(57)【要約】【課題】高消光比を実現して、高精度且つ高解像度の露光ヘッドを提供する。【解決手段】レーザ光の波長λとＧＬＶの１周期当りの回折格子サイズΛとの比λ／Λが、各パラメータとの関係で関係式（Ａ）を満たすように露光ヘッドを設計する。これにより０次光と±１次光とが完全に分離され消光比が向上する。【数１】2004042273.tif 000018λ：レーザ光の波長Λ：ＧＬＶの１周期当りの回折格子サイズ（格子ピッチ）θ：光ファイバの開口数（ＮＡ）から導出される照明光源からのビーム出射角度ｎ：光ファイバの本数ｄ：光ファイバのクラッド径Ｗ：ＧＬＶ配置位置（照射面）でのビーム幅ａ：ＧＬＶ上での１画素のサイズ【選択図】図６
2004042273.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
露光面に対して所定方向と交差する方向に相対移動される露光ヘッドであって、
リボン状の反射面を備え且つ制御信号に応じて移動可能な可動格子と、リボン状の反射面を備えた固定格子と、を所定方向に沿って交互に多数個並列配置して構成したグレーティングライトバルブと、
光ファイバの入射端から入射されたレーザ光をその出射端から出射するファイバ光源を複数備え、該複数のファイバ光源の光ファイバの出射端における発光点の各々が前記所定方向に配列されたレーザ装置と、
前記レーザ装置から出射され前記グレーティングライトバルブの各画素部で変調されたレーザ光を露光面上に結像させる光学系と、
を備え、
以下に定義される各パラメータが、下記式（Ａ）を満たすように構成されたことを特徴とする露光ヘッド。
【数１】
2004042273.tif 000016
上記の式において各パラメータは以下のように定義される。
λ：レーザ光の波長
Λ：ＧＬＶの１周期当りの回折格子サイズ（格子ピッチ）
θ：光ファイバの開口数（ＮＡ）から下記式に従い導出される照明光源からのビーム出射角度
θ＝ｓｉｎ−１（ＮＡ）
ｎ：光ファイバの本数
ｄ：光ファイバのクラッド径
Ｗ：ＧＬＶ配置位置（照射面）でのビーム幅
ａ：ＧＬＶ上での１画素のサイズ
【請求項２】
前記光ファイバとして、コア径が均一で出射端のクラッド径が入射端のクラッド径より小さい光ファイバを用いた請求項１に記載の露光ヘッド。
【請求項３】
前記ファイバ光源は、複数のレーザ光を合波して前記光ファイバの各々に入射させる請求項１又は２に記載の露光ヘッド。
【請求項４】
露光面に対して所定方向と交差する方向に相対移動される露光ヘッドであって、
リボン状の反射面を備え且つ制御信号に応じて移動可能な可動格子と、リボン状の反射面を備えた固定格子と、を所定方向に沿って交互に多数個並列配置して構成したグレーティングライトバルブと、
複数の発光点が前記所定方向に所定間隔で配列されたレーザ装置と、
前記レーザ装置から出射され前記グレーティングライトバルブの各画素部で変調されたレーザ光を露光面上に結像させる光学系と、
を備え、
以下に定義される各パラメータが、下記式（Ｂ）を満たすように構成されたことを特徴とする露光ヘッド。
【数２】
2004042273.tif 000017
上記の式において各パラメータは以下のように定義される。
λ：レーザ光の波長
Λ：ＧＬＶの１周期当りの回折格子サイズ（格子ピッチ）
θＡ：発光点からビーム出射角度
ＤＡ：全発光点からの全出射ビーム幅
Ｗ：ＧＬＶ配置位置（照射面）でのビーム幅
ａ：ＧＬＶ上での１画素のサイズ
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、露光ヘッドに関し、特に、空間変調素子により変調された光で感光材料を露光する露光ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、感光材料を露光する露光ヘッドの空間変調素子に、ＧＬＶ（回折格子光バルブ；グレーティング・ライト・バルブ）が用いられている。ＧＬＶは、リボン状の反射面を備え且つ制御信号に応じて移動可能な可動格子と、リボン状の反射面を備えた固定格子と、を交互に多数個並列配置して構成されている。この可動格子が移動することにより回折格子が形成され、入射光が所定方向に回折される。
【０００３】
従来のＧＬＶを用いた露光ヘッドは、レーザ光を照射する光源、光源から照射されたレーザ光をコリメートするレンズ系、レンズ系でコリメートされたレーザ光を反射するミラー、ミラーのレーザ光反射方向に配置されたＧＬＶ、ＧＬＶで回折された１次回折光を走査面上に結像するレンズ系、及び０次回折光を光路から除外する遮蔽板から構成されている。この露光ヘッドでは、画像データ等に基づいてＧＬＶを図示しない制御装置でオンオフ制御することにより、露光が行なわれる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の露光ヘッドでは、１次回折光と０次回折光とが十分に分離されていない場合には、消光比が低下して、露光の位置精度や解像度が低下する、という問題がある。
