JP2005275325A - Image exposing device - Google Patents

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JP2005275325A
JP2005275325A JP2004092684A JP2004092684A JP2005275325A JP 2005275325 A JP2005275325 A JP 2005275325A JP 2004092684 A JP2004092684 A JP 2004092684A JP 2004092684 A JP2004092684 A JP 2004092684A JP 2005275325 A JP2005275325 A JP 2005275325A
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Shuichi Ishii
秀一 石井
Hiromi Ishikawa
弘美 石川
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Fujifilm Holdings Corp
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Fuji Photo Film Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent a stray light from being generated around a light converged by each microlens of a microlens array without exerting any adverse influence on the optical performance of an image exposing device which uses a spatial optical modulating element and the microlens array in combination. <P>SOLUTION: In front of the microlens array 64, an aperture array 66 is provided which is arranged spatially apart from the microlens array 64. Respective apertures 66 of the aperture array 66 are made large enough to pass at least a light of (0)th order and diffracted lights of (±1)th order of components of a light reflected nearby the center of a micromirror 74 on a DMD 34 corresponding to the apertures 66a including spread components corresponding to the numerical aperture of a 1st imaging optical system 52. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は画像露光装置に関し、特に詳細には、露光ヘッドを備え、その露光ヘッドにより所望のパターンを感光材料上に露光する画像露光装置に関するものである。   The present invention relates to an image exposure apparatus, and more particularly to an image exposure apparatus that includes an exposure head and exposes a desired pattern onto a photosensitive material by the exposure head.

従来、露光ヘッドを備え、その露光ヘッドにより所望のパターンを感光材料上に露光する画像露光装置が知られている。この種の画像露光装置の露光ヘッドは、基本的に、光源と、その光源から照射された光を、制御信号に応じて各々独立に変調する多数の画素部が配列されてなる空間光変調素子と、その空間光変調素子により変調された光による像を感光材料上に結像する結像光学系とを備えてなるものである。この基本的構成は、たとえば非特許文献1に記載されている。   2. Description of the Related Art Conventionally, there has been known an image exposure apparatus that includes an exposure head and exposes a desired pattern onto a photosensitive material by the exposure head. An exposure head of this type of image exposure apparatus basically includes a light source and a spatial light modulation element in which a large number of pixel portions that independently modulate light emitted from the light source in accordance with a control signal are arranged. And an imaging optical system that forms an image of the light modulated by the spatial light modulation element on the photosensitive material. This basic configuration is described in Non-Patent Document 1, for example.

また、画像露光装置の露光ヘッドの別の構成として、たとえば特許文献1に記載されるように、光源と、多数のマイクロミラーを備えた光変調素子としてのデジタル・マイクロミラー・デバイス(以下、「DMD」と呼ぶ)と、その多数のマイクロミラーにより変調された各光線を拡大する拡大光学系と、変調および拡大された各光線に対応する多数のマイクロレンズが配列されたマイクロレンズアレイとを備えた構成も知られている。そのようなマイクロレンズアレイを用いた構成によれば、感光材料上に露光される画像のサイズを拡大しても、空間光変調素子の各画素部からの光はマイクロレンズアレイの各マイクロレンズによって集光されるので、感光材料上における露光画像の画素サイズ(各光線のスポットサイズ)は絞られて小さく保たれ、画像の鮮鋭度を高く保つことができるという利点がある。なお、上記の構成において空間光変調素子として用いられているDMDとは、制御信号に応じて反射面の角度が各々独立に変化させられる多数のマイクロミラーが、シリコン等の半導体基板上に配列されてなるミラーデバイスである。
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
Further, as another configuration of the exposure head of the image exposure apparatus, for example, as described in Patent Document 1, a digital micromirror device (hereinafter referred to as “a light modulation element including a light source and a number of micromirrors”). DMD ”), a magnifying optical system for enlarging each light beam modulated by the many micromirrors, and a microlens array in which a large number of microlenses corresponding to each modulated and magnified light beam are arranged. Other configurations are also known. According to the configuration using such a microlens array, even if the size of the image exposed on the photosensitive material is enlarged, the light from each pixel portion of the spatial light modulator is transmitted by each microlens of the microlens array. Since the light is condensed, the pixel size (spot size of each light beam) of the exposure image on the photosensitive material is reduced and kept small, and there is an advantage that the sharpness of the image can be kept high. The DMD used as a spatial light modulation element in the above configuration is configured such that a number of micromirrors whose reflection surfaces are independently changed according to a control signal are arranged on a semiconductor substrate such as silicon. This is a mirror device.
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

しかしながら、空間光変調素子とマイクロレンズアレイとを組み合わせて用いる画像露光装置においては、上記のような利点がある一方、マイクロレンズアレイの各マイクロレンズで集光された光の周囲に迷光が生じるという問題があった。このような迷光が感光材料まで到達してしまうと、露光画像の鮮鋭度を低下させる等の問題を招く。   However, an image exposure apparatus using a combination of a spatial light modulation element and a microlens array has the advantages described above, but stray light is generated around the light collected by each microlens of the microlens array. There was a problem. If such stray light reaches the photosensitive material, problems such as a decrease in the sharpness of the exposed image are caused.

本発明は、上記事情に鑑み、空間光変調素子とマイクロレンズアレイとを組み合わせて用いる画像露光装置において、装置の光学性能に悪影響を与えずに、マイクロレンズアレイの各マイクロレンズで集光された光の周囲に迷光が生じることを防止することを目的とするものである。   In view of the above circumstances, the present invention is an image exposure apparatus that uses a combination of a spatial light modulator and a microlens array, and is focused on each microlens of the microlens array without adversely affecting the optical performance of the apparatus. The object is to prevent stray light from being generated around the light.

すなわち、本発明の画像露光装置は、露光ヘッドを備え、その露光ヘッドにより所望のパターンを感光材料上に露光する画像露光装置であって、上記の露光ヘッドが、光源と、その光源からの光を各々独立に変調する多数の画素部が配列された空間光変調素子と、それら多数の画素部により変調された多数の光線の各々を集光し、同一の焦点面上に結像させる結像光学系と、その結像光学系を通過した多数の光線の各々に対応する多数の開口が配列された開口アレイと、上記の焦点面上に配され、上記の開口アレイを通過した多数の光線の各々に対応する多数のマイクロレンズが配列されたマイクロレンズアレイとを、光路上においてこの順番に備えてなり、上記の開口アレイと上記のマイクロレンズアレイとが空間的に離間されて配されており、上記の多数の開口の各々の半径R、開口アレイとマイクロレンズアレイの前面との距離d、その前面と上記の焦点面との距離d、上記の結像光学系から射出する多数の光線の各々の、上記の空間光変調素子からの0次光の光線中心と1次回折光の光線中心とがなす角度θ、その0次光の最大錐角の半角θ、上記の開口アレイと上記のマイクロレンズアレイの間の媒質の屈折率nおよび上記のマイクロレンズの各々を構成する材料の屈折率nの間に、
R≧d(tanθ+tanθ)+d(tanθ’+tanθ’)
ただし、θ’=arcsin(n/n×sinθ
θ’=arcsin(n/n×sinθ
の関係が成り立つことを特徴とするものである。
That is, the image exposure apparatus of the present invention is an image exposure apparatus that includes an exposure head and exposes a desired pattern onto the photosensitive material by the exposure head. The exposure head includes a light source and light from the light source. A spatial light modulation element in which a large number of pixel portions each independently modulates and a plurality of light beams modulated by the large number of pixel portions are condensed and imaged on the same focal plane An optical system, an aperture array in which a large number of apertures corresponding to each of a large number of light beams that have passed through the imaging optical system are arranged, and a large number of light beams that are arranged on the focal plane and pass through the aperture array A microlens array in which a number of microlenses corresponding to each of the microlens arrays is arranged in this order on the optical path, and the aperture array and the microlens array are arranged spatially separated from each other. Ri, the distance d 1 between the front surface of the radius R, the aperture array and the microlens array of each of the multiple openings of the distance d 2 between the front surface and the focal plane, a large number of exit from the imaging optical system Angle θ 1 formed by the center of the zero-order light from the spatial light modulator and the center of the first-order diffracted light, the half angle θ 2 of the maximum cone angle of the zero-order light, and the aperture Between the refractive index n 1 of the medium between the array and the micro lens array and the refractive index n 2 of the material constituting each of the micro lenses,
R ≧ d 1 (tan θ 1 + tan θ 2 ) + d 2 (tan θ 1 ′ + tan θ 2 ′)
However, θ 1 ′ = arcsin (n 1 / n 2 × sin θ 1 )
θ 2 ′ = arcsin (n 1 / n 2 × sin θ 2 )
It is characterized in that

ここで、本発明において、マイクロレンズアレイが結像光学系の「焦点面上に配され」ているとは、結像光学系の焦点面が、マイクロレンズアレイの前面上あるいは後面上、またはそれらの前面と後面の間に存在することを意味するものである。また、マイクロレンズアレイの前面(または後面)とは、各マイクロレンズの前面(または後面)が凸面である場合には、それらの凸面の頂点に接する面を指すものとする。マイクロレンズアレイおよびマイクロレンズのいずれについても、「前面」とは光源や結像光学系に近い側の入射面を指し、「後面」とは光源や結像光学系から遠い側の出射面を指す。   Here, in the present invention, the microlens array is “arranged on the focal plane” of the imaging optical system means that the focal plane of the imaging optical system is on the front surface or the rear surface of the microlens array, or those It means that it exists between the front surface and the rear surface. In addition, the front surface (or rear surface) of the microlens array refers to a surface that is in contact with the apex of each convex surface when the front surface (or rear surface) of each microlens is a convex surface. In both the microlens array and the microlens, the “front surface” refers to the incident surface near the light source and the imaging optical system, and the “rear surface” refers to the emission surface far from the light source and the imaging optical system. .

上記の本発明の画像露光装置において、上記の開口の半径Rは、各画素部の短辺の長さと上記の結像光学系の倍率との積の1/2以下であることが好ましい。ここで、「画素部の短辺の長さ」とあるが、たとえば各画素部が正方形状である場合には、これは等しい一辺の長さを指すものである。   In the image exposure apparatus of the present invention described above, the radius R of the opening is preferably ½ or less of the product of the length of the short side of each pixel portion and the magnification of the imaging optical system. Here, “the length of the short side of the pixel portion” is referred to. For example, when each pixel portion has a square shape, this indicates the length of one side which is equal.

