JP2009086032A

JP2009086032A - 画像記録装置

Info

Publication number: JP2009086032A
Application number: JP2007252259A
Authority: JP
Inventors: Hidekazu Tamaoki; 英一玉置
Original assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2007-09-27
Filing date: 2007-09-27
Publication date: 2009-04-23

Abstract

【課題】空間光変調器への電圧の入力が不能となった場合に記録材料上に光が照射されることを防止する。
【解決手段】画像記録装置は、基準面３３１ｃに平行な帯状の固定反射面３３２ｂを有する固定リボン３３１ｂと基準面３３１ｃに平行な帯状の可動反射面３３２ａを有する可動リボン３３１ａとを所定の配列方向に交互に配列して備える回折格子型の空間光変調器３３を備え、光源からの光が照射される空間光変調器３３からの０次光が感光材料上へと導かれる。空間光変調器３３では複数の固定リボン３３１ｂおよび複数の可動リボン３３１ａが交互に並ぶ各変調素子の可動リボン３３１ａに電圧が入力されない状態にて、感光材料上において当該変調素子からの光の強度がほぼ０とされる。これにより、仮に、空間光変調器３３への電圧の入力が不能となった場合でも、感光材料上に光が照射されることが防止される。
【選択図】図４．Ａ

Description

本発明は、光の照射により記録材料上に画像を記録する画像記録装置に関する。

半導体装置製造技術を利用して基板上に固定リボンと可動リボンとを交互に形成し、可動リボンを固定リボンに対して撓ませることにより回折格子の深さを変更することができる回折格子型の空間光変調器が開発されている。このような空間光変調器では溝の深さを変更することにより正反射光や回折光の強度が変化するため、広範囲に亘る波長の光に対する高速なスイッチング素子として印刷やディスプレイ等の様々な分野における利用が提案されている（このような空間光変調器を用いるディスプレイや画像記録装置の一例として、特許文献１および２参照）。

また、回折格子型の空間光変調器において０次光を用いる場合には、電圧を入力しない静止状態（Quiescent State）が０次光を出射するＯＮ状態とされ、所定の電圧を入力する状態が０次光の出射を停止するＯＦＦ状態とされる（このような空間光変調器として、例えば、特許文献３参照）。

なお、特許文献４では、感光材料上の最小描画線幅を、回折格子型の空間光変調器上における２以上の所定個数分の格子要素（リボン対）の幅に対応させ、描画時に常に、所定個数以上の格子要素を連続して回折状態とし、かつ、所定個数以上の格子要素を連続して反射状態とすることにより、格子要素の幅に対応する感光材料上の幅をアドレス分解能として感光材料上に画像を記録する手法が本発明の発明者により提案されている。
特表２０００−５１３１１４号公報特許第３５３０１５７号公報米国特許第７１７７０８１号明細書特開２００７−１２１８８１号公報

ところで、画像記録装置にて感光材料上に画像を記録する際に、空間光変調器に電圧を入力する回路が故障した場合等には、空間光変調器への電圧の入力が不能となり、感光材料上に光が連続して照射され、感光材料が無駄になってしまう。また、記録用の光として紫外線を用いる場合には、紫外線が感光材料上に不必要に連続して照射されてしまい、画像記録装置の設計によっては問題となる。

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、仮に、空間光変調器への電圧の入力が不能となった場合でも、記録材料上に光が照射されることを防止することを目的としている。

請求項１に記載の発明は、光の照射により記録材料上に画像を記録する画像記録装置であって、光を出射する光源と、基準面に平行な帯状の固定反射面を有する固定反射部と、前記基準面に平行な帯状の可動反射面を有する可動リボンとを、所定の配列方向に交互に配列して備える回折格子型の空間光変調器と、前記光源からの光が照射される前記空間光変調器からの０次光を記録材料上へと導く光学系と、前記記録材料上における前記空間光変調器からの光の照射位置を前記配列方向に対応する方向に交差する走査方向に走査する走査機構と、前記照射位置の走査に同期して、前記空間光変調器において複数の固定反射部および複数の可動リボンが交互に並ぶ各変調素子の前記複数の可動リボンに電圧を入力して前記複数の可動リボンを撓ませることにより、前記各変調素子を１次回折光を出射するＯＦＦ状態と０次光を出射するＯＮ状態との間で遷移させる描画制御部とを備え、前記各変調素子に電圧が入力されない場合に、前記記録材料上において前記各変調素子からの光の強度がほぼ０となる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の画像記録装置であって、前記光源からの光が前記配列方向に垂直に前記空間光変調器へと入射し、前記光の入射方向および前記配列方向の双方に垂直な方向における前記空間光変調器の位置での前記光の幅をＷ、前記光源からの光の波長をλとして、前記空間光変調器への前記光の入射角が（２ｓｉｎ^−１（２λ／（πＷ）））以上である。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の画像記録装置であって、前記記録材料上においてＯＮ状態における前記各変調素子からの光の強度が、ＯＦＦ状態における前記各変調素子からの光の強度の１００倍以上である。