【０００５】
本発明は上記問題を解決すべく成されたものであり、本発明の目的は、高消光比を実現して、高精度且つ高解像度の露光ヘッドを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、露光面に対して所定方向と交差する方向に相対移動される露光ヘッドであって、リボン状の反射面を備え且つ制御信号に応じて移動可能な可動格子と、リボン状の反射面を備えた固定格子と、を所定方向に沿って交互に多数個並列配置して構成したグレーティングライトバルブと、光ファイバの入射端から入射されたレーザ光をその出射端から出射するファイバ光源を複数備え、該複数のファイバ光源の光ファイバの出射端における発光点の各々が前記所定方向に配列されたレーザ装置と、前記レーザ装置から出射され前記グレーティングライトバルブの各画素部で変調されたレーザ光を露光面上に結像させる光学系と、を備え、以下に定義される各パラメータが、下記式（Ａ）を満たすように構成されたことを特徴とする。
【０００７】
【数３】
2004042273.tif 000003
【０００８】
上記の式において各パラメータは以下のように定義される。
λ：レーザ光の波長
Λ：ＧＬＶの１周期当りの回折格子サイズ（格子ピッチ）
θ：光ファイバの開口数（ＮＡ）から下記式に従い導出される照明光源からのビーム出射角度
θ＝ｓｉｎ−１（ＮＡ）
ｎ：光ファイバの本数
ｄ：光ファイバのクラッド径
Ｗ：ＧＬＶ配置位置（照射面）でのビーム幅
ａ：ＧＬＶ上での１画素のサイズ
本発明の露光ヘッドでは、レーザ光の波長λとＧＬＶの１周期当りの回折格子サイズΛとの比λ／Λが、照明光源からのビーム出射角度θ、光ファイバの本数ｎ、光ファイバのクラッド径ｄ、ＧＬＶ配置位置でのビーム幅Ｗ、及びＧＬＶ上での１画素のサイズａの各パラメータとの関係で所定の関係式を満たすように露光ヘッドを設計することにより、ＧＬＶにより回折される０次光と±１次光とを完全に分離して、高消光比の露光ヘッドを実現することができる。これにより、高精度且つ高解像度で露光を行うことができる。
【０００９】
上記の露光ヘッドにおいて、レーザ装置の高輝度化を図るために、ファイバ光源に使用される光ファイバを、コア径が均一で出射端のクラッド径が入射端のクラッド径より小さい光ファイバとすることが好ましい。また、複数のレーザ光を合波して前記光ファイバの各々に入射させるファイバ光源（合波レーザ光源）を用いることが好ましい。合波レーザ光源を用いることで、レーザ装置を構成する各ファイバ光源の高出力化を図ることができ、少ないファイバ本数で高出力を得ることができる。これにより一層の高輝度化と低コスト化とが図られる。
【００１０】
また、複数の発光点が所定間隔で配列されたレーザ装置を備えていてもよい。即ち、本発明の露光ヘッドは、露光面に対して所定方向と交差する方向に相対移動される露光ヘッドであって、リボン状の反射面を備え且つ制御信号に応じて移動可能な可動格子と、リボン状の反射面を備えた固定格子と、を所定方向に沿って交互に多数個並列配置して構成したグレーティングライトバルブと、複数の発光点が前記所定方向に所定間隔で配列されたレーザ装置と、前記レーザ装置から出射され前記グレーティングライトバルブの各画素部で変調されたレーザ光を露光面上に結像させる光学系と、を備え、以下に定義される各パラメータが、下記式（Ｂ）を満たすように構成されたことを特徴とする。
【００１１】
【数４】
2004042273.tif 000004
【００１２】
上記の式において各パラメータは以下のように定義される。
λ：レーザ光の波長
Λ：ＧＬＶの１周期当りの回折格子サイズ（格子ピッチ）
θＡ：発光点からビーム出射角度
ＤＡ：全発光点からの全出射ビーム幅
Ｗ：ＧＬＶ配置位置（照射面）でのビーム幅
ａ：ＧＬＶ上での１画素のサイズ
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の露光ヘッドの実施の形態を詳細に説明する。
［露光ヘッドの構成］
本実施の形態に係る露光ヘッドは、図１、図２（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、入射された光ビームを画像データに応じて各画素毎に変調する空間光変調素子として、所定方向に長い形状（ライン状）をしたグレーティング・ライト・バルブ（ＧＬＶ）３００を備えている。このＧＬＶ３００は、データ処理部とミラー駆動制御部とを備えた図示しないコントローラに接続されている。
【００１４】
コントローラのデータ処理部では、入力された画像データに基づいて、露光ヘッドにＧＬＶ３００の制御すべき領域内の各マイクロミラーを駆動制御する制御信号を生成する。なお、制御すべき領域については後述する。また、ミラー駆動制御部では、画像データ処理部で生成した制御信号に基づいて、各露光ヘッドにＧＬＶ３００のリボン状のマイクロブリッジを制御する。
【００１５】
