JP3700296B2 - 半導体レーザ駆動装置および画像記録装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザを駆動する半導体レーザ駆動装置および画像を記録する過程に画像情報を担持するレーザビームにより所定の被走査体上を走査する過程を含む画像記録装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えばゼログラフィプロセスを採用した画像記録装置において、光ビームを発生させる手段として高速変調に適した半導体レーザが従来から用いられている。この半導体レーザを画像記録装置に用いた場合、この半導体レーザから所望の光量の光ビームが出射されるように、実際の画像の形成に影響のないタイミングで光量モニタ用の受光センサを用いてフィードバックをかけAPC(Auto Power Control)を行なうことにより所望の光量が得られる制御電圧を求め、このときの制御電圧をアナログ的又はデジタル的に保持しておいてフィードバックを停止し、実際の画像の形成に影響を及ぼすタイミングでは、その保持された制御電圧に基づいて半導体レーザに供給する電流を設定するオープンループ制御を行ない、その後再びフィードバックをかけるというように間欠的なフィードバック制御が行なわれている。また、半導体レーザの変調方式には、パルス幅変調方式と強度変調方式とがあり、それぞれ画質を向上させるための技術が提供されている。そのうち強度変調を行なう上で特に問題になるのは、オープンループで所望の光量の光ビームをいかにして作り出すかという点である。
【0003】
以下、先ず半導体レーザの電流・出力パワー特性について説明し、次いで従来提案されている技術について説明する。
図7は、半導体レーザに供給される電流に対する、その半導体レーザから出力されるレーザ光の発光パワーを示す図である。
この図に示すように、半導体レーザの光出力特性は、半導体レーザへの供給電流が所定のレーザ発振閾値電流Ith未満のときのLED領域と、供給電流がそのレーザ発振閾値電流Ith以上のレーザ発振領域とに二分され、LED領域では半導体レーザからレーザ光は出射されず、レーザ発振領域では、供給電流からレーザ発振閾値電流Ithを差し引いた残りの電流にほぼ比例したパワーの光出力が得られる。このため、レーザ発振閾値電流Ithと、レーザ発振領域における傾斜η(レーザ発光効率)を正確に求める必要がある。これは、半導体レーザの点灯、消灯の高速性を確保するために、非発光時を含め半導体レーザにレーザ発振閾値電流Ith近傍のバイアス電流を常時流しておく必要があり(「Heterostructures Lasers」HC CASEY.JR.,M.B.PANISH,ACADEMIC PRESS NEW YORK 1978、特開昭60−18982号公報参照)、かつ、正確な発光光量を得るためにそのバイアス電流に重畳すべき駆動電流を正確に定める必要があるからである。これら閾値電流Ithや傾斜ηは半導体レーザ毎にばらつきがあり環境によっても変化するため、あらかじめ求めておけばよいというものではなく、動作中にもしょっちゅう求め直す必要がある。
【0004】
特開昭63−184773号公報には、重み付けされた複数の電流源とバイアス電流源を備え、マイクロプロセッサで制御される半導体レーザ駆動装置が開示されており、この公報では、上記のような閾値電流Ithや傾斜ηを求めるにあたり、最初にバイアス電流源のみオンとしレーザがわずかに発光したのを検出してバイアス電流を決定し、さらに電流源を全てオンにしておいて規定最大光量発光するまで駆動電流を増大し、規定最大光量になったところで複数の電流源の駆動の基準電圧を設定し、そのあとは電流源スイッチを制御することでバイアス電流のみによる発光光量と最大光量との間で強度変調を行う方式が提案されている。この方式をレーザゼログラフィの半導体レーザ駆動装置に適応した場合に、例えば図7に示す電流I3 のように最小光出力を大きくしすぎるとデータがゼロであっても潜像が形成され、また図7に示す電流I4 に示すように小さくしすぎてLED領域に入ってしまうと微分量子効率が極めて低いためわずかのレベルの違いで駆動電流が大幅に変化してしまい、駆動電流が大幅に小さく設定された場合等データを入力して強度変調してもレーザ発信閾値まで達せず殆ど潜像が形成されないということになる。
【0005】
また特開平4−122656号公報には、半導体レーザの制御電流とレーザ発光出力とが線形となる領域で複数レベルの規定光量P1 ,P2 を発光させて、それら複数の規定光量に対応する複数の電流値I1 ,I2 を出力するための複数の制御電圧を記憶しておき、CPUを使用したデジタル演算により電流と発光パワーとの関係を求める技術が開示されている。また特開平4−320384号公報には、半導体レーザに供給する電流とその半導体レーザの発光パワーとの関係が線形ではなくても設定光量レベル数を増やすことにより所定の光パワーを得るようにしていることが提案されている。これら2つの例は強度変調の精度の点では優れているものの、いずれも制御をデジタル的に行っておりCPUを必要としてる。また制御に必要なデジタルデータ幅も、例えばレーザゼログラフィでの使用を前提とするなら256階調を得るには少なくとも8ビット、実際には感光体の非線形性ゆえに12ビット程度のデータサイズが必要とされる。このためコストアップの要因となる。更に全てをデジタル的に行うため、長大なプログラムを実行しなければならない。このためAPCに時間がかかり過ぎ、レーザゼログラフィであれば画像を描く時間が制約されてしまう結果を招く。
