JP2005234265A - Exposure head, apparatus and method for exposing image - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To easily change the condensation size of exposure light in an apparatus for irradiating a photosensitive material with light modulated by a two-dimensional spatial optical modulation element and exposing the photosensitive material. <P>SOLUTION: Regarding the exposure head provided with the two-dimensional spatial optical modulation element 50 having many pixels for modulating the emitted light in accordance with respective image data, 1st image forming optical systems 52 and 54 arranged on the optical path of the light modulated by the spatial optical modulation element 50, a microlens array 55 where microlenses 55a corresponding to respective pixels of the spatial optical modulation element 50 are arranged in an array state, and 2nd image forming optical systems 57 and 58 which are arranged on the optical path of the light passing through the microlens array 55 so as to form the image of the modulated light on a prescribed photosensitive material 150, a plurality of adjacent pixels of the spatial optical modulation element 50 are made correspond to one microlens 55a of the microlens array 55 so that the light emitted from the plurality of adjacent pixels of the element 50 can be made incident on the one microlens 55a of the microlens array 55. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は画像露光方法および、それに用いる画像露光装置、並びにその画像露光装置を構成する露光ヘッドに関するものである。   The present invention relates to an image exposure method, an image exposure apparatus used therefor, and an exposure head constituting the image exposure apparatus.

従来、空間光変調素子で変調された光を結像光学系に通して、この光による像を感光材料上で結像させ、それにより感光材料を露光させる画像露光装置が公知となっている。この種の画像露光装置は基本的に、照射された光を各々画像データに応じて変調する多数の画素が2次元状に配列されてなる空間光変調素子と、この2次元空間光変調素子に光を照射する光源と、空間光変調素子により変調された光による像を結像する結像光学系とを備えてなるものである。非特許文献1および本出願人による特願2002−149886号明細書には、上記基本的構成を有する画像露光装置の一例が示されている。   2. Description of the Related Art Conventionally, there has been known an image exposure apparatus in which light modulated by a spatial light modulation element is passed through an imaging optical system, and an image of this light is formed on a photosensitive material, thereby exposing the photosensitive material. This type of image exposure apparatus basically includes a spatial light modulation element in which a large number of pixels that modulate irradiated light according to image data are two-dimensionally arranged, and the two-dimensional spatial light modulation element. A light source that emits light and an imaging optical system that forms an image of light modulated by the spatial light modulation element are provided. Non-Patent Document 1 and Japanese Patent Application No. 2002-149886 by the applicant of the present application show an example of an image exposure apparatus having the above basic configuration.

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

そこで、上記特願2002−149886号明細書にも示されるように、空間光変調素子で変調された光の光路に第1の結像光学系を配し、この結像光学系による結像面には空間光変調素子の画素に対応するマイクロレンズがアレイ状に配されてなるマイクロレンズアレイを配置し、そしてこのマイクロレンズアレイを通過した光の光路に、変調された光による像を感光材料上に結像する第2の結像光学系を配置して、これら第1および第2の結像光学系によって像を拡大投影することが考えられている。なお特許文献1には、空間光変調素子とマイクロレンズアレイとを組み合わせた構成が開示されているが、ここでは画像の拡大については考慮されていない。   Therefore, as shown in the specification of Japanese Patent Application No. 2002-149886, a first imaging optical system is disposed in the optical path of the light modulated by the spatial light modulation element, and an imaging surface formed by this imaging optical system. A microlens array in which microlenses corresponding to the pixels of the spatial light modulation element are arranged in an array is arranged, and an image of the modulated light is formed on the optical path of the light that has passed through the microlens array. It is considered that a second imaging optical system that forms an image is arranged on the top and an image is enlarged and projected by the first and second imaging optical systems. In addition, Patent Document 1 discloses a configuration in which a spatial light modulation element and a microlens array are combined, but here, enlargement of an image is not considered.

上記の構成において、感光材料に投影される画像のサイズは拡大される一方、空間光変調素子の各画素からの光はマイクロレンズアレイの各マイクロレンズによって集光されるので、投影画像における集光スポットサイズが小さくなり、よって画像の鮮鋭度も高く保つことができる。そして、上記空間光変調素子と感光材料とを相対移動させて走査露光を行い、そのときの移動方向に対して集光スポットの並び方向が傾くように両者を配置しておけば、ある列の集光スポットで露光される部分の間の部分を、別の列の集光スポットで露光することができるので、画素密度も高くすることができる。
特開2001−305663号公報 石川明人"マスクレス露光による開発短縮と量産適用化"、「エレクロトニクス実装技術」、株式会社技術調査会、Vol.18、No.6、2002年、p.74-79
In the above configuration, while the size of the image projected on the photosensitive material is enlarged, the light from each pixel of the spatial light modulation element is collected by each microlens of the microlens array, so that the condensed light in the projected image is collected. The spot size is reduced, so that the sharpness of the image can be kept high. Then, the spatial light modulation element and the photosensitive material are moved relative to each other to perform scanning exposure, and if both are arranged so that the alignment direction of the condensed spots is inclined with respect to the moving direction at that time, a certain row of Since the portion between the portions exposed by the focused spot can be exposed by the focused spot in another row, the pixel density can be increased.
JP 2001-305663 A Akihito Ishikawa "Development shortening and mass production application by maskless exposure", "Electrotronics packaging technology", Technical Research Committee, Vol.18, No.6, 2002, p.74-79

ところで、上記のように空間光変調素子とマイクロレンズアレイとの組み合わせを用いて画像露光する際には、露光光の集光サイズを変更したいこともある。そのための一つの方策として、マイクロレンズの焦点距離が異なるマイクロレンズアレイを複数用意しておき、望まれる集光サイズに応じてそれらのマイクロレンズアレイを交換使用することが考えられる。しかし、通常数十万個以上の画素を有する2次元空間光変調素子との間の位置精度を、一般に求められる1μm程度に保ってマイクロレンズアレイを交換することは非常に困難である。したがって、その実現には複雑な手段が必要になり、露光装置の大幅なコストアップを招くことになる。   By the way, when the image exposure is performed using the combination of the spatial light modulator and the microlens array as described above, it may be desired to change the condensing size of the exposure light. As one measure for that, it is conceivable to prepare a plurality of microlens arrays having different focal lengths of the microlenses, and to exchange these microlens arrays in accordance with a desired condensing size. However, it is very difficult to replace the microlens array while maintaining the positional accuracy between the two-dimensional spatial light modulator having usually several hundreds of thousands or more of pixels and the generally required level of about 1 μm. Therefore, a complicated means is required for the realization, and the cost of the exposure apparatus is greatly increased.

