JPH06260705A

JPH06260705A - 半導体レーザ駆動装置

Info

Publication number: JPH06260705A
Application number: JP7299393A
Authority: JP
Inventors: Yasumasa Asatani; 康正浅谷; Atsushi Hakamata; 厚袴田; Takayoshi Suzuki; 孝義鈴木; Katsuhiko Nishizawa; 克彦西沢
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1993-03-08
Filing date: 1993-03-08
Publication date: 1994-09-16

Abstract

(57)【要約】【目的】複数個の定電流源１３〜１５からの電流を、
半導体レーザダイオード６の光強度変調信号に応じて選
択加算してレーザ駆動電流とする半導体レーザ駆動装置
において、選択する定電流の立ち上がり応答特性を揃え
ること。【構成】半導体レーザダイオード６には、レーザ発振
を行い得るためのバイアス電流Ｉ₁の他、光強度変調信
号に応じて、複数個の定電流回路１３〜１５からの定電
流Ｉ₂を選択加算して半導体レーザダイオードに流す
が、その定電流の値を全て等しい大きさとする。そのよ
うにすると、選択加算される電流の立ち上がり応答特性
は全て等しいものとなるので、立ち上がる場合に定電流
間で時間遅れが生じない。また、選択加算する定電流を
供給する定電流回路１３〜１５は、全て同じ規格でよい
ので、製造コストが安くなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複数個の定電流源から
の電流を組み合わせて半導体レーザダイオードの駆動電
流とする半導体レーザ駆動装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体レーザダイオードの発光強度を変
化させることは、半導体レーザ駆動装置から半導体レー
ザダイオードに流す電流を変えることによって行われ
る。レーザプリンタに使用されている半導体レーザダイ
オードの発光強度の変化は、例えば、画像データ信号に
基づいて行われる。そのような半導体レーザ駆動装置に
関する従来の技術としては、次のようなものがある。

【０００３】特開昭57−4780号公報（以下「文献１」と
いう）には、単一の電源に抵抗値の異なる抵抗器を複数
個並列接続して複数種類の定電流を発生させ、画像デー
タ信号により制御されるセレクタにより、任意の定電流
を組み合わせて加算した定電流を、半導体レーザダイオ
ードに流すようにした技術が示されている。

【０００４】特開昭63−184773号公報（以下「文献２」
という）には、異なる定電流値を出力する電圧・電流変
換回路（スイッチング回路と定電流回路とで構成）を複
数個設けておき、その内の任意のものを画像データ信号
により選択することにより、任意の定電流を組み合わせ
て加算した定電流を、半導体レーザダイオードに流すよ
うにした技術が示されている。

【０００５】特開平２−150367号公報（以下「文献３」
という）には、異なる定電流値を出力する定電流源とス
イッチング回路との直列接続体を複数個設けておき、画
像データ信号により前記スイッチング回路を制御して、
任意の定電流を組み合わせて加算した定電流を、半導体
レーザダイオードに流すようにした技術が示されてい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】（問題点）しかしなが
ら、前記した従来の技術には、次のような問題点があっ
た。第１の問題点は、組み合わせるために用意された定
電流値の大きさが大幅に異なるので、電流の立ち上がり
応答特性にバラツキがあり、電流値を組み合わせる際、
所望のレーザ発光強度になる迄に時間遅れが生じるとい
う点である。第２の問題点は、大電流の定電流源が設け
られいる、それを構成するには大容量の構成素子を使用
するので、コストが高くなるという点である。

【０００７】（問題点の説明）まず第１の問題点につい
て説明する。図６は、電流の立ち上がり応答特性を説明
する図である。図６（Ａ）が、従来の場合を示してい
る。横軸は時間ｔ、縦軸は電流値である。（イ）は電流
Ｉを出力する定電流源の立ち上がり特性を示し、（ロ）
は、その４倍の電流４Ｉを出力する定電流源の立ち上が
り特性を示している。説明しようとしている点を分かり
易くするため、多少誇張して描いてある。

