JP2004038051A - 露光用レーザー光源 - Google Patents
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Abstract
【課題】オートフォーカス用レーザービームによって感光材料を感光させることがなく、そしてオートフォーカスの精度を高く保つことができる、構造の簡単な露光用レーザー光源を得る。
【解決手段】複数のレーザーダイオードＬＤ１〜７からそれぞれ出射したレーザービームＢ１〜７を、例えばコリメーターレンズ１１〜１７および集光レンズ２０からなる集光光学系で集光した上でマルチモード光ファイバー３０に結合させて合波する露光用レーザー光源において、複数のレーザーダイオードＬＤ１〜７の中の少なくとも１つとして、画像露光用レーザービームとは異なる波長のレーザービームを発するものを設ける。
【選択図】 図１
【解決手段】複数のレーザーダイオードＬＤ１〜７からそれぞれ出射したレーザービームＢ１〜７を、例えばコリメーターレンズ１１〜１７および集光レンズ２０からなる集光光学系で集光した上でマルチモード光ファイバー３０に結合させて合波する露光用レーザー光源において、複数のレーザーダイオードＬＤ１〜７の中の少なくとも１つとして、画像露光用レーザービームとは異なる波長のレーザービームを発するものを設ける。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は画像露光に用いられる露光用レーザー光源に関し、特に詳細には、複数のレーザーダイオードから発せられたレーザービームを１本にまとめて画像露光に用いるようにした露光用レーザー光源に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、紫外域のレーザービームを発生させる装置として、レーザーダイオード励起固体レーザーから発せられた赤外光を紫外域の第３高調波に変換する波長変換レーザーや、エキシマレーザーや、Ａｒレーザーが実用に供されている。
【０００３】
さらには近時、例えば１９９８年発行のＪｐｎ．Ａｐｐｌ．ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，Ｖｏｌ．３７．ｐ．Ｌ１０２０に示されるように、４００ｎｍ近傍の波長のレーザービームを発するＧａＮ系レーザーダイオードも提供されている。
【０００４】
このような波長のレーザービームを発する光源は、３５０〜４２０ｎｍの紫外領域を含んだ所定の波長域（以下「紫外域」という）に感度を有する感光材料を露光する露光装置において、画像を書き込む露光用光源として適用することも考えられている。その場合の露光用光源は、当然ながら、感光材料を感光させるのに十分な出力を備えることが求められる。
【０００５】
しかし上記エキシマレーザーは、装置が大型で、コストやメンテナンスコストも高いという問題がある。
【０００６】
また、赤外光を紫外域の第３高調波に変換する波長変換レーザーは、波長変換効率が非常に低いことから、高出力を得るのは極めて困難になっている。現在のところは、３０Ｗのレーザーダイオードで固体レーザー媒質を励起して１０Ｗの基本波（波長１０６４ｎｍ）を発振させ、それを３Ｗの第２高調波（波長５３２ｎｍ）に変換し、それら両者の和周波である１Ｗの第３高調波（波長３５５ｎｍ）を得る、というのが現在の実用レベルである。その場合のレーザーダイオードの電気−光効率は５０％程度であり、そして紫外光への変換効率は１．７％程度と非常に低いものとなっている。そしてこのような波長変換レーザーは、高価な光波長変換素子を用いるために、コストがかなり高いものとなっている。
【０００７】
またＡｒレーザーは電気−光効率が０．００５％と非常に低く、寿命が１０００時間程度と非常に短いという問題がある。
【０００８】
一方、ＧａＮ系レーザーダイオードについては、低転位のＧａＮ結晶基板が得られないことから、ＥＬＯＧという成長方法によって約５μｍ程度の低転位領域を作り出し、その上にレーザー領域を形成して高出力化と高信頼性を実現する試みがなされている。しかし、こうして作製されるＧａＮ系レーザーダイオードにおいても、大面積に亘って低転位の基板を得るのが難しいので、５００ｍＷ〜１Ｗ級の高出力なものは未だ商品化されていない。
【０００９】
また、レーザーダイオードの高出力化の別の試みとして、例えば１つで１００ｍＷの光を出力するキャビティを１００個形成することで１０Ｗの出力を得るようなことも考えられているが、１００個程度の多数のキャビティを高歩留まりで作成することは、ほとんど現実性が無いと言える。特に、シングルキャビティの場合でも９９％以上の高歩留まり化は困難であるＧａＮ系レーザーダイオードにあっては、なおさらである。
【００１０】
このような事情に鑑みて本出願人は、高出力が得られる低コストの合波レーザー光源を先に提案した（特願２００１−２７３８４９号）。この合波レーザー光源は、複数のレーザーダイオードと、１本のマルチモード光ファイバーと、前記複数のレーザーダイオードからそれぞれ出射したレーザービームを集光した上で前記マルチモード光ファイバーに結合させる集光光学系とを備えてなるものである。
【００１１】
この合波レーザー光源においては、複数のレーザーダイオードからそれぞれ出射したレーザービームがマルチモード光ファイバーに結合するので、該マルチモード光ファイバーから、合波された高出力のレーザービームが出射する。そこでこの合波レーザー光源は、感光材料を感光させるのに十分な高出力のレーザービームを発生可能で、画像露光に好適に利用できるものとなる。
【００１２】
また本出願人は、高出力が得られるレーザーダイオードアレイも提案した（特願２００１−２７３８７０号）。このレーザーダイオードアレイは、複数の発光点を有するマルチキャビティレーザーダイオードチップが複数個並べて固定されてなるものである。上記マルチキャビティレーザーダイオードチップは、複数の発光点を有することによりそれ自身高出力である。そこで、これらのマルチキャビティレーザーダイオードチップからそれぞれ出射したレーザービームを集光光学系によって共通位置に集束させれば、感光材料を感光させるのに十分な高出力のレーザービームが得られるので、このレーザーダイオードアレイも画像露光に好適に利用できるものとなる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の合波レーザー光源やレーザーダイオードアレイを露光用レーザー光源として用い、合波されて１本になったレーザービームにより感光材料に画像を書き込む場合には、そのレーザービームを感光材料の上で正確にフォーカス（合焦）させることが必要になる。その際、複数のレーザーダイオードから発せられたレーザービームの中の１本を利用して、オートフォーカスさせることが考えられるが、そのレーザービームは変調させることなく常時一定強度に維持しておく必要がある。すると、そのオートフォーカス用レーザービームによって感光材料が感光してしまい、記録画像のコントラストが低下するという問題が生じる。
【００１４】
なお上記の問題は、レーザーダイオードアレイを露光用レーザー光源として用いる際には、特に上記特願２００１−２７３８７０号のレーザーダイオードアレイのようにマルチキャビティレーザーダイオードチップを用いる場合に限らず、発光点が１つのシングルキャビティレーザーダイオードチップを用いる場合にも同様に生じ得るものである。
【００１５】
また上記の問題は、光ファイバーによる合波レーザー光源を露光用レーザー光源として用いる際には、レーザーダイオードとしてマルチキャビティレーザーダイオード、シングルキャビティレーザーダイオードのいずれを用いる場合にも同様に生じ得るものである。
【００１６】
この問題を回避するために、オートフォーカス用として全く別の光源および光学系を設けることも考えられるが、そのようにした場合は、露光装置の構成が複雑化する、画像露光用レーザービームとオートフォーカス用レーザービームとの間の位置ずれが生じるとオートフォーカスの精度が損なわれる、といった問題が新たに発生する。
【００１７】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、オートフォーカス用レーザービームによって感光材料を感光させることがなく、そしてオートフォーカスの精度を高く保つことができる、構造の簡単な露光用レーザー光源を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明による第１の露光用レーザー光源は、前述したように複数のレーザービームを光ファイバーによって合波する構成を前提とするものであり、すなわち、
複数のレーザーダイオードと、
１本のマルチモード光ファイバーと、
前記複数のレーザーダイオードからそれぞれ出射したレーザービームを集光した上で前記マルチモード光ファイバーに結合させる集光光学系とを備えてなり、前記マルチモード光ファイバーから出射したレーザービームが画像露光に用いられる露光用レーザー光源において、
前記複数のレーザーダイオードの中の少なくとも１つとして、画像露光用レーザービームとは異なる波長のレーザービームを発するものを備えたことを特徴とするものである。
【００１９】
なおこの第１の露光用レーザー光源においては、
複数のレーザーダイオードが、各々の活性層と平行な方向に発光点が１列に並ぶように配設され、
集光光学系が、前記発光点の並び方向の開口径が該方向に直角な方向の開口径よりも小さく形成されて、各レーザーダイオード毎に設けられた複数のコリメーターレンズ、およびこれらのコリメーターレンズで平行光化された複数のレーザービームをそれぞれ集光して前記マルチモード光ファイバーの端面で収束させる集光レンズから構成されていることが望ましい。
【００２０】
また、上記複数のコリメーターレンズは互いに一体化されて、レンズアレイとして構成されることが望ましい。さらに、上記集光レンズと複数のコリメーターレンズとが互いに一体化されて、レンズアレイとして構成されることが特に望ましい。
【００２１】
他方、上記複数のレーザーダイオードを実装するブロックは、複数に分割され、互いに張り合わせて一体化されていることが望ましい。
【００２２】
また複数のレーザーダイオードは、一列に並べて配置する場合には３〜１０個、さらに好ましくは６または７個設けられることが望ましい。またこのレーザーダイオードとしては、発光幅が１．５〜５μｍ、さらに好ましくは２〜３μｍのものが用いられるのが望ましい。そしてこのレーザーダイオードとしては、ＧａＮ系レーザーダイオードが用いられることが望ましい。
【００２３】
一方上記マルチモード光ファイバーとしては、コア径が５０μｍ以下で、ＮＡ（開口数）が０．３以下のものが用いられることが望ましい。さらに、このマルチモード光ファイバーとしては、コア径×ＮＡの値が７．５μｍ以下のものが用いられることが望ましい。
【００２４】
また複数のレーザーダイオードは、レーザービームの照射を受ける側から見た状態で２次元的に配列固定されていることが望ましい。
【００２５】
さらにこの露光用レーザー光源は、上述したマルチモード光ファイバーを１本だけ用いて構成されてもよいが、好ましくは、該マルチモード光ファイバーを複数用いて、それらのマルチモード光ファイバーの各々に複数のレーザーダイオードおよび集光光学系を組み合わせ、各マルチモード光ファイバーから高出力のレーザービームを発するように構成することもできる。そのようにする場合、複数のマルチモード光ファイバーは少なくとも出射端部において１次元アレイ状、あるいは、バンドル状に配設されるのが望ましい。
【００２６】
なお、上記のように複数の光ファイバーを配設する場合は、本発明による露光用レーザー光源の光ファイバーと、そうではない露光用レーザー光源、つまり複数のレーザーダイオードが全て画像露光用の波長のレーザービームを発するものとされた露光用レーザー光源の光ファイバーとを組み合わせて配設するようにしてもよい。
【００２７】
また、本発明による第２の露光用レーザー光源は、
複数のレーザーダイオードと、
これら複数のレーザーダイオードからそれぞれ出射したレーザービームを共通位置に集束させる集光光学系とを備えてなり、
前記共通位置に集束したレーザービームが画像露光に用いられる露光用レーザー光源において、
前記複数のレーザーダイオードの中の少なくとも１つとして、画像露光用レーザービームとは異なる波長のレーザービームを発するものを備えたことを特徴とするものである。
【００２８】
なお上記複数のレーザーダイオードとしては、チップ状態のマルチキャビティレーザーダイオードを好適に用いることができる。その場合、マルチキャビティレーザーダイオードチップは、それぞれの発光点の並び方向と同じ方向に並べて固定されることが望ましい。また、マルチキャビティレーザーダイオードチップの１つ当たりのキャビティ数は２〜１０個、より好ましくは４〜６個であることが望ましい。
【００２９】
また上記複数のマルチキャビティレーザーダイオードチップの各々のチップ幅、つまり複数の発光点の並び方向のチップサイズは１ｍｍ以下とされ、それらのマルチキャビティレーザーダイオードチップは固定ブロックに対して、発光位置高さバラツキを５μｍ以下としてジャンクションダウン構造で固定されることが望ましい。なお上記のジャンクションダウン構造とは、基板側ではなく、素子形成面側（ｐｎ接合側）を熱伝導率が大きい放熱用マウントに固定する構造である。
【００３０】
また、本発明による第１および第２の露光用レーザー光源において、複数のレーザーダイオードのうち画像露光用のものとしては、発振波長がほぼ４０５ｎｍのＩｎＧａＮ系レーザーダイオードを、そして画像露光用ではないものとしては、発振波長が４２０ｎｍを超えるＩｎＧａＮ系レーザーダイオードを好適に用いることができる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明による第１の露光用レーザー光源は、複数のレーザーダイオードの中の少なくとも１つとして、画像露光用レーザービームとは異なる波長のレーザービームを発するものを備えているので、本光源によれば、上記波長のレーザービームを用いることにより、感光材料を感光させることなくオートフォーカス機能を実現可能となる。
【００３２】
また本発明による第１の露光用レーザー光源においては、上記オートフォーカスに用いられるレーザービームと他の画像露光用レーザービームとが、共通の集光光学系によってマルチモード光ファイバーに結合されるようになっているから、それらのレーザービーム間の位置ずれが生じ難く、よってオートフォーカス精度が高く保たれる。
【００３３】
さらに、本発明による第１の露光用レーザー光源は、上記オートフォーカスに用いられるレーザービームと他の画像露光用レーザービームとを、共通の集光光学系および共通のマルチモード光ファイバーに通す構成を有するので、オートフォーカス用に独自の光学系を付加する場合と比べれば、より低いコストで形成可能である。
【００３４】
また本発明による第１の露光用レーザー光源は、複数のレーザーダイオードからそれぞれ出射したレーザービームを集光してマルチモード光ファイバーに結合させる極めて簡単な構成のものであって、特に作製が困難な要素も必要としないので、低コストで形成可能となる。
【００３５】
また本発明による第１の露光用レーザー光源において、特に複数のレーザーダイオードが、各々の活性層と平行な方向に発光点が１列に並ぶように配設され、集光光学系が、発光点の並び方向の開口径が該方向に直角な方向の開口径よりも小さく形成されて、各レーザーダイオード毎に設けられた複数のコリメーターレンズ、およびこれらのコリメーターレンズで平行光化された複数のレーザービームをそれぞれ集光して前記マルチモード光ファイバーの端面で収束させる集光レンズから構成された場合には、複数のレーザーダイオードの配置ピッチをより短くして、より高密度に配置できるようになる。このように複数のレーザーダイオードをより高密度に配置しておくと、複数のレーザービームの光ファイバー端面における位置ずれがより小さく抑えられるようになるので、複数のレーザーダイオード、マルチモード光ファイバーおよび集光光学系の組立位置精度を比較的緩くできるという効果が得られ、さらに、この組立位置精度を緩くできることから、合波本数をより多くして高出力化できる。その理由は、後に実施の形態に沿って詳しく説明する。
【００３６】
また、上述のような複数のコリメーターレンズが互いに一体化されてレンズアレイとして構成される場合は、複数のコリメーターレンズが１個ずつ別体に形成される場合と比較して、各レンズの周辺部に大きな非有効領域ができてしまうことを避けられるから、各レンズを互いにより近接させて配置可能となる。そうであれば、複数のレーザーダイオードをよりさらに高密度に配置できるので、上記の組立位置精度を緩くできるという効果、合波本数をより多くして高出力化できるという効果がさらに顕著なものとなる。
【００３７】
さらにこの場合は、コリメーターレンズの位置調整作業が、１つのレンズアレイの位置を調整するだけで済むので、この作業が簡素化される。
【００３８】
また、印刷、医用画像の分野や、ＰＣＢ（プリント・サーキット・ボード）、ＰＤＰ（プラズマディスプレイ）、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）等による画像を感光材料に露光する場合等においては、上記マルチモード光ファイバーとしてコア径が５０μｍ以下のものを用いると、露光スポットを微細なものにして高精細な画像を露光できるようになる。また、そのマルチモード光ファイバーのＮＡが０．３以下であると、上述のような高精細画像を露光する上で十分な焦点深度が確保され、鮮鋭度の高い画像を露光可能となる。
【００３９】
また、マルチモード光ファイバーとしてコア径×ＮＡの値が７．５μｍ以下のものを用いる場合、それらの組合せとしては例えば５０μｍ×０．１５、４０μｍ×０．１８８、３０μｍ×０．２５、２５μｍ×０．３等が挙げられる。このような特性のマルチモード光ファイバーを用いると、そのＮＡと同程度のＮＡのコリメーターレンズで各レーザーダイオードからのレーザービームを平行光化でき、ＮＡ＝０．３の集光レンズで２５μｍ以下のスポットに合波レーザービームを集光させることも可能になる。それにより、高解像度と十分な焦点深度を確保できるようになる。
