JP5004279B2 - 空間光変調器における出力光量の補正方法、補正装置、画像記録装置および画像記録方法 - Google Patents

空間光変調器における出力光量の補正方法、補正装置、画像記録装置および画像記録方法 Download PDF

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Description

本発明は、回折格子型の空間光変調器における出力光量を補正する技術に関し、空間光変調器は、好ましくは、画像の記録に使用される。
半導体装置製造技術を利用して基板上に固定リボンと可動リボンとを交互に形成し、可動リボンを固定リボンに対して撓ませることにより回折格子の深さを変更することができる回折格子型の光変調素子が開発されている。このような光変調素子では溝の深さを変更することにより正反射光や回折光の強度が変化するため、光のスイッチング素子としてCTP(Computer to Plate)等の技術における画像記録装置への利用が提案されている。例えば、特許文献1では、基板上に固定リボンが形成され、基板から離れた位置に可動リボンが形成された光変調素子が開示されている。
回折格子型の光変調素子は出力される光量を連続的に変化させることができるという特徴を有しており、このような光変調素子を配列して有する空間光変調器では、光源からの光が若干分布を有していたり、光変調素子間にて機械特性が若干異なっていても、ON状およびOFF状態における各光変調素子からの出力光量を一定とする調整が可能となる。
ところで、可動リボンが撓まない状態で固定リボンと可動リボンとの高さが同じ回折格子型の光変調素子の場合、入力電圧が0の場合に0次光(正反射光)が出力され、このとき光量が最大となるため、この状態を基準に光変調素子間の出力光量のばらつきを補正することができるが、可動リボンが撓まない状態で固定リボンと可動リボンとの高さが異なる回折格子型の光変調素子の場合、ある程度の電圧を入力して初めて0次光が最大となることに起因して、所望の光量を得るための入力電圧が、0次光が最大となる電圧近傍に複数存在する場合があり、適切な入力電圧を容易に決定することができない。
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、撓まない状態の可動リボンと固定リボンとの高さが異なる光変調素子を備える回折格子型の空間光変調器において、各光変調素子からのON状態(またはOFF状態)の出力光量を一定とする適切な入力電圧を求めることができる出力光量の補正方法を提供することを主たる目的としている。
請求項1に記載の発明は、複数の光変調素子を備える回折格子型の空間光変調器における出力光量の補正方法であって、各光変調素子が、基準面に平行な帯状の固定反射面を有する固定反射部と、前記基準面に平行な帯状の可動反射面を有する可動リボンとを、所定方向に交互に配列して備え、前記各光変調素子に入力される電圧に応じて前記可動リボンが撓んで前記可動反射面の前記基準面からの高さが変更されることにより、前記各光変調素子が0次光を出射する状態と1次回折光を出射する状態との間で変化し、かつ、前記各光変調素子において、前記可動リボンが撓まない状態における前記固定反射面と前記可動反射面との前記基準面からの高さが異なり、前記空間光変調器における出力光量の補正方法が、a)ON状態において前記各光変調素子が出力する0次光または1次回折光である出力光の光量を前記各光変調素子に共通の目標光量として設定する工程と、b)前記各光変調素子への入力電圧を増大させた際に前記可動リボンが撓みを開始してから出力光の光量が最初に最大光量となるときの前記入力電圧である最大光量電圧から前記入力電圧を漸次増大または減少させた際に前記各光変調素子からの出力光量が最初に前記目標光量となるときの前記入力電圧に等しい目標電圧を求める工程とを備え、前記a)工程が、a1)前記各光変調素子の前記最大光量および前記最大光量電圧を求める工程と、a2)前記複数の光変調素子の複数の最大光量のうち最小のもの以下、かつ、予め定められた光量以上となる光量を前記目標光量として設定する工程とを備え、前記a)工程が、前記a1)工程の前に、a3)前記複数の光変調素子を少なくとも1つのグループに分け、各グループの光変調素子の最大光量電圧を必ず含む電圧範囲において漸次増大する複数の電圧を前記各グループの光変調素子にそれぞれ入力する工程と、a4)前記各グループの光変調素子からの複数の出力光量を測定する工程と、a5)前記複数の出力光量のうち最大のものに対応する電圧を前記各グループの光変調素子の暫定電圧として決定する工程とをさらに備え、前記a1)工程において、前記各グループの光変調素子のぞれぞれにおいて、前記暫定電圧から入力電圧を漸次増大または低減しつつ出力光量の測定を繰り返すことにより、前記最大光量電圧が求められる
請求項2に記載の発明は、複数の光変調素子を備える回折格子型の空間光変調器における出力光量の補正方法であって、各光変調素子が、基準面に平行な帯状の固定反射面を有する固定反射部と、前記基準面に平行な帯状の可動反射面を有する可動リボンとを、所定方向に交互に配列して備え、前記各光変調素子に入力される電圧に応じて前記可動リボンが撓んで前記可動反射面の前記基準面からの高さが変更されることにより、前記各光変調素子が0次光を出射する状態と1次回折光を出射する状態との間で変化し、かつ、前記各光変調素子において、前記可動リボンが撓まない状態における前記固定反射面と前記可動反射面との前記基準面からの高さが異なり、前記空間光変調器における出力光量の補正方法が、a)OFF状態において前記各光変調素子が出力する0次光または1次回折光である出力光の光量を前記各光変調素子に共通の目標光量として設定する工程と、b)前記各光変調素子への入力電圧を増大させた際に前記可動リボンが撓みを開始してから出力光の光量が最初に最小光量となるときの前記入力電圧である最小光量電圧から前記入力電圧を漸次増大または減少させた際に前記各光変調素子からの出力光量が最初に前記目標光量となるときの前記入力電圧に等しい目標電圧を求める工程とを備え、前記a)工程が、a1)前記各光変調素子の前記最小光量および前記最小光量電圧を求める工程と、a2)前記複数の光変調素子の複数の最小光量のうち最大のもの以上、かつ、予め定められた光量以下となる光量を前記目標光量として設定する工程とを備え、前記a)工程が、前記a1)工程の前に、a3)前記複数の光変調素子を少なくとも1つのグループに分け、各グループの光変調素子の最小光量電圧を必ず含む電圧範囲において漸次増大する複数の電圧を前記各グループの光変調素子にそれぞれ入力する工程と、a4)前記各グループの光変調素子からの複数の出力光量を測定する工程と、a5)前記複数の出力光量のうち最小のものに対応する電圧を前記各グループの光変調素子の暫定電圧として決定する工程とをさらに備え、前記a1)工程において、前記各グループの光変調素子のぞれぞれにおいて、前記暫定電圧から入力電圧を漸次増大または低減しつつ出力光量の測定を繰り返すことにより、前記最小光量電圧が求められる
請求項3に記載の発明は、複数の光変調素子を備える回折格子型の空間光変調器における出力光量の補正方法であって、各光変調素子が、基準面に平行な帯状の固定反射面を有する固定反射部と、前記基準面に平行な帯状の可動反射面を有する可動リボンとを、所定方向に交互に配列して備え、前記各光変調素子に入力される電圧に応じて前記可動リボンが撓んで前記可動反射面の前記基準面からの高さが変更されることにより、前記各光変調素子が0次光を出射する状態と1次回折光を出射する状態との間で変化し、かつ、前記各光変調素子において、前記可動リボンが撓まない状態における前記固定反射面と前記可動反射面との前記基準面からの高さが異なり、前記空間光変調器における出力光量の補正方法が、a)ON状態において前記各光変調素子が出力する0次光または1次回折光である出力光の光量を前記各光変調素子に共通の目標光量として設定する工程と、b)前記各光変調素子への入力電圧を増大させた際に前記可動リボンが撓みを開始してから出力光の光量が最初に最大光量となるときの前記入力電圧である最大光量電圧から前記入力電圧を漸次増大または減少させた際に前記各光変調素子からの出力光量が最初に前記目標光量となるときの前記入力電圧に等しい目標電圧を求める工程とを備え、前記a)工程が、a1)前記複数の光変調素子を少なくとも1つのグループに分け、各グループの光変調素子の最大光量時に入力される電圧を必ず含む電圧範囲において漸次増大する複数の電圧を前記各グループの光変調素子にそれぞれ入力する工程と、a2)前記各グループの光変調素子からの複数の出力光量を測定する工程と、a3)前記複数の出力光量のうち最大のものに対応する電圧を前記各グループの光変調素子の暫定電圧として決定する工程と、a4)前記各グループの光変調素子に前記暫定電圧を入力する工程と、a5)前記複数の光変調素子からの出力光量のうち最小のもの以下、かつ、予め定められた光量以上となる光量を前記目標光量として設定する工程とを備える
請求項4に記載の発明は、複数の光変調素子を備える回折格子型の空間光変調器における出力光量の補正方法であって、各光変調素子が、基準面に平行な帯状の固定反射面を有する固定反射部と、前記基準面に平行な帯状の可動反射面を有する可動リボンとを、所定方向に交互に配列して備え、前記各光変調素子に入力される電圧に応じて前記可動リボンが撓んで前記可動反射面の前記基準面からの高さが変更されることにより、前記各光変調素子が0次光を出射する状態と1次回折光を出射する状態との間で変化し、かつ、前記各光変調素子において、前記可動リボンが撓まない状態における前記固定反射面と前記可動反射面との前記基準面からの高さが異なり、前記空間光変調器における出力光量の補正方法が、a)OFF状態において前記各光変調素子が出力する0次光または1次回折光である出力光の光量を前記各光変調素子に共通の目標光量として設定する工程と、b)前記各光変調素子への入力電圧を増大させた際に前記可動リボンが撓みを開始してから出力光の光量が最初に最小光量となるときの前記入力電圧である最小光量電圧から前記入力電圧を漸次増大または減少させた際に前記各光変調素子からの出力光量が最初に前記目標光量となるときの前記入力電圧に等しい目標電圧を求める工程とを備え、前記a)工程が、a1)前記複数の光変調素子を少なくとも1つのグループに分け、各グループの光変調素子の最小光量時に入力される電圧を必ず含む電圧範囲において漸次増大する複数の電圧を前記各グループの光変調素子にそれぞれ入力する工程と、a2)前記各グループの光変調素子からの複数の出力光量を測定する工程と、a3)前記複数の出力光量のうち最小のものに対応する電圧を前記各グループの光変調素子の暫定電圧として決定する工程と、a4)前記各グループの光変調素子に前記暫定電圧を入力する工程と、a5)前記複数の光変調素子からの出力光量のうち最大のもの以上、かつ、予め定められた光量以下となる光量を前記目標光量として設定する工程とを備える
請求項5に記載の発明は、請求項1または3に記載の空間光変調器における出力光量の補正方法であって、前記各光変調素子の前記目標電圧が、前記最大光量電圧と、前記各光変調素子への前記入力電圧を増大させた際に前記可動リボンが撓みを開始してから出力光の光量が最初に最小光量となるときに前記各光変調素子に入力される最小光量電圧との間の電圧である
請求項6に記載の発明は、請求項2または4に記載の空間光変調器における出力光量の補正方法であって、前記各光変調素子の前記目標電圧が、前記各光変調素子への前記入力電圧を増大させた際に前記可動リボンが撓みを開始してから出力光の光量が最初に最大光量となるときに前記各光変調素子に入力される最大光量電圧と、前記最小光量電圧との間の電圧である
請求項7に記載の発明は、複数の光変調素子を備える回折格子型の空間光変調器における出力光量の補正方法であって、各光変調素子が、基準面に平行な帯状の固定反射面を有する固定反射部と、前記基準面に平行な帯状の可動反射面を有する可動リボンとを、所定方向に交互に配列して備え、前記各光変調素子に入力される電圧に応じて前記可動リボンが撓んで前記可動反射面の前記基準面からの高さが変更されることにより、前記各光変調素子が0次光を出射する状態と1次回折光を出射する状態との間で変化し、かつ、前記各光変調素子において、前記可動リボンが撓まない状態における前記固定反射面と前記可動反射面との前記基準面からの高さが異なり、前記空間光変調器における出力光量の補正方法が、a)ON状態において前記各光変調素子が出力する0次光または1次回折光である出力光の光量を前記各光変調素子に共通の目標ON光量として設定する工程と、b)前記各光変調素子への入力電圧を増大させた際に前記可動リボンが撓みを開始してから出力光の光量が最初に最大光量となるときの前記入力電圧である最大光量電圧から前記入力電圧を漸次増大または減少させた際に前記各光変調素子からの出力光量が最初に前記目標ON光量となるときの前記入力電圧に等しい目標電圧である目標ON電圧を求める工程とを備え、前記出力光量の補正方法が、c1)前記複数の光変調素子を少なくとも1つのグループに分け、各グループの光変調素子の最小光量時の電圧を必ず含む電圧範囲において漸次増大する複数の電圧を前記各グループの光変調素子にそれぞれ入力する工程と、c2)前記各グループの光変調素子からの複数の出力光量を測定する工程と、c3)前記複数の出力光量のうち最小のものに対応する電圧をOFF状態の前記各グループの光変調素子に入力される目標OFF電圧として決定する工程とをさらに備える
