JP2007300085A

JP2007300085A - Light source, light source control method and light source replacement method

Info

Publication number: JP2007300085A
Application number: JP2007098688A
Authority: JP
Inventors: Kazunari Sekikawa; 和成関川
Original assignee: Shinko Electric Industries Co Ltd
Current assignee: Shinko Electric Industries Co Ltd
Priority date: 2006-04-07
Filing date: 2007-04-04
Publication date: 2007-11-15

Abstract

【課題】交換作業を容易かつ短時間で実現可能な、レーザダイオードを複数備えて構成される光源、この光源の全体の発光出力を制御する光源制御方法、および、この光源において複数のレーザダイオードのうちのいずれかを交換する光源交換方法を実現する。
【解決手段】レーザダイオードＬＤを複数備える光源１は、レーザダイオードＬＤと当該レーザダイオードＬＤの発光出力を制御する専用の制御ボード４７とからなる組毎に生成された校正データであって、制御ボード４７を駆動させるための制御値とこの制御値に基づいて制御ボード４７が駆動したときのレーザダイオードＬＤの発光出力の測定値との対応関係が規定された校正データ、に基づいて光源１全体の発光出力が制御され、この光源１内のレーザダイオードＬＤのうちのいずれかを交換する際は、レーザダイオードＬＤとこれに対応する制御ボード４７とこれに対応する校正データとを一組として交換する。
【選択図】図１A light source comprising a plurality of laser diodes that can be easily and quickly replaced, a light source control method for controlling the overall light emission output of the light source, and a plurality of laser diodes in the light source. A light source replacement method for replacing one of them is realized.
A light source 1 having a plurality of laser diodes LD is calibration data generated for each set of a laser diode LD and a dedicated control board 47 for controlling the light emission output of the laser diode LD, The calibration of the light source 1 as a whole is based on calibration data that defines the correspondence between the control value for driving 47 and the measured value of the light emission output of the laser diode LD when the control board 47 is driven based on this control value. When the light emission output is controlled and one of the laser diodes LD in the light source 1 is replaced, the laser diode LD, the control board 47 corresponding thereto, and the calibration data corresponding thereto are exchanged as a set. .
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、レーザダイオードを複数備えて構成される光源、この光源の全体の発光出力を制御する光源制御方法、および、この光源において複数のレーザダイオードのうちのいずれかを交換する光源交換方法に関し、特に、直接露光装置において用いられる光源、この光源の全体の発光出力を制御する光源制御方法、および、この光源において複数のレーザダイオードのうちのいずれかを交換する光源交換方法に関する。 The present invention relates to a light source including a plurality of laser diodes, a light source control method for controlling the overall light emission output of the light source, and a light source replacement method for replacing any of the plurality of laser diodes in the light source. In particular, the present invention relates to a light source used in a direct exposure apparatus, a light source control method for controlling the overall light emission output of the light source, and a light source replacement method for replacing any of a plurality of laser diodes in the light source.

レーザダイオード（ＬＤ）を有する半導体レーザ光源は、その内部に、レーザダイオードの発光強度を制御するための、レーザダイオードの発する光を受光するフォトダイオード（ＰＤ）を有する。このような半導体レーザ光源の構成を容易にするため、例えば、レーザダイオードとフォトダイオードとが互いに近接して配置されたモジュール構造の形を有するものがある（例えば、特許文献１）。 A semiconductor laser light source having a laser diode (LD) has a photodiode (PD) that receives light emitted from the laser diode for controlling the light emission intensity of the laser diode. In order to facilitate the configuration of such a semiconductor laser light source, for example, there is one having a module structure in which a laser diode and a photodiode are arranged close to each other (for example, Patent Document 1).

半導体レーザ光源を駆動するための制御ボード（制御回路）では、フォトダイオードによるレーザダイオードの発光強度の検知結果を用いて負帰還制御を実現し、レーザダイオードの発光強度を一定に保つ。このような負帰還制御を実行する制御ボードは、一般にＡＰＣ(Automatic Power Control)回路と呼ばれる。なお、モジュール化されていない単体のレーザダイオードの場合では、当該レーザダイオードに近接する位置にフォトダイオードを設置して負帰還回路を構成する必要がある。 In the control board (control circuit) for driving the semiconductor laser light source, negative feedback control is realized by using the detection result of the emission intensity of the laser diode by the photodiode, and the emission intensity of the laser diode is kept constant. A control board that performs such negative feedback control is generally called an APC (Automatic Power Control) circuit. In the case of a single laser diode that is not modularized, it is necessary to configure a negative feedback circuit by installing a photodiode at a position close to the laser diode.

図８は、半導体レーザを駆動するための制御ボードの一従来例を示す図である。以降、異なる図面において同じ参照符号が付されたものは同じ機能を有する構成要素であることを意味するものとする。 FIG. 8 is a diagram showing a conventional example of a control board for driving a semiconductor laser. Hereinafter, components having the same reference numerals in different drawings mean components having the same functions.

図８に示すモジュール２０内にはレーザダイオードＬＤとフォトダイオードＰＤとが近接して配置されており、レーザダイオードＬＤとフォトダイオードＰＤとは、光学的に結合される。レーザダイオードＬＤは、電流源２６から供給される電流Ｉ_LDによって発光する。フォトダイオードＰＤは、レーザダイオードＬＤが発する光を受光し、レーザダイオードＬＤの発光出力に比例した電流Ｉ_PDを出力する。電流増幅器２３は、フォトダイオードＰＤからの出力電流Ｉ_PDを増幅するが、電流から電圧に変換する機能も有するものでもあり、入力されたフォトダイオードＰＤの出力電流Ｉ_PDを電圧に変換して出力する。電流増幅器２３は極めて小さな入力インピーダンスを有していることから、電流増幅器２３の出力電圧は、レーザダイオードＬＤの発光出力に対して、広い範囲にわたって線形に変化する。誤差増幅器２４は電流増幅器２３の出力電圧と制御電圧設定器２５によって設定された基準電圧Ｖｒｅｆ１とを比較する。誤差増幅器２４の出力を用いて電流源２６の電流Ｉ_LDを制御する。 In the module 20 shown in FIG. 8, a laser diode LD and a photodiode PD are disposed close to each other, and the laser diode LD and the photodiode PD are optically coupled. The laser diode LD emits light by the current I _LD supplied from the current source 26. The photodiode PD receives light emitted from the laser diode LD and outputs a current _IPD proportional to the light emission output of the laser diode LD. Current amplifier 23 is to amplify the output current I _PD from the photodiode PD, also those having a function of converting the current into a voltage, converts the output current I _PD of the photodiode PD input to the voltage output To do. Since the current amplifier 23 has an extremely small input impedance, the output voltage of the current amplifier 23 changes linearly over a wide range with respect to the light emission output of the laser diode LD. The error amplifier 24 compares the output voltage of the current amplifier 23 with the reference voltage Vref1 set by the control voltage setting unit 25. The output of the error amplifier 24 is used to control the current I _LD of the current source 26.

図８に示す半導体レーザを駆動するための制御ボードにおいて、例えば、レーザダイオードＬＤの発光出力が増加する場合の一連の負帰還制御は次のとおりである。レーザダイオードＬＤの発光出力が増加すると、フォトダイオードＰＤの出力電流Ｉ_PDは増加し、電流増幅器２３の出力電圧が増加する。すると、誤差増幅器２４の出力が減少するので、電流源２６の電流Ｉ_LDが減少し、その結果、レーザダイオードＬＤの発光出力が減少する。以上の制御により、レーザダイオードＬＤの発光出力が基準電圧Ｖｒｅｆに対応した一定値になるように制御される。 In the control board for driving the semiconductor laser shown in FIG. 8, for example, a series of negative feedback control when the light emission output of the laser diode LD increases is as follows. When the light emission output of the laser diode LD increases, the output current I _PD of the photodiode PD increases and the output voltage of the current amplifier 23 increases. Then, since the output of the error amplifier 24 decreases, the current I _LD of the current source 26 decreases, and as a result, the light emission output of the laser diode LD decreases. With the above control, the light emission output of the laser diode LD is controlled to a constant value corresponding to the reference voltage Vref.

