CN101059588B

CN101059588B - 光学设备

Info

Publication number: CN101059588B
Application number: CN2007101010119A
Authority: CN
Inventors: 向井厚史; 后藤千秋; 园田慎一郎
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Adrian Engineering Technology Co Ltd
Priority date: 2006-04-21
Filing date: 2007-04-23
Publication date: 2010-06-16
Anticipated expiration: 2027-04-23
Also published as: KR20070104279A; TW200801614A; CN101059588A; TWI398679B; JP4741535B2; JP2007310364A; KR101366044B1

Abstract

本发明提供一种光学设备，其抑制异物的附着，进而防止在高功率密度范围内的光纤的热粘结，使光源的可靠性提高。光纤(1)具备光源LD；聚光透镜(3)，其将从光源LD发出的光束B聚光；电介体块(4)，其设置在通过聚光透镜(3)后的光束B的光程上；光纤(30)，其以使通过电介体块(4)的光束(B)由入射端面(30A)的芯(5)入射的方式设置。通过将光纤(30)的入射端面(30a)经由具有包围所述光纤(30)入射端面(30a)的芯(5)的孔的层(8)按压在电介体块(4)的射出端面(4b)，形成包围芯(5)的入射端面(5a)的密闭空间(SA)。

Description

光学设备

技术领域

本发明涉及一种光学设备，尤其涉及一种使光源发出的光束与光纤耦合的光学设备。

背景技术

以往，在将由光源发出的光束利用光学系统聚光，将其与光纤耦合的光学设备中，使用如下所述的方法，在通过了光学系统的光束的光程上，设置光源侧被倾斜切割的透明的电介体块，通过将光纤与该电介体块的未被倾斜切割侧(射出端面)光学接触，从而降低由于在光纤的入射端面反射的光返回光源而产生的噪音。

但是，在上述光学设备中，存在所述光程上设置的部件上，该部件的周围残留异物附着(集尘)，从而使光学特性降低的问题，特别在是光集中(光密度高)的部分，即在电介体块的射出端面及光纤的入射端面的芯处集尘显著。因此，电介体块的射出端面及光纤的入射端面上，异物通过为进行上述的光学接触所产生的压力，被结实地按住并附着，存在该异物不易取下之虞。如果附着异物，则存在生成光的散射或所述由于光学接触不良导致的耦合率降低，并使光源的可靠度下降之虞。

因此，专利文献1公开了如下方法，将电介体块由树脂粘结在圆筒状的部件(止动器)的内面，通过将该止动器与光纤周围设置的套圈接触，从而在光纤的入射端面与电介体块之间设有空隙，从而防止异物的附着(专利文献1)。

专利文献1：特开平6-148471号公报

然而，作为上述的异物列举了有机物，该有机物除了在大气中残留的有机分子外，也可能是来自粘接剂产生的有机分子。粘接剂通常用于在光学设备的内部设置的光学部件的固定及光纤和该光纤周围设置的套圈的固定。因此，在使用所述止动器的方法中，除了外气中残留的有机分子，存在来自固定止动器与套圈的粘接剂产生的有机分子进入密闭空间，并附着在光纤的入射端面的芯处之虞。特别在止动器与电介体块的固定中使用粘接剂的情况下，来自该粘接剂产生的有机分子产生所述附着的可能性更高。

此外，本发明者发现在激光等光源的振荡波长为160nm～500nm的情况下，通过光纤的入射端面及/或电介体块的射出端面的光束的功率(power)密度在1.0mW/μm²高功率密度区域，光纤的入射端面与电介体块的射出端面光学接触，如果所述光源产生光束，则芯的入射端面与电介体块的射出端面热粘结，从而由于光纤的脱落或震动造成光纤的入射端面及/或电介体块的射出端面发生剥离，生成缺陷，使光透射率降低。

发明内容

鉴于以上问题，本发明的目的在于提供一种低成本地抑制异物的附着，进而防止在高功率密度范围内的光纤的热粘结，具备高可靠性的光学设备。

本发明的光学设备，具备，光源；光学系统，其将从该光源发出的光束聚光；电介体块，其设置在通过该光学系统后的光束的光程上；光纤，其以使通过该电介体块后的光束由芯的端面入射的方式设置，所述光学设备的特征在于，在所述光纤的入射端面与所述电介体块的射出端面间，设置有具有孔的层，该孔包围所述入射端面的芯，通过将所述光纤的入射端面经由具有孔的层按压在所述电介体块的射出端面，形成包围所述芯的入射端面的密闭空间。

并且“具有孔的层”的孔及层的形状没有特别的限定，例如可以是圆状、多边形状、也可以是圆状与多边形状的组合，可以适宜地变更设计。但是该孔必须完全包围芯的入射端面以形成相对于芯的入射端面的密闭空间。

