JP6225475B2 - 半導体レーザー駆動装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体レーザー素子の駆動及び制御を行う半導体レーザー駆動装置に関する。本発明はまた、そのような半導体レーザー駆動装置を使用した画像形成装置に関する。

高速かつ高精細のレーザープリンタ及びデジタル複写機などに使用される半導体レーザー駆動装置は、理想的な発光遅延及び発光パルス幅で半導体レーザー素子を駆動することが必要である。そこで、半導体レーザー素子が発光するしきい値電流を予め検出し、半導体レーザー素子を発光させる直前に半導体レーザー素子にしきい値電流をバイアス電流として流して活性化させておくことが知られている。これにより、発光遅延を低減し、点灯時には良好な発光パルス幅を得ることができる。

また、半導体レーザー駆動装置は、シェーディング補正機能を有することが必要である。ここで、「シェーディング」とは、露光面（像面）を走査するレーザービームの光量の不均一により生じる濃度のむらを示す。シェーディングをなくすためには、露光面で光量が均一になるように半導体レーザー素子を発光させる必要がある（シェーディング補正）。

例えば、特許文献１は、半導体レーザー素子の発振遅延を低減する目的で、半導体レーザに予め発振しきい値電流を流す有バイアス方式を使用し、かつ、半導体レーザー素子を発光させる直前にしきい値電流を流す構成を開示している。また、特許文献１は、しきい値電流の代わりに「しきい値電流−オフセット電流」を半導体レーザー素子に供給することで、高温時にも誤発光が起こらないような構成を開示している。

従来の半導体レーザー駆動装置では、ある所望の発光量で半導体レーザー素子が点灯しているときの駆動電流に対する発光量の傾きからただ一つのしきい値電流を検出しているに過ぎなかった。具体的に説明すると、発光量を駆動電流の関数として表したとき、所望の発光量における接線と発光量０ｍＷの直線との交点からしきい値電流が決まる。従って、駆動電流に対する発光量の傾きが小さい場合は、検出されるしきい値電流も小さくなる傾向がある。駆動電流が大きくなると駆動電流に対する発光量の傾きが小さくなるような、駆動電流に対する発光量の直線性の崩れた半導体レーザー素子を使う場合、半導体レーザー素子の実際のしきい値電流よりも検出したしきい値電流が小さくなる。この場合、良好な発光遅延及び発光パルス幅が得られなくなるという問題があった。

本発明の目的は、駆動電流に対する発光量の直線性が崩れた半導体レーザー素子を使う場合でも、最適なしきい値電流を半導体レーザー素子に供給して、理想的な発光遅延及び発光パルス幅で半導体レーザー素子を駆動する半導体レーザー駆動装置を提供することにある。

本発明の態様に係る半導体レーザー駆動装置は、
半導体レーザー素子のオン及びオフを指示する発光制御信号に応じて上記半導体レーザー素子に供給する駆動電流を制御する半導体レーザー駆動装置において、
入力電流に対応する駆動電流を生成して上記半導体レーザー素子に供給する駆動回路と、
上記半導体レーザー素子を所望の発光量で発光させるときの駆動電流から上記半導体レーザー素子が発光しているときの第１のバイアス電流を減算した発光電流に対応する第１の設定値と、上記第１のバイアス電流に対応する第２の設定値と、上記半導体レーザー素子が発光していないときの第２のバイアス電流に対応する第３の設定値とを計算して格納する電流設定回路と、
上記第１の設定値から第１の入力電流を生成する第１の電流生成回路と、
上記第２の設定値から第２の入力電流を生成し、上記第３の設定値から第３の入力電流を生成する第２の電流生成回路と、
上記発光制御信号がオンであるとき、上記第１及び第２の入力電流の和を上記駆動回路に供給し、上記発光制御信号がオフであるとき、上記第３の入力電流を上記駆動回路に供給するスイッチ回路とを備え、
上記電流設定回路は、
上記半導体レーザー素子の発光量を上記半導体レーザー素子の駆動電流の関数として表し、上記所望の発光量における上記関数の接線とゼロの発光量を示す直線との交点における駆動電流の値を、上記第１のバイアス電流として計算し、
上記ゼロの発光量の近傍における上記関数の接線と上記ゼロの発光量を示す直線との交点における駆動電流の値を、上記第２のバイアス電流として計算し、
上記発光電流及び上記計算された第１及び第２のバイアス電流に対応する上記第１〜第３の設定値を計算して格納することを特徴とする。