請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の画像記録装置であって、前記光源からの光が紫外線である。

本発明によれば、仮に、各変調素子への電圧の入力が不能となった場合でも、記録材料上に光が照射されることを防止することができる。

また、請求項２の発明では、空間光変調器への入射光と空間光変調器からの反射光とを容易に分離して画像記録装置の構成を簡素化することができ、請求項３の発明では、高コントラストにて画像を記録することができ、請求項４の発明では、仮に、各変調素子への電圧の入力が不能となった場合でも、記録材料上に紫外線が連続して照射されることを防止して、安全性を向上することができる。

図１は、本発明の一の実施の形態に係る画像記録装置１の外観を示す斜視図である。画像記録装置１は、ガラスマスクやＴＦＴ（Thin Film Transistor）液晶パネル等の製造用のガラス基板９を図１中の（＋Ｚ）側の面上に保持するテーブル２４を備え、テーブル２４のガラス基板９とは反対側にはテーブル２４を図１中のＹ方向（以下、「走査方向」とも呼ぶ。）に移動するテーブル移動機構２５が基台２６上に設けられる。基台２６上には、基台２６に対するテーブル２４の位置を検出するエンコーダ２３が設けられる。テーブル２４の上方には、それぞれがガラス基板９に向けて光を出射する複数のヘッド部３が図１中のＸ方向に配列され、ヘッド移動機構４により、複数のヘッド部３は走査方向に垂直なＸ方向に移動可能に支持される。また、基台２６には、テーブル２４を跨ぐようにしてフレーム２７が設けられ、ヘッド移動機構４はフレーム２７に固定される。

図１の画像記録装置１では、光源３１がフレーム２７上に設けられ、光学系を介して光源３１からの光がヘッド部３の内部へと導入される。本実施の形態におけるガラス基板９の（＋Ｚ）側の主面上には紫外線の照射により感光する感光材料（レジスト）が予め形成されており、光源３１は、波長３５５ｎｍの紫外線を出射する３倍波固体レーザとされる。もちろん、光源３１はガラス基板９の感光材料が感光する波長帯に含まれる他の波長の光を出射するものであってもよい。

図２は１つのヘッド部３の内部構成を示す図であり、図２ではヘッド部３内の各構成を符号３を付す破線の矩形にて囲んでいる。図２に示すヘッド部３は、回折格子型の空間光変調器３３を有する光変調ユニット３２、並びに、画像信号処理部５１および全体制御部５０に接続されるとともに光変調ユニット３２の変調制御を行う描画制御部３０を備える。なお、図２中の全体制御部５０および画像信号処理部５１は図１中の制御ユニット１０内に設けられている。

ヘッド部３内へと導入される光源３１からの光は、照明光学系３５１およびミラー３５２により、その反射面の法線が光軸Ｊ１に対して傾斜して配置される光変調ユニット３２の空間光変調器３３へと導かれる。このとき、光源３１からの入射光は照明光学系３５１により強度分布が均一な線状の光（光束断面が線状の光）とされ、空間光変調器３３上の変調動作の有効領域に照射される。空間光変調器３３では、描画制御部３０の制御に基づいてミラー３５２からの光が空間変調され、光軸Ｊ１に沿って投影光学系３６のレンズ３６１へと入射する。

投影光学系３６のレンズ３６１，３６２および遮蔽板３６３は両側テレセントリックとなるシュリーレン（Schrieren）光学系を構築しており、レンズ３６１を通過した光は開口を有する遮蔽板３６３へと導かれ、一部の光（後述の０次光）は開口を通過してレンズ３６２へと導かれ、残りの光（後述の（±１）次回折光）は遮蔽板３６３にて遮蔽される。レンズ３６２を通過した光はズームレンズ３６４へと導かれ、フォーカシングレンズ３６５を介して所定の倍率にて感光材料上へと導かれる。なお、投影光学系３６は必ずしもレンズ３６１，３６２、遮蔽板３６３、ズームレンズ３６４およびフォーカシングレンズ３６５により構成される必要はなく、他の光学素子が追加される等してもよい。

図３は、空間光変調器３３を拡大して示す図である。図３に示す空間光変調器３３は半導体装置製造技術を利用して製造され、格子の深さを変更することができる回折格子となっている。空間光変調器３３には複数の可動リボン３３１ａおよび固定リボン３３１ｂが交互に平行に配列形成され、後述するように、可動リボン３３１ａは背後の基準面に対して個別に昇降移動可能とされ、固定リボン３３１ｂは基準面に対して固定される。回折格子型の空間光変調器としては、例えば、ＧＬＶ（Grating Light Valve：グレーチング・ライト・バルブ）（シリコン・ライト・マシーンズ（サンノゼ、カリフォルニア）の登録商標）が知られている。

