DE4026087A1

DE4026087A1 - Verfahren und schaltungsanordnung zur ansteuerung einer laserdiode

Info

Publication number: DE4026087A1
Application number: DE4026087A
Authority: DE
Inventors: Thomas Dr Zelenka
Original assignee: Dr Ing Rudolf Hell GmbH
Current assignee: Heidelberger Druckmaschinen AG
Priority date: 1990-08-17
Filing date: 1990-08-17
Publication date: 1992-02-20
Anticipated expiration: 2010-08-18
Also published as: WO1992003860A1; US5303251A; JP2536988B2; DE4026087C2; JPH05508970A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Gebiete der Technik, in denen Laserdioden eingesetzt werden, beispielsweise auf die Reproduktionstechnik, und betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung einer Laserdiode in einem Aufzeichnungsgerät wie Laser-Drucker oder Laser-Recorder.

In einem solchen Aufzeichnungsgerät wird das von der Laserdiode abgegebene und mit der aufzuzeichnenden Information modulierte Licht durch optische Mittel zu einem Aufzeichnungsstrahl geformt und bei der Aufzeichnung mittels eines Ablenksystems punkt- und zeilenweise über ein Aufzeichnungsmedium abgelenkt.

Zur Ansteuerung der Laserdiode wird in den meisten Fällen eine Konstantstromquelle verwendet. Die Konstantstromquelle erzeugt einen konstanten Treiberstrom, der von einem die aufzuzeichnende Information enthaltenen Bildsignale moduliert und der Laserdiode zugeführt wird.

Zur Aufzeichnung von Strich-Informationen arbeitet die Laserdiode im Schalt-Betrieb, in dem der durch ein zweipegeliges Bildsignal modulierte Treiberstrom die Laserdiode ein- und ausschaltet.

Um bei der Aufzeichnung von Strich-Informationen eine hohe Aufzeichnungsqualität zu erreichen, muß die Laserdiode schnell schalten und der von der Laserdiode abgegebene Lichtpegel in den Einschalt-Intervallen konstant sein, um eine gleichmäßige Belichtung zu erreichen.

Die Forderung nach einem konstanten Lichtpegel in den Einschalt-Intervallen erfüllt die Laserdiode von Natur aus nicht.

Die abgegebene Lichtleistung ist temperaturabhängig und zwar derart, daß die Lichtleistung mit steigender Betriebstemperatur der Laserdiode abnimmt.

Der allmähliche Anstieg der Betriebstemperatur im Substrat der Laserdiode und der dadurch bedingte Abfall der abgegebenen Lichtleistung läßt sich zwar durch Regelung der Gehäusetemperatur kompensieren, die Laserdiode weist aber im Modulations- bzw. Schalt-Betrieb noch einen dynamischen Temperatureffekt auf. Ursache des dynamischen Temperatureffektes ist die Temperaturänderung des Laserüberganges im Chip in Abhängigkeit von der Modulation bzw. von dem die Modulation steuernden Bildsignal. Aufgrund dieser Temperaturabhängigkeit des Laserüberganges verbleibt auch bei geregelter Gehäusetemperatur eine Temperaturdifferenz zwischen Substrat und Laserübergang bestehen und ein innerer Temperaturausgleichprozeß ist die Folge. Dieser innere Temperaturausgleichprozeß führt bei einer im Schalt-Betrieb arbeitenden Laserdiode zu einer Änderung der abgegebenen Lichtleistung in Abhängigkeit vom Bildsignal in der Weise, daß die abgegebene Lichtleistung im jeweiligen Anschalt-Zeitpunkt über den Nennpegel ansteigt und dann den Nennpegel innerhalb der einzelnen Einschalt-Intervalle erst allmählich erreicht. Durch diesen Effekt besteht bei der Aufzeichnung von Strich-Informationen auf dem Aufzeichnungsmedium ein störender Nachzieheffekt, welcher die Aufzeichnungsqualität erheblich beeinflußt.

Es sind bereits verschiedene Maßnahmen zur Korrektur der Lichtleistungs-Abgabe einer Laserdiode bekannt.

Es ist beispielsweise schon vorgeschlagen worden, die von der Laserdiode abgegebene Lichtleistung jeweils innerhalb des für die Aufzeichnung einer Zeile benötigten Zeitintervalls zu messen und die Lichtleistung über den Treiberstrom in Abhängigkeit von dem Meßergebnis zu regeln.

