(57)【要約】【課題】良好な画像を得ることができる露光ヘッドを提供することを課題とする。【解決手段】露光ヘッドは、ＤＭＤ１７４と、ＤＭＤ１７４からのオフ光が照射される反射ミラー１９４と、反射ミラー１９４で反射されたオフ光が照射される放熱部２００と、を有する。放熱部２００は、伝熱板部１９９と、伝熱板部１９９の表面側に立てられた放熱フィン１９８と、を備えており、反射ミラー１９４からのオフ光が伝熱板部１９９の裏面側に照射されるようになっている。これにより、露光ヘッドの光源を切らずにオフ光が生じていても、デジタル・マイクロミラー・デバイスの位置合わせに影響を及ぼす部材の温度がオフ光によって上昇して膨張することが回避されるので、高解像による高画質な画像を安定して得ることができる。【選択図】        図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明用の光ビームを出射する光源と、
各々制御信号に応じて入射する光ビームを異なる方向へ反射することで光変調状態を変化させる複数の画素部が２次元的に配列され、前記光源から前記複数の画素部に入射した光ビームを前記画素部毎に変調する反射型空間光変調素子と、
前記複数の画素部により変調された光ビームを結像する結像光学系と、
前記反射型空間光変調素子で反射された光ビームのうち露光に寄与しない一方向に反射されたオフ光を前記結像光学系のハウジングの外方へ出射させる出射手段と、
を備えたことを特徴とする露光ヘッド。
【請求項２】
前記複数の画素部がミラー素子で構成され、制御信号に応じて回転角の異なる状態をとることにより入射光を選択的に異なる角度に反射するデジタル・マイクロミラー・デバイスを、前記反射型空間光変調素子として設けたことを特徴とする請求項１に記載の露光ヘッド。
【請求項３】
前記出射手段として設けられ、前記オフ光を反射する反射ミラーと、
前記反射ミラーからの反射光を吸収させる吸収部材と、
前記吸収部材を冷却する冷却手段と、
を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の露光ヘッド。
【請求項４】
前記冷却手段として放熱フィンを設けたことを特徴とする請求項３に記載の露光ヘッド。
【請求項５】
前記反射型空間光変調素子の温度を測定するサーミスタと、
前記反射型空間光変調素子側に冷却面側で接触すると共に、前記吸収部材側に加熱面側で接触するペルチェ素子と、
前記サーミスタで測定される温度が一定範囲内となるように、前記ペルチェ素子への通電量を制御する制御手段と、
を有することを特徴とする請求項３又は４に記載の露光ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、デジタル・マイクロミラー・デバイスを有する露光ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
空間変調素子として配置されたＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）と、この空間光変調素子で変調された光を透過させるマイクロレンズアレイ（複数個のマイクロレンズが配列されているもの）と、を内蔵する多数の露光ヘッドを使用して、画像データに応じて変調された光ビームで画像を露光する露光装置が種々提案されている。
【０００３】
このような露光装置に設けられている露光ヘッドでは、高倍率、低歪、高解像度などを達成するために、種々の工夫がなされている。
【０００４】
例えば、ＤＭＤは画素に対応する各ミラー素子が画像データに応じてオン状態又はオフ状態に制御されることで入射光を変調しているが、入射光のうちオン状態のミラー素子により反射された光（後述のオン光に相当）は透過し、オフ状態のミラー素子により反射された光（後述のオフ光に相当）は反射する、第２の面を光学系のプリズムに設ける例が、特許文献１に記載されている。これによって、大型化を招くことなく、高コントラストでゴーストのない投影画像を得ている。
【０００５】
また、２次元空間変調素子（２次元ＳＬＭ）を主走査方向に対して傾けて配置し、２次元ＳＬＭと被露光面との間に、２次元ＳＬＭと略同一の配列状態にされたマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイを２次元ＳＬＭに密接し配置することにより、２次元ＳＬＭの個々の画素のスポット径を所望のサイズに縮小して露光することが、特許文献２に提案されている。
【０００６】
更に、２次元ＳＬＭとマイクロレンズアレイを密接出来ない場合、２次元ＳＬＭとマイクロレンズアレイを最適な間隔に配置して、２次元ＳＬＭの個々の画素のスポット径を所望のサイズに縮小して露光することが、特許文献３に提案されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−２５８７０３公報
【特許文献２】
ＵＳ６２８８８３０
【特許文献３】
ＷＯ９８４７０４２
