JP2003345030A

JP2003345030A - 露光装置

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Publication number: JP2003345030A
Application number: JP2002149887A
Authority: JP
Inventors: Hiromi Ishikawa; 弘美石川; Yoji Okazaki; 洋二岡崎; Kazuhiko Nagano; 和彦永野; Takeshi Fujii; 武藤井; Hiromitsu Yamakawa; 博充山川
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd; Fuji Photo Optical Co Ltd
Current assignee: Fujinon Corp; Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 2002-05-23
Filing date: 2002-05-23
Publication date: 2003-12-03

Abstract

(57)【要約】【課題】高速でムラの無い露光が可能な露光装置を提供
する。【解決手段】露光ヘッドのＤＭＤ５０の光入射側には、
ファイバアレイ光源６６、ファイバアレイ光源６６から
出射されたレーザ光を補正してＤＭＤ上に集光させるレ
ンズ系６７、レンズ系６７を透過したレーザ光をＤＭＤ
５０に向けて反射するミラー６９がこの順に配置されて
いる。レンズ系６７には、平行光化されたレーザ光の光
量分布が均一になるように補正する１対の組合せレンズ
７３（光量分布補正光学系）が含まれるので、ＤＭＤ５
０が光束断面で光量分布が略均一なレーザ光で照明され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、露光装置に関し、
特に、画像データに応じて空間光変調素子により変調さ
れた光ビームで感光材料を露光する露光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、デジタル・マイクロミラー・デバ
イス（ＤＭＤ）等の空間光変調素子を利用して、画像デ
ータに応じて変調された光ビームで画像露光を行う露光
装置が種々提案されている。例えば、ＤＭＤは、制御信
号に応じて反射面の角度が変化する多数のマイクロミラ
ーが、シリコン等の半導体基板上に２次元状に配列され
たミラーデバイスであり、このＤＭＤを用いた露光装置
は、図１５（Ａ）に示すように、レーザ光を照射する光
源１、光源１から照射されたレーザ光をコリメートする
レンズ系２、レンズ系２の略焦点位置に配置されたＤＭ
Ｄ３、ＤＭＤ３で反射されたレーザ光を走査面５上に結
像するレンズ系４、６から構成されている。この露光装
置では、画像データ等に応じて生成した制御信号によっ
て、ＤＭＤ３のマイクロミラーの各々を図示しない制御
装置でオンオフ制御してレーザ光を変調し、変調された
レーザ光で画像露光を行っている。

【０００３】空間光変調素子を用いた露光装置では、所
定面積の領域を同時に露光する面露光、所定線分上を同
時に露光する線露光が行われるため、高速での露光が可
能であると共に、任意のパターンでの露光が可能であ
る。

【０００４】上記の露光装置に使用される光源１は、例
えば、図２９に示すように、単一の半導体レーザ７、単
一のマルチモード光ファイバ８、及び半導体レーザ７か
ら照射されたレーザ光をコリメートしてマルチモード光
ファイバ８の端面に結合させる１対のコリメートレンズ
９を備えた構成単位を複数個配置し、このマルチモード
光ファイバ８を複数本バンドル（束ねる）したバンドル
状のファイバ光源で構成されている。

【０００５】なお、通常、半導体レーザ７としては、出
力３０ｍＷ（ミリワット）程度のレーザが使用され、マ
ルチモード光ファイバ８としては、コア径５０μｍ、ク
ラッド径１２５μｍ、ＮＡ（開口数）０．２の光ファイ
バが使用されている。従って、約１Ｗ（ワット）の出力
を得ようとすれば、上記構成単位のマルチモード光ファ
イバ８を、８本×６本の合計４８本、束ねなければなら
ず、発光点の径は約１ｍｍとなる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
露光装置では、光源からその断面の光量分布が中央部か
ら周辺部に行くに従い低下するレーザ光が射出され、こ
の光量分布が不均一なレーザ光で空間光変調素子が照射
されるために、同時に露光される領域内で露光ムラが発
生するという問題がある。特に、高解像度で露光する場
合には、露光ムラの発生により画質が著しく損なわれ
る。また、周辺部で光量分布が低下するため、露光ヘッ
ドをマルチ化した際には、繋ぎ目部分が露光されない等
の問題がある。

【０００７】一方、中央部の透過率が低く、周辺部の透
過率が高い光学フィルターを用いて光量分布を均一にす
ることができるが、この場合には、中央部において光量
をロスすることになる。

【０００８】本発明は、上記問題を解決すべく成された
ものであり、本発明の目的は、本発明の目的は、高速で
ムラの無い露光が可能な露光装置を提供することにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の露光装置は、レーザ光を照射するレーザ装
置、各々制御信号に応じて光変調状態が変化する多数の
画素部が基板上に１次元又は２次元状に配列され、前記
レーザ装置から照射されたレーザ光を変調する空間光変
調素子、及び該空間光変調素子の各画素部で変調された
レーザ光を露光面上に結像させる光学系を含む露光ヘッ
ドと、該露光ヘッドを露光面に対して相対移動させる移
動手段と、を備えた露光装置であって、前記レーザ装置
と前記空間光変調素子との間に、前記レーザ装置からの
レーザ光を平行光にするコリメータレンズと、光軸に近
い中心部の光束幅に対する周辺部の光束幅の比が、入射
側に比べて出射側の方が小さくなるように、各出射位置
における光束幅を変化させ、前記コリメータレンズによ
り平行光化されたレーザ光の光量分布が、前記空間変調
素子の被照射面において略均一になるように補正する光
量分布補正光学系と、が配置されたことを特徴とする。

【００１０】本発明の露光装置では、露光ヘッドのレー
ザ装置から空間光変調素子に照射されたレーザ光は、各
々制御信号に応じて光変調状態が変化する多数の画素部
が基板上に１次元又は２次元状に配列された空間光変調
素子の各画素部により変調される。各画素部で変調され
たレーザ光は光学系により露光面上に結像される。そし
て、この露光ヘッドを移動手段により露光面に対して相
対移動させることにより、所定の大きさの露光領域が露
光面上を移動し、露光面上が高速露光される。

【００１１】本発明の露光装置では、露光ヘッドのレー
ザ装置と空間光変調素子との間に、コリメータレンズと
光量分布補正光学系とを配置し、この光量分布補正光学
系により、例えば、入射側において同一の光束幅であっ
た光が、出射側においては中央部の光束幅が周辺部に比
べて大きくなり、逆に、周辺部の光束幅は中心部に比べ
て小さくなるように補正する。このように、中央部の光
束を周辺部へと生かすことができるので、全体として光
の利用効率を低下させずに、光量分布が略均一の光で空
間変調素子を照明することができる。これにより、被露
光面において露光ムラが発生せず、高画質な露光が可能
になる。

【００１２】上記の露光装置において、前記空間変調素
子が、その長手方向が露光ヘッドの移動方向と直交する
方向に対し所定角度傾くように配置されていることが好
ましい。空間変調素子の各画素部の間隔が狭くなり、高
精細な露光が可能となる。

【００１３】また、上記の露光装置は、露光ヘッドを複
数備えたマルチヘッドの露光装置とすることもできる。
上記の通り、所定面積の露光領域での露光ムラの発生が
防止されるので、マルチヘッド化した場合にも繋ぎ目に
未露光領域が発生することが無い。

【００１４】レーザ装置としては、光ファイバの入射端
から入射されたレーザ光をその出射端から出射するファ
イバ光源を備えたものを用いることができる。この光フ
ァイバとして、コア径が均一で出射端のクラッド径が入
射端のクラッド径より小さい光ファイバを用いることが
好ましい。光源の発光部径を小さくでき、高輝度化を図
ることができる。

【００１５】上記のファイバ光源は、例えば、単一の半
導体レーザを１本の光ファイバの入射端に結合した構成
のファイバ光源でもよいが、複数のレーザ光を合波して
光ファイバの各々に入射させる合波レーザ光源とするの
が好適である。合波レーザ光源とすることで高出力を得
ることができる。また、複数のファイバ光源の光ファイ
バの出射端における発光点の各々をアレイ状に配列して
ファイバアレイ光源としたり、発光点の各々をバンドル
状に配列してファイババンドル光源とすることができる
が、このようにバンドル化又はアレイ化する場合にも、
同じ光出力を得るためにバンドル化又はアレイ化する光
ファイバの本数が少なくて済み、低コストである。更
に、光ファイバの本数が少ないので、バンドル化又はア
レイ化した際の発光領域が更に小さくなる。即ち、高輝
度化する。

【００１６】合波レーザ光源は、例えば、（１）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
体レーザの各々から出射されたレーザ光を集光し、集光
ビームを前記光ファイバの入射端に結合させる集光光学
系と、を含む構成、（２）複数の発光点を備えたマルチ
キャビティレーザと、１本の光ファイバと、前記複数の
発光点の各々から出射されたレーザ光を集光し、集光ビ
ームを前記光ファイバの入射端に結合させる集光光学系
と、を含む構成、又は（３）複数のマルチキャビティレ
ーザと、１本の光ファイバと、前記複数のマルチキャビ
ティレーザの前記複数の発光点の各々から出射されたレ
ーザ光を集光し、集光ビームを前記光ファイバの入射端
に結合させる集光光学系と、を含む構成、とすることが
できる。

【００１７】光ファイバの出射端のクラッド径は、発光
点の径を小さくする観点から１２５μｍより小さい方が
好ましく、８０μｍ以下がより好ましく、６０μｍ以下
が特に好ましい。コア径が均一で出射端のクラッド径が
入射端のクラッド径より小さい光ファイバは、例えば、
コア径が同じでクラッド径が異なる複数の光ファイバを
結合して構成することができる。また、複数の光ファイ
バをコネクタで着脱可能に接続して構成することによ
り、光源モジュールが部分的に破損した場合等に、交換
が容易になる。

【００１８】空間変調素子としては、各々制御信号に応
じて反射面の角度が変更可能な多数のマイクロミラーが
基板（例えば、シリコン基板）上に２次元状に配列され
て構成された、マイクロミラーデバイス（ＤＭＤ；デジ
タル・マイクロミラー・デバイス）を用いることができ
る。また、空間変調素子を、リボン状の反射面を備え且
つ制御信号に応じて移動可能な可動格子と、リボン状の
反射面を備えた固定格子と、を交互に多数個並列配置し
て構成した１次元のグレーティングライトバルブ（ＧＬ
Ｖ）で構成してもよい。更に、空間変調素子をＧＬＶが
アレイ状に配列された２次元のライトバルブアレイで構
成することもできる。また、各々制御信号に応じて透過
光を遮断することが可能な多数の液晶セルが基板上に２
次元状に配列されて構成された液晶シャッターアレイを
用いてもよい。

