CN101911407B - 激光二极管驱动装置和包括其的图像形成设备 - Google Patents

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Abstract

公开的激光二极管利用通过将开关电流添加到对应偏置电流而获得的驱动电流来驱动激光二极管，并且包括：公共开关电流产生电路，被配置为根据输入信号产生公共开关电流；开关电流产生电路，向对应的激光二极管提供所述开关电流产生电路，并且所述开关电流产生电路被配置为基于公共开关电流并根据输入信号产生开关电流；开关，被配置为根据输入信号控制开关电流到对应的激光二极管的输出；偏置电流产生电路，被配置为产生偏置电流，并将产生的偏置电流输出到对应的激光二极管；以及控制单元，被配置为检测各个激光二极管的光强度，并控制公共开关电流产生电路、开关电流产生电路和开关以调节各个激光二极管的光强度。

Description

激光二极管驱动装置和包括其的图像形成设备
技术领域
本发明的某一方面涉及用于控制激光二极管的激光二极管驱动装置以及包括激光二极管驱动装置的图像形成设备。
背景技术
在通过利用来自激光二极管的激光束扫描记录介质来形成根据图像信号的图像的激光记录装置中，执行光强度控制以调节激光二极管的激光输出。
当阈值电流Ith是激光二极管突然开始发光的电流，而发光电流Iη是大于阈值电流Ith且为获得期望的激光输出所需的电流时，由于制造工艺中的变化，阈值电流Ith和发光电流Iη依赖于激光二极管而变化。并且，激光二极管的光强度随着发光电流Iη增大而线性地增大。换言之，发光电流和激光二极管的光强度是成比例的。
通常地，在激光二极管驱动装置中，基于检测到的实际激光输出来控制操作电流Iop(偏置电流Ibi+开关电流Isw)以便稳定地获得期望的激光输出，所述操作电流Iop由恒定地提供到激光二极管的偏置电流Ibi和根据基于图像信息的调制信号而提供的开关电流Isw组成。
在这种激光二极管驱动装置中的光强度控制中，通过使偏置电流Ibi小、于且尽可能靠近阈值电流Ith，可以改善图像形成期间激光二极管对于输入脉冲信号的响应特性。因此，通常将偏置电流Ibi设置在略小于阈值电流Ith的值。
存在对于每一个激光二极管检测阈值电流Ith并基于检测到的阈值电流Ith设置偏置电流Ibi的几种已知技术。
例如，专利文档1公开了使用多个基准电压和采样保持电路检测阈值电流Ith并基于检测到的阈值电流Ith设置偏置电流Ibi的技术。然而，通过使用采样保持电路(在电容器中保持模拟电压)的公开技术，偏置电流Ibi可能由于保持时段期间的泄漏电流而波动。特别地，当保持时段变长时，由于泄漏电流引起的波动变得更大。
作为另一示例，专利文档2公开了利用A/D转换器检测激光二极光的光强度并由D/A转换器设置偏置电流Ibi和开关电流Isw的技术。使用D/A转换器来设置偏置电流Ibi和开关电流Isw使得可以消除由于采样保持电路中的泄漏电流引起的上述问题。然而，尽管它依赖于光强度的设置精度，但是具有10位或更大分辨率的D/A转换器对于以上目的来说是必需的。这种高分辨率D/A转换器增大了用于激光二极管驱动装置的半导体集成电路的芯片尺寸和成本。
同时，在使用激光二极管作为光源的激光打印机和数字复印机的领域中，存在高分辨率和高速装置的目益增长的需求。为了增大仅使用一个激光束的装置的分辨率和打印速度，必须增大调制速度，所述调制速度为根据输入图像数据导通和截止激光二极管的速度。然而，对于增大调制速度的该方法存在限制。因此，为了进一步增大装置的分辨率和打印速度，必须增大激光束的数量。假设调制速度和打印速度与使用一个激光束时的那些相同，则适用四个激光束使得可以加倍主和副扫描方向(纵向和横向)中的分辨率。当分辨率相同时，使用四个激光束使得可以将打印速度增大4倍。
用作光源的半导体激光器大体分为两种类型：边发射(edge-emitting)激光器，在与活动层(active layer)平行的方向中发射激光束；以及面发射(surface-emitting)激光器，在与活动层垂直的方向中发射激光束。发射一个、两个或四个激光束的边发射激光器普遍用于打印机和复印机。例如，当需要八个激光束时，可以使用八个单束激光器(其每一个发射一个激光束)、四个多束激光器(其每一个发射两个激光束)或两个多束激光器(其每一个发射四个激光束)。激光器的价格随着发射束数量的增大而增大。多束激光器的各激光束的光轴之间的位置关系是稳定的。另一方面，当使用多个单束激光器提供多个激光束时，必须通过调整设备中单束激光器的位置来调整各激光束的光轴之间的位置关系。因此，使用多束激光器使得更易于调整各激光束的光轴之间的位置关系。
并且，由于结构限制，在技术上难以增大边发射激光器的激光束的数量。同时，面发射激光器的激光束的数量可以相对容易地增大。因此，对于通过增大激光束的数量来增大装置的速度和分辨率来说，面发射激光器是优选的。由于以上原因，使用能够发射大量激光束的面发射激光器作为光源的诸如激光打印机和数字复印机之类的装置的开发近年来已经非常活跃，以满足对于高速、高分辨率装置的需求。例如，面发射激光器可以被配置为发射30到40个激光束。
