JP2004212471A

JP2004212471A - Plotting head, plotting system, and plotting method

Info

Publication number: JP2004212471A
Application number: JP2002379493A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Nakatani; 大輔中谷
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 2002-12-27
Filing date: 2002-12-27
Publication date: 2004-07-29

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a plotting head for improving the resolution in the scanning direction, without lowering the scanning speed, and to provide a plotting system and a plotting direction. SOLUTION: Micromirrors 62, constituting a DMD 50, are successively numbered with serial natural numbers S from the preceding row to the final line each row in the scanning direction, and groups of the micromirros 62 are constituted at each line equal to the residual dividing the numbers by a prescribed natural number N of 2 or larger. In a SRAM, for the same group, changing (rewriting) to the signals indicating the next inclined states is substantially performed at the same time. COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、描画ヘッド、描画装置及び描画方法に関し、特に、描画面に対し、この描画面に沿った所定方向へ相対移動される描画ヘッドと、この描画ヘッドを備えた描画装置、及びこの描画ヘッドを使用した描画方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、画像記録装置の一例として、デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）等の二次元空間光変調素子を利用して、画像データに応じて変調された光ビームで画像露光を行う露光装置が種々提案されている（たとえば、非特許文献１参照）。このＤＭＤは、たとえばＳＲＡＭの各メモリセル上に多数の微小なマイクロミラーが設けられて構成されており、各メモリセルに蓄えた電荷による静電気力でマイクロミラーの反射面の角度を変化させるようになっている。実際に描画を行うときには、各ＳＲＡＭに画像データを書き込んだ状態で各マイクロミラーをリセットして所定角度とし、光の反射方向を所望の方向とする。
【０００３】
このような二次元空間光変調素子を用いて画像を記録する画像記録装置としては、たとえば、非特許文献２に示されたものがある。この画像記録装置では、１つのウインドウ領域が４つに分割されており、それぞれの分割領域へのデータ転送に約２４μｓｅｃ、ミラーリセットに約２５μｓｅｃを要している。この画像記録装置では、４つの領域毎にデータ転送とミラーリセットとを順次行う構成となっているため、全体として、１つのウインドウ領域を露光するために、約２００μｓｅｃ（（２４μｓｅｃ＋２５μｓｅｃ）×４）を要している。
【０００４】
これに対し、特許文献１には、感光記録媒体を２次元空間光変調素子の画素列に対して傾いた方向に副走査移動させる画像記録装置が記載されている。このように傾斜させることで、走査方向に垂直な方向（副走査方向）の解像度を向上させることができる。
【０００５】
ところで、特許文献１の画像記録装置において、走査方向の解像度は走査速度に依存する。したがって、走査方向の解像度を向上させるためには、たとえば、走査速度を低下させればよいが、この場合には、画像記録に多くの時間を要する。
【０００６】
したがって、走査速度を低下させることなく走査方向の解像度を向上させるためには、２次元空間光変調素子の更新周波数（単位時間当たりにリセットできる回数）を上げる必要がある。ところが、上記の非特許文献２にも示されているように、すべてのＳＲＡＭの各メモリセルにデータを転送した後、各マイクロミラーのリセットを行う必要があるため、更新周波数には限界がある。結果的に、データ転送時間及びリセット時間が障害となり、走査速度を低下させることなく走査方向の解像度を向上させることには限界が生じている。
【０００７】
【非特許文献１】
Larry J. Hornbeck, Digital Light Processing and MEMS: reflecting the digital display needs of the networked society, THE INTERNATIONAL SOCIETYFOR OPTICAL ENGINEERING, Proceedings of SPIE Volume: 2783, 8/1996, P.2-13
【非特許文献２】
W.E.Nelson and Robit L Bhuva,. Digital micromirror device imaging bar for hard copy, THE INTERNATIONAL SOCIETY FOR OPTICAL ENGINEERING, Proceedings of SPIE Volume: 2413, 4/1995, P.58-65
【特許文献１】
特表２００１−７１５６３号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記事実を考慮し、走査速度を低下させることなく走査方向の解像度を向上させることが可能な描画ヘッド、描画装置及び描画方法を得ることを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明では、描画面に対し、この描画面に沿った所定の走査方向へ相対移動される描画ヘッドであって、描画面と実質的に平行な面内で複数の描画素子を二次元に配列して構成された描画素子群と、画像情報に応じて前記描画素子の変調状態をあらかじめ記憶し描画素子に出力可能な記憶手段と、前記描画素子を走査方向に沿って先頭行から最終行まで連続的な自然数で番号付けを行った場合に、この番号を２以上の所定の自然数Ｎで割った余りが等しい行で描画素子グループを構成し、前記記憶手段に記憶された前記変調状態を次の変調状態へと描画素子グループ内で実質的に同時に変化させる変化手段と、を有することを特徴とする。
【００１０】
この描画ヘッドでは、描画素子の変調状態が記憶手段に記憶されており、記憶手段からの出力に基づいて、描画素子は、１つの変調状態から次の変調状態へと変化される。また、描画ヘッドの複数の描画素子は描画面と実質的に平行な面内で二次元的に配列されており、描画ヘッドは描画面に沿った所定の走査方向へと相対移動される。これにより、描画素子群を構成している複数の描画素子によって描画面に描画（画像記録）される。
【００１１】
描画素子は、走査方向に沿って先頭行から最終行まで連続的な自然数で番号付けを行った場合に、この番号を２以上の所定の自然数Ｎで割った余りが等しい行で描画素子グループを構成している。そして、記憶手段に記憶された変調状態は、変化手段によって、次の変調状態へと描画素子グループ内で実質的に同時に変化させることができる。換言すれば、異なるグループの描画素子に対応する記憶手段では、記憶された変調状態を異なるタイミングで変化させることができる。これにより、走査方向への描画ヘッドの相対移動速度（走査速度）を低下させることなく、走査方向の解像度を向上させることが可能となる。
【００１２】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、前記変化手段による変調状態の変化タイミングが、描画素子グループごとに異なるタイミングとされていることを特徴とする。
【００１３】
すなわち、請求項１に記載の発明において、実質的に請求項２に記載のようにすることで、走査方向の解像度を向上させることが可能となる。
【００１４】
請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の発明において、１つの前記描画素子での１回の描画から次の描画までの時間間隔をＴ０とした場合、前記変化手段による変調状態の変化タイミングが、描画素子グループごとにＴ０／Ｎづつずれたタイミングとされていることを特徴とする。
【００１５】
これにより、描画素子グループごとの変調状態のタイミングのずれが一定（Ｔ０／Ｎ）となるので、走査方向に見て均一な画素間隔で描画することが可能となる。
【００１６】
本発明の描画ヘッドとしては、画像情報に応じてインク滴を描画面に吐出するインクジェット記録ヘッドであってもよいが、請求項４に記載のように、前記描画素子群が、画像情報に対応して各画素ごとに変調された光を、描画面としての露光面に照射する変調光照射装置、である描画ヘッドでもよい。この描画ヘッドでは、変調光照射装置から、画像情報に対応して各画素ごとに変調された光が描画面である露光面に照射される。そして、描画ヘッド（露光ヘッド）が露光面に対し、露光面に沿った方向へと相対移動されることで、露光面に二次元像が描画される。
【００１７】
この変調光照射装置としては、たとえば、多数の点光源が二次元状に配列された二次元配列光源を挙げることができる。この構成では、それそれの点光源が、画像情報に応じて光を射出する。この光が、必要に応じて高輝度ファイバなどの導光部材で所定位置まで導かれ、さらに必要に応じてレンズやミラーなどの光学系で整形などが行われ、露光面に照射される。
【００１８】
また、変調光照射装置として、請求項５に記載のように、レーザ光を照射するレーザ装置と、各々制御信号に応じて光変調状態が変化する多数の描画素子部が２次元状に配列され、前記レーザ装置から照射されたレーザ光を変調する空間光変調素子と、前記描画素子部を露光情報に応じて生成した制御信号によって制御する制御手段と、を含む構成とすることができる。この構成では、制御手段により、空間光変調素子の各描画素子部の光変調状態が変化され、空間光変調素子に照射されたレーザ光が、変調されて、露光面に照射される。もちろん、必要に応じて、高輝度ファイバなどの導光部材や、レンズ、ミラーなどの光学系を用いてもよい。
【００１９】
空間光変調素子としては、請求項６に記載のように、各々制御信号に応じて反射面の角度が変更可能な多数のマイクロミラーが２次元状に配列されて構成されたマイクロミラーデバイスや、請求項７に記載のように、各々制御信号に応じて透過光を遮断することが可能な多数の液晶セルが２次元状に配列されて構成された液晶シャッターアレイを用いることができる。
【００２０】
請求項８に記載の発明では、請求項１〜請求項７のいずれかに記載の描画ヘッドと、前記描画ヘッドを少なくとも前記走査方向へ相対移動させる移動手段と、を有することを特徴とする。
【００２１】
したがって、描画ヘッドによって描画面に対し露光やインク吐出などの処理がなされつつ、描画ヘッドが描画面と相対移動し、描画面上に描画される。この描画装置では、請求項１〜請求項７のいずれかに記載の描画ヘッドを有しているので、走査速度を低下させることなく、走査方向の解像度を向上させることが可能となる。
【００２２】
