图像曝光装置的制作方法

专利名称：图像曝光装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种图像曝光装置。更具体地，本发明涉及一种图像曝光 装置，在所述装置中，感光材料通过将由空间光调制器调制的光表示的光 学图像聚焦在其上而被曝光。
背景技术：
已知一种图像曝光系统，在该曝光系统中，为了用图像曝光感光材料， 由空间光调制器调制的光通过成像光学系统、并将光表示的图像聚焦在预 定的感光材料上。基本地，这种图像曝光系统包括由多个按行排列的像 素部组成的空间光调制器，每一个像素部用于根据控制信号调制照射光； 用于将光照射在空间光调制器上的光源；以及用于将由空间光调制器调制 的光表示的光学图像成像在感光材料上的成像光学系统。在这种图像曝光系统中，例如DMD (数字微镜器件)或其他类似的 器件优选用作空间光调制器。上述DMD是一种镜面器件，在该器件中， 多个根据控制信号改变反射表面的角度的矩形微镜以两维的方式设置在 由例如硅或其他类似物制成的半导体基底上。在这里，上述微镜作为反射 像素部。在上述图像曝光系统中，经常出现图像在被投影到感光材料上之前需 要扩大的情况。如果是这种情况，图像放大和聚焦光学系统被用作成像光 学系统。经由空间光调制器、通过图像放大和聚焦光学系统传播的光的简 单通路能够导致来自空间光调制器的每一个像素部的更宽的光束。于是， 投影图像上的像素尺寸变大，并且图像的锐度下降。结果，对于采用第一和第二种成像光学系统放大和投影图像，已经给 出了一些考虑。在这种构造中，第一种成像光学系统被设置在由具有微透 镜阵列的空间光调制器调制的光的光路上，其中微透镜阵列以阵列方式设 置有微透镜，每一个微透镜与空间光调制器的每一个像素部相对应，被设置在第一成像光学系统的成像平面上。用于将由调制光表示的图像聚焦在 感光材料或屏幕上的第二成像光学系统被设置在通过微透镜阵列传递的 光的光路上。在上述构造中，被投影到感光材料或屏幕上的图像的尺寸可 以放大，而图像的锐度仍能够保持在高水平，由于来自空间光调制器的每 一个像素部的光由微透镜阵列的每一个微透镜会聚，因此在投影图像上的 像素尺寸(光点尺寸)变窄并保持小的尺寸。在专利号为2001-305663的日本未经审査的专利中描述了这类采用 DMD作为空间光调制器并结合微透镜阵列的图像曝光系统的一种。在专利号为2004-122470的日本未经审查的专利中描述了一种同样类 型的图像曝光系统。在这个系统中，孔阵列(孔板)具有孔，每一个孔对 应于微透镜阵列的每一个微透镜，孔阵列处于微透镜阵列的后侧，仅仅允 许经由相应的微透镜传播的光通过孔。这种构造防止来自与孔板的孔不相 对应的邻近微透镜的光进入孔，以使得能够防止杂散光进入邻近的像素。 进一步，即使当DMD的像素(微镜)关闭以遮住光时，有时仍有少量的 光能照射到曝光表面。也是在这种情况下，上述构造能够减少当DMD的 像素关闭时存在于曝光表面的光的量。在现有的由具有反射像素部(如DMD等)、微透镜阵列和成像光学系 统的空间光调制器的组合构成的图像曝光系统中，每一个像素部(诸如微 镜或类似器件)表示的图像由成像光学系统聚焦，并且微透镜阵列被设置 成每一个微透镜放置于由成像光学系统形成的成像平面。以如上所述方式构建的图像曝光装置具有降低光学利用效率和消光 比的问题，除非空间调制器和微透镜阵列之间的相对位置关系严格地保持 预定的形式，这个问题才不会出现。对这点的详细的描述将在下面进行。由图18A中的附图标号100表示的方块是由空间光调制器(诸如由成 像光学系统聚焦的DMD的微镜等)的像素部表示的图像。由图18B中的附 图标号101表示的矩形是具有并排设置的微透镜102的微透镜阵列。在将这 些微镜图像100设置在微透镜阵列101的各个微透镜102的一部分上时，如 果微镜图像100以大于微透镜102的尺寸形成时，在形成的图像和微透镜之 间的关系为类似图19A中所示的情况，并且如果空间调制器和微透镜阵列 在穿过光轴的方向上发生偏移时，该关系为类似图19B中所示的情况。在
这两种情况中，出现大的遮挡(edipse)，并且微镜的边缘部分上反射的光不再用于图像曝光，导致低的光利用效率。通常，阻挡不希望的光的掩模一体地或分别地设置在微透镜102的边缘部分的外部。如果设置这些掩模，以上述方式被遮挡的光被掩模阻挡。即使不设置这些掩模，以上述方式被遮挡的光也偏离微透镜102的孔而不 会被微透镜102会聚。于是，对于所希望的应用，所述光是不可用的。进一步，当如图19B所示的空间调制器和微透镜阵列之间的偏移变得 更大时，应当聚焦到称作A的微透镜102的一部分上的微镜图像100的一部 分聚焦到邻近的称作B的微透镜102的一部分。如果是这种情况，例如，当 透射通过B微透镜102的光需要被完全阻挡时，应当输入到A微透镜102的 光进入B微透镜102，由此降低了B微透镜102的消光比。考虑到上述的情况，本发明的目标是提供一种具有高的光利用效率以 及高消光比的图像曝光装置。发明内容本发明的一种图像曝光装置包括空间光调制器，所述空间光调制器具有多个并排设置的反射像素部， 每一个像素部用于根据控制信号调制照射在其上的光； 光源，用于将光照射到空间光调制器上；以及成像光学系统，用于将由空间光调制器调制的光所表示的图像聚焦到 感光材料上；其中空间光调制器的每一个像素部被制成类似凹面镜或凸面镜的形状。 在以上述方式构建的图像曝光装置中，如果成像光学系统包括用于 接收经由空间光调制器的每一个像素部透射的光、并且聚焦每一个像素部 的图像的光学系统；以及具有多个并排设置的微透镜的微透镜阵列，每一 个微透镜用于接收通过光学系统透射的光并分别地会聚经由空间光调制 器的每一个像素部透射的光，微透镜阵列优选将被设置在由凹面或凸面形状的像素部和光学系统形成的光学会聚平面上，而脱离透镜系统形成的像 素部的成像平面。进一步，如果设置微透镜阵列，则成像光学系统优选地包括用于接收 通过微透镜阵列透射的光、并且将从微透镜阵列的每一个微透镜接收到的 光聚焦到感光材料上的光学系统。进一步，替代微透镜阵列，提供具有多个并排设置的孔的孔阵列，每 一个孔分别透射经由空间光调制器的每一个像素部透射的光。在这种情况 下，孔阵列优选设置在由凹面或凸面形状的像素部和光学系统形成的光学 会聚平面上，而脱离透镜系统形成的像素部的成像平面。如果设置孔阵列，则成像光学系统优选地包括用于接收通过孔阵列透 射的光、并将从孔阵列的每一个孔接收的光聚焦到感光材料上的光学系 统。进一步，在本发明的图像曝光装置中，如上所述的DMD优选用作空间光调制器。根据本发明的另一个实施例，图像曝光装置包括空间光调制器，所述空间光调制器具有多个并排设置的反射像素部， 每一个像素部根据控制信号调制照射到其上的光； 光源，用于将光照射到空间光调制器上；以及光学系统，用于将由空间光调制器调制的光所表示的图像聚焦到感光 材料上，其中空间光调制器的每一个像素部都制成类似曲面的形状；以及当从空间光调制器发出的主光束具有发散角时，由像素部和光学系统 提供的主光束的会聚角大于主光束的发散角。这里，空间光调制器的每一个像素部可以具有任意形状，只要其具有 曲面即可。它能够成类似凹或凸镜的形状。微透镜阵列能够设置在由像素部和光学系统形成的光会聚平面上，而 脱离由像素部和光学系统形成的成像平面。在这种情况下，该微透镜阵列 能够以可沿着光的光轴方向移动的方式安装，以允许进行聚焦调整。该装置能够进一步包括具有多个并排设置的孔的孔阵列，其每一个孔 分别用于接收通过光学系统透射的光和透射经由空间光调制器的每一个 像素部透射的光。优选地，孔阵列被设置在由像素部和光学系统形成的光 会聚平面上，而脱离由光学系统形成的像素部的成像平面。