JPH02243363A - 半導体レーザ駆動回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、半導体レーザを光源として用いたデジタル複
写機用のレーザプリンタ等に適した半導体レーザ駆動回
路に関する。

従来の技術 近年、ＣＣＤラインセンサ等により原稿画像を読取り、
これをレーザプリンタ等に出力するデジタル複写機が普
及しつつある。このような装置で扱う原稿中には、通常
の文字原稿の他に、写真、絵などのように階調性を持つ
ものも含まれる。このような階調を持つ読取り画像デー
タをレーザプリンタ等に出力する場合において、画像の
濃淡を表現するための方法として、従来、次のようなも
のがある。

■　デイザ法により複数画素によって擬似的に濃淡を出
す方法。

■　光源（半導体レーザ）の書込みパルス幅を可変させ
て濃淡を出す方法（特開昭６２−１８１５７５号公報参
照）。

■　光源の書込みパワーを可変させて濃淡を出す方法（
特開昭６３−１８４７７３号公報参照）。

発明が解決しようとする課題 ■の方式によると、原理的に微細な画像表現に不向きで
あり、高画質・高品位化が特徴の−っであるレーザプリ
ンタには適さないものである。

■や■の方式の場合、階調度が高くなると現実的でなく
なるという問題がある。例えば、２“＝６４階調の濃淡
を表現する場合で考えてみる。この場合、■の方式で画
素クロックを２０ＭＨｚとすると、１画素に割当てられ
る最大発光時間は５０ｎｓとなる。よって、Ｉｎｓ以下
のパルス幅にて書込みパルス幅をコントロールしなけれ
ばならないが、これは現状では実現できないものである
。よって、現実には画素クロックを下げるしがなく、高
速化を犠牲にしなければならないものである。

また、■の方式であっても、書込みパワーを６４階調で
可変させるとなると、制御精度が厳しくなり、現実的な
方法とはいえない。

そこで、多階調に対応するためには、■の方式と■の方
式とを併用することが考えられる。即ち、光のパワーを
変調したものを、パルス幅変調（例えば、４段階）する
ようにすれば、６４階調の濃淡を表現するためには、光
のパワー変調としては６４階調も必要ではないが、最小
分解能は最大発光パワーの１／６４が必要となる。即ち
、■の方式単独の場合と同じ分解能であり、有効な方式
とはいえないものである。

課題を解決するための手段 請求項１記載の発明では、半導体レーザに発振しきい値
相当のバイアス電流を流すバイアス電流設定回路と、１
つの画素を表現するｎビットのデジタル画像信号に応じ
た２ｍ段階（ただし、ｎ〉ｍ）の発光タイミング信号を
１／２ｍなる画素クロック幅の分解能で生成するタイミ
ング発生回路と、前記ｎビットのデジタル画像信号に応
じた２°−ｍ段階の発光パワー信号をｌ／２ｎ″″ｍな
る発光パワー分解能で生成するパワー設定回路と、前記
タイミング発生回路の発光タイミング信号と前記パワー
設定回路の発光パワー信号との組合せにより定まる駆動
電流を前記バイアス電流に重畳して前記半導体レーザに
流す駆動電流設定回路とにより構成した。

また、請求項２記載の発明では、請求項１記載の発明の
駆動電流設定回路を、最大発光パワーの１　／　２ｎ−
ｍの発光パワーに相当する電流■１　　を流す最小定電
流回路と、電流値が各々Ｉ１、２Ｉ４　ｒ１、　〜２ｎ
−”−１１，ニ設定すした複数個の定電流回路と、これ
らの定電流回路毎に直列に接続され前記最小定電流回路
に並列に接続されてパワー設定回路の出力に応じてオン
・オフされるスイッチング回路と、半導体レーザと全て
の定電流回路との間に接続されてタイミング発生回路の
出力に応じてオン・オフされるスイッチング回路とによ
り構成した。

作用 請求項１記載の発明によれば、１つの画素に対する半導
体レーザの発光パターンを、時間的には１／２Ｉｎなる
画素クロック幅の分解能で２ｍ段階に分割し、発光パワ
ー的には１　／　２　ｎ−ｍなる発光パワー分解能で２
１−ｍ段階に分割し、両者の組合せにより、２００階調
表現しているので、発光時間、発光パワーとも、その分
割精度が緩和されることになり、多階調化を容易に実現
できるものとなる。

