专利名称:曝光装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种曝光装置。
背景技术：
以往，在长波长的红～红外区域发光的半导体激光器中，在把从激光晶体射出的光束转换为大致平行的光或汇聚光的耦合透镜之后设置光束限制装置(光圈)，或利用耦合透镜的孔径来限制光束，进行光束的整形。
在近年已得到实用的发出蓝色光的GaN系列半导体激光器中，作为基板的蓝宝石或SiC(碳化硅)等使用不吸收蓝色光的材质。
因此，会出现在发光的LD芯片内部反射的反射光成为杂散光放射到外部，或者返回到活性区域附近，给激光器的振荡状态带来不良影响等的现象。由此，产生与LD芯片的PN接合面垂直的方向的光束品质变差、不能获得充分的消光比的问题。结果，在把该蓝色半导体激光器用作曝光光源的情况下成为恶化画质的原因，将其用作记录装置的读取光源等的情况下成为错误检测的原因。
另外，在用作根据图像信号来调制曝光强度记录图像的图像记录装置的曝光光源的情况下，由于消光比不充分，难以获得充分的明暗对比度。
如图12A所示，从LD102发出的光束110在耦合透镜104成为平行光，通过透镜106成像于焦点108。此处，来自LD102内部的杂散光成为散射光112，使与LD102的PN接合面垂直的方向(箭头V)的光束品质恶化，不能获得充分的对比度。
与此相对，如图12B所示，即使向耦合透镜104的后方插入狭缝114来限制散射光112，散射光112的对物焦点与激光器的发光点不同，不是位于LD表面而是位于内部，所以散射光112通过狭缝114的开口部分。仅消除散射光112是很困难的。
另外，有如图12C所示结构的提案，通过分束镜116把光束的一部分引导到传感器118，检测光量，通过控制器120对LD102的驱动电压进行反馈控制。这是基于稳定光束光量的目的来实时监视LD102的光量，但此时存在未被传感器118的感光面感光的散光，所以像面的光量和传感器118的感光量的关系偏离线性关系，失去了实时性以往，公开了利用粘接剂等把光圈固定在激光器光源上，相对激光器光源固定光圈孔径具有的角度的结构(例如，特开平11-58829号公报(第1页、第1图))。但是，这是为了正确保持使用具有多个发光点的LD时的发光点位置和光圈孔径部的角度，而不是对应杂散光的对策。
发明内容
本发明就是考虑上述情况而提出的，其课题是提供一种光束品质优良、具有充分的消光比的曝光装置。
本发明之一的曝光装置把GaN系列蓝色半导体激光器用作光源，把最接近所述半导体激光器的活性层的发光面的耦合透镜的孔径数设为NA，把来自所述发光面的光束扩散角度设为α时，可以构成为满足下述条件，NA·tan(α/2)≤2.0在上述结构的发明中，通过限定最接近活性层的发光面的耦合透镜的孔径数，可以限制光束。
本发明之二的曝光装置把GaN系列蓝色半导体激光器用作光源，在使用卤化银的感光材料上通过照射所述GaN系列蓝色半导体激光器的照射光而形成图像，控制所述GaN系列蓝色半导体激光器的驱动电流，调制所述照射光的发光强度，由此来表现所述图像的灰度，把最接近所述GaN系列蓝色半导体激光器的活性层的发光点的耦合透镜的孔径数设为NA，把来自所述发光点的光束扩散角度设为α时，可以构成为满足下述条件，NA·tan(α/2)≤1.8在上述结构的发明中，通过限定最接近发光面的耦合透镜的孔径数来消除杂散光，可以把实现使用一般的银盐感光材料再现照片图像时所需的明暗对比度所需要的曝光量的动态范围确保在1.5左右。
在本发明的曝光装置中，通过始终向GaN系列蓝色半导体激光器连续施加规定的驱动电流，即使在没有图像信号的状态下，也可以使所述GaN系列蓝色半导体激光器在LED区域发光。
在具有上述构成的本发明中，通过向GaN系列蓝色半导体激光器始终施加驱动电流，使成为预发光状态，可以提高输入图像信号时的响应性，即上升特性。
图1是表示本实施方式1中的曝光装置的立体图。
图2A和图2B是本实施方式1的曝光装置的侧视图。
