(57)【要約】【課題】  電流スイッチ入力信号の位相ずれによる発光パルスの歪みをなくし、レーザの高速駆動時も、パワー変調とＰＷＭを組み合わせたレーザ駆動を可能とする。【解決手段】  電流源５０７〜５０９は半導体レーザ５０６の発光強度に基づくＡＰＣにより電流制御される。電流スイッチ５１０〜５１２は、画像情報に基づく制御信号により駆動されて電流源５０７〜５０９の各々を選択的にオンオフして出力電流を画素毎に設定する。電流スイッチ５１０〜５１２は、画像情報に基づくＰＷＭ信号により駆動されて該出力電流をオンオフすることで駆動パルスをＰＷＭ信号で定まるパルス幅に設定して半導体レーザ５０６に供給する。【選択図】  図５
2007081222.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザの発光強度に基づくＡＰＣにより各々が電流制御される複数の電流源、該電流源の各々に接続されたスイッチ群、および該スイッチ群と前記半導体レーザの間に接続されたスイッチ手段を備え、該スイッチ手段と前記スイッチ群により前記複数の電流源の出力電流をスイッチして前記半導体レーザに駆動パルスを供給する半導体レーザ駆動装置において、
前記スイッチ群に含まれる各々の電流スイッチが、画像情報に基づく制御信号により駆動されて前記複数の電流源の各々を選択的にオンオフして該スイッチ群からの出力電流を画素毎に設定し、
前記スイッチ手段が、前記画像情報に基づくＰＷＭ信号により駆動されて前記出力電流をオンオフすることで前記駆動パルスを該ＰＷＭ信号で定まるパルス幅に設定して前記半導体レーザに供給する
ことを特徴とする半導体レーザ駆動装置。
【請求項２】
前記スイッチ群は、各々の一端が共通接続された前記複数の電流源と、各々の一端が共通接続された複数の電流スイッチとが直列接続されてなり、
前記スイッチ手段は、前記複数の電流スイッチの共通接続端と前記半導体レーザの間に接続された電流スイッチからなり、
前記複数の電流スイッチからの電流が前記共通接続端において足し合わされる、ことを特徴とする請求項１の装置。
【請求項３】
前記スイッチ群は、各々の一端が共通接続された前記複数の電流源と、前記複数の電流源の他端に各々の一端が接続された第１の複数の電流スイッチとからなり、
前記スイッチ手段は、各々の一端が共通接続された第２の複数の電流スイッチからなり、前記第２の複数の電流スイッチの共通接続端は前記半導体レーザに接続され、および該第２の複数の電流スイッチの他端は前記第１の複数の電流スイッチの他端に接続されており、
前記第２の複数の電流スイッチからの電流が前記共通接続端において足し合わされる、ことを特徴とする請求項１の装置。
【請求項４】
前記画像情報に基づき前記ＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成手段を備え、
前記ＰＷＭ信号を該生成手段から同一の信号線を介して前記第２の複数の電流スイッチに入力することで、各電流スイッチを同一タイミングでスイッチングさせる、ことを特徴とする請求項３の装置。
【請求項５】
前記画像情報に基づき前記制御信号を生成するパワー変調制御手段を備え、
該制御手段が、前記制御信号を画素毎に生成し、および同一画素に対応する前記ＰＷＭ信号と同期して出力する、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかの装置。
【請求項６】
前記制御信号が前記複数の電流源をオンさせる期間に、前記ＰＷＭ信号が前記スイッチ手段に前記駆動パルスを供給させる期間が含まれる、ことを特徴とする請求項５の装置。
【請求項７】