このようなレーザダイオード（半導体レーザ）を複数備えて構成される光源がある（例えば、非特許文献１参照）。図９は、レーザダイオードを複数備えて構成される光源の一従来例を示す図である。図示の例では、フォトダイオードおよびレーザダイオード（ともに図示せず）を含むモジュール２０をｎ個（ただし、ｎは自然数）備える。各モジュール２０はコネクタ１２を介して光ファイバ１３に接続される。各光ファイバ１３の他の一端にはコネクタ１４が接続される。各モジュール２０内のレーザダイオードから発せられた光は光ファイバ１３を介してコネクタ１４において収束される。一般的なレーザダイオードの発光出力は数百ミリワット程度であるが、複数のレーザダイオードを用いて上記のように構成された光源では例えば数ワット以上の発光出力を得ることができる。各モジュール２０内のレーザダイオードの発光出力は、制御ボード１０によって上記のように負帰還制御される。 There is a light source that includes a plurality of such laser diodes (semiconductor lasers) (for example, see Non-Patent Document 1). FIG. 9 is a diagram showing a conventional example of a light source configured with a plurality of laser diodes. In the illustrated example, n modules 20 (where n is a natural number) including photodiodes and laser diodes (both not shown) are provided. Each module 20 is connected to the optical fiber 13 via the connector 12. A connector 14 is connected to the other end of each optical fiber 13. The light emitted from the laser diode in each module 20 is converged at the connector 14 via the optical fiber 13. The light output of a general laser diode is about several hundred milliwatts, but a light output of several watts or more can be obtained with a light source configured as described above using a plurality of laser diodes. The light emission output of the laser diode in each module 20 is negative feedback controlled by the control board 10 as described above.

図１０は、図９に示す光源を駆動するための制御ボードの一従来例を示す図である。動作原理は上述した図８に示す制御ボードと同じである。図示の例では、レーザダイオードＬＤおよびフォトダイオードＰＤを含むモジュール２０をｎ個備える。各モジュール２０内のフォトダイオードＰＤの出力電流Ｉ_PDは合算されて電流増幅器２３に入力される。また、誤差増幅器２４の出力はｎ本に分岐され、各モジュール２０内のレーザダイオードＬＤへ電流Ｉ_LDを供給するための電流源２６−１、２６−ｎへそれぞれ接続される。このように複数のレーザダイオードで光源を構成する場合は、各モジュール２０内のフォトダイオードＰＤの出力電流Ｉ_PDの合算値を用いて、光源の発光出力を一定に保つように制御する。すなわち、各モジュール２０内のフォトダイオードＰＤの出力電流Ｉ_PDの合算値が増加した場合は、電流源２６−１、２６−ｎが供給する各モジュール２０内のレーザダイオードＬＤへ電流Ｉ_LDは減少し、各モジュール２０内のフォトダイオードＰＤの出力電流Ｉ_PDの合算値が減少した場合は、電流源２６−１、２６−ｎが供給する各モジュール２０内のレーザダイオードＬＤへ電流Ｉ_LDは増加することで、光源全体の発光出力が、所望の一定値を保つように制御される。 FIG. 10 is a diagram showing a conventional example of a control board for driving the light source shown in FIG. The operation principle is the same as that of the control board shown in FIG. In the illustrated example, n modules 20 including laser diodes LD and photodiodes PD are provided. The output current I _PD of the photodiode PD in each module 20 is added up and input to the current amplifier 23. The output of the error amplifier 24 is branched into n and connected to current sources 26-1 and 26-n for supplying a current I _LD to the laser diode LD in each module 20. When the light source is constituted by a plurality of laser diodes as described above, the light emission output of the light source is controlled to be constant by using the total value of the output current I _PD of the photodiode PD in each module 20. That is, when the total value of the output current I _PD of the photodiode PD in each module 20 increases, the current I _LD decreases to the laser diode LD in each module 20 supplied by the current sources 26-1 and 26-n. When the total value of the output current I _PD of the photodiode PD in each module 20 decreases, the current I _LD increases to the laser diode LD in each module 20 supplied by the current sources 26-1 and 26-n. Thus, the light emission output of the entire light source is controlled so as to maintain a desired constant value.

上述のような光源は、例えば、相対移動する露光対象物の露光面上に直接露光により所望の露光パターンを形成する直接露光装置（すなわちマスクレス露光装置）において、前記露光面上を露光するための光を発生するのに用いられる。直接露光装置では、露光処理のために、強力な発光出力（例えば数ワット以上）を有する光源が必要である。 The light source as described above is used, for example, to expose the exposure surface in a direct exposure apparatus (that is, a maskless exposure apparatus) that forms a desired exposure pattern by direct exposure on an exposure surface of an exposure object that is relatively moved. Used to generate light. In the direct exposure apparatus, a light source having a strong light emission output (for example, several watts or more) is necessary for the exposure process.

直接露光装置として、例えばディジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）を用いて露光パターンを直接露光処理により形成する装置がある（例えば、特許文献２参照）。図１１は、ディジタルマイクロミラーデバイスを用いた直接露光装置の一従来例を例示する図である。ディジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）１５１に対して相対移動する露光対象基板１０３上に形成したレジストを直接露光するにあたり、露光すべきパターンに対応したパターンデータがパターン生成器１５２で生成され、このパターンデータはＤＭＤ１５１に入力される。パターン生成器１５２は、相対移動する露光対象基板１０３の位置を検出する位置センサ１５３と連動しており、露光対象基板１０３の位置に同期してパターンデータを生成することになる。光源１０２は、拡散板１５４、レンズ１５５を介してＤＭＤ１５１に光を照射する。ＤＭＤ１５１は、その複数の各マイクロミラーをパターンデータに応じて傾動させることにより、ＤＭＤ１５１中の各マイクロミラーに入射した光が反射する方向を適宜変え、この光を露光対象基板１０３上のレジストにレンズ１５６を介して照射してパターンデータに対応した露光パターンを形成する。 As a direct exposure apparatus, there is an apparatus that forms an exposure pattern by direct exposure processing using, for example, a digital micromirror device (DMD) (see, for example, Patent Document 2). FIG. 11 is a diagram illustrating a conventional example of a direct exposure apparatus using a digital micromirror device. When the resist formed on the exposure target substrate 103 that moves relative to the digital micromirror device (DMD) 151 is directly exposed, pattern data corresponding to the pattern to be exposed is generated by the pattern generator 152. This pattern data Is input to the DMD 151. The pattern generator 152 is interlocked with a position sensor 153 that detects the position of the exposure target substrate 103 that is relatively moved, and generates pattern data in synchronization with the position of the exposure target substrate 103. The light source 102 irradiates the DMD 151 with light through the diffusion plate 154 and the lens 155. The DMD 151 changes the direction in which the light incident on each micromirror in the DMD 151 is reflected by tilting the plurality of micromirrors according to the pattern data, and this light is applied to the resist on the exposure target substrate 103 as a lens. Irradiation via 156 forms an exposure pattern corresponding to the pattern data.

このような直接露光装置においては、露光対象基板に光を照射する光源は、良好な露光効果を得るため、露光対象基板面上に照射する光をムラのない均一なものにする必要がある。 In such a direct exposure apparatus, a light source that irradiates light on an exposure target substrate needs to have uniform and uniform light irradiated on the exposure target substrate surface in order to obtain a good exposure effect.

図１２は、直接露光装置において用いられる光源の一従来例を示す図である。直接露光装置に用いられる光源１０２は、均一な照射光を得るために点光源１５８を複数配列して面状に構成される。各点光源１５８からの平行光線を拡散板１５４に通して「照度のムラ」を除去した上で、図１１におけるＤＭＤ１５１に照射する。 FIG. 12 is a diagram showing a conventional example of a light source used in a direct exposure apparatus. The light source 102 used in the direct exposure apparatus is formed in a planar shape by arranging a plurality of point light sources 158 in order to obtain uniform irradiation light. The parallel light from each point light source 158 is passed through the diffusion plate 154 to remove “irradiance unevenness”, and then irradiated to the DMD 151 in FIG.

