CN1254894C - 发光元件驱动装置和发光元件驱动系统 - Google Patents

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Abstract

在驱动电路和驱动对象的发光元件的驱动端之间插入电阻时，该电阻成为抑制调制速度的原因，成为调制速度高速化的阻碍。在驱动面发光激光器11的各发光部LD1～LDn时，用开关SW1～SWn适当切换将各发光部LD1～LDn设置到正偏置状态并且比激光器振动阈值电压低的偏置电压Vbias和激光器振动阈值电压以上的驱动电压V1～Vn，通过将其直接施加在发光部LD1～LDn的各驱动端驱动各发光部LD1～LDn。

Description

发光元件驱动装置和发光元件驱动系统
技术领域
本发明涉及驱动流过直流电流而发光的发光元件的发光元件驱动装置和发光元件驱动系统，尤其涉及适合于周在以面发光型激光器元件为代表的内部电阻(串联电阻)大的发光元件的驱动中的发光元件驱动装置和发光元件驱动系统。
背景技术
以激光为光源的激光静电印刷中，更高分辨率、更高速的要求越来越强了。根据输入图像数据接通断开控制激光器元件的驱动的速度(下面记作调制速度)是有限的。激光的光束数为1时，在不仅要提高主扫描方向的分辨率而且要提高副扫描方向的分辨率时，不得不牺牲调制速度。因此，为了不提高调制速度而增大副扫描方向的分辨率，只好增加激光束个数。在激光的光束数例如为4的情况下，假定调制速度与1束时相同，则可将主扫描方向、副扫描方向的分辨率提高2倍。
但是，半导体激光器大致分为激光沿与有源层平行的方向射出的结构的端面发光型激光器元件(下面简称端面发光激光器)和激光沿与有源层垂直的方向射出的结构的面发光型激光器元件(下面简称面发光激光器)。原来，激光静电印刷术中一般将端面发光激光器用作激光光源。
然而，从激光的光束数容易增多的观点看，端面发光激光器在技术上是困难的，结构上，面发光激光器比端面发光激光器有利于增加激光的光束数。由于这种原因，近年来，在激光静电印刷中，响应更高分辨率、更高速化的要求，进行了将使用可射出多个激光束的面发光激光器用作激光光源的装置的开发。
这里，说明原来在激光静电印刷术中使用的激光器驱动装置。作为该激光器驱动装置，原来可分为电压驱动型、电流输出电压驱动型和电流驱动型共3种类型。下面说明各种类型的激光器驱动装置。
首先，作为电压驱动型的激光器驱动装置，已知有在驱动电路侧直接控制向激光器元件施加的电压的结构(例如参考特开平11-68198号公报)。该激光器驱动装置通过直接控制逻辑门的电源电压来调整光量，因此可非常廉价地构成。
接着，作为电流输出电压驱动型的激光器驱动装置，已知有串联连接电流源和激光器元件，使用与该激光器元件并联连接的终端电阻在激光器元件附近产生驱动电压的结构(例如参考特开昭59-18964号公报)。该激光器驱动装置的情况下，输出是从电流源流过的电流，与生成多个输出阻抗低的电压相比，生成任意的电流较容易。
最后，作为电流驱动型的激光器驱动装置，已知有通过电流开关接通/断开控制恒定电流电路产生的电流并提供给激光器元件的结构(例如参考特开昭57-13790号公报)。原来，在端面发光型激光器的驱动中，一般使用该电流驱动型的激光器驱动装置。其理由如下。
如图26所示，用端面发光激光器，驱动电流相对于施加电压按指数增大，因此用电压控制时通过偏置点变动微分电阻(ΔV/ΔI)，由于非线性要素插入用于控制的负反馈环路中，因而难以控制。与此相反，用电流驱动时，在激光振动的阈值电流以上时，由于光量和电流成比例，负反馈环路由线性要素构成，因此控制变得容易。另外，也是由于即便是需要驱动多个激光器元件的情况下，若是电流驱动，也可比较容易地对每个激光器元件来设置电流源。
发明内容
【发明要解决的问题】
这里，说明可用于激光静电印刷的面发光激光器和原来的端面发光激光器在驱动上的电气不同。其不同如图26所示，原来的端面发光激光器中，电流相对激光器元件的施加电压按指数函数增大到100mA左右，而面发光激光器中，在数百μA的小电流下，电压一电流特性为直线关系。
其理由如下。即，面发光激光器用于激光静电印刷中时，为使激光不扩散，需要以单模式发光，因此，必须会聚发光区域。发光区域会聚，使得接合面积变小。图27所示的面发光激光器的等效电路中，引起内部电阻的电阻值增大。因此，仅流过小电流，电压-电流特性也进入到直线区域。
另一方面，端面发光激光器的情况下，增大电流时，由于内部电阻的原因，使得最终电压-电流特性为直线。但是，进入直线区域的电流值与面发光激光器相比，相差1个数量级以上。即，端面发光激光器中，在图28所示的等效电路中，内部电阻的电阻值为10Ω，而面发光激光器中，内部电阻的电阻值为100Ω，为大1个数量级以上的值。
面发光激光器中，在激光静电印刷中，响应于更高分辨率、更高速化的要求，具有发出多个激光的多个发光部时，由于要驱动多个发光部，驱动装置有变大的倾向。因此，如图29所示，绕行布线的布线距离加长。从图29可知，并排多个绕行布线，因此寄生电容增大，线间电容和公共接口容易产生交扰。
从调制速度的观点看，端面发光激光器的情况下，内部电阻的电阻值小(参考图28)，如图30所示，绕行布线短，寄生电容小。结果，由于内部电阻的电阻值R和寄生电容的电容值C决定的时间常数τ小，因此如图32所示，驱动电流波形的上升沿、下降沿陡峭。另一方面，面发光激光器的情况下，如上所述，内部电阻的电阻值大(参考图27)而且布线长，包括与相邻布线的寄生电容的电容大，所以时间常数τ大。因此，如图31所示，驱动电流波形的上升沿、下降沿非常平缓。
上述的已有例的电流驱动型激光器驱动装置中，端面发光激光器的情况下，以1nsec左右上升。与此相对，面发光激光器的情况下，时间常数与端面发光激光器的情况相比为数十倍，调制速度也是数十MHz左右。这意味着不管发出的激光的光束数多少，整个的调制速度不上升。因此，如果不大幅度改善该调制速度，在激光静电印刷中，将面发光激光器用作激光光源的没有优点。
从以上观点，驱动可射出多个激光光束的面发光激光器中，电压驱动型驱动装置比电流驱动型驱动装置有利。即，假定电流驱动侧驱动装置带有理想的电流源，电压驱动侧驱动装置带有理想的电压源，关于在作为驱动对象的具有内部电阻Ri的发光元件的驱动端的杂散电容C，这些并联，分别具有无限大，零的电阻值Ro。因此，决定上升沿、下降沿的速度的时间常数CR的电阻部分R，是Ro和Ri的并联合成电阻，前者是发光元件的内部电阻，后者是驱动装置侧的电阻值支配的。电流输出电压驱动型驱动装置的情况下，也有在与激光器元件并联连接的电阻中流过电流输出，通过压降驱动激光器元件的方式，但为提高调制速度，不能降低并联电阻的电阻值，这大幅度增大该部分的消耗功率。
这里，再次考虑上述的特开平11-68198号公报中记述的电压驱动型激光器驱动装置。该已有例的电压驱动型激光器驱动装置如图33所示，使用CMOS的逻辑门101、切换地电位和电源电压2个电位来经电阻102施加到激光器元件103，同时从激光器元件103输出的背照光由光电二极管104接收，基于该接收光量，经反馈电路105直接控制逻辑门101的电源电压，从而自动控制其光量，使得激光器元件103以希望的光量发光。反馈电路105中设置用于控制光量的电压源106。
但是，上述结构的已有例的电压驱动型激光器驱动装置中，逻辑门101和激光器元件103之间设置电阻102，实际上通过电流驱动来确保控制。由此，用该已有例的电压驱动型激光器驱动装置驱动面发光激光器的情况下，在与面发光激光器之间插入的电阻102成为抑制调制速度的原因，因此妨碍了调制速度的高速化。
在激光静电印刷中采用作为驱动对象的面发光激光器的情况下，在多个发光部的每一个中，必须进行自动光量控制，因此在每个用于驱动的逻辑门105上必须分别设置电压源106。通常，逻辑门的电源公用，因此用包括多个栅极的1个IC不能各自控制激光器(发光部)。
此时，作为对电压源106的性能要求，输出阻抗必须低。因此，在IC芯片内设置电源输出的去耦合电容器，为降低电源电路的输出阻抗，一般需要增加偏置电流等对策。但是，设置去耦合电容器或增大偏置电流等对策的情况下，从安装和消耗功率的观点看，在设计IC芯片方面成为制约。
本发明鉴于上述问题作出，其目的是提供一种发光元件驱动装置和发光元件驱动系统，不增加消耗功率，并且不制约IC化，用电压驱动来驱动面发光激光器等的发光元件，可使调制速度高速化。
【解决问题的方案】
技术方案1所述的发光元件驱动装置是通过对流过直流电流而发光的发光元件的驱动端实质直接施加与输入数据对应的电压来驱动发光元件的结构。在该结构的发光元件驱动装置中，在该驱动装置与成为其驱动对象的发光元件的驱动端之间没有插入成为抑制调制速度的原因的电阻成分。因此，由于实质上可直接电压驱动发光元件，可实现高的调制速度。作为驱动对象的发光元件，最好是面发光激光器和EL(electroluminescence)元件等的内部电阻比较大的发光元件。
特别是，结构是具有电压源和在该电压源与发光元件之间插入、基于输入数据控制的开关装置，从电压源的输出端到发光元件的驱动端的电阻值设定为比发光元件的内部电阻值小。通过该结构，开关装置将电压源提供的电压根据输入数据选择地施加到发光元件的驱动端。此时，电压的上升沿时间常数由从电压源的输出端到发光元件的驱动端的电阻值和发光元件的内部电阻的并联合成电阻与开关装置在布线中引起的寄生电容的积决定。因此，电压源的输出端到发光元件的驱动端的电阻值比发光元件的内部电阻值小，使得发光元件的驱动电压的上升沿时间常数小。理想的电压源的输出电阻为零。从本发明的“直接施加电压的技术思想”的意思可知，电压源的输出端的电阻中当然包含电压源的内部电阻(输出电阻)。
另外，将流过电压源的电流设定为小于流过发光元件的电流的结构。通过该结构，流过电压源的电流小于流过发光元件的电流，因此即便在实现高速驱动的情况下，也可将电压源的消耗功率抑制到很低，由于可实现驱动装置整体的低消耗功率，容易实现IC化。顺便说以下，射极跟随器(follower)(或源极跟随器)驱动的情况下，实现高速驱动时，射极跟随器的晶体管中必须流过比发光元件中流过的电流大的电流，因此驱动装置的消耗功率增大，难以实现驱动装置的IC化。
