專利名稱：曝光頭以及曝光裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用根據(jù)圖像數(shù)據(jù)由空間光調(diào)制元件進行空間調(diào)制后的激光光束、對感光材料等的曝光面進行曝光的曝光頭以及具有該曝光頭的曝光裝置。
例如作為DMD，采用根據(jù)控制信號改變反射面角度的多個微反射鏡按照2維配置在硅等半導(dǎo)體基板上的反射鏡器件，采用該DMD的曝光裝置，如圖27所示，由發(fā)射激光光束的光源1、對光源1射出的激光光束進行準直處理的透鏡系2、配置在透鏡系2的大致焦點位置上的DMD3、使由DMD3反射的激光光束在曝光面5上成像的透鏡系4、6所構(gòu)成。此外，DMD3雖然是反射型空間光調(diào)制元件，在圖27中，為了簡化說明，示出了激光光束在不偏向的情況下從DMD3向曝光面5側(cè)射出時的情況。
在該曝光裝置中，利用根據(jù)圖像數(shù)據(jù)生成的控制信號，由圖中未畫出的控制裝置對DMD3的微反射鏡的每一個進行ON/OFF控制，對激光光束進行調(diào)制(偏向)，由調(diào)制后的激光光束在曝光面上進行2次曝光。在此，透鏡系4、6構(gòu)成放大光學(xué)系，相對于配置了微反射鏡的DMD3的表面部，放大了曝光面5的曝光面積。
另外，在上述那樣的曝光裝置中，通常微反射鏡和曝光面56相互成為共軛，由透鏡系4、6使微反射鏡形成的反射光像向曝光面5成像，以該反射光像作為光束點對曝光面5進行曝光。
但是，如果通過透鏡系4、6相對于DMD3的表面部的面積放大了曝光面5的曝光面積，由于曝光面5中的光束點的面積(光束點直徑)也會對應(yīng)該放大率被放大，因此在曝光面5中的MTF(Modulation TransferFunctiong)特性也會對應(yīng)曝光面積的放大率而降低。
為此，在上述曝光裝置中，如圖28所示，在透鏡系6和曝光面5之間與DMD3的各微反射鏡1對1對應(yīng)地配置多個微透鏡7，通過由這些微透鏡7將由微反射鏡反射的激光光束縮小，可以將曝光面5中的光束點直徑調(diào)整(縮小)到所希望的尺寸上。
但是，在上述那樣的曝光裝置中，通常，光源1中的激光出射部具有一定的面積，不被認為是點光源。為此，如圖28所示，DMD3的微反射鏡反射的激光光束也具有與激光出射部的面積對應(yīng)的一定張開角αs。其結(jié)果，在上述那樣的曝光裝置中，為了縮小曝光面5上的光束點直徑而采用微透鏡時，由規(guī)定的微反射鏡所反射的激光光束的一部分，作為迷光SL入射到與微反射鏡對應(yīng)的微透鏡7之外的微透鏡7中。這樣的迷光SL在多種情況下，通過微透鏡7在曝光面5上形成鬼像GI，在曝光面5上產(chǎn)生成為噪聲成分的曝光部分。
另外，在上述那樣的曝光裝置中，雖然也可以考慮不采用微透鏡7、而在透鏡系6和曝光面5之間配置具有與所需要的光束點直徑對應(yīng)的開口直徑的孔、通過該孔縮小曝光面5上的光束點直徑的方法，在采用這樣的孔時，隨著對激光光束的縮小率的增加，而相應(yīng)會增加該孔所造成的光量損耗，顯著降低光利用效率。
為了達到上述的目的，根據(jù)本發(fā)明的第1視點，提供一種曝光頭，包括具有發(fā)射激光光束的多個激光出射部的光源單元；包括根據(jù)各控制信號改變光調(diào)制狀態(tài)的像素部的、在規(guī)定的基板上將該像素部配置成2維狀態(tài)的、激光光束調(diào)制用的空間光調(diào)制元件；使空間光調(diào)制元件的各像素部的像成像的第1光學(xué)系；與像素部對應(yīng)配置成2維狀態(tài)、在各像素部的成像位置上分別設(shè)置的多個第1微透鏡，將在各第1微透鏡的后方焦點位置上形成的激光出射部的光源像向曝光面投影，以該光源像作為光束點對曝光面進行曝光。
根據(jù)本發(fā)明的第2視點，提供一種曝光裝置，包括曝光頭，該曝光頭包括具有發(fā)射激光光束的多個激光出射部的光源單元；包括根據(jù)各控制信號改變光調(diào)制狀態(tài)的像素部的、在規(guī)定的基板上將該像素部配置成2維狀態(tài)的、激光光束調(diào)制用的空間光調(diào)制元件；使空間光調(diào)制元件的各像素部的像成像的第1光學(xué)系；與像素部對應(yīng)配置成2維狀態(tài)、在各像素部的成像位置上分別設(shè)置的多個第1微透鏡，將在各第1微透鏡的后方焦點位置上形成的激光出射部的光源像向曝光面投影，以該光源像作為光束點對曝光面進行曝光。
根據(jù)本發(fā)明的第3視點，提供一種曝光頭，包括具有發(fā)射激光光束的多個激光出射部的光源單元；包括根據(jù)各控制信號改變光調(diào)制狀態(tài)的像素部的、在規(guī)定的基板上將該像素部配置成2維狀態(tài)的、激光光束調(diào)制用的空間光調(diào)制元件；使空間光調(diào)制元件的各像素部的像成像的第1光學(xué)系；在上述多個像素部的成像位置上、按照在該成像位置上形成的像尺寸大致相同的間距配置成2維狀態(tài)、激光光束聚光用的多個第1微透鏡；在上述多個第1微透鏡的后方焦點位置上配置、使上述像素部的實像分別在曝光面上成像的多個第2微透鏡，以由各第2微透鏡成像的上述像素部的實像作為光束點對上述曝光面進行曝光。
根據(jù)本發(fā)明的第4視點，提供一種曝光裝置，包括曝光頭，該曝光頭包括具有發(fā)射激光光束的多個激光出射部的光源單元；包括根據(jù)各控制信號改變光調(diào)制狀態(tài)的像素部的、在規(guī)定的基板上將該像素部配置成2維狀態(tài)的、激光光束調(diào)制用的空間光調(diào)制元件；使空間光調(diào)制元件的各像素部的像成像的第1光學(xué)系；在上述多個像素部的成像位置上、按照在該成像位置上形成的像尺寸大致相同的間距配置成2維狀態(tài)、激光光束聚光用的多個第1微透鏡；在上述多個第1微透鏡的后方焦點位置上配置、使上述像素部的實像分別在曝光面上成像的多個第2微透鏡，以由各第2微透鏡成像的上述像素部的實像作為光束點對上述曝光面進行曝光。


圖1是表示第1實施方案的曝光裝置的外觀立體圖。
圖2是表示第1實施方案的曝光裝置的掃描器的構(gòu)成的立體圖。
圖3是(A)表示在感光材料上形成的已曝光區(qū)域的俯視圖，(B)表示各曝光頭在曝光區(qū)域的配置排列圖。
圖4是表示第1實施方案的曝光裝置的曝光頭的概略構(gòu)成的立體圖。
圖5(A)是表示在圖4所示曝光頭的構(gòu)成的側(cè)視圖，(B)以及(C)是表示曝光頭形成的曝光區(qū)域的俯視圖。
圖6是表示數(shù)字微反射鏡器件(DMD)的構(gòu)成的局部放大圖。
圖7(A)以及(B)是表示說明DMD動作的圖。
圖8(A)以及(B)是表示對不傾斜配置時和傾斜配置時的曝光光束的配置以及掃描線進行比較的俯視圖。
圖9(A)是表示光纖陣列光源的構(gòu)成立體圖，(B)是表示(A)的局部放大圖，(C)以及(D)是表示激光出射部中的發(fā)光點的配置排列的俯視圖。
圖10是表示多模光纖的構(gòu)成圖。
圖11是表示合成激光光源的構(gòu)成俯視圖。
