JP4708785B2 - Image exposure method and apparatus - Google Patents

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Description

本発明は画像露光装置に関し、特に詳細には、空間光変調素子で変調された光を結像光学系に通し、この光による像を感光材料上に結像させて該感光材料を露光する画像露光装置に関するものである。   BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an image exposure apparatus, and more particularly, an image in which light modulated by a spatial light modulation element is passed through an imaging optical system and an image formed by the light is formed on a photosensitive material to expose the photosensitive material. The present invention relates to an exposure apparatus.

また本発明は、上述のような画像露光装置を用いる露光方法に関するものである。   The present invention also relates to an exposure method using the image exposure apparatus as described above.

従来、空間光変調素子で変調された光を結像光学系に通し、この光による像を所定の感光材料上に結像して該感光材料を露光する画像露光装置が公知となっている。この種の画像露光装置は、基本的に、照射された光を各々制御信号に応じて変調する多数の画素部が2次元状に配列されてなる空間光変調素子と、この空間光変調素子に光を照射する光源と、前記空間光変調素子により変調された光による像を感光材料上に結像する結像光学系とを備えてなるものである。なお、非特許文献1および本出願人による特願2002−149886号明細書には、上記基本的構成を有する画像露光装置の一例が示されている。   2. Description of the Related Art Conventionally, there has been known an image exposure apparatus that passes light modulated by a spatial light modulation element through an imaging optical system, forms an image of this light on a predetermined photosensitive material, and exposes the photosensitive material. This type of image exposure apparatus basically includes a spatial light modulation element in which a large number of pixel units that modulate irradiated light according to a control signal are two-dimensionally arranged, and the spatial light modulation element. A light source for irradiating light and an imaging optical system for forming an image of light modulated by the spatial light modulation element on a photosensitive material are provided. Note that Non-Patent Document 1 and Japanese Patent Application No. 2002-149886 by the applicant of the present application show an example of an image exposure apparatus having the above basic configuration.

この種の画像露光装置において、上記空間光変調素子としては、例えばLCD(液晶表示素子)やDMD(デジタル・マイクロミラー・デバイス)等が好適に用られ得る。なお上記のDMDは、制御信号に応じて反射面の角度を変化させる多数のマイクロミラーが、シリコン等の半導体基板上に2次元状に配列されてなるミラーデバイスである。   In this type of image exposure apparatus, for example, an LCD (liquid crystal display element), a DMD (digital micromirror device), or the like can be suitably used as the spatial light modulation element. The DMD is a mirror device in which a number of micromirrors that change the angle of the reflecting surface in accordance with a control signal are two-dimensionally arranged on a semiconductor substrate such as silicon.

上述のような画像露光装置においては、感光材料に投影する画像を拡大したいという要求が伴うことも多く、その場合には、結像光学系として拡大結像光学系が用いられる。そのようにする際、空間光変調素子を経た光をただ拡大結像光学系に通しただけでは、空間光変調素子の各画素部からの光束が拡大して、投影された画像において画素サイズが大きくなり、画像の鮮鋭度が低下してしまう。   In the image exposure apparatus as described above, there is often a demand for enlarging an image projected on a photosensitive material, and in that case, an enlarged imaging optical system is used as an imaging optical system. In doing so, simply passing the light that has passed through the spatial light modulation element through the magnification imaging optical system expands the luminous flux from each pixel portion of the spatial light modulation element, and the pixel size in the projected image is reduced. The image becomes larger and the sharpness of the image decreases.

そこで、上記特願2002−149886号明細書にも示されるように、空間光変調素子で変調された光の光路に第1の結像光学系を配し、この結像光学系による結像面には空間光変調素子の各画素部にそれぞれ対応するマイクロレンズがアレイ状に配されてなるマイクロレンズアレイを配置し、そしてこのマイクロレンズアレイを通過した光の光路には、変調された光による像を感光材料やスクリーン上に結像する第2の結像光学系を配置して、これら第1および第2の結像光学系によって像を拡大投影することが考えられている。この構成においては、感光材料やスクリーン上に投影される画像のサイズは拡大される一方、空間光変調素子の各画素部からの光はマイクロレンズアレイの各マイクロレンズによって集光されるので、投影画像における画素サイズ(スポットサイズ)は絞られて小さく保たれるので、画像の鮮鋭度も高く保つことができる。   Therefore, as shown in the specification of Japanese Patent Application No. 2002-149886, a first imaging optical system is disposed in the optical path of the light modulated by the spatial light modulation element, and an imaging surface formed by this imaging optical system. Includes a microlens array in which microlenses corresponding to the respective pixel portions of the spatial light modulator are arranged in an array, and the optical path of the light that has passed through the microlens array depends on the modulated light. It has been considered that a second imaging optical system that forms an image on a photosensitive material or a screen is disposed, and the image is enlarged and projected by the first and second imaging optical systems. In this configuration, the size of the image projected on the photosensitive material and the screen is enlarged, while the light from each pixel portion of the spatial light modulator is condensed by each microlens of the microlens array. Since the pixel size (spot size) in the image is reduced and kept small, the sharpness of the image can be kept high.

なお特許文献1には、空間光変調素子としてDMDを用い、それとマイクロレンズアレイとを組み合わせてなる画像露光装置の一例が示されている。
特開2001−305663号公報 石川明人"マスクレス露光による開発短縮と量産適用化"、「エレクロトニクス実装技術」、株式会社技術調査会、Vol.18、No.6、2002年、p.74-79
Patent Document 1 shows an example of an image exposure apparatus using DMD as a spatial light modulation element and combining it with a microlens array.
JP 2001-305663 A Akihito Ishikawa "Development shortening and mass production application by maskless exposure", "Electrotronics packaging technology", Technical Research Committee, Vol.18, No.6, 2002, p.74-79

ところで、上述のように空間光変調素子とマイクロレンズアレイとを組み合わせてなる従来の画像露光装置においては、マイクロレンズアレイの各マイクロレンズで集光されたビームの集光位置における形状が歪んでしまうという問題が認められている。この問題は、特に空間光変調素子として前述のDMDを用いた場合に顕著に認められる。   By the way, in the conventional image exposure apparatus in which the spatial light modulator and the microlens array are combined as described above, the shape of the beam condensed by each microlens of the microlens array is distorted. The problem is recognized. This problem is particularly noticeable when the above-described DMD is used as a spatial light modulator.

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、空間光変調素子とマイクロレンズアレイとを組み合わせてなる画像露光装置において、マイクロレンズで集光されたビームの歪みを防止することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to prevent distortion of a beam condensed by a microlens in an image exposure apparatus in which a spatial light modulation element and a microlens array are combined. To do.

また本発明は、上記ビームの歪みを防止可能な画像露光方法を提供することを目的とする。   Another object of the present invention is to provide an image exposure method capable of preventing the beam distortion.

本発明による第1の画像露光装置は、
先に述べたように、照射された光を各々変調する多数の画素部が2次元状に配列されてなる空間光変調素子と、
この空間光変調素子に光を照射する光源と、
前記空間光変調素子の各画素部からの光をそれぞれ集光するマイクロレンズがアレイ状に配されてなるマイクロレンズアレイを含み、前記空間光変調素子により変調された光による像を感光材料上に結像する結像光学系とを備えた画像露光装置において、
マイクロレンズアレイの各マイクロレンズが、前記画素部の面の歪みによる収差を補正する非球面形状とされていることを特徴とするものである。
A first image exposure apparatus according to the present invention includes:
As described above, a spatial light modulation element in which a large number of pixel portions each modulating the irradiated light are arranged in a two-dimensional manner,
A light source for irradiating light to the spatial light modulator;
Including a microlens array in which microlenses for condensing light from each pixel portion of the spatial light modulator are arranged in an array, and an image formed by the light modulated by the spatial light modulator is formed on a photosensitive material. In an image exposure apparatus comprising an imaging optical system for forming an image,
Each microlens of the microlens array has an aspherical shape that corrects aberration due to distortion of the surface of the pixel portion.

なお上記非球面としては、例えばトーリック面を好適に採用することができる。   As the aspheric surface, for example, a toric surface can be preferably used.

また、本発明による第2の画像露光装置は、第1の画像露光装置におけると同様の空間光変調素子と、光源と、結像光学系とを備えた画像露光装置において、結像光学系に含まれるマイクロレンズアレイの各マイクロレンズが、前記画素部の面の歪みによる収差を補正する屈折率分布を有するものとされていることを特徴とするものである。   A second image exposure apparatus according to the present invention is an image exposure apparatus including a spatial light modulation element, a light source, and an imaging optical system similar to those in the first image exposure apparatus. Each microlens of the included microlens array has a refractive index distribution for correcting aberration due to distortion of the surface of the pixel portion.

また、本発明による第3の画像露光装置は、
照射された光を各々変調する多数の矩形の画素部が2次元状に配列されてなる空間光変調素子と、
この空間光変調素子に光を照射する光源と、
前記空間光変調素子の各画素部からの光をそれぞれ集光するマイクロレンズがアレイ状に配されてなるマイクロレンズアレイを含み、前記空間光変調素子により変調された光による像を感光材料上に結像する結像光学系とを備えた画像露光装置において、
結像光学系に含まれるマイクロレンズアレイの各マイクロレンズが、空間光変調素子の画素部の周辺部からの光を入射させないレンズ開口形状を有するものとされていることを特徴とするものである。
The third image exposure apparatus according to the present invention is
A spatial light modulation element in which a large number of rectangular pixel portions each modulating the irradiated light are arranged two-dimensionally;
A light source for irradiating light to the spatial light modulator;
Including a microlens array in which microlenses for condensing light from each pixel portion of the spatial light modulator are arranged in an array, and an image formed by the light modulated by the spatial light modulator is formed on a photosensitive material. In an image exposure apparatus comprising an imaging optical system for forming an image,
Each microlens of the microlens array included in the imaging optical system has a lens opening shape that does not allow light from the peripheral portion of the pixel portion of the spatial light modulation element to enter. .

なお、この第3の画像露光装置は、前記第1の画像露光装置の特徴部分も兼ね備えて、マイクロレンズアレイの各マイクロレンズが、空間光変調素子の画素部の面の歪みによる収差を補正する非球面形状とされていることが特に望ましい。その場合、上記非球面はトーリック面であることが望ましい。   The third image exposure apparatus also has a characteristic part of the first image exposure apparatus, and each microlens of the microlens array corrects aberration due to distortion of the surface of the pixel portion of the spatial light modulator. It is particularly desirable to have an aspheric shape. In that case, the aspherical surface is preferably a toric surface.

また上記第3の画像露光装置は、前記第2の画像露光装置の特徴部分も兼ね備えて、マイクロレンズアレイの各マイクロレンズが、空間光変調素子の画素部の面の歪みによる収差を補正する屈折率分布を有するものとされていることが特に望ましい。   The third image exposure apparatus also has a characteristic part of the second image exposure apparatus, and each microlens of the microlens array corrects an aberration caused by distortion of the surface of the pixel portion of the spatial light modulator. It is particularly desirable to have a rate distribution.

また上記第3の画像露光装置において、マイクロレンズアレイの各マイクロレンズは円形のレンズ開口を有するものであることが望ましい。   In the third image exposure apparatus, each microlens of the microlens array preferably has a circular lens opening.

また、上記第3の画像露光装置において、マイクロレンズの開口形状は、そのレンズ面の一部に遮光部を設けることによって規定されていることが望ましい。   In the third image exposure apparatus, it is preferable that the opening shape of the microlens is defined by providing a light shielding portion on a part of the lens surface.

また、以上説明した本発明による第1〜3の画像露光装置において、前記結像光学系が、空間光変調素子によって変調された光による像をマイクロレンズアレイに結像する一部の光学系を有するものである場合は、その一部の光学系の結像位置が、マイクロレンズアレイのレンズ面に設定されていることが望ましい。   In the first to third image exposure apparatuses according to the present invention described above, the imaging optical system includes a part of the optical system that forms an image of light modulated by the spatial light modulation element on the microlens array. In the case of having the optical system, it is desirable that the imaging position of a part of the optical system is set on the lens surface of the microlens array.

さらに、以上説明した本発明による第1〜3の画像露光装置において、前記結像光学系が、上述と同様の第1の結像光学系および第2の結像光学系とを有するものである場合は、マイクロレンズアレイと第2の結像光学系との間に、マイクロレンズから出射した光を各々個別に絞る多数の開口をアレイ状に配列して有する開口アレイが配設されていることが望ましい。その場合、上記開口アレイは、マイクロレンズの焦点位置に配置されていることが望ましい。   Furthermore, in the first to third image exposure apparatuses according to the present invention described above, the imaging optical system includes a first imaging optical system and a second imaging optical system similar to those described above. In this case, an aperture array having a large number of apertures arranged in an array to individually squeeze light emitted from the microlens is disposed between the microlens array and the second imaging optical system. Is desirable. In that case, it is desirable that the aperture array is disposed at the focal position of the microlens.

さらに、本発明による第1〜3の各画像露光装置は、画素部としての微小ミラーが2次元状に配列されてなるDMD(デジタル・マイクロミラー・デバイス)を空間光変調素子として用いる画像露光装置を前提として構成されることが望ましい。   Further, each of the first to third image exposure apparatuses according to the present invention uses a DMD (digital micromirror device) in which micromirrors as pixel portions are two-dimensionally arranged as a spatial light modulation element. It is desirable to be configured based on

他方、本発明による画像露光方法は、上述した本発明による画像露光装置を用いて所定のパターンを感光材料に露光することを特徴とするものである。   On the other hand, an image exposure method according to the present invention is characterized in that a predetermined pattern is exposed onto a photosensitive material using the image exposure apparatus according to the present invention described above.

