TWI448026B - 驅動半導體雷射的方法及設備、用於導出半導體雷射之驅動電流圖形的方法及設備 - Google Patents

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Description

驅動半導體雷射的方法及設備、用於導出半導體雷射之驅動電流圖形的方法及設備
本發明係有關用在驅動半導體雷射之一種方法與設備。
本發明亦係有關一種用於產生校正圖形之方法，其被使用於用以驅動半導體雷射的該方法中，用於校正使用於自動功率控制之一設定值及/或光偵測器之輸出。
又，本發明係有關一種曝光裝置用於以光將感光材料曝光，該光從半導體雷射射出且以空間光調變元件加以調變。
半導體雷射實際使用於許多領域。日本未審查專利公開號碼No.2005－055881揭示一雷射曝光裝置，該雷射曝光裝置使用空間光調變元件調變從半導體雷射射出之光，且以該調變後的光來曝光感光材料。
此外，已知GaN型半導體雷射發出具有大約400nm附近的波長，例如，如日本未審查專利公開號碼No.2004－096062所揭示者。日本未審查專利公開號碼No.2005－055881揭示該曝光裝置使用此半導體雷射型式作為一曝光光源。
在半導體雷射應用中，如當它們被使用於前述曝光裝置中時，需要驅動該些半導體雷射使得它們的光輸出為固定的。以此方式用於驅動該些半導體雷射之已知方法包含一種ACC(自動電流控制)驅動方法，及一種APC(自動功率控制)驅動方法，如揭示於日本未審查專利公開號碼No.8(1996)－274395。日本未審查專利公開號碼No.2001－267669揭示對半導體雷射之一種驅動方法，其中該些半導體雷射以ACC方法緊接於半導體雷射驅動開始後被驅動，使得驅動電流值逐漸增加，接著以APC方法驅動。
半導體雷射之驅動電流/光輸出特性由於本身發熱等因素會改變。因此，瞭解到其中驅動電流被控制成固定的ACC驅動方法，具有光輸出在將雷射開啟後改變之缺點。此缺點特別在高輸出半導體雷射中顯著地發生。同樣地，此缺點顯著地發生在安裝有複數個半導體雷射之雷射設備中。又，藍－紫光GaN型半導體雷射具有較差的發光效率且產生較紅光雷射更大量的熱量。因此，光輸出在藍－紫光GaN型半導體雷射中更顯著地改變。
鑒於這些情形，APC驅動方法通常被使用以得到穩定的光輸出。在APC驅動方法中，驅動電流以下列控制：使以一半導體雷射射出之雷射光束的一部分進入一監視光偵測器；及產生一回授迴路，使得一監視器電流變得一定，該監視器電流係正比於半導體雷射之光輸出產生。
然而，在APC驅動方法中，該射出光之一部分被使用作為該回授迴路之輸入，造成將使用於本來用途之光量減少。此外，須要額外的成本以提供一光量回授迴路。
又，在APC方法中，會有光輸出在特定條件下不穩定的間題。即是，半導體雷射通常以裝在一罐型封裝之半導體雷射晶片所構成。用於偵測朝該些半導體晶片之後方射出之光的監視光偵測器亦位於該封裝內部。APC方法通常使用該監視光偵測器來實現，以得到穩定的光輸出。然而，即使採用APC方法仍會有光輸出不穩定的情形，特別是當該些半導體雷射為高輸出雷射，如GaN型半導體雷射時。
此是因為放置在半導體雷射晶片附近如光二極體之光偵測器的量子效率由於半導體雷射晶片產生之熱量而改變所致。因此，光偵測器之光輸入量/輸出特性改變。在此情形中，即使該驅動方法使用揭示於日本未審查專利公開號碼No.2001－267669之ACC驅動方法與APC驅動方法二者，亦難以穩定光輸出。
同時，在如上描述之雷射曝光裝置中，半導體雷射之光輸出為決定曝光製程周程時間之一因素。因此，希望以低成本得到穩定的高輸出雷射光。然而，在使用ACC驅動方法以得到穩定的光輸出之時，該雷射曝光裝置必須等待直至半導體雷射開啟ON後半導體雷射之溫度達到穩定。此造成生產時間之損失，因此增加雷射曝光裝置周程時間。周程時間的增加會使曝光裝置之生產力劣化。
經常將半導體雷射保持於ON狀態可視為消除前述等待狀態所造成之時間損失的方法。然而，雷射壽命係以發光之時間量決定。因此，半導體雷射之有效壽命以處於ON狀態之時間量被減低，且未被使用於實施曝光製程。例如，在雷射處於ON狀態之全部時間中，雷射被使用於曝光之時間百分比為50%，半導體雷射之壽命被減少約1/2。
本發明係鑒於前述情形而發展。本發明之一目的為提供一種方法與設備用以驅動半導體雷射，使能簡單地、低成本、且無需長的起動時間，得到穩定高輸出雷射光之方法。
本發明之另一目的為提供一種方法與設備用以導出校正圖形，該些校正圖形被使用於驅動半導體雷射的方法與設備中，用以校正用於自動功率控制及/或光偵測器之輸出的設定值。
本發明之另一目的為縮短曝光裝置使用從半導體雷射射出且以空間光調變元件調變的光將感光材料曝光之周程時間。
依據本發明用於驅動半導體雷射之方法為一種驅動至少一半導體之方法，包括下列步驟：至少使用一光偵測器偵測至少一半導體雷射之輸出；比較至少一光偵測器之輸出電流與一對應於該至少一半導體雷射之目標光輸出的設定值；及根據該比較結果控制至少一半導體雷射之驅動電流，其中：一校正圖形預先被產生，其係依據自開始驅動後已經過的時間量被界定，使能得到大體上均勻的光輸出；且該設定值及/或該至少一光偵測器之輸出電流依據該至少一半導體雷射之驅動開始後一預定期間的校正圖形被改變。
在本說明書中光偵測器之「輸出電流」係指輸出光電流或電壓。
在本發明驅動至少一半導體雷射的方法中，通常單一共通校正圖形可被使用，以驅動複數個半導體雷射。
在單一校正圖形被共通使用以驅動複數個半導體雷射之情形，依據該校正圖形，以對複數個半導體雷射之共通時序來實施改變該設定值及/或至少一光偵測器之輸出電流為較佳的。
又，在通常單一校正圖形被使用以驅動複數個半導體雷射之情形中，及從複數個半導體雷射射出之雷射光被合波情形，依據該校正圖形改變該設定值及/或至少一光偵測器之輸出電流，係以在複數個半導體雷射之間賦予時間延遲的方式而被實施為較佳的。
本發明用於驅動半導體雷射之方法，可被應用到驅動固定在一共通散熱器之複數個半導體雷射。
依據本發明用於驅動半導體雷射之方法，可被應用來驅動：一設備之複數個半導體雷射，該設備包括複數個半導體雷射；及一合波光纖，以複數個半導體雷射之每一個射出之雷射光進入該合波光纖而被合波。
又，本發明用於驅動半導體雷射之方法，可被應用來驅動一GaN型半導體雷射為較佳的。
本發明用於驅動半導體雷射之方法，可被應用到使用於APC驅動方法之至少一光偵測器係設置在一封裝內之情形，其中該封裝亦設有至少一半導體雷射之情形為較佳的。
本發明用於驅動半導體雷射之設備，為以下列步驟來驅動至少一半導體雷射之設備：使用至少一光偵測器偵測至少一半導體雷射之輸出；比較至少一光偵測器之輸出電流與對應至少一半導體雷射之目標光輸出之設定值；及根據該比較結果控制該至少一半導體雷射之驅動電流，其中具備有：記憶手段，其中儲存一校正圖形，其係依據自開始驅動已經過的時間量被界定而用以得到大體上均勻的光輸出； 控制手段，用於依據從該半導體雷射驅動開始之一預定期間的該校正圖形，來改變該設定值及/或至少一光偵測器之輸出電流。
該控制手段宜使用共通的單一校正圖形以驅動複數個半導體雷射。
在該控制手段被構造以使用共同的單一校正圖形以驅動複數個半導體雷射情形中，控制手段依據複數個半導體雷射具有一共同時序之校正圖形，來改變該設定值及/或至少一光偵測器之輸出電流為較佳的。
在該控制手段被構造以利用共同的單一校正圖形以驅動複數個半導體雷射，且將從複數個半導體雷射射出之雷射光合波之情形，該控制手段依據該校正圖形，在複數個半導體雷射之間賦予時間延遲的方式，來改變該設定值及/或至少一光偵測器之輸出電流為較佳的。
本發明用於驅動半導體雷射之設備被構造以驅動複數個固定在一共通散熱器的半導體雷射為更佳的。
本發明用於驅動半導體雷射之設備，被應用來驅動：一設備之複數個半導體雷射，該設備包括複數個半導體雷射；及一合波光纖，以複數個半導體雷射之每一者射出之雷射光進入該合波光纖而被合波，為更佳的。
