JP2003291153A

JP2003291153A - 照射装置

Info

Publication number: JP2003291153A
Application number: JP2002101739A
Authority: JP
Inventors: Katsuya Yagi; 克哉八木; 尚 ▲吉▼田; Takashi Yoshida; Yuichi Shin; 勇一新
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 2002-04-03
Filing date: 2002-04-03
Publication date: 2003-10-14

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体光源を効率的に利用して均一な処理が
可能な照射装置を提供すること。【解決手段】半導体レーザ１２から出射されたレーザ
光は、コリメータレンズ２１を経て平行光束され、ビー
ム整形部３０を経て所望のビーム断面にされた後、ビー
ムスプリッタ４１を通過して２次光源形成部５０の集光
レンズ５１に平行光束として入射する。集光レンズ５１
に入射したレーザ光は、集光されてピンホール板５２に
入射する。ピンホール板５２の位置には、点状の２次光
源が形成され、対物レンズ６０には、波面の乱れのない
均一なエネルギ分布のレーザ光が入射する。ピンホール
板５２の点状光源から出射したレーザ光は、対物レンズ
６０に入射して均一な平行光束に変換される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体光源からの
光束を所望の状態に制御して出射させる照射装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】接着剤や表面保護に用いる樹脂に対し紫
外線等の光線を照射してこれを硬化させる技術が知られ
ている。このような硬化方法は、例えばＦＰＤ（flat p
anel display）の封止や半導体の製造工程等の分野で用
いられており、光源として水銀キセノンランプ等が使用
される。具体的には、紫外から青色にかけての輝線スペ
クトルを有する水銀キセノンランプと、このランプから
の光束を収束するミラーと、このミラーの焦点に入射端
を有するライトガイドとからなる照射装置が用いられ
る。この種の照射装置では、紫外又は青色の光束を所望
の径を有するスポットにして対象に照射することで、目
的とする部分又は領域の樹脂を全体に亘って硬化させる
ことができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
光源を用いた場合、目的とする波長のみの光をある程度
の任意性をもって選択して、狭帯域で高いエネルギの光
束にして対象に照射することができない。

【０００４】また、上記のような光源を用いた場合、光
源光束を狭い領域に集光することができずブロードな照
射になるので、例えばＣＣＤ、Ｃ−ＭＯＳセンサ等の撮
像素子にカバーガラス等を取り付ける場合には、撮像部
分にマスクを設ける等の工夫が必要となる。

【０００５】また、上記のような光源を用いた場合、均
一な硬化処理が困難である。つまり、ライトガイドの出
射端から出射した光束をただ対象に照射しているだけで
あるので、照射領域内で光強度の不均一が生じる。この
ため、硬化処理の精密な制御が困難となって、部分的に
硬化不全が生じたり、光源を効率的に利用することがで
きなくなる。

【０００６】ここで、照射装置に組み込む光源として水
銀キセノンランプの代わりに半導体レーザを用いること
が考えられるかもしれない。

【０００７】しかし、半導体レーザからのレーザ光束を
ただ集光若しくはコリメートして対象に照射ただけで
は、均一な硬化処理が困難である。つまり、半導体レー
ザの発光面に存在する輝度分布が処理対象にそのまま投
影され、或いは光路上にゴミ等が入り込んで照射ムラが
生じ、照射領域内で光強度の不均一が生じる。このた
め、部分的に硬化不全が生じ、或いは光源を効率的に利
用することができなくなる。

【０００８】また、半導体レーザを用いた場合、出力の
制御等は比較的簡単に行えるものの、用途によっては光
強度が不十分となる場合が生じ、この場合、処理のスル
ープットが低下し、硬化処理等の迅速性を確保すること
ができない。

【０００９】また、半導体レーザを用いた場合、単一波
長の光のみを対象に照射することになるので、対象に照
射する光の多様性（光の波長分布など）が限定される。
具体的に説明すると、異なる波長の一対の処理光を同時
或いは切り換えて硬化対象に照射することができれば、
硬化状態や処理のスループットを向上させることができ
る。

【００１０】そこで、本発明は、光源を効率的に利用し
て均一な処理を行うことができる照射装置を提供するこ
とを目的とする。

【００１１】また、本発明は、目的とする領域を簡易な
手法で正確に照射することができる照射装置を提供する
ことを目的とする。

【００１２】また、本発明は、光源を効率的に利用して
多様な処理が可能な照射装置を提供することを目的とす
る。

【００１３】また、本発明は、異なる波長の処理光を同
時或いは切り換えて適宜照射することができる照射装置
を提供することを目的とする。

【００１４】さらに、本発明は、十分な強度の光束を用
いて処理のスループットを向上させることを目的とす
る。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に係る第１の照射装置は、近紫外域から緑色
までのうち所定波長の光束を出射する半導体光源と、半
導体光源から出射される光束のうち所定の空間周波数成
分を抽出する光処理手段とを備える。ここで、近紫外域
とは、波長３００ｎｍから３８０ｎｍの範囲を意味し、
緑色とは、波長５００ｎｍから５５０ｎｍの範囲を意味
する。従って、近紫外域から緑色までのうち所定波長の
光束とは、波長３００ｎｍから５５０ｎｍの範囲のうち
所定波長の光束を意味する。また、半導体光源とは、一
般に半導体レーザ（ＬＤ）を意味するが、発光ダイオー
ド（ＬＥＤ）を含む。半導体光源としては、半導体レー
ザによるコヒーレント光を用いることが特に好ましい。