ＧＬＶ３００の光入射側には、光ファイバの出射端部（発光点）がＧＬＶ３００の長さ方向と対応する方向に沿って配列されたレーザ出射部を備えたファイバアレイ光源６６、ファイバアレイ光源６６から出射されたレーザ光を補正してＧＬＶ３００上に集光させるレンズ系６７、レンズ系６７を透過したレーザ光をＧＬＶ３００に向けて反射するミラー６９がこの順に配置されている。
【００１６】
レンズ系６７は、ファイバアレイ光源６６から出射されたレーザ光を平行光化するレンズ系、平行光化されたレーザ光の光量分布が均一になるように補正するレンズ系、及び光量分布が補正されたレーザ光をＧＬＶ上に集光する集光レンズ系等で構成されている。
【００１７】
ライン状のＧＬＶ３００は、その長手方向がファイバアレイ光源６６の光ファイバの配列方向と平行になり且つＧＬＶ３００のリボン状のマイクロブリッジの反射面がミラー６９の反射面と略平行になるように配置されている。
【００１８】
このＧＬＶ３００は、図３に示すように、シリコン等からなる長尺状の基板２０３上に、リボン状の反射面を備えたマイクロブリッジ２０９が多数個（例えば、６４８０個）平行に配列されたものであり、隣接するマイクロブリッジ２０９間には多数のスリット２１１が形成されている。通常、１画素は複数（例えば、６個）のマイクロブリッジ２０９列で構成されており、１画素を６個のマイクロブリッジ列で構成すると仮定すると、６４８０個のマイクロブリッジで１０８０画素での露光が可能である。
【００１９】
各マイクロブリッジ２０９は、図４（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、窒化シリコン（ＳｉＮｘ）等からなる可撓性梁２０９ａの表面に、アルミニウム（又は、金、銀、銅等）の単層金属膜からなる反射電極膜２０９ｂを形成したものである。反射電極膜２０９ｂの各々は、図示しない配線により図示しないスイッチを介して電源に接続されている。
【００２０】
ここで、ＧＬＶ３００の動作原理を簡単に説明する。電圧を印加していない状態では、マイクロブリッジ２０９は基板２０３から所定間隔離間されているが、マイクロブリッジ２０９と基板２０３との間に電圧を印加すると、静電誘導された電荷によってマイクロブリッジ２０９と基板２０３との間に静電吸引力が発生し、マイクロブリッジ２０９が基板２０３側に撓む。そして、電圧の印加を止めると、撓みが解消し、マイクロブリッジ２０９は弾性復帰により基板２０３から離間する。従って、電圧を印加するマイクロブリッジと電圧を印加しないマイクロブリッジとを交互に配置することで、電圧の印加により回折格子を形成することができる。
【００２１】
図４（Ａ）は、画素単位のマイクロブリッジ列に電圧が印加されておらず、オフ状態にある場合を示している。オフ状態では、マイクロブリッジ２０９の反射面の高さが総て揃い、反射光には光路差が生じず正反射される。即ち、０次回折光しか得ることができない。一方、図４（Ｂ）は、画素単位のマイクロブリッジ列に電圧が印加され、オン状態にある場合を示している。なお、電圧は１つおきのマイクロブリッジ２０９に印加される。オン状態では、前述した原理によりマイクロブリッジ２０９の中央部が撓み、交互に段差のある反射面が形成される。即ち、回折格子が形成される。この反射面にレーザ光を入射させると、撓みのあるマイクロブリッジ２０９で反射された光と、撓みのないマイクロブリッジ２０９で反射された光との間に光路差が生じ、所定方向に±１次回折光が出射される。
【００２２】
従って、図示しないコントローラにより、制御信号に応じて、ＧＬＶ３００の各画素におけるマイクロブリッジ列を、印加される電圧のオン／オフで駆動制御することによって、ＧＬＶ３００に入射されたレーザ光は画素毎に変調されて所定方向に回折される。
【００２３】
また、ＧＬＶ３００の光反射側、即ち、回折光（０次回折光及び±１次回折光）が出射される側には、回折光を走査面（被露光面）５６上に結像するレンズ系５４、５８が、ＧＬＶ３００と被露光面５６とが共役な関係となるように配置されている。また、回折光がレンズ系５４に入射されるように、ＧＬＶ３００はそのリボン状の反射面を予めレンズ系５４の光軸に対し所定角度（例えば４５°）傾斜させて配置されている。
【００２４】
図２（Ａ）及び（Ｂ）では、０次回折光は点線で図示し、±１次回折光は実線で図示している。レンズ系５４は、入射された回折光をＧＬＶ３００の長手方向に集光し且つ副走査方向に平行光化する。レンズ系５４とレンズ系５８との間の０次回折光の焦点位置には、０次回折光を走査面５６への光路から除外するための長尺状の遮蔽板５５がその長手方向がＧＬＶの長手方向と直交するように配置されている。これにより、０次回折光が排除される。
【００２５】
なお、この露光ヘッドは、図示しない駆動手段により、被露光面５６に対し所定の主走査方向と交差する副走査方向に相対移動される。即ち、露光ヘッドを移動させてもよく、被露光面（露光対象）を移動させてもよい。
【００２６】
