專利名稱：圖像曝光方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圖像曝光裝置，更詳細地講本發(fā)明涉及一種使被空間光調(diào)制元件調(diào)制的光通過成像光學(xué)系統(tǒng)，將由這種光的像在感光材料上成像，對該感光材料進行曝光的圖像曝光裝置。
本發(fā)明也涉及使用上述圖像曝光裝置的曝光方法。
背景技術(shù)：
過去已知，使被空間光調(diào)制元件調(diào)制的光通過成像光學(xué)系統(tǒng)，將由這種光的像在規(guī)定感光材料上成像，對該感光材料進行曝光的圖像曝光裝置。這種圖像曝光裝置，基本上是由具備分別根據(jù)控制信號調(diào)制被照射光的多個像素部以二維狀排列的空間光調(diào)制元件，對該光調(diào)制元件照射光的光源，和使被所述的空間光調(diào)制元件調(diào)制的光的像在感光材料上成像的成像光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)成的。其中在非專利文獻1和本申請人提出的專利申請?zhí)柕?002-149886號說明書中，示出了具有上述基本構(gòu)成的圖像曝光裝置。
這種圖像曝光裝置中，可以適當(dāng)使用例如LCD(液晶顯示元件)和DMD(數(shù)字微反射鏡器件)等。而上述DMD是指，根據(jù)控制信號使反射面變化的多個微反射鏡在硅等半導(dǎo)體基板上以二維狀排列而成的反射鏡器件。
上述圖像曝光裝置中，大多伴隨著希望放大在感光材料上投影圖像的這一要求，這種情況下可以使用放大成像光學(xué)系統(tǒng)作為成像光學(xué)系統(tǒng)。這樣實施時，當(dāng)僅使經(jīng)過空間光調(diào)制元件的光通過放大成像光學(xué)系統(tǒng)的情況下，來自空間光調(diào)制元件的各像素部的光將會放大，所投影的圖像中像素尺寸增大，從而使圖像的清晰度降低。
而且正如上述專利申請第2002-149886號說明書中所示，提出在經(jīng)空間光調(diào)制元件調(diào)制的光的光路上，配置第一成像光學(xué)系統(tǒng)，在此成像光學(xué)系統(tǒng)的成像面上配置將分別與空間光調(diào)制元件的各像素部對應(yīng)的微透鏡以列狀排列而成的微透鏡陣列，而且在通過此微透鏡陣列的光的光路上，配置使調(diào)制光的像在感光材料和屏幕上成像的第二光學(xué)系統(tǒng)，由這些第一和第二成像光學(xué)系統(tǒng)將像放大和投影。在這種構(gòu)成中，一方面可以放大在感光材料和屏幕上投影圖像的尺寸，另一方面由于來自空間光調(diào)制元件各像素部的光被微透鏡陣列中的各微透鏡所聚光，所以投影像素中的像素尺寸(點尺寸)被縮小，所以能夠?qū)D像的清晰度保持得更高。
另外，專利文獻1中采用DMD作為空間光調(diào)制元件，示出了一種將其與微透鏡陣列組合而成的圖像曝光裝置的實例。
專利文獻1特開2001-305663號公報非專利文獻石川明人“無掩模曝光而開發(fā)的縮短與批量生產(chǎn)適用化”《電子實用技術(shù)》株式會社技術(shù)調(diào)查會，18卷第6期，2002年74-79頁。
然而如上述那樣在將空間光調(diào)制元件與微透鏡陣列組合而成的已有的圖像曝光裝置中，在由微透鏡陣列中各微透鏡聚光光束的聚光位置上，卻發(fā)現(xiàn)了形狀變形的問題。據(jù)認為此問題特別是在使用上述DMD作為空間光調(diào)制元件的情況下變得顯著。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是鑒于上述情況而提出的，其目的在于在由空間光調(diào)制元件與微透鏡陣列組合而成的像素曝光裝置中，防止被微透鏡聚光的光束的變形。
而且本發(fā)明目的還在于提供一種能夠防止上述光束變形的圖像曝光方法。
本發(fā)明的第一種圖像曝光裝置，其中具備空間光調(diào)制元件，其分別調(diào)制被照射光的多個像素部以二維狀排列而成；光源，以對此空間光調(diào)制元件照射光；和成像光學(xué)系統(tǒng)，其包含分別將來自所述的空間光調(diào)制元件各像素部的光聚光的微透鏡以陣列狀配置而成的微透鏡陣列，使由所述的空間光調(diào)制元件調(diào)制的光的像在感光材料上成像；其特征在于，所述微透鏡陣列的各微透鏡，被制成補正因所述像素部的面的變形而產(chǎn)生的像差用的非球面形狀。
而且作為所述非球面，例如可以適當(dāng)采用復(fù)曲面。
另外，本發(fā)明的第二種圖像曝光裝置，其中具備與第一種圖像曝光裝置中同樣的空間光調(diào)制元件；光源；和成像光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，成像光學(xué)系統(tǒng)中包含的微透鏡陣列的各微透鏡，被制成具有補正因所述的像素部的面的變形而產(chǎn)生的像差用的折射率分布的。
而且本發(fā)明的第三種圖像曝光裝置，其中具備空間光調(diào)制元件，其分別調(diào)制被照射光的多個矩形像素部以二維狀排列而成；光源，以對所述的空間光調(diào)制元件照射光；和成像光學(xué)系統(tǒng)，其包含分別將來自所述空間光調(diào)制元件各像素部的光聚光的微透鏡以陣列狀配置而成的微透鏡陣列，使由所述空間光調(diào)制元件調(diào)制的光像在感光材料上成像，其特征在于，成像光學(xué)系統(tǒng)中所含的微透鏡陣列的各微透鏡，被制成具有不使來自空間光調(diào)制元件像素部的周邊部的光入射的透鏡開口形狀。
另外，這種第三種圖像曝光裝置，特別優(yōu)選也兼?zhèn)涞谝环N圖像曝光裝置的特征部分，將微透鏡陣列的各微透鏡制成補正因空間光調(diào)制元件的像素部的面的變形而產(chǎn)生的像差用的非球面形狀。這種情況下，上述非球面優(yōu)選是復(fù)曲面。
而且上述第三種圖像曝光裝置，特別優(yōu)選也兼?zhèn)渖鲜龅诙N圖像曝光裝置的特征部分，將微透鏡陣列的各微透鏡制成具有補正因空間光調(diào)制元件的像素部的面的變形而產(chǎn)生的像差用的折射率分布的。
此外在上述第三種圖像曝光裝置中，微透鏡陣列的各微透鏡具有圓形透鏡開口的。
而且在上述第三種圖像曝光裝置中，微透鏡的開口形狀優(yōu)選由在該透鏡面的一部分上設(shè)置遮光部所規(guī)定。
此外在以上說明的本發(fā)明的第一種～第三種圖像曝光裝置中，所述成像光學(xué)系統(tǒng)，在具有由所述空間光調(diào)制元件所調(diào)制的光的像在所述微透鏡陣列中成像的第一成像光學(xué)系統(tǒng)，和和使由所述的微透鏡陣列聚光的光的像在感光材料上成像第二成像光學(xué)系統(tǒng)的情況下，第一成像光學(xué)系統(tǒng)的成像位置，優(yōu)選設(shè)定在微透鏡陣列的透鏡面上。
而且在以上說明的本發(fā)明的第一種～第三種圖像曝光裝置中，所述的成像光學(xué)系統(tǒng)，在具有與上述同樣的第一成像光學(xué)系統(tǒng)和第二成像光學(xué)系統(tǒng)的情況下，優(yōu)選在微透鏡陣列與第二成像光學(xué)系統(tǒng)之間，配置有使從微透鏡出射的光分別逐個縮小的多個開口以陣列狀排列而具有的開口陣列。在這種情況下，優(yōu)選將上述開口陣列配置在微透鏡的焦點位置上。
