(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の屈折型のマイクロレンズが並設されてなるマイクロレンズアレイ本体と、
前記マイクロレンズアレイ本体の前記マイクロレンズ以外の光透過領域に形成された回折構造と、を備え、
前記マイクロレンズアレイ本体の一面が平面に形成され、
前記マイクロレンズアレイ本体の前記一面と対向する他面に前記マイクロレンズおよび前記回折構造が形成されており、
前記マイクロレンズ本体の前記他面側に配置された透明基板をさらに備え、
前記マイクロレンズアレイ本体の前記一面側から光を入射させたとき、前記透明基板により、前記回折構造による回折光の少なくとも一部が反射されるようにしたことを特徴とするマイクロレンズアレイ。
【請求項２】
前記回折光の前記透明基板への入射角が、前記マイクロレンズを通過した光の前記透明基板への最大入射角よりも大きく、
前記透明基板の前記マイクロレンズと対向する面には、前記最大入射角よりも大きな入射角の入射光を反射させる膜が施されていることを特徴とする請求項２に記載のマイクロレンズアレイ。
【請求項３】
前記マイクロレンズアレイ本体がガラスモールドにより成形されたものであることを特徴とする請求項１または２記載のマイクロレンズアレイ。
【請求項４】
照射された光を各々制御信号に応じて変調する画素部が複数並設されてなる空間光変調素子と、
前記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を経た光を受けて該画素部の像を結像させる光学系と、
請求項１から３のいずれか１項に記載のマイクロレンズアレイとを備えた露光ヘッドにおいて、
前記空間光変調素子の各画素部を経て前記光学系を通過した光が、前記マイクロレンズアレイの前記マイクロレンズにより個別に集光されることを特徴とする露光ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はマイクロレンズアレイおよび露光ヘッドに関し、特に詳細には、屈折型のマイクロレンズと回折構造とを備えたマイクロレンズアレイ、および該マイクロレンズアレイを備えた露光ヘッドに関するものである。
【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し、画像を形成する露光ヘッドが種々知られている。この種の露光ヘッドは、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】
この種の露光ヘッドにおいて、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】
特許文献１には、空間光変調素子で変調された光の光路に、空間光変調素子の各画素部にそれぞれ対応して各画素部からの光を集光するマイクロレンズがアレイ状に並設されてなるマイクロレンズアレイを配置した露光ヘッドが記載されている。この露光ヘッドでは、空間光変調素子からの光をマイクロレンズアレイを介して微小ドットに変換して、感光材料を露光し、感光材料上に画像を形成するようにしている。
【０００５】
上記のような露光ヘッドに用いられるマイクロレンズアレイは、そのサイズが微小であることから半導体微細加工技術を応用して作製することができる。これは、円形にパターニングされたレジストを加熱溶融により流動化させ、表面張力によりレンズ曲面を形成した後、ドライエッチングによりエッチバックして基板にレンズ曲面の形状を転写してレンズとする方法である。
【０００６】
図１１に上記方法により作製されたマイクロレンズアレイ５の部分断面図を示す。このマイクロレンズアレイ５は、曲面形状をした各マイクロレンズ５ａの間に隙間が存在し、この隙間は基板面からなる平坦な平坦部５ｂにより構成される。このマイクロレンズアレイ５を露光ヘッドに適用した場合、平坦部５ｂに入射した光はそのまま透過して感光材料１５０に到達し、マイクロレンズ５ａによる露光位置Ａとは異なる領域Ｂを露光してしまう。ここで、領域Ｂは、平坦部５ｂを透過した平行光により露光される領域であり、その位置は感光材料１５０において平坦部５ｂと対向し、その寸法は平坦部５ｂと同じである。その結果、感光材料にカブリが生じ、コントラストが悪化することになる。従来では、マイクロレンズアレイ５の平坦部５ｂに直接遮光膜を形成してコントラストの悪化を防止していた。
