(57)【要約】【課題】ロッドインテグレータを用いて空間光変調素子に照明光を照射する照明光学系において、照明光の照射領域形状を空間光変調素子の略矩形状の光照射面の形状と略一致させ、ロッドインテグレータの研磨作業を容易化し、またその隅部にカケが生じることを防止する。【解決手段】ロッドインテグレータ７２の射出面７２ａの輪郭形状を、該輪郭形状の重心Ｇを通る４本の対角線Ｈ１〜Ｈ４を有し、それらの対角線には互いに長さの異なるものが含まれている、全頂角が９０°以上の八角形状とする。そして、最も長い第１の対角線Ｈ１と、それに対して最も大きい角度で交差する第２の対角線Ｈ４との比と、空間光変調素子における照明光の照射領域に投影された該第１および第２の対角線との比とを比べると、前者より後者の方がより１に近くなるように、空間光変調素子とロッドインテグレータ７２との相対位置を設定する。【選択図】          図１７
2005049491.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
略矩形状の光照射面に照射された照明光の射出方向を画像情報に応じて制御することにより、画像情報を表す画像光を射出する空間光変調素子に対して前記照明光を照射する照明光学系であって、照明光の中心軸が前記光照射面に所定の角度で斜めに入射するように配置されてなる照明光学系において、
前記空間光変調素子に照射する照明光を発する光源と、
この光源と前記空間光変調素子との間に配置され、該空間光変調素子に照射される前記照明光の強度分布を一様化するロッドインテグレータとを備え、
前記ロッドインテグレータの射出面の輪郭形状が、該輪郭形状の重心を通る４本の対角線を有し、それらの対角線には互いに長さの異なるものが含まれている、全ての頂角が９０°以上の八角形状とされ、
前記４本の対角線のうち最も長い第１の対角線と、該第１の対角線に対して最も大きい角度で交差する第２の対角線との比と、前記空間光変調素子における照明光の照射領域に投影された該第１および第２の対角線との比とを比べると、前者より後者の方がより１に近くなるように、該空間光変調素子と前記ロッドインテグレータとの相対位置が設定されていることを特徴とする照明光学系。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は空間光変調素子に照明光を照射する照明光学系に関し、特に詳細には、空間光変調素子に照射する照明光の強度分布をロッドインテグレータによって一様化する構成を備えた照明光学系に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、空間光変調素子で変調された光を感光性記録媒体に照射してそこに画像を記録する装置や、あるいは同様に変調された光をスクリーンに投影して画像を表示する装置が種々公知となっている。なお特許文献１には、上述のような画像記録装置の一例が示されている。
【０００３】
上述の空間光変調素子としては、透過型のものおよび反射型のものが知られているが、反射型の空間光変調素子の一つとして、近時、デジタル・マイクロミラー・デバイス（テキサツ・インスツルメンツ社の登録商標。以下ＤＭＤという）が多くの分野に適用されつつある。このＤＭＤは、１画素を構成する微小ミラーを多数格子状に（例えば１０２４個×７６８個等）配列して構成されたミラーデバイスである。すなわち、上記微小ミラーは各々独立に傾動して２つの角度位置を取り得るように構成され、そこに照射された照明光を上記角度位置に応じて互いに異なる２方向に反射させる。したがって、この２方向のうちの一方に反射した照明光が入射する位置に例えば記録媒体を配置しておけば、照明光を該２方向のうちの他方に反射させたときには記録媒体に光が入射しなくなるので、該記録媒体に照射される光を１つの微小ミラー単位で空間変調可能になる。そこで、上記微小ミラーの角度位置を画像情報に応じて制御すれば、記録媒体にはこの画像情報に対応した画像光が照射されて、画像が記録されることとなる。
【０００４】
なお、上記ＤＭＤのように、照射された照明光の射出方向を画像情報に応じて制御することにより、画像情報を表す画像光を射出する空間光変調素子に対しては、照明光の中心軸が空間光変調素子の光照射面に所定の角度で斜めに入射するように照明光学系が配置されることになる。前述した特許文献１には、そのようにして空間光変調素子に照明光を照射する照明光学系の一例が示されている。
【０００５】
他方、ＤＭＤ等の空間光変調素子に照射される照明光は、光源から射出されたままの状態では、強度分布が不均一になっていることが多い。特に、光源として複数のレーザ等を用い、それらからの光を合波して高強度の照明光を得るようにしている場合は、この強度分布の不均一がより顕著なものとなる。
【０００６】