此外，本發(fā)明的第一種～第三種圖像曝光裝置，優(yōu)選將作為圖像部分的微小反射鏡以二維排列而成的DMD(數(shù)字微反射鏡器件)用作空間光調(diào)制元件，以采用這種空間光調(diào)制元件的圖像曝光裝置為構(gòu)成前提。
另外，本發(fā)明的圖像曝光方法，其特征在于，使用上述圖像曝光裝置使規(guī)定圖案在感光材料上曝光。
根據(jù)本發(fā)明人的研究查明，被微透鏡聚光的光束的聚光位置上形成產(chǎn)生變形的上述問題，是由空間光調(diào)制元件像素部的變形引起的。特別是在DMD中，形成像素部的微小反射鏡的反射面，據(jù)認為雖然能以良好精度形成平坦的，但是根據(jù)本發(fā)明人的分析，這種反射面有相當(dāng)?shù)淖冃?，因此采用該DMD作為空間光調(diào)制元件制成像素曝光裝置的情況下，很容易產(chǎn)生上述問題。
鑒于上述發(fā)現(xiàn)，在本發(fā)明的第一種像素曝光裝置中，將微透鏡陣列制成補正空間光調(diào)制元件像素部的面的變形所產(chǎn)生的像差而用的非球面形狀。于是根據(jù)本發(fā)明的第一種像素曝光裝置，防止因上述像素部的面的變形而引起的問題，即防止在聚光光束的聚光位置上形狀產(chǎn)生變形的問題將成為可能。
而且在本發(fā)明的第二種圖像曝光裝置中，鑒于上述發(fā)現(xiàn)，微透鏡陣列的各微透鏡被制成具有補正因像素部的變形所產(chǎn)生的像差而用的折射率分布的。于是，在本發(fā)明的第二種圖像曝光裝置中，防止上述問題，即防止在聚光光束的聚光位置上形狀產(chǎn)生變形的問題將成為可能。
綜上所述，若能夠防止因微透鏡陣列的各微透鏡聚光的光束在聚光位置上產(chǎn)生的形狀變形，則能夠進行無變形、更高精細的圖像曝光。
而且根據(jù)本發(fā)明人的研究，特別是在DM中，形成像素部的微小反射鏡的變形量，具有自像素的中心向周邊部分逐漸增大的趨勢，因此當(dāng)用該DMD作為空間光調(diào)制元件制成圖像曝光裝置的情況下，上述問題的發(fā)生將變得更加容易。
鑒于上述發(fā)現(xiàn)，在本發(fā)明的第三種圖像曝光裝置中，將微透鏡陣列的各微透鏡，制成具有不使來自空間光調(diào)制元件的矩形像素周邊部的光入射的透鏡開口形狀的。其中若采用這種第三種圖像曝光裝置，則透過變形量大的上述像素部周邊部的光，不會被微透鏡所聚光，因而能夠防止被聚光的光束在聚光位置上產(chǎn)生形狀變形的問題。
如上所述，若能防止被微透鏡陣列的各微透鏡聚光的光束在聚光位置上的變形，則能夠進行無變形、更高精細的圖像曝光。
另外，在此第三種圖像曝光裝置中，特別是當(dāng)將微透鏡陣列的各微透鏡制成能夠補正因空間光調(diào)制元件的像素部的面的變形而產(chǎn)生的像差的非球面形狀的情況下，由于能夠使這樣制成非球面所產(chǎn)生的效果(第一種圖像曝光裝置中的效果)具有協(xié)同作用，所以能夠進行無變形、更高精細的圖像曝光。
而且在這種第三種圖像曝光裝置中，特別是當(dāng)將微透鏡陣列的各微透鏡制成具有能夠補正因空間光調(diào)制元件像素部的面的變形而產(chǎn)生的像差的折射率分布的情況下，由于這種折射率分布所產(chǎn)生的效果(第二種圖像曝光裝置中的效果)也能產(chǎn)生協(xié)同作用，所以能夠進行無變形、更高精細的圖像曝光。
而且在這種第三種圖像曝光裝置中，當(dāng)微透鏡的開口形狀是由在該透鏡的一部分面上設(shè)置的遮光部所規(guī)定的情況下，由于經(jīng)過空間光調(diào)制元件像素部周邊的光被該遮光部所遮斷，所以能夠更加確實地防止被聚光光束的聚光位置上形狀變形的問題。
此外，在以上說明的第一種～第三種圖像曝光裝置中，特別是當(dāng)所述的成像光學(xué)系統(tǒng)是具有使由空間光調(diào)制元件調(diào)制的光像在微透鏡陣列上成像的第一成像光學(xué)系統(tǒng)、和使由微透鏡陣列聚光的光的像在感光材料上成像的第二成像光學(xué)系統(tǒng)的，而且第一成像光學(xué)系統(tǒng)的成像位置被設(shè)定在微透鏡陣列的透鏡面上的情況下，第一成像光學(xué)系統(tǒng)連接的像素部的像，在該面上將處于最小狀態(tài)下。這樣的話，由于能使光束在感光材料上縮小得最小，所以更高精細的圖像的曝光將成為可能。而且一般而言，由于DMD的微小反射鏡等像素部在中央附近的變形一般更少，所以像上述那樣若能使像素部的像在透鏡面上減小得最小，則將僅使與像素部中央附近相比像差更小的光通過微透鏡，因而能夠改善該微透鏡的聚束性能。
如上所述，當(dāng)將第一成像光學(xué)系統(tǒng)的成像位置設(shè)定在微透鏡陣列的透鏡面上的情況下，特別是微透鏡通過在其透鏡面的一部分上設(shè)置遮光部，將其制成不使來自空間光調(diào)制元件的矩形像素部的光入射的透鏡開口形狀，并使之具有補正因上述像素部的面的變形而產(chǎn)生的像差的非球面形狀或具有折射率分布的情況下，光的利用率增高，能以更高強度的光使感光材料曝光。也就是說在這種情況下，借助于第一成像光學(xué)系統(tǒng)將光折射，使因像素部的面的變形而產(chǎn)生的散射光在該光學(xué)系統(tǒng)成像位置上聚焦為一點，若在此位置上形成限制開口的上述遮光部，則不會遮擋散射光以外的光，因而將提高光的利用效率。
此外，在以上說明的本發(fā)明的第一種～第三種圖像曝光裝置中，特別是當(dāng)所述成像光學(xué)系統(tǒng)是具有與上述同樣的第一成像光學(xué)系統(tǒng)和第二成像光學(xué)系統(tǒng)的，而且在微透鏡陣列與第二成像光學(xué)系統(tǒng)之間設(shè)置從微透鏡出射的光分別逐個減小的多個開口以陣列狀排列而成的開口陣列的情況下，可以防止來自不與其對應(yīng)的相鄰的微透鏡的光入射到各開口上，提高消光比。當(dāng)上述開口陣列被配置在微透鏡的焦點位置上的情況下，可以特別顯著地獲得這種效果。
另外，本發(fā)明的第一種～第三種圖像曝光裝置，在采用微小反射鏡以二維排列而成的DMD(數(shù)字微反射鏡器件)用作空間光調(diào)制元件，以這種空間光調(diào)制元件的圖像曝光裝置為構(gòu)成前提構(gòu)成的情況下，由于能夠防止該情況下特別容易發(fā)生的上述問題，所以特別優(yōu)選。
另外，根據(jù)本發(fā)明的圖像曝光方法，由于是采用上述的本發(fā)明的圖像曝光裝置使規(guī)定圖案對感光材料曝光的，所以能夠防止被聚光的光束在聚光位置上產(chǎn)生形狀變形，能夠進行高精細圖案曝光。


圖1是表示本發(fā)明的一種實施方式的圖像曝光裝置外觀的立體圖。
圖2是表示圖1的圖像曝光裝置中掃描儀構(gòu)成的立體圖。
圖3(A)是表示在感光材料上形成的曝光完畢區(qū)域的平面圖，(B)是表示各曝光頭曝光區(qū)域排列狀態(tài)的圖。
圖4是表示圖1的圖像曝光裝置中曝光頭示意構(gòu)成的立體圖。
圖5是上述曝光頭的截面圖。
圖6是表示數(shù)字微反射鏡器件(DMD)構(gòu)成的局部放大圖。
