JP2006349957A

JP2006349957A - 画像露光装置

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Publication number: JP2006349957A
Application number: JP2005175607A
Authority: JP
Inventors: Hiromi Ishikawa; 弘美石川
Original assignee: Fujifilm Holdings Corp
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 2005-06-15
Filing date: 2005-06-15
Publication date: 2006-12-28

Abstract

【課題】マイクロレンズを透過した光の結像特性が劣化するのを防ぐことができる露光装置を提供する。
【解決手段】画像露光装置は、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からの光をそれぞれ集光するマイクロレンズ５５ａがアレイ状に配されてなるマイクロレンズアレイ５５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、を備えている。マイクロレンズアレイ５５には、温度検出センサ３０５及び温度調整装置３０６が取り付けられており、全体制御部３００は、温度検出センサ３０５により検出されたマイクロレンズアレイ５５の温度が所定温度範囲内となるように、温度調整装置３０６を作動させる。
【選択図】図１７

Description

本発明は、画像露光装置に係り、特に、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。

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。なお、非特許文献１および特許文献１には、上記基本的構成を有する画像露光装置の一例が示されている。

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は、例えばＬＣＤ（液晶表示素子）やＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）等が好適に用られ得る。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、上記特許文献１にも示されるように、空間光変調素子で変調された光の光路に第１の結像光学系を配し、この結像光学系による結像面には空間光変調素子の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２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３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開口（アパーチャ）を有する開口板を配置して、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、消光比が高められる。
特開２００４−１２４４号公報特開２００１−３０５６６３号公報特表２００１−５００６２８号公報石川明人"マスクレス露光による開発短縮と量産適用化"、「エレクロトニクス実装技術」、株式会社技術調査会、Ｖｏｌ．１８、Ｎｏ．６、２００２年、ｐ．７４-７９

ところで、上述のようなマイクロレンズアレイの製造方法としては種々の方法があるが、安価な製造方法としては、マイクロレンズアレイの形状に対応した形状のモールド（型）にガラスを入れ、その形状にガラスを変形させて硬化させる方法、すなわちモールド成形による製造方法が考えられる。

しかしながら、このような製造方法でマイクロレンズアレイを製造する場合、変形しやすいガラスを用いる必要があるため、作製されたマイクロレンズアレイは線膨張係数が大きく温度変化によって熱膨張等により形状が変化してしまう場合がある。この場合、画像露光装置の組み立て時に正確に光軸調整を行っても、空間光変調素子とマイクロレンズアレイとの相対的な位置ずれが発生し、空間光変調素子上の像が結像面に正確に投影されず、結像特性が劣化してしまう。一方で、石英ガラスのように線膨張係数が小さい材料ではモールド成形することは困難である。

本発明は上記事実を考慮してなされたものであり、マイクロレンズを透過した光の結像特性が劣化するのを防ぐことができる画像露光装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、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からの光をそれぞれ集光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と、を備えた画像露光装置において、前記マイクロレンズアレイの形状変化を防止する形状変化防止手段を備えたことを特徴とする。

空間光変調素子は、光源から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。マイクロレンズアレイは、空間光変調素子の各画素部からの光をそれぞれ集光するマイクロレンズがアレイ状に配されてなる。マイクロレンズによって集光された光は、例えば結像光学系を介して又は結像光学系を介さずに直接感光材料上に結像される。なお、請求項６に記載したように、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）である構成とすることができる。

マイクロレンズアレイは、透光性を有する部材、例えばガラス等によって作製されるが、温度変化等によって形状が変化する場合もある。このため、マイクロレンズアレイの形状変化を防止するための形状変化防止手段を備えている。

例えば、請求項２に記載したように、前記形状変化防止手段は、前記マイクロレンズアレイの温度を検出する検出手段と、前記検出した温度が所定温度範囲内となるように前記マイクロレンズアレイの温度を調整する温度調整手段と、を含む構成とすることができる。

ここで、所定温度範囲とは、マイクロレンズアレイの結像特性の劣化を防ぐことができる温度範囲、すなわち、マイクロレンズアレイが温度変化等によって形状が変化しない温度範囲である。

このように、マイクロレンズアレイの温度が所定温度範囲内となるようにマイクロレンズアレイの温度を調整する、すなわちマイクロレンズアレイを冷却又は加熱することにより、マイクロレンズアレイの形状変化を防止することができる。従って、マイクロレンズアレイの結像特性が劣化するのを防ぐことができる。

また、請求項３に記載したように、前記形状変化防止手段は、前記マイクロレンズアレイの少なくとも一部に貼付され、前記マイクロレンズアレイよりも線膨張係数が小さい貼付部材を含む構成としてもよい。