【0006】
一方アナログ的にこれを実現する方式としては特開平6−334248号公報が挙げられる。この公報には、APC(Auto Power Control)を行うにあたり、最初に1つのサンプルホールド回路に最小値を設定し、次に最大値設定のフィードバックループの途中に配置されたD/A変換器のゲインを制御することにより、もう1つのサンプルホールド回路に最大値を設定する方式が開示されている。この方式によれば制御電圧の設定は全てアナログ的に行われるため、フィードバックループを形成し信号が収束したときをもって最小、最大の設定が行われ、極めて短時間に設定が終了する。またデジタル演算を行っていないためCPUを内蔵するということも必要としない。しかしながら、前述した特開昭63−184773号公報と同様な問題、すなわち、最小光量を大きく設定しすぎたり小さく設定しすぎてしまうという問題がある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
強度変調を高精度で行うには電流に対する光量が直線となる領域を用いる必要があり、このためには、この直線を光量がゼロとなる、x軸(電流軸)まで延ばした外挿点であるレーザ発振閾値電流Ithを求める必要がある(「Heterostructures Lasers」HC CASEY.JR.,M.B.PANISH,ACADEMIC PRESS NEW YORK 1978参照)。しかしながら従来このIthはデジタル演算でしか求められなかったため、APCの速度とコストを犠牲にしてデジタル演算を行うか、又はアナログ的に求めるには、制御精度を犠牲にして外挿点ではなく、微小光量で簡易的にIthを算出し高速、簡単にAPCを行うしかなかった(特開昭59−105568号公報参照)。
【0008】
本発明は、上記事情に鑑み、アナログ的に高速、かつ高精度に電流−光出力特性を求めることのできる半導体レーザ駆動装置、およびその半導体レーザ駆動装置を内蔵することにより高画質を維持して高速描画を行なうことのできる画像記録装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の半導体レーザ駆動装置は、
(1_1)半導体レーザに、第1の設定値に応じた電流値の駆動電流であって、かつ利得制御値に応じて利得が調整されてなる駆動電流を供給する駆動電流源
(1_2)半導体レーザに、電流制御値に応じたバイアス電流を供給するバイアス電流源
(1_3)第2の設定値に応じた第1のモニタ値であって、かつ上記利得制御値に応じて利得が調整されてなる第1のモニタ値と、上記電流制御値に応じた第2のモニタ値とが加算されてなるモニタ値を生成するモニタ値生成回路
(1_4)半導体レーザの発光光量がモニタされてなる発光光量モニタ信号と所定の第1の基準値とを入力し、半導体レーザが第1の基準値に対応した発光光量で発光するように電流制御値を生成してバイアス電流源およびモニタ値生成回路に供給する第1のフィードバック回路
(1_5)モニタ値生成回路で生成されてなるモニタ値と所定の第2の基準値とを入力し、モニタ値生成回路により第2の基準値に対応したモニタ値が生成されるように利得制御値を生成して駆動電流源およびモニタ値生成回路に供給する第2のフィードバック回路
を備えたことを特徴とする。
【0010】
ここで、本発明の半導体レーザ駆動装置は、より具体的には、
上記駆動電流源に、上記第1の設定値としてモニタ生成回路に入力される第2の設定値と同一の設定値を入力するとともに、上記第1のフィードバック回路に、上記第1の基準値として第2の設定値に対応した基準値を入力し、上記第2のフィードバック回路に代えて第1のフィードバック回路で利得制御値を生成して駆動電流源およびモニタ値生成回路に供給する第1のモードと、
上記駆動電流源に、上記第1の設定値としてモニタ生成回路に入力される第2の設定値とは異なる設定値を入力するとともに、上記第1のフィードバック回路に、上記第1の基準値として第1の設定値に対応した基準値を入力し、上記第1のフィードバック回路で電流制御値を生成してバイアス電流源およびモニタ値生成回路に供給する第2のモードとを有し、
モニタ値生成回路により、上記第1のモードにおいて生成されたモニタ値を保持するモニタ値保持回路を備え、
上記第2のフィードバック回路が、上記第2のモードにおいて、モニタ値保持回路に保持された、第1のモードにおけるモニタ値を上記第2の基準値として入力し利得制御値を生成して駆動電流源およびモニタ値生成回路に供給するものであることが好ましい。
【0011】
また、上記本発明の半導体レーザ駆動装置において、モニタ値生成回路が、モニタ値をM、駆動電流の電流値ID 、バイアス電流の電流値をIB 、および比例定数をCとしたとき、
M=C×{(第2の設定値/第1の設定値)×ID +IB }
なるモニタ値Mを生成するものであることが好ましい。
【0012】
その場合に、半導体レーザに(ID +IB )の電流を供給したときの該半導体レーザの発光光量をP1 、半導体レーザに{(第2の設定値/第1の設定値)×ID +IB }の電流を供給したときの半導体レーザの発光光量をP2 としたとき、
