專利名稱：圖像曝光設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種圖像曝光方法。尤其，本發(fā)明涉及一種使得已經(jīng)被空 間光調(diào)制元件調(diào)制的光通過聚焦光學(xué)系統(tǒng)以將由光表示的圖像聚焦到感 光材料上，由此曝光感光材料的圖像曝光設(shè)備。
背景技術(shù)：
存在公知的圖像曝光設(shè)備，所述圖像曝光設(shè)備使得已經(jīng)被空間光調(diào)制 元件調(diào)制的光通過聚焦光學(xué)系統(tǒng)，以將由光表示的圖像聚焦到感光材料 上，由此曝光感光材料。該類型的圖像曝光設(shè)備主要包括空間光調(diào)制元 件，由用于根據(jù)控制信號獨(dú)立地調(diào)制照射到其上的光的多個(gè)像素部構(gòu)成； 光源，用于將光照射到空間光調(diào)制元件上；以及聚焦光學(xué)系統(tǒng)，用于將由 被空間光調(diào)制元件調(diào)制的光表示的圖像聚焦到感光材料上。注意到日本待 審查專利公開No.2004-001244以及A.Ishikawa， "ShorteningDevelopment and Adaptation to Mass Production by Maskless Exposure", Electronics Mounting Technology, Vol. 18， No.6， pp.74-79， Gicho Publishing & Advertising Co.， Ltd., 2002公開了具有上述基本構(gòu)造的圖像曝光設(shè)備的示 例。
在該類型的圖像曝光設(shè)備中，液晶顯示元件(LCD)、數(shù)字微反射鏡 器件(DMD)等非常適合作為空間光調(diào)制元件使用。注意到DMD是由兩 維地設(shè)置在例如硅襯底的半導(dǎo)體襯底上的、根據(jù)控制信號改變微反射鏡的 反射表面的角度的大量微反射鏡構(gòu)成的反射鏡器件。在DMD中，微反射 鏡用作空間光調(diào)制元件的反射式像素部。
在前述圖像曝光設(shè)備中，經(jīng)常需要對投影到感光材料上的圖像進(jìn)行放 大。在這些情況下，放大聚焦光學(xué)系統(tǒng)被用作聚焦光學(xué)系統(tǒng)。如果簡單地 使己經(jīng)被空間光調(diào)制元件調(diào)制的光進(jìn)入放大聚焦光學(xué)系統(tǒng)，則空間光調(diào)制 元件的每個(gè)像素部的會聚(condensing)會被放大。這使得被投影的圖像的像
素尺寸變得更大，而圖像分辨率降低。
因此，考慮一種構(gòu)造，其中第一聚焦光學(xué)系統(tǒng)被設(shè)置在己經(jīng)被空間 光調(diào)制元件調(diào)制的光的光路中；微透鏡陣列，其中對應(yīng)于空間光調(diào)制元件 的每個(gè)像素部的微透鏡被設(shè)置成陣列，所述微透鏡陣列設(shè)置在聚焦光學(xué)系 統(tǒng)的聚焦表面上；以及第二聚焦光學(xué)系統(tǒng)，用于將由空間光調(diào)制元件調(diào)制 的光代表的圖像聚焦到感光材料或屏幕上，所述第二聚焦光學(xué)系統(tǒng)被設(shè)置 在己經(jīng)通過微透鏡陣列的光的光路中。通過采用所述構(gòu)造，第一和第二光 學(xué)系統(tǒng)能夠放大圖像的投影。在該構(gòu)造中，被投影到感光材料或屏幕上的 圖像的尺寸被放大。同時(shí)，從空間光調(diào)制元件的每個(gè)像素部傳播的光由微 透鏡陣列的每個(gè)微透鏡會聚。因此，在被投影的圖像內(nèi)的像素尺寸(光斑 尺寸)被保持得小，由此保持圖像的銳度(sharpness)。
注意到日本待審查專利公開No.2001-305663公開了結(jié)合微透鏡陣列， 將DMD用作空間光調(diào)制元件的圖像曝光設(shè)備的示例。
日本待審查專利公開No. 2004-122470公開了同一類型的圖像曝光設(shè) 備，包括微透鏡陣列；以及具有與微透鏡陣列中的每個(gè)微透鏡相對應(yīng)的 孔(開口)的孔陣列(開孔板)，所述孔陣列設(shè)置在微透鏡陣列的后面。 通過采用該構(gòu)造，僅僅已經(jīng)通過所對應(yīng)的微透鏡的光通過孔。在該構(gòu)造中， 開孔板的每個(gè)孔都防止來自與所述孔對應(yīng)的微透鏡相鄰的微透鏡的光進(jìn) 入其中。因此，可以抑制雜散光(stray light)進(jìn)入相鄰的像素。另外，即 使DMD的像素(微反射鏡)被關(guān)閉使得光不照射曝光表面，也存在少量 的光進(jìn)入曝光表面的情況。然而，通過采用該構(gòu)造，當(dāng)DMD像素處于關(guān) 閉狀態(tài)時(shí)進(jìn)入曝光表面光量可以被減少。
然而，在例如上述圖像曝光設(shè)備中，在經(jīng)過空間光調(diào)制元件的像素部 調(diào)制之后被微透鏡陣列的微透鏡會聚的光束之間產(chǎn)生像散差(astigmatic difference),使得光束在橫截面上成為橢圓形。因此，小的像素尺寸不能 被保持在被投影的圖像上，且被投影的圖像的銳度被惡化。所述像散差主 要由空間光調(diào)制元件的像素部的表面上的畸變造成。在DMD被用作空間 光調(diào)制元件的情況下，畸變的主要原因是DMD的像素部的反射表面的畸 變。
尤其在存在各向異性的畸變(anisotropic distortion)的情況下，其中
所述像素部的反射表面相對光軸的非軸對稱，光學(xué)系統(tǒng)生成像散像差
(astigmatic aberration)。在該情況下，由微透鏡經(jīng)由像素部的反射表面會 聚的光束依賴于垂直于其光軸的平面內(nèi)的方向，而具有不同的束腰位置
(beam waist positions)(光軸方向上的位置，在該位置上光束直徑最小)。 具體地，如果在垂直于光軸的平面內(nèi)的方向被表示為X方向和Y方向， 所述沿Y方向的光束直徑在X方向上的束腰位置上并不是最小，而在該位 置上，沿X方向的光束直徑最小。即光束的橫截面形狀是橢圓形。同樣地， 沿X方向的光束直徑在Y方向上的束腰位置上并不是最小，而在該位置上, 沿Y方向的光束直徑最小，則光束的橫截面形狀是橢圓形。因?yàn)閳D像被兩 維地聚焦到感光材料上，所以如果當(dāng)它們形成圖像時(shí)采用這些光束，則其 銳度將惡化。
當(dāng)像素部的反射表面在垂直于光軸的平面內(nèi)的兩個(gè)不同方向上具有 不同符號的放大率(power)時(shí)，上述現(xiàn)象是顯著的，這成為在獲得高度 清晰的圖像過程中的問題。
已經(jīng)被設(shè)計(jì)為預(yù)定的曲面且其中出現(xiàn)不希望的畸變的反射表面，是非 軸對稱的像素部的反射表面的一個(gè)示例。該類型的反射表面通常具有相同 符號的不同的光焦度。在該情況下，也會出現(xiàn)前述像散像差，且圖像銳度 的惡化是不可避免的。
同時(shí)，普通的圖像曝光設(shè)備包括空間光調(diào)制元件，具有例如前述的 DMD的反射式像素部；微透鏡陣列；以及聚焦光學(xué)系統(tǒng)。該普通的圖像 曝光設(shè)備構(gòu)造成使得聚焦光學(xué)系統(tǒng)聚焦像素部(微反射鏡)的圖像，并使 得微透鏡陣列的每個(gè)微透鏡位于像素部的聚焦位置上。
然而，在空間光調(diào)制元件和微透鏡陣列之間的相對位置關(guān)系必須保持 為嚴(yán)格的預(yù)定關(guān)系。否貝lj，諸如光利用效率和消光比(extinctionratio)的 降低等問題將更可能出現(xiàn)。此后，對這一點(diǎn)將更詳細(xì)地進(jìn)行描述。
由圖48A中的附圖標(biāo)記100表示的區(qū)段代表空間光調(diào)制元件的像素 部，即例如DMD的微反射鏡圖像。在圖48B中的附圖標(biāo)記101表示微透鏡 陣列IOI，在所述微透鏡陣列101中，設(shè)置微透鏡102。當(dāng)微透鏡圖像100 被聚焦到微透鏡陣列101的微透鏡部102上時(shí)，如果微反射鏡圖像100被聚 焦為大于微透鏡102的尺寸，那么會出現(xiàn)如圖49A所示的狀態(tài)。如果空間光調(diào)制元件和微透鏡陣列沿與光束的光軸交叉的方向移動，那么會出現(xiàn)如圖
49B所示的狀態(tài)并生成大量的橢圓。在這些情況下，已經(jīng)在微反射鏡的外 圍部分上被反射的光不用于圖像曝光，而且光利用率低。
在許多情況下，用于屏蔽不需要的光的掩模被與其形成整體地或分立 地設(shè)置在微透鏡102的外圍邊緣的外部上。在設(shè)置掩模的情況下，交疊的 光(eclipsed light)由此被屏蔽。即使不設(shè)置掩模，交疊的光也不會通過 微透鏡102的孔并由此不被會聚，并因此不會特意使用掩模。
進(jìn)而，如果例如圖49B所示的移動程度很大，那么試圖被聚焦到微透 鏡102A上的微反射鏡100的一部分可以被聚焦到相鄰的微透鏡102B上。因 為試圖通過微透鏡102A進(jìn)入其中，所以如果通過微透鏡102B的光被完全 關(guān)斷，則消光比會降低。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到前面的情況做出本發(fā)明。本發(fā)明的第一個(gè)目的是提供一種圖像 曝光設(shè)備，所述圖像曝光設(shè)備即使在空間光調(diào)制元件的像素部內(nèi)存在各向 異性的畸變的情況下也能獲得高度清晰的圖像。
本發(fā)明的第二個(gè)目的在于提供一種圖像曝光設(shè)備，所述圖像曝光設(shè)備 即使在空間光調(diào)制元件的像素部在垂直于光軸的平面內(nèi)的兩個(gè)方向上具 有不同符號的光焦度的情況下也能獲得高度清晰的圖像。
本發(fā)明的第三個(gè)目的在于提供一種圖像曝光設(shè)備，所述圖像曝光設(shè)備 即使在空間光調(diào)制元件的像素部在垂直于光軸的平面內(nèi)的兩個(gè)方向上具 有相同符號的不同光焦度的情況下也能獲得高度清晰的圖像，同時(shí)保持高 的光利用率和高消光比。
根據(jù)本發(fā)明的第一圖像曝光設(shè)備包括
空間光調(diào)制元件，在所述空間光調(diào)制元件中，設(shè)置用于根據(jù)控制信號 獨(dú)立地調(diào)制照射到其上的光的多個(gè)像素部；
光源，用于將光照射到空間光調(diào)制元件；以及
聚焦光學(xué)系統(tǒng)，用于將由經(jīng)過調(diào)制的光承載的圖像聚焦到感光材料 上，所述聚焦光學(xué)系統(tǒng)包括光學(xué)系統(tǒng)，用于聚焦已經(jīng)被空間光調(diào)制元件 的每個(gè)像素部調(diào)制的光束，以便聚焦每個(gè)像素部的圖像；以及微透鏡陣列， 在所述微透鏡陣列中，設(shè)置多個(gè)微透鏡，由像素部調(diào)制并通過光學(xué)系統(tǒng)的 光束獨(dú)立地進(jìn)入所述多個(gè)微透鏡中；
所述微透鏡陣列被設(shè)置在像素部的圖像被光學(xué)系統(tǒng)聚焦的位置附近；
以及
所述微透鏡陣列的每個(gè)微透鏡在垂直于進(jìn)入其中的光束的光軸的平 面內(nèi)的兩個(gè)方向上具有不同的光焦度，以便修正由于像素部的各向同性的 畸變造成的像差。
注意到"像素部的圖像被光學(xué)系統(tǒng)聚焦的位置附近"是指沿著光軸方 向的位置Z。位置Z在滿足以下不等式的范圍內(nèi) -JE75+zf《z《^5+zf
其中f是光學(xué)系統(tǒng)的焦距；而zf是像素部的圖像被光學(xué)系統(tǒng)聚焦的 位置。
根據(jù)本發(fā)明的第二圖像曝光設(shè)備包括-
空間光調(diào)制元件，在所述空間光調(diào)制元件中，設(shè)置用于根據(jù)控制信號 獨(dú)立地調(diào)制照射到其上的光的多個(gè)像素部；
光源，用于將光照射到空間光調(diào)制元件；以及
聚焦光學(xué)系統(tǒng)，用于將由經(jīng)過調(diào)制的光承載的圖像聚焦到感光材料 上，所述聚焦光學(xué)系統(tǒng)包括光學(xué)系統(tǒng)，用于聚焦已經(jīng)被空間光調(diào)制元件 的每個(gè)像素部調(diào)制的光束，以便聚焦每個(gè)像素部的圖像；以及微透鏡陣列， 在所述微透鏡陣列中，設(shè)置多個(gè)微透鏡，由像素部調(diào)制并通過光學(xué)系統(tǒng)的 光束獨(dú)立地進(jìn)入所述多個(gè)微透鏡；
所述像素部在垂直于光束的光軸的平面內(nèi)的兩個(gè)方向上具有不同符 號的光焦度；
所述微透鏡陣列被設(shè)置在從由像素部的圖像被光學(xué)系統(tǒng)聚焦的位置 上偏移的分離的會聚位置；以及
所述微透鏡陣列的每個(gè)微透鏡在垂直于進(jìn)入其中的光束的光軸的平 面內(nèi)的兩個(gè)方向上具有不同的光焦度，以便修正由于像素部的不同符號的 光焦度造成的像差。
根據(jù)本發(fā)明的第三圖像曝光設(shè)備包括-
空間光調(diào)制元件，在所述空間光調(diào)制元件中，設(shè)置用于根據(jù)控制信號
獨(dú)立地調(diào)制照射到其上的光的多個(gè)像素部；
光源，用于將光照射到空間光調(diào)制元件；以及
聚焦光學(xué)系統(tǒng)，用于將由經(jīng)過調(diào)制的光承載的圖像聚焦到感光材料 上，所述聚焦光學(xué)系統(tǒng)包括光學(xué)系統(tǒng)，用于聚焦已經(jīng)被空間光調(diào)制元件 的每個(gè)像素部調(diào)制的光束，以便聚焦每個(gè)像素部的圖像；以及微透鏡陣列， 在所述微透鏡陣列中，設(shè)置多個(gè)微透鏡，由像素部調(diào)制并通過光學(xué)系統(tǒng)的 光束獨(dú)立地進(jìn)入所述多個(gè)微透鏡；
所述像素部在垂直于光束的光軸的平面內(nèi)的兩個(gè)方向上具有相同符 號和不同幅度的光焦度；