請求項９に記載の発明では、請求項１〜請求項７のいずれかに記載の描画ヘッドを使用し、この描画ヘッドを描画面に沿った所定の走査方向へ相対移動させて描画する描画方法であって、前記描画素子を走査方向に沿って先頭行から最終行まで連続的な自然数で番号付けを行った場合に、この番号を所定の自然数Ｎで割った余りが等しい行で描画素子グループを構成し、前記記憶手段に記憶された前記変調状態を次の変調状態へと描画素子グループごとに異なるタイミングで変化させることを特徴とする。
【００２３】
したがって、描画素子の変調状態が記憶された記憶手段からの出力に基づいて、描画素子が１つ変調状態から次の変調状態へと変化され、さらに、描画ヘッドが描画面に沿った所定の走査方向へと相対移動されことで、描画素子群を構成している複数の描画素子によって描画面に描画（画像記録）される。
【００２４】
描画素子は、走査方向に沿って先頭行から最終行まで連続的な自然数で番号付けを行った場合に、この番号を所定の自然数Ｎで割った余りが等しい行で描画素子グループを構成している。そして、記憶手段に記憶された変調状態は、変化手段によって、次の変調状態へと描画素子グループごとに異なるタイミングで変化される。これにより、走査方向への描画ヘッドの相対移動速度（走査速度）を低下させることなく、走査方向の解像度を向上させることが可能となる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態に係る描画装置は、いわゆるフラッドベッドタイプの露光装置とされており、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、この露光装置には、ステージ１５２をガイド１５８に沿って駆動するための図示しない駆動装置が設けられている。
【００２６】
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の先端及び後端を検知する複数（例えば、２個）の検知センサ１６４が設けられている。スキャナ１６２及び検知センサ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及び検知センサ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おり、後述するように、露光ヘッド１６６によって露光する際に所定のタイミングで露光するように制御される。
【００２７】
スキャナ１６２は、図２及び図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、全体で、１４個とした。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１６６_mnと表記する。
【００２８】
露光ヘッド１６６による露光エリア１６８は、図２では、走査方向を短辺とする矩形状で、且つ、走査方向に対し、所定の傾斜角θで傾斜している。そして、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１６８_mnと表記する。
【００２９】
また、図３（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、帯状の露光済み領域１７０びそれぞれが、隣接する露光済み領域１７０と部分的に重なるように、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、本実施の形態では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。
【００３０】
露光ヘッド１６６₁₁〜１６６_mn各々は、図４、図５（Ａ）及び（Ｂ）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、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図示しないコントローラに接続されている。このコントローラ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。
【００３１】
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付いては後述する。
【００３２】
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、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。
【００３３】
レンズ系６７は、ファイバアレイ光源６６から出射されたレーザ光を平行光化する１対の組合せレンズ７１、平行光化されたレーザ光の光量分布が均一になるように補正する１対の組合せレンズ７３、及び光量分布が補正されたレーザ光をＤＭＤ上に集光する集光レンズ７５で構成されている。組合せレンズ７３は、レーザ出射端の配列方向に対しては、レンズの光軸に近い部分は光束を広げ且つ光軸から離れた部分は光束を縮め、且つこの配列方向と直交する方向に対しては光をそのまま通過させる機能を備えており、光量分布が均一となるようにレーザ光を補正する。
【００３４】
また、ＤＭＤ５０の光反射側には、ＤＭＤ５０で反射されたレーザ光を感光材料１５０の走査面（被露光面）５６上に結像するレンズ系５４、５８が配置されている。レンズ系５４及び５８は、ＤＭＤ５０と被露光面５６とが共役な関係となるように配置されている。
【００３５】
本実施形態では、ファイバアレイ光源６６から出射されたレーザ光は、実質的に５倍に拡大された後、各画素がこれらのレンズ系５４、５８によって約５μｍに絞られるように設定されている。
【００３６】
ＤＭＤ５０は、図６に示すように、ＳＲＡＭセル（メモリセル）６０上に、微小ミラー（マイクロミラー）６２が支柱により支持されて配置されたものであり、画素（ピクセル）を構成する多数の（例えば、ピッチ１３．６８μｍ、１０２４個×７６８個）の微小ミラーを格子状に配列して構成されたミラーデバイスである。各ピクセルには、最上部に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％以上である。また、マイクロミラー６２の直下には、ヒンジ及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（一体型）に構成されている。
【００３７】
ＤＭＤ５０のＳＲＡＭセル６０に、マイクロミラー６０の傾斜状態（変調状態）を示すデジタル信号が書き込まれ、さらにＳＲＡＭセル６０からマイクロミラー６２にデジタル信号が出力されると、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±１０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。従って、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に入射された光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。
【００３８】
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に接続された図示しないコントローラによって行われる。なお、オフ状態のマイクロミラー６２により光ビームが反射される方向には、光吸収体（図示せず）が配置されている。
【００３９】
ここで、本実施形態では、ＤＭＤ５０を構成するマイクロミラー６２に対し、走査方向の各列ごとに、順に先頭列から最終行まで連続な自然数Ｓで番号付けを行い、この番号を、２以上の所定の自然数Ｎで割った余りが等しい行ごとに、マイクロミラー６２のグループを構成している。そして、同一グループに対応するＳＲＡＭについては、実質的に同時に、次の傾斜状態を示す信号への変化（書き換え）が行われるようにしている。この点につき、図８を参照して説明する。なお、以下において、上記の余りをｒとしたときに、このｒを使用して各グループを区別することとする。たとえば、ｒ＝１のグループを第１グループ、ｒ＝２のグループを第２グループ、ｒ＝０のグループを第０グループとする。
【００４０】
図８には、ＤＭＤ５０を構成する複数のマイクロミラー６２の一部が、走査方向に４行、走査方向と直交する方向に４列取り出して模式的に示されている。行番号をここでは一例として２で割り、その余りが等しい行ごとにグループ化している。したがって、第１行目と第３行目とが同一グループ（余りｒ＝１なので第１グループ）となり、第２行目と第４行目とが同一グループ（余りｒ＝０なので第０グループ）となる。そして、同一のグループ内では、実質的に同時に、ＳＲＡＭに記憶された画像情報のデータを、次の画像情報のデータへと書き換えすることが可能となるように、ＳＲＡＭセル６０内が配線されている。これにより、それぞれのグループに対応するＳＲＡＭへの、図示しないコントローラからの画像データ（マイクロミラー６２の傾斜データ）の転送タイミングを、グループごとにずらすことが可能になる、例えば、図９には、第０のグループへの画像データの転送タイミングが、第１グループよりも遅れるようにずらされた例が示されている。本実施形態では、このようにマイクロミラー６２をグループ化し、ＳＲＡＭへの画像データの転送タイミングをグループごとにすらすことで、後述するように、走査方向での解像度を向上させることができるようになっている。なお、図９では、マイクロミラー６２での１回の描画から次の描画までの時間間隔をＴ０とし、タイミングのずれがＴ０／Ｎ（ここではＮ＝２なので、Ｔ０／２）となるように設定されている。
【００４１】
図１０（Ａ）には、ファイバアレイ光源６６の構成が示されている。ファイバアレイ光源６６は、複数（例えば、６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、図１０（Ｃ）に示すように、光ファイバ３１の出射端部（発光点）が走査方向と直交する方向に沿って１列に配列されてレーザ出射部６８が構成されている。なお、図１０（Ｄ）に示すように、発光点を走査方向に沿って２列に配列することもできる。
【００４２】
光ファイバ３１の出射端部は、図１０（Ｂ）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、光ファイバ３１の光出射側には、光ファイバ３１の端面を保護するために、ガラス等の透明な保護板６３が配置されている。保護板６３は、光ファイバ３１の端面と密着させて配置してもよく、光ファイバ３１の端面が密封されるように配置してもよい。光ファイバ３１の出射端部は、光密度が高く集塵し易く劣化し易いが、保護板６３を配置することにより端面への塵埃の付着を防止することができると共に劣化を遅らせることができる。
【００４３】
マルチモード光ファイバ３０及び光ファイバ３１としては、ステップインデックス型光ファイバ、グレーテッドインデックス型光ファイバ、及び複合型光ファイバの何れでもよい。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。
【００４４】
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，及び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，及び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個には限定されない。
【００４５】
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３０ｍＷ）である。なお、ＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７としては、３５０ｎｍ〜４５０ｎｍの波長範囲で、上記の４０５ｎｍ以外の発振波長を備えるレーザを用いてもよい。
【００４６】
上記の合波レーザ光源は、図１２及び図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、パッケージ４０とパッケージ蓋４１とにより形成される閉空間（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。