本発明者の研究によると、マイクロレンズで集光されたビームの集光位置における形状が歪んでしまうという前述の問題は、空間光変調素子の画素部の面の歪みに起因していることが判明した。特にDMDにおいて、画素部となる微小ミラーの反射面は精度良く平坦に形成されているものと考えられて来たが、本発明者の分析によるとこの反射面はかなり歪んでおり、そこで、該DMDを空間光変調素子として用いて画像露光装置を構成した場合には上記の問題が発生しやすくなっている。   According to the inventor's research, the above-mentioned problem that the shape of the beam condensed by the microlens is distorted is caused by distortion of the surface of the pixel portion of the spatial light modulator. found. In particular, in DMD, it has been considered that the reflection surface of a micromirror serving as a pixel portion is formed with high precision and flatness, but according to the analysis of the present inventors, this reflection surface is considerably distorted. When the image exposure apparatus is configured using the DMD as a spatial light modulation element, the above problem is likely to occur.

以上の知見に鑑みて、本発明による第1の画像露光装置においては、マイクロレンズアレイの各マイクロレンズが、空間光変調素子の画素部の面の歪みによる収差を補正する非球面形状とされたものである。そこでこの本発明による第1の画像露光装置によれば、上記画素部の面の歪みに起因する問題、すなわち、集光されたビームの集光位置における形状が歪んでしまうという問題を防止可能となる。   In view of the above knowledge, in the first image exposure apparatus according to the present invention, each microlens of the microlens array has an aspherical shape that corrects aberration due to distortion of the surface of the pixel portion of the spatial light modulator. Is. Therefore, according to the first image exposure apparatus of the present invention, it is possible to prevent the problem caused by the distortion of the surface of the pixel portion, that is, the problem that the shape of the condensed beam at the condensing position is distorted. Become.

また本発明による第2の画像露光装置においては、上記の知見に鑑みて、マイクロレンズアレイの各マイクロレンズが、画素部の面の歪みによる収差を補正する屈折率分布を有するものとされている。そこでこの本発明による第2の画像露光装置においても、上記の問題すなわち、集光されたビームの集光位置における形状が歪んでしまうという問題を防止可能となる。   In the second image exposure apparatus according to the present invention, in view of the above knowledge, each microlens of the microlens array has a refractive index distribution that corrects aberration due to distortion of the surface of the pixel portion. . Therefore, also in the second image exposure apparatus according to the present invention, it is possible to prevent the above problem, that is, the problem that the shape of the condensed beam at the condensing position is distorted.

以上のようにして、マイクロレンズアレイの各マイクロレンズによって集光されたビームの集光位置における形状が歪んでしまうことを防止できれば、歪みの無い、より高精細な画像を露光可能となる。   As described above, if it is possible to prevent the shape of the beam collected by each microlens of the microlens array from being distorted, a higher-definition image without distortion can be exposed.

また本発明者の研究によると、特にDMDにおいて、画素部となる矩形の微小ミラーの歪みの変化量は、画素部の中心から周辺に行くほど大きくなる傾向があり、そこで、該DMDを空間光変調素子として用いて画像露光装置を構成した場合には上記の問題が発生しやすくなっている。   Further, according to the research of the present inventor, especially in DMD, the amount of change in distortion of a rectangular micromirror serving as a pixel portion tends to increase from the center of the pixel portion to the periphery. When the image exposure apparatus is configured by using it as a modulation element, the above problem is likely to occur.

以上の知見に鑑みて、本発明による第3の画像露光装置においては、マイクロレンズアレイの各マイクロレンズが、空間光変調素子の矩形の画素部の周辺部からの光は入射させないレンズ開口形状を有するものとされている。そこでこの第3の画像露光装置によれば、歪みの変化量が大きい上記画素部の周辺部を通過した光はマイクロレンズによって集光されなくなり、集光されたビームの集光位置における形状が歪んでしまう問題を防止可能となる。   In view of the above knowledge, in the third image exposure apparatus according to the present invention, each microlens of the microlens array has a lens opening shape that does not allow light from the periphery of the rectangular pixel portion of the spatial light modulator to enter. It is supposed to have. Therefore, according to the third image exposure apparatus, the light that has passed through the periphery of the pixel unit having a large amount of change in distortion is not collected by the microlens, and the shape of the collected beam at the condensing position is distorted. It is possible to prevent problems that occur.

以上のようにして、マイクロレンズアレイの各マイクロレンズによって集光されたビームの集光位置における形状が歪んでしまうことを防止できれば、歪みの無い、より高精細な画像を露光可能となる。   As described above, if it is possible to prevent the shape of the beam collected by each microlens of the microlens array from being distorted, a higher-definition image without distortion can be exposed.

なお、この第3の画像露光装置において、特にマイクロレンズアレイの各マイクロレンズが、空間光変調素子の画素部の面の歪みによる収差を補正する非球面形状とされている場合は、このように非球面形状としたことによる効果(第1の画像露光装置における効果)も相乗的に得ることができるので、さらに歪みの無い、より高精細な画像を露光可能となる。   In the third image exposure apparatus, in particular, when each microlens of the microlens array has an aspherical shape that corrects aberration due to distortion of the surface of the pixel portion of the spatial light modulator, it is as described above. Since the effect by the aspherical shape (the effect in the first image exposure apparatus) can be obtained synergistically, it is possible to expose a higher definition image without further distortion.

また、この第3の画像露光装置において、特にマイクロレンズアレイの各マイクロレンズが、空間光変調素子の画素部の面の歪みによる収差を補正する屈折率分布を有するものとされている場合は、このような屈折率分布を付与したことによる効果(第2の画像露光装置における効果)も相乗的に得ることができるので、さらに歪みの無い、より高精細な画像を露光可能となる。   In the third image exposure apparatus, in particular, when each microlens of the microlens array has a refractive index distribution that corrects aberration due to distortion of the surface of the pixel portion of the spatial light modulator, Since the effect (the effect in the second image exposure apparatus) obtained by providing such a refractive index distribution can also be obtained synergistically, a higher-definition image without further distortion can be exposed.

また、上記第3の画像露光装置において、マイクロレンズの開口形状が、そのレンズ面の一部に遮光部を設けることによって規定されている場合は、空間光変調素子の画素部の周辺部を経た光がその遮光部で遮断されるので、集光されたビームの集光位置における形状が歪んでしまうという問題がより確実に防止される。   Further, in the third image exposure apparatus, when the opening shape of the microlens is defined by providing a light shielding portion on a part of the lens surface, the microlens opening shape passes through the peripheral portion of the pixel portion of the spatial light modulation element. Since the light is blocked by the light shielding portion, the problem that the shape of the condensed beam at the condensing position is distorted can be prevented more reliably.

また、以上説明した本発明による第1〜3の画像露光装置において、特に前記結像光学系が、空間光変調素子によって変調された光による像をマイクロレンズアレイに結像する一部の光学系を有するものであって、その一部の光学系の結像位置が、マイクロレンズアレイのレンズ面に設定されている場合には、該一部の光学系が結ぶ画素部の像が、該レンズ面上で最も小さい状態となる。そうであれば、感光材料上でビームを最も小さく絞ることができるのでより高精細の画像を露光可能になる。また、一般にDMDの微小ミラー等の画素部は一般に中央近辺において歪みがより少なくなっているので、上述のように画素部の像がレンズ面上で最も小さくなるのであれば、画素部中央近辺からのより収差が少ない光だけがマイクロレンズを通過するようにして、該マイクロレンズによる集束性能を改善することも可能になる。   In the first to third image exposure apparatuses according to the present invention described above, in particular, the imaging optical system is a part of the optical system that forms an image of light modulated by the spatial light modulation element on the microlens array. When the image forming position of a part of the optical system is set on the lens surface of the microlens array, the image of the pixel portion connected by the part of the optical system is It becomes the smallest state on the surface. If so, the beam can be narrowed down to the minimum on the photosensitive material, so that a higher definition image can be exposed. In general, a pixel portion such as a DMD micromirror is generally less distorted near the center. Therefore, if the image of the pixel portion is the smallest on the lens surface as described above, the pixel portion starts from the vicinity of the center. It is also possible to improve the focusing performance of the microlens by allowing only light with less aberration to pass through the microlens.

そして、上述のように第1の結像光学系の結像位置がマイクロレンズアレイのレンズ面に設定されている場合、特にマイクロレンズが、そのレンズ面の一部に遮光部を設けることによって、空間光変調素子の矩形の画素部の周辺部からの光は入射させないレンズ開口形状とされ、かつ、上記画素部の面の歪みによる収差を補正する非球面形状あるいは屈折率分布を有するものとされていると、特に光利用効率が高くなり、より高強度の光で感光材料を露光することができる。すなわちその場合は第1の結像光学系により、画素部の面の歪みによる迷光が該光学系の結像位置で1点に集束するように光が屈折するが、この位置に開口を制限する上記遮光部が形成されていれば、迷光以外の光が遮光されることがなくなり、光利用効率が向上する。   And when the imaging position of the first imaging optical system is set on the lens surface of the microlens array as described above, in particular, the microlens is provided with a light shielding portion on a part of the lens surface, It is assumed that the light from the peripheral portion of the rectangular pixel portion of the spatial light modulator is made into a lens opening shape that does not enter and has an aspheric shape or a refractive index distribution that corrects aberration due to distortion of the surface of the pixel portion. In particular, the light utilization efficiency is increased, and the photosensitive material can be exposed with higher intensity light. That is, in this case, the first imaging optical system refracts the light so that the stray light due to the distortion of the surface of the pixel portion is focused at one point at the imaging position of the optical system, but the aperture is limited to this position. If the light shielding part is formed, light other than stray light is not shielded, and light utilization efficiency is improved.

さらに、以上説明した本発明による第1〜3の画像露光装置において、特に前記結像光学系が、空間光変調素子により変調された光による像をマイクロレンズアレイに結像する第1の結像光学系と、マイクロレンズアレイで集光された光による像を感光材料上に結像する第2の結像光学系とを有するものであって、マイクロレンズアレイと第2の結像光学系との間に、マイクロレンズから出射した光を各々個別に絞る多数の開口がアレイ状に配列されてなる開口アレイが配設されている場合には、各開口に、それと対応しない隣接のマイクロレンズからの光が入射することが防止され、消光比が高められる。この効果は、上記開口アレイがマイクロレンズの焦点位置に配置されている場合には、特に顕著に得ることができる。   Further, in the first to third image exposure apparatuses according to the present invention described above, in particular, the imaging optical system forms a first image formed by the light modulated by the spatial light modulator on the microlens array. An optical system and a second imaging optical system that forms an image of light collected by the microlens array on the photosensitive material, the microlens array and the second imaging optical system; In the case where an aperture array in which a large number of apertures for individually narrowing the light emitted from the microlens are arranged in an array is arranged between each adjacent microlens that does not correspond to each aperture Is prevented from entering, and the extinction ratio is increased. This effect can be obtained particularly remarkably when the aperture array is arranged at the focal position of the microlens.

なお、本発明による上記第1〜3の画像露光装置が、微小ミラーが2次元状に配列されてなるDMD(デジタル・マイクロミラー・デバイス)を空間光変調素子として用いる画像露光装置を前提として構成された場合は、その場合に特に発生しやすくなっている上記問題を防止できるので、特に好ましいと言える。   The first to third image exposure apparatuses according to the present invention are configured on the assumption that the image exposure apparatus uses a DMD (digital micromirror device) in which micromirrors are arranged two-dimensionally as a spatial light modulation element. In this case, it can be said that it is particularly preferable because the above-mentioned problem that is particularly likely to occur can be prevented.

他方、本発明による画像露光方法は、上述した本発明による画像露光装置を用いて所定のパターンを感光材料に露光するものであるので、集光されたビームの集光位置における形状が歪んでしまうことを防止して、高精細なパターンを露光可能となる。   On the other hand, since the image exposure method according to the present invention exposes a predetermined pattern onto a photosensitive material using the image exposure apparatus according to the present invention described above, the shape of the condensed beam at the condensing position is distorted. This makes it possible to expose a high-definition pattern.

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態による画像露光装置について説明する。   An image exposure apparatus according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

[画像露光装置の構成]
この画像露光装置は、図1に示すように、シート状の感光材料150を表面に吸着して保持する平板状の移動ステージ152を備えている。4本の脚部154に支持された厚い板状の設置台156の上面には、ステージ移動方向に沿って延びた2本のガイド158が設置されている。ステージ152は、その長手方向がステージ移動方向を向くように配置されると共に、ガイド158によって往復移動可能に支持されている。なお、この画像露光装置には、副走査手段としてのステージ152をガイド158に沿って駆動する後述のステージ駆動装置304(図15参照)が設けられている。
[Configuration of image exposure apparatus]
As shown in FIG. 1, the image exposure apparatus includes a flat plate-shaped moving stage 152 that holds a sheet-like photosensitive material 150 on the surface thereof. Two guides 158 extending along the stage moving direction are installed on the upper surface of the thick plate-shaped installation table 156 supported by the four legs 154. The stage 152 is disposed so that the longitudinal direction thereof faces the stage moving direction, and is supported by a guide 158 so as to be reciprocally movable. The image exposure apparatus is provided with a stage drive unit 304 (see FIG. 15), which will be described later, that drives a stage 152 as sub-scanning means along a guide 158.

設置台156の中央部には、ステージ152の移動経路を跨ぐようにコ字状のゲート160が設けられている。コ字状のゲート160の端部の各々は、設置台156の両側面に固定されている。このゲート160を挟んで一方の側にはスキャナ162が設けられ、他方の側には感光材料150の先端および後端を検知する複数(例えば2個)のセンサ164が設けられている。スキャナ162およびセンサ164はゲート160に各々取り付けられて、ステージ152の移動経路の上方に固定配置されている。なお、スキャナ162およびセンサ164は、これらを制御する図示しないコントローラに接続されている。   A U-shaped gate 160 is provided at the center of the installation table 156 so as to straddle the movement path of the stage 152. Each of the end portions of the U-shaped gate 160 is fixed to both side surfaces of the installation table 156. A scanner 162 is provided on one side of the gate 160, and a plurality of (for example, two) sensors 164 for detecting the front and rear ends of the photosensitive material 150 are provided on the other side. The scanner 162 and the sensor 164 are respectively attached to the gate 160 and fixedly arranged above the moving path of the stage 152. The scanner 162 and the sensor 164 are connected to a controller (not shown) that controls them.

