(57)【要約】【課題】光量制御電圧が所定値を超えると、当該制御電圧をゼロにすると発振が起こり、またフィードバック制御によって駆動電流が一定値以上になると定電圧動作から定電流動作に移行する回路方式を採ると、リミット値近くでの制御性が悪化する。【解決手段】半導体レーザＬＤの光量を光量検出回路１３で検出し、その光量検出電圧Ｖｄｅｔに基づく光量制御電圧Ｖｃｏｎｔを、半導体レーザＬＤに駆動電流を供給する手段、即ち電流源１１４にその制御電圧として与えることによって半導体レーザＬＤの光量制御を自動的に行う半導体レーザ駆動装置において、光量制御電圧Ｖｃｏｎｔがリミット電圧Ｖｌｉｍを上回ったとき、当該光量制御電圧Ｖｃｏｎｔに代えてリミット電圧Ｖｌｉｍを選択して電流源１１４にその制御電圧として与えることによって電流制限を行うようにする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御電圧に対応した駆動電流を発光素子に供給する駆動電流供給手段と、
最大許容電流に対応した第１の制御電圧を発生する発生手段と、
発光素子の発光光量に応じて得られる第２の制御電圧を前記第１の電圧と比較する比較手段と、
前記比較手段の比較結果に基づいて、前記第１および前記第２の制御電圧の一方を選択し、選択した一方を前記制御電圧として前記駆動電流供給手段に与える選択手段と
を備えることを特徴とする発光素子駆動装置。
【請求項２】
前記発光素子にバイアス電流を供給するバイアス電流供給手段をさらに備え、変調時に前記バイアス電流に変調電流を重畳して前記発光素子に供給する回路方式を採る場合において、
前記リミット電流は前記発光素子に流れる総電流に対応して決められる
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】
前記発生手段は、ゲート・ドレインが共通に接続された第１のトランジスタと、前記電流供給手段を構成する第２のＭＯＳトランジスタとを有し、前記ゲート・ドレインの共通接続点への供給電流が駆動電流よりも小さくなるように前記第１のＭＯＳトランジスタと前記第２のＭＯＳトランジスタのチャネル幅／チャネル長の比が設定されている
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４】
前記選択手段に前記第１の制御電圧を伝送する信号ラインおよび前記選択手段に前記第２の制御電圧を伝送する信号ラインの少なくとも一方と前記電流供給手段を構成するＭＯＳトランジスタのソースとの間に接続されたコンデンサを有する
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】
前記選択手段は、前記第２の制御電圧を選択する第１のスイッチ素子と、前記第１の制御電圧を選択する第２のスイッチ素子とを有し、前記第１，第２のスイッチ素子のオン期間が重ならないように切り替え制御を行うことを特徴とする請求項４記載の発光素子駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光素子の駆動装置に関し、特にレーザゼログラフィーにその光源として用いられるレーザ素子の駆動に用いて好適な発光素子駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レーザ素子を光源とするレーザゼログラフィーの分野では、より高解像度化、より高速化の要求が強くなってきている。入力画像データに応じてレーザ素子の駆動をオン／オフ制御する速度（以下、変調速度と記す）には限度がある。レーザ光のビーム数を１本とした場合には、主走査方向の解像度のみならず、副走査方向の解像度をも上げようとすると、変調速度が犠牲にならざるを得ない。したがって、変調速度を上げずに副走査方向の解像度を上げるためには、レーザ光のビーム数を増すしかない。レーザ光のビーム数を例えば４本にした場合は、変調速度が１本の場合と同じと仮定すると、主走査・副走査方向の解像度を２倍に向上できる。
【０００３】
レーザゼログラフィーにその光源として用いられる半導体レーザは、レーザ光が活性層と平行な方向に取り出される構造の端面発光型レーザ素子（以下、端面発光レーザと記す）と、レーザ光が活性層に垂直な方向に取り出される構造の面発光型レーザ素子（以下、面発光レーザと記す）とに大別される。従来、レーザゼログラフィーでは、レーザ光源として一般的に端面発光レーザが用いられていた。
【０００４】
しかしながら、レーザ光のビーム数を増やすという観点からすると、端面発光レーザは技術的に難しいとされており、構造上、端面発光レーザよりも面発光レーザの方がレーザ光のビーム数を増やすのに有利である。このような理由から、近年、レーザゼログラフィーの分野において、より高解像度化、より高速化の要求に応えるために、レーザ光源として、多数のレーザ光ビームを出射可能な面発光レーザを用いた装置の開発が進められている。
【０００５】
ところで、半導体レーザは過電流に弱い。また、面発光レーザは、ピーク光量までは駆動電流が増えるに連れて光量が増加し、ピーク光量を超えると、駆動電流が増えるに連れて逆に光量が減少する、いわゆるサーマルロールオーバ現象を示す特性を持っている。そのため、面発光レーザに対する自動光量制御を考えた場合、ピーク光量を超えた領域で光量制御を行うと、当該領域では電流−光量特性が負の特性となっているため、発光光量が減るとさらに駆動電流を増加させる制御が行われて制御不能に陥り、その結果、面発光レーザに過大電流が流れることになる。
【０００６】
このピーク光量を超えた領域での光量制御において、面発光レーザに過大電流が流れるのを防ぐために、従来、あらかじめ決められた電流値以上の電流を面発光レーザに流さないように電流制限機能を設けた構成のレーザ駆動装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
また、半導体レーザの光量を制御する制御電圧が所定値を超えたことを比較器で検出し、この検出出力に応答して制御電圧をゼロにすることによって半導体レーザの直流駆動電流を遮断するようにした半導体レーザ駆動回路も知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００８】
さらに、電源回路で良く使われるリミッター回路をレーザ駆動回路に適用し、シリーズレギュレーショントランジスタの制御用ベース電流駆動電流が増大したときに吸い出して出力電流を制御するようにした光出力制御回路も知られている（例えば、特許文献３参照）。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１０−１１９３５０号公報（特に、段落００２８および図４）
【特許文献２】
特開昭６１−１４４０８７号公報（特に、第２頁右欄，第３頁左欄および第１図）
【特許文献３】