Aus der GB-PS 21 01 841 ist es auch schon bekannt, die abgegebene Lichtleistung mittels einer in der Laserdiode integrierten Fotodiode (Monitordiode) innerhalb oder außerhalb des für die Aufzeichnung einer Zeile benötigten Zeitintervalls zu messen, aus der jeweils gemessenen Lichtleistung Korrekturwerte zu ermitteln, die Korrekturwerte zeilenweise in Sample-and-Hold-Schaltungen zwischenzuspeichern und die Lichtleistung über den Treiberstrom in Abhängigkeit von den gespeicherten Korrekturwerten zu regeln.

Eine Regelung zur Korrektur der Lichtleistungs-Abgabe hat den Nachteil, daß sie aufwendig ist und daß durch die Regelschleifen Stabilitätsprobleme entstehen und die Schaltgeschwindigkeit der Laserdioden verringert wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung einer Laserdiode anzugeben, mit denen eine einfache Korrektur der abgegebenen Lichtleistung und ein verbessertes Schaltverhalten erreicht wird.

Diese Aufgabe wird in bezug auf das Verfahren durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 und den Bezug auf die Schaltungsanordnung durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 2 angegebenen Merkmale gelöst.

Durch diese Maßnahmen läßt sich bei Anwendung der Laserdioden in Aufzeichnungsgeräten insbesondere auch der störende Nachzieheffekt ohne Beeinträchtigung der Schaltgeschwindigkeit und insgesamt eine gute Aufzeichnungsqualität bei hoher Aufzeichnungsgeschwindigkeit erreichen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand Fig. 1 bis 3 näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein prinzipielles Ausführungsbeispiel für eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung einer Laserdiode,

Fig. 2 ein Zeitdiagramm, und

Fig. 3 Ausführungsbeispiele für Spannungsgeneratoren mit positivem und negativem Innenwiderstand.

Fig. 1 zeigt ein prinzipielles Ausführungsbeispiel für eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung einer Laserdiode.

Die Schaltungsanordnung 1 zur Ansteuerung einer Laserdiode 2 besteht im wesentlichen aus einer Spannungsquelle 3 mit einstellbarem Innenwiderstand R_i. Im Schalt- Betrieb wird die Spannungsquelle 3 von einem zweipegeligen Bildsignal B gesteuert, welches die Generatorspannung U₀ der Spannungsquelle 3 in Abhängigkeit von der aufzuzeichnenden Information moduliert. Im Dauer-Betrieb gibt die Spannungsquelle 3 eine konstante Generatorspannung U₀ ab.

Die reale Laserdiode 2 ist im Ersatzschaltbild als Reihenschaltung aus einer idealen Laserdiode 2′ und aus dem Innenwiderstand R_Di der realen Laserdiode 2 dargestellt. Die Generatorspannung U₀ erzeugt einen Treiberstrom I_T für die Laserdiode 2, der von der Generatorspannung U₀, der Durchlaßspannung U_D der Laserdiode 2′ und den Innenwiderständen R_i und R_Di gemäß Gleichung (1) abhängig ist.

Die von der Laserdiode 2 abgegebene Lichtleistung P ist dem Treiberstrom I_T proportional. Eine Änderung des Treiberstromes ΔI_T führt gemäß Gleichung (2) zu einer Änderung der angegebenen Lichtleistung ΔP.

In Gleichung (2) ist "σ" der Wirkungsgrad der Laserdiode 2 der beispielsweise 0,3 bis 1 mW/mA beträgt.

Aufgrund des in der Beschreibungseinleitung erläuterten Temperaturverhaltens der Laserdiode 2 sinken die abgegebene Lichtleistung P und die Durchlaßspannung U_D der Laserdiode 2 mit ansteigender Temperatur T ab.

Eine Temperaturänderung ΔT führt nach Gleichung (3) zu einer Änderung der abgegebenen Lichtleistung ΔP_U.

In Gleichung (3) ist T_KP=dP/dT der auf die Leistung bezogene Temperaturkoeffizient, der beispielsweise -0,4 bis -0,7 mW/°C sein kann.

Eine temperaturabhängige Änderung der Durchlaßspannung U_D der Laserdiode 2 führt durch die erfindungsgemäße Ansteuerung der Laserdiode 1 mit einer Spannungsquelle 3 nach Gleichung (1) zu einem Anstieg des Treiberstromes I_T. Die Änderung der Durchlaßspannung ΔU_D bei einer Temperaturänderung ΔT ergibt sich nach Gleichung (4) eine Änderung des Treiberstromes ΔI_T.