図４．Ａおよび図４．Ｂは、可動リボン３３１ａおよび固定リボン３３１ｂに対して垂直な面における空間光変調器３３の断面を示す図である。なお、図４．Ａおよび図４．Ｂに示す空間光変調器３３では、実際よりも可動リボン３３１ａおよび固定リボン３３１ｂの数が少ない。

可動リボン３３１ａはその上面が、空間光変調器３３の基板の上面である基準面３３１ｃに平行な帯状の可動反射面３３２ａとなっており、固定反射部である固定リボン３３１ｂはその上面が基準面３３１ｃに平行な帯状の固定反射面３３２ｂとなっている。図４．Ａは可動リボン３３１ａが撓まない初期状態を示しており、図４．Ｂは可動リボン３３１ａと基準面３３１ｃとの間に電圧（電位差）が与えられ、静電気力により可動リボン３３１ａが基準面３３１ｃに向かって撓んだ状態における断面を示している。固定リボン３３１ｂは基準面３３１ｃ上に形成されており、図４．Ａに示す可動リボン３３１ａが撓まない状態、および、図４．Ｂに示す可動リボン３３１ａが撓んだ状態のいずれにおいても、可動反射面３３２ａの基準面３３１ｃからの高さと固定反射面３３２ｂの基準面３３１ｃからの高さとが異なっている。

図４．Ａに示すように可動リボン３３１ａが撓まない状態では、光源３１から可動反射面３３２ａを経由して感光材料へと至る光の経路と、光源３１から固定反射面３３２ｂを経由して感光材料へと至る光の経路との差（以下、単に「可動反射面３３２ａと固定反射面３３２ｂとの間の光路差」という。）が、（（ｎ＋１／２）λ）（ただし、λは入射光Ｌ１の波長であり、ｎは任意の整数である。）となるようにされている。これにより、図４．Ａの状態では、可動反射面３３２ａにて反射される光と固定反射面３３２ｂにて反射される光との位相差により生じる空間光変調器３３からの（±１）次回折光Ｌ３（さらには、高次の回折光）の強度が最大となり、０次光の強度は最小となる。

実際には、空間光変調器３３にて可動リボン３３１ａおよび固定リボン３３１ｂが配列される方向（すなわち、各リボンの長手方向に垂直かつ基準面３３１ｃに平行な方向）を配列方向として、光源３１からの光は配列方向に垂直、かつ、基準面３３１ｃの法線に対して傾斜した光軸Ｊ１に沿って空間光変調器３３へと入射しており、空間光変調器３３への光の入射角をα（図２参照）、可動リボン３３１ａが撓まない状態での可動反射面３３２ａと固定反射面３３２ｂとの（基準面３３１ｃからの）高さの差をＤｆとすると（図４．Ａでは、当該差を符号Ｄｆを付す矢印にて示している。）、可動反射面３３２ａと固定反射面３３２ｂとの間の光路差は（２Ｄｆ・ｃｏｓα）として表される。したがって、光路差（２Ｄｆ・ｃｏｓα）が（（ｎ＋１／２）λ）となるように、光源３１からの光の波長λ、可動反射面３３２ａと固定反射面３３２ｂとの高さの差Ｄｆ、および、空間光変調器３３への光の入射角αが予め決定されている。

例えば、可動リボン３３１ａが撓まない状態における可動反射面３３２ａと固定反射面３３２ｂとの間の光路差を（７／２）λとする場合には、可動反射面３３２ａと固定反射面３３２ｂとの高さの差Ｄｆは（（７／４）λ／ｃｏｓα）とされる。なお、空間光変調器３３へと入射する光は、光軸Ｊ１および配列方向に垂直な方向に関して僅かに集光しつつ配列方向に関して平行な状態とされている。

一方、図４．Ｂに示すように可動リボン３３１ａが所定の量だけ撓んだ状態では、可動反射面３３２ａと固定反射面３３２ｂとの間の光路差が（ｎ・λ）（ただし、λは入射光Ｌ１の波長であり、ｎは任意の整数である。）となるようにされている。すなわち、可動リボン３３１ａが撓んだ状態での可動反射面３３２ａと固定反射面３３２ｂとの高さの差をＤｎとして（図４．Ｂでは、当該差を符号Ｄｎを付す矢印にて示している。）、光路差（２Ｄｎ・ｃｏｓα）が（ｎ・λ）と等しくなるようにされ、これにより、図４．Ｂの状態では、可動反射面３３２ａからの反射光と固定反射面３３２ｂからの反射光とが強めあって最大強度の０次光Ｌ２が空間光変調器３３から出力される。

また、図４．Ａおよび図４．Ｂに示すように、配列方向に関して可動リボン３３１ａと固定リボン３３１ｂとはほぼ同じ幅となっている。なお、複数の可動リボン３３１ａおよび複数の固定リボン３３１ｂのそれぞれの幅の長さはコントラストや反射率を考慮して最適化することが可能である。この場合には、これらの長さはお互いに微少量ずつ異なることになる。