具有孔的层可以在所述光纤的入射端面上形成或在所述电介体的射出端面上形成。

在从所述光纤的入射端面至所述光束的前进方向的规定位置之间，套圈设置在所述光纤的周围的情况下，优选所述层覆盖所述光纤与所述套圈的边界。

优选所述光纤的入射端面及/或所述电介体块的射出端面覆盖有防止由所述光源发出的光束的反射的AR膜。

优选所述芯的入射端面与所述电介体块的射出端面间的距离L，在光束的波长为λ的情况下，L＝nλ/2±λ/8(n为整数)。

优选所述光束的波长为160～500nm。此外，优选所述光束的功率密度在向所述光纤的入射端面入射时为1.0mW/μm²以上。

本发明的图像曝光装置具备所述的光学设备作为曝光用光源。

[发明效果]

根据本发明的光学设备，通过经由具有包围所述芯的入射端面的孔的层，将所述光纤的入射端面按压在所述电介体块的射出端面，电介体块的射出端面、具有包围入射端面的孔的层及光纤的入射端面发生弹性变形，形成包围所述芯的入射端面的密闭空间。由此能够降低可能由固定光学设备的内部设置的光学部件的粘接剂产生的有机分子等异物混入所述密闭空间的内部，因此，能够抑制向光的聚光部分即芯的入射端面附着异物。此外即使所述密闭空间内混有微量异物的情况下，因为能够防止异物被贴附，所以能够抑制异物的附着。由此，能够抑制由异物产生的光散射或耦合效率的降低，从而提高光源的可靠性。

具有包围入射端面的芯的孔的层只要在光纤的入射端面上形成，或在电介体块的射出端面上形成，经由该层向电介体块的射出端面按压光纤的入射端面时，定位层的步骤减少，光纤与电介体块容易装卸。

此外，本发明的光学设备在从所述光纤的入射端面至所述光束的前进方向的规定位置之间，具备在所述光纤的周围设置的套圈，形成该层以覆盖所述光纤与所述套圈的边界的情况下，例如，光纤与套圈利用粘接剂固定时，因为可能由该粘接剂产生的有机分子不能混入所述密闭空间，所以能够更加降低芯的入射端面上的异物的附着。

此外，在光纤的入射端面及/或电介体块的射出端面上覆盖有防止由光源发出的光束的反射的AR膜的情况下，能够降低光纤的入射端面与电介体块的射出端面之间生成的光束的反射损失，因此光能够高效率地在光纤中传播。

此外，芯的入射端面与所述电介体块的射出端面间的距离L，在光束的波长为λ的情况下，如果L＝nλ/2±λ/8(n为整数)，则能够降低芯的入射端面及电介体块的射出端面上的反射损失。

光源的振荡波长为160～500nm的情况下，由于能量升高，集尘增长，因此使用本发明能有效地防止异物的附着。

此外，向光纤的入射端面入射的光束高效地与光纤耦合，在小于芯径的区域内聚集，因此芯的入射端面及电介体块的射出端面成为高功率密度区域。此情况下，将光纤的入射端面与电介体块的射出端面光学接触，在由所述光源发出光束时，芯的入射端面与电介体块的射出端面存在热粘结之虞，但是通过使用本发明，因为至少芯的入射端面与电介体块的射出端面之间设有密闭空间，所以能够防止所述的热粘结。由此，能够防止由于光纤的卸下或振动等产生的光纤的入射端面及/或电介体块的射出端面发生剥离生成的缺陷，光透射率的降低。

