JP2005031280A

JP2005031280A - 露光装置

Info

Publication number: JP2005031280A
Application number: JP2003194820A
Authority: JP
Inventors: Katsuto Sumi; 克人角; Koichi Kimura; 宏一木村; Hiroshi Sunakawa; 寛砂川
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 2003-07-10
Filing date: 2003-07-10
Publication date: 2005-02-03

Abstract

【課題】光耐久性及び光利用効率の向上が図れ、散乱光を抑制できてコントラストの向上が図れる露光装置の提供を課題とする。
【解決手段】Ｓ方位の直線偏光光を９０°方向へ反射する偏光ビームスプリッター３４と、偏光ビームスプリッター３４で反射した直線偏光光を円偏光光に変化させる１／４波長板３６と、１／４波長板３６を透過して円偏光となった光が垂直に入射するマイクロレンズアレイ３８と、画像データ信号に応じて角度を変え、マイクロレンズアレイ３８で集光された円偏光光が入射するマイクロミラー４４を備えた空間光変調素子４０と、マイクロミラー４４で反射され、マイクロレンズアレイ３８及び１／４波長板３６を透過してＰ方位の直線偏光光となり、偏光ビームスプリッター３４を透過した直線偏光光を被露光面上に結像させる結像光学系１８と、を有する露光装置１４とする。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、反射偏向型の空間光変調素子を備え、マイクロレンズにより変調画素を縮小可能とした露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、デジタル・マイクロミラー・デバイス（以下、「ＤＭＤ」という）等の反射偏向型の空間光変調素子（ＳｐａｔｉａｌＬｉｇｈｔＭｏｄｕｌａｔｏｒ）（以下、「ＳＬＭ」という）を利用し、画像データに応じて変調された光ビームで記録媒体を露光して、画像の形成を行う露光装置が種々提案されている。
【０００３】
例えば、画像データ等に応じて生成した制御信号によって反射面の角度が変化する（ＯＮ・ＯＦＦする）多数の微小ミラー（以下、「マイクロミラー」という）をシリコン等の半導体基板上に２次元的に配列したＤＭＤを備え、このＤＭＤにより光ビームを変調（偏向）して、記録媒体の被露光面を露光するように構成した露光装置がある。
【０００４】
このような構成の露光装置において、その高解像度化を図るために、図７で示すように、ＤＭＤ４０を主走査方向に対して若干傾け、被露光面上の画素ピッチＰ１がマイクロミラー４４上の画素ピッチＰ２より小さくなるようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、圧電薄膜を用いて各マイクロミラーの面形状を変形可能とし、これによって各マイクロミラーの反射面の曲率を変化させて光変調を行う反射偏向型のＳＬＭとマイクロレンズとを組み合わせ、更にそのＳＬＭとマイクロレンズとの間に不要光を遮蔽する遮蔽部材（アパーチャー）が設けられた露光装置も知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
しかしながら、この場合は、各マイクロミラーに形成された曲率によって光波面に変化を与えてビーム径を異にし、そのビーム径の差異を利用してアパーチャーによって透過率に変化を与えるものなので、ＯＮ時の光も一部が必然的に遮蔽されてしまい、原理上、光利用効率を１００％とすることができないという問題がある。
【０００７】
特に、光源にランプ等の輝度の小さい、インコヒーレントな光を使用する場合においては、光源自体が広がりをもっているので、ＯＮ時の光を効率よく透過させるためには、アパーチャーの開口部の径を大きくせざるを得ず、そうすると、消光比が悪化するという問題が生じる。このように、光利用効率と消光比の両立は困難である。なお、反射型ではなく、透過型のＳＬＭにすれば、光利用効率の向上が期待できるが、透過型では、光量の増大に伴う光耐久性が懸念される。
【０００８】
また、１画素の曲率の精度により、被露光面上のスポット径及びスポット位置が変化してしまうので、高い曲率精度が要求される問題もある。しかも、圧電薄膜に光学コーティングを施して光反射性を持たせるため、マイクロミラーの繰り返し変形により、その光学コーティングが劣化するおそれがあり、反射率の低下、散乱光の増大が懸念される。
【０００９】
また、アパーチャーを反射タイプにすると、ＯＦＦのときには、そのＯＦＦ光がアパーチャーによって反射して被露光面に到達してしまう場合があり、それによってコントラストを低下させてしまうという問題がある。特に、そのアパーチャーをクロムなどの材料で構成すると、高い反射率により、コントラストが大きく劣化してしまう問題がある。また、そのアパーチャーを吸収型にすると、アパーチャーに光による熱が集中してしまい、遮蔽性能の劣化、信頼性の低下が懸念される。
【００１０】
また、反射偏向型のＳＬＭであるＤＭＤとマイクロレンズアレイとを組み合わせ、各マイクロミラー上の画素間の隙間へ光が入射されるのを回避し、コントラストの向上と信頼性の向上を図った露光装置も知られている（例えば、特許文献３参照）。
【００１１】
