(57)【要約】【課題】  マイクロレンズアレイにゴミが付着した場合等でも露光画像の画質が低下することを防止することができる画像露光装置を提供する。【解決手段】  画像露光装置は、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からの光をそれぞれ集光するマイクロレンズ５５ａがアレイ状に配されてなるマイクロレンズアレイ５５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感光材料上に結像する結像光学系と、を備えている。マイクロレンズアレイ５５は、マイクロレンズ５５ａが形成された面が空間光変調素子側を向くように配置されると共に、マイクロレンズの焦点距離よりも大きい厚さを有する。これにより、マイクロレンズの焦点位置Ａはマイクロレンズアレイ５５の内部となる。【選択図】    図１７
2006350011.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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から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感光材料上に結像する結像光学系と、
を備えた画像露光装置において、
前記マイクロレンズアレイは、前記マイクロレンズが形成された面が前記空間光変調素子側を向くように配置されると共に、前記マイクロレンズの焦点距離よりも大きい厚さを有することを特徴とする画像露光装置。
【請求項２】
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から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感光材料上に結像する結像光学系と、
を備えた画像露光装置において、
前記マイクロレンズからの光を透過する透過部材を備え、前記透過部材が、前記マイクロレンズの焦点位置が前記透過部材の内部となる位置に配置されたことを特徴とする画像露光装置。
【請求項３】
前記透過部材に遮光性のマスクが形成されたことを特徴とする請求項２記載の画像露光装置。
【請求項４】
前記空間光変調素子が、前記画素部としての微小ミラーが２次元状に配列されてなるＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）であることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の画像露光装置。
【発明の詳細な説明】
【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いて、上記空間光変調素子としては、例えばＬＣＤ（液晶表示素子）やＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）等が好適に用いられ得る。なお上記のＤＭＤは、制御信号に応じて反射面の角度を変化させる多数の矩形のマイクロミラーが、シリコン等の半導体基板上に２次元状に配列されてなるミラーデバイスである。
【０００４】
上述のような画像露光装置においては、感光材料に投影する画像を拡大したいという要求が伴うことも多く、その場合には、結像光学系として拡大結像光学系が用いられる。そのようにする際、空間光変調素子を経た光をただ拡大結像光学系に通しただけでは、空間光変調素子の各画素部からの光束が拡大して、投影された画像において画素サイズが大きくなり、画像の鮮鋭度が低下してしまう。
【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ロレンズがアレイ状に配されてなるマイクロレンズアレイを配置し、そしてこのマイクロレンズアレイを通過した光の光路には、変調された光による像を感光材料やスクリーン上に結像する第２の結像光学系を配置して、これら第１および第２の結像光学系によって像を拡大投影することが考えられている。この構成においては、感光材料やスクリーン上に投影される画像のサイズは拡大される一方、空間光変調素子の各画素部からの光はマイクロレンズアレイの各マイクロレンズによって集光されるので、投影画像における画素サイズ（スポットサイズ）は絞られて小さく保たれるので、画像の鮮鋭度も高く保つことができる。
【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アレイとを組み合わせてなる画像露光装置の一例が示されている。また特許文献２には、同種の画像露光装置において、マイクロレンズアレイの後側にマイクロレンズアレイの各マイクロレンズと対応するアパーチャ（開口）を有するアパーチャアレイ（開口板）を配置して、対応するマイクロレンズを経た光のみが開口を通過するようにした構成が示されている。この構成においては、開口板の各開口に、それと対応しない隣接のマイクロレンズからの光が入射することが防止されるので、隣接画素への迷光の入射を抑制できる。また、ＤＭＤの画素（マイクロミラー）をオフ状態にして露光面上に光が照射されないようにする場合であっても、露光面上に僅かな光が入射することがあるが、上記構成とすることで、ＤＭＤ画素がオフ状態にある時の露光面上の光量を低減することができる。