特開２００４−３４９３２０号公報JP 2004-349320 A 特開平１０−１１２５７９号公報JP-A-10-112579 「ＬＤスロットモジュール（型番：ＮＤＡＶ３３０Ｅ１）標準仕様書」、日亜化学工業株式会社"LD slot module (model number: NDAV330E1) standard specification", Nichia Corporation

図１０に示すように、レーザダイオードを複数備えて構成される光源を駆動するための制御ボードを、ｎ個のモジュール２０内のフォトダイオードＰＤの出力電流Ｉ_PDの合算値に基づいて、光源の発光出力を一定に保つように制御する場合、すべてのレーザダイオードＬＤが正常に動作しているときは特に問題は生じない。しかし、仮にｍ個（ただし、ｍは自然数、かつ１≦ｍ＜ｎ）のレーザダイオードＬＤが故障したとすると光源全体の発光出力は極端に減少する。レーザダイオードＬＤの故障の有無にかかわらず、制御ボードは、依然として光源全体の発光出力が所望の一定値を保つように制御し続ける。この結果、正常な「ｎ−ｍ」個のレーザダイオードＬＤだけで光源全体としての発光出力を一定に保つように動作することとなり、正常なレーザダイオードＬＤに対する負担は増大する。この負担の増大は、正常なレーザダイオードＬＤの寿命劣化もしくは故障に連鎖する。結果として、より多くのレーザダイオードＬＤを交換しなければならない事態に陥ることになり得る。例えば直接露光装置の稼働中にこのような状態が生じた場合は、故障の特定や交換作業のために露光処理ラインが長期間にわたって停止することになり、経済的損失が非常に大きい。 As shown in FIG. 10, a control board for driving a light source comprising a plurality of laser diodes is arranged on the basis of the sum of output currents I _PD of the photodiodes PD in the n modules 20. When controlling to keep the light emission output constant, there is no particular problem when all the laser diodes LD are operating normally. However, if m laser diodes LD (where m is a natural number and 1 ≦ m <n) fail, the light emission output of the entire light source is extremely reduced. Regardless of whether or not the laser diode LD has failed, the control board continues to control the light output of the entire light source to maintain a desired constant value. As a result, only normal “nm” laser diodes LD operate so as to keep the light emission output of the entire light source constant, and the burden on the normal laser diodes LD increases. This increase in burden is linked to a life deterioration or failure of a normal laser diode LD. As a result, a situation may arise in which more laser diodes LD must be replaced. For example, if such a condition occurs during operation of the direct exposure apparatus, the exposure processing line will be stopped for a long period of time due to failure identification or replacement work, resulting in a great economic loss.

また、レーザダイオードＬＤの故障が発生していても、光源全体としての発光出力は所望の一定値が得られているので、そもそもレーザダイオードＬＤの故障の発生に気づきにくい。また、仮に故障に気づいたとしても故障したレーザダイオードＬＤの特定も困難であり、場合によっては、故障したレーザダイオードＬＤを特定できず、光源全体を交換しなければならなくなる。 Even if a failure of the laser diode LD occurs, the light emission output of the entire light source has a desired constant value, so that it is difficult to notice the failure of the laser diode LD in the first place. Also, even if a failure is noticed, it is difficult to identify the failed laser diode LD. In some cases, the failed laser diode LD cannot be identified, and the entire light source must be replaced.

従って本発明の目的は、上記問題に鑑み、交換作業を容易かつ短時間で実現可能な、レーザダイオードを複数備えて構成される光源、この光源の全体の発光出力を制御する光源制御方法、および、この光源において複数のレーザダイオードのうちのいずれかを交換する光源交換方法を提供することにある。 Therefore, in view of the above problems, an object of the present invention is to provide a light source comprising a plurality of laser diodes that can be easily and quickly replaced, a light source control method for controlling the overall light emission output of this light source, and An object of the present invention is to provide a light source replacement method for replacing any of a plurality of laser diodes in this light source.

上記目的を実現するために、本発明においては、レーザダイオードを複数備えて構成される光源は、レーザダイオードと当該レーザダイオードの発光出力を制御する当該レーザダイオード専用の制御ボードとからなる組ごとに予め生成された校正データであって、制御ボードを駆動させるための制御値と、この制御値に基づいて制御ボードが駆動したときにおけるレーザダイオードの実際の発光出力の測定値と、の対応関係が規定された校正データ、に基づいて光源全体の発光出力が制御される光源である。 In order to achieve the above object, in the present invention, a light source configured with a plurality of laser diodes is provided for each set of a laser diode and a control board dedicated to the laser diode for controlling the light emission output of the laser diode. Calibration data generated in advance, and the correspondence between the control value for driving the control board and the measured value of the actual light emission output of the laser diode when the control board is driven based on this control value is It is a light source in which the light emission output of the entire light source is controlled on the basis of prescribed calibration data.

また、本発明によれば、レーザダイオードを複数備えて構成される光源の全体の発光出力を制御する光源制御方法は、レーザダイオードと当該レーザダイオードの発光出力を制御する当該レーザダイオード専用の制御ボードとからなる組ごとに、制御ボードを駆動するための制御値と、この制御値に基づいて制御ボードが駆動したときにおけるレーザダイオードの実際の発光出力の測定値と、の対応関係が規定された校正データを、予め生成する生成ステップと、上記組ごとの校正データに基づいて光源全体の発光出力を制御する制御ステップと、を備える。 According to the present invention, a light source control method for controlling the overall light emission output of a light source comprising a plurality of laser diodes includes a laser diode and a control board dedicated to the laser diode for controlling the light emission output of the laser diode. For each set consisting of the above, the correspondence between the control value for driving the control board and the measured value of the actual light output of the laser diode when the control board is driven based on this control value was defined. A generation step of generating calibration data in advance, and a control step of controlling the light emission output of the entire light source based on the calibration data for each set.

また、本発明によれば、このような光源における複数のレーザダイオードのうちのいずれかを交換する光源交換方法において、（１）交換すべきレーザダイオードおよび当該交換すべきレーザダイオードの発光出力を制御する当該交換すべきレーザダイオード専用の制御ボードを、新たなるレーザダイオードおよび当該新たなるレーザダイオードの発光出力を制御する当該新たなるレーザダイオード専用の新たなる制御ボードに交換するとともに、（２）制御ボードを駆動するための制御値と、この制御値に基づいて制御ボードが駆動したときにおけるレーザダイオードの実際の発光出力の測定値との対応関係がレーザダイオードと当該レーザダイオードの発光出力を制御する当該レーザダイオード専用の制御ボードとからなる組ごとに規定された、光源全体の発光出力を制御するのに用いられる各校正データのうち、交換すべきレーザダイオードの発光出力の制御に用いられていた校正データを、新たなるレーザダイオードと当該新たなるレーザダイオードの発光出力を制御する当該新たなるレーザダイオード専用の新たなる制御ボードとからなる組のために規定された校正データに交換する。 According to the present invention, in the light source replacement method for replacing any of the plurality of laser diodes in such a light source, (1) the laser diode to be replaced and the light emission output of the laser diode to be replaced are controlled. The control board dedicated to the laser diode to be replaced is replaced with a new laser diode and a new control board dedicated to the new laser diode that controls the light emission output of the new laser diode, and (2) the control board The correspondence between the control value for driving the laser diode and the measured value of the actual light emission output of the laser diode when the control board is driven based on this control value is the control value for controlling the light emission output of the laser diode and the laser diode. Specified for each set consisting of a laser diode dedicated control board Among the calibration data used to control the light emission output of the entire light source, the calibration data used for controlling the light emission output of the laser diode to be replaced is replaced with a new laser diode and the new laser diode. Are exchanged for calibration data defined for a set consisting of a new control board dedicated to the new laser diode for controlling the light emission output.

本発明の光源は、相対移動する露光対象物の露光面上に直接露光により所望の露光パターンを形成する直接露光装置において、露光面上を露光するための光を発生するのに用いられてもよい。特にこの直接露光装置が、光源からの光をディジタルマイクロミラーデバイスに照射し、このディジタルマイクロミラーデバイスにおいて反射した光を、ディジタルマイクロミラーデバイスに対して相対移動する露光対象物の露光面上に照射することで、露光面上に所望の露光パターンを形成する装置である場合は、本発明による光源がディジタルマイクロミラーデバイスの照射面へ均一な光を照射することになるように、上記光源を構成する各レーザダイオードは制御される。 The light source of the present invention may be used to generate light for exposing an exposure surface in a direct exposure apparatus that forms a desired exposure pattern by direct exposure on an exposure surface of a relatively moving exposure object. Good. In particular, the direct exposure apparatus irradiates light from a light source onto a digital micromirror device, and irradiates light reflected on the digital micromirror device onto an exposure surface of an exposure object that moves relative to the digital micromirror device. Thus, in the case of an apparatus for forming a desired exposure pattern on the exposure surface, the light source is configured so that the light source according to the present invention emits uniform light to the irradiation surface of the digital micromirror device. Each laser diode is controlled.