特開昭５８−２００４４５号公報（特に、第２頁右下欄，第３頁左上欄および第３図）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に係る従来技術では、あらかじめ決められた電流値以上の電流を面発光レーザに流さないようにしているに過ぎない。また、特許文献２に係る従来技術では、光量制御電圧が所定値を超えると、当該制御電圧をゼロにして半導体レーザの直流駆動電流を遮断するようにしているため、制御電圧をゼロになり、所定値よりも低くなると電流制限が解除されて再び制御電圧が所定値を超える、という具合に発振が起こり、回路方式によっては制御電圧が復帰したときのオーバーシュートで半導体レーザを破壊することにもなりかねない、という課題がある。
【００１１】
なお、特許文献２に係る従来技術のように、電流制限時に制御電圧をゼロにする代わりに、光量制御の基準値をゼロにする方法を採ることも考えられる。しかし、光量制御の基準値がゼロだと永久に電流制限の状態から抜け出すことができないので何らかの復帰手段を要する。この場合わずかなノイズ等で電流制限が行われた場合にもレーザが消灯し画像が感光体上に潜像が形成されなくなるため１ページ全部が無駄になる。また、特許文献３に係る従来技術では、フィードバック制御によって駆動電流が一定値（リミット値）までは定電圧動作し、一定値以上になると定電流動作に移行する回路方式を採っているが、正確にリミット値で定電流動作に移行させるには負帰還を十分かける必要があるが、負帰還を十分かけると発振しやすくなり、場合によっては発振が原因で過電流が流れレーザの寿命を短くする、逆に発振させないためには負帰還の応答性を遅くすれば良いがこの場合過電流が流れてから実際に電流制限が働くまでに時間がかかるためやはりレーザの寿命は短くなる。また、発振を防止するため負帰還のゲインを小さくすることも考えられるが、この場合リミット値を越えても電流制限は緩慢で電流値はリミット値を大幅に越えて一定となる。レーザ駆動回路が発振した場合には、半導体レーザに不要なピーク電流が発生しやすいという課題がある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発光素子駆動装置は、制御電圧に対応した駆動電流を発光素子に供給する駆動電流供給手段と、最大許容電流に対応した第１の制御電圧を発生する発生手段と、発光素子の発光光量に応じて得られる第２の制御電圧を前記第１の電圧と比較する比較手段と、前記比較手段の比較結果に基づいて、前記第１および前記第２の制御電圧の一方を選択し、選択した一方を前記制御電圧として前記駆動電流供給手段に与える選択手段とを備える構成となっている。
【００１３】
上記構成の発光素子駆動装置において、第２の制御電圧が第１の制御電圧を上回ると、比較手段の出力が反転する。これを受けて、選択手段は、それまで選択していた第２の制御電圧に代えて第１の制御電圧を選択して駆動電流供給手段にその制御電圧として与える。その結果、発光素子の駆動電流を第１の制御電圧に対応した電流に制限できる。この電流制限機能により、例えばサーマルロールオーバ現象を示す特性を持つ発光素子の駆動の際に、ピーク光量を超えた領域で光量制御を行い、発光光量が減るに連れて駆動電流を増加させる制御が行われたとしても、第２の制御電圧が第１の制御電圧を上回った時点で電流制限をかけることができるため、サーマルロールオーバ現象によって制御不能に陥るのを確実に防止することができる。
【００１４】
請求項２記載の発光素子駆動装置は、請求項１記載の発光素子駆動装置において、発光素子にバイアス電流を供給するバイアス電流供給手段をさらに備え、変調時に前記バイアス電流に変調電流を重畳して前記発光素子に供給する回路方式を採る場合において、前記リミット電流は前記発光素子に流れる総電流に対応して決められる構成となっている。
【００１５】
上記構成の発光素子駆動装置において、変調時にバイアス電流に変調電流を重畳して前記発光素子に供給する回路方式を採る場合、発光素子に流れる総電流に対応してリミット電流を決めることで、実際に発光素子に流れる電流に対応したリミット電流を設定できる。したがって、実際に発光素子に流れる電流に対応したリミット電流を基準として電流制限を行うことができるため、自動光量制御時にサーマルロールオーバ現象による制御不能を確実に防止できる。
【００１６】
請求項３記載の発光素子駆動装置は、請求項１記載の発光素子駆動装置において、前記発生手段は、ゲート・ドレインが共通に接続された第１のトランジスタと、前記電流供給手段を構成する第２のＭＯＳトランジスタとを有し、前記ゲート・ドレインの共通接続点への供給電流が駆動電流よりも小さくなるように前記第１のＭＯＳトランジスタと前記第２のＭＯＳトランジスタのサイズ比（チャネル幅／チャネル長の比）が設定された構成となっている。
【００１７】
上記構成の発光素子駆動装置において、発光素子のリミット電流を決める第１の制御電圧を、カレントミラー回路を構成するＭＯＳトランジスタのサイズ比によって設定することで、発光素子に流す電流が微小であっても、第１の制御電圧を発生する手段ではそれよりも非常に大きな電流を扱うことができる。したがって、発光素子に流す微小な電流に比べて非常に大きな電流に基づいて第１の制御電圧を設定できるため、消費電流を抑えることができる上トランジスタサイズも小さいのでチップを小さくすることができる。
【００１８】
請求項４記載の発光素子駆動装置は、請求項３記載の発光素子駆動装置において、前記選択手段に前記第１の制御電圧を伝送する信号ラインおよび前記選択手段に前記第２の制御電圧を伝送する信号ラインの少なくとも一方と前記電流供給手段を構成するＭＯＳトランジスタのソースとの間に接続されたコンデンサを有する構成となっている。
【００１９】
上記構成の発光素子駆動装置において、電流供給手段を構成するＭＯＳトランジスタのソースは電源ラインに接続されている。したがって、第１の制御電圧の信号ラインおよび第２の制御電圧の信号ラインの少なくとも一方と電流供給手段を構成するＭＯＳトランジスタのソースとの間に接続されたコンデンサは、比較手段の高速反転動作に起因して信号ラインに電位変動が発生した場合に、この変動分を吸収する作用をなす。これにより、比較手段の反転動作に基づく切り換え手段の切り換え動作時に、リミット電流に対応する第１の制御電圧と発光光量に対応する第２の制御電圧とがＡＣ結合しないようにすることができるため、その切り換えのタイミングでもリミット電流に電流制限する動作を確実に行うことができる。
【００２０】
請求項５記載の発光素子駆動装置は、請求項４記載の発光素子駆動装置において、前記選択手段は、前記第２の制御電圧を選択する第１のスイッチ素子と、前記第１の制御電圧を選択する第２のスイッチ素子とを有しており、前記第１，第２のスイッチ素子のオン期間が重ならないように切り替え制御を行う構成となっている。
【００２１】