本発明によれば、駆動電流に対する発光量の直線性が崩れた半導体レーザー素子を使う場合でも、最適なしきい値電流を半導体レーザー素子に供給して、理想的な発光遅延及び発光パルス幅で半導体レーザー素子を駆動する半導体レーザー駆動装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る半導体レーザー駆動装置の構成を示すブロック図である。 図１の制御回路１１によって実行される設定電流決定処理を示すフローチャートである。 図１の半導体レーザー駆動装置においてレーザーダイオードＬＤ１及びＬＤ２を用いるときの、駆動電流Ｉｏｐに対する発光量Ｐの特性、しきい値電流、及び発光電流を示す図である。 図１の半導体レーザー駆動装置においてレーザーダイオードＬＤ１及びＬＤ２を用いるときの、駆動電流及び発光量の特性を示す図である。 比較例に係る半導体レーザー駆動装置の構成を示すブロック図である。 図５の制御回路１１Ａによって実行される設定電流決定処理を示すフローチャートである。 図５の半導体レーザー駆動装置においてレーザーダイオードＬＤ１及びＬＤ２を用いるときの、駆動電流Ｉｏｐに対する発光量Ｐの特性、しきい値電流、及び発光電流を示す図である。 図５の半導体レーザー駆動装置においてレーザーダイオードＬＤ１及びＬＤ２を用いるときの、駆動電流及び発光量の特性を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。図面において、同じ参照符号は同様の構成要素を示す。

本発明の実施形態に係る半導体レーザー駆動装置について説明する前に、図５〜図８を参照して、比較例に係る半導体レーザー駆動装置について説明する。

図５は、比較例に係る半導体レーザー駆動装置の構成を示すブロック図である。図５の半導体レーザー駆動装置は、電流設定回路１０Ａ、電流生成回路１，２、スイッチＴＲ３、トランジスタＴＲ１，ＴＲ２、レーザーダイオードＬＤ、フォトダイオードＰＤ、及び抵抗Ｒ１を備える。電流設定回路１０Ａは、制御回路１１Ａ、基準電圧源１２、比較器１３、及びレジスタ１４，１７を備える。図５の半導体レーザー駆動装置は、レーザーダイオードＬＤのオン及びオフを指示する発光制御信号に応じてレーザーダイオードＬＤに供給する駆動電流Ｉｏｐを制御する。

トランジスタＴＲ１，ＴＲ２は、入力電流の大きさに対応する大きさ（例えばＱ倍）を有する駆動電流Ｉｏｐを生成してレーザーダイオードＬＤに供給するカレントミラー回路である。トランジスタＴＲ１，ＴＲ２は、レーザーダイオードＬＤのための駆動回路として動作する。フォトダイオードＰＤは、レーザーダイオードＬＤの発光量を示す電圧信号を発生する。

電流設定回路１０Ａの制御回路１１Ａは、図６を参照して後述する設定電流決定処理を実行し、レーザーダイオードＬＤの発光電流Ｉｓｗ及びしきい値電流Ｉｔｈを計算し、これらに対応する設定値をレジスタ１４，１７に格納する。発光電流Ｉｓｗは、レーザーダイオードＬＤを所望の発光量で発光させるときの駆動電流ＩｏｐからレーザーダイオードＬＤのしきい値電流Ｉｔｈを減算した電流である。基準電圧源１２は、一定の電圧Ｖｒを発生する固定電圧源と、制御回路１１Ａの制御下で電圧Ｖｒを分圧する可変な分圧回路とを備える。電圧Ｖｒは、レーザーダイオードＬＤが所望の発光量Ｐｏで発光しているときの、フォトダイオードＰＤからの電圧信号に対応する。比較器１３の非反転入力端子には、基準電圧源１２によって発生された可変な基準電圧が入力される。比較器１３の反転入力端子には、フォトダイオードＰＤからの電圧信号が入力される。比較器１３の出力信号は、制御回路１１Ａに入力される。

電流生成回路１，２は、電流電圧変換回路又は電流出力型のＤ／Ａコンバータである。電流生成回路１は、制御回路１１Ａによって発生された設定値又はレジスタ１４に格納された発光電流Ｉｓｗに対応する設定値から、トランジスタＴＲ１，ＴＲ２のための第１の入力電流（例えばＩｓｗ／Ｑ）を生成する。電流生成回路２は、レジスタ１７に格納されたしきい値電流Ｉｔｈに対応する設定値から、トランジスタＴＲ１，ＴＲ２のための第２の入力電流（例えばＩｔｈ／Ｑ）を生成する。

