(57)【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【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ＩD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
【図１】
0003700296.tif 000002
【図２】
0003700296.tif 000003
【図３】
0003700296.tif 000004
【図４】
0003700296.tif 000005
【図５】
0003700296.tif 000006
【図６】
0003700296.tif 000007
【図７】
0003700296.tif 000008