【特許文献１】特開２００１−３０５６６３号公報
【特許文献２】特開２００４−１２２４７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述のように空間光変調素子とマイクロレンズアレイとを組み合わせてなる従来の画像露光装置においては、マイクロレンズアレイに不純物によるゴミ（汚染物）が付着することにより、そのマイクロレンズを透過する光量が著しく低下して、露光画像の画質が損なわれるという問題が認められる。つまり、そのようにゴミが付着したマイクロレンズアレイを通過した光が照射されるべき感光材料の位置においては、その光の変調状態に関わり無く常に露光光量が極めて少ない状態になって、例えば露光画像に黒い点が記録されてしまうような事態が発生する。
【０００８】
また、図２１に示すように、マイクロレンズ１００がアレイ状に配されたマイクロレンズアレイ１０２を透過した光が集光する位置（焦点位置Ａ）ではエネルギー密度が高くなり、光集塵効果によって焦点位置Ａ付近の空気が汚染され、ゴミが集まりやすくなる場合がある。この場合、近くのマイクロレンズアレイ１０２の表面にゴミが付着しやすくなり、光量が低下して露光画像の画質が損なわれるという問題もある。
【０００９】
本発明は上記事実を考慮してなされたものであり、空間光変調素子とマイクロレンズアレイとを組み合わせてなる画像露光装置において、マイクロレンズアレイにゴミが付着した場合等でも露光画像の画質が低下することを防止することができる画像露光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、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から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感光材料上に結像する結像光学系と、を備えた画像露光装置において、前記マイクロレンズアレイは、前記マイクロレンズが形成された面が前記空間光変調素子側を向くように配置されると共に、前記マイクロレンズの焦点距離よりも大きい厚さを有することを特徴とする。
【００１１】
空間変調素子は、光源から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り、結像光学系は、空間光変調素子の各画素部から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んで構成され、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。なお、請求項４に記載したように、前記空間光変調素子が、前記画素部としての微小ミラーが２次元状に配列されてなるＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）である構成とすることができる。
【００１２】
マイクロレンズアレイは、マイクロレンズが形成された面が空間光変調素子側を向くように配置される。そして、マイクロレンズアレイは、マイクロレンズの焦点距離よりも大きい厚さを有している。これにより、マイクロレンズを透過した光の焦点位置が、マイクロレンズアレイの内部となる。従って、光集塵効果によって空気が汚染されることがなく、光量不足により露光画像の画質が低下するのが効果的に防止される。さらに、マイクロレンズアレイに不純物によるゴミ（汚染物）が付着したような場合でも、マイクロレンズアレイから出射される光のエネルギーは小さくなるため、露光画像の画質に与える影響は小さく、ゴミの付着によって光量が低下することによる画質の低下を極力抑えることができる。
【００１３】
例えばマイクロレンズアレイ５５に通す光の波長が３５０ｎｍ〜４５０ｎｍの短波長の範囲にあり、また、光源からの光を結像する結像レンズの結像位置近傍又は周辺にマイクロレンズアレイを配置した場合、特に高エネルギー状態となる前記結像位置付近のマイクロレンズアレイの表面も非常に高いエネルギー状態となり、マイクロレンズアレイの表面に不純物が付着しやすくなる。このような場合に本発明を適用することにより、露光画像の画質が低下するのを抑えることができる。
【００１４】
なお、請求項２に記載したように、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から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感光材料上に結像する結像光学系と、を備えた画像露光装置において、前記マイクロレンズからの光を透過する透過部材を備え、前記透過部材が、前記マイクロレンズの焦点位置が前記透過部材の内部となる位置に配置された構成としてもよい。
【００１５】
この場合、請求項３に記載したように、前記透過部材に遮光性のマスクが形成された構成としてもよい。
【００１６】