これにより、マイクロレンズアレイが形状変化しやすい部材で構成された場合であっても、貼付部材によってマイクロレンズアレイの形状変化するのを防止することができる。

また、請求項４に記載したように、前記マイクロレンズアレイは、モールド成形により作製されて成る構成とすることができる。

モールド成形では、石英ガラスのように線膨張係数が小さいガラスを使用することができず、変形しやすいガラスをモールドに入れて変形させて硬化させるため、その結果、作製されたマイクロレンズアレイの線膨張係数が大きくなり、変形しやすくなる。従って、上記の各発明は、モールド成形によって作製されたマイクロレンズアレイについて特に効果的である。

また、請求項５に記載したように、前記マイクロレンズアレイの前記マイクロレンズが形成された面の外側に、遮光性のマスクが配設された構成としてもよい。

マスクは、遮光性の部材で構成され、各マイクロレンズに対応して開口が設けられたアパーチャアレイとすることができる。このようなマスクを設けることにより、より効果的に消光比を高めることができる。

本発明によれば、マイクロレンズを透過した光の結像に関する特性が劣化するのを防ぐことができる、という効果を有する。

以下、図面を参照して本発明の実施形態に係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。移動ステージ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移動ステージ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、移動ステージ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、移動ステージ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、移動ステージ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。

露光ヘッド１６６₁₁〜１６６_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。

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、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。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である。なおマイクロレンズ５５ａの形状は一例として半円球状である。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。

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矩形のマイクロミラー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。

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。

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。

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９（Ａ）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９（Ｂ）に詳しく示すように、光ファイバ３１のマルチモード光ファイバ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。

光ファイバ３１の端部で構成されるレーザ出射部６８は、図９（Ｂ）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、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。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。それらのマルチモード光ファイバ３０，光ファイバ３１は、それぞれのコア軸が一致する状態で光ファイバ３１の入射端面をマルチモード光ファイバ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、グレーテッドインデックス型光ファイバ、および複合型光ファイバの何れも適用可能である。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、マルチモード光ファイバ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。

なお本発明においては、上述のようにクラッド径が互いに異なる２つのマルチモード光ファイバ、光ファイバ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９（Ａ）の例ならばマルチモード光ファイバ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。

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、発振波長がほぼ共通（例えば、４０５ｎｍ）であり、最大出力も総てほぼ共通（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。

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ｆ₁＝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。

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、前記移動ステージ１５２を駆動するステージ駆動装置３０４、温度検出センサ３０５、温度調整装置３０６が接続されている。

温度検出センサ３０５及び温度調整装置３０６は、図１７（Ａ）に示すように、マイクロレンズアレイ５５の端部、すなわちマイクロレンズ５５ａが形成された領域以外の領域（マイクロレンズアレイ５５の結像特性に影響を与えない領域）に各々に取り付けられている。

本実施形態に係るマイクロレンズアレイ５５は、一例として図１７（Ｂ）に示すようなモールド８０を用いてモールド成形によって製造される。モールド８０は、マイクロレンズアレイ５５の形状に対応した形状、すなわち、マイクロレンズ５５ａの形状に対応した半円球状の凹部８２が二次元状に配置された形状を有しており、このモールド８０に変形しやすいガラスを入れてその形状に変形させた後に硬化させることによってマイクロレンズアレイ５５を作製することができる。なお、モールド成形用のガラスの材質としては、株式会社オハラ製のＬ−ＢＡＬ３５（線膨張係数：６６×１０^-7、軟化点：６１９°Ｃ）、Ｌ−ＴＩＭ２８（線膨張係数：１０１×１０^-7、軟化点：５８２°Ｃ）等がある。

このようにモールド成形に適したガラス材料によるマイクロレンズアレイ５５は、石英ガラス（線膨張係数：５×１０^-7、軟化点：１６００°Ｃ）等と比較して線膨張係数が大きく、温度変化によって形状が変化し、結像特性が劣化する場合がある。

そこで、全体制御部３００では、温度検出センサ３０５によって検出されたマイクロレンズアレイ５５の温度が、予め定めた温度範囲となるように、温度調整装置３０６を制御してマイクロレンズアレイ５５の温度を調整する。

温度検出センサ３０５は、本実施形態では、温度変化に応じて電気抵抗値が変化するサーミスタを含んで構成される。なお、温度検出センサ３０５は、マイクロレンズアレイ５５の温度を直接又は間接に検出できるものであればこれに限られるものではない。