上記構成の発光素子駆動装置において、第２の制御電圧を選択する第１のスイッチ素子と第１の電圧を選択する第２のスイッチ素子とを、双方のオン期間が重ならないように切り換え制御することで、第１の制御電圧と第２の電圧にそれぞれ設けられたコンデンサが直接接続され放電するのを防止することができるため切り替え時に不安定な動作を防止することができる。
【００２２】
【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。
【００２３】
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例を示す回路図である。本実施形態では、駆動対象である発光素子として、例えば半導体レーザ、特に内部抵抗が大きいＧａＮ系青色レーザやシングルモード面発光レーザを用いるものとする。以下、これらのレーザ素子を総称して半導体レーザＬＤと記す。半導体レーザＬＤは、例えば、カソードが接地され、アノードが駆動端となっている。
【００２４】
本実施形態に係る発光素子駆動装置は、駆動電流制御回路１１、駆動電圧制御回路１２、光量検出回路１３、誤差検出回路１４および制御回路１５を少なくとも有する構成となっている。
【００２５】
駆動電流制御回路１１は、アナログインバータ１１１、リミット電圧発生回路１１２、比較器１１３、電流源１１４、コンデンサＣ１１およびスイッチＳＷ１１，ＳＷ１２，ＳＷ１３によって構成されている。この駆動電流制御回路１１では、半導体レーザＬＤの発光光量が規定光量となるように当該半導体レーザＬＤの駆動電流の制御が行われる。この駆動電流制御回路１１には、誤差検出回路１４から駆動電圧制御回路１２を介して後述する光量制御電圧（第２の制御電圧）Ｖｃｏｎｔが供給される。
【００２６】
この光量制御電圧Ｖｃｏｎｔは、スイッチＳＷ２１を経由し、アナログインバータ１１１で反転されてスイッチＳＷ１１の入力側の端子に与えられる。コンデンサＣ１１は、電流源１１４を構成するＰ−ＭＯＳトランジスタのソースである電源電圧ＶＤＤの電源ラインＬとスイッチＳＷ１１の出力側の端子との間に接続されることによって当該スイッチＳＷ１１と共にサンプルホールド回路を構成している。当然のこと電流源１１４が吐き出しではなく吸い込みだった場合には電流源１１４はＮ−ＭＯＳトランジスタで構成されるためコンデンサＣ１１はＧＮＤとの間に接続されることは。このサンプルホールド回路は、アナログインバータ１１１で反転されて与えられる光量制御電圧Ｖｃｏｎｔをサンプルホールドする。
【００２７】
リミット電圧発生回路１１２、比較器１１３およびスイッチＳＷ１２は、半導体レーザＬＤに流れる駆動電流を制限するための電流制限回路（リミッター）を構成している。リミット電圧発生回路１１２は、半導体レーザＬＤに流れる駆動電流を制限するリミット電流に対応するリミット電圧（第１の制御電圧）Ｖｌｉｍを発生する。比較器１１３は、リミット電圧発生回路１１２で発生されるリミット電圧Ｖｌｉｍを反転（−）入力とし、アナログインバータ１１１およびスイッチＳＷ１１を通して与えられる光量制御電圧Ｖｃｏｎｔを非反転（＋）入力としており、光量制御電圧Ｖｃｏｎｔがリミット電圧Ｖｌｉｍを上回ったときに比較出力が反転する。
【００２８】
スイッチＳＷ１２は、アナログインバータ１１１およびスイッチＳＷ１１を通して与えられる光量制御電圧Ｖｃｏｎｔを一方の入力とし、リミット電圧発生回路１１２で発生されるリミット電圧Ｖｌｉｍを他方の入力としており、通常の光量制御時には光量制御電圧Ｖｃｏｎｔを選択し、比較器１１３の比較出力が反転したときには、当該比較出力の反転に応答して光量制御電圧Ｖｃｏｎｔに代えてリミット電圧Ｖｌｉｍを選択する。
【００２９】
スイッチＳＷ１２によって選択される光量制御電圧Ｖｃｏｎｔまたはリミット電圧Ｖｌｉｍは、電流源１１４にその制御電圧として与えられる。電流源１１４はその一端が電源電圧ＶＤＤの電源ラインＬに接続されている。スイッチＳＷ１３は、一端が電流源１１４の他端に、他端が駆動電圧制御回路１２のスイッチＳＷ２４の一端にそれぞれ接続されている。
【００３０】
かかる構成の駆動電流制御回路１１において、誤差検出回路１５から駆動電圧制御回路１２を介して供給される光量制御電圧Ｖｃｏｎｔは、インバータ１１１で反転された後、スイッチＳＷ１１およびコンデンサＣ１１からなるサンプルホールド回路によってサンプルホールドされる。このサンプルホールドされた光量制御電圧Ｖｃｏｎｔは、スイッチＳＷ１２によって選択されることにより、電流源１１４にその制御電圧として与えられ、電流源１１４からスイッチＳＷ１３，ＳＷ２４を通して半導体レーザＬＤに供給される駆動電流を制御する。
【００３１】
これにより、駆動電流制御回路１１では、半導体レーザＬＤの光量が誤差検出回路１５の基準電圧Ｖｒｅｆで決まる規定光量（目標光量）となるように、当該半導体レーザＬＤの駆動電流の制御が行われる。これが、半導体レーザＬＤのレーザパワーを、基準電圧Ｖｒｅｆで規定されるパワーになるように制御するＡＰＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｐｏｗｅｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌ；自動光量制御）である。
【００３２】
サンプルホールド後の光量制御電圧Ｖｃｏｎｔはさらに、比較器１１３において、リミット電圧発生回路１１２で発生されるリミット電圧Ｖｌｉｍと比較される。比較器１１３は、光量制御電圧Ｖｃｏｎｔがリミット電圧Ｖｌｉｍを上回るとき比較出力が反転し、スイッチＳＷ１２を切り換え制御する。これにより、スイッチＳＷ１２は、それまで選択していた光量制御電圧Ｖｃｏｎｔに代えてリミット電圧Ｖｌｉｍを選択して、半導体レーザＬＤにその制御電圧として与える。その結果、駆動電流制御回路１１では、半導体レーザＬＤに流れる駆動電流が、リミット電圧Ｖｌｉｍに対応した一定のリミット電流になるように電流制限が行われる。
【００３３】
駆動電圧制御回路１２は、４つのスイッチＳＷ２１〜ＳＷ２５、２つのコンデンサＣ２１，Ｃ２２および差動アンプ１２１によって構成されている。この駆動電圧制御回路１２では、駆動電流制御回路１１によって規定光量に制御されているときの半導体レーザＬＤの端子電圧を基に、点灯時に当該半導体レーザＬＤに印加する駆動電圧の制御が行われる。
【００３４】
スイッチＳＷ２１は、一端が誤差検出回路１４の出力端に、他端がオペアンプ１２１の非反転入力端子にそれぞれ接続されている。コンデンサＣ２１は、スイッチＳＷ２１の他端とグランドとの間に接続されることによって当該スイッチＳＷ２１と共にサンプルホールド回路を構成している。このサンプルホールド回路は、誤差検出回路１４の出力電圧をサンプルホールドする。
【００３５】
差動アンプ１２１は、反転入力端子と出力端子がスイッチＳＷ２５によってショートされた場合にバッファとして動作するようになっている。スイッチＳＷ２２は、その一端が差動アンプ１２１の出力端子に接続されている。コンデンサＣ２２は、スイッチＳＷ２２の他端とグランドとの間に接続されることによって当該スイッチＳＷ２２と共にサンプルホールド回路を構成している。
