JP2005268512A - Ld drive circuit and exposure system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザダイオード(LD)を光源として記録材料を露光する露光装置およびそれに用いられるLD駆動ユニットに関し、特に、冷却機構が必要とされる高出力LDを光源とした露光装置およびそれに用いられるLD駆動ユニットに関する。 The present invention relates to an exposure apparatus that exposes a recording material using a laser diode (LD) as a light source and an LD drive unit used therefor, and more particularly, to an exposure apparatus that uses a high-power LD that requires a cooling mechanism as a light source and the exposure apparatus. The present invention relates to an LD drive unit.
サーマルタイプのCTP等のように、比較的高出力のLDを複数使用する露光装置では、LDから生じる熱をLDケースを経由して取り付け基板に放熱するために、ケースとLDのアノードまたはカソードのどちらか一方とが接続されていることが多い。また、複数の駆動用電源を同時に用いることも多い。このような場合、それぞれのLDが異なる電位となる可能性があり、あらかじめLDケースを互いに電気的に絶縁しておく必要が生じる。しかし、LDケースを互いに絶縁すると一般に熱伝導性も低下する。そのため、ケースから取り付け基板への放熱量が低下して、LDの寿命や性能に影響する。 In an exposure apparatus that uses a plurality of relatively high output LDs, such as a thermal type CTP, in order to dissipate the heat generated from the LD to the mounting substrate via the LD case, the case and the anode or cathode of the LD One or the other is often connected. In many cases, a plurality of driving power supplies are used simultaneously. In such a case, each LD may be at a different potential, and it is necessary to electrically insulate the LD cases from each other in advance. However, if the LD cases are insulated from each other, the thermal conductivity generally decreases. For this reason, the amount of heat released from the case to the mounting substrate is reduced, which affects the life and performance of the LD.
また、高出力LDには比較的大きな電流を流すことが必要とされる。そのため、高出力LDを一定電流で駆動する際には、例えば、トランジスタなどの増幅用の駆動素子を用い、さらにこの駆動素子のコレクタかエミッタのいずれかと接続された放熱板を介してヒートシンクが設けられるのが通常である。これにより、駆動素子から発生する熱が放熱される。しかし、このヒートシンクのために駆動素子を載せる電源基板は比較的大きな物にならざるを得ない。このようなLD駆動回路の例は、例えば、特許文献1または2に記載されている。
本発明は、露光装置において複数のLDを同時に使用する場合であっても、LDのケース間の電気的な絶縁を不要とすることができ、さらに、LDの駆動素子のヒートシンクを用いないですむLD駆動ユニットを提供することを課題とする。 According to the present invention, even when a plurality of LDs are used at the same time in the exposure apparatus, electrical insulation between the LD cases can be eliminated, and further, it is not necessary to use a heat sink for the LD drive elements. It is an object to provide an LD driving unit.
発明の第一は、複数のLDと、前記LDを駆動素子により電流一定制御で駆動する駆動回路とを備えたLD駆動ユニットであって、前記LDのアノードまたはカソードのいずれか一方が当該LDのケースと接続され、前記ケースはLD駆動用電源またはGNDのいずれか一方に接続されており、前記駆動素子の端子の一つが放熱板となっており、前記放熱板は、前記のLD駆動用電源またはGNDの他の一方に接続されており、かつ前記複数のLDのすべてについて同じ回路構成であることを特徴とするLD駆動ユニットである。 A first aspect of the present invention is an LD drive unit comprising a plurality of LDs and a drive circuit for driving the LDs with constant current control by drive elements, wherein either the anode or the cathode of the LD is the LD. The case is connected to either the LD driving power supply or GND, one of the terminals of the drive element is a heat sink, and the heat sink is the LD driving power supply. Alternatively, the LD driving unit is connected to the other GND and has the same circuit configuration for all of the plurality of LDs.
ここで、前記放熱板にヒートシンクが接続されていないことは好ましい。また、前記ケースのすべてが、同じ電位となることは好ましい。また、前記ケースのすべてが、互いに電気的に接続されていることは好ましい。また、駆動回路制御用電源と、前記LD駆動用電源とが別個独立であることは好ましい。 Here, it is preferable that a heat sink is not connected to the heat radiating plate. Further, it is preferable that all the cases have the same potential. Further, it is preferable that all of the cases are electrically connected to each other. Further, it is preferable that the driving circuit control power source and the LD driving power source are separate and independent.