技术方案2所述的发光元件驱动装置是在根据技术方案1所述的发光元件驱动装置中，电压源具有带有对输出进行负反馈的负反馈环路，放大规定输入电压的缓冲放大器的结构。该结构的发光元件驱动装置中，缓冲放大器具有负反馈环路，可将流过电压源的电流设定为小于流过发光元件的电流。并且，由于可将输出阻抗设定小到忽视的程度，因此无论有无负载电流，可将开关装置的输出电位控制到恒定，从而防止驱动电压随着开关装置的接通/断开变动。
技术方案3所述的发光元件驱动装置是在根据技术方案2所述的发光元件驱动装置中，电压源在缓冲放大器的输出上具有比从开关装置看到的发光元件的寄生电容的电容值大的电容值的电容装置的结构。该结构的发光元件驱动装置中，电容装置补偿负反馈引起的输出阻抗的降低效果与频率一起减少。由于该电容值比从开关装置看到的发光元件的寄生电容的电容值大，可抑制输出电压随负载有无的变动。
技术方案4所述的发光元件驱动装置是在根据技术方案1所述的发光元件驱动装置中，开关装置根据输入数据切换电压源的输出电压和偏置发光元件的偏置电压的结构。该结构的发光元件驱动装置中，由开关装置适当切换电压源的输出电压和偏置电压，在发光元件熄灭时预先向发光元件施加偏置电压，使得发光元件驱动时从电压源提供给发光元件的电压的振幅抑制到很小。
技术方案5所述的发光元件驱动装置是在根据技术方案2所述的发光元件驱动装置中，在缓冲放大器的输入侧具有保持光量控制时的控制电压的输入侧保持装置的结构。该结构的发光元件驱动装置中，如激光静电印刷中的激光驱动那样，由图像数据控制发光元件的点亮和熄灭，虽然不能控制其间的光量，但是如果输入侧保持装置中保持着对应光量控制电压的电压，不用根据该电压控制负反馈，就可在图像数据区域(调制区域)将发光元件用所希望的光量调制。通过事先将光量控制时的控制电压保持在输入侧保持装置中，可迅速转移到自动光量控制模式。
技术方案6所述的发光元件驱动装置是以作为发光元件的激光器元件为驱动对象的驱动装置，其结构为具有：将激光器元件设置到正偏置状态并且产生比激光器振动阈值电压低的第一电压的第一电压源；将激光器元件设置到正偏置状态并且产生比激光器振动阈值电压高的第二电压的第二电压源；切换第一电压和第二电压并将其直接施加在激光器元件的驱动端上的开关装置，从第二电压源的输出端到激光器元件的驱动端的电阻值设定成比激光器元件的内部电阻值小并且将流过第二电压源的电流设定为小于流过激光元件的电流。该结构的发光元件驱动装置中，通过在激光器元件熄灭时预先向激光器元件施加第一电压，将激光器驱动时(调制时)施加到激光器元件的第二电压的振幅抑制到很小。此时，第二电压的上升沿时间常数由从第二电压源的输出端到激光器元件的驱动端的电阻值及与激光元件的内部电阻的并联合成电阻和开关装置在布线中引起的寄生电容的积决定。因此，第二电压源的输出端到激光器元件的驱动端的电阻值比激光器元件的内部电阻值小，使得激光器元件的驱动电压的上升沿时间常数小。
另外，通过将流过第二电压源的电流也设定得小于流过激光器元件的电流，即便在实现高速驱动的情况下，也可将电压源的消耗功率抑制到很低，由于可实现驱动装置整体的地消耗功率，容易实现IC化。顺便提一下，考虑射极跟随器(或源极跟随器)驱动的情况下，实现高速驱动时，射极跟随器的晶体管中必须流过比激光器元件中流过的电流大的电流，因此驱动装置的消耗功率增大，难以实现驱动装置的IC化。
技术方案7的发光元件驱动装置是在根据技术方案6所述的发光元件驱动装置中，激光器元件是面发光型激光器的结构。该结构的发光元件驱动装置中，面发光型激光器结构上比端面发光型激光器有利于增加激光的光束数。因此，例如在激光静电印刷中，将面发光型激光器用作激光光源，大大有利于更高分辨率、更高速化。
技术方案8所述的发光元件驱动装置是在根据技术方案7所述的发光元件驱动装置中，面发光型激光器具有发出多个激光的多个发光部，第一电压一起被施加到多个发光部中的2个以上的发光部的结构。在该结构的发光元件驱动装置中，采用对2个以上的发光部一起施加第一电压的结构，不需要按照设置发光部的个数提供第一电压的电压源。因此，可简化整个电压源的电路结构。
技术方案9所述的发光元件驱动装置是在根据技术方案6所述的发光元件驱动装置中，第一电压源和第二电压源中至少后者包括放大输入电压的缓冲放大器、通过反馈该缓冲放大器的输出信号降低输出的阻抗的负反馈电路、具有比从开关装置看到的激光器元件的寄生电容的电容值大的电容值并连接到该缓冲放大器的输出的电容装置(电容器)，从该缓冲放大器的输出到激光器元件的电阻值也小于激光器发光时的激光器元件的微分电阻值的结构。在该结构的发光元件驱动装置中，在激光器元件点亮时电压的上升沿时间常数由从电压源输出端到面发光激光器的驱动端的电阻值和开关装置在布线中引起的寄生电容的积决定。因此，电压源的输出端到激光器元件的驱动端的电阻值比激光器元件的内部电阻值小，使得激光器元件的驱动电压的上升沿时间常数小。
技术方案10的发光元件驱动装置是在根据技术方案9所述的发光元件驱动装置中，在缓冲放大器的输入侧具有保持光量控制时的控制电压的输入侧保持装置的结构。该结构的发光元件驱动装置中，如激光静电印刷中的激光驱动那样，根据图像数据控制发光元件的点亮和熄灭，虽然不能控制其间的光量，但是如果输入侧保持装置中保持着对应光量控制电压的电压，不用根据该电压进行负反馈控制，就可在图像数据区域(调制区域)将发光元件用所希望的光量调制。通过事先将光量控制时的控制电压保持在输入侧保持装置中，可迅速转移到自动光量控制模式。
技术方案11所述的发光元件驱动装置是在根据技术方案10所述的发光元件驱动装置中，还包括向激光器元件的驱动端供给补偿开关装置的切换引起的负反馈放大电路的输出电流的变动的补偿电流的电流源的结构。在该结构的发光元件驱动装置中，负反馈电路的输出电流随负载变动而改变时，开关装置接通的瞬间激光器元件的端子电压变动。因此，通过与开关装置的切换同步地向激光器元件的驱动端流过补偿电流，可抑制开关装置接通时负反馈电路的输出电流的变动。
技术方案12所述的发光元件驱动装置是在根据技术方案11所述的发光元件驱动装置中，开关装置切换到第二电压源时将该电流源连接到激光器元件的驱动端、在开关装置切换到第一电压源时将该电流源从激光器元件的驱动端分离的第二开关装置的结构。在该结构的发光元件驱动装置中，通过第二开关装置与开关装置的切换同步地向激光器元件的驱动端进行电流源的连接/分离，无论开关装置的状态如何，都可抑制负反馈电路的输出电流的变动。
技术方案13所述的发光元件驱动装置是在根据技术方案11所述的发光元件驱动装置中，所述电流源由MOS晶体管构成；在该电流源和激光器元件的驱动端之间连接有MOS开关，电流源的MOS晶体管和MOS开关由双栅极MOS晶体管构形成的结构。在该结构的发光元件驱动装置中，由双栅极MOS晶体管构形成电流源的MOS晶体管和MOS开关，使得两个晶体管的连接部的源极-漏极的寄生电容的电容值最小。因此，MOS晶体管构成的电流源的响应速度加快。
技术方案14所述的发光元件驱动系统，结构为具有：对应多个发光元件设置的多个发光元件驱动装置所述发光元件驱动装置根据输入数据驱动作为发光元件的激光器元件，所述发光元件驱动装置具有：将所述激光器元件设置到正偏置状态并且产生比激光器振动阈值电压低的第一电压的第一电压源；将所述激光器元件设置到正偏置状态并且产生比激光器振动阈值电压高的第二电压的第二电压源；根据所述输入数据切换所述第一电压和所述第二电压并直接施加在所述激光器元件的驱动端的开关装置，从所述第二电压源的输出端到所述激光器元件的驱动端的电阻值比所述激光器元件的内部电阻值小，并且流过所述第二电压源的电流小于流过所述激光器元件的电流；检测多个发光元件的光量的检测装置；比较与该检测装置的检测结果对应的电压和基准电压，对其误差部分进行放大的误差放大装置，各个发光元件驱动装置根据误差放大装置的输出驱动发光元件。在该结构的发光元件驱动系统中，检测发光元件的光量，将其反馈到每个发光元件驱动装置，使得将多个发光元件的各光量控制到总是恒定。
技术方案15所述的发光元件驱动系统是在根据技术方案14所述的发光元件驱动系统中，误差放大装置具有以检测装置的检测结果和基准电压作为输入的误差放大器和对应发光元件驱动装置的个数设置的将误差放大器的输出负反馈到输入的多个负反馈环路，多个负反馈环路的每一个包括保持与所述发光元件的光量控制时误差放大器的输出电压对应的电压的保持装置和串联连接该保持装置的开关装置，发光元件驱动装置的每一个具有保持多个负反馈环路内的对应的保持装置的保持电压的输入侧保持装置，根据该输入侧保持装置的保持电压进行发光元件的驱动结构。
在该结构的发光元件驱动系统中，在误差放大装置上对应发光元件驱动装置的个数设置负反馈环路，使得确实对每个发光元件进行光量控制。各负反馈环路的保持装置，由于保持有与对应的发光元件驱动装置的上次光量控制时误差放大器的输出电压对应的电压，在下次进行光量控制时，通过选择相应负反馈环路的保持装置，可再现上次误差放大器的输出电压(与负反馈环路的保持装置和基准电压的和对应)。结果，由于可瞬时使与发光元件驱动装置的输入侧保持装置(与技术方案5、10的输入侧保持装置对应)中已经保持的电压一致，所以可用一个误差放大器与在多个发光元件驱动装置中分别设置的情形下一样，高速且正确地进行各发光元件的光量控制。此外，由于用一个误差放大器控制多个发光元件，因此即使误差放大器有较大的偏移，由于对所有的发光元件用相同的偏移进行控制所以在发光元件之间不产生偏差。
技术方案16所述的发光元件驱动系统，具有：
对应多个发光元件设置的多个发光元件驱动装置，所述发光元件驱动装置根据输入数据驱动作为发光元件的激光器元件，所述发光元件驱动装置具有：将所述激光器元件设置到正偏置状态并且产生比激光器振动阈值电压低的第一电压的第一电压源；将所述激光器元件设置到正偏置状态并且产生比激光器振动阈值电压高的第二电压的第二电压源；根据所述输入数据切换所述第一电压和所述第二电压并直接施加在所述激光器元件的驱动端的开关装置，从所述第二电压源的输出端到所述激光器元件的驱动端的电阻值比所述激光器元件的内部电阻值小，并且流过所述第二电压源的电流小于流过所述激光器元件的电流；检测所述多个发光元件的光量的检测装置；比较与所述检测装置的检测结果对应的电压和基准电压，对其误差部分进行放大的误差放大装置，每个所述发光元件驱动装置根据所述误差放大装置的输出驱动所述发光元件。