しかしながら、この場合、その照明光はＳＬＭ（ＤＭＤ）に対して斜めに入射するので、照明光の入射角、マイクロレンズアレイの各マイクロレンズとＤＭＤとの距離、ＤＭＤの各マイクロミラーピッチ及びマイクロレンズアレイの各マイクロレンズピッチを正確に調整する必要があり、信頼性、品質の点で懸念がある。また、光はマイクロレンズアレイの各マイクロレンズに対しても斜めに入射するので、原理的にコマ収差、非点収差が発生し、集光スポット形状の太りなどの問題が懸念される。
【００１２】
【特許文献１】
特表２００１−５２１６７２公報
【特許文献２】
国際公開ＷＯ９７／３１２８３号パンフレット
【特許文献３】
特開平８−１２９１３８号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、反射偏向型の空間光変調素子として光耐久性の向上を図るとともに、光利用効率の向上を図り、更には散乱光を抑制してコントラストの向上も図った露光装置を得ることを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載の露光装置は、Ｓ方位の直線偏光光を照射する直線偏光光源と、前記直線偏光光源から入射されたＳ方位の直線偏光光を９０°方向へ反射する偏光ビームスプリッターと、前記偏光ビームスプリッターで反射されて入射した直線偏光光を円偏光光に変化させる１／４波長板と、前記１／４波長板を透過して円偏光となった光が垂直に入射するマイクロレンズアレイと、前記マイクロレンズアレイと略同ピッチで配置され、画像データ信号に応じて角度を変えるマイクロミラーを備え、マイクロレンズアレイで集光された円偏光光が該マイクロミラーへ入射する空間光変調素子と、前記マイクロミラーで反射され、マイクロレンズアレイ及び１／４波長板を透過してＰ方位の直線偏光光となり、偏光ビームスプリッターを透過した該直線偏光光を被露光面上に結像させる結像光学系と、を有することを特徴としている。
【００１５】
請求項１の発明では、直線偏光光源からのＳ方位の直線偏光光を偏光ビームスプリッターへ入射させるので、全ての直線偏光光が９０°方向へ反射される。したがって、原理上、光利用効率を１００％とすることができる。また、偏光ビームスプリッターで反射された直線偏光光は、１／４波長板を透過することにより円偏光光となり、マイクロレンズアレイへ垂直に入射して空間光変調素子のマイクロミラーへ入射する。反射型の空間光変調素子は、透過型に比べて光耐久性が大きく、垂直入射とすることで、マイクロレンズでのコマ収差や非点収差も発生し難くくなる。
【００１６】
また、空間光変調素子は、ＯＮ変調する場合、円偏光光を反射してマイクロレンズアレイへ垂直に入射させる。そして、そのマイクロレンズアレイを透過した円偏光光は、１／４波長板を透過してＰ方位の直線偏光光となり、偏光ビームスプリッターを透過して結像光学系に至り、その結像光学系によって被露光面上に結像される。このため、マイクロレンズアレイと空間光変調素子との正確な位置調整が不要となり、その部分の構造を簡略化できる。
【００１７】
また、請求項２に記載の露光装置は、請求項１に記載の露光装置において、前記マイクロミラーが、前記マイクロレンズアレイの略焦点位置へ配置されていることを特徴としている。
【００１８】
請求項２の発明では、マイクロミラーがマイクロレンズアレイの略焦点位置へ配置されるので、画像データ信号に応じて角度を変えるマイクロミラーの光変調領域よりも、マイクロレンズによる集光領域が小さくなっている。このため、ミラー面の歪みに影響され難く、正確に円偏光光を反射させることができる。したがって、被露光面上のスポット径及びスポット位置を安定化できる。また、散乱光が抑制されるので、コントラストを向上させることができる。
【００１９】
また、請求項３に記載の露光装置は、請求項１又は２に記載の露光装置において、前記直線偏光光源に替えて、ランダム偏光を含む非Ｓ方位直線偏光光源と偏光変換手段を備え、前記偏光変換手段が、非Ｓ方位直線偏光光源から照射される光をＰ方位の直線偏光光とＳ方位の直線偏光光に分離する偏光分離面と、前記偏光分離面によって分離されたＰ方位の直線偏光光をＳ方位の直線偏光光に変化させる１／２波長板と、を有することを特徴としている。
【００２０】
請求項３の発明では、非Ｓ方位直線偏光光源から照射される光が、偏光分離面により、Ｐ方位の直線偏光光とＳ方位の直線偏光光に分離され、更に、そのＰ方位の直線偏光光が、１／２波長板により、Ｓ方位の直線偏光光とされる。したがって、Ｓ方位の直線偏光光を照射する直線偏光光源がなくても、Ｓ方位の直線偏光光を偏光ビームスプリッターに照射することが可能となる。
【００２１】
更に、請求項４に記載の露光装置は、請求項３に記載の露光装置において、前記偏光変換手段が、非Ｓ方位直線偏光光源から照射される光を、前記偏光分離面の前に入射させる第１マイクロレンズアレイと、前記偏光分離面によって分離されたＳ方位の直線偏光光と、前記１／２波長板を透過してＳ方位の直線偏光となった光を入射させる第２マイクロレンズアレイと、を有することを特徴としている。
【００２２】
請求項４の発明では、非Ｓ方位直線偏光光源から照射される光が第１マイクロレンズアレイで集光され、その集光された光が偏光分離面に照射される。このため、偏光分離面への照射領域を小さくでき、偏光分離面の歪みによる影響を受け難くできる。そして、Ｓ方位の直線偏光光のみとされた光は、第２マイクロレンズアレイにより略平行光とされるので、偏光ビームスプリッターに好適に照射される。
【００２３】
また、請求項５に記載の露光装置は、請求項１乃至４の何れかに記載の露光装置において、前記マイクロレンズアレイと前記マイクロミラーの線膨張係数が略同一であることを特徴としている。
