JP2006337529A - 画像露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 光利用効率および消光比を高く保ち、空間光変調素子の画素部が異方的なパワーを有する場合でも高精細な画像を得る。
【解決手段】 照射された光を各々変調する多数の画素部が２次元状に配列されてなるＤＭＤ等の空間光変調素子５０と、空間光変調素子５０に光Ｂを照射する光源６６と、各画素部を経た光を受けて画素部の像を結像させる結像光学系５１と、各画素部からの光Ｂをそれぞれ集光するマイクロレンズ５５ａが並設されてなるマイクロレンズアレイ５５と、を備えた画像露光装置において、画素部は光軸に垂直な面内の２方向において異なる符号のパワーを有し、マイクロレンズアレイ５５を分離集光位置に配置し、各マイクロレンズ５５ａが、画素部のパワーによる収差を補正するよう、光軸に垂直な面内の２方向で異なるパワーを有するようにする。
【選択図】 図５

Description

本発明は画像露光装置に関し、特に詳細には、空間光変調素子で変調された光を結像光学系に通し、この光による像を感光材料上に結像させて該感光材料を露光する画像露光装置に関するものである。

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画素部が複数並設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。

この種の画像露光装置において、上記空間光変調素子として、例えばＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）等が好適に用いられ得る。なお上記の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り、そこでは、上記マイクロミラーが反射型の画素部として作用する。

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。

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。

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。

また特許文献２には、同種の画像露光装置において、マイクロレンズアレイの後側にマイクロレンズアレイの各マイクロレンズと対応するアパーチャ（開口）を有するアパーチャアレイ（開口板）を配置して、対応するマイクロレンズを経た光のみが開口を通過するようにした構成が示されている。この構成においては、開口板の各開口に、それと対応しない隣接のマイクロレンズからの光が入射することが防止されるので、隣接画素への迷光の入射を抑制できる。また、ＤＭＤの画素（マイクロミラー）をオフ状態にして露光面上に光が照射されないようにする場合であっても、露光面上に僅かな光が入射することがあるが、上記構成とすることで、ＤＭＤ画素がオフ状態にある時の露光面上の光量を低減することができる。
特開２００１−３０５６６３号公報 特開２００４−１２２４７０号公報

上述のＤＭＤのように反射型の画素部を有する空間光変調素子とマイクロレンズアレイと結像光学系とを組み合わせてなる従来の画像露光装置においては、結像光学系によって前記マイクロミラー等の画素部の像を結像させ、その結像位置にマイクロレンズアレイの各マイクロレンズが位置するように構成されている。

しかし、そのような構成の画像露光装置においては、空間光変調素子とマイクロレンズアレイとの相対位置関係が厳密に所定関係に保たれていないと、光利用効率や消光比が低下するという問題が発生しやすくなっていた。以下、この点に関して詳しく説明する。

図３１の（１）に示す１００は、結像光学系によって結ばれる空間光変調素子の画素部、つまり例えばＤＭＤのマイクロミラーの像を示し、同図（２）の１０１は、マイクロレンズ１０２が並設されてなるマイクロレンズアレイを示している。上述のようなマイクロミラー像１００をマイクロレンズアレイ１０１のマイクロレンズ１０２の部分に結像させる場合、そのマイクロミラー像１００がマイクロレンズ１０２のサイズよりも大きく結像されると、図３２の（１）に示す状態となり、空間光変調素子とマイクロレンズアレイとが光軸と交わる方向にずれると同図の（２）に示す状態となり、大きなケラレが発生することになる。このようになると、マイクロミラーの周辺部で反射した光は画像露光に利用されなくなるので、光利用効率が低いものとなる。

なお多くの場合、マイクロレンズ１０２の周縁の外側には、それと一体的あるいは別体にして、不要光を遮断するマスクが設けられる。そのようなマスクが設けられる場合、上述のようにケラレた光はこのマスクで遮断される。またそのようなマスクが設けられない場合でも、上述のようにケラレた光はマイクロレンズ１０２の開口から外れて集光されなくなるので、当然、本来の用途に利用されなくなる。

さらに、図３２の（１）に示したずれの程度が大きくなると、本来、Ａというマイクロレンズ１０２の部分に結像されるべきマイクロミラー像１００の一部が、そのマイクロレンズ１０２に隣接するＢというマイクロレンズ１０２の部分に結像されるようになる。そうであると、Ｂなるマイクロレンズ１０２を通過する光は完全に遮断したい場合に、そこに、Ａなるマイクロレンズ１０２を通過すべき光が入射してしまうので、消光比の低下を招く。