技术方案17所述的发光元件驱动系统是在根据技术方案16所述的发光元件驱动系统中，误差放大装置具有以检测装置的检测结果和基准电压作为输入的误差放大器和对应发光元件驱动装置的个数设置的将误差放大器的输出负反馈到输入的多个负反馈环路，多个负反馈环路的每一个包括保持与所述发光元件的光量控制时误差放大器的输出电压对应的电压的保持装置和串联连接该保持装置的开关装置，发光元件驱动装置的每一个具有保持多个负反馈环路内的对应的保持装置的保持电压的输入侧保持装置，根据该输入侧保持装置的保持电压进行发光元件的驱动结构。
附图说明
图1是表示本发明的发光元件驱动装置的基本概念的框图；
图2是表示使用已有技术的射极跟随器的电压驱动电路的电路图；
图3是图2的等效电路图；
图4是图2的动作波形图；
图5是表示基于本发明的基本概念的电压驱动电路的电路图；
图6是图5的等效电路图；
图7是图5的动作波形图；
图8是表示使用本发明的第一实施例的面发光激光器驱动装置的驱动系统的结构例的电路图；
图9是表示1ch部分的驱动控制电路的电路结构的电路图；
图10是说明本发明的第一实施例的面发光激光器驱动装置的电路动作的时序图；
图11是表示1ch部分的驱动控制电路的具体电路结构例的电路图；
图12是表示1ch部分的驱动控制电路的具体电路结构例的变形例的电路图；
图13是表示在假定2400dpi、256灰度、36束的情况下的打印速度对电压源输出阻抗的依赖性的图；
图14是表示电压驱动时的各部分的波形的时序波形图；
图15是表示使用本发明的第二实施例的面发光激光器元件驱动装置的驱动系统的结构例的电路图；
图16是表示1ch部分的驱动控制电路的电路结构的电路图；
图17是说明本发明的第二实施例的面发光激光器驱动装置的动作的时序波形图；
图18是电压驱动时的等效电路图；
图19是电流驱动时的等效电路图；
图20是激光器熄灭时的等效电路图；
图21是APC模式时的等效电路图；
图22是表示本发明的第三实施例的面发光激光器驱动装置中驱动控制电路的电路结构的电路图；
图23是说明本发明的第三实施例的驱动控制电路的动作的时序波形图；
图24是APC期间、激光器熄灭期间和调制期间对于面发光激光器的光量(A)、端子电压(B)和温度(C)比较动态驱动和恒定电压驱动的时序波形图；
图25是表示放大调制期间的面发光激光器的光量(A)、端子电压(B)和温度(C)的各波形的时序波形图；
图26是比较端面发光激光器和面发光激光器的V-I特性的图；
图27是表示面发光激光器的等效电路的图；
图28是表示端面发光激光器的等效电路的图；
图29是表示面发光激光器驱动电路的布线的图；
图30是表示端面发光激光器驱动电路的布线的图；
图31是面发光激光器的波形图；
图32是端面发光激光器的波形图；
图33是表示现有例中的电压驱动型激光器驱动电路的电路结构的电路图。
具体实施方式
下面参考附图详细说明本发明的实施例。
[基本概念]
图1是表示本发明的发光元件驱动装置的基本概念的框图。这里，作为成为驱动对象的发光元件，例如以采用并表示出使用具有发出各个激光的多个(n个)发光部LD1～LDn的面发光激光器11的情况为例示出。图1中，面发光激光器11的n个发光部LD1～LDn例如是各阴极接地，各阳极为驱动端，分别连接在开关SW1～SWn的各输出端子c上。
在各开关SW1～SWn的一个输入端子a上分别将发光部LD1～LDn设定到正偏置状态并且从第一电压源12一起提供比激光器振动阈值电压低的偏置电压Vbias。开关各SW1～SWn的另一个输入端子b上分别将发光部LD1-LDn设定到正偏置状态并且从第二电压源13(可变电压源)分别提供比激光器振动阈值电压高的驱动电压(控制电压)。
第二电压源13是具有分别以驱动电压V1～Vn为同相(+)输入的运算放大器OP1～OPn，将其输出电位作为其反相(-)输入反馈的结构。而且，作为基本考虑方法，省略运算放大器OP1～OPn，直接将驱动电压V1～Vn提供给各开关SW1～SWn的另一个输入端子b的结构也可以。
开关SW1～SWn适当切换偏置电压Vbias和驱动电压V1～Vn并施加到面发光激光器11的各发光部LD1～LDn。具体说，开关SW1～SWn对各发光部LD1～LDn施加驱动电压V1～Vn之前，在切换到输入端子a侧的状态下将比激光器振动阈值电压低的偏置电压Vbias预先施加到各发光部LD1～LDn，之后切换到输入端子b侧向各发光部LD1～LDn施加比激光器振动阈值电压高的驱动电压V1～Vn。作为开关SW1～SWn，例如使用CMOS传输门(transfer gate)。
这样，从开关SW1～SWn的各输出端子c直接对面发光激光器11的发光部LD1～LDn的驱动端(阳极)施加开关SW1～SWn选择的驱动电压V1～Vn并驱动各发光部LD1～LDn，从而开关SW1～SWn的各输出端子和发光部LD1～LDn的各驱动端之间不存在成为抑制调制速度的原因的电阻成分，可实现高的调制速度。
由开关SW1～SWn适当切换偏置电压Vbias和驱动电压V1～Vn并施加到面发光激光器11的各发光部LD1～LDn。具体说，激光器熄灭时是正偏置，通过预先施加比激光器振动阈值电压低的电压，使得调制时的施加电压的振幅抑制到很小，从而可迅速移动到调制模式。
而且，对每个发光部LD1～LDn分别控制驱动电压V1～Vn并使激光光量均匀化，同时，只要电压源12，13是理想的，则可将调制速度提高到开关SW1～SWn的切换速度。作为开关SW1～SWn，若使用亚微细粒(submicro)MOS的传输门，则可将切换时间(速度)设定到1nsec以下。其结果，对于面发光激光器11的各发光部LD1～LDn可实现能同时进行各个光量控制和高速调制的面发光激光器驱动装置。
这里，假定电压源12，13是理想的，但这里所谓的理想的电压源是无论频率怎样，输出阻抗都在数十Ω以下的电压源。
但是，本发明的发光元件驱动装置是电压驱动型的，但通过电压直接驱动电路元件本身是已知的技术(例如特开昭57-76884号公报)。这里，假定该公知技术公开的电压驱动，对其附加开关SW，如图2所示，考虑在开关SW的一个输入端子a上施加偏置电压Vbias、在另一个输入端子b上通过射极跟随器晶体管Q施加驱动电压Vdrive，从而驱动面发光激光器(发光部)LD的情况。
这里，使用了双极性晶体管的射极跟随器，但使用FET(场效应晶体管)的源极跟随器、雪崩二极管、齐纳二极管等的恒定电压元件也同样。这样的元件如图3所示等效地用电压源Vp和内部电阻Rp表示。为使在切换开关SWd的瞬间电压不变动，通常加入去耦合电容器来改善驱动脉冲的上升沿特性。
图3所示的等效电路中，射极跟随器的晶体管O中流过与面发光激光器LD同等程度的电流时，将开关SWd切换为Vb侧(偏置电压)Vp侧(驱动电压侧)Vb侧后，如图4的波形图所示，切换到Vb侧的瞬间的B点电位按时间常数Rp×C减少，最终成为因到面发光激光器LD的电流造成的开关SWd的内部电阻Rsw1和内部电阻Rp的压降部分的值。Rsw2是开关SWd连接到Vb侧时开关SWd的内部电阻。
这样，接通面发光激光器LD后，激光器驱动电压(B点的电位)变动，在开关SWd连接到Vb侧并且电压源Vp成为无负载状态时，电压源Vp的内部电阻Rp不产生压降，这是因为去耦合电容器C由电压源Vp的开放端子电压充电。即，有电压源Vp的内部电阻Rp时，点亮面发光激光器LD后的瞬间产生超射(即，激光器的驱动电流超过阈值之后产生的激光辐射)。
射极跟随器(或源极跟随器)的情况下，为实现高速驱动，射极跟随器的晶体管Q上必须流过比在面发光激光器LD中流动的电流更大的电流，因此驱动装置的消耗功率增大了。尤其是，考虑具有多个发光部的面发光激光器的驱动的情况下，准备了发光部的个数个的射极跟随器的晶体管Q上都流过大电流，整个驱动装置的消耗功率变得非常大，因此驱动装置难以IC化。
针对此，基于图5中表示的1个信道部分的电路结构的基本概念的技术，在图6所示的等效电路中，通过作为电压源Vp反馈A点的电位，使用将A点的阻抗减小到可忽视的程度的运算放大器OP。负反馈产生的输出阻抗的降低效果随频率一起减少，因此连接补偿用的去耦合电容器C。
这样，连接在整个频带中可忽视输出阻抗(＝内部电阻)的电压源时，无论有无负载电流，B点的电位都控制为恒定，因此如图7所示，可防止随着开关SWd的接通/断开的驱动电压的变动。
通过反馈在稳定电压的电压源输出端子上连接去耦合电容器C，由于有无负载输出电位都不变动，因此防止了激光器点亮时的超射。去耦合电容器C中，将其电容设置为比从开关SWd看去的面发光激光器LD的驱动端的寄生电容的电容值大，可具有抑制电压变动的效果。
激光器点亮时的驱动脉冲(电压脉冲)的上升沿时间常数τ由从电压源输出端子到面发光激光器LD的驱动端的电阻，即图6所示的等效电路中的开关SWd的内部电阻Rsw1和面发光激光器LD的内部电阻R1d的合成并联电阻的电阻值与开关IC在布线上引起的寄生电容Cs的电容值的积决定。Rsw2是开关SWd连接到Vb侧时开关SWd的内部电阻。因此，至少将从电压源输出端子到面发光激光器LD的驱动端的电阻设定为小于面发光激光器LD的微分电阻值(数百Ω)，可减小(缩短)激光器点亮时的驱动脉冲的上升沿时间常数τ。
这里，寄生电容Cs的电容值是在IC的输入输出电容上加上印刷基板布线的寄生电容的电容值，为数十pF因此，为将上升沿设定到1nsec左右，需要使其为100Ω以下，但将最近的CMOS晶体管用于开关中，则容易实现数百Ω的接通电阻，从而不妨碍调制速度。
基于基本概念的技术中，采用将流过构成第二电压源13的运算放大器OP的电流设定为比流过面发光激光器LD的电流小的结构，因此即便是实现具有多个发光部的面发光激光器的高速驱动的情况下，可抑制各个运算放大器OP的消耗功率，由于实现了整个驱动装置的低消耗功率，容易进行IC化。
这里，流过运算放大器OP的电流是流过构成运算放大器OP的最终级的晶体管的平均电流。第二电压源13中，采用运算放大器OP中实施负反馈的电路结构，将流过构成运算放大器OP的最终级的晶体管的平均电流设定为比流过面发光激光器LD的电流小。
第一实施例
图8是表示使用本发明的第一实施例的发光元件驱动装置，例如面发光激光器驱动装置的驱动系统的结构例的电路图。本实施例中，将具有例如36个发光部LD1～LD36的面发光激光器21用作驱动对象的发光元件。
图8中，本实施例的面发光激光器驱动系统具有产生偏置电压Vbias的第一电压源22、产生驱动电压(控制电压)的第二电压源(可变电压源)23和检测面发光激光器21的光量的光量检测电路24，第一电压源22和第二电压源23分别对应图1的第一电压源12和第二电压源13。