前記ＰＷＭ信号生成手段は、前記制御信号の位相およびパルス幅を前記画像情報毎に設定する、ことを特徴とする請求項６の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザ駆動時の発光光量が予め設定された値になるように電流制御（以降ＡＰＣと称す）される半導体レーザ駆動装置に関する。特に詳細には、ＰＷＭ変調とパワー変調を組み合わせて制御するレーザ駆動方式において、高速駆動を可能とする半導体レーザ駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の光量制御方式として、ドット内でのレーザの発光パルス幅を制御するＰＷＭ方式と、レーザパワーを制御するパワー変調方式がある。高解像度対応等のため画像クロックの高速化を行うと、ＰＷＭ方式においては低濃度部（パルス幅の細い領域）でレーザ光量不足が発生し、レーザ光量のリニアリティ不良となり階調性が劣化する。一方、ＰＷＭにパワー変調を組み合わせた光量制御方式においては、階調性が劣化する低濃度部においてレーザパワーを最適化することで、リニアリティ不良を改善できる。図１は，高速化によって低濃度部で発生する光量不足の様子、および、パワー変調による光量加算を行った場合のレーザ発光を示す。図２は、リニアリティの様子を対比して示す。ＰＷＭにパワー変調を組み合わせた光量制御方式では、光量が不足するパルス幅の細い領域で光量を加算し、リニアリティ劣化を改善することが出来る。このため、画像クロックの高速化への対応手段として、ＰＷＭにパワー変調を組み合わせた光量制御方式が用いられる。
【０００３】
図３は、特許文献１で示されている、ＰＷＭとパワー変調を組み合わせた光量制御方式の回路構成図である。図３の構成では、電流源３０８，３１０に対してスイッチング回路３０７，３０９がそれぞれ接続されている。電流源３０８が発生する電流をＩ1、電流源３１０が発生する電流をＩ2とすると、レーザ駆動電流はスイッチング回路３０７，３０９をそれぞれ独立に動作させることによって、Ｉ1，Ｉ2，およびＩ1＋Ｉ2の３パターン作ることが出来る。各スイッチング回路の駆動を指示するＶｉｎ１，Ｖｉｎ２は、パワー切換回路３０２からドット毎に選択的に出力される信号Ｓ１，Ｓ２と、ＰＷＭ信号の論理和である。例えば、Ｓ１信号がＨｉなら、ＰＷＭ信号はそのままＡＮＤゲート３０３を通過して、スイッチング回路３０７を駆動し、ＰＷＭ信号に追従して電流Ｉ1がレーザ３１１に流れる。Ｓ１がＬｏｗなら、スイッチング回路３０７はＰＷＭ駆動せずＩ1はレーザ３１１に流れない。Ｓ１，Ｓ２をドット毎に切換えることで、ドット毎に使用する駆動電流値（Ｉ1，またはＩ2，またはＩ1＋Ｉ2）を選択し、ＰＷＭ駆動させることができる。ＰＷＭ信号とＳ１，Ｓ２信号は、入力されたＶｉｄｅｏ信号をもとにＰＷＭ回路３０１、パワー切換回路３０２により生成される。
【０００４】
特許文献２は、複数の定電流源と定電流回路それぞれに対してスイッチングを行うスイッチング回路を持ち、定電流源を選択駆動し強度変調を行う半導体レーザ駆動回路を開示している。ここでは、各スイッチング回路と制御部を接続する複数の信号線が略同一の長さであることと、信号線に負荷調整回路を備えることで、信号線の浮遊容量等の調整を行いスイッチングタイミングのずれを低減する技術が示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平４−７７０５０号公報
【特許文献２】特開平１０−１７３２７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した構成の半導体レーザ駆動回路においては、ＰＷＭに追従して駆動する複数の電流スイッチへの入力信号が位相ずれを起こしやすく、この位相ずれによって発光パルスに歪みが発生し画像が劣化してしまうという問題がある。図３の構成のようにＰＷＭ生成部から生成したＰＷＭ信号を、論理ゲートを介して各電流スイッチ手段の入力部に伝送する場合、ＰＷＭ信号が論理ゲートを通過する際に伝播遅延が生じる。この論理ゲートの伝播遅延時間は素子毎に固体差があり、セレクタ回路通過後の信号Ｖｉｎ１，Ｖｉｎ２は伝播遅延時間差により位相ずれを起こし易い。