【００１９】これら空間変調素子の出射側には、空間変
調素子の各画素部に対応して設けられ且つ各画素毎にレ
ーザ光を集光するマイクロレンズを備えたマイクロレン
ズアレイを配置するのが好ましい。マイクロレンズアレ
イを配置した場合には、空間変調素子の各画素部で変調
されたレーザ光は、マイクロレンズアレイの各マイクロ
レンズにより各画素に対応して集光されるので、被露光
面における露光エリアが拡大された場合でも、各ビーム
スポットのサイズを縮小することができ、高精細な露光
を行うことができる。

【００２０】また、本発明の露光装置では、空間光変調
素子について、その基板上に配列された画素部の全個数
より少ない個数の複数の画素部の各々を、露光情報に応
じて生成した制御信号によって制御すること、即ち、基
板に配列された画素部の全部を制御することなく、一部
の画素部を制御することにより、制御信号の転送速度が
全画素部の制御信号を転送する場合より短くなって、レ
ーザ光の変調速度を速くすることができる。これによ
り、更に高速での露光が可能になる。

【００２１】なお、従来、紫外領域のレーザ光で感光材
料を露光する露光装置（紫外露光装置）には、アルゴン
レーザ等のガスレーザ、ＴＨＧ（第３高調波）による固
体レーザが使用されるのが一般的あったが、装置が大型
でメンテナンスが面倒であり、露光速度が遅いという問
題があった。本発明の露光装置は、レーザ装置に波長３
５０〜４５０ｎｍのＧａＮ（窒化ガリウム）系半導体レ
ーザを用いることにより紫外露光装置とすることができ
る。この紫外露光装置によれば、従来の紫外露光装置に
比べて、装置の小型化、低コスト化を図ることができる
と共に、高速且つ高精細な露光が可能となる。

【００２２】また、本発明の露光装置は、光ビームで光
硬化性樹脂を露光して３次元モデルを造形する光造形装
置、光ビームで粉末を焼結させて焼結層を形成し該焼結
層を積層して粉末焼結体からなる３次元モデルを造形す
る積層造形装置等に適宜応用することができる。

【００２３】例えば、光硬化性樹脂を収容する造形槽
と、該造形槽内に昇降可能に設けられた造形物を支持す
るための支持台と、レーザ光を照射するレーザ装置と、
各々制御信号に応じて光変調状態が変化する多数の画素
部が基板上に２次元状に配列され、前記レーザ装置から
照射されたレーザ光を変調する空間光変調素子と、各画
素部で変調されたレーザ光を前記造形槽に収容された光
硬化性樹脂の液面に結像させる光学系と、を含む露光ヘ
ッドと、該露光ヘッドを前記光硬化性樹脂の液面に対し
て相対移動させる移動手段と、を備えた光造形装置にお
いて、前記レーザ装置と前記空間光変調素子との間に、
前記レーザ装置からのレーザ光を平行光にするコリメー
タレンズと、光軸に近い中心部の光束幅に対する周辺部
の光束幅の比が、入射側に比べて出射側の方が小さくな
るように、各出射位置における光束幅を変化させ、前記
コリメータレンズにより平行光化されたレーザ光の光量
分布が、前記空間変調素子の被照射面において略均一に
なるように補正する光量分布補正光学系と、を配置する
ことにより、高速でムラの無い造形が可能となる。な
お、具体的な装置構成は特願２００１−２７４３６０号
に記載されている。

【００２４】また、光照射により燒結する粉末を収容す
る造形槽と、該造形槽内に昇降可能に設けられた造形物
を支持するための支持台と、レーザ光を照射するレーザ
装置と、各々制御信号に応じて光変調状態が変化する多
数の画素部が基板上に２次元状に配列され、前記レーザ
装置から照射されたレーザ光を変調する空間光変調素子
と、各画素部で変調されたレーザ光を前記造形槽に収容
された粉末の表面に結像させる光学系と、を含む露光ヘ
ッドと、該露光ヘッドを前記粉末の表面に対して相対移
動させる移動手段と、を備えた積層造形装置において、
前記レーザ装置と前記空間光変調素子との間に、前記レ
ーザ装置からのレーザ光を平行光にするコリメータレン
ズと、光軸に近い中心部の光束幅に対する周辺部の光束
幅の比が、入射側に比べて出射側の方が小さくなるよう
に、各出射位置における光束幅を変化させ、前記コリメ
ータレンズにより平行光化されたレーザ光の光量分布
が、前記空間変調素子の被照射面において略均一になる
ように補正する光量分布補正光学系と、を配置すること
により、高速でムラの無い造形が可能となる。なお、具
体的な装置構成は特願２００１−２７４３５１号に記載
されている。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。（第１の実施の形態）［露光装置の構成］本発明の実施の形態に係る露光装置
は、図１に示すように、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を備えて
いる。４本の脚部１５４に支持された厚い板状の設置台
１５６の上面には、ステージ移動方向に沿って延びた２
本のガイド１５８が設置されている。ステージ１５２
は、その長手方向がステージ移動方向を向くように配置
されると共に、ガイド１５８によって往復移動可能に支
持されている。なお、この露光装置には、ステージ１５
２をガイド１５８に沿って駆動するための図示しない駆
動装置が設けられている。

【００２６】設置台１５６の中央部には、ステージ１５
２の移動経路を跨ぐようにコ字状のゲート１６０が設け
られている。コ字状のゲート１６０の端部の各々は、設
置台１５６の両側面に固定されている。このゲート１６
０を挟んで一方の側にはスキャナ１６２が設けられ、他
方の側には感光材料１５０の先端及び後端を検知する複
数（例えば、２個）の検知センサ１６４が設けられてい
る。スキャナ１６２及び検知センサ１６４はゲート１６
０に各々取り付けられて、ステージ１５２の移動経路の
上方に固定配置されている。なお、スキャナ１６２及び
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。

【００２７】スキャナ１６２は、図２及び図３（Ｂ）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複数（例えば、１４個）の露光ヘ
ッド１６６を備えている。この例では、感光材料１５０
の幅との関係で、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１６６_mnと表記す
る。

【００２８】露光ヘッド１６６による露光エリア１６８
は、副走査方向を短辺とする矩形状である。従って、ス
テージ１５２の移動に伴い、感光材料１５０には露光ヘ
ッド１６６毎に帯状の露光済み領域１７０が形成され
る。なお、ｍ行目のｎ列目に配列された個々の露光ヘッ
ドによる露光エリアを示す場合は、露光エリア１６８_mn
と表記する。

【００２９】また、図３（Ａ）及び（Ｂ）に示すよう
に、帯状の露光済み領域１７０が副走査方向と直交する
方向に隙間無く並ぶように、ライン状に配列された各行
の露光ヘッドの各々は、配列方向に所定間隔（露光エリ
アの長辺の自然数倍、本実施の形態では２倍）ずらして
配置されている。このため、１行目の露光エリア１６８
₁₁と露光エリア１６８₁₂との間の露光できない部分は、
２行目の露光エリア１６８₂₁と３行目の露光エリア１６
８₃₁とにより露光することができる。

【００３０】露光ヘッド１６６₁₁〜１６６_mn各々は、図
４、図５（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、入射された光
ビームを画像データに応じて各画素毎に変調する空間光
変調素子として、デジタル・マイクロミラー・デバイス
（ＤＭＤ）５０を備えている。このＤＭＤ５０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いる。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ＤＭＤ５０の制御すべき領域内の各マ
イクロミラーを駆動制御する制御信号を生成する。な
お、制御すべき領域については後述する。また、ミラー
駆動制御部では、画像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ＤＭＤ５０の各マ
イクロミラーの反射面の角度を制御する。なお、反射面
の角度の制御に付いては後述する。

【００３１】ＤＭＤ５０の光入射側には、光ファイバの
出射端部（発光点）が露光エリア１６８の長辺方向と対
応する方向に沿って一列に配列されたレーザ出射部を備
えたファイバアレイ光源６６、ファイバアレイ光源６６
から出射されたレーザ光を補正してＤＭＤ上に集光させ
るレンズ系６７、レンズ系６７を透過したレーザ光をＤ
ＭＤ５０に向けて反射するミラー６９がこの順に配置さ
れている。

【００３２】レンズ系６７は、ファイバアレイ光源６６
から出射されたレーザ光を平行光化する１対の組合せレ
ンズ７１、平行光化されたレーザ光の光量分布が均一に
なるように補正する１対の組合せレンズ７３、及び光量
分布が補正されたレーザ光をＤＭＤ上に集光する集光レ
ンズ７５で構成されている。組合せレンズ７３は、レー
ザ出射端の配列方向に対しては、レンズの光軸に近い部
分は光束を広げ且つ光軸から離れた部分は光束を縮め、
且つこの配列方向と直交する方向に対しては光をそのま
ま通過させる機能を備えており、光量分布が均一となる
ようにレーザ光を補正する。

【００３３】この光量分布補正光学系は、光軸に近い中
心部の光束幅に対する周辺部の光束幅の比が入射側に比
べて出射側の方が小さくなるように各出射位置における
光束幅を変化させて、光源からの平行光束をＤＭＤに照
射するときに、被照射面での光量分布が略均一になるよ
うに補正する。以下、この光量分布補正光学系の作用に
ついて説明する。

【００３４】まず、図２５（Ａ）に示したように、入射
光束と出射光束とで、その全体の光束幅（全光束幅）Ｈ
０、Ｈ１が同じである場合について説明する。なお、図
２５（Ａ）において、符号５１、５２で示した部分は、
光量分布補正光学系における入射面および出射面を仮想
的に示したものである。

【００３５】光量分布補正光学系において、光軸Ｚ１に
近い中心部に入射した光束と、周辺部に入射した光束と
のそれぞれの光束幅ｈ０、ｈ１が、同一であるものとす
る（ｈ０＝ｈｌ）。光量分布補正光学系は、入射側にお
いて同一の光束幅ｈ０，ｈ１であった光に対し、中心部
の入射光束については、その光束幅ｈ０を拡大し、逆
に、周辺部の入射光束に対してはその光束幅ｈ１を縮小
するような作用を施す。すなわち、中心部の出射光束の
幅ｈ１０と、周辺部の出射光束の幅ｈ１１とについて、
ｈ１１＜ｈ１０となるようにする。光束幅の比率で表す
と、出射側における中心部の光束幅に対する周辺部の光
束幅の比「ｈ１１／ｈ１０」が、入射側における比（ｈ
１／ｈ０＝１）に比べて小さくなっている（（ｈ１１／
ｈ１０）＜１）。

【００３６】このように光束幅を変化させることによ
り、通常では光量分布が大きくなっている中央部の光束
を、光量の不足している周辺部へと生かすことができ、
全体として光の利用効率を落とさずに、被照射面での光
量分布が略均一化される。均一化の度合いは、例えば、
有効領域内における光量ムラが３０％以内、好ましくは
２０％以内となるようにする。