【０００８】電流４Ｉは、Ｉに比べて電流値が大きいの
で、立ち上がりを完了するのがＩより遅れる。図中に示
したΔｔが、その時間遅れを示している。従って、Ｉと
４Ｉとを加算して５Ｉの電流値を得る場合、やはりＩが
立ち上がった時点ｔ₀よりΔｔだけ遅れる。遅れると、
その電流値で発光される１画素（画像データ信号に対応
した１画素）の期間が短くなってしまうことになり、画
質を悪くする原因となる。

【０００９】文献２や文献３の技術では、設定する定電
流値は、画像データ信号のビット構成の各桁に対応させ
たものとしているが、仮に４ビットとすると、最上位の
桁（１０００の１）に対応づけられた定電流値は、最下
位の桁（０００１の１）に対応づけられた定電流値の８
倍とされる。このように、大幅に電流値が異なると、立
ち上がりにバラツキが出る。ビット数が多くなれば、な
おさらである。

【００１０】次に第２の問題点について説明する。流す
べき定電流値が大である定電流回路を構成するには、電
流容量が大の素子を用いなければならず、コストが高く
なる。また、定電流回路毎に定格が異なるから、構成す
るのが面倒である。本発明は、以上のような問題点を解
決することを課題とするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明では、半導体レーザダイオードに対する光強
度変調信号に応じて、複数個の定電流回路からの定電流
を選択加算して半導体レーザダイオードに流す半導体レ
ーザ駆動装置において、第１の定電流を供給する第１の
定電流回路と第２の定電流を供給する第２の定電流回路
複数個とから成る定電流部と、第２の定電流回路の各々
に対応して設けられ、各第２の定電流回路からの第２の
定電流を半導体レーザダイオードの光強度変調信号によ
ってオンまたはオフするよう制御されるスイッチング回
路複数個から成るスイッチング部と、該スイッチング部
により選択された第２の定電流の合計と前記第１の定電
流とを加算して半導体レーザダイオードに流す手段と、
前記第１の定電流を設定する手段と、前記第２の定電流
を設定する手段と、半導体レーザダイオードの光をモニ
ターする手段とを具えることとした。

【００１２】

【作用】レーザ発振を行い得るためのバイアス電流
に相当する定電流の他、半導体レーザダイオードに対す
る光強度変調信号に応じて、複数個の定電流回路からの
定電流を選択加算した電流を半導体レーザダイオードに
流す半導体レーザ駆動装置において、光強度変調信号に
応じて選択加算する電流値を全て等しい値とする。

【００１３】そのようにすると、選択加算される電流の
立ち上がり応答特性は全て等しいものとなるので、立ち
上がるのに時間遅れが生じない。また、選択加算する定
電流は全て等しい値とするので、他とは異なった大電流
を供給する定電流回路を構成する必要がなくなり、大容
量の構成素子を必要としない。従って、コストが高くな
ることもない。更に、規格の同じ定電流回路を構成すれ
ばよいので、モノリシック化によって構成する場合に構
成し易い。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。図１は、本発明の半導体レーザ駆動装置を
示す図である。図１において、１はデコーダ、２〜４は
スイッチング回路、５はスイッチング部、６は半導体レ
ーザダイオード、７はモニタ用フォトダイオード、８は
可変抵抗器、９はマイクロプロセッサ、１０〜１２はＤ
Ａ変換器、１３〜１６は定電流回路、１７は定電流部、
１８は比較器である。

【００１５】定電流部１７は、半導体レーザダイオード
６に流す電流を調整する部分であり、幾つかの定電流回
路から構成される。その内の定電流回路１６はバイアス
電流に相当する電流Ｉ₁を流す部分である。電流Ｉ₁の
設定は、ＤＡ変換器１１の出力信号によってなされる。
これは、レーザ発振を開始し始める電流より、僅かに高
い値に設定されるが、その設定の仕方については、後で
詳細に説明する。ＤＡ変換器１１の出力信号は、マイク
ロプロセッサ９からの指令により制御される。

