(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のエミッタを有するレーザ光源から放射された複数の放射エネルギーを空間変調器に向けて照射するための照明システムであって、
前記レーザ光源からの前記複数の放射エネルギーを焦点において集束させる手段と、
前記複数の放射エネルギーを実質的に該焦点または該焦点の下流において混合する混合手段と、
を具備し、前記混合手段は、入力と、複数の反射面と、出力とを有する照明システムにおいて、
前記複数の放射エネルギーが混合手段の入力に入ると、前記複数の放射エネルギーが多数の反射を受け、かつ、出力において、前記複数の放射エネルギーの分布が実質的に均一となるように、前記反射面が配置され、
前記混合手段の入力において前記複数の放射エネルギーを重ね合わせ、前記レーザ光源の中心部に配置されたエミッタから放出されている放射エネルギーから前記レーザ光源の縁部に配置されたエミッタから放出されている放射エネルギーまでの全ての放射エネルギーが、前記混合手段の入力に入るために、１組の追加の円筒状レンズが、焦点と混合手段の入力との間にさらに設けられていることを特徴とする照明システム。
【請求項２】
前記混合手段の前記反射面は、実質的に平行であることを特徴とする請求項１に記載の照明システム。
【請求項３】
前記混合手段の前記反射面は、ミラーであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の照明システム。
【請求項４】
前記混合手段は、ガラスから構成されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の照明システム。
【請求項５】
前記混合手段は、ホウ素珪酸塩ガラスから構成されることを特徴とする請求項４に記載の照明システム。
【請求項６】
前記混合手段は、平行六面体の形状を有し、パラレルエポイダル形状の混合手段の側面は反射面を構成し、かつ、混合手段の第１面は、入力を構成する集束手段に向けられ、かつ、対向する第２面は、混合手段の出力を構成することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の照明システム。
【請求項７】
前記混合手段は、該混合手段の入力における放射エネルギーの幅に実質的に対応する幅を有することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の照明システム。
【請求項８】
前記混合手段は、約２．５ｍｍの幅と、約７５ｍｍの長さとを有することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の照明システム。
【請求項９】
前記レーザ光源は、約８００ｎｍから約８５０ｎｍの波長を有する赤外線スペクトルにおける放射エネルギーを放出することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載の照明システム。
【請求項１０】
前記波長は、約８０８ｎｍであることを特徴とすることを特徴とする請求項９に記載の照明システム。
【請求項１１】
前記レーザ光源は、線形アレイに配置された複数のエミッタを有する高出力ダイオードであることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれかに記載の照明システム。
【請求項１２】
前記複数のエミッタのそれぞれは、約１５０ミクロンの幅を有することを特徴とする請求項１１に記載の照明システム。
【請求項１３】
隣接するエミッタは、約５００ミクロンずつ間隔を置かれることを特徴とする請求項１１又は請求項１２に記載の照明システム。
【請求項１４】
前記集束手段は、垂直方向に放射エネルギーをコリメートするための円筒状レンズと、水平方向に放射エネルギーをコリメートするための高出力ダイオードの各々のエミッタと実質的に整列される円筒状レンズアレイとを備えるコリメータを具備することを特徴とする請求項１１〜１３のいずれか一項に記載の照明システム。
【請求項１５】
前記垂直方向に放射エネルギーをコリメートするための円筒状レンズは、非球面レンズであることを特徴とする請求項１４に記載の照明システム。
【請求項１６】
請求項１から請求項１５のいずれかに記載の照明システムを備える装置であって、
前記照明システムにより照明される前記空間変調器は、電気光学変調器、音響光学変調器、または電気機械変調器であることを特徴とする装置。
【請求項１７】
前記装置は、前記感熱型オフセット印刷版上に放射エネルギーを照射するように適合されることを特徴とする請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
複数のエミッタを有するレーザ光源から放射された複数の放射エネルギーを空間変調器に向けて照射するための照明方法であって、
前記レーザ光源からの前記複数の放射エネルギーを焦点において集束させる段階と、
前記レーザ光源と前記空間変調器との間に混合手段を設ける段階と、