マスクは、遮光性の部材で構成され、各マイクロレンズに対応して開口が設けられたアパーチャアレイとすることができる。このようなマスクを設けることにより、効果的に消光比を高めることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、マイクロレンズアレイにゴミが付着した場合等でも露光画像の画質が低下することを防止することができる、という効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
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。
【００１９】
（画像露光装置の構成）
この画像露光装置は、図１に示すように、シート状の感光材料１５０を表面に吸着して保持する平板状の移動ステージ１５２を備えている。４本の脚部１５４に支持された厚い板状の設置台１５６の上面には、ステージ移動方向に沿って延びた２本のガイド１５８が設置されている。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に沿って駆動する後述のステージ駆動装置３０４（図１５参照）が設けられている。
【００２０】
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。
【００２１】
スキャナ１６２は、図２および図３（Ｂ）に示すように、ｍ行ｎ列（例えば３行５列）の略マトリックス状に配列された複数（例えば１４個）の露光ヘッド１６６を備えている。この例では、感光材料１５０の幅との関係で、３行目には４個の露光ヘッド１６６を配置してある。なお、ｍ行目のｎ列目に配列された個々の露光ヘッドを示す場合は、露光ヘッド１６６mnと表記する。
【００２２】
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１６８mnと表記する。
【００２３】
また、図３（Ａ）および（Ｂ）に示すように、帯状の露光済み領域１７０が副走査方向と直交する方向に隙間無く並ぶように、ライン状に配列された各行の露光ヘッドの各々は、配列方向に所定間隔（露光エリアの長辺の自然数倍、本例では２倍）ずらして配置されている。このため、１行目の露光エリア１６８11と露光エリア１６８12との間の露光できない部分は、２行目の露光エリア１６８21と３行目の露光エリア１６８31とにより露光することができる。
【００２４】
露光ヘッド１６６11〜１６６mnの各々は、図４および図５に示すように、入射された光ビームを画像データに応じて各画素毎に変調する空間光変調素子として、米国テキサス・インスツルメンツ社製のデジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）５０を備えている。このＤＭＤ５０は、データ処理部とミラー駆動制御部とを備えた後述のコントローラ３０２（図１５参照）に接続されている。このコントローラ３０２のデータ処理部では、入力された画像データに基づいて、各露光ヘッド１６６毎にＤＭＤ５０の制御すべき領域内の各マイクロミラーを駆動制御する制御信号を生成する。なお、制御すべき領域については後述する。また、ミラー駆動制御部では、画像データ処理部で生成した制御信号に基づいて、各露光ヘッド１６６毎にＤＭＤ５０の各マイクロミラーの反射面の角度を制御する。なお、反射面の角度の制御については後述する。
【００２５】
ＤＭＤ５０の光入射側には、光ファイバの出射端部（発光点）が露光エリア１６８の長辺方向と対応する方向に沿って一列に配列されたレーザ出射部を備えたファイバアレイ光源６６、ファイバアレイ光源６６から出射されたレーザ光を補正してＤＭＤ上に集光させるレンズ系６７、このレンズ系６７を透過したレーザ光をＤＭＤ５０に向けて反射するミラー６９がこの順に配置されている。なお図４では、レンズ系６７を概略的に示してある。
【００２６】
上記レンズ系６７は、図５に詳しく示すように、ファイバアレイ光源６６から出射した照明光としてのレーザ光Ｂを集光する集光レンズ７１、この集光レンズ７１を通過した光の光路に挿入されたロッド状オプティカルインテグレータ（以下、ロッドインテグレータという）７２、およびこのロッドインテグレータ７２の前方つまりミラー６９側に配置された結像レンズ７４から構成されている。集光レンズ７１、ロッドインテグレータ７２および結像レンズ７４は、ファイバアレイ光源６６から出射したレーザ光を、平行光に近くかつビーム断面内強度が均一化された光束としてＤＭＤ５０に入射させる。このロッドインテグレータ７２の形状や作用については、後に詳しく説明する。
【００２７】
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。
【００２８】
またＤＭＤ５０の光反射側には、ＤＭＤ５０で反射されたレーザ光Ｂを、感光材料１５０上に結像する結像光学系５１が配置されている。この結像光学系５１は図４では概略的に示してあるが、図５に詳細を示すように、レンズ系５２，５４からなる第１結像光学系と、レンズ系５７，５８からなる第２結像光学系と、これらの結像光学系の間に挿入されたマイクロレンズアレイ５５と、から構成されている。
【００２９】