本發明用於驅動半導體雷射之設備，被應用來驅動GaN型半導體雷射為更佳的。
本發明用於驅動半導體雷射之設備，被應用在：使用於APC驅動方法中之至少一光偵測器係設在一封裝內之情形為較佳的，其中該封裝至少亦設有半導體雷射。
用於導出一校正圖形之第一方法，其係使用在用於驅動本發明至少一半導體雷射之方法中，包括下列步驟：在自動功率控制下以一比較高的速度驅動至少一半導體雷射，其係根據至少一光偵測器之輸出電流與對應於至少一半導體雷射之目標光輸出之設定值間的比較結果，控制該驅動電流而達成；使用至少一其他的光偵測器偵測至少一半導體雷射之光輸出，其係設置在大體上未受至少一半導體雷射產生之熱影響之位置；在以比較低之速度改變該設定值及/或至少一其它光偵測器之輸出，以實施自動功率控制，使得以至少一其他光偵測器測得之至少一半導體雷射之輸出變得一致；及指定該設定值及/或至少一其他光偵測器之輸出之變化圖形作為校正圖形。
用於導出一校正圖形之第二方法，係採用在用於驅動本發明至少一半導體雷射之方法中，包括下列步驟：在自動功率控制下驅動至少一半導體雷射，其係根據至少一光偵測器之輸電流與對應於至少一半導體雷射之該目標光輸出之設定值間的比較結果來控制該驅動電流而達成；使用至少一其他光偵測器偵測該至少一半導體雷射之光輸出的至少一部分，其係設置在大體上未受該至少一半導體雷射產生之熱所影響的位置；在設定之經過時間增量從至少一其他光偵測器之輸出的變動特性，計算設定之經過時間增量中該設定值及/或至少一其它光偵測器之輸出的校正值；指定校正量與時間經過之間關係作為校正圖形。
依據本發明用於導出一校正圖形之方法中，對用來實施自動功率控制之至少一光偵測器被設置於和至少一半導體雷射為相同封裝內更佳的。
一種用於導出一校正圖形之裝置，係使用在依據本發明用以驅動至少一半導體雷射的設備中，包括：至少一光偵測器用以偵測至少一半導體雷射之光輸出；一自動功率控制電路，在自動功率控制下以比較高的速度驅動該至少一半導體雷射，係根據至少一光偵測器之輸出電流與相當對應該至少一半導體雷射之目標光輸出之設定值之間的比較結果，控制驅動電流而達成；至少一其他光偵測器，係設置在大體上未受至少一半導體雷射所產生之熱影響之位置，用以偵測該至少一半導體雷射之光輸出；及一手段，用於以比較低的速度改變該設定值及/或至少一其他光偵測器之輸出以實施自動功率控制，使得以該至少一其它光偵測器偵測之該至少一半導體雷射之輸出變得一致，且用於指定該設定值及/或該至少其它光偵測器之輸出變化的圖形以作為該校正圖形。
依據本發明用於導出校正圖形之設備，被應用到使用於APC驅動方法中至少一光偵測器係設置在一封裝內之情形，該封裝至少亦設置有半導體雷射。
同時，本發明之曝光裝置為以調變光來曝光一感光材料之曝光裝置，包括，至少一半導體雷射；至少一空間光調變元件，用於調變由至少一半導體雷射射出之光；及本發明用於驅動至少一半導體雷射之設備。
第19圖為一圖形其例示下列變化之一例子(a)驅動電流；(b)使用於APC驅動方法中一光二極體的電流輸出量，其代表設置一罐型封裝內之一半導體雷射的光輸出；(c)以一光功率計偵測之一半導體雷射的光輸出；(d)一溫度控制基板之溫度，在該基板上安裝有一半導體雷射；及(e)在半導體雷射附近之溫度，當一GaN型半導體雷射以APC驅動方法驅動150秒時。(a)(b)(c)的值以圖形左側沿垂直軸之相對值標示，且(d)與(e)值沿圖形右側垂直軸以實際量測值(℃)標示。半導體雷射之光輸出(c)以功率計量測，該功率計設置在由半導體雷射產生之熱無實質影響之位置。
如第19圖之圖形，當半導體雷射以APC驅動方法驅動時，以使用APC驅動方法驅動之該罐型封裝內之光偵測器所接收之光量(b)為固定的。然而，離該封裝遠處一距離所測得之實際的光輸出(c)，緊接著驅動開始後大幅地降低，在穩定前隨著時間逐漸增加。此由如前所述光偵測器之量子效率改變所致，其中該些光偵測器係放置在半導體雷射晶片附近，係由於由半導體雷射晶片產生之熱與光輸入量/輸出特性中之對應變化所致。
如上所述，接收的光量(b)不同於實際光輸出(c)。然而，一預定關係存在於二者之間。因此，假如使用於APC驅動之光偵測器的輸出係根據此關係被校正，對實際光輸出將可能大體上穩定的。具體上，實際光輸出(c)於驅動起始後逐漸降低。因此，接收的光量(b)，其實際量測值為平的，可被校正使得在驅動起始後被減低。在此情形，驅動電流(a)將增加，且因此，實際光輸出(c)將變得大體上一致的。
在APC驅動方法中，其中一半導體雷射之驅動電流係根據從光偵測器之輸出與對應該半導體雷射之目標光輸出之設定值之間的比較結果被控制，該設定值可被校正以取代光偵測器之輸出，以使實際光輸出變得大體上一致。即是，如上述情形在必須減低所接收之光量(b)之情形，該設定值可被校正而增加。藉此，驅動電流(a)將增加，且可得到同等結果。又，可將該設定值與光偵測器之輸出二者校正以得到同等結果。
依據本發明用於驅動半導體雷射之方法，包括下列步驟：產生一校正圖形，用於校正該設定值及/或至少一光偵測器之輸出電流，使得實際光輸出變得一致，依據從至少一半導體雷射之起始驅動已經過的時間量界定；且依據該校正圖形從至少一半導體雷射之驅動開始的一既定期間，改變該該設定值及/或至少一光偵測器之輸出電流。因此，例如，半導體雷射之光輸出如第20圖所例示之方式變化，且固定目標光輸出以較短時間量達到。
藉此，高輸出雷射光可穩定地得到而無需長的起動時間。此外，以此方式驅動半導體雷射之結構使用一半導體雷射之內光偵測器，且可以稍微修改一般半導體雷射設備具有的構造而製造，以用於實現該APC驅動方法。因此，實現該方法之構造可簡單地及低成本地製造。
用於改變該設定值及/或至少一光偵測器之輸出電流的單一校正圖形，可共通地被使用以驅動複數個半導體雷射。在此情形中，可使用小容量的記憶手段以記錄該校正圖形。依據本發明用於驅動半導體雷射之方法中，依據校正圖形改變該設定值及/或至少一光偵測器之輸出電流的步驟，可使用對複數個半導體雷射之一共同時序而實施。在此種情形，僅須單一電流控制手段將其能使驅動設備之低成本地製造。
依據本發明驅動半導體雷射之方法中，在單一校正圖形共通被使用以驅動複數個半導體雷射之情形，及從複數個半導體雷射射出之雷射光被合波之情形，依據該圖形改變半導體雷射之驅動電流的步驟，可以在複數個半導體雷射中以時間延遲的方式被實施。在此情形中，在合波前每一半導體雷射中光輸出的微小變化被消除，且可使一經合波之雷射光之光輸出的變化平順化。
依據本發明用於驅動半導體雷射之方法，可被應用到驅動固定在一共通散熱器上之複數個半導體雷射。在此情形中，該方法對穩定光輸出為特別有效的。即是，在如上述之一構造中，每一半導體雷射之特性由於在此產生之協同作用的熱而改變。甚至在此情形，假如單一共同圖形被使用以驅動複數個半導體雷射，光輸出之變動由於在此產生之協同作用的熱而可校正。
依據本發明用於驅動半導體雷射之方法，可被用來驅動一設備之複數個半導體雷射，該設備包括：複數個半導體雷射；及一合波光纖，以複數個半導體雷射之每一者所射出之雷射光進入該合波光纖被合波。在此情形，光輸出之穩定效果為特別顯著的。
即是，在上述結構中，不僅由於被驅動之複數個半導體雷射之驅動電流/光輸出特性中的差異，且由於產生之熱而有合波之雷射光之輸出變動之情形。由於所產生的熱使該設備之結構元件熱膨脹而造成該變動。該熱膨脹從它們的共軸狀態移動雷射光與光纖，藉此相對於光纖而改變雷射光之輸入效率。又，會有雷射光之光束外形從驅動開始至一穩定驅動狀態期間產生變動之情形。相對於該些光纖雷射光之輸入效率在這些情形亦同樣會改變。
然而，假如驅動半導體雷射之圖形是由偵測從光纖射出之雷射光而產生，可得到反映輸入效率變化之圖形。因此，輸入效率之變化所造成之光輸出變動亦可被校正。
又，依據本發明用於驅動半導體雷射之方法，當欲驅動的半導體雷射為GaN型半導體雷射時，在穩定光輸出為特別有效的。GaN型半導體雷射與其他類型半導體雷射，如GaAs型半導體雷射相比產生更多的熱。因此，其驅動電流/光輸出特性在從驅動開始至穩定驅動狀態期間顯著地變動。然而，應用本發明用於驅動半導體雷射之方法，可校正GaN型半導體雷射之驅動電流/光輸出特性中之變動，藉此能穩定光輸出。
