(57)【要約】【課題】小型化を実現できる光照射装置を提供する。【解決手段】光ビームを発生する光源４と、外部信号に応じて光ビームが通過する媒体の屈折率を変化させる光変調素子５と、光変調素子が出力する複数の回折光の中からｎ（自然数）次の光ビームを分離する光ビーム分離手段３と、分離されたｎ次の光ビームを目的位置に導出する光学通路と、を備え、光ビーム分離手段３は、互いに対向するように配置されて複数の回折光を入射部及び出射部間で複数回反射させる第１及び第２のミラー列２，２を含み、各ミラー列２が挟角９０度の２つのミラーを組み合わせてなる。【選択図】図１
2009092722.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ビームを発生する光源と、
外部信号に応じて前記光ビームが通過する媒体の屈折率を変化させる光変調素子と、
前記光調器が出力する複数の回折光の中からｎ次の光ビームを分離する光ビーム分離手段と、
分離されたｎ次の光ビームを目的位置に導出する光学通路と、を備え、
前記光ビーム分離手段は、互いに対向するように配置されて前記複数の回折光を入射部及び出射部間で複数回反射させる第１及び第２のミラー列を含み、各ミラー列が挟角約９０度の２つのミラーを組み合わせてなる、
ことを特徴とする光照射装置。
【請求項２】
前記光変調素子が音響光学変調素子又は電気光学変調素子である、請求項１に記載の光照射装置。
【請求項３】
前記出射部がｎ次の光ビームの入射位置に対応して前記ミラーに形成された開口部である、請求項１又は２に記載の光照射装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の光照射装置を含む露光装置。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれかに記載の光照射装置を含む走査光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、情報信号によって変調された光ビームを出力する光照射装置に関し、特に、光変調器を用いた光ビームの空間的な分離を比較的に狭い空間内で行うことを可能とする多重反射ミラーを備えた光照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
情報信号によって光強度が変調された光ビームを得るために光変調器が使用される。例えば、光変調器には、電気光学変調器（ＥＯＭ：electro-optic modulator）や音響光学変調器（ＡＯＭ：acousto-optic modulator）等が使用される。電気光学変調器は特定の媒体を通過する光の屈折が当該媒体に印加される電圧に対応して変化することを利用する。音響光学変調器は、特定の媒体を通過する光の屈折が当該媒体に印加される超音波の周波数に対応して生ずる現象（回折格子と呼ばれる）を利用する。音響光学変調器を用いた応用例としては、光スイッチや、走査光学系など様々なものがある。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載の光走査装置は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）に対応する３つのレーザ光と、レーザ光を変調する光変調器と、レーザ光を走査光とするポリゴンミラー等を用いて感光材（印画紙）上にカラー潜像を形成する。また、特許文献２に記載の露光装置は、写真処理装置において１画素内でレーザ光を複数回走査して安定した階調表現を行うことを可能とした露光装置を提案している。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３０５７５３号公報
【特許文献２】特開２００７−０１７６２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の屈折率を変化する光変調器では、一つの入射光ビームに対して複数次の出射光ビーム（回折光）が生ずる。このうちの１つのｎ次（ｎ＝０，１，２，…）の回折光を被変調光ビームとして利用する。光変調器の出力側に発生する複数の出射光ビーム（回折光）から１つの出射光ビームを選択するために、出射光ビーム相互が空間的に分離可能な程度に離間する一定の光学的距離（空間）が必要となる。例えば、入射するレーザ光の光軸方向に存在する出射光である０次回折光と１次以上の回折光とを空間的に分離しようとするとき、それぞれの回折光が光ビーム径以上に空間的に離間（分離）する光路長を確保する必要がある。このため、外部信号に応じて屈折率を変化する光変調器を用いる光照射装置では、装置構成の小型化が難しい。したがって当該光照射装置が応用される光走査装置や露光装置などの装置が大型化する（あるいは小型化が難しい）。
