JP2018112739A - レーザ線発生装置用の照射光学系 - Google Patents

Abstract

【課題】照射モジュールの並置スタックを必要としない高解像度印刷システムを提供する。
【解決手段】プリズムペアに合成角で光ビームを伝達するライトガイド１０４とともに空隙を有する屈折プリズム及び全内部反射（ＴＩＲ）プリズムペア１０８を有するインライン照射光学系は、レーザ及びライトガイド１０４のいかなる軸回転の必要性も排除し、並置モジュールスタックを可能とする。照射光学系１００は、光源１０２、ライトガイド１０４、ＤＭＤアレイ１０６及び屈折ＴＩＲ（ＲＴＩＲ）プリズム１０８を有する照射モジュール１００を含む。システムはまた、ＤＭＤアレイ１０６を含み且つ照射モジュール１００が並置スタックを可能とするように制限された幅を有するＤＭＤハウジング１１０を含む。
【選択図】図６

Description

本発明は、一般に、高解像度印刷システムに関し、より具体的には、レーザ光源及びディジタルマイクロデバイス（ＤＭＤ）を含む照射光学系を有する高解像度印刷システムに関する。

平版インクを用いて印刷するためにディジタルオフセット又はディジタルアーキテクチャ印刷システムが使用可能である。ディジタルオフセット印刷プロセスは、イメージングプレートの表面に湿し水を塗布することを含むことができる。イメージングプレートは、イメージング胴の外周部に配置されることができる。イメージング胴は、湿し水を塗布するための吸収材と、イメージングプレートの選択領域からの湿し水のイメージング又は像様気化のためのイメージングシステムと、イメージングプレート表面にインクを塗布するためのインクローラと、インク像が印刷可能媒体に転写される転写ステーションと、イメージプレートの表面から残留物を除去して新たにプロセスを開始するために表面を整えるクリーナとを含む、隣接するサブシステムにイメージングプレート表面の領域を通過させるために回転可能とすることができる。湿し水を塗布した後、表面の選択領域から湿し水を像様気化するために高出力レーザから構成されるイメージングシステムが使用可能である。光エネルギは、プレート表面からの湿し水を局所的に加熱して沸騰させるためにシリコンを含むことができるイメージングプレートによって吸収される。レーザは、ディジタル像データに応じて選択表面領域において湿し水を気化させるために使用可能である。インクは、インクローラによって塗布されることができ、湿し水がイメージングプレートから気化された領域に堆積されることができる。逆に、インクは、湿し水が残るイメージングプレート表面の領域によって拒否されることができる。得られた像は、圧力によって紙又は他の適切な媒体へと転写ステーションにおいて転写される。

イメージングステップについて、イメージングプレート表面の動作幅に及ぶ出射ビームを生成するように構成されたイメージングシステムが使用可能である。高出力要件に起因して、モノリシックイメージャから適切なイメージングシステムを構築することは困難である。それぞれがイメージングプレート動作幅よりも小さい光束幅を有するイメージャのアレイからイメージングシステムを構築することは、はるかに実現可能で経済的である。イメージングシステムを構築するために、複数のイメージャ又は照射モジュールは、より長い全画像のために有用なプロセス幅を有する光ビームをともに「スティッチ」するように構成されることができる。

現在のイメージングシステムは、ディジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）などの空間光変調器上に光ビームを均質化して供給するためのミラー又はプリズム設計を有するライトガイドを有する照射モジュールを使用する。これらの現在の照射モジュールは、照射システムの横空間及び軸回転を必要とする。これは、より長い全画像幅を形成するように各モジュールから高解像度画像をスティッチするために照射モジュールの並置スタックを必要とする光源及びＤＭＤを有する照射システムを有する高解像度印刷システムに必要な照射モジュールの並置スタックを防止する。

以下は、本教示の１つ以上の実施形態又は例のいくつかの態様の基本的な理解を提供するために簡略化した概要を提示する。この概要は、広範な概要ではなく、本教示の重要な又は重大な要素を特定することも、本開示の範囲を詳しく説明することも意図するものではない。むしろ、その主な目的は、単に後述する詳細な説明の序文として簡略化した形態で１つ以上の概念を提示することにすぎない。さらなる目的及び利点は、図面の説明、本開示の詳細な説明、及び特許請求の範囲においてより明白になるであろう。

本開示において具現化される前述の及び／又は他の態様及び有用性は、レーザ及びライトガイドのいかなる軸回転の必要性も排除し、横空間の必要性を排除し、且つ並置モジュールスタッキングを可能とするインライン照射光学系を製造するためにライトガイドの角度とともに空隙を有する屈折プリズム及びＴＩＲプリズムペアを設けることによって達成されることができる。

本願明細書に示される態様によれば、照射光学系は、照射モジュールと、光源、ライトガイド、ＤＭＤアレイ及び屈折全内部反射（ＲＴＩＲ）プリズムを有する照射モジュールを有するディジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）ハウジングとを含む。光源は、光ビームを生成するように構成されている。ライトガイドは、対角軸まわりに傾斜した２Ｄ構成におけるマイクロミラーの平面アレイである光源からの光ビームをＤＭＤアレイに伝達する光源に隣接している。ＤＭＤアレイは、行方向と、行方向に対して直交する列方向とを有し、行方向及び列方向は、双方とも、ＤＭＤアレイの平面内にある。光ビームは、行方向及び列方向に対して合成角でその出射面からライトガイドによって伝達される。ＲＴＩＲプリズムは、ライトガイドからの光ビームを受光し、合成入射角に沿って光ビームをＤＭＤアレイに方向転換する。ＲＴＩＲプリズムは、４５−４５−９０度プリズム及び合成角プリズムを含む。合成角プリズムは、それらの間に空隙を有して４５−４５−９０度プリズムの頂面上に４５度の底面を有する。４５−４５−９０度プリズムは、ＤＭＤアレイの平面に平行に搭載された底面を有する。ＤＭＤアレイは、光ビームを変調し、反射された画像出射ビームとして画像を生成する。４５−４５−９０度プリズムは、イメージング部材上のＤＭＤをイメージングする投影光学系へと画像出射ビームを導く。ＤＭＤハウジングは、照射モジュールがＤＭＤハウジングの幅内に制限されるようにＤＭＤアレイを含む。