また、マイクロレンズアレイ以降の結像光学系の光学倍率を変更して上記集光サイズを変えることも考えられるが、そのようにする場合は、集光サイズだけでなく、露光される領域の大きさも変わってしまう。そうであると、特に複数の露光ヘッドを用い、各露光ヘッドによる露光領域をつないで1つの画像を露光するようにした露光装置においては、複数の露光領域のつなぎ部が集光サイズの変更に伴ってズレてしまう。この不具合に対処するためには、集光サイズを変更する都度露光ヘッド位置を変更する操作が必要になるが、そのような操作を行うことは、現実上ほとんど不可能である。   In addition, it is conceivable to change the light condensing size by changing the optical magnification of the imaging optical system after the microlens array. However, in such a case, not only the light condensing size but also the size of the exposed area is large. That will also change. In such an exposure apparatus, in particular, in an exposure apparatus that uses a plurality of exposure heads and connects the exposure areas of the exposure heads to expose one image, the connecting portion of the plurality of exposure areas changes the condensing size. Along with it. In order to deal with this problem, it is necessary to change the position of the exposure head every time the light collection size is changed. However, such an operation is practically impossible.

また、前述した第2の結像光学系を備えずに、マイクロレンズアレイから出射した光を直接感光材料に照射して該感光材料を露光させる装置も考えられているが、その種の露光装置においても、集光サイズの変更が困難、あるいは不可能という問題は同様に存在するものである。   Further, an apparatus for exposing the photosensitive material by directly irradiating the photosensitive material with light emitted from the microlens array without providing the second imaging optical system described above is also considered. However, there is a problem that it is difficult or impossible to change the light collection size.

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、露光光の集光サイズを簡単に変更することができる画像露光装置および方法、並びにそれを実現可能にする露光ヘッドを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an image exposure apparatus and method capable of easily changing the condensing size of exposure light, and an exposure head capable of realizing the same. And

本発明による露光ヘッドは、
照射された光を各々画像データに応じて変調する多数の画素が2次元状に配列されてなる2次元空間光変調素子と、
この空間光変調素子に光を照射する光源と、
前記空間光変調素子で変調された光の光路に配置された結像光学系と、
前記空間光変調素子の各画素と対応するマイクロレンズがアレイ状に配されてなり、前記結像光学系による結像面の近傍に配置されたマイクロレンズアレイとを備えてなる露光ヘッドにおいて、
前記空間光変調素子の相隣接する複数画素から出射した光が前記マイクロレンズアレイの1つのマイクロレンズに入射可能に、該複数画素と1つのマイクロレンズとが対応していることを特徴とするものである。
An exposure head according to the present invention comprises:
A two-dimensional spatial light modulation element in which a large number of pixels that modulate irradiated light according to image data are arranged two-dimensionally;
A light source for irradiating light to the spatial light modulator;
An imaging optical system disposed in an optical path of light modulated by the spatial light modulator;
In an exposure head comprising microlenses corresponding to each pixel of the spatial light modulator and arranged in an array, and comprising a microlens array disposed in the vicinity of an imaging surface by the imaging optical system,
The plurality of pixels and one microlens correspond to each other so that light emitted from a plurality of adjacent pixels of the spatial light modulator can be incident on one microlens of the microlens array. It is.

なお上記構成の本発明は、上記マイクロレンズアレイを通過した光の光路に配置されて、前記変調された光による像を感光材料上に結像する第2の結像光学系を備えている露光ヘッドに適用されることが好ましい。   The present invention having the above-described configuration is an exposure that includes a second imaging optical system that is disposed in the optical path of the light that has passed through the microlens array and forms an image of the modulated light on a photosensitive material. It is preferably applied to the head.

また、上記の構成において、1つのマイクロレンズと対応する複数画素は、n×n(nは奇数)個の画素であることが望ましい。   In the above configuration, the plurality of pixels corresponding to one microlens is preferably n × n (n is an odd number) pixels.

一方、本発明による1つの画像露光装置は、上述した本発明による露光ヘッドおよび、画像データに応じて前記2次元空間光変調素子の各画素を駆動する駆動回路を有し、この空間光変調素子により変調された光を感光材料に照射して該感光材料に画像露光する装置であって、
露光画像の1画素に関する画像データに基づいて、空間光変調素子の前記相隣接する複数画素の全てを並列駆動する状態と、該複数画素から選択された一部画素のみを並列駆動する状態とを切り替え可能に前記駆動回路の動作を制御する手段を備えたことを特徴とするものである。
On the other hand, an image exposure apparatus according to the present invention includes the above-described exposure head according to the present invention and a drive circuit that drives each pixel of the two-dimensional spatial light modulator in accordance with image data. An apparatus for irradiating a photosensitive material with light modulated by the above and exposing the photosensitive material to an image,
A state in which all of the plurality of adjacent pixels of the spatial light modulation element are driven in parallel and a state in which only some of the pixels selected from the plurality of pixels are driven in parallel based on image data relating to one pixel of the exposure image. Means for controlling the operation of the drive circuit in a switchable manner is provided.

なお、上記複数画素から選択される一部画素は複数でもまた1個であってもよく、1個の時はそれが単独で駆動されるが、「並列駆動」とはそのような場合も含むものとする。つまりこの際の「並列駆動」とは、複数画素から選択した一部画素を、互いに異なる画像データに基づいて独自に駆動するようなことなく、必ず同一の画像データに基づいて駆動することを指すものとする。   The number of pixels selected from the plurality of pixels may be plural or one, and when it is one, it is driven alone, but “parallel driving” includes such a case. Shall be. That is, “parallel drive” in this case refers to driving some pixels selected from a plurality of pixels based on the same image data without being driven independently based on different image data. Shall.

また、上述のように一部画素のみを選択する画素選択状態は、1通りだけ設定してもよいし、あるいは複数設定してもよい。   Further, as described above, the pixel selection state in which only some of the pixels are selected may be set only one way, or a plurality of pixel selection states may be set.