前記複数の放射エネルギーを実質的に該焦点または該焦点の下流において該混合手段によって混合する段階と、
を具備し、前記混合手段は、入力と、複数の反射面と、出力とを有する照明方法において、
前記複数の放射エネルギーが前記混合手段の前記入力に入ると、前記複数の放射エネルギーが多数の反射を受け、かつ、前記出力において、前記複数の放射エネルギーの分布が実質的に均一となるように、前記反射面が配置され、
前記混合手段の入力において前記複数の放射エネルギーを重ね合わせ、前記レーザ光源の中心部に配置されたエミッタから放出されている放射エネルギーから前記レーザ光源の縁部に配置されたエミッタから放出されている放射エネルギーまでの全ての放射エネルギーが、前記混合手段の入力に入るために、１組の追加の円筒状レンズが、焦点と混合手段の入力との間にさらに設けられていることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に、空間変調器（spatial modulators）を照明するためのシステムおよび方法に向けられている。詳細には、本発明は、高出力レーザアレイ（high power laser array）のようなレーザ光源により生成される放射線エネルギーを、感熱型媒体（light-sensitive medium）または感光型媒体を変調するための空間変調器に向けるための光学系に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明は、より詳細には、米国特許第４，７４６，９４２号明細書に記載されているような、個々に制御可能な点（spot）の列を生成するために、空間変調器がレーザ光源と接続されて用いられるシステムに関する。この点列は、前記米国特許明細書の図３に示されるような連続的な隣接バンドを生成するために、媒体の動きに対して横向きに移動される。連続的バンド間におけるあらゆる顕著な不連続性を回避するために、バンドの相対的な変位（displacement）および媒体が点列の高さに正確に対応することが必要なだけでなく、全ての点が形状および強度面において実質的に同一であることも必要である。
【０００３】
光学的ゲートの列の高さに対応する軸において、変調器の照明は均一的であることが好ましく、かつ、変調器と交差する光が実質的に全て投影光学機器のひとみ（pupil）に入るように、光ビームの入射は発散をほとんど示さない必要がある。もう一方の軸（幅軸）は、幅が１０ミクロン以下の点列を生成するために、厳密に平行にされたビームを必要とする。このことは、この幅軸において約１ミクロンの解像度を有するレーザ光源の使用を必要とする。
【０００４】
銀ハロゲン化物（silver halides）の表面、電子写真プレート、またはフィルムのような高感度の媒体を露光するために、低出力レーザダイオードを用いることができる。この場合には、米国特許第４，７４６，９４２号明細書に記載されているような光学的手段により、ガウス強度（gaussian intensity）プロファイルを変形させることができる。
【０００５】
温度感知重合体（オフセット版または任意の感熱型媒体）は、より強い光力（luminous power）に対する露光を必要とする。これは、空間変調器を照明すべく高出力レーザダイオードを用いることにより得られる。高さ方向（“速軸（fast axis）”とも称される）におけるダイオードの放出プロファイル位置は、約１ミクロンであり、かつ、ガウス放出プロファイルを有する。これは、点列の幅と整合する必要がある。
【０００６】
もう一方の方向においては、種々の形式のエミッタと構成とを備えた、特に高出力のダイオードが利用可能である。１エミッタダイオードに関して、放出ビームの幅は１〜数百ミクロンであってもよい。最も高出力のダイオードは、１ｃｍの条（bar）に沿って配置された多数のエミッタを有している。これらのエミッタについては、連続的に、または、規則正しく間隔を開けたグループの形で、配置することができる。この軸における角度的発散（angular divergence）は小さいが、角度的放出プロファイルは、不規則であり、かつ、ダイオードによって変動する。したがって、放射エネルギーの分布は均一的ではない。
【０００７】
米国特許第５，５１７，３５９号明細書は、線形光弁（linear light valve）と平行に動作する多数のエミッタから構成される広放出領域の（broad emitting area）レーザダイオードを結合させるための複雑な装置に向けられている。この装置は、各々のエミッタを光弁上に結像（image）し、個々のあらゆるエミッタにおいて生じる欠点に対する免疫性を増加させるために、これらのエミッタを重ね合わせる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、空間変調器を照明するための改善されたシステムおよび方法を提供することである。
【０００９】
この目的は、それぞれの請求項による照明システムおよび照明方法によって達成される。
【００１０】