【００３６】
スイッチＳＷ２３は、一端がスイッチＳＷ２２の他端に、他端が半導体レーザＬＤのアノードにそれぞれ接続されている。スイッチＳＷ２４は、一端がスイッチＳＷ２３の他端および半導体レーザＬＤのアノードに、他端が差動アンプ１２１の出力端子（反転入力端子）にそれぞれ接続されている。
【００３７】
かかる構成の駆動電圧制御回路１２において、半導体レーザＬＤの駆動電流の制御時、即ちＡＰＣ時（光量制御時）には、スイッチＳＷ２２，ＳＷ２３，ＳＷ２５が共にオフ状態、スイッチＳＷ２１，ＳＷ２４が共にオン状態になる。すると、誤差検出回路１４の出力電圧、即ち光量制御電圧ＶｃｏｎｔがスイッチＳＷ２１、差動アンプ１２１およびスイッチＳＷ２４を経由して半導体レーザＬＤに印加され、フィードバックループが形成される。
【００３８】
また、光量制御後半導体レーザＬＤの変調時には、スイッチＳＷ２２，ＳＷ２５がオン状態、スイッチＳＷ２１，ＳＷ２３，ＳＷ２４が共にオフ状態になる。すると、差動アンプ１２１の出力電圧、即ち光量制御終了時の半導体レーザＬＤの端子電圧がコンデンサＣ２２にホールドされる。そして、コンデンサＣ２２のホールド電圧は、半導体レーザＬＤの点灯時に、スイッチＳＷ２３がオンすることにより、当該スイッチＳＷ２３を介して半導体レーザＬＤの駆動端（アノード）にその駆動電圧として印加される。
【００３９】
光量検出回路１３は、光検出器として例えばフォトダイオードＰＤを用い、当該フォトダイオードＰＤによって半導体レーザＬＤが発するレーザ光の光量を検出する。フォトダイオードＰＤは、そのカソードが電源ラインＬに接続されている。フォトダイオードＰＤのアノードには抵抗Ｒの一端が接続されている。抵抗Ｒの他端は接地されている。ここで、フォトダイオードＰＤが半導体レーザＬＤのレーザ光を検出することで、その光量に応じた電流が抵抗Ｒに流れる。これにより、半導体レーザＬＤの光量に応じた光量検出電圧Ｖｄｅｔが抵抗Ｒの両端間に発生する。
【００４０】
この光量検出電圧Ｖｄｅｔは、アンプ１３１の非反転入力端子に与えられる。アンプ１３１は、出力端子と反転入力端子とが直接に接続されている。アンプ１３１の出力電圧、即ち光量検出回路１３の光量検出電圧Ｖｄｅｔは、誤差検出回路１４および駆動電圧制御回路１２を経由して駆動電流制御回路１１に供給される。すなわち、光量検出回路１３の光量検出電圧Ｖｄｅｔを駆動電流制御回路１１に帰還することにより、ＡＰＣ（自動光量制御）を行うためのフィードバック系が構成されている。
【００４１】
誤差検出回路１４は、差動アンプ１４１、スイッチＳＷ３１，ＳＷ３２およびコンデンサＣ３１によって構成され、光量検出回路１３で検出された光量検出電圧Ｖｄｅｔの基準電圧Ｖｒｅｆに対する差分を検出して光量制御電圧Ｖｃｏｎｔとして出力する。差動アンプ１４１は、基準電圧Ｖｒｅｆを非反転入力とし、光量検出回路１３からスイッチＳＷ３１を介して供給される光量検出電圧Ｖｄｅｔを反転入力としている。ここで、光量基準電圧Ｖｒｅｆはその電圧値が、半導体レーザＬＤの目標とする光量（レーザパワー）に対応して設定されている。スイッチＳＷ３２とコンデンサＣ３１は、差動アンプ１４１の反転入力端子と出力端子との間に直列に接続されている。
【００４２】
かかる構成の誤差検出回路１４において、差動アンプ１４１は、光量検出回路１３で検出される半導体レーザＬＤの光量に応じた光量検出電圧Ｖｄｅｔを、半導体レーザＬＤの目標光量に対応して設定されている基準電圧Ｖｒｅｆと比較してその差分、即ち誤差電圧を光量制御電圧Ｖｃｏｎｔとして出力する。
【００４３】
制御回路１５はパルスデータである入力データに基づいて、駆動電流制御回路１１のスイッチＳＷ１１，ＳＷ１３、駆動電圧制御回路１２のスイッチＳＷ２１〜ＳＷ２５および誤差検出回路１４のスイッチＳＷ３１，ＳＷ３２のオン（閉）／オフ（開）制御を行う。また、本実施形態に係る半導体レーザ駆動装置においては、制御回路１５は、入力データに応じて半導体レーザＬＤを点灯／消灯する駆動を繰り返す変調期間ではその点灯期間／消灯期間で常に電圧駆動する制御を行う構成を採っている。
【００４４】
次に、上記構成の本実施形態に係る発光素子駆動装置、即ち半導体レーザ駆動装置の回路動作について説明する。
【００４５】
電源投入により、先ず、ＡＰＣモードに入る。このＡＰＣモードでは、誤差検出回路１４においてスイッチＳＷ３１およびスイッチＳＷ３２が共にオン状態となり、駆動電圧制御回路１２においてスイッチＳＷ２１，ＳＷ２４が共にオン状態になり、駆動電流制御回路１１においてスイッチＳＷ１１，ＳＷ２５およびスイッチＳＷ１３が共にオン状態となる。これにより、電流源１１４の電流がスイッチＳＷ１３を経由して半導体レーザＬＤに駆動電流として流れるため、当該半導体レーザＬＤが点灯する。
【００４６】
半導体レーザＬＤが点灯すると、そのレーザ光を光量検出回路１３のフォトダイオードＰＤが受光し、フォトダイオードＰＤにはその光量に応じた電流が流れる。このフォトダイオードＰＤに流れる電流は抵抗Ｒにより電圧に変換され、アンプ１３１で増幅されて半導体レーザＬＤのレーザパワー（光量）に応じた光量検出電圧Ｖｄｅｔとして出力される。
【００４７】
この光量検出電圧Ｖｄｅｔは誤差検出回路１４に供給され、スイッチＳＷ３１を経由して差動アンプ１３１の反転入力となる。差動アンプ１３１は、この検出電圧Ｖｄｅｔと基準電圧Ｖｒｅｆとの差分（誤差電圧）を増幅して光量制御電圧Ｖｃｏｎｔとして出力する。この光量制御電圧Ｖｃｏｎｔは、駆動電圧制御回路１２のスイッチＳＷ２１を経由して差動アンプ１２１の非反転端子に入力される。一方、反転入力端子にはＳＷ２４を経由して半導体レーザＬＤのアノード電圧が入力されている。差動アンプ１２１は、光量制御電圧Ｖｃｏｎｔと半導体レーザＬＤのアノード電圧を増幅し駆動電流制御回路１１に供給する。
【００４８】
そして、駆動電流制御回路１１において、ＡＰＣモードではスイッチＳＷ１２がスイッチＳＷ１１側を選択した状態にあるため、駆動電圧制御回路１２で差動増幅器１２１の出力は、アナログインバータ１１１スイッチＳＷ１１，ＳＷ１２を介して電流源１１４にその制御電圧として与えられる。この光量制御電圧Ｖｃｏｎｔによる電流源１１４の制御により、当該電流源１１４から供給される半導体レーザＬＤの駆動電流が制御され、その結果半導体レーザＬＤの光量が制御される。
【００４９】
上述した光量検出電圧Ｖｄｅｔに応じた負帰還ループの制御により、最終的には、当該検出電圧Ｖｄｅｔが規定光量に対応して設定されている基準電圧Ｖｒｅｆと一致し、半導体レーザＬＤのアノード電圧とコンデンサＣ２１の端子電圧とが一致して収束する。その結果、半導体レーザＬＤの光量が規定光量となる。以上の一連のフィードバック制御がＡＰＣ（自動光量制御）である。このＡＰＣの動作については、一回で終了するようにしても良く、また複数回繰り返して実行するようにしても良い。
【００５０】
