WO2006137486A1 - 画像露光装置 - Google Patents

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WO2006137486A1
WO2006137486A1 PCT/JP2006/312518 JP2006312518W WO2006137486A1 WO 2006137486 A1 WO2006137486 A1 WO 2006137486A1 JP 2006312518 W JP2006312518 W JP 2006312518W WO 2006137486 A1 WO2006137486 A1 WO 2006137486A1
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WO
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image
microlens
microlens array
unit
detection
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PCT/JP2006/312518
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English (en)
French (fr)
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Teppei Ejiri
Toshinobu Matsuyama
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Fujifilm Holdings Corp
Fujifilm Corp
Original Assignee
Fujifilm Corp
Fuji Photo Film Co Ltd
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    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
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    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70216—Mask projection systems
    • G03F7/70358—Scanning exposure, i.e. relative movement of patterned beam and workpiece during imaging
    • G—PHYSICS
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    • G03F7/70216—Mask projection systems
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    • G—PHYSICS
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    • G03F7/70216—Mask projection systems
    • G03F7/70283—Mask effects on the imaging process
    • G03F7/70291—Addressable masks, e.g. spatial light modulators [SLMs], digital micro-mirror devices [DMDs] or liquid crystal display [LCD] patterning devices

Definitions

  • the present invention relates to an image exposure apparatus, and in particular, passes light modulated by a spatial light modulation element through an imaging optical system including a microlens array, and forms an image of this light on a photosensitive material.
  • the present invention relates to an image exposure apparatus that exposes the photosensitive material.
  • an image exposure apparatus in which light modulated by a spatial light modulation element is passed through an imaging optical system, an image formed by this light is formed on a predetermined photosensitive material, and the photosensitive material is exposed. It has become.
  • This type of image exposure apparatus basically includes a spatial light modulation element in which a large number of pixel units that modulate irradiated light according to control signals are arranged in a two-dimensional manner, and this spatial light modulation.
  • the spatial light modulation element for example, an LCD (liquid crystal display element), a DMD (digital 'micromirror device), or the like can be suitably used.
  • the DMD is a mirror device in which a number of rectangular micromirrors that change the angle of the reflecting surface in accordance with a control signal are two-dimensionally arranged on a semiconductor substrate such as silicon.
  • a first imaging optical system is arranged in the optical path of the light modulated by the spatial light modulation element, and each pixel portion of the spatial light modulation element is provided on the imaging surface by the imaging optical system.
  • a microlens array in which the corresponding microphone lenses are arranged in an array is arranged, and the image of the modulated light is transferred to the photosensitive material or the screen in the optical path of the light that has passed through the microlens array.
  • a second imaging optical system that forms an image on the screen is arranged and an image is enlarged and projected by the first and second imaging optical systems.
  • the size of the image projected on the photosensitive material and the screen is enlarged, while the light from each pixel portion of the spatial light modulator is condensed by each microlens of the microlens array. Since the pixel size (spot size) in the projected image is reduced and kept small, the sharpness of the image can be kept high.
  • Patent Document 1 shows an example of an image exposure apparatus that uses a DMD as a spatial light modulation element and combines it with a microlens array.
  • the second imaging optical system is omitted in order to increase exposure accuracy, and light passing through the microlens array is directly exposed to a photosensitive material or the like.
  • An apparatus for exposing the surface to be exposed has also been proposed.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2001-305663
  • the present invention has been made in consideration of the above-described facts, and an image exposure apparatus that directly exposes the light that has passed through the microlens array onto the surface to be exposed allows the image to be focused with high accuracy.
  • An exposure apparatus is provided.
  • One aspect of the present invention includes a spatial light modulation element in which a large number of pixel units each modulating irradiated light are arranged in a two-dimensional manner; a light source that irradiates light to the spatial light modulation element; Including a microlens array in which microlenses for condensing light of each pixel force of the spatial light modulator are arranged in an array, and are modulated by the spatial light modulator.
  • An imaging optical system that directly forms an image of the reflected light on the surface to be exposed by the microlens array; provided in the vicinity of the microlens array, and the light of the microlens and the surface to be exposed
  • a detection unit that detects information related to a positional relationship in the optical axis direction; and based on a detection result by the detection unit, the position of the microphone lens array with respect to the exposed surface is within a predetermined range.
  • an adjustment unit that adjusts the position of the microlens array in the optical axis direction.
  • Another aspect of the present invention includes a spatial light modulation element in which a large number of pixel portions that respectively modulate irradiated light are arranged two-dimensionally; a light source that irradiates light to the spatial light modulation element; A microlens array in which microlenses for condensing light of each pixel portion of the spatial light modulator are arranged in an array, and an image of light modulated by the spatial light modulator is formed by the microlens array.
  • An imaging optical system that forms an image directly on the surface to be exposed; and a detection that is provided in the vicinity of the microlens array and detects information about a positional relationship between the microlens and the surface to be exposed in the optical axis direction of the light.
  • a unit based on a detection result by the detection unit, the position of the microlens array with respect to the exposed surface is within a predetermined range.
  • An adjustment unit that adjusts the position of the microlens array in the optical axis direction; the detection unit is a detection microlens that is integrally formed with the microlens array and that detects the focus position;
  • a light source that irradiates the microlens for light and an imaging unit that captures an image formed on the exposed surface by the microlens for detection; and the adjustment unit is configured by the imaging unit.
  • the position of the microlens array is adjusted based on the captured image;
  • the detection unit is a distance detection sensor that detects a distance from the exposed surface, and holds the microlens array on an exposure head.
  • a plurality of the distance detection sensors are disposed at different positions, and the adjustment unit includes the distance detection sensor. Adjusting the position of the microlens array for each position corresponding to the detection sensor; provided with a dangerous unevenness detecting sensor for detecting a predetermined dangerous unevenness on the exposed surface, and when the dangerous unevenness is detected, Further comprising a prohibition unit for prohibiting exposure to the exposed light surface;
  • This is an image exposure apparatus that is a digital micromirror device in which micromirrors as a pixel portion are two-dimensionally arranged.
  • an image exposure apparatus that directly exposes light that has passed through a microlens array onto a surface to be exposed has an effect that the focal position can be accurately adjusted.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an appearance of an image exposure apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a configuration of a scanner of the image exposure apparatus in FIG. 1.
  • FIG. 3A is a plan view showing an exposed area formed on a photosensitive material.
  • FIG. 3B is a diagram showing an arrangement of exposure areas by each exposure head.
  • FIG. 4 is a perspective view showing a schematic configuration of an exposure head of the image exposure apparatus in FIG. 1.
  • FIG. 4 is a perspective view showing a schematic configuration of an exposure head of the image exposure apparatus in FIG. 1.
  • FIG. 5 is a sectional view of the exposure head.
  • FIG. 6 is a partially enlarged view showing the configuration of a digital micromirror device (DMD).
  • DMD digital micromirror device
  • FIG. 7A is an explanatory diagram for explaining the operation of DMD.
  • FIG. 7B is an explanatory diagram for explaining the operation of the DMD.
  • FIG. 8A is a plan view showing exposure beam arrangements and scanning lines when DMDs are not inclined.
  • FIG. 8B is a plan view showing exposure beam arrangement and scanning lines when the DMD is inclined.
  • FIG. 9A is a perspective view showing a configuration of a fiber array light source.
  • FIG. 9B is a front view showing the arrangement of light emitting points in the laser emitting section of the fiber array light source.
  • FIG. 10 is a diagram showing a configuration of a multimode optical fiber.
  • FIG. 11 is a plan view showing a configuration of a multiplexed laser light source.
  • FIG. 12 is a plan view showing a configuration of a laser module.
  • FIG. 13 is a side view showing the configuration of the laser module shown in FIG.
  • FIG. 14 is a partial front view showing the configuration of the laser module shown in FIG.
  • FIG. 15 is a block diagram showing an electrical configuration of the image exposure apparatus.
  • FIG. 16A is a diagram showing an example of a DMD usage area.
  • FIG. 16B is a diagram showing an example of a DMD usage area.
  • FIG. 17 is a diagram showing a detection device, a microlens array, and an MLA driving device.
  • FIG. 18 is a diagram showing a detection sensor and a microlens array for detecting the distance to the photosensitive material.