また、本発明による別の画像露光装置は、本発明による露光ヘッドの中でも、特に前記1つのマイクロレンズと対応する複数画素がn×n(nは奇数)個の画素となっている露光ヘッドを用い、それに加えて、画像データに応じて前記2次元空間光変調素子の各画素を駆動する駆動回路を有し、該空間光変調素子により変調された光を感光材料に照射して該感光材料に画像露光する装置であって、
露光画像の1画素に関する画像データに基づいて、空間光変調素子の前記相隣接する複数画素の全てを並列駆動する状態と、該複数画素から選択された一部画素であって、選択パターンが該画素の並び方向のいずれに関しても線対称となっている一部画素のみを並列駆動する状態とを切り替え可能に前記駆動回路の動作を制御する手段を備えたことを特徴とするものである。
Another image exposure apparatus according to the present invention includes an exposure head in which a plurality of pixels corresponding to the one microlens are n × n (n is an odd number) pixels among the exposure heads according to the present invention. In addition to this, it has a drive circuit for driving each pixel of the two-dimensional spatial light modulator in accordance with image data, and the photosensitive material is irradiated with light modulated by the spatial light modulator. An apparatus for image exposure,
A state in which all of the plurality of adjacent pixels of the spatial light modulator are driven in parallel on the basis of image data relating to one pixel of the exposure image, and a partial pixel selected from the plurality of pixels, the selection pattern having the selected pattern The present invention is characterized by comprising means for controlling the operation of the drive circuit so as to be able to switch between a state in which only some of the pixels that are line-symmetric with respect to any pixel arrangement direction are driven in parallel.

なお本装置においても、上述のように一部画素のみを選択する画素選択状態は、1通りだけ設定してもよいし、あるいは複数設定してもよい。   In this apparatus, as described above, only one or a plurality of pixel selection states for selecting only some pixels may be set.

他方、本発明による画像露光方法は、上に説明した通りの本発明による画像露光装置を用いて、画像データが示す画像を感光材料に露光することを特徴とするものである。   On the other hand, the image exposure method according to the present invention is characterized in that the image indicated by the image data is exposed onto the photosensitive material by using the image exposure apparatus according to the present invention as described above.

本発明の露光ヘッドにおいては、空間光変調素子の相隣接する複数画素から出射した光がマイクロレンズアレイの1つのマイクロレンズに入射可能に、該複数画素と1つのマイクロレンズとが対応しているので、露光画像の1画素に関する画像データに基づいて該複数画素の全てを並列駆動したり、あるいは該複数画素の一部のみを並列駆動するように駆動状態を切り替えることが可能になる。そして、このように複数画素の全てを並列駆動する場合と、それらの一部のみを駆動する場合とでは、結像光学系を経て1つのマイクロレンズに入射する光のビーム径やプロファイルが互いに異なるようになるので、マイクロレンズによる集光サイズを変えることができる。   In the exposure head of the present invention, the plurality of pixels correspond to one microlens so that light emitted from adjacent pixels of the spatial light modulation element can enter one microlens of the microlens array. Therefore, it is possible to switch the driving state so that all of the plurality of pixels are driven in parallel or only a part of the plurality of pixels is driven in parallel based on the image data relating to one pixel of the exposure image. The beam diameter and profile of light incident on one microlens through the imaging optical system are different between the case where all of the plurality of pixels are driven in parallel and the case where only some of them are driven as described above. As a result, the condensing size of the microlens can be changed.

なお、本発明の露光ヘッドが、特に前述したような第2の結像光学系を備えたものとして構成された場合は、上記のようにしてマイクロレンズによる集光サイズを変更可能であることから、ひいては第2の結像光学系による感光材料上の集光サイズを変えることが可能となる。   In addition, when the exposure head of the present invention is configured to include the second imaging optical system as described above, the condensing size by the microlens can be changed as described above. As a result, the light collection size on the photosensitive material by the second imaging optical system can be changed.

本発明の画像露光装置は、露光画像の1画素に関する画像データに基づいて、空間光変調素子の相隣接する複数画素の全てを並列駆動する状態と、該複数画素から選択された一部画素のみを駆動する状態とを切り替え可能に駆動回路の動作を制御する手段を備えているので、実際に上述のようにして、マイクロレンズおよび第2の結像光学系による集光サイズを変えることができる。   The image exposure apparatus of the present invention is configured to drive all of a plurality of adjacent pixels of the spatial light modulation element in parallel based on image data relating to one pixel of the exposure image, and only some of the pixels selected from the plurality of pixels. Means for controlling the operation of the drive circuit so as to be able to switch between the state of driving the lens and the condensing size of the microlens and the second imaging optical system can actually be changed as described above. .

なお、上記複数画素のうちの一部画素のみを選択する画素選択状態が1通りだけ設定される場合は、複数画素の全てを並列駆動する状態と合わせて、合計で2通りに集光サイズを変えることができる。また、上記画素選択状態が例えば2通り設定される場合は、複数画素の全てを並列駆動する状態と合わせて、合計で3通りに集光サイズを変えることができる。   In addition, when only one pixel selection state for selecting only a part of the plurality of pixels is set, the condensing size is set in two ways in total, including a state in which all of the plurality of pixels are driven in parallel. Can be changed. In addition, when the pixel selection state is set in two ways, for example, the light collection size can be changed in three ways in total with the state in which all of the plurality of pixels are driven in parallel.

また、本発明による画像露光装置において、特に1つのマイクロレンズと対応する複数画素がn×n(nは奇数)個の画素となっている露光ヘッドが用いられる一方、2次元空間光変調素子の各画素を駆動する駆動回路として、空間光変調素子の前記相隣接する複数画素の全てを並列駆動する状態と、選択パターンが画素並び方向のいずれに関しても線対称となっている一部画素のみを選択して並列駆動する状態とを切り替え可能なものが用いられた場合は、一部画素のみを選択して駆動する場合に、各マイクロレンズに入射する光のプロファイルが上記画素並び方向のいずれに関しても線対称となるので、マイクロレンズに入射した光を所望のスポットサイズに集光することができる。   In the image exposure apparatus according to the present invention, in particular, an exposure head in which a plurality of pixels corresponding to one microlens is n × n (n is an odd number) pixels is used, while a two-dimensional spatial light modulator is used. As a drive circuit for driving each pixel, a state in which all of the plurality of adjacent pixels of the spatial light modulator are driven in parallel and only a part of the pixels whose selection pattern is line symmetric with respect to any of the pixel arrangement directions are used. When a switch that can be switched between the state of selecting and driving in parallel is used, when only some of the pixels are selected and driven, the profile of light incident on each microlens is related to any of the above pixel alignment directions. Since it is also line symmetric, the light incident on the microlens can be condensed to a desired spot size.

なお、本発明の露光ヘッドにおいては、2次元空間光変調素子として透過型のものも、また反射型のものも使用可能である。反射型の空間光変調素子の一つとして、近時、デジタル・マイクロミラー・デバイス(テキサス・インスツルメンツ社の登録商標。以下DMDという)が多くの分野に適用されつつあり、本発明の露光ヘッドにおいてもこのDMDを好適に用いることができる。   In the exposure head of the present invention, a transmissive type or a reflective type can be used as the two-dimensional spatial light modulator. Recently, a digital micromirror device (registered trademark of Texas Instruments Inc., hereinafter referred to as DMD) is being applied to many fields as one of the reflective spatial light modulation elements. Also, this DMD can be preferably used.