优选地，为了使得主光束的会聚角大于其发散角，作为主光束的发散 角的照射角小于主光束的会聚角和由空间光调制器形成的衍射角之差。这里所用的"光会聚平面"所指的是由像素部反射的光分别会聚的所 在平面，而脱离由像素部和光学系统形成的成像平面。当通过将经由空间光调制器的每一个像素部透射的光照射到感光材 料上实现图像曝光时，首先需要会聚和聚焦经由每一个像素部透射的光。 在本发明的图像曝光装置中，空间光调制器的每一个像素部成类似凹或凸 镜的形状，以允许每一个像素部分别会聚光。进一步，基于一个像素挨一 个像素的构造，光会聚能力也通过形成主光束的会聚角来提供，其由每一 个像素部的形状和光学系统决定，大于主光束的发散角。相应地，如果由 像素部分别会聚的每一个光束具有预期的光束直径，则微透镜阵列能够被 忽略。由此，可以防止光利用效率和消光比降低，如果微透镜阵列如上所 述方式提供则会出现光利用效率和消光比下降。进一步，在提供用于接收经由空间光调制器的每一个像素部透射的光 和用于聚焦由像素部代表的图像的光学系统，以及提供用于接收通过光学 系统透射的光的上述微透镜阵列的情况下，光利用效率和消光比的下降能 够通过将微透镜阵列设置在由凹面或凸面形的像素部形成的光学会聚平 面上、并脱离由上述光学系统形成的像素部的成像平面来实现。这将在后文中参照图20和21进行详述。由图20A中的附图标号110表示的圆是由凹面形的像素部和光学系统 产生的会聚图像。由图20B中的附图标号101表示的矩形是具有并排设置的 微透镜102的微透镜阵列。上述会聚图像是小尺寸的(会聚尺寸)光点而 不像像素部的图像一样。结果，在这些会聚图像和微透镜阵列101的微透 镜102之间的关系类似如图21A和21B所示的情况。这就是，即使空间调制 器和微透镜阵列之间发生如图21B所示的少许偏移，并且它们的同心关系 也如图21A所示，也会防止对会聚图像的遮挡的出现，或者防止将要输入 至特定微透镜的会聚图像进入相邻的微透镜。以这样的方式，光利用效率 和消光比的下降能够被防止。进一步，只有由凹面形的像素部会聚的少量变形光束透射通过微透 镜，使得未被会聚和发生反射畸变的杂散光能够被设置在微透镜阵列外部 的孔阵列或类似物容易地阻挡。


图l是根据本发明的第一个实施例的图像曝光装置的透视图，示出其总体；图2是如图1所示的图像曝光装置的扫描器的透视图，示出其构造。 图3A是感光材料的平面图，示出其曝光区域； 图3B是示出每一个曝光头的曝光区段的设置情况的图； 图4是如图1所示的图像曝光装置的曝光头的透视图，示出其示意性构造；图5是上述曝光头的示意性的剖面图；图6是数字微镜器件(DMD)的局部放大图，示出其构造； 图7A是解释DMD的操作的图； 图7B是解释DMD的操作的图；图8A是DMD的平面图，示出当DMD相对于子扫描方向不倾斜时曝光光束和扫描线的安放位置；图8B是DMD的平面图，示出当DMD相对于子扫描方向倾斜时曝光光 束和扫描线的安放位置；图9A是光纤阵列光源的透视图，示出其构造；图9B是光纤阵列光源的前视图，示出激光输出部处的发光点的安装情况；图10是示出多模光纤的构造的图； 图ll是组合光束激光光源的平面图，示出其构造； 图12是激光模块的平面图，示出其构造； 图13是如图12所示的激光模块的侧视图，示出其构造；图14是如图12所示的激光模块的局部前视图，示出其构造； 图15是示出上述图像曝光装置的电学结构的框图；图16A是示出在DMD中采用的一个示例区域的图； 图16B是示出在DMD中采用的一个示例区域的图； 图17是根据第二个实施例的用于图像曝光装置的曝光头的示意性的 剖视图18A和18B是用于解释现有的图像曝光装置中的问题的解释性视图；图19A和19B是用于解释现有的图像曝光装置中的问题的解释性视图；图20A和20B是用于解释本发明的装置的有益效果的解释性视图； 图21A和21B是用于解释本发明的装置的有益效果的解释性视图； 图22是用于本发明的图像曝光装置的DMD的示意性平面图，示出其 相关的部分；图23是如图22所示的DMD的侧视图，示出其相关部分； 图24A到24F是用于解释如图22所示的DMD的制造工艺的解释性视图；图25是用于如图22所示的DMD的驱动电路板的示意性侧视图； 图26是用于本发明的图像曝光装置的可选的DMD的示意性平面图， 示出其相关部分；图27是如图26所示的DMD的示意性侧视图，示出其相关部分； 图28A到28F是用于解释如图26所示的DMD的制造工艺的解释性视图；图29是用于如图26所示的DMD的驱动电路板的示意性侧视图； 图30是示出光如何由本发明的装置中的DMD和光学系统会聚的模式 图(pattern diagram );图31是示出光如何由现有的装置中的DMD和光学系统会聚的模式图；图32是示出光如何由本发明的装置中的DMD和光学系统会聚的另一 个例子的模式图；图33A和33B是示出根据本发明的另一个实施例的图像曝光装置的相 关部分的模式图；图34A和34B是示出根据本发明的另一个实施例的图像曝光装置的相 关部分的模式图。
具体实施例方式
此后，本发明的优选实施例将参照附图被细致地描述。根据第一个实 施例的图像曝光装置将被首先描述。图像曝光装置的构造
如图1所示，本发明实施例的图像曝光装置包括用于借助吸力将片状的感光材料150保持在其上的板状移动台152。沿着台的移动方向延伸的两 根导轨158设置在由四条腿154支撑的厚的板状安装平台156的上表面上。 台152被设置成使得其纵向沿着台的移动方向，由导轨158以可移动的方式 支撑，以允许前后运动。本实施例中的图像曝光装置进一步包括将在后文 描述的、用于驱动台152的台驱动单元304 (图15)，其中台152作为沿着导 轨158的子扫描器使用。跨过台152的移动路径的倒U形门160被设置在安装平台156的中心部 分。该倒U形门160的每一端固定地连接在安装平台156的每一侧。扫描器 162设置在门160的一侧上，且用于检测感光材料150的前后边缘的多个传 感器164 (例如两个)设置在另一侧。扫描器162和传感器164固定地连接 在跨过台152的移动路径的门160上。扫描器162和传感器164被连接到控制 它们的控制器(未示出)上。如图2和3B所示，扫描器162包括按"m"行和"n"列的矩阵形式设 置的多个曝光头(例如十四个)。在这个例子中，四个曝光头166设置在相 对于感光材料150的宽度的第三行上。在后文中，安装在第m行第n列的曝 光头将表示为曝光头166^。每一个曝光头166的曝光区段168具有短侧沿着子扫描方向的矩形形 式。相应地，随着台152的移动，带状曝光区域170由每一个曝光头166在 感光材料150上形成。在后文中，设置在第m行第n列的曝光头的曝光区段 将表示为曝光区段168mn。如图3A和3B所示，每一个沿行方向线性排列的曝光头166在排列方向 上位置相差预定的距离(例如，曝光区段的长边的自然数倍，在这种情况 下为长边的两倍)，以使得每一个带状曝光区域170设置成在与子扫描方向 垂直的方向上与相邻的曝光区域170没有任何间隙。结果，与第一行中的 曝光区域168 和16812之间的空间相对应的感光材料的未曝光区域能够由 第二行中的曝光区域16821和第三行中的曝光区域16831曝光。
