專利名稱：激光裝置、曝光頭、曝光裝置以及光纖的連接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種激光裝置、曝光頭以及曝光裝置，特別涉及適合用于照射空間光調(diào)制元件的高輝度激光裝置、采用由空間光調(diào)制元件根據(jù)圖像數(shù)據(jù)調(diào)制的光束對感光材料進(jìn)行曝光的曝光頭及包括該曝光頭的曝光裝置。
另外，本發(fā)明還涉及一種光纖的連接方法，特別是涉及連接包層直徑不同的2根光纖的方法。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，利用數(shù)字微反射鏡器件(DMD)等空間光調(diào)制元件，采用根據(jù)圖像數(shù)據(jù)調(diào)制的光束進(jìn)行圖像曝光的曝光裝置已有各種提案。例如，DMD是將根據(jù)控制信號改變反射面角度的多個微反射鏡2維配置在硅等半導(dǎo)體基板上的微反射鏡器件，采用該DMD的曝光裝置，如圖15(A)所示，由照射激光的光源1、使光源1所照射的激光形成校準(zhǔn)的透鏡系2、配置在透鏡系2的大致焦點(diǎn)位置上的DMD3、使DMD3所反射的激光在掃描面5上成像的透鏡系4、6所構(gòu)成。在該曝光裝置中，利用根據(jù)圖像數(shù)據(jù)等生成的控制信號，由圖中未畫出的控制裝置控制DMD3的每個微反射鏡開閉，對激光進(jìn)行調(diào)制，用所調(diào)制的激光進(jìn)行圖像曝光。
上述光源1，如圖29所示，配置多個包括一個半導(dǎo)體激光器7、一個多模光纖8、以及對半導(dǎo)體激光器7所照射的激光校準(zhǔn)后在多模光纖8的端面上結(jié)合的1對校準(zhǔn)透鏡9的構(gòu)成單元，將該多模光纖8多條束在一起構(gòu)成束狀光纖光源。
通常，作為半導(dǎo)體激光器7，使用輸出30mW(毫瓦)程度的激光器，作為多模光纖8，使用纖芯直徑為50μm，包層直徑為125μm，NA(數(shù)值孔徑)為0.2的光纖。因此，如果想獲得1W(瓦)的輸出，需要采用8×6條合計(jì)48條的上述構(gòu)成單元的多模光纖8束在一起，其發(fā)光點(diǎn)的直徑約為1mm。
但是，在現(xiàn)有技術(shù)的光源中，集集束化后的發(fā)光點(diǎn)直徑變大，其結(jié)果，在構(gòu)成高分辨率的曝光頭時，存在不能獲得足夠的焦點(diǎn)深度的問題。特別是，在進(jìn)行約1μm束徑的超高分辨率曝光時，不能獲得足夠的焦點(diǎn)深度。另外，在面狀的曝光束的邊緣部會形成邊際模糊。
進(jìn)一步，現(xiàn)有技術(shù)的曝光頭作為高輸出的曝光頭構(gòu)成時，需要增加集束化后的光纖的條數(shù)，這不僅會增加成本，而且增大發(fā)光點(diǎn)的直徑，從而增大向空間調(diào)制元件的照明NA。其結(jié)果，存在增大成像光束的成像NA，為此，焦點(diǎn)深度變得更淺的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是為了解決上述問題的發(fā)明，其目的在于提供一種可以縮小向空間調(diào)制元件等的照明NA的高輝度激光裝置。另外，本發(fā)明的另一目的在于提供一種在不增大成像光束的成像NA的情況下可以獲得微小成像點(diǎn)，其結(jié)果可以獲得焦點(diǎn)深度深的曝光頭以及曝光裝置。另外，本發(fā)明的另外一目的在于提供一種高輸出、低成本的曝光頭以及曝光裝置。
為了到達(dá)上述目的，本發(fā)明的激光裝置，是包括從光纖的入射端入射的激光從其出射端射出的光纖光源的激光裝置，其特征在于作為上述光纖，采用纖芯直徑一致但出射端的包層直徑比入射端的包層直徑小的光纖。
本發(fā)明的激光裝置雖然包括從光纖的入射端入射的激光從其出射端射出的光纖光源，但作為該光纖，由于采用纖芯直徑一致而出射端的包層直徑比入射端的包層直徑小的光纖，可以縮小光源的發(fā)光部，實(shí)現(xiàn)高輝度化。
上述光纖光源，例如可以是將單一半導(dǎo)體激光器與1根光纖的入射端接合所構(gòu)成的光纖光源，優(yōu)選采用將多個激光合成后入射到光纖的每一個中的合成激光光源。通過制成合成激光光源可以獲得高輸出。另外，可以作為在多個光纖光源的光纖的出射端將各個發(fā)光點(diǎn)配置成陣列狀的光纖陣列光源、或者作為將各個發(fā)光點(diǎn)配置成束狀的光纖束狀光源，這樣束狀化或者陣列化后，可以減少束狀化或者陣列化后的光纖根數(shù)就可以獲得相同的光輸出，降低了成本。進(jìn)一步，由于減少的光纖的根數(shù)，束狀化或者陣列化后的發(fā)光區(qū)域更加縮小，即成為高輝度輸出。
合成激光光源，例如可以(1)由包括多個半導(dǎo)體激光器、1根光纖、對從上述多個半導(dǎo)體激光器分別射出的激光進(jìn)行聚光、將聚光光束耦合在上述光纖的入射端上的聚光光學(xué)系、所構(gòu)成，或者(2)由包括具有多個發(fā)光點(diǎn)的多腔激光器、1根光纖、對從上述多個發(fā)光點(diǎn)分別射出的激光進(jìn)行聚光、將聚光光束耦合在上述光纖的入射端上的聚光光學(xué)系、所構(gòu)成，或者(3)由包括多個多腔激光器、1根光纖、對從上述多個多腔激光器的上述多個發(fā)光點(diǎn)分別射出的激光進(jìn)行聚光、將聚光光束耦合在上述光纖的入射端上的聚光光學(xué)系、所構(gòu)成。
光纖出射端的包層直徑，從縮小發(fā)光點(diǎn)直徑的觀點(diǎn)出發(fā)優(yōu)選小于125μm，更優(yōu)選在80μm以下，特別優(yōu)選在60μm以下。纖芯直徑一致而出射端的包層直徑比入射端的包層直徑小的光纖，例如可以采用纖芯直徑相同而包層直徑不同的多個光纖接合所構(gòu)成。另外，通過采用連接器將多個光纖可裝卸地連接所構(gòu)成，當(dāng)光源模塊部分破損時，容易進(jìn)行更換。
另外，為了到達(dá)上述目的，本發(fā)明的曝光頭，其特征在于包括本發(fā)明的激光裝置、根據(jù)各個控制信號改變光調(diào)制狀態(tài)的多個像素部在基板上排列配置成2維狀、對由上述激光裝置照射的激光調(diào)制的空間光調(diào)制元件、在各像素部調(diào)制后的激光在曝光面上成像的光學(xué)系。另外，本發(fā)明的曝光裝置，其特征在于包括本發(fā)明的曝光頭、和使該曝光頭相對于曝光面相對移動的移動裝置。
在本發(fā)明的曝光頭和本發(fā)明的曝光裝置中，空間調(diào)制元件對激光裝置發(fā)出的激光進(jìn)行調(diào)制后控制曝光，作為激光裝置由于采用本發(fā)明的高輝度激光裝置，可以獲得深的焦點(diǎn)深度。進(jìn)一步，作為構(gòu)成激光裝置的光纖光源，采用將多個激光合成后入射到光纖的每一個中的合成激光光源時，可以獲得高輸出，同時，在束狀化或者陣列化后，可以減少光纖的根數(shù)，降低成本。
作為空間調(diào)制元件可以采用根據(jù)各個控制信號可改變反射面的角度的多個微反射鏡在基板(例如硅基板)上排列配置成2維狀所形成的微反射鏡器件(DMD數(shù)字微反射鏡器件)。另外，空間調(diào)制元件也可以采用將具有帶狀反射面并且可以根據(jù)控制信號移動的可動?xùn)鸥?、和具有帶狀反射面的固定柵格多個交互并排配置所形成的1維光柵光閥(GLV)所構(gòu)成。進(jìn)一步，空間調(diào)制元件也可以采用將GLV配置成陣列狀的2維光閥陣列構(gòu)成。另外，也可以采用將可以根據(jù)各個控制信號遮蔽透射光的多個液晶單元在基板上排列配置成2維狀所構(gòu)成液晶快門陣列。
在這些空間調(diào)制元件的出射側(cè)，優(yōu)選配置具有與空間調(diào)制元件的各像素部對應(yīng)設(shè)置并且在各像素對激光聚光的微透鏡的微透鏡陣列。在配置微透鏡陣列時，另外各空間調(diào)制元件的各像素部調(diào)制后的激光，由微透鏡陣列的各微透鏡與各像素對應(yīng)進(jìn)行聚光，即使被曝光面中曝光區(qū)域擴(kuò)大時，可以縮小各光束光點(diǎn)的尺寸，進(jìn)行高精細(xì)曝光。
另外，在激光裝置和空間調(diào)制元件之間，優(yōu)選配置將激光裝置射出的光束變成平行光束的校準(zhǔn)透鏡、使邊緣部的光束寬度與接近光軸的中心部的光束寬度之比值在出射側(cè)比入射側(cè)小那樣在各出射位置中改變光束寬度、使由上述校準(zhǔn)透鏡平行光集束化后的激光的光量分布在上述空間調(diào)制元件的被照射面上呈大致均勻的光量分布校正光學(xué)系。
依據(jù)該光量分布校正光學(xué)系，例如，對于在入射側(cè)具有同一光束寬度的光，在出射側(cè)，使中央部的光束寬度比邊緣部的大，邊緣部的光束寬度比中心部的小。這樣，可以使中央部的光束向邊緣部移動，在不降低作為整體的光的利用效率的情況下，可以用光量分布大致均勻的光照射空間調(diào)制元件。這樣，在被曝光面上不會出現(xiàn)曝光斑點(diǎn)，可以進(jìn)行高質(zhì)量曝光。該光量分布校正光學(xué)系也可以采用之前周知的柱狀積分器或者蠅眼透鏡系。
另外，本發(fā)明的曝光頭以及曝光裝置，對于空間光調(diào)制元件，由根據(jù)曝光信息所生成的控制信號對比配置在基板上的像素部的全部個數(shù)要少的多個像素部的每一個進(jìn)行控制，即，不是對配置在基板上的像素部的全部進(jìn)行控制，而是對一部分像素部進(jìn)行控制，這樣，控制信號的傳輸速度比傳送全像素部的控制信號時要快，可以加速激光的調(diào)制速度。這樣，高速曝光成為可能。
此外，在現(xiàn)有技術(shù)中，在采用紫外領(lǐng)域的激光對感光材料進(jìn)行曝光的曝光裝置(紫外曝光裝置)中，一般使用氬激光器等氣體激光器、THG(3次高諧波)的固體激光器，存在裝置大型，維護(hù)麻煩，曝光速度慢的問題。本發(fā)明的曝光裝置，在激光裝置中可以采用波長350～450nm的GaN(氮化鎵)系半導(dǎo)體激光器作為紫外曝光裝置。依據(jù)該紫外曝光裝置，和現(xiàn)有技術(shù)的紫外曝光裝置相比，可以使裝置小型化，降低成本，并且可以進(jìn)行高速、高精細(xì)曝光。
另外，本發(fā)明的曝光裝置，可以在用光束使光硬化性樹脂曝光后造形成3維模型的光造形裝置、用光束將粉末燒結(jié)后形成燒結(jié)層將該燒結(jié)層積層和造形成由粉末燒結(jié)體構(gòu)成3維模型的積層造形裝置等中適用。
例如，在由，收容光硬化性樹脂的造形槽、設(shè)置在該造形槽內(nèi)可以升降支撐造形物的支撐臺、包括照射激光的激光裝置、根據(jù)各個控制信號改變光調(diào)制狀態(tài)的多個像素部在基板上排列配置成2維狀、對由上述激光裝置照射的激光調(diào)制的空間光調(diào)制元件、使經(jīng)各像素部調(diào)制后的激光在收容在上述造形槽中的光硬化性樹脂的液面上成像的光學(xué)系、的曝光頭、使該曝光頭相對于上述光硬化性樹脂的液面所相對移動的移動裝置，所構(gòu)成的光造形裝置中，通過采用本發(fā)明的激光裝置，可以進(jìn)行高速并且高精細(xì)造形。此外，具體的裝置構(gòu)成在特願2001-274360號公報中有記載。