本発明によれば、レーザダイオードを複数備えて構成される光源について、複数のレーザダイオードのうちのいずれかを交換する交換作業を容易かつ短時間で実現することができる。また、劣化もしくは故障したレーザダイオードを的確に交換することができるので、ランニングコストを最小限にすることができる。また、レーザダイオードの発光バラツキを抑制し、光照度を均一化することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, about the light source comprised by providing two or more laser diodes, the exchange operation | work which replaces | exchanges either of several laser diodes is realizable easily and in a short time. In addition, since the deteriorated or failed laser diode can be accurately replaced, the running cost can be minimized. Moreover, the light emission variation of a laser diode can be suppressed and light illuminance can be made uniform.

図１は、本発明の第１の実施例による光源およびこの光源を駆動するための制御ボードのブロック図である。第１の実施例では、ｎ個のレーザダイオードで光源１が構成されるものとする。したがって、レーザダイオードＬＤおよびフォトダイオードＰＤを含むモジュール２０は合計ｎ個設けられる。 FIG. 1 is a block diagram of a light source and a control board for driving the light source according to the first embodiment of the present invention. In the first embodiment, the light source 1 is composed of n laser diodes. Therefore, a total of n modules 20 including laser diodes LD and photodiodes PD are provided.

レーザダイオードＬＤをｎ個備えて構成される光源１を駆動するために、レーザダイオードＬＤのそれぞれに、当該レーザダイオードの発光出力を制御する専用の制御ボード４７が設けられる。したがって、制御ボード４７も合計ｎ個設けられる。ｎ個のレーザダイオードＬＤをそれぞれ個別に制御するｎ個の制御ボード４７は、システムバス４６を共有して接続される。 In order to drive the light source 1 configured with n laser diodes LD, a dedicated control board 47 for controlling the light emission output of the laser diodes is provided for each of the laser diodes LD. Therefore, a total of n control boards 47 are provided. The n control boards 47 that individually control the n laser diodes LD are connected by sharing the system bus 46.

各制御ボード４７は、マザーボード２上に設けられる。マザーボード２上にはさらに、外部のコントロールＰＣ（参照符号３）との通信を担当する通信コントローラ４５と、マザーボード２上における制御全体を統括するシステムコントローラ４４と、が設けられる。通信コントローラ４５は、システムコントローラ４４からの命令を受け、外部のコントロールＰＣ３と各制御ボード４７とのデータ送受信を制御する。 Each control board 47 is provided on the mother board 2. On the motherboard 2, a communication controller 45 that is in charge of communication with an external control PC (reference numeral 3) and a system controller 44 that controls the entire control on the motherboard 2 are provided. The communication controller 45 receives a command from the system controller 44 and controls data transmission / reception between the external control PC 3 and each control board 47.

コントロールＰＣ３上の制御ソフトウェアは、後述する校正データを読み込み、マザーボード２と通信してｎ個のレーザダイオードＬＤの発光出力を制御する。 The control software on the control PC 3 reads calibration data, which will be described later, and communicates with the mother board 2 to control the light emission outputs of the n laser diodes LD.

ここで、本発明における校正データ(Calibration Data)について説明する。 Here, calibration data in the present invention will be described.

制御ボードは、入力された制御値に基づいて駆動する。この制御値とは、レーザダイオードＬＤが所望の発光出力で発光するようにユーザが予め入力設定するパラメータである。したがって、同一の制御値を用いて複数のレーザダイオードＬＤを発光させれば、各レーザダイオードＬＤの発光出力は理想的には同一となる。 The control board is driven based on the input control value. This control value is a parameter input and set in advance by the user so that the laser diode LD emits light with a desired light emission output. Therefore, if a plurality of laser diodes LD are caused to emit light using the same control value, the light emission output of each laser diode LD is ideally the same.

しかしながら、実際には、モジュール２０内におけるフォトダイオードＰＤの出力電流Ｉ_PDは、フォトダイオードＰＤの光検知感度により若干異なる。同様に、モジュール２０内のレーザダイオードＬＤの発光特性についても、レーザダイオードＬＤの個体差がある。さらには、モジュール２０ごとに（すなわちレーザダイオードＬＤごとに）設けられる制御ボード４７についても、制御ボード４７を構成する各種素子に起因する回路パラメータの個体差が存在する。したがって、同一の制御値であったとしても、実際には、レーザダイオードＬＤ、フォトダイオードＰＤおよび制御ボード４７の組み合わせ如何によって、各レーザダイオードＬＤの発光出力は異なってくることになる。従来は、このようなレーザダイオードＬＤの発光出力のバラツキを、制御ボード内の抵抗値や増幅率などの回路パラメータを１つ１つ手動で調整することによって解消していた。 However, actually, the output current I _PD of the photodiode PD in the module 20 is slightly different depending on the light detection sensitivity of the photodiode PD. Similarly, the light emission characteristics of the laser diode LD in the module 20 have individual differences among the laser diodes LD. Further, the control board 47 provided for each module 20 (that is, for each laser diode LD) also has individual differences in circuit parameters due to various elements constituting the control board 47. Therefore, even if the control values are the same, the light emission output of each laser diode LD actually varies depending on the combination of the laser diode LD, the photodiode PD, and the control board 47. Conventionally, such variation in the light emission output of the laser diode LD has been eliminated by manually adjusting circuit parameters such as a resistance value and an amplification factor in the control board one by one.

そこで本発明では、このような調整の手間をなくすために、校正データを用いる。この校正データとは、制御ボード４７を駆動するための制御値と、この制御値に基づいて制御ボード４７が駆動したときにおけるレーザダイオードＬＤの実際の発光出力の測定値と、の対応関係が規定されたテーブルである。なお、校正データを生成するにあたっては、制御ボード４７に実際に制御値を入力してそのときのレーザダイオードＬＤの実際の発光出力を測定する必要があるが、そのような測定装置、制御値を制御ボード４７に入力するための装置（例えばコンピュータ）の実現は公知技術で十分可能であることは当業者であれば容易に理解できよう。 Therefore, in the present invention, calibration data is used in order to eliminate such adjustment work. The calibration data defines the correspondence between the control value for driving the control board 47 and the measured value of the actual light emission output of the laser diode LD when the control board 47 is driven based on this control value. It is a table that was made. When generating calibration data, it is necessary to actually input a control value to the control board 47 and measure the actual light emission output of the laser diode LD at that time. A person skilled in the art can easily understand that the implementation of an apparatus (for example, a computer) for inputting to the control board 47 is sufficiently possible by a known technique.

表１は、制御値Ｘは０〜１０２３の整数（すなわち離散値）とし、制御値Ｘと、この制御値Ｘに基づいて制御ボード４７が駆動したときにおけるレーザダイオードＬＤの実際の発光出力の測定値Ｐ₀（Ｘ）との対応関係を例示するテーブルである。 Table 1 shows that the control value X is an integer of 0 to 1023 (that is, a discrete value), and the actual light output of the laser diode LD when the control board 47 is driven based on the control value X and the control value X is measured. It is a table which illustrates the correspondence with value P ₀ (X).

レーザダイオードＬＤ、フォトダイオードＰＤおよび制御ボード４７の組み合わせが決まれば、制御値ＸとレーザダイオードＬＤの実際の発光出力の測定値Ｐ₀（Ｘ）とは１対１に決まるので、校正データは、レーザダイオードＬＤと当該レーザダイオードの発光出力を制御する当該レーザダイオード専用の制御ボード４７とからなる組ごとに、個別に生成する。 If the combination of the laser diode LD, the photodiode PD, and the control board 47 is determined, the control value X and the measured light emission output value P ₀ (X) of the laser diode LD are determined one-to-one. The laser diode LD and the control board 47 dedicated to the laser diode that controls the light emission output of the laser diode are individually generated.

このように生成された、レーザダイオードＬＤと当該レーザダイオード専用の制御ボード４７とからなる組ごとの校正データは、図１のコントロールＰＣ３に接続されたデータベース内に予め保持しておく。コントロールＰＣ３上の制御ソフトウェアは、組ごとの校正データを読み込み、マザーボード２と通信して対応するレーザダイオードＬＤの発光出力を制御する。 The calibration data for each set including the laser diode LD and the control board 47 dedicated to the laser diode generated in this way is stored in advance in a database connected to the control PC 3 in FIG. The control software on the control PC 3 reads calibration data for each set, communicates with the mother board 2 and controls the light emission output of the corresponding laser diode LD.

