專利名稱：圖像曝光設備和微透鏡陣列單元的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種圖像曝光設備。具體而言，本發(fā)明涉及這樣一種圖像 曝光設備，其中感光材料通過在其上聚焦光學圖像而被曝光，該光學圖像 通過空間光學調(diào)制裝置調(diào)制的光而表現(xiàn)。
本發(fā)明還涉及一種用于上述圖像曝光設備的微透鏡陣列單元。
背景技術(shù)：
已知一種圖像曝光系統(tǒng)，其中使空間光學調(diào)制裝置調(diào)制的光通過圖像 聚焦光學系統(tǒng)，以將光所表示的圖像聚焦在預定感光材料上，以便通過所 述圖像使感光材料曝光?；旧?，這種圖像曝光系統(tǒng)包括空間光學調(diào)制 裝置，所述空間光學調(diào)制裝置具有兩維設置的大量像素區(qū)，每一個像素區(qū) 用于根據(jù)控制信號調(diào)制照射的光；用于將光照射到空間光學調(diào)制裝置上的 光源；和用于將光表現(xiàn)的光學圖像聚焦到感光材料上的圖像聚焦光學系 統(tǒng)，其中所述光由空間光學調(diào)制裝置調(diào)制。
在這種圖像曝光系統(tǒng)中，諸如LCD (liquid crystal display,液晶顯示 器)、DMD (digital mircromirror device,數(shù)字微鏡裝置)、或類似設備可優(yōu) 選被用作空間光學調(diào)制裝置。上述的DMD是鏡裝置，其中根據(jù)控制信號 改變反射表面的角度的大量長方形微鏡被兩維地設置在由諸如硅或類似 物質(zhì)制成的半導體襯底上。
在上述的圖像曝光系統(tǒng)中，通常情況下，需要在將圖像投射在感光材 料上之前將圖像放大。如果在該情況下，圖像放大和聚焦光學系統(tǒng)被用作 圖像聚焦光學系統(tǒng)。經(jīng)由空間光學調(diào)制裝置、通過圖像放大和聚焦光學系 統(tǒng)的簡單光通過會產(chǎn)生從空間光學調(diào)制裝置的每一個像素區(qū)來的較寬的 光束。因此，在投射圖像中的像素尺寸變大，且使圖像的清晰度下降。
因此，己經(jīng)考慮利用第一和第二圖像聚焦光學系統(tǒng)來放大和投射圖
像。在該結(jié)構(gòu)中，第一圖像聚焦光學系統(tǒng)被設置在通過空間光學調(diào)制裝置 調(diào)制的光的光學路徑中，該空間光學調(diào)制裝置具有使微透鏡成陣列設置的 微透鏡陣列，每一個微透鏡與空間光學調(diào)制裝置的每一個像素區(qū)相對應， 被設置在第一圖像聚焦光學系統(tǒng)的圖像聚焦平面處，且用于將調(diào)制光表現(xiàn) 的圖像聚焦在感光材料或屏幕上的第二圖像聚焦光學系統(tǒng)被設置在通過 微透鏡陣列的光的光學路徑中。在上述結(jié)構(gòu)中，投射在感光材料或屏幕上 的圖像的尺寸可被放大，并且圖像的清晰度也可被保持在高水平，因為從 空間光學調(diào)制裝置的每一個像素區(qū)來的光由微透鏡陣列的每一個微透鏡 聚焦，從而在投射的圖像中的像素尺寸(點尺寸)被縮小且被保持為小尺 寸。
將DMD用作結(jié)合微透鏡陣列的空間光學調(diào)制裝置的這樣一種圖像曝 光系統(tǒng)在編號為2001—305663的日本未審査專利公開文件中被記述。相似 類型的圖像曝光系統(tǒng)在編號為2004—122470的日本未審査專利公開文件 中被記述。在該系統(tǒng)中，具有與微透鏡陣列的每一個微透鏡相對應的孔的 孔陣列(孔板)被設置在微透鏡陣的后側(cè)上，以僅允許經(jīng)由相應微透鏡傳 播的光通過孔。該結(jié)構(gòu)防止光從不與孔板的孔相對應的相鄰微透鏡進入 孔，從而能夠阻止雜散光進入相鄰的像素。另外，即使DMD的像素(微 鏡)被關(guān)閉以使光被遮住時，有時也會有小量的光入射在曝光表面上。在 這種情況中，上述的結(jié)構(gòu)可以在DMD的像素關(guān)閉時減少呈現(xiàn)在曝光表面 上的光的量。
傳統(tǒng)的使微透鏡陣列與空間光學調(diào)制裝置相結(jié)合的圖像曝光系統(tǒng)存 在這樣的問題即，透射通過微透鏡陣列的每一個微透鏡的光的量因為粘 附于微透鏡的灰塵而明顯減少，因此曝光圖像的圖像質(zhì)量下降。即，透射 通過微透鏡的光的量由于粘附于微透鏡的灰塵而被減少，使得不管光的調(diào) 制狀態(tài)如何，將被光曝光的感光材料上的曝光光強度一直非常微弱，導致 例如會在感光材料上記錄下黑點。
考慮到上述的情況，本發(fā)明的一個目的是提供一種將微透鏡陣列與空 間光學調(diào)制裝置相結(jié)合的圖像曝光設備，其能夠通過防止灰塵粘附于微透 鏡陣列而避免曝光圖像的圖像質(zhì)量的下降。
本發(fā)明的另一目的是提供一種能夠避免上述問題的微透鏡陣列單元。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的圖像曝光設備使這樣一種圖像曝光設備其中微透鏡陣 列被容納在殼體中、用以防止灰塵或類似物質(zhì)直接粘附于該微透鏡陣列的 微透鏡上。更具體而言，根據(jù)本發(fā)明的圖像曝光設備包括
空間光學調(diào)制裝置，所述空間光學調(diào)制裝置包括大量的兩維排列的像 素區(qū)，每一個用于調(diào)制照射在其上的光；