また、上記のような画像露光装置では、空間光変調素子の各画素部を経由して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ビームには、非点隔差が生じ、断面が楕円状のビームになることがあった。この結果、投影画像における画素サイズを小さく保つことができず、画像の鮮鋭度が劣化してしまうという問題が生じていた。上記非点隔差は主に空間光変調素子の画素部の面の歪みに起因しており、空間光変調素子としてＤＭＤを用いたときにはＤＭＤの画素部の反射面の歪みが主な原因となる。

特に、画素部の反射面が光軸に対して回転非対称な面となる異方的な歪みがある場合には、非点収差が発生する光学系となり、画素部の反射面を経由してマイクロレンズで集光されたビームは、ビーム径が最も小さくなる光軸方向の位置（ビームウエスト位置）が、光軸に垂直な面内の方向により異なるという現象が起こる。

具体的には、光軸に垂直な面内の異なる２方向をそれぞれｘ方向、ｙ方向としたとき、ｘ方向のビーム径が最小となるｘ方向のビームウエスト位置では、ｙ方向のビームは広がったものとなり、ｙ方向のビーム径は最小とならないため、ビームの断面形状は楕円となる。ｙ方向のビーム径が最小となるｙ方向のビームウエスト位置においても同様に、ｘ方向のビームは広がったものとなり、ビームの断面形状は楕円となる。感光材料上への結像は２次元面上に行われるため、このようなビームをそのまま用いて画像を形成すると、鮮鋭度が低下する。

上記現象は、画素部の反射面が光軸に垂直な面内の異なる２方向で符号が異なるパワーを有する場合は特に顕著に現れ、高精細な画像を得る上で大きな問題となる。

本発明は上記の事情に鑑みて、光利用効率が高く、また消光比も高く保つことができると共に、空間光変調素子の画素部が光軸に垂直な面内の２方向において異なる符号のパワーを有する場合でも高精細な画像を得ることが可能な画像露光装置を提供することを目的とする。

本発明による画像露光装置は、照射された光を各々制御信号に応じて変調する反射型の画素部が複数並設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の各画素部を経た光を受けて該画素部の像を結像させる光学系、および、前記空間光変調素子の各画素部を経て前記光学系を通過した光が個別に入射するマイクロレンズが複数並設されてなるマイクロレンズアレイを含み、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た画像露光装置において、前記画素部が光軸に垂直な面内の２方向において異なる符号のパワーを有し、前記マイクロレンズアレイが前記光学系による前記画素部の結像位置から外れた、前記画素部および前記光学系による分離集光位置に配置され、前記マイクロレンズアレイの各マイクロレンズが、前記画素部の前記パワーによる収差を補正するよう、光軸に垂直な面内の２方向で異なるパワーを有するものであることを特徴とするものである。

なお、上記画像露光装置において、マイクロレンズは通常の屈折型レンズだけでなく、屈折率分布型レンズ、あるいは回折型レンズを用いてもよい。また、マイクロレンズは、屈折型レンズ、屈折率分布型レンズ、回折型レンズの少なくとも２つを組み合わせて構成されたレンズを用いてもよい。ここでいう組合せとは、接合レンズだけでなく、１つのレンズに複数の作用を持たせたものも意味する。例えば、屈折型レンズと回折型レンズの組合せとしては、屈折作用と回折作用を有するフレネルレンズ等が考えられる。また、屈折型レンズと屈折率分布型レンズの組み合わせとしては、例えば屈折率分布を有する球面形状のレンズ等を採用できる。

上記画像露光装置において、前記光学系による前記画素部の結像位置から外れた、前記画素部、前記光学系および前記マイクロレンズアレイによる分離集光位置に、前記各画素部を経た光を個別に集光するマイクロレンズが複数並設されてなる集光用マイクロレンズアレイがさらに配設されていることが望ましい。

そして、前記集光用マイクロレンズアレイが、前記光の光軸方向に移動可能に配置されていることが望ましい。

また、上記画像露光装置において、前記光学系による前記画素部の結像位置から外れた、前記画素部、前記光学系および前記マイクロレンズアレイによる分離集光位置に、前記各画素部を経た光を個別に透過させる開口が複数並設されてなるアパーチャアレイがさらに配設されていることが望ましい。

さらに、前記空間光変調素子が、前記画素部としての微小ミラーが２次元状に配列されてなるＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）であることが望ましい。

なお、上述した分離集光位置は、光学系による画素部の結像位置から外れた位置において、光軸に垂直な面内のある方向について、各画素部から反射した光が分離されて集光されている位置、または、各画素部から反射した光が分離されている位置を意味する。