温度調整装置３０６は、本実施形態では、ペルチエ素子（Peltier device）を含んで構成される。このペルチエ素子は、２種類の金属の接合部に電流を流すと、片方の金属からもう片方の金属へ熱が移動するというペルチエ効果（Peltier effect）を利用した板状の半導体素子であり、直流電流を流すと一方の面が吸熱し、反対面に発熱が起こる。また、電流の極性を逆転させると、その関係が反転する。従って、電流の極性を制御することでマイクロレンズアレイ５５を冷却又は加熱することができると共に、電流値を制御することで冷却能力又は加熱能力を制御することができる。なお、温度調整装置３０６は、マイクロレンズアレイ５５の温度を調整することができるものであればペルチエ素子に限らず他の構成でもよい。

（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を表面に吸着した移動ステージ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。移動ステージ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１３．７μｍ×１３．７μｍ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、結像光学系５１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が移動ステージ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、移動ステージ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、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。

次に、全体制御部３００で実行される制御のうち、マイクロレンズアレイ５５の温度調整に関する制御について、図１８に示すフローチャートを参照して説明する。なお、図１８に示す制御は、一例として画像露光装置の電源がオンされると実行される。

まず、ステップ２００では、温度検出センサ３０５によって検出された温度（に対応する信号）を取り込む。

ステップ２０２では、取り込んだ温度が所定温度範囲外か否かを判断する。ここで、所定温度範囲とは、マイクロレンズアレイ５５の結像特性の劣化を防ぐことができる温度範囲、すなわち、マイクロレンズアレイ５５が温度変化によって形状等が変化しない温度範囲である。

そして、検出された温度が所定温度範囲外である場合、すなわち、マイクロレンズアレイ５５の結像特性が劣化する恐れがある場合には、ステップ２０４へ移行する。一方、検出された温度が許容範囲内である場合には、ステップ２００へ戻って上記と同様の処理を繰り返す。

ステップ２０４では、冷却すべきか否かを判断する。すなわち検出された温度が所定温度範囲の上限値よりも高いのか、所定温度範囲の下限値よりも低いのかを判断する。そして、検出された温度が前記上限値よりも高い場合、すなわち冷却が必要な場合にはステップ２０６へ移行し、検出された温度が前記下限値よりも低い場合、すなわち加熱が必要な場合にはステップ２０８へ移行する。

ステップ２０６では、マイクロレンズアレイ５５を冷却するように温度調整装置３０６に指示する。これにより、温度調整装置３０６は、冷却に必要な直流電流がペルチエ素子に所定時間供給されてマイクロレンズアレイ５５が冷却される。なお、検出された温度に応じて冷却能力を調整してもよい。例えば検出された温度が高くなるに従って冷却能力を高くし、検出された温度が低くなるに従って冷却能力を低くする。これにより、検出された温度に応じて適切にマイクロレンズアレイ５５を冷却することができる。

ステップ２０８では、マイクロレンズアレイ５５を加熱するように温度調整装置３０６に指示する。これにより、温度調整装置３０６は、加熱に必要な直流電流がペルチエ素子に所定時間供給されてマイクロレンズアレイ５５が加熱される。なお、検出された温度に応じて加熱能力を調整してもよい。例えば検出された温度が高くなるに従って加熱能力を低くし、検出された温度が低くなるに従って加熱能力を高くする。これにより、検出された温度に応じて適切にマイクロレンズアレイ５５を加熱することができる。

このように冷却又は加熱された後は、再びステップ２００へ戻って上記と同様の処理を繰り返す。このような処理を繰り返すことにより、マイクロレンズアレイ５５の温度を一定の範囲内に維持することができ、結像特性が劣化するのを防ぐことができる。

なお、上記では冷却及び加熱の何れも実行可能としているが、冷却及び加熱の何れか一方のみを実行するようにしてもよい。

また、上記のような温度調整手段に代えて、または加えて、例えば図１９に示すように、マイクロレンズアレイ５５のマイクロレンズ５５ａが形成された面（以下、レンズ形成面という）と反対側の面（以下、反対面という）の全面に、マイクロレンズアレイ５５の形状の変化を防止するための形状変化防止部材８４を貼付した構成としてもよい。この場合、形状変化防止部材８４は、少なくともマイクロレンズアレイ５５を構成するガラスよりも線膨張係数が小さく且つ透光性を有する部材、例えば石英ガラスで構成することができる。このように線膨張係数が小さい石英ガラスをマイクロレンズアレイ５５に貼付することにより、温度変化によってマイクロレンズアレイ５５の形状が変化してしまうのを防ぐことができる。

