にお
けるそれらのスポット間隔は必ずしも同一でなくてもよ
い。一般に、ｍ本（ｍ≧２）のビームを用いる場合、そ
れらの感材１上における相互距離９．１　、・・・、１
４．（第１９Ｂ図）が、ｆｌ　　−［ｍＩｊ＋　（Ｊ　
　１）］Ｐｌｊ （ｊ−２〜ｍ、１ｊは自然数）　・・・（３３）を満足
するように選択すれば、１回のビーム偏向ごとに画素ピ
ッチＰのｍ倍の距離だけ感材１を移動させることにより
、描画エリアの全体をカバーする描画が可能である。こ
れは、走査線の配列をｍ本ごとに区分し、各区分内にお
いてｉ番目（１≦ｉ≦ｍ）の走査線はｉ番目のビームで
走査するという規則に対応している。このため、上記（
３３）式の条件下で任意にスポット間距離を変更すれば
よい。

（ｃ−２）マルチビーム調整器３００の変形マルチビー
ム調整器３００は、ビーム方向転換素子３０１に回転変
位を与えるように構成されればよい。このため、第２０
図に示すように、素子３０１をステージ３７０上に固定
し、切り欠きリンクを介してピエゾ素子３７１，３７２
でこのステージ３７０を支持する構造でもよい。この場
合、ピエゾ素子７１，３７２の伸長量を互いに異なった
ものとすることにより、素子３０１は図のθ８方向に回
転変位する。

また、第２１図に示すように、アーム３８１〜３８３を
順次に結合した４節リンク機構を用いれば、アーム３８
１，３８３のそれぞれの延長線の交点ＰＲを回・転中心
として素子３０１が回転変位する。

（ｃ−３）偏向方向調整器４００の変形像回転プリズム
としては、ペチャンプリズムのほかにたとえばダブプリ
ズム４５０（第２２図）がある。したがって、第１４図
のプリズム回転機構４０２を用いてこのダブプリズム４
５０をその中心軸まわりに回転させることにより、偏向
方向ＤＦを変更してもよい。ただし、ダブプリズム４５
０に収束ビームを通すと非点収差が発生するため、ダブ
プリズム４５０を用いた偏向方向調整器は、第５図のビ
ームエキスパンダ２１４とスキャンレンズ２１６との間
に設けることが望ましい。

ダブプリズム４５０を用いた偏向方向調整器をスキャン
レンズ２１６の後段に配置する場合には、第２３図に示
すように、非点収差補正用レンズ４５１をスキャンレン
ズ２１６の前段側に設けておく。ペチャンプリズム４０
１の場合にはこのような非点収差は生じないため、ＡＯ
Ｄ２１３から可変集光機構５００までの区間の任意の位
置に設置可能である。

ダブプリズム４５０は、第２４図に示すように、３枚の
ミラー４５２〜４５４と等価である。このため、この３
枚のミラー４５２〜４５４の相対位置を変えずにこれら
を回転させてもよい。

レーザビームＢ、Ｂ、の偏向方向を変化させるには、第
２５図に示すようにミラー４５５を用いてもよい。ミラ
ー４５５をφ　方向に回転すると偏向方向ＤＦもまた回
転する。ただし、ミラー４５５ではその回転に伴ってビ
ームＢ、Ｂｂの反射位置が変位するため、ミラー４５５
で”の反射後でのビームＢ、Ｂｂの光軸がずれる。この
ため、ペチャンプリズム４０１やダブプリズム４５０を
用いる方が望ましい。

第２６図はペチャンプリズム４０１を回転させるための
他の機構４６０を示す。この機構４６０は、ウィンドウ
４６１を有する円板４６２を使用し、ウィンドウ４６１
内にペチャンプリズム４０１を収容している。円板４６
２は基台４６３上に回転自在に取付けられ、ピエゾ素子
４６３の伸縮によってその中心軸まわりに回転する。そ
の結果、ペチャンプリズム４０１もφ方向に回転する。

第２７図に示すさらに他の機構４７０では４節切り欠き
リンク機構４７１をピエゾ素子４７２で駆動する。ただ
し、斜辺を構成する２つのアームメンバ４７３．４７４
のそれぞれの延長線はペチャンプリズム４０１の中心点
Ｚｏで交差するようになっている。この機構４７０によ
れば、ピエゾ素子４７２の伸縮に伴って、ペチャンプリ
ズム４０１がその中心点２゜まわりに回転する。

第２８図はダブプリズム４５０を回転させる機構の他の
例を示す。ダブプリズム４５０をステージ４８１上に固
定し、このステージ４８１を２本のピエゾ素子４８２．
４８３で支持する。ピエゾ素子４８２，４８３を互いに
逆方向に伸縮させることにより、ダブプリズム４５０を
回転させることができる。なお、第２６図〜第２８図に
示した各機構は、ペチャンプリズム４０１およびダブプ
リズム４５０のいずれにも適用可能である。

第２９図は、第２５図のようなミラー４５５を用いて偏
向方向を回転する機構の例を示す。三角柱の形状を有す
るステージ４９１をピエゾ素子４９２．４９３で支持し
、このピエゾ素子４９２゜４９３を互いに逆方向に伸縮
させることにより、ミラー４５５が回転する。