従来、このような照明光の強度分布を均一化する手段の一つとして、ロッドインテグレータが知られている。このロッドインテグレータは、一般に角柱状に形成された導光部材であり、そこに入射された照明光は該ロッドインテグレータの側面とその外側の媒質との界面で全反射しつつロッド長手方向に導波し、全反射を繰り返すうちに該照明光の強度分布が均一化される。なお特許文献２には、このようなロッドインテグレータの一例が示されている。
【０００７】
ところで、ロッドインテグレータから出射する光の広がり形状（ビーム断面形状）は、その射出面の形状に対応したものとなる。つまり、例えば四辺形の射出面を有するロッドインテグレータから出射した照明光は、照射面を四辺形状に照明するようになる。先に述べたＤＭＤ等の空間光変調素子の光照射面は、画素がマトリクス状に配置されている部分であるので、通常、略矩形状である。したがって、そのような空間光変調素子に照明光を照射するロッドインテグレータとしては、当然、四辺形の射出面を有するものが適用される。
【０００８】
しかしここで、上記ＤＭＤを用いる場合のように、照明光の中心軸が空間光変調素子の光照射面に所定の角度で斜めに入射するように照明光学系が配置される場合は、ロッドインテグレータの射出面が長方形状であっても、空間光変調素子上の照明光の照射領域は長方形から歪んで平行四辺形状、菱形状あるいはもっと歪んだ四辺形状となる。そうであると、空間光変調素子の略矩形状の光照射面と照明光の照射領域形状が一致しないので、空間光変調素子の光照射面の一部だけが照明されたり、あるいはそれと反対に、照明光の一部が空間光変調素子の光照射面から外側に外れた所を進行するような事態が生じる。前者の場合は、空間光変調素子の一部しか実使用されないので、記録画像や表示画像の所望サイズに対して不当に大きな空間光変調素子を使用する必要が生じ、それにより画像記録装置や画像表示装置のコストが高いものになってしまう。一方後者の場合は、照明光の利用効率が低くなるので、装置のランニングコストが高くなる、といった問題が生じる。
【０００９】
上述のような問題に対処するものとして、前述の特許文献２には、略矩形状の光照射面に照射された照明光の射出方向を画像情報に応じて制御することにより、画像を表す画像光を射出する空間光変調素子に対して、前記光照射面に照射された照明光の中心軸が前記光照射面に所定の角度で斜めに入射するように、前記照明光を射出する照明光学系において、光源部と、射出面の輪郭形状が、長さの異なる第１と第２の対角線を有する四辺形であるロッドインテグレータ（透光性ロッド）とを備え、前記四辺形は、前記ロッドインテグレータから前記光照射面に入射する照明光によって照射される四辺形状の照明領域の２つの対角線の長さの比が、前記第１と第２の対角線の比よりも１に近くなるように設定されたものが記載されている。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００２−２０２４４２号公報
【００１１】
【特許文献２】
特許第３３１７２９８号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献２に記載された照明光学系は、空間光変調素子の略矩形状の光照射面に照射される照明光の照明領域の形状を、該光照射面の形状に近いものとすることができるものであるが、その半面、ロッドインテグレータの射出面の輪郭形状（つまり断面形状）が、長さの異なる第１と第２の対角線を有する四辺形とされているので、その２つの隅部は鋭角となり、そのため研磨作業が難しくなるという問題や、研磨作業中や使用中にその隅部にカケが発生しやすいという問題が認められる。このようにロッドインテグレータの隅部にカケが発生すると、照明効率や照明の均一性が低下することになる。
【００１３】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、ロッドインテグレータを用いて空間光変調素子に照射する照明光の照射領域形状を、該空間光変調素子の略矩形状の光照射面の形状と略一致させることができ、その上で、ロッドインテグレータの研磨作業を容易化し、またその隅部にカケが生じることを防止できる照明光学系を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明による照明光学系は、前述したように、略矩形状の光照射面に照射された照明光の射出方向を画像情報に応じて制御することにより、画像情報を表す画像光を射出する空間光変調素子に対して照明光を照射する照明光学系であって、照明光の中心軸が前記光照射面に所定の角度で斜めに入射するように配置されてなる照明光学系において、
前記空間光変調素子に照射する照明光を発する光源と、
この光源と前記空間光変調素子との間に配置され、該空間光変調素子に照射される前記照明光の強度分布を一様化するロッドインテグレータとを備え、