上記第1および第2のフィードバック回路により、
P2 /P1 =第2の設定値/第1の設定値
を満足する利得制御値および電流制御値が生成されるように、第1の基準値および第2の基準値が定められていてもよい。
【0013】
また、上記モニタ値生成回路は、
電流値が{C×(第2の設定値/第1の設定値)×ID }の第1のモニタ電流を生成する駆動電流ミラー回路と、
電流値が(C×IB )の第2のモニタ電流を生成するバイアス電流ミラー回路とを備えたものであってもよい。
【0014】
また、上記目的を達成する本発明の画像記録装置は、画像を記録する過程に、画像情報を担持するレーザビームにより所定の被走査体上を走査する過程を含む画像記録装置において、
(2_1)レーザビームを出射する半導体レーザ
(2_2)半導体レーザの発光光量をモニタして発光光量モニタ信号を生成する光センサ
(2_3)半導体レーザに電流を供給する半導体レーザ駆動部
(2_4)半導体レーザから出射したレーザビームにより、所定の被走査体上を走査する走査光学系を備え、
上記(2_3)の半導体レーザ駆動部が、
(2_3_1)半導体レーザに、第1の設定値に応じた電流値の駆動電流であって、かつ利得制御値に応じて利得が調整されてなる駆動電流を供給する駆動電流源
(2_3_2)半導体レーザに、電流制御値に応じたバイアス電流を供給するバイアス電流源
(2_3_3)第2の設定値に応じた第1のモニタ値であって、かつ上記利得制御値に応じて利得が調整されてなる第1のモニタ値と、上記電流制御値に応じた第2のモニタ値とが加算されてなるモニタ値を生成するモニタ値生成回路
(2_3_4)半導体レーザの発光光量がモニタされてなる発光光量モニタ信号と所定の第1の基準値とを入力し、半導体レーザがその第1の基準値に対応した発光光量で発光するように電流制御値を生成してバイアス電流源およびモニタ値生成回路に供給する第1のフィードバック回路
(2_3_5)モニタ値生成回路で生成されてなるモニタ値と所定の第2の基準値とを入力し、モニタ値生成回路によりその第2の基準値に対応したモニタ値が生成されるように利得制御値を生成して駆動電流源およびモニタ値生成回路に供給する第2のフィードバック回路
を備えたことを特徴とする。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
図1は、本発明の半導体レーザ駆動装置の基本的な一実施形態を示すブロック図、図2、図3は、図1に示す半導体レーザ駆動装置説明用の、設定値とレーザ発光パワーとの対応関係を示す図である。
【0016】
図1に示す半導体レーザ駆動装置10には、駆動電流源11、バイアス電流源12、モニタ値生成回路13、第1の演算増幅器14、および第2の演算増幅器15が備えられている。
駆動電流源11には、第1の設定値が入力され、この駆動電流源11は、半導体レーザ1に、その入力された第1の設定値に応じた電流値の駆動電流ID を供給する。また、駆動電流源11には、第2の演算増幅器15の出力である利得制御値が入力され、この駆動電流源で11では、入力された利得制御値に応じてその利得が調整される。したがってこの駆動電流源11から出力される駆動電流ID は、第1の設定値を固定した状態においてもその利得制御値に応じて電流値が調整されたものとなっている。
【0017】
またバイアス電流源12には、第1の演算増幅器14の出力である電流制御値が入力され、半導体レーザ1に、その電流制御値に応じたバイアス電流IBを供給する。したがって半導体レーザ1には、バイアス電流IBと駆動電流IDとが重畳された電流が供給される。ここでは、これら2つの電流IB,IDとの合計の電流を「供給電流」と称する。
【0018】
モニタ値生成回路13は、例えば駆動電流源11とバイアス電流源12とを合わせ持ったような作用を成す回路である。すなわち、このモニタ値生成回路13には、第2の設定値と、第2の演算増幅器15で生成された利得制御値と、第1の演算増幅器14で生成された電流制御値とが入力され、第2の設定値に応じた第1のモニタ値であって、かつ利得制御値に応じて利得が調整されてなる第1のモニタ値(すなわち、駆動電流源11で生成される駆動電流IDに対応する第1のモニタ値)と、電流制御値に応じた第2のモニタ値(すなわちバイアス電流源12で生成されるバイアス電流IBに対応する第2のモニタ値)とが加算されてなるモニタ値が生成される。ただし、駆動電流源11には、第1の設定値が入力され、モニタ値生成回路13には第2の設定値が入力されており、したがって第1のモニタ値は駆動電流源11で生成される駆動電流I D とは直接的に対応せず、第1の設定値と第2の設定値との双方の設定値が等しいときに対応することになる。
【0019】
本実施形態では、より具体的には、駆動電流源11で生成される駆動電流をID とし、バイアス電流源12で生成されるバイアス電流をIB とし、さらに比例定数をCとしたとき、モニタ値生成回路13では、
M=C×{(第2の設定値/第1の設定値)×ID +IB } ……(1)
なるモニタ値Mが生成される。
【0020】