スイッチＴＲ３は、発光制御信号がハイレベル（Ｈ）のときオンし、発光制御信号がローレベル（Ｌ）のときオフする。従って、発光制御信号がハイレベルのとき、第１及び第２の入力電流の和がトランジスタＴＲ１，ＴＲ２に供給され、発光制御信号がローレベルのとき、第２の入力電流のみがトランジスタＴＲ１，ＴＲ２に供給される。

図６は、図５の制御回路１１Ａによって実行される設定電流決定処理を示すフローチャートである。制御回路１１Ａは、発光制御信号をハイレベル（Ｈ）にするように外部回路（図示せず）に指示し、スイッチＴＲ３をオンする。制御回路１１Ａは、トランジスタＴＲ１，ＴＲ２のための可変な入力電流に対応する設定値を発生して電流生成回路１に送る。ステップＳ２１において、制御回路１１Ａは、基準電圧源１２を用いて基準電圧Ｖｒ／Ｎを設定する。ステップＳ２２において、制御回路１１Ａは、トランジスタＴＲ１，ＴＲ２のための入力電流を変化させてＡＰＣ（Auto Power Control）を実行する。これにより、制御回路１１Ａは、フォトダイオードＰＤからの電圧信号に基づいて、基準電圧Ｖｒ／Ｎに対応する電流Ｉｎを検出する。ステップＳ２３において、制御回路１１Ａは、基準電圧源１２を用いて基準電圧Ｖｒを設定する。ステップＳ２４において、制御回路１１Ａは、トランジスタＴＲ１，ＴＲ２のための入力電流を変化させてＡＰＣを実行する。これにより、制御回路１１Ａは、フォトダイオードＰＤからの電圧信号に基づいて、基準電圧Ｖｒに対応する電流Ｉｏを検出する。電流Ｉｏは、レーザーダイオードＬＤを所望の発光量で発光させるときの駆動電流Ｉｏｐである。ステップＳ２５において、制御回路１１Ａは、電流Ｉｎ，Ｉｏに基づいて、しきい値電流Ｉｔｈを計算する。ここで、発光量Ｐを駆動電流Ｉｏｐの関数として表したとき、所望の発光量Ｐｏにおける関数の接線とゼロの発光量を示す直線との交点における駆動電流Ｉｏｐの値を、しきい値電流Ｉｔｈとして計算する。ステップＳ２６において、制御回路１１Ａは、電流Ｉｏからしきい値電流Ｉｔｈを減算して発光電流Ｉｓｗを計算する。ステップＳ２７において、制御回路１１Ａは、発光電流Ｉｓｗ及びしきい値電流Ｉｔｈの設定値をレジスタ１４，１７に格納する。

図７は、図５の半導体レーザー駆動装置においてレーザーダイオードＬＤ１及びＬＤ２を用いるときの、駆動電流Ｉｏｐに対する発光量Ｐの特性、しきい値電流、及び発光電流を示す図である。図１のレーザーダイオードＬＤとして、異なる特性（しきい値電流及び発光電流）を有するレーザーダイオードＬＤ１及びＬＤ２を用いる場合について考える。レーザーダイオードＬＤ１は、しきい値電流Ｉｔｈ１及び発光電流Ｉｓｗ１を有し、駆動電流Ｉｏｐに対する発光量Ｐの良好な直線性を有している。レーザーダイオードＬＤ２は、しきい値電流Ｉｔｈ２及び発光電流Ｉｓｗ２を有するが、駆動電流Ｉｏｐが大きくなると駆動電流Ｉｏｐに対する発光量Ｐの傾きが小さくなり、駆動電流Ｉｏｐに対する発光量Ｐの直線性が崩れている。従来技術によれば、発光量Ｐを駆動電流Ｉｏｐの関数として表したとき、所望の発光量Ｐｏにおける関数の接線とゼロの発光量を示す直線との交点における駆動電流Ｉｏｐの値を、しきい値電流Ｉｔｈとして計算していた。このようにしきい値電流Ｉｔｈ及び発光電流Ｉｓｗを計算することで、所望の発光量Ｐｏの近傍では、駆動電流Ｉｏｐの変化量に比例して変化する発光量Ｐが得られる。従って、レーザーダイオードＬＤ１では、正確なしきい値電流Ｉｔｈを計算するとともに、シェーディング補正機能を実現することができる。しかし、レーザーダイオードＬＤ２のように駆動電流Ｉｏｐに対する発光量Ｐの直線性が崩れていると、シェーディング補正機能は実現できるが、計算されたしきい値電流ＩｔｈはレーザーダイオードＬＤ２の実際のしきい値電流Ｉｔｈ２より低くなってしまう。

