JP2003251860A - レーザ露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】窒化ガリウム（ＧａＮ）系半導体レーザの出力
光からＥＬ光を低減した光で感光材料を露光することが
できるレーザ露光装置を提供する。 【解決手段】ＧａＮ系半導体レーザで構成されたレーザ
光源２１１Ｂから射出された光は、集光レンズ４４によ
り集光され、反射型回折格子４６の表面に照射される。
レーザ光源２１１Ｂからはレーザ光４８と共にＥＬ光４
９が射出される。所定波長で発振されたレーザ光４８は
反射型回折格子４６で所定方向に回折されるが、発光位
置、方向、及び波長がランダムなインコヒーレント光で
あるＥＬ光４９は殆ど回折されずそのまま反射され、出
力光に含まれるＥＬ光が分離除去される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ露光装置に
関し、特に、光源に窒化ガリウム（ＧａＮ）系半導体レ
ーザを用いたレーザ露光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体レーザやＳＬＤと称される
高出力の端面発光ダイオード（Super-luminescent Ligh
t-emitting Diode）には、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰ、
ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ等のガリウム砒素（Ｇａ
Ａｓ）系材料が使用されてきた。ＧａＡｓ系材料を使用
したＧａＡｓ系半導体レーザでは、基板に使用されるＧ
ａＡｓや対向電極に使用されるＩｎＧａＡｓ、ＧａＡｓ
が発光波長において光吸収を有しているため、基板や対
向電極によりエレクトロ・ルミネッセンスによる迷光
（ＥＬ光）が吸収され、活性層の通常数ミクロン幅の発
光領域にレーザ光を閉じ込めるストライプ構造を形成し
た場合に、ストライプ領域外での迷光が問題になること
は少なかった。

【０００３】近年、半導体レーザを用いて感光材料の露
光を行う露光装置は、レーザ・プリンタ等の種々の用途
に使用されている。露光画質の向上には、レーザ光の波
長自体を短くし、レーザビームのスポット径をできるだ
け小さくすることが有効である。

【０００４】青紫色半導体レーザ等の発振波長の短い半
導体レーザ（以下、「短波長レーザ」という。）の開発
は着実に進展しており、ＧａＮ系半導体レーザも実用化
に近付きつつある。このＧａＮ系半導体レーザでは、発
光波長の光に対して透明なサファイア基板や炭化ケイ素
（ＳｉＣ）基板が使用されるため、ＥＬ光がランダムな
方向に放出される。また、迷光が半導体チップの表面で
反射され、活性領域近傍に戻されたり、複数回の反射に
より様々なパターンの迷光が発生する。

【０００５】

【特許文献１】特開２００１−２４２３０号公報

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この意
図しない迷光により、露光装置の光源にＧａＮ系半導体
レーザを使用すると、光学系の操作でビーム径を小さく
してもスポット輪郭の鮮明さが得られない、という問題
がある。特に、高感度な銀塩感光材料を露光して連続階
調の高品位な写真画像を形成する銀塩方式では、画像が
ハーフトーン・ドットで構成される電子写真方式に比
べ、スポット輪郭の不鮮明さは致命的な問題となる。

【０００７】例えば、図１１（Ａ）及び（Ｂ）に示すよ
うに、ＧａＮ系半導体レーザ１の出力光をレンズ２によ
り印画紙３の表面に集光させると、レーザ発振されたレ
ーザ光４は所定サイズのスポット５を形成するが、発光
位置、方向、及び波長がランダムなＥＬ光６により輪郭
が不鮮明なパターン７が形成される。高感度な銀塩感光
材料の露光には約０．１ｍＷ程度のパワーで十分である
が、図１２に示すように、レーザスポットにおける印画
紙上での光強度（光出力）が約０．１ｍＷとなる低露光
強度領域においても、ＥＬ光による印画紙上での光強度
はかなり大きい。このため、例えば、図１３（Ａ）に示
すスポット５の直径と同じ線幅の縞状パターンを形成す
る場合に、ＥＬ光６によりストライプ間が露光され、図
１３（Ｂ）に示すように、鮮鋭度に劣る画像しか得るこ
とができない。

【０００８】本発明は上記事情に鑑み成されたものであ
り、本発明の目的は、窒化ガリウム系半導体レーザの出
力光からＥＬ光を低減した光で感光材料を露光すること
ができるレーザ露光装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のレーザ露光装置は、窒化ガリウム系材料で
構成されると共にレーザ光を射出するときにレーザ光以
外の迷光を射出する半導体レーザと、回折光により感光
材料が露光されるように、該半導体レーザから射出され
たレーザ光を迷光とは異なる所定方向に回折する回折手
段と、を含んで構成したことを特徴とする。

【００１０】上記レーザ露光装置の光源に用いた半導体
レーザは、窒化ガリウム系材料で構成されると共にレー
ザ光を射出するときにレーザ光以外の迷光を射出する。
回折手段は、半導体レーザから射出されたレーザ光を迷
光とは異なる所定方向に回折する。この回折光により感
光材料が露光されるので、窒化ガリウム系半導体レーザ
の出力光から迷光を低減した光で感光材料を露光するこ
とができる。

【００１１】上記の回折手段は、半導体レーザから射出
されたレーザ光を回折すると共に画像データに応じて回
折光の強度を空間的に変調する機能を併せ持つものでも
よい。例えば、回折溝の形状または屈折率分布を制御し
て回折光の強度を空間的に変調する機能を有する回折手
段を用いることができる。