スキャナ162は、図2および図3(B)に示すように、m行n列(例えば3行5列)の略マトリックス状に配列された複数(例えば14個)の露光ヘッド166を備えている。この例では、感光材料150の幅との関係で、3行目には4個の露光ヘッド166を配置してある。なお、m行目のn列目に配列された個々の露光ヘッドを示す場合は、露光ヘッド166mnと表記する。 As shown in FIGS. 2 and 3B, the scanner 162 includes a plurality of (for example, 14) exposure heads 166 arranged in an approximately matrix of m rows and n columns (for example, 3 rows and 5 columns). . In this example, four exposure heads 166 are arranged in the third row in relation to the width of the photosensitive material 150. In addition, when showing each exposure head arranged in the mth row and the nth column, it is expressed as an exposure head 166 mn .

露光ヘッド166による露光エリア168は、副走査方向を短辺とする矩形状である。従って、ステージ152の移動に伴い、感光材料150には露光ヘッド166毎に帯状の露光済み領域170が形成される。なお、m行目のn列目に配列された個々の露光ヘッドによる露光エリアを示す場合は、露光エリア168mnと表記する。 An exposure area 168 by the exposure head 166 has a rectangular shape with the short side in the sub-scanning direction. Therefore, as the stage 152 moves, a strip-shaped exposed area 170 is formed on the photosensitive material 150 for each exposure head 166. In addition, when showing the exposure area by each exposure head arranged in the m-th row and the n-th column, it is expressed as an exposure area 168 mn .

また、図3(A)および(B)に示すように、帯状の露光済み領域170が副走査方向と直交する方向に隙間無く並ぶように、ライン状に配列された各行の露光ヘッドの各々は、配列方向に所定間隔(露光エリアの長辺の自然数倍、本例では2倍)ずらして配置されている。このため、1行目の露光エリア16811と露光エリア16812との間の露光できない部分は、2行目の露光エリア16821と3行目の露光エリア16831とにより露光することができる。 Further, as shown in FIGS. 3A and 3B, each of the exposure heads in each row arranged in a line so that the strip-shaped exposed regions 170 are arranged in the direction orthogonal to the sub-scanning direction without gaps. These are arranged with a predetermined interval (natural number times the long side of the exposure area, twice in this example) in the arrangement direction. Therefore, can not be exposed portion between the exposure area 168 11 in the first row and the exposure area 168 12, it can be exposed by the second row of the exposure area 168 21 and the exposure area 168 31 in the third row.

露光ヘッド16611〜166mnの各々は、図4および図5に示すように、入射された光ビームを画像データに応じて各画素毎に変調する空間光変調素子として、米国テキサス・インスツルメンツ社製のデジタル・マイクロミラー・デバイス(DMD)50を備えている。このDMD50は、データ処理部とミラー駆動制御部とを備えた後述のコントローラ302(図15参照)に接続されている。このコントローラ302のデータ処理部では、入力された画像データに基づいて、各露光ヘッド166毎にDMD50の制御すべき領域内の各マイクロミラーを駆動制御する制御信号を生成する。なお、制御すべき領域については後述する。また、ミラー駆動制御部では、画像データ処理部で生成した制御信号に基づいて、各露光ヘッド166毎にDMD50の各マイクロミラーの反射面の角度を制御する。なお、反射面の角度の制御については後述する。 As shown in FIGS. 4 and 5, each of the exposure heads 166 11 to 166 mn is manufactured by Texas Instruments, Inc. as a spatial light modulation element that modulates an incident light beam for each pixel according to image data. Digital micromirror device (DMD) 50. The DMD 50 is connected to a controller 302 (see FIG. 15), which will be described later, provided with a data processing unit and a mirror drive control unit. The data processing unit of the controller 302 generates a control signal for driving and controlling each micromirror in the region to be controlled by the DMD 50 for each exposure head 166 based on the input image data. The area to be controlled will be described later. The mirror drive control unit controls the angle of the reflection surface of each micromirror of the DMD 50 for each exposure head 166 based on the control signal generated by the image data processing unit. The control of the angle of the reflecting surface will be described later.

DMD50の光入射側には、光ファイバの出射端部(発光点)が露光エリア168の長辺方向と対応する方向に沿って一列に配列されたレーザ出射部を備えたファイバアレイ光源66、ファイバアレイ光源66から出射されたレーザ光を補正してDMD上に集光させるレンズ系67、このレンズ系67を透過したレーザ光をDMD50に向けて反射するミラー69がこの順に配置されている。なお図4では、レンズ系67を概略的に示してある。   On the light incident side of the DMD 50, a fiber array light source 66 including a laser emitting portion in which an emitting end portion (light emitting point) of an optical fiber is arranged in a line along a direction corresponding to the long side direction of the exposure area 168, a fiber A lens system 67 that corrects the laser light emitted from the array light source 66 and collects it on the DMD, and a mirror 69 that reflects the laser light transmitted through the lens system 67 toward the DMD 50 are arranged in this order. In FIG. 4, the lens system 67 is schematically shown.

上記レンズ系67は、図5に詳しく示すように、ファイバアレイ光源66から出射した照明光としてのレーザ光Bを集光する集光レンズ71、この集光レンズ71を通過した光の光路に挿入されたロッド状オプティカルインテグレータ(以下、ロッドインテグレータという)72、およびこのロッドインテグレータ72の前方つまりミラー69側に配置された結像レンズ74から構成されている。集光レンズ71、ロッドインテグレータ72および結像レンズ74は、ファイバアレイ光源66から出射したレーザ光を、平行光に近くかつビーム断面内強度が均一化された光束としてDMD50に入射させる。このロッドインテグレータ72の形状や作用については、後に詳しく説明する。   As shown in detail in FIG. 5, the lens system 67 includes a condenser lens 71 that condenses the laser light B as illumination light emitted from the fiber array light source 66, and is inserted into the optical path of the light that has passed through the condenser lens 71. The rod-shaped optical integrator 72 (hereinafter referred to as a rod integrator) 72 and an imaging lens 74 disposed in front of the rod integrator 72, that is, on the mirror 69 side. The condenser lens 71, the rod integrator 72, and the imaging lens 74 cause the laser light emitted from the fiber array light source 66 to enter the DMD 50 as a light beam that is close to parallel light and has a uniform beam cross-sectional intensity. The shape and action of this rod integrator 72 will be described in detail later.

上記レンズ系67から出射したレーザ光Bはミラー69で反射し、TIR(全反射)プリズム70を介してDMD50に照射される。なお図4では、このTIRプリズム70は省略してある。   The laser beam B emitted from the lens system 67 is reflected by a mirror 69 and irradiated to the DMD 50 via a TIR (total reflection) prism 70. In FIG. 4, the TIR prism 70 is omitted.

またDMD50の光反射側には、DMD50で反射されたレーザ光Bを、感光材料150上に結像する結像光学系51が配置されている。この結像光学系51は図4では概略的に示してあるが、図5に詳細を示すように、レンズ系52,54からなる第1結像光学系と、レンズ系57,58からなる第2結像光学系と、これらの結像光学系の間に挿入されたマイクロレンズアレイ55と、アパーチャアレイ59とから構成されている。   On the light reflection side of the DMD 50, an imaging optical system 51 that images the laser light B reflected by the DMD 50 on the photosensitive material 150 is disposed. The imaging optical system 51 is schematically shown in FIG. 4, but as shown in detail in FIG. 5, a first imaging optical system comprising lens systems 52 and 54 and a first imaging system comprising lens systems 57 and 58 are shown. The image forming optical system includes two image forming optical systems, a microlens array 55 inserted between these image forming optical systems, and an aperture array 59.

マイクロレンズアレイ55は、DMD50の各画素に対応する多数のマイクロレンズ55aが2次元状に配列されてなるものである。本例では、後述するようにDMD50の1024個×768列のマイクロミラーのうち1024個×256列だけが駆動されるので、それに対応させてマイクロレンズ55aは1024個×256列配置されている。またマイクロレンズ55aの配置ピッチは縦方向、横方向とも41μmである。このマイクロレンズ55aは、一例として焦点距離が0.19mm、NA(開口数)が0.11で、光学ガラスBK7から形成されている。なおマイクロレンズ55aの形状については、後に詳しく説明する。そして、各マイクロレンズ55aの位置におけるレーザ光Bのビーム径は、41μmである。   The microlens array 55 is formed by two-dimensionally arranging a number of microlenses 55a corresponding to each pixel of the DMD 50. In this example, as will be described later, only 1024 × 256 rows of the 1024 × 768 rows of micromirrors of DMD 50 are driven, and accordingly, 1024 × 256 rows of microlenses 55a are arranged. The arrangement pitch of the micro lenses 55a is 41 μm in both the vertical and horizontal directions. As an example, the micro lens 55a has a focal length of 0.19 mm, an NA (numerical aperture) of 0.11, and is formed of the optical glass BK7. The shape of the micro lens 55a will be described in detail later. The beam diameter of the laser beam B at the position of each micro lens 55a is 41 μm.

また上記アパーチャアレイ59は、マイクロレンズアレイ55の各マイクロレンズ55aに対応する多数のアパーチャ(開口)59aが形成されてなるものである。本実施形態において、アパーチャ59aの径は10μmである。   The aperture array 59 is formed by forming a large number of apertures (openings) 59a corresponding to the respective microlenses 55a of the microlens array 55. In the present embodiment, the diameter of the aperture 59a is 10 μm.

上記第1結像光学系は、DMD50による像を3倍に拡大してマイクロレンズアレイ55上に結像する。そして第2結像光学系は、マイクロレンズアレイ55を経た像を1.6倍に拡大して感光材料150上に結像、投影する。したがって全体では、DMD50による像が4.8倍に拡大して感光材料150上に結像、投影されることになる。   The first image-forming optical system forms an image on the microlens array 55 by enlarging the image by the DMD 50 three times. The second imaging optical system enlarges the image passing through the microlens array 55 by 1.6 times, and forms and projects the image on the photosensitive material 150. Therefore, as a whole, the image formed by the DMD 50 is enlarged and enlarged by 4.8 times on the photosensitive material 150 and projected.

なお本例では、第2結像光学系と感光材料150との間にプリズムペア73が配設され、このプリズムペア73を図5中で上下方向に移動させることにより、感光材料150上における像のピントを調節可能となっている。なお同図中において、感光材料150は矢印F方向に副走査送りされる。   In this example, a prism pair 73 is disposed between the second imaging optical system and the photosensitive material 150, and the prism pair 73 is moved in the vertical direction in FIG. The focus can be adjusted. In the figure, the photosensitive material 150 is sub-scanned in the direction of arrow F.

DMD50は図6に示すように、SRAMセル(メモリセル)60上に、各々画素(ピクセル)を構成する多数(例えば1024個×768個)の微小ミラー(マイクロミラー)62が格子状に配列されてなるミラーデバイスである。各ピクセルにおいて、最上部には支柱に支えられたマイクロミラー62が設けられており、マイクロミラー62の表面にはアルミニウム等の反射率の高い材料が蒸着されている。なお、マイクロミラー62の反射率は90%以上であり、その配列ピッチは縦方向、横方向とも一例として13.7μmである。また、マイクロミラー62の直下には、ヒンジおよびヨークを含む支柱を介して通常の半導体メモリの製造ラインで製造されるシリコンゲートのCMOSのSRAMセル60が配置されており、全体はモノリシックに構成されている。   As shown in FIG. 6, in the DMD 50, a large number (for example, 1024 × 768) of micromirrors (micromirrors) 62 constituting pixels (pixels) are arranged on a SRAM cell (memory cell) 60 in a lattice pattern. This is a mirror device. In each pixel, a micromirror 62 supported by a support column is provided at the top, and a material having high reflectivity such as aluminum is deposited on the surface of the micromirror 62. The reflectance of the micromirror 62 is 90% or more, and the arrangement pitch is 13.7 μm as an example in both the vertical and horizontal directions. Directly below the micromirror 62, a silicon gate CMOS SRAM cell 60 manufactured on a normal semiconductor memory manufacturing line is disposed via a support including a hinge and a yoke, and the entire structure is monolithic. ing.

DMD50のSRAMセル60にデジタル信号が書き込まれると、支柱に支えられたマイクロミラー62が、対角線を中心としてDMD50が配置された基板側に対して±α度(例えば±12度)の範囲で傾けられる。図7(A)は、マイクロミラー62がオン状態である+α度に傾いた状態を示し、図7(B)は、マイクロミラー62がオフ状態である−α度に傾いた状態を示す。したがって、画像信号に応じて、DMD50の各ピクセルにおけるマイクロミラー62の傾きを、図6に示すように制御することによって、DMD50に入射したレーザ光Bはそれぞれのマイクロミラー62の傾き方向へ反射される。   When a digital signal is written to the SRAM cell 60 of the DMD 50, the micromirror 62 supported by the support is tilted within a range of ± α degrees (eg, ± 12 degrees) with respect to the substrate side on which the DMD 50 is disposed with the diagonal line as the center. It is done. 7A shows a state where the micromirror 62 is tilted to + α degrees when the micromirror 62 is in the on state, and FIG. 7B shows a state where the micromirror 62 is tilted to −α degrees when the micromirror 62 is in the off state. Therefore, by controlling the tilt of the micromirror 62 in each pixel of the DMD 50 according to the image signal as shown in FIG. 6, the laser light B incident on the DMD 50 is reflected in the tilt direction of each micromirror 62. The

なお図6には、DMD50の一部を拡大し、マイクロミラー62が+α度又は−α度に制御されている状態の一例を示す。それぞれのマイクロミラー62のオンオフ制御は、DMD50に接続された前記コントローラ302によって行われる。また、オフ状態のマイクロミラー62で反射したレーザ光Bが進行する方向には、光吸収体(図示せず)が配置されている。   FIG. 6 shows an example of a state in which a part of the DMD 50 is enlarged and the micromirror 62 is controlled to + α degrees or −α degrees. The on / off control of each micromirror 62 is performed by the controller 302 connected to the DMD 50. Further, a light absorber (not shown) is arranged in the direction in which the laser beam B reflected by the micromirror 62 in the off state travels.