另外，在由，收容用光照射燒結(jié)的粉末的造形槽、設(shè)置在該造形槽內(nèi)可以升降支撐造形物的支撐臺、包括照射激光的激光裝置、根據(jù)各個控制信號改變光調(diào)制狀態(tài)的多個像素部在基板上排列配置成2維狀、對由上述激光裝置照射的激光調(diào)制的空間光調(diào)制元件、使經(jīng)各像素部調(diào)制后的激光在收容在上述造形槽中的粉末表明上成像的光學(xué)系、的曝光頭、使該曝光頭相對于上述粉末的表明所相對移動的移動裝置、所構(gòu)成的積層造形裝置中，通過采用本發(fā)明的激光裝置，可以進(jìn)行高速并且高精細(xì)造形。此外，具體的裝置構(gòu)成在特願2001-274351號公報中有記載。
另外，本發(fā)明的目的在于提供一種可以將外徑差異大的2根光纖可靠連接的方法。
依據(jù)本發(fā)明的第1光纖連接方法，是在將包層直徑不同的2根光纖連接的方法中，其特征在于將包層直徑大的光纖的一端部的包層加工成和包層直徑小的光纖的包層直徑大致相同，在所加工后的光纖的一端部上熔接上述包層直徑小的光纖。
另外，依據(jù)本發(fā)明的第2光纖連接方法，是同樣在將包層直徑不同的2根光纖連接的方法，其特征在于將包層直徑大的光纖的一端部的包層加工成兩光纖的包層直徑的中間直徑，在所加工后的光纖的一端部上熔接上述包層直徑小的光纖。
另外，依據(jù)本發(fā)明的第3光纖連接方法，是同樣在將包層直徑不同的2根光纖連接的方法，其特征在于在具有這兩者光纖的中間包層直徑的光纖的一端部、和另一端部上分別熔接包層直徑大的光纖、和包層直徑小的光纖。
在依據(jù)本發(fā)明的第1光纖連接方法中，由于將包層直徑大的光纖的一端部的包層加工成和包層直徑小的光纖的包層直徑大致相同，在所加工后的光纖的一端部上熔接上述包層直徑小的光纖，成為大致相同包層直徑的光纖之間的熔接，不會出現(xiàn)象外徑差異大的光纖之間熔接時那樣，外徑小的光纖溶化過頭，或者相反外徑大的光纖沒有溶化的情況，可以容易并且可靠將兩光纖連接。
另外，在依據(jù)本發(fā)明的第2光纖連接方法中，由于將包層直徑大的光纖的一端部的包層加工成兩光纖的包層直徑的中間直徑，在所加工后的光纖的一端部上熔接上述包層直徑小的光纖，熔接成為在包層直徑相差不大的光纖之間進(jìn)行。因此，在該方法中，也不會出現(xiàn)象外徑差異大的光纖之間熔接時那樣，外徑小的光纖溶化過頭，或者相反外徑大的光纖沒有溶化的情況，可以容易并且可靠將兩光纖連接。
另外，在依據(jù)本發(fā)明的第3光纖連接方法中，由于是在具有這兩者光纖的中間包層直徑的光纖的一端部、和另一端部上分別熔接包層直徑大的光纖、和包層直徑小的光纖，在具有中間包層直徑的光纖和包層直徑大的光纖之間的熔接，以及在具有中間包層直徑的光纖和包層直徑小的光纖之間的熔接，均是在包層直徑相差不大的光纖之間進(jìn)行。因此，在該方法中，也不會出現(xiàn)象外徑差異大的光纖之間熔接時那樣，外徑小的光纖溶化過頭，或者相反外徑大的光纖沒有溶化的情況，可以容易并且可靠將各光纖連接。


圖1是表示第1實(shí)施方案的曝光裝置的外觀發(fā)立體圖。
圖2是表示第1實(shí)施方案的曝光裝置的掃描器的構(gòu)成的立體圖。
圖3A是表示在感光材料上形成的已曝光區(qū)域的俯視圖。圖3B是表示各曝光頭在曝光區(qū)域的配置排列圖。
圖4是表示第1實(shí)施方案的曝光裝置的曝光頭的概略構(gòu)成的立體圖。
圖5A是表示在圖4所示曝光頭的構(gòu)成中沿光軸的副掃描方向的剖面圖。圖5B是表示圖4所示曝光頭的構(gòu)成的側(cè)視圖。
圖6是表示數(shù)字微反射鏡器件(DMD)的構(gòu)成的局部放大圖。
圖7A以及圖7B是表示說明DMD動作的圖。
圖8A是表示不傾斜配置時的曝光光束的配置以及掃描線的俯視圖。圖8B表示傾斜配置時的曝光光束的配置以及掃描線的俯視圖。
圖9A是表示光纖陣列光源的構(gòu)成的立體圖。圖9B是表示圖9A所示光纖光源的局部放大圖。圖9C是表示激光射出部中的發(fā)光點(diǎn)的配置排列的俯視圖。圖9D表示激光射出部中的發(fā)光點(diǎn)的另一配置排列的俯視圖。
圖10是表示多模光纖的構(gòu)成圖。
圖11是表示合成激光光源的構(gòu)成的俯視圖。
圖12是表示激光模塊的構(gòu)成的俯視圖。
圖13是表示圖12所示的激光模塊的構(gòu)成的側(cè)視圖。
圖14是表示圖12所示的激光模塊的構(gòu)成的局部側(cè)視圖。
圖15A是表示在現(xiàn)有技術(shù)的曝光裝置中沿表示焦點(diǎn)深度的光軸的剖面圖。圖15B是表示第1實(shí)施方案的曝光裝置中沿表示焦點(diǎn)深度的光軸的剖面16A表示DMD的使用區(qū)域的一例。圖16B表示DMD的使用區(qū)域的另一例。
圖17A是表示DMD的使用區(qū)域最佳時的側(cè)視圖。圖17B是表示沿圖17A的光軸的副掃描方向的剖面圖。
圖18是表示掃描器進(jìn)行1次掃描對感光材料曝光的曝光方式的說明圖。
圖19A以及圖19B是表示掃描器進(jìn)行多次掃描對感光材料曝光的曝光方式的說明圖。
圖20是表示激光陣列的構(gòu)成立體圖。
圖21A是表示多腔激光器的構(gòu)成立體圖。圖21B是表示將圖21A所示多腔激光配置成陣列狀的多腔激光陣列的立體圖。
圖22是表示合成激光光源的另一構(gòu)成的俯視圖。
圖23是表示合成激光光源的另外一構(gòu)成的俯視圖。
圖24A是表示合成激光光源的另外一構(gòu)成的俯視圖。圖24B是表示沿圖24A的光軸的剖面圖。
圖25是表示用光量分布校正光學(xué)系的校正概念的說明圖。
圖26是表示光源呈高斯分布并且不進(jìn)行光量分布校正時的光量分布圖。
圖27是表示用光量分布校正光學(xué)系的校正后的光量分布圖。
圖28A是表示沿結(jié)合光學(xué)系的不同的另一曝光頭的構(gòu)成的光軸剖面圖。圖28B是表示不使用微反射鏡陣列時投影在被曝光面上的光像的俯視圖。圖28C是表示使用微反射鏡陣列時投影在被曝光面上的光像的俯視圖。
圖29是表示沿現(xiàn)有技術(shù)的光纖光源的構(gòu)成的光軸的剖面圖。
圖30是表示第2實(shí)施方案的曝光裝置的曝光頭的概略構(gòu)成立體圖。
圖31A是表示沿圖30所示曝光頭的構(gòu)成的光軸的剖面圖。圖31B是表示圖31A所示曝光頭的構(gòu)成的側(cè)視圖。
圖32是表示光柵光閥(GLV)的構(gòu)成的局部放大圖。
圖33A以及圖33B是表示GLV的動作的說明圖。
圖34是表示在光造形裝置中應(yīng)用本發(fā)明的例的立體圖。
圖35A是表示光纖束光源的構(gòu)成立體圖。圖35B是表示光纖陣列光源的另一構(gòu)成的立體圖。
圖36是表示束狀光纖光源的激光射出部的端面的俯視圖。
圖37是表示光纖的連接方法的一例的說明圖。
圖38是表示光纖的連接方法的另一例的說明圖。
圖39是表示光纖的連接方法的另外一例的說明圖。
圖38是表示多模光纖的構(gòu)成圖。
圖39是說明光纖的連接方法的另外一例的說明圖。
圖40是表示多模光纖的構(gòu)成的圖。
具體實(shí)施方案以下參照

本發(fā)明的實(shí)施方案。
(第1實(shí)施方案)[曝光裝置的構(gòu)成]本發(fā)明的實(shí)施方案的曝光裝置，如圖1所示，包括將片狀的感光材料150吸附在表面上后進(jìn)行保持的平板狀的臺152。在由4根腳部154支撐的厚板狀的設(shè)置臺156上面，設(shè)置沿臺移動方向延伸的2條導(dǎo)軌158。臺152，其長軸方向配置成面向臺移動方向，并且由導(dǎo)軌158支撐并可往返移動。此外，在曝光裝置上，設(shè)置用于沿導(dǎo)軌158驅(qū)動臺152的圖中未畫出的驅(qū)動裝置。
在設(shè)置臺156的中央部上，設(shè)置橫跨臺152的移動路徑的コ字狀的門160。コ字狀的門160的各端部固定在設(shè)置臺156的兩側(cè)面上。夾持該門160在一方側(cè)上設(shè)置掃描器162，而在另一方側(cè)上設(shè)置檢測感光材料150的前端和后端的多個(例如2個)的檢測傳感器164。分別將掃描器162以及傳感器164安裝在門160上，固定配置在臺152的移動路徑的上方。此外，掃描器162以及傳感器164與對其進(jìn)行控制的圖中未畫出的控制器連接。
掃描器162，如圖2以及圖3(B)所示，包括配置成m行n列(例如3行5列)的大致陣列狀的多個(例如14個)曝光頭166。在該例中，由于感光材料150的寬度的關(guān)系，在第3行上配置4個曝光頭166。此外，表示在第m行的第2列上配置的各個曝光頭時，采用曝光頭166mn進(jìn)行表示。
曝光頭166的曝光區(qū)域168，是以副掃描方向作為短邊的矩形狀。因此，隨著臺152的移動，在感光材料150上由每個曝光頭166形成的帶狀已曝光區(qū)域170。此外，要表示由配置在第m行第n列的各個曝光頭形成的曝光區(qū)域時，采用曝光區(qū)域168mn表示。
另外，如圖3(A)以及圖3(B)所示，為了使帶狀已曝光區(qū)域170在與副掃描方向垂直的方向上形成無間隙排列，配置成線狀的各行的曝光頭的每一個在配置方向上錯開規(guī)定間隔(曝光區(qū)域的長邊的自然數(shù)倍，在本實(shí)施方案中為2倍)進(jìn)行配置。為此，第1行的曝光區(qū)域16811和曝光區(qū)域16812之間不能曝光的部分，由第2行的曝光區(qū)域16821和第3行的曝光區(qū)域16831進(jìn)行曝光。
曝光頭16611～166mn，如圖4、圖5(A)以及(B)所示，作為根據(jù)圖像數(shù)據(jù)對入射光束按照每個像素進(jìn)行調(diào)制的空間光調(diào)制元件，包括數(shù)字微反射鏡器件(DMD)50。該DMD50，與包括數(shù)據(jù)處理部和微反射鏡驅(qū)動控制部的圖中未畫出的控制器連接。在該控制器的數(shù)據(jù)處理部，根據(jù)所輸入的圖像數(shù)據(jù)，為每個曝光頭166產(chǎn)生對DMD50應(yīng)控制區(qū)域內(nèi)的各微反射鏡進(jìn)行驅(qū)動控制的控制信號。此外，對于應(yīng)控制區(qū)域?qū)⒃诤竺嬲f明。另外，在微反射鏡驅(qū)動控制部中，根據(jù)由圖像數(shù)據(jù)處理部生成的控制信號，對各個曝光頭166控制DMD50的各微反射鏡的反射面的角度。此外，對于反射面的角度控制將在后面說明。
在DMD50的光入射側(cè)依次配置、包括將光纖出射端部(發(fā)光點(diǎn))沿與曝光區(qū)域168的長邊方向?qū)?yīng)的方向排成一列配置的激光出射部的光纖陣列光源66、對光纖陣列光源66射出的激光進(jìn)行校正后聚光在DMD上的透鏡系67、使透過透鏡系67的激光面向DMD50反射的反射鏡59。