ファイバアレイ光源６６は、図５に示すように、多数（例えば、３０個）のレーザモジュール６４を備えており、各レーザモジュール６４には、マルチモード光ファイバ３０の一端が結合されている。マルチモード光ファイバ３０の他端はレーザモジュール６４のパッケージから引き出され、発光点がＧＬＶの長さ方向に並ぶように配列されたレーザ出射部６８が構成されている。ファイバアレイ光源６６の各発光点での出力を１８０ｍＷ（ミリワット）とすると、２５個の発光点が配列されたレーザ出射部６８での出力は約５．４Ｗ（＝１８０ｍＷ×３０）である。
【００２７】
マルチモード光ファイバ３０としては、ステップインデックス型光ファイバ、グレーテッドインデックス型光ファイバ、及び複合型光ファイバの何れでもよい。例えば、三菱電線工業株式会社製のステップインデックス型光ファイバを用いることができる。本実施の形態では、マルチモード光ファイバ３０は、ステップインデックス型光ファイバであり、クラッド径＝６０μｍ、コア径＝２５μｍ、ＮＡ＝０．２である。
【００２８】
［露光ヘッドの動作］
次に、上記露光ヘッドの動作について説明する。
【００２９】
露光パターンに応じた画像データが、ＧＬＶ３００に接続された図示しないコントローラに入力されると、この画像データに基づいて制御信号が生成され、生成された制御信号に基づいて各照射ヘッド毎にＧＬＶ３００のマイクロブリッジの各々が画素単位でオンオフ制御される。ファイバアレイ光源６６からＧＬＶ３００にレーザ光が照射されると、ＧＬＶ３００のマイクロブリッジがオン状態のときに反射されたレーザ光は、レンズ系５４、５８により透明基板１５０のアニール面５６上に結像される。このようにして、ファイバアレイ光源６６から出射されたレーザ光が画素毎にオンオフされて、感光材料がＧＬＶの画素数と略同数の画素単位で露光される。また、感光材料が図示しない移動手段により一定速度で移動されることにより、露光ヘッドによって移動方向と反対の方向に副走査される。
【００３０】
［関係式の導出］
本実施の形態では、高消光比を得るために、下記の関係式を満たすように露光ヘッドを設計する。
【００３１】
【数５】
2004042273.tif 000005
【００３２】
上記の式において各パラメータは以下のように定義される。
λ：レーザ光の波長
Λ：ＧＬＶの１周期当りの回折格子サイズ（格子ピッチ）
θ：光ファイバの開口数（ＮＡ）から下記式に従い導出される照明光源からのビーム出射角度
θ＝ｓｉｎ−１（ＮＡ）
ｎ：光ファイバの本数
ｄ：光ファイバのクラッド径
Ｗ：ＧＬＶ配置位置（照射面）でのビーム幅
ａ：ＧＬＶ上での１画素のサイズ
以下、図６及び図７を参照して上記関係式の導出方法を説明する。上記の通り、ＧＬＶ３００により異なる方向に回折される複数の次数の回折光（０次光、±１次光、±２次光．．．）が得られるが、±１次光以外の光をカットして±１次光だけを露光に使用する。このとき、回折光のピーム拡がり角度が大きいと、本来カットされるべき０次光の一部が±１次光と重なり消光比が低下する。
【００３３】
図６は０次光と±１次光とを分離するための条件を示す図である。回折光のビーム拡がり角度には、レンズ系６７による成分とＧＬＶ上の画素サイズによる成分とがある。即ち、ＧＬＶ３００へ照射されるビームは略平行なビームであるが、±φ（ｒａｄ）だけ角度を持っている。そして、ＧＬＶ３００で反射した光は、さらにＧＬＶ３００の画素サイズの影響による回折効果で拡がり角ψ（ｒａｄ）だけ拡がる。従って、ＧＬＶ３００による反射光の拡がり角は、下記式で与えられる。
【００３４】
【数６】
2004042273.tif 000006
【００３５】
ＧＬＶ３００での回折により０次光と±１次光とが成す角度をαとすると、０次光と±１次光とを重なり無く分離するためには、この角度αが下記関係式を満たす必要がある。
【００３６】
【数７】
2004042273.tif 000007
【００３７】
一方、０次光と±１次光とが成す角度αは、いわゆる回折角度であり、レーザ光の波長λ、ＧＬＶの１周期当りの回折格子サイズΛを用いて近似的に下記式で表される。
【００３８】
【数８】
2004042273.tif 000008
【００３９】
図７に示すように、レンズ系６７は、ファイバアレイ光源６６からの出射光を略平行な光にすると共に、ファイバアレイ光源６６の発光点の各々がＧＬＶ３００の使用領域全体をほぼ等しく照明するように配置されている。この通り、各発光点から出射された光束がＧＬＶ３００の使用領域全体を照明するので、ファイバアレイ光源６６を構成する一部のレーザモジュールが故障しても、ＧＬＶ３００に照射されるレーザ光の光量分布が不均一になることはない。
【００４０】
この条件下では、照明光のビーム束角度２φ（ｒａｄ）は、ビーム出射角度θ（ｒａｄ）、出射ビーム幅ｎｄ（ｍｍ）、及びＧＬＶ配置位置でのビーム幅Ｗ（ｍｍ）を用いて下記式で表される。
【００４１】
【数９】
2004042273.tif 000009
【００４２】
ＧＬＶ３００の１画素サイズがａ（μｍ）、入射するレーザ光の波長がλ（μｍ）である場合、回折拡がり角ψ（ｒａｄ）は、下記式で与えられる。