此外，GaN型半導體雷射具有僅振盪臨界電流對應位於或接近室溫之溫度變化而改變，而變化之特性。即是，其斜度效率對應在位於或接近室溫時溫度變化不會大幅地改變。因此，在欲驅動之半導體雷射為GaN型半導體雷射之情形，以任意電流範圍決定之參數，可在大體上全部輸出範圍內被使用。即是，該些參數不需依據輸出變化被改變。
同時，依據本發明用於驅動半導體雷射之設備，能執行如上所述依據本發明驅動半導體雷射之方法。
依據本發明用於導出校正圖形之方法，可有效地產生校正圖形，以使用於依據本發明用於驅動半導體雷射之方法中。
如上詳細所述，依據本發明用於驅動半導體雷射之方法能簡單地得到穩定低成本及不需長的起動時間的高輸出雷射光。因此，依據本發明該曝光裝置，其使用實施此方法之驅動設備，具有到雷射光之輸出穩定為短的待機時間，其可縮短影像曝光周程時間。因此，為曝光裝置之曝光光源的半導體雷射，不必頻繁地更換，因此亦減低曝光裝置之營運成本。
以下，依據本發明較佳實施例將參考附圖詳細描述。首先，將描述依據本發明第一實施例之影像曝光裝置。
〔影像曝光裝置之構造〕
如第1圖所示，影像曝光裝置配備有一平面移動平台152，藉抽吸用以固持感光材料150之薄片。一安裝基底156以四個腳154支撐。二個沿該平台移動方向之導承158設置在該安裝基底156之上表面上。設置該平台152使得它的縱向方向為對齊該平台移動方向，且以導承158支撐以在其上往復地移動。該影像曝光裝置亦配備有一平台驅動設備304(參考第15圖)，作為沿導承158驅動該平台152之副掃瞄手段。
一C形閘160設置在該安裝基底之中央部以跨越該平台152之移動路徑。C形閘160之終端係固定在該安裝基底156之側邊緣。一掃瞄器162係設置在該閘160之第一側上，且，用以偵測感光材料150之前端與後端的複數個(例如，二個)感應器164係設置在閘160之第二側上。掃瞄器162與感應器164分別設置在閘160上，且固定在平台152之移動路徑上方。掃瞄器162與感應器164係連接至一控制器(未顯示)用以控制其操作。
掃瞄器162配備有以近似m列與n行矩陣配置(例如，3列5行)之複數個(例如，14個)曝光頭166，如例示於第2與3B圖。在此範例中，由於感光材料150之寬度之限制，四個曝光頭166係設置在第3列。配置在第m列第n行之個別曝光頭將標示為曝光頭166m n 。
以曝光頭166曝光的一曝光區域168，為在副掃瞄方向具有其短邊的矩形區域。因此，帶狀曝光區域170隨著平台152之移動藉每一曝光頭166形成在感光材料150上。以配置在第m列第n行之曝光頭曝光的各曝光區域將標示為曝光區域168m , n 。
如第3B圖所示，曝光頭之每一列以預定間隔(曝光區之長邊乘以自然數，在本實施例為2倍)相對於其它列交錯地設置。此確保該帶狀曝光區域170在垂直副掃瞄方向之方向間並無間隙，如第3A圖所示。因此，第一列之曝光區域1681 , 1 與1681 , 2 間不能被曝光的部分，能以第二列之一曝光區域1682 , 1 及第三列之一曝光區域1683 , 1 曝光。
1661 , 1 至168m , n 之每一曝光頭配備有美國德儀之DMD 50(數位微鏡裝置)，其係依據影像資料之每一像素調變入射光束。將DMD 50連接至稍後將描述之控制器302(參考第15圖)，該控制器包括一資料處理部與一鏡驅動控制部。控制器302之資料處理部在每一曝光頭166根據輸入影像資料產生控制訊號而控制應予控制之區域內DMD 50之每一微鏡的驅動。”應予控制之區域”將於稍後描述。依據由該資料處理部產生之控制訊號，該鏡驅動控制部對每一曝光頭166DMD 50控制每一微鏡之反射表面的角度。該反射面之角度的控制將於稍後描述。
一光纖陣列光源66；一光學系統67；及一鏡69以此順序設置在DMD 50之光入射側。光纖陣列光源66包括一雷射射出部，由複數個光纖構成，該些光纖使它們的光射出端(光射出點)對齊於對應曝光區域168之縱向方向的方向。光學系統67校正從光纖陣列光源66射出之雷射光，以將它們聚光在DMD 50上。鏡69朝DMD 50反射已通過光學系統67的雷射光，光學系統67示意地例示在第4圖中。
如第5圖所詳示，光學系統67包括：一聚光透鏡71，用以將從光纖陣列光源66射出之雷射光B聚光作為照明光；一桿狀光積分器72(以下，簡單地參引為”桿積分器72”)，其係插置在已通過聚光透鏡71之光線的光學路徑；及一準直鏡74，設置在桿積分器72之下游，即是，朝鏡69之側。聚光透鏡71、桿積分器72與準直鏡74使從該光纖陣列光源射出之雷射光，以接近平行光且橫剖面具有均勻的光束強度之光束射入DMD 50。桿積分器72之形狀與作業將於稍後詳述。
從光學系統67射出之雷射光B以鏡69反射，且經由TIR(全內反射)稜鏡70被照射至DMD 50上。TIR稜鏡70未顯示在第4圖。
一聚焦光學系統51，用以聚焦由DMD 50反射之雷射光B至感光材料150上，係設置在DMD 50之光反射側上。該聚焦光學系統係示意地例示在第4圖，但詳細地例示在第5圖，聚焦光學系統51包括，以透鏡系統52與54構成之第一聚焦光學系統；以透鏡系統57與58構成之第二聚焦光學系統；微透鏡陣列55；及開孔陣列59。微透鏡陣列55及開孔陣列59係設置於第一聚焦光學系統與第二聚焦光學系統之間。
DMD 50為具有許多(例如，1024×768個)微鏡62之鏡裝置，該些微鏡係在SRAM單元60(記憶單元)上配置成矩陣，每一該微鏡構成一像素。以一支撐柱支撐之微鏡62係設置在每一像素之最上部分，且具有高反射率之材料，如鋁以氣相沉積法沉積在微鏡62之表面上。微鏡62之反射率為90%或大於90%，且微鏡62之配置間距在垂直與水平方向為13.7μm。此外，矽閘之CMOS SRAM單元60，係以通常半導體記憶體生產線製造，經由包含一鉸鏈與軛之該支撐柱而設置在微鏡62底下。DMD 50為單片式結構。
當將數位訊號寫入DMD 50之SRAM單元60，以支撐柱支持之微鏡62相對於設置DMD 50之基板係以對角線作為旋轉中心而斜於±α度之範圍內(例如，±12度)。第7A圖例示微鏡62在ON狀態傾斜＋α度數之狀態，且第7B圖例示微鏡62在OFF狀態傾斜－α度數之狀態。因此，如第6圖所示，入射在DMD 50上之雷射光，依據影像訊號藉控制對應DMD 50之一像素之每一微鏡62的傾斜，使朝每一微鏡62之傾斜方向反射。
第6圖顯示DMD 50之一放大部分，其中微鏡62控制成以＋α角度與－α角度傾斜。每一微鏡62之ON/OFF操作以連接至DMD 50的控制器62實施。此外，一吸光材料(未顯示)係設置在朝OFF狀態以微鏡62反射之雷射光B被反射之方向。
DMD 50宜設置成使得它的短邊相對於副掃瞄方向以微小預定角度(例如，0.1度至5度)傾斜。第8A圖例示DMD 50未傾斜時，每一微鏡之經反射光影像53(曝光光束)的掃瞄軌跡，且第8B圖例示DMD 50傾斜時形曝光光束53之掃瞄軌跡。
排列於縱方向之多個(例如，1024個)微鏡行(例如，756個)，係設置在DMD 50之橫向。如第8B圖所示，藉傾斜DMD 50，曝光光束53之掃瞄軌跡(掃瞄線)的節距P2 變得較DMD 50未傾斜時之掃瞄線之節距P1 為窄。因此，影像之解析度可大幅改善。同時，因為DMD 50之傾斜角度微小，在DMD 50傾斜時之掃瞄寬度W2 與DMD 50未傾斜時之掃瞄寬度W1 為大體上相同的。
此外，相同掃瞄線重覆地以不同微鏡行曝光(多重曝光)。以此方式實施多重曝光，變得相對於對準記號能精細地控制曝光位置，且實現高解析度之曝光。在排列於主掃瞄方向的複數個曝光頭之間的細縫，藉精細地控制曝光位置可提供實質上變成無縫隙的。
微鏡行可在垂直副掃瞄方向之方向以預定間隔移動成為交錯形式，以取代傾斜DMD 50，可達成同樣的效果。