一般而言，边发射激光器包括内部光接收元件。因此，例如，当使用两个多束激光器(其每一个包括一个光接收元件并发射四个激光束)来提供八个激光束时，可以使用四分之一的光强度调整时段来调整每一个激光束的强度。同时，面发射激光器由于其结构不能包括内部光接收元件，因此必须使用外部光接收元件。并且，由于在面发射激光器中激光束的轴彼此靠近，因此难以一次通过不同的光接收元件分离地检测多个激光束。由于这些原因，例如，当面发射激光器能够发射40个激光束时，仅可以使用四十分之一的光强度调整时段来调整每一个激光束的强度。
在一个扫描时段(用于扫描一行)期间，调整光强度可用的时间是非常有限的。例如，当在一个扫描时段期间能够调整四个激光束的强度的光强度控制装置用于调整面发射激光器的40个激光束时，在10个扫描时段期间，仅可以调整40个激光束的强度一次。当采样保持电路用于产生偏置电流时这特别地是个问题。通过采样保持电路，检测到的样本值必须保持在电容器中，同时不能调整对应激光束的光强度。例如，当在10个扫描时段期间仅可以调整一次光强度时需要的保持时段是在每一个扫描时段中可以执行强度调整一次时需要的保持时段的10倍那么长。在这种情况下，由于泄漏电流引起的产生的偏置电流中的波动变得太大以至于不能忽略。
图13是图示现有技术激光二极管驱动装置的示例性电路配置的示意性框图。下面，参照图13描述用于设置发光电流的D/A转换器需要的位数。
在图13中，偏置电流控制电路控制小于阈值电流的偏置电流，并且开关电流控制电路控制正比于光强度的开关电流。此外，假设在设置范围内控制光强度，并且在1.25mA和5mA之间的设置范围内调整发光电流。例如，为了以0.5％或更小的单位(以0.5％或更小的分辨率)设置光强度，必须能够以0.5％或更小(以0.5％或更小的分辨率)的单位设置发光电流。
基于以上假设，当D/A转换器的最大输出电流是5mA时，至少200步长(0.5％的分辨率或6.25μA)的设置尺度是必需的，以输出1.25mA的最小输出电流。当设置尺度每1.25mA具有250步长(0.4％的分辨率或5μA)时，对于每5mA来说1000步长(5mA/5μA)是必需的。因此，在这种情况下，具有10位分辨率的D/A转换器是必需的，以设置发光电流。
同时，随着D/A转换器的位数增大，要求更高的输出精度。此外，当D/A转换器的位数增大1时，D/A转换器在半导体集成电路(IC)上的面积变为2倍那么大。例如，为了驱动能够发射40束的多束激光器，必须在同一IC上提供具有10位分辨率的40个D/A转换器。因此，这样的配置增大了半导体集成电路的芯片尺寸和成本。
[专利文档1]日本专利No.3687621
[专利文档2]日本专利No.3365094
如上所述，存在增大激光束的数量以提高装置的速度和分辨率的趋势。然而，增大激光束的数量增大了不能调整激光束的光强度的时间段。因此，如果模拟采样保持电路用于调整光强度，则由于保持时段期间的泄漏电流，因此偏置电流可能波动。同时，通过使用D/A转换器的方法(基于恒定电流和数字数据产生预定电流)，可以防止以上问题。然而，该方法对于多束激光器的每一个激光束要求激光束驱动电路(等效于用以驱动单束激光器的激光束驱动电路)，因此增大了用于激光二极管驱动装置的半导体集成电路的芯片尺寸和成本。
发明内容
本发明的各方面提供激光二极管驱动装置和图像形成设备，其解决或减少了由于现有技术的限制和缺点引起的一个或多个问题。
本发明的一个方面提供了一种激光二极管驱动装置，用于利用通过将开关电流添加到小于或等于激光二极管的阈值电流的对应偏置电流而获得的驱动电流来驱动激光二极管，并控制驱动电流以调节激光二极管的光强度。所述激光二极管驱动装置包括：公共开关电流产生电路，被配置为根据输入信号产生公共开关电流；开关电流产生电路，向对应的激光二极管提供所述开关电流产生电路，并且所述开关电流产生电路被配置为基于公共开关电流并根据输入信号产生开关电流；开关，被配置为根据输入信号控制开关电流到对应的激光二极管的输出；偏置电流产生电路，被配置为产生偏置电流，并将产生的偏置电流输出到对应的激光二极管；以及控制单元，被配置为检测各个激光二极管的光强度，并控制公共开关电流产生电路、开关电流产生电路和开关以调节各个激光二极管的光强度。
本发明的另一个方面提供了包括以上激光二极管驱动装置的图像形成设备。
附图说明
图1是示出了在多束激光器的发光电流中的变化的曲线图；
图2是图示根据本发明实施例的激光二极管驱动装置1的示例性配置的框图；
图3是示出了由控制电路4执行的设置公共开关电流Iswc的示例性处理的流程图；
图4是示出了由控制电路4执行的计算比例常数α1到αn的示例性处理的流程图；
图5是示出了由控制电路4执行的调整激光二极管LD1到LDn的光强度的示例性处理的流程图；
图6是图示提供开关电流和偏置电流的示例性方法的定时图；
图7是图示提供开关电流和偏置电流的另一个示例性方法的定时图；
