JP2006085071A - Multi-beam exposure device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、露光ヘッドに設置された複数の画素を画像データ(パターンデータ)に基づいて空間光変調素子である2次元光変調器から出射された各光ビームを光学素子により1画素毎に集光させて記録媒体に照射することにより所定のパターンで露光するマルチビーム露光装置に関する。 The present invention collects each light beam emitted from a two-dimensional light modulator, which is a spatial light modulation element, on a pixel-by-pixel basis by an optical element based on image data (pattern data). The present invention relates to a multi-beam exposure apparatus that exposes with a predetermined pattern by irradiating a recording medium with light.
近年、デジタル・マイクロミラー・デバイス(DMD)といった空間光変調素子(2次元光変調器)をパターンジェネレータとして利用して、画像データに応じて変調された光ビームにより、平板印刷版等の記録媒体上に画像露光を行うマルチビーム露光装置の開発が進められている。この空間光変調素子(2次元光変調器)は、入射した光を変調する画素を2次元的に配列した構成を有するため、空間的にインコヒーレントな光源、いわゆるランプなどでも使用できるというメリットを有している。また、空間光変調素子(2次元光変調器)は、使用の方法により1次元に並んだ1次元光変調器よりも単位画素あたりに照射する光パワーも低減でき、空間光変調素子(2次元光変調器)の寿命を延命させることができるので、マルチビーム露光装置へ広く利用されることが期待されている。 In recent years, a recording medium such as a lithographic printing plate using a spatial light modulation element (two-dimensional light modulator) such as a digital micromirror device (DMD) as a pattern generator and a light beam modulated according to image data Development of a multi-beam exposure apparatus that performs image exposure on the top is in progress. Since this spatial light modulation element (two-dimensional light modulator) has a configuration in which pixels that modulate incident light are two-dimensionally arranged, it has the merit that it can also be used in a spatially incoherent light source, a so-called lamp. Have. Further, the spatial light modulation element (two-dimensional light modulator) can reduce the light power irradiated per unit pixel as compared with the one-dimensional light modulator arranged in one dimension depending on the method of use. Therefore, it is expected to be widely used for multi-beam exposure apparatuses.
このDMDは、例えば制御信号に応じて反射面の角度が変化する多数のマイクロミラーをシリコン等の半導体基板上に2次元的に配列したミラーデバイスであり、各メモリセルに蓄えた電荷による静電気力でマイクロミラーの反射面の角度を変化させるよう構成されている。 This DMD is a mirror device in which a large number of micromirrors whose reflecting surfaces change in response to a control signal, for example, are two-dimensionally arranged on a semiconductor substrate such as silicon, and the electrostatic force generated by charges stored in each memory cell. Thus, the angle of the reflection surface of the micromirror is changed.
このようなDMDを用いたマルチビーム露光装置では、例えば、レーザ光源から出射されたレーザビームをレンズ系でコリメートし、このレンズ系の略焦点位置に配置されたDMDの複数のマイクロミラーでレーザビームを反射することにより2次元的に変調して出射された各ビームを、レンズ系により1画素毎に集光させて感光材料である記録媒体(平板印刷版)の露光面上にスポット径を小さくして結像し画像露光を行う。 In such a multi-beam exposure apparatus using a DMD, for example, a laser beam emitted from a laser light source is collimated by a lens system, and the laser beam is emitted from a plurality of DMD micromirrors arranged at a substantially focal position of the lens system. Each beam emitted after being modulated two-dimensionally by reflecting the light is condensed for each pixel by a lens system to reduce the spot diameter on the exposure surface of a recording medium (lithographic printing plate) which is a photosensitive material. Then, an image is formed and image exposure is performed.
すなわち、このマルチビーム露光装置では、画像データ等に応じて生成した制御信号に基づいてDMDのマイクロミラーの各々を図示しない制御装置でオンオフ(on/off)制御してレーザビームを変調(偏向)し、変調されたレーザビームを露光面(記録面)上に照射して露光する。 That is, in this multi-beam exposure apparatus, each of the DMD micromirrors is controlled on / off by a control device (not shown) based on a control signal generated according to image data or the like to modulate (deflect) the laser beam. Then, exposure is performed by irradiating the exposure surface (recording surface) with the modulated laser beam.
このマルチビーム露光装置は、記録面に平板印刷版等を配置し、露光装置に設けた複数の露光ヘッドからそれぞれ平板印刷版等の上にレーザビームが照射されて結像されたビームスポットの位置を平板印刷版等に対して相対的に移動させながら、各々のDMDを画像データに応じて変調することにより、平板印刷版等の上にパターン露光する処理を実行可能に構成されている。なお、画像が露光記録された平板印刷版等の記録媒体は、必要に応じて自動現像機にかけられて、平板印刷版等の記録媒体上に形成された潜像が顕像に変換される。 In this multi-beam exposure apparatus, a lithographic printing plate or the like is arranged on the recording surface, and a laser beam is irradiated onto each of the lithographic printing plate or the like from a plurality of exposure heads provided in the exposure apparatus, and the position of the beam spot imaged. The pattern exposure is performed on the flat printing plate or the like by modulating each DMD according to the image data while moving the plate relative to the flat printing plate or the like. Note that a recording medium such as a lithographic printing plate on which an image is exposed and recorded is subjected to an automatic developing machine as necessary, and a latent image formed on the recording medium such as a lithographic printing plate is converted into a visible image.
従来、このようなマルチビーム露光装置に用いられるDMDは、走査方向にm行、走査方向と直交する方向にn列配列するよう構成されている。さらに、このDMDは、その画素の行を、露光ヘッドの走査方向に対して所定角度傾けるように配置され、走査方向に時間をずらしてN回多重露光することで、走査線の間にm/N−1のドットを形成することができる。このように、走査方向の多重露光回数を調整することで、ドットピッチを変え、走査方向と直交する方向の分解能(Addressability)を上げることが提案されている(例えば、特許文献1参照。)。 Conventionally, a DMD used in such a multi-beam exposure apparatus is configured to arrange m rows in the scanning direction and n columns in a direction orthogonal to the scanning direction. Further, this DMD is arranged so that the row of pixels is inclined at a predetermined angle with respect to the scanning direction of the exposure head, and by performing multiple exposures N times at different times in the scanning direction, m / N-1 dots can be formed. As described above, it has been proposed to change the dot pitch and increase the resolution in the direction orthogonal to the scanning direction by adjusting the number of multiple exposures in the scanning direction (see, for example, Patent Document 1).
しかし、このようなマルチビーム露光装置でDMDの画素の行を露光ヘッドの走査方向に対して所定角度傾けるように配置し走査方向に時間をずらしてN回多重露光する方式で記録する場合には、主走査ラインに対して斜めに傾いた画素で時間をずらして複数回露光し平板印刷版上に1ドットを形成することになる。このとき平板印刷版上に1ドットを記録するため多重露光される各ビームスポットの位置は、副走査方向にずれる。このため、記録されるドットにおける露光量分布が副走査方向に広がって、記録されたドットが副走査方向にいわゆるボケた形状となってしまう。 However, in such a multi-beam exposure apparatus, when a row of DMD pixels is arranged so as to be inclined at a predetermined angle with respect to the scanning direction of the exposure head, and recording is performed by N times multiple exposure while shifting the time in the scanning direction. Then, exposure is performed a plurality of times by shifting the time with pixels inclined obliquely with respect to the main scanning line to form one dot on the lithographic printing plate. At this time, the position of each beam spot subjected to multiple exposure for recording one dot on the lithographic printing plate is shifted in the sub-scanning direction. For this reason, the exposure amount distribution in the recorded dots spreads in the sub-scanning direction, and the recorded dots have a so-called blurred shape in the sub-scanning direction.