【００２４】
請求項５の発明では、マイクロレンズアレイとマイクロミラーの温度変化による相対的な位置ずれを抑制することができる。
【００２５】
また、請求項６に記載の露光装置は、請求項２乃至４の何れかに記載の露光装置において、前記結像光学系が、前記マイクロレンズアレイと略同ピッチの結像マイクロレンズアレイを含むことを特徴としている。
【００２６】
請求項６の発明では、結像マイクロレンズアレイによって結像するようにしたので、結像マイクロレンズアレイによる焦点面に被露光面を配置することになる。したがって、結果的に装置内部の省スペース化が図れ、装置の小型化が図れる。
【００２７】
また、請求項７に記載の露光装置は、請求項６に記載の露光装置において、前記結像マイクロレンズアレイの被露光面側へアパーチャーを配置したことを特徴としている。
【００２８】
請求項７の発明では、結像マイクロレンズアレイによる散乱光（不要光）を遮断することができるので、コントラストを向上させることができる。
【００２９】
そして、請求項８に記載の露光装置は、請求項７に記載の露光装置において、前記マイクロレンズアレイ、前記マイクロミラー、前記結像マイクロレンズアレイ、前記アパーチャーのうちの何れか２つ以上の線膨張係数が略同一であることを特徴としている。
【００３０】
請求項８の発明では、マイクロレンズアレイ、マイクロミラー、結像マイクロレンズアレイ、アパーチャーのうちの何れか２つ以上の温度変化による相対的な位置ずれを抑制することができる。
【００３１】
また、請求項９に記載の露光装置は、請求項１乃至８の何れかに記載の露光装置において、前記マイクロレンズアレイにマイクロプリズムアレイを一体的に設けたことを特徴としている。
【００３２】
請求項９の発明では、マイクロレンズアレイに垂直入射した光が、マイクロプリズムアレイにより所定角度曲折されるため、マイクロミラーが不安定な偏向角度（＝±０°）のときにＯＮにならず、安定した偏向角度（≠±０°）のときにＯＮになる。つまり、マイクロミラーのＯＮ・ＯＦＦにおける偏向角度の精度及び安定性を向上させることができる。
【００３３】
更に、請求項１０に記載の露光装置は、請求項１乃至９の何れかに記載の露光装置において、前記空間光変調素子と前記マイクロレンズアレイとの距離をＬとし、前記マイクロレンズアレイのレンズピッチをＰとし、前記マイクロミラーの偏向角度をαとしたとき、Ｌ×ｔａｎ２α＝ｎ×Ｐ（ｎ＝１、２、３・・）を満たすことを特徴としている。
【００３４】
請求項１０の発明では、空間光変調素子がＯＦＦ変調する場合、そのＯＦＦ光は、マイクロレンズアレイを、散乱を受けることなく透過し、かつ結像光学系に入射しないので、高い消光比（＝ＯＮパワー／ＯＦＦパワー）を確保することができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に示す実施例を基に詳細に説明する。図１は本発明に係る露光装置を含む画像形成装置の概略斜視図であり、図２は同じくブロック図である。そして、図３は本発明に係る露光装置の概略説明図であり、図４は図３の一部拡大説明図である。また、図５はＤＭＤの概略斜視図、図６はＤＭＤの変調状態を示す一部拡大概略斜視図であり、図７はＤＭＤの露光状態を示す概略説明図である。
【００３６】
［露光装置の構成］
まず、最初に露光装置とそれを含む画像形成装置の構成について説明する。図１、図２で示すように、画像形成装置１０は、図示しない駆動装置により、一方向（図示の矢印Ａ方向）に回転するエクスターナルドラム１２を備え、感光性又は感熱性のシート状記録媒体Ｍは、そのエクスターナルドラム１２の周面に固定部材５６、５８によって保持される。また、その記録媒体Ｍを露光する露光装置１４がエクスターナルドラム１２の周面に対向して配設されており、図示しない駆動装置とガイド部材１６によって、エクスターナルドラム１２の軸方向（副走査方向）に沿って移動可能となるように構成されている。
【００３７】
したがって、記録媒体Ｍは、エクスターナルドラム１２の回転方向と反対の方向（図示の矢印Ｂ方向）（主走査方向）に露光されて行き、エクスターナルドラム１２の軸方向（図示の矢印Ｃ方向）へ順次露光されて行く。なお、露光装置１４を移動させるのではなく、エクスターナルドラム１２がガイド部材１６に沿って副走査方向に移動する構成としてもよい。また、エクスターナルドラム１２に保持された記録媒体Ｍを露光する際、その記録媒体Ｍの露光位置及び露光装置１４の位置は、後述するそれぞれの位置検出装置５２、５４によって検出され、後述するＳＬＭとしてのＤＭＤ４０を制御するコントローラー５０に、それらの位置データが送信されて露光タイミングが調整される。
【００３８】
露光装置１４は、直線偏光光を発生させる光源やＤＭＤ４０などを備えた露光ユニット２０、ＤＭＤ４０で反射された光を集光して記録媒体Ｍ上に結像する結像光学系（複数枚の結像レンズ１８等）を有している。直線偏光光は、偏波面保存ファイバーを用いたファイバーカップルドレーザー（ＦＣＬＤ）により照射可能であるが、図３で示すように、高輝度ランプ等のランダム偏光光源２３から放射状に照射され、リフレクター２５によって略平行な光線束とされた無偏光光を、偏光変換手段２２によって直線偏光光に変換して照射するようにしてもよい。
【００３９】