この際、請求項２記載の発明によれば、駆動電流設定回
路が、電流のスイッチングにより、駆動電流を１１　ス
テップでＯから２　ｎ−ｌ１ｌ　１１まで設定し得るも
のとなり、高速動作が可能となる。

実施例 本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

本実施例では、説明を簡単化するため、ｎ＝４で、２ｎ
＝２’＝１６階調の濃淡を表現する場合を例にとり、説
明する。ここに、この１６６階調レーザプリンタ等にお
いて、１画素の濃淡レベルを表現するものであり、本実
施例ではレーザプリンタ等における光源である半導体レ
ーザの発光制御につき、時間軸、即ち、発光時間を４　
（＝２ｒｎ＝２”）段階に分割し、発光パワーを４　（
＝２ｎ−ｍ＝２”）段階に分割し、両者の組合せにより
１６６階調発光パターンを任意に形成し、画像の濃淡を
出すようにしたものである。

第１図に原理的なブロック図構成を示す。まず、光書込
みを行う半導体レーザ１にはバイアス電流設定回路２が
接続されている。このバイアス電流設定回路２は動作時
において常に半導体レーザ１に発振しきい値電流Ｉｔｈ
相当のバイアス電流を流す。即ち、半導体レーザ１は第
２図に示すような電流■−発光量りなる特性を持ち、発
振しきい値電流Ｉｔｈ以下ではＬＥＤ発光し、発振しき
い値電流Ｉｔｈ以上でレーザ発振するので、変調領域を
直線性のよい発振領域中に確保するためバイアスしてお
くものである。

一方、１つの画素について１６６階調表現するｎ＝４ビ
ットＤ１、Ｄ１、Ｄ１、Ｄ、なるデジタル信号が入力さ
れるタイミング発生回路３と、パワー設定回路４とが設
けられている。そして、これらのタイミング発生回路３
とパワー設定回路４とから出力される発光時間、発光パ
ワーに関するデータに応じて前記半導体レーザ１に駆動
電流を、バイアス設定回路２によるバイアス電流に重畳
して流す駆動電流設定回路５が設けられている。この駆
動電流設定回路５は所定の電流コントロール信号Ｉ。Ｏ
ＮＴによる制御タイミングによって電流値が決定される
。

ここに、タイミング発生回路３は画像データ中の上位２
ビットＤ１、Ｄ、のみを入力として、分解能が１７２”
　＝１／２”　＝１／４な６画素’７０ツク幅にて、２
ｍ＝２″＝４段階の発光タイミング信号Ｐを出力するも
のである。第３図は４ビットＤ１、Ｄ１、Ｄ１、Ｄ、な
るデジタル信号に応じてタイミング発生回路３から出力
される発光タイミング信号Ｐのタイミングチャートを示
す。図示の如く、４ビツト全てが〔０ｏｏｏ１なる場合
を除き、区間■■■■で示すように４レベル毎にパルス
幅が長くなる４段階の信号となる。

また、パワー設定回路４は４ビットＤｊｌＤ、。

Ｄ１、　Ｄ、なるデジタル信号を入力とし、そのデータ
に応じて、次頁に示す表のように、予め設定されている
２０″″ｍ＝２″なる４段階の発光パワー信号を２ビッ
トＤ１、、Ｄ１、のデータの組合せＬＬ。

ＬＨ，ＨＬ又はＨＨとして出力するものである。

例えば、パワー設定回路４の出力２ビツトＤ　、０゜Ｄ
、１のデータの組合せＬＬ＝発光レベル４．ＬＨ＝発光
レベル３．ＨＬ＝発光レベル２．ＨＨ＝発光レベル１と
すると、上記発光タイミング信号Ｐの４段階と組合せ、
これらにより駆動電流設定回路５の電流値を設定して半
導体レーザ１を駆動させると、１６階調の発光パターン
が実現できる。