图8是图2中所示的激光二极管驱动装置1的示例性电路图；
图9是用以描述利用比例常数α调整开关电流的处理的曲线图；
图10是用以描述二等分公共开关电流的情况的曲线图；
图11是图2中所示的激光二极管驱动装置1的另一个示例性电路图；
图12是图示使用激光二极管驱动装置1的图像形成设备的示例性配置的示意图；以及
图13是图示现有技术激光二极管驱动装置的示例性配置的框图。
具体实施方式
下面参照附图描述本发明的优选实施例。
如图1所示，如单束激光器的情况那样，由于制造变化使得实现期望的光强度所需的驱动电流在各个多束激光器(激光器装置)之间极大地不同。同时，因为通过相同的处理来制造同一的多束激光器中的激光二极管，因此多束激光器中各激光二极管之间的变化小于多束激光器之间的变化。例如，由于制造变化使得指示光强度与驱动电流之比的差分效率(differentialefficiency)在各多束激光器之间从大约0.5W/A到大约1W/A变化。另一方面，在多束激光器中的各激光二极管之间差分效率的变化约为正或负10％。
由于以上原因，根据本发明实施例的激光二极管驱动装置按照如下那样控制包括多个激光二极管的多束激光器(激光器装置)：具有高分辨率和宽输出电流范围的D/A转换器用于产生公共开关电流，所述公共开关电流用以设置与光强度的设置范围对应的开关电流并校正各多束激光器之间的变化；以及针对各个激光二极管提供的D/A转换器用于将公共开关电流乘以基于数字数据而确定的值，由此产生用于校正多束激光器中各激光二极管之间的变化的开关电流。该配置使得可以利用具有高分辨率和宽输出电流范围的一个D/A转换器来校正各激光器装置之间的变化，并且利用为各个激光二极管提供的具有低分辨率D/A转换器来校正激光器装置中各激光二极管之间的变化。因此，与对于多个激光二极管要求高分辨率D/A转换器的现有技术相比，该实施例的配置使得可以减小激光二极管驱动装置的电路尺寸。
图2是图示根据本发明实施例的激光二极管驱动装置1的示例性配置的框图。
如图2所示，激光二极管驱动装置1控制组成能够发射多个激光束以实现期望的光强度的激光器装置(如，多束激光器)的至少一部分的激光二极管LD1到LDn(n指示大于1的整数)。
激光二极管驱动装置1包括：公共开关电流产生电路2，用于产生公共开关电流Iswc；开关电流产生电路SI1到SIn，用于基于公共开关电流Iswc产生要提供到对应的激光二极管LD1到LDn的开关电流Isw1到Iswn；以及偏置电流产生电路BI1到BIn，用于产生要提供到对应的激光二极管LD1到LDn的偏置电流Ib1到Ibn。激光二极管驱动装置1还包括：开关SW1到SWn，用于将开关电流产生电路SI1到SIn产生的开关电流Isw1到Iswn输出到对应的激光二极管LD1到LDn；光电二极管PD；光强度检测电路3，用于将从光电二极管PD输出的电流转换为电压，并输出该电压；以及控制电路4，用于控制公共开关电流产生电路2、开关电流产生电路SI1到SIn、偏置电流产生电路BI1到Bin和开关SW1到SWn。
光强度检测电路3、控制电路4和光电二极管PD可以统称为控制单元。公共开关电流产生电路2、开关电流产生电路SI1到SIn、偏置电流产生电路BI1到BIn、开关SW1到SWn和控制电路4可以集成在一个IC上。
例如，由10位D/A转换器实施公共开关电流产生电路2，并且公共开关电流产生电路2根据从控制电路4输入的数字数据信号CODEc产生公共开关电流Iswc。
由D/A转换器实施各个开关电流产生电路SI1到SIn，并且开关电流产生电路SI1到SIn根据从控制电路4输入的数字数据信号CODE1到CODEn产生正比于公共开关电流Iswc的开关电流Isw1到Iswn。更具体地说，开关电流产生电路SI1到SIn分别将公共开关电流Iswc与数字数据信号CODE1到CODEc所对应的比例常数α1到αn相乘，由此产生开关电流Isw1到Iswn。
偏置电流产生电路BI1到BIn可以由D/A转换器实施。偏置电流产生电路BI1到BIn产生接近或略小于对应的激光二极管LD1到LDn的阈值电流的偏置电流Ib1到Ibn。偏置电流产生电路BI1到BIn将产生的偏置电流Ib1到Ibn提供到对应的激光二极管LD1到LDn。
根据从控制电路4输出的控制信号SC1到SCn而闭合和断开开关SW1到SWn。当闭合时，开关SW1到SWn将开关电流产生电路SI1到SIn产生的开关电流Isw1到Iswn输出到对应的激光二极管LD1到LDn。
光强度检测电路3包括电流-电压转换电路11和A/D转换器12。电流-电压转换电路11将从光电二极管PD输出的电流转换为电压。A/D转换器12将从电流-电压转换电路11输出的电压从模拟转换为数字，以产生数字数据信号CODEa，并将数字数据信号CODEa输出到控制电路4。
基于从A/D转换器12输入的数字数据信号CODEa，控制电路4产生数字数据信号CODEc以及CODE1到CODEn以及控制信号SC1到SCn，以便激光二极管LD1到LDn以期望的强度发射激光束。
下面参照图3描述由控制电路4执行的设置公共开关电流Iswc的示例性处理。