【００１６】定電流回路１３〜１５は、それぞれ同じ大
きさの電流Ｉ₂（この点が従来と異なる）を供給し得る
定電流回路であり、その内の適宜個数が選択して使用さ
れる。電流Ｉ₂の設定は、ＤＡ変換器１０の出力信号に
よってなされる。その設定の仕方については、後で詳細
に説明する。ＤＡ変換器１０の出力信号は、マイクロプ
ロセッサ９からの指令により制御される。ＤＡ変換器１
０〜１２の入力はディジタル値であり、マイクロプロセ
ッサ９より与えられる。出力は、アナログ値である。

【００１７】光強度変調を行う際の定電流回路の選択
は、スイッチング部５により行われる。スイッチング部
５は、バイアス電流を供給する定電流回路１６以外の各
定電流回路に対応させて設けられているスイッチング回
路２〜４で構成される。各スイッチング回路のオンオフ
は、デコーダ１からの信号により制御される。デコーダ
１に入力される信号は、半導体レーザダイオード６の光
強度を変調しようという信号であるが、半導体レーザダ
イオード６の光をレーザプリンタに利用する場合であれ
ば、該信号としては画像データ信号が用いられる。

【００１８】デコーダ１の入力（図１ではＡ，Ｂの合計
２ビットの入力信号が入力されている）は、例えば、あ
る画素の画像データ信号等であるが、ある画素の画像デ
ータ信号をデコーダ１に入力すれば、その出力によって
幾つかのスイッチング回路がオンとされ、それに対応し
ている定電流回路が選択されたことになる。

【００１９】デコーダ１の入力が図１のようにＡ，Ｂの
２ビットであった場合、２ビットでできる種類分けは４
種類であるから、その４種類を、例えば次のように対応
させることにより、スイッチング回路の選択制御が出来
る。００→全てのスイッチング回路２〜４をオフ０１→１個のスイッチング回路をオン１０→２個のスイッチング回路をオン１１→３個のスイッチング回路をオンなお、デコーダ１の入力ビット数がもっと大であれば、
スイッチング回路で選択する定電流回路の数も、それに
応じて増やせばよい。

【００２０】半導体レーザダイオード６には、選択され
た定電流回路からの電流と定電流回路１６の電流との合
計電流が流れ、その結果、半導体レーザダイオード６の
光強度は、画素の濃度に応じたものとなる。

【００２１】モニタ用フォトダイオード７は、半導体レ
ーザダイオード６の光出力を検出するためのものであ
り、受光した光量に応じた電流が流れる。検出電流は、
モニタ用フォトダイオード７に直列接続された可変抵抗
器８の両端に電圧を発生させる。つまり、電圧に変換さ
れる。該電圧は、比較器１８にてＤＡ変換器１２より与
えられる基準値と比較され、その誤差信号をマイクロプ
ロセッサ９へ送る。ＤＡ変換器１２の出力（つまり前記
基準値）は、マイクロプロセッサ９からの指令により設
定される。

【００２２】マイクロプロセッサ９からデコーダ１へ送
られている全スイッチング信号Ｓは、全てのスイッチン
グ回路２〜４をオンにしたり、オフにしたりする信号
を、デコーダ１から出させるための信号である。なお、
マイクロプロセッサ９は、各種の信号を授受したりし
て、各種の演算処理を行う。

【００２３】図３は、本発明で使用するスイッチング回
路と定電流回路の具体例を示す図である。スイッチング
回路２と定電流回路１３について示しているが、他のス
イッチング回路，定電流回路も同様の構成であり、これ
らの構成は公知のものである。符号は図１のものに対応
し、２−１，２−２はトランジスタ、２−３…基準電
源、１３−１は比較器、１３−２はトランジスタ、１３
−３はインダクタンス、１３−４，１３−５は抵抗であ
る。

【００２４】デコーダ１よりトランジスタ２−１に入力
される信号が、基準電源２−３より小の時トランジスタ
２−２はオンされ、大の時はオフされる。ＤＡ変換器１
０からの信号が、抵抗１３−５の電圧降下と等しくなる
ように、トランジスタ１３−２を流れる電流が制御され
る。つまり、定電流回路１３の定電流値は、ＤＡ変換器
１０からの信号により設定される。インダクタンス１３
−３と抵抗１３−４は、電流を安定にするためのもので
ある。