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５５ａが２次元状に配列されてなるものである。本例では、後述するようにＤＭＤ５０の１０２４個×７６８列のマイクロミラーのうち１０２４個×２５６列だけが駆動されるので、それに対応させてマイクロレンズ５５ａは１０２４個×２５６列配置されている。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４１μｍである。このマイクロレンズ５５ａは、一例として焦点距離が０．１９ｍｍ、ＮＡ（開口数）が０．１１である。なおマイクロレンズ５５ａの形状は一例として半円球状である。そして、各マイクロレンズ５５ａの位置におけるレーザ光Ｂのビーム径は、４１μｍである。なお、マイクロレンズ５５ａの焦点位置等の詳細については後述する。
【００３０】
上記第１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。そして第２結像光学系は、マイクロレンズアレイ５５を経た像を１．６倍に拡大して感光材料１５０上に結像、投影する。したがって全体では、ＤＭＤ５０による像が４．８倍に拡大して感光材料１５０上に結像、投影されることになる。
【００３１】
なお本例では、第２結像光学系と感光材料１５０との間にプリズムペア７３が配設され、このプリズムペア７３を図５中で上下方向に移動させることにより、感光材料１５０上における像のピントを調節可能となっている。なお同図中において、感光材料１５０は矢印Ｆ方向に副走査送りされる。
【００３２】
ＤＭＤ５０は図６に示すように、ＳＲＡＭセル（メモリセル）６０上に、各々画素（ピクセル）を構成する多数（例えば１０２４個×７６８個）の微小ミラー（マイクロミラー）６２が格子状に配列されてなるミラーデバイスである。各ピクセルにおいて、最上部には支柱に支えられた矩形のマイクロミラー６２が設けられており、マイクロミラー６２の表面にはアルミニウム等の反射率の高い材料が蒸着されている。なお、マイクロミラー６２の反射率は９０％以上であり、その配列ピッチは縦方向、横方向とも一例として１３．７μｍである。また、マイクロミラー６２の直下には、ヒンジおよびヨークを含む支柱を介して通常の半導体メモリの製造ラインで製造されるシリコンゲートのＣＭＯＳのＳＲＡＭセル６０が配置されており、全体はモノリシックに構成されている。
【００３３】
ＤＭＤ５０のＳＲＡＭセル６０にデジタル信号が書き込まれると、支柱に支えられたマイクロミラー６２が、対角線を中心としてＤＭＤ５０が配置された基板側に対して±α度（例えば±１２度）の範囲で傾けられる。図７（Ａ）は、マイクロミラー６２がオン状態である＋α度に傾いた状態を示し、図７（Ｂ）は、マイクロミラー６２がオフ状態である−α度に傾いた状態を示す。したがって、画像信号に応じて、ＤＭＤ５０の各ピクセルにおけるマイクロミラー６２の傾きを、図６に示すように制御することによって、ＤＭＤ５０に入射したレーザ光Ｂはそれぞれのマイクロミラー６２の傾き方向へ反射される。
【００３４】
なお図６には、ＤＭＤ５０の一部を拡大し、マイクロミラー６２が＋α度又は−α度に制御されている状態の一例を示す。それぞれのマイクロミラー６２のオンオフ制御は、ＤＭＤ５０に接続された前記コントローラ３０２によって行われる。また、オフ状態のマイクロミラー６２で反射したレーザ光Ｂが進行する方向には、光吸収体（図示せず）が配置されている。
【００３５】
また、ＤＭＤ５０は、その短辺が副走査方向と所定角度θ（例えば、０．１°〜５°）を成すように僅かに傾斜させて配置するのが好ましい。図８（Ａ）はＤＭＤ５０を傾斜させない場合の各マイクロミラーによる反射光像（露光ビーム）５３の走査軌跡を示し、図８（Ｂ）はＤＭＤ５０を傾斜させた場合の露光ビーム５３の走査軌跡を示している。
【００３６】
ＤＭＤ５０には、長手方向にマイクロミラーが多数個（例えば１０２４個）配列されたマイクロミラー列が、短手方向に多数組（例えば７５６組）配列されているが、図８（Ｂ）に示すように、ＤＭＤ５０を傾斜させることにより、各マイクロミラーによる露光ビーム５３の走査軌跡（走査線）のピッチＰ1が、ＤＭＤ５０を傾斜させない場合の走査線のピッチＰ2より狭くなり、解像度を大幅に向上させることができる。一方、ＤＭＤ５０の傾斜角は微小であるので、ＤＭＤ５０を傾斜させた場合の走査幅Ｗ2と、ＤＭＤ５０を傾斜させない場合の走査幅Ｗ1とは略同一である。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
ファイバアレイ光源６６は図９（Ａ）に示すように、複数（例えば１４個）のレーザモジュール６４を備えており、各レーザモジュール６４には、マルチモード光ファイバ３０の一端が結合されている。マルチモード光ファイバ３０の他端には、コア径がマルチモード光ファイバ３０と同一で且つクラッド径がマルチモード光ファイバ３０より小さい光ファイバ３１が結合されている。図９（Ｂ）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イバ３０と反対側の端部は副走査方向と直交する主走査方向に沿って７個並べられ、それが２列に配列されてレーザ出射部６８が構成されている。