透鏡系67，由使光纖陣列光源66出射的激光成平行光的1對組合透鏡71，為了使成平行光的激光的光量分布均勻而進(jìn)行校正的1對組合透鏡73、以及將對光量分布校正后的激光聚光在DMD上的激光透鏡75所構(gòu)成。組合透鏡73，具有在激光出射端的排列配置方向上接近透鏡光軸的部分使光束展開而遠(yuǎn)離光軸的部分使光束收縮，并且在與該排列配置方向垂直的方向上使光直接通過的功能，對激光進(jìn)行校正后使光量分別均勻。此外，在此雖然示出了光量分布校正裝置的例子，也可以采用周知的柱狀積分器和蠅眼透鏡陣列那樣的光量分布均勻裝置。
另外，在DMD50的光反射側(cè)，配置使由DMD50反射的激光在感光材料150的掃描面(被曝光面)56上成像的透鏡系54、58。透鏡系54以及58配置成使DMD50和被曝光面56成共軛關(guān)系。
DMD50，如圖6所示，在SRAM單元(存儲器單元)60上，微小反射鏡(微反射鏡)62由支柱支撐進(jìn)行配置，構(gòu)成像素的多個(例如600×800個)微小反射鏡排列成網(wǎng)格狀，構(gòu)成微反射鏡器件。在各像素，在最上部設(shè)置由支柱支撐的微反射鏡62，在微反射鏡62的表面上蒸鍍鋁等反射率高的材料。此外，微反射鏡62的反射率在90％以上。另外，在微反射鏡62的直下方配置通過包含鉸鏈和軛的支柱采用通常的半導(dǎo)體存儲器的生產(chǎn)線制造的硅門CMOS的SRAM單元60。整體構(gòu)成單片(一體)。
當(dāng)向DMD60的SRAM60中寫入數(shù)字信號時，由支柱支撐的微反射鏡62，以對角線為中心相對于配置DMD50的基板側(cè)在±α度(例如±10度)的范圍傾斜。圖7(A)表示微反射鏡62處于ON狀態(tài)傾斜了+α度時的狀態(tài)，圖7(B)表示微反射鏡62處于OFF狀態(tài)傾斜了-α度時的狀態(tài)。因此，對應(yīng)于像素信號，DMD50的各像素中微反射鏡62的傾斜，通過按照圖6所示那樣控制，入射到DMD50的光分別向微反射鏡62傾斜方向反射。
此外，圖6表示將DMD50的一部分放大，微反射鏡62被控制成+α度或者-α度的狀態(tài)的一例。各個微反射鏡62的ON/OFF控制，由與DMD50連接的圖中未畫出的控制器進(jìn)行。此外，在由處于OFF狀態(tài)的微反射鏡62反射光束的方向上配置光吸收體(圖中未畫出)。
另外，DMD50，優(yōu)選配置成其短邊與副掃描方向形成規(guī)定角度θ(例如1°～5°)那樣稍微有所傾斜。圖8(A)表示DMD50不傾斜時的各微反射鏡的反射光像(曝光光束)53的掃描軌跡，圖8(B)表示DMD50傾斜時的曝光光束53的掃描軌跡。
DMD50，雖然在長軸方向上排列配置了多個(例如800個)微反射鏡的微反射鏡列，在短軸方向上排列配置多組(例如600組)，如圖8(B)所示，通過使DMD50傾斜，由微反射鏡形成的曝光光束52的掃描軌跡(掃描線)的間距P2，比DMD50不傾斜時的掃描線的間距P1要狹窄，可以大幅度提供分辨率。另一方面，由于DMD50的傾斜角非常微小，DMD50傾斜時的掃描寬度W2、和DMD50不傾斜時的掃描寬度W1大致相同。
另外，由不同微反射鏡列在同一掃描線上重復(fù)曝光(多重曝光)。這樣，通過多重曝光，可以控制曝光位置的微小量，可以實(shí)現(xiàn)高精細(xì)曝光。另外，在主掃描方向上配置的多個曝光頭之間接縫，利用微小量的曝光位置控制，可以實(shí)現(xiàn)無縫連接。
此外，也可以不使DMD50傾斜，使各微反射鏡列在與副掃描方向垂直的方向上錯開規(guī)定間距，配置成鋸齒狀，可以獲得同樣的效果。
光纖陣列光源66，如圖9(A)所示，包括多個(例如6個)激光模塊64，在各激光模塊64上，與多模光纖30的一端連接。在多模光纖30的另一端上，與纖芯直徑和多模光纖30的相同而包層直徑比多模光纖30小的光纖31連接，如圖9(C)所示，構(gòu)成光纖31的出射端部(發(fā)光點(diǎn))沿與副掃描方向垂直的主掃描方向排成一列配置的激光出射部68。此外，如圖9(D)所示，也可以沿主掃描方向?qū)l(fā)光點(diǎn)排列成2列進(jìn)行配置。
光纖31的出射端部，如圖9(B)所示，由表明平坦的2張支撐板65夾持進(jìn)行固定。
在該例中，由于包層直徑小的光纖31的出射端無間隙排成一列配置，在包層直徑大的部分相鄰2根多模光纖30之間堆積的多模光纖30連接的光纖31的出射端，被夾持在與在包層直徑大的部分相鄰2根多模光纖30連接的光纖31的2個出射端之間，進(jìn)行配置。
這樣的光纖，例如如圖10所示，可以通過在包層直徑大的多模光纖30的激光出射側(cè)的前端部分上使長度為1～30cm的包層直徑小的光纖31同軸連接而獲得。3根光纖，光纖31的入射端面與多模光纖30的出射端面之間，使兩光纖的中心軸一致，進(jìn)行熔接連接。如上所述，光纖31的纖芯31a的直徑與多模光纖30的纖芯30a的直徑為相同大小。
另外，在長度短而包層直徑大的光纖上熔接了包層直徑小的光纖的短光纖，也可以通過套圈或者光連接器等與多模光纖30的出射端連接。通過采用連接器等進(jìn)行可裝卸連接，當(dāng)包層直徑小的光纖破損時，容易進(jìn)行前端部分的更換，可以降低曝光頭的維護(hù)費(fèi)用。此外，在以下，有時也將光纖31稱作為多模光纖30的出射端部。
作為多模光纖30以及光纖31，可以是階躍折射率光纖、漸變折射率光纖、以及復(fù)合型光纖的任一種。例如可以采用三菱電線工業(yè)株式會社制造的階躍折射率光纖。在本實(shí)施方案中，多模光纖30以及光纖31為階躍折射率光纖，多模光纖30，其包層直徑＝125μm、纖芯直徑＝25μm、NA＝0.2、入射端面覆層的透射率＝99.5％以上，光纖31，其包層直徑＝60μm、纖芯直徑＝25μm、NA＝0.2。
一般，對于紅外領(lǐng)域的激光，如果光纖的包層直徑小，則降增加傳輸損耗。為此，根據(jù)激光的波長帶域，確定最佳包層直徑。但是，波長越短傳輸損失越少，對于GaN系半導(dǎo)體激光發(fā)射的波長405nm的激光，即使使包層的厚度[(包層直徑-纖芯直徑)/2]成為傳輸800nm波長帶域的紅外光時的1/2程度，成為傳輸通信用的1.5μm的波長帶域的紅外光時的約1/4，傳輸損耗基本上不增加。因此，包層直徑可以減小到60μm。因此，通過采用GaN系半導(dǎo)體激光的短波長光源替代現(xiàn)有技術(shù)的紅外激光，可以縮小包層直徑，可以采用基本上與纖芯直徑大致差不多的值。因此，通過使具有細(xì)薄包層的光纖陣列化，即使和纖芯直徑大致相等的光纖陣列化，極有可能獲得非常高輝度的光源。
但是，光纖31的包層直徑并不限定于60μm，在現(xiàn)有技術(shù)的光纖光源中使用的光纖的包層直徑雖然為125μm，由于包層直徑越小，焦點(diǎn)深度越深，所以優(yōu)選多模光纖的包層直徑在80μm以下，更優(yōu)選在60μm以下，更進(jìn)一步優(yōu)選在40μm以下。另一方面，由于纖芯直徑至少需要3～4μm，所以光纖31的包層直徑優(yōu)選在10μm以上。
激光模塊64，由圖11所示合成激光光源(光纖光源)所構(gòu)成。該合成激光光源由、排列固定在加熱塊10上的多個(例如7個)芯片狀的橫多?；蛘邌文５腉aN系半導(dǎo)體激光器LD1、LD2、LD3、LD4、LD15、LD6以及LD7、與GaN系半導(dǎo)體激光器LD1～LD7分別對應(yīng)設(shè)置的校準(zhǔn)透鏡11、12、13、14、15、16以及17、1個聚光透鏡20、1根多模光纖30、所構(gòu)成。此外，半導(dǎo)體激光器的個數(shù)并不限定于7個。在包層直徑＝60μm、纖芯直徑＝50μm、NA＝0.2的多模光纖中，可以入射20個的半導(dǎo)體激光，實(shí)現(xiàn)曝光頭的必要光量，并且可以減少光纖的根數(shù)。
GaN系半導(dǎo)體激光器LD1～LD7，其振蕩波長均相同(例如405nm)，最大輸出也都相同(例如在多模激光器中為100mW，在單模激光器中為30mW)。此外，作為GaN系半導(dǎo)體激光器LD1～LD7，在350nm～450nm的波長范圍內(nèi)，也可以采用上述405nm之外的振蕩波長的激光器。
上述合成激光光源，如圖12以及圖13所示，與其他光學(xué)要素一起被收納在上方開口的箱狀的密封箱40中。密封箱40包括為閉合其開口而制作的密封箱蓋41，經(jīng)過脫氣處理后導(dǎo)入密封氣體，通過用密封箱蓋41閉合密封箱40的開口，將上述合成激光光源氣密性密封在由密封箱40和密封箱蓋41所形成的密閉空間(密封空間)內(nèi)。
在密封箱40的底面上固定基板42，在該基板42的上面按照上述加熱塊10、支撐聚光透鏡20的聚光透鏡保持器45、支撐多模光纖30的入射端部的光纖保持器46。多模光纖30的出射端部，從在密封箱40的壁面上形成的開口引出到密封箱外。
另外，在加熱塊10的側(cè)面上按照校準(zhǔn)透鏡保持器44，支撐校準(zhǔn)透鏡11～17。在密封箱40的橫壁面上形成開口，通過該開口將向GaN系半導(dǎo)體激光器LD1～LD7供給驅(qū)動電流的布線引出到密封箱外。
此外，在圖13中，為了避免圖變得復(fù)雜化，多個GaN系半導(dǎo)體激光器中只有GaN系半導(dǎo)體激光器LD7標(biāo)記了編號，多個校準(zhǔn)透鏡中只有校準(zhǔn)透鏡17標(biāo)記了編號。
圖14是表示上述校準(zhǔn)透鏡11～17的按照部分的正面形狀圖。校準(zhǔn)透鏡11～17的每一個，形成為將包含具有非球面的圓形鏡片的光軸的區(qū)域在平行平面切割成細(xì)長的形狀。該細(xì)長形狀的校準(zhǔn)透鏡，例如可以通過將樹脂或者光學(xué)玻璃鑄造成形所形成。校準(zhǔn)透鏡11～17，使其長軸方向與GaN系半導(dǎo)體激光器LD1～LD7的發(fā)光點(diǎn)排列配置方向(圖14的左右方向)垂直那樣，在上述發(fā)光點(diǎn)的排列配置方向上密接配置。
另一方面，作為GaN系半導(dǎo)體激光器LD1～LD7，采用包括發(fā)光寬度為2μm的活性層的、在與活性層平行的方向、垂直的方向的張開角分別為例如10°、30°的狀態(tài)下發(fā)射各激光光束B1～B7的激光器。這些GaN系半導(dǎo)體激光器LD1～LD7，配置成使發(fā)光點(diǎn)在與活性層平行的方向上排列成1列。
因此，從各發(fā)光點(diǎn)發(fā)射的激光光束B1～B7，如上所述，使張開角大的方向與長度方向一致，張開角小的方向與寬度方向(與長度方向垂直的方向)一致的狀態(tài)下，向細(xì)長形狀的各校準(zhǔn)透鏡11～17入射。即，各校準(zhǔn)透鏡11～17的寬度為1.1mm，長度為4.6mm，分別入射的激光光束B1～B7的水平方向、垂直方向的光束直徑分別為0.9mm、2.6mm。另外，校準(zhǔn)透鏡11～17的每一個，其焦點(diǎn)距離f1＝3mm，NA＝0.6、透鏡配置間距＝1.25mm。
