JP2009236983A - レーザーダイオード出力調整方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 高精度且つ短時間で行うことができるレーザー加工機の穴位置補正方法を提供することである。
【解決手段】 本発明によるレーザーダイオード出力調整方法においては、前記レーザーダイオード毎に、供給電流を横軸に出力を縦軸にして両者の関係を測定し、閾値電流より大きい電流域における両者の関係を第1の一次式として近似して、その傾きおよびX切片を記憶し、前記第1の一次式により、前記レーザーダイオードが設定出力を出力するために必要な電流値を推定して推定電流値として記憶し、前記推定電流値を入力したときのレーザーダイオード出力を測定し、測定されたレーザーダイオード出力が前記設定出力から外れている場合は供給電流を調整して当該レーザーダイオード出力を前記設定出力に合わせることを全ての前記レーザーダイオードに対して行うことにより全てのレーザーダイオード出力を等しくする。
【選択図】図1
【解決手段】 本発明によるレーザーダイオード出力調整方法においては、前記レーザーダイオード毎に、供給電流を横軸に出力を縦軸にして両者の関係を測定し、閾値電流より大きい電流域における両者の関係を第1の一次式として近似して、その傾きおよびX切片を記憶し、前記第1の一次式により、前記レーザーダイオードが設定出力を出力するために必要な電流値を推定して推定電流値として記憶し、前記推定電流値を入力したときのレーザーダイオード出力を測定し、測定されたレーザーダイオード出力が前記設定出力から外れている場合は供給電流を調整して当該レーザーダイオード出力を前記設定出力に合わせることを全ての前記レーザーダイオードに対して行うことにより全てのレーザーダイオード出力を等しくする。
【選択図】図1
Description
本発明は、被描画体を副走査方向へ移動させながら複数のレーザーダイオードから出力されたレーザービームを主走査方向へ偏向させて前記被描画体へ照射することにより前記被描画体上に所望のパターンを描画するレーザー直描装置(LDI:Laser Direct
Imaging )におけるレーザーダイオード出力調整方法に関する。
Imaging )におけるレーザーダイオード出力調整方法に関する。
例えば特許文献1には、複数のレーザーダイオードを光源として用いたレーザー直描装置が開示されており、図6は当該レーザー直描装置の要部構成図である。光源部1の内部には、アレイ状(格子状)に配列された複数個のレーザーダイオードと、コリメートレンズと、プリズムとが配置されている。コリメートレンズとプリズムは各レーザーダイオード毎に設けられている。そして、各レーザーダイオードから出射されたレーザービーム2は、図示を省略するコリメートレンズにより平行光に変換され、図示を省略するプリズムにより上下方向に光軸の間隔を狭められて、光源部1から出力される。
光源部1から出力されたレーザービーム2は、ミラー3a、3bに反射されて結像レンズ4に入射する。結像レンズ4は各レーザービーム2の光軸を偏向してポリゴンミラー5の反射面に縮小投影させる。結像レンズ4により光軸を偏向されたレーザービーム2はミラー3cおよびポリゴンミラー5で反射されてfθレンズ6に入射する。fθレンズ6を透過したレーザービーム2は折り返しミラー7により光軸を図の下方に偏向され、シリンドリカルレンズ8を透過して、ドライフィルムレジスト(DFR)またはフォトレジスト等の感光性フィルムである被描画体9に入射し、被描画体9を感光させる。ポリゴンミラー5が回転することにより、レーザービーム2は被描画体9上を主走査方向(図中のX方向)に走査される。
光源部1から出力されたレーザービーム2は、ミラー3a、3bに反射されて結像レンズ4に入射する。結像レンズ4は各レーザービーム2の光軸を偏向してポリゴンミラー5の反射面に縮小投影させる。結像レンズ4により光軸を偏向されたレーザービーム2はミラー3cおよびポリゴンミラー5で反射されてfθレンズ6に入射する。fθレンズ6を透過したレーザービーム2は折り返しミラー7により光軸を図の下方に偏向され、シリンドリカルレンズ8を透過して、ドライフィルムレジスト(DFR)またはフォトレジスト等の感光性フィルムである被描画体9に入射し、被描画体9を感光させる。ポリゴンミラー5が回転することにより、レーザービーム2は被描画体9上を主走査方向(図中のX方向)に走査される。
一方、被描画体9を搭載したテーブル10はリニアモータ11により、リニアガイド12を案内として副走査方向(図中のY方向)へ等速移動される。そして、各レーザーダイオードをオンオフすることにより、所望のパターンを被描画体9上に描画することができる。