光源，用于將光照射在所述空間光學調(diào)制裝置上；以及
圖像聚焦光學系統(tǒng)，所述圖像聚焦光學系統(tǒng)用于將通過所述空間光學 調(diào)制裝置調(diào)制的光所表現(xiàn)的圖像聚焦在感光材料上，所述圖像聚焦光學系 統(tǒng)包括圖像聚焦透鏡，用于將從空間光學調(diào)制裝置的每一個像素區(qū)反射 的光會聚；和微透鏡陣列，其具有布置在由所述圖像聚焦透鏡聚焦的每一 個像素區(qū)的圖像位置處的多個微透鏡，
其中所述微透鏡陣被容納在具有兩個透明部分的殼體中，所述兩個透 明部分分別用于透射將通過所述微透鏡陣列的光和透射已經(jīng)通過微透鏡 陣列的光。
優(yōu)選地，該殼體是氣密式殼體，并且殼體的用于容納微透鏡陣列的內(nèi) 部空間完全與外界空氣隔離。然而，可選地，殼體可具有任意設置通過其 中的氣孔，用以使內(nèi)部空間與周圍空氣連通。
優(yōu)選地，透明部分中的至少一個由透明平行板制成。可選地，所述透 明部分中的至少一個可包括組成所述圖像聚焦光學系統(tǒng)的所述透鏡。
優(yōu)選地，所述殼體內(nèi)部的空氣由氮氣、氧氣或干燥的空氣取代，從而 所述殼體的內(nèi)部充滿了氮氣、氧氣或干燥的空氣。
優(yōu)選地，本發(fā)明適用于所述光的波長是在350到450nm大的范圍之中 的圖像曝光設備。
另外，在本發(fā)明的圖像曝光設備中，如果前述的具有孔的孔陣列被布 置在所述微透鏡陣列的前側(cè)或后側(cè)，其中孔陣中的每一個孔都與所述微透 鏡陣列的每一個微透鏡相對應，則優(yōu)選所述孔陣列被容納在所述殼體中。
根據(jù)本發(fā)明的微透鏡陣列單元，包括-
微透鏡陣列，所述微透鏡陣列具有成陣列排列的微透鏡；以及
殼體，所述殼體用于容納微透鏡陣列，所述殼體具有兩個透明部分， 所述兩個透明部分分別用于透射將要通過微透鏡陣列的光和透射己經(jīng)通 過微透鏡陣列的光。
在根據(jù)本發(fā)明的圖像曝光設備中，微透鏡陣列被容納在具有兩個透明 部分的殼體中，所述兩個透明部分分別用于述透明部分分別用于發(fā)射將要 通過微透鏡陣的光和使光通過其處，因此防止灰塵或類似物質(zhì)直接粘附于 微透鏡陣列。另外，即使灰塵或類似物質(zhì)粘附于該透明部分，對曝光圖像 的不利影響也會因為每一個透明部分的表面和微透鏡陣列之間的距離而 減少(其原因?qū)⒃谏院笤趦?yōu)選實施例中進行詳細的說明)。因此，由于灰 塵或類似物質(zhì)造成的圖像質(zhì)量的下降可被減少到較小的程度。
另外，在根據(jù)本發(fā)明的圖像曝光設備中，如果孔陣列也被容納在殼體 中，則可防止灰塵或類似物質(zhì)進入孔陣列和微透鏡陣列之間。
特別地，如果通過微透鏡陣列的光的波長如上所述在從350到450nm 的短波長區(qū)域之中，則光具有固有的高能量。在根據(jù)本發(fā)明的圖像曝光設 備中，微透鏡陣被布置為微透鏡在通過圖像聚焦透鏡聚焦的光的圖像位 置處定位。結(jié)果，與具有顯著高能量的圖像位置相鄰近的微透鏡陣列的表 面也獲得高能量，從而該表面很可能收集灰塵或類似物質(zhì)。因此，很可能 發(fā)生圖像質(zhì)量下降的情況。由于圖像質(zhì)量的下降可被減少至較小程度，所 以本發(fā)明特別可優(yōu)選地用于該情況。
根據(jù)本發(fā)明的微透鏡陣列單元包括微透鏡陣列和容納該微透鏡陣列 的殼體，因此所述單元可被適用于以上述方式構(gòu)成的本發(fā)明的圖像曝光設 備，以提供有利的效果，減少由灰塵或類似物質(zhì)造成的曝光圖像的圖像質(zhì) 量的下降。


圖l是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的圖像曝光設備的透視圖，圖示了其概
觀；
圖2是圖1中示出的圖像曝光設備的掃描器的透視圖，圖示了其結(jié)構(gòu)； 圖3A是感光材料的俯視圖，圖示了其曝光區(qū)； 圖3B圖示了每一個曝光頭的曝光區(qū)域的設置；
圖4是圖1中示出的圖像曝光設備的曝光頭的透視圖，圖示了其原理結(jié)
構(gòu)；
圖5是上述曝光頭的原理性截面視圖6是數(shù)字微鏡裝置(DMD)的部分放大圖，圖示了其結(jié)構(gòu)；
圖7A是用于說明DMD的操作的視圖7B是用于說明DMD的操作的視圖8A是DMD的俯視圖，圖示了DMD沒有相對于副掃描方向傾斜時，
曝光束和掃描線的排列；
圖8B是DMD的俯視圖，圖示了DMD相對于副掃描方向傾斜時，曝光
束和掃描線的排列；
圖9A是光纖陣列光源的透視圖，圖示了其結(jié)構(gòu)；
圖9B是前視圖，圖示了在光纖陣列光源的激光輸出部分處的發(fā)光點的 設置；
圖10圖示了多模式光纖的結(jié)構(gòu)； 圖ll是光束組合激光光源的俯視圖，圖示了其結(jié)構(gòu)； 圖12是激光模塊的俯視圖，圖示了其結(jié)構(gòu)； 圖13是圖12中示出的激光模塊的側(cè)視圖，圖示了其結(jié)構(gòu)； 圖14是圖12中示出的激光模塊的部分主視圖，圖示了其結(jié)構(gòu)； 圖15是方塊圖，圖示了上述圖像曝光設備的電學構(gòu)造； 圖16A圖示了DMD中的使用區(qū)域的實例； 圖16B圖示了DMD中的使用區(qū)域的實例；
