JP2003298178A - 発光素子駆動装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザダイオードのバイアス電流が固定だ
と、温度変化や経時変化による光出力−順方向電流特性
の変動に追従できない。 【解決手段】 フォトダイオードＰＤ→コンパレータ１
２−１→サンプルホールド回路１３−１→電圧−電流変
換回路１４−１→スイッチ回路１６→電流加算器１７→
駆動回路１８→レーザダイオードＬＤによるＡＰＣルー
プ以外に、フォトダイオードＰＤ→コンパレータ１２−
１〜１２−ｎ→サンプルホールド回路１３−１〜１３−
ｎ→電圧−電流変換回路１４−１〜１４−ｎ→演算回路
１５→電流加算器１７→駆動回路１８→レーザダイオー
ドＬＤによるバイアス設定用ループを設け、基準電圧Ｖ
ｒｅｆ１〜Ｖｒｅｆｎに対応した電流Ｉ１〜Ｉｎを得て
これら電流Ｉ１〜Ｉｎから演算回路１５でしきい値電流
Ｉｔｈを求め、このしきい値電流Ｉｔｈを基準にバイア
ス電流Ｉｂｉａｓを設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発光素子駆動装置
および画像形成装置に関し、特にレーザダイオード（半
導体レーザ）等の発光素子を駆動する駆動装置およびレ
ーザダイオードを光源として搭載したレーザプリンタや
複写機等の画像形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】発光素子の一種である例えばレーザダイ
オードは、注入電流を増加させていくと、しきい値電流
（発振開始電流）Ｉｔｈで光出力が立ち上がる特性を持
っており、活性領域が小さいとしきい値電流Ｉｔｈは小
さい。また、レーザダイオードの温度が高いほどしきい
値電流Ｉｔｈは大きくなり、ある温度以上になると光出
力の増加の割合は小さくなる。このレーザダイオードに
は、カソード側から電流を引き込むアノードコモンタイ
プのものと、アノード側へ電流を流し込むカソードコモ
ンタイプのものとがある。

【０００３】レーザダイオードは、レーザプリンタや複
写機等の画像形成装置において、その光源として用いら
れている。このレーザゼログラフィーの分野では、近
年、プリント速度のより高速化の要求に応えるために、
複数のレーザビームを出射可能なマルチビームタイプの
レーザダイオード（以下、単に「マルチビームレーザ」
と記す場合もある）が用いられるようになってきてい
る。そして、このマルチビームレーザでは、製造が容易
であるとの理由から、カソードコモンタイプが主流とな
っている。因みに、シングルビームタイプのレーザダイ
オードでは、アノードコモンタイプが主流である。

【０００４】ところで、レーザダイオードにステップ状
の電流を流したとすると、レーザ発振はある時間だけ遅
れて立ち上がる。すなわち、発振立ち上がりに時間遅れ
が生ずる。以下、この発振立ち上がりの時間遅れを発振
遅れあるいは発振遅延と呼ぶこととする。この発振遅れ
の時間を短くするために、レーザダイオードの駆動に当
たって、常時バイアス電流を流すようにしているのが一
般的である。従来は、このバイアス電流を一定に設定し
ていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、バイアス電流
を固定とした場合、レーザダイオードの光出力−順方向
電流特性が温度変化や経時（経年）変化によって変動し
たとしてもそれに追従できないことになる。また、レー
ザダイオードとその駆動装置との組み合わせによって
は、しきい値電流Ｉｔｈがばらついたり、あるいは駆動
装置内での設定電流がばらついたりすることで、発光し
てはならないバイアス電流の状態でレーザダイオードが
発光してしまうという不具合が発生する。

【０００６】このような不具合が発生しないようにする
ために、レーザダイオードのしきい値電流Ｉｔｈのばら
つきや駆動装置での設定電流のばらつき分を考慮して、
しきい値電流Ｉｔｈに対してマージンをもってバイアス
電流を設定するようにしていた。この場合、バイアス電
流はレーザダイオード個々のしきい値電流Ｉｔｈとかけ
離れて設定されることになる。その結果、発振遅れを解
消するためのバイアス電流であるにも拘らず、しきい値
電流Ｉｔｈとかけ離れて設定されることで発振遅れを十
分に解消できず、発振遅れが残ってしまう。この発振遅
れは、レーザダイオードの動作スピードの高速化を図る
上で妨げとなる。

【０００７】また、マルチビームレーザで主流のカソー
ドコモンタイプでは、アノードコモンタイプに比べて、
しきい値電流Ｉｔｈに対してバイアス電流がどこに設定
されているかによってレーザダイオードの動作スピード
が影響を受け易いことが知られている。したがって、特
にカソードコモンタイプのレーザダイオードを駆動する
に当たっては、動作スピードの高速化を図る上で、最適
なバイアス電流の設定が重要となってくる。

