JP2004310081A - 合波レーザ光調芯方法、レーザ光合波光源、および露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 レーザ光合波光源において、光源が立上がるまでの時間を短縮する。
【解決手段】 定常温調状態において、複数の半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７から射出された各レーザ光束からなる全体光束ＢＢをコリメートレンズ１１〜１７と集光レンズ２０とを通して収束させ、光ファイバ３０のコア部３０ａの径の１／２以下の径を有するこのコア部端面の同心領域に入射させてコア部３０ａ中に合波させる。コア部３０ａ中に合波させたレーザ光束をこの光ファイバ３０を通して射出端３０Ｅから射出する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、合波レーザ光調芯方法、レーザ光合波光源、および露光装置に関し、詳しくは、複数の半導体レーザから射出された各レーザ光束を光ファイバ中に合波させる合波レーザ光調芯方法、上記合波レーザ光調芯方式を適用したレーザ光合波光源、および上記レーザ光合波光源を搭載した露光装置に関するものである。

従来より、複数の半導体レーザから射出されたレーザ光束の各光束からなる全体光束を収束させて１本の光ファイバに入射させ合波させてこの光ファイバから高出力のレーザ光束を射出させるレーザ光合波光源（例えば、特許文献１）が知られている。また、レーザ光束を感光材料上に照射してこの感光材料を露光する露光装置等も知られている（例えば、特許文献２）。
特開２００２−２０２４４２号公報 特開２０００−３３８４３２号公報

ところで、露光装置の処理速度を向上させるためには露光光源の出力を高める必要があり、装置を大型化することなく処理速度を向上させるために、上記レーザ光束を合波して高出力を得るレーザ光合波光源を上記露光光源に利用することが考えられるが、露光装置本体の寿命に比して半導体レーザの寿命が短い（例えば１００００時間程度）ため、露光装置の稼動時間中の感光材料を露光するときにのみ半導体レーザを点灯してレーザ光合波光源からレーザ光束の出力を得、その他のときには半導体レーザを消灯して、半導体レーザの見かけ上の寿命を露光装置本体の寿命に近づけたいという要請がある。

しかしながら、半導体レーザを一旦消灯すると、再びこの半導体レーザを点灯したときに、レーザ光合波光源から射出されるレーザ光束の出力が安定し使用可能となるまで、すなわち、光源の立上がりを待ってからレーザ光束を使用することになる。そのため、露光装置の稼動を妨げることなく、感光材料を露光するときにのみ半導体レーザを点灯させることが難しいという問題がある。

例えば、１つのモジュール内において７つのレーザ光束を合波して出力するレーザ光合波光源から１５０ｍＷのレーザ光出力を得ようとする場合には、半導体レーザを点灯してからこの光源が立上がるまでの光源の立上がり時間が１分程度となることが発明者の実験で確認されている。露光装置の稼動を妨げることなくレーザ光合波光源の半導体レーザの点灯・消灯を実施するには上記光源の立上がり時間を１秒程度とすることが望まれる。また、露光装置の生産性を高めるために、露光光源をさらに高出力化することが求められているが、高出力になるほどこの露光光源の立上がり時間が長くなることが確認されている。また、１つのモジュール内において７つのレーザ光束を合波する際には、各レーザ光束がばらつかないように合波することが求められる。

また、例えば、複数のＧａＮ系半導体レーザを合波させてレーザ光束を出力するレーザ光合波光源は、発振波長が短く、感光材料への高精細な露光を行なう光源として適しているが、上記ＧａＮ系半導体レーザを点灯してからこのレーザ光合波光源が立上がるまでに長時間を要することが発明者の実験により確認されている。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、光源の立上がり時間を短縮することができる合波レーザ光調芯方法、レーザ光合波光源、および露光装置を提供することを目的とするものである。

本発明の第１の合波レーザ光調芯方法は、複数の半導体レーザから射出された各レーザ光束からなる全体光束を光束収束手段を通して収束させ、この光束収束手段を通って収束した前記全体光束を１本の光ファイバの入射端のコア部に入射させてこの光ファイバ中に合波させ、前記全体光束を光ファイバの射出端から射出させるレーザ光合波光源に適用する合波レーザ光調芯方法であって、レーザ光合波光源が定常温調状態にあるときに、前記コア部への全体光束の入射中心位置がこのコア部の中心を通る直径方向に移動するように光ファイバの入射端をこの入射端の端面に対して平行な方向に移動させて、光ファイバの射出端から射出される全体光束の光強度を求め、前記光ファイバの入射端の移動で得られる前記射出端から射出される全体光束の最大光強度より小さな特定の光強度となる前記入射端の２箇所の位置を定めて、前記２箇所の入射端の位置の中心に光ファイバのコア部の中心を位置させることを特徴とするものである。

前記２箇所の入射端の位置の中心に光ファイバのコア部の中心を位置させる手法は、前記２つの入射端の位置それぞれにおいて光ファイバのコア部の中心軸が位置する２つの軸位置の中心に、これらの軸と平行となるように光ファイバのコア部の中心軸を位置させるものとすることができる。

本発明の第２の合波レーザ光調芯方法は、複数の半導体レーザから射出された各レーザ光束からなる全体光束を１つの収束レンズを通して収束させ、この収束レンズを通って収束した前記全体光束を１本の光ファイバの入射端のコア部に入射させてこの光ファイバ中に合波させ、前記全体光束を光ファイバの射出端から射出させるレーザ光合波光源に適用する合波レーザ光調芯方法であって、レーザ光合波光源が定常温調状態にあるときに、前記コア部への全体光束の入射中心位置がこのコア部の中心を通る直径方向に移動するように前記収束レンズをこの収束レンズの光軸に直交する方向に移動させて、光ファイバの射出端から射出される全体光束の光強度を求め、前記収束レンズの移動で得られる前記射出端から射出される全体光束の最大光強度より小さな特定の光強度となる前記収束レンズの２つの光軸位置を定めて、２つの光軸位置の中心に収束レンズの光軸位置を位置させることを特徴とするものである。

本発明のレーザ光合波光源は、複数の半導体レーザと、１本の光ファイバと、前記複数の半導体レーザから射出された各レーザ光束からなる全体光束を収束させて前記光ファイバのコア部に入射させる光束収束手段とを備え、光ファイバ中に合波された全体光束をこの光ファイバを通して射出するレーザ光合波光源であって、定常温調状態において、全体光束が、コア部の径の略１／２以下の径を有する該コア部端面の同心領域に入射されるように構成されていることを特徴とするものである。

なお、「定常温調状態」とは、上記レーザ光合波光源から射出される光束の出力が使用可能な所定範囲で安定しているときのこのレーザ光合波光源の温調状態を意味するものである。一般にレーザ光合波光源は種々の温調が施されて使用されるが、上記定常温調状態は、例えば、上記レーザ光合波光源に所定の温調が施されているときに半導体レーザを点灯しレーザ光合波光源から射出されるレーザ光束の出力が安定するまで放置することで実現することができる。また、上記半導体レーザを点灯することなく別の方式でレーザ光合波光源を上記と同様の温調状態となるようにして、上記定常温調状態を実現するようにしてもよい。

前記コア部端面の同心領域とは、光ファイバの端面において、コア部の形状と概略相似で、かつ、このコア部と中心位置が一致する領域を意味するものである。

前記半導体レーザは、ＧａＮ系の半導体レーザとすることができる。

前記光ファイバは、マルチモード光ファイバとすることができる。

本発明の露光装置は、前記レーザ光合波光源と、制御信号に応じてそれぞれの光変調状態が変化する複数の光変調要素を配列してなる空間光変調素子であって、レーザ光合波光源から射出され各光変調要素に入射したレーザ光のそれぞれを光変調要素毎に光変調して射出する空間光変調素子と、空間光変調素子で空間光変調され射出されたレーザ光を露光面上に結像させる結像光学系とを備えたことを特徴とするものである。

前記結像光学系は、各光変調要素で光変調され射出された各レーザ光のそれぞれを個別に集光させる、上記各光変調要素に対応して配列された複数のマイクロレンズからなるマイクロレンズアレイを備えたものとすることができる。

本発明者は上記課題に対して、複数の半導体レーザから射出されたレーザ光束を合波して一本の光ファイバから射出するレーザ光合波光源について、この光源の立上がり時間に注目し種々検討した結果、複数の半導体レーザから射出された各レーザ光束を光ファイバのコア部内に入射させる際の各レーザ光束のコア部への入射位置によって上記光源の立上がり時間が変化するという現象を見出し、各レーザ光束からなる全体光束を入射させる領域をコア部内においてさらに限定する検討を行ない、上記光源の立上がり時間を短縮することができる限定された入射領域がコア部内に存在するとの知見を得、かかる知見に基づいて本発明に至ったものである。

なお、一般に、複数のレーザ光束を光ファイバのコア部へ入射させて合波させる際には、各レーザ光束のコア部への入射角を光ファイバの開口数（ＮＡ）で定められる入射角以下とし、かつ、レーザ光束がコア部径内に収まるように入射させればよいと考えられていた。