また、上記の空間光変調素子は、上記の多数の画素部として光源からの光を反射する多数のマイクロミラーを備えたデジタル・マイクロミラー・デバイスであってもよい。その場合、上記の開口の半径Rは、各マイクロミラーの形状的歪みの変化量が大きい周縁部からの反射光(少なくとも0次光)を遮断できる程度に小さいものであることがさらに好ましい。   The spatial light modulation element may be a digital micromirror device including a large number of micromirrors that reflect light from a light source as the large number of pixel portions. In that case, it is more preferable that the radius R of the opening is small enough to block the reflected light (at least the 0th-order light) from the peripheral portion where the amount of change in the geometric distortion of each micromirror is large.

さらに、上記の本発明の画像露光装置においては、上記の多数のマイクロレンズの各々が、前面が平面、後面が凸面の平凸レンズであって、上記の結像光学系の焦点面が、マイクロレンズアレイの後側のレンズ付け面と一致するものであってもよい。   Further, in the image exposure apparatus of the present invention, each of the plurality of microlenses is a planoconvex lens having a flat front surface and a convex rear surface, and the focal plane of the imaging optical system is a microlens. It may coincide with the lens mounting surface on the rear side of the array.

また、上記の本発明の画像露光装置は、上記のような露光ヘッドを複数備えているものであってもよい。   The image exposure apparatus of the present invention may include a plurality of exposure heads as described above.

本発明の画像露光装置によれば、マイクロレンズアレイの前段に開口アレイを設けたことによって、空間光変調素子の対応画素部の隣接画素部からきた光などの、迷光の原因となる成分を遮断することができる。これにより、各マイクロレンズで集光された光の周囲に迷光が生じることを防止して、感光材料上に、歪みのない高精細な画像を露光することができる。   According to the image exposure apparatus of the present invention, by providing the aperture array in front of the microlens array, components that cause stray light such as light coming from the adjacent pixel portion of the corresponding pixel portion of the spatial light modulator are blocked. can do. Accordingly, stray light is prevented from being generated around the light collected by each microlens, and a high-definition image without distortion can be exposed on the photosensitive material.

また、上記の開口アレイは、マイクロレンズアレイと空間的に離間されて配されているので、光により開口アレイの構成部材が熱を帯びても、その熱がマイクロレンズアレイにほとんど伝わらず、マイクロレンズアレイの光学性能に悪影響を及ぼすおそれがない。   In addition, since the aperture array is arranged spatially separated from the microlens array, even if the components of the aperture array are heated by light, the heat is hardly transmitted to the microlens array, and the microlens array There is no risk of adversely affecting the optical performance of the lens array.

さらに、各開口の半径R、開口アレイとマイクロレンズアレイの前面との距離d、マイクロレンズアレイの前面と結像光学系の焦点面との距離d、結像光学系から射出する多数の光線の各々の、空間光変調素子からの0次光の光線中心と1次回折光の光線中心とがなす角度θ、その0次光の最大錐角の半角θ、開口アレイとマイクロレンズアレイの間の媒質の屈折率nおよびマイクロレンズの各々を構成する材料の屈折率nの間に、
R≧d(tanθ+tanθ)+d(tanθ’+tanθ’)
ただし、θ’=arcsin(n/n×sinθ
θ’=arcsin(n/n×sinθ
の関係が成り立つように構成されているので、各マイクロレンズには、空間光変調素子の対応画素部の中心に近い部分で反射された光の成分の、少なくとも0次光および±1次回折光を、結像光学系の開口数に対応する拡がり成分まで含めて入射させることができ、迷光の原因となる成分を遮断しながら良好な結像性能を維持することができる。
Further, the radius R of each aperture, the distance d 1 between the aperture array and the front surface of the microlens array, the distance d 2 between the front surface of the microlens array and the focal plane of the imaging optical system, and a number of light beams emitted from the imaging optical system The angle θ 1 formed by the center of the zero-order light from the spatial light modulator and the center of the first-order diffracted light, the half angle θ 2 of the maximum cone angle of the zero-order light, the aperture array, and the microlens array. Between the refractive index n 1 of the medium between and the refractive index n 2 of the material constituting each of the microlenses,
R ≧ d 1 (tan θ 1 + tan θ 2 ) + d 2 (tan θ 1 ′ + tan θ 2 ′)
However, θ 1 ′ = arcsin (n 1 / n 2 × sin θ 1 )
θ 2 ′ = arcsin (n 1 / n 2 × sin θ 2 )
Therefore, each microlens receives at least the 0th-order light and the ± 1st-order diffracted light of the light component reflected in the portion near the center of the corresponding pixel portion of the spatial light modulator. In addition, it is possible to enter even the spreading component corresponding to the numerical aperture of the imaging optical system, and it is possible to maintain good imaging performance while blocking the component causing stray light.

また、開口アレイの各開口の半径Rを、空間光変調素子の各画素部の短辺の長さと結像光学系の倍率との積の1/2以下とした場合には、各開口は、対応画素部の中心に近い部分で反射された光を必要十分に透過させながら、隣接画素部からきた光に由来する迷光の原因となる成分を効果的に遮断するものとなる。   Further, when the radius R of each aperture of the aperture array is set to 1/2 or less of the product of the short side length of each pixel portion of the spatial light modulator and the magnification of the imaging optical system, While causing the light reflected at the portion near the center of the corresponding pixel portion to be transmitted sufficiently and sufficiently, the component causing stray light derived from the light coming from the adjacent pixel portion is effectively blocked.

さらに、空間光変調素子として多数のマイクロミラーを備えたDMDを用いた場合において、各開口の半径Rを、各マイクロミラーの形状的歪みの変化量が大きい周縁部からの反射光(少なくとも0次光)を遮断できる程度に小さいものとした場合には、各マイクロミラーの周縁部の形状的歪みに由来する迷光の原因となる成分を、必要十分な範囲で遮断することができる。   Further, when a DMD having a large number of micromirrors is used as the spatial light modulation element, the radius R of each opening is set to the reflected light (at least the zeroth order) from the peripheral portion where the change in the geometric distortion of each micromirror is large. When it is small enough to block light), the components that cause stray light derived from the geometric distortion of the peripheral portion of each micromirror can be blocked in a necessary and sufficient range.

また、各マイクロレンズを、前面が平面、後面が凸面の平凸レンズとし、結像光学系の焦点面をマイクロレンズアレイの後側のレンズ付け面と一致させれば、R、dおよびd間の上記の条件式を満足させるための調整が容易になる。 Further, if each microlens is a plano-convex lens having a flat front surface and a convex rear surface, and the focal plane of the imaging optical system coincides with the lens mounting surface on the rear side of the microlens array, R, d 1 and d 2 Adjustment for satisfying the above-described conditional expression is facilitated.

さらに、上記の露光ヘッドを複数設けることとすれば、露光の効率を向上させることができる。   Furthermore, if a plurality of the exposure heads are provided, the exposure efficiency can be improved.

以下、図面により、本発明の1つの実施形態に係る画像露光装置について、詳細に説明する。   Hereinafter, an image exposure apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

[画像露光装置の構成]
本実施形態に係る画像露光装置10は、図1に示すように、シート状の感光材料12を表面に吸着して保持する平板状の移動ステージ14を備えている。4本の脚部16に支持された厚い板状の設置台18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20が設置されている。ステージ14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20によって往復移動可能に支持されている。なお、この画像露光装置10には、副走査手段としてのステージ14をガイド20に沿って駆動する後述のステージ駆動装置116(図19参照)が設けられている。
[Configuration of image exposure apparatus]
As shown in FIG. 1, the image exposure apparatus 10 according to the present embodiment includes a flat plate-like moving stage 14 that holds a sheet-like photosensitive material 12 by adsorbing to the surface. Two guides 20 extending along the stage moving direction are installed on the upper surface of the thick plate-shaped installation table 18 supported by the four legs 16. The stage 14 is arranged so that the longitudinal direction thereof faces the stage moving direction, and is supported by the guide 20 so as to be reciprocally movable. The image exposure apparatus 10 is provided with a later-described stage driving device 116 (see FIG. 19) that drives the stage 14 as sub-scanning means along the guide 20.

設置台18の中央部には、ステージ14の移動経路を跨ぐようにコの字状のゲート22が設けられている。コの字状のゲート22の端部の各々は、設置台18の両側面に固定されている。このゲート22を挟んで一方の側にはスキャナ24が設けられ、他方の側には感光材料12の先端および後端を検知する複数(たとえば2個)のセンサ26が設けられている。スキャナ24およびセンサ26はゲート22に各々取り付けられて、ステージ14の移動経路の上方に固定配置されている。なお、スキャナ24およびセンサ26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 22 is provided at the center of the installation base 18 so as to straddle the movement path of the stage 14. Each end of the U-shaped gate 22 is fixed to both side surfaces of the installation base 18. A scanner 24 is provided on one side of the gate 22 and a plurality of (for example, two) sensors 26 for detecting the front and rear ends of the photosensitive material 12 are provided on the other side. The scanner 24 and the sensor 26 are respectively attached to the gate 22 and fixedly arranged above the moving path of the stage 14. The scanner 24 and the sensor 26 are connected to a controller (not shown) that controls them.

スキャナ24は、図2および図3(B)に示すように、m行n列(たとえば3行5列)の略マトリックス状に配列された複数(たとえば14個)の露光ヘッド28を備えている。この例では、感光材料12の幅との関係で、3行目には4個のみの露光ヘッド28を配置してある。なお、以下において、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28mnと表記する。 As shown in FIGS. 2 and 3B, the scanner 24 includes a plurality of (for example, 14) exposure heads 28 arranged in an approximately matrix of m rows and n columns (for example, 3 rows and 5 columns). . In this example, only four exposure heads 28 are arranged in the third row in relation to the width of the photosensitive material 12. In the following, when individual exposure heads arranged in the m-th row and the n-th column are shown, they are expressed as the exposure head 28 mn .