図８は、図５の半導体レーザー駆動装置においてレーザーダイオードＬＤ１及びＬＤ２を用いるときの、駆動電流及び発光量の特性を示す図である。図８の１段目及び２段目のグラフは、レーザーダイオードＬＤ１の駆動電流Ｉｏｐ１及び発光量Ｐ１の特性をそれぞれ示す。図８の３段目及び４段目のグラフは、レーザーダイオードＬＤ２の駆動電流Ｉｏｐ２及び発光量Ｐ２の特性をそれぞれ示す。レーザーダイオードＬＤ１では正確なしきい値電流Ｉｔｈ１を計算することができるので、レーザーダイオードＬＤ１は、発光電流Ｉｓｗのパルス幅と同じ時間ｔｏｎ１にわたって発光する。一方、レーザーダイオードＬＤ２では実際のしきい値電流Ｉｔｈ２よりも小さな計算されたしきい値電流Ｉｔｈが供給されているので、レーザーダイオードＬＤ２が発光する時間ｔｏｎ２は、発光電流Ｉｓｗのパルス幅よりも短くなる。

以下、図１〜図４を参照して、本発明の実施形態に係る半導体レーザー駆動装置について説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る半導体レーザー駆動装置の構成を示すブロック図である。図１の半導体レーザー駆動装置は、図５の電流設定回路１０Ａに代えて電流設定回路１０を備え、マルチプレクサ３をさらに備える。電流設定回路１０は、制御回路１１、基準電圧源１２、比較器１３、及びレジスタ１４〜１６を備える。

電流設定回路１０の制御回路１１は、図２を参照して後述する設定電流決定処理を実行し、レーザーダイオードＬＤの発光電流Ｉｓｗ及びバイアス電流Ｉｔｈｏｎ，Ｉｔｈｏｆｆを計算し、これらに対応する設定値をレジスタ１４〜１６に格納する。バイアス電流Ｉｔｈｏｎは、レーザーダイオードＬＤが発光しているときにレーザーダイオードＬＤに供給するバイアス電流である。バイアス電流Ｉｔｈｏｆｆは、レーザーダイオードＬＤが発光していないときにレーザーダイオードＬＤに供給するバイアス電流である。発光電流Ｉｓｗは、レーザーダイオードＬＤを所望の発光量で発光させるときの駆動電流Ｉｏｐからバイアス電流Ｉｔｈｏｎを減算した電流である。

マルチプレクサ３は、発光制御信号がハイレベルのとき、レジスタ１５に格納されたバイアス電流Ｉｔｈｏｎの設定値を電流生成回路２に送る。マルチプレクサ３は、発光制御信号がローレベルのとき、レジスタ１６に格納されたバイアス電流Ｉｔｈｏｆｆの設定値を電流生成回路２に送る。電流生成回路２は、レジスタ１５又は１６に格納されたバイアス電流Ｉｔｈｏｎ又はＩｔｈｏｆｆに対応する設定値から、トランジスタＴＲ１，ＴＲ２のための第２の入力電流（例えばＩｔｈｏｎ／Ｑ）又は第３の入力電流（例えばＩｔｈｏｆｆ／Ｑ）を生成する。従って、スイッチＴＲ３及びマルチプレクサ３が発光制御信号に応じてスイッチ回路として動作することにより、トランジスタＴＲ１，ＴＲ２に以下の入力電流が供給される。発光制御信号がハイレベル（Ｈ）のとき、第１及び第２の入力電流の和がトランジスタＴＲ１，ＴＲ２に供給され、発光制御信号がローレベル（Ｌ）のとき、第３の入力電流のみがトランジスタＴＲ１，ＴＲ２に供給される。