請求項8に記載の発明は、請求項7に記載の空間光変調器における出力光量の補正方法であって、前記各光変調素子の前記目標ON電圧が、前記最大光量電圧と、前記各光変調素子への前記入力電圧を増大させた際に前記可動リボンが撓みを開始してから出力光の光量が最初に最小光量となるときに前記各光変調素子に入力される最小光量電圧との間の電圧である
請求項に記載の発明は、請求項1ないしのいずれかに記載の空間光変調器における出力光量の補正方法であって、前記可動反射面を前記基準面に投影した第1領域の前記所定方向に垂直な方向に伸びるエッジが、前記固定反射面を前記基準面に投影した第2領域のエッジと重なる、または、前記第2領域の内側に位置する。
請求項10に記載の発明は、空間光変調器からの光を記録材料に対して相対的に走査しつつ前記記録材料に照射することにより前記記録材料に画像を記録する画像記録方法であって、請求項1ないしのいずれかに記載の空間光変調器における出力光量の補正方法により前記各光変調素子がON状態またはOFF状態とされる際に前記各光変調素子に入力される前記目標電圧を求める工程と、前記各光変調素子がON状態またはOFF状態とされる際に前記目標電圧を前記各光変調素子に入力しつつ前記各光変調素子をON/OFF制御し、前記ON/OFF制御と並行して前記空間光変調器に光を照射し、前記空間光変調器からの光を記録材料に対して相対的に走査しつつ前記記録材料に照射する工程とを備える。
請求項11に記載の発明は、請求項10に記載の画像記録方法であって、各記録材料に画像が記録される前に前記各光変調素子からの出力光量を測定し、前記目標電圧を求める工程の要否を確認する工程をさらに備える。
請求項12に記載の発明は、複数の光変調素子を備える回折格子型の空間光変調器における出力光量の補正装置であって、各光変調素子が、基準面に平行な帯状の固定反射面を有する固定反射部と、前記基準面に平行な帯状の可動反射面を有する可動リボンとを、所定方向に交互に配列して備え、前記各光変調素子に入力される電圧に応じて前記可動リボンが撓んで前記可動反射面の前記基準面からの高さが変更されることにより、前記各光変調素子が0次光を出射する状態と1次回折光を出射する状態との間で変化し、かつ、前記各光変調素子において、前記可動リボンが撓まない状態における前記固定反射面と前記可動反射面との前記基準面からの高さが異なり、前記空間光変調器における出力光量の補正装置が、前記空間光変調器に光を照射する光源と、前記各光変調素子に電圧を入力する制御部と、前記各光変調素子からの0次光または1次回折光である出力光の光量を測定する光量測定部と前記各光変調素子からの出力光の光量を目標光量とする際に前記各光変調素子に入力される目標電圧を求める目標電圧取得部とを備え、前記制御部、前記光量測定部および前記目標電圧取得部が、請求項1ないし11のいずれかに記載の出力光量の補正方法を実行する。
請求項13に記載の発明は、空間光変調器からの光を記録材料に対して相対的に走査しつつ前記記録材料に照射することにより前記記録材料に画像を記録する画像記録装置であって、空間光変調器と、前記空間光変調器からの出力光量を補正する請求項12に記載の補正装置と、前記空間光変調器に入力される画像信号を生成する信号処理部と、前記空間光変調器からの光を記録材料に対して相対的に走査しつつ前記記録材料に照射する走査機構とを備える。
本発明によれば、撓まない状態の可動反射面と固定反射面との高さが異なる光変調素子を備える空間光変調器において、適切な目標電圧を得ることができる。また、請求項の発明では、最大光量電圧を速やかに求めることができ、請求項の発明では、最小光量電圧を速やかに求めることができる。
請求項およびの発明では、暫定電圧を利用して目標光量を速やかに設定することができる。請求項の発明では、目標OFF電圧を速やかに決定することができる。請求項の発明では、消光比を向上することができる。
請求項1011および13の発明では、画像を適切に記録することができる。
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る画像記録装置1の構成を示す図である。画像記録装置1は光を出射する光学ヘッド10および画像が記録される記録材料9を外側面に保持する保持部である保持ドラム70を有する。記録材料9には光学ヘッド10の空間光変調器からの光が走査されつつ照射されることにより、画像が記録される(すなわち、光の照射により画像が描画される)。記録材料9としては、例えば、刷版、刷版形成用のフィルム等が用いられる。保持ドラム70として無版印刷用の感光ドラムが用いられてもよく、この場合、記録材料9は感光ドラムの表面に相当し、保持ドラム70が記録材料9を一体的に保持していると捉えることができる。
保持ドラム70は円筒面の中心軸を中心にモータ81により回転し、これにより、光学ヘッド10が記録材料9に対して主走査方向に(後述する複数の光変調素子からの光が照射される位置の配列方向に対して交差する方向に)相対的に一定の速度で移動する。また、光学ヘッド10はモータ82およびボールねじ83により保持ドラム70の回転軸に平行な(主走査方向に垂直な)副走査方向に移動可能とされ、光学ヘッド10の位置はエンコーダ84により検出される。すなわち、モータ81,82、ボールねじ83を含む走査機構により、保持ドラム70の外側面および記録材料9が、空間光変調器を有する光学ヘッド10(および空間光変調器からの光)に対して一定の速度で主走査方向に相対的に移動するとともに主走査方向に交差する副走査方向にも相対的に移動する。モータ81,82およびエンコーダ84並びに光学ヘッド10は全体制御部21に接続され、全体制御部21がモータ81,82および光学ヘッド10内の空間光変調器からの光の出射を制御することにより、保持ドラム70上の記録材料9に光による画像記録が行われる。
保持ドラム70の側方には、光学ヘッド10内の空間光変調器の各光変調素子からの出力光の光量を測定する光量測定部71が配置され、光学ヘッド10はモータ82およびボールねじ83により光量測定部71を通過する位置まで移動可能とされる。
記録材料9に記録される画像のデータは予め信号生成部23にて準備されており、信号処理部22が全体制御部21からの制御信号に基づいて信号生成部23から画像信号を受け取る。信号処理部22は受け取った画像信号を光学ヘッド10用の信号へと変換して全体制御部21に入力し、全体制御部21が光学ヘッド10内の空間光変調器の各光変調素子に画像信号を示す電圧を入力する。画像記録装置1では各光変調素子から出力される望ましい光量を決定する目標電圧取得部24がさらに設けられ、目標電圧取得部24は光量測定部71、全体制御部21および信号処理部22に接続される。
図2は光学ヘッド10の内部構成の概略を示す図である。光学ヘッド10内には、複数の発光点を一列に有するバータイプの半導体レーザである光源11、および、回折格子型の複数の光変調素子を一列に配列して有する空間光変調器12が配置され、光源11からの光は、レンズ131(実際には、集光レンズ、シリンドリカルレンズ等により構成される。)およびプリズム132を介して空間光変調器12へと導かれる。このとき、光源11からの光は線状光(光束断面が線状の光)とされ、ライン状に配列される複数の光変調素子上に照射される。
空間光変調器12の各光変調素子はデバイス駆動回路120からの信号に基づいて個別に制御され、0次光を出射する状態と、非0次回折光(主として1次回折光((+1)次回折光および(−1)次回折光))を出射する状態との間で遷移可能とされる。光変調素子から出射される0次光はプリズム132へと戻され、1次回折光はプリズム132とは異なる方向へと導かれる。なお、迷光となることを防止するために1次回折光は図示を省略する遮光部により遮光される。
各光変調素子からの0次光はプリズム132にて反射され、ズームレンズ133を介して光学ヘッド10外の記録材料9へと導かれ、複数の光変調素子の像が副走査方向に並ぶように記録材料9上に形成される。すなわち、光変調素子121では0次光が画像記録に利用される出力光とされ、0次光を出射する状態がON状態であり、1次回折光を出射する状態がOFF状態とされる。ズームレンズ133はズームレンズ駆動モータ134にて倍率が可変とされており、これにより、記録される画像の解像度が変更される。
なお、上記では、照明レンズ131から空間光変調器12に向かう光束と、空間光変調器12を反射しズームレンズ133に向かう0次光の光束の一部とは光軸が一致している。このため、照明レンズ131から空間光変調器12に向かう光束中にプリズム132を配置することで、空間光変調器12を反射した0次光が光源11に向かわないようにしている。
しかし、空間光変調器12およびズームレンズ133等が位置する平面から離れた位置に照明レンズ131を配置するとともに、照明レンズ131を透過した光束を空間光変調器12に向かわせるためのミラーを配置するようにしてもよい。こうした場合、照明レンズ131から空間光変調器12に向かう光束と、空間光変調器12からズームレンズ等に向かう光束とが一致しなくなるので、照明レンズ131から空間光変調器12に向かう光束中にプリズム132等の光路分離手段を配置しなくてもよい。
図3は、回折格子型の空間光変調器12が備える複数の光変調素子121の拡大図であり、空間光変調器12において光変調素子121は直線状に配列配置される。各光変調素子121は格子の深さを変更することができる回折格子となっており、半導体装置製造技術を利用して製造される。光変調素子121には複数の可動リボン121aおよび固定リボン121bがリボンの幅方向に交互に平行に配列形成され、可動リボン121aは背後の基準面に対して昇降移動可能とされ、固定リボン121bは基準面に対して固定される。回折格子型の光変調素子としては、例えば、GLV(グレーチング・ライト・バルブ)(シリコン・ライト・マシーンズ(サニーベール、カリフォルニア)の登録商標)が知られている。
図4.Aおよび図4.Bは、可動リボン121aをその長手方向に平行な面にて切断した縦断面図であり、固定リボン121bを破線にて示している。可動リボン121aはその上面が基板の上面である基準面121cに平行な帯状の可動反射面122aとなっており、固定リボン121bはその上面が基板の上面である基準面121cに平行な帯状の固定反射面122bとなっている。図4.Aは可動リボン121aが撓まない初期状態を示しており、図4.Bは可動リボン121aと基準面121cとの間に電圧(電位差)が与えられ、静電気力により可動リボン121aが基準面121cに向かって撓んだ状態を示している。固定リボン121bは基準面121c上に形成されるため、図4.Aに示すように可動リボン121aが撓まない状態では、可動反射面122aの基準面121cからの高さと固定反射面122bの基準面121cからの高さとが異なっている。
図5.A、図5.Bおよび図5.Cは、可動リボン121aおよび固定リボン121bに垂直な面による光変調素子121の断面を示す図である。図5.Aに示すように、可動リボン121aと固定リボン121bとはほぼ同じ幅となっており、可動反射面122aを基準面121cに投影した領域(符号123aを付す範囲に対応する基準面121c上の領域であり、以下、「第1領域123a」という。)と固定反射面122bを基準面121cに投影した領域(符号123bを付す範囲に対応する基準面121c上の領域であり、以下、「第2領域123b」という。)とを想定した場合、第1領域123aの長手方向に伸びるエッジ124a(リボンの幅方向(リボンの配列方向)に垂直な方向に伸びるエッジであり、紙面に垂直なエッジ)と第2領域123bの長手方向に伸びるエッジ124bとは重なっている。なお、複数の可動リボン121aおよび複数の固定リボン121bのそれぞれの幅の長さはコントラストや反射率を考慮して最適化することが可能である。この場合には、これらの長さはお互いに微少量ずつ異なることになる。
図5.Bは、可動リボン121aが僅かに撓み、可動反射面122aと固定反射面122bとの高さの差dが、(2n/4)λ(ただし、λは入射光L1の波長である。)となった状態を示す図である。図5.Bの状態では最大光量(すなわち、最大強度)の0次光L2が光変調素子121から出力される。一方、図5.Cは、可動リボン121aがさらに撓み、可動反射面122aと固定反射面122bとの高さの差dが、((2n−1)/4)λとなった状態を示す図である。図5.Cの状態では、光変調素子121から(±1)次回折光L3(さらには、高次の回折光)の光量が最大となり、0次光の光量は最小となる。