偏光変換手段２２は、無偏光（ランダム偏光）光を、互いに直交するＰ方位の直線偏光（以下、「Ｐ偏光」という）光とＳ方位の直線偏光（以下、「Ｓ偏光」という）光に分離し、Ｐ偏光光を１／２波長板によってＳ偏光光として、出射される光が全てＳ偏光光のみとなるようにするもので、例えば無偏光光が入射される入射側が凸面で出射側が平面の第１マイクロレンズアレイ２４と、第１マイクロレンズアレイ２４を透過した光が入射する偏光変換素子２８と、各マイクロレンズのレンズピッチが第１マイクロレンズアレイ２４の１／２倍であり、偏光変換素子２８を透過した光が入射される入射側が平面で出射側が凸面の第２マイクロレンズアレイ２６とで構成されている。
【００４０】
偏光変換素子２８は、Ｐ偏光とＳ偏光を分離する（Ｐ偏光は透過させるが、Ｓ偏光は反射させる）誘電体多層膜がコーティングされ、所定角度に傾斜配置された一対の偏光分離面３０、３１と、１／２波長板３２とが組み合わされ、それが第１マイクロレンズアレイ２４のレンズピッチと略同じピッチで複数組設けられてなるアレイ状に構成されており、第１マイクロレンズアレイ２４の焦点面近傍（略焦点位置）に配置されている。
【００４１】
したがって、第１マイクロレンズアレイ２４を透過して集光された光ビームは、まず偏光分離面３０により、Ｐ偏光光が透過され、Ｓ偏光光が反射される。そして、その反射されたＳ偏光光は、更に偏光分離面３１により反射され、そのまま偏光変換素子２８から出射される。一方、偏光分離面３０を透過したＰ偏光光は、１／２波長板３２を透過することによりＳ偏光光へ変換され、偏光変換素子２８から出射される。
【００４２】
このため、偏光変換素子２８からは、Ｓ偏光光のみが出射され、そのＳ偏光光が第２マイクロレンズアレイ２６を透過することにより、略コリメートされた直線偏光（Ｓ偏光）光とされて、偏光ビームスプリッター（以下、「ＰＢＳ」という）３４へ好適に照射される。なお、図示する両向きの矢印と、白丸の中に黒丸がある記号は、光の偏光方向を表し、この場合は、それぞれ紙面と平行な方向のＰ偏光と、紙面に対して垂直な方向のＳ偏光を表している。
【００４３】
ＰＢＳ３４は、図３、図４で示すように、所定角度（４５°）傾斜した、上記と同様の偏光分離面３５を有しており、Ｓ偏光光は９０°曲がった方向へ反射させるが、Ｐ偏光光はそのまま透過させる構成になっている。したがって、ＰＢＳ３４に入射されたＳ偏光光は、偏光分離面３５によって、記録媒体Ｍが配置されている側とは反対側の方向へ低ロスで反射される。このため、光利用効率を略１００％とすることができる。
【００４４】
ＰＢＳ３４の記録媒体Ｍが配置されている側とは反対側の端部には、１／４波長板３６が一体的に設けられ、偏光分離面３５によって反射されたＳ偏光光は、その１／４波長板３６によって円偏光光とされる。そして、１／４波長板３６を透過した円偏光光はＰＢＳ３４の近傍に配設されているマイクロレンズアレイ３８に入射される。
【００４５】
マイクロレンズアレイ３８は、入射側（ＰＢＳ３４側）が凸面で出射側が平面の複数のマイクロレンズが一体的に組み合わされて構成され、１／４波長板３６を透過した円偏光光は、各マイクロレンズに対して垂直に入射されるようになっている。したがって、マイクロレンズアレイ３８の各マイクロレンズにおいて、コマ収差、非点収差の発生が抑制され、散乱光が抑制される。
【００４６】
また、マイクロレンズアレイ３８の各マイクロレンズによって集光された円偏光光は、後述するＤＭＤ４０の各マイクロミラー４４の中心部に向かって正面入射されるようになっている。すなわち、マイクロレンズアレイ３８の各マイクロレンズは、ＤＭＤ４０の各マイクロミラー４４に対して１対１で対応するように、それと同じピッチで、かつマイクロレンズアレイ３８の略焦点位置（略焦点面）に配置され、その中心が、マイクロミラー４４に入射する光ビーム（円偏光光）の光軸上に来るように配置されている。
【００４７】
したがって、マイクロレンズアレイ３８により集光された円偏光光は、その断面積が小さくされて、ＤＭＤ４０の各マイクロミラー４４の中心部に正面入射する。これにより、画素（ピクセル）を形成するマイクロミラー４４内の光照明領域（光スポット）が、光変調領域（マイクロミラー４４の面積）よりも小さくなるので、ミラー面の歪みに影響され難くなり、正確に円偏光光を反射させることができる。よって、被露光面上のスポット径及びスポット位置を安定化できる。また、散乱光が抑制されるので、コントラストを向上させることができる。
【００４８】
ＤＭＤ４０は、図５、図６で示すように、シリコン等の半導体基板であるＳＲＡＭセル（メモリーセル）４２上に、画素（ピクセル）を形成する多数（例えば６００個×８００個）のマイクロミラー４４が、ヒンジ及びヨークを含む支柱４６により支持されて（支柱の最上部に設けられて）格子状に配置され、全体的にモノリシック（一体型）に構成されたミラーデバイスである。マイクロミラー４４は、その表面にアルミニウム等の反射率の高い材料が蒸着された平板状に構成され、光の反射率が９０％以上となるように構成されている。
【００４９】
また、ＤＭＤ４０は、入射された光ビーム（円偏光光）を画像データ６０のデジタル信号に応じて各マイクロミラー４４毎（画素毎）に光変調するもので、データ処理部とミラー駆動制御部とを備えたコントローラー５０（図２参照）に接続されている。データ処理部では、入力された画像データ６０のデジタル信号に基づいて、ＤＭＤ４０の制御すべき領域内の各マイクロミラー４４を駆動制御する制御信号を生成するようになっており、ミラー駆動制御部では、データ処理部で生成した制御信号に基づいて、ＤＭＤ４０における各マイクロミラー４４の反射面の角度を制御するようになっている。
【００５０】