半導体レーザ1に供給電流IB +ID が供給されることにより半導体レーザ1から発したレーザ光はその一部がフォトダイオード2で受光され、発光光量モニタ信号として第1の演算増幅器14に入力される。第1の演算増幅器14には、所定の第1の基準値も入力され、半導体レーザ1が第1の基準値に対応した光量で発光するように電流制御値が生成され、バイアス電流源12およびモニタ値生成回路13に入力する。バイアス電流源12では、前述したようにこの電流制御値を受けて、その電流制御値に対応した電流値のバイアス電流IB を生成して半導体レーザ1に供給する。一方、モニタ値生成回路13においても、その電流制御値に対応した第2のモニタ値C・IB (前述の(1)式参照)が生成され、第1のモニタ値に加算される。
【0021】
この第1の演算増幅器14、バイアス電流源12,半導体レーザ1,フォトダイオード2を経由するループが本発明にいう第1のフィードバック回路に相当する。
また、モニタ値生成回路13で生成されたモニタ値Mは第2の演算増幅器15に入力され、所定の第2の基準値と比較されて利得制御値が生成され、駆動電流源11およびモニタ値生成回路13に入力される。駆動電流源11では、半導体レーザ1への供給電流IB +ID を第1の基準値に対応する一定電流を維持するという条件の下に、電流制御値によってバイアス電流IB が調整された分だけ駆動電流源11の利得が調整され、これに伴って駆動電流ID が調整される。本実施形態では、この第2の演算増幅器15、駆動電流源11,半導体レーザ1,フォトダイオード2を経由するループが、本発明にいう第2のフィードバック回路に相当する。
【0022】
ここで、図2に示すように、第1の設定値、第2の設定値として、それぞれ設定値1,設定値2を与え、第1の基準値、第2の基準値として、それぞれ、発光パワーP1に対応する基準値1,発光パワー2に対応する基準値2を与えたとすると、図2に直線で示すような直線が定まり、設定値=0のy切片の発光パワーP0 に対応するバイアス電流が定められる。すなわち、図2に示す例では、駆動電流ID をID =0とし(設定値=0に相当する)、バイアス電流IB のみを供給電流として半導体レーザ1に供給した場合に、半導体レーザ1が発光パワーP0 で発光することを意味している。
【0023】
そこで、図3の座標の原点を通る直線bが定められるように、すなわち
P2 /P1 =設定値2/設定値1
を満足するように、各設定値および各基準値を定めることにより、バイアス電流IB が丁度レーザ発振閾値電流Ithとなり、光出力を正確に設定値に比例させることができる。あるいは、LED領域(図7参照)におけるわずかな発光が問題になるときは、直線cが定められるように基準値を変更することにより、レーザ発光閾値Ithよりも小さいバイアス電流IB が設定され、あるいは高速性が要求されるときには、直線aが定められるように基準値を変更することにより、レーザ発光閾値Ithをわずかに越えたバイアス電流IB が設定され、設定値=0であってもバイアス電流IB のみでわずかにレーザ発振し、高速変調が可能となる。
【0024】
このように、上記実施形態によれば、設定値に対するレーザ出力特性を自由にしかも正確に調整することができる。
尚、LED領域の発光で設定値1における電流対光出力のリニアリティが悪い場合には設定値1を設定値2に近づけることで設定値1以上での設定値対光出力のリニアリティを改善することができる。
【0025】
上記実施形態によれば、第1の演算増幅器14からなる第1のフィードバック回路と第2の演算増幅器15からなる第2のフィードバック回路を有し、これら第1のフィードバック回路と第2のフィードバック回路を同時に作用させ、演算増幅器14からなる第1のフィードバックの図2ないし図3に示すような直線(設定値に対するレーザ発光パワー特性)をアナログ的に定めるようにしたため、従来技術として説明した、デジタル的な演算により閾値電流を求める場合よりも、所要時間が大幅に短縮することができる。また、この半導体レーザ駆動装置を画像記録装置に適用した場合は、光量が正確に調整できることから高画質化につながり、また、APCを高速に実行することができることから高速描画を図ることができる。
【0026】
図4は、本発明の半導体レーザ駆動装置のより具体的な一実施形態を示すブロック図である。
この図4に示す半導体レーザ駆動装置110には、第1のD/Aコンバータ111、第2のD/Aコンバータ112、バイアス電流源121、ミラーバイアス電流源122、第1の演算増幅器141、第2の演算増幅器151、I/Vコンバータ161、第1のサンプルホルダ162、第2および第3のサンプルホルダ163,164、および図示の複数の切替スイッチが備えられている。これらの切替スイッチは全て連動して切り替えられ、ここでは図示の黒丸の端子に接続された状態を第1のモード、白丸の端子に切り替えられた状態を第2のモードと称する。
【0027】
ここで、第1のD/Aコンバータ111は、本発明にいう駆動電流源に相当し、デジタル信号入力端子INからデジタルの設定値が入力され、アナログ出力端子OUTから、入力された設定値に応じた電流値のアナログ電流が出力され、駆動電流ID として半導体レーザ1に供給される。また、この第1のD/Aコンバータ111には、制御端子GAINが備えられており、この制御端子GAINからは利得制御信号(本発明にいう利得制御値)が入力され、第1のD/Aコンバータ111では、その入力された利得制御信号に応じて入力デジタル設定値に対する出力アナログ電流値の利得が調整されるように構成されている。APCに際し、この第1のD/Aコンバータ111には、第1のモードではデジタル設定値2(図2参照)が入力され、第2のモードに切り替えられるとデジタル設定値1が入力される。