【００１２】回折溝の形状を制御して回折光の強度を空
間的に変調する機能を有する回折手段としては、例え
ば、グレーティング・ライト・バルブ（ＧＬＶ）等の空
間光変調素子を使用することができる。ＧＬＶは、第１
の反射面が形成された微小固定素子と、第２の反射面が
形成された微小可動素子と、が基板面上に所定方向に沿
って交互に多数個配列されて構成されており、変調信号
に応じた静電力が作用したときに微小可動素子が移動し
て第１の反射面と第２の反射面との距離が変化し、干渉
効果により所定波長の入射光を所定方向に回折させる。

【００１３】屈折率分布を制御して回折光の強度を空間
的に変調する機能を有する回折手段としては、音響光学
素子等を用いることができる。音響光学素子等を用いる
場合には、屈折率分布が形成された部分の厚さが０．０
５ｍｍ〜１ｍｍであることが好ましい。

【００１４】半導体レーザは、回折手段の実効的な回折
格子の面に略垂直な方向に電界が向くように配置するこ
とが好ましい。電界が回折格子の面に略垂直に入射する
ことで、回折効率が最大になる。また、レーザ光を回折
する回折手段とは別に、半導体レーザと感光材料との間
に、回折光の強度を空間的に変調する空間変調器を更に
配置することもできる。

【００１５】なお、本発明のレーザ露光装置は、例え
ば、銀塩感光材料のように、濃度階調方式により露光す
る高感度な感光材料に適用した場合に特に顕著な効果を
得ることができる。

【００１６】

【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。

【００１７】［第１の実施の形態］ （システム全体の概略説明）図１には本発明の実施の形
態に係るデジタルラボシステム１０の概略構成が示され
ており、図２にはデジタルラボシステム１０の外観が示
されている。図１に示すように、このラボシステム１０
は、ラインＣＣＤスキャナ１４、画像処理部１６、画像
露光装置としてのレーザプリンタ部１８、及びプロセッ
サ部２０を含んで構成されており、ラインＣＣＤスキャ
ナ１４と画像処理部１６は、図２に示す入力部２６とし
て一体化されており、レーザプリンタ部１８及びプロセ
ッサ部２０は、図２に示す出力部２８として一体化され
ている。

【００１８】ラインＣＣＤスキャナ１４は、写真フィル
ム（例えばネガフィルムやリバーサルフィルム）等の写
真感光材料（以下、単に「写真フィルム」と称する）に
記録されているフィルム画像（被写体を撮影後、現像処
理されることで可視化されたネガ画像又はポジ画像）を
読み取るためのものであり、例えば１３５サイズの写真
フィルム、１１０サイズの写真フィルム、及び透明な磁
気層が形成された写真フィルム（２４０サイズの写真フ
ィルム：所謂ＡＰＳフィルム）、１２０サイズ及び２２
０サイズ（ブローニサイズ）の写真フィルムのフィルム
画像を読取対象とすることができる。ラインＣＣＤスキ
ャナ１４は、上記の読取対象のフィルム画像を３ライン
カラーＣＣＤで読み取り、Ｒ、Ｇ、Ｂの画像データを出
力する。

【００１９】図２に示すように、ラインＣＣＤスキャナ
１４は作業テーブル３０に取り付けられている。画像処
理部１６は、作業テーブル３０の下方側に形成された収
納部３２内に収納されており、収納部３２の開口部には
開閉扉３４が取り付けられている。収納部３２は、通常
は開閉扉３４によって内部が隠蔽された状態となってお
り、開閉扉３４が回動されると内部が露出され、画像処
理部１６の取り出しが可能な状態となる。

【００２０】また、作業テーブル３０には、奥側にディ
スプレイ１６４が取り付けられていると共に、２種類の
キーボード１６６Ａ、１６６Ｂが併設されている。一方
のキーボード１６６Ａは作業テーブル３０に埋設されて
いる。他方のキーボード１６６Ｂは、不使用時には作業
テーブル３０の引出し３６内に収納され、使用時には引
出し３６から取り出されてキーボード１６６Ａ上に重ね
て配置されるようになっている。キーボード１６６Ｂの
使用時には、キーボード１６６Ｂから延びるコード（信
号線）の先端に取り付けられたコネクタ（図示省略）
が、作業テーブル３０に設けられたジャック３７に接続
されることにより、キーボード１６６Ｂがジャック３７
を介して画像処理部１６と電気的に接続される。

【００２１】また、作業テーブル３０の作業面３０Ｕ上
にはマウス４０が配置されている。マウス４０は、コー
ド（信号線）が作業テーブル３０に設けられた孔４２を
介して収納部３２内へ延設されており、画像処理部１６
と接続されている。マウス４０は、不使用時はマウスホ
ルダ４０Ａに収納され、使用時はマウスホルダ４０Ａか
ら取り出されて、作業面３０Ｕ上に配置される。

【００２２】画像処理部１６は、ラインＣＣＤスキャナ
１４から出力された画像データ（スキャン画像データ）
が入力されると共に、デジタルカメラでの撮影によって
得られた画像データ、フィルム画像以外の原稿（例えば
反射原稿等）をスキャナで読み取ることで得られた画像
データ、コンピュータで生成された画像データ等（以
下、これらをファイル画像データと総称する）を外部か
ら入力する（例えば、メモリカード等の記憶媒体を介し
て入力したり、通信回線を介して他の情報処理機器から
入力する等）ことも可能なように構成されている。