【０００７】
一方、マイクロレンズアレイのその他の作製方法としては、ガラスモールド等の成形を用いた方法もある。この方法では、型の形状しだいで隙間の無いマイクロレンズアレイを作製することができ、上記平坦部５ｂをなくすことができる。しかし、マイクロレンズアレイを露光ヘッドに適用する場合、高コントラストの画像を得るためには、ビーム形状の整形やＮＡ（開口数）の制御が必要であり、その際にはやはり遮光膜が用いられていた。
【０００８】
マイクロレンズアレイに遮光膜を形成する方法は、特許文献２に記載された一般的なフォトリソグラフィを用いた遮光膜パターニング手法や、特許文献３に記載されたレンズ形成部以外をメッキすることで遮光膜を形成する方法や、特許文献４に記載されたレンズ間隙を遮光材料で充填する方法など、種々の方法が提案されている。
【特許文献１】特開２００３−３３７４２５号公報
【特許文献２】特開平８−３１３７０６号公報
【特許文献３】特開平１０−１６０９０５号公報
【特許文献４】特開２００１−３３０７０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来のような半導体微細加工を用いた遮光膜付きのマイクロレンズアレイの作製では、作製工数が多く、また微細加工に使用する装置自体も高額であることから、製造のリードタイムが長くかかり、コストも高くなってしまうという問題がある。
【００１０】
また、ガラスモールドを用いたマイクロレンズアレイの作製は安価であるが、これに遮光膜を付加するためには、半導体微細加工が必要であり、結局コストが高くなってしまい、コストダウンできないという問題がある。さらに、ガラスモールドでは収縮があるため、遮光膜形成に使用するフォトマスクを収縮に合わせて作製しなければならず、ガラスモールド自体の収縮を安定させるよう管理しなければならず、コストアップにつながるなどの問題がある。
【００１１】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、遮光膜を用いることなく、マイクロレンズ以外の光透過領域からの光の影響を軽減可能なマイクロレンズアレイを安価に提供することを目的とする。
【００１２】
また、本発明は、安価で高コントラストの露光が可能な露光ヘッド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】
【００１３】
本発明のマイクロレンズアレイは、複数の屈折型のマイクロレンズが並設されてなるマイクロレンズアレイ本体と、前記マイクロレンズアレイ本体の前記マイクロレンズ以外の光透過領域に形成された回折構造と、を備え、前記マイクロレンズアレイ本体の一面が平面に形成され、前記マイクロレンズアレイ本体の前記一面と対向する他面に前記マイクロレンズおよび前記回折構造が形成されており、前記マイクロレンズ本体の前記他面側に配置された透明基板をさらに備え、前記マイクロレンズアレイ本体の前記一面側から光を入射させたとき、前記透明基板により、前記回折構造による回折光の少なくとも一部が反射されるようにしたことを特徴とするものである。
【００１４】
前記回折構造が、入射光を複数の方向に分割するものであることが望ましい。
【００１７】
その際に、前記回折光の前記透明基板への入射角が、前記マイクロレンズを通過した光の前記透明基板への最大入射角よりも大きく、前記透明基板の前記マイクロレンズと対向する面には、前記最大入射角よりも大きな入射角の入射光を反射させる膜が施されていることが望ましい。
【００２０】
前記マイクロレンズアレイ本体がガラスモールドにより成形されることが望ましい。
【００２１】
本発明による露光ヘッドは、照射された光を各々制御信号に応じて変調する画素部が複数並設されてなる空間光変調素子と、前記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を経た光を受けて該画素部の像を結像させる光学系と、上記記載のマイクロレンズアレイとを備えた露光ヘッドにおいて、前記空間光変調素子の各画素部を経て前記光学系を通過した光が、前記マイクロレンズアレイの前記マイクロレンズにより個別に集光されることを特徴とするものである。