【００１６】上記照射装置では、光処理手段が半導体光
源から出射される光束のうち所定の空間周波数成分を抽
出するので、光源の特性を処理対象や処理目的に簡易に
適合させることができる。具体的に説明すると、例えば
樹脂を光硬化させる用途では、光源の発光面の不均一や
発光面からの光路中における波面の乱れ等の要因にかか
わらず、所望の強度分布で所望のビーム断面を有する光
源光を硬化対象に照射することができる。

【００１７】また、上記照射装置の具体的な態様では、
半導体光源が、所定波長の光束として青色の光束を出射
する。ここで、青色とは、波長３８０ｎｍから５００ｎ
ｍの範囲を意味する。この照射装置の場合、樹脂の光硬
化や光特性の検査等に適する青色光を発生する半導体光
源からの光束を所望の状態にして対象に照射することが
できる。

【００１８】また、上記照射装置の別の具体的な態様で
は、光処理手段が、半導体光源から出射される光束を収
束させる収束光学系と、収束光学系の焦点位置近傍に配
置される空間周波数フィルタとを有する。ここで、焦点
位置近傍とは、焦点位置そのものに配置される場合を含
むものとし、空間周波数フィルタの機能が損なわれない
限り、光軸方向にずれた位置に配置されることも許容さ
れる。この照射装置の場合、簡単な光学系を用いて空間
フィルタリングが可能になる。

【００１９】また、上記照射装置の別の具体的な態様で
は、光処理手段が、半導体光源から出射される光束を点
光源に変換する。この場合、半導体光源からの光束を用
いて点状の２次光源を形成して対象に点光源から得た理
想的な光束を照射することができるので、処理の均一性
や精密性を高めることができる。

【００２０】また、本発明に係る第２の照射装置は、第
１及び第２の光束をそれぞれ出射する第１及び第２の半
導体光源と、第１及び第２の半導体光源からそれぞれ出
射される第１及び第２の光束を同一の光路に導く光結合
手段と、光結合手段から出射される第１及び第２の光束
のうち所定の空間周波数成分を抽出する光処理手段とを
備える。ここで、光結合手段は、第１及び第２の光束を
合波して同時に出射させるものに限らず、異なるタイミ
ングで入射する第１及び第２の光束をそれぞれ独立して
同一の光路に導く場合を含む。

【００２１】上記照射装置では、光結合手段によって第
１及び第２の半導体光源からそれぞれ出射される第１及
び第２の光束を同一の光路に導くので、目的に応じた複
数の光束を同時或いは切り換えて対象に照射することが
できる。具体的に説明すると、例えば樹脂の光硬化の用
途では、硬化処理用のタイプの異なる複数の光束を同時
或いは切り換えて対象に照射することでき、硬化の程度
やスループットを向上させることができる。また、上記
照射装置では、光処理手段が光結合手段から出射された
第１及び第２の光束のうち所定の空間周波数成分を抽出
するので、複数の半導体光源から得た光源の特性を処理
対象や処理目的に簡易に適合させることができる。具体
的に説明すると、例えば樹脂の光硬化の用途では、各半
導体光源の発光面の不均一や発光面からの光路中におけ
る波面の乱れ等の要因にかかわらず、所望の強度分布で
所望のビーム断面を有する光源光を硬化対象に照射する
ことができる。

【００２２】また、上記照射装置の具体的な態様では、
第１及び第２の光束が、同一波長を有する。ここで、同
一波長とは、正確に一致したものに限る必要はなく、集
光等の結像性能が劣化しない範囲でずれた波長になって
いる場合を含むものとする。この照射装置の場合、第１
及び第２の半導体光源からの光束を合成して出射する光
束の光強度を高め、処理等のスループットを高めること
ができる。

【００２３】また、上記照射装置の別の具体的な態様で
は、第１及び第２の光束が、互いに異なる波長を有す
る。この場合、異なる波長の光を同時に或いは切り換え
て照射することができ、処理等の多様性や効率を高める
ことができる。

【００２４】また、上記照射装置の別の具体的な態様で
は、光結合手段が、偏光ビームスプリッタを含む。この
場合、簡易かつ低損失で第１及び第２の光束を同一の光
路に導くことができる。

【００２５】また、上記照射装置の別の具体的な態様で
は、光処理手段が、第１及び第２の半導体光源から出射
され光結合手段を経た第１及び第２の光束をそれぞれ収
束させる収束光学系と、収束光学系の焦点位置近傍に配
置される空間周波数フィルタとを有する。この場合、簡
単な光学系を用いて空間フィルタリングが可能になる。