第一电压源22产生的偏置电压Vbias决定发光部(激光器)LD熄灭时施加到该发光部LD的电压，为提高调制速度，设定为在发光部LD不发光的条件下尽量高的电压。通常以多个发光部中最低的激光器振动阈值电压为基准，设定到比其稍低的电压。
第二电压源23具有放大器231、可变电阻VR、缓冲器232、开关SW1、与面发光激光器21的发光部LD1～LD36分别对应设置的36个信道(ch)部分的驱动控制电路233-1～233-36、开关SWfb1～SWfb36以及电容器Cfb1～Cfb36。
放大器231根据作为目标的激光器功率设定的基准电压Vref为同相输入(+)，以从光量检测电路24经开关SW1提供的检测信号作为反相输入(-)。开关SWfb1～SWfb36以及电容器Cfb1～Cfb36与面发光激光器21的发光部LD1～LD36分别对应设置，开关SWfb1和电容器Cfb1、开关SWfb2和电容器Cfb2、....这样的情况分别串联连接在放大器231的反相输入端子和输出端子之间。
可变电阻VR连接在放大器231的输出端子和提供偏置电压Vbias的偏置线L之间。偏置线L和地之间连接电容器C1。并且，放大器231的输出电压通过可变电阻VR和缓冲器232作为控制电压Vcont提供给驱动控制电路233-1～233-36。驱动控制电路233-1～233-36上经由偏置线L一起提供偏置电压Vbias。
本例中，对所有36ch部分的驱动控制电路233-1～233-36一起提供偏置电压Vbias，但面发光激光器21的36个发光部LD1～LD36之间在激光器振动阈值电压中产生大偏差时，准备电压值不同的多个偏置电压Vbias，将每个发光部LD1～LD36或激光器振动阈值电压相近的发光部分组，对每一组最优地提供接近的电压值的偏置电压Vbias。这样，与设置36ch部分的偏置电压Vbias时相比，不使电路结构复杂，可对应激光器振动阈值电压的偏差。
36ch部分的驱动控制电路233-1～233-36全部是相同的电路结构。因此，使用放大表示1ch部分的驱动控制电路233的电路结构的图9来说明其具体电路结构。驱动控制电路233-1～233-36包括图1的开关SW1～SWn(n＝36)。
从图9可知，驱动控制电路233具有放大器235、电阻R1、3个电容器Csh，Cp，Cld、8个开关SWsh，SWp，SWn，SWshp，SWs，SWd，SWc，Swe和3个电流源I1，I2，I3。
在电阻R1的一端提供从第二电压源23提供的控制电压Vcont。开关SWsh的输入端连接电阻R1的另一端，其输出端连接放大器235的反相输入(-)端子。电容器Csh连接在放大器235的反相输入端子和地之间。放大器235的同相(+)输入端子连接节点N1。这里，放大器235的反相输入端子侧连接开关SWsh，但为避免开关SWsh产生的开关噪声、开关SWsh和电阻R1引起的泄漏，可变更开关和电阻的连接顺序和形式。
电流源I1和开关SWp串联连接在电源Vcc和节点N1之间。电流源I1通过放大器235的输出电压控制其电流Ip。开关SWn和电流源I2串联连接在节点N1和地之间。开关SWp和开关SWn是常闭(normal close)开关。
电流源I3和开关SWs串联连接在电源Vcc和连接面发光激光器21的发光部LD的阳极的节点N2之间。开关SWshp的一输入端子连接于放大器235的输出，另一端子连接于电流源3。电容器Cp连接在电源Vcc和开关SWshp的另一端子之间。电流源I1～I3由例如电流镜电路构成。
开关SWc和电容器(去耦合电容器)Cld串联连接在节点N2和地之间。开关SWd的一输入端子b连接在节点N1、其输出端子c连接于节点N2，从第一电压源21向另一输入端子a提供偏置电压Vbias。开关Swe连接在节点N1、电容器Cld以及开关SWc的连接点之间。
而且图8中，光量检测电路24作为检测面发光激光器21的发光部LD1～LD36发出的激光的光检测器，例如使用光电二极管PD。该光电二极管PD将其阴极连接于电源Vcc。光电二极管PD的阳极连接电阻R的一端。电阻R的另一端接地。光电二极管PD的阳极和电阻R的一端的连接点连接放大器241的同相输入端子。在该反相输入端子经开关SW2施加上述的基准电压Vref。放大器241是连接其反相输入端子和输出端子的结构。
该结构的光量检测电路24通过光电二极管PD检测面发光激光器21的发光部LD1～LD36发出的激光，输出与该光量对应的检测信号。该光量检测电路24的检测信号，即放大器241的输出信号经开关SW1提供给上述的第二电压源23的放大器231的反相输入端子。即，构成反馈系统，使通过经第二电压源23将光量检测电路24的检测信号反馈到驱动控制电路233-1～233-36，进行将面发光激光器21的发光部LD1～LD36的各激光功率控制到基准电压Vref规定的功率的自动光量控制(下面记作APC)。
接着，使用图8和图9说明上述结构的本实施例的面发光激光器驱动电路的电路动作。图10表示其时序图。图10的时序图中，将在一次的APC模式下对面发光激光器21的36个发光部LD1～LD36顺序执行APC，反复4次后，转移到调制模式的情况作为例子表示。
图10的时序图中，为使控制接通/断开第二电压源23的开关SWfb和SW1、驱动控制电路233的开关SWsh，SWp，SWn，SWshp，SWs，SWd，SWc，SWe以及光量检测电路24的开关SW2的各开关脉冲是正逻辑，或容易识别，对各开关附加同一符号来表示。
驱动控制电路233中，开关SWd在连接于端子a侧的图示的状态为断开、在连接于端子b侧的状态为接通。开关SWc在面发光激光器21的发光部LD为接通时也同时为接通状态，使得阳极电位快速变为规定电位。发光部LD为断开时，通过接通开关Swe，将接通发光部LD时的阳极电压充电到去耦合电容器Cld。
首先，接通电源(PowerON)后，在时刻T0-开关SWfb1、开关SW1、开关SWsh、开关SWs、开关SWshp和开关SWd为接通状态，开关SWp、开关SWn、开关SWc和开关Swe为断开状态。此时，电流源I3的电流Is经开关SWs流向发光部LD1。这样，发光部LD1点亮。
发光部LD1点亮时，光量检测电路24的光电二极管PD接收其激光，在光电二极管PD中流过与其光量对应的电流。流过该光电二极管PD的电流由电阻R变换为电压，用放大器241放大后作为与发光部LD1的激光功率对应的检测电压输出。
该检测电压被提供给第二基准电压源23，经开关SW1成为放大器231的反相输入。放大器231将该检测电压和基准电压Vref的差放大并输出。放大器231的输出电压作为用可变电阻VR对与偏置电压Vbias的差电压进行分压的电压得到，经缓冲器232提供给ch1的驱动控制电路233-1。
驱动控制电路233-1，即图9所示的驱动控制电路233中，经缓冲器232输入的控制电压Vcont经电阻R1和开关SWsh被提供给放大器235。放大器235根据其输入电压控制电流源11的电流Ip来控制发光部LD1的激光功率。通过该反馈控制，最后光量检测电路24的检测电压与基准电压Vref一致并收敛。以上一连串的控制是APC(自动光量控制)。
此后，开关SWfb1、开关SWshp和开关SWsh为断开时，保持在此时各个控制电压串联连接的电容器Cfb1、电容器Cp和电容器Csh。此时的电容器Cfb1、电容器Cp和电容器Csh中保持的电压分别是ch1的放大器231的输出电压、设定对发光部LD1的驱动电流的控制电压和此时的发光部LD1的端子电压。
以上的动作连续地反复面发光激光器21的发光部LD的个数次(本例中为36次)，使得36信道部分的驱动控制电路233-1～233-36的全部控制电压保持在放大器231的反相输入端子与输出端子之间连接的36个电容器Cfb1～Cfb36中。并且，结束36信道的APC后，使开关SW1断开，同时使开关SWfb1处于接通状态，将ch1的控制电压作为放大器231的输出电压，为下一APC作准备。
到下一APC之前使光量检测电路24的开关SW2接通，放大器241的输出电压为调制期间的基准电压Vref。这样，下一APC开始时，光电二极管PD的检测输出变为恒定状态所需要的时间缩短了。其结果，下面开始APC时，各节点从上次的光量控制时的最终电压进行负反馈控制，因而一次控制下不需要收敛到最终电压。这尤其在使激光在主扫描方向上扫描的光学扫描系统中使用多角棱镜的激光静电印刷术中是重要的，通过间歇进行控制可防止对感光体进行不需要的曝光，抑制感光体的恶化。
第二电压源23中，一端连接于放大器231的输出端子的可变电阻VR是为了调整负反馈的增益而设置的，设定其电阻比，即放大器231的输出电压和偏置电压Vbias的差电压的分压比，使得可同时实现负反馈环路的稳定性和精度。
可变电阻VR的另一端连接于偏置电压Vbias的偏置线L上，但这是用于将发光部LD的端子电压控制在激光器振动阈值电压以上的处理。这样，即便减小负反馈环路的增益，也可防止提供给缓冲器232的电压低于激光器振动阈值电压而不能进行控制。这里，在可变电阻VR的另一端提供偏置电压Vbias，但可另外设置电源并从该电源提供规定的电源电压，从而可更精细地进行控制。
图9所示的驱动控制电路233中，电容器(去耦合电容器)Cld使开关SWd为接通、电流流过发光部LD的瞬间使SWc接通，发光部LD的端子电压快速变为原来的驱动电压。但是，由于电容器Cld的电容有限，仅电容器Cld使得端子电压降低，激光光量也降低。为对此作补偿，负反馈的放大器235经开关SWd连接。因此电容器Cld的电容值由放大器235的响应速度决定。
通常，为使CMOS运算放大器响应需要1μsec左右的时间，因此将CMOS运算放大器用作放大器235时，设定成使在1μsec中电容器Cld的端子电压下降的程度在许可变动范围内。具体说，面发光激光器21的驱动电流是1mA，则电压变动为1/C×1mA×1μsec＝1/C×10-9。
假设许可光量变动为2％、面发光激光器21的内部电阻为500Ω、相对光量许可变动的电压变动为10mV时，需要使电容器Cld的电容C为0.1μF。但是，该值在将整个驱动装置收容在1个芯片上时太大。即便这样的电容器例如可通过连接于IC芯片的外部等来实现，放大器235的输出电位，即内部控制电位根据负载变动而变化，因此开关SWd接通的瞬间发光部LD的端子电压变动。并且，至负反馈收敛之间2％的电压源输出不稳定。