また、ＡＰＣモード時に駆動電流制御回路１１において、比較器１１３は、光量制御電圧Ｖｃｏｎｔがリミット電圧発生回路１１２で発生されるリミット電圧を上回るか否かを常時監視し、光量制御電圧Ｖｃｏｎｔがリミット電圧Ｖｌｉｍを上回ったとき比較出力が反転する。すると、この比較器１１３の比較出力が反転するのを受けてスイッチＳＷ１２は、それまで選択していた光量制御電圧Ｖｃｏｎｔに代えてリミット電圧Ｖｌｉｍを選択して、半導体レーザＬＤにその制御電圧として与える。その結果、光量制御電圧Ｖｃｏｎｔがリミット電圧Ｖｌｉｍを上回ったときは、半導体レーザＬＤに流れる駆動電流がリミット電圧に対応した一定のリミット電流に制限される。さらに、ＡＰＣモード時以外であっても比較器１１３は常に光量制御電圧Ｖｃｏｎｔとリミット電圧Ｖｌｉｍとを比較しているので、ＡＰＣ終了後にスイッチＳＷ１１が誤動作でオン状態となった場合や光量制御電圧Ｖｃｏｎｔを調整した場合（図示せず）、リミット電流を下げた場合には比較器１１３が反転しレーザへの過電流を防止する。
【００５１】
ＡＰＣ動作の終了後、駆動電流制御回路１１のスイッチＳＷ１１および誤差検出回路１４のスイッチＳＷ３２が共にオフし、さらにＡＰＣ時にオフ状態にあった駆動電圧制御回路１２のスイッチＳＷ２２，ＳＷ２３，ＳＷ２５が共にオン状態になる。すると、その直前の差動アンプ１４１の出力電圧、即ち半導体レーザＬＤを規定光量に制御したときの光量制御電圧Ｖｃｏｎｔが、コンデンサＣ３１およびコンデンサＣ２１にホールドされ、さらに規定光量に制御したときの駆動電流を設定する制御電圧がコンデンサＣ１１にホールドされる。
【００５２】
さらに、駆動電圧制御回路１２のコンデンサＣ２２にはコンデンサＣ２１に保持されている光量制御電圧Ｖｃｏｎｔが充電される。このとき、コンデンサＣ１１にホールドされる電圧は、半導体レーザＬＤが規定光量で発光するときの駆動電流を設定する制御電圧となり、コンデンサＣ２１，Ｃ２２にホールドされる電圧は、規定光量のときの半導体レーザＬＤの端子電圧となる。
【００５３】
ＡＰＣ動作が終了すると、入力データに応じて半導体レーザＬＤの駆動をオン（点灯）／オフ（消灯）制御する変調モードに入る。この変調モードにおいて、半導体レーザＬＤの点灯時には、駆動電圧制御回路１２のスイッチＳＷ２３がオンになる。すると、コンデンサＣ２２のホールド電圧、即ち規定光量時の半導体レーザＬＤの端子電圧が、スイッチＳＷ２３を通して半導体レーザＬＤの駆動端（アノード）に印加される。また、駆動電流制御回路１１のスイッチＳＷ１３がオン状態になるため、当該スイッチＳＷ１３を介して電流源１１４から半導体レーザＬＤに駆動電流が供給される。
【００５４】
上述したように、半導体レーザＬＤの光量を光量検出回路１３で検出し、その光量検出電圧Ｖｄｅｔに基づく光量制御電圧Ｖｃｏｎｔを、半導体レーザＬＤに駆動電流を供給する手段、即ち電流源１１４にその制御電圧として与えることによって半導体レーザＬＤの光量制御を自動的に行う半導体レーザ駆動装置において、光量制御電圧Ｖｃｏｎｔがリミット電圧Ｖｌｉｍを上回ったとき、当該光量制御電圧Ｖｃｏｎｔに代えてリミット電圧Ｖｌｉｍを選択して電流源１１４にその制御電圧として与えることで、半導体レーザＬＤの駆動電流をリミット電圧Ｖｌｉｍに対応した電流（リミット電流）に制限できる。
【００５５】
これにより、半導体レーザＬＤとして、特に、ピーク光量までは駆動電流が増えるに連れて光量が増加し、ピーク光量を超えると、駆動電流が増えるに連れて逆に光量が減少するサーマルロールオーバ現象を示す特性を持つ面発光レーザを用いた場合において、ピーク光量を超えた領域で光量制御を行う際に、発光光量が減るに連れて駆動電流を増加させる制御が行われたとしても、光量制御電圧Ｖｃｏｎｔがリミット電圧Ｖｌｉｍを上回った時点で電流制限をかけることができるため、サーマルロールオーバ現象によって制御不能に陥るのを確実に防止することができる。
【００５６】
ここで、駆動電流制御回路１１における電流制限回路（リミッター）の回路動作についてさらに詳細に説明する。ここでは、リミット電圧Ｖｌｉｍは時間の経過にかかわらず一定とし、半導体レーザＬＤの光量を時間の経過とともにリミット値（リミット電流に対応した光量）を超えるまで増大させる場合を想定して説明するものとする。
【００５７】
図２に示すように、半導体レーザＬＤの光量を増やしていくと、光量検出電圧Ｖｄｅｔに応じた光量制御電圧Ｖｃｏｎｔは時間の経過とともに上昇する。そして、光量制御電圧Ｖｃｏｎｔがリミット電圧Ｖｌｉｍを上回ったところで比較器１１３の出力が反転する。すると、この比較器１１３の反転出力を受けてスイッチＳＷ１２は、それまで選択していた光量制御電圧Ｖｃｏｎｔに代えて一定値のリミット電圧Ｖｌｉｍを選択する。これにより、電流源１１４の制御電圧がリミット電圧Ｖｌｉｍに固定される。
【００５８】
このとき、光量制御電圧Ｖｃｏｎｔは半導体レーザＬＤの光量が増加するに連れてそのまま増大する。したがって、スイッチＳＷ１２は、半導体レーザＬＤの光量の目標値を下げて光量制御電圧Ｖｃｏｎｔがリミット電圧Ｖｌｉｍ以下になるまでそのままの状態を維持する。そして、光量制御電圧Ｖｃｏｎｔがリミット電圧Ｖｌｉｍ以下になると比較器１１３の出力が再度反転し、これを受けてスイッチＳＷ１２は、リミット電圧Ｖｌｉｍに代えて光量制御電圧Ｖｃｏｎｔを選択して電流源１１４にその制御電圧として与える。これにより、再びＡＰＣ動作に復帰する。
【００５９】
このように、上記構成の電流制限回路では、光量制御電圧Ｖｃｏｎｔがリミット電圧Ｖｌｉｍを上回ったら、半導体レーザＬＤに駆動電流を供給する電流源１１４の制御電圧を、半導体レーザＬＤのリミット電流に対応したリミット電圧Ｖｌｉｍに切り換える構成を採っているため、発振などの不安定な状態がなく、またフィードバック制御によって駆動電流が一定値以上になったら定電圧動作から定電流動作に移行する従来技術に係る回路方式の場合のように、リミット値近傍で制御性が悪化するようなこともない。
【００６０】
さらに、過電流状態が解除されれば速やかにＡＰＣ動作に速やかに復帰することができるため、ノイズなどで本電流制限回路が動作したとしても、その影響はマイクロ秒オーダーの極めて短い期間に限定される。したがって、レーザゼログラフィーの光源である半導体レーザの駆動装置に適用した場合において、ノイズなどで本電流制限回路が動作したとしても、その影響でプリント中の画像が損なわれることもない。
【００６１】
なお、上記実施形態に係る半導体レーザ駆動装置では、駆動電流制御回路１１において、電流源１１４の電流を半導体レーザＬＤにその駆動電流として供給するとしたが、変調モードにおいて、半導体レーザＬＤの消灯時にも、高速変調するためには、端面発光レーザの場合、発光閾値電流付近のバイアス電流Ｉｂｉａｓを半導体レーザＬＤに流し続けるのが良い。
【００６２】