  • FIG. 19 is a plan view of a substrate provided with a microlens array and a detection sensor.
  • FIG. 20 is a plan view of a substrate provided with a microlens array and a plurality of detection sensors.
  • FIG. 21 is a diagram showing a configuration in which a sensor for dangerous unevenness is provided.
  • this image exposure apparatus includes a flat plate-like moving stage 152 that holds a sheet-like photosensitive material 150 by adsorbing to the surface.
  • Two guides 158 extending along the stage moving direction are installed on the upper surface of the thick plate-shaped installation base 156 supported by the four legs 154.
  • the moving stage 152 is arranged so that the longitudinal direction thereof faces the stage moving direction, and is supported by the guide 158 so as to be reciprocally movable.
  • the image exposure apparatus is provided with a stage drive unit 304 (see FIG. 15), which will be described later, that drives a moving stage 152 as sub-scanning means along the guide 158.
  • a U-shaped gate 160 is provided at the center of the installation table 156 so as to straddle the moving path of the moving stage 152. Each end of the U-shaped gate 160 is fixed to both side surfaces of the installation table 156.
  • a scanner 162 is provided on one side of the gate 160, and a plurality of (for example, two) sensors 164 for detecting the front and rear ends of the photosensitive material 150 are provided on the other side.
  • the scanner 162 and the sensor 164 are respectively attached to the gate 160 and fixedly arranged above the moving path of the moving stage 152. Note that the scanner 162 and the sensor 164 are connected to a controller (not shown) that controls them. As shown in FIGS.
  • the scanner 162 includes a plurality of (for example, 14) exposure heads 166 arranged in an approximately matrix of m rows and n columns (eg, 3 rows and 5 columns). Yes. In this example, four exposure heads 166 are arranged in the third row in relation to the width of the photosensitive material 150. It should be noted that the individual exposure heads arranged in the m-th row and the n-th column are denoted as exposure head 16 6.
  • An exposure area 168 by the exposure head 166 has a rectangular shape with the short side in the sub-scanning direction.
  • a strip-shaped exposed area 170 is formed for each exposure head 166 in the photosensitive material 150.
  • the exposure area by each exposure head arranged in the m-th row and the n-th column is indicated, it is expressed as an exposure area 168.
  • each of the exposure heads in each row arranged in a line so that the strip-shaped exposed region 170 is arranged without a gap in a direction perpendicular to the sub-scanning direction, Arranged at a predetermined interval in the arrangement direction (natural number times the long side of the exposure area, twice in this example). Therefore, exposure between the exposure area 168 and the exposure area 168 in the first row is not possible.
  • Exposed areas are exposed using the exposure area 168 in the second row and the exposure area 168 in the third row.
  • Each of the exposure heads 166 to 166 has an incident light beam as shown in FIG. 4 and FIG.
  • a digital micromirror device (DMD) 50 manufactured by Texas Instruments Inc. is provided.
  • the DMD 50 is connected to a later-described controller 302 (see FIG. 15) that includes a data processing unit and a mirror drive control unit.
  • the data processing unit of the controller 302 generates a control signal for driving and controlling each micromirror in the region to be controlled by the DMD 50 for each exposure head 166 based on the input image data.
  • the area to be controlled will be described later.
  • the mirror drive control unit controls the angle of the reflection surface of each micromirror of the DMD 50 for each exposure head 166 based on the control signal generated by the image data processing unit. The control of the angle of the reflecting surface will be described later.
  • a fiber array light source having a laser emitting portion in which the emitting end portion (light emitting point) of the optical fiber is arranged in a line along the direction corresponding to the long side direction of the exposure area 168 66, corrects the laser beam emitted from the fiber array light source 66 and collects it on the DMD.
  • a lens system 67 for light emission and a mirror 69 for reflecting the laser light transmitted through the lens system 67 toward the DMD 50 are arranged in this order. In FIG. 4, the lens system 67 is schematically shown.
  • the lens system 67 includes a condensing lens 71 that condenses the laser light B as the illuminating light emitted from the fiber array light source 66, and the light that has passed through the condensing lens 71. It is composed of a rod-shaped optical integrator (hereinafter referred to as a rod integrator) 72 inserted in the optical path, and an imaging lens 74 disposed in front of the rod integrator 72, that is, on the mirror 69 side.
  • the condensing lens 71, the rod integrator 72, and the imaging lens 74 cause the laser light emitted from the fiber array light source 66 to enter the DMD 50 as a light beam that is close to parallel light and has a uniform beam cross-sectional intensity.
  • the shape and action of the rod integrator 72 will be described in detail later.
  • the laser beam B emitted from the lens system 67 is reflected by the mirror 69 and irradiated to the DMD 50 via a TIR (total reflection) prism 70.
  • TIR total reflection
  • an imaging optical system 51 that images the laser beam B reflected by the DMD 50 on the photosensitive material 150 is disposed on the light reflection side of the DMD 50.
  • this imaging optical system 51 is schematically shown in FIG. 4, as shown in detail in FIG. 5, the imaging optical system 51 includes an imaging optical system including lens systems 52 and 54, and a microlens array 55. ing.
  • the microlens array 55 includes a large number of microlenses 55a corresponding to each pixel of the DMD 50 arranged in a two-dimensional manner. Although details will be described later, as shown in FIG. A depth-detecting microlens 55b is formed. In this example, as will be described later, only 1024 X 256 columns of the DMD50's 1024 X 768 micro mirrors are driven, and accordingly, the microlens 55a is arranged in 1024 X 256 columns. . The arrangement pitch of the micro lenses 55a is 41 ⁇ m in both the vertical and horizontal directions. Further, the micro lenses 55a and 55b are the same, and as an example, the focal length is 0.23 mm and the NA (numerical aperture) is 0.07.
  • the imaging optical system forms an image on the microlens array 55 by magnifying the image by the DMD 50 three times.
  • the image that has passed through the microlens array 55 is directly projected and projected onto the photosensitive material 150. Is done.
  • the photosensitive material 150 is sub-scanned in the direction of arrow F.
  • the DMD 50 has a large number of micromirrors 62 (for example, 1024 x 768) that constitute pixels (pixels) on an SRAM cell (memory cell) 60.
  • This is a mirror device arranged in a child shape.
  • a rectangular micromirror 62 supported by a support column is provided at the top, and a material having high reflectivity such as aluminum is deposited on the surface of the micromirror 62.
  • the reflectance of the micromirror 62 is 90% or more, and the arrangement pitch is 13. 13. ⁇ as an example in both the vertical and horizontal directions.
  • a silicon-gate CMOS SRAM cell 60 manufactured on a normal semiconductor memory manufacturing line via a support including a hinge and a yoke. The entire structure is monolithic. Has been.
  • the microphone mirror 62 supported by the support is ⁇ degrees (eg ⁇ 12 °) with respect to the substrate side on which the DMD50 is placed with the diagonal line as the center. ) Tilted within the range.
  • FIG. 7A shows a state tilted to + ⁇ degrees when the micromirror 62 is on
  • FIG. 7B shows a state tilted to ⁇ degrees when the micromirror 62 is off. Therefore, by controlling the tilt of the micromirror 62 in each pixel of the DMD 50 according to the image signal as shown in FIG. 6, the laser light incident on the DMD 50 is reflected in the tilt direction of each micromirror 62.
  • FIG. 6 shows an example in which a part of the DMD 50 is enlarged and the micromirror 62 is controlled to + ⁇ degrees or ⁇ degrees.
  • On / off control of each micromirror 62 is performed by the controller 302 connected to the DMD 50.
  • a light absorber (not shown) is arranged in the direction in which the laser beam reflected by the micro mirror 62 in the off state travels.
  • the DMD 50 is arranged with a slight inclination so that the short side forms a predetermined angle ⁇ (for example, 0.1 ° to 5 °) with the sub-scanning direction.
  • Fig. 8 (b) shows the scanning trajectory of the reflected light image (exposure beam) 53 by each micromirror when the DMD 50 is not tilted
  • Fig. 8 (b) shows the scanning trajectory of the exposure beam 53 when the DMD 50 is tilted.