また、従来の平板印刷版に画像露光を行うマルチビーム露光装置では、平板印刷版に露光処理して中間調を表現する場合に、AMスクリーン(網点画像により濃淡画像を形成する手法)を利用して網形状(いわゆる極小の市松模様状)で中間調を表現するのが普通である。すなわち、AMスクリーンでは、最小単位の網点画像が、一例として14(水平方向ドット数)×14(垂直方向ドット数)の合計196ドット等、比較的多数のドットで構成されており、この網点画像を2次元平面状に並べて記録することにより濃淡画像を記録するようにしている。ただ、このAMスクリーンを利用して中間調を表現する場合には、モアレ縞を生じたり、またトーンジャンプが発生することがある。 In addition, in a conventional multi-beam exposure apparatus that exposes an image to a lithographic printing plate, an AM screen (a method for forming a gray image by a halftone image) is used when a halftone is expressed by exposing the lithographic printing plate. In general, halftones are expressed in a net shape (so-called minimal checkered pattern). That is, in the AM screen, the halftone dot image of the minimum unit is composed of a relatively large number of dots, for example, a total of 196 dots of 14 (number of dots in the horizontal direction) × 14 (number of dots in the vertical direction). A grayscale image is recorded by recording point images in a two-dimensional plane. However, when halftones are expressed using this AM screen, moire fringes or tone jumps may occur.
また、網点画像により濃淡画像を形成する手法として、FMスクリーン(FM Screen)と呼ばれる手法がある。このFMスクリーンは、規則性を持たない不定形ドットの集合密度によって記録画像の濃淡を表現するものであり、例えば、2×2の合計4ドット等、比較的少数のドットで構成された画像を2次元平面状に分散させて階調表現を行う。このFMスクリーンでは、原理的にモアレ縞の発生等を抑制することができるという利点がある。 Further, as a technique for forming a grayscale image using a halftone dot image, there is a technique called FM screen (FM Screen). This FM screen expresses the density of a recorded image by a set density of irregular dots having no regularity. For example, an image composed of a relatively small number of dots such as 2 × 2 total 4 dots is displayed. Gradation is expressed by being distributed in a two-dimensional plane. This FM screen has the advantage that the generation of moire fringes can be suppressed in principle.
そこで、平板印刷版等の記録媒体に画像露光を行うマルチビーム露光装置では、FMスクリーンを使って、小さな網形状で中間調を形成することが望まれている。 Therefore, in a multi-beam exposure apparatus that performs image exposure on a recording medium such as a lithographic printing plate, it is desired to form a halftone with a small net shape using an FM screen.
しかし、マルチビーム露光装置において、DMDの画素の行を露光ヘッドの走査方向に対して所定角度傾けるように配置し走査方向に時間をずらしてN回多重露光する方式で記録する場合には、平板印刷版等の記録媒体上に1ドットを記録するため多重露光した際、この1ドットとなる同一露光点に対し多重露光される複数のビームスポットの位置が相互に副走査方向にずれ、記録されるドットにおける露光量分布が副走査方向に広がって、記録された1ドットが副走査方向にいわゆるボケた形状となってしまう場合がある。 However, in a multi-beam exposure apparatus, when recording is performed by a system in which DMD pixel rows are arranged so as to be inclined at a predetermined angle with respect to the scanning direction of the exposure head and the time is shifted in the scanning direction and multiple exposure is performed N times. When multiple exposure is performed to record one dot on a recording medium such as a printing plate, the positions of a plurality of beam spots subjected to multiple exposure with respect to the same exposure point to be one dot are shifted in the sub-scanning direction and recorded. There is a case where the exposure amount distribution of the dots spread in the sub-scanning direction and one recorded dot becomes a so-called blurred shape in the sub-scanning direction.
このように記録される1ドットが副走査方向にボケた形状となり、いわゆるエッジをシャープに保つことができない状態で露光してFMスクリーンを記録したときの画像は、光パワー変動や刷り枚数といった記録条件や、自動現像機の現像の度合いといった現像条件等によって記録画素の周長が少しでも変わると網点画像の割合(網点面積率特性)が急激に変わり易いから濃度変動を起こし易い。このため、従来のDMDの画素の行を露光ヘッドの走査方向に対して所定角度傾けるように配置し走査方向に時間をずらしてN回多重露光する方式のマルチビーム露光装置では、FMスクリーンを利用することが困難であるという問題がある。
本発明は、上述した問題に鑑み、2次元光変調器であるDMD等を用いて露光処理する際に、走査方向と直交する方向に対して一度に露光可能なドットの数(ビームスポットの数)を増加でき、しかもFMスクリーンを用い安定した中間調の表現を記録できるマルチビーム露光装置を新たに提供することを目的とする。 In the present invention, in view of the above-described problems, the number of dots (number of beam spots) that can be exposed at a time in the direction orthogonal to the scanning direction when performing exposure processing using a DMD or the like that is a two-dimensional optical modulator. And a multi-beam exposure apparatus capable of recording a stable halftone expression using an FM screen.
本発明の請求項1に記載のマルチビーム露光装置は、記録媒体の露光面上を、複数の露光ビームスポットで走査して露光するマルチビーム露光装置において、記録媒体の露光面上に投影される2次元的に配列された複数の露光ビームスポットを、走査方向と平行に並ばせるように配設された2次元光変調器と、2次元光変調器から出射された複数の露光ビームを露光面上に結像させる投影光学系上に配置されると共に、複数の露光ビームを走査方向に対して複数のブロック毎に分けると共に、ブロック相互間の相対的な位置を走査方向と直交する方向にシフトさせて露光面上に投影させることにより、少なくとも一方のブロックによって露光面上に投影される走査方向と直交する方向に隣接する露光ビームスポットで露光される間位置を、他方のブロックによって露光面上に投影される露光ビームスポットで露光させる一部画素シフト部材と、一部画素シフト部材から露光面に至る投影光学系上に配置されると共に、露光ビームを常光線と異常光線とに略等光量で分離し2つのビームスポットが一部重なるように隣接して走査方向と直交する方向に並ぶビームスポット形状を形成するよう設けられた一軸性結晶の光学素子と、を有することを特徴とする。
The multi-beam exposure apparatus according to
