JP2006301062A - Mounting structure of digital micromirror device and image exposure apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、角度を変える多数の微小ミラーがアレイ状に配設されてなるデジタル・マイクロミラー・デバイスを、光学装置に取り付ける構造に関するものである。 The present invention relates to a structure in which a digital micromirror device in which a large number of micromirrors that change the angle are arranged in an array is attached to an optical apparatus.
また本発明は、上述のようなデジタル・マイクロミラー・デバイスを用いた画像露光装置に関するものである。 The present invention also relates to an image exposure apparatus using the digital micromirror device as described above.
従来、空間光変調素子で変調された光を結像光学系に通し、この光による像を所定の感光材料上に結像して該感光材料を露光する画像露光装置が公知となっている。この種の画像露光装置は、基本的に、照射された光を各々制御信号に応じて変調する多数の画素部が2次元状に配列されてなる空間光変調素子と、この空間光変調素子に光を照射する光源と、前記空間光変調素子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。 2. Description of the Related Art Conventionally, there has been known an image exposure apparatus that passes light modulated by a spatial light modulation element through an imaging optical system, forms an image of this light on a predetermined photosensitive material, and exposes the photosensitive material. This type of image exposure apparatus basically includes a spatial light modulation element in which a large number of pixel units that modulate irradiated light according to a control signal are two-dimensionally arranged, and the spatial light modulation element. A light source for irradiating light and an imaging optical system for forming an image of light modulated by the spatial light modulation element on a photosensitive material are provided.
近時、この種の画像露光装置においては、空間光変調素子として、デジタル・マイクロミラー・デバイス(以下、DMDという)が多く使用されるようになっている。このDMDは、制御信号に応じて反射面の角度を変化させる多数の矩形のマイクロミラーが、シリコン等の半導体基板上に2次元状に配列されてなるミラーデバイスである。 Recently, in this type of image exposure apparatus, a digital micromirror device (hereinafter referred to as DMD) is often used as a spatial light modulation element. The DMD is a mirror device in which a large number of rectangular micromirrors that change the angle of a reflecting surface in accordance with a control signal are two-dimensionally arranged on a semiconductor substrate such as silicon.
なおこのDMDの使用可能領域つまりマイクロミラーが配設されている領域は、通常、全体として輪郭が略矩形状となっている。また、応答性を高める等のために、その使用可能領域の中の一部領域だけを使用することもなされているが、その場合も一般に、使用領域は略矩形状に設定される。 It should be noted that this DMD usable area, that is, the area where the micromirror is disposed, generally has a generally rectangular outline as a whole. Further, in order to improve responsiveness, only a part of the usable area is used, but in this case as well, the use area is generally set to a substantially rectangular shape.
ところで上述のような画像露光装置においては、感光材料に投影する画像を拡大したいという要求が伴うことも多く、その場合には、結像光学系として拡大結像光学系が用いられる。そのようにする際、空間光変調素子を経た光をただ拡大結像光学系に通しただけでは、空間光変調素子の各画素部からの光束が拡大して、投影された画像において画素サイズが大きくなり、画像の鮮鋭度が低下してしまう。 By the way, in the image exposure apparatus as described above, there is often a demand for enlarging an image projected on a photosensitive material, and in that case, an enlarged imaging optical system is used as an imaging optical system. In doing so, simply passing the light that has passed through the spatial light modulation element through the magnification imaging optical system expands the luminous flux from each pixel portion of the spatial light modulation element, and the pixel size in the projected image is reduced. The image becomes larger and the sharpness of the image decreases.
そこで、空間光変調素子で変調された光の光路に第1の結像光学系を配し、この結像光学系による結像面には、空間光変調素子の各画素部にそれぞれ対応するマイクロレンズがアレイ状に配されてなるマイクロレンズアレイを配置し、そしてこのマイクロレンズアレイを通過した光の光路には、変調された光による像を感光材料やスクリーン上に結像する第2の結像光学系を配置して、これら第1および第2の結像光学系によって像を拡大投影することが考えられている。この構成においては、感光材料やスクリーン上に投影される画像のサイズは拡大される一方、空間光変調素子の各画素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、投影画像における画素サイズ(スポットサイズ)は絞られて小さく保たれるので、画像の鮮鋭度も高く保つことができる。 Therefore, the first imaging optical system is arranged on the optical path of the light modulated by the spatial light modulation element, and the microscopic surface corresponding to each pixel portion of the spatial light modulation element is formed on the imaging surface by the imaging optical system. A microlens array in which lenses are arranged in an array is arranged, and in the optical path of the light that has passed through the microlens array, a second connection for forming an image of the modulated light on a photosensitive material or a screen. It is considered that an image optical system is disposed and an image is enlarged and projected by the first and second imaging optical systems. In this configuration, the size of the image projected on the photosensitive material and the screen is enlarged, while the light from each pixel portion of the spatial light modulator is condensed by each microlens of the microlens array. Since the pixel size (spot size) in the image is reduced and kept small, the sharpness of the image can be kept high.
なお特許文献1には、空間光変調素子としてDMDを用い、それとマイクロレンズアレイとを組み合わせてなる画像露光装置の一例が示されている。
上述のようにDMD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、DMDは、その光軸(使用領域の中心を通って光の進行方向に延びる軸)がマイクロレンズアレイの光軸と一致するように位置合わせがなされた上で、画像露光装置本体の所定位置に接着等によって固定される。 As described above, in an image exposure apparatus that uses a combination of a DMD and a microlens array, the optical axis of the DMD (the axis extending in the light traveling direction through the center of the use area) matches the optical axis of the microlens array. After being aligned as described above, it is fixed to a predetermined position of the image exposure apparatus main body by bonding or the like.
ところが、従来の画像露光装置においては、使用を重ねるうちにDMDが位置ずれを起こし、その光軸がマイクロレンズアレイの光軸からずれて、露光画像の画質が損なわれるという問題が認められていた。 However, in the conventional image exposure apparatus, there has been a problem that the DMD is displaced while being used repeatedly, and the optical axis thereof is deviated from the optical axis of the microlens array, so that the image quality of the exposure image is impaired. .
なお、DMDは上記の画像露光装置に限らず、画像表示手段等のその他の各種光学装置においても使用されているが、それらの装置においても、DMDの光軸が所定位置からずれてしまうと、同様にその装置の光学性能が損なわれることが多い。 The DMD is used not only in the above-described image exposure apparatus but also in other various optical apparatuses such as an image display unit. In these apparatuses, if the optical axis of the DMD is shifted from a predetermined position, Similarly, the optical performance of the device is often impaired.
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、光学装置に取り付けられるDMDの光軸ずれを防止できるDMDの取付構造を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a DMD mounting structure that can prevent an optical axis shift of a DMD mounted on an optical device.
また本発明は、上述のようなDMDの光軸ずれを防止して、高画質の画像を露光可能な画像露光装置を提供することを目的とする。 It is another object of the present invention to provide an image exposure apparatus capable of preventing a DMD optical axis shift as described above and exposing a high-quality image.