圖7(A)和(B)是表示說明DMD動作的說明圖。
圖8(A)和(B)是在未傾斜配置和傾斜配置DMD情況下，比較曝光光束的配置和掃描線的平面圖。
圖9a是表示光纖光源構(gòu)成的立體圖。
圖9b是表示光纖光源的激光光線纖出射部中發(fā)光點排列的正面圖。
圖10是表示多模光纖個構(gòu)成的圖。
圖11是表示合波激光光源的構(gòu)成的平面圖。
圖12是表示激光模塊的構(gòu)成的平面圖。
圖13是表示圖12所示的激光模塊的構(gòu)成的側(cè)面圖。
圖14是表示圖12所示的激光模塊的構(gòu)成的部分正面圖。
圖15是表示上述圖像曝光裝置中電學(xué)構(gòu)成的方框圖。
圖16(A)和(B)是表示DMD使用區(qū)域的實例的圖。
圖17是以等高線表示構(gòu)成DMD的微反射鏡反射面的變形的圖。
圖18是表示上述微反射鏡反射面的變形在該反射鏡兩個對角線方向上的曲線。
圖19是表示上述圖像曝光裝置中使用的微透鏡陣列的正面圖(A)和側(cè)面圖(B)。
圖20是表示構(gòu)成上述微透鏡陣列的微透鏡的正面圖(A)和側(cè)面圖(B)。
圖21是表示在一個截面內(nèi)(A)和另一截面內(nèi)(B)的上述微透鏡產(chǎn)生的聚光狀態(tài)的示意圖。
圖22a是表示在本發(fā)明的圖像曝光裝置中，對微透鏡聚光位置附近的光束直徑進行模擬結(jié)果的圖。
圖22b是表示在另一位置上對與圖22a同樣的模擬結(jié)果的圖。
圖22c是表示在其他位置上對與圖22a同樣的模擬結(jié)果的圖。
圖22d是表示在其他位置上對與圖22a同樣的模擬結(jié)果的圖。
圖23a是表示在現(xiàn)有的圖像曝光裝置中，對微透鏡聚光位置附近的光束直徑進行模擬結(jié)果的圖。
圖23b是表示在另一位置上對與圖23a同樣的模擬結(jié)果的圖。
圖23c是表示在其他位置上對與圖23a同樣的模擬結(jié)果的圖。
圖23d是表示在其他位置上對與圖23a同樣的模擬結(jié)果的圖。
圖24是表示構(gòu)成本發(fā)明的另一圖像曝光裝置中使用的微透鏡陣列的微透鏡的正面圖(A)和側(cè)面圖(B)。
圖25是表示在一個截面內(nèi)(A)和另一截面內(nèi)(B)，由圖24的微透鏡產(chǎn)生的聚光狀態(tài)的示意圖。
圖26是表示微透鏡的另一實例的正面圖(A)和側(cè)面圖(B)。
圖27是表示微透鏡的其它實例的正面圖(A)和側(cè)面圖(B)。
圖28是表示球面透鏡形狀實例的曲線圖。
圖29是表示本發(fā)明中采用的微透鏡的其它透鏡面形狀的曲線圖。
圖30是表示另一微透鏡陣列實例的立體圖。
圖31是表示其它微透鏡陣列的平面圖。
圖32是表示其它微透鏡陣列的平面圖。
圖33是表示其它微透鏡陣列的平面圖。
圖中LD1～LD7GaN半導(dǎo)體激光器，30、31-多模光纖，50-數(shù)字微反射鏡器件(DMD)，51-放大成像光學(xué)系統(tǒng)，53、54-第一成像光學(xué)系統(tǒng)的透鏡，55、255、455、655、755、855-微透鏡陣列，55a、55a’、55a”、255a、455a、655a、755a、855a-微透鏡，57、58-第二成像光學(xué)系統(tǒng)，59-小孔陣列，66-激光模塊，67-光纖陣列光源，68-激光出射部分，72-棒積分儀，150-感光材料，152-臺架，162-掃描儀，166-曝光頭，168-曝光區(qū)域，170-曝光完畢區(qū)域具體實施方式
以下參照

本發(fā)明的一種實施方式的圖像曝光裝置。
這種圖像曝光裝置，如圖1所示，備有表面上吸附保持片狀感光材料150的平板狀移動臺架152。在被四根支柱154支持的厚板狀設(shè)置臺156的上面，設(shè)置有沿著臺架移動方向延伸的兩根導(dǎo)軌158。臺架152被設(shè)置得其縱向朝向臺架移動方向，同時由導(dǎo)軌158支持得能作往復(fù)移動。而且，在此圖像曝光裝置中，設(shè)置有后述的臺架驅(qū)動裝置304(參照圖15)，其沿著導(dǎo)軌158驅(qū)動作為副掃描機構(gòu)用的臺架152。
在設(shè)置臺156的中央部分上，設(shè)有跨越臺架152的移動路徑的コ字形門160。在コ字形門160的各端部被固定在設(shè)置臺156的兩個側(cè)面上。夾住此門160，在一側(cè)設(shè)置有掃描儀162，另一側(cè)設(shè)置有檢測感光材料150前端和后端用的多個(例如兩個)敏感元件164。掃描儀162和敏感元件164分別安裝在門160上，被固定配置在臺架152的移動路徑的上方。而且掃描儀162和敏感元件164被連接在控制它們用的、圖中未示出的控制器上。
掃描儀162，如圖2和圖3(B)所示，備有以m行n列(例如3行5列)大體陣列狀排列的多個(例如14個)曝光頭166。本例中，在與感光材料150的寬度方向上在第三行配置了四個曝光頭166。其中，當(dāng)表示以m行n列排列的每個曝光頭的情況下，記作曝光頭166mn。
由曝光頭166曝光的區(qū)域168是以副掃描方向作為短邊的矩形。因此，隨著臺架152的移動，在感光材料150上可以被每個曝光頭166形成帶狀的曝光完畢區(qū)域170。而且，當(dāng)表示由以m行n列排列的每個曝光頭所曝光的區(qū)域的情況下，將記作曝光區(qū)域168mn。
另外，如圖3(A)和圖3(B)所示，以線狀被排列的各行的曝光頭，使帶狀的曝光完畢區(qū)域170在與副掃描方向正交的方向上無間隙并列，每個都被配置得能夠在排列方向上以規(guī)定間隔(曝光區(qū)域長邊的自然數(shù)倍數(shù)，本例中為2倍)移動。因此，在第一行曝光區(qū)域16811與曝光區(qū)域16812之間不能曝光的部分，能夠由第二行曝光區(qū)域16821和第三行曝光區(qū)域16831曝光。
每個曝光頭16611～166mn，如圖所示，均備有美國Texas Instrument公司制造的數(shù)字微反射鏡器件(DMD)50，以作為根據(jù)圖像數(shù)據(jù)對于每個像素將入射的光束進行調(diào)制的空間光調(diào)制元件。將這種DMD 50與具備數(shù)據(jù)處理部分連接在反射鏡驅(qū)動控制部的后述控制器302(參照圖15)。在這種控制器302的數(shù)據(jù)處理部內(nèi)，基于被輸入的圖像數(shù)據(jù)，對于每個曝光頭166，在DMD 50應(yīng)當(dāng)控制的區(qū)域內(nèi)，生成驅(qū)動控制各微反射鏡用的控制信號。而且，關(guān)于應(yīng)當(dāng)控制的區(qū)域詳見后述。而且在反射鏡驅(qū)動控制部分內(nèi)，根據(jù)圖像數(shù)據(jù)處理部分生成的控制信號，對每個曝光頭166控制DMD 50的各微反射鏡的反射面的角度。另外，關(guān)于反射面的角度控制詳見后述。
在DMD 50的光入射側(cè)，依次配置有光纖的出射端部(發(fā)光點)沿著與曝光區(qū)域168的長邊方向?qū)?yīng)方向成列排列的激光出射部分的光纖陣列光源66、對光纖光源66出射的激光光線進行補正，使其聚光在DMD上的透鏡系列67、和將透過此透鏡系列67的激光光線朝著DMD 50反射的反射鏡69。而且在圖4中示意示出了透鏡系列67。