本発明の第１の合波レーザ光調芯方法は、レーザ光合波光源が定常温調状態にあるときに、コア部への全体光束の入射中心位置がこのコア部の中心を通る直径方向に移動するように光ファイバの入射端をこの入射端の端面に対して平行な方向に移動させて、この光ファイバの射出端から射出される全体光束の光強度を求め、光ファイバの入射端の移動によって得られる上記全体光束の最大光強度より小さな特定の光強度となる上記入射端の２箇所の位置を定めて、上記２箇所の入射端の位置の中心に上記光ファイバのコア部の中心を位置させるようにしたので、光ファイバのコア部内の中央に位置する限定された同心領域に上記全体光束をより正確に入射させることができる。これにより、上記光源の立上がり時間を短縮することができる。

すなわち、コア部への全体光束の入射中心位置がこのコア部の中心を通る直径方向に移動するように光ファイバの入射端をこの入射端の端面に対して平行な方向に移動させて、この光ファイバの射出端から射出される全体光束の光強度を求めると、この全体光束の光強度は上記最大光強度を間に挟んで対称となる単調増加、単調減少する光強度を示すので、光ファイバの入射端の位置が上記最大光強度が得られる位置の近傍に位置する場合には、入射端の位置の移動に対する上記射出端から射出される全体光束の光強度の変化は少ないが、この光ファイバの入射端の位置が最大光強度が得られる位置から外れた場所に位置する場合には、上記入射端の位置の移動に対する上記射出端から射出される全体光束の光強度の変化が大きくなるので、上記２つの入射端の位置を正確に定めることができる。したがって、上記２つの入射端の位置の中心に光ファイバのコア部の中心を位置させることにより、光ファイバのコア部内の中央に位置する限定された同心領域に上記全体光束をより正確に入射させることができる。

本発明の第２の合波レーザ光調芯方法は、レーザ光合波光源が定常温調状態にあるときに、コア部への全体光束の入射中心位置がこのコア部の中心を通る直径方向に移動するように収束レンズをこの収束レンズの光軸に直交する方向に移動させて、光ファイバの射出端から射出される全体光束の光強度を求め、収束レンズの移動によって得られる上記全体光束の最大光強度より小さな特定の光強度となる収束レンズの２つの光軸位置を定めて、２つの光軸位置の中心に収束レンズの光軸位置を位置させるようにしたので、光ファイバのコア部内の中央に位置する限定された同心領域に上記全体光束をより正確に入射させることができる。これにより、上記光源の立上がり時間を短縮することができる。

すなわち、コア部への全体光束の入射中心位置がこのコア部の中心を通る直径方向に移動するように収束レンズをこの収束レンズの光軸位置に直交する方向に移動させて、この光ファイバの射出端から射出される全体光束の光強度を求めると、この全体光束の光強度は上記最大光強度を間に挟んで対称となる単調増加、単調減少する光強度を示すので、収束レンズの光軸位置が上記最大光強度が得られる光軸位置の近傍に位置する場合には、上記収束レンズの移動に対する上記射出端から射出される全体光束の光強度の変化が少なかったものが、この収束レンズの光軸位置が最大光強度の得られる位置から外れた場所に位置する場合には、上記光軸位置の移動に対する上記射出端から射出される全体光束の光強度の変化が大きくなり、上記２つの光軸位置をより正確に定めることができる。したがって、上記２つの光軸位置の中心に収束レンズの光軸位置を位置させることにより、光ファイバのコア部内の中央に位置する限定された同心領域に上記全体光束をより正確に入射させることができる。

また、上記のように複数のレーザ光束を合波する際には、各レーザ光束がばらつかないように合波することが求められるので、上記第１の合波レーザ光調芯方法および第２の合波レーザ光調芯方法の採用によって上記光源の立上がり時間を短縮する顕著な効果を奏することができる。

本発明のレーザ光合波光源は、定常温調状態において、全体光束が、コア部の径の略１／２以下の径を有する該コア部端面の同心領域、すなわちコア部端面の中央に位置する限定された同心領域に入射されるように構成されているので、光源の立上がり時間を短縮することができる。

また、半導体レーザをＧａＮ系の半導体レーザとすれば、従来のＧａＮ系の半導体レーザを使用したレーザ光合波光源は光源の立上がり時間が長いので、上記光源の立上がり時間を短縮することによる顕著な効果を奏することができる。なお、ＧａＮ系以外の一般の半導体レーザの電気−光変換効率が約３０％であるのに対して、このＧａＮ系の半導体レーザの電気−光変換効率は約１０％であり、この電気−光変換効率の差が原因となり、上記ＧａＮ系の半導体レーザを用いたレーザ光合波光源の光源の立上がり時間が長くなっているものと予想される。

前記光ファイバをマルチモード光ファイバとすれば、全体光束をコア部の径の略１／２以下の径を有する同心領域に入射させることによる上記光源の立上がり時間の短縮の顕著な効果、すなわち、シングルモード光ファイバでは得られない顕著な効果を得ることができる。

本発明の露光装置は、上記レーザ光合波光源を備えているので、上記と同様に光源の立上がり時間を短縮することができ、これにより、光源の点灯時間をより短くするように稼動させることができ光源の寿命を長くすることができる。

また、結像光学系を、各光変調要素で光変調され射出された各レーザ光のそれぞれを個別に集光させる複数のマイクロレンズからなるマイクロレンズアレイを備えたものとすれば、レーザ光の利用効率を高めることができ光源の出力を抑えて稼動させることができるので、光源の寿命を長くすることができる。

以下、本発明の合波レーザ光調芯方法およびレーザ光合波光源の実施の形態について、図面を用いて説明する。なお、上記レーザ光合波光源は後述する露光装置の露光ヘッドの光源等に使用されるものである。図１はレーザ光合波光源の構成を示す平面図、図２はレーザ光合波光源の構成を示す側面図、図３はレーザ光合波光源の構成を示す正面図、図４はレーザ光合波光源を構成する光学要素を示す拡大平面図である。

［レーザ光合波光源４０の説明］
○レーザ光合波光源４０の構成
レーザ光合波光源４０は、複数の半導体レーザＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３，ＬＤ４，ＬＤ５，ＬＤ６，およびＬＤ７と、１本の光ファイバ３０と、上記複数の半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７から射出された各レーザ光束からなる全体光束を収束させて光ファイバ３０のコア部に入射させる光束収束手段であるコリメートレンズ１１〜１７および１つの集光レンズ２０とを備え、上記光ファイバ３０中に上記全体光束を合波させ、この合波された光束を光ファイバ３０を通して射出する。

より具体的には、このレーザ光合波光源４０は、銅等の熱伝導率の高い材料からなるヒートブロック１０上の１方向に並べられて固定された複数（例えば、７個）のチップ状の横マルチモード又はシングルモードのＧａＮ系半導体レーザＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３，ＬＤ４，ＬＤ５，ＬＤ６，およびＬＤ７と、ＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７の各々に対応して設けられたコリメートレンズ１１，１２，１３，１４，１５，１６，および１７と、コリメートレンズ１１〜１７から射出された各光束の全体を１点に収束させる１つの集光レンズ２０と、集光レンズ２０で収束された上記全体光束を入射して合波する１本のマルチモード光ファイバ３０等とから構成されている。なお、半導体レーザの個数は７個には限定されない。例えば、クラッド径＝１２５μｍ、コア径＝５０μｍ、ＮＡ＝０．２のマルチモード光ファイバに、２０個の半導体レーザから射出された各レーザ光束を入射することも可能である。

ＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７は、発振波長が総て共通（例えば、４０５ｎｍ）であり、最大出力も総て共通（例えば、マルチモードレーザでは１００ｍＷ、シングルモードレーザでは３０ｍＷ）である。なお、ＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７としては、３５０ｎｍ〜４５０ｎｍの波長範囲において上記４０５ｎｍ以外の発振波長を備えるレーザを用いてもよい。

なお、図１、図２および図３に示すように、このレーザ光合波光源４０は、上方が開口した箱状のパッケージ４１内に上記光学要素を収納したものである。パッケージ４１は、その開口を閉じるように作成されたパッケージ蓋４９を備えており、箱状のパッケージ４１を脱気処理した後、封止ガスを導入してパッケージ４１の開口をパッケージ蓋４９で閉じることにより、パッケージ４１とケージ蓋４９とで囲まれた閉空間（封止空間）が気密封止されている。

パッケージ４１の底面上にはベース板４２が固定されており、このベース板４２の上面には、上記ヒートブロック１０と、集光レンズ２０を保持する集光レンズホルダー４５と、マルチモード光ファイバ３０の入射端部を保持するファイバホルダー４６とが取り付けられている。マルチモード光ファイバ３０の射出端部は、パッケージ４１の壁面に形成された開口からパッケージ外に引き出されている。

