JP4373731B2 - 描画装置及び描画方法 - Google Patents

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Description

本発明は、描画装置及び描画方法に関し、特に、描画面に対し、この描画面に沿った所定方向へ相対移動される描画ヘッドを備えた描画装置、及びこの描画ヘッドを使用した描画方法に関する。
従来から、描画装置の一例として、デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）等の空間光変調素子（描画素子）を利用して、画像データに応じて変調された光ビームで画像露光を行う露光装置が種々提案されている。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マイクロミラーが、シリコン等の半導体基板上にＬ行×Ｍ列の２次元状に配列されたミラーデバイスであり、ＤＭＤを露光面に沿った一定の方向に走査することで、実際の露光が行われる。
一般に、ＤＭＤのマイクロミラーは、各行の並び方向と各列の並び方向とが直交するように配列されている。このようなＤＭＤを、走査方向に対して傾斜させて配置することで、走査時に走査線の間隔が密になり、解像度を上げることができる。例えば、特許文献１には、複数の光弁を備えたサブ領域（空間変調素子）へと光を導く照明システムにおいて、サブ領域を、走査線上への投影に対して傾斜させることで、解像度を高めることができる点が記載されている。この方法によれば、走査方向と直交する方向の解像度を高めることができる。しかしながら、走査方向と直交する方向の解像度については、二次元状に空間変調素子が配列されているため、配列数と傾斜角度を調整することにより、容易に解像度を上げることができ、場合によっては必要以上に高い解像度となってしまうこともあった。
一方、走査方向の解像度は、通常、走査速度と空間変調素子の変調速度によって決定される。したがって、走査方向の解像度を高くするためには、走査速度を遅くするか、もしくは空間変調素子の変調速度を速める必要がある。しかしながら、走査速度を遅くすれば描画速度が遅くなって生産性が低下するという問題が生じ、空間変調素子の変調速度を速めるのにも限界がある。
特表２００１−５００６２８号公報
本発明は上記事実を考慮し、走査速度を遅くする、または、描画素子群の変調速度を速めることなく、走査方向の解像度を高めることの可能な描画装置及び描画方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、請求項１に記載の描画装置は、描画面に沿った所定の走査方向へ相対移動される描画ヘッドを備え、描画データに基づいて描画を行う描画装置であって、描画面と実質的に平行な面内で複数の描画素子を二次元に配列して構成され、描画面で全体として前記走査方向に対し所定の傾斜角度で傾斜した二次元状の描画画素群を生成する描画素子群と、前記走査方向に互いに隣接する描画素子の間隔を画素ピッチ、前記描画素子によって描画された被描画面上の画素の間隔を描画ピッチとして、画素ピッチを描画ピッチで除した値としての描画倍率が少数点以下の値を持つように描画倍率を設定する設定手段と、前記少数点以下の値に応じて前記描画データを前記各描画素子により描画される画素へ割り付けるデータ割付手段と、を含んで構成されている。
また、請求項１０に記載の描画方法は、描画ヘッドを描画面に沿った所定の走査方向へ相対移動させて、描画データに基づいて描画を行う描画方法であって、描画面と実質的に平行な面内で複数の描画素子を描画面で全体として前記走査方向に対し所定の傾斜角度で傾斜した二次元に配列して構成し、前記走査方向に互いに隣接する描画素子の間隔を画素ピッチ、前記描画素子によって描画された被描画面上の画素の間隔を描画ピッチとして、画素ピッチを描画ピッチで除した値としての描画倍率が少数点以下の値を持つように設定し、前記小数点以下の値に応じて前記描画データを前記各描画素子により描画される画素へ割り付けて描画を行うものである。
上記描画装置、及び描画方法では、描画ヘッドが描画面に沿った所定の走査方向へと相対移動され、描画ヘッドによって、描画データに基づいて描画面に描画（画像記録）が行われる。
この描画時の描画倍率は、設定手段によって、小数点以下の値を持つように設定されている。この描画倍率は、走査方向の画素ピッチを描画素子の描画ピッチで除した値で示され、描画倍率が小数点以下の値を持つとは、言い換えれば、走査方向の画素ピッチを描画素子の描画ピッチで除したときに割り切れず、余りが生じることを意味する。