既述のように、複数の可動リボン３３１ａおよび固定リボン３３１ｂ上には、光束断面が配列方向に長い線状の光が照射される。空間光変調器３３では、隣接する各１本の可動リボン３３１ａおよび固定リボン３３１ｂを１つのリボン対とすると、互いに隣接する３個以上のリボン対が描画されるパターンの１つの画素に対応する。本実施の形態では、互いに隣接する４個のリボン対の集合が１つの画素に対応する変調素子とされ、図３では１つの変調素子を構成するリボン対の集合を符号３３０を付す太線の矩形にて囲んでいる。

空間光変調器３３では、図２のドライバ回路ユニット３４０が有する複数のドライバ回路から入力される電圧（以下、「入力電圧」という。）に従って複数の変調素子３３０の可動リボン３３１ａの状態がそれぞれ変化し、各変調素子３３０が、１次回折光（（＋１）次回折光および（−１）次回折光））を出射するＯＦＦ状態と０次光（正反射光）を出射するＯＮ状態との間で遷移可能とされる。空間光変調器３３から出射される０次光および１次回折光は、既述のように投影光学系３６へと導かれ、０次光は遮蔽板３６３の開口を通過して感光材料上へと導かれ、１次回折光は遮蔽板３６３にて遮蔽される。これにより、各ヘッド部３において、感光材料上にてＸ方向（すなわち、走査方向に垂直な方向）に並ぶ複数の照射領域のそれぞれに変調された光の照射が可能となる。

図５は、空間光変調器３３の各変調素子３３０への入力電圧と当該変調素子３３０からの０次光の強度との関係を示す図である。図５の縦軸は、０次光の最大強度を１とした場合の０次光の強度（以下、「相対強度」という。）を示し、横軸は入力電圧を示している（後述の図７において同様）。

図５に示すように、各変調素子３３０では、電圧Ｖ１までは入力電圧が高くなるに従って相対強度が大きくなり、入力電圧がＶ１となると０次光の相対強度が１（最大）となる。詳細には、相対強度と入力電圧との関係は非線形であり、入力電圧が低い範囲では、入力電圧に対する可動リボン３３１ａの撓み量が比較的小さく、撓み量に対する相対強度への影響も小さいため、入力電圧が高い範囲（ただし、相対強度が０または１となる電圧近傍を除く。）に比べて入力電圧の一定の変動に対する相対強度の変化量は小さくなる。また、電圧Ｖ１の近傍では、相対強度と入力電圧との関係を示す線が電圧Ｖ１にて極大となる幅の狭い山状となっている。本実施の形態における空間光変調器３３では、ＯＦＦ状態とすべき変調素子３３０（の可動リボン３３１ａ）には電圧は入力されず（すなわち、入力電圧が０とされ）、ＯＮ状態とすべき変調素子３３０には電圧Ｖ１が入力される。

図１の画像記録装置１が、光の照射によりガラス基板９上の感光材料に画像を記録する際には、まず、テーブル２４が（−Ｙ）方向へと移動することにより、感光材料上における各ヘッド部３からの光の照射位置（正確には、Ｘ方向に並ぶ複数の照射領域の集合）がガラス基板９に対して（＋Ｙ）方向に相対的にかつ連続的に移動（走査）する。そして、図２の全体制御部５０の制御により、ガラス基板９上における光の照射位置の走査に同期しつつ、画像信号処理部５１からの描画信号に基づいて描画制御部３０から各変調素子３３０の遷移の要否を示す情報が対応するドライバ回路に入力され、変調素子３３０のＯＦＦ状態とＯＮ状態とが切り替えられる。このように、ガラス基板９上の光の照射位置の走査に並行して、描画制御部３０がドライバ回路を介して各変調素子３３０の可動リボン３３１ａに電圧を入力することにより、変調素子３３０のＯＦＦ状態とＯＮ状態との間の遷移が行われ、ガラス基板９の感光材料上において、Ｘ方向に互いに離れた複数の帯状領域（Ｙ方向に長い領域）に対して複数のヘッド部３によりそれぞれ描画が行われる。

感光材料上の照射位置がガラス基板９の端部まで到達すると、複数のヘッド部３がＸ方向に帯状領域の幅に相当する距離だけ間欠的に移動するとともにテーブル２４の移動方向が反転され、テーブル２４の往路にて描画された複数の帯状領域のうち互いに隣接する２つの帯状領域間の領域に対して各ヘッド部３により描画が行われる。画像記録装置１では、テーブル２４のＹ方向への移動および複数のヘッド部３のＸ方向への移動を繰り返すことにより、ガラス基板９の全体に高速に描画を行うことができる。