本発明による画像露光装置では、マイクロレンズアレイを上記分離集光位置に配置している。分離集光位置での光スポットは、結像位置での画素部の像より小さなサイズの光点となり、マイクロレンズアレイの各マイクロレンズよりも小さなものとなる。よって、空間光変調素子とマイクロレンズアレイとが多少ずれた場合でも、光スポットがケラレたり、あるマイクロレンズに入射すべき光スポットが隣のマイクロレンズに入り込むことがなくなるので、光利用効率や消光比の低下を防止できる。

また、本発明による画像露光装置では、光軸に垂直な面内の２方向において異なる符号のパワーを有する画素部に対し、マイクロレンズアレイの各マイクロレンズが、画素部のパワーによる収差を補正するよう、光軸に垂直な面内の２方向で異なるパワーを有するようにしている。この構成によれば、画素部により非点収差がしたとしても、マイクロレンズアレイの各マイクロレンズによりこの非点収差を補正して、上記ｘ方向、ｙ方向のビームウエスト位置を一致させることができる。よって、本発明による画像露光装置によれば、集光されてｘ方向およびｙ方向のビームウエスト位置が揃ったビームを画像形成に利用できるため、高精細な画像を得ることができる。

分離集光位置に各画素部を経た光を個別に集光する集光用マイクロレンズアレイがさらに配設された場合には、よりスポットサイズを絞ることができ、画像の鮮鋭度の向上に貢献できる。また、上記収差補正機能を有するマイクロレンズアレイによりすでに光は集光されているため、集光用マイクロレンズアレイに入射する光スポットはさらに小さなものとなり、空間光変調素子と集光用マイクロレンズアレイとが多少ずれていても、分離集光位置での光スポットがケラレたり、集光用マイクロレンズアレイのあるマイクロレンズに入射すべき光スポットが隣のマイクロレンズに入り込むことがなく、集光用マイクロレンズアレイを配設する際に懸念される光利用効率や消光比の低下を防止できる。

この集光用マイクロレンズアレイが、光の光軸方向に移動可能に配置されていれば、光の焦点調整を容易に行うことができる。特に、結像位置とその前後での光利用効率の変化量よりも分離集光位置での前後の光利用効率の変化量の方が小さいため、焦点調整を行ったときの光利用効率の変化量を最小限に押さえることができる。

この分離集光位置にアパーチャアレイが配設された場合には、各アパーチャに各画素部を経て集光された光のみが通過するようになるので、迷光を遮断でき、消光比を向上できる。

なお、マイクロレンズに屈折率分布型レンズを採用した場合は、外形形状を平行平板にすることができ、回折型レンズを採用した場合は、外形形状を平行平板にすると共に通常の屈折型のレンズよりも光軸方向の厚みを低減できる。マイクロレンズに屈折型レンズ、屈折率分布型レンズ、回折型レンズの少なくとも２つを組み合わせて構成されたレンズを採用した場合には、設計の自由度が高まる。

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。まず、本発明の第１の実施形態による画像露光装置について説明する。

［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。

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。

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１６６_ｍｎと表記する。

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１６８_ｍｎと表記する。

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１６８_１１と露光エリア１６８_１２との間の露光できない部分は、２行目の露光エリア１６８_２１と３行目の露光エリア１６８_３１とにより露光することができる。

露光ヘッド１６６_１１〜１６６_ｍｎ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。

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。

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の下流側、つまりミラー６９側に配置されたコリメータレンズ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およびコリメータレンズ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。

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。

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。

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。各マイクロレンズ５５ａは、それぞれ対応するマイクロミラー６２からのレーザ光Ｂが入射する位置において、レンズ系５２，５４によるマイクロミラー６２の結像位置から外れた、該マイクロミラー６２およびレンズ系５２，５４による分離集光位置に配されている。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。なおマイクロレンズ５５ａの形状については、後に詳しく説明する。そして、各マイクロレンズ５５ａの位置におけるレーザ光Ｂのビーム径は、４１μｍである。

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。

上記第１結像光学系は、ＤＭＤ５０による像を３倍に拡大してマイクロレンズアレイ５５上に結像する。そして第２結像光学系は、マイクロレンズアレイ５５を経た像を１．６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。

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。

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。

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。

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。本実施形態におけるマイクロミラー６２はその反射面に歪みを有するが、図６、図７ではその歪みは省略している。

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。

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Ｐ_１が、ＤＭＤ５０を傾斜させない場合の走査線のピッチＰ_２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Ｗ_２と、ＤＭＤ５０を傾斜させない場合の走査幅Ｗ_１とは略同一である。

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、アライメントマークに対する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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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ｆ_１＝３ｍｍ、ＮＡ＝０．６、レンズ配置ピッチ＝１．２５ｍｍである。

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ｆ_２＝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。