図２は、図１の制御回路１１によって実行される設定電流決定処理を示すフローチャートである。ステップＳ１において、制御回路１１は、基準電圧源１２を用いて基準電圧Ｖｒ／Ｌを設定する。ステップＳ２において、制御回路１１は、トランジスタＴＲ１，ＴＲ２のための入力電流を変化させてＡＰＣを実行する。これにより、制御回路１１は、フォトダイオードＰＤからの電圧信号に基づいて、基準電圧Ｖｒ／Ｌに対応する電流Ｉｌを検出する。ステップＳ３において、制御回路１１は、基準電圧源１２を用いて基準電圧Ｖｒ／Ｍを設定する。ステップＳ４において、制御回路１１は、トランジスタＴＲ１，ＴＲ２のための入力電流を変化させてＡＰＣを実行する。これにより、制御回路１１は、フォトダイオードＰＤからの電圧信号に基づいて、基準電圧Ｖｒ／Ｍに対応する電流Ｉｍを検出する。ステップＳ５において、制御回路１１は、電流Ｉｌ，Ｉｍに基づいてバイアス電流Ｉｔｈｏｆｆを計算する。ここで、発光量Ｐを駆動電流Ｉｏｐの関数として表したとき、ゼロの発光量の近傍における関数の接線とゼロの発光量を示す直線との交点における駆動電流Ｉｏｐの値を、バイアス電流Ｉｔｈｏｆｆとして計算する。ステップＳ６において、制御回路１１は、基準電圧源１２を用いて基準電圧Ｖｒ／Ｎを設定する。ステップＳ７において、制御回路１１は、制御回路１１は、トランジスタＴＲ１，ＴＲ２のための入力電流を変化させてＡＰＣを実行する。これにより、制御回路１１は、フォトダイオードＰＤからの電圧信号に基づいて、基準電圧Ｖｒ／Ｎに対応する電流Ｉｎを検出する。ステップＳ８において、制御回路１１は、基準電圧源１２を用いて基準電圧Ｖｒを設定する。ステップＳ９において、制御回路１１は、トランジスタＴＲ１，ＴＲ２のための入力電流を変化させてＡＰＣを実行する。これにより、制御回路１１は、フォトダイオードＰＤからの電圧信号に基づいて、基準電圧Ｖｒに対応する電流Ｉｏを検出する。ステップＳ１０において、制御回路１１は、電流Ｉｎ，Ｉｏに基づいてバイアス電流Ｉｔｈｏｎを計算する。ここで、発光量Ｐを駆動電流Ｉｏｐの関数として表したとき、所望の発光量Ｐｏにおける関数の接線とゼロの発光量を示す直線との交点における駆動電流Ｉｏｐの値を、バイアス電流Ｉｔｈｏｎとして計算する。ステップＳ１１において、制御回路１１は、電流Ｉｏからしきい値電流Ｉｔｈを減算して発光電流Ｉｓｗを計算する。ステップＳ１２において、制御回路１１は、発光電流Ｉｓｗ及びバイアス電流Ｉｔｈｏｎ，Ｉｔｈｏｆｆの設定値をレジスタ１４〜１６に格納する。

ステップＳ１，Ｓ３，Ｓ６における基準電圧は、Ｌ＞Ｍ＞Ｎを満たすように設定される。図２の設定電流決定処理によれば、レーザーダイオードＬＤが発光しているときのバイアス電流Ｉｔｈｏｎを上記のように計算することにより、発光量Ｐの変化は駆動電流Ｉｏｐの変化量に比例し、シェーディング補正が可能になる。例えば、発光電流Ｉｓｗの変化量が２倍になると、発光量Ｐの変化量も２倍になる。バイアス電流Ｉｔｈｏｎを計算するために、駆動電流Ｉｏｐに対する発光量Ｐの関数の、所望の発光量Ｐｏにおける接線を用いているので、基準電圧Ｖｒ／Ｎの「Ｎ」はできるだけ１に近いほうがよい。一方、レーザーダイオードＬＤが発光していないときのバイアス電流Ｉｔｈｏｆｆは、レーザーダイオードＬＤの実際のしきい値電流Ｉｔｈに相当する。バイアス電流Ｉｔｈｏｆｆとして実際のしきい値電流Ｉｔｈをできるだけ正確に求めるために、駆動電流Ｉｏｐに対する発光量Ｐの関数の、ゼロの発光量の近傍における接線を用いる。電流Ｉｎ，Ｉｏに基づいてバイアス電流Ｉｔｈｏｆｆを計算すると、バイアス電流Ｉｔｈｏｆｆは実際のしきい値電流Ｉｔｈよりも小さくなる。従って、できるだけ大きな「Ｌ」及び「Ｍ」の基準電圧Ｖｒ／Ｌ，Ｖｒ／Ｍに対応する電流Ｉｌ，Ｉｍに基づいてバイアス電流Ｉｔｈｏｆｆを計算する。バイアス電流Ｉｔｈｏｎ，Ｉｔｈｏｆｆの両方を電流Ｉｌ，Ｉｍに基づいて計算すると、所望の発光量Ｐｏを得ることができなくなる。所望の発光量Ｐｏを得るためには、少なくともバイアス電流Ｉｔｈｏｎは、駆動電流Ｉｏｐに対する発光量Ｐの関数の、所望の発光量Ｐｏにおける接線を用いて計算する必要がある。