ここで、比較例の空間光変調器について述べる。図６．Ａおよび図６．Ｂは比較例の空間光変調器９１の断面を示す図である。図６．Ａに示すように、空間光変調器９１に電圧を入力しない状態では、可動リボン９１１ａおよび固定リボン９１１ｂが基準面９１１ｃに対して同じ高さに位置して、空間光変調器９１の表面は面一となり、入射光Ｌ１の反射光が０次光Ｌ２として導出される。一方、空間光変調器９１に所定の電圧を入力している状態では、図６．Ｂに示すように可動リボン９１１ａが固定リボン９１１ｂよりも基準面９１１ｃ側に撓んで可動リボン９１１ａが回折格子の溝の底面となる。そして、可動リボン９１１ａの反射面と固定リボン９１１ｂの反射面との間の光路差が入射光Ｌ１の波長の半分となり、１次回折光Ｌ３が空間光変調器９１から導出され、０次光Ｌ２は消滅する。

図７は、比較例の空間光変調器９１の変調素子への入力電圧と当該変調素子からの０次光の強度との関係を示す図である。図７に示すように、比較例の空間光変調器９１では電圧Ｖ２までは入力電圧が高くなるに従って相対強度が小さくなり、入力電圧がＶ２となると０次光の相対強度が０となる。詳細には、相対強度と入力電圧との関係は非線形であり、入力電圧が低い範囲では入力電圧の一定の変動に対する相対強度の変化量は小さいが、電圧Ｖ２の近傍では、相対強度と入力電圧との関係を示す線が電圧Ｖ２にて極小値となる幅の狭い谷状となり、谷状部分の傾斜部では入力電圧の僅かな変動（例えば、設定値に対する誤差、あるいは、ドライバ回路の特性の経時変化（ドリフト）等による変動）により相対強度が大きく変わってしまう。実際には、０次光の相対強度が２％（０．０２）程度となることがあり、この場合、比較例の空間光変調器９１を用いて感光材料上に画像を記録する際におけるコントラスト（ＯＮ状態とＯＦＦ状態との相対強度の比である消光比）は５０対１となる。

なお、図４．Ａおよび図４．Ｂに示す空間光変調器３３と同様に、固定リボンが基準面上に形成される他の比較例の空間光変調器にて、電圧を入力しない状態での可動反射面と固定反射面との間の光路差が（ｎ・λ）とされ、所定の電圧を入力することにより可動反射面と固定反射面との間の光路差が（（ｎ＋１／２）λ）とされる場合も、相対強度と入力電圧との関係は図７と同様となる。

一方で、図３の空間光変調器３３では、図５に示すように、相対強度と入力電圧との関係を示す線にて電圧Ｖ１にて極大となる山状部分の傾斜部では入力電圧の僅かな変動により相対強度が大きく変わってしまうが、電圧０の近傍では入力電圧の一定の変動に対する相対強度の変化量が小さいことにより、ＯＦＦ状態における０次光の強度を安定して低くすることができる。コントラストに対するＯＮ状態の相対強度の変化の影響はＯＦＦ状態よりも小さいため、空間光変調器３３では、比較例の空間光変調器９１を用いる場合よりも高コントラストにて安定して画像を記録することが可能となる。

なお、実際には、配列方向に関して空間光変調器３３に入射する光は完全な平行光とはならないため、入力電圧が０であっても０次光の相対強度は０とならず、例えば０．５％（０．００５）程度となることがある。この場合でも、空間光変調器３３を用いて感光材料上に画像を記録する際におけるコントラストは２００対１となり（すなわち、感光材料上においてＯＮ状態における変調素子３３０からの光の強度が、ＯＦＦ状態における変調素子３３０からの光の強度の２００倍となり）、十分に高いコントラストでの画像記録が可能となる。

また、いわゆるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）構造を有している回折格子型の空間光変調器では、ある電圧（いわゆる、スナップダウン電圧）以上の入力電圧を入力すると撓んだ可動リボンが基準面に張り付いてしまい、入力電圧を０にしても元の状態（撓んでいない状態）に戻らないスナップダウン（snap-down）現象が発生する可能性がある。この場合に、図５および図７に示す相対強度と入力電圧との関係において、スナップダウン電圧が電圧Ｖ１，Ｖ２近傍であるときには、当該電圧Ｖ１，Ｖ２よりも低い入力電圧にて可動リボンを撓ませる必要がある。したがって、比較例の空間光変調器ではＯＦＦ状態における相対強度が高くなり、コントラストが極端に悪くなってしまう。これに対し、図３の空間光変調器３３ではＯＮ状態における相対強度が低くなるが、既述のように、コントラストに対するＯＮ状態の相対強度の変化の影響はＯＦＦ状態よりも小さいため、コントラストが極端に悪くなることはない。