前記ロッドインテグレータの射出面の輪郭形状が、該輪郭形状の重心を通る４本の対角線を有し、それらの対角線には互いに長さの異なるものが含まれている、全ての頂角が９０°以上の八角形状とされ、
前記４本の対角線のうち最も長い第１の対角線と、該第１の対角線に対して最も大きい角度で交差する第２の対角線との比と、前記空間光変調素子における照明光の照射領域に投影された該第１および第２の対角線との比とを比べると、前者より後者の方がより１に近くなるように、該空間光変調素子と前記ロッドインテグレータとの相対位置が設定されていることを特徴とするものである。
【００１５】
【発明の効果】
本発明による照明光学系においては、ロッドインテグレータの射出面の輪郭形状が、該輪郭形状の重心を通る４本の対角線を有し、それらの対角線には互いに長さの異なるものが含まれている八角形状とされた上で、前記４本の対角線のうち最も長い第１の対角線と、該第１の対角線に対して最も大きい角度で交差する第２の対角線との比と、空間光変調素子における照明光の照射領域に投影された該第１および第２の対角線との比とを比べると、前者より後者の方がより１に近くなるように、該空間光変調素子と前記ロッドインテグレータとの相対位置が設定されているので、空間光変調素子に照射する照明光の照射領域形状を、該空間光変調素子の略矩形状の光照射面の形状と略一致させることができる。
【００１６】
またロッドインテグレータの射出面の輪郭形状が、全ての頂角が９０°以上の八角形状とされているので、該ロッドインテグレータの隅部（上記頂角を含む部分）の研磨作業を容易化し、また該隅部にカケが生じることを防止可能となる。こうしてロッドインテグレータの隅部にカケが生じることを防止できれば、そのカケのために照明効率や照明の均一性が低下することを防止できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１８】
なおここでは、本発明の一実施形態である照明光学系を説明するが、まず、この照明光学系が適用される画像露光装置について詳しく説明する。
【００１９】
［露光装置の構成］
この画像露光装置は、図１に示すように、シート状の感光材料１５０を表面に吸着して保持する平板状の移動ステージ１５２を備えている。４本の脚部１５４に支持された厚い板状の設置台１５６の上面には、ステージ移動方向に沿って延びた２本のガイド１５８が設置されている。ステージ１５２は、その長手方向がステージ移動方向を向くように配置されると共に、ガイド１５８によって往復移動可能に支持されている。なお、この露光装置には、副走査手段としてのステージ１５２をガイド１５８に沿って駆動する後述のステージ駆動装置３０４（図１５参照）が設けられている。
【００２０】
設置台１５６の中央部には、ステージ１５２の移動経路を跨ぐようにコ字状のゲート１６０が設けられている。コ字状のゲート１６０の端部の各々は、設置台１５６の両側面に固定されている。このゲート１６０を挟んで一方の側にはスキャナ１６２が設けられ、他方の側には感光材料１５０の先端および後端を検知する複数（例えば２個）のセンサ１６４が設けられている。スキャナ１６２およびセンサ１６４はゲート１６０に各々取り付けられて、ステージ１５２の移動経路の上方に固定配置されている。なお、スキャナ１６２およびセンサ１６４は、これらを制御する図示しないコントローラに接続されている。
【００２１】
スキャナ１６２は、図２および図３（Ｂ）に示すように、ｍ行ｎ列（例えば３行５列）の略マトリックス状に配列された複数（例えば１４個）の露光ヘッド１６６を備えている。この例では、感光材料１５０の幅との関係で、３行目には４個の露光ヘッド１６６を配置してある。なお、ｍ行目のｎ列目に配列された個々の露光ヘッドを示す場合は、露光ヘッド１６６ｍｎと表記する。
【００２２】
露光ヘッド１６６による露光エリア１６８は、副走査方向を短辺とする矩形状である。従って、ステージ１５２の移動に伴い、感光材料１５０には露光ヘッド１６６毎に帯状の露光済み領域１７０が形成される。なお、ｍ行目のｎ列目に配列された個々の露光ヘッドによる露光エリアを示す場合は、露光エリア１６８ｍｎと表記する。
【００２３】
また、図３（Ａ）および（Ｂ）に示すように、帯状の露光済み領域１７０が副走査方向と直交する方向に隙間無く並ぶように、ライン状に配列された各行の露光ヘッドの各々は、配列方向に所定間隔（露光エリアの長辺の自然数倍、本例では２倍）ずらして配置されている。このため、１行目の露光エリア１６８１１と露光エリア１６８１２との間の露光できない部分は、２行目の露光エリア１６８２１と３行目の露光エリア１６８３１とにより露光することができる。
【００２４】