【００４３】
【数１０】
2004042273.tif 000010
【００４４】
以上の式を整理すると、上記の関係式（Ａ）を得ることができる。即ち、上記関係式（Ａ）を満たすように露光ヘッドを設計することにより、ＧＬＶ３００での回折による０次光と±１次光とが完全に分離され、±１次光だけを用いて露光を行うことができるので、露光ヘッドの消光比が向上する。
【００４５】
上記で説明した露光ヘッドにおいて、例えば、レーザ光の波長λを４０５ｎｍ、ＧＬＶの１周期当りの回折格子サイズΛを６．２５μｍ、ＧＬＶ配置位置（照射面）でのビーム幅Ｗを２７ｍｍ、ＧＬＶ上での１画素のサイズａを２５μｍ、ファイバアレイ光源からのビーム出射角度θを１１．５°、光ファイバの本数ｎを３０本、及び光ファイバのクラッド径ｄを６０μｍとした場合には、上記式（Ａ）の関係が成立し、高い消光比を得ることができる。
【００４６】
以上説明した通り、本実施の形態の露光ヘッドでは、関係式（Ａ）を満たすように、波長λ、回折格子サイズΛ、ビーム幅Ｗ、画素サイズａ、ビーム出射角度θ、光ファイバ本数ｎ、及びクラッド径ｄの各パラメータを決定することにより、高消光比の露光ヘッドを実現することができる。これにより、高精度且つ高解像度での露光を行うことができる。
【００４７】
［レーザモジュールの構成］
上記のレーザモジュール６４は、図８に示す合波レーザ光源（ファイバ光源）によって構成することができる。この合波レーザ光源は、ヒートブロック１０上に配列固定された複数（例えば、７個）のチップ状の横マルチモード又はシングルモードのＧａＮ系半導体レーザＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３，ＬＤ４，ＬＤ５，ＬＤ６，及びＬＤ７と、ＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７の各々に対応して設けられたコリメータレンズ１１，１２，１３，１４，１５，１６，及び１７と、１つの集光レンズ２０と、１本のマルチモード光ファイバ３０と、から構成されている。なお、半導体レーザの個数は７個には限定されない。
【００４８】
ＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７は、発振波長が総て共通（例えば、４０５ｎｍ）であり、最大出力も総て共通（例えば、マルチモードレーザでは１００ｍＷ、シングルモードレーザでは３０ｍＷ）である。なお、ＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７としては、３５０ｎｍ〜４５０ｎｍの波長範囲で、上記の４０５ｎｍ以外の発振波長を備えるレーザを用いてもよい。
【００４９】
上記の合波レーザ光源は、図９及び図１０に示すように、他の光学要素と共に、上方が開口した箱状のパッケージ４０内に収納されている。パッケージ４０は、その開口を閉じるように作成されたパッケージ蓋４１を備えており、脱気処理後に封止ガスを導入し、パッケージ４０の開口をパッケージ蓋４１で閉じることにより、パッケージ４０とパッケージ蓋４１とにより形成される閉空間（封止空間）内に上記合波レーザ光源が気密封止されている。
【００５０】
パッケージ４０の底面にはベース板４２が固定されており、このベース板４２の上面には、前記ヒートブロック１０と、集光レンズ２０を保持する集光レンズホルダー４５と、マルチモード光ファイバ３０の入射端部を保持するファイバホルダー４６とが取り付けられている。マルチモード光ファイバ３０の出射端部は、パッケージ４０の壁面に形成された開口からパッケージ外に引き出されている。
【００５１】
また、ヒートブロック１０の側面にはコリメータレンズホルダー４４が取り付けられており、コリメータレンズ１１〜１７が保持されている。パッケージ４０の横壁面には開口が形成され、この開口を通してＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７に駆動電流を供給する配線４７がパッケージ外に引き出されている。
【００５２】
なお、図１０においては、図の煩雑化を避けるために、複数のＧａＮ系半導体レーザのうちＧａＮ系半導体レーザＬＤ７にのみ番号を付し、複数のコリメータレンズのうちコリメータレンズ１７にのみ番号を付している。
【００５３】
図１１は、上記コリメータレンズ１１〜１７の取り付け部分の正面形状を示すものである。コリメータレンズ１１〜１７の各々は、非球面を備えた円形レンズの光軸を含む領域を平行な平面で細長く切り取った形状に形成されている。この細長形状のコリメータレンズは、例えば、樹脂又は光学ガラスをモールド成形することによって形成することができる。コリメータレンズ１１〜１７は、長さ方向がＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７の発光点の配列方向（図１１の左右方向）と直交するように、上記発光点の配列方向に密接配置されている。
【００５４】