さらに、図１の画像記録装置１では、万一、ドライバ回路が故障する等して、空間光変調器３３の各変調素子３３０への電圧の入力が不能となった場合でも、感光材料上において当該変調素子３３０からの光の強度がほぼ０となり、感光材料上に光が照射されることを防止することができる。その結果、紫外線が感光材料上に不必要に連続して照射されることが確実に防止され、画像記録装置１における安全性を向上することができるとともに、感光材料が無駄になることが防止される。

図２のヘッド部３では、空間光変調器３３に対して傾斜した方向から光を入射させることにより（すなわち、入射角αが０度よりも大きいことにより）、専用の光学素子（例えば、後述の図１２のプリズム３７２）を設けることなく空間光変調器３３への入射光と空間光変調器３３からの反射光とを容易に空間的に分離することができ、画像記録装置１の構成を簡素化することができる。

ここで、入射角αの好ましい範囲について述べる。図８中の左側に示すように、本実施の形態では空間光変調器３３に照射される光（入射光）はその光束断面が配列方向（図８中の横方向）に伸びる線状となっており、実際には、空間光変調器３３の表面近傍において入射方向（すなわち光軸Ｊ１に沿う方向）および配列方向の双方に垂直な方向（図８中の縦方向であり、以下「幅方向」という。）の強度分布は、図８中の右側に示すようにガウス分布に近似したものとなっている。このとき、空間光変調器３３の位置（または近傍）での幅方向における入射光の幅は、通常その位置での幅方向に関する入射光の強度分布において最大強度（図８中の右側では最大強度を１としている。後述の図１０において同様。）の１／ｅ^２倍以上となる部分の幅として表され、光源３１からの光の波長をλとすると、入射光の幅方向における幅Ｗは、照明光学系３５１のＦ値（正確には、Ｆ値と捉えることができる値）または開口数ＮＡ（正確には、開口数ＮＡと捉えることができる値）を用いて数１にて表される。

図９は、空間光変調器３３への入射光および空間光変調器３３からの０次光を抽象的に示す図であり、図９では光軸Ｊ１を含む面上にて光軸Ｊ１上の各位置での幅方向の強度分布にて最大強度の１／ｅ^２倍以上となる部分の輪郭を符号Ｅ１，Ｅ２を付す細線にて示している。また、図９では空間光変調器３３の表面を平面として図示している（後述の図１１において同様）。

実際には、光軸Ｊ１を含む面上において光軸Ｊ１に垂直な方向（すなわち、幅方向）のみに着目すると、空間光変調器３３へと入射する光は集光しつつ空間光変調器３３の表面にて強度分布の幅がほぼ最小となり、空間光変調器３３からの０次光は広がりつつレンズ３６１へと入射する（図２参照）。したがって、図９において光軸Ｊ１と空間光変調器３３の表面とが交わる位置を中心とする所定の微小半径の円周上の各位置における光の強度と、当該位置の角度（入射光側から半時計回りに増大する角度であり、図９中にて符号βを付す矢印にて示す角度）との関係は図１０に示すようになる。ここで、図９において光軸Ｊ１と入射光の輪郭を示す各線Ｅ１とのなす角は、光軸Ｊ１と０次光の輪郭を示す各線Ｅ２とのなす角と同じ角度θとなり、開口数ＮＡは（ｓｉｎθ）と等しくなる（すなわち、（ＮＡ＝ｓｉｎθ）となる）ことにより、角度θは数２にて表される。

入射光および０次光（反射光）のそれぞれにおいて、幅方向の強度分布にて最大強度の１／ｅ^２倍以上となる部分の幅の２倍の範囲内に光源３１からの全ての光、または、空間光変調器３３にて反射した全ての光が含まれると仮定して、画像記録装置１では、空間光変調器３３への光の入射角αを２θ以上（すなわち、入射側の光軸Ｊ１と反射側の光軸Ｊ１とのなす角（分離角）を４θ以上）とする、すなわち、入射角αが数３に示す関係を満たすことにより、入射光と０次光との重なりを少なくして入射光と０次光とを十分に分離し、投影光学系３６にて効率よく光を取り出すことができる。

なお、図９および図１０では反射光が０次光の場合について述べたが、反射光が１次回折光である場合も、光が配列方向に広がる点を除き同様である。

一方で、図１１に示すように、幅方向における幅（強度分布にて最大強度の１／ｅ^２倍以上となる部分の幅）Ｗの光が入射角αにて空間光変調器３３上に照射される場合に、空間光変調器３３の表面に照射される光の範囲Ｒは（Ｗ／ｃｏｓα）となる。したがって、上記と同様に、入射光の幅方向の強度分布にて最大強度の１／ｅ^２倍以上となる部分の幅の２倍の範囲内に光源３１からの全ての光が含まれると仮定して、光源３１からの全ての光を空間光変調器３３上に照射するという観点では、可動リボン３３１ａおよび固定リボン３３１ｂの配列方向に垂直な方向（長手方向）の長さＧ（有効領域の長さであり、図１１中にて符号Ｇを付す矢印にて示す長さである。）が（２Ｗ／ｃｏｓα）以上とされる（すなわち、（Ｇ≧（２Ｗ／ｃｏｓα））を満たす）必要がある。よって、入射角αは数４に示す関係を満たすことが好ましい。