【0028】
また、第2のD/Aコンバータ112は、本発明にいうモニタ値生成回路の一部を成すものであり、第1のD/Aコンバータ111と同様のデジタル入力端子IN,制御端子GAIN、およびアナログ出力端子OUTを備えている。ただし、本実施形態では、第1のD/Aコンバータ111と比べ、同一のデジタル設定値、同一の利得設定値に対して、1/10の電流値のモニタ用駆動電流IMD(本発明にいう第1のモニタ値に相当する)を出力するように構成されている。これは、この半導体レーザ駆動装置110の消費電力を抑えるとともに、第1のモニタ電流IMDを正確なモニタを行なうことのできるレベルに設定するためであり、例えば駆動電流ID は通常は10mA以上であり、その1/10の1mA以上の第1のモニタ電流IMDを確保すれば十分なノイズマージンを確保することができる。この第2のD/Aコンバータ112には、APCに際し、第1のモード、第2のモードを問わずにデジタル設定値2が固定的に入力される。
【0029】
また、バイアス電流源121は、本発明にいうバイアス電流源に相当し、このバイアス電流源121には、電流制御信号が入力され、このバイアス電流源121では、その入力された電流制御信号に応じた電流値のバイアス電流IB が生成され、第1のD/Aコンバータ111から出力された駆動電流ID とともに半導体レーザ1に供給される。
【0030】
また、ミラーバイアス電流源122は、バイアス電流源121に入力される電流制御信号と同一の電流制御信号を入力し、バイアス電流源121から出力されるバイアス電流IB の1/10のモニタ用バイアス電流IMB(本発明にいう第2のモニタ値に相当する)を出力する。このミラーバイアス電流源122は、前述した第2のD/Aコンバータ112とともに、本発明にいうモニタ値生成回路の一部を成するものである。
【0031】
I/Vコンバータ161は、このI/Vコンバータ161に流入する電流、すなわち、第2のD/Aコンバータ112から出力されたモニタ用駆動電流IMDとミラーバイアス電流源122から出力されたモニタ用バイアス電流IMBとの和(以下、この和の電流をモニタ電流と称する)に相当する電圧信号(モニタ電圧と称する)を出力する。このモニタ電圧は、サンプルホルダ162に入力され、このサンプルホルダ162には、後述する第1のモードから第2のモードへの切り替えの時点におけるモニタ電圧がホールドされる。
【0032】
また、演算増幅器141には、半導体レーザ1からの発光光の一部がフォトダイオード2で受光されることにより得られた発光光量モニタ信号と、モードに応じた基準値(第1のモードでは基準値2、第2のモードでは基準値1)が入力される。ここで、これら基準値1,基準値2は値が異なるのであって、いずれも本発明にいう、第1のフィードバック回路に入力される第1の基準値に相当する。この第1の演算増幅器141の出力信号は、第1のモードにおいては、サンプルホルダ163を経由して第1のD/Aコンバータ111および第2のD/Aコンバータ112に利得制御信号として入力され、第2のモードにおいては、サンプルホルダ164を経由してバイアス電流源121およびミラーバイアス電流源122に電流制御信号として入力される。この第1の演算増幅器141は、本発明にいう第1のフィードバック回路の一部を成すものである。
【0033】
また、第2の演算増幅器151には、サンプルホルダ162を経由したモニタ電圧とサンプルホルダ162に入力される前のモニタ電圧とが入力される。この第2の演算増幅器151は第2のモードにおいて有効であって、第1のサンプルホルダ162には、第1のモードから第2のモードに切り替えられる瞬間のモニタ電圧がホールドされ、そのホールドされたモニタ電圧(本発明にいう第2の基準値に相当する)と、第2のモードにおける現在のモニタ電圧とがこの第2の演算増幅器15に入力される。この第2の演算増幅器151の出力信号は、第2のモードにおいて、第2のサンプルホルダ163を経由し利得制御信号として第1のD/Aコンバータ111および第2のD/Aコンバータ112に入力される。
【0034】
第2および第3のサンプルホルダ163,164は、APC、すなわちフィードバック制御と、オープンループ制御との切替え用であり、ここで問題としているAPCにおいては入力がそのまま出力に通り抜けるスルー状態にあり、以下に説明するAPC動作が終了した時点で、次のAPCの開始時点までの間、そのとき(第2のモードのとき)の、第2の演算増幅器141の出力信号である利得制御信号、および第1の演算増幅器141の出力信号である電流制御信号がそれぞれホールドされる。
【0035】
以下、図4に示すレーザ駆動装置110のAPC動作について説明する。
先ず、図4に示す切替スイッチを図示の状態(第1のモード)に設定し、第1のサンプルホルダ162、および第2、第3のサンプルホルダ163,164を全てスルー状態に設定する。
すると、第1および第2のD/Aコンバータ111,112にデジタル設定値2(図2参照)が入力され、その設定値2に応じた駆動電流ID およびモニタ用駆動電流IMDが出力される。この第1のモードでは、バイアス電流源121およびミラーバイアス電流源122から出力されるバイアス電流IB およびモニタ用バイアス電流IMBの各電流値は、図4に示す回路上では不定であるが、各初期値に設定されるものとする。
