JPH031586A - レーザ光量の制御方法 - 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〉 本発明は、レーザプロッタや製版用スキャナなどに使用
されるレーザ光源の光量の制御方法に係り、特に、レー
ザ光量を光学素子の組合せからなる光量調整ユニット中
の特定の光学素子を変位させることによって制御する技
術に関する。

〈従来の技術〉 従来、レーザ光量を光学的に制御する手段として次のよ
うな光量調整ユニットが用いられている。

例えば、 ■　光路上に２枚の偏光フィルタを配置し、その中のレ
ーザ光源側の偏光フィルタを所要の角度だけ回転させる
ことによって、その光ｌ！整ユニットからの出射光の光
量を調整するユニットや、■　レーザ光源側に１／２波
長板を、その後方に偏光ビームスプリフタをそれぞれ配
置し、前記１／２波長板を回転させることによって出射
光の光量を調整するユニットや、 ■　レーザ光源側に偏光フィルタを、その後方に偏光ビ
ームスプリフタをそれぞれ配置して、前記偏光フィルタ
を所要の角度だけ回転させることによって出射光の光量
を調整するユニット、などが知られている。

具体的には、上述のような光Ｎ調整ユニットから出射さ
れたレーザ光を光検知器で受光することによって得られ
たアナログ信号をデジタル信号に変換した後、マイクロ
コンピュータに取り込み、このデジタル信号と予め設定
された光量の目標値とを比較し、その偏差に応じて前記
光量調整ユニットの一方の光学素子を回転変位させるこ
とによって、レーザ光の光量が目標値になるようにフィ
ードバンクＩＩＪ？卸している。

以下、第５図を参照して説明する。

第５図は、光量調整ユニットからの出射光の光ＩＩと、
光ｔｉｌｌ整用の光学素子（ここでは、前記■における
レーザ光源側の偏光フィルタ）の変位角θとの関係を示
した光！調整ユニットの透過特性図である。

図中、Ｐｏはレーザ光量の初期値、Ｐ、、はその目標値
である。レーザ光量の初期値Ｐ０が検出されると、この
初期値Ｐ０と目標値Ｐ７との偏差Δ１ｏに比例した変位
角Δθ。が算出され、この変位角Δθ。だけ前記偏光フ
ィルタが回転される。

そして、次の位置ＰＩで再びレーザ光■が検出され、目
標値との偏差Δ■１に比例した変位角Δθ。

が算出され、その変位角Δθ１だけ偏光フィルタが回転
される。以後、同様に検出光量と目標値との偏差に比例
して偏光フィルタの変位角を次第に小さくしていき、レ
ーザ光量が目標値となるように偏光フィルタの変位角が
フィードバック制御される。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、上述した従来方法には、次のような問題
点がある。

即ち、従来方法は、露光中のレーザ光を一定値に制御す
るときの偏差補正量が大きすぎないようにするために、
検出されたレーザ光量と目標値との偏差と、この偏差に
比例して出力される光量調整用光学素子の変位角との比
例定数は小さく設定されている。仮に、上記比例定数を
大きく設定して検出レーザ光量と目標値との偏差に対応
する光ＩＩ整整光光学素子変位角を大きく変化させると
、検出レーザ光量と目標値との誤差が大きくなり、制御
が不安定になるという不都合を招く。

このような理由により、従来方法は光量調整用光学素子
を小刻みに変位させることによって、レーザ光量が目標
値になるように制御しているため、レーザ光源の起動時
や光量の設定値を変更するときのように、レーザ光量を
その初期値から大幅に変化させる場合に、レーザ光量が
目標値に達するまでの待ち時間が長くなり、作業効率が
低下するという問題点がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであっ
て、レーザ光量を目標値に速やかに設定することができ
るレーザ光量の制御方法を提供することを目的としてい
る。

く課題を解決するための手段〉 本発明は、上記目的を達成するために、次のような構成
をとる。

即ち、本発明は、光路上に配置した光学素子の組合せか
らなる光量調整ユニット中の特定の光学素子を変位させ
ることによって、前記光量調整ユニットからの出射光の
光量を制御するようにしたレーザ光量の制御方法におい
て、 前記出射光の光量と前記特定光学素子の変位量との関係
を表した透過特性を予め記憶しておき、この透過特性に
基づき前記出射光の光量を目標値に設定するのに必要な
特定光学素子の変位量を求め、前記特定光学素子を前記
所要の変位量だけ変位させ、その後は前記出射光の光量
と目標値との偏差に応じて前記特定光学素子の変位量を
フィードバック制御するものである。

