JP4104949B2 - 画像形成装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は画像形成装置、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て、この光による像を所定の面上に結像させる画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、上記のように、空間光変調素子で変調された光を結像光学系に通して、この光による像を所定の面上に結像させる画像形成装置が公知となっている。この種の画像形成装置は、変調された光が結ぶ像を感光材料上に投影して画像露光する装置や、変調された光が結ぶ像をスクリーンに投影して画像表示する装置等を構成するために広く適用されている。この種の画像形成装置は、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結像する結像光学系とを備えてなるものである。
【０００３】
なお、非特許文献１および本出願人による特願２００２−１４９８８６号明細書には、上記基本的構成を有して露光装置として形成された画像形成装置の例が示されている。
【０００４】
ところで上述のような画像形成装置においては、感光材料やスクリーン上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。
【０００５】
そこで、上記特願２００２−１４９８８６号明細書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。
【０００６】
なお特許文献１には、上記のように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た構成が開示されているが、ここでは画像の拡大については考慮されていない。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−３０５６６３号公報
【０００８】
【非特許文献１】
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
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、上記のように第１および第２の結像光学系とマイクロレンズアレイとを組み合わせた構成においては、第１および第２の結像光学系によって大きな拡大率を実現しようとするとき、各結像光学系の倍率の設定に応じて、問題が生じることもある。
【００１０】
すなわち、第２の結像光学系は等倍結像光学系とし、第１の結像光学系で高倍率を実現しようとすると、レンズ性能（歪曲特性）が悪くなり、画像形成装置の消光比が悪くなるという問題を招く。すなわち、マイクロレンズアレイの各マイクロレンズには、空間光変調素子の各画素部からの光がそれぞれ独立して入射しなければならないが、第１の結像光学系の歪曲特性が悪いと、マイクロレンズアレイのあるマイクロレンズに対して、それが対応する空間光変調素子の画素部のみならず、その隣接の画素部からの光も一部入射するようになり、消光比が大きく低下してしまう。
【００１１】
その反対に、第１の結像光学系は等倍結像光学系とし、第２の結像光学系で高倍率を実現しようとすると、第２の結像光学系が高倍率である分、マイクロレンズの集光位置でのビーム径を非常に小さくする必要があり、そのため結像光学系全体が誤差に敏感で設計が難しいものになる。
【００１２】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、前述したように第１および第２の結像光学系とマイクロレンズアレイとを組み合わせてなる拡大結像光学系を備えた感光材料露光用の画像形成装置において、結像光学系の歪曲収差による消光比低下を防止し、また結像光学系の設計を容易化することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明による画像形成装置は、前述したように、
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で変調された光の光路に配置された第１の結像光学系と、
前記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り、前記第１の結像光学系による結像面に配置されたマイクロレンズアレイと、
このマイクロレンズアレイを通過した光の光路に配置されて、前記変調された光による像を感光材料上に結像する第２の結像光学系とを備えてなる感光材料露光用の画像形成装置において、
第１および第２の結像光学系が、それぞれ１倍を超える倍率で像を結ぶ拡大結像光学系とされ、
第１の結像光学系が第２の結像光学系よりも高倍率とされていることを特徴とするものである。
【００１４】
【発明の効果】
本発明による画像形成装置は、第１および第２の結像光学系をともに拡大結像光学系として、それらの両結像光学系の倍率の掛け合わせによって所望の拡大率を得るようにしたので、第１および第２の結像光学系のそれぞれの拡大率は比較的小さく設定できるものとなる。したがって、第１の結像光学系を特に高倍率にする場合に生じる歪曲特性の悪化を防止して、高い消光比を実現できるようになる。また反対に、第２の結像光学系を特に高倍率にする場合に生じる問題を無くして、結像光学系の設計を容易にすることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１６】
なお以下では、本発明の画像形成装置の一実施の形態として形成された画像露光装置について説明する。
【００１７】
［露光装置の構成］
本例の露光装置は、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、この露光装置には、ステージ１５２をガイド１５８に沿って駆動するための図示しない駆動装置が設けられている。
【００１８】
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の先端及び後端を検知する複数（例えば、２個）の検知センサ１６４が設けられている。スキャナ１６２及び検知センサ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及び検知センサ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。
【００１９】
スキャナ１６２は、図２及び図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を配置した。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１６６mnと表記する。
【００２０】
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１６８mnと表記する。
【００２１】
また、図３（Ａ）及び（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。
【００２２】
露光ヘッド１６６11〜１６６mn各々は、図４、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、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図示しないコントローラに接続されている。このコントローラ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付いては後述する。
【００２３】
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、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。
【００２４】
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から出射したレーザ光を平行光化するコリメーターレンズ７１、このコリメーターレンズ７１を通過した光の光路に挿入されたマイクロフライアイレンズ７２、このマイクロフライアイレンズ７２と向かい合う状態に配設された別のマイクロフライアイレンズ７３、およびこのマイクロフライアイレンズ７３の前方つまりミラー６９側に配置されたフィールドレンズ７４から構成されている。マイクロフライアイレンズ７２および７３は、微小レンズセルが縦横に多数配置されてなるものであり、それらの微小レンズセルの各々を通過した光がそれぞれＤＭＤ５０に互いに重なる状態で入射するので、該ＤＭＤ５０を照射する光の光量分布が均一化される。
【００２５】
上記レンズ系６７から出射した光はミラー６９で反射し、ＴＩＲプリズム（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。
【００２６】
また、ＤＭＤ５０の光反射側には、ＤＭＤ５０で反射されたレーザ光を感光材料１５０の走査面（被露光面）５６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。上記の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が配置されてなるものである。またアパーチャアレイ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５９ａが形成されてなるものである。
【００２７】
ＤＭＤ５０は、図６に示すように、ＳＲＡＭセル（メモリセル）６０上に、微小ミラー（マイクロミラー）６２が支柱により支持されて配置されたものであり、画素（ピクセル）を構成する多数の（例えば、１０２４個×７５６個）の微小ミラーを格子状に配列して構成されたミラーデバイスである。各ピクセルには、最上部に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％以上である。また、マイクロミラー６２の直下には、ヒンジ及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（一体型）に構成されている。
【００２８】
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±１０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。従って、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に入射された光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。
【００２９】
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に接続された図示しないコントローラによって行われる。なお、オフ状態のマイクロミラー６２により光ビームが反射される方向には、光吸収体（図示せず）が配置されている。
【００３０】
また、ＤＭＤ５０は、その短辺が副走査方向と所定角度θ（例えば、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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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、６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、図９（Ｃ）に示すように、光ファイバ３１の出射端部（発光点）が副走査方向と直交する主走査方向に沿って１列に配列されてレーザ出射部６８が構成されている。なお、図９（Ｄ）に示すように、発光点を主走査方向に沿って２列に配列することもできる。
【００３５】
光ファイバ３１の出射端部は、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の光出射側には、光ファイバ３１の端面を保護するために、ガラス等の透明な保護板６３が配置されている。保護板６３は、光ファイバ３１の端面と密着させて配置してもよく、光ファイバ３１の端面が密封されるように配置してもよい。光ファイバ３１の出射端部は、光密度が高く集塵し易く劣化し易いが、保護板６３を配置することにより端面への塵埃の付着を防止することができると共に劣化を遅らせることができる。
