JP4588428B2 - 画像露光方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は画像露光装置に関し、特に詳細には、空間光変調素子で変調された光による像を感光材料上に結像させて該感光材料を露光する画像露光装置に関するものである。

また本発明は、上述のような画像露光装置を用いる露光方法に関するものである。

従来、空間光変調素子で変調された光を結像光学系に通し、この光による像を所定の感光材料上に結像して該感光材料を露光する画像露光装置が公知となっている。この種の画像露光装置は、基本的に、照射された光を各々制御信号に応じて変調する多数の画素部が２次元状に配列されてなる空間光変調素子と、この空間光変調素子に光を照射する光源と、前記空間光変調素子により変調された光による像を感光材料上に結像する結像光学系とを備えてなるものである。

この種の画像露光装置において、上記空間光変調素子としては、例えばＬＣＤ（液晶表示素子）やＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）等が好適に用いられ得る。なお上記のＤＭＤは、制御信号に応じて反射面の角度を変化させる多数の矩形のマイクロミラーが、シリコン等の半導体基板上に２次元状に配列されてなるミラーデバイスである。

上述のような画像露光装置においては、感光材料に投影する画像を拡大したいという要求が伴うことも多く、その場合には、結像光学系として拡大結像光学系が用いられる。そのようにする際、空間光変調素子を経た光をただ拡大結像光学系に通しただけでは、空間光変調素子の各画素部からの光束が拡大して、投影された画像において画素サイズが大きくなり、画像の鮮鋭度が低下してしまう。

そこで、空間光変調素子で変調された光の光路に第１の結像光学系を配し、この結像光学系による結像面には、空間光変調素子の各画素部にそれぞれ対応するマイクロレンズがアレイ状に配されてなるマイクロレンズアレイを配置し、そしてこのマイクロレンズアレイを通過した光の光路には、変調された光による像を感光材料やスクリーン上に結像する第２の結像光学系を配置して、これら第１および第２の結像光学系によって像を拡大投影することが考えられている。この構成においては、感光材料やスクリーン上に投影される画像のサイズは拡大される一方、空間光変調素子の各画素部からの光はマイクロレンズアレイの各マイクロレンズによって集光されるので、投影画像における画素サイズ（スポットサイズ）は絞られて小さく保たれるので、画像の鮮鋭度も高く保つことができる。

なお特許文献１には、空間光変調素子としてＤＭＤを用い、それとマイクロレンズアレイとを組み合わせてなる画像露光装置の一例が示されている。また特許文献２には、同種の画像露光装置において、マイクロレンズアレイの後側にマイクロレンズアレイの各マイクロレンズと対応するアパーチャ（開口）を有するアパーチャアレイ（開口板）を配置して、対応するマイクロレンズを経た光のみが開口を通過するようにした構成が示されている。この構成においては、開口板の各開口に、それと対応しない隣接のマイクロレンズからの光が入射することが防止されるので、隣接画素への迷光の入射を抑制できる。また、ＤＭＤの画素（マイクロミラー）をオフ状態にして露光面上に光が照射されないようにする場合であっても、露光面上に僅かな光が入射することがあるが、上記構成とすることで、ＤＭＤ画素がオフ状態にある時の露光面上の光量を低減することができる。
特開２００１−３０５６６３号公報 特開２００４−１２２４７０号公報

上述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てなる従来の画像露光装置においては、マイクロレンズアレイの各マイクロレンズで集光されたビームが感光材料上で細かく位置変動することにより、あたかも大きなスポット径のビームで露光がなされたような状態となって、露光画像の精細度が損なわれるという問題が認められる。

この問題は、特に空間光変調素子として前述のＤＭＤを用いた場合に顕著に認められる。以下、その場合の問題について詳しく説明する。図１７は、ＤＭＤのマイクロミラーの応答特性を示すものである。なおここではマイクロミラーが、オフ状態のとき基準位置（基板面）から−１２°、オン状態のとき基準位置から＋１２°の位置を取るものとする。同図中の時間０においてオン信号が入力されるものとすると、本来ならばマイクロミラーは直ちに＋１２°の位置を取ってそこで静止することが望まれるが、実際には、揺動するマイクロミラーの慣性および跳ね返りにより、＋１２°を挟んだ角度範囲でチャタリングが生じ、このチャタリングが収束してからマイクロミラーが静止する。

従来装置においては、前述した通り、第１の結像光学系による結像面にマイクロレンズが位置するようにマイクロレンズアレイが配置されていたので、マイクロミラーの応答に上記のような過渡特性が有ると、マイクロレンズに入射するビームの角度が小さく変動し、それにより感光材料上でのビーム位置が変動するのである。

以上、ＤＭＤを用いる場合の問題について説明したが、ＤＭＤ以外の空間光変調素子を用いる場合でも、マイクロレンズに入射するビームの角度が何らかの原因によって変動すれば、同様に露光画像の精細度が損なわれるという問題が発生する。