在图3中所示的步骤S1，控制电路4产生并输出数字数据信号CODEc，使得公共开关电流Iswc变为0，断开开关SW1到SWn，并使得偏置电流产生电路BI1到BIn停止输出偏置电流Ib1到Ibn。接着，在步骤S2，控制电路4产生并输出数字数据信号CODE1，使得比例常数α1变为其设置范围中的中心值。然后，在步骤S3，控制电路4使得偏置电流产生电路BI1输出偏置电流Ib1，并且在步骤S4闭合开关SW1。
在步骤S5，控制电路4输出数字数据信号CODEc，由此使得公共开关电流产生电路2增大公共开关电流Iswc，直到从A/D转换器12输入的数字数据信号CODEa所指示的光强度超过从外界输入的基准数字数据信号CODEr所指示的光强度为止。当从A/D转换器12输入的数字数据信号CODEa所指示的光强度超过从外界输入的基准数字数据信号CODEr所指示的光强度时，控制电路4存储公共开关电流Iswc的电流值Iswc1。
在步骤S6，控制电路4对于开关电流产生电路SI2到SIn、偏置电流产生电路BI2到BIn和开关SW2到SWn重复与步骤S2到S5类似的步骤，并存储公共开关电流Iswc的所获得的电流值Iswc2到Iswcn。然后，在步骤S7，控制电路4计算并存储电流值Iswc1到Iswcn的平均值。控制电路4产生数字数据信号CODEc，使得公共开关电流Iswc变得等于所存储的平均值，并将产生的数字数据信号CODEc输出到公共开关电流产生电路2。可替代地，在步骤S7，控制电路4可以被配置为产生数字数据信号CODEc，使得公共开关电流Iswc变得等于电流值Iswc1到Iswcn的最高和最低值之间的中心值，并将产生的数字数据信号CODEc输出到公共开关电流产生电路2。
下面参照图4描述由控制电路4执行的计算比例常数α1到αn的示例性处理。
在图4中所示的步骤S11，控制电路4产生并输出数字数据信号CODEc，使得公共开关电流Iswc变为0，断开开关SW1到SWn，并使得偏置电流产生电路BI1到BIn停止输出偏置电流Ib1到Ibn。接着，在步骤S12，控制电路4产生数字数据信号CODEc，使得公共开关电流Iswc变为等于图3中所示的处理期间存储的平均值，并将产生的数字数据信号CODEc输出到公共开关电流产生电路2。
在步骤S13，控制电路4产生并输出数字数据信号CODE1到CODEn，使得各个比例常数α1到αn变为设置范围中的最小值。然后，在步骤S14，控制电路4使得偏置电流产生电路BI1输出偏置电流Ib1，并且在步骤S15，闭合开关SW1。在步骤S16，控制电路4增大比例常数α1，直到从A/D转换器12输入的数字数据信号CODEa所指示的光强度超过从外界输入的基准数字数据信号CODEr所指示的光强度为止，并且当从A/D转换器12输入的数字数据信号CODEa所指示的光强度超过从外界输入的基准数字数据信号CODEr所指示的光强度时，存储比例常数α1的值。
在步骤S17，控制电路4对于开关电流产生电路SI2到SIn、偏置电流产生电路BI2到BIn和开关SW2到SWn重复与步骤S12到S16类似的步骤，并存储所获得的比例常数α2到αn的值。控制电路4产生数字数据信号CODE1到CODEn，使得比例常数α1到αn变为等于所存储的值，并将产生的数字数据信号CODE1到CODEn输出到对应开关电流产生电路SI1到SIn。
控制电路4周期性地校正激光二极管LD1到LDn的光强度。下面参照图5描述该校正处理。
在图5中所示的步骤S21，控制电路4断开开关SW1到SWn；使得偏置电流产生电路BI1到BIn停止输出偏置电流Ib1到Ibn；产生数字数据信号CODEc，使得公共开关电流Iswc变为等于图3中所示的处理期间存储的平均值，并将产生的数字数据信号CODEc输出到公共开关电流产生电路2；并产生数字数据信号CODE1到CODEn，使得比例常数α1到αn变为等于图4中所示的处理期间存储的值，并将产生的数字数据信号CODE1到CODEn输出到对应开关电流产生电路SI1到SIn。
接着，在步骤S22，控制电路4使得偏置电流产生电路BI1输出偏置电流Ib1，并且在步骤S23闭合开关SW1。然后，在步骤S24，控制电路4基于从A/D转换器12输入的数字数据信号CODEa所指示的光强度调整比例常数α1。更具体地说，如果从A/D转换器12输入的数字数据信号CODEa所指示的光强度大于从外界输入的基准数字数据信号CODEr所指示的光强度，则控制电路4产生并输出数字数据信号CODE1，使得比例常数α1变得更小。
另一方面，如果从A/D转换器12输入的数字数据信号CODEa所指示的光强度不大于从外界输入的基准数字数据信号CODEr所指示的光强度，则控制电路4产生并输出数字数据信号CODE1，使得比例常数α1变得更大。在步骤S25，控制电路4对于开关电流产生电路SI2到SIn、偏置电流产生电路BI2到BIn、开关SW2到SWn重复与步骤S22到S24类似的步骤，由此校正激光二极管LD1到LDn的光强度。