【００３７】このような光量分布補正光学系による作
用、効果は、入射側と出射側とで、全体の光束幅を変え
る場合（図２５（Ｂ），（Ｃ））においても同様であ
る。

【００３８】図２５（Ｂ）は、入射側の全体の光束幅Ｈ
０を、幅Ｈ２に“縮小”して出射する場合（Ｈ０＞Ｈ
２）を示している。このような場合においても、光量分
布補正光学系は、入射側において同一の光束幅ｈ０、ｈ
１であった光を、出射側において、中央部の光束幅ｈ１
０が周辺部に比べて大きくなり、逆に、周辺部の光束幅
ｈ１１が中心部に比べて小さくなるようにする。光束の
縮小率で考えると、中心部の入射光束に対する縮小率を
周辺部に比べて小さくし、周辺部の入射光束に対する縮
小率を中心部に比べて大きくするような作用を施してい
る。この場合にも、中心部の光束幅に対する周辺部の光
束幅の比「Ｈ１１／Ｈ１０」が、入射側における比（ｈ
１／ｈ０＝１）に比べて小さくなる（（ｈ１１／ｈ１
０）＜１）。

【００３９】図２５（Ｃ）は、入射側の全体の光束幅Ｈ
０を、幅Η３に“拡大”して出射する場合（Ｈ０＜Ｈ
３）を示している。このような場合においても、光量分
布補正光学系は、入射側において同一の光束幅ｈ０、ｈ
１であった光を、出射側において、中央部の光束幅ｈ１
０が周辺部に比べて大きくなり、逆に、周辺部の光束幅
ｈ１１が中心部に比べて小さくなるようにする。光束の
拡大率で考えると、中心部の入射光束に対する拡大率を
周辺部に比べて大きくし、周辺部の入射光束に対する拡
大率を中心部に比べて小さくするような作用を施してい
る。この場合にも、中心部の光束幅に対する周辺部の光
束幅の比「ｈ１１／ｈ１０」が、入射側における比（ｈ
１／ｈ０＝１）に比べて小さくなる（（ｈ１１／ｈ１
０）＜１）。

【００４０】このように、光量分布補正光学系は、各出
射位置における光束幅を変化させ、光軸Ｚ１に近い中心
部の光束幅に対する周辺部の光束幅の比を入射側に比べ
て出射側の方が小さくなるようにしたので、入射側にお
いて同一の光束幅であった光が、出射側においては、中
央部の光束幅が周辺部に比べて大きくなり、周辺部の光
束幅は中心部に比べて小さくなる。これにより、中央部
の光束を周辺部へと生かすことができ、光学系全体とし
ての光の利用効率を落とさずに、光量分布の略均一化さ
れた光束断面を形成することができる。

【００４１】次に、光量分布補正光学系として使用する
１対の組合せレンズの具体的なレンズデータの１例を示
す。この例では、光源がレーザアレイ光源である場合の
ように、出射光束の断面での光量分布がガウス分布であ
る場合のレンズデータを示す。なお、シングルモード光
ファイバの入射端に１個の半導体レーザを接続した場合
には、光ファイバからの射出光束の光量分布がガウス分
布になる。本実施の形態はこのような場合にも適用可能
である。また、マルチモード光ファイバのコア径を小さ
くしてシングルモード光ファイバの構成に近付ける等に
より光軸に近い中心部の光量が周辺部の光量よりも大き
い場合にも適用可能である。

【００４２】下記表１に基本レンズデータを示す。

【００４３】

【表１】

【００４４】表１から分かるように、１対の組合せレン
ズは、回転対称の２つの非球面レンズから構成されてい
る。光入射側に配置された第１のレンズの光入射側の面
を第１面、光出射側の面を第２面とすると、第１面は非
球面形状である。また、光出射側に配置された第２のレ
ンズの光入射側の面を第３面、光出射側の面を第４面と
すると、第４面が非球面形状である。

【００４５】表１において、面番号Ｓｉはｉ番目（ｉ＝
１〜４）の面の番号を示し、曲率半径ｒｉはｉ番目の面
の曲率半径を示し、面間隔ｄｉはｉ番目の面とｉ＋１番
目の面との光軸上の面間隔を示す。面間隔ｄｉ値の単位
はミリメートル（ｍｍ）である。屈折率Ｎｉはｉ番目の
面を備えた光学要素の波長４０５ｎｍに対する屈折率の
値を示す。

【００４６】下記表２に、第１面及び第４面の非球面デ
ータを示す。

【００４７】

【表２】

【００４８】上記の非球面データは、非球面形状を表す
下記式（Ａ）における係数で表される。

【００４９】

【数１】

【００５０】上記式（Ａ）において各係数を以下の通り
定義する。Ｚ：光軸から高さρの位置にある非球面上の点から、非
球面の頂点の接平面（光軸に垂直な平面）に下ろした垂
線の長さ（ｍｍ） ρ：光軸からの距離（ｍｍ）Ｋ：円錐係数Ｃ：近軸曲率（１／ｒ、ｒ：近軸曲率半径）ａｉ：第ｉ次（ｉ＝３〜１０）の非球面係数表２に示した数値において、記号“Ｅ”は、その次に続
く数値が１０を底とした“ぺき指数″であることを示
し、その１０を底とした指数関数で表される数値が
“Ｅ”の前の数値に乗算されることを示す。例えば、
「１．０Ｅ−０２」であれば、「１．０×１０^-2」であ
ることを示す。

【００５１】図２７は、上記表１及び表２に示す１対の
組合せレンズによって得られる照明光の光量分布を示し
ている。横軸は光軸からの座標を示し、縦軸は光量比
（％）を示す。なお、比較のために、図２６に、補正を
行わなかった場合の照明光の光量分布（ガウス分布）を
示す。図２６及び図２７から分かるように、光量分布補
正光学系で補正を行うことにより、補正を行わなかった
場合と比べて、略均一化された光量分布が得られてい
る。これにより、露光ヘッドにおける光の利用効率を落
とさずに、均一なレーザ光でムラなく露光を行うことが
できる。光量分布補正光学系７３からのレーザ光は平行
性の良い光束となっており、この光をＤＭＤに照射して
結像することにより長焦点深度が実現できる。

【００５２】また、ＤＭＤ５０の光反射側には、ＤＭＤ
５０で反射されたレーザ光を感光材料１５０の走査面
（被露光面）５６上に結像するレンズ系５４、５８が配
置されている。レンズ系５４及び５８は、ＤＭＤ５０と
被露光面５６とが共役な関係となるように配置されてい
る。

【００５３】ＤＭＤ５０は、図６に示すように、ＳＲＡ
Ｍセル（メモリセル）６０上に、微小ミラー（マイクロ
ミラー）６２が支柱により支持されて配置されたもので
あり、画素（ピクセル）を構成する多数の（例えば、６
００個×８００個）の微小ミラーを格子状に配列して構
成されたミラーデバイスである。各ピクセルには、最上
部に支柱に支えられたマイクロミラー６２が設けられて
おり、マイクロミラー６２の表面にはアルミニウム等の
反射率の高い材料が蒸着されている。なお、マイクロミ
ラー６２の反射率は９０％以上である。また、マイクロ
ミラー６２の直下には、ヒンジ及びヨークを含む支柱を
介して通常の半導体メモリの製造ラインで製造されるシ
リコンゲートのＣＭＯＳのＳＲＡＭセル６０が配置され
ており、全体はモノリシック（一体型）に構成されてい
る。

【００５４】ＤＭＤ５０のＳＲＡＭセル６０にデジタル
信号が書き込まれると、支柱に支えられたマイクロミラ
ー６２が、対角線を中心としてＤＭＤ５０が配置された
基板側に対して±α度（例えば±１０度）の範囲で傾け
られる。図７（Ａ）は、マイクロミラー６２がオン状態
である＋α度に傾いた状態を示し、図７（Ｂ）は、マイ
クロミラー６２がオフ状態である−α度に傾いた状態を
示す。従って、画像信号に応じて、ＤＭＤ５０の各ピク
セルにおけるマイクロミラー６２の傾きを、図６に示す
ように制御することによって、ＤＭＤ５０に入射された
光はそれぞれのマイクロミラー６２の傾き方向へ反射さ
れる。

【００５５】なお、図６には、ＤＭＤ５０の一部を拡大
し、マイクロミラー６２が＋α度又は−α度に制御され
ている状態の一例を示す。それぞれのマイクロミラー６
２のオンオフ制御は、ＤＭＤ５０に接続された図示しな
いコントローラによって行われる。なお、オフ状態のマ
イクロミラー６２により光ビームが反射される方向に
は、光吸収体（図示せず）が配置されている。

【００５６】また、ＤＭＤ５０は、その短辺が副走査方
向と所定角度θ（例えば、１°〜５°）を成すように僅
かに傾斜させて配置するのが好ましい。図８（Ａ）はＤ
ＭＤ５０を傾斜させない場合の各マイクロミラーによる
反射光像（露光ビーム）５３の走査軌跡を示し、図８
（Ｂ）はＤＭＤ５０を傾斜させた場合の露光ビーム５３
の走査軌跡を示している。

【００５７】ＤＭＤ５０には、長手方向にマイクロミラ
ーが多数個（例えば、８００個）配列されたマイクロミ
ラー列が、短手方向に多数組（例えば、６００組）配列
されているが、図８（Ｂ）に示すように、ＤＭＤ５０を
傾斜させることにより、各マイクロミラーによる露光ビ
ーム５３の走査軌跡（走査線）のピッチＰ₁が、ＤＭＤ
５０を傾斜させない場合の走査線のピッチＰ₂より狭く
なり、解像度を大幅に向上させることができる。一方、
ＤＭＤ５０の傾斜角は微小であるので、ＤＭＤ５０を傾
斜させた場合の走査幅Ｗ₂と、ＤＭＤ５０を傾斜させな
い場合の走査幅Ｗ₁とは略同一である。

【００５８】また、異なるマイクロミラー列により同じ
走査線上が重ねて露光（多重露光）されることになる。
このように、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、主走査方向に配列された複数の
露光ヘッドの間のつなぎ目を微少量の露光位置制御によ
り段差無くつなぐことができる。

【００５９】なお、ＤＭＤ５０を傾斜させる代わりに、
各マイクロミラー列を副走査方向と直交する方向に所定
間隔ずらして千鳥状に配置しても、同様の効果を得るこ
とができる。

【００６０】ファイバアレイ光源６６は、図９（Ａ）に
示すように、複数（例えば、６個）のレーザモジュール
６４を備えており、各レーザモジュール６４には、マル
チモード光ファイバ３０の一端が結合されている。マル
チモード光ファイバ３０の他端には、コア径がマルチモ
ード光ファイバ３０と同一で且つクラッド径がマルチモ
ード光ファイバ３０より小さい光ファイバ３１が結合さ
れ、図９（Ｃ）に示すように、光ファイバ３１の出射端
部（発光点）が副走査方向と直交する主走査方向に沿っ
て１列に配列されてレーザ出射部６８が構成されてい
る。なお、図９（Ｄ）に示すように、発光点を主走査方
向に沿って２列に配列することもできる。