本発明による第1のDMDの取付構造は、
前述したように使用領域の輪郭が略矩形状であるDMDを、それを用いる光学装置に取り付ける構造において、
DMDが、その使用領域の中心を通りかつ該使用領域の一辺と平行な直線に関して、互いに線対称となる位置に設定された第1および2の固定点と、これら2つの固定点を結ぶ線分が前記直線と交わる点と、前記使用領域の中心に関して点対称となる位置に設定された第3の固定点とを介して、前記光学装置側に3点で固定されていることを特徴とするものである。
The first DMD mounting structure according to the present invention comprises:
As described above, in a structure in which a DMD whose outline of a use area is substantially rectangular is attached to an optical device using the DMD,
The first and second fixed points set at positions where the DMD is symmetrical with respect to a straight line passing through the center of the use area and parallel to one side of the use area, and a line segment connecting the two fixed points Are fixed at three points on the optical device side through a point intersecting with the straight line and a third fixed point set at a point-symmetrical position with respect to the center of the use area. Is.
なおこの本発明によるDMDの取付構造は、DMDの使用領域が使用可能領域の中の一部に設定されて、該使用領域の中心がDMD全体の中心から外れている場合に適用されることが望ましい。 The DMD mounting structure according to the present invention may be applied when the DMD use area is set as a part of the usable area and the center of the use area is deviated from the center of the entire DMD. desirable.
また本発明による第2のDMDの取付構造は、
DMDを、それを用いる光学装置に取り付ける構造において、
DMDが、光学装置の保持部材に対して少なくとも3点で固定され、
前記保持部材が、前記固定点の中の少なくとも1つの近傍に弾性変形可能な弾性部を備えていることを特徴とするものである。
The second DMD mounting structure according to the present invention is as follows.
In a structure for attaching a DMD to an optical device using the DMD,
The DMD is fixed at least at three points to the holding member of the optical device;
The holding member includes an elastic portion that can be elastically deformed in the vicinity of at least one of the fixed points.
なおこのDMDの取付構造において、特にDMDが、使用領域の輪郭が略矩形状とされたものである場合は、
このDMDが、その使用領域の中心を通りかつ該使用領域の一辺と平行な直線を挟んで互いに反対側の位置に設定された第1および2の固定点と、これら2つの固定点を結ぶ線分が前記直線と交わる点と前記使用領域の中心を挟んで反対側となる位置に設定された第3の固定点とを介して、前記光学装置側に3点で固定され、
前記第1、2および3の固定点の各近傍にそれぞれ第1、2および3の弾性部が形成され、
前記使用領域の中心から前記線分が前記直線と交わる点までの距離、前記第3の固定点までの距離をそれぞれA、Bとし、前記直線から前記第1の固定点までの距離、第2の固定点までの距離をそれぞれC、Dとし、前記直線が延びる方向に関する前記第1、2および3の弾性部のばね定数をそれぞれkax、kbxおよびkcxとし、前記第1および2の固定点の並び方向に関する前記第1および2の弾性部のばね定数をそれぞれkayおよびkbyとしたとき、
kax・A/(A+B)+kbx・A/(A+B)+kcx・B/(A+B)=0
kay・C/(C+D)+kby・D/(C+D)=0
の関係がほぼ満足されていることが望ましい。
In the DMD mounting structure, particularly when the DMD has a substantially rectangular outline of the use area,
The DMD is connected to the first and second fixed points set at positions opposite to each other with a straight line passing through the center of the used area and parallel to one side of the used area, and a line connecting the two fixed points. Fixed at three points on the optical device side through a point where the minute intersects with the straight line and a third fixed point set on the opposite side across the center of the use area,
First, second, and third elastic portions are formed in the vicinity of the first, second, and third fixing points, respectively.
The distance from the center of the use area to the point where the line segment intersects the straight line and the distance to the third fixed point are A and B, respectively, the distance from the straight line to the first fixed point, the second C, D respectively, and the spring constants of the first, second, and third elastic portions in the direction in which the straight line extends are kax, kbx, and kcx, respectively. When the spring constants of the first and second elastic portions with respect to the arrangement direction are set to kay and kby, respectively,
kax · A / (A + B) + kbx · A / (A + B) + kcx · B / (A + B) = 0
kay · C / (C + D) + kby · D / (C + D) = 0
It is desirable that this relationship is almost satisfied.
なお上述のような弾性部は、例えば、その近傍において前記保持部材に切欠きを設けることにより、該保持部材の一部に弾性を付与して形成することができる。そのような場合、ばね定数kax、kbxおよびkcx、並びにkayおよびkbyは、その切欠きの長さやその位置、さらには保持部材の厚み等を調整することにより所望値に設定することができる。 The elastic portion as described above can be formed by providing elasticity to a part of the holding member, for example, by providing a notch in the holding member in the vicinity thereof. In such a case, the spring constants kax, kbx and kcx, and kay and kby can be set to desired values by adjusting the length of the notch, the position thereof, the thickness of the holding member, and the like.
また本発明による画像露光装置は、DMDが、上述した本発明の第1あるいは第2の取付構造によって保持部材に取り付けられていることを特徴とするものである。 The image exposure apparatus according to the present invention is characterized in that the DMD is attached to the holding member by the above-described first or second attachment structure of the present invention.
本発明者の研究によると、前述したようにDMDが位置ずれを起こすことの主な原因は、通常アルミナ等から形成されるDMDと、それを用いる光学装置の保持部材との間の線膨張係数の違いにあることが判明した。すなわち、これら両者の線膨張係数が違っていると、それらが温度変化を受けたときの伸縮量に差が出るので、特に両者が接着されている場合等においてはその接着部を変形させつつDMDが動いてしまうのである。 According to the inventor's research, as described above, the main cause of misalignment of DMD is the coefficient of linear expansion between the DMD usually formed of alumina or the like and the holding member of the optical device using the DMD. It turns out that there is a difference. That is, if the linear expansion coefficients of these two are different, there will be a difference in the amount of expansion and contraction when they undergo a temperature change. Therefore, especially when both are bonded, the DMD is deformed while deforming the bonded portion. Will move.
本発明によるDMDの取付構造は上記の知見に基づいて得られたものであり、特に第1の取付構造においては、前述したようにDMDを、その使用領域の中心を通りかつ該使用領域の一辺と平行な直線に関して、互いに線対称となる位置に設定された第1および2の固定点と、これら2つの固定点を結ぶ線分が前記直線と交わる点と、前記使用領域の中心に関して点対称となる位置に設定された第3の固定点とを介して光学装置側に3点で固定しているので、図22に示すようにDMDの使用領域を線対称に分ける第1中心線(これが上記直線に相当する)と第2中心線に対する各固定点の関係を見ると、第1固定点と第2固定点は第1中心線から等距離で互いに反対の位置に、また第3固定点は該第1中心線上の位置に存在し、そして第1(2)固定点と第3固定点は第2中心線から等距離で互いに反対の位置に存在することになる。 The DMD mounting structure according to the present invention has been obtained based on the above knowledge. In particular, in the first mounting structure, as described above, the DMD passes through the center of the use area and one side of the use area. With respect to a straight line parallel to the first and second fixed points set at positions that are line-symmetric with each other, a point where a line segment connecting these two fixed points intersects with the straight line, and a point symmetric with respect to the center of the use area Are fixed at three points on the optical device side via a third fixed point set at a position where (Corresponding to the straight line) and each fixed point with respect to the second center line, the first fixed point and the second fixed point are equidistant from the first center line and opposite to each other, and the third fixed point. Exists at a position on the first centerline and the first 2) fixed point and the third fixed point will be located at a position opposite to each other at equal distances from the second center line.