露光ヘッド１６６１１〜１６６ｍｎ各々は、図４および図５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、デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）５０を備えている。このＤＭＤ５０は、データ処理部とミラー駆動制御部とを備えた後述のコントローラ３０２（図１５参照）に接続されている。このコントローラ３０２のデータ処理部では、入力された画像データに基づいて、各露光ヘッド１６６毎にＤＭＤ５０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１６６毎にＤＭＤ５０の各マイクロミラーの反射面の角度を制御する。なお、反射面の角度の制御については後述する。
【００２５】
ＤＭＤ５０の光入射側には、光ファイバの出射端部（発光点）が露光エリア１６８の長辺方向と対応する方向に沿って一列に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ＤＭＤ上に集光させるレンズ系６７、このレンズ系６７を透過したレーザ光をＤＭＤ５０に向けて反射するミラー６９がこの順に配置されている。なお図４では、レンズ系６７を概略的に示してある。
【００２６】
上記レンズ系６７は、図５に詳しく示すように、ファイバアレイ光源６６から出射した照明光としてのレーザ光Ｂを集光する集光レンズ７１、この集光レンズ７１を通過した光の光路に挿入されたロッドインテグレータ７２、およびこのロッドインテグレータ７２の前方つまりミラー６９側に配置された結像レンズ７４から構成されている。ロッドインテグレータ７２は、ファイバアレイ光源６６から出射したレーザ光を、平行光に近くかつビーム断面内強度が均一化された光束としてＤＭＤ５０に入射させる。このロッドインテグレータ７２の形状等については、後に詳しく説明する。
【００２７】
上記レンズ系６７から出射したレーザ光Ｂはミラー６９で反射し、ＴＩＲ（全反射）プリズム７０を介してＤＭＤ５０に照射される。なお図４では、このＴＩＲプリズム７０は省略してある。
【００２８】
またＤＭＤ５０の光反射側には、ＤＭＤ５０で反射されたレーザ光Ｂを、記録媒体としての感光材料１５０上に結像する結像光学系５１が配置されている。この結像光学系５１は図４では概略的に示してあるが、図５に詳細を示すように、レンズ系５２，５４からなる第１結像光学系と、レンズ系５７，５８からなる第２結像光学系と、これらの結像光学系の間に挿入されたマイクロレンズアレイ５５と、アパーチャアレイ５９とから構成されている。上記のマイクロレンズアレイ５５は、ＤＭＤ５０の各画素に対応する多数のマイクロレンズ５５ａが配置されてなるものである。このマイクロレンズ５５ａは、一例として焦点距離が０．１９ｍｍ、ＮＡ（開口数）が０．１１のものである。またアパーチャアレイ５９は、マイクロレンズアレイ５５の各マイクロレンズ５５ａに対応する多数のアパーチャ５９ａが形成されてなるものである。
【００２９】
上記第１結像光学系は、ＤＭＤ５０による像を３倍に拡大してマイクロレンズアレイ５５上に結像する。そして第２結像光学系は、マイクロレンズアレイ５５を経た像を１．６７倍に拡大して感光材料１５０上に結像、投影する。したがって全体では、ＤＭＤ５０による像が５倍に拡大して感光材料１５０上に結像、投影されることになる。
【００３０】
なお本例では、第２結像光学系と感光材料１５０との間にプリズムペア７３が配設され、このプリズムペア７３を図５中で上下方向に移動させることにより、感光材料１５０上における像のピントを調節可能となっている。なお同図中において、感光材料１５０は矢印Ｙ方向に副走査送りされる。
【００３１】
ＤＭＤ５０は図６に示すように、ＳＲＡＭセル（メモリセル）６０上に、微小ミラー（マイクロミラー）６２が支柱により支持されて配置されたものであり、画素（ピクセル）を構成する多数の（例えば１０２４個×７６８個）の微小ミラーを格子状に配列して構成されたミラーデバイスである。各ピクセルには、最上部に支柱に支えられたマイクロミラー６２が設けられており、マイクロミラー６２の表面にはアルミニウム等の反射率の高い材料が蒸着されている。なお、マイクロミラー６２の反射率は９０％以上である。また、マイクロミラー６２の直下には、ヒンジおよびヨークを含む支柱を介して通常の半導体メモリの製造ラインで製造されるシリコンゲートのＣＭＯＳのＳＲＡＭセル６０が配置されており、全体はモノリシックに構成されている。
【００３２】
ＤＭＤ５０のＳＲＡＭセル６０にデジタル信号が書き込まれると、支柱に支えられたマイクロミラー６２が、対角線を中心としてＤＭＤ５０が配置された基板側に対して±α度（例えば±１０度）の範囲で傾けられる。図７（Ａ）は、マイクロミラー６２がオン状態である＋α度に傾いた状態を示し、図７（Ｂ）は、マイクロミラー６２がオフ状態である−α度に傾いた状態を示す。したがって、画像信号に応じて、ＤＭＤ５０の各ピクセルにおけるマイクロミラー６２の傾きを、図６に示すように制御することによって、ＤＭＤ５０に入射したレーザ光Ｂはそれぞれのマイクロミラー６２の傾き方向へ反射される。
【００３３】