【００６１】光ファイバ３１の出射端部は、図９（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、光ファイバ３１の光出射
側には、光ファイバ３１の端面を保護するために、ガラ
ス等の透明な保護板６３が配置されている。保護板６３
は、光ファイバ３１の端面と密着させて配置してもよ
く、光ファイバ３１の端面が密封されるように配置して
もよい。光ファイバ３１の出射端部は、光密度が高く集
塵し易く劣化し易いが、保護板６３を配置することによ
り端面への塵埃の付着を防止することができると共に劣
化を遅らせることができる。

【００６２】この例では、クラッド径が小さい光ファイ
バ３１の出射端を隙間無く１列に配列するために、クラ
ッド径が大きい部分で隣接する２本のマルチモード光フ
ァイバ３０の間にマルチモード光ファイバ３０を積み重
ね、積み重ねられたマルチモード光ファイバ３０に結合
された光ファイバ３１の出射端が、クラッド径が大きい
部分で隣接する２本のマルチモード光ファイバ３０に結
合された光ファイバ３１の２つの出射端の間に挟まれる
ように配列されている。

【００６３】このような光ファイバは、例えば、図１０
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のレーザ光出射側の先端部分に、長さ１〜３０
ｃｍのクラッド径が小さい光ファイバ３１を同軸的に結
合することにより得ることができる。２本の光ファイバ
は、光ファイバ３１の入射端面が、マルチモード光ファ
イバ３０の出射端面に、両光ファイバの中心軸が一致す
るように融着されて結合されている。上述した通り、光
ファイバ３１のコア３１ａの径は、マルチモード光ファ
イバ３０のコア３０ａの径と同じ大きさである。

【００６４】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の出射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。なお、以下では、光ファイバ３１
を、マルチモード光ファイバ３０の出射端部と称する場
合がある。

【００６５】マルチモード光ファイバ３０及び光ファイ
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、及び複合型光
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。本実施の形態では、マルチモード光ファイバ
３０及び光ファイバ３１は、ステップインデックス型光
ファイバであり、マルチモード光ファイバ３０は、クラ
ッド径＝１２５μｍ、コア径＝２５μｍ、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＝２
５μｍ、ＮＡ＝０．２である。

【００６６】一般に、赤外領域のレーザ光では、光ファ
イバのクラッド径を小さくすると伝搬損失が増加する。
このため、レーザ光の波長帯域に応じて好適なクラッド
径が決定されている。しかしながら、波長が短いほど伝
搬損失は少なくなり、ＧａＮ系半導体レーザから出射さ
れた波長４０５ｎｍのレーザ光では、クラッドの厚み
｛（クラッド径−コア径）／２｝を８００ｎｍの波長帯
域の赤外光を伝搬させる場合の１／２程度、通信用の
１．５μｍの波長帯域の赤外光を伝搬させる場合の約１
／４にしても、伝搬損失は殆ど増加しない。従って、ク
ラッド径を６０μｍと小さくすることができる。

【００６７】但し、光ファイバ３１のクラッド径は６０
μｍには限定されない。従来のファイバ光源に使用され
ている光ファイバのクラッド径は１２５μｍであるが、
クラッド径が小さくなるほど焦点深度がより深くなるの
で、マルチモード光ファイバのクラッド径は８０μｍ以
下が好ましく、６０μｍ以下がより好ましく、４０μｍ
以下が更に好ましい。一方、コア径は少なくとも３〜４
μｍ必要であることから、光ファイバ３１のクラッド径
は１０μｍ以上が好ましい。

【００６８】レーザモジュール６４は、図１１に示す合
波レーザ光源（ファイバ光源）によって構成されてい
る。この合波レーザ光源は、ヒートブロック１０上に配
列固定された複数（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Ｌ
Ｄ１，ＬＤ２，ＬＤ３，ＬＤ４，ＬＤ５，ＬＤ６，及び
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タレンズ１１，１２，１
３，１４，１５，１６，及び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３０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。クラッド径＝６０μｍ、コア径＝５０μ
ｍ、ＮＡ＝０．２のマルチモード光ファイバには、２０
個もの半導体レーザ光を入射することが可能であり、露
光ヘッドの必要光量を実現して、且つ光ファイバ本数を
より減らすことができる。

【００６９】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１
００ｍＷ、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の波長範囲で、上記の４０
５ｎｍ以外の発振波長を備えるレーザを用いてもよい。

【００７０】上記の合波レーザ光源は、図１２及び図１
３に示すように、他の光学要素と共に、上方が開口した
箱状のパッケージ４０内に収納されている。パッケージ
４０は、その開口を閉じるように作成されたパッケージ
蓋４１を備えており、脱気処理後に封止ガスを導入し、
パッケージ４０の開口をパッケージ蓋４１で閉じること
により、パッケージ４０とパッケージ蓋４１とにより形
成される閉空間（封止空間）内に上記合波レーザ光源が
気密封止されている。

【００７１】パッケージ４０の底面にはベース板４２が
固定されており、このベース板４２の上面には、前記ヒ
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の出射端部は、
パッケージ４０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。

【００７２】また、ヒートブロック１０の側面にはコリ
メータレンズホルダー４４が取り付けられており、コリ
メータレンズ１１〜１７が保持されている。パッケージ
４０の横壁面には開口が形成され、この開口を通してＧ
ａＮ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。

【００７３】なお、図１３においては、図の煩雑化を避
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ＬＤ７にのみ番号を付し、複数のコリメ
ータレンズのうちコリメータレンズ１７にのみ番号を付
している。

【００７４】図１４は、上記コリメータレンズ１１〜１
７の取り付け部分の正面形状を示すものである。コリメ
ータレンズ１１〜１７の各々は、非球面を備えた円形レ
ンズの光軸を含む領域を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タレン
ズは、例えば、樹脂又は光学ガラスをモールド成形する
ことによって形成することができる。コリメータレンズ
１１〜１７は、長さ方向がＧａＮ系半導体レーザＬＤ１
〜ＬＤ７の発光点の配列方向（図１４の左右方向）と直
交するように、上記発光点の配列方向に密接配置されて
いる。

【００７５】一方、ＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ
７としては、発光幅が２μｍの活性層を備え、活性層と
平行な方向、直角な方向の拡がり角が各々例えば１０
°、３０°の状態で各々レーザビームＢ１〜Ｂ７を発す
るレーザが用いられている。これらＧａＮ系半導体レー
ザＬＤ１〜ＬＤ７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。

【００７６】従って、各発光点から発せられたレーザビ
ームＢ１〜Ｂ７は、上述のように細長形状の各コリメー
タレンズ１１〜１７に対して、拡がり角度が大きい方向
が長さ方向と一致し、拡がり角度が小さい方向が幅方向
（長さ方向と直交する方向）と一致する状態で入射する
ことになる。つまり、各コリメータレンズ１１〜１７の
幅が１．１ｍｍ、長さが４．６ｍｍであり、それらに入
射するレーザビームＢ１〜Ｂ７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、
コリメータレンズ１１〜１７の各々は、焦点距離ｆ₁＝
３ｍｍ、ＮＡ＝０．６、レンズ配置ピッチ＝１．２５ｍ
ｍである。

【００７７】集光レンズ２０は、非球面を備えた円形レ
ンズの光軸を含む領域を平行な平面で細長く切り取っ
て、コリメータレンズ１１〜１７の配列方向、つまり水
平方向に長く、それと直角な方向に短い形状に形成され
ている。この集光レンズ２０は、焦点距離ｆ₂＝２３ｍ
ｍ、ＮＡ＝０．２である。この集光レンズ２０も、例え
ば、樹脂又は光学ガラスをモールド成形することにより
形成される。

【００７８】［露光装置の動作］次に、上記露光装置の
動作について説明する。

【００７９】スキャナ１６２の各露光ヘッド１６６にお
いて、ファイバアレイ光源６６の合波レーザ光源を構成
するＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７の各々から発
散光状態で出射したレーザビームＢ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ
４，Ｂ５，Ｂ６，及びＢ７の各々は、対応するコリメー
タレンズ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
って集光され、マルチモード光ファイバ３０のコア３０
ａの入射端面に収束する。

【００８０】本例では、コリメータレンズ１１〜１７及
び集光レンズ２０によって集光光学系が構成され、その
集光光学系とマルチモード光ファイバ３０とによって合
波光学系が構成されている。即ち、集光レンズ２０によ
って上述のように集光されたレーザビームＢ１〜Ｂ７
が、このマルチモード光ファイバ３０のコア３０ａに入
射して光ファイバ内を伝搬し、１本のレーザビームＢに
合波されてマルチモード光ファイバ３０の出射端部に結
合された光ファイバ３１から出射する。

【００８１】各レーザモジュールにおいて、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、アレイ状に配列された
光ファイバ３１の各々について、出力１８０ｍＷ（＝３
０ｍＷ×０．８５×７）の合波レーザビームＢを得るこ
とができる。従って、６本の光ファイバ３１がアレイ状
に配列されたレーザ出射部６８での出力は約１Ｗ（＝１
８０ｍＷ×６）である。

【００８２】ファイバアレイ光源６６のレーザ出射部６
８には、この通り高輝度の発光点が主走査方向に沿って
一列に配列されている。単一の半導体レーザからのレー
ザ光を１本の光ファイバに結合させる従来のファイバ光
源は低出力であるため、多数列配列しなければ所望の出
力を得ることができなかったが、本実施の形態で使用す
る合波レーザ光源は高出力であるため、少数列、例えば
１列でも所望の出力を得ることができる。

【００８３】例えば、半導体レーザと光ファイバを１対
１で結合させた従来のファイバ光源では、通常、半導体
レーザとしては出力３０ｍＷ（ミリワット）程度のレー
ザが使用され、光ファイバとしてはコア径５０μｍ、ク
ラッド径１２５μｍ、ＮＡ（開口数）０．２のマルチモ
ード光ファイバが使用されているので、約１Ｗ（ワッ
ト）の出力を得ようとすれば、マルチモード光ファイバ
を４８本（８×６）束ねなければならず、発光領域の面
積は０．６２ｍｍ²（０．６７５ｍｍ×０．９２５ｍ
ｍ）であるから、レーザ出射部６８での輝度は１．６×
１０⁶（Ｗ／ｍ²）、光ファイバ１本当りの輝度は３．２
×１０⁶（Ｗ／ｍ²）である。

【００８４】これに対し、本実施の形態では、上述した
通り、マルチモード光ファイバ６本で約１Ｗの出力を得
ることができ、レーザ出射部６８での発光領域の面積は
０．００８１ｍｍ²（０．３２５ｍｍ×０．０２５ｍ
ｍ）であるから、レーザ出射部６８での輝度は１２３×
１０⁶（Ｗ／ｍ²）となり、従来に比べ約８０倍の高輝度
化を図ることができる。また、光ファイバ１本当りの輝
度は９０×１０⁶（Ｗ／ｍ²）であり、従来に比べ約２８
倍の高輝度化を図ることができる。

