(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザに常時微小なバイアス電流を供給するバイアス電流源と、前記半導体レーザに閾値電流を供給する閾値電流源と、発光指令信号に応じて前記半導体レーザを発光させる変調電流源とを有し、前記バイアス電流源、前記変調電流源、前記閾値電流源からの３つの電流の和の電流で前記半導体レーザを駆動する半導体レーザ駆動回路であって、
前記半導体レーザと前記変調電流源との間に第１のスイッチを設け、
前記半導体レーザと前記閾値電流源との間に第２のスイッチを設け、
前記第１のスイッチは、遅延された発光指令信号である変調信号によって、オン・オフが制御され、
前記第２のスイッチのオン期間は、前記第１のスイッチのオン期間を含み、
前記第２のスイッチは、前記第１のスイッチがオンになる前にオンとなり、かつ、前記変調信号のオフを確認してからオフとなることを特徴とする半導体レーザ駆動回路。
【請求項２】
請求項１記載の半導体レーザ駆動回路において、
前記バイアス電流源において生成される電流は数ｍＡ以下であることを特徴とする半導体レーザ駆動回路。
【請求項３】
請求項１記載の半導体レーザ駆動回路において、
前記第２のスイッチは、前記変調信号と前記発光指令信号との論理和の信号によって、オンとなることを特徴とする半導体レーザ駆動回路。
【請求項４】
請求項１記載の半導体レーザ駆動回路において、
前記変調電流源は、電源投入時又はリセット解除時に動作する初期化手段を有し、
前記初期化手段より、前記半導体レーザの発光時の光量が所定の値となるよう設定されることを特徴とする半導体レーザ駆動回路。
【請求項５】
請求項４記載の半導体レーザ駆動回路において、
前記初期化手段は、前記半導体レーザの光量が所定値の場合の電流又は電圧と、前記半導体レーザの光量が所定値より小さい場合の電流又は電圧との差分を検出して、前記半導体レーザの発光時の光量が所定の値となるよう設定することを特徴とする半導体レーザ駆動回路。
【請求項６】
請求項４記載の半導体レーザ駆動回路において、
前記初期化手段は、前記半導体レーザの光量が所定値の場合の電流又は電圧と、前記半導体レーザをオフセット発光させた場合の電流又は電圧との差分を検出して、前記半導体レーザの発光時の光量が所定の値となるよう設定することを特徴とする半導体レーザ駆動回路。
【請求項７】
請求項４記載の半導体レーザ駆動回路において、
前記初期化手段は、前記半導体レーザの光量が所定値の場合の電流又は電圧と、前記半導体レーザの光量が所定値の１／Ｎ（Ｎは、２以上の自然数）の場合の電流又は電圧との差分を検出して、前記半導体レーザの発光時の光量が所定の値となるよう設定することを特徴とする半導体レーザ駆動回路。
【請求項８】
請求項５ないし７いずれか一項記載の半導体レーザ駆動回路において、
前記初期化手段は、タイミング生成部と、前記差分を検出する検出部と、前記半導体レーザの発光時の光量を設定する電流設定部と、前記タイミング生成部より生成されるタイミングに基づき前記検出部が検出した値と、前記電流設定部により設定した値とが対応するように逐次比較を行う比較部とで構成されていることを特徴とする半導体レーザ駆動回路。
【請求項９】
請求項１ないし８いずれか一項記載の半導体レーザ駆動回路において、
前記半導体レーザの光出力を検知する受光部と、前記受光部によって検知された前記半導体レーザの光出力に比例した受光信号に基づいて、前記半導体レーザに供給される電流を制御する電流制御手段を有することを特徴とする半導体レーザ駆動回路。
【請求項１０】
請求項９記載の半導体レーザ駆動回路において、
前記電流制御手段は、前記受光信号の大きさと所定の値とを比較して制御信号を生成し、この制御信号により前記閾値電流源を制御することを特徴とする半導体レーザ駆動回路。
【請求項１１】
請求項１０記載の半導体レーザ駆動回路において、
前記電流制御手段は、前記第１のスイッチがオン状態のときの前記制御信号をサンプルし、そのサンプル値に基づいて、前記閾値電流源を制御することを特徴とする半導体レーザ駆動回路。
【請求項１２】
請求項１ないし１１いずれか一項記載の半導体レーザ駆動回路において、
前記半導体レーザを駆動する出力部の電圧を検出し、その検出値に基づき前記半導体レーザに供給する電源の電圧を制御する手段を有することを特徴とする半導体レーザ駆動回路。
【請求項１３】
画像変調信号によりその出力が変調される半導体レーザと、前記半導体レーザの光で回転感光体を走査する走査手段と、前記回転感光体に前記画像変調信号に応じた静電潜像を形成する画像形成装置において、
請求項１ないし１２いずれか一項記載の半導体レーザ駆動回路により、前記半導体レーザが駆動されることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１４】
請求項１３記載の画像形成装置において、
前記駆動電流生成手段のフルスケール値を、前記走査手段の走査に応じて変化させることによりシェーデイング補正を行うことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１５】