【００４０】
他方、上記複数のレーザーダイオードを実装するブロックが複数に分割され、互いに張り合わせて一体化されている場合は、１つのブロックにレーザーダイオードを全て実装する場合と比較して、実装の歩留まりを向上させることができる。例えば、１つのレーザーダイオードの実装歩留まりが９８％の場合、６個のレーザーダイオードを１つのブロックに全て実装する場合の全体の実装歩留まりは８６％（＝０．９８６×１００）であり、それに対して３個ずつ２つのブロックに実装する場合のそれは、２つのブロックを接合する歩留まりはほぼ１００％を実現できるので、９４％（＝０．９８３×１００）に向上する。
【００４１】
また本発明による第１の露光用レーザー光源において、レーザーダイオードが３個以上設けられれば、従来知られている偏光合波では２個のレーザーダイオードからのレーザービームしか合波できないのに対し、それを上回る高出力の合波ビームを得ることが可能になる。ただし、１つのレーザーダイオードの実装歩留まりが通常その程度であるように９８％であるとすると、レーザーダイオードを１０個設ける場合には、実装歩留まりが８２％まで低下する。それ以上の歩留まり低下は現実上避けなければならないないので、本発明の好ましい実施の形態においては、このレーザーダイオードの数の上限を１０個とする。
【００４２】
さらに、レーザーダイオードの数が１０個一列に並べて配置される場合、画像形成用のコア径５０μｍ以下でＮＡ０．３以下、もしくはコア径×ＮＡ＝７．５μｍ以下のマルチモード光ファイバーを用いたとき、求められる実装精度は０．１μｍ未満と非常に厳しい値になってしまうが、一列に並べるレーザーダイオードの数を６または７個としておくことにより、求められる実装精度は０．３〜１μｍ未満と著しく緩和される。また、レーザーダイオードの数が６または７個の場合は、３個の場合と比べて２倍以上の高出力を得ることができる。
【００４３】
またレーザーダイオードとして発光幅が１．５μｍ以上のものを適用することにより、例えばそれがＧａＮ系レーザーダイオードである場合は、完全単一横モード構造のものの最大出力（３０ｍＷ程度）と比較して、高い出力（５０ｍＷ以上）を得ることができる。一方、レーザーダイオードとして発光幅が５μｍ以下のものを適用することにより、画像形成用のコア径５０μｍ以下でＮＡ０．３以下、もしくはコア径×ＮＡ＝７．５μｍ以下のマルチモード光ファイバーに対してレーザーダイオードが３個以上の集光結合系を構成可能となる。また、レーザーダイオードとして発光幅が２〜３μｍのものを適用することにより、画像形成用の光学系においてレーザーダイオードが６または７個の集光結合系を構成可能となる。
【００４４】
また複数のレーザーダイオードを、レーザービームの照射を受ける側から見た状態で２次元的に配列すれば、多数のレーザーダイオードを高密度に配置できるから、１本のマルチモード光ファイバーにより多数のレーザービームを入射させることが可能となって、より高出力の合波レーザービームを得ることができる。
【００４５】
他方、本発明による第１の露光用レーザー光源が、複数のマルチモード光ファイバーを少なくとも出射端部において１次元アレイ状、あるいはバンドル状に配設してなる場合は、それらの光ファイバーから高出力のレーザービームを１次元あるいは２次元に整列した状態で出射させることができる。そうであれば、整列して出射する複数のレーザービームの各々を、変調部がライン状、あるいは２次元状に配列されてなるＧＬＶやＤＭＤ等の空間光変調素子の各変調部に入射させて、画像露光等のために効率良く変調させることができる。
【００４６】
そこで、上述のように構成された露光用レーザー光源を用いる露光装置は、上記空間光変調素子を併せて用いて、２次元に整列して出射するレーザービームをそのまま感光材料に２次元状に照射することにより、あるいは１次元あるいは２次元に整列して出射するレーザービームを感光材料に照射するとともに感光材料をレーザービームに対して相対的に副走査移動させることにより、該感光材料に２次元画像を露光可能なものとなる。
【００４７】
他方本発明による第２の露光用レーザー光源も、複数のレーザーダイオードの中の少なくとも１つとして、画像露光用レーザービームとは異なる波長のレーザービームを発するものを備えているので、本光源によれば、上記波長のレーザービームを用いることにより、感光材料を感光させることなくオートフォーカス機能を実現可能となる。
【００４８】
また本発明による第２の露光用レーザー光源においては、上記オートフォーカスに用いられるレーザービームと他の画像露光用レーザービームとが、共通の集光光学系によって共通位置に集束するようになっているから、それらのレーザービーム間の位置ずれが生じ難く、よってオートフォーカス精度が高く保たれる。
【００４９】
さらに、本発明による第２の露光用レーザー光源は、上記オートフォーカスに用いられるレーザービームと他の画像露光用レーザービームとを、共通の集光光学系に通す構成を有するので、オートフォーカス用に独自の光学系を付加する場合と比べれば、より低いコストで形成可能である。
【００５０】
また、この本発明による第２の露光用レーザー光源において、複数のレーザーダイオードとして特に前述のマルチキャビティレーザーダイオードチップが複数用いられた場合は、このマルチキャビティレーザーダイオードチップが複数の発光点を有してそれ自身高出力であることから、特に高い出力が得られるようになる。
【００５１】
また、上記複数のマルチキャビティレーザーダイオードチップが、それぞれの発光点の並び方向と同じ方向に並べて固定された場合は、多数の発光点が１列に整列することになるので、この露光用レーザー光源により、高強度のレーザービームをライン状に射出する応用範囲の広いライン照明光源を構成することができる。
【００５２】
ここで、マルチキャビティレーザーダイオードチップの１つ当たりのキャビティ数について考えてみる。１つのキャビティの製造歩留まりが一般的にそうであるように９８％であるとすると、キャビティ数を１０個にした場合にそれら全てが良品となる歩留まりは８２％程度になり、これがレーザーダイオードアレイを十分低コストでかつ実用的に製造できる限界となる。したがって本発明のレーザーダイオードアレイにおいて、マルチキャビティレーザーダイオードチップの１つ当たりのキャビティ数は複数つまり２個以上の中で、特に１０個以下とするのが好ましい。
【００５３】
また、チップの放熱特性を考えると、１キャビティ当たり標準的な１００ｍＷで１０個のキャビティを構成する場合には、約７Ｗもの放熱が必要となる。それよりも放熱量が増えると、発熱によるチップの反りも発生するので、上述のライン照明光源を構成する際に、光量がライン状に均一であるレーザービームを発生させることが難しくなる。さらに、上述のように放熱量が増えると、歪や発熱の影響でレーザーダイオードアレイの信頼性が損なわれてしまう。
【００５４】
レーザーダイオードチップの１つ当たりのキャビティ数を、より好ましくは２〜６個とすることの理由は下記の通りである。キャビティ数を２個とすれば、シングルキャビティの２倍の高出力化が達成され、また１キャビティの製造歩留まりが上記のように９８％であるとすると、チップとしては９６％と高い歩留まりが得られる。キャビティ数を６個とすれば、シングルキャビティの６倍の高出力化が達成され、またチップとしては高出力化に見合った８９％の高い歩留まりが得られる。一方放熱レベルは、キャビティ数を２〜６個とすると、１キャビティ当たり１００ｍＷの場合で約１〜４Ｗとなり、十分な放熱が可能で、発熱によるチップの反りを抑制でき、その結果、高出力かつ高信頼性を実現できる。
【００５５】
また本発明による第２の露光用レーザー光源において、複数のマルチキャビティレーザーダイオードチップの各々のチップ幅が１ｍｍ以下とされていると、以下の効果が得られる。特に、アレイ化して高出力化が望まれるＧａＮ系レーザーダイオードは、高温（１０００〜１２００℃）にて結晶成長して作成されること、基板がサファイアであるということ、および結晶成長時に歪を生じやすい物質であるＩｎＧａＮを含んでいるという事情がある。そのため、チップ幅が比較的大きいと、その歪の影響で、ヒートブロックに実装する際に大きな発光位置高さバラツキが発生してしまう。特に本発明のようにマルチキャビティレーザーダイオードチップを多数並設して、それをライン状に光を発する光源として用いる場合には、大きな発光位置高さバラツキが発生すると、各マルチキャビティレーザーダイオードチップの光が一線に並ばなくなって、そのような用途には致命傷となる。そこでチップ幅を上記のように１ｍｍ以下としておくと、発光位置高さのバラツキが、実用上問題の無い程度に抑えられるようになる。
【００５６】
このチップ幅と発光位置高さバラツキとの関係について、さらに詳しく説明する。従来、基板歪の小さな１０Ｗ級の高出力レーザーダイオードを得るために、１０ｍｍ幅のバータイプレーザーダイオードをジャンクションダウン構造にて実装することがなされて来た。しかしその場合には、基板の反り等の影響で、１０μｍ以上の大きな発光位置高さバラツキが生じていた。この従来の構造に対して、チップ幅を上記のように１ｍｍ以下としておくと、基板の反りの影響を１／１０に抑えることができ、マルチキャビティレーザーダイオードチップを複数並設した際のチップ間のバラツキを加えても、発光位置高さバラツキを実用上問題の無い５μｍ以下に抑えられるようになる。
【００５７】
【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説明する。
【００５８】
図１は、本発明の第１の実施の形態による露光用レーザー光源の平面形状を示すものである。図示されるようにこの露光用レーザー光源は、銅からなるヒートブロック１０上に配列固定された一例として７個のチップ状態の横マルチモードＩｎＧａＮ系レーザーダイオードＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３，ＬＤ４，ＬＤ５，ＬＤ６およびＬＤ７と、各ＩｎＧａＮ系レーザーダイオードＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３，ＬＤ４，ＬＤ５，ＬＤ６およびＬＤ７に対してそれぞれ設けられたコリメーターレンズ１１，１２，１３，１４，１５，１６および１７と、１つの集光レンズ２０と、１本のマルチモード光ファイバー３０とから構成されている。
【００５９】
なおこの図１は、本実施の形態の露光用レーザー光源の基本構成を示すものであり、コリメーターレンズ１１〜１７および集光レンズ２０の形状は概略的に示してある。また、それらの取付状態の詳細については後に説明する。なお、ヒートブロック１０に対するＩｎＧａＮ系レーザーダイオードＬＤ１〜７の取付状態を図２に示す。
【００６０】
ＩｎＧａＮ系レーザーダイオードＬＤ１〜７のうちＩｎＧａＮ系レーザーダイオードＬＤ１〜６は画像露光用のもので、発振波長が例えば全て共通の４０５ｎｍであり、最大出力も全て共通の１００ｍＷである。それに対して、残りの１つのＩｎＧａＮ系レーザーダイオードＬＤ７はオートフォーカス用のもので、発振波長が例えば４５０ｎｍであり、最大出力は１ｍＷである。なおこのようなＩｎＧａＮ系レーザーダイオードＬＤ７は、他のＩｎＧａＮ系レーザーダイオードＬＤ１〜６よりもＩｎ組成を増やすことによって形成することができる。
【００６１】
上記ＩｎＧａＮ系レーザーダイオードＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３，ＬＤ４，ＬＤ５，ＬＤ６およびＬＤ７から発散光状態で出射したレーザービームＢ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５，Ｂ６およびＢ７は、それぞれコリメーターレンズ１１，１２，１３，１４，１５，１６および１７によって平行光化される。
【００６２】
平行光とされたレーザービームＢ１〜７は、集光レンズ２０によって集光され、マルチモード光ファイバー３０のコア３０ａの入射端面上で収束する。本例ではコリメーターレンズ１１〜１７および集光レンズ２０によって集光光学系が構成され、それとマルチモード光ファイバー３０とによって合波光学系が構成されている。すなわち、集光レンズ２０によって上述のように集光されたレーザービームＢ１〜７がこのマルチモード光ファイバー３０のコア３０ａに入射してそこを伝搬し、１本のレーザービームＢに合波されてマルチモード光ファイバー３０から出射する。なおマルチモード光ファイバー３０としては、ステップインデックス型のもの、グレーデッドインデックス型のもの、およびそれらの複合型のものが全て適用可能である。
【００６３】
次に、この露光用レーザー光源からなる紫外光高輝度合波ファイバーモジュールについて詳しく説明する。図３、４および５はそれぞれ、この紫外光高輝度合波ファイバーモジュールの平面形状、側面形状および部分正面形状を示すものである。なおこれらの図では、コリメーターレンズ１１〜１７および集光レンズ２０の形状や取付状態を詳しく示してある。
【００６４】
本例においてモジュールを構成する光学要素は、上方が開口した箱状のパッケージ４０内に収容され、このパッケージ４０の上記開口がパッケージ蓋４１によって閉じられることにより、該パッケージ４０およびパッケージ蓋４１が画成する閉空間内に密閉保持される。
【００６５】
パッケージ４０の底面にはベース板４２が固定され、このベース板４２の上面に前記ヒートブロック１０が取り付けられ、そしてこのヒートブロック１０にコリメーターレンズ１１〜１７を保持するコリメーターレンズホルダ４４が固定されている。さらにベース板４２の上面には、集光レンズ２０を保持する集光レンズホルダ４５と、マルチモード光ファイバー３０の入射端部を保持するファイバーホルダ４６が固定されている。またＩｎＧａＮ系レーザーダイオードＬＤ１〜７に駆動電流を供給する配線類４７は、パッケージ４０の横壁面に形成された開口を通してパッケージ外に引き出されている。
【００６６】
なお図３においては、図の煩雑化を避けるために、ＩｎＧａＮ系レーザーダイオードＬＤ１〜７のうち１つのＩｎＧａＮ系レーザーダイオードＬＤ７にのみ番号を付し、同様にコリメーターレンズ１１〜１７のうち１つのコリメーターレンズ１７にのみ番号を付してある。
【００６７】
図５は、上記コリメーターレンズ１１〜１７の取付部分の正面形状を示すものである。ここに示されるように各コリメーターレンズ１１〜１７は、非球面円形レンズの光軸を含む領域を細長く切り取った形とされたものであり、例えば樹脂あるいは光学ガラスをモールド成形することによって形成される。図６の（１）および（２）にはそれぞれ、それらを代表して１つのコリメーターレンズ１７の拡大側面形状および正面形状を、要部の寸法（単位はｍｍ）も入れて示してある。
【００６８】
図５および６に示される通りコリメーターレンズ１１〜１７は、ＩｎＧａＮ系レーザーダイオードＬＤ１〜７の発光点の並び方向（図５の左右方向）の開口径が該方向に直角な方向（図５の上下方向）の開口径よりも小さく形成されて、上記発光点の並び方向に密接配置されている。
【００６９】
一方ＩｎＧａＮ系レーザーダイオードＬＤ１〜７としては、発光幅が２μｍで、活性層と平行な方向、直角な方向の拡がり角が一例としてそれぞれ１０°、３０°の状態で各々レーザービームＢ１〜７を発するものが用いられている。これらのＩｎＧａＮ系レーザーダイオードＬＤ１〜７は、活性層と平行な方向に発光点が１列に並ぶように配設されている。
【００７０】
したがって、各発光点から発せられたレーザービームＢ１〜７は、上述のように細長い形状とされた各コリメーターレンズ１１〜１７に対して、拡がり角最大の方向が開口径大の方向と一致し、拡がり角最小の方向が開口径小の方向と一致する状態で入射することになる。つまり、細長い形状とされた各コリメーターレンズ１１〜１７は、入射するレーザービームＢ１〜７の楕円形の断面形状に対応して、非有効部分を極力少なくして使用されることになる。本実施の形態では具体的に、コリメーターレンズ１１〜１７の開口径は水平方向、垂直方向で各々１．１ｍｍ、４．６ｍｍであり、それらに入射するレーザービームＢ１〜７の水平方向、垂直方向のビーム径は各々０．９ｍｍ、２．６ｍｍである。また、コリメーターレンズ１１〜１７の各焦点距離ｆ１＝３ｍｍ、ＮＡ＝０．６、レンズ配置ピッチ＝１．２５ｍｍである。
【００７１】
また図７の（１）および（２）はそれぞれ、集光レンズ２０の拡大側面形状および正面形状を、要部の寸法（単位はｍｍ）も入れて示すものである。ここに示されるように集光レンズ２０も、非球面円形レンズの光軸を含む領域を細長く切り取って、コリメーターレンズ１１〜１７の並び方向つまり水平方向に長く、それと直角な方向に短い形状とされている。そして該集光レンズ２０の焦点距離ｆ２＝１４．６ｍｍ、ＮＡ＝０．３である。この集光レンズ２０も、例えば樹脂あるいは光学ガラスをモールド成形することによって形成される。
【００７２】
他方、マルチモード光ファイバー３０としては、三菱電線工業株式会社製のグレーデッドインデックス型光ファイバーを基本として、コア中心部がグレーデッドインデックスで外周部がステップインデックスである、コア径＝２５μｍ、ＮＡ＝０．３、端面コートの透過率＝９９．５％以上のものが用いられている。本例の場合、先に述べたコア径×ＮＡの値は７．５μｍである。
【００７３】
本実施の形態の構成においては、レーザービームＢ１〜７のマルチモード光ファイバー３０への結合効率が０．９となる。したがって、ＩｎＧａＮ系レーザーダイオードＬＤ１〜６の各出力が１００ｍＷのときには、出力５４０ｍＷ（＝１００ｍＷ×０．９×６）の画像露光用合波レーザービームＢが得られることになる。
【００７４】
以上説明した紫外光高輝度合波ファイバーモジュールは図８に示すように、マルチモード光ファイバー３０の出射端部を１次元アレイ状に配設して、それらのマルチモード光ファイバー３０の各々から高輝度の紫外レーザービームＢを射出する光源装置を構成することができる。