く作用〉 本発明によれば、レーザ光源の起動時やレーザ光量の設
定値を変更したような場合には、光景調整ユニットの透
過特性を参照して求めた特定光学素子の変位量でもって
、その光学素子を大きく変位させて目標値に対応した位
置に近づけ、その後は、光量調整ユニットの出射光と目
標値との偏差に基づき、前記特定光学素子の変位量をフ
ィードバック制御しているから、レーザ光の光量が目標
値に速やかに設定される。

〈実施例〉 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は、本発明に係るレーザ光量の制御方法を使用し
たレーザ露光装置の要部構成を示したブロック図である
。

レーザ光ｔＸ１から照射されたレーザ光ＬＢは反射ミラ
ー２を介して光量調整ユニフト４に導かれる。光量調整
ユニット４は、光路上に設けられた二枚の偏光フィルタ
３ａ、３ｂから構成されている。この中の光量調整用光
学素子としての偏光フィルタ３ａは、パルスモータ５に
よって回転駆動されて任意の角度に設定されるように構
成されている。

光量調整ユニット４を透過したレーザ光ＬＢは、ビーム
スプリッタ６によって複数本のレーザ光ＬＢ′に分岐さ
れる。分岐された各レーザ光ＬＢ’は多チヤンネル形の
光変調器７に入射される。この光度３ＩＩ器７は、例え
ば音響光学変調器などで構成され、入射した各レーザ光
ＬＢ’を露光パターンなどに応した変調信号によって独
立して０Ｎ１０ＦＦｆｔ、Ｉ］？１１するものである。

光変調された各レーザ光ＬＢ’は対物レンズ８によって
集束されて、図示しない記録シンリダに貼り付けられた
感光材料面上を露光走査する。

光変調器７と対物レンズ８との間には、待機時における
前記感光材料への露光かぶりを防止するために、ロータ
リーソレノイド９で駆動されるシャッターｌＯが設けら
れている。このシャッター１０の入射側面に太陽電池の
ような受光素子１１が配備されている。

なお、光量調整ユニット４を透過したレーザ光ＬＢが最
大光量になる偏光フィルタ３ａの位置を検出するために
、偏光フィルタ３ａには位置検出センサＬＳＩが付設さ
れている。また、シャッター１０にはシャッター１０の
閉状態を検出するための位置検出センサＬＳ２が付設さ
れている。

シャッター１０に設けられた受光素子１１は、入射レー
ザ光ＬＢ’の光量に応じた電流を出力し、この出力電流
が電流−電圧変換器１２で電圧値に変換される。さらに
、この電圧値は電圧−周波数変換器Ｉ３で周波数に変換
されてカウンタ１４に与えられる。カウンタ１４の計数
値はマイクロコンピュータ２０に与えられる。

マイクロコンピュータ２０は光量調整ユニット４の偏光
フィルタ３ａの変位角を制御するためのもので、各機能
達成手段をブロック化して示すと、同図に鎖線で囲んだ
ようになる。即ち、マイクロコンピュータ２０は、シー
ケンス管理部２１、演算・判定部２２、タイマ管理部２
３、夕１７２４、エラー処理部２５、透過特性記憶部（
ＲＯＭ）２６、および最大光量記憶部（ＲＡＭ）２７な
どの機能を備えている。これらの各機能手段は後述する
動作説明で明らかにする。

マイクロコンピュータ２０の演算・判定部２２に関連し
て、目標値設定器１５としきい値設定器１６とが設けら
れている。目標値設定器１５は、光量調整ユニット４を
透過したレーザ光ＬＢの光量の目標値Ｉ、を設定するた
めのものである。一方、しきい値設定器１６は、後述す
るように本装置の制御手法を切り換える際に参照される
、二つの異なるしきい値Ｗ、εを設定するためのもので
ある。

マイクロコンピュータ２０から出力された角度制御用の
パルス信号はモータドライバ１７に与えられる。モータ
ドライバ１７はこのパルス信号に応じてパルスモータ５
を駆動することにより、光量調整ユニット４の偏光フィ
ルタ３ａを所要の角度に設定する。

次に、第２図に示したフローチャートを参照して、本実
施例の動作を説明する。

停止状態にある本実施例に係る露光装置を起動して、光
量調整ユニット４の透過レーザ光ＬＢの光量を目標値に
設定する場合、シーケンス管理部２１のシーケンス制御
は、シャッター１０を閉状態に（ステップＳ１）、光変
調器７への複数本の入射レーザ光ＬＢ’の中の一本のレ
ーザ光だけが出射されるように光変調器７０１チヤンネ
ルだけをＯＮ状態にしくステップＳ２）、レーザ光ａ１
を最大出力にセットする（ステップＳ３）。