【０００７】
図４に、遅延時間差により生じる入力信号ずれと、発光パルスの歪みの様子を示す。ｔ1，ｔ2はＰＷＭ信号に対する遅延時間を示しており、遅延時間に差が生じることで発光パルスに歪みが生じる。特に細いパルスにおいて入力信号ずれの影響が大きく、レーザパワー不足を生じ易い。このため従来方式では、より高速領域でパワー変調を用いる場合、発光パルスの歪みによる画像不良が発生してしまう。また、入力信号の位相ずれは、伝播遅延時間の差以外でも、信号線の浮遊容量等の違いによっても生じる。完全に位相ずれをなくすためには、信号線の引き回しや線の太さ、長さに特別な配慮が必要であり、レーザ駆動の高速化とともに調整が困難となりコストアップを引き起こしてしまう。
【０００８】
本発明の目的は、電流スイッチ手段への入力信号の位相ずれによる発光パルスの歪みをなくし、レーザをより高速で駆動させる場合においても、パワー変調とＰＷＭを組み合わせたレーザ駆動が可能な半導体レーザ駆動装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために構成された本発明の装置は、半導体レーザの発光強度に基づくＡＰＣにより各々が電流制御される複数の電流源、該電流源の各々に接続されたスイッチ群、および該スイッチ群と前記半導体レーザの間に接続されたスイッチ手段を備え、該スイッチ手段と前記スイッチ群により前記複数の電流源の出力電流をスイッチして前記半導体レーザに駆動パルスを供給する半導体レーザ駆動装置において、前記スイッチ群に含まれる各々の電流スイッチが、画像情報に基づく制御信号により駆動されて前記複数の電流源の各々を選択的にオンオフして該スイッチ群からの出力電流を画素毎に設定し、前記スイッチ手段が、前記画像情報に基づくＰＷＭ信号により駆動されて前記出力電流をオンオフすることで前記駆動パルスを該ＰＷＭ信号で定まるパルス幅に設定して前記半導体レーザに供給することを特徴とする。
【００１０】
ここで、前記スイッチ群は、各々の一端が共通接続された前記複数の電流源と、各々の一端が共通接続された複数の電流スイッチとが直列接続されてなり、前記スイッチ手段は、前記複数の電流スイッチの共通接続端と前記半導体レーザの間に接続された電流スイッチからなり、前記複数の電流スイッチからの電流が前記共通接続端において足し合わされる構成とすることができる。
【００１１】
あるいは、上記構成とは別に、前記スイッチ群は、各々の一端が共通接続された前記複数の電流源と、前記複数の電流源の他端に各々の一端が接続された第１の複数の電流スイッチとからなり、前記スイッチ手段は、各々の一端が共通接続された第２の複数の電流スイッチからなり、前記第２の複数の電流スイッチの共通接続端は前記半導体レーザに接続され、および該第２の複数の電流スイッチの他端は前記第１の複数の電流スイッチの他端に接続されており、前記第２の複数の電流スイッチからの電流が前記共通接続端において足し合わされる構成とすることができる。
【発明の効果】
【００１２】
上述した構成の半導体レーザ駆動装置では、レーザ駆動を行う電流パルスを生成する電流スイッチは同一のＰＷＭ信号入力によりスイッチングされ、各電流スイッチ間において入力信号ズレが発生することがない。このため、パルス電流を重畳する際、入力信号ズレによって引き起こされる波形歪がなくなり、高速駆動時においても安定してパワー変調とＰＷＭを組み合わせた光量制御が可能となる。
【００１３】
また、各画像情報に対して、レーザ駆動電流の切換を指示する制御信号の位相、パルス幅の制御を行うことで、レーザ駆動電流の切換が常にレーザＯＦＦ時に起こるように制御可能となるので、レーザ駆動電流の切換が引き起こす波形歪を防ぐことができる。
【００１４】