作为对策，与开关SWd同步地接通开关SWs，将激光器驱动电流，即电流源I3的电流Is作为补偿电流流入发光部LD的驱动端子(阳极)。这样，来自放大器235的输出电流变动，即电压源的输出电流变动可与开关SWd的状态无关地抑制到很小，从而防止开关SWd接通时由负载变动产生的电压源的过度电压变动。这样，电容器Cld维持发光部LD的端子电压的时间是到电流源I3将电流开始流向发光部LD的驱动端之前的时间。
电流源I3用图11的MOS晶体管M10构成时，其响应性比运算放大器响应性快得多，因此电容器Cld的负载减小。其结果可减小电容器Cld的电容值。激光器驱动电流从电流源I3提供，因此开关SWd和开关SWc的接通电阻产生的电压变动可减小到可忽视的水平。由于对连接于激光器端子的寄生电容充电即可，故这里需要的电容器Cld的电容，为寄生电容的100倍到1000倍。
图10的时序图中，例如以时刻T1为例，示出了相对时刻T1相位稍靠前和稍靠后的2个时刻表示为T1-和T1+，但这些时刻T1-和T1+相对成为标准动作时序的时刻T1的动作的电路动作上，S/H(采样维持)电路等叠加，表示对于不想要的动作的时序。
图11是表示图9所示的驱动控制电路233的具体电路结构的电路图，表示出使用MOS晶体管实现放大器235和开关SWsh，SWp，SWn，SWshp，SWs，SWd，SWc，SWe的情况。这里，图9所示的驱动控制电路233的开关SWsh、电阻R1和电容器Csh省略了。图11中，与图9相同的部分加注相同的符号来表示。
图11中，放大器235由源极相互连接成为差动对的N沟道MOS晶体管M1，M2、其源极公共连接点和地之间连接的N沟道MOS晶体管M3和差动对晶体管M1，M2的各漏极与电源Vcc之间连接的P沟道MOS晶体管M4，M5构成的一般的运算放大器的差动放大器构成。
上述结构的放大器235中，MOS晶体管M1的栅极上经电阻R1和开关SWsh提供控制电压Vcont，MOS晶体管M2的栅极上提供节点N1的电位。MOS晶体管M3通过将其栅极由恒定电压Vg偏置而构成恒定电流电路。MOS晶体管M4，M5是有源负载，各栅极连接在一起并且晶体管M5的栅极和漏极连接在一起来构成电流镜电路。
电源Vcc和节点N1之间串联连接P沟道MOS晶体管M6，M7。MOS晶体管M6构成电流源I1，其栅极上提供放大器235的MOS晶体管M1的漏极输出。MOS晶体管M7构成开关SWp，其栅极上施加反转图10所示的切换脉冲SWpn的切换脉冲SWpnX。
节点N1和地之间串联连接N沟道MOS晶体管M8，M9。MOS晶体管M8构成开关SWn，其栅极上施加图10所示的切换脉冲SWpn。MOS晶体管M9构成电流源I2，其栅极上提供恒定的偏置电压Vg。这些MOS晶体管M6～M9也是运算放大器，与前级的放大器235一起构成2级的运算放大器。
电源Vcc和节点N1之间串联连接P沟道MOS晶体管M10，M11。MOS晶体管M10构成电流源I3。MOS晶体管M11构成开关SWs，其栅极上施加反转图10所示的切换脉冲SWs的切换脉冲SWsX。MOS晶体管M10的栅极和电源Vcc之间连接电容器Cp。
MOS晶体管M6，M10的各栅极之间并联连接PMOS晶体管M12和NMOS晶体管M13。这些MOS晶体管M12和M13构成传输门，MOS晶体管M12的栅极上施加反转图10所示的切换脉冲SWshp的切换脉冲SWshpX，MOS晶体管M13的栅极上施加图10所示的切换脉冲SWshp。
这里，MOS晶体管M6的栅极上施加的控制电压经CMOS传输门(M12，M13)也施加在MOS晶体管M10的栅极，APC时，MOS晶体管M10驱动面发光激光器21的发光部LD。此时，控制电压保持在电容器Cp中。对于MOS晶体管M10，M11，希望由双栅极MOS晶体管构成。由此，可使两个晶体管M10，M11的连接部的源极-漏极的寄生电容最小，故可加速晶体管M10构成的电流源I3的上升沿速度(响应速度)。
节点N1和节点N2之间连接P沟道MOS晶体管M14，Vbias电源与节点N2之间连接P沟道MOS晶体管M15。MOS晶体管M14，M15构成开关SWd，MOS晶体管M14的栅极上施加反转图10所示的切换脉冲SWd的切换脉冲SWdX，MOS晶体管M15的栅极上施加切换脉冲SWd。
节点N1和节点N2之间串联连接P沟道MOS晶体管M16，M17。MOS晶体管M16构成开关SWe，其栅极上施加反转图10所示的切换脉冲SWe的切换脉冲SWeX。MOS晶体管M17构成开关SWc，栅极上施加反转图10所示的切换脉冲SWc的切换脉冲SWcX。
MOS晶体管M16的漏极(MOS晶体管M17的源极)和地之间连接电容器Cld。这里，电流源I3与运算放大器的电压源相比，绝对快，因此用电容器Cld抑制电压变动的作用减小，从而可减小电容器Cld的电容值。Vbias电源与产生偏置电压Vbias的图8所示的第一电压源22相当。
放大器235的MOS晶体管M2的漏极和MOS晶体管M2的栅极(节点N1)之间串联连接电阻R0和电容器Cc。虽然随运算放大器，即放大器235的结构不同而不同，设置电阻R0为的是抑制由电容负载产生的振动。电容器Cc是相位补偿用的电容器。
这里需要的是将节点N1的电位负反馈到运算放大器的输入侧，将节点N1的阻抗减小到可忽视的程度。这中间也包含改善运算放大器的结构或为了电容负载不振动地连接的已知技术。
本实施例的面发光激光器驱动装置中，面发光激光器21的发光部LD的阳极作为驱动端，从阳极流过驱动电流来进行驱动。因此，上述结构的驱动控制电路233中，需要采用对发光部LD的阳极扫出电流的类型(所谓的源极)的结构作为电流源，从而，放大器235的电流源由N沟道MOS晶体管M3构成，有源负载由P沟道MOS晶体管M4，M5构成。
但是，不限于该电路结构，也可以将构成放大器235的MOS晶体管作成反导电型，通过使用电流镜电路来反转电流方向，构成对发光部LD的阳极扫出电流的类型的电流源。其变形例的驱动控制电路的电路结构示于图12中。
前面实施例的驱动控制电路233的放大器235中，差动放大器由N沟道MOS晶体管M1，M2构成，恒定电流电路由N沟道MOS晶体管M3构成，电流镜电路由P沟道MOS晶体管M4，M5构成，与此相反，本变形例的驱动控制电路的放大器235’中，差动放大器由P沟道MOS晶体管M21，M22构成，恒定电流电路由P沟道MOS晶体管M23构成，电流镜电路由N沟道MOS晶体管M24，M25构成。
MOS晶体管M24，M25的各栅极连接N沟道MOS晶体管M26的栅极。该MOS晶体管M26与MOS晶体管M24，M25一起构成电流镜电路。该电流镜电路反转流过放大器235’中的电流的方向并取出。该电流由连接栅极和漏极的二极管连接的P沟道MOS晶体管M27变换为电压，作为控制电压提供给P沟道MOS晶体管M10的栅极。
如上所述，第一实施例的面发光激光器驱动装置中，着眼于以单模式发光的面发光激光器内部电阻大(与端面发光激光器相比大1个数量级以上)，该面发光激光器的驱动端(本例中是阳极)实际直接进行电压驱动，从而在与该驱动端之间不插入成为抑制调制速度的原因的电阻成分，因此使调制速度高速化。
并且，例如在激光静电印刷术领域中，将发出多个激光光束的面发光激光器用作该激光光源，该面发光激光器的驱动中使用本实施例的驱动装置来用比面发光激光器的微分电阻值(数百Ω)小的输出阻抗的电压源来驱动，使得可大大有利于更高分辨率、更高速化。
作为一例，表示设定2400dpi、256灰度、36束情况下的打印速度对电压源输出阻抗的依赖性的图表示在图13中。从该图可知，电压源输出阻抗为数百Ω以下，则打印速度可更高速，在10Ω左右可得到极高的打印速度。
但是，对面发光激光器继续电压施加产生的电压驱动时，如图14的波形图所示，施加电压后随着时间经过，流过面发光激光器的电流增大，面发光激光器的光量依赖于流过的电流，因此其光量随着时间而增大。即，施加电压后，随着激光器元件的温度上升，通过连续向提供相同光量的端子电压正在降低处施加相同的电压来增大驱动电流，其结果激光器元件的光量增大。该光量变动例如在激光静电印刷术领域中成为形成图像的画质降低的一个原因。鉴于这一点，并用电压驱动和电流驱动的是下面说明的第二实施例的发光元件驱动装置。
(第二实施例)
图15是表示使用本发明的第二实施例的发光元件驱动装置，例如使用面发光激光器驱动装置的驱动系统的构成例的电路图。本实施例中，例如也将具有36个发光部LD1～LD36的面发光激光器31用作驱动对象的发光元件。
图15中，本实施例的面发光激光器驱动系统具有与面发光激光器31的发光部LD1～LD36的每一个对应设置的36ch部分的驱动控制电路32-1～32-36、检测面发光激光器31的光量的光量检测电路33、构成将该光量检测电路33的检测结果反馈给驱动控制电路32-1～32-36的反馈系统的误差放大电路34、控制驱动控制电路32-1～32-36的控制电路35。
36ch部分的驱动控制电路32-1～32-36全部具有相同结构，即，驱动控制电路32(32-1～32-36)，如图15原理性地所示，前级具有电压驱动装置，后级具有电流驱动装置。该图中，作为电压驱动装置的典型例，示出具有下述元件的缓冲放大器：从输出端子到反相输入端子的负反馈环路；在同相输入端子的输入侧具有作为保持光量控制时(APC时)的控制电压的输入侧保持装置的电容器；在输出侧具有保持该输出电压的输出侧保持装置的电容器。
作为电流驱动装置，示出对应电压驱动装置的输出提供控制电压的恒定电流源。该恒定电流源根据控制电压控制供给电流。例如，恒定电流由FET构成时，通过控制FET的栅极电压来实现。
图15中，原理性地，由设置在电压驱动装置和电流驱动装置的输出和作为激光器元件LD之间的切换装置，根据输入数据切换电压驱动装置的电压驱动和电流驱动装置的电流驱动。
接着，使用与图9实质相同，但表现形式不同，比图15更实际的图16的电路图，来说明1ch部分的驱动控制电路32的具体电路结构。
从图16可知，驱动控制电路32具有电压驱动面发光激光器31的发光部LD的电压驱动电路41、电流驱动面发光激光器31的发光部LD的电流驱动电路42、切换电压驱动电路41的电压驱动和电流驱动电路42的电流驱动的开关电路(切换装置)43。这里，开关电路43，和控制接通和断开该开关电路43的控制电路35(参看图15)一起构成根据输入数据切换电压驱动装置41的电压驱动和电流驱动装置42的电流驱动的切换装置。