【００４７】
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。
【００４８】
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、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。
【００４９】
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。
【００５０】
図１４には、上記コリメータレンズ１１〜１７の取り付け部分の正面形状が示されている。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。
【００５１】
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ビーム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。
【００５２】
従って、各発光点から発せられたレーザビーム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。
【００５３】
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としては、たとえば、焦点距離ｆ₂＝２３ｍｍ、ＮＡ＝０．２のものを採用することが可能である。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。
【００５４】
次に、上記露光装置の動作について説明する。
【００５５】
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の各々から発散光状態で出射したレーザビームＢ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５，Ｂ６，及び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ビーム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の入射端面に収束する。
【００５６】
本例では、コリメータレンズ１１〜１７及び集光レンズ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。即ち、集光レンズ２０によって上述のように集光されたレーザビーム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本のレーザビーム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。
【００５７】
ファイバアレイ光源６６のレーザ出射部６８には、この通り高輝度の発光点が走査方向と直交する方向に沿って一列に配列されている。単一の半導体レーザからのレーザ光を１本の光ファイバに結合させる従来のファイバ光源は低出力であるため、多数列配列しなければ所望の出力を得ることができなかったが、本実施の形態で使用する合波レーザ光源は高出力であるため、少数列、例えば１列でも所望の出力を得ることができる。
【００５８】
露光パターンに応じた画像データが、ＤＭＤ５０に接続された図示しないコントローラに入力され、コントローラ内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。
【００５９】
感光材料１５０を表面に吸着したステージ１５２は、図示しない駆動装置により、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に取り付けられた検知センサ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。
【００６０】
ファイバアレイ光源６６からＤＭＤ５０にレーザ光が照射されると、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の被露光面５６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。
【００６１】
そして、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。
【００６２】
ここで、本実施形態では、ＤＭＤ５０を構成するマイクロミラー６２がグループ化されており、ＳＲＡＭへの画像データの転送タイミングをグループごとにすらすことで、走査方向での解像度を向上させることができる。以下ではこの点を、図１５〜図２２も参照して、実際に画像記録を行う場合の動作に基づいて説明する。
【００６３】
図１５には、本実施形態に対する比較対象として、上記したグループ分けを行なってＤＭＤ５０’が、４行×４列の画素（マイクロミラー６２）をとりだして示されている。この例ではグループ分けがなされていないので、図１６に示すように、１６個すべてのマイクロミラー６２に対応するＳＲＡＭへの画像データの転送が、同一タイミングで行われる。
【００６４】
図１７〜図２２には、図８に示した構成のＤＭＤ５０と、図１６に示した構成のＤＭＤ５０’のそれぞれについての描画の様子が、順に経時的に示されている。各図面において、（Ａ）は図８のＤＭＤ５０に、（Ｂ）は図１６のＤＭＤ５０’にそれぞれ対応し、太線で示す正方形の領域が、描画面での実質的な画素による描画領域ＷＥを示している。時間としては、図９及び図１７に示した時間Ｔ１〜Ｔ６を図１７〜図２２へと順にとっており、ＤＭＤ５０、５０’はいずれも、所定の走査速度で描画面に対し走査方向（図面では下方）に相対移動している。
【００６５】
まず、本実施形態のＤＭＤ５０では、図９から分かるように、第１グループのマイクロミラー６２に対応するＳＲＡＭに対して画像データの転送を行う。そして、図１７（Ａ）に示すように、Ｔ＝Ｔ１では、第１グループのマイクロミラー６２においてミラーリセット（図９においてＲで示す。以下同様）と、描画面への描画が行われる。
【００６６】
これに対し、比較対象のＤＭＤ５０’では、図１６から分かるように、すべての列のマイクロミラーに対応するＳＲＡＭに対して画像データの転送を行っている。そして、Ｔ＝Ｔ１では、図１７（Ｂ）に示すように、すべてのマイクロミラー６２においてミラーリセットと、描画面への描画が行われる。
【００６７】
ここで、本実施形態では、図９から分かるように、Ｔ０／２の時間が経過した時点で、第０グループのマイクロミラー６２に対応するＳＲＡＭに対して画像データの転送を開始する。したがって、Ｔ＝Ｔ２のタイミングまでに、第０グループのマイクロミラー６２に対応するＳＲＡＭへの画像データの転送が完了する。Ｔ＝Ｔ２のタイミングでは、これら第０グループのマイクロミラー６２をリセットし、描画を行うことができる。このとき、図１８（Ａ）から分かるように、Ｔ１からＴ２までの時間ΔＴは、この時間ΔＴで走査距離ΔＬが、１画素の走査方向の長さの半分となるように、走査速度との関係において調整されている。したがって、実質的に走査方向での画素ピッチが１画素の半分の長さになっている。なお、図９に示すように、第１グループのマイクロミラー６２による描画が終了した時点から、これらのマイクロミラー６２による次の描画に備えて画像データの転送が開始されている。
【００６８】
これに対し、比較対象のＤＭＤ５０’では、すべての列に対応するＳＲＡＭに対して同時に画像データを転送する構成であるため、上記したＴ＝Ｔ２のタイミングでは、次の描画に備えてＳＲＡＭへの画像データの転送を行っている途中であり、図１８（Ｂ）に示すように描画は行われない。
【００６９】
そして、図１９に示すように、Ｔ＝Ｔ３のタイミングでは、本実施形態のＤＭＤ５０では、第１グループのマイクロミラー６２によって、描画が行なわれる。このときも、直前の描画を行ったタイミング（Ｔ＝Ｔ２）からΔＴだけ時間が経過しているので、走査距離ΔＬが、１画素の走査方向の長さの半分となっており、走査方向での画素ピッチが１画素の半分になっている。
【００７０】
これに対し、比較対象のＤＭＤ５０’では、Ｔ＝Ｔ３のタイミングで、すべてのマイクロミラー６２において描画が行われる。このときには、直線の描画を行ったタイミング（Ｔ＝Ｔ１）から２×ΔＴの時間が経過しているので、走査距離も２×ΔＬとなる。すなわち、走査方向の画素ピッチが、１画素と同じ長さになっている。
【００７１】
以降、Ｔ＝Ｔ４のタイミングでは、図２０に示すように、本実施形態のＤＭＤ５０では第０グループのマイクロミラー６２で描画が行われるが、比較対象のＤＭＤ５０’では描画は行われない。
【００７２】
Ｔ＝Ｔ５のタイミングでは、図２１に示すように、本実施形態のＤＭＤ５０では第１グループのマイクロミラー６２で描画が行われ、比較対象のＤＭＤ５０’では、すべてのマイクロミラー６２で描画が行われる。
【００７３】
Ｔ＝Ｔ６のタイミングでは、図２２に示すように、本実施形態のＤＭＤ５０では第０グループのマイクロミラー６２で描画が行われるが、比較対象のＤＭＤ５０’では描画は行われない。
【００７４】
図２３には、上記した動作を行った結果、描画された画像が示されている。本実施形態では、図２３（Ａ）から分かるように、走査方向の画素ピッチが１画素の大きさの半分となっている。これに対し、比較対象では、図２３（Ｂ）から分かるように、走査方向の画素ピッチが１画素の大きさと等しい長さになっている。すなわち、本実施形態では、走査速度を低下させることなく、走査方向に高い解像度を有する画像を得ることが可能になっている。
【００７５】
スキャナ１６２による感光材料１５０の走査が終了し、検知センサ１６４で感光材料１５０の後端が検出されると、ステージ１５２は、図示しない駆動装置により、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。
【００７６】
なお、本実施形態のように多重露光する構成では、多重露光しない構成と比較して、ＤＭＤ５０のより広いエリアを照射することになる。これにより、露光ビーム５３の焦点深度を長くすることが可能になる。たとえば、１５μｍピッチのＤＭＤ５０を使用し、Ｌ＝２０とすると、１つの分割領域１７８Ｄに対応するＤＭＤ５０の長さ（行方向の長さ）は、１５μｍ×２０＝０．３ｍｍとなる。このような狭いエリアに光を照射するためには、たとえば図５に示すレンズ系６７によって、ＤＭＤ５０に照射されるレーザ光の光束の広がり角を大きくする必要があるので、露光ビーム５３の焦点深度は短くなる。これに対し、ＤＭＤ５０のより広い領域を照射する場合には、ＤＭＤ５０に照射されるレーザ光の光束の広がり角度が小さいので、露光ビーム５３の焦点深度は長くなる。
【００７７】
上記では、空間光変調素子としてＤＭＤを備えた露光ヘッドについて説明したがこのような反射型空間光変調素子の他に、透過型空間光変調素子（ＬＣＤ）を使用することもできる。例えば、ＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓ）タイプの空間光変調素子（ＳＬＭ；ＳｐａｃｉａｌＬｉｇｈｔＭｏｄｕｌａｔｏｒ）や、電気光学効果により透過光を変調する光学素子（ＰＬＺＴ素子）や液晶光シャッタ（ＦＬＣ）等の液晶シャッターアレイなど、ＭＥＭＳタイプ以外の空間光変調素子を用いることも可能である。なお、ＭＥＭＳとは、ＩＣ製造プロセスを基盤としたマイクロマシニング技術によるマイクロサイズのセンサ、アクチュエータ、そして制御回路を集積化した微細システムの総称であり、ＭＥＭＳタイプの空間光変調素子とは、静電気力を利用した電気機械動作により駆動される空間光変調素子を意味している。さらに、ＧｒａｔｉｎｇＬｉｇｈｔＶａｌｖｅ（ＧＬＶ）を複数ならべて二次元状に構成したものを用いることもできる。これらの反射型空間光変調素子（ＧＬＶ）や透過型空間光変調素子（ＬＣＤ）を使用する構成では、上記したレーザの他にランプ等も光源として使用可能である。
【００７８】