ミラー20は、支持プレート21に保持されたシリンダ22により図の上下方向に移動自在であり、移動の下端(以下、「動作位置」という。)においてミラー3cとポリゴンミラー5間の各レーザービーム2の光軸と交差し、移動の上端(以下、「待機位置」という。)においては、いずれのレーザービーム2の光軸とも交差しない。支持プレート21は図示を省略する支持部材によりテーブル10と対向する位置に位置決めされている。レーザーダイオードの出力を測定する際に、ミラー20は動作位置に位置決めされる。
図7に示すように、ミラー20が動作位置に位置決めされた場合のレーザービーム2の光軸上には、凹レンズ26、フィルタ27および凸レンズ28とから構成される光学系25とフォトセンサ30とが配置されている。凹レンズ26は収束する各レーザービーム2の光軸を互いに平行な光軸に変換し、凸レンズ28は、互いに平行な各レーザービーム2の光軸をフォトセンサ30上に収束させる。フィルタ27は、各レーザービーム2の強度を予め定める割合で減衰させる。
図7において、シリンダ22は制御装置40によりその移動を制御される。また、図7におけるフォトセンサ30は制御装置40に接続されている。
複数のレーザーダイオードを光源として用いるレーザー直描装置において、当該複数のレーザーダイオードのエネルギー強度、すなわちレーザーダイオード出力(以下、LD出力と称する。)が所望の設定値(以下、設定出力と称する。)にそれぞれ等しくなるように調整を行う必要があり、この調整は迅速に行われることが要求される。また、レーザーダイオードの劣化によりLD出力が低下するので、複数のレーザーダイオード各々の劣化等による寿命を管理する必要がある。そこで、各レーザーダイオードLDiのLD出力を確認し、LD出力が所望の値よりも小さいレーザーダイオードには、当該レーザーダイオードに供給した電流値と入力電流の許容値(以下、許容電流値と称する。)とを比較し、供給した電流値が許容電流値を超える場合にはレーザーダイオードが寿命に達したと判定し、許容電流値以下の場合には、そのレーザーダイオードに対応した可変抵抗Rの抵抗値を小さくして再度LD出力を確認する。そして、許容電流値を入力しても設定出力に達しなくなったレーザーダイオードは寿命に達したと判断している。
特許文献1においては、LD出力を調整する際に、レーザーダイオードに入力する電流値を一定の増加量で変化させながらLD出力を測定して設定出力に近付けていくため、調整に時間がかかってしまう。また、設定出力での電流値が許容電流値以上の場合には寿命に達したと判断するため、最初から設定出力での電流値と許容電流値との差が小さいレーザーダイオードについては、本来の寿命以前に寿命に達したと判定してしまう、という問題点があった。
本発明が解決しようとする課題には上記の問題点が挙げられ、光源として用いる複数のレーザーダイオード各々のLD出力調整時間を短くして作業能率を高めると共に、各レーザーダイオードの寿命を適切に判断することが本発明の目的である。
本発明は、被描画体を副走査方向へ移動させながら格子状に配列された複数のレーザーダイオードを個別にオンオフし、前記レーザーダイオードから出射されたレーザービームを主走査方向へ偏向させて前記被描画体へ照射することにより前記被描画体上に所望のパターンを描画するレーザー直接描画装置におけるレーザーダイオード出力調整方法において、前記レーザーダイオード毎に、供給電流を横軸に出力を縦軸にして両者の関係を測定し、閾値電流より大きい電流域における両者の関係を第1の一次式として近似して、その傾きおよびX切片を記憶し、前記第1の一次式により、前記レーザーダイオードが設定出力を出力するために必要な電流値を推定して推定電流値として記憶し、前記推定電流値を入力したときのレーザーダイオード出力を測定し、測定されたレーザーダイオード出力が前記設定出力から外れている場合は供給電流を調整して当該レーザーダイオード出力を前記設定出力に合わせることを全ての前記レーザーダイオードに対して行うことにより全てのレーザーダイオード出力を等しくすることを特徴とする。
本発明によるLD出力調整方法は、LD出力調整を容易にして作業能率を高めると共に、各レーザーダイオードの初期特性に基づいて各レーザーダイオードの寿命を判断するため、レーザーダイオードの本来の寿命に基づいた寿命判定を可能にすることができる。
以下、本発明の実施例を図1〜図3を参照して説明する。尚、本発明に係るレーザー直描装置の要部構成は図6に示した従来のレーザー直描装置とほぼ同一であるため、説明を省略する。図1は本発明に係るレーザー直描装置における複数のレーザーダイオードの接続図であり、図2は、レーザーダイオードにおける入力電流(供給電流)IとLD出力Pとの関係(以下、LD特性と称する。)を示す図である。また、図3は、レーザーダイオードの劣化前後のLD特性を示す図である。