如图4和5所示，每一个曝光头166u到166^具有可从美国德州仪器公 司(U.S. Texas Instrumentlnc.)获得的数字微镜面器件(DMD) 50，作为 根据图像数据、 一个像素挨一个像素地调制入射光束的空间光调制器。 DMD50连接到将在后面描述的控制器302 (图15)。控制器302包括数据处 理部和镜驱动控制部。控制器302的数据处理部产生控制信号，用于基于 输入的图像数据驱动控制DMD50的、将针对每一个曝光头166而被控制的 区段中的每个微镜。"将被控制的领域"的含义将在后面提供。镜驱动 控制部件针对每一个曝光头166，基于由图像数据处理部件生成的控制信 号，控制DMD50的每一个微镜的反射表面的角度。控制每一个微镜的反 射表面的角度的方法将在后文中描述。具有激光输出部的光纤阵列光源66、透镜系统67、以及镜69依次地设 置在DMD50的光进入侧。在激光的输出部中，光纤的输出面(发光点) 沿着与曝光区域168的长边的方向相对应的方向线性排列。所述透镜系统 67用于校正和聚焦从DMD上的光纤阵列光源66输出的激光光束。所述镜 69用于将通过透镜系统67透射的激光光束反射向DMD50镜。在图4中，透 镜系统67示意性地示出。如图5中详细示出的，透镜系统67包括用于聚集激光束B作为从光纤 阵列光源66发出的照射光的聚光透镜71、置于通过聚光透镜71透射的光的 光路上的杆状光学积分器(后文中称为"杆状积分器")、以及设置在杆状 积分器72之前，即，在镜69的侧面。从光纤阵列光源66发出的激光束通过 聚光透镜71、杆状积分器72和成像透镜74照射在DMD50上，作为在横截 面上具有均匀光强度的准直光(collimated light)束。杆状积分器72的形 状和功能将在后文中详细描述。从透镜系统67发出的激光束B由镜69反射，通过全内反射(TIR)棱 镜70照射在DMD50上。在图4中，全内反射棱镜70被忽略了。用于将被DMD50反射的激光束B聚焦在感光材料150上的成像光学系 统51被设置在DMD50的光反射侧。成像光学系统51示意性地在图4中示 出。如图5中详细所示，成像光学系统51包括由透镜系统52、 54组成的第 一成像光学系统和由透镜系统57、 58组成的第二成像光学系统，微透镜阵 列55和孔阵列59设置在两个光学系统之间。
如图6所示，DMD50是由多个(例如，1024X768)微小的镜(微镜) 62组成的镜组件，每一个镜形成一个像素，所述多个镜以栅格图样的形式 排列在静态随机存储器(SRAM)单元(存储单元)60中。在每一个像素 中，矩形微镜都设置在顶部，由支撑杆支撑。高反射材料，例如铝或类似 物，沉积在微镜的表面上。微镜的反射率不低于90%。例如，镜的尺寸在 垂直方向上和水平方向上都是13 y m，并且在垂直和水平方向上的排列间 距例如是13.7u m。每一个微镜62通过后面将被描述的方法形成为类似具 有光聚集(聚焦)能力的凹面镜。硅栅互补金属氧化物半导体(CMOS) SRAM单元60，能够在制造半导体存储器的普通的生产线上生产，它通过 具有枢纽部和轭的支撑杆设置在每一个微镜62的下面。整个DMD由单片 构成。当数字信号被写入DMD50的SRAM单元时，由支撑杆支撑的微镜相 对于其上安装DMD50的基底，在以对角线为中心的士 a度(例如，±12 度)范围内倾斜。图7A表示倾斜了+a度角的微镜62，表示它处于开状态， 而图7B表示倾斜了-a度角的微镜62，表示它处于关状态。相应地，通过 根据如图6所示的图像信号控制在DMD50的每一个像素中的微镜62的倾 斜，照射到DMD50上的激光束B被反射到每一个微镜62的倾斜方向上。图6是DMD50的局部放大图，示出一个示例的状态，其中DMD50的 一部分中的一些微镜被控制成以+或-a度倾斜。每一个微镜62的开关控制 由连接到DMD50的控制器302实现。光吸收材料(未示出)设置在由处于 关状态的微镜反射的激光束B的传播方向上。如图5所示的微透镜阵列55包括多个以两维方式排列的微透镜55a，每 一个与DMD50的每一个像素或微镜62相对应。每一个微透镜55a被放置在 由相应的微镜62反射的激光束B进入的位置处，该位置是由微镜62和透镜 系统52、 54形成的光会聚平面，而脱离由透镜系统52、 54形成的微镜62 的成像平面。虽然DMD50总共具有1024块X768列微镜，但是在下文将描 述的本实施例中，仅仅1024块X256列被驱动。于是，1024块X256列的相 应数目的微透镜55a被设置。微透镜55a的尺寸在垂直和水平方向都是41u m。例如，微透镜55a由二氧化硅玻璃制成，并且具有0.23mm的焦距和0.06 的数值孔径(NA)。
同时，孔阵列59由带有多个孔(开口) 59a的不透明部件制成，其中 孔形成为贯通不透明部件，每一个孔对应于微透镜阵列55的每一个微透 镜。在本实施例中，每一个孔59a的直径为12um。DMD50的图像被由透镜系统52、 54组成的、如图5所示的第一光学系 统聚焦在微透镜阵列上，被放大三倍，并且在微透镜阵列之后形成的图像 被由透镜系统57、 58组成的第二光学系统聚焦和投影在感光材料150上， 被放大1.6倍。在本实施例中，棱镜对73设置在第二光学系统和感光材料150之间， 并且在图5中，图像在感光材料150上的聚焦能够通过向上和向下移动棱镜 对73进行调整。在图5中，感光材料150在箭头F表示的子扫描方向上移动。优选地，DMD50以稍微倾斜的方式安装，以使得其短边与子扫描方 向形成预定的角度e (例如，0.1到5度)。图8A示出当DMD50不倾斜时， 由每一个微镜产生的反射光图像53 (曝光束)的扫描轨迹，而图8B示出了 当DMD50倾斜时，来自每一个微镜的曝光束53的扫描轨迹。DMD50包括设置在横向上的多个微镜列(例如，756)，每一列具有 沿纵向设置的多个微镜(例如，1024)。如图8B所示，当DMD50倾斜时由 微镜产生的曝光束53的扫描轨迹(扫描线)之间的间距P2比当DMD50不倾 斜时的间距P,窄，并且图像分辨率显著地提高。同时，DMD50相对于子扫 描方向的倾角很小，以使得当DMD倾斜时的扫描宽度W2与当它不倾斜时 的扫描宽度Wi近似相同。进一步，相同的扫描线通过不同微镜列曝光多次(多重曝光)。多重 曝光允许曝光位置的精密控制，并且高分辨率曝光能够被实现。进一步， 在设置在主扫描方向上的多个曝光头之间的缝能够通过精密的曝光位置 控制而被消除。相似的效果能够通过将每一个微镜列沿着垂直于子扫描方向的方向 偏移预定的距离、使微镜列排列成锯齿形而被得到，替代倾斜DMD50的方式。如图9A所示，光纤阵列光源66包括多个激光模块64 (例如，14)，并 且多模光纤30的长度的一端被连接到每一个激光模块64。与多模光纤30 相比具有相同的芯径和更小的包覆层直径的光纤31的长度被接合到每一
根多模光纤30的另一端。如图9B的详细表示，在与多模光纤30相反的一侧 的七根光纤31的每一端面沿着与子扫描方向垂直的主扫描方向对准，并且 端面上的两个阵列被设置以形成激光输出部68。由光纤31的端面组成的激光输出部68由两个支撑板65固定地夹持，每一个支撑板具有平表面。优选地，由玻璃或类似物制成的透明保护板设置 在光纤31的每一个光输出表面上，起保护作用。由于光纤31中的每一根光 纤的光输出面具有高光学密度，因此它容易聚集灰尘并趋于恶化。上述保 护板的设置能够防止灰尘的吸附和延缓恶化。在本实施例中，具有更小的外覆层直径的、长度为大约l到30cm的光 纤31被以同轴的方式接合到具有更高的外覆层直径的多模光纤30的激光 束输出侧的末端。光纤30、 31通过将光纤31的输入面熔接到光纤30的输出 面而被接合在一起，其中它们的芯轴线是对齐的。如上所述，光纤31具有 与多模光纤30相同的芯径。对于多模光纤30和光纤31，能够采用阶跃折射率型光纤(step index type optical fiber)、渐变折射率型光纤(graded index type optical fiber)或 者混合型光纤。例如，可从Mitsubishi Cable Industries, Ltd.得到的阶跃折 射率型光纤能够被使用。在本实施例中，多模光纤30和光纤31是阶跃折射 率型。多模光纤30具有125iim的外覆层直径，50iim的芯径，0.2的NA， 以及不低于99.5%的输入面涂层的透射率。光纤31具有60um的外覆层直 径，50um的芯径和0.2的NA。然而，光纤31的外覆层直径不限于60um。许多用于现有的光纤光源 的光纤的外覆层直径是125 u m。由于越小的外覆层直径导致越深的焦深， 因此，优选地，多模光纤的外覆层直径不大于80iim，而更优选地，不大 于60um。由于单模光纤需要至少3到4um的芯径，因此，优选地，光纤 31的外覆层直径不小于10um。优选地，光纤30、 31在耦合效率的固定点 (standpoint)处具有相同的内径。在本发明中，不是必须采用外覆层直径彼此不同的、熔接在一起(所 谓锥形接合(taper splicing))的两种不同类型的光纤30、 31。光纤阵列光 源能够通过捆扎多根具有相同外覆层直径(例如，图9A中的光纤30)而被 形成，但每个光纤没有不同类型的光纤与之接合。