ここで、画素ピッチ及び描画ピッチについて説明する。図２０には、複数の描画素子を被描画面へ投影したときの投影位置Ｈが示されている。各々の投影位置Ｈ１〜Ｈ９は、走査方向Ｘへ移動しながら被描画面に描画を行っていく。また、図２１には、描画素子によって描画された被描画面上の画素Ｉで構成される画素群が示されている。図中、投影位置Ｈに対応してある微小時間に描画される画素を実線で示し、その他の画素を一点鎖線で示している。画素ピッチは、図２０及び図２１にＰ１で示すように、走査方向Ｘの投影位置Ｈ間の距離をいい、描画ピッチとは、図２１にＰ２で示すように、走査方向Ｘの画素Ｉ間の距離をいう。通常は、描画ピッチよりも小さい単位で描画することはできない。それは以下の理由による。いま例えば、左端の投影位置Ｈ１を描画する描画素子が、走査方向Ｘに移動しながら複数の画素Ｉ１を順次描画してゆくとする。描画倍率が整数に設定されていると、各描画素子によって描画される画素は、図２２に示すように、走査方向と直交する方向Ｙに沿って並び、Ｙ方向に画素列が形成される。この画素列間の間隔は描画ピッチと一致しているため、よりも小さい単位で描画することはできないのである。
一方、描画倍率が小数点以下の値を持つように設定されていると、図２１に示すように、投影位置Ｈ１に対応する描画素子によって描画される画素Ｉ１と、この描画素子と走査方向に隣接して投影位置Ｈ２を描画する描画素子によって描画される画素Ｉ２とは、走査方向と直交する方向Ｙに沿って並ばずに、走査方向Ｘにずれている。そこで、描画倍率を上記のように設定した上で、画素Ｉ１と画素Ｉ２とに、ずれＺ（小数点以下の値、及び描画ピッチによって決まる）に応じた解像度が実現されるように、描画データを割り付ける。このようにデータを割り付けることにより、走査方向と直交する方向Ｙに投影される像の情報量を増加させることができる（図２１の例では２倍）。したがって、走査速度を遅くすることなく、または、描画素子群の変調速度を速めることなく、走査方向の解像度を高めることができる。また、同一解像度においては、描画速度を速めることができる。
なお、本発明の描画装置または描画方法は、請求項２及び請求項１１に記載のように、描画される領域毎に前記画素をグルーピングして画素群を構成し、この画素群に対応するように所定の描画データが前記データ割付手段によって割り付けられることを特徴とすることができる。
入力される描画データの解像度と、実際に描画可能な解像度とが異なっており、入力描画データに対して描画される画素が多い場合には、どのように各画素へ描画データを割り付けるかが問題となる。また、描画素子により描画される画素の位置は描画倍率によって定まるが、描画倍率を正確に設定するためには、部品の取付精度等を上げる必要があり、コスト高となってしまう。そこで、描画される画素を描画される領域毎にグルーピングし、グルーピングされた画素群に対応するように所定の描画データを割り付ける。これにより、描画倍率に誤差が生じていたとしても、所定の描画データに応じた描画を行うことができる。
なお、本発明の描画装置または描画方法における前記描画倍率の設定は、請求項３、及び請求項１２に記載のように、前記描画素子の一描画から次の描画までの時間を変化させることにより行うことも、請求項４及び請求項１３に記載のように、前記描画ヘッドの相対移動速度を変化させることにより行うことも可能である。
さらに、請求項５、及び請求項１４に記載のように、前記描画ヘッドの前記描画素子からの光を前記描画面へ結像させる結像倍率を変化させることにより行うことも可能である。
前述のように、描画倍率は、画素ピッチを描画ピッチで除した値であるため、画素ピッチ、描画ピッチ、を変化させることにより設定可能である。ここでの画素ピッチは、結像手段の結像倍率を変化させることにより変化する。また、描画ピッチは、描画素子の一描画から次の描画までの時間をＴ、描画ヘッドの相対移動速度Ｖとすると、Ｔ×Ｖで表される。したがって、結像手段の結像倍率、描画素子の一描画から次の描画までの時間、及び、描画ヘッドの相対移動速度の少なくとも一方を変化させることにより画素ピッチ、描画ピッチも変化させて、描画倍率を設定することができる。
また、本発明の描画装置を構成する描画ヘッド、または本発明の描画方法に用いる描画ヘッドとしては、画像情報に応じてインク滴を描画面に吐出するインクジェット記録ヘッドであってもよいが、請求項６及び請求項１５に記載のように、描画データに対応して各画素毎に変調された光を、描画面としての露光面に照射する変調光照射装置、である描画ヘッドでもよい。この描画ヘッドでは、変調光照射装置から、画像データに対応して各画素ごとに変調された光が描画面である露光面に照射される。そして、この描画ヘッドが露光面に対し、露光面に沿った方向へと相対移動されることで、露光面に二次元像が描画される。
この変調光照射装置としては、たとえば、多数の点光源が二次元状に配列された二次元配列光源を挙げることができる。この構成では、それそれの点光源が、画像データに応じて光を射出する。この光が、必要に応じて高輝度ファイバなどの導光部材で所定位置まで導かれ、さらに必要に応じてレンズやミラーなどの光学系で整形などが行われ、露光面に照射される。