また、1つの均質な部材における温度変化による伸縮は、その部材の中のどの部分を基準に考えても等方的に生じ、それは、モノリシックに形成されたDMDにおいても略同様に言えることである。したがって、前述したようにDMDが温度変化を受けて伸縮する場合は、基本的に、第1中心線の延びる方向には第2中心線を中心に伸縮するように、他方、第2中心線の延びる方向には第1中心線を中心に伸縮するようになるので、それら2つの中心線が交わる位置においてDMDが動くことは無くなる。それら2つの中心線が交わる位置とは、すなわちDMDの使用領域の光軸が通る位置であるから、結局、DMDの光軸ずれが防止されることになる。 In addition, expansion and contraction due to a temperature change in one homogeneous member occurs isotropically regardless of which part of the member is considered as a reference, and this can be said to be true in a monolithically formed DMD. . Therefore, as described above, when the DMD expands and contracts due to a temperature change, basically, the DMD expands and contracts around the second center line in the extending direction of the first center line, while the second center line extends and contracts. Since it extends and contracts around the first center line in the extending direction, the DMD does not move at the position where these two center lines intersect. Since the position where these two center lines intersect, that is, the position where the optical axis of the DMD usage region passes, the optical axis shift of the DMD is prevented in the end.
なお、DMDの使用領域が使用可能領域の中の一部に設定されて、該使用領域の中心がDMD全体の中心から外れている場合には、DMD全体を光学装置側にバランス良く3点で固定しても、温度変化を受けたとき使用領域の中心が動きやすくなっているので、光軸ずれが発生しやすい。そこで、このような場合に本発明の第1の取付構造を適用すれば、特に光軸ずれを抑制する効果が高いものとなる。 If the DMD use area is set as a part of the usable area and the center of the use area is deviated from the center of the entire DMD, the entire DMD is placed on the optical device side with three points in good balance. Even if it is fixed, the center of the use area is easy to move when subjected to a temperature change, so that an optical axis shift is likely to occur. Therefore, if the first mounting structure of the present invention is applied in such a case, the effect of suppressing the optical axis deviation is particularly high.
また本発明による第2のDMDの取付構造においては、DMDを取り付ける光学装置の保持部材が、3つ以上の固定点の中の少なくとも1つの近傍に弾性変形可能な弾性部を備えているので、光学装置の保持部材とDMDとの間の線膨張係数の違いによる伸縮量の差が、保持部材側の弾性変形によって吸収されやすくなるので、この伸縮量の差によって両者間の接着層が破壊するような問題を防止可能となる。 In the second DMD mounting structure according to the present invention, the holding member of the optical device to which the DMD is mounted includes an elastic portion that can be elastically deformed in the vicinity of at least one of the three or more fixing points. Since the difference in expansion / contraction amount due to the difference in linear expansion coefficient between the holding member of the optical device and the DMD is easily absorbed by the elastic deformation on the holding member side, the adhesive layer between the two is destroyed by this difference in expansion / contraction amount. Such a problem can be prevented.
またその場合、特に使用領域の輪郭が略矩形状とされたDMDが、その使用領域の中心を通りかつ該使用領域の一辺と平行な直線を挟んで互いに反対側の位置に設定された第1および2の固定点と、これら2つの固定点を結ぶ線分が前記直線と交わる点と前記使用領域の中心を挟んで反対側となる位置に設定された第3の固定点とを介して、前記光学装置側に3点で固定され、
前記第1、2および3の固定点の各近傍にそれぞれ第1、2および3の弾性部が形成され、
前記使用領域の中心から前記線分が前記直線と交わる点までの距離、前記第3の固定点までの距離をそれぞれA、Bとし、前記直線から前記第1の固定点までの距離、第2の固定点までの距離をそれぞれC、Dとし、前記直線が延びる方向に関する前記第1、2および3の弾性部のばね定数をそれぞれkax、kbxおよびkcxとし、前記第1および2の固定点の並び方向に関する前記第1および2の弾性部のばね定数をそれぞれkayおよびkbyとしたとき、
kax・A/(A+B)+kbx・A/(A+B)+kcx・B/(A+B)=0
kay・C/(C+D)+kby・D/(C+D)=0
の関係がほぼ満足されていると、DMDの光軸ずれを防止可能となる。つまりそのような構成においては、DMDの温度変化による伸縮が前述したように等方的に生じることを前提とすれば、3つの固定点が各弾性部から受ける弾性力がx方向に関しても、またy方向に関してもつり合いが取れるようになるので、それらの弾性部を設けたことによって新たにDMDの光軸ずれが誘起されることを防止できる。
In this case, the DMD in which the outline of the use area is substantially rectangular is set at positions opposite to each other across a straight line that passes through the center of the use area and is parallel to one side of the use area. And a fixed point of 2 and a point where a line segment connecting these two fixed points intersects with the straight line and a third fixed point set on the opposite side across the center of the use area, It is fixed at 3 points on the optical device side,
First, second, and third elastic portions are formed in the vicinity of the first, second, and third fixing points, respectively.
The distance from the center of the use area to the point where the line segment intersects the straight line and the distance to the third fixed point are A and B, respectively, the distance from the straight line to the first fixed point, the second C, D respectively, and the spring constants of the first, second, and third elastic portions in the direction in which the straight line extends are kax, kbx, and kcx, respectively. When the spring constants of the first and second elastic portions with respect to the arrangement direction are set to kay and kby, respectively,
kax · A / (A + B) + kbx · A / (A + B) + kcx · B / (A + B) = 0
kay · C / (C + D) + kby · D / (C + D) = 0
If the above relationship is substantially satisfied, it is possible to prevent the optical axis shift of the DMD. In other words, in such a configuration, assuming that the expansion and contraction due to the temperature change of the DMD occurs isotropically as described above, the elastic forces that the three fixing points receive from the respective elastic portions also in the x direction Since the tangles can be obtained in the y direction, it is possible to prevent the DMD optical axis shift from being newly induced by providing these elastic portions.
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。なおここでは、一例として、画像露光装置に適用されたDMDの取付構造について説明するが、まずこの画像露光装置について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Here, as an example, the DMD mounting structure applied to the image exposure apparatus will be described. First, the image exposure apparatus will be described.