上記DMDは、1画素を構成する微小ミラーを多数格子状に(例えば1024個×768個等)配列して構成されたミラーデバイスである。上記微小ミラーは各々独立に傾動して2つの角度位置を取り得るように構成され、そこに照射された照明光を上記角度位置に応じて互いに異なる2方向に反射させる。したがって、この2方向のうちの一方に反射した照明光が入射する位置に感光材料を配置しておけば、照明光を該2方向のうちの他方に反射させたときには感光材料に光が入射しなくなるので、該感光材料に照射される光を1つの微小ミラー単位で空間変調可能になる。そこで、上記微小ミラーの角度位置を画像情報に応じて制御すれば、感光材料にこの画像情報に対応した光が照射されて、画像露光がなされる。   The DMD is a mirror device configured by arranging a large number of micromirrors constituting one pixel in a grid pattern (for example, 1024 × 768). Each of the micro mirrors is configured to be able to tilt independently and take two angular positions, and the illumination light irradiated thereon is reflected in two different directions depending on the angular position. Therefore, if the photosensitive material is arranged at a position where the illumination light reflected in one of the two directions is incident, the light is incident on the photosensitive material when the illumination light is reflected in the other of the two directions. Therefore, the light irradiated to the photosensitive material can be spatially modulated by one minute mirror unit. Therefore, if the angular position of the micromirror is controlled according to the image information, the light corresponding to the image information is irradiated onto the photosensitive material and image exposure is performed.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

なおここでは、本発明の一実施形態による露光ヘッドを説明するが、まず、この露光ヘッドが適用される画像露光装置について詳しく説明する。   Here, an exposure head according to an embodiment of the present invention will be described. First, an image exposure apparatus to which the exposure head is applied will be described in detail.

[露光装置の構成]
この画像露光装置は、図1に示すように、シート状の感光材料150を表面に吸着して保持する平板状の移動ステージ152を備えている。4本の脚部154に支持された厚い板状の設置台156の上面には、ステージ移動方向に沿って延びた2本のガイド158が設置されている。ステージ152は、その長手方向がステージ移動方向を向くように配置されると共に、ガイド158によって往復移動可能に支持されている。なお、この露光装置には、副走査手段としてのステージ152をガイド158に沿って駆動する後述のステージ駆動装置304(図9参照)が設けられている。
[Configuration of exposure apparatus]
As shown in FIG. 1, the image exposure apparatus includes a flat plate-shaped moving stage 152 that holds a sheet-like photosensitive material 150 on the surface thereof. Two guides 158 extending along the stage moving direction are installed on the upper surface of the thick plate-shaped installation table 156 supported by the four legs 154. The stage 152 is disposed so that the longitudinal direction thereof faces the stage moving direction, and is supported by a guide 158 so as to be reciprocally movable. Note that this exposure apparatus is provided with a stage drive unit 304 (see FIG. 9), which will be described later, that drives a stage 152 as sub-scanning means along a guide 158.

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

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

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

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

露光ヘッド16611〜166mnの各々は、図4および図5に示すように、入射し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後述のコントローラ302(図9参照)に接続されている。このコントローラ302のデータ処理部では、入力された画像データに基づいて、各露光ヘッド166毎にDMD50の制御すべき領域内の各マイクロミラーを駆動制御する制御信号を生成する。なお、制御すべき領域については後述する。また、ミラー駆動制御部では、画像データ処理部で生成した制御信号に基づいて、各露光ヘッド166毎にDMD50の各マイクロミラーの反射面の角度を制御する。なお、反射面の角度の制御については後述する。 As shown in FIGS. 4 and 5, each of the exposure heads 166 11 to 166 mn is a digital micromirror device (as a spatial light modulation element that modulates an incident light beam for each pixel in accordance with image data. DMD) 50. The DMD 50 is connected to a later-described controller 302 (see FIG. 9) having a data processing unit and a mirror drive control unit. The data processing unit of the controller 302 generates a control signal for driving and controlling each micromirror in the region to be controlled by the DMD 50 for each exposure head 166 based on the input image data. The area to be controlled will be described later. The mirror drive control unit controls the angle of the reflection surface of each micromirror of the DMD 50 for each exposure head 166 based on the control signal generated by the image data processing unit. The control of the angle of the reflecting surface will be described later.

DMD50の光入射側には、照明光源としてのBALD(ブロードエリア型半導体レーザ)66、このBALD66から出射されたレーザ光BをDMD上に集光させるレンズ系67、このレンズ系67を通過したレーザ光BをDMD50に向けて反射するミラー69がこの順に配置されている。なお図4では、レンズ系67を概略的に示してある。   On the light incident side of the DMD 50, a BALD (broad area type semiconductor laser) 66 as an illumination light source, a lens system 67 for condensing the laser light B emitted from the BALD 66 on the DMD, and a laser that has passed through the lens system 67 A mirror 69 that reflects the light B toward the DMD 50 is arranged in this order. In FIG. 4, the lens system 67 is schematically shown.

上記レンズ系67は、図5に詳しく示すように、BALD66から出射した照明光としてのレーザ光Bを集光する集光レンズ71、この集光レンズ71を通過した光の光路に挿入されたロッド型のオプティカルインテグレータ(以下、ロッドインテグレータという)72、およびこのロッドインテグレータ72の前方つまりミラー69側に配置された結像レンズ74から構成されている。集光レンズ71、ロッドインテグレータ72および結像レンズ74は、BALD66から出射したレーザ光Bを、ビーム断面内強度が均一化された光束としてDMD50に入射させる。ロッドインテグレータ72の形状等については、後に詳しく説明する。   As shown in detail in FIG. 5, the lens system 67 includes a condensing lens 71 for condensing the laser light B as illumination light emitted from the BALD 66, and a rod inserted in the optical path of the light that has passed through the condensing lens 71. It is composed of a type optical integrator (hereinafter referred to as a rod integrator) 72 and an imaging lens 74 disposed in front of the rod integrator 72, that is, on the mirror 69 side. The condensing lens 71, the rod integrator 72, and the imaging lens 74 cause the laser beam B emitted from the BALD 66 to enter the DMD 50 as a light beam having a uniform beam cross-sectional intensity. The shape and the like of the rod integrator 72 will be described in detail later.