前記閾値電流は、前記駆動電流のオンの１〜１０ｎｓ前にオンとなることを特徴とする請求項１ないし１４いずれか一項に記載の画像形成装置。
【請求項１６】
前記閾値電流は、前記駆動電流のオフの数ｎｓ後にオフとなることを特徴とする請求項１ないし１５いずれか一項に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、半導体レーザ駆動回路及び画像形成装置に関し、より詳細には、レーザプリンタ、光デイスク装置、デジタル複写機、光通信装置等に利用される半導体レーザの半導体レーザ駆動回路及び画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半導体レーザの駆動回路は、無バイアス方式と有バイアス方式に大別される。無バイアス方式は、半導体レーザのバイアス電流を０に設定して、入力信号に対応するパルス電流でレーザダイオード（以下、「ＬＤ」と言う。）を駆動する方式であり、有バイアス方式は、半導体レーザのバイアス電流を半導体レーザの閾値電流に設定し、常時上記バイアス電流を流しながら、入力信号に対応するパルス電流を上記バイアス電流に加えてＬＤを駆動する方式である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、閾値電流の大きな半導体レーザを無バイアス方式で駆動する場合、入力信号に対応する駆動電流がＬＤに印加されても、レーザ発振が可能な濃度のキャリアが生成されるまでにある程度の時間を要し、発光するまでに時間遅延が生じる。その結果、入力信号が発光遅延時間より十分大きく、発光遅延量が無視できる場合には問題ないが、レーザプリンタ、光デイスク装置、デジタル複写機等における半導体レーザを高速に駆動したい場合は、所望のパルス幅より小さいパルスしか得ることができない。
【０００４】
そこで、レーザ発光までの時間遅延を小さくするために、予め半導体レーザの発振閾値電流分を流す有バイアス方式が提案されている。この有バイアス方式は、予め半導体レーザの発振閾値電流分を流しているので、発光遅延時間はなくなるが、発光しない場合にでも、常時、発振閾値付近で発光している（通常は２００μＷ〜３００μＷ）ため、光通信の場合には消光比が小さくなり、レーザプリンタ、光デイスク装置、デジタル複写機等の場合には、地肌汚れの原因となる。
【０００５】
このような問題を解決するために、光通信の分野においては、特開平４−２８３９７８号公報や特開平９−８３０５０号公報等において、基本的に無バイアス方式を用い、発光させる直前に発振閾値電流を流す構成が提案されている。ところが、最近では、レーザプリンタ、光デイスク装置、デジタル複写機等において、更なる高解像度化を求めて、６５０ｎｍの赤色ＬＤや、更に４００ｎｍの紫外ＬＤ等を用いたシステムが実用化され始めている。これらの半導体レーザは、従来の１．３μｍや１．５μｍ、７８０ｎｍ帯のＬＤに比べて、レーザ発振が可能な濃度のキャリアが生成されるまでに多くの時間を要する特性を有しており、上記方法においても所望のパルス幅より小さいパルス幅しか得ることができないという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、高速で高精度な半導体レーザ駆動回路及び画像形成装置を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本件発明は、以下の特徴を有する課題を解決するための手段を採用している。
【０００８】
請求項１に記載された発明は、半導体レーザに常時微小なバイアス電流を供給するバイアス電流源と、前記半導体レーザに閾値電流を供給する閾値電流源と、発光指令信号に応じて前記半導体レーザを発光させる変調電流源とを有し、前記バイアス電流源、前記変調電流源、前記閾値電流源からの３つの電流の和の電流で前記半導体レーザを駆動する半導体レーザ駆動回路であって、
前記半導体レーザと前記変調電流源との間に第１のスイッチを設け、
前記半導体レーザと前記閾値電流源との間に第２のスイッチを設け、
前記第１のスイッチは、遅延された発光指令信号である変調信号によって、オン・オフが制御され、
前記第２のスイッチは、前記第１のスイッチがオンになる前にオンとなり、かつ、前記変調信号のオフを確認してからオフとなることを特徴とする半導体レーザ駆動回路である。
【０００９】
請求項１に記載された発明によれば、半導体レーザに常時微小なバイアス電流を供給するバイアス電流源と、前記半導体レーザに閾値電流を供給する閾値電流源と、発光指令信号に応じて前記半導体レーザを発光させる変調電流源とを有し、前記バイアス電流源、前記変調電流源、前記閾値電流源からの３つの電流の和の電流で前記半導体レーザを駆動する半導体レーザ駆動回路であって、
前記半導体レーザと前記変調電流源との間に第１のスイッチを設け、
前記半導体レーザと前記閾値電流源との間に第２のスイッチを設け、