[画像露光装置の構成]
この画像露光装置は、図1に示すように、シート状の感光材料150を表面に吸着して保持する平板状の移動ステージ152を備えている。4本の脚部154に支持された厚い板状の設置台156の上面には、ステージ移動方向に沿って延びた2本のガイド158が設置されている。ステージ152は、その長手方向がステージ移動方向を向くように配置されると共に、ガイド158によって往復移動可能に支持されている。なお、この画像露光装置には、副走査手段としてのステージ152をガイド158に沿って駆動する後述のステージ駆動装置304(図15参照)が設けられている。
[Configuration of image exposure apparatus]
As shown in FIG. 1, the image exposure apparatus includes a flat plate-shaped moving
設置台156の中央部には、ステージ152の移動経路を跨ぐようにコ字状のゲート160が設けられている。コ字状のゲート160の端部の各々は、設置台156の両側面に固定されている。このゲート160を挟んで一方の側にはスキャナ162が設けられ、他方の側には感光材料150の先端および後端を検知する複数(例えば2個)のセンサ164が設けられている。スキャナ162およびセンサ164はゲート160に各々取り付けられて、ステージ152の移動経路の上方に固定配置されている。なお、スキャナ162およびセンサ164は、これらを制御する図示しないコントローラに接続されている。
A
スキャナ162は、図2および図3(B)に示すように、m行n列(例えば3行5列)の略マトリックス状に配列された複数(例えば14個)の露光ヘッド166を備えている。この例では、感光材料150の幅との関係で、3行目には4個の露光ヘッド166を配置してある。なおm行目のn列目に配列された個々の露光ヘッドを示す場合は、露光ヘッド166mnと表記する。
As shown in FIGS. 2 and 3B, the
露光ヘッド166による露光エリア168は、副走査方向を短辺とする矩形状である。従って、ステージ152の移動に伴い、感光材料150には露光ヘッド166毎に帯状の露光済み領域170が形成される。なお、m行目のn列目に配列された個々の露光ヘッドによる露光エリアを示す場合は、露光エリア168mnと表記する。
An
また、図3(A)および(B)に示すように、帯状の露光済み領域170が副走査方向と直交する方向に隙間無く並ぶように、ライン状に配列された各行の露光ヘッドの各々は、配列方向に所定間隔(露光エリアの長辺の自然数倍、本例では2倍)ずらして配置されている。このため、1行目の露光エリア16811と露光エリア16812との間の露光できない部分は、2行目の露光エリア16821と3行目の露光エリア16831とにより露光することができる。
Further, as shown in FIGS. 3A and 3B, each of the exposure heads in each row arranged in a line so that the strip-shaped exposed
露光ヘッド16611〜166mnの各々は、図4および図5に示すように、入射された光ビームを画像データに応じて各画素毎に変調する空間光変調素子として、米国テキサス・インスツルメンツ社製のデジタル・マイクロミラー・デバイス(DMD)50を備えている。このDMD50は、データ処理部とミラー駆動制御部とを備えた後述のコントローラ302(図15参照)に接続されている。このコントローラ302のデータ処理部では、入力された画像データに基づいて、各露光ヘッド166毎にDMD50の制御すべき領域内の各マイクロミラーを駆動制御する制御信号を生成する。なお、制御すべき領域については後述する。また、ミラー駆動制御部では、画像データ処理部で生成した制御信号に基づいて、各露光ヘッド166毎にDMD50の各マイクロミラーの反射面の角度を制御する。なお、反射面の角度の制御については後述する。
As shown in FIGS. 4 and 5, each of the exposure heads 166 11 to 166 mn is manufactured by Texas Instruments, Inc. as a spatial light modulation element that modulates an incident light beam for each pixel according to image data. Digital micromirror device (DMD) 50. The
DMD50の光入射側には、光ファイバの出射端部(発光点)が露光エリア168の長辺方向と対応する方向に沿って一列に配列されたレーザ出射部を備えたファイバアレイ光源66、ファイバアレイ光源66から出射されたレーザ光を補正してDMD上に集光させるレンズ系67、このレンズ系67を透過したレーザ光をDMD50に向けて反射するミラー69がこの順に配置されている。なお図4では、レンズ系67を概略的に示してある。
On the light incident side of the
上記レンズ系67は、図5に詳しく示すように、ファイバアレイ光源66から出射した照明光としてのレーザ光Bを集光する集光レンズ71、この集光レンズ71を通過した光の光路に挿入されたロッド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)72、およびこのロッドインテグレータ72の前方つまりミラー69側に配置された結像レンズ74から構成されている。集光レンズ71、ロッドインテグレータ72および結像レンズ74は、ファイバアレイ光源66から出射したレーザ光を、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DMD50に入射させる。このロッドインテグレータ72の形状や作用については、後に詳しく説明する。
As shown in detail in FIG. 5, the
上記レンズ系67から出射したレーザ光Bはミラー69で反射し、TIR(全反射)プリズム70を介してDMD50に照射される。なお図4では、このTIRプリズム70は省略してある。
The laser beam B emitted from the
またDMD50の光反射側には、DMD50で反射されたレーザ光Bを、感光材料150上に結像する結像光学系51が配置されている。この結像光学系51は図4では概略的に示してあるが、図5に詳細を示すように、レンズ系52,54からなる第1結像光学系と、レンズ系57,58からなる第2結像光学系と、これらの結像光学系の間に挿入されたマイクロレンズアレイ55と、アパーチャアレイ59とから構成されている。
On the light reflection side of the
以下、各部の構成をさらに詳しく説明する。DMD50は図6に示すように、SRAMセル(メモリセル)60上に、各々画素(ピクセル)を構成する多数(例えば1024個×768個)の微小ミラー(マイクロミラー)62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マイクロミラー62が設けられており、マイクロミラー62の表面にはアルミニウム等の反射率の高い材料が蒸着されている。なお、マイクロミラー62の反射率は90%以上であり、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。また、マイクロミラー62の直下には、ヒンジおよびヨークを含む支柱を介して通常の半導体メモリの製造ラインで製造されるシリコンゲートのCMOSのSRAMセル60が配置されており、全体はモノリシックに構成されている。
Hereinafter, the configuration of each unit will be described in more detail. As shown in FIG. 6, in the
DMD50のSRAMセル60にデジタル信号が書き込まれると、支柱に支えられたマイクロミラー62が、対角線を中心としてDMD50が配置された基板側に対して±α度(例えば±12度)の範囲で傾けられる。図7(A)は、マイクロミラー62がオン状態である+α度に傾いた状態を示し、図7(B)は、マイクロミラー62がオフ状態である−α度に傾いた状態を示す。したがって、画像信号に応じて、DMD50の各ピクセルにおけるマイクロミラー62の傾きを、図6に示すように制御することによって、DMD50に入射したレーザ光Bはそれぞれのマイクロミラー62の傾き方向へ反射される。
When a digital signal is written to the
なお図6には、DMD50の一部を拡大し、マイクロミラー62が+α度又は−α度に制御されている状態の一例を示す。それぞれのマイクロミラー62のオンオフ制御は、DMD50に接続された前記コントローラ302によって行われる。また、オフ状態のマイクロミラー62で反射したレーザ光Bが進行する方向には、光吸収体(図示せず)が配置されている。
FIG. 6 shows an example of a state in which a part of the
また、DMD50は、その短辺が副走査方向と所定角度θ(例えば、0.1°〜5°)を成すように僅かに傾斜させて配置するのが好ましい。図8(A)はDMD50を傾斜させない場合の各マイクロミラーによる反射光像(露光ビーム)53の走査軌跡を示し、図8(B)はDMD50を傾斜させた場合の露光ビーム53の走査軌跡を示している。
Further, it is preferable that the
DMD50には、長手方向にマイクロミラーが多数個(例えば1024個)配列されたマイクロミラー列が、短手方向に多数組(例えば756組)配列されているが、図8(B)に示すように、DMD50を傾斜させることにより、各マイクロミラーによる露光ビーム53の走査軌跡(走査線)のピッチP1が、DMD50を傾斜させない場合の走査線のピッチP2より狭くなり、解像度を大幅に向上させることができる。一方、DMD50の傾斜角は微小であるので、DMD50を傾斜させた場合の走査幅W2と、DMD50を傾斜させない場合の走査幅W1とは略同一である。
In the
また、異なるマイクロミラー列により同じ走査線上が重ねて露光(多重露光)されることになる。このように、多重露光されることで、露光位置の微少量をコントロールすることができ、高精細な露光を実現することができる。また、主走査方向に配列された複数の露光ヘッドの間のつなぎ目を微少量の露光位置制御により段差無くつなぐことができる。 Further, the same scanning line is overlapped and exposed (multiple exposure) by different micromirror rows. In this way, by performing multiple exposure, it is possible to control a minute amount of the exposure position and to realize high-definition exposure. Further, joints between a plurality of exposure heads arranged in the main scanning direction can be connected without a step by controlling a very small amount of exposure position.