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

またDMD50の光反射側には、DMD50で反射されたレーザ光Bを、記録媒体としての感光材料150上に結像する結像光学系51が配置されている。この結像光学系51は図4では概略的に示してあるが、図5に詳細を示すように、レンズ系52,54からなる第1結像光学系と、レンズ系57,58からなる第2結像光学系と、これらの結像光学系の間に挿入されたマイクロレンズアレイ55と、アパーチャアレイ59とから構成されている。上記のマイクロレンズアレイ55は例えば光学ガラスBK7から形成され、多数のマイクロレンズ55aが配設されてなるものである。マイクロレンズ55aは、一例として焦点距離が0.19mm、NA(開口数)が0.11のものである。またアパーチャアレイ59は、マイクロレンズアレイ55の各マイクロレンズ55aに対応する多数のアパーチャ59aが形成されてなるものである。   On the light reflection side of the DMD 50, an image forming optical system 51 for forming an image of the laser light B reflected by the DMD 50 on a photosensitive material 150 as a recording medium is disposed. The imaging optical system 51 is schematically shown in FIG. 4, but as shown in detail in FIG. 5, a first imaging optical system comprising lens systems 52 and 54 and a first imaging system comprising lens systems 57 and 58 are shown. The image forming optical system includes two image forming optical systems, a microlens array 55 inserted between these image forming optical systems, and an aperture array 59. The microlens array 55 is made of, for example, an optical glass BK7, and includes a large number of microlenses 55a. For example, the micro lens 55a has a focal length of 0.19 mm and an NA (numerical aperture) of 0.11. The aperture array 59 is formed by forming a large number of apertures 59a corresponding to the respective microlenses 55a of the microlens array 55.

上記第1結像光学系は、DMD50による像を3倍に拡大してマイクロレンズアレイ55上に結像する。そして第2結像光学系は、マイクロレンズアレイ55を経た像を1.67倍に拡大して感光材料150上に結像、投影する。したがって全体では、DMD50による像が5倍に拡大して感光材料150上に結像、投影されることになる。   The first image-forming optical system forms an image on the microlens array 55 by enlarging the image by the DMD 50 three times. Then, the second imaging optical system enlarges the image passing through the microlens array 55 to 1.67 times and forms and projects it on the photosensitive material 150. Therefore, as a whole, the image formed by the DMD 50 is magnified five times and formed on the photosensitive material 150 and projected.

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

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、ヒンジおよびヨークを含む支柱を介して通常の半導体メモリの製造ラインで製造されるシリコンゲートのCMOSのSRAMセル60が配置されており、全体はモノリシックに構成されている。   As shown in FIG. 6, the DMD 50 is a structure in which a micromirror (micromirror) 62 is supported by a support column on an SRAM cell (memory cell) 60 and a large number of pixels (pixels) (for example, (1024 × 768) micromirrors arranged in a lattice 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. Directly below the micromirror 62, a silicon gate CMOS SRAM cell 60 manufactured on a normal semiconductor memory manufacturing line is disposed via a support including a hinge and a yoke, and the entire structure is monolithic. ing.

DMD50のSRAMセル60にデジタル信号が書き込まれると、支柱に支えられたマイクロミラー62が、対角線を中心としてDMD50が配置された基板側に対して±α度(例えば±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。したがって、画像信号に応じて、DMD50の各ピクセルにおけるマイクロミラー62の傾きを、図6に示すように制御することによって、DMD50に入射したレーザ光Bはそれぞれのマイクロミラー62の傾き方向へ反射される。   When a digital signal is written to the SRAM cell 60 of the DMD 50, the micromirror 62 supported by the support is tilted within a range of ± α degrees (eg, ± 10 degrees) with respect to the substrate side on which the DMD 50 is disposed with the diagonal line as the center. It is done. 7A shows a state where the micromirror 62 is tilted to + α degrees when the micromirror 62 is in the on state, and FIG. 7B shows a state where the micromirror 62 is tilted to −α degrees when the micromirror 62 is in the off state. Therefore, by controlling the tilt of the micromirror 62 in each pixel of the DMD 50 according to the image signal as shown in FIG. 6, the laser light B incident on the DMD 50 is reflected in the tilt direction of each micromirror 62. The

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

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

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

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

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

図9は、本例の画像露光装置における電気的な構成を示すものである。ここに示されるように全体制御部300には変調回路301が接続され、該変調回路301にはDMD50を制御するコントローラ302が接続されている。また全体制御部300には、レーザモジュール64を駆動するLD駆動回路303が接続されている。さらにこの全体制御部300には、前記ステージ152を駆動するステージ駆動装置304が接続されている。   FIG. 9 shows the electrical configuration of the image exposure apparatus of this example. As shown here, a modulation circuit 301 is connected to the overall control unit 300, and a controller 302 for controlling the DMD 50 is connected to the modulation circuit 301. The overall control unit 300 is connected to an LD drive circuit 303 that drives the laser module 64. Further, a stage driving device 304 that drives the stage 152 is connected to the overall control unit 300.

次に図10を参照して、DMD50の画素となる上記マイクロミラー62と、マイクロレンズアレイ55のマイクロレンズ55aとの対応について説明する。ここに示される通り本実施形態では、相隣接する3×3=9個のマイクロミラー62が、マイクロレンズアレイ55の1つのマイクロレンズ55aと対応している。   Next, with reference to FIG. 10, the correspondence between the micromirror 62 serving as the DMD 50 pixel and the microlens 55a of the microlens array 55 will be described. As shown here, in this embodiment, 3 × 3 = 9 micromirrors 62 adjacent to each other correspond to one microlens 55 a of the microlens array 55.

そして上記図9に示すコントローラ302は、露光画像の1画素を示す画像データに基づいて、上記3×3=9個のマイクロミラー62を並列駆動する状態と、該9個のマイクロミラー62のうちの一部のみを駆動する状態とを切り替え可能に形成されている。すなわち本例では、図11の(A)、(B)および(C)にそれぞれ示す通り、1画素についての画像データに基づいて、9個のマイクロミラー62全てを並列駆動する第1状態、中央画素を除いた8個のマイクロミラー62を並列駆動する第2状態、中央画素のみを駆動する第3状態のうちのいずれかがコントローラ302によって設定されるようになっている。なおこの図11において、ハッチングが付されたものが非選択のマイクロミラー62、それ以外が駆動されるマイクロミラー62である(以下、同様)。   Then, the controller 302 shown in FIG. 9 is configured to drive the 3 × 3 = 9 micromirrors 62 in parallel based on the image data indicating one pixel of the exposure image, and among the nine micromirrors 62. It is formed so that it can be switched between a state in which only a part of it is driven. That is, in this example, as shown in FIGS. 11A, 11B, and 11C, the first state in which all nine micromirrors 62 are driven in parallel based on the image data for one pixel, the center The controller 302 sets one of a second state in which the eight micromirrors 62 excluding the pixels are driven in parallel and a third state in which only the central pixel is driven. In FIG. 11, the hatched ones are non-selected micromirrors 62 and the other micromirrors 62 are driven (the same applies hereinafter).