前記第１のスイッチは、遅延された発光指令信号である変調信号によって、オン・オフが制御され、
前記第２のスイッチは、前記第１のスイッチがオンになる前にオンとなり、かつ、前記変調信号のオフを確認してからオフとなるように構成することにより、高速かつ高精度な半導体レーザ駆動回路を提供することができる。
【００１０】
請求項２に記載された発明は、請求項１記載の半導体レーザ駆動回路において、前記バイアス電流源において生成される電流は数ｍＡ以下であることを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載された発明によれば、バイアス電流源において生成される電流は数ｍＡ以下であることにより、消光比が十分確保でき、かつ高速・高精度な半導体レーザ駆動回路を提供することができる。
【００１２】
請求項３に記載された発明は、請求項１記載の半導体レーザ駆動回路において、前記第２のスイッチは、前記変調信号と前記発光指令信号との論理和の信号によって、オンとなることを特徴とする。
【００１３】
請求項３に記載された発明によれば、前記第２のスイッチは、前記変調信号と前記発光指令信号との論理和の信号によって、オンとなることにより、前記第２のスイッチは、前記第１のスイッチがオンになる前にオンとなり、発光指令信号に応じてＬＤの発光を正確に行うことができるＬＤ駆動回路を提供することができる。
【００１４】
請求項４に記載された発明は、請求項１記載の半導体レーザ駆動回路において、前記変調電流源は、電源投入時又はリセット解除時に動作する初期化手段を有し、前記初期化手段より、前記半導体レーザの発光時の光量が所定の値となるよう設定されることを特徴とする。
【００１５】
請求項５に記載された発明は、請求項４記載の半導体レーザ駆動回路において、前記初期化手段は、前記半導体レーザの光量が所定値の場合の電流又は電圧と、前記半導体レーザの光量が所定値より小さい場合の電流又は電圧との差分を検出して、前記半導体レーザの発光時の光量が所定の値となるよう設定することを特徴とする。
【００１６】
請求項６に記載された発明は、請求項４記載の半導体レーザ駆動回路において、前記初期化手段は、前記半導体レーザの光量が所定値の場合の電流又は電圧と、前記半導体レーザをオフセット発光させた場合の電流又は電圧との差分を検出して、前記半導体レーザの発光時の光量が所定の値となるよう設定することを特徴とする。
【００１７】
請求項７に記載された発明は、請求項４記載の半導体レーザ駆動回路において、前記初期化手段は、前記半導体レーザの光量が所定値の場合の電流又は電圧と、前記半導体レーザの光量が所定値の１／Ｎ（Ｎは、２以上の自然数）の場合の電流又は電圧との差分を検出して、前記半導体レーザの発光時の光量が所定の値となるよう設定することを特徴とする。
【００１８】
請求項８に記載された発明は、請求項５ないし７いずれか一項記載の半導体レーザ駆動回路において、前記初期化手段は、タイミング生成部と、前記差分を検出する検出部と、前記半導体レーザの発光時の光量を設定する電流設定部と、前記タイミング生成部より生成されるタイミングに基づき前記検出部が検出した値と、前記電流設定部により設定した値とが対応するように逐次比較を行う比較部とで構成されていることを特徴とする。
【００１９】
請求項４〜８に記載された発明によれば、初期化手段より、当初の半導体レーザの発光時の光量が所定の値となるよう設定され、簡単な構成でオーバーシュート等が生じない、より高速・高精度パルス出力が可能な半導体レーザ駆動回路を提供することができる。
【００２０】
請求項９に記載された発明は、請求項１ないし８いずれか一項記載の半導体レーザ駆動回路において、前記半導体レーザの光出力を検知する受光部と、前記受光部によって検知された前記半導体レーザの光出力に比例した受光信号に基づいて、前記半導体レーザに供給される電流を制御する電流制御手段を有することを特徴とする。
【００２１】
請求項１０に記載された発明は、請求項９記載の半導体レーザ駆動回路において、前記電流制御手段は、前記受光信号の大きさと所定の値とを比較して制御信号を生成し、この制御信号により前記閾値電流源を制御することを特徴とする。
【００２２】
請求項９又は１０に記載された発明によれば、受光信号と所定の値の制御信号とに基づいて制御信号を生成し、この制御信号により前記閾値電流源等を制御することにより、温度による変化があっても、安定な出力の半導体レーザ駆動回路を提供することができる。
【００２３】
請求項１１に記載された発明は、請求項１０記載の半導体レーザ駆動回路において、前記電流制御手段は、前記第１のスイッチがオン状態のときの前記制御信号をサンプルし、そのサンプル値に基づいて、前記閾値電流源を制御することを特徴とする。
【００２４】
請求項１１に記載された発明によれば、前記第１のスイッチがオン状態のときの前記制御信号をサンプルし、そのサンプル値に基づいて、前記閾値電流生成手段を制御することにより、例えば、画像書込み領域外でのみ光量調整を行うだけでなく、書込み領域内でも、ＬＤがオンになっていれば、その都度サンプリングを行って制御することにより、温度による変化があっても、安定な出力の半導体レーザ駆動回路を提供することができる。