各露光ヘッド28による露光エリア30は、副走査方向を短辺とする矩形状である。したがって、ステージ14の移動に伴い、感光材料12には露光ヘッド28ごとに帯状の露光済み領域32が形成される。なお、以下において、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30mnと表記する。 The exposure area 30 by each exposure head 28 has a rectangular shape with the short side in the sub-scanning direction. Accordingly, as the stage 14 moves, a strip-shaped exposed region 32 is formed in the photosensitive material 12 for each exposure head 28. In the following, when an exposure area by individual exposure heads arranged in the m-th row and the n-th column is indicated, it is expressed as an exposure area 30 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32が副走査方向と直交する方向に隙間なく並ぶように、ライン状に配列された各行の露光ヘッド28の各々は、その配列方向に所定間隔(露光エリアの長辺の自然数倍、本実施形態では2倍)ずらされて配置されている。このため、1行目の露光エリア3011と露光エリア3012との間の露光できない部分は、2行目の露光エリア3021と3行目の露光エリア3031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 28 in each row arranged in a line so that the strip-shaped exposed regions 32 are arranged without gaps in the direction orthogonal to the sub-scanning direction. Are arranged at 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 30 11 in the first row and the exposure area 30 12, it can be exposed by the second row of the exposure area 30 21 and the exposure area 30 31 in the third row.

露光ヘッド2811から28mnの各々は、図4および図5に示すように、入射された光線を画像データに応じて各画素部ごとに変調する空間光変調素子として、米国テキサス・インスツルメンツ社製のDMD34を備えている。このDMD34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112(図19参照)に接続されている。このコントローラ112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28ごとに、DMD34上の使用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、DMD34上の使用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28ごとにDMD34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 28 11 to 28 mn is a spatial light modulation element that modulates an incident light beam for each pixel unit according to image data, and is manufactured by Texas Instruments Incorporated. DMD34. The DMD 34 is connected to a later-described controller 112 (see FIG. 19) that includes a data processing unit and a mirror drive control unit. The data processing unit of the controller 112 generates a control signal for driving and controlling each micromirror in the use area on the DMD 34 for each exposure head 28 based on the input image data. The use area on the DMD 34 will be described later. The mirror drive control unit controls the angle of the reflection surface of each micromirror of the DMD 34 for each exposure head 28 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.

図4に示すように、DMD34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30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36、ファイバアレイ光源36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38、このレンズ系38を透過したレーザ光をDMD34に向けて反射するミラー40がこの順に配置されている。なお図4では、レンズ系38を概略的に示してある。   As shown in FIG. 4, on the light incident side of the DMD 34, there is provided a laser emitting portion in which the emitting end portion (light emitting point) of the optical fiber is arranged in a line along the direction corresponding to the long side direction of the exposure area 30. The fiber array light source 36, the lens system 38 that corrects the laser light emitted from the fiber array light source 36 and collects the light on the DMD, and the mirror 40 that reflects the laser light transmitted through the lens system 38 toward the DMD 34. Arranged in order. In FIG. 4, the lens system 38 is schematically shown.

上記レンズ系38は、図5に詳しく示すように、ファイバアレイ光源36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42、この集光レンズ42を通過した光の光路に挿入されたロッド状オプティカルインテグレータ(以下、「ロッドインテグレータ」という)44、およびこのロッドインテグレータ44の前方つまりミラー40側に配置された結像レンズ46から構成されている。ロッドインテグレータ44は、たとえば四角柱状に形成された透光性ロッドである。ファイバアレイ光源36から出射したレーザ光Bは、ロッドインテグレータ44の内部を全反射しながら進行するうちに、ビーム断面内強度分布が均一化され、平行光に近くかつビーム断面内強度が均一化された光束としてDMD34に入射する。これにより、照明光強度の不均一をなくして、高精細な画像を感光材料12に露光することができる。なお、ロッドインテグレータ44の入射端面、出射端面には反射防止膜がコートされて、透過率が高められている。   As shown in detail in FIG. 5, the lens system 38 is inserted into a condensing lens 42 that condenses the laser light B as illumination light emitted from the fiber array light source 36, and an optical path of the light that has passed through the condensing lens 42. The rod-shaped optical integrator (hereinafter referred to as “rod integrator”) 44 and an imaging lens 46 disposed in front of the rod integrator 44, that is, on the mirror 40 side. The rod integrator 44 is a translucent rod formed in, for example, a quadrangular prism shape. As the laser beam B emitted from the fiber array light source 36 travels while totally reflecting inside the rod integrator 44, the intensity distribution in the beam cross section is made uniform, and it is close to parallel light and the intensity in the beam cross section is made uniform. Is incident on the DMD 34 as a reflected light beam. As a result, non-uniform illumination light intensity can be eliminated and a high-definition image can be exposed on the photosensitive material 12. The entrance end face and the exit end face of the rod integrator 44 are coated with an antireflection film to enhance the transmittance.

上記レンズ系38から出射したレーザ光Bはミラー40で反射し、TIR(全反射)プリズム48を介してDMD34に照射される。なお図4では、このTIRプリズム48は省略してある。   The laser beam B emitted from the lens system 38 is reflected by the mirror 40 and irradiated to the DMD 34 via a TIR (total reflection) prism 48. In FIG. 4, the TIR prism 48 is omitted.

またDMD34の光反射側には、DMD34で反射されたレーザ光Bを、感光材料12上に結像する主光学系50が配置されている。この主光学系50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54、56からなる第1結像光学系52と、レンズ60、62からなる第2結像光学系58と、これらの結像光学系の間に挿入され、第1結像光学系52の焦点面上に配されたマイクロレンズアレイ64と、マイクロレンズアレイ64の前段に配された第1の開口アレイ66と、マイクロレンズアレイ64の後段に配された第2の開口アレイ68とから構成されている。   On the light reflection side of the DMD 34, a main optical system 50 that images the laser light B reflected by the DMD 34 on the photosensitive material 12 is disposed. The main optical system 50 is schematically shown in FIG. 4, but as shown in detail in FIG. 5, the first imaging optical system 52 including lenses 54 and 56 and the second connection including lenses 60 and 62 are provided. An image optical system 58, a microlens array 64 inserted between these image forming optical systems and disposed on the focal plane of the first image forming optical system 52, and a first lens disposed before the microlens array 64. 1 aperture array 66 and a second aperture array 68 disposed downstream of the microlens array 64.

マイクロレンズアレイ64は、DMD34の駆動される各マイクロミラーに対応する多数のマイクロレンズ64aが、2次元状に配列されてなるものである。本例では、後述するようにDMD34の1024個×768列のマイクロミラーのうち1024個×256列だけが駆動されるので、それに対応させてマイクロレンズ64aは1024個×256列配置されている。なお、図5には3つのマイクロレンズ64aのみが図示されているが、これは説明のために簡略化して示したものである。マイクロレンズ64aの配置ピッチは縦方向、横方向とも41μmである。本実施形態では、各マイクロレンズ64aは、前面が平面、後面が凸面の平凸レンズであり、一例として焦点距離が0.19mm、NA(開口数)が0.11の、光学ガラスBK7から形成された平凸レンズを用いることができる。なお、上記の例に限らず、両凸レンズ等を用いてもよい。また、各マイクロレンズ64aと、それらをアレイ状に連結する連結部分とを、同一の材料により一体成型してマイクロレンズアレイ64としてもよいし、多数の開口を設けた基盤に、各マイクロレンズ64aをはめ込んでもよい。   The microlens array 64 is formed by two-dimensionally arranging a large number of microlenses 64a corresponding to the respective micromirrors driven by the DMD 34. In this example, as will be described later, only 1024 × 256 rows of the 1024 × 768 rows of micromirrors of the DMD 34 are driven, and accordingly, 1024 × 256 rows of microlenses 64a are arranged. In FIG. 5, only three microlenses 64a are shown, but this is simplified for the sake of explanation. The arrangement pitch of the microlenses 64a is 41 μm in both the vertical and horizontal directions. In the present embodiment, each micro lens 64a is a plano-convex lens having a flat front surface and a convex rear surface, and is formed from an optical glass BK7 having a focal length of 0.19 mm and an NA (numerical aperture) of 0.11, for example. A plano-convex lens can be used. Note that the present invention is not limited to the above example, and a biconvex lens or the like may be used. In addition, each microlens 64a and a connecting portion that connects them in an array may be integrally formed of the same material to form a microlens array 64, or each microlens 64a may be formed on a base provided with a large number of openings. May be inserted.

また上記第1の開口アレイ66および第2の開口アレイ68は、主として迷光の除去を目的として、遮光性の材料からなる板に各マイクロレンズ64aに対応する多数の開口が設けられたもので、いずれもマイクロレンズアレイ64から空間的に離間されて配されている。これらの第1の開口アレイ66および第2の開口アレイ68については、後に詳しく説明する。   The first aperture array 66 and the second aperture array 68 are provided with a large number of apertures corresponding to the microlenses 64a on a plate made of a light shielding material mainly for the purpose of removing stray light. Both are arranged spatially separated from the microlens array 64. The first opening array 66 and the second opening array 68 will be described in detail later.

上記第1結像光学系52は、DMD34による像を3倍に拡大してマイクロレンズアレイ64上に結像する。そして第2結像光学系58は、マイクロレンズアレイ64を経た像を1.6倍に拡大して感光材料12上に結像、投影する。したがって全体では、DMD34による像が4.8倍に拡大されて感光材料12上に結像、投影されることになる。   The first imaging optical system 52 forms an image on the microlens array 64 by enlarging the image by the DMD 34 three times. The second imaging optical system 58 enlarges the image that has passed through the microlens array 64 by 1.6 times, and forms and projects the image on the photosensitive material 12. Therefore, as a whole, the image obtained by the DMD 34 is magnified 4.8 times and formed on the photosensitive material 12 and projected.

なお本実施形態では、第2結像光学系58と感光材料12との間にプリズムペア70が配設され、このプリズムペア70を図5中で上下方向に移動させることにより、感光材料12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12は矢印F方向に副走査送りされる。   In the present embodiment, a prism pair 70 is disposed between the second imaging optical system 58 and the photosensitive material 12, and the prism pair 70 is moved in the vertical direction in FIG. The focus of the image can be adjusted. In the figure, the photosensitive material 12 is sub-scanned in the direction of arrow F.