一方、ＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７としては、発光幅が２μｍの活性層を備え、活性層と平行な方向、直角な方向の拡がり角が各々例えば１０°、３０°の状態で各々レーザビームＢ１〜Ｂ７を発するレーザが用いられている。これらＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７は、活性層と平行な方向に発光点が１列に並ぶように配設されている。
【００５５】
従って、各発光点から発せられたレーザビームＢ１〜Ｂ７は、上述のように細長形状の各コリメータレンズ１１〜１７に対して、拡がり角度が大きい方向が長さ方向と一致し、拡がり角度が小さい方向が幅方向（長さ方向と直交する方向）と一致する状態で入射することになる。つまり、各コリメータレンズ１１〜１７の幅が１．１ｍｍ、長さが４．６ｍｍであり、それらに入射するレーザビームＢ１〜Ｂ７の水平方向、垂直方向のビーム径は各々０．９ｍｍ、２．６ｍｍである。また、コリメータレンズ１１〜１７の各々は、焦点距離ｆ１＝３ｍｍ、ＮＡ＝０．６、レンズ配置ピッチ＝１．２５ｍｍである。
【００５６】
集光レンズ２０は、非球面を備えた円形レンズの光軸を含む領域を平行な平面で細長く切り取って、コリメータレンズ１１〜１７の配列方向、つまり水平方向に長く、それと直角な方向に短い形状に形成されている。この集光レンズ２０は、焦点距離ｆ２＝２３ｍｍ、ＮＡ＝０．２である。この集光レンズ２０も、例えば、樹脂又は光学ガラスをモールド成形することにより形成される。
【００５７】
このレーザモジュールでは、ファイバアレイ光源６６の合波レーザ光源を構成するＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７の各々から発散光状態で出射したレーザビームＢ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５，Ｂ６，及びＢ７の各々は、対応するコリメータレンズ１１〜１７によって平行光化される。平行光化されたレーザビームＢ１〜Ｂ７は、集光レンズ２０によって集光され、マルチモード光ファイバ３０のコア３０ａの入射端面に収束する。
【００５８】
本例では、コリメータレンズ１１〜１７及び集光レンズ２０によって集光光学系が構成され、その集光光学系とマルチモード光ファイバ３０とによって合波光学系が構成されている。即ち、集光レンズ２０によって上述のように集光されたレーザビームＢ１〜Ｂ７が、このマルチモード光ファイバ３０のコア３０ａに入射して光ファイバ内を伝搬し、１本のレーザビームＢに合波されてマルチモード光ファイバ３０の出射端から出射する。
【００５９】
各レーザモジュールにおいて、レーザビームＢ１〜Ｂ７のマルチモード光ファイバ３０への結合効率が０．８５で、ＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７の各出力が３０ｍＷの場合には、アレイ状に配列された光ファイバ３０の各々について、出力１８０ｍＷ（＝３０ｍＷ×０．８５×７）の合波レーザビームＢを得ることができる。
【００６０】
ＧＬＶを照明する光源に、合波レーザ光源の光ファイバの出射端部における発光点を配列した高輝度のファイバアレイ光源を用いることにより、高出力で且つ深い焦点深度を備えた露光ヘッドを実現することができる。更に、各発光点での出力が大きくなることで、所望の出力を得るために必要なファイバ本数が少なくなり、露光ヘッドの低コスト化が図られる。
【００６１】
［マルチモード光ファイバ］
レーザモジュール６４には、マルチモード光ファイバ３０の一端が結合されているが、マルチモード光ファイバ３０の他端には、コア径がマルチモード光ファイバ３０と同一で且つクラッド径がマルチモード光ファイバ３０より小さい光ファイバ３１を結合してもよい。出射端のクラッド径を小さくすることで、ＧＬＶ３００に入射する光束の角度が小さくなり、走査面５６へ入射する光束の角度が小さくなる。そして、光ファイバ３１の出射端部（発光点）が副走査方向と直交する主走査方向に沿って１列に配列されてレーザ出射部６８が構成されている。
【００６２】
光ファイバ３１の出射端部は、図１２（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、表面が平坦な２枚の支持板６５に挟み込まれて固定されている。また、光ファイバ３１の光出射側には、光ファイバ３１の端面を保護するために、ガラス等の透明な保護板６３が配置されている。保護板６３は、光ファイバ３１の端面と密着させて配置してもよく、光ファイバ３１の端面が密封されるように配置してもよい。光ファイバ３１の出射端部は、光密度が高く集塵し易く劣化し易いが、保護板６３を配置することにより端面への塵埃の付着を防止することができると共に劣化を遅らせることができる。
【００６３】