以上のように、光変調素子121では、入力される電圧に応じて可動リボン121aが撓んで可動反射面122aの基準面121cからの高さが変更されることにより、0次光を出射する状態と1次回折光を出射する状態との間で変化し、かつ、可動リボン121aが撓まない状態における固定反射面122bと可動反射面122aとの基準面121cからの高さが異なっており、可動リボン121aが撓んだ状態で0次光の光量が最大となり、可動リボン121aがさらに撓んで0次光の光量が最小となって1次回折光の光量が最大となる。可動リボン121aがある程度撓んでから0次光の光量が最大となるように光変調素子121を設計することにより、製造誤差の影響を受けることなく、低い入力電圧で最大光量を確実に得ることが実現される。
また、光変調素子121では、可動反射面122aを基準面121cに投影した第1領域123aと固定反射面122bを基準面121cに投影した第2領域123bとの間には隙間が存在せず、図5.Aに示すように、光変調素子121の上面には、可動リボン121aの可動反射面122aと、可動反射面122aとほぼ同じ幅の隙間125とが交互に存在している。これにより、光変調素子121では、OFF状態の0次光の光量に対するON状態の0次光の光量の比である消光比を大きくすることができる。消光比が大きいほど描画(光信号の伝達の一種と捉えることもできる。)を的確に行うことができ、また同時に反射率(0次光の回折効率)を向上させることができるため、光変調素子121は消光比の向上が実現された回折格子型の光変調素子であるといえる。
図6は、各光変調素子121を駆動する構成を示す図である。光変調素子121が駆動される際には、D/Aコンバータ31にデジタル信号である駆動電圧データ301が入力され、所定のクロック信号に合わせて駆動電圧データ301がアナログ信号に変換されて出力される。アナログ信号は電流源32に入力されて電流へとさらに変換される。
電流源32は一端が抵抗33を介して高電位Vcc側に接続され、他端が接地される。電流源32の両端は、接続パット34を介して光変調素子121の可動リボン121aと基準面121cに接続される。したがって、D/Aコンバータ31からの出力が電流源32を介して電流へと変換されると、抵抗33による電圧降下により両接続パッド34間の実駆動電圧へと変換される。両接続パッド34の間には浮遊容量が存在するため、実駆動電圧は時定数に従った変化を行い、時間と共に駆動電圧データ301が示す目標駆動電圧へと向かう。以上の動作により、光変調素子121は駆動電圧データに従った電圧が入力されることにより、回折格子の深さを任意に変更することが可能とされる。
図7は、光量測定部71の構成を示す図である。光量測定部71は光学ヘッド10からの光を電気的アナログ信号に変換する光検出器であるフォトセンサ711を備え、フォトセンサ711の光学ヘッド10側(図1参照)にはスリット712が設けられる。フォトセンサ711は増幅器721に接続され、増幅器721はA/Dコンバータ722、光量測定回路731およびメモリ734に順に接続される。フォトセンサ711からの出力は、増幅器721を介してA/Dコンバータ722にてデジタルデータに変換され、光量測定回路731にてさらに光量を示す値へと変換される。光量測定回路731からの出力は、メモリ734に保存される。
図8は、光量測定部71により光量測定が行われる様子を示す図である。光量測定では、図1中に二点鎖線にて示すように、光量測定部71と対向する位置まで光学ヘッド10が移動し、スリット712が、ズームレンズ133などによる複数の光変調素子121の結像位置に配置される。なお、スリット712と複数の光変調素子121との間には、光量測定部71の感度およびスリット712に対する光変調素子121像の大きさを最適化するために減光手段やレンズ等を配置してもよい。図8では各光変調素子121をブロックにて示し、対応するチャンネル番号をその中に記している。そして、全ての光変調素子121がON状態とされた上で光学ヘッド10が矢印83aにて示す方向(光変調素子121の配列方向に対応する方向であり、描画時の副走査方向)にスリット712に対して相対的に移動する。すなわち、図1に示すモータ82およびボールねじ83がスリット712を光変調素子121に対して相対的に移動するスリット移動機構となっている。
スリット712に形成されている間隙の幅(正確には、副走査方向の幅)は1つの光変調素子121の像の副走査方向の幅の半分とされ(像の幅よりも狭ければ、間隙の幅は像の半分には限定されない。)、光学ヘッド10が1つの光変調素子121の像の幅だけ移動する間に図7に示すA/Dコンバータ722がフォトセンサ711からの出力を2回変換する。これにより、図9に例示する出力分布が得られる。図9において検出回数1,2が最初の光変調素子121から得られた出力を示し、検出回数3,4が2番目の光変調素子121から得られた出力を示し、検出回数(M−1),MがN番目(MはNの2倍の値である。)の光変調素子121から得られた出力を示す。光量測定回路731では図9に示す出力の2つずつの平均が求められ、さらに光変調素子121からの光量に変換する演算が行われる。求められたチャンネル毎の光量はメモリ734に一旦保存され、その後、図1に示す目標電圧取得部24へと転送される。
図10は画像記録装置1の動作の流れを示す図である。画像記録装置1では、各光変調素子121がON状態とされる際に一定の光量の光を出力するための補正後の駆動電圧データ(以下、「補正データ」と呼ぶ。)が図1の目標電圧取得部24に保存されており、画像記録の前に補正データの修正の要否が確認される。後述するように、補正データにはOFF状態とされるときの補正後の駆動電圧データが含まれてもよい。
補正データの確認では、まず、光学ヘッド10が図1中に二点鎖線にて示すように光量測定部71に対向する位置まで移動し、補正データが目標電圧取得部24から全体制御部21に読み出される。その後、全体制御部21および信号処理部22の制御により補正データに基づいて全ての光変調素子121がON状態とされ、各光変調素子121からの出力光の光量が順次測定される(ステップS11)。光変調素子121からの光量のばらつきが許容範囲内である場合は、補正データの修正が不要と判断され(ステップS12)、全体制御部21および信号処理部22により、光量補正を反映した描画が行われる(ステップ13)。
具体的には、複数の光変調素子121からON/OFF制御される光を出力しつつ、保持ドラム70が回転することにより光変調素子121からの光が照射される位置の配列方向に対して垂直な方向に一定の速度で記録材料9が複数の光変調素子121に対して相対的に移動し、さらに、保持ドラム70の回転に同期して光学ヘッド10が副走査方向に移動し、記録材料9全体に画像が記録される。そして、各光変調素子121がON状態とされる際には、図6に示すD/Aコンバータ31に補正後の駆動電圧データ301が入力される。また、各光変調素子121がOFF状態とされる際にも補正が行われる場合は、OFF状態を指示する補正後の駆動電圧データ301がD/Aコンバータ31に入力される。なお、記録材料9の移動方向である保持ドラム70の側面の移動方向(主走査方向)は、光が照射される位置の配列方向に対して垂直である必要はなく、交差する方向であればよい。
1つの記録材料9への画像記録が完了し、次の画像の記録が行われる場合には、保持ドラム70上の記録材料9が交換されてステップS11(光量測定)へと戻る(ステップS14)。このように、画像記録装置1では各記録材料9に画像が記録される前に、すなわち、画像記録の前に必ず、各光変調素子121からの出力光量が測定され、補正データの修正(後述の目標ON電圧(および目標OFF電圧)を求める工程)の要否が確認される。
一方、ステップS12において光変調素子121からの光量のばらつきが許容範囲を超えると判断された場合は、ON状態の各光変調素子121からの出力光(本実施の形態では、0次光)の光量を一定とする補正データを求めるON光量補正が行われ(ステップS2)、描画へと移行する。また、記録材料9の種類に応じて必要な場合は(ステップS15)OFF状態の各光変調素子121から漏れ出す出力光(0次光)の光量を一定とするOFF光量補正が行われた上で(ステップS3)、描画へと移行する。
画像記録装置1では全体制御部21、信号処理部22、目標電圧取得部24および光学ヘッド10内の光源11等が空間光変調器12における出力光量を補正する補正装置としての役割を果たし、図10中のON光量補正およびOFF光量補正は、全体制御部21、信号処理部22および目標電圧取得部24により実行される。
図11は、ON光量補正の流れを示す図であり、図12は、1つの光変調素子121の可動リボン121aの変位量(撓み量)と出力光の光量との関係を示す図である。なお、図11のステップS21〜S23,S25〜S27は素子毎の処理を示している。また、図12では横軸が変位量とされるが、横軸が入力電圧に置き換えられてもほぼ同様の曲線となる。以下の説明において光変調素子121に入力される電圧は、常に正または0であるものとして説明するが、常に負または0であってもよい。したがって、以下の説明において電圧が高い(または値が大きい)とは、電圧の絶対値が大きいことを指す。
既述のように、光変調素子121では、出力光量が最大となるときに光変調素子121に入力される最大光量電圧が、出力光量が最小となるときに光変調素子121に入力される最小光量電圧よりも低く、可動リボン121aが僅かに撓んだ変位量P1で出力光量が最大値I1となり、可動リボン121aがさらに撓んた変位量P2にて出力光量が最小値I2となる。ON光量補正では、最初に、光量が最大値I1となるときに光変調素子121に入力される最大光量電圧を求める処理が行われる。
1つの光変調素子121に注目した場合、最大光量電圧を求める処理では、まず、この光変調素子121に初期の電圧として0が入力され(ステップS21)、可動リボン121aが撓まない状態での光変調素子121からの出力光量が取得される(ステップS22)。次に、入力電圧を僅かに増加させて光変調素子121の光量測定が行われ(ステップS21,S22)、出力光量が増加したことが確認される(ステップS23)。その後、入力電圧を僅かに増加させつつ光量測定および光量増大の確認が繰り返され(ステップS21〜S23)、出力光量が減少に転じた時点の入力電圧が最大光量電圧として決定される(ステップS23)。
以上の処理により、各光変調素子121において可動リボン121aが撓みを開始してから出力光量が最初に最大となるときの最大光量、および、最大光量時に各光変調素子121に入力される最大光量電圧が求められる。実際の処理では、全ての光変調素子121への入力電圧が決定された上で、各光変調素子121に対する光量測定が連続的に行われ、効率よく各光変調素子121に対する最大光量電圧が求められる。
図13は、全ての光変調素子121、すなわち、全チャンネルの最大光量を示す図である。最大光量は、照明光の不均一性や光変調素子121間の機械的特性のばらつき等により通常一定ではない。全光変調素子121の最大光量が取得されると、図13に示すように最大光量のうち最小のものが目標光量(以下、「目標ON光量」という。)として設定される(ステップS24)。そして、各光変調素子121からの出力光量が目標ON光量となるときにこの光変調素子121に入力される目標電圧(以下、「目標ON電圧」という。)を求める処理へと移行する。
1つの光変調素子121に注目した場合、目標ON電圧の取得では、まず、この光変調素子121に初期の電圧として最大光量電圧が入力され(ステップS25)、光変調素子121からの出力光の光量が取得される(ステップS26)。次に、入力電圧を僅かに増加させて光量測定が行われ(ステップS25,S26)、出力光量が目標ON光量に到達しているか、すなわち、出力光量と目標ON光量との差が所定値以下か否か確認される(ステップS27)。そして、出力光量が目標ON光量に到達するまで、入力電圧を僅かに増加させつつ光量測定および出力光量の確認が繰り返される(ステップS25〜S27)。出力光量が目標ON光量に到達すると、この時点での入力電圧が目標ON電圧として決定される(ステップS27)。各光変調素子121の目標ON電圧は、補正データの一部として目標電圧取得部24に保存される。実際の処理では、全ての光変調素子121への入力電圧が決定された上で、各光変調素子121に対する光量測定が連続的に行われ、効率よく各光変調素子121に対する目標ON電圧が求められる。
上記の目標ON電圧を求める手法は、いわゆる逐次探索法(シーケンシャルサーチ)であるが、次に、目標ON電圧を求めるより好ましい方法(いわゆる、二分探索法(バイナリサーチ))について1つの光変調素子121に注目して説明する。この方法では、まず、目標ON電圧を必ず超える(かつ、最小光量電圧を必ず下回る)第1電圧が適宜設定され、第1電圧と最大光量電圧との平均が光変調素子121に入力される第2電圧として求められる。第2電圧は光変調素子121に入力され(ステップS25)、出力光量が測定される(ステップS26)。