  • a multi-row mirror array force in which a large number (for example, 1024) of micromirrors are arranged in the longitudinal direction is a force in which a large number of ⁇ 1_ (for example, 756 threads) are arranged in the short direction. Indication
  • ⁇ 1_ for example, 756 threads
  • the combined scan width w is substantially the same.
  • the same scanning line is overlapped and exposed (multiple exposure) by different micromirror rows. In this way, by performing multiple exposure, it is possible to control a minute amount of the exposure position and realize high-definition exposure. Further, the joints between a plurality of exposure heads arranged in the main scanning direction can be connected without a step by controlling a very small amount of exposure position.
  • the fiber array light source 66 includes a plurality of (for example, 14) laser modules 64, and one end of the multimode optical fiber 30 is coupled to each laser module 64.
  • the other end of the multimode optical fiber 30 is coupled with an optical fiber 31 having the same core diameter as the multimode optical fiber 30 and a cladding diameter smaller than the multimode optical fiber 30.
  • seven ends of the optical fiber 31 opposite to the multimode optical fiber 30 are arranged along the main scanning direction orthogonal to the sub-scanning direction, and they are arranged in two rows.
  • a laser emitting unit 68 is configured.
  • the laser emitting portion 68 constituted by the end portion of the optical fiber 31 is sandwiched and fixed between two support plates 65 having a flat surface.
  • a transparent protective plate such as glass be disposed on the light emitting end face of the optical fiber 31 for protection.
  • the light exit end face of the optical fiber 31 is easy to collect dust and easily deteriorate because of its high light density, but by arranging the protective plate as described above, it prevents dust from adhering to the end face and delays deterioration. be able to.
  • an optical fiber 31 having a cladding diameter of about 1 to 30 cm and a small cladding diameter of S is coaxially provided at the tip of the laser light emission side of the multimode optical fiber 30 having a large cladding diameter.
  • These multimode optical fiber 30, optical fiber 31 The optical fiber 31 is coupled by fusing the incident end face of the optical fiber 31 to the outgoing end face of the multimode optical fiber 30 in a state where the respective core axes coincide.
  • the diameter of the core 31a of the optical fiber 31 is the same as the diameter of the core 30a of the multi-mode optical fiber 30.
  • any of a step index type optical fiber, a graded index type optical fiber, and a composite type optical fiber can be applied.
  • a step index type optical fiber manufactured by Mitsubishi Cable Industries, Ltd. can be used.
  • the cladding diameter of the optical fiber 31 is not limited to 60 m.
  • the clad diameter of many optical fibers used in conventional fiber light sources is 125 m.
  • the core diameter needs to be at least 3-4 / ⁇ ⁇ , and therefore the cladding diameter of the optical fiber 31 is preferably 10 m or more.
  • matching the core diameter of the multimode optical fiber 30 with the core diameter of the optical fiber 31 also favors the point of coupling efficiency.
  • a fiber array light source may be configured by bundling a certain number of optical fibers (for example, multimode optical fiber 30 in the example of FIG. 9A) into a bundle!
  • the laser module 64 includes a combined laser light source (fiber light source) shown in FIG.
  • This combined laser light source is composed of a plurality of (for example, 7) chip-shaped lateral multimode or single mode GaN-based semiconductor lasers LD 1, LD2, LD3, LD4, LD5, LD6 arranged and fixed on the heat block 10.
  • And LD7, collimator lenses 11, 12, 13, 14, 15, 16 and 17 provided corresponding to each of the GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD7, one condenser lens 20, and one And a multimode optical fiber 30.
  • the number of semiconductor lasers is not limited to seven, but other numbers may be employed. Further, instead of the seven collimator lenses 11 to 17 as described above, a collimator lens array in which these lenses are assembled can be used.
  • the GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD7 have substantially the same oscillation wavelength (for example, 405 nm), and all of the maximum outputs are almost the same (for example, about 100 mW for the multimode laser and about 50 mW for the single mode laser).
  • the outputs of the GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD7 may be different from each other below the maximum output.
  • lasers that oscillate at wavelengths other than 405 nm in the wavelength range of 350 nm to 450 nm may be used.
  • the combined laser light source is housed in a box-shaped package 40 having an upper opening together with other optical elements.
  • the package 40 is provided with a package lid 41 that is designed to close the opening thereof, and a sealing gas is introduced after the deaeration process, and the opening of the knock 40 is closed by the package lid 41, thereby forming the package lid 41.
  • the combined laser light source is hermetically sealed in a closed space (sealing space) formed.
  • a base plate 42 is fixed to the bottom surface of the package 40.
  • the heat block 10 On the upper surface of the base plate 42, the heat block 10, the condensing lens holder 45 for holding the condensing lens 20, and the multimode light.
  • a fiber holder 46 that holds the incident end of the fiber 30 is attached. The exit end of the multimode optical fiber 30 is drawn out of the package through an opening formed in the wall surface of the knock 40.
  • a collimator lens holder 44 is attached to the side surface of the heat block 10, and collimator lenses 11 to 17 are held there.
  • An opening is formed in the lateral wall surface of the package 40, and a wiring 47 for supplying a driving current to the GaN semiconductor lasers LD1 to LD7 is bowed out of the package through the opening! /.
  • FIG. 14 shows a front shape of a mounting portion of the collimator lenses 11 to 17.
  • Each of the collimator lenses 11 to 17 is formed in a shape obtained by cutting an area including the optical axis of a circular lens having an aspherical surface into an elongated shape on a parallel plane.
  • the elongated collimator lens can be formed, for example, by molding resin or optical glass.
  • the collimator lenses 11 to 17 are closely arranged in the arrangement direction of the light emitting points so that the length direction is orthogonal to the arrangement direction of the light emitting points of the GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD7 (left and right direction in FIG. 14).
  • the GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD7 have an active layer with an emission width of 2 ⁇ m, and the divergence angles in the direction parallel to and perpendicular to the active layer are, for example, 10 ° and 30 °, respectively. Lasers that emit laser beams B1 to B7 are used. These GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD7 are arranged so that the light emitting points are arranged in a line in a direction parallel to the active layer.
  • the laser beams B1 to B7 emitted from the respective light emitting points are spread with respect to the elongated collimator lenses 11 to 17 with the direction in which the divergence angle is large coincides with the length direction.
  • the incident light enters in a state where the direction with a small angle coincides with the width direction (direction perpendicular to the length direction).
  • the width of each collimator lens 11 to 17 is 1. lmm and the length is 4.6 mm, and the beam diameters of the laser beams B1 to B7 incident thereon are 0.9 mm and 2 respectively. 6mm.
  • Each of the collimator lenses 11 to 17 has a focal length f
  • the condensing lens 20 is obtained by cutting an area including the optical axis of a circular lens having an aspherical surface into a thin plane in a parallel plane, and perpendicular to the direction in which the collimator lenses 11 to 17 are arranged, that is, horizontally. It is formed in a shape that is short in the direction.
  • This condensing lens 20 is also formed, for example, by molding a resin or optical glass.
  • a modulation circuit 301 is connected to the overall control unit 300, and a controller 302 for controlling the DMD 50 is connected to the modulation circuit 301.
  • the overall control unit 300 is connected to an LD drive circuit 303 that drives the laser module 64. Further, the overall control unit 300 includes a stage driving device 304 that drives the moving stage 152, An MLA driving device 307 and a detecting device 308 are connected.
  • the MLA driving device 307 and the detection device 308 are provided for each microlens array 55, that is, for each exposure head 166.
  • the MLA driving device 307 drives the microlens array 55 provided in the exposure head 166 in the optical axis direction, that is, the arrow K direction shown in FIG.
  • the MLA driving device 307 is not limited to this as long as it can drive the force microlens array 55 in the optical axis direction, for example, including a piezoelectric element and a driving device for driving the piezoelectric element. It is not a thing.
  • the detection device 308 includes a light source 308A, a lens system 308B, a half mirror 3
  • the light source 308A is a light source that emits laser light having a wavelength other than the wavelength that the photosensitive material 150 is sensitive to. For example, if the sensitivity wavelength of the photosensitive material is 405 nm, the light source 308A
  • a laser light source having a wavelength of 650 nm can be used.
  • the laser light L emitted from the light source 308A passes through the lens system 308B and the half mirror 308C, and enters the micro lens 55b for detecting the focal position, and is reflected by the micro lens 55b. An image is formed on the photosensitive material 150.