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。

［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。

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。

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。

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。

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。

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。

なお本例では、図１６（Ａ）および（Ｂ）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。

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。

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。

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。

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、コリメータレンズ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。

ここで図１７に、ＤＭＤ５０を構成するマイクロミラー６２が回転するときの中心軸となる偏向軸の方向を示す。本実施形態では、マイクロミラー６２の反射面の一方の対角線方向が偏向軸の方向となっており、その方向をｙ方向とし、他方の対角線方向をｘ方向としている。すなわち、ｘ方向、ｙ方向は光軸Ｏに垂直な面内の異なる２方向であり、本実施形態においてはこれらの方向は直交している。

上記ｘ方向およびｙ方向に平行な断面内のマイクロミラー６２の反射面の高さ位置変位の模式図を図１８の（Ａ）および（Ｂ）にそれぞれ示す。図１８においては、横軸に反射面中心からの各方向の位置、縦軸に光軸方向の変位をとっている。図１８の（Ａ）および（Ｂ）に示される通り、マイクロミラー６２の反射面はｘ方向では凹面形状、ｙ方向では凸面形状をした回転非対称な曲面となっており、異方的な歪みを有している。上記形状のため、マイクロミラー６２は、ｘ方向、ｙ方向で符号の異なるパワーを有する回転非対称な構成となっている。

このようなパワーを有するマイクロミラー６２に平行光を入射させると、反射されて出射された光はｘ方向では収束光となり、ｙ方向では発散光となる。図１９（Ａ）および（Ｂ）は、はそれぞれ、光軸を通りｘ方向およびｙ方向に平行な断面内において、上述したマイクロミラー６２で反射された光が第１結像光学系であるレンズ系５２，５４を通って進行する様子を示す模式図である。

なお、図１９ではＴＩＲプリズム７０は省略しており、比較のためにマイクロレンズアレイ５５が無いときの様子を示している。図１９では隣接する３つのマイクロミラーを図示し、レンズ系５２，５４によるこれら３つのマイクロミラー６２の像を両端矢印の曲線で示し、中央の１つのマイクロミラーの中心および両端で反射された光を実線で示している。また、図１９では上記３つのマイクロミラーで反射されたビームのビーム径が、レンズ系５４より下流側において変化する様子を点線の楕円で模式的に示している。

上記のようにｘ方向では収束光、ｙ方向では発散光となっている光を光軸に対して回転対称なパワーを有する通常のレンズで集光した場合には、ｘ方向とｙ方向ではビーム径が最も小さくなる光軸方向の位置（ビームウエスト位置）が異なるという現象、すなわち非点収差が生じ、画像の高精細化の障害となる。

そこで、本実施形態の画像露光装置においては上述の問題を防止するために、マイクロレンズアレイ５５のマイクロレンズ５５ａが、従来とは異なる特殊な形状とされている。以下、その点について詳しく説明する。

図２０の（Ａ）および（Ｂ）はそれぞれ、マイクロレンズアレイ５５全体の正面形状および側面形状を詳しく示すものである。これらの図にはマイクロレンズアレイ５５の各部の寸法も記入してあり、それらの単位はｍｍである。本実施形態では、先に図１６を参照して説明したようにＤＭＤ５０の１０２４個×２５６列のマイクロミラー６２が駆動されるものであり、それに対応させてマイクロレンズアレイ５５は、横方向に１０２４個並んだマイクロレンズ５５ａの列を縦方向に２５６列並設して構成されている。なお同図（Ａ）では、マイクロレンズアレイ５５の並び順を横方向についてはｊで、縦方向についてはｋで示している。

各マイクロレンズ５５ａは、上述したマイクロミラー６２の反射面の異方的な歪みによる収差を補正するよう、ｘ方向とｙ方向で有するパワーが異なり、光軸に対して回転非対称なパワーを有する構成となっている。より具体的には、本実施形態におけるマイクロレンズ５５ａは、ｘ方向のパワーは０、ｙ方向のパワーは正の値を持つシリンドリカルレンズである。ｙ方向のパワーの値は、マイクロミラー６２の反射面の曲率を考慮して、マイクロミラー６２を反射して第１結像光学系のレンズ系５２，５４およびマイクロレンズ５５ａを透過した後のビームのｘ方向とｙ方向のビームウエスト位置の差（非点隔差）がほぼ０となるように決められる。

図２１（Ａ）に、上記のようなマイクロレンズ５５ａの斜視図を例示する。マイクロレンズ５５ａは、ｘ方向およびｙ方向を対角線とする正方形を底面として有し、その上面は曲面形状である。そして、図２１（ｂ）および（ｃ）にそれぞれ示すように、マイクロレンズ５５ａは、光軸を通りｘ方向に平行な断面内では長方形状となり、光軸を通りｙ方向に平行な断面内では底面側が直線で上面側が円弧の平凸形状となる。

