JP2823859B2 - レーザ駆動回路 - Google Patents

レーザ駆動回路

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    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/06Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/068Stabilisation of laser output parameters
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、画像情報に応じてレーザビームを感光体
に照射して画像を形成するレーザビームプリンタに係
り、特に半導体レーザを駆動する装置に関するものであ
る。
〔従来の技術〕
従来、この種のレーザビームプリンタにおいては、入
力される画像情報に応じて変調されたレーザビームを感
光体に露光走査することにより静電潜像を形成し、これ
をトナーと呼ばれる磁性現像剤で顕像化して記録材とな
る転写紙に転写して画像出力が得られるように構成され
ている。
上記レーザビームプリンタの露光手段としては、半導
体レーザが使用され、その発光光量をモニタして光量を
一定に制御している。
第7図は従来のレーザ駆動装置の一例を説明する回路
ブロック図であり、11は光量検知部で、例えばフォトダ
イオード等で構成される光検知素子が収容され、半導体
レーザLDのバックビームを検知し、検知光量に応じたア
ンログ信号を光電変換して出力する。12はアンプで、検
知光量に応じたアンログ信号を増幅し、光量制御を司る
CPU13に出力する。CPU13は例えば日本電気社製のμPD78
11HG等で構成され、A/Dコンバータを内臓している。14
はスイッチング回路で、抵抗器R1〜R6およびトランジス
タTr1,Tr2,Tr4等で構成され、トランジスタTr4のベース
に抵抗器R11を介して入力される画像信号VIDEOまたはト
ランジスタTr5を介して送出される強制点灯信号LONによ
りスイッチングされ、半導体レーザLDを点滅または強制
点灯させる。
15は定電流回路は、オペアンプIC1,トランジスタTr3,
抵抗器R7〜R10,R12等から構成され、例えば4ビットのD
/Aコンバータ17から出力される電圧信号に応じて半導体
レーザLDに印加される駆動電流を制御する。
16は外部コントローラで、画像信号VIDEOのホストと
して機能する。
通常の画像形成時には、強制点灯信号LONはオフ状態
で外部コントローラ16から出力される画像信号VIDEOに
応じてスイッチング回路14のトランジスタTr1がオン/
オフして定電流回路15からの駆動電流によりレーザビー
ムを照射する。
一方、非画像形成ときには、強制点灯信号LONがオン
して、半導体レーザLDを発光させる。このとき、光量検
知部11により光量がモニタされ、アンプ12により増幅さ
れた光量信号がA/D変換されながらCPU13に取り込まれ、
あらかじめ記憶された光量制御値と比較し、その差が
「0」となるような電流制御データをD/Aコンバータ17
に出力する。
これに従って駆動電流が加減され、所定光量に収束す
るように、電流制御が実行されている。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところが、D/Aコンバータ17による電流制御の精度を
上げようとすると、ビット数を増加させなければならな
いが、D/Aコンバータ17のビット数増大に比例して、D/A
コンバータ装置のコストが上昇するため、装置のトータ
ルコストを大幅に増大させてしまう問題点があった。
また、所定ビット数のD/Aコンバータ装置を2系統配
し、半導体レーザLDの駆動電流を制御する駆動装置もあ
るが、各系統が極性の異なる電源を使用するため、電源
ON/OFF時に半導体レーザLDにサージ電流が突入して半導
体レーザLDを破壊してしまう重大な問題点があった。
この発明は、上記の問題点を解決するためになされた
もので、少ないビット数のD/Aコンバータからの各入力
でバイアス電流と発光電流とを独立した定電流回路で精
度よく半導体レーザを駆動でき、安価な回路コストで半
導体レーザの光量を制御でき、また、電源のON/OFF時に
発生する正または負電源の不確定状態発生時の半導体レ
ーザのサージ電流突入をベース接地のトランジスタが防
止するので、半導体レーザ破壊を未然に防止でき、さら
に、少ないビット数で半導体レーザの発光光量を高精
度、かつ安全に制御して、発光光量をあらかじめ設定さ
れた光量目標値となるように制御できる安価な装置を得
ることを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
この発明に係るレーザ駆動装置は、半導体レーザと、
前記半導体レーザを点滅または強制点灯させるスイッチ