本発明の第１の実施例においては、光源１における複数のレーザダイオードＬＤのうちのいずれかを交換する際には、レーザダイオードＬＤと当該レーザダイオード専用の制御ボード４７とこれらに対応する校正データとを一組として交換する。より詳細には次のとおりである。すなわち、交換すべきレーザダイオードおよび当該交換すべきレーザダイオード専用の制御ボードについては、新たなるレーザダイオードおよび当該新たなるレーザダイオード専用の新たなる制御ボードに交換する。一方、校正データについては、交換すべきレーザダイオードの発光出力の制御に用いられていた校正データを、新たなるレーザダイオードと当該新たなるレーザダイオード専用の新たなる制御ボードとからなる組のために規定された校正データに交換する。校正データの交換は、例えばユーザがコントロールＰＣ３を用いて入力操作を行うことで実現できるようにすればよい。 In the first embodiment of the present invention, when any one of the plurality of laser diodes LD in the light source 1 is replaced, the laser diode LD, the control board 47 dedicated to the laser diode, and the calibration data corresponding thereto. And are exchanged as a set. More details are as follows. That is, the laser diode to be replaced and the control board dedicated to the laser diode to be replaced are replaced with a new laser diode and a new control board dedicated to the new laser diode. On the other hand, for calibration data, the calibration data used to control the light emission output of the laser diode to be replaced is defined for a set consisting of a new laser diode and a new control board dedicated to the new laser diode. Replace the calibration data. The exchange of the calibration data may be realized by the user performing an input operation using the control PC 3, for example.

このように、本発明の第１の実施例によれば、劣化もしくは故障したレーザダイオードを交換する際には、レーザダイオードＬＤと当該レーザダイオード専用の制御ボード４７とこれらに対応する校正データとを一組として交換するので、交換作業時のパラメータ調整は必要なく、交換作業を容易かつ短時間で実現することができる。また、図９および１０を参照して説明した従来例と比較すれば、劣化もしくは故障したレーザダイオードのみを交換することができるので、ランニングコストを最小限にすることができる。 As described above, according to the first embodiment of the present invention, when a deteriorated or failed laser diode is replaced, the laser diode LD, the control board 47 dedicated to the laser diode, and the calibration data corresponding thereto are obtained. Since they are exchanged as a set, there is no need to adjust parameters during the exchange work, and the exchange work can be realized easily and in a short time. Further, compared with the conventional example described with reference to FIGS. 9 and 10, since only the deteriorated or failed laser diode can be replaced, the running cost can be minimized.

図２は、図１に示す制御ボードの構成を示すブロック図である。図示の例では、モジュール２０に接続される１つの制御ボード４７について示している。 FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of the control board shown in FIG. In the illustrated example, one control board 47 connected to the module 20 is shown.

ＰＤ出力電流増幅器５１は、フォトダイオードＰＤからの出力電流Ｉ_PDを増幅すると同時に、レベルシフトをかけ、プラス電位からディジタルポテンショメータ５２に流れ込む定電流源として動作する。ＰＤ出力電流増幅器５１は、半固定の抵抗を使って電流増幅ゲインを調整することができるが、詳細については後述する。 The PD output current amplifier 51 operates as a constant current source that amplifies the output current IPD from the photodiode PD and simultaneously _applies a level shift to flow into the digital potentiometer 52 from the plus potential. The PD output current amplifier 51 can adjust the current amplification gain using a semi-fixed resistor, and details will be described later.

ディジタルポテンショメータ５２は、システムバスインタフェース５７を介して受信されるディジタル信号により抵抗値を変えることのできる集積回路である。図２に示す例ではディジタルポテンショメータ５２としてＡｎａｌｏｇＤｅｖｉｃｅｓ社のＡＤＮ２８５０を使用している。ディジタルポテンショメータ５２の抵抗値は、上述の制御値に比例する。制御値が小さいほど、誤差増幅器５５の反転入力端子に印加される電圧が小さくなるので、レーザダイオードＬＤへ入力される電流Ｉ_LDが増加してレーザダイオードＬＤの発光出力も増大する。より具体的には、レーザダイオードＬＤの実際の発光出力の測定値Ｐ₀（Ｘ）は制御値Ｘに逆比例し、式（１）が成り立つ。 The digital potentiometer 52 is an integrated circuit whose resistance value can be changed by a digital signal received via the system bus interface 57. In the example shown in FIG. 2, ADN 2850 of Analog Devices is used as the digital potentiometer 52. The resistance value of the digital potentiometer 52 is proportional to the control value described above. As the control value is smaller, the voltage applied to the inverting input terminal of the error amplifier 55 is smaller, so that the current I _LD input to the laser diode _LD is increased and the light emission output of the laser diode LD is also increased. More specifically, the measured value P ₀ (X) of the actual light emission output of the laser diode LD is inversely proportional to the control value X, and the formula (1) is established.

ここで、Ａは定数であり、ＡＤＮ２８５０の場合、Ｘは０〜１０２３の整数である。なお、式（１）においてＸ＝０のとき、理論上Ｐ₀（Ｘ）は無限大となるが、実際はＡＤＮ２８５０内に数十Ω程度の内部抵抗が残留し、また、レーザダイオードＬＤへ流れ込む電流Ｉ_LDも回路構成上制約されるので、レーザダイオードＬＤの発光出力が無限大となることはない。 Here, A is a constant, and in the case of ADN2850, X is an integer from 0 to 1023. Note that when X = 0 in the formula (1), P ₀ (X) is theoretically infinite, but in reality, an internal resistance of about several tens of Ω remains in the ADN 2850, and the current flowing into the laser diode LD Since I _{LD is} also restricted by the circuit configuration, the light emission output of the laser diode LD does not become infinite.

ＰＤ出力電流増幅器５１の出力は、フォトダイオードＰＤからの出力電流Ｉ_PDに比例した定電流源であるので、一方の端子が接地されたディジタルポテンショメータ５２の抵抗の両端には、フォトダイオードＰＤからの出力電流Ｉ_PDに比例した電圧、すなわち発光出力に比例した電圧が発生する。 The output of the PD output current amplifier 51 are the constant-current source that is proportional to the output current I _PD from the photodiode PD, the resistance across the digital potentiometer 52 having one terminal grounded, from the photodiode PD A voltage proportional to the output current _IPD , that is, a voltage proportional to the light emission output is generated.

ディジタルポテンショメータ５２で生成された電圧は、誤差増幅器５５の反転入力端子に印加される。一方、誤差増幅器５５の非反転入力端子には、基準電圧設定器５４で設定された制御電圧Ｖｒｅｆが印加される。図２に示す例では、誤差増幅器５５および基準電圧設定器５４を集積したＬＤ出力制御用集積回路５３として、ＡｎａｌｏｇＤｅｖｉｃｅｓ社のＡＤＮ２８３０を使用している。 The voltage generated by the digital potentiometer 52 is applied to the inverting input terminal of the error amplifier 55. On the other hand, the control voltage Vref set by the reference voltage setting unit 54 is applied to the non-inverting input terminal of the error amplifier 55. In the example shown in FIG. 2, Analog Devices ADN2830 is used as the LD output control integrated circuit 53 in which the error amplifier 55 and the reference voltage setter 54 are integrated.

ＬＤ出力制御用集積回路５３の出力電流は、電流ブースター５６により増幅されると同時に、プラス電位からグランドに向かって流れ込むよう、レベルシフトがかけられ、レーザダイオードＬＤを駆動する。 The output current of the LD output control integrated circuit 53 is amplified by the current booster 56, and at the same time, a level shift is applied so as to flow from the positive potential toward the ground, thereby driving the laser diode LD.

ディジタルポテンショメータ５２は、抵抗値を変化させるためのディジタル信号をシステムバスインタフェース５７を経由して受信し、またラッチした数値を送信することができる。ＡＤＮ２８５０の場合、ＳＰＩ（ＳｅｒｉａｌＰｅｒｉｐｅｒａｌＩｎｔｅｒｆａｃｅ）と呼ばれる規格の通信プロトコルをサポートしているので、この通信プロトコルに従ったデータの送受信を行う。 The digital potentiometer 52 can receive a digital signal for changing the resistance value via the system bus interface 57 and transmit a latched numerical value. In the case of ADN2850, since a communication protocol of a standard called SPI (Serial Peripheral Interface) is supported, data is transmitted and received according to this communication protocol.