本发明的图像曝光装置，因为具备取得上述效果的光学设备，所以可以由具备高可靠性的光源进行曝光。

附图说明

图1A是表示第一实施方式的光学设备的大致形状的侧剖面图。

图1B是向电介体块按压光纤(无层)时的干涉图案。

图1C表示芯的入射端面与电介体块的射出端面间的距离L与投射率之间的关系。

图2是表示第二实施方式的光学设备的大致形状的侧剖面图。

图3是表示第三实施方式的光学设备的大致形状的侧剖面图。

图4是表示作为本发明的一实施方式的图像曝光装置的外观的立体图。

图5是表示图4的图像曝光装置的扫描机构的构成的立体图。

图6(A)是表示在感光材料上形成的已曝光区域的俯视图，(B)是表示各曝光头产生的曝光区域的排列的图。

图7是表示图4的图像曝光装置的曝光头的大致构成的立体图。

图8是上述曝光头的剖面图。

图9是表示数字微反射镜(DMD)构成的局部放大图。

图10(A)(B)是用于说明DMD的工作的说明图。

图11(A)(B)是表示DMD不倾斜设置的情况下及倾斜设置的情况下，比较曝光光束的配置及扫描线的俯视图。

图12(A)是表示光纤阵列光源的构成的立体图。

图12(B)是表示光纤阵列光源的激光器射出部的发光点的排列的主视图。

图12(C)表示光纤的构成。

图13是表示上述图像曝光装置的电构成的方块图。

图中，1B、1C、1D、1E、1F-光学设备；2-加热块(放热块)；3-聚光透镜(光学系统)；30-光纤；30A、30B、30C、30a-光纤的入射端面；31-第二光纤；4-电介体块；4a-电介体块的入射端面；4b-电介体块的射出端面；5、31a-芯；5a-芯的入射端面；6-包层；6a-包层的入射端面；7-套圈(フェル一ル)；7a-套圈的入射端面；8-层；9-隔离件；B-激光(光束)；GA、GB、GC、GD、GE-凹部；LD-GaN系半导体激光器(光源)；SA、SB、SC、SD、SE、SF-密闭空间；50、250-数字微反射镜设备(DMD)；51-成像光学系统；52、54-透镜系统；55-微透镜阵列；55a、56a、155a、355a-微透镜；56-聚光用微透镜阵列；57、58-透镜系统；59、159-孔阵列；59a、159a-孔；62-微反射镜；66-光纤阵列光源；68-激光器射出部；72-柱积分仪；150-感光材料；152-载物台；162-扫描机构；166-曝光头；168-曝光区域；170-已曝光区域。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的所述的第一实施方式的光学设备1进行详细说明。图1A表示第一实施方式的光学设备1的大致形状的侧剖面图。其在本实施方式中，方便起见，将图1A的上侧设为上方进行说明。

本实施方式的光学设备1如图1A所示大致包括：在由铜或铜合金构成的加热块(放热块)2上固定的作为光源的GaN系半导体激光器LD；作为将GaN系半导体激光器LD产生的激光B(光束B)聚光的光学系统的聚光透镜3；在通过聚光透镜3后的激光B的光程上设置的电介体块4；通过电介体4后的激光B入射的光纤30。

GaN系半导体激光器LD例如以405nm的波长振荡，且与供给驱动电流的引出配线2a相连。并且作为光源在160～500nm的波长范围内，也可以使用以上述405nm之外的波长振荡的激光器。此处，在波长为160～500nm的情况下，由于能量增高而集尘加重，因此，本发明对防止异物的附着很有效果。

聚光透镜3为凸透镜，例如将树脂或光学玻璃通过铸模成形而形成。

电介体块4由例如石英玻璃等激光可透过的材料形成，具有：在激光B的光程上设置时，随着聚光透镜3侧的端面即入射端面4a靠下方而远离聚光透镜3的斜面，光纤30侧的端面即射出端面4b与光纤30的轴成直角。如上述，只要入射端面4a具有斜面，就能够抑制由于在后述的光纤30的入射端面30a的芯5处的激光B的反射光返回到GaN系半导体激光器LD中而产生的噪声。

并且，上述的GaN系半导体激光器LD、聚光透镜3及电介体块4光学配置，例如，由粘接剂固定在箱体(package)中，形成一体化模块。

光纤30由在轴芯处形成的由石英制的芯5和在芯5的周围形成的包层6构成。在光纤30的周围，在由光纤30入射端面开始沿激光B的前进方向到达规定位置(未图示)，例如由粘接剂固定有圆筒状套圈7。

套圈7由陶瓷、玻璃、或者金属，或由其组合形成的材料形成。在由陶瓷或玻璃形成的情况下，其侧面优选通过金属电镀或阴极真空喷镀进行金属喷镀加工。并且套圈7设置在光纤30的周围后，套圈7的电介体块4侧的端面7a及光纤30的入射端面30a研磨加工成平坦或球面状。

在光纤30的入射端面30a上，利用蒸镀覆盖防止激光B的反射的AR(无反射)膜。并且，AR膜也覆盖上述的电介体块4的入射端面4a及射出端面4b。由此，在电介体块4的射出端面4b与光纤30的入射端面30a连接时，能够降低射出端面4b与入射端面30A之间生成的激光B的反射损失，因此，能够高效率地在光纤30中传导激光B。并且，本实施方式中，在光纤30的入射端面30a、电介体4的入射端面4a及射出端面4b上覆盖了AR膜，但本发明不仅限于此，也可以覆盖任意一个面，覆盖任意两个面，或不覆盖任意面。

此处，本发明的特征为，在如上述的光纤30的被研磨加工平坦的或曲率半径为6nm～30nm的球面状的入射端面上，如图1所示，形成具有包围芯5的入射端面5a的孔的层8。层8利用光刻工序等由例如蒸镀及电铸等形成，以覆盖套圈7的端面7a及与该端面7a邻接的包层6的外侧入射端面6a1。