したがって、そのミラー駆動制御部に制御信号が送信され、ＳＲＡＭセル４２にそのデジタル信号が書き込まれると、支柱４６に支えられたマイクロミラー４４が、その対角線を中心としてＤＭＤ４０が配置された基板側に対して±α°（例えば±１０°）の範囲で傾斜する。ちなみに、図６（Ａ）ではマイクロミラー４４が＋α°に傾いた状態が示され、図６（Ｂ）ではマイクロミラー４４が−α°に傾いた状態が示されており、画像データ６０のデジタル信号に応じて、各マイクロミラー４４の傾きが制御される（ＯＮ・ＯＦＦされる）ことにより、ＤＭＤ４０に入射された光ビーム（円偏光光）が、そのマイクロミラー４４の傾き方向へ反射されるようになっている。
【００５１】
また、この実施例では、各マイクロミラー４４を±０°に制御した状態がＯＮ状態とされ、この状態のマイクロミラー４４により反射された反射光が露光状態に光変調された光となる。すなわち、ＯＮ状態（露光状態）に制御されたマイクロミラー４４によって反射された円偏光光は、マイクロレンズアレイ３８の各マイクロレンズに対し、今度は平面側から入射して透過し、更に１／４波長板３６を透過することにより円偏光光がＰ偏光光とされる。
【００５２】
つまり、ＰＢＳ３４に入射したＳ偏光光は、ＰＢＳ３４に一体的に設けられた１／４波長板３６を２回透過することにより、Ｐ偏光光に変換される構成になっている。したがって、今度は偏光分離面３５を透過し、ＰＢＳ３４の出射側に設けられた結像光学系としての結像レンズ１８へ入射する。そして、その結像レンズ１８により結像されて、記録媒体Ｍの被露光面を露光し、画像を形成する構成である。
【００５３】
ここで、ＤＭＤ４０の各マイクロミラーは、マイクロレンズアレイ３８の各マイクロレンズによる焦点位置（仮想点光源Ｇ）よりもマイクロレンズアレイ３８側に若干寄せられて配置され、その反射面がマイクロレンズアレイ３８による焦点面（焦点位置）と一致しないようになっている。そのため、マイクロミラー４４による反射光は、ある程度の広がり角を持った状態（断面積が拡大された状態）で直進するが、結像レンズ１８が設けられているので、そのような光でも結像可能となる。
【００５４】
つまり、結像レンズ１８を用いて結像する構成であると、マイクロレンズアレイ３８とＤＭＤ４０との位置調整が正確に行われなくても露光可能となる。したがって、その部分の構造を簡略化することができる。なお、図３では結像レンズ１８が２枚しか示されていないが、実際はパワーの異なるレンズが複数枚配置されて構成されている。
【００５５】
一方、ＯＦＦ状態（非露光状態）に制御された（例えば−α°の角度に傾けられた）マイクロミラー４４により反射された円偏光光（ＯＦＦ光）は、ＰＢＳ３４から外れてＯＮ光と分離される。そして、このＯＦＦ光は、その散乱を抑制するために、下記（１）式を満たすようにしてマイクロレンズアレイ３８を透過させる。
【００５６】
すなわち、図４で示すように、ＤＭＤ４０において、各マイクロミラー４４のＯＦＦ時の偏向角度をα、マイクロレンズアレイ３８とＤＭＤ４０との距離をＬ、ＤＭＤ４０のミラーピッチ（マイクロレンズアレイ３８のレンズピッチ）をＰとしたとき、下記（１）式を満たすようにすると、ＯＦＦ光は、マイクロレンズアレイ３８を、散乱を受けることなく透過し、更に結像レンズ１８に入射しないので、高い消光比（ＯＮ光パワー／ＯＦＦ光パワー）が確保される。
【００５７】
Ｌ×ｔａｎ２α＝ｎ×Ｐ（ｎ＝１、２、３、・・）―――――（１）
【００５８】
また、結像光学系（結像レンズ１８）によって記録媒体Ｍの被露光面に結像されるビームスポットのスポット径及びスポット形状は、露光済み領域に形成される露光パターンの解像度、露光装置１４の走査速度、記録媒体Ｍの特性、ＤＭＤ４０の走査方向に対する傾き角の大きさ等の設計事項に応じて決められている。
【００５９】
ＤＭＤ４０の走査方向に対する傾き角の大きさとは、図７で示すように、ＤＭＤ４０を主走査方向と所定角度（例えば０．１°〜０．５°）を成すように僅かに傾斜させて配置することを言い、このようにＤＭＤ４０を傾斜させると、各マイクロミラー４４によって反射される光ビームの走査軌跡（走査線）のピッチが互いに狭くなるので、解像度を大幅に向上させることができる。なお、ＤＭＤ４０を傾斜させる代わりに、各マイクロミラー４４を主走査方向と直交する方向に所定間隔ずらして千鳥格子状に配置しても、同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００６０】
以上、説明した露光装置１４の露光ユニット２０は、結像レンズ１８により、マイクロレンズアレイ３８によるＤＭＤ４０側焦点面とＤＭＤ４０におけるマイクロミラー４４の反射面とを一致させなくてもよい構成であったが、次に、マイクロレンズアレイ３８によるＤＭＤ４０側焦点面とＤＭＤ４０におけるマイクロミラー４４の反射面とを一致させた露光ユニット２１について説明する。なお、図１乃至図７で説明した内容と重複するものについては、同じ符号を付して、その説明を省略する。
【００６１】
図８は本発明に係る別実施例の露光装置を含む画像形成装置の概略斜視図であり、図９は本発明に係る別実施例の露光装置の概略説明図である。そして、図１０は図９の一部拡大説明図である。
【００６２】
上記と同様に、ランダム偏光光源２３から照射された無偏光光は、偏光変換手段２２によってＳ偏光の直線偏光光に変換され、ＰＢＳ３４に入射される。そして、ＰＢＳ３４に入射されたＳ偏光の直線偏光光は、偏光分離面３５によって反射され、１／４波長板によって円偏光光に変換されて、マイクロレンズアレイ３８の各マイクロレンズに対して垂直に入射される。
【００６３】