【００７５】
なお、このように複数本のマルチモード光ファイバーをまとめて配設する場合は、それらのうちの１本、あるいは予備１本を含めて合計２本が本発明による露光用レーザー光源のものとし、残りの多数のマルチモード光ファイバーはオートフォーカス用のレーザービームを発しないもの、つまり例えば図１の構成に即して説明すれば、全てが発振波長４０５ｎｍで、最大出力１００ｍＷとされた７つのＩｎＧａＮ系レーザーダイオードＬＤ１〜７と結合したマルチモード光ファイバー３０とされてもよい。その場合は、レーザービームＢ１〜７のマルチモード光ファイバー３０への結合効率が上記と同様に０．９であるとすると、各マルチモード光ファイバー３０から出力６３０ｍＷ（＝１００ｍＷ×０．９×７）の画像露光用合波レーザービームＢが出射することになる。
【００７６】
そこで、例えば出力６３０ｍＷの合波レーザービームＢを出射させるマルチモード光ファイバー３０を１５本と、出力５４０ｍＷの合波レーザービームＢを出射させる本発明装置のマルチモード光ファイバー３０を１本の合計１６本を並べることで、約１０Ｗもの超高出力でかつ高光密度｛１０Ｗ／（１２５μｍ×１６本）＝５Ｗ／ｍｍ｝を実現でき、エネルギー効率もＩｎＧａＮ系レーザーダイオードの発光効率と同等のほぼ１５％という高い値を実現できる。
【００７７】
また、上記マルチモード光ファイバー３０の出射端部をバンドル状に配設して、光源装置を構成することも可能である。そのような光源装置は、１次元あるいは２次元空間光変調素子と組み合わせて、画像露光装置に好適に利用され得るものとなる。そのような画像露光装置については、後に詳しく説明する。
【００７８】
次に、図９を参照して本発明の第２の実施の形態による露光用レーザー光源について説明する。なおこの図９において、図１中の要素と同等の要素には同番号を付してあり、それらについての説明は特に必要のない限り省略する（以下、同様）。
【００７９】
この第２の実施の形態の露光用レーザー光源は、図１に示した露光用レーザー光源と比べると、個別に形成された７個のコリメーターレンズ１１〜１７に代えて、７つのレンズ要素５０ａを有するコリメーターレンズアレイ５０が用いられた点が基本的に異なるものである。なお、このように複数のコリメーターレンズをアレイ化する他、さらに１つの集光レンズ２０（図１参照）と複数のコリメーターレンズ１１〜１７とを一体化してアレイ化しても構わない。
【００８０】
前述した通りの形状とされた７個のコリメーターレンズ１１〜１７を用いる場合も、それらを互いに密接配置して、ＩｎＧａＮ系レーザーダイオードＬＤ１〜７の配置ピッチを小さくし、空間利用効率を高めることができるが、上述のコリメーターレンズアレイ５０を用いることにより、その効果をより一層高めることが可能である。また、そのようにして空間利用効率が高められると、ＩｎＧａＮ系レーザーダイオードＬＤ１〜７、集光光学系およびマルチモード光ファイバー３０の組立位置精度を比較的緩くできるという効果も得られる。以下、その理由について詳しく説明する。
【００８１】
図９の中に示すように、コリメーターレンズアレイ５０の各レンズ要素５０ａの（図１の構成においては各コリメーターレンズ１１〜１７の）焦点距離および開口数をそれぞれｆ１、ＮＡ１、集光レンズ２０の焦点距離をｆ２、マルチモード光ファイバー３０の開口数をＮＡ２、空間利用効率をηとする。なおこの空間利用効率ηは、レーザービームＢ１と〜レーザービームＢ７とで挟まれる空間中で、７本のレーザービームＢ１〜７の光路が占める割合で規定するものであり、図９の場合のように７本のレーザービームＢ１〜７の光路が互いに完全密接する状態がη＝１である。
【００８２】
上記の条件下では、レンズ系の倍率ａ、つまりＩｎＧａＮ系レーザーダイオードＬＤ１〜７の各発光点におけるビームスポット径に対する、マルチモード光ファイバー３０のコア端面上におけるビームスポット径の比は下式で与えられる。なおＮは合波本数である。
【００８３】
【数１】
この式から明らかな通り、空間利用効率ηがより大きいほど倍率Ｍは低下する。そして倍率ａがより小さいほど、ＩｎＧａＮ系レーザーダイオードＬＤ１〜７、集光光学系およびマルチモード光ファイバー３０の相対位置関係がずれた際に、レーザービームＢ１〜７がマルチモード光ファイバー３０のコア端面上で動く距離が小さくなる。そこで、ＩｎＧａＮ系レーザーダイオードＬＤ１〜７、集光光学系およびマルチモード光ファイバー３０の組立位置精度を比較的緩くしておいても、レーザービームＢ１〜７をマルチモード光ファイバー３０のコア３０ａに正常に入射させることが可能になる。このように組立位置精度を緩くできれば、さらに合波本数を増やすことも可能になり、高出力化できる。これは、上記空間利用効率ηが大きいと倍率Ｍが低下することにより、合波本数を増やすことで倍率Ｍが増大することを補って、合波本数を多く設定できるからである。
【００８４】
以上、合波本数を７本とした２つの実施の形態について説明したが、本発明の露光用レーザー光源における合波本数はこの７本に限られるものではなく、２本以上のいずれの数が選択されてもよい。ただし好ましい合波本数は、先に述べた通りである。
【００８５】
次に、図１０を参照して本発明の第３の実施形態について説明する。この第３実施形態の露光用レーザー光源は、一例として５個のＩｎＧａＮ系レーザーダイオードＬＤ１１，ＬＤ１２，ＬＤ１３，ＬＤ１４およびＬＤ１５と、合波光学系２５０とから構成されている。
【００８６】
ＩｎＧａＮ系レーザーダイオードＬＤ１１〜１５のうち４つのＩｎＧａＮ系レーザーダイオードＬＤ１１〜１４は画像露光用のもので、発振波長は全て共通の例えば４００ｎｍであり、出力も全て共通の５０ｍＷである。残りの１つのＩｎＧａＮ系レーザーダイオードＬＤ１５はオートフォーカス用のもので、発振波長は４５０ｎｍ、出力は１ｍＷである。
【００８７】
そしてこれらのＩｎＧａＮ系レーザーダイオードＬＤ１１〜１５に対してそれぞれ、発散光状態で出射したレーザービームＢ１１，Ｂ１２，Ｂ１３，Ｂ１４，Ｂ１５を集光する集光レンズＨ１１，Ｈ１２，Ｈ１３，Ｈ１４，Ｈ１５が設けられている。ＩｎＧａＮ系レーザーダイオードＬＤ１１〜１５は、それぞれ光軸がマルチモード光ファイバー２５１のコア２５１ａの一端面上の一点を向くように配設され、集光レンズＨ１１，Ｈ１２，Ｈ１３，Ｈ１４，Ｈ１５は、それぞれこの一点上でレーザービームＢ１１，Ｂ１２，Ｂ１３，Ｂ１４，Ｂ１５を収束させるように配設されている。
【００８８】
マルチモード光ファイバー２５１は、一例として直径５０μｍのコア２５１ａがそれよりも低屈折率のクラッド２５１ｂに被覆されてなり、集光レンズＨ１１〜１５とともに合波光学系２５０を構成している。すなわち、集光レンズＨ１１〜１５によって上述のように集光されたレーザービームＢ１１〜１５がこのマルチモード光ファイバー２５１のコア２５１ａに入射してそこを伝搬し、１本のレーザービームＢ１０に合波されてマルチモード光ファイバー２５１から出射する。
【００８９】
この構成において、レーザービームＢ１１〜１５の最大入射角θは、マルチモード光ファイバー２５１のＮＡ（開口数）に対応する最大受光角θＭＡＸ以内の値とする。例えばＮＡ＝０．２の場合、ｓｉｎθＭＡＸ＝０．２よりθＭＡＸ＝１１°であるので、最大入射角θが１１°以内となるようにする。例えば上記のように出力５０ｍＷの４個のＩｎＧａＮ系レーザーダイオードＬＤ１１〜１４と、出力１ｍＷの１個のＩｎＧａＮ系レーザーダイオードＬＤ１５とを用い、図示のように５本のレーザービームＢ１１〜１５が互いに密接する状態では、各レーザービームＢ１１〜１５の収束角α＝４．４°とすると、最大入射角θは約１１°で１１°以内に収まり、２００ｍＷの画像露光用合波レーザービームＢ１０を得ることができる。
【００９０】
以上述べた合波方式を適用する場合は、本実施の形態のように複数のレーザーダイオードを１次元的に配列させる他、より多数のレーザーダイオードを適用できるように、それらを２次元的に配列させてもよい。
【００９１】
すなわち、本実施の形態では、複数のレーザーダイオードを円弧に沿って配列させているが、複数のレーザーダイオードを所定の球面に沿って配列させるとともに、該球面の中心位置にコア端面の中心が位置するように１本のマルチモード光ファイバーを配置し、複数のレーザーダイオードからコア端面に向けてレーザービームを射出させて、それらのレーザービームを合波させればよい。
【００９２】
また、先に述べた第１および２の実施形態、並びに下記第４の実施形態におけるように、複数のレーザーダイオードをヒートブロック等の支持部材に１列に並べて固定する場合は、各々複数のレーザーダイオードを固定したその支持部材を複数積層した構造を採用して、多数のレーザーダイオードを２次元的に配列させることができる。
【００９３】
以上のようにして多数のレーザーダイオードを、レーザービームの照射を受ける側から見た状態で２次元的に配列すれば、多数のレーザーダイオードを高密度に配置できるから、１本のマルチモード光ファイバーにより多数のレーザービームを入射させることが可能となって、より高出力の合波レーザービームを得ることができる。
【００９４】
次に、図１１を参照して本発明の第４の実施形態について説明する。この第４実施形態の露光用レーザー光源も、互いに同じ波長の複数のレーザービームを合波するようにしたものであり、銅からなるヒートブロック２６０上に配列固定された８個のチップ状態のＩｎＧａＮ系レーザーダイオードＬＤ２１，ＬＤ２２，ＬＤ２３，ＬＤ２４，ＬＤ２５，ＬＤ２６，ＬＤ２７およびＬＤ２８と、合波光学系２７０とから構成されている。
【００９５】
ＩｎＧａＮ系レーザーダイオードＬＤ２１〜２８のうち７つのＩｎＧａＮ系レーザーダイオードＬＤ２１〜２７は画像露光用のもので、発振波長は全て共通の例えば４００ｎｍであり、出力も全て共通の５０ｍＷである。残りの１つのＩｎＧａＮ系レーザーダイオードＬＤ２８はオートフォーカス用のもので、発振波長は４５０ｎｍ、出力は１ｍＷである。そしてこれらのＩｎＧａＮ系レーザーダイオードＬＤ２１，ＬＤ２２，ＬＤ２３，ＬＤ２４，ＬＤ２５，ＬＤ２６，ＬＤ２７およびＬＤ２８から発散光状態で出射したレーザービームＢ２１，Ｂ２２，Ｂ２３，Ｂ２４，Ｂ２５，Ｂ２６，Ｂ２７およびＢ２８は、マイクロレンズアレイ２６１によって平行光化される。
【００９６】
このマイクロレンズアレイ２６１によって平行光とされたレーザービームＢ２１〜２８は、１つの集光レンズ２６２によって集光され、マルチモード光ファイバー２５１のコア２５１ａの一端面上で収束する。マルチモード光ファイバー２５１は、マイクロレンズアレイ２６１および集光レンズ２６２とともに合波光学系２７０を構成している。すなわち、集光レンズ２６２によって上述のように集光されたレーザービームＢ２１〜２８がこのマルチモード光ファイバー２５１のコア２５１ａに入射してそこを伝搬し、１本のレーザービームＢ２０に合波されてマルチモード光ファイバー２５１から出射する。
【００９７】
この構成においては、マイクロレンズアレイ２６１の各レンズのＮＡ（開口数）を０．５とし、集光レンズ２６２による各ビームの集束角α＝２．７５°とすると、レーザービームＢ２１〜２８のコア２５１ａ上での収束スポット径は約１．４μｍとなる。そして、ＩｎＧａＮ系レーザーダイオードＬＤ２１〜２７の出力が全て５０ｍＷのとき、合波された画像露光用レーザービームＢ２０の出力は３５０ｍＷとなる。
【００９８】
また本実施の形態では、８個のチップ状態のＩｎＧａＮ系レーザーダイオードＬＤ２１〜２８をヒートブロック２６０の上にボンディングしている。
【００９９】
次に図１２〜１６を参照して、図３〜５に示した紫外光高輝度合波ファイバーモジュール（以下、単に合波ファイバーモジュールという）、つまり図１に示した露光用レーザー光源を備えた合波ファイバーモジュールを利用した画像露光装置について説明する。
【０１００】
図１２は、この画像露光装置１１０Ａの全体形状を示すものである。図示の通りこの画像露光装置１１０Ａは、複数のレーザービームを生成する光源ユニット１２０と、光源ユニット１２０で生成された複数のレーザービームを集光する露光ヘッド１３０と、露光ヘッド１３０を副走査方向に沿って移動させる露光ヘッド移動部１４０と、画像が記録される記録媒体Ｆが装着されかつ該記録媒体Ｆが主走査方向に移動するように図１２の矢印Ｒ方向に回転駆動されるドラム１５０と、主として光源ユニット１２０の冷却用の風（以下、「冷却風」という。）を生成する冷却用ブロア１６０とを含んで構成されている。
【０１０１】
なお記録媒体Ｆは、感度域が波長４０５ｎｍ近辺の紫外領域に有って、ドラム１５０に巻き付けることができる可撓性記録材料である。また、このように記録媒体Ｆをドラム１５０に巻き付ける形態ではなく、ドラム１５０自体が感光性を有する場合にも、本発明は同様に適用可能である。
【０１０２】
光源ユニット１２０には、多数の合波ファイバーモジュール１２１が表面に配置され、裏面に放熱フィン１２３（図１３も参照）が設けられた光源基板１２４と、光源基板１２４の一端部に垂直に取り付けられると共にＳＣ型光コネクタ１２５Ａのアダプタが複数（合波ファイバーモジュール１２１と同数）設けられたアダプタ基板１２５と、光源基板１２４の他端部に水平に取り付けられると共に記録媒体Ｆに記録する画像の画像データに応じて合波ファイバーモジュール１２１を駆動するＬＤドライバー回路１２６（図１５も参照）が設けられたＬＤドライバー基板１２７とが備えられている。
【０１０３】
なお上記合波ファイバーモジュール１２１のうち１つあるいは予備を含めて２つは、図３〜５に示した合波ファイバーモジュール、つまり発振波長が４０５ｎｍで最大出力が１００ｍＷである６つの画像露光用ＩｎＧａＮ系レーザーダイオードＬＤ１〜６および、発振波長が４５０ｎｍで最大出力が１ｍＷである１つのオートフォーカス用ＩｎＧａＮ系レーザーダイオードＬＤ７を有するものとされ、残りの合波ファイバーモジュール１２１は、全て発振波長が４５０ｎｍで最大出力が１００ｍＷである７つの画像露光用ＩｎＧａＮ系レーザーダイオードを有するものとされる。
【０１０４】
合波ファイバーモジュール１２１に接続された光ファイバー３０の他端部には各々ＳＣ型光コネクタ１２５Ａのプラグが設けられており、該プラグはアダプタ基板１２５に設けられたアダプタの一方の挿入口に嵌合されている。したがって、各合波ファイバーモジュール１２１から射出されたレーザービームは光ファイバー３０によって、アダプタ基板１２５に設けられているアダプタの略中央位置まで伝送される。
【０１０５】
また、ＬＤドライバー基板１２７に設けられているＬＤドライバー回路１２６における合波ファイバーモジュール１２１の駆動用信号の出力端子は合波ファイバーモジュール１２１に個別に接続されており、各合波ファイバーモジュール１２１は、ＬＤドライバー回路１２６によって各々個別に駆動が制御される。
【０１０６】
一方、露光ヘッド１３０には、上記複数の合波ファイバーモジュール１２１から射出された各レーザービームＢを取りまとめて射出するファイバーアレイ部１３１が備えられている。このファイバーアレイ部１３１には、各々アダプタ基板１２５に設けられた複数のアダプタの他方の挿入口に、一端部に設けられたＳＣ型光コネクタのプラグが嵌合された複数のマルチモード光ファイバー１７０によって、各合波ファイバーモジュール１２１から射出されたレーザービームＢが伝送される。
【０１０７】
図１４には、ファイバーアレイ部１３１を図１２の矢印Ａ方向に見た状態が示されている。同図に示すようにこのファイバーアレイ部１３１は、各々片面に合波ファイバーモジュール１２１の数の半数のＶ字溝が相隣接して設けられた２枚の基台１３１Ａが、上記Ｖ字溝が対向するように配置されると共に、各Ｖ字溝に対して各光ファイバー１７０の他端部が１本ずつ嵌め込まれて構成されている。したがって、ファイバーアレイ部１３１からは、各合波ファイバーモジュール１２１から射出された複数のレーザービームが所定間隔ごとに同時に出射されることになる。
【０１０８】
また、図１２に示すように露光ヘッド１３０には、ファイバーアレイ部１３１側より、コリメータレンズ１３２、開口部材１３３、および結像レンズ１３４が順に配列されている。なお開口部材１３３は、開口部がファイバーアレイ部１３１のレーザービーム出射口からみてファーフィールド（ｆａｒ ｆｉｅｌｄ ）の位置となるように配置されている。これによって、ファイバーアレイ部１３１における複数の光ファイバー１７０の出射端から出射された全てのレーザービームＢに対して同等の光量制限効果を与えることができる。
【０１０９】
一方、露光ヘッド移動部１４０には、長手方向が副走査方向に沿うように配置されたボールネジ１４１および２本のレール１４２が備えられており、ボールネジ１４１を回転駆動する副走査モータ１４３（図１５も参照）を作動させることによって、一部がボールネジ１４１に螺合された露光ヘッド１３０を、レール１４２に案内された状態で副走査方向に移動させることができる。
【０１１０】
また、ドラム１５０は主走査モータ１５１（図１５も参照）を作動させることによって図１２の矢印Ｒ方向に回転され、これによって主走査がなされる。
【０１１１】
一方、冷却用ブロア１６０は、図１２および図１３に示すように、該冷却用ブロア１６０によって生成された冷却風の風向きが、該冷却風が光源基板１２４に設けられた放熱フィン１２３および全ての光ファイバー３０の双方に当る方向となるように配置されている。したがって、冷却用ブロア１６０により生成された冷却風によって、各合波ファイバーモジュール１２１の駆動時における温度上昇を抑制することができると共に、各光ファイバー３０を強制的に振動させることができる。
【０１１２】
次に図１５を参照して、この画像露光装置１１０Ａの制御系の構成について説明する。同図に示すように該制御系は、画像データに応じて各合波ファイバーモジュール１２１を駆動するＬＤドライバー回路１２６と、主走査モータ１５１を駆動する主走査モータ駆動回路１８１と、副走査モータ１４３を駆動する副走査モータ駆動回路１８２と、冷却用ブロア１６０を駆動する冷却用ブロア駆動回路１８３と、ＬＤドライバー回路１２６、主走査モータ駆動回路１８１、副走査モータ駆動回路１８２および冷却用ブロア駆動回路１８３を制御する制御回路１８０とを備えている。ここで制御回路１８０には、記録媒体Ｆに記録する画像を示す画像データが供給される。