上述のように構成することにより、このマルチビーム露光装置では、2次元光変調器から出射されたマルチビームを一部画素シフト部材によって、走査方向に対して複数のブロックに分け、ブロック相互を走査方向と直交する方向にシフトさせて露光面上に投影させ、露光することにより、一つのブロックで露光する走査方向に並んだ複数行の露光ビームスポット各々により、各行毎に多重露光して2次元的に各ドットを記録できる。よって、各ドットを記録するため多重露光される各ビームスポットの位置を正確に一致させて各ドットにおける露光量分布の広がりを防止し、記録されたドットの形状のエッジをシャープに保ちながらFMスクリーンを記録できる。しかも、走査方向と直交する方向に対して一度に露光可能なドットの数(ビームスポットの数)を増加できる。このため、このマルチビーム露光装置では、例えば、拡大光学系を利用し、2次元光変調器により露光面上にビームスポットを投影したときの露光エリアの面積を拡大し、記録媒体に対する走査処理の速度を向上させて、露光処理の能率を向上できる。またこのマルチビーム露光装置では、例えば、2次元光変調器により露光面上にビームスポットを投影したときの走査方向と直交する方向に隣接するビームスポット間のピッチが縮小された状態で露光処理すれば、いわゆる分解能(位置分解能)を向上させることができる。さらに、一部画素シフト部材から露光面に至る光路上に配置された一軸性結晶の光学素子を複数の光ビームが透過する際に、各々の光ビームが常光線と異常光線とに分離される。この分離された常光線と異常光線とは、その強度が同じで、例えば走査方向と直交する方向(副走査方向)に分離される。この等強度で副走査方向に分離された常光線および異常光線は、記録媒体上の集光点に例えば副走査方向に対して略矩形状の分布となり、かつエッジ部が急峻となったビームスポットに集光される。そして、このマルチビーム露光装置では、ビーム分割されて略矩形状の分布となると共にエッジ部が急峻となったビームスポットが、その略矩形状の分布の長手方向を走査方向に沿う状態で露光処理が行われるので、記録媒体上におけるビームスポットの強度分布が副走査方向に略矩形状となり集光点の両側部のエッジがシャープとなるため、記録媒体の発色閾値の変動やレーザビームの強度変動等の影響を受けることが殆どなく、副走査方向に対する画像むらが好適に抑制される。よって、FMスクリーンを記録したときの画像が、光パワー変動や刷り枚数といった記録条件や、自動現像機の現像の度合いといった現像条件等によって記録画素の周長が少しも変動しないようにして網点画像の割合(網点面積率特性)が急激に変ることを防止し濃度変動を起こし難くして、FMスクリーンを用い安定して中間調を表現するよう記録できる。 By configuring as described above, in this multi-beam exposure apparatus, the multi-beam emitted from the two-dimensional optical modulator is divided into a plurality of blocks in the scanning direction by a partial pixel shift member, and the blocks are scanned with each other. By shifting in a direction orthogonal to the direction and projecting onto the exposure surface, exposure is performed, and multiple exposure is performed for each row by each of a plurality of rows of exposure beam spots arranged in the scanning direction to be exposed in one block, and two-dimensionally. Thus, each dot can be recorded. Therefore, the position of each beam spot subjected to multiple exposure for recording each dot is accurately matched to prevent the spread of the exposure amount distribution in each dot, and the FM screen while keeping the edge of the recorded dot shape sharp. Can be recorded. In addition, the number of dots that can be exposed at one time (the number of beam spots) can be increased in the direction orthogonal to the scanning direction. For this reason, in this multi-beam exposure apparatus, for example, an enlargement optical system is used to enlarge the area of the exposure area when the beam spot is projected onto the exposure surface by the two-dimensional optical modulator, and the scanning process for the recording medium is performed. The efficiency of the exposure process can be improved by improving the speed. In this multi-beam exposure apparatus, for example, the exposure process is performed in a state where the pitch between adjacent beam spots is reduced in the direction orthogonal to the scanning direction when the beam spot is projected onto the exposure surface by the two-dimensional optical modulator. Thus, so-called resolution (positional resolution) can be improved. Further, when a plurality of light beams are transmitted through a uniaxial crystal optical element disposed on the optical path from a part of the pixel shift member to the exposure surface, each light beam is separated into an ordinary ray and an extraordinary ray. . The separated ordinary ray and extraordinary ray have the same intensity, and are separated, for example, in a direction orthogonal to the scanning direction (sub-scanning direction). The ordinary ray and the extraordinary ray separated in the sub-scanning direction with the same intensity are, for example, a beam spot having a substantially rectangular distribution in the condensing point on the recording medium, for example, in the sub-scanning direction and having a sharp edge. It is focused on. In this multi-beam exposure apparatus, the beam spot is divided into a substantially rectangular distribution and the beam spot having a sharp edge is exposed in a state where the longitudinal direction of the substantially rectangular distribution is along the scanning direction. Therefore, the intensity distribution of the beam spot on the recording medium is substantially rectangular in the sub-scanning direction, and the edges on both sides of the focal point are sharpened. The image unevenness in the sub-scanning direction is preferably suppressed. Therefore, the image when the FM screen is recorded has a halftone dot so that the circumference of the recording pixel does not fluctuate at all due to recording conditions such as light power fluctuation and the number of printed sheets, development conditions such as the degree of development of the automatic processor, and the like. It is possible to prevent the image ratio (halftone dot area ratio characteristic) from changing abruptly to make it difficult to cause density fluctuations, and to record halftones stably using an FM screen.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のマルチビーム露光装置において、一部画素シフト部材を光の偏光を利用した光学素子として構成すると共に、一部画素シフト部材と一軸性結晶の光学素子との間の投影光学系上に、一軸性結晶の光学素子から常光線と異常光線とが相互に等光量で出射するようにさせるための偏光調整手段を設置したことを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the multi-beam exposure apparatus according to the first aspect, the partial pixel shift member is configured as an optical element using polarization of light, and the partial pixel shift member and the uniaxial crystal are formed. A polarization adjusting means is provided on a projection optical system between the optical element and the optical element so that an ordinary ray and an extraordinary ray are emitted from the optical element of the uniaxial crystal with the same amount of light.