【００４０】
光ファイバ３１の端部で構成されるレーザ出射部６８は、図９（Ｂ）に示すように、表面が平坦な２枚の支持板６５に挟み込まれて固定されている。また、光ファイバ３１の光出射端面には、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。
【００４１】
本例では図１０に示すように、クラッド径が大きいマルチモード光ファイバ３０のレーザ光出射側の先端部分に、長さ１〜３０ｃｍ程度のクラッド径が小さい光ファイバ３１が同軸的に結合されている。それらの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ァイバ３０の出射端面に融着することにより結合されている。上述した通り、光ファイバ３１のコア３１ａの径は、マルチモード光ファイバ３０のコア３０ａの径と同じ大きさである。
【００４２】
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バ、および複合型光ファイバの何れも適用可能である。例えば、三菱電線工業株式会社製のステップインデックス型光ファイバを用いることができる。本例において、マルチモード光ファイバ３０および光ファイバ３１はステップインデックス型光ファイバであり、マルチモード光ファイバ３０は、クラッド径＝１２５μｍ、コア径＝５０μｍ、ＮＡ＝０．２、入射端面コートの透過率＝９９．５％以上であり、光ファイバ３１は、クラッド径＝６０μｍ、コア径＝５０μｍ、ＮＡ＝０．２である。
【００４３】
ただし、光ファイバ３１のクラッド径は６０μｍには限定されない。従来のファイバ光源に使用されている多くの光ファイバのクラッド径は１２５μｍであるが、クラッド径が小さくなるほど焦点深度がより深くなるので、マルチモード光ファイバのクラッド径は８０μｍ以下が好ましく、６０μｍ以下がより好ましい。一方、シングルモード光ファイバの場合、コア径は少なくとも３〜４μｍ必要であることから、光ファイバ３１のクラッド径は１０μｍ以上が好ましい。また、マルチモード光ファイバ３０のコア径と光ファイバ３１のコア径を一致させることが、結合効率の点から好ましい。
【００４４】
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ァイバ、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く、クラッド径が一定の光ファイバ（例えば図９（Ａ）の例ならばマルチモード光ファイバ３０）を複数本そのままバンドル状に束ねてファイバアレイ光源を構成してもよい。
【００４５】
レーザモジュール６４は、図１１に示す合波レーザ光源（ファイバ光源）によって構成されている。この合波レーザ光源は、ヒートブロック１０上に配列固定された複数（例えば７個）のチップ状の横マルチモード又はシングルモードのＧａＮ系半導体レーザＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３，ＬＤ４，ＬＤ５，ＬＤ６，およびＬＤ７と、ＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７の各々に対応して設けられたコリメータレンズ１１，１２，１３，１４，１５，１６および１７と、１つの集光レンズ２０と、１本のマルチモード光ファイバ３０とから構成されている。なお、半導体レーザの個数は７個に限定されるものではなく、その他の個数が採用されてもよい。また、上述のような７個のコリメータレンズ１１〜１７に代えて、それらのレンズが一体化されてなるコリメータレンズアレイを用いることもできる。
【００４６】
ＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７は、発振波長がほぼ共通（例えば、４０５ｎｍ）であり、最大出力も総てほぼ共通（例えばマルチモードレーザでは１００ｍＷ、シングルモードレーザでは５０ｍＷ程度）である。なお、ＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７の各出力は、最大出力以下で、互いに異なっていても構わない。また、ＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７としては、３５０ｎｍ〜４５０ｎｍの波長範囲において、上記４０５ｎｍ以外の波長で発振するレーザを用いてもよい。
【００４７】
上記の合波レーザ光源は、図１２および図１３に示すように、他の光学要素と共に、上方が開口した箱状のパッケージ４０内に収納されている。パッケージ４０は、その開口を閉じるように作成されたパッケージ蓋４１を備えており、脱気処理後に封止ガスを導入し、パッケージ４０の開口をパッケージ蓋４１で閉じることにより、それらによって形成される閉空間（封止空間）内に上記合波レーザ光源が気密封止されている。
【００４８】
パッケージ４０の底面にはベース板４２が固定されており、このベース板４２の上面には、前記ヒートブロック１０と、集光レンズ２０を保持する集光レンズホルダー４５と、マルチモード光ファイバ３０の入射端部を保持するファイバホルダー４６とが取り付けられている。マルチモード光ファイバ３０の出射端部は、パッケージ４０の壁面に形成された開口からパッケージ外に引き出されている。