【０００８】また、従来技術として、個々のレーザダイ
オードにて固定のオフセット電流とバイアス電流による
光出力とが一定の関係になるようにバイアス電流を調整
し、その調整の終了後に、オフセット電流を除いてバイ
アス電流を流すようにする構成のレーザダイオード駆動
装置が知られている（特開平６−２０４５９２号公報参
照）。しかし、この従来技術の場合、個々のレーザダイ
オードのしきい値電流Ｉｔｈのばらつきについては吸収
できるものの、温度変化や経時変化による光出力−順方
向電流特性の傾き、即ち光出力の順方向電流に対する増
加の割合の変化には追従できない。

【０００９】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、温度変化や経時変化
によって発光素子の光出力−順方向電流特性が変化して
も常に最適なバイアス電流を設定可能な発光素子駆動装
置およびこれを搭載した画像形成装置を提供することに
ある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明による発光素子駆
動装置は、発光素子の光出力を第１基準電圧と比較しそ
の差分信号に基づいて前記発光素子の光出力を制御する
第１の制御手段と、前記発光素子の光出力を前記第１基
準電圧よりも低い第２基準電圧と比較しその差分信号に
基づいて前記発光素子の光出力を制御する少なくとも１
つの第２の制御手段と、前記第１，第２の制御手段によ
る制御によって前記発光素子に流れる少なくとも２つの
電流に基づいて前記発光素子に流すバイアス電流を設定
するバイアス設定手段とを備えた構成となっている。こ
の発光素子駆動装置は、レーザダイオードを光源とする
画像形成装置において、そのレーザダイオードの駆動装
置として用いられる。

【００１１】上記構成の発光素子駆動装置において、第
１の制御手段は、発光素子の光出力が常に一定となるよ
うに制御する。これがＡＰＣ(Automatic Power Contro
l;自動出力制御)である。このＡＰＣ動作により、第１
基準電圧に対応して発光素子に流れる電流（一定電流）
が得られる。一方、第２の制御手段では、第１基準電圧
よりも低い第２電圧を基準とすることで、第２基準電圧
に対応した電流が少なくとも１つ得られる。こうして得
られた少なくとも２つの電流から、発光素子の光出力−
電流特性に基づいて発光素子が発光するしきい値電流を
求めることができることから、バイアス設定手段は、少
なくとも２つの電流に基づいて発光素子に流すバイアス
電流を設定する。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。

【００１３】図１は、本発明の一実施形態に係る発光素
子駆動装置の構成を示すブロック図である。ここでは、
駆動対象の発光素子が例えばレーザダイオードＬＤの場
合を例に挙げて説明するものとする。

【００１４】レーザダイオードＬＤの光出力−順方向電
流特性には、先述したように、温度変化や経年劣化によ
る変動があるために、レーザダイオードの駆動装置で
は、一般的に、レーザダイオードＬＤの発振出力を常に
安定にするための制御、即ちＡＰＣが行われている。こ
のＡＰＣは、レーザダイオードＬＤの光出力をフォトダ
イオードＰＤで受光し、その受光出力に基づいて行われ
る。

【００１５】具体的には、図１において、フォトダイオ
ードＰＤに対して抵抗Ｒが電源ＶＣＣ−グランド間で直
列に接続されており、レーザダイオードＬＤの光出力が
フォトダイオードＰＤで光電変換され、その光電変換に
よって得られる電流が抵抗Ｒで電圧（以下、モニター電
圧と示す）に変換され、本レーザダイオード駆動装置１
０にモニター端子１１を介して入力される。

【００１６】レーザダイオード駆動装置１０は、ｎ個の
コンパレータ１２−１〜１２−ｎ、ｎ個のサンプルホー
ルド（Ｓ／Ｈ）回路１３−１〜１３−ｎ、ｎ個の電圧−
電流（Ｖ−Ｉ）変換回路１４−１〜１４−ｎ、演算回路
１５、スイッチ回路１６、電流加算器１７および駆動回
路１８を有する構成となっており、例えばドライバーＩ
ＣとしてＩＣ化されて用いられる。ｎ個のコンパレータ
１２−１〜１２−ｎの各々には、モニター端子１１を介
して入力されるフォトダイオードＰＤのモニター電圧Ｖ
ｍｏｎが非反転（＋）入力として共通に与えられる。

【００１７】コンパレータ１２−１は、基準入力端子１
９−１を介して外部から与えられる基準電圧Ｖｒｅｆ１
を反転（−）入力としてモニター電圧Ｖｍｏｎと比較
し、その差分電圧を出力する。サンプルホールド回路１
３−１は、コンパレータ１２−１から出力される差分電
圧をサンプル＆ホールドする。電圧−電流変換回路１４
−１は、サンプルホールド回路１３−１のホールド電圧
を電流Ｉ１に変換し、演算回路１５およびスイッチ回路
１６に供給する。

【００１８】スイッチ回路１６は、データ入力端子２０
を介して入力されるデータに応じてオン／オフ（スイッ
チング）動作し、電圧−電流変換回路１４−１から供給
される電流Ｉ１に応じたスイッチング電流Ｉｓｗを、電
流加算器１７にその一方の加算入力として与える。電流
加算器１７は、後述するバイアス電流Ｉｂｉａｓをその
他方の加算入力とし、その出力電流を駆動回路１８に供
給する。駆動回路１８は、電流加算器１７から供給され
る電流に応じた駆動電流を、出力端子２１を介してレー
ザダイオードＬＤのアノードに流し込むことによって当
該レーザダイオードＬＤを駆動する。