所述微透鏡陣列被設(shè)置在從由像素部的圖像被光學(xué)系統(tǒng)聚焦的位置 上偏移的分離的會聚位置；以及
所述微透鏡陣列的每個(gè)微透鏡在垂直于進(jìn)入其中的光束的光軸的平 面內(nèi)的兩個(gè)方向上具有不同的光焦度，以便修正由于像素部的不同幅度的 光焦度造成的像差。
注意到在上述第一到第三圖像曝光設(shè)備中，微透鏡陣列并不限于折射 透鏡，而可以是梯度折射率透鏡(gradient index lenses)或衍射透鏡。作 為另一個(gè)替代物，微透鏡可以通過組合折射透鏡、梯度折射率透鏡和衍射 透鏡中的至少兩個(gè)構(gòu)成。在此，"組合"不僅指粘結(jié)的透鏡，也指已經(jīng)被 賦予多種功能的單個(gè)透鏡。例如，菲涅耳透鏡是折射透鏡和衍射透鏡的組 合。作為另一個(gè)示例，具有折射率分布的球面透鏡是折射透鏡和梯度折射 率透鏡的組合。
優(yōu)選地采用一種構(gòu)造，其中圖像曝光設(shè)備還包括
會聚微透鏡陣列，在所述會聚微透鏡陣列中，設(shè)置用于獨(dú)立地會聚經(jīng) 由每個(gè)像素部傳播到這里的光束的多個(gè)微透鏡，所述會聚微透鏡陣列被設(shè) 置在所述像素部、所述光學(xué)系統(tǒng)和所述微透鏡陣列的分離的會聚位置上， 所述分離的會聚位置從像素部的圖像通過光學(xué)系統(tǒng)聚焦到的位置上偏移。
對于會聚微透鏡陣列，優(yōu)選為在光束的光軸方向上是可移動的。
優(yōu)選采用一種構(gòu)造，其中所述圖像曝光設(shè)備還包括
孔陣列，在所述孔陣列中，設(shè)置用于獨(dú)立地透射經(jīng)由每個(gè)像素部傳播 到這里的光束，所述孔陣列設(shè)置在像素部的分離的會聚位置上；光學(xué)系統(tǒng);
以及從像素部的圖像通過光學(xué)系統(tǒng)聚焦到的位置上偏移開的微透鏡陣列。
另外，對于空間光調(diào)制元件，優(yōu)選為DMD(數(shù)字微反射鏡器件)，在 所述DMD中，微反射鏡被兩維地設(shè)置為像素部。
注意到前述"分離的會聚位置"是指從由光學(xué)系統(tǒng)聚焦的像素部的聚 焦位置分離幵的位置，在所述位置上，由每個(gè)像素部反射的光束被獨(dú)立地 會聚并根據(jù)反射它們的像素部被分離開。替代地，"分離的會聚位置"是 指由每個(gè)像素部反射的光束根據(jù)反射它們的像素部被分離開的位置。
在本發(fā)明的第一個(gè)圖像曝光設(shè)備中，微透鏡陣列的每個(gè)微透鏡在垂直 于光軸的平面內(nèi)的兩個(gè)方向上具有不同的光焦度，以便修正由于像素部的 各向異性的畸變出現(xiàn)的像差。因此，即使空間光調(diào)制元件的像素部具有各 向異性的畸變，微透鏡陣列的微透鏡也能修正由畸變造成的像散像差。由 此，在已經(jīng)被微透鏡經(jīng)由像素部會聚的光束的X和Y方向上的束腰位置可 以被匹配。相應(yīng)地,本發(fā)明的第一圖像曝光設(shè)備能夠利用具有在X和Y方 向上匹配的束腰位置的光束用于曝光圖像，由此能夠獲得高度清晰的圖 像。
此外，根據(jù)本發(fā)明的第一圖像曝光設(shè)備在像素部的圖像被聚焦的位置 附近提供用于修正像散像差的微透鏡陣列。因此，前述的分離的會聚位置 的范圍是很寬的，在所述位置上，由每個(gè)像素部反射的光束被獨(dú)立地會聚。
可以采用一種結(jié)構(gòu)，其中本發(fā)明的第一圖像曝光設(shè)備還包括設(shè)置在分 離的會聚位置上、用于獨(dú)立地會聚由每個(gè)像素部反射的光束的會聚微透鏡 陣列。在這種情況下，束光斑的尺寸可以被進(jìn)一步會聚，這有助于提高由 圖像曝光設(shè)備曝光的圖像的分辨率。另外，光束已經(jīng)由設(shè)置在聚焦位置附 近的微透鏡陣列會聚。因此，在分離的會聚位置上進(jìn)入會聚微透鏡陣列的 光束的束直徑小于在聚焦位置上的束直徑。相應(yīng)地，即使空間光調(diào)制元件 和會聚微透鏡陣列稍作移動，也能防止光束的交疊和光束進(jìn)入與其希望進(jìn) 入的微透鏡相鄰的微透鏡。因此，防止了當(dāng)提供會聚微透鏡陣列時(shí)需要考 慮的光利用效率和消光比的降低。
本發(fā)明的第二圖像曝光設(shè)備包括設(shè)置在前述分離的會聚位置上的微 透鏡陣列。在分離的會聚位置上的束光斑小于在聚焦位置上的像素部的圖 像的束光斑，也小于微透鏡陣列的微透鏡。相應(yīng)地，即使空間光調(diào)制元件
和會聚微透鏡陣列稍作移動，也能防止光束的交疊和光束進(jìn)入與其希望進(jìn) 入的微透鏡相鄰的微透鏡。因此，防止了光利用效率和消光比的降低。
此外，微透鏡陣列的每個(gè)微透鏡在垂直于光軸的平面內(nèi)的兩個(gè)方向上 具有不同的光焦度，以便修正由在垂直于光軸的平面內(nèi)的兩個(gè)方向上具有 不同符號的光焦度的像素部所造成的像差。通過采用這種構(gòu)造，即使由于
像素部出現(xiàn)像散像差，在光束的X和Y方向上的束腰位置也可以被匹配。 相應(yīng)地，本發(fā)明的第二圖像曝光設(shè)備能夠利用具有在X和Y方向上匹配的 束腰位置的光束曝光圖像，由此能夠獲得高度清晰的圖像。
本發(fā)明的第三圖像曝光設(shè)備包括設(shè)置在前述分離的會聚位置上的微 透鏡陣列。在分離的會聚位置上的束光斑小于在聚焦位置上的像素部的圖 像的束光斑，也小于微透鏡陣列的微透鏡。相應(yīng)地，即使空間光調(diào)制元件 和會聚微透鏡陣列稍作移動，也能防止光束的交疊和光束進(jìn)入與其希望進(jìn) 入的微透鏡相鄰的微透鏡。因此，防止了光利用效率和消光比的降低。
此外，微透鏡陣列的每個(gè)微透鏡在垂直于光軸的平面內(nèi)的兩個(gè)方向上 具有不同的光焦度，以便修正由在垂直于光軸的平面內(nèi)的兩個(gè)方向上具有 相同符號的光焦度的像素部所造成的像差。通過采用這種構(gòu)造，即使由于 像素部出現(xiàn)像散像差，在光束的X和Y方向上的束腰位置也可以被匹配。 相應(yīng)地，本發(fā)明的第二圖像曝光設(shè)備能夠利用具有在X和Y方向上匹配的 束腰位置的會聚光束曝光圖像，由此能夠獲得高度清晰的圖像。
可以采用一種構(gòu)造，其中本發(fā)明的第二和第三圖像曝光設(shè)備還包括設(shè) 置在前述分離的會聚位置上、用于獨(dú)立地會聚經(jīng)由每個(gè)像素部傳播到這里 的光束的會聚微透鏡陣列。在該情況下，束光斑的尺寸可以被進(jìn)一步會聚， 這有助于提高由圖像曝光設(shè)備曝光的圖像的分辨率。另外，光束已經(jīng)由設(shè) 置在聚焦位置附近的微透鏡陣列會聚。因此，在分離的會聚位置上進(jìn)入會 聚微透鏡陣列的光束的束直徑小于在聚焦位置上的束直徑。相應(yīng)地，即使 空間光調(diào)制元件和會聚微透鏡陣列稍作移動，也能防止光束的交疊和光束 進(jìn)入與其希望進(jìn)入的微透鏡相鄰的微透鏡。因此，防止了當(dāng)提供會聚微透
鏡陣列時(shí)需要考慮的光利用效率和消光比的降低。
會聚微透鏡陣列可以被設(shè)置成在光束的光軸方向上是可移動的。在這 種情況下，便于調(diào)整光束的焦點(diǎn)。在分離的會聚位置上及其附近的光利用
效率的變化小于在聚焦位置上及其附近的光利用效率的變化。因此，光利 用效率的變化可以被抑制到最小值。
另外，在本發(fā)明的第一到第三圖像曝光設(shè)備中，孔陣列可以被設(shè)置在 分離的會聚位置上。在該情況下，每個(gè)孔僅透射己經(jīng)經(jīng)由所對應(yīng)的像素部 被會聚的光束。因此，可以遮住雜散光，且可以提高消光比。
注意在梯度折射率透鏡被用作本發(fā)明的第一到第三圖像曝光設(shè)備中 的微透鏡的情況下，外部形狀可以被制作為平行平面。在衍射透鏡用作微 透鏡的情況下，外部形狀可以被制作為平行平面，同時(shí)相比于采用折射透 鏡的情況下，減小光軸方向上的厚度。在采用折射透鏡、梯度折射率透鏡 和衍射透鏡中的至少兩個(gè)的組合的情況下，設(shè)計(jì)的自由度增加。


圖l是根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施例的圖像曝光設(shè)備的外部形貌的透視
圖2是根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施例的圖像曝光設(shè)備的掃描器構(gòu)造的透
視圖3A是在感光材料上形成的經(jīng)過曝光的區(qū)域的平面圖； 圖3B是示出由曝光頭曝光的曝光區(qū)段的配置的圖； 圖4是根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施例的圖像曝光設(shè)備的曝光頭構(gòu)造的透 視圖5是根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施例的圖像曝光設(shè)備的曝光頭的示意性 剖視圖6是DMD構(gòu)造的局部放大圖7A是用于解釋DMD操作的圖7B是用于解釋DMD操作的圖8A是在DMD不傾斜的情況下的曝光束的掃描軌道的平面圖8B是在DMD傾斜的情況下的曝光束的掃描軌道的平面圖9A是光纖陣列光源的構(gòu)造的透視圖9B是光纖陣列光源的激光發(fā)射部的光發(fā)射點(diǎn)的配置的正視圖10是示出多模光纖的構(gòu)造的圖ll是多路復(fù)用激光光源的構(gòu)造的平面圖12是激光模塊的構(gòu)造的平面圖13是圖12的激光模塊的側(cè)視圖14是圖12的激光模塊的部分正視圖15是根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施例的圖像曝光設(shè)備的電子構(gòu)造的框
圖16A是示出DMD的被利用的區(qū)域的圖； 圖16B是示出DMD的被利用的區(qū)域的圖； 圖17是示出DMD的微反射鏡的偏轉(zhuǎn)軸的方向的圖； 圖18A是示意性示出在平行于x方向的平面上的微反射鏡的反射表面 的高度偏移的圖18B是示意性示出在平行于y方向的平面上的微反射鏡的反射表面 的高度偏移的圖19A是示出由微反射鏡反射的光如何在平行于x方向的平面內(nèi)傳播
的圖19B是示出由微反射鏡反射的光如何在平行于y方向的平面內(nèi)傳播 的圖20A是微透鏡陣列的主視圖20B是微透鏡陣列的惻視圖21A是微透鏡陣列的微透鏡的透視圖21B是平行于x方向的微透鏡的剖視圖21C是平行于y方向的微透鏡的剖視圖22A是用于解釋微透鏡如何修正像差的圖22B是用于解釋微透鏡如何修正像差的圖22C是用于解釋微透鏡如何修正像差的圖23A是微透鏡的第二個(gè)示例的正視圖23B是微透鏡的第二個(gè)示例的側(cè)視圖24A是表示由圖23A和23B的微透鏡在平行于x方向的橫截面上的
會聚狀態(tài)的示意圖24B是表示由圖23A和23B的微透鏡在平行于y方向的橫截面上的會
聚狀態(tài)的示意圖25A是微透鏡的第三個(gè)示例在平行于x方向的橫截面上的會聚狀態(tài) 的示意圖25B是微透鏡的第三個(gè)示例在平行于y方向的橫截面上的會聚狀態(tài) 的示意圖26A是微透鏡的第四個(gè)示例的正視圖； 圖26B是微透鏡的第四個(gè)示例的側(cè)視圖； 圖27A是微透鏡的第五個(gè)示例的正視圖； 圖27B是微透鏡的第五個(gè)示例的側(cè)視圖28是根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例的圖像曝光設(shè)備的曝光頭的示意 性剖視圖29是根據(jù)本發(fā)明的第三個(gè)實(shí)施例的圖像曝光設(shè)備的曝光頭的示意 性剖視圖30是根據(jù)本發(fā)明的第四個(gè)實(shí)施例的圖像曝光設(shè)備的曝光頭的示意 性剖視圖31是根據(jù)本發(fā)明的第五個(gè)實(shí)施例的圖像曝光設(shè)備的曝光頭的示意 性剖視圖32A是用于解釋微透鏡如何修正像差的圖； 圖32B是用于解釋微透鏡如何修正像差的圖33A是用于解釋根據(jù)本發(fā)明的第五個(gè)實(shí)施例的圖像曝光設(shè)備的有 益效果的圖33B是用于解釋根據(jù)本發(fā)明的第五個(gè)實(shí)施例的圖像曝光設(shè)備的有 益效果的圖34A是用于解釋根據(jù)本發(fā)明的第五個(gè)實(shí)施例的圖像曝光設(shè)備的有 益效果的圖34B是用于解釋根據(jù)本發(fā)明的第五個(gè)實(shí)施例的圖像曝光設(shè)備的有 益效果的圖35是根據(jù)本發(fā)明的第六個(gè)實(shí)施例的圖像曝光設(shè)備的曝光頭的示意 性剖視圖36是根據(jù)本發(fā)明的第七個(gè)實(shí)施例的圖像曝光設(shè)備的曝光頭的示意
性剖視圖37是根據(jù)本發(fā)明的第八個(gè)實(shí)施例的圖像曝光設(shè)備的曝光頭的示意 性剖視圖38是根據(jù)本發(fā)明的第九個(gè)實(shí)施例的圖像曝光設(shè)備的曝光頭的示意 性剖視圖39A是在x方向上微反射鏡的反射表面的畸變的示意圖； 圖39B是在y方向上微反射鏡的反射表面的畸變的示意圖； 圖40A是表示由微反射鏡反射的光如何在平行于x方向的平面內(nèi)傳播 的示意圖40B是表示由微反射鏡反射的光如何在平行于y方向的平面內(nèi)傳播 的示意圖41 A是用于解釋微透鏡如何修正像差的圖； 圖41B是用于解釋微透鏡如何修正像差的圖； 圖42A是微透鏡的第六個(gè)示例的正視圖； 圖42B是微透鏡的第六個(gè)示例的側(cè)視圖43A是表示由圖42A和42B的微透鏡在平行于x方向的橫截面上的
會聚狀態(tài)的示意圖43B是表示由圖42A和42B的微透鏡在平行于y方向的橫截面上的會