そして、レーザ光が安定するまでに要する時間をタイマ
２４にセントする（ステップＳ４）。

タイマ管理部２３によってタイムオーバーが検知される
と（ステップＳ５）、シーケンス管理部２１は装置が起
動されてからの制御処理の回数を計数しくステップＳ６
）、前記制御処理が１回目であるかどうかを判断する（
ステップＳ７）。制御処理が１回目、即ち、装置が起動
されてから最初の制御処理である場合、ステップＳ８か
らステップＳｌｌにおいて、最大光ｆｆｉＩＭＡヶを求
める。

まず、ステップＳ８では、演算・判定部２２から時計回
り方向の駆動ハルスとしてのＣＷパルスを出力する。こ
のＣＷパルスに基づきパルスモータ５が駆動され、偏光
フィルタ３ａは時計方向に回転される。このＣＷパルス
は、位置検出センサＬＳｌが○Ｎ状態になるまで出力さ
れる（ステップＳ９）。上述したように、位置検出セン
サＬＳＩは、光量調整ユニット４の出射レーザ光が最大
光量になる位置にまで偏光フィルタ３ａが変位したとき
にＯＮ状態になる。このとき演算・判定部２２は、レー
ザ光の最大光１１．ＡＸに対応した電圧周波数変換器１
３の周波数をカウンタ１４から取り込む（ステップ５１
０）。この最大光量１ｘＡｘを最大光量記憶部２７に記
憶する（ステップ５１１）。このような最大光量検出処
理はレーザ光源１の起動時に行えば十分であるから、ス
テップＳ７で２回目以降の制御処理であると判断された
場合には、上述のステップＳ８ないしＳｌｌは実行され
ない。

最大光ｍｌ５Ａｘが求まると、次のステップＳ１２ない
しステップＳ１６において、透過特性記憶部２６に記憶
された光量調整ユニット４の透過特性に基づき、偏光フ
ィルタ３ａの変位角の算出処理が行われる。

まず、目標値設定器１５から演算・判定部２２にレーザ
光景の目標値■３を読み込み（ステップ５１２）、続い
てタイマ２４に制御のタイムアツプの監視時間をセット
する（ステップ５１３）。そして、カウンタ１４から光
量調整ユニフト４の出射光の現在の光ＭＬ　ｒ　ｏを読
み込む（ステップ５１４）。このとき、１回目の制御処
理の場合、光量Ｉ０は最大光量Ｔ　ＷＡＸに等しいが、
長時間連続して焼き付けを行った場合などにおいては、
必ずしも光量Ｉ０は最大光量Ｉ　ＮＡＸ　　に等しくな
らないので、最大光量記憶部２７から最大光量Ｉ１．ｌ
□を読み出して、目標値■、および初期光Ｎ１３各々の
光量比■。

／　Ｉ　、ａｘ　、　　Ｉ　ｏ　／　Ｉ　ＮＡＸを算出
する（ステップ５１５）。

そして、透過特性記憶部２６から光量調整ユニフト４の
透過特性を読み出し、上記光量比■、／ＩＭＡＸ　、　
　Ｉ　０／　ＩＮＡＸに対応する、パルスモータ５のス
テップ数Ｎ、、Ｎ、で表される偏光フィルタ３ａの変位
角を算出する（ステップ５１６）。

以下、第３図を参照して、透過特性記憶部２６に記憶さ
れた光量調整ユニット４の透過特性を説明する。

第３図は、光量調整ユニット４の出射光の検出光量■と
最大光量Ｉ　ＮＡＸとの光量比［／　Ｉ　、ｌＡＸと、
偏光フィルタ３ａの変位角に対応するパルスモータ５の
ステップ数Ｎとの関係を表した透過特性図である。二枚
の偏光フィルタ３ａ、３ｂで構成される本実施例の光量
調整ユニット４の透過特性は、次式■で表される。

Ｔ　＝　Ｉ　ＭＡｘ　ｃｏｓ’θ ・・・・・・・・・・・・■ 上式■からθと光量比１／Ｉ□８との関係を求めると、
次式■のようになる。

■ ・・・・・・・・・・・・■ ここで、本例では変位角θ＝９０°は、パルスモータ５
のステップ数４，０００に対応しているので、変位角θ
をステップ数Ｎで表すと、上式■は次式〇のように書き
換えられる。

・・・・・・・・・・・・■ ただし、　上式■において、ｒ＝Ｉ／ＩＨａｘを示す。

なお、上述した式■においては、光９１を求める際に、
マイクロコンピュータ２０での計算速度を高めるために
、ｃｏｓ　’θを３項までのマクロ−リン展開した近似
式を利用している。この近似式を用いて求めたステップ
数Ｎと、近似式を用いずに求めたステップ数Ｎ′との誤
差Ｎ−Ｎ’はｌステップ以下となり、計算上における誤
差は問題ない値となる。