また、変調光照射装置として、請求項７、及び請求項１６に記載のように、レーザ光を照射するレーザ装置と、各々制御信号に応じて光変調状態が変化する多数の描画素子が２次元状に配列され、前記レーザ装置から照射されたレーザ光を変調する空間光変調素子と、前記描画素子群を露光情報に応じて生成した制御信号によって制御する制御手段と、を含む構成とすることができる。この構成では、制御手段により、空間光変調素子の各描画素子の光変調状態が変化され、空間光変調素子に照射されたレーザ光が、変調されて、露光面に照射される。もちろん、必要に応じて、高輝度ファイバなどの導光部材や、レンズ、ミラーなどの光学系を用いてもよい。
空間光変調素子としては、請求項８及び請求項１７に記載のように、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次元状に配列されて構成されたマイクロミラーデバイスや、請求項９及び請求項１８に記載のように、各々制御信号に応じて透過光を遮断することが可能な多数の液晶セルが２次元状に配列されて構成された液晶シャッターアレイを用いることができる。
本発明は上記構成としたので、走査速度を遅くする、または、描画素子群の変調速度を速めることなく、走査方向の解像度を高めることができる。また、同一解像度における描画速度を速めることができる。
本発明の実施の形態に係る描画装置は、いわゆるフラッドベッドタイプの露光装置とされており、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。
図２には、露光装置の制御系の概略ブロック図が示されている。ステージ１５２は、このステージ１５２をガイド１５８に沿って駆動するためのステージ駆動部１５３と接続されており、ステージ駆動部１５３は、駆動信号を出力するコントローラ５２と接続されている。コントローラ５２は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、各種メモリ、入力部などを含んで構成されており、露光装置の各部の制御を行う際の制御信号を出力可能とされている。ステージ１５２の走査方向の移動速度（走査速度Ｖ）は、コントローラ５２からのステージ駆動信号によって制御されている。
図１に示すように、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、図２に示すように、コントローラ５２に接続されており、露光ヘッド１６６によって露光する際に所定のタイミングで露光するように制御されている。
スキャナ１６２は、図３及び図４（Ｂ）に示すように、ｍ行ｎ列（例えば、２行５列）の略マトリックス状に配列された複数の露光ヘッド１６６を備えている。本実施形態では、感光材料１５０の幅との関係で、１行目及び２行目に５個の露光ヘッド１６６を配置し、全体で、１０個とした。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。
露光ヘッド１６６による露光エリア１６８は、図３では、走査方向を短辺とする矩形状で、且つ、ヘッド並び方向に対し、所定の傾斜角で傾斜している。そして、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。
また、図４（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、帯状の露光済み領域１７０のそれぞれが隣接する露光済み領域１７０と部分的に重なるように、ライン状に配列された各行の露光ヘッドの各々は、ヘッド並び方向に所定間隔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により露光することができる。
露光ヘッド１６６11〜１６６mn各々は、図５、図６（Ａ）及び（Ｂ）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、図２に示すように、ミラー駆動部５１と接続され、ミラー駆動部５１は、コントローラ５２に接続されている。コントローラ５２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ミラー制御信号をが生成される。この画像データの変換は、画像データの拡大又は縮小を含むような変換とすることが可能である。
また、ミラー駆動部５１では、ミラー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。
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。
レンズ系６７は、ファイバアレイ光源６６から出射されたレーザ光を平行光化する１対の組合せレンズ７１、平行光化されたレーザ光の光量分布が均一になるように補正する１対の組合せレンズ７３、及び光量分布が補正されたレーザ光をＤＭＤ上に集光する集光レンズ７５で構成されている。組合せレンズ７３は、レーザ出射端の配列方向に対しては、レンズの光軸に近い部分は光束を広げ且つ光軸から離れた部分は光束を縮め、且つこの配列方向と直交する方向に対しては光をそのまま通過させる機能を備えており、光量分布が均一となるようにレーザ光を補正する。