（ｃ−０他の変形例 画素ピッチの変更に伴う走査線の傾きは、上述のように
偏向方向調整器４００を用いて補償することが好ましい
。しかしながら、感材１の送り速度ＶＹが比較的小さく
、かつ描画走査が一方向走査の場合などには、傾き補償
を行なわなくても実用に耐えることがある。このため、
偏向方向調整器４００を省略した構成もこの発明の範囲
に含まれる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明の第１の構成によれば、
偏向手段における複数の光ビームの交差角を可変として
複数の光ビームの相互距離を任意に変え得るようにして
いるため、感材上における画素ピッチを、スポットサイ
ズとは独立に変更可能である。また、複数の光ビームは
常に偏向手段において交差するため、光ビームの相互距
離を変更する場合にも、光ビームが偏向手段からそれて
しまうこともない。

また、第２の構成によれば、焦点距離可変光学系を用い
て集光手段を構成しているため、この集光手段と上記第
１の構成との組合わせによって、スポットサイズもまた
独立に変更可能となる。

さらに、第３の構成によれば、画素ピッチの変更に伴っ
て走査線の傾き角が変化した場合にも、その傾きを常に
補償することができる。往復走査の場合には、往復いず
れにおいても走査線の傾ききを補償できるため、描画の
高速性を確保するための往復走査において、感材上に得
られた画像のゆがみを防止可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例である走査光学系２００
を組込んだ描画システム１００の斜視図、第２図および
第３図は、描画システム１００における感材１の走査原
理の説明図、 第４図は、描画システム１００の電気的構成の概略を示
すブロック図、 第５図は、走査光学系２００の構成図、第６図から第９
図は、ビーム方向転換素子３０−ム調整器３００の斜視
図、側面図および機構模式図、 第１３図はペチャンプリズム４０１の説明図、第１４図
および第１５図はそれぞれ、偏向方向調整器４００の斜
視図および正面図、 第１６図は、偏向方向調整器４００の制御ブロック図、 第１７図は、走査光学系２００の内部におけるレーザビ
ームの光路の説明図、 第１８図は、走査線の傾き補償の説明図、第１９Ａ図は
、３本のレーザビームを用いた場合の交差角変更の説明
図、 第１９Ｂ図は、任意の本数のレーザビームを用いた場合
のスポット間隔の説明図、 第２０図および第２１図は、マルチビーム調整器の変形
例の説明図、 第２２図は、ダブプリズム４５０の説明図、第２３図か
ら第２９図は、偏向方向調整器の変形例の説明図、 第３０図は、マルチビームによる描画の説明図、第３１
Ａ図から第３１Ｃ図は、走査線の傾きの説明図である。 １・・・感材、２・・・描画エリア、 ２８〜２ｚ・・・ストリップ、　　３３・・・描画ヘッ
ド、１００・・・描画システム、　２００・・・走査光
学系、２０７　ａ、２０７ｂ−ＡＯＭ。 ２１３・・・ＡＯＤ。 ３００・・・マルチビーム調整器、 ３０１・・・ビーム方向転換素子、 ３０２・・・ハーフミラ−面、 ３０３・・・切り欠きリンク機構、 ４００・・・偏向方向調整器、 ４０１・・・ペチャンプリズム、 ４０２・・・プリズム回転機構、 ５００・・・可変集光機構、 ５０１〜５０４・・・対物レンズ、 Ｂ、Ｂｂ・・・レーザビーム、

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）変調された複数の光ビームからなるビーム群を周
   期的に偏向し、偏向された前記ビーム群によって感材を
   走査しつつ、前記感材と前記ビーム群とを相対的に移動
   させて、前記感材上の描画領域を順次に露光するために
   使用される走査光学系であって、 （ａ）変調された前記複数の光ビームを、所定点で交差
   する第１の光ビーム群へと転換するビーム方向転換手段
   と、 （ｂ）前記ビーム方向転換手段に結合されて、前記ビー
   ム方向転換手段に回転変位を与えることにより、前記所
   定点における前記第１の光ビーム群の交差角を変化させ
   る交差角変更手段と、 （ｃ）前記所定点に配置されて、前記第１の光ビーム群
   を周期的に偏向し、それによって第２の光ビーム群を生
   成する偏向手段と、 （ｄ）前記第２の光ビーム群に属する光ビームのそれぞ
   れを前記感材上に集光する集光手段と、を備えることを
   特徴とする走査光学系。
2. （２）集光手段は、焦点距離可変光学系を具備してなる
   請求項１記載の走査光学系。
3. （３）請求項１又は請求項２記載の走査光学系であって
   、さらに、 （ｅ）前記偏向手段と前記集光手段との間に介挿されて
   、当該第２の光ビーム群の偏向方向を回転させる偏向方
   向回転手段と、 （ｆ）前記偏向方向回転手段に結合されて、前記偏向方
   向回転手段を回転させることにより前記第２の光ビーム
   群の偏向方向の回転角度を変化させる回転角変更手段と
   、 を備える走査光学系。