本発明は上記の事情に鑑みて、空間光変調素子とマイクロレンズアレイとを組み合わせてなる画像露光装置において、マイクロレンズに入射する光の角度が変動しても、露光画像の精細度を高く確保することができる画像露光装置および画像露光方法を提供することを目的とする。

本発明による画像露光装置は、従来装置においては空間光変調素子の画素部の像をマイクロレンズアレイの位置に結像させていたのに対し、この像をアパーチャアレイのアパーチャの部分に結像させ、このアパーチャアレイの像をマイクロレンズアレイによって、あるいはこのマイクロレンズアレイとさらに別の投影用光学系によって感光材料上に結像させるようにしたものである。

すなわち、本発明による第１の画像露光装置は、より詳しくは、
空間光変調素子を経た、画像を担持する光で感光材料を露光させる画像露光装置において、
照射された光を各々変調する複数の画素部が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を経た光を集光して、前記画素部の像をそれぞれ結像する結像光学系と、
遮光性部材に複数のアパーチャが２次元状に配列されてなり、前記結像光学系による結像位置において、前記画素部の像のそれぞれが各アパーチャの部分に位置するように配されたアパーチャアレイと、
このアパーチャアレイの前記アパーチャ部分の像をそれぞれ所定位置に結像させるマイクロレンズが、複数２次元状に配列されてなるマイクロレンズアレイと、
このマイクロレンズアレイによって結像された像を、前記感光材料上に結像投影する光学系とを備えてなることを特徴とするものである。

なお、上述のようなアパーチャアレイは、前記特許文献２等にも示されているが、そこにおけるアパーチャアレイは、マイクロレンズアレイの各マイクロレンズの周辺部やさらにその外側を通る光を遮断するために該マイクロレンズアレイの前段あるいは後段に設けられたもので、空間光変調素子の画素部の結像位置に配されるのはあくまでもアパーチャアレイではなくマイクロレンズアレイであって、この点が本願発明の画像露光装置とは相違する。

また、本発明による第２の画像露光装置は、上記と同様の空間光変調素子、光源、結像光学系およびアパーチャアレイに加えて、このアパーチャアレイのアパーチャ部分の像をそれぞれ感光材料上に結像させるマイクロレンズが、複数２次元状に配列されてなるマイクロレンズアレイが設けられてなることを特徴とするものである。

なお、上記の本発明による各画像露光装置は、画素部としての微小ミラーが２次元状に配列されてなるＤＭＤを空間光変調素子として用いるものであることが望ましい。

他方、本発明による画像露光方法は、上述した本発明による画像露光装置を用いて所定のパターンを感光材料に露光することを特徴とするものである。

本発明による画像露光装置は、空間光変調素子の画素部の像をアパーチャアレイのアパーチャの部分に結像させ、このアパーチャ部分の像をマイクロレンズアレイによって結像させるようにしたので、空間光変調素子の画素部からの光が上記アパーチャ部分にどのような入射角で入射しても、マイクロレンズアレイによる結像位置は変化しない。そこで、このマイクロレンズアレイによる像をさらに光学系を介して感光材料上に投影するようにした第１の画像露光装置においても、またこのマイクロレンズアレイによる像を直接感光材料上に結像させるようにした第２の画像露光装置においても、上記入射角の変動によって感光材料上のビーム位置が変動して、それにより露光画像の精細度が損なわれることを防止可能となる。

さらに、上述のようにアパーチャアレイのアパーチャ部分の像をマイクロレンズアレイによって結像させているので、このアパーチャアレイの前段に配される結像光学系の像面湾曲や非点隔差等によってアパーチャアレイに入射する光のビーム径が変動するようなことが有っても、感光材料上のビーム径は変動することがなく、この点からも高精細の画像を露光可能となる。

なお、本発明による画像露光装置が、微小ミラーが２次元状に配列されてなるＤＭＤを空間光変調素子として用いる画像露光装置を前提として構成された場合は、前述したようにマイクロミラーの過渡応答特性のために特に発生しやすくなっている上記問題を防止できるので、特に好ましいと言える。

他方、本発明による画像露光方法は、上述した本発明による画像露光装置を用いて所定のパターンを感光材料に露光するものであるので、上記の問題を確実に防止することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。まず、本発明の第１の実施形態による画像露光装置について説明する。

［画像露光装置の構成］
この画像露光装置は、図１に示すように、シート状の感光材料150を表面に吸着して保持する平板状の移動ステージ152を備えている。４本の脚部154に支持された厚い板状の設置台156の上面には、ステージ移動方向に沿って延びた２本のガイド158が設置されている。ステージ152は、その長手方向がステージ移動方向を向くように配置されると共に、ガイド158によって往復移動可能に支持されている。なお、この画像露光装置には、副走査手段としてのステージ152をガイド158に沿って駆動する後述のステージ駆動装置304（図１５参照）が設けられている。