如第9A圖所示，光纖陣列光源66配備有複數個(例如，14個)雷射模組64。將一多模光纖30之一端結合至每一雷射模組64。一光纖31，具有與多模光纖30相同芯直徑與較多模光纖30之包被直徑為小的包被直徑，係耦接至每一多模光纖30之另一端。如詳細例示於第9B圖，將光纖31配置成使得和耦接至多模光纖之終端為相反側的光纖30之七個終端沿垂直該副掃瞄方向之主掃瞄方向排列。該七個光纖31之二列構成一雷射射出部68。
如第9B圖例示，該雷射射出部68，以光纖31之終端構成，藉夾於二個支撐板間被固定，其中該二個支撐板具有平坦表面。將一如由玻璃製成之透明保護板，放置於光纖31之發光終端表面為較佳。光纖31之發光終端表面由於高光密度很可能會聚集灰塵且因此可能會劣化。然而，如上述藉放置該保護板，可避免灰塵附著至終端表面，且可減緩劣化。
在本實施例中，具有小包被直徑及約1至30公分長度之光纖31為同軸耦接於具有大包被直徑之多模光纖30的發光端，如第10圖所示。光纖30與31之每一對藉熔合光纖31之光入射終端表面與多模光纖30之光射出終端表面而結合，使得該芯軸得以一致。如上所述，光纖31之芯31a的直徑為與多模光纖30之芯30a的直徑相同。
步進指數型光纖、漸變指數型光纖，或結合型光纖可被使用作為多模光纖30與光纖31。例如，可使用由三菱電線工業KK生產的步進指數型光纖。在本實施例中，多模光纖30與光纖31為步進指數型光纖。多模光纖30具有包被直徑125μm，芯直徑50μm及NA為0.2。光纖31具有包被直徑60μm，芯直徑50μm及NA為0.2。在多模光纖30之光入射終端表面的鍍膜透射率為99.5%或大於99.5%。
光纖31之包被直徑不限於為60μm。許多使用於習知光纖光源的光纖之包被直徑為125μm。然而，當包被直徑減低時，焦距深度變得較深。因此，多模光纖之包被層宜為80μm或更小，更佳為，60μm或更小。同時，在單模光纖情形中，芯直徑需為至少3至4μm。因此，光纖31之包被直徑宜為10μm或更大。從耦接效率觀點，多模光纖30之芯直徑與光纖31之芯直徑宜一致的。
不一定使用將不同直徑之二種光纖30與31熔合一起者(所謂”異徑熔合”)。或者，光纖陣列光源可藉將具有相同包被直徑之複數個光纖束在一起構成(在第9A圖中範例，光纖30)。
雷射模組64之每一者由例示於第11圖中之合波之雷射光源構成。合波之雷射光源包括：熱塊10；複數個(例如，7個)排列固定在熱塊10上之GaN型半導體雷射晶片LD1、LD2、LD3、LD4、LD5、LD6與LD7；準直鏡11、12、13、14、15、16與17，對應於GaN型半導體雷射LD1至LD7之每一者設置；單一聚光透鏡20；及單一多模光纖30。該GaN型半導體雷射晶片可為橫向多模雷射晶片或單模雷射晶片。半導體雷射之數目不限於7個，可使用任意數目之半導體雷射。此外，可使用其中準直鏡11至17予以一體化之準直鏡陣列，以取代準直鏡11至17。
GaN型半導體雷射LD1至LD7全部具有相同振盪波長(例如，405nm)，與相同最大輸出(在多模雷射情形，約100mW，且在單模雷射情形，約50mW)。GaN型半導體可具有除405nm外在波長範圍350nm至450nm內的任何振盪波長。
如第12與13圖例示，合波之雷射光源和其它光學構件一起容納於具有開頂之盒形封裝40內。封裝40配備有封裝蓋41，其形成以密封該開頂。將封裝40除去空氣，導入密封氣體，且將封裝蓋41置放於封裝上。由此，合波之雷射光源可被密封於封裝40之密閉空間(密封空間)內。
將一基底板42固定在封裝40之底表面上。熱塊10，用以固持聚光透鏡20之一聚光透鏡固持器45，與用以固持多模光纖30之光入射終端之一光纖固持器46係安裝在基底板42上。將多模光纖30之光入射終端經由形成在壁上之一開口拉出至封裝40之外部。
將一準直鏡固持器44安裝在熱塊10之側表面上，且藉此將該準直鏡11至17固持。一開口形成在封裝40之側壁上，且將用以供應驅動電流至GaN型半導體雷射LD1至LD7之電線朝封裝40之外部拉出。
第13圖中，僅GaN型半導體雷射LD7與準直鏡17標示有參考號碼，以避免對圖形變成複雜。
第14圖為準直鏡11至17之安裝部的前視圖。將準直鏡11至17之每一者形成為一細長狀，且其係藉將包含具有非球形表面之圓透鏡之光軸的區域切出而得到。例如，該細長準直鏡可藉模製樹脂或光學玻璃而形成。準直鏡11至17為密集地設置且使得它們的縱方向垂直於GaN型半導體雷射LD1至LD7之發光點的配置方向(第14圖中水平方向)。
將GaN型半導體雷射LD1至LD7如上述排列固定在熱塊10上。此外，將用以偵測朝GaN型半導體雷射LD1至LD7之後方射出之光的光偵測器PD1至PD7固定在熱塊10上。例如，光偵測器PD1至PD7以光二極體構成。
GaN型半導體雷射LD1至LD7包括具有發光寬度2μm之活性層。將在平行於活性層之方向與垂直活性層方向分別具有光束擴散角度10度與30度之雷射光B1至B7從GaN型半導體雷射LD1至LD7射出。GaN型半導體雷射LD1至LD7係設置為使得其發光點對排列於和該活性層平行之方向。
因此，雷射光B1至B7從每一發光點射出，使得它們在光束擴散角度較大的方向與準直鏡11至17之長度方向一致之方向的狀態，且光束傳佈角度較小的方向與準直鏡11至17之寬度方向一致的方向進入準直鏡11至17。每一準直鏡11至17之寬度與長度分別為1.1mm與4.6mm。在水平方向與垂直方向之雷射光B1至B7的光束直徑分別為0.9mm與2.6mm。準直鏡11至17具有焦距f1 3mm，數值孔徑NA 0.6，且以1.25mm節距配置。
聚光透鏡20藉挖剪出一細長區域得到，該區域包含在平行平面具有非球形表面之圓透鏡的光軸。聚光透鏡20係形成使得它在準直鏡11至17之配置方向，即水平方向為長的，且在垂直該配置方向之方向為短的。聚光透鏡20具有焦距f2 23mm，及數值孔徑NA 0.2。例如，聚光透鏡20亦可以模製樹脂或光學玻璃形成。
例示於第5圖之微透鏡陣列55以許多微透鏡55a構成，該些微鏡係二維空間配置，係對應DMD 50之每一像素。在本實施例中，僅DMD 50之1024×768行中的1024×256行被驅動，將於稍後予以描述。因此，對應於此1024×256行微透鏡55a被設置。微透鏡55a之配置節距在垂直與水平方向均為41μm。例如，微透鏡55a以光學玻璃BK7形成，且具有焦距0.19mm及NA(數值孔徑)0.11。
對應於微透鏡陣列55之微透鏡55a，孔徑陣列59具有大量開孔59a。在本實施例中，開孔59a之直徑為10μm。
由例示於第5圖之透鏡系統52與54構成之第一聚焦光學系統，放大從DMD 50傳播於此之影像3倍且聚焦影像於微透鏡陣列55上。由透鏡系統57與58構成之第二聚焦光學系統放大已通過該微透鏡陣列55之影像1.6倍，且聚焦影像至感光材料150上。因此，從DMD 50之影像以4.8倍放大率放大投射至感光材料150。
在本實施例中，一稜鏡對73設置於第二聚焦學系統與感光材料150間。在感光材料150上之影像聚焦藉移動該稜鏡對73於第5圖之垂直方向為可調整的。在第5圖中感光材料150於箭頭F方向輸送以實施副掃瞄。
其次，本發明之影像曝光裝置的電氣構造將參考第17圖予以描述。如例示於第17圖，將一全控制部分300連接至調變電路301，接著至控制器302用以控制DMD 50。全控制部分300亦連接至七個固定電流源305，用以經由D/A轉換部303驅動雷射模組64之GaN型半導體雷射LD1至LD7的每一者。又，將全控制部300連接至平台驅動設備304，用以驅動該平台152。
[影像曝光裝置之操作]
其次，上述影像曝光裝置之操作將予描述。在掃瞄器162之每一曝光頭166，雷射光B1至B7由構成光纖陣列光源66之合波之雷射光源之GaN型半導體雷射LD1至LD7的每一者以擴散狀態射出(參考第11圖)。從準直鏡11至17中雷射光B1至B7以對應之準直鏡加以平行光化。經平行光化後之雷射光B1至B7以聚光透鏡20聚光，且聚焦至多模光纖30之芯30a的光入射表面。GaN型半導體雷射LD1至LD7以APC驅動方法驅動將於稍後描述，且經控制使得它們的光輸出為穩定的。