【００３６】
この例では、クラッド径が小さい光ファイバ３１の出射端を隙間無く１列に配列するために、クラッド径が大きい部分で隣接する２本のマルチモード光ファイバ３０の間にマルチモード光ファイバ３０を積み重ね、積み重ねられたマルチモード光ファイバ３０に結合された光ファイバ３１の出射端が、クラッド径が大きい部分で隣接する２本のマルチモード光ファイバ３０に結合された光ファイバ３１の２つの出射端の間に挟まれるように配列されている。
【００３７】
この光ファイバは、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小径部分３０ｃが形成され、この小径部分３０ｃに、長さ１〜３０ｃｍのクラッド径が小さい光ファイバ３１が同軸的に結合することにより得ることができる。２本の光ファイバは、光ファイバ３１の入射端面が、マルチモード光ファイバ３０の出射端面に、両光ファイバの中心軸が一致するように融着されて結合されている。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。
【００３８】
また、長さが短くクラッド径が大きい光ファイバにクラッド径が小さい光ファイバを融着させた短尺光ファイバを、フェルールや光コネクタ等を介してマルチモード光ファイバ３０の出射端に結合してもよい。コネクタ等を用いて着脱可能に結合することで、クラッド径が小さい光ファイバが破損した場合等に先端部分の交換が容易になり、露光ヘッドのメンテナンスに要するコストを低減できる。なお、以下では、光ファイバ３１を、マルチモード光ファイバ３０の出射端部と称する場合がある。
【００３９】
マルチモード光ファイバ３０及び光ファイバ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、及び複合型光ファイバの何れでもよい。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。本例では、マルチモード光ファイバ３０及び光ファイバ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。
【００４０】
一般に、赤外領域のレーザ光では、光ファイバのクラッド径を小さくすると伝搬損失が増加する。このため、レーザ光の波長帯域に応じて好適なクラッド径が決定されている。しかしながら、波長が短いほど伝搬損失は少なくなり、ＧａＮ系半導体レーザから出射された波長４０５ｎｍのレーザ光では、クラッドの厚み｛（クラッド径−コア径）／２｝を８００ｎｍの波長帯域の赤外光を伝搬させる場合の１／２程度、通信用の１．５μｍの波長帯域の赤外光を伝搬させる場合の約１／４にしても、伝搬損失は殆ど増加しない。従って、クラッド径を６０μｍと小さくすることができる。
【００４１】
但し、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以下がより好ましく、４０μｍ以下が更に好ましい。一方、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。
【００４２】
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，及び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，及び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個には限定されない。例えば、クラッド径＝６０μｍ、コア径＝５０μｍ、ＮＡ＝０．２のマルチモード光ファイバには、２０個もの半導体レーザ光を入射することが可能であり、露光ヘッドの必要光量を実現して、且つ光ファイバ本数をより減らすことができる。
【００４３】
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３０ｍＷ）である。なお、ＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７としては、３５０ｎｍ〜４５０ｎｍの波長範囲で、上記の４０５ｎｍ以外の発振波長を備えるレーザを用いてもよい。
【００４４】
上記の合波レーザ光源は、図１２及び図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、パッケージ４０とパッケージ蓋４１とにより形成される閉空間（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。
【００４５】
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。
【００４６】
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、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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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ビーム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。
【００５０】
従って、各発光点から発せられたレーザビーム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ビーム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。
【００５１】
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。
【００５２】
［露光装置の動作］
次に、上記露光装置の動作について説明する。
【００５３】
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の各々から発散光状態で出射したレーザビームＢ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５，Ｂ６，及び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ビーム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の入射端面に収束する。
【００５４】
本例では、コリメータレンズ１１〜１７及び集光レンズ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。即ち、集光レンズ２０によって上述のように集光されたレーザビーム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本のレーザビーム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。
【００５５】
各レーザモジュールにおいて、レーザビームＢ１〜Ｂ７のマルチモード光ファイバ３０への結合効率が０．８５で、ＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７の各出力が３０ｍＷ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１８０ｍＷ（＝３０ｍＷ×０．８５×７）の合波レーザビームＢを得ることができる。従って、６本の光ファイバ３１がアレイ状に配列されたレーザ出射部６８での出力は約１Ｗ（＝１８０ｍＷ×６）である。
【００５６】
ファイバアレイ光源６６のレーザ出射部６８には、この通り高輝度の発光点が主走査方向に沿って一列に配列されている。単一の半導体レーザからのレーザ光を１本の光ファイバに結合させる従来のファイバ光源は低出力であるため、多数列配列しなければ所望の出力を得ることができなかったが、本例で使用する合波レーザ光源は高出力であるため、少数列、例えば１列でも所望の出力を得ることができる。
【００５７】
例えば、半導体レーザと光ファイバを１対１で結合させた従来のファイバ光源では、通常、半導体レーザとしては出力３０ｍＷ（ミリワット）程度のレーザが使用され、光ファイバとしてはコア径５０μｍ、クラッド径１２５μｍ、ＮＡ（開口数）０．２のマルチモード光ファイバが使用されているので、約１Ｗ（ワット）の出力を得ようとすれば、マルチモード光ファイバを４８本（８×６）束ねなければならず、発光領域の面積は０．６２ｍｍ2（０．６７５ｍｍ×０．９２５ｍｍ）であるから、レーザ出射部６８での輝度は１．６×１０6（Ｗ／ｍ2）、光ファイバ１本当りの輝度は３．２×１０6（Ｗ／ｍ2）である。
【００５８】
これに対して本例では、上述した通り、マルチモード光ファイバ６本で約１Ｗの出力を得ることができ、レーザ出射部６８での発光領域の面積は０．００８１ｍｍ2（０．３２５ｍｍ×０．０２５ｍｍ）であるから、レーザ出射部６８での輝度は１２３×１０6（Ｗ／ｍ2）となり、従来に比べ約８０倍の高輝度化を図ることができる。また、光ファイバ１本当りの輝度は９０×１０6（Ｗ／ｍ2）であり、従来に比べ約２８倍の高輝度化を図ることができる。
【００５９】
ここで、図１５（Ａ）及び（Ｂ）を参照して、従来の露光ヘッドと本例の露光ヘッドとの焦点深度の違いについて説明する。従来の露光ヘッドのバンドル状ファイバ光源の発光領域の副走査方向の径は０．６７５ｍｍであり、本例の露光ヘッドのファイバアレイ光源の発光領域の副走査方向の径は０．０２５ｍｍである。図１５（Ａ）に示すように、従来の露光ヘッドでは、光源（バンドル状ファイバ光源）１の発光領域が大きいので、ＤＭＤ３へ入射する光束の角度が大きくなり、結果として走査面５へ入射する光束の角度が大きくなる。このため、集光方向（ピント方向のずれ）に対してビーム径が太りやすい。
【００６０】
一方、図１５（Ｂ）に示すように、本例の露光ヘッドでは、ファイバアレイ光源６６の発光領域の副走査方向の径が小さいので、レンズ系６７を通過してＤＭＤ５０へ入射する光束の角度が小さくなり、結果として走査面５６へ入射する光束の角度が小さくなる。即ち、焦点深度が深くなる。この例では、発光領域の副走査方向の径は従来の約１／３０倍になっており、略回折限界に相当する焦点深度を得ることができる。従って、微小スポットの露光に好適である。この焦点深度への効果は、露光ヘッドの必要光量が大きいほど顕著であり、有効である。この例では、露光面に投影された１画素サイズは１０μｍ×１０μｍである。なお、ＤＭＤは反射型の空間光変調素子であるが、図１５（Ａ）及び（Ｂ）は、光学的な関係を説明するために展開図とした。
【００６１】
露光パターンに応じた画像データが、ＤＭＤ５０に接続された図示しないコントローラに入力され、コントローラ内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。
【００６２】
感光材料１５０を表面に吸着したステージ１５２は、図示しない駆動装置により、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に取り付けられた検知センサ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。
【００６３】
ファイバアレイ光源６６からＤＭＤ５０にレーザ光が照射されると、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の被露光面５６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。
【００６４】
本実施の形態では、図５に示したような結像光学系５１と、マイクロレンズアレイ５５と、アパーチャアレイ５９とを用いていることにより、以下の効果も得られる。
【００６５】