設置台156の中央部には、ステージ152の移動経路を跨ぐようにコ字状のゲート160が設けられている。コ字状のゲート160の端部の各々は、設置台156の両側面に固定されている。このゲート160を挟んで一方の側にはスキャナ162が設けられ、他方の側には感光材料150の先端および後端を検知する複数（例えば２個）のセンサ164が設けられている。スキャナ162およびセンサ164はゲート160に各々取り付けられて、ステージ152の移動経路の上方に固定配置されている。なお、スキャナ162およびセンサ164は、これらを制御する図示しないコントローラに接続されている。

スキャナ162は、図２および図３（Ｂ）に示すように、ｍ行ｎ列（例えば３行５列）の略マトリックス状に配列された複数（例えば１４個）の露光ヘッド166を備えている。この例では、感光材料150の幅との関係で、３行目には４個の露光ヘッド166を配置してある。なお、ｍ行目のｎ列目に配列された個々の露光ヘッドを示す場合は、露光ヘッド166_mnと表記する。

露光ヘッド166による露光エリア168は、副走査方向を短辺とする矩形状である。従って、ステージ152の移動に伴い、感光材料150には露光ヘッド166毎に帯状の露光済み領域170が形成される。なお、ｍ行目のｎ列目に配列された個々の露光ヘッドによる露光エリアを示す場合は、露光エリア168_mnと表記する。

また、図３（Ａ）および（Ｂ）に示すように、帯状の露光済み領域170が副走査方向と直交する方向に隙間無く並ぶように、ライン状に配列された各行の露光ヘッドの各々は、配列方向に所定間隔（露光エリアの長辺の自然数倍、本例では２倍）ずらして配置されている。このため、１行目の露光エリア168₁₁と露光エリア168₁₂との間の露光できない部分は、２行目の露光エリア168₂₁と３行目の露光エリア168₃₁とにより露光することができる。

露光ヘッド166₁₁〜166_mnの各々は、図４および図５に示すように、入射された光ビームを画像データに応じて各画素毎に変調する空間光変調素子として、米国テキサス・インスツルメンツ社製のデジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）50を備えている。このＤＭＤ50は、データ処理部とミラー駆動制御部とを備えた後述のコントローラ302（図１５参照）に接続されている。このコントローラ302のデータ処理部では、入力された画像データに基づいて、各露光ヘッド166毎にＤＭＤ50の制御すべき領域内の各マイクロミラーを駆動制御する制御信号を生成する。なお、制御すべき領域については後述する。また、ミラー駆動制御部では、画像データ処理部で生成した制御信号に基づいて、各露光ヘッド166毎にＤＭＤ50の各マイクロミラーの反射面の角度を制御する。なお、反射面の角度の制御については後述する。

ＤＭＤ50の光入射側には、光ファイバの出射端部（発光点）が露光エリア168の長辺方向と対応する方向に沿って一列に配列されたレーザ出射部を備えたファイバアレイ光源66、ファイバアレイ光源66から出射されたレーザ光を補正してＤＭＤ上に集光させるレンズ系67、このレンズ系67を透過したレーザ光をＤＭＤ50に向けて反射するミラー69がこの順に配置されている。なお図４では、レンズ系67を概略的に示してある。

上記レンズ系67は、図５に詳しく示すように、ファイバアレイ光源66から出射した照明光としてのレーザ光Ｂを集光する集光レンズ71、この集光レンズ71を通過した光の光路に挿入されたロッド状オプティカルインテグレータ（以下、ロッドインテグレータという）72、およびこのロッドインテグレータ72の前方つまりミラー69側に配置された結像レンズ74から構成されている。集光レンズ71、ロッドインテグレータ72および結像レンズ74は、ファイバアレイ光源66から出射したレーザ光を、平行光に近くかつビーム断面内強度が均一化された光束としてＤＭＤ50に入射させる。このロッドインテグレータ72の形状や作用については、後に詳しく説明する。

上記レンズ系67から出射したレーザ光Ｂはミラー69で反射し、ＴＩＲ（全反射）プリズム70を介してＤＭＤ50に照射される。なお図４では、このＴＩＲプリズム70は省略してある。

またＤＭＤ50の光反射側には、ＤＭＤ50で反射されたレーザ光Ｂを、感光材料150上に結像する結像光学系51が配置されている。この結像光学系51は図４では概略的に示してあるが、図５に詳細を示すように、レンズ系52，54からなる第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。

ＤＭＤ50は図６に示すように、ＳＲＡＭセル（メモリセル）60上に、各々画素（ピクセル）を構成する多数（例えば１０２４個×７６８個）の微小ミラー（マイクロミラー）62が格子状に配列されてなるミラーデバイスである。各ピクセルにおいて、最上部には支柱に支えられた矩形のマイクロミラー62が設けられており、マイクロミラー62の表面にはアルミニウム等の反射率の高い材料が蒸着されている。なお、マイクロミラー62の反射率は９０％以上であり、そのサイズは縦方向、横方向とも一例として１３μｍ、配列ピッチは縦方向、横方向とも一例として１３．７μｍである。また、マイクロミラー62の直下には、ヒンジおよびヨークを含む支柱を介して通常の半導体メモリの製造ラインで製造されるシリコンゲートのＣＭＯＳのＳＲＡＭセル60が配置されており、全体はモノリシックに構成されている。