【００２５】
請求項１２に記載された発明は、請求項１ないし１１いずれか一項記載の半導体レーザ駆動回路において、前記半導体レーザを駆動する出力部の電圧を検出し、その検出値に基づき前記半導体レーザに供給する電源の電圧を制御する手段を有することを特徴とする。
【００２６】
請求項１２に記載された発明によれば、半導体レーザを駆動する出力部の電圧を検出し、その検出値に基づき前記半導体レーザに供給する電源の電圧を制御する手段を有することにより、消費電力が少なく多数のＬＤを駆動できるＬＤ駆動回路を実現することができる。
【００２７】
請求項１３に記載された発明は、画像変調信号によりその出力が変調される半導体レーザと、前記半導体レーザの光で回転感光体を走査する走査手段と、前記回転感光体に前記画像変調信号に応じた静電潜像を形成する画像形成装置において、請求項１ないし１２いずれか一項記載の半導体レーザ駆動回路により、前記半導体レーザが駆動されることを特徴とする画像形成装置である。
【００２８】
請求項１３に記載された発明によれば、請求項１ないし１２いずれか一項記載の半導体レーザ駆動回路を用いているので、より高速・高精度パルス出力が可能な画像形成装置を実現することができる。
【００２９】
請求項１４に記載された発明は、請求項１３記載の画像形成装置において、前記駆動電流生成手段のフルスケール値を、前記走査手段の走査に応じて変化させることによりシェーデイング補正を行うことを特徴とする。
【００３０】
請求項１４に記載された発明によれば、駆動電流生成手段のフルスケール値を、操作手段の走査に応じて変化させることによりシェーデイング補正を行うことにより、確実にシェーデイング補正を行うことができる。
請求項１５に記載された発明は、請求項１ないし１４いずれか一項に記載の画像形成装置において、前記閾値電流は、前記駆動電流のオンの１〜１０ｎｓ前にオンとなることを特徴とする。
請求項１５に記載された発明によれば、前記閾値電流は、前記駆動電流のオンの１〜１０ｎｓ前にオンとなることにより、画像上、問題にならない地肌汚れとすることができる。
請求項１６に記載された発明は、請求項１ないし１５いずれか一項に記載の画像形成装置において、前記閾値電流は、前記駆動電流のオフの数ｎｓ後にオフとなることを特徴とする。
請求項１５に記載された発明によれば、前記閾値電流は、前記駆動電流のオフの数ｎｓ後にオフとなることにより、画像上、問題にならない地肌汚れとすることができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面と共に説明する。
【００３２】
本発明は、ＬＤの特性に着目し、バイアス電流と発振閾値電流と発光電流の３つの電流の和電流で半導体レーザを駆動する。ここで、バイアス電流は、上記有バイアス方式のバイアス電流と異なり、ごく微量の電流とする。半導体レーザの特性は、無バイアス状態ではインピーダンスはかなり大きく、この状態から閾値電流を流しても、半導体レーザ内インダクタンス成分等の影響によりすぐに発光遅延時間が無くなるレベルには行かないが、例えば、１ｍＡ程度でも半導体レーザに電流を流しておけば、半導体レーザのインピーダンスはかなり低下しているので、この状態から閾値電流を流すと、容易に発光遅延時間が無くなるレベルとなるため、かなり微小なバイアス電流でも有効である。また、この場合には、半導体レーザの発光量としては、十分小さいレベルにあるため、有バイアス方式で問題となる、光通信の場合の消光比が小さくなることも無いし、レーザプリンタ、光デイスク装置、デジタル複写機等の場合の地肌汚れの原因となることも無い半導体レーザ駆動回路並びに画像形成装置を提供することができる。
(本発明の基本構成)
本発明の基本概念図（基本構成）を図１に示す。図１において、半導体レーザ１０に流す駆動電流源は、バイアス電流源１２、閾値電流源１１、変調電流源１３の３電流源からの和の電流で構成されている。この内、バイアス電流源１２は、１ｍＡ程度でせいぜい数ｍＡ程度の電流を流す電流源とする。閾値電流源１１は、半導体レーザ１０が発光する閾値を流す電流源である。図１では、バイアス電流源１２あるので、その電流値を引いた電流値(閾値電流―バイアス電流)であってもよい。また、変調電流源１３は、入力された信号に応じて変調される電流源で、これにより、半導体レーザ１０の発光が制御される。
【００３３】