【００２３】画像処理部１６は、入力された画像データ
に対して各種の補正等の画像処理を行って、記録用画像
データとしてレーザプリンタ部１８へ入力する。また、
画像処理部１６は、画像処理を行った画像データを画像
ファイルとして外部へ出力する（例えばメモリカード等
の情報記憶媒体に出力したり、通信回線を介して他の情
報処理機器へ送信する等）ことも可能とされている。

【００２４】レーザプリンタ部１８はＲ、Ｇ、Ｂのレー
ザ光源を備えており、画像処理部１６から入力された記
録用画像データに応じて変調したレーザ光を銀塩感光材
料である印画紙に照射して、走査露光によって印画紙に
画像（潜像）を記録する。また、プロセッサ部２０は、
レーザプリンタ部１８で走査露光によって画像が記録さ
れた印画紙に対し、発色現像、漂白定着、水洗、乾燥の
各処理を施す。これにより、印画紙上に画像が形成され
る。

【００２５】（レーザプリンタ部の詳細構成）次に、レ
ーザプリンタ部１８の構成について詳細に説明する。図
３には、レーザプリンタ部１８の光学系の構成が示され
ている。

【００２６】レーザプリンタ部１８は、レーザ光源２１
１Ｒ、２１０Ｇ、２１１Ｂの３個のレーザ光源を備えて
いる。レーザ光源２１１ＲはＲの波長（例えば、６８５
ｎｍ）のレーザ光（以下、Ｒレーザ光と称する）を射出
する半導体レーザ（ＬＤ）で構成されている。また、レ
ーザ光源２１０Ｇは、レーザ光射出手段としてのＬＤ２
１０Ｌと、該ＬＤ２１０Ｌから射出されたレーザ光を１
／２の波長のレーザ光に変換する波長変換手段としての
波長変換素子（ＳＨＧ）２１０Ｓから構成されており、
ＳＨＧ２１０ＳからＧの波長（例えば、５３２ｎｍ）の
レーザ光（以下、Ｇレーザ光と称する）が射出されるよ
うにＬＤ２１０Ｌの発振波長が定められている。レーザ
光源２１１ＢはＢの波長（例えば、４４０ｎｍ）のレー
ザ光（以下、Ｂレーザ光と称する）を射出するＧａＮ系
ＬＤで構成されている。レーザ光源２１１Ｒ、２１１Ｂ
はドライバ（図示省略）に接続されており、このドライ
バからの入力信号により直接変調されている。

【００２７】レーザ光源２１１Ｒのレーザ光射出側に
は、コリメータレンズ２１３、シリンドリカルレンズ２
１７が順に配置されており、レーザ光源２１１Ｒから射
出されたレーザ光はコリメータレンズ２１３により平行
光とされ、シリンドリカルレンズ２１７を介してポリゴ
ンミラー２１８の反射面上の上記所定位置と略同一の位
置に照射されて、ポリゴンミラー２１８で反射される。

【００２８】レーザ光源２１０Ｇのレーザ光射出側に
は、コリメータレンズ２１２、外部変調手段としての音
響光学素子（ＡＯＭ；Acousto-Optic Modulator）２１
４Ｇが順に配置されている。ＡＯＭ２１４Ｇは、入射さ
れたレーザ光が音響光学媒質を透過するように配置され
ていると共に、ＡＯＭドライバ（図示省略）に接続され
ており、ＡＯＭドライバから高周波信号が入力される
と、音響光学媒質内を高周波信号に応じた超音波が伝搬
し、音響光学媒質を透過するレーザ光に音響光学効果が
作用して回折が生じ、高周波信号の振幅に応じた強度の
レーザ光がＡＯＭ２１４Ｇから回折光として射出され
る。端的に言えば、ＡＯＭは、音波により材料の屈折率
が変化して光学的な回折格子が形成される音響回折現象
を用いた光変調器である。

【００２９】ＡＯＭ２１４Ｇの回折光射出側には、平面
ミラー２１５が配置されており、平面ミラー２１５のレ
ーザ光射出側には、球面レンズ２１６、シリンドリカル
レンズ２１７、及びポリゴンミラー２１８が順に配置さ
れており、ＡＯＭ２１４Ｇから回折光として射出された
Ｇレーザ光は、平面ミラー２１５によって反射された
後、球面レンズ２１６及びシリンドリカルレンズ２１７
を介してポリゴンミラー２１８の反射面上の所定位置に
反射され、ポリゴンミラー２１８で反射される。

【００３０】レーザ光源２１１Ｂのレーザ光射出側に
は、集光レンズ４４、回折手段としての反射型回折格子
４６が順に配置されている。反射型回折格子４６は、干
渉効果によりレーザ光を所定方向に回折させると共に、
レーザ光以外の迷光をレーザ回折方向とは異なる方向に
反射する。レーザ光源２１１Ｂから射出された光は集光
レンズ４４により集光され、反射型回折格子４６の表面
に照射される。図４に示すように、レーザ光源２１１Ｂ
からは所定波長でレーザ発振されたレーザ光４８と共に
ＥＬ光４９が射出される。なお、レーザ光４８は実線
で、ＥＬ光４９は破線で表す。レーザ光４８は、放射角
度が所定範囲内にあり、波面及び波長が揃った光である
のに対し、ＥＬ光４９は発光位置、方向、及び波長がラ
ンダムなインコヒーレント光である。このため、レーザ
光４８及びＥＬ光４９が反射型回折格子４６の表面に照
射されると、所定波長で発振されたレーザ光４８は反射
型回折格子４６で所定方向に回折されるが、ＥＬ光４９
は殆ど回折されずそのまま反射される。これにより、レ
ーザ光源２１１Ｂの出力光に含まれるＥＬ光を分離除去
することができる。