圖17是在上述圖像曝光設備中使用的氣密式殼體的透視圖，圖示了其 結(jié)構(gòu)；
圖18是上述氣密式殼體的分解透視圖，圖示了氣密式殼體和在其內(nèi)部 設置的部件；
圖19是上述氣密式殼體的另一分解透視圖，圖示了氣密式殼體以及沿 與圖18的觀察方向不同的方向看到的設置在其內(nèi)部的部件； 圖20是用于說明本發(fā)明的有利的效果的說明圖；以及 圖21是根據(jù)本發(fā)明第二實施例的圖像曝光設備中使用的曝光頭的橫 截面圖。
具體實施例方式
以下，將參照附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細描述。首先將描述 根據(jù)第一實施例的圖像曝光設備。圖像曝光設備的結(jié)構(gòu)
如圖1所示，本實施例的圖像曝光設備包括板狀移動臺150，用于通
過吸力將片狀感光材料12保持在其上。沿臺的移動方向延伸的兩個引導件 158被設置在通過4條腿154支撐的厚板狀安裝平臺156的上表面上。臺152 被設置為其縱向方向被定位成臺的移動方向，且由引導件158可移動地 支撐以允許前后運動。本實施例的圖像曝光設備進一步包括將在下面描述 的臺驅(qū)動單元304 (圖15)，用于驅(qū)動用作沿引導件158的副掃描裝置的臺 152。
跨過臺152的移動路徑的反U形門160被設置在安裝平臺156的中心部 分處。反U形門160的每一個端部都被固定附連于安裝平臺156的每一側(cè)。 掃描器162被設置在門160的一側(cè)上，且用于檢測感光材料150的前邊緣和 后邊緣的多個傳感器164 (諸如2個)被設置在另一側(cè)上。掃描器162和傳 感器164被固定附連至跨過臺152的移動路徑的門160。掃描器162和傳感器 164被連接至控制它們的控制器(未顯示)。
如圖2和3B所示，掃描器162包括多個曝光頭166(例如14個)，被設 置在由M行和N列組成的矩陣中。在該實例中，4個曝光頭166相對于感光 材料150的寬度被設置在第3行。以下，設置在第m行第n列的曝光頭將被 指定為曝光頭166^。
每一個曝光頭166的曝光區(qū)域168是長方形，其短邊沿著副掃描方向。 因此，臺152移動時，條紋形的曝光區(qū)170通過每一個曝光頭166被形成在 感光材料150上。以下，在第m行的第n列設置的曝光頭的曝光區(qū)將被指定 為曝光區(qū)168mn。
如圖3A和3B所示，線性排列成行的曝光頭166中的每一個沿布置方向
位移預定的間距(例如，曝光區(qū)域的長邊的正整數(shù)倍，在該情況下是長邊 的2倍)，這樣每一個條紋形曝光區(qū)170在與副掃描方向垂直的方向上以與 相鄰的曝光區(qū)170沒有任何間隙的方式被布置。結(jié)果，與第一行中的曝光
區(qū)域168 和16812之間的空間相對應的感光材料的不曝光區(qū)可通過第二行 中的曝光區(qū)16821和第三行中的曝光區(qū)16831而被曝光。
曝光頭166n到166mn中的每一個具有可從美國德州儀器有限公司(U.S. Texas Instruments Inc.，)獲得的數(shù)字微鏡裝置(DMD) 50，作為空間光學 調(diào)制裝置，該空間光學調(diào)制裝置根據(jù)圖像數(shù)據(jù)在像素接像素的基礎上調(diào)制 入射光束。DMD50被連接至下述的控制器302 (圖15)?？刂破?02包括數(shù) 據(jù)處理部分和鏡驅(qū)動控制部分。控制器302的數(shù)據(jù)處理部分基于輸入的圖 像數(shù)據(jù)產(chǎn)生控制信號，該控制信號用于驅(qū)動控制在用于每一個曝光頭166 的、要被控制的DMD50的區(qū)域之中的微型鏡中的每一個。將在下文提供 "要被控制的區(qū)域"。鏡驅(qū)動控制部分基于由圖像數(shù)據(jù)處理部分產(chǎn)生的控 制信號，控制對應每個曝光頭166的、DMD50的每一個微型鏡的反射表面 的角度。 一種控制每一個微型鏡的反射表面的角度的方法將在隨后被描 述。
在DMD50的光進入側(cè)上順序設置以下各部件具有激光輸出部分的 光纖陣列光源66，在其中沿與暴露區(qū)域168的長邊的方向相對應的方向線 性地布置光纖的輸出面(發(fā)光點)；透鏡系統(tǒng)67，用于校正和聚焦從DMD 上的光纖陣列光源66輸出的激光束；以及用于將透射通過透鏡系統(tǒng)67的激 光束朝向DMD50反射的反射鏡69。在圖4中，透鏡系統(tǒng)67被原理地圖示出。
如圖5詳細圖解所示，透鏡系統(tǒng)67包括聚光透鏡71，用于會聚激光 束B，作為從光纖陣列光源66發(fā)射的照明光；被放置在光透射通過聚光透 鏡71的光路徑中的桿狀光學積分器72 (以下稱為"桿狀積分器")；和設置 在桿狀積分器72前面，即，在鏡69的一側(cè)上的圖像聚焦透鏡74。從光纖陣 列光源66發(fā)射的激光束通過聚光透鏡71 、桿狀積分器72和聚焦透鏡74照射 在DMD50上，作為沿橫截面具有均勻發(fā)光強度的基本準直的光束。將對 桿狀積分器72的形狀和功能在下文進行詳細描述。
從透鏡系統(tǒng)67輸出的激光束B通過鏡69反射，并且通過TIR (total internal reflection全內(nèi)反射)棱鏡70在DMD50上照射。在圖4中，TIR棱 鏡70被忽略。