なお、形状変化防止部材８４は、石英ガラスに限らず線膨張係数が小さく且つ透光性を有する部材であれば他の部材でもよい
また、図１９に示す構成では、マイクロレンズアレイ５５の反対面に形状変化防止部材８４を貼付した構成としているが、マイクロレンズアレイ５５の形状の変化を防止することができるものであれば、マイクロレンズアレイ５５のレンズ形成面及び反対面の少なくとも一方の面の一部（例えばその面の周囲等）に形状変化防止部材を形成してもよい。この場合、マイクロレンズアレイ５５の結像特性に悪影響を及ぼさない領域に設けるのであれば、形状変化防止部材は透光性を有する部材で構成する必要はなく、金属部材で構成してもよい。この場合、金属部材を放熱手段として作用させることもできる。

なお、図２０に示すように、各マイクロレンズ５５ａに対応して開口（アパーチャ）８６が二次元状に配置されたアパーチャアレイ８８をマイクロレンズアレイ５５のレンズ形成面側に設けた構成としてもよい。これにより、マイクロレンズアレイ５５を透過した余計な光がアパーチャアレイ８８によって反射され、消光比を高めることができる。また、このような形状のアパーチャアレイを線膨張係数の大きい部材で構成し、マイクロレンズアレイ５５の反対面に貼付するようにしてもよい。これにより、アパーチャアレイと形状変化防止部材とを兼用することができる。

なお、本実施形態では、マイクロレンズアレイ５５の温度を直接検出すると共に、マイクロレンズアレイ５５を直接温度調整する場合について説明したが、これに限らず、マイクロレンズアレイ５５の周囲の温度を検出し、その周囲の雰囲気の温度を冷却又は加熱することでマイクロレンズアレイ５５の温度を調整するようにしてもよい。

また、本実施形態では、図５に示すように、マイクロレンズアレイ５５と感光材料１５０との間に、レンズ系５７，５８からなる第２結像光学系とプリズムペア７３とが配置された構成の露光ヘッドについて説明したが、図２１に示すように、前記第２結像光学系及びプリズムペア７３を省略した構成にも本発明を適用可能である。この場合、マイクロレンズアレイ５５の集光位置に感光材料１５０が配置される構成とし、マイクロレンズアレイ５５で集光された光ビームにより感光材料１５０が直接露光される構成となる。

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である。図１の画像露光装置のスキャナの構成を示す斜視図である。（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である。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である。上記露光ヘッドの断面図である。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である。（Ａ）および（Ｂ）はＤＭＤの動作を説明するための説明図である。（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である。（Ａ）はファイバアレイ光源の構成を示す斜視図、（Ｂ）は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である。マルチモード光ファイバの構成を示す図である。合波レーザ光源の構成を示す平面図である。レーザモジュールの構成を示す平面図である。図１２に示すレーザモジュールの構成を示す側面図である。図１２に示すレーザモジュールの構成を示す部分正面図である。上記画像露光装置の電気的構成を示すブロック図である。（Ａ）および（Ｂ）は、ＤＭＤの使用領域の例を示す図である。（Ａ）は温度検出センサ及び温度調整装置が取り付けられた状態のマイクロレンズアレイの断面図、（Ｂ）はマイクロレンズアレイを作製するためのモールドの断面図である。全体制御部で実行されるマイクロレンズアレイの温度調整に関する制御ルーチンのフローチャートである。形状変化防止部材が貼付されたマイクロレンズアレイの断面図である。マイクロレンズアレイのレンズ形成面側にアパーチャアレイを設けた形態を示す図である。露光ヘッドの変形例を示す断面図である。

符号の説明

３０マルチモード光ファイバ
３１光ファイバ
５０デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）
５１結像光学系
５５マイクロレンズアレイ
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
８０モールド
８４形状変化防止部材（貼付部材）
８８アパーチャアレイ
９０マイクロレンズアレイ
９４モールド
１５０感光材料
１６２スキャナ
１６６露光ヘッド
３００全体制御部
３０５温度検出センサ（検出手段）
３０６温度調整装置（温度調整手段）

Claims

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からの光をそれぞれ集光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と、
を備えた画像露光装置において、
前記マイクロレンズアレイの形状変化を防止する形状変化防止手段を備えたことを特徴とする画像露光装置。
前記形状変化防止手段は、前記マイクロレンズアレイの温度を検出する検出手段と、前記検出した温度が所定温度範囲内となるように前記マイクロレンズアレイの温度を調整する温度調整手段と、を含むことを特徴とする請求項１記載の画像露光装置。
前記形状変化防止手段は、前記マイクロレンズアレイの少なくとも一部に貼付され、前記マイクロレンズアレイよりも線膨張係数が小さい貼付部材を含むことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の画像露光装置。
前記マイクロレンズアレイは、モールド成形により作製されて成ることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の画像露光装置。
前記マイクロレンズアレイの前記マイクロレンズが形成された面の外側に、遮光性のマスクが配設されたことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の画像露光装置。
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乃至請求項５の何れか１項に記載の画像露光装置。