次に、目標ON電圧を光変調素子121に入力した際に得られる予定の目標ON光量と出力光量との差が許容範囲内であるか否かが確認され(ステップS27)、差が許容範囲外である場合に、出力光量が目標ON光量に近づくように第1電圧と第2電圧との差の半分が第2電圧に加算または減算されて更新した第2電圧が取得される。すなわち、出力光量が目標ON光量に満たない場合は第1電圧と第2電圧との差の半分が第2電圧から減算され、出力光量が目標ON光量を超える場合は第1電圧と第2電圧との差の半分が第2電圧に加算される。さらに、更新前の第2電圧が第1電圧へと更新される。そして、更新後の第2電圧の光変調素子121への入力および光量測定が繰り返され(ステップS25,S26)、出力光量が目標ON光量に到達したか否か確認される(ステップS27)。
第1電圧および第2電圧の更新、並びに、光量測定および出力光量の確認が繰り返され、やがて、出力光量と目標ON光量との差が許容範囲内となると、この時点での第2電圧が目標ON電圧として決定される(ステップS27)。二分探索法を利用することにより、目標ON電圧をより迅速に求めることが実現される。
以上に説明した動作では、逐次探索法または二分探索法により最大光量を各光変調素子121について求め、最大光量に基づいて目標ON光量が求められるが、目標ON光量は各光変調素子121の最大光量を用いることなく求められてもよい。
図14は、最大光量に近い出力を得る際の暫定的な電圧(以下、「暫定ON電圧」という。)を速やかに求め、その後、ON状態の時に得られるべき目標ON光量を設定する動作の流れを示す図である。なお、図14のステップS204よりも後の工程は図11のステップS24以降と同様である。
暫定ON電圧が求められる際には、まず、空間光変調器12の複数の光変調素子121が、連続して並ぶ所定個数毎のグループに分けられ、各グループの(複数の)光変調素子121に対して漸次増加する複数の電圧が決定されてそれぞれ入力される(ステップS201)。なお、空間光変調器12の全光変調素子121が1つのグループとされてもよい。最も低い電圧および隣接する光変調素子121間の電位差は、1グループの光変調素子121に与えられる電圧の範囲内に各光変調素子121の(予想される)最大光量電圧が必ず含まれように予め決められている。
図15は、12個の光変調素子が1グループとされ、12個の光変調素子121に漸次増大する電圧が順番に与えられた場合の可動リボン121aの基準面121cからの高さを示す図である。図15では、1つの光変調素子121中の複数の可動リボン121aの高さを1つのボックスにて示している。1つのグループ内の光変調素子121に異なる電圧が与えられるため、可動リボン121aの高さは、入力電圧に応じて図15の右側のものほど低くなる。
次に、各グループの光変調素子121からの出力光量が測定される(ステップS202)。図16は、図15に示す状態の複数の光変調素子121からの出力光量を測定した結果を示す図である。図16に示すグループの場合、5chの光変調素子121からの光量が最大となっているため、このグループの各光変調素子121において5chに与えた電圧が最大光量電圧に近い電圧であると推定することができる。そこで、5chに与えた電圧がこのグループの素子共通の暫定ON電圧として決定される。このように、暫定ON電圧は、グループ毎の共通の電圧として求められる(ステップS203)。
各グループの暫定ON電圧が求められると、各グループの光変調素子121にそのグループの暫定ON電圧が入力され(ステップS204)、再度光量測定が行われる。そして、全光変調素子121からの出力光量のうち最小のものが目標ON光量として設定される(図11:ステップS24)。なお、暫定ON電圧は通常、グループ毎に異なる値となるが、目標ON光量は全光変調素子121の共通の値として求められる。また、目標ON光量は測定された最小の光量以下であれば、予め定められた光量以上の光量が設定されてもよい。
その後、既述の方法にて目標ON光量から目標ON電圧が求められる。ただし、最大光量電圧に代えて暫定ON電圧が利用される。すなわち、まず、1つの光変調素子121に注目した場合、初期の電圧として光変調素子121に、この光変調素子121が属するグループの暫定ON電圧が入力され(ステップS25)、光変調素子121からの出力光の光量が取得される(ステップS26)。次に、入力電圧を僅かに増加させて光量測定が行われ(ステップS25,S26)、出力光量と目標ON光量との差が所定値以下か否か確認され(ステップS27)、出力光量が目標ON光量に到達するまで、入力電圧を僅かに増加させつつ光量測定および出力光量の確認が繰り返される(ステップS25〜S27)。
ただし、光変調素子121によっては暫定ON電圧が最大光量電圧よりも低くなる可能性もあり、入力電圧を増加させた際に出力光量が増加する場合は、出力光量と目標ON光量との差の確認を行うことなく出力光量が減少に転じるまで入力電圧の増加が実行される。また、入力電圧を増加させると出力光量が減少するが、初期電圧を入力した時点で出力光量が目標ON光量を下回る場合は、出力光量が目標ON光量となるまで入力電圧を漸次減少さつつ光量測定が行われる。
出力光量が目標ON光量に到達すると、この時点での入力電圧が目標ON電圧として決定される(ステップS27)。以上のように暫定ON電圧を利用することにより、目標ON光量および目標ON電圧を速やかに求めることが実現される。
図17は、比較例に係る光変調素子921の縦断面図であり、光変調素子121の図5.Aに対応する。図18は、光変調素子921の可動リボン921aの変位量と0次光である出力光の光量との関係を示す図であり、図12に対応する。比較例に係る光変調素子921では、破線にて示すように可動リボン921aが撓んでいない状態において、可動リボン21aの上面と固定リボン921bの上面との基準面921cからの高さが等しくなっており、0次光が出力される。そして、可動リボン921aと基準面921cとの間に電圧が与えられることにより、実線にて示すように可動リボン921aが撓んで回折格子が形成され、1次回折光が出力される。したがって、図18に示すように、最大光量I1が得られる変位量P1および最大光量電圧は0であり、入力電圧の増大に従って光量が単調減少して最小光量I2が得られる変位量P2で入力電圧が最小光量電圧となる。
図17に示す光変調素子921の場合、製造時に可動リボン21aと固定リボン21bとを同時に形成することにより、初期状態にて可動リボン921aと固定リボン921bとを正確に面一とすることができるが、可動リボン921aと固定リボン921bとの間に僅かな隙間が生じてしまう。その結果、反射率が低下して最大光量時の出力光量が低下するとともに図18に示すように最小光量時に漏れ出す出力光量が多くなり、最大光量を最小光量で除算した消光比が、図5.Aに示す光変調素子121に比べて小さくなってしまう(すなわち、消光の性能が低下してしまう。)。
また、図18の場合、最大光量I1よりも僅かに小さい目標ON光量Itが設定された場合であっても、目標ON光量Itが得られる際の変位量Ptおよび目標ON電圧のそれぞれを1つの値として求めることができる。ところが、図12の場合、目標ON光量Itが得られる変位量は符号Pt1,Pt2にて示すように最大光量時の変位量P1近傍に2つ存在し、目標ON光量Itが得られる目標ON電圧も最大光量電圧の近傍に2つ存在する。なお、目標ON光量Itが初期光量よりも小さい場合、目標ON電圧は1つだけ存在することとなる。
ここで、複数の光変調素子121において変位量Pt1に対応する目標ON電圧が選択される場合と変位量Pt2に対応する目標ON電圧が選択される場合とが混在すると、両電圧を採用した光変調素子121間では、ON状態とOFF状態との間で光変調素子121が遷移する際に可動リボン121aが移動する距離が大きく相違することとなる。
図19は、2つの目標ON電圧が混在する場合に、全光変調素子121を同時にOFF状態とON状態との間で遷移させて副走査方向に伸びる線(いわゆる、横万線)を描画した結果を例示する図である。図19では、記録材料9上に形成される描画パターン全体と、その描画パターンの一部(1スワス分。すなわち、光学ヘッド10によって一度に走査される幅Wの描画領域)の描画パターンを拡大表示したものとを合わせて示しており、T1〜T8は描画の基準となるクロックである。
図19では、3chの光変調素子121で図12の変位量Pt2に対応する電圧が目標ON電圧として採用され、他の光変調素子121では変位量Pt1に対応する電圧が目標ON電圧として採用されており、3chの光変調素子121では、ON状態とOFF状態との間で遷移する際に可動リボン121aの移動距離が他のチャンネルにおける移動距離と大きく異なるため、3chの位置にて線の太さが大きく変化している。
これに対し、既に説明した目標ON電圧を求める方法では、最大光量電圧と最小光量電圧との間の電圧が必ず目標ON電圧として決定されるため、横万線の太さが大きく変化してしまうことが防止され、その結果、記録される画像にムラが生じることが防止される。
次に、図10のOFF光量補正(ステップ3)について説明する。既述のように、OFF光量補正は、記録材料9の感光特性や光変調素子121の消光比に応じて実行するか否か予め設定可能とされている。例えば、OFF状態の光変調素子121から漏れ出す出力光量(0次光の光量)のばらつきに起因して縦万線(光変調素子121を交互にOFF状態とON状態とに固定して描画した主走査方向に伸びる線)の画像にムラが生じる場合にOFF光量補正が実行される。図20はOFF光量補正の流れを示す図であり、ステップS31〜S33,S35〜S37は素子毎の処理を示している。
光変調素子121では、図12に示すように、最小光量電圧が最大光量電圧に比べて高い(すなわち、絶対値が大きい)。一方、光変調素子121では、可動リボン121aの変位量が機械的強度を超えてしまうと弾性破壊を起こすおそれがある。したがって、正確な最小光量電圧を求めるに際に、光変調素子121に入力される電圧を確実に一定範囲内に制限する必要がある。ところが、最大光量電圧を求める動作のように、電圧を微小な値だけ繰り返し増大させつつ光量測定する手法を最小光量電圧を求める動作に採用すると、処理に長時間を要することになってしまう。
そこで、画像記録装置1の目標電圧取得部24では、OFF状態の時に与えるべき暫定的な電圧を速やかに求め、その後、OFF状態の時に得られるべき目標光量(以下、「目標OFF光量」という。)を設定し、目標OFF光量が得られる最終的な目標電圧(以下、「目標OFF電圧」という。)を求めるようになっている。なお、記録材料9の感光特性によってはOFF状態の時に与えるべき電圧を精度よく求める必要がない場合があり、この場合は、暫定的な電圧が目標とする光量を得るための電圧としてそのまま採用されてもよい。以下の説明では、OFF状態の時に与えるべき暫定的な電圧を「暫定OFF電圧」と呼ぶ。
暫定OFF電圧は既述の暫定ON電圧に準じて求められ、まず、空間光変調器12の複数の光変調素子121が、連続して並ぶ所定個数毎のグループに分けられ、各グループの(複数の)光変調素子121に対して漸次増加する複数の電圧がそれぞれ入力される(ステップS301)。なお、空間光変調器12の全光変調素子121が1つのグループとされてもよい。最も低い電圧および隣接する光変調素子121間の電位差は、1グループの光変調素子121に与えられる電圧の範囲内に各光変調素子121の最小光量電圧が必ず含まれように予め決められている。
図21は、12個の光変調素子が1グループとされ、12個の光変調素子121に漸次増大する電圧が順番に与えられた場合の可動リボン121aの基準面121cからの高さを示す図である。図21では、1つの光変調素子121中の複数の可動リボン121aの高さを1つのボックスにて示している。1つのグループ内の光変調素子121に異なる電圧が与えられるため、可動リボン121aの高さは、入力電圧に応じて図21の右側のものほど低くなる。
次に、各グループの光変調素子121からの出力光量が測定される(ステップS302)。図22は、図21に示す状態の複数の光変調素子121からの出力光量を測定した結果を示す図である。図22に示すグループの場合、9chの光変調素子121からの光量が最小となっているため、このグループの各光変調素子121において9chに与えた電圧が最小光量電圧に近い電圧であると推定することができる。そこで、9chに与えた電圧がこのグループの素子共通の暫定OFF電圧として決定される。このように、暫定OFF電圧は、グループ毎の共通の電圧として求められる(ステップS303)。