圖12是表示激光模塊的構(gòu)成俯視圖。
圖13是表示圖12所示的激光模塊的構(gòu)成側(cè)視圖。
圖14是表示圖12所示的激光模塊的構(gòu)成部分側(cè)視圖。
圖15是表示圖5所示曝光頭中第1微透鏡以及孔的構(gòu)成的側(cè)視圖。
圖16是表示圖4所示投影光學(xué)系中第1微透鏡附近的放大圖。
圖17(A)、(B)以及(C)分別是表示第1實施方案的曝光裝置中激光出射部的構(gòu)成例的主視圖。
圖18是表示第1實施方案的曝光裝置中孔陣列中配置第2微透鏡的構(gòu)成例的主視圖。
圖19(A)以及(B)分別是表示有關(guān)本發(fā)明實施方案的曝光頭的一變形例以及另一變形列的構(gòu)成的側(cè)視圖。
圖20是表示在圖5A所示投影光學(xué)系中省略了孔陣列時的曝光頭的構(gòu)成的側(cè)視圖。
圖21(A)是表示第2實施方案的曝光裝置的曝光頭的構(gòu)成的側(cè)視圖，(B)以及(C)是表示曝光頭形成的曝光區(qū)域的俯視圖。
圖22(A)以及(B)是表示說明DMD動作的圖。
圖23是表示圖21所示曝光頭中第1微透鏡以及第2微透鏡的側(cè)視圖，是第2微透鏡的開口直徑比第1微透鏡要小的構(gòu)成例。
圖24是表示圖21所示曝光頭中第1微透鏡以及第2微透鏡的側(cè)視圖，是第2微透鏡的開口直徑比第1微透鏡要大的構(gòu)成例。
圖25是表示在圖21所示第2微透鏡的后方焦點位置上追加孔時的曝光頭的構(gòu)成側(cè)視圖。
圖26是表示在圖21所示成像光學(xué)系中省略了第2透鏡時的構(gòu)成的側(cè)視圖。
圖27是表示現(xiàn)有技術(shù)的曝光頭的構(gòu)成沿光軸的側(cè)視圖。
圖28是表示現(xiàn)有技術(shù)的曝光頭中適用微透鏡的構(gòu)成的側(cè)視圖。
第1實施方案有關(guān)本發(fā)明第1實施方案的曝光裝置142，如圖1所示，包括將片狀的感光材料150吸附在表面上后保持的平板狀的臺152。在由4根腳部154支撐的厚板狀的設(shè)置臺156上面，設(shè)置沿臺移動方向延伸的2條導(dǎo)軌158。臺152，其長軸方向配置成面向臺移動方向，并且由導(dǎo)軌158支撐并可往返移動。此外，在曝光裝置142上，設(shè)置用于沿導(dǎo)軌158驅(qū)動臺152的圖中未畫出的驅(qū)動裝置。
在設(shè)置臺156的中央部上，設(shè)置橫跨臺152的移動路徑的コ字狀的門160。門160的各端部固定在設(shè)置臺156的兩側(cè)面上。夾持該門160，在一方側(cè)上設(shè)置掃描器162，而在另一方側(cè)上設(shè)置檢測感光材料150的前端和后端的多個(例如2個)的檢測傳感器164。分別將掃描器162以及傳感器164安裝在門160上，固定配置在臺152的移動路徑的上方。此外，掃描器162以及傳感器164與對其進行控制的圖中未畫出的控制器連接。
掃描器162，如圖2以及圖3(B)所示，包括配置成m行n列(例如3行5列)的大致行列狀的多個(例如14個)曝光頭166。在該例中，由于與感光材料150的寬度的關(guān)系，在第3行上配置4個曝光頭166。此外，表示在第m行的第n列上配置的各個曝光頭時，采用曝光頭166mn進行表示。
曝光頭166的曝光區(qū)域168，是以掃描方向作為短邊的矩形狀。因此，隨著臺152的移動，在感光材料150上由每個曝光頭166形成的帶狀已曝光區(qū)域170。此外，要表示由配置在第m行第n列的各個曝光頭形成的曝光區(qū)域時，采用曝光區(qū)域168mn表示。
另外，如圖3(A)以及圖3(B)所示，帶狀已曝光區(qū)域170在與掃描方向垂直的方向上無間隙排列，配置成線狀的各行的曝光頭的每一個在配置方向上錯開規(guī)定的間隔(曝光區(qū)域的長邊的自然數(shù)倍，在本實施方案中為2倍)進行配置。為此，第1行的曝光區(qū)域16811和曝光區(qū)域16812之間不能曝光的部分，由第2行的曝光區(qū)域16821和第3行的曝光區(qū)域16831進行曝光。
曝光頭16611～166mn，如圖4以及圖5(A)所示，作為根據(jù)圖像數(shù)據(jù)對入射光束按照每個像素進行調(diào)制的空間光調(diào)制元件，包括數(shù)字微反射鏡器件(DMD)50。該DMD50，與包括數(shù)據(jù)處理部和微反射鏡驅(qū)動控制部的圖中未畫出的控制器連接。在該控制器的數(shù)據(jù)處理部，根據(jù)所輸入的圖像數(shù)據(jù)，為每個曝光頭166產(chǎn)生對DMD50應(yīng)控制區(qū)域內(nèi)的各微反射鏡進行驅(qū)動控制的控制信號。此外，對于應(yīng)控制區(qū)域?qū)⒃诤竺嬲f明。另外，在反射鏡驅(qū)動控制部中，根據(jù)由圖像數(shù)據(jù)處理部生成的控制信號，對各個曝光頭166控制DMD50的各微反射鏡的反射面的角度。此外，對于反射面的角度控制將在后面說明。
在曝光頭166中，如圖4所示，在DMD50的光入射側(cè)上設(shè)置照明單元144。在該照明單元144中，依次配置、包括將光纖出射端部(發(fā)光點)沿與曝光區(qū)域168的長邊方向?qū)?yīng)的方向排成一列配置的激光出射部的光纖陣列光源66、對光纖陣列光源66射出的激光進行校正后聚光在DMD上的透鏡系67、使透過透鏡系67的激光面向DMD50反射的反射鏡69。
DMD50，如圖6所示，在SRAM單元(存儲器單元)60上，微小反射鏡(微反射鏡)62由支柱支撐進行配置，構(gòu)成像素的多個(例如600×800個)微小反射鏡排列成網(wǎng)格狀，構(gòu)成微反射鏡器件。在各像素，在最上部設(shè)置由支柱支撐的微反射鏡62，在微反射鏡62的表面上蒸鍍鋁等反射率高的材料。
此外，圖7(A)、(B)所示，在各微反射鏡62中，在其反射面中央部形成孔狀的非反射部62A。這樣，由微反射鏡62形成的反射光像降低其中央部附近的光量分布，使像整體的光量分布不均勻。該微反射鏡62的反射率在90％以上。另外，在微反射鏡62的直下方配置通過包括鉸鏈和軛的支柱采用通常的半導(dǎo)體存儲器的生產(chǎn)線制造的硅門CMOS的SRAM單元60。整體構(gòu)成單片(一體)。
如果在DMD60的SRAM60中寫入數(shù)字信號，由支柱支撐的微反射鏡62，以對角線為中心相對于配置DMD50的基板側(cè)在±α度(例如±10度)的范圍傾斜。圖7(A)表示微反射鏡62處于ON狀態(tài)時的傾斜了+α度時的狀態(tài)，圖7(B)表示微反射鏡62處于OFF狀態(tài)時的傾斜了-α度時的狀態(tài)。因此，對應(yīng)于像素信號，DMD50的各像素中微反射鏡62的傾斜，通過按照圖6所示那樣控制，入射到DMD50的光分別向微反射鏡62傾斜方向反射。
