(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子の光出力を第１基準電圧と比較するコンパレータと、当該コンパレータの差分電圧をサンプルホールドするサンプルホールド回路と、当該サンプルホールド回路のホールド電圧を第１の電流に変換する電圧−電流変換回路とを有し、前記第１の電流に基づいて前記発光素子の光出力を制御する第１の制御手段と、
前記発光素子の光出力を前記第１基準電圧よりも低い第２基準電圧と比較するコンパレータと、当該コンパレータの差分電圧をサンプルホールドするサンプルホールド回路と、当該サンプルホールド回路のホールド電圧を第２の電流に変換する電圧−電流変換回路とを有し、前記第２の電流に基づいて前記発光素子の光出力を制御する少なくとも１つの第２の制御手段と、
前記第１,第２の電流を用いて前記発光素子が発光を開始するしきい値電流を算出し、この算出したしきい値電流に基づいて前記発光素子に流すバイアス電流を設定するバイアス設定手段と
を備えたことを特徴とする発光素子駆動装置。
【請求項２】
前記発光素子はレーザダイオードである
ことを特徴とする請求項１記載の発光素子駆動装置。
【請求項３】
前記レーザダイオードは、アノード側へ電流を流し込むタイプのレーザダイオードである
ことを特徴とする請求項２記載の発光素子駆動装置。
【請求項４】
前記レーザダイオードは、複数のレーザビームを出射可能なマルチビームタイプのレーザダイオードである
ことを特徴とする請求項３記載の発光素子駆動装置。
【請求項５】
光源としてのレーザダイオードと、このレーザダイオードを駆動する駆動装置とを具備する画像形成装置であって、
前記駆動装置は、
前記レーザダイオードの光出力を第１基準電圧と比較するコンパレータと、当該コンパレータの差分電圧をサンプルホールドするサンプルホールド回路と、当該サンプルホールド回路のホールド電圧を第１の電流に変換する電圧−電流変換回路とを有し、前記第１の電流に基づいて前記レーザダイオードの光出力を制御する第１の制御手段と、
前記レーザダイオードの光出力を前記第１基準電圧よりも低い第２基準電圧と比較するコンパレータと、当該コンパレータの差分電圧をサンプルホールドするサンプルホールド回路と、当該サンプルホールド回路のホールド電圧を第２の電流に変換する電圧−電流変換回路とを有し、前記第２の電流に基づいて前記レーザダイオードの光出力を制御する少なくとも１つの第２の制御手段と、
前記第１,第２の電流を用いて前記発光素子が発光を開始するしきい値電流を算出し、この算出したしきい値電流に基づいて前記レーザダイオードに流すバイアス電流を設定するバイアス設定手段とを有する
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
前記レーザダイオードは、複数のレーザビームを出射可能なマルチビームタイプのレーザダイオードである
ことを特徴とする請求項５記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光素子駆動装置および画像形成装置に関し、特にレーザダイオード（半導体レーザ）等の発光素子を駆動する駆動装置およびレーザダイオードを光源として搭載したレーザプリンタや複写機等の画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
発光素子の一種である例えばレーザダイオードは、注入電流を増加させていくと、しきい値電流（発振開始電流）Ｉｔｈで光出力が立ち上がる特性を持っており、活性領域が小さいとしきい値電流Ｉｔｈは小さい。また、レーザダイオードの温度が高いほどしきい値電流Ｉｔｈは大きくなり、ある温度以上になると光出力の増加の割合は小さくなる。このレーザダイオードには、カソード側から電流を引き込むアノードコモンタイプのものと、アノード側へ電流を流し込むカソードコモンタイプのものとがある。
【０００３】
レーザダイオードは、レーザプリンタや複写機等の画像形成装置において、その光源として用いられている。このレーザゼログラフィーの分野では、近年、プリント速度のより高速化の要求に応えるために、複数のレーザビームを出射可能なマルチビームタイプのレーザダイオード（以下、単に「マルチビームレーザ」と記す場合もある）が用いられるようになってきている。そして、このマルチビームレーザでは、製造が容易であるとの理由から、カソードコモンタイプが主流となっている。因みに、シングルビームタイプのレーザダイオードでは、アノードコモンタイプが主流である。