以上、説明したように本発明による半導体レーザ駆動装置では、パワー変調とＰＷＭを組み合わせた光量制御を、より高速駆動領域において安定して駆動させることが可能となる。このため、高解像度化等によるレーザ駆動の高速化によって発生する階調性劣化に対して、階調性の改善、および、階調数向上が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
（実施形態１）
図５は本発明の半導体レーザ駆動回路の実施形態１を示すブロック図である。本実施形態の半導体レーザ駆動回路は、半導体レーザを走査して画像形成を行う画像形成装置に備えられ、ＰＷＭとパワー変調を組み合わせて半導体レーザの光量制御を行う。
【００１６】
図５において、半導体レーザ５０６は、バイアス電流ＩBとスイッチング電流ＩSWによって発光駆動している。バイアス電流ＩBは、バイアス電流源５１３の出力電流であり、ＬＥＤ発光領域内で電流値が設定される。本発明においては、画素毎にスイッチング電流ＩSWの電流値を切換て、レーザ光強度を変調させる。なお、各電流源は、レーザ発光時に各々設定された光量値となるようにＡＰＣによって電流値が制御される。
【００１７】
本実施形態における構成では、複数の電流スイッチである電流スイッチ５１０，５１１，５１２のオンオフにより、画素毎にスイッチング電流ＩSWの電流値の切換を行う。そして、電流スイッチ５１０，５１１，５１２の共通接続端と半導体レーザ５０６の間に接続され電流スイッチ５２０によりレーザ発光パルス幅の制御を行う。以下に各スイッチの動作について詳細を説明する。複数の電流源である電流源５０７，５０８，５０９は各々の出力時のレーザ光量が予め設定される値になるように電流制御される。電流源５０７，５０８，５０９各々に対応した電流スイッチ５１０，５１１，５１２をパワー変調制御部５０２から出力される制御信号によって駆動し、電流源５０７，５０８，５０９の出力電流ＩSW0，ＩSW1，ＩSW2をオンオフする。パワー変調制御部５０２では、各画素における画像情報を基に制御信号を生成し、各電流スイッチを独立して駆動させる。
【００１８】
電流スイッチ５１０，５１１，５１２の出力電流は電流スイッチ５１０，５１１，５１２の上記共通接続端において足し合わされ、足し合わされた電流はＰＷＭ信号によって駆動する電流スイッチ５２０によりスイッチングされる。ＰＷＭ信号はＰＷＭ信号生成部５０３において、パワー変調制御部５０２に入力するものと同一の画像情報を基に生成され、電流スイッチ５２０の駆動を指示するパルスを発生する。電流スイッチ５２０からの出力パルス電流（スイッチング電流ＩSW）をバイアス電流ＩBに重畳した電流によって、半導体レーザ５０５が発光する。
【００１９】
レーザ駆動電流の切換は常にレーザＯＦＦ時に行うように制御される。駆動電流の切換によりレーザ発光強度の変調を行う本方式では、レーザ発光時にレーザ駆動電流が切換ると安定した光量を得ることができない。このため、レーザ発光中はレーザ駆動電流が設定した電流値で安定するようにレーザ発光前後でレーザ駆動電流の切換を行う必要がある。本実施形態においては、画像情報に対して制御信号のパルス幅、位相を設定値に制御することにより、常にレーザＯＦＦ時にレーザ駆動電流が切換るように制御を行う。図６にＰＷＭ信号と制御信号の入力タイミングの一例を示す。図６の例では、画素中央にＰＷＭ信号、および、制御信号の中心が来るように同期取りをしており、制御信号の方がＰＷＭ信号より幅の広いパルスになるようにパルス幅を制御している。なお、常にＰＷＭを画素中央から成長させる場合においては、制御信号を画素毎に切換るようにしても良い。ＰＷＭを画素の端から成長させる場合においては、制御信号は１画素領域から電流切換にかかるスイッチング時間分だけ隣の画素領域にはみ出すように位相やパルス幅を制御する。
【００２０】