ング回路と、前記スイッチング回路に接続される定電流
回路と、前記定電流回路に接続されるD/Aコンバータ
と、前記D/Aコンバータに接続されるCPUとを有し、前記
CPUからの入力により前記D/Aコンバータを駆動し、前記
D/Aコンバータからの出力電位により前記定電流回路を
駆動し、前記半導体レーザに印加される駆動電流を制御
するレーザ駆動装置において、前記CPUに接続され前記C
PUからの入力をD/A変換する前記D/Aコンバータとは別の
D/Aコンバータと、前記別のD/Aコンバータと前記半導体
レーザに接続されるベース接地のトランジスタとの間に
介在して、前記別のD/Aコンバータの出力に基づいて前
記半導体レーザに印加されるバイアス電流を制御する両
極性の電源により動作可能な別の定電流回路とを設けた
ものである。
〔作用〕
この発明においては、スイッチング回路に関係しない
D/Aコンバータに一方が接続され、他方がベース接地さ
れるトランジスタを介して半導体レーザに接続される定
電流回路が半導体レーザ駆動時に一定のバイアス電流を
印加し、電源のオフ状態下に発生するサージ電流の半導
体レーザへの突入をベース接地されたトランジスタによ
り阻止する。
一方、レーザ駆動時には上記とは別の定電流回路が所
定のビットのD/Aコンバータを介して入力される光量制
御信号に応じて半導体レーザに印加する発光電流を高精
度に制御し、発光光量を一定に制御する。
〔実施例〕
第1図はこの発明の一実施例を示すレーザ駆動装置の
構成を説明する回路ブロック図であり、第7図と同一の
ものには同じ符合を付してある。
この図においては、1は例えば日本電気社製のμPD78
11HG等で構成されるCPUで、A/Dコンバータを内蔵してお
り、所定ビット数のD/Aコンバータ2への入力BXおよびD
/Aコンバータ17への入力DXを制御することにより、定電
流回路15の駆動および定電流回路3の駆動を制御して、
半導体レーザLDの発光電流IDとバイアス電流IBを制御す
る。
定電流回路3は、抵抗器RR1〜RR5,トランジスタTr11
から構成され、トランジスタTr11のエミッタ側に負極性
の電源−B(−5V)が抵抗器RR4を介して接続され、コ
レクタ側がトランジスタ4(NPN型)のエミッタ側に接
続されている。なお、トランジスタ4はベース接地さ
れ、コレクタ側が半導体レーザLDに接続されている。ま
た、半導体レーザLDには正極性の電源+B(+5V)に接
続されている。
第2図は、第1図に示した半導体レーザLDの発光光量
特性を示す特性図であり、縦軸は発光光量Pを示し、横
軸は駆動電流Iを示す。
この図から分かるように、半導体レーザLDは所定のし
きい値電流Ithを越えないと発光せず、実際にはバイア
ス電流IBおよび発光電流IDよの加算電流により発光す
る。また、発光光量Pは発光電流IDの増加に追従して光
量がリニアに変動する。
電源+B,−Bがオン状態となると、CPU1は強制点灯信
号LONをオンしてトランジスタTr1をオンさせて、半導体
レーザLDに正電位が印加され、定電流回路3のトランジ
スタTr11のエミッタ側には負電位が印加される。そし
て、CPU1からD/Aコンバータ2に入力される入力BXによ
り出力電位VBが変位して、バイアス電流IBがしきい値電
流Ithに近い値となるように制御する。
一方、発光電流IDを制御する定電流回路15は、光量検
知部11から検知された光量信号をモニタしたCPU1からの
入力DXにより駆動するD/Aコンバータ17からの出力電位V
Dにより駆動し、半導体レーザLDの発光光量Pがあらか
じめ設定される光量目標値POとなるように発光電流ID
制御する。
これにより、従来のような一つの定電流回路で駆動電
流Iを制御するのに比して、CPU1からの入力DXのみで半
導体レーザLDの発光光量Pを所定ビット数のD/Aコンバ
ータ17で光量目標値POに制御できる。
また、スイッチングするトランジスタTr1は発光電流I
Dのみによって駆動されるので、電流容量が減少し、小
容量の安価なトランジスタでスイッチング回路14を構成
できる。
一方、定電流回路3と半導体レーザLDとをベース接地
のトランジスタ4を介して接続すると、両極性の電源+
B,−Bにより動作する定電流回路3は、電極−Bの電源
が無くなった場合、例えば電源ON時に電源+Bが先に立
ち上がった場合や、電源OFF特に電源−Bが先に立ち下
がった場合には、トランジスタTr11にサージ電流が突入
し、特に半導体レーザLDの破壊電流値を越えるサージ電
流が流れる場合が起こり得る。
そこで、トランジスタTr11と半導体レーザLDとの間に
ベース接地されるトランジスタ4を直列に介在せしめる
ことにより、電源−B系が不確定の場合には、トランジ
スタTr11とベース電位差がなく、NPN型で構成されるト
ランジスタ4はOFF状態となり、半導体レーザLDへのサ
ージ電流突入が阻止される。