【０００４】
ところで、レーザダイオードにステップ状の電流を流したとすると、レーザ発振はある時間だけ遅れて立ち上がる。すなわち、発振立ち上がりに時間遅れが生ずる。以下、この発振立ち上がりの時間遅れを発振遅れあるいは発振遅延と呼ぶこととする。この発振遅れの時間を短くするために、レーザダイオードの駆動に当たって、常時バイアス電流を流すようにしているのが一般的である。従来は、このバイアス電流を一定に設定していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、バイアス電流を固定とした場合、レーザダイオードの光出力−順方向電流特性が温度変化や経時（経年）変化によって変動したとしてもそれに追従できないことになる。また、レーザダイオードとその駆動装置との組み合わせによっては、しきい値電流Ｉｔｈがばらついたり、あるいは駆動装置内での設定電流がばらついたりすることで、発光してはならないバイアス電流の状態でレーザダイオードが発光してしまうという不具合が発生する。
【０００６】
このような不具合が発生しないようにするために、レーザダイオードのしきい値電流Ｉｔｈのばらつきや駆動装置での設定電流のばらつき分を考慮して、しきい値電流Ｉｔｈに対してマージンをもってバイアス電流を設定するようにしていた。この場合、バイアス電流はレーザダイオード個々のしきい値電流Ｉｔｈとかけ離れて設定されることになる。その結果、発振遅れを解消するためのバイアス電流であるにも拘らず、しきい値電流Ｉｔｈとかけ離れて設定されることで発振遅れを十分に解消できず、発振遅れが残ってしまう。この発振遅れは、レーザダイオードの動作スピードの高速化を図る上で妨げとなる。
【０００７】
また、マルチビームレーザで主流のカソードコモンタイプでは、アノードコモンタイプに比べて、しきい値電流Ｉｔｈに対してバイアス電流がどこに設定されているかによってレーザダイオードの動作スピードが影響を受け易いことが知られている。したがって、特にカソードコモンタイプのレーザダイオードを駆動するに当たっては、動作スピードの高速化を図る上で、最適なバイアス電流の設定が重要となってくる。
【０００８】
また、従来技術として、個々のレーザダイオードにて固定のオフセット電流とバイアス電流による光出力とが一定の関係になるようにバイアス電流を調整し、その調整の終了後に、オフセット電流を除いてバイアス電流を流すようにする構成のレーザダイオード駆動装置が知られている（特開平６−２０４５９２号公報参照）。しかし、この従来技術の場合、個々のレーザダイオードのしきい値電流Ｉｔｈのばらつきについては吸収できるものの、温度変化や経時変化による光出力−順方向電流特性の傾き、即ち光出力の順方向電流に対する増加の割合の変化には追従できない。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、温度変化や経時変化によって発光素子の光出力−順方向電流特性が変化しても常に最適なバイアス電流を設定可能な発光素子駆動装置およびこれを搭載した画像形成装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明による発光素子駆動装置は、発光素子の光出力を第１基準電圧と比較するコンパレータと、当該コンパレータの差分電圧をサンプルホールドするサンプルホールド回路と、当該サンプルホールド回路のホールド電圧を第１の電流に変換する電圧−電流変換回路とを有し、前記第１の電流に基づいて前記発光素子の光出力を制御する第１の制御手段と、前記発光素子の光出力を前記第１基準電圧よりも低い第２基準電圧と比較するコンパレータと、当該コンパレータの差分電圧をサンプルホールドするサンプルホールド回路と、当該サンプルホールド回路のホールド電圧を第２の電流に変換する電圧−電流変換回路とを有し、前記第２の電流に基づいて前記発光素子の光出力を制御する少なくとも１つの第２の制御手段と、前記第１,第２の電流を用いて前記発光素子が発光を開始するしきい値電流を算出し、この算出したしきい値電流に基づいて前記発光素子に流すバイアス電流を設定するバイアス設定手段とを備えた構成となっている。この発光素子駆動装置は、レーザダイオードを光源とする画像形成装置において、そのレーザダイオードの駆動装置として用いられる。
【００１１】