激光模块64由组合光束激光光源(光纤光源)组成。该组合光束激光光源包括固定地安装在热块(heatblock) IO上的多个横向多模或单模 GaN系统半导体激光器芯片LDl、 LD2、 LD3、 LD4、 LD5、 LD6和LD7; 准直透镜ll、 12、 13、 14、 15、 16和17，每一个透镜为每一个GaN系统半 导体激光器LD1到LD7设置；会聚透镜20;以及多模光纤30。半导体激光 器数量不限于七个，能够采用不同数量的半导体激光器。进一步，能够采 用集成这些准直透镜的准直透镜阵列替代七个独立的准直透镜11到17。GaN系统半导体激光器LDl到LD7中的每一个都具有大致相同的振荡 波长(例如，405nm)和最大输出(例如，对多膜激光器为大约100mW， 对单模激光器为50mW)。 GaN系统半导体激光器LDl到LD7中的每一个的 输出能够在最大输出功率以下的范围内彼此不同。对于GaN系统半导体激 光器LD1到LD7，也能采用在除了405nm以外的从350nm到450nm的波长范 围内的波长处进行振荡的激光器。组合光束激光器光源与其他光学元件一起安装在具有顶部开口的盒 子型封装件40中。封装件40包括封装盖41，被形成对封装件40的开口进行 密封。密封气体进入经脱气后的封装件40中，且封装件40的开口由封装盖 41密封以便以气密方式将组合光束激光器光源密封在由此形成的封闭空 间(密封空间)里。基板42被固定地安装在封装件40的底表面上，并且热块IO、用于保持 准直透镜20的准直透镜保持件保持件45和用于保持多模光纤30的输入端 的光纤保持件保持件46被安装在基板42的上表面。多模光纤30的输出端通 过设置在封装件40壁上的孔被拉到外部。准直透镜保持件44安装在热块10的横侧表面，且准直透镜11到17被保 持在该处。孔设置于侧壁上，其中通过该孔，为GaN系统半导体激光器LDl 到LD7提供驱动电流的导线被拉到外部。在图13中，为清楚起见，仅仅示出七个半导体激光器LD1到LD7中的 GaN系统半导体激光器LDl，以及七个准直透镜11到17中的准直透镜17。图14是准直透镜11到17的安装截面的前视图，示出其前面的几何形 状。准直透镜11到17中的每一个以这样的方式形成g卩，使得包括具有非 球面表面的圆透镜的光轴的区域以伸长的方式被平行平面切去。伸长的准
直透镜能够例如通过注塑树脂或光学玻璃而被制成。准直透镜11到17彼此 紧密地设置在GaN系统半导体激光器LDl到LD7的发光点的排列方向上(图14中的左右方向)，以使得准直透镜ll到17的长度方向朝着与GaN系 统半导体激光器LD1到LD7的发光点的排列方向相垂直的方向。同时，对于GaN系统半导体激光器LDl到LD7，能够采用包括具有2 ym的照明宽度的激活层和以如与激活层的平行方向和垂直方向分别成 10度和30度的发散角发出各个激光束Bl到B7的激光器。设置GaN系统半导 体激光器LD1到LD7，以使得其发光点在平行于激活层的方向上线性对准。相应地，从相应的发光点发出的激光束B1到B7进入相应的伸长的准 直透镜11到17，其中具有较大发散角的方向与准直透镜的长度方向相对 应，而具有较小发散角的方向与准直透镜的宽度方向(垂直于长度方向的 方向)相对应。即，准直透镜ll到17中的每一个的宽度都是l.lmm，其长 度都是4.6mm，且进入准直透镜l 1到17的激光束B1到B7的光束直径在水平 方向和垂直方向上分别为0.9mm和2.6mm。准直透镜11到17中的每一个都 具有3mm的焦距f和0.6的NA，其以1.25mm的间距排列。会聚透镜20形成为使得包括具有非球面表面的圆透镜的光轴的区域以伸长方式被平行平面切去。设置成其长边与准直透镜11到17的排列方向，g卩，水平方向相对应，且其短边与垂直于水平方向的方向相对应。会聚透镜20具有23mm的焦距f2和0.2的NA。会聚透镜20也由注塑树脂或光学 玻璃制成。根据本发明的图像曝光装置的电学构造将参照图15进行描述。如图15 所示，整体控制部300连接到调制电路301，该调制电路依次连接到控制器 302以控制DMD50。整体控制部300也连接到LD驱动电路303，以驱动激光 模块64。进一步，它连接到台驱动单元304以驱动台152。图像曝光装置的操作前述图像曝光装置的操作将在下文描述。在扫描器162的每一个曝光 头中，以发散的方式从GaN系统半导体激光器LDl到LD7 (图ll)发出的 每一个激光束B1、 B2、 B3、 B4、 B5、 B6和B7组成了光纤阵列光源66的组 合光束光源，它由相应的准直透镜11到17中的每一个进行准直。准直激光 束B 1到B7由会聚透镜20会聚并聚焦在多模光纤30的芯30a的输入端面上。
在本实施例中，准直透镜11到17和会聚透镜20组成会聚光学系统，且 该会聚光学系统和多模光纤30组成组合光束光学系统。即，以上述方式由 会聚透镜20会聚的激光束Bl到B7进入多模光纤30的芯30a，并通过其传 播，而且作为单组合激光束B从光纤31发出，其中光纤31接合在多模光纤 30的输出端上。在每一个激光模块64中，当激光束B1到B7耦合到多模光纤30的耦合 效率为0.9时，并且每一个GaN系统半导体激光器LDl到LD7的输出功率为 50mW时，组合激光束B具有来自排成阵列的每一个光纤31的315mW的输 出功率(50mWX0.9X7)。相应地，来自总共14个光纤的、具有4.4mW(0.315 X14)的输出功率的激光束B能够得到。当进行图像曝光时，根据将要曝光的图像的图像数据从图15中所示的 调制电路301输入到DMD50的控制器302中，并临时存储在其帧存储器(frame memory)中。该图像数据为形成图像的每一像素的灰阶由二进制 值(包含/不包含点)表示的数据。其上吸附感光材料150的台152沿着导轨158以恒定的速度从门160的 上游移动到下游。当台152在门160下通过，且感光材料150的前沿被安装 在门160上的传感器164检测到时，帧存储器(framememory)中存储的图 像数据每次为多条线连续地被读出。然后，用于每一个曝光头166的控制 信号由数据处理部、基于读出的图像数据头挨头地生成，以及在每一个曝 光头166上的DMD50的每一个微镜由镜驱动控制部、基于生成的控制信号头挨头地被进行开关控制。当激光束B从光纤阵列光源66照射到DMD50上时，由驱动到开状态的 DMD50的微镜反射的激光束通过透镜系统51聚焦到感光材料150上。以这 样的方式，从光纤阵列光源66发出的激光束像素挨像素地被进行开关控 制，并且感光材料150以与使用的DMD的像素数量大致相等的像素数量(曝光区域168)被曝光。感光材料150随着台152以恒定的速度移动，以 使得感光材料150由扫描器162沿着与台的移动方向相反的方向进行子扫 描，并且带状的曝光区域170由每一个曝光头166形成。