なお図６には、ＤＭＤ５０の一部を拡大し、マイクロミラー６２が＋α度又は−α度に制御されている状態の一例を示す。それぞれのマイクロミラー６２のオンオフ制御は、ＤＭＤ５０に接続された上記コントローラ３０２によって行われる。また、オフ状態のマイクロミラー６２で反射したレーザ光Ｂが進行する方向には、光吸収体（図示せず）が配置されている。
【００３４】
また、ＤＭＤ５０は、その短辺が副走査方向と所定角度θ（例えば、０．１°〜１°）を成すように僅かに傾斜させて配置するのが好ましい。図８（Ａ）はＤＭＤ５０を傾斜させない場合の各マイクロミラーによる反射光像（露光ビーム）５３の走査軌跡を示し、図８（Ｂ）はＤＭＤ５０を傾斜させた場合の露光ビーム５３の走査軌跡を示している。
【００３５】
ＤＭＤ５０には、長手方向にマイクロミラーが多数個（例えば１０２４個）配列されたマイクロミラー列が、短手方向に多数組（例えば７５６組）配列されているが、図８（Ｂ）に示すように、ＤＭＤ５０を傾斜させることにより、各マイクロミラーによる露光ビーム５３の走査軌跡（走査線）のピッチＰ１が、ＤＭＤ５０を傾斜させない場合の走査線のピッチＰ２より狭くなり、解像度を大幅に向上させることができる。一方、ＤＭＤ５０の傾斜角は微小であるので、ＤＭＤ５０を傾斜させた場合の走査幅Ｗ２と、ＤＭＤ５０を傾斜させない場合の走査幅Ｗ１とは略同一である。
【００３６】
また、異なるマイクロミラー列により同じ走査線上が重ねて露光（多重露光）されることになる。このように、多重露光されることで、露光位置の微少量をコントロールすることができ、高精細な露光を実現することができる。また、主走査方向に配列された複数の露光ヘッドの間のつなぎ目を微少量の露光位置制御により段差無くつなぐことができる。
【００３７】
なお、ＤＭＤ５０を傾斜させる代わりに、各マイクロミラー列を副走査方向と直交する方向に所定間隔ずらして千鳥状に配置しても、同様の効果を得ることができる。
【００３８】
ファイバアレイ光源６６は図９ａに示すように、複数（例えば１４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が結合されている。図９ｂに詳しく示すように、マルチモード光ファイバ３１の光ファイバ３０と反対側の端部は副走査方向と直交する主走査方向に沿って７個並べられ、それが２列に配列されてレーザ出射部６８が構成されている。
【００３９】
マルチモード光ファイバ３１の端部で構成されるレーザ出射部６８は、図９ｂ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、マルチモード光ファイバ３１の光出射端面には、その保護のために、ガラス等の透明な保護板が配置されるのが望ましい。マルチモード光ファイバ３１の光出射端面は、光密度が高いため集塵し易く劣化し易いが、上述のような保護板を配置することにより、端面への塵埃の付着を防止し、また劣化を遅らせることができる。
【００４０】
本例では図１０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程度のクラッド径が小さい光ファイバ３１が同軸的に結合されている。それらの光ファイバ３０，３１は、それぞれのコア軸が一致する状態で光ファイバ３１の入射端面を光ファイバ３０の出射端面に融着することにより結合されている。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。
【００４１】
マルチモード光ファイバ３０および光ファイバ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、およ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。本例では、マルチモード光ファイバ３０および光ファイバ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＝５０μｍ、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＝５０μｍ、ＮＡ＝０．２である。
【００４２】
但し、光ファイバ３１のクラッド径は６０μｍには限定されない。従来のファイバ光源に使用されている光ファイバのクラッド径は１２５μｍであるが、クラッド径が小さくなるほど焦点深度がより深くなるので、マルチモード光ファイバのクラッド径は８０μｍ以下が好ましく、６０μｍ以下がより好ましく、４０μｍ以下が更に好ましい。一方、コア径は少なくとも３〜４μｍ必要であることから、光ファイバ３１のクラッド径は１０μｍ以上が好ましい。
【００４３】