上記構成の発光素子駆動装置において、第１の制御手段は、発光素子の光出力が常に一定となるように制御する。これがＡＰＣ(Automatic Power Control;自動出力制御)である。このＡＰＣ動作により、第１基準電圧に対応して発光素子に流れる電流（一定電流）が得られる。一方、第２の制御手段では、第１基準電圧よりも低い第２電圧を基準とすることで、第２基準電圧に対応した電流が少なくとも１つ得られる。こうして得られた少なくとも２つの電流から、発光素子の光出力−電流特性に基づいて発光素子が発光するしきい値電流を求めることができることから、バイアス設定手段は、少なくとも２つの電流に基づいて発光素子に流すバイアス電流を設定する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態に係る発光素子駆動装置の構成を示すブロック図である。ここでは、駆動対象の発光素子が例えばレーザダイオードＬＤの場合を例に挙げて説明するものとする。
【００１４】
レーザダイオードＬＤの光出力−順方向電流特性には、先述したように、温度変化や経年劣化による変動があるために、レーザダイオードの駆動装置では、一般的に、レーザダイオードＬＤの発振出力を常に安定にするための制御、即ちＡＰＣが行われている。このＡＰＣは、レーザダイオードＬＤの光出力をフォトダイオードＰＤで受光し、その受光出力に基づいて行われる。
【００１５】
具体的には、図１において、フォトダイオードＰＤに対して抵抗Ｒが電源ＶＣＣ−グランド間で直列に接続されており、レーザダイオードＬＤの光出力がフォトダイオードＰＤで光電変換され、その光電変換によって得られる電流が抵抗Ｒで電圧（以下、モニター電圧と示す）に変換され、本レーザダイオード駆動装置１０にモニター端子１１を介して入力される。
【００１６】
レーザダイオード駆動装置１０は、ｎ個のコンパレータ１２−１〜１２−ｎ、ｎ個のサンプルホールド（Ｓ／Ｈ）回路１３−１〜１３−ｎ、ｎ個の電圧−電流（Ｖ−Ｉ）変換回路１４−１〜１４−ｎ、演算回路１５、スイッチ回路１６、電流加算器１７および駆動回路１８を有する構成となっており、例えばドライバーＩＣとしてＩＣ化されて用いられる。ｎ個のコンパレータ１２−１〜１２−ｎの各々には、モニター端子１１を介して入力されるフォトダイオードＰＤのモニター電圧Ｖｍｏｎが非反転（＋）入力として共通に与えられる。
【００１７】
コンパレータ１２−１は、基準入力端子１９−１を介して外部から与えられる基準電圧Ｖｒｅｆ１を反転（−）入力としてモニター電圧Ｖｍｏｎと比較し、その差分電圧を出力する。サンプルホールド回路１３−１は、コンパレータ１２−１から出力される差分電圧をサンプル＆ホールドする。電圧−電流変換回路１４−１は、サンプルホールド回路１３−１のホールド電圧を電流Ｉ１に変換し、演算回路１５およびスイッチ回路１６に供給する。
【００１８】
スイッチ回路１６は、データ入力端子２０を介して入力されるデータに応じてオン／オフ（スイッチング）動作し、電圧−電流変換回路１４−１から供給される電流Ｉ１に応じたスイッチング電流Ｉｓｗを、電流加算器１７にその一方の加算入力として与える。電流加算器１７は、後述するバイアス電流Ｉｂｉａｓをその他方の加算入力とし、その出力電流を駆動回路１８に供給する。駆動回路１８は、電流加算器１７から供給される電流に応じた駆動電流を、出力端子２１を介してレーザダイオードＬＤのアノードに流し込むことによって当該レーザダイオードＬＤを駆動する。
【００１９】
ここで、フォトダイオードＰＤ→コンパレータ１２−１→サンプルホールド回路１３−１→電圧−電流変換回路１４−１→スイッチ回路１６→電流加算器１７→駆動回路１８→レーザダイオードＬＤのループが、レーザダイオードＬＤの発振出力を常に安定にするための制御を行うＡＰＣループとなる。
【００２０】
これに対して、フォトダイオードＰＤ→コンパレータ１２−１〜１２−ｎ→サンプルホールド回路１３−１〜１３−ｎ→電圧−電流変換回路１４−１〜１４−ｎ→演算回路１５→電流加算器１７→駆動回路１８→レーザダイオードＬＤのループが、レーザダイオードＬＤに流すバイアス電流Ｉｂｉａｓを最適値に設定するための制御を行うバイアス設定用ループとなる。このバイアス設定用ループについて以下に説明する。
【００２１】
外部から１系統目の基準入力端子１９−１に基準電圧Ｖｒｅｆ１が印加されるのに対して、２系統目以降の基準入力端子１９−２〜１９−ｎには、基準電圧Ｖｒｅｆ１よりも低くかつ当該基準電圧Ｖｒｅｆ１とそれぞれ所定の比率の関係にある基準電圧Ｖｒｅｆ２〜Ｖｒｅｆｎが印加される。
【００２２】