聚光透鏡20，形成為將包含具有非球面的圓形鏡片的光軸的區(qū)域在平行平面切割成細(xì)長、在校準(zhǔn)透鏡11～17的排列配置方向即水平方向上為長邊、在與其垂直的方向上為短邊的形狀。該聚光透鏡20，其焦點(diǎn)距離f2＝23mm，NA＝0.2。由于波長約為400nm，相對于纖芯直徑50μm可以形成充分高效接合的微小光點(diǎn)直徑。該聚光透鏡20，也可以采用例如樹脂或者光學(xué)玻璃鑄造成形所形成。
以下說明上述曝光裝置的動作。
在掃描器162的各曝光頭166中，從構(gòu)成光纖陣列光源66的合成激光光源的GaN系半導(dǎo)體激光器LD1～LD7的每一個以發(fā)散光狀態(tài)射出的各個激光光束B1、B2、B3、B4、B5、B6以及B7，由對應(yīng)的校準(zhǔn)透鏡11～17變成平行光。平行光化后的激光光束B1～B7，由聚光透鏡20進(jìn)行聚光，收束在多模光纖30的纖芯30a的入射端面上。
在本例中，由校準(zhǔn)透鏡11～17以及聚光透鏡20構(gòu)成聚光光學(xué)系，由該聚光光學(xué)系以及多模光纖30構(gòu)成合成光學(xué)系。即，由聚光透鏡20如上所述那樣進(jìn)行聚光后的激光光束B1～B7，入射到該多模光纖30的纖芯30a中，在光纖內(nèi)傳輸，合成為1個激光光束B，從與多模光纖30的出射端部接合的光學(xué)31射出。
在各激光模塊中，激光光束B1～B7與多模光纖30的結(jié)合效率為0.85，當(dāng)GaN系半導(dǎo)體激光器LD1～LD7的各輸出為30mW時，對于配置成陣列狀的光纖31的每一個，可以獲得輸出180mW(＝30mW×0.85×7)的合成激光光束B。因此，在由6根光纖31配置成陣列狀的激光出射部的輸出約為1W(＝180mW×6)。
在光纖陣列光源66的激光出射部68，沿主掃描方向?qū)⑦@樣的高輝度發(fā)光點(diǎn)排列成1列進(jìn)行配置。由單一激光器輸出的激光與1根光纖結(jié)合的現(xiàn)有技術(shù)的光纖光源由于具有低輸出，如果不排列配置成多列就不能獲得所希望的輸出，而在本實(shí)施方案中，所使用的合成激光光源由于具有高輸出，只需較少的列，例如1列就可以獲得所希望的輸出。
例如，在半導(dǎo)體激光器和光纖1對1結(jié)合的現(xiàn)有技術(shù)的光纖光源中，通常，由于作為半導(dǎo)體激光器采用輸出30mW(毫瓦)左右的激光器，作為光纖采用纖芯直徑為50μm，包層直徑為125μm，NA(數(shù)值孔徑)為0.2的多模光纖，如果要獲得1W(瓦)的輸出，需要將多模光纖48根(8×6)綁在一起，發(fā)光區(qū)域的面積為0.62mm2(0.675mm×0.925mm)，在激光出射部68處的輝度為1.6×106(W/m2)，光纖1根的輝度為3.2×106(W/m2)。
對此，在本實(shí)施方案中，如上所述，采用多模光纖6根可以獲得1W的輸出，在激光出射部68處的發(fā)光區(qū)域的面積為0.0081m2(0.325mm×0.025mm)，在激光出射部68處的輝度為123×106(W/m2)，比現(xiàn)有技術(shù)提高了約80倍的輝度。另外，光纖1根的輝度為90×106(W/m2)，比現(xiàn)有技術(shù)提高了約28倍的輝度。如上所述，通過采用可以獲得高輝度、特別是GaN系那樣的短波長光源，即使在相同的聚光NA(即光纖入射NA)下可以獲得微小光點(diǎn)。因此，可以獲得更高輝度的光纖光源以及光纖陣列或者束光源。其結(jié)果，由于是短波長激光，成像光束也可以結(jié)成微小光點(diǎn)，可以獲得高能量密度。另外，由于是短波長激光，可以獲得強(qiáng)的光子能量，由于這2種高價值，不僅在光聚合等化學(xué)變化中，而且在燒結(jié)、退火、金屬加工等那樣的物理變化中可以廣泛利用。
另外，由于是高輝度光源，即使是小成像NA，也可以獲得微小成像光束，即使在采用空間調(diào)制元件的數(shù)字曝光中，也可以減少向空間調(diào)制元件的照明NA。其結(jié)果，可以減小空間調(diào)制元件，提高傳輸速度，并且也容易提高光開關(guān)的速度，進(jìn)行高速并且高精細(xì)的曝光。
進(jìn)一步，由于采用半導(dǎo)體激光器，可以大幅度降低光源成本，并且容易進(jìn)行ON-OFF控制，延長壽命，容易維護(hù)，可以在很多用途中實(shí)現(xiàn)低成本化。
另外進(jìn)一步，由于是光纖，容易處理，容易更換，可以在很多用途中使用。
在此，參照圖15(A)以及(B)，說明現(xiàn)有技術(shù)的曝光頭和本實(shí)施方案的曝光頭之間的焦點(diǎn)深度的差異?，F(xiàn)有技術(shù)的曝光頭的束狀光纖光源的發(fā)光區(qū)域的副掃描方向的直徑為0.675mm，本實(shí)施方案的曝光頭的光纖陣列光源的發(fā)光區(qū)域的副掃描方向的直徑為0.025mm。如圖15(A)所示，在現(xiàn)有技術(shù)的曝光頭中，由于光源(束狀光纖光源)1的發(fā)光區(qū)域大，向DMD3入射的光束的角度大，其結(jié)果，向掃描面5入射的光束的角度變大。為此，在聚光方向(焦距方向的偏離)容易使光束直徑變粗。
另一方面，如圖15(B)所示，在本實(shí)施方案的曝光頭中，由于光纖陣列光源66的發(fā)光區(qū)域在副掃描方向上的直徑小，通過透鏡系67后向DMD50入射的光束的角度小，其結(jié)果，向掃描面56入射的光束的角度變小。即，焦點(diǎn)深度變深。在該例中，發(fā)光區(qū)域在副掃描方向上的直徑是現(xiàn)有技術(shù)的約30倍，可以獲得大致相當(dāng)于衍射極限的焦點(diǎn)深度。因此，適合微小光點(diǎn)的曝光。該焦點(diǎn)深度的效果，當(dāng)曝光頭所需光量越大時越顯著，越有效。在該例中，在曝光面上投影的1像素尺寸為10μm×10μm。此外，DMD是反射型的空間調(diào)制元件，圖15(A)以及(B)是為說明光學(xué)關(guān)系的展開圖。
與曝光圖案對應(yīng)的圖像數(shù)據(jù)，輸入給與DMD50連接的圖中未畫出的控制器，臨時保存在控制器內(nèi)的幀存儲器中。該圖像數(shù)據(jù)，是用2值(圓點(diǎn)記錄的有無)表示構(gòu)成圖像的各像素的濃度的數(shù)據(jù)。
將感光材料150吸附在表面上的臺152，由圖中未畫出的驅(qū)動裝置驅(qū)動，沿導(dǎo)軌158以一定速度從門160的上游側(cè)向下游側(cè)移動。臺152在通過門160下時，如果由安裝在門160上的檢測傳感器164檢測到感光材料150的前端，依次讀出保存在幀存儲器中的多條線的圖像數(shù)據(jù)，由數(shù)據(jù)處理部根據(jù)所讀出的圖像數(shù)據(jù)對每個曝光頭166生成控制信號。然后，由反射鏡驅(qū)動控制部，根據(jù)所生成的控制信號對每個曝光頭166中DMD50的每個微反射鏡進(jìn)行ON/OFF控制。
當(dāng)從光纖陣列光源66向DMD50照射激光時，DMD50的微反射鏡處于ON狀態(tài)時所反射的激光，由透鏡系54、58在感光材料150的被曝光面56上成像。這樣，從光纖陣列光源66射出的激光針對每個像素被ON/OFF，感光材料150以和DMD50的使用像素數(shù)大致相同數(shù)量的像素單位(曝光區(qū)域168)進(jìn)行曝光。另外，感光材料150與臺152一起以移動速度移動，感光材料150由掃描器162在與臺移動方向相反的方向上被副掃描，由各個曝光頭166形成帶狀的已曝光區(qū)域170。
如圖16(A)以及(B)所示，在本實(shí)施方案中，在DMD50中，在主掃描方向上排列配置了800個微反射鏡的微反射鏡列，在副掃描方向上配置了600組，由控制器只驅(qū)動一部分的微反射鏡列(例如800個×100列)那樣進(jìn)行控制。
如圖16(A)所示，可以使用配置在DMD50的中央部的微反射鏡列，如圖16(B)所示，也可以使用配置在DMD50的端部的微反射鏡列。另外，當(dāng)一部分微反射鏡出現(xiàn)缺陷，使用沒有出現(xiàn)缺陷的微反射鏡列，根據(jù)情況也可以適當(dāng)變更所使用的微反射鏡列。
DMD50的數(shù)據(jù)處理速度有限制，由與所使用的像素數(shù)成比例的每線的調(diào)制速度所確定，通過只使用一部分微反射鏡列，可以提高每線的調(diào)制速度。另一方面，當(dāng)采用使曝光頭在曝光面上連續(xù)相對移動那樣的曝光方式時，沒有必要使用副掃描方向上的全部像素。
例如，在600組的微反射鏡列中只使用300組時，和使用全部600組的情況相比較，每線的調(diào)制速度可以提高到2倍。另外，600組的微反射鏡列中，只使用200組時，和使用全部600組的情況相比較，每線的調(diào)制速度可以提高到3倍。即，在副掃描方向上可以用17秒曝光500mm的區(qū)域。進(jìn)一步，當(dāng)只使用100組時，每線的調(diào)制速度可以提高到6倍。即，在副掃描方向上可以用9秒曝光500mm的區(qū)域。
所使用的微反射鏡列的數(shù)量，即在副掃描方向上配置的微反射鏡的個數(shù)，優(yōu)選在10以上200以下，更優(yōu)選在10以上100以下。相當(dāng)于1像素的微反射鏡1個的面積由于是15μm×15μm，如果換算成DMD50的使用區(qū)域，則優(yōu)選在12mm×150μm以上并且在12mm×3mm以下的區(qū)域，更優(yōu)選在12mm×150μm以上并且在12mm×1.5mm以下的區(qū)域。
如果所使用的微反射鏡列的數(shù)量在上述范圍，如圖17(A)以及(B)所示，從光纖陣列光源66射出的激光可以由透鏡系67變換成平行光，照射在DMD50上。DMD50上照射激光的照射區(qū)域優(yōu)選和DMD50的使用區(qū)域一致。如果照射區(qū)域比使用區(qū)域?qū)挘瑢⒔档图す獾睦眯省?br> 另一方面，聚光在DMD50上的光束在副掃描方向上的直徑，由透鏡系67根據(jù)配置在副掃描方向的微反射鏡的個數(shù)需要縮小，如果所使用的微反射鏡列的數(shù)量不到10，向DMD50入射的光束的角度變大，在掃描面56中光束的焦點(diǎn)深度變淺，這不是所希望的。另外，所使用的微反射鏡列的數(shù)量在200以下，是從調(diào)制速度上看有利。此外，DMD是反射型的空間調(diào)制元件，圖17(A)以及(B)是為說明光學(xué)關(guān)系的展開圖。
當(dāng)由掃描器162對感光材料150進(jìn)行的副掃描結(jié)束、由檢測傳感器164檢測到感光材料150的后端時，臺152，由圖中未畫出的驅(qū)動裝置驅(qū)動，沿導(dǎo)軌158返回到門160的最上游側(cè)，再次沿導(dǎo)軌158以一定速度從門160的上游側(cè)向下游側(cè)移動。