  • the position where the microlens 55b is provided is preferably a position where the focus shift of each microlens 55a is within an allowable range, that is, a position as close to the microlens 55a as possible.
  • the lens system 308B is a lens system configured to be substantially the same as the laser light incident on the microlens 55a for image position exposure. As a result, the image formed on the photosensitive material 150 by the microlens 55a and the image formed on the photosensitive material 150 by the microlens 55b become substantially the same, and the focal position can be detected with high accuracy. Is possible.
  • microlens 55a and a part of the optical fiber 31 of the laser emitting unit 68 are not used for the focus position detection, but the microlens for detecting the focus position, the light source, and the lens system are not separately provided. At the same time, focus position detection of some micromirrors of DMD50 May be allocated for
  • the camera 308D is configured to include an image sensor such as a CCD, and takes an image of the incident imaging position P.
  • the image data of the captured image is output to the overall control unit 300.
  • Overall control unit 300 performs autofocus control based on the image captured by camera 308D. That is, based on the image taken by the camera 308D, it is determined whether or not the force is in focus. If the focus is not in focus, the micro drive unit 307 is instructed to focus and the micro drive is instructed. The lens array 55 is moved in the optical axis direction.
  • the autofocus control for example, a known contrast detection method or the like can be used to determine whether or not the power is in focus.
  • each of the GaN-based semiconductor lasers LD 1 to LD 7 constituting the combined laser light source of the fiber array light source 66 in each exposure head 1 66 of the scanner 162
  • Each of the lights B1, B2, B3, B4, B5, B6, and B7 is made parallel by the corresponding collimator lenses 11-17.
  • the collimated laser beams B1 to B7 are collected by the condensing lens 20 and converge on the incident end face of the core 30a of the multimode optical fiber 30.
  • the collimating lenses 11 to 17 and the condenser lens 20 constitute a condensing optical system
  • the condensing optical system and the multimode optical fiber 30 constitute a multiplexing optical system. That is, the laser beam Bl to B7 force condensed as described above by the condensing lens 20 is incident on the core 30a of the multimode optical fiber 30, propagates in the optical fiber, and is combined into one laser beam B. Then, the light is emitted from the optical fiber 31 coupled to the emission end of the multimode optical fiber 30.
  • image data corresponding to the exposure pattern is input from the modulation circuit 301 shown in FIG. 15 to the controller 302 of the DMD 50 and stored in its frame memory.
  • This image data is data in which the density of each pixel constituting the image is expressed by binary values (whether or not dots are recorded).
  • the moving stage 152 having adsorbed the photosensitive material 150 on the surface is moved at a constant speed from the upstream side to the downstream side of the gate 160 along the guide 158 by the stage driving device 304 shown in FIG.
  • the image data stored in the frame memory is sequentially read out for a plurality of lines.
  • a control signal is generated for each exposure head 166 based on the image data read by the data processing unit.
  • the mirror drive control unit performs on / off control of each of the microphone mirrors of the DMD 50 for each exposure head 166 based on the generated control signal.
  • the size of the above-described micromirror serving as one pixel portion is 13.7 ⁇ ⁇ 13.
  • the DMD 50 When the DMD 50 is irradiated with the laser beam B from the fiber array light source 66, the laser beam reflected when the DMD 50's microphone mirror is on is coupled onto the photosensitive material 150 by the imaging optical system 51. Imaged. In this way, the laser light emitted from the fiber array light source 66 is turned on and off for each pixel, and the photosensitive material 150 is exposed in pixel units (exposure area 168) that is approximately the same number as the number of pixels used in the DMD 50. Further, when the photosensitive material 150 is moved at a constant speed together with the moving stage 152, the photosensitive material 150 is sub-scanned in the direction opposite to the stage moving direction by the scanner 162, and a strip-shaped exposure is performed for each exposure head 166. Finished region 170 is formed.
  • DMD 50 has 768 pairs of micro mirror arrays in which 1024 microphone aperture mirrors are arranged in the main scanning direction, which are arranged in the sub scanning direction.
  • the controller 302 performs control so that only a part of the micromirror rows (for example, 1024 ⁇ 256 rows) is driven.
  • the micromirror array arranged at the center of the DMD 50 is As shown in FIG. 16B, a micromirror array arranged at the end of the DMD 50 may be used.
  • the micromirror array to be used may be appropriately changed depending on the situation, such as using a micromirror array in which no defect has occurred.
  • the data processing speed of the DMD50 is limited, and the modulation speed per line is determined in proportion to the number of pixels used. The modulation speed per hit is increased. On the other hand, in the case of an exposure method in which the exposure head is continuously moved relative to the exposure surface, it is not necessary to use all the pixels in the sub-scanning direction.
  • the moving stage 152 is moved along the guide 158 by the stage driving device 304. It returns to the origin on the uppermost stream side, and again moves along the guide 158 from the upstream side to the downstream side of the gate 160 at a constant speed.
  • the laser light B as illumination light is provided to the DMD 50, which includes the fiber array light source 66, the condensing lens 71, the rod integrator 72, the imaging lens 74, the mirror 69, and the TIR prism 70 shown in FIG.
  • the illumination optical system that irradiates the light will be described.
  • the rod integrator 72 is, for example, a translucent rod formed in a square columnar shape, and the intensity distribution in the beam cross section of the laser beam B is made uniform while the laser beam B travels while totally reflecting inside the rod integrator 72. Note that the entrance end face and the exit end face of the rod integrator 72 are coated with an antireflection film to increase the transmittance.
  • the intensity distribution in the beam cross section of the laser beam B which is the illumination light
  • can be made highly uniform non-uniform illumination light intensity can be eliminated and a high-definition image can be exposed on the photosensitive material 150.
  • the overall control unit 300 performs autofocus control based on the image photographed by the camera 308D. That is, the laser light L is emitted from the light source 308A during the image exposure operation to form an image on the photosensitive material 150. At this time, as described above, the wavelength of the laser beam L is different from the wavelength of the laser beam B, and is a wavelength at which the photosensitive material 150 is not exposed to light. Absent.
  • the image formed at the imaging position P of the photosensitive material 150 by the laser light L is taken by the camera 300D, and the overall control unit 300 takes the image taken by the camera 308D.
  • the microlens array 55 is moved in the optical axis direction so as to be close to the photosensitive material 150, and the photosensitive material in the optical axis direction is exposed. If the position of the material 150 is too close to focus, the microlens array 55 is moved in the optical axis direction so as to be away from the photosensitive material 150.
  • the focus can be accurately adjusted. it can.
  • the focus is adjusted in real time during the image exposure, the image can be exposed in a constantly focused state, and the exposure accuracy can be improved.
  • the microlens 55b for detecting the focal position is formed integrally with the microlens array 55, the focus can be accurately adjusted even if the distance between the photosensitive material 150 and the microlens array 55 is very small. .
  • microlens array 55b for detecting the focal position is not formed integrally with the microlens array 55, but on the substrate for holding the microlens array 55 on the exposure head 166. It is good also as a structure provided in the vicinity.
  • a detection sensor 310 that detects the distance d from the photosensitive material 150 is provided in the vicinity of the microlens array 55. Then, the overall control unit 300 determines whether or not the distance d detected by the detection sensor 310 is within a predetermined range.
  • the predetermined range is a range in which the photosensitive material 150 falls within the range of the focal depth of the microlens 55a if the distance d is within the range.
  • the overall control unit 300 moves the microlens array 55 in the optical axis direction so as to be within the predetermined range. Thereby, it can focus.
  • the detection sensor 310 for example, a sensor suitable for measuring a minute distance, such as a known proximity sensor, a laser displacement meter, or an electrostatic capacitance sensor, can be used.
  • the proximity sensor is a sensor that can detect the distance to the object to be measured (photosensitive material 150) in a non-contact manner by using a change in a magnetic field or an electric field.
  • a laser displacement meter is a sensor that can irradiate an object to be measured with a laser beam and detect a distance based on the reflected laser beam. In the case of a laser displacement meter, one that emits laser light having a wavelength at which the photosensitive material 150 is not sensitive is used.
  • the electrostatic capacity sensor is a sensor that detects the distance to the object to be measured using the fact that the probe and the object to be measured form an electrostatic capacity and the electrostatic capacity changes due to the change in the distance.