既述のように、記録材料9の種類によっては、暫定OFF電圧はグループ内のOFF状態の複数の光変調素子121に与えられるべき電圧(最終的な目標OFF電圧)としてそのまま利用されてもよい。これにより、目標OFF電圧を迅速に決定することができる。一方、OFF状態の光変調素子121から漏れ出す出力光量が記録材料9に与える影響が大きい場合は、OFF状態の各光変調素子121から漏れ出す出力光量を一定とする処理が行われる。この処理は、OFF状態の電圧を求めるという点を除いて目標ON電圧を求める処理(ステップS21〜S27)に準じて行われる。
すなわち、まず、1つの光変調素子121に注目した場合、この光変調素子121に初期の電圧として暫定OFF電圧が入力され(ステップS31)、光量測定が行われる(ステップS32)。次に、入力電圧を僅かに増加させて光変調素子121からの出力光量の測定が行われ(ステップS31,S32)、出力光量が減少したか否かが確認される(ステップS33)。ここで、出力光量が増大した場合は、入力電圧を僅かに減少させて光量測定が行われ(ステップS31,S32)、出力光量が減少したことが確認される(ステップS33)。
その後、出力光量が減少するように入力電圧を僅かに増加または減少させつつ光量測定および光量確認が繰り返され(ステップS31〜S33)、光量が増加に転じた時点の入力電圧が最小光量電圧として決定される(ステップS33)。以上の処理により、各光変調素子121において可動リボン121aが撓みを開始してから出力光の光量が最初に最小となるときの最小光量および最小光量時に各光変調素子121に入力される最小光量電圧が求められる。実際の処理では、全ての光変調素子121への入力電圧が決定された上で、各光変調素子121に対する光量測定が連続的に行われ、効率よく各光変調素子121の最小光量および最小光量電圧が求められる。
最小光量および最小光量電圧を求める方法としては他の方法が採用されてもよく、例えば、最小光量電圧よりも確実に低い電圧から入力電圧を漸次増大させつつ光量測定を繰り返すことにより最小光量および最小光量電圧が求められてもよい。
全光変調素子121の最小光量が取得されると、最小光量のうち最大のものが目標OFF光量として設定され(ステップS34)、各光変調素子121の光量が目標OFF光量となるときの電圧である目標OFF電圧を求める処理へと移行する。
目標OFF電圧の取得では、1つの光変調素子121に注目した場合、まず、この光変調素子121に初期の電圧として最小光量電圧が入力されて光量測定が行われ(ステップS35,S36)、さらに、入力電圧を僅かに減少させて光量測定が行われ(ステップS35,S36)、出力光量が目標OFF光量に到達しているか、すなわち、出力光量と目標OFF光量との差が所定値以下か否か確認される(ステップS37)。出力光量が目標OFF光量に到達していないことが判明すると、入力電圧を僅かに減少させつつ光量測定および出力光量の確認が繰り返され(ステップS35〜S37)、出力光量が目標OFF光量に到達した時点の入力電圧が目標OFF電圧として決定される(ステップS37)。各光変調素子121の目標OFF電圧は、補正データの一部として目標電圧取得部24に保存される。実際の処理では、全ての光変調素子121への入力電圧が決定された上で、各光変調素子121に対する光量測定が連続的に行われ、効率よく各光変調素子121に対する目標OFF電圧が求められる。
暫定OFF電圧を利用する以上の処理により、OFF状態の各光変調素子121から漏れ出す出力光量を正確に一定とする目標OFF電圧を速やかに求めることができる。
以上に説明した動作では、暫定OFF電圧から逐次探索法により最小光量を各光変調素子121について求め、最小光量に基づいて目標OFF光量および目標OFF電圧が求められる(または、暫定OFF電圧が目標OFF電圧とみなされる)が、図14の方法に準じて目標OFF光量が各光変調素子121の最小光量を用いることなく求められてもよい。なお、暫定OFF電圧を求める処理は図20のステップS301〜S303と同様であるため、以下、図20を参照して目標OFF光量および目標OFF電圧を求める処理について説明する。
暫定OFF電圧が求められる際には、既述のように、空間光変調器12の複数の光変調素子121が、連続して並ぶ所定個数毎のグループに分けられ、各グループの(複数の)光変調素子121に対して漸次増加する複数の電圧が決定されてそれぞれ入力される(ステップS301)。なお、空間光変調器12の全光変調素子121が1つのグループとされてもよい。最も低い電圧および隣接する光変調素子121間の電位差は、1グループの光変調素子121に与えられる電圧の範囲内に各光変調素子121の(予想される)最小光量電圧が必ず含まれように予め決められている。次に、各グループの光変調素子121からの出力光量が測定され(ステップS302)、光量が最小となっている光変調素子121に与えた電圧が、最小光量電圧に近いグループ共通の暫定OFF電圧として決定される(ステップS303)。
各グループの暫定OFF電圧が求められると、図20のステップS31〜S33に代えて、各グループの光変調素子121にそのグループの暫定OFF電圧が入力され(図14のステップS204参照)、再度光量測定が行われる。そして、全光変調素子121からの出力光量のうち最大のものが目標OFF光量として設定される(ステップS34)。なお、暫定OFF電圧は通常、グループ毎に異なる値となるが、目標OFF光量は全光変調素子121の共通の値として求められる。また、目標OFF光量は測定された最大の光量以上であれば、予め定められた光量以下の光量が設定されてもよい。
その後、既述の方法にて目標OFF光量から目標OFF電圧が求められる。ただし、最小光量電圧に代えて暫定OFF電圧が利用される。すなわち、まず、1つの光変調素子121に注目した場合、初期の電圧として光変調素子121に、この光変調素子121が属するグループの暫定OFF電圧が入力され(ステップS35)、光変調素子121からの出力光の光量が取得される(ステップS36)。次に、入力電圧を僅かに減少させて光量測定が行われ(ステップS35,S36)、出力光量と目標OFF光量との差が所定値以下か否か確認され(ステップS37)、出力光量が目標OFF光量に到達するまで、入力電圧を僅かに減少させつつ光量測定および出力光量の確認が繰り返される(ステップS35〜S37)。
ただし、光変調素子121によっては暫定OFF電圧が最小光量電圧よりも高くなる可能性もあり、入力電圧を減少させた際に出力光量が減少する場合は、出力光量と目標OFF光量との差の確認を行うことなく出力光量が増加に転じるまで入力電圧の減少が実行される。また、入力電圧を減少させると出力光量が増大するが、初期電圧を入力した時点で出力光量が目標OFF光量を超える場合は、出力光量が目標OFF光量となるまで入力電圧を漸次増大さつつ光量測定が行われる。
出力光量が目標OFF光量に到達すると、この時点での入力電圧が目標OFF電圧として決定される(ステップS37)。なお、上記処理により目標OFF電圧は最大光量電圧と最小光量電圧との間の電圧となる(既述の目標ON電圧についても同様)。以上のように暫定OFF電圧を利用することにより、目標OFF光量および目標OFF電圧を速やかに求めることが実現される。
ところで、図20に示す暫定OFF電圧を利用して各光変調素子の最小光量および最小光量電圧を探索する手法は、各光変調素子の最大光量および最大光量電圧を探索する工程にも応用可能である。
すなわち、先に図11を用いて説明したように、既述のON光量補正は、まず、各光変調素子に初期電圧として「0」を印加し(ステップS21)、徐々に電圧を上げながら各光変調素子からの光量が減少に転じるタイミングが探索される(ステップS21、S22、S23)。そして、各光変調素子からの光量が減少に転じたときの光量をその光変調素子についての「最大光量」とし、このときに印加されている電圧がその光変調素子についての「最大光量電圧」として決定される。
しかし、ステップS21で各光変調素子に印加する初期電圧は必ずしも「0」でなくてもよい。例えば、各素子毎に少しずつ異なる電圧を印加し、各素子からの光量を測定し、各素子から出力された光量の中から最も大きな光量を出力した素子を特定し、この素子に印加した電圧が「暫定ON電圧」とされる。そして、ステップS21ではこの「暫定ON電圧」を初期電圧として印加し、この初期電圧から徐々に電圧を上げながら各光変調素子からの光量が減少に転じるタイミングが探索されてもよい。このようにすれば、各光変調素子の最大光量および最大光量電圧の探索が迅速に行うことができる。
図23はON光量補正およびOFF光量補正が行われた後の光変調素子121の様子を示す図である。図23においてチャンネル番号を記入したボックスは、可動リボン121aの基準面121cからの高さを表現しており、実線のボックスはON状態の可動リボン121aの高さを示し、破線のボックスはOFF状態の高さを表している。図23に示すように、ON状態の可動リボン121aの高さが調整されることにより、ON状態の各光変調素子121からの出力光量が目標ON光量とされる。また、OFF状態の可動リボン121aの高さが調整されることにより、OFF状態の各光変調素子121から漏れ出す出力光量(0次光)が目標OFF光量とされる。
ここで、各光変調素子121において、目標ON電圧は最大光量電圧と最小光量電圧との間の電圧として決定されるため、符号121hにて示すように、ON状態とOFF状態との間で遷移する際に可動リボン121aが移動する距離が光変調素子121間で大きく相違することが防止される(図19参照)。すなわち、図12中の変位量Pt2に対応する電圧のように、ある光変調素子121において最大光量電圧と最小光量電圧との間に存在しない電圧が目標ON電圧として決定されると、図23中のブロック121xにて示すように、この光変調素子121のON状態における可動リボン121aの高さが周囲の光変調素子121の可動リボン121aの高さから大きく異なってしまい、図19の横万線のように線の太さが一定でなくなってしまうが、画像記録装置1ではこのような問題は生じない。
また、光変調素子121では、目標OFF光量となるときの電圧も最小光量電圧の近傍に通常2つ存在し、目標電圧取得部24では、目標OFF電圧として最大光量電圧と最小光量電圧との間の電圧のもののみが決定されるため、ON状態とOFF状態との間で遷移する際に可動リボン121aが移動する距離が光変調素子121間で大きく相違することが防止される。なお、図23では、最大光量電圧と最小光量電圧との間に存在しない電圧が目標OFF電圧として採用されてしまった場合の可動リボン121aの高さをブロック121yにて例示している。
以上に説明したON光量補正およびOFF光量補正が行われた後、全体制御部21の制御により、光変調素子121がON状態とされる際に目標ON電圧を光変調素子に入力しつつ光変調素子121がON/OFF制御され、ON/OFF制御と並行して、図2に示す光源11からの光が空間光変調器12に照射され、空間光変調器12からの光が記録材料9に対して相対的に走査されつつ記録材料9に照射されることにより、ムラが低減された適切な画像記録が実現される。さらに、ON/OFF制御において光変調素子121がOFF状態とされる際に目標OFF電圧が光変調素子121に入力されることにより、より適切な画像記録が実現される。
図24は、他の例に係る光変調素子121の可動リボン121aの変位量と出力光量との関係を示す図である。他の例に係る光変調素子121の構造は、可動反射面122aと固定反射面122bとの初期の高さの差が異なるという点を除いて、図3ないし図5.Cと同様であるが、最大光量電圧が最小光量電圧よりも高く(すなわち、絶対値が大きく)、図24に示すように、可動リボン121aが僅かに変位した変位量P2の状態で最小光量I2となり、その後、可動リボン121aが撓むほど光量が増大して変位量P1で最大光量I1へと至る。
このような光変調素子121の場合、光変調素子121において可動リボン121aが撓みを開始してから出力光の光量が最初に最大となるときの最大光量I1を得る際の最大光量電圧が0から大きく離れるため、図20に示すOFF光量補正に準じた手法にてON光量補正が速やかに行われる。すなわち、各グループ内のいずれの光変調素子121の最大光量電圧も含むと想定される電圧範囲において漸次増加する複数の電圧がこのグループの光変調素子121に対してそれぞれ与えられ(ステップS301参照)、各光変調素子121からの出力光量が測定される(ステップS302参照)。そして、出力光量が最大の光変調素子121に与えた電圧がこのグループの光変調素子共通の暫定ON電圧として決定される(ステップS303参照)。
続いて、各光変調素子121において、暫定ON電圧近傍にて入力電圧を微小に漸次増大または低減させつつ光量測定を繰り返すことにより最大光量電圧が探索される(ステップS31〜S33参照)。最大光量のうち最小のものが目標ON光量Itとして決定され(ステップS34参照)、最大光量電圧を初期の電圧として入力電圧を漸次減少させつつ光量測定が繰り返され(ステップS35〜S37参照)、出力光量が目標ON光量に到達した時点の入力電圧(図24における変位量Pt1での入力電圧)が目標ON電圧として決定される(ステップS37参照)。