また、DMD50は、その短辺が副走査方向と所定角度θ(例えば、0.1°〜5°)を成すように僅かに傾斜させて配置するのが好ましい。図8(A)はDMD50を傾斜させない場合の各マイクロミラーによる反射光像(露光ビーム)53の走査軌跡を示し、図8(B)はDMD50を傾斜させた場合の露光ビーム53の走査軌跡を示している。   Further, it is preferable that the DMD 50 is disposed with a slight inclination so that the short side forms a predetermined angle θ (for example, 0.1 ° to 5 °) with the sub-scanning direction. 8A shows the scanning trajectory of the reflected light image (exposure beam) 53 by each micromirror when the DMD 50 is not tilted, and FIG. 8B shows the scanning trajectory of the exposure beam 53 when the DMD 50 is tilted. Show.

DMD50には、長手方向にマイクロミラーが多数個(例えば1024個)配列されたマイクロミラー列が、短手方向に多数組(例えば756組)配列されているが、図8(B)に示すように、DMD50を傾斜させることにより、各マイクロミラーによる露光ビーム53の走査軌跡(走査線)のピッチP1が、DMD50を傾斜させない場合の走査線のピッチP2より狭くなり、解像度を大幅に向上させることができる。一方、DMD50の傾斜角は微小であるので、DMD50を傾斜させた場合の走査幅W2と、DMD50を傾斜させない場合の走査幅W1とは略同一である。 In the DMD 50, a number of micromirror arrays in which a large number (for example, 1024) of micromirrors are arranged in the longitudinal direction are arranged in a short direction (for example, 756 sets). As shown in FIG. Further, by tilting the DMD 50, the pitch P 1 of the scanning trajectory (scan line) of the exposure beam 53 by each micromirror becomes narrower than the pitch P 2 of the scanning line when the DMD 50 is not tilted, and the resolution is greatly improved. Can be made. On the other hand, since the inclination angle of the DMD 50 is very small, the scanning width W 2 when the DMD 50 is inclined and the scanning width W 1 when the DMD 50 is not inclined are substantially the same.

また、異なるマイクロミラー列により同じ走査線上が重ねて露光(多重露光)されることになる。このように、多重露光されることで、アライメントマークに対する露光位置の微少量をコントロールすることができ、高精細な露光を実現することができる。また、主走査方向に配列された複数の露光ヘッドの間のつなぎ目を微少量の露光位置制御により段差無くつなぐことができる。   Further, the same scanning line is overlapped and exposed (multiple exposure) by different micromirror rows. Thus, by performing multiple exposure, it is possible to control a minute amount of the exposure position with respect to the alignment mark, and to realize high-definition exposure. Further, joints between a plurality of exposure heads arranged in the main scanning direction can be connected without a step by controlling a very small amount of exposure position.

なお、DMD50を傾斜させる代わりに、各マイクロミラー列を副走査方向と直交する方向に所定間隔ずらして千鳥状に配置しても、同様の効果を得ることができる。   Note that the same effect can be obtained by arranging the micromirror rows in a staggered manner by shifting the micromirror rows by a predetermined interval in the direction orthogonal to the sub-scanning direction instead of inclining the DMD 50.

ファイバアレイ光源66は図9aに示すように、複数(例えば14個)のレーザモジュール64を備えており、各レーザモジュール64には、マルチモード光ファイバ30の一端が結合されている。マルチモード光ファイバ30の他端には、コア径がマルチモード光ファイバ30と同一で且つクラッド径がマルチモード光ファイバ30より小さい光ファイバ31が結合されている。図9bに詳しく示すように、マルチモード光ファイバ31の光ファイバ30と反対側の端部は副走査方向と直交する主走査方向に沿って7個並べられ、それが2列に配列されてレーザ出射部68が構成されている。   As shown in FIG. 9 a, the fiber array light source 66 includes a plurality of (for example, 14) laser modules 64, and one end of a multimode optical fiber 30 is coupled to each laser module 64. The other end of the multimode optical fiber 30 is coupled with an optical fiber 31 having the same core diameter as the multimode optical fiber 30 and a cladding diameter smaller than the multimode optical fiber 30. As shown in detail in FIG. 9b, seven end portions of the multi-mode optical fiber 31 opposite to the optical fiber 30 are arranged along the main scanning direction orthogonal to the sub-scanning direction, and are arranged in two rows to form a laser. An emission unit 68 is configured.

マルチモード光ファイバ31の端部で構成されるレーザ出射部68は、図9bに示すように、表面が平坦な2枚の支持板65に挟み込まれて固定されている。また、マルチモード光ファイバ31の光出射端面には、その保護のために、ガラス等の透明な保護板が配置されるのが望ましい。マルチモード光ファイバ31の光出射端面は、光密度が高いため集塵し易く劣化し易いが、上述のような保護板を配置することにより、端面への塵埃の付着を防止し、また劣化を遅らせることができる。   As shown in FIG. 9B, the laser emitting portion 68 constituted by the end portion of the multimode optical fiber 31 is sandwiched and fixed between two support plates 65 having a flat surface. Further, it is desirable that a transparent protective plate such as glass is disposed on the light emitting end face of the multimode optical fiber 31 for protection. The light exit end face of the multimode optical fiber 31 is easily collected and easily deteriorated due to its high light density.However, the protective plate as described above prevents the dust from adhering to the end face. Can be delayed.

本例では図10に示すように、クラッド径が大きいマルチモード光ファイバ30のレーザ光出射側の先端部分に、長さ1〜30cm程度のクラッド径が小さい光ファイバ31が同軸的に結合されている。それらの光ファイバ30,31は、それぞれのコア軸が一致する状態で光ファイバ31の入射端面を光ファイバ30の出射端面に融着することにより結合されている。上述した通り、光ファイバ31のコア31aの径は、マルチモード光ファイバ30のコア30aの径と同じ大きさである。   In this example, as shown in FIG. 10, an optical fiber 31 having a small cladding diameter of about 1 to 30 cm is coaxially coupled to a tip portion on the laser light emission side of a multimode optical fiber 30 having a large cladding diameter. Yes. The optical fibers 30 and 31 are coupled by fusing the incident end face of the optical fiber 31 to the outgoing end face of the optical fiber 30 in a state where the respective core axes coincide. As described above, the diameter of the core 31a of the optical fiber 31 is the same as the diameter of the core 30a of the multimode optical fiber 30.

マルチモード光ファイバ30および光ファイバ31としては、ステップインデックス型光ファイバ、グレーデッドインデックス型光ファイバ、および複合型光ファイバの何れも適用可能である。例えば、三菱電線工業株式会社製のステップインデックス型光ファイバを用いることができる。本例において、マルチモード光ファイバ30および光ファイバ31はステップインデックス型光ファイバであり、マルチモード光ファイバ30は、クラッド径=125μm、コア径=50μm、NA=0.2、入射端面コートの透過率=99.5%以上であり、光ファイバ31は、クラッド径=60μm、コア径=50μm、NA=0.2である。   As the multimode optical fiber 30 and the optical fiber 31, any of a step index type optical fiber, a graded index type optical fiber, and a composite type optical fiber can be applied. For example, a step index type optical fiber manufactured by Mitsubishi Cable Industries, Ltd. can be used. In this example, the multimode optical fiber 30 and the optical fiber 31 are step index type optical fibers. The multimode optical fiber 30 has a cladding diameter = 125 μm, a core diameter = 50 μm, NA = 0.2, and transmission of the incident end face coating. The ratio is 99.5% or more, and the optical fiber 31 has a cladding diameter = 60 μm, a core diameter = 50 μm, and NA = 0.2.

ただし、光ファイバ31のクラッド径は60μmには限定されない。従来のファイバ光源に使用されている多くの光ファイバのクラッド径は125μmであるが、クラッド径が小さくなるほど焦点深度がより深くなるので、マルチモード光ファイバのクラッド径は80μm以下が好ましく、60μm以下がより好ましい。一方、シングルモード光ファイバの場合、コア径は少なくとも3〜4μm必要であることから、光ファイバ31のクラッド径は10μm以上が好ましい。また、光ファイバ30のコア径と光ファイバ31のコア径を一致させることが、結合効率の点から好ましい。   However, the cladding diameter of the optical fiber 31 is not limited to 60 μm. The clad diameter of many optical fibers used in conventional fiber light sources is 125 μm. However, the smaller the clad diameter, the deeper the depth of focus. Therefore, the clad diameter of the multimode optical fiber is preferably 80 μm or less, preferably 60 μm or less. Is more preferable. On the other hand, in the case of a single mode optical fiber, the core diameter needs to be at least 3 to 4 μm, and therefore the cladding diameter of the optical fiber 31 is preferably 10 μm or more. Further, it is preferable from the viewpoint of coupling efficiency that the core diameter of the optical fiber 30 and the core diameter of the optical fiber 31 are matched.

レーザモジュール64は、図11に示す合波レーザ光源(ファイバ光源)によって構成されている。この合波レーザ光源は、ヒートブロック10上に配列固定された複数(例えば7個)のチップ状の横マルチモード又はシングルモードのGaN系半導体レーザLD1,LD2,LD3,LD4,LD5,LD6,およびLD7と、GaN系半導体レーザLD1〜LD7の各々に対応して設けられたコリメータレンズ11,12,13,14,15,16および17と、1つの集光レンズ20と、1本のマルチモード光ファイバ30とから構成されている。なお、半導体レーザの個数は7個に限定されるものではなく、その他の個数が採用されてもよい。また、上述のような7個のコリメータレンズ11〜17に代えて、それらのレンズが一体化されてなるコリメータレンズアレイを用いることもできる。   The laser module 64 is configured by a combined laser light source (fiber light source) shown in FIG. The combined laser light source includes a plurality of (for example, seven) chip-like lateral multimode or single mode GaN-based semiconductor lasers LD1, LD2, LD3, LD4, LD5, LD6, and the like arranged and fixed on the heat block 10. LD 7, collimator lenses 11, 12, 13, 14, 15, 16, and 17 provided corresponding to each of GaN-based semiconductor lasers LD 1 to LD 7, one condenser lens 20, and one multimode light And fiber 30. The number of semiconductor lasers is not limited to seven, and other numbers may be adopted. Further, instead of the seven collimator lenses 11 to 17 as described above, a collimator lens array in which these lenses are integrated can be used.

GaN系半導体レーザLD1〜LD7は、発振波長が総て共通(例えば、405nm)であり、最大出力も総て共通(例えばマルチモードレーザでは100mW、シングルモードレーザでは50mW程度)である。なお、GaN系半導体レーザLD1〜LD7としては、350nm〜450nmの波長範囲において、上記405nm以外の波長で発振するレーザを用いてもよい。   The GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD7 all have a common oscillation wavelength (for example, 405 nm), and the maximum output is also all common (for example, about 100 mW for a multimode laser and about 50 mW for a single mode laser). As the GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD7, lasers that oscillate at wavelengths other than 405 nm in the wavelength range of 350 nm to 450 nm may be used.

上記の合波レーザ光源は、図12および図13に示すように、他の光学要素と共に、上方が開口した箱状のパッケージ40内に収納されている。パッケージ40は、その開口を閉じるように作成されたパッケージ蓋41を備えており、脱気処理後に封止ガスを導入し、パッケージ40の開口をパッケージ蓋41で閉じることにより、それらによって形成される閉空間(封止空間)内に上記合波レーザ光源が気密封止されている。   As shown in FIGS. 12 and 13, the above combined laser light source is housed in a box-shaped package 40 having an upper opening together with other optical elements. The package 40 includes a package lid 41 created so as to close the opening, and is formed by introducing a sealing gas after the deaeration process and closing the opening of the package 40 with the package lid 41. The combined laser light source is hermetically sealed in a closed space (sealed space).

パッケージ40の底面にはベース板42が固定されており、このベース板42の上面には、前記ヒートブロック10と、集光レンズ20を保持する集光レンズホルダー45と、マルチモード光ファイバ30の入射端部を保持するファイバホルダー46とが取り付けられている。マルチモード光ファイバ30の出射端部は、パッケージ40の壁面に形成された開口からパッケージ外に引き出されている。   A base plate 42 is fixed to the bottom surface of the package 40. On the top surface of the base plate 42, the heat block 10, a condensing lens holder 45 for holding the condensing lens 20, and a multimode optical fiber 30 are provided. A fiber holder 46 that holds the incident end is attached. The exit end of the multimode optical fiber 30 is drawn out of the package through an opening formed in the wall surface of the package 40.

また、ヒートブロック10の側面にはコリメータレンズホルダー44が取り付けられており、そこにコリメータレンズ11〜17が保持されている。パッケージ40の横壁面には開口が形成され、この開口を通してGaN系半導体レーザLD1〜LD7に駆動電流を供給する配線47がパッケージ外に引き出されている。   A collimator lens holder 44 is attached to the side surface of the heat block 10, and the collimator lenses 11 to 17 are held there. An opening is formed in the lateral wall surface of the package 40, and wiring 47 for supplying a driving current to the GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD7 is drawn out of the package through the opening.

なお、図13においては、図の煩雑化を避けるために、複数のGaN系半導体レーザのうちGaN系半導体レーザLD7にのみ番号を付し、複数のコリメータレンズのうちコリメータレンズ17にのみ番号を付している。   In FIG. 13, in order to avoid complication of the drawing, only the GaN semiconductor laser LD7 is numbered among the plurality of GaN semiconductor lasers, and only the collimator lens 17 is numbered among the plurality of collimator lenses. is doing.

図14は、上記コリメータレンズ11〜17の取り付け部分の正面形状を示すものである。コリメータレンズ11〜17の各々は、非球面を備えた円形レンズの光軸を含む領域を平行な平面で細長く切り取った形状に形成されている。この細長形状のコリメータレンズは、例えば、樹脂又は光学ガラスをモールド成形することによって形成することができる。コリメータレンズ11〜17は、長さ方向がGaN系半導体レーザLD1〜LD7の発光点の配列方向(図14の左右方向)と直交するように、上記発光点の配列方向に密接配置されている。   FIG. 14 shows the front shape of the attachment part of the collimator lenses 11-17. Each of the collimator lenses 11 to 17 is formed in a shape in which a region including the optical axis of a circular lens having an aspherical surface is cut out in a parallel plane. This elongated collimator lens can be formed, for example, by molding resin or optical glass. The collimator lenses 11 to 17 are closely arranged in the arrangement direction of the light emitting points so that the length direction is orthogonal to the arrangement direction of the light emitting points of the GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD7 (left and right direction in FIG. 14).