コンパレータ１２−２〜１２−ｎは、基準入力端子１９−２〜１９−ｎを介して外部から与えられる基準電圧Ｖｒｅｆ２〜Ｖｒｅｆｎを反転入力としてモニター電圧Ｖｍｏｎとそれぞれ比較し、それらの差分電圧を出力する。サンプルホールド回路１３−２〜１３−ｎは、コンパレータ１２−２〜１２−ｎから出力される各差分電圧をそれぞれサンプル＆ホールドする。電圧−電流変換回路１４−２〜１４−ｎは、サンプルホールド回路１３−２〜１３−ｎの各ホールド電圧をそれぞれ電流Ｉ２〜Ｉｎに変換して演算回路１５に供給する。
【００２３】
演算回路１５は、電圧−電流変換回路１４−１〜１４−ｎから与えられる各電流Ｉ１〜Ｉｎを用いてレーザダイオードＬＤの光出力−順方向電流特性の傾きを求めるとともに、この傾きからレーザダイオードＬＤのしきい値電流Ｉｔｈを求め、このしきい値電流Ｉｔｈの極近傍（理想的には、＝Ｉｔｈ）の電流値をレーザダイオードＬＤのバイアス電流Ｉｂｉａｓの最適値として設定するバイアス設定手段として機能する。ここで設定されたバイアス電流Ｉｂｉａｓは、電流加算器１７および駆動回路１８を経由してレーザダイオードＬＤにそのアノード側から駆動電流として流し込まれる。
【００２４】
すなわち、レーザダイオードＬＤの光出力−順方向電流特性において、発振領域の特性が直線でほぼ近似できることに着目し、演算回路１５ではこの直線性を利用して電流Ｉ１〜Ｉｎから発振領域の特性の傾きを求め、さらにこの傾きからレーザダイオードＬＤのしきい値電流Ｉｔｈを求めることにより、駆動対象のレーザダイオードＬＤに最適なバイアス電流Ｉｂｉａｓの設定が行われる。以下、このバイアス電流Ｉｂｉａｓの制御をオートバイアスコントロールと呼ぶこととする。
【００２５】
ここで、上記構成のレーザダイオード駆動装置１０において、ＡＰＣ動作時には、ＡＰＣループ側のサンプルホールド回路１３−１があるタイミングでコンパレータ１２−１の差分電圧をサンプリングし、以降そのサンプリングした値をホールドすることで、そのホールド電圧に対応した電流にて入力データＤＡＴＡに基づくレーザダイオードＬＤの駆動が行われる。また、このＡＰＣ動作でのサンプリングタイミングから僅かに遅れたタイミングでバイアス設定用ループ側でのサンプル＆ホールドが行われることになる。
【００２６】
上述したように、本実施形態に係るレーザダイオード駆動装置１０では、本来のＡＰＣループ以外にバイアス設定用ループを設け、基準電圧Ｖｒｅｆ１〜Ｖｒｅｆｎに対応した電流Ｉ１〜Ｉｎを得てこれら電流Ｉ１〜Ｉｎからしきい値電流Ｉｔｈを求め、このしきい値電流Ｉｔｈを基準にバイアス電流Ｉｂｉａｓを設定するようにしたことで、レーザダイオード個々のしきい値電流Ｉｔｈのばらつきや駆動装置での設定電流のばらつき分を考慮することなく、しきい値電流Ｉｔｈの極近傍にバイアス電流Ｉｂｉａｓを自動的に設定できる。これにより、レーザダイオードＬＤの発振遅れを抑えることができるため、レーザダイオードＬＤの高速動作が可能となる。
【００２７】
しかも、しきい値電流Ｉｔｈは個々のレーザダイオードの光出力−順方向電流特性の傾き（光出力の順方向電流に対する増加の割合）に依存しているので、当該特性が温度変化や経年変化によって変動したとしても、上述したオートバイアスコントロールによってその変動に対応することができるため、レーザダイオードの光出力−順方向電流特性の傾きの変化に常に追従した最適なバイアス電流Ｉｂｉａｓを自動的に設定できる。
【００２８】
なお、上記実施形態では、本来のＡＰＣ動作を行うための制御系以外に、バイアス設定動作を行うために（ｎ−１）系統の制御系を設けるとしたが、最低限１系統の制御系を設け、計２個の基準電圧Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２にそれぞれ対応した２つの電流Ｉ１，Ｉ２を得ることで、レーザダイオードＬＤの光出力−順方向電流特性における発振領域の特性の傾きを算出し、この傾きからしきい値電流Ｉｔｈを求めることができる。この場合の具体例について以下に説明する。
【００２９】
また、上記実施形態では、アノード側へ電流を流し込むカソードコモンタイプのレーザダイオードを駆動する場合を例に挙げて説明したが、本発明はカソード側から電流を引き込むアノードコモンタイプのレーザダイオードの駆動にも適用可能であり、さらには駆動対象の発光素子としては、レーザダイオードに限られるものではなく、特に光出力−順方向電流特性において、発振領域の特性が直線でほぼ近似できる発光素子全般に適用可能である。
【００３０】
［第１具体例］