聚狀態(tài)的示意圖44A是用于解釋微透鏡如何修正像差的圖； 圖44B是用于解釋微透鏡如何修正像差的圖45是根據(jù)本發(fā)明的第十個(gè)實(shí)施例的圖像曝光設(shè)備的曝光頭的示意 性剖視圖46是根據(jù)本發(fā)明的第十一個(gè)實(shí)施例的圖像曝光設(shè)備的曝光頭的示 意性剖視圖47是根據(jù)本發(fā)明的第十二個(gè)實(shí)施例的圖像曝光設(shè)備的曝光頭的示 意性剖視圖48A和48B是用于解釋與普通的圖像曝光設(shè)備相關(guān)的問題的圖；和 圖49A和49B是用于解釋與普通的圖像曝光設(shè)備相關(guān)的問題的圖。
具體實(shí)施例方式
此后將參照附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。首先，將描述根據(jù)本發(fā)明 的第一個(gè)實(shí)施例的圖像曝光設(shè)備。 [圖像曝光設(shè)備的構(gòu)造]
如圖1所示，圖像曝光設(shè)備裝備有平面移動臺152，用于保持吸附在其 上的感光材料150片。安裝基座156由四條腿154支撐。沿著臺移動方向延 伸的兩根導(dǎo)軌158被設(shè)置在安裝基座156的上表面上。設(shè)置臺152，以使得 其長度方向與臺移動方向?qū)R，并由導(dǎo)軌158支撐，以便可在其上往復(fù)移 動。注意到圖像曝光設(shè)備也裝備有臺驅(qū)動設(shè)備304 (參見圖15)，作為用于 沿著導(dǎo)軌158驅(qū)動臺152的副掃描裝置。
C形門160設(shè)置在安裝基座的中心部分，以便跨在臺152的移動路徑 上。C形門160的末端固定到安裝基座156的側(cè)邊緣上。掃描器162設(shè)置在門 160的第一側(cè)上，且用于檢測感光材料150的起始端(leading end:或稱為 前端)和結(jié)束端(trailing end:或稱為尾端)的多個(gè)(兩個(gè)，例如)傳感 器164的被設(shè)置在門160的第二側(cè)上。掃描器162和傳感器164被獨(dú)立地安裝 在門160上，并固定在臺152的移動路徑上方。注意到掃描器162和傳感器 164與用于控制其操作的控制器(未示出)的控制器。
掃描器162裝備有被設(shè)置成近似m行n列(例如3行5列)的多個(gè)(例如 14個(gè))曝光頭166，如圖2和圖3B所示。在該示例中，由于感光材料150的 寬度的限制，在第三行設(shè)置四個(gè)曝光頭166。注意到設(shè)置在第m行第n列的 獨(dú)立的曝光將表示為曝光頭166^。
由曝光頭166曝光的曝光區(qū)段168是短邊沿副掃描方向的矩形區(qū)段。相 應(yīng)地，帶狀曝光區(qū)域170伴隨著臺152的移動，通過每個(gè)曝光頭166在感光 材料150上形成。注意到由設(shè)置在第m行第n列上的曝光頭曝光的獨(dú)立的曝 光區(qū)段將表示為曝光區(qū)段168m，n。
如圖3B所示，每行曝光頭166相對于其他行以預(yù)定的間隔(曝光區(qū)段 的長邊的自然數(shù)倍，在本實(shí)施例中是2倍)交錯(cuò)地設(shè)置。這確保帶狀曝光 區(qū)段170在垂直于副掃描方向的方向上其間沒有間隙，如圖3A^f示。因此， 在由此不能被曝光的第一行的曝光區(qū)段168u和168^之間的部分可以由 第二行的曝光區(qū)段1682,,和第三行的曝光區(qū)段1683,,曝光。
曝光頭166^到166m,n中的每個(gè)裝備有Texas Instrument (美國)生產(chǎn)的 用于根據(jù)每個(gè)像素的圖像數(shù)據(jù)調(diào)制入射到其上的光束的DMD50。 DMD 50 與將在下文進(jìn)行描述的控制器302 (參見圖15)相連，所述控制器302包括 數(shù)據(jù)處理部和反射鏡驅(qū)動控制部。控制器302的數(shù)據(jù)處理部基于輸入的圖 像數(shù)據(jù)生成用于在對于每個(gè)曝光頭I66應(yīng)當(dāng)進(jìn)行控制的區(qū)域內(nèi)控制 DMD50的每個(gè)微反射鏡的驅(qū)動的控制信號。注意到"應(yīng)當(dāng)進(jìn)行控制的區(qū) 域"將在下文中進(jìn)行描述。反射鏡驅(qū)動控制部根據(jù)由數(shù)據(jù)處理部生成的控 制信號針對每個(gè)曝光頭166控制DMD50的每個(gè)微反射鏡的反射表面的角 度。注意到控制反射表面的角度將在下文中進(jìn)行描述。
光纖陣列光源66;光學(xué)系統(tǒng)67;以及反射鏡69按這樣的順序設(shè)置在 DMD50的光入射側(cè)。光纖陣列光源66包括激光發(fā)射部，所述激光發(fā)射部 由具有在對應(yīng)于曝光區(qū)段168的長度方向的方向上對齊的光發(fā)射端(光發(fā) 射點(diǎn))的多根光纖構(gòu)成。光學(xué)系統(tǒng)67修正從光纖陣列光源66發(fā)出的激光束 以將它們會聚到DMD50上。反射鏡69將已經(jīng)通過光學(xué)系統(tǒng)67的激光束朝 向DMD50反射。注意到光學(xué)系統(tǒng)67如圖4示意性地示出。
如圖5所示，光學(xué)系統(tǒng)67包括會聚透鏡71，用于會聚從光纖陣列光 源66發(fā)出的激光束B作為照射光；桿狀光學(xué)積分器72 (此后簡稱為"桿狀 積分器72")，被插入經(jīng)過會聚透鏡71的光的光路中；以及準(zhǔn)直透鏡74，設(shè) 置在桿狀積分器72的下游，即朝向反射鏡69的一側(cè)。會聚透鏡71、桿狀積 分器72和準(zhǔn)直透鏡74使得從光纖陣列光源發(fā)出的激光束作為接近準(zhǔn)直的 光并在其橫截面上具有均勻的光束強(qiáng)度的光束進(jìn)入DMD50。桿狀積分器 72的形狀和操作將在下文中進(jìn)行詳細(xì)描述。
通過光學(xué)系統(tǒng)67發(fā)射的激光束B由反射鏡69反射，并經(jīng)由全內(nèi)反射 (TIR)棱鏡70照射到DMD50上。注意到在圖4中省略了TIR棱鏡70。
用于將由DMD50反射的激光束B聚焦到感光材料150上的聚焦光學(xué)系 統(tǒng)51，被設(shè)置在DMD50的光反射側(cè)上。聚焦光學(xué)系統(tǒng)51示意性地在圖4中 示出，而如圖5所示，聚焦光學(xué)系統(tǒng)51包括由透鏡系統(tǒng)52和54構(gòu)成的第 一聚焦光學(xué)系統(tǒng)；由透鏡系統(tǒng)57和58構(gòu)成的第二聚焦光學(xué)系統(tǒng)；微透鏡陣 列55;以及孔陣列59。微透鏡陣列55和孔陣列59設(shè)置在第一聚焦光學(xué)系統(tǒng) 和第二聚焦光學(xué)系統(tǒng)之間。
微透鏡陣列55由大量的微透鏡55a構(gòu)成，所述微透鏡55a對應(yīng)于 DMD50的每個(gè)像素兩維地設(shè)置。在本實(shí)施例中，僅僅驅(qū)動DMD50的微透 鏡1024x768列之中的1024x256列，正如將在下文中進(jìn)行描述的。因此，與 這里相對應(yīng)地設(shè)置1024x256列微透鏡55a。微透鏡55a的設(shè)置節(jié)距在垂直和 水平方向上都是41ixm。例如，微透鏡55a由光學(xué)玻璃BK7制成，并具有 0.19mm的焦距和0.11的數(shù)值孔徑(NA)。注意到微透鏡55a的形狀將在下 文中進(jìn)行詳細(xì)描述。每個(gè)激光束B在每個(gè)微透鏡55a的位置上的束直徑是41 P m。
孔陣列59具有對應(yīng)于微透鏡陣列55的微透鏡55a、通過其形成的大量 孔59a。在本實(shí)施例中，孔59a的直徑是10y m。
第一聚焦光學(xué)系統(tǒng)將從DMD50傳播到這里的圖像放大3倍，并將圖像 聚焦到微透鏡陣列55上。第二聚焦光學(xué)系統(tǒng)將已經(jīng)通過微透鏡陣列55的圖 像放大1.6倍，并將圖像聚焦到感光材料150上。相應(yīng)地，來自DMD50的圖 像被放大4.8倍，并被投影到感光材料150上。
注意到，在本實(shí)施例中，棱鏡對73被設(shè)置在第二聚焦光學(xué)系統(tǒng)和感光 材料150之間。將圖像聚焦到感光材料150上是可通過在圖5中的垂直方向 上移動棱鏡對73調(diào)整的。注意到在圖5中，感光材料150被沿著箭頭F的方
向傳送，以進(jìn)行副掃描。
DMD50是具有以矩陣形式設(shè)置在靜態(tài)存儲器(SRAM)單元60 (存 儲單元)上的大量的(例如1024x768)微反射鏡62的反射鏡裝置，其中每 個(gè)微反射鏡構(gòu)成像素。由支柱支撐的微反射鏡62被設(shè)置在每個(gè)像素的最上 部分上，并且具有高反射率的材料(例如鋁)通過氣相沉積被沉積在微反 射鏡62的表面上。注意到微反射鏡62的反射率為90%或更大，且微反射鏡 的設(shè)置節(jié)距在垂直和水平方向上都是13.7um。另外，硅柵極的互補(bǔ)金屬 氧化物半導(dǎo)體(CMOS) SRAM單元60經(jīng)由包括鉸鏈(hinge)和軛(yoke) 的支柱被設(shè)置在微反射鏡62的下面，所述硅柵極的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體 (CMOS) SRAM單元在普通的半導(dǎo)體存儲生產(chǎn)線上制造。DMD50是單片 電路結(jié)構(gòu)。
當(dāng)數(shù)字信號被寫入DMD50的SRAM單元60中時(shí)，由支柱支撐的微反 射鏡62相對于DMD50設(shè)置在其上的襯底以對角線作為旋轉(zhuǎn)中心在土 a度
(例如士12度)范圍內(nèi)傾斜。圖7八示出在接通狀態(tài)下微反射鏡62被傾斜+ a度的狀態(tài)，而圖7B示出在斷開狀態(tài)下微反射鏡62被傾斜-ct度的狀態(tài)。 相應(yīng)地，入射到DMD50上的激光束通過根據(jù)圖像信號控制對應(yīng)于DMD50的像 素的每個(gè)微反射鏡62的傾斜，朝向每個(gè)微反射鏡62的傾斜方向被反射，如 圖6所示。
注意到圖6示出DMD50的放大部分，其中微反射鏡62被控制成以+a度 和以-a度傾斜。每個(gè)微反射鏡62的接通/斷開操作通過與DMD50相連的控 制器302實(shí)現(xiàn)。另外，光吸收材料(未示出)被設(shè)置在由處于斷開狀態(tài)的 微反射鏡62反射的激光束B被反射所朝向的方向。本實(shí)施例中的微反射鏡 62在其反射表面上具有畸變，然而，在圖6、 7A和7B中，省略了該畸變。
優(yōu)選地設(shè)置DMD50以使得其短邊相對于副掃描方向以很小的預(yù)定角度 (例如O. 1°至5° )傾斜。圖8A示出在DMD50不傾斜的情況下每個(gè)微反射 鏡的經(jīng)過反射的光的圖像53 (曝光束)的掃描軌道，而圖8B示出在DMD50 傾斜的情況下曝光束53的掃描軌道。
沿長度方向?qū)R的大量(例如756)列和大量(例如1024)行的微反 射鏡被沿著DMD50的橫向設(shè)置。如圖8B所示，通過傾斜DMD50，曝光束53 的掃描軌道(掃描線)的節(jié)距P2變得比在DMD50沒有傾斜的情況下的掃描 線的節(jié)距P,窄。因此，可以極大地提高圖像的分辨率。同時(shí)，因?yàn)镈MD的 傾斜角很小，所以在DMD50被傾斜的情況下的掃描寬度W2和在DMD50未被傾 斜的情況下的掃描寬度W,大致相同。
另外，相同的掃描線由不同的微反射鏡列反復(fù)曝光(多次曝光)。通 過以這樣的方式進(jìn)行多次曝光，能夠相對于對齊標(biāo)記精細(xì)地控制曝光位 置，并能夠?qū)崿F(xiàn)高清晰的曝光。在多個(gè)曝光頭之間的沿著主掃描方向?qū)R 的接合處可以通過精細(xì)地控制曝光位置表現(xiàn)為幾乎是無接縫的。
注意到，微反射鏡列可以通過在垂直于副掃描方向的方向上移動預(yù)定 的間隔以形成交錯(cuò)的結(jié)構(gòu)，替代傾斜DMD50，以獲得同樣的效果。
如圖9A所示，光纖陣列光源66裝備有多個(gè)(例如14個(gè))激光模塊64。 多模光纖的一端與每個(gè)激光模塊64相連。具有與多模光纖30相同芯直徑以 及比多模光纖30的包層直徑小的包層直徑的光纖31與每個(gè)多模光纖30的 另一端相連。如圖9B詳細(xì)地示出，設(shè)置光纖31，以使得與它們連接多模光
纖的一端相反的光纖30的七個(gè)端沿著與副掃描方向垂直的主掃描方向?qū)?齊。這七根光纖31中的兩行構(gòu)成激光發(fā)射部68。
如圖9B所示，由光纖31的端面構(gòu)成的激光發(fā)射部68，被夾在兩個(gè)具有 平坦表面的支撐板65之間固定。需要將透明的保護(hù)板(例如由玻璃制成的) 放在光纖31的光發(fā)射端表面上。光纖31的光發(fā)射端表面由于其高光學(xué)密度 可能收集灰塵并因此可能惡化。然而，通過放置上述保護(hù)板，可以防止灰 塵附著在端面上，而可以減緩惡化。
在本實(shí)施例中，具有小的包層直徑和大約l一30cm長的光纖31與具有 大的包層直徑的多模光纖30的光發(fā)射端進(jìn)行同軸連接，如圖10所示。每對 光纖30和31通過將多模光纖30的光發(fā)射端表面與光纖31的光入射端表面 相熔合而連接起來，使得其芯軸相匹配。如上所述，光纖31的芯31a直徑 與多模光纖30的芯30a直徑相同。
階躍折射率型光纖(step index type叩tical fiber)、漸變折射率型光纖 (graded index type optical fiber)或組合型光纖可以被用作多模光纖30和
型光纖。在本實(shí)施例中，多模光纖30和光纖31是階躍折射率型光纖。多模 光纖30具有125ixm的包層直徑、50um的芯直徑和0.2的數(shù)值孔徑(NA)。 光纖30具有60nm的包層直徑、50um的芯直徑和0.2的數(shù)值孔徑。在多模 光纖30的光入射端表面的涂層的透射率是99.5%或更高。