低出力レーザダイオードとともに用いられる手段は、高出力レーザダイオードに適用可能ではない。その理由は、分布プロファイルが定義されていないためである。複数のエミッタを有するレーザダイオードによって、（図１に示されるようなダイオード正面の簡素なレンズにより得られるような）様々なダイオードの光量（luminous energy）を重ね合わせることは実質的に均一的な光分布を生じさせることができる、と仮定することができる。しかしながら、所定のダイオードに関して、エミッタは基本的に同じ特徴を有しており、これらのエミッタの重ね合わせは、個々のエミッタと同じプロファイルを示し、結果的に非均一的なものとなる。さらに、エネルギーの重要な部分が縁部上において失われる。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、明確に画定された幅と非常に少ないエネルギー損失と最適なコリメーション（collimation）とを備えた、実質的に均一的なエネルギー分布を生じさせることを可能にする。
【００１２】
本発明は、任意の形式のパワーレーザダイオードと関連した少なくとも１つの変調器の総ての高さにおいて、実質的に均一的な光分布を得るためのシステムおよび方法を提供するという利点を有する。前記システムは、多数の内反射によりレーザエミッタの光エネルギーを均一にするために、好ましくはガラスブレード（glass blade）の形状の光学的ミキサー（optical mixer）と関連した種々のレンズを有することが好ましい。ガラスブレードは、ホウ素珪酸塩（boron-silicate）から構成されることが好ましく、かつ、特に好ましい実施形態においては、約２．５ｍｍの幅と約７５ｍｍの長さとを有する。
【００１３】
好ましいレーザ光源は、約８００〜８５０ｎｍの波長（好ましくは、約８０８ｎｍの波長）を有する赤外線スペクトルにおける放射エネルギーを放出する。さらに、好ましいレーザ光源は、線形アレイの形に配置された複数のエミッタを有する高出力ダイオードである。
【００１４】
好ましい集束手段は、垂直方向に放射エネルギーをコリメートする（collimating）ための円筒状レンズを備えるコリメータと、水平方向に放射エネルギーをコリメートするための高出力ダイオードの各々のエミッタと実質的に整列される円筒状レンズアレイとを具備する。垂直方向に放射エネルギーをコリメートするための円筒状レンズは、非球面レンズであることが好ましい。あるいはまた、円筒状レンズアレイについては、垂直方向および水平方向の両方に放射エネルギーをコリメートするために用いることができる。
【００１５】
さらなる好ましい実施形態において、混合（mixing）手段の入力において放射エネルギー源の像（image）を形成しかつレーザ光源から放出されている放射エネルギーに関して実質的に同じ発散を得るために、１組の追加の円筒状レンズが、焦点と混合手段の入力との間に設けられる。
【００１６】
本発明に関する他の目的、特徴、および利点は、例示によって本発明の好ましい実施形態を示す以下の詳細な説明および図面から当業者には明白となるが、本発明は、前記例示に制約されるものではない。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図面において、本発明の好ましい実施形態が例示されている。図面における同じ参照番号は、同一または類似の構成要素を表す。
【００１８】
図１は、複数のエミッタを備えたレーザ１を示し、かつ、図２は、高さ方向におけるレーザのそれぞれのエネルギー分布を示す。
【００１９】
図３および図３ａは、レーザダイオード１（図３ａにおける参照番号は、１’となっている）が幾つかの散乱されたエミッタを備える場合の、本発明による照明システムを示す。図３に示された速軸は、好ましくは非球面状である円筒状レンズ２によりコリメートされる。このようなレーザダイオード１および円筒状レンズ２は、例えば、ブランド名JOLD-32を有するドイツのJenoptik Laseroptik GmbH社から入手可能である。
【００２０】
間隔を置かれたエミッタのグループまたは大きな断面のエミッタ（large section emitters）を有するダイオード（例えば、１５０ミクロンの幅を有し５００ミクロンずつの間隔を置かれたエミッタのグループ）に関して、このエミッタの間隔にしたがって間隔を置かれた円筒状のマイクロレンズ１２のアレイ（図４）を、図６のレンズ２，３の間に配置することができる。このアレイにより、変調器入口における光束の発散を減少させることが可能となる。このようなレンズ１２のアレイは、例えば、ドイツのLimo社から入手可能である。
【００２１】
（図３ａに示されるような）もう一方の軸において、円筒状レンズ３は、コリメートレンズ２の後に配置される。各々のエミッタから出る光線１’は、レンズの焦点９において合流する。
【００２２】