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上に結像するレンズ系５４、５８が配置されている。図２に示すように、レンズ系５４及び５８は、レンズ系駆動部５５と接続され、レンズ系駆動部５５は、コントローラ５２に接続されている。コントローラ５２からは、ＤＭＤ５０で反射されたレーザ光が走査面５６上に所定の倍率で結像されるためにレンズ系５４及び５８を移動させるレンズ系駆動信号が出力され、レンズ系駆動部５５で、このレンズ系駆動信号に基づいてレンズ系５４及び５８を制御する。
本実施形態では、ファイバアレイ光源６６から出射されたレーザ光は、実質的に５倍に拡大された後、各画素がこれらのレンズ系５４、５８によって約５μｍに絞られるように設定されている。
ＤＭＤ５０は、図７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。
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８（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８（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８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。
なお、図８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、コントローラ５２からのミラー制御信号によって行われる。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。
ここで、本実施形態におけるマイクロミラー６２の配置と感光材料１５０への露光について説明する。なお、本実施形態では、わかりやすくするため、具体的な数値を用いて説明するが、ここで挙げる数値に限定されるものではない。
図９には、１つのＤＭＤ５０で得られる露光エリア１６８の一部が示されている。ＤＭＤ５０は１０２４個×２５６個のマイクロミラー６２が所定のピッチで格子状に配列されて構成されている。ＤＭＤ５０で反射された露光ビームは、レンズ系５４及び５８により、画素ピッチＰが６１μｍとなるように、所定の倍率で感光材料１５０上に結像されている。ＤＭＤ５０は、走査方向Ｘに対して、所定角度傾斜されており、これにより、露光ビームの走査軌跡の列間ピッチが０．２５μｍとなるようにされている。また、ステージ１５２の移動速度（以下「走査速度Ｖ」という）は４０ｍｍ／ｓに、ＤＭＤ５０の変調時間Ｔ（変調周期）は５０μｓｅｃに、各々コントローラ５２によって設定されている。
図１０には、ＤＭＤ５０によって露光された感光材料１５０の一部が示されている（但し、実際の露光径は、図に示したものよりも大きくなる）。一回の変調での露光距離（以下「露光ピッチＱ」という）は、
露光ピッチＱ ＝ 走査速度Ｖ × 変調時間Ｔ …（１）
で、示される。ここでの露光ピッチＱは、４０ｍｍ／ｓ×５０μｓｅｃ＝２μｍ、となる。したがって、１つの走査線で露光可能な走査方向の最小単位は２μｍとなる。
露光装置の露光倍率Ｂは、
露光倍率Ｂ ＝ 画素ピッチＰ ／ 露光ピッチＱ …（２）
で示される。ここでの露光倍率Ｂは、６１μｍｍ／２μｍ＝３０．５となり、小数点以下の数値０．５を有している。本実施形態では、露光倍率Ｂが小数点以下の数値Ｍを有するように、すなわち、画素ピッチＰが露光ピッチＱで割り切れず余りが生じるように、露光倍率Ｂを設定することが必要である。露光倍率Ｂの設定は、画素ピッチＰ、及び、露光ピッチＱの少なくとも一方を調整して行うことができる。この画素ピッチＰの変更は、コントローラ５２によりレンズ系５４及び５８の結合倍率を変更することにより可能である。また、露光ピッチＱの変更は、コントローラ５２によりステージ１５２の走査速度Ｖを変化させること、及びコントローラ５２によりＤＭＤ５０の変調時間Ｔを変化させることの少なくとも一方の実行により可能である。なお、本実施形態のように、複数の露光ヘッド１６６について同一走査速度Ｖの設定のみ可能である場合には、走査速度Ｖの変更により露光倍率Ｂを設定することは難しい。各露光ヘッド１６６毎に、レンズ系５４、及び５８による結像倍率が僅かに異なるため、同一の走査速度変化により同一の画素ピッチ変化率を得られないからである。
このように、露光倍率Ｂが小数点以下の数値Ｍを持つ場合、副走査方向Ｙに隣り合う画素同士は副走査方向Ｙに沿って並ばず、走査方向Ｘにずれる。すなわち、小数点以下の数値Ｍを有していなければ、図１１に示すように、各々のマイクロミラー６２で露光される画素（左端列から順に画素Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ…とする）は、副走査方向に一列に並ぶ。しかし、小数点以下の数値を持つ場合、例えば、マイクロミラー６２Ａで露光される画素Ａと、マイクロミラー６２Ｂで露光される画素Ｂとは、Ｚだけずれている。そのずれ量Ｚは、
ずれ量Ｚ ＝ 露光ピッチＱ × 小数点以下の数値Ｍ …（３）
