JP2008085038A

JP2008085038A - 発光素子駆動方法および装置

Info

Publication number: JP2008085038A
Application number: JP2006262445A
Authority: JP
Inventors: Atsuko Hirakawa; 敦子平川; Yuichi Teramura; 友一寺村; Shigeaki Miura; 栄朗三浦
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2006-09-27
Filing date: 2006-09-27
Publication date: 2008-04-10

Abstract

【課題】発光素子の駆動方法において、点灯直後から安定した出力を得る。
【解決手段】発光素子の光量が一定となるように駆動電流を段階的に立ち上げる。
【選択図】図７

Description

本発明は、発光素子の駆動方法および装置に関するものである。

従来から、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（ＳＬＭ）を利用し、画像データ（画像情報）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を用いた露光装置では、レーザ光を照射する光源、光源から照射されたレーザ光をコリメートするレンズ系、レンズ系の略焦点位置に配置されたＤＭＤ、ＤＭＤで反射されたレーザ光を走査面上に結像するレンズ系、を備えた露光ヘッド（スキャナ）により、画像データ等に応じて生成した制御信号によりＤＭＤのマイクロミラーの各々を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、ステージ上にセットされ走査方向に沿って移動される感光材料に対し画像露光を行っている。

そして、上記のような露光装置においては、光源として半導体レーザが用いられる。

ここで、通常、半導体レーザから安定した出力を得るための方法として、ＡＰＣ制御が用いられるが、同一パッケージ内に光検出器をもたない場合がある。このような場合、半導体レーザの外部に光検出器を設けてＡＰＣ制御をする方法が一般的である（たとえば、特許文献１参照）。

しかしながら、上記のような露光装置においては、複数の半導体レーザからの出力を合波してマルチレーザとしているため、各半導体レーザに対して１つの受光素子を搭載すると製造コストが高額となるため、これを搭載せず、駆動電流を一定とするＡＣＣ制御にて駆動する方法が用いられる。

一方、半導体レーザをＡＣＣ制御で駆動した場合、一般的な特性として、低温時には高出力、高温時には低出力となる。そのため、半導体レーザの点灯直後には、図８に示すように比較的高い出力となり、温度上昇にともない出力が低下し、熱平衡状態において出力が安定化する。つまり、光量が安定した状態で露光しようとすると、半導体レーザが熱平衡状態に達するまでの時間を待つ必要がある。
特開２００３−２５１８５５号公報

しかしながら、露光毎にこのような待ち時間を確保することはシステムの生産性低下につながり現実的には不可能である。

また、消灯時に半導体レーザの発振閾値以下の電流（バイアス電流）を流しておくことにより、点灯直後の急激な温度変化を緩和し、熱平衡状態に達するまでの時間を短縮して安定した出力を得る方法も一般的に用いられている。

しかしながら、上記のように消灯時にバイアス電流は流しておくと半導体レーザの寿命が短くなり、このような制御は半導体レーザのランニングコストアップの観点から望ましくない。

本発明は、上記事情に鑑み、上記のような待ち時間を確保することなく、また、バイアス電流を流すことなく、点灯直後から安定した出力を得ることができる発光素子の駆動方法および装置を提供することを目的とする。

本発明の発光素子駆動方法は、駆動電流を流すことによって発光する発光素子の駆動方法において、発光素子の光量が一定となるように駆動電流を段階的に立ち上げることを特徴とする。

また、上記本発明の発光素子駆動方法においては、発光素子から発せられた光を検出し、その検出された光の光量が所定の範囲外となった際、駆動電流の段階的な立ち上げを更新するようにすることができる。

本発明の発光素子駆動装置は、駆動電流を流すことによって発光する発光素子と、発光素子の光量が一定となるように駆動電流を段階的に立ち上げて発光素子に流す電流制御部とを備えたことを特徴とする。

また、本発明の発光素子駆動装置においては、発光素子から発せられた光を検出する光検出部を有するものとし、電流制御部を、光検出部により検出された光の光量が所定の範囲外となった際、駆動電流の段階的な立ち上げを更新するものとすることができる。

本発明の発光素子駆動方法によれば、駆動電流を流すことによって発光する発光素子の駆動方法において、発光素子の光量が一定となるように駆動電流を段階的に立ち上げるようにしたので、点灯直後から安定した出力を得ることができる。

また、上記本発明の発光素子駆動方法において、発光素子から発せられた光を検出し、その検出された光の光量が所定の範囲外となった際、駆動電流の段階的な立ち上げを更新するようにした場合には、発光素子の経時劣化状態に関わらず点灯直後から安定した出力を得ることができる。

以下、図面を参照して本発明の発光素子駆動方法および装置の一実施形態を用いた露光装置について説明する。

まず、露光装置の外観及び構成について説明する。図１は、露光装置１０の概略外観図である。露光装置１０は、シート状の感光材料１２を表面に吸着して保持する平板状の移動ステージ１４を備えている。４本の脚部１６に支持された厚い板状の設置台１８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２０が設置されている。ステージ１４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２０によって往復移動可能に支持されている。更に露光装置１０は、ステージ１４をガイド２０に沿って駆動するステージ駆動装置（不図示）を備えている。