また、上記の実施の形態では、合波レーザ光源を複数備えたファイバアレイ光源を用いる例について説明したが、レーザ装置は、合波レーザ光源をアレイ化したファイバアレイ光源には限定されない。例えば、１個の発光点を有する単一の半導体レーザから入射されたレーザ光を出射する１本の光ファイバを備えたファイバ光源をアレイ化したファイバアレイ光源を用いることができる。
【００７９】
さらに、複数の発光点が二次元状に配列された光源（たとえば、ＬＤアレイ、有機ＥＬアレイ等）を使用することもできる。これらの光源を使用する構成では、発光点のそれぞれが画素に対応するようにすることで、上記した空間変調措置を省略することも可能となる。
【００８０】
上記の実施形態では、図２４に示すように、スキャナ１６２によるＸ方向への１回の走査で感光材料１５０の全面を露光する例について説明したが、図２５（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、スキャナ１６２により感光材料１５０をＸ方向へ走査した後、スキャナ１６２をＹ方向に１ステップ移動し、Ｘ方向へ走査を行うというように、走査と移動を繰り返して、複数回の走査で感光材料１５０の全面を露光するようにしてもよい。
【００８１】
また、上記の実施形態では、いわゆるフラッドベッドタイプの露光装置を例に挙げたが、本発明の露光装置としては、感光材料が巻きつけられるドラムを有する、いわゆるアウタードラムタイプの露光装置であってもよい。
【００８２】
描画素子（マイクロミラー６２）の各行番号を割る自然数Ｎも、２以上で行番号の最大値を超えない範囲であれば特に限定されないが、あまりに大きくするとグループの数も多くなり、ＳＲＡＭへの画像データの転送をより多段階にずらす必要が生じてしまうので、Ｎとしては２〜４程度とすることが好ましい。また、Ｎの値に関わらず、描画の時間間隔Ｔ０に対し、変調状態の変化のタイミングのずれがＴ０／Ｎとなるように制御すれば、走査方向での画素間隔も均等になるので好ましい。
【００８３】
上記の露光装置は、例えば、プリント配線基板（ＰＷＢ；ＰｒｉｎｔｅｄＷｉｒｉｎｇＢｏａｒｄ）の製造工程におけるドライ・フィルム・レジスト（ＤＦＲ；ＤｒｙＦｉｌｍＲｅｓｉｓｔ）の露光、液晶表示装置（ＬＣＤ）の製造工程におけるカラーフィルタの形成、ＴＦＴの製造工程におけるＤＦＲの露光、プラズマ・ディスプレイ・パネル（ＰＤＰ）の製造工程におけるＤＦＲの露光等の用途に好適に用いることができる。
【００８４】
また、上記の露光装置には、露光により直接情報が記録されるフォトンモード感光材料、露光により発生した熱で情報が記録されるヒートモード感光材料の何れも使用することができる。フォトンモード感光材料を使用する場合、レーザ装置にはＧａＮ系半導体レーザ、波長変換固体レーザ等が使用され、ヒートモード感光材料を使用する場合、レーザ装置にはＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ（赤外レーザ）、固体レーザが使用される。
【００８５】
また、本発明では、露光装置に限らず、たとえばインクジェット記録ヘッドに同様の構成を採用することが可能である。すなわち、一般にインクジェット記録ヘッドでは、記録媒体（たとえば記録用紙やＯＨＰシートなど）に対向するノズル面に、インク滴を吐出するノズルが形成されているが、インクジェット記録ヘッドのなかには、このノズルを格子状に複数配置し、ヘッド自体を走査方向に対して傾斜させて、高解像度で画像を記録可能なものがある。このような二次元配列が採用されたインクジェット記録ヘッドにおいて、ヘッド自体の実際の傾斜角が理想の傾斜角からずれていても、本発明を採用することで、記録画像に生じるピッチのずれを一定範囲に抑制することができる。
【００８６】
【発明の効果】
本発明は上記構成としたので、走査速度を低下させることなく走査方向の解像度を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の露光装置の外観を示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態の露光装置のスキャナの構成を示す斜視図である。
【図３】（Ａ）は感光材料に形成される露光済み領域を示す平面図であり、（Ｂ）は各露光ヘッドによる露光エリアの配列を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態の露光ヘッドの概略構成を示す斜視図である。
【図５】（Ａ）は図４に示す露光ヘッドの構成を示す光軸に沿った走査方向の断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の側面図である。
【図６】本発明の一実施形態の露光ヘッドに係る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である。
【図７】（Ａ）及び（Ｂ）は本発明の一実施形態の露光ヘッドに係るＤＭＤの動作を説明するための説明図である。
【図８】本発明の一実施形態の露光ヘッドにおいて、ＤＭＤのマイクロミラーを部分的に取り出して示す説明図である。
【図９】本発明の一実施形態の露光ヘッドに対する画像データの転送とミラーリセットとのタイミングを示す説明図である。
【図１０】（Ａ）はファイバアレイ光源の構成を示す斜視図であり、（Ｂ）は（Ａの部分拡大図であり、（Ｃ）及び（Ｄ）はレーザ出射部における発光点の配列を示す平面図である。
【図１１】本発明の一実施形態に係る合波レーザ光源の構成を示す平面図である。
【図１２】本発明の一実施形態に係るレーザモジュールの構成を示す平面図である。
【図１３】図１２に示すレーザモジュールの構成を示す側面図である。
【図１４】図１２に示すレーザモジュールの構成を示す部分側面図である。
【図１５】比較対象の露光ヘッドにおいて、ＤＭＤのマイクロミラーを部分的に取り出して示す説明図である。
【図１６】比較対象の露光ヘッドに対する画像データの転送とミラーリセットとのタイミングを示す説明図である。
【図１７】露光ヘッドによって描画される描画面の様子を示す説明図であり、（Ａ）は本実施形態の場合、（Ｂ）は比較対象の場合である。
【図１８】露光ヘッドによって描画される描画面の様子を示す説明図であり、（Ａ）は本実施形態の場合、（Ｂ）は比較対象の場合である。
【図１９】露光ヘッドによって描画される描画面の様子を示す説明図であり、（Ａ）は本実施形態の場合、（Ｂ）は比較対象の場合である。
【図２０】露光ヘッドによって描画される描画面の様子を示す説明図であり、（Ａ）は本実施形態の場合、（Ｂ）は比較対象の場合である。
【図２１】露光ヘッドによって描画される描画面の様子を示す説明図であり、（Ａ）は本実施形態の場合、（Ｂ）は比較対象の場合である。
【図２２】露光ヘッドによって描画される描画面の様子を示す説明図であり、（Ａ）は本実施形態の場合、（Ｂ）は比較対象の場合である。
【図２３】露光ヘッドによって描画された画像を拡大して示す説明図であり、（Ａ）は本実施形態の場合、（Ｂ）は比較対象の場合である。
【図２４】スキャナによる１回の走査で感光材料を露光する露光方式を説明するための平面図である。
【図２５】（Ａ）及び（Ｂ）はスキャナによる複数回の走査で感光材料を露光する露光方式を説明するための平面図である。
【符号の説明】
ＬＤ１〜ＬＤ７ＧａＮ系半導体レーザ
１０ヒートブロック
１１〜１７コリメータレンズ
２０集光レンズ
３０マルチモード光ファイバ
５０ＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス、空間光変調素子）
５３反射光像（露光ビーム）
５４、５８レンズ系
５６走査面（被露光面）
６４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
７３組合せレンズ
１５０感光材料
１５２ステージ（移動手段）
１６２スキャナ
１６６露光ヘッド
１６８露光エリア（二次元像）
１６８Ｄ分割領域
１７０露光済み領域
１７８露光エリア（二次元像）
１７８Ｄ分割領域
θ 理想の傾斜角
θ’ 実際の傾斜角[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a drawing head, a drawing apparatus, and a drawing method, and in particular, a drawing head that is moved relative to a drawing surface in a predetermined direction along the drawing surface, a drawing device including the drawing head, and the drawing The present invention relates to a drawing method using a head.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as an example of an image recording apparatus, there has been an exposure apparatus that uses a two-dimensional spatial light modulator such as a digital micromirror device (DMD) to perform image exposure with a light beam modulated according to image data. Various proposals have been made (see Non-Patent Document 1, for example). This DMD is configured, for example, by providing a large number of minute micromirrors on each memory cell of the SRAM, and the angle of the reflection surface of the micromirror is changed by electrostatic force due to the electric charge stored in each memory cell. It has become. When actual drawing is performed, each micromirror is reset to a predetermined angle while image data is written in each SRAM, and the light reflection direction is set to a desired direction.
[0003]
An example of an image recording apparatus that records an image using such a two-dimensional spatial light modulator is disclosed in Non-Patent Document 2. In this image recording apparatus, one window area is divided into four, and it takes about 24 μsec for data transfer to each divided area and about 25 μsec for mirror reset. Since this image recording apparatus is configured to sequentially perform data transfer and mirror reset for each of the four areas, about 200 μsec ((24 μsec + 25 μsec) × 4) is required to expose one window area as a whole. I need it.