【0036】
第1のD/Aコンバータ111から出力された駆動電流ID とバイアス電流源121から出力されたバイアス電流IB は、双方が合流して半導体レーザ1に供給され、半導体レーザ1は、その合流した供給電流ID +IB に応じた発光光量で発光する。この発光がフォトダイオード2でモニタされ、発光光量モニタ信号が第1の演算増幅器141に入力される。この第1のモードでは、第1の演算増幅器141には基準値2が入力されており、第1の演算増幅器141の出力信号は、スルー状態にある第2のサンプルホルタ163をそのまま通り抜けて第1および第2のD/Aコンバータ111,112に利得制御信号として入力され、半導体レーザ1が基準値2に対応する発光パワーP2 (図2参照)で発光するように第1のD/Aコンバータ111の利得が調整され、これに伴って第2のD/Aコンバータ112の利得も調整される。
【0037】
一方、I/Vコンバータ161には、第2のD/Aコンバータ112から出力された、駆動電流ID の1/10の電流値のモニタ用駆動電流IMDと、ミラーバイアス電流源122から出力された、バイアス電流IB の1/10のモニタ用バイアス電流IMBが合流して入力され、その合流したモニタ電流に対応するモニタ電圧が生成されて第1のサンプルホルダ162に入力される。以上の状態で回路が安定すると、第1のモードから第2のモードに切り替えられ、その切替時点のモニタ電圧が第1のサンプルホルダ162にホールドされる。
【0038】
すなわち、この第1のモードでは、半導体レーザ1は、基準値2により定まるレーザー発光パワーP2 で発光し、そのときの半導体レーザ1への供給電流の電流値の情報を持つモニタ電圧が第1のサンプルホルダ162にホールドされることになる。この第1のサンプルホルダ162にホールドされた、第1のモードにおけるモニタ値は、前述したように、第2のモードにおいて第2の演算増幅器151に本発明にいう第2の基準値として入力される。また、この第1のモードにより、設定値2と、発光パワーP2 および基準値2とが対応づけられたことになる。
【0039】
第2のモードでは、図4に示すスイッチが白丸の方に切り替えられる。この第2のモードでは、第1の演算増幅器141を含む第1のフィードバック回路と、第2の演算増幅器151を含む第2のフィードバック回路が同時に作用する。
図4に示すスイッチが白丸の方に切り替えられた第2のモードでは、第1のD/Aコンバータ111にはデジタル設定値1(図2参照)が入力され、第1の演算増幅器141には、基準値1が入力される。ただし第2のD/Aコンバータ112には、第2のモードにおいても、デジタル設定値2が入力され続ける。
【0040】
また、第2のモードにおいては、前述したように、第1の演算増幅器141の出力信号は、第3のサンプルホルダ164を通り抜けて電流制御信号としてバイアス電流源121およびミラーバイアス電流源122に入力され、第2の演算増幅器151の出力信号は、第2のサンプルホルダ163を通り抜けて第1および第2のD/Aコンバータ111,112に利得制御信号として入力される。
【0041】
この第2のモードでは第2のD/Aコンバータ112には第1のモードのときと変わらずに設定値2が入力され続けており、かつ、第2の演算増幅器151には、第1のサンプルホルダ162にホールドされた第1のモードにおけるモニタ値と、現在のモニタ値とが入力されているため、第2の演算増幅器151の出力信号は、第1のD/Aコンバータ111に仮に設定値2が入力され続けているとした場合に半導体レーザ1が基準値2に対応する発光パワーP2 で発光するように、第1のD/Aコンバータ111の利得を制御し続け、それに伴い第2のD/Aコンバータ112の利得も制御し続ける。
ところが実際は、第1のD/Aコンバータ111には設定値1が入力されているため、第1のコンバータ111からはその設定値1に応じた電流値の駆動電流ID が出力され、バイアス電流IB とともに半導体レーザ1に供給される。半導体レーザ1の発光光量はフォトダイオード2でモニタされ、その発光光量モニタ信号が第1の演算増幅器141に入力される。この第1の演算増幅器141には、この第2のモードにおいては基準値1が入力されており、この第1の演算増幅器141の出力信号により、半導体レーザ1の発光パワーが基準値1に対応する発光パワーP1 となるようにバイアス電流源121から出力されるバイアス電流IB の電流値を調整する。またそれに伴い、ミラーバイアス電流源122から出力されるモニタ用バイアス電流IMBの電流値も調整される。
【0042】
例えば、第1のモードにおけるバイアス電流IB の初期値としての電流値が仮にIB =0であったとき、第2のモードに切り換えられた以降、第1のD/Aコンバータ111に仮に設定値2が入力され続けていたとした場合に半導体レーザ1が第1のモードのときの発光パワーP2 をそのまま維持するという条件を満足するとともに、実際には半導体レーザ1が基準値1に対応する発光パワーP1 で発光するように、バイアス電流源121から出力されるバイアス電流IB が増加するとともに、第1のD/Aコンバータ111の利得が下げられ駆動電流ID が減少する。第1のモードにおける、バイアス電流IB の初期値としての電流値がIB =0以外の電流値であったときも同様であり、第2のモードに切り替えられた時点以降、上記の条件を満足するようにバイアス電流IB の電流値と第1のD/Aコンバータ111の利得が調整される。これにより、図2ないし図3に示すような直線が定められることになる。