そして、設置台１８の中央部には、ステージ１４の移動経路を跨ぐようにコの字状のゲート２２が設置されている。コの字状のゲート２２の端部の各々は、設置台１８の両側面に固定されている。ゲート２２を挟んで一方側にはスキャナ２４が設置され、他方側には感光材料１２の先端及び後端を検知する複数のセンサ２６が設置されている。スキャナ２４及びセンサ２６はゲート２２に各々固定され、ステージ１４の移動経路の上方に設置されている。尚、スキャナ２４及びセンサ２６はコントローラ（不図示）に電気的に接続されており、コントローラによって動作制御がなされる。

ステージ１４にはスキャナ２４による露光開始の際にスキャナ２４から感光材料１２の露光面に照射されるレーザ光の光量を検出するための露光面計測センサ２８が設置されている。露光面計測センサ２８は、ステージ１４における感光材料１２の設置面の露光開始側の端部にステージ移動方向に直交する方向に延設されている。

図２はスキャナ２４の概略外観図である。図２に示すように、スキャナ２４は、例えば２行５列の略マトリクス状に配列された１０個の露光ヘッド３０を備えている。各露光ヘッド３０は、デジタル・マイクロミラー・デバイス（以下、「ＤＭＤ」と表記する。）の画素列方向が走査方向と所定の設定傾斜角度をなすように、スキャナ２４に取り付けられている。従って、各露光ヘッド３０による露光エリア３２は走査方向に対して傾斜した矩形状のエリアとなる。また、ステージ１４の移動に伴って感光材料１２には露光ヘッド３０による帯状の露光済み領域３４が形成される。

図３は、露光ヘッド３０の内部構成を詳しく示した図である。ファイバアレイ光源３８から出射したレーザ光Ｌ１はレンズ系４０と、ミラー４２と、ＴＩＲプリズム７０と、ＤＭＤ３６と、結像光学系５０と、プリズムペア７２とを介して感光材料１２に照射される。

図４は、ファイバアレイ光源３８の構成を説明するための図である。ファイバアレイ光源３８は、複数のＬＤモジュール６０を備え、各ＬＤモジュール６０には第１マルチモード光ファイバ６２の一端が結合されている。第１マルチモード光ファイバ６２の他端には、第１マルチモード光ファイバ６２よりクラッド径の小さい第２マルチモード光ファイバ６４の一端が結合されている。複数の第２マルチモード光ファイバ６４は束ねられ、ファイバアレイ光源３８のレーザ出射部６６を形成している。

図５は、ＬＤモジュール６０の構成を説明するための図である。ＬＤモジュール６０は、ヒートブロック８０上に配設された発光素子であるレーザダイオードＬＤ１〜ＬＤ１０（以下、包括的に「ＬＤ」と表記する。）と、各ＬＤに対応して配設されたコリメータレンズＣＯと、集光レンズ９０と、第１マルチモード光ファイバ６２と、を備えて構成されている。各ＬＤを出射した発光光はコリメータレンズＣＯを透過して集光レンズ９０によって集光される。集光された光は、第１マルチモード光ファイバ６２によって合波される。合波された光は第１マルチモード光ファイバ６２に結合された第２マルチモード光ファイバ６４の他端から出射され、第２マルチモード光ファイバ６４が束ねられて更に合波される。

尚、コリメータレンズＣＯを１０個備えることとしたが、これらのレンズが一体化されているコリメータレンズアレイを用いてもよい。また、ＬＤは、チップ状の横マルチモード又はシングルモードのＧａＮ系半導体レーザ発光素子であって、発振波長が全て共通（例えば、４０５［ｎｍ］）であり、最大出射出力も全て共通（例えば、マルチモードレーザでは１００［ｍＷ］、シングルモードレーザでは３０［ｍＷ］）である。尚、ＬＤとして、３５０［ｎｍ］〜４５０［ｎｍ］の波長範囲であれば、上記４０５［ｎｍ］以外の発振波長のＬＤを用いてもよい。

図３に戻り、レンズ系４０は、ファイバアレイ光源３８から出射したレーザ光（合波光）Ｌ１を集光する集光レンズ４４と、集光レンズ４４によって集光されたレーザ光Ｌ４の光路に挿入された光学フィルタＦ及びロッドインテグレータ４６と、ロッドインテグレータ４６の前方、即ちミラー４２側に配置された結像レンズ４８とを備えて構成されている。光学フィルタＦは、レーザ光Ｌ４の一部を反射させると共に、残りのレーザ光Ｌ３を透過させる。光学フィルタＦは、レーザ光Ｌ４の光量を著しく減衰しない程度の反射率を持つ。例えば、反射率ＲＦ＝０．５％程度が望ましい。