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＤＭＤの傾け角度の微調整が必要となる場合がある（例えば特許文献２や特許文献３）ことからも判るように、ＤＭＤとマイクロレンズアレイとの位置安定性能は極めて重要である。通常、マイクロレンズアレイの位置ずれが１μｍ以下であることが要求されており、また、結像光学系に拡大レンズを用いているので、ＤＭＤと結像光学系とは位置ずれが０．３μｍ以下であることが要求されている。
【０００９】
しかし、露光ヘッドを使用していると、上記の位置ずれが許容範囲を超えて、得られる画像が劣化する場合があるという問題が生じていた。
【００１０】
本発明は、上記事実を考慮して、良好な画像を得ることができる露光ヘッドを提供することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記の問題が、ＤＭＤからの反射光を結像光学系に入射させずに露光ヘッドの使用を一時的に中断した後に特に顕著に生じていることに着目した。そして、この中断時にどのような現象が生じているのかを検討した。その結果、ＤＭＤにおけるオフ状態のミラー素子による反射光が、露光ヘッドの構成部材（レンズ鏡筒、周辺ブラケット、カバーなど）に照射されていることを見い出した。そして、このオフ状態のミラー素子による反射光の照射によりこの構成部材の温度が上昇し、この構成部材に、露光ヘッドの光軸に対して非対称の温度分布が生じて非対称な熱膨張が生じてしまうため、得られる画像が劣化していることを突き止めた。
【００１２】
また、１つの露光ヘッドでは、大きなサイズを露光することが不可能なため、露光ヘッドを複数使用して露光する露光装置が多用されている。このような露光装置では、各露光ヘッドの走査線に対する角度やピント位置などがずれてしまうと、画像品質に重大な影響を及ぼしてしまうため、この問題は特に顕著に現れることも突き止めた。
【００１３】
そこで、本発明者は、露光ヘッドの構成部材に光軸に対して非対称な温度分布が生じることを防止することを鋭意検討し、本発明を完成するに至った。
【００１４】
請求項１に記載の発明は、照明用の光ビームを出射する光源と、各々制御信号に応じて入射する光ビームを異なる方向へ反射することで光変調状態を変化させる複数の画素部が２次元的に配列され、前記光源から前記複数の画素部に入射した光ビームを前記画素部毎に変調する反射型空間光変調素子と、前記複数の画素部により変調された光ビームを結像する結像光学系と、前記反射型空間光変調素子で反射された光ビームのうち露光に寄与しない一方向に反射されたオフ光を前記結像光学系のハウジングの外方へ出射させる出射手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１５】
オフ光とは、反射型空間光変調素子におけるオフ状態のミラー素子によって反射された光をいう。また、オン光とは、反射型空間光変調素子におけるオン状態のミラー素子によって反射された光をいい、画像を投影するのに用いる光である。
【００１６】
反射型空間光変調素子としては、例えば、ＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）や、ＧＬＶ（グレーティング・ライト・バルブ）である。
【００１７】
請求項１に記載の発明により、露光ヘッドでオフ光が生じていても、オフ光によって反射型空間光変調素子の位置合わせに影響を及ぼす部材の温度が上昇して熱膨張することがないので、高解像による高画質な画像を安定して得ることができる。
【００１８】
請求項２に記載の発明は、前記複数の画素部がミラー素子で構成され、制御信号に応じて回転角の異なる状態をとることにより入射光を選択的に異なる角度に反射するデジタル・マイクロミラー・デバイスを、前記反射型空間光変調素子として設けたことを特徴とする。
【００１９】
これにより、反射型空間光変調素子を簡素でコンパクトにすることができる。
【００２０】
請求項３に記載の発明は、前記出射手段として設けられ、前記オフ光を反射する反射ミラーと、前記反射ミラーからの反射光を吸収させる吸収部材と、前記吸収部材を冷却する冷却手段と、を有することを特徴とする。
【００２１】
これにより、オフ光が吸収部材に照射されても、照射によって吸収部材に生じる熱を除去することができ、この熱によって結像光学系に位置ずれが生じることを防止できる。また、反射ミラーの反射方向を調整して、吸収部材を冷却し易い位置に設けることが可能になる。更に、吸収部材の材質を熱膨張係数が小さい材質にすることが可能であり、上記の出射手段をコンパクトにすることができる。
【００２２】
請求項４に記載の発明は、前記冷却手段として放熱フィンを設けたことを特徴とする。
【００２３】
これにより、冷却するための新たなエネルギー（冷熱）を必要としないので、構成を簡素にできると共に省エネを図ることができる。
【００２４】
請求項５に記載の発明は、前記反射型空間光変調素子の温度を測定するサーミスタと、前記反射型空間光変調素子側に冷却面側で接触すると共に、前記吸収部材側に加熱面側で接触するペルチェ素子と、前記サーミスタで測定される温度が一定範囲内となるように、前記ペルチェ素子への通電量を制御する制御手段と、を有することを特徴とする。
【００２５】