レーザモジュール６４は、図１１に示す合波レーザ光源（ファイバ光源）によって構成されている。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，および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および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個に限定されるものではなく、その他の個数が採用されてもよい。また、上述のような７個のコリメータレンズ１１〜１７に代えて、それらのレンズが一体化されてなるコリメータレンズアレイを用いることもできる。
【００４４】
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。
【００４５】
上記の合波レーザ光源は、図１２および図１３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、それらによって形成される閉空間（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。
【００４６】
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。
【００４７】
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、そこにコリメータレンズ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。
【００４８】
なお、図１３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。
【００４９】
図１４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１４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。
【００５０】
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光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。
【００５１】
したがって、各発光点から発せられたレーザ光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光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。
【００５２】
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。
【００５３】
次に図１５を参照して、本例の画像露光装置における電気的な構成について説明する。ここに示されるように全体制御部３００には変調回路３０１が接続され、該変調回路３０１にはＤＭＤ５０を制御するコントローラ３０２が接続されている。また全体制御部３００には、レーザモジュール６４を駆動するパルス駆動回路３０３が接続されている。さらにこの全体制御部３００には、前記ステージ１５２を駆動するステージ駆動装置３０４が接続されている。
【００５４】
［露光装置の動作］
次に、上記露光装置の動作について説明する。スキャナ１６２の各露光ヘッド１６６において、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（図１１参照）の各々から発散光状態で出射したレーザ光Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５，Ｂ６，および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光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の入射端面上で収束する。
【００５５】
本例では、コリメータレンズ１１〜１７および集光レンズ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。すなわち、集光レンズ２０によって上述のように集光されたレーザ光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本のレーザ光Ｂに合波されてマルチモード光ファイバ３０の出射端部に結合された光ファイバ３１から出射する。
【００５６】
各レーザモジュールにおいて、レーザ光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３１の各々について、出力１８０ｍＷ（＝３０ｍＷ×０．８５×７）の合波レーザ光Ｂを得ることができる。したがって、１４本のマルチモード光ファイバ３１全体では、２．５２Ｗ（＝０．１８Ｗ×１７）の出力のレーザ光Ｂが得られる。
【００５７】
画像露光に際しては、図１５に示す変調回路３０１から露光パターンに応じた画像データがＤＭＤ５０のコントローラ３０２に入力され、そのフレームメモリに一旦記憶される。この画像データは、画像を構成する各画素の濃度を２値（ドットの記録の有無）で表したデータである。