虽然DMD50包括设置在子扫描方向上的768个微镜阵列，且每一个具 有设置在主扫描方向上的1024块微镜，但是在如图16A和16B所示的本实施例中，仅仅一部分微镜阵列(例如，1024块X256阵列)由控制器302 控制驱动。在这种情况下，可以使用设置在DMD50的中心区段(图16A)中或设 置在DMD50的顶(或底)端区段(图16B)的微镜阵列。另外，如果一些 微镜出现缺陷，具有没有缺陷的微镜的单个或多个微镜阵列能够替代带有 缺陷的微镜的单个或多个微镜阵列。以这样的方式，微镜阵列能够根据情 况进行相应地改变。DMD50具有受一定限制的数据处理速度。每线的调制速度反比于采 用的像素数量。于是，每线的调制速度能够通过仅采用整个微镜阵列的一 部分来增加。同时，对于曝光头相对于曝光表面连续移动的曝光方法，并 非所有位于子扫描方向上的像素都需要被使用。当感光材料150的子扫描由扫描器162完成，并且感光材料150的后沿 被传感器164检测到时，台152由台驱动单元304驱动，沿着导轨158回到门 160的最上游的原始位置。此后，其再次以恒定的速度沿着导轨158从门160 的上游移动到下游。照明光学系统由光纤阵列光源66、会聚透镜7K杆状积分器72、成像 透镜74、镜69和全内反射棱镜70组成，如图5所示。该照明光学系统用于 发出光束B到DMD50作为照射光，将在下文对其进行描述。杆状积分器72 是例如形成为方棒的透明杆。当激光束B以全反射方式在杆状积分器72中 传播时，在激光束B的横截面内的强度分布被均匀化了。杆状积分器72的 输入和输出面配备有抗反射涂层以提高透射率。以上述方式提供在横截面 内具有高度均匀化的强度分布的激光束B作为照射光可以产生具有均匀光 强度的照射光，允许具有高分辨率的图像在感光材料150上曝光。在根据本实施例的装置中，如图5所示的微透镜阵列55的每一个微透 镜55a放置在由微镜和透镜系统52、 54形成的光会聚平面，而脱离由透镜 系统52、 54形成的微镜的成像平面。即使当DMD50和微透镜阵列55之间 出现少许的偏移时，这种配置也能保持高的光利用效率和消光比。原因如 上参照图20和21所述。接下来将描述本发明的第二个实施例。图17为根据第二个实施例的图 像曝光装置的曝光头的示意性剖视图。因为第二个实施例中的曝光头不包
括由透镜系统57、 58组成的第二光学系统，因此与图5所示的曝光头基本 不同。即，在根据第二实施例的图像曝光装置中，感光材料150放置于由 微透镜阵列55的微透镜55a形成的光会聚平面，并且由微透镜阵列55会聚 的图像直接曝光在感光材料上。在本实施例中，微透镜阵列55的每一个微透镜55a也放置于由微镜62 和透镜系统52、 54形成的光会聚平面上，而脱离由透镜系统52、 54形成的 微镜62的成像平面，以使得即使当DMD50和微透镜阵列55之间出现少许 的偏移时，这种配置也能保持高的光利用效率和消光比，与第一个实施例 中相同。同时，如果由微镜和透镜系统52、 54会聚的激光束B具有预期的光束 直径，则微透镜阵列55能够被忽略。进一步，也能使用具有多个并排排列的孔的孔阵列，而替代在上述两 个实施例中采用的微透镜阵列55。在这种情况下，孔阵列设置在由微镜阵 列和透镜系统52、 54形成的光会聚平面上。除了高的光利用效率外，这种 孔阵列还能够提供经由孔在成形光束的有益效果。此后，将描述制造DMD50的示例的方法。图22是上述DMD50的元件 400的详细的平面图，而图23是沿图22中线A-A获得的元件400的侧面剖视 图。首先，将描述用作DMD50的像素部的元件400。元件400包括在驱动电路基底451上彼此间隔形成的第一和第二下电 极463a、 463b，分别与第一和第二下电极463a、 463b间隔形成的第一和第 二上电极467a、 467b，以及设置在下电极463a、 463b和上电极467a、 467b 之间的移动构件461 (其包括枢纽部455和镜部457)。第一上电极467a设置 在与第一下电极463a相对应的位置上，而第二上电极467b设置在与第二下 电极463b相对应的位置上。在图22中由附图标号479和483表示的部分分别 是枢纽部455的支撑部和上电极467a、 467b的支撑部。图7和其他附图中示意性示出的微镜62与镜部457的中心区域(未被上 电极467a、 467b挡住)相对应。在图22中，为清楚起见，表示出镜部457 的中心区域相对于元件400的整个尺寸相当小。然而，实际上，镜部457 的中心区域占据了元件400的主要部分。如图23所示，第一下电极463a和第二上电极467b互相连接，然后连接 到第一驱动电极485，同时，第二下电极463b和第一上电极467a互相连接， 然后连接到第二驱动电极487。由导体材料制成的枢纽部455连接到移动构 件电极489。第一驱动电极485、第二驱动电极487和移动构件电极489的电 位V1、 V2和Vm由半导体集成电路控制，例如，设置在驱动电路基底上的 CMOS电路。这里，Vl相对于Vm的电位差表示为V(l)，而V2相对于Vm的电位差 表示为V(2)。当设定元件400，使得V(1"V(2)时，则保持移动构件，即镜 部457，平行于驱动电路基底451。这是因为作用于移动构件461—端和第 一下电极463a之间的静电力与作用于移动构件461该端和第一上电极467a 之间的静电力彼此相等。进一步，作用于移动构件461另一端和第二下电 极463b之间的静电力与作用于移动构件461另一端和第二上电极467b之间 的静电力彼此相等。平行状态由枢纽部455的弹性稳定地保持。当设定元件400使得V(1^V(2)时，镜部457如图23所示随着枢纽部455 被绞合而倾斜。这是因为作用于移动构件461—端和第一下电极463a之间 的静电力F与作用于移动构件461另一端和第二上电极467b之间的静电力F 大于作用于移动构件461—端和第一上电极467a之间的静电力f与作用于 移动构件461另一端和第二上电极463b之间的静电力。另一方面，当设定 元件400使得V(1)〈V(2)时，镜面部件457向着与如图23所示方向相反的方 向倾斜。以这样的方式，镜面部件457能够被设定在两个倾斜位置中的任 意一个位置上。此后，将参照图24和25对生产元件400的方法进行描述。在图24中， 沿着图22中的线A-A得到的元件400的示意性的侧向剖视图表示在左边， 而沿着图22中的线B-B得到的那些表示在右边。如图24A所示，提供了驱动电路基底451。如图25中的详细表示，驱 动电路基底451包括CMOS电路471以及导线电路473，所述导线电路473构 成例如形成在Si基底469上的驱动电路。另外，绝缘层475形成于基底的顶 部，而用于将导线电路473连接到相应的电极的接触孔(contacthole)在 用化学机械抛光方法或类似方法使绝缘层的表面平面化之后被形成。然后，第一铝薄膜(优选地，包含具有高熔点的金属的铝合金)通过 溅射在驱动电路基底451上形成(未示出)，其通过普通的光刻蚀被形成图