【００１９】ここで、フォトダイオードＰＤ→コンパレ
ータ１２−１→サンプルホールド回路１３−１→電圧−
電流変換回路１４−１→スイッチ回路１６→電流加算器
１７→駆動回路１８→レーザダイオードＬＤのループ
が、レーザダイオードＬＤの発振出力を常に安定にする
ための制御を行うＡＰＣループとなる。

【００２０】これに対して、フォトダイオードＰＤ→コ
ンパレータ１２−１〜１２−ｎ→サンプルホールド回路
１３−１〜１３−ｎ→電圧−電流変換回路１４−１〜１
４−ｎ→演算回路１５→電流加算器１７→駆動回路１８
→レーザダイオードＬＤのループが、レーザダイオード
ＬＤに流すバイアス電流Ｉｂｉａｓを最適値に設定する
ための制御を行うバイアス設定用ループとなる。このバ
イアス設定用ループについて以下に説明する。

【００２１】外部から１系統目の基準入力端子１９−１
に基準電圧Ｖｒｅｆ１が印加されるのに対して、２系統
目以降の基準入力端子１９−２〜１９−ｎには、基準電
圧Ｖｒｅｆ１よりも低くかつ当該基準電圧Ｖｒｅｆ１と
それぞれ所定の比率の関係にある基準電圧Ｖｒｅｆ２〜
Ｖｒｅｆｎが印加される。

【００２２】コンパレータ１２−２〜１２−ｎは、基準
入力端子１９−２〜１９−ｎを介して外部から与えられ
る基準電圧Ｖｒｅｆ２〜Ｖｒｅｆｎを反転入力としてモ
ニター電圧Ｖｍｏｎとそれぞれ比較し、それらの差分電
圧を出力する。サンプルホールド回路１３−２〜１３−
ｎは、コンパレータ１２−２〜１２−ｎから出力される
各差分電圧をそれぞれサンプル＆ホールドする。電圧−
電流変換回路１４−２〜１４−ｎは、サンプルホールド
回路１３−２〜１３−ｎの各ホールド電圧をそれぞれ電
流Ｉ２〜Ｉｎに変換して演算回路１５に供給する。

【００２３】演算回路１５は、電圧−電流変換回路１４
−１〜１４−ｎから与えられる各電流Ｉ１〜Ｉｎを用い
てレーザダイオードＬＤの光出力−順方向電流特性の傾
きを求めるとともに、この傾きからレーザダイオードＬ
Ｄのしきい値電流Ｉｔｈを求め、このしきい値電流Ｉｔ
ｈの極近傍（理想的には、＝Ｉｔｈ）の電流値をレーザ
ダイオードＬＤのバイアス電流Ｉｂｉａｓの最適値とし
て設定するバイアス設定手段として機能する。ここで設
定されたバイアス電流Ｉｂｉａｓは、電流加算器１７お
よび駆動回路１８を経由してレーザダイオードＬＤにそ
のアノード側から駆動電流として流し込まれる。

【００２４】すなわち、レーザダイオードＬＤの光出力
−順方向電流特性において、発振領域の特性が直線でほ
ぼ近似できることに着目し、演算回路１５ではこの直線
性を利用して電流Ｉ１〜Ｉｎから発振領域の特性の傾き
を求め、さらにこの傾きからレーザダイオードＬＤのし
きい値電流Ｉｔｈを求めることにより、駆動対象のレー
ザダイオードＬＤに最適なバイアス電流Ｉｂｉａｓの設
定が行われる。以下、このバイアス電流Ｉｂｉａｓの制
御をオートバイアスコントロールと呼ぶこととする。

【００２５】ここで、上記構成のレーザダイオード駆動
装置１０において、ＡＰＣ動作時には、ＡＰＣループ側
のサンプルホールド回路１３−１があるタイミングでコ
ンパレータ１２−１の差分電圧をサンプリングし、以降
そのサンプリングした値をホールドすることで、そのホ
ールド電圧に対応した電流にて入力データＤＡＴＡに基
づくレーザダイオードＬＤの駆動が行われる。また、こ
のＡＰＣ動作でのサンプリングタイミングから僅かに遅
れたタイミングでバイアス設定用ループ側でのサンプル
＆ホールドが行われることになる。

【００２６】上述したように、本実施形態に係るレーザ
ダイオード駆動装置１０では、本来のＡＰＣループ以外
にバイアス設定用ループを設け、基準電圧Ｖｒｅｆ１〜
Ｖｒｅｆｎに対応した電流Ｉ１〜Ｉｎを得てこれら電流
Ｉ１〜Ｉｎからしきい値電流Ｉｔｈを求め、このしきい
値電流Ｉｔｈを基準にバイアス電流Ｉｂｉａｓを設定す
るようにしたことで、レーザダイオード個々のしきい値
電流Ｉｔｈのばらつきや駆動装置での設定電流のばらつ
き分を考慮することなく、しきい値電流Ｉｔｈの極近傍
にバイアス電流Ｉｂｉａｓを自動的に設定できる。これ
により、レーザダイオードＬＤの発振遅れを抑えること
ができるため、レーザダイオードＬＤの高速動作が可能
となる。