上記ベース板４２は、気体や液体等の流体を媒体とした温調手段あるいはペルチェ素子等（図示は省略）により温調されており、露光装置の稼動中は常に一定の温度に保たれる。

ヒートブロック１０の側面にはコリメートレンズホルダー４４が取り付けられており、コリメートレンズ１１〜１７が保持されている。また、パッケージ４１の壁面に形成された開口を通してＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７に駆動電流を供給する配線４７がパッケージ外に引き出されている。

なお、図１および図２においては、煩雑化を避けるために、複数のＧａＮ系半導体レーザのうちＧａＮ系半導体レーザＬＤ１およびＬＤ７にのみ番号を付し、複数のコリメートレンズのうちコリメートレンズ１および１７にのみ番号を付している。

図３は、上記コリメートレンズ１１〜１７の取り付け部分の正面から見た図である。コリメートレンズ１１〜１７の各々は、非球面レンズであり、上記非球面レンズの光軸を含む領域をこの光軸に平行な平面で細長く切り取った形状に形成されている。この細長形状のコリメートレンズは、例えば、樹脂成形又はガラス成形によって形成することができる。コリメートレンズ１１〜１７は、長手方向がＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７の発光点が並ぶ方向（図３の左右方向）と直交する向きとなるようにして、上記並び方向（図３の左右方向）に密接配置されている。

ＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７としては、発光幅が２μｍの活性層を備え、活性層の表面に対して平行な方向の拡がり角が各々例えば１０°、活性層の表面に対して直角な方向の拡がり角が各々例えば３０°の状態で各々レーザビームＢ１〜Ｂ７を発するものが用いられている。

これらのＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７は、活性層の表面が上記発光点が１列に並ぶ方向と平行になるように配設されている。すなわち、各発光点から発せられたレーザビームＢ１〜Ｂ７の拡がり角度が大きい方向が、上記細長形状の各コリメートレンズ１１〜１７の長手方向と一致し、拡がり角度が小さい方向が上記各コリメートレンズ１１〜１７の短手方向と一致する。

なお、各コリメートレンズ１１〜１７の長手方向の幅は４．６ｍｍ、短手方向の幅が１．１ｍｍであり、それらに対応して入射するレーザビームＢ１〜Ｂ７の楕円状のビーム径の長径は２．６ｍｍ、短径が０．９ｍｍである。また、コリメートレンズ１１〜１７の各々は、焦点距離ｆ＝３ｍｍ、ＮＡ＝０．６、レンズ配置ピッチ＝１．２５ｍｍである。

集光レンズ２０は、非球面レンズの光軸を含む領域をこの光軸に平行な平面で細長く切り取った形状を有し、コリメートレンズ１１〜１７が並ぶ方向にこの集光レンズ２０の長手方向が一致し、それと直角な方向に集光レンズ２０の短手方向が一致するように配置されている。

なお、この集光レンズ２０は、焦点距離ｆ＝２３ｍｍ、ＮＡ＝０．２である。この集光レンズ２０も、例えば、樹脂成形又はガラス成形により形成することができる。

○レーザ光合波光源４０の動作
上記レーザ光合波光源４０を構成するＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７の各々から射出されたレーザビームＢ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５，Ｂ６，およびＢ７の各々は、対応するコリメートレンズ１１〜１７によって平行光化される。平行光化されたレーザビームＢ１〜Ｂ７は、集光レンズ２０によって収束され、マルチモード光ファイバ３０のコア部３０ａの入射端面に入射する。

集光レンズ２０によって上述のように収束されたレーザビームＢ１〜Ｂ７が、このマルチモード光ファイバ３０のコア部３０ａに入射し１本のレーザビームＢに合波されて、このマルチモード光ファイバ３０内を伝搬してマルチモード光ファイバ３０の射出端から射出される。マルチモード光ファイバ３０の射出端から射出された上記合波されたレーザビームＢは、このマルチモード光ファイバ３０に接続された後述する光ファイバ３１に入射する。

レーザビームＢ１〜Ｂ７のマルチモード光ファイバ３０への結合効率が０．８５で、ＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７の各出力が３０ｍＷの場合には、出力１８０ｍＷ（＝３０ｍＷ×０．８５×７）の合波レーザビームＢを得ることができ、この出力が光ファイバ３１に伝播される。従って、各マルチモード光ファイバ３０にそれぞれ接続された６本の光ファイバ３１が統合された後述するレーザ射出部６１での出力は約１Ｗ（＝１８０ｍＷ×６）である。

ここで、各コリメートレンズ１１〜１７の焦点距離をｆ１、開口数をＮＡ１、集光レンズ２０の焦点距離をｆ２、光ファイバ３０の開口数をＮＡ２、空間利用効率をηとすると、レンズ系の倍率Ｍ、つまり半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７の各発光点である活性層の大きさに対する、光ファイバ３０のコア部３０ａの端面上における各光束Ｂ１〜Ｂ７の収束点の大きさの比が下記式（１）で与えられる。

なお、ｎは合波本数である。また、上記空間利用効率ηは、各光束Ｂ１〜Ｂ７からなる全体光束が占める空間中、すなわち光束Ｂ１と光束Ｂ７とで挟まれる空間中における各光束Ｂ１〜Ｂ７の光路が占める割合によって規定されるものであり、各光束Ｂ１〜Ｂ７が互いに完全密接する状態においてはη＝１である。

上記の条件下では、

この式から明らかな通り、空間利用効率ηが大きくなるほど倍率Ｍは低下する。すなわち、倍率Ｍが小さくなるほど、半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７、集光レンズ２０および光ファイバ３０の相対位置関係がずれた際に、各光束Ｂ１〜Ｂ７が光ファイバ３０のコア部３０ａの端面上で移動する距離が小さくなるので、各光束をより正確に合波させることができる。

○レーザ光合波光源４０の光源の立上がり特性
上記レーザ光合波光源４０は、定常温調状態において、上記全体光束が、コア部の径の１／２以下の径を有するこのコア部端面の同心領域に入射されるように構成されている。そのため、このレーザ光合波光源４０においては、光源の立上がり時間が短縮される。

以下、上記構成によりレーザ光合波光源４０の立上がり時間が短縮されたことを示す実施例、およびこの実施例に対する比較例について図５から図１０を参照して説明する。なお、上記説明済みのコア部３０ａ、各光束Ｂ１〜Ｂ７、ベース板４２、後述する同心領域３０ｂ等については、上記実施例、比較例において共通の符号で示す。

図５（ａ）、図６（ａ）、図７（ａ）、図８（ａ）、図９（ａ）、および図１０（ａ）は、定常温調状態において、光ファイバのコア部３０ａに各光束Ｂ１〜Ｂ７が入射する様子を示す図である。ここで、各光束からなる全体光束が入射した領域を上記各図毎に領域Ｅ５〜Ｅ１０で示す。また、コア部３０ａの径の１／２以下の径を有するこのコア部端面の同心領域を同心領域３０ｂで示す。

図５（ｂ）、図６（ｂ）、図７（ｂ）、図８（ｂ）、図９（ｂ）、および図１０（ｂ）は、定常温調状態において、上記のように、光ファイバのコア部３０ａに各光束Ｂ１〜Ｂ７が入射するように構成されたレーザ光合波光源の光源の立上がり特性Ｆを示すグラフである。このグラフの縦軸Ｐはレーザ光合波光源からのレーザ光束の出力を示し、横軸Ｔはレーザ光合波光源に配設されたＧａＮ系半導体レーザを点灯してからの経過時間（秒）を示す。なお、ＧａＮ系半導体レーザを点灯した時刻を０で示し、レーザ光合波光源から出力されるレーザ光束の出力は定格出力が１となるように規格化して示した。また、レーザ光束の出力が使用可能となる許容定格出力範囲をＨで示している。

以下、上記全体光束が、定常温調状態において、コア部の径の１／２以下の径を有するこのコア部端面の同心領域に入射されるように上記レーザ光合波光源を構成して立上がり時間が短縮された実施例と、これらの実施例とは異なる形態の比較例を示す。

◇実施例１
実施例１のレーザ光合波光源は、図５（ａ）に示すように、定常温調状態において、光ファイバのコア部３０ａの径の１／２以下の径を有するこのコア部端面の同心領域３０ｂ中のさらに狭い中心部の領域Ｅ５に各光束Ｂ１〜Ｂ７が入射するように構成したものである。各光束が入射するそれぞれの領域が一致しているので、図５（ａ）において、領域Ｅ５は概略光束１つが占める領域として示される。

上記レーザ光合波光源の光源の立上がり特性Ｆ５を図５（ｂ）に示す。この記図から解るように、上記のように構成されたレーザ光合波光源は、半導体レーザを点灯した直後にレーザ光束の出力が許容定格出力範囲Ｈ内となり、半導体レーザが消灯しても、再びこの半導体レーザを点灯した直後に、例えば１秒以内にレーザ光合波光源のレーザ光束の出力が使用可能となることがわかる。