マイクロレンズアレイ３８に垂直に入射されて集光された円偏光光は、ＤＭＤ４０の各マイクロミラー４４の中心部に正面入射される。このとき、マイクロレンズアレイ３８によるＤＭＤ４０側焦点面とＤＭＤ４０における各マイクロミラー４４の反射面とが一致しているので、±０°に制御されているＯＮ状態（露光状態）のマイクロミラー４４によって反射される円偏光光も、マイクロレンズアレイ３８の各マイクロレンズに対し、その平面側から垂直に入射し、各マイクロレンズによってコリメートされる。
【００６４】
そして、そのコリメートされた円偏光光は、１／４波長板３６を透過することによりＰ偏光光とされ、偏光分離面３５を透過してＰＢＳ３４より出射される。
したがって、ＰＢＳ３４の出射側と記録媒体Ｍとの間に、例えばＰ偏光光の入射側（ＰＢＳ側）が凸面で出射側が平面（このような構成に限定されるものではない）の結像マイクロレンズアレイ３９を配置すれば、これによって結像することができる。
【００６５】
つまり、結像光学系として、マイクロレンズアレイ３８の各マイクロレンズと同じピッチで、同じ光軸上に配置される複数のマイクロレンズを備えた結像マイクロレンズアレイ３９を配置すれば、これによって結像して記録媒体Ｍの被露光面を露光することができるので、図１乃至図３で示した結像レンズ１８は不要となる。
【００６６】
そして、この場合には、記録媒体Ｍの被露光面をＰＢＳ３４に近接して（結像マイクロレンズ３９による焦点面に）配置することになるため、結果的に画像形成装置１０内部の省スペース化が図れ、画像形成装置１０の小型化が図れる。なお、これとは逆に、画像形成装置１０の構造上、記録媒体Ｍの近接配置が不可能な場合には、上記したように、結像レンズ１８を設けて結像する構成とすればよい。
【００６７】
また、結像マイクロレンズアレイ３９の各マイクロレンズによる焦点面で、かつ各画素（ピクセル）の集光点に一致する位置（光軸上）には、各マイクロレンズと１対１で対応する複数のアパーチャー（開口絞り）からなるアパーチャーアレイ４８を設けるのが好ましい。このようなアパーチャーアレイ４８を設けると、結像マイクロレンズアレイ３９で集光された光ビーム（Ｐ偏光光）における散乱光や回折光等のノイズ成分となる不要光をカット（遮断）することができるので、記録媒体Ｍの被露光面に投影されるビームスポットの外側に、その不要光が投影されるのを防止することができ、コントラストを向上させられる。
【００６８】
なお、各アパーチャーの開口径及び開口形状は、記録媒体Ｍの被露光面に投影されるビームスポットのスポット径及びスポット形状に応じて適宜設定されればよく、このようなアパーチャーにより、ビームスポットは精度よく整形される。
また、この場合、マイクロレンズアレイ３８と、結像マイクロレンズアレイ３９と、ＤＭＤ４０と、アパーチャーアレイ４８のうちの何れか２つ以上の線膨張係数を略一致させ、温度変化によるそれらの相対的な位置ずれを抑制する構成にすることが望ましい。
【００６９】
また、ＤＭＤ４０に光ビームを照射する際、平凸のマイクロレンズアレイ３８を使用したが、図１１で示すように、平凸のマイクロレンズアレイ３８の平面側にマイクロプリズムアレイ３７を一体的に設けたものを使用してもよい。この場合は、マイクロレンズアレイ３８に垂直入射した光ビーム（円偏光光）が、そのマイクロプリズムアレイ３７によって所定角度曲折されるので、マイクロミラー４４が±０°のときがＯＮ状態ではなくなり、例えば＋α°のときがＯＮ状態となる。つまり、マイクロミラー４４が不安定な偏向角度（＝±０°）のときにＯＮになるのではなく、安定した偏向角度（≠±０°）のときにＯＮになるようにできる。したがって、マイクロミラー４４のＯＮ・ＯＦＦにおける偏向角度の精度及び安定性を向上させることができる。
【００７０】
［露光装置の動作］
以上のような構成の露光装置１４を備えた画像形成装置１０において、次にその動作について説明する。露光ユニット２０、２１において、高輝度ランプ等のランダム偏光光源２３から発散光状態で出射した無偏光光は、リフレクター２５により略平行な光線束とされて偏光変換手段２２に照射され、その偏光変換手段２２によってＳ偏光のみの直線偏光光とされる。
【００７１】
すなわち、第１マイクロレンズアレイ２４により集光された光ビーム（無偏光光）は、偏光変換素子２８の偏光分離面３０により、それを透過するＰ偏光光と、反射するＳ偏光光に分離される。そして、偏光分離面３０を透過したＰ偏光光は、１／２波長板を透過することによってＳ偏光光とされ、偏光分離面３０を反射したＳ偏光光は、更に偏光分離面（低ロスの反射面でもよい）３１で反射されて、共に第２マイクロレンズアレイ２６へ出射される。したがって、第２マイクロレンズアレイ２６へはＳ偏光光のみが入射されることになり、その第２マイクロレンズアレイ２６を透過することによって、略コリメートされる。
【００７２】
こうして、Ｓ偏光のみとされた直線偏光光がＰＢＳ３４に照射されると、そのＳ偏光光は、偏光分離面３５によって、記録媒体Ｍが配置されている側とは反対側へ向かって（９０°曲がった方向へ）反射される。したがって、光利用効率を原理上１００％とすることができる。偏光分離面３５によって反射されたＳ偏光光は、ＰＢＳ３４に一体的に配設されている１／４波長板３６によって円偏光光とされる。そして、その円偏光光は、ＰＢＳ３４の近傍に配置されているマイクロレンズアレイ３８に対して垂直に入射する。したがって、マイクロレンズアレイ３８の各マイクロレンズにおけるコマ収差や非点収差の発生を抑制することができ、散乱光を抑制することができる。
【００７３】
一方、露光パターンに応じた画像データ６０が、ＤＭＤ４０に接続されたコントローラー５０に入力され、コントローラー５０内のメモリーに一旦記憶される。この画像データ６０は、画像を形成する各画素（ピクセル）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。