上述のように構成することにより、請求項1に記載の発明の作用、効果に加えて、光の偏光を利用した光学素子として構成された一軸性結晶の光学素子を通過して偏光方向が一定に揃った光ビームを1/4波長板等の偏光調整手段によって円偏光等の所定の偏光状態に変換してから一軸性結晶の光学素子に入射させるので、この一軸性結晶の光学素子を複数の光ビームが透過する際に、各々の光ビームを等強度で副走査方向にシフトされた常光線および異常光線に分離し、適切な露光処理を行うことができる。
With the configuration described above, in addition to the operation and effect of the invention according to
本発明のマルチビーム露光装置には、2次元光変調器を用いて露光処理する際に、走査方向と直交する方向に対して一度に露光可能なドットの数(ビームスポットの数)を増加でき、しかもFMスクリーンを用い安定した中間調の表現を記録できるという効果がある。 The multi-beam exposure apparatus of the present invention can increase the number of dots (number of beam spots) that can be exposed at a time in the direction orthogonal to the scanning direction when performing exposure processing using a two-dimensional optical modulator. Moreover, there is an effect that a stable halftone expression can be recorded using an FM screen.
本発明のマルチビーム露光装置に関する実施の形態について、図1乃至図14を参照しながら説明する。 Embodiments relating to the multi-beam exposure apparatus of the present invention will be described with reference to FIGS.
本発明の実施の形態に係るマルチビーム露光装置としての画像形成装置は、図示しないが、例えば、制御ユニットで駆動制御されるいわゆるフラットベッド型の画像形成装置(セッタ)に構成し、図11に示すように、移動ステージ10上に平板印刷版(PS版)等である記録媒体12を載置し、この移動ステージ10により記録媒体12を主走査方向に移動しながら、露光ヘッド14により、制御ユニットで画像データから生成した変調信号に基づいて光源側から出射されたマルチビームを空間変調して記録媒体12上の露光エリア16に照射することにより露光処理を行うように構成する。
The image forming apparatus as the multi-beam exposure apparatus according to the embodiment of the present invention is not illustrated, but is configured as, for example, a so-called flatbed type image forming apparatus (setter) that is driven and controlled by a control unit. As shown, a
露光ヘッド14による露光エリア16は、例えば送り方向(主走査方向)を短辺とする矩形状に構成する。この場合、記録媒体12には、その走査露光の移動動作に伴って帯状の露光済み領域18が形成される。なお、画像形成装置(セッター)では、複数の露光ヘッド14を、m行n列(例えば、2行4列)の略マトリックス状に配列して複数(例えば、8個)の露光ヘッド14で同時に露光処理を行うように構成しても良い。
The
図1に示すように、この露光ヘッド14は、それぞれ入射された光ビームを画像データに応じて各画素毎に変調する空間光変調素子(2次元光変調器)として、デジタル・マイクロミラー・デバイス(DMD)20を備えている。この2次元光変調器であるDMD20は、データ処理手段とミラー駆動制御手段を備えた制御ユニット(制御手段)22により駆動制御される。
As shown in FIG. 1, this
この制御ユニット22のデータ処理部では、入力された画像データに基づいて、露光ヘッド14にDMD20の制御すべき領域内の各マイクロミラーを駆動制御(各マイクロミラー反射面の角度の制御)するための制御信号を生成する。
The data processing unit of the
露光ヘッド14におけるDMD20の光入射側には、マルチビームをレーザ光として射出する照明装置である光源ユニット24からそれぞれ引き出されたバンドル状光ファイバ28が接続される。
Connected to the light incident side of the
光源ユニット24は、複数の半導体レーザチップから射出された紫外線等のレーザ光を合波して光ファイバに入力する合波モジュール26が複数個設置されている。各合波モジュール26から延びる光ファイバは、合波したレーザ光を伝搬する合波光ファイバであって、複数の光ファイバが1つに束ねられてバンドル状の光ファイバ(ファイババンドル)28として形成され、出射するレーザ光の強度を向上するよう構成されている。
The
この露光ヘッド14におけるDMD20の光入射側には、バンドル状光ファイバ28の接続端部から出射されたレーザ光を、ロッドレンズ等を有する光学レンズを通しDMD20に向けて反射するミラー32とを備えた照明光学系を配置する。
On the light incident side of the
このDMD20は、図10に示すように、画素(ピクセル)を構成する多数の(例えば、600個×800個)の微小ミラーであるマイクロミラー36を格子状に配列したミラーデバイスとして全体がモノリシック(一体型)に構成されている。
As shown in FIG. 10, the
各ピクセルの最上部に配設されるマイクロミラー36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。また、各マイクロミラー36の下面中央には、支柱34が突設されている。
A material having high reflectivity such as aluminum is deposited on the surface of the
このDMD20は、各ピクセルに対応して、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38上にそれぞれ設けられたヒンジ40に、マイクロミラー36に突設された支柱34の基端部を取り付けて、ヒンジ40を軸としてマイクロミラー36が対角線方向に±a度(±10度)傾斜可能に装着して構成する。
This
また、このDMD20では、SRAMセル38上のマイクロミラー36が傾斜する対角線方向の両端部にそれぞれ構成された各ミラー アドレス エレクトロード(Mirror Address Electrode)42の一方側又は他方側に蓄えた電荷による静電気力を利用して、マイクロミラー36がオン状態である+a度に傾いた状態又はマイクロミラー36がオフ状態である−a度に傾いた状態に駆動制御可能に構成されている。
Further, in this
このように構成されたDMD20では、SRAMセル38にデジタル信号が書き込まれると、画像信号に応じて、DMD20の各ピクセルにおけるマイクロミラー36が、それぞれ対角線を中心としてDMD20が配置された基板側に対してオン状態である+a度に傾いた状態又はオフ状態である−a度に傾いた状態となるように制御され、DMD20に入射された光をそれぞれのマイクロミラー36の傾き方向へ反射させる。
In the
このオン状態のマイクロミラー36により反射された光は露光状態に変調され、DMD20の光出射側に設けられた投影光学系(図1参照)へ入射する。またオフ状態のマイクロミラー36により反射された光は非露光状態に変調され、光吸収体(図示省略)に入射する。
The light reflected by the on-
次に、露光ヘッド14におけるDMD20の光反射側に設けられる投影光学系(結像光学系)について説明する。図1に示すように、露光ヘッド14におけるDMD20の光反射側に設けられる投影光学系(結像光学系)は、DMD20の光反射側の露光面にある記録媒体12上に光源像を結像するため、DMD20の側から記録媒体12へ向って順に、第1の結像光学レンズ系44,46、中間結像部であるマイクロレンズアレイ48と、このマイクロレンズアレイ48より光路上の後方近傍位置に配置した一部画素シフト部材50と、この一部画素シフト部材50より光路上の後方近傍位置に配置した一軸性結晶の光学素子55と、第2の結像光学レンズ系52,54及びオートフォーカス用のプリズムペア56との、各露光用の光学部材が配置されて構成されている。
Next, a projection optical system (imaging optical system) provided on the light reflection side of the
なお、投影光学系における第1の結像光学レンズ系44,46及び第2の結像光学レンズ系52,54は、図1において、それぞれ1枚のレンズとして示されているが、複数枚のレンズ(例えば、凸レンズと凹レンズ)を組み合せたものであっても良い。
Note that the first imaging
この露光ヘッド14の投影光学系では、第1の結像光学レンズ系44,46、第2の結像光学レンズ系52,54及び図示しないその他のレンズ系が、互いに共役関係となるように構成されている。
In the projection optical system of the
この露光ヘッド14の投影光学系では、DMD20の各マイクロミラー36は、レンズ系44の前方焦点位置に配置されている。さらに、第1の結像光学レンズ系44,46は、それぞれ後方焦点位置と前方焦点位置とを共有する共焦点位置に配置されている。マイクロレンズアレイ48は、レンズ系46の後方焦点位置に配置されている。ここで用いる中間結像部であるマイクロレンズアレイ48は、光源ユニット24から光ファイバ28を通じて照射されたレーザ光を反射するDMD20の各マイクロミラー36に1対1で対応する複数のマイクロレンズが一体的に成形されたものであり、各マイクロレンズは、それぞれ第1の結像光学レンズ系44,46を透過した各レーザビームの光軸上にそれぞれ配置されている。このマイクロレンズアレイ48に設けられるマイクロレンズは、正のレンズパワーを有し、レーザビームのビーム径を縮小させる作用を有する。また、各マイクロミラー36とマイクロレンズアレイ48とは、互いに共役になっている。