电压驱动电路41具有：选择地取入与光量控制时(APC时)的电压对应的电压，即误差放大电路34(参考图15)的输出电压的开关411、保持该开关411取入的电压的电容器412、以该电容器412的保持电压作为同相(+)输入的运算放大器413、缓冲该运算放大器413的输出电压的缓冲器414、选择地输出电压缓冲器414的输出电压的开关415、保持该开关415的输出电压的电容器416和产生偏置电压Vbias的偏置电压源417。
该电压驱动电路41是经开关电路43将该电压驱动电路41的输出电压，即电容器416保持的电压作为其反相(-)输入负反馈给运算放大器413的结构。电压驱动电路41的输出电压设定为使面发光激光器31的发光部LD为正偏置状态并在激光器振动阈值电压以上的电压值。偏置电压Vbias设定到将面发光激光器31的发光部LD设定到正偏置状态并比激光器振动阈值电压低的电压值。
电流驱动电路42具有：反转运算放大器413的输出电压的反相器421、选择地取入该反相器421的输出电压的开关422、保持该开关422取入的电压的电容器423、和输出与该电容器423中保持的电压对应的电流的恒定电流源424。
开关电路43具有在电压驱动电路41的输出端，即电容器416的输出端与节点N2之间连接的开关431、电流驱动电路423的输出端，即恒定电流源424的输出端与节点N2之间连接的开关432、节点N2和面发光激光器31的发光部LD的驱动端之间连接的开关433、和在发光部LD的驱动端与偏置电压源417的输出端之间连接的开关434。这里，电压驱动电路41的电容器416中保持的电压经开关431负反馈到运算放大器413。
上述结构的驱动控制电路32中，电压驱动电路41的开关411，415、电流驱动电路42的开关422和开关电路43的开关431～434通过图15所示的控制电路35基于作为脉冲数据的输入数据进行接通/断开控制。
该驱动控制电路32基本上与第一实施例的驱动控制电路233(参考图9)相同。即，图16和图9的对比中，图16的电压驱动电路41对应图9的放大器235及其周边电路，图16的电流驱动电路42对应图9的电流源I3及其周边电路，图16的开关电路43对应图9的开关SWc，SWd，SWs。
图16中，恒定电流源424将PMOS晶体管符号化，控制电压与PMOS晶体管的栅极电压对应。因此，控制电压增大则电流减小，控制电压降低则电流增大。这样，相对于电压的电流变化，与使用NMOS晶体管的电流源相反，因此在该图中，用反相器(反转放大器)421反转控制电压。
图9中，不必在放大器235的输出反转电流源11进行控制，因此与在将节点N1的电压反馈到放大器235时在同相输出侧输入相反，图16中，通过插入反相器421，虽然节点N2的电位反馈到误差放大器413的反相输入侧，但图9和图16中与负反馈相关的点，两个电路相同。
图15中，误差放大电路34具有：使光量控制(APC时)时为接通状态的开关341、以对应作为目标的激光器功率设定的基准电压Vref作为同相(+)输入，将经开关341从光量检测电路34提供的检测信号作为反相(-)输入的误差放大器342、将误差放大器342的输出作为其反相输入负反馈给该误差放大器342的负反馈环路343。
负反馈环路343具有对应于驱动控制电路32-1～32-36个数的保持对应面发光激光器31在APC时误差放大器342的输出电压的电压的电容器Cfb1～Cfb36、分别串联连接这些电容器Cfb1～Cfb36的开关SWfb1～SWfb36。
光量检测电路33是检测面发光激光器31的发光部LD1～LD36发出的激光的光检测器，例如使用光电二极管PD。作为该光量检测电路33，可使用与第一实施例的光量检测电路24结构完全相同的电路结构。
接着，基于图17的时序波形图使用与各动作模式对应的图18～图21的动作说明图来说明上述结构的第二实施例的面发光激光器驱动系统的驱动控制电路23的电路动作。图17的时序波形图中，(A)是输入数据(脉冲数据)、(B)是面发光激光器31的端子电压、(C)是面发光激光器31的温度、(D)是面发光激光器31的光量的各波形。
驱动控制电路23的电路动作的控制在控制电路35的控制下基于输入数据进行。图17的时序波形图中，作为输入数据的脉冲数据(A)的上升沿期间中，控制电路35如图18所示，将开关431，432，433设定为接通状态，将开关411，415，422，423设定在断开状态。由此，电容器416中保持的电压经开关431和开关433施加到面发光激光器31的发光部LD上。
其结果，脉冲数据(A)的上升沿期间中，电压驱动电路41进行电压控制。驱动可发射多个激光的面发光激光器时，如已有技术一样，电压驱动比电流驱动有利，响应脉冲数据(A)的上升沿可瞬时发光驱动面发光激光器31。电压驱动电路41进行电压控制期间设定到脉冲数据的最小脉冲宽度以下。由此，针对任何脉冲宽度的脉冲数据，都可响应其上升沿(下降沿)来确实驱动激光器。
脉冲数据(A)的上升沿期间中，切换到电压驱动电路41的电压控制的同时，通过将开关432设为接通状态可同时选择电流驱动电路42的电流驱动。由此，恒定电流源424根据电容器423中保持的电压输出电流，该电流经开关432和开关433提供给面发光激光器31的发光部LD。此时的恒定电流源424的电流作为第一实施例的补偿电流流向面发光激光器31的发光部LD。
这样，脉冲数据(A)的上升沿期间的电压驱动时，将恒定电流源424的电流作为补偿电流流向面发光激光器31的发光部LD，使得运算放大器413的输出电流变动与开关433的状态无关，抑制到很小，因此防止接通时的负载变动产生的过渡性的电压变动。
面发光激光器31的发光驱动开始时，面发光激光器31的发光部LD中流过电流，因此面发光激光器31发热，面发光激光器31的温度(C)随时间上升。
经过脉冲数据(A)的上升沿期间后，控制电路35如图19所示将开432，433设为接通状态，将开关411，415，422，431，434设为断开状态。这样，对应电容器423的保持电压经开关432和开关433将从恒定电流源424输出的电流提供给面发光激光器31的发光部LD。其结果，脉冲数据(A)的上升沿以后，进行电流驱动电路42的电流驱动。
通过该电流驱动，从恒定电流源424输出的恒定电流流向面发光激光器31的发光部LD。这样，面发光激光器31的端子电压(B)慢慢下降。此时，面发光激光器31的温度(C)随时间上升，但面发光激光器31中流过恒定电流，由于通过该电流决定面发光激光器31的光量(D)，因此就防止了脉冲数据(A)的上升沿以后也继续电压驱动的情况下的面发光激光器31的光量(D)的变动。
接着，脉冲数据(A)的下降沿期间，控制电路35如图20所示将开关415、431、434设为接通状态，将开关411、422、432、433设为断开状态。这样，经开关434将从偏置电压源417发出的偏置电压Vbias提供给面发光激光器31的发光部LD(电压驱动)。
从而激光器熄灭时，通过预先施加处于正偏置状态并比激光器振动阈值电压低的偏置电压Vbias，可将调制时的施加电压的振幅抑制到很小，因此可迅速移动到调制模式。另外，即使已经过了脉冲数据(A)的下降沿期间，通过继续施加偏置电压Vbias，如上所述，可将下次上升沿时的施加电压的振幅抑制到很小。
以上是调制期间的电压驱动模式、电流驱动模式和激光器熄灭模式的各电路的动作，但在进入调制期间之前，进行自动控制面发光激光器31的光量的APC模式的电路动作。
该APC模式中，控制电路35如图21所示将开关411，422，432和433设定为接通状态，将开关415，431，434设定为断开状态。此时，根据面发光激光器31的光量从光量检测电路33输出的检测电压被提供给误差放大电路34。此时，在误差放大电路34中，将chl的开关SWfb1设定到接通状态，输入的检测电压经开关341作为其反相的输入提供给误差放大器342。
这样一来，误差放大器342放大光量检测电路33的检测电压和基准电压Vref的差分并输出。该误差放大器342的输出电压提供给驱动控制电路32-1。该输出电压在驱动控制电路32-1，即图16的驱动控制电路32中经开关411保持在电容器412中。这样一来，运算放大器413基于电容器412中的保持电压经反相器421和开关422控制恒定电流源424的电流。
由此，从恒定电流源424经开关432和开关433提供给面发光激光器31的发光部LD1的电流变化，结果控制chl的发光部LD1的激光器功率。通过该反馈控制，最终光量检测电路33的检测电压收敛到与基准电压Vref一致。以上一连串的控制是APC。
此后，误差放大电路34的开关SWfb1、电流驱动电路42的开关422和电压驱动电路41的开关411断开，此时各个控制电压保持在电容器Cfb1、电容器423和电容器412中。此时，电容器Cfb1、电容器423和电容器412中保持的电压分别为ch1中的误差放大器342的输出电压、设定对发光部LD1的驱动电流的控制电压和此时的发光部LD1的端子电压对应的电压。
通过将以上的动作连续反复进行面发光激光器31的发光部LD的个数(本例中为36个)次，36信道部分的驱动控制电路32-1～32-36的全部控制电压保持在误差放大器342的反相输入端子和输出端子之间连接的36个电容器Cfb1～Cfb36中。并且，结束36信道的APC后，在误差放大电路34中，开关341为断开状态同时开关SWfb1为接通状态，将chl的控制电压作为误差放大器342的输出电压为下一APC作准备。
如上所述，第二实施例的面发光激光器驱动装置中，设置电压驱动面发光激光器31的电压驱动电路41和电流驱动面发光激光器31的电流驱动电路42，通过基于输入数据切换电压驱动电路41的电压驱动和电流驱动电路42的电流驱动，可有效组合电压驱动的优点和电流驱动的优点，可实现接近理想的驱动控制。
尤其是，在作为输入数据的脉冲数据的上升沿期间，由电压驱动电路41进行电压驱动，上升沿以后切换到电流驱动电路42的电流驱动，使得响应脉冲数据的上升沿瞬时发光驱动面发光激光器31，并且防止诸如脉冲上升沿以后继续电压驱动的情况下的面发光激光器31的光量变动。
但是，如上所述，面发光激光器31通过流过电流而发热，对应该电流，温度上升。随着该面发光激光器31的温度上升，从图17的时序波形图可知，接着驱动面发光激光器31时，光量(D)中产生因温度变动部分ΔT引起的光量偏差。通常的驱动控制中，该程度的光量偏差是不造成问题的程度，但为实现更优越的驱动控制，最好没有该温度变动部分ΔT的光量偏差。具有补偿该温度变动部分ΔT的光量偏差的功能的是下面说明的第三实施例的发光元件驱动装置。