如上所述，本實(shí)施方案的曝光裝置，包括采用將合成激光光源的光纖出射端部(發(fā)光點(diǎn))配置成陣列狀的光纖陣列光源照射空間光調(diào)制元件的曝光頭。在該光纖陣列光源中，由于光纖的出射端的包層直徑比入射端的包層直徑小，發(fā)光部徑變得更小，可以實(shí)現(xiàn)光纖陣列光源的高輝度化。這樣，可以實(shí)現(xiàn)包括具有焦點(diǎn)深度深的曝光頭以及曝光裝置。例如，即使進(jìn)行光束直徑在1μm以下，分辨率在0.1μm以下的超高分辨率曝光時，也可以獲得比較深的焦點(diǎn)深度，并且，可以抑制面狀的曝光光束在邊緣部形成光束斑點(diǎn)的情況。可以進(jìn)行高速并且高精細(xì)的曝光。因此，本實(shí)施方案的曝光裝置，也可以在需要高分辨率的薄膜晶體管(TFT)的曝光工藝等中使用。
另外，由于采用將多條激光合成后入射到光纖中的合成激光光源，增大了光纖出射端的輸出，可以進(jìn)行高輸出的曝光。進(jìn)一步，通過增大各光纖光源的輸出，為獲得所希望的輸出所需要的光纖光源數(shù)減少，可以降低曝光裝置的成本。
另外，本實(shí)施方案的曝光裝置，雖然包括在主掃描方向上配置800個微反射鏡的微反射鏡列在副掃描方向上配置600組的DMD，但由控制器只驅(qū)動一部分微反射鏡列那樣進(jìn)行控制，與驅(qū)動全部微反射鏡列的情況相比，可以提高每線的調(diào)制速度。這樣可以進(jìn)行更高速的曝光。
(第2實(shí)施方案)第2實(shí)施方案的曝光裝置，作為在各曝光頭中使用的空間光調(diào)制元件，采用光柵光閥(GLV)。GLV，例如在美國專利第5,311,360號公報中所公示的那樣，是MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)型空間光調(diào)制元件(SLMSpatial Light Modulator)的一種，反射衍射柵格型空間光調(diào)制元件。其他點(diǎn)和第1實(shí)施方案的曝光裝置具有同樣的構(gòu)成，在此省略其說明。
曝光頭16611～166mn的每一個，如圖31(A)以及(B)所示，作為根據(jù)圖像數(shù)據(jù)針對每個像素對入射的光束進(jìn)行調(diào)制的空間光調(diào)制元件，包括在規(guī)定方向長的形狀(線狀)的GLV300，在GLV300的光入射側(cè)，和第1實(shí)施方案同樣，依次配置光纖陣列光源66、透鏡系67、反射鏡69。
線狀的GLV300，配置成其長軸方向和光纖陣列光源66的光纖排列配置方向平行并且GLV300的帶狀的微橋的反射面和反射鏡69的反射面大致平行，并與對其控制的圖中未畫出的控制器連接。
GLV300，如圖32所示，在由硅等構(gòu)成的長尺狀的基板203上，平行配置多個(例如6480個)具有帶狀反射面的微橋209，在相鄰微橋209之間形成多個槽211。通常，1像素由多個(例如6個)微橋209列構(gòu)成，假定1像素由6個微橋列構(gòu)成，6480個微橋可以進(jìn)行1080像素的曝光。
各微橋209，如圖33(A)以及(B)所示，在由氮化硅(SiNx)等構(gòu)成的可撓性梁209a的表明上，形成由鋁(或者金、銀、銅等)的單層金屬膜構(gòu)成的反射電極膜209b。反射電極膜209b的每一個，由圖中未畫出的布線通過圖中未畫出的開關(guān)與電源連接。
以下對GLV300的動作原理簡單進(jìn)行說明。在沒有施加電壓的狀態(tài)下，微橋209離開基板203規(guī)定距離，如果在微橋209和基板203之間時間電壓，由靜電誘導(dǎo)電荷在微橋209和基板203之間產(chǎn)生靜電吸引力，使微橋209向基板203側(cè)彎曲。然后，停止電壓的施加，解除彎曲，微橋209由于彈性復(fù)歸到離開基板203的狀態(tài)。因此，通過交互配置施加了電壓的微橋和沒有時間電壓的微橋，通過施加電壓可以形成衍射柵格。
圖33(A)表示沒有在像素單位的微橋列上施加電壓、處于OFF狀態(tài)時的情況。在OFF狀態(tài)下，微橋209的反射面的高度均一致，反射光成為沒有光路差的正反射。即，只能獲得0次衍射光。另一方面，圖33(B)表示在像素單位的微橋列上施加了電壓、處于ON狀態(tài)時的情況。在此，電壓施加在相隔1個的微橋209上。在ON狀態(tài)下，按照上述原理，微橋209的中央部彎曲，形成具有交互段差的反射面。即，形成衍射柵格。由該反射面反射激光時，彎曲的微橋209所反射的光與沒有彎曲的微橋209所反射的光之間產(chǎn)生光路差，在規(guī)定方向上射出±1次衍射光。
因此，通過利用圖中未畫出的控制器，根據(jù)控制信號對GLV300的各像素中的微橋列進(jìn)行施加電壓的ON/OFF的驅(qū)動控制，入射到GLV300上的激光按照每個像素進(jìn)行調(diào)制后，在規(guī)定方向上衍射。
另外，在GLV300的光反射側(cè)，即衍射光(0次衍射光以及±1次衍射光)射出的一側(cè)上，使衍射光在掃描面(被曝光面)56上成像的透鏡系54、58，按照GLV300和被曝光面56之間成共軛關(guān)系進(jìn)行配置。另外，為了使衍射光入射到透鏡系54上，GLV300預(yù)先使其帶狀反射面相對于透鏡系54的光軸傾斜規(guī)定角度(例如45°)進(jìn)行配置。
在圖31(A)以及(B)中，0次衍射光用虛線表示，±1次衍射光用實(shí)線表示，來自GLV300的0次衍射光，由透鏡系54只在GLV的長軸方向上聚光。為此，在透鏡系54和透鏡系58之間，配置用于將0次衍射光從到掃描面56的光路中除外的長尺狀的遮蔽板57，使其長軸方向與GLV300的長軸方向垂直。
透鏡系54，將入射的衍射光聚集在GLV300的長軸方向上并且在副掃描方向上成平行光。在透鏡系54和透鏡系58之間的01次衍射光的焦點(diǎn)位置上，配置用于將0次衍射光從到掃描面56的光路中除外的長尺狀的遮蔽板55，并使其長軸方向與GLV300的長軸方向垂直。這樣，可以選擇性只將0次衍射光排除。
在該曝光頭中，如果將與曝光圖案對應(yīng)的圖像數(shù)據(jù)輸入到與GLV300連接的圖中未畫出的控制器中，根據(jù)該圖像數(shù)據(jù)產(chǎn)生控制信號，根據(jù)所生產(chǎn)的控制信號對每個曝光頭的GLV300的每個微橋按像素單位進(jìn)行ON/OFF控制。這樣，感光材料150按照與GLV300的像素數(shù)量相同數(shù)量的像素單位進(jìn)行曝光，使臺152移動進(jìn)行副掃描，對各曝光頭形成帶狀的已曝光區(qū)域。
在本實(shí)施方案中的曝光裝置，由于GLV300是在短邊方向上的寬度狹窄的長尺狀的空間光調(diào)制元件，不容易進(jìn)行高效照明，如在第1實(shí)施方案中說明的那樣，由于照明GLV的光源采用將合成激光光源的光纖出射端部排列配置成陣列的高輝度光纖光源，并且光纖的出射端的包層直徑比入射端的包層直徑小，從激光射出部68射出的光束在副掃描方向的直徑小，通過透鏡系67之后向GLV300入射的光束的角度小。這樣，可以有效照明GLV300，并且獲得深的焦點(diǎn)深度。另外，由于采用了合成激光光源，可以進(jìn)行高輸出的曝光，降低曝光裝置的成本。
以下對以上說明的曝光裝置的變形例等進(jìn)行說明。
上述曝光裝置，可以適合用于例如在印刷電路板(PWBPrinted WiringBoard)的制造工藝中干薄膜抗蝕劑(DFRDry Film Resist)的曝光，在液晶顯示裝置(LCD)的制造工藝中彩色濾光片的形成，在TFT的制造工藝中DFR的曝光，在等離子顯示屏(PDP)的制造工藝中DFR的曝光等用途中。
進(jìn)一步，上述曝光裝置也可以在通過激光照射使材料的一部分蒸發(fā)、飛散等進(jìn)行除去的激光剝蝕和燒結(jié)、平版印刷等各種激光加工中使用。上述曝光裝置，由于具有高輸出、可以高速并且長焦點(diǎn)深度進(jìn)行曝光，可以在激光剝蝕等微細(xì)加工中使用。例如，在替代顯影處理，通過按照圖案用剝蝕除去抗蝕劑制作PWB，或者不使用抗蝕劑采用直接剝蝕形成PWB的圖案中可以使用上述曝光裝置。另外，將多種溶液的混合、反應(yīng)、分離、檢測等集成在玻璃或者塑料芯片上的芯片實(shí)驗(yàn)室(Lab on Chip)中，在槽寬數(shù)十μm的微小流路中也可以使用。
特別是，上述曝光裝置，由于光纖陣列光源采用GaN系半導(dǎo)體激光器，適合在上述激光加工中使用。即，GaN系半導(dǎo)體激光器可以采用短脈沖驅(qū)動，在激光剝蝕等中也可以獲得足夠的功率。另外，由于是半導(dǎo)體激光器，與驅(qū)動速度慢的固體激光器不同，可以進(jìn)行重復(fù)頻率在10MHz左右的高速驅(qū)動，可以進(jìn)行高速曝光。進(jìn)一步，金屬在波長400nm附近的激光的光吸收率大，容易變換成熱能，可以高速進(jìn)行激光剝蝕等。
此外，在TFT的圖案化中使用的液體抗蝕劑、對彩色濾光片進(jìn)行圖案化所使用的液體抗蝕劑進(jìn)行曝光時，為了消除氧氣阻礙引起的靈敏度降低，優(yōu)選在氮?dú)猸h(huán)境下對被曝光材料進(jìn)行曝光。通過在氮?dú)猸h(huán)境下進(jìn)行曝光，可以抑制光聚合反應(yīng)的氧氣阻礙，使抗蝕劑高靈敏度化，可以高速進(jìn)行曝光。
另外，在上述曝光裝置中，可以使用通過曝光直接記錄信息的光模式感光材料、和通過曝光所產(chǎn)生的熱記錄信息的熱模式感光材料中任一種。使用光模式感光材料時，激光裝置采用GaN系半導(dǎo)體激光器、波長可變固體激光器等，使用熱模式感光材料時，激光裝置采用AlGaAs系半導(dǎo)體激光器(紅外激光)、固體激光器。
在上述第1實(shí)施方案中，雖然以部分驅(qū)動DMD的微反射鏡為例進(jìn)行了說明，也可以采用在與規(guī)定方向?qū)?yīng)的方向上的長度比與上述規(guī)定方向交叉的方向上的長度長的基板上將根據(jù)各個控制信號可以改變反射面的角度的多個微反射鏡配置成2維狀的細(xì)長DMD，由于減少了控制反射面的角度的微反射鏡的個數(shù)，同樣可以提高調(diào)制速度。
在上述第1以及第2實(shí)施方案中，對作為空間調(diào)制元件采用DMD或者GLV的曝光頭進(jìn)行了說明，例如，采用MEMS(Micro ElectroMechanical Systems)型空間調(diào)制元件(SLMSpatial Light Modulator)、或者利用電光效應(yīng)對透射光調(diào)制的光學(xué)元件(PLZT元件)和液晶光快門(FLC)等MEMS以外的空間調(diào)制元件時，通過使用配置在基板上的整個像素部中的一部分像素部，可以獲得同樣的效果。
此外，MEMS是對采用以IC制造工藝為基礎(chǔ)的微機(jī)械加工技術(shù)將微小尺寸的傳感器、傳動機(jī)構(gòu)、以及控制電路集成在一起的微細(xì)系統(tǒng)的總稱，MEMS型空間調(diào)制元件意思是利用靜電進(jìn)行電機(jī)械動作所驅(qū)動的空間調(diào)制元件。

如圖18所示，和上述實(shí)施方案同樣，可以用掃描器162在X方向上1次掃描對感光材料150的整個面進(jìn)行曝光，如圖19(A)以及(B)所示，也可以象在掃描器162在X方向?qū)Ω泄獠牧?50掃描后使掃描器162在Y方向上移動1步、繼續(xù)進(jìn)行向X方向掃描那樣，重復(fù)進(jìn)行掃描和移動，采用多次掃描對感光材料150的整個面進(jìn)行曝光。此外，在該例中，掃描器162包括18個曝光頭166。