[0004]
On the other hand, Patent Document 1 describes an image recording apparatus that moves a photosensitive recording medium in a sub-scanning direction in a direction inclined with respect to a pixel column of a two-dimensional spatial light modulator. By inclining in this way, the resolution in the direction perpendicular to the scanning direction (sub-scanning direction) can be improved.
[0005]
By the way, in the image recording apparatus of Patent Document 1, the resolution in the scanning direction depends on the scanning speed. Therefore, in order to improve the resolution in the scanning direction, for example, the scanning speed may be reduced. In this case, however, a long time is required for image recording.
[0006]
Therefore, in order to improve the resolution in the scanning direction without reducing the scanning speed, it is necessary to increase the update frequency of the two-dimensional spatial light modulator (the number of resets per unit time). However, as shown in the above Non-Patent Document 2, it is necessary to reset each micromirror after transferring the data to each memory cell of all SRAMs, so there is a limit to the update frequency. . As a result, the data transfer time and the reset time become obstacles, and there is a limit in improving the resolution in the scanning direction without reducing the scanning speed.
[0007]
[Non-Patent Document 1]
Larry J. Hornbeck, Digital Light Processing and MEMS: reflecting the digital display needs of the networked society, THE INTERNATIONAL SOCIETYFOR OPTICAL ENGINEERING, Proceedings of SPIE Volume: 2783, 8/1996, P.2-13
[Non-Patent Document 2]
WENelson and Robit L Bhuva, .Digital micromirror device imaging bar for hard copy, THE INTERNATIONAL SOCIETY FOR OPTICAL ENGINEERING, Proceedings of SPIE Volume: 2413, 4/1995, P.58-65
[Patent Document 1]
JP-T-2001-71563 Publication [0008]
[Problems to be solved by the invention]
In view of the above facts, an object of the present invention is to obtain a drawing head, a drawing apparatus, and a drawing method capable of improving the resolution in the scanning direction without reducing the scanning speed.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, there is provided a drawing head that is moved relative to the drawing surface in a predetermined scanning direction along the drawing surface, and a plurality of drawing elements within a surface substantially parallel to the drawing surface. A two-dimensional array of drawing elements, storage means for storing in advance the modulation state of the drawing elements in accordance with image information and outputting them to the drawing elements, and leading the drawing elements along the scanning direction. When numbering is performed with a continuous natural number from the line to the last line, a drawing element group is composed of lines having the same remainder obtained by dividing this number by a predetermined natural number N of 2 or more and stored in the storage means. And changing means for changing the modulation state to the next modulation state substantially simultaneously in the drawing element group.
[0010]
In this drawing head, the modulation state of the drawing element is stored in the storage means, and the drawing element is changed from one modulation state to the next modulation state based on the output from the storage means. The plurality of drawing elements of the drawing head are two-dimensionally arranged in a plane substantially parallel to the drawing surface, and the drawing head is relatively moved in a predetermined scanning direction along the drawing surface. Thereby, drawing is performed (image recording) on the drawing surface by the plurality of drawing elements constituting the drawing element group.
[0011]
When the drawing elements are numbered by a continuous natural number from the first line to the last line in the scanning direction, the drawing element group is divided into lines having the same remainder when this number is divided by a predetermined natural number N of 2 or more. It is composed. The modulation state stored in the storage means can be changed substantially simultaneously in the drawing element group to the next modulation state by the changing means. In other words, the storage means corresponding to the drawing elements of different groups can change the stored modulation states at different timings. This makes it possible to improve the resolution in the scanning direction without reducing the relative movement speed (scanning speed) of the drawing head in the scanning direction.
[0012]
The invention according to claim 2 is characterized in that, in the invention according to claim 1, the change timing of the modulation state by the changing means is different for each drawing element group.
[0013]
That is, in the first aspect of the invention, the resolution in the scanning direction can be improved by substantially setting the second aspect.
[0014]
According to a third aspect of the present invention, in the second aspect of the present invention, when the time interval from one drawing to the next drawing with one drawing element is T0, the modulation state by the changing means is changed. The change timing is a timing shifted by T0 / N for each drawing element group.
[0015]
As a result, the deviation of the timing of the modulation state for each drawing element group becomes constant (T0 / N), so that it is possible to draw with uniform pixel intervals as viewed in the scanning direction.
[0016]
The drawing head of the present invention may be an ink jet recording head that discharges ink droplets onto the drawing surface according to image information. However, as described in claim 4, the drawing element group corresponds to image information. A drawing head that is a modulated light irradiation device that irradiates an exposure surface as a drawing surface with light modulated for each pixel may be used. In this drawing head, light modulated for each pixel corresponding to image information is emitted from the modulated light irradiation device onto an exposure surface, which is a drawing surface. Then, the drawing head (exposure head) is moved relative to the exposure surface in the direction along the exposure surface, whereby a two-dimensional image is drawn on the exposure surface.
[0017]
As this modulated light irradiation device, for example, a two-dimensional array light source in which a large number of point light sources are two-dimensionally arranged can be mentioned. In this configuration, each point light source emits light according to image information. This light is guided to a predetermined position by a light guide member such as a high-intensity fiber as necessary, and further shaped by an optical system such as a lens or a mirror as necessary, and irradiated on the exposure surface.
[0018]
Further, as the modulated light irradiation device, as described in claim 5, a laser device that irradiates a laser beam and a plurality of drawing element portions whose light modulation states change according to control signals are arranged in a two-dimensional manner. A spatial light modulation element that modulates laser light emitted from the laser device, and a control unit that controls the drawing element unit with a control signal generated according to exposure information can be used. In this configuration, the light modulation state of each drawing element portion of the spatial light modulation element is changed by the control means, and the laser light applied to the spatial light modulation element is modulated and irradiated onto the exposure surface. Of course, if necessary, an optical system such as a light guide member such as a high-intensity fiber or a lens or a mirror may be used.
[0019]
As the spatial light modulation element, as described in claim 6, a micromirror device configured by two-dimensionally arranging a large number of micromirrors that can change the angle of the reflecting surface according to each control signal, According to a seventh aspect of the present invention, there can be used a liquid crystal shutter array configured by two-dimensionally arranging a large number of liquid crystal cells capable of blocking transmitted light according to control signals.
[0020]
The invention according to claim 8 is characterized by comprising the drawing head according to any one of claims 1 to 7 and a moving means for relatively moving the drawing head at least in the scanning direction.
[0021]
Accordingly, the drawing head moves relative to the drawing surface while being subjected to processing such as exposure and ink ejection on the drawing surface by the drawing head, and drawing is performed on the drawing surface. Since the drawing apparatus has the drawing head according to any one of claims 1 to 7, it is possible to improve the resolution in the scanning direction without reducing the scanning speed.
[0022]
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a drawing method in which the drawing head according to any one of the first to seventh aspects is used and the drawing head is relatively moved in a predetermined scanning direction along the drawing surface for drawing. When the drawing elements are numbered by a continuous natural number from the first line to the last line in the scanning direction, the drawing element group is divided into lines having the same remainder when the number is divided by a predetermined natural number N. And the modulation state stored in the storage means is changed to the next modulation state at a different timing for each drawing element group.
[0023]
Accordingly, based on the output from the storage means in which the modulation state of the drawing element is stored, one drawing element is changed from the modulation state to the next modulation state, and the drawing head performs a predetermined scan along the drawing surface. By being relatively moved in the direction, drawing (image recording) is performed on the drawing surface by a plurality of drawing elements constituting the drawing element group.
[0024]
When the drawing elements are numbered by a continuous natural number from the first line to the last line along the scanning direction, a drawing element group is configured by lines having the same remainder when this number is divided by a predetermined natural number N. Yes. The modulation state stored in the storage unit is changed by the changing unit to the next modulation state at a different timing for each drawing element group. This makes it possible to improve the resolution in the scanning direction without reducing the relative movement speed (scanning speed) of the drawing head in the scanning direction.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The drawing apparatus according to the embodiment of the present invention is a so-called flood bed type exposure apparatus, and as shown in FIG. 1, a flat stage 152 that adsorbs and holds a sheet-like photosensitive material 150 on the surface. It has. 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 arranged 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 exposure apparatus is provided with a drive device (not shown) for driving the stage 152 along the guide 158.
[0026]
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 ends 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) detection 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 detection 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 detection sensor 164 are connected to a controller (not shown) that controls them, and are controlled to be exposed at a predetermined timing when exposure is performed by the exposure head 166, as will be described later.
[0027]
As shown in FIGS. 2 and 3B, the scanner 162 includes a plurality of exposure heads 166 arranged in an approximately matrix of m rows and n columns (for example, 3 rows and 5 columns). In this example, in relation to the width of the photosensitive material 150, four exposure heads 166 are arranged in the third row, and the number is 14 in total. In addition, when showing each exposure head arranged in the m-th row and the n-th column, it is expressed as an exposure head 166 _mn .
[0028]
In FIG. 2, the exposure area 168 by the exposure head 166 has a rectangular shape with the scanning direction as a short side, and is inclined at a predetermined inclination angle θ with respect to the scanning direction. As the stage 152 moves, a strip-shaped exposed area 170 is formed for each exposure head 166 in the photosensitive material 150. 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 .