一方GaN系半導体レーザLD1〜LD7としては、発光幅が2μmの活性層を備え、活性層と平行な方向、直角な方向の拡がり角が各々例えば10°、30°の状態で各々レーザ光B1〜B7を発するレーザが用いられている。これらGaN系半導体レーザLD1〜LD7は、活性層と平行な方向に発光点が1列に並ぶように配設されている。   On the other hand, each of the GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD7 includes an active layer having a light emission width of 2 μm, and the laser beams B1 to A laser emitting B7 is used. These GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD7 are arranged so that the light emitting points are arranged in a line in a direction parallel to the active layer.

したがって、各発光点から発せられたレーザ光B1〜B7は、上述のように細長形状の各コリメータレンズ11〜17に対して、拡がり角度が大きい方向が長さ方向と一致し、拡がり角度が小さい方向が幅方向(長さ方向と直交する方向)と一致する状態で入射することになる。つまり、各コリメータレンズ11〜17の幅が1.1mm、長さが4.6mmであり、それらに入射するレーザ光B1〜B7の水平方向、垂直方向のビーム径は各々0.9mm、2.6mmである。また、コリメータレンズ11〜17の各々は、焦点距離f1=3mm、NA=0.6、レンズ配置ピッチ=1.25mmである。 Accordingly, in the laser beams B1 to B7 emitted from the respective light emitting points, the direction in which the divergence angle is large coincides with the length direction and the divergence angle is small with respect to the elongated collimator lenses 11 to 17 as described above. Incident light is incident in a state where the direction coincides with the width direction (direction perpendicular to the length direction). That is, the collimator lenses 11 to 17 have a width of 1.1 mm and a length of 4.6 mm, and the horizontal and vertical beam diameters of the laser beams B1 to B7 incident thereon are 0.9 mm and 2. 6 mm. Each of the collimator lenses 11 to 17 has a focal length f 1 = 3 mm, NA = 0.6, and a lens arrangement pitch = 1.25 mm.

集光レンズ20は、非球面を備えた円形レンズの光軸を含む領域を平行な平面で細長く切り取って、コリメータレンズ11〜17の配列方向、つまり水平方向に長く、それと直角な方向に短い形状に形成されている。この集光レンズ20は、焦点距離f2=23mm、NA=0.2である。この集光レンズ20も、例えば樹脂又は光学ガラスをモールド成形することにより形成される。 The condensing lens 20 is formed by cutting a region including the optical axis of a circular lens having an aspheric surface into a long and narrow shape in parallel planes, and is long in the arrangement direction of the collimator lenses 11 to 17, that is, in the horizontal direction and short in the direction perpendicular thereto Is formed. The condenser lens 20 has a focal length f 2 = 23 mm and NA = 0.2. The condensing lens 20 is also formed by molding resin or optical glass, for example.

次に図15を参照して、本例の画像露光装置における電気的な構成について説明する。ここに示されるように全体制御部300には変調回路301が接続され、該変調回路301にはDMD50を制御するコントローラ302が接続されている。また全体制御部300には、レーザモジュール64を駆動するLD駆動回路303が接続されている。さらにこの全体制御部300には、前記ステージ152を駆動するステージ駆動装置304が接続されている。   Next, the electrical configuration of the image exposure apparatus of this example will be described with reference to FIG. As shown here, a modulation circuit 301 is connected to the overall control unit 300, and a controller 302 for controlling the DMD 50 is connected to the modulation circuit 301. The overall control unit 300 is connected to an LD drive circuit 303 that drives the laser module 64. Further, a stage driving device 304 that drives the stage 152 is connected to the overall control unit 300.

[画像露光装置の動作]
次に、上記画像露光装置の動作について説明する。スキャナ162の各露光ヘッド166において、ファイバアレイ光源66の合波レーザ光源を構成するGaN系半導体レーザLD1〜LD7(図11参照)の各々から発散光状態で出射したレーザ光B1,B2,B3,B4,B5,B6,およびB7の各々は、対応するコリメータレンズ11〜17によって平行光化される。平行光化されたレーザ光B1〜B7は、集光レンズ20によって集光され、マルチモード光ファイバ30のコア30aの入射端面上で収束する。
[Operation of image exposure apparatus]
Next, the operation of the image exposure apparatus will be described. In each exposure head 166 of the scanner 162, laser light B1, B2, B3 emitted in a divergent light state from each of the GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD7 (see FIG. 11) constituting the combined laser light source of the fiber array light source 66. Each of B4, B5, B6, and B7 is collimated by the corresponding collimator lenses 11-17. The collimated laser beams B <b> 1 to B <b> 7 are collected by the condenser lens 20 and converge on the incident end face of the core 30 a of the multimode optical fiber 30.

本例では、コリメータレンズ11〜17および集光レンズ20によって集光光学系が構成され、その集光光学系とマルチモード光ファイバ30とによって合波光学系が構成されている。すなわち、集光レンズ20によって上述のように集光されたレーザ光B1〜B7が、このマルチモード光ファイバ30のコア30aに入射して光ファイバ内を伝搬し、1本のレーザ光Bに合波されてマルチモード光ファイバ30の出射端部に結合された光ファイバ31から出射する。   In this example, the collimator lenses 11 to 17 and the condenser lens 20 constitute a condensing optical system, and the condensing optical system and the multimode optical fiber 30 constitute a multiplexing optical system. That is, the laser beams B1 to B7 collected as described above by the condenser lens 20 enter the core 30a of the multimode optical fiber 30, propagate through the optical fiber, and merge with one laser beam B. The light is emitted from the optical fiber 31 coupled to the output end of the multimode optical fiber 30.

各レーザモジュールにおいて、レーザ光B1〜B7のマルチモード光ファイバ30への結合効率が0.9で、GaN系半導体レーザLD1〜LD7の各出力が50mWの場合には、アレイ状に配列された光ファイバ31の各々について、出力315mW(=50mW×0.9×7)の合波レーザ光Bを得ることができる。したがって、14本のマルチモード光ファイバ31全体では、4.4W(=0.315W×14)の出力のレーザ光Bが得られる。   In each laser module, when the coupling efficiency of the laser beams B1 to B7 to the multimode optical fiber 30 is 0.9 and each output of the GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD7 is 50 mW, the light arranged in an array For each of the fibers 31, a combined laser beam B having an output of 315 mW (= 50 mW × 0.9 × 7) can be obtained. Therefore, the entire 14 multi-mode optical fibers 31 can provide a laser beam B with an output of 4.4 W (= 0.315 W × 14).

画像露光に際しては、図15に示す変調回路301から露光パターンに応じた画像データがDMD50のコントローラ302に入力され、そのフレームメモリに一旦記憶される。この画像データは、画像を構成する各画素の濃度を2値(ドットの記録の有無)で表したデータである。   At the time of image exposure, image data corresponding to the exposure pattern is input from the modulation circuit 301 shown in FIG. 15 to the controller 302 of the DMD 50 and temporarily stored in the frame memory. This image data is data representing the density of each pixel constituting the image by binary values (whether or not dots are recorded).

感光材料150を表面に吸着したステージ152は、図15に示すステージ駆動装置304により、ガイド158に沿ってゲート160の上流側から下流側に一定速度で移動される。ステージ152がゲート160下を通過する際に、ゲート160に取り付けられたセンサ164により感光材料150の先端が検出されると、フレームメモリに記憶された画像データが複数ライン分ずつ順次読み出され、データ処理部で読み出された画像データに基づいて各露光ヘッド166毎に制御信号が生成される。そして、ミラー駆動制御部により、生成された制御信号に基づいて各露光ヘッド166毎にDMD50のマイクロミラーの各々がオンオフ制御される。なお本例の場合、1画素部となる上記マイクロミラーのサイズは14μm×14μmである。   The stage 152 having the photosensitive material 150 adsorbed on the surface is moved at a constant speed from the upstream side to the downstream side of the gate 160 along the guide 158 by the stage driving device 304 shown in FIG. When the leading edge of the photosensitive material 150 is detected by the sensor 164 attached to the gate 160 when the stage 152 passes under the gate 160, the image data stored in the frame memory is sequentially read out for each of a plurality of lines. A control signal is generated for each exposure head 166 based on the image data read by the data processing unit. Then, each of the micromirrors of the DMD 50 is controlled on and off for each exposure head 166 based on the generated control signal by the mirror drive control unit. In the case of this example, the size of the micromirror serving as one pixel portion is 14 μm × 14 μm.

ファイバアレイ光源66からDMD50にレーザ光Bが照射されると、DMD50のマイクロミラーがオン状態のときに反射されたレーザ光は、レンズ系54、58により感光材料150上に結像される。このようにして、ファイバアレイ光源66から出射されたレーザ光が画素毎にオンオフされて、感光材料150がDMD50の使用画素数と略同数の画素単位(露光エリア168)で露光される。また、感光材料150がステージ152と共に一定速度で移動されることにより、感光材料150がスキャナ162によりステージ移動方向と反対の方向に副走査され、各露光ヘッド166毎に帯状の露光済み領域170が形成される。   When the DMD 50 is irradiated with the laser beam B from the fiber array light source 66, the laser beam reflected when the micromirror of the DMD 50 is in an on state is imaged on the photosensitive material 150 by the lens systems 54 and 58. In this manner, the laser light emitted from the fiber array light source 66 is turned on and off for each pixel, and the photosensitive material 150 is exposed in a pixel unit (exposure area 168) that is approximately the same number as the number of used pixels of the DMD 50. Further, when the photosensitive material 150 is moved at a constant speed together with the stage 152, the photosensitive material 150 is sub-scanned in the direction opposite to the stage moving direction by the scanner 162, and a strip-shaped exposed region 170 is formed for each exposure head 166. It is formed.

なお本例では、図16(A)および(B)に示すように、DMD50には、主走査方向にマイクロミラーが1024個配列されたマイクロミラー列が副走査方向に768組配列されているが、本例では、コントローラ302により一部のマイクロミラー列(例えば、1024個×256列)だけが駆動するように制御がなされる。   In this example, as shown in FIGS. 16A and 16B, the DMD 50 has 768 pairs of micromirror arrays in which 1024 micromirrors are arranged in the main scanning direction. In this example, the controller 302 performs control so that only a part of micromirror rows (eg, 1024 × 256 rows) are driven.

この場合、図16(A)に示すようにDMD50の中央部に配置されたマイクロミラー列を使用してもよく、図16(B)に示すように、DMD50の端部に配置されたマイクロミラー列を使用してもよい。また、一部のマイクロミラーに欠陥が発生した場合は、欠陥が発生していないマイクロミラー列を使用するなど、状況に応じて使用するマイクロミラー列を適宜変更してもよい。   In this case, a micromirror array arranged at the center of the DMD 50 as shown in FIG. 16A may be used, and the micromirror arranged at the end of the DMD 50 as shown in FIG. A column may be used. In addition, when a defect occurs in some of the micromirrors, the micromirror array to be used may be appropriately changed depending on the situation, such as using a micromirror array in which no defect has occurred.

DMD50のデータ処理速度には限界があり、使用する画素数に比例して1ライン当りの変調速度が決定されるので、一部のマイクロミラー列だけを使用することで1ライン当りの変調速度が速くなる。一方、連続的に露光ヘッドを露光面に対して相対移動させる露光方式の場合には、副走査方向の画素を全部使用する必要はない。   Since the data processing speed of the DMD 50 is limited and the modulation speed per line is determined in proportion to the number of pixels used, the modulation speed per line can be increased by using only a part of the micromirror rows. Get faster. On the other hand, in the case of an exposure method in which the exposure head is continuously moved relative to the exposure surface, it is not necessary to use all the pixels in the sub-scanning direction.

スキャナ162による感光材料150の副走査が終了し、センサ164で感光材料150の後端が検出されると、ステージ152は、ステージ駆動装置304により、ガイド158に沿ってゲート160の最上流側にある原点に復帰し、再度、ガイド158に沿ってゲート160の上流側から下流側に一定速度で移動される。   When the sub-scanning of the photosensitive material 150 by the scanner 162 is completed and the rear end of the photosensitive material 150 is detected by the sensor 164, the stage 152 is moved to the most upstream side of the gate 160 along the guide 158 by the stage driving device 304. It returns to a certain origin and is moved again along the guide 158 from the upstream side to the downstream side of the gate 160 at a constant speed.

次に、図5に示したファイバアレイ光源66、集光レンズ71、ロッドインテグレータ72、結像レンズ74、ミラー69およびTIRプリズム70から構成されてDMD50に照明光としてのレーザ光Bを照射する照明光学系について説明する。ロッドインテグレータ72は例えば四角柱状に形成された透光性ロッドであり、その内部をレーザ光Bが全反射しながら進行するうちに、該レーザ光Bのビーム断面内強度分布が均一化される。なお、ロッドインテグレータ72の入射端面、出射端面には反射防止膜がコートされて、透過率が高められている。以上のようにして、照明光であるレーザ光Bのビーム断面内強度分布を高度に均一化できれば、照明光強度の不均一を無くして、高精細な画像を感光材料150に露光可能となる。   Next, the illumination comprising the fiber array light source 66, the condensing lens 71, the rod integrator 72, the imaging lens 74, the mirror 69 and the TIR prism 70 shown in FIG. 5 and irradiating the DMD 50 with the laser light B as the illumination light. The optical system will be described. The rod integrator 72 is a translucent rod formed in, for example, a rectangular column shape, and the intensity distribution in the beam cross section of the laser beam B is made uniform while the laser beam B travels while totally reflecting inside the rod integrator 72. The entrance end face and exit end face of the rod integrator 72 are coated with an antireflection film to increase the transmittance. As described above, if the intensity distribution in the beam cross section of the laser beam B as illumination light can be made highly uniform, non-uniform illumination light intensity can be eliminated and a high-definition image can be exposed on the photosensitive material 150.