在本實施例中，準直鏡11至17與聚光透鏡20構成一聚光光學系統，且該聚光光學系統與多模光纖30構成一合波光學系統。即是，已以聚光透鏡20聚光進入多模光纖30之芯30a之雷射光B1至B7，經合波成單一雷射光B，且從耦合於多模光纖30之發光端的光纖31射出。
在每一雷射模組中，雷射光B1至B7相對於多模光纖30之耦合效率為0.9。在GaN型半導體雷射LD1至LD7之每一者輸出為50mW之情形中，可從設置在陣列中之每一光纖31得到具有輸出315mW(50mW×0.9×7)之合波之雷射光B。因此，具有輸出4.4W(0.315W×14)之雷射光B可從14個經組合之光纖31而得到。
在影像曝光期間，對應一曝光校正圖形之影像資料從調變電路301被輸入至DMD 50之控制器302。該影像資料為暫時地儲存於控制器302之圖框記憶體中。該影像資料代表作為二元資料(欲記錄之點/不欲記錄之點)構成一影像的每一像素強度。
感光材料150以抽吸固定在其表面上的平台152，以第15圖例示之平台驅動設備304沿導承158從閘160之上游側輸送至下游側。當平台152從閘160底下通過時，感光材料之前緣以安裝在閘160上之感測器164偵測。接著，記錄在圖框記憶體中之影像資料一次以複數行依序讀出。對每一曝光頭166，控制訊號根據該讀取影像資料以訊號處理部產生。其後，鏡驅動控制部根據經產生的控制訊號控制每一曝光頭之DMD 50之每一微鏡的ON/OFF狀態。在本實施例中對應單一像素之每一微鏡的尺寸為14μm×14μm。
當雷射光從光纖陣列光源66照射在DMD 50，在ON狀態中以微鏡反射之雷射光以透鏡系統54與58聚焦在感光材料150上。從光纖陣列光源66射出之雷射光對每一像素被ON/OFF，且以此方式感光材料150以大體上等於DMD 50之像素數目的像素單元(曝光面積168)曝光。感光材料150以固定速度使用平台152運送。副掃瞄以掃瞄器在相反於平台移動方向之方向實施，且帶狀曝光區域170以每一曝光頭166形成在感光材料150上。
在本實施例中具有1024個微鏡之微鏡列的768行係設置在副掃瞄方向之每一DMD 50上，如例示於第16A與16B圖。然而，僅該微鏡行的一部分(例如，僅1024個微鏡之256行)以控制器302驅動。
在此情形中，可使用位於DMD 50中央部分之微鏡行，如第16A圖所示。或者，可使用位於DMD 50邊緣部分之微鏡行，如第16B圖所示。此外，若缺陷發生於微鏡之部分等情形，可將欲使用之微鏡行改變為適合使用者。
DMD 50之資料處理速度係受限的，且每一行的調變速度以正比於使用的像素數目決定。因此，調變速度藉僅使用一部分微鏡行被增加。同時，在一曝光頭相對於該曝光表面連續移動之曝光方法被採用之情形，在副掃瞄方向不需使用全部的像素。
當以掃瞄器162對感光材料150的副掃瞄完成且感光材料150之後緣以感測器162測得時，平台152在閘160之最上游側以平台驅動設備304沿導承152返回其開始點。接著，將平台152再以固定速度從閘160之上游側移動至下游側。
[影像曝光裝置之光學系統細節]
其次，用於將雷射光B照射至DMD 50之照明光學系統，包括：光纖陣列66；聚光透鏡71；桿積分器72；準直鏡74；鏡69及例示於第5圖中將予描述之TIR透鏡70。桿積分器72為一光透射桿，例如，形成方柱。雷射光B傳佈經過桿積分器72之內部同時在內部全反射，且使雷射光B之剖面內的強度分佈被均勻化。一抗反射膜係覆鍍在桿積分器72之光入射表面與發光表面上，以增加透射率。以此方式藉均勻雷射光B之剖面內的強度分佈，可除去照射光之強度不均勻性，且高度解析之影像可曝光於感光材料150上。
其次，用於驅動構成雷射模組64之GaN型半導體雷射LD1至LD7的方法將參考第17圖詳細描述。例示於第15圖之全控制部300以PC(個人電腦)等構成。該全控制部300控制每一半導體雷射LD1至LD7之一雷射驅動部305。每一雷射驅動部305以APC驅動方法驅動每一半導體雷射LD1至LD7，以得到一固定目標光輸出。即是，每一雷射驅動部305基於用以偵測朝半導體雷射LD1至LD7之後方射出之光線的光偵測器PD1至PD7之輸出與一設定值的比較結果，來控制每一半導體雷射LD1至LD7的驅動電流，隨後將說明。
以下，藉參考第18圖將詳細描述APC驅動方法，其例示雷射驅動部305之建構。在此，將描述用以驅動半導體雷射LD1之雷射驅動部305。然而，以下描述應用至其它半導體雷射LD2至LD7。雷射驅動部305包括：固定電流源400，用以供應驅動電流至半導體雷射LD1；光偵測器PD1，用以偵測朝半導體雷射LD1後方射出之光線；一比較部401，輸出一差異訊號S12；及一加法部402，以比較部401接收差異訊號S12輸出。第18圖中，光偵測器與對應半導體雷射LD2之向後射出光束分別標示為PD2與RB2。第18圖中，參考號碼30標示合波之雷射光B1至B7之多模光纖30。
光偵測器PD1之輸出訊號S10與代表一預定目標光輸出之一設定值S11係同時輸入比較部401。設定值S11從輸入部403輸入。在APC驅動方法中設定值S11對應一目標光輸出，且在依據一記錄於輸入部403之內記憶體中之校正圖形校正後被輸出。
比較部401輸出差異訊號S12，其中S12＝S11－S10。差異訊號S12輸入該加法部402。當將差異訊號S12輸入時，加法部402改變一驅動電流設定訊號S13，藉加入S12值，該設定訊號使固定電流源400供應至半導體雷射LD1之電流值具體化。藉以預定間隔連續實施該加法程序，使由電流源400供應至半導體雷射LD1之電流為連續變化至約使得S11＝S10之值。即是，雷射光B1之光輸出正比於朝半導體雷射LD1之後方射出之光線RB1的光輸出之值，變得大體上相等於以設定值S11表示之光輸出。
在嘗試以習知APC驅動方法實現一均勻光輸出之情形，設定值S11係設定為一固定值。然而，在本實施例中，對半導體雷射LD1驅動開始後一預定期間，設定值S11係依據一預先導出的校正圖形改變。該校正圖形係補償設置在在大體上未受半導體雷射LD1產生之熱影響位置的光偵測器測得之雷射光B1之實際光輸出，與光偵測器PD1接收之光量之間的差異，如參考第19圖先前所描述者。以此方式隨著時間經過使設定值S11改變，雷射光B1之光輸出從半導體雷射LD1之驅動開始的相當短時間內會聚至一較佳值。
以此方式用於驅動半導體雷射LD1至LD7之構造使用光偵測器PD1至PD7，且能以稍微修正一結構而被製造以實現APC驅動方法，該APC驅動方法通常提供於半導體雷射設備中。因此，實現該方法之構造可簡單地與低成本地製造。
其次，將敘述導出該校正圖形之方法。第21圖例示實施該方法之一校正圖形導出設備的範例。在第21圖中，同等於例示在第18圖中之該些元件以相同參考號碼標號，且因此若非特別需要的話，省略其詳細描述。
校正圖形導出設備係構成亦使用作為第18圖之雷射驅動部305。該校正圖形導出設備包括：一加法部450，設置在每一雷射驅動部305；一外部光偵測器PD8，以一光二極體構成，例如，用以偵測該經合波後雷射光B；輸入部403；比較部451，其連接至輸入部403與外部光偵測器PD8，用以將輸出訊號輸入至該加法部450；一設定值監視部452，用以接收比較部451之輸出訊號；及一輸出部453，用以接收該設定值監視部452之輸出訊號。外部光偵測器PD8係設置在一大體上未受半導體雷射LD1至LD7產生之熱所影響的位置。
以下，將描述使用該校正圖形導出設備用以導出一校正圖形之方法。此方法係在以前述曝光裝置執行曝光操作之前進行，且該半導體雷射LD1至LD7以類似於曝光作業期間之方式以APC驅動方法驅動。在驅動開始時，一設定值S21從輸入部403直接輸入至比較部401，且實施APC驅動以獲得對應該設定值S21之光輸出。在此，該設定值S21係對應在影像曝光期間所需要之一預定光輸出。