【００２５】ところで、図１のような半導体レーザ駆動
装置で、半導体レーザダイオード６の発光強度が、画像
データ信号等に比例して変化するようにするためには、
スイッチング部５でのスイッチング回路選択制御により
行われる電流の変化を、次に説明する自然放出光領域に
かかるのではなく、レーザ発光領域内で行うようにする
必要がある。

【００２６】図４は、レーザの特性を示す図である。横
軸は半導体レーザダイオード６のレーザ駆動電流であ
り、縦軸は半導体レーザダイオード６からの光出力であ
る。Ｌはレーザ特性曲線、Ｌ₁，Ｌ₂はレーザ特性曲線
Ｌの一部を成す曲線部分、Ｃは変曲点である。レーザ駆
動電流が小さい時は、半導体レーザダイオード６からの
光は、位相の揃っていない光であり、発光ダイオードと
同程度の光である。この領域は、自然放出光領域と呼ば
れている。

【００２７】レーザ駆動電流がある値以上になると、半
導体レーザダイオード６はレーザ発振し、位相の揃った
強い光が出始める。この領域は、レーザ発光領域と呼ば
れる。図４のレーザ特性曲線Ｌの内、曲線部分Ｌ₁が自
然放出光領域にある部分であり、曲線部分Ｌ₂がレーザ
発光領域にある部分である。両者の境目が、変曲点Ｃで
ある。曲線部分Ｌ₁，曲線部分Ｌ₂は、ほぼ直線（リニ
ア）となっている。

【００２８】画像データ信号等により半導体レーザダイ
オード６の発光強度を変化させる場合は、動作点をレー
ザ発光領域のリニアな曲線部分Ｌ₂上で変化させること
が要求される。図４のＰ₁は、自然放出光領域での最大
の光出力よりも僅かに高い位置に適宜とった値である
が、発光強度変調を行うためには、少なくともこの値以
上の光出力を出す必要がある。以下、説明の便宜状、こ
のＰ₁を「使用最小光出力」と言うことにする。

【００２９】従って、半導体レーザダイオード６のバイ
アス電流に相当する定電流回路１６からの電流Ｉ₁（最
小駆動電流）の値は、全てのスイッチング回路をオフに
した状態で、使用最小光出力Ｐ₁を出す電流に設定され
ることが必要となり、使用最小光出力Ｐ₁は感光体の閾
値以下に設定する必要がある。

【００３０】また、全てのスイッチング回路をオンさせ
た時の電流が、半導体レーザダイオード６に流れる最大
の電流（最大駆動電流）ということになるが、その時
は、曲線部分Ｌ₂の感光体がリニアな特性を示す範囲内
で、出来るだけ高い位置に対応した方がよい（その位置
の１例が、図４中のＰ₂で表されている。以下、このＰ
₂を説明の便宜上、「使用最大光出力」と言うことにす
る）。

【００３１】なぜなら、曲線部分Ｌ₂のリニアな部分
を、広く有効に使用することが出来るからである。従っ
て、電流Ｉ₂の値は、全てのスイッチング回路をオンし
ておいて、上記の事項を考慮しながら設定する。

【００３２】次に、前記した最小駆動電流，最大駆動電
流の設定の仕方について説明する。図２は、最小駆動電
流と最大駆動電流の設定動作を説明するフローチャート
である。ステップ１…半導体レーザ駆動装置の初期設定を行う。
つまり、ＤＡ変換器１０〜１２の出力を０にする。この
時、Ｉ₁もＩ₂も０である。ステップ２…全部のスイッチング回路をオフにする。そ
れには、マイクロプロセッサ９より発する全スイッチン
グ信号Ｓを、全部のスイッチング回路をオフにする値と
する。