【００５８】
感光材料１５０を表面に吸着したステージ１５２は、図１５に示すステージ駆動装置３０４により、ガイド１５８に沿ってゲート１６０の上流側から下流側に一定速度で移動される。ステージ１５２がゲート１６０下を通過する際に、ゲート１６０に取り付けられたセンサ１６４により感光材料１５０の先端が検出されると、フレームメモリに記憶された画像データが複数ライン分ずつ順次読み出され、データ処理部で読み出された画像データに基づいて各露光ヘッド１６６毎に制御信号が生成される。そして、ミラー駆動制御部により、生成された制御信号に基づいて各露光ヘッド１６６毎にＤＭＤ５０のマイクロミラーの各々がオンオフ制御される。なお本例の場合、１画素部となる上記マイクロミラーのサイズは１４μｍ×１４μｍである。
【００５９】
ファイバアレイ光源６６からＤＭＤ５０にレーザ光Ｂが照射されると、ＤＭＤ５０のマイクロミラー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により感光材料１５０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１５０がＤＭＤ５０の使用画素数と略同数の画素単位（露光エリア１６８）で露光される。また、感光材料１５０がステージ１５２と共に一定速度で移動されることにより、感光材料１５０がスキャナ１６２によりステージ移動方向と反対の方向に副走査され、各露光ヘッド１６６毎に帯状の露光済み領域１７０が形成される。
【００６０】
なお本例では、図１６（Ａ）および（Ｂ）に示すように、ＤＭＤ５０には、主走査方向にマイクロミラーが１０２４個配列されたマイクロミラー列が副走査方向に７６８組配列されているが、本例では、コントローラ３０２により一部のマイクロミラー列（例えば、１０２４個×２５６列）だけが駆動するように制御がなされる。
【００６１】
この場合、図１６（Ａ）に示すようにＤＭＤ５０の中央部に配置されたマイクロミラー列を使用してもよく、図１６（Ｂ）に示すように、ＤＭＤ５０の端部に配置されたマイクロミラー列を使用してもよい。また、一部のマイクロミラーに欠陥が発生した場合は、欠陥が発生していないマイクロミラー列を使用するなど、状況に応じて使用するマイクロミラー列を適宜変更してもよい。
【００６２】
ＤＭＤ５０のデータ処理速度には限界があり、使用する画素数に比例して１ライン当りの変調速度が決定されるので、一部のマイクロミラー列だけを使用することで１ライン当りの変調速度が速くなる。一方、連続的に露光ヘッドを露光面に対して相対移動させる露光方式の場合には、副走査方向の画素を全部使用する必要はない。
【００６３】
スキャナ１６２による感光材料１５０の副走査が終了し、センサ１６４で感光材料１５０の後端が検出されると、ステージ１５２は、ステージ駆動装置３０４により、ガイド１５８に沿ってゲート１６０の最上流側にある原点に復帰し、再度、ガイド１５８に沿ってゲート１６０の上流側から下流側に一定速度で移動される。
【００６４】
次に、図５に示したファイバアレイ光源６６、集光レンズ７１、ロッドインテグレータ７２、結像レンズ７４、ミラー６９およびＴＩＲプリズム７０から構成されてＤＭＤ５０に照明光としてのレーザ光Ｂを照射する照明光学系について説明する。まず、ロッドインテグレータ７２の形状について詳しく説明する。図１７は、ロッドインテグレータ７２の射出面７２ａの形状を示す正面図である。図示の通りこの射出面７２ａは、八角形の輪郭形状を有している。つまり該ロッドインテグレータ７２は、八角柱状のものとされている。上記八角形は、全ての頂角が９０°以上であって、かつ、その重心Ｇを通る互いに長さの異なる４本の対角線Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３およびＨ４を有する形状とされている。
【００６５】
上記ロッドインテグレータ７２の射出面７２ａから射出して、ミラー６９およびＴＩＲプリズム７０を介してＤＭＤ５０に照射されるレーザ光Ｂは、結像レンズ７４の結像作用により、射出面７２ａの形状に対応した形状でＤＭＤ５０上に結像照射される。
【００６６】
ここで図１８に示すように、この照明光学系は、ＤＭＤ５０の光照射面５０Ｍ（つまり図７に示したマイクロミラー６２が並設されている面）に対して、レーザ光Ｂが所定の角度で斜めに入射するように配置されており、そのためレーザ光Ｂは、射出面７２ａの形状から歪んだ形状となってＤＭＤ５０上に照射される。本例では、ＤＭＤ５０上におけるレーザ光Ｂの照射領域は、具体的には図１９にＢａで示す通りとなっている。この照射領域Ｂａにおいて、上記ロッドインテグレータ７２の射出面７２ａの対角線Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３およびＨ４が投影された対角線を各々Ｈ１′，Ｈ２′，Ｈ３′およびＨ４′とする。ここで上記対角線Ｈ１〜Ｈ４のうち、最も長い第１の対角線Ｈ１と、該第１の対角線Ｈ１に対して最も大きい角度で交差する第２の対角線Ｈ４との比と、それらが投影された対角線Ｈ１′とＨ４′との比を比べると、前者より後者の方がより１に近くなっている。