以半導體雷射LD1至LD7射出之雷射光B1至B7由多模光纖30合波，且該經合波後之雷射光B以外部光偵測器PD8測得。外部光偵測器PD8輸出代表該經合波後之雷射光B之光輸出的訊號S20，且將訊號S20輸入比較部451。比較部451比較來自外部光偵測器PD8之訊號S20輸出與設定值S21，且輸出一差異訊號S22(S22＝S21－S20)。將差異訊號S22輸入加法部450。藉此，如以比較部401及加法部402實施之APC作業以比較部451與加法部450應用。然而，例如此APC作業之速度係以10Hz之速度實施，其較慢於以比較部401與加法部402實施之APC作業的速度(例如，1kHz)。
藉以比較部401與加法部402實施之APC驅動方法，該經合波之雷射光B之光輸出應變得固定。然而，如先前描述光偵測器PD1至PD7之特性隨時間變化。因此，該經合波之雷射光B之實際光輸出產生變化。另一方面，外部光偵測器PD8係設置在未受半導體雷射LD1至LD7產生之熱所影響的位置。因此，外部光偵測器PD8能精確地偵測變動的該經合波之雷射光B之光輸出。
差異訊號S22在後階段變成在以該比較部401實施之APC驅動中表示目標光輸出的設定值。然而，差異訊號S22，係用作為設定值之功能，係輸入至該設定值監視部452，且連續偵測該值。經測得之差異訊號S22以預定時間間隔採樣，且將表示差異訊號S22從驅動開始隨時間經過之變動圖形的訊號S23輸入至輸出部453。例如，輸出部453以PC(個人電腦)構成。輸出部453輸出從驅動開始經過之時間量與對應於此之差異訊號S22之組合至一寫入設備，該寫入設備將資料寫入設置在每一雷射模組64之ROM(唯讀記憶體，未顯示)作為一設定值校正圖形。藉此，該設定值校正圖形被寫入ROM。
當雷射模組64安裝在該曝光裝置時，設定值校正圖形以全控制部300讀取(參考第17圖)，且記錄在輸入部403之內部記憶體中。
當雷射光B之實際光輸出使用外部光偵測器PD8精確偵測實際光輸出而被均勻化時，以訊號S23表示之設定值校正圖形為該設定值(差異訊號S22)之變動圖形。因此，當例示於第18圖之設備在影像曝光期間以APC驅動方法驅動半導體雷射LD1至LD7時，假如從輸入部403輸入比較部403之設定值S11依據該圖形被改變，雷射光B1至B7之實際光輸出可於驅動開始後立即被一致化。
第20圖為例示當以此方式驅動由半導體雷射LD1至LD7之一的光輸出之一範例的曲線。與例示於第19圖之習知APC驅動方法相比，固定目標光輸出以較短時間達到，且光輸出之變動範圍△P2 為小於習知方法者。因此，可穩定地得到高輸出雷射光B1至B7(即是，經合波之雷射光B)而無需長的起動時間。
如上述，假如該高輸出合波之雷射光B可穩定地獲得而無需長的起動時間，花在等待經合波之雷射光B之輸出以穩定化的等候時間可予縮短。即是，可減少影像曝光裝置的周程時間。因此，半導體雷射LD1至LD7可較不經常被更換，因此亦減少該曝光裝置之營運成本。
在本實施例中，對APC驅動方法變化該設定值之過程對複數個半導體雷射LD1至LD7使用一共同時序實施。因此，僅單一全控制部300與D/A轉換部303(參考第17圖)作為電流控制手段為必須的，該電流控制手段可使該驅動設備以低成本的製造。
例示於第21圖中之構造，用於APC驅動方法輸入至比較部401之設定值之差異訊號S22，從外部光偵測器PD8回饋。或者，以PC輸出之一固定設定值S21可輸入至比較部401。該校正圖形可於稍後藉比較外部光偵測器PD8之輸出S20與光偵測器PD1之輸出S10而算出。
在本實施例中，構成單一雷射模組64之該七個半導體雷射LD1至LD7根據單一校正圖形共同被驅動。或者，七個GaN型半導體雷射LD1至LD7中的四個可根據單一校正圖形被驅動，同時其餘三個可根據另一校正圖形被驅動。在此範例中同樣地，當複數個半導體雷射根據單一校正圖形被驅動時可得到相同效果。
在本實施例中使用14個雷射模組。因此，假如每一模組64之半導體雷射LD1至LD7根據單一校正圖形被驅動，全部需要14個校正圖形。或者，14個模組64中的多個可根據單一共同校正圖形被驅動。在此範例中，校正圖形所須之數目可少於14個。
在本實施例中，依據本發明用於驅動半導體雷射之方法，可應用來驅動曝光裝置之半導體雷射LD1至LD7，設備包括：GaN型半導體雷射LD1至LD7；光纖30，射入以複數個GaN型半導體雷射LD1至LD7每一者射出之雷射光B1至B7而被合波。因此，可說光輸出之穩定效果為特別顯著的。
即是，在以上結構中，會有該經合波之雷射光B之輸出變動情形，其不僅是由於遭驅動之半導體雷射LD1至LD7的驅動電流/光輸出特性差異，而且由於因此所產生之熱造成。該變動係由於所產生之熱使模組64之結構元件的熱膨脹所造成。熱膨脹將雷射光B1至B7與光纖30移離它們的同軸狀態，藉此相對於光纖30改變雷射光B1至B7的輸入效率。又，會有雷射光B1至B7之光束外形從驅動開始至一穩定驅動狀態期間變動之情形。相對於光纖30雷射光之輸入效率在這些情形會同樣地改變。例如，在例示於第11至13圖中之結構，從雷射之驅動開始至經合波之雷射光B之光輸出變動穩定至±5%或更少約需8秒鐘。
然而，假如前述校正圖形藉偵測從光纖30射出之雷射光B而產生，可得到反映輸入效率變化之校正圖形。因此，由輸入效率變化所造成之光輸出變動亦可被校正。
在本實施例中，依據本發明用以驅動半導體雷射之方法，被應用來驅動半導體雷射LD1至LD7，該些雷射係共同固定在作為一吸熱器之單一熱塊10上。同樣地根據此點，該方法在穩定光輸出為特別有效的。即是，在此構造中，半導體雷射LD1至LD7之每一者的特性由於所產生之協助作用的熱量而可改變。甚至在此範例中，假如先前提及之校正圖形藉偵測該經合波之雷射光B產生，可得到反映該協助作用之熱量效果之一校正圖形。因此，由GaN型半導體雷射LD1至LD7之協助作用之熱量造成的雷射光B之光輸出的變動亦可被校正。
在複數個半導體雷射之溫度經由熱塊10或散熱器501，及在未實施溫度調整之情形亦可獲得前述效果被調整之該情形中。
在本實施例中，依據本發明用以驅動半導體雷射之方法，被應用於驅動複數個GaN型半導體雷射LD1至LD7。因此，該方法在穩定半導體雷射之光輸出為特別有效的。GaN型半導體雷射與其它類型半導體雷射，如GaAs型半導體雷射相比產生更多的熱。因此，其驅動電流/光輸出特性在從驅動開始至穩定驅動狀態期間顯著地變動。然而，應用本發明用於驅動半導體雷射之方法，GaN型半導體雷射之驅動電流/光輸出特性的變動可被校正，藉此，能穩定雷射光B1至B7的輸出。
此外GaN型半導體雷射LD1至LD7具有僅振盪臨界電流在室溫或接近室溫回應溫度變化改變之特性。即是，其斜度效率回應在室溫或接近室溫之溫度變化不會大幅地改變。因此，於一任意電流範圍被決定的一校正圖形，可被使用於大體上全部輸出範圍內。即是，該校正圖形不必依據輸出變化被改變。此點不僅對GaN型半導體雷射為真實的，對其他半導體雷射亦為真實的，其中斜度效率之溫度特性係數T1 相對於振盪臨界電流之溫度特性係數T0 為小的。
係數T0 為代表一半導體雷射之IL波形(驅動電流/光輸出特性)中一振盪臨界電流Ith 之溫度特性。係數T1 為代表一半導體雷射之斜度效率ηd 的溫度特性。假如IL波形在溫度Ta 具有振盪臨界電流It h a 與斜度效率ηd a ，及在溫度Tb 、T0 與T1 具有振盪臨界電流It h b 與斜度效率ηd b 可以下列公式定義：
該設定值校正圖形，由從驅動開始經過之時間量及對應之差異訊號S22的組合構成。愈大數目的組合(該差異訊號更常被取樣)，愈能改善光輸出之穩定效果。然而，假如組合數目為過多的話，變得需要一高容量記憶體、較長處理時間量參數及更複雜系統變得需要。
該設定值校正圖形可藉上述以外之其他方法產生。以下，此等方法之一範例將參考第18圖之構造描述。在本方法中，半導體雷射LD1至LD7以APC驅動方法驅動。此時，從光纖30射出之合波之雷射光B的光輸出以設置在大體上未受半導體雷射LD1至LD7產生之熱所影響之位置的外部光偵測器測得。使光輸出均勻化每一經過時間增量之設定值S11，係隨著時間經過從外部光偵測器之輸出的變動特性計算。以此方式所得之隨著時間經過的設定值S11的變動圖形亦可作為設定值校正圖形被使用。