ＤＭＤ50のＳＲＡＭセル60にデジタル信号が書き込まれると、支柱に支えられたマイクロミラー62が、対角線を中心としてＤＭＤ50が配置された基板側に対して±α度（例えば±１２度）の範囲で傾けられる。図７（Ａ）は、マイクロミラー62がオン状態である＋α度に傾いた状態を示し、図７（Ｂ）は、マイクロミラー62がオフ状態である−α度に傾いた状態を示す。したがって、画像信号に応じて、ＤＭＤ50の各ピクセルにおけるマイクロミラー62の傾きを、図６に示すように制御することによって、ＤＭＤ50に入射したレーザ光Ｂはそれぞれのマイクロミラー62の傾き方向へ反射される。

なお図６には、ＤＭＤ50の一部を拡大し、マイクロミラー62が＋α度又は−α度に制御されている状態の一例を示す。それぞれのマイクロミラー62のオンオフ制御は、ＤＭＤ50に接続された前記コントローラ302によって行われる。また、オフ状態のマイクロミラー62で反射したレーザ光Ｂが進行する方向には、光吸収体（図示せず）が配置されている。

アパーチャアレイ59は、遮光性部材59ｂに複数の円形アパーチャ（開口）59ａが２次元状に配列されてなるものであり、上記第１結像光学系によるＤＭＤ50のマイクロミラー62の結像位置において、該マイクロミラー62の像のそれぞれが各アパーチャ59ａの部分に位置するように配されている。なお本実施形態において、アパーチャ59ａの径は９μｍである。

一方マイクロレンズアレイ55は、アパーチャアレイ59の各アパーチャ59ａに対応する（つまりＤＭＤ50の各マイクロミラー62に対応する）多数のマイクロレンズ55ａが２次元状に配列されてなるものである。これらのマイクロレンズ55ａは、それぞれ対応するアパーチャ59ａの部分の像を、結像位置Ｑに結像させる。本例では、後述するようにＤＭＤ50の１０２４個×７６８列のマイクロミラーのうち１０２４個×２５６列だけが駆動されるので、それに対応させてマイクロレンズ55ａは１０２４個×２５６列配置されている。

上記第１結像光学系は、ＤＭＤ50のマイクロミラー62の像を１．５倍に拡大して、つまり約２０×２０μｍの大きさにしてアパーチャアレイ59上に結像する。したがって、上述のように径が９μｍであるアパーチャ59ａ越しには、このマイクロミラー62の歪みが少ない中央部分の像だけが観察されることとなる。またマイクロレンズアレイ55は一例として光学ガラスＢＫ７から形成され、そのマイクロレンズ55ａの焦点距離は７５μｍで、上記アパーチャ59ａの部分の像を１／３倍にして結像する。そしてレンズ系57，58からなる第２結像光学系は、この像を等倍で感光材料150上に結像する。つまりここでは、上記アパーチャ59ａの部分の像が、直径３μｍの像として感光材料150上に結像投影される。

なお本例では、第２結像光学系と感光材料150との間にプリズムペア73が配設され、このプリズムペア73を図５中で上下方向に移動させることにより、感光材料150上における像のピントを調節可能となっている。なお同図中において、感光材料150は矢印Ｆ方向に副走査送りされる。

また、ＤＭＤ50は、その短辺が副走査方向と所定角度θ（例えば、０．１°〜５°）を成すように僅かに傾斜させて配置するのが好ましい。図８（Ａ）はＤＭＤ50を傾斜させない場合の各マイクロミラーによる反射光像（露光ビーム）53の走査軌跡を示し、図８（Ｂ）はＤＭＤ50を傾斜させた場合の露光ビーム53の走査軌跡を示している。

ＤＭＤ50には、長手方向にマイクロミラーが多数個（例えば１０２４個）配列されたマイクロミラー列が、短手方向に多数組（例えば７５６組）配列されているが、図８（Ｂ）に示すように、ＤＭＤ50を傾斜させることにより、各マイクロミラーによる露光ビーム53の走査軌跡（走査線）のピッチＰ₁が、ＤＭＤ50を傾斜させない場合の走査線のピッチＰ₂より狭くなり、解像度を大幅に向上させることができる。一方、ＤＭＤ50の傾斜角は微小であるので、ＤＭＤ50を傾斜させた場合の走査幅Ｗ₂と、ＤＭＤ50を傾斜させない場合の走査幅Ｗ₁とは略同一である。

また、異なるマイクロミラー列により同じ走査線上が重ねて露光（多重露光）されることになる。このように、多重露光されることで、露光位置の微少量をコントロールすることができ、高精細な露光を実現することができる。また、主走査方向に配列された複数の露光ヘッドの間のつなぎ目を微少量の露光位置制御により段差無くつなぐことができる。