将光纤30的入射端面30a以6～12N经由具有包围芯的入射端面的孔的层8按压在电介体块4的射出端面4b，例如，形成为将套圈与光纤构成的插头利用弹性部件按压在包括激光源、聚光光学系统、电介体块的插口的连接器型，通过利用连接器结构内的弹性部件将光纤30向电介体4按压，具有包围电介体块4的射出端面4b、芯5的入射端面5a的孔的层8及光纤30的入射端面30a发生弹性变形，从而形成包围芯5的入射端面5a的密闭空间S1。设置用来形成层8的孔具有至少比芯5的入射端面5a大的任意形状。

图1B表示当将具有上述曲率的入射端面的芯径60μm的光纤(未形成层8)以6～12N的力压在电介体块后，从电介体块侧观察到的干涉图案。图1B中，中心部为光纤的芯，其外侧的黑暗部分为包层，再外侧的明亮部分为套圈。此外，在未生成干涉条纹的范围，即距光纤的中心200μm以内的范围内，电介体块的射出端面、光纤的入射端面及套圈物理接触。

因此，在该光纤的入射端面上形成具有包围芯的入射端面且距光纤的中心大致200μm以内的范围内闭合的孔的层，然后只要将该光纤以所述条件按压在电介体块上，就能够形成具有良好的密闭性的包围芯的入射端面的密闭空间。

光纤30由如下方式定位，使得通过电介体4后的激光B聚光于芯5的入射端面5a，即：层8的电介体块4侧的端面8a被按压在电介体块4的射出端面4b。并且，形成层8的光纤30能够在电介体块4的射出端面4b上反复装卸。

如此，如果将具备有形成了层8的入射端面30a的光纤30向电介体块按压，如图1A所示，层8的端面8a与电介体块4的射出端面4b接触，芯5的入射端面5a和与该入射端面邻接的包层6的内侧入射端面6a2位于远离电介体块4的射出端面4b的位置，因此，光纤30的入射端面30a和电介体块4的射出端面4b之间形成密闭空间S1。在使用了粘接剂固定在光纤1上设置的光学部件的情况下，能够降低可能由该粘接剂产生的有机分子等异物混入密闭空间S1的内部，并能抑制激光B聚光的芯5的入射端面5a上附着异物。

此外，如上所述，层8形成在套圈7的端面7a及包层6的外侧入射端面6a1，因此，例如当包层6与套圈7由粘接剂固定时，因为该固定面不面向密闭空间S1，所以能够防止可能由该固定面上使用的粘接剂产生的有机分子混入密闭空间S1的情况。由此，能够更加降低芯的入射端面上的异物的附着。

另外，即使密闭空间S1混入微量异物的情况下，利用密闭空间S1能够防止异物压在芯5的入射端面5a上，因此能够抑制异物的附着。由此，能够抑制由于异物导致的光散射或耦合效率的低下，并能提高GaN系半导体激光器LD的可靠性。

此外，在使用输出攻略为150mW以上、振荡波长为160～500nm、发光区域为7×1μm²的GaN系半导体激光器LD及4倍光学焦距的情况下，在以往没有层8的光纤中，通过光纤的入射端面及电介体块的出射端面的激光B的横截面积为28×4μm²，芯的入射端面及电介体块的射出端面成为1.0mW/μm²以上的高功率密度区域，因此，光纤的入射端面与电介体块的射出端面光学接触，如果发出激光，则芯的入射端面与电介体块的射出端面有热粘结之虞。但是如上述形成密闭空间S1，则由于光纤30芯5的入射端面5a远离电介体块4的射出端面4b，因此能够防止芯5的入射端面与电介体块4的射出端面4b发生热粘结。

并且，当光纤与电介体块不设AR膜的情况下，设芯的入射端面5a与电介体块的射出端面4b间的距离为L，光束的波长为λ，优选将L设定为L＝nλ/2±λ/8(n为整数)。图1C表示芯的入射端面5a与电介体块的射出端面4b间的距离L与透射率的关系，通过将L设为nλ/2±λ/8，能够降低射出端面4b与入射端面30A间生成的激光B的反射损失。

实施例1

此处，对上述实施方式的光纤30的层8的形成方法及将该形成后的光纤30在电介体块4上反复装卸时的实施例进行说明。

1)光纤30为芯5直径60μm、包层6直径125μm的SI型石英光纤，并粘接固定于套圈7，使用膜厚40μm的干膜负抗蚀剂(dry negaresist)，将该光纤30的入射端面30a压在该抗蚀剂上，从而将该端面30a覆盖抗蚀剂。

2)接下来进行图案化，通过从与光纤30的覆盖了抗蚀剂侧相反侧的端面照射振荡波长为405nm的激光，以100℃烘烤后显影，从而至少芯5的入射端面5a被抗蚀剂图案覆盖。