で示される。ここでのずれ量Ｚは、２μｍ×０．５＝１μｍとなる。したがってここでは、１つ飛びの画素Ａ、Ｃ、Ｅ…が副走査線Ｌ１上に並び、画素Ｂ、Ｄ、Ｆ…が副走査線Ｌ２上に並ぶ。すなわち、副走査方向Ｙに１つ飛びの画素が副走査方向Ｙ上に並ぶことになる。副走査線Ｌ１とＬ２の間隔は１μｍである。したがって、走査方向Ｘにおいて、最小単位を１μｍとする画像形成を行うことができる。（なお、小数点以下の数値を有していなければ、図１１に示すように、副走査線Ｌの間隔は２μｍであり、走査方向Ｘにおいて、最小単位を２μｍとする露光しか行うことができない。）そこで、本実施形態においては、副走査線Ｌ１、Ｌ２の間隔を考慮して画像データを割り付けてマイクロミラー６２を駆動させる。例えば、図１２（Ａ）に示すような画像データＤ（最小画像構成単位１μｍ、網かけのある部分が露光有り、白部分が露光なし）に対して、本実施形態における画素（図１２（Ｂ）参照）で画像を形成するとすれば、図１２（Ｃ）に黒点で示す画素が露光有りとなるように画像データを割り付ける。実際の露光径は、通常、露光ピッチＱよりも大きいため、図１２（Ｄ）に示すように、各々の露光領域Ｒは重なり合う。画像データの割付は、コントローラ５２で行われる。これにより限られた露光ピッチＱの調整範囲内で高解像度の露光を行うことができる。また、同一解像度であれば、より高速で露光をおこなうことができる。
図１３（Ａ）には、ファイバアレイ光源６６の構成が示されている。ファイバアレイ光源６６は、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１３（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１３（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。
光ファイバ３１の出射端部は、図１３（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。
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。
レーザモジュール６４は、図１４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。
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。
上記の合波レーザ光源は、図１５及び図１６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。
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、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１６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１７には、上記コリメータレンズ１１〜１７の取り付け部分の正面形状が示されている。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１７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。
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。
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としては、たとえば、焦点距離ｆ2＝２３ｍｍ、ＮＡ＝０．２のものを採用することが可能である。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、上記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。
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。
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、本実施の形態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。
露光パターンに応じた画像データが、コントローラ５２に入力され、コントローラ５２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（露光の有無）で表したデータであり、画像の最小構成単位を１μｍとするものである。
感光材料１５０を表面に吸着したステージ１５２は、ステージ駆動部１５３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所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、コントローラ５２内で、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、各露光ヘッド１６６毎にミラー制御信号が生成される。このときのミラー制御信号は、図１２（Ｃ）に示すように、１μｍ四方の領域の画素に対して１つの画像データが割り付けられるようにして生成される。そして、生成されたミラー制御信号に基づいて、ミラー駆動部５１により、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駆動される。