ＬＤ出力制御用集積回路５３を構成するＡＤＮ２８３０は、出力電流のオン／オフや、レーザダイオードＬＤの劣化もしくは故障を検出する機能を有している。出力電流のオン／オフや、レーザダイオードＬＤの劣化もしくは故障に関する情報はディジタル信号として入出力可能であり、本発明の第１の実施例では、この情報もシステムバスインタフェース５７を経由して送受信する。このＡＤＮ２８３０を使用することにより、個々のレーザダイオードＬＤの劣化もしくは故障をリアルタイムに判定することができる。この判定結果に基づいて、正常なレーザダイオードＬＤの発光出力を増加させて劣化もしくは故障したレーザダイオードＬＤの発光出力の分を補償して光源１全体の発光出力を保つか、あるいは、動作を直ちに停止させてレーザダイオードＬＤを交換するか、といった「ユーザ自身の判断」を考慮できるようになる。 The ADN 2830 constituting the LD output control integrated circuit 53 has a function of detecting on / off of an output current and deterioration or failure of the laser diode LD. Information regarding on / off of the output current and deterioration or failure of the laser diode LD can be input / output as a digital signal. In the first embodiment of the present invention, this information is also transmitted / received via the system bus interface 57. . By using this ADN 2830, it is possible to determine in real time the deterioration or failure of each laser diode LD. Based on the determination result, the light emission output of the normal laser diode LD is increased to compensate for the light emission output of the deteriorated or failed laser diode LD to keep the light emission output of the entire light source 1 or the operation is immediately performed. It becomes possible to consider “user's own judgment” such as whether to stop and replace the laser diode LD.

ここで、制御ボード４７の回路パラメータの調整について説明する。図３〜５は、本発明の第１の実施例における制御ボードの回路パラメータの調整を説明する図である。
式（１）において、Ｐ₀（Ｘ）をＸの連続関数とみなしてＸで微分すると、式（２）のようになる。 Here, adjustment of circuit parameters of the control board 47 will be described. 3 to 5 are diagrams for explaining adjustment of circuit parameters of the control board in the first embodiment of the present invention.
In Formula (1), when P ₀ (X) is regarded as a continuous function of X and differentiated by X, Formula (2) is obtained.

式（２）は、制御値Ｘの変化に対するレーザダイオードＬＤの実際の発光出力の測定値Ｐ₀の変化率を意味しており、その絶対値については制御値Ｘの値が小さいほど急激に大きくなる。 Equation (2) means the rate of change in the measured value P ₀ of the actual light emission output of the laser diode LD with respect to the change in the control value X, and the absolute value thereof increases rapidly as the control value X decreases. Become.

上記のとおり、制御値Ｘは離散値であるので、「Ｘの値が１だけ減少した場合のＰ₀（Ｘ）の増加分のＰ₀（Ｘ）に対する割合」を、「Ｐ₀（Ｘ）の分解能Ｒ（Ｘ）[％]」と定義すると、式（３）のように定義できる。 As described above, since the control value X is a discrete value, the "ratio P ₀ (X) increase in P when the value of X is decreased by 1 ₀ (X)", "P ₀ (X) Defined as R (X) [%] ”, it can be defined as shown in Equation (3).

Ｒ（Ｘ）の値が大きいことは、微調整が難しいことを意味する。式（３）に式（１）を代入すると式（４）が得られる。 A large value of R (X) means that fine adjustment is difficult. Substituting equation (1) into equation (3) yields equation (4).

式（４）は単調減少関数である。ここで、最も粗い分解能として例えば１％が必要な場合は、式（４）から制御値Ｘは１０１以上である必要があることがわかる。また、最も粗い分解能として例えば０．５％が必要な場合は、式（４）から制御値Ｘは２０１以上である必要があることがわかる。つまり、本発明の第１の実施例では、必要とする分解能が決まれば、制御値Ｘの下限値が自動的に決まるのである。例えば、表１では、その下限値が１０１であり、１００以下の制御値が使用できないことを、対応するＰ₀（Ｘ）の値に負の値を与えることで示している。 Equation (4) is a monotonically decreasing function. Here, when 1% is required as the coarsest resolution, for example, it can be seen from the equation (4) that the control value X needs to be 101 or more. Further, when 0.5% is required as the coarsest resolution, for example, it can be seen from the equation (4) that the control value X needs to be 201 or more. That is, in the first embodiment of the present invention, when the required resolution is determined, the lower limit value of the control value X is automatically determined. For example, Table 1 shows that the lower limit value is 101 and that a control value of 100 or less cannot be used by giving a negative value to the corresponding P ₀ (X) value.

レーザダイオードＬＤと制御ボード４７との組み合わせ次第で、レーザダイオードＬＤの実際の発光出力の測定値が異なってくることはすでに説明したとおりである。図３のグラフでは、異なるレーザダイオードＬＤと制御ボード４７との組み合わせ（α、βで表す）により、Ｐ₀（Ｘ）−Ｘ特性が異なることを示している。 As described above, the measured value of the actual light emission output of the laser diode LD varies depending on the combination of the laser diode LD and the control board 47. The graph of FIG. 3 shows that the P ₀ (X) -X characteristics are different depending on the combination of the laser diode LD and the control board 47 (represented by α and β).

このとき、「分解能の最悪値を保証する」という制約が加わると、図４に示すように、式（４）から決まる制御値Ｘの下限値において、必要な発光出力Ｐ₀（Ｘ）の最大値Ｐ₀ｍａｘが得られることも同時に保証しなくてはならない。図４のβのＰ₀（Ｘ）−Ｘ特性は、ＸｍｉｎにおいてＰ₀ｍａｘに到達しておらず、このままでは制御値Ｘｍｉｎ近傍では所望の発光出力を得ることができない。一方、図４のαのＰ₀（Ｘ）−Ｘ特性は、ＸｍｉｎにおいてＰ₀ｍａｘに到達しているが、Ｐ₀（Ｘ）の制御可能範囲が狭い。そこで、図５に示すように、βのＰ₀（Ｘ）−Ｘ特性についてはカーブを「押し上げ」るように、αのＰ₀（Ｘ）−Ｘ特性についてはカーブを「押し下げ」るように、調整する。すなわち、本発明の第１の実施例では、全てのＰ₀（Ｘ）−Ｘ特性についてが、Ｘ＝ＸｍｉｎでＰ₀（Ｘ）＝Ｐ₀ｍａｘとなるように調整する。なお、厳密にＰ₀（Ｘ）＝Ｐ₀ｍａｘとなるように調整する以外に、おおよそＰ₀（Ｘ）＝Ｐ₀ｍａｘとなるように調整してもよい。 At this time, if the constraint of “guaranteeing the worst value of resolution” is added, as shown in FIG. 4, the maximum required light emission output P ₀ (X) at the lower limit value of the control value X determined from Equation (4) is obtained. At the same time, it must be ensured that the value P ₀ max is obtained. The P ₀ (X) -X characteristic of β in FIG. 4 does not reach P ₀ max at Xmin, and a desired light emission output cannot be obtained near the control value Xmin. On the other hand, the P ₀ (X) -X characteristic of α in FIG. 4 reaches P ₀ max at Xmin, but the controllable range of P ₀ (X) is narrow. Therefore, as shown in FIG. 5, the curve is “pushed” for the P ₀ (X) -X characteristic of β, and the curve is “pushed” for the P ₀ (X) -X characteristic of α. ,adjust. That is, in the first embodiment of the present invention, all P ₀ (X) -X characteristics are adjusted so that P ₀ (X) = P ₀ max when X = Xmin. It should be noted that, in addition to adjusting so that P ₀ (X) = P ₀ max strictly, adjustment may be made so that approximately P ₀ (X) = P ₀ max.