一方、図24に示す特性を有する光変調素子121においてOFF光量補正が行われる場合は、図11に示すON光量補正に準じて処理が行われる。すなわち、各光変調素子121において、0を初期電圧として電圧を微小に増加させつつ光量測定を繰り返すことにより最小光量電圧が探索され(ステップS21〜S23参照)、最小光量のうち最大のものが目標OFF光量として決定される(ステップS24参照)。そして、最小光量電圧を初期の電圧として入力電圧を漸次増大させつつ光量測定が繰り返され(ステップS25〜S27参照)、出力光量が目標OFF光量に到達した時点の入力電圧が目標OFF電圧として決定される(ステップS27参照)。
以上のON光量補正およびOFF光量補正により、ON状態とOFF状態との間で遷移する際に可動リボン121aが移動する距離の光変調素子121間での相違が抑制され、適切な画像記録が実現される。
図12および図24を参照して説明したように、初期状態で可動反射面122aと固定反射面122bとに高さの差を有する光変調素子121に対するON光量補正では、一般的に、可動リボン121aが撓みを開始してから出力光量が最初に最大となるときに光変調素子121に入力される最大光量電圧と、最初に最小となるときに光変調素子121に入力される最小光量電圧との間の電圧範囲において、光変調素子121からの出力光量を目標ON光量とするときに光変調素子121に入力される目標ON電圧が求められることにより、ON状態とOFF状態との間で遷移する際に可動リボン121aが移動する距離が光変調素子121間で大きく異なってしまうことを防止できる適切な目標ON電圧を得ることができ、ON状態の光量が均一で横万線の太さの変化によるムラが生じることがない適切な画像記録が実現されるといえる。
また、OFF光量補正では、可動リボン121aが撓みを開始してから出力光量が最初に最大となるときに光変調素子121に入力される最大光量電圧と、最初に最小となるときに光変調素子121に入力される最小光量電圧との間の電圧範囲において、光変調素子121からの出力光量を目標OFF光量とするときに光変調素子121に入力される目標OFF電圧が求められることにより、ON状態とOFF状態との間で遷移する際に可動リボン121aが移動する距離の光変調素子121間での相違がさらに抑制される適切な目標OFF電圧を得ることができ、より適切な画像記録が実現される。
また、図24の光変調素子121において目標OFF電圧を求める際に、図12の光変調素子121において目標ON電圧を求める際に説明した二分探索法が採用されてもよい。すなわち、二分探索法は、目標ON電圧および目標OFF電圧のうち値(絶対値)が小さい方の電圧(以下、「目標低電圧」という。)が求められる際に、採用されることが好ましい。
目標低電圧という表現を用いて二分探索法による処理を一般的に説明すると、まず、目標低電圧を必ず超える第1電圧と、最大光量電圧および最小光量電圧のうち値が小さい方の電圧との平均である第2電圧が各光変調素子121に入力され(ステップS25)、各光変調素子121からの出力光量が測定される(ステップS26)。そして、目標低電圧を各光変調素子121に入力した際に得られる予定の目標光量と出力光量との差が許容範囲内であるか否かが確認され(ステップS27)、差が許容範囲外である場合に、出力光量が目標光量に近づくように第1電圧と第2電圧との差の半分を第2電圧に加算または減算して更新した第2電圧が取得され、さらに、更新前の第2電圧が第1電圧に更新され、更新後の第2電圧が各光変調素子121に入力されて光量測定が繰り返され(ステップS25,S26)、目標光量に到達したか確認される(ステップS27)。
その後、第1電圧および第2電圧の更新、第2電圧の入力および出力光量の確認が繰り返され(ステップS25〜S27)、出力光量と目標光量との差が許容範囲内となると、第2電圧が目標低電圧として決定される(ステップS27)。以上の処理により目標低電圧が迅速に求められる。
また、図12に示す特性を有する光変調素子121のグループの暫定OFF電圧や図24に示す特性を有する光変調素子121のグループの暫定ON電圧(以下、「暫定高電圧」という。)を求める処理を図20に準じて一般的に表現すると、複数の光変調素子121を少なくとも1つのグループに分け、各グループの光変調素子121の最大光量電圧および最小光量電圧のうち値が大きい方の電圧を必ず含むと考えられる電圧範囲において漸次増大する複数の電圧がグループ内の複数の光変調素子121にそれぞれ入力され(ステップS301)、各グループの光変調素子121からの複数の出力光量が測定され(ステップS302)、複数の出力光量のうち最小または最大のものに対応する電圧であって複数の入力電圧のうち最小および最大のいずれでもないもの(すなわち、電圧範囲の境界に対応しないもの)が各グループの光変調素子121の暫定高電圧として速やかに決定されることとなる(ステップS303)。
そして、各グループの光変調素子のそれぞれにおいて、暫定高電圧から入力電圧を漸次増大または低減しつつ出力光量の測定を繰り返すことにより、最小光量電圧または最大光量電圧が速やかに求められ(ステップS31〜S33)、さらに、目標ON電圧および目標OFF電圧のうち値が大きい方の目標高電圧が、暫定高電圧から入力電圧を漸次減少または増大しつつ出力光量の測定を繰り返すことにより速やかに求められる(ステップS34〜S37)。
一方、既述のように、図12に示す特性を有する光変調素子121の最大光量電圧が光変調素子121のグループの暫定ON電圧から求められてもよく、さらに、図24に示す特性を有する光変調素子121の最小光量電圧が光変調素子121のグループの暫定OFF電圧から求められてもよい。これらの暫定ON電圧や暫定OFF電圧(以下、「暫定低電圧」という。)を求める処理を図20に準じて一般的に表現すると、複数の光変調素子121を少なくとも1つのグループに分け、各グループの光変調素子121の最大光量電圧および最小光量電圧のうち値が小さい方の電圧を必ず含むと考えられる電圧範囲において漸次増大する複数の電圧がグループ内の複数の光変調素子121にそれぞれ入力され(ステップS301)、各グループの光変調素子121からの複数の出力光量が測定され(ステップS302)、複数の出力光量のうち最大または最小のものに対応する電圧であって複数の入力電圧のうち最大および最小のいずれでもないもの(すなわち、電圧範囲の境界に対応しないもの)が各グループの光変調素子121の暫定低電圧として速やかに決定されることとなる(ステップS303)。
そして、各グループの光変調素子のぞれぞれにおいて、暫定低電圧から入力電圧を漸次増大または低減しつつ出力光量の測定を繰り返すことにより、最大光量電圧または最小光量電圧が速やかに求められ(ステップS31〜S33)、さらに、目標ON電圧および目標OFF電圧のうち値が小さい方の目標低電圧が、暫定低電圧から入力電圧を漸次増大または低減しつつ出力光量の測定を繰り返すことにより速やかに求められる(ステップS34〜S37)。
ところで、以上の説明では、例えば、図12に示すように目標ON光量に対応する電圧がPt1,Pt2として2つ存在する場合に、最大光量電圧P1と最小光量電圧P2との間の電圧Pt1を目標ON電圧として採用することにより、図19に例示する横万線を描画した際の線の太さのばらつきが防止されるが、Pt2が必ず存在するのであれば(すなわち、電圧0における光量が十分に小さいのであれば)目標ON電圧としてPt2を採用しても各光変調素子121間におけるON状態における可動リボン121aの高さのばらつきを押さえることができ、横万線における線の太さのばらつきを防止することができる。
目標OFF電圧に関しても同様に、目標OFF電圧は最大光量電圧と最小光量電圧との間の電圧として求められる必要はなく、図12に示す特性を有する光変調素子121において最小光量電圧から電圧を漸次増大して最初に目標OFF光量となる際の電圧が目標OFF電圧として採用されてもよい。また、目標ON電圧および目標OFF電圧として最大光量電圧と最小光量電圧との間の電圧以外の電圧が採用可能である点は、図24に示す特性を有する光変調素子121においても同様である。
すなわち、目標ON電圧は、各光変調素子121の最大光量電圧から入力電圧を漸次増大または減少させた際に(全光変調素子121に対して増大または減少のいずれのみか適用される。)各光変調素子121からの出力光量が最初に目標ON光量となるときの入力電圧に等しい電圧としてを求められ、目標OFF電圧は、各光変調素子121の最小光量電圧から入力電圧を漸次増大または減少させた際に(全光変調素子121に対して増大または減少のいずれのみか適用される。)各光変調素子121からの出力光量が最初に目標OFF光量となるときの入力電圧に等しい電圧としてを求められることにより、適切な目標ON電圧および目標OFF電圧を求めることが実現される。
もちろん、既述のように目標ON電圧および目標OFF電圧が求められる際には実際に入力電圧が最大光量電圧や最小光量電圧から漸次増大または減少される必要はなく、求められた目標ON電圧および目標OFF電圧が結果的に最大光量電圧や最小光量電圧から漸次増大または減少させて求められた電圧と等しなればよい。
さらに換言すれば、目標ON電圧または目標OFF電圧である目標電圧は、各光変調素子121の可動リボン121aが撓みを開始してから出力光の光量が最初に最小となるときの最小光量および最大となるときの最大光量のうち、目標ON光量または目標OFF光量である目標光量に近い方に対応する入力電圧である最大光量電圧または最小光量電圧から、入力電圧を漸次増大または減少させた際に各光変調素子121からの出力光量が最初に目標光量となるときの入力電圧に等しい電圧として求められる。
図25は、本発明の第2の実施の形態に係る画像記録装置1aの外観を示す斜視図であり、図26は、画像記録装置1aの機械的主要部および機能構成を示す図である。なお、図26中の全体制御部21、信号処理部22、信号生成部23および目標電圧取得部24は、第1の実施の形態と同様のものであり、図26中の制御ユニット20内に設けられている。
画像記録装置1aは、ガラスマスクやTFT(Thin Film Transistor)液晶パネル等の製造用のガラス基板9aにマスクや配線等のパターンの画像を記録する装置であり、露光により画像を直接描画するいわゆる直描装置である。画像記録装置1aでは感光材料が塗布されたガラス基板9aが画像の情報が記録される物理的な材料である広義の記録材料となっている。画像記録装置1aは、ガラス基板9aを(+Z)側の面上に保持するテーブル72を備え、テーブル72のガラス基板9aとは反対側にはテーブル72をY方向(主走査方向)に移動するテーブル移動機構85が基台74上に設けられる。基台74上には、テーブル72の位置を検出する位置検出モジュール85aが設けられる。
テーブル72の上方にはガラス基板9aに向けて光を出射する光学ヘッド10aが配置され、光学ヘッド10aはヘッド移動機構86により副走査方向であるX方向に移動可能に支持される。すなわち、主走査方向および副走査方向はテーブル72に平行であり、テーブル移動機構85およびヘッド移動機構86が、主走査方向にテーブル72を空間光変調器12(図2参照)を含む光学ヘッド10aに対して一定の速度で相対的に移動するとともに主走査方向に垂直な副走査方向にも相対的に移動する移動機構となっている。
図25に示すように、基台74にはテーブル72を跨ぐようにしてフレーム75が設けられ、ヘッド移動機構86はフレーム75に固定される。画像記録装置1aでは、光源11aがフレーム75上に設けられ、図示省略の光ファイバを介して光源11aからの光が光学ヘッド10aの内部へと導入される。本実施の形態におけるガラス基板9aの(+Z)側の主面上には紫外線の照射により感光する感光材料(レジスト)の膜が予め形成されている。光学ヘッド10aの構成は、光源11aが外部に設けられる点を除き、図2の光学ヘッド10と同様とされる。なお、図26に示すように、光学ヘッド10a内に設けられた空間光変調器12の複数の光変調素子121(図3参照)の配列方向は、X方向である副走査方向に一致しているが、複数の光変調素子121の配列方向は光学ヘッド10aのY方向である主走査方向と交差する方向であれば、副走査方向と必ずしも一致していなくてもよい。すなわち、第1の実施の形態と同様に、ガラス基板9aの移動方向である主走査方向は、光が照射される位置の配列方向に対して交差する方向であればよい。
図25および図26に示すように、テーブル72上には、ガラス基板9aと重ならない位置であってテーブル72の(−Y)側かつ(−X)側の隅に光量測定部71aが配置される。光量測定部71aは、光学ヘッド10aから(−Z)方向に出射される光を受光するという点を除いて、図7の光量測定部71と同様の構造を有する。光量測定部71aのスリット712(図7参照)に形成されている間隙の幅(光変調素子121の配列方向に対応する方向の幅)は、第1の実施の形態と同様に、1つの光変調素子121の像の副走査方向の幅の半分とされる。なお、光量測定部71aの分解能は間隙の幅に逆比例して向上するため、間隙の幅は1つの光変調素子121の像の副走査方向の幅の半分未満であってもよい。