【０１１３】
次に、以上のように構成された画像露光装置１１０Ａの作用について、図１６に示すフローチャートを参照しつつ説明する。なお図１６は、画像露光装置１１０Ａによって画像記録を行う際の処理の流れを示すフローチャートである。
【０１１４】
まず、記録媒体Ｆに記録する画像を担持した画像データを、画像記録に際して該画像の画像データを一時的に記憶する不図示の画像メモリから制御回路１８０に転送する（ステップＳ１００）。制御回路１８０は、転送されてきた画像データ、および記録画像の予め定められた解像度を示す解像度データに基づいて調整された信号をＬＤドライバー回路１２６、主走査モータ駆動回路１８１、および副走査モータ駆動回路１８２に供給する。
【０１１５】
次いで制御回路１８０は、冷却用ブロア１６０の駆動を開始するように冷却用ブロア駆動回路１８３を制御する（ステップＳ１０２）。これにより、冷却用ブロア１６０によって生成された冷却風による各合波ファイバーモジュール１２１の冷却動作が開始されると共に、各光ファイバー３０の振動が開始される。
【０１１６】
ここで、各光ファイバー３０の振動を、光ファイバー３０から出射された光の光量変動を１主走査時間の間にランダム化させることができる振動とすることによって、記録媒体Ｆ上に記録される画像のむらを低減することができる。そこで本実施の形態では、このような振動とすることができる風量で、かつ本来の目的である放熱フィン１２３の冷却に必要とされる風量を実験やコンピュータ・シミュレーション等によって予め得ておき、この風量となるように冷却用ブロア駆動回路１８３が冷却用ブロア１６０の駆動を制御している。
【０１１７】
次に主走査モータ駆動回路１８１は、制御回路１８０から供給された信号に基づいて上記解像度データに応じた回転速度でドラム１５０を図１２の矢印Ｒ方向に回転させるように主走査モータ１５１を制御し（ステップＳ１０４）、副走査モータ駆動回路１８２は、上記解像度データに応じて副走査モータ１４３による露光ヘッド１３０の副走査方向に対する送り間隔を設定する（ステップＳ１０６）。
【０１１８】
次にＬＤドライバー回路１２６は、画像データに応じて各合波ファイバーモジュール１２１の駆動を制御する（ステップＳ１０８）。
【０１１９】
各合波ファイバーモジュール１２１から射出されたレーザービームＢは、光ファイバー３０、ＳＣ型光コネクタ１２５Ａ、および光ファイバー１７０を介してファイバーアレイ部１３１から出射され、コリメータレンズ１３２によって平行光束とされた後、開口部材１３３によって光量が制限され、結像レンズ１３４を介してドラム１５０上の記録媒体Ｆに集光される。
【０１２０】
この場合、記録媒体Ｆには、各合波ファイバーモジュール１２１から射出された複数のレーザービームＢに応じて複数のビームスポットが形成される。これらのビームスポットにより、露光ヘッド１３０が上記ステップＳ１０６で設定された送り間隔のピッチで副走査方向に送られると共に、上記ステップＳ１０４により開始されたドラム１５０の回転によって、解像度が上記解像度データによって示される解像度となる２次元画像が記録媒体Ｆ上に露光、記録される（ステップＳ１１０）。
【０１２１】
記録媒体Ｆ上への２次元画像の記録が終了すると、主走査モータ駆動回路１８１は主走査モータ１５１の回転駆動を停止し（ステップＳ１１２）、制御回路１８０は冷却用ブロア１６０の駆動を停止するように冷却用ブロア駆動回路１８３を制御し（ステップＳ１１４）、その後に本処理を終了する。
【０１２２】
本処理によって、記録媒体Ｆへの所定解像度による２次元画像の記録がなされると共に、この画像記録の間には冷却用ブロア１６０が駆動されるので、光ファイバー３０がランダムに振動され、光ファイバー３０を伝搬するレーザービームに対して白色ノイズ的な雑音を重畳させることができ、その結果、記録された２次元画像にｓｗａｔｈむらやビートむら等の画像むらが発生することを防止できる。
【０１２３】
以上の画像露光装置１１０Ａにおいて、１つあるいは２つの合波ファイバーモジュール１２１における各１つのオートフォーカス用ＩｎＧａＮ系レーザーダイオードＬＤ７は、出力一定にして駆動される。そして残りの全ての画像露光用ＩｎＧａＮ系レーザーダイオードは前記画像データに応じて駆動制御され、それにより該画像露光用ＩｎＧａＮ系レーザーダイオードから発せられたレーザービームにより、２次元画像が記録媒体Ｆ上に露光、記録される。
【０１２４】
上記オートフォーカス用ＩｎＧａＮ系レーザーダイオードＬＤ７から発せられたレーザービームＢ７は、画像露光用ＩｎＧａＮ系レーザーダイオードから発せられて合波されたレーザービームＢをオートフォーカスさせるため、つまり記録媒体Ｆ上で自動的に収束させるために使用される。このオートフォーカスは、例えば記録媒体Ｆで反射したレーザービームＢ７をビーム成形光学系を介して４分割フォトダイオードで受光し、その４分割フォトダイオードが出力する光検出信号を処理して合焦ずれ方向を判定し、その判定結果に応じて結像レンズ１３４（図１２参照）を光軸方向に移動させる、等の公知の手法によってなされる。
【０１２５】
以上のように、波長４０５ｎｍ近辺の紫外領域に有る記録媒体Ｆの感度域から４５ｎｍも離れた波長４５０ｎｍのレーザービームＢ７をオートフォーカス用に用いるのであれば、このレーザービームＢ７のために記録媒体Ｆが感光してしまうことを防止できる。しかも本例では、このレーザービームＢ７の出力が１ｍＷと極めて低いので、それによって記録媒体Ｆが感光してしまうことをより確実に防止可能である。
【０１２６】
また図１の露光用レーザー光源においては、オートフォーカスに用いられるレーザービームＢ７と他の画像露光用レーザービームＢ１〜６とが、共通の集光レンズ２０によってマルチモード光ファイバー３０に結合されるようになっているから、それらのレーザービーム間の位置ずれが生じ難く、よってオートフォーカス精度が高く保たれる。
【０１２７】
さらに図１の露光用レーザー光源は、オートフォーカスに用いられるレーザービームＢ７と他の画像露光用レーザービームＢ１〜６とを、共通の集光レンズ２０および共通のマルチモード光ファイバー３０に通す構成を有するので、オートフォーカス用に独自の光学系を付加する場合と比べれば、より低いコストで形成可能である。
【０１２８】
また図１の露光用レーザー光源は、複数のレーザーダイオードＬＤ１〜７からそれぞれ出射したレーザービームＢ１〜７を集光してマルチモード光ファイバー３０に結合させる極めて簡単な構成のものであって、特に作製が困難な要素も必要としないので、低コストで形成可能となる。
【０１２９】
なおオートフォーカス用には、上記波長４５０ｎｍのレーザービームＢ７を発するレーザーダイオードを用いる他、その他の波長領域、例えば赤色領域や赤外領域のレーザービームを発するレーザーダイオードを用いるようにしてもよい。
【０１３０】
また図１の露光用レーザー光源では、レーザーダイオードＬＤ１〜７としてシングルキャビティレーザーダイオードを用いているが、それらに代えてマルチキャビティレーザーダイオードを用いても構わない。
【０１３１】
次に図１７は、本発明の第５の実施の形態による露光用レーザー光源を構成するレーザーダイオードアレイ３１０の全体形状を示すものである。図示されるようにこのレーザーダイオードアレイ３１０は、銅からなるヒートブロック３１１上に、複数のマルチキャビティレーザーダイオードチップ３１２が互いに等間隔で配列固定されてなる。本例においてこれらのマルチキャビティレーザーダイオードチップ３１２は、一例として１個がＩｎＧａＮ系レーザーダイオードからなる発振波長が４５０ｎｍのオートフォーカス用のものであり、その他は発振波長が４０５ｎｍの画像露光用のものである。
【０１３２】
マルチキャビティレーザーダイオードチップ３１２は図１８に詳細形状を示す通り、例えば５個のキャビティを備えたもの、つまり５個の発光点３１２ａを有するものである。そして複数のマルチキャビティレーザーダイオードチップ３１２は、それぞれの発光点３１２ａの並び方向と同じ方向に並べて固定されている。
【０１３３】
本実施の形態において、図１８に示すマルチキャビティレーザーダイオードチップ３１２のうちオートフォーカス用のものは、例えば発光幅２μｍで１ｍＷのキャビティが間隔８０μｍで５つ並設されてなる、トータル出力５ｍＷでチップ幅４００μｍのチップである。
【０１３４】
他方、図１８に示すマルチキャビティレーザーダイオードチップ３１２のうち画像露光用のものは、発光幅２μｍで１００ｍＷのキャビティが間隔８０μｍで５つ並設されてなる、トータル出力５００ｍＷでチップ幅４００μｍのチップである。この場合は、出力が５００ｍＷであることから放熱量は３Ｗとなるので、４００μｍのチップ幅であっても、互いのキャビティ間で熱干渉を起こすことなく、十分に放熱可能である。
【０１３５】
また、チップ幅が４００μｍであることから、歪の大きいＩｎＧａＮ系レーザーダイオードであっても基板の反りは１μｍ程度に抑制できる。そして、本チップを図１７に示すようにして４０素子配列する場合でも、各素子の実装高さバラツキを１μｍ以内に抑えるように精密実装することは十分可能であるから、２００個（５キャビティ×４００素子）の発光点の高さバラツキを、全体で２μｍに抑制することが十分可能になる。
【０１３６】
これに対して、２００個のキャビティを８０μｍ間隔で並設した場合、チップ幅は１６ｍｍにも達するので、従来の赤外レーザーダイオードと比較して歪を生じやすいＩｎＧａＮ系レーザーダイオードにあっては、チップのみで４０μｍもの歪が発生し、発光位置高さバラツキは４０μｍ以上に達してしまう。さらに、２００個ものキャビティを有するレーザーダイオードチップは非常に歩留まりが低く、現実には作成不可能である。また、たとえ作成できたとしても、上記発光点の高さバラツキの問題から、ＧＬＶのような画素サイズ２５μｍ程度のライン型空間光変調素子の照明光源として用いることは不可能となる。
【０１３７】
同様にして、キャビティ数を６個とする場合は、チップ幅４８０μｍで基板の反りは１．２μｍ程度に抑制できる。このときの実装高さバラツキが１．３μｍであるとしても、発光位置高さバラツキは２．５μｍ程度に抑制できる。その結果、ＧＬＶのような画素サイズ２５μｍ程度の空間光変調素子と併せて用いる場合でも、発光位置高さバラツキを画素サイズの１０％程度に抑えることが可能である。
【０１３８】
図１７においては、マルチキャビティレーザーダイオードチップ３１２の数を９個として図示してあるが、チップ数はそれに限られるものではなく、４０個程度設けることも可能である。例えばマルチキャビティレーザーダイオードチップ３１２の１個当たりの出力が０．５Ｗの場合、チップ数を４０個とすれば、レーザーダイオードアレイ３１０の全体の出力は２０Ｗとなる。そして、そのようなレーザーダイオードアレイ３１０を例えば３素子並設して用いれば、全体の出力は６０Ｗに達する。
【０１３９】
以上のように構成されたレーザーダイオードアレイ３１０は、高強度のレーザービームをライン状に並べて出射する露光用レーザー光源として好適に用いることができる。以下、そのような光源装置について、図１７に加えて図１９および図２０も参照して説明する。
【０１４０】
この露光用レーザー光源は図１９に示すように、複数のマルチキャビティレーザーダイオードチップ３１２を互いに等間隔で配列固定しているヒートブロック３１１に近接あるいは密接させてレンズマウント３１５が配設され、その上には、各マルチキャビティレーザーダイオードチップ３１２に対応させてレンズアレイ３１４が固定されるともに、それらの間に位置する状態にして１本のロッドレンズ３１３が固定されてなる。なおレンズアレイ３１４は、凸レンズでも凹レンズでもよく、目的に応じて使い分けることができる。
【０１４１】
なお図２０では、レンズマウント３１５を省略するとともに、マルチキャビティレーザーダイオードチップ３１２から出射するレーザービームＬは便宜的に３本として示してある。この図２０に示すように、各マルチキャビティレーザーダイオードチップ３１２から発散光状態で出射したレーザービームＬはロッドレンズ３１３により同図の紙面に直角な方向に集光された後、各レンズアレイ３１４により同図に示される面内で集光されて平行光化される。
【０１４２】
平行光とされた各レーザービームＬは、さらに集光レンズ３２０によって集光され、例えば複数の変調部が１次元に配列されてなる空間変調素子３２１の各変調部で収束する。なおこの空間変調素子３２１としては、ライン状の液晶空間変調素子やＤＭＤ（デジタル・ミラー・デバイス）やＧＬＶ（グレーティング・ライトバルブ）等が用いられ得る。
【０１４３】
上述のようにして複数本のレーザービームＬを空間変調素子３２１の各変調部に導くことにより、それらのレーザービームＬのうち画像露光用のレーザービームを互いに独立して変調することが可能になる。そしてそれらのレーザービームＬのうちオートフォーカス用のものは変調せずに一定強度として、前述のようなオートフォーカス操作に使用される。
【０１４４】
この場合も、画像露光用のレーザービームとは波長が異なるレーザービームをオートフォーカスに用いていることにより、先に説明した第１実施の形態におけるのと同様の作用、効果を得ることができる。
【０１４５】
次に図２１は、本発明の第６実施の形態による露光用レーザー光源を示すものである。本図において（１）、（２）はそれぞれ、該光源の平面形状、側面形状を示している。この例において、レーザーダイオードアレイ３１０の各マルチキャビティレーザーダイオードチップ３１２から発散光状態で出射したレーザービームＬは、シリンドリカルレンズ３３０により同図（２）に示す垂直面内で集光されて、平行光とされる。次いでレーザービームＬは集光レンズ３３１により集光されて、例えば前述のＧＬＶ等からなる空間光変調素子３３２に照射され、この空間光変調素子３３２のライン状に配設された変調部において変調される。
【０１４６】
本例においても、レーザーダイオードアレイ３１０を構成する複数のマルチキャビティレーザーダイオードチップ３１２のうち、１個はその他の画像露光用ダイオードチップと異なる波長のレーザービームを発するものに構成して、それをオートフォーカス用に用いれば、先に説明した第１実施の形態におけるのと同様の作用、効果を得ることができる。
【０１４７】
なお、本実施の形態のような光学系を採用した場合は、各マルチキャビティレーザーダイオードチップ３１２におけるキャビティ間の出力バラツキや、あるいはチップ３１２相互間の出力バラツキが存在しても、空間光変調素子３３２に均一な強度の光を照射可能となる。また、１つのマルチキャビティレーザーダイオードチップ３１２の１つのキャビティからの出力が劣化により０（ゼロ）になったとしても、その影響をほとんど受けることなく、空間光変調素子３３２に均一な強度の光を照射可能となる。
【０１４８】
なお、本発明の露光用レーザー光源を構成する上記レーザーダイオードアレイ３１０等のレーザーダイオードアレイにおいて、マルチキャビティレーザーダイオードチップの発光点数や、そのマルチキャビティレーザーダイオードチップの並設数は、以上説明した実施の形態における数に限られるものではなく、必要に応じて２以上のいかなる数を選択することもできる。
【０１４９】
また本発明の露光用レーザー光源を構成するレーザーダイオードアレイにおいて、マルチキャビティレーザーダイオードチップとしては、ＩｎＧａＮ系レーザーダイオードからなるものに限らず、その他の種類のものを適用することも勿論可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による露光用レーザー光源を示す平面図
【図２】上記露光用レーザー光源を構成するレーザーダイオードの部分を示す斜視図
【図３】上記露光用レーザー光源を備えた紫外光高輝度合波ファイバーモジュールを示す平面図
【図４】上記紫外光高輝度合波ファイバーモジュールの側面図
【図５】上記紫外光高輝度合波ファイバーモジュールの部分正面図
【図６】上記露光用レーザー光源に用いられたコリメーターレンズの側面図（１）と正面図（２）
【図７】上記露光用レーザー光源に用いられた集光レンズの側面図（１）と正面図（２）
【図８】上記露光用レーザー光源を複数用いる光源装置の斜視図
【図９】本発明の第２の実施の形態による露光用レーザー光源を示す平面図
【図１０】本発明の第３の実施の形態による露光用レーザー光源を示す平面図
【図１１】本発明の第４の実施の形態による露光用レーザー光源を示す平面図
【図１２】本発明の露光用レーザー光源を用いる露光装置の一例を示す斜視図
【図１３】上記露光装置の一部を示す斜視図
【図１４】上記露光装置の一部を示す正面図
【図１５】上記露光装置の電気的構成を示すブロック図
【図１６】上記露光装置における画像露光に関わる処理の流れを示すフローチャート
【図１７】本発明の第５の実施の形態による露光用レーザー光源を構成するレーザーダイオードアレイを示す斜視図
【図１８】図１７のレーザーダイオードアレイを構成するマルチキャビティレーザーダイオードチップを示す斜視図
【図１９】本発明の第５の実施の形態による露光用レーザー光源の斜視図
【図２０】上記露光用レーザー光源の平面図
【図２１】本発明の第６の実施の形態による露光用レーザー光源を示す平面図（１）と側面図（２）
【符号の説明】
１０ ヒートブロック
１１〜１７ コリメーターレンズ
２０ 集光レンズ
３０ マルチモード光ファイバー
３０ａ マルチモード光ファイバーのコア
５０ コリメーターレンズアレイ
１１０Ａ 画像露光装置
１２０ 光源ユニット
１２１ 合波ファイバーモジュール
１３０ 露光ヘッド
１４０ 露光ヘッド移動部
１５０ ドラム
１７０ マルチモード光ファイバー
２５０ 合波光学系
２５１ マルチモード光ファイバー
２６１ マイクロレンズアレイ
２６２ 集光レンズ
２７０ 合波光学系
３１０ レーザーダイオードアレイ
３１１ ヒートブロック
３１２ マルチキャビティレーザーダイオードチップ
３１３ ロッドレンズ