In the projection optical system of the
この露光ヘッド14の投影光学系では、例えば図1に示すように、レンズ系46の後方焦点位置にあるマイクロレンズアレイ48におけるマイクロミラー36の後方焦点位置(第2の結像光学レンズ系52の前方焦点位置)に一部画素シフト部材50(チャンネル数増加用)を配置し、さらに、この一部画素シフト部材50と第2の結像光学レンズ系52,54との間の光路上に、一軸性結晶の光学素子55(ビーム分割用)を配置して構成する。
In the projection optical system of the
この画像形成装置の露光ヘッド14に用いられる一部画素シフト部材50は、DMD20を用いて露光処理する際に、走査方向と直交する方向に対して一度に露光可能なドットの数(ビームスポットの数であるチャンネル数)を、DMD20の縦方向の画素を有効活用することによって増加し、かつFMスクリーンを用い安定した中間調の表現を記録可能とするための光学部材である。
The partial
この一部画素シフト部材50は、DMD20における2次元上でM行N列の格子状に配列されたマイクロミラー36群から露光面(記録媒体12の表面)上に投影される複数の露光ビームスポットの位置を露光面上で走査方向(送り方向である主走査方向)に対して複数のブロック毎に分け、これらブロック相互間の相対的な位置を走査方向(主走査方向)と直交する方向(副走査方向)に所定量シフトさせて、一つのブロックで露光する複数の露光ビームスポットの位置における送り方向の間隙を他のブロックにおける複数の露光ビームスポットで露光するようにして、DMD20を用いて露光処理する際に走査方向と直交する方向に対して一度に露光可能なドットの数(ビームスポットの数であるチャンネル数)を増加させる。
The partial
なお、露光ヘッド14から露光面上に投影される露光ビームスポットの位置を露光面上で複数のブロックに分けて走査方向と直交する方向にシフトさせることにより、一度に露光可能なドットの数(ビームスポットの数であるチャンネル数)を増加させるときの、露光可能なドットの数の増加率は、ブロックに分けて、ブロック毎の露光位置が相互に重ならないようにシフト(例えば均等な間隔にシフト)されたブロックの分割数に比例するので、要求される露光可能なドットの数(ビームスポットの数であるチャンネル数)の増加率は、分割数とシフト量を適切に調整して選定することで設定することができる。
Note that the number of dots that can be exposed at one time (by dividing the position of the exposure beam spot projected onto the exposure surface from the
この一部画素シフト部材50は、光の屈折を利用した光学素子若しくは光の回折を利用した光学素子又は光の偏光を利用した光学素子として構成することができる。
The partial
この一部画素シフト部材50を光の屈折を利用した光学素子として構成する場合には、例えば、図2、図3及び図7に示すように構成するもので、透明な平板状の光学部材(同じ厚みの平面部材に形成された光学ガラス等の光学材料)を複数(この図2、図3及び図7に示す一部画素シフト部材50では3枚であるが、1枚に一体的に構成しても良い)用いて構成する。すなわち、図2に示すように、一部画素シフト部材50は、屈折利用の第1光学部材50Aと、第2光学部材50Bと、第3光学部材50Cとを、光路上における走査方向(送り方向)に対して3つが隙間なく連なるように配置し、かつ第2光学部材50Bを光軸と直交するよう配置し、第1光学部材50Aを光軸に対して一方に所定角度傾斜させて配置し、第3光学部材50Cを光軸に対して他方に所定角度傾斜させて配置する。すなわち、この一部画素シフト部材50は、光路上の上段、中段、下段にそれぞれ位置する場所に屈折利用の第1光学部材50Aと、第2光学部材50Bと、第3光学部材50Cとを設置し、上段、下段の第1光学部材50Aと、第3光学部材50Cとを、走査方向を軸として所定角度回転させた状態(図3に図示)に設置して構成する。
When the partial
また、第2光学部材50Bは、その走査方向(送り方向)に対する長さ(第1光学部材50Aと第3光学部材50Cとの間の距離)を、一部画素シフト部材50の配置位置におけるDMD20の全マイクロミラー36群から露光面(記録媒体12の表面)に至る光路の走査方向(送り方向)に対応した光路幅を3等分した長さに設定する。さらに、第2光学部材50Bは、その走査方向に対する長さの中央位置が、一部画素シフト部材50の配置位置におけるDMD20の全マイクロミラー36群から露光面に至る光路の走査方向に対応した光路幅の中央位置に一致するように配置する。
Further, the second optical member 50B has a length (distance between the first
このように配置構成することにより、この一部画素シフト部材50は、DMD20の2次元的に配置されたマイクロミラー36群を、露光面上で走査方向に対して3等分(走査方向に対するビームスポットの数が等しくなる3つに分割)し、図8に例示するように均等に分割された3つのブロックG1、G2、G3を設定することができる。
With this arrangement and configuration, the partial
また、光の屈折を利用した光学素子として構成した一部画素シフト部材50では、第1光学部材50Aを光軸に対して一方に傾斜させる角度を適切に調整して設定することにより図3に示すようにレーザ光のマルチビームを屈折させて、第1のブロックG1のビームスポット群BS1が、第2のブロックG2におけるビームスポット群BS2の走査方向と直交する方向に隣接して並ぶ相互間の1/3の距離だけ一方にシフト(例えば図2に向かって左に1/3ピッチシフト)するよう構成する。
Further, in the partial
さらに、この一部画素シフト部材50では、第3光学部材50Cを光軸に対して他方に傾斜させる角度を適切に調整して設定することにより図3に示すようにレーザ光のマルチビームを屈折させて、第3のブロックG3のビームスポット群BS3が、第2のブロックG2におけるビームスポット群BS2の走査方向と直交する方向に隣接して並ぶ相互間の1/3の距離だけ他方にシフト(例えば図2に向かって右に1/3ピッチシフト)するよう構成する。
Further, in this partial
このように一部画素シフト部材50を配置構成することにより、この画像形成装置の露光ヘッド14では、走査方向と直交する方向に対して、第2のブロックG2におけるビームスポットBS2の各隣接相互間に、第1のブロックG1の各ビームスポットBS1と、第3のブロックG3における各ビームスポットBS3とが、それぞれ等間隔で配置された状態により露光処理できる。よって、このように一部画素シフト部材50を配置構成した露光ヘッド14では、図8に示すように露光面に走査露光した結果、走査方向と直交する方向のある一直線上の位置に対して一度に露光可能なドットの数(ビームスポットの数であるチャンネル数)を3倍に増加させる(隣接するビームスポット間のピッチが1/3になり、いわゆる分解能(位置分解能)が3倍に向上した状態にさせる)ことができる。
By disposing the partial
また、一部画素シフト部材50で相互にシフトした3つのブロックG1、G2、G3を設定する露光ヘッド14では、第2の結像光学レンズ系52,54を、例えば拡大光学系として構成し、DMD20により反射される光線束の断面積を拡大することで記録媒体12上のDMD20により反射された光線束による露光エリア16(図11に図示)の面積を、DMD20の多数のマイクロミラー36が格子状に配列されて構成された光反射面の面積の3倍に拡大するよう構成する。
In the
なお、第2の結像光学レンズ系52,54を、拡大光学系として構成するときには、例えばマイクロレンズアレイ48又はその他の光学部材を利用して、記録媒体12の露光面上に結像される各ビームスポットが所定のビームスポット径となるように縮小して結像するように集光させても良い。
Note that when the second imaging
さらに、この露光ヘッド14では、第2の結像光学レンズ系52,54から投射された光ビームを、プリズムペア56のオートフォーカス機能によって露光面上に置かれた記録媒体12上に焦点を合わせて結像させるよう構成する。
Further, in the
前述のように露光ヘッド14を構成した場合には、走査方向の送り速度が同じであるという条件の下で、記録媒体12の露光面上における走査方向と直交する方向に対して一回で走査露光できる範囲を、図9に示すDMD20の走査方向と直交する方向に並んでいる所定個数のマイクロミラー36だけで走査露光する場合(DMD20を走査方向に傾斜させて露光処理しない場合)である比較例の3倍にできる。
When the
よって、同じ数の露光ヘッド14を利用して記録媒体12を複数回走査方向に往復移動させながら記録媒体12の露光面全体に対する露光処理を行う場合には、走査処理の速度(同じ数の露光ヘッド14を利用して、一枚の記録媒体12に対する露光処理を開始してから完了するまでの速度)を向上させて、露光処理の能率を向上できる。
Therefore, when performing exposure processing on the entire exposed surface of the
また、一部画素シフト部材50で相互にシフトした複数(ここでは3つ)のブロックG1、G2、G3を設定する露光ヘッド14では、第2の結像光学レンズ系52,54を、シフトしたブロックの数未満の拡大率(ここでは3倍未満の拡大率)をもつ光学系として構成し、図9に示すDMD20の走査方向と直交する方向に並んでいる所定個数のマイクロミラー36だけで走査露光する場合の比較例で露光処理する場合よりも、走査方向と直交する方向に隣接するビームスポット間のピッチを縮小し、いわゆる分解能(位置分解能)を向上させるように構成しても良いことは勿論である。
Further, in the
また、一部画素シフト部材50で相互にシフトした複数(ここでは3つ)のブロックG1、G2、G3を設定する露光ヘッド14では、記録媒体12の露光面上で、3つのブロックG1、G2、G3の境目で画素同士を明確に区別して露光処理すること(3つのブロックG1、G2、G3の境目で画素同士をくっきりと切り分けて露光処理すること)ができず、3つのブロックG1、G2、G3の境目で画素同士にクロストークを生じる場合がある。このような場合には、クロストークを減ずるために、その境目に当たるDMD20上の画素を使わないこととして対応することができる。
In the
なお、一部画素シフト部材50は、第1光学部材50A若しくは第3光学部材50Cと、第2光学部材50Bとの組み合わせで2つのブロックに分割してシフトさせるよう構成し、又は一部画素シフト部材50を、第1光学部材50Aと、第3光学部材50Cとの組み合わせで2つのブロックに分割してシフトさせるよう構成しても良い。