在如以上實施例將從複數個半導體雷射射出之雷射光合波情形，較佳為對APC驅動方法改變設定值的過程係以隨著時間延遲被實施。在此情形，在合波之前半導體雷射之每一者中光輸出之稍微變動被抵消，且一經合波之雷射光之光輸出變動可予平順化。即是，在一經合波之雷射光之光輸出為如第23圖例示而無時間延遲情形，該經合波之雷射光之光輸出可藉提供時間延遲予以平順化如第24圖所示。
以上描述之實施例為驅動複數個半導體雷射之情形。或者，依據本發明用以驅動半導體雷射之方法可被應用至單一半導體雷射被驅動情形。此外，依據本發明用於驅動半導體雷射之方法不用說可被應用至驅動複數個半導體雷射而無需以光纖合波。
又，當執行本發明用於驅動半導體雷射之方法時，對OFF狀態之半導體雷射之驅動電流可為稍微小於振盪臨界電流之電流，且非為0mA。例如，對具有振盪臨界電流35mA之雷射光，30mA電流可在其OFF狀態下被供應。藉此，可減低在其OFF與ON狀態間之半導體雷射的溫度差異，且當APC驅動方法實施時可減低輸出變動。
前述效果不限於以如第11至13圖例示之合波之雷射模組得到。相同的效果能以如第22圖所示之複數個半導體雷射500被固定在一共通散熱器501之結構得到，其中複數個半導體雷射500係由位於罐型封裝內之半導體雷射晶片構成。在此結構中，以每一半導體雷射500射出之每一雷射光束係以光纖502被導引至其等被使用之位置。
以下，將參考第15圖描述半導體雷射500之構造。在第15圖中同等於第11至13圖例示之元件以相同參考號碼標示，且除非特別需要的話，詳細的描述將予省略(相同元件將應用於以下全部描述)。
如第15圖所示，半導體雷射裝置500包括：一罐式封裝型半導體雷射LD，一球形透鏡504，用以聚光由半導體雷射LD射出之雷射光；及一支持構件503，用以從下方支持該球形透鏡504，且全部設置於一封裝505內。封裝505亦位於光纖502之一終端。該罐式封裝型半導體雷射LD包括一雷射二極體晶片CLD，其位於罐型封裝CP內。即是，雷射二極體晶片CLD係固定在一熱塊HB上，該熱塊固定在柄幹ST上且設置於封裝CP內。向前射出之雷射光B(第15圖中朝向右邊)通過封裝CP之玻璃窗WD射出。以一光二極體或相類物構成用以偵測朝雷射二極體晶片CLD之後方射出的光線RB之一光偵測器PD，亦固定在該熱塊HB上。
在此結構中，從罐式封裝型半導體雷射LD射出之雷射光B以該球形透鏡504聚光。該經聚光後之雷射光B進入光纖502，且其係設置成使得其光入射終端表面位於該聚光雷射光B聚集之點。雷射光通過光纖502傳佈至它將被使用之位置。
又，本發明亦可被應用至例示於第25圖之半導體雷射裝置550。該半導體雷射裝置550將從二半導體雷射射出之雷射光加以合波，且使經合波之雷射光進入單一光纖。即是，半導體雷射裝置550包括：二半導體雷射LD51與LD52，其類似例示於第15圖之罐式封裝型半導體雷射LD；準直鏡551與552用以使從半導體雷射LD51與LD52以擴散狀態射出的雷射光B51與B52；一分光鏡553，用以合波該經平行化後之雷射光B51與B52成單一雷射光B；與一聚光透鏡554，用以聚集該經合波之雷射光B且使它進入光纖502。
在半導體雷射LD51與LD52以用於驅動本發明之半導體雷射之方法驅動之情形，基本上可達成上述之相同效果。
又，本發明亦可被應用至如第26圖所示之一半導體雷射裝置。第26圖之半導體雷射裝置包括：二個半導體雷射600與600；光纖601與601，射入以半導體雷射600與600射出之雷射光；及一單一光纖602，將光纖601與601耦合於此。
第26圖之半導體雷射裝置的光纖耦合部詳細例示於第27圖。光纖601之每一者以芯601a及設置在芯601a外圍之包被601b構成。光纖602亦以芯602a及設置在芯602a外圍之包被602b構成。將光纖601與光纖602熔接使得光纖601之每一芯601a耦接光纖602之芯602a，藉此使二雷射光合波成單一雷射光。
在半導體雷射600與600以用於驅動本發明之半導體雷射之方法驅動的情形，基本上可達成上述之相同效果。
本發明不限於被應用至將二個光纖熔接成單一光纖之半導體雷射裝置。本發明可相同地應用至以三個或多個光纖構成之半導體雷射裝置，其中該些光纖被熔接成單一光纖。
10．．．熱塊
11．．．準直鏡
12．．．準直鏡
13．．．準直鏡
14．．．準直鏡
15．．．準直鏡
16．．．準直鏡
17．．．準直鏡
20．．．聚光透鏡
30．．．多模光纖
30a．．．芯
31．．．光纖
31a．．．芯
40．．．封裝
41．．．封裝蓋
42．．．基底板
44．．．準直鏡固持器
45．．．聚光透鏡固持器
46．．．光纖固持器
50．．．DMD
51．．．聚焦光學系統
52．．．透鏡系統
53．．．經反射光影像
54．．．透鏡系統
55．．．微透鏡陣列
55a．．．微透鏡
57．．．透鏡系統
58．．．透鏡系統
59．．．開孔陣列
60．．．CMOS SRAM單元
62．．．微鏡
64．．．雷射模組
66．．．光纖陣列光源
67．．．光學系統
68．．．雷射射出部
69．．．鏡
70．．．TIR稜鏡
71．．．聚光透鏡
72．．．桿積分器
73．．．稜鏡對
74．．．準直鏡
150．．．感光材料
152．．．平台
154．．．腳
156．．．基底
158．．．導承
160．．．C形閘
162．．．掃瞄器
164．．．感應器
166．．．曝光頭
168‧‧‧曝光區域
170‧‧‧帶狀曝光區域
300‧‧‧全控制部分
301‧‧‧調變電路
302‧‧‧控制器
303‧‧‧D/A轉換部分
304‧‧‧平台驅動設備
305‧‧‧雷射驅動部
400‧‧‧電流源
401‧‧‧比較部
402‧‧‧加法部
403‧‧‧輸入部
450‧‧‧加法部
451‧‧‧比較部
452‧‧‧設定值監視部
453‧‧‧輸出部
500‧‧‧半導體雷射
501‧‧‧共通散熱器
502‧‧‧光纖
503‧‧‧支持構件
504‧‧‧球形透鏡
505‧‧‧封裝
550‧‧‧半導體雷射裝置
551‧‧‧準直鏡
552‧‧‧準直鏡
553．．．分光鏡
554．．．聚光透鏡
600．．．半導體雷射
601．．．光纖
601a．．．芯
601b．．．包被
602．．．單一光纖
602a．．．芯
602b．．．包被
第1圖為一立體圖，例示依據本發明第一實施例之影像曝光裝置的外觀。
第2圖為一立體圖，例示依據本發明第一實施例之影像曝光裝置的掃瞄器架構。
第3A圖為例示曝光區域之平面圖，該些曝光區域係形成在一感光材料上。
第3B圖為例示以曝光頭曝光之曝光區域的配置。
第4圖為一立體圖，例示依據本發明第一實施例之影像曝光裝置之曝光頭的示意建構。
第5圖為一示意切面圖，例示依據本發明第一實施例之影像曝光裝置之曝光頭。
第6圖為一部分放大圖，例示一數位微鏡裝置(DMD)之建構。
第7A圖為說明DMD作業之圖形。
第7B圖為說明DMD作業之圖形。
第8A圖為一平面圖，例示DMD未傾斜情形曝光光束之掃瞄軌跡。
第8B圖為一平面圖，例示DMD傾斜情形曝光光束之掃瞄軌跡。
第9A圖為一立體圖，例示一光纖陣列光源之建構。
第9B圖為一前視圖，例示光纖陣列光源之雷射射出部之發光點的配置。
第10圖為例示多模光纖之構造的圖形。
第11圖為一平面圖，例示合波之雷射光源之建構。
第12圖為一平面圖，例示一雷射模組之建構。
第13圖為第12圖之雷射模組的側視圖。
第14圖為第12圖之雷射模組的部分前視圖。
第15圖為使用於本發明中半導體雷射另一例子的部分切面側視圖。
第16A圖為例示DMD之使用區域例子的圖形。
第16B圖為例示DMD之使用區域例子的圖形。
第17圖為一方塊圖，例示依據本發明第一實施例影像曝光裝置之電氣構造。