まず、図2を参照してレーザーダイオードの特性について説明する。図2に示すように、レーザーダイオードLDi(図2においてはLD1、LD2およびLD3)はそれぞれ異なるLD特性を示す。レーザーダイオードに注入する電流がある値を超えると反転分布キャリア密度がレーザー発振を起こすために必要な値を超えて誘導放出が起きるとともに、放出された光子の互いの位相が揃え合って急速に出力が増加する。このときの電流値を閾値電流(図2では約35〜45mA)という。
図1に示すように、制御装置40の図示しない電源部は、レーザーダイオードLDi(i=1〜n)に電流を供給する。また、制御装置40はスイッチSWiをオンオフ制御し、可変抵抗Riの抵抗値を制御する。制御装置40は、記憶部40a、演算部40bおよび判断部40cから構成される。記憶部40aは、図2のLD特性において閾値電流より大きい電流域における直線状部分を近似した一次式(以下、LD近似式と称する。)から求められるその傾きAijとX切片Bij、および求められたLD近似式に基づいて演算される、レーザーダイオードLDiを設定出力(例えば50mW)にする為に必要な推定電流値(mA)を記憶する。尚、jは後述する一次式の番号を示す。この実施例では、LD近似式のX軸との交点であるX切片を閾値電流とみなしており、LD3についての閾値電流をB31で示している。また、LD3についての傾きはA31で示している。演算部40bは、それぞれのLD近似式からその傾きAijおよびX切片Bijを演算する。判断部40cは、使用開始時点でのLD近似式(初期値として測定されたLD近似式。以下、LD近似式1(第1の一次式)と称する。)のX切片Bi1と、後述する第2の近似式のX切片Bi2とを比較し、当該比較した結果に基づいてレーザーダイオードが寿命に達したか否かを判定する。
次に、本発明のLD出力調整方法を図4、図5のフローチャートに基づいて説明する。まず、図4を参照して新しいLD(今まで使用されたことがないLD)のLD出力調整方法について説明する。
図2に示すように、複数のレーザーダイオードのLD特性は個々に異なるため、各々のレーザーダイオードの出力を等しくするためには、各レーザーダイオードに入力する入力電流を個々に調整する必要がある。
レーザーダイオードは、LD近似式におけるX切片Ai0、傾きBi0が、A0≦Ai0≦A1、B0≦Bi0≦B1の範囲にあるとして納入されたものが使用される。そこで、傾きAi0、X切片Bi0の下限値A0、B0および上限値A1、B1は予め記憶部40aに記憶させておく。
レーザーダイオードは、LD近似式におけるX切片Ai0、傾きBi0が、A0≦Ai0≦A1、B0≦Bi0≦B1の範囲にあるとして納入されたものが使用される。そこで、傾きAi0、X切片Bi0の下限値A0、B0および上限値A1、B1は予め記憶部40aに記憶させておく。
まず、図7に示すように、ミラー20を動作位置に位置決めし、レーザーダイオードの使用開始時点で、全てのレーザーダイオードLDiのLD特性を測定する(S100)。すなわち、入力電流をゼロから徐々に増加させてLD出力を測定する。その後、得られた初期LD特性から最小二乗法により直線近似を行うことによってLD近似式1(P=Ai1(X−Bi1))を求め(S105)、傾きAi1が所定の範囲内(A0≦Ai1≦A1)であるか確認する(S115)。傾きAi1が所定の範囲内にあるときは、さらにX切片Bi1が所定の範囲内(B0≦Bi1≦B1)であるかを確認し(S120)、X切片Bi1が所定の範囲内にあるときは、傾きAi1、X切片Bi1を記憶部40aに記憶する(S125)。
次に、各レーザーダイオードLDiについて求められたLD近似式1から、レーザーダイオードLDiが所定の出力(設定出力)になるような電流値をそれぞれ求めて推定電流値として記憶させ(S130)、可変抵抗Riを操作することによって当該推定電流値を設定する。その後、設定された電流値をレーザーダイオードLDiに入力してLD出力を測定し、設定出力になるように電流値の調整を行う(S135)。
傾きAi1、X切片Bi1が所定の範囲外の場合は、そのレーザーダイオードは不良であると判定し(S140)、図示しない表示手段にアラームを表示し(S145)、そのレーザーダイオードの交換を行う(S150)。
以上の動作を、全てのレーザーダイオードについて行う。
また、本発明では、以下に説明するLD出力調整を所定の経過時間毎に行う。
また、本発明では、以下に説明するLD出力調整を所定の経過時間毎に行う。
次に、図5を参照して経時におけるLD出力調整方法について説明する。
露光品質を向上するためには、ひとたびLD出力調整を行った後にも、所定の時間が経過する毎にLD出力調整を行う必要がある。本実施例においては、例えば1時間経過毎に全てのレーザーダイオードのLD出力を測定して、必要に応じてLD交換または入力電流調整を行う。