ここで図17に、DMD50を構成するマイクロミラー62の反射面の平面度を測定した結果を示す。同図においては、反射面の同じ高さ位置を等高線で結んで示してあり、等高線のピッチは5nmである。なお同図に示すx方向およびy方向は、マイクロミラー62の2つの対角線方向であり、マイクロミラー62はy方向に延びる回転軸を中心として前述のように回転する。また図18の(A)および(B)にはそれぞれ、上記x方向、y方向に沿ったマイクロミラー62の反射面の高さ位置変位を示す。   FIG. 17 shows the result of measuring the flatness of the reflecting surface of the micromirror 62 constituting the DMD 50. In the figure, the same height positions of the reflecting surfaces are shown connected by contour lines, and the pitch of the contour lines is 5 nm. Note that the x direction and the y direction shown in the figure are two diagonal directions of the micromirror 62, and the micromirror 62 rotates around the rotation axis extending in the y direction as described above. 18A and 18B show the height position displacement of the reflecting surface of the micromirror 62 along the x direction and the y direction, respectively.

上記図17および図18に示される通り、マイクロミラー62の反射面には歪みが存在し、そして特にミラー中央部に注目してみると、1つの対角線方向(y方向)の歪みが、別の対角線方向(x方向)の歪みよりも大きくなっている。そのため、マイクロレンズアレイ55のマイクロレンズ55aで集光されたレーザ光Bの集光位置における形状が歪むという問題が発生し得る。   As shown in FIGS. 17 and 18, there is distortion on the reflection surface of the micromirror 62, and when attention is paid particularly to the center of the mirror, distortion in one diagonal direction (y direction) It is larger than the distortion in the diagonal direction (x direction). Therefore, there may be a problem that the shape of the laser beam B collected by the microlens 55a of the microlens array 55 is distorted.

本実施形態の画像露光装置においては上述の問題を防止するために、マイクロレンズアレイ55のマイクロレンズ55aが、従来とは異なる特殊な形状とされている。以下、その点について詳しく説明する。   In the image exposure apparatus of the present embodiment, the microlens 55a of the microlens array 55 has a special shape different from the conventional one in order to prevent the above-described problem. Hereinafter, this point will be described in detail.

図19の(A)および(B)はそれぞれ、マイクロレンズアレイ55全体の正面形状および側面形状を詳しく示すものである。これらの図にはマイクロレンズアレイ55の各部の寸法も記入してあり、それらの単位はmmである。本実施形態では、先に図16を参照して説明したようにDMD50の1024個×256列のマイクロミラー62が駆動されるものであり、それに対応させてマイクロレンズアレイ55は、横方向に1024個並んだマイクロレンズ55aの列を縦方向に256列並設して構成されている。なお同図(A)では、マイクロレンズアレイ55の並び順を横方向についてはjで、縦方向についてはkで示している。   FIGS. 19A and 19B respectively show the front and side shapes of the entire microlens array 55 in detail. These drawings also show the dimensions of each part of the microlens array 55, and the unit thereof is mm. In this embodiment, as described above with reference to FIG. 16, the 1024 × 256 micromirrors 62 of the DMD 50 are driven. Correspondingly, the microlens array 55 is 1024 in the lateral direction. The microlenses 55a arranged in parallel are arranged in 256 rows in the vertical direction. In FIG. 9A, the arrangement order of the microlens array 55 is indicated by j in the horizontal direction and k in the vertical direction.

また図20の(A)および(B)はそれぞれ、上記マイクロレンズアレイ55における1つのマイクロレンズ55aの正面形状および側面形状を示すものである。なお同図(A)には、マイクロレンズ55aの等高線を併せて示してある。各マイクロレンズ55aの光出射側の端面は、上述したマイクロミラー62の反射面の歪みによる収差を補正する非球面形状とされている。より具体的に、本実施形態においてマイクロレンズ55aはトーリックレンズとされており、上記x方向に光学的に対応する方向の曲率半径Rx=−0.125mm、上記y方向に対応する方向の曲率半径Ry=−0.1mmである。   20A and 20B show the front shape and the side shape of one microlens 55a in the microlens array 55, respectively. In FIG. 9A, the contour lines of the micro lens 55a are also shown. The end surface of each microlens 55a on the light emission side has an aspherical shape that corrects the aberration caused by the distortion of the reflection surface of the micromirror 62 described above. More specifically, in the present embodiment, the microlens 55a is a toric lens, and has a radius of curvature Rx = −0.125 mm in a direction optically corresponding to the x direction and a radius of curvature in a direction corresponding to the y direction. Ry = −0.1 mm.

したがって、上記x方向およびy方向に平行な断面内におけるレーザ光Bの集光状態は、概略、それぞれ図21の(A)および(B)に示す通りとなる。つまり、x方向に平行な断面内とy方向に平行な断面内とを比較すると、後者の断面内の方がマイクロレンズ55aの曲率半径がより小であって、焦点距離がより短くなっている。   Therefore, the condensing state of the laser beam B in the cross section parallel to the x direction and the y direction is roughly as shown in FIGS. 21A and 21B, respectively. That is, comparing the cross section parallel to the x direction and the cross section parallel to the y direction, the radius of curvature of the microlens 55a is smaller and the focal length is shorter in the latter cross section. .

マイクロレンズ55aを上記形状とした場合の、該マイクロレンズ55aの集光位置(焦点位置)近傍におけるビーム径を計算機によってシミュレーションした結果を図22a、b、c、およびdに示す。また比較のために、マイクロレンズ55aが曲率半径Rx=Ry=−0.1mmの球面形状である場合について、同様のシミュレーションを行った結果を図23a、b、cおよびdに示す。なお各図におけるzの値は、マイクロレンズ55aのピント方向の評価位置を、該マイクロレンズ55aのビーム出射面からの距離で示している。   FIGS. 22A, 22B, 22C, and 22D show the results of simulating the beam diameter in the vicinity of the condensing position (focal position) of the microlens 55a when the microlens 55a has the above shape by a computer. For comparison, FIGS. 23A, 23B, 23C, and 23D show the same simulation results for the case where the microlens 55a has a spherical shape with a radius of curvature Rx = Ry = −0.1 mm. Note that the value of z in each figure indicates the evaluation position in the focus direction of the micro lens 55a by the distance from the beam exit surface of the micro lens 55a.

また、上記シミュレーションに用いたマイクロレンズ55aの面形状は、
The surface shape of the microlens 55a used in the simulation is

である。なお上式において、Cx:x方向の曲率(=1/Rx)、Cy:y方向の曲率(=1/Ry)、X:x方向に関するレンズ光軸Oからの距離、Y:y方向に関するレンズ光軸Oからの距離、である。 It is. In the above equation, Cx: curvature in the x direction (= 1 / Rx), Cy: curvature in the y direction (= 1 / Ry), X: distance from the lens optical axis O in the x direction, Y: lens in the y direction. The distance from the optical axis O.

図22a〜dと図23a〜dとを比較すると明らかなように、本実施形態においてはマイクロレンズ55aを、y方向に平行な断面内の焦点距離がx方向に平行な断面内の焦点距離よりも小さいトーリックレンズとしたことにより、その集光位置近傍におけるビーム形状の歪みが抑制される。そうであれば、歪みの無い、より高精細な画像を感光材料150に露光可能となる。また、図22a〜dに示す本実施形態の方が、ビーム径の小さい領域がより広い、すなわち焦点深度がより大であることが分かる。   22A to 22D and FIGS. 23A to 23D, in the present embodiment, the microlens 55a has a focal length in a cross section parallel to the y direction that is greater than a focal length in a cross section parallel to the x direction. Since the toric lens is also small, distortion of the beam shape in the vicinity of the condensing position is suppressed. If so, the photosensitive material 150 can be exposed to a higher-definition image without distortion. It can also be seen that the present embodiment shown in FIGS. 22a to 22d has a wider region with a smaller beam diameter, that is, a greater depth of focus.

なお、マイクロミラー62のx方向およびy方向に関する中央部の歪の大小関係が、上記と逆になっている場合は、x方向に平行な断面内の焦点距離がy方向に平行な断面内の焦点距離よりも小さいトーリックレンズからマイクロレンズを構成すれば、同様に、歪みの無い、より高精細な画像を感光材料150に露光可能となる。   In the case where the magnitude relationship between the strains at the center of the micromirror 62 in the x direction and the y direction is opposite to the above, the focal length in the cross section parallel to the x direction is within the cross section parallel to the y direction. If the microlens is composed of a toric lens smaller than the focal length, similarly, a higher-definition image without distortion can be exposed on the photosensitive material 150.

また、マイクロレンズアレイ55の集光位置近傍に配置されたアパーチャアレイ59は、その各アパーチャ59aに、それと対応するマイクロレンズ55aを経た光のみが入射するように配置されたものである。すなわち、このアパーチャアレイ59が設けられていることにより、各アパーチャ59aに、それと対応しない隣接のマイクロレンズ55aからの光が入射することが防止され、消光比が高められる。なおこのアパーチャアレイ59は、マイクロレンズアレイ55の焦点位置に配置しておくことが好ましい。そのようにすれば、各アパーチャ59aと対応しない隣接のマイクロレンズ55aからの光が入射してしまうことが、より確実に防止される。   In addition, the aperture array 59 disposed in the vicinity of the light collection position of the microlens array 55 is disposed such that only light having passed through the corresponding microlens 55a is incident on each aperture 59a. That is, by providing this aperture array 59, it is possible to prevent light from adjacent microlenses 55a not corresponding to each aperture 59a from entering, and to increase the extinction ratio. The aperture array 59 is preferably arranged at the focal position of the microlens array 55. By doing so, it is possible to more reliably prevent light from the adjacent microlens 55a not corresponding to each aperture 59a from entering.

本来、上記目的で設置されるアパーチャアレイ59のアパーチャ59aの径をある程度小さくすれば、マイクロレンズ55aの集光位置におけるビーム形状の歪みを抑制する効果も得られる。しかしそのようにした場合は、アパーチャアレイ59で遮断される光量がより多くなり、光利用効率が低下することになる。それに対してマイクロレンズ55aを非球面形状とする場合は、光を遮断することがないので、光利用効率も高く保たれる。   Originally, if the diameter of the aperture 59a of the aperture array 59 installed for the above purpose is reduced to some extent, an effect of suppressing the distortion of the beam shape at the condensing position of the microlens 55a can be obtained. However, in such a case, the amount of light blocked by the aperture array 59 is increased, and the light use efficiency is reduced. On the other hand, when the microlens 55a has an aspherical shape, the light utilization efficiency is kept high because the light is not blocked.

なお本実施形態においては、マイクロミラー62の2つの対角線方向に光学的に対応するx方向およびy方向の曲率が異なるトーリックレンズであるマイクロレンズ55aが適用されているが、マイクロミラー62の歪みに応じて、図26(A)、(B)にそれぞれ等高線付き正面形状、側面形状を示すように、矩形のマイクロミラー62の2つの辺方向に光学的に対応するxx方向およびyy方向の曲率が互いに異なるトーリックレンズからなるマイクロレンズ55a’が適用されてもよい。   In the present embodiment, the microlens 55a which is a toric lens having different curvatures in the x and y directions optically corresponding to the two diagonal directions of the micromirror 62 is applied. Accordingly, the curvatures in the xx and yy directions optically corresponding to the two side directions of the rectangular micromirror 62 are shown in FIGS. A micro lens 55a ′ made of different toric lenses may be applied.

また本実施形態において、マイクロレンズ55aは2次の非球面形状とされているが、より高次(4次、6次・・・)の非球面形状を採用することにより、ビーム形状をさらに良化することができる。さらには、マイクロミラー62の反射面の歪みに応じて、前述したx方向およびy方向の曲率が互いに一致しているようなレンズ形状を採用することも可能である。以下、そのようなレンズ形状の例について詳しく説明する。   In this embodiment, the microlens 55a has a secondary aspherical shape. However, by adopting a higher order (4th, 6th,...) Aspherical shape, the beam shape can be further improved. Can be Furthermore, it is possible to adopt a lens shape in which the curvatures in the x direction and the y direction described above coincide with each other in accordance with the distortion of the reflection surface of the micromirror 62. Hereinafter, examples of such lens shapes will be described in detail.

図27の(A)、(B)にそれぞれ等高線付き正面形状、側面形状を示すマイクロレンズ55a”は、x方向およびy方向の曲率が互いに等しく、またその曲率は、球面レンズの曲率Cyをレンズ中心からの距離hに応じて補正したものとなっている。すなわち、このマイクロレンズ55a”のレンズ形状の基となる球面レンズ形状は、例えば下式(数2)でレンズ高さ(レンズ曲面の光軸方向位置)zを規定したものを採用する。
27A and 27B, the microlens 55a ″ showing a front shape and a side shape with contour lines, respectively, has the same curvature in the x direction and the y direction, and the curvature is the same as the curvature Cy of the spherical lens. This is corrected according to the distance h from the center. That is, the spherical lens shape that is the basis of the lens shape of the microlens 55a ″ is, for example, the lens height (the surface of the lens curved surface) by the following equation (Equation 2). An optical axis direction position) z is used.

なお上記曲率Cy=(1/0.1mm)である場合の、レンズ高さzと距離hとの関係をグラフにして図28に示す。   FIG. 28 is a graph showing the relationship between the lens height z and the distance h when the curvature Cy = (1 / 0.1 mm).

そして、上記球面レンズ形状の曲率Cyをレンズ中心からの距離hに応じて下式(数3)のように補正して、マイクロレンズ55a”のレンズ形状とする。
Then, the curvature Cy of the spherical lens shape is corrected as shown in the following equation (Equation 3) according to the distance h from the lens center to obtain the lens shape of the microlens 55a ″.