第18圖為一方塊圖，例示影像曝光裝置之半導體雷射驅動部。
第19圖為例示以習知APC驅動方法驅動之半導體雷射的光輸出變動特性與溫度變動特性之曲線圖形。
第20圖為例示依據本發明之方法驅動的半導體雷射光輸出變動特性之曲線圖形。
第21圖為一示意方塊圖，例示依據本發明之一實施例用以導出一校正圖形之設備。
第22圖為一立體圖，例示依據本發明應用之驅動方法的另一雷射設備。
第23圖為例示依據本發明之方法驅動的半導體雷射之光輸出變動特性的範例之曲線圖形。
第24圖為例示依據本發明之方法驅動的半導體雷射之光輸出變動特性的另一範例曲線圖形。
第25圖為一部分切面側視圖，例示依據本發明應用之驅動方法之另一半導體雷射裝置。
第26圖為一部分切面側視圖，例示依據本發明應用之驅動方法之又一半導體雷射裝置。
第27圖為一放大部分示意側視圖，例示第26圖之裝置的一部分。
30．．．多模光纖
305．．．雷射驅動部
400．．．電流源
401．．．比較部
402．．．加法部
403．．．輸入部

Claims (22)

  1. 一種用於驅動至少一半導體雷射之方法，包括：使用至少一光偵測器偵測至少一半導體雷射之輸出；比較至少一光偵測器之輸出電流與對應該至少一半導體雷射之目標光輸出之一設定值；及根據該比較結果控制該至少一半導體雷射之驅動電流，其中：預先產生一校正圖形，其係依據自開始驅動後經過的時間量而被界定，使能得到大體上均勻的光輸出；及該設定值及/或該至少一光偵測器之輸出電流，係依據該至少一半導體雷射之驅動開始後一預定期間之校正圖形而變化。
  2. 如申請專利範圍第1項之用於驅動至少一半導體雷射之方法，其中：利用單一校正圖形共同地驅動複數個半導體雷射。
  3. 如申請專利範圍第2項之用於驅動至少一半導體雷射之方法，其中：以對該複數個半導體雷射之共通時序，進行該設定值及/或該至少一光偵測器依據該校正圖形之輸出電流之變化。
  4. 如申請專利範圍第2項之用於驅動至少一半導體雷射之方法，其中：在從複數個半導體雷射射出之雷射光被合波情形下，，在複數個半導體雷射間之時間延遲，來進行該設定值及/或至少一光偵測器依據該校正圖形之輸出電流之變化。
  5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之用於驅動至少一半導體雷射之方法，其中：驅動被固定在一共通散熱器之複數個半導體雷射。
  6. 如申請專利範圍第1項之用於驅動至少一半導體雷射之方法，其中：包含複數個半導體雷射之一設備的複數個半導體雷射及一合波光纖被驅動，該複數個半導體雷射之每一者射出之雷射光進入該合波光纖被合波。
  7. 如申請專利範圍第1項之用於驅動至少一半導體雷射之方法，其中：待驅動之至少一半導體為GaN型半導體雷射。
  8. 如申請專利範圍第1項之用於驅動至少一半導體雷射之方法，其中：該至少一光偵測器係設置在一封裝內，該封裝內至少亦設置有半導體雷射。
  9. 一種用於驅動至少一半導體雷射之設備，其係藉下列步驟來驅動至少一半導體雷射： 使用至少一光偵測器偵測至少一半導體雷射之輸出；比較至少一光偵測器之輸出電流與對應至少一半導體雷射之目標光輸出之設定值；及根據該比較結果控制該至少一半導體雷射之驅動電流，該用於驅動至少一半導體雷射之設備包括有：記憶手段，其中儲存有一校正圖形，其係依據自開始驅動經過的時間量被界定，使能得到大體上均勻的光輸出；控制手段，在從該半導體雷射驅動開始之一預定期間，依據該校正圖形，來改變該設定值及/或至少一光偵測器之輸出電流。
  10. 如申請專利範圍第9項之用於驅動至少一半導體雷射之設備，其中：該控制手段利用單一校正圖形共同地驅動複數個半導體雷射。
  11. 如申請專利範圍第10項之用於驅動至少一半導體雷射之設備，其中：該控制手段係以該對複數個半導體雷射之共通時序，依據校正圖形，來改變該設定值及/或該至少一光偵測器之輸出電流。
  12. 如申請專利範圍第9或10項之用於驅動至少一半導體雷射之設備，其中： 從複數個半導體雷射射出之雷射光被合波；及該控制手段依據該校正圖形，在複數個半導體雷射之間以時間延遲的方式來改變該設定值及/或至少一光偵測器之輸出電流。
  13. 如申請專利範圍第9項之用於驅動至少一半導體雷射之設備，其中：固定於一共通散熱器上之複數個半導體雷射被驅動。
  14. 如申請專利範圍第9項之用於驅動至少一半導體雷射之設備，其中：包括複數個半導體雷射之一設備之複數個半導體雷射及一合波光纖被驅動，該複數個半導體雷射之每一者射出之雷射光進入該合波光纖被合波。
  15. 如申請專利範圍第9項之用於驅動至少一半導體雷射之設備，其中：待驅動的至少一半導體為GaN型半導體雷射。
  16. 如申請專利範圍第9項之用於驅動至少一半導體雷射之設備，其中：該至少一光偵測器係設置在一封裝內，該封裝內至少亦設置有半導體雷射。
  17. 一種用於導出校正圖形之方法，該校正圖形被使用於如申請專利範圍第1至8項中任一項之用於驅動至少一半導體雷射之方法，該用於導出校正圖形之方法包括下列 步驟：藉由根據該至少一光偵測器之輸出電流與對應於該至少一半導體雷射之該目標光輸出之設定值之間的比較結果來控制該驅動電流，在自動功率控制下，以一比較高的速度驅動該至少一半導體雷射；藉至少另一光偵測器偵測該至少一半導體雷射之光輸出，該至少另一光偵測器係設置在大體上未受該至少一半導體雷射產生之熱所影響的位置；以較低速度改變該設定值及/或該至少另一光偵測器之輸出，以實施自動功率控制，使得以該至少一其他光偵測器測得之該至少一半導體雷射之輸出變得一致；及指定該設定值及/或該至少一其他光偵測器之輸出之變化圖形作為校正圖形。
  18. 一種用於導出校正圖形之方法，該校正圖形被使用於如申請專利範圍第1至8項中任一項之用於驅動至少一半導體雷射之方法，該用於導出校正圖形之方法包括下列步驟：藉由根據該至少一光偵測器之輸出電流與對應對該至少一半導體雷射之該目標光輸出之設定值之間的比較結果，來控制該驅動電流，在自動功率控制下，驅動該至少一半導體雷射；藉至少另一光偵測器偵測至少一半導體雷射之光輸出的至少一部分，該至少另一光偵測器係設置在大體上 未受至少一半導體雷射產生之熱所影響的位置；從隨著該設定之經過時間增量該至少一其他光偵測器之輸出的變動特性，算出隨著設定之經過時間增量該設定值及/或該至少一其它光偵測器之輸出的校正量；指定校正量與經過時間之間的關係作為校正圖形。
  19. 如申請專利範圍第17或18項之用於導出校正圖形之方法，其中：用以實施自動功率控制之該至少一光偵測器係設在和該至少一半導體雷射的相同的封裝內。
  20. 一種用於導出一校正圖形之設備，該校正圖形係使用於如申請專利範圍第9至16項中任一項之用於驅動至少一半導體雷射之設備中，該用於導出校正圖形之設備包括：至少一光偵測器，用以偵測至少一半導體雷射之光輸出；一自動功率控制電路，藉由根據至少一光偵測器之輸出電流與對應該至少一半導體雷射該目標光輸出之設定值間之比較結果，控制該驅動電流，在自動功率控制下，以比較高的速度驅動該至少一半導體雷射；至少另一光偵測器，係設置在大體上未受至少一半導體雷射所產生之熱所影響之位置，用以偵測該至少一半導體雷射之光輸出；及一手段，用於以較低速度改變該設定值及/或至少一其他光偵測器之輸出以實施自動功率控制，使得以該至 少一其它光偵測器偵測之該至少一半導體雷射之輸出變得一致，且用於指定該設定值及/或該至少其它光偵測器之輸出變化的圖形以作為該校正圖形。
  21. 如申請專利範圍第20項之用於導出校正圖形之設備，其中：用以實施自動功率控制之至少一光偵測器係設置在和該至少一半導體雷射相同之封裝內。
  22. 一種曝光設備，係以調變光使一感光材料曝光，包括：至少一半導體雷射；至少一空間光調變元件，用於調變至少一半導體雷射射出之光；及如申請專利範圍第9至16項中任一項之用於驅動至少一半導體雷射之設備。
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