DMD34は図6に示すように、SRAMセル(メモリセル)72上に、各々画素(ピクセル)を構成する多数(たとえば1024個×768個)の微小ミラー(マイクロミラー)74が格子状に配列されてなるミラーデバイスである。各ピクセルにおいて、最上部には支柱に支えられた矩形のマイクロミラー74が設けられており、マイクロミラー74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、本実施形態では、各マイクロミラー74の反射率は90%以上であり、その配列ピッチは縦方向、横方向とも一例として13.7μmである。各マイクロミラー74の間には若干の隙間があるため、各マイクロミラー74自体の寸法は、縦横共に13.0μmとなっている。SRAMセル72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のものであり、全体はモノリシックに構成されている。   As shown in FIG. 6, in the DMD 34, a large number (eg, 1024 × 768) of micromirrors (micromirrors) 74, each of which constitutes a pixel (pixel), are arranged in a lattice pattern on an SRAM cell (memory cell) 72. This is a mirror device. In each pixel, a rectangular micromirror 74 supported by a support is provided at the top, and a material having a high reflectance such as aluminum is deposited on the surface of the micromirror 74. In the present embodiment, the reflectance of each micromirror 74 is 90% or more, and the arrangement pitch is 13.7 μm as an example in both the vertical and horizontal directions. Since there is a slight gap between the micromirrors 74, the size of each micromirror 74 itself is 13.0 μm in both length and width. The SRAM cell 72 is a CMOS of a silicon gate manufactured on a normal semiconductor memory manufacturing line via a support including a hinge and a yoke, and is entirely configured monolithically.

DMD34のSRAMセル72にデジタル信号が書き込まれると、支柱に支えられた各マイクロミラー74が、対角線を中心としてDMD34が配置された基板側に対して±α度(たとえば±12°)のいずれかに傾けられる。図7(A)は、マイクロミラー74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74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、DMD34の各ピクセルにおけるマイクロミラー74の傾きを、図6に示すように制御することによって、DMD34に入射したレーザ光Bはそれぞれのマイクロミラー74の傾き方向へ反射される。   When a digital signal is written in the SRAM cell 72 of the DMD 34, each micromirror 74 supported by the support is either ± α degrees (for example, ± 12 °) with respect to the substrate side on which the DMD 34 is disposed with the diagonal line as the center. Tilt to. FIG. 7A shows a state in which the micromirror 74 is tilted to + α degrees in the on state, and FIG. 7B shows a state in which the micromirror 74 is tilted to −α degrees in the off state. Therefore, by controlling the tilt of the micromirror 74 in each pixel of the DMD 34 according to the image signal as shown in FIG. 6, the laser light B incident on the DMD 34 is reflected in the tilt direction of each micromirror 74. The

なお図6には、DMD34の一部を拡大し、各マイクロミラー74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74のオンオフ制御は、DMD34に接続された上記のコントローラ112によって行われる。また、オフ状態のマイクロミラー74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 in which a part of the DMD 34 is enlarged and each micromirror 74 is controlled to + α degrees or −α degrees. The on / off control of each micromirror 74 is performed by the controller 112 connected to the DMD 34. Further, a light absorber (not shown) is disposed in the direction in which the laser beam B reflected by the micromirror 74 in the off state travels.

また、DMD34は、その短辺が副走査方向と所定角度θ(たとえば、1°から5°)を成すように僅かに斜め向きに配置するのが好ましい。図8(A)はDMD34を斜め向きにしない場合の各マイクロミラーにより反射および変調された各光線(露光ビーム)76の走査軌跡を示し、図8(B)はDMD34を斜め向きにした場合の露光ビーム76の走査軌跡を示している。   Further, it is preferable that the DMD 34 is disposed slightly obliquely so that its short side forms a predetermined angle θ (for example, 1 ° to 5 °) with the sub-scanning direction. FIG. 8A shows the scanning trajectory of each light beam (exposure beam) 76 reflected and modulated by each micromirror when DMD 34 is not inclined, and FIG. 8B shows the case where DMD 34 is inclined. The scanning trajectory of the exposure beam 76 is shown.

DMD34には、長手方向にマイクロミラー74が多数個(たとえば1024個)配列されたマイクロミラー列が、短手方向に多数組(たとえば768組)配列されているが、図8(B)に示すように、DMD34を斜め向きにすることにより、各マイクロミラーによる露光ビーム76の走査軌跡(走査線)のピッチPが、DMD34を斜め向きにしない場合の走査線のピッチP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、DMD34を斜め向きにする角度は微小であるので、DMD34を斜め向きにした場合の走査幅W2と、DMD34を斜め向きにしない場合の走査幅W1とは略同一である。 In the DMD 34, a number of micromirror arrays in which a large number (for example, 1024) of micromirrors 74 are arranged in the longitudinal direction are arranged in a short direction (for example, 768 sets). as described above, by the DMD34 obliquely oriented, the pitch P 2 of the scanning locus of the exposure beams 76 from each micromirror (scan line), it becomes narrower than the pitch P 1 of the scanning line when not the DMD34 diagonally oriented, The resolution can be greatly improved. On the other hand, since the angle at which DMD 34 is inclined is very small, the scanning width W 2 when DMD 34 is inclined and the scanning width W 1 when DMD 34 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28の間のつなぎ目を微少量の露光位置制御により段差な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, the joints between the plurality of exposure heads 28 arranged in the main scanning direction can be connected without a step by a very small exposure position control.

なお、DMD34を斜め向きにする代わりに、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 at a predetermined interval in the direction orthogonal to the sub-scanning direction instead of making the DMD 34 oblique.

ファイバアレイ光源36は図9aに示すように、複数(たとえば14個)のレーザモジュール78を備えており、各レーザモジュール78には、マルチモード光ファイバ80の一端が結合されている。マルチモード光ファイバ80の他端には、マルチモード光ファイバ80より小さいクラッド径を有するマルチモード光ファイバ82が結合されている。図9bに詳しく示すように、マルチモード光ファイバ82のマルチモード光ファイバ80と反対側の端部は副走査方向と直交する主走査方向に沿って7個並べられ、それが2列に配列されてレーザ出射部84が構成されている。   As shown in FIG. 9 a, the fiber array light source 36 includes a plurality of (for example, 14) laser modules 78, and one end of a multimode optical fiber 80 is coupled to each laser module 78. A multimode optical fiber 82 having a smaller cladding diameter than that of the multimode optical fiber 80 is coupled to the other end of the multimode optical fiber 80. As shown in detail in FIG. 9b, seven ends of the multimode optical fiber 82 opposite to the multimode optical fiber 80 are arranged along the main scanning direction orthogonal to the sub-scanning direction, and are arranged in two rows. Thus, a laser emitting portion 84 is configured.

マルチモード光ファイバ82の端部で構成されるレーザ出射部84は、図9bに示すように、表面が平坦な2枚の支持板86に挟み込まれて固定されている。また、マルチモード光ファイバ80の光出射端面には、その保護のために、ガラス等の透明な保護板が配置されるのが望ましい。マルチモード光ファイバ80の光出射端面は、光密度が高いため集塵しやすく劣化しやすいが、上述のような保護板を配置することにより、端面への塵埃の付着を防止し、また劣化を遅らせることができる。   As shown in FIG. 9B, the laser emitting portion 84 formed by the end portion of the multimode optical fiber 82 is sandwiched and fixed between two support plates 86 having a flat surface. In addition, a transparent protective plate such as glass is preferably disposed on the light emitting end face of the multimode optical fiber 80 for protection. The light exit end face of the multimode optical fiber 80 has a high light density and is likely to collect dust and easily deteriorate. However, the protective plate as described above prevents the dust from adhering to the end face and deteriorates. Can be delayed.

本実施形態では図10に示すように、クラッド径が大きいマルチモード光ファイバ80のレーザ光出射側の先端部分に、長さ1mから30cm程度のクラッド径が小さい光ファイバ82が同軸的に結合されている。それらの光ファイバ80、82は、それぞれのコア軸が一致する状態で光ファイバ82の入射端面を光ファイバ80の出射端面に融着することにより結合されている。   In this embodiment, as shown in FIG. 10, an optical fiber 82 having a length of about 1 m to 30 cm and having a small cladding diameter is coaxially coupled to a tip portion on the laser light emission side of a multimode optical fiber 80 having a large cladding diameter. ing. The optical fibers 80 and 82 are coupled by fusing the incident end face of the optical fiber 82 to the outgoing end face of the optical fiber 80 in a state where the respective core axes coincide.

マルチモード光ファイバ80および光ファイバ82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、および複合型光ファイバの何れも適用可能である。たとえば、三菱電線工業株式会社製のステップインデックス型光ファイバを用いることができる。本実施形態において、マルチモード光ファイバ80および光ファイバ82はステップインデックス型光ファイバであり、マルチモード光ファイバ80は、クラッド径=125μm、コア径=50μm、NA=0.2、入射端面コートの透過率=99.5%以上であり、光ファイバ82は、クラッド径=60μm、コア径=50μm、NA=0.2である。   As the multimode optical fiber 80 and the optical fiber 82, any of a step index type optical fiber, a graded index type optical fiber, and a composite type optical fiber can be applied. For example, a step index type optical fiber manufactured by Mitsubishi Cable Industries, Ltd. can be used. In the present embodiment, the multimode optical fiber 80 and the optical fiber 82 are step index type optical fibers. The multimode optical fiber 80 has a cladding diameter = 125 μm, a core diameter = 50 μm, NA = 0.2, and an incident end face coating. The transmittance is 99.5% or more, and the optical fiber 82 has a clad diameter = 60 μm, a core diameter = 50 μm, and NA = 0.2.