【００３１】反射型回折格子４６の回折光射出側には、
コリメータレンズ２１３、シリドリカルレンズ２１７、
及びポリゴンミラー２１８が順に配置されており、反射
型回折格子４６から回折光として射出されたＢレーザ光
は、コリメータレンズ２１３により平行光とされ、シリ
ンドリカルレンズ２１７を介してポリゴンミラー２１８
の反射面上の上記所定位置と略同一の位置に照射され
て、ポリゴンミラー２１８で反射される。

【００３２】ポリゴンミラー２１８で反射されたＲ、
Ｇ、Ｂの３本のレーザ光はｆθレンズ２２０、シリンド
リカルレンズ２２１を順に透過し、シリンドリカルミラ
ー２２２によって反射された後、折り返しミラー２２３
によって略鉛直下方向に反射されて開孔部２２６を介し
て印画紙２２４に照射される。なお、折り返しミラー２
２３を省略し、シリンドリカルミラー２２２によって直
接略鉛直下方向に反射して印画紙２２４に照射しても良
い。

【００３３】一方、印画紙２２４上の走査露光開始位置
側方近傍には、開孔部２２６を介して到達したＲレーザ
光を検出する走査開始検出センサ（以下、ＳＯＳ検出セ
ンサと称する）２２８が配置されている。なお、ＳＯＳ
検出センサ２２８で検出するレーザ光をＲレーザ光とす
るのは、印画紙はＲの感度が最も低く、このためＲレー
ザ光の光量が最も大きくされているので確実に検出でき
ること、ポリゴンミラー２１８の回転による走査におい
てＲレーザ光が最も早くＳＯＳ検出センサ２２８に到達
すること、等の理由からである。また、本実施形態で
は、ＳＯＳ検出センサ２２８から出力される信号（以
下、センサ出力信号と称する）は、通常はローレベルと
されており、Ｒレーザ光が検出されたときのみハイレベ
ルとなるように構成されている。

【００３４】（発振波長４４０ｎｍの半導体レーザの詳
細構成）次に、レーザ光源２１１Ｂに使用される発振波
長４４０ｎｍのＧａＮ系ＬＤの構成の一例について詳細
に説明する。図５にＧａＮ系ＬＤの積層構成を示す。

【００３５】図５に示すＧａＮ系ＬＤでは、サファイア
基板５０上に、低欠陥ｎ型ＧａＮ基板層５２、ｎ型Ｇａ
Ｎバッファ層５４（シリコン（Ｓｉ）ドープ、厚さ５μ
ｍ）、ｎ型Ｉｎ_0.1Ｇａ_0.9Ｎバッファ層５６（Ｓｉドー
プ、厚さ０．１μｍ）、ｎ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎクラッド
層５８（Ｓｉドープ、厚さ０．４５μｍ）、ｎ型ＧａＮ
ガイド層６０（Ｓｉドープ、厚さ０．０８μｍ）、アン
ドープ活性層６２、ｐ型ＧａＮガイド層６４（マグネシ
ウム（Ｍｇ）ドープ、厚さ０．０８μｍ）、ｐ型Ａｌ
_0.1Ｇａ_0.9Ｎクラッド層６６（Ｍｇドープ、厚さ０．４
５μｍ）、及びｐ型ＧａＮキャップ層６８（Ｍｇドー
プ、厚さ０．２５μｍ）が、順次積層されている。

【００３６】活性層６２は、例えば、アンドープＩｎ
_0.05Ｇａ_0.95Ｎ（厚さ１０ｎｍ）、アンドープＩｎ_0.23
Ｇａ_0.77Ｎ量子井戸層（厚さ３ｎｍ）、アンドープＩｎ
_0.05Ｇａ_0.95Ｎ（厚さ５ｎｍ）、アンドープＩｎ_0.23Ｇ
ａ_0.77Ｎ量子井戸層（厚さ３ｎｍ）、アンドープＩｎ
_0.05Ｇａ_0.95Ｎ（厚さ１０ｎｍ）、及びアンドープＡｌ
_{0. 1}Ｇａ_0.9Ｎ（厚さ１０ｎｍ）が、この順に積層された
２重量子井戸構造とする。

【００３７】この積層体は、高さ（Ｈ３）が約１００μ
ｍ、幅（Ｗ２）が約３００μｍであり、ｎ型ＧａＮバッ
ファ層５４が露出する深さまで除去されて、ポスト形状
のメサが形成されている。メサの高さ（Ｈ２）は３〜５
μｍである。また、メサはｐ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎクラッ
ド層６６が露出する深さまで除去されて、リッジストラ
イプが形成されている。リッジ部分の高さ（Ｈ１）は約
０．９μｍ、幅（Ｗ１）は約１．７μｍである。

【００３８】露出したｐ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎクラッド層
６６の表面とｐ型ＧａＮキャップ層６８の側面とは、窒
化ケイ素（ＳｉＮ）膜７０により被覆されている。ｐ型
ＧａＮキャップ層６８上にはｐ型ＧａＮキャップ層６８
の露出部分とコンタクトするようにｐ側電極７２が形成
され、露出したｎ型ＧａＮバッファ層５４上にはｎ側電
極７４が形成されている。このＬＤでは、電流がｐ側電
極７２からｎ側電極７４に流されると、リッジストライ
プにより電流通路が狭窄されて活性層６２に効率よく注
入され、発振波長４４０ｎｍのレーザ光が端面より取り
出される。