なお、ＤＭＤ50を傾斜させる代わりに、各マイクロミラー列を副走査方向と直交する方向に所定間隔ずらして千鳥状に配置しても、同様の効果を得ることができる。

ファイバアレイ光源66は図９ａに示すように、複数（例えば１４個）のレーザモジュール64を備えており、各レーザモジュール64には、マルチモード光ファイバ30の一端が結合されている。マルチモード光ファイバ30の他端には、コア径がマルチモード光ファイバ30と同一で且つクラッド径がマルチモード光ファイバ30より小さい光ファイバ31が結合されている。図９ｂに詳しく示すように、マルチモード光ファイバ31の光ファイバ30と反対側の端部は副走査方向と直交する主走査方向に沿って７個並べられ、それが２列に配列されてレーザ出射部68が構成されている。

マルチモード光ファイバ31の端部で構成されるレーザ出射部68は、図９ｂ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、マルチモード光ファイバ31の光出射端面には、その保護のために、ガラス等の透明な保護板が配置されるのが望ましい。マルチモード光ファイバ31の光出射端面は、光密度が高いため集塵し易く劣化し易いが、上述のような保護板を配置することにより、端面への塵埃の付着を防止し、また劣化を遅らせることができる。

本例では図１０に示すように、クラッド径が大きいマルチモード光ファイバ30のレーザ光出射側の先端部分に、長さ１〜３０ｃｍ程度のクラッド径が小さい光ファイバ31が同軸的に結合されている。それらの光ファイバ30，31は、それぞれのコア軸が一致する状態で光ファイバ31の入射端面を光ファイバ30の出射端面に融着することにより結合されている。上述した通り、光ファイバ31のコア31ａの径は、マルチモード光ファイバ30のコア30ａの径と同じ大きさである。

マルチモード光ファイバ30および光ファイバ31としては、ステップインデックス型光ファイバ、グレーデッドインデックス型光ファイバ、および複合型光ファイバの何れも適用可能である。例えば、三菱電線工業株式会社製のステップインデックス型光ファイバを用いることができる。本例において、マルチモード光ファイバ30および光ファイバ31はステップインデックス型光ファイバであり、マルチモード光ファイバ30は、クラッド径＝１２５μｍ、コア径＝５０μｍ、ＮＡ＝０．２、入射端面コートの透過率＝９９．５％以上であり、光ファイバ31は、クラッド径＝６０μｍ、コア径＝５０μｍ、ＮＡ＝０．２である。

ただし、光ファイバ31のクラッド径は６０μｍには限定されない。従来のファイバ光源に使用されている多くの光ファイバのクラッド径は１２５μｍであるが、クラッド径が小さくなるほど焦点深度がより深くなるので、マルチモード光ファイバのクラッド径は８０μｍ以下が好ましく、６０μｍ以下がより好ましい。一方、シングルモード光ファイバの場合、コア径は少なくとも３〜４μｍ必要であることから、光ファイバ31のクラッド径は１０μｍ以上が好ましい。また、光ファイバ30のコア径と光ファイバ31のコア径を一致させることが、結合効率の点から好ましい。

なお本発明においては、上述のようにクラッド径が互いに異なる２つの光ファイバ30、31を融着（いわゆる異径融着）して用いることは必ずしも必要ではなく、クラッド径が一定の光ファイバ（例えば図９ａの例ならば光ファイバ30）を複数本そのままバンドル状に束ねてファイバアレイ光源を構成してもよい。

レーザモジュール64は、図１１に示す合波レーザ光源（ファイバ光源）によって構成されている。この合波レーザ光源は、ヒートブロック10上に配列固定された複数（例えば７個）のチップ状の横マルチモード又はシングルモードのＧａＮ系半導体レーザＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３，ＬＤ４，ＬＤ５，ＬＤ６，およびＬＤ７と、ＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７の各々に対応して設けられたコリメータレンズ11，12，13，14，15，16および17と、１つの集光レンズ20と、１本のマルチモード光ファイバ30とから構成されている。なお、半導体レーザの個数は７個に限定されるものではなく、その他の個数が採用されてもよい。また、上述のような７個のコリメータレンズ11〜17に代えて、それらのレンズが一体化されてなるコリメータレンズアレイを用いることもできる。

ＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７は、発振波長がほぼ共通（例えば、４０５ｎｍ）であり、最大出力も総てほぼ共通（例えばマルチモードレーザでは１００ｍＷ、シングルモードレーザでは５０ｍＷ程度）である。なお、ＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７の各出力は、最大出力以下で、互いに異なっていても構わない。また、ＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７としては、３５０ｎｍ〜４５０ｎｍの波長範囲において、上記４０５ｎｍ以外の波長で発振するレーザを用いてもよい。