マイクロミラー６２の反射面の歪みによる収差がマイクロレンズ５５ａにより補正される様子をより具体的に説明する。図２２（Ａ）および（Ｂ）はそれぞれ、光軸を通りｘ方向およびｙ方向に平行な断面内において、上述したマイクロミラー６２で反射された光がマイクロレンズ５５ａにより補正される様子を示す模式図である。

なお、図２２ではＴＩＲプリズム７０は省略している。図２２では隣接する３つのマイクロミラーを図示し、中央の１つのマイクロミラーの中心および両端で反射された光を実線で示している。また、図２２では上記３つのマイクロミラーで反射された光のビーム径が、レンズ系５４より下流側において変化する様子を点線の楕円で模式的に示している。

ｙ方向においては、マイクロミラー６２の結像位置より下流側では、隣接する各マイクロミラー６２で反射された光は重なっており、図２２（Ｂ）ではこれらの光の様子を重なり合う点線の楕円で示す。これに対して、マイクロミラー６２の結像位置より上流側では各マイクロミラー６２で反射された光がそれぞれ分離されて集光された分離集光位置となっており、図２２（Ｂ）ではこれらの光の様子を離隔した点線の楕円で示す。マイクロレンズアレイ５５は、この分離集光位置に配置されている。

凹面形状となっているマイクロミラー６２で反射された光は、ｘ方向においては、図２２（Ａ）に示すように収束光となり、レンズ系５２、５４を透過した後、マイクロレンズ５５ａに入射する。上述のようにマイクロレンズ５５ａのｘ方向のパワーは０であるから、ｘ方向においてはマイクロレンズ５５ａに入射された光は収束光のまま進行し、ビームウエスト位置（不図示）でビーム径が最も小さくなる。

一方、ｙ方向においては、図２２（Ｂ）に示すように、凸面形状となっているマイクロミラー６２で反射された光は、発散光となり、レンズ系５２、５４を透過した後、マイクロレンズ５５ａに入射する。上述のようにマイクロレンズ５５ａは、ｙ方向で正のパワーを有するため、ｙ方向においてはマイクロレンズ５５ａに入射された光は集光されて、上記のｘ方向のビームウエスト位置と同じ位置でビーム径が最も小さくなる。

よって、マイクロミラー６２の反射面が光軸に垂直な面内の２方向において異なる符号のパワーを有していても、マイクロレンズ５５ａがｘ方向とｙ方向で異なるパワーを有するように構成することにより、非点収差を補正することができ、ビームの断面形状が楕円になるのを防ぐことができる。ｘ方向およびｙ方向のビームウエスト位置が揃い、ビームの断面形状が整形されて、集光された状態のビームを画像形成に利用できるため、高精細な画像を得ることができる。

なお、マイクロレンズ５５ａのｙ方向に平行な断面内の形状は、図２１（ｃ）に示される平凸形状に限定されるものではなく、メニスカス形状であってもよい。また、上記実施形態ではマイクロミラーの反射面が凹面形状を有する方向では、マイクロレンズのパワーは０としたが、これに限定するものではなく、マイクロレンズ透過後の光が収束光となり、マイクロミラーに起因する非点収差を補正できるのであれば、マイクロミラーの反射面が凹面形状を有する方向でマイクロレンズが正または負のパワーを有するようにしてもよい。また、上記説明においてマイクロレンズの曲面形状は球面形状としたが、これに限定するものではなく、高次（４次、６次・・・）の非球面形状を採用してもよい。

以上説明した実施形態においてはマイクロレンズアレイを構成する各マイクロレンズを屈折型レンズとして説明したが、これに代わり、屈折率分布型レンズを用いても同様の効果を得ることができる。屈折率分布型レンズの一例としてマイクロレンズ１５５ａを図２３に示す。同図の（Ａ）および（Ｂ）はそれぞれ、このマイクロレンズ１５５ａの正面形状および側面形状を示すものであり、図示の通りこのマイクロレンズ１５５ａの外形形状は平行平板状である。なお、同図におけるｘ、ｙ方向は、既述した通りである。

また、図２４の（Ａ）および（Ｂ）は、このマイクロレンズ１５５ａによる上記ｘ方向およびｙ方向に平行な断面内におけるレーザ光Ｂの状態を概略的に示している。このマイクロレンズ１５５ａは、ｘ方向では一様な屈折率分布を有し、ｙ方向では光軸Ｏから外方に向かって次第に増大する屈折率分布を有するものであり、同図の（Ｂ）においてマイクロレンズ１５５ａ内に示す破線は、その屈折率が光軸Ｏから所定の等ピッチで変化した位置を示している。