【００２６】また、上記照射装置の別の具体的な態様で
は、光処理手段が、光結合手段から出射される第１及び
第２の光束をそれぞれ点光源に変換する。この場合、各
光束に対応する点光源から得た光束を対象にそれぞれ照
射することができるので、処理の均一性や精密性を高め
ることができる。

【００２７】また、上記第１及び第２の照射装置におけ
る別の具体的な態様では、空間周波数フィルタが、光学
的ローパスフィルタである。この場合、ムラのない状態
の光束を選択して外部に取り出すことができる。

【００２８】また、上記照射装置の別の具体的な態様で
は、光学的ローパスフィルタは、ピンホール板である。
この場合、点光源から得たムラのない状態の光束を選択
して外部に取り出すことができ、処理の均一性や精度を
高めることができる。

【００２９】また、上記照射装置の別の具体的な態様で
は、光処理手段の後段に対物レンズをさらに備える。こ
の場合、実用上有利となる。

【００３０】また、上記照射装置の別の具体的な態様で
は、対物レンズが、光処理手段を経た光束を平行光束に
する。この場合、対物レンズの後段にミラーやレンズ等
の要素を配置しやすくなり、使い勝手が良く、広範な用
途に適用することができる。

【００３１】また、上記照射装置の別の具体的な態様で
は、対物レンズが、光処理手段を経た光束を直接集光す
る。この場合、簡単でコンパクトな構成によってスポッ
ト光を形成することができる。

【００３２】また、上記照射装置の別の具体的な態様で
は、半導体光源と光処理手段との間に、半導体光源から
出射される光束の断面形状を調節する一対のプリズムか
らなるビーム整形部を備える。この場合、一対のプリズ
ムの設置誤差が光路に影響する設置誤差感度が低くな
る。また、入射・出射の光軸を調節しやすくなり、さら
に、半導体光源の波長分散の補正も簡単になる。

【００３３】また、上記照射装置の別の具体的な態様で
は、半導体光源から出射される光束の強度を検出する光
センサをさらに備える。この場合、半導体光源を長期に
わたって安定して動作させることができ、半導体光源か
ら出射する光束に変調をかける場合、その動作を簡易に
安定化させることができる。

【００３４】また、上記照射装置の別の具体的な態様で
は、対物レンズを切り換えるための切換手段をさらに備
える。この場合、半導体光源から出射する光束の照射状
態を処理目的に応じて適宜変更することができる。

【００３５】また、上記照射装置の別の具体的な態様で
は、切換手段が、異なる種類の複数の対物レンズを配置
した回転部材である。この場合、対物レンズに入射され
る光束の発散角（ここで、発散角とは、対物レンズから
出射される光束が発散光束である場合に限るものではな
く、収束光束や平行光束である場合を含む）、変倍、照
射領域の広狭切り換え等が可能になり、照射装置を広い
用途に使用することができる。尚、対物レンズを構成す
るレンズの形状やその枚数等は、必要に応じて適宜設計
し設定することができる。

【００３６】また、上記照射装置の別の具体的な態様で
は、空間周波数フィルタは、焦点位置から光軸方向に所
定距離だけずれた位置に配置される。この場合、空間周
波数フィルタからの戻り光が半導体光源の発光面に集中
して入射するといった事態が生じにくいので、干渉縞が
生じたり、発振波長が不安定になったりすることを防止
できる。

【００３７】

【発明の実施の形態】〔第１実施形態〕図１は、本発明
に係る第１実施形態の照射装置の構造を説明する側面図
である。この照射装置は、青色の光束を出射する光源装
置１０と、光源装置１０からの光束を平行光に変換する
コリメータ部２０と、コリメータ部２０を経た光束を所
望のビーム断面にするビーム整形部３０と、ビーム整形
部３０から出射された光束を部分的に分岐して強度を検
出するモニタ部４０と、モニタ部４０を通過した光束か
ら２次光源を形成する２次光源形成部５０と、２次光源
形成部５０を経た光束を平行光や収束光にして出射する
複数の対物レンズ６０と、複数の対物レンズ６０を交換
可能に保持する切換手段であるターレット７０とを備え
る。以上において、２次光源形成部５０は、光源装置１
０からの光束のうち所定の空間周波数成分（この場合低
周波成分のみ）を抽出する光処理手段を構成する。

【００３８】ここで、光源装置１０は、ケース１１に収
納されており、青色のレーザ光を発生する窒化ガリウム
等の材料からなる半導体レーザ１２と、半導体レーザ１
２を駆動する駆動回路１３とを備える。半導体光源であ
る半導体レーザ１２から出射される青色レーザ光は、こ
の場合４０５ｎｍの波長を有する。駆動回路１３は、ス
イッチ１３ａをオンにすることによって起動し、半導体
レーザ１２を冷却しつつ安定して動作させる。また、駆
動回路１３は、入力端子１３ｂを介して入力される制御
信号に基づいて、半導体レーザ１２を所望のタイミング
で必要期間だけ連続発光させる。なお、半導体レーザ１
２は、連続発光させるものに限らず、適当なタイミング
でパルス発光させるものとすることができる。