ここで、バイアス電流源について、図２、図３を用いて説明する。図２、図３には、あるＬＤに微小電流を流した場合の出力Ｐ(μＷ)とＬＤ降下電圧ＶＬＤＤＯＷＮの実測定結果を示す。図２、図３を見ると、ＬＤ降下電圧ＶＬＤＤＯＷＮはＬＤ電流ＩＬＤが２５０μＡ時に既に１．４Ｖ程度発生しており、ＩＬＤが増えるにつれ、少しずつ大きくなる。ＬＤには直流抵抗成分があるため、ＩＬＤが増えるとＶＬＤＤＯＷＮも少しずつ大きくなる。ＩＬＤが０の時にＶＬＤＤＯＷＮが０であるのに対し、ＩＬＤが２５０μＡ時は、ＶＬＤＤＯＷＮが１．４Ｖ発生しており、ＩＬＤに僅か２５０μＡ流しただけで、ＬＤのインピーダンスが十分小さくなっていることが分かる。これにより、２５０μＡ流した後に閾値電流を流せば、その応答特性が十分向上することが予測できる。つまり、例えば、ＬＤに１ｍＡ程度の微小なバイアス電流を流しておくことで、ＬＤの降下電圧変化も少なく、高速にＬＤが応答することが判る。また、この時のＬＤの発光出力は１ｍＡ時でも１．２６μＷであり、通常のＬＤ発光量が１ｍＷ以上であることを考えれば、０．１％程度であり、光通信における消光比や、レーザプリンタ、デジタル複写機における地汚れが発生することはないレベルであることが判る。また、ＬＤアレイの様に、1つのＰＤ(フォトダイオード)及び多くのＬＤを有している場合でも、１つのＬＤの光量の制御に対して、他のＬＤが約１μＷ程度の微発光をしていることは問題とならない。また、図２、図３では、あるＬＤの特性を実測して、例として説明しているが、他のＬＤでも同様の特性を示している。
(第１の構成：閾値電流源の制御信号の生成)
図４に、本発明の第1の構成例を示す。図４は、閾値電流源の制御信号を生成する構成例を示している。ＬＤの閾値電流源１１は、温度により大きく変化するので、閾値電流源を常時又はサンプルホールド回路を用いて制御する。図では、半導体レーザ１０の光出力を検知するＰＤ２０の出力電圧と発光制御電圧とを比較し、ＰＤ２０の出力と発光制御電圧とが一致するように、閾値電流源１１を制御する。
【００３４】
一方、バイアス電流源１２は、固定の微小電流で良く、また、変調電流源１３は、初期設定時にＬＤ固有の特性を測定して設定をすれば、温度による変化が少ないので、同じく、固定電流として良い。
【００３５】
このような構成にしたので、高速で高精度な半導体レーザ駆動回路を提供することができる。
(第２の構成)
図５に、本発明の第２の構成例を示す。図５では、閾値電流源と変調電流源にスイッチ回路が直列接続された構成を示している。スイッチ回路３１に閾値オン信号が印加されると、閾値電流源１１の電流がＬＤ１０に供給される。同様に、スイッチ回路３２に変調信号が印加されると、変調電流源１３の電流がＬＤ１０に供給される。変調信号と閾値オン信号のタイミングの例を図６、図７に示す。
【００３６】
図６には、発光指令信号(Ａ)、発光指令信号の遅延パルス（Ｂ）、変調信号（Ｃ）、閾値オン信号(Ｄ)、ＬＤ駆動電流(Ｅ)及びＬＤ出力である光波形(Ｆ)が示されている。図６には示していないが、外部より入力される発光指令信号（Ａ）が、遅延回路により遅延され変調信号(Ｃ)となり、発光指令信号（Ａ）と遅延信号（Ｂ）の論理和が閾値オン信号(Ｄ)となる。
【００３７】
このとき、ＬＤ１０には、ＬＤ駆動電流(Ｅ)が、供給される。ＬＤ駆動電流(Ｅ)は、図６(Ｅ)に示すようにバイアス電流＋閾値電流＋変調電流と３電流の和となる。また、閾値電流は、変調電流のオンの１〜１０ｎｓ前にオンとなり、変調電流と同時にオフする構成となっている。この閾値電流と変調電流の時間差は、短い程良いが、実際のレーザプリンタやデジタル複写機を想定した場合に、１ドット分程度以下であれば閾値電流による微弱な発光があっても、その発光は僅かであり、また、僅かに地汚れが出る程度であるので問題にならない。赤色ＬＤや紫外ＬＤを用いる場合には、赤外のＬＤに比較してレーザ発振が可能な濃度のキャリアが生成されるまでに多くの時間を要する特性を有していることから、ＬＤによっては１０ｎｓ程度前に閾値電流を流す必要がある場合もあり、ＬＤドライバをＡＳＩＣ（Application  Specific  ＩＣ）化する場合には、遅延時間を外部より制御する機能を有していれば、多種多様なＬＤに対応したＬＤドライバのＡＳＩＣが実現できる。
【００３８】
図７は、図６とは別の変調信号と閾値オン信号のタイミングの例を示す。図７には、図６と同じく、発光指令信号(Ａ)、発光指令信号の遅延パルス（Ｂ）、変調信号（Ｃ）、閾値オン信号(Ｄ)、ＬＤ駆動電流(Ｅ)及びＬＤ出力である光波形(Ｆ)が示されている。
【００３９】
図７では、閾値オン信号を変調信号がオフになった後に、閾値電流をオフとするタイミングの例を示している。通常、閾値オン信号を変調信号を同時にオフすると言っても、高速に全く同一のタイミングでオフさせることが困難である為、変調信号のオフを確認後に閾値オン信号がオフとしている。しかしながら、その差はせいぜい数ｎｓであり、レーザプリンタやデジタル複写機を想定した場合にでも僅か数ｎｓ間に地汚れが出る程度であるので画像上は問題にならない。このように構成することにより、変調信号より先に閾値オン信号がオフになることが無く、パルスを正確に出力できるＬＤ駆動回路が実現できる。
(半導体レーザの微分量子効率の検出と変調電流源の初期設定)
電源電圧投入時（又はＬＤオフ解除時）に、ＬＤの微分量子効率（ＬＤの電流に対する出力パワーの傾斜特性（微分特性））を検出して、その特性に基づいて、変調電流を初期設定する。そのときの半導体レーザの微分量子効率の検出と変調電流源の初期設定に係る構成を図８に示す。図８は、タイミング生成部５１、微分量子効率検出部５２及びＤ／Ａ(デジタル・アナログ変換)部５３を有している。