[0029]
Further, as shown in FIGS. 3A and 3B, the exposure heads in the respective rows arranged in a line so that each of the strip-shaped exposed areas 170 partially overlaps the adjacent exposed areas 170. Are arranged with a predetermined interval (natural number times the long side of the exposure area, twice in this embodiment) 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.
[0030]
Each of the exposure heads 166 _{11 to} 166 _mn is a spatial light modulator that modulates an incident light beam for each pixel according to image data, as shown in FIGS. 4, 5 (A) and (B). A digital micromirror device (DMD) 50 is provided. The DMD 50 is connected to a controller (not shown) including a data processing unit and a mirror drive control unit. The data processing unit of this controller 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.
[0031]
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.
[0032]
On the light incident side of the DMD 50, a fiber array light source 66 including a laser emitting section in which emission ends (light emitting points) of an optical fiber are arranged in a line along a direction corresponding to the long side direction of the exposure area 168, a fiber A lens system 67 for correcting the laser light emitted from the array light source 66 and condensing it on the DMD, and a mirror 69 for reflecting the laser light transmitted through the lens system 67 toward the DMD 50 are arranged in this order.
[0033]
The lens system 67 includes a pair of combination lenses 71 that collimate the laser light emitted from the fiber array light source 66 and a pair of combination lenses that correct the light quantity distribution of the collimated laser light to be uniform. 73 and a condensing lens 75 that condenses the laser light whose light quantity distribution is corrected on the DMD. With respect to the arrangement direction of the laser emitting ends, the combination lens 73 spreads the light beam at a portion close to the optical axis of the lens and contracts the light beam at a portion away from the optical axis, and with respect to a direction orthogonal to the arrangement direction. Has a function of allowing light to pass through as it is, and corrects the laser light so that the light quantity distribution is uniform.
[0034]
Further, on the light reflection side of the DMD 50, lens systems 54 and 58 for forming an image of the laser light reflected by the DMD 50 on the scanning surface (exposed surface) 56 of the photosensitive material 150 are arranged. The lens systems 54 and 58 are arranged so that the DMD 50 and the exposed surface 56 are in a conjugate relationship.
[0035]
In the present embodiment, the laser light emitted from the fiber array light source 66 is set to be approximately 5 μm by each lens system 54 and 58 after being substantially magnified 5 times. .
[0036]
As shown in FIG. 6, the DMD 50 is configured such that a micromirror 62 is supported by a support column on an SRAM cell (memory cell) 60, and a large number of (pixels) (pixels) are formed. For example, it is a mirror device configured by arranging micromirrors with a pitch of 13.68 μm, 1024 × 768) in a grid pattern. Each pixel is provided with a micromirror 62 supported by a support column at the top, and a material having a high reflectance such as aluminum is deposited on the surface of the micromirror 62. The reflectance of the micromirror 62 is 90% or more. A silicon gate CMOS SRAM cell 60 manufactured on a normal semiconductor memory manufacturing line is disposed directly below the micromirror 62 via a support including a hinge and a yoke, and is entirely monolithic (integrated type). ).
[0037]
When a digital signal indicating the tilt state (modulation state) of the micromirror 60 is written in the SRAM cell 60 of the DMD 50 and further the digital signal is output from the SRAM cell 60 to the micromirror 62, the micromirror 62 supported by the support column. However, it is tilted in a range of ± α degrees (for example, ± 10 degrees) with respect to the substrate side on which the DMD 50 is disposed with the diagonal line as the center. FIG. 7A shows a state in which the micromirror 62 is tilted to + α degrees in the on state, and FIG. 7B shows a state in which the micromirror 62 is tilted to −α degrees in the off state. Therefore, by controlling the inclination of the micromirror 62 in each pixel of the DMD 50 as shown in FIG. 6 according to the image signal, the light incident on the DMD 50 is reflected in the inclination direction of each micromirror 62. .
[0038]
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. On / off control of each micromirror 62 is performed by a controller (not shown) connected to the DMD 50. A light absorber (not shown) is arranged in the direction in which the light beam is reflected by the micromirror 62 in the off state.
[0039]
Here, in the present embodiment, the micromirrors 62 constituting the DMD 50 are numbered in order by a natural number S that is continuous from the first column to the last row for each column in the scanning direction. A group of micromirrors 62 is formed for each row having the same remainder when divided by a predetermined natural number N. The SRAM corresponding to the same group is changed (rewritten) to a signal indicating the next tilt state substantially simultaneously. This point will be described with reference to FIG. In the following, when the remainder is r, each group is distinguished using r. For example, a group with r = 1 is a first group, a group with r = 2 is a second group, and a group with r = 0 is a 0th group.
[0040]
FIG. 8 schematically shows a part of the plurality of micromirrors 62 constituting the DMD 50 by taking out four rows in the scanning direction and four columns in the direction orthogonal to the scanning direction. As an example, the line number is divided by 2, and the lines are grouped for each line having the same remainder. Therefore, the first row and the third row are the same group (the first group because the remainder is r = 1), and the second row and the fourth row are the same group (the zeroth group because the remainder is r = 0). It becomes. In the same group, the SRAM cell 60 is wired so that the image information data stored in the SRAM can be rewritten into the next image information data substantially simultaneously. Yes. This makes it possible to shift the transfer timing of image data (tilt data of the micromirror 62) from the controller (not shown) to the SRAM corresponding to each group, for example, in FIG. An example in which the transfer timing of image data to the 0th group is shifted so as to be delayed from the 1st group is shown. In the present embodiment, the micromirrors 62 are grouped in this way, and the transfer timing of the image data to the SRAM is smoothed for each group, so that the resolution in the scanning direction can be improved as will be described later. It has become. In FIG. 9, the time interval from one drawing to the next drawing by the micromirror 62 is T0, and the timing shift is T0 / N (here, N = 2, T0 / 2). Is set.
[0041]
FIG. 10A shows the configuration of the fiber array light source 66. The fiber array light source 66 includes a plurality of (for example, six) laser modules 64, and one end of the 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 FIG. A laser emission portion 68 is configured by arranging emission ends (light emission points) of the optical fiber 31 in a line along a direction orthogonal to the scanning direction. As shown in FIG. 10D, the light emitting points can be arranged in two rows along the scanning direction.
[0042]
As shown in FIG. 10B, the emission end of the optical fiber 31 is sandwiched and fixed between two support plates 65 having a flat surface. Further, a transparent protective plate 63 such as glass is disposed on the light emitting side of the optical fiber 31 in order to protect the end face of the optical fiber 31. The protection plate 63 may be disposed in close contact with the end surface of the optical fiber 31 or may be disposed so that the end surface of the optical fiber 31 is sealed. The exit end portion of the optical fiber 31 has a high light density and is likely to collect dust and easily deteriorate. However, the protective plate 63 can prevent the dust from adhering to the end face and can also delay the deterioration.
[0043]
The multimode optical fiber 30 and the optical fiber 31 may be any of a step index type optical fiber, a graded index type optical fiber, and a composite type optical fiber. For example, a step index type optical fiber manufactured by Mitsubishi Cable Industries, Ltd. can be used.
[0044]
The laser module 64 is configured by a combined laser light source (fiber light source) shown in FIG. This 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, arrayed and fixed on the heat block 10. And LD7, collimator lenses 11, 12, 13, 14, 15, 16, and 17 provided corresponding to each of the GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD7, one condenser lens 20, and one multi-lens. Mode optical fiber 30. The number of semiconductor lasers is not limited to seven.
[0045]
The GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD7 all have the same oscillation wavelength (for example, 405 nm), and the maximum output is also all the same (for example, 100 mW for the multimode laser and 30 mW for the single mode laser). As the GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD7, lasers having an oscillation wavelength other than the above 405 nm in a wavelength range of 350 nm to 450 nm may be used.
[0046]
As shown in FIGS. 12 and 13, the above-described 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 thereof. After the deaeration process, a sealing gas is introduced, and the package 40 and the package lid 41 are closed by 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) formed by 41.
[0047]
A base plate 42 is fixed to the bottom surface of the package 40, and the heat block 10, a condensing lens holder 45 that holds the condensing lens 20, and the multimode optical fiber 30 are disposed on the top surface of the base plate 42. 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 from an opening formed in the wall surface of the package 40.
[0048]
Further, 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. 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.
[0049]
In FIG. 13, in order to avoid complication of the drawing, only the GaN semiconductor laser LD7 among the plurality of GaN semiconductor lasers is numbered, and only the collimator lens 17 among the plurality of collimator lenses is numbered. doing.
[0050]
FIG. 14 shows a front shape of a mounting portion of the collimator lenses 11 to 17. Each of the collimator lenses 11 to 17 is formed in a shape obtained by cutting a region including the optical axis of a circular lens having an aspherical surface into a long and narrow 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).
[0051]
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 each of the laser beams B1 in a state parallel to the active layer and a divergence angle in a direction perpendicular to the active layer, respectively, for example 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.
[0052]
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).
[0053]
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 a horizontal direction and short in a direction perpendicular thereto. Is formed. As this condensing lens 20, for example, a lens having a focal length f ₂ = 23 mm and NA = 0.2 can be adopted. This condensing lens 20 is also formed by molding resin or optical glass, for example.
[0054]
Next, the operation of the exposure apparatus will be described.