  • the distance is detected as an average value of a predetermined area, so that even if the object to be measured has irregularities, a minute displacement can be measured stably and with high accuracy.
  • the detection sensor 310 When the detection sensor 310 is used in this way, the distance between the microlens array 55 and the photosensitive material 150 is not directly measured. Therefore, the distance between the photosensitive material 150 and the microlens array 55 is not so large. If the distance is detected, it may not be possible to focus accurately. Therefore, even if there is a difference between the distance from the photosensitive material 150 detected by the detection sensor 310 and the distance between the actual microlens array 55 and the photosensitive material 150, the position of the detection sensor 310 is the position of each microlens 55a. It is preferable that the position where the focus shift is within an allowable range, that is, as close to the microlens array 55 as possible.
  • a detection sensor 310 is provided on a bracket 312 for holding the microlens array 55 in a cylindrical exposure head 166.
  • the detection sensor 310 is provided at a position where the distances between both ends of the microlens array 55 are substantially the same.
  • the deviation in focusing accuracy between the microlenses 55a can be reduced by / J. it can.
  • the MLA driving device 307 may be configured to move the bracket 312 provided with the microlens array 55 and the detection sensor 310 in the optical axis direction, or may be configured to move the bracket 312. Further, the detection sensor 310 is not necessarily provided on the bracket 312 and may be provided above the bracket 312. In this case, check on bracket 312. A detection hole for detection may be provided at a position corresponding to the output sensor 310, and the distance from the photosensitive material 150 may be detected through the detection hole.
  • a plurality of detection sensors 310 may be provided, and the distance of each position where each detection sensor 310 is provided may be measured to adjust the attitude of the microlens array 55.
  • the MLA driving device 307 is configured to be capable of independently driving both ends of the microlens array 55 in the optical axis direction.
  • the overall control unit 300 drives both ends of the microlens array 55 in the optical axis direction so that the microlenses 55a are in focus.
  • the inclination of the microlens array 55 can be corrected so that each microlens 55a is in focus.
  • three or more detection sensors 310 may be provided so that the attitude of the microlens microlens array 55 can be controlled.
  • a sensor 314 is provided on the upstream side of the moving stage 152 in the moving direction of the stage to detect a dangerous concave / convex, and the overall control unit 300 uses the sensor 314 to detect on the photosensitive material 150. If the danger unevenness is detected, the movement of the moving stage 152 may be stopped to stop the exposure of the image. In this case, the dangerous unevenness exceeds the predetermined movement range in the optical axis direction of the microlens array 55 when the focusing control is performed, and the photosensitive material 150 and the microlens array 55 may come into contact with each other. A certain unevenness.
  • the sensor 314 is composed of, for example, a high-precision fiber sensor. In this way, the image exposure apparatus can be operated safely by detecting dangerous irregularities in advance.
  • the detection sensor 310 is provided on the substrate that holds the microlens array 55 in the exposure head 166 has been described as an embodiment in which the detection sensor 310 is provided in the vicinity of the microlens array 55.
  • the present invention is not limited to this, and may be configured to be attached to the outside of the exposure head 166, for example, the outer periphery of the exposure head 166.

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Abstract

　画像露光装置において、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前記マイクロレンズアレイによって直接被露光面上に結像する結像光学系と、前記マイクロレンズアレイのマイクロレンズと被露光面との前記光の光軸方向における位置関係に関する情報を検出する検出ユニットとが設けられている。さらに、前記検出ユニットによる検出結果に基づいて、前記被露光面に対する前記マイクロレンズアレイの位置が予め定めた所定範囲内の位置となるように、前記マイクロレンズアレイの位置を前記光軸方向に調整する調整ユニットが設けられている。

Description

明 細 書
画像露光装置
技術分野
[0001] 本発明は、画像露光装置に係り、特に、空間光変調素子で変調された光をマイクロ レンズアレイを含む結像光学系に通し、この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。
背景技術
[0002] 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。
[0003] この種の画像露光装置にお!、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。
[0004] 上述のような画像露光装置にお!、ては、感光材料に投影する画像を拡大した 、と いう要求が伴うことも多ぐその場合には、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 ぉ 、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、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 イク口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、空間光変調素子として DMDを用い、それとマイクロレンズァ 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。
[0007] また、 DMD及びマイクロレンズアレイを組み合わせてなる画像露光装置において、 露光精度を高めるために前記第 2の結像光学系を省略し、マイクロレンズアレイを透 過した光を直接感光材料等の被露光面に露光する装置も提案されている。
特許文献 1：特開 2001— 305663号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0008] 上記のような画像露光装置にお!、てマイクロレンズの焦点位置が被露光面上となる ようにオートフォーカス制御するには、マイクロレンズアレイの被露光面における集光 状態を直接検出することができる光学系を備えたオートフォーカス機構をマイクロレン ズアレイと被露光面との間に設ける方法もある力 マイクロレンズアレイを透過した光 を直接感光材料等の被露光面に露光する画像露光装置では、通常はマイクロレンズ アレイと被露光面側との距離が微小であるため不可能である。
[0009] 本発明は上記事実を考慮してなされたものであり、マイクロレンズアレイを透過した 光を直接被露光面上に露光する画像露光装置において、精度良く焦点位置を合わ せることができる画像露光装置を提供する。
課題を解決するための手段
[0010] 本発明の 1つの態様は、照射された光を各々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 記空間光変調素子の各画素部力 の光をそれぞれ集光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含み、前記空間光変調素子により変調され た光による像を前記マイクロレンズアレイによって直接被露光面上に結像する結像光 学系と；前記マイクロレンズアレイの近傍に設けられ、前記マイクロレンズと前記被露 光面との前記光の光軸方向における位置関係に関する情報を検出する検出ユニット と;前記検出ユニットによる検出結果に基づいて、前記被露光面に対する前記マイク 口レンズアレイの位置が予め定めた所定範囲内の位置となるように、前記マイクロレン ズアレイの位置を前記光軸方向に調整する調整ユニットと、を備えた画像露光装置 である。