なお、DMD50を傾斜させる代わりに、各マイクロミラー列を副走査方向と直交する方向に所定間隔ずらして千鳥状に配置しても、同様の効果を得ることができる。
Note that the same effect can be obtained by arranging the micromirror rows in a staggered manner by shifting the micromirror rows by a predetermined interval in the direction orthogonal to the sub-scanning direction instead of inclining the
ファイバアレイ光源66は図9aに示すように、複数(例えば14個)のレーザモジュール64を備えており、各レーザモジュール64には、マルチモード光ファイバ30の一端が結合されている。マルチモード光ファイバ30の他端には、コア径がマルチモード光ファイバ30と同一で且つクラッド径がマルチモード光ファイバ30より小さい光ファイバ31が結合されている。図9bに詳しく示すように、マルチモード光ファイバ31の光ファイバ30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68が構成されている。
As shown in FIG. 9 a, the fiber
マルチモード光ファイバ31の端部で構成されるレーザ出射部68は、図9bに示すように、表面が平坦な2枚の支持板65に挟み込まれて固定されている。また、マルチモード光ファイバ31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31の光出射端面は、光密度が高いため集塵し易く劣化し易いが、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
本例では図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30のレーザ光出射側の先端部分に、長さ1〜30cm程度のクラッド径が小さい光ファイバ31が同軸的に結合されている。それらの光ファイバ30,31は、それぞれのコア軸が一致する状態で光ファイバ31の入射端面を光ファイバ30の出射端面に融着することにより結合されている。上述した通り、光ファイバ31のコア31aの径は、マルチモード光ファイバ30のコア30aの径と同じ大きさである。
In this example, as shown in FIG. 10, an
マルチモード光ファイバ30および光ファイバ31としては、ステップインデックス型光ファイバ、グレーデ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。例えば、三菱電線工業株式会社製のステップインデックス型光ファイバを用いることができる。本例において、マルチモード光ファイバ30および光ファイバ31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30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31は、クラッド径=60μm、コア径=50μm、NA=0.2である。
As the multimode
ただし、光ファイバ31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、シングルモード光ファイバの場合、コア径は少なくとも3〜4μm必要であることから、光ファイバ31のクラッド径は10μm以上が好ましい。また、光ファイバ30のコア径と光ファイバ31のコア径を一致させることが、結合効率の点から好ましい。
However, the cladding diameter of the
なお、上述のようにクラッド径が互いに異なる2つの光ファイバ30、31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はなく、クラッド径が一定の光ファイバ(例えば図9aの例ならば光ファイバ30)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。
As described above, it is not always necessary to use two
レーザモジュール64は、図11に示す合波レーザ光源(ファイバ光源)によって構成されている。この合波レーザ光源は、ヒートブロック10上に配列固定された複数(例えば7個)のチップ状の横マルチモード又はシングルモードのGaN系半導体レーザLD1,LD2,LD3,LD4,LD5,LD6,およびLD7と、GaN系半導体レーザLD1〜LD7の各々に対応して設けられたコリメータレンズ11,12,13,14,15,16および17と、1つの集光レンズ20と、1本のマルチモード光ファイバ30とから構成されている。なお、半導体レーザの個数は7個に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11〜17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
GaN系半導体レーザLD1〜LD7は、発振波長が総て共通(例えば、405nm)であり、最大出力も総て共通(例えばマルチモードレーザでは100mW、シングルモードレーザでは50mW程度)である。なお、GaN系半導体レーザLD1〜LD7の各出力は、最大出力以下で、互いに異なっていても構わない。また、GaN系半導体レーザLD1〜LD7としては、350nm〜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 all have a common oscillation wavelength (for example, 405 nm), and the maximum output is also all common (for example, about 100 mW for a multimode laser and about 50 mW for a single mode laser). Note that the outputs of the GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD7 may be different from each other below the maximum output. Further, 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40内に収納されている。パッケージ40は、その開口を閉じるように作成されたパッケージ蓋41を備えており、脱気処理後に封止ガスを導入し、パッケージ40の開口をパッケージ蓋41で閉じることにより、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が気密封止されている。
As shown in FIGS. 12 and 13, the above combined laser light source is housed in a box-shaped
パッケージ40の底面にはベース板42が固定されており、このベース板42の上面には、前記ヒートブロック10と、集光レンズ20を保持する集光レンズホルダー45と、マルチモード光ファイバ30の入射端部を保持するファイバホルダー46とが取り付けられている。マルチモード光ファイバ30の出射端部は、パッケージ40の壁面に形成された開口からパッケージ外に引き出されている。
A
また、ヒートブロック10の側面にはコリメータレンズホルダー44が取り付けられており、そこにコリメータレンズ11〜17が保持されている。パッケージ40の横壁面には開口が形成され、この開口を通してGaN系半導体レーザLD1〜LD7に駆動電流を供給する配線47がパッケージ外に引き出されている。
Further, a
なお、図13においては、図の煩雑化を避けるために、複数のGaN系半導体レーザのうちGaN系半導体レーザLD7にのみ番号を付し、複数のコリメータレンズのうちコリメータレンズ17にのみ番号を付している。
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
図14は、上記コリメータレンズ11〜17の取り付け部分の正面形状を示すものである。コリメータレンズ11〜17の各々は、非球面を備えた円形レンズの光軸を含む領域を平行な平面で細長く切り取った形状に形成されている。この細長形状のコリメータレンズは、例えば、樹脂又は光学ガラスをモールド成形することによって形成することができる。コリメータレンズ11〜17は、長さ方向がGaN系半導体レーザLD1〜LD7の発光点の配列方向(図14の左右方向)と直交するように、上記発光点の配列方向に密接配置されている。
FIG. 14 shows the front shape of the attachment part of the collimator lenses 11-17. Each of the
一方GaN系半導体レーザLD1〜LD7としては、発光幅が2μmの活性層を備え、活性層と平行な方向、直角な方向の拡がり角が各々例えば10°、30°の状態で各々レーザ光B1〜B7を発するレーザが用いられている。これらGaN系半導体レーザLD1〜LD7は、活性層と平行な方向に発光点が1列に並ぶように配設されている。 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 to B1 having a divergence angle in a direction parallel to the active layer and a direction perpendicular thereto, for example A laser emitting B7 is used. These GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD7 are arranged so that the light emitting points are arranged in a line in a direction parallel to the active layer.