[0055]
In each exposure head 166 of the scanner 162, laser beams B1, B2, B3, B4, B5, B6 emitted in a divergent light state from each of the GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD7 constituting the combined laser light source of the fiber array light source 66. , And B7 are collimated by corresponding collimator lenses 11-17. The collimated laser beams B 1 to 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.
[0056]
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 condensed as described above by the condenser lens 20 enter the core 30a of the multimode optical fiber 30 and propagate through the optical fiber to be combined 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.
[0057]
In the laser emitting portion 68 of the fiber array light source 66, the high-luminance light emitting points are arranged in a line along the direction orthogonal to the scanning direction. A conventional fiber light source that couples laser light from a single semiconductor laser to a single optical fiber has a low output, so a desired output could not be obtained unless multiple rows are arranged. Since the combined laser light source used in the form has a high output, a desired output can be obtained even with a small number of columns, for example, one column.
[0058]
Image data corresponding to the exposure pattern is input to a controller (not shown) connected to the DMD 50 and temporarily stored in a frame memory in the controller. This image data is data representing the density of each pixel constituting the image by binary values (whether or not dots are recorded).
[0059]
The stage 152 that has adsorbed the photosensitive material 150 to 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 a driving device (not shown). When the leading edge of the photosensitive material 150 is detected by the detection 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 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.
[0060]
When the DMD 50 is irradiated with laser light from the fiber array light source 66, the laser light reflected when the micromirror of the DMD 50 is in the on state forms an image on the exposed surface 56 of the photosensitive material 150 by the lens systems 54 and 58. Is done. 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 pixel units (exposure area 168) that is approximately the same number as the number of pixels used in the DMD 50.
[0061]
Then, the photosensitive material 150 is moved at a constant speed together with the stage 152, whereby the photosensitive material 150 is 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. Is done.
[0062]
Here, in the present embodiment, the micromirrors 62 constituting the DMD 50 are grouped, and the resolution in the scanning direction can be improved by evenly transferring the image data transfer timing to the SRAM for each group. . Hereinafter, this point will be described with reference to FIGS. 15 to 22 on the basis of an operation in actual image recording.
[0063]
FIG. 15 shows the DMD 50 ′ as a comparison object with respect to the present embodiment by taking out the pixels (micromirrors 62) of 4 rows × 4 columns by performing the above grouping. Since no grouping is performed in this example, as shown in FIG. 16, the image data is transferred to the SRAM corresponding to all 16 micromirrors 62 at the same timing.
[0064]
FIGS. 17 to 22 show the drawing states of the DMD 50 having the configuration shown in FIG. 8 and the DMD 50 ′ having the configuration shown in FIG. In each drawing, (A) corresponds to the DMD 50 in FIG. 8, and (B) corresponds to the DMD 50 ′ in FIG. 16, and a square area indicated by a bold line indicates a drawing area WE with substantial pixels on the drawing surface. ing. As the time, the times T1 to T6 shown in FIGS. 9 and 17 are followed in the order from FIGS. 17 to 22, and each of the DMDs 50 and 50 ′ has a predetermined scanning speed with respect to the drawing surface (in the drawing). (Downward).
[0065]
First, as can be seen from FIG. 9, the DMD 50 of this embodiment transfers image data to the SRAM corresponding to the first group of micromirrors 62. Then, as shown in FIG. 17A, at T = T1, the first group of micromirrors 62 performs mirror reset (indicated by R in FIG. 9, the same applies hereinafter) and drawing on the drawing surface.
[0066]
On the other hand, as can be seen from FIG. 16, the DMD 50 ′ to be compared transfers image data to the SRAM corresponding to the micromirrors of all the columns. At T = T1, as shown in FIG. 17B, all the micromirrors 62 perform mirror reset and drawing on the drawing surface.
[0067]
Here, in this embodiment, as can be seen from FIG. 9, when the time T0 / 2 has elapsed, the transfer of image data to the SRAM corresponding to the 0th group of micromirrors 62 is started. Therefore, the transfer of the image data to the SRAM corresponding to the zeroth group micromirror 62 is completed by the timing of T = T2. At the timing of T = T2, the micromirrors 62 in the 0th group can be reset and drawing can be performed. At this time, as can be seen from FIG. 18A, the time ΔT from T1 to T2 is equal to the scanning speed so that the scanning distance ΔL is half the length of one pixel in the scanning direction at this time ΔT. Coordinated in relationship. Therefore, the pixel pitch in the scanning direction is substantially half the length of one pixel. As shown in FIG. 9, transfer of image data is started in preparation for the next drawing by the micromirrors 62 from the time when the drawing by the first group of micromirrors 62 is completed.
[0068]
On the other hand, the DMD 50 ′ to be compared has a configuration in which image data is simultaneously transferred to the SRAM corresponding to all the columns. Therefore, at the timing of T = T2, the data to the SRAM is prepared for the next drawing. While image data is being transferred, drawing is not performed as shown in FIG.
[0069]
Then, as shown in FIG. 19, at the timing of T = T3, the DMD 50 of the present embodiment performs drawing by the first group of micromirrors 62. Also at this time, since the time of ΔT has elapsed since the timing of the previous drawing (T = T2), the scanning distance ΔL is half of the length of one pixel in the scanning direction. The pixel pitch is half of one pixel.
[0070]
On the other hand, in the DMD 50 ′ to be compared, drawing is performed in all the micromirrors 62 at the timing of T = T3. At this time, since the time of 2 × ΔT has elapsed from the timing of drawing a straight line (T = T1), the scanning distance is also 2 × ΔL. That is, the pixel pitch in the scanning direction is the same length as one pixel.
[0071]
Thereafter, at the timing of T = T4, as shown in FIG. 20, in the DMD 50 of this embodiment, drawing is performed by the micromirror 62 of the 0th group, but drawing is not performed in the comparison target DMD 50 ′.
[0072]
At the timing of T = T5, as shown in FIG. 21, in the DMD 50 of the present embodiment, drawing is performed by the first group of micromirrors 62, and in the comparison target DMD 50 ′, drawing is performed by all the micromirrors 62. .
[0073]
At the timing of T = T6, as shown in FIG. 22, in the DMD 50 of this embodiment, drawing is performed by the micromirror 62 of the 0th group, but drawing is not performed in the DMD 50 ′ to be compared.
[0074]
FIG. 23 shows an image rendered as a result of performing the above-described operation. In this embodiment, as can be seen from FIG. 23A, the pixel pitch in the scanning direction is half the size of one pixel. On the other hand, in the comparison object, as can be seen from FIG. 23B, the pixel pitch in the scanning direction is equal to the size of one pixel. In other words, in the present embodiment, it is possible to obtain an image having a high resolution in the scanning direction without reducing the scanning speed.
[0075]
When the 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 detection sensor 164, the stage 152 is moved to the most upstream side of the gate 160 along the guide 158 by a driving device (not shown). It returns to a certain origin, and again moves along the guide 158 from the upstream side to the downstream side of the gate 160 at a constant speed.
[0076]
In the configuration where multiple exposure is performed as in the present embodiment, a wider area of the DMD 50 is irradiated as compared to the configuration where multiple exposure is not performed. Thereby, the depth of focus of the exposure beam 53 can be increased. For example, when a DMD 50 having a pitch of 15 μm is used and L = 20, the length (length in the row direction) of the DMD 50 corresponding to one divided region 178D is 15 μm × 20 = 0.3 mm. In order to irradiate such a narrow area with light, for example, the lens system 67 shown in FIG. 5 needs to increase the spread angle of the light beam of the laser light irradiated on the DMD 50. Becomes shorter. On the other hand, when irradiating a wider area of the DMD 50, since the spread angle of the laser beam irradiated to the DMD 50 is small, the depth of focus of the exposure beam 53 becomes long.
[0077]
In the above description, the exposure head including the DMD as the spatial light modulation element has been described. However, in addition to such a reflective spatial light modulation element, a transmissive spatial light modulation element (LCD) can also be used. For example, a liquid crystal shutter such as a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) type spatial light modulator (SLM), an optical element (PLZT element) that modulates transmitted light by an electro-optic effect, or a liquid crystal light shutter (FLC). It is also possible to use a spatial light modulation element other than the MEMS type, such as an array. Note that MEMS is a general term for a micro system that integrates micro-sized sensors, actuators, and control circuits based on a micro-machining technology based on an IC manufacturing process. A MEMS-type spatial light modulator is an electrostatic force. It means a spatial light modulation element driven by an electromechanical operation using Further, a plurality of Grafting Light Valves (GLVs) arranged in a two-dimensional shape can be used. In the configuration using these reflective spatial light modulator (GLV) and transmissive spatial light modulator (LCD), a lamp or the like can be used as a light source in addition to the laser described above.
[0078]
In the above embodiment, an example using a fiber array light source including a plurality of combined laser light sources has been described. However, the laser device is not limited to a fiber array light source in which combined laser light sources are arrayed. For example, a fiber array light source obtained by arraying fiber light sources including one optical fiber that emits laser light incident from a single semiconductor laser having one light emitting point can be used.
[0079]
Furthermore, a light source (for example, an LD array, an organic EL array, etc.) in which a plurality of light emitting points are arranged two-dimensionally can also be used. In the configuration using these light sources, the spatial modulation measures described above can be omitted by making each of the light emitting points correspond to a pixel.