なお、複数の電流源および複数の電流スイッチは図示した３個に限定されない。電流源と電流スイッチの直列回路が３個以上並列に接続された回路構成であっても本発明を適用することができる。
【００２１】
本実施形態においては、３つの電流源を有する構成について述べている。この場合、ＩSW0、ＩSW0＋ＩSW1、ＩSW0＋ＩSW2・・・のように組み合わせることでレーザ駆動電流は２3通りのパターンを持つことができる。電流源と電流スイッチのセットをＮ段設けると、２N通りのレーザ駆動電流のパターンを持つことができ、必要に応じて段数を増やすことで、レーザ駆動電流の電流値のパターンを増やすことができる。
【００２２】
本実施形態では、足し合わされた電流を電流スイッチ５２０によってスイッチングするため、パルス電流を足し合わせてパワー変調を行う方式に対して、入力信号の位相ずれが起こらなく、位相ずれにより発生する発光不良が起こらないという利点を持つ。また、信号線の容量や引き回し、各電流スイッチのスイッチング速度のばらつき等に対してそれほど大きな影響を受けず、安定してレーザ駆動することができるため、より高速での駆動が比較的容易となる。実施形態２と比較して、電流スイッチの数を減らすことができるため、コストを下げることができる。
【００２３】
（実施形態２）
図７は本発明の半導体レーザ駆動回路の実施形態２を示すブロック図である。本実施形態の半導体レーザ駆動回路は、実施形態１と同様にＰＷＭとパワー変調を組み合わせて半導体レーザの光量制御を行う。
【００２４】
図７において、実施形態１と同様、半導体レーザ７０６は、バイアス電流ＩBとスイッチング電流ＩSWによって発光駆動している。バイアス電流ＩBは、バイアス電流源７１３の出力電流であり、ＬＥＤ発光領域内で電流値が設定される。本発明においては、画素毎にスイッチング電流ＩSWの電流値を切換て、レーザ光強度を変調させる。なお、各電流源は、レーザ発光時に各々設定された光量値となるようにＡＰＣによって電流値が制御される。
【００２５】
本実施形態における構成では、第１の複数の電流スイッチである電流スイッチ７１０，７１１，７１２のオンオフにより、画素毎にスイッチング電流ＩSWの電流値の切換を行う。かつ、本実施形態における構成では、第２の複数の電流スイッチである電流スイッチ７２０，７２１，７２２によりレーザ発光パルス幅の制御を行う。以下に各スイッチの動作について詳細を説明する。なお、パワー変調制御部とＰＷＭ生成部は、実施形態１に記載したものと同様の機能、動作をするものとし、ここでの詳細説明は省略する。複数の電流源である電流源５０７，５０８，５０９は各々の出力時のレーザ光量が予め設定される値になるように電流制御される。電流源５０７，５０８，５０９各々に対応した電流スイッチ５１０，５１１，５１２をパワー変調制御部５０２から出力される制御信号によって駆動し、電流源５０７，５０８，５０９の出力電流ＩSW0，ＩSW1，ＩSW2をオンオフする。ここで、上述の制御信号は画像情報を基に画素毎に生成されるものとする。
【００２６】
電流スイッチ７２０，７２１，７２２の各下端は共通接続され、共通接続端が半導体レーザ７０６に接続されている。ＰＷＭ信号に駆動を指示された電流スイッチ７２０，７２１，７２２は、電流スイッチ７１０，７１１，７１２各々の出力電流に対してオンオフを行い、この共通接続端に、各々の出力電流からＰＷＭに追従した電流パルスを出力する。電流スイッチ７２０，７２１，７２２からの出力パルス電流は上記共通接続端において各々足し合わされ、足し合わされたパルス電流（スイッチング電流ＩSW）は、バイアス電流ＩBに重畳されて半導体レーザ７０５を駆動して発光させる。ＰＷＭ信号は、画像情報からＰＷＭ信号生成部７０３で生成され、ＰＷＭ信号生成部７０３の出力部から同一の信号線を介して電流スイッチ７２０，７２１，７２２の信号入力部に入力し、各電流スイッチは同一タイミングでスイッチングする。