【００２７】しかも、しきい値電流Ｉｔｈは個々のレー
ザダイオードの光出力−順方向電流特性の傾き（光出力
の順方向電流に対する増加の割合）に依存しているの
で、当該特性が温度変化や経年変化によって変動したと
しても、上述したオートバイアスコントロールによって
その変動に対応することができるため、レーザダイオー
ドの光出力−順方向電流特性の傾きの変化に常に追従し
た最適なバイアス電流Ｉｂｉａｓを自動的に設定でき
る。

【００２８】なお、上記実施形態では、本来のＡＰＣ動
作を行うための制御系以外に、バイアス設定動作を行う
ために（ｎ−１）系統の制御系を設けるとしたが、最低
限１系統の制御系を設け、計２個の基準電圧Ｖｒｅｆ
１，Ｖｒｅｆ２にそれぞれ対応した２つの電流Ｉ１，Ｉ
２を得ることで、レーザダイオードＬＤの光出力−順方
向電流特性における発振領域の特性の傾きを算出し、こ
の傾きからしきい値電流Ｉｔｈを求めることができる。
この場合の具体例について以下に説明する。

【００２９】また、上記実施形態では、アノード側へ電
流を流し込むカソードコモンタイプのレーザダイオード
を駆動する場合を例に挙げて説明したが、本発明はカソ
ード側から電流を引き込むアノードコモンタイプのレー
ザダイオードの駆動にも適用可能であり、さらには駆動
対象の発光素子としては、レーザダイオードに限られる
ものではなく、特に光出力−順方向電流特性において、
発振領域の特性が直線でほぼ近似できる発光素子全般に
適用可能である。

【００３０】［第１具体例］図２は、バイアス設定動作
を行うための制御系を１系統有する本発明の第１具体例
に係るレーザダイオード駆動装置の構成を示すブロック
図であり、図中、図１と同等部分には同一符号を付して
示している。

【００３１】図２において、基準入力端子１９−１は、
ＡＰＣ動作を行うための制御系を構成するコンパレータ
１４−１の反転入力端に接続されている。この基準入力
端子１９−１には、外部から基準電圧Ｖｒｅｆ１が与え
られる。一方、基準入力端子１９−２は、バイアス設定
動作を行うための制御系を構成するコンパレータ１４−
２の反転入力端に接続されている。この基準入力端子１
９−２と基準入力端子１９−１との間には抵抗Ｒ１１
が、基準入力端子１９−２とグランドとの間には抵抗Ｒ
１２がそれぞれ接続されている。

【００３２】ここで、抵抗Ｒ１１，Ｒ１２の各抵抗値は
例えば等しくなるように設定されている。これにより、
抵抗Ｒ１１，Ｒ１２の共通接続点（分圧点）には、基準
電圧Ｖｒｅｆ１の１／２の電圧が得られる。そして、こ
のＶｒｅｆ１／２の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ２としてコ
ンパレータ１４−２の反転入力端に与えられる。すなわ
ち、基準入力端子１９−１に基準電圧Ｖｒｅｆ１を外部
から与えることで、コンパレータ１４−２の基準電圧Ｖ
ｒｅｆ２が基準電圧Ｖｒｅｆ１に対して所定の比率（本
例では、１／２）で自動的に設定されることになる。

【００３３】なお、本具体例では、基準電圧Ｖｒｅｆ２
を抵抗Ｒ１１，Ｒ１２の分圧比で決まる電圧値に固定と
したが、その分圧比で決まる電圧値以外の電圧値に設定
したい場合には、所望の電圧値の基準電圧Ｖｒｅｆ２を
外部から基準入力端子１９−２に与えるようにすれば良
い。ただし、このときは、抵抗Ｒ１１，Ｒ１２による分
圧電圧が外部からの電圧に影響を与えない程度に、抵抗
Ｒ１１，Ｒ１２の各抵抗値が大きく設定されていること
が条件となる。

【００３４】また、基準電圧Ｖｒｅｆ２を任意の電圧値
に設定するための他の手法としては、グランド側の抵抗
Ｒ１２を基準入力端子１９−２に対して外付けとし、こ
の外付けの抵抗Ｒ１２の抵抗値を任意に設定する手法も
考えられる。このように、基準電圧Ｖｒｅｆ２の電圧値
を外部から任意に設定可能とし、その電圧値を変えるこ
とで、後述する光出力−順方向電流特性における発振領
域の直線特性の傾きを求める際に、その傾きを駆動対象
のレーザダイオード個々の特性に対応して任意に設定す
ることができる。