【００４０】
変調電流源の初期設定は、ＬＤ１０のフルパワー（最大のパワー）のときにＬＤ１０に印加されている電圧ＶＬＤＦＵＬＬ(そのときＬＤに流れている電流をＩＯＰとする)とし、また、閾値電流が流れたときのＬＤ１０に印加されている電圧ＶＬＤＴＨ(そのときＬＤに流れている電流をＩＴＨとする)とした場合に、これらの電圧の差をＶＬＤＤとし、これらの電流の差をＩＤとする。このＶＬＤＤ又はＩＤを用いて、初期の変調電流源の電流値を（ＩＯＰ−ＩＴＨ）に設定する。その結果、変調信号がオンのとき、閾値電流源１１の電流と合わせられて、ＬＤがフルパワーで発光する電流を、変調電流源１３から供給することができる。また、変調電流源１３から供給される電流が、閾値電流源１１の電流と合わせられて、ＬＤがフルパワーで発光する略臨界的な電流値であることから、変調電流の消耗を最低にすることができる。また、閾値電流源１１の電流及びバイアス電流源と合わせられても、過剰な電流をＬＤに供給することがなくなり、ＬＤの寿命を延ばすことができる。
【００４１】
ここでは、設定方法について、二つの例を説明する。
【００４２】
図９、図１０に基づいて、第１の方法を説明する。図９は、ＬＤの微分量子効率特性を示す図であり、ＬＤに供給される電流が増加し、電流値ＩＴＨになると、ＬＤが発光し始める(そのときＬＤに印加されている電圧がＶＬＤＴＨであり、そのときのＬＤの出力電力はＰＴＨである。)。また、規格等で決まる最大のパワーＰＯを出力する電流が電流をＩＯＰである(そのときＬＤに印加されている電圧がＶＬＤＯＰである。)。
【００４３】
図１０(Ａ)は、タイミング生成部５１からのタイミング信号ＬＶＣＯであり、図１０(Ｂ)は、ＬＤに供給される電流であり、図１０(Ｃ)は、Ｄ／Ａから出力されるディジタル値である。なお、図１０(Ｃ)の値は、一例であり、これに限られない。
【００４４】
また、タイミング生成部５１は、初期化時のみ動作して、図１０(Ａ)に示すタイミング信号ＬＶＣＯを微分量子効率検出部５２に供給する。微分量子効率検出部５２は、タイミング信号ＬＶＣＯに基づいて、Ｔ＝０からＴ＝９までの１０タイミングを生成する。微分量子効率検出部５２は、各タイミングに応じて処理を行い、タイミング生成部５１からのタイミングに合わせてＤ／Ａ部５３に、例えば、８ビットの値を出力する。Ｄ／Ａ部５３から、例えば、１、０．５、０．２５、０．１２５、等の値を大きい順に出力する。
【００４５】
微分量子効率検出部５２は、Ｔ＝０にて、ＬＤを強制点灯(フルパワー点灯)し、Ｔ＝１にてＬＤをオフセット発光（ＩＴＨ近傍）させ、Ｔ＝９にてＬＤをオフ(バイアス電流約１ｍＡ)と変化させる。また、Ｔ＝１において、ＩＯＰ−ＩＴＨの差分をホールドする。一方、タイミング生成部５１からのタイミングに合わせてＤ／Ａ部５３に、Ｔ＝０からＴ＝９まで、１、０．５、０．２５、０．１２５、等の値を順に出力する。ここで、例えば、ＩＯＰ−ＩＴＨの差分が、０．７ｍＡであり、Ｄ／Ａ部５３の値、１、０．５、０．２５、０．１２５等が、１ｍＡ、０．５ｍＡ、０．２５ｍＡ、０．１２５ｍＡ等に対応するように、変調電流源１３を制御するものであるとして、以下説明する。
【００４６】
Ｔ＝２で、Ｄ／Ａ部５３から、１の出力が変調電流源１３に印加され、変調電流源１３から１ｍＡの電流が流れる。この電流を微分量子効率検出部５２は、検出して、ホールドされている０．７ｍＡと比較する。その結果、１ｍＡ＞０．７ｍＡであるので、微分量子効率検出部５２は、「１」を無視して、次のタイミングに備える。
【００４７】
Ｔ＝３で、Ｄ／Ａ部５３から、０．５の出力が変調電流源１３に印加され、変調電流源１３から０．５ｍＡの電流が流れる。この電流を微分量子効率検出部５２は、検出して、ホールドされている０．７ｍＡと比較する。その結果、０．５ｍＡ＜０．７ｍＡであるので、微分量子効率検出部５２は、「０．５」をセットして、次のタイミングに備える。
【００４８】
Ｔ＝４で、Ｄ／Ａ部５３から、０．２５の出力が変調電流源１３に印加され、変調電流源１３から０．２５ｍＡの電流が流れる。この電流を微分量子効率検出部５２は検出して、先にセットされている「０．５」に対応する「０．５ｍＡ」と合算した０．７５ｍＡと、ホールドされている０．７ｍＡと比較する。その結果、０．７５ｍＡ＞０．７ｍＡであるので、微分量子効率検出部５２は、「０．５」を無視して、次のタイミングに備える。
【００４９】
Ｔ＝５で、Ｄ／Ａ部５３から、０．１２５の出力が変調電流源１３に印加され、変調電流源１３から０．１２５ｍＡの電流が流れる。この電流を微分量子効率検出部５２は検出して、先にセットされている「０．５」に対応する「０．５ｍＡ」と合算した０．６２５ｍＡと、ホールドされている０．７ｍＡと比較する。その結果、０．６２５ｍＡ＜０．７ｍＡであるので、微分量子効率検出部５２は、「０．１２５」をセットして、次のタイミングに備える。