用于將通過DMD50反射的激光束B聚焦到感光材料150上的圖像聚焦 光學系統(tǒng)5被設置在DMD50的光反射側(cè)上。圖像聚焦光學系統(tǒng)51在圖4
中被原理性地示出。如圖5所詳細圖解示出的一樣，圖像聚焦光學系統(tǒng)51
包括由透鏡系統(tǒng)52、 54組成的第一圖像聚焦光學系統(tǒng)，由透鏡系統(tǒng)57、 58組成的第二圖像聚焦光學系統(tǒng)，和微透鏡陣列55，其設置在DMD50的 通過第一圖像聚焦光學系統(tǒng)聚焦的圖像位置處。
以下，將對每一個部件進行詳細的描述。如圖6所示，DMD50是由多 個微型鏡62 (例如1024X768)組成的鏡裝置，所述多個微型鏡62的每一 個形成像素，且成格圖案被布置在SRAM單元(存儲單元)60上。在每 一個像素中，長方形的微型鏡被設置在由支撐柱支撐的頂部。諸如鋁或 相似的高反射材料被沉積在微型鏡的表面上。微型鏡的反射比不小于90 %，且微型鏡的布置間距在垂直和水平方向上都是諸如13.7nm?？稍谟?于生產(chǎn)半導體存儲器的普通生產(chǎn)線上生產(chǎn)的硅柵極CMOS SRAM單元60 通過具有鉸鏈和軛的支撐柱被設置在每一個微型鏡62之下。整個DMD被 構(gòu)造成單體。
當數(shù)字信號被寫入到DMD50的SRAM單元60中時，由支撐柱支撐的微 型鏡在相對于襯底、以對角線為中心的土a度(諸如士12度)的范圍之 內(nèi)傾斜，其中襯底上安裝有DMD50。圖7A示出微型鏡62以+"度傾斜， 意味著其在打開狀態(tài)下；并且圖7B示出微型鏡62以一a度傾斜，意味著 其在關(guān)閉狀態(tài)下。因此，通過根據(jù)圖6所示的圖像信號控制微型鏡62在 DMD50的每一個像素中的斜度，入射在DMD50上的激光束B被反射到每 一個微型鏡62的傾斜方向。
圖6是DMD50的部分放大圖，圖示了一部分DMD50中的一些微型鏡被 控制傾斜+或一 《度的實例狀態(tài)。微型鏡62的每一個的打幵一關(guān)閉控制 通過連接至DMD50的控制器302來實現(xiàn)。光吸收材料(未顯示)沿通過 關(guān)閉狀態(tài)下的微型鏡反射的激光束B的傳播方向設置。
優(yōu)選，DMD50以輕微傾斜的方式被設置，因此其短邊與副掃描方向 形成預定角度6 (諸如0.1到5度)。圖8A圖示了DMD50不傾斜時通過每一 個微型鏡產(chǎn)生的反射的光圖像53 (曝光束)的掃描軌跡，并且圖8B圖示 了當DMD50傾斜時從每一個微型鏡來的曝光束53的掃描軌跡。
DMD5包括在橫向上設置的多個微型鏡列(例如756個)，每一個具有 在縱向方向上設置的多個微型鏡(例如1024個)。如圖8B所示，在DMD50
傾斜時由微型鏡制造的曝光束53的掃描軌跡(掃描線)之間的間距P2比
DMD50不傾斜時的間距P,窄，并且圖像清晰度明顯提高。同時，DMD50 相對于副掃描方向的傾斜角非常小，因此當DMD傾斜時掃描寬度W2與 DMD不傾斜時的掃描寬度W,相同。
另外，相同的掃描線通過不同的微型鏡列被曝光多次(多次曝光)。 多次曝光可實現(xiàn)曝光位置的精確控制和高清晰度曝光。另外，設置在主 掃描方向上的多個曝光頭之間的接縫可通過精確的曝光位置控制而使其 平滑。
可通過將微型鏡列成Z字圖案布置而獲得相似的效果，其中以預定的 間距在與副掃描方向垂直的方向上使每一個微型鏡列移置而形成Z字圖 案布置，取代了使DMD50傾斜的方法。
如圖9A所示，光纖陣列光源66包括多個激光模塊64 (例如14個)，并 且多模光纖30的沿長度的一端被連接至激光模塊64中的每一個。具有與 多模光纖30的芯線直徑相同的芯線直徑且其包層直徑小于多模光纖30的 包層直徑的光纖31的長度被接合至每一個多模光纖30的另一端。如圖9B 詳細地圖示出，在與多模光纖相對的側(cè)面上的7個光纖的每一端面沿與副 掃描方向相垂直的主掃描方向?qū)R，且端面的兩個陣列被設置以形成激 光輸出部分68。
在本實施例中，如圖10所示，長度大約l至30cm、且具有較小包層直 徑的光纖31被同軸接合至具有較大包層直徑的多模光纖30的激光束輸出 側(cè)的尖端。光纖30、 31通過將光纖31的輸入面熔接至的光纖30的輸出面 且使芯線軸線對齊而被接合在一起。如前所述，光纖31具有與多模光纖 31相同的芯線直徑。
對于多模光纖30和光纖31，可使用步長指數(shù)型光纖、漸變指數(shù)型光纖， 或混合型光纖。例如，可使用由三菱電纜產(chǎn)業(yè)有限公司(Mitsubishi Cable Industries, Ltd.)生產(chǎn)的步長指數(shù)型光纖。在本實施例中，多模光纖30和 光纖31是步長指數(shù)型。多模光纖30具有125/zm的包層直徑，的芯
線直徑，0.2的NA，以及99.5%的用于輸入面涂層的透射比。光纖31具有 60pw的包層直徑，50//m的芯線直徑，禾口0.2的NA。
然而，光纖31的包層直徑不局限于60/im 。用于傳統(tǒng)光纖光源的許多
光纖的包層直徑是125/zw 。由于較小的包層直徑會產(chǎn)生較深的聚焦深 度，所以，優(yōu)選地，多模光纖的包層直徑不大于80/zw ，且更優(yōu)選地， 不大于60/^w。由于單一模式的光纖需要至少3到4^m的芯線直徑，所 以，優(yōu)選地，光纖31的包層直徑不小于10/zm。優(yōu)選地，光纖30、 31從