【００３５】スイッチ回路１６は、エミッタが共通接続
された差動対トランジスタＱ１１，Ｑ１２を有する差動
回路構成となっている。差動対トランジスタＱ１１，Ｑ
１２は、データ入力端子２０Ａ，２０Ｂを介して入力さ
れるデータＤＡＴＡを各ベース入力とし、そのエミッタ
共通接続点がＶ−Ｉ変換回路１２−１の出力端に接続さ
れている。トランジスタＱ１１のコレクタは端子２２に
接続されている。端子２２と外部電源ＶＣＣとの間に
は、外付け抵抗Ｒ１３が接続されている。トランジスタ
Ｑ１２のコレクタは演算回路１５の出力端と接続されて
いる。この接続点Ｏが電流加算器１７に相当する。

【００３６】駆動回路１８は、ベース・コレクタが共通
接続（ダイオード接続）されたトランジスタＱ１３と、
このトランジスタＱ１３とベースが共通接続されたトラ
ンジスタＱ１４と、これらトランジスタＱ１３，Ｑ１４
の各エミッタと内部電源Ｖｃｃとの間にそれぞれ接続さ
れた抵抗Ｒ１４，Ｒ１５とを有するカレントミラー回路
構成となっている。トランジスタＱ１３のベース・コレ
クタは、電流加算器１７である接続点Ｏに接続されてい
る。トランジスタＱ１４のコレクタは、出力端子２１に
接続されている。

【００３７】このカレントミラー回路構成の駆動回路１
８では、トランジスタＱ１３のコレクタ電流に対してト
ランジスタＱ１４のコレクタ電流が所定倍、例えば５倍
となるようにトランジスタＱ１３，Ｑ１４のトランジス
タサイズが設定されている。これにより、電流加算器１
７でスイッチング電流Ｉｓｗとバイアス電流Ｉｂｉａｓ
とを加算して得られる電流の５倍の駆動電流が出力端子
２１を通してレーザダイオードＬＤに供給されることに
なる。

【００３８】本具体例に係るレーザダイオード駆動装置
ではさらに、バイアス電流Ｉｂｉａｓにオフセット電流
Ｉｏｆｆを設定するためのオフセット電流設定回路２３
を有している。このオフセット電流設定回路２３は、オ
ペアンプ２３１、トランジスタＱ１５、電流源２３２，
２３３および外付け抵抗ＲＢを有する構成となってい
る。オペアンプ２３１の非反転入力端には、外部から端
子２４を介してバイアス電圧ＶＢが与えられる。トラン
ジスタＱ１５は、ベースがオペアンプ２３１の出力端
に、エミッタがオペアンプ２３１の反転入力端にそれぞ
れ接続されている。

【００３９】トランジスタＱ１５のエミッタはさらに、
端子２５に接続された外付け抵抗ＲＢを介して接地され
ている。電流源２３２は、トランジスタＱ１５のコレク
タと内部電源Ｖｃｃとの間に接続されている。電流源２
３３は内部電源Ｖｃｃと演算回路１５の出力端との間に
接続され、電流源２３２と共にカレントミラー回路を構
成することで、電流源２３２に流れる電流に比例した電
流をオフセット電流Ｉｏｆｆとして出力する。

【００４０】このオフセット電流設定回路２３におい
て、オフセット電流Ｉｏｆｆの電流値は、バイアス電圧
ＶＢの電圧値および外付け抵抗ＲＢの抵抗値によって決
まる。したがって、バイアス電圧ＶＢの電圧値を固定と
した場合、外付け抵抗ＲＢの抵抗値によってオフセット
電流Ｉｏｆｆの電流値を任意に変えることができる。こ
のオフセット電流Ｉｏｆｆは、レーザダイオードＬＤの
しきい値電流Ｉｔｈに対して設定されるバイアス電流Ｉ
ｂｉａｓにオフセットを持たせる作用をする。

【００４１】上記構成の第１具体例に係るレーザダイオ
ード駆動装置において、基準電圧Ｖｒｅｆ２を基準電圧
Ｖｒｅｆ１と任意の比率、本例では１／２に設定し、本
来のＡＰＣ動作を行うための制御系で電流Ｉ１を求める
とともに、オートバイアスコントロール動作を行うため
の制御系で電流Ｉ２を求める。ここで、先述したよう
に、レーザダイオードＬＤの光出力−順方向電流特性に
おいて、発振領域の特性が直線でほぼ近似できる。

【００４２】図３（Ａ）に、レーザダイオードＬＤの光
出力−順方向電流特性および電流Ｉ１，Ｉ２の関係を示
す。また、同図（Ｂ）に、フォトダイオードＰＤの光出
力−出力電流特性を示す。これらの特性図から明らかな
ように、電流Ｉ１，Ｉ２から発振領域の特性の傾きを求
め、さらにこの傾きからレーザダイオードＬＤのしきい
値電流Ｉｔｈを求めることで、駆動対象のレーザダイオ
ードＬＤに最適なバイアス電流Ｉｂｉａｓを設定でき
る。上記の演算処理は、演算回路１５において行われ
る。

【００４３】次に、レーザダイオードＬＤのしきい値電
流Ｉｔｈを求め、駆動対象のレーザダイオードＬＤに最
適なバイアス電流Ｉｂｉａｓを設定するための手順につ
き、図４のフローチャートにしたがって説明する。