具体的には、図３に示すように、電源電圧ＶＤＤの電源ラインＬと半導体レーザＬＤの駆動端（アノード）との間に電流源１６を接続し、当該電流源１６に半導体レーザＬＤの発光閾値電流付近の電流に相当するバイアス電圧Ｖｂｉａｓを与え、発光閾値電流付近のバイアス電流Ｉｂｉａｓを常時半導体レーザＬＤに流すことにより、半導体レーザＬＤの消灯時にも、半導体レーザＬＤの端子電圧を点灯時の電圧近くに維持できるため、高速変調が可能になる。
【００６３】
また、他の例としては、図４に示すように、電流源１６と半導体レーザＬＤの駆動端（アノード）との間にスイッチＳＷ４１を挿入し、当該スイッチＳＷ４１を半導体レーザＬＤの消灯時にのみオンさせるようにして、半導体レーザＬＤに流す電流として、電流源１１４からの変調電流と電流源１６からのバイアス電流Ｉｂｉａｓとを切り換える回路方式を採ることも可能である。
【００６４】
このように、変調電流とバイアス電流Ｉｂｉａｓとを切り換える回路方式を採ることにより、変調電流の可変範囲を狭くできるため駆動電流が大きなトランジスタで微小電流を調整する際問題となるトランジスタの閾値電圧ばらつきの影響で光量制御時と変調時との駆動電流ずれるのを抑えることができる。
【００６５】
上記２つの回路方式のいずれの場合にも、変調時に半導体レーザＬＤにはバイアス電流Ｉｂｉａｓに変調電流を重畳して駆動電流として供給することになる。したがって、これら回路方式を採る場合は、先述したリミット電流については、電流源１１４から供給される電流のみに対応して決めるのではなく、半導体レーザＬＤに流れる総電流、即ちバイアス電流Ｉｂｉａｓ＋変調電流に対応して決めることになる。
【００６６】
これにより、バイアス電流Ｉｂｉａｓに変調電流を重畳して半導体レーザＬＤに供給する回路方式の場合であっても、実際に半導体レーザＬＤに流れる電流に対応してリミット電流を設定し、当該リミット電流を基準として電流制限を行うことができるため、ＡＰＣ時にサーマルロールオーバ現象による制御不能を確実に防止することができる。
【００６７】
また、上記実施形態では、半導体レーザＬＤを先ず駆動電圧制御回路１２によって電圧駆動し、その後に駆動電流制御回路１１によって電流駆動する構成の半導体レーザ駆動装置に対して、本発明に係る電流制限回路の技術を適用した場合を例に挙げて説明したが、本発明はこの適用例に限られるものではなく、電流駆動する構成の半導体レーザ駆動装置全般に適用可能である。例えば、図５に示すように、スイッチＳＷ２１およびコンデンサＣ２１からなるサンプルホールド回路１７でのホールド電圧を直接駆動電流制御回路１１に供給する構成の半導体レーザ駆動装置がその一つとして挙げることができる。
【００６８】
次に、駆動電流制御回路１１の具体的な回路構成について説明する。図６は、駆動電流制御回路１１の要部の具体的な回路構成の一例を示す回路図である。
【００６９】
図６において、半導体レーザＬＤに駆動電流を供給する手段である電流源１１４は、例えばＰｃｈＭＯＳトランジスタＱ５１によって構成されている。ＰｃｈＭＯＳトランジスタではソース電位に対しゲート電位がマイナスとなるように制御する。このためＶｃｏｎｔ電位はＶｌｉｍ電位よりも低い場合に比較器１１３は反転する必要があり図１、図５とは比較器１１３の反転、非反転入力が逆になっている。このＭＯＳトランジスタＱ５１は、スイッチＳＷ１２を構成するスイッチ回路１１５の出力端（後述するＭＯＳトランジスタＱ５３，Ｑ５４のドレイン共通接続点）にゲートが接続されるとともに、電源電圧ＶＤＤの電源ラインにソースが接続されている。
【００７０】
リミット電圧発生回路１１２は、ソースが電源電圧ＶＤＤの電源ラインに接続され、ゲートおよびドレインが共通に接続されたいわゆるダイオード接続構成のＰｃｈＭＯＳトランジスタＱ５２と、このＰｃｈＭＯＳトランジスタＱ５２のゲート・ドレイン共通接続点とグランドとの間に接続された電流源Ｉ５１とを有する回路構成を基本とし、ＭＯＳトランジスタＱ５２と電流源Ｉ５１との共通接続点であるノードＮにＭＯＳトランジスタＱ５２での電圧降下によってリミット電圧Ｖｌｉｍを発生する構成となっている。
【００７１】
かかる構成のリミット電圧発生回路１１２において、ダイオード接続のＭＯＳトランジスタＱ５２は、図６から明らかなように、そのゲート・ドレインがＭＯＳトランジスタＱ５４を介して電流源１１４を構成するＭＯＳトランジスタＱ５１のゲートと接続されるようになっており、したがって当該ＭＯＳトランジスタＱ５１と共にカレントミラー回路を構成することになる。
【００７２】
そして、ＭＯＳトランジスタＱ５２はトランジスタサイズ、例えばチャネル長Ｌが共通の下でチャネル幅Ｗが、電流源１１４を構成するＭＯＳトランジスタＱ５１のチャネル幅Ｗに対して所定の関係になるように設定されている。ＭＯＳトランジスタＱ５１のチャネル幅をＷ１１、ＭＯＳトランジスタＱ５２のチャネル幅をＷ１２とすると、一例として、Ｗ１１：Ｗ１２＝１００：１の関係になるように設定されている。
【００７３】
このように、半導体レーザＬＤのリミット電流を決める電流Ｉ５１を、ＭＯＳトランジスタＱ５１とＭＯＳトランジスタＱ５２とのサイズ比（チャネル幅Ｗ／チャネル長Ｌの比）、本例ではチャネル幅Ｗの比によって設定することにより、半導体レーザＬＤに流す電流が大きい場合にも、リミット電流を決める電流Ｉ５１を小さく抑えることができる。したがって、半導体レーザＬＤに流す大きな電流に比べて小さな電流でリミット電流を設定できるため、消費電流を抑えることができる。
【００７４】
リミット電圧発生回路１１２はさらに、上記の基本の構成要素に加えて、ノードＮと電源電圧ＶＤＤの電源ラインとの間に接続された、即ちＭＯＳトランジスタＱ５２に対して並列に接続されたコンデンサＣ５１を有している。ここで、比較器１１３の比較出力が高速に反転する際に、容量結合によってその反転動作に起因して比較器１１３の反転入力端子の電位が変動し、これに伴ってノードＮの電位、即ちリミット電圧Ｖｌｉｍも変動する。コンデンサＣ５１は、この比較器１１３の高速反転動作に起因するリミット電圧Ｖｌｉｍの変動分を吸収し誤動作を防止する作用をなす。
【００７５】
このように、ノードＮと電源電圧ＶＤＤの電源ラインとの間にコンデンサＣ５１を接続し、比較器１１３の高速反転動作に起因するリミット電圧Ｖｌｉｍの変動分を吸収することにより、比較器１１３の反転動作に基づくスイッチＳＷ１２の切り換え時に、リミット電流に対応するリミット電圧Ｖｌｉｍと光量に対応する光量制御電圧ＶｃｏｎｔとがＡＣ結合しないようにすることができるため、その切り換えのタイミングでもリミット電流に電流制限する動作を確実に行うことができることになる。
【００７６】
なお、本回路例では、リミット電圧Ｖｌｉｍ側の信号ラインと電源ラインとの間にコンデンサを接続するとしたが、光量制御電圧Ｖｃｏｎｔ側の信号ラインと電源ラインとの間、あるいは双方にコンデンサを接続するようにしても、スイッチＳＷ１２の切り換え時に、リミット電流に対応するリミット電圧Ｖｌｉｍと光量に対応する光量制御電圧ＶｃｏｎｔとがＡＣ結合を抑えることができる。さらに、光量制御電圧Ｖｃｏｎｔおよびリミット電圧Ｖｌｉｍの各信号ライン同士を近接させないように配線することによっても、スイッチＳＷ１２の切り換え時に、リミット電流に対応するリミット電圧Ｖｌｉｍと光量に対応する光量制御電圧ＶｃｏｎｔとのＡＣ結合を抑える効果がある。
