JP2007004075A

JP2007004075A - 画像露光装置

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Publication number: JP2007004075A
Application number: JP2005187199A
Authority: JP
Inventors: Teppei Ejiri; 鉄平江尻; Toshinobu Matsuyama; 敏伸松山
Original assignee: Fujifilm Holdings Corp
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 2005-06-27
Filing date: 2005-06-27
Publication date: 2007-01-11

Abstract

【課題】空間光変調素子とマイクロレンズアレイとを組み合わせてなる画像露光装置において、露光精度の悪化を防ぐことができる画像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マイクロレンズアレイ５５により感光材料上に直接結像する結像光学系と、被露光面としての感光材料１５０に対するマイクロレンズアレイ５５の位置を検出する検出センサ３０８と、を備え、感光材料１５０に対するマイクロレンズアレイ５５の位置がマイクロレンズの焦点深度の範囲内の位置となるように、露光ヘッド１６６を光軸方向Ｋに調整する。
【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マイクロレンズアレイを含む結像光学系に通し、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。

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。
特開２００１−３０５６６３号公報

上記のような画像露光装置では、マイクロレンズアレイが固定された露光ヘッドが経時変化や温度変化、物理的な力が加わること等によって、その位置が変動してしまう場合がある。この場合、焦点位置がずれてしまい、露光精度が悪化してしまう場合がある、という問題があった。

本発明は上記事実を考慮してなされたものであり、空間光変調素子とマイクロレンズアレイとを組み合わせてなる画像露光装置において、露光精度の悪化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前記マイクロレンズアレイによって直接被露光面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、前記被露光面に対する前記マイクロレンズアレイの位置を検出する検出手段と、前記被露光面に対する前記マイクロレンズアレイの位置が予め定めた所定範囲内の位置となるように、前記マイクロレンズアレイの位置を光軸方向に調整する調整手段と、を備えたことを特徴とする。

空間変調素子は、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り、結像光学系は、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アレイを含んで構成され、空間光変調素子により変調された光による像をマイクロレンズアレイによって直接被露光面上に結像する。なお、請求項７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。

このような画像露光装置において、検出手段は、被露光面に対するマイクロレンズアレイの位置を検出する。マイクロレンズアレイの位置は、距離として検出してもよいし、予め定めた原点に対する変位として検出してもよい。

調整手段は、被露光面に対するマイクロレンズアレイの位置が予め定めた所定範囲内の位置となるように、マイクロレンズアレイの位置を光軸方向に調整する。なお、例えば請求項２に記載したように、前記所定範囲は、前記マイクロレンズの焦点深度の範囲である。

このように、被露光面に対するマイクロレンズアレイの位置を検出して、これが予め定めた所定範囲内の位置となるようにマイクロレンズアレイの位置を光軸方向に調整する処理を画像露光前等に行うことにより、焦点位置がずれて露光精度が悪化してしまうのを効果的に防ぐことができる。

なお、請求項３に記載したように、前記検出手段は、前記被露光面側に設けられ、前記被露光面と前記マイクロレンズアレイとの距離を検出する構成としてもよい。

また、請求項４に記載したように、前記検出手段は、前記マイクロレンズアレイが固定された露光ヘッドの予め定めた部位を検出することにより、前記被露光面に対する前記マイクロレンズアレイの位置を検出する構成としてもよい。

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が固定された露光ヘッドを複数備えると共に、当該露光ヘッドに対応して前記調整手段を複数備えた構成としてもよい。この場合、露光ヘッド毎にピントが合うように各調整手段で位置を調整することにより、露光ヘッド間の焦点位置のばらつきを抑えることができる。

なお、例えば請求項６に記載したように、前記調整手段は、前記マイクロレンズアレイが固定された露光ヘッドの位置を調整する構成とすることができる。また、マイクロレンズアレイを直接光軸方向に移動させて位置を調整するようにしてもよいし、例えば露光ヘッドを光軸方向に移動させることによりマイクロレンズアレイの位置を粗調整し、その後マイクロレンズアレイを光軸方向に移動させて位置を微調整するようにしてもよい。

本発明によれば、空間光変調素子とマイクロレンズアレイとを組み合わせてなる画像露光装置において、露光精度の悪化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からなる結像光学系と、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０．２３ｍｍ、ＮＡ（開口数）が０．０７である。