案、以提供用于形成第一和第二下电极463a、 463b的预期电极形状。第一 和第二下电极463a、 463b通过穿过接触孔和导线电路473的导线连接到 CMOS电路的输出侧，并分别设定预期的电位。然后，如图24B所示，第一正光刻胶491涂敷到基底上，在用于提供 枢纽部455的支撑部479的区域491a形成图案之后，第一正光刻胶491被随 后硬烘焙(hardbake)。包括第一光刻胶491的层用作牺牲层(sacrifice layer)，并在下文描述的过程中被去除掉。相应地，下电极463a、 463b和 将在以后形成的枢纽部455之间的距离由硬烘焙的光刻胶膜的厚度决定。 这里，感光的聚酰亚胺或类似物也可替代正光刻胶491被使用。然后，如图24C所示，第二铝薄膜(优选地，包含具有高熔点的金属 的铝合金)493由溅射形成，枢纽部455和其支撑部479将由该铝薄膜493 形成。此后，二氧化硅(Si02)膜(未示出)由等离子体增强化学气相沉 积(PE-CVD)形成。二氧化硅(Si02)膜用作第二铝薄膜493的刻蚀掩模。 然后，二氧化硅膜通过光蚀刻被形成图案，以提供对应枢纽部455和其支 撑部的预期形状。然后，第三铝薄膜(优选地，包含具有高熔点的金属的铝合金)495 由溅射形成，镜部457将由该铝薄膜493形成。此后，二氧化硅(Si02)膜 (未示出)由等离子体增强化学气相沉积(PE-CVD)形成。二氧化硅(Si02) 膜用作第三铝薄膜493的刻蚀掩模。然后，二氧化硅膜通过光刻蚀被形成 图案、以提供对应镜部的预期形状。然后，第三和第二铝薄膜495、 493被连续地刻蚀，二氧化硅膜作为刻 蚀掩模，并且二氧化硅膜最后由等离子体刻蚀去除。铝薄膜的刻蚀由采用 铝刻蚀剂的湿法刻蚀、采用氯气的等离子刻蚀、或其他类似方法实现，其 中所述铝刻蚀剂是磷酸、硝酸和醋酸的混合水溶液。接触孔通过二氧化硅 膜形成，且枢纽部455通过穿过接触孔和导线电路473的导线连接到CMOS 电路的输出侧，并分别设定预期的电位。然后，如图24D所示，第二正光刻胶497被涂敷，其被形成图案以提 供上电极467a、 467b的支撑部483，并且此后，基底被硬烘焙。正光刻胶 497的表面在硬烘焙时通过回流效应被平面化，而不管在其下的薄膜是否 不平坦。包括第二光刻胶497的层用作牺牲层，并在下文描述的过程中被
去除掉。相应地，枢纽部455和镜面部件457与在后面步骤中形成的上电极 467a、 467b之间的距离由硬烘焙的光刻胶膜的厚度决定。在这里，感光的 聚酰亚胺或类似物也可优选地替代正光刻胶497被使用。然后，如图24E所示，第四铝薄膜(优选地，包含具有高熔点的金属 的铝合金)499由溅射形成，上电极467a、 467b和其支撑部将由该铝薄膜 499形成。此后，第四铝薄膜通过光刻蚀被形成图案、以提供上电极467a、 467b和其支撑部的形状。铝薄膜的刻蚀由采用铝刻蚀剂的湿法刻蚀、采用 氯气的等离子刻蚀、或类似方法实现，其中所述铝刻蚀剂是磷酸、硝酸和 醋酸的混合水溶液。在此时，第一和第二上电极467a、 467b分别连接到第 二和第一下电极463b、 463a。然后，如图24F所示，用作牺牲层的第二和第一光刻胶层497、 491由 使用氧气的等离子刻蚀去除掉，形成气隙453、 465。这样生产元件400， 该元件400包括基底451，所述基底451具有在基底451上形成的第一和第二 下电极463a、 463b，移动构件461 (枢纽部455和镜面部件457)通过中间 气隙453放置在第一和第二下电极463a、 463b的上方，第一和第二上电极 467a、 467b通过中间气隙465放置在移动构件461的上方。多个这样的元件 400同时被形成，以生产DMD50。在以上述方式生产DMD50中，镜部457能够通过在将形成镜面部件 457的第三铝薄膜495成形时控制膜成形的温度以给出膜的应力分布制成 上述类似凹面镜的形状，而此后去除用作牺牲层的第一光刻胶491的层。可选地，通过使用与制作镜部457的第三铝薄膜495不同的材料，以及 使用枢纽部455作为其背衬基底(backing substrate)、并利用材料的热膨胀 系数差来弯曲镜部457，能够将镜部457制成为类似凹面镜的形状。进一步，用作镜部457和枢纽部455的背衬基底的第一光刻胶491的表 面能够通过在涂敷光刻胶之前、在第一光刻胶491涂敷在其上的表面上设 置凹面图案而制成类似凹面镜的形状，其中所述凹面图案在后面的步骤中 将会随第一光刻胶491一起去除掉。这样，将被形成在第一光刻胶491的表 面上的镜部457可以形成为类似凹面镜。这里，可以根据其粘性而使第一 光刻胶491的表面变平，而不用考虑背衬基底的表面轮廓。因此，需要提 供具有适当粘性的第一光刻胶491 。
接下来，将描述具有不同构造的DMD的制造方法。图26是可选DMD 的元件500的细致的平面图，而图27是沿着图26中的线A-A得到的元件500 的侧向剖面图。首先，将描述用作DMD的像素部的元件500。元件500包括在驱动电路基底521上彼此间隔开形成的第一和第二下 电极543a、 543b，与第一和第二下电极543a、 543b分别间隔开形成的第一 和第二上电极545a、 545b，以及设置在第一下、上电极对543a、 545a和第 二下、上电极对543b、 545b之间的移动构件531 (其包括枢纽部525和镜部 527)。第一上电极545a设置于与第一下电极543a的位置相对应的位置处， 在它们之间有中间绝缘层549。第二上电极545b设置于与第二下电极543b 的位置相对应的位置处，在它们之间有中间绝缘层549。由图26中的附图 标号551和553表示的部分分别为枢纽部525的支撑部和上电极545a、 545b 的支撑部。在本例中，镜部527与图7和其他附图中示意性示出的微镜62相对应。 在图26中，为清楚起见，表示出的镜部527相对于元件500的整个尺寸相当 小。实际上，镜部527占据了元件500的主要部分。如图27所示，第一下电极543a和第二上电极545b互相连接在一起，并 且然后连接到第一驱动电极555，同时，第二下电极543b和第一上电极545a 互相连接在一起，并且然后连接到第二驱动电极557。与导电材料一体形 成的枢纽部455和镜部527连接到移动构件电极559。第一驱动电极555、第 二驱动电极557和移动构件电极559的电位V1、 V2和Vm由半导体集成电路 控制，如设置在驱动电路基底上的CMOS电路。这里，Vl相对于Vm的电位差表示作V(l)，而V2相对于Vm的电位差 表示作V(2)。当设置元件500使得V(1"V(2)时，保持移动构件，即镜部527， 平行于驱动电路基底521。这是因为作用于移动构件531—端和第一下电极 543a之间的静电力与作用于移动构件531该端和第一上电极545a之间的静 电力彼此相等。进一步，作用于移动构件531另一端和第二下电极543b之 间的静电力与作用于移动构件531另一端和第二上电极545b之间的静电力 彼此相等。平行状态由枢纽部525的弹性稳定地保持。当设定元件500使得V(1一V(2)时，镜部527如图27所示倾斜，而枢纽 部525被绞合。这是因为作用于移动构件531—端和第一下电极543a之间的
静电力F与作用于移动构件531另一端和第二上电极545b之间的静电力F大 于作用于移动构件531—端和第一上电极545a之间的静电力f与作用于移 动构件531另一端和第二下电极543b之间的静电力。另一方面，当设定元 件500使得V(1)〈V(2)时，镜部527向着与如图27所示方向相反的方向倾斜。 以这样的方式，镜部527能够被设定在两个倾斜位置中的任意一个位置上。此后，将参照图28和29对生产元件500的方法进行描述。在图28中， 沿着图26中的线A-A得到的元件500的示意性的侧向剖视图表示在左边， 而沿着图26中的线B-B得到的那些表示在右边。如图28A所示，提供了驱动电路基底521。如图29中的详细表示，驱 动电路基底521包括CMOS电路537，并且组成驱动电路的导线电路539例 如形成在硅基底535上。另外，绝缘层541形成于基底的顶部，而用于将导 线电路539连接到相应电极的接触孔(contacthole)在用化学机械抛光方 法或类似方法对绝缘层的表面平面化之后被形成。