したがって、各発光点から発せられたレーザ光B1〜B7は、上述のように細長形状の各コリメータレンズ11〜17に対して、拡がり角度が大きい方向が長さ方向と一致し、拡がり角度が小さい方向が幅方向(長さ方向と直交する方向)と一致する状態で入射することになる。つまり、各コリメータレンズ11〜17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〜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11〜17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。
Accordingly, in the laser beams B1 to B7 emitted from the respective light emitting points, the direction in which the divergence angle is large coincides with the length direction and the divergence angle is small with respect to the
集光レンズ20は、非球面を備えた円形レンズの光軸を含む領域を平行な平面で細長く切り取って、コリメータレンズ11〜17の配列方向、つまり水平方向に長く、それと直角な方向に短い形状に形成されている。この集光レンズ20は、焦点距離f2=23mm、NA=0.2である。この集光レンズ20も、例えば樹脂又は光学ガラスをモールド成形することにより形成される。
The condensing
図5に示したマイクロレンズアレイ55は、DMD50の各画素に対応する多数のマイクロレンズ55a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DMD50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55aは1024個×256列配置されている。またマイクロレンズ55aの配置ピッチは縦方向、横方向とも41μmである。このマイクロレンズ55aは、一例として焦点距離が0.19mm、NA(開口数)が0.11で、光学ガラスBK7から形成されている。
The
また上記アパーチャアレイ59は、マイクロレンズアレイ55の各マイクロレンズ55aに対応する多数のアパーチャ(開口)59aが形成されてなるものである。本実施形態において、アパーチャ59aの径は10μmである。
The
また、図5に示したレンズ系52、54からなる第1結像光学系は、DMD50による像を3倍に拡大してマイクロレンズアレイ55上に結像する。そしてレンズ系57、58からなる第2結像光学系は、マイクロレンズアレイ55を経た像を1.6倍に拡大して感光材料150上に結像、投影する。したがって全体では、DMD50による像が4.8倍に拡大して感光材料150上に結像、投影されることになる。
Further, the first imaging optical system including the
なお本例では、第2結像光学系と感光材料150との間にプリズムペア73が配設され、このプリズムペア73を図5中で上下方向に移動させることにより、感光材料150上における像のピントを調節可能となっている。なお同図中において、感光材料150は矢印F方向に副走査送りされる。
In this example, a
次に図15を参照して、本例の画像露光装置における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300には変調回路301が接続され、該変調回路301にはDMD50を制御するコントローラ302が接続されている。また全体制御部300には、レーザモジュール64を駆動するLD駆動回路303が接続されている。さらにこの全体制御部300には、前記ステージ152を駆動するステージ駆動装置304が接続されている。
Next, the electrical configuration of the image exposure apparatus of this example will be described with reference to FIG. As shown here, a
[画像露光装置の動作]
次に、上記画像露光装置の動作について説明する。スキャナ162の各露光ヘッド166において、ファイバアレイ光源66の合波レーザ光源を構成するGaN系半導体レーザLD1〜LD7(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11〜17によって平行光化される。平行光化されたレーザ光B1〜B7は、集光レンズ20によって集光され、マルチモード光ファイバ30のコア30aの入射端面上で収束する。
[Operation of image exposure apparatus]
Next, the operation of the image exposure apparatus will be described. In each
本例では、コリメータレンズ11〜17および集光レンズ20によって集光光学系が構成され、その集光光学系とマルチモード光ファイバ30とによって合波光学系が構成されている。すなわち、集光レンズ20によって上述のように集光されたレーザ光B1〜B7が、このマルチモード光ファイバ30のコア30aに入射して光ファイバ内を伝搬し、1本のレーザ光Bに合波されてマルチモード光ファイバ30の出射端部に結合された光ファイバ31から出射する。
In this example, the
各レーザモジュールにおいて、レーザ光B1〜B7のマルチモード光ファイバ30への結合効率が0.9で、GaN系半導体レーザLD1〜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31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31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
画像露光に際しては、図15に示す変調回路301から露光パターンに応じた画像データがDMD50のコントローラ302に入力され、そのフレームメモリに一旦記憶される。この画像データは、画像を構成する各画素の濃度を2値(ドットの記録の有無)で表したデータである。
At the time of image exposure, image data corresponding to the exposure pattern is input from the
感光材料150を表面に吸着したステージ152は、図15に示すステージ駆動装置304により、ガイド158に沿ってゲート160の上流側から下流側に一定速度で移動される。ステージ152がゲート160下を通過する際に、ゲート160に取り付けられたセンサ164により感光材料150の先端が検出されると、フレームメモリに記憶された画像データが複数ライン分ずつ順次読み出され、データ処理部で読み出された画像データに基づいて各露光ヘッド166毎に制御信号が生成される。そして、ミラー駆動制御部により、生成された制御信号に基づいて各露光ヘッド166毎にDMD50のマイクロミラーの各々がオンオフ制御される。なお本例の場合、1画素部となる上記マイクロミラーのサイズは14μm×14μmである。
The
ファイバアレイ光源66からDMD50にレーザ光Bが照射されると、DMD50のマイクロミラーがオン状態のときに反射されたレーザ光は、レンズ系54、58により感光材料150上に結像される。このようにして、ファイバアレイ光源66から出射されたレーザ光が画素毎にオンオフされて、感光材料150がDMD50の使用画素数と略同数の画素単位(露光エリア168)で露光される。また、感光材料150がステージ152と共に一定速度で移動されることにより、感光材料150がスキャナ162によりステージ移動方向と反対の方向に副走査され、各露光ヘッド166毎に帯状の露光済み領域170が形成される。
When the
なお本例では、図16(A)および(B)に概略的に示すように、DMD50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302により一部のマイクロミラー列(例えば、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 schematically shown in FIGS. 16A and 16B, the
この場合、図16(A)に示すようにDMD50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16(B)に示すように、DMD50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
DMD50のデータ処理速度には限界があり、使用する画素数に比例して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、副走査方向の画素を全部使用する必要はない。
Since the data processing speed of the
スキャナ162による感光材料150の副走査が終了し、センサ164で感光材料150の後端が検出されると、ステージ152は、ステージ駆動装置304により、ガイド158に沿ってゲート160の最上流側にある原点に復帰し、再度、ガイド158に沿ってゲート160の上流側から下流側に一定速度で移動される。
When the sub-scanning of the
次に、図5に示したファイバアレイ光源66、集光レンズ71、ロッドインテグレータ72、結像レンズ74、ミラー69およびTIRプリズム70から構成されてDMD50に照明光としてのレーザ光Bを照射する照明光学系について説明する。ロッドインテグレータ72は例えば四角柱状に形成された透光性ロッドであり、その内部をレーザ光Bが全反射しながら進行するうちに、該レーザ光Bのビーム断面内強度分布が均一化される。なお、ロッドインテグレータ72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。以上のようにして、照明光であるレーザ光Bのビーム断面内強度分布を高度に均一化できれば、照明光強度の不均一を無くして、高精細な画像を感光材料150に露光可能となる。
Next, the illumination comprising the fiber
次に、DMD50の取付構造について詳しく説明する。図17と図18はそれぞれ、露光装置本体側に固定されるDMD保持部材90およびそれに固定されるDMD50を、DMD50の表面側、裏面側から見た状態を示す分解斜視図である。これらの図に示される通りDMD保持部材90は、3つのDMD固定用突起(以下、単に突起という)90a、90bおよび90cを有しており、DMD50の表面側がそれらを介して3点でDMD保持部材90に接着固定されるようになっている。
Next, the
なおDMD保持部材90は、DMD50の使用可能領域つまり前述のマイクロミラー62が並設されている領域を露出させる、概略矩形状の開口90dを有している。またDMD保持部材90には、上記開口90dの辺に近い位置において細長く延びる切欠き90e、90fおよび90gが形成されており、上記突起90a、90bおよび90cはそれぞれ、各切欠き90e、90fおよび90gと開口90dの辺との間で細く延びる部分に形成されている。
