[发明专利]图像曝光装置

说明书

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的日本未经审查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(eclipse)，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。