本発明の他の態様は、照射された光を各々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 空間光変調素子の各画素部力 の光をそれぞれ集光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含み、前記空間光変調素子により変調された 光による像を前記マイクロレンズアレイによって直接被露光面上に結像する結像光学 系と；前記マイクロレンズアレイの近傍に設けられ、前記マイクロレンズと前記被露光 面との前記光の光軸方向における位置関係に関する情報を検出する検出ユニットと ；前記検出ユニットによる検出結果に基づいて、前記被露光面に対する前記マイクロ レンズアレイの位置が予め定めた所定範囲内の位置となるように、前記マイクロレン ズアレイの位置を前記光軸方向に調整する調整ユ ットとを備え;前記検出ユ ット は、前記マイクロレンズアレイに一体形成された焦点位置検出用としての検出用マイ クロレンズと、当該検出用マイクロレンズに光を照射する光源と、前記検出用マイクロ レンズによって前記被露光面上に結像された像を撮像する撮像ユニットと、を含んで 構成され;前記調整ユニットは、前記撮像ユニットにより撮像された画像に基づいて、 前記マイクロレンズアレイの位置を調整し;前記検出ユニットは、前記被露光面との距 離を検出する距離検出センサであり、前記マイクロレンズアレイを露光ヘッドに保持 するための基板に設けられており；前記距離検出センサを複数備えると共に異なる位 置に各々配置し、前記調整ユニットは、前記距離検出センサに対応した位置毎に前 記マイクロレンズアレイの位置を調整し;前記被露光面上の予め定めた危険凹凸を 検出する危険凹凸検出センサを備え、前記危険凹凸を検出した場合に、前記被露 光面に対する露光を禁止する禁止ユニットをさらに備え;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デジタル ·マイクロミラー ·デ バイスである、画像露光装置である。
発明の効果
[0012] 本発明によれば、マイクロレンズアレイを透過した光を直接被露光面上に露光する 画像露光装置において、精度良く焦点位置を合わせることができる、という効果を有 する。
図面の簡単な説明
[0013] [図 1]本発明の一実施形態である画像露光装置の外観を示す斜視図である。
[図 2]図 1の画像露光装置のスキャナの構成を示す斜視図である。
[図 3A]感光材料に形成される露光済み領域を示す平面図である。
[図 3B]各露光ヘッドによる露光エリアの配列を示す図である。
[図 4]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である。
[図 5]上記露光ヘッドの断面図である。
[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である。
[図 7A]DMDの動作を説明するための説明図である。
[図 7B]DMDの動作を説明するための説明図である。
[図 8A]DMDを傾斜配置しない場合の露光ビームの配置および走査線を示す平面 図である。
[図 8B]DMDを傾斜配置する場合の露光ビームの配置および走査線を示す平面図 である。
[図 9A]ファイバアレイ光源の構成を示す斜視図である。
[図 9B]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であ る。
[図 10]マルチモード光ファイバの構成を示す図である。
[図 11]合波レーザ光源の構成を示す平面図である。
[図 12]レーザモジュールの構成を示す平面図である。
[図 13]図 12に示すレーザモジュールの構成を示す側面図である。
[図 14]図 12に示すレーザモジュールの構成を示す部分正面図である。 [図 15]上記画像露光装置の電気的構成を示すブロック図である。
[図 16A]DMDの使用領域の例を示す図である。
[図 16B]DMDの使用領域の例を示す図である。
[図 17]検出装置、マイクロレンズアレイ、及び MLA駆動装置を示す図である。
[図 18]感光材料との距離を検出する検出センサとマイクロレンズアレイを示す図であ る。
[図 19]マイクロレンズアレイ及び検出センサが設けられた基板の平面図である。
[図 20]マイクロレンズアレイ及び複数の検出センサが設けられた基板の平面図である
[図 21]危険凹凸用のセンサが設けられた構成を示す図である。
発明を実施するための最良の形態
[0014] 以下、図面を参照して本発明の実施形態に係る画像露光装置について説明する。
[0015] (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 、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。移動ステージ 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移動ステージ 152をガイド 158に沿 つ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。
[0016] 設置台 156の中央部には、移動ステージ 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、移動ステージ 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。 [0017] スキャナ 162は、図 2および図 3B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 16 6 と表記する。
mn
[0018] 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、移動ステージ 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 と表記する。
mn
[0019] また、図 3Aおよび 3B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 168 と露光エリア 168 との間の露光でき
11 12
ない部分は、 2行目の露光エリア 168 と 3行目の露光エリア 168 とにより露光するこ
21 31
とがでさる。
[0020] 露光ヘッド 166〜166 の各々は、図 4および図 5に示すように、入射された光ビ
11 mn
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 'インスツルメンッ社製のデジタル ·マイクロミラ一'デバイス (DMD) 50を備えて!/ヽ 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 、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。
[0021] 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ァ 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。
[0022] 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 、ては、後に詳しく説明する。
[0023] 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。
[0024] 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 15 0上に結像する結像光学系 51が配置されて 、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からなる結像光学系 と、マイクロレンズアレイ 55と、力 構成されている。
[0025] 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 55 aが 2次元状に配列されてなると共に、詳細は後述するが、図 17に示すように焦点位 置 (焦点深度)検出用のマイクロレンズ 55bがー体形成されたものである。本例では、 後述するように DMD50の 1024個 X 768列のマイクロミラーのうち 1024個 X 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 X 256列配 置されている。またマイクロレンズ 55aの配置ピッチは縦方向、横方向とも 41 μ mであ る。さらに、マイクロレンズ 55a、 55bは同一のものであり、一例として焦点距離が 0. 2 3mm、 NA (開口数）が 0. 07である。
[0026] 上記結像光学系は、 DMD50による像を 3倍に拡大してマイクロレンズアレイ 55上 に結像する。マイクロレンズアレイ 55を経た像は、直接感光材料 150上に結像、投影 される。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。
[0027] 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 X 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、その配列ピッチは縦方向、横方向とも一例として 13. Ί μ χη 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。
[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 イク口ミラー 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 ±ひ度 (例えば ± 12度）の範囲で傾けられる。図 7A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 7Β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 Β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 Β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。
[0030] 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 、。図 8Α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 Β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 イク口ミラー列力 短手方向に多数^ 1_ (例えば 756糸且)配列されている力 図 8B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 查軌跡（走査線）のピッチ P力 DMD50を傾斜させない場合の走査線のピッチ Pよ
1 2 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 Wと、 DMD50を傾斜させない場
2
合の走査幅 wとは略同一である。
1
[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 9Aに示すように、複数（例えば 14個）のレーザモジユー 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、光ファイバ 31のマルチモード光ファ ィバ 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。
[0035] 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、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。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。
[0036] 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 l〜30cm程度のクラッド径カ S小さい光ファイバ 31が 同軸的に結合されている。それらのマルチモード光ファイバ 30,光ファイバ 31は、そ れぞれのコア軸が一致する状態で光ファイバ 31の入射端面をマルチモード光フアイ 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ノく 30のコア 30aの径と同じ大きさである。
[0037] 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、グレーテッドインデックス型光ファイノく、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アイ 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 = 125 、コア径 = 50 /ζ πι、 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 =60 m、コア径 = 50 m、 NA=0. 2である