【００４９】
また、ヒートブロック１０の側面にはコリメータレンズホルダー４４が取り付けられており、そこにコリメータレンズ１１〜１７が保持されている。パッケージ４０の横壁面には開口が形成され、この開口を通してＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７に駆動電流を供給する配線４７がパッケージ外に引き出されている。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
コリメータレンズ１１〜１７の各々は、非球面を備えた円形レンズの光軸を含む領域を平行な平面で細長く切り取った形状に形成されている。この細長形状のコリメータレンズは、例えば、樹脂又は光学ガラスをモールド成形することによって形成することができる。コリメータレンズ１１〜１７は、長さ方向がＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７の発光点の配列方向（図１４の左右方向）と直交するように、上記発光点の配列方向に密接配置されている。
【００５３】
一方ＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７としては、発光幅が２μｍの活性層を備え、活性層と平行な方向、直角な方向の拡がり角が各々例えば１０°、３０°の状態で各々レーザ光Ｂ１〜Ｂ７を発するレーザが用いられている。これらＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７は、活性層と平行な方向に発光点が１列に並ぶように配設されている。
【００５４】
したがって、各発光点から発せられたレーザ光Ｂ１〜Ｂ７は、上述のように細長形状の各コリメータレンズ１１〜１７に対して、拡がり角度が大きい方向が長さ方向と一致し、拡がり角度が小さい方向が幅方向（長さ方向と直交する方向）と一致する状態で入射することになる。つまり、各コリメータレンズ１１〜１７の幅が１．１ｍｍ、長さが４．６ｍｍであり、それらに入射するレーザ光Ｂ１〜Ｂ７の水平方向、垂直方向のビーム径は各々０．９ｍｍ、２．６ｍｍである。また、コリメータレンズ１１〜１７の各々は、焦点距離ｆ1＝３ｍｍ、ＮＡ＝０．６、レンズ配置ピッチ＝１．２５ｍｍである。
【００５５】
集光レンズ２０は、非球面を備えた円形レンズの光軸を含む領域を平行な平面で細長く切り取って、コリメータレンズ１１〜１７の配列方向、つまり水平方向に長く、それと直角な方向に短い形状に形成されている。この集光レンズ２０は、焦点距離ｆ2＝２３ｍｍ、ＮＡ＝０．２である。この集光レンズ２０も、例えば樹脂又は光学ガラスをモールド成形することにより形成される。
【００５６】
次に図１５を参照して、本例の画像露光装置における電気的な構成について説明する。
ここに示されるように全体制御部３００には変調回路３０１が接続され、該変調回路３０１にはＤＭＤ５０を制御するコントローラ３０２が接続されている。また全体制御部３００には、レーザモジュール６４を駆動するＬＤ駆動回路３０３が接続されている。さらにこの全体制御部３００には、前記移動ステージ１５２を駆動するステージ駆動装置３０４が接続されている。
【００５７】
次に、マイクロレンズアレイ５５について詳細に説明する。
【００５８】
図５に示すように、マイクロレンズアレイ５５は、マイクロレンズ５５ａが形成された面がレンズ系５４側、すなわち光の入射側となるように配置されている。
【００５９】
そして、図１７に示すように、マイクロレンズアレイ５５は、各マイクロレンズ５５ａの焦点位置Ａが、マイクロレンズアレイ５５の内部となるような厚さｄを有している。すなわち、マイクロレンズアレイ５５の厚さｄは、マイクロレンズ５５ａの焦点距離よりも大きい厚さとなっている。ここで、厚さｄは、図１７に示すように、マイクロレンズ５５ａの頂点部からマイクロレンズアレイ５５の底面までの距離である。
【００６０】
前述したように、焦点位置Ａでは、レンズ系５４を透過した光が集められるためエネルギー密度が高くなるが、本実施形態に係るマイクロレンズアレイ５５では、各マイクロレンズ５５ａの焦点位置Ａがマイクロレンズアレイ５５の内部に存在するため、光集塵効果によって空気が汚染されるといった現象は発生しない。従って、光量不足により露光画像の画質が低下するのを効果的に防止することができる。
【００６１】
また、マイクロレンズの集光位置以外に汚染物（ゴミ）が付着した場合でも、集光位置近傍以外は、集光位置近傍と比較して光量密度が低く、汚染物による各ビーム強度の低下は抑制できる。このため、図１７に示すように、マイクロレンズアレイ５５の底面にゴミ８０が付着した場合であっても、その位置では光は広がっており光のエネルギーは小さい。従って、露光画像の画質に与える影響は小さく、画質が低下するのを抑えることができる。
【００６２】
また、本実施形態では、レーザ光Ｂの波長は４０５ｎｍであり、前述した短波長の３５０ｎｍ〜４５０ｎｍの範囲に含まれる。従って、レーザ光Ｂのエネルギーが高いことから、特にマイクロレンズアレイ５５の表面に不純物が付着しやすくなるが、上記のように構成したことにより、ゴミの付着による画質の低下を抑えることができる。