[0080]
In the above embodiment, as shown in FIG. 24, the example in which the entire surface of the photosensitive material 150 is exposed by one scanning in the X direction by the scanner 162 has been described. As described above, after scanning the photosensitive material 150 by the scanner 162 in the X direction, the scanner 162 is moved one step in the Y direction and scanned in the X direction. The entire surface of the photosensitive material 150 may be exposed.
[0081]
Further, in the above embodiment, a so-called flood bed type exposure apparatus has been described as an example, but the exposure apparatus of the present invention is a so-called outer drum type exposure apparatus having a drum around which a photosensitive material is wound. Also good.
[0082]
The natural number N that divides each row number of the drawing element (micromirror 62) is not particularly limited as long as it is 2 or more and does not exceed the maximum value of the row number. Since it becomes necessary to shift data transfer in more stages, N is preferably set to about 2 to 4. Regardless of the value of N, it is preferable to control the shift of the change timing of the modulation state to T0 / N with respect to the drawing time interval T0, because the pixel intervals in the scanning direction become uniform.
[0083]
The exposure apparatus described above is, for example, exposure of a dry film resist (DFR) in a manufacturing process of a printed wiring board (PWB) and a color filter in a manufacturing process of a liquid crystal display (LCD). It can be suitably used for applications such as formation, DFR exposure in a TFT manufacturing process, and DFR exposure in a plasma display panel (PDP) manufacturing process.
[0084]
In the exposure apparatus, either a photon mode photosensitive material in which information is directly recorded by exposure or a heat mode photosensitive material in which information is recorded by heat generated by exposure can be used. When using a photon mode photosensitive material, a GaN-based semiconductor laser, a wavelength conversion solid-state laser, or the like is used for the laser device. When using a heat mode photosensitive material, an AlGaAs-based semiconductor laser (infrared laser), A solid state laser is used.
[0085]
Further, in the present invention, not only the exposure apparatus but also a similar configuration can be adopted for an ink jet recording head, for example. That is, in general, an ink jet recording head has nozzles for ejecting ink droplets formed on a nozzle surface facing a recording medium (for example, recording paper, OHP sheet, etc.). There are some which can be arranged at a high resolution and can record images with high resolution by tilting the head itself with respect to the scanning direction. In an ink jet recording head employing such a two-dimensional arrangement, even if the actual tilt angle of the head itself deviates from the ideal tilt angle, the present invention can be used to maintain a constant pitch shift in the recorded image. The range can be suppressed.
[0086]
【The invention's effect】
Since the present invention has the above configuration, it is possible to improve the resolution in the scanning direction without reducing the scanning speed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing an appearance of an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing a configuration of a scanner of an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3A is a plan view showing an exposed area formed on a photosensitive material, and FIG. 3B is a view showing an arrangement of exposure areas by each exposure head.
FIG. 4 is a perspective view showing a schematic configuration of an exposure head according to an embodiment of the present invention.
5A is a cross-sectional view in the scanning direction along the optical axis showing the configuration of the exposure head shown in FIG. 4, and FIG. 5B is a side view of FIG.
FIG. 6 is a partially enlarged view showing a configuration of a digital micromirror device (DMD) according to the exposure head of one embodiment of the present invention.
7A and 7B are explanatory views for explaining the operation of the DMD according to the exposure head of one embodiment of the present invention.
FIG. 8 is an explanatory view partially showing a DMD micromirror in an exposure head according to an embodiment of the present invention.
FIG. 9 is an explanatory diagram showing timing of image data transfer and mirror reset to the exposure head according to the embodiment of the present invention.
10A is a perspective view showing a configuration of a fiber array light source, FIG. 10B is a partially enlarged view of FIG. 10A, and FIGS. 10C and 10D show the arrangement of light emitting points in a laser emitting section. FIG.
FIG. 11 is a plan view showing a configuration of a combined laser light source according to an embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a plan view showing a configuration of a laser module according to an embodiment of the present invention.
13 is a side view showing the configuration of the laser module shown in FIG. 12. FIG.
14 is a partial side view showing the configuration of the laser module shown in FIG. 12. FIG.
FIG. 15 is an explanatory view showing a part of a DMD micromirror in an exposure head to be compared;
FIG. 16 is an explanatory diagram showing the timing of image data transfer and mirror reset for an exposure head to be compared;
FIGS. 17A and 17B are explanatory views showing the state of the drawing surface drawn by the exposure head, in which FIG. 17A shows the case of this embodiment and FIG. 17B shows the case of comparison.
18A and 18B are explanatory views showing the state of the drawing surface drawn by the exposure head, in which FIG. 18A shows the case of this embodiment and FIG. 18B shows the case of comparison.
FIGS. 19A and 19B are explanatory views showing the state of the drawing surface drawn by the exposure head, in which FIG. 19A shows the case of this embodiment and FIG. 19B shows the case of comparison.
FIGS. 20A and 20B are explanatory views showing the state of the drawing surface drawn by the exposure head, in which FIG. 20A shows the case of this embodiment and FIG. 20B shows the case of comparison.
FIGS. 21A and 21B are explanatory views showing a state of a drawing surface drawn by the exposure head, in which FIG. 21A shows the case of this embodiment and FIG. 21B shows the case of comparison.
FIGS. 22A and 22B are explanatory views showing a state of a drawing surface drawn by the exposure head, in which FIG. 22A shows the case of this embodiment and FIG. 22B shows the case of comparison.
FIGS. 23A and 23B are explanatory views showing an enlarged image drawn by the exposure head, in which FIG. 23A shows the case of this embodiment and FIG. 23B shows the case of comparison.
FIG. 24 is a plan view for explaining an exposure method for exposing a photosensitive material by one scanning by a scanner.
FIGS. 25A and 25B are plan views for explaining an exposure method in which a photosensitive material is exposed by a plurality of scans by a scanner. FIGS.
[Explanation of symbols]
LD1 to LD7 GaN-based semiconductor laser 10 Heat blocks 11 to 17 Collimator lens 20 Condensing lens 30 Multimode optical fiber 50 DMD (digital micromirror device, spatial light modulator)
53 Reflected light image (exposure beam)
54, 58 Lens system 56 Scanning surface (exposed surface)
64 Laser module 66 Fiber array light source 68 Laser emitting unit 73 Combination lens 150 Photosensitive material 152 Stage (moving means)
162 Scanner 166 Exposure head 168 Exposure area (two-dimensional image)
168D division area 170 exposed area 178 exposure area (two-dimensional image)
178D Divided area θ Ideal tilt angle θ 'Actual tilt angle

Claims

A drawing head that is moved relative to a drawing surface in a predetermined scanning direction along the drawing surface;
A drawing element group configured by two-dimensionally arranging a plurality of drawing elements in a plane substantially parallel to the drawing surface;
Storage means capable of storing in advance the modulation state of the drawing element according to image information and outputting it to the drawing element;
When the drawing elements are numbered by a continuous natural number from the first line to the last line in the scanning direction, the drawing element group is divided into lines having the same remainder when the number is divided by a predetermined natural number N of 2 or more. Changing means for changing the modulation state stored in the storage means to the next modulation state substantially simultaneously within the drawing element group; and
A drawing head characterized by comprising:

The drawing head according to claim 1, wherein the change timing of the modulation state by the changing means is different for each drawing element group.

When the time interval from one drawing to one drawing with one drawing element is T0, the change timing of the modulation state by the changing means is a timing shifted by T0 / N for each drawing element group. The drawing head according to claim 2, wherein the drawing head is provided.

A modulated light irradiation device that irradiates an exposure surface as a drawing surface with light that is modulated for each pixel by the drawing element group in accordance with image information;
The drawing head according to any one of claims 1 to 3, wherein the drawing head is.

The modulated light irradiation device is
A laser device for irradiating laser light;
A plurality of drawing element portions each having a light modulation state that changes in response to a control signal are two-dimensionally arranged, and a spatial light modulation element that modulates laser light emitted from the laser device;
Control means for controlling the drawing element unit by a control signal generated according to exposure information;
The drawing head according to claim 4, comprising:

6. The spatial light modulation element is constituted by a micro mirror device in which a large number of micro mirrors each capable of changing an angle of a reflecting surface in accordance with a control signal are arranged in a two-dimensional manner. Drawing head described in.

2. The liquid crystal shutter array according to claim 1, wherein each of the spatial light modulators comprises a liquid crystal shutter array in which a large number of liquid crystal cells capable of blocking transmitted light according to a control signal are arranged two-dimensionally. 5. The drawing head according to 5.

The drawing head according to any one of claims 1 to 7,
Moving means for relatively moving the drawing head at least in the predetermined direction;
A drawing apparatus comprising:

A drawing method using the drawing head according to any one of claims 1 to 7, and drawing the drawing head by relatively moving the drawing head in a predetermined scanning direction along the drawing surface,
When the drawing elements are numbered with a continuous natural number from the first line to the last line along the scanning direction, a drawing element group is configured with lines having an equal remainder when the number is divided by a predetermined natural number N, A drawing method, wherein the modulation state stored in the storage means is changed to a next modulation state at a different timing for each drawing element group.