【００３９】次に、上記構造のＬＤの製造工程について
簡単に説明する。まず、サファイア基板５０のｃ面上に
文献（S.Nagahama.et.al., Jpn.J.Appl.Phys.Vol.39,N
o.7A,p.L647(2000)）記載の方法により低欠陥ｎ型Ｇａ
Ｎ基板層５２を形成する。

【００４０】次に、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ
法）を用いて、ｎ型ＧａＮバッファ層５４、ｎ型Ｉｎ
_0.1Ｇａ_0.9Ｎバッファ層５６、ｎ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎク
ラッド層５８、ｎ型ＧａＮガイド層６０、アンドープ活
性層６２、ｐ型ＧａＮガイド層６４、ｐ型Ａｌ_0.1Ｇａ
_0.9Ｎクラッド層６６、及びｐ型ＧａＮキャップ層６８
を順次積層する。

【００４１】次に、基板を成長室から取り出し、塩素イ
オンを用いたリアクティブ・イオン・エッチング（ＲＩ
ＢＥ；Reactive Ion Beam Etching）により、上記積層
体の一部をｐ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎクラッド層６６が露出
するまで除去し、幅１．７μｍ程度のリッジストライプ
を形成する。ｐ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎクラッド層６６は、
ｐ型ＧａＮガイド層６４表面から０．１μｍの深さまで
除去する。

【００４２】次に、プラズマＣＶＤ法により、露出した
ｐ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎクラッド層６６の表面とｐ型Ｇａ
Ｎキャップ層６８の表面とをＳｉＮ膜７０により被覆し
た後、フォトリソグラフィによりレジストマスクを形成
し、エッチングによりリッジ上面に形成されたＳｉＮ膜
を選択的に除去する。その後、窒素ガス雰囲気中で熱処
理しｐ型不純物を活性化する。

【００４３】次に、塩素イオンを用いたＲＩＢＥによ
り、発光領域を含む部分以外のエピ層（レーザを構成す
るのに不要な部分）をｎ型ＧａＮバッファ層５４が露出
するまで除去し、ポスト形状のメサを形成する。

【００４４】次に、ｐ型ＧａＮキャップ層６８の露出面
上にＮｉ／Ａｕを順に真空蒸着し、ｎ型ＧａＮバッファ
層５４の露出面上にＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕを順に真空
蒸着し、各々を窒素雰囲気中でアニールしてオーミック
電極を形成する。これにより、ｐ型ＧａＮキャップ層６
８上にはｐ側電極７２が形成され、ｎ型ＧａＮバッファ
層５４上にはｎ側電極７４が形成される。最後に、劈開
により共振器端面を形成する。これによりＬＤが完成す
る。

【００４５】なお、低欠陥ｎ型ＧａＮ基板層５２が形成
されたサファイア基板の代わりに、絶縁物のサファイア
基板や導電性の炭化ケイ素（ＳｉＣ）基板を用いること
ができる。また、積層体の各層をＭＯＣＶＤ法に代えて
エピタキシャル成長（ＥＬＯＧ；Epitaxially Lateral
Over Growth）により形成することにより、文献（松
下、オプトロエクス、N0.1、p.62(2000)）に記載されて
いるように、発振ストライプ領域での転位を減少させる
ことができる。

【００４６】Ｂのレーザ光源であるレーザ光源２１１Ｂ
から射出された光による印画紙上での光強度（光出力）
と駆動電量との関係を図６に示す。実線で示すように、
反射型回折格子を用いた本実施の形態ではＥＬ光による
印画紙上での光強度が大幅に低減されている。印画紙の
露光には約０．１ｍＷ程度のパワーで十分であるが、レ
ーザスポットにおける印画紙上での光強度が約０．１ｍ
Ｗとなる低露光強度領域においても、ＥＬ光による印画
紙上での光強度は非常に小さい。なお、反射型回折格子
を用いずにレーザ光源２１１Ｂから射出された光をコリ
メータレンズ２１３に直接入射させた場合の、印画紙上
での光強度と駆動電量との関係を破線で示す。これと比
較しても、本実施の形態ではＥＬ光による印画紙上での
光強度が約１０分の１と大幅に低減されていることが分
かる。

【００４７】以上説明した通り、本実施の形態では、Ｂ
のレーザ光源（レーザ光源２１１Ｂ）にＧａＮ系ＬＤを
使用しているが、反射型回折格子を用いてＧａＮ系ＬＤ
の出力光に含まれるＥＬ光を大幅に低減することができ
るので、印画紙上でＥＬ光による輪郭が不鮮明なパター
ンが形成されない。このため、輪郭の鮮明なレーザスポ
ットで印画紙を露光することができ、鮮鋭度に優れた高
品位の画像を得ることができる。

【００４８】なお、ＧａＮ系ＬＤを直接変調することに
よりレーザプリンタ部の光学系が簡素化され、装置全体
の小型化を図ることができるが、直接変調ではなく、反
射型回折格子の回折光射出側にＥＯＭ（Electro Optic
Modulator）、ＡＯＭ等の外部変調器を配置して外部変
調してもよい。

【００４９】［第２の実施の形態］第２の実施の形態に
係るデジタルラボシステムは、レーザプリンタ部の光学
系において、Ｂ色のレーザ光源を直接変調せず、回折手
段として光変調機能を備えた反射回折格子型のグレーテ
ィング・ライト・バルブ（ＧＬＶ）を用いＧＬＶにより
レーザ光を変調する以外は、第１の実施の形態に係るデ
ジタルラボシステムと同様であるため、同一部分に付い
ては説明を省略し、相違点のみ説明する。