３１４ レンズアレイ
３１５ レンズマウント
３２０ 集光レンズ
３２１、３３２ 空間光変調素子
３３０ シリンドリカルレンズ
３３１ 集光レンズ
ＬＤ１〜７、ＬＤ１１〜１５、ＬＤ２１〜２８ ＩｎＧａＮ系レーザーダイオード
Ｂ１〜７、Ｂ１１〜１５、Ｂ２１〜２８ レーザービーム
Ｂ、Ｂ１０、Ｂ２０ 合波されたレーザービーム
Ｆ 記録媒体
Ｈ１１〜１５ 集光レンズ
【発明の属する技術分野】
本発明は画像露光に用いられる露光用レーザー光源に関し、特に詳細には、複数のレーザーダイオードから発せられたレーザービームを１本にまとめて画像露光に用いるようにした露光用レーザー光源に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、紫外域のレーザービームを発生させる装置として、レーザーダイオード励起固体レーザーから発せられた赤外光を紫外域の第３高調波に変換する波長変換レーザーや、エキシマレーザーや、Ａｒレーザーが実用に供されている。
【０００３】
さらには近時、例えば１９９８年発行のＪｐｎ．Ａｐｐｌ．ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，Ｖｏｌ．３７．ｐ．Ｌ１０２０に示されるように、４００ｎｍ近傍の波長のレーザービームを発するＧａＮ系レーザーダイオードも提供されている。
【０００４】
このような波長のレーザービームを発する光源は、３５０〜４２０ｎｍの紫外領域を含んだ所定の波長域（以下「紫外域」という）に感度を有する感光材料を露光する露光装置において、画像を書き込む露光用光源として適用することも考えられている。その場合の露光用光源は、当然ながら、感光材料を感光させるのに十分な出力を備えることが求められる。
【０００５】
しかし上記エキシマレーザーは、装置が大型で、コストやメンテナンスコストも高いという問題がある。
【０００６】
また、赤外光を紫外域の第３高調波に変換する波長変換レーザーは、波長変換効率が非常に低いことから、高出力を得るのは極めて困難になっている。現在のところは、３０Ｗのレーザーダイオードで固体レーザー媒質を励起して１０Ｗの基本波（波長１０６４ｎｍ）を発振させ、それを３Ｗの第２高調波（波長５３２ｎｍ）に変換し、それら両者の和周波である１Ｗの第３高調波（波長３５５ｎｍ）を得る、というのが現在の実用レベルである。その場合のレーザーダイオードの電気−光効率は５０％程度であり、そして紫外光への変換効率は１．７％程度と非常に低いものとなっている。そしてこのような波長変換レーザーは、高価な光波長変換素子を用いるために、コストがかなり高いものとなっている。
【０００７】
またＡｒレーザーは電気−光効率が０．００５％と非常に低く、寿命が１０００時間程度と非常に短いという問題がある。
【０００８】
一方、ＧａＮ系レーザーダイオードについては、低転位のＧａＮ結晶基板が得られないことから、ＥＬＯＧという成長方法によって約５μｍ程度の低転位領域を作り出し、その上にレーザー領域を形成して高出力化と高信頼性を実現する試みがなされている。しかし、こうして作製されるＧａＮ系レーザーダイオードにおいても、大面積に亘って低転位の基板を得るのが難しいので、５００ｍＷ〜１Ｗ級の高出力なものは未だ商品化されていない。
【０００９】
また、レーザーダイオードの高出力化の別の試みとして、例えば１つで１００ｍＷの光を出力するキャビティを１００個形成することで１０Ｗの出力を得るようなことも考えられているが、１００個程度の多数のキャビティを高歩留まりで作成することは、ほとんど現実性が無いと言える。特に、シングルキャビティの場合でも９９％以上の高歩留まり化は困難であるＧａＮ系レーザーダイオードにあっては、なおさらである。
【００１０】
このような事情に鑑みて本出願人は、高出力が得られる低コストの合波レーザー光源を先に提案した（特願２００１−２７３８４９号）。この合波レーザー光源は、複数のレーザーダイオードと、１本のマルチモード光ファイバーと、前記複数のレーザーダイオードからそれぞれ出射したレーザービームを集光した上で前記マルチモード光ファイバーに結合させる集光光学系とを備えてなるものである。
【００１１】
この合波レーザー光源においては、複数のレーザーダイオードからそれぞれ出射したレーザービームがマルチモード光ファイバーに結合するので、該マルチモード光ファイバーから、合波された高出力のレーザービームが出射する。そこでこの合波レーザー光源は、感光材料を感光させるのに十分な高出力のレーザービームを発生可能で、画像露光に好適に利用できるものとなる。
【００１２】
また本出願人は、高出力が得られるレーザーダイオードアレイも提案した（特願２００１−２７３８７０号）。このレーザーダイオードアレイは、複数の発光点を有するマルチキャビティレーザーダイオードチップが複数個並べて固定されてなるものである。上記マルチキャビティレーザーダイオードチップは、複数の発光点を有することによりそれ自身高出力である。そこで、これらのマルチキャビティレーザーダイオードチップからそれぞれ出射したレーザービームを集光光学系によって共通位置に集束させれば、感光材料を感光させるのに十分な高出力のレーザービームが得られるので、このレーザーダイオードアレイも画像露光に好適に利用できるものとなる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の合波レーザー光源やレーザーダイオードアレイを露光用レーザー光源として用い、合波されて１本になったレーザービームにより感光材料に画像を書き込む場合には、そのレーザービームを感光材料の上で正確にフォーカス（合焦）させることが必要になる。その際、複数のレーザーダイオードから発せられたレーザービームの中の１本を利用して、オートフォーカスさせることが考えられるが、そのレーザービームは変調させることなく常時一定強度に維持しておく必要がある。すると、そのオートフォーカス用レーザービームによって感光材料が感光してしまい、記録画像のコントラストが低下するという問題が生じる。
【００１４】
なお上記の問題は、レーザーダイオードアレイを露光用レーザー光源として用いる際には、特に上記特願２００１−２７３８７０号のレーザーダイオードアレイのようにマルチキャビティレーザーダイオードチップを用いる場合に限らず、発光点が１つのシングルキャビティレーザーダイオードチップを用いる場合にも同様に生じ得るものである。
【００１５】
また上記の問題は、光ファイバーによる合波レーザー光源を露光用レーザー光源として用いる際には、レーザーダイオードとしてマルチキャビティレーザーダイオード、シングルキャビティレーザーダイオードのいずれを用いる場合にも同様に生じ得るものである。
【００１６】
この問題を回避するために、オートフォーカス用として全く別の光源および光学系を設けることも考えられるが、そのようにした場合は、露光装置の構成が複雑化する、画像露光用レーザービームとオートフォーカス用レーザービームとの間の位置ずれが生じるとオートフォーカスの精度が損なわれる、といった問題が新たに発生する。
【００１７】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、オートフォーカス用レーザービームによって感光材料を感光させることがなく、そしてオートフォーカスの精度を高く保つことができる、構造の簡単な露光用レーザー光源を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明による第１の露光用レーザー光源は、前述したように複数のレーザービームを光ファイバーによって合波する構成を前提とするものであり、すなわち、
複数のレーザーダイオードと、
１本のマルチモード光ファイバーと、
前記複数のレーザーダイオードからそれぞれ出射したレーザービームを集光した上で前記マルチモード光ファイバーに結合させる集光光学系とを備えてなり、前記マルチモード光ファイバーから出射したレーザービームが画像露光に用いられる露光用レーザー光源において、
前記複数のレーザーダイオードの中の少なくとも１つとして、画像露光用レーザービームとは異なる波長のレーザービームを発するものを備えたことを特徴とするものである。
【００１９】
なおこの第１の露光用レーザー光源においては、
複数のレーザーダイオードが、各々の活性層と平行な方向に発光点が１列に並ぶように配設され、
集光光学系が、前記発光点の並び方向の開口径が該方向に直角な方向の開口径よりも小さく形成されて、各レーザーダイオード毎に設けられた複数のコリメーターレンズ、およびこれらのコリメーターレンズで平行光化された複数のレーザービームをそれぞれ集光して前記マルチモード光ファイバーの端面で収束させる集光レンズから構成されていることが望ましい。
【００２０】
また、上記複数のコリメーターレンズは互いに一体化されて、レンズアレイとして構成されることが望ましい。さらに、上記集光レンズと複数のコリメーターレンズとが互いに一体化されて、レンズアレイとして構成されることが特に望ましい。
【００２１】
他方、上記複数のレーザーダイオードを実装するブロックは、複数に分割され、互いに張り合わせて一体化されていることが望ましい。
【００２２】
また複数のレーザーダイオードは、一列に並べて配置する場合には３〜１０個、さらに好ましくは６または７個設けられることが望ましい。またこのレーザーダイオードとしては、発光幅が１．５〜５μｍ、さらに好ましくは２〜３μｍのものが用いられるのが望ましい。そしてこのレーザーダイオードとしては、ＧａＮ系レーザーダイオードが用いられることが望ましい。
【００２３】
一方上記マルチモード光ファイバーとしては、コア径が５０μｍ以下で、ＮＡ（開口数）が０．３以下のものが用いられることが望ましい。さらに、このマルチモード光ファイバーとしては、コア径×ＮＡの値が７．５μｍ以下のものが用いられることが望ましい。
【００２４】
また複数のレーザーダイオードは、レーザービームの照射を受ける側から見た状態で２次元的に配列固定されていることが望ましい。
【００２５】
さらにこの露光用レーザー光源は、上述したマルチモード光ファイバーを１本だけ用いて構成されてもよいが、好ましくは、該マルチモード光ファイバーを複数用いて、それらのマルチモード光ファイバーの各々に複数のレーザーダイオードおよび集光光学系を組み合わせ、各マルチモード光ファイバーから高出力のレーザービームを発するように構成することもできる。そのようにする場合、複数のマルチモード光ファイバーは少なくとも出射端部において１次元アレイ状、あるいは、バンドル状に配設されるのが望ましい。
【００２６】
なお、上記のように複数の光ファイバーを配設する場合は、本発明による露光用レーザー光源の光ファイバーと、そうではない露光用レーザー光源、つまり複数のレーザーダイオードが全て画像露光用の波長のレーザービームを発するものとされた露光用レーザー光源の光ファイバーとを組み合わせて配設するようにしてもよい。
【００２７】
また、本発明による第２の露光用レーザー光源は、
複数のレーザーダイオードと、
これら複数のレーザーダイオードからそれぞれ出射したレーザービームを共通位置に集束させる集光光学系とを備えてなり、
前記共通位置に集束したレーザービームが画像露光に用いられる露光用レーザー光源において、
前記複数のレーザーダイオードの中の少なくとも１つとして、画像露光用レーザービームとは異なる波長のレーザービームを発するものを備えたことを特徴とするものである。
【００２８】
なお上記複数のレーザーダイオードとしては、チップ状態のマルチキャビティレーザーダイオードを好適に用いることができる。その場合、マルチキャビティレーザーダイオードチップは、それぞれの発光点の並び方向と同じ方向に並べて固定されることが望ましい。また、マルチキャビティレーザーダイオードチップの１つ当たりのキャビティ数は２〜１０個、より好ましくは４〜６個であることが望ましい。
【００２９】
また上記複数のマルチキャビティレーザーダイオードチップの各々のチップ幅、つまり複数の発光点の並び方向のチップサイズは１ｍｍ以下とされ、それらのマルチキャビティレーザーダイオードチップは固定ブロックに対して、発光位置高さバラツキを５μｍ以下としてジャンクションダウン構造で固定されることが望ましい。なお上記のジャンクションダウン構造とは、基板側ではなく、素子形成面側（ｐｎ接合側）を熱伝導率が大きい放熱用マウントに固定する構造である。
【００３０】
また、本発明による第１および第２の露光用レーザー光源において、複数のレーザーダイオードのうち画像露光用のものとしては、発振波長がほぼ４０５ｎｍのＩｎＧａＮ系レーザーダイオードを、そして画像露光用ではないものとしては、発振波長が４２０ｎｍを超えるＩｎＧａＮ系レーザーダイオードを好適に用いることができる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明による第１の露光用レーザー光源は、複数のレーザーダイオードの中の少なくとも１つとして、画像露光用レーザービームとは異なる波長のレーザービームを発するものを備えているので、本光源によれば、上記波長のレーザービームを用いることにより、感光材料を感光させることなくオートフォーカス機能を実現可能となる。
【００３２】
また本発明による第１の露光用レーザー光源においては、上記オートフォーカスに用いられるレーザービームと他の画像露光用レーザービームとが、共通の集光光学系によってマルチモード光ファイバーに結合されるようになっているから、それらのレーザービーム間の位置ずれが生じ難く、よってオートフォーカス精度が高く保たれる。
【００３３】
さらに、本発明による第１の露光用レーザー光源は、上記オートフォーカスに用いられるレーザービームと他の画像露光用レーザービームとを、共通の集光光学系および共通のマルチモード光ファイバーに通す構成を有するので、オートフォーカス用に独自の光学系を付加する場合と比べれば、より低いコストで形成可能である。
【００３４】
また本発明による第１の露光用レーザー光源は、複数のレーザーダイオードからそれぞれ出射したレーザービームを集光してマルチモード光ファイバーに結合させる極めて簡単な構成のものであって、特に作製が困難な要素も必要としないので、低コストで形成可能となる。
【００３５】
また本発明による第１の露光用レーザー光源において、特に複数のレーザーダイオードが、各々の活性層と平行な方向に発光点が１列に並ぶように配設され、集光光学系が、発光点の並び方向の開口径が該方向に直角な方向の開口径よりも小さく形成されて、各レーザーダイオード毎に設けられた複数のコリメーターレンズ、およびこれらのコリメーターレンズで平行光化された複数のレーザービームをそれぞれ集光して前記マルチモード光ファイバーの端面で収束させる集光レンズから構成された場合には、複数のレーザーダイオードの配置ピッチをより短くして、より高密度に配置できるようになる。このように複数のレーザーダイオードをより高密度に配置しておくと、複数のレーザービームの光ファイバー端面における位置ずれがより小さく抑えられるようになるので、複数のレーザーダイオード、マルチモード光ファイバーおよび集光光学系の組立位置精度を比較的緩くできるという効果が得られ、さらに、この組立位置精度を緩くできることから、合波本数をより多くして高出力化できる。その理由は、後に実施の形態に沿って詳しく説明する。
【００３６】
また、上述のような複数のコリメーターレンズが互いに一体化されてレンズアレイとして構成される場合は、複数のコリメーターレンズが１個ずつ別体に形成される場合と比較して、各レンズの周辺部に大きな非有効領域ができてしまうことを避けられるから、各レンズを互いにより近接させて配置可能となる。そうであれば、複数のレーザーダイオードをよりさらに高密度に配置できるので、上記の組立位置精度を緩くできるという効果、合波本数をより多くして高出力化できるという効果がさらに顕著なものとなる。
【００３７】
さらにこの場合は、コリメーターレンズの位置調整作業が、１つのレンズアレイの位置を調整するだけで済むので、この作業が簡素化される。
【００３８】
また、印刷、医用画像の分野や、ＰＣＢ（プリント・サーキット・ボード）、ＰＤＰ（プラズマディスプレイ）、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）等による画像を感光材料に露光する場合等においては、上記マルチモード光ファイバーとしてコア径が５０μｍ以下のものを用いると、露光スポットを微細なものにして高精細な画像を露光できるようになる。また、そのマルチモード光ファイバーのＮＡが０．３以下であると、上述のような高精細画像を露光する上で十分な焦点深度が確保され、鮮鋭度の高い画像を露光可能となる。
【００３９】
また、マルチモード光ファイバーとしてコア径×ＮＡの値が７．５μｍ以下のものを用いる場合、それらの組合せとしては例えば５０μｍ×０．１５、４０μｍ×０．１８８、３０μｍ×０．２５、２５μｍ×０．３等が挙げられる。このような特性のマルチモード光ファイバーを用いると、そのＮＡと同程度のＮＡのコリメーターレンズで各レーザーダイオードからのレーザービームを平行光化でき、ＮＡ＝０．３の集光レンズで２５μｍ以下のスポットに合波レーザービームを集光させることも可能になる。それにより、高解像度と十分な焦点深度を確保できるようになる。
【００４０】
他方、上記複数のレーザーダイオードを実装するブロックが複数に分割され、互いに張り合わせて一体化されている場合は、１つのブロックにレーザーダイオードを全て実装する場合と比較して、実装の歩留まりを向上させることができる。例えば、１つのレーザーダイオードの実装歩留まりが９８％の場合、６個のレーザーダイオードを１つのブロックに全て実装する場合の全体の実装歩留まりは８６％（＝０．９８６×１００）であり、それに対して３個ずつ２つのブロックに実装する場合のそれは、２つのブロックを接合する歩留まりはほぼ１００％を実現できるので、９４％（＝０．９８３×１００）に向上する。
【００４１】