すなわちこの構成においては、ＤＭＤ５０によりオン方向に反射した光による像が、レンズ系５２，５４からなる第１結像光学系により３倍に拡大される。この第１結像光学系を通過した光は、該第１結像光学系による結像位置に配されたマイクロレンズアレイ５５の各マイクロレンズ５５ａによりＤＭＤ５０の各画素に対応して集光され、アパーチャアレイ５９の対応するアパーチャ５９ａを通過する。アパーチャ５９を通過した光による像は、レンズ系５７，５８からなる第２結像光学系によりさらに１．６７倍に拡大された上で、被露光面５６上に結像、投影される。つまり本実施の形態では、ＤＭＤ５０でオン方向に反射した光による像が、最終的に５倍（＝３×１．６７）に拡大して被露光面５６上に結像、投影される。
【００６６】
この結像光学系では、ＤＭＤ５０で反射した光による像が５倍に拡大されて被露光面５６に投影されるので、全体の画像領域が広くなる。このとき、マイクロレンズアレイ５５およびアパーチャアレイ５９が配置されていなければ、図２５（Ａ）に示すように、被露光面５６に投影される各ビームスポットＢＳの１画素サイズ（スポットサイズ）が露光エリア４６８のサイズに応じて大きなものとなり、露光エリア４６８のＭＴＦ（Modulation Transfer Function）特性、つまりは露光画像の鮮鋭度が低下する。
【００６７】
これに対して、マイクロレンズアレイ５５およびアパーチャアレイ５９を配置した本実施の形態では、ＤＭＤ５０で反射した光は、マイクロレンズアレイ５５の各マイクロレンズ５５ａによりＤＭＤ５０の各画素に対応して集光される。これにより、図２５（Ｂ）に示すように、露光エリアが拡大された場合でも、各ビームスポットＢＳのスポットサイズを所望の大きさ（例えば、１０μｍ×１０μｍ）に縮小することができ、ＭＴＦ特性の低下を防止して高精細な露光を行うことができる。なお、露光エリア４６８が傾いているのは、画素間の隙間を無くす為にＤＭＤ５０を傾けて配置しているからである。
【００６８】
また、マイクロレンズ５５ａの収差によるビームの太りがあっても、アパーチャ５９ａによって被露光面５６上でのスポットサイズが一定の大きさになるようにビームを整形することができると共に、各画素に対応して設けられたアパーチャ５９ａを通過させることにより、隣接する画素間でのクロストークを防止することができる。
【００６９】
次に、結像光学系５１について図５を参照してさらに詳しく説明する。第１の結像光学系を構成するレンズ系５２、５４の焦点距離をそれぞれｆ１、ｆ２とし、第２の結像光学系を構成するレンズ系５７、５８の焦点距離をそれぞれｆ３、ｆ４とすると、前述した通りｆ２＝３・ｆ１、ｆ４＝１．６７・ｆ３である。また本例においてＤＭＤ５０のマイクロミラーのピッチは１３．７μｍであるので、第１の結像光学系による結像位置では、４１．４μｍの画素間隔でＤＭＤ５０による画像が結像される。ここでは、第１の結像光学系の倍率を比較的小さい３倍に設定しているので、その歪曲収差は比較的小さいものとなり、そこで上記ＤＭＤ５０による画像の画素間隔誤差は０．５μｍ以内に抑えられている。
【００７０】
マイクロレンズアレイ５５は、上記の画素間隔に対応させてマイクロレンズ５５ａの配置ピッチが４１．４μｍのものが用いられて、第１の結像光学系による結像位置に配設されている。本例では一例として、マイクロレンズ５５ａの焦点距離は１８８μｍであり、第１の結像光学系からの光はこのマイクロレンズ５５ａによって、ビーム径２．３μｍに集光される。上述の通りマイクロレンズ５５ａの配置ピッチが４１．４μｍであると、第１の結像光学系からの光のマイクロレンズ５５ａへの入射位置が１μｍずれただけでも、消光比は１：約４０に悪化する。
【００７１】
したがって、第１の結像光学系の歪曲収差が大きくて、像のピッチ精度が低いと、消光比が悪化することになる。また、結像光学系からの光ビームに収差があると、ＤＭＤ５０による像にボケが生じるとともに、同様に消光比も悪化する。本実施の形態では、前述した通り第１の結像光学系の倍率を比較的小さい３倍としていることにより、その歪曲収差が小さく抑えられ、上記問題の発生を防止可能となっている。
【００７２】
一方、レンズ系５７、５８からなる第２の結像光学系の倍率も、比較的小さい１．６７倍とされているので、マイクロレンズ５５ａの集光位置でのビーム径が上述のように２．３μｍと比較的大きくなっていても、被露光面５６上でのビーム径を約４μｍ（ビーム間隔は６８．６μｍ）と十分に小さくして、高精細な画像を露光することができる。このように、マイクロレンズ５５ａの集光位置でのビーム径が比較的大きくてもよいのであれば、結像光学系の許容誤差が大きくなり、その設計が容易化される。
【００７３】
例えば、第２の結像光学系だけで５倍の倍率を得ようとすると、被露光面５６上でのビーム径を約４μｍにする場合には、マイクロレンズ５５ａの集光位置でのビーム径は０．８μｍと非常に小さくする必要がある。そのような結像光学系は許容誤差が小さく、設計が困難なものとなる。
【００７４】
なお、上述した第１の結像光学系の倍率を比較的小さく設定することは、この第１の結像光学系のＮＡ（開口数）がより大である場合ほど効果的である。以下その点について、図２６と図２７を参照して説明する。図２６は、第１の結像光学系を構成するレンズ系５２、５４と、マイクロレンズアレイ５５のマイクロレンズ５５ａを概略的に示している。また同図中の５０Ｍは、ＤＭＤ５０の１つのマイクロミラーを示している。
【００７５】
また図２７は、１つのマイクロレンズ５５ａに入射する光ビームの光量分布を示しているが、ここに直線で示すように光ビームの光量分布の拡がりが少なくなっていれば、あるマイクロレンズ５５ａに対して、それに対応するマイクロミラー５０Ｍ以外のマイクロミラー（通常は隣接するマイクロミラー）からの光ビームが入射することがなく、大きな消光比が得られる。そのようにするためには、第１の結像光学系のＮＡを大きくすればよい。それに対して第１の結像光学系のＮＡが小さい場合は、１つのマイクロレンズ５５ａに入射する光ビームの光量分布が図２７に破線で示すように拡がってしまうので、マイクロレンズ５５ａの前に、隣接するマイクロミラーからの光を遮蔽する遮蔽部材Ｓを配置する等の処置が必要になる。
【００７６】
上記の観点からは、第１の結像光学系としてＮＡの大きな光学系を採用するのが好ましいが、そのようにＮＡの大きい結像光学系で低収差を実現するのは、ＮＡが小さい場合と比べてより困難である。そこで、第２の結像光学系と倍率を分け合って、該第１の結像光学系の倍率を比較的小さくし、前述の歪曲収差を低く抑えることができれば、第１の結像光学系としてよりＮＡの大きな光学系も採用可能となり、消光比を大きく確保する上で有利となる。
【００７７】
なお一般的には、第１の結像光学系のＮＡが０．２の場合、マイクロレンズ５５ａの上のエアリーディスク半径は３μｍであり、これよりもＮＡを小さくしてエアリーディスク半径を大きくするのは好ましくない。したがって、第１の結像光学系のＮＡが０．２以上の場合に本発明を適用すれば、低収差を実現する上で特に好ましいと言える。
【００７８】
なお本実施の形態では、図１６（Ａ）及び（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７５６組配列されているが、本例では、コントローラにより一部のマイクロミラー列（例えば、１０２４個×３００列）だけが駆動するように制御がなされる。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
例えば、６００組のマイクロミラー列の内、３００組だけ使用する場合には、６００組全部使用する場合と比較すると１ライン当り２倍速く変調することができる。また、６００組のマイクロミラー列の内、２００組だけ使用する場合には、６００組全部使用する場合と比較すると１ライン当り３倍速く変調することができる。即ち、副走査方向に５００ｍｍの領域を１７秒で露光できる。更に、１００組だけ使用する場合には、１ライン当り６倍速く変調することができる。即ち、副走査方向に５００ｍｍの領域を９秒で露光できる。
【００８２】
使用するマイクロミラー列の数、即ち、副走査方向に配列されたマイクロミラーの個数は、１０以上で且つ２００以下が好ましく、１０以上で且つ１００以下がより好ましい。１画素に相当するマイクロミラー１個当りの面積は１５μｍ×１５μｍであるから、ＤＭＤ５０の使用領域に換算すると、１２ｍｍ×１５０μｍ以上で且つ１２ｍｍ×３ｍｍ以下の領域が好ましく、１２ｍｍ×１５０μｍ以上で且つ１２ｍｍ×１．５ｍｍ以下の領域がより好ましい。
【００８３】
使用するマイクロミラー列の数が上記範囲にあれば、図１７（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、ファイバアレイ光源６６から出射されたレーザ光をレンズ系６７で略平行光化して、ＤＭＤ５０に照射することができる。ＤＭＤ５０によりレーザ光を照射する照射領域は、ＤＭＤ５０の使用領域と一致することが好ましい。照射領域が使用領域よりも広いとレーザ光の利用効率が低下する。
【００８４】
一方、ＤＭＤ５０上に集光させる光ビームの副走査方向の径を、レンズ系６７により副走査方向に配列されたマイクロミラーの個数に応じて小さくする必要があるが、使用するマイクロミラー列の数が１０未満であると、ＤＭＤ５０に入射する光束の角度が大きくなり、走査面５６における光ビームの焦点深度が浅くなるので好ましくない。また、使用するマイクロミラー列の数が２００以下が変調速度の観点から好ましい。なお、ＤＭＤは反射型の空間光変調素子であるが、図１７（Ａ）及び（Ｂ）は、光学的な関係を説明するために展開図とした。
【００８５】
スキャナ１６２による感光材料１５０の副走査が終了し、検知センサ１６４で感光材料１５０の後端が検出されると、ステージ１５２は、図示しない駆動装置により、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。
【００８６】
以上説明した通り、本例の露光装置は、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７５６組配列されてなるＤＭＤを備えているが、コントローラにより一部のマイクロミラー列だけが駆動されるように制御するので、全部のマイクロミラー列を駆動する場合に比べて、１ライン当りの変調速度が速くなる。これにより高速での露光が可能になる。
【００８７】
また、ＤＭＤを照明する光源に、合波レーザ光源の光ファイバの出射端部をアレイ状に配列した高輝度のファイバアレイ光源を用いているので、高出力で且つ深い焦点深度を備えた露光装置を実現することができる。更に、各ファイバ光源の出力が大きくなることで、所望の出力を得るために必要なファイバ光源数が少なくなり、露光装置の低コスト化が図られる。
【００８８】
特に本例では、光ファイバの出射端のクラッド径を入射端のクラッド径よりも小さくしているので、発光部径がより小さくなり、ファイバアレイ光源の高輝度化が図られる。これにより、より深い焦点深度を備えた露光装置を実現することができる。例えば、ビーム径１μｍ以下、解像度０．１μｍ以下の超高解像度露光の場合にも、深い焦点深度を得ることができ、高速且つ高精細な露光が可能となる。従って、高解像度が必要とされる薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の露光工程に好適である。
【００８９】
［他の空間光変調素子］
上記の例では、ＤＭＤのマイクロミラーを部分的に駆動する例について説明したが、所定方向に対応する方向の長さが前記所定方向と交差する方向の長さより長い基板上に、各々制御信号に応じて反射面の角度が変更可能な多数のマイクロミラーが２次元状に配列された細長いＤＭＤを用いても、反射面の角度を制御するマイクロミラーの個数が少なくなるので、同様に変調速度を速くすることができる。
【００９０】
上記の例では、空間光変調素子としてＤＭＤを備えた露光ヘッドについて説明したが、例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）タイプの空間光変調素子（ＳＬＭ；Spacial Light Modulator）や、電気光学効果により透過光を変調する光学素子（ＰＬＺＴ素子）や液晶光シャッタ（ＦＬＣ）等、ＭＥＭＳタイプ以外の空間光変調素子を用いる場合にも、本発明は適用可能である。
【００９１】