また、電源−B系の負電圧が正常の場合には、トラン
ジスタ4のエミッタ電位はベース電位に比べて十分低い
電圧でON状態となり、定電流回路3で決定されるバイア
ス電流IBが半導体レーザLDに印加されることとなる。
なお、上記実施例においては、NPN型のトランジスタ
4をベース設置して電源−B系不確定状態下で、半導体
レーザLDへのサージ電流突入を阻止する場合について説
明したが、第3図に示すように抵抗器RAを介してトラン
ジスタ4を設置する構成または第4図に示すように、抵
抗器RB,RCにより両極性の電源+B,−Bの電位を分割
し、上述したように電源−B系不確定状態下でエミッタ
電位とベース電位との差がなくなるとともに、電源−B
系確定時下においてはエミッタ電位よりもベース電位が
十分低くなるように抵抗器RB,RCの抵抗値を選択すれ
ば、上記同様の効果が期待できる。
また、トランジスタ4がPNP型で構成される場合に
は、上記想定と相反する状態が発生することが予想され
る。すなわち、電源+B系不確定状態下で半導体レーザ
LDへのサージ電流が印加される。
そこで、第5図に示すようなPNP型のトランジスタ4
を使用する場合には、電源+B系不確定状態下でエミッ
タ電位とベース電位との差をなくしてトランジスタ4を
OFFし、電源+B系確定状態下においては、エミッタ電
位はベース電位より十分高くなった状態でONさせれば良
い。
さらに、第5図の変形例として、抵抗器RDを介してPN
P型のトランジスタ4のベースを設置させても同様に効
果が期待できる。(第6図参照)。
〔発明の効果〕
以上説明したようにこの発明は、半導体レーザと、前
記半導体レーザを点滅または強制点灯させるスイッチン
グ回路と、前記スイッチング回路に接続される定電流回
路と、前記定電流回路に接続されるD/Aコンバータと、
前記D/Aコンバータに接続されるCPUとを有し、前記CPU
からの入力により前記D/Aコンバータを駆動し、前記D/A
コンバータからの出力電位により前記定電流回路を駆動
し、前記半導体レーザに印加される駆動電流を制御する
レーザ駆動装置において、前記CPUに接続され前記CPUか
らの入力をD/A変換する前記D/Aコンバータとは別のD/A
コンバータと、前記別のD/Aコンバータと前記半導体レ
ーザに接続されるベース接地のトランジスタとの間に介
在して、前記別のD/Aコンバータの出力に基づいて前記
半導体レーザに印加されるバイアス電流を制御する両極
性の電源により動作可能な別の定電流回路と、を設けた
ので、少ないビット数のD/Aコンバータからの各入力で
バイアス電流と発光電流とを独立した定電流回路で精度
よく半導体レーザを駆動でき、安価な回路コストで半導
体レーザの光量を制御できる。
また、電源のON/OFF時に発生する正または負電源の不
確定状態発生時の半導体レーザへのサージ電流突入をベ
ース接地のトランジスタが防止するので、半導体レーザ
破壊を未然に防止できる。
さらに、少ないビット数で半導体レーザの発光光量を
高精度、かつ安全に制御して、発光光量をあらかじめ設
定された光量目標地となるように制御できるなどの効果
を奏する。
【図面の簡単な説明】 第1図はこの発明の一実施例を示すレーザ駆動装置の構
成を説明する回路ブロック図、第2図は、第1図に示し
た半導体レーザの発光光量特性を示す特性図、第3図〜
第6図はこの発明の他の実施例を示すレーザ駆動装置の
構成を説明する回路ブロック図、第7図は従来のレーザ
駆動装置の構成を説明する回路ブロック図である。 図中、1はCPU、2はD/Aコンバータ、3,15は定電流回
路、4はトランジスタ、LDは半導体レーザ、+B,−Bは
電源である。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体レーザと、前記半導体レーザを点滅
    または強制点灯させるスイッチング回路と、前記スイッ
    チング回路に接続される定電流回路と、前記定電流回路
    に接続されるD/Aコンバータと、前記D/Aコンバータに接
    続されるCPUとを有し、前記CPUからの入力により前記D/
    Aコンバータを駆動し、前記D/Aコンバータからの出力電
    位により前記定電流回路を駆動し、前記半導体レーザに
    印加される駆動電流を制御するレーザ駆動装置におい
    て、 前記CPUに接続され前記CPUからの入力をD/A変換する前
    記D/Aコンバータとは別のD/Aコンバータと、 前記別のD/Aコンバータと前記半導体レーザに接続され
    るベース接地のトランジスタとの間に介在して、前記別
    のD/Aコンバータの出力に基づいて前記半導体レーザに
    印加されるバイアス電流を制御する両極性の電源により
    動作可能な別の定電流回路と、 を設けたことを特徴とするレーザ駆動装置。
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