図２は、バイアス設定動作を行うための制御系を１系統有する本発明の第１具体例に係るレーザダイオード駆動装置の構成を示すブロック図であり、図中、図１と同等部分には同一符号を付して示している。
【００３１】
図２において、基準入力端子１９−１は、ＡＰＣ動作を行うための制御系を構成するコンパレータ１４−１の反転入力端に接続されている。この基準入力端子１９−１には、外部から基準電圧Ｖｒｅｆ１が与えられる。一方、基準入力端子１９−２は、バイアス設定動作を行うための制御系を構成するコンパレータ１４−２の反転入力端に接続されている。この基準入力端子１９−２と基準入力端子１９−１との間には抵抗Ｒ１１が、基準入力端子１９−２とグランドとの間には抵抗Ｒ１２がそれぞれ接続されている。
【００３２】
ここで、抵抗Ｒ１１，Ｒ１２の各抵抗値は例えば等しくなるように設定されている。これにより、抵抗Ｒ１１，Ｒ１２の共通接続点（分圧点）には、基準電圧Ｖｒｅｆ１の１／２の電圧が得られる。そして、このＶｒｅｆ１／２の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ２としてコンパレータ１４−２の反転入力端に与えられる。すなわち、基準入力端子１９−１に基準電圧Ｖｒｅｆ１を外部から与えることで、コンパレータ１４−２の基準電圧Ｖｒｅｆ２が基準電圧Ｖｒｅｆ１に対して所定の比率（本例では、１／２）で自動的に設定されることになる。
【００３３】
なお、本具体例では、基準電圧Ｖｒｅｆ２を抵抗Ｒ１１，Ｒ１２の分圧比で決まる電圧値に固定としたが、その分圧比で決まる電圧値以外の電圧値に設定したい場合には、所望の電圧値の基準電圧Ｖｒｅｆ２を外部から基準入力端子１９−２に与えるようにすれば良い。ただし、このときは、抵抗Ｒ１１，Ｒ１２による分圧電圧が外部からの電圧に影響を与えない程度に、抵抗Ｒ１１，Ｒ１２の各抵抗値が大きく設定されていることが条件となる。
【００３４】
また、基準電圧Ｖｒｅｆ２を任意の電圧値に設定するための他の手法としては、グランド側の抵抗Ｒ１２を基準入力端子１９−２に対して外付けとし、この外付けの抵抗Ｒ１２の抵抗値を任意に設定する手法も考えられる。このように、基準電圧Ｖｒｅｆ２の電圧値を外部から任意に設定可能とし、その電圧値を変えることで、後述する光出力−順方向電流特性における発振領域の直線特性の傾きを求める際に、その傾きを駆動対象のレーザダイオード個々の特性に対応して任意に設定することができる。
【００３５】
スイッチ回路１６は、エミッタが共通接続された差動対トランジスタＱ１１，Ｑ１２を有する差動回路構成となっている。差動対トランジスタＱ１１，Ｑ１２は、データ入力端子２０Ａ，２０Ｂを介して入力されるデータＤＡＴＡを各ベース入力とし、そのエミッタ共通接続点がＶ−Ｉ変換回路１２−１の出力端に接続されている。トランジスタＱ１１のコレクタは端子２２に接続されている。端子２２と外部電源ＶＣＣとの間には、外付け抵抗Ｒ１３が接続されている。トランジスタＱ１２のコレクタは演算回路１５の出力端と接続されている。この接続点Ｏが電流加算器１７に相当する。
【００３６】
駆動回路１８は、ベース・コレクタが共通接続（ダイオード接続）されたトランジスタＱ１３と、このトランジスタＱ１３とベースが共通接続されたトランジスタＱ１４と、これらトランジスタＱ１３，Ｑ１４の各エミッタと内部電源Ｖｃｃとの間にそれぞれ接続された抵抗Ｒ１４，Ｒ１５とを有するカレントミラー回路構成となっている。トランジスタＱ１３のベース・コレクタは、電流加算器１７である接続点Ｏに接続されている。トランジスタＱ１４のコレクタは、出力端子２１に接続されている。
【００３７】
このカレントミラー回路構成の駆動回路１８では、トランジスタＱ１３のコレクタ電流に対してトランジスタＱ１４のコレクタ電流が所定倍、例えば５倍となるようにトランジスタＱ１３，Ｑ１４のトランジスタサイズが設定されている。これにより、電流加算器１７でスイッチング電流Ｉｓｗとバイアス電流Ｉｂｉａｓとを加算して得られる電流の５倍の駆動電流が出力端子２１を通してレーザダイオードＬＤに供給されることになる。
【００３８】
本具体例に係るレーザダイオード駆動装置ではさらに、バイアス電流Ｉｂｉａｓにオフセット電流Ｉｏｆｆを設定するためのオフセット電流設定回路２３を有している。このオフセット電流設定回路２３は、オペアンプ２３１、トランジスタＱ１５、電流源２３２，２３３および外付け抵抗ＲＢを有する構成となっている。オペアンプ２３１の非反転入力端には、外部から端子２４を介してバイアス電圧ＶＢが与えられる。トランジスタＱ１５は、ベースがオペアンプ２３１の出力端に、エミッタがオペアンプ２３１の反転入力端にそれぞれ接続されている。