【０００６】
よって、本発明は小型化を実現することが可能な光照射装置を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため本発明の光照射装置の好ましい態様では、光ビームを発生する光源と、外部信号に応じて上記光ビームが通過する媒体の屈折率を変化させる光変調素子と、上記光調器が出力する複数の回折光の中からｎ次の光ビームを分離する光ビーム分離手段と、分離されたｎ次の光ビームを目的位置に導出する光学通路と、を備え、上記光ビーム分離手段は、互いに対向するように配置されて上記複数の回折光を入射部及び出射部間で複数回反射させる第１及び第２のミラー列を含み、各ミラー列が挟角約９０度の２つのミラーを組み合わせてなる。ここで、ｎは自然数（ｎ＝１，２，３，…）であり、０次回折光の光ビームは入射光の光軸方向に存在する。
【０００８】
ビーム分離手段のミラー列に入射した複数の光ビームは、ミラー間を多重反射（複数回反射）することで、比較的に小さい空間内であっても長い光路長を移動することになる。それにより、ｎ次光ビームとこれに隣接する次数の光ビームとの離間距離が広がり、目的とする光ビームの空間的分離が容易になる。このようなビーム分離手段を用いないで空間に所要距離の光学通路を確保した場合に比べて、光照射装置全体を小型化することが可能となる。
【０００９】
また、挟角約９０度の２つのミラーでは入射光と反射光とが略平行になるので、各ミラー列を挟角約９０度の２つのミラーを組み合わせて構成することにより、ミラー列のアライメント調整が容易になる。
【００１０】
上記光変調素子は外部から供給される信号に応じて屈折率が設定される光変調器であり、例えば、音響光学変調素子や電気光学変調素子であることが望ましい。
【００１１】
上記出射部がｎ次の光ビームの入射位置に対応して前記ミラーに形成された開口部（アパーチャ）であることが望ましい。当該開口部を通過する光ビームが、外部信号に応じて向きを変えることによって当該開口部で当該光ビームの断続や光ビームの一部カットが生じ、光ビームの強度変調が行われる。
【００１２】
また、上記光ビーム分離手段は、（光学用）ガラス基板あるいは（光学用）プラスチック基板の表裏面にそれぞれ形成された２つのミラー列によって実現しても良い。
【００１３】
上述した光照射装置を露光装置、走査光学装置、投影装置、３原色光源等の光源として使用すると、光照射装置全体の小型化によって当該光照射装置を含む装置も小型化可能となって好都合である。
【００１４】
また、本発明の光照射装置の好ましい態様では、階段形状を有する鏡面体が、鏡面を相互に向き合わせて少なくとも一対配置されてなる多重反射ミラーと、該多重反射ミラーの鏡面に対してレーザ光を入射するレーザ光源と、上記レーザ光を変調させる音響光学変調器とを備えたものである。多重反射ミラーに入射したレーザ光は、鏡面体により多重反射されることで、短い空間で長い光路長を確保できる。
【００１５】
上記鏡面体の階段形状は、互いに直角に交わる複数平面により形成されたものとすることができる。角部が略直角の階段形状の鏡面体は、ミラーが傾いていても、出射光は入射光と同方向に反射する。このため、光学的なアラインメント調整が容易となる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の光照射装置によれば、音響光学変調素子からの出力光を多重反射させることで、小さい空間で長い光路長を得ることができる。したがって、装置を小型化することが能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の光照射装置１の光学通路（光路）を概略的に示している。同図において、図１（ａ）は上面図、同図（ｂ）は側面図、及び同図（ｃ）は後述の鏡面２ａを光が照射した位置である光スポット位置について示す。
【００１８】
光照射装置１は、複数の光ビームから１つの光ビームを分離する光ビーム分離部（手段）としての多重反射ミラー３、光ビームを発生する光源としてのレーザ光源４、図示しない外部信号に応じて光ビームの強度変調を行う光変調素子としての音響光学変調素子５を備えている。多重反射ミラー３で分離されたｎ次回折光の光ビームは後述のように光学通路を介して目的位置に導出される。
【００１９】
音響光学変調素子５は、超音波により回折基板の屈折率を周期的に変化させて作り出された屈折率分布が位相回折格子として働くことによる回折現象、いわゆる音響光学回折により、レーザ光源４から出射したレーザ光を回折させることができる光学素子である。