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。
そして、感光材料１５０がステージ１５２と共に所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。
このとき、本実施形態では、副走査線ＡとＢの間隔が１μｍであり、かつ、１μｍ四方の領域の画素に対して１つの画像データが割り付けられているので、最小構成単位を１μｍ四方とする画像を形成することができる。
なお、上記では、露光倍率Ｂの小数点以下の数値Ｍが０．５の例について説明したが、小数点以下の数値Ｍはこの数値に限定されない。例えば、表１に示すように画素ピッチＰ、露光ピッチＱを設定することができる。表１に示す「走査方向の最小単位」は、図１０に示す副走査線Ｌの間隔に相当する。
Figure 0004373731
 この中で、例えば、露光倍率Ｂの小数点以下の数値Ｍが０．２５の場合には、図１８に示すように、走査方向Ｘの２μｍ内に、間隔が０．５μｍの４パターンの副走査線Ｌ１〜Ｌ４が形成される。したがって、走査方向Ｘに対して０．５μｍ間隔で画像データを割り付けることにより、最小構成単位を０．５μｍとする画像を形成することができる。
また、露光倍率Ｂの小数点以下の数値が０．５の場合であっても、画像データの走査方向Ｘの最小単位が１μｍの場合には、図１９に示すように、一点鎖線で示す領域内に形成される副走査線Ｌ１、Ｌ２を１グループとして取り扱い、副走査線Ｌ３、Ｌ４を他の１グループとして取り扱う。このようにしてグルーピングを行い、１グループの画素群に対して所定の画像データを割り付けることにより、所望の解像度の画像を形成することができる。また、このように画像データを割り付けることにより、実際に露光される露光領域毎に画像データを割り付けることができるので、露光倍率に多少の誤差が生じていて実際の露光位置がずれていても、画像データに応じた画像形成を行うことができる。
このようにして、スキャナ１６２による感光材料１５０の走査が終了し、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、ステージ駆動部１５３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され、再度、ガイド１５８に沿ってゲート１６０の上流側から下流側に所定速度で移動される。
上記では、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このような反射型空間光変調素子の他に、透過型空間光変調素子（ＬＣＤ）を使用することもできる。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）等の液晶シャッターアレイなど、ＭＥＭＳタイプ以外の空間光変調素子を用いることも可能である。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。さらに、Ｇｒａｔｉｎｇ Ｌｉｇｈｔ Ｖａｌｖｅ（ＧＬＶ）を複数ならべて二次元状に構成したものを用いることもできる。これらの反射型空間光変調素子（ＧＬＶ）や透過型空間光変調素子（ＬＣＤ）を使用する構成では、上記したレーザの他にランプ等も光源として使用可能である。
また、上記の実施の形態では、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。
さらに、複数の発光点が二次元状に配列された光源（たとえば、ＬＤアレイ、有機ＥＬアレイ等）を使用することもできる。これらの光源を使用する構成では、発光点のそれぞれが画素に対応するようにすることで、上記した空間変調措置を省略することも可能となる。
上記の実施形態では、いわゆるフラッドベッドタイプの露光装置を例に挙げたが、本発明の露光装置としては、感光材料が巻きつけられるドラムを有する、いわゆるアウタードラムタイプの露光装置であってもよい。
また、上記の露光装置は、例えば、プリント配線基板（ＰＷＢ；Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｗｉｒｉｎｇ Ｂｏａｒｄ）の製造工程におけるドライ・フィルム・レジスト（ＤＦＲ；Ｄｒｙ Ｆｉｌｍ Ｒｅｓｉｓｔ）の露光、液晶表示装置（ＬＣＤ）の製造工程におけるカラーフィルタの形成、ＴＦＴの製造工程におけるＤＦＲの露光、プラズマ・ディスプレイ・パネル（ＰＤＰ）の製造工程におけるＤＦＲの露光等の用途に好適に用いることができる。