【００２２】
なお、上記回折構造とは、光を回折する構造であり、例えば、断面形状が階段形状のバイナリー型の回折構造でもよく、あるいは断面形状が鋸歯状のブレーズ型の回折構造でもよい。
【００２３】
上記の「マイクロレンズ以外の光透過領域」は、マイクロレンズの形状や透過するビームの断面形状によっては「マイクロレンズの有効径以外の光透過領域」も含むものとする。
【００２４】
以下の説明では、感光材料上における領域のうち、マイクロレンズを通過した光が到達する領域、すなわちマイクロレンズにより露光されて画像が形成される領域を「画像形成領域」といい、マイクロレンズ以外の光透過領域に対応する領域を「背景領域」ということにする。すなわち、「背景領域」は、図１１に示す領域Ｂのように、マイクロレンズ以外の光透過領域が平坦面で形成されていたとして、この光透過領域を透過した平行光により露光される領域を示す。本発明は、画像形成領域での露光量と背景領域での露光量との比を、従来のものから改善することにより、コントラストの高い露光を実現するものである。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によるマイクロレンズアレイによれば、回折構造により、マイクロレンズ以外の光透過領域からの透過光である回折光を制御して、マイクロレンズ以外の光透過領域からの光の影響を軽減できる。具体的には、本発明によるマイクロレンズアレイを露光ヘッドに適用した場合には、回折光を制御することにより、背景領域での露光量を減少させ、背景領域での露光量に対する画像形成領域での露光量の比を大きくして、コントラストを向上させることができる。また、本発明のマイクロレンズアレイでは、遮光膜を用いずに、回折構造により光を制御しているため、安価に作製できる。
【００２６】
前記回折構造が、入射光を複数の方向に分割するものとすれば、従来に比べ背景領域での露光量を減少させ、コントラストを向上できる。
【００２７】
前記マイクロレンズアレイ本体の出射側に透明基板をさらに配置し、前記透明基板により、前記回折構造による回折光の少なくとも一部が反射されるようにすれば、マイクロレンズ以外の光透過領域からの光の一部を遮断でき、従来に比べ背景領域での露光量を減少させ、コントラストを向上できる。さらに、この透明基板により、レジストとの接触による汚損や、レジスト中の有機物付着による汚染などからマイクロレンズアレイ本体を保護でき、汚損や汚染が発生した際には、透明基板だけを交換すれば良く、アライメントや倍率調整の必要なマイクロレンズアレイ本体を交換しなくても良くなり、メンテナンス性も向上する。
【００２８】
その際に、前記回折光の前記透明基板への入射角が、前記レンズの出射光の前記透明基板への最大入射角よりも大きく、前記透明基板の入射面には、前記最大入射角よりも大きな入射角の入射光を反射させる膜が施されているようにすれば、マイクロレンズを通過した光は前記透明基板を透過し、マイクロレンズ以外の光透過領域を通過した光は前記透明基板で遮断されて感光材料に到達できないため、よりコントラストを向上させることができる。
【００３１】
また、前記マイクロレンズアレイをガラスモールドにより成形すれば、安価に作製できる。
【００３２】
前記マイクロレンズアレイを照射された光を各々制御信号に応じて変調する画素部が複数並設されてなる空間光変調素子を備えた露光ヘッドに適用して、前記空間光変調素子の各画素部を経て前記光学系を通過した光が、上記マイクロレンズアレイの上記マイクロレンズにより個別に集光されるようにすれば、安価で高コントラストの露光が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、図面を参照して、本発明の第１の実施形態によるマイクロレンズアレイについて説明する。図１はこのマイクロレンズアレイを構成するマイクロレンズアレイ本体５５の構成を示す部分断面図である。
【００３４】