【００２０】
多重反射ミラー３は、互いに対向するように配置された２つの鏡面体２，２を備えている。図１（ｂ）に示すように、鏡面体２は階段状の形状を有している。
【００２１】
鏡面体２の階段形状は、隣接する２つの鏡面が互いに直角に交わる複数の平面２ｂ，２ｂ，…が「く」の字型にジグザグに組み合わせられて形成されており、一対の鏡面体２が鏡面２ａを内側に向け互いに平行に配置されている。
【００２２】
レーザ光源４から出射されたレーザ光（図では矢印で示した）は、音響光学変調素子５により回折され、ミラー３の長手方向に高次回折光が回折するように鏡面体２の一端開口側２ｄから入射される。レーザ光は、鏡面２ａにより一対の鏡面体２間で反射を繰返し、鏡面体２の他端側２ｅに導かれる。鏡面体２の他端側２ｅでは図１（ｃ）に示したように０次回折光と１次以上の回折光が空間的に分離した状態となる。例えば、分離対象となった１次回折光ビームは、鏡面体２の他端側２ｅの鏡面２ｂに設けられた、１次回折光の位置に対応した部分に設けられた開口部Ａから出射する。開口部Ａから出射する光ビームは音響光学変調素子５が外部信号に応じて屈折率を変化させる。それにより、光ビーム全体が開口２ｆを通過する状態と光ビーム全体が通過できない状態の間で変化し、外部信号に応じて光ビームの強度が変調される。
【００２３】
なお、多重反射された各回折光の出口に、開口部Ａを設けてもよい。また、開口部Ａを設けずに、鏡面体２の他端側２ｅから光ビームが出射する構成としても良い。
【００２４】
ここで、鏡面体２は角部が直角の階段形状であるため、図２に示したように、Ｘ−Ｘ’内のミラー側での光路差は、入射位置に関係なく、光ビーム（１）〜（３）はすべて２ｌとなる。また、図３に示したように、ミラーの断面方向の入射光は、同じ方向へと反射（出射）される。すなわち、ミラーが傾いていても、入射光と同方向に反射する（断面において平行な光ビームになる）。このため、光学的なアラインメント調整が非常に容易である利点がある。
【００２５】
このように、本実施形態の光照射装置１では、入射光ビームを、挟角約９０度で組み合わせた鏡面体２の間で多重反射させることで、僅かな空間で光ビームの光路長を長く確保することができるために、０次回折光ビームと、１次回折光ビームや高次回折光ビームとを容易に空間的に分離することができる。したがって、装置を小型化することができる。
【００２６】
なお、上述した多重反射ミラー（光ビーム分離手段）３は空間に対向するよう配置された２つの鋸歯状のミラー２を使用しているが、これに限定されるものではない。例えば、２つのミラー列２，２を光学ガラスや光学プラスチックの基板の表裏面にそれぞれ形成した構造として多重反射ミラー３を得ることができる。光学プラスチックを用いた場合には射出成形した部材に、銀蒸着によってミラーを形成することができ、量産が比較的に容易である。
【００２７】
図４乃至図７は、本発明の光照射装置１を使用した各種装置の例を概略的に示している。各図において図１と対応する部分には同一符号を付し、かかる部分の説明は省略する。
【００２８】
図４は、本発明の光照射装置１を電子写真方式のレーザプリンタや写真印刷器等の走査光学装置に使用した例を示している。同図に示されるように、光源部４、音響光学素子５、分離部３によって光照射装置１が構成されている。音響光学素子５には外部から画像（パターン）信号が供給されている。分離部３から出力された、画像信号によって強度変調された光ビームは光学通路１０によって画像形成部２０に導出される。
【００２９】
光学通路１０は、回転ポリゴンミラー１１、ｆ−θレンズ１２、図示しない反射ミラー、レンズなどによって構成される。画像形成部２０は公知構成のレーザプリンタであり、その詳細な説明は省略する。画像情報で変調された光ビームは帯電された感光体２１上に導出され、ポリゴンミラー１１によって回転する感光体２１を走査する。それによって、感光体２１の表面に静電潜像が形成され、静電潜像にトナーを付着させることによって現像される。このトナーは紙に転写されて画像が印刷される。なお、画像形成部２０は後述のように写真の印画紙（感光材）に画像を形成するものであっても良い。
【００３０】
このように、本発明の光照射装置１を使用した走査光学装置は小型化が容易になる。
【００３１】
図５は、本発明の光照射装置１をパターン露光装置に使用した例を示している。同図に示されるように、光源部４、音響光学素子５、分離部３によって光照射装置１が構成されている。音響光学素子５には外部から画像（パターン）信号が供給されている。分離部３から出力された、画像信号によって強度変調された光ビームは光学通路１０によって回転走査部３０に導出される。