また本発明による第１の露光用レーザー光源において、レーザーダイオードが３個以上設けられれば、従来知られている偏光合波では２個のレーザーダイオードからのレーザービームしか合波できないのに対し、それを上回る高出力の合波ビームを得ることが可能になる。ただし、１つのレーザーダイオードの実装歩留まりが通常その程度であるように９８％であるとすると、レーザーダイオードを１０個設ける場合には、実装歩留まりが８２％まで低下する。それ以上の歩留まり低下は現実上避けなければならないないので、本発明の好ましい実施の形態においては、このレーザーダイオードの数の上限を１０個とする。
【００４２】
さらに、レーザーダイオードの数が１０個一列に並べて配置される場合、画像形成用のコア径５０μｍ以下でＮＡ０．３以下、もしくはコア径×ＮＡ＝７．５μｍ以下のマルチモード光ファイバーを用いたとき、求められる実装精度は０．１μｍ未満と非常に厳しい値になってしまうが、一列に並べるレーザーダイオードの数を６または７個としておくことにより、求められる実装精度は０．３〜１μｍ未満と著しく緩和される。また、レーザーダイオードの数が６または７個の場合は、３個の場合と比べて２倍以上の高出力を得ることができる。
【００４３】
またレーザーダイオードとして発光幅が１．５μｍ以上のものを適用することにより、例えばそれがＧａＮ系レーザーダイオードである場合は、完全単一横モード構造のものの最大出力（３０ｍＷ程度）と比較して、高い出力（５０ｍＷ以上）を得ることができる。一方、レーザーダイオードとして発光幅が５μｍ以下のものを適用することにより、画像形成用のコア径５０μｍ以下でＮＡ０．３以下、もしくはコア径×ＮＡ＝７．５μｍ以下のマルチモード光ファイバーに対してレーザーダイオードが３個以上の集光結合系を構成可能となる。また、レーザーダイオードとして発光幅が２〜３μｍのものを適用することにより、画像形成用の光学系においてレーザーダイオードが６または７個の集光結合系を構成可能となる。
【００４４】
また複数のレーザーダイオードを、レーザービームの照射を受ける側から見た状態で２次元的に配列すれば、多数のレーザーダイオードを高密度に配置できるから、１本のマルチモード光ファイバーにより多数のレーザービームを入射させることが可能となって、より高出力の合波レーザービームを得ることができる。
【００４５】
他方、本発明による第１の露光用レーザー光源が、複数のマルチモード光ファイバーを少なくとも出射端部において１次元アレイ状、あるいはバンドル状に配設してなる場合は、それらの光ファイバーから高出力のレーザービームを１次元あるいは２次元に整列した状態で出射させることができる。そうであれば、整列して出射する複数のレーザービームの各々を、変調部がライン状、あるいは２次元状に配列されてなるＧＬＶやＤＭＤ等の空間光変調素子の各変調部に入射させて、画像露光等のために効率良く変調させることができる。
【００４６】
そこで、上述のように構成された露光用レーザー光源を用いる露光装置は、上記空間光変調素子を併せて用いて、２次元に整列して出射するレーザービームをそのまま感光材料に２次元状に照射することにより、あるいは１次元あるいは２次元に整列して出射するレーザービームを感光材料に照射するとともに感光材料をレーザービームに対して相対的に副走査移動させることにより、該感光材料に２次元画像を露光可能なものとなる。
【００４７】
他方本発明による第２の露光用レーザー光源も、複数のレーザーダイオードの中の少なくとも１つとして、画像露光用レーザービームとは異なる波長のレーザービームを発するものを備えているので、本光源によれば、上記波長のレーザービームを用いることにより、感光材料を感光させることなくオートフォーカス機能を実現可能となる。
【００４８】
また本発明による第２の露光用レーザー光源においては、上記オートフォーカスに用いられるレーザービームと他の画像露光用レーザービームとが、共通の集光光学系によって共通位置に集束するようになっているから、それらのレーザービーム間の位置ずれが生じ難く、よってオートフォーカス精度が高く保たれる。
【００４９】
さらに、本発明による第２の露光用レーザー光源は、上記オートフォーカスに用いられるレーザービームと他の画像露光用レーザービームとを、共通の集光光学系に通す構成を有するので、オートフォーカス用に独自の光学系を付加する場合と比べれば、より低いコストで形成可能である。
【００５０】
また、この本発明による第２の露光用レーザー光源において、複数のレーザーダイオードとして特に前述のマルチキャビティレーザーダイオードチップが複数用いられた場合は、このマルチキャビティレーザーダイオードチップが複数の発光点を有してそれ自身高出力であることから、特に高い出力が得られるようになる。
【００５１】
また、上記複数のマルチキャビティレーザーダイオードチップが、それぞれの発光点の並び方向と同じ方向に並べて固定された場合は、多数の発光点が１列に整列することになるので、この露光用レーザー光源により、高強度のレーザービームをライン状に射出する応用範囲の広いライン照明光源を構成することができる。
【００５２】
ここで、マルチキャビティレーザーダイオードチップの１つ当たりのキャビティ数について考えてみる。１つのキャビティの製造歩留まりが一般的にそうであるように９８％であるとすると、キャビティ数を１０個にした場合にそれら全てが良品となる歩留まりは８２％程度になり、これがレーザーダイオードアレイを十分低コストでかつ実用的に製造できる限界となる。したがって本発明のレーザーダイオードアレイにおいて、マルチキャビティレーザーダイオードチップの１つ当たりのキャビティ数は複数つまり２個以上の中で、特に１０個以下とするのが好ましい。
【００５３】
また、チップの放熱特性を考えると、１キャビティ当たり標準的な１００ｍＷで１０個のキャビティを構成する場合には、約７Ｗもの放熱が必要となる。それよりも放熱量が増えると、発熱によるチップの反りも発生するので、上述のライン照明光源を構成する際に、光量がライン状に均一であるレーザービームを発生させることが難しくなる。さらに、上述のように放熱量が増えると、歪や発熱の影響でレーザーダイオードアレイの信頼性が損なわれてしまう。
【００５４】
レーザーダイオードチップの１つ当たりのキャビティ数を、より好ましくは２〜６個とすることの理由は下記の通りである。キャビティ数を２個とすれば、シングルキャビティの２倍の高出力化が達成され、また１キャビティの製造歩留まりが上記のように９８％であるとすると、チップとしては９６％と高い歩留まりが得られる。キャビティ数を６個とすれば、シングルキャビティの６倍の高出力化が達成され、またチップとしては高出力化に見合った８９％の高い歩留まりが得られる。一方放熱レベルは、キャビティ数を２〜６個とすると、１キャビティ当たり１００ｍＷの場合で約１〜４Ｗとなり、十分な放熱が可能で、発熱によるチップの反りを抑制でき、その結果、高出力かつ高信頼性を実現できる。
【００５５】
また本発明による第２の露光用レーザー光源において、複数のマルチキャビティレーザーダイオードチップの各々のチップ幅が１ｍｍ以下とされていると、以下の効果が得られる。特に、アレイ化して高出力化が望まれるＧａＮ系レーザーダイオードは、高温（１０００〜１２００℃）にて結晶成長して作成されること、基板がサファイアであるということ、および結晶成長時に歪を生じやすい物質であるＩｎＧａＮを含んでいるという事情がある。そのため、チップ幅が比較的大きいと、その歪の影響で、ヒートブロックに実装する際に大きな発光位置高さバラツキが発生してしまう。特に本発明のようにマルチキャビティレーザーダイオードチップを多数並設して、それをライン状に光を発する光源として用いる場合には、大きな発光位置高さバラツキが発生すると、各マルチキャビティレーザーダイオードチップの光が一線に並ばなくなって、そのような用途には致命傷となる。そこでチップ幅を上記のように１ｍｍ以下としておくと、発光位置高さのバラツキが、実用上問題の無い程度に抑えられるようになる。
【００５６】
このチップ幅と発光位置高さバラツキとの関係について、さらに詳しく説明する。従来、基板歪の小さな１０Ｗ級の高出力レーザーダイオードを得るために、１０ｍｍ幅のバータイプレーザーダイオードをジャンクションダウン構造にて実装することがなされて来た。しかしその場合には、基板の反り等の影響で、１０μｍ以上の大きな発光位置高さバラツキが生じていた。この従来の構造に対して、チップ幅を上記のように１ｍｍ以下としておくと、基板の反りの影響を１／１０に抑えることができ、マルチキャビティレーザーダイオードチップを複数並設した際のチップ間のバラツキを加えても、発光位置高さバラツキを実用上問題の無い５μｍ以下に抑えられるようになる。
【００５７】
【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説明する。
【００５８】
図１は、本発明の第１の実施の形態による露光用レーザー光源の平面形状を示すものである。図示されるようにこの露光用レーザー光源は、銅からなるヒートブロック１０上に配列固定された一例として７個のチップ状態の横マルチモードＩｎＧａＮ系レーザーダイオードＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３，ＬＤ４，ＬＤ５，ＬＤ６およびＬＤ７と、各ＩｎＧａＮ系レーザーダイオードＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３，ＬＤ４，ＬＤ５，ＬＤ６およびＬＤ７に対してそれぞれ設けられたコリメーターレンズ１１，１２，１３，１４，１５，１６および１７と、１つの集光レンズ２０と、１本のマルチモード光ファイバー３０とから構成されている。
【００５９】
なおこの図１は、本実施の形態の露光用レーザー光源の基本構成を示すものであり、コリメーターレンズ１１〜１７および集光レンズ２０の形状は概略的に示してある。また、それらの取付状態の詳細については後に説明する。なお、ヒートブロック１０に対するＩｎＧａＮ系レーザーダイオードＬＤ１〜７の取付状態を図２に示す。
【００６０】
ＩｎＧａＮ系レーザーダイオードＬＤ１〜７のうちＩｎＧａＮ系レーザーダイオードＬＤ１〜６は画像露光用のもので、発振波長が例えば全て共通の４０５ｎｍであり、最大出力も全て共通の１００ｍＷである。それに対して、残りの１つのＩｎＧａＮ系レーザーダイオードＬＤ７はオートフォーカス用のもので、発振波長が例えば４５０ｎｍであり、最大出力は１ｍＷである。なおこのようなＩｎＧａＮ系レーザーダイオードＬＤ７は、他のＩｎＧａＮ系レーザーダイオードＬＤ１〜６よりもＩｎ組成を増やすことによって形成することができる。
【００６１】
上記ＩｎＧａＮ系レーザーダイオードＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３，ＬＤ４，ＬＤ５，ＬＤ６およびＬＤ７から発散光状態で出射したレーザービームＢ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５，Ｂ６およびＢ７は、それぞれコリメーターレンズ１１，１２，１３，１４，１５，１６および１７によって平行光化される。
【００６２】
平行光とされたレーザービームＢ１〜７は、集光レンズ２０によって集光され、マルチモード光ファイバー３０のコア３０ａの入射端面上で収束する。本例ではコリメーターレンズ１１〜１７および集光レンズ２０によって集光光学系が構成され、それとマルチモード光ファイバー３０とによって合波光学系が構成されている。すなわち、集光レンズ２０によって上述のように集光されたレーザービームＢ１〜７がこのマルチモード光ファイバー３０のコア３０ａに入射してそこを伝搬し、１本のレーザービームＢに合波されてマルチモード光ファイバー３０から出射する。なおマルチモード光ファイバー３０としては、ステップインデックス型のもの、グレーデッドインデックス型のもの、およびそれらの複合型のものが全て適用可能である。
【００６３】
次に、この露光用レーザー光源からなる紫外光高輝度合波ファイバーモジュールについて詳しく説明する。図３、４および５はそれぞれ、この紫外光高輝度合波ファイバーモジュールの平面形状、側面形状および部分正面形状を示すものである。なおこれらの図では、コリメーターレンズ１１〜１７および集光レンズ２０の形状や取付状態を詳しく示してある。
【００６４】
本例においてモジュールを構成する光学要素は、上方が開口した箱状のパッケージ４０内に収容され、このパッケージ４０の上記開口がパッケージ蓋４１によって閉じられることにより、該パッケージ４０およびパッケージ蓋４１が画成する閉空間内に密閉保持される。
【００６５】
パッケージ４０の底面にはベース板４２が固定され、このベース板４２の上面に前記ヒートブロック１０が取り付けられ、そしてこのヒートブロック１０にコリメーターレンズ１１〜１７を保持するコリメーターレンズホルダ４４が固定されている。さらにベース板４２の上面には、集光レンズ２０を保持する集光レンズホルダ４５と、マルチモード光ファイバー３０の入射端部を保持するファイバーホルダ４６が固定されている。またＩｎＧａＮ系レーザーダイオードＬＤ１〜７に駆動電流を供給する配線類４７は、パッケージ４０の横壁面に形成された開口を通してパッケージ外に引き出されている。
【００６６】
なお図３においては、図の煩雑化を避けるために、ＩｎＧａＮ系レーザーダイオードＬＤ１〜７のうち１つのＩｎＧａＮ系レーザーダイオードＬＤ７にのみ番号を付し、同様にコリメーターレンズ１１〜１７のうち１つのコリメーターレンズ１７にのみ番号を付してある。
【００６７】
図５は、上記コリメーターレンズ１１〜１７の取付部分の正面形状を示すものである。ここに示されるように各コリメーターレンズ１１〜１７は、非球面円形レンズの光軸を含む領域を細長く切り取った形とされたものであり、例えば樹脂あるいは光学ガラスをモールド成形することによって形成される。図６の（１）および（２）にはそれぞれ、それらを代表して１つのコリメーターレンズ１７の拡大側面形状および正面形状を、要部の寸法（単位はｍｍ）も入れて示してある。
【００６８】
図５および６に示される通りコリメーターレンズ１１〜１７は、ＩｎＧａＮ系レーザーダイオードＬＤ１〜７の発光点の並び方向（図５の左右方向）の開口径が該方向に直角な方向（図５の上下方向）の開口径よりも小さく形成されて、上記発光点の並び方向に密接配置されている。
【００６９】
一方ＩｎＧａＮ系レーザーダイオードＬＤ１〜７としては、発光幅が２μｍで、活性層と平行な方向、直角な方向の拡がり角が一例としてそれぞれ１０°、３０°の状態で各々レーザービームＢ１〜７を発するものが用いられている。これらのＩｎＧａＮ系レーザーダイオードＬＤ１〜７は、活性層と平行な方向に発光点が１列に並ぶように配設されている。
【００７０】
したがって、各発光点から発せられたレーザービームＢ１〜７は、上述のように細長い形状とされた各コリメーターレンズ１１〜１７に対して、拡がり角最大の方向が開口径大の方向と一致し、拡がり角最小の方向が開口径小の方向と一致する状態で入射することになる。つまり、細長い形状とされた各コリメーターレンズ１１〜１７は、入射するレーザービームＢ１〜７の楕円形の断面形状に対応して、非有効部分を極力少なくして使用されることになる。本実施の形態では具体的に、コリメーターレンズ１１〜１７の開口径は水平方向、垂直方向で各々１．１ｍｍ、４．６ｍｍであり、それらに入射するレーザービームＢ１〜７の水平方向、垂直方向のビーム径は各々０．９ｍｍ、２．６ｍｍである。また、コリメーターレンズ１１〜１７の各焦点距離ｆ１＝３ｍｍ、ＮＡ＝０．６、レンズ配置ピッチ＝１．２５ｍｍである。
【００７１】
また図７の（１）および（２）はそれぞれ、集光レンズ２０の拡大側面形状および正面形状を、要部の寸法（単位はｍｍ）も入れて示すものである。ここに示されるように集光レンズ２０も、非球面円形レンズの光軸を含む領域を細長く切り取って、コリメーターレンズ１１〜１７の並び方向つまり水平方向に長く、それと直角な方向に短い形状とされている。そして該集光レンズ２０の焦点距離ｆ２＝１４．６ｍｍ、ＮＡ＝０．３である。この集光レンズ２０も、例えば樹脂あるいは光学ガラスをモールド成形することによって形成される。
【００７２】
他方、マルチモード光ファイバー３０としては、三菱電線工業株式会社製のグレーデッドインデックス型光ファイバーを基本として、コア中心部がグレーデッドインデックスで外周部がステップインデックスである、コア径＝２５μｍ、ＮＡ＝０．３、端面コートの透過率＝９９．５％以上のものが用いられている。本例の場合、先に述べたコア径×ＮＡの値は７．５μｍである。
【００７３】
本実施の形態の構成においては、レーザービームＢ１〜７のマルチモード光ファイバー３０への結合効率が０．９となる。したがって、ＩｎＧａＮ系レーザーダイオードＬＤ１〜６の各出力が１００ｍＷのときには、出力５４０ｍＷ（＝１００ｍＷ×０．９×６）の画像露光用合波レーザービームＢが得られることになる。
【００７４】
以上説明した紫外光高輝度合波ファイバーモジュールは図８に示すように、マルチモード光ファイバー３０の出射端部を１次元アレイ状に配設して、それらのマルチモード光ファイバー３０の各々から高輝度の紫外レーザービームＢを射出する光源装置を構成することができる。
【００７５】
なお、このように複数本のマルチモード光ファイバーをまとめて配設する場合は、それらのうちの１本、あるいは予備１本を含めて合計２本が本発明による露光用レーザー光源のものとし、残りの多数のマルチモード光ファイバーはオートフォーカス用のレーザービームを発しないもの、つまり例えば図１の構成に即して説明すれば、全てが発振波長４０５ｎｍで、最大出力１００ｍＷとされた７つのＩｎＧａＮ系レーザーダイオードＬＤ１〜７と結合したマルチモード光ファイバー３０とされてもよい。その場合は、レーザービームＢ１〜７のマルチモード光ファイバー３０への結合効率が上記と同様に０．９であるとすると、各マルチモード光ファイバー３０から出力６３０ｍＷ（＝１００ｍＷ×０．９×７）の画像露光用合波レーザービームＢが出射することになる。
【００７６】