【００４４】先ず、基準電圧Ｖｒｅｆ１と基準電圧Ｖｒ
ｅｆ２とを任意の比率Ｎ：１（本例では、Ｖｒｅｆ１：
Ｖｒｅｆ２＝２：１）に設定し（ステップＳ１１）、レ
ーザダイオードＬＤの光出力の比率Ｐ１：Ｐ２をＮ：１
にする（ステップＳ１２）。この光出力の比率Ｐ１：Ｐ
２の設定により、図３の特性図から明らかなように、フ
ォトダイオードＰＤの出力電流の比率Ｉｐ１：Ｉｐ２が
Ｎ：１となる（ステップＳ１３）。

【００４５】そして、これらの比率が設定されているこ
とを前提として、本来のＡＰＣ動作を行うループとオー
トバイアスコントロール動作を行うループとを各ループ
のタイミングで動作させて電流Ｉ１，Ｉ２を求める（ス
テップＳ１４）。ここで、図３（Ａ）の特性図から明ら
かなように、 Ｉ１−Ｉｔｈ：Ｉ２−Ｉｔｈ＝Ｎ：１ ……（１） の関係にある。

【００４６】上記（１）式を解くと、 （Ｎ−１）Ｉｔｈ＝ＮＩ２−Ｉ１ となり、 Ｉｔｈ＝（ＮＩ２−Ｉ１）／（Ｎ−１）……（２） となる。

【００４７】すなわち、演算回路１５では、ステップＳ
１４で求めた電流Ｉ１，Ｉ２から、しきい値電流Ｉｔｈ
を算出する（ステップＳ１６）。そして、この算出した
しきい値電流Ｉｔｈを基準として駆動対象のレーザダイ
オードＬＤに最適なバイアス電流Ｉｂｉａｓ、即ちしき
い値電流Ｉｔｈの極近傍、理想的にはしきい値電流Ｉｔ
ｈに等しいバイアス電流Ｉｂｉａｓを設定し（ステップ
Ｓ１７）、この設定したバイアス電流Ｉｂｉａｓをレー
ザダイオードＬＤに流すようにする。

【００４８】このように、本来のＡＰＣ動作を行うルー
プの他に、オートバイアスコントロール動作を行うルー
プを設け、基準電圧Ｖｒｅｆ１と基準電圧Ｖｒｅｆ２と
を任意の比率に設定して両ループの制御によって電流Ｉ
１，Ｉ２を求め、この電流Ｉ１，Ｉ２から駆動対象のレ
ーザダイオードＬＤのしきい値電流Ｉｔｈを算出するこ
とにより、当該しきい値電流Ｉｔｈは個々のレーザダイ
オードの光出力−順方向電流特性の傾きに依存している
ので、温度変化や経時変化によって特性が変わってもそ
の変化に常に追従した、最適なバイアス電流Ｉｂｉａｓ
を自動的に設定できる。

【００４９】これにより、駆動対象のレーザダイオード
ＬＤの発振遅れを理論上は０にすることができるため、
レーザダイオードＬＤの高速動作が可能となる。特に、
温度変化や経時変化によって光出力−順方向電流特性の
傾き、即ち光出力の順方向電流に対する増加の割合が変
動した場合であっても、電流Ｉ１，Ｉ２からしきい値電
流Ｉｔｈを算出することができるため、光出力−順方向
電流特性の傾きの変動にも確実に追従できることにな
る。

【００５０】本具体例では、シングルビームタイプのレ
ーザダイオードを駆動対象とした場合を例に挙げて説明
したが、本発明に係る発光素子駆動装置は、複数のレー
ザビームを出射可能なマルチビームタイプのレーザダイ
オードの駆動にも同様に適用可能である。この場合を第
２具体例として以下に説明する。

【００５１】［第２具体例］図５は、マルチビームタイ
プのレーザダイオードを駆動対象とした本発明の第２具
体例に係るレーザダイオード駆動装置の構成を示すブロ
ック図であり、図中、図１と同等部分には同一符号を付
して示している。ここでは、駆動対象がＡ，Ｂ２個、即
ちレーザダイオードＬＤ−Ａ，ＬＤ−Ｂの場合を例に挙
げて説明するが、３個以上の場合にも同様に適用可能で
あることは勿論である。

【００５２】図５において、２個のレーザダイオードＬ
Ｄ−Ａ，ＬＤ−Ｂに対してフォトダイオードＰＤが共通
に設けられており、また本来のＡＰＣ動作を行う制御系
およびバイアス設定動作を行う制御系として全く同じも
のが２個のレーザダイオードＬＤ−Ａ，ＬＤ−Ｂに対し
て別々に設けられている。なお、レーザダイオードＬＤ
−Ａの制御系を構成する各要素の符号には“Ａ”を、レ
ーザダイオードＬＤ−Ｂの制御系を構成する各要素の符
号には“Ｂ”をそれぞれ付して区別している。