上述透鏡系列67，如圖5詳細示出的那樣，由對作為光纖陣列光源66出射的照明光的激光光線進行聚光的聚光透鏡71、在通過此聚光透鏡71的光的光路上插入的棒狀光學(xué)積分儀(以下叫作棒狀積分儀)72、和被配置在此棒狀積分儀72的前方即反射鏡69一側(cè)的成像透鏡74構(gòu)成。聚光透鏡71、棒狀積分儀72和成像透鏡74，將光纖陣列光源66出射的激光光線，以接近平行光而且光束截面內(nèi)強度均勻的光束形式入射到DMD 50上。關(guān)于這種棒狀積分儀72的形狀或作用將在后面作詳細說明。
從上述透鏡系67中出射的激光光線B被反射鏡69所反射，通過TIR(全反射)棱鏡70后照射在DMD 50上。其中在圖4中，省略了這種TIR棱鏡70。
而且在DMD 50的光反射側(cè)，設(shè)置將被DMD 50反射的激光光線B在感光材料150上成像的成像光學(xué)系51。這種成像光學(xué)系51雖然在圖4中被示意示出，但是正如圖5所詳細示出的那樣，由透鏡系52、54構(gòu)成的第一成像光學(xué)系統(tǒng)、由透鏡系57、58構(gòu)成的第二成像光學(xué)系統(tǒng)、插入在這些成像光學(xué)系統(tǒng)之間的微透鏡陣列55、和小孔陣列59構(gòu)成。
微透鏡陣列55，是與DMD 50的各像素對應(yīng)的多個微透鏡55a以二維狀排列而成的。在本例中，如后述那樣，在DMD 50的1024個×768列的微反射鏡中，由于僅有1024個×256列被驅(qū)動，所以與其對應(yīng)地將微透鏡55a配置成1024個×256列。而且微透鏡55a的配置間距，在縱向和橫向均為41微米。這種微透鏡55a，作為一例由焦點距離0.19毫米、NA(數(shù)值孔徑)0.11，由光學(xué)玻璃BK7制成的。而且關(guān)于微透鏡55a的形狀將在后述詳細說明。而且各微透鏡55a位置處激光光線B的光束直徑為41微米。
而且上述的小孔陣列59，由與微透鏡陣列55的各微透鏡55a對應(yīng)的多個小孔(開口)59a組成。在本實施方式中，小孔59a的直徑為10微米。
上述第一成像光學(xué)系統(tǒng)，將由DMD 50的像放大3倍后在微透鏡陣列55上成像。于是第二成像光學(xué)系統(tǒng)將經(jīng)過微透鏡陣列55的像放大1.6倍后在感光材料150上成像、投影。因此作為全體，將由DMD50的像放大4.8倍后在感光材料150上成像、投影。
另外在本例中，在第二成像光學(xué)系統(tǒng)與感光材料150之間設(shè)置棱鏡對73，通過使這種棱鏡對73在圖5中沿著上下方向移動，能夠調(diào)節(jié)感光材料150上的像的點。而且在同圖中，感光材料150可以沿著箭頭F的方向輸送副掃描。
DMD 50，如圖6所示，是在SRA單元(存儲單元)上使構(gòu)成各像素(pixel)的多個(例如1024個×768個)的鏡(微反射鏡)62以格狀排列而成的反射鏡器件。各像素中，最上部分設(shè)有被支柱支持的微反射鏡62，在微反射鏡62的表面上蒸鍍有鋁等反射率高的材料。另外，微反射鏡62的反射率處于90％以上，其排列間距縱向和橫向均為13.7微米。而且在微反射鏡62的正下方，通過包含鉸鏈和叉形件的支柱配置由通常的半導(dǎo)體存儲器制造流水線制造的硅門的CMOS的SRAM單元60，總體上由單片構(gòu)成。
一旦在DMD 50的SRAM單元60上寫入數(shù)字信號，被支柱支撐的微反射鏡62就會以對角線為中心相對于配置DMD50的基板一側(cè)在±a度(例如±12度)范圍內(nèi)傾斜。圖7(A)表示微反射鏡62處于接通狀態(tài)下+a度傾斜的狀態(tài)，圖7(B)表示處于關(guān)閉狀態(tài)下+a度傾斜的狀態(tài)。因此，通過根據(jù)圖像信號，如圖6所示對DMD50的各微單元中微反射鏡62的傾斜進行控制，入射到DMD50中的激光光線B就能向各微反射鏡62的傾斜方向反射。
另外在圖6中，表示將DMD50的一部分放大，微反射鏡62被控制在+a度或-a度狀態(tài)下的一例。各微反射鏡62的接通關(guān)閉控制，由與DMD50連接的上述控制器302進行。而且在接通狀態(tài)的微反射鏡62反射的激光光線B的行進方向上配置有光吸收體(圖中未示出)。
而且優(yōu)選將DMD50傾斜配置，使其短邊與副掃描方向僅呈規(guī)定角度？(例如0.1～5°)。圖8(A)表示未使DMD50傾斜的情況下由各微反射鏡的反射光(例如曝光光束)53的掃描軌跡，圖8(B)表示使DMD50傾斜的情況下曝光光束53的掃描軌跡。
在DMD50上沿著縱向配置了多個(例如1024個)微反射鏡的微反射鏡列，在橫向配置有多組(例如756組)，但是如圖8(B)所示，通過使DMD50傾斜，各微反射鏡的曝光光束53的掃描軌跡(掃描線)的間距P1，與不使DMD50傾斜情況下的掃描線間距P2相比將會變窄，因而能夠大幅度提高分辨率。另一方面，由于DMD50的傾斜角度微小，所以使DMD50傾斜情況下的掃描寬度W2，與未使DMD50傾斜情況下的掃描寬度W1大體一致。
而且，利用不同的微反射鏡列使相同的掃描線上重復(fù)曝光(多重曝光)。如此，通過進行多重曝光，能夠控制相對于校準標(biāo)記的曝光位置的微小量，因而能夠?qū)崿F(xiàn)高精細的曝光。此外，通過對曝光位置的微量控制，能夠無階差地連接在主掃描方向上排列的多個曝光頭間的連接點。
再有，也可以將各微反射鏡列沿著與副掃描方向正交的方向以規(guī)定間隔配置成鋸齒狀，以代替使DMD50傾斜，也能得到同樣的效果。
光纖列光源66，如圖9a所示，具有多個(例如14個)激光模塊64，多模光纖30的一端結(jié)合在各激光模塊64上。多模光纖30的另一端上，結(jié)合有芯徑與多模光纖30相同而且包層直徑比多模光纖30小的光纖31。如圖9b所示，多模光纖31的光纖30和反側(cè)的端部，沿著與副掃描方向正交的主掃描方向并列7個，其被配置成兩列，構(gòu)成了激光的出射部分68。
在多模光纖31的端部構(gòu)成的激光出射部68，如圖9b所示，被表面平坦的兩塊支持板65夾持固定著。而且在多模光纖31的光纖出射端面，為保護起見，優(yōu)選在其上配置玻璃等保護板。多模光纖31的光出射端面，因光密度高而容易集塵，容易劣化，但是通過配置上述那種保護板，能夠防止端面上附著灰塵，而且還能使劣化延遲。
在本例中如圖10所示，在包皮直徑大的多模光纖30的激光光線出射側(cè)的端部上，可以同軸結(jié)合有長度1～30厘米左右的包皮直徑小的光纖31。這些光纖30和31，在各自心軸一致的狀態(tài)下，通過使光纖31的入射端面熔合在光纖30的出射端面上的方式結(jié)合。如上所述，光纖31的芯31a的直徑，與多模光纖30的芯30a直徑大小相等。
作為多模光纖30和光纖31，可以采用階梯折射率型光纖、緩變折射率型光纖和符合型光纖中任何品種。例如，可以使用三菱電線工業(yè)株式會社制造的階梯折射率型光纖。在本例中，多模光纖30和光纖31均是階梯折射率型光纖，多模光纖30包皮直徑＝125微米，芯徑＝50微米，NA＝0.2，入射端面涂層透過率＝99.5％以上，光纖31包皮直徑＝60微米，芯徑＝50微米，NA＝0.2。