[露光装置の動作]
次に、上記露光装置の動作について説明する。画像露光に際しては、図9に示す変調回路301から露光パターンに応じた画像データがDMD50のコントローラ302に入力され、そのフレームメモリに一旦記憶される。この画像データは、画像を構成する各画素の濃度を2値(ドットの記録の有無)で表したデータである。
[Operation of exposure apparatus]
Next, the operation of the exposure apparatus will be described. At the time of image exposure, image data corresponding to the exposure pattern is input from the modulation circuit 301 shown in FIG. 9 to the controller 302 of the DMD 50 and temporarily stored in the frame memory. This image data is data representing the density of each pixel constituting the image by binary values (whether or not dots are recorded).

感光材料150を表面に吸着したステージ152は、図9に示すステージ駆動装置304により、ガイド158に沿ってゲート160の上流側から下流側に一定速度で移動される。ステージ152がゲート160下を通過する際に、ゲート160に取り付けられたセンサ164により感光材料150の先端が検出されると、フレームメモリに記憶された画像データが複数ライン分ずつ順次読み出され、データ処理部で読み出された画像データに基づいて各露光ヘッド166毎に制御信号が生成される。そして、ミラー駆動制御部により、生成された制御信号に基づいて各露光ヘッド166毎にDMD50のマイクロミラーの各々がオンオフ制御される。なお本例の場合、1画素となる上記マイクロミラーのサイズは14μm×14μmである。   The stage 152 having the photosensitive material 150 adsorbed on the surface is moved at a constant speed from the upstream side to the downstream side of the gate 160 along the guide 158 by the stage driving device 304 shown in FIG. When the leading edge of the photosensitive material 150 is detected by the sensor 164 attached to the gate 160 when the stage 152 passes under the gate 160, the image data stored in the frame memory is sequentially read out for each of a plurality of lines. A control signal is generated for each exposure head 166 based on the image data read by the data processing unit. Then, each of the micromirrors of the DMD 50 is controlled on and off for each exposure head 166 based on the generated control signal by the mirror drive control unit. In the case of this example, the size of the micromirror that becomes one pixel is 14 μm × 14 μm.

BALD66からDMD50にレーザ光Bが照射されると、DMD50のマイクロミラー62がオン状態のときに反射されたレーザ光Bは、レンズ系54、58により感光材料150上に結像される。このようにして、BALD66から出射されたレーザ光Bが1つのマイクロミラー62毎にオンオフされて、感光材料150がこのレーザ光Bで露光される。また、感光材料150がステージ152と共に一定速度で移動されることにより、感光材料150がスキャナ162によりステージ移動方向と反対の方向に副走査され、各露光ヘッド166毎に帯状の露光済み領域170が形成される。   When the laser beam B is irradiated from the BALD 66 to the DMD 50, the laser beam B reflected when the micromirror 62 of the DMD 50 is in the on state is imaged on the photosensitive material 150 by the lens systems 54 and 58. In this way, the laser beam B emitted from the BALD 66 is turned on / off for each micromirror 62, and the photosensitive material 150 is exposed with the laser beam B. Further, when the photosensitive material 150 is moved at a constant speed together with the stage 152, the photosensitive material 150 is sub-scanned in the direction opposite to the stage moving direction by the scanner 162, and a strip-shaped exposed region 170 is formed for each exposure head 166. It is formed.

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

[照明光学系]
次に、図5に示したBALD66、集光レンズ71、ロッドインテグレータ72、結像レンズ74、ミラー69およびTIRプリズム70から構成されて、DMD50に照明光としてのレーザ光Bを照射する照明光学系について説明する。
[Illumination optics]
Next, an illumination optical system that includes the BALD 66, the condenser lens 71, the rod integrator 72, the imaging lens 74, the mirror 69, and the TIR prism 70 shown in FIG. 5, and irradiates the DMD 50 with the laser light B as illumination light. Will be described.

BALD66は、活性層66aに例えば100〜400μm程度の幅広の発光領域が形成されて、高出力化が図られたものである。このBALD66からはレーザ光Bが発散光状態で発せられ、このレーザ光Bは集光レンズ71で集光されて、ロッドインテグレータ72の入射端面(図5中の左端面)に導かれる。ロッドインテグレータ72は概略四角柱状の透光性部材からなるものであり、上記入射端面から該ロッドインテグレータ72内に入射したレーザ光Bは、その側端面と空気との界面で全反射を繰り返しながら進行し、出射端面(図5中の右端面)から出射する。   In the BALD 66, a wide light emitting region of, for example, about 100 to 400 μm is formed in the active layer 66a to achieve high output. Laser light B is emitted from the BALD 66 in a divergent light state, and the laser light B is collected by the condenser lens 71 and guided to the incident end face (left end face in FIG. 5) of the rod integrator 72. The rod integrator 72 is made of a light transmitting member having a substantially square columnar shape, and the laser beam B incident on the rod integrator 72 from the incident end face travels while repeating total reflection at the interface between the side end face and air. Then, the light is emitted from the emission end face (the right end face in FIG. 5).

ロッドインテグレータ72から出射したレーザ光Bは、結像レンズ74により集光されてDMD50に導かれ、該DMD50を照明する。このレーザ光Bは、ロッドインテグレータ72内を上述のようにして進行するうちに、そのビーム断面内の強度分布が均一化される。そこでDMD50を、一様な強度のレーザ光Bで照明することが可能となる。   The laser beam B emitted from the rod integrator 72 is condensed by the imaging lens 74 and guided to the DMD 50 to illuminate the DMD 50. As the laser beam B travels in the rod integrator 72 as described above, the intensity distribution in the beam cross section is made uniform. Therefore, it becomes possible to illuminate the DMD 50 with the laser beam B having a uniform intensity.

ここで、レーザ光Bにより感光材料150を露光する際に、該レーザ光Bの集光サイズを変更する点について説明する。本実施形態では先に図11の(A)、(B)および(C)を参照して説明した通り、1つのマイクロレンズ55aと対応する3×3=9個のマイクロミラー62に関して、露光画像の1画素についての画像データに基づいて、該9個のマイクロミラー62の全てを並列駆動する第1状態、中央画素を除いた8個のマイクロミラー62を並列駆動する第2状態、中央画素のみを駆動する第3状態のうちのいずれかがコントローラ302によって設定される。   Here, a description will be given of changing the condensing size of the laser beam B when the photosensitive material 150 is exposed by the laser beam B. FIG. In this embodiment, as described above with reference to FIGS. 11A, 11B, and 11C, an exposure image is obtained with respect to 3 × 3 = 9 micromirrors 62 corresponding to one microlens 55a. The first state in which all the nine micromirrors 62 are driven in parallel, the second state in which the eight micromirrors 62 excluding the central pixel are driven in parallel, based on the image data for one pixel, only the central pixel Any one of the third states for driving is set by the controller 302.