[0038] ただし、光ファイバ 31のクラッド径は 60 m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 125 mである力 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 8 0 μ m以下が好ましぐ 60 μ m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 3〜4 /ζ πι必要であることから、光ファイバ 31のクラッド径 は 10 m以上が好ましい。また、マルチモード光ファイノく 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、結合効率の点力も好ま 、。
[0039] 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つのマルチモード 光フアイノ^光ファイバ 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 ではなぐクラッド径が一定の光ファイバ（例えば図 9Aの例ならばマルチモード光ファ ィバ 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!/、。
[0040] 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 LD 1, LD2, LD3, LD4, LD5, LD6,および LD7と、 GaN系半導体レーザ LD1〜LD 7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ぐ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 がー体ィ匕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。
[0041] 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 一ザ 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ょ 、。
[0042] 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、ノ 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。
[0043] 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、ノ 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。
[0044] 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がパッケージ外に弓 Iき出されて!/、る。
[0045] 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。
[0046] 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。 [0047] 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、榭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。
[0048] 一方 GaN系半導体レーザ LD1〜LD7としては、発光幅が 2 μ m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。
[0049] 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. lmm、長さが 4. 6m m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 f
1
= 3mm、 NA=0. 6、レンズ配置ピッチ = 1. 25mmである。
[0050] 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ぐそれと 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 f = 23m
2 m、 NA=0. 2である。この集光レンズ 20も、例えば榭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。
[0051] 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 30 1には DMD50を制御するコントローラ 302が接続されて!、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、前記移動ステージ 152を駆動するステージ駆動装置 304、 MLA駆動装置 307、及び検出装置 308が接続されて 、る。
[0052] なお、 MLA駆動装置 307及び検出装置 308は、マイクロレンズアレイ 55毎、即ち、 露光ヘッド 166毎に設けられる。
[0053] MLA駆動装置 307は、全体制御部 300の指示により、光軸方向、すなわち図 17 に示す矢印 K方向に、露光ヘッド 166内に設けられたマイクロレンズアレイ 55を駆動 する。
[0054] MLA駆動装置 307は、例えばピエゾ素子及びこれを駆動する駆動装置を含んで 構成することができる力 マイクロレンズアレイ 55を光軸方向に駆動することができる ものであればこれに限られるものではない。
[0055] 検出装置 308は、図 17に示すように、光源 308A、レンズ系 308B、ハーフミラー 3
08C、及びカメラ 308Dを含んで構成されている。
[0056] 光源 308Aは、感光材料 150が感光する波長以外の波長のレーザ光を出射する光 源である。例えば感光材料の感度波長が 405nmであった場合、光源 308Aとしては
、例えば波長が 650nmのレーザ光源を用いることができる。
[0057] 図 7に示すように、光源 308Aから出射されたレーザ光 Lは、レンズ系 308B及びハ 一フミラー 308Cを透過して焦点位置検出用のマイクロレンズ 55bに入射し、このマイ クロレンズ 55bによって感光材料 150上に結像される。
[0058] なお、マイクロレンズ 55bが設けられる位置は、各マイクロレンズ 55aのピントのずれ が許容範囲となるような位置、すなわち、なるべくマイクロレンズ 55aに近い位置が好 ましい。
[0059] レンズ系 308Bは、焦点位置検出用のマイクロレンズ 55bに入射するレーザ光 L力 画像露光用のマイクロレンズ 55aに入射するレーザ光と略同一となるように構成され たレンズ系である。これにより、マイクロレンズ 55aによって感光材料 150上に結像さ れた像とマイクロレンズ 55bによって感光材料 150上に結像された像とが略同一とな り、精度良く焦点位置の検出を行うことが可能となる。
[0060] なお、焦点位置検出用のマイクロレンズ、光源、及びレンズ系を別個独立に設ける のではなぐマイクロレンズ 55aの一部及びレーザ出射部 68の一部の光ファイバ 31 を焦点位置検出用にすると共に、 DMD50の一部のマイクロミラーを焦点位置検出 用に割り当てても良い。
[0061] マイクロレンズ 55bによって感光材料 150上の図 17に示す結像位置 Pに結像され た像は、反射してマイクロレンズ 55bを再び透過して、ハーフミラー 308Cによってカメ ラ 308Dの方向に反射される。
[0062] カメラ 308Dは、 CCD等の撮像素子を含んで構成され、入射した結像位置 Pの像を 撮影する。撮影画像の画像データは、全体制御部 300に出力される。
[0063] 全体制御部 300では、カメラ 308Dによって撮影された画像に基づ 、て、オートフォ 一カス制御を行う。すなわち、カメラ 308Dによって撮影された画像に基づいて、ピン トが合っている力否かを判断し、ピントが合っていない場合には、ピントが合うように M LA駆動装置 307に指示してマイクロレンズアレイ 55を光軸方向に移動させる。なお 、オートフォーカス制御としては、例えば公知のコントラスト検出方式等を用いてピント が合って 、る力否かの判断をすることができる。
[0064] (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 1 66にお 、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 一ザ LD 1〜LD7 (図 11参照）の各々から発散光状態で出射したレーザ光 B 1, 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。
[0065] 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 Bl〜 B7力 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。
[0066] 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( = 50m WX O. 9 X 7)の合波レーザ光 Bを得ることができる。したがって、 14本の光ファイバ 3 1全体では、 4. 4W( = 0. 315WX 14)の出力のレーザ光 Bが得られる。
[0067] 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ー且記憶される 。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。
[0068] 感光材料 150を表面に吸着した移動ステージ 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。移動ステージ 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 イク口ミラーの各々がオンオフ制御される。なお本例の場合、 1画素部となる上記マイ クロミラーのサイズは 13. 7 ^ πιΧ 13. である。
[0069] 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 口ミラーがオン状態のときに反射されたレーザ光は、結像光学系 51により感光材料 1 50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が移動ステージ 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 17 0が形成される。
[0070] なお本例では、図 16Aおよび 16Bに示すように、 DMD50には、主走査方向にマ イク口ミラーが 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 X 256列）だけが駆動するように制御がなされる。
[0071] この場合、図 16A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 使用してもよぐ図 16B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。
[0072] 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。
[0073] 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、移動ステージ 152は、ステージ駆動装置 304により、ガイド 1 58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。
[0074] 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。
[0075] また、上記の画像露光動作中に、全体制御部 300では、カメラ 308Dによって撮影 された画像に基づいて、オートフォーカス制御を行う。すなわち、画像露光動作中に 光源 308Aからレーザ光 Lを出射させて感光材料 150上に結像させる。このとき、前 述したように、レーザ光 Lの波長はレーザ光 Bの波長と異なり、感光材料 150が感光 しない波長であるため、レーザ光 Lを感光材料 150上に照射しても特に問題はない。
[0076] そして、レーザ光 Lによって感光材料 150の結像位置 Pに結像された像は、カメラ 3 08Dによって撮影され、全体制御部 300では、カメラ 308Dによって撮影された画像 に基づいて、ピントが合っているか否かを判断する。すなわち、光軸方向における感 光材料 150の位置が遠すぎてピントが合っていない場合には、マイクロレンズアレイ 5 5を感光材料 150に近づけるように光軸方向に移動させ、光軸方向における感光材 料 150の位置が近すぎてピントが合っていない場合には、マイクロレンズアレイ 55を 感光材料 150から遠ざけるように光軸方向に移動させる。