【００３２】
光学通路１０は、反射ミラー１３、対物レンズ１４などによって構成される。回転走査部３０は、フォトレジストが塗布された対象体３２を載置するターンテーブル３１と、光ビームスポットとターンテーブルとを相対的に移動する副走査部（図示せず）を含んでおり、導出された光ビームを対象体上で螺旋状に走査させる。ターンテーブル３１の回転及び半径方向の移動と極座標系の画像データの画像信号とを同期させることによってフォトレジストに露光パターンが形成される。フォトレジストを現像することによってマスクが形成される。このマスクは、対象体のエッチングマスクや微細構造体等として使用される。
【００３３】
このように、本発明の光照射装置１を使用した露光装置は小型化が容易になる。
【００３４】
図６は、本発明の光照射装置１を３色（赤、緑、青）のカラー光源として使用例を示している。同図において図４と対応する部分には同一符号を付し、かかる無部分の説明を省略する。
この例では、３つの光照射装置を備えている。カラー画像を三原色画像に分解したＲ、Ｇ及びＢの画像信号が各光照射装置の音響光学変調素子５にそれぞれ供給される。光照射装置から出力される赤・緑・青の各光ビームが光学通路１０を構成するミラー１６乃至１９によって１つの光ビームとしてポリゴンミラー１１に導出される。ポリゴンミラー１１によって走査光となった三色光ビームは、画像形成部２０に導出される。画像形成部２０は、感光体２１であるカラー印画紙（カラー感光材）を三色光で走査し、印画紙の三色の感光層を感光させ、これを現像することによってカラー写真を生成する。
【００３５】
図７も、本発明の光照射装置１を３色（赤、緑、青）のカラー光源として使用例を示している。同図において図６と対応する部分には同一符号を付し、かかる無部分の説明を省略する。
カラー画像を三原色画像に分解したＲ、Ｇ及びＢの画像信号が各光照射装置の音響光学変調素子５にそれぞれ供給される。光照射装置から出力される赤・緑・青の各光ビームが光学通路１０を構成するミラー１６乃至１８によって１つのカラー光ビームとなり、第１のポリゴンミラー４１に導出される。第１のポリゴンミラー４１は画像信号の水平同期信号に同期して回転する。ポリゴンミラー４１によって水平走査光ビームとなったカラー光ビームは第２のポリゴンミラー４２に導出される。第２のポリゴンミラー４２は画像信号の垂直同期信号に同期して回転する。カラー光ビームはポリゴンミラー４２よって垂直方向にも走査する光ビームとなり、スクリーン４３に投影される。スクリーン４３を高速で走査するカラー光ビームは人の眼の残像効果によってカラー画像として認識される。
【００３６】
このように、本発明の光照射装置を三原色光源に適用することができ、三原色光源を用いる走査光学装置、露光装置、投影装置などを小型化することが可能となる。
【００３７】
以上説明したように、本発明の実施の形態によれば、光変調素子の後段に多重反射ミラーによる光通路を設ける構成としたので狭空間でｎ次回折光を分離することが可能となる。回折光の次数が増えるほど０次光からの分離角度は増す（分離が容易になる）が、次数が増えるにつれて光量が減少する傾向がある。本実施例の多重反射ミラーによる光通路を用いれば比較的に次数の低い回折光も容易に分離でき、利用できるので光変調器における光ビームのロスを減らすことも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に係る光照射装置の一実施形態を概略的に示した図であり、図１（ａ）は上面図、同図（ｂ）は側面図、同図（ｃ）はミラーへ入射する光ビームの鏡面上のスポット位置を示した図である。
【図２】挟角９０度のミラーへの光ビームの入射及び出射を示した図である。
【図３】傾斜したミラーへの光ビームの入射及び出射を示した図である。
【図４】本発明に係る光照射装置を使用した走査光学装置の例を説明する図である。
【図５】本発明に係る光照射装置を使用した露光装置（回転走査系）の例を説明する図である。
【図６】本発明に係る３原色光源の光照射装置を使用した走査光学装置の例を説明する図である。
【図７】本発明に係る３原色光源の光照射装置を使用した投影装置の例を説明する図である。
【符号の説明】
【００３９】
１…光照射装置、２…鏡面体、２ａ…鏡面、２ｂ…複数平面、３…多重反射ミラー（光ビーム分離手段）、４…レーザ光源、５…音響光学変調素子（ＡＯＭ）、１０…光学通路、Ａ…開口部
【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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