In Gleichung (4) ist T_KU=dU_D/dT der auf die Spannung bezogene Temperaturkoeffizient, der beispielsweise -1,7 bis -1,3 mV/°C ist.

Durch die Art der Ansteuerung der Laserdiode läßt sich nach dem Erfindungsgedanken der Anstieg des Treiberstromes I_T aufgrund der temperaturabhängigen Abnahme der Durchlaßspannung U_D mittels des einstellbaren Innenwiderstandes R_i so einstellen, daß der temperaturabhängige Abfall der Lichtleistung P korrigiert wird, wodurch in vorteilhafter Weise ein konstanter Nennpegel im Dauerbetrieb und in den Einschalt-Intervallen des Schalt-Betriebes erreicht wird.

Eine Kompensation des temperaturabhängigen Lichtleistungs-Abfalls wird erreicht, wenn ΔP_I = -ΔP_U ist. Daraus läßt sich mit Gleichung (4) der zur Kompensation erforderliche Innenwiderstand R_i nach Gleichung (5) wie folgt berechnen.

Der berechnete Innenwiderstand R_i kann in der Praxis positiv oder negativ sein, so daß die Ansteuerung der Laserdiode 2 durch eine Spannungsquelle mit positivem oder mit negativem Innenwiderstand erfolgen muß. Ausführungsbeispiele für eine Spannungsquelle mit positivem oder negativem Innenwiderstand sind in Fig. 3 dargestellt und beschrieben.

Fig. 2 zeigt in Diagrammen a), b) und c) für den Schalt-Betrieb die zeitlichen Verläufe des Bildsignals B (Diagramm a), des Treiberstromes I_T (Diagramm b) und die von der Laserdiode 2 abgegebene Lichtleistung P (Diagramm c) aufgrund des in der Beschreibungsanleitung erläuterten Temperaturausgleichsprozesses am Laserübergang bei herkömmlicher Ansteuerung der Laserdiode. Das Diagramm c) zeigt, daß die abgegebene Lichtleistung P jeweils im Einschalt-Zeitpunkt über den Leistungs-Nennpegel (100%) schwingt und innerhalb des jeweiligen Einschalt-Intervalls erst allmählich den Leistungs-Nennpegel erreicht, wodurch der ebenfalls schon in der Beschreibungsanleitung erwähnte störende Nachzieheffekt auf dem Aufzeichnungsmedium entsteht.

Das durch die erfindungsgemäße Ansteuerung der Laserdiode 2 erreichte Ergebnis ist in den Diagrammen d) und e) dargestellt.

Das Diagramm d) zeigt den Treiberstrom I*_T, der sich bei Spannungsansteuerung der Laserdiode einstellt und das Diagramm e) den zeitlichen Verlauf der korrigierten Lichtleistung P*.

Fig. 3a zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Spannungsquelle mit einstellbarem positivem Innenwiderstand R_i, die aus einem beschalteten Operationsverstärker 4 besteht.

Fig. 3b zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Spannungsquelle mit einstellbarem negativem Innenwiderstand R_i, die sich von dem in Fig. 3a gezeigten Ausführungsbeispiel dadurch unterscheidet, daß dieser eine Schaltung 5 nachgeschaltet ist, die einen negativen Innenwiderstand simuliert.

Claims

1. Verfahren zur Ansteuerung einer Laserdiode, bei dem die Laserdiode (2) von einem die abgegebene Lichtleistung bestimmenden Treiberstrom (I_T) beaufschlagt wird, wobei die abgegebene Lichtleistung mit dem Anstieg der inneren Temperatur der Laserdiode absinkt, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kompensation des temperaturabhängigen Lichtleistungs-Abfalls

- die Laserdiode (2) durch einen Spannungsgenerator (3) mit einstellbarem Innenwiderstand angesteuert wird, und
- der Anstieg des Treiberstromes (I_T) bei ansteigender Temperatur der Laserdiode (2) durch den Innenwiderstand (R_i) so eingestellt wird, daß der durch den Anstieg des Treiberstromes (I_T) bedingte Anstieg der abgegebenen Lichtleistung den temperaturabhängigen Abfall der Lichtleistung kompensiert.

2. Schaltungsanordnung zur Ansteuerung einer Laserdiode, mit einem Generator zur Erzeugung eines die abgegebene Lichtleistung bestimmenden Treiberstromes, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kompensation des Lichtleistungs-Abfalls der Generator als Spannungsgenerator mit einstellbarem Innenwiderstand ausgebildet ist.