様々なエミッタにより生成された光線束は混合手段４内に入り、該混合手段４の幅は、地点９における光線束の幅と実質的に等しい。混合手段４は、ガラスブレード４であることが最も好ましく、該ガラスブレードは、ホウ素珪酸塩ガラスから構成されることが好ましい。光線がガラスブレード４の入力または入力端部内に入ると、光線は、ガラスブレード４内部において多数の反射を受け、これにより、放射エネルギーの分布が均一となる。示された実施形態においては、様々な光強度が、ガラスブレード４の出力または出口端部において混合される。この出力の像は、円筒状レンズ５，６により、変調器７上において形成される。レンズ６は、より明確には、変調器７に入射する光束をコリメートするために用いられる。ガラスブレード４をミラーに置き換えるか、または、標準形式であり得る他の適切な形式を有することができることが、当業者には明白となる。
【００２３】
図４ａは、混合手段入口への光線経路を表し、図４ｂおよび図４ｃは、入口における光分布を表す。
【００２４】
概略的な構成が示されている図３において、地点９における光束の幅は、正確には規定されず、かつ、ダイオード１の縁部から出る光線の発散は、中心部からの光線よりも重要である（図４の角度∠ｂ，∠ｃを参照）。ブレードの出力における光束の発散は、ブレード４が平行な面を有していれば、その入力における最大発散に対応するので、この配列は、最大パワー効率と同様に、必ずしも変調器上における最適な光線のコリメートにはつながらない。この配列については、図５、図５ａ、図６、図６ａに示されるように、さらに改善することができ、これらの図においては、１組の追加の円筒状レンズ１１が、レンズ３の焦点９とブレード４の入力１３との間に配置される。この１組のレンズは、ガラスブレード４の入力１３においてエミッタの像を形成するように、かつ、ダイオードの縁部から出る光線に関して、ダイオードの中心部から出る場合と同じ発散を得るように設計されかつ配置される。この配列において、ガラスブレード４の幅は、エミッタの像の幅に対応し、かつ、レンズ２，３により収集されたダイオードの全出力は、ガラスブレード４に入り、該ガラスブレード４の端部から出て、かつ、変調器における像上に現れる。出力における光束の発散は最小にされ、これにより、可能な限り良好なコリメートが可能となり、かつ、図５ａに示されるように、ブレードの出力における像の幅において、光力が実質的に均一的に拡散される。レンズ３，５，６，１１は、例えば、米国のOpto Sigma社から市販で入手可能である。
【００２５】
前記変調器７は、電気光学、音響光学（acousto-optical）または電気機械式（変形可能なミラー）であってもよい。好ましい変調器は、例えば、米国特許第４，２８１，９０４号明細書に記載されているようなＴＩＲ変調器である。この参考文献において図６（ａ）〜図６（ｅ）に関して記載されているように、ＴＩＲ変調器により変調された位相を、対応する光強度変化に変換するための種々の顕微鏡検査（microscopy）構成を導入することが可能である。詳細には、例えば、上述の参考文献においてその図６（ｅ）に関して記載されているように、暗視野照明を利用する多数地点のレーザ光源を有する実施形態が本発明には好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  複数のエミッタを有するレーザを示す図である。
【図２】  図１のレーザからのエネルギー分布を示す図である。
【図３】  図３は、新たな照明システムを概略的に示す図であり、この新たなシステムは、該システムの垂直軸に平行な第１平面内に存在する。図３ａは、同じシステムを示す図であり、このシステムは、該システムの水平軸に平行な第２平面内に存在する。
【図４】  図４は、光学系を通る光線経路の一部を示す図であり、混合手段内部において多数の反射を受けなければ、前記経路を経由して光線が進む。図４ａは、ブレード入口への光線経路を示す図であり、図４ｂおよび図４ｃは、ブレード入口における光分布曲線を示す図である。
【図５】  図５は、図３のシステムをさらに改善したシステムを示す図であり、このシステムは、該システムの水平軸に平行な平面内に存在する。図５ａは、前記改善されたシステム内の混合手段に入る光線を示す図であり、混合手段内部において多数の反射を受けなければ、前記経路を経由して光線が進む。さらに、図５ａは、混合手段の出力におけるパワー分布を概略的に示す。
【図６】  図６は、多数のレンズセットを備えたパワーレーザダイオードから出る光線の経路を、速軸に沿って示す図である。図６ａは、図６と同じ配列を、遅軸に沿って示す図である。
【符号の説明】
１，１’  レーザダイオード
２，３，５，６  円筒状レンズ
４  ガラスブレード（混合手段）
７  変調器
９  レンズ３の焦点
１１，１２  レンズ
１３  ガラスブレード４の入力
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図３ａ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図６ａ】
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