照射光学系は、ＤＭＤアレイの行方向に平行な画像ラインへと各照射モジュールの画像出射ビームをスティッチするために並列ＤＭＤ行方向を有する並置構成で互いにスタック上に集約されるように複数の照射モジュールを含むことができる。コリメータレンズは、レーザダイオードバーとライトガイドとの間に配置されることができる。光源は、複数のレーザダイオードバーとすることができる。例によれば、ライトガイドは、ＲＴＩＲプリズムの屈折率及びＤＭＤに入射する方向転換された光ビームの中心光線方向に基づいて合成角プリズムに向かって所定角度で傾けられる。ライトガイドとＲＴＩＲプリズムとの間のリレーレンズは、ＲＴＩＲプリズムを介してＤＭＤアレイ上にライトガイドの出射面をイメージングする。

イメージング部材を露光する方法は、第１の照射モジュールの光源からの光ビームを生成することと、ＤＭＤアレイに対して所定角度でライトガイドによって光源からの光ビームをＲＴＩＲプリズムに伝達することと、４５−４５−９０度プリズム及び合成角プリズムを含むＲＴＩＲプリズムによって合成入射角に沿ってＤＭＤアレイへの光ビームを方向転換することと、反射された画像出射ビームとして画像を生成するためにＤＭＤアレイによって光ビームを変調することと、４５−４５−９０度プリズム及び投影光学系を介して反射された画像出射ビームをイメージング部材に方向転換することと、ＤＭＤ行方向に平行な並置構成で第１の照射モジュールに対してスタックされた第２の照射モジュールからの画像出射ビームに画像出射ビームをスティッチすることとを含み、ビームからスティッチされた画像がＤＭＤアレイの行方向に平行な画像ラインを形成する。

例示的な実施形態が本願明細書に記載される。しかしながら、本願明細書に記載された装置及びシステムの特徴を組み込む任意のシステムは、例示的な実施形態の範囲及び精神に包含されることが想定される。

同様の参照符号が同様又は同一の要素を示す以下の図面を参照して、開示された装置、機構及び方法の様々な例示的な実施形態が詳細に記載される。

図１は、例示的な照射光学系の関連要素を示す立面図である。 図２は、図１の照射光学系の側面図である。 図３は、図１の照射光学系の正面図である。 図４は、ＤＭＤマイクロミラー上の合成角照射の概略図である。 図５は、照射モジュールのリレーレンズ及び折り畳みミラー、ＤＭＤ、及び図１の投影光学系の第１のレンズからの例示的な画像照射パターンを示している。 図６は、本発明の例示的な照射光学系の照射モジュールの関連要素を示す正面図である。 図７は、図６の照射モジュールの側面図である。 図８は、図６の照射モジュールの拡大側面図である。 図９は、図６の照射モジュールの第１の斜視図である。 図１０は、図６の照射モジュールの第２の斜視図である。 図１１は、図６の照射モジュールの第３の斜視図である。 図１２は、図６の照射モジュールの第４の斜視図である。 図１３は、図６の照射モジュールからの例示的な画像照射パターンを示している。 図１４は、本発明の他の例示的な照射光学系の照射モジュールの関連要素を示す正面図である。 図１５は、図１４の照射モジュールの側面図である。 図１６は、図１４の照射モジュールの拡大側面図である。 図１７は、図１４の照射モジュールの第１の斜視図である。 図１８は、図１４の照射モジュールの第２の斜視図である。 図１９は、図１４の照射モジュールの第３の斜視図である。 図２０は、図１４の照射モジュールからの例示的な画像照射パターンを示している。

本願明細書に開示された装置、システム及び方法の実例が以下に提供される。装置、システム、及び方法の実施形態は、以下に記載される例の任意の１つ以上を、及びその任意の組み合わせを含むことができる。しかしながら、本発明は、多くの異なる形態で具現化されることができ、以下に記載される実施形態に限定されるものと解釈すべきではない。むしろ、これらの例示的な実施形態は、本開示が完璧且つ完全であり、且つ本発明の範囲を当業者に十分に伝えるように提供される。したがって、例示的な実施形態は、本願明細書に記載された装置、機構及び方法の精神及び範囲内に含まれることができる全ての代替例、変更例、及び均等物を包含するように意図される。

開示されたプリンタシステムは、従来の制御システムの適切な動作によって動作されて制御されることができる。多くの先行特許及び商品によって教示されるように、イメージング、印刷、紙の取り扱い、及び他の制御機能と、従来の又は汎用マイクロプロセッサのためのソフトウェア命令を有するロジックとをプログラミングして実行することは周知であり且つ好ましい。そのようなプログラミング又はソフトウェアは、当然のことながら、特定の機能、ソフトウェアの種類、及び利用されるマイクロプロセッサ又は他のコンピュータシステムに依存して変化することができるが、コンピュータ技術のソフトウェアの一般的知識とともに、本願明細書において提供されるもの、及び／又は従来の機能の予備知識などの機能の説明にとって利用可能であるか又はそれらから過度の実験なしに容易にプログラミング可能である。あるいは、任意の開示された制御システム又は方法は、標準的な論理回路又は単一チップＶＬＳＩ設計を使用して、部分的又は完全にハードウェアで実装されてもよい。

周知の出発材料、処理技術、構成要素、装置及び他の周知の詳細の記載は、本開示の詳細を不必要に不明瞭にしないように、単に要約又は省略されることができることを最初に指摘する。それゆえに、他の方法で詳細が周知である場合、それらの詳細に関連する選択肢を提案又は決定するために本開示の適用に委ねる。本願明細書に示される特定の構成要素の取り付け、構成要素の作動、又は構成要素の駆動システムの多くは単に例示にすぎず、同一の新規な動作及び機能が多くの他の既知の又は容易に利用可能な代替手段によって提供されることができることは、各エンジニアなどによって理解されるであろう。

量に関連して使用される修飾語「約」は、記載された値を含み、文脈によって示される意味を有する（例えば、少なくとも特定量の測定値に関連する誤差の程度を含む）。特定値を使用する場合、同様にその値を開示しているものとして考える必要がある。