◇実施例２
実施例２のレーザ光合波光源は、図６（ａ）に示すように、定常温調状態において、光ファイバのコア部３０ａの径の１／２以下の径を有するこのコア部端面の同心領域３０ｂ中の約上半分の領域Ｅ６に各光束Ｂ１〜Ｂ７が入射するように構成したものである。各光束が入射するそれぞれの領域がばらついているので、図６（ａ）において、領域Ｅ６は各光束が広がった領域として示される。

上記レーザ光合波光源の光源の立上がり特性Ｆ６を図６（ｂ）に示す。この図から解るように、上記のように構成されたレーザ光合波光源は、上記実施例１のレーザ光合波光源と同様に、半導体レーザを点灯した直後にレーザ光束の出力が許容定格出力範囲Ｈ内となり、半導体レーザが消灯しても、再びこの半導体レーザを点灯した直後に、例えば１秒以内にレーザ光合波光源のレーザ光束の出力が使用可能となることがわかる。

◇比較例１
比較例１のレーザ光合波光源は、図７（ａ）に示すように、定常温調状態において、光ファイバのコア部３０ａの径の１／２以下の径を有するこのコア部端面の同心領域３０ｂから外れたコア部端面の下方の領域Ｅ７に各光束Ｂ１〜Ｂ７が入射するように構成したものである。各光束が入射するそれぞれの領域は同心領域３０ｂから外れているが、各光束の入射領域の位置のばらつきは少ない。

上記レーザ光合波光源の光源の立上がり特性Ｆ７を図７（ｂ）に示す。この図から解るように、上記のように構成されたレーザ光合波光源は、半導体レーザを点灯した直後にレーザ光束の出力が許容定格出力範囲Ｈを越えてこの許容定格出力範囲Ｈから大きく外れる。そして、上記出力は約８０秒後に許容定格出力範囲Ｈ内の出力となる。したがって、半導体レーザを一旦消灯すると、再びこの半導体レーザを点灯した直後にはレーザ光束の出力が使用可能とはならず、使用可能となるまでに約８０秒待つことになるので、このレーザ光合波光源を後述する露光装置等に搭載して半導体レーザの点灯・消灯を繰り返すと、この露光装置の稼動を妨げることが懸念される。

◇比較例２
比較例２のレーザ光合波光源は、図８（ａ）に示すように、定常温調状態において、光ファイバのコア部３０ａの径の１／２以下の径を有するこのコア部端面の同心領域３０ｂから外れたコア部端面の上方の領域Ｅ８に各光束Ｂ１〜Ｂ７が入射するように構成したものである。各光束が入射するそれぞれの領域は同心領域３０ｂから外れているが、各領域の位置のばらつきは少ない。

上記レーザ光合波光源の光源の立上がり特性Ｆ８を図８（ｂ）に示す。この図から解るように、上記のように構成されたレーザ光合波光源は、半導体レーザを点灯した直後にはレーザ光束の出力が許容定格出力範囲Ｈに達せずこの許容定格出力範囲Ｈから大きく外れる。そして、上記出力は約４０秒後に許容定格出力範囲Ｈ内の出力となる。したがって、半導体レーザを一旦消灯すると、再びこの半導体レーザを点灯した直後にはレーザ光束の出力が使用可能とはならず、使用可能となるまでに約４０秒待つことになるので、このレーザ光合波光源を後述する露光装置等に搭載して半導体レーザの点灯・消灯を繰り返すと、この露光装置の稼動を妨げることが懸念される。

◇実施例３
実施例３のレーザ光合波光源は、図９（ａ）に示すように、定常温調状態において、光ファイバのコア部３０ａの径の１／２以下の径を有するこのコア部端面の同心領域３０ｂ中の約下半分の領域Ｅ９に各光束Ｂ１〜Ｂ７が入射するように構成したものである。各光束が入射するそれぞれの領域がばらついているので、図９（ａ）において、領域Ｅ９は各光束が広がった領域として示される。

上記レーザ光合波光源の光源の立上がり特性Ｆ９を図９（ｂ）に示す。上記図から解るように、上記のように構成されたレーザ光合波光源は、半導体レーザを点灯した直後、例えば１秒以内にレーザ光束の出力が許容定格出力範囲Ｈ内となり、半導体レーザが消灯しても、再びこの半導体レーザを点灯した直後にレーザ光合波光源のレーザ光束の出力が使用可能となることがわかる。

なお、実施例３のレーザ光合波光源は、ベース板４２が所定の温度３０℃となる定常温調状態において構成したものであり、その後、このベース板４２が所定の温度３０℃となる定常温調状態において光源の立上がり特性Ｆ９を測定した。

比較例３
比較例３のレーザ光合波光源は、図１０（ａ）に示すように、上記実施例３と同様に、定常温調状態において、光ファイバのコア部３０ａの径の１／２以下の径を有するこのコア部端面の同心領域３０ｂ中の約下半分の領域Ｅ１０に各光束Ｂ１〜Ｂ７が入射するように構成したものである。各光束が入射するそれぞれの領域がばらついているので、図１０（ａ）において、領域Ｅ１０は広がった領域として示される。

なお、比較例３のレーザ光合波光源については、ベース板４２が所定の温度３０℃となる定常温調状態において構成し、その後、このベース板４２の温度を所定の温度から外れた１０℃とし、定常温調状態から外れた状態において光源の立上がり特性Ｆ１０を測定した。

上記レーザ光合波光源の光源の立上がり特性Ｆ１０を図１０（ｂ）に示す。上記図から解るように、上記のように構成されたレーザ光合波光源は、半導体レーザを点灯した直後にレーザ光束の出力が許容定格出力範囲Ｈを越えてしまう。そして、上記出力は約３０秒後に許容定格出力範囲Ｈ内の出力となる。したがって、半導体レーザを一旦消灯すると、再びこの半導体レーザを点灯した直後にはレーザ光束の出力が使用可能とはならず、使用可能となるまでに約３０秒待つことになるので、このレーザ光合波光源を後述する露光装置等に搭載して半導体レーザの点灯・消灯を繰り返すと、この露光装置の稼動を妨げることが懸念される。

○レーザ光合波光源４０に適用する合波レーザ光調芯方法
なお、上記レーザ光合波光源に適用する合波レーザ光調芯方法としては、以下のような手法を用いることができる。以下、図４を参照してレーザ光合波光源に適用する合波レーザ光調芯方法について説明する。

すなわち、レーザ光合波光源４０が定常温調状態にあるときに、光ファイバ３０のコア部３０ａへの各光束Ｂ１〜Ｂ７からなる全体光束ＢＢの入射中心Ｒがこのコア部３０ａの端面３０Ｈの中心を通る直径方向に移動するように光ファイバ３０の入射端３０Ｄをこの入射端３０Ｄの端面３０Ｈに対して平行な方向Ｑ１に移動させて、光ファイバ３０の射出端３０Ｅから射出される全体光束ＢＢの光強度を測定し、光ファイバ３０の入射端３０Ｄの移動によって得られるこの光ファイバ３０の射出端３０Ｅから射出される全体光束ＢＢ（合波されたレーザビーム）の最大光強度より小さな特定の光強度となる入射端のコア部の中心軸の２箇所の位置Ｊ１、Ｊ２を定めて、上記コア部の中心軸（以後、コア中心軸ともいう）の２箇所の位置Ｊ１、Ｊ２の中心に光ファイバ３０のコア中心軸Ｊａを位置させ、コア部内３０ａの中央に位置する限定された同心領域３０ｂに上記全体光束を入射させるようにする手法を用いることができる。

より詳細には、上記手法は最低２軸の方向における調芯が必要となり、この２軸の調芯について、図１１、図１２、図１３、および上記説明済みの図４を参照して説明する。図１１は光ファイバの端面に入射する全体光束の入射位置を示す図、図１２は調芯第１工程における光ファイバのコア中心軸の位置と光ファイバの射出端から射出される全体光束の光強度（結合効率）との関係を示す図、図１３は調芯第２工程における光ファイバのコア中心軸の位置と光ファイバの射出端から射出される全体光束の光強度（結合効率）との関係を示す図である。

はじめの調芯第１工程においては、光ファイバ３０の入射端３０Ｄをこの入射端３０Ｄの端面３０Ｈに対して平行な軸Ｑ２の方向に沿って移動させて、光ファイバ３０の射出端３０Ｅから射出される全体光束ＢＢの光強度を測定する。そして、上記射出端３０Ｅから射出される全体光束ＢＢの最大光強度より小さな特定の光強度が得られるときの入射端３０Ｄのコア中心軸の２箇所の位置Ｊ１１，Ｊ１２（図１２参照）を求め、この２箇所の位置Ｊ１１，Ｊ１２の中心位置Ｊ１３に入射端３０Ｄのコア中心軸Ｊａを位置させる。この調芯第１工程においては、全体光束ＢＢの入射中心Ｒの端面３０Ｈへの入射位置がコア部３０ａの中心から外れるように光ファイバ３０の入射端３０Ｄが移動する。