【００６３】
さらに、マイクロレンズアレイ５５を厚くすることにより、マイクロレンズアレイ５５が温度変化等によって反り等の変形が生じるのを防ぐことができる。このため、各マイクロレンズ５５ａの焦点位置がばらつくのを防ぐことができ、面精度が劣化するのを防ぐことができる。
【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１６６において、ファイバアレイ光源６６の合波レーザ光源を構成するＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７（図１１参照）の各々から発散光状態で出射したレーザ光Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５，Ｂ６，およびＢ７の各々は、対応するコリメータレンズ１１〜１７によって平行光化される。平行光化されたレーザ光Ｂ１〜Ｂ７は、集光レンズ２０によって集光され、マルチモード光ファイバ３０のコア３０ａの入射端面上で収束する。
【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Ｂ１〜Ｂ７が、このマルチモード光ファイバ３０のコア３０ａに入射して光ファイバ内を伝搬し、１本のレーザ光Ｂに合波されてマルチモード光ファイバ３０の出射端部に結合された光ファイバ３１から出射する。
【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（＝５０ｍＷ×０．９×７）の合波レーザ光Ｂを得ることができる。したがって、１４本の光ファイバ３１全体では、４．４Ｗ（＝０．３１５Ｗ×１４）の出力のレーザ光Ｂが得られる。
【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一旦記憶される。この画像データは、画像を構成する各画素の濃度を２値（ドットの記録の有無）で表したデータである。
【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のマイクロ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１３．７μｍ×１３．７μｍ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のマイクロ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１５０上に結像される。このようにして、ファイバアレイ光源６６から出射されたレーザ光が画素毎にオンオフされて、感光材料１５０がＤＭＤ５０の使用画素数と略同数の画素単位（露光エリア１６８）で露光される。また、感光材料１５０が移動ステージ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１７０が形成される。
【００７０】
なお本例では、図１６（Ａ）および（Ｂ）に示すように、ＤＭＤ５０には、主走査方向にマイクロミラーが１０２４個配列されたマイクロミラー列が副走査方向に７６８組配列されているが、本例では、コントローラ３０２により一部のマイクロミラー列（例えば、１０２４個×２５６列）だけが駆動するように制御がなされる。
【００７１】
この場合、図１６（Ａ）に示すようにＤＭＤ５０の中央部に配置されたマイクロミラー列を使用してもよく、図１６（Ｂ）に示すように、ＤＭＤ５０の端部に配置されたマイクロミラー列を使用してもよい。また、一部のマイクロミラーに欠陥が発生した場合は、欠陥が発生していないマイクロミラー列を使用するなど、状況に応じて使用するマイクロミラー列を適宜変更してもよい。
【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１５８に沿ってゲート１６０の最上流側にある原点に復帰し、再度、ガイド１５８に沿ってゲート１６０の上流側から下流側に一定速度で移動される。
【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】
ところで、前述したように、マイクロレンズアレイ５５の厚さｄは、マイクロレンズ５５ａの焦点距離よりも大きい厚さとなっている。このため、マイクロレンズ５５ａに入射した光は、マイクロレンズアレイ５５の内部に集光され、広がった状態でマイクロレンズアレイ５５から出射される。従って、光集塵効果によって空気が汚染されることがなく、光量不足により露光画像の画質が低下するのが効果的に防止される。
【００７６】
さらに、マイクロレンズアレイ５５の底面等にゴミが付着したような場合でも、マイクロレンズアレイ５５から出射される光のエネルギーは小さくなっているため、露光画像の画質に与える影響は小さく、ゴミの付着によって光量が低下することによる画質の低下を極力抑えることができる。
【００７７】
さらに、マイクロレンズアレイ５５を厚くしたため、マイクロレンズアレイ５５が温度変化等によって反り等の変形が生じるのを防ぐことができる。従って、各マイクロレンズ５５ａの焦点位置がばらつくのを防ぐことができ、面精度が劣化するのを防ぐことができる。