露光品質を向上するためには、ひとたびLD出力調整を行った後にも、所定の時間が経過する毎にLD出力調整を行う必要がある。本実施例においては、例えば1時間経過毎に全てのレーザーダイオードのLD出力を測定して、必要に応じてLD交換または入力電流調整を行う。
まず、所定の時間経過後に、レーザーダイオードのLD出力を測定する(S200)。その後、設定出力と測定したLD出力とを比較し、その差が所定値(例えば±5mW)より大きいか否かを判断する(S205)。差が所定値より小さい場合は、そのレーザーダイオードのLD出力調整は行わずに終了する。差が所定値より大きい場合には、LD特性を再度測定して(S210)LD近似式2(第2の一次式)を求め(S215)、その後LD近似式2の傾きAi2、X切片Bi2を記憶させる(S220)。当該記憶されたX切片Bi2と初期値であるX切片Bi1とを比較し(S225)、Bi2がBi1に対して一定の割合(例えば20%)を超えて増加している場合には、そのレーザーダイオードは寿命に達したと判定し(S250)、図示しない表示手段にアラームを表示し(S255)、そのレーザーダイオードの交換を行う(S260)。X切片Bi2のX切片Bi1と比較した増加分が一定の割合(例えば20%)以下の場合には、LD近似式2から設定出力時の推定電流値を求めて記憶させ(S230)、可変抵抗Riを操作することによって当該推定電流値を設定する。その後、設定された電流値をレーザーダイオードLDiに入力してLD出力を測定し、設定出力になるように電流値の調整を行い(S235)、LD出力調整を終了する。
以上の動作を、全てのレーザーダイオードについて行う。
本願のLD出力調整方法においては、レーザーダイオードの出力設定にあたって予め測定されたLD近似式から推定される推定電流値に基づいて調整を行うので、出力設定を迅速に行うことができ作業能率を高めることができる。
また、本願のレーザー直描装置においては、各レーザーダイオードの初期特性に基づいて各レーザーダイオードの寿命を判断するため、レーザーダイオードの本来の寿命に基づいた寿命判定をすることができる。
30 フォトセンサ
40 制御装置
40 制御装置
Claims (3)
- 被描画体を副走査方向へ移動させながら格子状に配列された複数のレーザーダイオードを個別にオンオフし、前記レーザーダイオードから出射されたレーザービームを主走査方向へ偏向させて前記被描画体へ照射することにより前記被描画体上に所望のパターンを描画するレーザー直接描画装置におけるレーザーダイオード出力調整方法において、前記レーザーダイオード毎に、
供給電流を横軸に出力を縦軸にして両者の関係を測定し、閾値電流より大きい電流域における両者の関係を第1の一次式として近似して、その傾きおよびX切片の値を記憶し、
前記第1の一次式により、前記レーザーダイオードが設定出力を出力するために必要な電流値を推定して推定電流値として記憶し、
前記推定電流値を入力したときのレーザーダイオード出力を測定し、
測定されたレーザーダイオード出力が前記設定出力から外れている場合は供給電流を調整して当該レーザーダイオード出力を前記設定出力に合わせることを全ての前記レーザーダイオードに対して行うことにより全てのレーザーダイオード出力を等しくすることを特徴とするレーザーダイオード出力調整方法。 - 前記第1の一次式の傾きまたはX切片の値が所定の範囲外である場合には、当該レーザーダイオードが不良であると判定することを特徴とする請求項1記載のレーザーダイオード出力調整方法。
- 所定の経過時間毎に、前記レーザーダイオードのレーザーダイオード出力を測定し、
当該測定したレーザーダイオード出力と前記設定出力との差が所定値を超える場合には、前記供給電流とレーザーダイオード出力との関係を測定し、閾値電流より大きい電流域における両者の関係を第2の一次式として近似してその傾きおよびX切片を記憶し、
前記第2の一次式のX切片の前記第1の一次式のX切片に対する増加分が所定値を超える場合には当該レーザーダイオードが寿命であると判定し、
前記増加分が所定値以下の場合には、前記第2の一次式により、前記レーザーダイオードが設定出力を出力するために必要な電流値を推定して推定電流値として記憶し、
当該推定電流値を前記レーザーダイオードに入力したときのレーザーダイオード出力を測定し、
測定されたレーザーダイオード出力が前記設定出力から外れている場合は供給電流を調整して当該レーザーダイオード出力を前記設定出力に合わせ、
その他の場合にはレーザーダイオード出力調整を行わない、ことを特徴とする請求項1記載のレーザーダイオード出力調整方法。
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2008
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