此外，圖6表示將DMD50的一部分放大，微反射鏡62被控制成+α度或者-α度的狀態(tài)的一例。各個微反射鏡62的ON/OFF控制，由與DMD50連接的圖中未畫出的控制器進行。在此，由處于ON狀態(tài)的微反射鏡62所反射的光被調(diào)制成曝光狀態(tài)，入射到設(shè)置在DMD50的光出射側(cè)的投影光學(xué)系146(參見圖5)。另外，由處于OFF狀態(tài)的微反射鏡62所反射的光被調(diào)制成非曝光狀態(tài)，入射到光吸收體(圖中未畫出)。
另外，DMD50，優(yōu)選配置成其短邊與掃描方向形成規(guī)定的角度θ(例如0.1°～0.5°)那樣稍微有所傾斜。圖8(A)表示DMD50不傾斜時的各微反射鏡的反射光像(曝光光束)53的掃描軌跡，圖8(B)表示DMD50傾斜時的曝光光束53的掃描軌跡。
DMD50，雖然在長軸方向上排列配置了多個(例如800個)微反射鏡的微反射鏡列，在短軸方向上排列配置多組(例如600組)，如圖8(B)所示，通過使DMD50傾斜，由各微反射鏡形成的曝光光束53的掃描軌跡(掃描線)的間距P1，比DMD50不傾斜時的掃描線的間距P2要狹窄，可以大幅度提高供分辨率。另一方面，由于DMD50的傾斜角非常微小，所以DMD50傾斜時的掃描寬度W2、和DMD50不傾斜時的掃描寬度W1大致相同。
另外，由不同微反射鏡列在同一掃描線上大致相同位置上重疊進行曝光(多重曝光)。這樣，通過多重曝光，可以控制曝光位置的微小量，可以實現(xiàn)高精細曝光。另外，在掃描方向上配置的多個曝光頭之間的接縫，利用微小量的曝光位置控制，可以實現(xiàn)無縫連接。
此外，也可以不使DMD50傾斜，使各微反射鏡列在與掃描方向垂直的方向上錯開規(guī)定的間距，配置成鋸齒狀，可以獲得同樣的效果。
光纖陣列光源66，如圖9(A)所示，包括多個(例如6個)激光模塊64，在各激光模塊64上，與多模光纖30的一端連接。在多模光纖30的另一端上，與纖芯直徑和多模光纖30的相同而包層直徑比多模光纖30小的光纖31連接，如圖9(C)所示，構(gòu)成光纖31的出射端部(發(fā)光點)沿與掃描方向垂直的方向排成一列配置的激光出射部68。此外，如圖9(D)所示，也可以沿與掃描方向垂直的方向?qū)l(fā)光點排列成2列進行配置。這樣的光纖31的出射端部的配置，如后所述，根據(jù)投影在曝光面56上的光束點形狀確定。
光纖31的出射端部，如圖9(B)所示，由表面平坦的2張支撐板65夾持進行固定。另外，在光纖31的光出射端側(cè)上，為了保護光纖31的端面，配置玻璃等透明的保護板63。保護板63可以與光纖31的端面密接配置，也可以密封光纖31的端面那樣進行配置。光纖31的出射端部，由于光密度高容易積塵，容易劣化，通過配置保護板63可以防止向端面粘附塵埃，同時可以延遲劣化。
在圖9(B)的例中，由于包層直徑小的光纖31的出射端無間隙排成一列配置，在包層直徑大的部分相鄰2根多模光纖30之間堆積重疊多模光纖30，與堆積重疊的多模光纖30連接的光纖31的出射端，被夾持在與在包層直徑大的部分相鄰2根多模光纖30連接的光纖31的2個出射端之間，進行配置。
這樣的光纖，例如如圖10所示，可以通過在包層直徑大的多模光纖30的激光出射側(cè)的前端部分上使長度為1～30cm的包層直徑小的光纖31同軸連接而獲得。2根光纖30、31，光纖31的入射端面使兩光纖的中心軸一致那樣熔接連接在多模光纖30的出射端面上。如上所述，光纖31的纖芯31a的直徑與多模光纖30的纖芯30a的直徑為相同大小。
另外，在長度短而包層直徑大的光纖上熔接了包層直徑小的光纖的短光纖，也可以通過套圈或者光連接器等與多模光纖30的出射端連接。通過采用連接器等進行可裝卸連接，當(dāng)包層直徑小的光纖破損時，容易進行前端部分的更換，可以降低曝光頭的維護費用。此外，在以下，有時也將光纖31稱作為多模光纖30的出射端部。
作為多模光纖30以及光纖31，可以是突變型光纖、漸變型光纖、以及復(fù)合型光纖的任一種。例如可以采用三菱電線工業(yè)株式會社制造的突變型光纖。在本實施方案中，多模光纖30以及光纖31為突變型光纖，多模光纖30，其包層直徑＝125μm、纖芯直徑＝25μm、NA＝0.2、入射端面覆層的透射率＝99.5％以上，光纖31，其包層直徑＝60μm、纖芯直徑＝25μm、NA＝0.2。
一般，對于紅外領(lǐng)域的激光，如果光纖的包層直徑小，則將增加傳輸損耗。為此，根據(jù)激光的波長帶域，確定最佳包層直徑。但是，波長越短傳輸損失越少，對于GaN系半導(dǎo)體激光發(fā)射的波長405nm的激光，即使使包層的厚度[(包層直徑一纖芯直徑)/2]成為傳輸800nm波長帶域的紅外光時的1/2程度，成為傳輸通信用的1.5μm的波長帶域的紅外光時的約1/4，傳輸損耗基本上不增加。因此，包層直徑可以減小到60μm。
但是，光纖31的包層直徑并不限定于60μm，在現(xiàn)有技術(shù)的光纖光源中使用的光纖的包層直徑雖然為125μm，由于包層直徑越小，焦點深度越深，所以優(yōu)選多模光纖的包層直徑在80μm以下，更優(yōu)選在60μm以下，更進一步優(yōu)選在40μm以下。另一方面，由于纖芯直徑至少需要3～4μm，所以光纖31的包層直徑優(yōu)選在10μm以上。
激光模塊64，由圖11所示合成激光光源(光纖光源)所構(gòu)成。該合成激光光源由、排列固定在加熱塊10上的多個(例如7個)芯片狀的橫多?；蛘邌文５腉aN系半導(dǎo)體激光器LD1、LD2、LD3、LD4、LD5、LD6以及LD7、與GaN系半導(dǎo)體激光器LD1～LD7分別對應(yīng)設(shè)置的準直透鏡11、12、13、14、15、16以及17、1個聚光透鏡20、1根多模光纖30、所構(gòu)成。此外，半導(dǎo)體激光器的個數(shù)并不限定于7個。
GaN系半導(dǎo)體激光器LD1～LD7，其振蕩波長均相同(例如405nm)，最大輸出也都相同(例如在多模激光器中為100mW，在單模激光器中為30mW)。此外，作為GaN系半導(dǎo)體激光器LD1～LD7，在350nm～450nm的波長范圍內(nèi)，也可以采用上述405nm之外的振蕩波長的激光器。
上述合成激光光源，如圖12以及圖13所示，與其他光學(xué)器件一起被收納在上方開口的箱狀的箱體40中。箱體40包括為閉合其開口而制作的箱體蓋41，經(jīng)過脫氣處理后導(dǎo)入密封氣體，通過用箱體蓋41閉合箱體40的開口，將上述合成激光光源氣密性密封在由箱體40和箱體蓋41所形成的密閉空間內(nèi)。
在箱體40的底面上固定有基板42，在該基板42的上面安裝有上述加熱塊10、支撐聚光透鏡20的聚光透鏡保持器45、支撐多模光纖30的入射端部的光纖保持器46。多模光纖30的出射端部，從在箱體40的壁面上形成的開口引出到箱體外。
另外，在加熱塊10的側(cè)面上安裝準直透鏡保持器44，支撐準直透鏡11～17。在箱體40的橫壁面上形成開口，通過該開口將向GaN系半導(dǎo)體激光器LD1～LD7供給驅(qū)動電流的布線47引出到箱體40外。
此外，在圖13中，為了避免圖變得復(fù)雜化，多個GaN系半導(dǎo)體激光器中只有GaN系半導(dǎo)體激光器LD7標記了編號，多個準直透鏡中只有準直透鏡17標記了編號。