例えば、Ｎ＝２、Ｍ＝５、Ｌ＝１０、程度の値を用いてもよい。

図３は、図１の半導体レーザー駆動装置においてレーザーダイオードＬＤ１及びＬＤ２を用いるときの、駆動電流Ｉｏｐに対する発光量Ｐの特性、しきい値電流、及び発光電流を示す図である。図５のレーザーダイオードＬＤとして、図７の場合と同様に、異なる特性（しきい値電流及び発光電流）を有するレーザーダイオードＬＤ１及びＬＤ２を用いる場合について考える。まず、前述のように、発光量Ｐを駆動電流Ｉｏｐの関数として表したとき、所望の発光量Ｐｏにおける関数の接線とゼロの発光量を示す直線との交点における駆動電流Ｉｏｐの値を、バイアス電流Ｉｔｈｏｎとして計算する。このようにバイアス電流Ｉｔｈｏｎ及び発光電流Ｉｓｗを計算することで、所望の発光量Ｐｏの近傍では、駆動電流Ｉｏｐの変化量に比例して変化する発光量Ｐが得られる。従って、レーザーダイオードＬＤ１では、シェーディング補正機能を実現することができる。また、前述のように、発光量Ｐを駆動電流Ｉｏｐの関数として表したとき、ゼロの発光量の近傍における関数の接線とゼロの発光量を示す直線との交点における駆動電流Ｉｏｐの値を、バイアス電流Ｉｔｈｏｆｆとして計算する。レーザーダイオードＬＤ１のように発光量Ｐが駆動電流Ｉｏｐに対して直線的に変化する場合は、Ｉｔｈ１＝Ｉｔｈｏｆｆ＝Ｉｔｈｏｎになる。レーザーダイオードＬＤ２のように駆動電流に対する発光量の直線性が崩れている場合でも、計算されたバイアス電流Ｉｔｈｏｆｆは、実際のしきい値電流Ｉｔｈ２に等しくなる。

図４は、図１の半導体レーザー駆動装置においてレーザーダイオードＬＤ１及びＬＤ２を用いるときの、駆動電流及び発光量の特性を示す図である。図４の１段目及び２段目のグラフは、レーザーダイオードＬＤ１の駆動電流Ｉｏｐ１及び発光量Ｐ１の特性をそれぞれ示す。図４の３段目及び４段目のグラフは、レーザーダイオードＬＤ２の駆動電流Ｉｏｐ２及び発光量Ｐ２の特性をそれぞれ示す。レーザーダイオードＬＤ１，ＬＤ２の両方について、正確なバイアス電流Ｉｔｈｏｎ，Ｉｔｈｏｆｆを計算することができるので、レーザーダイオードＬＤ１，ＬＤ２は、発光電流Ｉｓｗのパルス幅と同じ時間にわたって発光する（ｔｏｎ１＝ｔｏｎ２）。発光制御信号に応じて、駆動電流Ｉｏｐは電流Ｉｔｈｏｆｆと電流「Ｉｔｈｏｎ＋Ｉｓｗ」との間で遷移する。