マイクロレンズアレイ本体５５は、２次元状に並設された多数の凸レンズのマイクロレンズ５５ａと、マイクロレンズ５５ａ以外の光透過領域に隙間無く形成された回折構造５５ｂとを有する。マイクロレンズ５５ａおよび回折構造５５ｂは、本実施形態では出射面側に形成され、マイクロレンズアレイ本体５５の入射面側は平面に形成されている。本実施形態のマイクロレンズアレイ本体５５を図１１の従来のマイクロレンズアレイ５と比べると、マイクロレンズアレイ５の平坦部５ｂを回折構造５５ｂで置き換えた構成となっている。なお、図１において、マイクロレンズ５５ａおよび回折構造５５ｂの形状は概略的に示してある。
【００３５】
マイクロレンズアレイ本体５５の一例としては、マイクロレンズ５５ａは１０２４個×２５６列に配置され、その配置ピッチは縦方向、横方向とも４１μｍ、焦点距離０．１９ｍｍ、ＮＡ（開口数）が０．１１とすることができる。
【００３６】
図１は、上記構成のマイクロレンズアレイ本体５５の入射面に垂直に平行光を入射させ、マイクロレンズ５５ａの透過光の合焦位置に感光材料１５０を配置した状態を示す。このとき、回折構造５５ｂに入射した光は、回折構造５５ｂで回折され、その進行方向は回折の次数に応じて異なり、０次光は入射光と同方向であるが、高次光になるにつれて入射光とのなす角度は大きくなる。つまり、１方向から入射した平行光は、回折構造５５ｂにより複数の方向に進む光として分割される。
【００３７】
本実施形態によれば、背景領域での露光量が従来に比べて減少し、背景領域での露光量に対する画像形成領域での露光量の比が大きくなり、感光材料へのカブリが低減され、コントラストを向上させることができる。
【００３８】
図２は、感光材料の一例である標準的ポジ型レジストの露光量とレジスト残膜量の関係を示す模式図であり、横軸が露光量、縦軸がレジスト残膜量である。露光量が増加するにつれてレジスト残膜量は減少し、露光量が閾値Ｅｔｈ以上ではレジスト残膜量は０となる。図１１に示す従来のマイクロレンズアレイ５を用いた場合の背景領域での露光量Ｅｐに対するレジスト残膜量はＲｐである。本実施形態の背景領域での露光量Ｅｂは、光が複数の方向に分割されて感光材料１５０上に到達しているため、露光量Ｅｐより少ない値となる。よって、本実施形態における露光量Ｅｂによるレジスト残膜量Ｒｂは、レジスト残膜量Ｒｐよりも多くなる。図２に示すレジスト残膜量（Ｒｂ−Ｒｐ）が、従来生じていた透過光によるカブリと考えられ、本実施形態の回折構造５５ｂを設けることにより、この分が改善されていることになる。なお、図２の露光量Ｅａは、マイクロレンズ５ａ、５５ａの露光位置における露光量であり、この露光量Ｅａでは、レジスト残膜量は０となる。
【００３９】
上記回折構造５５ｂは、凹凸形状の構造のみで構成されているため、マイクロレンズアレイをガラスモールド等の成形により作製するときに同時に作製することが可能であり、工数を増加させることなく、安価に作製できる。
【００４０】
また、回折構造５５ｂのピッチ、高さ等の構成を制御することで、よりコントラストを高めることができる。例えば、回折構造５５ｂのピッチを制御することで、高次光の出射角度を制御し、感光材料１５０に対して反射率が高くなる角度にしたり、回折構造５５ｂの高さを制御して０次光が打ち消し合うようにして０次光の強度を減少させたりして、よりコントラストの向上を図ることができる。
【００４１】
以下、上記のようなマイクロレンズアレイの作製方法の一例について図３を参照しながら説明する。始めに、図３（ａ）に示すように、合成石英ガラス基板（ＨＯＹＡ製、ＥＱＺマスクグレード）基板１０上に電子線レジスト（日本ゼオン製、ＺＥＰ５２０）１２を０．２〜０．５μｍの厚さで塗布し、所定ピッチの回折構造のパターンを描画する。このとき、電子線によるチャージアップ防止のため、導電コート剤（昭和電工製、エスペイサー）をレジスト１２の表面に予めコーティングしておく。導電コートを水洗除去した後、専用現像液で現像、リンスを行い、回折構造のパターンを形成する。
【００４２】
次に高密度プラズマエッチング装置を用いて、作製した回折構造のパターンをエッチングマスクとして、図３（ｂ）に示すように、合成石英ガラス基板１０を所定量エッチングする。エッチングガスとしてはＣＦ４等のフッ素系ガスを用い、基板を１０〜３０゜Ｃに冷却しながら行う。所定量のエッチングが進行した後、酸素系ガスを導入し、連続してアッシングを行い、エッチングマスクを除去する。これまでの工程により、図３（ｃ）に示すように、所定ピッチと高さを持つ回折構造が形成された石英ガラス基板１０ができあがる。