【００３３】ステップ３…比較器１８の非反転入力端子
（＋）へ入力する基準値（電圧値）として、半導体レー
ザダイオード６に変曲点Ｃの電流より僅かに大きい電流
が流れるような値である第１基準値Ｖ₁を設定する。ステップ４…この状態で、ＤＡ変換器１１のディジタル
入力値を最小単位だけ増大する（＋１）。ＤＡ変換器１
１からは、該入力値に対応したアナログ値が出力され、
定電流回路１６のＩ₁は、そのアナログ値に対応した大
きさの定電流とされる。

【００３４】ステップ５…半導体レーザダイオード６の
光出力はモニタ用フォトダイオード７でモニターされ、
可変抵抗器８で得られるモニター電圧Ｖ_mは、比較器１
８の反転入力端子（ー）に入力される。そして、モニタ
ー電圧Ｖ_m＞第１基準値Ｖ₁となったか否かチェックさ
れる。なっていなければ、ステップ４に戻り、Ｉ₁の値
が増大される。ステップ４，５で、Ｉ₁が設定される。

【００３５】ステップ６…モニタ用フォトダイオード７
が使用最大光出力Ｐ₂の光を受光した時に生ずるモニタ
ー電圧に相当する電圧値を第２基準値Ｖ₂と定め、その
値をＤＡ変換器１２の出力側に発生させるよう、マイク
ロプロセッサ９より信号を与える。ステップ７…全部のスイッチング回路をオンにする信号
をデコーダ１から出させるよう、マイクロプロセッサ９
よりデコーダ１へ全スイッチング信号Ｓを出す。

【００３６】ステップ８…ＤＡ変換器１０への入力ディ
ジタル値を、最小単位だけ増加する（＋１）。それに応
じて、Ｉ₂の値が少し増大される。ステップ９…半導体レーザダイオード６の光出力はモニ
タ用フォトダイオード７でモニターされ、可変抵抗器８
で得られるモニター電圧Ｖ_mは、比較器１８の反転入力
端子（ー）に入力される。そして、モニター電圧Ｖ_m＞
第２基準値Ｖ₂となったか否かチェックされる。なって
いなければ、ステップ８に戻り、Ｉ₂の値が増大され
る。ステップ８，９で、Ｉ₂が設定される。これで、定
電流Ｉ₁とＩ₂の値が設定されたことになる。

【００３７】ステップ１０…マイクロプロセッサ９から
の全スイッチング信号Ｓを、全部のスイッチング回路を
オフにする値に戻す。

【００３８】このようにした後、画像データ信号等の光
強度変調信号Ａ，Ｂがデコーダ１へ入力されると、その
信号に応じて任意のスイッチング回路が選択され、そこ
からの電流が定電流回路１６の定電流Ｉ₁に加算され
て、半導体レーザダイオード６に流される。半導体レー
ザダイオード６は、流された電流に応じて発光強度を変
える。

【００３９】本発明では、定電流回路１６からの定電流
（バイアス電流）であるＩ₁に加算される各定電流回路
からの電流を、全て等しい定電流値（Ｉ₂）とした。従
って、どの定電流回路が選択されたとしても、そこから
供給される電流の立ち上がり特性は殆ど一致しており、
相互の間で時間遅れは生じない。

【００４０】図６（Ｂ）は、本発明での電流の立ち上が
り応答特性を説明する図である。符号は図６（Ａ）のも
のに対応している。（イ）〜（ホ）は、スイッチング回
路のオンにより選択される各定電流回路（この場合、５
つ）からの等しい定電流値Ｉを示しているが、これらの
立ち上がり特性は殆ど等しいものとなる。

【００４１】従って、それらを加算した電流を示す
（ヘ）の電流５Ｉの立ち上がりは、定電流Ｉのそれとほ
ぼ一致したものとなる。これは、図６（Ａ）の従来の場
合と比べれば分かるように、立ち上がり応答特性が優れ
たものとなっている。

【００４２】図５は、デコーダ１の他の構成例を示す図
である。符号は図１のものに対応している。これは、デ
コーダ１にパルス幅変調信号ＰＷＭをも入力し、入力信
号Ａ，Ｂに応じた発光強度で点灯する時間の割合を、パ
ルス幅変調信号ＰＷＭによって変化させるようにした場
合の構成である。