【００７４】
また、記録媒体Ｍを周面に保持したエクスターナルドラム１２は、図示しない駆動装置により、一定速度で矢印Ａ方向に回転されている。そして、エクスターナルドラム１２に取り付けられた固定部材５６を図示しないセンサーが検出することにより記録媒体Ｍの先端が検出され、その先端が検出されると、メモリーに記憶された画像データ６０のデジタル信号が複数ライン分ずつ順次データ処理部によって読み出され、その読み出された画像データ６０のデジタル信号に基づいて各ＤＭＤ４０毎に制御信号が生成される。
【００７５】
こうして、データ処理部で生成された制御信号に基づき、ミラー駆動制御部によって、ＤＭＤ４０の各マイクロミラー４４がＯＮ・ＯＦＦ制御され、マイクロレンズアレイ３８によって集光された光ビーム（円偏光光）が、ＯＮ制御されたマイクロミラー４４に正面入射して反射されることにより、露光状態に光変調される。そして、今度はマイクロレンズアレイ３８の平面側から入射して直進し、更に１／４波長板３６によってＰ偏光光に変換される。つまり、Ｓ偏光のみの直線偏光光が、１／４波長板３６を２回透過することにより、Ｐ偏光のみの直線偏光光とされる。
【００７６】
ここで、ＰＢＳ３４の偏光分離面３５は、Ｓ偏光光は反射し、Ｐ偏光光は透過させる構成であるため、Ｐ偏光のみとされた（露光状態に光変調された）直線偏光光は偏光分離面３５を透過して結像光学系としての結像レンズ１８又は結像マイクロレンズアレイ３９へ入射し、その結像レンズ１８又は結像マイクロレンズアレイ３９により結像されて記録媒体Ｍの被露光面を露光する。そして、エクスターナルドラム１２が矢印Ａ方向に回転し、その回転方向と反対方向である主走査方向（矢印Ｂ方向）へ走査されることにより、露光済み領域が帯状に形成されて行く。
【００７７】
なお、ＯＦＦ制御されたマイクロミラー４４に入射して反射されることにより、非露光状態に光変調された円偏光光（ＯＦＦ光）は、上記（１）式の条件下でマイクロレンズアレイ３８に入射される。つまり、そのＯＦＦ光は、マイクロレンズアレイ３８を、散乱を受けることなく透過し、更に結像レンズ１８に入射しないので、高い消光比（ＯＮ光パワー／ＯＦＦ光パワー）が確保される。
【００７８】
その後、図示しない検知センサーによって固定部材５８が検知され、記録媒体Ｍの後端が検出されると、露光装置１４は、図示しない駆動装置により、ガイド部材１６に沿って所定距離（１列分）副走査方向（矢印Ｃ方向）に移動し、再び記録媒体Ｍの先端から露光を開始する。こうして、記録媒体Ｍは順次一定速度で隙間無く露光され、その露光走査が終了すると、露光装置１４はガイド部材１６に沿って上流側の原点に復帰し、次の記録媒体Ｍを露光する。
【００７９】
以上、説明したように、本発明に係る露光装置１４では、ＰＢＳ３４に入射される直線偏光光はＳ偏光のみとされるので、光利用効率を略１００％とすることができる。しかも、そのＰＢＳ３４で反射され、１／４波長板を透過して円偏光とされた光を集光するマイクロレンズアレイ３８に、その光を入射させるとき、各マイクロレンズに対して垂直に入射させるので、各マイクロレンズでの収差の発生を抑制することができる。
【００８０】
また、マイクロレンズアレイ３８によって集光された円偏光光は、ＤＭＤ４０のＯＮ制御された各マイクロミラー４４に正面入射され、かつ、そのマイクロミラー４４内における光照明領域（光スポット）が光変調領域よりも小さくされているので、ミラー面の歪みに影響され難く、正確に反射される。したがって、被露光面上のスポット径及びスポット位置が安定化する。また、このように、マイクロミラー４４によって反射された光によって記録媒体Ｍの被露光面を露光する反射型であるため、光耐久性に優れている。
【００８１】
また、画素（ピクセル）毎に光変調して記録媒体Ｍの被露光面を露光するＤＭＤ４０は、所定の角度に傾けられた状態で走査されるので、その画素ピッチがマイクロミラー４４のミラーピッチよりも小さい状態で露光することが可能となり、ＤＭＤ４０の使用画素数と略同数の画素単位（露光エリア）で露光することができる。したがって、記録媒体Ｍの被露光面上にビームスポットとして形成される画像の高解像度化を実現できる。
【００８２】
なお、マイクロレンズアレイ３８、結像マイクロレンズアレイ３９は、それぞれ単一のレンズに複数の凸部を形成し、その凸部がマイクロレンズとなるように構成してもよいが、複数のマイクロレンズを組み合わせて一体的に構成すると、色収差、球面収差等を効果的に改善できるので好ましい。また、マイクロレンズアレイ３８、結像マイクロレンズアレイ３９は、収差を抑制するために、非球面形状にしてもよく、また、屈折率分布型、フレネル型などとしてもよい。非球面形状については、例えば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。
【００８３】
また、上記実施例では、ＰＢＳ３４と１／４波長板３６を一体的に構成したが、これらは別体として構成してもよく、逆に、ＰＢＳ３４、１／４波長板３６、マイクロレンズアレイ３８、結像マイクロレンズアレイ３９、ＤＭＤ４０等を適宜組み合わせて一体的に構成してもよい。更に、偏光変換手段２２を構成する第１マイクロレンズアレイ２４、偏光変換素子２８、第２マイクロレンズアレイ２６を別体として構成したが、これらを一体的に構成してもよく、その方が温度変化や経時変化等に起因する第１マイクロレンズアレイ２４、偏光変換素子２８、第２マイクロレンズアレイ２６の相対的な位置ずれを抑制することができる。