上記の合波レーザ光源は、図１２および図１３に示すように、他の光学要素と共に、上方が開口した箱状のパッケージ40内に収納されている。パッケージ40は、その開口を閉じるように作成されたパッケージ蓋41を備えており、脱気処理後に封止ガスを導入し、パッケージ40の開口をパッケージ蓋41で閉じることにより、それらによって形成される閉空間（封止空間）内に上記合波レーザ光源が気密封止されている。

パッケージ40の底面にはベース板42が固定されており、このベース板42の上面には、前記ヒートブロック10と、集光レンズ20を保持する集光レンズホルダー45と、マルチモード光ファイバ30の入射端部を保持するファイバホルダー46とが取り付けられている。マルチモード光ファイバ30の出射端部は、パッケージ40の壁面に形成された開口からパッケージ外に引き出されている。

また、ヒートブロック10の側面にはコリメータレンズホルダー44が取り付けられており、そこにコリメータレンズ11〜17が保持されている。パッケージ40の横壁面には開口が形成され、この開口を通してＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７に駆動電流を供給する配線47がパッケージ外に引き出されている。

なお、図１３においては、図の煩雑化を避けるために、複数のＧａＮ系半導体レーザのうちＧａＮ系半導体レーザＬＤ７にのみ番号を付し、複数のコリメータレンズのうちコリメータレンズ17にのみ番号を付している。

図１４は、上記コリメータレンズ11〜17の取り付け部分の正面形状を示すものである。コリメータレンズ11〜17の各々は、非球面を備えた円形レンズの光軸を含む領域を平行な平面で細長く切り取った形状に形成されている。この細長形状のコリメータレンズは、例えば、樹脂又は光学ガラスをモールド成形することによって形成することができる。コリメータレンズ11〜17は、長さ方向がＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７の発光点の配列方向（図１４の左右方向）と直交するように、上記発光点の配列方向に密接配置されている。

一方ＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７としては、発光幅が２μｍの活性層を備え、活性層と平行な方向、直角な方向の拡がり角が各々例えば１０°、３０°の状態で各々レーザ光Ｂ１〜Ｂ７を発するレーザが用いられている。これらＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７は、活性層と平行な方向に発光点が１列に並ぶように配設されている。

したがって、各発光点から発せられたレーザ光Ｂ１〜Ｂ７は、上述のように細長形状の各コリメータレンズ11〜17に対して、拡がり角度が大きい方向が長さ方向と一致し、拡がり角度が小さい方向が幅方向（長さ方向と直交する方向）と一致する状態で入射することになる。つまり、各コリメータレンズ11〜17の幅が１．１ｍｍ、長さが４．６ｍｍであり、それらに入射するレーザ光Ｂ１〜Ｂ７の水平方向、垂直方向のビーム径は各々０．９ｍｍ、２．６ｍｍである。また、コリメータレンズ11〜17の各々は、焦点距離ｆ₁＝３ｍｍ、ＮＡ＝０．６、レンズ配置ピッチ＝１．２５ｍｍである。

集光レンズ20は、非球面を備えた円形レンズの光軸を含む領域を平行な平面で細長く切り取って、コリメータレンズ11〜17の配列方向、つまり水平方向に長く、それと直角な方向に短い形状に形成されている。この集光レンズ20は、焦点距離ｆ₂＝２３ｍｍ、ＮＡ＝０．２である。この集光レンズ20も、例えば樹脂又は光学ガラスをモールド成形することにより形成される。

次に図１５を参照して、本例の画像露光装置における電気的な構成について説明する。ここに示されるように全体制御部300には変調回路301が接続され、該変調回路301にはＤＭＤ50を制御するコントローラ302が接続されている。また全体制御部300には、レーザモジュール64を駆動するＬＤ駆動回路303が接続されている。さらにこの全体制御部300には、前記ステージ152を駆動するステージ駆動装置304が接続されている。

［画像露光装置の動作］
次に、上記画像露光装置の動作について説明する。スキャナ162の各露光ヘッド166において、ファイバアレイ光源66の合波レーザ光源を構成するＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７（図１１参照）の各々から発散光状態で出射したレーザ光Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５，Ｂ６，およびＢ７の各々は、対応するコリメータレンズ11〜17によって平行光化される。平行光化されたレーザ光Ｂ１〜Ｂ７は、集光レンズ20によって集光され、マルチモード光ファイバ30のコア30ａの入射端面上で収束する。

本例では、コリメータレンズ11〜17および集光レンズ20によって集光光学系が構成され、その集光光学系とマルチモード光ファイバ30とによって合波光学系が構成されている。すなわち、集光レンズ20によって上述のように集光されたレーザ光Ｂ１〜Ｂ７が、このマルチモード光ファイバ30のコア30ａに入射して光ファイバ内を伝搬し、１本のレーザ光Ｂに合波されてマルチモード光ファイバ30の出射端部に結合された光ファイバ31から出射する。