光学フィルタＦによって反射されたレーザ光Ｌ２の光路上には、レーザ光Ｌ２の光量を検出するための光電センサＳが配設されている。光電センサＳはレーザ光Ｌ２の光量を検出し、検出された光量（以下「検出光量」と表記する。）を後述する電流制御部へ出力する。

ロッドインテグレータ４６は、レーザ光Ｌ３を平行光に近づけ、更にビーム断面内の強度を均一化させて出射する。

レンズ系４０から出射したレーザ光は、ミラー４２によって反射され、ＴＩＲ（全反射）プリズム７０を介してＤＭＤ３６に照射される。ＤＭＤ３６は、画素を構成する多数のマイクロミラーが格子状に配列されてなるミラーデバイスである。ＤＭＤ３６は、図示していないコントローラに電気的に接続され、コントローラから出力される制御信号に従ってマイクロミラーの反射面の角度が制御される。コントローラから出力される制御信号は画像データに基づいて生成されており、マイクロミラーの反射面の角度が変化することによって画像データに基づいたレーザ光が反射され、結像光学系５０に入射される。

結像光学系５０は、レンズ５２及び５４を含む第１結像光学系と、レンズ５７及び５８を含む第２結像光学系と、これらの結像光学系の間に挿入されたマイクロレンズアレイ５５と、アパーチャアレイ５９とを備えて構成されている。更に、第２結像光学系と感光材料１２との間にプリズムペア７２が設置されている。プリズムペア７２は、互いに接している面を面方向にずらして光軸上のガラスの厚みを変化させることで光路長を変化させるものである。これにより、感光材料１２上における像のピント調節を行うことができる。

次に、発光素子駆動装置３００における発光素子駆動方法について説明する。図６は、発光素子駆動装置３００の電気的な構成を示すブロック図である。発光素子駆動装置３００は、電流制御部１００、ＬＤと、光電センサＳとを備えて構成されている。

電流制御部１００には、図７に実線で示すような電流値と時間との関係が予め設定されている。図７に示すＩｓは、ＬＤが安定状態のときにおける電流値である。また、図７の破線は実線で示す電流を流したときのＬＤの出力を示している。そして、電流制御部１００は、まず、ＬＤの点灯時はＩｓよりも低い電流Ｉ_０で点灯し、その後、時間とともに段階的にＩｓまで駆動電流を立ち上げていく。具体的には、まず、電流Ｉ_０で点灯し、このときのＬＤの光量が所定値以下なったとき電流値をＩ_１に増加し、そして、その後、再びＬＤの光量が所定値以下となったとき電流値をＩ_２に増加し、その後、同様にして段階的にＩｓまで立ち上げていく。図７に示す電流値Ｉ_０〜Ｉ_６および時刻ｔ_０〜ｔ_６は予めパラメータとして設定されるが、ＬＤの光量が所定の範囲外になったときに、上記と同様にして更新される。ＬＤの光量が所定の範囲外になったかどうかは、光電センサＳの出力を利用するようにしてもよいし、露光面計測センサ２８の出力を利用するようにしてもよい。

上記パラメータは各ＬＤ毎に別々に設定するようにしてもよいし、全てのＬＤに同じパラメータを与えるようにしてもよい。

露光装置の概略外観図スキャナの概略外観図露光ヘッドの内部構成を詳しく示した図ファイバアレイ光源の構成を説明するための図ＬＤモジュールの構成を説明するための図発光素子駆動装置の電気的な構成を示すブロック図本発明の実施形態のＬＤの駆動電流波形および出力波形を示す図従来のＬＤの駆動電流波形および出力波形を示す図

符号の説明

１０露光装置
３０露光ヘッド
４４集光レンズ
Ｆ光学フィルタ
４６ロッドインテグレータ
４８結像レンズ
４２ミラー
３６ＤＭＤ
３００発光素子駆動装置
３８ファイバアレイ光源
Ｓ光電センサ
６０ＬＤモジュール
ＬＤレーザダイオード
６２第１マルチモード光ファイバ
６４第２マルチモード光ファイバ

Claims

駆動電流を流すことによって発光する発光素子の駆動方法において、
前記発光素子の光量が一定となるように前記駆動電流を段階的に立ち上げることを特徴とする発光素子駆動方法。
前記発光素子から発せられた光を検出し、
該検出された光の光量が所定の範囲外となった際、前記駆動電流の段階的な立ち上げを更新することを特徴とする請求項１記載の発光素子駆動方法。
駆動電流を流すことによって発光する発光素子と、
該発光素子の光量が一定となるように前記駆動電流を段階的に立ち上げて前記発光素子に流す電流制御部とを備えたことを特徴とする発光素子駆動装置。
前記発光素子から発せられた光を検出する光検出部を有し、
前記電流制御部が、該光検出部により検出された光の光量が所定の範囲外となった際、前記駆動電流の段階的な立ち上げを更新するものであることを特徴とする請求項３記載の発光素子駆動装置。