【００３９】コリメータ部２０は、鏡筒８２内に収納さ
れており、光源装置１０から出射された楕円断面の光束
を平行光束に変換するコリメータレンズ２１からなる。
このコリメータレンズ２１は、円筒状のホルダ２３中に
固定されており、このホルダ２３ごと、鏡筒８２内部の
適所に半導体レーザ１２とアライメントした状態で固定
される。なお、鏡筒８２の周囲には、冷却装置８３を設
けてあり、コリメータ部２０等の加熱を防止している。

【００４０】ビーム整形部３０は、支持台８１に固定さ
れた鏡筒８２の内部に収納されており、コリメータ部２
０から出射された平行光束のビーム径を特定方向に拡張
する一対の角柱状のプリズム３１、３２を備える。これ
らのプリズム３１、３２は、鏡筒８２内部の適所にコリ
メータ部２０等とアライメントした状態で固定される。
ビーム整形部３０を経た平行光束は、略円形の断面を有
する。

【００４１】モニタ部４０は、ビーム整形部３０から出
射された平行光束のうち極わずかな部分を反射するハー
フミラーを有するビームスプリッタ４１と、ビームスプ
リッタ４１で反射された微弱なモニタ光の光量を検出す
る光センサ４２とからなる。後者の光センサ４２からの
出力信号を監視することにより、光源装置１０にフィー
ドバック信号を送ることができ、光源装置１０から出射
する光束の強度を所望の状態に制御することができる。
なお、ビームスプリッタ４１は、偏光ビームスプリッタ
に置換することができる。この場合、２次光源形成部５
０に供給する光束の偏光度を高めることができる。

【００４２】２次光源形成部５０は、ビーム整形部３０
及びモニタ部４０を経た平行光束を集光するための収束
光学系である集光レンズ５１と、集光レンズ５１の焦点
面に配置されるピンホール板５２とを備える。ピンホー
ル板５２は、集光レンズ５１の焦点以外の周辺に入射す
る光束を遮断して、中心の焦点近傍に入射する光のみを
通過させるので、２次光源形成部５０によっていわゆる
２次光源が形成されることになる。

【００４３】２次光源形成部５０の光軸を延長した光路
上に配置された対物レンズ６０は、ピンホール板５２を
通過して発散する光束を再度平行光束に変換する。対物
レンズ６０から出射された平行光束は、例えば接着剤や
パッシベーション膜等の光硬化樹脂に照射される。な
お、光路上から外れた位置に配置されている点線で示す
対物レンズ６０は、ピンホール板５２を通過して発散す
る光束を再度集光させる集光レンズとすることができ
る。また、点線で示す対物レンズ６０は、ピンホール板
５２を通過して発散する光束を実線で示す対物レンズ６
０の場合と異なるビーム径の平行光束に変換するものと
できる。

【００４４】図２は、図１に示す２次光源形成部５０及
び対物レンズ６０の構成を説明する図である。２次光源
形成部５０に設けた集光レンズ５１は、両凸レンズ及び
凹平レンズからなる第１群５１ａと、両凸レンズからな
る第２群５１ｂとから構成される。ピンホール板５２
は、円板の中心に点状の円形開口５２ａを有する。この
円形開口５２ａは、集光レンズ５１の焦点距離に対応す
る位置すなわち後側焦点に配置される。円形開口５２ａ
の先に設けた対物レンズ６０は、両凸レンズからなる第
１群６０ａと両凸レンズ及び凹平レンズからなる第２群
６０ｂとで構成され、集光レンズ５１と同一の構造でピ
ンホール板５２を挟んで対称に配置されている。なお、
具体的な作製例では、集光レンズ５１に入射するビーム
径を約５ｍｍ以下とし円形開口５２ａの直径を数μｍと
したが、円形開口５２ａのサイズ等は、照射装置の使用
目的に応じて適宜変更することができる。

【００４５】図１に戻って、ターレット７０は、複数の
対物レンズ６０を保持するターレット板７１と、このタ
ーレット板７１を支持台８１上で回転可能に支持する軸
受部材７２とからなる。ターレット７０は、軸受部材７
２によって回転軸ＡＸの回りに滑らかに回転するととも
に、図示を省略するラッチ部材によって適当な回転角で
係止・固定され、２次光源形成部５０の光軸と複数の対
物レンズ６０のいずれかの光軸とを精密にアライメント
する。