【００３９】
トランジスタＱ１５のエミッタはさらに、端子２５に接続された外付け抵抗ＲＢを介して接地されている。電流源２３２は、トランジスタＱ１５のコレクタと内部電源Ｖｃｃとの間に接続されている。電流源２３３は内部電源Ｖｃｃと演算回路１５の出力端との間に接続され、電流源２３２と共にカレントミラー回路を構成することで、電流源２３２に流れる電流に比例した電流をオフセット電流Ｉｏｆｆとして出力する。
【００４０】
このオフセット電流設定回路２３において、オフセット電流Ｉｏｆｆの電流値は、バイアス電圧ＶＢの電圧値および外付け抵抗ＲＢの抵抗値によって決まる。したがって、バイアス電圧ＶＢの電圧値を固定とした場合、外付け抵抗ＲＢの抵抗値によってオフセット電流Ｉｏｆｆの電流値を任意に変えることができる。このオフセット電流Ｉｏｆｆは、レーザダイオードＬＤのしきい値電流Ｉｔｈに対して設定されるバイアス電流Ｉｂｉａｓにオフセットを持たせる作用をする。
【００４１】
上記構成の第１具体例に係るレーザダイオード駆動装置において、基準電圧Ｖｒｅｆ２を基準電圧Ｖｒｅｆ１と任意の比率、本例では１／２に設定し、本来のＡＰＣ動作を行うための制御系で電流Ｉ１を求めるとともに、オートバイアスコントロール動作を行うための制御系で電流Ｉ２を求める。ここで、先述したように、レーザダイオードＬＤの光出力−順方向電流特性において、発振領域の特性が直線でほぼ近似できる。
【００４２】
図３（Ａ）に、レーザダイオードＬＤの光出力−順方向電流特性および電流Ｉ１，Ｉ２の関係を示す。また、同図（Ｂ）に、フォトダイオードＰＤの光出力−出力電流特性を示す。これらの特性図から明らかなように、電流Ｉ１，Ｉ２から発振領域の特性の傾きを求め、さらにこの傾きからレーザダイオードＬＤのしきい値電流Ｉｔｈを求めることで、駆動対象のレーザダイオードＬＤに最適なバイアス電流Ｉｂｉａｓを設定できる。上記の演算処理は、演算回路１５において行われる。
【００４３】
次に、レーザダイオードＬＤのしきい値電流Ｉｔｈを求め、駆動対象のレーザダイオードＬＤに最適なバイアス電流Ｉｂｉａｓを設定するための手順につき、図４のフローチャートにしたがって説明する。
【００４４】
先ず、基準電圧Ｖｒｅｆ１と基準電圧Ｖｒｅｆ２とを任意の比率Ｎ：１（本例では、Ｖｒｅｆ１：Ｖｒｅｆ２＝２：１）に設定し（ステップＳ１１）、レーザダイオードＬＤの光出力の比率Ｐ１：Ｐ２をＮ：１にする（ステップＳ１２）。この光出力の比率Ｐ１：Ｐ２の設定により、図３の特性図から明らかなように、フォトダイオードＰＤの出力電流の比率Ｉｐ１：Ｉｐ２がＮ：１となる（ステップＳ１３）。
【００４５】
そして、これらの比率が設定されていることを前提として、本来のＡＰＣ動作を行うループとオートバイアスコントロール動作を行うループとを各ループのタイミングで動作させて電流Ｉ１，Ｉ２を求める（ステップＳ１４）。ここで、図３（Ａ）の特性図から明らかなように、
Ｉ１−Ｉｔｈ：Ｉ２−Ｉｔｈ＝Ｎ：１  ……（１）
の関係にある。
【００４６】
上記（１）式を解くと、
（Ｎ−１）Ｉｔｈ＝ＮＩ２−Ｉ１
となり、
Ｉｔｈ＝（ＮＩ２−Ｉ１）／（Ｎ−１）……（２）
となる。
【００４７】
すなわち、演算回路１５では、ステップＳ１４で求めた電流Ｉ１，Ｉ２から、しきい値電流Ｉｔｈを算出する（ステップＳ１６）。そして、この算出したしきい値電流Ｉｔｈを基準として駆動対象のレーザダイオードＬＤに最適なバイアス電流Ｉｂｉａｓ、即ちしきい値電流Ｉｔｈの極近傍、理想的にはしきい値電流Ｉｔｈに等しいバイアス電流Ｉｂｉａｓを設定し（ステップＳ１７）、この設定したバイアス電流ＩｂｉａｓをレーザダイオードＬＤに流すようにする。
【００４８】
このように、本来のＡＰＣ動作を行うループの他に、オートバイアスコントロール動作を行うループを設け、基準電圧Ｖｒｅｆ１と基準電圧Ｖｒｅｆ２とを任意の比率に設定して両ループの制御によって電流Ｉ１，Ｉ２を求め、この電流Ｉ１，Ｉ２から駆動対象のレーザダイオードＬＤのしきい値電流Ｉｔｈを算出することにより、当該しきい値電流Ｉｔｈは個々のレーザダイオードの光出力−順方向電流特性の傾きに依存しているので、温度変化や経時変化によって特性が変わってもその変化に常に追従した、最適なバイアス電流Ｉｂｉａｓを自動的に設定できる。
【００４９】