圖14表示上述準直透鏡11～17的安裝部分的正面形狀圖。準直透鏡11～17的每一個，形成為將包括具有非球面的圓形鏡片的光軸的區(qū)域在平行平面切割成細長的形狀。該細長形狀的準直透鏡，例如可以通過將樹脂或者光學(xué)玻璃壓模成型而形成。準直透鏡11～17，使其長軸方向與GaN系半導(dǎo)體激光器LD1～LD7的發(fā)光點排列配置方向(圖14的左右方向)垂直那樣，在上述發(fā)光點的排列配置方向上密接配置。
另一方面，作為GaN系半導(dǎo)體激光器LD1～LD7，采用包括發(fā)光寬度為2μm的活性層的、在與活性層平行的方向、垂直的方向的張開角分別為例如10°、30°的狀態(tài)下發(fā)射各激光光束B1～B7的激光器。這些GaN系半導(dǎo)體激光器LD1～LD7，配置成使發(fā)光點在與活性層平行的方向上排列成1列。
因此，從各發(fā)光點發(fā)射的激光光束B1～B7，如上所述，使張開角大的方向與長度方向一致，張開角小的方向與寬度方向(與長度方向垂直的方向)一致的狀態(tài)下，向細長形狀的各準直透鏡11～17入射。即，各準直透鏡11～17的寬度為1.1mm，長度為4.6mm，分別入射的激光光束B1～B7的水平方向、垂直方向的光束直徑分別為0.9mm、2.6mm。另外，準直透鏡11～17的每一個，其焦點距離f＝3mm，NA＝0.6、透鏡配置間距＝1.25mm。
聚光透鏡20，形成為將包括具有非球面的圓形鏡片的光軸的區(qū)域在平行平面切割成細長、在準直透鏡11～17的排列配置方向即水平方向上為長邊、在與其垂直的方向上為短邊的形狀。該聚光透鏡20，其焦點距離f2＝23mm，NA＝0.2。該聚光透鏡20，也可以采用例如樹脂或者光學(xué)玻璃鑄造成形所形成。
以下，對曝光頭166中設(shè)置在DMD50光反射側(cè)的投影光學(xué)系146進行說明。
如圖5所示，在曝光頭166中，在DMD50光反射側(cè)設(shè)置為了將光源像投影在曝光面56上的投影光學(xué)系146。投影光學(xué)系146從DMD50一側(cè)向曝光面56依次配置一對透鏡系54、58、微透鏡陣列72、孔陣列76、一對透鏡系80、82。
在此，透鏡系54、58構(gòu)成放大光學(xué)系，通過將DMD50反射的光束截面積放大，將由DMD50反射的光束在曝光面56上形成的曝光區(qū)域168的面積放大到規(guī)定的大小。微透鏡陣列72，一體形成與對照明單元144的光反射的DMD50的各微反射鏡62一一對應(yīng)的多個第1微透鏡74，第1微透鏡74分別配置在透過透鏡系54、58的激光光束的光軸上。另外，在孔陣列76中，設(shè)置與微透鏡陣列72中多個第1微透鏡74一一對應(yīng)的多個孔(開口光圈)76。
在投影光學(xué)系146中，透鏡系54的焦點距離為f1，透鏡系58的焦點距離為f2。DMD50的各微反射鏡62配置在透鏡系54的前方焦點位置上。透鏡系54、58分別配置在使后方、前方焦點位置共有的共焦點位置上。另外，微透鏡陣列72配置在透鏡系58的后方焦點位置上。因此，各微反射鏡62和第1微透鏡74相互成共軛。另外，第1微透鏡74的焦點距離微f3，孔陣列76配置在第1微透鏡74的后方焦點位置上。這樣，第1微透鏡74以及孔78構(gòu)成焦闌光學(xué)系，通過各孔78的中心的光線在像側(cè)(曝光面56側(cè))也與透鏡系54、58以及第1微透鏡74的光軸平行。
透鏡系80、82，例如構(gòu)成等倍光學(xué)系，使由多個第2微透鏡79分別成像的微反射鏡62的實像集合的實像群在曝光面56上成像。在此，透鏡系80的焦點距離為f4，透鏡系82的焦點距離為f5?？钻嚵?6中的各孔78配置在透鏡系80的前方焦點位置上，透鏡系80、82分別配置在使后方、前方焦點位置共有的共焦點位置上。另外，曝光面56配置在透鏡系82的后方焦點位置上。因此，各孔78和曝光面56相互成共軛。此外，投影光學(xué)系146中各透鏡系54、58、透鏡系80、82，在圖5中雖然示出了分別為1片透鏡的構(gòu)成，也可以采用多片透鏡(例如凸透鏡和凹透鏡)組合形成。
在投影光學(xué)系146中，投影在曝光面56上的光束點的光束點直徑以及光束點形狀，根據(jù)在已曝光區(qū)域170上形成的曝光圖案的分辨率、曝光頭166的掃描速度、DMD50的相對于掃描方向的傾角的大小、感光材料150的特性等設(shè)計事項確定。另一方面，孔的開口直徑以及開口形狀，根據(jù)投影在曝光面56上的光束點的光束點直徑以及光束點形狀設(shè)定。另外，第1微透鏡74的焦點距離f3根據(jù)孔78的開口直徑設(shè)定。
參照圖5A～C，投影光學(xué)系146中的第1微透鏡74的作用進行說明。構(gòu)成放大光學(xué)系的透鏡系54、58，將由DMD50反射的光束的截面積放大，將曝光面56中的曝光區(qū)域168的面積放大到所需要的大小。這時，由DMD50的微反射鏡62反射的激光光束也透過透鏡系54、58，該光束直徑按照透鏡系54、58的放大率進行放大。當(dāng)在投影光學(xué)系146中沒有配置微透鏡陣列72以及孔陣列76時，如圖5(B)所示，投影在曝光面56上光束點BS的光束點直徑根據(jù)曝光區(qū)域168的尺寸變成大的光束點。為此，即使如圖8(A)所示進行掃描曝光，曝光區(qū)域168的MTF(Modulation Transfer Functiong)特性按照透鏡系54、58的放大率降低。
為了防止上述那樣的MTF特性的降低，在投影光學(xué)系146中，在透鏡系58的后方焦點位置上與DMD50的微反射鏡62一一對應(yīng)配置的具有正透鏡功率的第1微透鏡74。該第1微透鏡74，將由透鏡系54、58放大的激光光束的光束直徑縮小。這樣，如圖5(C)所示，即使曝光區(qū)域168由透鏡系54、58以高倍率放大時，可以將光束點BS的光束點直徑縮小到所要求的尺寸上，同時可以防止曝光面56中MTF特性的降低。
以下具體說明第1微透鏡74的焦點距離f3的設(shè)定方法。如圖15所示，在透鏡系58的后方焦點位置上成像的微反射鏡62的反射光像的尺寸(直徑)為2R時，第1微透鏡74的開口直徑設(shè)定為2R，孔78的開口直徑設(shè)定成(2R/n)。這時，n是孔78的開口直徑相對于第1微透鏡74的開口直徑的縮小率，根據(jù)光束點BS的光束點直徑確定。
考慮透過第1微透鏡74的所有光束在理論上都通過孔78的情況。這時，假定從第1微透鏡74向光源側(cè)的光束的張開角為αs，該張開角αs由下式(1)求出。
αs＝(R/n)/f3 …(1)根據(jù)式(1)求出微透鏡74的焦點距離f3，如下式(2)所示。
f3＝(R/n)/αs …(2)第1微透鏡74的焦點距離f3設(shè)定成上述式(2)的計算值時，如圖15所示，透過第1微透鏡74的光束在理論上不會由孔78遮敝，即不產(chǎn)生光量損耗，從孔78向曝光面56側(cè)射出。但是，在透過第1微透鏡74的光中，包括由第1微透鏡74的像差引起的衍射光、散射引起的散射光等噪聲成分的光，由于這樣的噪聲成分的光由孔78有效遮敝，實際上在孔78產(chǎn)生極小的光量損耗。但是，由式(2)獲得的焦點距離f3，是使光量損耗最小的理論上的最佳值。為此，在曝光頭166中，考慮到由孔78對光束點BS的整形、噪聲光的除去等功能，容許孔78配置在距離第1微透鏡74的后方焦點位置的前后微小距離上。