因此，如图6所示，当输入偏置电流Ib1到Ibn并且闭合开关SW1到SWn时，通过作为偏置电流Ib1到Ibn以及对应的开关电流Isw1到Iswn之和的电流，使得激光二极管LD1到LDn以预定强度发光。当断开对应的开关SW1到SWn时，激光二极管LD1到LDn停止发光。
在以上实施例中，偏置电流产生电路BI1到BIn被配置为连续地输出偏置电流Ib1到Ibn。如果当假设激光二极管不发光时连续地向激光二极管提供接近阈值电流的电流，则激光二极管可以以500μW或更低的强度发光，并且该光线可以使光电导体曝光，并引起撇渣(scumming)(非图像区域上的拖尾(smear))。此外，连续地向激光二极管提供接近阈值电流的电流可能缩短激光二极管的操作寿命。
由于以上原因，代替连续地输出偏置电流，偏置电流产生电路BI1到BIn可以被配置为根据控制信号SC1到SCn输出偏置电流，以减小当假设激光二极管不发光时提供到激光二极管的电流。例如，偏置电流产生电路BI1到BIn可以被配置为正好在导通激光二极管之前产生接近阈值电流的电流，并且将产生的偏置电流提供到激光二极管。此外，偏置电流产生电路BI1到BIn可以被配置为输出具有变化值的偏置电流Ib1到Ibn。例如，偏置电流产生电路BI1到BIn可以被配置为输出偏置电流Ib1到Ibn，其每一个均取如图7所示的三个值。
图8是图2中所示的激光二极管驱动装置1的示例性电路图。在图2中，在开关电流产生电路S11到SIn的输出端子与对应的激光二极管LD1到LDn的阳极之间提供开关SW1到SWn。在图8所示的示例中，提供开关SW1到SWn以控制从控制电路4到对应的开关电流产生电路S11到SIn的数字数据信号CODE1到CODEn的流动。
如图8所示，公共开关电流产生电路2包括PMOS晶体管M1、NMOS晶体管MA0到MA9和MB0到MB10以及恒流源21。开关电流产生电路SI1到SIn具有基本上相同的电路配置，并且每一个开关电流产生电路SI1到SIn均包括PMOS晶体管MC0到MC7和MD0到MD7。开关SW1到SWn具有基本上相同的电路配置，并且每一个开关SW1到SWn均具有AND电路AN0到AN6和反相器IV0到IV7。
在公共开关电流产生电路2中，NMOS晶体管MB0到MB10形成电流镜电路。NMOS晶体管MB0到MB10的源极连接到地电势。NMOS晶体管MB0到MB10的栅极互连，并且经由连接点连接到NMOS晶体管MB10的漏极。
恒流源21连接在电源电压Vcc与NMOS晶体管MB10的漏极之间。PMOS晶体管M1的源极连接到电源电压Vcc，并且栅极连接到漏极。NMOS晶体管MA0到MA9连接在PMOS晶体管M1的漏极与对应的NMOS晶体管MB0到MB9的漏极之间。组成数字数据信号CODEc的数据信号D0到D9从控制电路4输入到对应NMOS晶体管MA0到MA9的栅极。
如上所述，开关电流产生电路SI1到SIn具有基本上相同的电路配置，并且开关SW1到SWn具有基本上相同的电路配置。因此，下面使用开关电流产生电路SIk(k表示从1到n的任意数字)和开关SWk给出描述。
在开关电流产生电路SIk中，PMOS晶体管MC0到MC7与公共开关电流产生电路2的PMOS晶体管M1一起形成电流镜电路。PMOS晶体管MC0到MC7的源极连接到电源电压Vcc。PMOS晶体管MC0到MC7的栅极互连，并且经由连接点连接到PMOS晶体管M1的栅极。PMOS晶体管MC0到MC7的漏极连接到对应PMOS晶体管MD0到MD7的源极。PMOS晶体管MD0到MD7的漏极互连，并且经由连接点(用作开关电流产生电路SIk的输出端子)连接到激光二极管LDk的阳极。
在开关SWk中，组成数字数据信号CODEk的数据信号D0到D6从控制电路4输入到AND电路AN0到AN6的各输入端子中的奇数端子，而控制信号SCk从控制电路4输入到AND电路AN0到AN6的输入端子中的其他端子。AND电路AN0到AN6的输出端子连接到对应的反相器IV0到IV6的输入端子，并且反相器IV0到IV6的输出端子连接到对应PMOS晶体管MD0到MD6的栅极。还将控制信号SCk输入到反相器IV7的输入端子。反相器IV7的输出端子连接到PMOS晶体管MD7的栅极。
通过以上配置，根据组成数字数据信号CODEc的、来自控制电路4的数据信号D0到D9的信号电平，导通或截止NMOS晶体管MA0到MA9。这反过来引起NMOS晶体管MB0到MB9的漏极选择性地连接到PMOS晶体管M1的漏极。例如，当组成数字数据信号CODEc的数据信号D0到D9中仅数据信号D0为高时，导通NMOS晶体管MA0并截止NMOS晶体管MA1到MA9。结果，由电流镜电路产生从恒流源21输出的正比于恒定电流Ic的电流，所述电流镜电路由NMOS晶体管MB10和NMOS晶体管MB0形成。换言之，通过将恒定电流Ic乘以由NMOS晶体管MB10与NMOS晶体管MB0的大小比而确定的比例常数而获得的电流被提供到PMOS晶体管M1的漏极。