なお、ＭＥＭＳとは、ＩＣ製造プロセスを基盤としたマイクロマシニング技術によるマイクロサイズのセンサ、アクチュエータ、そして制御回路を集積化した微細システムの総称であり、ＭＥＭＳタイプの空間光変調素子とは、静電気力を利用した電気機械動作により駆動される空間光変調素子を意味している。
【００９２】
［他の露光方式］
図１８に示すように、上記例と同様に、スキャナ１６２によるＸ方向への１回の走査で感光材料１５０の全面を露光してもよく、図１９（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、スキャナ１６２により感光材料１５０をＸ方向へ走査した後、スキャナ１６２をＹ方向に１ステップ移動し、Ｘ方向へ走査を行うというように、走査と移動を繰り返して、複数回の走査で感光材料１５０の全面を露光するようにしてもよい。なお、この例では、スキャナ１６２は１８個の露光ヘッド１６６を備えている。
【００９３】
［他のレーザ装置（光源）］
上記の例では、合波レーザ光源を複数備えたファイバアレイ光源を用いる例について説明したが、レーザ装置は、合波レーザ光源をアレイ化したファイバアレイ光源には限定されない。例えば、１個の発光点を有する単一の半導体レーザから入射されたレーザ光を出射する１本の光ファイバを備えたファイバ光源をアレイ化したファイバアレイ光源を用いることができる。
【００９４】
また、複数の発光点を備えた光源としては、例えば、図２０に示すように、ヒートブロック１００上に、複数（例えば、７個）のチップ状の半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７を配列したレーザアレイを用いることができる。また、図２１（Ａ）に示す、複数（例えば、５個）の発光点１１０ａが所定方向に配列されたチップ状のマルチキャビティレーザ１１０が知られている。マルチキャビティレーザ１１０は、チップ状の半導体レーザを配列する場合と比べ、発光点を位置精度良く配列できるので、各発光点から出射されるレーザビームを合波し易い。但し、発光点が多くなるとレーザ製造時にマルチキャビティレーザ１１０に撓みが発生し易くなるため、発光点１１０ａの個数は５個以下とするのが好ましい。
【００９５】
本例の露光ヘッドでは、このマルチキャビティレーザ１１０や、図２１（Ｂ）に示すように、ヒートブロック１００上に、複数のマルチキヤビティレーザ１１０が各チップの発光点１１０ａの配列方向と同じ方向に配列されたマルチキャビティレーザアレイを、レーザ装置（光源）として用いることができる。
【００９６】
また、合波レーザ光源は、複数のチップ状の半導体レーザから出射されたレーザ光を合波するものには限定されない。例えば、図２２に示すように、複数（例えば、３個）の発光点１１０ａを有するチップ状のマルチキャビティレーザ１１０を備えた合波レーザ光源を用いることができる。この合波レーザ光源は、マルチキャビティレーザ１１０と、１本のマルチモード光ファイバ１３０と、集光レンズ１２０と、を備えて構成されている。マルチキャビティレーザ１１０は、例えば、発振波長が４０５ｎｍのＧａＮ系レーザダイオードで構成することができる。
【００９７】
上記の構成では、マルチキャビティレーザ１１０の複数の発光点１１０ａの各々から出射したレーザビームＢの各々は、集光レンズ１２０によって集光され、マルチモード光ファイバ１３０のコア１３０ａに入射する。コア１３０ａに入射したレーザ光は、光ファイバ内を伝搬し、１本に合波されて出射する。
【００９８】
マルチキャビテイレーザ１１０の複数の発光点１１０ａを、上記マルチモード光ファイバ１３０のコア径と略等しい幅内に並設すると共に、集光レンズ１２０として、マルチモード光ファイバ１３０のコア径と略等しい焦点距離の凸レンズや、マルチキャビティレーザ１１０からの出射ビームをその活性層に垂直な面内のみでコリメートするロッドレンズを用いることにより、レーザビームＢのマルチモード光ファイバ１３０への結合効率を上げることができる。
【００９９】
また、図２３に示すように、複数（例えば、３個）の発光点を備えたマルチキャビティレーザ１１０を用い、ヒートブロック１１１上に複数（例えば、９個）のマルチキャビティレーザ１１０が互いに等間隔で配列されたレーザアレイ１４０を備えた合波レーザ光源を用いることができる。複数のマルチキヤビティレーザ１１０は、各チップの発光点１１０ａの配列方向と同じ方向に配列されて固定されている。
【０１００】
この合波レーザ光源は、レーザアレイ１４０と、各マルチキヤピティレーザ１１０に対応させて配置した複数のレンズアレイ１１４と、レーザアレイ１４０と複数のレンズアレイ１１４との間に配置された１本のロッドレンズ１１３と、１本のマルチモード光ファイバ１３０と、集光レンズ１２０と、を備えて構成されている。レンズアレイ１１４は、マルチキヤピティレーザ１１０の発光点に対応した複数のマイクロレンズを備えている。
【０１０１】
上記の構成では、複数のマルチキヤビティレーザ１１０の複数の発光点１０ａの各々から出射したレーザビームＢの各々は、ロッドレンズ１１３により所定方向に集光された後、レンズアレイ１１４の各マイクロレンズにより平行光化される。平行光化されたレーザビームＬは、集光レンズ１２０によって集光され、マルチモード光フアイバ１３０のコア１３０ａに入射する。コア１３０ａに入射したレーザ光は、光フアイバ内を伝搬し、１本に合波されて出射する。
【０１０２】
更に他の合波レーザ光源の例を示す。この合波レーザ光源は、図２４（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、略矩形状のヒートブロック１８０上に光軸方向の断面がＬ字状のヒートブロック１８２が搭載され、２つのヒートブロック間に収納空間が形成されている。Ｌ字状のヒートブロック１８２の上面には、複数の発光点（例えば、５個）がアレイ状に配列された複数（例えば、２個）のマルチキャビティレーザ１１０が、各チップの発光点１１０ａの配列方向と同じ方向に等間隔で配列されて固定されている。
【０１０３】
略矩形状のヒートブロック１８０には凹部が形成されており、ヒートブロック１８０の空間側上面には、複数の発光点（例えば、５個）がアレイ状に配列された複数（例えば、２個）のマルチキャビティレーザ１１０が、その発光点がヒートブロック１８２の上面に配置されたレーザチップの発光点と同じ鉛直面上に位置するように配置されている。
【０１０４】
マルチキャビティレーザ１１０のレーザ光出射側には、各チップの発光点１１０ａに対応してコリメートレンズが配列されたコリメートレンズアレイ１８４が配置されている。コリメートレンズアレイ１８４は、各コリメートレンズの長さ方向とレーザビームの拡がり角が大きい方向（速軸方向）とが一致し、各コリメートレンズの幅方向が拡がり角が小さい方向（遅軸方向）と一致するように配置されている。このように、コリメートレンズをアレイ化して一体化することで、レーザ光の空間利用効率が向上し合波レーザ光源の高出力化が図られると共に、部品点数が減少し低コスト化することができる。
【０１０５】
また、コリメートレンズアレイ１８４のレーザ光出射側には、１本のマルチモード光ファイバ１３０と、このマルチモード光ファイバ１３０の入射端にレーザビームを集光して結合する集光レンズ１２０と、が配置されている。
【０１０６】
上記の構成では、レーザブロック１８０、１８２上に配置された複数のマルチキヤビティレーザ１１０の複数の発光点１０ａの各々から出射したレーザビームＢの各々は、コリメートレンズアレイ１８４により平行光化され、集光レンズ１２０によって集光されて、マルチモード光フアイバ１３０のコア１３０ａに入射する。コア１３０ａに入射したレーザ光は、光フアイバ内を伝搬し、１本に合波されて出射する。
【０１０７】
この合波レーザ光源は、上記の通り、マルチキャビティレーザの多段配置とコリメートレンズのアレイ化とにより、特に高出力化を図ることができる。この合波レーザ光源を用いることにより、より高輝度なファイバアレイ光源やバンドルファイバ光源を構成することができるので、露光装置のレーザ光源を構成するファイバ光源として特に好適である。
【０１０８】
なお、上記の各合波レーザ光源をケーシング内に収納し、マルチモード光ファイバ１３０の出射端部をそのケーシングから引き出したレーザモジュールを構成することができる。
【０１０９】
また、上記の例では、合波レーザ光源のマルチモード光ファイバの出射端に、コア径がマルチモード光ファイバと同一で且つクラッド径がマルチモード光ファイバより小さい他の光ファイバを結合してファイバアレイ光源の高輝度化を図る例について説明したが、例えば、クラッド径が１２５μｍ、８０μｍ、６０μｍ等のマルチモード光ファイバを、出射端に他の光ファイバを結合せずに使用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による露光装置の外観を示す斜視図
【図２】図１の露光装置のスキャナの構成を示す斜視図
【図３】（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４】図１の露光装置の露光ヘッドの概略構成を示す斜視図
【図５】図４に示す露光ヘッドの構成を示す光軸に沿った副走査方向の断面図
【図６】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
【図７】（Ａ）及び（Ｂ）はＤＭＤの動作を説明するための説明図
【図８】（Ａ）及び（Ｂ）は、ＤＭＤを傾斜配置しない場合と傾斜配置する場合とで、露光ビームの配置及び走査線を比較して示す平面図
【図９】（Ａ）はファイバアレイ光源の構成を示す斜視図、（Ｂ）は（Ａ）の部分拡大図、（Ｃ）及び（Ｄ）はレーザ出射部における発光点の配列を示す平面図
【図１０】マルチモード光ファイバの構成を示す図
【図１１】合波レーザ光源の構成を示す平面図
【図１２】レーザモジュールの構成を示す平面図
【図１３】図１２に示すレーザモジュールの構成を示す側面図
【図１４】図１２に示すレーザモジュールの構成を示す部分側面図
【図１５】（Ａ）及び（Ｂ）は、従来の露光装置における焦点深度と図１の露光装置における焦点深度との相違を示す光軸に沿った断面図
【図１６】（Ａ）及び（Ｂ）は、ＤＭＤの使用領域の例を示す図
【図１７】（Ａ）はＤＭＤの使用領域が適正である場合の側面図、（Ｂ）は（Ａ）の光軸に沿った副走査方向の断面図
【図１８】スキャナによる１回の走査で感光材料を露光する露光方式を説明するための平面図
【図１９】（Ａ）及び（Ｂ）はスキャナによる複数回の走査で感光材料を露光する露光方式を説明するための平面図
【図２０】レーザアレイの構成を示す斜視図
【図２１】（Ａ）はマルチキャビティレーザの構成を示す斜視図、（Ｂ）は（Ａ）に示すマルチキャビティレーザをアレイ状に配列したマルチキャビティレーザアレイの斜視図
【図２２】合波レーザ光源の他の構成を示す平面図
【図２３】合波レーザ光源の他の構成を示す平面図
【図２４】（Ａ）は合波レーザ光源の他の構成を示す平面図、（Ｂ）は（Ａ）の光軸に沿った断面図
【図２５】（Ａ）はマイクロレンズアレイ等を使用しない場合に被露光面に投影される光像を示す概略図、（Ｂ）はマイクロレンズアレイ等を使用した場合に被露光面に投影される光像を示す概略図
【図２６】図１の露光装置に用いられた光学系の一部を示す側面図
【図２７】図２６の光学系を経てマイクロレンズアレイに入射する光ビームの光量分布を説明する図
【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 デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）
５１ 拡大結像光学系
５３、５４ 第１結像光学系のレンズ
５５ マイクロレンズアレイ
５７、６８ 第２結像光学系のレンズ
５９ アパーチャアレイ
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
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
【発明の属する技術分野】