そこで、例えば出力６３０ｍＷの合波レーザービームＢを出射させるマルチモード光ファイバー３０を１５本と、出力５４０ｍＷの合波レーザービームＢを出射させる本発明装置のマルチモード光ファイバー３０を１本の合計１６本を並べることで、約１０Ｗもの超高出力でかつ高光密度｛１０Ｗ／（１２５μｍ×１６本）＝５Ｗ／ｍｍ｝を実現でき、エネルギー効率もＩｎＧａＮ系レーザーダイオードの発光効率と同等のほぼ１５％という高い値を実現できる。
【００７７】
また、上記マルチモード光ファイバー３０の出射端部をバンドル状に配設して、光源装置を構成することも可能である。そのような光源装置は、１次元あるいは２次元空間光変調素子と組み合わせて、画像露光装置に好適に利用され得るものとなる。そのような画像露光装置については、後に詳しく説明する。
【００７８】
次に、図９を参照して本発明の第２の実施の形態による露光用レーザー光源について説明する。なおこの図９において、図１中の要素と同等の要素には同番号を付してあり、それらについての説明は特に必要のない限り省略する（以下、同様）。
【００７９】
この第２の実施の形態の露光用レーザー光源は、図１に示した露光用レーザー光源と比べると、個別に形成された７個のコリメーターレンズ１１〜１７に代えて、７つのレンズ要素５０ａを有するコリメーターレンズアレイ５０が用いられた点が基本的に異なるものである。なお、このように複数のコリメーターレンズをアレイ化する他、さらに１つの集光レンズ２０（図１参照）と複数のコリメーターレンズ１１〜１７とを一体化してアレイ化しても構わない。
【００８０】
前述した通りの形状とされた７個のコリメーターレンズ１１〜１７を用いる場合も、それらを互いに密接配置して、ＩｎＧａＮ系レーザーダイオードＬＤ１〜７の配置ピッチを小さくし、空間利用効率を高めることができるが、上述のコリメーターレンズアレイ５０を用いることにより、その効果をより一層高めることが可能である。また、そのようにして空間利用効率が高められると、ＩｎＧａＮ系レーザーダイオードＬＤ１〜７、集光光学系およびマルチモード光ファイバー３０の組立位置精度を比較的緩くできるという効果も得られる。以下、その理由について詳しく説明する。
【００８１】
図９の中に示すように、コリメーターレンズアレイ５０の各レンズ要素５０ａの（図１の構成においては各コリメーターレンズ１１〜１７の）焦点距離および開口数をそれぞれｆ１、ＮＡ１、集光レンズ２０の焦点距離をｆ２、マルチモード光ファイバー３０の開口数をＮＡ２、空間利用効率をηとする。なおこの空間利用効率ηは、レーザービームＢ１と〜レーザービームＢ７とで挟まれる空間中で、７本のレーザービームＢ１〜７の光路が占める割合で規定するものであり、図９の場合のように７本のレーザービームＢ１〜７の光路が互いに完全密接する状態がη＝１である。
【００８２】
上記の条件下では、レンズ系の倍率ａ、つまりＩｎＧａＮ系レーザーダイオードＬＤ１〜７の各発光点におけるビームスポット径に対する、マルチモード光ファイバー３０のコア端面上におけるビームスポット径の比は下式で与えられる。なおＮは合波本数である。
【００８３】
【数１】
【００８４】
以上、合波本数を７本とした２つの実施の形態について説明したが、本発明の露光用レーザー光源における合波本数はこの７本に限られるものではなく、２本以上のいずれの数が選択されてもよい。ただし好ましい合波本数は、先に述べた通りである。
【００８５】
次に、図１０を参照して本発明の第３の実施形態について説明する。この第３実施形態の露光用レーザー光源は、一例として５個のＩｎＧａＮ系レーザーダイオードＬＤ１１，ＬＤ１２，ＬＤ１３，ＬＤ１４およびＬＤ１５と、合波光学系２５０とから構成されている。
【００８６】
ＩｎＧａＮ系レーザーダイオードＬＤ１１〜１５のうち４つのＩｎＧａＮ系レーザーダイオードＬＤ１１〜１４は画像露光用のもので、発振波長は全て共通の例えば４００ｎｍであり、出力も全て共通の５０ｍＷである。残りの１つのＩｎＧａＮ系レーザーダイオードＬＤ１５はオートフォーカス用のもので、発振波長は４５０ｎｍ、出力は１ｍＷである。
【００８７】
そしてこれらのＩｎＧａＮ系レーザーダイオードＬＤ１１〜１５に対してそれぞれ、発散光状態で出射したレーザービームＢ１１，Ｂ１２，Ｂ１３，Ｂ１４，Ｂ１５を集光する集光レンズＨ１１，Ｈ１２，Ｈ１３，Ｈ１４，Ｈ１５が設けられている。ＩｎＧａＮ系レーザーダイオードＬＤ１１〜１５は、それぞれ光軸がマルチモード光ファイバー２５１のコア２５１ａの一端面上の一点を向くように配設され、集光レンズＨ１１，Ｈ１２，Ｈ１３，Ｈ１４，Ｈ１５は、それぞれこの一点上でレーザービームＢ１１，Ｂ１２，Ｂ１３，Ｂ１４，Ｂ１５を収束させるように配設されている。
【００８８】
マルチモード光ファイバー２５１は、一例として直径５０μｍのコア２５１ａがそれよりも低屈折率のクラッド２５１ｂに被覆されてなり、集光レンズＨ１１〜１５とともに合波光学系２５０を構成している。すなわち、集光レンズＨ１１〜１５によって上述のように集光されたレーザービームＢ１１〜１５がこのマルチモード光ファイバー２５１のコア２５１ａに入射してそこを伝搬し、１本のレーザービームＢ１０に合波されてマルチモード光ファイバー２５１から出射する。
【００８９】
この構成において、レーザービームＢ１１〜１５の最大入射角θは、マルチモード光ファイバー２５１のＮＡ（開口数）に対応する最大受光角θＭＡＸ以内の値とする。例えばＮＡ＝０．２の場合、ｓｉｎθＭＡＸ＝０．２よりθＭＡＸ＝１１°であるので、最大入射角θが１１°以内となるようにする。例えば上記のように出力５０ｍＷの４個のＩｎＧａＮ系レーザーダイオードＬＤ１１〜１４と、出力１ｍＷの１個のＩｎＧａＮ系レーザーダイオードＬＤ１５とを用い、図示のように５本のレーザービームＢ１１〜１５が互いに密接する状態では、各レーザービームＢ１１〜１５の収束角α＝４．４°とすると、最大入射角θは約１１°で１１°以内に収まり、２００ｍＷの画像露光用合波レーザービームＢ１０を得ることができる。
【００９０】
以上述べた合波方式を適用する場合は、本実施の形態のように複数のレーザーダイオードを１次元的に配列させる他、より多数のレーザーダイオードを適用できるように、それらを２次元的に配列させてもよい。
【００９１】
すなわち、本実施の形態では、複数のレーザーダイオードを円弧に沿って配列させているが、複数のレーザーダイオードを所定の球面に沿って配列させるとともに、該球面の中心位置にコア端面の中心が位置するように１本のマルチモード光ファイバーを配置し、複数のレーザーダイオードからコア端面に向けてレーザービームを射出させて、それらのレーザービームを合波させればよい。
【００９２】
また、先に述べた第１および２の実施形態、並びに下記第４の実施形態におけるように、複数のレーザーダイオードをヒートブロック等の支持部材に１列に並べて固定する場合は、各々複数のレーザーダイオードを固定したその支持部材を複数積層した構造を採用して、多数のレーザーダイオードを２次元的に配列させることができる。
【００９３】
以上のようにして多数のレーザーダイオードを、レーザービームの照射を受ける側から見た状態で２次元的に配列すれば、多数のレーザーダイオードを高密度に配置できるから、１本のマルチモード光ファイバーにより多数のレーザービームを入射させることが可能となって、より高出力の合波レーザービームを得ることができる。
【００９４】
次に、図１１を参照して本発明の第４の実施形態について説明する。この第４実施形態の露光用レーザー光源も、互いに同じ波長の複数のレーザービームを合波するようにしたものであり、銅からなるヒートブロック２６０上に配列固定された８個のチップ状態のＩｎＧａＮ系レーザーダイオードＬＤ２１，ＬＤ２２，ＬＤ２３，ＬＤ２４，ＬＤ２５，ＬＤ２６，ＬＤ２７およびＬＤ２８と、合波光学系２７０とから構成されている。
【００９５】
ＩｎＧａＮ系レーザーダイオードＬＤ２１〜２８のうち７つのＩｎＧａＮ系レーザーダイオードＬＤ２１〜２７は画像露光用のもので、発振波長は全て共通の例えば４００ｎｍであり、出力も全て共通の５０ｍＷである。残りの１つのＩｎＧａＮ系レーザーダイオードＬＤ２８はオートフォーカス用のもので、発振波長は４５０ｎｍ、出力は１ｍＷである。そしてこれらのＩｎＧａＮ系レーザーダイオードＬＤ２１，ＬＤ２２，ＬＤ２３，ＬＤ２４，ＬＤ２５，ＬＤ２６，ＬＤ２７およびＬＤ２８から発散光状態で出射したレーザービームＢ２１，Ｂ２２，Ｂ２３，Ｂ２４，Ｂ２５，Ｂ２６，Ｂ２７およびＢ２８は、マイクロレンズアレイ２６１によって平行光化される。
【００９６】
このマイクロレンズアレイ２６１によって平行光とされたレーザービームＢ２１〜２８は、１つの集光レンズ２６２によって集光され、マルチモード光ファイバー２５１のコア２５１ａの一端面上で収束する。マルチモード光ファイバー２５１は、マイクロレンズアレイ２６１および集光レンズ２６２とともに合波光学系２７０を構成している。すなわち、集光レンズ２６２によって上述のように集光されたレーザービームＢ２１〜２８がこのマルチモード光ファイバー２５１のコア２５１ａに入射してそこを伝搬し、１本のレーザービームＢ２０に合波されてマルチモード光ファイバー２５１から出射する。
【００９７】
この構成においては、マイクロレンズアレイ２６１の各レンズのＮＡ（開口数）を０．５とし、集光レンズ２６２による各ビームの集束角α＝２．７５°とすると、レーザービームＢ２１〜２８のコア２５１ａ上での収束スポット径は約１．４μｍとなる。そして、ＩｎＧａＮ系レーザーダイオードＬＤ２１〜２７の出力が全て５０ｍＷのとき、合波された画像露光用レーザービームＢ２０の出力は３５０ｍＷとなる。
【００９８】
また本実施の形態では、８個のチップ状態のＩｎＧａＮ系レーザーダイオードＬＤ２１〜２８をヒートブロック２６０の上にボンディングしている。
【００９９】
次に図１２〜１６を参照して、図３〜５に示した紫外光高輝度合波ファイバーモジュール（以下、単に合波ファイバーモジュールという）、つまり図１に示した露光用レーザー光源を備えた合波ファイバーモジュールを利用した画像露光装置について説明する。
【０１００】
図１２は、この画像露光装置１１０Ａの全体形状を示すものである。図示の通りこの画像露光装置１１０Ａは、複数のレーザービームを生成する光源ユニット１２０と、光源ユニット１２０で生成された複数のレーザービームを集光する露光ヘッド１３０と、露光ヘッド１３０を副走査方向に沿って移動させる露光ヘッド移動部１４０と、画像が記録される記録媒体Ｆが装着されかつ該記録媒体Ｆが主走査方向に移動するように図１２の矢印Ｒ方向に回転駆動されるドラム１５０と、主として光源ユニット１２０の冷却用の風（以下、「冷却風」という。）を生成する冷却用ブロア１６０とを含んで構成されている。
【０１０１】
なお記録媒体Ｆは、感度域が波長４０５ｎｍ近辺の紫外領域に有って、ドラム１５０に巻き付けることができる可撓性記録材料である。また、このように記録媒体Ｆをドラム１５０に巻き付ける形態ではなく、ドラム１５０自体が感光性を有する場合にも、本発明は同様に適用可能である。
【０１０２】
光源ユニット１２０には、多数の合波ファイバーモジュール１２１が表面に配置され、裏面に放熱フィン１２３（図１３も参照）が設けられた光源基板１２４と、光源基板１２４の一端部に垂直に取り付けられると共にＳＣ型光コネクタ１２５Ａのアダプタが複数（合波ファイバーモジュール１２１と同数）設けられたアダプタ基板１２５と、光源基板１２４の他端部に水平に取り付けられると共に記録媒体Ｆに記録する画像の画像データに応じて合波ファイバーモジュール１２１を駆動するＬＤドライバー回路１２６（図１５も参照）が設けられたＬＤドライバー基板１２７とが備えられている。
【０１０３】
なお上記合波ファイバーモジュール１２１のうち１つあるいは予備を含めて２つは、図３〜５に示した合波ファイバーモジュール、つまり発振波長が４０５ｎｍで最大出力が１００ｍＷである６つの画像露光用ＩｎＧａＮ系レーザーダイオードＬＤ１〜６および、発振波長が４５０ｎｍで最大出力が１ｍＷである１つのオートフォーカス用ＩｎＧａＮ系レーザーダイオードＬＤ７を有するものとされ、残りの合波ファイバーモジュール１２１は、全て発振波長が４５０ｎｍで最大出力が１００ｍＷである７つの画像露光用ＩｎＧａＮ系レーザーダイオードを有するものとされる。
【０１０４】
合波ファイバーモジュール１２１に接続された光ファイバー３０の他端部には各々ＳＣ型光コネクタ１２５Ａのプラグが設けられており、該プラグはアダプタ基板１２５に設けられたアダプタの一方の挿入口に嵌合されている。したがって、各合波ファイバーモジュール１２１から射出されたレーザービームは光ファイバー３０によって、アダプタ基板１２５に設けられているアダプタの略中央位置まで伝送される。
【０１０５】
また、ＬＤドライバー基板１２７に設けられているＬＤドライバー回路１２６における合波ファイバーモジュール１２１の駆動用信号の出力端子は合波ファイバーモジュール１２１に個別に接続されており、各合波ファイバーモジュール１２１は、ＬＤドライバー回路１２６によって各々個別に駆動が制御される。
【０１０６】
一方、露光ヘッド１３０には、上記複数の合波ファイバーモジュール１２１から射出された各レーザービームＢを取りまとめて射出するファイバーアレイ部１３１が備えられている。このファイバーアレイ部１３１には、各々アダプタ基板１２５に設けられた複数のアダプタの他方の挿入口に、一端部に設けられたＳＣ型光コネクタのプラグが嵌合された複数のマルチモード光ファイバー１７０によって、各合波ファイバーモジュール１２１から射出されたレーザービームＢが伝送される。
【０１０７】
図１４には、ファイバーアレイ部１３１を図１２の矢印Ａ方向に見た状態が示されている。同図に示すようにこのファイバーアレイ部１３１は、各々片面に合波ファイバーモジュール１２１の数の半数のＶ字溝が相隣接して設けられた２枚の基台１３１Ａが、上記Ｖ字溝が対向するように配置されると共に、各Ｖ字溝に対して各光ファイバー１７０の他端部が１本ずつ嵌め込まれて構成されている。したがって、ファイバーアレイ部１３１からは、各合波ファイバーモジュール１２１から射出された複数のレーザービームが所定間隔ごとに同時に出射されることになる。
【０１０８】
また、図１２に示すように露光ヘッド１３０には、ファイバーアレイ部１３１側より、コリメータレンズ１３２、開口部材１３３、および結像レンズ１３４が順に配列されている。なお開口部材１３３は、開口部がファイバーアレイ部１３１のレーザービーム出射口からみてファーフィールド（ｆａｒ ｆｉｅｌｄ ）の位置となるように配置されている。これによって、ファイバーアレイ部１３１における複数の光ファイバー１７０の出射端から出射された全てのレーザービームＢに対して同等の光量制限効果を与えることができる。
【０１０９】
一方、露光ヘッド移動部１４０には、長手方向が副走査方向に沿うように配置されたボールネジ１４１および２本のレール１４２が備えられており、ボールネジ１４１を回転駆動する副走査モータ１４３（図１５も参照）を作動させることによって、一部がボールネジ１４１に螺合された露光ヘッド１３０を、レール１４２に案内された状態で副走査方向に移動させることができる。
【０１１０】
また、ドラム１５０は主走査モータ１５１（図１５も参照）を作動させることによって図１２の矢印Ｒ方向に回転され、これによって主走査がなされる。
【０１１１】
一方、冷却用ブロア１６０は、図１２および図１３に示すように、該冷却用ブロア１６０によって生成された冷却風の風向きが、該冷却風が光源基板１２４に設けられた放熱フィン１２３および全ての光ファイバー３０の双方に当る方向となるように配置されている。したがって、冷却用ブロア１６０により生成された冷却風によって、各合波ファイバーモジュール１２１の駆動時における温度上昇を抑制することができると共に、各光ファイバー３０を強制的に振動させることができる。
【０１１２】
次に図１５を参照して、この画像露光装置１１０Ａの制御系の構成について説明する。同図に示すように該制御系は、画像データに応じて各合波ファイバーモジュール１２１を駆動するＬＤドライバー回路１２６と、主走査モータ１５１を駆動する主走査モータ駆動回路１８１と、副走査モータ１４３を駆動する副走査モータ駆動回路１８２と、冷却用ブロア１６０を駆動する冷却用ブロア駆動回路１８３と、ＬＤドライバー回路１２６、主走査モータ駆動回路１８１、副走査モータ駆動回路１８２および冷却用ブロア駆動回路１８３を制御する制御回路１８０とを備えている。ここで制御回路１８０には、記録媒体Ｆに記録する画像を示す画像データが供給される。
【０１１３】
次に、以上のように構成された画像露光装置１１０Ａの作用について、図１６に示すフローチャートを参照しつつ説明する。なお図１６は、画像露光装置１１０Ａによって画像記録を行う際の処理の流れを示すフローチャートである。
【０１１４】
まず、記録媒体Ｆに記録する画像を担持した画像データを、画像記録に際して該画像の画像データを一時的に記憶する不図示の画像メモリから制御回路１８０に転送する（ステップＳ１００）。制御回路１８０は、転送されてきた画像データ、および記録画像の予め定められた解像度を示す解像度データに基づいて調整された信号をＬＤドライバー回路１２６、主走査モータ駆動回路１８１、および副走査モータ駆動回路１８２に供給する。
【０１１５】
次いで制御回路１８０は、冷却用ブロア１６０の駆動を開始するように冷却用ブロア駆動回路１８３を制御する（ステップＳ１０２）。これにより、冷却用ブロア１６０によって生成された冷却風による各合波ファイバーモジュール１２１の冷却動作が開始されると共に、各光ファイバー３０の振動が開始される。
【０１１６】
ここで、各光ファイバー３０の振動を、光ファイバー３０から出射された光の光量変動を１主走査時間の間にランダム化させることができる振動とすることによって、記録媒体Ｆ上に記録される画像のむらを低減することができる。そこで本実施の形態では、このような振動とすることができる風量で、かつ本来の目的である放熱フィン１２３の冷却に必要とされる風量を実験やコンピュータ・シミュレーション等によって予め得ておき、この風量となるように冷却用ブロア駆動回路１８３が冷却用ブロア１６０の駆動を制御している。
【０１１７】