耦合效率的觀點出發(fā)具有相同的芯線直徑。
不需要將兩種彼此具有不同包層直徑的光纖30、31通過熔接將他們接 合在一起(也稱為錐形接合)。光纖陣列光源可通過將多根具有相同芯線 直徑(例如圖9A中的光纖30)的光纖捆扎而形成，每一根光纖沒有在其 處接合的不同類型的光纖。
激光模塊64由光束結(jié)合激光光源(光纖光源)組成。光束結(jié)合激光光 源包括固定安裝在加熱塊10上的多個橫向多模式或單模式GaN系統(tǒng)半 導體激光芯片LD1、 LD2、 LD3、 LD4、 LD5、 LD6、和LD7;準直儀透 鏡ll、 12、 13、 14、 15、 16、禾卩17，每一個準直儀透鏡為GaN系統(tǒng)半導 體激光LD1到LD7中的每一個而設置；聚光透鏡20;以及多模光纖30。半 導體激光的數(shù)量不局限于7個，不同數(shù)量的半導體激光也可被利用。另外， 代替7個分開的準直儀透鏡11到17，可利用將這些準直儀透鏡形成為一體 的準直儀透鏡陣列。
GaN系統(tǒng)半導體激光器LDl到LD7中的每一個具有實質(zhì)上相同的振動 波長(例如405nm)和最大輸出(例如大約100mW用于多模激光，和50mW 用于單一模式激光)。GaN系統(tǒng)半導體激光器LDl到LD7中的每一個的輸 出都低于最大輸出功率且彼此不同。對于GaN系統(tǒng)半導體激光器LDl到 LD7，也可使用在350到450nm波長范圍內(nèi)除了405nm以外的波長處振蕩 的激光。
光束結(jié)合激光光源與其它光學元件一起被安裝在具有頂部開口的盒 狀封裝40中。封裝40包括封裝蓋，封裝蓋形成用來密封封裝40的開口。 當空氣被除去后，密封的氣體被引入至封裝40中，并且封裝40的開口被 封裝蓋41密封以在此產(chǎn)生的封閉空間(密封空間)中氣密地密封光束結(jié) 合激光光源。
基礎板42被固定地連接在封裝40的底表面上，并且加熱塊IO、用于保 持準直儀透鏡20的準直儀透鏡保持件45、和用于保持多模光纖30的輸入
端的光纖保持件46被連接在基礎板42的上表面上。多模光纖30的輸出端 通過設置在封裝40的壁上的孔被拉到外面。
準直儀透鏡保持件44被連接至加熱塊10的橫側(cè)表面，并且準直儀透鏡 11至17被保持在該處?？妆辉O置在橫側(cè)壁上，將驅(qū)動電流供應到GaN系 統(tǒng)半導體激光器LD1至LD7的配線通過該孔被拉到外面。
在圖13中，為清晰起見，只示出了7個半導體激光器LD1至LD7中的 GaN系統(tǒng)半導體激光器LDl，和7個準直儀透鏡ll至17中的準直儀透鏡17。
圖14是準直儀透鏡11至17的安裝區(qū)的主視圖，圖示了其前面的圖形。 準直儀透鏡11至17中的每一個被形成為包括具有非球面表面的圓透鏡 的光學軸線的區(qū)被伸長形狀的平行表面分成薄片。伸長的準直儀透鏡可 通過例如模制樹脂或光學玻璃而被制成。準直儀透鏡ll至17沿GaN系統(tǒng) 半導體激光器LD1至LD7的發(fā)光點的排列方向(圖14中左到右的方向)彼 此緊密地被布置，使得準直儀透鏡ll至17的長度方向被定向為沿與GaN 系統(tǒng)半導體激光器LD1至LD7的發(fā)光點的排列方向相交的方向。
同時，對于GaN系統(tǒng)半導體激光器LDl至LD7，可以使用這樣的激光 器所述激光器包括發(fā)光寬度為2/zm的活性層，并且分別以一定光束發(fā)
散角度(例如10度到30度的光束發(fā)散角度)、沿與活性層平行和垂直的方 向發(fā)射各激光束B1至B7。 GaN系統(tǒng)半導體激光器LDl至LD7被設置為其 發(fā)光點沿平行于活性層的方向線性地對齊。
因此，從各個發(fā)光點發(fā)出的激光束B1至B7以與長度方向相對應的具
有較大光束發(fā)散角度的方向和以與準直儀透鏡的寬度方向(垂直于長度 方向的方向)相對應的具有較小光束發(fā)散角度的方法進入各個伸長的準 直儀透鏡11至17。 g卩，準直儀透鏡ll至17中的每一個的寬度是l.lmm，其 長度是4.6mm，并且以水平和垂直方向進入準直儀透鏡11至17的激光束 Bl至B7的光束直徑分別是0.9mm和2.6mm。準直儀透鏡11至17中的每一 個具有3mm的焦距f,和0.6的NA，其以1.25mm的間距被布置。
聚光透鏡20形成為包括具有非球面表面的圓透鏡的光學軸線的區(qū)被 伸長形狀的平行表面分成薄片。其被設置為其長邊與準直儀透鏡11至17 的排列方向，即，水平方向相對應，且其短邊與垂直于水平方向的方向 相對應。聚光透鏡20具有23mm的焦距f2和0.2的NA。聚光透鏡20也通過
模制樹脂或光學玻璃而被制成。
圖5示出的微透鏡陣列55包括兩維排列的大量微透鏡55a，每一個與 DMD50的微型鏡62或像素相對應。盡管DMD50具有總數(shù)為1024件X768 列的微型鏡，但是只有1024件X256列在本發(fā)明的實施例中被驅(qū)動，將在 以下進行描述。因此，1024件X256列微透鏡55a的對應數(shù)量的微透鏡被 設置。微透鏡55a的尺寸在垂直和水平方向上都是40/zm 。如實例，微透