本発明は画像形成装置、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て、この光による像を所定の面上に結像させる画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、上記のように、空間光変調素子で変調された光を結像光学系に通して、この光による像を所定の面上に結像させる画像形成装置が公知となっている。この種の画像形成装置は、変調された光が結ぶ像を感光材料上に投影して画像露光する装置や、変調された光が結ぶ像をスクリーンに投影して画像表示する装置等を構成するために広く適用されている。この種の画像形成装置は、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結像する結像光学系とを備えてなるものである。
【０００３】
なお、非特許文献１および本出願人による特願２００２−１４９８８６号明細書には、上記基本的構成を有して露光装置として形成された画像形成装置の例が示されている。
【０００４】
ところで上述のような画像形成装置においては、感光材料やスクリーン上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。
【０００５】
そこで、上記特願２００２−１４９８８６号明細書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。
【０００６】
なお特許文献１には、上記のように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た構成が開示されているが、ここでは画像の拡大については考慮されていない。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−３０５６６３号公報
【０００８】
【非特許文献１】
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
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、上記のように第１および第２の結像光学系とマイクロレンズアレイとを組み合わせた構成においては、第１および第２の結像光学系によって大きな拡大率を実現しようとするとき、各結像光学系の倍率の設定に応じて、問題が生じることもある。
【００１０】
すなわち、第２の結像光学系は等倍結像光学系とし、第１の結像光学系で高倍率を実現しようとすると、レンズ性能（歪曲特性）が悪くなり、画像形成装置の消光比が悪くなるという問題を招く。すなわち、マイクロレンズアレイの各マイクロレンズには、空間光変調素子の各画素部からの光がそれぞれ独立して入射しなければならないが、第１の結像光学系の歪曲特性が悪いと、マイクロレンズアレイのあるマイクロレンズに対して、それが対応する空間光変調素子の画素部のみならず、その隣接の画素部からの光も一部入射するようになり、消光比が大きく低下してしまう。
【００１１】
その反対に、第１の結像光学系は等倍結像光学系とし、第２の結像光学系で高倍率を実現しようとすると、第２の結像光学系が高倍率である分、マイクロレンズの集光位置でのビーム径を非常に小さくする必要があり、そのため結像光学系全体が誤差に敏感で設計が難しいものになる。
【００１２】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、前述したように第１および第２の結像光学系とマイクロレンズアレイとを組み合わせてなる拡大結像光学系を備えた感光材料露光用の画像形成装置において、結像光学系の歪曲収差による消光比低下を防止し、また結像光学系の設計を容易化することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明による画像形成装置は、前述したように、
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で変調された光の光路に配置された第１の結像光学系と、
前記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り、前記第１の結像光学系による結像面に配置されたマイクロレンズアレイと、
このマイクロレンズアレイを通過した光の光路に配置されて、前記変調された光による像を感光材料上に結像する第２の結像光学系とを備えてなる感光材料露光用の画像形成装置において、
第１および第２の結像光学系が、それぞれ１倍を超える倍率で像を結ぶ拡大結像光学系とされ、
第１の結像光学系が第２の結像光学系よりも高倍率とされていることを特徴とするものである。
【００１４】
【発明の効果】
本発明による画像形成装置は、第１および第２の結像光学系をともに拡大結像光学系として、それらの両結像光学系の倍率の掛け合わせによって所望の拡大率を得るようにしたので、第１および第２の結像光学系のそれぞれの拡大率は比較的小さく設定できるものとなる。したがって、第１の結像光学系を特に高倍率にする場合に生じる歪曲特性の悪化を防止して、高い消光比を実現できるようになる。また反対に、第２の結像光学系を特に高倍率にする場合に生じる問題を無くして、結像光学系の設計を容易にすることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１６】
なお以下では、本発明の画像形成装置の一実施の形態として形成された画像露光装置について説明する。
【００１７】
［露光装置の構成］
本例の露光装置は、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、この露光装置には、ステージ１５２をガイド１５８に沿って駆動するための図示しない駆動装置が設けられている。
【００１８】
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の先端及び後端を検知する複数（例えば、２個）の検知センサ１６４が設けられている。スキャナ１６２及び検知センサ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及び検知センサ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。
【００１９】
スキャナ１６２は、図２及び図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を配置した。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１６６mnと表記する。
【００２０】
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１６８mnと表記する。
【００２１】
また、図３（Ａ）及び（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。
【００２２】
露光ヘッド１６６11〜１６６mn各々は、図４、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、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図示しないコントローラに接続されている。このコントローラ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付いては後述する。
【００２３】
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、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。
【００２４】
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から出射したレーザ光を平行光化するコリメーターレンズ７１、このコリメーターレンズ７１を通過した光の光路に挿入されたマイクロフライアイレンズ７２、このマイクロフライアイレンズ７２と向かい合う状態に配設された別のマイクロフライアイレンズ７３、およびこのマイクロフライアイレンズ７３の前方つまりミラー６９側に配置されたフィールドレンズ７４から構成されている。マイクロフライアイレンズ７２および７３は、微小レンズセルが縦横に多数配置されてなるものであり、それらの微小レンズセルの各々を通過した光がそれぞれＤＭＤ５０に互いに重なる状態で入射するので、該ＤＭＤ５０を照射する光の光量分布が均一化される。
【００２５】
上記レンズ系６７から出射した光はミラー６９で反射し、ＴＩＲプリズム（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。
【００２６】
また、ＤＭＤ５０の光反射側には、ＤＭＤ５０で反射されたレーザ光を感光材料１５０の走査面（被露光面）５６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。上記の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が配置されてなるものである。またアパーチャアレイ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５９ａが形成されてなるものである。
【００２７】
ＤＭＤ５０は、図６に示すように、ＳＲＡＭセル（メモリセル）６０上に、微小ミラー（マイクロミラー）６２が支柱により支持されて配置されたものであり、画素（ピクセル）を構成する多数の（例えば、１０２４個×７５６個）の微小ミラーを格子状に配列して構成されたミラーデバイスである。各ピクセルには、最上部に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％以上である。また、マイクロミラー６２の直下には、ヒンジ及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（一体型）に構成されている。
【００２８】
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±１０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。従って、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に入射された光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。
【００２９】
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に接続された図示しないコントローラによって行われる。なお、オフ状態のマイクロミラー６２により光ビームが反射される方向には、光吸収体（図示せず）が配置されている。
【００３０】
また、ＤＭＤ５０は、その短辺が副走査方向と所定角度θ（例えば、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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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、６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、図９（Ｃ）に示すように、光ファイバ３１の出射端部（発光点）が副走査方向と直交する主走査方向に沿って１列に配列されてレーザ出射部６８が構成されている。なお、図９（Ｄ）に示すように、発光点を主走査方向に沿って２列に配列することもできる。
【００３５】
光ファイバ３１の出射端部は、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の光出射側には、光ファイバ３１の端面を保護するために、ガラス等の透明な保護板６３が配置されている。保護板６３は、光ファイバ３１の端面と密着させて配置してもよく、光ファイバ３１の端面が密封されるように配置してもよい。光ファイバ３１の出射端部は、光密度が高く集塵し易く劣化し易いが、保護板６３を配置することにより端面への塵埃の付着を防止することができると共に劣化を遅らせることができる。
【００３６】
この例では、クラッド径が小さい光ファイバ３１の出射端を隙間無く１列に配列するために、クラッド径が大きい部分で隣接する２本のマルチモード光ファイバ３０の間にマルチモード光ファイバ３０を積み重ね、積み重ねられたマルチモード光ファイバ３０に結合された光ファイバ３１の出射端が、クラッド径が大きい部分で隣接する２本のマルチモード光ファイバ３０に結合された光ファイバ３１の２つの出射端の間に挟まれるように配列されている。