以下對上述那樣根據(jù)式(2)設(shè)定成第1微透鏡74的焦點距離f3時從孔78射出的光的張開角進行說明。如果注意通過孔78的中心的光的張開角αb，可以從下式(3)中獲得。
αb＝R/f3＝R/{(R/n)/αs}＝n×αs …(3)上述式(3)表明，由微透鏡74縮小光束，縮小相對于孔78的照明區(qū)域，增加張開角為αb。另外，孔78的開口端的光的張開角，比孔78的中心的光的張開角為αb大，假定該張開角的增加量為αc，則αc＝αs的關(guān)系成立。因此，透過孔78的光的最大張開角αm可以利用下式(4)求出。
αm＝αb+αc＝(1+n)α…(4)以下對光束點BS的光束點形狀和光纖陣列光源66中的激光出射部68的輪廓形狀之間的關(guān)系進行說明。如上所述，在投影光學(xué)系146中，第1微透鏡74通過透鏡系54、58與微反射鏡62成共軛，并且孔78配置在第1微透鏡74的后方焦點位置上。這樣，如圖16所示，在透鏡系54的后方焦點位置以及孔78上，分別形成激光出射部68的光源像LI。因此，在投影光學(xué)系146中，在孔78上形成的光源像通過透鏡系80、82投影在曝光面56上，該光源像作為光束點BS對曝光面56進行曝光。
上述那樣，在以激光出射部168的光源像作為光束點BS投影在曝光面56上時，光束點BS的輪廓形狀和激光出射部68的沿光軸直角方向的輪廓形狀大致相似。因此，如果使激光出射部68的沿光軸直角方向的輪廓形狀與光束點BS的光束點形狀近似，并且使孔的開口形狀與光束點BS的光束點形狀大致近似，可以有效抑制從激光出射部68射出的激光光束通過孔78時的光量損耗。
圖17A～C分別表示考慮光束點BS的光束點形狀的、將多根光纖綁束構(gòu)成的激光出射部的構(gòu)成例。例如，作為光束點BS要求是圓形或者六角形的形狀時，如圖17A所示，多根(6根)光纖31的出射端部綁束成六方密集填充狀，構(gòu)成激光出射部68。另外，光纖陣列光源66由多根光纖31構(gòu)成時，這些光纖31的出射端部可以綁束成圖17B所示的大致六角形，或者圖17C所示的大致矩形等任意形狀。
然而，由微透鏡74縮小光束時，通過孔78的光束的張開角(最大張開角αm)變大。在此，由于隨著通過孔78的光束的張開角增大，在曝光面56中光束點BS的焦點深度變淺，通過孔78的光束的最大張開角越小越好。
圖18A、B表示在孔陣列76中設(shè)置了第2微透鏡84使通過孔78的光束的張開角減小的構(gòu)成例。在孔陣列76中，如圖18B所示，在各孔78的內(nèi)部，即在第1微透鏡74的后方焦點位置上配置第2微透鏡84。第2為透鏡84的透鏡直徑與孔78的開口直徑(＝2R/n)一致，并且第2微透鏡84的焦點距離f5與第1微透鏡74的焦點距離f3相同，為(R/n)/αs。
通過在孔陣列76的各孔78中配置第2微透鏡84，通過孔78的各光束的主光線與光軸平行，可以抑制通過孔78的光束的張開角的增加。即，在追加第2微透鏡84時，通過孔78的開口端的光束的傾斜增加量αc為0°，光束的最大張開角αm′由下式(5)求出。
αm′＝αb+αc＝αb＝R/f3＝R/{(R/n)/αs}＝n×αs …(5)通過和式(4)求出的最大張開角αm進行比較表明，在孔78中配置第2微透鏡84時，最大張開角αm′變得足夠小。這樣，在以光源像作為光束點BS投影在曝光面56上時，可以增加光束點BS的焦點深度。
以下說明上述曝光裝置142的動作。
在掃描器162的各曝光頭166中，從構(gòu)成光纖陣列光源66的合成激光光源的GaN系半導(dǎo)體激光器LD1～LD7的每一個以發(fā)散光狀態(tài)射出的各個激光光束B1、B2、B3、B4、B5、B6以及B7，如圖11所示，由準直透鏡11～17變成平行光。平行光化后的激光光束B1～B7，由聚光透鏡20進行聚光，收束在多模光纖30的纖芯30a的入射端面上。
在本實施方案中，由準直透鏡11～17以及聚光透鏡20構(gòu)成聚光光學(xué)系，由該聚光光學(xué)系以及多模光纖30構(gòu)成合成光學(xué)系。即，由聚光透鏡20如上所述那樣進行聚光后的激光光束B1～B7，入射到該多模光纖30的纖芯30a中，在光纖內(nèi)傳輸，合成為1個激光光束B，從與多模光纖30的出射端部接合的光纖31射出。
在各激光模塊64中，激光光束B1～B7與多模光纖30的結(jié)合效率為0.85，當(dāng)GaN系半導(dǎo)體激光器LD1～LD7的各輸出為30mW時，對于配置成陣列狀的光纖31的每一個，可以獲得輸出180mW(＝30mW×0.85×7)的合成激光光束B。因此，在由6根光纖31配置成陣列狀的激光出射部的輸出約為1W(＝180mW×6)。
例如，在半導(dǎo)體激光器和光纖1對1結(jié)合的現(xiàn)有技術(shù)的光纖光源中，通常，由于作為半導(dǎo)體激光器采用輸出30mW(毫瓦)左右的激光器，作為光纖采用纖芯直徑為50μm，包層直徑為125μm，NA(數(shù)值孔)為0.2的多模光纖，如果要獲得1W(瓦)的輸出，需要將多模光纖48根(8×6)綁在一起，發(fā)光區(qū)域的面積為0.62mm2(0.675mm×0.925mm)，在激光出射部68處的輝度為1.6×106(W/m2)，光纖1根的輝度為3.2×106(W/m2)。
對此，在本實施方案中，如上所述，采用多模光纖6根可以獲得1W的輸出，在激光出射部68處的發(fā)光區(qū)域的面積為0.0081m2(0.325mm×0.025mm)，在激光出射部68處的輝度為123×106(W/m2)，比現(xiàn)有技術(shù)提高了約80倍的輝度。另外，光纖1根的輝度為90×106(W/m2)，比現(xiàn)有技術(shù)提高了約28倍的輝度。這樣，向DMD50入射的光束的角度變小，其結(jié)果向曝光面56入射的光束的角度變小，可以增加光束點的焦點深度。
與曝光圖案對應(yīng)的圖像數(shù)據(jù)，輸入給與DMD50連接的圖中未畫出的控制器，臨時保存在控制器內(nèi)的幀存儲器中。該圖像數(shù)據(jù)，是用2值(圓點記錄的有無)表示構(gòu)成圖像的各像素的濃度的數(shù)據(jù)。
將感光材料150吸附在表面上的臺152，由圖中未畫出的驅(qū)動裝置驅(qū)動，沿導(dǎo)軌158以一定速度從門160的上游側(cè)向下游側(cè)移動。臺152在通過門160下時，如果由安裝在門160上的檢測傳感器164檢測到感光材料150的前端，依次讀出保存在幀存儲器中的多條線的圖像數(shù)據(jù)，由數(shù)據(jù)處理部根據(jù)所讀出的圖像數(shù)據(jù)對每個曝光頭166生成控制信號。然后，由反射鏡驅(qū)動控制部，根據(jù)所生成的控制信號對每個曝光頭166中DMD50的每個微反射鏡進行ON/OFF控制。