但是光纖31的包皮直徑并不限于60微米。在已有的光纖光源中使用的多個光纖的包皮直徑為125微米，但是由于包皮直徑越小焦點深度越深，所以多模光纖的包皮直徑優(yōu)選處于80微米以下，更優(yōu)選60微米以下。另一方面，在單模光纖的情況下，芯徑至少需要3～4微米，所以光纖31的包皮直徑優(yōu)選處于10微米以上。而且從結(jié)合效率的觀點而言，優(yōu)選使光纖30的芯徑與光纖31的芯徑一致。
激光模塊64由圖11所示的合波激光光源(光纖光源)構(gòu)成的。這種合波激光光源，由在加熱板10上排列固定的多個(例如七個)芯片狀的橫向多?；騿文５腉aN系半導(dǎo)體激光器LD1、LD2、LD3、LD4、LD5、LD6和LD7，分別與GaN系半導(dǎo)體激光器LD1～LD7對應(yīng)設(shè)置的準直透鏡11、12、13、14、15、16和17，一個聚光透鏡20，和一根多模光纖30所構(gòu)成。另外，半導(dǎo)體激光器的個數(shù)并不限于七個，也可以采用其它個數(shù)。而且還可以采用將這些透鏡一體化制成的準直透鏡陣列，以代替上述的七個準直透鏡11～17。
GaN系半導(dǎo)體激光器LD1～LD7，諧振波長都是共同(例如405nm)的，最大輸出功率也是共同(例如在多模激光器中為100毫瓦，在單模激光器中為50毫瓦)的。其中也可以使用在350～450nm的波長范圍內(nèi)，處于上述405nm以外波長下諧振的激光器，作為GaN系半導(dǎo)體激光器LD1～LD7。
上述的合波激光器光源，如圖12和圖13所示，與其它光學(xué)要素一起被收容在上方開口的箱狀外殼40內(nèi)。外殼40具備將其開口蓋住的外殼蓋41，脫氣處理后導(dǎo)入封入氣體，用外殼蓋41將外殼40的開口蓋住，將上述合波激光器氣密地密封在由其形成的密閉空間(密封空間)內(nèi)。
在外殼40的底面上固定有基板42，在此基板42的上面安裝有上述的加熱板10、保持聚光透鏡20的聚光透鏡保持架45、和保持多模光纖30的入射端部的光纖保持架46。多模光纖30的出射端面部，從在外殼40的壁面上形成的開口引出到外殼之外。
而且，在加熱板10的側(cè)面上安裝有準直透鏡保持架44，在其上保持準直透鏡11～17。在外殼40的橫壁面上形成開口，通過此開口將向GaN系半導(dǎo)體激光器LD1～LD7供給驅(qū)動電流的布線47從外殼中引出。
還有，在圖13中，為了避免圖示的復(fù)雜化，僅對多個GaN系半導(dǎo)體激光器中的GaN半導(dǎo)體激光器LD7附以符號，僅對多個平行光管透鏡中的平行光管透鏡17附以符號。
圖14是表示上述平行光管透鏡11～17安裝部分正面形狀的圖。平行光管透鏡11～17中的每個，在與包含具備非球面的圓形透鏡光軸的區(qū)域平行的平面內(nèi)形成了細長地切斷的形狀。這種細長形狀的平行光管透鏡，例如可以利用樹脂或光學(xué)玻璃模塑成形的方式形成。平行光管透鏡11～17，在上述發(fā)光點的排列方向上密接而配置，使其縱向與GaN系半導(dǎo)體激光器D1～D7發(fā)光點的排列方向正交。
另一方面，作為GaN系半導(dǎo)體激光器D1～D7，可以使用其中具備發(fā)光寬度為2微米的活性層，在與活性層的平行方向、直角方向的擴展角例如分別為10°和30°的狀態(tài)下分別發(fā)射激光光線B1～B7的激光器。這些GaN系半導(dǎo)體激光器D1～D7，在與活性層平行的方向上將發(fā)光點配置成一列地排列。
因此，由各發(fā)光點發(fā)出的激光光線B1～B7，如上所述，相對于細長形狀的各平行光管透鏡11～17而言，將在擴展角大的方向與縱向一致，擴展角小的方向與寬度方向(與縱向正交的方向)一致的狀態(tài)下入射。也就是說，各平行光管透鏡11～17的寬1.1毫米、長4.6毫米，向其中入射的激光光線B1～B7在水平方向和垂直方向上的光束直徑，分別為0.9毫米和2.6毫米。而且各平行光管透鏡11～17，焦點距離f1＝3毫米、NA＝0.6、透鏡配置間距＝1.25毫米。
聚光透鏡20被制成將與包含具備非球面的圓形透鏡光軸的區(qū)域在平行的平面內(nèi)切得細長，平行光管透鏡11～17的排列方向，即水平方向長，與其成直角的方向短的形狀。這種聚光透鏡20，焦點距離f2＝23毫米、NA＝0.2。這種聚光透鏡20例如也能利用樹脂或光學(xué)玻璃模塑成形的方式形成。
以下參照圖15，說明本例的圖像曝光裝置中的電學(xué)構(gòu)成。其中如圖所示，將調(diào)制電路301與全體控制部300連接，將控制DMD50的控制器302與該調(diào)制電路301相連接。而且將驅(qū)動激光模塊64的LD驅(qū)動電路303與全體控制部分300相連接。進而將驅(qū)動上述臺架152的臺架驅(qū)動裝置304與此全體控制部分300相連接。
以下說明圖像曝光裝置的動作。在掃描儀162的各曝光頭166中，由構(gòu)成光纖陣列光源66合波激光光源的各GaN半導(dǎo)體激光器LD1～LD7(參見圖11)以發(fā)散狀態(tài)出射的激光光線B1、B2、B3、B4、B5、B6和B7，均被相應(yīng)的平行光管透鏡11～17形成平行光。平行光化的激光光線B1～B7，被聚光透鏡20聚光后，在多模光纖30的芯30A的入射端面上聚焦(收束)。
本例中，聚光光學(xué)系統(tǒng)由平行光管透鏡11～17和聚光透鏡20構(gòu)成，而合波光學(xué)系統(tǒng)則由該聚光光學(xué)系統(tǒng)和多模光纖30所構(gòu)成。也就是說，如上所述經(jīng)過聚光透鏡20聚光的激光光線B1～B7，入射到這種多模光纖30的芯30a中后在光纖內(nèi)傳輸，被合波成一根激光光線B后，從與多模光纖出射端部的光纖31中出射。
在各激光模塊中，激光光線B1～B7與多模光纖30的結(jié)合效率為0.9，當(dāng)GaN半導(dǎo)體激光器LD1～LD7的各自輸出為50毫瓦的情況下，就以陣列狀排列的各光纖31，能夠得到輸出為315毫瓦(＝50毫瓦×0.9×7)的合波激光光線B。因此，14根多模光纖31全體能夠得到4.4瓦(＝0.315×14)輸出的激光光線B。
當(dāng)圖像曝光之際，從圖15所示的調(diào)制電路301向DMD50的控制器302輸入與曝光圖案相應(yīng)的圖像數(shù)據(jù)，被存儲在其固定存儲器內(nèi)。這種圖像數(shù)據(jù)是用2數(shù)值(點的有無)表示構(gòu)成圖像的各像素濃度的數(shù)據(jù)。
表面上吸附了感光材料150的臺架152，通過圖15所示的臺架驅(qū)動裝置304，以一定速度，沿著導(dǎo)軌158從門160的上游側(cè)向下游側(cè)移動。當(dāng)臺架152通過門160下方時，一旦被安裝在門160上的敏感元件164檢出到感光材料的前端，就能數(shù)行分行依次讀出存儲在固定存儲器中的圖像數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)處理部所讀出的圖像數(shù)據(jù)，在每個曝光頭166中生成控制信號。于是，由反射鏡驅(qū)動控制部，根據(jù)所生成的控制信號，對各曝光頭166的每個中各DMD50的微反射鏡進行接通、斷開控制。而且在本例的情況下，形成一個像素部的上述微反射鏡尺寸為14微米×14微米。