これにより、駆動対象のレーザダイオードＬＤの発振遅れを理論上は０にすることができるため、レーザダイオードＬＤの高速動作が可能となる。特に、温度変化や経時変化によって光出力−順方向電流特性の傾き、即ち光出力の順方向電流に対する増加の割合が変動した場合であっても、電流Ｉ１，Ｉ２からしきい値電流Ｉｔｈを算出することができるため、光出力−順方向電流特性の傾きの変動にも確実に追従できることになる。
【００５０】
本具体例では、シングルビームタイプのレーザダイオードを駆動対象とした場合を例に挙げて説明したが、本発明に係る発光素子駆動装置は、複数のレーザビームを出射可能なマルチビームタイプのレーザダイオードの駆動にも同様に適用可能である。この場合を第２具体例として以下に説明する。
【００５１】
［第２具体例］
図５は、マルチビームタイプのレーザダイオードを駆動対象とした本発明の第２具体例に係るレーザダイオード駆動装置の構成を示すブロック図であり、図中、図１と同等部分には同一符号を付して示している。ここでは、駆動対象がＡ，Ｂ２個、即ちレーザダイオードＬＤ−Ａ，ＬＤ−Ｂの場合を例に挙げて説明するが、３個以上の場合にも同様に適用可能であることは勿論である。
【００５２】
図５において、２個のレーザダイオードＬＤ−Ａ，ＬＤ−Ｂに対してフォトダイオードＰＤが共通に設けられており、また本来のＡＰＣ動作を行う制御系およびバイアス設定動作を行う制御系として全く同じものが２個のレーザダイオードＬＤ−Ａ，ＬＤ−Ｂに対して別々に設けられている。なお、レーザダイオードＬＤ−Ａの制御系を構成する各要素の符号には“Ａ”を、レーザダイオードＬＤ−Ｂの制御系を構成する各要素の符号には“Ｂ”をそれぞれ付して区別している。
【００５３】
ここで、マルチビームレーザにおいては、製造が容易であるとの理由から、図５から明らかなように、レーザダイオードＬＤ−Ａ，ＬＤ−Ｂのカソードを共通に接続し、アノード側へ駆動電流を流し込むカソードコモンタイプが主流となっている。しかしながら、先述したように、カソードコモンタイプでは、アノードコモンタイプに比べて、しきい値電流Ｉｔｈに対してバイアス電流Ｉｂｉａｓがどこに設定されているかによって動作スピードが大きく影響を受け易いことが知られている。それは次の理由による。
【００５４】
レーザダイオードは閾注入キャリヤー密度に達しなければレーザ光が発生しない。このため、レーザ光の発生には遅れ時間が生ずる。レーザ発振が生ずれば、共振器長が短いために、極めて瞬時的に光子密度は定常値に達して早い応答速度が得られる。しかし、注入キャリヤー密度の変化に対して、レーザ光の変化には遅れが生ずる。
【００５５】
アノードコモンタイプとカソードコモンタイプではレーザの構造が違う。前者はＳＤＨ構造（ｐ−ＧａＡｓ基板）で活性層部分が狭くなっており、電流が狭小領域に集中しやすく、キャリヤー密度は高くなる。後者はＩ−ＳＡＮ構造（ｎ−ＧａＡｓ基板）で活性層部分が広くなっており、電流が拡散する方向になり、キャリヤー密度としては低くなる。したがって、カソードコモンタイプの方が発振遅れ時間が大きくなり、しきい値電流Ｉｔｈに対するバイアス電流Ｉｂｉａｓの設定によって動作スピードが大きく影響を受け易くなるのである。
【００５６】
このように、しきい値電流Ｉｔｈに対してバイアス電流Ｉｂｉａｓがどこに設定されているかによって動作スピードが影響を受け易いカソードコモンタイプが主流となるマルチレーザの駆動に、本発明に係る発光素子駆動装置を用いることで、その効果は極めて大きいと言える。何故ならば、先述したように、温度変化や経時変化によって特性が変わってもその変化に常に追従した、最適なバイアス電流Ｉｂｉａｓを設定できるため、発振遅れを理論上は０にすることができ、高速動作を可能とするからである。
【００５７】
図６に、バイアス電流Ｉｂｉａｓを固定にした場合（従来技術）とオートバイアスコントロール可能とした場合（本発明）との機能を対比して示している。レーザダイオードＬＤのしきい値電流Ｉｔｈが温度変化や経時変化によってシフトしてしまったとき、バイアス電流Ｉｂｉａｓを固定にした場合には、カソードコモンレーザ特有の発振遅れと、レーザダイオードが光るまでの時間が動作スピードに影響を及ぼす。
【００５８】
これに対して、バイアス電流Ｉｂｉａｓをオートコントロール可能とした場合には、温度変化や経時変化によって駆動対象のレーザダイオードＬＤのしきい値電流Ｉｔｈが変動しても、その変動したしきい値電流Ｉｔｈを自動的に求め、その求めたしきい値電流Ｉｔｈを基準にバイアス電流Ｉｂｉａｓを設定することにより、しきい値電流Ｉｔｈの変化に追従した形で最適なバイアス電流Ｉｂｉａｓを自動的に設定できるため、データ入力から光出力までの応答性を向上できる。