【００３７】
この光ファイバは、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小径部分３０ｃが形成され、この小径部分３０ｃに、長さ１〜３０ｃｍのクラッド径が小さい光ファイバ３１が同軸的に結合することにより得ることができる。２本の光ファイバは、光ファイバ３１の入射端面が、マルチモード光ファイバ３０の出射端面に、両光ファイバの中心軸が一致するように融着されて結合されている。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。
【００３８】
また、長さが短くクラッド径が大きい光ファイバにクラッド径が小さい光ファイバを融着させた短尺光ファイバを、フェルールや光コネクタ等を介してマルチモード光ファイバ３０の出射端に結合してもよい。コネクタ等を用いて着脱可能に結合することで、クラッド径が小さい光ファイバが破損した場合等に先端部分の交換が容易になり、露光ヘッドのメンテナンスに要するコストを低減できる。なお、以下では、光ファイバ３１を、マルチモード光ファイバ３０の出射端部と称する場合がある。
【００３９】
マルチモード光ファイバ３０及び光ファイバ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、及び複合型光ファイバの何れでもよい。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。本例では、マルチモード光ファイバ３０及び光ファイバ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。
【００４０】
一般に、赤外領域のレーザ光では、光ファイバのクラッド径を小さくすると伝搬損失が増加する。このため、レーザ光の波長帯域に応じて好適なクラッド径が決定されている。しかしながら、波長が短いほど伝搬損失は少なくなり、ＧａＮ系半導体レーザから出射された波長４０５ｎｍのレーザ光では、クラッドの厚み｛（クラッド径−コア径）／２｝を８００ｎｍの波長帯域の赤外光を伝搬させる場合の１／２程度、通信用の１．５μｍの波長帯域の赤外光を伝搬させる場合の約１／４にしても、伝搬損失は殆ど増加しない。従って、クラッド径を６０μｍと小さくすることができる。
【００４１】
但し、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以下がより好ましく、４０μｍ以下が更に好ましい。一方、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。
【００４２】
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，及び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，及び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個には限定されない。例えば、クラッド径＝６０μｍ、コア径＝５０μｍ、ＮＡ＝０．２のマルチモード光ファイバには、２０個もの半導体レーザ光を入射することが可能であり、露光ヘッドの必要光量を実現して、且つ光ファイバ本数をより減らすことができる。
【００４３】
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３０ｍＷ）である。なお、ＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７としては、３５０ｎｍ〜４５０ｎｍの波長範囲で、上記の４０５ｎｍ以外の発振波長を備えるレーザを用いてもよい。
【００４４】
上記の合波レーザ光源は、図１２及び図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、パッケージ４０とパッケージ蓋４１とにより形成される閉空間（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。
【００４５】
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。
【００４６】
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、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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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ビーム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。
【００５０】
従って、各発光点から発せられたレーザビーム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ビーム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。
【００５１】
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。
【００５２】
［露光装置の動作］
次に、上記露光装置の動作について説明する。
【００５３】
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の各々から発散光状態で出射したレーザビームＢ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５，Ｂ６，及び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ビーム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の入射端面に収束する。
【００５４】
本例では、コリメータレンズ１１〜１７及び集光レンズ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。即ち、集光レンズ２０によって上述のように集光されたレーザビーム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本のレーザビーム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。
【００５５】
各レーザモジュールにおいて、レーザビームＢ１〜Ｂ７のマルチモード光ファイバ３０への結合効率が０．８５で、ＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７の各出力が３０ｍＷ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１８０ｍＷ（＝３０ｍＷ×０．８５×７）の合波レーザビームＢを得ることができる。従って、６本の光ファイバ３１がアレイ状に配列されたレーザ出射部６８での出力は約１Ｗ（＝１８０ｍＷ×６）である。
【００５６】
ファイバアレイ光源６６のレーザ出射部６８には、この通り高輝度の発光点が主走査方向に沿って一列に配列されている。単一の半導体レーザからのレーザ光を１本の光ファイバに結合させる従来のファイバ光源は低出力であるため、多数列配列しなければ所望の出力を得ることができなかったが、本例で使用する合波レーザ光源は高出力であるため、少数列、例えば１列でも所望の出力を得ることができる。
【００５７】
例えば、半導体レーザと光ファイバを１対１で結合させた従来のファイバ光源では、通常、半導体レーザとしては出力３０ｍＷ（ミリワット）程度のレーザが使用され、光ファイバとしてはコア径５０μｍ、クラッド径１２５μｍ、ＮＡ（開口数）０．２のマルチモード光ファイバが使用されているので、約１Ｗ（ワット）の出力を得ようとすれば、マルチモード光ファイバを４８本（８×６）束ねなければならず、発光領域の面積は０．６２ｍｍ2（０．６７５ｍｍ×０．９２５ｍｍ）であるから、レーザ出射部６８での輝度は１．６×１０6（Ｗ／ｍ2）、光ファイバ１本当りの輝度は３．２×１０6（Ｗ／ｍ2）である。
【００５８】
これに対して本例では、上述した通り、マルチモード光ファイバ６本で約１Ｗの出力を得ることができ、レーザ出射部６８での発光領域の面積は０．００８１ｍｍ2（０．３２５ｍｍ×０．０２５ｍｍ）であるから、レーザ出射部６８での輝度は１２３×１０6（Ｗ／ｍ2）となり、従来に比べ約８０倍の高輝度化を図ることができる。また、光ファイバ１本当りの輝度は９０×１０6（Ｗ／ｍ2）であり、従来に比べ約２８倍の高輝度化を図ることができる。
【００５９】
ここで、図１５（Ａ）及び（Ｂ）を参照して、従来の露光ヘッドと本例の露光ヘッドとの焦点深度の違いについて説明する。従来の露光ヘッドのバンドル状ファイバ光源の発光領域の副走査方向の径は０．６７５ｍｍであり、本例の露光ヘッドのファイバアレイ光源の発光領域の副走査方向の径は０．０２５ｍｍである。図１５（Ａ）に示すように、従来の露光ヘッドでは、光源（バンドル状ファイバ光源）１の発光領域が大きいので、ＤＭＤ３へ入射する光束の角度が大きくなり、結果として走査面５へ入射する光束の角度が大きくなる。このため、集光方向（ピント方向のずれ）に対してビーム径が太りやすい。
【００６０】
一方、図１５（Ｂ）に示すように、本例の露光ヘッドでは、ファイバアレイ光源６６の発光領域の副走査方向の径が小さいので、レンズ系６７を通過してＤＭＤ５０へ入射する光束の角度が小さくなり、結果として走査面５６へ入射する光束の角度が小さくなる。即ち、焦点深度が深くなる。この例では、発光領域の副走査方向の径は従来の約１／３０倍になっており、略回折限界に相当する焦点深度を得ることができる。従って、微小スポットの露光に好適である。この焦点深度への効果は、露光ヘッドの必要光量が大きいほど顕著であり、有効である。この例では、露光面に投影された１画素サイズは１０μｍ×１０μｍである。なお、ＤＭＤは反射型の空間光変調素子であるが、図１５（Ａ）及び（Ｂ）は、光学的な関係を説明するために展開図とした。
【００６１】
露光パターンに応じた画像データが、ＤＭＤ５０に接続された図示しないコントローラに入力され、コントローラ内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。
【００６２】
感光材料１５０を表面に吸着したステージ１５２は、図示しない駆動装置により、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に取り付けられた検知センサ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。
【００６３】
ファイバアレイ光源６６からＤＭＤ５０にレーザ光が照射されると、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の被露光面５６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。
【００６４】
本実施の形態では、図５に示したような結像光学系５１と、マイクロレンズアレイ５５と、アパーチャアレイ５９とを用いていることにより、以下の効果も得られる。
【００６５】
すなわちこの構成においては、ＤＭＤ５０によりオン方向に反射した光による像が、レンズ系５２，５４からなる第１結像光学系により３倍に拡大される。この第１結像光学系を通過した光は、該第１結像光学系による結像位置に配されたマイクロレンズアレイ５５の各マイクロレンズ５５ａによりＤＭＤ５０の各画素に対応して集光され、アパーチャアレイ５９の対応するアパーチャ５９ａを通過する。アパーチャ５９を通過した光による像は、レンズ系５７，５８からなる第２結像光学系によりさらに１．６７倍に拡大された上で、被露光面５６上に結像、投影される。つまり本実施の形態では、ＤＭＤ５０でオン方向に反射した光による像が、最終的に５倍（＝３×１．６７）に拡大して被露光面５６上に結像、投影される。
【００６６】