在上述實(shí)施方案中，對采用具有多個合成激光光源的光纖陣列光源的情況進(jìn)行了說明，激光裝置，并不限定于將合成激光光源陣列化后的光纖陣列光源。例如，也可以采用將包括從只具有1個發(fā)光點(diǎn)的單一半導(dǎo)體激光器入射的激光射出的1根光纖的光纖光源陣列化后的光纖陣列光源。
另外，在上述實(shí)施方案中，如圖20所示，對采用在加熱塊100上將多個(例如7個)芯片狀的半導(dǎo)體激光器LD1～LD7配置成激光陣列的合成激光光源的情況進(jìn)行了說明，合成激光光源，并不限定于從多個芯片狀的半導(dǎo)體激光器射出的激光進(jìn)行合成的裝置。
如圖21(A)所示，已知有多個(例如5個)發(fā)光點(diǎn)110a在規(guī)定方向上排列配置的芯片狀的多腔激光器110。例如，如圖22所示，也可以采用包括該多腔激光器110的合成激光光源。該合成激光光源由多腔激光器110、1根多模光纖130、聚光透鏡120、所構(gòu)成。多腔激光器110，例如可以由振蕩波長為405nm的GaN系激光二極管所構(gòu)成多腔激光器110，與排列配置成芯片狀的半導(dǎo)體激光器的情況相比較，由于可以高精度排列配置發(fā)光點(diǎn)的位置，從各發(fā)光點(diǎn)射出的激光光束容易合成。但是，如果發(fā)光點(diǎn)增多，在激光器制造時多腔激光器110容易產(chǎn)生彎曲，所以發(fā)光點(diǎn)110a的個數(shù)優(yōu)選在5個以下。
在上述構(gòu)成中，從多腔激光器110的多個發(fā)光點(diǎn)110a的每一個射出的每個激光光束B由聚光透鏡120聚光，入射到多模光纖130的纖芯130a中。入射到纖芯130a中的激光在光纖內(nèi)傳輸，合成1條后射出。
多腔激光器110的多個發(fā)光點(diǎn)110a并排設(shè)置在和上述多模光纖130的纖芯直徑大致相等的寬度內(nèi)，并且作為聚光透鏡120，通過采用和多模光纖130的纖芯直徑大致相等的焦點(diǎn)距離的凸透鏡、或者使從多腔激光器110射出的光束只在與該活性層垂直的面內(nèi)校準(zhǔn)的圓柱透鏡，可以提供激光光束B與多模光纖130的耦合效率。
另外，如圖21(B)所示，采用在加熱塊100上在和各芯片的發(fā)光點(diǎn)110a的配置方向相同方向上排列配置的多個多腔激光器110的多腔激光器陣列，如圖23所示，可以構(gòu)成包在加熱塊111上相互等間隔排列配置了多個(例如9個)多腔激光器110的激光器陣列140的合成激光光源。多個多腔激光器110，在和各芯片的發(fā)光點(diǎn)110a的配置方向相同的方向上排列配置進(jìn)行固定。
該合成激光光源，由激光器陣列140、與各多腔激光器110對應(yīng)配置的多個透鏡陣列114、在激光器陣列140和多個透鏡陣列114之間配置的1根圓柱透鏡113、1根多模光纖130、聚光透鏡120所構(gòu)成。透鏡陣列114包括與多腔激光器110的發(fā)光點(diǎn)對應(yīng)的多個微透鏡。
在上述構(gòu)成中，從多個多腔激光器110的多個發(fā)光點(diǎn)110a分別射出的各個激光光束B，由圓柱透鏡113向規(guī)定方向聚光后，由透鏡陣列114的各微透鏡變成平行光。平行光化后的激光光束L由聚光透鏡120聚光，入射到多模光纖130的纖芯130a中。入射到纖芯130a中的激光在光纖內(nèi)傳輸，合成1條后射出。
另外一合成激光光源的例子。該合成激光光源，如圖24(A)以及(B)所示，在略矩形的加熱塊180上搭載光軸方向的剖面成L字形的加熱塊182，在2個加熱塊之間形成收容空間。在L字形的加熱塊182的上面，多個發(fā)光點(diǎn)(例如5個)排列配置成陣列狀的多個(例如2個)多腔激光器110，在和各芯片的發(fā)光點(diǎn)110a的排列配置方向相同方向上等間隔排列配置進(jìn)行固定。
在略矩形的加熱塊180上形成凹部，在加熱塊180的空間側(cè)上面，多個發(fā)光點(diǎn)(例如5個)排列配置成陣列狀的多個(例如2個)多腔激光器110，配置成使該發(fā)光點(diǎn)位于和配置在加熱塊182的上面的聚光芯片的發(fā)光點(diǎn)相同垂直面上。
在多腔激光器110的激光出射側(cè)，與各芯片的發(fā)光點(diǎn)110a對應(yīng)配置將校準(zhǔn)透鏡排列配置的校準(zhǔn)透鏡陣列184。校準(zhǔn)透鏡陣列184配置成使各校準(zhǔn)透鏡的長度方向和激光光束張角大的方向(快軸方向)一致，各校準(zhǔn)透鏡的寬度方向和張角小的方向(慢軸方向)一致。這樣，通過使校準(zhǔn)透鏡陣列化形成一體，可以提供激光的空間利用效率、實(shí)現(xiàn)合成激光光源的高輸出化，同時減少部件個數(shù)，降低成本。
另外，在校準(zhǔn)透鏡陣列184的激光出射側(cè)，配置1根多模光纖130、將激光光束聚集在該多模光纖130的入射端上進(jìn)行接合的聚光透鏡120。
在上述構(gòu)成中，從配置在激光快180、182上的多個多腔激光器110的多個發(fā)光點(diǎn)110a分別射出的各個激光光束B，由校準(zhǔn)透鏡184變成平行光，由聚光透鏡120聚光，入射到多模光纖130的纖芯130a中。入射到纖芯130a中的激光在光纖內(nèi)傳輸，合成1條后射出。
該合成激光光源，如上所述，通過多腔激光器的多斷配置和校準(zhǔn)透鏡的陣列化，特別可以實(shí)現(xiàn)高輸出化。通過采用該合成激光光源，由于可以構(gòu)成更高輝度的光纖陣列光源和束狀光纖光源，特別適合作為構(gòu)成本發(fā)明的曝光裝置的激光光源。
此外，可以將上述各合成激光光源收容在封裝殼體內(nèi)，將多模光纖130的出射端部從該殼體引出，構(gòu)成激光模塊。
另外，在上述實(shí)施方案中，對合成激光光源的多模光纖的出射端與纖芯直徑和多模光纖相同而包層直徑比多模光纖小的另一光纖接合實(shí)現(xiàn)光纖陣列光源的高輝度化的例子進(jìn)行了說明，例如，如圖35(A)以及(B)所示，也可以直接采用包層直徑微125μm、80μm、60μm等的多模光纖30，而不在其出射端接合其他光纖。這樣通過使用包層直徑小的光纖并且將多個光束合成的光纖光源2～3條如圖35(B)所示進(jìn)行陣列化、或者如圖35(A)所示進(jìn)行束狀化，可以形成近似點(diǎn)光源。其結(jié)果，容易構(gòu)成采用本光源的光學(xué)系。因此，本光源可以構(gòu)成低成本并且高性能的光學(xué)系。
圖36表示圖35(A)的激光射出部68的端面(發(fā)光部)。6根多模光纖30，使相鄰光纖之間最近那樣束在一起。如上所述，由于多模光纖30的包層直徑為125μm，發(fā)光部的大小則為0.375mm×0.25mm。另外，如上所述，激光出射部68的輸出約為1W。即，和現(xiàn)有技術(shù)的束狀光纖光源相比較，采用約1/7的光纖數(shù)量、約1/3的發(fā)光部直徑、約1/10的發(fā)光區(qū)域面積，就可以獲得相同的激光輸出。
這樣，由于可以減少多模光纖的根數(shù)(激光模塊的個數(shù))，可以實(shí)現(xiàn)光源的低成本化。另外，通過減少光纖的根數(shù)可以縮小發(fā)光部直徑，可以獲得約10倍的高輝度化。
另外，在上述中，對出射端的包層直徑比入射端的包層直徑小的光纖，利用包層直徑不同的多個光纖接合進(jìn)行構(gòu)成的例子進(jìn)行了說明，也可以從入射端向出射端包層直徑逐漸減小那樣構(gòu)成。
在上述實(shí)施方案中，在曝光頭中采用1對組合透鏡構(gòu)成的光量分別校正光學(xué)系。該光量分布校正光學(xué)系，使各出射位置中光束寬度變化，使得邊緣部的光束寬度與接近光軸的中心部的光束寬度之比出射側(cè)比入射側(cè)要小，在將來自光源的平行光束照射到DMD上時，使被照射面的光量分布大致均勻那樣進(jìn)行校正。以下，對于該光量分布校正光學(xué)系的作用進(jìn)行說明。
首先，如圖25(A)所示，在入射光束和出射光束，其整體的光束寬度(全光束寬度)H0、H1相同的情況進(jìn)行說明。此外，在圖25(A)中，符號51、52所示部分，表示光量分布校正光學(xué)系中假想的入射面和出射面。
在光量分布校正光學(xué)系中，使入射到接近光軸Z1的中心部的光束、和入射到邊緣部的光束各自的光束寬度h0、h1相同(h0＝h1)。光量分布校正光學(xué)系，對于在入射側(cè)具有相同的光束寬度h1、h1的光，實(shí)施使中心部的入射光束擴(kuò)大其光束寬度h0，相反使邊緣部的入射光束縮小其光束寬度h1的作用。即，中心部的出射光束的寬度h10、和邊緣部的出射光束的寬度h11，使h11＜h10。如果用光束寬度的比值表示，在出射側(cè)中邊緣部的光束寬度與中心部的光束寬度之比「h11/h10」，與在入射側(cè)中的比(h1/h0＝1)相比，變小了((h11/h10)＜1)。
通過這樣改變光束寬度，使通常光量分布大的中央部的光束，可以向光量不足的邊緣部移動，整體不降低光的利用效率，使在被照射面上的光量分布大致均勻。均勻的程度，例如在有效區(qū)域內(nèi)光量斑點(diǎn)在30％內(nèi)，優(yōu)選在20％以內(nèi)。
這樣，由于光量分布校正光學(xué)系的作用與效果，對于在入射側(cè)和出射側(cè)，改變了整體的光束寬度的情況(圖25(B)、(C)中也相同。
圖25(B)表示入射側(cè)的整體光束寬度H0“縮小”到H2進(jìn)行出射時的情況(H0＞H2)。即使在這種情況下，光量分布校正光學(xué)系，在入射側(cè)具有同一光束寬度h0、h1的光，在出射側(cè)，使中央部的光束寬度h10比邊緣部的大，相反，邊緣部的光束寬度h11比中心部的小。如果考慮光束的縮小率，實(shí)施使對于中心部的入射光束的縮小率比邊緣部小，對于邊緣部的入射光束的縮小率比中心部大的作用。在這種情況下，邊緣部的光束寬度與中心部的光束寬度之比「h11/h10」，與在入射側(cè)中的比(h1/h0＝1)相比，變小了((h11/h10)＜1)。
圖25(C)表示入射側(cè)的整體光束寬度H0“擴(kuò)大”到H3進(jìn)行出射時的情況(H0＜H3)。即使在這種情況下，光量分布校正光學(xué)系，在入射側(cè)具有同一光束寬度h0、h1的光，在出射側(cè)，使中央部的光束寬度h10比邊緣部的大，相反，邊緣部的光束寬度h11比中心部的小。如果考慮光束的擴(kuò)大率，實(shí)施使對于中心部的入射光束的擴(kuò)大率比邊緣部大，對于邊緣部的入射光束的擴(kuò)大率比中心部小的作用。在這種情況下，邊緣部的光束寬度與中心部的光束寬度之比「h11/h10」，與在入射側(cè)中的比(h1/h0＝1)相比，變小了((h11/h10)＜1)。