光纖31的包層直徑并不限于60um。許多用于普通的光纖光源的包層 直徑是125iim。然而，焦深隨著包層直徑的減小而增大。因此，多模光 纖的包層優(yōu)選為80um或更小，更優(yōu)選地為60um或更小。同時(shí)，在單模 光纖的情況下，芯直徑需要為至少3至4um。因此，光纖31的包層直徑優(yōu) 選為10um或更大。從耦合效率的角度，優(yōu)選地，多模光纖30的芯直徑和 光纖31的芯直徑相匹配。
每個(gè)激光模塊64由多路復(fù)用激光光源(光纖光源)構(gòu)成，如圖11所示。 多路復(fù)用激光光源包括熱塊10;多個(gè)(例如7個(gè))GaN型半導(dǎo)體激光器 芯片LD1、 LD2、 LD3、 LD4、 LD5、 LD6禾口LD7，在熱塊10上對齊并固定； 準(zhǔn)直透鏡1K 12、 13、 14、 15、 16和17,對應(yīng)于每個(gè)GaN型半導(dǎo)體激光器 芯片LD1到LD7設(shè)置；單個(gè)會聚透鏡20;以及單根多模光纖30。 GaN型半 導(dǎo)體激光器芯片可以是橫向多模激光器芯片或單模激光器芯片。注意到半 導(dǎo)體激光器的數(shù)量不限于7，且可以采用任意數(shù)量的半導(dǎo)體激光器。另外，
其中集成有準(zhǔn)直透鏡11到17的準(zhǔn)直透鏡陣列可以替代準(zhǔn)直透鏡11到17使 用。
所有的GaN型半導(dǎo)體激光器LDl到LD7具有相同的振蕩波長(例如 405nm)，以及相同的最大輸出(在多模激光器情況下大約100mW，而在 單模激光器情況下大約50mW)。注意到GaN半導(dǎo)體可以具有在350nm到 450nm波長范圍內(nèi)除405nm以外的任何振蕩波長。
如圖12和13所示，多路復(fù)用激光光源與其他光學(xué)部件一起被安放在具 有開放的頂部的盒狀封裝40中。封裝40裝備有制作用于密封開放的頂部的 封裝蓋41。封裝40被除去空氣引入密封氣體且封裝蓋41置于封裝上。由此， 多路復(fù)用激光光源被密封到包裝40的封閉空間(密封空間)內(nèi)。
基板42被固定在封裝40的底表面上。熱塊IO、用于保持會聚透鏡20 的會聚透鏡保持架45以及用于保持多模光纖30的光入射端的光纖保持架 46被安裝在基板上。多模光纖30的光發(fā)射端通過在封裝40的壁上形成的開 口被抽出到封裝40的外部。
準(zhǔn)直透鏡保持架44被安裝在熱塊10的側(cè)表面上，并由此保持準(zhǔn)直透鏡 11到17。在封裝40的側(cè)壁上形成開口，且用于為GaN型半導(dǎo)體激光器LDl 到LD7提供驅(qū)動電流的導(dǎo)線47朝向封裝40的外部通過其被抽出。
注意到在圖13中，為了避免附圖的復(fù)雜，僅僅GaN型半導(dǎo)體激光器 LD7和準(zhǔn)直透鏡17標(biāo)有附圖標(biāo)記。
圖14是準(zhǔn)直透鏡11到17的安裝部分的正視圖。每個(gè)準(zhǔn)直透鏡11至17 形成細(xì)長的形狀，所述形狀通過切去包括具有非球面表面的圓透鏡的光軸 的區(qū)域而獲得。例如，該細(xì)長的準(zhǔn)直透鏡可以通過注塑(或模制)樹脂或 光學(xué)玻璃形成。密集地設(shè)置準(zhǔn)直透鏡11到17，以使得其長度方向垂直于 GaN型半導(dǎo)體激光器LDl到LD7的光發(fā)射點(diǎn)的配置方向(圖14中的水平方 向)。
GaN型半導(dǎo)體激光器LDl到LD7包括具有2um的光發(fā)射寬度的激活 層。在與激活層平行和垂直的方向上分別具有10度和30度的擴(kuò)散角(spread angle)的激光束Bl到B7從GaN型半導(dǎo)體激光器中發(fā)出。設(shè)置GaN型半導(dǎo)
體激光器，以使得其光發(fā)射點(diǎn)在平行于其激活層的方向上對齊。
相應(yīng)地，激光束B1到B7從每個(gè)光發(fā)射點(diǎn)發(fā)出，使得它們以其束擴(kuò)散 角增大的方向匹配于準(zhǔn)直透鏡11到17的長度方向而其束擴(kuò)散角減小的方 向匹配于準(zhǔn)直透鏡11到17的寬度方向的狀態(tài)進(jìn)入準(zhǔn)直透鏡11到17。每個(gè)準(zhǔn) 直透鏡ll到17的寬度和長度分別是l.lmm和4.6mm。激光束B1到B7的光束 直徑在水平方向上和垂直方向上分別是0.9mm和2.6mm。準(zhǔn)直透鏡11到17 具有3mm的焦距&、 0.6的數(shù)值孔徑(NA)并以1.25mm的節(jié)距設(shè)置。
會聚透鏡20通過以平行平面切去包括具有非球面表面的圓形透鏡的 光軸的細(xì)長的區(qū)域而獲得。制成會聚透鏡20以使得其在準(zhǔn)直透鏡11到17的 配置方向(即水平方向)上長而在垂直于配置方向的方向上短。會聚透鏡 20具有23mm的焦距f2和0.2的數(shù)值孔徑。會聚透鏡20也可以通過例如注塑 樹脂或光學(xué)玻璃制成。
接著，將參照圖15對本實(shí)施例的圖像曝光設(shè)備的電子構(gòu)造進(jìn)行描述。 如圖15所示，總控制部300與調(diào)制電路301相連，所述調(diào)制電路301依次與 用于控制DMD 50的控制器302相連?？偪刂撇?00也與用于驅(qū)動激光模塊 64的驅(qū)動電路303相連。進(jìn)而，總控制部300與用于驅(qū)動臺152的臺驅(qū)動設(shè) 備304相連。 [圖像曝光設(shè)備的操作]
接著將對圖像曝光設(shè)備的操作進(jìn)行描述。激光束B 1到B7由每個(gè)GaN 型半導(dǎo)體激光器LD1到LD7發(fā)出(參見圖ll)，所述GaN型半導(dǎo)體激光器 LD1到LD7以擴(kuò)散狀態(tài)(inadifftisestate)構(gòu)成光纖陣列光源66的多路復(fù) 用激光器光源。激光束B1到B7從準(zhǔn)直透鏡11到17之間由與之對應(yīng)的準(zhǔn)直 透鏡進(jìn)行準(zhǔn)直。經(jīng)過準(zhǔn)直的激光束B1到B7由會聚透鏡20會聚，并被聚合 到多模光纖30的芯30a的光入射表面上。
在本實(shí)施例中，準(zhǔn)直透鏡11到17和會聚透鏡20構(gòu)成會聚光學(xué)系統(tǒng)，且 所述會聚光學(xué)系統(tǒng)和多模光纖30構(gòu)成多路復(fù)用光學(xué)系統(tǒng)。g卩，己經(jīng)被會聚 透鏡20會聚的激光束Bl到B7進(jìn)入多模光纖30的芯30a，被多路復(fù)用為單個(gè) 激光束B，并從與多模光纖30的光發(fā)射端相連的光纖31發(fā)出。
激光束B1到B7相對于多模光纖30的耦合效率是每個(gè)激光模塊0.9。在 每個(gè)GaN型半導(dǎo)體激光器LDl到LD7的輸出是50mW的情況下，具有 315mW (50mWx0.9x7)的輸出的多路復(fù)用的激光束B可以從設(shè)置在陣列 中的每根光纖31獲得。相應(yīng)地，具有4.4W (0.315Wxl4)的輸出的激光束 B可以從14根被組合的光纖31中獲得。
在圖像曝光過程中，對應(yīng)于曝光圖案的圖像數(shù)據(jù)被從調(diào)制電路301輸 入到DMD 50的控制器302中。圖像數(shù)據(jù)被臨時(shí)存儲在控制器302的幀存儲 器(framememoiy)中。圖像數(shù)據(jù)表示構(gòu)成作為二進(jìn)制數(shù)據(jù)的圖像的每個(gè) 像素的密度(被記錄的點(diǎn)/不被記錄的點(diǎn))。
臺152通過如圖5所示的臺驅(qū)動設(shè)備304沿著導(dǎo)軌158從門160的上游側(cè) 傳送到下游側(cè)。感光材料150通過真空吸附固定在所述臺152的表面上。當(dāng) 臺152在門160下通過時(shí)，感光材料的前邊緣由安裝到門160上的傳感器164 檢測。然后，記錄在幀存儲器中的圖像數(shù)據(jù)被順序(sequentially) —次讀 出多條線。控制信號通過信號處理部針對每個(gè)曝光頭166，基于被讀出的 圖像數(shù)據(jù)生成。此后，反射鏡驅(qū)動控制部基于所生成的控制信號，控制每 個(gè)曝光頭的DMD 50的每個(gè)微反射鏡的接通/斷開狀態(tài)。注意到在本實(shí)施 例中，對應(yīng)于單個(gè)像素的每個(gè)徼反射鏡的尺寸是14 y m x 14 u m。
當(dāng)激光束B從光纖陣列光源66照射到DMD50上時(shí)，在接通狀態(tài)下由微 反射鏡反射的激光束被透鏡系統(tǒng)54和58聚焦到感光材料150上。從光纖陣 列光源66發(fā)出的激光束針對每個(gè)像素被轉(zhuǎn)換成接通/斷開，而感光材料 150以這樣的方式以與DMD50的像素?cái)?shù)量大致相等的像素單元(曝光區(qū)段 168)進(jìn)行曝光。感光材料150與臺152以恒定速度傳送。副掃描由掃描器 162在與臺移動方向相反的方向上進(jìn)行，且?guī)罱?jīng)過曝光的區(qū)域170由每個(gè) 曝光頭166在感光材料150上形成。
注意到在本實(shí)施例中，768列其中具有1024個(gè)微反射鏡的微反射鏡行 沿副掃描方向設(shè)置在每個(gè)DMD50上，如圖16A和16B所示。然而，僅僅一 部分微反射鏡列(例如256列1024微反射鏡)由控制器302驅(qū)動。
在該情況下，可以采用位于DMD50中心部分上的微反射鏡列，如圖 16A所示。替代地，可以采用位于DMD50的邊緣上的微反射鏡列，如圖 16B所示。另外，在微反射鏡及其他部分上出現(xiàn)缺陷的情況下，要利用的 微反射鏡列可以根據(jù)需要改變。
DMD50的數(shù)據(jù)處理速度受限，且每條線的調(diào)制速度要正比于所采用
的像素?cái)?shù)量確定。因此，調(diào)制速度通過采用僅僅一部分微反射鏡行而增加。 同時(shí)，在采用曝光頭相對于曝光表面連續(xù)移動的曝光方法的情況下，不需 要利用在副掃描方向上的所有像素。
當(dāng)由掃描器162進(jìn)行的感光材料150的副掃描完成且感光材料150的后 邊緣被傳感器162檢測到時(shí)，臺152由臺驅(qū)動設(shè)備304沿著導(dǎo)軌152回到門 160的最上游側(cè)的起始點(diǎn)處。然后，臺152再次以恒定的速度從門160的上 游側(cè)移動到下游側(cè)。 [圖像曝光設(shè)備的光學(xué)系統(tǒng)詳述]
接著將描述用于將激光束B照射到DMD 50上的照射光學(xué)系統(tǒng)，包括: 光纖陣列66、會聚透鏡71、桿狀積分器72、準(zhǔn)直透鏡74、反射鏡69和TIR 棱鏡70，如圖5所示。例如，桿狀積分器72是制作成方形柱的透光桿。激 光束B傳播通過桿狀積分器72的內(nèi)部，而在其中被全反射，且在激光束B 的橫截面內(nèi)的強(qiáng)度分布被均勻化。注意到減反射膜(anti-reflective film) 被涂在桿狀積分器72的光入射表面和光發(fā)射表面上，以增加其透射率。通 過以這樣的方式對激光束B的橫截面內(nèi)的強(qiáng)度分布進(jìn)行均勻化，照射光的 強(qiáng)度的不均勻可以被消除，而高清晰的圖像可以被曝光到感光材料150上。
圖17示出作為DMD50的微反射鏡62轉(zhuǎn)動的中心軸的偏轉(zhuǎn)軸的方向。 在本實(shí)施例中，微反射鏡62的反射表面的對角線之一是偏轉(zhuǎn)軸的方向。該 方向被表示為y方向，而另一條對角線被表示為x方向。即，x方向和y方向 是在垂直于光軸O的平面內(nèi)的兩個(gè)不同的方向，且所述兩個(gè)不同的方向在 本實(shí)施例中是相互垂直的。
圖18A和圖18B是示意性地分別示出在平行于x方向和y方向的平面中 的微反射鏡62的反射表面的高度偏移的圖。在圖18A和圖18B中，圖的水 平軸表示在各個(gè)方向上到反射表面的中心的距離，而垂直軸表示在光軸方 向上的偏移。如圖18A和圖18B所示，微反射鏡62的反射表面是沿x方向?yàn)?凹形而沿y方向?yàn)橥剐蔚那?。即，反射表面是不軸對稱的曲面，且具有 各向異性的畸變。由于所述形狀，微反射鏡62是在x方向上和在y方向上具 有不同的符號的光焦度的非軸對稱結(jié)構(gòu)。
如果經(jīng)過準(zhǔn)直的光被照射到具有上述不同符號的光焦度的徼反射鏡 62上，那么經(jīng)過反射的光在x方向上是會聚的而在y方向上是發(fā)散的。圖19A
和圖19B是示出由前述微反射鏡62反射的光如何通過構(gòu)成第一聚焦系統(tǒng)的 透鏡系統(tǒng)52和54分別在平行于x方向和y方向的平面內(nèi)傳播的圖。
注意到透鏡系統(tǒng)52和54相對于光軸具有軸對稱的光焦度。在圖19A和 圖19B中省略了TIR棱鏡70和微透鏡陣列55。三個(gè)相鄰的微反射鏡62如圖 19A和圖19B所示。由被每個(gè)微反射鏡62的反射的光承載的圖像由彎曲箭 頭表示，而由中心微反射鏡62的中心和邊緣反射的光束由實(shí)線表示。另外， 由三個(gè)微反射鏡62反射的光束的束直徑隨著光束從透鏡系統(tǒng)54傳播到下 游而改變的方式由圖19A和圖19B中的虛線所示的卵形表示。
在如上所述的沿著x方向聚合和沿著y方向發(fā)散的光被相對于光軸具 有軸對稱的光焦度的標(biāo)準(zhǔn)透鏡會聚的情況下，在光束直徑最小的光軸方向 上的位置(束腰位置)在x方向上和y方向上是不同的。g卩，出現(xiàn)像散像差，
這成為獲得高清晰圖像的障礙。
為了防止前述問題，根據(jù)本發(fā)明的圖像曝光設(shè)備的微透鏡陣列55的微 透鏡55a具有與普通的微透鏡不同的形狀。此后，這一點(diǎn)將進(jìn)行詳細(xì)描述。
圖20A和圖20B分別是整個(gè)微透鏡陣列55的正視圖和側(cè)視圖。微透鏡 陣列55的尺寸也在這些圖中示出，單位為mm。在本實(shí)施例中，如參照之 前的圖16所述，256列1024個(gè)DMD50的微反射鏡62被驅(qū)動。微反射鏡陣列 55包括256列水平行，每個(gè)水平行包括1024個(gè)對應(yīng)于微反射鏡62的微透鏡 55a。注意到在圖20A中，微透鏡55a所延伸的水平方向被表示為j，而垂直 方向被表示為k。