The partial
次に、前述した一部画素シフト部材50を、光の回折を利用した光学素子として構成してもよい。光の回折を利用する素子としては、ホログラムやバイナリー・オプティカル・エレメントをブレーズ化したもの等がある。ここでは、バイナリー・オプティカル・エレメントを使用した構成例について、図4乃至図6により説明する。
Next, the partial
図4に示す光の回折を利用した光学素子として構成された一部画素シフト部材50は、透明で同じ厚みの平面部材に形成された光学ガラス等である一枚の平面プレートを走査方向(主走査方向)に対して上段、中段、下段の3つのエリア(部分)に分け、上段を第1回折部50Dとし、中段を第2透過部50Eとし、下段を第3回折部50Fとする。
The partial
また、第2透過部50Eは、光ビームを直線の光路に沿って透過させるよう構成され、その走査方向(送り方向)に対する長さ(第1回折部50Dと第3回折部50Fとの間の距離)を、一部画素シフト部材50の配置位置におけるDMD20の全マイクロミラー36群から露光面(記録媒体12の表面)に至る光路の走査方向(送り方向)に対応した光路幅を3等分した長さに設定する。さらに、第2透過部50Eは、その走査方向に対する長さの中央位置が、一部画素シフト部材50の配置位置におけるDMD20の全マイクロミラー36群から露光面に至る光路の走査方向に対応した光路幅の中央位置に一致するように配置する。
The
このように配置構成することにより、この一部画素シフト部材50は、DMD20の2次元的に配置されたマイクロミラー36群を、露光面上で走査方向に対して3等分(走査方向に対するビームスポットの数が等しくなる3つに分割)し、図8に例示するように均等に分割された3つのブロックG1、G2、G3を設定することができる。
With this arrangement and configuration, the partial
この光の回折を利用した光学素子として構成された一部画素シフト部材50では、その第1回折部50Dの表裏両面を図5に示すように光ビームを回折して走査方向と直交する方向の一方にビームスポットを所定量シフトさせる作用を奏する第1BOE(バイナリー・オプティクス・エレメント)51に構成する。
In the partial
また、第3回折部50Fの表裏両面を図6に示すように光ビームを回折して走査方向と直交する方向の他方にビームスポットを所定量シフトさせる作用を奏する第2BOE(バイナリー・オプティクス・エレメント)53に構成する。
Further, a second BOE (binary optics element) that acts to diffract the light beam on the front and back surfaces of the third
これら第1BOE51と、第2BOE53とは、一般に利用されているバイナリー・オプティクス・エレメントとして加工形成されるもので、例えば、一部画素シフト部材50全体を形成する板状の光学ガラスにおける第1回折部50Dと第3回折部50Fとの表裏両面部分にそれぞれ断面視微細な傾斜面(実際には、いわゆるエッチング加工を繰り返して凹部に微細な階段状の傾斜を形成したもの)を加工して構成することができる。
The
これら第1BOE51と、第2BOE53とは、それぞれ第1回折部50Dと第3回折部50Fとの表裏両面における走査方向と直交する方向の一方端部から他方の端部に向けて直線状に伸びる微細な略断面三角形の斜面として構成する。これら第1BOE51と、第2BOE53とは、微細な略断面三角形の高さ(段差の高さ)が回折部材の屈折率をn、空気の屈折率を1、光の波長をλ、段差の数をNとしたとき、次式の整数倍となるように形成する。
The
式 formula
また、これら第1BOE51を設けた第1回折部50Dと、第2BOE53を設けた第3回折部50Fとは、図5と図6とを対比して見ると分かるように、バイナリー・オプティクス・エレメントの傾斜の方向が逆となるように構成し、第1BOE51で光ビームを回折してビームスポットの位置をシフトさせる方向と、第2BOE53で光ビームを回折してビームスポットの位置をシフトさせる方向とが逆方向となるように構成する。
Further, the first
さらに、これら第1BOE51を設けた第1回折部50Dと、第2BOE53を設けた第3回折部50Fとは、それぞれの厚さを変更調整することによって記録媒体12の露光面上に照射されるビームスポットの位置のシフト量を所定量に設定することができる。
Furthermore, the first
なお、マルチビーム露光装置の露光ヘッド14に設ける一部画素シフト部材50を、光の回折を利用した光学素子として構成したものは、前述した一部画素シフト部材50を、光の屈折を利用した光学素子として構成したものと、同様な作用、効果を得ることができる。
In addition, when the partial
また、一部画素シフト部材50は、第1回折部50D若しくは第3回折部50Fと、第2透過部50Eとの組み合わせで2つのブロックに分割してシフトさせるよう構成し、又は一部画素シフト部材50を、第1回折部50Dと、第3回折部50Fとの組み合わせで2つのブロックに分割してシフトさせるよう構成しても良い。
Further, the partial
次に、前述した一部画素シフト部材50を、光の偏光を利用した光学素子として構成する構成例について、図7により説明する。
Next, a configuration example in which the partial
図7に示す光の偏光を利用した光学素子として構成された一部画素シフト部材50は、透明で同じ厚みの平面プレートに形成され、その走査方向(主走査方向)に対して上段、中段、下段の3つのエリア(部分)に分けられた、上段を第1偏光部50Gとし、中段を第2透過部50Hとし、下段を第3偏光部50Iに構成する。
The partial
また、第2透過部50Hは、光ビームを直線の光路で透過させるよう構成され、その走査方向(送り方向)に対する長さ(第1偏光部50Gと第3偏光部50Iとの間の距離)を、一部画素シフト部材50の配置位置におけるDMD20の全マイクロミラー36群から露光面(記録媒体12の表面)に至る光路の走査方向(送り方向)に対応した光路幅を3等分した長さに設定する。さらに、第2透過部50Hは、その走査方向に対する長さの中央位置が、一部画素シフト部材50の配置位置におけるDMD20の全マイクロミラー36群から露光面に至る光路の走査方向に対応した光路幅の中央位置に一致するように配置する。
The
このように配置構成することにより、この一部画素シフト部材50は、DMD20の2次元的に配置されたマイクロミラー36群を、露光面上で走査方向に対して3等分(走査方向に対するビームスポットの数が等しくなる3つに分割)し、図8に例示するように均等に分割された3つのブロックG1、G2、G3を設定することができる。
With this arrangement and configuration, the partial
以下、シフト方向と平行な偏光を有する光が、一部画素シフト部材に入射する場合を考える。 Hereinafter, a case where light having polarized light parallel to the shift direction partially enters the pixel shift member will be considered.
この光の偏光を利用した光学素子として構成された一部画素シフト部材50では、その第1偏光部50Gを、一般に用いられているビームディスプレイサーで形成し、このビームディスプレイサーに光線(光ビーム)を透過させることによって生じる異常光線の出射方向を、走査方向と直交する方向の一方にシフトさせる作用を奏するように構成する。ビームディスプレイサーは入射面法線に対して、ビームをシフトする方向に45°結晶光軸が傾斜するように構成されたものである。
In the partial
また、第3偏光部50Iを、一般に用いられているビームディスプレイサーで形成し、このビームディスプレイサーに光線(光ビーム)を透過させることによって生じる異常光線の出射方向を、走査方向と直交する方向の他方にシフトさせる作用を奏するように構成する。すなわち、第1偏光部50Gで光ビームを偏光して露光面上に投影されるビームスポットの位置をシフトさせる方向と、第3偏光部50Iで光ビームを偏光して露光面上に投影されるビームスポットの位置をシフトさせる方向とが逆方向となるように構成する。さらに、これら第1偏光部50Gと、第3偏光部50Iとは、それぞれの厚さを変更調整することによって記録媒体12の露光面上に投影されるビームスポットの位置のシフト量を所定量に設定することができる。
In addition, the third polarizing section 50I is formed by a generally used beam displacer, and the emission direction of the extraordinary ray generated by transmitting the ray (light beam) to the beam displacer is a direction orthogonal to the scanning direction. It is comprised so that there exists an effect | action which shifts to the other of these. That is, the light beam is polarized by the first
シフト方向に対して光の偏光方向が平行になるようにする方法としては種々の方法が考えられるが、例えば、一部画素シフト部材50に入射する前に偏光板部材58を設置してもよい。
Various methods are conceivable as a method for making the polarization direction of the light parallel to the shift direction. For example, the
なお、マルチビーム露光装置の露光ヘッド14に設ける一部画素シフト部材50を、光の偏光を利用した光学素子として構成したものは、前述した一部画素シフト部材50を、光の屈折を利用した光学素子として構成したものと、同様な作用、効果を得ることができる。
Note that the partial
また、一部画素シフト部材50は、第1偏光部50G若しくは第3偏光部50Iと、第2透過部50Hとの組み合わせで2つのブロックに分割してシフトさせるよう構成し、又は一部画素シフト部材50を、第1偏光部50Gと、第3偏光部50Iとの組み合わせで2つのブロックに分割してシフトさせるよう構成しても良い。
Further, the partial
また、このマルチビーム露光装置の露光ヘッド14では、露光面上に投影されるビームスポットの形状を矩形状にして、FMスクリーンを良好に形成可能とするため、いわゆるビーム分割を行って記録媒体12の記録面上を走査するよう構成する。
Further, in the