本願明細書における任意の数値範囲を参照する場合、そのような範囲は、記載された範囲の最小値と最大値との間の全ての数及び／又は分数を含むように理解される。文脈上他が明確に示されていない限り、同じことが本願明細書に記載された数値的特性及び／又は要素的範囲に互いに適用される。

本願明細書において使用される用語「印刷装置」、「イメージング機」又は「印刷システム」は、ディジタル複写機若しくはプリンタ、スキャナ、画像印刷機、電子写真装置、静電装置、ディジタルプロダクションプレス、文書処理システム、画像再生機、熱印刷システム、製本機、ファクシミリ装置、複合機、又はいくつかのマーキングエンジン、供給機構、走査アセンブリ、並びに紙フィーダ、フィニッシャなどの他の印刷媒体処理ユニットを含むことができる一般に印刷処理などを行うのに有用な装置を指す。「印刷システム」は、シート、ウェブ、基材などを取り扱うことができる。印刷システムは、任意の表面などにマークを付けることができ、入力シート上のマークを読み取る任意の機械又はそのような機械の任意の組み合わせである。

高出力（例えば、４０Ｗ〜２００Ｗ）レーザダイオードバー及びディジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）を利用する高解像度（例えば、３００ｄｐｉ〜２４００ｄｐｉ）印刷システムは、より長い全画像幅を形成するために、各モジュールからの画像のスティッチングに対して照射モジュール（例えば、イメージャ）の並置スタックを必要とする。現在の照射方法は、光を均質化してＤＭＤ空間光変調器上に供給するために、ライトガイド又は他の光ビーム均質化機構（例えば、導波器、ミラー、レンズ、マイクロレンズアレイ、光学リレー、及びそれらの組み合わせ）を利用する。これらの設計は、並置スタックを防止する照射システムの横空間及び軸回転を必要とする。

本願明細書において使用される用語「ライトガイド」は、特定領域において光放射をトラップしてそのエネルギの流れをガイドして伝達する能力を有する構造を指す。ライトガイドは、光放射の指向伝達のために構成された任意のビーム均質化機構を指すことができる。ライトガイドは、コヒーレント光が光学材料を伝播するときにライトガイド壁に衝突するたびに全内部反射を受けるように構成されて配置された光学的に透明な誘電体材料（例えば、ガラス又はプラスチック）を含む固体積分光学素子とすることができ、それにより、ライトガイドに入射するコヒーレント光は、混合（変換）され、略均質光としてライトガイドから出る。

図１〜図３は、空間光変調器（例えば、ＤＭＤアレイ１６）上に入射するレーザ光源（図示しない）からの入射ビーム１４を方向転換する折り畳みミラー１２を有する異なる視点からの照射モジュール１０のそのような設計を示している。リレーレンズ１８は、折り畳みミラー１２を介してＤＭＤアレイ１６上に入射ビーム１４をフォーカスすることができ、折り畳みミラーは、方向転換された入射光ビーム２０として入射ビームを反射する。方向転換された入射光ビーム２０は、ＤＭＤアレイ面の法線方向に合成角で到来する。例えば、図４からわかるように、光ビーム２０は、ＤＭＤアレイ１６の表面の接平面に対して垂直なベクトルに合成角に沿って導かれる。

図４は、例えば、ＤＭＤアレイ面の法線３２において、光ビーム２０を変調して反射された画像出射ビーム２４としての画像を生成するために、対角軸まわりの傾斜角を有するマイクロミラー２２の２Ｄアレイを含むＤＭＤアレイ１６を示している。例えば、マイクロミラー２２は、４５度対角軸まわりに傾斜角プラス又はマイナス１２度を有することができる。マイクロミラーは、ゼロ〜９０度までの他の傾斜軸を有して製造されてもよいことが理解され、本発明は、任意の特定の傾斜軸に限定されるものではない。

再度図１〜図３を参照すると、折り畳みミラー１２は、ＤＭＤハウジング２６に収容されたＤＭＤアレイ１６に合成角で入射光ビーム１４を反射する。ＤＭＤアレイ１６は、イメージング部材（図示しない）上にレンズ２８を含むことができる後段ＤＭＤ投影光学系によってフォーカスされる出射画像ビーム２４を反射する。ＤＭＤウィンドウ３０は、光ビームがウィンドウを通過するのを可能としながら、ＤＭＤアレイ１６を保護するためにＤＭＤアレイ面に平行に取り付けられることができる。

合成角照射を生成するために、レーザ光源及び均質化光学系（例えば、リレーレンズ１８）からＤＭＤアレイ１６に光を導くために折り畳みミラー１２が使用される。合成角は、ＤＭＤアレイにおけるマイクロミラー２２の傾斜軸が行又は列方向のいずれかに配向された場合には存在しない照射光学系と照射モジュール１０の光学機械的レイアウトに複雑さを加える。その結果のうちの１つは、照射光学系の光学部品（例えば、折り畳みミラー、後段ＤＭＤレンズ）がＤＭＤアレイ１６と並行して空間に延在しなければならないということである。他の制約は、ＤＭＤアレイ１６上に投影された照射パターンがアレイの行方向３４に平行になるように照射光学系の一部が光軸まわりに回転されなければならないということである。光軸は、光学素子の平面に対して垂直でもある対称軸に平行な光学素子の中心を通る線である。さらに図１〜図３を参照すると、光軸は、ＤＭＤを中心とするＤＭＤアレイ１６の平面に対して垂直な線である。これらの要件は、ＤＭＤベースのコンピュータプロジェクタにおいてほぼ対応することができる。しかしながら、高解像度印刷システムについて、全ライン画像幅は、スティッチのために並置スタックされる必要がある個々の照射モジュールからより短いライン画像をスティッチすることによって生成される。

照射モジュール１０の設計上の制限は、照射モジュールの並置スタックと、ＤＭＤアレイの行方向３４に平行な所望のスティッチされたライン画像の形成とを妨げる。図３から最もよくわかるように、レーザ光源からの入射ビームとＤＭＤアレイ１６からの反射後にイメージングプレートに向かい且つ投影光学系を通って伝達される出射画像ビームのための光学系（例えば、後段ＤＭＤレンズ２２）との間の光学機械的干渉を回避するために、折り畳みミラー１２は、ＤＭＤハウジング２６の側方を越えて延在する位置に配置されなければならない。したがって、ＤＭＤハウジング２６が照射モジュールの横方向範囲を画定する照射モジュール１０などの照射システムは、任意の機械的干渉がなく並置スタックされることができない。図５は、図１〜図３に示されるＤＭＤアレイ１６上の光の照射パターンを示している。照射パターンは、あまり望ましくない平行四辺形形状を有することがわかる。