【００２７】
なお、複数の電流源および第１の複数の電流スイッチおよび第２の複数の電流スイッチは図示した３個に限定されない。電流源と２つの電流スイッチの直列回路が３個以上並列に接続された回路構成であっても本発明を適用することができる。
【００２８】
本実施形態においては、各電流源に対応してＰＷＭに追従して駆動する電流スイッチを持つことで、画素毎にレーザ駆動電流を変化させても各電流スイッチに流れる電流は一定であり、実施形態１と比較して一つ一つの電流スイッチに流す電流は少なくて済む。また、各電流スイッチは独立でパルス電流を発生し、それを重畳してパルス電流を発生させる。このため、電流スイッチのスイッチング速度が遅く、設定値まで電流が立ち上がりきらないパルス幅に対しても、パルス幅を太らせることなく設定値まで電流を立ち上げることができ、より高速のパルスであってもレーザ発光可能となる。このため、高解像度機においては、よりシャープな潜像を形成することができ、解像力を上げることができる。
【００２９】
ＰＷＭ駆動を行う電流スイッチは共通の信号線でＰＷＭ信号生成部の信号出力部と接続するため、入力信号の位相ずれによるレーザ発光パルスの歪みが生じない。ただし、各電流スイッチ間でのスイッチング速度等の違いによって、足し合わせた電流パルスに歪みが生じる可能性がある。そこで、電流スイッチ７２０，７２１，７２２はできるだけ半導体レーザの近くに配置し、半導体レーザまでの配線を最短になるように設計を行うことが好ましい。また、ＰＷＭ駆動を行う各電流スイッチの素子間において、スイッチング時の遅延時間、スイッチング速度の個体差が、できるだけ小さくなるように素子の選別を行うことが好ましい。スピードアップコンデンサ等によって各電流スイッチの速度調整を行っても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】従来のＰＷＭ方式において発生するレーザ発光不良と、本発明により改善されるレーザ発光の様子を示す図である。
【図２】従来のＰＷＭ方式において発生するリニアリティ不良と、本発明によるリニアリティ改善の様子を示す図である。
【図３】特許文献１で示されているＰＷＭとパワー変調を組み合わせた光量制御を行う半導体レーザ駆動回路の構成図である。
【図４】従来の半導体レーザ駆動回路により発生する入力信号ずれと、レーザ発光不良の様子を示す図である。
【図５】本発明の半導体レーザ駆動回路の実施形態１を示すブロック図である。
【図６】本発明の実施形態１における制御信号、ＰＷＭ信号とレーザ発光の様子を示す図である。
【図７】本発明の半導体レーザ駆動回路の実施形態２を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００３１】
３０１  ＰＷＭ回路
３０２  パワー切換回路
３０３，３０４  ＡＮＤ素子
３０５，３０６  信号線
３０７，３０９  電流スイッチ
３０８，３１０  電流源
３１１  半導体レーザ
５０１，７０１  制御部
５０２，７０２  パワー変調制御部
５０３，７０３  ＰＷＭ信号生成部
５０４，７０４  ＡＰＣ回路
５０５，７０５  フォトダイオード
５０６，７０６  半導体レーザ
５０７，５０８，５０９，７０７，７０８，７０９  電流源
５１０，５１１，５１２，７１０，７１１，７１２，７２０，７２１，７２２  電流スイッチ
５１３，７１３  バイアス電流源
【図１】
2007081222.tif 000003
【図２】
2007081222.tif 000004
【図３】
2007081222.tif 000005
【図４】
2007081222.tif 000006
【図５】
2007081222.tif 000007
【図６】
2007081222.tif 000008
【図７】
2007081222.tif 000009