當(dāng)從光纖陣列光源66向DMD50照射激光時，DMD50的微反射鏡處于ON狀態(tài)時所反射的激光，由透鏡系54、58在感光材料150的曝光面56上成像。這樣，從光纖陣列光源66射出的激光針對每個像素被ON/OFF，感光材料150以和DMD50的使用像素數(shù)大致相同數(shù)量的像素單位(曝光區(qū)域168)進行曝光。另外，感光材料150與臺152一起以一定速度移動，感光材料150由掃描器162在與臺移動方向相反的方向上被掃描，由各個曝光頭166形成帶狀的已曝光區(qū)域170。
由掃描器162對感光材料150進行的掃描結(jié)束、由檢測傳感器164檢測到感光材料150的后端時，臺152，由圖中未畫出的驅(qū)動裝置驅(qū)動，沿導(dǎo)軌158返回到門160的最上游側(cè)的原點，再次沿導(dǎo)軌158以一定速度從門160的上游側(cè)向下游側(cè)移動。
在以上說明的曝光裝置142中，通過與DMD50中的各微反射鏡62一一對應(yīng)2維配置第1微透鏡74，同時使這些微透鏡74處在由微反射鏡62調(diào)制成曝光狀態(tài)的激光光束的光路上，將在第1微透鏡74的后方焦點位置上形成的光源像向曝光面56投影，以該光源像作為光束點BS對曝光面56進行曝光，可以由第1微透鏡74形成由微反射鏡62調(diào)制成曝光狀態(tài)的激光光束的光束直徑，即使由透鏡系54、56形成的曝光區(qū)域168的面積相對于DMD50的表面部被放大時，投影在曝光面56上的光束點BS的光束直徑已可以被縮小，可以防止曝光區(qū)域168中MTF特性的降低。
另外，在曝光裝置142中，由于將激光出射部68的光源像向曝光面56投影，以該光源像作為光束點BS對曝光面56進行曝光，可以防止由于DMD50中微反射鏡62的非反射部62A的影響降低光束點中央部的光量分布的情況，可以形成具有均勻光量分布的光束點BS對曝光面56進行曝光。
從外，在以上說明的曝光頭146中，為了調(diào)整從DMD50到光束點BS的形成位置之間的距離，雖然分別采用了構(gòu)成放大光學(xué)系的透鏡系54、58以及構(gòu)成等倍光學(xué)系的透鏡系80、82，當(dāng)從DMD50到曝光面56之間的距離比較短時，如圖19A所示，也可以省略透鏡系80、82，以由各第1微透鏡74縮小后的激光出射部68的光源像直接作為光束點BS對曝光面56進行曝光。這時，在曝光裝置142中，使曝光面56處在各第1微透鏡72的后方焦點位置附近進行位置調(diào)整。
但是，如圖19A所示，由第1微透鏡72形成的光源像直接作為光束點BS時，不能進行光束點BS的輪廓形狀的整形、以及衍射光、陣列光等噪聲成分的光的遮敝。為了解決這樣的問題，如圖19B所示，可以考慮將孔陣列90配置在第1微透鏡72的后方焦點位置附近，使曝光面56處在距離孔陣列90規(guī)定的距離的位置進行位置調(diào)整。在該孔陣列90中，與微透鏡陣列72中的各第1微透鏡72正對那樣配置多個孔92。另外，各孔92的開口直徑以及開口形狀，根據(jù)在曝光面56上所需要的光束點BS的光束點直徑以及光束點形狀適當(dāng)設(shè)定。
在此，孔陣列90和曝光面56之間的距離D，在考慮通過孔92后的光的衍射時，根據(jù)激光的波長以及孔92的開口直徑存在最佳距離范圍。例如，當(dāng)激光的波長為405nm，孔92的開口直徑為13μm時，距離D可以設(shè)定在大致50～200μm的范圍內(nèi)。
另外，當(dāng)由感光材料150的特性等引起的光束點BS的輪廓形狀、以及衍射光、陣列光等噪聲成分不太成為問題時，如圖20所示，也可以在投影光學(xué)系146中省略孔陣列76。這時，也可以確保能實現(xiàn)防止曝光區(qū)域156中的MTF特性降低、并且光束點BS的光量分布均勻化的基本效果。
另外，在有關(guān)本實施方案的曝光裝置142中，作為空間調(diào)制元件雖然采用了DMD，例如，采用MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)型空間調(diào)制元件(SLMSpatial Light Modulator)、或者利用電光效應(yīng)對透射光調(diào)制的光學(xué)元件(PLZT元件)和液晶光快門(FLC)等MEMS以外的空間調(diào)制元件替代DMD50時，作為投影光學(xué)系146如果采用圖5或者圖19所示的裝置，可以抑制由孔78產(chǎn)生的光量損耗，防止曝光區(qū)域168中的MTF特性降低。
此外，MEMS是對采用以IC制造工藝為基礎(chǔ)的微機械加工技術(shù)將微小尺寸的傳感器、傳動機構(gòu)、以及控制電路集成在一起的微細系統(tǒng)的總稱，MEMS型空間調(diào)制元件意思是利用靜電進行電機械動作所驅(qū)動的空間調(diào)制元件。
如上所述，依據(jù)本發(fā)明的曝光頭以及曝光裝置，可以抑制從照明裝置的激光出射部射出的激光光束的利用效率的降低，采用所希望的光束點直徑以及光束點形狀的光束點對曝光面進行曝光。
第2實施方案以下對有關(guān)本發(fā)明第2實施方案的曝光裝置142進行簡要說明，特別對與上述第1實施方案不同的部分進行詳細說明。
在本第2實施方案中，采用成像光學(xué)系146替代投影光學(xué)系146。
微透鏡陣列72，一體形成與對照明單元144的光反射的DMD50的各微反射鏡62一一對應(yīng)的多個第1微透鏡74，第1微透鏡74配置在透過透鏡系54、58的激光光束的光軸上的微反射鏡62的像位置上，其直徑與微反射鏡62的實像的像尺寸大致相同的直徑。在微透鏡陣列72中，各第1微反射鏡62按照與像位置上的微反射鏡62的像尺寸相同的間距2維配置。
在孔陣列76中，設(shè)置與微透鏡陣列72中多個第1微透鏡74一一對應(yīng)的多個孔(開口光圈)78，同時，各孔的開口內(nèi)配置第2微透鏡79。該第2微透鏡79的透鏡直徑與孔78的開口直徑一致，第2微透鏡79的光軸與第1微透鏡74的光軸相互一致。
在成像光學(xué)系146中，透鏡系54的焦點距離為f1，透鏡系58的焦點距離為f2。另外，第1微透鏡74的焦點距離為f3，第2微透鏡79的焦點距離為f4。微成像透鏡陣列72，配置在第1微透鏡74的后方焦點位置上。另外，透鏡系80、82，例如構(gòu)成等倍光學(xué)系，使由多個第2微透鏡79分別成像的微反射鏡62的實像集合的實像群在曝光面56上成像。在此，透鏡系80以及透鏡系82的焦點距離為f5。此外，成像光學(xué)系146中各透鏡系54、58、透鏡系80、82，在圖21A～C中雖然示出了分別為1片透鏡的構(gòu)成，也可以采用多片透鏡(例如凸透鏡和凹透鏡)組合形成。
在成像光學(xué)系146中，在曝光面56上成像的光束點的光束點直徑以及光束點形狀，根據(jù)在已曝光區(qū)域170上形成的曝光圖案的分辨率、曝光頭166的掃描速度、DMD50的相對于掃描方向的傾角的大小、感光材料150的特性等設(shè)計事項確定。另一方面，孔的開口直徑以及開口形狀，根據(jù)在曝光面56上成像的光束點的光束點直徑以及光束點形狀設(shè)定。