【００５９】
以上説明した本発明に係る発光素子駆動装置、特に第２具体例に係るマルチレーザ駆動装置は、レーザプリンタや複写機等の画像形成装置において、その光源として搭載されるマルチビームタイプのレーザダイオードの駆動装置として用いて好適なものである。ただし、これは一適用例に過ぎない。
【００６０】
図７は、本発明に係る画像形成装置、例えばレーザプリンタの基本構成を示す概斜視図である。図７において、レーザダイオードＬＤから出射されるレーザビームは、コリメータレンズ３１を通過した後、ポリゴンミラー（回転多面鏡）３２によって主走査方向に走査されつつｆθレンズ３３を通して、帯電器３４によってコロナ帯電されている感光ドラム３５上に照射されることで、原画像を露光し、感光ドラム３５上に潜像を形成する。
【００６１】
感光ドラム３５は回転することによって副走査を行う。感光ドラム３５上に電荷パターンによって形成された潜像は、現像器３６による現像によって可視像に顕像化される。この顕像化されたトナー像は、転写器３７によって用紙３８上に転写される。この転写されたトナー像は、定着器３９によって用紙３８の表面に定着される。
【００６２】
上記構成のレーザプリンタに代表される画像形成装置において、レーザダイオードＬＤとして例えばマルチビームタイプのレーザダイオードを用いることで、コピー速度の高速化を図っている。そして、このマルチビームタイプのレーザダイオードＬＤの駆動装置４０として、先述した第２具体例に係るレーザダイオード駆動装置が用いられる。これによれば、当該レーザダイオード駆動装置は、温度変化や経時変化によってレーザダイオードの光出力−順方向電流特性が変わってもその変化に常に追従した最適なバイアス電流Ｉｂｉａｓを設定し、高速動作を実現できるため、コピー速度のより高速化が図れることになる。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、本来のＡＰＣループ以外にバイアス設定用ループを設け、各ループによる制御の下に各基準電圧に対応した少なくとも２つの電流を得てこれら電流に基づいてバイアス電流を設定するようにしたことで、レーザダイオード個々のしきい値電流のばらつきや駆動装置での設定電流のばらつき分を考慮することなく、しきい値電流の極近傍にバイアス電流を自動的に設定できるため、レーザダイオードの高速動作が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る発光素子駆動装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１具体例に係るレーザダイオード駆動装置の構成を示すブロック図である。
【図３】レーザダイオードＬＤの光出力−順方向電流特性（Ａ）およびフォトダイオードＰＤの光出力−出力電流特性（Ｂ）を示す特性図である。
【図４】レーザダイオードＬＤのしきい値電流Ｉｔｈを求め、最適なバイアス電流Ｉｂｉａｓを設定するための手順を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第２具体例に係るレーザダイオード駆動装置の構成を示すブロック図である。
【図６】バイアス電流Ｉｂｉａｓを固定にした場合とオートバイアスコントロール可能とした場合との機能を対比して示す図である。
【図７】本発明に係るレーザプリンタの基本構成を示す概斜視図である。
【符号の説明】
１０，４０…レーザダイオード駆動装置、１２−１〜１２−ｎ，１２−１Ａ，１２−１Ｂ，１２−２Ａ，１２−２Ｂ…コンパレータ、１３−１〜１３−ｎ，１３−１Ａ，１３−１Ｂ，１３−２Ａ，１３−２Ｂ…サンプルホールド（Ｓ／Ｈ）回路、１４−１〜１４−ｎ，１４−１Ａ，１４−１Ｂ，１４−２Ａ，１４−２Ｂ…電圧−電流（Ｖ−Ｉ）変換回路、１５，１５Ａ，１５Ｂ…演算回路、１６，１６Ａ，１６Ｂ…スイッチ回路、１７，１７Ａ，１７Ｂ…電流加算器、１８，１８Ａ，１８Ｂ…駆動回路、２３…オフセット電流設定回路、ＬＤ…レーザダイオード、ＰＤ…フォトダイオード
【図１】
0003687621.tif 000002
【図２】
0003687621.tif 000003
【図３】
0003687621.tif 000004
【図４】
0003687621.tif 000005
【図５】
0003687621.tif 000006
【図６】
0003687621.tif 000007
【図７】
0003687621.tif 000008