這樣，光量分布校正光學(xué)系，由于使在各出射位置中的光束寬度變化，使邊緣部的光束寬度與接近光軸Z1的中心部的光束寬度之比在出射側(cè)比入射側(cè)要小，在入射側(cè)具有同一光束寬度的光，在出射側(cè)，使中央部的光束寬度比邊緣部的大，邊緣部的光束寬度比中心部的小。這樣，可以使中央部的光束向邊緣部移動，在不降低作為光學(xué)系整體的光的利用效率的情況下，形成光量分布大致均勻的光束剖面。
然后，表示作為光量分布校正光學(xué)系使用1對組合透鏡的具體透鏡數(shù)據(jù)的1例。在該例中，表示光源為激光陣列光源，出射光束的剖面處的光量分布呈高斯分布時的透鏡數(shù)據(jù)。單模光纖的入射端連接1個半導(dǎo)體激光器時，從光纖輸出的光束的光量分布呈高斯分布。本實(shí)施方案也可以適用于這樣的情況。另外，對于通過縮小多模光纖的纖芯直徑與單模光纖的構(gòu)成趨于近似，接近光軸的中心部的光量比邊緣部的光量大的情況也可以適用。
下述表1中表示基本透鏡數(shù)據(jù)[表1]

表1表明，1對組合透鏡，由軸對稱的2個非球面透鏡構(gòu)成。配置在光入射側(cè)的第1透鏡如果以光入射側(cè)的面為第1面，以光出射側(cè)的面為第2面，則第1面為非球面形狀。另外，配置在光出射側(cè)的第2透鏡如果以光入射側(cè)的面為第3面，以光出射側(cè)的面為第4面，則第4面為非球面形狀。
在表1中，面編號Si表示第i(i＝1～4)面的編號，曲率半徑ri表示第i面的曲率半徑，面間隔di表示第i面和第i+1面之間在光軸上的面間隔。面間隔di值的單位時毫米(mm)。折射率Ni表示具有第i面的光學(xué)要素對波長405nm的折射率的值。
在下述表2中，表示第1面以及第4面的非球面數(shù)據(jù)。


上述非球面數(shù)據(jù)，采用表示非球面形狀的下式(A)中的系數(shù)表示。
Z=C·ρ21+1-K·(C·ρ)2+Σi=310ai·ρi......(A)]]>在上述式(A)中各系數(shù)如下定義。
Z從處在距光軸高度ρ的位置上的非球面上的點(diǎn)，向非球面的頂點(diǎn)的切平面(與光軸垂直的平面)向下的垂線的長度(mm)ρ距光軸的距離(mm)K圓錐系數(shù)C近軸曲率(1/r，r近軸曲率半徑)。
ai第i次(i＝3～10)的非球面系數(shù)。
在表2所示的數(shù)值中，記號“E”表示其后的數(shù)值是以10為底的指數(shù)，采用以10為底的指數(shù)函數(shù)所表示的數(shù)值乘以“E”之前的輸出。例如「1.0E-2」則表示「1.02×10-2」。
圖27表示采用上述表1以及表2所示1對組合透鏡所獲得的照明光的光量分布。橫軸表示距離光軸的座標(biāo)，縱軸表示光量比(％)。此外，為了比較，圖26表示沒有進(jìn)行校正時的照明光的光量分布(高斯分布)。圖26以及圖27表明，通過采用光量分布校正光學(xué)系進(jìn)行校正，與沒有進(jìn)行校正的情況相比，可以獲得大致均勻的光量分布。這樣，在不降低曝光頭中光的利用效率的情況下，可以采用均勻的激光進(jìn)行無斑點(diǎn)的曝光。以上，雖然說明了光量分布校正光學(xué)系的一例，也可以采用之前周知的柱狀積分器和蠅眼透鏡系。
在上述第1實(shí)施方案中，在曝光頭中使用的DMD的光反射側(cè)，作為成像光學(xué)系雖然配置了2組透鏡，也可以配置將激光擴(kuò)大成像的成像光學(xué)系。通過將由DMD反射的光束線的剖面積擴(kuò)大，可以將被曝光面中曝光區(qū)域面積(圖像區(qū)域)擴(kuò)大到所希望的大小。
例如，曝光頭，如圖28(A)所示，可以采用將激光照射到DMD50、DMD50上的照明裝置144、將由DMD50反射的激光擴(kuò)大成像的透鏡系454、458、與DMD50的各像素對應(yīng)配置多個微透鏡474的微透鏡陣列472、與微透鏡陣列472的各微透鏡對應(yīng)設(shè)置多個孔眼478的孔眼陣列476、使通過孔眼的激光在被曝光面56上成像的透鏡系480、482、構(gòu)成。
在該曝光頭中，如果從照明裝置144照射激光，由DMD50在ON方向上反射的光束線的剖面積，由透鏡系454、458擴(kuò)大數(shù)倍(例如2倍)。擴(kuò)大后的激光，由微透鏡陣列472的各微透鏡與DMD50的各像素對應(yīng)進(jìn)行聚光，通過孔眼陣列476的相對應(yīng)的孔眼。通過孔眼后的激光，由透鏡系480、482在被曝光面56上成像。
在該成像光學(xué)系中，由DMD50反射的激光，由放大透鏡454、458擴(kuò)大數(shù)倍后投影在被曝光面56上，可以放大整體的圖像區(qū)域。這時，如果沒有配置微透鏡陣列472以及孔眼陣列476，如圖28(B)所示，在被曝光面56上投影的各光束光點(diǎn)BS的1像素尺寸(光點(diǎn)尺寸)與曝光區(qū)域468的尺寸對應(yīng)比較大，將降低表示曝光區(qū)域468的清晰度的MTF(Modulation Transfer Function)特性。
另一方面，如果配置了微透鏡陣列472以及孔眼陣列476，由DMD50反射的激光，由微透鏡陣列472的各微透鏡與DMD50的各像素對應(yīng)進(jìn)行聚光。這樣，如圖28(C)所示，即使擴(kuò)大了曝光區(qū)域，也可以將各光束光點(diǎn)BS的光點(diǎn)尺寸縮小到所希望的大小(例如10μm×10μm)，可以防止降低MTF特性，進(jìn)行高精細(xì)曝光。此外，曝光區(qū)域468傾斜是由于為了消除像素之間的間隙而將DMD50傾斜配置所造成。
由，即使由于微透鏡的象差引起光束變粗，利用孔眼可以將光束整形成使在被曝光面56上的光點(diǎn)尺寸為恒定大小，并且與在通過與各像素對應(yīng)設(shè)置的孔眼后，可以防止相鄰像素之間的交疊。
進(jìn)一步，通過在照明裝置144中使用和上述實(shí)施方案同樣的高輝度光源，由于從透鏡458入射到微透鏡陣列472的各微透鏡的光束的角度變小，可以防止相鄰像素的光束的一部分入射。即，可以實(shí)現(xiàn)高消光比。此外，雖然縮小孔眼直徑切掉多余的光也可以改善消光比，但光量損耗較大。對此，在本例中，在不增加光量損耗的情況下可以改善消光比。
在圖10中，對于將光纖31的入射端面與多模光纖30的出射端面熔接進(jìn)行接合的例子進(jìn)行了說明，如圖40所示，也可以在包層直徑大的多模光纖30的激光出射側(cè)的前端部分上形成小徑部分30c，在該小徑部分30c上同軸連接長度100mm的包層直徑小的光纖31。光纖的連接方法在以下說明。
作為多模光纖30以及光纖31，可以是階躍折射率光纖、漸變折射率光纖、以及復(fù)合型光纖的任一種。例如可以采用三菱電線工業(yè)株式會社制造的階躍折射率光纖。在本實(shí)施方案中，多模光纖30以及光纖31為階躍折射率光纖，多模光纖30，其包層直徑＝125μm、纖芯直徑＝50μm、NA＝0.2、入射端面覆層的透射率＝99.5％以上，光纖31，其包層直徑＝60μm、纖芯直徑＝50μm、NA＝0.2。
由于包層細(xì)的區(qū)域不能確保充分的長度，只有前端部成為細(xì)包層區(qū)域，所以進(jìn)行密接后不容易進(jìn)行陣列化或者束狀化，高輝度化也就變得困難。進(jìn)一步，如果由于包層直徑不整齊，制作均勻的光纖陣列光源將很困難。
為此，可以考慮在普通光傳輸中使用的光纖的前端部上連接比其包層直徑小的另外的光纖，將包層直徑小的光纖的部分進(jìn)行束狀化的方案。這樣，為了將2根光纖連接，在現(xiàn)有技術(shù)中廣泛使用使其一端部之間同軸對齊進(jìn)行熔接的放電式熔接機(jī)。
然而，在將象這樣外徑(包層直徑)差異大的2根光纖熔接時，如果按照粗的光纖適當(dāng)溶化設(shè)定放電條件，細(xì)光纖會過分溶化，其前端成圓形，而不能將兩光纖正確熔接。另外，與此相反，如果按照細(xì)的光纖適當(dāng)溶化設(shè)定放電條件，會因?yàn)榉烹娞?，而不能將粗光纖溶化，為此這種情況也不能使兩光纖密接，而不能正確熔接。依據(jù)現(xiàn)有的方法時，具體講，在該連接部處產(chǎn)生1dB左右的損耗，連接效率也只能到達(dá)80％的程度。
依據(jù)以下的連接方法，可以可靠將外徑差異大的2根光纖連接。參照圖37說明光纖的連接方法。在本例中如該圖所示，作為一例，在外徑(包層直徑)為125μm的多模光纖30的前端部上，連接外徑(包層直徑)比其小的60μm的多模光纖31。多模光纖30，作為一例采用階躍折射率光纖，纖芯30a由比其折射率低的包層30b所覆蓋。多模光纖31也相同，纖芯31a由比其折射率低的包層31b所覆蓋。
多模光纖30，其包層直徑＝125μm、纖芯直徑＝50μm、NA＝0.2、入射端面覆層的透射率＝99.5％以上，多模光纖31，其包層直徑＝60μm、纖芯直徑＝50μm、NA＝0.2。
首先，如該圖(A)所示，對多模光纖30的前端部的包層30b實(shí)施研磨等機(jī)械加工，例如形成長度為100mm左右的小經(jīng)部分30c。使該小經(jīng)部分30c的外徑和多模光纖31的包層直徑相等，為60μm。
然后，如該圖(B)所示，在上述小經(jīng)部分30c的前端上，使其外徑相等的多模光纖31在相互的芯軸同軸對齊的狀態(tài)下進(jìn)行溶化連接。該熔接采用在現(xiàn)有技術(shù)中廣泛在這樣的光纖熔接中使用的一般放電式熔接機(jī)即可。作為這樣的光纖熔接機(jī)，例如可以列舉出住友電氣工業(yè)株式會社制造的小型纖芯直視型光纖熔接機(jī)SUMIOFCAS「Type-37」。
在以上的方法中，由于在多模光纖30的前端部上形成了小經(jīng)部分30c，在該小經(jīng)部分30c上將與其外徑相同的多模光纖31溶化連接，不會出現(xiàn)象外徑差異大的光纖之間溶化連接時那樣，外徑小的光纖31溶化過頭，或者相反外徑大的光纖30沒有溶化的情況，可以容易并且可靠將兩光纖30、31連接。具體講，兩光纖30、31的連接部的損耗可以抑制到0.05dB的程度，實(shí)現(xiàn)99％的連接效率。
此外，如下所述，連接兩光纖30、31古城的光纖準(zhǔn)備多根，將這些光纖31的前的部分束狀化后使用。即，由于不需要將光纖30的前端部的小經(jīng)部分30c進(jìn)行束狀化，對該小經(jīng)部分30c不需要采用高精度的機(jī)械加工，因此可以簡單形成該小經(jīng)部分30c。
以下，參照圖38說明另一光纖的連接方法。此外，在該圖38中，和圖37中的要素同等的要素采用相同的符號，如果沒有特別需要說明的，將省略其說明(以下同樣)。
在該例中，對多模光纖30的前端部的包層30b實(shí)施研磨等機(jī)械加工，例如形成長度為100mm左右的小經(jīng)部分30c′。使該小經(jīng)部分30c′的外徑比多模光纖31的包層直徑60μm稍微大一些，為80μm。然后，在該小經(jīng)部分30c′的前端上，使其外徑稍微小一些的多模光纖31在相互的芯軸同軸對齊的狀態(tài)下進(jìn)行溶化連接。
如上所述，不會出現(xiàn)象在多模光纖30的前端部直接將其外徑差異大的多模光纖31溶化連接時那樣，外徑小的光纖31溶化過頭，或者相反外徑大的光纖30沒有溶化的情況，可以容易并且可靠將兩光纖30、31連接。