3)接下来，在光纤30的入射端面30a上真空蒸镀数μm的Cr膜，然后利用电铸由膜厚变为40μm的Cr膜形成层8。然后去掉抗蚀剂图案。

4)如上所述将形成了层8的光纤30的层8的端面8a按压在由GaN系半导体激光器LD、聚光透镜3及电介体块4光学配置的一体型模块的电介体块4的射出端面4b进行反复的装卸。由其结果可以发现，与以往没有层8的光纤比较，在光纤30的芯5的入射端面5a上的异物附着减少。可以推断因为光纤30与套圈7的固定面被层8覆盖，所以在该固定面上使用的粘接剂被层8封堵。

5)如果附着有微量异物时，可以使用棉棒等擦拭从而容易地将附着的异物除去。在以往没有层8的光纤中，由于该光纤的入射端面与电介体块4的射出端面4b紧固地按压，两者间混入的异物粘附在芯5的入射端面5a上，但是，由于在光纤30的入射端面30A上形成了层8，通过在芯5的入射端面5a与电介体4的射出端面4b之间形成密闭空间S1，芯5的入射端面5a上不会被压上异物，因此，可以推断出能够抑制异物的粘附。

接下来，参照附图对本发明所述的第二实施方式的光学设备1′进行详细说明。图2表示第二实施方式的光学设备1′的大致形状的侧剖面图。

本实施方式的光学设备1′与上述的第一实施方式的光学设备1形成层8的端面不同，但能够与上述光学设备1取得同样的效果。因而，仅就不同部分的进行详细说明。另外，相同的部分及发明的效果省略说明。

本实施方式的层8′如图2所示，不是在光纤30的入射端面30a，而是在电介体块4的射出端面4b上形成。层8用再光刻工序等由例如蒸镀及电铸等形成，其在向光纤30按压时为环状，且具有包围芯5的入射端面5a的圆形的孔，由于该孔，芯5的入射端面5a及与该入射端面5a邻接的包层6的内侧入射端面6a2远离射出端面4b。

如果将光纤30的入射端面30a按压于如此形成了层8′的电介体块4，则如图2所示，套圈7的入射端面7a及与该入射端面7a邻接的包层6的外侧入射端面6a1向层8′的所述端面8b′按压接触，因为芯5的入射端面5a及与该入射端面5a邻接的包层6的内侧入射端面6a2远离电介体块4的射出端面4b，所以光纤30的入射端面30a与电介体块4的射出端面4b之间形成密闭空间S2。

实施例2

此处，对上述实施方式的光纤30的层8′的形成方法及将该形成后的光纤30在电介体块4上反复装卸时的实施例进行说明。层8′的形成方法仅是形成的端面不同，与上述的实施例1的层8的形成方法相同，利用光刻工序在电介体块4的射出端面上实施图案化，形成由Cr膜构成的层8′。

并且，通过未图示的连接器，将光纤30的入射端面30a按压在如上述在电介体块4上形成了层8′的端面8b′上，反复进行装卸。由其结果能够确认，与上述实施例1同样，光纤30的芯5的入射端面5a上附着的异物减少的情况，并能够抑制异物的贴附。

另外，上述的实施方式的光纤如上所述的构成，但是本发明的光纤并不仅限于此，可以适当地变更设计。

此外，当使用在上述的“技术领域”中记载的使用止动器的方法的情况下，如图3所示，将电介体块4以隔离件9向光纤30侧突出例如40μm的方式，不使用粘接剂地例如由焊锡等固定在圆筒状的隔离件9(止动器)的内面，通过将隔离件9的光纤30侧的端面9b与光纤30的周围设置的套圈7的端面7a连接，芯5及包层6的入射端面5a、6a与电介体块4的射出端面4b之间设置密闭空间S3。在如此形成的本例中，因为在隔离件9与电介体块的固定中不使用粘接剂，所以不会发生可能由该粘接剂中产生的有机分子等异物混入密闭空间S3的内部。并且，此情况的套圈7与光纤30优选至少密闭空间S3的外周由焊锡进行固定。从而，能够防止异物混入密闭空间S3。此外，在套圈7与光纤30由粘接剂进行固定的情况下，隔离件9的端面9b优选与包层6的端面6a接触。从而，能够利用隔离件9防止粘接剂混入密闭空间S3。

接下来对具备将本发明的光学设备作为曝光光源的图像曝光装置进行说明。

[图像曝光装置的结构]

如图4所示，此图像曝光装置具备平板状的移动载物台152，其将片状的感光材料吸附在表面地保持。在由四条腿部154支撑的厚板状的设置台156上设置沿载物台移动方向延伸的两根导轨158。载物台152的长度方向配置为载物台的移动方向，且通过导轨可往返移动地被支撑。另外，此图像曝光装置中设有将作为副扫描机构的载物台152沿导轨158驱动的后述的载物台驱动装置304(参照图13)。

在设置台156的中央部，设有跨过载物台152的移动路径的“コ”字状的门160。“コ”字状的门160的各端部固定在设置台156的两侧面。在夹有此门160的一侧设有扫描机构162，另一侧设有检测感光材料150的前端及后端的多个(例如2个)传感器164。扫描机构162及传感器164分别安装在门160上，并固定配置在载物台152的移动路径的上方。另外，扫描机构162及传感器164与控制其的未图示的控制器连接。