この結像光学系では、ＤＭＤ５０で反射した光による像が５倍に拡大されて被露光面５６に投影されるので、全体の画像領域が広くなる。このとき、マイクロレンズアレイ５５およびアパーチャアレイ５９が配置されていなければ、図２５（Ａ）に示すように、被露光面５６に投影される各ビームスポットＢＳの１画素サイズ（スポットサイズ）が露光エリア４６８のサイズに応じて大きなものとなり、露光エリア４６８のＭＴＦ（Modulation Transfer Function）特性、つまりは露光画像の鮮鋭度が低下する。
【００６７】
これに対して、マイクロレンズアレイ５５およびアパーチャアレイ５９を配置した本実施の形態では、ＤＭＤ５０で反射した光は、マイクロレンズアレイ５５の各マイクロレンズ５５ａによりＤＭＤ５０の各画素に対応して集光される。これにより、図２５（Ｂ）に示すように、露光エリアが拡大された場合でも、各ビームスポットＢＳのスポットサイズを所望の大きさ（例えば、１０μｍ×１０μｍ）に縮小することができ、ＭＴＦ特性の低下を防止して高精細な露光を行うことができる。なお、露光エリア４６８が傾いているのは、画素間の隙間を無くす為にＤＭＤ５０を傾けて配置しているからである。
【００６８】
また、マイクロレンズ５５ａの収差によるビームの太りがあっても、アパーチャ５９ａによって被露光面５６上でのスポットサイズが一定の大きさになるようにビームを整形することができると共に、各画素に対応して設けられたアパーチャ５９ａを通過させることにより、隣接する画素間でのクロストークを防止することができる。
【００６９】
次に、結像光学系５１について図５を参照してさらに詳しく説明する。第１の結像光学系を構成するレンズ系５２、５４の焦点距離をそれぞれｆ１、ｆ２とし、第２の結像光学系を構成するレンズ系５７、５８の焦点距離をそれぞれｆ３、ｆ４とすると、前述した通りｆ２＝３・ｆ１、ｆ４＝１．６７・ｆ３である。また本例においてＤＭＤ５０のマイクロミラーのピッチは１３．７μｍであるので、第１の結像光学系による結像位置では、４１．４μｍの画素間隔でＤＭＤ５０による画像が結像される。ここでは、第１の結像光学系の倍率を比較的小さい３倍に設定しているので、その歪曲収差は比較的小さいものとなり、そこで上記ＤＭＤ５０による画像の画素間隔誤差は０．５μｍ以内に抑えられている。
【００７０】
マイクロレンズアレイ５５は、上記の画素間隔に対応させてマイクロレンズ５５ａの配置ピッチが４１．４μｍのものが用いられて、第１の結像光学系による結像位置に配設されている。本例では一例として、マイクロレンズ５５ａの焦点距離は１８８μｍであり、第１の結像光学系からの光はこのマイクロレンズ５５ａによって、ビーム径２．３μｍに集光される。上述の通りマイクロレンズ５５ａの配置ピッチが４１．４μｍであると、第１の結像光学系からの光のマイクロレンズ５５ａへの入射位置が１μｍずれただけでも、消光比は１：約４０に悪化する。
【００７１】
したがって、第１の結像光学系の歪曲収差が大きくて、像のピッチ精度が低いと、消光比が悪化することになる。また、結像光学系からの光ビームに収差があると、ＤＭＤ５０による像にボケが生じるとともに、同様に消光比も悪化する。本実施の形態では、前述した通り第１の結像光学系の倍率を比較的小さい３倍としていることにより、その歪曲収差が小さく抑えられ、上記問題の発生を防止可能となっている。
【００７２】
一方、レンズ系５７、５８からなる第２の結像光学系の倍率も、比較的小さい１．６７倍とされているので、マイクロレンズ５５ａの集光位置でのビーム径が上述のように２．３μｍと比較的大きくなっていても、被露光面５６上でのビーム径を約４μｍ（ビーム間隔は６８．６μｍ）と十分に小さくして、高精細な画像を露光することができる。このように、マイクロレンズ５５ａの集光位置でのビーム径が比較的大きくてもよいのであれば、結像光学系の許容誤差が大きくなり、その設計が容易化される。
【００７３】
例えば、第２の結像光学系だけで５倍の倍率を得ようとすると、被露光面５６上でのビーム径を約４μｍにする場合には、マイクロレンズ５５ａの集光位置でのビーム径は０．８μｍと非常に小さくする必要がある。そのような結像光学系は許容誤差が小さく、設計が困難なものとなる。
【００７４】
なお、上述した第１の結像光学系の倍率を比較的小さく設定することは、この第１の結像光学系のＮＡ（開口数）がより大である場合ほど効果的である。以下その点について、図２６と図２７を参照して説明する。図２６は、第１の結像光学系を構成するレンズ系５２、５４と、マイクロレンズアレイ５５のマイクロレンズ５５ａを概略的に示している。また同図中の５０Ｍは、ＤＭＤ５０の１つのマイクロミラーを示している。
【００７５】
また図２７は、１つのマイクロレンズ５５ａに入射する光ビームの光量分布を示しているが、ここに直線で示すように光ビームの光量分布の拡がりが少なくなっていれば、あるマイクロレンズ５５ａに対して、それに対応するマイクロミラー５０Ｍ以外のマイクロミラー（通常は隣接するマイクロミラー）からの光ビームが入射することがなく、大きな消光比が得られる。そのようにするためには、第１の結像光学系のＮＡを大きくすればよい。それに対して第１の結像光学系のＮＡが小さい場合は、１つのマイクロレンズ５５ａに入射する光ビームの光量分布が図２７に破線で示すように拡がってしまうので、マイクロレンズ５５ａの前に、隣接するマイクロミラーからの光を遮蔽する遮蔽部材Ｓを配置する等の処置が必要になる。
【００７６】
上記の観点からは、第１の結像光学系としてＮＡの大きな光学系を採用するのが好ましいが、そのようにＮＡの大きい結像光学系で低収差を実現するのは、ＮＡが小さい場合と比べてより困難である。そこで、第２の結像光学系と倍率を分け合って、該第１の結像光学系の倍率を比較的小さくし、前述の歪曲収差を低く抑えることができれば、第１の結像光学系としてよりＮＡの大きな光学系も採用可能となり、消光比を大きく確保する上で有利となる。
【００７７】
なお一般的には、第１の結像光学系のＮＡが０．２の場合、マイクロレンズ５５ａの上のエアリーディスク半径は３μｍであり、これよりもＮＡを小さくしてエアリーディスク半径を大きくするのは好ましくない。したがって、第１の結像光学系のＮＡが０．２以上の場合に本発明を適用すれば、低収差を実現する上で特に好ましいと言える。
【００７８】
なお本実施の形態では、図１６（Ａ）及び（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７５６組配列されているが、本例では、コントローラにより一部のマイクロミラー列（例えば、１０２４個×３００列）だけが駆動するように制御がなされる。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
例えば、６００組のマイクロミラー列の内、３００組だけ使用する場合には、６００組全部使用する場合と比較すると１ライン当り２倍速く変調することができる。また、６００組のマイクロミラー列の内、２００組だけ使用する場合には、６００組全部使用する場合と比較すると１ライン当り３倍速く変調することができる。即ち、副走査方向に５００ｍｍの領域を１７秒で露光できる。更に、１００組だけ使用する場合には、１ライン当り６倍速く変調することができる。即ち、副走査方向に５００ｍｍの領域を９秒で露光できる。
【００８２】
使用するマイクロミラー列の数、即ち、副走査方向に配列されたマイクロミラーの個数は、１０以上で且つ２００以下が好ましく、１０以上で且つ１００以下がより好ましい。１画素に相当するマイクロミラー１個当りの面積は１５μｍ×１５μｍであるから、ＤＭＤ５０の使用領域に換算すると、１２ｍｍ×１５０μｍ以上で且つ１２ｍｍ×３ｍｍ以下の領域が好ましく、１２ｍｍ×１５０μｍ以上で且つ１２ｍｍ×１．５ｍｍ以下の領域がより好ましい。
【００８３】
使用するマイクロミラー列の数が上記範囲にあれば、図１７（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、ファイバアレイ光源６６から出射されたレーザ光をレンズ系６７で略平行光化して、ＤＭＤ５０に照射することができる。ＤＭＤ５０によりレーザ光を照射する照射領域は、ＤＭＤ５０の使用領域と一致することが好ましい。照射領域が使用領域よりも広いとレーザ光の利用効率が低下する。
【００８４】
一方、ＤＭＤ５０上に集光させる光ビームの副走査方向の径を、レンズ系６７により副走査方向に配列されたマイクロミラーの個数に応じて小さくする必要があるが、使用するマイクロミラー列の数が１０未満であると、ＤＭＤ５０に入射する光束の角度が大きくなり、走査面５６における光ビームの焦点深度が浅くなるので好ましくない。また、使用するマイクロミラー列の数が２００以下が変調速度の観点から好ましい。なお、ＤＭＤは反射型の空間光変調素子であるが、図１７（Ａ）及び（Ｂ）は、光学的な関係を説明するために展開図とした。
【００８５】
スキャナ１６２による感光材料１５０の副走査が終了し、検知センサ１６４で感光材料１５０の後端が検出されると、ステージ１５２は、図示しない駆動装置により、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。
【００８６】
以上説明した通り、本例の露光装置は、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７５６組配列されてなるＤＭＤを備えているが、コントローラにより一部のマイクロミラー列だけが駆動されるように制御するので、全部のマイクロミラー列を駆動する場合に比べて、１ライン当りの変調速度が速くなる。これにより高速での露光が可能になる。
【００８７】
また、ＤＭＤを照明する光源に、合波レーザ光源の光ファイバの出射端部をアレイ状に配列した高輝度のファイバアレイ光源を用いているので、高出力で且つ深い焦点深度を備えた露光装置を実現することができる。更に、各ファイバ光源の出力が大きくなることで、所望の出力を得るために必要なファイバ光源数が少なくなり、露光装置の低コスト化が図られる。
【００８８】
特に本例では、光ファイバの出射端のクラッド径を入射端のクラッド径よりも小さくしているので、発光部径がより小さくなり、ファイバアレイ光源の高輝度化が図られる。これにより、より深い焦点深度を備えた露光装置を実現することができる。例えば、ビーム径１μｍ以下、解像度０．１μｍ以下の超高解像度露光の場合にも、深い焦点深度を得ることができ、高速且つ高精細な露光が可能となる。従って、高解像度が必要とされる薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の露光工程に好適である。
【００８９】
［他の空間光変調素子］
上記の例では、ＤＭＤのマイクロミラーを部分的に駆動する例について説明したが、所定方向に対応する方向の長さが前記所定方向と交差する方向の長さより長い基板上に、各々制御信号に応じて反射面の角度が変更可能な多数のマイクロミラーが２次元状に配列された細長いＤＭＤを用いても、反射面の角度を制御するマイクロミラーの個数が少なくなるので、同様に変調速度を速くすることができる。
【００９０】
上記の例では、空間光変調素子としてＤＭＤを備えた露光ヘッドについて説明したが、例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）タイプの空間光変調素子（ＳＬＭ；Spacial Light Modulator）や、電気光学効果により透過光を変調する光学素子（ＰＬＺＴ素子）や液晶光シャッタ（ＦＬＣ）等、ＭＥＭＳタイプ以外の空間光変調素子を用いる場合にも、本発明は適用可能である。
【００９１】
なお、ＭＥＭＳとは、ＩＣ製造プロセスを基盤としたマイクロマシニング技術によるマイクロサイズのセンサ、アクチュエータ、そして制御回路を集積化した微細システムの総称であり、ＭＥＭＳタイプの空間光変調素子とは、静電気力を利用した電気機械動作により駆動される空間光変調素子を意味している。
【００９２】
［他の露光方式］
図１８に示すように、上記例と同様に、スキャナ１６２によるＸ方向への１回の走査で感光材料１５０の全面を露光してもよく、図１９（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、スキャナ１６２により感光材料１５０をＸ方向へ走査した後、スキャナ１６２をＹ方向に１ステップ移動し、Ｘ方向へ走査を行うというように、走査と移動を繰り返して、複数回の走査で感光材料１５０の全面を露光するようにしてもよい。なお、この例では、スキャナ１６２は１８個の露光ヘッド１６６を備えている。