以下，參照圖39說明另一光纖的連接方法。在該例中，首先，在多模光纖30的前端部上，將比其外徑小一些而另外比多模光纖31大的外徑為80μm的多模光纖32溶化連接，然后，在這種中間直徑的多模光纖32的前端部上，將比其外徑小的多模光纖31溶化連接。
如上所述，在將相對于多模光纖30其外徑相差不大的多模光纖32溶化連接時，不會出現(xiàn)外徑小的光纖32溶化過頭，或者相反外徑大的光纖30沒有溶化的情況，進(jìn)一步，在將相對于多模光纖32其外徑相差不大的多模光纖31溶化連接時，也不會出現(xiàn)外徑小的光纖31溶化過頭，或者相反外徑大的光纖32沒有溶化的情況，其結(jié)果，可以容易并且可靠將兩光纖30、31連接。
此外，也可以與上述相反，先將光纖31和光纖32溶化連接之后，再將光纖30和光纖32溶化連接，這時也可以獲得和上述相同的效果。
本發(fā)明的曝光裝置，可以在用光束使光硬化性樹脂曝光后造形成3維模型的光造形裝置、用光束將粉末燒結(jié)后形成燒結(jié)層將該燒結(jié)層積層和造形成由粉末燒結(jié)體構(gòu)成3維模型的積層造形裝置等中適用。
例如，圖34表示利用本發(fā)明的光造形裝置的構(gòu)成。該光造形裝置包括上方開口的容器556，在容器556內(nèi)收容液體狀的光硬化性樹脂550。另外，在容器556內(nèi)，配置平板狀的升降臺552。該升降臺552，由配置在容器556外的支撐部554所支撐。在支撐部554上設(shè)置螺釘部554A，該螺釘部55A可以與由圖中未畫出的驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動可以轉(zhuǎn)動的螺桿555螺接。隨著該螺桿555的轉(zhuǎn)動，可以使升降臺552升降。
在收容在容器556內(nèi)的光硬化性樹脂552的液面上方，使其長軸方向面向容器556的短軸方向配置箱狀的掃描器562。掃描器562由安裝在短軸方向兩側(cè)面上的2根支撐臂560支撐。此外，掃描器562和上述實(shí)施方案的掃描器具有相同的構(gòu)成，包括多個曝光頭，與對其控制的圖中未畫出的控制器連接。
另外，在容器556的長軸方向的兩側(cè)面上，分別設(shè)置沿副掃描方向延伸的導(dǎo)軌558。2根支撐臂560的下端部安裝在該導(dǎo)軌558上，可以沿副掃描方向作往返移動。此外，在該光造形裝置中，設(shè)置與支撐臂560一起沿導(dǎo)軌558驅(qū)動掃描器562的圖中未畫出的驅(qū)動裝置。
在該光造形裝置中，掃描器562，由圖中未畫出的驅(qū)動裝置所驅(qū)動，沿導(dǎo)軌558從副掃描方向的上游側(cè)向下游側(cè)以移動速度移動。通過使掃描器562以一定速度移動，對光硬化性樹脂550的液面進(jìn)行掃描，各曝光頭形成帶狀的硬化區(qū)域。當(dāng)由掃描器562在1次副掃描中結(jié)束1層的硬化后，掃描器562，由圖中未畫出的驅(qū)動裝置所驅(qū)動，沿導(dǎo)軌558復(fù)歸到處于最上游側(cè)的原點(diǎn)。然后，由圖中未畫出的驅(qū)動電機(jī)所驅(qū)動，使螺桿555轉(zhuǎn)動使升降臺552下降規(guī)定量，使光硬化性樹脂550的硬化部分沉入到液面下，在硬化部上方充滿液狀的光硬化性樹脂550。然后，再次，使掃描器562進(jìn)行副掃描。這樣，通過反復(fù)進(jìn)行副掃描的曝光(硬化)和臺的下降，積層硬化部分，形成3維模型。在上述掃描器562的曝光頭中，由于采用本發(fā)明的高輝度激光裝置，可以獲得深的焦點(diǎn)深度，可以進(jìn)行高速并且高精細(xì)造形。
依據(jù)本發(fā)明，可以提供高輝度的激光裝置。另外，本發(fā)明的曝光裝置以及曝光頭，通過采用該高輝度的激光裝置，可以獲得焦點(diǎn)深度深的效果。另外，對于面狀的曝光光束的情況，可以獲得抑制邊緣部的光束模糊的效果。進(jìn)一步，作為高輝度的激光裝置采用合成激光光源時，可以獲得能實(shí)現(xiàn)曝光裝置以及曝光頭的高輸出化和低成本化的效果。
權(quán)利要求
1.一種激光裝置，是一種具有使從光纖的入射端入射的激光從其出射端射出的光纖光源的激光裝置，其特征在于作為所述光纖，采用纖芯直徑一致但出射端的包層直徑比入射端的包層直徑小的光纖。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光裝置，其特征在于所述光纖光源將多個激光合成后入射到每一根所述光纖中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光裝置，其特征在于所述光纖光源由包括多個半導(dǎo)體激光器、1根光纖、對從所述多個半導(dǎo)體激光器分別射出的激光進(jìn)行聚光、將聚光光束耦合在所述光纖的入射端上的聚光光學(xué)系的合成激光光源構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的激光裝置，其特征在于所述光半導(dǎo)體激光器由包括多個發(fā)光點(diǎn)的多腔激光器所構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光裝置，其特征在于所述光纖光源由包括具有多個發(fā)光點(diǎn)的多腔激光器、1根光纖、對從所述多個發(fā)光點(diǎn)分別射出的激光進(jìn)行聚光、將聚光光束耦合在所述光纖的入射端上的聚光光學(xué)系的合成激光光源所構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光裝置，其特征在于所述激光裝置由包括多個所述光纖光源、在該多個光纖光源的光纖的出射端將各個發(fā)光點(diǎn)配置成陣列狀的光纖陣列光源、或者配置成束狀的光纖束光源所構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光裝置，其特征在于所述出射端的包層直徑在80μm以下。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光裝置，其特征在于所述出射端的包層直徑在60μm以下。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光裝置，其特征在于所述光纖由纖芯直徑相同但包層直徑不同的多個光纖接合所構(gòu)成。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光裝置，其特征在于所述光纖由多根光纖通過采用連接器被可裝卸地連接后而構(gòu)成。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光裝置，其特征在于所述激光是波長為350～450nm的激光。
12.根據(jù)權(quán)利要求3所述的激光裝置，其特征在于所述半導(dǎo)體激光器是氮化鎵系半導(dǎo)體激光器。
13.一種曝光頭，其特征在于包括具有從光纖的入射端入射的激光從其出射端射出的光纖光源的，作為所述光纖，采用纖芯直徑一致但出射端的包層直徑比入射端的包層直徑小的光纖的激光裝置、根據(jù)各個控制信號改變光調(diào)制狀態(tài)的多個像素部在基板上排列配置成2維狀、對由所述激光裝置照射的激光進(jìn)行調(diào)制的空間光調(diào)制元件、使在由各像素部調(diào)制后的激光在曝光面上成像的光學(xué)系。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的曝光頭，其特征在于所述空間調(diào)制元件由采用根據(jù)各個控制信號可改變反射面的角度的多個微反射鏡在基板上排列配置成2維狀所形成的微反射鏡器件所構(gòu)成。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的曝光頭，其特征在于所述空間調(diào)制元件采用將具有帶狀反射面并且可以根據(jù)控制信號移動的可動?xùn)鸥?、和具有帶狀反射面的固定柵格多個交互并排配置所形成的光柵光閥所構(gòu)成。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的曝光頭，其特征在于在所述空間調(diào)制元件的出射側(cè)，配置具有與所述空間調(diào)制元件的各像素部對應(yīng)設(shè)置并且在各像素對激光聚光的微透鏡的微透鏡陣列。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的曝光頭，其特征在于在所述激光裝置與所述空間調(diào)制元件之間，配置有將由所述激光裝置射出的光束變成平行光束的校準(zhǔn)透鏡、使邊緣部的光束寬度與接近光軸的中心部的光束寬度之比值在出射側(cè)比入射側(cè)小地在各出射位置中改變光束寬度、使由所述校準(zhǔn)透鏡平行光集束化后的激光的光量分布在所述空間調(diào)制元件的被照射面上呈大致均勻地進(jìn)行校正的光量分布校正光學(xué)系。
18.一種曝光裝置，其特征在于包括由具有從光纖的入射端入射的激光從其出射端射出的光纖光源的、作為所述光纖，采用纖芯直徑一致但出射端的包層直徑比入射端的包層直徑小的光纖的激光裝置、根據(jù)各個控制信號改變光調(diào)制狀態(tài)的多個像素部在基板上排列配置成2維狀、對由所述激光裝置照射的激光調(diào)制的空間光調(diào)制元件以及在各像素部調(diào)制后的激光在曝光面上成像的光學(xué)系所構(gòu)成的曝光頭、和使該曝光頭相對于曝光面進(jìn)行相對移動的移動裝置。
19.一種光纖的連接方法，是一種連接2根包層直徑不同的光纖的連接方法，其特征在于將包層直徑大的光纖的一端部的包層加工成和包層直徑小的光纖的包層直徑大致相同，在所加工后的光纖的一端部上熔接所述包層直徑小的光纖。
20.一種光纖的連接方法，是一種連接2根包層直徑不同的光纖的連接方法，其特征在于將包層直徑大的光纖的一端部的包層加工成兩光纖的包層直徑的中間直徑，在所加工后的光纖的一端部上熔接所述包層直徑小的光纖。
21.一種光纖的連接方法，是一種連接2根包層直徑不同的光纖的連接方法，其特征在于在具有這兩者光纖的中間包層直徑的光纖的一端部和另一端部上分別熔接包層直徑大的光纖和包層直徑小的光纖。
全文摘要
本發(fā)明提供一種激光裝置、曝光裝置及光纖的連接方法，對于束狀光纖光源(66)的光纖，通過采用纖芯直徑相同但出射端的包層直徑比入射端的包層直徑小的光纖，來縮小其發(fā)光區(qū)域。使從該高輝度化后的束狀光纖光源(66)通過透鏡系(77)向DMD(50)入射的光束的角度變小，即，可以縮小照明NA，減小向掃描面(56)入射的光束的角度。即，在不增大成像NA的情況下可以獲得微小成像光束，使得焦點(diǎn)深度變深。
文檔編號G03F7/20GK1459645SQ0313689
公開日2003年12月3日 申請日期2003年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月23日
發(fā)明者岡崎洋二, 石川弘美, 永野和彥 申請人:富士膠片株式會社