如图5及6(B)所示，扫描机构162具备m行n列(例如3行5列)的大致矩阵形状排列的多个(例如14个)曝光头166。此例中，由于感光材料150的宽度的关系，在第三行上配置四个曝光头166。另外，在分别表示排列在第m行的第n列的曝光头时，用曝光头166mn标记。

曝光头166构成的曝光区域168为以副扫描方向为短边的矩形。因而，伴随载物台152的移动，每个曝光头166在感光材料150上形成带状的已曝光区域170。另外，在表示由排列在第m行的第n列的曝光头产生的曝光区域时，用曝光区域168_mn标记。

此外，如图6(A)及(B)所示，线状排列的各行的各个曝光头在排列方向上以规定间隔(曝光区域的长边的自然数倍、本例中为2倍)错开排列，以使带状的已曝光区域170在与副扫描方向正交的方向上无间隙地排列。因此，第一行的曝光区域168₁₁和曝光区域168₁₂之间不能曝光的部分能够通过第二行的曝光区域168₂₁和第三行的曝光区域168₃₁进行曝光。

如图7及8所示，曝光头166₁₁～166_mn分别具备作为将入射的光束与像素值对应地按各个像素调制的空间光调制元件的美国テキサスィンスツルメンツ社制的数字微反射镜(DMD)50。此DMD50与具备有数据处理部和反射镜驱动控制部的后述的控制器302(参照图13)连接。在此控制器302的数据处理部中，基于输入的图像数据，按各个曝光头166生成驱动控制DMD的需要控制区域内的各微反射镜的控制信号。另外，需要控制区域在以后叙述。此外，反射镜驱动控制部，基于在图像数据处理部生成的控制信号，按各个曝光头166控制DMD50的各微反射镜的反射角度。关于反射面的反射角度控制在以后叙述。

在DMD50的光入射侧，以如下顺序设置，具备将光纤的射出端部(发光点)沿与曝光区域168的长边方向对应的方向排成一列的激光器射出部的光纤阵列光源66、补正由光纤阵列光源66射出的激光并在DMD上聚光的透镜系统67、将通过了此透镜系统67的激光向DMD反射的反射镜69。图7大致地表示透镜系统67。

如图8详细所示，上述透镜系统67由以下构成，将由光纤阵列光源66射出的作为照明光的激光B聚光的聚光透镜71、在通过了此聚光透镜71的光的光程上插入的柱状光学积分仪(以下称为柱积分仪)72、及在该柱积分仪72的下游侧，即在发射镜69侧设置的准直仪透镜74。聚光透镜71、柱积分仪72及准直仪透镜74将光纤阵列光源66射出的激光作为接近平行光且光束的截面强度被均等化的光束射入DMD50内。关于该柱积分仪72的形状或作用以后详细说明。

由上述透镜系统67射出的光由反射镜69发射，经由TIR(全反射)三棱镜向DMD照射。图7中，省略该TIR棱镜70。

此外在DMD50的光反射侧设置将由DMD50反射的激光B在感光材料150上成像的成像光学系统51。该成像光学系统在图7中概略的表示，但如图8详细所示，由透镜系统52、54构成的第一成像光学系统、由透镜系统57、58构成的第二成像光学系统、在这些成像光学系统间插入的微透镜阵列55、和孔阵列59构成。

微透镜阵列55为与DMD50的各像素对应的多个微透镜55a以二维状排列形成的。各微透镜55a在来自分别对应的微反射镜62的激光B的入射位置上，设置在由透镜系统52、54形成的微反射镜62的成像位置偏离的由该微反射镜62及透镜系统52、54形成的分离聚光位置上。本例中，如后所述，因为DMD50的1024个×768列的微反射镜中仅有1024个×256列被驱动，因此，与之相对应微透镜55a配置为1024个×256列。此外，微透镜55a的配置间隙在纵向、横向上都为41μm。该微透镜55a例如由焦距0.19mm、NA(开口数)为0.11的光学玻璃BK7形成。另外，关于微透镜55a的形状以后详细说明。并且，在各微透镜55a的位置上的激光B的光束径为41μm。

此外，上述孔阵列59由与微透镜阵列55的各微透镜55a对应的多个小孔(开口)59a形成。在本实施方式中，小孔59a的径为10μm。

上述第一成像光学系统利用DMD50将图像扩大3倍，将其在微透镜阵列55上成像。并且，第二成像光学系统经过了微透镜阵列55的像扩大1.6倍，并将其在感光材料150上成像，投影。从而，整体上，图像通过DMD50被放大4.8倍在感光材料150上成像，投影。