このため、露光ヘッド14には、結像光学系の光路上における一部画素シフト部材50と第2の結像光学レンズ系52,54との間位置に、一軸性結晶の光学素子55を配設する。なお、この露光ヘッド14では、一軸性結晶の光学素子55として、例えばRohonやWollastonプリズムのように角度分割させる方式のものや、ビームディスプレイングプリズムのような平行分割させる方式のものを用いて種々に構成しても良い。ここでは、この一軸性結晶の光学素子55として、結晶光軸が入射面と法線とに対して、それぞれ45度傾いたビームディスプレイサーを使用する。
For this reason, the uniaxial crystal
この一軸性結晶の光学素子55に円偏光した光ビーム(ランダム偏光した光ビームでも良い)を入射させると、図12に示すように、光ビームは常光線Poと異常光線Peとに等光量で分離する。この場合、常光線Poと異常光線Peは、互いに平行シフトする。例えば、この一軸性結晶の光学素子55によって、光波長405nmで、シフト量(分割幅)を5.5μmにする場合には、一軸性結晶の光学素子55の材料として水晶を利用し、その厚みを約0.904mmにすればよい。なお、この一軸性結晶の光学素子55の材料として利用する水晶は、材料的に安定で低コストであり、円の直径が30mmの大きさにも対応できるという利点を持つ。なお、異常光線Peの屈折角度は、一軸性結晶の光学素子55の光軸方向に対する厚みや材質によって任意に調整することができる。
When a circularly polarized light beam (which may be a randomly polarized light beam) is incident on the uniaxial crystal
このように光ビームを常光線Poと異常光線Peとに等光量で分離し、互いに平行シフト(角度分割させる方式でも良い)させて2つ重ね合わせたビームスポット形状を形成する場合(いわゆるビーム分割してビームスポットを形成する場合)には、例えば図13に示すように、半値幅5μmのガウスビームを5.5μmシフトした二つ重ね合わせた状態(ビーム分割した状態)となり、副走査方向に対してより矩形形状に近い状態となると共に、主走査方向に対してもシャープな状態となる(ビームスポットのエッジ部が急峻な状態となる)。 In this way, when a light beam is separated into an ordinary ray Po and an extraordinary ray Pe with equal amounts of light and parallel-shifted (an angle division method may be used) to form a beam spot shape that overlaps two (so-called beam division) 13), for example, as shown in FIG. 13, two Gaussian beams having a half width of 5 μm are shifted by 5.5 μm and are superposed (divided into two beams), and in the sub-scanning direction. On the other hand, it becomes a state closer to a rectangular shape, and also becomes sharp in the main scanning direction (the edge portion of the beam spot becomes steep).
これは、従来一般に用いられるガウス分布したビームスポット形状である半値幅8.8μm(1/e2幅15μm)にした場合を示す図14の比較例と比較すると、従来一般に用いられるガウス分布したビームスポット形状が横断面円形で副走査方向に延びることは無く、しかもビームスポット形状がなだらかに末広がりとなるため主走査方向に対しても緩やかな状態(ビームスポットのエッジ部が緩やかな状態となる)ことから、効果の相違が明白である。 Compared with the comparative example of FIG. 14 which shows a case where the half-value width is 8.8 μm (1 / e2 width 15 μm) which is a Gaussian beam spot shape generally used in the past, this is a Gaussian beam spot beam which is generally used in the past. The shape is circular in cross section and does not extend in the sub-scanning direction, and the beam spot shape gently spreads out, so that it is gentle in the main scanning direction (the edge of the beam spot is in a gentle state). From this, the difference in effect is clear.
このマルチビーム露光装置の露光ヘッド14では、一軸性結晶の光学素子55における結晶光軸と法線とを含む平面(図12参照)が露光面上における走査方向と直交する方向に対応するように一軸性結晶の光学素子55を配置することにより、走査方向と直交する方向(副走査方向)に2つのビームスポットが重ね合わされる状態(2つのビームスポットが一部重なるように隣接して副走査方向に並ぶ状態)となるように構成する。また、この露光ヘッド14では、露光ビームスポットの形状が走査方向に絞られて擬似的に長方形化したスポット形状が得られるため、記録媒体12上に1ドットを形成する走査方向と直交する方向(副走査方向)の露光量分布のエッジ部をシャープにすることができるうえ、走査方向に走査した後の露光量分布のエッジもシャープにすることができる。
In the
また、この露光ヘッド14では、露光処理の際にビーム分割を行うため、一軸性結晶の光学素子55の他に屈折を使った手段や回折を使った手段を用いてもよい。さらに、この露光ヘッド14では、一軸性結晶の光学素子55を第2の結像光学レンズ系52,54より記録媒体12側に設置してもよい。
Further, in this
この露光ヘッド14では、前述した図7に示す一部画素シフト部材50を、光の偏光を利用した光学素子として構成する場合には、この一部画素シフト部材50を通過した光ビームの偏光方向が異常光線を生じさせる直線偏光だけになっているので、図1に想像線で示すように、光路上の一軸性結晶の光学素子55より前方側(一部画素シフト部材50の後方側)に、偏光調整手段として例えば1/4波長板57を配置して、光の偏光を利用した一部画素シフト部材50を透過した直線偏光からなるレーザビームがこの1/4波長板57を透過することによって円偏光に変換されるように構成する。なお、露光ヘッド14では、偏光調整手段として、1/4波長板57の変わりに1/2波長板を利用して偏光方向を調整してから一軸性結晶の光学素子55に入射させることにより、一軸性結晶の光学素子55から常光線Poと異常光線Peとが相互に等光量で出射するように構成しても良い。また、この露光ヘッド14では、偏光調整手段として、一部画素シフト部材50より光路上後方側にランダム偏光させる手段を設け、ランダム偏光された光ビームが一軸性結晶の光学素子55に入射するように構成しても良い。
In the
次に、前述のように構成した露光ヘッド14で、記録媒体12上に露光処理する場合の、作用、効果について説明する。
Next, operations and effects when the
この露光ヘッド14では、マイクロミラー36群(図10に図示)の格子状の配列方向を走査方向及び走査方向と直交する方向に一致させて配置し、一部画素シフト部材50によりDMD20の2次元的に配置されたマイクロミラー36群を露光面上で走査方向に対して3等分し、図8に例示するように均等に分割された3つのブロックG1、G2、G3を設定すると共に、一軸性結晶の光学素子55により各ビームスポットを矩形状にして記録媒体12上に露光処理する。
In the
よって、この露光ヘッド14では、例えば走査方向と直交する方向に並んだある第1の露光点位置を露光する場合に、ブロックG1に属する3個のビームスポット群BS1で多重露光する。また、この第1の露光点位置に隣接する第2の露光点位置(図8に向かって右隣の位置)を露光する場合には、ブロックG2に属する3個のビームスポット群BS2で多重露光する。さらに、第2の露光点位置に隣接する第3の露光点位置(図8に向かって右隣の位置)を露光する場合には、ブロックG3に属する3個のビームスポット群BS3で多重露光する。このように連続して走査方向と直交する方向に並んだ所定複数の露光点を、それぞれ選択して多重露光すると共に、記録媒体12を走査方向へ移動することによって、記録媒体12の露光範囲の全体に対して露光処理を行う。
Therefore, the
よって、上述のマイクロミラー36群の格子状配列を走査方向に一致させて配置し、一部画素シフト部材50を備えた露光ヘッド14により記録媒体12上に露光処理する場合には、主走査ラインに沿って配置された画素で時間をずらして複数回露光し記録媒体12上に1ドットを形成することになる。このとき記録媒体12に1ドットを記録するため多重露光される各ビームスポットの位置を正確に一致させることができるから、記録される1ドットにおける露光量分布が広がることはなく、記録されたドットの形状のエッジをシャープに保つことができる。
Therefore, when the above-described grid-like arrangement of the group of
これと相俟って、この露光ヘッド14では、図8に示すように、記録媒体12の記録面上における各ビームスポットが一軸性結晶の光学素子55の作用により、各光ビームが等光量で分離し互いに平行シフトし、露光面上で走査方向と直交する方向(副走査方向)に2つのビームスポットが重ね合わさり、記録媒体12上の集光点に副走査方向に対し略矩形状の分布となる。よって、この露光ヘッド14では、ビーム分割されて略矩形状の分布となると共に、エッジ部が急峻となったビームスポットが、その略矩形状の分布の長手方向を主走査方向(副走査方向に直交する方向)に沿う状態で露光処理を行うので、FMスクリーンを記録したときの画像が、光パワー変動や刷り枚数といった記録条件や、自動現像機の現像の度合いといった現像条件等によって記録画素の周長が少しも変動しないようにして網点画像の割合(網点面積率特性)が急激に変ることを防止し濃度変動を起こし難くして、FMスクリーンを用い安定して中間調を表現するよう記録できる。
Combined with this, in this
次に、上述のように構成したマルチビーム露光装置の動作について説明する。 Next, the operation of the multi-beam exposure apparatus configured as described above will be described.