また、上記の露光装置には、露光により直接情報が記録されるフォトンモード感光材料、露光により発生した熱で情報が記録されるヒートモード感光材料の何れも使用することができる。フォトンモード感光材料を使用する場合、レーザ装置にはＧａＮ系半導体レーザ、波長変換固体レーザ等が使用され、ヒートモード感光材料を使用する場合、レーザ装置にはＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ（赤外レーザ）、固体レーザが使用される。
また、本発明では、露光装置に限らず、たとえばインクジェット記録ヘッドに同様の構成を採用することが可能である。すなわち、一般にインクジェット記録ヘッドでは、記録媒体（たとえば記録用紙やＯＨＰシートなど）に対向するノズル面に、インク滴を吐出するノズルが形成されているが、インクジェット記録ヘッドのなかには、このノズルを格子状に複数配置し、ヘッド自体を走査方向に対して傾斜させて、高解像度で画像を記録可能なものがある。このような二次元配列が採用されたインクジェット記録ヘッドにおいて、各インクジェット記録ヘッド間で走査方向の倍率誤差が生じていても、これを補正することができる。
本実施形態の露光装置の外観を示す斜視図である。 本実施形態の露光装置の制御系の概略ブロック図である。 本実施形態の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であり、（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。 本実施形態の露光ヘッドの概略構成を示す斜視図である。 （Ａ）は図５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であり、（Ｂ）は（Ａ）の側面図である。 本実施形態の露光ヘッドに係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）及び（Ｂ）は本実施形態の露光ヘッドに係るＤＭＤの動作を説明するための説明図である。 本実施形態の１つのＤＭＤで露光される露光位置を示す図である。 本実施形態のＤＭＤにより露光された露光領域の一部を示す図である。 露光倍率を整数にして露光した場合の露光領域の一部を示す図である。 ある入力画像データに本実施形態で露光される画素を割り付けて画像形成した例である。 （Ａ）はファイバアレイ光源の構成を示す斜視図であり、（Ｂ）は（Ａの部分拡大図であり、（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である。 本実施形態に係る合波レーザ光源の構成を示す平面図である。 本実施形態に係るレーザモジュールの構成を示す平面図である。 図１５に示すレーザモジュールの構成を示す側面図である。 図１５に示すレーザモジュールの構成を示す部分側面図である。 本実施形態ののＤＭＤにより露光された露光領域の他の例の一部を示す図である。 図１８の露光領域の所定画素のグルーピング例を示す図である。 複数の描画素子を被描画面へ投影したときの投影位置Ｈを示す図である 本発明が適用された場合の露光ピッチを示す図である。 本発明が適用されない場合の露光ピッチを示す図である。
符号の説明
ＬＤ１〜ＬＤ７ ＧａＮ系半導体レーザ
１０ ヒートブロック
１１〜１７ コリメータレンズ
２０ 集光レンズ
３０ マルチモード光ファイバ
５０ ＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス、空間光変調素子）
５１ ミラー駆動部（設定手段）
５２ コントローラ（設定手段）
５４、５８ レンズ系
５５ レンズ系駆動部（設定手段）
５６ 走査面（被露光面）
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
１５３ ステージ駆動部（設定手段）
１６２ スキャナ
１６６ 露光ヘッド
１６８ 露光エリア
Ｌ 副走査線
Ｂ 露光倍率
Ｄ 画像データ（描画データ）
Ｐ 画素ピッチ
Ｑ 露光ピッチ
Ｔ 変調時間
Ｖ 走査速度（相対移動速度）

Claims (18)

  1. 描画面に沿った所定の走査方向へ相対移動される描画ヘッドを備え、描画データに基づいて描画を行う描画装置であって、
    描画面と実質的に平行な面内で複数の描画素子を二次元に配列して構成され、描画面で全体として前記走査方向に対し所定の傾斜角度で傾斜した二次元状の描画画素群を生成する描画素子群と、
    前記走査方向に互いに隣接する描画素子の間隔を画素ピッチ、前記描画素子によって描画された被描画面上の画素の間隔を描画ピッチとして、画素ピッチを描画ピッチで除した値としての描画倍率が少数点以下の値を持つように描画倍率を設定する設定手段と、
    前記少数点以下の値に応じた解像度となるように前記各描画素子へ所定のタイミングで前記描画データを割り付けるデータ割付手段と、
    を備えた描画装置。
  2. 描画される領域毎に前記画素をグルーピングして画素群を構成し、この画素群に対応するように所定の描画データが前記データ割付手段によって割り付けられることを特徴とする請求項１に記載の描画装置。