【００４６】以下、図１及び図２に示す照射装置の動作
について説明する。半導体レーザ１２から出射して発散
するレーザ光は、コリメータレンズ２１を経て平行光束
とされる。このように平行光束とされたレーザ光は、ビ
ーム整形部３０を経て所望のビーム断面に整形された
後、ビームスプリッタ４１を通過して２次光源形成部５
０の集光レンズ５１に平行光束として入射する。集光レ
ンズ５１に入射したレーザ光は、一旦集光されてピンホ
ール板５２の円形開口５２ａに入射する。この円形開口
５２ａの周辺に入射した光束は、ピンホール板５２の本
体部分に遮断されて後段の対物レンズ６０に入射しない
ので、円形開口５２ａの位置に２次光源が形成されたこ
とになる。例えば、半導体レーザ１２の発光面に周期的
なパターンがある場合、或いはコリメータレンズ２１や
ビームスプリッタ４１にゴミ等が付着したり光学面の面
精度に起因して伝搬光の波面が乱されている場合、これ
らの不均一性を引き起こしている光束は、ピンホール板
５２の円形開口５２ａの周辺に入射してその後の結像状
態に影響を与えない。この結果、対物レンズ６０には、
理想的な点光源からの、波面の乱れのない均一なエネル
ギ分布のレーザ光が入射する。円形開口５２ａに対応す
る点光源から出射したレーザ光は、対物レンズ６０に入
射して均一な平行光束に変換され、不図示のワーク上に
設けた光硬化樹脂に照射される。

【００４７】図３は、図１に示す照射装置を用いた光硬
化処理装置の構造を説明するブロック図である。この光
硬化処理装置９０は、樹脂硬化用の青色レーザ光をワー
クＷ上の所望位置に入射させる照射装置９１と、照射装
置９１からの青色レーザ光で処理すべきワークＷを支持
するステージＳＴをＸＹ面内で２次元的に移動させるス
テージ駆動装置９２と、ステージ駆動装置９２上のステ
ージＳＴの位置を光学的に検出する位置検出装置９３
と、照射装置９１、ステージ駆動装置９２及び位置検出
装置９３の動作を統括的に制御する処理制御装置９４と
を備える。ここで、照射装置９１は図１に示す構造を有
し、対物レンズ６０を保持するターレット板７１を適当
な回転位置に移動させることで、ワークＷ上に所望のス
ポット径の青色レーザ光を入射させることができる。

【００４８】以下、図３に示す装置の動作について説明
する。まず、ステージＳＴ上にワークＷを載置して固定
する。次に、処理制御装置９４からの制御信号に基づい
てステージ駆動装置９２を動作させてステージＳＴを移
動させる。この際、処理制御装置９４は、位置検出装置
９３からの検出信号を監視しつつステージＳＴの位置を
調節するので、ワークＷ上の照射目標位置を照射装置９
１の光軸ＯＡ上に正確に移動させることができる。次
に、処理制御装置９４からの制御信号に基づいて照射装
置９１を動作させてワークＷ上の照射目標位置に青色レ
ーザ光を所望時間だけ入射させる。ワークＷ上における
青色レーザ光の入射位置では、樹脂が硬化して接着等の
処理が達成される。次に、照射装置９１からの青色レー
ザ光の照射が完了した段階で、処理制御装置９４は、位
置検出装置９３を利用してステージＳＴの位置を調節
し、ワークＷ上の次の照射目標位置を照射装置９１の光
軸ＯＡ上に移動させる。次に、処理制御装置９４は、照
射装置９１を適宜動作させてワークＷ上に青色レーザ光
を所望時間だけ入射させる。以上のような動作を繰り返
すことにより、ワークＷ上の所望位置の光硬化樹脂を正
確かつ迅速に硬化させることができ、不要な位置に青色
レーザ光を入射させる必要がない。〔第２実施形態〕図４は、第２実施形態の照射装置の構
造を説明する側面図である。なお、第２実施形態の照射
装置は、第１実施形態の照射装置を変形して２光源の装
置にしたものであり、同一部分には同一の符号を付して
重複説明を省略する。

【００４９】この照射装置は、それぞれ青色の光束を出
射する第１及び第２光源装置１１０Ａ、１１０Ｂと、両
光源装置１１０Ａ、１１０Ｂからの光束をそれぞれ平行
光に変換するコリメータ部１２０Ａ、１２０Ｂと、両コ
リメータ部１２０Ａ、１２０Ｂを経た光束をそれぞれ所
望のビーム断面に整形する第１及び第２ビーム整形部１
３０Ａ、１３０Ｂと、両ビーム整形部１３０Ａ、１３０
Ｂを通過する光束の強度を検出する第１及び第２モニタ
部１４０Ａ、１４０Ｂとを備える。さらに、この照射装
置は、両ビーム整形部１３０Ａ、１３０Ｂからそれぞれ
出射される一対の光束を同一の光路に導く光結合装置１
００と、光結合装置１００を経て合波された光束から２
次光源を形成する２次光源形成部５０と、２次光源形成
部５０を経た光束を平行光等にして出射する対物レンズ
６０とを備える。なお、図面では省略しているが、この
照射装置は、第１実施形態の場合と同様に、ターレット
７０や他の対物レンズを備える。