參照圖21A～C，成像光學(xué)系146中的第1微透鏡74以及第2微透鏡79的作用進行說明。構(gòu)成放大光學(xué)系的透鏡系54、58，將由DMD50反射的光束的截面積放大，將曝光面56中的曝光區(qū)域168的面積放大到所需要的大小。這時，由DMD50的微反射鏡62反射的激光光束也透過透鏡系54、58，該光束直徑按照透鏡系54、58的放大率進行放大。當(dāng)在成像光學(xué)系146中沒有配置微透鏡74、79時，如圖5(B)所示，投影在曝光面56上各光束點BS的光束點直徑根據(jù)曝光區(qū)域168的尺寸變成大的光束點。為此，即使如圖8(A)所示進行掃描曝光，曝光區(qū)域168的MTF(Modulation Transfer Functiong)特性按照透鏡系54、58的放大率降低。
為了防止上述那樣的MTF特性的降低，同時為了防止由微反射鏡62調(diào)制成曝光狀態(tài)的激光光束的一部分成為迷光，在成像影光學(xué)系146中，在透鏡系54、58形成微反射鏡62的實像的位置(成像位置)上與DMD50的各微反射鏡62一一對應(yīng)2維配置多個第1微透鏡74，并且在這些第1微透鏡74的后方焦點位置上分別2維配置多個第2微透鏡79。另外，如圖22A、B所示，各微反射鏡62沒有孔狀的非反射部。
在此，如圖23所示，第2微透鏡79縮小微反射鏡62的實像RI1，在與曝光面56等價的假想面的成像面85上形成實像RI2。這樣，如圖21C所示，即使曝光區(qū)域168由透鏡系54、58以高倍率放大時，可以將光束點BS的光束點直徑縮小到所要求的尺寸上，同時可以防止曝光面56中MTF特性的降低。另外，第1微透鏡74，作為聚集激光光束的場透鏡的功能，對具有與激光產(chǎn)生部68的沿光軸直角方向上的面積對應(yīng)的張開角αs的1條激光光束進行聚光，入射的1個第2微透鏡79中。
以下具體說明第1微透鏡74的焦點距離f3的設(shè)定方法。如圖23所示，第1微透鏡74的開口直徑2R，與由透鏡系58成像的微反射鏡62的實像RI1的尺寸一致。另外，配置在第1微透鏡74的后方焦點位置上的第2微透鏡79的開口直徑設(shè)定成(2R/n)。這時，n是第2微透鏡79的開口直徑相對于第1微透鏡74的開口直徑的縮小率，該n(n≥1)根據(jù)光束點BS的光束點直徑確定。
考慮透過第1微透鏡74的所有光束在理論上都入射到第2微透鏡79、即孔78中的情況。這時，假定從第1微透鏡74向光源側(cè)的光束的張開角為αs，該張開角αs由上述式(1)求出。
第1微透鏡74的焦點距離f3設(shè)定成上述式(2)的計算值時，如圖23所示，透過第1微透鏡74的光束(激光光束)在理論上不會由孔78遮敝，即全部入射到1個第2微透鏡79中。但是，在透過第1微透鏡74的光中，包括由第1微透鏡74的像差引起的衍射光、散射引起的散射光等噪聲成分的光，由于這樣的噪聲成分的光由孔78遮敝，實際上在孔78產(chǎn)生極小的光量損耗。但是，由式(2)獲得的焦點距離f3，是使光量損耗最小的理論上的最佳值。為此，在曝光頭166中，考慮到由孔78對光束點BS的整形、噪聲光的除去等功能，容許孔78以及第2微透鏡79配置在距離第1微透鏡74的后方焦點位置的前后微小距離上。
從外，圖24表示縮小率n為1、第2微透鏡79的開口直徑和第1微透鏡74的開口直徑2R相等時的情況。
在此，成像面85，通過透鏡系80、82與曝光面56相互成共軛。這樣，在曝光面56上，結(jié)成和由第2微透鏡79縮小的微反射鏡62的實像RI2相同尺寸的微反射鏡62的實像。在曝光裝置142中，以由透鏡系80、82成像的微反射鏡62的實像，作為光束點BS對曝光面56進行曝光。
在以上說明的曝光裝置142中，多個第1微透鏡74對由DMD50中的各微反射鏡62調(diào)制成曝光狀態(tài)的激光光束進行聚光，同時在第1微透鏡74的后方焦點位置上配置的第2微透鏡79在曝光面上結(jié)成微反射鏡的實像，調(diào)制成曝光狀態(tài)的激光光束由第1微透鏡74聚光，將所聚光的激光光束入射到第2微透鏡79，即使調(diào)制成曝光狀態(tài)的激光光束具有與激光出射部68的面積對應(yīng)的張開角時，也可一防止由規(guī)定的微反射鏡62調(diào)制成曝光狀態(tài)的激光光束的一部分作為迷光入射到與規(guī)定的微反射鏡62對應(yīng)的第2微透鏡79之外的第2微透鏡79中。
另外，在曝光裝置142中，通過將第2微透鏡79的焦點距離根據(jù)光束點BS的光束點直徑適當(dāng)設(shè)定，在曝光面56上作為光束點BS形成的微反射鏡62的實像的尺寸可以縮小到任意尺寸，即使由透鏡系54、56形成的曝光區(qū)域168的面積倍放大時，可以防止曝光面56中MTF特性的降低。
從外，在本實施方案的曝裝置142中，第1微透鏡74以及第2微透鏡79雖然由單一透鏡構(gòu)成，第1微透鏡74以及第2微透鏡79的一方或者兩方也可以分別由多個透鏡(微透鏡)組合構(gòu)成。這樣，微透鏡74、79通過由多個透鏡(微透鏡)組合構(gòu)成，可以有效改善色差、球面像差等。
另外，如圖25所示，也可以在第2微透鏡的后方焦點位置附近，配置設(shè)置了與曝光面56中光束點BS的光束點直徑以及光束點形狀對應(yīng)的孔88的孔陣列86。這樣，在第2微透鏡79的后方焦點位置附近，通過配置具有與曝光面56中光束點BS的光束點直徑以及光束點形狀對應(yīng)的開口直徑以及開口形狀的孔88，可以由孔88遮敝從第2微透鏡79中射出的激光光束中的散射光、衍射光等噪聲成分的光，可以對投影在曝光面56上的光束點BS精確整形成所需要的光束點形狀，并且可以防止在光束點BS的外側(cè)投影噪聲成分的光。
另外，從曝光頭166到曝光面56之間的距離足夠短時，如圖26所示，也可以從成像光學(xué)系146中省略透鏡系80、82(第2光學(xué)系)，由微成像透鏡陣列86的第2微透鏡78成像的DMD50的各微反射鏡62的實像直接作為光束點BS，投影在曝光面56上，對感光材料150進行曝光。
權(quán)利要求
1.一種曝光頭(166)，包括具有發(fā)射激光光束的多個激光出射部(68)的光源單元(144)；包括根據(jù)各控制信號改變光調(diào)制狀態(tài)的像素部(62)的、在規(guī)定的基板(60)上將該像素部(62)配置成2維狀態(tài)的激光光束調(diào)制用的空間光調(diào)制元件(50)；使空間光調(diào)制元件(50)的各像素部(62)的像成像的第1光學(xué)系(54、58)、與像素部(62)對應(yīng)配置成2維狀態(tài)、并分別被支撐在各像素部(62)的成像位置上的多個第1微透鏡(74)，其特征在于將在各第1微透鏡(74)的后方焦點位置上形成的激光出射部(68)的光源像投影在曝光面(56)上，以該光源像作為光束點對曝光面(56)進行曝光。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的曝光頭，其特征在于還包括使由各第1微透鏡(74)成像的光源像的集合的光源像群在曝光面(56)上成像的第2光學(xué)系(80、82)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的曝光頭，其特征在于空間光調(diào)制元件(50)是微反射鏡器件，像素部(62)是微反射鏡。