鏡55a由光學玻璃BK7制成，且具有0.19mm的焦距和0.11的NA (數(shù)值孔 徑)。
微透鏡陣列55被容納在氣密殼體80中。基本上，氣密殼體80包括透鏡 鏡筒81、用于將要被輸入的激光束B傳輸至微透鏡陣列55且使激光束B分 別通過其中的平行板式蓋玻璃82、 83，并且包括在與外部空氣隔離的封 閉空間中的微透鏡陣列55。
圖17是氣密殼體80的詳細透視圖。圖18和19是分別從蓋玻璃82和蓋玻 璃83看到的氣密殼體80的分解透視圖。以下，將參照這些附圖描述氣密 殼體中的微透鏡陣列55的安裝結(jié)構(gòu)。
安裝件84被固定地連接至由例如鋁制成的透鏡鏡筒81，并且透鏡鏡筒 81通過安裝件84被固定地連接至圖像曝光設備的主體。微透鏡陣列55通 過粘合劑或類似物質(zhì)被固定地連接至板狀微透鏡保持件85。微透鏡保持 件85具有用于使通過微透鏡陣列55聚光的激光束B透射的光透射孔85a。
微透鏡保持件85被放置在展開部分81a上，該展開部分形成在透鏡鏡 筒81的內(nèi)圓周上，并且由例如鋁制成的保持環(huán)86從上方被螺紋安裝在透 鏡鏡筒81的內(nèi)圓周上，以將微透鏡保持件85按壓固定至展開部分81a。由 例如BK7玻璃或類似材料制成的蓋玻璃82被定位在透鏡鏡筒81的頂端， 并且由例如鋁制成的保持環(huán)87被螺旋地固定至蓋玻璃82的頂部上的透鏡 鏡筒的外圓周，用以將蓋玻璃82連接至透鏡鏡筒81。蓋玻璃83被定位在 透鏡鏡筒81的底端，并且由例如鋁制成的、用于將蓋玻璃83擠壓至透鏡 鏡筒81的底端上的保持環(huán)88螺紋連接至透鏡鏡筒81的外圓周。這樣能夠 使由例如BK7玻璃或相似材料制成的蓋玻璃83被連接至透鏡鏡筒81。
這樣，微透鏡陣列55被安裝在由透鏡鏡筒81、蓋玻璃82、和蓋玻璃83 限定的封閉的空間中。
通過第一圖像聚焦光學系統(tǒng)使DMD50的圖像放大三倍而聚焦在微透 鏡陣列上，其中第一圖像聚焦光學系統(tǒng)由如圖5所示的透鏡系統(tǒng)52、 54 組成，并且在通過第二圖像聚焦光學系統(tǒng)使形成在微透鏡陣列之后的圖 像放大1.6倍而聚焦且投射在感光材料150上，其中第二圖像聚焦光學系 統(tǒng)由透鏡系統(tǒng)57、 58組成。因此，以總體上4.8倍的放大率將DMD50的圖 像以放大的形式聚焦且投射在感光材料150上。
在本實施例中，棱鏡對73被設置在第二圖像聚焦光學系統(tǒng)和感光材料 150之間，并且在圖5中，感光材料150上的圖像的聚焦可通過沿上、下方 向移動棱鏡對73而調(diào)節(jié)。在圖5中，感光材料150沿由箭頭F標示的副掃描 方向被進給。
將參照圖15對根據(jù)本發(fā)明的圖像曝光設備的電學結(jié)構(gòu)進行描述。如圖 15所示，總控制部分300連接至調(diào)制電路301，該調(diào)制電路301依次連接至 用于控制DMD50的控制器302?？偪刂撇糠?00還連接至用于驅(qū)動激光器 模塊64的LD驅(qū)動電路303。另外，其連接至用于驅(qū)動臺152的臺驅(qū)動單元 304。
圖像曝光設備的操作
以下將描述上述圖像曝光設備的操作。在掃描器162的每一個曝光頭 中，以發(fā)散的方式從GaN系統(tǒng)半導體激光器LDl至LD7 (圖ll)發(fā)射的每 個激光束B1、 B2、 B3、 B4、 B5、 B6、和B7通過相應的準直儀透鏡11至 17被準直，其中GaN系統(tǒng)半導體激光器LDl至LD7組成光纖陣列光源66 的光束結(jié)合光源。準直的激光束B1至B7通過聚光透鏡20被聚光，且被聚 焦在多模光纖30的芯線30a的輸入端面上。
在本實施例中，準直儀透鏡11至17和聚光透鏡20組成聚光光學系統(tǒng)， 并且該聚光光學系統(tǒng)和多模光纖30組成光束結(jié)合光學系統(tǒng)。g卩，通過聚 光透鏡20以上述的方式聚光的激光束B1至B7進入多模光纖30的芯線 30a，用以傳播通過其中，并且作為單個結(jié)合激光束B從光纖31出射，其 中光纖31被接合至多模光纖30的輸出端面。
在每一個激光模塊64中，當激光束B1至B7到多模光纖30的耦合效率 是0.9，并且GaN系統(tǒng)半導體激光器LDl至LD7中的每一個的輸出功率是
50mW，從以陣列形式布置的光纖31中的每一個來的結(jié)合激光束B具有輸 出功率315mM (50mMX0.9X7)。因此，從總數(shù)為14的光纖中，可獲得 輸出功率為4.4W (0.315X14)的激光束B。
當執(zhí)行圖像曝光時，根據(jù)要被曝光的圖像的圖像數(shù)據(jù)從圖15中所示的 調(diào)制電路301輸入到DMD50的控制器302，并且臨時存儲在其幀存儲器 中。圖像數(shù)據(jù)是其中由二進制數(shù)值(點的存在與否)表示形成圖像的每 一個像素的灰度水平的數(shù)據(jù)。
在其上吸持有感光材料150的臺152沿引導件152以等速從柵格160的
上游移動到到下游。當臺152通過柵格160之下，并且感光材料150的前邊
緣通過連接至柵格160的傳感器164被檢測時，存儲在幀存儲器中的圖像
數(shù)據(jù)每次對應多條線而被順序地讀出。然后，用于每一個曝光頭166的控
制信號通過數(shù)據(jù)處理部分、基于讀出的圖像數(shù)據(jù)逐頭(head-by-head)地