【００５０】ここで、各光源装置１１０Ａ、１１０Ｂ
は、第１実施形態の場合と同様に、波長４０５ｎｍの青
色のレーザ光を発生する半導体レーザ１２や駆動回路
（不図示）等を備える。両半導体レーザ１２から発生す
るレーザ光の波長はともに４０５ｎｍになっている。各
コリメータ部１２０Ａ、１２０Ｂを構成するコリメータ
レンズは、第１実施形態の場合と異なり、両凸レンズか
らなる第１群１２５と、両凸レンズ及び凹平レンズから
なる第２群１２６とによって構成される。各ビーム整形
部１３０Ａ、１３０Ｂは、第１実施形態の場合と異な
り、単一の角柱状プリズムのみで構成される。各モニタ
部１４０Ａ、１４０Ｂは、上記角柱状プリズムの入射面
からの微弱な反射光が入射する半導体光センサからな
り、各光源装置１１０Ａ、１１０Ｂから出射されるレー
ザ光の強度を検出する。

【００５１】光結合装置１００は、光結合手段として、
各ビーム整形部１３０Ａ、１３０Ｂから出射されたレー
ザ光を合波する偏光ビームスプリッタ１０１と、一方の
ビーム整形部１３０Ｂからの入射光の偏光方向を直交す
る方向に変更する１／２波長板１０２とを備える。とこ
ろで、両光源装置１１０Ａ、１１０Ｂから出射されるレ
ーザ光は紙面に平行な方向の偏光成分からなっている。
したがって、第１光源装置１１０Ａから偏光ビームスプ
リッタ１０１に入射するレーザ光の偏光方向は紙面に平
行なままであり、第２光源装置１１０Ｂから偏光ビーム
スプリッタ１０１に入射するレーザ光の偏光方向は紙面
に垂直になる。つまり、第１光源装置１１０Ａからのレ
ーザ光は偏光ビームスプリッタ１０１を直進して通過
し、第２光源装置１１０Ｂからのレーザ光は偏光ビーム
スプリッタ１０１で反射されて直交方向に光路が折れ曲
がるので、両光源装置１１０Ａ、１１０Ｂからのレーザ
光を効率よく結合することができる。

【００５２】なお、ビーム整形部１３０Ａ、１３０Ｂや
光結合装置１００は、鏡筒１８２に収納されており、こ
の鏡筒１８２に取り付けた一対の光源ホルダ１８５の周
囲には、光源装置１１０Ａ、１１０Ｂやコリメータ部１
２０Ａ、１２０Ｂを冷却して動作状態を安定に維持する
ための冷却装置１８３を設けている。

【００５３】以下、図４に示す照射装置の動作について
説明する。第１光源装置１１０Ａに設けた半導体レーザ
１２から出射されたレーザ光は、コリメータ部１２０Ａ
を経て平行光束とされる。コリメータ部１２０Ａを経た
レーザ光は、ビーム整形部１３０Ａに入射して所望のビ
ーム断面に整形された後、偏光ビームスプリッタ１０１
の一方の入射面に入射する。

【００５４】一方、第２光源装置１１０Ｂに設けた半導
体レーザ１２から出射されたレーザ光は、コリメータ部
１２０Ｂを経て平行光束とされる。コリメータ部１２０
Ｂから出射されたレーザ光は、ビーム整形部１３０Ｂを
経て所望のビーム断面整形にされた後、偏光方向を切り
換えて偏光ビームスプリッタ１０１の他方の入射面に入
射する。

【００５５】偏光ビームスプリッタ１０１の一対の入射
面に入射した一対のレーザ光は、偏光ビームスプリッタ
１０１で合波されて、高いエネルギを有する平行光束の
状態で２次光源形成部５０の集光レンズ５１に入射す
る。集光レンズ５１に入射したレーザ光は、集光されて
ピンホール板５２の円形開口に入射し、この位置に点状
の２次光源を形成する。これにより、対物レンズ６０に
は、波面の乱れのない均一なエネルギ分布のレーザ光が
入射する。ピンホール板５２の円形開口から出射したレ
ーザ光は、対物レンズ６０で均一な平行光束に変換さ
れ、不図示のワーク上に設けた光硬化樹脂に光エネルギ
のスポットとして照射される。

【００５６】以上実施形態に即して本発明を説明した
が、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
例えば、上記第１及び第２実施形態では、青色の半導体
レーザ１２を用いたが、緑色や紫外域の光を発生する半
導体レーザや発光ダイオード等を用いることができ、こ
の場合にも上記実施形態と同様の効果が得られる。

【００５７】また、上記第２実施形態では、一対の光源
装置１１０Ａ、１１０Ｂから同一波長の青色レーザ光を
発生させているが、本発明はこれに限るものではない。
例えば第１光源装置１１０Ａから波長４０５ｎｍの青色
光を発生させ、第２光源装置１１０Ｂから波長６５０ｎ
ｍかそれ以上の赤色光を発生させることもできる。この
場合、コリメータ部１２０Ｂを構成するレンズを変更し
て赤色光もピンホール板５２の円形開口５２ａに結像さ
せる設計とする。このような照射装置では、対象に赤色
光及び青色光を同時或いは切換えて照射することができ
るので、赤色レーザ光及び青色レーザ光をともに入射さ
せるタイプの光学系（例えば、ＤＶＤ及びＣＤ兼用ドラ
イブ等の光ピックアップ用光学系）の性能劣化や経時変
化を測定する目的に利用することができる。