電流設定回路１０、マルチプレクサ３、電流生成回路１，２、スイッチＴＲ３、及びトランジスタＴＲ１，ＴＲ２は、単一の集積回路に集積化されてもよい。

レーザーダイオードなどの半導体レーザー素子と、以上に説明した半導体レーザー駆動装置とを備えた画像形成装置を構成してもよい。

図３及び図４に示した例では、Ｉｔｈｏｆｆ＞Ｉｔｈｏｎであったが、Ｉｔｈｏｆｆ＜Ｉｔｈｏｎの場合にも、図２の設定電流決定処理を適用可能である。

本発明の態様に係る半導体レーザー駆動装置及び画像形成装置は、以下の構成を備えたことを特徴とする。

本発明の第１の態様に係る半導体レーザー駆動装置によれば、
半導体レーザー素子のオン及びオフを指示する発光制御信号に応じて上記半導体レーザー素子に供給する駆動電流を制御する半導体レーザー駆動装置において、
入力電流に対応する駆動電流を生成して上記半導体レーザー素子に供給する駆動回路と、
上記半導体レーザー素子を所望の発光量で発光させるときの駆動電流から上記半導体レーザー素子が発光しているときの第１のバイアス電流を減算した発光電流に対応する第１の設定値と、上記第１のバイアス電流に対応する第２の設定値と、上記半導体レーザー素子が発光していないときの第２のバイアス電流に対応する第３の設定値とを格納した電流設定回路と、
上記第１の設定値から第１の入力電流を生成する第１の電流生成回路と、
上記第２の設定値から第２の入力電流を生成し、上記第３の設定値から第３の入力電流を生成する第２の電流生成回路と、
上記発光制御信号がオンであるとき、上記第１及び第２の入力電流の和を上記駆動回路に供給し、上記発光制御信号がオフであるとき、上記第３の入力電流を上記駆動回路に供給するスイッチ回路とを備えたことを特徴とする。

本発明の第２の態様に係る半導体レーザー駆動装置によれば、第１の態様に係る半導体レーザー駆動装置において、
上記電流設定回路は、
上記半導体レーザー素子の発光量を上記半導体レーザー素子の駆動電流の関数として表し、上記所望の発光量における上記関数の接線とゼロの発光量を示す直線との交点における駆動電流の値を、上記第１のバイアス電流として計算し、
上記ゼロの発光量の近傍における上記関数の接線と上記ゼロの発光量を示す直線との交点における駆動電流の値を、上記第２のバイアス電流として計算し、
上記発光電流及び上記計算された第１及び第２のバイアス電流に対応する上記第１〜第３の設定値を計算して格納することを特徴とする。

本発明の第３の態様に係る半導体レーザー駆動装置によれば、第１又は第２の態様に係る半導体レーザー駆動装置において、
上記第１及び第２の電流生成回路は、電流電圧変換回路又は電流出力型のＤ／Ａコンバータであることを特徴とする。

本発明の第４の態様に係る半導体レーザー駆動装置によれば、第１〜第３のいずれか１つの態様に係る半導体レーザー駆動装置において、
上記駆動回路は、上記入力電流に比例する上記駆動電流を生成することを特徴とする。

本発明の第５の態様に係る半導体レーザー駆動装置によれば、第１〜第４のいずれか１つの態様に係る半導体レーザー駆動装置において、
上記駆動回路、上記電流設定回路、上記第１及び第２の電流生成回路、及び上記スイッチ回路は、単一の集積回路に集積化されたことを特徴とする。

本発明の第６の態様に係る画像形成装置によれば、半導体レーザー素子及び第１〜第５のいずれか１つの態様に係る半導体レーザー駆動装置を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、駆動電流に対する発光量の直線性が崩れた半導体レーザー素子を使う場合でも、最適なしきい値電流を半導体レーザー素子に供給して、理想的な発光遅延及び発光パルス幅で半導体レーザー素子を駆動することができる。

本発明によれば、半導体レーザー素子が発光しているときに半導体レーザー素子に供給する第１のバイアス電流と、半導体レーザー素子が発光していないときに半導体レーザー素子に供給する第２のバイアス電流とを個別に計算している。発光制御信号に応じて２つのバイアス電流のいずれかを半導体レーザー素子に供給するので、理想的な発光遅延及び発光パルス幅で半導体レーザー素子を駆動することができる。本発明によれば、さらに、シェーディング補正機能を実現することができる。

本発明は、レーザープリンタ、ディジタル複写機、光データ通信装置、光ディスク記録装置などに使用される半導体レーザー素子の駆動及び制御を行う半導体レーザー駆動装置に適用可能である。本発明はまた、そのような半導体レーザー駆動装置を使用した画像形成装置に適用可能である。

１，２…電流生成回路、
３…マルチプレクサ、
１０…電流設定回路、
１１…制御回路、
１２…基準電圧源、
１３…比較器、
１４〜１６…レジスタ、
ＬＤ…レーザーダイオード、
ＰＤ…フォトダイオード、
Ｒ１…抵抗、
ＴＲ１，ＴＲ２…トランジスタ、
ＴＲ３…スイッチ。