為了修正前述微反射鏡62的反射表面的各向異性畸變，每個(gè)微透鏡 55a在x方向和y方向上具有不同的光焦度。SP，每個(gè)微透鏡55a具有相對于 光軸非軸對稱的光焦度。更具體地，在本實(shí)施例中每個(gè)微透鏡55a是在x方 向上光焦度為O而在y方向上光焦度為正值的圓柱透鏡?？紤]微反射鏡62的 反射表面的曲率，確定在y方向上的光焦度值，以使得在x方向上和y方向 上的束腰位置之差(像散差)在激光束通過透鏡系統(tǒng)52和54以及微透鏡55a 以后近似為O。
圖21A是這種微透鏡55a的示例的透視圖。微透鏡55a具有含有x方向 和y方向上的對角線的方形底表面，以及彎曲的上表面。如圖21B所示，微 透鏡55a具有平行于通過光軸的x方向的矩形橫截面。如圖21C所示，微透
鏡55a具有凸起形的橫截面，所述凸起形的橫截面具有直線形的底部和弓 形的頂部，平行于y方向，且通過光軸。
由微反射鏡62的反射表面上的畸變造成的像差由微透鏡55a修正的方 式將進(jìn)行更詳細(xì)地描述。圖22A和22B是示出由微反射鏡62反射的光在通 過光軸并分別平行于x方向和y方向的橫截面內(nèi)被修正的方式的示意圖。微 透鏡陣列55被設(shè)置在聚焦位置附近，微反射鏡62的圖像由第一聚焦光學(xué)系
統(tǒng)聚焦在所述聚焦位置上。
注意到TIR棱鏡70在圖22A和22B中被省略。三個(gè)相鄰的微反射鏡如圖 22A和22B所示，而由中心的微反射鏡62的中心和邊緣反射的光束由實(shí)線 表示。另外，由三個(gè)微反射鏡62反射的光束的束直徑隨著光束從透鏡系統(tǒng) 54傳播到下游而改變的方式由虛線所示的卵形表示。
如圖22A所示，由在x方向上為凹形的微反射鏡62反射的光成為會聚 光，并在通過透鏡系統(tǒng)52和54之后進(jìn)入微透鏡55a。如前所述，在x方向上 的微透鏡55a的光焦度為0。因此，進(jìn)入微透鏡55a的光在不改變其相對于x 方向上的光軸的角度的條件下傳播，而其束直徑在其束腰位置上最小。
同時(shí)，如圖22B所示，由在y方向上為凸形的微反射鏡反射的光成為 發(fā)散光，并在通過透鏡系統(tǒng)52和54之后進(jìn)入微透鏡55a中。如前所述，微 透鏡55a在y方向上具有正光焦度。因此，進(jìn)入微透鏡55a的光在y方向上會 聚，而其束直徑在與x方向上的前述束腰位置相同的位置上最小。
如上所述，微透鏡55a配置成在x方向和y方向上具有不同的光焦度， 對應(yīng)于微反射鏡的反射表面的各向異性的形狀。由此，可以修正像散像差 并可以防止光束的橫截面形狀成為卵形。相應(yīng)地，在x方向上和y方向上的 束腰位置是匹配的，光束的橫截面形狀可以成形，并且會聚光束可以用于 形成圖像。因此，可以得到高清晰的圖像。
在上述中，已經(jīng)描述了微反射鏡62的反射表面在x方向上成凹形而在y 方向上成凸形的情形。在反射表面在x方向和y方向之一上是平坦的且在另 一個(gè)方向上是凹形或凸形的情況下，也可以修正由微反射鏡62的反射表面 造成的像散像差。接下來，將對這些情況進(jìn)行描述。
首先，將描述包括反射表面在x方向上成凹形而在y方向上是平坦的多 個(gè)微反射鏡262的DMD250被用于形成圖像的情況。為簡潔起見，在x方向
上的微反射鏡262的凹形將與在x方向上的微反射鏡62的凹形相同。
在該情況下，采用包括多個(gè)微透鏡55a'的微透鏡陣列55'。每個(gè)微透鏡 55a，是在x方向上光焦度為0而在y方向上光焦度為小于前述微透鏡55a的的 正值的正值的圓柱透鏡。目卩，微透鏡55a'在y方向上具有大于微透鏡55a的 半徑曲率的半徑的曲率。考慮微反射鏡62的反射表面的曲率，確定在微透 鏡55a，的y方向上的光焦度值，以使得在x方向上和y方向上的束腰位置之差 (像散差)在激光束通過透鏡系統(tǒng)52和54以及微透鏡55a以后近似為0。 由微反射鏡262的反射表面上的畸變造成的像差由微透鏡55a，修正的 方式將參照圖22A和22C進(jìn)行描述。圖22C是示出由微反射鏡262反射的光 在通過光軸并平行于y方向的橫截面內(nèi)被修正的方式的示意圖。圖22C的格 式與圖22A和22B的格式相同。在該情況下，微透鏡陣列255也被設(shè)置在聚 焦位置附近，微反射鏡262的圖像由第一聚焦光學(xué)系統(tǒng)聚焦在所述的聚焦 位置上。
關(guān)于x方向，微透鏡55a'的操作與參照圖22A所述的微透鏡55a的操作 相同。因此，在x方向上的光束直徑在其束腰位置上最小。
同時(shí)，如圖22C所示，由在y方向上為平坦形狀的微反射鏡反射的光 在通過透鏡系統(tǒng)52和54之后作為準(zhǔn)直光進(jìn)入微透鏡55a'中。如前所述，微 透鏡55a'在y方向上具有正光焦度。因此，進(jìn)入微透鏡55a'的光在y方向上 會聚，而其束直徑在與x方向上的前述束腰位置相同的位置上最小。
以這樣的方式，甚至在微反射鏡的反射表面在垂直于光軸的平面內(nèi)的 不同方向上成凹形和平坦形狀，也可以通過采用對應(yīng)于反射表面的形狀的 微透鏡修正像散像差。相應(yīng)地，在上述的情況下也可以獲得同樣的有益效 果。
注意到，在y方向上的微透鏡55a和55a'的橫截面形狀不限于如圖21C 所示的平底凸起，而可以是彎月形。另外，在本實(shí)施例中在微反射鏡的反 射表面為凹形的方向上的微透鏡的光焦度為O。然而，本發(fā)明不限于該構(gòu) 造。只要光在通過微透鏡之后成為會聚的且由微反射鏡造成的像散像差可 以被修正，微透鏡就可以在微反射鏡的反射表面為凹形的方向上具有正或 負(fù)的光焦度。
接下來，將描述微反射鏡的反射表面在x方向上是平坦的而在y方向上是凸形的情況。在該情況下，在x方向上和y方向上都具有正光焦度且x方 向上的光焦度小于y方向上的光焦度的微透鏡替代圓柱微透鏡55a和55a'使 用。配置成具有與在平行于x方向和y方向的方向上含有不同的曲率半徑的 球面透鏡相等的橫截面形狀的透鏡是這種微透鏡的示例。
考慮微反射鏡的反射表面的曲率，確定在微透鏡的x方向和y方向上的 光焦度值，以使得在x方向上和y方向上的束腰位置之差(像散差)在激光 束通過透鏡系統(tǒng)52和54以及微透鏡以后近似為0。
在該情況下，關(guān)于x方向，微透鏡的操作與參照圖22C所述的微透鏡 55a'的操作相同。另外，關(guān)于y方向，微透鏡的操作與參照圖22B所述的微 透鏡55a的操作相同。相應(yīng)地，在x方向上和y方向上的束腰位置可以是匹 配的。
以這樣的方式，甚至在微反射鏡的反射表面在垂直于光軸的平面內(nèi)的 不同方向上成平坦形狀和凸形，也可以通過采用對應(yīng)于反射表面的形狀和 曲率的微透鏡修正像散像差。相應(yīng)地，在上述的情況下也可以獲得同樣的 有益效果。
如上所述，即使微反射鏡的反射表面在x方向和y方向上具有不同的形 狀，也可以通過將微透鏡在x方向和y方向上的光焦度設(shè)成不同的來修正由 微反射鏡造成的像散像差。相應(yīng)地，可以獲得高清晰圖像。
注意到在上述中，微透鏡的曲面形狀是球形的。然而，本發(fā)明并不限 于該構(gòu)造，且可以采用更高階(四次的、六次的等)非球面形狀。
在上述實(shí)施例中，構(gòu)成微透鏡陣列的每個(gè)微透鏡是折射透鏡。可以通 過梯度折射率透鏡替代折射透鏡獲得相似的有益效果。圖23A和圖23B將 作為這種梯度折射率透鏡的示例的微透鏡155a示出，其中圖23A是正視圖， 而圖23B是側(cè)視圖。如圖23A和圖23B所示，微透鏡155a是平行板形狀。注 意到圖23 A中的x和y方向是如前所述的x和y方向。
圖24A和圖24B分別示意性地示出當(dāng)激光束B在平行于x方向禾By方向 的橫截面上通過微透鏡155a時(shí)激光束B的狀態(tài)。微透鏡155a在x方向上具有 均勻的折射率分布，在y方向上具有從光軸O朝向外部逐漸增加的折射率分 布。在如圖24B所示的微透鏡155a內(nèi)的虛線表示折射率在距離光軸0的預(yù) 定的節(jié)距上改變所在的位置。
如圖24A和圖24B所示，如果比較平行于x方向和平行于y方向的橫截 面，那么進(jìn)入微透鏡155a的準(zhǔn)直光作為在平行于x方向的橫截面上的準(zhǔn)直 光射出，而進(jìn)入微透鏡155a的光作為在平行于y方向的橫截面上的會聚光 射出。通過由梯度折射率透鏡構(gòu)成的微透鏡陣列可以獲得與通過采用由前 述微透鏡55a和55a'構(gòu)成的微透鏡陣列所獲得的有益效果相同的有益效果。
作為另一個(gè)替代物，在x方向和y方向上都具有折射率分布，同時(shí)x方 向上的折射率的變化率比y方向上小、而x方向上的焦距比y方向上長的微 透鏡255a,可以被采用。圖25A和圖25B分別示意性地示出激光束B由平行 于x方向和y方向的橫截面上的微透鏡255a的會聚狀態(tài)。微透鏡255a具有從 光軸O朝向外部逐漸增加的折射率分布。在如圖25A和圖25B所示的微透鏡 255a內(nèi)的虛線表示折射率在距離光軸0的預(yù)定的節(jié)距上改變所在的位置。
如圖25A和圖25B所示，如果比較平行于x方向和平行于y方向的橫截 面，那么在微透鏡255a的y方向上的折射率的變化率更大，而焦距更短。 通過由梯度折射率透鏡255a構(gòu)成的微透鏡陣列可以獲得與通過采用由前 述在x方向上和y方向上都具有正光焦度而在x方向上的光焦度更小的微透 鏡構(gòu)成的微透鏡陣列所獲得的有益效果相同的有益效果。
進(jìn)而，衍射透鏡可以替代前述折射透鏡和梯度折射率透鏡使用。圖 26A和圖26B示出作為這種衍射透鏡的示例的微透鏡355a。圖26A和26B分 別是微透鏡355a的正視圖和側(cè)視圖。如圖26A和圖26B所示，微透鏡355a 是平行板形狀。注意到圖26A的x和y方向如前所述。如圖26A示意性所示， 微透鏡355a具有在其中以預(yù)定的節(jié)距形成的衍射光柵。微透鏡355a在x方 向上光焦度為0，且在y方向上光焦度為正。通過由衍射透鏡355a構(gòu)成的微 透鏡陣列可以獲得與通過采用由前述微透鏡55a或微透鏡55a'構(gòu)成的微透
鏡陣列所獲得的有益效果相同的有益效果。
另外，如圖27A和27B所示的衍射透鏡455a可以替代前述在x方向上和 y方向上都具有正光焦度而在x方向上的光焦度小于在y方向上的光焦度的 透鏡使用。圖27A和27B分別是衍射透鏡455a的正視圖和側(cè)視圖。如圖27A 和27B所示，衍射透鏡455a是平行板形狀。注意到圖27A中的x和y方向如 前所述。如圖27A示意性所示，微透鏡455a的衍射光柵在y方向上具有比x 方向上更大的節(jié)距，且在x方向上的光焦度配置成小于在y方向上的光焦
度。通過由衍射透鏡455a構(gòu)成的微透鏡陣列可以獲得與通過采用由前述在
x方向上和y方向上都具有正光焦度而在x方向上的光焦度小于在x方向上
的光焦度的微透鏡構(gòu)成的微透鏡陣列所獲得的有益效果相同的有益效果。
進(jìn)而，折射透鏡、梯度折射率透鏡和衍射透鏡中的至少兩種的組合可 以替代前述微透鏡使用。菲涅耳透鏡是折射透鏡和衍射透鏡的組合的示 例。作為另一個(gè)示例，具有折射率分布的球面透鏡是衍射透鏡和梯度折射 率透鏡的組合。在采用該類型的透鏡的情況下，表面形狀和折射率分布都 修正由于微反射鏡的反射表面的畸變造成的像差。
在此，將參照圖22A對分離的會聚位置進(jìn)行描述。由每個(gè)微反射鏡62 反射的光束散布開并在微透鏡55a的上游交迭，如圖22A中的虛線表示的交 迭的卵形所示。相反，由相鄰的微反射鏡62反射的光束在微透鏡55a的下 游作為分離的光束會聚，如圖22A中的虛線表示的分離的卵形所示。在圖 22B中，由每個(gè)微反射鏡62反射的光束也在微透鏡55a的下游作為分離的光 束會聚。
艮P，微透鏡55a的下游的預(yù)定范圍包括分離的會聚位置，在所述位置 上，由每個(gè)微反射鏡62反射的光束作為分離的光束被透鏡系統(tǒng)52、 54以及 微透鏡55a會聚。
在本實(shí)施例中，孔陣列59被設(shè)置在該范圍內(nèi)的分離的會聚位置上。配 置孔陣列59，使得其每個(gè)孔59a僅僅透射經(jīng)由對應(yīng)的微透鏡55a向這里傳播 的光束。由此，可以防止已經(jīng)被不與孔59a對應(yīng)的相鄰的微透鏡55a會聚的 光束的進(jìn)入和雜散光束的進(jìn)入，由此提高圖像曝光設(shè)備的消光比。另外， 以這樣的方式配置的孔陣列59展現(xiàn)高的光利用效率，并也可以用于形成帶 有孔59a的光束的橫截面形狀。
此后，將描述根據(jù)本發(fā)明的其他的實(shí)施例的圖像曝光設(shè)備。在下列描 述和由此所參照的附圖中，將僅僅描述特征結(jié)構(gòu)和與之前的實(shí)施例之間的 差別。與之前的實(shí)施例的元件相同的元件將以同樣的附圖標(biāo)記表示，并在 不特別需要的情況下省略其描述。
接下來描述根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例的圖像曝光設(shè)備。圖28是根據(jù) 本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例的圖像曝光設(shè)備的曝光頭的示意性剖視圖。圖28的 曝光頭與如圖5所示的根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施例的圖像曝光設(shè)備的曝光
頭不同在于圖28的曝光頭包括了替代聚焦光學(xué)系統(tǒng)51的聚焦光學(xué)系統(tǒng) 51'。由于己經(jīng)省略了包括透鏡系統(tǒng)57和58的第二聚焦光學(xué)系統(tǒng)，聚焦光 學(xué)系統(tǒng)51'不同于聚焦光學(xué)系統(tǒng)51。其他結(jié)構(gòu)與前述實(shí)施例相同，并因此 將省略其詳細(xì)的描述。
艮P，在第二個(gè)實(shí)施例中，由微透鏡陣列55會聚的光束直接曝光感光材 料150。第二個(gè)實(shí)施例能夠獲得與第一個(gè)實(shí)施例相同的有益效果。