発明の第二は、複数のLDと、前記LDを駆動素子により電流一定制御で駆動する駆動回路とを備えたLD駆動ユニットであって、前記駆動回路の基準抵抗素子の一端には、前記駆動素子のコレクタまたはエミッタのうち放熱板ではないいずれか一方と、電流一定制御のための一方のフィードバック回路とが接続されており、また、前記基準抵抗素子の他端には、前記LDのカソードまたはアノードのいずれか一方と、電流一定制御のための他方のフィードバック回路とが接続されており、前記のコレクタまたはエミッタのうち放熱板である他の一方は、LD駆動用電源またはGNDのいずれか一方に接続されており、前記のカソードまたはアノードの他の一方は、前記のLD駆動用電源またはGNDの他の一方に接続されており、かつ前記複数のLDについて同じ回路構成であることを特徴とするLD駆動ユニットである。 A second aspect of the present invention is an LD driving unit comprising a plurality of LDs and a driving circuit for driving the LDs with constant current control by a driving element, wherein the driving circuit is provided at one end of a reference resistance element of the driving circuit. One of the collector and emitter of the element that is not a heat sink is connected to one feedback circuit for constant current control, and the other end of the reference resistance element is connected to the cathode of the LD or Either one of the anodes and the other feedback circuit for constant current control are connected, and the other one of the collectors or emitters, which is a heat sink, is either the LD driving power supply or GND. And the other one of the cathode or anode is connected to the other one of the LD driving power source or the GND, and A LD drive unit, characterized in that the same circuit configuration for the number of LD.
発明の第三は、上記のLD駆動ユニットのいずれかを搭載したことを特徴とする露光装置である。 According to a third aspect of the present invention, there is provided an exposure apparatus comprising any one of the above-described LD drive units.
複数のLDを同時に使用する場合であっても、LDのケース間の電気的な絶縁を不要にできる。これにより、ケースから取り付け板への熱伝導性も良好となるから、ケースからの放熱量が確保できる。また、LD駆動素子にヒートシンクを用いないですむため電源基板が小さくなる。これにより、小型化されたLD駆動ユニットが得られる。 Even when a plurality of LDs are used simultaneously, electrical insulation between the LD cases can be eliminated. Thereby, since the thermal conductivity from the case to the mounting plate is also improved, the heat radiation from the case can be secured. In addition, since it is not necessary to use a heat sink for the LD drive element, the power supply board becomes smaller. Thereby, a miniaturized LD drive unit is obtained.
以下、図を参照して本発明の実施の形態を説明する。ここでは、数百mWから数W程度の高出力LDを複数個用い、LDから光ファイバーで露光ヘッドに伝送して露光するマルチビームCTPを例に説明する。図1に、そのような露光装置1の概略構成を示した。図1(a)は、露光装置1の概略側面図であり、(b)は上面図である。露光装置1は、回転ドラム20、支柱22、回転軸23、図示されないドラム回転機構からなる主走査機構と、レール11、移動架台65、図示されない移動架台駆動機構からなる副走査機構と、光源(LD)40、露光ヘッド60、光ファイバー61、レンズ62からなる露光機構と、電子冷却素子50、空冷ファン51およびヒートシンクからなる冷却機構と、これらを搭載する主架台10とからなる。この他、LDの光量測定機構、レンズ62のピント調整機構、記録材料のフィード機構や排出機構等も備えるが図示されていない。また、露光装置1の各部分は、図示されない制御部のコントロール下で動作する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Here, a description will be given by taking as an example a multi-beam CTP in which a plurality of high-power LDs of several hundred mW to several W are used, and the exposure is performed by transmitting the LD to the exposure head via an optical fiber. FIG. 1 shows a schematic configuration of such an exposure apparatus 1. FIG. 1A is a schematic side view of the exposure apparatus 1, and FIG. 1B is a top view. The exposure apparatus 1 includes a rotating