【００８５】ここで、図１５（Ａ）及び（Ｂ）を参照し
て、従来の露光ヘッドと本実施の形態の露光ヘッドとの
焦点深度の違いについて説明する。従来の露光ヘッドの
バンドル状ファイバ光源の発光領域の副走査方向の径は
０．６７５ｍｍであり、本実施の形態の露光ヘッドのフ
ァイバアレイ光源の発光領域の副走査方向の径は０．０
２５ｍｍである。図１５（Ａ）に示すように、従来の露
光ヘッドでは、光源（バンドル状ファイバ光源）１の発
光領域が大きいので、ＤＭＤ３へ入射する光束の角度が
大きくなり、結果として走査面５へ入射する光束の角度
が大きくなる。このため、集光方向（ピント方向のず
れ）に対してビーム径が太りやすい。

【００８６】一方、図１５（Ｂ）に示すように、本実施
の形態の露光ヘッドでは、ファイバアレイ光源６６の発
光領域の副走査方向の径が小さいので、レンズ系６７を
通過してＤＭＤ５０へ入射する光束の角度が小さくな
り、結果として走査面５６へ入射する光束の角度が小さ
くなる。即ち、焦点深度が深くなる。この例では、発光
領域の副走査方向の径は従来の約３０倍になっており、
略回折限界に相当する焦点深度を得ることができる。従
って、微小スポットの露光に好適である。この焦点深度
への効果は、露光ヘッドの必要光量が大きいほど顕著で
あり、有効である。この例では、露光面に投影された１
画素サイズは１０μｍ×１０μｍである。なお、ＤＭＤ
は反射型の空間変調素子であるが、図１５（Ａ）及び
（Ｂ）は、光学的な関係を説明するために展開図とし
た。

【００８７】露光パターンに応じた画像データが、ＤＭ
Ｄ５０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
２値（ドットの記録の有無）で表したデータである。

【００８８】感光材料１５０を表面に吸着したステージ
１５２は、図示しない駆動装置により、ガイド１５８に
沿ってゲート１６０の上流側から下流側に一定速度で移
動される。ステージ１５２がゲート１６０下を通過する
際に、ゲート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毎に制御信号が生成され
る。そして、ミラー駆動制御部により、生成された制御
信号に基づいて各露光ヘッド１６６毎にＤＭＤ５０のマ
イクロミラーの各々がオンオフ制御される。

【００８９】ファイバアレイ光源６６から出射されたレ
ーザ光は、組合せレンズ７１により平行光化され、組合
せレンズ７３によりＤＭＤ５０の被照射面での光量分布
が略均一になるように補正され、集光レンズ７５により
ＤＭＤ５０上に集光される。ＤＭＤ５０にレーザ光が照
射されると、ＤＭＤ５０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は、レンズ系５４、５８によ
り感光材料１５０の被露光面５６上に結像される。この
ようにして、ファイバアレイ光源６６から出射されたレ
ーザ光が画素毎にオンオフされて、感光材料１５０がＤ
ＭＤ５０の使用画素数と略同数の画素単位（露光エリア
１６８）で露光される。また、感光材料１５０がステー
ジ１５２と共に一定速度で移動されることにより、感光
材料１５０がスキャナ１６２によりステージ移動方向と
反対の方向に副走査され、各露光ヘッド１６６毎に帯状
の露光済み領域１７０が形成される。

【００９０】図１６（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、本
実施の形態では、ＤＭＤ５０には、主走査方向にマイク
ロミラーが８００個配列されたマイクロミラー列が、副
走査方向に６００組配列されているが、コントローラに
より一部のマイクロミラー列（例えば、８００個×１０
０列）だけが駆動されるように制御することができる。

【００９１】図１６（Ａ）に示すように、ＤＭＤ５０の
中央部に配置されたマイクロミラー列を使用してもよ
く、図１６（Ｂ）に示すように、ＤＭＤ５０の端部に配
置されたマイクロミラー列を使用してもよい。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列を使用するなど、状況に
応じて使用するマイクロミラー列を適宜変更してもよ
い。

【００９２】ＤＭＤ５０のデータ処理速度には限界があ
り、使用する画素数に比例して１ライン当りの変調速度
が決定されるので、一部のマイクロミラー列だけを使用
することで１ライン当りの変調速度が速くなる。一方、
連続的に露光ヘッドを露光面に対して相対移動させる露
光方式の場合には、副走査方向の画素を全部使用する必
要はない。

【００９３】例えば、６００組のマイクロミラー列の
内、３００組だけ使用する場合には、６００組全部使用
する場合と比較すると１ライン当り２倍速く変調するこ
とができる。また、６００組のマイクロミラー列の内、
２００組だけ使用する場合には、６００組全部使用する
場合と比較すると１ライン当り３倍速く変調することが
できる。即ち、副走査方向に５００ｍｍの領域を１７秒
で露光できる。更に、１００組だけ使用する場合には、
１ライン当り６倍速く変調することができる。即ち、副
走査方向に５００ｍｍの領域を９秒で露光できる。

【００９４】使用するマイクロミラー列の数、即ち、副
走査方向に配列されたマイクロミラーの個数は、１０以
上で且つ２００以下が好ましく、１０以上で且つ１００
以下がより好ましい。１画素に相当するマイクロミラー
１個当りの面積は１５μｍ×１５μｍであるから、ＤＭ
Ｄ５０の使用領域に換算すると、１２ｍｍ×１５０μｍ
以上で且つ１２ｍｍ×３ｍｍ以下の領域が好ましく、１
２ｍｍ×１５０μｍ以上で且つ１２ｍｍ×１．５ｍｍ以
下の領域がより好ましい。

【００９５】使用するマイクロミラー列の数が上記範囲
にあれば、図１７（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、ファ
イバアレイ光源６６から出射されたレーザ光をレンズ系
６７で略平行光化して、ＤＭＤ５０に照射することがで
きる。ＤＭＤ５０によりレーザ光を照射する照射領域
は、ＤＭＤ５０の使用領域と一致することが好ましい。
照射領域が使用領域よりも広いとレーザ光の利用効率が
低下する。

【００９６】一方、ＤＭＤ５０上に集光させる光ビーム
の副走査方向の径を、レンズ系６７により副走査方向に
配列されたマイクロミラーの個数に応じて小さくする必
要があるが、使用するマイクロミラー列の数が１０未満
であると、ＤＭＤ５０に入射する光束の角度が大きくな
り、走査面５６における光ビームの焦点深度が浅くなる
ので好ましくない。また、使用するマイクロミラー列の
数が２００以下が変調速度の観点から好ましい。なお、
ＤＭＤは反射型の空間変調素子であるが、図１７（Ａ）
及び（Ｂ）は、光学的な関係を説明するために展開図と
した。

【００９７】スキャナ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
装置により、ガイド１５８に沿ってゲート１６０の最上
流側にある原点に復帰し、再度、ガイド１５８に沿って
ゲート１６０の上流側から下流側に一定速度で移動され
る。

【００９８】以上説明した通り、本実施の形態の露光装
置は、空間変調素子を用いているので、任意パターンで
の高速露光が可能である。また、光量分布補正光学系を
用いて光量分布が略均一の光で空間変調素子を照明して
いるので、被露光面においてムラ無く露光を行うことが
できる。

【００９９】また、本実施の形態の露光装置は、合波レ
ーザ光源の光ファイバの出射端部（発光点）をアレイ状
に配列したファイバアレイ光源で空間光変調素子を照明
する露光ヘッドを備えている。このファイバアレイ光源
において、光ファイバの出射端のクラッド径を入射端の
クラッド径よりも小さくしているので、発光部径がより
小さくなり、ファイバアレイ光源の高輝度化が図られ
る。これにより、深い焦点深度を備えた露光ヘッド及び
露光装置を実現することができる。

【０１００】例えば、ビーム径１μｍ以下、解像度０．
１μｍ以下の超高解像度露光の場合にも、深い焦点深度
を得ることができ、高速且つ高精細な露光が可能とな
る。従って、本実施の形態の露光装置は、高解像度が必
要とされる薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の露光工程等に
も使用することができる。

【０１０１】また、複数本のレーザ光を合波して光ファ
イバに入射させる合波レーザ光源を用いているので、光
ファイバの出射端での出力が大きくなり、高出力での露
光が可能となる。更に、各ファイバ光源の出力が大きく
なることで、所望の出力を得るために必要なファイバ光
源数が少なくなり、露光装置の低コスト化が図られる。

【０１０２】また、本実施の形態の露光装置は、主走査
方向にマイクロミラーが８００個配列されたマイクロミ
ラー列が、副走査方向に６００組配列されたＤＭＤを備
えているが、コントローラにより一部のマイクロミラー
列だけが駆動されるように制御するので、全部のマイク
ロミラー列を駆動する場合に比べて、１ライン当りの変
調速度が速くなる。これにより高速での露光が可能にな
る。

【０１０３】（第２の実施の形態）第２の実施の形態に
係る露光装置は、各露光ヘッドに使用される空間光変調
素子としてグレーティング・ライト・バルブ（ＧＬＶ）
を用いたものである。ＧＬＶは、例えば米国特許第５，
３１１，３６０号に開示されているように、ＭＥＭＳ
（Micro Electro Mechanical Systems）タイプの空間光
変調素子（ＳＬＭ；Spacial Light Modulator）の一種
であり、反射回折格子型の空間光変調素子である。その
他の点は第１の実施の形態に係る露光装置と同様の構成
であるため説明を省略する。

【０１０４】露光ヘッド１６６₁₁〜１６６_mn各々は、図
３０、図３１（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、入射され
た光ビームを画像データに応じて各画素毎に変調する空
間光変調素子として、所定方向に長い形状（ライン状）
をしたＧＬＶ３００を備えており、ＧＬＶ３００の光入
射側には、第１の実施の形態と同様に、ファイバアレイ
光源６６、レンズ系６７、ミラー６９がこの順に配置さ
れている。

【０１０５】ライン状のＧＬＶ３００は、その長手方向
がファイバアレイ光源６６の光ファイバの配列方向と平
行になり且つＧＬＶ３００のリボン状のマイクロブリッ
ジの反射面がミラー６９の反射面と略平行になるように
配置され、これを制御する図示しないコントローラに接
続されている。

【０１０６】ＧＬＶ３００は、図３２に示すように、シ
リコン等からなる長尺状の基板２０３上に、リボン状の
反射面を備えたマイクロブリッジ２０９が多数個（例え
ば、６４８０個）平行に配列されたものであり、隣接す
るマイクロブリッジ２０９間には多数のスリット２１１
が形成されている。通常、１画素は複数（例えば、６
個）のマイクロブリッジ２０９列で構成されており、１
画素を６個のマイクロブリッジ列で構成すると仮定する
と、６４８０個のマイクロブリッジで１０８０画素での
露光が可能である。