【００５０】図７に示すように、ＧａＮ系ＬＤで構成さ
れたレーザ光源２１１Ｂのレーザ光射出側には、集光レ
ンズ４４、ＧＬＶ８０が順に配置されている。ＧＬＶ８
０は、ＧＬＶで回折された光が出射側に配置されたコリ
メータレンズ２１３に入射されるように、予めコリメー
タレンズ２１３の光軸に対し所定角度（例えば９０°）
で配置されている。

【００５１】レーザ光源２１１Ｂから射出された光は集
光レンズ４４により集光され、ＧＬＶ８０の表面に照射
される。レーザ光４８及びＥＬ光４９がＧＬＶ８０の表
面に照射されると、所定波長で発振されたレーザ光４８
は、後述するように入力信号に応じてＧＬＶ８０で変調
されると共に所定方向に回折されるが、ＥＬ光４９は入
力信号に関係無く殆ど回折されずそのまま反射される。
これにより、レーザ光源２１１Ｂの出力光に含まれるＥ
Ｌ光を分離除去することができる。

【００５２】ここで、図８を参照して、ＧＬＶ８０の構
成及び動作原理について説明する。ＧＬＶ８０は、例え
ば米国特許第５，３１１，３６０号に開示されているよ
うに、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）
タイプの空間変調素子（ＳＬＭ；Spacial Light Modula
tor）であり、図８（Ａ）に示すように、グレーティン
グを一方向に複数配列して構成されている。ＧＬＶ８０
のシリコン等からなる基板８２上には、可動格子となる
リボン状のマイクロブリッジ８４が複数個（例えば、６
個）設けられている。複数のマイクロブリッジ８４が平
行に配列されることで複数のスリット８６が形成されて
いる。マイクロブリッジ８４は、基板８２から所定間隔
離間されている。マイクロブリッジ８４は、図８（Ｂ）
及び（Ｃ）に示すように、基板８２に対向する下面側が
窒化ケイ素（ＳｉＮx）等からなる可撓性梁８４ａで構
成され、表面側がアルミニウム（又は、金、銀、銅等）
の単層金属膜からなる反射電極膜８４ｂで構成されてい
る。

【００５３】このＧＬＶ８０は、マイクロブリッジ８４
と基板８２との間に印加される電圧のオン／オフで駆動
制御される。マイクロブリッジ８４と基板８２との間に
印加する電圧をオンにすると、静電誘導された電荷によ
ってマイクロブリッジ８４と基板８２との間に静電吸引
力が発生し、マイクロブリッジ８４が基板８２側に撓
む。一方、印加電圧をオフにすると、撓みが解消し、マ
イクロブリッジ８４は弾性復帰により基板８２から離間
する。従って、電圧を印加するマイクロブリッジ８４を
交互に配置することで、電圧の印加により回折格子を生
成することができる。

【００５４】マイクロブリッジ８４に電圧を印加しない
場合（ＧＬＶ非駆動時）には、マイクロブリッジ８４の
反射面の高さが総て揃い、反射光には光路差が生じず正
反射される。一方、１つおきのマイクロブリッジ８４に
電圧を印加した場合（ＧＬＶ駆動時）には、前述した原
理によりマイクロブリッジ８４の中央部が撓み、交互に
段差のある反射面となる。この反射面にレーザ光を入射
すると、撓みのないマイクロブリッジ８４で反射された
光には光路差が生じ、光の回折現象が発生する。１次回
折光の強度Ｉ1stは発生する光路差に依存し、下記の式
で表すことができる。この場合、光路差としてλ／２と
なる場合に最も回折光の強度が大きくなる。なお、Ｉ
_MAXは入射光強度、ｄは格子定数、λは波長である。

【００５５】

【数１】

【００５６】ＧＬＶ８０は、ＧＬＶドライバ（図示省
略）に接続されており、ＧＬＶドライバからパルス状の
変調信号が入力されると、入力信号に対応してオン／オ
フ制御される。即ち、信号がオフの場合にはＧＬＶが非
駆動とされ、ＧＬＶ８０に入射した光は、入射角と同じ
反射角で反射され０次反射光となる。この０次反射光
は、例えばスリット板を用いて、出射側に配置されたコ
リメータレンズ２１３の入射光路から外される。一方、
信号がオンの場合にはＧＬＶが駆動され、ＧＬＶ８０に
入射した光は所定方向に反射（回折）される。

【００５７】Ｂのレーザ光源であるレーザ光源２１１Ｂ
から射出された光による印画紙上での光強度と駆動電量
との関係を調査した結果、回折手段としてＧＬＶを用い
た本実施の形態においても、ＥＬ光による印画紙上での
光強度が大幅に低減されていることが確認された。

【００５８】以上説明した通り、本実施の形態では、Ｂ
のレーザ光源（レーザ光源２１１Ｂ）にＧａＮ系ＬＤを
使用しているが、ＧＬＶを用いてＧａＮ系ＬＤの出力光
に含まれるＥＬ光を大幅に低減することができるので、
印画紙上でＥＬ光による輪郭が不鮮明なパターンが形成
されない。このため、輪郭の鮮明なレーザスポットで印
画紙を露光することができ、鮮鋭度に優れた高品位の画
像を得ることができる。