高解像度印刷システムについて、本発明者らは、レーザ及びライトガイドのいかなる軸回転の必要性も排除し、横空間の必要性を排除し、且つ並置モジュールスタッキングを可能とするライトガイドの所定角度とともに空隙を有する屈折プリズム及びＴＩＲプリズムペアを有するインライン照射光学系を実装することによってこれらの問題を排除した。レーザ及びライトガイドの軸回転の排除はまた、より多くの矩形且つより少ない平行四辺形状のＤＭＤ上に投影された照射パターンを形成する。これは、複数のレーザダイオードバーを使用する照射モジュールのために重要であり、各レーザダイオードバーは、複数のレーザダイオードを含むことができる。

図６〜図１２は、ＤＭＤアレイを照射するように構成された照射光学系を示している。照射光学系は、光源１０２、ライトガイド１０４、ディジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）アレイ１０６及び屈折全反射（ＲＴＩＲ）プリズム１０８を有する照射モジュール１００を含む。照射光学系はまた、ＤＭＤアレイ１０６を含むＤＭＤハウジング１１０を含む。例示的な実施形態において、ＤＭＤハウジング１１０は、照射モジュール１００が並置スタッキングを可能とするように制限される幅を有する。

特定の理論に限定されるものではないが、光源１０２は、少なくとも１本の光ビームを生成するように構成されたレーザ放射器である。例えば、光源は、各光ビーム１１６、１１８を放射する各レーザダイオードバーを有する１つ以上のレーザダイオードバー１１２、１１４とすることができる（図８）。コリメータレンズ１２８（図６）などの光学部品が光源１０２とライトガイド１０４との間に示されている。コリメータレンズは、２ｍｍ焦点距離ＦＡＣレンズなどの高速軸コリメータ（ＦＡＣ）レンズとすることができる。

ライトガイド１０４は、光源からの光ビーム１１６、１１８を受光するためにコリメータレンズに面するその第１の側１２３に入射面１２２と、光ビームがライトガイドから出る第１の側と反対側のライトガイドの第２の側１２１に出射面１２０とを有する光源１０２に対向する隣接コリメータレンズ１２８である。特定の理論に限定されるものではないが、ライトガイド１０４は、例えば、長手方向において入射面と出射面との間に延在する細長シャフト１２５を有する矩形断面パイプ形状に細長にされており、例えば、全内部反射によって最小に又は損失なしで長手方向においてライトガイドを介して光源からの光ビームを伝達するように構成されている。これらの光ビームは、以下により詳細に記載されるように、ＤＭＤアレイ１０６の行及び列方向に対して合成角で出射面１２０から伝達される。ライトガイド１０４は、アクリル樹脂、ポリカーボネート、エポキシ、及びガラスなどの光学グレードの材料から構成されることができる。入射面１２２及び出射面１２０は、細長ライトガイド１０４の長手方向に対して垂直に示されているが、その範囲が任意の特定の角度又は寸法に限定されるものではないことが理解される。ライトガイドは、この構成に限定されるものではないことが理解される。例えば、中空ライトガイドはまた、反射壁を形成する平坦ミラーを使用して構成されることができる。

ＤＭＤは、対角軸まわりに傾斜された２Ｄ構成のマイクロミラー２２のアレイ１０６を含む。マイクロミラーのＤＭＤアレイは、行方向３４及び行方向に対して直交する列方向３６を有する平面である。それゆえに、行方向３４及び列方向３６は、双方とも、ＤＭＤアレイ１０６の平面に沿っている。ＤＭＤアレイ１０６は、光ビーム１１６、１１８を変調して反射された画像出射ビーム１２４、１２６として画像を生成するように構成されている。例において、ＤＭＤアレイマイクロミラー２２は、４５度傾斜した対角軸まわりに直面し且つプラス又はマイナス１２度傾いた正方形である。すなわち、マイクロミラーは、マイクロミラーの反対側のコーナーにわたる対角軸に沿って傾斜又は回動する。当然のことながら、本発明の範囲は、いかなる特定の傾斜又は軸に限定されるものではなく、ゼロと９０度の間の任意の軸に適用することができる。

ＲＴＩＲプリズム１０８は、以下により詳細に記載されるように、ライトガイド１０４からの光ビーム１１６、１１８を受光し、合成入射角に沿ってＤＭＤアレイ１０６に光ビームを方向転換するように構成されている。ＲＴＩＲプリズム１０８は、小さな空隙によって分離された２つの光学部材を含む。図６〜図１２に示される光学部材は、双方のプリズムが好ましくは同じ屈折率を有する４５−４５−９０度プリズム１３０及び合成角プリズム１３２である。合成角プリズムは、ＤＭＤアレイ１０６上に光ビーム１１６、１１８を導く合成角で傾斜した頂面１４０を有する。当然のことながら、合成角プリズムは、頂面の所望の合成傾斜角を達成するために回転される単純なくさびとすることができる。

図８からわかるように、合成角プリズム１３２は、それらの間に空隙１４４（例えば、５μｍ〜５０μｍ）を有する４５−４５−９０度プリズム１３０の頂面１３６上に４５度の底面１３４を有して示されている。底面１３４及び頂面１３６は、その間に空隙１４４を有して互いに平行に維持されるべきであることが理解される。スペーサ（図示しない）は、プリズム１３０、１３２の間の平行度を維持するのを助けるために設けられることができる。４５−４５−９０度プリズム１３０は、ＤＭＤアレイ１０６の平面に平行に取り付けられることができる底面１３８を有する。４５−４５−９０度プリズム１３０は、高解像度印刷システムのイメージング部材上にＤＭＤアレイ１０６をイメージングする投影光学系（図示しない）に画像出射ビーム１２４、１２６を導くように構成されている。換言すれば、４５−４５−９０度プリズム１３０は、投影光学系を介してイメージング部材に画像出射ビーム１２４、１２６を導くように構成されている。