各レーザモジュールにおいて、レーザ光Ｂ１〜Ｂ７のマルチモード光ファイバ30への結合効率が０．９で、ＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７の各出力が５０ｍＷの場合には、アレイ状に配列された光ファイバ31の各々について、出力３１５ｍＷ（＝５０ｍＷ×０．９×７）の合波レーザ光Ｂを得ることができる。したがって、１４本のマルチモード光ファイバ31全体では、４．４Ｗ（＝０．３１５Ｗ×１４）の出力のレーザ光Ｂが得られる。

画像露光に際しては、図１５に示す変調回路301から露光パターンに応じた画像データがＤＭＤ50のコントローラ302に入力され、そのフレームメモリに一旦記憶される。この画像データは、画像を構成する各画素の濃度を２値（ドットの記録の有無）で表したデータである。

感光材料150を表面に吸着したステージ152は、図１５に示すステージ駆動装置304により、ガイド158に沿ってゲート160の上流側から下流側に一定速度で移動される。ステージ152がゲート160下を通過する際に、ゲート160に取り付けられたセンサ164により感光材料150の先端が検出されると、フレームメモリに記憶された画像データが複数ライン分ずつ順次読み出され、データ処理部で読み出された画像データに基づいて各露光ヘッド166毎に制御信号が生成される。そして、ミラー駆動制御部により、生成された制御信号に基づいて各露光ヘッド166毎にＤＭＤ50のマイクロミラーの各々がオンオフ制御される。

ファイバアレイ光源66からＤＭＤ50にレーザ光Ｂが照射されると、ＤＭＤ50のマイクロミラーがオン状態のときに反射されたレーザ光は、レンズ系51により感光材料150上に結像される。このようにして、ファイバアレイ光源66から出射されたレーザ光が画素毎にオンオフされて、感光材料150がＤＭＤ50の使用画素数と略同数の画素単位（露光エリア168）で露光される。また、感光材料150がステージ152と共に一定速度で移動されることにより、感光材料150がスキャナ162によりステージ移動方向と反対の方向に副走査され、各露光ヘッド166毎に帯状の露光済み領域170が形成される。

なお本例では、図１６（Ａ）および（Ｂ）に示すように、ＤＭＤ50には、主走査方向にマイクロミラーが１０２４個配列されたマイクロミラー列が副走査方向に７６８組配列されているが、本例では、コントローラ302により一部のマイクロミラー列（例えば、１０２４個×２５６列）だけが駆動するように制御がなされる。

この場合、図１６（Ａ）に示すようにＤＭＤ50の中央部に配置されたマイクロミラー列を使用してもよく、図１６（Ｂ）に示すように、ＤＭＤ50の端部に配置されたマイクロミラー列を使用してもよい。また、一部のマイクロミラーに欠陥が発生した場合は、欠陥が発生していないマイクロミラー列を使用するなど、状況に応じて使用するマイクロミラー列を適宜変更してもよい。

ＤＭＤ50のデータ処理速度には限界があり、使用する画素数に比例して１ライン当りの変調速度が決定されるので、一部のマイクロミラー列だけを使用することで１ライン当りの変調速度が速くなる。一方、連続的に露光ヘッドを露光面に対して相対移動させる露光方式の場合には、副走査方向の画素を全部使用する必要はない。

スキャナ162による感光材料150の副走査が終了し、センサ164で感光材料150の後端が検出されると、ステージ152は、ステージ駆動装置304により、ガイド158に沿ってゲート160の最上流側にある原点に復帰し、再度、ガイド158に沿ってゲート160の上流側から下流側に一定速度で移動される。

次に、図５に示したファイバアレイ光源66、集光レンズ71、ロッドインテグレータ72、結像レンズ74、ミラー69およびＴＩＲプリズム70から構成されてＤＭＤ50に照明光としてのレーザ光Ｂを照射する照明光学系について説明する。ロッドインテグレータ72は例えば四角柱状に形成された透光性ロッドであり、その内部をレーザ光Ｂが全反射しながら進行するうちに、該レーザ光Ｂのビーム断面内強度分布が均一化される。なお、ロッドインテグレータ72の入射端面、出射端面には反射防止膜がコートされて、透過率が高められている。以上のようにして、照明光であるレーザ光Ｂのビーム断面内強度分布を高度に均一化できれば、照明光強度の不均一を無くして、高精細な画像を感光材料150に露光可能となる。

そして本装置においては、ＤＭＤ50のマイクロミラー62の像をアパーチャアレイ59のアパーチャ59ａの部分に結像させ、この像をマイクロレンズアレイ55によって結像させるようにしたので、例えば前述したマイクロミラー62の過渡応答特性により、該マイクロミラー62で反射したレーザ光Ｂのアパーチャ59ａへの入射角が変動するようなことがあっても、マイクロレンズアレイ55による結像位置は変化しない。したがって、上記入射角の変動により感光材料150上のビーム位置が変動して、それにより露光画像の精細度が損なわれることを防止可能となる。