上記第1状態、第2状態および第3状態においては、レンズ系52,54からなる第1結像光学系で集光されて1つのマイクロレンズ55aに入射するレーザ光Bのビーム径やプロファイルが互いに異なるので、該マイクロレンズ55aによる集光サイズが互いに異なるようになり、結局、レンズ系57,58からなる第2結像光学系による感光材料150上の集光サイズを変えることが可能となる。ここで図12の(A)、(B)および(C)にそれぞれ、上記第1状態、第2状態および第3状態におけるレーザ光Bの概略プロファイルを示す。ここに示される通りレーザ光Bの集光サイズは、上記第3状態において最大、第2状態において最小、第1状態においてそれらの中間となる。   In the first state, the second state, and the third state, the beam diameter and profile of the laser beam B that is collected by the first imaging optical system including the lens systems 52 and 54 and is incident on one microlens 55a is determined. Since they are different from each other, the condensing sizes of the microlenses 55a are different from each other. As a result, the condensing size on the photosensitive material 150 by the second imaging optical system including the lens systems 57 and 58 can be changed. . Here, (A), (B), and (C) of FIG. 12 show schematic profiles of the laser beam B in the first state, the second state, and the third state, respectively. As shown here, the condensing size of the laser beam B is maximum in the third state, minimum in the second state, and intermediate between them in the first state.

なお本実施形態では、1つのマイクロレンズ55aと3×3=9個のマイクロミラー62とが対応する一方、コントローラ302はそれら9個のマイクロミラー62の中から、ミラー選択パターンが画素並び方向のいずれに関しても線対称となるように1個(第2状態のとき)あるいは8個(第3状態のとき)を選択して駆動する。そこで、これら第2状態および第3状態のとき、マイクロレンズ55aに入射するレーザ光Bのプロファイルは上記画素並び方向のいずれに関しても線対称となるので、マイクロレンズ55aに入射した光を所望のスポットサイズに集光することができる。   In the present embodiment, one microlens 55a corresponds to 3 × 3 = 9 micromirrors 62, while the controller 302 selects a mirror selection pattern in the pixel arrangement direction from the nine micromirrors 62. In either case, one (in the second state) or eight (in the third state) is selected and driven so as to be line symmetric. Therefore, in the second state and the third state, the profile of the laser beam B incident on the microlens 55a is axisymmetric with respect to any of the pixel alignment directions, so that the light incident on the microlens 55a is a desired spot. It can be concentrated to size.

なお、3×3=9個のマイクロミラー62の中から一部のみを選択して駆動する際のミラー選択パターンは、特に図11の(B)および(C)に示したパターンに限られるものではなく、その他例えば図13に示すような選択パターンを採用することもできる。   Note that the mirror selection pattern for selecting and driving only a part of the 3 × 3 = 9 micromirrors 62 is particularly limited to the patterns shown in FIGS. 11B and 11C. Instead, for example, a selection pattern as shown in FIG. 13 can be adopted.

また、1つのマイクロレンズ55aに対応させるマイクロミラー62の数も、上記実施形態における3×3=9個に限られるものではなく、その他例えば2×2=4個、4×4=16個、5×5=25個等としても構わない。例えば2×2=4個とする場合は、図14の(A)に示すように4個のマイクロミラー62を全て並列駆動する状態と、(B)に示すよう選択した2個のマイクロミラー62を並列駆動する状態とを切り替えれば、レーザ光Bの集光サイズを変更することができる。   Further, the number of micromirrors 62 corresponding to one microlens 55a is not limited to 3 × 3 = 9 in the above-described embodiment. For example, 2 × 2 = 4, 4 × 4 = 16, 5 × 5 = 25 or the like may be used. For example, when 2 × 2 = 4, a state in which all four micromirrors 62 are driven in parallel as shown in FIG. 14A, and two micromirrors 62 selected as shown in FIG. Are switched in parallel, the condensing size of the laser beam B can be changed.

なお本発明は、DMD以外の2次元空間光変調素子を用いる場合にも同様に適用可能であって、その場合にも上記と同様の効果を奏するものである。   The present invention can be similarly applied to the case of using a two-dimensional spatial light modulation element other than the DMD, and in this case, the same effect as described above can be obtained.

また以上は、照明光源としてBALD66を用いる実施形態について説明したが、本発明はBALD以外の半導体レーザや合波レーザ光源、半導体レーザと光ファイバとを結合してなる半導体レーザ光源、さらには各種ランプ等を照明光源として用いる露光ヘッドに適用することも可能であり、その場合も上記と同様の効果を得ることができる。   Further, the embodiment using the BALD 66 as the illumination light source has been described above. However, the present invention relates to a semiconductor laser other than the BALD, a combined laser light source, a semiconductor laser light source formed by combining a semiconductor laser and an optical fiber, and various lamps. It is also possible to apply to an exposure head using the above as an illumination light source, and in this case, the same effect as described above can be obtained.

本発明の一実施形態による画像露光装置の外観を示す斜視図The perspective view which shows the external appearance of the image exposure apparatus by one Embodiment of this invention 図1の画像露光装置のスキャナの構成を示す斜視図1 is a perspective view showing a configuration of a scanner of the image exposure apparatus in FIG. (A)は感光材料に形成される露光済み領域を示す平面図、(B)は各露光ヘッドによる露光エリアの配列を示す図(A) is a plan view showing an exposed area formed on a photosensitive material, and (B) is a view showing an arrangement of exposure areas by each exposure head. 図1の画像露光装置の露光ヘッドの概略構成を示す斜視図1 is a perspective view showing a schematic configuration of an exposure head of the image exposure apparatus of FIG. 図1の画像露光装置を構成する照明光学系の、光軸に沿った副走査方向の断面図Sectional drawing of the illumination optical system which comprises the image exposure apparatus of FIG. 1 of the subscanning direction along an optical axis デジタルマイクロミラーデバイス(DMD)の構成を示す部分拡大図Partial enlarged view showing the configuration of a digital micromirror device (DMD) (A)および(B)はDMDの動作を説明するための説明図(A) And (B) is explanatory drawing for demonstrating operation | movement of DMD. (A)および(B)は、DMDを傾斜配置しない場合と傾斜配置する場合とで、露光ビームの配置および走査線を比較して示す平面図(A) and (B) are plan views showing the arrangement of the exposure beam and the scanning line in a case where the DMD is not inclined and in a case where the DMD is inclined. 上記画像露光装置の電気的構成を示すブロック図Block diagram showing the electrical configuration of the image exposure apparatus DMDの画素とマイクロレンズアレイの各レンズとの対応を示す概略図Schematic showing the correspondence between DMD pixels and each lens in the microlens array DMDの駆動画素選択パターンを示す説明図Explanatory drawing which shows the drive pixel selection pattern of DMD DMDの駆動画素選択パターン毎の集光スポットサイズを示す説明図Explanatory drawing which shows the condensing spot size for every drive pixel selection pattern of DMD DMDの駆動画素選択パターンの別の例を示す説明図Explanatory drawing which shows another example of the drive pixel selection pattern of DMD DMDの駆動画素選択パターンのさらに別の例を示す説明図Explanatory drawing which shows another example of the drive pixel selection pattern of DMD