図２に示すＰＤ出力電流増幅器５１において、半固定の抵抗を使って電流増幅ゲインを調整することにより、上記Ｐ₀（Ｘ）−Ｘ特性の調整が可能である。すなわち、ＰＤ出力電流増幅器５１の電流増幅率を大きくすると、負帰還量が増加するのでＰ₀（Ｘ）−Ｘ特性は下がる。一方、ＰＤ出力電流増幅器５１の電流増幅率を小さくすると、負帰還量が減少するのでＰ₀（Ｘ）−Ｘ特性は上がる。 In the PD output current amplifier 51 shown in FIG. 2, the P ₀ (X) -X characteristic can be adjusted by adjusting the current amplification gain using a semi-fixed resistor. That is, when the current amplification factor of the PD output current amplifier 51 is increased, the negative feedback amount increases, so that the P ₀ (X) -X characteristic is lowered. On the other hand, when the current amplification factor of the PD output current amplifier 51 is reduced, the negative feedback amount is reduced, so that the P ₀ (X) -X characteristic is improved.

上記のように制御ボード４７の回路パラメータの調整すなわちＰ₀（Ｘ）−Ｘ特性の調整を行うことで、所定の制御値すなわち下限値Ｘｍｉｎに基づいて制御ボード４７が駆動したときにおけるレーザダイオードＬＤの実際の発光出力が、光源１を構成する全てのレーザダイオードＬＤについて同一となるかあるいは近接するようにする。この調整後、校正データを生成する。 By adjusting the circuit parameters of the control board 47, that is, adjusting the P ₀ (X) -X characteristics as described above, the laser diode LD when the control board 47 is driven based on a predetermined control value, that is, the lower limit value Xmin. The actual light output is made the same or close to all the laser diodes LD constituting the light source 1. After this adjustment, calibration data is generated.

なお、上述のように本発明の第１の実施例は、劣化もしくは故障したレーザダイオードＬＤは、対応する制御ボード４７と一緒に交換するものである。この変形例として、レーザダイオードＬＤが劣化もしくは故障したとしても、対応する制御ボード４７自体に故障がなければこの制御ボード４７を新たなレーザダイオードＬＤと組み合わせ、上記のように制御ボード４７の回路パラメータを調整し、この調整後、校正データを生成すれば、当該制御ボード４７については再利用することができるので、経済的である。 As described above, in the first embodiment of the present invention, the deteriorated or failed laser diode LD is replaced together with the corresponding control board 47. As a modified example, even if the laser diode LD deteriorates or fails, if the corresponding control board 47 itself does not have a failure, this control board 47 is combined with a new laser diode LD, and the circuit parameters of the control board 47 are changed as described above. If calibration data is generated after this adjustment, the control board 47 can be reused, which is economical.

上述の本発明の第１の実施例においては、図１に示したように、レーザダイオードＬＤと当該レーザダイオード専用の制御ボード４７とからなる組ごとの校正データは、図１のコントロールＰＣ３に接続されたデータベース内に予め保持される。コントロールＰＣ３上の制御ソフトウェアは、組ごとの校正データを読み込み、マザーボード２と通信して対応するレーザダイオードＬＤの発光出力を制御する。本発明の第１の実施例によれば、劣化もしくは故障したレーザダイオードを交換する際には、レーザダイオードＬＤと当該レーザダイオード専用の制御ボード４７とこれらに対応する校正データとを一組として交換する。 In the first embodiment of the present invention described above, as shown in FIG. 1, the calibration data for each set comprising the laser diode LD and the control board 47 dedicated to the laser diode is connected to the control PC 3 in FIG. Stored in the database in advance. The control software on the control PC 3 reads calibration data for each set, communicates with the mother board 2 and controls the light emission output of the corresponding laser diode LD. According to the first embodiment of the present invention, when a deteriorated or failed laser diode is replaced, the laser diode LD, the control board 47 dedicated to the laser diode, and the calibration data corresponding thereto are replaced as a set. To do.

本発明の第１の実施例では校正データは、コントロールＰＣ３に接続されたデータベース内に保存されるが、本発明の第２の実施例では、校正データは、マザーボード内の制御ボード上に存在する不揮発性メモリに保存される。図６は、本発明の第２の実施例による光源およびこの光源を駆動するための制御ボードのブロック図である。図７は、図６に示す制御ボードの構成を示すブロック図である。 In the first embodiment of the present invention, the calibration data is stored in a database connected to the control PC 3. However, in the second embodiment of the present invention, the calibration data exists on the control board in the motherboard. Stored in non-volatile memory. FIG. 6 is a block diagram of a light source and a control board for driving the light source according to the second embodiment of the present invention. FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of the control board shown in FIG.

本発明の第２の実施例では、図６の制御ボード４７’は、図７に示すように、校正データを保存するための校正データ用ＲＯＭ（参照符号５８）をさらに備える。校正データ用ＲＯＭ５８は、システムバスインタフェース５７に接続される。校正データ用ＲＯＭ５８は、例えばＥＥＰＲＯＭのような不揮発性メモリである。校正データは、モジュール２０およびお制御ボード４７’の校正時に、校正データ用ＲＯＭ５８に保存される。なお、校正データの内容については、表１を参照して説明したとおりである。 In the second embodiment of the present invention, the control board 47 'of FIG. 6 further includes a calibration data ROM (reference numeral 58) for storing calibration data, as shown in FIG. The calibration data ROM 58 is connected to the system bus interface 57. The calibration data ROM 58 is a nonvolatile memory such as an EEPROM. The calibration data is stored in the calibration data ROM 58 when the module 20 and the control board 47 'are calibrated. The contents of the calibration data are as described with reference to Table 1.

コントロールＰＣ３上の制御ソフトウェアは、電源立ち上げ時に、システムバス４６を経由して、各校正データ用ＲＯＭ５８に保存されている校正データを読み込む。そして、コントロールＰＣ３上の制御ソフトウェアは、マザーボード２と通信して対応するレーザダイオードＬＤの発光出力を制御する。 The control software on the control PC 3 reads calibration data stored in each calibration data ROM 58 via the system bus 46 when the power is turned on. The control software on the control PC 3 communicates with the mother board 2 to control the light emission output of the corresponding laser diode LD.

このように、本発明の第２の実施例によれば、制御ボード４７’が、該制御ボード４７’に対応するモジュール２０を制御するために必要な情報を把握しているので、ユーザは、校正データを設定したり置き換えたりする作業を別途行う必要がない利点がある。 As described above, according to the second embodiment of the present invention, the control board 47 ′ grasps information necessary for controlling the module 20 corresponding to the control board 47 ′. There is an advantage that it is not necessary to separately perform the work of setting or replacing the calibration data.

以上説明した第１および第２の実施例では、レーザダイオードとフォトダイオードとが互いに近接して配置されたモジュール構造の形を有するものについて説明した。なお、モジュール化されていない単体のレーザダイオードの場合は、当該レーザダイオードに近接する位置または受光照度を安定させたい場合にフォトダイオードを設置した上で本発明を適用すればよい。 In the first and second embodiments described above, the laser diode and the photodiode having a module structure in which the photodiodes are arranged close to each other have been described. In the case of a single laser diode that is not modularized, the present invention may be applied after a photodiode is installed in order to stabilize the position close to the laser diode or the light receiving illuminance.

本発明の光源は、相対移動する露光対象物の露光面上に直接露光により所望の露光パターンを形成する直接露光装置において、露光面上を露光するための光を発生するのに用いられてもよい。特にこの直接露光装置は、光源からの光をディジタルマイクロミラーデバイスに照射し、このディジタルマイクロミラーデバイスにおいて反射した光を、ディジタルマイクロミラーデバイスに対して相対移動する露光対象物の露光面上に照射することで、露光面上に所望の露光パターンを形成する装置である場合は、本発明による光源がディジタルマイクロミラーデバイスの照射面へ均一な光を照射することになるように、光源を構成する各レーザダイオードは制御される。 The light source of the present invention may be used to generate light for exposing an exposure surface in a direct exposure apparatus that forms a desired exposure pattern by direct exposure on an exposure surface of a relatively moving exposure object. Good. In particular, this direct exposure apparatus irradiates light from a light source onto a digital micromirror device, and irradiates light reflected by the digital micromirror device onto an exposure surface of an exposure object that moves relative to the digital micromirror device. Thus, in the case of an apparatus for forming a desired exposure pattern on the exposure surface, the light source is configured so that the light source according to the present invention irradiates the irradiation surface of the digital micromirror device with uniform light. Each laser diode is controlled.