【００４３】
このときの回折構造は、４０５ｎｍの半導体レーザを光源に用いる場合、回折構造の高さは、凸と凹部分の通過した光の位相差が２πからずれていれば良い。２πの時のみ位相差が生じないため、回折が起きないがそれ以外では起きるため光を周囲に回折させ、露光面での不要光を低減させる効果がある。位相差Δφ＝２π（ｎ１−ｎ２）ｄ／λとすると（ｎ１＝１．４５：ガラス板の屈折率、ｎ２＝１：空気の屈折率、ｄ＝凸と凹の段差、λ＝４０５ｎｍ：半導体レーザの波長）、Δφ＝２πの時、ｄ＝０．９μｍとなる。この値以外にすれば回折が生じ、不要光の低減ができる。回折構造のピッチは、細かい程、回折角が大きくとれる。
【００４４】
次に図３（ｄ）に示すように、回折構造が形成された合成石英ガラス基板１０にポジ型レジスト１４を塗布し、１５０〜２００゜Ｃの温度でハードベークして平坦化する。回折構造の凹凸が大きく、平坦にならなかった場合は、この作業を数回繰り返す。そして、図３（ｅ）に示すように、平坦になったレジスト表面にマイクロレンズ５５ａとなるレンズ形状を形成するためのレジスト１６を再度塗布する。このときの膜厚はレンズ曲率に合わせて調整する。図３（ｆ）に示すように、フォトリソグラフィによりレンズ形成領域を決定するレジスト１６の円形パターンを形成し、１２０〜１４０゜Ｃの温度で加熱してレジスト１６を溶融させ、表面張力によりレンズ面を形成する。マイクロレンズ５５ａの配列ピッチは２０〜５０μｍであり、円形パターンの直径はこのピッチの７０〜９０％で形成されている。
【００４５】
その後、Ｏ２をエッチングガスとし、図３（ｇ）に示すように、回折構造が露出するまで高密度プラズマエッチングを行う。回折構造の露出の判断は時間管理でも可能であるが、より厳密に行うには、プラズマの発光スペクトル強度を検出して判断する。続けて、ＣＨＦ３、ＣＦ４、Ｏ２の混合ガスを用い、レジスト１６と合成石英ガラス基板１０のエッチングレートがほぼ等しくなる条件でエッチングを行い、レンズ形状を転写して、図３（ｈ）に示すような、マイクロレンズ５５ａの形状、およびその周辺に回折構造５５ｂの形状が形成された母型１８を作製する。
【００４６】
次に、この母型１８にＮｉ電鋳を行って、図３（ｉ）に示すようにニッケル電鋳型２６を作製する。先ず、母型にＮｉをスパッタにて５０〜１００ｎｍ成膜する。その後、スルファミン酸ニッケルメッキ浴にて、厚さ３００〜１０００μｍのニッケルメッキを行った後、図３（ｊ）に示すように、母型１８から剥離して、逆転した形状のニッケル電鋳型２０を得る。更に、剥離したニッケル電鋳型２０の表面にチタンナイトライドを反応性スパッタにて１００ｎｍから３μｍの所定厚さ形成し、保護膜とする。
【００４７】
作製したニッケル電鋳型２０を成形装置に設置し、図３（ｋ）に示すように、ガラス転移点が３００゜Ｃ〜５００゜Ｃの低融点ガラスのプリフォーム（マイクロレンズアレイ本体）２２をガラス転移点以上の温度に加熱し、減圧状態に保持した状態でニッケル電鋳型を押し付け、その状態でガラス転移点以下の温度まで冷却した後、ニッケル電鋳型を引き剥がして、図３（ｌ）に示すようにマイクロレンズ５５ａの以外の光透過領域に回折構造５５ｂとなる形状が形成されたマイクロレンズアレイ本体２２を作製する。
【００４８】
以下に、上記マイクロレンズアレイを有する本発明の実施形態による露光ヘッドについて説明する。図４はこの露光ヘッドの概略構成を示す斜視図であり、図５はこの露光ヘッドの断面図である。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空間光変調素子としてデジタル・マイクロミラー・デバイス（米国テキサス・インスツルメンツ社製、以下ＤＭＤという）５０を備える。マイクロレンズアレイ本体５５からなるマイクロレンズアレイは、ＤＭＤ５０で変調された光の光路に配置され、マイクロレンズ５５ａはＤＭＤ５０の各画素部にそれぞれ対応して各画素部からの光を集光する。
【００４９】