さらに、上述のようにアパーチャアレイ59のアパーチャ59ａの部分の像をマイクロレンズアレイ55によって結像させているので、前述のレンズ系52，54からなる第１結像光学系の像面湾曲や非点隔差等によってアパーチャアレイ59に入射するビームＢの径が変動するようなことが有っても、感光材料150上のビーム径は変動することがなく、この点からも高精細の画像を露光可能となる。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図１８は、本発明の第２の実施形態による画像露光装置の露光ヘッドを示す概略断面図である。この露光ヘッドは、図５に示した第１の実施形態における露光ヘッドと比べると、レンズ系57，58からなる第２結像光学系が省かれた点が基本的に異なるものである。すなわちこの画像露光装置においては、マイクロレンズアレイ55の各マイクロレンズ55ａによる結像位置に感光材料150が配置され、該マイクロレンズアレイ55が結像する像が直接この感光材料150に露光されるようになっている。

本実施形態において、マイクロミラー62で反射したレーザ光Ｂのアパーチャ59ａへの入射角が変動しても、マイクロレンズアレイ55による結像位置が変化しないのは第１の実施形態と同様であり、したがって本実施形態でも基本的に第１の実施形態におけるのと同様の効果が得られる。ただし、光学系のレイアウトを容易化する、感光材料の反りに対応可能とする等の点からは、光学系要素と感光材料との間の距離を大きく取れる第１実施形態の方が好ましいと言える。

なお、以上説明した２つの実施形態の画像露光装置は、空間光変調素子としてＤＭＤ50を用いるもので、そのマイクロミラー62の過渡応答特性によって露光画像の精細度が損なわれることを防止しているが、ＤＭＤ以外の空間光変調素子を用いる画像露光装置においても、空間光変調素子の画素部の像を結ぶ光の進行方向が何らかの理由により変動する場合は、本発明を適用することにより、その入射角変動によって露光画像の精細度が損なわれることを防止可能である。

本発明の第１の実施形態による画像露光装置の外観を示す斜視図 図１の画像露光装置のスキャナの構成を示す斜視図 （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１の画像露光装置の露光ヘッドの概略構成を示す斜視図 上記露光ヘッドの概略断面図 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 （Ａ）および（Ｂ）はＤＭＤの動作を説明するための説明図 （Ａ）および（Ｂ）は、ＤＭＤを傾斜配置しない場合と傾斜配置する場合とで、露光ビームの配置および走査線を比較して示す平面図 ファイバアレイ光源の構成を示す斜視図 ファイバアレイ光源のレーザ出射部における発光点の配列を示す正面図 マルチモード光ファイバの構成を示す図 合波レーザ光源の構成を示す平面図 レーザモジュールの構成を示す平面図 図１２に示すレーザモジュールの構成を示す側面図 図１２に示すレーザモジュールの構成を示す部分正面図 上記画像露光装置の電気的構成を示すブロック図 （Ａ）および（Ｂ）は、ＤＭＤの使用領域の例を示す図 ＤＭＤを構成するマイクロミラーの過渡応答特性を説明する図 本発明の第２の実施形態による画像露光装置に用いられた露光ヘッドの概略断面図

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
52、54 第１結像光学系のレンズ
55 マイクロレンズアレイ
55ａ マイクロレンズ
57、58 第２結像光学系のレンズ
59 アパーチャアレイ
59ａ アパーチャ
66 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
72 ロッドインテグレータ
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 (4)

1. 空間光変調素子を経た、画像を担持する光で感光材料を露光させる画像露光装置において、
   照射された光を各々変調する複数の画素部が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を経た光を集光して、前記画素部の像をそれぞれ結像する結像光学系と、
   遮光性部材に複数のアパーチャが２次元状に配列されてなり、前記結像光学系による結像位置において、前記画素部の像のそれぞれが各アパーチャの部分に位置するように配されたアパーチャアレイと、
   このアパーチャアレイの前記アパーチャ部分の像をそれぞれ所定位置に結像させるマイクロレンズが、複数２次元状に配列されてなるマイクロレンズアレイと、
   このマイクロレンズアレイによって結像された像を、前記感光材料上に結像投影する光学系とを備えてなることを特徴とする画像露光装置。
2. 空間光変調素子を経た、画像を担持する光で感光材料を露光させる画像露光装置において、
   照射された光を各々変調する複数の画素部が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を経た光を集光して、前記画素部の像をそれぞれ結像する結像光学系と、
   遮光性部材に複数のアパーチャが２次元状に配列されてなり、前記結像光学系による結像位置において、前記画素部の像のそれぞれが各アパーチャの部分に位置するように配されたアパーチャアレイと、
   このアパーチャアレイの前記アパーチャ部分の像をそれぞれ前記感光材料上に結像させるマイクロレンズが、複数２次元状に配列されてなるマイクロレンズアレイとを備えてなることを特徴とする画像露光装置。
3. 前記空間光変調素子が、前記画素部としての微小ミラーが２次元状に配列されてなるＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）であることを特徴とする請求項１または２項記載の画像露光装置。
4. 請求項１から３いずれか１項記載の画像露光装置を用いて所定のパターンを感光材料に露光することを特徴とする画像露光方法。

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