本実施例では、上式〇で表される光量調整ユニット４の
透過特性が、透過特性記憶部２６に記憶されている。上
式〇に、ステップＳ１５で算出した光量比Ｉｓ　／　Ｉ
ＮＡＸ　、　　Ｉ　ｏ　／　ＩＮＡＸをそれぞれ代入し
て、ステップ数Ｎ、、Ｎ、が求められる。なお、ステッ
プ数Ｎ０は、１回目の制御の場合、１０＝ＩＮＡＸであ
るから、Ｎ、＝０であり、２回目以降の制御の場合、Ｎ
０≠０である。

ステップ数Ｎｓ、Ｎｏが求められると、ステップＳ１７
ないしステップ３１８に示した偏光フィルタ３ａの駆動
処理を行う。

ステップＳ１７では、ステップ数Ｎ、、Ｎ、の大小関係
を比較し、Ｎ、＞Ｎ、の場合はステップＳ１８に進んで
反時計回りのＣＣＷパルスを（Ｎ　ＯＮりステップだけ
出力し、Ｎｏ　＜Ｎ、の場合はステップ５１９に進んで
時計回りのＣＷパルスをＣＮＳ　−Ｎｏ　）ステップだ
け出力する。これらのパルス出力が演算・判定部２２か
らモータドライバ１７に与えられて、そのステップ数だ
けパルスモータ５が駆動されることにより、偏光フィル
タ３ａは一回の処理によって目標光量に対応する変位角
の近くに設定される。

上述のステップ３１８．　３１９の処理で偏光フィルタ
３ａは、目標光量を与える変位角の近傍にまで駆動され
るが、必ずしも目標光景を与える変位角に正６１に位置
するわけではない。透過特性記憶部２６に記憶された透
過特性が、光量調整ユニット４の理論式であり実際の光
量調整ユニット４の透過特性と間に多少の誤差があり、
また、最大光計ＩＭＡイの僅かな変動や機械系の送り量
誤差等により、光量比■。／　Ｉ　１．ＩＡＸ　、　　
Ｉ　ｓ　／　Ｉ　ＮＡＸが誤差を含むこともあるからで
ある。

そこで、ステップ５２０以降の処理では、上述の処理に
よって目標光量を与える変位角の近くにまで移動された
偏光フィルタ３ａを、検出光量と目標値との偏差に応じ
てフィードバック制御することによって、偏光フィルタ
３ａを目標光量に対応する変位角に設定するようにして
いる。

まず、しきい値設定器１６から演算・判定部２２にしき
い値Ｗ、εを読み込み（ステップ５２０）、カウンタ１
４からレーザ光の光量Ｉを読み込む（ステップ゛５２１
）　、　Ｌきいイ直Ｗは、上記ステップＳ１８またはス
テップＳ１９の処理で、偏光フィルタ３ａが目標光量に
対応する位置の近（にまで来ているかを判断するための
ものである。ステップＳ２２では、目標値■、と検出光
量Ｉと偏差（ＩＳ−１）が、しきい値±Ｗで定められた
範囲内に入っているかどうかを判断し、その範囲内に入
っていない場合には上記の偏光フィルタ３ａの駆動処理
に異常があったものと判断してエラー処理部２５からエ
ラー信号を出力するとともに、モータドライバ１７にモ
ータ停止信号を出力する（ステップ５２３）。

前記偏差（＋、−Ｉ）が、しきい値±Ｗで定められた範
囲内に入っている場合は、再度、カウンタ１４から光１
１を読み込み（ステップ５２４）　、Ｌきい値±εで定
められた範囲内に入っているかどうかを判断する（ステ
ップ５２５）。しきい値εは、偏光フィルタ３ａが目標
光量に対応する位置に達していると判断できる許容範囲
を定める。

光ｉＩがしきい値±εで定められた範囲内に入っていな
い場合、前記ステップＳ１３でセットした監視時間がタ
イムオーバーしていないかどうかを判断しくステップ５
２６）、タイムオーバーしている場合には、前記ステッ
プＳ２３と同様のエラー処理を行う（ステップ５２７）
。タイムオーバーしていない場合は、目標値１．と検出
光ｌ［との大小関係を判断しくステップ３２８）、検出
光１１が目標値■、よりも小さい場合には、時計回りの
ＣＷパルスを、偏差（ｒｓ　　　Ｎに比例した数だけ出
力する（ステップ５２９）。一方、検出光量■が目標値
Ｉ、よりも大きい場合には、反時計回りのＣＣＷパルス
を、同様に偏差（ｒｓ　　　ｒ）に比例した数だけ出力
する（ステップ５３０）。第４図は、偏差（＋５−Ｉ）
と、これに対応して出力されるＣＷパルスおよびＣＣＷ
パルスとの関係を示した特性図である。なお、図中、斜
線で示したへ領域は、しきい値±εで定められる許容範
囲を示している。