在开关电流产生电路SIk中，当来自控制电路4的控制信号SCk为高时，导通PMOS晶体管MD7，并根据组成数字数据信号CODEk的、来自控制电路4的数据信号D0到D6的信号电平导通或截止PMOS晶体管MD0到MD6。这反过来使得PMOS晶体管MC0到MC6的漏极选择性地连接到激光二极管LDk的阳极。例如，当组成数字数据信号CODEk的数据信号D0到D6中仅数据信号D0为高时，导通PMOS晶体管MD0，并截止PMOS晶体管MD1到MD6。
结果，由PMOS晶体管M1、PMOS晶体管MC0和PMOS晶体管MC7组成的电流镜电路产生正比于流经PMOS晶体管M1的公共开关电流Iswc的电流。换言之，将通过第一电流和第二电流相加而获得的电流提供到激光二极管LDk，其中，通过将公共开关电流Iswc乘以由PMOS晶体管M1与PMOS晶体管MC0的大小比而确定的比例常数来获得第一电流，通过将公共开关电流Iswc乘以由PMOS晶体管M1与PMOS晶体管MC7的大小比而确定的比例常数来获得第二电流。当来自控制电路4的控制信号SCk为低时，截止PMOS晶体管MD7，并且也截止PMOS晶体管MD0到MD6，无论数字数据信号CODEk的状态如何。结果，不输出开关电流Iswk。
例如，当NMOS晶体管MB0的尺寸为1时，NMOS晶体管MBh(h是表示NMOS晶体管MB0到MB9的从0到9的任意数字)的尺寸为NMOS晶体管MB0的尺寸的2h倍那么大。类似地，当PMOS晶体管MC0的尺寸为1时，PMOS晶体管MCi(i是表示PMOS晶体管MC0到MC6的从0到6的任意数字)的尺寸为PMOS晶体管MC0的尺寸的2i倍那么大。PMOS晶体管MC7的尺寸是PMOS晶体管MC0的尺寸的336倍那么大，并且PMOS晶体管M1的尺寸是PMOS晶体管MC0的尺寸的400倍那么大。
这里，假设将激光二极管LD1到LDn的光强度控制在设置范围内，并且在1.25mA与5mA之间的设置范围内调整开关电流。例如，为了设置具有0.5％或更小分辨率的激光二极管LD1到LDn的光强度，必须能够设置具有0.5％或更小分辨率的开关电流。当D/A转换器的最大输出电流是5mA时，至少200步长(0.5％的分辨率或6.25μA)的设置尺度是必需的，以输出1.25mA的最小开关电流。当对于1.25mA开关电流，设置尺度具有250步长(0.4％的分辨率或5μA)时，对于5mA的开关电流来说1000步长(5mA/5μA)是必需的。在这种情况下，具有10位分辨率的D/A转换器是必需的，以设置开关电流。该实施例的公共开关电流产生电路2由10位D/A转换器实施。
当将公共开关电流Iswc控制在0和5mA之间的范围内并且将其设置为1.25mA时，DAC码是256(0.4％的分辨率)。如上所述，公共开关电流产生电路2和各个开关电流产生电路SI1到SIn经由电流镜电路连接。公共开关电流产生电路2的PMOS晶体管M1的尺寸是400，而开关电流产生电路SI1到SIn的各个PMOS晶体管MC7的尺寸是336。导通PMOS晶体管MC7，同时从控制电路4输出的对应控制信号SC1到SCn为高。
通过导通的PMOS晶体管MC7，根据组成各个数字数据信号CODE1到CODEn的数据信号D0到D6，从各个开关电流产生电路SI1到SIn的PMOS晶体管MC0到MC6输出的电流被选择性地输出到对应的激光二极管LD1到LDn。因此，开关电流产生电路SI1到SIn用作7位D/A转换器，并通过以0.25％分辨率在-16％和+16％之间的范围内调整公共开关电流Iswc来产生开关电流Isw1到Iswn。
表1示出了数字数据信号CODEk与比例常数αk之间的示例性关系。各个数字数据信号CODE1到CODEn的数据信号D0到D6提供了1/400＝0.25％的分辨率。
[表1]
  CODEk   晶体管尺寸   比例常数αk
  0000000   336   336/400
  1000000   400   400/400
  1000001   401   401/400
  1111111   463   463/400
通过传统技术，为了对于能够发射40个激光束的多束激光器，以0.5％的分辨率在1.25mA和5mA之间的设置范围内设置开关电流，40组10位D/A转换器是必需的。同时，通过该实施例的配置，这可以在一个10位D/A转换器和40组7位D/A转换器的情况下完成。因此，以上配置使得可以减小用于激光二极管驱动装置的半导体集成电路的芯片尺寸和成本。并且，当以相同速率改变各激光二极管的光强度时，可以通过仅改变要输入到公共开关电流产生电路2的数字数据信号CODEc而不改变要输入到开关电流产生电路SI1到SIn的数字数据信号CODE1到CODEn来完成。因此，在这种情况下，仅对于公共开关电流产生电路2来说用于计算数字数据的运算电路是必要的。因此，该配置使得进一步减小了半导体集成电路的芯片尺寸和成本。
下面描述通过将数字数据信号CODEc的值从512改变到256，来二等分三个激光二极管(n＝3)的光强度的示例性处理。
这里，假设当数字数据信号CODEc是512并且数字数据信号CODE1到CODE3是“1000000b”时，要提供到激光二极管LD1到LD3的偏置电流Ib1到Ib3全部为1mA，并且开关电流Isw1到Isw3变为2mA。