【００７８】
なお、本実施形態では、マイクロレンズアレイ５５の厚さｄを、マイクロレンズ５５ａの焦点距離よりも大きい厚さとしたが、マイクロレンズアレイ５５を厚くするのではなく、マイクロレンズ５５ａの焦点位置Ａに、ガラス等の光を透過する透過部材を設けるようにしてもよい。
【００７９】
例えば図１８に示すように、マイクロレンズアレイ５５とは別個独立に透過部材８４を設け、マイクロレンズ５５ａの焦点位置Ａが透過部材８４の内部となるように配置する。これにより、光集塵効果によって空気が汚染されるのを防ぐことができ、光量不足により露光画像の画質が低下するのが効果的に防止される。
【００８０】
また、このように透過部材８４をマイクロレンズアレイ５５と別個独立に設ける場合には、図１９に示すように、マイクロレンズアレイ５５のマイクロレンズ５５ａが形成された面が透過部材８４側を向くように配置してもよい。
【００８１】
さらに、図２０に示すように、透過部材８４にマスク８６を設けても良い。このマスク８６は、マイクロレンズアレイ５５の各マイクロレンズ５５ａに対応して開口（アパーチャ）が二次元状に配置されたアパーチャアレイである。このようなマスク８６を設けることにより、マイクロレンズアレイ５５のマイクロレンズ５５ａ以外の部分を透過した余計な光がマスク８６によって反射され、消光比を高めることができる。
【００８２】
なお、マスク８６は、図２０に示すように透過部材８４のマイクロレンズアレイ５５と対向する側の面に設けても良いし、その面と反対側の面に設けるようにしてもよい。また、マスク８６を透過部材８４と別個独立に設けても良い。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【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３】（Ａ）は感光材料に形成される露光済み領域を示す平面図、（Ｂ）は各露光ヘッドによる露光エリアの配列を示す図である。
【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７】（Ａ）および（Ｂ）はＤＭＤの動作を説明するための説明図である。
【図８】（Ａ）および（Ｂ）は、ＤＭＤを傾斜配置しない場合と傾斜配置する場合とで、露光ビームの配置および走査線を比較して示す平面図である。
【図９】（Ａ）はファイバアレイ光源の構成を示す斜視図、（Ｂ）は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１６】（Ａ）および（Ｂ）は、ＤＭＤの使用領域の例を示す図である。
【図１７】マイクロレンズアレイの断面図である。
【図１８】マイクロレンズアレイ及び透過部材の断面図である。
【図１９】マイクロレンズアレイ及び透過部材の断面図である。
【図２０】マイクロレンズアレイ及びマスクが設けられた透過部材の断面図である。
【図２１】従来例に係るマイクロレンズアレイの集光位置について説明するための図である。
【符号の説明】
【００８４】
３０      マルチモード光ファイバ
３１      光ファイバ
５０      デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）
５１      結像光学系
５５      マイクロレンズアレイ
６２      マイクロミラー
６４      レーザモジュール
６６      ファイバアレイ光源
６８      レーザ出射部
８４      透過部材
８６      マスク
１５０      感光材料
１６２      スキャナ
１６６      露光ヘッド
３００      全体制御部
【図１】
2006350011.tif 000003
【図２】
2006350011.tif 000004
【図３】
2006350011.tif 000005
【図４】
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【図５】
2006350011.tif 000007
【図６】
2006350011.tif 000008
【図７】
2006350011.tif 000009
【図８】
2006350011.tif 000010
【図９】
2006350011.tif 000011
【図１０】
2006350011.tif 000012
【図１１】
2006350011.tif 000013
【図１２】
2006350011.tif 000014
【図１３】
2006350011.tif 000015
【図１４】
2006350011.tif 000016
【図１５】
2006350011.tif 000017
【図１６】
2006350011.tif 000018
【図１７】
2006350011.tif 000019
【図１８】
2006350011.tif 000020
【図１９】
2006350011.tif 000021
【図２０】
2006350011.tif 000022
【図２１】
2006350011.tif 000023