特許第３８８０９１４号公報

Claims (6)

1. 半導体レーザー素子のオン及びオフを指示する発光制御信号に応じて上記半導体レーザー素子に供給する駆動電流を制御する半導体レーザー駆動装置において、
   入力電流に対応する駆動電流を生成して上記半導体レーザー素子に供給する駆動回路と、
   上記半導体レーザー素子を所望の発光量で発光させるときの駆動電流から上記半導体レーザー素子が発光しているときの第１のバイアス電流を減算した発光電流に対応する第１の設定値と、上記第１のバイアス電流に対応する第２の設定値と、上記半導体レーザー素子が発光していないときの第２のバイアス電流に対応する第３の設定値とを計算して格納する電流設定回路と、
   上記第１の設定値から第１の入力電流を生成する第１の電流生成回路と、
   上記第２の設定値から第２の入力電流を生成し、上記第３の設定値から第３の入力電流を生成する第２の電流生成回路と、
   上記発光制御信号がオンであるとき、上記第１及び第２の入力電流の和を上記駆動回路に供給し、上記発光制御信号がオフであるとき、上記第３の入力電流を上記駆動回路に供給するスイッチ回路とを備え、
   上記電流設定回路は、
   上記半導体レーザー素子の発光量を上記半導体レーザー素子の駆動電流の関数として表し、上記所望の発光量における上記関数の接線とゼロの発光量を示す直線との交点における駆動電流の値を、上記第１のバイアス電流として計算し、
   上記ゼロの発光量の近傍における上記関数の接線と上記ゼロの発光量を示す直線との交点における駆動電流の値を、上記第２のバイアス電流として計算し、
   上記発光電流及び上記計算された第１及び第２のバイアス電流に対応する上記第１〜第３の設定値を計算して格納することを特徴とする半導体レーザー駆動装置。
2. 上記電流設定回路は、制御回路、基準電圧源、比較器、及びレジスタを備え、
   上記基準電圧源は、固定電圧を発生する固定電圧源と、上記制御回路の制御下で上記固定電圧を可変な係数で分圧した分圧電圧を発生する分圧回路とを備え、
   上記比較器は、上記固定電圧又は上記分圧電圧と、上記半導体レーザー素子の駆動電流に対応する上記半導体レーザー素子の駆動電圧とを比較し、
   上記制御回路は、
   上記固定電圧を第１の係数で分圧した第１の分圧電圧を上記基準電圧源に設定し、上記第１の分圧電圧に対応する第１の駆動電流を検出し、
   上記固定電圧を上記第１の係数より小さい第２の係数で分圧した第２の分圧電圧を上記基準電圧源に設定し、上記第２の分圧電圧に対応する第２の駆動電流を検出し、
   上記固定電圧を上記第２の係数より小さい第３の係数で分圧した第３の分圧電圧を上記基準電圧源に設定し、上記第３の分圧電圧に対応する第３の駆動電流を検出し、
   上記固定電圧を上記基準電圧源に設定し、上記固定電圧に対応する第４の駆動電流を検出し、
   上記第３及び第４の駆動電流に基づいて上記第１のバイアス電流を計算し、
   上記第１及び第２の駆動電流に基づいて上記第２のバイアス電流を計算し、
   上記半導体レーザー素子を所望の発光量で発光させるときの駆動電流と上記第１のバイアス電流とに基づいて上記発光電流を計算し、
   上記レジスタは、上記発光電流に対応する第１の設定値と、上記第１のバイアス電流に対応する第２の設定値と、上記第２のバイアス電流に対応する第３の設定値とを格納することを特徴とする請求項１記載の半導体レーザー駆動装置。
3. 上記第１及び第２の電流生成回路は、電流電圧変換回路又は電流出力型のＤ／Ａコンバータであることを特徴とする請求項１又は２記載の半導体レーザー駆動装置。
4. 上記駆動回路は、上記入力電流に比例する上記駆動電流を生成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体レーザー駆動装置。
5. 上記駆動回路、上記電流設定回路、上記第１及び第２の電流生成回路、及び上記スイッチ回路は、単一の集積回路に集積化されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の半導体レーザー駆動装置。
6. 半導体レーザー素子及び請求項１〜５のいずれか１つに記載の半導体レーザー駆動装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。

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