(第三实施例)
图22是表示本发明的第三实施例的发光元件驱动装置，例如面发光激光器驱动装置的驱动控制电路的构成例的电路图。图中，与图16相同的部分加上相同的符号来表示。与第二实施例的面发光激光器驱动装置的不同仅仅是驱动控制电路32的结构。因此，构建驱动系统时，基本上与图15结构相同。
图22中，电压驱动电路41和电流驱动电路42具有修正各温度变动部分ΔT的光量偏差的修正电路。具体说，电压驱动电路41的修正电路由误差放大器418和采样维持电路419构成。误差放大器418上提供面发光激光器31的发光部LD的端子电压(检测电压)，作为其同相(+)输入。
这里，面发光激光器31的发光部LD中流过恒定电流时，对应发光部LD的温度其端子电压变动。因此，通过检测面发光激光器31的发光部LD的端子电压可监测该发光部LD的温度。
监测发光部LD的温度的方法不限于监测发光部LD的端子电压的方法，例如采用在面发光激光器31的附近设置热敏电阻器等温度检测装置，使用该温度检测装置的检测输出的方法等。但是，在检测发光部LD的端子电压的方法情况下，优点是更迅速更正确地监测发光部LD的温度。
采样维持电路419由采样开关SWsh和电容器Ch构成，发光部LD的端子电压用采样开关SWsh采样，将其采样电压保持在电容器Ch中。该电容器Ch中保持的采样电压为基准电压，作为其反相(-)输入提供给误差放大器418。误差放大器418的输出端连接在电容器412的开放端。
该电压驱动电路41的修正电路中，采样开关SWsh例如在进入上述的APC期间之前接通来对发光部LD的端子电压进行采样。这样，以进入APC期间之前进行采样，由此可对面发光激光器31的温度上升之前的稳定的端子电压进行采样。之后，将该采样电压用于以后的修正处理。
即，误差放大器418将面发光激光器31的发光部LD的端子电压作为同相输入来取入，逐次和维持电容器Ch的维持电压，即基准电压作比较，将该误差放大电压提供给电容器412的开放端。由此，将电容器412的保持电压改变误差放大电压那么多，即该误差放大电压作为修正值重叠在电容器412的保持电压上。接着，该被修正的电压在面发光激光器31发光驱动时施加在发光部LD。
另一方面，电流驱动电路42的修正电路具有一端连接于电源Vcc的偏置电流源425、将面发光激光器31的发光部LD的端子电压作为同相输入并将偏置电压源417的偏置电压Vbias作为反相输入的误差放大器426、由电容器428和开关429构成的，采样维持该误差放大器426的误差放大电压的采样维持电路427，对应该采样维持电路427的电容器428中维持的维持电压控制偏置电流源425的偏置电流Ibias。其结果，从偏置电流源425输出与偏置电压Vbias对应的偏置电流Ibias。
开关电路43有连接于偏置电流源425的另一端和节点N2之间的开关435。该开关435在控制电路35(参考图15)的控制下，在输入数据的断开期间，即激光器熄灭期间，在输入数据的上升沿期间经过后的电流驱动时变为接通状态。此时，开关432在控制电路35的控制下变为断开状态。
由此，在激光器熄灭期间，经过输入数据的下降沿期间后的电流驱动时，替代恒定电流源424的驱动电流，来自偏置电流源425的偏置电流Ibias被提供给面发光激光器31的发光部LD。
接着，使用图23的时序波形图来说明具有修正温度变动部分ΔT的光量偏差的修正电路的上述结构的驱动控制电路32的电路动作。在图23的时序波形图中，(A)是输入数据(脉冲数据)、(B)是面发光激光器31的端子电压、(C)是面发光激光器31的温度、(D)是面发光激光器31的光量的各波形。
面发光激光器31的发光期间中，关于在输入数据的上升沿期间进行电压驱动，其后切换到电流驱动这一点与第二实施例的驱动控制电路的情况相同，但在第3实施例中还进一步在输入数据(A)的下降沿期间电压驱动之后，流过激光器的发光阈值电流以下的电流进行电流驱动。在该激光器熄灭期间，电压驱动电路41的修正电路动作，进行修正温度变动部分ΔT的光量偏差的动作。
具体说，误差放大器418比较面发光激光器31的发光部LD的端子电压和采样维持电容器Ch的维持电压，将其误差放大电压提供给电容器412的开放端。这样，该误差放大电压作为修正值重叠在电容器412的保持电压，其作为修正的电压如图23(A)所示提供给面发光激光器31的发光部LD。其结果，修正温度变动部分ΔT的光量偏差，即便残留温度变动部分ΔT，光量(D)也恒定。
激光元件的熄灭期间足够长时，修正下一个脉冲数据的上升沿电压毫无问题。但是，在激光静电印刷中在浓度高的区域控制浓度时，激光元件熄灭期间变短。这种情况下，在很短的熄灭期间不能转移到恒定电流驱动，因此不能正确地检测激光元件的温度变动，不能正确地修正下一个脉冲数据的上升沿电压。这种熄灭期间非常短的情况下，熄灭时的温度变动可忽视，因此用激光元件在熄灭前的点亮时的温度进行修正。
由于激光器元件用恒定电流驱动，因此激光器点亮时的激光器温度变动与激光器元件熄灭时相同可通过检测激光器元件的端子电压的变动来知道。但是，在熄灭时和点亮时，激光器元件中流过的电流不同，因此激光器元件的端子电位不同。因此，只要交替地在熄灭时输出熄灭时的激光器端子电压的变动，在点亮时输出点亮时的激光器端子电压的变动即可。
具体说，事先检测并保持自动光量控制(APC)时点亮时的激光器端子电压和在此时的激光器温度下熄灭时的激光器端子电压，通过以这些电压为基准调制时从激光器端子电压减去保持的点亮时的电压，熄灭时从激光器端子电压减去保持的熄灭时的电压，可检测点亮时、熄灭时的激光器元件的温度变动。或，通过点亮时将激光器端子电压和保持的点亮时的电压的差电压，熄灭时将激光器端子电压和保持的熄灭时的电压的差电压交替地输出，同样可检测点亮时、熄灭时的激光元件的温度变动。
图22中，原理性地示出在输入侧带有一个保持基准电压的采样维持电路的系统的一个误差放大器418系统，但可以认为，为了实现前者，例如与图22相同，误差放大器418的结构是以一个系统，带有打开该输入侧保持基准电压的采样维持电路时和关闭该采样维持电路时的2个系统，为了实现前者，其结构为：以与误差放大器418相同的方式带有采样维持电路，并且带有可选择输出打开误差放大器时和关闭该误差放大器时的2个系统，对该输出进行布线OR并连接到412的开放端，并将与该电容器412的连接点经由电阻接地。
这里，作为减去时的基准电压，将自动光量控制(APC)时的电压保持而使用，但是在修正为零的条件下，用APC取得基准还是其之外取得基准都没问题。
以上是调制期间的第三实施例的驱动控制电路的动作，与第2实施例的驱动控制电路的不同点如下。即，在激光器熄灭期间，与第二实施例的驱动控制电路中在熄灭期间继续施加偏置电压Vbias相对，第三实施例的驱动控制电路中，虽然施加一次偏置电压Vbias，但设为用图22的偏置电流源425流过偏置电流的电流模式，使可从激光器元件的端子电压的变化预测温度。
第二实施例的驱动控制电路中的APC模式继续，使激光器元件处于熄灭状态，在图22中，用将激光器端子电压作为同相输入，将偏置电压Vbias作为反相输入的误差放大器426的输出驱动电流源425，同时将此时的控制电压充电到连接于采样维持电路427的电源Vcc侧的电容器，误差放大器426的输出电压收敛时将开关427设为断开状态。由此，设定偏置电流源425中激光器元件端子电压与偏置电压Vbias基本一致处的偏置电流。
作为偏置电流源425，与恒定电流源424相同，假定为PMOS晶体管，因此与PMOS晶体管的栅极相当的控制端子上施加的电压增大时偏置电流源425的电流减少，电压减小时偏置电流源425的电流增大。由此，调制期间的激光器熄灭时脉冲数据的下降沿期间激光器端子电压变为偏置电压Vbias后，可使该端子电压的变动最小，可快速地转移到电流模式。
其结果，熄灭之后在短时间内激光器元件的温度检测器可转移为可用状态，可修正下次点亮时的电压。这一点，如图14作为调制期间所示，在激光静电印刷中，尤其是在加亮时非常短的周期中用短脉冲点亮驱动激光器元件时使修正有效上很重要。
如上所述，第三实施例的面发光激光器驱动装置中的驱动控制电路32中，电压驱动电路41和电流驱动电路42分别具有用于修正温度变动部分ΔT的光量偏差的修正电路，由此即使随着面发光激光器31的温度上升温度变动部分ΔT残留，该温度变动部分ΔT引起的光量偏差也可确实修正，因此发光驱动时光量(D)中不产生温度变动部分ΔT的偏差。下面将伴随该温度变动的修正的驱动叫作动态驱动。
图24中表示出比较用实线表示APC期间在激光器熄灭期间和调制期间面发光激光器31的光量(A)、端子电压(B)和温度(C)的动态驱动时和点划线表示恒定电压驱动时的波形。图25中表示出放大表示调制期间的面发光激光器31的光量(A)、端子电压(B)和温度(C)的各波形。从这些波形图可知，通过进行实线表示的动态驱动，温度变动部分ΔT引起的光量偏差确实可修正，因此与点划线表示的恒定电压驱动的情况相比，光量为恒定。
在第三实施例中，对从激光器端子电压检测激光器温度作为修正激光器元件的温度依赖性的对象，修正脉冲数据的上升沿电压的方法进行了说明，但修正的对象将激光器特性中具有温度依赖性的所有特性作为对象，具体说，可适用于修正阈值电流和发光效率(ΔP：光量/ΔI：驱动电流)的温度特性。
上述各实施例中，作为驱动对象的发光元件，以使用面发光激光器的情况为例进行了说明，但不限于使用在面发光激光器的情况，在EL元件等内部电阻高的所有发光元件的高速驱动中同样可适用。
【发明效果】
如上所述，根据技术方案1所述的发明，对流过直流电流而发光的发光元件的驱动端实质直接施加与输入数据对应的电压来驱动发光元件，在驱动装置与发光元件的驱动端之间没有插入成为抑制调制速度的原因的电阻成分，因此，可实现高的调制速度。尤其，通过具有电压源和在该电压源与发光元件之间插入、基于输入数据控制的开关装置，从电压源的输出端到发光元件的驱动端的电阻值设定为比发光元件的内部电阻值小，使发光元件的驱动电压的上升沿时间常数小，可迅速驱动发光元件。并且通过将流过电压源的电流设定为也小于流过发光元件的电流，即便在实现高速驱动的情况下，可将电压源的消耗功率抑制到很低，由于实现驱动装置整体的低消耗功率，容易实现IC化。