上記結像光学系は、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。マイクロレンズアレイ５５を経た像は、直接感光材料１５０上に結像、投影される。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、検出センサ駆動装置３０５、露光ヘッド駆動装置３０６、及びＭＬＡ駆動装置３０７が接続されている。なお、露光ヘッド駆動装置３０６及びＭＬＡ駆動装置３０７は、それぞれ露光ヘッド毎、マイクロレンズアレイ５５毎に設けられる。

検出センサ駆動装置３０５は、各マイクロレンズアレイ５５と被露光面、すなわち移動ステージ１５２上の感光材料１５０との距離を検出するための検出センサ３０８を駆動する。検出センサ３０８は、図１、２では図示は省略したが、図１７（Ａ）、（Ｂ）に示すように、移動ステージ１５２の端部に設けられている。移動ステージ１５２の図１７（Ａ）、（Ｂ）における右側側面には、副走査方向（ステージ移動方向）Ｆと直交する主走査方向Ｍに沿ってガイドレール３０９が設けられており、検出センサ３０８は、このガイドレール３０９に沿って移動可能となっている。

検出センサ駆動装置３０５は、全体制御部３００の指示に従って検出センサ３０８を主走査方向Ｍに沿って移動させる。

なお、検出センサ３０８は、例えばレーザ変位計等の予め定めた原点に対する変位を検出するセンサでもよいし、距離そのものを検出するセンサでもよい。

露光ヘッド駆動装置３０６は、全体制御部３００の指示により、感光材料１５０を露光する光ビームの光軸方向、すなわち図１７（Ｂ）に示す矢印Ｋ方向に露光ヘッド１６６を駆動する。

露光ヘッド駆動装置３０６は、例えばピエゾ素子及びこれを駆動する駆動装置を含んで構成することができるが、露光ヘッド１６６を光軸方向に駆動することができるものであればこれに限られるものではない。

例えば、図２０に示すような構成により露光ヘッド１６６を矢印Ｋ方向に移動させることができる。図２０に示す構成では、露光ヘッド１６６は、支持部材８０に設けられた溝部８０Ａに沿って矢印Ｋ方向に移動可能に支持部材８０に支持されている。溝部８０Ａには、貫通孔８２が設けられており、この貫通孔８２に支持部材８０の背面側から偏芯ピン８４が挿入される。

偏芯ピン８４は、円柱状の第１の軸部８４Ａに、第１の軸部８４Ａよりも直径が小さい円柱状の第２の軸部８４Ｂが設けられ、これに第１の軸部８４Ａ及び第２の軸部８４Ｂの中心軸Ｃからずれた位置を中心軸とする円柱状のピン８４Ｃが設けられた構成である。

第２の軸部８４Ｂの直径は、支持部材８０に設けられた貫通孔８０Ａの直径よりも若干小さく、かつ軸方向の長さは、貫通孔８０Ａの軸方向の長さと略同一とされている。従って、偏芯ピン８４を支持部材８０の背面側から貫通孔８０Ａに挿入した状態では、ピン８４Ｃのみが溝部８０Ａから露光ヘッド１６６側へ突出する。

一方、露光ヘッド１６６の外周部には、長孔８６が設けられている。この長孔８６は、その幅がピン８４Ｃの直径よりも若干大きく、その長さはピン８４Ｃの直径よりも長くなっている。従って、図２０に示すように、ピン８４Ｃは偏芯しているため、露光ヘッド１６６の長孔８６にピン８４Ｃが挿入された状態で、図示しないモータによって偏芯ピン８４が図２０において矢印Ｄ方向に回転することにより、露光ヘッド１６６を矢印Ｋ方向に移動させることができる。

ＭＬＡ駆動装置３０７は、全体制御部３００の指示により、前記矢印Ｋ方向に露光ヘッド１６６内に設けられたマイクロレンズアレイ５５を駆動する。

ＭＬＡ駆動装置３０７は、露光ヘッド駆動装置３０６と同様に例えばピエゾ素子及びこれを駆動する駆動装置を含んで構成することができるが、マイクロレンズアレイ５５を光軸方向に駆動することができるものであればこれに限られるものではない。

（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。

また、上記画像露光装置では、上記の画像露光の動作の前や、露光ヘッド１６６の交換時等のメンテナンス時に、マイクロレンズアレイ５５と被露光面との距離が焦点距離となるように、すなわちマイクロレンズアレイ５５の焦点位置が被露光面上に合うように各マイクロレンズアレイ５５の位置を調整する。