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的曝光頭，其特征在于空間光調(diào)制元件(50)將激光出射部(68)發(fā)射的激光光束由像素部(62)調(diào)制成曝光狀態(tài)及非曝光狀態(tài)的任意一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的曝光頭，其特征在于還包括配置在各第1微透鏡(74)的后方焦點位置附近上、具有與在曝光面(56)中光束點的光束點直徑和光束點形狀對應(yīng)的開口直徑以及開口形狀的孔(78)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的曝光頭，其特征在于還包括配置在各第1微透鏡(74)的后方焦點位置上、具有正透鏡功率的第2微透鏡(84)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的曝光頭，其特征在于激光出射部(68)中的沿光軸直角方向上的輪廓形狀與曝光面(56)中的光束點的形狀對應(yīng)。
8.一種曝光裝置(142)，包括曝光頭(166)，該曝光頭(166)包括具有發(fā)射激光光束的多個激光出射部(68)的光源單元(144)；包括根據(jù)各控制信號改變光調(diào)制狀態(tài)的像素部(62)的、在規(guī)定的基板(60)上將該像素部(62)配置成2維狀態(tài)的、激光光束調(diào)制用的空間光調(diào)制元件(50)；使空間光調(diào)制元件(50)的各像素部(62)的像成像的第1光學(xué)系(54、58)；與像素部(62)對應(yīng)配置成2維狀態(tài)、在各像素部(62)的成像位置上分別設(shè)置的多個第1微透鏡(74)，其特征在于將在各第1微透鏡(74)的后方焦點位置上形成的激光出射部(68)的光源像投影在曝光面(56)上，以該光源像作為光束點對曝光面(56)進行曝光。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的曝光裝置，其特征在于曝光頭(166)被設(shè)置成像素部(62)排列配置方向相對于曝光面(56)的掃描方向傾斜。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的曝光裝置，其特征在于還包括對曝光面(56)曝光時使曝光頭(166)在所述掃描方向上相對移動的移動裝置。
11.一種曝光頭(166)，包括具有發(fā)射激光光束的多個激光出射部(68)的光源單元(144)；包括根據(jù)各控制信號改變光調(diào)制狀態(tài)的像素部(62)的、在規(guī)定的基板(60)上將該像素部(62)配置成2維狀態(tài)的、激光光束調(diào)制用的空間光調(diào)制元件(50)；使空間光調(diào)制元件(50)的各像素部(62)的像成像的第1光學(xué)系(54、58)；在所述多個像素部(62)的成像位置上、按照在該成像位置上形成的像尺寸大致相同的間距配置成2維狀態(tài)、激光光束聚光用的多個第1微透鏡(74)；在所述多個第1微透鏡(74)的后方焦點位置上配置、使所述像素部(62)的實像分別成像在曝光面(56)上的多個第2微透鏡(79)；其特征在于以由各第2微透鏡(79)成像的所述像素部(62)的實像作為光束點對所述曝光面(56)進行曝光。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的曝光頭，其特征在于還包括使由各第12微透鏡(79)成像的實像的集合的實像群在曝光面(56)上成像的第2光學(xué)系(80、82)。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的曝光頭，其特征在于空間光調(diào)制元件(50)是微反射鏡器件，像素部(62)是微反射鏡。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的曝光頭，其特征在于空間光調(diào)制元件(50)將激光出射部(68)發(fā)射的激光光束由像素部(62)調(diào)制成曝光狀態(tài)和非曝光狀態(tài)的任意一種。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的曝光頭，其特征在于還包括配置在各第2微透鏡(79)的后方焦點位置附近的、具有與在曝光面(56)中光束點的直徑和光束點形狀對應(yīng)的開口直徑以及開口形狀的孔(88)。
16.一種曝光裝置，包括曝光頭(166)，該曝光頭(166)包括具有發(fā)射激光光束的多個激光出射部(68)的光源單元(144)；包括根據(jù)各控制信號改變光調(diào)制狀態(tài)的像素部(62)的、在規(guī)定的基板(60)上將該像素部(62)配置成2維狀態(tài)的、激光光束調(diào)制用的空間光調(diào)制元件(50)；使空間光調(diào)制元件(50)的各像素部(62)的像成像的第1光學(xué)系(54、58)；在所述多個像素部(62)的成像位置上、按照在該成像位置上形成的像尺寸大致相同的間距配置成2維狀態(tài)、激光光束聚光用的多個第1微透鏡(74)；在所述多個第1微透鏡(74)的后方焦點位置上配置、使所述像素部(62)的實像分別在曝光面(56)上成像的多個第2微透鏡(79)，其特征在于以由各第2微透鏡(79)成像的所述像素部(62)的實像作為光束點對所述曝光面(56)進行曝光。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的曝光裝置，其特征在于曝光頭(166)被設(shè)置成像素部(62)的排列配置方向相對于曝光面(56)的掃描方向傾斜。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的曝光裝置，其特征在于還包括在對曝光面(56)進行曝光時，使曝光頭(166)在所述掃描方向上進行相對移動的移動裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供一種曝光頭和曝光裝置。在不出現(xiàn)迷光的產(chǎn)生以及光效率的降低的情況下可以將對曝光面進行曝光的光束點調(diào)整到所希望的光束點直徑上。在曝光頭中，在DMD的微反射鏡的像位置上配置第1微透鏡，將這些微透鏡進行2維的排列配置，使其與DMD中的各微反射鏡相對應(yīng)。在這些第1微透鏡的后方焦點位置上分別配置第2微透鏡。在曝光頭中，由第2微透鏡成像的微小尺寸的微反射鏡的實像作為光束點對曝光面進行曝光。
文檔編號G03F7/20GK1467532SQ0314110
公開日2004年1月14日 申請日期2003年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月7日
發(fā)明者砂川寬, 石川弘美, 岡崎洋二, 永野和彥, 藤井武, 大森利彥, 二, 彥, 美 申請人:富士膠片株式會社