  3. 前記設定手段による前記描画倍率の設定は、前記描画素子の描画データ切換え時間を変化させることにより行われることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の描画装置。
  4. 前記設定手段による前記描画倍率の設定は、前記描画ヘッドの相対移動速度を変化させることにより行われることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の描画装置。
  5. 前記描画素子からの描画像を所定の倍率で前記描画面へ結像させる結像手段を更に備え、
    前記設定手段による前記描画倍率の設定は、結像手段による結像倍率を変化させることにより行われることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の描画装置。
  6. 前記描画ヘッドは、描画データに対応して各画素毎に変調された光を、描画面としての露光面に照射する変調光照射装置、
    であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の描画装置。
  7. 前記変調光照射装置が、
    レーザ光を照射するレーザ装置と、
    各々制御信号に応じて光変調状態が変化する多数の描画素子が２次元状に配列され、前記レーザ装置から照射されたレーザ光を変調する空間光変調素子と、
    前記描画素子群を露光情報に応じて生成した制御信号によって制御する制御手段と、
    を含んで構成されていることを特徴とする請求項６に記載の描画装置。
  8. 前記空間光変調素子を、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次元状に配列されて構成されたマイクロミラーデバイスで構成したことを特徴とする請求項７に記載の描画装置。
  9. 前記空間光変調素子を、各々制御信号に応じて透過光を遮断することが可能な多数の液晶セルが２次元状に配列されて構成された液晶シャッターアレイで構成したことを特徴とする請求項７に記載の描画装置。
  10. 描画ヘッドを描画面に沿った所定の走査方向へ相対移動させて、描画データに基づいて描画を行う描画方法であって、
    描画面と実質的に平行な面内で複数の描画素子を描画面で全体として前記走査方向に対し所定の傾斜角度で傾斜した二次元に配列して構成し、
    前記走査方向に互いに隣接する描画素子の間隔を画素ピッチ、前記描画素子によって描画された被描画面上の画素の間隔を描画ピッチとして、画素ピッチを描画ピッチで除した値としての描画倍率が少数点以下の値を持つように設定し、
    前記小数点以下の値に応じて前記描画データを前記各描画素子により描画される画素へ割り付けて描画を行う描画方法。
  11. 描画される領域毎に前記画素をグルーピングした画素群に対し、所定の描画データを割り付けることを特徴とする請求項１０に記載の描画方法。
  12. 前記描画倍率の設定は、前記描画素子の描画データ切換え時間を変化させることにより行われることを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載の描画方法。
  13. 前記描画倍率の設定は、前記描画ヘッドの相対移動速度を変化させることにより行われることを特徴とする請求項１０乃至請求項１２のいずれか１項に記載の描画方法。
  14. 前記描画倍率の設定は、前記描画ヘッドの前記描画素子からの光を前記描画面へ結像させる結像倍率を変化させることにより行われることを特徴とする請求項１０乃至請求項１３のいずれか１項に記載の描画方法。
  15. 前記描画ヘッドは、画像情報に対応して各画素毎に変調された光を、描画面としての露光面に照射する変調光照射装置、
    であることを特徴とする請求項１０乃至請求項１４のいずれか１項に記載の描画方法。
  16. 前記変調光照射装置が、
    レーザ光を照射するレーザ装置と、
    各々制御信号に応じて光変調状態が変化する多数の描画素子部が２次元状に配列され、前記レーザ装置から照射されたレーザ光を変調する空間光変調素子と、
    前記描画素子部を露光情報に応じて生成した制御信号によって制御する制御手段と、
    を含んで構成されていることを特徴とする請求項１５に記載の描画方法。
  17. 前記空間光変調素子を、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次元状に配列されて構成されたマイクロミラーデバイスで構成したことを特徴とする請求項１６に記載の描画方法。
  18. 前記空間光変調素子を、各々制御信号に応じて透過光を遮断することが可能な多数の液晶セルが２次元状に配列されて構成された液晶シャッターアレイで構成したことを特徴とする請求項１６に記載の描画方法。
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