ここで、光ファイバのコア中心軸の位置と光ファイバの射出端から射出される全体光束の光強度（結合効率）との関係は、図１２の曲線Ｗ１で示すように、入射端３０Ｄのコア中心軸Ｊａが位置Ｊ１１，Ｊ１２に位置するときの結合効率は等しく、コア中心軸Ｊａが中心位置Ｊ１３に位置するときに結合効率が最大となる。また、コア中心軸Ｊａが位置Ｊ１１，Ｊ１２に位置するときには、図１１に示すように、入射端３０Ｄの端面３０Ｈに入射する全体光束ＢＢの入射中心Ｒのそれぞれが軸Ｑ２上の位置Ｕ１、Ｕ２に位置し、コア中心軸Ｊａが位置Ｊ１３に位置するときには全体光束ＢＢの入射中心Ｒの位置は軸Ｑ２上の位置Ｕ３に位置する。

次の調芯第２工程においては、上記入射端３０Ｄのコア中心軸の位置を、上記Ｊ１１、Ｊ１２間の中心位置Ｊ１３を含み、上記入射端３０Ｄの移動方向である軸Ｑ２と直交する入射端３０Ｄの端面３０Ｈに対して平行な軸Ｑ３の方向に沿って移動させて、光ファイバ３０の射出端３０Ｅから射出される全体光束ＢＢの光強度を測定する。ここで、全体光束ＢＢの入射中心Ｒの端面３０Ｈへの入射位置がコア部の中心を通るように光ファイバ３０の入射端３０Ｄが移動する。

そして、上記射出端３０Ｅから射出される全体光束ＢＢの最大光強度より小さな特定の光強度、例えば最大光強度の８０％の強度が得られるときの入射端３０Ｄのコア中心軸の２つの位置Ｊ１５、Ｊ１６（図１３参照）を求め、この２つの位置Ｊ１５、Ｊ１６の中心位置Ｊ１７に上記コア中心軸Ｊａを位置させる。これにより、全体光束ＢＢの入射中心Ｒの位置がコア部３０ａの端面３０Ｈの中心に一致し、コア部内３０ａの中央に位置する限定された同心領域３０ｂに上記全体光束を入射させることができ、調芯が完了する。

ここで、光ファイバのコア中心軸の位置と光ファイバの射出端から射出される全体光束の光強度（結合効率）との関係は、図１３の曲線Ｗ２に示すように、コア中心軸Ｊａが位置Ｊ１５，Ｊ１６に位置するときの結合効率は等しく、コア中心軸Ｊａが中心位置Ｊ１７に位置するときに結合効率が最大となる。曲線Ｗ２に示すように結合効率が最大となるときにコア中心軸Ｊａが位置する範囲Ｋ１はコア部３０ａの径の１／２の範囲Ｋ２より広くなる。また、コア中心軸Ｊａが位置Ｊ１５，Ｊ１６に位置するときには、図１１に示すように、入射端３０Ｄの端面３０Ｈに入射する全体光束ＢＢの入射中心Ｒのそれぞれが軸Ｑ３上の位置Ｕ５、Ｕ６に位置し、コア中心軸Ｊａが位置Ｊ１７に位置するときには、全体光束ＢＢの入射中心Ｒの位置は軸Ｑ３上の位置Ｕ７、すなわち、コア部３０ａの径の１／２以下の径を有するこのコア部３０ａの端面３０Ｈの同心領域３０ｂ内に位置する。

ここで、結合効率が最大となるように、全体光束ＢＢの入射中心Ｒがコア部３０ａの端面３０Ｈ中の上記位置Ｕ３（図１１参照）に位置するように調芯した場合に比して、上記のように、全体光束ＢＢの入射中心Ｒの位置を、コア部３０ａの端面３０Ｈの同心領域３０ｂ内である、例えば上記位置Ｕ７（図１１参照）に位置させるように調芯することにより、このレーザ光合波光源の立上がり時間を短縮することができる。

上記曲線Ｗ１、および曲線Ｗ２で示される、光ファイバのコア中心軸の位置に対する光ファイバの射出端から射出される全体光束の光強度（結合効率）は、最大光強度を間に挟んで対称となる単調増加、単調減少する光強度を示すので、コア中心軸Ｊａが上記最大光強度が得られる領域に位置する場合には、コア中心軸Ｊａの移動に対する上記射出端から射出される全体光束の光強度の変化が少ないが、このコア中心軸Ｊａが最大光強度が得られる領域から外れた場所に位置する場合には、コア中心軸Ｊａの移動に対する上記射出端から射出される全体光束の光強度の変化が大きくなって、上記２つのコア中心軸の位置を正確に定めることができる。これにより、全体光束ＢＢの入射中心Ｒの位置を同心領域３０ｂに正確に位置させる調芯を行なうことができる。このように、光ファイバの入射端の移動によって得られる上記射出端から射出される全体光束の最大光強度より小さな特定の光強度となる上記入射端の２つの位置を定めて、上記２つの入射端の位置それぞれのコア中心軸である２つの軸位置の中心に、これらの軸と平行となるように光ファイバのコア中心軸を位置させることにより正確な調芯を行うことができる。

また、次のような手法も用いることができる。すなわち、レーザ光合波光源４０が定常温調状態にあるときに、光ファイバ３０のコア部３０ａへの全体光束ＢＢの入射中心Ｒがこのコア部３０ａの端面３０Ｈの中心を通る直径方向に移動するように集光レンズ２０をこの集光レンズ２０の光軸に直交する方向Ｑ２に移動させて、光ファイバ３０の射出端３０Ｅから射出される全体光束ＢＢの光強度を測定し、上記射出端３０Ｅから射出される全体光束ＢＢの最大光強度より小さな特定の光強度となる集光レンズ２０の光軸の２つの位置Ｊ５，Ｊ６を定めて、上記光軸の２つの位置Ｊ５，Ｊ６の中心に集光レンズ２０の光軸Ｊｂを位置させて、コア部内３０ａの中央に位置する限定された同心領域３０ｂに上記全体光束を入射させる手法を用いることもできる。

なお、光ファイバを移動させて調芯する場合、この調芯を実施するための調芯機構の構成が比較的簡単になるという長所がある。しかしながら、調芯の際に光ファイバの入射端を移動可能とするために、この光ファイバの入射端からレーザ光合波光源のパッケージに固定される光ファイバの固定部までの距離をある程度確保しなければならない。一方、レンズを移動させて調芯する場合、上記光ファイバの入射端から固定部までの距離を短くすることができるため、パッケージを小型化することができる。より具体的には、レンズを移動させる調芯機構を採用した場合には、光ファイバを移動させる調芯機構を採用した場合に比して、パッケージの寸法を光ファイバが延びる方向に約２０ｍｍ短くすることができた。

このようにパッケージを小型化できると、レーザ光合波光源が熱的に安定した状態となるまでの時間を短縮することができるので、外部環境変化に対しても、このレーザ光合波光源の定常温調状態を保ちやすくなる。したがって、高速立上がり性能という観点において、レーザ光合波光源を外部環境変化に対して強いモジュールとすることができる。

≪露光装置の全体構成の説明≫
以下、上記本発明のレーザ光合波光源を使用した露光ヘッドを搭載した露光装置について説明する。図１４は、本発明のレーザ光合波光源を使用した露光ヘッドを搭載した露光装置の外観を示す斜視図、図１５は上記露光装置による露光の様子を示す斜視図、図１６（Ａ）は感光材料上に形成される露光済領域を示す平面図、図１６（Ｂ）は各露光ヘッドによる露光エリアの配列を示す図、図１７は露光ヘッドの概略構成を示す斜視図、図１８は露光ヘッド内を伝播するレーザ光の光路に沿って露光ヘッドの構成を示す側面図である。

上記露光装置は、上記レーザ光合波光源と、制御信号に応じてそれぞれの光変調状態が変化する複数の光変調要素を配列してなる空間光変調素子であって、上記レーザ光合波光源から射出され各光変調要素に入射したレーザ光のそれぞれを光変調要素毎に光変調して射出する空間光変調素子と、空間光変調素子で空間光変調され射出されたレーザ光を露光面上に結像させる結像光学系とを備えている。

図１４に示すように、本発明のレーザ光合波光源を搭載した露光装置は、スキャナユニット１６２と、このスキャナユニット１６２を支持する本体部とからなる。上記本体部は、シート状の感光材料１５０を表面に吸着して保持する平板状のステージ１５２を備え、このステージ１５２を副走査方向に移動可能に支持する上記副走査方向に沿って延びた２本のガイド１５８を設置台１５６上に有している。ステージ１５２は、ガイド１５８によって副走査方向に往復移動可能に支持され、このステージ１５２の長手方向が副走査方向を向くように配置されている。なお、この露光装置には、ステージ１５２をガイド１５８に沿って駆動するための図示しない駆動部が備えられている。