一旦DMD50被來自光纖陣列光源166的激光光線所照射，則DMD50的微反射鏡處于接通狀態(tài)時被反射的激光光線，經(jīng)過透鏡54、58后就能在感光材料150上成像。這樣一來，從光纖陣列光源166出射的激光光線對每個像素開閉，感光材料150與DMD50使用像素數(shù)目大體相同的像素單位(曝光區(qū)域168)被曝光。而且由于感光材料150與臺架152共同以一定速度移動，所以感光材料150在掃描儀162帶動下在與臺架移動方向相反的方向上被副掃描，對于每個曝光頭166而言均可以形成帶狀曝光完畢的區(qū)域170。
在本例中，如圖16(A)和16(B)所示，沿著副掃描方向雖然在DMD50上排列有768組在主掃描方向上排列著1024個微反射鏡的微反射鏡列，但是在本例中由控制器302驅(qū)動的僅是一部分微反射鏡列(例如1024個×256列)。
這種情況下，既可以如圖16(A)所示使用在DMD50的中央部分設(shè)置的微反射鏡列，也可以如圖16(B)所示使用在DMD50的端部配置的微反射鏡列。而且，當(dāng)一部分微反射鏡產(chǎn)生缺陷的情況下，還可以使用未產(chǎn)生缺陷的微反射鏡列等，也可以根據(jù)情況適當(dāng)變更使用的微反射鏡列。
由于DMD50的數(shù)據(jù)處理速度是有限度的，與使用的像素數(shù)成正比相當(dāng)于每行的調(diào)制速度受到限制，所以，僅使用一部分微反射鏡列的情況下，與每行相當(dāng)?shù)恼{(diào)制速度將會加速。另一方面，使曝光頭相對于曝光面連續(xù)作相對移動的情況下，不必全部使用副掃描方向的像素。
當(dāng)掃描儀162對感光材料150的副掃描終止，由敏感元件164檢出感光材料150的后端時，臺架152在臺架驅(qū)動裝置304的驅(qū)動下，將沿著導(dǎo)軌158回歸到處于門160最上側(cè)的圓點處，并再次沿著導(dǎo)軌158從門160的上游側(cè)以一定速度向下游側(cè)移動。
以下說明圖5所示的由光纖陣列光源66、聚光透鏡71、棒狀光學(xué)積分儀72、成像透鏡74、反射鏡69和TIR棱鏡70所構(gòu)成，作為照明光對DMD50照射激光光線B的照明光學(xué)系統(tǒng)。棒狀光學(xué)積分儀72例如是一種形成為四角柱狀的透光性棒，當(dāng)激光光線B在其內(nèi)部一邊全反射一邊行進的過程中，該激光光線B的光束截面內(nèi)強度分布被均勻化。而且，在棒狀光學(xué)積分儀72的入射截面和出射截面上涂布防反射膜，提高了透過率。綜上所述，若能使作為照明光用的激光光線B的光束截面內(nèi)強度分布高度均勻，則能在沒有照明強度不均的情況下，使高精細的圖像在感光材料150上曝光。
其中圖17示出了對于構(gòu)成DMD50中微反射鏡62的反射面的平面度測定結(jié)果。該圖表示以等高線將反射面相同高度位置連接起來的圖，等高線間距為5納米。其中該圖所示的X方向和Y方向，是微反射鏡62的兩個對角線的方向，微反射鏡62以沿著Y方向延伸的旋轉(zhuǎn)軸為中心像上述那樣旋轉(zhuǎn)。另外圖18的(A)和(B)中分別表示在上述X方向和Y方向上微反射鏡62的反射面的高度位置。
正如上述圖17和圖18所示，在微反射鏡62的反射面上存在變形，而且一旦能在反射鏡的中央部分看到，則一個對角線方向(Y方向)上的變形，就會比另一對角線方向(X方向)上的變形更大。因此，被微透鏡陣列55的微透鏡55a聚光的激光光線B，在聚光位置上的形狀就會產(chǎn)生這種變形的問題。
本實施方式的圖像曝光裝置中，為了防止上述問題出現(xiàn)，將微透鏡陣列55的微透鏡55a制成與以往不同的特殊形狀。以下將就此點作詳細說明。
圖19的(A)和(B)是分別詳細表示微透鏡陣列55全體的正面形狀和側(cè)面形狀的圖。在這些圖中也記入了微透鏡陣列55各部分的尺寸，尺寸單位是毫米。在本實施方式中，正如前面參照圖16說明的那樣，被驅(qū)動的是DMD50的1024個×256列的微反射鏡62，與其對應(yīng)微透鏡陣列55，由沿著縱向并列256列在橫向上并列了1024個微透鏡55a的列構(gòu)成的。其中該圖(A)中，關(guān)于微透鏡陣列55的并列順序，在橫向記為j，在縱向記為k。
圖20的(A)和(B)是分別表示上述微透鏡陣列55中一個微透鏡55a的正面形狀和側(cè)面形狀的圖。其中在同圖(A)中，同時表示微透鏡55a的等高線。各微透鏡55a的光出射側(cè)端面，被制成補正因上述的微反射鏡62反射面的變形而產(chǎn)生的像差的非球面形狀。更具體講，本實施方式中將微透鏡55a制成復(fù)曲面透鏡，與上述X方向?qū)?yīng)的光學(xué)方向上的曲率半徑Rx＝-0.125毫米，與上述Y方向?qū)?yīng)方向上的曲率半徑Ry＝-0.1毫米。
因此，與上述X方向和Y方向平行的截面內(nèi)激光光線B的聚光狀態(tài)，大體分別如圖21的(A)和(B)所示。也就是說，若將與X方向平行的截面內(nèi)與Y方向平行的截面內(nèi)加以對比，則后者截面內(nèi)微透鏡55a的曲率半徑更小，焦點距離變得更短。
將微透鏡55a制成上述形狀的情況下，對該微透鏡55a的聚光位置(焦點位置)附近的光束用計算機進行模擬的結(jié)果，示于圖22a、b、c和d中。而且為了比較，當(dāng)微透鏡55a為曲率半徑Rx＝Ry＝-0.1毫米的球面形狀的球面的情況下，將進行了同樣模擬的結(jié)果示于圖23a、b、c和d中。其中各圖中的z值表示微透鏡55a的點方向的評價位置與該微透鏡55a的光束出射面之間的距離。
而且，在上述模擬中采用的微透鏡55a的面形狀為，數(shù)1z=CxX2+CyY21+SQRT(1-Cx2X2+Cy2Y2)]]>上式中，CxX方向上的曲率(＝1/Rx)，CyY方向上的曲率(＝1/Ry)，X在X方向上與透鏡光軸O的距離，Y在Y方向上與透鏡光軸O的距離。
圖22a～d與圖23a～d比較后表明，本實施方式中通過將微透鏡55a制成Y方向平行截面內(nèi)焦點距離比X方向平行截面內(nèi)焦點距離更小的復(fù)曲面透鏡，可以抑制在該聚光位置附近光束形狀的變形。若能這樣，則能夠使更高精細的圖像在感光材料150上曝光。而且在圖22a～d所示的本實施方式中，光束直徑較小的區(qū)域更廣，即焦點深度更大。
另外，關(guān)于微反射鏡62在X方向和Y方向上中央部的變形的大小，當(dāng)與上述相反的情況下，若能用X方向平行截面內(nèi)的焦點距離比Y方向平行截面內(nèi)焦點距離更小的復(fù)曲面透鏡制成微透鏡，則同樣能夠在沒有變形的情況下使更高精細的圖像在感光材料150上曝光。
而且配置在微透鏡陣列55的聚光位置附近的小孔陣列59，配置得僅能使經(jīng)過與其對應(yīng)微透鏡55a的光入射在該各小孔59a上。也就是說，通過設(shè)置這些小孔59，可以防止來自不與之對應(yīng)的微透鏡55a的光入射到各小孔59a上，提高消光比。而且，這些小孔陣列59，優(yōu)選事先配置在微透鏡55a的焦點位置上。若能這樣，則可以更加確實地防止來自與各小孔59a不對應(yīng)的相鄰微透鏡55a的光產(chǎn)生入射。