【００５０】
Ｔ＝６で、Ｄ／Ａ部５３から、０．０６２５の出力が変調電流源１３に印加され、変調電流源１３から０．０６２５ｍＡの電流が流れる。この電流を微分量子効率検出部５２は検出して、先にセットされている「０．５」及び「０．１２５」に対応する「０．６２５ｍＡ」と合算した０．６８７５ｍＡと、ホールドされている０．７ｍＡと比較する。その結果、０．６８７５ｍＡ＜０．７ｍＡであるので、微分量子効率検出部５２は、「０．０６２５」をセットして、次のタイミングに備える。
【００５１】
Ｔ＝７で、Ｄ／Ａ部５３から、０．０３１２５の出力が変調電流源１３に印加され、変調電流源１３から０．０３１２５ｍＡの電流が流れる。この電流を微分量子効率検出部５２は検出して、先にセットされている「０．５」、「０．１２５」及び「０．０６２５」に対応する「０．６８７５ｍＡ」と合算した０．７１８７５ｍＡと、ホールドされている０．７ｍＡと比較する。その結果、０．７１８７５ｍＡ＞０．７ｍＡであるので、微分量子効率検出部５２は、「０．０３１２５」及びそれ以降を無視する。このようにして、変調電流源の初期設定の電流値を（ＩＯＰ−ＩＴＨ）に設定する。この例では、微分量子効率検出部５２は、セットされた「０．５」、「０．１２５」及び「０．０６２５」の値をＤ／Ａ部５３の出力値とし、この出力値に対応する「０．６８７５ｍＡ」の電流が、変調電流源１３から流れる。
【００５２】
なお、上記数値は、一例である。また、任意に丸めた数値とすることもできる。また、図１０の例は、Ｄ／Ａが８ビット構成の場合であるが、Ｄ／Ａを構成するビット数により必要となるタイミング数を変更する。
【００５３】
また、この例の場合には、初期化時の閾値電流ＩＴＨを得るために、外部端子より所望のオフセット発光値が得られる様に設定を行う初期化時のみ動作する電流源を設けておくようにしても良い。また、タイミング信号ＬＶＣＯは、外部端子によりそのタイミング゛を調整できる構成としても良い。
【００５４】
図１１、図１２に基づいて、第２の方法を説明する。第１の方法と異なるのは、微分量子効率検出部５２にホールドする値として、（ＩＯＰ−ＩＴＨ）を用いる代わりに、（ＩＯＰ／２−ＩＴＨ）を用いている点である。従って、微分量子効率検出部５２では、ホールドされている（ＩＯＰ／２−ＩＴＨ）を２倍した値と、Ｔ＝２からＴ＝９におけるＤ／Ａ部５３の値に対応する電流と比較する。それ以外は、第１の方法と同じであるので、説明は省略する。
【００５５】
なお、上記説明では、微分量子効率検出部５２にホールドする値として電流値（ＩＯＰ−ＩＴＨ）又は（ＩＯＰ／２−ＩＴＨ）を用いたが、この電流値（ＩＯＰ−ＩＴＨ）又は（ＩＯＰ／２−ＩＴＨ）に対応するＬＤ電圧（ＶＬＤＦＵＬＬ−ＶＬＤＴＨ）又は（ＶＬＤＦＵＬＬ／２−ＶＬＤＴＨ）を用いて、ＬＤ電圧によって、変調電流源の初期設定を行ってもよい。
【００５６】
また、第１の方法では、Ｄ／Ａ部５３から、例えば、１、０．５、０．２５、０．１２５、等のように、大きい順で、ＬＤを駆動して比較している。その結果、最初の値が大きいので、ＬＤの規格を大幅に越えて駆動する場合が生じ、ＬＤの破損又は寿命の減縮の原因となる場合が生じる。しかしながら、第２の方法では、（ＩＯＰ−ＩＴＨ）を用いる代わりに、（ＩＯＰ／２−ＩＴＨ）を用いているので、このような問題は生じない。しかしながら、第２の方法では、（ＩＯＰ／２−ＩＴＨ）を２倍した値と比較しているので、制御精度が、第１の方法より落ちる。
(第３の構成：閾値電流源の制御信号の生成)
図１３は、図４とは別の閾値電流源の制御信号を生成する構成例を示している。図１３では、閾値電流を制御するタイミングを、変調信号がオンのときにサンプリングを行い、変調信号がオフのときにホールドする構成例を示している。この構成の場合では、例えば、画像書込み領域外でのみ光量調整を行うだけでなく、書込み領域内でも、ＬＤがオンになっていれば、その都度サンプリングを行い、制御する構成が可能となる。
(第４の構成)
図１４は、本発明の第４の構成例を示す。図１４では、図６、図７で示したタイミング図の具体的構成例を１チップのＡＳＩＣ５０で構成した場合の例を示している。発光指令信号は、遅延部５４を経て変調信号となる。また、発光指令信号(Ａ)及び遅延信号（Ｂ）は閾値信号生成部５５を経て閾値オン信号(Ｄ)となる。それぞれ変調信号(Ｃ)は、変調電流のスイッチを、閾値オン信号が閾値電流のスイッチを駆動することにより、図６、図７に示すようなＬＤ駆動電流(Ｅ)を生成する。また、閾値電流は、図１３と同じく、変調信号がオン時にサンプリングされ、変調信号がオフ時にホールドされている。変調電流を決定するＤ／Ａ部は、図９〜図１２に示されるタイミングに従い、変調電流源１３を制御して、ＬＤ１０から所望の光量が得られる様に設定する。
(第５の構成)
図１５は、本発明の第５の構成例を示す。図１５では、図１４と同一部分の他に、シェーデイング補正機能とＬＤ電源（ＶＬＤ）制御機能を有する構成例を示している。
【００５７】