[0077] このように、マイクロレンズアレイ 55に一体形成されたマイクロレンズ 55bによって実 際に感光材料 150上に結像される像を撮影してピントを合わせるので、精度良くピン トを合わせることができる。また、画像露光中にリアルタイムでピントを合わせるので、 常にピントが合った状態で画像を露光することができ、露光精度を高めることができる 。また、焦点位置検出用のマイクロレンズ 55bをマイクロレンズアレイ 55に一体形成し た構成としたので、感光材料 150とマイクロレンズアレイ 55との距離が微小であっても 精度良くピントを合わせることができる。
[0078] なお、焦点位置検出用のマイクロレンズアレイ 55bをマイクロレンズアレイ 55と一体 形成するのではなぐマイクロレンズアレイ 55を露光ヘッド 166に保持するための基 板上であってマイクロレンズアレイ 55の近傍に設けた構成としてもよい。
[0079] また、上記では、カメラ 308Dによって実際に感光材料 150上に結像される像を撮 影してピントを合わせる場合について説明したが、これに限らず、感光材料 150との 距離を検出し、この検出した距離に基づいてマイクロレンズアレイ 55の位置を光軸方 向に調整してピントを合わせるようにしてもょ 、。
[0080] 例えば、図 18に示すように、検出装置 308に代えて、マイクロレンズアレイ 55の近 傍に感光材料 150との距離 dを検出する検出センサ 310を設ける。そして、全体制御 部 300において、検出センサ 310によって検出した距離 dが予め定めた所定範囲内 か否かを判断する。なお、所定範囲は、距離 dがその範囲内であれば感光材料 150 がマイクロレンズ 55aの焦点深度の範囲となる範囲である。そして、全体制御部 300 は、距離 dが所定範囲内でない場合には、所定範囲内となるようにマイクロレンズァレ ィ 55を光軸方向に移動させる。これにより、ピントを合わせることができる。
[0081] なお、検出センサ 310としては、例えば公知の近接センサやレーザ変位計、静電容 量センサ等の微小な距離を計測するのに適したセンサを用いることができる。 [0082] 近接センサは、磁界や電界の変化を利用し、被測定物 (感光材料 150)までの距離 を非接触で検出することができるセンサである。レーザ変位計は、レーザ光を被測定 物に照射し、反射したレーザ光に基づき距離を検出することができるセンサである。 なお、レーザ変位計の場合は、感光材料 150が感光しない波長のレーザ光を出射 するものを用いる。静電容量センサは、プローブと被測定物とが静電容量を形成し、 距離の変化により静電容量が変化することを用いて被測定物までの距離を検出する センサである。静電容量センサを用いた場合、所定領域の平均値として距離が検出 されるため、被測定物に凹凸がある場合でも微小な変位を安定して高精度で測定す ることがでさる。
[0083] このように検出センサ 310を用いた場合、マイクロレンズアレイ 55と感光材料 150と の距離を直接測定するのではな 、ため、あまりマイクロレンズアレイ 55と離れた位置 で感光材料 150との距離を検出したのでは、精度良くピントを合わせることができな い場合もある。従って、検出センサ 310の位置は、検出センサ 310によって検出され る感光材料 150との距離と、実際のマイクロレンズアレイ 55と感光材料 150との距離 との差がある場合でも、各マイクロレンズ 55aのピントのずれが許容範囲となるような 位置、すなわち、なるべくマイクロレンズアレイ 55に近いことが好ましい。
[0084] 具体的には、例えば図 19に示すように、マイクロレンズアレイ 55を円筒形状の露光 ヘッド 166内に保持するためのブラケット 312に検出センサ 310を設ける。この場合 の検出センサ 310の位置としては、図 19に示すように、マイクロレンズアレイ 55の長 手方向の両端部力もの距離が略同一となる位置に設けることが好ましい。これにより 、例えばマイクロレンズアレイ 55の長手方向の片方の端部側に検出センサ 310を設 けた場合と比較して、各マイクロレンズ 55a間におけるピント合わせの精度のずれを /J、さくすることができる。
[0085] なお、 MLA駆動装置 307は、マイクロレンズアレイ 55及び検出センサ 310が設け られたブラケット 312自体を光軸方向に移動させる構成としてもょ 、し、ブラケット 312 動させる構成としてもよい。また、検出センサ 310は必ずしもブラケット 312上に設け る必要はなぐブラケット 312の上方に設けてもよい。この場合、ブラケット 312上の検 出センサ 310に対応した位置に検出用の検出孔を設け、この検出孔を介して感光材 料 150との距離を検出すればよい。
[0086] また、複数の検出センサ 310を設け、各検出センサ 310が設けられた各位置の距 離を測定して、マイクロレンズアレイ 55の姿勢を調整するようにしてもょ 、。
[0087] 例えば図 20に示すように、 2つの検出センサ 310R、 310Lをマイクロレンズアレイ 5 5の両端部側に設ける。この場合、 MLA駆動装置 307は、マイクロレンズアレイ 55の 両端部を独立して光軸方向に駆動させることができる構成とする。そして、全体制御 部 300は、各検出センサ 310R、 310Lによって検出された距離に基づいて、各マイ クロレンズ 55aのピントが合うように、マイクロレンズアレイ 55の両端部を光軸方向に 駆動する。これにより、各マイクロレンズ 55aのピントが合うようにマイクロレンズアレイ 5 5の傾きを補正することができる。なお、 3個以上の検出センサ 310を設けて、さらに 細力べマイクロレンズアレイ 55の姿勢を制御できるように構成してもよ 、。
[0088] また、図 21に示すように、移動ステージ 152のステージ移動方向上流側に危険凹 凸を検出するためのセンサ 314を設け、全体制御部 300において、センサ 314によ つて感光材料 150上の危険凹凸が検出された場合には、移動ステージ 152の移動 を停止させて画像の露光を中止するように構成してもよい。この場合、危険凹凸とは 、ピント合わせの制御を行った場合にマイクロレンズアレイ 55の光軸方向における予 め定めた移動範囲を越え、感光材料 150とマイクロレンズアレイ 55とが接触する可能 性のある凹凸をいう。なお、センサ 314は、例えば高精度のファイバーセンサ等で構 成する。このように、予め危険凹凸を検出することにより、安全に画像露光装置を動 作させることができる。
[0089] なお、本実施形態では、マイクロレンズアレイ 55の近傍に検出センサ 310を設ける 形態として、露光ヘッド 166内のマイクロレンズアレイ 55を保持する基板に検出セン サ 310を設けた場合について説明した力 これに限らず、露光ヘッド 166の外側、例 えば露光ヘッド 166の外周部に取り付けた構成としてもよい。
符号の説明
[0090] 30 マルチモード光ファイバ
31 光ファイバ デジタノレ ·マイクロミラ' 結像光学系
マイクロレンズアレイa マイクロレンズb マイクロレンズ0 感光材料
2 スキャナ
6 露光ヘッド
0 全体制御部
4 ステージ駆動装置7 MLA駆動装置8 検出装置
8A 光源
8D カメラ
8C ハーフミラー8B レンズ系
0 検出センサ
2 基板
4 センサ

Claims

請求の範囲
[1] 照射された光を各々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の各画素部力 の光をそれぞれ集光するマイクロレンズがァ レイ状に配されてなるマイクロレンズアレイを含み、前記空間光変調素子により変調さ れた光による像を前記マイクロレンズアレイによって直接被露光面上に結像する結像 光学系と、
前記マイクロレンズアレイの近傍に設けられ、前記マイクロレンズと前記被露光面と の前記光の光軸方向における位置関係に関する情報を検出する検出ユニットと、 前記検出ユニットによる検出結果に基づいて、前記被露光面に対する前記マイクロ レンズアレイの位置が予め定めた所定範囲内の位置となるように、前記マイクロレン ズアレイの位置を前記光軸方向に調整する調整ユニットと、
を備えた画像露光装置。
[2] 前記検出ユニットは、前記マイクロレンズアレイに一体形成された焦点位置検出用 としての検出用マイクロレンズと、当該検出用マイクロレンズに光を照射する光源と、 前記検出用マイクロレンズによって前記被露光面上に結像された像を撮像する撮像 ユニットと、を含んで構成され、
前記調整ユニットは、前記撮像ユニットにより撮像された画像に基づいて、前記マイ クロレンズアレイの位置を調整する、請求項 1記載の画像露光装置。
[3] 前記検出ユニットは、前記被露光面との距離を検出する距離検出センサであり、前 記マイクロレンズアレイを露光ヘッドに保持するための基板に設けられている、請求 項 1記載の画像露光装置。
[4] 前記距離検出センサを複数備えると共に異なる位置に各々配置し、前記調整ュ- ットは、前記距離検出センサに対応した位置毎に前記マイクロレンズアレイの位置を 調整する、請求項 3記載の画像露光装置。
[5] 前記被露光面上の予め定めた危険凹凸を検出する危険凹凸検出センサを備え、 前記危険凹凸を検出した場合に、前記被露光面に対する露光を禁止する禁止ュニ ットをさらに備えた、に記載の画像露光装置。
[6] 前記被露光面上の予め定めた危険凹凸を検出する危険凹凸検出センサを備え、 前記危険凹凸を検出した場合に、前記被露光面に対する露光を禁止する禁止ュニ ットをさらに備えた、請求項 2に記載の画像露光装置。
[7] 前記被露光面上の予め定めた危険凹凸を検出する危険凹凸検出センサを備え、 前記危険凹凸を検出した場合に、前記被露光面に対する露光を禁止する禁止ュニ ットをさらに備えた、請求項 3に記載の画像露光装置。
[8] 前記被露光面上の予め定めた危険凹凸を検出する危険凹凸検出センサを備え、 前記危険凹凸を検出した場合に、前記被露光面に対する露光を禁止する禁止ュニ ットをさらに備えた、請求項 4に記載の画像露光装置。
[9] 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 なるデジタル ·マイクロミラー ·デバイスである、請求項 1に記載の画像露光装置。
[10] 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 なるデジタル ·マイクロミラー ·デバイスである、請求項 2に記載の画像露光装置。
[11] 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 なるデジタル ·マイクロミラー ·デバイスである、請求項 3に記載の画像露光装置。
[12] 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 なるデジタル ·マイクロミラー ·デバイスである、請求項 4に記載の画像露光装置。
[13] 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 なるデジタル ·マイクロミラー ·デバイスである、請求項 5に記載の画像露光装置。
[14] 照射された光を各々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の各画素部力 の光をそれぞれ集光するマイクロレンズがァ レイ状に配されてなるマイクロレンズアレイを含み、前記空間光変調素子により変調さ れた光による像を前記マイクロレンズアレイによって直接被露光面上に結像する結像 光学系と、
前記マイクロレンズアレイの近傍に設けられ、前記マイクロレンズと前記被露光面と の前記光の光軸方向における位置関係に関する情報を検出する検出ユニットと、 前記検出ユニットによる検出結果に基づいて、前記被露光面に対する前記マイクロ レンズアレイの位置が予め定めた所定範囲内の位置となるように、前記マイクロレン ズアレイの位置を前記光軸方向に調整する調整ユニットと、
を備え、
前記検出ユニットは、前記マイクロレンズアレイに一体形成された焦点位置検出用 としての検出用マイクロレンズと、当該検出用マイクロレンズに光を照射する光源と、 前記検出用マイクロレンズによって前記被露光面上に結像された像を撮像する撮像 ユニットと、を含んで構成され、
前記調整ユニットは、前記撮像ユニットにより撮像された画像に基づいて、前記マイ クロレンズアレイの位置を調整し、
前記検出ユニットは、前記被露光面との距離を検出する距離検出センサであり、前 記マイクロレンズアレイを露光ヘッドに保持するための基板に設けられており、 前記距離検出センサを複数備えると共に異なる位置に各々配置し、前記調整ュ- ットは、前記距離検出センサに対応した位置毎に前記マイクロレンズアレイの位置を 調整し、
前記被露光面上の予め定めた危険凹凸を検出する危険凹凸検出センサを備え、 前記危険凹凸を検出した場合に、前記被露光面に対する露光を禁止する禁止ュニ ットをさらに備え、
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 なるデジタル ·マイクロミラー ·デバイスである、画像露光装置。
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