【００７７】
次に、図１のスイッチＳＷ１２を構成するスイッチ回路１１５は、比較器１１３の比較出力に基づいて互いに逆相の第１，第２のスイッチ信号Ｓ１，Ｓ２を生成するスイッチ信号生成回路１１６と、第１のスイッチ信号Ｓ１をゲート入力とするとともに、光量制御電圧Ｖｃｏｎｔをソース入力とするスイッチ素子、例えばＰｃｈＭＯＳトランジスタＱ５３と、第２のスイッチ信号Ｓ２をゲート入力とするとともに、リミット電圧Ｖｌｉｍをソース入力とし、ＰｃｈＭＯＳトランジスタＱ５３とドレインが共通に接続されたスイッチ素子、例えばＰｃｈＭＯＳトランジスタＱ５４とを有する構成となっている。
【００７８】
スイッチ信号生成回路１１６は、ＭＯＳトランジスタＱ５３，Ｑ５４が同時にオン状態にならないように、これらＭＯＳトランジスタＱ５３，Ｑ５４をオン／オフ制御する第１，第２のスイッチ信号Ｓ１，Ｓ２を生成する。これにより、スイッチ信号生成回路１１６およびＭＯＳトランジスタＱ５３，Ｑ５４からなるスイッチ回路１１５は、ＭＯＳトランジスタＱ５３，Ｑ５４が同時にオンしない、いわゆるブレイク−ビフォア−メイク（ｂｒｅａｋ  ｂｅｆｏｒｅ  ｍａｋｅ）スイッチ構成となっている。
【００７９】
スイッチ信号生成回路１１６において、第１のスイッチ信号Ｓ１を生成する回路部分は、比較器１１３の比較出力（ａ）を反転するインバータ１１６１と、偶数段、例えば４段のインバータからなるインバータ段１１６２と、インバータ１１６４の出力（ｂ）を一方の入力とし、インバータ段１１６２の出力（ｃ）を他方の入力とするＮＡＮＤゲート１１６３から構成され、このＮＡＮＤゲート１１６３の出力（ｄ）を第１のスイッチ信号Ｓ１とする。
【００８０】
第２のスイッチ信号Ｓ２を生成する回路部分は、偶数段、例えば４段のインバータからなるインバータ段１１６５と、直接供給される比較器１１３の比較出力（ａ）を一方の入力とし、インバータ段１１６５を経由した比較出力（ｅ）を他方の入力とするＮＡＮＤゲート１１６６とから構成され、このＮＡＮＤゲート１１６６の出力（ｆ）を第２のスイッチ信号Ｓ２とする。
【００８１】
次に、上記構成のスイッチ信号生成回路１１６の回路動作について、図７のタイミングチャートを用いて説明する。ここで、インバータ１段およびＮＡＮＤゲート１段での遅延量（遅延時間）をほぼ同じと考えてΔｔとする。
【００８２】
比較器１１３において、光量制御電圧Ｖｃｏｎｔがリミット電圧Ｖｌｉｍを上回り、その比較出力（ａ）が低レベルから高レベルに反転すると（時刻ｔ１）、この比較出力（ａ）がインバータ１１６１で反転され、インバータ段１１６２を通過することで、その出力（ｃ）には５Δｔの遅延が生じる。そして、ＮＡＮＤゲート１１６３でインバータ１１６１の出力（ｂ）とインバータ段１１６２の出力（ｃ）との論理積をとり、ＮＡＮＤゲート１１６３の出力（ｄ）が時刻ｔ２〜時刻ｔ５の期間で高レベルとなる。このＮＡＮＤゲート１１６３の出力（ｄ）が第１のスイッチ信号Ｓ１として、ＭＯＳトランジスタＱ５３のゲートに印加されることで、当該ＭＯＳトランジスタＱ５３は時刻ｔ２〜時刻ｔ５の期間でオフ状態となる。
【００８３】
また、比較器１１３の比較出力（ａ）がインバータ段１１６５を通過することで、その出力（ｅ）には４Δｔの遅延が生じる。そして、ＮＡＮＤゲート１１６６で比較出力（ａ）とインバータ段１１６５の出力（ｅ）との論理積をとることにより、ＮＡＮＤゲート１１６６の出力（ｆ）が時刻ｔ３〜時刻ｔ４の期間で低レベルとなる。このＮＡＮＤゲート１１６６の出力（ｆ）が第２のスイッチ信号Ｓ２としてＭＯＳトランジスタＱ５４のゲートに印加されることで、当該ＭＯＳトランジスタＱ５４は時刻ｔ３〜時刻ｔ４の期間でオン状態となる。
【００８４】
上述したように、光量制御電圧Ｖｃｏｎｔを選択するＭＯＳトランジスタＱ５３が時刻ｔ２〜時刻ｔ５の期間でオフ状態となり、リミット電圧Ｖｌｉｍを選択するＭＯＳトランジスタＱ５４が時刻ｔ３〜時刻ｔ４の期間でオン状態となるということは、ＭＯＳトランジスタＱ５４がオン状態に移行するよりも先にＭＯＳトランジスタＱ５３がオフ状態に移行し、ＭＯＳトランジスタＱ５３が再びオン状態に移行するよりも先にＭＯＳトランジスタＱ５４がオフ状態に移行するということである。
【００８５】
このように、比較器１１３の比較出力（ａ）に基づいて互いに時間差を持った第１，第２のスイッチ信号Ｓ１，Ｓ２を生成し、これらスイッチ信号Ｓ１，Ｓ２によってＭＯＳトランジスタＱ５３，Ｑ５４をオン／オフ制御する、即ちブレイク−ビフォア−メイクでスイッチング制御し、ＭＯＳトランジスタＱ５３，Ｑ５４のオン時間が重ならないようにすることにより、コンデンサＣ５１がＱ５３，Ｑ５４が同時にＯＮになった際の放電などリミット電流に対応するリミット電圧Ｖｌｉｍと光量に対応する光量制御電圧Ｖｃｏｎｔとが相互に影響し合うのを防止できるため、その切り換えのタイミングでもリミット電流に電流制限する動作を確実に行うことができる。
【００８６】
なお、本回路例では、互いに時間差を持った第１，第２のスイッチ信号Ｓ１，Ｓ２を生成してＭＯＳトランジスタＱ５３，Ｑ５４をオン／オフ制御することにより、ＭＯＳトランジスタＱ５３，Ｑ５４のオン時間が重ならないようにするとしたが、ＭＯＳトランジスタＱ５３，Ｑ５４の一方のオン抵抗を他方に比して上げてもＶｌｉｍとＶｃｏｎｔの相互干渉を防止できる場合がある。あるいは、ヒステリシスを持たせるようにしても、ＭＯＳトランジスタＱ５３，Ｑ５４のオン時間が重ならないようにすることができ、上記と同様の作用効果を得ることができる。
【００８７】
上記構成の駆動電流制御回路１１においては、電流源１１４を構成するＭＯＳＱ５１、リミット電圧発生回路１１２を構成するＭＯＳトランジスタＱ５２、スイッチ回路１１５を構成するＭＯＳトランジスタＱ５３，Ｑ５４としてＰｃｈトランジスタを用いる場合を例に挙げて説明したが、電位の関係を反転させてＮｃｈトランジスタを用いて構成することも可能である。
【００８８】
以上説明した本発明の一実施形態に係る半導体レーザ駆動装置、あるいはその変形例に係る半導体レーザ駆動装置は、多数の発光部を有するマルチレーザ（面発光レーザ）の駆動装置として用いて好適なものである。
【００８９】
図８は、例えば３２個の発光部ＬＤ１〜ＬＤ３２を有する面発光レーザ３１を駆動対象とする本発明の適用例に係るマルチレーザ駆動装置の構成例を示す回路図である。
【００９０】
図８において、本適用例に係るマルチレーザ駆動装置は、面発光レーザ２１の発光部ＬＤ１〜ＬＤ３２の各々に対応して設けられた３２ｃｈ分の駆動制御回路２２−１〜２２−３２と、面発光レーザ２１の光量を検出する光量検出回路２３と、この光量検出回路２３の検出結果を駆動制御回路２２−１〜２２−３２に帰還するフィードバック系を構成する誤差検出回路２４と、駆動制御回路２２−１〜２２−３２の制御を行う制御回路２５とを有する構成となっている。