本來若以上述目的將小孔陣列59的小孔59a的直徑減小到一定程度，也能獲得抑制微透鏡55a的聚光位置上光束形狀的變形的效果。但是這樣處理的情況下，被小孔陣列59遮斷的光量將變得更多，因而使光的利用效率降低。對此將微透鏡55a制成非球面形狀的情況下，由于不會遮斷光，所以也能保持高的光利用效率。
另外在本實施方式中，雖然采用作為與微反射鏡62兩個對角線方向光學(xué)上對應(yīng)的X方向和Y方向上曲率不同的復(fù)曲面透鏡的微透鏡55a，但是也可以根據(jù)微反射鏡62的變形，采用如圖26(A)、(B)分別所示的帶等高線的正面形狀、側(cè)面形狀，使由與矩形微反射鏡62的兩個邊方向在光學(xué)上對應(yīng)的XX方向和YY方向的曲率不同的復(fù)曲面透鏡構(gòu)成的微透鏡55a。
而且在本實施方式中，雖然將微透鏡55a制成二維的非球面形狀，但是通過采用更高次(四次、六次…)的非球面形狀，能使光束形狀進一步改善。此外還可以根據(jù)微反射鏡62的反射面的變形，采用使上述的X方向和Y方向的曲率互相一致的透鏡形狀。以下詳細說明這種透鏡形狀的實例。
圖27(A)、(B)分別表示帶等高線的正面形狀、側(cè)面形狀的微透鏡55a，在X方向和Y方向的曲率互相相等，而且該曲率，是根據(jù)距離透鏡中心的距離h將球面透鏡的曲率Cy加以補正的。也就是說，這種微透鏡55a的作為透鏡形狀基礎(chǔ)的球面透鏡形狀，例如采用下式(數(shù)2)中規(guī)定了透鏡高度(透鏡曲面的光軸方向位置)z的。
數(shù)2z=Cyh21+SQRT(1-Cy2h2)]]>其中將上述曲率Cy＝(1/0.1毫米)情況下的透鏡高度z與距離h的關(guān)系制成曲線，并示于圖28中。
而且，根據(jù)距離透鏡中心的距離h，根據(jù)下式(數(shù)3)補正上述球面透鏡形狀的曲率，制成微透鏡55a的透鏡形狀。
數(shù)3z=Cyh21+SQRT(1-Cy2h2)+ah4+bh6]]>在此(數(shù)3)中，z的含義與(數(shù)2)相同，式中用四次系數(shù)a和六次系數(shù)b補正曲率Cy。其中當(dāng)上述曲率Cy＝(1/0.1毫米)、四次系數(shù)a＝1.2×103、六次系數(shù)b＝5.5×107的情況下，將透鏡高度z與距離h的關(guān)系制成曲線，示于圖29中。
此外在以上說明的實施方式中，微透鏡55a的光出射端面雖然被制成非球面(復(fù)曲面)，但是由兩個光通過端面中的一個制成球面，將另一個制成圓柱面的微透鏡構(gòu)成微透鏡陣列，也能獲得與上實施方式同樣的效果。
在以上說明的實施方式中，微透鏡陣列55的微透鏡55a，雖然被制成補正微反射鏡62的反射面的變形引起像差的非球面形狀，但是也可以不采用這種非球面形狀，而使構(gòu)成微透鏡陣列的各微透鏡，具有補正微反射鏡62的反射面的變形引起像差的折射率分布，這樣也能獲得同樣的效果。
圖24示出了這種微透鏡155a的一種實例。該圖中的(A)和(B)，分別表示微透鏡155a的正面形狀和側(cè)面形狀，如圖所示，這種微透鏡155a的外部形狀是平行平板狀。其中同圖中的X、Y方向，與已述的相同。
而且圖25的(A)和(B)，表示由這種微透鏡155a產(chǎn)生的在與上述X方向和Y方向平行的截面內(nèi)激光光線B的聚光狀態(tài)。這種微透鏡155a具有自光軸O向外依次增大的折射率分布，該圖中在微透鏡155a內(nèi)表示的虛線，表示其折射率與光軸O以規(guī)定的等間距變化的位置。如圖所示，若比較X方向平行的截面內(nèi)與Y方向平行的截面內(nèi)，則后者截面內(nèi)微透鏡155a的折射率變化比例更大，焦點距離更短。即使使用這種折射率分布型透鏡構(gòu)成的微透鏡陣列，也可以得到與采用上述微透鏡陣列55時同樣的效果。
再有，如前面圖20和21所示的微透鏡55a那樣，在將面形狀制成非球面的微透鏡中，再通過賦予上述那種折射率分布，或者借助于面形狀和折射率分布，也可以對微反射鏡62的反射面的變形引起的像差進行補正。
以下說明本發(fā)明另一實施方式采用的圖像曝光裝置。本實施方式的圖像曝光裝置，與前面參照附圖1～15說明的圖像曝光裝置相比，僅在使用圖30所示的微透鏡陣列255代替圖5所示的微透鏡陣列這一點上不同，其他點是基本上同樣形成的。以下將對這種微透鏡陣列255作詳細說明。
首先如參照附圖17和圖18說明的那樣，在DMD50的微反射鏡62的反射面上存在變形，其變形量具有自微反射鏡62的中心向周邊部分逐漸增大的傾向。而且微反射鏡62在一個對角線方向(Y方向)周邊的變形量，與另一對角線方向(X方向)周邊部的變形量相比更大，上述傾向也更加顯著。
本實施方式的圖像曝光裝置，為了處置上述問題，采用的是圖30所示的微透鏡陣列255。以陣列狀配置的微透鏡255a，被制成具有圓形的透鏡開口。而且，如上所述變形大的微反射鏡62的反射面周邊部，特別是被四角部反射的激光光線B不能被微透鏡255a所聚光，因而能夠防止被聚光的激光光線B在聚光位置上的形狀變形。這樣能夠?qū)o變形、更精細的圖像在感光材料150上曝光。
而且在本實施方式中，如同圖所示，在保持微透鏡陣列255的微透鏡255a的透明材料255b(這通常是與微透鏡255a一體成形的)的背面，即微透鏡255a形成面的反面上，通過使互相分離的多個微透鏡255a的透鏡開口外側(cè)區(qū)域處于埋設(shè)狀態(tài)下，形成有遮光性掩模255c。這樣通過設(shè)置掩模255c，由于被微反射鏡62反射面的周邊部，特別是被四角部反射的激光光線B在其中能被吸收、遮斷，所以可以更加確實地防止被聚光的激光光線B的形狀產(chǎn)生變形的問題。
本發(fā)明中，微透鏡的開口形狀并不限于上述的圓形，例如也可以采用如圖31所示的那種，將具有橢圓形開口的微透鏡455a多個并列構(gòu)成的微透鏡陣列455，以及如圖32所示的那種，將具有多角形(這里是四角形)開口的微透鏡555a多個并列構(gòu)成的微透鏡陣列555等。其中上述的微透鏡455a和555a，是將通常軸對稱球面透鏡的一部分切成圓形或多角形的，具有與通常軸對稱球面透鏡相同的功能。
此外本發(fā)明中，還可以采用圖33的(A)、(B)和(C)所示的那些微透鏡陣列。圖33(A)所示的微透鏡陣列655，是在透明材料655b的激光光線B的出射面?zhèn)让嫔?，由與上述微透鏡55a、455a和555a同樣的多個微透鏡655a互相密接地并列設(shè)置，在激光光線B的入射側(cè)面上形成有與上述掩模255c同樣的掩模655c的。而且，圖30的掩模255c在透鏡開口的外側(cè)部分形成，與此相比，這種掩模655c是被設(shè)置在透鏡開口之內(nèi)的。而且圖33(B)所示的微透鏡陣列755，是在透明材料755b的激光光線B的出射側(cè)面上并列設(shè)置互相分離的多個微透鏡755a，在這些微透鏡755a之間形成掩模755c。而且圖33(C)所示的微透鏡陣列855，是在透明材料855b的激光光線B出射側(cè)面上，以互相接觸狀態(tài)并列設(shè)置多個微透鏡855a，在各微透鏡855a的周邊部分形成掩模855c而構(gòu)成的。
其中，上述的掩模655c、755c和855c，都具有與上述的掩模255c同樣的圓形開口，這樣能將各微透鏡的開口限定為圓形。