このマルチビーム露光装置では、露光パターンに応じた画像データが、DMD20に接続された制御ユニット22に入力され、制御ユニット22内の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。
In this multi-beam exposure apparatus, image data corresponding to the exposure pattern is input to the
記録媒体12は、図示しない移動ステージの表面に吸着された状態で走査方向の上流側から下流側に露光ヘッドが1走査した後(走査中は移動ステージは止まっている)移動される。移動ステージ上の記録媒体12が露光ヘッド14の下を通過する際に、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、データ処理部としての制御装置によって、この読み出した画像データに基づいて、露光ビームスポットの2次元配置が複数のブロックに分割されて相互間で走査方向と直交する方向に所定距離シフトした配置となっていることと、2つの露光ビームスポットが重ね合わさり、記録媒体12上の集光点に副走査方向に対し略矩形状の分布となっていることとに対応した制御信号(制御データ)が生成される。
The
そして、この生成された制御信号に基づいて露光ヘッド14に設置されたDMD20のマイクロミラーの各々がオンオフ制御される。光源ユニット24から制御ユニット22にレーザ光が照射されると、DMD20のマイクロミラーがオン状態のときに反射された各光ビームは、各々対応する所要の露光ビームスポット位置に略矩形状の分布で結像され露光される。
Based on the generated control signal, each of the micromirrors of the
また図11に示すように、記録媒体12が移動ステージと共に露光ヘッドが1走査した後、移動されることを繰り返すことにより、記録媒体12が露光ヘッド14により二次元的に露光される。
As shown in FIG. 11, the
また、本実施の形態に係るマルチビーム露光装置では、露光ヘッド14に用いる空間光変調素子としてDMDを用いたが、例えば、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)タイプの空間光変調素子(SLM;Special Light Modulator)や、電気光学効果により透過光を変調する光学素子(PLZT素子)や、液晶光シャッタ(FLC)等、MEMSタイプ以外の空間光変調素子をDMDに代えて用いることができる。
In the multi-beam exposure apparatus according to the present embodiment, the DMD is used as the spatial light modulation element used in the
また、on/off状態のみを取る空間光変調素子に限らず、on/off状態に加え複数の中間値を取り、階調を表現できる空間光変調素子を用いても良い。 In addition to the spatial light modulation element that takes only the on / off state, a spatial light modulation element that takes a plurality of intermediate values and can express gradation in addition to the on / off state may be used.
なお、MEMSとは、IC製造プロセスを基盤としたマイクロマシニング技術によるマイクロサイズのセンサ、アクチュエータ、そして制御回路を集積化した微細システムの総称であり、MEMSタイプの空間光変調素子とは、静電気力を利用した電気機械動作により駆動される空間光変調素子を意味している。 Note that MEMS is a general term for a micro system that integrates micro-size sensors, actuators, and control circuits based on a micro-machining technology based on an IC manufacturing process. It means a spatial light modulator driven by electromechanical operation using
また、本実施形態に係るマルチビーム露光装置では、露光ヘッド14に用いる2次元光変調器であるDMD20を、複数の画素を選択的にon/offする手段に置き換えて構成しても良い。すなわち、本明細書では、2次元光変調器といったときに、複数の画素を選択的にon/offする手段を含むものとする。この複数の画素を選択的にon/offする手段は、例えば、各画素に対応したレーザビームを選択的にon/offして出射可能にしたレーザ光源で構成し、または、各微小レーザ発光面を各画素に対応して配置することにより面発光レーザ素子を形成し、各微小レーザ発光面を選択的にon/offして発光可能にしたレーザ光源で構成することができる。
In the multi-beam exposure apparatus according to this embodiment, the
なお、本発明のマルチビーム露光装置は、前述した実施の形態に限定されるものではなく、PS版の露光用セッタとして構成しても良いことは勿論であるが、また本発明の要旨を逸脱しない範囲において、その他種々の構成をとり得ることができる。 The multi-beam exposure apparatus according to the present invention is not limited to the above-described embodiment, but may be configured as a PS plate exposure setter. Various other configurations can be used without departing from the scope.
12 記録媒体
14 露光ヘッド
16 露光エリア
24 光源ユニット
36 マイクロミラー
48 マイクロレンズアレイ
50 一部画素シフト部材
50A 第1光学部材
50B 第2光学部材
50C 第3光学部材
50D 第1回折部
50E 第2透過部
50F 第3回折部
50G 第1偏光部
50H 第2透過部
50I 第3偏光部
55 一軸性結晶の光学素子
57 1/4波長板(偏光調整手段)
58 偏光板部材
G1 ブロック
G2 ブロック
G3 ブロック
12
58 Polarizing plate member G1 Block G2 Block G3 Block
Claims (2)
前記記録媒体の露光面上に投影される2次元的に配列された複数の露光ビームスポットを、走査方向と平行に並ばせるように配設された2次元光変調器と、
前記2次元光変調器から出射された複数の露光ビームを露光面上に結像させる投影光学系上に配置されると共に、前記複数の露光ビームを走査方向に対して複数のブロック毎に分けると共に、当該ブロック相互間の相対的な位置を走査方向と直交する方向にシフトさせて前記露光面上に投影させることにより、少なくとも一方の前記ブロックによって露光面上に投影される走査方向と直交する方向に隣接する前記露光ビームスポットで露光される間位置を、他方の前記ブロックによって露光面上に投影される前記露光ビームスポットで露光させる一部画素シフト部材と、
前記一部画素シフト部材から前記露光面に至る前記投影光学系上に配置されると共に、前記露光ビームを常光線と異常光線とに略等光量で分離し2つのビームスポットが一部重なるように隣接して走査方向と直交する方向に並ぶビームスポット形状を形成するよう設けられた一軸性結晶の光学素子と、
を有することを特徴とするマルチビーム露光装置。 In a multi-beam exposure apparatus that scans and exposes an exposure surface of a recording medium with a plurality of exposure beam spots,
A two-dimensional light modulator arranged to align a plurality of two-dimensionally arranged exposure beam spots projected onto the exposure surface of the recording medium in parallel with the scanning direction;
The plurality of exposure beams emitted from the two-dimensional light modulator are arranged on a projection optical system that forms an image on an exposure surface, and the plurality of exposure beams are divided into a plurality of blocks in the scanning direction. A direction perpendicular to the scanning direction projected onto the exposure surface by at least one of the blocks is shifted by projecting the relative position between the blocks in the direction orthogonal to the scanning direction and projecting onto the exposure surface. A partial pixel shift member that exposes a position during exposure with the exposure beam spot adjacent to the exposure beam spot projected onto an exposure surface by the other block;
It is disposed on the projection optical system from the partial pixel shift member to the exposure surface, and the exposure beam is separated into an ordinary ray and an extraordinary ray with substantially equal light amount so that two beam spots partially overlap. An optical element of a uniaxial crystal provided so as to form a beam spot shape that is adjacent and arranged in a direction orthogonal to the scanning direction;
A multi-beam exposure apparatus comprising:
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