以下、全体制御部３００で実行される焦点位置合わせの制御について、図１８に示すフローチャートを参照して説明する。なお、この処理は、例えば装置の設置時、画像露光の動作の前後、露光ヘッド１６６の交換時等のメンテナンス時に実行される。また、以下では、ｍ行目のｎ列目に配列された個々の露光ヘッドに設けられたマイクロレンズアレイを示す場合は、マイクロレンズアレイ５５_mnと表記する。

まず、ステップ１００では、露光ヘッド１６６を予め定めた原点に移動させる。この原点は、マイクロレンズアレイ５５のピントが合う範囲（焦点深度範囲）内の所定位置であり、例えば全体制御部３００内の図示しないメモリに記憶される。

ステップ１０１では、調整対象の行の露光ヘッド１６６が存在する位置に検出センサ３０８を移動させるようステージ駆動装置３０４に指示する。これにより、ステージ駆動装置３０４は、調整対象の行が１行目であれば、検出センサ３０８が図１７（Ｂ）に示すＰ１の位置となるように移動ステージ１５２を移動させる。同様に、検出センサ３０８が、調整対象の行が２行目であればＰ２の位置、３行目であればＰ３の位置となるように移動ステージ１５２を移動させる。

ステップ１０２では、調整対象の露光ヘッド１６６の真下に検出センサ３０８が位置するように検出センサ３０８を移動させるよう検出センサ駆動装置３０５に指示する。これにより、検出センサ駆動装置３０５は、検出センサ３０８が露光ヘッド１６６の真下に位置するように検出センサ３０８を移動させる。なお、最初の調整対象は、例えば１行目の１列目の露光ヘッド１６６₁₁である。

そして、ステップ１０４では、検出センサ３０８にマイクロレンズアレイ５５との距離（又は変位）を測定するように指示し、測定結果を取り込む。

ステップ１０６では、測定結果に基づき、マイクロレンズアレイ５５と被露光面との距離が所定範囲外か否かを判断する。ここで、所定範囲とは、ピントの合う範囲、すなわちマイクロレンズ５５ａの焦点深度の範囲をいう。従って、ステップ１０６では、換言すれば、被露光面に対するマイクロレンズアレイ５５の位置が、ピントの合う範囲外であるか否かを判断する。

そして、マイクロレンズアレイ５５と被露光面との距離が所定範囲外である場合、すなわちマイクロレンズアレイ５５の位置がピントの合う範囲外である場合には、ステップ１０８へ移行し、所定範囲内である場合、すなわちマイクロレンズアレイ５５の位置がピントの合う範囲内である場合には、ステップ１１２へ移行する。

ステップ１０８では、マイクロレンズアレイ５５と被露光面との距離を所定範囲内とするのに必要なマイクロレンズアレイ５５の光軸方向における移動距離を算出する。

ステップ１１０では、ステップ１０８において算出した移動距離だけ露光ヘッド１６６が光軸方向に移動するように、露光ヘッド駆動装置３０６に指示する。これにより、露光ヘッド駆動装置３０６によって露光ヘッド１６６が駆動され、マイクロレンズアレイ５５がピントの合う範囲に位置することとなる。

ステップ１１１では、ピントの合う範囲に移動後の露光ヘッド１６６の位置を新たな原点とし、全体制御部３００の図示しないメモリに記憶する。すなわち、原点を補正する。

なお、移動距離を算出せずに、１ステップずつ露光ヘッド１６６を移動させ、その度に再度検出センサ３０８によって距離を検出して所定範囲外か否かを判断し、所定範囲内となるまでこれを繰り返すようにしてもよい。

さらに、露光ヘッド駆動装置３０６による露光ヘッド１６６の移動単位が前記所定範囲よりも小さければ、上記のように露光ヘッド１６６の移動のみでピントを合わせることができるが、例えば露光ヘッド駆動装置３０６による露光ヘッド１６６の移動単位が前記所定範囲よりも大きい場合、ＭＬＡ駆動装置３０７によるマイクロレンズアレイ５５の移動単位を前記所定範囲よりも小さくし、まず所定範囲近傍まで露光ヘッド１６６を移動させ、次にマイクロレンズアレイ５５を所定範囲内まで移動させるようにしてもよい。すなわち、露光ヘッド１６６で位置を粗調整し、マイクロレンズアレイ５５で位置を微調整するようにしてもよい。また、マイクロレンズアレイ５５のみで位置を調整するようにしてもよい。