さらに図８を参照すると、４５−４５−９０度プリズム１３０は、合成角プリズム１３２からＤＭＤアレイ１０６に光ビーム１１６、１１８を通過させ、イメージング部材上のより長い全画像幅を形成するために、隣接するイメージングモジュールからの画像出射ビームによってスティッチされることができるイメージング部材上にＤＭＤアレイ１０６をイメージングする投影光学系に画像出射ビーム１２４、１２６を反射する。４５−４５−９０度プリズム１３０はまた、画像出射ビーム１２４、１２６とは異なるＤＭＤアレイ１０６からオフ状態ビームの入射光１４６を反射する。これらのオフ状態ビームがイメージングモジュール１００から無害に導かれることを保証するのに役立つために、４５−４５−９０度プリズムは、光ビーム１１６、１１８及び画像出射ビームから離れるようにオフ状態ビームの入射光を導くように合成角プリズムの幅よりも大きな幅を有することができる。

リレーレンズは、ＲＴＩＲプリズム１０８を介してＤＭＤアレイ１０６上にライトガイドの出射面をイメージングするようにライトガイド出射面１２０と合成角プリズム１３２の頂面１４０との間に配置されることができる。ＤＭＤウィンドウ１４２は、４５−４５−９０度プリズム１３０の底面１３８とＤＭＤアレイ１０６との間に並列に取り付けられることができる。特定の理論に限定されるものではないが、ＤＭＤウィンドウ１４２は、塵埃又は異物のような汚染から、及び不注意による物理的接触からＤＭＤアレイ１０６を保護することができる。ＤＭＤ上のマイクロミラー２２は、典型的には、例えば直径が約１０．８ミクロンのように非常に小さく、さらに損傷又は汚染されることなく洗浄されることができない。ＤＭＤウィンドウはまた、水分が入らないように気密封止されることができ、マイクロミラー動作を助ける特定種類のガスに保持することができる。

ライトガイド１０４は、ＲＴＩＲプリズム１０８の屈折率及びＤＭＤに入射する光ビームを方向転換したＲＴＩＲプリズム中心光線方向に基づいて、合成角プリズム１３２に向かって所定角度で傾斜している。上述したように、ＲＴＩＲプリズム１０８は、ライトガイド１０４からの光ビーム１１６、１１８を受光し、必要な合成入射角に沿ってＤＭＤアレイ１０６上に光を方向転換する。４５−４５−９０度プリズム１３０及び合成角プリズム１３２は、双方とも、同じガラス種類から構成され、したがって、同じ屈折率ｎを有する。レーザ、ＦＡＣ（高速軸コリメータ）レンズ、及びライトガイドは、ＤＭＤアレイの行方向３４に平行なＤＭＤアレイ１０６上に投影された照射パターンを生成するようにＤＭＤ面法線３２（ｐ）から角度θで傾斜して示されている。特定の理論に限定されるわけではないが、傾斜角θは、ＲＴＩＲプリズム１０８の屈折率及びＤＭＤアレイ上に入射した光ビーム１１６、１１８を方向転換したＲＴＩＲプリズムの中心光線方向の単位ベクトルｋによって決定されることができる。

ここで、ｘ方向は、ＤＭＤの行方向３４に平行であり、ｙ方向は、ＤＭＤ面に対する法線３２であり、ｚ方向は、ＤＭＤの列方向３６に平行である。

図６〜図１２を参照すると、コリメータレンズ１２８は、２ｍｍの焦点距離ＦＡＣレンズであり、ライトガイド１０４は、１０２０ｎｍで屈折率ｎが約１．５０７を有する長さ１００ｍｍのＢＫ７直線矩形断面の光パイプであり、ＲＴＩＲプリズム１０８は、１０２０ｎｍで約１．６５の屈折率ｎを有するＳＦ５のＲＴＩＲプリズムである。レーザダイオードバー１１２、１１４、コリメータレンズ１２８及びライトガイド１０４は、垂直から１０．１８５度の傾斜角で傾斜している。４５−４５−９０度プリズム１３０は、約２０ｍｍ×２０ｍｍ×２５ｍｍの寸法を有し、合成角プリズム１３２は、約１６ｍｍ×１６ｍｍ×８ｍｍの寸法を有する。４５−４５−９０度プリズム１３０及び合成角プリズム１３２は、１０μｍの空隙１４４だけ分離されており、合成角プリズムの頂面１４０は、傾斜角θｘ＝７９．８１５度、θｙ＝２４．６５８度、傾斜角θｘ＝２０．７１９度だけ傾斜している。ライトガイド１０４は、１０ｍｍ×６ｍｍの内部開口断面を有する。これらの寸法を参照すると、ライトガイド１０４の出射面１２０は、ＲＴＩＲプリズム１０８との機械的干渉を回避するためにＤＭＤアレイ１０６上１５ｍｍ以上とすることができる。１５ｍｍは、ＤＭＤウィンドウ空隙に対して１．１１ｍｍのＤＭＤアレイ１０６と、ＤＭＤウィンドウと４５−４５−９０度プリズム１３０の底面１３８との間の１．０ｍｍ空隙とを可能とする。ＤＭＤウィンドウ１４２は、約１．０〜１．１ｍｍ厚とすることができる。要素の寸法は、単に例示にすぎず、任意の特定の寸法に範囲を限定するものではないことが理解される。

上述したように、ＤＭＤアレイ１０６は、マウント（例えば、セラミック）及びＤＭＤに関連付けられた電子機器を含むのに十分な大きさであるＤＭＤハウジング１１０内に含まれている。特定のサイズに限定されるものではないが、ＤＭＤハウジング１１０は、ＤＭＤアレイ１０６の幅（例えば、ＤＭＤアレイの行方向３４におけるマイクロミラー２２の合計）よりも大きい幅１４８を有する。幅１４８は、ＤＭＤアレイの幅よりも１．１から１０倍大きくすることができ、より具体的には、ＤＭＤアレイの幅よりも２から５倍大きくすることができる。例えば、ＤＭＤハウジングは、約３２．２ｍｍ幅×２２．３ｍｍ×３．０ｍｍの寸法を有することができるとともに、ＤＭＤアレイは、約１１．０６ｍｍ幅とすることができ、４５−４５−９０度プリズムは、約２５ｍｍ幅とすることができる。これは、照射モジュール１００がＤＭＤハウジング１１０の側面を越えて延びていないことを意味する。図６からわかるように、照射モジュール１００の幅は、ＤＭＤハウジングが照射モジュールの横方向の広がりを表すようにＤＭＤハウジング１１０の幅によって制限される。このインライン構成は、照射モジュール１００が照射光学系において並置スタックされるのを可能とする。したがって、照射光学系は、各照射モジュールからＤＭＤアレイ１０６の行方向３４に平行な画像ラインへの画像出射ビームのスティッチのために意図的に設計されたＤＭＤハウジング１１０を当接して並置構成で互いにスタックされた複数の照射モジュール１００を含むことができる。