【００５３】ここで、マルチビームレーザにおいては、
製造が容易であるとの理由から、図５から明らかなよう
に、レーザダイオードＬＤ−Ａ，ＬＤ−Ｂのカソードを
共通に接続し、アノード側へ駆動電流を流し込むカソー
ドコモンタイプが主流となっている。しかしながら、先
述したように、カソードコモンタイプでは、アノードコ
モンタイプに比べて、しきい値電流Ｉｔｈに対してバイ
アス電流Ｉｂｉａｓがどこに設定されているかによって
動作スピードが大きく影響を受け易いことが知られてい
る。それは次の理由による。

【００５４】レーザダイオードは閾注入キャリヤー密度
に達しなければレーザ光が発生しない。このため、レー
ザ光の発生には遅れ時間が生ずる。レーザ発振が生ずれ
ば、共振器長が短いために、極めて瞬時的に光子密度は
定常値に達して早い応答速度が得られる。しかし、注入
キャリヤー密度の変化に対して、レーザ光の変化には遅
れが生ずる。

【００５５】アノードコモンタイプとカソードコモンタ
イプではレーザの構造が違う。前者はＳＤＨ構造（ｐ−
ＧａＡｓ基板）で活性層部分が狭くなっており、電流が
狭小領域に集中しやすく、キャリヤー密度は高くなる。
後者はＩ−ＳＡＮ構造（ｎ−ＧａＡｓ基板）で活性層部
分が広くなっており、電流が拡散する方向になり、キャ
リヤー密度としては低くなる。したがって、カソードコ
モンタイプの方が発振遅れ時間が大きくなり、しきい値
電流Ｉｔｈに対するバイアス電流Ｉｂｉａｓの設定によ
って動作スピードが大きく影響を受け易くなるのであ
る。

【００５６】このように、しきい値電流Ｉｔｈに対して
バイアス電流Ｉｂｉａｓがどこに設定されているかによ
って動作スピードが影響を受け易いカソードコモンタイ
プが主流となるマルチレーザの駆動に、本発明に係る発
光素子駆動装置を用いることで、その効果は極めて大き
いと言える。何故ならば、先述したように、温度変化や
経時変化によって特性が変わってもその変化に常に追従
した、最適なバイアス電流Ｉｂｉａｓを設定できるた
め、発振遅れを理論上は０にすることができ、高速動作
を可能とするからである。

【００５７】図６に、バイアス電流Ｉｂｉａｓを固定に
した場合（従来技術）とオートバイアスコントロール可
能とした場合（本発明）との機能を対比して示してい
る。レーザダイオードＬＤのしきい値電流Ｉｔｈが温度
変化や経時変化によってシフトしてしまったとき、バイ
アス電流Ｉｂｉａｓを固定にした場合には、カソードコ
モンレーザ特有の発振遅れと、レーザダイオードが光る
までの時間が動作スピードに影響を及ぼす。

【００５８】これに対して、バイアス電流Ｉｂｉａｓを
オートコントロール可能とした場合には、温度変化や経
時変化によって駆動対象のレーザダイオードＬＤのしき
い値電流Ｉｔｈが変動しても、その変動したしきい値電
流Ｉｔｈを自動的に求め、その求めたしきい値電流Ｉｔ
ｈを基準にバイアス電流Ｉｂｉａｓを設定することによ
り、しきい値電流Ｉｔｈの変化に追従した形で最適なバ
イアス電流Ｉｂｉａｓを自動的に設定できるため、デー
タ入力から光出力までの応答性を向上できる。

【００５９】以上説明した本発明に係る発光素子駆動装
置、特に第２具体例に係るマルチレーザ駆動装置は、レ
ーザプリンタや複写機等の画像形成装置において、その
光源として搭載されるマルチビームタイプのレーザダイ
オードの駆動装置として用いて好適なものである。ただ
し、これは一適用例に過ぎない。

【００６０】図７は、本発明に係る画像形成装置、例え
ばレーザプリンタの基本構成を示す概斜視図である。図
７において、レーザダイオードＬＤから出射されるレー
ザビームは、コリメータレンズ３１を通過した後、ポリ
ゴンミラー（回転多面鏡）３２によって主走査方向に走
査されつつｆθレンズ３３を通して、帯電器３４によっ
てコロナ帯電されている感光ドラム３５上に照射される
ことで、原画像を露光し、感光ドラム３５上に潜像を形
成する。

【００６１】感光ドラム３５は回転することによって副
走査を行う。感光ドラム３５上に電荷パターンによって
形成された潜像は、現像器３６による現像によって可視
像に顕像化される。この顕像化されたトナー像は、転写
器３７によって用紙３８上に転写される。この転写され
たトナー像は、定着器３９によって用紙３８の表面に定
着される。

【００６２】上記構成のレーザプリンタに代表される画
像形成装置において、レーザダイオードＬＤとして例え
ばマルチビームタイプのレーザダイオードを用いること
で、コピー速度の高速化を図っている。そして、このマ
ルチビームタイプのレーザダイオードＬＤの駆動装置４
０として、先述した第２具体例に係るレーザダイオード
駆動装置が用いられる。これによれば、当該レーザダイ
オード駆動装置は、温度変化や経時変化によってレーザ
ダイオードの光出力−順方向電流特性が変わってもその
変化に常に追従した最適なバイアス電流Ｉｂｉａｓを設
定し、高速動作を実現できるため、コピー速度のより高
速化が図れることになる。