設置台１５６の中央部には、ステージ１５２の移動経路を跨いで上記スキャナユニット１６２を支持する門型のスキャナ支持部１６０が設けられている。スキャナ支持部１６０には、このスキャナ支持部１６０を挟んだ副走査方向の一方の側にはスキャナユニット１６２が設けられ、他方の側には感光材料１５０の先端および後端を検知する２つの検知センサ１６４が設けられている。スキャナユニット１６２および検知センサ１６４は、スキャナ支持部１６０に各々取り付けられ、ステージ１５２の移動経路の上方に配置されている。なお、スキャナユニット１６２および検知センサ１６４は、これらを制御する図示しないコントローラに接続されている。

スキャナユニット１６２は、図１５に示すように、ｍ行ｎ列（例えば、３行５列）の略マトリックス状に配列された感光材料１５０に露光用の光を照射する複数（例えば、１４個）の露光ヘッド１６６を備えている。

本実施の形態では、感光材料１５０の幅との関係で、１行目および２行目には５個の露光ヘッド１６６を、３行目には４個の露光ヘッド１６６を配置した。なお、ｍ行目のｎ列目に配列された個々の露光ヘッドを示す場合は、露光ヘッド１６６mnと表記する。

露光ヘッド１６６によって露光される各露光ヘッド１６６mnに対応する露光エリア１６８mnは、図１６（Ｂ）に示すように、概略、副走査方向を短辺とする矩形状であり、ステージ１５２の移動に伴い、感光材料１５０には各露光ヘッド１６６mnに対応した図１６（Ａ）に示すような帯状の露光済領域１７０mnが形成される。

上記露光ヘッドの各々は、上記副走査方向と直交する主走査方向に所定間隔ずらして配置されており、帯状の露光済領域１７０が上記主走査方向に隙間無く形成されるように、１行目に配置されている露光エリア１６８11と露光エリア１６８12との間の露光できない部分は、２行目に配置されている露光エリア１６８21と３行目に配置されている露光エリア１６８31とにより露光される。

図１７、および図１８に示すように、上記露光ヘッド１６６は、露光用の光を射出する光源ユニット６０と、光源ユニット６０から射出された露光用の光を入射して後述するＤＭＤ８０に照射するＤＭＤ照射光学系７０と、ＤＭＤ照射光学系７０からの露光用の光の照射を受けてこの光を空間光変調するＤＭＤ８０と、ＤＭＤ８０で空間光変調された光を感光材料１５０上に結像させる結像光学系５０とを備え、ＤＭＤ８０で空間光変調された光を感光材料１５０上に導いてこの感光材料１５０を露光する。

≪露光ヘッド１６６を構成する各要素の説明≫
以下、露光ヘッド１６６を構成する各要素について説明する。

＜光源ユニット６０＞
光源ユニット６０は、複数（例えば、６個）の上記説明済みのレーザ光合波光源４０と、上記複数の各レーザ光合波光源４０の構成要素である各マルチモード光ファイバ３０に接続される複数の光ファイバ３１を有しこれらの光ファイバ３１を統合するレーザ射出部６１とからなる。以下レーザ射出部６１について説明する。

［レーザ射出部６１］
レーザ射出部６１について、図１９および図２０を参照して説明する。図１９（Ａ）はレーザ光合波光源のマルチモード光ファイバと、レーザ射出部の光ファイバとの接続状態を示す斜視図、図１９（Ｂ）はレーザ射出部の部分拡大図、図１９（Ｃ）および図１９（Ｄ）はレーザ射出部における光ファイバの配列を示す正面図、図２０はレーザ光合波光源のマルチモード光ファイバと、レーザ射出部の光ファイバとの接続状態の詳細を示す断面図である。

図１９の（Ａ）から（Ｄ）に示すように上記レーザ射出部６１は、光ファイバ３１、支持板６５、および保護板６３からなり、以下のように構成されている。

図１９（Ａ）に示すように、上記レーザ光合波光源４０の各マルチモード光ファイバ３０の射出端には、コア径がマルチモード光ファイバ３０のコア径と同一で、クラッド径がマルチモード光ファイバ３０のクラッド径より小さい光ファイバ３１の入射端がそれぞれ接続されている。また、上記各光ファイバ３１の射出端は、図１９（Ｃ）に示すように、１列に配列された射出端部６８を構成している。なお、図１９（Ｄ）に示すように、射出端部６８は１列に配列される場合に限らず２段重ねて俵積み状に配列するようにしてもよい。

光ファイバ３１の射出側の部分は、図１９（Ｂ）に示すように、表面が平坦な２枚の支持板６５に挟み込まれて固定されている。また、この光ファイバ３１の射出側の端面には、この端面を保護するためのガラス等からなる透明な保護板６３が配置されている。保護板６３は、光ファイバ３１の端面に密着させて配置してもよいし、あるいは密着しないように配置してもよい。

上記光ファイバ３１とマルチモード光ファイバ３０との接続は、図２０に示すように、クラッド径が大きいマルチモード光ファイバ３０の端面中の小径部分３０ｃに、クラッド径が小さい光ファイバ３１の端面を同軸的に結合するものであり、この結合は例えば融着により実施することができる。

また、長さが短くクラッド径が大きい光ファイバにクラッド径が小さい光ファイバを融着させた短尺の光ファイバを別途作成して、この短尺光ファイバをフェルールや光コネクタ等を介してマルチモード光ファイバ３０の射出端に結合してもよい。コネクタ等を用いて着脱可能に結合することで、クラッド径が小さい光ファイバが破損した場合等に先端部分の交換が容易になり、露光ヘッドのメンテナンスに要するコストを低減できる。

マルチモード光ファイバ３０および光ファイバ３１としては、ステップインデックス型光ファイバ、グレーテッドインデックス型光ファイバ、および複合型光ファイバの何れでもよい。例えば、三菱電線工業株式会社製のステップインデックス型光ファイバを用いることができる。本例では、マルチモード光ファイバ３０および光ファイバ３１は、ステップインデックス型光ファイバである。

なお、マルチモード光ファイバ３０は、クラッド径＝１２５μｍ、コア径＝５０μｍ、ＮＡ＝０．２、入射端面コートの透過率＝９９．５％以上であり、光ファイバ３１は、クラッド径＝６０μｍ、コア径＝５０μｍ、ＮＡ＝０．２である。

＜ＤＭＤ８０＞
つづいて、ＤＭＤ８０について説明する。図２１はＤＭＤの概略構成を示す斜視図、図２２（Ａ）および図２２（Ｂ）は、ＤＭＤを傾けて配置する場合と傾けて配置しない場合とにおける感光材料への露光状態の違いを比較して示す平面図である。

露光ヘッド１６６11〜１６６mnの各々は、上記説明済みの図１７、図１８に示すように、入力された画像データに応じて入射された光ビームを変調する空間光変調素子として、デジタル・マイクロミラー・デバイス：ＤＭＤ８０を備えている。

ＤＭＤ８０は、制御信号に応じてそれぞれの光変調状態が変化する光変調要素である複数のマイクロミラーを配列してなる空間光変調素子であって、上記レーザ光合波光源から射出され各マイクロミラーに入射したレーザ光のそれぞれを各マイクロミラー毎に光変調して射出するものである。

より具体的には、このＤＭＤ８０は、データ処理部とミラー駆動制御部とを備えた図示しないコントローラに接続されており、このコントローラのデータ処理部では、入力された画像データに基づいて、各露光ヘッド１６６毎に、ＤＭＤ８０に配されている各マイクロミラー８１の駆動を制御する制御信号を生成する（図２１参照）。また、ミラー駆動制御部では、データ処理部で生成した制御信号に基づいて、各露光ヘッド１６６毎に、ＤＭＤ８０の各マイクロミラー８１の反射面の角度を制御する。上記デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）としては、例えば、米国ＴＩ社（Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社）が開発したものが知られており、このＤＭＤを用いた動画用プロジェクタ等が製品化されている。

上記ＤＭＤ８０は、長手方向にマイクロミラー８１が多数個（例えば１０２４個）行方向に配列されたマイクロミラーが、短手方向に複数列（例えば７５６列）配置されている。図２２に示すように、各マイクロミラー８１で反射された個別のレーザ光束である露光ビーム５の副走査方向の走査軌跡（副走査線）のピッチは、ＤＭＤ８０を傾けて配置することにより、ＤＭＤ８０を傾けて配置しないときのピッチＰ１（図２２（Ａ）参照）より小さいピッチＰ２（図２２（Ｂ）参照）に設定することができ、この傾きの設定により、この露光ヘッド１６６による露光の解像度を大幅に向上させることができる。

また、互いに異なるマイクロミラー８１により感光材料１５０の上記副走査線上の同じ領域が重ねて露光（多重露光）されることで、露光位置の微少量をコントロールすることができ、高精細な露光を実現することができる。また、主走査方向に隣り合って並ぶ露光ヘッドによる露光ビーム５のつなぎ目が目立たないようにすることもできる。