図示の通り、ｘ方向に平行な断面内とｙ方向に平行な断面内とを比較すると、マイクロレンズ１５５ａに入射した平行光はｘ方向では平行光のまま出射し、ｙ方向では収束光となって出射する。このような屈折率分布型レンズから構成されるマイクロレンズアレイを用いても、前述のマイクロレンズ５５ａを用いたマイクロレンズアレイを用いる場合と同様の効果を得ることが可能である。

さらに、上記の屈折型レンズや屈折率分布型レンズの代わりに回折型レンズを用いてもよい。そのようなマイクロレンズ３５５ａの一例を図２５に示す。同図の（Ａ）および（Ｂ）はそれぞれ、このマイクロレンズ３５５ａの正面形状および側面形状を示すものであり、図示の通りこのマイクロレンズ３５５ａの外形形状は平行平板状である。なお、同図におけるｘ、ｙ方向は、既述した通りである。同図（Ａ）で模式的に示すように、マイクロレンズ３５５ａは、ｙ方向に所定間隔のピッチで回折格子が形成されており、ｘ方向のパワーは０であり、ｙ方向で正のパワーを持つものである。このようなマイクロレンズ３５５ａから構成されるマイクロレンズアレイを用いても、前述のマイクロレンズ５５ａを用いたマイクロレンズアレイを用いる場合と同様の効果を得ることが可能である。

またさらに、上記マイクロレンズに代わり、屈折型レンズ、屈折率分布型レンズ、回折型レンズの少なくとも２つを組み合わせて構成された複合型のレンズを用いてもよい。屈折型レンズと回折型レンズを複合したレンズとしては例えば、フレネルレンズ等が考えられる。屈折型レンズと屈折率分布型レンズを複合したレンズとしては例えば、球面等の曲面形状を有するレンズに屈折率分布を与えたレンズを採用し、面形状と屈折率分布の双方によって、マイクロミラーの反射面の歪みによる収差を補正するようにしてもよい。

なお本実施形態においては、マイクロミラー６２の２つの対角線方向に沿ってｘ方向およびｙ方向をとり、マイクロレンズ５５ａはその方向に沿ってパワーが異なるように構成したが、この方向の取り方はマイクロミラー６２の歪みの分布に応じて決めることが望ましい。例えば、本実施形態と異なり、マイクロミラーの２つの辺方向に沿って顕著に異なる曲面形状が存在する場合には、この２つの辺方向に沿ってマイクロレンズが異なるパワーを有するよう構成することが望ましい。

ここで、分離集光位置にマイクロレンズアレイを配置した場合に、光利用効率や消光比の低下を防止することができることについて図２６および図２７を参照しながら説明する。

図２６の（１）に示す１１０は、マイクロミラー６２およびレンズ系５２，５４からなる第１結像光学系による光スポットを示し、同図（２）の１０１は、マイクロレンズ１０２が並設されてなるマイクロレンズアレイを示している。

マイクロレンズ１０２およびマイクロレンズアレイ１０１は、上記のマイクロレンズ５５ａおよびマイクロレンズアレイ５５、あるいは、マイクロレンズ５５ａ’およびマイクロレンズアレイ５５’と考えることができ、マイクロレンズアレイ１０１は分離集光位置に配置されている。

上述のような光スポットは画素部の像と異なって、小さなサイズ（集光サイズ）の光点となる。そこでこのような光スポットと、マイクロレンズアレイ１０１のマイクロレンズ１０２との関係は、図２７（１）、（２）に示すようなものとなる。つまり、同図（１）のように光スポットとマイクロレンズ１０２とが同芯状態にある場合は勿論のこと、同図（２）のように空間光変調素子とマイクロレンズアレイとが多少ずれた場合でも、光スポットがケラレたり、あるマイクロレンズ１０２に入射すべき光スポットが隣のマイクロレンズ１０２に入り込むことがなくなるので、光利用効率や消光比の低下が防止される。

本実施形態では、この分離集光位置にアパーチャアレイ５９が配設され、その各アパーチャ５９ａに、それと対応するマイクロレンズ５５ａを経た光のみが入射し、透過させるようになっている。これにより、各アパーチャ５９ａと対応しない隣接のマイクロレンズ５５ａからの光の入射や迷光の入射を防止でき、消光比を高めることができる。また、このようなアパーチャアレイ５９は、光利用効率が高く、また開口によってビーム形状を整形できるという効果も奏する。