ＤＭＤ５０の光入射側には、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。レンズ系６７は、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Ｌ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の下流側、つまりミラー６９側に配置されたコリメータレンズ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およびコリメータレンズ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。上記レンズ系６７から出射したレーザ光Ｌ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。
【００５０】
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。
【００５１】
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Ｌ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。
【００５２】
なお図７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Ｌ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。
【００５３】
ＤＭＤ５０の光反射側には、ＤＭＤ５０で反射されたレーザ光Ｌ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、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上述のマイクロレンズアレイ本体５５と、アパーチャアレイ５９とから構成されている。
【００５４】
上記アパーチャアレイ５９は、マイクロレンズアレイ本体５５の各マイクロレンズ５５ａに対応する多数のアパーチャ（開口）５９ａが形成されてなるものでああり、本実施形態では、ビームウエスト位置近傍に配置されている。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本体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本体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。
【００５５】
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、上記構成の露光ヘッドと感光材料１５０を相対移動させることにより、露光を行う。
【００５６】
以下に、本発明の第２の実施形態によるマイクロレンズアレイについて図８を参照しながら説明する。図８はマイクロレンズアレイの構成を示す部分断面図である。本実施形態のマイクロレンズアレイは、マイクロレンズアレイ本体１５５と、マイクロレンズアレイ本体１５５の出射側に配置された透明基板５６を有する。
【００５７】
マイクロレンズアレイ本体１５５は、２次元状に並設された多数のマイクロレンズ１５５ａと、マイクロレンズ１５５ａ以外の光透過領域に隙間無く設けられた回折構造１５５ｂとを有する。マイクロレンズ１５５ａおよび回折構造１５５ｂは、本実施形態では出射面側に形成され、マイクロレンズアレイ本体１５５の入射面側は平面に形成されている。なお、図８において、マイクロレンズ５５ａおよび回折構造５５ｂの形状は概略的に示してあり、マイクロレンズ１５５ａを経由した光の透明基板５６での屈折は省略して図示している。
【００５８】
本実施形態では、回折構造１５５ｂによる回折光の透明基板５６への入射角が、マイクロレンズ１５５ａのＮＡ（開口数）で決まる透明基板５６への最大入射角より大きくなるように回折構造１５５ｂのピッチが設定されている。
【００５９】