＜ＤＭＤ照射光学系７０＞
上記ＤＭＤ照射光学系７０は、図１８に示すように、光源ユニット６０のレーザ射出部６１から射出された複数のレーザ光束を、全体的に概略平行光化するコリメートレンズ７１、このコリメートレンズ７１を通過した光の光路に配設されたマイクロフライアイレンズ７２、このマイクロフライアイレンズ７２と向かい合う状態に配設された別のマイクロフライアイレンズ７３、およびこのマイクロフライアイレンズ７３の射出側つまり後述するミラー７５側に配置されたフィールドレンズ７４、および後述するプリズム７６から構成されている。

マイクロフライアイレンズ７２および７３は、微小レンズセルが縦横に多数配置されてなるものであり、それらの微小レンズセルの各々を通過した光がミラー７５およびプリズム７６を介してＤＭＤ８０に互いに重なる状態で入射するので、このＤＭＤ８０を照射する光の光量分布が均一化される。

なお、ミラー７５は、フィールドレンズ７４を通った光を反射させ、プリズム７６は、ＴＩＲプリズム（全反射プリズム）であり、ミラー７５で反射された光をＤＭＤ８０に向けて全反射させる。上記のことによりＤＭＤ照射光学系７０が、ＤＭＤ８０に対して概略均一な強度分布の光を照射する。

＜結像光学系５０＞
結像光学系５０は、空間光変調素子であるＤＭＤ８０で空間光変調され射出されたレーザ光を露光面である感光材料１５０上に結像させるものである。

上記結像光学系５０は、図１８に示すように、第１結像光学系５１と、第２結像光学系５２と、第１結像光学系５１と第２結像光学系５２との間の光路中に配置されたマイクロレンズアレイ５５と、アパーチャアレイ５９とから構成されている。上記のマイクロレンズアレイ５５は、ＤＭＤ８０で反射された各光束それぞれを個別に通すようにＤＭＤ８０の各マイクロミラー８１に対応して配置された多数のマイクロレンズ５５ａからなるものである。またアパーチャアレイ５９は、上記各マイクロレンズ５５ａを通った各光束それぞれを個別に通すように各マイクロレンズ５５ａに対応して配置された多数のアパーチャ５９ａを有するものである。

上記構成において、ＤＭＤ８０の各マイクロミラー８１で反射した光によるこのマイクロミラー８１の像は、第１結像光学系５１により３倍に拡大されて結像される。ここで、上記各マイクロミラー８１で反射され第１結像光学系５１を通過した各光束は、該第１結像光学系５１による結像位置の近傍に配されたマイクロレンズアレイ５５の各マイクロレンズ５５ａによって個別に集光され、この個別に集光された光束がアパーチャ５９ａを通過して結像される。マイクロレンズアレイ５５およびアパーチャ５９を通って結像された上記各マイクロミラー８１の像は、第２結像光学系５２によりさらに１．６７倍に拡大された上で、感光面１５１上に結像され、これにより、ＤＭＤ８０の各マイクロミラー８１の像が、最終的に５倍（＝３×１．６７）に拡大されて感光面１５１上に投影される。

ここで、各マイクロミラー８１（各画素）で反射されて各マイクロレンズ５５ａを通ったレーザ光束に上記光学要素の収差等による太りがあっても、アパーチャ５９ａによって感光面１５１上でのスポットサイズが一定の大きさになるようにこのレーザ光束を整形することができると共に、各マイクロミラー８１（各画素）で反射されたレーザ光束を各マイクロミラー８１（各画素）に対応して設けられたアパーチャ５９ａを通過させることにより、各マイクロミラー間でのクロストークを防止することができ、露光を行なう際の各マイクロミラーによるオン・オフの消光比を改善することができる。

なお、マイクロミラーを上記所定角度に傾斜させてこのマイクロミラーで反射された光を結像光学系５０に向けて伝播させる状態がマイクロミラーのオン状態であり、マイクロミラーを上記所定角度とは異なる角度に傾斜させてこのマイクロミラーで反射された光を結像光学系５０に向かう光路から外して伝播させる状態がマイクロミラーのオフ状態である。

≪露光装置の動作の説明≫
次に、上記露光装置の動作について説明する。

露光装置が稼動され各部が稼動状態となる。この状態においてレーザ光合波光源４０は温調されるがＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７は点灯されない。

露光パターンに応じた画像データが、ＤＭＤ８０に接続された図示しないコントローラに入力され、コントローラ内のフレームメモリに一旦記憶される。この画像データは、画像を構成する各画素の濃度を表したデータである。このデータは、例えば、各画素の濃度を２値（ドットの記録の有無）で表すものとすることができる。

感光材料１５０を表面に吸着したステージ１５２は、図示しない駆動部により、ガイド１５８に沿ってスキャナ支持部１６０を上流側から下流側に一定速度で移動する。ステージ１５２がスキャナ支持部１６０下を通過する際に、スキャナ支持部１６０に取り付けられた検知センサ１６４により感光材料１５０の先端が検出されると、フレームメモリに記憶された画像データが複数ライン分ずつ順次読み出され、データ処理部で読み出された画像データに基づいて各露光ヘッド１６６毎の制御信号が生成される。

そして、感光材料１５０への露光準備が整ったときにＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７が点灯され、上記生成された制御信号に基づいて、ミラー駆動制御部により各露光ヘッド１６６におけるＤＭＤ８０のマイクロミラーの各々が制御され感光材料１５０が露光される。なお、レーザ光合波光源４０の光源の立上がり時間が短いので、ＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７の点灯後、直ぐにレーザ光合波光源４０から射出されたレーザ光を用いて感光材料１５０への露光を行なうことができる。

各レーザ光合波光源４０で発生されレーザ射出部６１から射出されたレーザ光束がＤＭＤ照射光学系７０を通してＤＭＤ８０に照射されると、ＤＭＤ８０のマイクロミラーがオン状態のときに反射されたレーザ光束は、結像光学系５０を通して感光材料１５０の感光面１５１上に結像される。一方、ＤＭＤ８０のマイクロミラーがオフ状態のときに反射されたレーザ光束は、感光面１５１上に結像されないので感光材料１５０を露光しない。

このようにして、光源ユニット６０から射出されたレーザ光束が各マイクロミラー毎（画素毎）にオンオフされて、各露光ヘッド１６６に対応する感光材料１５０上の各露光エリア１６８が露光される（図１５および図１６参照）。また、感光材料１５０がステージ１５２と共に副走査方向に移動され、各露光ヘッド１６６毎に副走査方向に延びる帯状の露光済領域１７０が形成される。

［ＤＭＤ８０の部分使用について］
なお本実施の形態では、図２３（Ａ）および（Ｂ）に示すように、ＤＭＤ８０には、露光する際の主走査方向すなわち、行方向に１０２４個（画素）配置されたマイクロミラーが、露光する際の副走査方向すなわち列方向に７５６列（画素列）配列されているが、本例では、コントローラにより一部のマイクロミラーの行（例えば、１０２４個×３００行）だけを駆動するように制御がなされる。

例えば、図２３（Ａ）に示すように、ＤＭＤ８０の列方向の中央部に配置されたマイクロミラーの行列領域８０Ｃのみを制御してもよく、図２３（Ｂ）に示すように、ＤＭＤ８０の端部に配置されたマイクロミラーの行列領域８０Ｔのみを制御してもよい。また、一部のマイクロミラーに欠陥が発生した場合は、欠陥が発生していないマイクロミラーの行列領域を使用するなど、状況に応じて使用するマイクロミラー中の領域を適宜変更してもよい。

すなわち、ＤＭＤ８０のデータ処理速度には限界があり、制御するマイクロミラーの数（画素数）に比例して１ライン当りの変調速度が決定されるので、マイクロミラー中の一部分だけを使用することで１ライン当りの変調速度を速くすることができる。

ＤＭＤ８０に接続されたコントローラ内のフレームメモリに記憶された画像データに基づく露光が終了すると、ＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７が消灯されレーザ光合波光源からのレーザ光の射出が停止される。その後、スキャナユニット１６２による感光材料１５０の副走査が終了し、検知センサ１６４で感光材料１５０の後端が検出されると、ステージ１５２は、図示しない駆動部により、ガイド１５８に沿ってスキャナ支持部１６０を最上流側にある原点に復帰させ、再度、ガイド１５８に沿ってスキャナ支持部１６０の上流側から下流側に移動させて次の露光を行なう。

なお、レーザ光合波光源の光源の立上がり時間が短いので、次の露光を行なう際においても、上記のように、感光材料１５０への露光準備が整ったときにＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７を点灯してもレーザ光合波光源から所定出力のレーザ光束を直ちに射出させることができ、露光装置の稼動を妨げることなく感光材料１５０への露光を行なうことができる。

上記のように、感光材料１５０への露光を行なうときにのみＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７を点灯するようにしてレーザ光合波光源を使用することにより、ＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７の見かけ上の寿命を大幅に延ばすことができる。