以上では、空間光変調器３３に対して傾斜した方向から光を入射させることにより画像記録装置１の構成を簡素化する場合について述べたが、画像記録装置の設計によっては、空間光変調器３３に対して垂直に光を入射させてもよい。図１２は、ヘッド部の他の例の構成を示す図である。他の例に係るヘッド部３ａ内には、複数の発光点を一列に有するバータイプの半導体レーザである光源３１ａ、および、空間光変調器３３が配置され、光源３１ａからの光は、レンズ３７１（実際には、集光レンズ、シリンドリカルレンズ等により構成される。）およびプリズム３７２を介して空間光変調器３３へと導かれる。このとき、光源３１ａからの光は線状光（光束断面が線状の光）とされ、ライン状に配列される複数の変調素子上に照射される。

既述のように、空間光変調器３３の各変調素子（の可動リボン３３１ａ）は描画制御部３０からの信号に基づいて個別に制御され、０次光を出射する状態と、１次回折光を出射する状態との間で遷移可能とされる。変調素子から出射される０次光はプリズム３７２へと戻され、１次回折光はプリズム３７２とは異なる方向へと導かれる。なお、迷光となることを防止するために１次回折光は図示を省略する遮光部により遮光される。

各変調素子からの０次光はプリズム３７２にて反射され、ズームレンズ駆動モータ３７４に接続されるズームレンズ３７３を介してヘッド部３ａ外のガラス基板９上の感光材料へと導かれ、複数の変調素子の像が感光材料上に形成される。このように、図１２のヘッド部３ａではプリズム３７２およびズームレンズ３７３により投影光学系３７が構築される。

図１２に示すように、空間光変調器３３に対して光が垂直に入射する際には、可動リボン３３１ａが撓まない状態での可動反射面３３２ａと固定反射面３３２ｂとの高さの差Ｄｆが（（ｎ＋１／２）λ）（ただし、λは入射光の波長であり、ｎは任意の整数である。）と等しくなるようにされ（図４．Ａ参照）、可動リボン３３１ａが撓んだ状態での可動反射面３３２ａと固定反射面３３２ｂとの高さの差Ｄｎは（ｎ・λ）と等しくなるようにされる。これにより、図１２のヘッド部３ａを有する画像記録装置では、高コントラストにて安定して画像を記録することが可能となるとともに、仮に、空間光変調器３３への電圧の入力が不能となった場合でも、感光材料上に光が照射されることを防止することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。

画像記録装置１では、空間光変調器の製造誤差により、変調素子に電圧が入力されない場合に変調素子から０次光が出射される場合が考えられるが、このような場合でも、その光の強度は僅かであるため（例えば、ＯＮ状態における強度の１／１０以下の強度であり、光源から紫外線が出射される場合には、好ましくは、ＯＮ状態における強度の１／５０以下の強度である。）、画像記録装置１における安全性を向上することができる。すなわち、画像記録装置１では、各変調素子に電圧が入力されない場合に、感光材料上において変調素子からの光の強度がほぼ０となる（すなわち、可動反射面と固定反射面との間の光路差が、ほぼ（（ｎ＋１／２）λ）（ただし、λは入射光の波長であり、ｎは任意の整数である。）となる）ことが重要となる。

また、変調素子に電圧が入力されない場合に感光材料上において変調素子からの光の強度がほぼ０となるのであるならば、実際の画像記録の際に、僅かな電圧を入力することによりＯＦＦ状態における光の強度がさらに低減されてもよい。これにより、画像記録装置１では、空間光変調器の製造誤差により可動反射面および固定反射面の高さがばらついている場合でも、感光材料上においてＯＮ状態における変調素子からの光の強度を確実にＯＦＦ状態における変調素子からの光の強度の１００倍以上とすることができ、高コントラストにて画像を記録することができる。

上記実施の形態では、各変調素子３３０に含まれる可動リボン３３１ａおよび固定リボン３３１ｂの個数が一定とされるが、例えば上述の特開２００７−１２１８８１号公報（特許文献４）の手法と同様に、描画時に常に、所定個数以上の可動リボン３３１ａが連続して撓んだ状態となり、かつ、所定個数以上の可動リボン３３１ａが連続して撓まない状態となるという条件の下で、電圧を入力する可動リボン３３１ａを個別に変更して、高アドレス分解能にて感光材料上に画像が記録されてもよい。この場合、それぞれが撓んだ状態の可動リボン３３１ａを含むとともに連続する複数のリボン対の各集合、および、それぞれが撓まない状態の可動リボン３３１ａを含むとともに連続する複数のリボン対の各集合のそれぞれが１つの変調素子として捉えられ、描画時に各変調素子に含まれるリボン対の個数が変更されることとなる。以上のように、画像記録装置１では、空間光変調器３３において複数の可動リボン３３１ａおよび複数の固定リボン３３１ｂが交互に並ぶものを１つの変調素子として描画が行われるのであるならば、各変調素子に含まれるリボン対の個数は必ずしも一定である必要はない。