ただし、光ファイバ82のクラッド径は60μmには限定されない。従来のファイバ光源に使用されている多くの光ファイバのクラッド径は125μmであるが、クラッド径が小さくなるほど焦点深度がより深くなるので、マルチモード光ファイバのクラッド径は80μm以下が好ましく、60μm以下がより好ましい。一方、コア径は少なくとも3から4μm必要であることから、光ファイバ82のクラッド径は10μm以上が好ましい。結合効率の点からは、光ファイバ80と82のコア径を一致させることが好ましい。   However, the cladding diameter of the optical fiber 82 is not limited to 60 μm. The clad diameter of many optical fibers used in conventional fiber light sources is 125 μm. However, the smaller the clad diameter, the deeper the depth of focus. Therefore, the clad diameter of the multimode optical fiber is preferably 80 μm or less, preferably 60 μm or less. Is more preferable. On the other hand, since the core diameter needs to be at least 3 to 4 μm, the cladding diameter of the optical fiber 82 is preferably 10 μm or more. From the viewpoint of coupling efficiency, it is preferable to match the core diameters of the optical fibers 80 and 82.

また、本発明においては、上述のようにクラッド径が互いに異なる2種類の光ファイバ80および82を融着(いわゆる異径融着)して用いることは必ずしも必要でなく、クラッド径が一定の光ファイバ(たとえば図9aなら光ファイバ80)を複数本そのままバンドル状に束ねてファイバアレイ光源を構成してもよい。   Further, in the present invention, it is not always necessary to use the two types of optical fibers 80 and 82 having different clad diameters as described above by fusion (so-called different diameter fusion). A fiber array light source may be configured by bundling a plurality of fibers (for example, optical fiber 80 in FIG. 9a) as they are in a bundle.

レーザモジュール78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88上に配列固定された複数(たとえば7個)のチップ状の横マルチモード又はシングルモードのGaN系半導体レーザLD1,LD2,LD3,LD4,LD5,LD6,およびLD7と、GaN系半導体レーザLD1からLD7の各々に対応して設けられたコリメータレンズL1,L2,L3,L4,L5,L6,およびL7と、1つの集光レンズ90と、1本のマルチモード光ファイバ80とから構成されている。なお、半導体レーザの個数は7個に限定されるものではなく、その他の個数が採用されてもよい。また、上述のような7個のコリメータレンズL1からL7に代えて、それらのレンズが一体化されてなるコリメータレンズアレイを用いることもできる。   The laser module 78 includes a combined laser light source (fiber light source) shown in FIG. The combined laser light source includes a plurality of (for example, seven) chip-like lateral multimode or single mode GaN-based semiconductor lasers LD1, LD2, LD3, LD4, LD5, LD6, and the like arranged and fixed on the heat block 88. LD 7, collimator lenses L 1, L 2, L 3, L 4, L 5, L 6, and L 7 provided corresponding to each of GaN-based semiconductor lasers LD 1 to LD 7, one condenser lens 90, and one multimode And an optical fiber 80. The number of semiconductor lasers is not limited to seven, and other numbers may be adopted. Further, instead of the seven collimator lenses L1 to L7 as described above, a collimator lens array in which these lenses are integrated may be used.

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

上記の合波レーザ光源78は、図12および図13に示すように、他の光学要素と共に、上方が開口した箱状のパッケージ92内に収納されている。パッケージ92は、その開口を閉じるように作成されたパッケージ蓋94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92の開口をパッケージ蓋94で閉じることにより、それらによって形成される閉空間(封止空間)内に上記合波レーザ光源78が気密封止されている。   As shown in FIGS. 12 and 13, the combined laser light source 78 is housed in a box-shaped package 92 having an upper opening together with other optical elements. The package 92 includes a package lid 94 created so as to close the opening, and is formed by introducing a sealing gas after the deaeration process and closing the opening of the package 92 with the package lid 94. The combined laser light source 78 is hermetically sealed in a closed space (sealed space).

パッケージ92の底面にはベース板96が固定されており、このベース板96の上面には、上記のヒートブロック88と、集光レンズ90を保持する集光レンズホルダー98と、マルチモード光ファイバ80の入射端部を保持するファイバホルダー100とが取り付けられている。マルチモード光ファイバ80の出射端部は、パッケージ92の壁面に形成された開口からパッケージ外に引き出されている。   A base plate 96 is fixed to the bottom surface of the package 92, and the heat block 88, the condensing lens holder 98 that holds the condensing lens 90, and the multimode optical fiber 80 are disposed on the top surface of the base plate 96. A fiber holder 100 that holds the incident end of the optical fiber is attached. The exit end of the multimode optical fiber 80 is drawn out of the package from an opening formed in the wall surface of the package 92.

また、ヒートブロック88の側面にはコリメータレンズホルダー102が取り付けられており、そこにコリメータレンズL1からL7が保持されている。パッケージ92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からLD7に駆動電流を供給する配線104がパッケージ外に引き出されている。   A collimator lens holder 102 is attached to the side surface of the heat block 88, and collimator lenses L1 to L7 are held there. An opening is formed in the lateral wall surface of the package 92, and a wiring 104 for supplying a driving current from the GaN-based semiconductor laser LD1 to LD7 is drawn out of the package through the opening.

なお、図13においては、図の煩雑化を避けるために、複数のGaN系半導体レーザのうちGaN系半導体レーザLD7にのみ番号を付し、複数のコリメータレンズのうちコリメータレンズL7にのみ番号を付している。   In FIG. 13, in order to avoid complication of the drawing, only the GaN semiconductor laser LD7 is numbered among the plurality of GaN semiconductor lasers, and only the collimator lens L7 is numbered among the plurality of collimator lenses. doing.

図14は、上記コリメータレンズL1からL7の取り付け部分の正面形状を示すものである。コリメータレンズL1からL7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、たとえば、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L1からL7は、長さ方向がGaN系半導体レーザLD1からLD7の発光点の配列方向(図14の左右方向)と直交するように、上記発光点の配列方向に密接配置されている。   FIG. 14 shows the front shape of the attachment part of the collimator lenses L1 to L7. Each of the collimator lenses L1 to L7 is formed in a shape in which a region including the optical axis of a circular lens having an aspherical surface is cut out in a parallel plane. The elongated collimator lens can be formed, for example, by molding resin or optical glass. The collimator lenses L1 to L7 are closely arranged in the arrangement direction of the light emitting points so that the length direction is orthogonal to the arrangement direction of the light emitting points of the GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD7 (left and right direction in FIG. 14).

一方GaN系半導体レーザLD1から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たとえば10°、30°の状態で各々レーザ光B1から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からLD7は、活性層と平行な方向に発光点が1列に並ぶように配設されている。   On the other hand, each of the GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD7 includes an active layer having a light emission width of 2 μm, and each of the laser beams B1 has a divergence angle of, for example, 10 ° and 30 ° in a direction parallel to the active layer. A laser emitting B7 is used. These GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD7 are arranged so that the light emitting points are arranged in a line in a direction parallel to the active layer.

したがって、各発光点から発せられたレーザ光B1からB7は、上述のように細長形状の各コリメータレンズL1からL7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。本実施形態では、各コリメータレンズL1からL7の幅が1.1mm、長さが4.6mmであり、それらに入射するレーザ光B1からB7の水平方向、垂直方向のビーム径は各々0.9mm、2.6mmである。また、コリメータレンズL1からL7の各々は、焦点距離f1=3mm、NA=0.6、レンズ配置ピッチ=1.25mmである。 Therefore, 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 L1 to L7 as described above. Incident light is incident in a state where the direction coincides with the width direction (direction perpendicular to the length direction). In this embodiment, the collimator lenses L1 to L7 have a width of 1.1 mm and a length of 4.6 mm, and the laser beam B1 to B7 incident thereon has a horizontal and vertical beam diameter of 0.9 mm, respectively. 2.6 mm. In addition, each of the collimator lenses L1 to L7 has a focal length f 1 = 3 mm, NA = 0.6, and a lens arrangement pitch = 1.25 mm.

集光レンズ90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L1からL7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90は、焦点距離f2=23mm、NA=0.2である。この集光レンズ90も、たとえば樹脂又は光学ガラスをモールド成形することにより形成される。 The condensing lens 90 is formed by cutting a region including the optical axis of a circular lens having an aspherical surface into a long and narrow plane parallel to the arrangement direction of the collimator lenses L1 to L7, that is, long in the horizontal direction and short in a direction perpendicular thereto. Is formed. The condenser lens 90 has a focal length f 2 = 23 mm and NA = 0.2. This condensing lens 90 is also formed, for example, by molding resin or optical glass.

次に、第1の開口アレイ66および第2の開口アレイ68の構成について、図15から18を用いて説明する。   Next, the configuration of the first opening array 66 and the second opening array 68 will be described with reference to FIGS.

図15は、マイクロレンズアレイ64、第1の開口アレイ66および第2の開口アレイ68を構成する、1組のマイクロレンズ64a、開口66aおよび開口66bの周辺を拡大して示した断面図である。図15にはさらに、DMD34上の1つのマイクロミラーで変調され、第1結像光学系52で集光された光線の0次光、+1次回折光および−1次回折光の光線中心C、C+1およびC−1の軌跡がそれぞれ示されている。上記のとおり、本実施形態では、各マイクロレンズ64aは、前面が平面、後面が凸面の平凸レンズである。面106は、マイクロレンズアレイ64の後側のレンズ付け面であると同時に、第1結像光学系52の焦点面でもある。図示のとおり、第1の開口アレイ66とマイクロレンズアレイ64の前面との距離をd、マイクロレンズアレイ64の前面と第1結像光学系52の焦点面(すなわち、本実施形態では面106)との距離をd、DMD34の対応マイクロミラーからの0次光の光線中心と±1次回折光の光線中心とがなす角度をθ、第1の開口アレイ66とマイクロレンズアレイ64の間の媒質(本実施形態では空気)の屈折率をn、マイクロレンズ64aを構成する材料の屈折率をnとすると、第1の開口アレイ66の位置における0次光の光線中心と1次回折光の光線中心との距離sは、

Figure 2005275325
FIG. 15 is an enlarged cross-sectional view showing the periphery of a set of microlenses 64a, openings 66a, and openings 66b constituting the microlens array 64, the first opening array 66, and the second opening array 68. . In FIG. 15, the light centers C 0 and C of the 0th-order light, the + 1st-order diffracted light, and the −1st-order diffracted light that are modulated by one micromirror on the DMD 34 and collected by the first imaging optical system 52 are further illustrated. The +1 and C −1 trajectories are shown, respectively. As described above, in the present embodiment, each micro lens 64a is a plano-convex lens having a flat front surface and a convex rear surface. The surface 106 is a lens attachment surface on the rear side of the microlens array 64 and at the same time is a focal plane of the first imaging optical system 52. As shown in the figure, the distance between the first aperture array 66 and the front surface of the microlens array 64 is d 1 , and the front surface of the microlens array 64 and the focal plane of the first imaging optical system 52 (that is, the surface 106 in this embodiment). ) Is the distance d 2 , the angle formed by the light center of the 0th order light from the corresponding micromirror of the DMD 34 and the light center of the ± 1st order diffracted light is θ 1 , and between the first aperture array 66 and the microlens array 64. If the refractive index of the medium (air in this embodiment) is n 1 , and the refractive index of the material constituting the microlens 64 a is n 2 , the light beam center of the 0th order light at the position of the first aperture array 66 and the next time The distance s 1 from the light beam center of the folding light is
Figure 2005275325

と表すことができる。 It can be expressed as.