【００４３】図５（イ）は全体図を示し、図５（ハ）は
詳細図を示している。画像データ信号等の光強度変調信
号Ａ，Ｂとパルス幅変調信号ＰＷＭとは、ＮＡＮＤ回路
から成る論理回路１−１，１−２に共に入力されてい
る。それらの出力が、論理回路１−３〜１−５によって
論理演算され、スイッチング回路の選択信号とされる。
全スイッチング信号Ｓは、選択信号を出す論理回路１−
３〜１−５の全てに、直接入力される構成とされてい
る。

【００４４】図５（ロ）は、パルス幅変調信号ＰＷＭに
よる点灯割合を示す図である。１画素期間Ｔの内、パル
ス幅変調信号ＰＷＭによって指示される時間幅Ｗの間だ
け、スイッチング回路はオンされる。スイッチング回路
２〜４の３つの回路が、単に１画素期間Ｔだけオンされ
るだけでは、半導体レーザダイオード６の発光強度は３
種類に変化するだけであり変化に乏しい。しかし、パル
ス幅変調信号ＰＷＭを加味した制御とすれば、各種類の
発光強度にて点灯時間割合を変えることにより、変化が
豊富となる。

【００４５】

【発明の効果】以上述べた如く、本発明では、レーザ発
振を行い得るためのバイアス電流に相当する定電流の
他、光強度変調信号に応じて、複数個の定電流回路から
の定電流を選択加算して半導体レーザダイオードに流す
半導体レーザ駆動装置において、光強度変調信号に応じ
て選択加算する個々の定電流値を全て等しい値とする。

【００４６】そのため、選択加算される電流の立ち上が
り応答特性は全て等しいものとなり、立ち上がり電流間
に時間遅れが生じなくなる。また、選択加算する定電流
は全て等しい値にするので、他とは異なった大電流を供
給する定電流回路を構成する必要がなくなり、大容量の
構成素子を必要としない。従って、従来に比べてコスト
が安くなる。更に、同じ規格の定電流回路を構成すれば
よいので、モノリシック化によって構成する場合に構成
し易い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体レーザ駆動装置を示す図

【図２】最小駆動電流と最大駆動電流の設定動作を説
明するフローチャート

【図３】本発明で使用するスイッチング回路と定電流
回路の具体例を示す図

【図４】レーザの特性を示す図

【図５】デコーダの別の構成例を示す図

【図６】電流の立ち上がり応答特性を説明する図

【符号の説明】

１…デコーダ、１−１〜１−５…論理回路、２〜４…ス
イッチング回路、２−１，２−２…トランジスタ、２−
３…基準電源、５…スイッチング部、６…半導体レーザ
ダイオード、７…モニタ用フォトダイオード、８…可変
抵抗器、９…マイクロプロセッサ、１０〜１２…ＤＡ変
換器、１３〜１６…定電流回路、１３−１…比較器、１
３−２…トランジスタ、１３−３…インダクタンス、１
３−４，１３−５…抵抗、１７…定電流部、１８…比較
器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者西沢克彦神奈川県海老名市本郷2274番地富士ゼロックス株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体レーザダイオードに対する光強度
変調信号に応じて、複数個の定電流回路からの定電流を
選択加算して半導体レーザダイオードに流す半導体レー
ザ駆動装置において、第１の定電流を供給する第１の定
電流回路と第２の定電流を供給する第２の定電流回路複
数個とから成る定電流部と、第２の定電流回路の各々に
対応して設けられ、各第２の定電流回路からの第２の定
電流を半導体レーザダイオードの光強度変調信号によっ
てオンまたはオフするよう制御されるスイッチング回路
複数個から成るスイッチング部と、該スイッチング部に
より選択された第２の定電流の合計と前記第１の定電流
とを加算して半導体レーザダイオードに流す手段と、前
記第１の定電流を設定する手段と、前記第２の定電流を
設定する手段と、半導体レーザダイオードの光をモニタ
ーする手段とを具えたことを特徴とする半導体レーザ駆
動装置。