【００６３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
本来のＡＰＣループ以外にバイアス設定用ループを設
け、各ループによる制御の下に各基準電圧に対応した少
なくとも２つの電流を得てこれら電流に基づいてバイア
ス電流を設定するようにしたことで、レーザダイオード
個々のしきい値電流のばらつきや駆動装置での設定電流
のばらつき分を考慮することなく、しきい値電流の極近
傍にバイアス電流を自動的に設定できるため、レーザダ
イオードの高速動作が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る発光素子駆動装置の
構成を示すブロック図である。

【図２】本発明の第１具体例に係るレーザダイオード駆
動装置の構成を示すブロック図である。

【図３】レーザダイオードＬＤの光出力−順方向電流特
性（Ａ）およびフォトダイオードＰＤの光出力−出力電
流特性（Ｂ）を示す特性図である。

【図４】レーザダイオードＬＤのしきい値電流Ｉｔｈを
求め、最適なバイアス電流Ｉｂｉａｓを設定するための
手順を示すフローチャートである。

【図５】本発明の第２具体例に係るレーザダイオード駆
動装置の構成を示すブロック図である。

【図６】バイアス電流Ｉｂｉａｓを固定にした場合とオ
ートバイアスコントロール可能とした場合との機能を対
比して示す図である。

【図７】本発明に係るレーザプリンタの基本構成を示す
概斜視図である。

【符号の説明】

１０，４０…レーザダイオード駆動装置、１２−１〜１
２−ｎ，１２−１Ａ，１２−１Ｂ，１２−２Ａ，１２−
２Ｂ…コンパレータ、１３−１〜１３−ｎ，１３−１
Ａ，１３−１Ｂ，１３−２Ａ，１３−２Ｂ…サンプルホ
ールド（Ｓ／Ｈ）回路、１４−１〜１４−ｎ，１４−１
Ａ，１４−１Ｂ，１４−２Ａ，１４−２Ｂ…電圧−電流
（Ｖ−Ｉ）変換回路、１５，１５Ａ，１５Ｂ…演算回
路、１６，１６Ａ，１６Ｂ…スイッチ回路、１７，１７
Ａ，１７Ｂ…電流加算器、１８，１８Ａ，１８Ｂ…駆動
回路、２３…オフセット電流設定回路、ＬＤ…レーザダ
イオード、ＰＤ…フォトダイオード

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発光素子の光出力を第１基準電圧と比較
   しその差分信号に基づいて前記発光素子の光出力を制御
   する第１の制御手段と、 前記発光素子の光出力を前記第１基準電圧よりも低い第
   ２基準電圧と比較しその差分信号に基づいて前記発光素
   子の光出力を制御する少なくとも１つの第２の制御手段
   と、 前記第１，第２の制御手段による制御によって前記発光
   素子に流れる少なくとも２つの電流に基づいて前記発光
   素子に流すバイアス電流を設定するバイアス設定手段と
   を備えたことを特徴とする発光素子駆動装置。
2. 【請求項２】 前記バイアス設定手段は、前記少なくと
   も２つの電流から前記発光素子が発光を開始するしきい
   値電流を算出し、この算出したしきい値電流を基準に前
   記バイアス電流を設定することを特徴とする請求項１記
   載の発光素子駆動装置。
3. 【請求項３】 前記発光素子はレーザダイオードである
   ことを特徴とする請求項１記載の発光素子駆動装置。
4. 【請求項４】 前記レーザダイオードは、アノード側へ
   電流を流し込むタイプのレーザダイオードであることを
   特徴とする請求項３記載の発光素子駆動装置。
5. 【請求項５】 前記レーザダイオードは、複数のレーザ
   ビームを出射可能なマルチビームタイプのレーザダイオ
   ードであることを特徴とする請求項４記載の発光素子駆
   動装置。
6. 【請求項６】 光源としてのレーザダイオードと、この
   レーザダイオードを駆動する駆動装置とを具備する画像
   形成装置であって、 前記駆動装置は、 前記レーザダイオードの光出力を第１基準電圧と比較
   し、その差分信号に基づいて前記レーザダイオードの光
   出力を制御する第１の制御手段と、 前記レーザダイオードの光出力を前記第１基準電圧より
   も低い第２基準電圧と比較しその差分信号を得る少なく
   とも１つの第２の制御手段と、 前記第１，第２の制御手段で得られる各差分信号に基づ
   いて前記レーザダイオードに流すバイアス電流を設定す
   るバイアス設定手段とを有することを特徴とする画像形
   成装置。
7. 【請求項７】 前記バイアス設定手段は、前記少なくと
   も２つの電流から前記レーザダイオードが発振を開始す
   るしきい値電流を算出し、この算出したしきい値電流を
   基準に前記バイアス電流を設定することを特徴とする請
   求項６記載の画像形成装置。
8. 【請求項８】 前記レーザダイオードは、複数のレーザ
   ビームを出射可能なマルチビームタイプのレーザダイオ
   ードであることを特徴とする請求項６記載の画像形成装
   置。