図16の(A)は、図15と同じ1組のマイクロレンズ64a、開口66aおよび開口66bの周辺を拡大して示した断面図に、第1結像光学系52の開口数に対応する、DMD34の対応マイクロミラーからの0次光の拡がり成分(斜線で示す)を、その光線中心Cの軌跡と共に図示したものである。図示のとおり、第1結像光学系52の開口数に対応する0次光の拡がり成分の最大錐角の半角をθとすると、第1の開口アレイ66の位置における0次光の拡がり距離sは、

Figure 2005275325
FIG. 16A is an enlarged sectional view showing the periphery of the same set of microlens 64a, opening 66a and opening 66b as in FIG. 15, and corresponds to the numerical aperture of the first imaging optical system 52. 0-order light of the spread component from the corresponding micromirrors DMD34 (indicated by hatching), is a depiction with the trajectory of the beam center C 0. As shown in the figure, when the half cone angle of the maximum cone angle of the 0th-order light spreading component corresponding to the numerical aperture of the first imaging optical system 52 is θ 2 , the 0th-order light spreading distance at the position of the first aperture array 66. s 2 is
Figure 2005275325

と表すことができる。なお、第1結像光学系52の開口数NAと上記の角度θとは、
NA=nsinθ (3)
の関係を満たす。
It can be expressed as. The numerical aperture NA of the first imaging optical system 52 and the angle θ 2 are
NA = n 1 sin θ 2 (3)
Satisfy the relationship.

図16の(B)および(C)は、図16の(A)と同様の断面図に、第1結像光学系52の開口数に対応する、DMD34の対応マイクロミラーからの±1次回折光の拡がり成分(斜線で示す)を、それぞれその光線中心C+1およびC−1の軌跡と共に図示したものである。図16の(B)および(C)にsで示した距離は、第1の開口アレイ66の位置における、0次光の光線中心Cの軌跡と、1次回折光の最も外側の拡がり成分の軌跡との距離であり、これは上記の距離sとsとの和にほぼ等しい。したがって、第1の開口アレイ66の各開口66aの半径Rを、(s+s)以上の大きさにすれば、各マイクロレンズ64aには、DMD34の対応マイクロミラーの中心に近い部分で反射された光の成分の、少なくとも0次光および±1次回折光を、第1結像光学系52の開口数に対応する拡がり成分まで含めて入射させることができ、良好な結像性能を得ることができる。そこで、本発明の露光装置では、
R≧d(tanθ+tanθ)+d(tanθ’+tanθ’) (4)
ただし、θ’=arcsin(n/n×sinθ
θ’=arcsin(n/n×sinθ
という条件式を満たすように、R、dおよびdが調整されている。
FIGS. 16B and 16C are cross-sectional views similar to FIG. 16A, and ± first-order diffracted light from corresponding micromirrors of DMD 34 corresponding to the numerical aperture of first imaging optical system 52. Are shown together with the trajectories of their ray centers C + 1 and C- 1 , respectively. The distances indicated by s 3 in FIGS. 16B and 16C are the locus of the 0th-order light beam center C 0 and the outermost spreading component of the 1st-order diffracted light at the position of the first aperture array 66. , Which is approximately equal to the sum of the distances s 1 and s 2 described above. Therefore, if the radius R of each opening 66a of the first opening array 66 is made larger than (s 1 + s 2 ), each microlens 64a is reflected at a portion close to the center of the corresponding micromirror of the DMD 34. The incident light component can include at least 0th-order light and ± 1st-order diffracted light including a spreading component corresponding to the numerical aperture of the first imaging optical system 52, and can obtain good imaging performance. Can do. Therefore, in the exposure apparatus of the present invention,
R ≧ d 1 (tan θ 1 + tan θ 2 ) + d 2 (tan θ 1 ′ + tan θ 2 ′) (4)
However, θ 1 ′ = arcsin (n 1 / n 2 × sin θ 1 )
θ 2 ′ = arcsin (n 1 / n 2 × sin θ 2 )
R, d 1 and d 2 are adjusted so as to satisfy the conditional expression

一例として、本実施形態において、主としてDMD34のピッチで決定される上記の角度θが0.57°、第1結像光学系52の開口数がNA=0.005であるとすると、各マイクロレンズ64aを屈折率n=1.47の石英ガラスで構成し、R=16μm、d=360μm、d=1000μmとなるように調整することにより、上記の式(4)の条件が満足される。なお、前述のとおり、本実施形態では第1の開口アレイ66とマイクロレンズアレイ64の間の媒質は空気であるので、n=1.0である。 As an example, in the present embodiment, if the angle θ 1 determined mainly by the pitch of the DMD 34 is 0.57 ° and the numerical aperture of the first imaging optical system 52 is NA = 0.005, each micro The lens 64a is made of quartz glass having a refractive index n 2 = 1.47 and is adjusted so that R = 16 μm, d 1 = 360 μm, d 2 = 1000 μm, thereby satisfying the condition of the above formula (4). Is done. As described above, in this embodiment, since the medium between the first aperture array 66 and the microlens array 64 is air, n 1 = 1.0.

ここで、第1の開口アレイ66を設けた目的は、迷光の原因となる成分がマイクロレンズアレイに入射しないように遮断することであるので、各開口66aの半径Rを大きくし過ぎるとこの目的が達せられず好ましくない。そこで、半径Rの大きさは適当な上限以下の大きさに固定して、距離dおよびdの調整を行うことにより、上記の式(4)の条件を満たすようにするのが好ましい。また、各マイクロレンズ64aが薄い方が水平方向への光路のずれを調節しやすいので、マイクロレンズ64aの厚さ(本実施形態ではほぼd)がなるべく薄くなるように調整することが好ましい。 Here, the purpose of providing the first aperture array 66 is to block components that cause stray light from entering the microlens array. Therefore, if the radius R of each aperture 66a is too large, this purpose is achieved. Is not preferable. Therefore, it is preferable that the radius R is fixed to a value equal to or less than an appropriate upper limit, and the distances d 1 and d 2 are adjusted so as to satisfy the condition of the above expression (4). In addition, since the thinner each micro lens 64a is, the easier it is to adjust the deviation of the optical path in the horizontal direction, it is preferable to adjust the thickness of the micro lens 64a (approximately d 2 in this embodiment) to be as thin as possible.

上記の開口66aの半径Rの上限についてであるが、DMD34の対応マイクロミラーの中心に近い部分で反射された光を必要十分に透過させながら、隣接マイクロミラーからきた光に由来する迷光の原因となる成分を効果的に遮断するために、DMD34の各マイクロミラー74の短辺の長さと第1結像光学系52の倍率との積の1/2を上限とすることが好ましい。本実施形態では、上記のとおり、各マイクロミラーは13.0μm×13.0μmの正方形状であり、第1結像光学系52の倍率は3倍であるので、各開口66aの半径Rを19.5μm以下とする。上記に一例として挙げたようにR=16μm、d=360μm、d=1000μmとなるように調整した場合には、この条件は満たされる。 Regarding the upper limit of the radius R of the opening 66a described above, the cause of stray light derived from the light coming from the adjacent micromirror while transmitting the light reflected at the portion near the center of the corresponding micromirror of the DMD 34 sufficiently and sufficiently. In order to effectively block this component, it is preferable to set the upper limit to ½ of the product of the length of the short side of each micromirror 74 of the DMD 34 and the magnification of the first imaging optical system 52. In the present embodiment, as described above, each micromirror has a square shape of 13.0 μm × 13.0 μm, and the magnification of the first imaging optical system 52 is 3. Therefore, the radius R of each opening 66a is 19 .5 μm or less. As described above as an example, this condition is satisfied when adjustments are made so that R = 16 μm, d 1 = 360 μm, and d 2 = 1000 μm.

また、本実施形態のようにDMDを空間光変調素子として用いる場合においては、迷光の原因となる成分は、主としてDMDを構成する各マイクロミラーの周縁部の形状的歪みに起因して発生していることが分かった。図17は、本実施形態のDMD34を構成するマイクロミラー74の反射面の平面度を、実際に測定した結果を示す図である。この図においては、反射面の同じ高さ位置を等高線で結んで示してあり、等高線のピッチは5nmである。なお同図に示すx方向およびy方向は、マイクロミラー74の2つの対角線方向であり、マイクロミラー74はy方向に延びる回転軸を中心として前述のように回転する。また図18の(A)および(B)にはそれぞれ、上記x方向、y方向に沿ったマイクロミラー74の反射面の高さ位置変位を示す。上記図17および図18に示される通り、マイクロミラー74の反射面には歪みが存在し、その歪みの変化量はマイクロミラー74の中心から周縁部に行くにつれて次第に大きくなる傾向を有している。そしてマイクロミラー74の回転軸方向(y方向)の歪みは、他方の対角線方向(x方向)の歪みと比べて大きくなっている。   In addition, when the DMD is used as a spatial light modulation element as in the present embodiment, the component that causes stray light is mainly generated due to the geometric distortion of the peripheral portion of each micromirror constituting the DMD. I found out. FIG. 17 is a diagram illustrating a result of actually measuring the flatness of the reflection surface of the micromirror 74 constituting the DMD 34 of the present embodiment. In this figure, the same height positions of the reflecting surfaces are shown connected by contour lines, and the pitch of the contour lines is 5 nm. Note that the x direction and the y direction shown in the figure are two diagonal directions of the micromirror 74, and the micromirror 74 rotates as described above about the rotation axis extending in the y direction. 18A and 18B show the height position displacement of the reflecting surface of the micromirror 74 along the x direction and the y direction, respectively. As shown in FIGS. 17 and 18, there is distortion on the reflection surface of the micromirror 74, and the amount of change in the distortion tends to gradually increase from the center of the micromirror 74 toward the peripheral edge. . The distortion in the rotation axis direction (y direction) of the micromirror 74 is larger than the distortion in the other diagonal direction (x direction).