回転ドラム20は、露光装置1の主架台10に、支柱22、回転軸23を介して回転可能に取り付けられている円筒形状の部材である。回転ドラム20は、光露光で画像を形成する際、その外周面上に記録材料30を巻き付けて保持する。さらに、制御部から出力される制御信号に従って、図示されないドラム駆動機構がモータを駆動し、図1中の矢印Rの方向に回転する。これにより、記録材料30に対する主走査が行われる。
The rotating
レール11は、回転ドラム20の回転軸23に平行に主架台10上に設置されている。レール11は、回転ドラム20の全幅にわたって、後述する移動架台65が移動できるように長さと位置が設定されている。移動架台65は、レール11上に設置されており、図示されない移動架台駆動機構により、回転軸23方向に平行に移動可能に取り付けられている。移動架台65がレール11に沿って移動することで、記録材料に対する副走査がなされる。この移動方向が副走査方向Pとなる。
The
光源40は、主架台10上に設けられた脚42上に設けられており、アルミニウム製のLD取り付け台41上に、高出力LD40が16個並列に並べられて固定されている。各LDの金属ケースは、取り付け台41に直接接してネジ留めされており、取り付け台との間で電気伝導および熱伝導可能となっている。つまり、全部のLDの金属ケースと、LD取り付け台41は、同じ電位となっている。また、各LDは、制御部の命令に従って、LDごとに独立したLD駆動回路(1)〜(16)70により駆動される。LD駆動回路70については後述する。なお、LD駆動ユニットは、この取り付け台に固定されたLDと、各LDに接続されたLD駆動回路70とからなる。
The
各LDの射出口には光ファイバー61がコネクタを介して光伝送可能に接続されている。光ファイバー61は、互いに束ねられて移動台63上に固定された露光ヘッド60に接続されている。
An
LD取り付け台41の断面は略L字型をなしており、LDが固定された部分の背面には、電子冷却素子であるペルチェ素子50が設けられている。ペルチェ素子50には、さらにヒートシンクを介して空冷ファン51が設けられており、LDで発生した熱は、LD取り付け台41からペルチェ素子50を介して、ヒートシンクと空冷ファン51から排熱される。
The cross section of the
移動台63上には、露光ヘッド60とレンズ62が、光軸をそろえて固定されている。レンズ62は、露光ヘッド60の光ファイバー61からの射出口近傍に設けられ、光ビームを記録材料30の表面に収束する。このレンズ62は、単レンズ、または複数のレンズを組み合わせて構成されるレンズ群のいずれであってもよい。光源40のLDから光ファイバー61および露光ヘッド60の射出口を介して射出された光ビームは、レンズ62を介して記録材料30上に収束し、記録材料を露光させる。
On the moving table 63, an
次に、LD駆動回路70について説明する。LD駆動回路70は、16個のLDについて同じ構成であり、16個のLDケースの電位は同じである。そのうちの一つの回路の概略構成例を図2に示す。LD121は金属ケース122に収納されており、LD121のアノードは金属ケース122に金属線123で接続されている。また、金属ケース122は取り付け台41に直接接するようにしてネジ留めされている。これにより、LD121のアノードと取り付け台41は同じ電位となる。LD121に電流を流す二つのラインは、コネクタ120を介して、一つはLD駆動回路70に接続され、他の一つは接地124でGNDとなっている。
Next, the
LD駆動回路70は、制御部からの制御信号100に従ってLD121を電流駆動する。制御信号100は、オペアンプ101を経由して駆動素子102を制御する。駆動素子102は、この制御により、接地端124からLD121と基準抵抗素子110を経由して、LD駆動電源103(−Vcc)へ駆動電流を流す。また、基準抵抗素子110の両端には、オペアンプ101への二本のフィードバック回路111と112とが設けられており、これらにより基準抵抗素子110を流れる電流値が、制御信号に対応する一定値となるように制御されている。
The
ここで用いられている駆動素子102の概略外観図を図3に示す。駆動素子102は、通常のLD駆動用のトランジスタであり、本体に放熱板125が固定されている。このLD駆動回路70では、この駆動素子102の放熱板125とコレクタ127が、LD駆動電源103に接続されており、駆動素子102で発生した熱は、放熱板125を介してLD駆動電源103が設けられた電源基板から放熱される。ここで、駆動素子102にはヒートシンクを設けていない。これは電源基板の面積が比較的大きく、このほぼ全面をヒートシンク代わりに利用できるからである。
A schematic external view of the driving
このように、電流一定制御を行う駆動回路において、駆動素子102のコレクタ127の電位を電源電位(−Vcc)とし、かつ駆動素子102にヒートシンクを用いていない構成とした。このように駆動素子の放熱板に接続された端子の電位を電源電位Vccか接地電位GNDとする。このため、駆動素子102で生じた熱が放熱板125から電源103を設けた基板に伝導し、この電源基板を放熱板として使用できるようになった。これにより、従来、駆動素子ごとに放熱のため必要だったヒートシンクを用いないことが可能となり、LD駆動ユニットが小型化できる。
As described above, in the driving circuit that performs constant current control, the potential of the