【００５９】また、ＧａＮ系ＬＤを印加する電流強度の
変化により変調するのではなく、ＧａＮ系ＬＤは連続発
振させてＧＬＶにより外部変調しているので、ＧａＮ系
ＬＤを常に高光出力状態で動作させることができると共
に、ＥＬ光を低減することができる。更に、ＧＬＶが回
折光学素子としての機能と外部変調器としての機能とを
併せ持つので、光学部品の部品点数が減少すると共に光
学調整（アラインメント）が簡単になる。

【００６０】なお、ＧＬＶを反射型回折格子としてのみ
用い、ＧＬＶの回折光射出側にＥＯＭ（Electro Optic
Modulator）、ＡＯＭ等の外部変調器を配置して外部変
調してもよい。また、ＧＬＶを反射型回折格子としての
み用い、ＧａＮ系ＬＤを直接変調してもよい。

【００６１】［第３の実施の形態］第３の実施の形態に
係るデジタルラボシステムは、レーザプリンタ部の光学
系において、Ｂ色のレーザ光源を直接変調せず、回折手
段として光変調機能を備えた透過型回折素子である音響
光学素子（ＡＯＭ）を用い、ＡＯＭによりレーザ光を変
調する以外は、第１の実施の形態に係るデジタルラボシ
ステムと同様であるため、同一部分に付いては同じ符号
を付して説明を省略し、相違点のみ説明する。

【００６２】図９に示すように、ＧａＮ系ＬＤで構成さ
れたレーザ光源２１１Ｂのレーザ光射出側には、集光レ
ンズ４４、ＡＯＭ８８が順に配置されている。レーザ光
源２１１Ｂから射出された光は集光レンズ４４により集
光され、ＡＯＭ８８の表面に照射される。ＡＯＭ８８
は、入射されたレーザ光が音響光学媒質を透過するよう
に配置されると共に、ＡＯＭドライバ（図示省略）に接
続されている。

【００６３】図１０に示すように、ＡＯＭドライバ（図
示省略）から変調信号が入力されると、レーザ光源２１
１Ｂから所定波長で発振されたレーザ光４８は、音響光
学効果によって入力信号に応じてＡＯＭ８８で変調され
ると共に所定方向に回折される。一方、ＥＬ光４９は入
力信号に関係無く殆ど回折されずそのまま透過される。
また、ＥＬ光４９は、元々、空間的に発散した光である
ため、実質的に０．５ｍｍ以下の厚さしかない変調領域
に入射されない。この蹴られによりＡＯＭ８８への入射
光自体が減少する。これにより、レーザ光源２１１Ｂの
出力光に含まれるＥＬ光の大半を分離除去することがで
きる。

【００６４】ＡＯＭ８８の回折光射出側には、平面ミラ
ー９０が配置されており、平面ミラー９０のレーザ光射
出側には、球面レンズ９２、シリンドリカルレンズ２１
７、及びポリゴンミラー２１８が順に配置されており、
ＡＯＭ８８から回折光として射出されたＢレーザ光は、
平面ミラー９０によって反射された後、球面レンズ９２
及びシリンドリカルレンズ２１７を介してポリゴンミラ
ー２１８の反射面上の所定位置に反射され、ポリゴンミ
ラー２１８で反射される。

【００６５】回折手段として用いるＡＯＭの実質的な厚
さ（屈折率分布が形成される部分の厚さ）は、約０．０
５ｍｍ〜１ｍｍであり、特に、高感度の銀塩感光材料を
使用する場合には、高品位画像を得るために厚さ約０．
５ｍｍ以下とすることが好ましい。これはＡＯＭにおい
て音波により材料の屈折率が変化して光学的な回折格子
が形成されるのは、表面から１ｍｍ以下の範囲であるこ
とに起因すると考えられる。また、ＡＯＭの実質的な厚
さが約０．０５ｍｍ未満では、十分な回折効果を得るこ
とができない。また、ＡＯＭは、図１０に示すように、
電界がＡＯＭ素子に垂直に入射することにより回折効率
が最大となる。電界はレーザ素子の接合面と水平な方向
を向くように形成される。従って、電界がＡＯＭ素子と
略垂直になるように、レーザ素子及び光学系を配置する
ことが望ましい。

【００６６】なお、第１の実施の形態で説明した通り、
レーザ光源２１１Ｂは、サファイア基板５０上に、ｎ型
ＧａＮ基板層５２、ｎ型ＧａＮバッファ層５４、ｎ型Ｉ
ｎ_{0. 1}Ｇａ_0.9Ｎバッファ層５６、ｎ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎ
クラッド層５８、ｎ型ＧａＮガイド層６０、アンドープ
活性層６２、ｐ型ＧａＮガイド層６４、ｐ型Ａｌ_0.1Ｇ
ａ_0.9Ｎクラッド層６６、及びｐ型ＧａＮキャップ層６
８が、順次積層されたＧａＮ系ＬＤである。各半導体層
はエピタキシャル成長により形成することができる。

【００６７】Ｂのレーザ光源であるレーザ光源２１１Ｂ
から射出された光による印画紙上での光強度と駆動電量
との関係を調査した結果、回折手段としてＡＯＭを用い
た本実施の形態においても、ＥＬ光による印画紙上での
光強度が大幅に低減されていることが確認された。

【００６８】以上説明した通り、本実施の形態では、Ｂ
のレーザ光源（レーザ光源２１１Ｂ）にＧａＮ系ＬＤを
使用しているが、ＡＯＭを用いてＧａＮ系ＬＤの出力光
に含まれるＥＬ光を大幅に低減することができるので、
印画紙上でＥＬ光による輪郭が不鮮明なパターンが形成
されない。このため、輪郭の鮮明なレーザスポットで印
画紙を露光することができ、鮮鋭度に優れた高品位の画
像を得ることができる。