請求項５に記載の発明では、このように、ペルチェ素子の冷却面側がＤＭＤに接触し、しかも、サーミスタによってＤＭＤの温度が測定されて、この温度が一定範囲内になるようにペルチェ素子への通電量が制御されている。これにより、ＤＭＤの温度を確実に一定範囲内に維持することができ、高解像による高画質な画像を確実に安定して得ることができる。また、ペルチェ素子の加熱面側が上記の吸収部材に接触しているので、これにより、ペルチェ素子の加熱面側を冷却する機構を新たに設けなくても済む。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、実施形態を挙げ、本発明の実施の形態について説明する。図１に示すように、本発明の一実施形態で説明する露光装置１４２は、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ステージ１５２を備えている。４本の脚部１５４に支持された肉厚板状の設置台１５６の上面には、ステージ移動方向に沿って延びた２本のガイド１５８が設置されている。ステージ１５２は、その長手方向がステージ移動方向を向くように配置されると共に、ガイド１５８によって往復移動可能に支持されている。なお、この露光装置１４２には、ステージ１５２をガイド１５８に沿って駆動するための図示しない駆動装置が設けられている。
【００２７】
設置台１５６の中央部には、ステージ１５２の移動経路を跨ぐようにコ字状のゲート１６０が設けられている。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の先端及び後端を検知する複数（例えば、２個）の検知センサ１６４が設けられている。スキャナ１６２及び検知センサ１６４はゲート１６０に各々取り付けられて、ステージ１５２の移動経路の上方に固定配置されている。なお、スキャナ１６２及び検知センサ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。
【００２８】
［スキャナの構成］
スキャナ１６２は、図２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を配置した。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。
【００２９】
露光ヘッド１６６による露光エリア１６８は、副走査方向Ｖを短辺とする矩形状である。従って、ステージ１５２の移動に伴い、感光材料１５０には露光ヘッド１６６毎に帯状の露光済み領域１７０が形成される。なお、ｍ行目のｎ列目に配列された個々の露光ヘッドによる露光エリアを示す場合は、露光エリア１６８ｍｎと表記する。
【００３０】
また、図３（Ａ）及び（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、本実施形態では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。
【００３１】
［露光ヘッドの構成］
図４は、各露光ヘッド１６６の構成を示す模式図である。露光ヘッド１６６は、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ＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）１７４を有する。また、露光ヘッド１６６は、光源（図示せず）からの光をＤＭＤ１７４に向けて反射すると共に、ＤＭＤ１７４で変調された光が入射する第１光学系１７６と、第１光学系１７６を通過した光が透過するＭＬＡ（マイクロレンズアレイ）１７８と、ＭＬＡ１７８を透過した光が通過する第２光学系１８０と、を有する。第２光学系１８０を通過した光は、投影面（被露光面）Ｓに投影される。ＤＭＤ１７４及びＭＬＡ１７８は、主走査方向に対して傾け角度が微調整された状態で配置されている。
【００３２】
図５、図６に示すように、第１光学系１７６は２個のプリズム１８４、１８６を備えており、光源からの光がプリズム面１８８によってＤＭＤ１７４に向けて反射される。また、第１光学系１７６は、これらのプリズム１８４、１８６を覆っているハウジング１９０と、ハウジング１９０に接続されたレンズ鏡筒１９２と、ハウジング１９０の内側に設けられ、ＤＭＤ１７４からのオフ光を反射する反射ミラー１９４と、ハウジング１９０の側部に取付けられた補助カバー１９６と、を有する。ハウジング１９０及び補助カバー１９６の各側部には、反射ミラー１９４からの反射光をハウジング１９０から補助カバー１９６へ通過させるための開口１９０Ｍ及び開口１９６Ｍがそれぞれ形成されている。
【００３３】
また、露光ヘッド１６６には、発生する熱を放散する放熱部２００が設けられている。放熱部２００は、伝熱板部１９９と、伝熱板部１９９に一体的に形成され、伝熱板部１９９の表面側から外方に延びている多数の放熱フィン部１９８と、で構成される。開口１９０Ｍ及び開口１９６Ｍを通過した光線束（反射光）は、伝熱板部１９９の端部の裏面側に照射される。伝熱板部１９９の端部の裏面側で反射された光は、補助カバー１９６によって補助カバー１９６の外へ射出することが防止されている。なお、開口１９０Ｍ及び開口１９６Ｍを通過した光線束を、伝熱板部１９９の端部の裏面側に照射させるための開口を有する遮蔽板が補助カバー１９６に設けられていてもよい。