この例では、クラッド径が小さい光ファイバ３１の出射端を隙間無く１列に配列するために、クラッド径が大きい部分で隣接する２本のマルチモード光ファイバ３０の間にマルチモード光ファイバ３０を積み重ね、積み重ねられたマルチモード光ファイバ３０に結合された光ファイバ３１の出射端が、クラッド径が大きい部分で隣接する２本のマルチモード光ファイバ３０に結合された光ファイバ３１の２つの出射端の間に挟まれるように配列されている。
【００６４】
このような光ファイバは、例えば、図１３に示すように、クラッド径が大きいマルチモード光ファイバ３０のレーザ光出射側の先端部分に、長さ１〜３０ｃｍのクラッド径が小さい光ファイバ３１を同軸的に結合することにより得ることができる。２本の光ファイバは、光ファイバ３１の入射端面が、マルチモード光ファイバ３０の出射端面に、両光ファイバの中心軸が一致するように融着されて結合されている。上述した通り、光ファイバ３１のコア３１ａの径は、マルチモード光ファイバ３０のコア３０ａの径と同じ大きさである。
【００６５】
また、長さが短くクラッド径が大きい光ファイバにクラッド径が小さい光ファイバを融着させた短尺光ファイバを、フェルールや光コネクタ等を介してマルチモード光ファイバ３０の出射端に結合してもよい。コネクタ等を用いて着脱可能に結合することで、クラッド径が小さい光ファイバが破損した場合等に先端部分の交換が容易になり、露光ヘッドのメンテナンスに要するコストを低減できる。なお、以下では、光ファイバ３１を、マルチモード光ファイバ３０の出射端部と称する場合がある。
【００６６】
マルチモード光ファイバ３０及び光ファイバ３１としては、ステップインデックス型光ファイバ、グレーテッドインデックス型光ファイバ、及び複合型光ファイバの何れでもよい。例えば、三菱電線工業株式会社製のステップインデックス型光ファイバを用いることができる。本実施の形態では、マルチモード光ファイバ３０及び光ファイバ３１は、ステップインデックス型光ファイバであり、マルチモード光ファイバ３０は、クラッド径＝１２５μｍ、コア径＝２５μｍ、ＮＡ＝０．２、入射端面コートの透過率＝９９．５％以上であり、光ファイバ３１は、クラッド径＝６０μｍ、コア径＝２５μｍ、ＮＡ＝０．２である。
【００６７】
一般に、赤外領域のレーザ光では、光ファイバのクラッド径を小さくすると伝搬損失が増加する。このため、レーザ光の波長帯域に応じて好適なクラッド径が決定されている。しかしながら、波長が短いほど伝搬損失は少なくなり、ＧａＮ（窒化ガリウム）系半導体レーザから出射された波長４０５ｎｍのレーザ光では、クラッドの厚み｛（クラッド径−コア径）／２｝を８００ｎｍの波長帯域の赤外光を伝搬させる場合の１／２程度、通信用の１．５μｍの波長帯域の赤外光を伝搬させる場合の約１／４にしても、伝搬損失は殆ど増加しない。従って、クラッド径を６０μｍと小さくすることができる。
【００６８】
［複数の発光点を備えた光源］
上記ではファイバアレイ光源をＧＬＶ照明光源に用いる例について説明したが、例えば、ヒートブロック上に複数のチップ状の半導体レーザを所定方向に所定間隔で配列したレーザアレイや、複数の発光点が所定方向に所定間隔で配列されたチップ状のマルチキャビティレーザを照明光源として用いてもよい。マルチキャビティレーザは、チップ状の半導体レーザを配列する場合と比べ、発光点を位置精度良く配列できる。
【００６９】
次に、図１４（Ａ）及び（Ｂ）を参照して、このマルチキャビティレーザを照明光源として用いた例について説明する。図１４（Ａ）に示すように、このマルチキャビティレーザ１１０には、多数の発光点１１０ａが所定方向に沿って所定間隔で配列されている。このときの照明光源の全発光点からの全出射ビーム幅をＤＡ（ｍｍ）とする。また、図１４（Ｂ）に示すように、発光点からビーム出射角度をθＡ（ｒａｄ）とする。従って、上記関係式（Ａ）において、光ファイバからのビーム出射角度θの代わりにθＡを代入し、レーザ装置の出射ビーム幅Ｄの代わりに上記の全出射ビーム幅ＤＡを代入すると、下記の関係式（Ｂ）が導出される。
【００７０】
【数１１】
2004042273.tif 000011
【００７１】
上記の式において各パラメータは以下のように定義される。
λ：レーザ光の波長
Λ：ＧＬＶの１周期当りの回折格子サイズ（格子ピッチ）
θＡ：発光点からビーム出射角度
ＤＡ：全発光点からの全出射ビーム幅
Ｗ：ＧＬＶ配置位置（照射面）でのビーム幅
ａ：ＧＬＶ上での１画素のサイズ
なお、発光点の間隔をＰ（ｍｍ）、発光点の個数をｍ個とすると、照明光源の全発光点からの全出射ビーム幅は、下記式で表される。
【００７２】
【数１２】
2004042273.tif 000012
【００７３】
前記関係式（Ｂ）に上記の全出射ビーム幅を代入すると、下記の関係式（Ｃ）を得ることができる。
【００７４】
【数１３】
2004042273.tif 000013
【００７５】
従って、発光点の間隔がＰ（ｍｍ）、発光点の個数がｍ個のマルチキャビティレーザを照明光源に用いた露光ヘッドでは、上記関係式（Ｃ）を満たすように、波長λ、回折格子サイズΛ、ビーム幅Ｗ、画素サイズａ、及びビーム出射角度θＡの各パラメータを決定することにより、高消光比の露光ヘッドを実現することができる。