The
DMD50は基本的にアルミナから形成され、他方DMD保持部材90はアルミニウムから形成されている。アルミナとアルミニウムは、線膨張係数が互いに異なるので、それら両者が温度変化を受けた際には、その線膨張係数の相違のために、DMD保持部材90に対してDMD50が動いてしまうことが起こり得る。
The
図19は、DMD50と上記突起90a、90bおよび90cとの位置関係を詳しく示す平面図である。本実施形態では、DMD本体50aの中の使用可能領域(マイクロミラー62が並設されている領域)50bの一部が、先に説明した図16(B)の形で、使用領域50cとして選択使用される。そしてDMD本体50aは、使用可能領域50bから外れた外側の部分が、上記突起90a、90bおよび90cに接着固定される。なおDMD本体50aは、使用領域50cの光軸が、マイクロレンズアレイ55の光軸と一致する状態に位置決めして固定される。
FIG. 19 is a plan view showing in detail the positional relationship between the
本実施形態では、DMD本体50aの、突起90a、90bおよび90cに接着固定される部分が各々、先に説明した第1、2および3固定点となる。すなわち、突起90aおよび90bは、固定されたDMD50の使用領域50cの中心Oを通りかつ該使用領域50cの一辺と平行な直線(第1中心線CL1)に関して、互いに線対称となる位置に設定されている。また、もう一つの突起90cは、上記突起90aおよび90bを結ぶ線分が第1中心線CL1と交わる点と、使用領域50cの中心Oに関して点対称となる位置に設定されている。
In the present embodiment, the portions of the DMD
したがって、DMD50の使用領域50cを線対称に分ける上記第1中心線CL1と第2中心線CL2に対する突起90a、90bおよび90cの関係を見ると、突起90aおよび90bは第1中心線CL1から等距離で互いに反対の位置に、また突起90cは該第1中心線CL1上の位置に存在し、そして突起90a(90b)と突起90cは第2中心線CL2から等距離で互いに反対の位置に存在することになる。
Accordingly, when the relationship between the
また、モノリシックに形成されたDMD50の温度変化による伸縮は、前述した通り、その中のどの部分を基準に考えても基本的に等方的に生じる。そこで、上述した理由によりDMD50がDMD保持部材90に対して動く場合、該DMD50は基本的に、第1中心線CL1の延びる方向には第2中心線CL2を中心に伸縮するように、他方、第2中心線CL2の延びる方向には第1中心線CL1を中心に伸縮するようになるので、それら2つの中心線CL1、CL2が交わる位置においてDMD50が動くことは無くなる。それら2つの中心線CL1、CL2が交わる位置とは、すなわちDMD50の使用領域50cの光軸が通る位置であるから、結局、DMD50の光軸ずれが防止されることになる。
Further, as described above, the expansion and contraction due to the temperature change of the
本実施形態のように、DMD50の使用領域50cが使用可能領域50bの中の一部に設定されて、該使用領域50cの中心OがDMD50全体の中心から外れている場合には、DMD50全体をDMD保持部材90にバランス良く3点で固定しても、温度変化を受けたとき使用領域50cの中心Oが動きやすくなっているので、光軸ずれが発生しやすい。そこで、このような場合に本発明の取付構造を適用したこの実施形態においては、特に光軸ずれを抑制する効果が高いものとなる。
When the
また本実施形態においては、DMD保持部材90の突起90a、90bおよび90cがそれぞれ、切欠き90e、90fおよび90gと開口90dの辺との間で細く延びる部分に形成されているので、保持部材90の突起90aと切欠き90eとの間の部分、突起90bと切欠き90fとの間の部分、および突起90cと切欠き90gとの間の部分(該部分がそれぞれ弾性部となるので、それらをこの順に第1弾性部、第2弾性部、第3弾性部と称する)は、切欠き90e、90fおよび90gが無い場合と比べて、DMD50の3つの固定点を含む面内でより容易に弾性変形可能となっている。そうであれば、DMD保持部材90とDMD50との間の線膨張係数の違いによる伸縮量の差が、DMD保持部材90側の弾性変形によって吸収されやすくなるので、この伸縮量の差によって両者間の接着層が破壊するような問題を防止可能となる。
In the present embodiment, the
また本実施形態においては特に、使用領域50cの中心Oから、突起90aと90bを結ぶ線分が第1中心線CL1と交わる点までの距離、突起90cまでの距離をそれぞれA、Bとし、第1中心線CL1から突起90aまでの距離、突起90bまでの距離をそれぞれC、Dとし、第1中心線CL1が延びる方向(x方向)に関する第1、2および3の弾性部のばね定数をそれぞれkax、kbxおよびkcxとし、突起90aと突起90bの並び方向(y方向)に関する第1および2の弾性部のばね定数をそれぞれkayおよびkbyとしたとき、
kax・A/(A+B)+kbx・A/(A+B)+kcx・B/(A+B)=0
kay・C/(C+D)+kby・D/(C+D)=0
の関係がほぼ満足されている。そこで、DMD50の温度変化による伸縮が上述のように等方的に生じることを前提とすれば、3つの固定点が各弾性部から受ける弾性力がx方向に関しても、またy方向に関してもつり合いが取れるようになるので、それらの弾性部を設けたことによって新たにDMD50の光軸ずれが誘起されるようなことも防止できる。
In the present embodiment, in particular, the distance from the center O of the
kax · A / (A + B) + kbx · A / (A + B) + kcx · B / (A + B) = 0
kay · C / (C + D) + kby · D / (C + D) = 0
The relationship is almost satisfied. Therefore, assuming that the expansion and contraction due to the temperature change of the
なお本実施形態では、特にA=B、C=Dであるので、kax+kbx+kcx=0、かつkay+kby=0の関係がほぼ満足されていればよい。A≠BあるいはC≠Dの場合は、それぞれAおよびBの値や、CおよびDの値を上記式に代入して、必要なばね定数を例えば計算機を用いたシミュレーション等によって求めればよい。また、ばね定数kax、kbxおよびkcx、並びにkayおよびkbyは、それぞれ切欠き90e、90fおよび90gの長さやその位置、さらにはDMD保持部材90の厚み等を調整することにより所望値に設定することができる。
In this embodiment, since A = B and C = D in particular, it is sufficient that the relationship of kax + kbx + kcx = 0 and kay + kby = 0 is substantially satisfied. In the case of A ≠ B or C ≠ D, the values of A and B and the values of C and D may be substituted into the above equations, and the necessary spring constant may be obtained by, for example, simulation using a computer. Further, the spring constants kax, kbx and kcx, and kay and kby are set to desired values by adjusting the lengths and positions of the
ここで、A=BかつC=Dとする場合には、上述のような弾性部を設けることは必ずしも必要ではなく、A=BかつC=Dとすることだけで、先に述べた通り光軸ずれを抑制する効果が得られる。また上述のような弾性部を設ける構成は、特にA=BかつC=Dとする場合以外にも、さらにはDMD50を3点で固定する場合以外(4点以上で固定する場合)にも適用可能であり、そのような場合も、DMD保持部材90とDMD50との間の線膨張係数の違いによる伸縮量の差によって両者間の接着層が破壊する問題を防止可能となる。
Here, in the case of A = B and C = D, it is not always necessary to provide the elastic portion as described above, and only by setting A = B and C = D, the light is transmitted as described above. An effect of suppressing the axial deviation is obtained. In addition, the configuration provided with the elastic portion as described above is applied not only when A = B and C = D, but also when the
また本発明は、DMD50の使用可能領域50bの全部が使用領域とされる場合にも同様に適用可能であり、その場合にも上に説明した効果を同様に奏するものである。そのように形成された本発明の別の実施形態を、図20に示してある。なおこの図20において、図19中の要素と同等の要素には同番号を付してあり、それらについての重複した説明は省略する(以下、同様)。
The present invention is also applicable to the case where all the
図21は、本発明のさらに異なる実施形態を示すものである。この実施形態においては、図20の実施形態と比べると、第1中心線CL1と第2中心線CL2が互いに入れ替わった形となっており、突起90aおよび90bは、DMD50の使用可能領域50bの上辺と平行に並ぶように配置されている。
FIG. 21 shows a further different embodiment of the present invention. In this embodiment, as compared with the embodiment of FIG. 20, the first center line CL1 and the second center line CL2 are interchanged, and the
この実施形態においても、突起90aおよび90bは、固定されたDMD50の使用領域50cの中心Oを通りかつ該使用領域50cの一辺と平行な直線(第1中心線CL1)に関して、互いに線対称となる位置に設定されている。また、もう一つの突起90cは、上記突起90aおよび90bを結ぶ線分が上記第1中心線CL1と交わる点と、使用領域の中心Oに関して点対称となる位置に設定されている。それにより本実施形態においても、先に説明した2つの実施形態におけるのと同様の効果を得ることができる。