另外本例中，第二成像光学系统与感光材料150之间设置棱镜对73，通过将该棱镜对73在图8中沿上下方向移动，可以调节感光材料150上图像的中心。另外在同图中，感光材料150沿箭头F方向副扫描并输送。

如图9所示，DMD50为在SRAM单元(存储单元)60上，构成各个像素(Pixel)的多个(例如1024个×768个)微小的反射镜(微反射镜)62以格子状排列的反射镜设备。在各像素中，最上部设有被支柱支撑的微反射镜62，微反射镜62的表面蒸镀有铝等反射率高的材料。另外，微反射镜62的反射率为90％以上，其排列间隙在纵向、横向都为例如13.7μm。此外，在微反射镜62的正下方经由含有铰链及轭的支柱设置由通常的半导体存储装置的生产线制造的硅栅的CMOS的SRAM单元60，整体单片地构成。

如果将数字信号读入DMD50的SRAM单元60中，则由支柱支撑的微反射镜62在以对角线为中心，相对于配置DMD50的基板侧在±α度(例如±12度)的范围内倾斜。图10(A)表示微反射镜62在开启状态时以+α度倾斜的状态，图10(B)表示微反射镜62在关闭状态时以-α度倾斜的状态。从而，对应图像信号，如图9所示通过控制DMD50的各像素上的微反射镜62的倾斜，入射到DMD50上的激光向各自的微反射镜62的倾斜方向反射。

图9表示将DMD50的一部分放大，微反射镜62被控制为+α度或-α度状态时的一例。各微反射镜62的开关控制由与DMD50连接的所述控制器302进行。此外，在由关闭状态的微反射镜62反射的激光B前进的方向上设置光吸收体(未图示)。本实施方式中的微反射镜62的反射面具有倾斜度，但是图9、图10省略其倾斜度。

此外，DMD50优选将其短边与副扫描方向成规定角度θ(例如0.1°～0.5°)略微倾斜地设置。图11(A)表示在不使DMD50倾斜的情况下的由各微反射镜产生的反射光像(曝光光束)53的扫描轨迹，图11(B)表示在使DMD50倾斜的情况下的曝光光束53的扫描轨迹。

DMD50上，在长度方向排列多个(例如1024个)微反射镜的微反射镜阵列在宽度方向上排列多组(例如756组)，但是如图11(B)所示，通过使DMD50倾斜，由各微反射镜产生的曝光光束53的扫描轨迹(扫描线)的间距P₁窄于不使DMD50倾斜情况下的扫描线的间距P₂，从而能够大幅度提高解析度。另一方面，因为DMD50的倾斜角很小，所以使DMD50倾斜的情况下的扫描宽度W₂与不使DMD50倾斜的情况下的扫描宽度W_i大致相同。

此外，通过不同微反射镜阵列在相同扫描线上重复曝光(多重曝光)。如此，通过多重曝光，能够控制对于对准标记的曝光位置的微少量，从而能够实现高精细的曝光。此外，通过微少量的曝光位置控制，能够将在主扫描方向排列的多个曝光头间的缝隙无高低差地连接。

另外也可以将各微反射镜阵列在与副扫描方向正交的方向上错开规定的间隔交错配置，代替DMD50的倾斜，能够获得同样的效果。

如图12A所示，光纤阵列光源66由具备光纤30的多个(例如14个)光学设备1构成。光纤30的另外一端与芯径和光纤30相同且包层径小于光纤30的第二光纤31耦合。如图12B详细地表示，第二光纤31的与光纤30相反侧的端部沿与副扫描方向正交的主扫描方向的并排排列七个，且它们排列成两列而构成激光器射出部68。

如图12B所示，在第二光纤31的端部构成的激光器射出部68由表面平坦的两张支撑板65夹住而固定。此外，在第二光纤31的光射出端面上，为保护端面优选设置玻璃等透明的保护板。第二光纤31的光射出端面因为光密度高，因此易集尘且易劣化，但是通过设置上述的保护板，能够防止灰尘附着在端面上及延缓劣化。

本例中，如图12C所示，包层径大的光纤30的激光射出侧的前端部分与长度为1～30cm左右的包层径小的第二光纤31同轴地耦合。光纤30、31在各自芯轴一致的状态下，将第二光纤31的入射端面与光纤30的射出端面通过热粘结进行耦合。如上所述，第二光纤31的芯31a的径与光纤30的芯5的径同样大小。

接下来参照图13对本例的图像曝光装置中的电构成进行说明。如此处所示，整体控制部300连接有调制回路301，该调制回路连接有控制DMD50的控制器302。此外，整体控制部300连接有驱动光学设备的LD驱动回路303。此外，此整体控制部300连接有驱动所述载物台152的载物台驱动装置304。

[图像曝光装置的工作]