この(数3)においても、zの意味するところは(数2)と同じであり、ここでは4次係数aおよび6次係数bを用いて曲率Cyを補正している。なお、上記曲率Cy=(1/0.1mm)、4次係数a=1.2×103、6次係数a=5.5×107である場合の、レンズ高さzと距離hとの関係をグラフにして図29に示す。 In this (Equation 3), the meaning of z is the same as that in (Equation 2). Here, the curvature Cy is corrected using the fourth-order coefficient a and the sixth-order coefficient b. The lens height z and the distance h when the curvature Cy = (1 / 0.1 mm), the fourth-order coefficient a = 1.2 × 10 3 , and the sixth-order coefficient a = 5.5 × 10 7 are given. The relationship is shown in a graph in FIG.

また、以上説明した実施形態では、マイクロレンズ55aの光出射側の端面が非球面(トーリック面)とされているが、2つの光通過端面の一方を球面とし、他方をシリンドリカル面としたマイクロレンズからマイクロレンズアレイを構成して、上記実施形態と同様の効果を得ることもできる。   In the embodiment described above, the end surface on the light emission side of the micro lens 55a is an aspheric surface (toric surface). However, one of the two light passing end surfaces is a spherical surface and the other is a cylindrical surface. Thus, the microlens array can be configured to obtain the same effect as the above embodiment.

さらに、以上説明した実施形態においては、マイクロレンズアレイ55のマイクロレンズ55aが、マイクロミラー62の反射面の歪みによる収差を補正する非球面形状とされているが、このような非球面形状を採用する代わりに、マイクロレンズアレイを構成する各マイクロレンズに、マイクロミラー62の反射面の歪みによる収差を補正する屈折率分布を持たせても、同様の効果を得ることができる。   Further, in the embodiment described above, the microlens 55a of the microlens array 55 has an aspherical shape that corrects aberration due to distortion of the reflecting surface of the micromirror 62. Such an aspherical shape is adopted. Instead, the same effect can be obtained even if each microlens constituting the microlens array has a refractive index distribution that corrects aberration due to distortion of the reflection surface of the micromirror 62.

そのようなマイクロレンズ155aの一例を図24に示す。同図の(A)および(B)はそれぞれ、このマイクロレンズ155aの正面形状および側面形状を示すものであり、図示の通りこのマイクロレンズ155aの外形形状は平行平板状である。なお、同図におけるx、y方向は、既述した通りである。   An example of such a microlens 155a is shown in FIG. (A) and (B) of the same figure respectively show the front shape and the side shape of the micro lens 155a, and the outer shape of the micro lens 155a is a parallel plate shape as shown in the figure. The x and y directions in the figure are as described above.

また図25の(A)および(B)は、このマイクロレンズ155aによる上記x方向およびy方向に平行な断面内におけるレーザ光Bの集光状態を概略的に示している。このマイクロレンズ155aは、光軸Oから外方に向かって次第に増大する屈折率分布を有するものであり、同図においてマイクロレンズ155a内に示す破線は、その屈折率が光軸Oから所定の等ピッチで変化した位置を示している。図示の通り、x方向に平行な断面内とy方向に平行な断面内とを比較すると、後者の断面内の方がマイクロレンズ155aの屈折率変化の割合がより大であって、焦点距離がより短くなっている。このような屈折率分布型レンズから構成されるマイクロレンズアレイを用いても、前記マイクロレンズアレイ55を用いる場合と同様の効果を得ることが可能である。   25A and 25B schematically show the condensing state of the laser beam B in the cross section parallel to the x direction and the y direction by the micro lens 155a. The microlens 155a has a refractive index distribution that gradually increases outward from the optical axis O, and the broken line shown in the microlens 155a in FIG. The position changed with the pitch is shown. As shown in the drawing, when the cross section parallel to the x direction and the cross section parallel to the y direction are compared, the ratio of the refractive index change of the microlens 155a is larger in the latter cross section, and the focal length is larger. It is shorter. Even when a microlens array composed of such a gradient index lens is used, it is possible to obtain the same effect as when the microlens array 55 is used.

なお、先に図20および図21に示したマイクロレンズ55aのように面形状を非球面としたマイクロレンズにおいて、併せて上述のような屈折率分布を与え、面形状と屈折率分布の双方によって、マイクロミラー62の反射面の歪みによる収差を補正するようにしてもよい。   In addition, in the microlens whose surface shape is aspherical like the microlens 55a previously shown in FIG. 20 and FIG. 21, a refractive index distribution as described above is given together, and both by the surface shape and the refractive index distribution. The aberration due to the distortion of the reflection surface of the micromirror 62 may be corrected.

次に、本発明のさらに別の実施形態による画像露光装置について説明する。本実施形態の画像露光装置は、先に図1〜15を参照して説明した画像露光装置と比べると、図5に示したマイクロレンズアレイ55に代えて図30に示すマイクロレンズアレイ255が用いられている点のみが異なり、その他の点は基本的に同様に形成されたものである。以下、このマイクロレンズアレイ255について詳しく説明する。   Next, an image exposure apparatus according to still another embodiment of the present invention will be described. Compared with the image exposure apparatus described above with reference to FIGS. 1 to 15, the image exposure apparatus of this embodiment uses a microlens array 255 shown in FIG. 30 instead of the microlens array 55 shown in FIG. 5. However, the other points are basically formed in the same manner. Hereinafter, the microlens array 255 will be described in detail.

先に図17および図18を参照して説明した通り、DMD50のマイクロミラー62の反射面には歪みが存在するが、その歪み変化量はマイクロミラー62の中心から周辺部に行くにつれて次第に大きくなる傾向を有している。そしてマイクロミラー62の1つの対角線方向(y方向)の周辺部歪み変化量は、別の対角線方向(x方向)の周辺部歪み変化量と比べて大きく、上記の傾向もより顕著となっている。   As described above with reference to FIGS. 17 and 18, there is distortion on the reflection surface of the micromirror 62 of the DMD 50, but the amount of change in the distortion gradually increases from the center of the micromirror 62 to the periphery. Has a trend. The amount of change in the peripheral portion distortion in one diagonal direction (y direction) of the micromirror 62 is larger than the amount of change in the peripheral portion distortion in another diagonal direction (x direction), and the above-described tendency is more remarkable. .

本実施形態の画像露光装置は上述の問題に対処するために、図30に示すマイクロレンズアレイ255が適用されたものである。このマイクロレンズアレイ255は、アレイ状に配設されたマイクロレンズ255aが円形のレンズ開口を有するものとされている。そこで、上述のように歪みが大きいマイクロミラー62の反射面の周辺部、特に四隅部で反射したレーザ光Bはマイクロレンズ255aによって集光されなくなり、集光されたレーザ光Bの集光位置における形状が歪んでしまうことを防止できる。そうであれば、歪みの無い、より高精細な画像を感光材料150に露光可能となる。   The image exposure apparatus of the present embodiment is one in which a microlens array 255 shown in FIG. 30 is applied in order to cope with the above problem. In the microlens array 255, microlenses 255a arranged in an array have a circular lens opening. Therefore, as described above, the laser beam B reflected at the peripheral portion of the reflecting surface of the micromirror 62 having a large distortion, particularly at the four corners, is not collected by the microlens 255a, and the condensed laser beam B is collected at the condensing position. It is possible to prevent the shape from being distorted. If so, the photosensitive material 150 can be exposed to a higher-definition image without distortion.

また本実施形態においては、同図に示される通り、マイクロレンズアレイ255のマイクロレンズ255aを保持している透明部材255b(これは通常、マイクロレンズ255aと一体的に形成される)の裏面、つまりマイクロレンズ255aが形成されている面と反対側の面に、互いに離れた複数のマイクロレンズ255aのレンズ開口の外側領域を埋める状態にして、遮光性のマスク255cが形成されている。このようなマスク255cが設けられていることにより、マイクロミラー62の反射面の周辺部、特に四隅部で反射したレーザ光Bはそこで吸収、遮断されるので、集光されたレーザ光Bの形状が歪んでしまうという問題がより確実に防止される。   In the present embodiment, as shown in the figure, the back surface of the transparent member 255b (which is usually formed integrally with the microlens 255a) holding the microlens 255a of the microlens array 255, that is, A light-shielding mask 255c is formed on the surface opposite to the surface on which the microlenses 255a are formed so as to fill the outer regions of the lens openings of the plurality of microlenses 255a that are separated from each other. By providing such a mask 255c, the laser beam B reflected at the periphery of the reflecting surface of the micromirror 62, particularly at the four corners, is absorbed and blocked there, so that the shape of the focused laser beam B is Is more reliably prevented from being distorted.

本発明において、マイクロレンズの開口形状は上に説明した円形に限られるものではなく、例えば図31に示すように楕円形の開口を有するマイクロレンズ455aを複数並設してなるマイクロレンズアレイ455や、図32に示すように多角形(ここでは四角形)の開口を有するマイクロレンズ555aを複数並設してなるマイクロレンズアレイ555等を適用することもできる。なお上記マイクロレンズ455aおよび555aは、通常の軸対称球面レンズの一部を円形あるいは多角形に切り取った形のものであり、通常の軸対称球面レンズと同様の集光機能を有する。   In the present invention, the opening shape of the microlens is not limited to the circular shape described above. For example, as shown in FIG. 31, a microlens array 455 formed by arranging a plurality of microlenses 455a having elliptical openings. As shown in FIG. 32, a microlens array 555 or the like in which a plurality of microlenses 555a having polygonal (here, quadrangular) openings are arranged in parallel can also be applied. The microlenses 455a and 555a are formed by cutting out a part of a normal axisymmetric spherical lens into a circular shape or a polygonal shape, and have the same light collecting function as that of a normal axisymmetric spherical lens.

さらに、本発明においては、図33の(A)、(B)および(C)に示すようなマイクロレンズアレイを適用することも可能である。同図(A)に示すマイクロレンズアレイ655は、透明部材655bのレーザ光Bが出射する側の面に、上記マイクロレンズ55a、455aおよび555aと同様の複数のマイクロレンズ655aが互いに密接するように並設され、レーザ光Bが入射する側の面に上記マスク255cと同様のマスク655cが形成されてなるものである。なお、図30のマスク255cはレンズ開口の外側部分に形成されているのに対し、このマスク655cはレンズ開口内に設けられている。また同図(B)に示すマイクロレンズアレイ755は、透明部材755bのレーザ光Bが出射する側の面に、互いに離して複数のマイクロレンズ755aが並設され、それらのマイクロレンズ755aどうしの間にマスク755cが形成されてなるものである。また同図(C)に示すマイクロレンズアレイ855は、透明部材855bのレーザ光Bが出射する側の面に、互いに接する状態にして複数のマイクロレンズ855aが並設され、各マイクロレンズ855aの周辺部にマスク855cが形成されてなるものである。   Further, in the present invention, a microlens array as shown in FIGS. 33A, 33B, and 33C can be applied. In the microlens array 655 shown in FIG. 6A, a plurality of microlenses 655a similar to the microlenses 55a, 455a, and 555a are in close contact with the surface of the transparent member 655b on the side where the laser beam B is emitted. A mask 655c similar to the mask 255c is formed on the side where the laser beam B is incident side by side. Note that the mask 255c in FIG. 30 is formed in the outer portion of the lens opening, whereas the mask 655c is provided in the lens opening. In the microlens array 755 shown in FIG. 2B, a plurality of microlenses 755a are arranged in parallel on the surface of the transparent member 755b on the side where the laser beam B is emitted, and the microlens 755a is arranged between the microlenses 755a. And a mask 755c is formed. In the microlens array 855 shown in FIG. 6C, a plurality of microlenses 855a are arranged in parallel with each other on the surface of the transparent member 855b on the side where the laser beam B is emitted, and the periphery of each microlens 855a is arranged. A mask 855c is formed on the part.

なお、上記マスク655c、755cおよび855cは全て、前述のマスク255cと同様に円形の開口を有するものであり、それによりマイクロレンズの開口が円形に規定されるようになっている。   Note that the masks 655c, 755c, and 855c all have circular openings like the above-described mask 255c, whereby the opening of the microlens is defined to be circular.

以上説明したマイクロレンズ255a、455a、555a、655aおよび755aのように、マスクを設ける等によって、DMD50のマイクロミラー62の周辺部からの光を入射させないレンズ開口形状とする構成は、既述のマイクロレンズ55a(図20参照)のようにマイクロミラー62の面の歪みによる収差を補正する非球面形状のレンズや、マイクロレンズ155a(図24参照)のように上記収差を補正する屈折率分布を有するレンズに併せて採用することも可能である。そのようにすれば、マイクロミラー62の反射面の歪みによる露光画像の歪みを防止する効果が相乗的に高められる。   As in the microlenses 255a, 455a, 555a, 655a, and 755a described above, a configuration in which a lens opening shape that does not allow light from the periphery of the micromirror 62 of the DMD 50 to enter is provided by providing a mask or the like. An aspherical lens that corrects aberration due to distortion of the surface of the micromirror 62 as in the lens 55a (see FIG. 20), or a refractive index distribution that corrects the aberration as in the microlens 155a (see FIG. 24). It can also be used in combination with a lens. By doing so, the effect of preventing the distortion of the exposure image due to the distortion of the reflection surface of the micromirror 62 is synergistically enhanced.

特に、図33(C)に示すようにマイクロレンズ855aのレンズ面にマスク855cが形成される構成において、マイクロレンズ855aが上述のような非球面形状や屈折率分布を有するものとされ、その上で、第1結像光学系(例えば図5に示したレンズ系52,54)の結像位置がマイクロレンズ855aのレンズ面に設定されている場合は、特に光利用効率が高くなり、より高強度の光で感光材料150を露光することができる。すなわちその場合は第1の結像光学系により、マイクロミラー62の反射面の歪みによる迷光が該光学系の結像位置で1点に集束するように光が屈折するが、この位置にマスク855cが形成されていれば、迷光以外の光が遮光されることがなくなり、光利用効率が向上する。   In particular, in the configuration in which the mask 855c is formed on the lens surface of the microlens 855a as shown in FIG. 33C, the microlens 855a has the above-described aspherical shape and refractive index distribution. In the case where the imaging position of the first imaging optical system (for example, the lens systems 52 and 54 shown in FIG. 5) is set on the lens surface of the microlens 855a, the light utilization efficiency is particularly high and higher. The photosensitive material 150 can be exposed with intense light. That is, in this case, the first imaging optical system refracts the light so that stray light due to distortion of the reflection surface of the micromirror 62 is focused at one point at the imaging position of the optical system. If it is formed, light other than stray light will not be blocked, and light utilization efficiency will be improved.