通过如表2中所示的开关电流来校正激光二极管LD1到LD3之间的差分效率中的差异，使得激光二极管LD1到LD3的光强度变为相等。图9和图10示出了激光二极管的驱动电流与光强度之间的关系。图9是用以描述利用比例常数α调整开关电流的处理的曲线图。图10是用以描述二等分公共开关电流(Iswc→Iswc/2)的情况的曲线图。
[表2]
  差分效率(W/A)   CODE1-3   Isw1-Isw3(mA)   光强度(mW)
  LD1   1/0.84   0000000b   2x0.84→0.84   2→1
  LD2   1   1000000b   2→1   2→1
  LD3   1/1.16   1111111b   2x1.16→1.16   2→1
在图8所示的示例中，PMOS晶体管M1的栅极电压Vcom从公共开关电流产生电路2输出到开关电流产生电路SI1到SIn，以提供公共开关电流Iswc。可替代地，可以直接从公共开关电流产生电路2向开关电流产生电路SI1到SIn提供公共开关电流Iswc。在这种情况下，可以从公共开关电流产生电路2中除去PMOS晶体管M1，并且在每一个开关电流产生电路SI1到SIn中提供PMOS晶体管M1。
在图8中，由电压Vcom将关于公共开关电流Iswc的信息从公共开关电流产生电路2传送到开关电流产生电路SI1到SIn。通过该配置，当将公共开关电流产生电路2和开关电流产生电路SI1到SIn集成在一个IC上时，通常将它们放置在远离的位置。在这种情况下，如果公共开关电流产生电路2的电源电压Vcc和开关电流产生电路SI1到SIn的电源电压Vcc波动，则可能不能将关于公共开关电流Iswc的信息正确地传送到开关电流产生电路SI1到SIn。通过如图11所示改变配置可以减少或解决该问题。与图8中所示的组件对应的图11中所示的组件被分配相同的参考数字，并且省略那些组件的描述。这里，主要讨论两个配置之间的差异。
图11中所示的配置与图8中所示的配置的差异在于，将公共开关电流产生电路2的NMOS晶体管MA0到MA9和MB0到MB10改变为PMOS晶体管，将NMOS晶体管M2和ME1到MEn添加到公共开关电流产生电路2，并且将图8中所示的PMOS晶体管M1添加到每一个开关电流产生电路SI1到SIn。如图11所示，公共开关电流产生电路2包括PMOS晶体管MA0到MA9和MB0到MB10、NMOS晶体管M2和ME1到MEn以及恒流源21。每一个开关电流产生电路SI1到SIn包括PMOS晶体管M1、MC0到MC7和MD0到MD7。
在图11中所示的公共开关电流产生电路2中，PMOS晶体管MB0到MB10形成电流镜电路。PMOS晶体管MB0到MB10的源极连接到电源电压Vcc。PMOS晶体管MB0到MB10的栅极互连，并且经由连接点连接到PMOS晶体管MB10的漏极。恒流源21连接在PMOS晶体管MB10的漏极与地电势之间。NMOS晶体管M2的源极连接到地电势，并且栅极连接到漏极。PMOS晶体管MA0到MA9连接在NMOS晶体管M2的漏极与对应的PMOS晶体管MB0到MB9的漏极之间。将组成数字数据信号CODEc的数据信号D0到D9从控制电路4输入到对应PMOS晶体管MA0到MA9的栅极。
NMOS晶体管M2和ME1到MEn形成电流镜电路。NMOS晶体管ME1到MEn的源极连接到地电势。NMOS晶体管ME1到MEn的栅极互连，并且经由连接点连接到NMOS晶体管M2的栅极。将电流I1到In从NMOS晶体管ME1到MEn的漏极提供到对应的开关电流产生电路SI1到SIn的PMOS晶体管M1的漏极。因此，通过电流I1到In将关于公共开关电流Iswc的信息传送到开关电流产生电路SI1到SIn。该配置使得即使当电源电压Vcc波动时也可以正确地将关于公共开关电流Iswc的信息传送到开关电流产生电路SI1到SIn。同时，当电源电压Vcc的波动可忽略时，可以省略NMOS晶体管ME2到MEn，并且可以将电流I1从NMOS晶体管ME1提供到开关电流产生电路SI1到SIn的PMOS晶体管M1的漏极。
图12是图示使用激光二极管驱动装置1的图像形成设备的示例性配置的示意图。在图12中，从多束激光器LD发射的激光束被以恒定高速旋转的多面镜51偏转，经过用作成像透镜的fθ透镜52，并对焦在光电导体53的表面上。以垂直于光电导体53的旋转方向的方向(主扫描方向)扫描偏转激光束，以根据图像信号逐行记录图像。以光电导体53的旋转速度和用以在光电导体53的表面上形成图像(静电潜像)的记录密度所对应的间隔，在主扫描方向中重复地扫描激光束。
在接近光电导体53的一端且在激光束的扫描范围内的位置中布置用于产生主扫描同步信号的束传感器54。基于主扫描同步信号，产生控制信号。控制信号用于在主扫描方向中控制记录图像的定时，并输入和输出图像信号。以特定的间隔检测多束激光器LD的阈值电流和发光电流。由于阈值电流受温度变化影响，因此可以根据通过计数(例如)打印页面的数量或打印点的数量而预测的温度变化来执行电流的检测。例如，通过如下两种方法可以测量每一个激光束的功率：