接下來描述根據(jù)本發(fā)明的第三個(gè)實(shí)施例的圖像曝光設(shè)備。圖29是根據(jù) 本發(fā)明的第三個(gè)實(shí)施例的圖像曝光設(shè)備的曝光頭的示意性剖視圖。圖29的 曝光頭與如圖5所示的根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施例的圖像曝光設(shè)備的曝光 頭不同在于圖29的曝光頭在分離的會聚位置上還包括微透鏡陣列56。根據(jù) 本發(fā)明的第三個(gè)實(shí)施例的圖像曝光設(shè)備采用聚焦光學(xué)系統(tǒng)151替代第一個(gè) 實(shí)施例中的聚焦光學(xué)系統(tǒng)。聚焦光學(xué)系統(tǒng)151包括包括透鏡系統(tǒng)52和54 的第一聚焦光學(xué)系統(tǒng)；包括透鏡系統(tǒng)57和58的第二聚焦光學(xué)系統(tǒng)；微透鏡 陣列55;會聚微透鏡陣列56;以及孔陣列159。微透鏡陣列55、會聚微透 鏡陣列56和孔陣列159被設(shè)置在第一和第二聚焦光學(xué)系統(tǒng)之間。其他結(jié)構(gòu) 與前述實(shí)施例相同，并因此將省略其詳細(xì)的描述。
會聚微透鏡陣列56包括獨(dú)立地會聚來自每個(gè)像素部的光束的多個(gè)微 透鏡56a。其像差已經(jīng)被微透鏡陣列55的微透鏡55a修正的光束進(jìn)入微透鏡 56a。另外，與孔陣列59相似，孔陣列159具有對應(yīng)于微透鏡陣列56的微透 鏡56a的、在光屏蔽組件上形成的大量孔159a。設(shè)置孔陣列159，以使得僅 僅通過相應(yīng)的微透鏡56a傳播的光束進(jìn)入每個(gè)孔159a。
第三個(gè)實(shí)施例能夠獲得與第一個(gè)實(shí)施例相同的有益效果。另外，在上 述構(gòu)造中，己經(jīng)被會聚并且其橫截面的形狀已經(jīng)由微透鏡陣列55形成的光 束還被微透鏡陣列56會聚。因此，束光斑尺寸可以被控制到甚至比第一個(gè) 實(shí)施例更小，從而提高了待曝光的圖像的銳度。
接下來描述根據(jù)本發(fā)明的第四個(gè)實(shí)施例的圖像曝光設(shè)備。圖30是根據(jù) 本發(fā)明的第四個(gè)實(shí)施例的圖像曝光設(shè)備的曝光頭的示意性剖視圖。圖30的 曝光頭與如圖29所示的根據(jù)本發(fā)明的第三個(gè)實(shí)施例的圖像曝光設(shè)備的曝 光頭不同在于圖30的曝光頭包括了替代聚焦光學(xué)系統(tǒng)151的聚焦光學(xué)系統(tǒng) 151'。由于已經(jīng)省略了包括透鏡系統(tǒng)57和58的第二聚焦光學(xué)系統(tǒng)，所以聚
焦光學(xué)系統(tǒng)151'不同于聚焦光學(xué)系統(tǒng)151。其他結(jié)構(gòu)與前述實(shí)施例相同， 并因此將省略其詳細(xì)的描述。
艮口，在第四個(gè)實(shí)施例中，由微透鏡陣列55和微透鏡陣列56會聚的光束 直接曝光感光材料150。第四個(gè)實(shí)施例能夠獲得與第三個(gè)實(shí)施例相同的有 益效果。
進(jìn)而，會聚微透鏡陣列56可以被設(shè)置成可沿光束的光軸方向移動。在 該情況下，便于對光束的焦點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整。尤其，因?yàn)闀畚⑼哥R陣列56被 設(shè)置在分離的會聚位置上而不是在聚焦位置上，所以當(dāng)調(diào)整焦點(diǎn)時(shí)光利用 效率的變化可以被抑制到最小值。即，在分離的會聚位置及其附近的光利 用效率的變化小于在聚焦位置及其附近的光利用效率的變化。因此，可以 防止當(dāng)會聚微透鏡陣列56在光軸方向上移動時(shí)光利用效率的劇烈的變化。
接下來描述根據(jù)本發(fā)明的第五個(gè)實(shí)施例的圖像曝光設(shè)備。圖31是根據(jù) 本發(fā)明的第五個(gè)實(shí)施例的圖像曝光設(shè)備的曝光頭的示意性剖視圖。圖31的 曝光頭與如圖5所示的根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施例的圖像曝光設(shè)備的曝光 頭不同在于圖31的曝光頭采用了替代聚焦光學(xué)系統(tǒng)51的聚焦光學(xué)系統(tǒng) 251。根據(jù)第五個(gè)實(shí)施例的圖像曝光設(shè)備的特征是微反射鏡在垂直于光 軸的平面內(nèi)的兩個(gè)方向上具有不同符號的光焦度；微透鏡陣列555被設(shè)置 在分離的會聚位置上；以及微透鏡陣列555的每個(gè)微透鏡555a在垂直于光 軸的平面內(nèi)的兩個(gè)方向上具有不同符號的光焦度，以修正由微反射鏡的光 焦度造成的像差。
根據(jù)本發(fā)明的第五個(gè)實(shí)施例的圖像曝光設(shè)備的微反射鏡62的形狀與 如圖18A和圖18B所示的第一個(gè)實(shí)施例相同。注意到，圖18A和圖18B是分 別示意性地示出在平行于x方向和y方向的平面上的微反射鏡62的反射表 面的高度偏移的圖。另外，x和y方向與如圖17所示的第一個(gè)實(shí)施例中的x 和y方向相同。如圖18A和圖18B所示，微反射鏡62的反射表面是在x方向 上成凹形而在y方向上成凸形的曲面。即，反射表面是非軸對稱的曲面且 具有各向異性的畸變。由于該形狀，微反射鏡62是在x方向上和y方向上具 有不同符號的光焦度的非軸對稱結(jié)構(gòu)。
如果準(zhǔn)直光被照射到具有如上所述的不同符號的光焦度的微反射鏡 62，那么反射光將在x方向上會聚而在y方向上發(fā)散，如之前參照圖19A和
圖19B所述。
在上述在x方向上會聚并在y方向上發(fā)散的光由相對于光軸具有軸對 稱的光焦度的標(biāo)準(zhǔn)透鏡會聚的情況下，在束直徑最小的光軸方向上的位置 (束腰位置)與x方向和y方向上不同。即，出現(xiàn)像散像差，這成為獲得高 清晰圖像的障礙。
為了防止前述問題，根據(jù)本實(shí)施例的圖像曝光設(shè)備的微透鏡陣列555 的微透鏡555a具有與普通的微透鏡不同的形狀。此后，將對這一點(diǎn)進(jìn)行詳 細(xì)描述。
微透鏡陣列555的結(jié)構(gòu)作為整體與如圖20A和圖20B所示的第一個(gè)實(shí) 施例相同，并因此將省略其詳細(xì)描述。
為了修正前述微反射鏡62的反射表面的各向異性的畸變，每個(gè)微透鏡 555a在x方向上和y方向上具有不同的光焦度。即，每個(gè)微透鏡555a具有相 對于光軸非軸對稱的光焦度。更具體地，類似于參照圖21A、 21B和21C所 述的第一個(gè)實(shí)施例的圓柱透鏡，第五個(gè)實(shí)施例的每個(gè)微透鏡555a是具有在 x方向上光焦度為O而在y方向上光焦度為正值的圓柱透鏡?？紤]微反射鏡 62的反射表面的曲面，確定在y方向上的光焦度值，使得在x方向上和y方 向上的束腰位置之差(像散差)在激光束通過透鏡系統(tǒng)52和54以及微透鏡 555a之后近似為0。
由微反射鏡62的反射表面上的畸變造成的像差由微透鏡555a修正的 方式將進(jìn)行詳細(xì)描述。圖32A和32B是分別示出由微反射鏡62反射的光在 通過光軸并平行于x方向和y方向的橫截面內(nèi)被修正的方式的示意圖。
注意到在圖32A和32B中省略了TIR棱鏡70。三個(gè)相鄰的微反射鏡62 如圖32A和32B所示，且由中心微反射鏡62的中心和邊緣反射的光束由實(shí) 線表示。另外，由三個(gè)微反射鏡62反射的光束的束直徑隨著光束從透鏡系 統(tǒng)54傳播到下游而改變的方式由虛線所示的卵形表示。
在此，通過將圖19A和19B同圖32A和32B進(jìn)行對比，第五個(gè)實(shí)施例的 微透鏡555a的修正效果清楚地展現(xiàn)。在圖19B中，光束在微反射鏡62的聚 焦位置的下游在y方向上散布開并交迭，如由虛線表示的交迭卵形所示。 相反，光束在微反射鏡62的聚焦位置的下游作為分離的光束被會聚，如圖 19B中的虛線所表示的分離的卵形所示。如圖32B所示，微透鏡陣列555被
設(shè)置在分離的會聚位置上。
如圖32A所示，由具有凹形的微反射鏡62反射的光成為會聚光，并在 通過透鏡系統(tǒng)52和54之后進(jìn)入微透鏡555a。如前所述，在x方向上的微透 鏡555a的光焦度為0。因此，進(jìn)入微透鏡555a的光在不改變其相對于x方向 上的光軸的角度的條件下傳播，而其束直徑在其束腰位置上最小。
同時(shí)，如圖32B所示，由在y方向上為凸形的微反射鏡反射的光成為 發(fā)散光，并在通過透鏡系統(tǒng)52和54之后進(jìn)入微透鏡555a中。如前所述，微 透鏡555a在y方向上具有正光焦度。因此，進(jìn)入微透鏡555a的光在y方向上 會聚，而其束直徑在與x方向上的前述束腰位置相同的位置上最小。
如上所述，微透鏡555a配置成在x方向和y方向上具有不同的光焦度， 對應(yīng)于微反射鏡的反射表面的各向異性的形狀。由此，即使微反射鏡62的 反射表面在垂直于光軸的平面內(nèi)的兩個(gè)方向上具有不同符號的光焦度，也 可以修正像散像差并可以防止光束的橫截面形狀成為卵形。相應(yīng)地，在x 方向上和y方向上的束腰位置是匹配的，光束的橫截面形狀可以成形，并 且會聚光束可以用于形成圖像。因此，可以得到高清晰的圖像。
注意到，在y方向上的微透鏡555a的橫截面形狀不限于如圖21C所示的
平底凸起，而可以是彎月形。另外，在本實(shí)施例中在微反射鏡的反射表面 為凹形的方向上的微透鏡的光焦度為O。然而，本發(fā)明不限于該構(gòu)造。只 要光在通過微透鏡之后成為會聚的且由微反射鏡造成的像散像差可以被 修正，微透鏡就可以在微反射鏡的反射表面為凹形的方向上具有正或負(fù)的 光焦度。另外，在上述中，微透鏡的曲面形狀是球形的。然而，本發(fā)明并 不限于該構(gòu)造，且可以采用更高階(四次的、六次的等)非球面形狀。
第五個(gè)實(shí)施例的微透鏡陣列555的微透鏡555a被描述為折射透鏡。替 代地，可以采用如圖23A、 23B、 24A和24B所示的梯度折射率透鏡；如圖 26A和26B所示的衍射透鏡；或者組合透鏡，以獲得與由前述微透鏡555a 獲得的有益效果相同的有益效果。
在此，在微透鏡陣列被設(shè)置在分離的會聚位置上的情況下，可以防止 圖像設(shè)備的光利用效率和消光比的下降所采用的方式將參照圖33A、 33B、 34A和34B進(jìn)行描述。
由圖33A中的附圖標(biāo)記110表示的圓形區(qū)域是已經(jīng)由微反射鏡反射并
已經(jīng)通過包括透鏡系統(tǒng)52和54的第一光學(xué)系統(tǒng)的束光斑。由圖33B中的附 圖標(biāo)記101表示的矩形區(qū)域示出微透鏡陣列101，在所述微透鏡陣列101上， 設(shè)置多個(gè)微透鏡102。
微透鏡102和微透鏡陣列101與前述的微透鏡555a和微透鏡陣列555相 當(dāng)。微透鏡陣列101被設(shè)置在分離的會聚位置上。
前述束光斑與像素部的圖像不同，這是由于所述束光斑是小尺寸(會 聚尺寸)的束光點(diǎn)。在這些束光斑和微透鏡陣列101的微透鏡102之間的關(guān) 系如圖34A和34B所示。gp，即使空間光調(diào)制元件和會聚微透鏡陣列如圖 34B所示稍作移動，或是在如圖34A所示的束光斑和微透鏡102是同心的情 況下，也能防止光束的交疊和光束進(jìn)入與其希望進(jìn)入的微透鏡相鄰的微透 鏡。相應(yīng)地，防止了圖像曝光設(shè)備的光利用效率和消光比的降低。
在第五個(gè)實(shí)施例中，孔陣列59被設(shè)置在分離的會聚位置上。配置孔陣 列59使得僅僅已經(jīng)通過對應(yīng)的微透鏡555a的光進(jìn)入其每個(gè)孔59a。由此， 可以防止己經(jīng)被不與孔59a對應(yīng)的相鄰的微透鏡555a會聚的光束的進(jìn)入和 雜散光束的進(jìn)入，由此提高圖像曝光設(shè)備的消光比。另外，以這樣的方式 配置的孔陣列59展現(xiàn)高的光利用效率，并也可以用于形成帶有孔59a的光 束的橫截面形狀。
接下來描述根據(jù)本發(fā)明的第六個(gè)實(shí)施例的圖像曝光設(shè)備。圖35是根據(jù) 本發(fā)明的第六個(gè)實(shí)施例的圖像曝光設(shè)備的曝光頭的示意性剖視圖。圖35的 曝光頭與如圖31所示的根據(jù)本發(fā)明的第五個(gè)實(shí)施例的圖像曝光設(shè)備的曝 光頭不同在于圖35的曝光頭包括了替代聚焦光學(xué)系統(tǒng)251的聚焦光學(xué)系統(tǒng) 251，。由于已經(jīng)省略了包括透鏡系統(tǒng)57和58的第二聚焦光學(xué)系統(tǒng)，所以聚 焦光學(xué)系統(tǒng)251'不同于聚焦光學(xué)系統(tǒng)251。即在第六個(gè)實(shí)施例中，由微透 鏡陣列555會聚的光束直接曝光到感光材料150上。第六個(gè)實(shí)施例能夠獲得
與第五個(gè)實(shí)施例相同的有益效果。
接下來描述根據(jù)本發(fā)明的第七個(gè)實(shí)施例的圖像曝光設(shè)備。圖36是根據(jù) 本發(fā)明的第七個(gè)實(shí)施例的圖像曝光設(shè)備的曝光頭的示意性剖視圖。圖36的 曝光頭與如圖31所示的根據(jù)本發(fā)明的第五個(gè)實(shí)施例的圖像曝光設(shè)備的曝 光頭不同在于圖36的曝光頭還包括在分離的會聚位置上的微透鏡陣列56。 根據(jù)第七個(gè)實(shí)施例的圖像曝光設(shè)備采用了替代第五個(gè)聚焦光學(xué)系統(tǒng)251的