【００９１】
３２ｃｈ分の駆動制御回路２２−１〜２２−３２は全て同じ回路構成となっており、これら駆動制御回路２２（２２−１〜２２−３６）は、図１の駆動電流制御回路１１および駆動電圧制御回路１２、または図５の駆動電流制御回路１１およびサンプルホールド回路１７によって構成される。すなわち、駆動制御回路２２−１〜２２−３２の各々を構成する駆動電流制御回路１１は、リミット電圧発生回路１１２、比較器１１３およびスイッチＳＷ１２からなる電流制限回路（リミッター）を有することになる。
【００９２】
誤差検出回路２４は、スイッチ２４１、差動アンプ２４２および３２ｃｈ分のスイッチＳＷｆｂ１〜ＳＷｆｂ３２およびコンデンサＣｆｂ１〜Ｃｆｂ３２を有する構成となっている。アンプ２４１は、目標とするレーザパワーに対応して設定された基準電圧Ｖｒｅｆを非反転入力とし、光量検出回路２３からスイッチ２４１を介して供給される光量検出電圧Ｖｄｅｔを反転入力としている。
【００９３】
スイッチＳＷｆｂ１〜ＳＷｆｂ３２とコンデンサＣｆｂ１〜Ｃｆｂ３２とは面発光レーザ２１の発光部ＬＤ１〜ＬＤ３２にそれぞれ対応して設けられたものであり、スイッチＳＷｆｂ１とコンデンサＣｆｂ１、スイッチＳＷｆｂ２とコンデンサＣｆｂ２、………という具合に、それぞれアンプ２４１の反転入力端子と出力端子との間に直列に接続されている。
【００９４】
誤差検出回路２４で各チャンネル毎に検出された誤差電圧は、光量制御電圧Ｖｃｏｎｔとして駆動制御回路２２−１〜２２−３２の対応する回路部分に供給される。このように、誤差検出回路２４で各チャンネル毎に光量検出回路２３から光量検出電圧Ｖｄｅｔの基準電圧Ｖｒｅｆに対する差分を検出し、その差分電圧を光量制御電圧Ｖｃｏｎｔとして駆動制御回路２２−１〜２２−３２に帰還するフィードバック系においては、先述した実施形態に係る半導体レーザ駆動装置と同じ動作が各チャンネル毎に行われる。
【００９５】
そして、この動作を面発光レーザ２１の発光部ＬＤの数（本例では、３２個）だけ連続的に繰り返すことにより、３２チャンネル分の駆動制御回路２２−１〜２２−３２の全制御電圧を、３２個のコンデンサＣｆｂ１〜Ｃｆｂ３２に保持する。そして、３２チャンネルのＡＰＣ動作を終了したら、スイッチ２４１をオフにするとともに、スイッチＳＷｆｂ１をオン状態にしてｃｈ１での制御電圧を差動アンプ２４２の出力電圧として次のＡＰＣ動作に備える。
【００９６】
上記構成のマルチレーザ駆動装置においても、駆動制御回路２２−１〜２２−３２の各々を構成する駆動電流制御回路１１が電流制限（リミッター）機能を持っていることにより、面発光レーザ２１の発光部ＬＤ１〜ＬＤ３２の各々について、光量制御電圧Ｖｃｏｎｔがリミット電圧Ｖｌｉｍを上回った時点で、面発光レーザ２１の発光部ＬＤ１〜ＬＤ３２の各々の駆動電流を一定のリミット電流に制限する電流制限をかけることができるため、サーマルロールオーバ現象によって制御不能に陥るのを確実に防止できる。
【００９７】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る発明によれば、光量制御電圧がリミット電圧を上回ったとき、光量制御電圧に代えてリミット電圧を選択して駆動電流の制御電圧とすることにより、例えばサーマルロールオーバ現象を示す特性を持つ発光素子の駆動の際に、ピーク光量を超えた領域で光量制御を行い、発光光量が減るに連れて駆動電流を増加させる制御が行われたとしても、光量制御電圧がリミット電圧を上回った時点で電流制限をかけることができるため、サーマルロールオーバ現象によって制御不能に陥るのを確実に防止することができる。
【００９８】
請求項２に係る発明によれば、変調時にバイアス電流に変調電流を重畳して前記発光素子に供給する回路方式を採る場合、発光素子に流れる総電流に対応してリミット電流を決めることにより、実際に発光素子に流れる電流に対応したリミット電流を設定でき、当該リミット電流を基準として電流制限を行うことができるため、自動光量制御時にサーマルロールオーバ現象による制御不能を確実に防止することができる。
【００９９】
請求項３に係る発明によれば、発光素子のリミット電流を決めるリミット電圧を、カレントミラー回路を構成するＭＯＳトランジスタのサイズ比（Ｗ／Ｌ比）によって設定することにより、発光素子に流す電流が大きくなっても、リミット電圧発生手段ではそれよりも小さな電流で制御できるため、消費電流を低減することができる。
【０１００】
請求項４に係る発明によれば、光量制御電圧の信号ラインおよびリミット電圧の信号ラインの少なくとも一方と電源ラインとの間にコンデンサを接続することにより、当該コンデンサが比較手段の高速反転動作に起因して信号ラインに電位変動が発生した場合に、この変動分を吸収する作用をなし、比較手段の反転動作に基づく切り換え手段の切り換え動作時に、リミット電流に対応するリミット電圧と発光光量に対応する光量制御電圧とがＡＣ結合しないようにすることができるため、その切り換えのタイミングでもリミット電流に電流制限する動作を確実に行うことができる。
【０１０１】
請求項５に係る発明によれば、光量制御電圧を選択する第１のスイッチ素子とリミット電圧を選択する第２のスイッチ素子とを、双方のオン期間が重ならないように切り換え制御することにより、リミット電流に対応するリミット電圧と発光素子の光量に対応する光量制御電圧とが相互に影響し合うのを防止することができるため、その切り換えのタイミングでもリミット電流に電流制限する動作を確実に行うことができる。
【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例を示す回路図である。
【図２】光量制御電圧とリミット電圧の切り換えの動作説明図である。
【図３】変形例に係る発光素子駆動装置の要部の構成例を示す回路図である。
【図４】他の変形例に係る発光素子駆動装置の要部の構成例を示す回路図である。
【図５】電流駆動のみでの駆動方式を採る場合の発光素子駆動装置の構成例を示す回路図である。
【図６】駆動電流制御回路の要部の具体的な回路構成の一例を示す回路図である。
【図７】スイッチ信号生成回路の回路動作の説明に供するタイミングチャートである。
【図８】本発明の適用例に係るマルチレーザ駆動装置の構成例を示す回路図である。
【符号の説明】
１１…駆動電流制御回路、１２…駆動電圧制御回路、１３，２３…光量検出回路、１４，２４…誤差検出回路、１５，２５…制御回路、２１…面発光レーザ、２２−１〜２２−３２…駆動制御回路、１１２…リミット電圧発生回路、１１３…比較器、ＬＤ…半導体レーザ、ＬＤ１〜ＬＤ３２…面発光レーザの発光部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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