画像記録装置1aが、ガラス基板9a上の感光材料に画像を記録する動作は、図1の画像記録装置1と比較してガラス基板9a上における光の照射位置の移動経路が異なる点を除き、図10と同様である。
画像記録では、まず、光量測定が行われて補正データの修正の要否が確認され(ステップS11,S12)、修正が不要であるとそのまま描画が行われる(ステップS13)。光量測定では、テーブル移動機構85およびヘッド移動機構86が駆動されて光学ヘッド10aが光量測定部71aに対向する位置まで移動し、ヘッド移動機構86により光学ヘッド10aを副走査方向に低速で移動しながらスリット12を介して第1の実施の形態と同様に各光変調素子121から出射される出力光の光量が順次測定される。すなわち、ヘッド移動機構86がスリット712を光変調素子に対して相対的に移動するスリット移動機構となっている。
光量測定により補正データの修正が必要であると判断された場合は、ON光量補正(ステップS2)が行われ、必要に応じてOFF光量補正(ステップS3)が行われて画像記録へと移行する。ON光量補正およびOFF光量補正の処理は、第1の実施の形態と同様である。
ガラス基板9aに対する描画(すなわち、露光による画像記録)(ステップS13)では、まず、テーブル移動機構85によりテーブル72が空間光変調器12を含む光学ヘッド10aに対して(−Y)方向へと相対的に移動し、これにより、光学ヘッド10aからの光の照射位置がガラス基板9aに対して(+Y)方向に相対的かつ連続的に移動する(すなわち、主走査する)。テーブル72の移動と並行して、位置検出モジュール85aからの信号に同期して描画が行われ、このとき、目標電圧取得部24で算出された補正データに基づいて、全体制御部21および信号処理部22により、補正されたON光量(および補正されたOFF光量)にて光が出力される。これにより、空間光変調器12の像の大きさに対応した幅のY方向に長い帯状領域(スワス)に適切な描画が行われる。
照射位置がガラス基板9aの(+Y)側の端部まで到達すると、光学ヘッド10aが帯状領域のX方向の幅に相当する距離だけ副走査方向(X方向)に移動するとともにテーブル72の移動方向が反転され、往路にて描画された帯状領域の横に接する新たな帯状領域にテーブル72の復路における描画が行われる。そして、画像記録装置1aでは、テーブル72がY方向に往復しつつ光学ヘッド10aがX方向に間欠的に移動することにより、平面状のガラス基板9aの全体に画像が記録される。
以上のように、画像記録装置1aでは、ガラスマスクやTFT液晶パネル等の製造用のガラス基板9aに対して光を照射する際に、ON状態(およびOFF状態)の各光変調素子121からの出力光量を均一にすることにより、記録された画像の質を向上することができる。
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく様々な変形が可能である。
可動リボン121aおよび固定リボン121bは帯状の反射面として捉えることができるのであるならば、厳密な意味でのリボン状である必要はない。さらに、固定リボン121bは、上面が固定反射面とされる固定反射部であれば様々に変更されてよく、例えば、ブロック状の部位として設けられてもよい。
図5.Aでは、可動反射面122aを基準面121cに投影した第1領域123aのエッジ124aが、固定反射面122bを基準面121cに投影した第2領域123bのエッジ124bと重なるが、エッジ124aは第2領域123bの内側に位置してもよい。
最大光量電圧および最小光量電圧のうち低い方、並びに、目標ON電圧および目標OFF電圧のうち低い方を求める方法として、電圧に対する光量の変化から推測する方法が採用されてもよい。例えば、可動リボン121aの挙動が予測可能な場合は、予め定めた電圧範囲における光量変動を測定することにより、最大光量電圧、最小光量電圧、目標ON電圧または目標OFF電圧を速やかに決定することができる。
上記実施の形態では、0次光が出力光、すなわち、描画に利用される信号光とされ、0次光の光量が補正されるが、1次回折光が出力光とされ、1次回折光の光量が補正されてもよい。この場合、上記実施の形態における最大光量は、光変調素子121において可動リボン121aが撓みを開始してから1次回折光の光量が最初に最大となるときの光量であり、この時点で光変調素子121に入力される電圧が最大光量電圧となる。また、最小光量は、可動リボン121aが撓みを開始してから1次回折光の光量が最初に最小となるときの光量であり、この時点で光変調素子121に入力される電圧が最小光量電圧として扱われる。1次回折光を出力光として利用することにより、消光比をさらに向上することができる。
空間光変調器12の性能によっては、光量補正の確認は画像の記録が行われる前に必ず行われる必要はなく例えば、補正データの修正またはその確認が前回行われてから所定の時間が経過している場合や、補正データの修正が行われてから画像記録が所定回数行われた場合のように、画像記録装置1の状態に変化が生じているおそれがある場合に、補正データの修正の要否が確認され、画像記録装置1の状態に変化がないと想定される場合は、補正データの修正の確認が不要であると判断されてもよい。
目標ON光量は、複数の光変調素子121の最大光量のうち最小のもの以下であれば最大光量の最小値よりも小さい値に設定されてもよい。ただし、目標ON光量としての機能を果たせる予め定められた光量以上に設定される。目標OFF光量も同様に、複数の光変調素子121の最小光量のうち最大のもの以上であれば最小光量の最大値よりも大きく、かつ、目標OFF光量としての機能を果たせる予め定められた光量以下に設定されてよい。
最大光量および最小光量を求めることなく暫定ON電圧および暫定OFF電圧から速やかに目標ON光量および目標OFF光量を決定する処理は、図24に示す特性を有する光変調素子121にも適用可能であり、また、1つのグループに対して求めた暫定ON電圧や暫定OFF電圧を全光変調素子121に入力して目標ON光量や目標OFF光量が求められてもよい。さらには、暫定ON電圧および暫定OFF電圧に代えて、予め測定にて決定された電圧や理論計算により求められた電圧を全光変調素子121に入力して目標ON光量および目標OFF光量が決定されてもよい。このように、ON状態またはOFF状態において各光変調素子121が出力する0次光または1次回折光である出力光の光量を各光変調素子121に共通の目標光量として設定するために様々な手法が採用可能である。
光量測定部71による光量測定はスリット式には限定されず、例えば、光変調素子121が1つずつON状態とされて光量測定が行われてもよい。また、複数の受光素子を用いて互いに離れた複数の光変調素子121の出力光量が同時に測定されてもよい。
光源11は半導体レーザには限定されず、ガスレーザ、固定レーザ、LED(発光ダイオード)や放電ランプ等であってもよい。
図1に示す全体制御部21、信号処理部22、信号生成部23および目標電圧取得部24は、物理的に個別に設けられる必要はなく、これらの機能は、演算処理に係る回路を含む1以上の構成要素により実現されてよい。
記録材料9およびガラス基板9aは光学ヘッド10,10aに対して相対的に移動可能であるならば他の手法により移動されてもよい。また、画像の情報を保持する記録材料は、プリント配線基板や半導体基板等の感光性材料が塗布された、あるいは、感光性を有する他の材料であってもよく、光の照射による熱に反応する材料であってもよい。
第1の実施形態に係る画像記録装置を示す図である。 光学ヘッドの内部構成を示す図である。 配列配置された光変調素子の拡大図である。 可動リボンの断面図である。 可動リボンの断面図である。 光変調素子の断面図である。 光変調素子の断面図である。 光変調素子の断面図である。 光変調素子を駆動する構成を示す図である。 光量測定部の構成を示す図である。 光量測定の様子を示す図である。 光量測定の結果の例を示す図である。 画像記録装置の動作の流れを示す図である。 ON光量補正の流れを示す図である。 可動リボンの変位量と出力光量との関係を示す図である。 最大光量の分布を示す図である。 目標ON光量を求める他の例の流れを示す図である。 複数の光変調素子に漸次増大する電圧を順番に与えた場合の可動リボンの高さを示す図である。 図15の複数の光変調素子からの出力光量を示す図である。 比較例に係る光変調素子の断面図である。 比較例における可動リボンの変位量と出力光量との関係を示す図である。 横万線を示す図である。 OFF光量補正の流れを示す図である。 複数の光変調素子に漸次増大する電圧を順番に与えた場合の可動リボンの高さを示す図である。 21の複数の光変調素子からの出力光量を示す図である。 補正後の可動リボンの高さを示す図である。 他の例に係る光変調素子おける可動リボンの変位量と出力光量との関係を示す図である。 第2の実施の形態に係る画像記録装置を示す図である。 画像記録装置の主要な構成要素を示す図である。
符号の説明
1,1a 画像記録装置
9 記録材料
9a ガラス基板
11、11a 光源
12 空間光変調器
21 全体制御部
22 信号処理部
24 目標電圧取得部
71,71a 光量測定部
81,82 モータ
83 ボールねじ
85 テーブル移動機構
86 ヘッド移動機構
121 光変調素子
121a 可動リボン
121b 固定リボン
121c 基準面
122a 可動反射面
122b 固定反射面
123a 第1領域
123b 第2領域
124a,124b エッジ
S11〜S13,S21〜S27,S31〜S37,S201〜S204,S301〜S303 ステップ

Claims (13)

  1. 複数の光変調素子を備える回折格子型の空間光変調器における出力光量の補正方法であって、
    各光変調素子が、基準面に平行な帯状の固定反射面を有する固定反射部と、前記基準面に平行な帯状の可動反射面を有する可動リボンとを、所定方向に交互に配列して備え、
    前記各光変調素子に入力される電圧に応じて前記可動リボンが撓んで前記可動反射面の前記基準面からの高さが変更されることにより、前記各光変調素子が0次光を出射する状態と1次回折光を出射する状態との間で変化し、かつ、前記各光変調素子において、前記可動リボンが撓まない状態における前記固定反射面と前記可動反射面との前記基準面からの高さが異なり、
    前記空間光変調器における出力光量の補正方法が、
    a)ON状態において前記各光変調素子が出力する0次光または1次回折光である出力光の光量を前記各光変調素子に共通の目標光量として設定する工程と、
    b)前記各光変調素子への入力電圧を増大させた際に前記可動リボンが撓みを開始してから出力光の光量が最初に最大光量となるときの前記入力電圧である最大光量電圧から前記入力電圧を漸次増大または減少させた際に前記各光変調素子からの出力光量が最初に前記目標光量となるときの前記入力電圧に等しい目標電圧を求める工程と、
    を備え
    前記a)工程が、
    a1)前記各光変調素子の前記最大光量および前記最大光量電圧を求める工程と、
    a2)前記複数の光変調素子の複数の最大光量のうち最小のもの以下、かつ、予め定められた光量以上となる光量を前記目標光量として設定する工程と、
    を備え、
    前記a)工程が、前記a1)工程の前に、
    a3)前記複数の光変調素子を少なくとも1つのグループに分け、各グループの光変調素子の最大光量電圧を必ず含む電圧範囲において漸次増大する複数の電圧を前記各グループの光変調素子にそれぞれ入力する工程と、
    a4)前記各グループの光変調素子からの複数の出力光量を測定する工程と、
    a5)前記複数の出力光量のうち最大のものに対応する電圧を前記各グループの光変調素子の暫定電圧として決定する工程と、
    をさらに備え、
    前記a1)工程において、前記各グループの光変調素子のぞれぞれにおいて、前記暫定電圧から入力電圧を漸次増大または低減しつつ出力光量の測定を繰り返すことにより、前記最大光量電圧が求められることを特徴とする空間光変調器における出力光量の補正方法。
  2. 複数の光変調素子を備える回折格子型の空間光変調器における出力光量の補正方法であって、
    各光変調素子が、基準面に平行な帯状の固定反射面を有する固定反射部と、前記基準面に平行な帯状の可動反射面を有する可動リボンとを、所定方向に交互に配列して備え、
    前記各光変調素子に入力される電圧に応じて前記可動リボンが撓んで前記可動反射面の前記基準面からの高さが変更されることにより、前記各光変調素子が0次光を出射する状態と1次回折光を出射する状態との間で変化し、かつ、前記各光変調素子において、前記可動リボンが撓まない状態における前記固定反射面と前記可動反射面との前記基準面からの高さが異なり、