次に、本発明の第２の実施形態による画像露光装置について説明する。図２８は、本発明の第２の実施形態による画像露光装置の露光ヘッドを示す概略断面図である。この露光ヘッドは、図５に示した第１の実施形態における露光ヘッドと比べると、第１の実施形態の結像光学系５１に代わり、第１の実施形態の結像光学系５１からレンズ系５７，５８からなる第２結像光学系を省いた結像光学系５１’を用いた点が基本的に異なるものである。すなわち本実施形態においては、マイクロレンズアレイ５５が集光した光が直接感光材料１５０に露光されるようになっている。本実施形態においても、第１の実施形態と同様の効果を得ることが可能である。

次に、本発明の第３の実施形態による画像露光装置について説明する。図２９は、本発明の第３の実施形態による画像露光装置の露光ヘッドを示す概略断面図である。本実施形態の画像露光装置は、図５に示す第１の実施形態の画像露光装置の分離集光位置に集光用マイクロレンズアレイ５６をさらに配設した点が基本的に異なるものである。本実施形態においては、第１の実施形態の結像光学系５１に代わり、結像光学系１５１を用いている。結像光学系１５１は、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、集光用マイクロレンズアレイ５６と、アパーチャアレイ１５９とから構成されている。その他の構成については前述の実施形態と同様であるので、重複説明を省略する。

集光用マイクロレンズアレイ５６は、各画素部を経た光を個別に集光するマイクロレンズ５６ａが複数並設されてなるものであり、各マイクロレンズ５６ａにはマイクロレンズアレイ５５の各マイクロレンズ５５ａにより収差補正されて集光された光が入射される。また、アパーチャアレイ１５９は、アパーチャアレイ５９と同様に、遮光性部材に、集光用マイクロレンズアレイ５６の各マイクロレンズ５６ａに対応する多数のアパーチャ（開口）１５９ａが形成されてなるものであり、対応する各マイクロレンズ５６ａを経た光のみが入射するように配置されている。

本実施形態においても、第１の実施形態と同様の効果が得られる上に、本実施形態の上記構成によれば、マイクロレンズアレイ５５により集光されて断面形状が整形されたビームを集光用マイクロレンズアレイ５６により集光してスポットサイズをさらに小さく制御できるので、鮮鋭度をより向上させることができる。

次に、本発明の第４の実施形態による画像露光装置について説明する。図３０は、本発明の第４の実施形態による画像露光装置の露光ヘッドを示す概略断面図である。この露光ヘッドは、図２８に示した第３の実施形態における露光ヘッドと比べると、第３の実施形態の結像光学系１５１に代わり、第３実施形態の結像光学系１５１からレンズ系５７，５８からなる第２結像光学系を省いた結像光学系１５１’を用いた点が基本的に異なるものである。すなわち本実施形態においては、集光用マイクロレンズアレイ５６が集光した光が直接感光材料１５０に露光されるようになっている。本実施形態においても、第３の実施形態と同様の効果を得ることが可能である。

さらに、本実施形態においては、配置した集光用マイクロレンズアレイ５６を光の光軸方向に移動可能に配置するようにすれば、光の焦点調整を容易に行うことができる。特に、集光用マイクロレンズアレイ５６が結像位置ではなく分離集光位置に配置されていることにより、焦点調整を行ったときに光利用効率の変化量を最小限に押さえることができる。すなわち、結像位置とその前後での光利用効率の変化量よりも分離集光位置での前後の光利用効率の変化量の方が小さい。よって、集光用マイクロレンズアレイ５６を光軸方向に移動させたときに、光利用効率が急激に変化するのを防止することができる。

上述した実施形態では、空問光変調素子に光を照射する光源としてレーザ光源を用いているが、本発明においてはそれに限らず、例えば水銀灯等のランプ光源を用いることも可能である。

また上記の実施形態では、空間光変調素子としてＤＭＤを用いるものであるが、ＤＭＤ以外の反射型空間光変調素子を用いる画像露光装置においても、本発明を適用することにより、同様の効果が得られる。