【0043】
第2のモードにおいて回路全体の信号が安定すると、第2および第3のサンプルホルダ163,164がホールド状態となり、これによりAPCが終了し、オープンループ制御に移行する。
図5は、本発明の画像記録装置の一実施形態を示すブロック図、図6は、図5に示す画像記録装置のレーザ走査系の構成図である。
【0044】
図5に示す画像記録装置は、その構成が信号処理系210、レーザ走査系220、および画像出力系230に大別される。画像を読み取って画像信号を得る例えばデジタルスキャナ等の画像生成系201で得られた画像信号が、信号処理系210を構成する画像信号処理システム211に入力されると、この画像処理システム211では、画像出力系230を構成する電子写真プロセス232の機構を制御する機構制御部231からの制御情報、例えば現像条件等の情報を受け、それに適合するように、入力された画像信号に適切な画像処理、例えば階調処理や色補正処理等が施され、その画像処理後の画像信号がレーザ変調信号生成部212に入力される。レーザ変調信号生成部212では、入力された画像信号に基づいて、レーザ走査系220を構成するレーザダイオード222から出射されるレーザ光の変調強度を表わすレーザ変調信号を生成する。このレーザ変調信号の生成にあたっては、レーザ走査系220を構成する走査レーザ光の同期検知手段226からの情報を受け、レーザ走査と同期するようにレーザ変調信号が生成される。この走査レーザ光の同期検知手段226は、本実施形態では、図6に示すように、ミラー226_1と光センサ226_2とからなり、光センサ226_2からは、レーザダイオード222から出射したレーザ光が図6に示す矢印A方向に一回偏向される毎に同期パルスが出力される。
【0045】
図5に示すレーザ変調信号生成部212で生成されたレーザ変調信号SL は、レーザ走査系220を構成するLDドライバ221に入力される。LDドライバ221には、機構制御部231からの機構制御情報SC も入力され、LDドライバ221は、その機構制御に合わせて、半導体レーザ(LD;レーザダイオード)222を駆動する。半導体レーザ222は、LDドライバ221の駆動により時系列的な強度変調を伴ったレーザ光を出射し、その出射レーザ光は、レンズ223_1,アパーチャ223_2,シリンドリカルレンズ223_3からなるプレポリゴン光学系223を経由し、矢印B方向に回転するポリゴンミラー224_1を含む光偏向器224により矢印A方向に繰り返し偏向され、さらにfθレンズ225_1,およびシリンドリカルミラー225_2からなるポストポリゴン光学系225を経由し、画像出力系230を構成する、矢印C方向に回転する感光体233上を矢印A’方向に繰り返し走査(主走査)する。
【0046】
この感光体233は、光の照射により表面の抵抗値が変化する性質を有し、画像情報を担持したレーザ光により走査されることにより、その表面に静電潜像が形成される。この感光体233に形成された静電潜像は所定の電子写真プロセス232を経て、所定の用紙上に、画像生成系201で得られた画像信号が担持する画像のハードコピー202が生成される。
【0047】
本実施形態の画像記録装置のLDドライバ221には、図4を参照して説明した構成の半導体レーザ駆動装置が含まれており、従って、この画像記録装置では、半導体レーザ222は、APC動作においてその発光光量が高速に調整され、したがって高画質の画像が高速に形成される。
【0048】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の半導体レーザ駆動装置によれば、アナログ的に高速かつ高精度に光出力特性が求められる。したがって本発明の画像記録装置によれば、高速な画像を高速に描画することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体レーザ駆動装置の基本的な一実施形態を示すブロック図である。
【図2】図1に示す半導体レーザ駆動装置説明用の、設定値とレーザ発光パワーとの対応関係を示す図である。
【図3】図1に示す半導体レーザ駆動装置説明用の、設定値とレーザ発光パワーとの対応関係を示す図である。
【図4】本発明の半導体レーザ駆動装置のより具体的な一実施形態を示すブロック図である。
【図5】本発明の画像記録装置の一実施形態を示すブロック図である。
【図6】図5に示す画像記録装置のレーザ走査系の構成図である。
【図7】半導体レーザに供給される電流に対する、その半導体レーザから出力されるレーザ光の発光パワーを示す図である。
【符号の説明】
1 半導体レーザ
2 フォトダイオード
10 半導体レーザ駆動装置
11 駆動電流源
12 バイアス電流源
13 モニタ値生成回路
14 第1の演算増幅器
15 第2の演算増幅器
110 半導体レーザ駆動装置
111 第1のD/Aコンバータ
112 第2のD/Aコンバータ
121 バイアス電流源
122 ミラーバイアス電流源
141 第1の演算増幅器
151 第2の演算増幅器
161 I/Vコンバータ
162 第1のサンプルホルダ
163 第2のサンプルホルダ
164 第3のサンプルホルダ
221 LDドライバ
Claims (6)