然后，第一铝薄膜(优选地，包含具有高熔点的金属的铝合金)通过 溅射在驱动电路基底521上形成(未示出)，其通过普通的光刻蚀进行图案 化、以提供预期的电极形状用于形成第一和第二下电极543a、 543b，如图 28B中所示。第一和第二下电极543a、 543b通过接触孔连接到导线电路539 (图29)，使得它们能被设定成预定的电位。这里，下电极543a、 543b需 要以高精度设置在紧密邻近枢纽部525和镜部527处，将在后面描述。于是， 优选地，下电极543a、 543b的光刻由步进曝光实现，且为此由干法刻蚀实 现蚀刻。然后，如图28C所示，由二氧化硅或氮化硅制成的绝缘层549由等离 子体增强化学气相沉积形成。绝缘层549用作下电极543a、 543b和上电极 545a、 545b之间的、将在下面进行描述的层间绝缘膜，并且上电极545a、 545b的位置由绝缘层549的层厚决定。此后，该绝缘层通过普通的光刻蚀、 以预定的形状形成图案。这里，绝缘层549的端面需要以高精度设置在紧 密邻近枢纽部525和镜部527处。于是，优选地，绝缘层的刻蚀由步进曝光 实现，且为此由干法刻蚀实现刻蚀。然后，如图28D所示，正光刻胶561涂敷于基底521，并在提供枢纽部 525的支撑部551的区域形成图案后被硬烘焙。包括光刻胶561的层用作牺
牲层，并且将在后面所述的过程中去除掉，以形成气隙523。相应地，将在后面步骤中形成的移动构件531 (枢纽部525和镜部527)的位置由硬烘 焙的光刻胶561的厚度决定。在这里，代替光刻胶561，能够优选地使用感 光的聚酰亚胺或类似物。然后，如图28E所示，第二铝薄膜(优选地，包含具有高熔点的金属 的铝合金)被形成，这由普通光刻蚀处理，以提供第一和第二上电极545a、 545b、枢纽部525 (梁体)、枢纽部的支撑部551、以及镜部527。进一步， 第一和第二上电极545a、 545b通过接触孔连接到基底521上的导线电路539 (图29)。在本例中，第一上电极545a和第二下电极543b通过导线电路539 彼此连接，第二上电极545b和第一下电极543a通过导线电路539彼此连接。 枢纽部525通过图中未示出的构件连接到图29示出的CMOS电路537。这里，上电极545a、 545b需要以高精度设置在紧密邻近移动构件531 处。于是，优选上电极545a、 545b的光刻由步进曝光实现，且为此刻蚀由 干法刻蚀实现。最后，如图28F所示，用作牺牲层的光刻胶561由采用氧气的等离子体 刻蚀去除掉，以形成气隙523。这使得枢纽部525和镜部527能够以跷跷板 的方式沿穿过枢纽部525的轴线移动。这样生产元件500，该元件500包括通过中间气隙523设置在基底521 上方的枢纽部523，以及构造成借助枢纽部525的运动以跷跷板的方式移动 的镜部527。多个这样的元件500同时被形成，以生产DMD50。当以上述方式生产DMD 50时，上述将镜部457制成类似凹面镜的形状 的三种方法能够以相似的方式被应用，以将镜部527制成类似凹面镜的形 状。上述的两个元件400和500被构造成采用两对电极以跷跷板的方式运 动，并且不包括位于镜部下侧、用于接触地址电极的梁。本发明的图像曝 光装置也能够采用DMD构造，其中一对电极用于以跷跷板的方式使镜部 运动，并包括位于镜部的下侧、用于接触地址电极的梁，如同在当前实际 可用的典型的DMD。进一步，根据上述实施例的图像曝光装置采用DMD作为空间光调制 器。但是，在采用DMD以外的反射式空间光调制器的图像曝光装置中，
光利用效率和消光比的下降能够通过应用本发明来防止。对于由DMD 50反射的光如何独立地会聚的详细描述将在下文中进 行。图30为示出光如何由如图5或17所示的DMD50 (空间光调制器)会聚 的模式图。如图30所示的DMD50的每一个像素部62都制成上述类似凸面 镜(例如，在曲面上形成的凹面镜)的形状。照射到类似凹面镜的像素部 62上的光由类似凹面镜的像素部62和光学系统52、 54会聚，并聚焦在成像 平面fl上。每一个像素部62的会聚图像110在从光学系统52、 54到成像平 面fl的范围内的位置中互相交叠。另一方面，每一个像素部62的会聚图像110在沿着远离光学系统52、 54 (箭头X1方向)的方向且脱离成像平面fl的位置上彼此独立。如果每一 个会聚图像110具有预期的光束直径，则图像能够直接从光学系统52、 54 被曝光在感光材料上。因此，上述微透镜阵列不再需要，而且由此能够防 止由微透镜阵列造成的光利用效率和消光比的降低。艮卩，如果DMD50的每一个像素部被制成具有平坦表面，则每一个会 聚图像110a被设置在成像平面fO上，而在图像之间没有任何间隙，并且离 开成像平面的任意光会聚平面上彼此交叠，如图31所示。因此，微透镜102 和掩模偏离成像平面f0的偏移造成参照图18和19所述的降低光利用效率 的问题。另一方面，在图30中，每一幅会聚图像110分别会聚在光会聚平 面而脱离成像平面fl。如果会聚图像有预期的光束直径，那么，能够忽略 微透镜阵列。进一步，在图30中，如果微透镜阵列55设置在由类似凹面镜的像素部 62形成的光会聚平面上，而脱离由光学系统52、 54形成的像素部的成像平 面上，那么能够防止如参照图20和21所述的光利用效率和消光比的降低。图32是根据本发明的第三个实施例的图像曝光装置的示意图。接下 来，将参照图32描述图像曝光装置。在如图32所示的图像曝光装置中，具 有与如图30所示的图像曝光装置中的部分构造相同的部分被给出相同的附图标号，并且在此将不进行详细描述。由于如图32所示的图像曝光装置包括含有像素部的空间光调制器，每 一个像素部制成类似凸面镜的形状，因此它与如图30所示的图像曝光装置 不同。更具体地，DMD (空间光调制器)250的每一个像素部262制成类
似凸面镜(例如，在凸曲面上形成的凸面镜)的形状。照射到类似凸面镜的像素部262上的光通过成像光学系统52、 54聚焦在成像平面fl0上。这里，每一个像素部262的会聚图像210在从光学系统52、 54到成像平 面flO的范围内的位置上彼此分开。另一方面，每一个像素部262的会聚图 像210在沿着由箭头Xl表示的方向且离开成像平面flO的位置上彼此交叠。 如果每一幅会聚图像210彼此分开，并且在成像平面fl0和光学系统52、 54之间的范围内、且离开成像平面fio的光会聚平面上具有预期的光束直径，该图像能够从光学系统52、 54直接被曝光在感光材料上。因此，微透镜阵 列55能够被省去，并且如果如上所述设置微透镜阵列55时可能出现的光利 用效率和消光比的下降由此能够被防止。进一步，即使在提供接收通过光学系统5-2、 54传递的光的微透镜阵列 55的情况下，也能够通过将微透镜阵列55放置在由类似凸面镜的像素部 262形成的光会聚平面上，而脱离由光学系统52、 54 (图20和21)形成的 成像平面，来防止光利用效率和消光比的下降。具有类似凸面镜的像素部的DMD250能够以与参照图22到28描述的、 具有类似凹面镜的像素部的DMD 50相类似的方式进行制造。同时，进入DMD50或DMD250的光通过会聚透镜71、杆状积分器72 以及成像透镜74 (图4和图5)，被大致形成为在横截面上具有均匀光强的 准直光束。然而，事实上，进入DMD50或DMD250的光具有发散角。结 果，从DMD50或DMD250发出的光也具有一定的发散角。由每一个像素 部62或262和成像光学系统52、 54会聚的光束尺寸依赖于发散角。因此， 可能出现一个问题来自每一个像素部62或262的光不是依赖于散射角的 大小被单独会聚的。结果，当进入DMD 50或DMD 250的主光束具有预定的发散角P时， 形成的由每一个像素部62或262和光学系统52、 54决定的主光束的会聚角 Y大于主光束的发散角P (Y>e)，如图30和32所示。