例えば、４ビツトのデジタル画像信号が〔０ｍ］の場合
であれば、第４図中に斜線を施して示すような発光パタ
ーンが得られる。即ち、１画素について最高パワーで発
光させた場合の７／１６の発光パワーで駆動させたと等
価となる。他のデジタル画像信号の場合も同様であり、
１６階調が表現される。

ところで、これらの発光タイミング信号Ｐ、発光パワー
信号り１、、Ｄ、。により駆動電流を決定する駆動電流
設定回路５の具体的構成例を第５図に示す。まず、最大
発光パワーの１／２ｎ−ｍ＝１／４の発光パワーに相当
する電流１、を流す最小定電流回路としての定電流源６
が設けられている。

また、定電流源６の電流■１　に対し、電流値が各々Ｉ
１、　　Ｉ、＝２Ｉ、に設定された２個の定電流回路と
しての定電流源７，８が設けられている。これらの定電
流源７，８には各々スイッチング回路９．１０が直列に
接続され、これらのスイッチング回路９．ｔｏを介して
前記定電流源６と並列に接続されている。ここに、スイ
ッチング回路９は差動的に動作するトランジスタＱ１、
　Ｑ、対からなり、スイッチング回路１０も同様に差動
的に動作するトランジスタＱ１、　Ｑ、対からなる。ト
ランジスタＱ１、　Ｑ、はパワー設定回路４から出力さ
れる発光パワー信号り１、、Ｄ、。によりオン・オフ制
御されて、定電流源７，８を選択する。また、トランジ
スタＱ１、　Ｑ、及び定電流源６と半導体レーザ１との
間にも、スイッチング回路１１が接続されている。この
スイッチング回路１１も差動的に動作するトランジスタ
Ｑ１、Ｑ、対からなり、トランジスタＱ、はタイミング
発生回路３からの発光タイミング信号Ｐによりオン・オ
フ制御される。なお、定電流源６，７．８に流れる電流
は電流コントロール信号Ｉ。ＯＮＴによって制御される
。

このような構成において、例えば、パワー設定回路４か
らの発光パワー信号り１、、Ｄ、ｏが、ＤＩ。

＝Ｈ，Ｄ１、＝Ｈの場合には、スイッチング回路９゜１
０により定電流源７，８が切り離され、半導体レーザ１
に重畳される駆動電流Ｉは、定電流源６のみとなり、Ｔ
＝Ｉ、　となる。発光パワー信号がＤ　＋ｏ＝　Ｌ　、
　Ｄ　＋　＋　＝　Ｈの場合は、スイッチング回路ＩＯ
により定電流源８が切り離され、駆動電流■は、定電流
源６及び定電流源７により、ｍ＝Ｉ。

＋Ｉ、＝２Ｉ、となる。発光パワー信号がＤｌ。＝Ｈ。

Ｄ１、＝Ｌの場合には、スイッチング回路９により定電
流源７が切り離され、駆動電流Ｉは、定電流源６，８に
より、Ｔ　＝　Ｉ、＋　１．＝３　Ｉ、　　となる。

さらに、発光パワー信号がり１、＝Ｌ、Ｄ１、＝Ｌの場
合には、定電流源７，８はともに切り離されず、駆動電
流■は、定電流源６，７．８により、■＝Ｉ、＋Ｉ、＋
１．＝４　Ｉ、となる。一方、これらの駆動電流■の時
間は、発光タイミング信号Ｐによるスイッチング回路１
１のスイッチングにより制御される。よって、このスイ
ッチング回路１１制御の下に、半導体レーザ１から駆動
電流Ｉを引込むことにより、半導体レーザ１に流れる全
体の電流は、バイアス電流Ｉｔｈを含めると、Ｉｔｈ＋
Ｉ。

Ｉｔｈ＋２　Ｉ１、　　Ｉｔｈ＋３　Ｉ１、　　Ｉｔｈ
＋４　Ｉ、　なる４種の発光パワーのパターンが得られ
ることになる。

そして、これらの発光時間が４種に制御されて１６種の
発光パターンで、半導体レーザ１の駆動が制御される。

何れにしても、第５図に示すような駆動電流設定回路５
の回路構成によれば、電流のスイッチングによって設定
電流が可変できるので高速動作が可能である。

なお、本実施例では、説明を簡単にするため、２ｎ＝２
’＝１６階調の濃淡を表現する場合を例にとり、ｍ＝２
の場合で説明したが、より階調数が増えても同様に適用
し得るものであり、多階調化を容易かつ高速性を損なう
ことなく実現できるものである。また、タイミング発生
回路３やパワー設定回路４により生成出力する信号を変
えることによって任意の発光パターンが得られる。