ステップＳ２９またはステップＳ３０によってパルス信
号が出力されて、偏光フィルタ３ａの変位角が微調整さ
れると、再びステップＳ２４に戻って検出光ｉｔが読み
込まれ、それが前記許容範囲に入っているかどうかを判
断する（ステップ５２５）。

ステップＳ２５で検出光ｉ１が許容範囲に入っていると
判断すると、レーザ光′ａ１の出力を待機状態にしくス
テップ５３１）　、光変調器７のチャンネルをＯＦＦ状
態にして、上述した一連の処理を終了する。

なお、本発明に次のように変形実施することもできる。

■　実施例では最大光量記憶部２７に、光量調整ユニッ
ト４の透過特性の理論式あるいは近似式を記憶し、この
式に基づく演算によって偏光フィルタ３ａの変位角を算
出したが、最大光量記憶部２７に例えば光量調整ユニッ
ト４の出射光の光量と偏光フィルタ３ａの変位角（ステ
ップ数）とを対応させたテーブルを格納しておき、この
テーブルから偏光フィルタ３ａの変位角を直接に求める
ようにしてもよい。

■　また、光量調整ユニット４は二枚の偏光フィルタに
よって構成されるものに限られず、例えば、従来例で説
明したような、１／２波長板と偏光ビームスプリッタの
組合せや、偏光フィルタと偏光ビームスプリッタの組合
せで構成してもよい。

前者の光量調整ユニットによれば、その透過特性の理論
式は、 １＝Ｉａｃｏｓ”２θ で与えられ、これを前述した式■、■、■と同様に近似
計算すると、ステップ数Ｎは次式■で表される。

・・・・・・・・・■ また、後者の光量調整ユニットによれば、その透過特性
の理論式は、 １＝１．ｃｏｓ’　θ で与えられる。

■　上述の実施例では、光量調整ユニットの出射光の光
量をシャンクに取り付けた受光素子で検出したが、前記
出射光の検出方法はこれに限られず、例えば、シャッタ
の手前でレーザ光を分岐し、分岐された一方のレーザ光
の光量を受光素子で検出するようにしてもよい。

〈発明の効果〉 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、光量
調整ユニットの透過特性に基づき、光量調整ユニットの
出射光の光量を目標値に設定するのに必要な特定光学素
子の変位量を求めて、この光学素子を駆動しているから
、前記特定光学素子は一回の動作によって目標値に対応
する位置の近くにまで変位する。したがって、本発明に
よれば、光量調整用の光学素子を小刻みに変位させてい
た従来例に比較して、レーザ光量を目標値に速やかに設
定することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は本発明の一実施例に係り、第１図
は要部の概略ブロック図、第２図は動作フローチャート
、第３図は光量調整ユニットの透過特性図、第４図は光
量調整用偏光フィルタのフィードバック制御の特性図で
ある。 第５図は従来のレーザ光量制御方法の説明図である。 １・・・レーザ光源 ３ａ・・・（光量調整用）偏光フィルタ３ｂ・・・偏光
フィルタ ４・・・光量調整ユニット　５・・・パルスモータ１１
・・・受光素子　　　　　１５・・・目標値設定器１６
・・・しきい値設定器 ２０・・・マイクロコンピュータ ２２・・・演算・判定部　　　２６・・・透過特性記憶
部出願人　大日本スクリーン製造株式会社代理人　弁理
士　　杉　　谷　　　勉 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）光路上に配置した光学素子の組合せからなる光量
   調整ユニット中の特定の光学素子を変位させることによ
   って、前記光量調整ユニットからの出射光の光量を制御
   するようにしたレーザ光量の制御方法において、 前記出射光の光量と前記特定光学素子の変位量との関係
   を表した透過特性を予め記憶しておき、この透過特性に
   基づき前記出射光の光量を目標値に設定するのに必要な
   特定光学素子の変位量を求め、前記特定光学素子を前記
   所要の変位量だけ変位させ、その後は前記出射光の光量
   と目標値との偏差に応じて前記特定光学素子の変位量を
   フィードバック制御することを特徴とするレーザ光量の
   制御方法。