画像記録装置１では、ガラス基板９上において、空間光変調器３３における配列方向に対応する方向（すなわち、複数の変調素子にそれぞれ対応するガラス基板９上の複数の照射領域の配列方向）に垂直な走査方向に空間光変調器３３からの光の照射位置がガラス基板９に対して相対的に走査することにより、ガラス基板９の全体に画像を記録することが実現されるが、複数の照射領域の配列方向に対して傾斜した走査方向にガラス基板９上の光の照射位置を走査させることにより、感光材料に高精度な画像が記録されてもよい。すなわち、感光材料上における空間光変調器３３からの光の照射位置は空間光変調器３３における配列方向に対応する方向に交差する走査方向に走査すればよい。

上記実施の形態では、走査機構であるテーブル移動機構２５により、感光材料上における光の照射位置が走査するが、ヘッド部３を走査方向に移動する機構が設けられることにより、光の照射位置が走査方向に走査してもよい。また、画像が記録される記録材料を外側面に保持する保持ドラムが設けられる場合には、保持ドラムを回転する機構により記録材料上の光の照射位置が走査方向に走査する。以上のように、画像記録装置において感光材料上における光の照射位置を走査方向に走査する走査機構は、様々な態様にて実現可能である。

画像の情報を保持する記録材料は、感光材料を有するガラス基板９以外に、プリント配線基板や半導体基板等の感光性材料が塗布された、あるいは、感光性を有する他の材料であってもよく、光の照射による熱に反応する材料であってもよい。

画像記録装置の外観を示す斜視図である。ヘッド部の内部構成を示す図である。空間光変調器を拡大して示す図である。空間光変調器の断面を示す図である。空間光変調器の断面を示す図である。空間光変調器における入力電圧と０次光の強度との関係を示す図である。比較例の空間光変調器の断面を示す図である。比較例の空間光変調器の断面を示す図である。比較例の空間光変調器における入力電圧と０次光の強度との関係を示す図である。空間光変調器への入射光の強度分布を示す図である。空間光変調器への入射光および空間光変調器からの０次光を抽象的に示す図である。空間光変調器近傍での光の強度と角度との関係を示す図である。空間光変調器への入射光を抽象的に示す図である。ヘッド部の他の例の構成を示す図である。

符号の説明

１画像記録装置
９ガラス基板
２５テーブル移動機構
３０描画制御部
３１，３１ａ光源
３３空間光変調器
３６，３７投影光学系
３３０変調素子
３３１ａ可動リボン
３３１ｂ固定リボン
３３１ｃ基準面
３３２ａ可動反射面
３３２ｂ固定反射面

Claims

光の照射により記録材料上に画像を記録する画像記録装置であって、
光を出射する光源と、
基準面に平行な帯状の固定反射面を有する固定反射部と、前記基準面に平行な帯状の可動反射面を有する可動リボンとを、所定の配列方向に交互に配列して備える回折格子型の空間光変調器と、
前記光源からの光が照射される前記空間光変調器からの０次光を記録材料上へと導く光学系と、
前記記録材料上における前記空間光変調器からの光の照射位置を前記配列方向に対応する方向に交差する走査方向に走査する走査機構と、
前記照射位置の走査に同期して、前記空間光変調器において複数の固定反射部および複数の可動リボンが交互に並ぶ各変調素子の前記複数の可動リボンに電圧を入力して前記複数の可動リボンを撓ませることにより、前記各変調素子を１次回折光を出射するＯＦＦ状態と０次光を出射するＯＮ状態との間で遷移させる描画制御部と、
を備え、
前記各変調素子に電圧が入力されない場合に、前記記録材料上において前記各変調素子からの光の強度がほぼ０となることを特徴とする画像記録装置。
請求項１に記載の画像記録装置であって、
前記光源からの光が前記配列方向に垂直に前記空間光変調器へと入射し、
前記光の入射方向および前記配列方向の双方に垂直な方向における前記空間光変調器の位置での前記光の幅をＷ、前記光源からの光の波長をλとして、前記空間光変調器への前記光の入射角が（２ｓｉｎ^−１（２λ／（πＷ）））以上であることを特徴とする画像記録装置。
請求項１または２に記載の画像記録装置であって、
前記記録材料上においてＯＮ状態における前記各変調素子からの光の強度が、ＯＦＦ状態における前記各変調素子からの光の強度の１００倍以上であることを特徴とする画像記録装置。
請求項１ないし３のいずれかに記載の画像記録装置であって、
前記光源からの光が紫外線であることを特徴とする画像記録装置。