発明の効果 本発明は、上述したように構成したので、請求項１記載
の発明では、１つの画素に対する半導体レーザの発光パ
ターンを、時間的には１／２ｍなる画素クロック幅の分
解能で２ｍ段階に分割し、発光パワー的には１／２ｎ−
ｍなる発光パワー分解能で２　ｎ−ｍ段階に分割し、両
者の組合せにより、２００階調表現するため、発光時間
、発光パワーとも、その分割精度を緩和できるものとな
り、高速動作を損なうことなく、多階調化を容易に実現
でき、また、請求項２記載の発明によれば、駆動電流設
定回路が、電流のスイッチングにより、駆動電流を１１
　ステップで０から２　ｎ−ｍ　１１まで設定するので
、高速動作を可能とすることができ、レーザプリンタ等
に適したものとなる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示すもので、第１図はブロッ
ク図、第２図は半導体レーザの電流−発光量特性図、第
３図は発光タイミング信号の種類を示すタイミングチャ
ート、第４図は発光パターン例の説明図、第５図は駆動
電流設定回路の回路図である。 １・・・半導体レーザ、２・・・バイアス電流設定回路
、３・・・タイミング発生回路、４・・・パワー設定回
路、５・・・駆動電流設定回路、６・・・最小定電流回
路、７゜８・・・定電流回路、９，１０．１１・・・ス
イッチング回路 ３．１　図 ′ｖｃｃ Ｊ　２図 竜；几 ワ Ｄ３ＤＺＤＪＤＯＤ３ＤＺＤＩＤＯ ［００００１ ＬＬ　図 Ｂ、ｊで５つ −リリ１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体レーザに発振しきい値相当のバイアス電流を
   流すバイアス電流設定回路と、１つの画素を表現するｎ
   ビットのデジタル画像信号に応じた２＾ｍ段階（ただし
   、ｎ＞ｍ）の発光タイミング信号を１／２＾ｍなる画素
   クロック幅の分解能で生成するタイミング発生回路と、
   前記ｎビットのデジタル画像信号に応じた２＾ｎ＾−＾
   ｍ段階の発光パワー信号を１／２＾ｎ＾−＾ｍなる発光
   パワー分解能で生成するパワー設定回路と、前記タイミ
   ング発生回路の発光タイミング信号と前記パワー設定回
   路の発光パワー信号との組合せにより定まる駆動電流を
   前記バイアス電流に重畳して前記半導体レーザに流す駆
   動電流設定回路とよりなり、２＾ｍ段階の発光時間と２
   ＾ｎ＾−＾ｍ段階の発光パワーとの組合せにより１つの
   画素に対する半導体レーザの発光パターンを２＾ｎ階調
   に制御するようにしたことを特徴とする半導体レーザ駆
   動回路。 ２、駆動電流設定回路が、最大発光パワーの１／２＾ｎ
   ＾−＾ｍの発光パワーに相当する電流Ｉ＿１を流す最小
   定電流回路と、電流値が各々Ｉ＿１、２Ｉ＿１、４Ｉ＿
   １、〜、２＾ｎ＾−＾ｍ＾−＾１Ｉ＿１に設定された複
   数個の定電流回路と、これらの定電流回路毎に直列に接
   続され前記最小定電流回路に並列に接続されてパワー設
   定回路の出力に応じてオン・オフされるスイッチング回
   路と、半導体レーザと全ての定電流回路との間に接続さ
   れてタイミング発生回路の出力に応じてオン・オフされ
   るスイッチング回路とよりなり、半導体レーザに流す駆
   動電流をＩ＿１ステップで０から２＾ｎ＾−＾ｍＩ＿１
   まで設定させるようにしたことを特徴とする請求項１記
   載の半導体レーザ駆動回路。