產(chǎn)生，并且在每一個曝光頭166中的DMD50的微型鏡中的每一個通過鏡
驅(qū)動控制部分、基于產(chǎn)生的控制信號以逐頭方式被開關(guān)控制。在本實施 例中，用作單一像素區(qū)域的微型鏡的尺寸是13.7 //wX13.7 //m。
當激光束B從光纖陣列光源66照射在DMD50上時，通過被驅(qū)動至打開 狀態(tài)的DMD50的微型鏡而反射的激光束通過透鏡系統(tǒng)51聚焦在感光材 料150上。這樣，從光纖陣列光源66發(fā)送的激光束以逐像素方式被開關(guān)地 控制，并且感光材料150被曝光，其中像素的數(shù)量(曝光區(qū)168)大致等 于DMD使用的像素的數(shù)量。感光材料150與臺152—起以等速移動，使得 感光材料150通過掃描器162沿與臺移動方向相反的方向被副掃描，并且 條形曝光區(qū)170通過曝光頭166中的每一個而形成。
如圖16A和16B所示的本實施例中，盡管DMD50包括沿副掃描方向設 置的768陣列微型鏡，每一個陣列具有沿主掃描方向設置的1024件微型 鏡，然而，只有部分的微型鏡陣列(例如，1024件X256陣列)通過控制 器302驅(qū)動控制。
在該情況下，可使用設置在DMD50的中心區(qū)(圖16A)，或頂(或底) 端區(qū)(圖16B)的微型鏡陣列。另外，如果微型鏡中的一些發(fā)生故障，則 可使用沒有缺陷微型鏡的微型鏡陣列來取代有缺陷微型鏡的微型鏡陣 列。這樣，可根據(jù)情況來改變微型鏡陣列。 DMD50具有一定的受限的數(shù)據(jù)處理速度。每條線的調(diào)制速度與使用 的像素的數(shù)量成反比。因此，每條線的調(diào)制速度可通過只使用全部微型鏡 陣列的一部分來提高。同時，對于其中曝光頭相對于曝光表面持續(xù)移動的 曝光方法，不需要使用在副掃描方向上的全部像素。
當通過掃描器162進行的感光材料150的副掃描完成，且感光材料150 的后邊緣由傳感器164檢測到時，臺152通過臺驅(qū)動單元304沿引導件158 返回到柵格160的最上游處的原始位置處。然后，臺152再次沿引導件158 以等速從柵格(gate) 160的上游移動到下游。
如圖5所示，照明光學器件由光纖陣列光源66、聚光透鏡71、桿狀積 分器72、圖像成形透鏡74、鏡69、和TIR棱鏡70組成，用于將作為照明光 的激光束B照射在DMD50上，將在以下對所述照明光學器件進行說明。桿 狀積分器72是例如形成為方形桿的透明桿。當激光束B通過全反射在桿狀 積分器72中傳播時，激光束B的橫截面中的強度分布是均勻的。桿狀積分 器72的輸入和輸出面設有抗反射涂層，用以提高透射率。以上述方式在橫 截面中具有高均勻強度分布、用作照明光的激光束B的供給會產(chǎn)生具有均 勻的光強度的照明光，使高清晰度的圖像在感光材料150上被曝光。
在根據(jù)本實施例的設備中，微透鏡陣列55被容納在氣密殼體80中，以 便防止灰塵或相似的物質(zhì)直接粘附于微透鏡陣列55。另外，灰塵或相似的 物質(zhì)會粘附于組成氣密殼體的蓋玻璃中的每一個的表面，由于粘附的灰塵 而造成的對曝光圖像的不利影響可因為每一個蓋玻璃82、 83的表面和微透 鏡陣列55之間的距離而減少。以下，將參照附圖20通過了解作為實例的蓋 玻璃82的情況而對該原因進行說明。
微透鏡陣55被設置為微透鏡55a中的每一個都定位在DMD50的相應 的微型鏡62中的每一個的圖像位置處，其中該DMD50通過由透鏡系統(tǒng)52、 54組成的第一圖像聚焦系統(tǒng)聚焦。因此，激光束B以逐漸會聚的方式透射 通過蓋玻璃82。在本實施例中，光束B的光束發(fā)散角度總計是0.014弧度， 其中0.006弧度用于衍射，且0.008弧度用于NA。在本實施例中，在如上所 述的垂直和水平的方向上，微透鏡55a的尺寸都是40;^ (0.04mm)。通過
第一圖像聚焦光學系統(tǒng)聚焦的圖像位置和蓋玻璃82的表面之間的間距是 10mm。因此，蓋玻璃82的表面上的光束B的尺寸是0.3mmX0.3mm。
在這些情況下，例如，如果直徑為0.1mm的灰塵的全部光阻塞微粒粘 附于微透鏡陣列55的表面，則大約4個像素(大約4個微透鏡)的曝光值在 曝光圖像上被減少為0。反之，在本實施例中，如果如上所述的具有相同 尺寸的灰塵微粒粘附于蓋玻璃82的表面，則不利的影響會延伸至大約9個 像素，但是受影響的像素中的每一個的曝光值都被減少了1/9。因此，與 灰塵被允許直接粘附于微透鏡陣列55的情況相比，本實施例可明顯降低灰 塵的不利影響。
迄今為止，已經(jīng)描述了蓋玻璃82的一部分的情況。由于激光束B以逐 漸發(fā)散的方式從蓋玻璃83出射，所以，還可防止由于灰塵或類似物質(zhì)落在 蓋玻璃83的表面上而導致的曝光圖像的圖像質(zhì)量的下降。
在本實施例中，激光束B的波長是在上述的350到450nm的范圍之間的 405nm。因此，激光束B具有高能量，并且使微透鏡陣列的表面更容易收 集灰塵或類似物，這導致曝光圖像的圖像質(zhì)量更容易下降。然而，通過本 發(fā)明，圖像質(zhì)量下降可被減少到很小的程度。