正如以上說明的255a、455a、555a、655a和755a那樣，通過設(shè)置掩模等，制成使來自DMD50的微反射鏡62周邊部的光不會入射的透鏡開口形狀，這種構(gòu)成也能同時采用如已述的微透鏡55a(參見圖20)那樣對微反射鏡62的面的變形引起的像差進行補正的非球面透鏡，或微透鏡155a(參見圖24)那樣，具有補正上述像差的折射率分布的透鏡。若能這樣，則對于因微反射鏡62的變形而使曝光圖像變形的防止效果因協(xié)同作用而得到提高。
特別是在如圖33(C)所示在微透鏡855a的透鏡面上形成掩模855c的構(gòu)成中，將微透鏡855a制成具有上述那種非球面形狀或折射率分布的，并且將第一成像光學(xué)系統(tǒng)(例如圖5所示的透鏡系統(tǒng)52、54)的成像位置設(shè)定在微透鏡855a的透鏡面上的情況下，特別能夠提高光利用效率，并能用更高強度的光使感光材料150曝光。也就是說，這種情況下通過第一成像光學(xué)系統(tǒng)，使光折射得使因微反射鏡62的反射面的變形所引起的散射光，在該光學(xué)系統(tǒng)的成像位置上聚焦在一點上，若能在此位置上形成掩模855c，則不會遮擋散射光以外的光，使光的利用效率提高。
而且在上述的實施方式中，雖然采用了激光光源作為對空間光調(diào)制元件照射光的光源，但是本發(fā)明中并不限于這種光源，例如也可以采用水銀燈等燈光源。
此外在上述實施方式中，雖然是對因構(gòu)成DMD50的微反射鏡62的反射面的變形引起的像差進行補正，但是在采用DMD以外的空間光調(diào)制元件的圖像曝光裝置中，當(dāng)存在因該空間光調(diào)制元件中像素部的面上存在變形的情況下，也能夠采用本發(fā)明對該變形引起的像差進行補正，可以防止光束形狀產(chǎn)生變形。
權(quán)利要求
一種圖像曝光裝置，其中具備空間光調(diào)制元件，其分別調(diào)制被照射光的多個像素部以二維狀排列而成；光源，其對所述空間光調(diào)制元件照射光；和成像光學(xué)系統(tǒng)，其包含分別將來自所述的空間光調(diào)制元件各像素部的光聚光的微透鏡以陣列狀配置而成的微透鏡陣列，使由所述空間光調(diào)制元件調(diào)制的光形成的像在感光材料上成像；其特征在于，所述微透鏡陣列的各微透鏡，被制成補正因所述像素部的面的變形而產(chǎn)生的像差的非球面形狀。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像曝光裝置，其特征在于所述的非球面是復(fù)曲面。
3.一種圖像曝光裝置，其中具備空間光調(diào)制元件，分別調(diào)制被照射光的多個像素部以二維狀排列而成；光源，以對所述的空間光調(diào)制元件照射光；和成像光學(xué)系統(tǒng)，其包含分別將來自所述的空間光調(diào)制元件各像素部的光聚光的微透鏡以陣列狀配置而成的微透鏡陣列，使由所述的空間光調(diào)制元件調(diào)制的光形成的像在感光材料上成像；其特征在于，所述微透鏡陣列的各微透鏡，被制成具有補正因所述的像素部的面的變形而產(chǎn)生的像差的折射率分布的。
4.一種圖像曝光裝置，其中具備空間光調(diào)制元件，其分別調(diào)制被照射光的多個矩形像素部以二維狀排列而成；光源，以對所述的空間光調(diào)制元件照射光；和成像光學(xué)系統(tǒng)，其包含分別將來自所述的空間光調(diào)制元件各像素部的光聚光的微透鏡以陣列狀配置而成的微透鏡陣列，使由所述的空間光調(diào)制元件調(diào)制的光形成的像在感光材料上成像；其特征在于，所述微透鏡陣列的各微透鏡，被制成具有不使來自所述的像素部的周邊部分的光入射的透鏡開口形狀的。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的圖像曝光裝置，其特征在于，所述微透鏡陣列的各微透鏡，被制成補正因所述的像素部的面的變形而產(chǎn)生的像差的非球面形狀。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的圖像曝光裝置，其特征在于，所述非球面是復(fù)曲面。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的圖像曝光裝置，其特征在于，所述微透鏡陣列的各微透鏡，被制成具有補正因所述的像素部的面的變形而產(chǎn)生的像差的折射率分布的。
8.根據(jù)權(quán)利要求4～7中任何一項所述的圖像曝光裝置，其特征在于，所述微透鏡具有圓形透鏡開口形狀。
9.根據(jù)權(quán)利要求4～8中任何一項所述的圖像曝光裝置，其特征在于，所述微透鏡的開口形狀，由在該透鏡面的一部分上設(shè)置遮光部所規(guī)定。
10.根據(jù)權(quán)利要求1～9中任何一項所述的圖像曝光裝置，其特征在于，所述成像光學(xué)系統(tǒng)具有使由所述空間光調(diào)制元件調(diào)制的光形成的像在所述微透鏡陣列上成像的第一成像光學(xué)系統(tǒng)，和使因被所述微透鏡陣列聚光的光而成的像在感光材料上成像的第二光學(xué)系統(tǒng)，所述第一成像光學(xué)系統(tǒng)的成像位置，被設(shè)定在所述的微透鏡陣列的透鏡面上。
11.根據(jù)權(quán)利要求1～10中任何一項所述的圖像曝光裝置，其特征在于，所述成像光學(xué)系統(tǒng)具有使由所述的空間光調(diào)制元件調(diào)制光形成的像在所述微透鏡陣列上成像的第一成像光學(xué)系統(tǒng)，和使因被所述微透鏡陣列聚光的光而成的像在感光材料上成像的第二光學(xué)系統(tǒng)，在所述微透鏡陣列與所述第二成像系統(tǒng)之間，配置有使從所述微透鏡出射的光分別逐個縮小光圈的多個開口以陣列狀排列有開口陣列。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的圖像曝光裝置，其特征在于，所述開口陣列被配置在所述的微透鏡的焦點位置上。
13.根據(jù)權(quán)利要求1～11中任何一項所述的圖像曝光裝置，其特征在于，所述空間光調(diào)制元件，是由微小反射鏡以二維排列而成的DMD即數(shù)字微反射鏡器件。
14.一種圖像曝光方法，其特征在于，使用權(quán)利要求1～13中任何一項所述的圖像曝光裝置使規(guī)定圖案在感光材料上曝光。
全文摘要
本發(fā)明提供圖像曝光裝置以及使用該圖像曝光裝置的曝光方法。所述方法，在具備分別調(diào)制被照射光的多個像素部以二維排列而成的DMD等空間光調(diào)制元件(50)、照射這種空間光調(diào)制元件(50)的光源(66)、由分別將來自空間光調(diào)制元件(50)的各像素部的光B聚光的微透鏡(55a)，以陣列狀配置而成的微透鏡陣列(55)的圖像曝光裝置中，將微透鏡陣列(55)的各微透鏡(55a)，制成補正因上述像素部的面的變形而產(chǎn)生的像差的非球面形狀。從而，在由空間光調(diào)制元件和微透鏡陣列組合而成的圖像曝光裝置中，防止微透鏡聚光光束的變形。
文檔編號G03F7/20GK1637589SQ20041008173
公開日2005年7月13日 申請日期2004年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月26日
發(fā)明者石川弘美, 石井秀一 申請人:富士膠片株式會社