【００３４】
ＤＭＤ１７４の裏面側には放熱のためのストゥッドゥ２０４が接触して設けられ、更に、板状のペルチェ素子２０６が設けられている。ペルチェ素子２０６は、ＤＭＤ１７４を冷却できるように、素子の冷却面側がストゥッドゥ２０４に接触し、素子の加熱面側が伝熱板部１９９の裏面側に接触している。
【００３５】
ＤＭＤ１７４の周縁部には、ＤＭＤ１７４の温度を計測するためのサーミスタ２０８が取付けられている。そして、露光ヘッド１６６には、サーミスタ２０８から計測値を受信し、ペルチェ素子２０６への通電量を制御するコントローラ２１０が設けられている。
【００３６】
放熱フィン１９８のフィン面積等は、反射ミラー１９４からの反射光の伝熱板部１９９への照射や、ペルチェ素子２０６からの加熱が行われても充分に冷却され得るように予め決められている。
【００３７】
露光ヘッド１６６は、ＤＭＤ１７４で反射された光をオン光としているときには、ＤＭＤ１７４によって反射光２１２Ｎ（図５で実線で示す）を第１光学系１７６の結像光学系へ案内する。また、コントローラ２１０によりペルチェ素子２０６の通電量を制御しており、ＤＭＤ１７４の温度が一定範囲内に確実になっている。
【００３８】
ＤＭＤ１７４で反射された光をオフ光としているときには、ＤＭＤ１７４による反射光２１２Ｆ（図５で２点鎖線で示す）を、反射ミラー１９４に照射する。この反射光（オフ光）２１２Ｆは反射ミラー１９４で反射され、ハウジング外へ出射し、伝熱板部１９９の裏面側に照射される。これにより、ＤＭＤ１７４からのオフ光である反射光２１２Ｆによってハウジング１９０に熱が発生することが回避されている。また、コントローラ２１０によりペルチェ素子２０６の通電量を制御しており、ＤＭＤ１７４の温度が確実に一定範囲内になっている。
【００３９】
なお、ＤＭＤ１７４の冷却を、ペルチェ素子２０６に代えて水冷（チラー）で行うことも可能である。また、反射ミラー１９４の反射角度や配置位置を調整して、反射ミラー１９４からのオフ光を露光ヘッド１６６や露光装置１４２に影響が出ない位置にまで案内することも有効であり、これにより、オフ光が照射された部材（すなわち伝熱板部１９９の端部）を冷却しなくても済む。また、ＭＬＡ１７８（図４参照）にもサーミスタを設けて温度制御を行っても良い。これにより、ＭＬＡ１７８の温度を一定範囲内に維持することができ、温度変化によってＭＬＡ１７８がＤＭＤ１７４に対して位置ずれを起こすことを防止できる。
【００４０】
以上、実施形態を挙げて本発明の実施の形態を説明したが、上記実施形態は一例であり、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できる。また、本発明の権利範囲が上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。
【００４１】
【発明の効果】
本発明は上記構成としたので、温度変化によるマイクロレンズアレイの位置ずれを抑えたマイクロレンズアレイの取付構造、及び、それを有する露光ヘッドを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る露光ヘッドが設けられた露光装置の外観を示す斜視図である。
【図２】図１に示した露光装置のスキャナの構成を示す斜視図である。
【図３】図３（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、感光材料に形成される露光済み領域を示す平面図、及び、各露光ヘッドによる露光エリアの配列を示す平面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る露光ヘッドの光学系を示す模式的構成図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る露光ヘッドの構成を示す部分側面断面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る露光ヘッドで、ＤＭＤからの反射光が伝熱板部の裏面側に照射されることを示す模式図である（図５に示した露光ヘッドを放熱部側から見た構成図として示す）。
【符号の説明】
１６６    露光ヘッド
１７４    ＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）
１９０    ハウジング
１９４    反射ミラー
１９９    伝熱板部（吸収部材）
１９９    放熱フィン
２０６    ペルチェ素子
２０８    サーミスタ
２１０    コントローラ（制御手段）
２１２Ｆ    反射光（オフ光）
【図１】
2004301914.tif 000003
【図２】
2004301914.tif 000004
【図３】
2004301914.tif 000005
【図４】
2004301914.tif 000006
【図５】
2004301914.tif 000007
【図６】
2004301914.tif 000008