そして、このような回路構成をすべてのLDに対して同じにする。これを図4に示す。図4は、LD駆動ユニットの概念図を示した図である。ここでは、16個のLDに対応する駆動回路(1)から(16)までが、全部同じ回路構成となっている。つまり、すべての駆動素子のコレクタは、同じ電圧のLD駆動電源(−Vcc)に接続されて、駆動素子にはヒートシンクを用いないようにした。また、すべてのLDについて、アノードがLD取り付け台41と同じ電位(接地電位GND)になるようにした。これにより、LDごとに電気的に絶縁する必要が無くなり、誤動作の心配がなくなり、放熱量も十分得られるようになる。 Such a circuit configuration is made the same for all LDs. This is shown in FIG. FIG. 4 is a conceptual diagram of the LD drive unit. Here, the drive circuits (1) to (16) corresponding to 16 LDs all have the same circuit configuration. That is, the collectors of all the drive elements are connected to the LD drive power supply (-Vcc) of the same voltage, and the heat sink is not used for the drive elements. In addition, for all the LDs, the anodes were set to the same potential as the LD mounting base 41 (ground potential GND). As a result, there is no need to electrically insulate each LD, there is no fear of malfunction, and a sufficient amount of heat dissipation can be obtained.
このようなLD駆動回路の構成は、すべてのLDについて同じ回路構成にすることを前提として、種々のバリエーションを取りうる。図5から図8を用いてそれらバリエーションの各種について説明する。まず、図5は、図2の駆動回路と類似しているが、図2における接地端124が、図6では駆動電源(+Vcc)となっており、また、図2における駆動電源(−Vcc)が接地端131となっている点が異なる。つまり、駆動電流が流れる回路部分の電位が略Vccだけ上にシフトしている。一方、LDは図2と同じくアノードがLDケースに接続されている。このため、LDケースは、駆動電源の電位(+Vcc)となる。このような回路構成でも、図2の構成と同様に、LDごとの絶縁は不要となる。また、駆動素子のヒートシンクを用いなくとも電源基板から放熱できる。
The configuration of such an LD drive circuit can take various variations on the premise that all LDs have the same circuit configuration. Various types of these variations will be described with reference to FIGS. First, FIG. 5 is similar to the drive circuit of FIG. 2, but the
図6の回路構成は、オペアンプ周辺の回路構成は図2と類似しているが、LD143と基準抵抗素子142に関する構成は異なる。制御信号100からオペアンプを介した信号により、駆動素子141は駆動電源(+Vcc)から、基準抵抗素子142とLD143を介して接地端146へ電流を流す。また、二つのフィードバック回路150と151が、電流一定制御のためにオペアンプへのフィードバックを行う。その際、LD143のカソードが、金属線144により金属ケース145に接続されているため、金属ケース145は接地電位となる。このため、金属ケースを互いに絶縁する必要が無くなる。また、駆動素子141のコレクタが電源に接続されており、ヒートシンクを用いていない。これでも駆動素子141で発生する熱を電源基板から放熱できる。
The circuit configuration in FIG. 6 is similar to that in FIG. 2 in the periphery of the operational amplifier, but the configurations regarding the
図7の回路構成は、図6の回路構成に類似しているが、図6における駆動電源140が図7における接地端161となり、図6における接地端146が図7における駆動電源(−Vcc)となっている点が異なる。また、LD部分の構成は図6と同じであるから、図7のLDのカソードは、駆動電源の電位(−Vcc)となる。そのためLDケースの電位も−Vccとなる。これをすべてのLDケースについて同様とするから、この例でも、複数のLDケースを互いに絶縁する必要が無くなる。
The circuit configuration of FIG. 7 is similar to the circuit configuration of FIG. 6, but the
図8の回路構成は、図2の回路構成と類似しているが、オペアンプ170の制御用電源として電源171(+Vcc)と電源172(−Vcc)とを、LD駆動電源173とは独立に設けた点が異なる。このようにすると、駆動素子で発生する熱を極力減らすことができて駆動素子にかかる負担が軽減されるから、駆動素子で発生する熱量が減少して、駆動素子に接続されている電源基板の面積を小さくすることが可能となる。さらに、上記で説明した構成と同様の効果も得ることができるのは言うまでもない。
The circuit configuration in FIG. 8 is similar to the circuit configuration in FIG. 2, but a power source 171 (+ Vcc) and a power source 172 (−Vcc) are provided as control power sources for the operational amplifier 170 independently of the LD