【００７６】
例えば、レーザ光の波長λを４０５ｎｍ、ＧＬＶの１周期当りの回折格子サイズΛを６．２５μｍ、ＧＬＶ配置位置（照射面）でのビーム幅Ｗを２７ｍｍ、ＧＬＶ上での１画素のサイズａを２５μｍ、ビーム出射角度θＡを１０°、発光点の間隔を１００μｍ、及びＧＬＶ長さ方向に配列された発光点の個数を２４個とした場合には、左辺の値が０．０６４８、右辺の値が０．０６２１で上記式（Ｃ）の関係が成立し、高い消光比を得ることができる。
【００７７】
また、図１５に示すように、ヒートブロック１００上に、マルチキヤビティレーザ１１０を、各チップの発光点１１０ａの配列方向と同じ方向に所定間隔で配列したマルチキャビティレーザアレイを照明装置として用いてもよい。多数の発光点の配列間隔をＰ１（ｍｍ）、相互に隣り合うマルチキヤビティレーザ間の発光点の配列間隔をＰ２（ｍｍ）、発光点の個数をｍ個、マルチキヤビティレーザの個数をＮ個とすると、照明光源の全発光点からの全出射ビーム幅は下記式で表される。
【００７８】
【数１４】
2004042273.tif 000014
【００７９】
この場合には、前記関係式（Ｂ）に上記の全出射ビーム幅を代入すると、下記の関係式（Ｄ）を得ることができる。
【００８０】
【数１５】
2004042273.tif 000015
【００８１】
従って、発光点の間隔がＰ１（ｍｍ）、発光点の個数がｍ個のマルチキャビティレーザを、相互に隣り合うマルチキヤビティレーザ間の発光点の配列間隔がＰ２（ｍｍ）となるように、複数配列したマルチキャビティレーザアレイを照明光源に用いた露光ヘッドでは、上記関係式（Ｄ）を満たすように、波長λ、回折格子サイズΛ、ビーム幅Ｗ、画素サイズａ、及びビーム出射角度θＡの各パラメータを決定することにより、高消光比の露光ヘッドを実現することができる。
【００８２】
例えば、レーザ光の波長λを４０５ｎｍ、ＧＬＶの１周期当りの回折格子サイズΛを６．２５μｍ、ＧＬＶ配置位置（照射面）でのビーム幅Ｗを２７ｍｍ、ＧＬＶ上での１画素のサイズａを２５μｍ、ビーム出射角度θＡを１０°、マルチキヤビティレーザの発光点の間隔を１００μｍ、相互に隣り合うマルチキヤビティレーザ間の発光点の間隔を２００μｍ、１チップ当りの発光点の個数を５個、マルチキヤビティレーザの個数を４個とした場合には、左辺の値が０．０６４８、右辺の値が０．０６０８で上記式（Ｄ）の関係が成立し、高い消光比を得ることができる。
【００８３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、高消光比を実現して、高精度且つ高解像度で露光を行うことができる、という効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る露光ヘッドの概略構成を示す斜視図である。
【図２】（Ａ）は図１に示す露光ヘッドの光軸に沿った断面図であり、（Ｂ）はその側面図である。
【図３】グレーティング・ライト・バルブ（ＧＬＶ）の構成を示す部分拡大図である。
【図４】（Ａ）及び（Ｂ）はＧＬＶの動作を説明するための説明図である。
【図５】ファイバアレイ光源の構成を示す斜視図である。
【図６】０次回折光と±１次回折光とを分離するための条件を説明する説明図である。
【図７】パラメータを説明するための説明図である。
【図８】合波レーザ光源の構成を示す平面図である。
【図９】レーザモジュールの構成を示す平面図である。
【図１０】図９に示すレーザモジュールの構成を示す側面図である。
【図１１】図９に示すレーザモジュールの構成を示す部分側面図である。
【図１２】（Ａ）はファイバアレイ光源の構成を示す斜視図であり、（Ｂ）は（Ａ）の部分拡大図である。
【図１３】マルチモード光ファイバの構成を示す図である。
【図１４】（Ａ）及び（Ｂ）はマルチキャビティレーザを照明光源として用いた場合のパラメータを説明するための説明図である。
【図１５】マルチキャビティレーザアレイを照明光源として用いた場合のパラメータを説明するための説明図である。
【符号の説明】
５４、５８、６７　レンズ系
５６　走査面（被露光面）
６６　ファイバアレイ光源
６９　ミラー
３００　グレーティング・ライト・バルブ（ＧＬＶ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2004042273.tif 000026
【図９】
2004042273.tif 000027
【図１０】
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【図１１】
2004042273.tif 000029
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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