【００５８】また、例えば第１光源装置１１０Ａから波
長３６５ｎｍの紫外光を発生させ、第２光源装置１１０
Ｂから波長４００ｎｍかそれ以上の青色光を発生させる
こともできる。この場合も、コリメータ部１２０Ａ、１
２０Ｂを構成するレンズを変更して紫外光及び青色光と
もにピンホール板５２の円形開口５２ａに結像させる設
計とする。このような照射装置では、対象に紫外光及び
青色光を照射することができるので、波長依存性を有す
る光効果樹脂等のワークの処理において、紫外レーザ光
と青色レーザ光とを同時或いは切り換えてワークに照射
することができ、処理の効率や確実性を高めることがで
きる。なお、このように変形した場合、例えば紫外レー
ザ光をピンポイント状に対象に照射し、青色レーザ光を
紫外レーザ光の入射ポイントを中心にして周囲に円形に
拡がるように重畳して照射することもできる。

【００５９】また、上記実施形態では、２次光源形成部
５０にて点状の２次光源を形成しているが、ピンホール
板５２に形成する開口の形状を調節することにより、多
様な２次光源を形成することができる。例えば、半導体
レーザ１２等の発光面がストライプ状である場合、ピン
ホール板５２に形成する開口を発光面に対応させて細長
いスリット状のものとすることができる。

【００６０】このようにピンホール板にスリット状の開
口を設ける場合、この開口部分に光路長を部分的に変更
する光路長調節部材を設けることもできる。図５は、図
１のピンホール板５２を変形した開口板１５２の構造を
説明する図である。この開口板１５２は、矩形状の開口
部分１５２ａを有し、開口部分１５２ａには、光軸ＯＸ
の回りの４象限に対応する４領域Ａ1〜Ａ4を異なる適当
な厚さに形成した石英ガラス板１５２ｂを配置してい
る。この場合、各領域Ａ1〜Ａ4を通過する光束に異なる
位相差を付与することができるので、開口板１５２を通
過して対象に重畳して投影される光束を干渉の少ないも
のとすることができる。

【００６１】また、上記第２実施形態では、一対の光源
装置１１０Ａ、１１０Ｂを同一の半導体レーザ１２で形
成しているが、両者を異なる発光面形状のレーザとする
こともできる。この場合、例えば第１光源装置１１０Ａ
はストライプ状の発光面を有し、第２光源装置１１０Ｂ
は点状に近い発光面を有する。

【００６２】また、上記第２実施形態では、一対の光源
装置１１０Ａ、１１０Ｂから同時にレーザ光を出射させ
てパワーを確保しているが、照射パワーが十分な場合、
いずれか一方の光源装置１１０Ａ、１１０Ｂのみを対象
に対して照射する構成とすることもできる。この場合、
他方の休止中の光源装置１１０Ｂ、１１０Ａは、一方の
光源装置１１０Ａ、１１０Ｂが破損した場合等における
予備光源となる。

【００６３】また、上記実施形態の照射装置は、青色光
や紫外光等で照明するタイプの顕微鏡に適用することが
できる。この場合、試料を上記実施形態のような照射装
置でビーム径や波長を変えて均一に照明し、試料から出
射する蛍光等を別の光学系で結像させる。

【００６４】また、上記第２実施形態の照射装置は、光
造形法にも用いることができる。この場合、樹脂に高い
エネルギの紫外光や青色光を加工位置にスポット状にし
て正確に照射することができるので、非常に短時間で目
標とする形状の精密な造形が可能になる。

【００６５】また、上記実施形態の照射装置は、ハード
ディスクドライブに設けた磁気ヘッドのサスペンション
の製造に用いることができる。

【００６６】また、上記実施形態の照射装置では、２次
光源形成部５０において、ピンホール板５２を集光レン
ズ５１の焦点位置に配置しているが、ピンホール板５２
を集光レンズ５１の焦点位置から光軸方向にわずかに移
動させた位置に配置することもできる。この場合、空間
周波数フィルタからの戻り光が半導体光源の発光面に集
中して入射することを防止できる。このような戻り光
は、干渉縞や不安定な発振の原因となる可能性がある。
よって、ピンホール板５２を焦点位置からわずかにオフ
セットさせることで、干渉縞の発生を確実に防止できる
とともに、発振の安定性を確保することができる。

【００６７】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
に係る第１の照射装置によれば、光処理手段が半導体光
源から出射される光束のうち所定の空間周波数成分を抽
出するので、光源の特性を処理対象や処理目的に簡易に
適合させることができる。