そこで、DMD34を使用した本実施形態においては、第1の開口アレイ66の各開口66aの半径Rは、各マイクロミラー74の形状的歪みの変化量が大きい周縁部からの反射光(少なくとも0次光)を遮断できる程度に小さいものとしてある。   Therefore, in the present embodiment using the DMD 34, the radius R of each opening 66a of the first opening array 66 is the reflected light (at least the 0th order) from the peripheral portion where the change amount of the geometric distortion of each micromirror 74 is large. It is small enough to block light).

以上のように構成された第1の開口アレイ66を設けたことにより、本実施形態の露光装置10では、隣接マイクロミラーからの光および各マイクロミラー74の周縁部の形状的歪みに由来する迷光の原因となる成分を必要十分な範囲で遮断しながら、良好な結像性能を維持することができる。しかも、この第1の開口アレイ66は、マイクロレンズアレイ64から空間的に離間されて配されているので、光により第1の開口アレイ66の構成部材が熱を帯びても、その熱がマイクロレンズアレイ64にほとんど伝わらず、マイクロレンズアレイ64の光学性能に悪影響を及ぼすおそれがない。   By providing the first aperture array 66 configured as described above, in the exposure apparatus 10 of the present embodiment, the stray light derived from the light from the adjacent micromirrors and the geometric distortion of the peripheral portion of each micromirror 74 is obtained. It is possible to maintain good imaging performance while blocking the component causing the above in a necessary and sufficient range. In addition, since the first aperture array 66 is spatially spaced from the microlens array 64, even if the constituent members of the first aperture array 66 are heated by light, the heat is microscopic. There is no possibility that the optical performance of the microlens array 64 will be adversely affected by being hardly transmitted to the lens array 64.

なお、第2の開口アレイ68の各開口68aの大きさは、全マイクロミラー74がオン状態の時と、全マイクロミラー74がオフ状態の時との光量比を十分に確保でき、かつ迷光の遮断性能において問題がない大きさに調整されている。   It should be noted that the size of each opening 68a of the second opening array 68 is sufficient to ensure a sufficient light amount ratio between when all the micromirrors 74 are in the on state and when all the micromirrors 74 are in the off state, and for stray light. The size is adjusted so that there is no problem in the shut-off performance.

次に図19を参照して、本実施形態の画像露光装置10の電気的な構成について説明する。ここに示されるように全体制御部108には変調回路110が接続され、その変調回路110にはDMD34を制御するコントローラ112が接続されている。また全体制御部108には、レーザモジュール78を駆動するLD駆動回路114が接続されている。さらにこの全体制御部108には、上記のステージ14を駆動するステージ駆動装置116が接続されている。   Next, with reference to FIG. 19, the electrical configuration of the image exposure apparatus 10 of the present embodiment will be described. As shown here, a modulation circuit 110 is connected to the overall control unit 108, and a controller 112 that controls the DMD 34 is connected to the modulation circuit 110. The overall control unit 108 is connected to an LD drive circuit 114 that drives the laser module 78. Further, a stage driving device 116 for driving the stage 14 is connected to the overall control unit 108.

[画像露光装置の動作]
次に、上記画像露光装置10の全体的な動作について説明する。スキャナ24の各露光ヘッド28において、ファイバアレイ光源36の合波レーザ光源を構成するGaN系半導体レーザLD1からLD7(図11参照)の各々から発散光状態で出射したレーザ光B1,B2,B3,B4,B5,B6,およびB7の各々は、対応するコリメータレンズL1からL7によって平行光化される。平行光化されたレーザ光B1からB7は、集光レンズ90によって集光され、マルチモード光ファイバ80のコア80aの入射端面上で収束する。
[Operation of image exposure apparatus]
Next, the overall operation of the image exposure apparatus 10 will be described. In each exposure head 28 of the scanner 24, laser beams B1, B2, B3 emitted in a divergent light state from GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD7 (see FIG. 11) constituting the combined laser light source of the fiber array light source 36. Each of B4, B5, B6, and B7 is collimated by the corresponding collimator lenses L1 to L7. The collimated laser beams B <b> 1 to B <b> 7 are collected by the condenser lens 90 and converge on the incident end face of the core 80 a of the multimode optical fiber 80.

本実施形態では、コリメータレンズL1からL7および集光レンズ90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80とによって合波光学系が構成されている。すなわち、集光レンズ90によって上述のように集光されたレーザ光B1からB7が、このマルチモード光ファイバ80のコア80aに入射して光ファイバ内を伝搬し、1本のレーザ光Bに合波されてマルチモード光ファイバ80の出射端部に結合された光ファイバ82から出射する。   In the present embodiment, a condensing optical system is configured by the collimator lenses L1 to L7 and the condensing lens 90, and a combining optical system is configured by the condensing optical system and the multimode optical fiber 80. That is, the laser beams B1 to B7 collected as described above by the condenser lens 90 enter the core 80a of the multimode optical fiber 80, propagate through the optical fiber, and combine with one laser beam B. The light is emitted from the optical fiber 82 coupled to the output end of the multimode optical fiber 80.

各レーザモジュールにおいて、レーザ光B1からB7のマルチモード光ファイバ80への結合効率が0.9で、GaN系半導体レーザLD1からLD7の各出力が50mWの場合には、アレイ状に配列された光ファイバ82の各々について、出力315mW(=50mW×0.9×7)の合波レーザ光Bを得ることができる。したがって、14本のマルチモード光ファイバ82全体では、4.4W(=0.315W×14)の出力のレーザ光Bが得られる。   In each laser module, when the coupling efficiency of the laser beams B1 to B7 to the multimode optical fiber 80 is 0.9 and each output of the GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD7 is 50 mW, the light arranged in an array For each of the fibers 82, a combined laser beam B having an output of 315 mW (= 50 mW × 0.9 × 7) can be obtained. Therefore, the entire 14 multi-mode optical fibers 82 can obtain a laser beam B with an output of 4.4 W (= 0.315 W × 14).

画像露光に際しては、図19に示す変調回路110から露光パターンに応じた画像データがDMD34のコントローラ112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。この2値データに従って、DMD34の各マイクロミラー74が、±α度のいずれかに傾けられる。   At the time of image exposure, image data corresponding to the exposure pattern is input from the modulation circuit 110 shown in FIG. 19 to the controller 112 of the DMD 34 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). In accordance with this binary data, each micromirror 74 of DMD 34 is tilted to any one of ± α degrees.

感光材料12を表面に吸着したステージ14は、図19に示すステージ駆動装置116により、ガイド18に沿ってゲート22の上流側から下流側に一定速度で移動される。ステージ14がゲート22下を通過する際に、ゲート22に取り付けられたセンサ26により感光材料12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28ごと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28ごとにDMD34のマイクロミラーの各々がオンオフ制御される。   The stage 14 that has adsorbed the photosensitive material 12 to the surface is moved at a constant speed from the upstream side to the downstream side of the gate 22 along the guide 18 by a stage driving device 116 shown in FIG. When the leading edge of the photosensitive material 12 is detected by the sensor 26 attached to the gate 22 as the stage 14 passes under the gate 22, 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 28 based on the image data read by the data processing unit. Then, each of the micromirrors of the DMD 34 is controlled on and off for each exposure head 28 based on the generated control signal by the mirror drive control unit.

ファイバアレイ光源36からDMD34にレーザ光Bが照射されると、DMD34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、第1結像光学系52、第1の開口アレイ66、マイクロレンズアレイ64、第2の開口アレイ68、第2結像光学系58およびプリズムペア70を経て、感光材料12上に結像される。このようにして、ファイバアレイ光源36から出射されたレーザ光が画素ごとにオンオフされて、感光材料12がDMD34の使用マイクロミラー数と略同数の画素単位(露光エリア30)で露光される。また、感光材料12がステージ14と共に一定速度で移動されることにより、感光材料12がスキャナ24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28ごとに帯状の露光済み領域32が形成される。   When the laser light B is irradiated from the fiber array light source 36 to the DMD 34, the laser light reflected when the micromirror of the DMD 34 is in the on state is reflected in the first imaging optical system 52, the first aperture array 66, and the microlens. An image is formed on the photosensitive material 12 through the array 64, the second aperture array 68, the second imaging optical system 58 and the prism pair 70. In this manner, the laser light emitted from the fiber array light source 36 is turned on and off for each pixel, and the photosensitive material 12 is exposed in a pixel unit (exposure area 30) that is approximately the same number as the number of micromirrors used in the DMD 34. Further, when the photosensitive material 12 is moved at a constant speed together with the stage 14, the photosensitive material 12 is sub-scanned in the direction opposite to the stage moving direction by the scanner 24, and a strip-shaped exposed region 32 is formed for each exposure head 28. It is formed.

なお本例では、図20(A)および(B)に示すように、DMD34には、主走査方向にマイクロミラーが1024個配列されたマイクロミラー列が副走査方向に768組配列されているが、本例では、コントローラ112により一部のマイクロミラー列(たとえば、1024個×256列)だけが駆動するように制御がなされる。   In this example, as shown in FIGS. 20A and 20B, the DMD 34 has 768 sets of micromirror arrays in which 1024 micromirrors are arranged in the main scanning direction. In this example, the controller 112 performs control so that only a part of the micromirror rows (for example, 1024 × 256 rows) is driven.