【００８４】
何れにしても、本発明に係る露光装置１４は、印刷用露光装置（ＣＴＰやＣＴＦ）、ＰＷＢ製造工程におけるドライ・フィルム・レジスト（ＤＦＲ）の露光装置、ＬＣＤの製造工程におけるカラーフィルターの露光装置、ＴＦＴの製造工程におけるＤＦＲの露光装置、プラズマ・パネル・ディスプレイ（ＰＤＰ）の製造工程におけるＤＦＲの露光装置等に適用できる。
【００８５】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、反射型の空間光変調素子を使用した露光装置であるため、透過型に比べて光耐久性が大きく、偏光ビームスプリッターへ入射させる光を直線偏光光としたので、光利用効率のロスを可能な限り抑制することができる。また、マイクロレンズを使用し、ミラー上の光スポットを小さくしたので、ミラー面の歪みに影響され難く、正確に光を反射させることができる。したがって、被露光面上のスポット径及びスポット位置を安定化できる。また、散乱光が抑制されるので、コントラストを向上させることができる。そして更に、そのマイクロレンズに対して光が垂直に入射されるようにしたので、マイクロレンズでの収差の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る露光装置を含む画像形成装置の概略斜視図
【図２】同上のブロック図
【図３】本発明に係る露光装置の概略説明図
【図４】図３の一部拡大説明図
【図５】ＤＭＤの概略斜視図
【図６】ＤＭＤの変調状態を示す一部拡大概略斜視図
【図７】ＤＭＤの露光状態を示す概略説明図
【図８】本発明に係る別実施例の露光装置を含む画像形成装置の概略斜視図
【図９】本発明に係る別実施例の露光装置の概略説明図
【図１０】図９の一部拡大説明図
【図１１】露光装置の別実施例を示す一部拡大説明図
【符号の説明】
１０画像形成装置
１４露光装置
１８結像レンズ（結像光学系）
２０、２１露光ユニット
２２偏光変換手段
２３ランダム偏光光源
２４第１マイクロレンズアレイ
２６第２マイクロレンズアレイ
２８偏光変換素子
３０、３１偏光分離面
３２１／２波長板
３４ＰＢＳ（偏光ビームスプリッター）
３６１／４波長板
３８マイクロレンズアレイ
３９結像マイクロレンズアレイ
４０ＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス／空間光変調素子）
４４マイクロミラー
５０コントローラー（制御手段）

Claims

Ｓ方位の直線偏光光を照射する直線偏光光源と、
前記直線偏光光源から入射されたＳ方位の直線偏光光を９０°方向へ反射する偏光ビームスプリッターと、
前記偏光ビームスプリッターで反射されて入射した直線偏光光を円偏光光に変化させる１／４波長板と、
前記１／４波長板を透過して円偏光となった光が垂直に入射するマイクロレンズアレイと、
前記マイクロレンズアレイと略同ピッチで配置され、画像データ信号に応じて角度を変えるマイクロミラーを備え、マイクロレンズアレイで集光された円偏光光が該マイクロミラーへ入射する空間光変調素子と、
前記マイクロミラーで反射され、マイクロレンズアレイ及び１／４波長板を透過してＰ方位の直線偏光光となり、偏光ビームスプリッターを透過した該直線偏光光を被露光面上に結像させる結像光学系と、を有することを特徴とする露光装置。
前記マイクロミラーは、前記マイクロレンズアレイの略焦点位置へ配置されていることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
前記直線偏光光源に替えて、ランダム偏光を含む非Ｓ方位直線偏光光源と偏光変換手段を備え、
前記偏光変換手段が、
非Ｓ方位直線偏光光源から照射される光をＰ方位の直線偏光光とＳ方位の直線偏光光に分離する偏光分離面と、
前記偏光分離面によって分離されたＰ方位の直線偏光光をＳ方位の直線偏光光に変化させる１／２波長板と、を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の露光装置。
前記偏光変換手段が、
非Ｓ方位直線偏光光源から照射される光を、前記偏光分離面の前に入射させる第１マイクロレンズアレイと、
前記偏光分離面によって分離されたＳ方位の直線偏光光と、前記１／２波長板を透過してＳ方位の直線偏光となった光を入射させる第２マイクロレンズアレイと、を有することを特徴とする請求項３に記載の露光装置。
前記マイクロレンズアレイと前記マイクロミラーの線膨張係数が略同一であることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の露光装置。
前記結像光学系は、前記マイクロレンズアレイと略同ピッチの結像マイクロレンズアレイを含むことを特徴とする請求項２乃至４の何れかに記載の露光装置。
前記結像マイクロレンズアレイの被露光面側へアパーチャーを配置したことを特徴とする請求項６に記載の露光装置。
前記マイクロレンズアレイ、前記マイクロミラー、前記結像マイクロレンズアレイ、前記アパーチャーのうちの何れか２つ以上の線膨張係数が略同一であることを特徴とする請求項７に記載の露光装置。
前記マイクロレンズアレイにマイクロプリズムアレイを一体的に設けたことを特徴とする請求項１乃至８の何れかに記載の露光装置。
前記空間光変調素子と前記マイクロレンズアレイとの距離をＬとし、前記マイクロレンズアレイのレンズピッチをＰとし、前記マイクロミラーの偏向角度をαとしたとき、
Ｌ×ｔａｎ２α＝ｎ×Ｐ（ｎ＝１、２、３・・）
を満たすことを特徴とする請求項１乃至９の何れかに記載の露光装置。