根据技术方案2所述的发明，通过具有负反馈环路的缓冲放大器构成电压源，由于可将输出阻抗设定到可忽视的程度，为了降低输出阻抗，将去耦合电容器设置在IC内，不需要增加偏置电流等的对策，因此不会制约IC化，并且不增加消耗功率，可电压控制发光元件。因此无论有无负载电流，可将开关装置的输出电位控制到恒定，从而防止随着该开关装置的接通/断开变动驱动电压。
根据技术方案3所述的发明，在缓冲放大器的输出上具有比从开关装置看到的发光元件的寄生电容的电容值大的电容值的电容装置，从而该电容装置补偿负反馈引起的输出阻抗的降低效果随着频率的减少。该电容值比从开关装置看到的发光元件的寄生电容的电容值大，由此可抑制根据负载的有无输出电压的变动，因此防止发光元件点亮时的超射(overshot)。
根据技术方案4所述的发明，根据输入数据切换电压源的输出电压和偏置发光元件的偏置电压，在发光元件熄灭时预先向发光元件施加偏置电压，使得发光元件驱动时从电压源提供给发光元件的电压的振幅抑制到很小，从而可迅速移动到发光元件的驱动模式。
根据技术方案5所述的发明，通过事先在输入侧保持装置中保持光量控制时的控制电压，不需要以该电压为基准进行负反馈控制，由于可在图像数据区域(调制区域)中用所希望的光量调制发光元件，因此可迅速地转移到自动光量控制模式。
根据技术方案6所述的发明，通过适当切换将激光器元件设置到正偏置状态并且比激光器振动阈值电压低的第一电压和将激光器元件设置到正偏置状态并且比激光器振动阈值电压高的第二电压来直接施加到激光器元件的驱动端，同时，通过在激光器熄灭时预先向激光器元件施加第一电压，将驱动时施加到激光器元件的第二电压的振幅抑制到很小，从而可迅速移动到发光元件的驱动模式。而且，通过将流过第二电压源的电流也设定得小于流过激光器元件的电流，即便在实现高速驱动的情况下，也可将电压源的消耗功率抑制到很低，由于实现驱动装置整体的低消耗功率，容易实现IC化。
根据技术方案7所述的发明，在构造上，例如在激光静电印刷领域中，将比端面发光激光器有利于激光的光束数增加的面发光型激光器用作其激光光源，大大有利于更高分辨率、更高速化。
根据技术方案8所述的发明，在具有发出多个激光的多个发光部的面发光型激光器中，通过对2个以上的发光部一起施加第一电压，不需要设置发光部的个数个的提供第一电压的电压源，简化了整个电压源的电路结构。
根据技术方案9所述的发明，在包括负反馈电路、连接于其输出并具有比从开关装置看到的激光器元件的寄生电容大的电容的电容器的第一、第二电压源中，从输出到激光器元件的电阻值也小于激光器发光时的激光器元件的微分电阻值，由此激光器元件的驱动电压的上升沿时间常数小，可迅速驱动激光器元件。
根据技术方案10所述的发明，通过事先在输入侧保持装置中保持光量控制时的控制电压，不需要以该电压为基准进行负反馈控制，由于可在图像数据区域(调制区域)中用所希望的光量调制发光元件，因此可迅速地转移到自动光量控制模式。
根据技术方案11所述的发明，还包括向激光器元件的驱动端供给补偿开关装置的切换引起的负反馈放大电路的输出电流的变动的补偿电流的电流供给装置，与开关装置的切换同步地向激光器元件的驱动端流过补偿电流，使得抑制开关装置接通时负反馈放大电路的输出电流的变动，防止开关装置接通时负载变动引起的电压源的过分的电压变动。
根据技术方案12所述的发明，在包括将补偿电流提供给激光器元件的驱动端的电流供给装置中，与开关装置的切换同步地向激光器元件的驱动端进行电流源的连接/分离，无论开关装置的状态如何，都可抑制负反馈环路的输出电流的变动，防止开关装置接通时负载变动引起的电压源的过分的电压变动。
根据技术方案13所述的发明，在包括将补偿电流提供给激光器元件的驱动端的电流供给装置中，由双栅极MOS晶体管形成构成电流源的MOS晶体管和MOS开关，使得两个晶体管的连接部的源极-漏极的寄生电容的电容值最小，MOS晶体管构成的电流源的响应速度加速。
根据技术方案14和16所述的发明，通过检测发光元件的光量，将其反馈到每个发光元件驱动装置，可控制使多个发光元件的各光量总是恒定，从而可实现更正确地驱动控制的发光元件驱动系统。
根据技术方案15和17所述的发明，在误差放大装置上对应发光元件驱动装置的个数设置负反馈环路，使得确实对每个发光元件进行光量控制，可实现更正确地驱动控制的发光元件驱动系统。

Claims (17)

1.一种发光元件驱动装置，根据输入数据驱动流过直流电流而发光的发光元件，其特征在于，具有：
电压源；
在该电压源与所述发光元件之间插入的、基于所述输入数据进行控制的开关装置，
从所述电压源的输出端到所述发光元件的驱动端的电阻值比所述发光元件的内部电阻值小，并且流过所述电压源的电流小于流过所述发光元件的电流。
2.根据权利要求1所述的发光元件驱动装置，其特征在于，所述电压源具有带有对输出进行负反馈的负反馈环路并放大规定输入电压的缓冲放大器。
3.根据权利要求2所述的发光元件驱动装置，其特征在于，所述电压源在所述缓冲放大器的输出上具有比从所述开关装置看到的所述发光元件的寄生电容的电容值大的电容值的电容装置。
4.根据权利要求1所述的发光元件驱动装置，其特征在于，所述开关装置根据所述输入数据切换所述电压源的输出电压和偏置所述发光元件的偏置电压。
5.根据权利要求2所述的发光元件驱动装置，其特征在于，在所述缓冲放大器的输入侧，具有保持光量控制时的控制电压的输入侧保持装置。
6.一种发光元件驱动装置，根据输入数据驱动作为发光元件的激光器元件，其特征在于，具有：
将所述激光器元件设置到正偏置状态并且产生比激光器振动阈值电压低的第一电压的第一电压源；
将所述激光器元件设置到正偏置状态并且产生比激光器振动阈值电压高的第二电压的第二电压源；
根据所述输入数据切换所述第一电压和所述第二电压并直接施加在所述激光器元件的驱动端的开关装置，
从所述第二电压源的输出端到所述激光器元件的驱动端的电阻值比所述激光器元件的内部电阻值小，并且流过所述第二电压源的电流小于流过所述激光器元件的电流。
7.根据权利要求6所述的发光元件驱动装置，其特征在于，所述激光器元件是面发光型激光器元件。
8.根据权利要求7所述的发光元件驱动装置，其特征在于，
所述面发光型激光器具有发出多个激光的多个发光部，
所述第一电压一起被施加到所述多个发光部中的2个以上的发光部。
9.根据权利要求6所述的发光元件驱动装置，其特征在于，所述第一电压源及第二电压源中，至少后者包括：具有放大输入电压的缓冲放大器并通过反馈所述缓冲放大器的输出信号降低所述缓冲放大器的输出的阻抗的负反馈放大电路；具有比从所述开关装置看到的所述激光器元件的寄生电容的电容值大的电容值并连接到所述缓冲放大器的输出侧的电容装置，从所述缓冲放大器的输出到所述激光器元件的电阻值小于激光器发光时的所述激光器元件的微分电阻值。
10.根据权利要求9所述的发光元件驱动装置，在所述缓冲放大器的输入侧，具有保持光量控制时的控制电压的输入侧保持装置。
11.根据权利要求10所述的发光元件驱动装置，其特征在于，还包括向所述激光器元件的驱动端供给补偿所述开关装置的切换引起的所述负反馈放大电路的输出电流的变动的补偿电流的电流源。
12.根据权利要求11所述的发光元件驱动装置，其特征在于，在所述开关装置切换到第二电压源时将所述电流源连接到所述激光器元件的驱动端、在所述开关装置切换到第一电压源时将所述电流源从所述激光器元件的驱动端分离的第二开关装置。
13.根据权利要求11所述的发光元件驱动装置，其特征在于，所述电流源由MOS晶体管构成，在该电流源和所述激光器元件的驱动端之间连接有MOS开关，所述电流源的MOS晶体管和所述MOS开关由双栅极MOS晶体管形成。
14.一种发光元件驱动系统，其特征在于，
具有：
对应多个发光元件设置的多个发光元件驱动装置，所述发光元件驱动装置根据输入数据驱动流过直流电流而发光的发光元件，所述发光元件驱动装置具有：电压源；在该电压源与所述发光元件之间插入的、基于所述输入数据进行控制的开关装置，从所述电压源的输出端到所述发光元件的驱动端的电阻值比所述发光元件的内部电阻值小，并且流过所述电压源的电流小于流过所述发光元件的电流；
检测所述多个发光元件的光量的检测装置；
比较与所述检测装置的检测结果对应的电压和基准电压，对其误差部分进行放大的误差放大装置，
每个所述发光元件驱动装置根据所述误差放大装置的输出驱动所述发光元件。
15.根据权利要求14所述的发光元件驱动系统，其特征在于，
所述误差放大装置具有以所述检测装置的检测结果和所述基准电压作为输入的误差放大器和对应所述发光元件驱动装置的个数设置的将所述误差放大器的输出负反馈到输入的多个负反馈环路，
所述多个负反馈环路的每一个包括保持与所述发光元件的光量控制时所述误差放大器的输出电压对应的电压的保持装置和串联连接该保持装置的开关装置，
所述发光元件驱动装置的每一个具有保持所述多个负反馈环路内的对应的保持装置的保持电压的输入侧保持装置，根据该输入侧保持装置的保持电压驱动所述发光元件。
16.一种发光元件驱动系统，其特征在于，
具有：
对应多个发光元件设置的多个发光元件驱动装置，所述发光元件驱动装置根据输入数据驱动作为发光元件的激光器元件，所述发光元件驱动装置具有：将所述激光器元件设置到正偏置状态并且产生比激光器振动阈值电压低的第一电压的第一电压源；将所述激光器元件设置到正偏置状态并且产生比激光器振动阈值电压高的第二电压的第二电压源；根据所述输入数据切换所述第一电压和所述第二电压并直接施加在所述激光器元件的驱动端的开关装置，从所述第二电压源的输出端到所述激光器元件的驱动端的电阻值比所述激光器元件的内部电阻值小，并且流过所述第二电压源的电流小于流过所述激光器元件的电流；
检测所述多个发光元件的光量的检测装置；
比较与所述检测装置的检测结果对应的电压和基准电压，对其误差部分进行放大的误差放大装置，
每个所述发光元件驱动装置根据所述误差放大装置的输出驱动所述发光元件。
17.根据权利要求16所述的发光元件驱动系统，其特征在于，
所述误差放大装置具有以所述检测装置的检测结果和所述基准电压作为输入的误差放大器和对应所述发光元件驱动装置的个数设置的将所述误差放大器的输出负反馈到输入的多个负反馈环路，
所述多个负反馈环路的每一个包括保持与所述发光元件的光量控制时所述误差放大器的输出电压对应的电压的保持装置和串联连接该保持装置的开关装置，
所述发光元件驱动装置的每一个具有保持所述多个负反馈环路内的对应的保持装置的保持电压的输入侧保持装置，根据该输入侧保持装置的保持电压驱动所述发光元件。
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