この場合、図20(A)に示すようにDMD34の中央部に配置されたマイクロミラー列を使用してもよく、図20(B)に示すように、DMD34の端部に配置されたマイクロミラー列を使用してもよい。また、一部のマイクロミラーに欠陥が発生した場合は、欠陥が発生していないマイクロミラー列を使用するなど、状況に応じて使用するマイクロミラー列を適宜変更してもよい。   In this case, a micromirror array arranged at the center of the DMD 34 as shown in FIG. 20 (A) may be used, and a micromirror arranged at the end of the DMD 34 as shown in FIG. 20 (B). A column may be used. In addition, when a defect occurs in some of the micromirrors, the micromirror array to be used may be appropriately changed depending on the situation, such as using a micromirror array in which no defect has occurred.

DMD34のデータ処理速度には限界があり、使用するマイクロミラー数に比例して1ライン当りの変調速度が決定されるので、一部のマイクロミラー列だけを使用することで1ライン当りの変調速度が速くなる。一方、連続的に露光ヘッドを露光面に対して相対移動させる露光方式の場合には、副走査方向のマイクロミラーを全部使用する必要はない。   Since the data processing speed of the DMD 34 is limited and the modulation speed per line is determined in proportion to the number of micromirrors used, the modulation speed per line can be obtained by using only a part of the micromirror rows. Will be faster. On the other hand, in the case of an exposure method in which the exposure head is continuously moved relative to the exposure surface, it is not necessary to use all the micromirrors in the sub-scanning direction.

スキャナ24による感光材料12の副走査が終了し、センサ26で感光材料12の後端が検出されると、ステージ14は、ステージ駆動装置116により、ガイド20に沿ってゲート22の最上流側にある原点に復帰し、再度、ガイド20に沿ってゲート22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 12 by the scanner 24 is completed and the rear end of the photosensitive material 12 is detected by the sensor 26, the stage 14 is moved to the most upstream side of the gate 22 along the guide 20 by the stage driving device 116. It returns to a certain origin, and again moves along the guide 20 from the upstream side of the gate 22 to the downstream side at a constant speed.

以上、本発明の実施形態について詳細に述べたが、この実施形態は例示的なものに過ぎず、本発明の技術的範囲は、本明細書中の特許請求の範囲のみによって定められるべきものであることは言うまでもない。   Although the embodiment of the present invention has been described in detail above, this embodiment is merely an example, and the technical scope of the present invention should be defined only by the claims in this specification. Needless to say.

本発明の一実施形態である画像露光装置の外観を示す斜視図The perspective view which shows the external appearance of the image exposure apparatus which is one Embodiment of this invention 図1の画像露光装置のスキャナの構成を示す斜視図1 is a perspective view showing a configuration of a scanner of the image exposure apparatus in FIG. (A)は感光材料に形成される露光済み領域を示す平面図、(B)は各露光ヘッドによる露光エリアの配列を示す平面図(A) is a plan view showing an exposed area formed on the photosensitive material, and (B) is a plan 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の画像露光装置の露光ヘッドの断面図Sectional drawing of the exposure head of the image exposure apparatus of FIG. 図1の画像露光装置のDMDの構成を示す部分拡大図The elements on larger scale which show the structure of DMD of the image exposure apparatus of FIG. DMDの動作を説明するための説明図Explanatory diagram for explaining the operation of DMD DMDを斜め向きにしない場合と斜め向きにした場合とで、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 plan view showing the arrangement of exposure beams and scanning lines in a case where the DMD is not inclined and in a case where the DMD is not inclined. ファイバアレイ光源の構成を示す斜視図The perspective view which shows the structure of a fiber array light source ファイバアレイ光源のレーザ出射部における発光点の配列を示す正面図Front view showing arrangement of light emitting points in laser emitting section of fiber array light source マルチモード光ファイバの構成を示す部分拡大断面図Partial enlarged sectional view showing the configuration of the multimode optical fiber 合波レーザ光源の構成を示す平面図Plan view showing the configuration of the combined laser light source レーザモジュールの構成を示す平面図Plan view showing the configuration of the laser module 図12に示すレーザモジュールの構成を示す側面図Side view showing the configuration of the laser module shown in FIG. 図12に示すレーザモジュールの構成を示す部分正面図The partial front view which shows the structure of the laser module shown in FIG. マイクロレンズアレイと開口アレイの構成、およびそれらに入射する光線の軌跡を図示した部分拡大断面図Partial enlarged cross-sectional view illustrating the configuration of the microlens array and aperture array, and the locus of light rays incident on them マイクロレンズアレイと開口アレイの構成、およびそれらに入射する光線の拡がりを図示した部分拡大断面図Partially enlarged sectional view illustrating the configuration of the microlens array and the aperture array, and the spread of light incident on them DMDを構成するマイクロミラーの反射面の歪みを等高線で示す図The figure which shows the distortion of the reflective surface of the micromirror which comprises DMD with a contour line 上記マイクロミラーの反射面の歪みを、そのミラーの2つの対角線方向について示すグラフThe graph which shows distortion of the reflective surface of the above-mentioned micromirror about two diagonal directions of the mirror 図1の画像露光装置の電気的構成を示すブロック図1 is a block diagram showing an electrical configuration of the image exposure apparatus in FIG. DMDの使用領域の例を示す平面図Plan view showing examples of DMD usage areas

符号の説明Explanation of symbols

10 露光装置
12 感光材料
14 移動ステージ
18 設置台
20 ガイド
22 ゲート
24 スキャナ
26 センサ
28 露光ヘッド
34 DMD
36 ファイバアレイ光源
48 TIRプリズム
50 主光学系
52 第1結像光学系
58 第2結像光学系
64 マイクロレンズアレイ
66 第1の開口アレイ
68 第2の開口アレイ
70 プリズムペア
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Exposure apparatus 12 Photosensitive material 14 Moving stage 18 Installation stand 20 Guide 22 Gate 24 Scanner 26 Sensor 28 Exposure head 34 DMD
36 Fiber array light source 48 TIR prism 50 Main optical system 52 First imaging optical system 58 Second imaging optical system 64 Micro lens array 66 First aperture array 68 Second aperture array 70 Prism pair

Claims (5)

露光ヘッドを備え、該露光ヘッドにより所望のパターンを感光材料上に露光する画像露光装置であって、
前記露光ヘッドが、
光源と、
前記光源からの光を各々独立に変調する多数の画素部が配列された空間光変調素子と、
前記多数の画素部により変調された多数の光線の各々を集光し、同一の焦点面上に結像させる結像光学系と、
前記結像光学系を通過した前記多数の光線の各々に対応する多数の開口が配列された開口アレイと、
前記焦点面上に配され、前記開口アレイを通過した前記多数の光線の各々に対応する多数のマイクロレンズが配列されたマイクロレンズアレイとを、光路上においてこの順番に備えてなり、
前記開口アレイと前記マイクロレンズアレイとが空間的に離間されて配されており、
前記多数の開口の各々の半径R、前記開口アレイと前記マイクロレンズアレイの前面との距離d、該前面と前記焦点面との距離d、前記結像光学系から射出する前記多数の光線の各々の、前記空間光変調素子からの0次光の光線中心と1次回折光の光線中心とがなす角度θ、前記0次光の最大錐角の半角θ、前記開口アレイと前記マイクロレンズアレイの間の媒質の屈折率nおよび前記マイクロレンズの各々を構成する材料の屈折率nの間に、
R≧d(tanθ+tanθ)+d(tanθ’+tanθ’)
ただし、θ’=arcsin(n/n×sinθ
θ’=arcsin(n/n×sinθ
の関係が成り立つことを特徴とする画像露光装置。
An image exposure apparatus comprising an exposure head and exposing a desired pattern onto the photosensitive material by the exposure head,
The exposure head comprises:
A light source;
A spatial light modulation element in which a large number of pixel units that independently modulate light from the light source are arranged;
An imaging optical system that focuses each of a plurality of light beams modulated by the plurality of pixel units and forms an image on the same focal plane;
An aperture array in which multiple apertures corresponding to each of the multiple light beams that have passed through the imaging optical system are arranged;
A microlens array arranged on the focal plane and arranged with a plurality of microlenses corresponding to each of the plurality of light beams that have passed through the aperture array, in this order on the optical path,
The aperture array and the microlens array are arranged spatially separated from each other,
The radius R of each of the multiple apertures, the distance d 1 between the aperture array and the front surface of the microlens array, the distance d 2 between the front surface and the focal plane, and the multiple light beams emitted from the imaging optical system , The angle θ 1 formed by the center of the zeroth-order light from the spatial light modulator and the center of the first-order diffracted light, the half angle θ 2 of the maximum cone angle of the zeroth-order light, the aperture array, and the micro Between the refractive index n 1 of the medium between the lens arrays and the refractive index n 2 of the material constituting each of the microlenses,
R ≧ d 1 (tan θ 1 + tan θ 2 ) + d 2 (tan θ 1 ′ + tan θ 2 ′)
However, θ 1 ′ = arcsin (n 1 / n 2 × sin θ 1 )
θ 2 ′ = arcsin (n 1 / n 2 × sin θ 2 )
An image exposure apparatus characterized in that
前記開口の前記半径Rが、前記画素部の短辺の長さと前記結像光学系の倍率との積の1/2以下であることを特徴とする請求項1記載の画像露光装置。   The image exposure apparatus according to claim 1, wherein the radius R of the opening is equal to or less than ½ of a product of a length of a short side of the pixel portion and a magnification of the imaging optical system. 前記空間光変調素子が、前記多数の画素部として、前記光源からの光を反射する多数のマイクロミラーを備えたデジタル・マイクロミラー・デバイスであることを特徴とする請求項1または2記載の画像露光装置。   3. The image according to claim 1, wherein the spatial light modulation element is a digital micromirror device including a large number of micromirrors that reflect light from the light source as the large number of pixel portions. Exposure device. 前記多数のマイクロレンズの各々が、前面が平面、後面が凸面の平凸レンズであって、
前記焦点面が、前記マイクロレンズアレイの後側のレンズ付け面と一致することを特徴とする請求項1から3いずれか1項記載の画像露光装置。
Each of the plurality of microlenses is a planoconvex lens having a flat front surface and a convex rear surface,
4. The image exposure apparatus according to claim 1, wherein the focal plane coincides with a lens-attaching surface on the rear side of the microlens array. 5.
前記露光ヘッドを複数備えていることを特徴とする請求項1から4いずれか1項記載の画像露光装置。   The image exposure apparatus according to claim 1, comprising a plurality of the exposure heads.
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