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 図１の画像露光装置のスキャナの構成を示す斜視図 （Ａ）は感光材料に形成される露光済み領域を示す平面図、（Ｂ）は各露光ヘッドによる露光エリアの配列を示す図 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 上記露光ヘッドの断面図 デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）の構成を示す部分拡大図 （Ａ）および（Ｂ）はＤＭＤの動作を説明するための説明図 （Ａ）および（Ｂ）は、ＤＭＤを傾斜配置しない場合と傾斜配置する場合とで、露光ビームの配置および走査線を比較して示す平面図 ファイバアレイ光源の構成を示す斜視図 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 マルチモード光ファイバの構成を示す図 合波レーザ光源の構成を示す平面図 レーザモジュールの構成を示す平面図 図１２に示すレーザモジュールの構成を示す側面図 図１２に示すレーザモジュールの構成を示す部分正面図 上記画像露光装置の電気的構成を示すブロック図 （Ａ）および（Ｂ）は、ＤＭＤの使用領域の例を示す図 ＤＭＤを構成するマイクロミラーの偏向軸の方向を示す図 上記マイクロミラーの反射面の歪みを該ミラーの２つの対角線方向について示す模式図 マイクロミラーで反射された光の進行する様子を示す模式図 上記画像露光装置に用いられたマイクロレンズアレイの正面図（Ａ）と側面図（Ｂ） 上記マイクロレンズアレイを構成するマイクロレンズの斜視図（ａ）、ｘ方向に平行な断面内の断面図（ｂ）、ｙ方向に平行な断面内の断面図（ｃ） マイクロレンズにより収差補正される様子を説明する説明図 マイクロレンズの別の例を示す正面図（Ａ）と側面図（Ｂ） 図２３のマイクロレンズによる集光状態を１つの断面内（Ａ）と別の断面内（Ｂ）について示す概略図 マイクロレンズのさらに別の例を示す正面図（Ａ）と側面図（Ｂ） 本発明装置の効果を説明する説明図 本発明装置の効果を説明する説明図 本発明の第２の実施の形態の画像露光装置が備える光ヘッドの断面図 本発明の第３の実施の形態の画像露光装置が備える光ヘッドの断面図 本発明の第４の実施の形態の画像露光装置が備える光ヘッドの断面図 従来装置の問題点を説明する説明図 従来装置の問題点を説明する説明図

符号の説明

ＬＤ１〜ＬＤ７ ＧａＮ系半導体レーザ
３０、３１ マルチモード光ファイバ
５０、２５０ デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）
５１ 結像光学系
５２、５４ レンズ系
５５ マイクロレンズアレイ
５５ａ、５６ａ、１５５ａ、３５５ａ マイクロレンズ
５６ 集光用マイクロレンズアレイ
５７、５８ レンズ系
５９、１５９ アパーチャアレイ
５９ａ、１５９ａ アパーチャ
６２ マイクロミラー
６４ レーザモジュール
６６ ファイバアレイ光源
６８ レーザ出射部
７２ ロッドインテグレータ
１５０ 感光材料
１５２ ステージ
１６２ スキャナ
１６６ 露光ヘッド
１６８ 露光エリア
１７０ 露光済み領域

Claims (9)

1. 照射された光を各々制御信号に応じて変調する反射型の画素部が複数並設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の各画素部を経た光を受けて該画素部の像を結像させる光学系、および、前記空間光変調素子の各画素部を経て前記光学系を通過した光が個別に入射するマイクロレンズが複数並設されてなるマイクロレンズアレイを含み、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た画像露光装置において、
   前記画素部が光軸に垂直な面内の２方向において異なる符号のパワーを有し、
   前記マイクロレンズアレイが前記光学系による前記画素部の結像位置から外れた、前記画素部および前記光学系による分離集光位置に配置され、
   前記マイクロレンズアレイの各マイクロレンズが、前記画素部の前記パワーによる収差を補正するよう、光軸に垂直な面内の２方向で異なるパワーを有するものであることを特徴とする画像露光装置。
2. 前記マイクロレンズが屈折型レンズであることを特徴とする請求項１記載の画像露光装置。
3. 前記マイクロレンズが屈折率分布型レンズであることを特徴とする請求項１記載の画像露光装置。
4. 前記マイクロレンズが回折型レンズであることを特徴とする請求項１記載の画像露光装置。
5. 前記マイクロレンズが屈折型レンズ、屈折率分布型レンズ、回折型レンズの少なくとも２つを組み合わせて構成されたレンズであることを特徴とする請求項１記載の画像露光装置。
6. 前記光学系による前記画素部の結像位置から外れた、前記画素部、前記光学系および前記マイクロレンズアレイによる分離集光位置に、前記各画素部を経た光を個別に集光するマイクロレンズが複数並設されてなる集光用マイクロレンズアレイがさらに配設されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載の画像露光装置。
7. 前記集光用マイクロレンズアレイが、前記光の光軸方向に移動可能に配置されていることを特徴とする請求項６記載の画像露光装置。
8. 前記光学系による前記画素部の結像位置から外れた、前記画素部、前記光学系および前記マイクロレンズアレイによる分離集光位置に、前記各画素部を経た光を個別に透過させる開口が複数並設されてなるアパーチャアレイがさらに配設されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項記載の画像露光装置。
9. 前記空間光変調素子が、前記画素部としての微小ミラーが２次元状に配列されてなるＤＭＤ（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から８のいずれか１項記載の画像露光装置。

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