-将激光束分离为用于测量光强度的监控束和用于扫描光电导体53的扫描束，并使用监控束测量激光束的功率。
-将光接收元件55放置在接近光电导体53的一端且在激光束的扫描范围内的位置中，并测量光电导体53上激光束的实际功率。
CPU 56将包括复位信号和阈值电流/发光电流检测开始信号的信号输入到激光二极管驱动装置1，并且图像输入单元57将包括发光信号和光强度控制开始信号的信号输入到激光二极管驱动装置1。
如上所述，在该实施例的激光二极管驱动装置1中，实施为D/A转换器的公共开关电流产生电路2根据从控制电路4输出的数字数据信号CODEc产生公共开关电流Iswc，并且实施为D/A转换器的开关电流产生电路SI1到SIn基于公共开关电流Iswc和从控制电路4输出的数字数据信号CODE1到CODEn分别产生开关电流Isw1到Iswn。该配置使得可以减小用作开关电流产生电路SI1到SIn的D/A转换器的尺寸，由此使得可以减小用于激光二极管驱动装置的半导体集成电路的芯片尺寸和成本，并提高安装和生产过程中的产量。
本发明的一个方面提供了用于控制激光二极管的光强度的激光二极管驱动装置和包括激光二极管驱动装置的图像形成设备，其中公共开关电流产生电路根据来自控制电路的信号产生公共开关电流，并且开关电流产生电路基于公共开关电流并根据来自控制电路的信号产生开关电流。该配置使得可以减小用作开关电流产生电路的D/A转换器的尺寸，由此使得可以减小用于激光二极管驱动装置的半导体集成电路的芯片尺寸和成本，并提高安装和生产过程中的产量。
本发明不限于具体公开的实施例，并且在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行各种变化和修改。
本申请基于2007年12月28日提交的日本优先权申请No.2007-339655，将其全部内容通过引用的方式合并在此。

Claims (9)

1.一种激光二极管驱动装置，用于利用通过将开关电流添加到小于或等于激光二极管的阈值电流的对应偏置电流而获得的驱动电流来驱动激光二极管，并控制驱动电流以调节激光二极管的光强度，所述装置包括：
公共开关电流产生电路，被配置为根据输入信号产生公共开关电流；
开关电流产生电路，向对应的激光二极管提供所述开关电流产生电路，并且所述开关电流产生电路被配置为基于公共开关电流并根据输入信号产生开关电流；
开关，被配置为根据输入信号控制开关电流到对应的激光二极管的输出；
偏置电流产生电路，被配置为产生偏置电流，并将产生的偏置电流输出到对应的激光二极管；以及
控制单元，被配置为检测各个激光二极管的光强度，并控制公共开关电流产生电路、开关电流产生电路和开关以调节各个激光二极管的光强度；
其中，
控制单元被配置为使得开关电流产生电路产生通过将公共开关电流乘以对应的比例常数而获得的开关电流；
由D/A转换器实施公共开关电流产生电路，并且公共开关电流产生电路被配置为根据从控制单元输入的数字数据信号产生公共开关电流；
由D/A转换器实施开关电流产生电路，并且开关电流产生电路被配置为基于公共开关电流并根据从控制单元输入的数字数据信号产生开关电流。
2.根据权利要求1所述的激光二极管驱动装置，其中当改变激光二极管的光强度时，控制单元被配置为使得公共开关电流产生电路根据光强度中的变化量来改变公共开关电流。
3.根据权利要求1所述的激光二极管驱动装置，其中当改变激光二极管的光强度时，控制单元被配置为使得开关电流产生电路根据光强度中的变化量来改变比例常数。
4.根据权利要求1所述的激光二极管驱动装置，其中当比例常数具有相同的设置范围时，控制单元的控制电路被配置为确定公共开关电流，以便比例常数的平均值变为设置范围中的中心值。
5.根据权利要求1所述的激光二极管驱动装置，其中当比例常数具有相同的设置范围时，控制单元的控制电路被配置为确定公共开关电流，以便比例常数的最高一个和最低一个之间的中心值变为设置范围中的中心值。
6.根据权利要求1所述的激光二极管驱动装置，其中由D/A转换器实施偏置电流产生电路。
7.根据权利要求1所述的激光二极管驱动装置，其中控制单元包括：
光接收元件，被配置为检测各个激光二极管的光强度，并输出与检测到的光强度对应的电流；
电流-电压转换电路，被配置为将从光接收元件输出的电流转换为电压；
A/D转换电路，被配置为将从电流-电压转换电路输出的电压从模拟转换为数字；以及
控制电路，被配置为基于从A/D转换电路输出的电压来检测激光二极管的光强度，并控制公共开关电流产生电路、开关电流产生电路和开关以调节各个激光二极管的光强度。
8.根据权利要求7所述的激光二极管驱动装置，其中公共开关电流产生电路、开关电流产生电路、开关、偏置电流产生电路和控制电路被集成在一个IC上。
9.一种图像形成设备，包括根据权利要求1所述的激光二极管驱动装置。
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