【００６７】
ＤＭＤ５０の光照射面５０Ｍは、多数のマイクロミラー６２が縦、横に並設されている面であって、略矩形状となっているが、このような光照射面５０Ｍに対してレーザ光Ｂの照射領域が上記のような形状になっていれば、光照射面５０Ｍ全体をレーザ光Ｂで照明した上で、この照明に有効利用されないレーザ光Ｂの光量を極力少なくすることができるので、照明光の利用効率を高く確保して、装置のランニングコストを低く抑えることが可能になる。
【００６８】
ここで、上記のことと比較するために、ロッドインテグレータ７２の射出面７２ａが仮に図２０に示すように略矩形状であるとすると、ＤＭＤ５０上におけるレーザ光Ｂの照射領域Ｂａは図２１に通り平行四辺形状に歪んで、ＤＭＤ５０の略矩形状の光照射面５０Ｍからかけ離れた形となってしまう。そうであると、光照射面５０Ｍの照明に有効利用されないレーザ光Ｂの光量が多くなり、照明光の利用効率が低下してしまう。
【００６９】
また、ロッドインテグレータ７２の射出面７２ａの輪郭形状は、全ての頂角が９０°以上である八角形とされているので、該ロッドインテグレータ７２の隅部（上記頂角を含む部分）の研磨作業が容易化され、また該隅部にカケが生じることも効果的に防止される。こうしてロッドインテグレータ７２の隅部にカケが生じることを防止できれば、そのカケのために照明効率や照明の均一性が低下することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である照明光学系が適用された露光装置の外観を示す斜視図
【図２】図１の露光装置のスキャナの構成を示す斜視図
【図３】（Ａ）は感光材料に形成される露光済み領域を示す平面図、（Ｂ）は各露光ヘッドによる露光エリアの配列を示す図
【図４】図１の露光装置の露光ヘッドの概略構成を示す斜視図
【図５】本発明の一実施形態である照明光学系を含む露光ヘッドの、光軸に沿った副走査方向の断面図
【図６】デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）の構成を示す部分拡大図
【図７】（Ａ）および（Ｂ）はＤＭＤの動作を説明するための説明図
【図８】（Ａ）および（Ｂ）は、ＤＭＤを傾斜配置しない場合と傾斜配置する場合とで、露光ビームの配置および走査線を比較して示す平面図
【図９ａ】ファイバアレイ光源の構成を示す斜視図
【図９ｂ】ファイバアレイ光源のレーザ出射部における発光点の配列を示す正面図
【図１０】マルチモード光ファイバの構成を示す図
【図１１】合波レーザ光源の構成を示す平面図
【図１２】レーザモジュールの構成を示す平面図
【図１３】図１２に示すレーザモジュールの構成を示す側面図
【図１４】図１２に示すレーザモジュールの構成を示す部分正面図
【図１５】上記露光装置の電気的構成を示すブロック図
【図１６】（Ａ）および（Ｂ）は、ＤＭＤの使用領域の例を示す図
【図１７】上記照明光学系を構成するロッドインテグレータの正面図
【図１８】ＤＭＤに対する照明光の入射方向を示す側面図
【図１９】上記実施形態における、ＤＭＤに対する照明光の照射状態を説明する概略図
【図２０】本発明に対する比較例におけるロッドインテグレータの正面図
【図２１】上記比較例における、ＤＭＤに対する照明光の照射状態を説明する概略図
【符号の説明】
ＬＤ１〜ＬＤ７    ＧａＮ系半導体レーザ
３０、３１    マルチモード光ファイバ
５０    デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）
５０Ｍ    ＤＭＤ上における照明光の照射領域
５１    拡大結像光学系
５３、５４    第１結像光学系のレンズ
５５    マイクロレンズアレイ
５７、５８    第２結像光学系のレンズ
５９    アパーチャアレイ
６６    レーザモジュール
６６    ファイバアレイ光源
６８    レーザ出射部
７２    ロッドインテグレータ
７２ａ    ロッドインテグレータの射出面
１５０    感光材料
１５２    ステージ
１６２    スキャナ
１６６    露光ヘッド
１６８    露光エリア
１７０    露光済み領域
【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】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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