まず、シェーデイング補正機能を説明する。電源投入時やリセット解除時に検出されたＬＤの微分量子効率は、Ｄ／Ａにセットされている。このＤ／Ａ電流のフルスケールを決定する電流又は電圧を外部端子より入力して、そのフルスケールを変更すると、ＬＤの発光量を変化させることが可能となる。例えば、ラスタースキャンを行うＬＤ書込み系では、中央部のエネルギー密度が高くなるため、ＬＤの発光量としては逆補正をかけるように、走査する端は発光量を大きく、中央部は発光量を小さくする補正（シェーデイング補正）を行う。この補正のスピードは、ＬＤが１ラインを走査する時間内に変化が追従すれば良く、ゆっくりで良い。外部より１ライン走査する時間に従い、発光量を上記のように変化させる信号により、上記Ｄ／Ａの電流値を変化させることでシェーデイング補正を行う。
【００５８】
次に、ＬＤ電源（ＶＬＤ）制御機能を説明する。ＶＬＤを制御する目的は、ＬＤ駆動部をＡＳＩＣ化した場合に、ＬＤの駆動電流は、ＬＤにもよるが１００ｍＡ程度の大きな電流を流す必要があるため、ＡＳＩＣとしての消費電力に影響する。例えば、５Ｖ電源で、ＬＤの降下電圧を２Ｖと仮定すれば、ＡＳＩＣとしてはＬＤ電流だけで３Ｖで１００ｍＡ、つまり３００ｍＷを必要とする。駆動するＬＤ数が２個の場合にはＬＤ電流だけで６００ｍＷ，駆動するＬＤ数が４個の場合にはＬＤ電流だけで１２００ｍＷも必要とすることとなる。このままでは、多数のＬＤを駆動することが困難になる為、ＶＬＤの制御を行う。先の例では、例えば、ＬＤのカソード部が３Ｖとなるため、消費電力が大きくなったが、ＬＤのカソード部が１Ｖ程度に制御できれば、ＬＤ電流によるＡＳＩＣの消費電力は１／３となる。ＶＬＤの検出は閾値オン信号又は変調信号がオン時にＬＤのカソード電位を検出し、ある所望の電圧（例えば１Ｖ）になる様、ＶＬＤ制御信号をＡＳＩＣ外に出力する。ＶＬＤ制御信号は、例えばパワートランジスタのベースに入力され、パワートランジスタのエミッタがＬＤ電源に接続されていればＶＬＤを制御する構成が実現できる。この制御速度は、ＬＤの変調速度より十分遅いスピード゛で良いので、上記パワートランジスタは、ＬＤに十分な電流を供給できるものであれば、どのようなものを用いても良い。このようなＶＬＤ制御機能を有することにより、消費電力が少なく多数のＬＤを駆動できるＬＤ駆動回路を実現することができる。
【００５９】
【発明の効果】
上述の如く本発明によれば、高速で高精度な半導体レーザ駆動回路及び画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基本概念図（基本構成）を説明するための図である。
【図２】ＬＥＤのバイアス電流源を説明するための図(その１)である。
【図３】ＬＥＤのバイアス電流源を説明するための図(その２)である。
【図４】本発明の第1の構成例を説明するための図である。
【図５】本発明の第２の構成例を説明するための図である。
【図６】変調信号と閾値オン信号のタイミングの例(その１)を説明するための図である。
【図７】変調信号と閾値オン信号のタイミングの例(その２)を説明するための図である。
【図８】変調電流源の初期設定のための構成例を説明するための図である。
【図９】変調電流源の初期設定の第１の方法を説明するための図(その１)である。
【図１０】変調電流源の初期設定の第１の方法を説明するための図(その２)である。
【図１１】変調電流源の初期設定の第２の方法を説明するための図(その１)である。
【図１２】変調電流源の初期設定の第２の方法を説明するための図(その２)である。
【図１３】閾値電流源の制御信号を生成する構成例を説明するための図である。
【図１４】本発明の第４の構成例を説明するための図である。
【図１５】本発明の第５の構成例を説明するための図である。
【符号の説明】
１０    レーザダイオード（ＬＤ）
１１    閾値電流源
１２    バイアス電流源
１３    変調電流源
２０    フォトダイオード（ＰＤ）
２１    差動増幅器
３１、３２    スイッチ回路
４１    サンプルホールド回路
５０    ＡＳＩＣ
５１    タイミング生成部
５２    微分量子効率検出部
５３    Ｄ／Ａ部
５４    遅延部
５５    閾値信号生成部
６１    ＶＬＤ制御部
６２    ＶＬＤ検出部
【図１】
0004698086.tif 000002
【図２】
0004698086.tif 000003
【図３】
0004698086.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
0004698086.tif 000007
【図７】
0004698086.tif 000008
【図８】
0004698086.tif 000009
【図９】
0004698086.tif 000010
【図１０】
0004698086.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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