次に主走査モータ駆動回路１８１は、制御回路１８０から供給された信号に基づいて上記解像度データに応じた回転速度でドラム１５０を図１２の矢印Ｒ方向に回転させるように主走査モータ１５１を制御し（ステップＳ１０４）、副走査モータ駆動回路１８２は、上記解像度データに応じて副走査モータ１４３による露光ヘッド１３０の副走査方向に対する送り間隔を設定する（ステップＳ１０６）。
【０１１８】
次にＬＤドライバー回路１２６は、画像データに応じて各合波ファイバーモジュール１２１の駆動を制御する（ステップＳ１０８）。
【０１１９】
各合波ファイバーモジュール１２１から射出されたレーザービームＢは、光ファイバー３０、ＳＣ型光コネクタ１２５Ａ、および光ファイバー１７０を介してファイバーアレイ部１３１から出射され、コリメータレンズ１３２によって平行光束とされた後、開口部材１３３によって光量が制限され、結像レンズ１３４を介してドラム１５０上の記録媒体Ｆに集光される。
【０１２０】
この場合、記録媒体Ｆには、各合波ファイバーモジュール１２１から射出された複数のレーザービームＢに応じて複数のビームスポットが形成される。これらのビームスポットにより、露光ヘッド１３０が上記ステップＳ１０６で設定された送り間隔のピッチで副走査方向に送られると共に、上記ステップＳ１０４により開始されたドラム１５０の回転によって、解像度が上記解像度データによって示される解像度となる２次元画像が記録媒体Ｆ上に露光、記録される（ステップＳ１１０）。
【０１２１】
記録媒体Ｆ上への２次元画像の記録が終了すると、主走査モータ駆動回路１８１は主走査モータ１５１の回転駆動を停止し（ステップＳ１１２）、制御回路１８０は冷却用ブロア１６０の駆動を停止するように冷却用ブロア駆動回路１８３を制御し（ステップＳ１１４）、その後に本処理を終了する。
【０１２２】
本処理によって、記録媒体Ｆへの所定解像度による２次元画像の記録がなされると共に、この画像記録の間には冷却用ブロア１６０が駆動されるので、光ファイバー３０がランダムに振動され、光ファイバー３０を伝搬するレーザービームに対して白色ノイズ的な雑音を重畳させることができ、その結果、記録された２次元画像にｓｗａｔｈむらやビートむら等の画像むらが発生することを防止できる。
【０１２３】
以上の画像露光装置１１０Ａにおいて、１つあるいは２つの合波ファイバーモジュール１２１における各１つのオートフォーカス用ＩｎＧａＮ系レーザーダイオードＬＤ７は、出力一定にして駆動される。そして残りの全ての画像露光用ＩｎＧａＮ系レーザーダイオードは前記画像データに応じて駆動制御され、それにより該画像露光用ＩｎＧａＮ系レーザーダイオードから発せられたレーザービームにより、２次元画像が記録媒体Ｆ上に露光、記録される。
【０１２４】
上記オートフォーカス用ＩｎＧａＮ系レーザーダイオードＬＤ７から発せられたレーザービームＢ７は、画像露光用ＩｎＧａＮ系レーザーダイオードから発せられて合波されたレーザービームＢをオートフォーカスさせるため、つまり記録媒体Ｆ上で自動的に収束させるために使用される。このオートフォーカスは、例えば記録媒体Ｆで反射したレーザービームＢ７をビーム成形光学系を介して４分割フォトダイオードで受光し、その４分割フォトダイオードが出力する光検出信号を処理して合焦ずれ方向を判定し、その判定結果に応じて結像レンズ１３４（図１２参照）を光軸方向に移動させる、等の公知の手法によってなされる。
【０１２５】
以上のように、波長４０５ｎｍ近辺の紫外領域に有る記録媒体Ｆの感度域から４５ｎｍも離れた波長４５０ｎｍのレーザービームＢ７をオートフォーカス用に用いるのであれば、このレーザービームＢ７のために記録媒体Ｆが感光してしまうことを防止できる。しかも本例では、このレーザービームＢ７の出力が１ｍＷと極めて低いので、それによって記録媒体Ｆが感光してしまうことをより確実に防止可能である。
【０１２６】
また図１の露光用レーザー光源においては、オートフォーカスに用いられるレーザービームＢ７と他の画像露光用レーザービームＢ１〜６とが、共通の集光レンズ２０によってマルチモード光ファイバー３０に結合されるようになっているから、それらのレーザービーム間の位置ずれが生じ難く、よってオートフォーカス精度が高く保たれる。
【０１２７】
さらに図１の露光用レーザー光源は、オートフォーカスに用いられるレーザービームＢ７と他の画像露光用レーザービームＢ１〜６とを、共通の集光レンズ２０および共通のマルチモード光ファイバー３０に通す構成を有するので、オートフォーカス用に独自の光学系を付加する場合と比べれば、より低いコストで形成可能である。
【０１２８】
また図１の露光用レーザー光源は、複数のレーザーダイオードＬＤ１〜７からそれぞれ出射したレーザービームＢ１〜７を集光してマルチモード光ファイバー３０に結合させる極めて簡単な構成のものであって、特に作製が困難な要素も必要としないので、低コストで形成可能となる。
【０１２９】
なおオートフォーカス用には、上記波長４５０ｎｍのレーザービームＢ７を発するレーザーダイオードを用いる他、その他の波長領域、例えば赤色領域や赤外領域のレーザービームを発するレーザーダイオードを用いるようにしてもよい。
【０１３０】
また図１の露光用レーザー光源では、レーザーダイオードＬＤ１〜７としてシングルキャビティレーザーダイオードを用いているが、それらに代えてマルチキャビティレーザーダイオードを用いても構わない。
【０１３１】
次に図１７は、本発明の第５の実施の形態による露光用レーザー光源を構成するレーザーダイオードアレイ３１０の全体形状を示すものである。図示されるようにこのレーザーダイオードアレイ３１０は、銅からなるヒートブロック３１１上に、複数のマルチキャビティレーザーダイオードチップ３１２が互いに等間隔で配列固定されてなる。本例においてこれらのマルチキャビティレーザーダイオードチップ３１２は、一例として１個がＩｎＧａＮ系レーザーダイオードからなる発振波長が４５０ｎｍのオートフォーカス用のものであり、その他は発振波長が４０５ｎｍの画像露光用のものである。
【０１３２】
マルチキャビティレーザーダイオードチップ３１２は図１８に詳細形状を示す通り、例えば５個のキャビティを備えたもの、つまり５個の発光点３１２ａを有するものである。そして複数のマルチキャビティレーザーダイオードチップ３１２は、それぞれの発光点３１２ａの並び方向と同じ方向に並べて固定されている。
【０１３３】
本実施の形態において、図１８に示すマルチキャビティレーザーダイオードチップ３１２のうちオートフォーカス用のものは、例えば発光幅２μｍで１ｍＷのキャビティが間隔８０μｍで５つ並設されてなる、トータル出力５ｍＷでチップ幅４００μｍのチップである。
【０１３４】
他方、図１８に示すマルチキャビティレーザーダイオードチップ３１２のうち画像露光用のものは、発光幅２μｍで１００ｍＷのキャビティが間隔８０μｍで５つ並設されてなる、トータル出力５００ｍＷでチップ幅４００μｍのチップである。この場合は、出力が５００ｍＷであることから放熱量は３Ｗとなるので、４００μｍのチップ幅であっても、互いのキャビティ間で熱干渉を起こすことなく、十分に放熱可能である。
【０１３５】
また、チップ幅が４００μｍであることから、歪の大きいＩｎＧａＮ系レーザーダイオードであっても基板の反りは１μｍ程度に抑制できる。そして、本チップを図１７に示すようにして４０素子配列する場合でも、各素子の実装高さバラツキを１μｍ以内に抑えるように精密実装することは十分可能であるから、２００個（５キャビティ×４００素子）の発光点の高さバラツキを、全体で２μｍに抑制することが十分可能になる。
【０１３６】
これに対して、２００個のキャビティを８０μｍ間隔で並設した場合、チップ幅は１６ｍｍにも達するので、従来の赤外レーザーダイオードと比較して歪を生じやすいＩｎＧａＮ系レーザーダイオードにあっては、チップのみで４０μｍもの歪が発生し、発光位置高さバラツキは４０μｍ以上に達してしまう。さらに、２００個ものキャビティを有するレーザーダイオードチップは非常に歩留まりが低く、現実には作成不可能である。また、たとえ作成できたとしても、上記発光点の高さバラツキの問題から、ＧＬＶのような画素サイズ２５μｍ程度のライン型空間光変調素子の照明光源として用いることは不可能となる。
【０１３７】
同様にして、キャビティ数を６個とする場合は、チップ幅４８０μｍで基板の反りは１．２μｍ程度に抑制できる。このときの実装高さバラツキが１．３μｍであるとしても、発光位置高さバラツキは２．５μｍ程度に抑制できる。その結果、ＧＬＶのような画素サイズ２５μｍ程度の空間光変調素子と併せて用いる場合でも、発光位置高さバラツキを画素サイズの１０％程度に抑えることが可能である。
【０１３８】
図１７においては、マルチキャビティレーザーダイオードチップ３１２の数を９個として図示してあるが、チップ数はそれに限られるものではなく、４０個程度設けることも可能である。例えばマルチキャビティレーザーダイオードチップ３１２の１個当たりの出力が０．５Ｗの場合、チップ数を４０個とすれば、レーザーダイオードアレイ３１０の全体の出力は２０Ｗとなる。そして、そのようなレーザーダイオードアレイ３１０を例えば３素子並設して用いれば、全体の出力は６０Ｗに達する。
【０１３９】
以上のように構成されたレーザーダイオードアレイ３１０は、高強度のレーザービームをライン状に並べて出射する露光用レーザー光源として好適に用いることができる。以下、そのような光源装置について、図１７に加えて図１９および図２０も参照して説明する。
【０１４０】
この露光用レーザー光源は図１９に示すように、複数のマルチキャビティレーザーダイオードチップ３１２を互いに等間隔で配列固定しているヒートブロック３１１に近接あるいは密接させてレンズマウント３１５が配設され、その上には、各マルチキャビティレーザーダイオードチップ３１２に対応させてレンズアレイ３１４が固定されるともに、それらの間に位置する状態にして１本のロッドレンズ３１３が固定されてなる。なおレンズアレイ３１４は、凸レンズでも凹レンズでもよく、目的に応じて使い分けることができる。
【０１４１】
なお図２０では、レンズマウント３１５を省略するとともに、マルチキャビティレーザーダイオードチップ３１２から出射するレーザービームＬは便宜的に３本として示してある。この図２０に示すように、各マルチキャビティレーザーダイオードチップ３１２から発散光状態で出射したレーザービームＬはロッドレンズ３１３により同図の紙面に直角な方向に集光された後、各レンズアレイ３１４により同図に示される面内で集光されて平行光化される。
【０１４２】
平行光とされた各レーザービームＬは、さらに集光レンズ３２０によって集光され、例えば複数の変調部が１次元に配列されてなる空間変調素子３２１の各変調部で収束する。なおこの空間変調素子３２１としては、ライン状の液晶空間変調素子やＤＭＤ（デジタル・ミラー・デバイス）やＧＬＶ（グレーティング・ライトバルブ）等が用いられ得る。
【０１４３】
上述のようにして複数本のレーザービームＬを空間変調素子３２１の各変調部に導くことにより、それらのレーザービームＬのうち画像露光用のレーザービームを互いに独立して変調することが可能になる。そしてそれらのレーザービームＬのうちオートフォーカス用のものは変調せずに一定強度として、前述のようなオートフォーカス操作に使用される。
【０１４４】
この場合も、画像露光用のレーザービームとは波長が異なるレーザービームをオートフォーカスに用いていることにより、先に説明した第１実施の形態におけるのと同様の作用、効果を得ることができる。
【０１４５】
次に図２１は、本発明の第６実施の形態による露光用レーザー光源を示すものである。本図において（１）、（２）はそれぞれ、該光源の平面形状、側面形状を示している。この例において、レーザーダイオードアレイ３１０の各マルチキャビティレーザーダイオードチップ３１２から発散光状態で出射したレーザービームＬは、シリンドリカルレンズ３３０により同図（２）に示す垂直面内で集光されて、平行光とされる。次いでレーザービームＬは集光レンズ３３１により集光されて、例えば前述のＧＬＶ等からなる空間光変調素子３３２に照射され、この空間光変調素子３３２のライン状に配設された変調部において変調される。
【０１４６】
本例においても、レーザーダイオードアレイ３１０を構成する複数のマルチキャビティレーザーダイオードチップ３１２のうち、１個はその他の画像露光用ダイオードチップと異なる波長のレーザービームを発するものに構成して、それをオートフォーカス用に用いれば、先に説明した第１実施の形態におけるのと同様の作用、効果を得ることができる。
【０１４７】
なお、本実施の形態のような光学系を採用した場合は、各マルチキャビティレーザーダイオードチップ３１２におけるキャビティ間の出力バラツキや、あるいはチップ３１２相互間の出力バラツキが存在しても、空間光変調素子３３２に均一な強度の光を照射可能となる。また、１つのマルチキャビティレーザーダイオードチップ３１２の１つのキャビティからの出力が劣化により０（ゼロ）になったとしても、その影響をほとんど受けることなく、空間光変調素子３３２に均一な強度の光を照射可能となる。
【０１４８】
なお、本発明の露光用レーザー光源を構成する上記レーザーダイオードアレイ３１０等のレーザーダイオードアレイにおいて、マルチキャビティレーザーダイオードチップの発光点数や、そのマルチキャビティレーザーダイオードチップの並設数は、以上説明した実施の形態における数に限られるものではなく、必要に応じて２以上のいかなる数を選択することもできる。
【０１４９】
また本発明の露光用レーザー光源を構成するレーザーダイオードアレイにおいて、マルチキャビティレーザーダイオードチップとしては、ＩｎＧａＮ系レーザーダイオードからなるものに限らず、その他の種類のものを適用することも勿論可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による露光用レーザー光源を示す平面図
【図２】上記露光用レーザー光源を構成するレーザーダイオードの部分を示す斜視図
【図３】上記露光用レーザー光源を備えた紫外光高輝度合波ファイバーモジュールを示す平面図
【図４】上記紫外光高輝度合波ファイバーモジュールの側面図
【図５】上記紫外光高輝度合波ファイバーモジュールの部分正面図
【図６】上記露光用レーザー光源に用いられたコリメーターレンズの側面図（１）と正面図（２）
【図７】上記露光用レーザー光源に用いられた集光レンズの側面図（１）と正面図（２）
【図８】上記露光用レーザー光源を複数用いる光源装置の斜視図
【図９】本発明の第２の実施の形態による露光用レーザー光源を示す平面図
【図１０】本発明の第３の実施の形態による露光用レーザー光源を示す平面図
【図１１】本発明の第４の実施の形態による露光用レーザー光源を示す平面図
【図１２】本発明の露光用レーザー光源を用いる露光装置の一例を示す斜視図
【図１３】上記露光装置の一部を示す斜視図
【図１４】上記露光装置の一部を示す正面図
【図１５】上記露光装置の電気的構成を示すブロック図
【図１６】上記露光装置における画像露光に関わる処理の流れを示すフローチャート
【図１７】本発明の第５の実施の形態による露光用レーザー光源を構成するレーザーダイオードアレイを示す斜視図
【図１８】図１７のレーザーダイオードアレイを構成するマルチキャビティレーザーダイオードチップを示す斜視図
【図１９】本発明の第５の実施の形態による露光用レーザー光源の斜視図
【図２０】上記露光用レーザー光源の平面図
【図２１】本発明の第６の実施の形態による露光用レーザー光源を示す平面図（１）と側面図（２）
【符号の説明】
１０ ヒートブロック
１１〜１７ コリメーターレンズ
２０ 集光レンズ
３０ マルチモード光ファイバー
３０ａ マルチモード光ファイバーのコア
５０ コリメーターレンズアレイ
１１０Ａ 画像露光装置
１２０ 光源ユニット
１２１ 合波ファイバーモジュール
１３０ 露光ヘッド
１４０ 露光ヘッド移動部
１５０ ドラム
１７０ マルチモード光ファイバー
２５０ 合波光学系
２５１ マルチモード光ファイバー
２６１ マイクロレンズアレイ
２６２ 集光レンズ
２７０ 合波光学系
３１０ レーザーダイオードアレイ
３１１ ヒートブロック
３１２ マルチキャビティレーザーダイオードチップ
３１３ ロッドレンズ
３１４ レンズアレイ
３１５ レンズマウント
３２０ 集光レンズ
３２１、３３２ 空間光変調素子
３３０ シリンドリカルレンズ
３３１ 集光レンズ
ＬＤ１〜７、ＬＤ１１〜１５、ＬＤ２１〜２８ ＩｎＧａＮ系レーザーダイオード
Ｂ１〜７、Ｂ１１〜１５、Ｂ２１〜２８ レーザービーム
Ｂ、Ｂ１０、Ｂ２０ 合波されたレーザービーム
Ｆ 記録媒体
Ｈ１１〜１５ 集光レンズ
Claims (3)
- 複数のレーザーダイオードと、
１本のマルチモード光ファイバーと、
前記複数のレーザーダイオードからそれぞれ出射したレーザービームを集光した上で前記マルチモード光ファイバーに結合させる集光光学系とを備えてなり、前記マルチモード光ファイバーから出射したレーザービームが画像露光に用いられる露光用レーザー光源において、
前記複数のレーザーダイオードの中の少なくとも１つとして、画像露光用レーザービームとは異なる波長のレーザービームを発するものを備えたことを特徴とする露光用レーザー光源。 - 複数のレーザーダイオードと、
前記複数のレーザーダイオードからそれぞれ出射したレーザービームを共通位置に集束させる集光光学系とを備えてなり、
前記共通位置に集束したレーザービームが画像露光に用いられる露光用レーザー光源において、
前記複数のレーザーダイオードの中の少なくとも１つとして、画像露光用レーザービームとは異なる波長のレーザービームを発するものを備えたことを特徴とする露光用レーザー光源。 - 前記複数のレーザーダイオードのうち画像露光用のものが、発振波長がほぼ４０５ｎｍのＩｎＧａＮ系レーザーダイオードであり、
前記複数のレーザーダイオードのうち画像露光用ではないものが、発振波長が４２０ｎｍを超えるＩｎＧａＮ系レーザーダイオードであることを特徴とする請求項１または２記載の露光用レーザー光源。
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