ステップ１１２では、１行分の露光ヘッド１６６について焦点位置合わせが終了したか否かを判断し、終了した場合にはステップ１１４へ移行する。一方、終了していない場合にはステップ１０２へ移行し、次の調整対象の露光ヘッド１６６、すなわち次の列の露光ヘッド１６６の真下まで検出センサ３０８を移動させて、上記と同様に焦点位置合わせを行う。

ステップ１１４では、全行分の露光ヘッド１６６について、すなわち全ての露光ヘッド１６６について焦点位置合わせが終了したか否かを判断し、全て終了した場合には本ルーチンを終了する。一方、全て終了していない場合には、ステップ１０１へ戻り、次の行の露光ヘッド１６６の位置、すなわち２行目であれば図１７（Ｂ）に示すＰ２の位置、３行目であればＰ３の位置に検出センサ３０８が移動するように移動ステージ１５２を移動させ、上記と同様に焦点位置合わせを行う。

このように、本実施形態では、各露光ヘッド１６６毎に焦点位置合わせを行うため、経時変化や温度変化、物理的な力が加わること等によって、ピントがずれてしまうような場合でも、これを修正することができ、露光精度の劣化を効果的に防止することができる。

なお、本実施形態では、移動ステージ１５２側に検出センサ３０８を設けて、マイクロレンズアレイ５５の下側からマイクロレンズアレイ５５の位置を直接検出して焦点位置合わせを行っているが、例えば図１９に示すように、露光ヘッド１６６の下面側にマイクロレンズアレイ５５の位置を検出するための検出用部材１６６Ａを設け、この検出用部材１６６Ａの位置を検出センサ３０８によって検出することにより、マイクロレンズアレイ５５の位置を間接的に検出するようにしてもよい。この場合、検出用部材１６６Ａは、マイクロレンズアレイ５５との位置関係が固定されている必要がある。また、検出する部位は、マイクロレンズアレイ５５との位置関係が固定されていればよいので、例えば露光ヘッド１６６の上面を検出するようにしてもよい。

また、本実施形態では、検出センサ３０８を移動させる構成について説明したが、これに限らず、検出センサ３０８を移動ステージ１５２に固定し、移動ステージ１５２を主走査方向Ｍに移動させる構成としてもよい。さらに、複数の露光ヘッド１６６を備えたスキャナ１６２自体を主走査方向Ｍに移動させる構成としてもよい。

また、本実施形態では、露光ヘッド１６６は露光ヘッド駆動装置３０６によって、マイクロレンズアレイ５５はＭＬＡ駆動装置３０７によってそれぞれ自動で駆動する場合について説明したが、これに限らず、オペレータの手動により、露光ヘッド１６６又はマイクロレンズアレイ５５を光軸方向に駆動する構成としてもよい。例えば、図２０において、偏芯ピン８４を手動で回転可能な構成としてもよい。

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）は移動ステージを上側から見た図、（Ｂ）は（Ａ）の側面図である。全体制御部で実行される焦点位置合わせの制御ルーチンのフローチャートである。マイクロレンズアレイの位置検出の変形例について説明するための図である。露光ヘッド駆動装置の一部の構成を示す図である。

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
１５０感光材料
１６２スキャナ
１６６露光ヘッド
１６６Ａ検出用部材
３００全体制御部
３０５検出センサ駆動装置
３０６露光ヘッド駆動装置（調整手段）
３０７ＭＬＡ駆動装置
３０８検出センサ（検出手段）
３０９ガイドレール

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前記マイクロレンズアレイによって直接被露光面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、
前記被露光面に対する前記マイクロレンズアレイの位置を検出する検出手段と、
前記被露光面に対する前記マイクロレンズアレイの位置が予め定めた所定範囲内の位置となるように、前記マイクロレンズアレイの位置を光軸方向に調整する調整手段と、
を備えたことを特徴とする画像露光装置。
前記所定範囲は、前記マイクロレンズの焦点深度の範囲であることを特徴とする請求項１記載の画像露光装置。
前記検出手段は、前記被露光面側に設けられ、前記被露光面と前記マイクロレンズアレイとの距離を検出する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。
前記検出手段は、前記マイクロレンズアレイが固定された露光ヘッドの予め定めた部位を検出することにより、前記被露光面に対する前記マイクロレンズアレイの位置を検出する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が固定された露光ヘッドを複数備えると共に、当該露光ヘッドに対応して前記調整手段を複数備え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。
前記調整手段は、前記マイクロレンズアレイが固定された露光ヘッドの位置を調整す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。
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６の何れか１項に記載の画像露光装置。