聚焦光學(xué)系統(tǒng)351。聚焦光學(xué)系統(tǒng)351包括包括透鏡系統(tǒng)52和54的第一聚 焦光學(xué)系統(tǒng)；包括透鏡系統(tǒng)57和58的第二聚焦光學(xué)系統(tǒng)；微透鏡陣列555; 會聚微透鏡陣列56;以及孔陣列159。微透鏡陣列555、會聚微透鏡陣列56 和孔陣列159被設(shè)置在第一和第二聚焦光學(xué)系統(tǒng)之間。其他結(jié)構(gòu)與前述相 同，并因此將省略其詳細(xì)描述。
會聚微透鏡陣列56包括獨(dú)立地會聚來自每個(gè)像素部的光束的多個(gè)微 透鏡56a。其像差已經(jīng)被微透鏡陣列555的微透鏡555a修正的光束進(jìn)入微透 鏡56a。另外，與孔陣列59相似，孔陣列159具有對應(yīng)于微透鏡陣列56的微 透鏡56a的、在光屏蔽組件上形成的大量孔159a。設(shè)置孔陣列159，以使得 僅僅通過相應(yīng)的微透鏡56a傳播的光束進(jìn)入每個(gè)孔159a。
第七個(gè)實(shí)施例能夠獲得與第五個(gè)實(shí)施例相同的有益效果。另外，在上 述構(gòu)造中，已經(jīng)被會聚并且其橫截面的形狀已經(jīng)由微透鏡陣列55形成的光 束還被微透鏡陣列56會聚。因此，束光斑尺寸可以被控制到甚至比第五個(gè) 實(shí)施例中的束光斑尺寸更小，從而提高了待曝光的圖像的銳度。
接下來描述根據(jù)本發(fā)明的第八個(gè)實(shí)施例的圖像曝光設(shè)備。圖37是根據(jù) 本發(fā)明的第八個(gè)實(shí)施例的圖像曝光設(shè)備的曝光頭的示意性剖視圖。圖37的 曝光頭與如圖36所示的根據(jù)本發(fā)明的第七個(gè)實(shí)施例的圖像曝光設(shè)備的曝 光頭不同在于圖37的曝光頭包括了替代聚焦光學(xué)系統(tǒng)351的聚焦光學(xué)系統(tǒng) 351'。由于已經(jīng)省略了包括透鏡系統(tǒng)57和58的第二聚焦光學(xué)系統(tǒng)，所以聚 焦光學(xué)系統(tǒng)351'不同于聚焦光學(xué)系統(tǒng)351。即在第八個(gè)實(shí)施例中，由微透 鏡陣列555和微透鏡陣列56會聚的光束直接曝光到感光材料150上。第八個(gè)
實(shí)施例能夠獲得與第七個(gè)實(shí)施例相同的有益效果。
進(jìn)而，會聚微透鏡陣列56可以被設(shè)置成可沿光束的光軸方向移動。在 該情況下，便于對光束的焦點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整。尤其，因?yàn)闀畚⑼哥R陣列56被 設(shè)置在分離的會聚位置上而不是在聚焦位置上，所以當(dāng)調(diào)整焦點(diǎn)時(shí)光利用 效率的變化可以被抑制到最小值。即，在分離的會聚位置及其附近的光利 用效率的變化小于在聚焦位置及其附近的光利用效率的變化。因此，可以 防止當(dāng)會聚微透鏡陣列56在光軸方向上移動時(shí)光利用效率的劇烈的變化。
接下來描述根據(jù)本發(fā)明的第九個(gè)實(shí)施例的圖像曝光設(shè)備。圖38是根據(jù) 本發(fā)明的第九個(gè)實(shí)施例的圖像曝光設(shè)備的曝光頭的示意性剖視圖。圖38的
曝光頭與如圖5所示的根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施例的圖像曝光設(shè)備的曝光
頭不同在于圖38的曝光頭采用DMD 450和聚焦光學(xué)系統(tǒng)451代替DMD50 和聚焦光學(xué)系統(tǒng)51。根據(jù)第五個(gè)實(shí)施例的圖像曝光設(shè)備的特征是微反射 鏡462在垂直于光軸的平面內(nèi)的兩個(gè)方向上具有相同符號的不同光焦度； 微透鏡陣列655被設(shè)置在分離的會聚位置上；以及微透鏡陣列655的每個(gè)微 透鏡655a在垂直于光軸的平面內(nèi)的兩個(gè)方向上具有不同的光焦度，以修正 由微反射鏡的光焦度造成的像差。
根據(jù)本發(fā)明的第九個(gè)實(shí)施例的圖像曝光設(shè)備的微反射鏡462的形狀如 圖39A和圖39B所示。圖39A和圖39B是分別示意性地示出在平行于x方向 和y方向的平面上的微反射鏡462的反射表面的高度偏移的圖。另外，x和y 方向與如圖17所示的第一個(gè)實(shí)施例中的x和y方向相同。在圖39A和圖39B 中，圖的水平軸表示在各個(gè)方向上到反射表面的中心的距離，而垂直軸表 示在光軸方向上的偏移。如圖39A和圖39B所示，微反射鏡462的反射表面 是在x方向和y方向上都呈凸形的曲面。然而，在x方向上的曲率半徑小于y 方向上的曲率半徑，且反射表面具有各向異性的畸變。由于該形狀，微反 射鏡462是在x方向上和y方向上都具有正的光焦度而在x方向上的光焦度 大于在y方向上的光焦度的非軸對稱結(jié)構(gòu)。
如果準(zhǔn)直光被照射到具有如上所述的不同的光焦度的微反射鏡462 上，那么反射光將在x方向和y方向上都會聚。然而，在x方向和y方向上會 聚的方式不同。
圖40A和圖40B是分別表示由前述微反射鏡462反射的光如何通過構(gòu) 成第一聚焦系統(tǒng)的透鏡系統(tǒng)52和54在平行于x方向和y方向的平面內(nèi)傳播 的圖。
注意到TIR棱鏡70和微透鏡陣歹ij655在圖40A和40B中被省略。三個(gè)相 鄰的微反射鏡462如圖40A和40B所示。由被每個(gè)微反射鏡462反射的光承 載的圖像由彎曲的箭頭表示，而由中心的微反射鏡462的中心和邊緣反射 的光束由實(shí)線表示。另外，由三個(gè)微反射鏡462反射的光束的束直徑隨著 光束從透鏡系統(tǒng)54傳播到下游而改變的方式由圖40A和圖40B中的虛線所 示的卵形表示。
如圖40A和圖40B所示，由微反射鏡462反射的光束在x方向上會聚到比在y方向上更高的高度，而在x方向上的束腰位置比在y方向上的束腰位 置更接近透鏡系統(tǒng)54。在該光束被具有相對于光軸的軸對稱的光焦度的標(biāo) 準(zhǔn)透鏡會聚時(shí)的情況下，束腰位置在x方向上和在y方向上不同。g|3，出現(xiàn) 像散像差，這成為獲得高清晰圖像的障礙。
為了防止前述問題，根據(jù)第九個(gè)實(shí)施例的圖像曝光設(shè)備的微透鏡陣列 655的微透鏡655a是與普通的微透鏡不同的形狀。此后，這一點(diǎn)將更詳細(xì) 地進(jìn)行描述。
微透鏡陣列655的結(jié)構(gòu)作為整體與在圖20A和圖20B所示的第一個(gè)實(shí) 施例的微透鏡陣列655的結(jié)構(gòu)相同，并因此將省略其詳細(xì)的描述。為了修 正由于前述微反射鏡462的反射表面的各向異性的畸變造成的像差，每個(gè) 微透鏡655a在x方向上和y方向上具有不同的光焦度。g卩，每個(gè)微透鏡655a 是具有相對于光軸非軸對稱的光焦度的變形透鏡(anamorphic lens)。圓柱
透鏡和復(fù)曲面透鏡是變形透鏡的示例。
在第九個(gè)實(shí)施例中，類似于如圖21A、 21B和21C所示的第一個(gè)實(shí)施例 的圓柱透鏡，每個(gè)微透鏡655a是在x方向上光焦度為0而在y方向上光焦度 為正值的圓柱透鏡?？紤]微反射鏡62的反射表面的曲率，確定在y方向上 的光焦度值，以使得在x方向上和y方向上的束腰位置之差(像散差)在激 光束通過透鏡系統(tǒng)52和54以及微透鏡655a以后近似為0。
由微反射鏡462的反射表面上的畸變造成的像差由微透鏡655a修正的 方式將進(jìn)行更詳細(xì)地描述。圖41A和41B是示出由微反射鏡462反射的光在 通過光軸并分別平行于x方向和y方向的橫截面內(nèi)被修正的方式的示意圖。
注意到TIR棱鏡70在圖41A和41B中被省略。三個(gè)相鄰的微反射鏡462 如圖41A和41B所示，由被每個(gè)微反射鏡462反射的光承載的圖像由彎曲箭 頭表示，而由中心的微反射鏡462的中心和邊緣反射的光束由實(shí)線表示。 另外，由三個(gè)微反射鏡462反射的光束的束直徑隨著光束從透鏡系統(tǒng)54傳 播到下游而改變的方式由虛線所示的卵形表示。
在圖41A和圖41B中，光束在微反射鏡462的聚焦位置的下游交迭，如 由虛線所示的交迭的卵形表示。相反，光束作為分離的光束在微反射鏡462 的聚焦位置的下游的預(yù)定范圍內(nèi)會聚，如圖41A和圖41B中的虛線表示的 分離的卵形所示。微透鏡陣列655被設(shè)置在預(yù)定范圍內(nèi)的分離的會聚位置 上。
如圖41A所示，由凹形的微反射鏡462反射的光成為會聚光，并在通 過透鏡系統(tǒng)52和54之后進(jìn)入微透鏡655a。如前所述，在x方向上的微透鏡 655a的光焦度為0。因此，進(jìn)入微透鏡655a的光在不改變其相對于x方向上
的光軸的角度的條件下傳播，而其束直徑在其束腰位置上最小。
同時(shí)，如圖41B所示，由在y方向上曲率半徑更大的凹形的微反射鏡 462反射的光成為會聚光，并在通過透鏡系統(tǒng)52和54之后進(jìn)入微透鏡655a 中。然而，由光束相對于光軸形成的角度小于在x方向上由光束相對于光 軸形成的角度。如前所述，微透鏡655a在y方向上具有正的光焦度。因此， 進(jìn)入微透鏡655a的光在y方向上會聚，而其束直徑在與x方向上的前述束腰 位置相同的位置上最小。
如上所述，微透鏡555a配置成在x方向和y方向上具有不同的光焦度。 由此，即使微反射鏡462的反射表面在垂直于光軸的平面內(nèi)的兩個(gè)方向上 具有不同的光焦度，也可以修正像散像差并可以防止光束的橫截面形狀成 為卵形。相應(yīng)地，在x方向上和y方向上的束腰位置是匹配的，光束的橫截 面形狀可以成形，并且會聚光束可以用于形成圖像。因此，可以得到高清 晰的圖像。
在上述實(shí)施例中，描述了微反射鏡462的反射表面在x方向和y方向上 都具有正的光焦度的示例。在微反射鏡在x方向和y方向上具有不同的負(fù)的 光焦度的情況下，能夠通過以類似的方式采用變形透鏡修正像散像差。接 下來將描述該情況。
下面將描述包括具有各向異性的畸變的微反射鏡562的DMD550用于 形成圖像的示例。微反射鏡562在x方向和y方向上都呈凸形，其中曲率半 徑在x方向上比在y方向上大。由于微反射鏡562的形狀，微反射鏡562是在 x方向和y方向上都具有負(fù)的光焦度的非軸對稱形狀，其中在x方向上的光 焦度的絕對值小于在y方向上的光焦度的絕對值。
在該情況下，包括多個(gè)微透鏡755a的微透鏡陣列755替代包括微透鏡 655a的微透鏡陣列655使用。每個(gè)微透鏡755a在x方向和y方向上都具有正 的光焦度，其中在x方向上的光焦度小于在y方向上的光焦度。
圖42A和圖42B是具有上述光焦度的復(fù)曲面透鏡的正視圖和側(cè)視圖。
注意到微透鏡755a的等值線(contourline)如圖42A所示。圖43A和圖43B 示意性地示出當(dāng)準(zhǔn)直光束B分別在平行于x方向和y方向的橫截面上通過微 透鏡755a時(shí)準(zhǔn)直光束B的狀態(tài)。g卩，當(dāng)將平行于x方向的橫截面與平行于y 方向的橫截面進(jìn)行比較時(shí)，微透鏡755a的曲率半徑在y方向上更小，這導(dǎo)
致更短的焦距。
更具體地，考慮微反射鏡562的反射表面的曲率，確定在x和y方向上 的光焦度值以使得在x方向上和y方向上的束腰直徑之差(像散差)在激光 束被微反射鏡562反射并通過透鏡系統(tǒng)52和54以及微透鏡755a之后近似為 0。
由微反射鏡562的反射表面上的畸變造成的像差由微透鏡755a修正的 方式將參照圖44A和圖44B進(jìn)行描述。圖44A和44B是示出由微反射鏡562 反射的光在通過光軸并分別平行于x方向和y方向的橫截面內(nèi)被修正的方 式的示意圖。
注意至JTIR棱鏡70在圖44A和44B中被省略。三個(gè)相鄰的微反射鏡562 如圖44A和44B所示，而由中心的微反射鏡562的中心和邊緣反射的光束由 實(shí)線表示。另外，由三個(gè)微反射鏡562反射的光束的束直徑隨著光束從透 鏡系統(tǒng)54傳播到下游而改變的方式由虛線所示的卵形表示。
在圖44A和圖44B中，微反射鏡562的聚焦位置的下游位置由于其凸形 是分離的會聚位置，如圖44A和圖44B中的虛線表示的分離的卵形示意性 所示。微透鏡陣列755被設(shè)置在分離的會聚位置上。
如圖44A所示，由凸形的微反射鏡562反射的光成為發(fā)散光，并在通 過透鏡系統(tǒng)52和54之后進(jìn)入微透鏡755a。如前所述，在x方向上的微透鏡 655a的光焦度為正。因此，進(jìn)入微透鏡755a的光被會聚，而其束直徑在其 束腰位置上最小。
同時(shí)，如圖44B所示，由為在y方向上曲率半徑更小的凸形的微反射 鏡562反射的光也成為發(fā)散光，并在通過透鏡系統(tǒng)52和54之后進(jìn)入微透鏡 755a中。然而，由光束相對于光軸形成的角度小于在x方向上由光束相對 于光軸形成的角度。如前所述，微透鏡755a在y方向上具有大于在x方向上 的光焦度的正的光焦度。因此，進(jìn)入微透鏡755a的光在y方向上更強(qiáng)烈地 會聚，而其束直徑在與x方向上的前述束腰位置相同的位置上最小。
如上所述，微透鏡755a配置成在x方向和y方向上具有不同幅度的光焦 度。由此，即使微反射鏡562的反射表面在垂直于光軸的平面內(nèi)的兩個(gè)方 向上具有不同的負(fù)的光焦度，也可以修正像散像差并可以防止光束的橫截
面形狀成為卵形。相應(yīng)地，以該構(gòu)造可以獲得與上述構(gòu)造的有益效果相同 的有益效果。
注意到，在上述中，微透鏡655a被描述為僅在y方向上具有光焦度的 圓柱透鏡。然而，本發(fā)明并不限于該構(gòu)造?？梢圆捎迷趚方向和y方向上都 不為O的光焦度的透鏡，其中在x方向上的光焦度小于在y方向上的光焦度。 例如，可以采用如圖42A、 42B、 43A和43B所示的復(fù)曲面透鏡。另外，在
每個(gè)方向上的微透鏡的形狀并不限于球面形狀，并可以是非球面形狀。
第九個(gè)實(shí)施例的微透鏡陣列655和755的微透鏡655a和755a被描述為 折射透鏡?？蛇x地，可以釆用如圖23A、 23B、 24A和24B所示的梯度折射 率透鏡；如圖26A和26B所示的衍射透鏡；或者組合透鏡，以獲得與由前 述微透鏡655a和755a獲得的有益效果相同的有益效果。