また上述した実施形態では、空問光変調素子に光を照射する光源としてレーザ光源を用いているが、本発明においてはそれに限らず、例えば水銀灯等のランプ光源を用いることも可能である。   In the above-described embodiment, a laser light source is used as a light source for irradiating light to the spatial light modulation element. However, the present invention is not limited to this, and a lamp light source such as a mercury lamp can also be used.

また上記の実施形態では、DMD50を構成するマイクロミラー62の反射面の歪みによる収差を補正しているが、DMD以外の空間光変調素子を用いる画像露光装置においても、その空間光変調素子の画素部の面に歪みが存在する場合は、本発明を適用してその歪みによる収差を補正し、ビーム形状に歪みが生じることを防止可能である。   In the above embodiment, the aberration due to the distortion of the reflection surface of the micromirror 62 constituting the DMD 50 is corrected. However, even in an image exposure apparatus using a spatial light modulation element other than the DMD, the pixel of the spatial light modulation element is used. When there is distortion on the surface of the part, it is possible to apply the present invention to correct the aberration due to the distortion and to prevent the beam shape from being distorted.

本発明の一実施形態である画像露光装置の外観を示す斜視図The perspective view which shows the external appearance of the image exposure apparatus which is one Embodiment of this invention 図1の画像露光装置のスキャナの構成を示す斜視図1 is a perspective view showing a configuration of a scanner of the image exposure apparatus in FIG. (A)は感光材料に形成される露光済み領域を示す平面図、(B)は各露光ヘッドによる露光エリアの配列を示す図(A) is a plan view showing an exposed area formed on a photosensitive material, and (B) is a view showing an arrangement of exposure areas by each exposure head. 図1の画像露光装置の露光ヘッドの概略構成を示す斜視図1 is a perspective view showing a schematic configuration of an exposure head of the image exposure apparatus of FIG. 上記露光ヘッドの断面図Cross section of the above exposure head デジタルマイクロミラーデバイス(DMD)の構成を示す部分拡大図Partial enlarged view showing the configuration of a digital micromirror device (DMD) (A)および(B)はDMDの動作を説明するための説明図(A) And (B) is explanatory drawing for demonstrating operation | movement of DMD. (A)および(B)は、DMDを傾斜配置しない場合と傾斜配置する場合とで、露光ビームの配置および走査線を比較して示す平面図(A) and (B) are plan views showing the arrangement of the exposure beam and the scanning line in a case where the DMD is not inclined and in a case where the DMD is inclined. ファイバアレイ光源の構成を示す斜視図The perspective view which shows the structure of a fiber array light source ファイバアレイ光源のレーザ出射部における発光点の配列を示す正面図Front view showing arrangement of light emitting points in laser emitting section of fiber array light source マルチモード光ファイバの構成を示す図Diagram showing the configuration of a multimode optical fiber 合波レーザ光源の構成を示す平面図Plan view showing the configuration of the combined laser light source レーザモジュールの構成を示す平面図Plan view showing the configuration of the laser module 図12に示すレーザモジュールの構成を示す側面図Side view showing the configuration of the laser module shown in FIG. 図12に示すレーザモジュールの構成を示す部分正面図The partial front view which shows the structure of the laser module shown in FIG. 上記画像露光装置の電気的構成を示すブロック図Block diagram showing the electrical configuration of the image exposure apparatus (A)および(B)は、DMDの使用領域の例を示す図(A) And (B) is a figure which shows the example of the use area | region of DMD. DMDを構成するマイクロミラーの反射面の歪みを等高線で示す図The figure which shows the distortion of the reflective surface of the micromirror which comprises DMD with a contour line 上記マイクロミラーの反射面の歪みを、該ミラーの2つの対角線方向について示すグラフThe graph which shows distortion of the reflective surface of the said micromirror about two diagonal directions of this mirror 上記画像露光装置に用いられたマイクロレンズアレイの正面図(A)と側面図(B)Front view (A) and side view (B) of the microlens array used in the image exposure apparatus 上記マイクロレンズアレイを構成するマイクロレンズの正面図(A)と側面図(B)Front view (A) and side view (B) of the microlens constituting the microlens array 上記マイクロレンズによる集光状態を1つの断面内(A)と別の断面内(B)について示す概略図Schematic showing the condensing state by the micro lens in one cross section (A) and another cross section (B) 本発明の画像露光装置において、マイクロレンズの集光位置近傍におけるビーム径をシミュレーションした結果を示す図The figure which shows the result of having simulated the beam diameter in the condensing position vicinity of a micro lens in the image exposure apparatus of this invention. 図22aと同様のシミュレーション結果を、別の位置について示す図The figure which shows the simulation result similar to FIG. 22a about another position 図22aと同様のシミュレーション結果を、別の位置について示す図The figure which shows the simulation result similar to FIG. 22a about another position 図22aと同様のシミュレーション結果を、別の位置について示す図The figure which shows the simulation result similar to FIG. 22a about another position 従来の画像露光装置において、マイクロレンズの集光位置近傍におけるビーム径をシミュレーションした結果を示す図The figure which shows the result of having simulated the beam diameter in the condensing position vicinity of a micro lens in the conventional image exposure apparatus. 図23aと同様のシミュレーション結果を、別の位置について示す図The figure which shows the simulation result similar to FIG. 23a about another position 図23aと同様のシミュレーション結果を、別の位置について示す図The figure which shows the simulation result similar to FIG. 23a about another position 図23aと同様のシミュレーション結果を、別の位置について示す図The figure which shows the simulation result similar to FIG. 23a about another position 本発明の別の画像露光装置に用いられるマイクロレンズアレイを構成するマイクロレンズの正面図(A)と側面図(B)The front view (A) and side view (B) of the microlens which comprise the microlens array used for another image exposure apparatus of this invention 図24のマイクロレンズによる集光状態を1つの断面内(A)と別の断面内(B)について示す概略図FIG. 24 is a schematic view showing a light collection state by the microlens of FIG. 24 in one cross section (A) and another cross section (B). マイクロレンズのさらに別の例を示す正面図(A)と側面図(B)Front view (A) and side view (B) showing still another example of a microlens マイクロレンズのさらに別の例を示す正面図(A)と側面図(B)Front view (A) and side view (B) showing still another example of a microlens 球面レンズ形状例を示すグラフGraph showing examples of spherical lens shapes 本発明に用いられるマイクロレンズの別のレンズ面形状例を示すグラフThe graph which shows another lens surface shape example of the micro lens used for this invention マイクロレンズアレイの別の例を示す斜視図A perspective view showing another example of a microlens array マイクロレンズアレイのさらに別の例を示す平面図The top view which shows another example of a micro lens array マイクロレンズアレイのさらに別の例を示す平面図The top view which shows another example of a micro lens array マイクロレンズアレイのさらに別の例を示す平面図The top view which shows another example of a micro lens array

符号の説明Explanation of symbols

LD1〜LD7 GaN系半導体レーザ
30、31 マルチモード光ファイバ
50 デジタル・マイクロミラー・デバイス(DMD)
51 拡大結像光学系
53、54 第1結像光学系のレンズ
55、255、455、555、655、755、855 マイクロレンズアレイ
55a、55a’、55a”、155a、255a、455a、555a、655a、755a、855a マイクロレンズ
57、58 第2結像光学系のレンズ
59 アパーチャアレイ
66 レーザモジュール
66 ファイバアレイ光源
68 レーザ出射部
72 ロッドインテグレータ
150 感光材料
152 ステージ
162 スキャナ
166 露光ヘッド
168 露光エリア
170 露光済み領域
LD1-LD7 GaN semiconductor laser
30, 31 Multimode optical fiber
50 Digital micromirror device (DMD)
51 Magnification optical system
53, 54 Lens of the first imaging optical system
55, 255, 455, 555, 655, 755, 855 Micro lens array
55a, 55a ', 55a ", 155a, 255a, 455a, 555a, 655a, 755a, 855a Microlens
57, 58 Second imaging optical system lens
59 Aperture array
66 Laser module
66 Fiber array light source
68 Laser emission part
72 Rod integrator
150 photosensitive material
152 stages
162 Scanner
166 Exposure head
168 Exposure area
170 Exposed area

Claims (11)

照射された光を各々変調する多数の画素部が2次元状に配列されてなる空間光変調素子と、
この空間光変調素子に光を照射する光源と、
前記空間光変調素子の各画素部からの光をそれぞれ集光するマイクロレンズがアレイ状に配されてなるマイクロレンズアレイを含み、前記空間光変調素子により変調された光による像を感光材料上に結像する結像光学系とを備えた画像露光装置において、
前記マイクロレンズアレイの各マイクロレンズが、前記画素部の面の歪みによる収差を補正する非球面形状とされていることを特徴とする画像露光装置。
A spatial light modulation element in which a large number of pixel portions each modulating the irradiated light are two-dimensionally arranged;
A light source for irradiating light to the spatial light modulator;
Including a microlens array in which microlenses for condensing light from each pixel portion of the spatial light modulator are arranged in an array, and an image formed by the light modulated by the spatial light modulator is formed on a photosensitive material. In an image exposure apparatus comprising an imaging optical system for forming an image,
An image exposure apparatus, wherein each microlens of the microlens array has an aspherical shape that corrects an aberration due to distortion of a surface of the pixel portion.
前記非球面がトーリック面であることを特徴とする請求項1記載の画像露光装置。   2. The image exposure apparatus according to claim 1, wherein the aspherical surface is a toric surface. 照射された光を各々変調する多数の画素部が2次元状に配列されてなる空間光変調素子と、
この空間光変調素子に光を照射する光源と、
前記空間光変調素子の各画素部からの光をそれぞれ集光するマイクロレンズがアレイ状に配されてなるマイクロレンズアレイを含み、前記空間光変調素子により変調された光による像を感光材料上に結像する結像光学系とを備えた画像露光装置において、
前記マイクロレンズアレイの各マイクロレンズが、前記画素部の面の歪みによる収差を補正する屈折率分布を有するものとされていることを特徴とする画像露光装置。
A spatial light modulation element in which a large number of pixel portions each modulating the irradiated light are two-dimensionally arranged;
A light source for irradiating light to the spatial light modulator;
Including a microlens array in which microlenses for condensing light from each pixel portion of the spatial light modulator are arranged in an array, and an image formed by the light modulated by the spatial light modulator is formed on a photosensitive material. In an image exposure apparatus comprising an imaging optical system for forming an image,
An image exposure apparatus, wherein each microlens of the microlens array has a refractive index distribution that corrects an aberration due to distortion of a surface of the pixel portion.
前記マイクロレンズアレイの各マイクロレンズが、前記画素部の周辺部からの光を入射させないレンズ開口形状を有するものとされていることを特徴とする請求項1から3いずれか1項記載の画像露光装置。 4. The image exposure according to claim 1 , wherein each microlens of the microlens array has a lens opening shape that does not allow light from a peripheral portion of the pixel portion to enter. 5. apparatus. 前記マイクロレンズが円形のレンズ開口形状を有するものであることを特徴とする請求項記載の画像露光装置。 The image exposure apparatus according to claim 4, wherein the microlens has a circular lens opening shape. 前記マイクロレンズの開口形状が、そのレンズ面の一部に遮光部を設けることによって規定されていることを特徴とする請求項4または5記載の画像露光装置。 The opening shape of the microlenses, the image exposure apparatus according to claim 4 or 5, wherein that it is defined by providing a light shielding portion in a part of the lens surface. 前記結像光学系が少なくとも、前記空間光変調素子によって変調された光による像を前記マイクロレンズアレイに結像する一部の光学系を有し、
前記一部の光学系の結像位置が、前記マイクロレンズアレイのレンズ面に設定されていることを特徴とする請求項1からいずれか1項記載の画像露光装置。
The imaging optical system has at least a part of an optical system that forms an image of light modulated by the spatial light modulation element on the microlens array;
The imaging position of the part of the optical system is an image exposing apparatus that features to claims 1 to 6 any one of claims to, which is set on the lens surface of the microlens array.
前記結像光学系が、前記空間光変調素子により変調された光による像を前記マイクロレンズアレイに結像する第1の結像光学系と、前記マイクロレンズアレイで集光された光による像を感光材料上に結像する第2の結像光学系とを有し、
前記マイクロレンズアレイと前記第2の結像光学系との間に、前記マイクロレンズから出射した光を各々個別に絞る多数の開口をアレイ状に配列して有する開口アレイが配設されていることを特徴とする請求項1からいずれか1項記載の画像露光装置。
The imaging optical system includes a first imaging optical system that forms an image of light modulated by the spatial light modulator on the microlens array, and an image of light condensed by the microlens array. A second imaging optical system that forms an image on the photosensitive material;
Between the microlens array and the second imaging optical system, an aperture array having a large number of apertures for individually focusing the light emitted from the microlens is arranged. image exposure apparatus according to claim 1 to 7 or 1, wherein said.
前記開口アレイが、前記マイクロレンズの焦点位置に配置されていることを特徴とする請求項記載の画像露光装置。 The image exposure apparatus according to claim 8 , wherein the aperture array is disposed at a focal position of the microlens. 前記空間光変調素子が、前記画素部としての微小ミラーが2次元状に配列されてなるDMD(デジタル・マイクロミラー・デバイス)であることを特徴とする請求項1からいずれか1項記載の画像露光装置。 The spatial light modulator, of micromirrors are two-dimensionally arranged consisting DMD according to claims 1, characterized in that the (digital micromirror device) 9 any one as the pixel portion Image exposure device. 請求項1から10いずれか1項記載の画像露光装置を用いて所定のパターンを感光材料に露光することを特徴とする画像露光方法。 Image exposure method comprising exposing a predetermined pattern on a photosensitive material using an image exposure apparatus according to claim 1 to 10 any one of claims.
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