【０１０７】各マイクロブリッジ２０９は、図３３
（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、窒化シリコン（ＳｉＮ
x）等からなる可撓性梁２０９ａの表面に、アルミニウ
ム（又は、金、銀、銅等）の単層金属膜からなる反射電
極膜２０９ｂを形成したものである。反射電極膜２０９
ｂの各々は、図示しない配線により図示しないスイッチ
を介して電源に接続されている。

【０１０８】ここで、ＧＬＶ３００の動作原理を簡単に
説明する。電圧を印加していない状態では、マイクロブ
リッジ２０９は基板２０３から所定間隔離間されている
が、マイクロブリッジ２０９と基板２０３との間に電圧
を印加すると、静電誘導された電荷によってマイクロブ
リッジ２０９と基板２０３との間に静電吸引力が発生
し、マイクロブリッジ２０９が基板２０３側に撓む。そ
して、電圧の印加を止めると、撓みが解消し、マイクロ
ブリッジ２０９は弾性復帰により基板２０３から離間す
る。従って、電圧を印加するマイクロブリッジと電圧を
印加しないマイクロブリッジとを交互に配置すること
で、電圧の印加により回折格子を形成することができ
る。

【０１０９】図３３（Ａ）は、画素単位のマイクロブリ
ッジ列に電圧が印加されておらず、オフ状態にある場合
を示している。オフ状態では、マイクロブリッジ２０９
の反射面の高さが総て揃い、反射光には光路差が生じず
正反射される。即ち、０次回折光しか得ることができな
い。一方、図３３（Ｂ）は、画素単位のマイクロブリッ
ジ列に電圧が印加され、オン状態にある場合を示してい
る。なお、電圧は１つおきのマイクロブリッジ２０９に
印加される。オン状態では、前述した原理によりマイク
ロブリッジ２０９の中央部が撓み、交互に段差のある反
射面が形成される。即ち、回折格子が形成される。この
反射面にレーザ光を入射させると、撓みのあるマイクロ
ブリッジ２０９で反射された光と、撓みのないマイクロ
ブリッジ２０９で反射された光との間に光路差が生じ、
所定方向に±１次回折光が出射される。

【０１１０】従って、図示しないコントローラにより、
制御信号に応じて、ＧＬＶ３００の各画素におけるマイ
クロブリッジ列を、印加される電圧のオン／オフで駆動
制御することによって、ＧＬＶ３００に入射されたレー
ザ光は画素毎に変調されて所定方向に回折される。

【０１１１】また、ＧＬＶ３００の光反射側、即ち、回
折光（０次回折光及び±１次回折光）が出射される側に
は、回折光を走査面（被露光面）５６上に結像するレン
ズ系５４、５８が、ＧＬＶ３００と被露光面５６とが共
役な関係となるように配置されている。また、回折光が
レンズ系５４に入射されるように、ＧＬＶ３００はその
リボン状の反射面を予めレンズ系５４の光軸に対し所定
角度（例えば４５°）傾斜させて配置されている。

【０１１２】図３１（Ａ）及び（Ｂ）では、０次回折光
は点線で図示し、±１次回折光は実線で図示している
が、ＧＬＶ３００からの０次回折光は、レンズ系５４に
よりＧＬＶの長手方向にだけ集光される。このため、レ
ンズ系５４とレンズ系５８との間には、０次回折光を走
査面５６への光路から除外するための長尺状の遮蔽板５
７がその長手方向がＧＬＶ３００の長手方向と直交する
ように配置されている。

【０１１３】レンズ系５４は、入射された回折光をＧＬ
Ｖ３００の長手方向に集光し且つ副走査方向に平行光化
する。レンズ系５４とレンズ系５８との間の０次回折光
の焦点位置には、０次回折光を走査面５６への光路から
除外するための長尺状の遮蔽板５５がその長手方向がＧ
ＬＶの長手方向と直交するように配置されている。これ
により、０次回折光だけが選択的に排除される。

【０１１４】この露光ヘッドでは、露光パターンに応じ
た画像データが、ＧＬＶ３００に接続された図示しない
コントローラに入力されると、この画像データに基づい
て制御信号が生成され、生成された制御信号に基づいて
各露光ヘッド毎にＧＬＶ３００のマイクロブリッジの各
々が画素単位でオンオフ制御される。これにより、感光
材料１５０がＧＬＶ３００の画素数と略同数の画素単位
で露光され、ステージ１５２の移動による副走査で、各
露光ヘッド毎に帯状の露光済み領域が形成される。

【０１１５】本実施の形態で露光装置では、ＧＬＶ３０
０は短辺方向の幅が狭い長尺状の空間光変調素子である
ため、効率良く照明するのが難しいが、第１の実施の形
態で説明した通り、ＧＬＶを照明する光源に、合波レー
ザ光源の光ファイバの出射端部をアレイ状に配列した高
輝度のファイバアレイ光源を用いると共に、光ファイバ
の出射端のクラッド径を入射端のクラッド径よりも小さ
くしているので、レーザ出射部６８から出射されるビー
ムの副走査方向の径が小さくなり、レンズ系６７等を通
過してＧＬＶ３００へ入射する光束の角度が小さくな
る。これにより、効率良くＧＬＶ３００を照明すること
ができると共に、深い焦点深度を得ることができる。ま
た、合波レーザ光源を用いているので高出力での露光が
可能となり、露光装置の低コスト化が図られる。

【０１１６】次に、以上説明した露光装置の変形例等に
ついて説明する。［露光装置の用途］上記の露光装置は、例えば、プリン
ト配線基板（ＰＷＢ；Printed Wiring Board）の製造工
程におけるドライ・フィルム・レジスト（ＤＦＲ；Dry
Film Resist）の露光、液晶表示装置（ＬＣＤ）の製造
工程におけるカラーフィルタの形成、ＴＦＴの製造工程
におけるＤＦＲの露光、プラズマ・ディスプレイ・パネ
ル（ＰＤＰ）の製造工程におけるＤＦＲの露光等の用途
に好適に用いることができる。

【０１１７】更に、上記の露光装置は、レーザ照射によ
り材料の一部を蒸発、飛散等させて除去するレーザアブ
レーションや焼結、リソグラフィ等の種々のレーザ加工
にも使用することができる。上記の露光装置は、高出力
であり、高速且つ長焦点深度での露光が可能であること
から、レーザアブレーション等による微細加工に使用す
ることができる。例えば、現像処理を行う代わりにレジ
ストをアブレーションによりパターンに従って除去して
ＰＷＢを作成したり、レジストを使用せずに直接アブレ
ーションでＰＷＢのパターンを形成するのに、上記の露
光装置を使用することができる。また、多数の溶液の混
合、反応、分離、検出などをガラスやプラスティックチ
ップに集積したラボオンチップにおける、溝幅数十μｍ
の微小流路の形成にも使用することができる。

【０１１８】特に、上記の露光装置は、ファイバアレイ
光源にＧａＮ系半導体レーザを用いているので、上述の
レーザ加工に好適に使用することができる。即ち、Ｇａ
Ｎ系半導体レーザは短パルス駆動が可能であり、レーザ
アブレーション等にも十分なパワーを得ることができ
る。また、半導体レーザであるため、駆動速度が遅い固
体レーザと異なり、繰り返し周波数１０ＭＨｚ程度での
高速駆動が可能であり、高速露光が可能である。更に、
金属は波長４００ｎｍ付近のレーザ光の光吸収率が大き
く、熱エネルギーへの変換が容易であるため、レーザア
ブレーション等を高速に行うことができる。

【０１１９】なお、ＴＦＴのパターニングに使用される
液体レジストやカラーフィルタをパターニングするため
に使用される液体レジストを露光する場合には、酸素阻
害による感度低下（減感）を無くすために、窒素雰囲気
下で被露光材料を露光することが好ましい。窒素雰囲気
下で露光することで光重合反応の酸素阻害が抑制されて
レジストが高感度化し、高速露光が可能となる。

【０１２０】また、上記の露光装置には、露光により直
接情報が記録されるフォトンモード感光材料、露光によ
り発生した熱で情報が記録されるヒートモード感光材料
の何れも使用することができる。フォトンモード感光材
料を使用する場合、レーザ装置にはＧａＮ系半導体レー
ザ、波長変換固体レーザ等が使用され、ヒートモード感
光材料を使用する場合、レーザ装置にはＡｌＧａＡｓ系
半導体レーザ（赤外レーザ）、固体レーザが使用され
る。

【０１２１】［他の空間変調素子］上記の第１の実施の
形態では、ＤＭＤのマイクロミラーを部分的に駆動する
例について説明したが、所定方向に対応する方向の長さ
が前記所定方向と交差する方向の長さより長い基板上
に、各々制御信号に応じて反射面の角度が変更可能な多
数のマイクロミラーが２次元状に配列された細長いＤＭ
Ｄを用いても、反射面の角度を制御するマイクロミラー
の個数が少なくなるので、同様に変調速度を速くするこ
とができる。

【０１２２】上記の第１及び第２の実施の形態では、空
間変調素子としてＤＭＤやＧＬＶを備えた露光ヘッドに
ついて説明したが、例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro
Mechanical Systems）タイプの空間変調素子（ＳＬＭ；
Spacial Light Modulator）や、電気光学効果により透
過光を変調する光学素子（ＰＬＺＴ素子）や液晶光シャ
ッタ（ＦＬＣ）等、ＭＥＭＳタイプ以外の空間変調素子
を用いた場合にも、基板上に配列された全画素部に対し
一部の画素部を使用することで、１画素当り、１主走査
ライン当たりの変調速度を速くすることができるので、
同様の効果を得ることができる。

【０１２３】なお、ＭＥＭＳとは、ＩＣ製造プロセスを
基盤としたマイクロマシニング技術によるマイクロサイ
ズのセンサ、アクチュエータ、そして制御回路を集積化
した微細システムの総称であり、ＭＥＭＳタイプの空間
変調素子とは、静電気力を利用した電気機械動作により
駆動される空間変調素子を意味している。

【０１２４】［他の露光方式］図１８に示すように、上
記の実施の形態と同様に、スキャナ１６２によるＸ方向
への１回の走査で感光材料１５０の全面を露光してもよ
く、図１９（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、スキャナ１
６２により感光材料１５０をＸ方向へ走査した後、スキ
ャナ１６２をＹ方向に１ステップ移動し、Ｘ方向へ走査
を行うというように、走査と移動を繰り返して、複数回
の走査で感光材料１５０の全面を露光するようにしても
よい。なお、この例では、スキャナ１６２は１８個の露
光ヘッド１６６を備えている。