Also in this embodiment, the
LD1〜LD7 GaN系半導体レーザ
50 デジタル・マイクロミラー・デバイス(DMD)
50b DMDの使用可能領域
50c DMDの使用領域
55 マイクロレンズアレイ
66 レーザモジュール
66 ファイバアレイ光源
90 DMD保持部材
90a、90b、90c DMD固定用突起
90e、90f、90g 切欠き
LD1-LD7 GaN semiconductor laser
50 Digital micromirror device (DMD)
50b DMD usable area
50c DMD usage area
55 Micro lens array
66 Laser module
66 Fiber array light source
90 DMD holding member
90a, 90b, 90c DMD fixing protrusion
90e, 90f, 90g Notch
Claims (6)
前記デジタル・マイクロミラー・デバイスが、その使用領域の中心を通りかつ該使用領域の一辺と平行な直線に関して、互いに線対称となる位置に設定された第1および2の固定点と、これら2つの固定点を結ぶ線分が前記直線と交わる点と、前記使用領域の中心に関して点対称となる位置に設定された第3の固定点とを介して、前記光学装置側に3点で固定されていることを特徴とするデジタル・マイクロミラー・デバイスの取付構造。 In a structure in which a digital micromirror device having a substantially rectangular outline of a use area is attached to an optical apparatus using the device,
The digital micromirror device includes first and second fixed points that are set to be symmetrical with each other with respect to a straight line that passes through the center of the use area and is parallel to one side of the use area. It is fixed at three points on the optical device side through a point where a line segment connecting fixed points intersects the straight line and a third fixed point set at a point-symmetrical position with respect to the center of the use area. A mounting structure for a digital micromirror device, characterized in that
前記デジタル・マイクロミラー・デバイスが、光学装置の保持部材に対して少なくとも3点で固定され、
前記保持部材が、前記固定点の中の少なくとも1つの近傍に弾性変形可能な弾性部を備えていることを特徴とするデジタル・マイクロミラー・デバイスの取付構造。 In a structure for attaching a digital micromirror device to an optical apparatus using the device,
The digital micromirror device is fixed at least three points to the holding member of the optical device;
The digital micromirror device mounting structure, wherein the holding member includes an elastic portion capable of elastic deformation near at least one of the fixed points.
このデジタル・マイクロミラー・デバイスが、その使用領域の中心を通りかつ該使用領域の一辺と平行な直線を挟んで互いに反対側の位置に設定された第1および2の固定点と、これら2つの固定点を結ぶ線分が前記直線と交わる点と前記使用領域の中心を挟んで反対側となる位置に設定された第3の固定点とを介して、前記光学装置側に3点で固定され、
前記第1、2および3の固定点の各近傍にそれぞれ第1、2および3の弾性部が形成され、
前記使用領域の中心から前記線分が前記直線と交わる点までの距離、前記第3の固定点までの距離をそれぞれA、Bとし、前記直線から前記第1の固定点までの距離、第2の固定点までの距離をそれぞれC、Dとし、前記直線が延びる方向に関する前記第1、2および3の弾性部のばね定数をそれぞれkax、kbxおよびkcxとし、前記第1および2の固定点の並び方向に関する前記第1および2の弾性部のばね定数をそれぞれkayおよびkbyとしたとき、
kax・A/(A+B)+kbx・A/(A+B)+kcx・B/(A+B)=0
kay・C/(C+D)+kby・D/(C+D)=0
の関係がほぼ満足されていることを特徴とする請求項3記載のデジタル・マイクロミラー・デバイスの取付構造。 The digital micromirror device is such that the outline of the use area is substantially rectangular,
The digital micromirror device includes first and second fixed points set at positions opposite to each other across a straight line passing through the center of the use area and parallel to one side of the use area. It is fixed at three points on the optical device side through a point where a line segment connecting fixed points intersects the straight line and a third fixed point set on the opposite side across the center of the use area. ,
First, second, and third elastic portions are formed in the vicinity of the first, second, and third fixing points, respectively.
The distance from the center of the use area to the point where the line segment intersects the straight line and the distance to the third fixed point are A and B, respectively, the distance from the straight line to the first fixed point, the second C, D respectively, and the spring constants of the first, second, and third elastic portions in the direction in which the straight line extends are kax, kbx, and kcx, respectively. When the spring constants of the first and second elastic portions with respect to the arrangement direction are set to kay and kby, respectively,
kax · A / (A + B) + kbx · A / (A + B) + kcx · B / (A + B) = 0
kay · C / (C + D) + kby · D / (C + D) = 0
4. The structure for mounting a digital micromirror device according to claim 3, wherein the relationship is substantially satisfied.
この光源から発せられた光を変調するデジタル・マイクロミラー・デバイスと、
このデジタル・マイクロミラー・デバイスの各マイクロミラーを経た光をそれぞれ集光するマイクロレンズがアレイ状に配置されてなるマイクロレンズアレイと、
このマイクロレンズアレイを経た光による像を所定の感光材料上に結像する結像光学系とを備えてなる画像露光装置において、
前記デジタル・マイクロミラー・デバイスが、請求項1から5いずれか1項記載の取付構造によって保持部材に取り付けられていることを特徴とする画像露光装置。 A light source;
A digital micromirror device that modulates the light emitted from this light source;
A microlens array in which microlenses for condensing light passing through each micromirror of the digital micromirror device are arranged in an array,
In an image exposure apparatus comprising an imaging optical system that forms an image by light passing through the microlens array on a predetermined photosensitive material,
An image exposure apparatus, wherein the digital micromirror device is attached to a holding member by the attachment structure according to any one of claims 1 to 5.
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JP2005119464A JP2006301062A (en) | 2005-04-18 | 2005-04-18 | Mounting structure of digital micromirror device and image exposure apparatus |
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