图33A和33B是示出当每一个像素部62制成类似凹镜面形状时的会聚 角Y和发散角P。如图33A所示，如果主光束的会聚角Y大于其发散角P (Y>e )，则由每一个像素部62反射的光能够独立地会聚在光学会聚平面 上，而脱离成像平面fl (图30)。另一方面，如果主光束的会聚角Y不大 于如图33B所示的发散角e ( Y《e )，则由每一个像素部62反射的光不能独立地会聚，并且在成像平面fl之前和之后彼此交叠。类似地，如图34A所示，当每一个像素部262制成类似凸面镜的形状， 并且如果主光束的会聚角Y大于其发散角e (Y〉3)时，由每一个像素 部262反射的光能够独立地在光学会聚平面上会聚，而脱离成像平面f10(图32)。另-一方面，如果，如图34B所示，主光束的会聚角Y不大于其发 散角P ( Y《3 )，则由每一个像素部262反射的光不能够独立地会聚，并 且由每一个像素部的会聚光在成像平面flO之前和之后彼此交叠。因此， 如图33A和34A所示，通过形成大于发散角P的会聚角Y ，由每一个像素 部62或262反射的光能够独立地会聚。这里，主光束的会聚角Y由每一个像素部62或262和光学系统52、 54 的光采集功率(light collecting power)决定。同时，发散角P能够表达为照射角e i和衍射角e 2之和(e = e l+e 2)。照射角e l表示通过会聚透镜71、杆状积分器72和成像透镜74输出到DMD50的主光束的发散角。衍射 角P 2是设置在上述DMD 50的光退出表面侧上的衍射光学器件的衍射角， 例如，在未经审查的日本专利出版物No.2004-133279和2000-338475中所述 的(未在图30和32中示出)。结果，为了满足会聚角^>发散角3 (图4和5)的关系，满足照射角 P 1<会聚角Y-衍射角P2的关系的光通过会聚透镜7K杆状积分器72和成 像透镜74输出到DMD50。如上所述通过形成大于其发散角P的主光束的会聚角Y ，由每一个像 素部62或262反射的光能够独立地会聚。尤其，如果由每一个像素部62或 262独立地会聚的每一个光束210有预期的光束直径，则所述光束能够从光 学系统52、 54直接地被曝光在感光材料上。因此，微透镜阵列能够被忽略， 并且如果如上所述提供微透镜阵列55时可能出现的光利用效率和消光比 的下降由此能够被防止。进一步地，微透镜阵列55能够被提供于由像素部62或262反射的光独 立地会聚所在的平面上，其脱离由光学系统52、 54形成的像素部62或262 的成像平面fl或fl0。这能够防止以上参照图20和21所述的光利用效率和消 光比的下降。
进一步地，如果微透镜阵列55以可移动的方式安装在光轴方向上(箭头X方向)，那么光的焦点位置能够容易地被调整。尤其，微透镜阵列55 放置在光会聚平面上而替代成像平面fl和flO，能够将进行聚焦调整时光利 用效率的变化最小化。即，在图30或32中，在光会聚平面和其前面或后面 的平面之间的光利用效率的变化小于在成像平面fl或flO和其前面或后面 的平面之间的光利用效率的变化。因此，能够防止当微透镜阵列55沿着箭 头X方向移动时光利用效率的迅速改变。
如果位于由光学系统52、 54形成的成像平面fl或fl0上的图像表面如 图34A、 34 (b)所示发生弯曲，则微透镜阵列能够基于像素部的成像平面 或成像平面的顶点处的平均位置来放置。.
进一步地，孔阵列能够设置在由像素部62或262反射的光独立地会聚 所在的平面上，其脱离由光学系统52、 54形成的像素部62或262的成像平 面fl或f10。这样的设置能够阻挡上述杂散光。更进一步，孔阵列和微透镜 阵列都能够放置在光会聚平面上(图20和21)。
权利要求
1.一种图像曝光装置，包括空间光调制器，其具有多个并排设置的反射像素部，每一个像素部用于根据控制信号调制照射在其上的光；光源，用于将光照射到空间光调制器上；以及成像光学系统，用于将由空间光调制器调制的光所表示的图像聚焦到感光材料上；其中空间光调制器的每一个像素部被制成类似凹面镜或凸面镜的形状。
2. 根据权利要求l所述的图像曝光装置，其中，所述成像光学系统包括光学系统，用于接收经由空间光调制器的每一个像素部透射的光并且 聚焦每一个像素部的图像；以及微透镜阵列，其具有多个并排设置的微透镜，每一个微透镜接收透射 通过光学系统的光、并分别地会聚经由空间光调制器的每一个像素部透射 的光，微透镜阵列设置在由凹面或凸面形状的像素部和光学系统形成的光 学会聚平面上，而脱离光学系统形成的像素部成像平面。
3. 根据权利要求2所述的图像曝光装置，其中，所述成像光学系统包 括接收透射通过微透镜阵列的光、并将从微透镜阵列的每一个微透镜接收 到的光聚焦到感光材料上的光学系统。
4. 根据权利要求l所述的图像曝光装置，其中，所述成像光学系统包括光学系统，用于接收经由空间光调制器的每一个像素部透射的光并聚 焦每一个像素部的图像；以及孔径阵列，其具有多个并排设置的孔径，每一个孔径接收透射通过光 学系统的光、并分别地使经由空间光调制器的每一个像素部透射的光透射 通过，孔阵列设置在由凹面或凸面形状的像素部和光学系统形成的光学会 聚平面上，而脱离由光学系统形成的像素部的成像平面。
5. 根据权利要求4所述的图像曝光装置，其中，所述成像光学系统包 括用于接收透射通过孔阵列的光、并将从孔阵列的每一个孔接收的光聚焦 到感光材料上的光学系统。6. 根据权利要求1至5中任一项所述的图像曝光系统，其中，所述空 间光调制器包括具有用作像素部的两维设置的微镜的数字微镜器件。7. —种图像曝光装置，包括-空间光调制器，其具有多个并排设置的反射像素部，每一个像素部根据控制信号调制照射到其上的光；光源，用于将光照射到空间光调制器上；以及光学系统，用于将由空间光调制器调制的光所表示的图像聚焦到感光材料上，其中空间光调制器的每一个像素部都制成类似曲面形状；以及 当从空间光调制器发出的主光束具有散射角时，由像素部和光学系统提供的主光束的会聚角大于主光束的发散角。8. 根据权利要求7所述的图像曝光装置，其中，空间光调制器的每一 个像素部制成类似凹面镜或凸面镜的形状。9. 根据权利要求7或8所述的图像曝光装置，其中，微透镜阵列设置 在由像素部和光学系统形成的光学会聚平面上，而脱离由像素部和光学系 统形成的成像平面。10. 根据权利要求9所述的图像曝光装置，其中，微透镜阵列以可移 动的方式安装在光的光轴方向。11. 根据权利要求7所述的图像曝光装置，进一步包括具有多个并排 设置的孔的孔阵列，每一个孔用于接收透射通过光学系统的光、并分别地 透射经由空间光调制器的每一个像素部透射的光，孔阵列设置在由像素部 和光学系统形成的光会聚平面上，而脱离由光学系统形成的像素部的成像 平面。12. 根据权利要求7至11中任一项所述的图像曝光装置，其中，所形 成的照射角，即照射到空间光调制器上的主光束的发散角，要小于主光束 的会聚角和由空间光调制器形成的衍射角之间的差。
全文摘要
一种图像曝光装置，在装置中感光材料由空间光调制器调制的光曝光，其能获得高的光利用效率和消光比。在图像曝光装置中，包括具有多个反射像素部的两维设置的空间光调制器(50)，如DMD，每一个像素部调制照射在其上的光；将光(B)照射到空间光调制器(50)上的光源(66)；以及将由经由空间光调制器(50)透射的光(B)所代表的图像聚焦到感光材料(150)上，每一个像素部(例如，DMD的微镜)制成类似凹面镜或凸面镜的形状，会聚用于图像曝光的光(B)。
文档编号G02B26/08GK101120285SQ200680004549
公开日2008年2月6日 申请日期2006年2月8日 优先权日2005年2月10日
发明者大森利彦, 木村宏一, 石井秀一, 石川弘美, 角克人 申请人:富士胶片株式会社