透明基板５６は、ガラス等の透明の光学材料からなる平行平板である。透明基板５６のマイクロレンズアレイ本体１５５側には、上記最大入射角以下の角度で入射する光を透過させ、上記最大入射角より大きな角度で入射する光を反射させるような、透過率が角度依存性を有する膜５６ａが施されている。よって、マイクロレンズ１５５ａを透過した光は透明基板５６を透過して感光材料１５０に到達し、回折構造１５５ｂでの回折光は透明基板５６の膜５６ａで反射されて感光材料１５０に到達しない。これにより、背景領域での露光量が従来に比べて減少し、背景領域での露光量に対する画像形成領域での露光量の比が大きくなり、コントラストを向上させることができる。
【００６０】
なお、上記構成において、必ずしも回折構造１５５ｂによる回折光の全てが透明基板５６で反射されなくてもよく、回折構造１５５ｂによる回折光の一部の透明基板５６への入射角が、上記最大入射角より大きくなるようにすれば、回折構造１５５ｂに入射した光が反射光と透過光に分割されるため、従来と比べてコントラスト向上の効果を得ることができる。
【００６１】
同様に、透明基板５６に施す膜５６ａの入射角依存性も、必ずしも上記のように最大入射角で厳密に透過率が変化しなくてもよく、上記最大入射角前後で透過率の値が変化するようにすれば、従来と比べてコントラスト向上の効果を得ることができる。
【００６２】
なお、透明基板５６に膜が施されていない場合でも、回折構造５５ｂでの回折光の一部は透明基板５６で反射されて、回折構造１５５ｂに入射した光が反射光と透過光に分割されるため、従来と比べてコントラスト向上の効果を得ることができる。この場合も、回折構造５５ｂのピッチ、高さ等の構成を制御することで、高次光の透明基板５６への入射角度が大きくしたり、０次光の強度を減少させたりすれば、よりコントラストを向上させることができる。
【００６３】
透明基板５６は、マイクロレンズアレイ本体１５５の保護部材としても機能する。この透明基板により、レジストとの接触による汚損や、レジスト中の有機物付着による汚染などからマイクロレンズアレイ本体１５５を保護でき、汚損や汚染した際には、透明基板だけ交換すれば良く、アライメントや倍率調整の必要なマイクロレンズアレイ本体１５５を交換しなくても良くなり、メンテナンス性向上の効果も得られる。
【００６４】
以下に、本発明の第３の実施形態によるマイクロレンズアレイについて図９を参照しながら説明する。図９はこのマイクロレンズアレイを構成するマイクロレンズアレイ本体２５５の構成を示す部分断面図である。
【００６５】
マイクロレンズアレイ本体２５５は、２次元状に並設された多数のマイクロレンズ２５５ａと、マイクロレンズ２５５ａ以外の光透過領域に隙間無く設けられた回折構造２５５ｂとを有する。本実施形態では、マイクロレンズアレイ本体２５５の入射面側に凸レンズのマイクロレンズ２５５ａおよび回折構造２５５ｂが形成され、出射面側は平面に形成されており、この点が第１の実施形態のマイクロレンズアレイ本体５５と大きく異なる。
【００６６】
また、本実施形態では、回折構造２５５ｂによる回折光が出射面側の平面２５５ｃで全反射条件を満たす入射角で入射するように、回折構造２５５ｂのピッチが設定されている。よって、マイクロレンズ２５５ａを透過した光はマイクロレンズアレイ本体２５５を透過して感光材料１５０に到達し、回折構造２５５ｂでの回折光はマイクロレンズアレイ本体２５５の出射面側の平面２５５ｃで全反射されて感光材料１５０に到達しない。これにより、背景領域での露光量が従来に比べて減少し、背景領域での露光量に対する画像形成領域での露光量の比が大きくなり、コントラストを向上させることができる。
【００６７】
なお、このとき、回折構造５５ｂのピッチ、高さ等の構成を制御することで、０次光の強度をほぼ０にし、１次以上の回折光が全て全反射されるようにすることが望ましいが、必ずしもこのようにしなくてもよい。回折構造１５５ｂによる高次の回折光が前記平面で全反射する、あるいは回折構造１５５ｂによる回折光の一部が反射するようにすれば、回折構造２５５ｂに入射した光が反射光と透過光に分割されるため、従来と比べてコントラスト向上の効果を得ることができる。
【００６８】
本実施形態を第２の実施形態を比較すると、本実施形態はマイクロレンズアレイ本体２５５単体で、別の部材を追加することなく、第２の実施形態と同様の効果が得られる。また、本実施形態においても、出射面である露出面が平面形状のため、汚染物質等の付着物を拭き取り易く、メンテナンス性が向上する。