- 半導体レーザに、第1の設定値に応じた電流値の駆動電流であって、かつ利得制御値に応じて利得が調整されてなる駆動電流を供給する駆動電流源と、
前記半導体レーザに、電流制御値に応じたバイアス電流を供給するバイアス電流源と、
第2の設定値に応じた第1のモニタ値であって、かつ前記利得制御値に応じて利得が調整されてなる第1のモニタ値と、前記電流制御値に応じた第2のモニタ値とが加算されてなるモニタ値を生成するモニタ値生成回路と、
前記半導体レーザの発光光量がモニタされてなる発光光量モニタ信号と所定の第1の基準値とを入力し、該半導体レーザが該第1の基準値に対応した発光光量で発光するように前記電流制御値を生成して前記バイアス電流源および前記モニタ値生成回路に供給する第1のフィードバック回路と、
前記モニタ値生成回路で生成されてなるモニタ値と所定の第2の基準値とを入力し、該モニタ値生成回路により該第2の基準値に対応したモニタ値が生成されるように前記利得制御値を生成して前記駆動電流源および前記モニタ値生成回路に供給する第2のフィードバック回路とを備えたことを特徴とする半導体レーザ駆動装置。 - 前記駆動電流源に、前記第1の設定値として前記モニタ生成回路に入力される第2の設定値と同一の設定値を入力するとともに、前記第1のフィードバック回路に、前記第1の基準値として該第2の設定値に対応した基準値を入力し、前記第2のフィードバック回路に代えて該第1のフィードバック回路で前記利得制御値を生成して前記駆動電流源および前記モニタ値生成回路に供給する第1のモードと、
前記駆動電流源に、前記第1の設定値として前記モニタ生成回路に入力される第2の設定値とは異なる設定値を入力するとともに、前記第1のフィードバック回路に、前記第1の基準値として該第1の設定値に対応した基準値を入力し、前記第1のフィードバック回路で前記電流制御値を生成して前記バイアス電流源および前記モニタ値生成回路に供給する第2のモードとを有し、
前記モニタ値生成回路により、前記第1のモードにおいて生成されたモニタ値を保持するモニタ値保持回路を備え、
前記第2のフィードバック回路が、前記第2のモードにおいて、前記モニタ値保持回路に保持された前記第1のモードにおけるモニタ値を前記第2の基準値として入力し前記利得制御値を生成して前記駆動電流源および前記モニタ値生成回路に供給するものであることを特徴とする請求項1記載の半導体レーザ駆動装置。 - 前記モニタ値生成回路が、前記モニタ値をM、前記駆動電流の電流値ID 、前記バイアス電流の電流値をIB 、および比例定数をCとしたとき、
M=C×{(前記第2の設定値/前記第1の設定値)×ID +IB }
なるモニタ値Mを生成するものであることを特徴とする請求項1記載の半導体レーザ駆動装置。 - 前記半導体レーザに(ID +IB )の電流を供給したときの該半導体レーザの発光光量をP1 、前記半導体レーザに{(前記第2の設定値/前記第1の設定値)×ID +IB }の電流を供給したときの該半導体レーザの発光光量をP2 としたとき、
前記第1および第2のフィードバック回路により、
P2 /P1 =前記第2の設定値/前記第1の設定値
を満足する前記利得制御値および前記電流制御値が生成されるように、前記第1の基準値および前記第2の基準値が定められてなることを特徴とする請求項3記載の半導体レーザ駆動装置。 - 前記モニタ値生成回路が、
電流値が{C×(前記第2の設定値/前記第1の設定値)×ID }の第1のモニタ電流を生成する駆動電流ミラー回路と、
電流値が(C×IB )の第2のモニタ電流を生成するバイアス電流ミラー回路とを備えたことを特徴とする請求項3記載の半導体レーザ駆動装置。 - 画像を記録する過程に、画像情報を担持するレーザビームにより所定の被走査体上を走査する過程を含む画像記録装置において、
レーザビームを出射する半導体レーザ、
前記半導体レーザの発光光量をモニタして発光光量モニタ信号を生成する光センサ、
前記半導体レーザに電流を供給する半導体レーザ駆動部、および
前記半導体レーザから出射したレーザビームにより、所定の被走査体上を走査する走査光学系を備え、
前記半導体レーザ駆動部が、
前記半導体レーザに、第1の設定値に応じた電流値の駆動電流であって、かつ利得制御値に応じて利得が調整されてなる駆動電流を供給する駆動電流源と、
前記半導体レーザに、電流制御値に応じたバイアス電流を供給するバイアス電流源と、
第2の設定値に応じた第1のモニタ値であって、かつ前記利得制御値に応じて利得が調整されてなる第1のモニタ値と、前記電流制御値に応じた第2のモニタ値とが加算されてなるモニタ値を生成するモニタ値生成回路と、
前記半導体レーザの発光光量がモニタされてなる発光光量モニタ信号と所定の第1の基準値とを入力し、該半導体レーザが該第1の基準値に対応した発光光量で発光するように前記電流制御値を生成して前記バイアス電流源および前記モニタ値生成回路に供給する第1のフィードバック回路と、
前記モニタ値生成回路で生成されてなるモニタ値と所定の第2の基準値とを入力し、該モニタ値生成回路により該第2の基準値に対応したモニタ値が生成されるように前記利得制御値を生成して前記駆動電流源および前記モニタ値生成回路に供給する第2のフィードバック回路とを備えたことを特徴とする画像記録装置。
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