注意到，如參照圖33和圖34的第五個(gè)實(shí)施例所述，在另一個(gè)微透鏡陣 列被設(shè)置在分離的會聚位置上的情況下，可以防止圖像曝光設(shè)備的光利用 效率和消光比的降低。
另外，在第九個(gè)實(shí)施例中，孔陣列59以類似于第五個(gè)實(shí)施例中的方式 被設(shè)置在分離的會聚位置上。配置孔陣列59以使得僅僅通過對應(yīng)的微透鏡 655a或755a的光進(jìn)入每個(gè)孔59a。由此，可以防止已經(jīng)被不與孔59a對應(yīng)的 相鄰的微透鏡655a和755a會聚的光束進(jìn)入和雜散光的進(jìn)入，由此提高了圖 像曝光設(shè)備的消光比。另外，以這樣的方式配置的孔陣列59展現(xiàn)高的光利 用效率，并也可以用于形成帶有孔59a的光束的橫截面形狀。
接下來描述根據(jù)本發(fā)明的第十個(gè)實(shí)施例的圖像曝光設(shè)備。圖45是根據(jù) 本發(fā)明的第十個(gè)實(shí)施例的圖像曝光設(shè)備的曝光頭的示意性剖視圖。圖45的 曝光頭與如圖38所示的根據(jù)本發(fā)明的第九個(gè)實(shí)施例的圖像曝光設(shè)備的曝 光頭不同在于圖45的曝光頭包括了替代聚焦光學(xué)系統(tǒng)451的聚焦光學(xué)系統(tǒng) 451'。由于己經(jīng)省略了包括透鏡系統(tǒng)57和58的第二聚焦光學(xué)系統(tǒng)，所以聚 焦光學(xué)系統(tǒng)451，不同于聚焦光學(xué)系統(tǒng)451。即在第十個(gè)實(shí)施例中，由微透 鏡陣列655會聚的光束直接曝光到感光材料150上。第十個(gè)實(shí)施例能夠獲得
與第九個(gè)實(shí)施例相同的有益效果。
接下來描述根據(jù)本發(fā)明的第十一個(gè)實(shí)施例的圖像曝光設(shè)備。圖46是根
據(jù)本發(fā)明的第十一個(gè)實(shí)施例的圖像曝光設(shè)備的曝光頭的示意性剖視圖。圖
46的曝光頭與如圖38所示的根據(jù)本發(fā)明的第九個(gè)實(shí)施例的圖像曝光設(shè)備 的曝光頭不同在于圖46的曝光頭還包括在分離的會聚位置上的微透鏡陣 列56。根據(jù)第十一個(gè)實(shí)施例的圖像曝光設(shè)備采用了替代第九個(gè)聚焦光學(xué)系 統(tǒng)451的聚焦光學(xué)系統(tǒng)551。聚焦光學(xué)系統(tǒng)551包括包括透鏡系統(tǒng)52和54 的第一聚焦光學(xué)系統(tǒng)；包括透鏡系統(tǒng)57和58的第二聚焦光學(xué)系統(tǒng)；微透鏡 陣列655;會聚微透鏡陣列56;以及孔陣列159。微透鏡陣列655、會聚微 透鏡陣列56和孔陣列159被設(shè)置在第一和第二聚焦光學(xué)系統(tǒng)之間。
會聚微透鏡陣列56包括獨(dú)立地會聚來自每個(gè)像素部的光束的多個(gè)微 透鏡56a。其像差已經(jīng)被微透鏡陣列655的微透鏡655a修正的光束進(jìn)入微透 鏡56a。另夕卜，與孔陣列59相似，孔陣列159具有對應(yīng)于微透鏡陣列56的微 透鏡56a的、在光屏蔽組件上形成的大量孔159a。設(shè)置孔陣列159，以使得 僅僅通過相應(yīng)的微透鏡56a傳播的光束進(jìn)入每個(gè)孔159a。
第十一個(gè)實(shí)施例能夠獲得與第九個(gè)實(shí)施例相同的有益效果。另外，在 上述構(gòu)造中，已經(jīng)被會聚并且其橫截面的形狀已經(jīng)由微透鏡陣列655形成 的光束還被微透鏡陣列56會聚。因此，束光斑尺寸可以被控制到甚至比第 一個(gè)實(shí)施例中的束光斑尺寸更小，從而提高了待曝光的圖像的銳度。
接下來描述根據(jù)本發(fā)明的第十二個(gè)實(shí)施例的圖像曝光設(shè)備。圖46是根
據(jù)本發(fā)明的第十二個(gè)實(shí)施例的圖像曝光設(shè)備的曝光頭的示意性剖視圖。圖 46的曝光頭與如圖45所示的根據(jù)本發(fā)明的第十一個(gè)實(shí)施例的圖像曝光設(shè) 備的曝光頭不同在于圖46的曝光頭包括了替代聚焦光學(xué)系統(tǒng)551的聚焦光 學(xué)系統(tǒng)551'。由于己經(jīng)省略了包括透鏡系統(tǒng)57和58的第二聚焦光學(xué)系統(tǒng)， 所以聚焦光學(xué)系統(tǒng)551'不同于聚焦光學(xué)系統(tǒng)551。 S卩，在第十二個(gè)實(shí)施例 中，由微透鏡陣列655和微透鏡陣列56會聚的光束直接曝光感光材料150。 第十二個(gè)實(shí)施例能夠獲得與第十一個(gè)實(shí)施例相同的有益效果。
進(jìn)而，會聚微透鏡陣列56可以被設(shè)置成可沿光束的光軸方向移動。在 該情況下，便于對光束的焦點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整。尤其，因?yàn)闀畚⑼哥R陣列56被 設(shè)置在分離的會聚位置上而不是在聚焦位置上，所以當(dāng)調(diào)整焦點(diǎn)時(shí)光利用
效率的變化可以被抑制到最小值。S卩，在分離的會聚位置及其附近的光利 用效率的變化小于在聚焦位置及其附近的光利用效率的變化。因此，可以
防止當(dāng)會聚微透鏡陣列56在光軸方向上移動時(shí)光利用效率的劇烈的變化。
注意到，微反射鏡的對角線在上述第一個(gè)到第十二個(gè)實(shí)施例中被指定 為x方向和y方向，且微透鏡配置成沿這些方向具有不同的光焦度。然而， x和y方向的指定需要根據(jù)微反射鏡的畸變的分布確定。例如，在沿著微反 射鏡的邊緣的方向上存在顯著差別的曲面的情況下，微透鏡需要沿著邊緣 方向具有不同的光焦度。
另外，在上述第一個(gè)到第十二個(gè)實(shí)施例中，激光光源被用作照射空間 光調(diào)制元件的光源。然而，本發(fā)明不限于該構(gòu)造，且可以替代地采用其他 光源(例如汞鹵化物燈)。
進(jìn)而，在上述第一個(gè)到第十二個(gè)實(shí)施例中，DMD被用作空間光調(diào)制 元件。然而，可以通過將本發(fā)明的結(jié)構(gòu)應(yīng)用到采用不同于DMD的反射式 空間光調(diào)制元件的圖像曝光設(shè)備上獲得相同的有益效果。
權(quán)利要求
1.一種圖像曝光設(shè)備，包括空間光調(diào)制元件，在所述空間光調(diào)制元件中，設(shè)置用于根據(jù)控制信號獨(dú)立地調(diào)制照射到其上的光的多個(gè)像素部；光源，用于將光照射到空間光調(diào)制元件上；以及聚焦光學(xué)系統(tǒng)，用于將由經(jīng)過調(diào)制的光承載的圖像聚焦到感光材料上，所述聚焦光學(xué)系統(tǒng)包括光學(xué)系統(tǒng)，用于聚焦已經(jīng)被空間光調(diào)制元件的每個(gè)像素部調(diào)制的光束，以便聚焦每個(gè)像素部的圖像；以及微透鏡陣列，在所述微透鏡陣列中，設(shè)置多個(gè)微透鏡，由像素部調(diào)制并通過光學(xué)系統(tǒng)的光束獨(dú)立地進(jìn)入所述多個(gè)微透鏡；所述微透鏡陣列被設(shè)置在像素部的圖像被光學(xué)系統(tǒng)聚焦的位置附近；以及所述微透鏡陣列的每個(gè)微透鏡在垂直于進(jìn)入其中的光束的光軸的平面內(nèi)的兩個(gè)方向上具有不同的光焦度，以便修正由于像素部的各向同性的畸變造成的像差。
2. —種圖像曝光設(shè)備，包括空間光調(diào)制元件，在所述空間光調(diào)制元件中，設(shè)置用于根據(jù)控制信號 獨(dú)立地調(diào)制照射到其上的光的多個(gè)像素部；光源，用于將光照射到空間光調(diào)制元件上；以及聚焦光學(xué)系統(tǒng)，用于將由經(jīng)過調(diào)制的光承載的圖像聚焦到感光材料 上，所述聚焦光學(xué)系統(tǒng)包括光學(xué)系統(tǒng)，用于聚焦已經(jīng)被空間光調(diào)制元件 的每個(gè)像素部調(diào)制的光束，以便聚焦每個(gè)像素部的圖像；以及微透鏡陣列， 在所述微透鏡陣列中，設(shè)置多個(gè)微透鏡，由像素部調(diào)制并通過光學(xué)系統(tǒng)的 光束獨(dú)立地進(jìn)入所述多個(gè)微透鏡；所述像素部在垂直于光束的光軸的平面內(nèi)的兩個(gè)方向上具有不同符 號的光焦度；所述微透鏡陣列被設(shè)置在從由像素部的圖像被光學(xué)系統(tǒng)聚焦的位置 上偏移的分離的會聚位置上；以及 所述微透鏡陣列的每個(gè)微透鏡在垂直于進(jìn)入其中的光束的光軸的平 面內(nèi)的兩個(gè)方向上具有不同的光焦度，以便修正由于像素部的不同符號的 光焦度造成的像差。
3. —種圖像曝光設(shè)備，包括空間光調(diào)制元件，在所述空間光調(diào)制元件中，設(shè)置用于根據(jù)控制信號 獨(dú)立地調(diào)制照射到其上的光的多個(gè)像素部；光源，用于將光照射到空間光調(diào)制元件上；以及聚焦光學(xué)系統(tǒng)，用于將由經(jīng)過調(diào)制的光承載的圖像聚焦到感光材料 上，所述聚焦光學(xué)系統(tǒng)包括光學(xué)系統(tǒng)，用于聚焦已經(jīng)被空間光調(diào)制元件 的每個(gè)像素部調(diào)制的光束，以便聚焦每個(gè)像素部的圖像；以及微透鏡陣列， 在所述微透鏡陣列中，設(shè)置多個(gè)微透鏡，由像素部調(diào)制并通過光學(xué)系統(tǒng)的 光束獨(dú)立地進(jìn)入所述多個(gè)微透鏡；所述像素部在垂直于光束的光軸的平面內(nèi)的兩個(gè)方向上具有相同符 號和不同幅度的光焦度；所述微透鏡陣列被設(shè)置在從由像素部的圖像被光學(xué)系統(tǒng)聚焦的位置 上偏移的分離的會聚位置上；以及所述微透鏡陣列的每個(gè)微透鏡在垂直于進(jìn)入其中的光束的光軸的平 面內(nèi)的兩個(gè)方向上具有不同的光焦度，以便修正由于像素部的不同幅度的 光焦度造成的像差。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的圖像曝光設(shè)備，其中 所述微透鏡是折射透鏡。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的圖像曝光設(shè)備，其中 所述微透鏡是梯度折射率透鏡。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的圖像曝光設(shè)備，其中 所述微透鏡是衍射透鏡。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的圖像曝光設(shè)備，其中 所述微透鏡通過組合折射透鏡、梯度折射率透鏡和衍射透鏡中至少兩個(gè)而構(gòu)造。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的圖像曝光設(shè)備，還包括.-會聚微透鏡陣列，在所述會聚微透鏡陣列中，設(shè)置用于獨(dú)立地會聚經(jīng) 由每個(gè)像素部傳播到這里的光束的多個(gè)微透鏡，所述會聚微透鏡陣列被設(shè) 置在所述像素部、所述光學(xué)系統(tǒng)和所述微透鏡陣列的分離的會聚位置上， 所述分離的會聚位置從像素部的圖像通過光學(xué)系統(tǒng)聚焦到的位置上偏移。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的圖像曝光設(shè)備，其中 所述會聚微透鏡陣列配置成可沿著光束的光軸方向移動。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的圖像曝光設(shè)備，還包括 孔陣列，在所述孔陣列中，設(shè)置用于獨(dú)立地透射經(jīng)由每個(gè)像素部傳播到這里的光束的多個(gè)孔，所述孔陣列設(shè)置在所述像素部、所述光學(xué)系統(tǒng)和 所述微透鏡陣列的分離的會聚位置上，所述分離的會聚位置從像素部的圖 像通過光學(xué)系統(tǒng)聚焦到的位置上偏移。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1至10所述的圖像曝光設(shè)備，其中 所述空間光調(diào)制元件是數(shù)字微反射鏡器件，在所述數(shù)字微反射鏡器件中，微反射鏡作為像素部被兩維地設(shè)置。
全文摘要
一種圖像曝光設(shè)備，包括空間光調(diào)制元件(50)，由用于獨(dú)立地調(diào)制照射到其上的光的多個(gè)像素部構(gòu)成；光源(66)，用于將光束B照射到空間光調(diào)制元件上；和光學(xué)系統(tǒng)(51)，用于聚焦由每個(gè)像素部承載的圖像；以及微透鏡陣列(55)，在所述微透鏡陣列(55)中，以陣列形式設(shè)置由像素部調(diào)制的光束獨(dú)立地進(jìn)入的多個(gè)微透鏡(55a)。微透鏡陣列(55)被設(shè)置在像素部通過聚焦光學(xué)系統(tǒng)(51)聚焦的聚焦位置附近。微透鏡陣列(55)的每個(gè)微透鏡(55a)，在垂直于光軸的平面內(nèi)的兩個(gè)方向上具有不同的光焦度，以便修正由于像素部的各向異性的畸變造成的像差。
文檔編號G03F7/20GK101189554SQ200680019400
公開日2008年5月28日 申請日期2006年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月31日
發(fā)明者石井秀一, 角克人 申請人:富士膠片株式會社