    前記空間光変調器における出力光量の補正方法が、
    a)FF状態において前記各光変調素子が出力する0次光または1次回折光である出力光の光量を前記各光変調素子に共通の目標光量として設定する工程と、
    b)前記各光変調素子への入力電圧を増大させた際に前記可動リボンが撓みを開始してから出力光の光量が最初に最小光量となるときの前記入力電圧である最小光量電圧から前記入力電圧を漸次増大または減少させた際に前記各光変調素子からの出力光量が最初に前記目標光量となるときの前記入力電圧に等しい目標電圧を求める工程と、
    を備え
    前記a)工程が、
    a1)前記各光変調素子の前記最小光量および前記最小光量電圧を求める工程と、
    a2)前記複数の光変調素子の複数の最小光量のうち最大のもの以上、かつ、予め定められた光量以下となる光量を前記目標光量として設定する工程と、
    を備え、
    前記a)工程が、前記a1)工程の前に、
    a3)前記複数の光変調素子を少なくとも1つのグループに分け、各グループの光変調素子の最小光量電圧を必ず含む電圧範囲において漸次増大する複数の電圧を前記各グループの光変調素子にそれぞれ入力する工程と、
    a4)前記各グループの光変調素子からの複数の出力光量を測定する工程と、
    a5)前記複数の出力光量のうち最小のものに対応する電圧を前記各グループの光変調素子の暫定電圧として決定する工程と、
    をさらに備え、
    前記a1)工程において、前記各グループの光変調素子のぞれぞれにおいて、前記暫定電圧から入力電圧を漸次増大または低減しつつ出力光量の測定を繰り返すことにより、前記最小光量電圧が求められることを特徴とする空間光変調器における出力光量の補正方法。
  3. 複数の光変調素子を備える回折格子型の空間光変調器における出力光量の補正方法であって、
    各光変調素子が、基準面に平行な帯状の固定反射面を有する固定反射部と、前記基準面に平行な帯状の可動反射面を有する可動リボンとを、所定方向に交互に配列して備え、
    前記各光変調素子に入力される電圧に応じて前記可動リボンが撓んで前記可動反射面の前記基準面からの高さが変更されることにより、前記各光変調素子が0次光を出射する状態と1次回折光を出射する状態との間で変化し、かつ、前記各光変調素子において、前記可動リボンが撓まない状態における前記固定反射面と前記可動反射面との前記基準面からの高さが異なり、
    前記空間光変調器における出力光量の補正方法が、
    a)ON状態において前記各光変調素子が出力する0次光または1次回折光である出力光の光量を前記各光変調素子に共通の目標光量として設定する工程と、
    b)前記各光変調素子への入力電圧を増大させた際に前記可動リボンが撓みを開始してから出力光の光量が最初に最大光量となるときの前記入力電圧である最大光量電圧から前記入力電圧を漸次増大または減少させた際に前記各光変調素子からの出力光量が最初に前記目標光量となるときの前記入力電圧に等しい目標電圧を求める工程と、
    を備え
    前記a)工程が、
    a1)前記複数の光変調素子を少なくとも1つのグループに分け、各グループの光変調素子の最大光量時に入力される電圧を必ず含む電圧範囲において漸次増大する複数の電圧を前記各グループの光変調素子にそれぞれ入力する工程と、
    a2)前記各グループの光変調素子からの複数の出力光量を測定する工程と、
    a3)前記複数の出力光量のうち最大のものに対応する電圧を前記各グループの光変調素子の暫定電圧として決定する工程と、
    a4)前記各グループの光変調素子に前記暫定電圧を入力する工程と、
    a5)前記複数の光変調素子からの出力光量のうち最小のもの以下、かつ、予め定められた光量以上となる光量を前記目標光量として設定する工程と、
    を備えることを特徴とする空間光変調器における出力光量の補正方法。
  4. 複数の光変調素子を備える回折格子型の空間光変調器における出力光量の補正方法であって、
    各光変調素子が、基準面に平行な帯状の固定反射面を有する固定反射部と、前記基準面に平行な帯状の可動反射面を有する可動リボンとを、所定方向に交互に配列して備え、
    前記各光変調素子に入力される電圧に応じて前記可動リボンが撓んで前記可動反射面の前記基準面からの高さが変更されることにより、前記各光変調素子が0次光を出射する状態と1次回折光を出射する状態との間で変化し、かつ、前記各光変調素子において、前記可動リボンが撓まない状態における前記固定反射面と前記可動反射面との前記基準面からの高さが異なり、
    前記空間光変調器における出力光量の補正方法が、
    a)FF状態において前記各光変調素子が出力する0次光または1次回折光である出力光の光量を前記各光変調素子に共通の目標光量として設定する工程と、
    b)前記各光変調素子への入力電圧を増大させた際に前記可動リボンが撓みを開始してから出力光の光量が最初に最小光量となるときの前記入力電圧である最小光量電圧から前記入力電圧を漸次増大または減少させた際に前記各光変調素子からの出力光量が最初に前記目標光量となるときの前記入力電圧に等しい目標電圧を求める工程と、
    を備え
    前記a)工程が、
    a1)前記複数の光変調素子を少なくとも1つのグループに分け、各グループの光変調素子の最小光量時に入力される電圧を必ず含む電圧範囲において漸次増大する複数の電圧を前記各グループの光変調素子にそれぞれ入力する工程と、
    a2)前記各グループの光変調素子からの複数の出力光量を測定する工程と、
    a3)前記複数の出力光量のうち最小のものに対応する電圧を前記各グループの光変調素子の暫定電圧として決定する工程と、
    a4)前記各グループの光変調素子に前記暫定電圧を入力する工程と、
    a5)前記複数の光変調素子からの出力光量のうち最大のもの以上、かつ、予め定められた光量以下となる光量を前記目標光量として設定する工程と、
    を備えることを特徴とする空間光変調器における出力光量の補正方法。
  5. 請求項1または3に記載の空間光変調器における出力光量の補正方法であって、
    前記各光変調素子の前記目標電圧が、前記最大光量電圧と、前記各光変調素子への前記入力電圧を増大させた際に前記可動リボンが撓みを開始してから出力光の光量が最初に最小光量となるときに前記各光変調素子に入力される最小光量電圧との間の電圧であることを特徴とする空間光変調器における出力光量の補正方法。
  6. 請求項2または4に記載の空間光変調器における出力光量の補正方法であって、
    前記各光変調素子の前記目標電圧が、前記各光変調素子への前記入力電圧を増大させた際に前記可動リボンが撓みを開始してから出力光の光量が最初に最大光量となるときに前記各光変調素子に入力される最大光量電圧と、前記最小光量電圧との間の電圧であることを特徴とする空間光変調器における出力光量の補正方法。
  7. 複数の光変調素子を備える回折格子型の空間光変調器における出力光量の補正方法であって、
    各光変調素子が、基準面に平行な帯状の固定反射面を有する固定反射部と、前記基準面に平行な帯状の可動反射面を有する可動リボンとを、所定方向に交互に配列して備え、
    前記各光変調素子に入力される電圧に応じて前記可動リボンが撓んで前記可動反射面の前記基準面からの高さが変更されることにより、前記各光変調素子が0次光を出射する状態と1次回折光を出射する状態との間で変化し、かつ、前記各光変調素子において、前記可動リボンが撓まない状態における前記固定反射面と前記可動反射面との前記基準面からの高さが異なり、
    前記空間光変調器における出力光量の補正方法が、
    a)ON状態において前記各光変調素子が出力する0次光または1次回折光である出力光の光量を前記各光変調素子に共通の目標ON光量として設定する工程と、
    b)前記各光変調素子への入力電圧を増大させた際に前記可動リボンが撓みを開始してから出力光の光量が最初に最大光量となるときの前記入力電圧である最大光量電圧から前記入力電圧を漸次増大または減少させた際に前記各光変調素子からの出力光量が最初に前記目標ON光量となるときの前記入力電圧に等しい目標電圧である目標ON電圧を求める工程と、
    を備え
    前記出力光量の補正方法が、
    c1)前記複数の光変調素子を少なくとも1つのグループに分け、各グループの光変調素子の最小光量時の電圧を必ず含む電圧範囲において漸次増大する複数の電圧を前記各グループの光変調素子にそれぞれ入力する工程と、
    c2)前記各グループの光変調素子からの複数の出力光量を測定する工程と、
    c3)前記複数の出力光量のうち最小のものに対応する電圧をOFF状態の前記各グループの光変調素子に入力される目標OFF電圧として決定する工程と、
    をさらに備えることを特徴とする空間光変調器における出力光量の補正方法。
  8. 請求項7に記載の空間光変調器における出力光量の補正方法であって、
    前記各光変調素子の前記目標ON電圧が、前記最大光量電圧と、前記各光変調素子への前記入力電圧を増大させた際に前記可動リボンが撓みを開始してから出力光の光量が最初に最小光量となるときに前記各光変調素子に入力される最小光量電圧との間の電圧であることを特徴とする空間光変調器における出力光量の補正方法。
  9. 請求項1ないしのいずれかに記載の空間光変調器における出力光量の補正方法であって、
    前記可動反射面を前記基準面に投影した第1領域の前記所定方向に垂直な方向に伸びるエッジが、前記固定反射面を前記基準面に投影した第2領域のエッジと重なる、または、前記第2領域の内側に位置することを特徴とする空間光変調器における出力光量の補正方法。
  10. 空間光変調器からの光を記録材料に対して相対的に走査しつつ前記記録材料に照射することにより前記記録材料に画像を記録する画像記録方法であって、
    請求項1ないしのいずれかに記載の空間光変調器における出力光量の補正方法により前記各光変調素子がON状態またはOFF状態とされる際に前記各光変調素子に入力される前記目標電圧を求める工程と、
    前記各光変調素子がON状態またはOFF状態とされる際に前記目標電圧を前記各光変調素子に入力しつつ前記各光変調素子をON/OFF制御し、前記ON/OFF制御と並行して前記空間光変調器に光を照射し、前記空間光変調器からの光を記録材料に対して相対的に走査しつつ前記記録材料に照射する工程と、
    を備えることを特徴とする画像記録方法。
  11. 請求項10に記載の画像記録方法であって、
    各記録材料に画像が記録される前に前記各光変調素子からの出力光量を測定し、前記目標電圧を求める工程の要否を確認する工程をさらに備えることを特徴とする画像記録方法。
  12. 複数の光変調素子を備える回折格子型の空間光変調器における出力光量の補正装置であって、
    各光変調素子が、基準面に平行な帯状の固定反射面を有する固定反射部と、前記基準面に平行な帯状の可動反射面を有する可動リボンとを、所定方向に交互に配列して備え、
    前記各光変調素子に入力される電圧に応じて前記可動リボンが撓んで前記可動反射面の前記基準面からの高さが変更されることにより、前記各光変調素子が0次光を出射する状態と1次回折光を出射する状態との間で変化し、かつ、前記各光変調素子において、前記可動リボンが撓まない状態における前記固定反射面と前記可動反射面との前記基準面からの高さが異なり、
    前記空間光変調器における出力光量の補正装置が、
    前記空間光変調器に光を照射する光源と、
    前記各光変調素子に電圧を入力する制御部と、
    前記各光変調素子からの0次光または1次回折光である出力光の光量を測定する光量測定部と、
    前記各光変調素子からの出力光の光量を目標光量とする際に前記各光変調素子に入力される目標電圧を求める目標電圧取得部と、
    を備え、
    前記制御部、前記光量測定部および前記目標電圧取得部が、請求項1ないし11のいずれかに記載の出力光量の補正方法を実行することを特徴とする空間光変調器における出力光量の補正装置。
  13. 空間光変調器からの光を記録材料に対して相対的に走査しつつ前記記録材料に照射することにより前記記録材料に画像を記録する画像記録装置であって、
    空間光変調器と、
    前記空間光変調器からの出力光量を補正する請求項12に記載の補正装置と、
    前記空間光変調器に入力される画像信号を生成する信号処理部と、
    前記空間光変調器からの光を記録材料に対して相対的に走査しつつ前記記録材料に照射する走査機構と、
    を備えることを特徴とする画像記録装置。
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