下面对上述图像曝光装置的工作进行说明。在扫描机构162的各曝光头166中，由构成光纤阵列光源66的合波激光光源的GaN系半导体激光器LD(参照图1)分别以发散光状态射出的激光B由聚光透镜3聚光，通过电介体4在光纤30的芯5的入射端面5a上收敛。并且，光纤30的芯5的入射激光B在光纤30内传播，由与光纤30的射出端面耦合的第二光纤31射出。

在图像曝光时，来自调制回路301的与曝光图案对应的图像数据输入DMD50的控制器302中，并被存储在帧存储器(frame memory)中。该图像数据是将构成图像的各像素的浓度用2值(点的纪录的有无)表示的数据。

将感光材料吸附在表面的载物台152通过如图13所示的载物台驱动装置304沿导轨158以一定速度从门160的上游侧向下游侧移动。载物台152通过门160下时，如果门160上安装的传感器164检测出感光材料150的前端，则存储在帧存储器中的图像数据分为多个行顺次读出，基于数据处理部读出的图像数据，按各曝光头166生成控制信号。并且，通过反射镜驱动控制部，基于生成的控制信号按各曝光头166对DMD50的微反射镜进行开关控制。另外，本例的情况下，构成一个像素部的微反射镜的大小为14μm×14μm。

如果由光纤阵列光源66向DMD50照射激光B，则当DMD50的微反射镜呈开启状态时反射的激光由透镜系统54、58在感光材料150上成像。如此，光纤阵列光源66射出的激光按像素被开关，感光材料150以与DMD50的使用像素数大致相同数的像素单位(曝光区域168)被曝光。此外，通过将感光材料150与载物台同时以一定速度移动，感光材料150由扫描机构162在与载物台的移动方向相反的方向上被副扫描，按各曝光头166形成带状的已曝光区域。

利用扫描机构162的感光材料150的副扫描结束后，传感器164如果检测出感光材料150的后端，则载物台152通过载物台驱动装置304沿导轨158返回到位于门160的最上游侧的原点，再次沿导轨158由门160的上游侧向下游侧以一定速度移动。

下面，对图8所示的由光纤阵列光源66、聚光透镜71、柱积分仪72、准直仪透镜74、反射镜69及TIR棱镜构成，将作为照明光的激光B向DMD50照射的照明光学系统进行说明。柱积分仪72为例如为形成四棱柱状的透光性柱，在其内部，激光B全反射前进时，该激光B的光束截面内的强度分布被均一化。另外，在柱积分仪72的入射端面、射出端面覆盖有防反射膜，透过率得到提高。如以上所述，作为照明光的激光B的光束截面内的强度分布能够高度的均一化，消除了照明光强度的不均一，可以在感光材料150上曝光高精细的图像。

Claims

1.一种光学设备，具备，

光源；

光学系统，其将从所述光源发出的光束聚光；

电介体块，其设置在通过该光学系统后的光束的光程上；

光纤，其以使通过该电介体块后的光束由芯的端面入射的方式设置，所述光学设备的特征在于，

在所述电介体块的射出端面与所述光纤的入射端面间，设置有具有孔的层，该孔包围所述入射端面的芯，

通过将所述光纤的入射端面经由上述具有孔的层按压在所述电介体块的射出端面，形成包围所述芯的入射端面的密闭空间。

2.如权利要求1所述的光学设备，其特征在于，

上述具有孔的层形成在所述光纤的入射端面上。

3.如权利要求1所述的光学设备，其特征在于，

上述具有孔的层形成在所述电介体块的射出端面上。

4.如权利要求1所述的光学设备，其特征在于，

具备：在从所述光纤的入射端面至所述光束的前进方向的规定位置之间，设置在所述光纤的周围的套圈，

所述层形成为：覆盖所述光纤与所述套圈的边界。

5.如权利要求2所述的光学设备，其特征在于，

所述层形成为：覆盖所述光纤与所述套圈的边界。

6.如权利要求3所述的光学设备，其特征在于，

所述层形成为：覆盖所述光纤与所述套圈的边界。

7.如权利要求1所述的光学设备，其特征在于，

所述光纤的入射端面及/或所述电介体块的射出端面覆盖有防止由所述光源发出的光束的反射的AR膜。

8.如权利要求1所述的光学设备，其特征在于，

所述芯的入射端面与所述电介体块的射出端面间的距离L，在光束的波长为λ的情况下，L＝nλ/2±λ/8，其中n为整数。

9.如权利要求2所述的光学设备，其特征在于，

10.如权利要求3所述的光学设备，其特征在于，

11.如权利要求1所述的光学设备，其特征在于，

所述光束的波长为160～500nm。

12.如权利要求1所述的光学设备，其特征在于，

所述光束的功率密度在向所述光纤的入射端面入射时为1.0mW/μm²以上。

13.一种图像曝光装置，其特征在于，

其具备权利要求1所述的光学设备作为曝光用光源。