本発明は、レーザダイオードを複数備えて構成される光源に適用することができる。本発明によれば、複数のレーザダイオードのうちのいずれかを交換する際には、レーザダイオードと当該レーザダイオード専用の制御ボードとこれらに対応する校正データとを一組として交換するので、交換作業時のパラメータ調整は必要なく、交換作業を容易かつ短時間で実現することができる。劣化もしくは故障したレーザダイオードを的確に交換することが容易であるので、ランニングコストを最小限にすることができる。 The present invention can be applied to a light source including a plurality of laser diodes. According to the present invention, when replacing any of the plurality of laser diodes, the laser diode, the control board dedicated to the laser diode, and the calibration data corresponding thereto are exchanged as a set. There is no need to adjust parameters at the time, and the replacement work can be realized easily and in a short time. Since it is easy to accurately replace a deteriorated or failed laser diode, the running cost can be minimized.

また、本発明による光源は、直接露光装置の光源として適用することができる。直接露光装置によれば、露光対象物（露光対象基板）の伸縮、歪み、ずれなどに対処するための補正を、露光データの生成の段階で予め行うことができ、あるいはリアルタイムで行うことができるので、製造精度の向上、歩留まりの向上、納期の短縮、製造コストの低減などの利点がもたらされる。 The light source according to the present invention can be applied as a light source of a direct exposure apparatus. According to the direct exposure apparatus, correction for dealing with expansion / contraction, distortion, displacement, etc. of the exposure object (exposure target substrate) can be performed in advance at the stage of generating the exposure data, or can be performed in real time. Therefore, advantages such as improved manufacturing accuracy, improved yield, shorter delivery time, and reduced manufacturing cost are brought about.

本発明の第１の実施例による光源およびこの光源を駆動するための制御ボードのブロック図である。1 is a block diagram of a light source and a control board for driving the light source according to a first embodiment of the present invention. 図１に示す制御ボードの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the control board shown in FIG. 本発明の第１の実施例における制御ボードの回路パラメータの調整を説明する図（その１）である。It is FIG. (1) explaining adjustment of the circuit parameter of the control board in 1st Example of this invention. 本発明の第１の実施例における制御ボードの回路パラメータの調整を説明する図（その２）である。It is FIG. (2) explaining adjustment of the circuit parameter of the control board in 1st Example of this invention. 本発明の第１の実施例における制御ボードの回路パラメータの調整を説明する図（その３）である。It is FIG. (3) explaining adjustment of the circuit parameter of the control board in 1st Example of this invention. 本発明の第２の実施例による光源およびこの光源を駆動するための制御ボードのブロック図である。It is a block diagram of the light source by the 2nd Example of this invention, and the control board for driving this light source. 図６に示す制御ボードの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the control board shown in FIG. 半導体レーザを駆動するための制御ボードの一従来例を示す図である。It is a figure which shows one prior art example of the control board for driving a semiconductor laser. レーザダイオードを複数備えて構成される光源の一従来例を示す図である。It is a figure which shows one prior art example of the light source comprised by providing two or more laser diodes. 図９に示す光源を駆動するための制御ボードの一従来例を示す図である。It is a figure which shows one prior art example of the control board for driving the light source shown in FIG. ディジタルマイクロミラーデバイスを用いた直接露光装置の一従来例を例示する図である。It is a figure which illustrates one prior art example of the direct exposure apparatus using a digital micromirror device. 直接露光装置において用いられる光源の一従来例を示す図である。It is a figure which shows one prior art example of the light source used in a direct exposure apparatus.

Explanation of symbols

１光源
２マザーボード
３コントロールＰＣ
２０モジュール
４４システムコントローラ
４５通信コントローラ
４６システムバス
４７制御ボード
５１ＰＤ出力電流増幅器
５２ディジタルポテンショメータ
５３ＬＤ出力制御用集積回路
５４基準電圧設定器
５５誤差増幅器
５６電流ブースター
５７システムバスインタフェース
ＬＤレーザダイオード
ＰＤフォトダイオード 1 Light source 2 Motherboard 3 Control PC
20 module 44 system controller 45 communication controller 46 system bus 47 control board 51 PD output current amplifier 52 digital potentiometer 53 LD output control integrated circuit 54 reference voltage setter 55 error amplifier 56 current booster 57 system bus interface LD laser diode PD photodiode

Claims

A light source control method for controlling the overall light emission output of a light source comprising a plurality of laser diodes,
A control value for driving the control board for each set of the laser diode and a control board dedicated to the laser diode that controls the light emission output of the laser diode, and the control board is driven based on the control value A calibration step in which a correspondence relationship between the measured value of the actual light emission output of the laser diode and the correspondence relationship is defined in advance is generated, and
A control step of controlling the light emission output of the entire light source based on the calibration data for each set;
A light source control method comprising:

Each of the controls so that the actual light emission output of the laser diode when the control board is driven based on the predetermined control value is the same or close to all the laser diodes constituting the light source. The light source control method according to claim 1, further comprising an adjustment step of adjusting a circuit parameter in the board.

The light source is used to generate light for exposing the exposure surface in a direct exposure apparatus that forms a desired exposure pattern by direct exposure on an exposure surface of a relatively moving exposure object. Or the light source control method of 2.

The direct exposure apparatus irradiates a digital micromirror device with light from the light source, and reflects light reflected by the digital micromirror device on an exposure surface of an exposure object that moves relative to the digital micromirror device. An apparatus for forming a desired exposure pattern on the exposure surface by irradiating,
The light source control method according to claim 3, wherein each of the laser diodes constituting the light source is controlled so that the light source emits uniform light to an irradiation surface of the digital micromirror device.

In a light source comprising a plurality of laser diodes, a light source replacement method for replacing any of the plurality of laser diodes,
The laser diode to be replaced and the control board dedicated to the laser diode to be replaced for controlling the light emission output of the laser diode to be replaced, the new laser diode and the new control board for controlling the light emission output of the new laser diode. In addition to replacing with a new control board dedicated to laser diode,
The correspondence between the control value for driving the control board and the measured value of the actual light output of the laser diode when the control board is driven based on the control value is the relationship between the laser diode and the laser diode. Of the calibration data used to control the light emission output of the entire light source, defined for each set comprising a control board dedicated to the laser diode for controlling the light emission output, the light emission output of the laser diode to be replaced The calibration data used to control the new laser diode and a new control board dedicated to the new laser diode that controls the light emission output of the new laser diode are defined for the set. A method of exchanging light sources, wherein the calibration data is exchanged.

Each of the controls so that the actual light emission output of the laser diode when the control board is driven based on the predetermined control value is the same or close to all the laser diodes constituting the light source. The light source replacement method according to claim 5, wherein the calibration data is generated by previously adjusting circuit parameters in the board.

6. The light source is used to generate light for exposing the exposure surface in a direct exposure apparatus that forms a desired exposure pattern by direct exposure on an exposure surface of a relatively moving exposure object. Or the light source replacement method of 6.

The direct exposure apparatus irradiates a digital micromirror device with light from the light source, and reflects light reflected by the digital micromirror device on an exposure surface of an exposure object that moves relative to the digital micromirror device. An apparatus for forming a desired exposure pattern on the exposure surface by irradiating,
The light source replacement method according to claim 7, wherein each of the laser diodes is a laser diode that is controlled so that the light source emits uniform light to an irradiation surface of the digital micromirror device.

A light source comprising a plurality of laser diodes,
Calibration data generated in advance for each set of the laser diode and a control board dedicated to the laser diode for controlling the light emission output of the laser diode, a control value for driving the control board, and the control The light emission output of the entire light source is controlled based on calibration data that defines the correspondence between the measured value of the actual light emission output of the laser diode when the control board is driven based on the value. Characteristic light source.

Each of the controls so that the actual light emission output of the laser diode when the control board is driven based on the predetermined control value is the same or close to all the laser diodes constituting the light source. The light source of claim 9, wherein circuit parameters in the board are adjusted.

11. The direct exposure apparatus that forms a desired exposure pattern by direct exposure on an exposure surface of an exposure object that is relatively moved, and is used to generate light for exposing the exposure surface. Light source.

The direct exposure apparatus irradiates a digital micromirror device with light from the light source, and reflects light reflected by the digital micromirror device on an exposure surface of an exposure object that moves relative to the digital micromirror device. An apparatus for forming a desired exposure pattern on the exposure surface by irradiating,
The light source according to claim 11, wherein each of the laser diodes constituting the light source is controlled so that the light source emits uniform light to an irradiation surface of the digital micromirror device.