符号の説明Explanation of symbols

50 デジタル・マイクロミラー・デバイス(DMD)
52,54 レンズ系(第1結像光学系)
55 マイクロレンズアレイ
55a マイクロレンズ
57,58 レンズ系(第2結像光学系)
62 マイクロミラー
66 BALD(ブロードエリア型半導体レーザ)
72 ロッドインテグレータ
74 結像レンズ
150 感光材料
152 ステージ
162 スキャナ
166 露光ヘッド
168 露光エリア
170 露光済み領域
50 Digital micromirror device (DMD)
52, 54 Lens system (first imaging optical system)
55 Micro lens array
55a Micro lens
57, 58 Lens system (second imaging optical system)
62 Micromirror
66 BALD (broad area type semiconductor laser)
72 Rod integrator
74 Imaging lens
150 photosensitive material
152 stages
162 Scanner
166 Exposure head
168 Exposure area
170 Exposed area

Claims (6)

照射された光を各々画像データに応じて変調する多数の画素が2次元状に配列されてなる2次元空間光変調素子と、
この空間光変調素子に光を照射する光源と、
前記空間光変調素子で変調された光の光路に配置された結像光学系と、
前記空間光変調素子の各画素と対応するマイクロレンズがアレイ状に配されてなり、前記結像光学系による結像面の近傍に配置されたマイクロレンズアレイとを備えてなる露光ヘッドにおいて、
前記空間光変調素子の相隣接する複数画素から出射した光が前記マイクロレンズアレイの1つのマイクロレンズに入射可能に、該複数画素と1つのマイクロレンズとが対応していることを特徴とする露光ヘッド。
A two-dimensional spatial light modulation element in which a large number of pixels that modulate irradiated light according to image data are arranged two-dimensionally;
A light source for irradiating light to the spatial light modulator;
An imaging optical system disposed in an optical path of light modulated by the spatial light modulator;
In an exposure head comprising microlenses corresponding to each pixel of the spatial light modulator and arranged in an array, and comprising a microlens array disposed in the vicinity of an imaging surface by the imaging optical system,
The exposure is characterized in that the plurality of pixels correspond to one microlens so that light emitted from a plurality of adjacent pixels of the spatial light modulation element can enter one microlens of the microlens array. head.
前記マイクロレンズアレイを通過した光の光路に配置されて、前記変調された光による像を所定の感光材料上に結像する第2の結像光学系を備えていることを特徴とする請求項1記載の露光ヘッド。   2. A second imaging optical system that is disposed in an optical path of light that has passed through the microlens array and forms an image of the modulated light on a predetermined photosensitive material. 1. The exposure head according to 1. 前記複数画素としてn×n(nは奇数)個の画素と、前記1つのマイクロレンズとが対応していることを特徴とする請求項1または2記載の露光ヘッド。   3. The exposure head according to claim 1, wherein n × n (n is an odd number) pixels correspond to the one microlens as the plurality of pixels. 請求項1から3いずれか1項記載の露光ヘッドおよび、画像データに応じて前記2次元空間光変調素子の各画素を駆動する駆動回路を有し、この空間光変調素子により変調された光を感光材料に照射して該感光材料に画像露光する装置であって、
露光画像の1画素に関する画像データに基づいて、空間光変調素子の前記相隣接する複数画素の全てを並列駆動する状態と、該複数画素から選択された一部画素のみを並列駆動する状態とを切り替え可能に前記駆動回路の動作を制御する手段を備えたことを特徴とする画像露光装置。
An exposure head according to any one of claims 1 to 3, and a drive circuit that drives each pixel of the two-dimensional spatial light modulator in accordance with image data, and light modulated by the spatial light modulator An apparatus for irradiating a photosensitive material and exposing the image to the photosensitive material,
A state in which all of the plurality of adjacent pixels of the spatial light modulation element are driven in parallel and a state in which only some of the pixels selected from the plurality of pixels are driven in parallel based on image data relating to one pixel of the exposure image. An image exposure apparatus comprising means for controlling the operation of the drive circuit in a switchable manner.
請求項3記載の露光ヘッドおよび、画像データに応じて前記2次元空間光変調素子の各画素を駆動する駆動回路を有し、この空間光変調素子により変調された光を感光材料に照射して該感光材料に画像露光する装置であって、
露光画像の1画素に関する画像データに基づいて、空間光変調素子の前記相隣接する複数画素の全てを並列駆動する状態と、該複数画素から選択された一部画素であって、選択パターンが該画素の並び方向のいずれに関しても線対称となっている一部画素のみを並列駆動する状態とを切り替え可能に前記駆動回路の動作を制御する手段を備えたことを特徴とする画像露光装置。
4. An exposure head according to claim 3, and a drive circuit for driving each pixel of the two-dimensional spatial light modulator in accordance with image data, and irradiating the photosensitive material with light modulated by the spatial light modulator. An apparatus for exposing an image to the photosensitive material,
A state in which all of the plurality of adjacent pixels of the spatial light modulator are driven in parallel on the basis of image data relating to one pixel of the exposure image, and a partial pixel selected from the plurality of pixels, the selection pattern having the selected pattern An image exposure apparatus comprising means for controlling the operation of the drive circuit so as to be able to switch between a state in which only some of the pixels that are line-symmetric with respect to any of the pixel arrangement directions are driven in parallel.
請求項4または5記載の画像露光装置を用いて、画像データが示す画像を感光材料に露光することを特徴とする画像露光方法。   6. An image exposure method comprising exposing an image indicated by image data onto a photosensitive material using the image exposure apparatus according to claim 4 or 5.
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