【０１２５】［他のレーザ装置（光源）］上記の実施の
形態では、合波レーザ光源を複数備えたファイバアレイ
光源を用いる例について説明したが、レーザ装置は、合
波レーザ光源をアレイ化したファイバアレイ光源には限
定されない。例えば、１個の発光点を有する単一の半導
体レーザから入射されたレーザ光を出射する１本の光フ
ァイバを備えたファイバ光源をアレイ化したファイバア
レイ光源を用いることができる。

【０１２６】また、上記の実施の形態では、図２０に示
すように、ヒートブロック１００上に、複数（例えば、
７個）のチップ状の半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７を配列
したレーザアレイを備えた合波レーザ光源を用いる例に
ついて説明したが、合波レーザ光源は、複数のチップ状
の半導体レーザから出射されたレーザ光を合波するもの
には限定されない。

【０１２７】図２１（Ａ）に示す、複数（例えば、５
個）の発光点１１０ａが所定方向に配列されたチップ状
のマルチキャビティレーザ１１０が知られている。例え
ば、図２２に示すように、このマルチキャビティレーザ
１１０を備えた合波レーザ光源を用いることができる。
この合波レーザ光源は、マルチキャビティレーザ１１０
と、１本のマルチモード光ファイバ１３０と、集光レン
ズ１２０と、を備えて構成されている。マルチキャビテ
ィレーザ１１０は、例えば、発振波長が４０５ｎｍのＧ
ａＮ系レーザダイオードで構成することができる。

【０１２８】マルチキャビティレーザ１１０は、チップ
状の半導体レーザを配列する場合と比べ、発光点を位置
精度良く配列できるので、各発光点から出射されるレー
ザビームを合波し易い。但し、発光点が多くなるとレー
ザ製造時にマルチキャビティレーザ１１０に撓みが発生
し易くなるため、発光点１１０ａの個数は５個以下とす
るのが好ましい。

【０１２９】上記の構成では、マルチキャビティレーザ
１１０の複数の発光点１１０ａの各々から出射したレー
ザビームＢの各々は、集光レンズ１２０によって集光さ
れ、マルチモード光ファイバ１３０のコア１３０ａに入
射する。コア１３０ａに入射したレーザ光は、光ファイ
バ内を伝搬し、１本に合波されて出射する。

【０１３０】マルチキャビテイレーザ１１０の複数の発
光点１１０ａを、上記マルチモード光ファイバ１３０の
コア径と略等しい幅内に並設すると共に、集光レンズ１
２０として、マルチモード光ファイバ１３０のコア径と
略等しい焦点距離の凸レンズや、マルチキャビティレー
ザ１１０からの出射ビームをその活性層に垂直な面内の
みでコリメートするロッドレンズを用いることにより、
レーザビームＢのマルチモード光ファイバ１３０への結
合効率を上げることができる。

【０１３１】また、図２１（Ｂ）に示すように、ヒート
ブロック１００上に、複数のマルチキヤビティレーザ１
１０が各チップの発光点１１０ａの配列方向と同じ方向
に配列されたマルチキャビティレーザアレイを用い、図
２３に示すように、ヒートブロック１１１上に複数（例
えば、９個）のマルチキャビティレーザ１１０が互いに
等間隔で配列されたレーザアレイ１４０を備えた合波レ
ーザ光源を構成することができる。複数のマルチキヤビ
ティレーザ１１０は、各チップの発光点１１０ａの配列
方向と同じ方向に配列されて固定されている。

【０１３２】この合波レーザ光源は、レーザアレイ１４
０と、各マルチキヤピティレーザ１１０に対応させて配
置した複数のレンズアレイ１１４と、レーザアレイ１４
０と複数のレンズアレイ１１４との間に配置された１本
のロッドレンズ１１３と、１本のマルチモード光ファイ
バ１３０と、集光レンズ１２０と、を備えて構成されて
いる。レンズアレイ１１４は、マルチキヤピティレーザ
１１０の発光点に対応した複数のマイクロレンズを備え
ている。

【０１３３】上記の構成では、複数のマルチキヤビティ
レーザ１１０の複数の発光点１０ａの各々から出射した
レーザビームＢの各々は、ロッドレンズ１１３により所
定方向に集光された後、レンズアレイ１１４の各マイク
ロレンズにより平行光化される。平行光化されたレーザ
ビームＬは、集光レンズ１２０によって集光され、マル
チモード光フアイバ１３０のコア１３０ａに入射する。
コア１３０ａに入射したレーザ光は、光フアイバ内を伝
搬し、１本に合波されて出射する。

【０１３４】更に他の合波レーザ光源の例を示す。この
合波レーザ光源は、図２４（Ａ）及び（Ｂ）に示すよう
に、略矩形状のヒートブロック１８０上に光軸方向の断
面がＬ字状のヒートブロック１８２が搭載され、２つの
ヒートブロック間に収納空間が形成されている。Ｌ字状
のヒートブロック１８２の上面には、複数の発光点（例
えば、５個）がアレイ状に配列された複数（例えば、２
個）のマルチキャビティレーザ１１０が、各チップの発
光点１１０ａの配列方向と同じ方向に等間隔で配列され
て固定されている。

【０１３５】略矩形状のヒートブロック１８０には凹部
が形成されており、ヒートブロック１８０の空間側上面
には、複数の発光点（例えば、５個）がアレイ状に配列
された複数（例えば、２個）のマルチキャビティレーザ
１１０が、その発光点がヒートブロック１８２の上面に
配置されたレーザチップの発光点と同じ鉛直面上に位置
するように配置されている。

【０１３６】マルチキャビティレーザ１１０のレーザ光
出射側には、各チップの発光点１１０ａに対応してコリ
メートレンズが配列されたコリメートレンズアレイ１８
４が配置されている。コリメートレンズアレイ１８４
は、各コリメートレンズの長さ方向とレーザビームの拡
がり角が大きい方向（速軸方向）とが一致し、各コリメ
ートレンズの幅方向が拡がり角が小さい方向（遅軸方
向）と一致するように配置されている。このように、コ
リメートレンズをアレイ化して一体化することで、レー
ザ光の空間利用効率が向上し合波レーザ光源の高出力化
が図られると共に、部品点数が減少し低コスト化するこ
とができる。

【０１３７】また、コリメートレンズアレイ１８４のレ
ーザ光出射側には、１本のマルチモード光ファイバ１３
０と、このマルチモード光ファイバ１３０の入射端にレ
ーザビームを集光して結合する集光レンズ１２０と、が
配置されている。

【０１３８】上記の構成では、レーザブロック１８０、
１８２上に配置された複数のマルチキヤビティレーザ１
１０の複数の発光点１０ａの各々から出射したレーザビ
ームＢの各々は、コリメートレンズアレイ１８４により
平行光化され、集光レンズ１２０によって集光されて、
マルチモード光フアイバ１３０のコア１３０ａに入射す
る。コア１３０ａに入射したレーザ光は、光フアイバ内
を伝搬し、１本に合波されて出射する。

【０１３９】この合波レーザ光源は、上記の通り、マル
チキャビティレーザの多段配置とコリメートレンズのア
レイ化とにより、特に高出力化を図ることができる。こ
の合波レーザ光源を用いることにより、より高輝度なフ
ァイバアレイ光源やバンドルファイバ光源を構成するこ
とができるので、本発明の露光装置のレーザ光源を構成
するファイバ光源として特に好適である。

【０１４０】なお、上記の各合波レーザ光源をケーシン
グ内に収納し、マルチモード光ファイバ１３０の出射端
部をそのケーシングから引き出したレーザモジュールを
構成することができる。

【０１４１】また、上記の実施の形態では、合波レーザ
光源のマルチモード光ファイバの出射端に、コア径がマ
ルチモード光ファイバと同一で且つクラッド径がマルチ
モード光ファイバより小さい他の光ファイバを結合して
ファイバアレイ光源の高輝度化を図る例について説明し
たが、例えば、クラッド径が１２５μｍ、８０μｍ、６
０μｍ等のマルチモード光ファイバを、出射端に他の光
ファイバを結合せずに使用してもよい。

【０１４２】［他の結像光学系］上記の第１の実施の形
態では、露光ヘッドに使用するＤＭＤの光反射側に、結
像光学系として２組のレンズを配置したが、レーザ光を
拡大して結像する結像光学系を配置してもよい。ＤＭＤ
により反射される光束線の断面積を拡大することで、被
露光面における露光エリア面積（画像領域）を所望の大
きさに拡大することができる。

【０１４３】例えば、露光ヘッドを、図２８（Ａ）に示
すように、ＤＭＤ５０、ＤＭＤ５０にレーザ光を照射す
る照明装置１４４、ＤＭＤ５０で反射されたレーザ光を
拡大して結像するレンズ系４５４、４５８、ＤＭＤ５０
の各画素に対応して多数のマイクロレンズ４７４が配置
されたマイクロレンズアレイ４７２、マイクロレンズア
レイ４７２の各マイクロレンズに対応して多数のアパー
チャ４７８が設けられたアパーチャアレイ４７６、アパ
ーチャを通過したレーザ光を被露光面５６に結像するレ
ンズ系４８０、４８２で構成することができる。

【０１４４】この露光ヘッドでは、照明装置１４４から
レーザ光が照射されると、ＤＭＤ５０によりオン方向に
反射される光束線の断面積が、レンズ系４５４、４５８
により数倍（例えば、２倍）に拡大される。拡大された
レーザ光は、マイクロレンズアレイ４７２の各マイクロ
レンズによりＤＭＤ５０の各画素に対応して集光され、
アパーチャアレイ４７６の対応するアパーチャを通過す
る。アパーチャを通過したレーザ光は、レンズ系４８
０、４８２により被露光面５６上に結像される。

【０１４５】この結像光学系では、ＤＭＤ５０により反
射されたレーザ光は、拡大レンズ４５４、４５８により
数倍に拡大されて被露光面５６に投影されるので、全体
の画像領域が広くなる。このとき、マイクロレンズアレ
イ４７２及びアパーチャアレイ４７６が配置されていな
ければ、図２８（Ｂ）に示すように、被露光面５６に投
影される各ビームスポットＢＳの１画素サイズ（スポッ
トサイズ）が露光エリア４６８のサイズに応じて大きな
ものとなり、露光エリア４６８の鮮鋭度を表すＭＴＦ
（Modulation Transfer Function）特性が低下する。

【０１４６】一方、マイクロレンズアレイ４７２及びア
パーチャアレイ４７６を配置した場合には、ＤＭＤ５０
により反射されたレーザ光は、マイクロレンズアレイ４
７２の各マイクロレンズによりＤＭＤ５０の各画素に対
応して集光される。これにより、図２８（Ｃ）に示すよ
うに、露光エリアが拡大された場合でも、各ビームスポ
ットＢＳのスポットサイズを所望の大きさ（例えば、１
０μｍ×１０μｍ）に縮小することができ、ＭＴＦ特性
の低下を防止して高精細な露光を行うことができる。な
お、露光エリア４６８が傾いているのは、画素間の隙間
を無くす為にＤＭＤ５０を傾けて配置しているからであ
る。