以下，將說明本發(fā)明的第二實施例。圖21是根據(jù)第二實施例的圖像曝 光設備的曝光頭的橫截面圖。第二實施例的曝光頭與圖5所示的曝光頭相 比基本不同，不同點在于，還包括孔陣列59?？钻嚵?9由具有通過其中形 成的多個孔(開口) 59a的不透明件構(gòu)成，每一個孔與微透鏡陣列55中的 每一個微透鏡相對應。
該結(jié)構(gòu)能夠使光從DMD50的每一個微型鏡55a反射、以只進入孔陣列 59中的相應的孔中，并且使光不能從相鄰的微型鏡反射而進入與這些微透 鏡不對應的孔59a中，從而可以提高消光率。另外，在本實施例中，還可 將孔陣列59容納在氣密殼體80中，從而可以防止灰塵或類似物從孔陣列59 和微透鏡陣列55之間進入。
在上述的第一和第二實施例中，蓋玻璃82、 83用作透明部分，分別用 于使激光束B通過微透鏡陣列55并使激光束B通過該透明部分。可選的， 透明部分可利用組成圖像聚焦光學系統(tǒng)的透鏡而形成，諸如圖5或21所示 的結(jié)構(gòu)中的透鏡系統(tǒng)54或57。即，在該情況下，透鏡系統(tǒng)54或57可一起合 并到透鏡鏡筒81中。
優(yōu)選地，當微透鏡陣列55和孔陣列59被安裝在氣密殼體80的內(nèi)部后，
其中的空氣通過干凈的氮氣、氧氣或干燥的空氣凈化和替換。這可阻止包
含在氣密殼體80里的空氣中的灰塵或類似物落在微透鏡陣列55或孔陣列 59上。另外，眾所周知的是，氧氣具有阻止灰塵或類似物粘附于平面的有
益效果，其中具有短波長的光透射通過所述平面。
權(quán)利要求
1.一種圖像曝光設備，包括空間光學調(diào)制裝置，所述空間光學調(diào)制裝置包括大量的兩維排列的像素區(qū)，每一個用于調(diào)制照射在其上的光；光源，用于將光照射在所述空間光學調(diào)制裝置上；以及圖像聚焦光學系統(tǒng)，所述圖像聚焦光學系統(tǒng)用于將通過所述空間光學調(diào)制裝置調(diào)制的光所表現(xiàn)的圖像聚焦在感光材料上，所述圖像聚焦光學系統(tǒng)包括將從空間光學調(diào)制裝置的每一個像素區(qū)反射的光會聚的圖像聚焦透鏡；和微透鏡陣列，其具有布置在由所述圖像聚焦透鏡聚焦的每一個像素區(qū)的圖像位置處的多個微透鏡，其中所述微透鏡陣列被容納在具有兩個透明部分的殼體中，所述透明部分分別用于透射將要通過微透鏡陣列的光和透射已經(jīng)通過微透鏡陣列的光。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的圖像曝光設備，其中，所述透明部分中的至 少一個由平行板制成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的圖像曝光設備，其中，所述透明部分中的至 少一個包括組成所述圖像聚焦光學系統(tǒng)的所述透鏡。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1一3中的任一項所述的圖像曝光設備，其中，所述 殼體內(nèi)部的空氣由氮氣、氧氣或干燥的空氣取代，從而所述殼體的內(nèi)部充 滿了氮氣、氧氣或干燥的空氣。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1一4中的任一項所述的圖像曝光設備，其中，所述 光的波長是在350到450nm的范圍之中。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1一5中的任一項所述的圖像曝光設備，其中，孔陣 列被布置在所述微透鏡陣列的前側(cè)或后側(cè)，所述孔陣列具有孔，孔中的每 一個都與所述微透鏡陣列的微透鏡中的每一個相對應；并且，其中所述孔 陣列被容納在所述殼體中。
7. —種微透鏡陣列單元，包括微透鏡陣列，所述微透鏡陣列具有成陣列排列的微透鏡；以及 殼體，所述殼體用于容納微透鏡陣列，所述殼體具有兩個透明部分， 所述透明部分分別用于透射將要通過微透鏡陣列的光和透射已經(jīng)通過微 透鏡陣列的光。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種能夠防止曝光的圖像質(zhì)量下降的圖像曝光設備。該設備包括空間光學調(diào)制裝置(50)，該空間光學調(diào)制裝置(50)包括大量的兩維排列的像素區(qū)；光源(66)；以及圖像聚焦光學系統(tǒng)(51)，該圖像聚焦光學系統(tǒng)(51)用于將由空間光學調(diào)制裝置(50)調(diào)制的光(B)所表現(xiàn)的圖像聚焦在感光材料上，該圖像聚焦光學系統(tǒng)(51)包括圖像聚焦透鏡(52、54)和微透鏡陣列(55)，所述微透鏡陣列布置為多個微透鏡定位在由圖像聚焦透鏡(52、54)聚焦的每一個像素區(qū)的圖像位置處。微透鏡陣列(55)被容納在具有兩個透明部分(82、83)的殼體(80)中，該透明部分(82、83)分別用于透射將要通過微透鏡陣陣列(55)的光和透射已經(jīng)通過微透鏡陣列(55)的光，用以防止灰塵粘附于該微透鏡陣列。
文檔編號H01L21/027GK101103312SQ200680002028
公開日2008年1月9日 申請日期2006年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月13日
發(fā)明者石川弘美 申請人:富士膠片株式會社