【００６９】また、ＧａＮ系ＬＤを印加する電流強度の
変化により変調するのではなく、ＧａＮ系ＬＤは連続発
振させて、ＡＯＭにより外部変調しているので、ＡＯＭ
での蹴られによりＥＬ光の除去効率が高くなるという利
点がある。更に、ＡＯＭが回折光学素子としての機能と
外部変調器としての機能とを併せ持つので、光学部品の
部品点数が減少すると共にアラインメントが簡単にな
る。

【００７０】

【発明の効果】本発明のレーザ露光装置は、窒化ガリウ
ム系半導体レーザの出力光からＥＬ光を低減した光で感
光材料を露光することができる、という効果を奏する。
これにより、銀塩方式で露光する場合にも高品位な画像
を得ることができる、という効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態に係るデジタルラボシステム
の概略構成を示すブロック図である。

【図２】第１の実施の形態に係るデジタルラボシステム
の外観を示す斜視図である。

【図３】図２に示すデジタルラボシステムのレーザプリ
ンタ部の光学系の構成を示す斜視図である。

【図４】図３に示すレーザプリンタ部のＢ色レーザ光源
の出力光からＥＬ光が分離される原理を示す概略図であ
る。

【図５】ＧａＮ系半導体レーザの積層構成を示す断面図
である。

【図６】Ｂ色のレーザ光源からの出力光による印画紙上
での光強度と駆動電量との関係を示すグラフである。

【図７】第２の実施の形態に係るデジタルラボシステム
のレーザプリンタ部のＢ色レーザ光源の出力光からＥＬ
光を分離するための構成を示す概略図である。

【図８】（Ａ）はグレーティング・ライト・バルブ（Ｇ
ＬＶ）の概略構成を示す斜視図であり、（Ｂ）及び
（Ｃ）はＧＬＶの動作原理の説明図である。

【図９】第３の実施の形態に係るデジタルラボシステム
のレーザプリンタ部の光学系の構成を示す斜視図であ
る。

【図１０】図９に示すレーザプリンタ部のＢ色レーザ光
源の出力光からＥＬ光を分離するための構成を示す斜視
図である。

【図１１】（Ａ）はＧａＮ系半導体レーザを用いた従来
の露光装置で印画紙を露光する様子を示す斜視図であ
り、（Ｂ）は（Ａ）の光軸に沿った断面図である。

【図１２】ＧａＮ系半導体レーザからの出力光による印
画紙上での光強度と駆動電量との関係を示すグラフであ
る。

【図１３】（Ａ）はレーザスポットの直径と同じ線幅の
縞状パターンを示す図であり、（Ｂ）はＧａＮ系半導体
レーザを用いた従来の露光装置で（Ａ）のパターンを露
光した場合の画像を示す図である。

【符号の説明】

１０ ラボシステム １４ ラインＣＣＤスキャナ １６ 画像処理部 １８ レーザプリンタ部 ２０ プロセッサ部 ２６ 入力部 ２８ 出力部 ４４ 集光レンズ ４６ 反射型回折格子 ４８ レーザ光 ４９ ＥＬ光 ８０ ＧＬＶ ８８、２１４Ｇ 音響光学素子（ＡＯＭ） ９０、２１５ 平面ミラー ９２、２１６ 球面レンズ ２１０Ｇ、２１１Ｒ、２１１Ｂ レーザ光源 ２１０Ｌ 半導体レーザ（ＬＤ） ２１０Ｓ 波長変換素子（ＳＨＧ） ２１２、２１３ コリメータレンズ ２１７、２２１ シリンドリカルレンズ ２１８ ポリゴンミラー ２２４ 印画紙

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 喜一 神奈川県足柄上郡開成町宮台798番地 富 士写真フイルム株式会社内 (72)発明者 早川 利郎 神奈川県足柄上郡開成町宮台798番地 富 士写真フイルム株式会社内 Ｆターム(参考） 2C362 AA04 AA10 BA04 BA83 BA84 DA28 2H045 BA24 CB63 2H079 AA02 AA04 CA22 EB15 KA08

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】窒化ガリウム系材料で構成されると共にレ
   ーザ光を射出するときにレーザ光以外の迷光を射出する
   半導体レーザと、 回折光により感光材料が露光されるように、該半導体レ
   ーザから射出されたレーザ光を迷光とは異なる所定方向
   に回折する回折手段と、 を含むレーザ露光装置。
2. 【請求項２】前記回折手段は、半導体レーザから射出さ
   れたレーザ光を回折すると共に画像データに応じて回折
   光の強度を空間的に変調する請求項１に記載のレーザ露
   光装置。
3. 【請求項３】前記回折手段は、回折溝の形状または屈折
   率分布を制御して回折光の強度を空間的に変調する請求
   項２に記載のレーザ露光装置。
4. 【請求項４】前記回折手段は、屈折率分布を制御して回
   折光の強度を空間的に変調すると共に、屈折率分布が形
   成された部分の厚さが０．０５ｍｍ〜１ｍｍである請求
   項３に記載のレーザ露光装置。
5. 【請求項５】前記半導体レーザを、前記前記回折手段の
   実効的な回折格子の面に略垂直な方向に電界が向くよう
   に配置した請求項１乃至４のいずれか１項に記載のレー
   ザ露光装置。
6. 【請求項６】前記半導体レーザと前記感光材料との間
   に、回折光の強度を空間的に変調する空間変調器を更に
   配置した請求項１に記載のレーザ露光装置。