なお、本発明の態様は、上記の具体例に限定されるものではない。露光装置は、CTPに限定されるものではなく、記録材料をLDやLEDを用いて露光するものであれば、特に限定無く適用することができる。また、比較的低出力なLD等を用いる露光装置に、本発明を適用して絶縁処理やヒートシンク不要としてもよい。また、上記では、駆動素子の放熱板がコレクタと同じ電位に接続されている例を用いて説明したが、エミッタが放熱板と同じ電位に接続されている場合も、上記と同様にしてヒートシンクを用いることなく、放熱板から電源基板に放熱するように構成できる。また、駆動素子は電流増幅型に限られず、FET等を用いた電圧制御型のものでもよい。さらに、一つの駆動回路に用いる駆動素子の数は一つに限定されず、複数の駆動素子を組み合わせて用いても同様に回路構成できるのは言うまでもない。また、露光ヘッドは、ファイバー型には限定されず、複数のLDを束ねたものでもよい。 In addition, the aspect of this invention is not limited to said specific example. The exposure apparatus is not limited to CTP, and can be applied without particular limitation as long as the recording material is exposed using an LD or LED. Further, the present invention may be applied to an exposure apparatus that uses a relatively low output LD or the like, so that an insulation process or a heat sink is not necessary. In the above description, the heat dissipation plate of the driving element is described as being connected to the same potential as the collector. However, when the emitter is connected to the same potential as the heat dissipation plate, the heatsink is The heat dissipation plate can be configured to dissipate heat to the power supply substrate without being used. The drive element is not limited to the current amplification type, and may be a voltage control type using an FET or the like. Furthermore, the number of drive elements used in one drive circuit is not limited to one, and it goes without saying that a circuit configuration can be similarly achieved even when a plurality of drive elements are used in combination. Further, the exposure head is not limited to a fiber type, and may be a bundle of a plurality of LDs.
1 露光装置
10 主架台
11 レール
20 回転ドラム
21 回転ドラム表面
22 支柱
23 回転軸
30 記録材料
40 光源(LD)
41 LD取り付け台
42 脚
50 電子冷却素子(ペルチェ素子)
51 空冷ファン
60 露光ヘッド
61 光ファイバー
62 レンズ
63 移動台
65 移動架台
70 LD駆動回路
101 オペアンプ
102 駆動素子
103 駆動電源
110 基準抵抗素子
111、112 フィードバック回路
120 コネクタ
121 LD
122 金属ケース
123 金属線
124 接地端
125 放熱板
130 駆動電源
131 接地端
140 駆動電源
141 駆動素子
142 基準抵抗素子
143 LD
144 金属線
145 金属ケース
146 接地端
150、151 フィードバック回路
160 駆動電源
161 接地端
170 オペアンプ
171 制御用電源
172 制御用電源
173 駆動電源
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
41 LD mounting base 42
51
122
144 Metal wire 145
Claims (7)
An exposure apparatus comprising the LD drive unit according to claim 1.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004078426A JP2005268512A (en) | 2004-03-18 | 2004-03-18 | Ld drive circuit and exposure system |
Applications Claiming Priority (1)
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101193419B1 (en) | 2012-06-20 | 2012-10-24 | (주)저스틴비디앤엘 | Semiconductor photolithography apparatus |
-
2004
- 2004-03-18 JP JP2004078426A patent/JP2005268512A/en active Pending
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