图3A和图3B是表示本实施方式1的第1狭缝的效果图。
图4A、图4B、图4C和图4D是表示本实施方式1的第1狭缝的效果图。
图5A和图5B是表示本实施方式1的光束限制装置的位置偏移的影响的图。
图6A和图6B是表示本实施方式1的第2狭缝的效果图。
图7是表示一般的银盐感光材料的特性的特性曲线图。
图8A和图8B是表示本实施方式2的第1狭缝的效果图。
图9是表示本实施方式2的第1狭缝的渐晕率和通过率的关系的图。
图10是表示本实施方式2的第1狭缝的渐晕率与LD驱动电流/光量的关系的图。
图11是表示本实施方式2的第1狭缝的渐晕率和动态范围的关系的图。
图12A、图12B和图12C是以往的曝光装置的侧视图。
实施方式图1是表示第1实施方式涉及的曝光装置的立体图。
如图1所示，曝光装置10首先通过设在第1狭缝板18的第1狭缝20限制从激光器二极管(以下称为LD)12的发光点16发出的光束40。此时，第1狭缝20把光束限制在与LD12的活性层14正交的方向(箭头V)，并且具有使第1狭缝板18在箭头V方向可以移动的移动机构22。该移动机构22如图1所示，除了由将步进电机与齿条和小齿轮组合后的驱动装置构成的机构以外，作为更简便的机构，也可以形成在箭头V方向设置长孔，使第1狭缝板18沿着长孔可以在箭头V方向移动，并用螺钉固定在适当位置的机构。此时，如果在长孔上刻印刻度，可提高位置再现性。
另外在移动机构22的基础上，还设置有使第1狭缝板18可以在箭头H方向移动的未图示的移动机构，构成也可以向与箭头V正交的方向移动。
也可以采用固定第1狭缝板18而移动LD12的方式。
通过第1狭缝20消除杂散光后的光束40通过耦合透镜(以下称为CL)24成为平行光，被引导到第2狭缝28。
设在第2狭缝板26的第2狭缝28把光束限制在沿着LD12的活性层14的方向(箭头H)，并且具有使第2狭缝板26在箭头H方向可以移动的移动机构30。该移动机构30如图1所示，除了由将步进电机与齿条和小齿轮组合后的驱动装置构成的机构以外，作为更简便的机构，也可以形成在箭头H方向设置长孔，使第2狭缝板26沿着长孔可以在箭头H方向移动，并用螺钉固定在适当位置的机构。
另外在移动机构30的基础上，还设置使第2狭缝板26可以在箭头V方向移动的未图示的移动机构，也可以向与箭头H正交的方向移动。
通过第2狭缝28整形后的光束40通过第2透镜32在未图示的像面连接焦点。
图2是表示第1实施方式涉及的第1狭缝的效果的侧视图。
图2A未设置第1狭缝20，因此在LD12内部反射的散光42到达焦点44周围，使光束品质劣化。
与此相对，图2B在发光点16的附近设置第1狭缝板18，来限制光束。此时，在光束40和散光42的对物焦点不同，所以如果在发光点16的附近即接近光点最小的点的部位限制光束，如图2B所示，可以将散光42有效遮断。
由此获得的光束品质的提高如图3所示。
图3是表示第1实施方式涉及的第1狭缝的效果的曲线图。
图3A、3B表示未设置狭缝宽度0.5mm的第1狭缝20的情况和设置了狭缝的情况时距光轴的距离和激光光束的强度。横轴表示距光轴的距离(μm)，纵轴表示激光光束的强度。
在图3A中未设置第1狭缝20，从LD12到CL24没有遮断杂散光的装置，所以存在约10％的不需要成分的杂散光42即旁瓣强度。
在图3B中设置狭缝宽度0.5mm的第1狭缝20，如图2B所示，在发光点16附近遮断散光42，所以旁瓣强度能被抑制在约3％左右。
此时，由于利用第1狭缝20进行限制，产生因渐晕的衍射效果形成的旁瓣，但能有效遮断在LD12内部产生的散光42，结果如图3B所示，提高了光束品质。
此处，把第1狭缝20的宽度设为D，把从LD12发出的光束扩散角度设为α时，在狭缝位置的光束宽度W为W＝2L·tan(α/2)此时，把在第1狭缝20的渐晕率t设为t＝D/W，把渐晕率t从2.4变到1.8时的光束品质的变动如图4A～4D所示。纵轴表示强度，横轴表示距光轴的距离，呈现成为主流的光束强度位于中央，作为不需要光成分的旁瓣强度位于主峰的两侧。