図１３は、光源１０２からのＤＭＤアレイ１０６上の例示的な画像照射パターンを示している。図からわかるように、ＤＭＤアレイ上の光の照射パターンは、必要に応じて矩形であり、図５に示される平行四辺形パターン状である。

本願明細書において記載されるライトガイドは、光源からの光エネルギの導光伝達のために構成された例示的な光均質化機構であることが理解される。用語「ライトガイド」はまた、特定の方向に光を伝達するように意図的に設計された導波路、マイクロレンズアレイ均質化器、ミラー、プリズム及び他のリレー光学系、又はそれらの組み合わせを含む他の光均質化機構を指す。

図１４〜図１９は、ＤＭＤを露光するように構成された照射光学系の他の例を示している。照射光学系は、図６〜図１２に示される照射モジュール１００と同様の照射モジュール２００を含む。例えば、照射モジュール２００は、上述したように、光源１０２及びＤＭＤアレイ１０６を含む。さらに、照射モジュール２００は、ライトガイド１０４と同様のライトガイド２０４と、ＲＴＩＲプリズム１０８と同様のＲＴＩＲプリズム２０８とを含む。図１４〜図１９を指す照射光学系はまた、ＤＭＤアレイ１０６を含むＤＭＤハウジング１１０を含む。図１４からわかるように、ＤＭＤハウジング１１０は、照射モジュール２００が並置スタッキングを可能とするように制限された幅１４８を有する。

ライトガイド２０４は、光源から光ビーム１１６、１１８を受光するようにコリメータレンズに面するその第１の側１２３に入射面１２２と、光ビームがライトガイドを出る第１の側に対向するライトガイドの第２の側１２２に出射面２２０とを有する光源１０２に対向するコリメータレンズ１２８に隣接している。特定の理論に限定されるものではないが、ライトガイド２０４は、長手方向において入射面と出射面との間に延在する細長シャフト２２５を有する一般に矩形断面のパイプ形状で細長くされており、例えば、全内部反射によって最小に又は損失なしで長手方向においてライトガイドを介して光源からの光ビームを伝達するように構成されている。ライトガイド２０４は、アクリル樹脂、ポリカーボネート、エポキシ、及びガラスなどの光学グレードの材料から構成されることができる。

ＲＴＩＲプリズム２０８は、以下により詳細に記載されるように、ライトガイド２０４からの光ビーム１１６、１１８を受光し、合成入射角に沿ってＤＭＤアレイ１０６に光ビームを方向転換するように構成されている。ＲＴＩＲプリズム２０８は、２つの光学部材を含む。図１４〜図１９に示される光学部材は、双方のプリズムが好ましくは同じ屈折率を有する小空隙１４４によって分離される合成角プリズム２３２及び４５−４５−９０度プリズム１３０である。合成角プリズム２３２は、ＤＭＤアレイ１０６上に光ビーム１１６、１１８を導く所定角度で傾斜することができる頂面２４０を有するくさびプリズムとすることができる。

上述した合成角プリズム１３２と同様に、合成角プリズム２３２は、それらの間に空隙（例えば、１０μｍ）を有する４５−４５−９０度プリズム１３０の頂面１３６上に４５度の底面１３４を有して示されている。４５−４５−９０度プリズム１３０は、ＤＭＤアレイ１０６の平面に平行に取り付けられることができる底面１３８を有する。４５−４５−９０度プリズム１３０は、高解像度印刷システムのイメージング部材上にＤＭＤアレイ１０６をイメージングする投影光学系に画像出射ビーム１２４、１２６を導くように構成されている。

図１４及び図１７〜図１９から最もよくわかるように、ライトガイド２０４は、ライトガイドの細長シャフト２２５の法線に対して曲がった第２の側１２２に出射面２２０を有するくさびライトガイドである。換言すれば、第２の側１２２は、ライトガイドシャフト２２５の軸の法線に対して曲がった又は傾斜した出射面２２０を有して構成されている。特定の理論に限定されるものではないが、第２の側１２２は、くさびプリズムの底面又は外面に対応する出射面２２０を有するくさびプリズムを含むことができる。この曲がった出射面２２０は、光ビーム１１６、１１８を細長シャフト２２５の長手方向から曲がった方向に出射させる。これらの光ビームは、ＤＭＤアレイ１０６の行及び列方向３４、３６に対して合成角で曲がった出射面２２０から伝達されることができる。しかしながら、曲がった出射面２２０のくさび面による光方向の変化に起因して、合成角プリズム２３２の頂面２４０は、合成角で傾斜していない。ＤＭＤアレイ１０６の行及び列方向に対する所望の合成角は、光の方向をＲＴＩＲプリズム２０８へと変化させるくさびライトガイド２０４によって達成されることができる。

くさびライトガイド２０４は、必要とされる合成入射角に沿ってＤＭＤアレイ１０６上に光ビームを方向転換するＲＴＩＲプリズム２０８に対して変化する光方向に光ビーム１１６、１１８を伝達するように合成角プリズム２３２に向かって所定角度で傾斜している。４５−４５−９０度プリズム１３０及び合成角プリズム２３２は、同じガラス種類から構成され、したがって、同じ屈折率ｎを有する。光源１０２、コリメータレンズ１２８、及びライトガイド２０４は、ＤＭＤアレイの行方向３４に平行なＤＭＤアレイ１０６上に投影された照射パターンを生成するようにＤＭＤ面法線ｐから角度θで傾斜して示されている。特定の理論に限定されるものではないが、傾斜角θは、例えば、式（１）から（４）において、上述したように、ＲＴＩＲプリズム１０８の屈折率及びＤＭＤアレイに入射した光ビーム１１６、１１８を方向転換したＲＴＩＲプリズムの中心光線方向の単位ベクトルｋによって決定されることができる。ここで、ｘ方向は、ＤＭＤの行方向３４に平行であり、ｙ方向は、ＤＭＤ面３２に対して垂直であり、ｚ方向は、ＤＭＤの列方向３６に平行である。