【０１４７】また、マイクロレンズの収差によるビーム
の太りがあっても、アパーチャによって被露光面５６上
でのスポットサイズが一定の大きさになるようにビーム
を整形することができると共に、各画素に対応して設け
られたアパーチャを通過させることにより、隣接する画
素間でのクロストークを防止することができる。

【０１４８】更に、照明装置１４４に上記実施の形態と
同様に高輝度光源を使用することにより、レンズ４５８
からマイクロレンズアレイ４７２の各マイクロレンズに
入射する光束の角度が小さくなるので、隣接する画素の
光束の一部が入射するのを防止することができる。即
ち、高消光比を実現することができる。

【０１４９】［応用例］本発明の露光装置は、光ビーム
で光硬化性樹脂を露光して３次元モデルを造形する光造
形装置、光ビームで粉末を焼結させて焼結層を形成し該
焼結層を積層して粉末焼結体からなる３次元モデルを造
形する積層造形装置等に適宜応用することができる。

【０１５０】例えば、図３４に本発明を応用した光造形
装置の構成を示す。この光造形装置は、上方に開口した
容器５５６を備えており、容器５５６内には液状の光硬
化性樹脂５５０が収容されている。また、容器５５６内
には、平板状の昇降ステージ５５２が配置されており、
この昇降ステージ５５２は、容器５５６外に配置された
支持部５５４に支持されている。支持部５５４には、雄
ねじ部５５４Ａが設けられており、この雄ねじ部５５４
Ａは、図示しない駆動モータにより回転可能とされたリ
ードスクリュー５５５が螺合されている。このリードス
クリュー５５５の回転に伴い、昇降ステージ５５２が昇
降される。

【０１５１】容器５５６内に収容された光硬化性樹脂５
５２の液面上方には、箱状のスキャナ５６２がその長手
方向を容器５５６の短手方向に向けて配置されている。
スキャナ５６２は、短手方向の両側面に取り付けられた
２本の支持アーム５６０により支持されている。なお、
スキャナ５６２は、上記実施の形態のスキャナと同じ構
成であり、複数の露光ヘッドを備え、これを制御する図
示しないコントローラに接続されている。

【０１５２】また、容器５５６の長手方向の両側面に
は、副走査方向に延びたガイド５５８が各々設けられて
いる。２本の支持アーム５６０の下端部が、このガイド
５５８に副走査方向に沿って往復移動可能に取り付けら
れている。なお、この光造形装置には、支持アーム５６
０と共にスキャナ５６２をガイド５５８に沿って駆動す
るための図示しない駆動装置が設けられている。

【０１５３】この光造形装置では、スキャナ５６２は、
図示しない駆動装置により、ガイド５５８に沿って副走
査方向の上流側から下流側に一定速度で移動される。ス
キャナ５６２が一定速度で移動されることにより、光硬
化性樹脂５５０の液面が走査され、各露光ヘッド毎に帯
状の硬化領域が形成される。スキャナ５６２による１回
の副走査により１層分の硬化が終了すると、スキャナ５
６２は、図示しない駆動装置により、ガイド５５８に沿
って最上流側にある原点に復帰する。次に、図示しない
駆動モータによりリードスクリュー５５５を回転させて
昇降ステージ５５２を所定量降下させ、光硬化性樹脂５
５０の硬化部分を液面下に沈め、硬化部分上方を液状の
光硬化性樹脂５５０で満たす。そして、再度、スキャナ
５６２による副走査が行われる。このように、副走査に
よる露光（硬化）とステージの降下とを繰り返し行い、
硬化部分が積み重ねられることにより３次元モデルが形
成される。上記スキャナ５６２の露光ヘッドに、本発明
の高輝度レーザ装置を用いることにより、深い焦点深度
を得ることができ、高速且つ高精細に造形を行うことが
できる。

【０１５４】

【発明の効果】本発明の露光装置によれば、高速でムラ
の無く露光できる、という効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態に係る露光装置の外観を示す
斜視図である。

【図２】第１の実施の形態に係る露光装置のスキャナの
構成を示す斜視図である。

【図３】（Ａ）は感光材料に形成される露光済み領域を
示す平面図であり、（Ｂ）は各露光ヘッドによる露光エ
リアの配列を示す図である。

【図４】第１の実施の形態に係る露光装置の露光ヘッド
の概略構成を示す斜視図である。

【図５】（Ａ）は図４に示す露光ヘッドの構成を示す光
軸に沿った副走査方向の断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）
の側面図である。

【図６】デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）の
構成を示す部分拡大図である。

【図７】（Ａ）及び（Ｂ）はＤＭＤの動作を説明するた
めの説明図である。

【図８】（Ａ）及び（Ｂ）は、ＤＭＤを傾斜配置しない
場合と傾斜配置する場合とで、露光ビームの配置及び走
査線を比較して示す平面図である。

【図９】（Ａ）はファイバアレイ光源の構成を示す斜視
図であり、（Ｂ）は（Ａの部分拡大図であり、（Ｃ）及
び（Ｄ）はレーザ出射部における発光点の配列を示す平
面図である。

【図１０】マルチモード光ファイバの構成を示す図であ
る。

【図１１】合波レーザ光源の構成を示す平面図である。

【図１２】レーザモジュールの構成を示す平面図であ
る。

【図１３】図１２に示すレーザモジュールの構成を示す
側面図である。

【図１４】図１２に示すレーザモジュールの構成を示す
部分側面図である。

【図１５】（Ａ）及び（Ｂ）は、従来の露光装置におけ
る焦点深度と第１の実施の形態に係る露光装置における
焦点深度との相違を示す光軸に沿った断面図である。

【図１６】（Ａ）及び（Ｂ）は、ＤＭＤの使用領域の例
を示す図である。

【図１７】（Ａ）はＤＭＤの使用領域が適正である場合
の側面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の光軸に沿った副走査
方向の断面図である。

【図１８】スキャナによる１回の走査で感光材料を露光
する露光方式を説明するための平面図である。

【図１９】（Ａ）及び（Ｂ）はスキャナによる複数回の
走査で感光材料を露光する露光方式を説明するための平
面図である。

【図２０】レーザアレイの構成を示す斜視図である。

【図２１】（Ａ）はマルチキャビティレーザの構成を示
す斜視図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示すマルチキャビテ
ィレーザをアレイ状に配列したマルチキャビティレーザ
アレイの斜視図である。

【図２２】合波レーザ光源の他の構成を示す平面図であ
る。

【図２３】合波レーザ光源の他の構成を示す平面図であ
る。

【図２４】（Ａ）は合波レーザ光源の他の構成を示す平
面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の光軸に沿った断面図であ
る。

【図２５】光量分布補正光学系による補正の概念につい
ての説明図である。

【図２６】光源がガウス分布で且つ光量分布の補正を行
わない場合の光量分布を示すグラフである。

【図２７】光量分布補正光学系による補正後の光量分布
を示すグラフである。

【図２８】（Ａ）は結合光学系の異なる他の露光ヘッド
の構成を示す光軸に沿った断面図であり、（Ｂ）はマイ
クロレンズアレイ等を使用しない場合に被露光面に投影
される光像を示す平面図であり、（Ｃ）はマイクロレン
ズアレイ等を使用した場合に被露光面に投影される光像
を示す平面図である。

【図２９】従来のファイバ光源の構成を示す光軸に沿っ
た断面図である。

【図３０】第２の実施の形態に係る露光装置の露光ヘッ
ドの概略構成を示す斜視図である。

【図３１】（Ａ）は図３０に示す露光ヘッドの構成を示
す光軸に沿った断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の側面図
である。

【図３２】グレーティング・ライト・バルブ（ＧＬＶ）
の構成を示す部分拡大図である。

【図３３】（Ａ）及び（Ｂ）はＧＬＶの動作を説明する
ための説明図である。

【図３４】本発明を光造形装置に応用した例を示す斜視
図である。

【符号の説明】

ＬＤ１〜ＬＤ７ＧａＮ系半導体レーザ１０ヒートブロック１１〜１７コリメータレンズ２０集光レンズ３０マルチモード光ファイバ５０デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）５３反射光像（露光ビーム）５４、５８レンズ系５６走査面（被露光面）６４レーザモジュール６６ファイバアレイ光源６８レーザ出射部７３組合せレンズ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露光済み領域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岡崎洋二神奈川県足柄上郡開成町宮台798番地富士写真フイルム株式会社内 (72)発明者永野和彦神奈川県足柄上郡開成町宮台798番地富士写真フイルム株式会社内 (72)発明者藤井武神奈川県足柄上郡開成町宮台798番地富士写真フイルム株式会社内 (72)発明者山川博充埼玉県さいたま市植竹町１丁目324番地富士写真光機株式会社内Ｆターム(参考） 2H052 BA02 BA09 BA12 2H097 AA03 CA17 LA09 LA10 5F046 BA07 CA03 CB14 CB18 CB27

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ光を照射するレーザ装置、各々制御
信号に応じて光変調状態が変化する多数の画素部が基板
上に１次元又は２次元状に配列され、前記レーザ装置か
ら照射されたレーザ光を変調する空間光変調素子、及び
該空間光変調素子の各画素部で変調されたレーザ光を露
光面上に結像させる光学系を含む露光ヘッドと、該露光
ヘッドを露光面に対して相対移動させる移動手段と、を
備えた露光装置であって、前記レーザ装置と前記空間光変調素子との間に、前記レーザ装置からのレーザ光を平行光にするコリメー
タレンズと、光軸に近い中心部の光束幅に対する周辺部の光束幅の比
が、入射側に比べて出射側の方が小さくなるように、各
出射位置における光束幅を変化させ、前記コリメータレ
ンズにより平行光化されたレーザ光の光量分布が、前記
空間変調素子の被照射面において略均一になるように補
正する光量分布補正光学系と、が配置されたことを特徴とする露光装置。
【請求項２】前記空間変調素子が、その長手方向が露光
ヘッドの移動方向と直交する方向に対し所定角度傾くよ
うに配置された請求項１に記載の露光装置。
【請求項３】前記空間変調素子を、各々制御信号に応じ
て反射面の角度が変更可能な多数のマイクロミラーが基
板上に２次元状に配列されて構成されたマイクロミラー
デバイスで構成した請求項１又は２に記載の露光装置。
【請求項４】前記空間変調素子を、リボン状の反射面を
備え且つ制御信号に応じて移動可能な可動格子と、リボ
ン状の反射面を備えた固定格子と、を交互に多数個並列
配置して構成したグレーティングライトバルブで構成し
た請求項１又は２に記載の露光装置。
【請求項５】前記露光ヘッドを複数備えた請求項１乃至
４のいずれか１項に記載の露光装置。