在图4A中，渐晕率t＝2.4，旁瓣强度约为22％，与此相对，在图4B中，渐晕率t＝2.2，旁瓣强度约减少为9％，在图4C中，渐晕率t＝2.0，旁瓣强度可以降低到3％左右。但是，在图4D中，即使渐晕率t＝1.8，旁瓣强度也仍为3％左右，与图4C的t＝2.0时比未见改善。
由此可以判明为了降低旁瓣强度，有效的狭缝的渐晕率t≤2.0。在本实施例中的特征是，设定降低旁瓣强度并且不降低主流光束强度的狭缝宽度时，使满足下述关系t＝D/W＝D/{2L·tan(α/2)}≤2.0另外，作为光束限制装置也可以通过限制CL24的孔径数(NA)，来取代设置第1狭缝20。此时，NA＝D/2L所以形成满足下述关系的结构，也能达到本申请的目的。
NA/tan(α/2)≤2.0可是，在CL24的焦点距离为数mm左右的情况下，在第1狭缝20的光束直径约为0.5～1.0mm，非常细，第1狭缝20的狭缝宽度D也约为0.5mm左右。因此，为了获得以光轴为中心左右对称并且旁瓣少的光束，需要以10μm单位的精度来调整第1狭缝20和光束光轴的相对位置。在本实施例中通过移动机构22使第1狭缝板18在光束限制方向(对通过的光进行限制的方向，对于狭槽而言，是其短边延伸的方向)可以移动，由此可以调整第1狭缝20的位置。
例如，如图5所示，第1狭缝20的中心相对光轴而偏离时，即使偏离量约50μm，旁瓣强度也增加，劣化光束品质。相对图5A的偏离量0μm，图5B的偏离量为50μm，旁瓣强度从3％增加到5％左右。
图6是表示第1实施方式的第2狭缝的效果的曲线图。
针对从LD12发出的光束40，通过设置第1狭缝20或CL24的孔径数来进行限制，可以保持在激光器振荡区域的光束品质，但在这些光束限制装置中不能整形LED发光时的光束形状。LED发光时的光束由于在激光器振荡时与激光光束相比强度相对较弱，所以使得不能再忽略一直被忽略其影响的杂散光的影响。
即，在CL24以后不设置光束限制装置的情况下，形成图6A所示的强度分布，旁瓣强度也达到20％，所以不能获得良好的光束品质。因此，在本实施例中，在CL24和第2透镜32之间设置第2狭缝28，进行光束的整形。此处，把第1狭缝的孔径宽度D设为0.5mm、把CL24的焦点距离设为8.0mm时，插入孔径宽度为1～2mm的第2狭缝28，如图6B所示，可以把旁瓣强度抑制得小于等于5％。
第2狭缝28也和第1狭缝20相同，通过移动机构30使第2狭缝板26在限制方向(箭头H)可以移动，由此可以调整第2狭缝80的位置。
本实施方式由于形成以上所述的结构，所以能够实现光束品质良好的能获得充分的消光比的曝光装置。
另外，为了稳定驱动LD，即使在利用传感器来实时监视光束的光量，进行反馈控制的情况下，也能遮断给传感器带来影响的杂散光，所以能够进行正确的驱动控制。
图7表示一般的银盐感光材料的特性曲线。
在银盐感光材料中，相对横轴所示的入射光量logE，发色浓度D呈现纵轴所示变化，因此为了获得良好的图像，需要确保曝光量的明暗差即动态范围。为了再现照片图像所需的明暗对比度的必要曝光量的动态范围一般约为1.5左右。
因此，在本申请的第2实施方式中，以使用银盐感光材料为前提，以确保曝光量的动态范围1.5为目的。
图8是表示第2实施方式涉及的第1狭缝的效果的曲线图。
供给不具备第1狭缝20的曝光装置的LDl2的驱动电流和光量的关系如图8A所示。该场合时，由于不存在第1狭缝20，所以杂散光多，因此在LED发光区域的光量多，所以在激光器振荡区域的动态范围只能确保1.0左右。
另外，由于LDl2的寿命和破损等的危险性，事实上不能在最大驱动电压下使用，所以实际的动态范围更狭窄。
与此相对，在本实施例中在LDl2和CL24之间设置第1狭缝20，在接近LDl2的发光点16的位置限制光束，由此来遮断杂散光，通过从整体上降低LED发光区域的光量，结果可以把动态范围从激光器振荡区域扩大到LED发光区域。