【００６８】また、本発明に係る第２の照射装置によれ
ば、光結合手段によって第１及び第２の半導体光源から
それぞれ出射される第１及び第２の光束を同一の光路に
導くので、目的に応じた複数の光束を同時或いは切り換
えて対象に照射することができる。また、上記照射装置
では、光処理手段が光結合手段から出射される第１及び
第２の光束のうち所定の空間周波数成分を抽出するの
で、複数の半導体光源から得た光源の特性を処理対象や
処理目的に簡易に適合させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態の照射装置の構造を説明する側面
図である。

【図２】図１の照射装置の２次光源形成部及び対物レン
ズを説明する図である。

【図３】図１の照射装置を用いた光硬化処理装置の構成
を説明するブロック図である。

【図４】第２実施形態の照射装置の構造を説明する側面
図である。

【図５】第１及び第２実施形態の照射装置の変形例を説
明する図である。

【符号の説明】

１０光源装置１１ケース１２半導体レーザ２０コリメータ部３０ビーム整形部４０モニタ部５０２次光源形成部５１集光レンズ５２ピンホール板５２ａ円形開口６０対物レンズ７０ターレット８１支持台８２鏡筒１００光結合装置１０１偏光ビームスプリッタ１０２波長板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者新勇一東京都八王子市石川町2970番地コニカ株式会社内Ｆターム(参考） 4F203 DA12 DC08 5F073 AB27 BA09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】近紫外域から緑色までのうち所定波長の光
束を出射する半導体光源と、前記半導体光源から出射される光束のうち所定の空間周
波数成分を抽出する光処理手段とを備える照射装置。
【請求項２】前記半導体光源は、前記所定波長の光束と
して青色の光束を出射することを特徴とする請求項１記
載の照射装置。
【請求項３】前記光処理手段は、前記半導体光源から出
射される光束を収束させる収束光学系と、前記収束光学
系の焦点位置近傍に配置される空間周波数フィルタとを
有することを特徴とする請求項１及び請求項２のいずれ
か記載の照射装置。
【請求項４】前記光処理手段は、前記半導体光源から出
射される光束を点光源に変換することを特徴とする請求
項１から請求項３のいずれか記載の照射装置。
【請求項５】第１及び第２の光束をそれぞれ出射する第
１及び第２の半導体光源と、前記第１及び第２の半導体光源からそれぞれ出射される
前記第１及び第２の光束を同一の光路に導く光結合手段
と、前記光結合手段から出射される前記第１及び第２の光束
のうち所定の空間周波数成分を抽出する光処理手段とを
備える照射装置。
【請求項６】前記第１及び第２の光束は、同一波長を有
することを特徴とする請求項５記載の照射装置。
【請求項７】前記第１及び第２の光束は、互いに異なる
波長を有することを特徴とする請求項５記載の照射装
置。
【請求項８】前記光結合手段は、偏光ビームスプリッタ
を含むことを特徴とする請求項５から請求項７のいずれ
か記載の照射装置。
【請求項９】前記光処理手段は、前記第１及び第２の半
導体光源から出射され前記光結合手段を経た前記第１及
び第２の光束をそれぞれ収束させる収束光学系と、前記
収束光学系の焦点位置近傍に配置される空間周波数フィ
ルタとを有することを特徴とする請求項５から請求項８
のいずれか記載の照射装置。
【請求項１０】前記光処理手段は、前記光結合手段から
出射される前記第１及び第２の光束をそれぞれ点光源に
変換することを特徴とする請求項５から請求項９のいず
れか記載の照射装置。
【請求項１１】前記空間周波数フィルタは、光学的ロー
パスフィルタであることを特徴とする請求項３及び請求
項９のいずれか記載の照射装置。
【請求項１２】前記光学的ローパスフィルタは、ピンホ
ール板であることを特徴とする請求項１１記載の照射装
置。
【請求項１３】前記光処理手段の後段に対物レンズをさ
らに備えることを特徴とする請求項１から１２のいずれ
か記載の照射装置。
【請求項１４】前記対物レンズは、前記光処理手段を経
た光束を平行光束にすることを特徴とする請求項１３記
載の照射装置。
【請求項１５】前記対物レンズは、前記光処理手段を経
た光束を直接集光することを特徴とする請求項１３記載
の照射装置。
【請求項１６】前記半導体光源と前記光処理手段との間
に、前記半導体光源から出射される光束の断面形状を調
節する一対のプリズムからなるビーム整形部を備える請
求項１から１５のいずれか記載の照射装置。
【請求項１７】前記半導体光源から出射される光束の強
度を検出する光センサをさらに備える請求項１から１６
のいずれか記載の照射装置。
【請求項１８】前記対物レンズを切り換えるための切換
手段をさらに備える請求項１３記載の照射装置。
【請求項１９】前記切換手段は、異なる種類の複数の対
物レンズを配置した回転部材であることを特徴とする請
求項１８記載の照射装置。
【請求項２０】前記空間周波数フィルタは、前記焦点位
置から光軸方向にずれた位置に配置されることを特徴と
する請求項３及び請求項９のいずれか記載の照射装置。