例えば、実際に露光を行なう露光時間、すなわち、レーザ光合波光源のＧａＮ系半導体レーザの点灯時間は、露光装置の稼動時間の１／２程度であるので、露光装置の稼動中常時この半導体レーザを点灯した場合に比して、この半導体レーザの見かけ上の寿命が２倍になる。露光装置の稼動時間を１日８時間とし、露光装置稼動中のレーザ光合波光源の点灯率５０％（見かけの寿命の２倍）、ＧａＮ系半導体レーザの寿命を１００００時間とすれば、露光装置上でＧａＮ系半導体レーザを約７年間（２５００日≒１００００時間×２倍÷８時間）使用することができ、光源の寿命と露光装置の寿命とを略同等にすることができる。

以上、露光装置として形成された実施の形態について説明したが、本発明はこの種の露光装置のみならず、その他、例えばスクリーンに画像を投影表示するプロジェクタ等に対しても適用可能であり、そのような場合にも前述した本発明の効果を同様に奏するものである。

なお、レーザ光合波光源は、ＧａＮ系半導体レーザを使用する場合に限らず、ＧａＮ系以外の半導体レーザを使用して構成するようにしてもよい。

また、全体光束を入射して合波する１本の光ファイバはマルチモード光ファイバに限るものではなく複数のレーザ光束の合波に使用可能な光ファイバであればどのような光ファイバであってもよい。

また、上記光束収束手段は、上記のようなコリメートレンズと集光レンズとで構成される場合に限らず、複数の半導体レーザから射出された各レーザ光束の全体を１点に収束させる機能を有するものであればどのようなものであってもよい。

光ファイバの入射端の端面に対して平行な方向へのこの光ファイバの入射端の移動と、収束レンズの光軸に直交する方向へのこの収束レンズの移動とを組み合わせて、上記合波レーザ光の調芯を行なうようにしてもよい。

また、上記光ファイバの入射端をこの入射端の端面に対して平行な方向に移動させて、光ファイバの射出端から射出される全体光束の光強度を求め、光ファイバの入射端の移動によって得られる上記射出端から射出される全体光束の最大光強度より小さな特定の光強度となる上記入射端の２箇所のコア中心軸の位置を定めて、これら２箇所のコア中心軸の位置の中心に光ファイバのコア中心軸の位置を位置させる合波レーザ光調芯方式と、上記コア部への全体光束の入射中心位置がこのコア部の中心を通る直径方向に移動するように収束レンズをこの収束レンズの光軸に直交する方向に移動させて、光ファイバの射出端から射出される全体光束の光強度を求め、この収束レンズの移動によって得られる上記射出端から射出される全体光束の最大光強度より小さな特定の光強度となる収束レンズの２つの光軸位置を定めて、上記２つの光軸位置の中心に収束レンズの光軸位置を位置させる合波レーザ光調芯方式とを組み合わせて合波レーザ光の調芯を行なうようにしてもよい。

レーザ光合波光源の構成を示す平面図 レーザ光合波光源の構成を示す側面図 レーザ光合波光源の構成を示す正面図 レーザ光合波光源の光学要素を示す拡大平面図 実施例１のレーザ光合波光源の合波レーザ光の調芯位置と光源の立上がり特性を示す図 実施例２のレーザ光合波光源の合波レーザ光の調芯位置と光源の立上がり特性を示す図 比較例１のレーザ光合波光源の合波レーザ光の調芯位置と光源の立上がり特性を示す図 比較例２のレーザ光合波光源の合波レーザ光の調芯位置と光源の立上がり特性を示す図 実施例３のレーザ光合波光源の合波レーザ光の調芯位置と光源の立上がり特性を示す図 比較例３のレーザ光合波光源の合波レーザ光の調芯位置と光源の立上がり特性を示す図 光ファイバの端面に入射する全体光束の入射位置を示す図 調芯第１工程における光ファイバのコア中心軸の位置と光ファイバの射出端から射出される全体光束の結合効率との関係を示す図 調芯第２工程における光ファイバのコア中心軸の位置と光ファイバの射出端から射出される全体光束の結合効率との関係を示す図 本発明のレーザ光合波光源を使用した露光装置の外観を示す斜視図 図１４の露光装置による露光の様子を示す斜視図 （Ａ）は感光材料上に形成される露光済領域を示す平面図、（Ｂ）は各露光ヘッドによる露光エリアの配列を示す図 露光ヘッドの概略構成を示す斜視図 露光ヘッド内を伝播するレーザ光束の光路に沿って露光ヘッドの構成を示す側面図 （Ａ）は光源ユニットの構成を示す斜視図、（Ｂ）はレーザ射出部の部分拡大図、（Ｃ）および（Ｄ）はレーザ射出部における光ファイバの配列を示す正面図 レーザ光合波光源のマルチモード光ファイバと、レーザ射出部の光ファイバとの接続状態を示す図 ＤＭＤの概略構成を示す斜視図 （Ａ）および（Ｂ）は、ＤＭＤを傾けて配置する場合と傾けて配置しない場合とにおける感光材料への露光状態の違いを比較して示す平面図 （Ａ）および（Ｂ）は、ＤＭＤ中の使用領域の例を示す図

符号の説明

ＬＤ１〜ＬＤ７ ＧａＮ系半導体レーザ
２０ 集光レンズ
３０ マルチモード光ファイバ
４０ レーザ光合波光源
５０ 結像光学系
５１ 第１結像光学系
５２ 第２結像光学系
６０ 光源ユニット
６１ レーザ射出部
８０ デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）
１５０ 感光材料
１５２ ステージ
１６２ スキャナ
１６６ 露光ヘッド
１６８ 露光エリア
１７０ 露光済領域

Claims (7)

1. 複数の半導体レーザから射出された各レーザ光束からなる全体光束を光束収束手段を通して収束させ、前記全体光束を１本の光ファイバの入射端のコア部に入射させて該光ファイバ中に合波させ、前記全体光束を前記光ファイバの射出端から射出させるレーザ光合波光源に適用する合波レーザ光調芯方法であって、
   前記レーザ光合波光源が定常温調状態にあるときに、前記コア部への前記全体光束の入射中心位置が該コア部の中心を通る直径方向に移動するように前記光ファイバの入射端を該入射端の端面に対して平行な方向に移動させて、該光ファイバの射出端から射出される前記全体光束の光強度を求め、前記光ファイバの入射端の移動によって得られる前記射出端から射出される前記全体光束の最大光強度より小さな特定の光強度となる前記入射端の２箇所の位置を定めて、前記２箇所の入射端の位置の中心に前記光ファイバのコア部の中心を位置させることを特徴とする合波レーザ光調芯方法。
2. 複数の半導体レーザから射出された各レーザ光束からなる全体光束を１つの収束レンズを通して収束させ、前記全体光束を１本の光ファイバの入射端のコア部に入射させて該光ファイバ中に合波させ、前記全体光束を前記光ファイバの射出端から射出させるレーザ光合波光源に適用する合波レーザ光調芯方法であって、
   前記レーザ光合波光源が定常温調状態にあるときに、前記コア部への前記全体光束の入射中心位置が該コア部の中心を通る直径方向に移動するように前記収束レンズを該収束レンズの光軸に直交する方向に移動させて、前記光ファイバの射出端から射出される前記全体光束の光強度を求め、前記収束レンズの移動によって得られる前記射出端から射出される前記全体光束の最大光強度より小さな特定の光強度となる前記収束レンズの２つの光軸位置を定めて、前記２つの光軸位置の中心に前記収束レンズの光軸位置を位置させることを特徴とする合波レーザ光調芯方法。
3. 複数の半導体レーザと、１本の光ファイバと、前記複数の半導体レーザから射出された各レーザ光束からなる全体光束を収束させて前記光ファイバのコア部に入射させる光束収束手段とを備え、前記光ファイバ中に合波された前記全体光束を該光ファイバを通して射出するレーザ光合波光源であって、
   定常温調状態において、前記全体光束が、前記コア部の径の略１／２以下の径を有する該コア部端面の同心領域に入射されるように構成されていることを特徴とするレーザ光合波光源。
4. 前記半導体レーザがＧａＮ系の半導体レーザであることを特徴とする請求項３記載のレーザ光合波光源。
5. 前記光ファイバがマルチモード光ファイバであることを特徴とする請求項３または４記載のレーザ光合波光源。
6. 請求項３から５のいずれか１項記載のレーザ光合波光源と、
   制御信号に応じてそれぞれの光変調状態が変化する複数の光変調要素を配列してなる空間光変調素子であって、前記レーザ光合波光源から射出され前記各光変調要素に入射したレーザ光のそれぞれを前記光変調要素毎に光変調して射出する空間光変調素子と、
   前記空間光変調素子で光変調され射出されたレーザ光を露光面上に結像させる結像光学系とを備えたものであることを特徴とする露光装置。
7. 前記結像光学系が、前記各光変調要素で光変調され射出された各レーザ光のそれぞれを個別に集光させる、前記各光変調要素に対応して配列された複数のマイクロレンズからなるマイクロレンズアレイを備えたものであることを特徴とする請求項６記載の露光装置。

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