【００６９】
上記第２，第３の実施形態のマイクロレンズアレイ本体は、第１の実施形態のマイクロレンズアレイ本体と同様に作製でき、また、前述の露光ヘッドに適用して、ＤＭＤ５０の各マイクロミラー６２を経た光を、マイクロレンズアレイのマイクロレンズにより個別に集光して感光材料上に結像させるのに用いることができる。
【００７０】
以下に、上記実施形態の変形例による露光ヘッドについて説明する。図１０は、この変形例の露光ヘッドを示す断面図である。この露光ヘッドは、第１の実施形態の結像光学系５１に代わり、第１の実施形態の結像光学系５１からレンズ系５７，５８からなる第２結像光学系およびアパーチャアレイ５９を省いた結像光学系５１’を用いた点が基本的に異なるものである。すなわち本実施形態においては、マイクロレンズアレイ本体５５の各マイクロレンズ５５ａによる集光位置に感光材料１５０が配置され、該マイクロレンズアレイ本体５５が集光した像が直接この感光材料１５０に露光されるようになっている。その他の構成については前述の実施形態と同様であるので、重複説明を省略する。なお、図１０では、第１の実施形態のマイクロレンズアレイを用いた例を示したが、本変形例においても、第１の実施形態のマイクロレンズアレイの代わりに第２，第３の実施形態のマイクロレンズアレイを適用可能である。
【００７１】
なお、上記例では、空間光変調素子としてＤＭＤを備えた露光ヘッドについて説明したがこのような反射型空間光変調素子の他に、透過型空間光変調素子（ＬＣＤ）を使用することもできる。例えば、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）タイプの空間光変調素子（ＳＬＭ；Ｓｐａｃｉａｌ  Ｌｉｇｈｔ  Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）や、電気光学効果により透過光を変調する光学素子（ＰＬＺＴ素子）や液晶光シャッタ（ＦＬＣ）等の液晶シャッターアレイなど、ＭＥＭＳタイプ以外の空間光変調素子を用いることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の第１の実施形態によるマイクロレンズアレイの部分断面図
【図２】ポジ型レジストの露光量とレジスト残膜量を示す図
【図３】図１のマイクロレンズアレイ本体の製造工程図
【図４】本発明の第１の実施形態による露光ヘッドの概略構成を示す斜視図
【図５】図４の露光ヘッドの断面図
【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
【図７】（Ａ）および（Ｂ）はＤＭＤの動作を説明するための説明図
【図８】本発明の第２の実施形態によるマイクロレンズアレイの部分断面図
【図９】本発明の第３の実施形態によるマイクロレンズアレイの部分断面図
【図１０】本発明の変形例による露光ヘッドの断面図
【図１１】従来の露光ヘッドが有するマイクロレンズアレイの部分断面図
【符号の説明】
【００７３】
５    マイクロレンズアレイ
５ａ、５５ａ、１５５ａ、２５５ａ    マイクロレンズ
５ｂ    平坦部
５０    デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）
５１、５１’    結像光学系
５２、５４    レンズ系
５５、１５５、２５５    マイクロレンズアレイ本体
５５ｂ、１５５ｂ、２５５ｂ    回折構造
５６    透明基板
５６ａ    膜
５７、５８    レンズ系
５９    アパーチャアレイ
５９ａ    アパーチャ
６２    マイクロミラー
６６    ファイバアレイ光源
６８    レーザ出射部
６９    ミラー
７２    ロッドインテグレータ
７３    プリズムペア
１５０    感光材料
１６８    露光エリア
１７０    露光済み領域
２５５ｃ    平面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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