【００９３】
［他のレーザ装置（光源）］
上記の例では、合波レーザ光源を複数備えたファイバアレイ光源を用いる例について説明したが、レーザ装置は、合波レーザ光源をアレイ化したファイバアレイ光源には限定されない。例えば、１個の発光点を有する単一の半導体レーザから入射されたレーザ光を出射する１本の光ファイバを備えたファイバ光源をアレイ化したファイバアレイ光源を用いることができる。
【００９４】
また、複数の発光点を備えた光源としては、例えば、図２０に示すように、ヒートブロック１００上に、複数（例えば、７個）のチップ状の半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７を配列したレーザアレイを用いることができる。また、図２１（Ａ）に示す、複数（例えば、５個）の発光点１１０ａが所定方向に配列されたチップ状のマルチキャビティレーザ１１０が知られている。マルチキャビティレーザ１１０は、チップ状の半導体レーザを配列する場合と比べ、発光点を位置精度良く配列できるので、各発光点から出射されるレーザビームを合波し易い。但し、発光点が多くなるとレーザ製造時にマルチキャビティレーザ１１０に撓みが発生し易くなるため、発光点１１０ａの個数は５個以下とするのが好ましい。
【００９５】
本例の露光ヘッドでは、このマルチキャビティレーザ１１０や、図２１（Ｂ）に示すように、ヒートブロック１００上に、複数のマルチキヤビティレーザ１１０が各チップの発光点１１０ａの配列方向と同じ方向に配列されたマルチキャビティレーザアレイを、レーザ装置（光源）として用いることができる。
【００９６】
また、合波レーザ光源は、複数のチップ状の半導体レーザから出射されたレーザ光を合波するものには限定されない。例えば、図２２に示すように、複数（例えば、３個）の発光点１１０ａを有するチップ状のマルチキャビティレーザ１１０を備えた合波レーザ光源を用いることができる。この合波レーザ光源は、マルチキャビティレーザ１１０と、１本のマルチモード光ファイバ１３０と、集光レンズ１２０と、を備えて構成されている。マルチキャビティレーザ１１０は、例えば、発振波長が４０５ｎｍのＧａＮ系レーザダイオードで構成することができる。
【００９７】
上記の構成では、マルチキャビティレーザ１１０の複数の発光点１１０ａの各々から出射したレーザビームＢの各々は、集光レンズ１２０によって集光され、マルチモード光ファイバ１３０のコア１３０ａに入射する。コア１３０ａに入射したレーザ光は、光ファイバ内を伝搬し、１本に合波されて出射する。
【００９８】
マルチキャビテイレーザ１１０の複数の発光点１１０ａを、上記マルチモード光ファイバ１３０のコア径と略等しい幅内に並設すると共に、集光レンズ１２０として、マルチモード光ファイバ１３０のコア径と略等しい焦点距離の凸レンズや、マルチキャビティレーザ１１０からの出射ビームをその活性層に垂直な面内のみでコリメートするロッドレンズを用いることにより、レーザビームＢのマルチモード光ファイバ１３０への結合効率を上げることができる。
【００９９】
また、図２３に示すように、複数（例えば、３個）の発光点を備えたマルチキャビティレーザ１１０を用い、ヒートブロック１１１上に複数（例えば、９個）のマルチキャビティレーザ１１０が互いに等間隔で配列されたレーザアレイ１４０を備えた合波レーザ光源を用いることができる。複数のマルチキヤビティレーザ１１０は、各チップの発光点１１０ａの配列方向と同じ方向に配列されて固定されている。
【０１００】
この合波レーザ光源は、レーザアレイ１４０と、各マルチキヤピティレーザ１１０に対応させて配置した複数のレンズアレイ１１４と、レーザアレイ１４０と複数のレンズアレイ１１４との間に配置された１本のロッドレンズ１１３と、１本のマルチモード光ファイバ１３０と、集光レンズ１２０と、を備えて構成されている。レンズアレイ１１４は、マルチキヤピティレーザ１１０の発光点に対応した複数のマイクロレンズを備えている。
【０１０１】
上記の構成では、複数のマルチキヤビティレーザ１１０の複数の発光点１０ａの各々から出射したレーザビームＢの各々は、ロッドレンズ１１３により所定方向に集光された後、レンズアレイ１１４の各マイクロレンズにより平行光化される。平行光化されたレーザビームＬは、集光レンズ１２０によって集光され、マルチモード光フアイバ１３０のコア１３０ａに入射する。コア１３０ａに入射したレーザ光は、光フアイバ内を伝搬し、１本に合波されて出射する。
【０１０２】
更に他の合波レーザ光源の例を示す。この合波レーザ光源は、図２４（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、略矩形状のヒートブロック１８０上に光軸方向の断面がＬ字状のヒートブロック１８２が搭載され、２つのヒートブロック間に収納空間が形成されている。Ｌ字状のヒートブロック１８２の上面には、複数の発光点（例えば、５個）がアレイ状に配列された複数（例えば、２個）のマルチキャビティレーザ１１０が、各チップの発光点１１０ａの配列方向と同じ方向に等間隔で配列されて固定されている。
【０１０３】
略矩形状のヒートブロック１８０には凹部が形成されており、ヒートブロック１８０の空間側上面には、複数の発光点（例えば、５個）がアレイ状に配列された複数（例えば、２個）のマルチキャビティレーザ１１０が、その発光点がヒートブロック１８２の上面に配置されたレーザチップの発光点と同じ鉛直面上に位置するように配置されている。
【０１０４】
マルチキャビティレーザ１１０のレーザ光出射側には、各チップの発光点１１０ａに対応してコリメートレンズが配列されたコリメートレンズアレイ１８４が配置されている。コリメートレンズアレイ１８４は、各コリメートレンズの長さ方向とレーザビームの拡がり角が大きい方向（速軸方向）とが一致し、各コリメートレンズの幅方向が拡がり角が小さい方向（遅軸方向）と一致するように配置されている。このように、コリメートレンズをアレイ化して一体化することで、レーザ光の空間利用効率が向上し合波レーザ光源の高出力化が図られると共に、部品点数が減少し低コスト化することができる。
【０１０５】
また、コリメートレンズアレイ１８４のレーザ光出射側には、１本のマルチモード光ファイバ１３０と、このマルチモード光ファイバ１３０の入射端にレーザビームを集光して結合する集光レンズ１２０と、が配置されている。
【０１０６】
上記の構成では、レーザブロック１８０、１８２上に配置された複数のマルチキヤビティレーザ１１０の複数の発光点１０ａの各々から出射したレーザビームＢの各々は、コリメートレンズアレイ１８４により平行光化され、集光レンズ１２０によって集光されて、マルチモード光フアイバ１３０のコア１３０ａに入射する。コア１３０ａに入射したレーザ光は、光フアイバ内を伝搬し、１本に合波されて出射する。
【０１０７】
この合波レーザ光源は、上記の通り、マルチキャビティレーザの多段配置とコリメートレンズのアレイ化とにより、特に高出力化を図ることができる。この合波レーザ光源を用いることにより、より高輝度なファイバアレイ光源やバンドルファイバ光源を構成することができるので、露光装置のレーザ光源を構成するファイバ光源として特に好適である。
【０１０８】
なお、上記の各合波レーザ光源をケーシング内に収納し、マルチモード光ファイバ１３０の出射端部をそのケーシングから引き出したレーザモジュールを構成することができる。
【０１０９】
また、上記の例では、合波レーザ光源のマルチモード光ファイバの出射端に、コア径がマルチモード光ファイバと同一で且つクラッド径がマルチモード光ファイバより小さい他の光ファイバを結合してファイバアレイ光源の高輝度化を図る例について説明したが、例えば、クラッド径が１２５μｍ、８０μｍ、６０μｍ等のマルチモード光ファイバを、出射端に他の光ファイバを結合せずに使用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による露光装置の外観を示す斜視図
【図２】図１の露光装置のスキャナの構成を示す斜視図
【図３】（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４】図１の露光装置の露光ヘッドの概略構成を示す斜視図
【図５】図４に示す露光ヘッドの構成を示す光軸に沿った副走査方向の断面図
【図６】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
【図７】（Ａ）及び（Ｂ）はＤＭＤの動作を説明するための説明図
【図８】（Ａ）及び（Ｂ）は、ＤＭＤを傾斜配置しない場合と傾斜配置する場合とで、露光ビームの配置及び走査線を比較して示す平面図
【図９】（Ａ）はファイバアレイ光源の構成を示す斜視図、（Ｂ）は（Ａ）の部分拡大図、（Ｃ）及び（Ｄ）はレーザ出射部における発光点の配列を示す平面図
【図１０】マルチモード光ファイバの構成を示す図
【図１１】合波レーザ光源の構成を示す平面図
【図１２】レーザモジュールの構成を示す平面図
【図１３】図１２に示すレーザモジュールの構成を示す側面図
【図１４】図１２に示すレーザモジュールの構成を示す部分側面図
【図１５】（Ａ）及び（Ｂ）は、従来の露光装置における焦点深度と図１の露光装置における焦点深度との相違を示す光軸に沿った断面図
【図１６】（Ａ）及び（Ｂ）は、ＤＭＤの使用領域の例を示す図
【図１７】（Ａ）はＤＭＤの使用領域が適正である場合の側面図、（Ｂ）は（Ａ）の光軸に沿った副走査方向の断面図
【図１８】スキャナによる１回の走査で感光材料を露光する露光方式を説明するための平面図
【図１９】（Ａ）及び（Ｂ）はスキャナによる複数回の走査で感光材料を露光する露光方式を説明するための平面図
【図２０】レーザアレイの構成を示す斜視図
【図２１】（Ａ）はマルチキャビティレーザの構成を示す斜視図、（Ｂ）は（Ａ）に示すマルチキャビティレーザをアレイ状に配列したマルチキャビティレーザアレイの斜視図
【図２２】合波レーザ光源の他の構成を示す平面図
【図２３】合波レーザ光源の他の構成を示す平面図
【図２４】（Ａ）は合波レーザ光源の他の構成を示す平面図、（Ｂ）は（Ａ）の光軸に沿った断面図
【図２５】（Ａ）はマイクロレンズアレイ等を使用しない場合に被露光面に投影される光像を示す概略図、（Ｂ）はマイクロレンズアレイ等を使用した場合に被露光面に投影される光像を示す概略図
【図２６】図１の露光装置に用いられた光学系の一部を示す側面図
【図２７】図２６の光学系を経てマイクロレンズアレイに入射する光ビームの光量分布を説明する図
【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 デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）
５１ 拡大結像光学系
５３、５４ 第１結像光学系のレンズ
５５ マイクロレンズアレイ
５７、６８ 第２結像光学系のレンズ
５９ アパーチャアレイ
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
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 (1)
- 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で変調された光の光路に配置された第１の結像光学系と、
前記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り、前記第１の結像光学系による結像面の近傍に配置されたマイクロレンズアレイと、
このマイクロレンズアレイを通過した光の光路に配置されて、前記変調された光による像を感光材料に結像する第２の結像光学系とを備えてなる画像形成装置において、
前記第１および第２の結像光学系が、それぞれ１倍を超える倍率で像を結ぶ拡大結像光学系とされ、
第１の結像光学系が第２の結像光学系よりも高倍率とされていることを特徴とする感光材料露光用の画像形成装置。
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