図１４〜図１９に示される例を参照すると、コリメータレンズ１２８は、２ｍｍの焦点距離ＦＡＣレンズである。ライトガイド２０４は、１０ｍｍ×６ｍｍの内部開口断面及びライトガイドの細長シャフト２２５の法線に対して約２０度（例えば、１９．８３度）で曲がった出射面２２０を有する１００ｍｍ長の直線ＳＦ１１ライトパイプである。ＲＴＩＲプリズムは、１０２０ｎｍで１．５０７の屈折率ｎを有するＢＫ７光学ガラスから構成されている。レーザダイオードバー１１２、１１４、コリメータレンズ１２８及びライトガイド２０４は、垂直から１１．２０９１の傾斜角度で傾斜している。合成角プリズム２３２は、それらの間に１０μｍの空隙を有する４５−４５−９０度プリズム１３０上に取り付けられる３３．７９０９度くさびプリズムである。くさびプリズムは、くさびプリズムの頂面の面に対して垂直なライトガイドの水平及び名が手方向から１１．２０９１度曲がっている。上述したように、中空ライトガイドはまた、反射壁を形成する平坦ミラーを使用して構成されることができる。この実施形態において、そのような中空ライトガイドの後には、理想的には、１０ｍｍ×６ｍｍの開口断面積及びライトガイドの細長シャフトの法線に対して約２０度（例えば、１９．８３度）曲がった出射面２２０を有するプリズムがある。

これらの寸法を参照すると、ライトガイド２０４の出射面２２０は、ＲＴＩＲプリズム２０８との機械的干渉を回避するためにＤＭＤアレイ１０６上１５ｍｍ以上とすることができる。１５ｍｍは、ＤＭＤウィンドウ１４２の空隙に対して１．１１ｍｍのＤＭＤアレイ１０６と、ＤＭＤウィンドウと４５−４５−９０度プリズム１３０の底面１３８との間の１．０ｍｍ空隙とを可能とする。ＤＭＤウィンドウ１４２は、約１．０〜１．１ｍｍ（例えば、１．０５ｍｍ）厚とすることができる。くさびプリズム２３２は、約１６ｍｍ×８．６５ｍｍ×１２．９３ｍｍである。要素の寸法は、単に例示にすぎず、任意の特定の寸法に範囲を限定するものではないことが理解される。

上述したように、ＤＭＤハウジング１１０は、ＤＭＤアレイ１０６の行方向３４においてマイクロミラー２２の長さよりも大きい幅を有する。これは、照射モジュール２００がＤＭＤハウジング１１０の側面を越えて延びていないことを意味する。図１４からわかるように、照射モジュール２００の幅は、ＤＭＤハウジングが照射モジュールの横方向の広がりを表すようにＤＭＤハウジング１１０の幅によって制限される。このインライン構成は、照射モジュール２００が照射光学系において並置スタックされるのを可能とする。したがって、照射光学系は、各照射モジュールからＤＭＤアレイ１０６の行方向３４に平行な画像ラインへの画像出射ビームのスティッチのために意図的に設計されたＤＭＤハウジング２１０を当接して並置構成で互いにスタックされた複数の照射モジュール２００を含むことができる。

図２０は、そのＤＭＤアレイ１０６上の照射モジュール２００の光源１０２からの例示的な画像照射パターンを示している。図からわかるように、ＤＭＤアレイ上の光の照射パターンは、図１３に示される矩形の照射パターンのように、必要に応じて矩形であり、図５に示される平行四辺形パターン状である。

Claims (10)

1. ディジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）アレイを照射するように構成された照射光学系において、
   光ビームを生成するように構成された光源と、
   前記光源から前記光ビームを伝達するように前記光源に隣接するライトガイドと、
   対角軸まわりに傾斜した２Ｄ構成でマイクロミラーのアレイを有するＤＭＤアレイであって、前記マイクロミラーの前記ＤＭＤアレイが行方向及び前記行方向に対して直交する列方向を有する平面であり、前記行方向及び前記列方向が、双方とも、前記ＤＭＤアレイの面内にあり、前記光ビームが前記ライトガイドによって且つ前記行及び列方向に対して合成角で前記ライトガイドの出射面から伝達されるＤＭＤアレイと、
   前記ライトガイドからの前記光ビームを受光し且つ合成入射角に沿って前記ＤＭＤアレイに前記光ビームを方向転換する屈折全内部反射（ＲＴＩＲ）プリズムであって、４５−４５−９０度プリズム及び合成角プリズムを含み、前記合成角プリズムがそれらの間に空隙を有する前記４５−４５−９０度プリズムの頂面上に４５度の底面を有し、前記４５−４５−９０度プリズムが前記ＤＭＤアレイの前記面に平行に取り付けられた底面を有し、前記ＤＭＤアレイが前記光ビームを変調して反射された画像出射ビームとして画像を生成するように構成されており、前記４５−４５−９０度プリズムがイメージング部材に前記画像出射ビームを導くように構成されたＲＴＩＲプリズムと、
   を含む照射モジュールと、
   前記ＤＭＤアレイを含むＤＭＤハウジングであって、所定の幅を有し、前記照射モジュールが前記ＤＭＤハウジングの前記幅内に制限されているＤＭＤハウジングと
   を備える、照射光学系。
2. 前記照射モジュールが、第１の照射モジュールであり、第２の照射モジュールをさらに備え、前記第２の照射モジュールが、第２の光源、第２のライトガイド、第２のＤＭＤアレイ、第２のＲＴＩＲプリズム、及び前記第２のＤＭＤアレイを含む第２のＤＭＤハウジングを含み、前記第２のＲＴＩＲが前記第２のＤＭＤアレイから前記イメージング部材に第２の画像出射ビームを導くように構成されており、前記第２のＤＭＤハウジングが、前記第２のＤＭＤハウジングの幅内に制限された前記第２の照射モジュールを有する第２の幅を有し、前記第２の照射モジュールが、前記ＤＭＤアレイの前記行方向に平行な画像ラインへの前記画像出射ビーム及び第２の画像出射ビームのスティッチのために並置構成で前記第１の照射モジュールに対してスタックされている、請求項１に記載の照射光学系。
3. 前記ライトガイドが長手方向を有するくさびライトガイドであり、前記くさびライトガイドが前記ＲＴＩＲプリズムに向かって前記長手方向とは異なる方向に前記ライトガイドから前記光ビームを伝達するように構成され、前記合成角プリズムがくさびプリズムである、請求項１に記載の照射光学系。
4. 前記ＤＭＤアレイマイクロミラーが、４５度傾斜した対角軸まわりにプラス又はマイナス１２度傾斜している、請求項１に記載の照射光学系。
5. 前記４５−４５−９０度プリズムの前記底面と前記ＤＭＤアレイとの間に平行に取り付けられたＤＭＤウィンドウをさらに備える、請求項１に記載の照射光学系。
6. ディジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）アレイを照射するように構成された照射光学系において、
   並置構成で互いにスタックされた複数の照射モジュールであって、各照射モジュールが、
   光ビームを生成するように構成された光源と、
   前記光源から前記光ビームを伝達するように前記光源に隣接するライトガイドと、
   対角軸まわりに傾斜した２Ｄ構成でマイクロミラーのアレイを有するＤＭＤアレイであって、前記マイクロミラーの前記ＤＭＤアレイが行方向及び前記行方向に対して直交する列方向を有する平面であり、前記行方向及び前記列方向が、双方とも、前記ＤＭＤアレイの面内にあり、前記光ビームが前記ライトガイドによって且つ前記行及び列方向に対して合成角で前記ライトガイドの出射面から伝達されるＤＭＤアレイと、
   前記ライトガイドからの前記光ビームを受光し且つ合成入射角に沿って前記ＤＭＤアレイに前記光ビームを方向転換する屈折全内部反射（ＲＴＩＲ）プリズムであって、４５−４５−９０度プリズム及び合成角プリズムを含み、前記合成角プリズムがそれらの間に空隙を有する前記４５−４５−９０度プリズムの頂面上に４５度の底面を有し、前記４５−４５−９０度プリズムが前記ＤＭＤアレイの前記面に平行に取り付けられた底面を有し、前記ＤＭＤアレイが前記光ビームを変調して反射された画像出射ビームとして画像を生成するように構成されており、前記４５−４５−９０度プリズムがイメージング部材上に前記ＤＭＤアレイをイメージングする投影光学系に前記画像出射ビームを導くように構成されたＲＴＩＲプリズムと、
   を含む照射モジュールと、
   前記ＤＭＤアレイを含むＤＭＤハウジングであって、所定の幅を有し、前記照射モジュールが前記ＤＭＤハウジングの前記幅内に制限されているＤＭＤハウジングと
   を備え、
   前記複数の照射モジュールが、前記ＤＭＤアレイの前記行方向に平行な画像ラインへの各照射モジュールの前記画像出射ビームのスティッチのためにＤＭＤの行方向に平行な並置構成で互いにスタックされている、照射光学系。
7. 前記ライトガイドが長手方向を有するくさびライトガイドであり、前記くさびライトガイドが前記ＲＴＩＲプリズムに向かって前記長手方向とは異なる方向に前記ライトガイドから前記光ビームを伝達するように構成され、前記合成角プリズムがくさびプリズムである、請求項６に記載の照射光学系。
8. 前記ＤＭＤアレイマイクロミラーが、４５度傾斜した対角軸まわりにプラス又はマイナス１２度傾斜している、請求項６に記載の照射光学系。
9. 前記４５−４５−９０度プリズムの前記底面と前記ＤＭＤアレイとの間に平行に取り付けられたＤＭＤウィンドウをさらに備える、請求項６に記載の照射光学系。
10. ディジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）アレイを照射する方法において、
    第１の照射モジュールの光源から光ビームを生成することであって、前記照射モジュールが、ライトガイドと、屈折全内部反射（ＲＴＩＲ）プリズムと、ＤＭＤハウジング内のＤＭＤアレイとを含み、前記ＤＭＤハウジングが所定幅を有し、前記第１の照射モジュールが前記ＤＭＤハウジングの前記幅内に制限されていることと、
    ライトガイドによって前記光源から前記ＲＴＩＲプリズムに前記光ビームを伝達することであって、前記光ビームが前記ライトガイドによって且つＤＭＤアレイに対して合成角で前記ライトガイドの出射面から伝達されることと、
    前記ＲＴＩＲプリズムによって合成入射角に沿って前記光ビームを前記ＤＭＤアレイに方向転換することであって、前記ＲＴＩＲプリズムが４５−４５−９０度プリズム及び合成角プリズムを含み、前記合成角プリズムがそれらの間に空隙を有する前記４５−４５−９０度プリズムの頂面上に４５度の底面を有し、前記４５−４５−９０度プリズムが前記ＤＭＤアレイの前記面に平行に取り付けられた底面を有することと、
    反射された画像出射ビームとして画像を生成するように前記ＤＭＤアレイによって前記光ビームを変調することであって、前記ＤＭＤアレイが対角軸まわりに傾斜した２Ｄ構成のマイクロミラーのアレイであり、前記マイクロミラーの前記ＤＭＤアレイが行方向及び前記行方向に対して直交する列方向を有する平面であり、前記行方向及び前記列方向が、双方とも、前記ＤＭＤアレイの面内にあることと、
    前記４５−４５−９０度プリズムを介してイメージング部材上に前記ＤＭＤアレイをイメージングする投影光学系に前記反射された画像出射ビームを方向転換することと、
    ＤＭＤの行方向に平行な並置構成で前記第１の照射モジュールに対してスタックされた第２の照射モジュールからの画像出射ビームに前記画像出射ビームをスティッチすることであって、前記スティッチされた画像出射ビームが前記ＤＭＤアレイの前記行方向に平行な画像ラインを形成することと
    を備える、方法。