使用第1狭缝20来遮断杂散光的情况下，如图8B所示，在LED发光区域的光量大幅度降低，可以把动态范围扩大约一位数。
关于第1狭缝20的效果，以下通过具体数值来说明。
图9表示渐晕率t(横轴)和狭缝的通过率T(纵轴)的关系。把狭缝的孔径宽度设为D，把在狭缝的光束直径设为W时，用下述公式表示，t＝D/W如图9所示，渐晕率t小于等于1.5时，激光器的光量降低幅度变大，所以可以判断为合适渐晕率为1.5～2.0左右。
使用银盐感光材料再现照片对比度的必要光量的动态范围如前所述，由于最大光量(LD振荡)驱动时的光量不能增大，所以通过获取较小的相对最大光量的最小光量(LED发光)驱动时的光量来确保。此处如果考虑保持光束品质，则最好尽可能地确保在LD振荡区域的必要动态范围。
如果把最大发光量设为Emax，把激光器振荡区域发光量设为Eth，则LD振荡区域的动态范围可以表示如下logE＝log(Emax/Eth)此处，如果把来自LD12的光束的扩散角度设为α，则logE和渐晕率t的关系如图10所示表示如下t＝D/W＝D/{2L·tan(α/2)}如图10所示，如果使用渐晕率为1.87的狭缝，在LD区域可以确保动态范围为1.5。
图11表示渐晕率t和最大消光比的关系。
根据图11也可以判明，为了在LD振荡区域确保动态范围(纵轴)为1.5，使渐晕率(横轴)t小于等于1.8即可，即D/{2L·tan(α/2)}≤1.8另外，如果使渐晕率t小到必要程度以上，则在激光器振荡区域的光量不足，即使能确保动态范围，但相对银盐感光材料的灵敏度，有可能绝对光量不足，妨碍图像形成，所以渐晕率t的设定需要考虑动态范围和灵敏度双方来设定。
可是，在上述各实施例中，LD12不能在接通电源的同时发挥规定性能。为了能通过LD12获得所期望的性能，需要在接通电源后隔开一定时间，即需要考虑所谓上升特性的影响。
因此，即使在图像区域外或图像信号为零的区域，也使LD12流过规定电流来设定(所谓预发光)驱动电路，以便LD12经常持续发出微弱光，从而有可能改善前述的上升特性。
本实施方式形成以上所述的结构，所以能够实现光束品质良好的能获得充分的消光比、并且与银盐感光材料的特性一致的曝光装置。
发明效果本发明形成上述结构，所以能够实现光束品质良好的能获得充分的消光比、并且与银盐感光材料的特性一致的曝光装置。
权利要求
1.一种曝光装置，把GaN系列蓝色半导体激光器用作光源，其特征在于构成为在把最接近所述蓝色半导体激光器的活性层的发光面的耦合透镜的孔径数设为NA，把来自所述发光面的光束扩散角度设为α时，满足下述条件，NA·tan(α/2)≤2.0。
2.根据权利要求
1所述的曝光装置，其特征在于，通过在使用卤化银的感光材料上照射所述GaN系列蓝色半导体激光器的照射光而形成图像，通过控制所述GaN系列蓝色半导体激光器的驱动电流，调制所述照射光的发光强度，来表现所述图像的灰度，其特征在于构成为当把最接近所述GaN系列蓝色半导体激光器的活性层的发光点的耦合透镜的孔径数设为NA，把来自所述发光点的光束扩散角度设为α时，构成为满足下述条件，NA·tan(α/2)≤1.8。
3.根据权利要求
2所述的曝光装置，对所述GaN系列蓝色半导体激光器始终连续地施加规定的驱动电流，即使在没有图像信号的状态下，也使所述GaN系列蓝色半导体激光器在LED区域发光。
专利摘要
本发明提供一种曝光装置。在该曝光装置中，把GaN系列蓝色半导体激光器用作光源，其特征在于构成为在把最接近所述蓝色半导体激光器的活性层的发光面的耦合透镜的孔径数设为NA，把来自所述发光面的光束扩散角度设为α时，满足NA·tan(α/2)≤2.0。
文档编号G21K1/02GKCN1854886SQ200610076560
公开日2006年11月1日 申请日期2004年3月25日
发明者早川利郎, 松本研司, 森本美范, 齐藤贤一 申请人:富士胶片株式会社导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan