JP4229210B2 - Light emitting element driving apparatus and light emitting element driving system - Google Patents

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本発明は、直流電流を流して発光させる発光素子を駆動する発光素子駆動装置および発光素子駆動システムに関し、特に面発光型レーザ素子に代表される内部抵抗(シリーズ抵抗)が大きい発光素子の駆動に用いて好適な発光素子駆動装置および発光素子駆動システムに関する。   The present invention relates to a light emitting element driving apparatus and a light emitting element driving system for driving a light emitting element that emits light by passing a direct current, and particularly to driving a light emitting element having a large internal resistance (series resistance) typified by a surface emitting laser element. The present invention relates to a light emitting element driving device and a light emitting element driving system suitable for use.

レーザ光を光源とするレーザゼログラフィーの分野では、より高解像度化、より高速化の要求が強くなってきている。入力画像データに応じてレーザ素子の駆動をオン・オフ制御する速度(以下、変調速度と記す)には限度がある。レーザ光のビーム数を1本とした場合には、主走査方向の解像度のみならず、副走査方向の解像度をも上げようとすると、変調速度が犠牲にならざるを得ない。したがって、変調速度を上げずに副走査方向の解像度を上げるためには、レーザ光のビーム数を増すしかない。レーザ光のビーム数を例えば4本にした場合は、変調速度を1本の場合と同じと仮定すると、主走査・副走査方向の解像度を2倍に向上できる。   In the field of laser xerography using laser light as a light source, there is an increasing demand for higher resolution and higher speed. There is a limit to the speed (hereinafter referred to as modulation speed) at which on / off control of the driving of the laser element is performed according to input image data. In the case where the number of laser beams is one, if the resolution in the sub-scanning direction is increased as well as the resolution in the main scanning direction, the modulation speed must be sacrificed. Therefore, the only way to increase the resolution in the sub-scanning direction without increasing the modulation speed is to increase the number of laser beams. For example, when the number of laser light beams is four, the resolution in the main scanning and sub-scanning directions can be doubled assuming that the modulation speed is the same as in the case of one.

ところで、半導体レーザは、レーザ光が活性層と平行な方向に取り出される構造の端面発光型レーザ素子(以下、単に端面発光レーザと称す)と、レーザ光が活性層に垂直な方向に取り出される構造の面発光型レーザ素子(以下、単に面発光レーザと称す)とに大別される。従来、レーザゼログラフィーでは、レーザ光源として一般的に端面発光レーザが用いられていた。   By the way, the semiconductor laser has an edge emitting laser element (hereinafter simply referred to as an edge emitting laser) having a structure in which laser light is extracted in a direction parallel to the active layer, and a structure in which the laser light is extracted in a direction perpendicular to the active layer. The surface emitting laser element (hereinafter simply referred to as a surface emitting laser) is roughly classified. Conventionally, in laser xerography, an edge emitting laser is generally used as a laser light source.

しかしながら、レーザ光のビーム数を増やすという観点からすると、端面発光レーザは技術的に難しいとされており、構造上、端面発光レーザよりも面発光レーザの方がレーザ光のビーム数を増やすのに有利である。このような理由から、近年、レーザゼログラフィーの分野において、より高解像度化、より高速化の要求に応えるべく、レーザ光源として、多数のレーザ光ビームを出射可能な面発光レーザを用いた装置の開発が進められている。   However, from the viewpoint of increasing the number of laser light beams, edge-emitting lasers are technically difficult, and structurally, surface-emitting lasers increase the number of laser light beams more than edge-emitting lasers. It is advantageous. For these reasons, in recent years, in the field of laser xerography, in order to meet the demand for higher resolution and higher speed, an apparatus using a surface emitting laser capable of emitting a large number of laser light beams as a laser light source. Development is underway.

ここで、従来、レーザゼログラフィーに用いられているレーザ駆動装置について説明する。このレーザ駆動装置としては、従来より、電圧駆動型、電流出力電圧駆動型および電流駆動型の3タイプに大別される。以下、各タイプのレーザ駆動装置について説明する。   Here, a laser driving device conventionally used for laser xerography will be described. Conventionally, laser driving devices are roughly classified into three types: voltage driving type, current output voltage driving type, and current driving type. Hereinafter, each type of laser driving device will be described.

先ず、電圧駆動型のレーザ駆動装置として、レーザ素子に印加する電圧を直接駆動回路側で制御する構成のものが知られている(例えば、特許文献1参照)。このレーザ駆動装置は、ロジックゲートの電源電圧を直接制御することで光量を調整できるようになっているため、極めて安価に構成することができる。   First, as a voltage drive type laser drive device, one having a configuration in which a voltage applied to a laser element is directly controlled on the drive circuit side is known (for example, see Patent Document 1). Since this laser driving device can adjust the amount of light by directly controlling the power supply voltage of the logic gate, it can be constructed at a very low cost.

次に、電流出力電圧駆動型のレーザ駆動装置として、電流源とレーザ素子とが直列に接続され、このレーザ素子に並列に接続される終端抵抗を用いて駆動電圧をレーザ素子の間近で発生させる構成のものが知られている(例えば、特許文献2参照)。このレーザ駆動装置の場合、出力が電流源より流れる電流であり、任意の電流を生成することは出力インピーダンスの低い電圧を多数生成するのに比較して容易である。   Next, as a current output voltage driving type laser driving device, a current source and a laser element are connected in series, and a driving voltage is generated in the vicinity of the laser element using a termination resistor connected in parallel to the laser element. The thing of a structure is known (for example, refer patent document 2). In the case of this laser drive device, the output is a current flowing from a current source, and it is easier to generate an arbitrary current than to generate many voltages with low output impedance.

最後に、電流駆動型のレーザ駆動装置として、定電流回路で発生した電流を、電流スイッチでON/OFF制御してレーザ素子に供給する構成のものが知られている(例えば、特許文献3参照)。従来、端面発光レーザの駆動には、この電流駆動型のレーザ駆動装置が一般的に使用されてきた。その理由は以下の通りである。   Finally, as a current-driven laser driving device, a configuration is known in which a current generated by a constant current circuit is ON / OFF controlled by a current switch and supplied to a laser element (see, for example, Patent Document 3). ). Conventionally, this current-driven laser driving device has been generally used for driving an edge-emitting laser. The reason is as follows.

図26に示すように、端面発光レーザでは印加電圧に対して駆動電流が指数関数的に増大していくため、電圧で制御しようとすると、バイアスポイントにより微分抵抗(ΔV/ΔI)が変動し、制御のための負帰還ループに非線型要素が入り込むため制御が難しくなる。これに対して電流で駆動すると、レーザ発振の閾値電流以上では、光量と電流とが比例するため負帰還ループが線形要素で構成されることになり、制御が容易となるためである。さらに、多数のレーザ素子を駆動しなければならない場合であっても、電流駆動であれば、比較的容易にレーザ素子ごとに電流源を設けることができるからである。   As shown in FIG. 26, in the edge-emitting laser, the driving current increases exponentially with respect to the applied voltage. Therefore, when controlling by the voltage, the differential resistance (ΔV / ΔI) varies depending on the bias point, Since a non-linear element enters the negative feedback loop for control, control becomes difficult. On the other hand, when driven by current, the negative feedback loop is composed of linear elements because the amount of light is proportional to the current above the laser oscillation threshold current, which facilitates control. Further, even when a large number of laser elements have to be driven, a current source can be provided for each laser element relatively easily with current driving.

特開平11−68198号公報JP-A-11-68198 特開昭59−18964号公報JP 59-18964 特開昭57−13790号公報JP 57-13790 A

ここで、レーザゼログラフィーに用いることができる面発光レーザと、従来の端面発光レーザとの駆動上の電気的な違いについて説明する。その違いは、図26に示したように、従来の端面発光レーザではレーザ素子への印加電圧に対して電流が100mA程度まで指数関数的に増大するのに対して、面発光レーザでは数100μAの小さな電流で電圧−電流特性が直線関係になることにある。   Here, an electrical difference in driving between a surface emitting laser that can be used for laser xerography and a conventional edge emitting laser will be described. The difference is that, as shown in FIG. 26, the current increases exponentially up to about 100 mA with respect to the voltage applied to the laser element in the conventional edge emitting laser, whereas the surface emitting laser has several hundred μA. The voltage-current characteristic has a linear relationship with a small current.

その理由は次の通りである。すなわち、面発光レーザをレーザゼログラフィーに用いる場合、レーザ光が拡散しないようにするためにシングルモードで発光させる必要があり、そのためには発光領域を絞らなければならない。発光領域を絞ることにより、接合面積が小さくなってしまい、図27に示す面発光レーザの等価回路において、内部抵抗の抵抗値が高くなることに起因する。このため、小さい電流を流しただけで、電圧−電流特性が直線領域に入ってしまう。   The reason is as follows. That is, when a surface emitting laser is used for laser xerography, it is necessary to emit light in a single mode in order to prevent the laser light from diffusing. For this purpose, the light emitting region must be narrowed down. By constricting the light emitting region, the junction area is reduced, which is caused by the increase in the resistance value of the internal resistance in the equivalent circuit of the surface emitting laser shown in FIG. For this reason, the voltage-current characteristic enters the linear region only by passing a small current.

一方、端面発光レーザの場合も、電流を増やしていくと、内部抵抗が原因で最終的に電圧−電流特性が直線になる。しかし、直線領域に入る電流値は、面発光レーザと比較すると一桁以上の違いがある。すなわち、端面発光レーザでは、図28に示す等価回路において、内部抵抗の抵抗値が数10Ωであるのに対して、面発光レーザでは、内部抵抗の抵抗値が数100Ωとなり、一桁以上大きな値となっている。   On the other hand, in the case of the edge emitting laser, when the current is increased, the voltage-current characteristic finally becomes a straight line due to the internal resistance. However, the current value entering the linear region differs by an order of magnitude or more compared to the surface emitting laser. That is, in the surface emitting laser, the resistance value of the internal resistance is several tens of ohms in the equivalent circuit shown in FIG. 28, whereas in the surface emitting laser, the resistance value of the internal resistance is several hundreds ohms, which is one digit or more larger. It has become.

面発光レーザではさらに、レーザゼログラフィーにおいて、より高解像度化、より高速化の要求に応えるべく、多数のレーザ光を発光する多数の発光部を具備した場合、多数の発光部を駆動しなければならないため駆動装置が大きくなる傾向にある。このため、図29に示すように、引き回し配線の配線距離が長くなってしまう。また、図29から明らかなように、多数の引き回し配線が並行に並ぶことになるため、寄生容量が大きくなったり、線間容量や共通インピーダンスによるクロストークが生じ易くなる。   Further, in the case of a surface emitting laser, in order to meet the demand for higher resolution and higher speed in laser xerography, if a large number of light emitting units emitting a large number of laser beams are provided, a large number of light emitting units must be driven. Therefore, the drive device tends to be large. For this reason, as shown in FIG. 29, the wiring distance of the routing wiring becomes long. As is clear from FIG. 29, a large number of routing wires are arranged in parallel, so that parasitic capacitance increases and crosstalk due to line-to-line capacitance and common impedance is likely to occur.

変調速度の点から見ると、端面発光レーザの場合、内部抵抗の抵抗値が小さく(図28を参照)、図30に示すように、引き回し配線は短く、寄生容量が小さい。この結果、内部抵抗の抵抗値Rおよび寄生容量の容量値Cで決まる時定数τが小さいため、図32に示すように、駆動電流波形の立ち上がり、立ち下がりは急峻になる。一方、面発光レーザの場合、上述したように、内部抵抗の抵抗値が大きく(図27を参照)、しかも配線長が長く、隣接配線との寄生容量を含めた容量が大きいため、時定数τが大きくなる。したがって、図31に示すように、駆動電流波形の立ち上がり、立ち下がりが非常に緩慢になる。   From the viewpoint of the modulation speed, in the case of the edge emitting laser, the resistance value of the internal resistance is small (see FIG. 28), and as shown in FIG. 30, the routing wiring is short and the parasitic capacitance is small. As a result, since the time constant τ determined by the resistance value R of the internal resistance and the capacitance value C of the parasitic capacitance is small, the rising and falling edges of the drive current waveform become steep as shown in FIG. On the other hand, in the case of the surface emitting laser, as described above, the resistance value of the internal resistance is large (see FIG. 27), the wiring length is long, and the capacitance including the parasitic capacitance with the adjacent wiring is large. Becomes larger. Therefore, as shown in FIG. 31, the rising and falling edges of the drive current waveform are very slow.

先述した従来例に係る電流駆動型レーザ駆動装置では、端面発光レーザの場合は1nsec近くで立ち上がる。これに対して、面発光レーザの場合は時定数が端面発光レーザの時定数に比べて数10倍になり、変調速度は数10MHz程度である。これは、発光するレーザ光のビーム数が多いにも拘わらず、全体的に変調速度が上がらないことを意味する。したがって、この変調速度を大幅に改善しなければ、レーザゼログラフィーにおいてそのレーザ光源として面発光レーザを使うメリットは生じない。   In the current-driven laser driving apparatus according to the above-described conventional example, the edge-emitting laser starts up in about 1 nsec. In contrast, in the case of a surface emitting laser, the time constant is several tens of times that of an edge emitting laser, and the modulation speed is about several tens of MHz. This means that although the number of emitted laser beams is large, the overall modulation speed does not increase. Therefore, unless this modulation rate is significantly improved, there is no merit of using a surface emitting laser as the laser light source in laser xerography.

以上の観点から、多数のレーザ光ビームを出射可能な面発光レーザを駆動するには、電流駆動型駆動装置よりも電圧駆動型駆動装置の方が有利である。すなわち、電流駆動型駆動装置が理想的な電流源を持ち、電圧駆動型駆動装置が理想的な電圧源を持つと仮定すると、駆動対象としての内部抵抗Riを持つ発光素子の駆動端における浮遊容量Cに関してこれらに並列に、それぞれ、無限大、零の抵抗値Roを持つと考えられる。したがって、立ち上がり、立ち下がりの速度を定める時定数CRの抵抗分Rは、RoとRiの並列合成抵抗と見なせ、前者が発光素子の内部抵抗、後者が駆動装置側の抵抗値が支配的となる。また、電流出力電圧駆動型駆動装置の場合、電流出力をレーザ素子と並列に接続した抵抗に流し、その電圧降下でレーザ素子を駆動する方式もあるが、変調速度を上げるには並列抵抗の抵抗値を下げねばならず、その分消費電流が大幅に増大する。   From the above viewpoint, in order to drive a surface emitting laser capable of emitting a large number of laser light beams, a voltage drive type drive device is more advantageous than a current drive type drive device. That is, assuming that the current drive type drive device has an ideal current source and the voltage drive type drive device has an ideal voltage source, the stray capacitance at the drive end of the light emitting element having the internal resistance Ri as the drive target. In parallel with C, it is considered to have infinite and zero resistance values Ro, respectively. Therefore, the resistance R of the time constant CR that determines the rising and falling speed can be regarded as a combined resistance of Ro and Ri, with the former being the internal resistance of the light emitting element and the latter being the resistance value on the driving device side. Become. In addition, in the case of a current output voltage drive type driving device, there is a method in which the current output is passed through a resistor connected in parallel with the laser element and the laser element is driven by the voltage drop, but in order to increase the modulation speed, the resistance of the parallel resistor The value must be lowered, and the current consumption increases greatly.

ここで再度、先述した特許文献1に記載の電圧駆動型レーザ駆動装置について考察する。この従来例に係る電圧駆動型レーザ駆動装置は、図33に示すように、CMOSのロジックゲート101を使い、グランドレベルと電源電圧との2つの電位を切り替えて抵抗102を介してレーザ素子103に印加するとともに、レーザ素子103から出力されるバック光をフォトダイオード104で受光し、その受光量に基づいてフィードバック回路105を介してロジックゲート101の電源電圧を直接制御することにより、レーザ素子103が所望の光量で発光するようにその光量制御を自動的に行う構成となっている。また、フィードバック回路105には、光量制御のための電圧源106が設けられている。   Here again, the voltage-driven laser driving device described in Patent Document 1 will be considered. As shown in FIG. 33, the voltage-driven laser driving apparatus according to this conventional example uses a CMOS logic gate 101 and switches between two potentials of a ground level and a power supply voltage, and connects to a laser element 103 via a resistor 102. The laser element 103 receives the back light output from the laser element 103 by the photodiode 104 and directly controls the power supply voltage of the logic gate 101 via the feedback circuit 105 based on the amount of the received light. The light quantity control is automatically performed so as to emit light with a desired light quantity. Further, the feedback circuit 105 is provided with a voltage source 106 for light quantity control.

しかしながら、上記構成の従来例に係る電圧駆動型レーザ駆動装置では、ロジックゲート101とレーザ素子103との間に抵抗102を設けて実質的には電流駆動することで制御性を確保している。これにより、この従来例に係る電圧駆動型レーザ駆動装置で面発光レーザを駆動するとした場合には、面発光レーザとの間に介在する抵抗102が変調速度を抑える原因となるため、変調速度の高速化の妨げとなってしまう。   However, in the voltage-driven laser driving device according to the conventional example having the above-described configuration, the controllability is ensured by providing the resistor 102 between the logic gate 101 and the laser element 103 and substantially driving the current. As a result, when the surface-emitting laser is driven by the voltage-driven laser driving apparatus according to this conventional example, the resistance 102 interposed between the surface-emitting laser and the surface-emitting laser causes the modulation speed to be suppressed. This will hinder speeding up.

また、駆動の対象としている面発光レーザをレーザゼログラフィーに適用しようとした場合には、多数の発光部の各々について自動光量制御を行わなければならないため、駆動のためのロジックゲート101ごとに電圧源106を個別に設ける必要がある。さらに、通常、ロジックゲートの電源は共通になっていることから、複数のゲートを含む1個のICで個別にレーザ(発光部)を制御することはできない。   In addition, when the surface emitting laser to be driven is applied to laser xerography, automatic light quantity control must be performed for each of a large number of light emitting units. Therefore, a voltage is applied to each logic gate 101 for driving. It is necessary to provide the source 106 separately. Furthermore, since the power supply of the logic gate is usually common, it is not possible to individually control the laser (light emitting unit) with one IC including a plurality of gates.

またこのとき、電圧源106に要求される性能としては、出力インピーダンスが低くなければならない。そのためには、電源出力のデカップリングコンデンサをICチップ内に設けたり、電源回路の出力インピーダンスを下げるためには一般的にバイアス電流を増加するなどの対策を講じる必要がある。しかしながら、デカップリングコンデンサを設けたり、バイアス電流を増加するなどの対策を講じた場合、実装上および消費電力の観点からICチップを設計する上で大きな制約となる。   At this time, as the performance required for the voltage source 106, the output impedance must be low. For this purpose, it is necessary to take measures such as providing a decoupling capacitor for power supply output in the IC chip and generally increasing the bias current in order to lower the output impedance of the power supply circuit. However, when measures such as providing a decoupling capacitor or increasing a bias current are taken, there are significant restrictions in designing an IC chip from the viewpoint of mounting and power consumption.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、消費電力を増すことなく、かつIC化の制約もなく、面発光レーザなどの発光素子を電圧電流駆動にて駆動し、変調速度の高速化を可能とした発光素子駆動装置および発光素子駆動システムを提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and the object of the present invention is to increase the power consumption and to make a light emitting element such as a surface emitting laser by voltage-current driving without increasing the power consumption. It is an object of the present invention to provide a light emitting element driving apparatus and a light emitting element driving system that can be driven to increase the modulation speed.

請求項1記載の発光素子駆動装置は、発光素子を電圧駆動する電圧駆動手段と、発光素子を電流駆動する電流駆動手段と、パルスデータに基づいて電圧駆動手段による電圧駆動と電流駆動手段による電流駆動とを切り換える切換手段とを備える構成となっている。かかる構成の発光素子駆動装置において、電圧駆動手段による電圧駆動と電流駆動手段による電流駆動とを入力データに基づいて切り換えることで、電圧駆動による利点と電流駆動による利点とを効果的に組み合わせることができる。したがって、より理想に近い駆動制御を実現できる。駆動対象の発光素子としては、面発光レーザやEL(electro luminescence)素子などの内部抵抗が比較的大きい発光素子が好ましい。 The light emitting element driving device according to claim 1 is a voltage driving means for voltage driving the light emitting element, a current driving means for current driving the light emitting element, a voltage driving by the voltage driving means based on pulse data , and a current by the current driving means. It has a configuration comprising switching means for switching between driving. In the light emitting element driving device having such a configuration, the voltage driving by the voltage driving unit and the current driving by the current driving unit are switched based on the input data, thereby effectively combining the advantages of the voltage driving and the current driving. it can. Therefore, it is possible to realize drive control closer to ideal. The light emitting element to be driven is preferably a light emitting element having a relatively large internal resistance, such as a surface emitting laser or an EL (electro luminescence) element.

また、電圧駆動手段が発光素子に対してバイアス電圧を印加するバイアス電圧印加手段を含み、切換手段がパルスデータの立ち上げ期間に電圧駆動手段による電圧駆動に切り換え、その後電流駆動手段による電流駆動に切り換え、しかる後パルスデータの立ち下げ期間にバイアス電圧印加手段による電圧駆動に切り換える構成となっている。このように、パルスデータの例えば立ち上がり期間では電圧駆動手段による電圧駆動とし、立ち上がり以降では電流駆動手段による電流駆動に切り換えることで、パルスデータの立ち上がりに応答して瞬時に発光素子を駆動できるとともに、パルスデータの立ち上がり以降も電圧駆動を続ける場合に生じる発光素子の光量変動を防止できる。ここで、少なくとも一方の期間としては、発光素子のオフ(消灯)からオン(点灯)のタイミングに対応したパルスデータの立ち上がり(正論理)または立ち下がり(負論理)の期間に電圧駆動するのが好ましい。これに加えて、発光素子のオン(点灯)からオフ(消灯)のタイミングに対応したパルスデータの立ち下がり(正論理)または立ち上がり(負論理)の期間に電圧駆動しても良い。 In addition, the voltage driving means includes a bias voltage applying means for applying a bias voltage to the light emitting element, and the switching means switches to voltage driving by the voltage driving means during the rising period of the pulse data, and thereafter to current driving by the current driving means. It is configured to switch to voltage driving by the bias voltage applying means during the switching and then the falling period of the pulse data . Thus, for example, the voltage data is driven by the voltage driving means in the rising period of the pulse data, and the current driving means is switched to the current driving by the current driving means after the rising, so that the light emitting element can be driven instantaneously in response to the rising edge of the pulse data, It is possible to prevent the light amount fluctuation of the light emitting element that occurs when voltage driving is continued after the rise of the pulse data. Here, as at least one period, voltage driving is performed during the rising (positive logic) or falling (negative logic) period of the pulse data corresponding to the timing of turning on (turning on) the light emitting element. preferable. In addition to this, voltage drive may be performed during a fall (positive logic) or rise (negative logic) period of pulse data corresponding to the timing of turning on (lighting) to turning off (extinguishing) of the light emitting element.

請求項記載の発光素子駆動装置は、請求項記載の発光素子駆動装置において、切換手段が電圧駆動手段による電圧駆動と電流駆動手段による電流駆動とを同時に選択可能であり、電圧駆動手段による電圧駆動に切り換えたとき、同時に電流駆動手段による電流駆動も選択して当該電流駆動による電流も発光素子に供給する構成となっている。かかる構成の発光素子駆動装置において、電圧駆動手段の出力電流が負荷の変動によって変化すると、切換手段による切り換えの瞬間に発光素子の端子電圧が変動する。したがって、電圧駆動手段による電圧駆動時に電流駆動手段による電流駆動も同時に選択し、当該電流駆動による電流を発光素子に補償電流として供給することで、発光素子の端子電圧の変動を抑えることができる。 The light emitting element driving device according to claim 2 is the light emitting element driving device according to claim 1, wherein the switching means can simultaneously select voltage driving by the voltage driving means and current driving by the current driving means. When switching to voltage driving, the current driving by the current driving means is selected at the same time, and the current by the current driving is also supplied to the light emitting element. In the light emitting element driving apparatus having such a configuration, when the output current of the voltage driving means changes due to a change in load, the terminal voltage of the light emitting element changes at the moment of switching by the switching means. Therefore, by simultaneously selecting the current driving by the current driving means during the voltage driving by the voltage driving means and supplying the current by the current driving as a compensation current to the light emitting element, fluctuations in the terminal voltage of the light emitting element can be suppressed.

請求項記載の発光素子駆動装置は、請求項1記載の発光素子駆動装置において、電圧駆動手段による電圧駆動の期間がパルスデータの最小パルス幅以下である構成となっている。かかる構成の発光素子駆動装置において、電圧駆動の期間が上記の条件を満足することで、いかなるパルス幅のパルスデータに対してもその立ち上がり(または、立ち下がり)に応答して発光素子の駆動を確実に行える。 According to a third aspect of the present invention, in the light emitting element driving device according to the first aspect, the voltage driving period by the voltage driving means is equal to or less than the minimum pulse width of the pulse data. In the light emitting element driving device having such a configuration, when the voltage driving period satisfies the above-described conditions, the light emitting element can be driven in response to the rise (or fall) of pulse data having any pulse width. It can be done reliably.

請求項記載の発光素子駆動装置は、請求項1記載の発光素子駆動装置において、発光素子の端子電圧に基づいて発光素子の温度変動を補正する補正手段をさらに備える構成となっている。かかる構成の発光素子駆動装置において、発光素子に一定の電流が流れていると、発光素子の温度に応じてその端子電圧が変動することから、当該端子電圧を検出することで、発光素子の温度をより迅速にかつより正確にモニターできるため、温度補償を確実に行える。 The light emitting element driving device according to claim 4 is the light emitting element driving device according to claim 1, further comprising correction means for correcting a temperature variation of the light emitting element based on a terminal voltage of the light emitting element. In the light emitting element driving device having such a configuration, when a constant current flows through the light emitting element, the terminal voltage varies depending on the temperature of the light emitting element. Therefore, by detecting the terminal voltage, the temperature of the light emitting element is detected. Can be monitored more quickly and more accurately, so temperature compensation can be ensured.

請求項記載の発光素子駆動システムは、複数の発光素子に対応して複数設けられた請求項1記載の発光素子駆動装置と、複数の発光素子の光量を検出する検出手段と、この検出手段の検出結果に対応した電圧と基準電圧とを比較してその誤差分を増幅する誤差増幅手段とを備え、発光素子駆動装置の各々が誤差増幅手段の出力に基づいて発光素子を駆動する構成となっている。かかる構成の発光素子駆動システムにおいて、発光素子の光量を検出し、それを発光素子駆動装置の各々にフィードバックすることで、複数の発光素子の各光量が常に一定になるように制御できる。 The light-emitting element drive system according to claim 5 is provided with a plurality of light-emitting element drive devices according to claim 1 corresponding to the plurality of light-emitting elements, detection means for detecting light amounts of the plurality of light-emitting elements, and the detection means. And an error amplifying means for comparing the voltage corresponding to the detection result and the reference voltage and amplifying the error, and each of the light emitting element driving devices drives the light emitting element based on the output of the error amplifying means; It has become. In the light emitting element driving system having such a configuration, the light amount of the light emitting element is detected and fed back to each of the light emitting element driving devices, whereby each light amount of the plurality of light emitting elements can be controlled to be always constant.

請求項1記載の発光素子駆動装置によれば、電圧駆動手段による電圧駆動と電流駆動手段による電流駆動とを入力データに基づいて切り換えることにより、電圧駆動による利点と電流駆動による利点とを効果的に組み合わせることができるため、より理想に近い駆動制御を実現できる。   According to the light emitting element driving device of the first aspect, the voltage driving by the voltage driving means and the current driving by the current driving means are switched based on the input data, so that the advantage by the voltage driving and the advantage by the current driving are effective. Therefore, it is possible to realize drive control closer to ideal.

しかも、発光素子に対してバイアス電圧を印加するバイアス電圧印加手段を設け、発光素子の消灯時には当該バイアス電圧印加手段によってあらかじめバイアス電圧を発光素子に印加しておくことにより、発光素子の駆動時に電圧源から発光素子に与える駆動電圧の振幅を小さく抑えることができる。また、パルスデータの立ち上げ期間に電圧駆動手段による電圧駆動に切り換え、その後電流駆動手段による電流駆動に切り換え、しかる後パルスデータの立ち下げ期間にバイアス電圧印加手段による電圧駆動に切り換えることにより、パルスデータの立ち上がりに応答して瞬時に発光素子を駆動できるとともに、パルスデータの立ち上がり以降も電圧駆動を続ける場合のような、発光素子の光量変動を防止できる。 In addition, bias voltage applying means for applying a bias voltage to the light emitting element is provided, and when the light emitting element is turned off, the bias voltage is applied to the light emitting element in advance by the bias voltage applying means, so that the voltage is applied when the light emitting element is driven. The amplitude of the drive voltage applied from the source to the light emitting element can be reduced. In addition, switching to voltage driving by the voltage driving means during the rise period of the pulse data , switching to current driving by the current driving means , and then switching to voltage driving by the bias voltage applying means during the falling period of the pulse data The light emitting element can be driven instantaneously in response to the rising edge of the data, and the light quantity fluctuation of the light emitting element can be prevented as in the case where the voltage driving is continued after the rising edge of the pulse data.

請求項記載の発光素子駆動装置によれば、電圧駆動手段の出力電流が負荷の変動によって変化すると、切換手段による切り換えの瞬間に発光素子の端子電圧が変動するが、電圧駆動手段による電圧駆動時に電流駆動手段による電流駆動も同時に選択し、当該電流駆動による電流を発光素子に補償電流として供給することにより、電圧駆動手段の出力電流が負荷の変動に起因する発光素子の端子電圧の変動を抑えることができる。 According to the light emitting element driving apparatus of claim 2, when the output current of the voltage driving means changes due to a change in load, the terminal voltage of the light emitting element changes at the moment of switching by the switching means. Sometimes the current driving by the current driving means is selected at the same time, and the current driven by the current driving is supplied to the light emitting element as a compensation current, so that the output current of the voltage driving means can change the terminal voltage of the light emitting element due to the load fluctuation. Can be suppressed.

請求項記載の発光素子駆動装置によれば、電圧駆動手段による電圧駆動の期間をパルスデータの最小パルス幅以下に設定することにより、いかなるパルス幅のパルスデータに対してもその立ち上がり(または、立ち下がり)に応答して発光素子の駆動を確実に行える。 According to the light emitting element driving device of claim 3, by setting the voltage driving period by the voltage driving means to be equal to or less than the minimum pulse width of the pulse data, the rising edge (or the pulse data of any pulse width) (or The light emitting element can be reliably driven in response to the falling).

請求項記載の発光素子駆動装置によれば、発光素子に一定の電流が流れていると、発光素子の温度に応じてその端子電圧が変動することから、当該端子電圧を検出することで、発光素子の温度をより迅速にかつより正確にモニターできるため、温度補償を確実に行える。 According to the light emitting element driving device of claim 4 , when a constant current flows through the light emitting element, the terminal voltage varies depending on the temperature of the light emitting element. Since the temperature of the light emitting element can be monitored more quickly and more accurately, temperature compensation can be reliably performed.

請求項記載の発光素子駆動システムによれば、発光素子の光量を検出し、それを発光素子駆動装置の各々にフィードバックすることにより、複数の発光素子の各光量が常に一定になるように制御できるため、より正確な駆動制御が可能な発光素子駆動システムを実現できる。 According to the light emitting element driving system of claim 5 , the light amount of the light emitting element is detected and fed back to each of the light emitting element driving devices so that the light amounts of the plurality of light emitting elements are always constant. Therefore, a light emitting element driving system capable of more accurate driving control can be realized.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

[基本概念]
図1は、本発明に係る発光素子駆動装置の基本概念を示すブロック図である。ここでは、駆動の対象となる発光素子として、例えば、各々レーザ光を発光する多数(n個)の発光部LD1〜LDnを有する面発光レーザ11を用いた場合を例に採って示している。図1において、面発光レーザ11のn個の発光部LD1〜LDnは、例えば各カソードが接地され、各アノードが駆動端となってスイッチSW1〜SWnの各出力端子cにそれぞれ接続されている。
[Basic concept]
FIG. 1 is a block diagram showing a basic concept of a light emitting element driving apparatus according to the present invention. Here, for example, a case where a surface emitting laser 11 having a large number (n) of light emitting portions LD1 to LDn each emitting laser light is used as a light emitting element to be driven is shown as an example. In FIG. 1, n light emitting units LD1 to LDn of the surface emitting laser 11 are connected to output terminals c of the switches SW1 to SWn, for example, with each cathode grounded and each anode serving as a driving end.

スイッチSW1〜SWnの各一方の入力端子aには、発光部LD1〜LDnをそれぞれ順バイアス状態にしかつレーザ発振閾値電圧よりも低いバイアス電圧Vbiasが第1の電圧源12から共通に与えられる。スイッチSW1〜SWnの各他方の入力端子bには、発光部LD1〜LDnをそれぞれ順バイアス状態にしかつレーザ発振閾値電圧以上の駆動電圧(制御電圧)V1〜Vnが第2の電圧源(可変電圧源)13から個別に与えられる。   Each of the input terminals a of the switches SW1 to SWn is commonly supplied from the first voltage source 12 with a bias voltage Vbias that puts the light emitting portions LD1 to LDn in a forward bias state and is lower than the laser oscillation threshold voltage. Each of the other input terminals b of the switches SW1 to SWn has the light emitting units LD1 to LDn in a forward bias state and drive voltages (control voltages) V1 to Vn that are equal to or higher than the laser oscillation threshold voltage are supplied to a second voltage source (variable voltage). Source) 13 individually.

第2の電圧源13は、駆動電圧V1〜Vnをそれぞれ非反転(+)入力とするオペアンプOP1〜OPnを有し、その出力電位をその反転(−)入力として帰還する構成となっている。なお、基本的な考え方としては、オペアンプOP1〜OPnを省略し、駆動電圧V1〜Vnを直接スイッチSW1〜SWnの各他方の入力端子bに与える構成であっても良い。   The second voltage source 13 has operational amplifiers OP1 to OPn having the driving voltages V1 to Vn as non-inverting (+) inputs, respectively, and is configured to feed back the output potential as its inverting (−) input. As a basic idea, the operational amplifiers OP1 to OPn may be omitted, and the drive voltages V1 to Vn may be directly applied to the other input terminals b of the switches SW1 to SWn.

スイッチSW1〜SWnは、バイアス電圧Vbiasと駆動電圧V1〜Vnとを適宜切り替えて面発光レーザ11の各発光部LD1〜LDnに印加する。具体的には、スイッチSW1〜SWnは各発光部LD1〜LDnに対して駆動電圧V1〜Vnを印加する前に、入力端子a側に切り替わった状態にあってレーザ発振閾値電圧よりも低いバイアス電圧Vbiasを各発光部LD1〜LDnにあらかじめ印加しておき、その後に入力端子b側に切り替わってレーザ発振閾値電圧以上の駆動電圧V1〜Vnを各発光部LD1〜LDnに印加する。スイッチSW1〜SWnとしては、例えばCMOSトランスファーゲートを用いる。   The switches SW1 to SWn switch the bias voltage Vbias and the driving voltages V1 to Vn as appropriate and apply them to the light emitting units LD1 to LDn of the surface emitting laser 11, respectively. Specifically, the switches SW1 to SWn are switched to the input terminal a before applying the driving voltages V1 to Vn to the light emitting portions LD1 to LDn, and the bias voltage is lower than the laser oscillation threshold voltage. Vbias is applied in advance to each of the light emitting portions LD1 to LDn, and then the drive voltage V1 to Vn equal to or higher than the laser oscillation threshold voltage is applied to each of the light emitting portions LD1 to LDn. As the switches SW1 to SWn, for example, CMOS transfer gates are used.

このように、面発光レーザ11の発光部LD1〜LDnの駆動端(アノード)に対してスイッチSW1〜SWnで選択した駆動電圧V1〜VnをスイッチSW1〜SWnの各出力端子cから直接印加して各発光部LD1〜LDnを駆動することにより、スイッチSW1〜SWnの各出力端子と発光部LD1〜LDnの各駆動端との間には変調速度を抑える原因となる抵抗成分が存在しないため、高い変調速度を実現できる。   In this way, the drive voltages V1 to Vn selected by the switches SW1 to SWn are directly applied to the drive ends (anodes) of the light emitting units LD1 to LDn of the surface emitting laser 11 from the output terminals c of the switches SW1 to SWn. By driving each of the light emitting units LD1 to LDn, there is no resistance component that causes the modulation speed to be suppressed between each output terminal of the switches SW1 to SWn and each driving end of the light emitting units LD1 to LDn. Modulation speed can be realized.

また、スイッチSW1〜SWnによってバイアス電圧Vbiasと駆動電圧V1〜Vnとを適宜切り替えて面発光レーザ11の各発光部LD1〜LDnに印加する、具体的には、レーザ消灯時には順バイアスであってレーザ発振閾値電圧よりも低い電圧をあらかじめ印加しておくことにより、変調時の印加電圧の振幅を小さく抑えることができるため、変調モードに迅速に移行できる。   Further, the bias voltage Vbias and the driving voltages V1 to Vn are appropriately switched by the switches SW1 to SWn and applied to the respective light emitting portions LD1 to LDn of the surface emitting laser 11. Specifically, when the laser is turned off, the forward bias is applied to the laser. By applying a voltage lower than the oscillation threshold voltage in advance, the amplitude of the applied voltage at the time of modulation can be kept small, so that the mode can be quickly shifted to the modulation mode.

しかも、各発光部LD1〜LDnごとに駆動電圧V1〜Vnを個別に制御してレーザ光量を均一化できるとともに、電圧源12,13さえ理想的であればスイッチSW1〜SWnのスイッチング速度まで変調速度を上げることができる。スイッチSW1〜SWnとしてサブミクロンMOSによるトランスファーゲートを使用すれば、スイッチング時間(速度)を1nsec以下とすることも可能である。その結果、面発光レーザ11の各発光部LD1〜LDnに対して、個別の光量制御と高速変調とを両立できる面発光レーザ駆動装置を実現できる。   Moreover, the drive voltages V1 to Vn can be individually controlled for each of the light emitting units LD1 to LDn to uniformize the laser light amount, and if the voltage sources 12 and 13 are ideal, the modulation speed to the switching speed of the switches SW1 to SWn. Can be raised. If a sub-micron MOS transfer gate is used as the switches SW1 to SWn, the switching time (speed) can be set to 1 nsec or less. As a result, it is possible to realize a surface emitting laser driving device capable of achieving both individual light quantity control and high speed modulation for each of the light emitting portions LD1 to LDn of the surface emitting laser 11.

ここで、電圧源12,13が理想的であると仮定したが、ここで言う理想的な電圧源とは、周波数によらず出力インピーダンスが数10Ω以下であるような電圧源である。   Here, it is assumed that the voltage sources 12 and 13 are ideal. However, the ideal voltage source here is a voltage source whose output impedance is several tens of Ω or less regardless of the frequency.

ところで、本発明に係る発光素子駆動装置は電圧駆動型であるが、回路素子を直接電圧で駆動すること自体は周知の技術である(例えば、特開昭57−76884号公報参照)。ここで、この周知技術に示されているような電圧駆動を想定してこれにスイッチSWを付加し、図2に示すように、スイッチSWの一方の入力端子aにバイアス電圧Vbiasを、他方の入力端子bにエミッタフォロワのトランジスタQを通して駆動電圧Vdriveをそれぞれ与えることによって面発光レーザ(発光部)LDを駆動する場合を考える。   By the way, although the light emitting element driving device according to the present invention is of a voltage driving type, driving a circuit element directly with a voltage is a well-known technique (see, for example, JP-A-57-76884). Here, assuming a voltage drive as shown in this well-known technique, a switch SW is added thereto, and as shown in FIG. 2, a bias voltage Vbias is applied to one input terminal a of the switch SW, and the other is applied. Consider a case in which a surface emitting laser (light emitting unit) LD is driven by applying a driving voltage Vdrive through an emitter follower transistor Q to an input terminal b.

ここでは、バイポーラトランジスタによるエミッタフォロワとしたが、これはFET(電界効果トランジスタ)によるソースフォロワや、アバランシェダイオードやツェナーダイオードなどの定電圧素子を使っても同様である。このような素子は等価的には、図3に示すように、電圧源Vpと内部抵抗Rpで表される。また、スイッチSWdが切り替わった瞬間に電圧が変動しないようにデカップリングコンデンサCを入れて駆動パルスの立ち上がり特性を改善することが通常行われる。   Here, the emitter follower is a bipolar transistor, but this is the same even when a source follower using a FET (field effect transistor) or a constant voltage element such as an avalanche diode or a Zener diode is used. Such an element is equivalently represented by a voltage source Vp and an internal resistance Rp as shown in FIG. Further, it is usual to improve the drive pulse rising characteristics by inserting a decoupling capacitor C so that the voltage does not fluctuate at the moment when the switch SWd is switched.

図3に示す等価回路において、エミッタフォロワのトランジスタQに面発光レーザLDと同程度の電流を流した場合には、スイッチSWdをVb側(バイアス電圧側)→Vp側(駆動電圧側)→Vb側と切り替えると、図4の波形図に示すように、Vb側に切り替えた瞬間のB点電位が時定数Rp×Cで減少し、最終的に、面発光レーザLDへの電流によるスイッチSWdの内部抵抗Rsw1と内部抵抗Rpでの電圧降下分だけ低い値となる。   In the equivalent circuit shown in FIG. 3, when a current equivalent to that of the surface emitting laser LD is supplied to the transistor Q of the emitter follower, the switch SWd is switched from Vb side (bias voltage side) → Vp side (drive voltage side) → Vb. When switched to the side, as shown in the waveform diagram of FIG. 4, the B point potential at the moment of switching to the Vb side decreases with a time constant Rp × C, and finally the switch SWd due to the current to the surface emitting laser LD The value becomes lower by the voltage drop at the internal resistance Rsw1 and the internal resistance Rp.

このように、面発光レーザLDをONした後にレーザ駆動電圧(B点の電位)が変動するのは、スイッチSWdがVb側に接続されていて電圧源Vpが無負荷の状態になると、電圧源Vpの内部抵抗Rpによる電圧降下がなくなり、デカップリングコンデンサCが電圧源Vpの開放端子電圧によって充電されるためである。すなわち、電圧源Vpの内部抵抗Rpがあると、面発光レーザLDを点灯した瞬間にオーバーシュートを生じる。   Thus, the laser drive voltage (potential at point B) fluctuates after the surface emitting laser LD is turned on when the switch SWd is connected to the Vb side and the voltage source Vp is in an unloaded state. This is because the voltage drop due to the internal resistance Rp of Vp is eliminated and the decoupling capacitor C is charged by the open terminal voltage of the voltage source Vp. That is, if there is an internal resistance Rp of the voltage source Vp, overshoot occurs at the moment when the surface emitting laser LD is turned on.

また、エミッタフォロワ(または、ソースフォロワ)の場合には、高速駆動を実現しようとすると、エミッタフォロワのトランジスタQに面発光レーザLDに流す電流よりも大きな電流を流さなければならないため、駆動装置の消費電力が大きくなってしまう。特に、発光部を多数有する面発光レーザの駆動を考えた場合には、発光部の数だけ用意されたエミッタフォロワのトランジスタQの各々に大きな電流が流れることになり、駆動装置全体の消費電力も極めて大きなものとなるため、駆動装置のIC化が困難になる。   Further, in the case of an emitter follower (or source follower), if high speed driving is to be realized, a current larger than the current flowing to the surface emitting laser LD must be supplied to the transistor Q of the emitter follower. Power consumption will increase. In particular, when driving a surface emitting laser having a large number of light emitting portions, a large current flows through each of the emitter follower transistors Q prepared for the number of light emitting portions, and the power consumption of the entire driving device is also reduced. Since it becomes extremely large, it is difficult to make the drive device into an IC.

これに対して、図5に1チャンネル分の回路構成を示す本基本概念に基づく技術では、図6に示す等価回路において、電圧源VpとしてA点の電位を帰還することで、A点のインピーダンスを無視できる程度に小さくしたオペアンプOPを使用している。また、負帰還による出力インピーダンスの低減効果は周波数と共に減少するため、その補償用にデカップリングコンデンサCを接続する。   On the other hand, in the technique based on this basic concept showing the circuit configuration for one channel in FIG. 5, the potential at point A is fed back as the voltage source Vp in the equivalent circuit shown in FIG. The operational amplifier OP is made so small that it can be ignored. Further, since the effect of reducing the output impedance due to negative feedback decreases with frequency, a decoupling capacitor C is connected for the compensation.

このように、全周波数帯域に亘って出力インピーダンス(=内部抵抗)を無視できるようにした電圧源を接続すると、負荷電流の有無によらずB点の電位が一定に制御されていることから、図7に示すように、スイッチSWdのON/OFFに伴う駆動電圧の変動は防止できる。   In this way, when a voltage source that can ignore the output impedance (= internal resistance) over the entire frequency band is connected, the potential at point B is controlled to be constant regardless of the presence or absence of the load current. As shown in FIG. 7, fluctuations in the drive voltage due to the ON / OFF of the switch SWd can be prevented.

また、フィードバックによって電圧が安定化された電圧源出力端子にデカップリングコンデンサCが接続されていることにより、負荷の有無で出力電位が変わらないため、レーザ点灯時のオーバーシュートを防止できる。デカップリングコンデンサCには、その容量値をスイッチSWdからみた面発光レーザLDの駆動端の寄生容量の容量値よりも大きく設定することで、電圧変動の抑制効果を持たせることができる。   Further, since the decoupling capacitor C is connected to the voltage source output terminal whose voltage is stabilized by feedback, the output potential does not change depending on the presence or absence of a load, so that overshooting at the time of laser lighting can be prevented. By setting the capacitance value of the decoupling capacitor C to be larger than the capacitance value of the parasitic capacitance at the driving end of the surface emitting laser LD viewed from the switch SWd, it is possible to have an effect of suppressing voltage fluctuation.

また、レーザ点灯時の駆動パルス(電圧パルス)の立ち上がり時定数τは、電圧源出力端子から面発光レーザLDの駆動端までの抵抗、即ち図6に示す等価回路でのスイッチSWdの内部抵抗Rsw1と面発光レーザLDの内部抵抗Rldとの合成並列抵抗の抵抗値と、スイッチICと配線に起因する寄生容量Csの容量値との積で決定される。したがって、少なくとも電圧源出力端子から面発光レーザLDの駆動端までの抵抗値を面発光レーザLDの微分抵抗値(数100Ω)よりも小さく設定することで、レーザ点灯時の駆動パルスの立ち上がり時定数τを小さく(短く)することができる。   The rise time constant τ of the drive pulse (voltage pulse) when the laser is turned on is the resistance from the voltage source output terminal to the drive end of the surface emitting laser LD, that is, the internal resistance Rsw1 of the switch SWd in the equivalent circuit shown in FIG. And the internal resistance Rld of the surface emitting laser LD is determined by the product of the resistance value of the combined parallel resistance and the capacitance value of the parasitic capacitance Cs caused by the switch IC and the wiring. Therefore, at least the resistance value from the voltage source output terminal to the driving end of the surface emitting laser LD is set to be smaller than the differential resistance value (several hundreds Ω) of the surface emitting laser LD, so that the rise time constant of the driving pulse when the laser is turned on. τ can be reduced (shortened).

ここで、寄生容量Csの容量値は、ICの入出力容量にプリント基板配線での寄生容量の容量値を加えて数10pF程度となるため、立ち上がりを1nsec程度にするためには100Ω以下にする必要があるが、最近のCMOSトランジスタをスイッチに使用すれば容易にオン抵抗として数10Ωが実現できるため変調速度には何ら障害とはならない。   Here, the capacitance value of the parasitic capacitance Cs is about several tens of pF by adding the capacitance value of the parasitic capacitance in the printed circuit board wiring to the input / output capacitance of the IC. Although it is necessary, if a recent CMOS transistor is used as a switch, several tens of Ω can be easily realized as an on-resistance, so that there is no obstacle to the modulation speed.

さらに、本基本概念に基づく技術においては、第2の電圧源13を構成するオペアンプOPに流れる電流を、面発光レーザLDに流れる電流よりも小さく設定した構成を採っていることから、発光部を多数有する面発光レーザの高速駆動を実現する場合であっても、個々のオペアンプOPでの消費電力を低く抑えることができ、駆動装置全体の低消費電力化が図れるため容易にIC化できる。   Further, in the technology based on this basic concept, since the current flowing through the operational amplifier OP constituting the second voltage source 13 is set to be smaller than the current flowing through the surface emitting laser LD, the light emitting unit is provided. Even when high-speed driving of a large number of surface-emitting lasers is realized, the power consumption of each operational amplifier OP can be kept low, and the overall power consumption of the driving device can be reduced.

ここで、オペアンプOPに流れる電流とは、オペアンプOPの最終段を構成するトランジスタに流れる平均電流である。また、第2電圧源13においては、オペアンプOPに負帰還を施す回路構成を採ることで、オペアンプOPの最終段を構成するトランジスタに流れる平均電流を、面発光レーザLDに流れる電流よりも小さく設定するようにしている。   Here, the current flowing through the operational amplifier OP is an average current flowing through the transistors constituting the final stage of the operational amplifier OP. Further, in the second voltage source 13, by adopting a circuit configuration in which negative feedback is applied to the operational amplifier OP, an average current flowing through a transistor constituting the final stage of the operational amplifier OP is set smaller than a current flowing through the surface emitting laser LD. Like to do.

[第1実施形態]
図8は、本発明の第1実施形態に係る発光素子駆動装置、例えば面発光レーザ駆動装置を用いた駆動システムの構成例を示す回路図である。本実施形態では、例えば36個の発光部LD1〜LD36を有する面発光レーザ21を駆動対象の発光素子として用いている。
[First Embodiment]
FIG. 8 is a circuit diagram showing a configuration example of a driving system using the light emitting element driving apparatus according to the first embodiment of the present invention, for example, a surface emitting laser driving apparatus. In the present embodiment, for example, a surface emitting laser 21 having 36 light emitting portions LD1 to LD36 is used as a light emitting element to be driven.

図8において、本実施形態に係る面発光レーザ駆動システムは、バイアス電圧Vbiasを発生する第1の電圧源22、駆動電圧(制御電圧)を発生する第2の電圧源(可変電圧源)23および面発光レーザ21の光量を検出する光量検出回路24を有する構成となっており、第1の電圧源22および第2の電圧源23が図1の第1の電圧源12および第2の電圧源13にそれぞれ対応している。   8, the surface emitting laser driving system according to the present embodiment includes a first voltage source 22 that generates a bias voltage Vbias, a second voltage source (variable voltage source) 23 that generates a driving voltage (control voltage), and The first voltage source 22 and the second voltage source 23 are the first voltage source 12 and the second voltage source shown in FIG. 13 respectively.

第1の電圧源22で発生されるバイアス電圧Vbiasは、発光部(レーザ)LDが消灯時に当該発光部LDに印加する電圧を決めており、変調速度を上げるために発光部LDが発光しない条件でなるべく高い電圧に設定されている。通常は、複数の発光部のうちの最も低いレーザ発振閾値電圧を基準にこれよりもわずかに低い電圧に設定される。   The bias voltage Vbias generated by the first voltage source 22 determines the voltage applied to the light emitting unit LD when the light emitting unit (laser) LD is turned off, and the light emitting unit LD does not emit light in order to increase the modulation speed. The voltage is set as high as possible. Normally, the voltage is set slightly lower than the lowest laser oscillation threshold voltage among the plurality of light emitting units.

第2の電圧源23は、アンプ231、可変抵抗VR、バッファ232、スイッチSW1、面発光レーザ21の発光部LD1〜LD36にそれぞれ対応して設けられた36チャンネル(ch)分の駆動制御回路233−1〜233−36、スイッチSWfb1〜SWfb36およびコンデンサCfb1〜Cfb36を有する構成となっている。   The second voltage source 23 includes an amplifier 231, a variable resistor VR, a buffer 232, a switch SW 1, and a drive control circuit 233 for 36 channels (ch) provided corresponding to the light emitting units LD 1 to LD 36 of the surface emitting laser 21. −1 to 233-36, switches SWfb1 to SWfb36, and capacitors Cfb1 to Cfb36.

アンプ231は、目標とするレーザパワーに対応して設定された基準電圧Vrefを非反転(+)入力とし、光量検出回路24からスイッチSW1を介して供給される検出信号を反転(−)入力としている。スイッチSWfb1〜SWfb36とコンデンサCfb1〜Cfb36とは面発光レーザ21の発光部LD1〜LD36にそれぞれ対応して設けられたものであり、スイッチSWfb1とコンデンサCfb1、スイッチSWfb2とコンデンサCfb2、………という具合に、それぞれアンプ231の反転入力端子と出力端子との間に直列に接続されている。   The amplifier 231 uses the reference voltage Vref set corresponding to the target laser power as a non-inverted (+) input, and uses the detection signal supplied from the light amount detection circuit 24 via the switch SW1 as an inverted (−) input. Yes. The switches SWfb1 to SWfb36 and the capacitors Cfb1 to Cfb36 are provided in correspondence with the light emitting portions LD1 to LD36 of the surface emitting laser 21, respectively. The amplifier 231 is connected in series between the inverting input terminal and the output terminal.

可変抵抗VRはアンプ231の出力端子とバイアス電圧Vbiasが与えられるバイアスラインLとの間に接続されている。バイアスラインLとグランドとの間にはコンデンサC1が接続されている。そして、アンプ231の出力電圧は、可変抵抗VRおよびバッファ232を通して駆動制御回路233−1〜233−36に制御電圧Vcontとして与えられる。また、駆動制御回路233−1〜233−36には、バイアスラインLを経由してバイアス電圧Vbiasが共通に与えられる。   The variable resistor VR is connected between the output terminal of the amplifier 231 and the bias line L to which the bias voltage Vbias is applied. A capacitor C1 is connected between the bias line L and the ground. The output voltage of the amplifier 231 is supplied as a control voltage Vcont to the drive control circuits 233-1 to 233-36 through the variable resistor VR and the buffer 232. The drive control circuits 233-1 to 233-36 are commonly supplied with the bias voltage Vbias via the bias line L.

なお、本例では、バイアス電圧Vbiasを36ch分の駆動制御回路233−1〜233−36の全てに対して共通に与えるとしたが、面発光レーザ21の36個の発光部LD1〜LD36間でレーザ発振閾値電圧に大きなばらつきがある場合には、電圧値の異なるバイアス電圧Vbiasを複数用意し、発光部LD1〜LD36個々に、あるいはレーザ発振閾値電圧が近いもの同士をグループにして各グループごとに最適に近い電圧値のバイアス電圧Vbiasを与えるようにすることも可能である。これによれば、バイアス電圧Vbiasを36ch分設ける場合に比較して回路構成を複雑化することなく、レーザ発振閾値電圧のばらつきに対応することができる。   In this example, the bias voltage Vbias is commonly applied to all the drive control circuits 233-1 to 233-36 for 36 channels. However, the bias voltage Vbias is applied between the 36 light emitting units LD1 to LD36 of the surface emitting laser 21. When there is a large variation in the laser oscillation threshold voltage, a plurality of bias voltages Vbias having different voltage values are prepared, and the light emitting units LD1 to LD36 are individually grouped or those having similar laser oscillation threshold voltages are grouped for each group. It is also possible to provide a bias voltage Vbias having a voltage value close to optimum. According to this, it is possible to cope with variations in the laser oscillation threshold voltage without complicating the circuit configuration as compared with the case where the bias voltage Vbias is provided for 36 channels.

36ch分の駆動制御回路233−1〜233−36は、全て同じ回路構成となっている。したがって、その具体的な回路構成については、1ch分の駆動制御回路233の回路構成を拡大して示す図9を用いて説明する。なお、駆動制御回路233−1〜233−36は、図1のスイッチSW1〜SWn(n=36)を含む構成となっている。   The drive control circuits 233-1 to 233-36 for 36 channels all have the same circuit configuration. Therefore, the specific circuit configuration will be described with reference to FIG. 9 showing an enlarged circuit configuration of the drive control circuit 233 for one channel. The drive control circuits 233-1 to 233-36 include the switches SW 1 to SWn (n = 36) in FIG.

図9から明らかなように、駆動制御回路233は、アンプ235、抵抗R1、3個のコンデンサCsh,Cp,Cld、8個のスイッチSWsh,SWp,SWn,SWshp,SWs,SWd,SWc,SWeおよび3個の電流源I1,I2,I3を有する構成となっている。   As is apparent from FIG. 9, the drive control circuit 233 includes an amplifier 235, a resistor R1, three capacitors Csh, Cp, Cld, eight switches SWsh, SWp, SWn, SWshp, SWs, SWd, SWc, SWe and The configuration has three current sources I1, I2, and I3.

抵抗R1の一端には、第2の電圧源23から供給される制御電圧Vcontが与えられる。スイッチSWshは、その入力端が抵抗R1の他端に接続され、その出力端がアンプ235の反転入力(−)端子に接続されている。コンデンサCshは、アンプ235の反転入力端子とグランドとの間に接続されている。アンプ235の非反転(+)入力端子はノードN1に接続されている。なお、ここでは、アンプ235の反転入力端子側にスイッチSWshを接続したが、スイッチSWshで発生するスイッチングノイズや、スイッチSWshや抵抗R1に起因するリークを避けるために、スイッチや抵抗の接続順序や形態を変更することも可能である。   A control voltage Vcont supplied from the second voltage source 23 is applied to one end of the resistor R1. The switch SWsh has an input terminal connected to the other end of the resistor R1 and an output terminal connected to the inverting input (−) terminal of the amplifier 235. The capacitor Csh is connected between the inverting input terminal of the amplifier 235 and the ground. The non-inverting (+) input terminal of the amplifier 235 is connected to the node N1. Here, the switch SWsh is connected to the inverting input terminal side of the amplifier 235. However, in order to avoid switching noise generated in the switch SWsh and leakage due to the switch SWsh and the resistor R1, It is also possible to change the form.

電流源I1およびスイッチSWpは、電源VccとノードN1との間に直列に接続されている。電流源I1は、その電流Ipがアンプ235の出力電圧によって制御される。スイッチSWnおよび電流源I2は、ノードN1とグランドとの間に直列に接続されている。スイッチSWpおよびスイッチSWnは、ノーマルクローズのスイッチである。   Current source I1 and switch SWp are connected in series between power supply Vcc and node N1. The current source I 1 has its current Ip controlled by the output voltage of the amplifier 235. The switch SWn and the current source I2 are connected in series between the node N1 and the ground. The switches SWp and SWn are normally closed switches.

電流源I3およびスイッチSWsは、電源Vccと面発光レーザ21の発光部LDのアノードが接続されるノードN2との間に直列に接続されている。スイッチSWshpは、その一方の端子がアンプ235の出力に、その他方の端子が電流源3にそれぞれ接続されている。コンデンサCpは、電源VccとスイッチSWshpの他方の端子との間に接続されている。電流源I1〜I3は、例えばカレントミラー回路によって構成される。   The current source I3 and the switch SWs are connected in series between the power supply Vcc and the node N2 to which the anode of the light emitting part LD of the surface emitting laser 21 is connected. The switch SWshp has one terminal connected to the output of the amplifier 235 and the other terminal connected to the current source 3. The capacitor Cp is connected between the power supply Vcc and the other terminal of the switch SWshp. The current sources I1 to I3 are configured by a current mirror circuit, for example.

スイッチSWcおよびコンデンサ(デカップリングコンデンサ)Cldは、ノードN2とグランドとの間に直列に接続されている。スイッチSWdは、その一方の入力端子bがノードN1に、その出力端子cがノードN2にそれぞれ接続され、その他方の入力端子aには第1の電圧源21からバイアス電圧Vbiasが与えられる。スイッチSWeは、ノードN1とコンデンサCldおよびスイッチSWcの接続点との間に接続されている。   The switch SWc and the capacitor (decoupling capacitor) Cld are connected in series between the node N2 and the ground. The switch SWd has one input terminal b connected to the node N1, its output terminal c connected to the node N2, and the other input terminal a supplied with the bias voltage Vbias from the first voltage source 21. The switch SWe is connected between the node N1 and a connection point between the capacitor Cld and the switch SWc.

再び図8において、光量検出回路24は、面発光レーザ21の発光部LD1〜LD36が発するレーザ光を検出する光検出器として、例えばフォトダイオードPDを用いている。このフォトダイオードPDは、そのカソードが電源Vccに接続されている。フォトダイオードPDのアノードには抵抗Rの一端が接続されている。抵抗Rの他端は接地されている。フォトダイオードPDのアノードと抵抗Rの一端との接続点には、アンプ241の非反転入力端子が接続されている。この反転入力端子には、スイッチSW2を介して先述した基準電圧Vrefが印加される。アンプ241は、その反転入力端子と出力端子とが接続された構成となっている。   In FIG. 8 again, the light quantity detection circuit 24 uses, for example, a photodiode PD as a photodetector for detecting the laser light emitted from the light emitting portions LD1 to LD36 of the surface emitting laser 21. The cathode of this photodiode PD is connected to the power supply Vcc. One end of a resistor R is connected to the anode of the photodiode PD. The other end of the resistor R is grounded. A non-inverting input terminal of the amplifier 241 is connected to a connection point between the anode of the photodiode PD and one end of the resistor R. The reference voltage Vref described above is applied to the inverting input terminal via the switch SW2. The amplifier 241 has a configuration in which its inverting input terminal and output terminal are connected.

かかる構成の光量検出回路24は、フォトダイオードPDが面発光レーザ21の発光部LD1〜LD36が発するレーザ光を検出することで、その光量に応じた検出信号を出力する。この光量検出回路24の検出信号、即ちアンプ241の出力信号は、先述した第2の電圧源23におけるアンプ231の反転入力端子にスイッチSW1を介して供給される。すなわち、光量検出回路24の検出信号を第2の電圧源23を経由して駆動制御回路233−1〜233−36に帰還することで、面発光レーザ21の発光部LD1〜LD36の各レーザパワーを、基準電圧Vrefで規定されるパワーになるように制御する自動光量制御(以下、APC:オートパワーコントロールと記す)を行うフィードバック系が構成されている。   In the light amount detection circuit 24 having such a configuration, the photodiode PD detects the laser light emitted from the light emitting portions LD1 to LD36 of the surface emitting laser 21, and outputs a detection signal corresponding to the light amount. The detection signal of the light amount detection circuit 24, that is, the output signal of the amplifier 241 is supplied to the inverting input terminal of the amplifier 231 in the second voltage source 23 described above via the switch SW1. That is, by returning the detection signal of the light amount detection circuit 24 to the drive control circuits 233-1 to 233-36 via the second voltage source 23, each laser power of the light emitting units LD1 to LD36 of the surface emitting laser 21 is obtained. A feedback system is configured to perform automatic light quantity control (hereinafter referred to as APC: auto power control) for controlling the power so that the power is regulated by the reference voltage Vref.

次に、上記構成の本実施例に係る面発光レーザ駆動回路の回路動作について、図8および図9を用いて説明する。そのタイミングチャートを図10に示す。なお、図10のタイミングチャートには、1回のAPCモードで面発光レーザ21の36個の発光部LD1〜LD36についてAPCを順に実行し、これを4回分繰り返した後、変調モードに移行する場合を例に採って示している。   Next, the circuit operation of the surface emitting laser driving circuit according to this embodiment having the above-described configuration will be described with reference to FIGS. The timing chart is shown in FIG. In the timing chart of FIG. 10, the APC is sequentially executed for the 36 light emitting units LD1 to LD36 of the surface emitting laser 21 in one APC mode, and this is repeated four times, and then the mode is shifted to the modulation mode. Is taken as an example.

また、図10のタイミングチャートにおいては、第2の電圧源23のスイッチSWfbおよびスイッチSW1、駆動制御回路233のスイッチSWsh,SWp,SWn,SWshp,SWs,SWd,SWc,SWe、並びに光量検出回路24のスイッチSW2をON/OFF制御する各スイッチングパルスについては正論理で、また識別を容易にするために各スイッチと同一符号を付して示している。   In the timing chart of FIG. 10, the switch SWfb and the switch SW1 of the second voltage source 23, the switches SWsh, SWp, SWn, SWshp, SWs, SWd, SWc, and SWe of the drive control circuit 233, and the light amount detection circuit 24. Each switching pulse for controlling ON / OFF of the switch SW2 is positive logic, and the same reference numeral as that of each switch is given for easy identification.

駆動制御回路233において、スイッチSWdは端子a側に接続された図示の状態がOFF、端子b側に接続された状態がONとする。スイッチSWcは面発光レーザ21の発光部LDがONしたときにアノード電位が速やかに規定電位となるように同時にON状態となる。さらに、発光部LDがOFFするときにはスイッチSWeをONすることで、発光部LDをONしたときのアノード電圧をデカップリングコンデンサCldに充電する。   In the drive control circuit 233, the switch SWd connected to the terminal a side is turned off and the state connected to the terminal b side is turned on. The switch SWc is simultaneously turned on so that the anode potential quickly becomes the specified potential when the light emitting part LD of the surface emitting laser 21 is turned on. Further, when the light emitting unit LD is turned off, the switch SWe is turned on to charge the decoupling capacitor Cld with the anode voltage when the light emitting unit LD is turned on.

先ず、電源投入(PowerON)後、時刻T0−でスイッチSWfb1、スイッチSW1、スイッチSWsh、スイッチSWs、スイッチSWshpおよびスイッチSWdがON状態、スイッチSWp、スイッチSWn、スイッチSWcおよびスイッチSWeがOFF状態となる。このとき、電流源I3の電流IsがスイッチSWsを経由して発光部LD1に流れる。これにより、発光部LD1が点灯する。   First, after turning on the power (Power ON), at time T0-, the switch SWfb1, the switch SW1, the switch SWsh, the switch SWs, the switch SWshp, and the switch SWd are turned on, and the switch SWp, the switch SWn, the switch SWc, and the switch SWe are turned off. . At this time, the current Is of the current source I3 flows to the light emitting unit LD1 via the switch SWs. As a result, the light emitting unit LD1 is turned on.

発光部LD1が点灯すると、そのレーザ光を光量検出回路24のフォトダイオードPDが受光し、フォトダイオードPDにはその光量に応じた電流が流れる。このフォトダイオードPDに流れる電流は抵抗Rにより電圧に変換され、アンプ241で増幅されて発光部LD1のレーザパワーに応じた検出電圧として出力される。   When the light emitting unit LD1 is turned on, the laser light is received by the photodiode PD of the light amount detection circuit 24, and a current corresponding to the light amount flows through the photodiode PD. The current flowing through the photodiode PD is converted into a voltage by the resistor R, amplified by the amplifier 241 and output as a detection voltage corresponding to the laser power of the light emitting unit LD1.

この検出電圧は第2の基準電圧源23に供給され、スイッチSW1を経由してアンプ(誤差増幅器)231の反転入力となる。アンプ231は、この検出電圧と基準電圧Vrefとの差分(誤差電圧)を増幅して出力する。アンプ231の出力電圧は、バイアス電圧Vbiasとの差電圧が可変抵抗VRで分圧された電圧として得られ、バッファ232を経由してch1の駆動制御回路233−1に供給される。   This detection voltage is supplied to the second reference voltage source 23 and becomes an inverting input of an amplifier (error amplifier) 231 via the switch SW1. The amplifier 231 amplifies and outputs the difference (error voltage) between the detected voltage and the reference voltage Vref. The output voltage of the amplifier 231 is obtained as a voltage obtained by dividing the difference voltage from the bias voltage Vbias by the variable resistor VR, and is supplied to the ch1 drive control circuit 233-1 via the buffer 232.

駆動制御回路233−1、即ち図9に示す駆動制御回路233において、バッファ232を経由して入力された制御電圧Vcontは、抵抗R1およびスイッチSWshを介してアンプ(オペアンプ)235に供給される。アンプ235はその入力電圧に応じて電流源I1の電流Ipを制御することで、発光部LD1のレーザパワーを制御する。このフィードバック制御により、最終的には、光量検出回路24の検出電圧が基準電圧Vrefと一致して収束する。以上の一連の制御がAPC(自動光量制御)である。   In the drive control circuit 233-1, that is, the drive control circuit 233 shown in FIG. 9, the control voltage Vcont input via the buffer 232 is supplied to the amplifier (op-amp) 235 via the resistor R1 and the switch SWsh. The amplifier 235 controls the laser power of the light emitting unit LD1 by controlling the current Ip of the current source I1 according to the input voltage. By this feedback control, the detection voltage of the light amount detection circuit 24 eventually converges with the reference voltage Vref. The series of controls described above is APC (automatic light quantity control).

このあと、スイッチSWfb1、スイッチSWshpおよびスイッチSWshをOFFすると、そのときのそれぞれの制御電圧が直列に接続されているコンデンサCfb1、コンデンサCpおよびコンデンサCshに保持される。このときコンデンサCfb1、コンデンサCpおよびコンデンサCshに保持される電圧はそれぞれch1でのアンプ231の出力電圧、発光部LD1に対する駆動電流を設定する制御電圧およびそのときの発光部LD1の端子電圧となる。   Thereafter, when the switch SWfb1, the switch SWshp, and the switch SWsh are turned OFF, the respective control voltages at that time are held in the capacitor Cfb1, the capacitor Cp, and the capacitor Csh that are connected in series. At this time, the voltages held in the capacitor Cfb1, the capacitor Cp, and the capacitor Csh are the output voltage of the amplifier 231 at ch1, the control voltage for setting the drive current for the light emitting unit LD1, and the terminal voltage of the light emitting unit LD1 at that time.

以上の動作を面発光レーザ21の発光部LDの数(本例では、36個)だけ連続的に繰り返すことにより、36チャンネル分の駆動制御回路233−1〜233−36の全制御電圧を、アンプ231の反転入力端子と出力端子との間に接続された36個のコンデンサCfb1〜Cfb36に保持する。そして、36チャンネルのAPCを終了したら、スイッチSW1をOFFにするとともに、スイッチSWfb1をON状態にしてch1での制御電圧をアンプ231の出力電圧として次のAPCに備える。   By repeating the above operation continuously for the number of light emitting portions LD of the surface emitting laser 21 (36 in this example), all the control voltages of the drive control circuits 233-1 to 233-36 for 36 channels are obtained. These are held in 36 capacitors Cfb1 to Cfb36 connected between the inverting input terminal and the output terminal of the amplifier 231. When the 36-channel APC is completed, the switch SW1 is turned off and the switch SWfb1 is turned on to prepare the control voltage at ch1 as the output voltage of the amplifier 231 for the next APC.

また、次のAPCまでは光量検出回路24のスイッチSW2をONし、アンプ241の出力電圧が変調期間の間基準電圧Vrefになるようにしておく。これにより、次のAPC開始時にフォトダイオードPDの検出出力が定常状態になるのに要する時間を短縮できる。この結果、次にAPCが開始されたときに各ノードは先程の光量制御時の最終電圧から負帰還制御が行われるため、必ずしも一回の制御で最終電圧まで収束させる必要がない。このことは、特にレーザ光を主走査方向に走査する光学走査系にポリゴンミラーを用いたレーザゼログラフィーでは重要で、間欠的に制御を行うことで感光体に対する不要な露光を防止し、感光体の劣化を抑えることができる。   Until the next APC, the switch SW2 of the light amount detection circuit 24 is turned on so that the output voltage of the amplifier 241 becomes the reference voltage Vref during the modulation period. Thereby, the time required for the detection output of the photodiode PD to be in a steady state at the start of the next APC can be shortened. As a result, when APC is started next, each node is subjected to negative feedback control from the final voltage at the time of the previous light amount control, so it is not always necessary to converge to the final voltage by one control. This is particularly important in laser xerography using a polygon mirror in an optical scanning system that scans laser light in the main scanning direction, and intermittent exposure control prevents unnecessary exposure of the photoconductor. Can be prevented.

第2の電圧源23において、アンプ231の出力端子に一端が接続された可変抵抗VRは負帰還のゲインを調整するために設けられたものであり、負帰還ループの安定性と精度を両立できるようにその抵抗比、即ちアンプ231の出力電圧とバイアス電圧Vbiasとの差電圧の分圧比が設定される。   In the second voltage source 23, the variable resistor VR having one end connected to the output terminal of the amplifier 231 is provided for adjusting the gain of the negative feedback, and can achieve both stability and accuracy of the negative feedback loop. Thus, the resistance ratio, that is, the voltage division ratio of the differential voltage between the output voltage of the amplifier 231 and the bias voltage Vbias is set.

また、可変抵抗VRの他端がバイアス電圧VbiasのバイアスラインLに接続されているが、これは発光部LDの端子電圧がレーザ発振閾値電圧以上で制御されているための処置である。このようにすることで、負帰還ループのゲインを小さくしてもバッファ232に供給する電圧が、レーザ発振閾値電圧よりも低くなり、制御不能となることを防止している。なお、ここでは、可変抵抗VRの他端にバイアス電圧Vbiasを与えるとしたが、別に電源を設けて当該電源から所定の電源電圧を与えるようにしても良く、このようにすることで、より細かく制御することもできる。   The other end of the variable resistor VR is connected to the bias line L of the bias voltage Vbias, which is a measure for the terminal voltage of the light emitting unit LD being controlled to be equal to or higher than the laser oscillation threshold voltage. In this way, even if the gain of the negative feedback loop is reduced, the voltage supplied to the buffer 232 is lower than the laser oscillation threshold voltage, thereby preventing control from becoming impossible. Here, the bias voltage Vbias is applied to the other end of the variable resistor VR. However, a separate power supply may be provided and a predetermined power supply voltage may be applied from the power supply. It can also be controlled.

図9に示す駆動制御回路233において、コンデンサ(デカップリングコンデンサ)CldはスイッチSWdがONとなり、発光部LDに電流が流れた瞬間にスイッチSWcをONして発光部LDの端子電圧が速やかに本来の駆動電圧となるようにしている。しかし、コンデンサCldの容量値は限られているので、コンデンサCldだけではいずれ端子電圧は低下してレーザ光量も低下する。これを補償するために、負帰還したアンプ235がスイッチSWdを経由して接続されている。したがって、コンデンサCldの容量値はアンプ235の応答速度から決められる。   In the drive control circuit 233 shown in FIG. 9, the capacitor SW (decoupling capacitor) Cld is turned on, and the switch SWc is turned on at the moment when the current flows to the light emitting portion LD, so that the terminal voltage of the light emitting portion LD is quickly increased. The driving voltage is set to be as follows. However, since the capacitance value of the capacitor Cld is limited, the terminal voltage decreases and the amount of laser light also decreases with the capacitor Cld alone. In order to compensate for this, the negative feedback amplifier 235 is connected via the switch SWd. Therefore, the capacitance value of the capacitor Cld is determined from the response speed of the amplifier 235.

通常、CMOSオペアンプでは応答するのに1μsec程度の時間が必要なため、アンプ235としてCMOSオペアンプを用いる場合には、1μsecでコンデンサCldの端子電圧が落ちる程度が許容変動以内となるように設定する。具体的には、面発光レーザ21の駆動電流が1mAであるならば、電圧変動は1/C×1mA×1μsec=1/C×10-9となる。 In general, a CMOS operational amplifier requires about 1 μsec to respond, and when a CMOS operational amplifier is used as the amplifier 235, the degree of drop in the terminal voltage of the capacitor Cld within 1 μsec is set within an allowable variation. Specifically, if the driving current of the surface emitting laser 21 is 1 mA, the voltage fluctuation is 1 / C × 1 mA × 1 μsec = 1 / C × 10 −9 .

許容光量変動を2%とし、面発光レーザ21の内部抵抗を500Ωとし、光量許容変動に対する電圧変動が10mVと仮定すると、コンデンサCldの容量Cとして0.1μFが必要となる。しかしこの値は本駆動装置全体を1チップのICに収めようとすると大きすぎる。また、このようなコンデンサを例えばICチップの外部に接続するなどして実現できたとしても、アンプ235の出力電位、即ち内部の制御電位が負荷変動によって変化するためスイッチSWdがONした瞬間に発光部LDの端子電圧は変動する。そして、負帰還が収束するまでの間2%とは言え電圧源出力が不安定となる。   Assuming that the allowable light amount variation is 2%, the internal resistance of the surface emitting laser 21 is 500Ω, and the voltage variation with respect to the light amount allowable variation is 10 mV, 0.1 μF is required as the capacitance C of the capacitor Cld. However, this value is too large when the entire driving apparatus is to be accommodated in a one-chip IC. Even if such a capacitor can be realized, for example, by connecting to the outside of the IC chip, the output potential of the amplifier 235, that is, the internal control potential changes due to load fluctuations, so that light is emitted at the moment when the switch SWd is turned on. The terminal voltage of the part LD varies. Then, the voltage source output becomes unstable although it is 2% until the negative feedback converges.

この対策として、スイッチSWdと同期してスイッチSWsをONさせ、レーザ駆動電流、即ち電流源I3の電流Isを、補償電流として発光部LDの駆動端(アノード)に流し込むようにしている。このようにすると、アンプ235からの出力電流変動、即ち電圧源の出力電流変動がスイッチSWdの状態に関わらず小さく抑えられるため、スイッチSWdがONした際の負荷変動による電圧源の過渡的な電圧変動を防止することができる。さらにこのようにすると、コンデンサCldが発光部LDの端子電圧を維持する時間は電流源I3が発光部LDの駆動端に電流を流し始める時間までとなる。   As a countermeasure, the switch SWs is turned on in synchronization with the switch SWd, and the laser drive current, that is, the current Is of the current source I3 is supplied as a compensation current to the drive end (anode) of the light emitting unit LD. In this way, since the output current fluctuation from the amplifier 235, that is, the output current fluctuation of the voltage source is suppressed to be small regardless of the state of the switch SWd, the transient voltage of the voltage source due to the load fluctuation when the switch SWd is turned on. Variations can be prevented. Further, in this way, the time for which the capacitor Cld maintains the terminal voltage of the light emitting unit LD is the time until the current source I3 starts to flow current to the driving end of the light emitting unit LD.

電流源I3を図11のMOSトランジスタM10で構成した場合には、その応答性はオペアンプの応答性に比べてはるかに速いため、それだけコンデンサCldへの負担が小さくなる。その結果、コンデンサCldの容量値を小さくすることが可能となる。また、レーザ駆動電流が電流源I3から供給されるため、スイッチSWdやスイッチSWcのON抵抗による電圧変動は無視できるレベルまで小さくすることが可能となる。ここで必要なコンデンサCldの容量としては、レーザ端子に接続されている寄生容量を充電すれば良いため、寄生容量の100倍から1000倍程度となる。   When the current source I3 is configured by the MOS transistor M10 of FIG. 11, the response is much faster than the response of the operational amplifier, and the burden on the capacitor Cld is reduced accordingly. As a result, the capacitance value of the capacitor Cld can be reduced. Further, since the laser drive current is supplied from the current source I3, the voltage fluctuation due to the ON resistance of the switch SWd or the switch SWc can be reduced to a negligible level. Here, the necessary capacitance of the capacitor Cld is about 100 to 1000 times the parasitic capacitance because it is sufficient to charge the parasitic capacitance connected to the laser terminal.

なお、図10のタイミングチャートにおいて、例えば時刻T1を例にとると、時刻T1に対して僅かに位相が前後にずれた2つの時刻T1−,T1+を示しているが、これらの時刻T1−,T1+は標準の動作タイミングとなる時刻T1での動作に対して回路動作上、S/H(サンプルホールド)回路などオーバーラップして欲しくない動作に対するタイミングを表している。   In the timing chart of FIG. 10, for example, when time T1 is taken as an example, two times T1- and T1 + whose phases are slightly shifted back and forth with respect to time T1 are shown. T1 + represents a timing for an operation that the S / H (sample hold) circuit or the like that is not desired to overlap with the operation at the time T1, which is a standard operation timing.

図11は、図9に示す駆動制御回路233の具体的な回路構成を示す回路図であり、アンプ235およびスイッチSWsh,SWp,SWn,SWshp,SWs,SWd,SWc,SWeを、MOSトランジスタを用いて実現した場合を示している。なお、ここでは、図9に示す駆動制御回路233におけるスイッチSWsh、抵抗R1およびコンデンサCshについては省略して示している。また、図11において、図9と同等部分には同一符号を付して示している。   FIG. 11 is a circuit diagram showing a specific circuit configuration of the drive control circuit 233 shown in FIG. 9. The amplifier 235 and the switches SWsh, SWp, SWn, SWshp, SWs, SWd, SWc, and SWe are replaced with MOS transistors. This shows the case where it is realized. Here, the switch SWsh, the resistor R1, and the capacitor Csh in the drive control circuit 233 shown in FIG. 9 are omitted. In FIG. 11, the same parts as those in FIG. 9 are denoted by the same reference numerals.

図11において、アンプ235は、ソースが互いに接続されて差動対をなすNchMOSトランジスタM1,M2と、そのソース共通接続点とグランドとの間に接続されたNchMOSトランジスタM3と、差動対トランジスタM1,M2の各ドレインと電源Vccとの間に接続されたPchMOSトランジスタM4,M5とからなる通常のオペアンプの差動アンプで構成されている。   In FIG. 11, an amplifier 235 includes NchMOS transistors M1 and M2 whose sources are connected to each other to form a differential pair, an NchMOS transistor M3 connected between the source common connection point and the ground, and a differential pair transistor M1. , M2 and PchMOS transistors M4 and M5 connected between the drains of the M2 and the power source Vcc.

上記構成のアンプ235において、MOSトランジスタM1のゲートには、抵抗R1およびスイッチSWshを経由した制御電圧Vcontが与えられ、MOSトランジスタM2のゲートにはノードN1の電位が与えられる。MOSトランジスタM3は、そのゲートが一定電圧Vgによってバイアスされることによって定電流回路を構成している。MOSトランジスタM4,M5は能動負荷であり、各ゲートが共通に接続されかつトランジスタM5がゲートとドレインが共通に接続されることによってカレントミラー回路を構成している。   In the amplifier 235 having the above configuration, the control voltage Vcont via the resistor R1 and the switch SWsh is applied to the gate of the MOS transistor M1, and the potential of the node N1 is applied to the gate of the MOS transistor M2. The MOS transistor M3 forms a constant current circuit with its gate biased by a constant voltage Vg. The MOS transistors M4 and M5 are active loads, and each gate is connected in common and the transistor M5 forms a current mirror circuit by connecting the gate and drain in common.

電源VccとノードN1との間にはPchMOSトランジスタM6,M7が直列に接続されている。MOSトランジスタM6は電流源I1を構成しており、そのゲートにはアンプ235におけるMOSトランジスタM1のドレイン出力が与えられる。MOSトランジスタM7はスイッチSWpを構成しており、そのゲートには図10に示すスイッチングパルスSWpnを反転したスイッチングパルスSWpnXが印加される。   PchMOS transistors M6 and M7 are connected in series between the power supply Vcc and the node N1. The MOS transistor M6 constitutes a current source I1, and the drain output of the MOS transistor M1 in the amplifier 235 is given to the gate thereof. The MOS transistor M7 constitutes a switch SWp, and a switching pulse SWpnX obtained by inverting the switching pulse SWpn shown in FIG. 10 is applied to the gate of the MOS transistor M7.

ノードN1とグランドとの間にはNchMOSトランジスタM8,M9が直列に接続されている。MOSトランジスタM8はスイッチSWnを構成しており、そのゲートには図10に示すスイッチングパルスSWpnが印加される。MOSトランジスタM9は電流源I2を構成しており、そのゲートには一定のバイアス電圧Vgが与えられている。これらトランジスタM6〜M9もオペアンプとなっており、前段のアンプ235と共に2段のオペアンプを構成している。   NchMOS transistors M8 and M9 are connected in series between the node N1 and the ground. The MOS transistor M8 constitutes a switch SWn, and a switching pulse SWpn shown in FIG. 10 is applied to the gate thereof. The MOS transistor M9 forms a current source I2, and a constant bias voltage Vg is applied to its gate. These transistors M6 to M9 are also operational amplifiers, and constitute a two-stage operational amplifier together with the previous stage amplifier 235.

電源VccとノードN1との間にはさらにPchMOSトランジスタM10,M11が直列に接続されている。MOSトランジスタM10は電流源I3を構成している。MOSトランジスタM11はスイッチSWsを構成し、そのゲートには図10に示すスイッチングパルスSWsを反転したスイッチングパルスSWsXが印加される。MOSトランジスタM10のゲートと電源Vccとの間にはコンデンサCpが接続されている。   Further, PchMOS transistors M10 and M11 are connected in series between the power supply Vcc and the node N1. The MOS transistor M10 constitutes a current source I3. The MOS transistor M11 constitutes a switch SWs, and a switching pulse SWsX obtained by inverting the switching pulse SWs shown in FIG. A capacitor Cp is connected between the gate of the MOS transistor M10 and the power supply Vcc.

MOSトランジスタM6,M10の各ゲート間には、PMOSトランジスタM12およびNMOSトランジスタM13が並列に接続されている。これらMOSトランジスタM12,M13はトランスファーゲートを構成し、MOSトランジスタM12のゲートには図10に示すスイッチングパルスSWshpを反転したスイッチングパルスSWshpXが印加され、MOSトランジスタM13のゲートには図10に示すスイッチングパルスSWshpが印加される。   A PMOS transistor M12 and an NMOS transistor M13 are connected in parallel between the gates of the MOS transistors M6 and M10. These MOS transistors M12 and M13 constitute a transfer gate. A switching pulse SWshpX obtained by inverting the switching pulse SWshp shown in FIG. 10 is applied to the gate of the MOS transistor M12, and the switching pulse shown in FIG. 10 is applied to the gate of the MOS transistor M13. SWshp is applied.

ここで、MOSトランジスタM6のゲートに印加される制御電圧は、CMOSトランスファーゲート(M12,M13)を経由してMOSトランジスタM10のゲートにも印加され、APC時には、MOSトランジスタM10で面発光レーザ21の発光部LDを駆動する。このとき、制御電圧はコンデンサCpに保持される。また、MOSトランジスタM10,M11については、望ましくはデュアルゲートMOSトランジスタで構成する。これにより、両トランジスタM10,M11の接続部でのソース-ドレインの寄生容量を最小にできるため、トランジスタM10で構成される電流源I3の立ち上がり速度(応答速度)を速くすることができる。   Here, the control voltage applied to the gate of the MOS transistor M6 is also applied to the gate of the MOS transistor M10 via the CMOS transfer gate (M12, M13). During APC, the MOS transistor M10 causes the surface emitting laser 21 to The light emitting unit LD is driven. At this time, the control voltage is held in the capacitor Cp. The MOS transistors M10 and M11 are preferably composed of dual gate MOS transistors. As a result, the source-drain parasitic capacitance at the connection between the transistors M10 and M11 can be minimized, so that the rising speed (response speed) of the current source I3 including the transistor M10 can be increased.

ノードN1とノードN2との間にはPchMOSトランジスタM14が接続され、Vbias電源とノードN2との間にはPchトランジスタM15が接続されている。MOSトランジスタM14,M15はスイッチSWdを構成し、MOSトランジスタM14のゲートには図10に示すスイッチングパルスSWdを反転したスイッチングパルスSWdXが印加され、MOSトランジスタM15のゲートにはスイッチングパルスSWdが印加される。   A Pch MOS transistor M14 is connected between the node N1 and the node N2, and a Pch transistor M15 is connected between the Vbias power supply and the node N2. The MOS transistors M14 and M15 constitute a switch SWd. A switching pulse SWdX obtained by inverting the switching pulse SWd shown in FIG. 10 is applied to the gate of the MOS transistor M14, and a switching pulse SWd is applied to the gate of the MOS transistor M15. .

ノードN1とノードN2との間にはさらにPchMOSトランジスタM16,M17が直列に接続されている。MOSトランジスタM16はスイッチSWeを構成し、そのゲートには図10に示すスイッチングパルスSWeを反転したスイッチングパルスSWeXが印加される。MOSトランジスタM17はスイッチSWcを構成し、そのゲートには図10に示すスイッチングパルスSWcを反転したスイッチングパルスSWcXが印加される。   Further, PchMOS transistors M16 and M17 are connected in series between the node N1 and the node N2. The MOS transistor M16 constitutes a switch SWe, and a switching pulse SWeX obtained by inverting the switching pulse SWe shown in FIG. The MOS transistor M17 constitutes a switch SWc, and a switching pulse SWcX obtained by inverting the switching pulse SWc shown in FIG. 10 is applied to its gate.

MOSトランジスタM16のドレイン(MOSトランジスタM17のソース)とグランドとの間にはコンデンサCldが接続されている。ここで、電流源I3はオペアンプによる電圧源に比較して圧倒的に速いことから、コンデンサCldで電圧変動を抑える寄与が小さくなるため、コンデンサCldの容量値を小さくすることができる。なお、Vbias電源は、バイアス電圧Vbiasを発生するための図8に示す第1の電圧源22に相当する。   A capacitor Cld is connected between the drain of the MOS transistor M16 (source of the MOS transistor M17) and the ground. Here, since the current source I3 is overwhelmingly faster than the voltage source by the operational amplifier, the contribution of suppressing the voltage fluctuation by the capacitor Cld is reduced, so that the capacitance value of the capacitor Cld can be reduced. The Vbias power supply corresponds to the first voltage source 22 shown in FIG. 8 for generating the bias voltage Vbias.

アンプ235のMOSトランジスタM2のドレインとMOSトランジスタM2のゲート(ノードN1)との間には、抵抗R0およびコンデンサCcが直列に接続されている。抵抗R0はオペアンプ、即ちアンプ235の構成によるが、容量負荷による発振を防止するために設けられている。また、コンデンサCcは位相補償用のコンデンサである。   A resistor R0 and a capacitor Cc are connected in series between the drain of the MOS transistor M2 of the amplifier 235 and the gate (node N1) of the MOS transistor M2. The resistor R0 depends on the configuration of the operational amplifier, that is, the amplifier 235, but is provided to prevent oscillation due to a capacitive load. The capacitor Cc is a phase compensation capacitor.

ここで必要なことは、ノードN1の電位がオペアンプの入力側に負帰還されていて、ノードN1のインピーダンスが無視できるくらい小さくなっていることである。オペアンプの構成を工夫したり、容量負荷を発振なしに接続するための既存の技術はこの中に含まれるものである。   What is necessary here is that the potential of the node N1 is negatively fed back to the input side of the operational amplifier, and the impedance of the node N1 is so small that it can be ignored. The existing technology for devising the configuration of the operational amplifier and connecting the capacitive load without oscillation is included in this.

なお、本実施例に係る面発光レーザ駆動装置では、面発光レーザ21の発光部LDのアノードを駆動端としており、アノードから駆動電流を流し込むことによって駆動するようになっている。このため、上記構成の駆動制御回路233においては、電流源として発光部LDのアノードに対して電流を掃き出すタイプ(いわゆるソース)の構成を採る必要があることから、アンプ235の電流源をNchMOSトランジスタM3で、能動負荷をPchMOSトランジスタM4,M5でそれぞれ構成している。   In the surface emitting laser driving apparatus according to the present embodiment, the anode of the light emitting part LD of the surface emitting laser 21 is used as a driving end, and driving is performed by flowing a driving current from the anode. For this reason, in the drive control circuit 233 having the above-described configuration, it is necessary to adopt a configuration (so-called source) that sweeps out current with respect to the anode of the light emitting section LD as a current source. Therefore, the current source of the amplifier 235 is an NchMOS transistor. In M3, the active load is composed of PchMOS transistors M4 and M5, respectively.

しかしながら、この回路構成に限られるものではなく、アンプ235を構成するMOSトランジスタを逆導電型とし、カレントミラー回路を用いて電流の向きを反転することにより、発光部LDのアノードに対して電流を掃き出すタイプの電流源を構成することも可能である。その変形例に係る駆動制御回路233′の回路構成を図12に示す。   However, the circuit configuration is not limited to this. The MOS transistor constituting the amplifier 235 is of a reverse conductivity type, and the current direction is reversed using a current mirror circuit, whereby a current is supplied to the anode of the light emitting unit LD. It is also possible to configure a current source of the sweep type. FIG. 12 shows a circuit configuration of a drive control circuit 233 ′ according to the modification.

先の構成例に係る駆動制御回路233のアンプ235において、差動アンプがNchMOSトランジスタM1,M2、定電流回路がNchMOSトランジスタM3、カレントミラー回路がPchMOSトランジスタM4,M5でそれぞれ構成されているのに対し、本変形例に係る駆動制御回路233′のアンプ235′では、差動アンプがPchMOSトランジスタM21,M22、定電流回路がPchMOSトランジスタM23、カレントミラー回路がNchMOSトランジスタM24,M25でそれぞれ構成されている   In the amplifier 235 of the drive control circuit 233 according to the previous configuration example, the differential amplifier is composed of the Nch MOS transistors M1 and M2, the constant current circuit is composed of the Nch MOS transistor M3, and the current mirror circuit is composed of the Pch MOS transistors M4 and M5. On the other hand, in the amplifier 235 ′ of the drive control circuit 233 ′ according to this modification, the differential amplifier is composed of PchMOS transistors M21 and M22, the constant current circuit is composed of PchMOS transistor M23, and the current mirror circuit is composed of NchMOS transistors M24 and M25. Have

MOSトランジスタM24,M25の各ゲートにはさらに、NchMOSトランジスタM26のゲートが接続されている。このMOSトランジスタM26は、MOSトランジスタM24,M25と共にカレントミラー回路を構成している。このカレントミラー回路は、アンプ235′に流れる電流の向きを反転して取り出している。この電流は、ゲートとドレインとが接続されたダイオード接続のPchMOSトランジスタM27によって電圧に変換され、制御電圧としてPchMOSトランジスタM10のゲートに与えられる。   The gates of NchMOS transistors M26 are further connected to the gates of the MOS transistors M24 and M25. The MOS transistor M26 forms a current mirror circuit together with the MOS transistors M24 and M25. This current mirror circuit takes out the direction of the current flowing through the amplifier 235 'by inverting it. This current is converted into a voltage by a diode-connected PchMOS transistor M27 in which a gate and a drain are connected, and is supplied as a control voltage to the gate of the PchMOS transistor M10.

上述したように、第1実施形態に係る面発光レーザ駆動装置においては、シングルモードで発光する面発光レーザは内部抵抗が大きい(端面発光レーザに比較して一桁以上大きい)ことに着目し、この面発光レーザの駆動端(本例では、アノード)を実質的に直接電圧駆動するようにしたことにより、その駆動端との間には変調速度を抑える原因となる抵抗成分が介在しないため、変調速度を高速化できる。   As described above, in the surface emitting laser driving device according to the first embodiment, attention is paid to the fact that the surface emitting laser emitting in the single mode has a large internal resistance (one or more orders of magnitude larger than the edge emitting laser), Since the driving end (in this example, the anode) of the surface emitting laser is substantially directly driven by a voltage, there is no resistance component between the driving end to suppress the modulation speed. The modulation speed can be increased.

そして、例えばレーザゼログラフィーの分野において、そのレーザ光源として多数のレーザ光ビームを出射する面発光レーザを用い、この面発光レーザの駆動に本実施形態に係る駆動装置を用いて面発光レーザの微分抵抗値(数100Ω)よりも小さい出力インピーダンスの電圧源で駆動することにより、より高解像度化、より高速化に大きく寄与できることになる。   For example, in the field of laser xerography, a surface emitting laser that emits a number of laser light beams is used as the laser light source, and the surface emitting laser is differentiated by using the driving device according to this embodiment for driving the surface emitting laser. Driving with a voltage source having an output impedance smaller than the resistance value (several hundreds Ω) can greatly contribute to higher resolution and higher speed.

一例として、2400dpi、256階調、36ビームを想定した場合のプリント速度の電圧源出力インピーダンス依存性を図13に示す。同図から明らかなように、電圧源出力インピーダンスが数100Ωよりも小さくなるにつれて、プリント速度をより高速化でき、10Ω程度で極めて高いプリント速度が得られることがわかる。   As an example, FIG. 13 shows the dependency of the printing speed on the voltage source output impedance when assuming 2400 dpi, 256 gradations and 36 beams. As can be seen from the figure, as the voltage source output impedance becomes smaller than several hundred Ω, the printing speed can be further increased, and an extremely high printing speed can be obtained at about 10 Ω.

ところで、面発光レーザに対して電圧印加による電圧駆動を続けた場合には、図14の波形図に示すように、電圧を印加した後時間が経過するにつれて面発光レーザに流れる電流が増大し、面発光レーザの光量は流れる電流に依存するためその光量が時間の経過につれて増大する。すなわち、電圧を印加した後、レーザ素子の温度が上昇するにつれて、同一の光量を与える端子電圧が低下しているところへ同じ電圧を印加し続けることによって駆動電流が増大し、その結果レーザ素子の光量も増大する。この光量変動は、例えばレーザゼログラフィーの分野において、形成画像の画質低下の一因となる。この点に鑑み、電圧駆動と電流駆動とを併用するようにしたのが、以下に説明する本発明の第2実施形態に係る発光素子駆動装置である。   By the way, when voltage driving by applying voltage to the surface emitting laser is continued, as shown in the waveform diagram of FIG. 14, the current flowing through the surface emitting laser increases as time passes after the voltage is applied, Since the amount of light of the surface emitting laser depends on the flowing current, the amount of light increases with time. That is, after the voltage is applied, as the temperature of the laser element rises, the drive current is increased by continuing to apply the same voltage to the place where the terminal voltage that gives the same light amount decreases, and as a result, the laser element The amount of light also increases. For example, in the field of laser xerography, this variation in the amount of light causes a reduction in the image quality of the formed image. In view of this point, the voltage driving and the current driving are used together in a light emitting element driving apparatus according to a second embodiment of the present invention described below.

[第2実施形態]
図15は、本発明の第2実施形態に係る発光素子駆動装置、例えば面発光レーザ駆動装置を用いた駆動システムの構成例を示す回路図である。本実施形態においても、例えば36個の発光部LD1〜LD36を有する面発光レーザ31を駆動対象の発光素子として用いている。
[Second Embodiment]
FIG. 15 is a circuit diagram showing a configuration example of a driving system using a light emitting element driving apparatus according to the second embodiment of the present invention, for example, a surface emitting laser driving apparatus. Also in this embodiment, for example, a surface emitting laser 31 having 36 light emitting portions LD1 to LD36 is used as a light emitting element to be driven.

図15において、本実施形態に係る面発光レーザ駆動システムは、面発光レーザ31の発光部LD1〜LD36の各々に対応して設けられた36ch分の駆動制御回路32−1〜32−36と、面発光レーザ31の光量を検出する光量検出回路33と、この光量検出回路33の検出結果を駆動制御回路32−1〜32−36に帰還するフィードバック系を構成する誤差増幅回路34と、駆動制御回路32−1〜32−36の制御を行う制御回路35とを有する構成となっている。   In FIG. 15, the surface emitting laser driving system according to the present embodiment includes drive control circuits 32-1 to 32-36 for 36 channels provided corresponding to the light emitting units LD1 to LD36 of the surface emitting laser 31, A light amount detection circuit 33 for detecting the light amount of the surface emitting laser 31, an error amplifying circuit 34 constituting a feedback system for feeding back the detection result of the light amount detection circuit 33 to the drive control circuits 32-1 to 32-36, and drive control; The control circuit 35 controls the circuits 32-1 to 32-36.

36ch分の駆動制御回路32−1〜32−36は、全て同じ回路構成となっている。すなわち、駆動制御回路32(32−1〜32−36)は、図15に原理的に示すように、前段に電圧駆動手段、後段に電流駆動手段をそれぞれ有している。同図には、電圧駆動手段の典型例として、出力端子から反転入力端子に負帰還ループを持つと共に、非反転入力端子の入力側に光量制御時(APC時)の制御電圧を保持する入力側保持手段としてのコンデンサを持ち、さらに出力側にその出力電圧を保持する出力側保持手段としてのコンデンサを持つバッファアンプを示す。   The drive control circuits 32-1 to 32-36 for 36 channels all have the same circuit configuration. That is, the drive control circuit 32 (32-1 to 32-36) has voltage drive means at the front stage and current drive means at the rear stage, as shown in principle in FIG. In the figure, as a typical example of voltage driving means, there is a negative feedback loop from the output terminal to the inverting input terminal, and the input side holding the control voltage at the time of light amount control (APC) on the input side of the non-inverting input terminal A buffer amplifier having a capacitor as holding means and further having a capacitor as output side holding means for holding the output voltage on the output side is shown.

また、電流駆動手段としては、電圧駆動手段の出力に対応して制御電圧が与えられる定電流源を示す。この定電流源は、制御電圧に応じて供給電流が制御される。例えば、定電流源がFETで構成される場合、FETのゲート電圧を制御することによって実現される。   As the current driving means, a constant current source to which a control voltage is applied corresponding to the output of the voltage driving means is shown. In this constant current source, the supply current is controlled according to the control voltage. For example, when the constant current source is constituted by an FET, this is realized by controlling the gate voltage of the FET.

図15では、原理的に、電圧駆動手段と電流駆動手段のそれぞれの出力と発光素子としてのレーザ素子LDとの間に設けられたスイッチ手段により、入力データに基づいて電圧駆動手段による電圧駆動と電流駆動手段による電流駆動とが切り換えられる。   In FIG. 15, in principle, the voltage drive by the voltage drive means is performed based on the input data by the switch means provided between the respective outputs of the voltage drive means and the current drive means and the laser element LD as the light emitting element. The current driving by the current driving means is switched.

次に、図9と実質的に同一で、表現形式が異なり、図15よりも実際的な図16の回路図を用いて、1ch分の駆動制御回路32の具体的な回路構成について説明する。   Next, a specific circuit configuration of the drive control circuit 32 for one channel will be described using the circuit diagram of FIG. 16 which is substantially the same as FIG.

図16から明らかなように、駆動制御回路32は、面発光レーザ31の発光部LDを電圧駆動する電圧駆動回路41と、面発光レーザ31の発光部LDを電流駆動する電流駆動回路42と、電圧駆動回路41による電圧駆動と電流駆動回路42による電流駆動とを切り換えるスイッチ回路43とを有する構成となっている。ここで、スイッチ回路43は、当該スイッチ回路43をON/OFF制御する制御回路35(図15を参照)と共に、入力データに基づいて電圧駆動回路41による電圧駆動と電流駆動回路42による電流駆動とを切り換える切換手段を構成している。   As is apparent from FIG. 16, the drive control circuit 32 includes a voltage driving circuit 41 that drives the light emitting unit LD of the surface emitting laser 31 with a voltage, a current driving circuit 42 that drives the light emitting unit LD of the surface emitting laser 31 with current, A switch circuit 43 that switches between voltage driving by the voltage driving circuit 41 and current driving by the current driving circuit 42 is provided. Here, the switch circuit 43, together with a control circuit 35 (see FIG. 15) for controlling ON / OFF of the switch circuit 43, performs voltage driving by the voltage driving circuit 41 and current driving by the current driving circuit 42 based on input data. Switching means for switching between the two is configured.

電圧駆動回路41は、光量制御時(APC時)の電圧に対応した電圧、即ち誤差増幅回路34(図15を参照)の出力電圧を選択的に取り込むスイッチ411と、このスイッチ411で取り込んだ電圧を保持するコンデンサ412と、このコンデンサ412の保持電圧を非反転(+)入力とするオペアンプ413と、このオペアンプ413の出力電圧をバッファリングするバッファ414と、このバッファ414の出力電圧を選択的に出力するスイッチ415と、このスイッチ415の出力電圧を保持するコンデンサ416と、バイアス電圧Vbiasを発生するバイアス電圧源417とを有する構成となっている。   The voltage drive circuit 41 selectively takes in a voltage corresponding to the voltage at the time of light quantity control (APC), that is, an output voltage of the error amplifier circuit 34 (see FIG. 15), and a voltage taken in by the switch 411 412, an operational amplifier 413 using the holding voltage of the capacitor 412 as a non-inverting (+) input, a buffer 414 for buffering the output voltage of the operational amplifier 413, and an output voltage of the buffer 414 selectively. The switch 415 for outputting, a capacitor 416 for holding the output voltage of the switch 415, and a bias voltage source 417 for generating the bias voltage Vbias are provided.

この電圧駆動回路41は、当該電圧駆動回路41の出力電圧、即ちコンデンサ416に保持された電圧がスイッチ回路43を経由してオペアンプ413にその反転(−)入力として負帰還される構成となっている。なお、電圧駆動回路41の出力電圧は、面発光レーザ31の発光部LDを順バイアス状態にしかつレーザ発振閾値電圧以上の電圧値に設定される。また、バイアス電圧Vbiasは、面発光レーザ31の発光部LDを順バイアス状態にしかつレーザ発振閾値電圧よりも低い電圧値に設定される。   The voltage drive circuit 41 is configured such that the output voltage of the voltage drive circuit 41, that is, the voltage held in the capacitor 416 is negatively fed back to the operational amplifier 413 as its inverted (−) input via the switch circuit 43. Yes. Note that the output voltage of the voltage drive circuit 41 is set to a voltage value equal to or higher than the laser oscillation threshold voltage with the light emitting portion LD of the surface emitting laser 31 in the forward bias state. The bias voltage Vbias is set to a voltage value that places the light emitting part LD of the surface emitting laser 31 in a forward bias state and is lower than the laser oscillation threshold voltage.

電流駆動回路42は、オペアンプ413の出力電圧を反転するインバータ421と、このインバータ421の出力電圧を選択的に取り込むスイッチ422と、このスイッチ422で取り込んだ電圧を保持するコンデンサ423と、このコンデンサ423に保持された電圧に対応した電流を出力する定電流源424とを有する構成となっている。   The current drive circuit 42 includes an inverter 421 that inverts the output voltage of the operational amplifier 413, a switch 422 that selectively receives the output voltage of the inverter 421, a capacitor 423 that holds the voltage captured by the switch 422, and the capacitor 423. And a constant current source 424 that outputs a current corresponding to the voltage held in the circuit.

スイッチ回路43は、電圧駆動回路41の出力端、即ちコンデンサ416の出力端とノードN2との間に接続されたスイッチ431と、電流駆動回路423の出力端、即ち定電流源424の出力端とノードN2との間に接続されたスイッチ432と、ノードN2と面発光レーザ31の発光部LDの駆動端との間に接続されたスイッチ433と、発光部LDの駆動端とバイアス電圧源417の出力端との間に接続されたスイッチ434とを有する構成となっている。ここで、電圧駆動回路41のコンデンサ416に保持された電圧は、スイッチ431を経由してオペアンプ413に負帰還されることになる。   The switch circuit 43 includes a switch 431 connected between the output terminal of the voltage driving circuit 41, that is, the output terminal of the capacitor 416, and the node N2, and the output terminal of the current driving circuit 423, that is, the output terminal of the constant current source 424. The switch 432 connected between the node N2, the switch 433 connected between the node N2 and the driving end of the light emitting unit LD of the surface emitting laser 31, the driving end of the light emitting unit LD, and the bias voltage source 417 The switch 434 is connected to the output terminal. Here, the voltage held in the capacitor 416 of the voltage driving circuit 41 is negatively fed back to the operational amplifier 413 via the switch 431.

上記構成の駆動制御回路32において、電圧駆動回路41のスイッチ411,415、電流駆動回路42のスイッチ422およびスイッチ回路のスイッチ431〜434は、図15に示す制御回路35により、パルスデータである入力データに基づいてON/OFF制御が行われる。   In the drive control circuit 32 configured as described above, the switches 411 and 415 of the voltage drive circuit 41, the switch 422 of the current drive circuit 42, and the switches 431 to 434 of the switch circuit are input as pulse data by the control circuit 35 shown in FIG. ON / OFF control is performed based on the data.

また、この駆動制御回路32は、基本的に、第1実施形態における駆動制御回路233(図9を参照)と同じ構成となっている。すなわち、図16と図9との対比において、図16の電圧駆動回路41が図9のアンプ235およびその周辺回路に対応し、図16の電流駆動回路42が図9の電流源I3およびその周辺回路に対応し、図16のスイッチ回路43が図9のスイッチSWc,SWd,SWsに対応している。   The drive control circuit 32 basically has the same configuration as the drive control circuit 233 (see FIG. 9) in the first embodiment. 16 and FIG. 9, the voltage driving circuit 41 in FIG. 16 corresponds to the amplifier 235 and its peripheral circuit in FIG. 9, and the current driving circuit 42 in FIG. 16 is the current source I3 in FIG. Corresponding to the circuit, the switch circuit 43 of FIG. 16 corresponds to the switches SWc, SWd, and SWs of FIG.

図16において、定電流源424はPMOSトランジスタを記号化したものであり、制御電圧はPMOSトランジスタのゲート電圧に対応する。このため、制御電圧を上げると電流は減少し、下げると電流は増大する。このように、制御電圧に対する電流の変化が、NMOSトランジスタを用いた電流源とは逆になるため、同図では、インバータ(反転増幅器)421で制御電圧を反転するようにしている。   In FIG. 16, a constant current source 424 symbolizes a PMOS transistor, and the control voltage corresponds to the gate voltage of the PMOS transistor. For this reason, when the control voltage is increased, the current decreases, and when it is decreased, the current increases. As described above, since the change in the current with respect to the control voltage is opposite to that of the current source using the NMOS transistor, the control voltage is inverted by an inverter (inverting amplifier) 421 in FIG.

図9においては、アンプ235の出力で電流源11を反転することなく制御しているため、ノードN1の電圧をアンプ235に帰還する際に非反転入力側に入力しているのに対して、図16においては、インバータ421が挿入されていることで、ノードN2の電位は誤差増幅器413の反転入力側に帰還しているが、図9、図16いずれにおいても負帰還がかかっている点において二つの回路は同一である。   In FIG. 9, since the current source 11 is controlled without being inverted by the output of the amplifier 235, when the voltage of the node N1 is fed back to the amplifier 235, it is input to the non-inverting input side. In FIG. 16, since the inverter 421 is inserted, the potential of the node N2 is fed back to the inverting input side of the error amplifier 413. However, in FIG. 9 and FIG. 16, negative feedback is applied. The two circuits are identical.

再び図15において、誤差増幅回路34は、光量制御時(APC時)にON状態となるスイッチ341と、目標とするレーザパワーに対応して設定された基準電圧Vrefを非反転(+)入力とし、光量検出回路33からスイッチ341を介して供給される検出信号を反転(−)入力とする誤差増幅器342と、誤差増幅器342の出力を当該誤差増幅器342にその反転入力として負帰還する負帰還ループ343とを有する構成となっている。   In FIG. 15 again, the error amplifying circuit 34 uses the switch 341 that is turned on during light quantity control (APC) and the reference voltage Vref set corresponding to the target laser power as a non-inverted (+) input. An error amplifier 342 having a detection signal supplied from the light amount detection circuit 33 via the switch 341 as an inverting (−) input, and a negative feedback loop for negatively feeding the output of the error amplifier 342 to the error amplifier 342 as its inverting input 343.

負帰還ループ343は、面発光レーザ31のAPC時の誤差増幅器342の出力電圧に対応した電圧を保持するコンデンサCfb1〜Cfb36と、これらコンデンサCfb1〜Cfb36に対してそれぞれ直列に接続されたスイッチSWfb1〜SWfb36とを、駆動制御回路32−1〜32−36の数に対応して有する構成となっている。   The negative feedback loop 343 includes capacitors Cfb1 to Cfb36 that hold voltages corresponding to the output voltage of the error amplifier 342 during APC of the surface emitting laser 31, and switches SWfb1 to SWfb1 that are connected in series to the capacitors Cfb1 to Cfb36, respectively. SWfb 36 is provided corresponding to the number of drive control circuits 32-1 to 32-36.

光量検出回路33は、面発光レーザ31の発光部LD1〜LD36が発するレーザ光を検出する光検出器として、例えばフォトダイオードPDを用いている。この光量検出回路33としては、第1実施形態における光量検出回路24と全く同じ回路構成のものを用いることができる。   The light quantity detection circuit 33 uses, for example, a photodiode PD as a photodetector for detecting the laser light emitted from the light emitting portions LD1 to LD36 of the surface emitting laser 31. As this light quantity detection circuit 33, the thing of the completely same circuit structure as the light quantity detection circuit 24 in 1st Embodiment can be used.

次に、上記構成の第2実施形態に係る面発光レーザ駆動システムにおける駆動制御回路32の回路動作について、図17のタイミング波形図に基づいて各動作モードに対応した図18〜図21の動作説明図を用いて説明する。図17のタイミング波形図において、(A)は入力データ(パルスデータ)、(B)は面発光レーザ31の端子電圧、(C)は面発光レーザ31の温度、(D)は面発光レーザ31の光量の各波形を示している。   Next, regarding the circuit operation of the drive control circuit 32 in the surface emitting laser drive system according to the second embodiment having the above-described configuration, the operation description of FIGS. 18 to 21 corresponding to each operation mode based on the timing waveform diagram of FIG. This will be described with reference to the drawings. 17, (A) is input data (pulse data), (B) is a terminal voltage of the surface emitting laser 31, (C) is a temperature of the surface emitting laser 31, and (D) is a surface emitting laser 31. Each waveform of the amount of light is shown.

駆動制御回路32の回路動作の制御は、制御回路35の制御の下に入力データに基づいて行われる。図17のタイミング波形図において、入力データであるパルスデータ(A)の立ち上がり期間では、制御回路35は、図18に示すように、スイッチ431,432,433をON状態、スイッチ411,415,422,434をOFF状態にする。これにより、コンデンサ416に保持されていた電圧が、スイッチ431およびスイッチ433を介して面発光レーザ31の発光部LDに印加される。   Control of the circuit operation of the drive control circuit 32 is performed based on input data under the control of the control circuit 35. In the timing waveform diagram of FIG. 17, in the rising period of the pulse data (A) as the input data, the control circuit 35 turns on the switches 431, 432, 433 and switches 411, 415, 422 as shown in FIG. , 434 are turned off. As a result, the voltage held in the capacitor 416 is applied to the light emitting part LD of the surface emitting laser 31 via the switch 431 and the switch 433.

その結果、パルスデータ(A)の立ち上がり期間では、電圧駆動回路41による電圧駆動となる。多数のレーザ光を出射可能な面発光レーザを駆動する場合には、従来技術で述べたように、電流駆動よりも電圧駆動の方が有利であり、パルスデータ(A)の立ち上がりに応答して瞬時に面発光レーザ31を発光駆動できることになる。なお、電圧駆動回路41による電圧駆動の期間は、パルスデータの最小パルス幅以下に設定される。これにより、いかなるパルス幅のパルスデータに対してもその立ち上がり(または、立ち下がり)に応答してレーザ駆動を確実に行えることになる。   As a result, voltage driving is performed by the voltage driving circuit 41 during the rising period of the pulse data (A). When driving a surface emitting laser capable of emitting a large number of laser beams, as described in the prior art, voltage driving is more advantageous than current driving, and in response to the rise of pulse data (A). The surface emitting laser 31 can be driven to emit light instantaneously. The voltage driving period by the voltage driving circuit 41 is set to be equal to or less than the minimum pulse width of the pulse data. As a result, laser driving can be reliably performed in response to the rise (or fall) of pulse data of any pulse width.

また、パルスデータ(A)の立ち上がり期間では、電圧駆動回路41による電圧駆動に切り換えると同時に、スイッチ432のON状態にすることによって電流駆動回路42による電流駆動も選択する。これにより、定電流源424からはコンデンサ423に保持されている電圧に応じて電流が出力され、この電流がスイッチ432およびスイッチ433を介して面発光レーザ31の発光部LDに供給される。このときの定電流源424の電流は、第1実施形態での補償電流として面発光レーザ31の発光部LDに流れる。   In the rising period of the pulse data (A), switching to voltage driving by the voltage driving circuit 41 is performed, and at the same time, the current driving by the current driving circuit 42 is selected by turning on the switch 432. As a result, a current is output from the constant current source 424 in accordance with the voltage held in the capacitor 423, and this current is supplied to the light emitting unit LD of the surface emitting laser 31 via the switch 432 and the switch 433. The current of the constant current source 424 at this time flows to the light emitting part LD of the surface emitting laser 31 as a compensation current in the first embodiment.

このように、パルスデータ(A)の立ち上がり期間での電圧駆動時に、定電流源424の電流を補償電流として面発光レーザ31の発光部LDに流し込むことにより、オペアンプ413の出力電流変動がスイッチ433の状態に関わらず小さく抑えられるため、当該スイッチ433がONした際の負荷変動による過渡的な電圧変動を防止することができる。   As described above, when the voltage is driven during the rising period of the pulse data (A), the current of the constant current source 424 is caused to flow as a compensation current into the light emitting part LD of the surface emitting laser 31, so that the output current fluctuation of the operational amplifier 413 is changed. Therefore, transient voltage fluctuation due to load fluctuation when the switch 433 is turned on can be prevented.

面発光レーザ31の発光駆動が開始されると、面発光レーザ31の発光部LDには電流が流れるため、面発光レーザ31が発熱し、面発光レーザ31の温度(C)は時間が経過するにつれて上昇する。   When light emission driving of the surface emitting laser 31 is started, a current flows through the light emitting portion LD of the surface emitting laser 31, so that the surface emitting laser 31 generates heat and the temperature (C) of the surface emitting laser 31 elapses over time. As it rises.

パルスデータ(A)の立ち上がり期間が過ぎると、制御回路35は、図19に示すように、スイッチ432,433をON状態、スイッチ411,415,422,431,434をOFF状態にする。これにより、コンデンサ423の保持電圧に応じて定電流源424から出力される電流が、スイッチ432およびスイッチ433を介して面発光レーザ31の発光部LDに供給される。その結果、パルスデータ(A)の立ち上がり以降では、電流駆動回路42による電流駆動となる。   When the rising period of the pulse data (A) has passed, the control circuit 35 turns on the switches 432 and 433 and turns off the switches 411, 415, 422, 431, and 434, as shown in FIG. Thereby, the current output from the constant current source 424 according to the holding voltage of the capacitor 423 is supplied to the light emitting unit LD of the surface emitting laser 31 through the switch 432 and the switch 433. As a result, after the rising edge of the pulse data (A), current driving by the current driving circuit 42 is performed.

この電流駆動により、面発光レーザ31の発光部LDには定電流源424から出力される一定の電流が流れることになる。これにより、面発光レーザ31の端子電圧(B)は徐々に低下する。このとき、面発光レーザ31の温度(C)が時間の経過に伴って上昇するものの、面発光レーザ31には一定の電流が流れており、この電流によって面発光レーザ31の光量(D)が決まるため、パルスデータ(A)の立ち上がり以降も電圧駆動を続ける場合のような、面発光レーザ31の光量(D)の変動を防止できる。   By this current driving, a constant current output from the constant current source 424 flows in the light emitting part LD of the surface emitting laser 31. As a result, the terminal voltage (B) of the surface emitting laser 31 gradually decreases. At this time, although the temperature (C) of the surface emitting laser 31 rises with time, a constant current flows through the surface emitting laser 31, and the light intensity (D) of the surface emitting laser 31 is caused by this current. Therefore, it is possible to prevent fluctuations in the light amount (D) of the surface emitting laser 31 as in the case of continuing voltage driving after the rise of the pulse data (A).

次に、パルスデータ(A)の立ち下がり期間では、制御回路35は、図20に示すように、スイッチ415,431,434をON状態、スイッチ411,422,432,433をOFF状態にする。これにより、バイアス電圧源417から発せられるバイアス電圧Vbiasがスイッチ434を介して面発光レーザ31の発光部LDに印加される(電圧駆動)。   Next, in the falling period of the pulse data (A), as shown in FIG. 20, the control circuit 35 turns on the switches 415, 431, and 434 and turns off the switches 411, 422, 432, and 433. Thereby, the bias voltage Vbias generated from the bias voltage source 417 is applied to the light emitting part LD of the surface emitting laser 31 via the switch 434 (voltage driving).

このように、レーザ消灯時に、順バイアスであってレーザ発振閾値電圧よりも低いバイアス電圧Vbiasをあらかじめ印加しておくことで、変調時の印加電圧の振幅を小さく抑えることができるため、変調モードに迅速に移行できる。また、パルスデータ(A)の立ち下がり期間を過ぎても、継続してバイアス電圧Vbiasを印加しておくことで、上述したように、次の立ち上がり時に印加電圧振幅を小さく抑えることができる。   Thus, when the laser is extinguished, the bias voltage Vbias, which is forward bias and lower than the laser oscillation threshold voltage, is applied in advance, so that the amplitude of the applied voltage at the time of modulation can be kept small. Can move quickly. Further, by continuously applying the bias voltage Vbias even after the falling period of the pulse data (A), as described above, the applied voltage amplitude can be kept small at the next rising edge.

以上が変調期間における電圧駆動モード、電流駆動モードおよびレーザ消灯モードの各回路動作であるが、変調期間に入る前には、面発光レーザ31の光量を自動的に制御するAPCモードの回路動作が行われる。   The circuit operations in the voltage drive mode, current drive mode, and laser extinction mode in the modulation period are as described above. Before entering the modulation period, the circuit operation in the APC mode that automatically controls the light amount of the surface emitting laser 31 is performed. Done.

このAPCモードでは、制御回路35は、図21に示すように、スイッチ411,422,432,433をON状態、スイッチ415,431,434をOFF状態にする。このとき、光量検出回路33から面発光レーザ31の光量に応じて出力される検出電圧は誤差増幅回路34に供給される。このとき、誤差増幅回路34において、ch1のスイッチSWfb1がON状態にあり、入力された検出電圧はスイッチ341を介して誤差増幅器342にその反転入力として与えられる。   In this APC mode, as shown in FIG. 21, the control circuit 35 turns on the switches 411, 422, 432, 433 and turns off the switches 415, 431, 434. At this time, the detection voltage output from the light amount detection circuit 33 according to the light amount of the surface emitting laser 31 is supplied to the error amplification circuit 34. At this time, in the error amplifying circuit 34, the switch SWfb1 of ch1 is in the ON state, and the input detection voltage is given to the error amplifier 342 through the switch 341 as its inverting input.

すると、誤差増幅器342は、光量検出回路33の検出電圧と基準電圧Vrefとの差分を増幅して出力する。この誤差増幅器342の出力電圧は駆動制御回路32−1に供給される。この出力電圧は駆動制御回路32−1、即ち図16に示す駆動制御回路32において、スイッチ411を経由してコンデンサ412に保持される。すると、オペアンプ413はコンデンサ412の保持電圧に基づいて、インバータ421およびスイッチ422を介して定電流源424の電流を制御する。   Then, the error amplifier 342 amplifies and outputs the difference between the detection voltage of the light amount detection circuit 33 and the reference voltage Vref. The output voltage of the error amplifier 342 is supplied to the drive control circuit 32-1. This output voltage is held in the capacitor 412 via the switch 411 in the drive control circuit 32-1, that is, the drive control circuit 32 shown in FIG. Then, the operational amplifier 413 controls the current of the constant current source 424 via the inverter 421 and the switch 422 based on the holding voltage of the capacitor 412.

これにより、定電流源424からスイッチ432およびスイッチ433を介して面発光レーザ31の発光部LD1に供給される電流が変化し、結果として、ch1の発光部LD1のレーザパワーの制御が行われる。このフィードバック制御により、最終的には、光量検出回路33の検出電圧が基準電圧Vrefと一致して収束する。以上の一連の制御がAPCである。   As a result, the current supplied from the constant current source 424 to the light emitting unit LD1 of the surface emitting laser 31 via the switches 432 and 433 changes, and as a result, the laser power of the ch1 light emitting unit LD1 is controlled. By this feedback control, the detection voltage of the light amount detection circuit 33 eventually converges with the reference voltage Vref. The series of controls described above is APC.

このあと、誤差増幅回路34のスイッチSWfb1、電流駆動回路42のスイッチ422および電圧駆動回路41のスイッチ411をOFFすると、そのときのそれぞれの制御電圧がコンデンサCfb1、コンデンサ423およびコンデンサ412に保持される。このとき、コンデンサCfb1、コンデンサ423およびコンデンサ412に保持される電圧はそれぞれch1での誤差増幅器342の出力電圧、発光部LD1に対する駆動電流を設定する制御電圧およびそのときの発光部LD1の端子電圧に対応する電圧となる。   Thereafter, when the switch SWfb1 of the error amplifying circuit 34, the switch 422 of the current driving circuit 42, and the switch 411 of the voltage driving circuit 41 are turned OFF, the respective control voltages at that time are held in the capacitor Cfb1, the capacitor 423, and the capacitor 412. . At this time, the voltages held in the capacitor Cfb1, the capacitor 423, and the capacitor 412 are respectively the output voltage of the error amplifier 342 in ch1, the control voltage for setting the drive current for the light emitting unit LD1, and the terminal voltage of the light emitting unit LD1 at that time. Corresponding voltage.

以上の動作を面発光レーザ31の発光部LDの数(本例では、36個)だけ連続的に繰り返すことにより、36チャンネル分の駆動制御回路32−1〜32−36の全制御電圧を、誤差増幅器342の反転入力端子と出力端子との間に接続された36個のコンデンサCfb1〜Cfb36に保持する。そして、36チャンネルのAPCを終了したら、誤差増幅回路34において、スイッチ341をOFFにするとともに、スイッチSWfb1をONにしてch1での制御電圧を誤差増幅器342の出力電圧として次のAPCに備える。   By repeating the above operation continuously for the number of light emitting portions LD (36 in this example) of the surface emitting laser 31, all the control voltages of the drive control circuits 32-1 to 32-36 for 36 channels are obtained. It is held in 36 capacitors Cfb1 to Cfb36 connected between the inverting input terminal and the output terminal of the error amplifier 342. When the 36-channel APC is completed, the error amplification circuit 34 turns off the switch 341 and turns on the switch SWfb1 to prepare the control voltage at ch1 as the output voltage of the error amplifier 342 for the next APC.

上述したように、第2実施形態に係る面発光レーザ駆動装置においては、面発光レーザ31を電圧駆動する電圧駆動回路41と、面発光レーザ31を電流駆動する電流駆動回路42とを設け、電圧駆動回路41による電圧駆動と電流駆動回路42による電流駆動とを入力データに基づいて切り換えることで、電圧駆動による利点と電流駆動による利点とを効果的に組み合わせることができるため、より理想に近い駆動制御を実現できる。   As described above, in the surface emitting laser driving apparatus according to the second embodiment, the voltage driving circuit 41 that drives the surface emitting laser 31 by voltage and the current driving circuit 42 that drives the surface emitting laser 31 by current are provided, and the voltage By switching the voltage drive by the drive circuit 41 and the current drive by the current drive circuit 42 based on the input data, it is possible to effectively combine the advantages of the voltage drive and the advantages of the current drive. Control can be realized.

特に、入力データであるパルスデータの立ち上がり期間では電圧駆動回路41による電圧駆動とし、立ち上がり以降では電流駆動回路42による電流駆動に切り換えるようにしたことで、パルスデータの立ち上がりに応答して瞬時に面発光レーザ31を発光駆動できるとともに、パルスデータの立ち上がり以降も電圧駆動を続ける場合のような、面発光レーザ31の光量の変動を防止できる。   In particular, voltage driving is performed by the voltage driving circuit 41 during the rising period of the pulse data that is input data, and switching to current driving by the current driving circuit 42 is performed after the rising, so that the surface is instantaneously responded to the rising of the pulse data. The light emitting laser 31 can be driven to emit light, and fluctuations in the light amount of the surface emitting laser 31 can be prevented as in the case where voltage driving is continued after the rise of pulse data.

ところで、先述したように、面発光レーザ31は電流が流れることによって発熱し、その電流に応じて温度が上昇する。この面発光レーザ31の温度の上昇に伴い、図17のタイミング波形図から明らかなように、次に面発光レーザ31を駆動する際に、光量(D)に温度変動分ΔTに起因する光量ずれが発生することになる。通常の駆動制御では、この程度の光量ずれは問題にならないレベルのものであるが、より優れた駆動制御を実現するには、この温度変動分ΔTの光量ずれも無い方が好ましい。この温度変動分ΔTの光量ずれを補正する機能を備えるようにしたのが、以下に説明する本発明の第3実施形態に係る発光素子駆動装置である。   By the way, as described above, the surface emitting laser 31 generates heat when a current flows, and the temperature rises according to the current. As the temperature of the surface emitting laser 31 rises, as is apparent from the timing waveform diagram of FIG. 17, when the surface emitting laser 31 is driven next, the light amount deviation caused by the temperature variation ΔT in the light amount (D). Will occur. In normal drive control, such a light amount deviation is of a level that does not cause a problem. However, in order to realize better drive control, it is preferable that there is no light amount deviation of this temperature variation ΔT. A light emitting element driving apparatus according to a third embodiment of the present invention described below is provided with a function of correcting the light amount deviation of the temperature variation ΔT.

[第3実施形態]
図22は、本発明の第3実施形態に係る発光素子駆動装置、例えば面発光レーザ駆動装置における駆動制御回路の構成例を示す回路図であり、図中、図16と同等部分には同一符号を付して示している。なお、第2実施形態に係る面発光レーザ駆動装置との違いは、駆動制御回路32の構成が違うのみである。したがって、駆動システムを構築した場合には、基本的に、図15と同じ構成となる。
[Third Embodiment]
FIG. 22 is a circuit diagram showing a configuration example of a drive control circuit in a light emitting element driving apparatus according to the third embodiment of the present invention, for example, a surface emitting laser driving apparatus. In FIG. Is shown. The only difference from the surface emitting laser driving apparatus according to the second embodiment is the configuration of the drive control circuit 32. Therefore, when a drive system is constructed, the configuration is basically the same as in FIG.

図22において、電圧駆動回路41および電流駆動回路42がそれぞれ温度変動分ΔTの光量ずれを補正する補正回路を備えている。具体的には、電圧駆動回路41の補正回路は、誤差増幅器418とサンプルホールド回路419とから構成されている。誤差増幅器418には、その非反転(+)入力として面発光レーザ31の発光部LDの端子電圧(検出電圧)が与えられる。   In FIG. 22, each of the voltage drive circuit 41 and the current drive circuit 42 includes a correction circuit that corrects the light amount deviation of the temperature variation ΔT. Specifically, the correction circuit of the voltage drive circuit 41 includes an error amplifier 418 and a sample hold circuit 419. The error amplifier 418 is supplied with the terminal voltage (detection voltage) of the light emitting part LD of the surface emitting laser 31 as its non-inverted (+) input.

ここで、面発光レーザ31の発光部LDに一定の電流が流れていると、発光部LDの温度に応じてその端子電圧が変動することになる。具体的には、素子の温度が高くなると端子電圧が低下してくる。したがって、面発光レーザ31の発光部LDの端子電圧を検出することで、当該発光部LDの温度をモニターできることになる。   Here, when a constant current flows through the light emitting portion LD of the surface emitting laser 31, the terminal voltage varies according to the temperature of the light emitting portion LD. Specifically, the terminal voltage decreases as the temperature of the element increases. Therefore, the temperature of the light emitting part LD can be monitored by detecting the terminal voltage of the light emitting part LD of the surface emitting laser 31.

なお、発光部LDの温度をモニターする手法としては、発光部LDの端子電圧を検出する手法に限らず、例えば面発光レーザ31の近傍にサーミスター等の温度検知手段を配置し、当該温度検知手段の検知出力を用いる手法などを採ることも可能である。ただし、発光部LDの端子電圧を検出する手法の場合は、発光部LDの温度をより迅速にかつより正確にモニターできる利点がある。   The method of monitoring the temperature of the light emitting unit LD is not limited to the method of detecting the terminal voltage of the light emitting unit LD, and for example, a temperature detecting means such as a thermistor is disposed in the vicinity of the surface emitting laser 31 to detect the temperature. It is also possible to adopt a method using the detection output of the means. However, the method of detecting the terminal voltage of the light emitting unit LD has an advantage that the temperature of the light emitting unit LD can be monitored more quickly and more accurately.

サンプルホールド回路419は、サンプリングスイッチSWshおよびホールドコンデンサChからなり、発光部LDの端子電圧をサンプリングスイッチSWshでサンプリングし、そのサンプリング電圧をホールドコンデンサChに保持する。このホールドコンデンサChに保持された電圧は基準電圧となり、誤差増幅器418にその反転(−)入力として与えられる。誤差増幅器418の出力端は、コンデンサ412の開放端に接続されている。   The sample hold circuit 419 includes a sampling switch SWsh and a hold capacitor Ch, samples the terminal voltage of the light emitting unit LD with the sampling switch SWsh, and holds the sampling voltage in the hold capacitor Ch. The voltage held in the hold capacitor Ch becomes a reference voltage and is given to the error amplifier 418 as its inverting (−) input. The output terminal of the error amplifier 418 is connected to the open terminal of the capacitor 412.

この電圧駆動回路41の補正回路において、サンプリングスイッチSWshは例えば先述したAPC期間に入る前のタイミングでONすることで、発光部LDの端子電圧をサンプリングする。このように、APC期間に入る前のタイミングでサンプリングを行うことで、面発光レーザ31の温度が上昇する前の安定した端子電圧をサンプリングできる。そして、このサンプリング電圧を以降の補正処理に用いる。   In the correction circuit of the voltage driving circuit 41, the sampling switch SWsh is turned on, for example, at the timing before entering the APC period described above, thereby sampling the terminal voltage of the light emitting unit LD. Thus, by sampling at the timing before the APC period starts, it is possible to sample a stable terminal voltage before the temperature of the surface emitting laser 31 rises. This sampling voltage is used for the subsequent correction processing.

すなわち、誤差増幅器418は、面発光レーザ31の発光部LDの端子電圧を非反転入力として取り込み、ホールドコンデンサChのホールド電圧、即ち基準電圧と逐次比較してその誤差増幅電圧をコンデンサ412の開放端に与える。これにより、コンデンサ412の保持電圧が誤差増幅電圧分だけシフトされる。すなわち、この誤差増幅電圧が補正値としてコンデンサ412の保持電圧に重畳される。そして、この補正された電圧が、面発光レーザ31の発光駆動時に発光部LDに印加される。   That is, the error amplifier 418 takes in the terminal voltage of the light emitting part LD of the surface emitting laser 31 as a non-inverted input, and sequentially compares it with the hold voltage of the hold capacitor Ch, that is, the reference voltage, and the error amplified voltage is the open end of the capacitor 412. To give. As a result, the holding voltage of the capacitor 412 is shifted by the error amplification voltage. That is, this error amplification voltage is superimposed on the holding voltage of the capacitor 412 as a correction value. The corrected voltage is applied to the light emitting unit LD when the surface emitting laser 31 is driven to emit light.

一方、電流駆動回路42の補正回路は、一端が電源Vccに接続されたバイアス電流源425と、面発光レーザ31の発光部LDの端子電圧を非反転入力、バイアス電圧源417のバイアス電圧Vbiasを反転入力とする誤差増幅器426と、コンデンサ428およびスイッチ429からなり、誤差増幅器426の誤差増幅電圧をサンプルホールドするサンプルホールド回路427とを有し、このサンプルホールド回路427のコンデンサ428にホールドされたホールド電圧に応じてバイアス電流源425のバイアス電流Ibiasを制御する構成となっている。その結果、バイアス電流源425からは、バイアス電圧Vbiasに対応したバイアス電流Ibiasが出力される。   On the other hand, the correction circuit of the current drive circuit 42 has a bias current source 425 whose one end is connected to the power supply Vcc, a terminal voltage of the light emitting part LD of the surface emitting laser 31 as a non-inverting input, and a bias voltage Vbias of the bias voltage source 417. An error amplifier 426 serving as an inverting input, and a sample hold circuit 427 that includes a capacitor 428 and a switch 429 and samples and holds the error amplification voltage of the error amplifier 426. The hold held by the capacitor 428 of the sample hold circuit 427 The bias current Ibias of the bias current source 425 is controlled according to the voltage. As a result, the bias current source 425 outputs a bias current Ibias corresponding to the bias voltage Vbias.

スイッチ回路43は、バイアス電流源425の他端とノードN2との間に接続されたスイッチ435をさらに有している。このスイッチ435は、制御回路35(図15を参照)の制御の下に、入力データのオフ期間、即ちレーザ消灯期間において、入力データの立ち下げ期間の経過後の電流駆動時にON状態となる。このとき、スイッチ432は、制御回路35の制御の下にOFF状態となる。   The switch circuit 43 further includes a switch 435 connected between the other end of the bias current source 425 and the node N2. Under the control of the control circuit 35 (see FIG. 15), the switch 435 is turned on when the current is driven after the falling period of the input data in the input data off period, that is, the laser extinction period. At this time, the switch 432 is turned off under the control of the control circuit 35.

これにより、レーザ消灯期間において、入力データの立ち下げ期間が経過した後の電流駆動時には、定電流源424からの駆動電流に代えて、バイアス電流源425からのバイアス電流Ibiasが面発光レーザ31の発光部LDに供給される。   As a result, during the current drive after the falling period of the input data has elapsed in the laser extinction period, the bias current Ibias from the bias current source 425 is replaced by the surface emitting laser 31 instead of the drive current from the constant current source 424. Supplied to the light emitting unit LD.

次に、温度変動分ΔTの光量ずれを補正する補正回路を備えた上記構成の駆動制御回路32の回路動作について図23のタイミング波形図を用いて説明する。図23のタイミング波形図において、(A)は入力データ(パルスデータ)、(B)は面発光レーザ31の端子電圧、(C)は面発光レーザ31の温度、(D)は面発光レーザ31の光量の各波形を示している。   Next, the circuit operation of the drive control circuit 32 having the above-described configuration provided with the correction circuit for correcting the light amount deviation of the temperature variation ΔT will be described with reference to the timing waveform diagram of FIG. In the timing waveform diagram of FIG. 23, (A) is input data (pulse data), (B) is a terminal voltage of the surface emitting laser 31, (C) is a temperature of the surface emitting laser 31, and (D) is a surface emitting laser 31. Each waveform of the amount of light is shown.

なお、面発光レーザ31の発光期間に、入力データの立ち上がり期間で電圧駆動を行い、その後電流駆動に切り換える点については第2実施形態に係る駆動制御回路の場合と同じであるが、第3実施形態ではさらに、入力データ(A)の立ち下がり期間でも電圧駆動を行った後、レーザの発光閾値電流以下の電流を流して電流駆動とする。このレーザ消灯期間では、電圧駆動回路41の補正回路が動作し、温度変動分ΔTの光量ずれを補正する動作が行われる。   Note that, in the light emitting period of the surface emitting laser 31, voltage driving is performed during the rising period of the input data, and thereafter switching to current driving is the same as in the case of the drive control circuit according to the second embodiment, but the third embodiment. In the embodiment, voltage driving is performed even during the falling period of the input data (A), and then current driving is performed by flowing a current equal to or less than the laser emission threshold current. During this laser extinction period, the correction circuit of the voltage drive circuit 41 operates, and an operation for correcting the light amount deviation of the temperature variation ΔT is performed.

具体的には、誤差増幅器418が面発光レーザ31の発光部LDの端子電圧をホールドコンデンサChのホールド電圧と比較し、その誤差増幅電圧をコンデンサ412の開放端に与える。すると、この誤差増幅電圧が補正値としてコンデンサ412の保持電圧に重畳され、これが補正された電圧として、図23(A)に示すように、面発光レーザ31の発光部LDに印加される。その結果、温度変動分ΔTの光量ずれが補正され、温度変動分ΔTが残存したとしても光量(D)が一定となる。   Specifically, the error amplifier 418 compares the terminal voltage of the light emitting part LD of the surface emitting laser 31 with the hold voltage of the hold capacitor Ch, and gives the error amplification voltage to the open end of the capacitor 412. Then, this error amplification voltage is superimposed on the holding voltage of the capacitor 412 as a correction value, and is applied to the light emitting portion LD of the surface emitting laser 31 as a corrected voltage as shown in FIG. As a result, the light amount deviation of the temperature variation ΔT is corrected, and the light amount (D) becomes constant even if the temperature variation ΔT remains.

レーザ素子の消灯期間が十分に長い場合には、次のパルスデータの立ち上がり電圧を補正するのは何ら問題ない。ところが、レーザゼログラフィーにおいて温度の高い領域で温度を制御しようとした場合には、レーザ素子が消灯する期間は短くなる。このような場合は、短い消灯期間に定電流駆動に移行できないことから、レーザ素子の温度変動を正しく検知できず、次のパルスデータの立ち上がり電圧を正しく補正できない。このような消灯期間が非常に短い場合、消灯時の温度変動は無視できるようになるため、レーザ素子が消灯する直前の点灯時のレーザ温度で立ち上がり時の電圧の補正を行うことができる。   When the extinction period of the laser element is sufficiently long, there is no problem in correcting the rising voltage of the next pulse data. However, when the temperature is to be controlled in a high temperature region in laser xerography, the period during which the laser element is turned off is shortened. In such a case, since it is not possible to shift to constant current driving during a short light extinction period, the temperature fluctuation of the laser element cannot be detected correctly, and the rising voltage of the next pulse data cannot be corrected correctly. When such an extinguishing period is very short, temperature fluctuations during extinguishing can be ignored, so that the voltage at startup can be corrected with the laser temperature at the time of lighting immediately before the laser element is extinguished.

レーザ点灯時のレーザ温度変動はレーザ素子が定電流駆動されているため、消灯時と同様にレーザ素子の端子電圧の変動を検知することで知ることができる。しかし、消灯時と点灯時とでは、レーザ素子に流れている電流が異なるためレーザ素子の端子電位が異なる。そこで、消灯時であれば消灯時におけるレーザ端子電圧の変動と、点灯時であれば点灯時におけるレーザ端子電圧の変動とを交互に出力すれば良い。   Since the laser element is driven with a constant current when the laser is turned on, it can be known by detecting the change in the terminal voltage of the laser element as in the case of turning off the laser. However, since the current flowing through the laser element is different between when the light is turned off and when the light is turned on, the terminal potential of the laser element is different. Therefore, when the light is turned off, the fluctuation of the laser terminal voltage when the light is turned off and when the light is turned on, the fluctuation of the laser terminal voltage when the light is turned on may be output alternately.

具体的には、自動光量制御(APC)時での点灯時のレーザ端子電圧と、このときのレーザ温度での消灯時のレーザ端子電圧とを検知しかつ保持しておき、これらを基準としてレーザ端子電圧から変調時にはこの保持された点灯時の電圧を差し引き、消灯時にはこの保持された消灯時の電圧を差し引くことで、点灯時、消灯時でのレーザ素子の温度変動を検知することができる。あるいは、点灯時ではレーザ端子電圧と保持された点灯時の電圧との差電圧を、消灯時ではレーザ端子電圧と保持された消灯時の電圧との差電圧を交互に出力させることで、同様に点灯時、消灯時でのレーザ素子の温度変動を検知することができる。   Specifically, the laser terminal voltage at the time of lighting in automatic light quantity control (APC) and the laser terminal voltage at the time of extinguishing at the laser temperature at this time are detected and held, and the laser is based on these. By subtracting the held lighting voltage at the time of modulation from the terminal voltage, and subtracting the held off voltage at the time of light extinction, it is possible to detect the temperature variation of the laser element at the time of turning on and off. Alternatively, by alternately outputting the difference voltage between the laser terminal voltage and the held lighting voltage at the time of lighting, and the difference voltage between the laser terminal voltage and the held lighting voltage at the time of turning off the light. It is possible to detect temperature fluctuations of the laser element when the light is on and when the light is off.

図22では、原理的に、入力側に基準電圧を保持するサンプルホールド回路を1系統持つ誤差増幅器418を1系統で示すが、前者を実現するには、例えば図22と同様に誤差増幅器418は1系統で、この入力側に基準電圧を保持するサンプルホールド回路をオン時とオフ時とで2系統持つ構成とし、後者を実現するには、誤差増幅器418と同様にサンプルホールド回路を持ち、かつ選択的に出力できる誤差増幅器をオン時用とオフ時とで2系統持ち、その出力をワイヤードORしてコンデンサ412の開放端に接続し、かつ当該コンデンサ412との接続点を抵抗を介して接地する構成が考えられる。   In FIG. 22, in principle, one error amplifier 418 having one sample hold circuit for holding the reference voltage on the input side is shown. However, in order to realize the former, for example, the error amplifier 418 is similar to FIG. In order to realize the latter, the sample hold circuit for holding the reference voltage on the input side in one system has two systems, both on and off. There are two error amplifiers that can selectively output, on and off, and the output is wired-ORed and connected to the open end of the capacitor 412, and the connection point with the capacitor 412 is grounded through a resistor. The structure which performs is considered.

なお、ここでは、差し引く際の基準電圧として、自動光量制御(APC)時の電圧を保持して用いるとしたが、補正がゼロとなる条件であれば基準をAPCでとるか、あるいはそれ以外でとるかは問題ではない。   In this example, the voltage at the time of automatic light control (APC) is held and used as the reference voltage for subtraction. However, if the correction is zero, the reference may be taken by APC or otherwise. It doesn't matter if you take it.

以上が変調期間における第3実施形態に係る駆動制御回路の動作であるが、第2実施形態に係る駆動制御回路と異なるのは次の点である。すなわち、レーザ消灯期間において、第2実施形態に係る駆動制御回路では、消灯期間の間継続して
バイアス電圧Vbiasを印加しておくのに対して、第3実施形態に係る駆動制御回路では、一旦バイアス電圧Vbiasを印加するが、その後図22のバイアス電流源425を用いてバイアス電流を流して電流モードにし、レーザ素子の端子電圧の変化から温度を予測できるようにしている点が異なる。
The above is the operation of the drive control circuit according to the third embodiment during the modulation period. The following points are different from the drive control circuit according to the second embodiment. That is, during the laser extinction period, the drive control circuit according to the second embodiment continuously applies the bias voltage Vbias during the extinction period, whereas the drive control circuit according to the third embodiment temporarily applies the bias voltage Vbias. A bias voltage Vbias is applied, but the bias current source 425 shown in FIG. 22 is then used to flow the bias current into the current mode so that the temperature can be predicted from the change in the terminal voltage of the laser element.

また、第2実施形態に係る駆動制御回路でのAPCモードに続けてレーザ素子を消灯状態にして、図22において、レーザ端子電圧を非反転入力とし、バイアス電圧Vbiasを反転入力とした誤差増幅器426の出力でバイアス電流源425を駆動し、同時にサンプルホールド回路427の電源Vcc側に接続されたコンデンサ428にそのときの制御電圧を充電し、誤差増幅器426の出力電圧が収束した時点でスイッチ427をOFF状態とする。これにより、バイアス電流源425には、レーザ端子電圧がほぼバイアス電圧Vbiasに一致するところのバイアス電流が設定されることになる。   Further, the laser device is turned off following the APC mode in the drive control circuit according to the second embodiment, and in FIG. 22, the error amplifier 426 using the laser terminal voltage as a non-inverting input and the bias voltage Vbias as an inverting input. At the same time, the capacitor 428 connected to the power supply Vcc side of the sample hold circuit 427 is charged with the control voltage at that time, and the switch 427 is turned on when the output voltage of the error amplifier 426 converges. Set to OFF state. As a result, the bias current source 425 is set with a bias current at which the laser terminal voltage substantially matches the bias voltage Vbias.

なお、バイアス電流源425としては、定電流源424と同様にPMOSトランジスタを想定しているため、PMOSトランジスタのゲートに相当する制御端子に印加する電圧を上げるとバイアス電流源425の電流が減少し、下げると増大する。このことにより、変調期間でのレーザ消灯時にパルスデータの立ち下がり期間でレーザ端子電圧がバイアス電圧Vbiasになったのち、当該端子電圧の変動を最小にして速やかに電流モードに移行することができる。   As the bias current source 425, a PMOS transistor is assumed in the same way as the constant current source 424. Therefore, when the voltage applied to the control terminal corresponding to the gate of the PMOS transistor is increased, the current of the bias current source 425 decreases. When it is lowered, it increases. Thus, when the laser is turned off during the modulation period, the laser terminal voltage becomes the bias voltage Vbias during the fall period of the pulse data, and then the current mode can be quickly shifted to the minimum with the fluctuation of the terminal voltage.

この結果、消灯してから短時間内にレーザ素子の温度モニターが可能な状態に移行でき、次の点灯時の電圧を補正することが可能になる。このことは、図24の変調期間として示しているように、レーザゼログラフィーにおいて、特にハイライト時に非常に短い周期で短いパルスでレーザ素子を点灯駆動するときにも補正を有効にする上で重要である。   As a result, it is possible to shift to a state in which the temperature of the laser element can be monitored within a short time after the light is turned off, and the voltage at the next lighting can be corrected. As shown as the modulation period in FIG. 24, this is important in laser xerography, especially when the correction is made effective when the laser element is lit and driven with a short pulse with a very short period during highlighting. It is.

上述したように、第3実施形態に係る面発光レーザ駆動装置における駆動制御回路32では、電圧駆動回路41および電流駆動回路42がそれぞれ温度変動分ΔTの光量ずれを補正する補正回路を備えることで、面発光レーザ31の温度の上昇に伴って温度変動分ΔTが残存したとしても、その温度変動分ΔTに起因する光量ずれを確実に補正できるため、発光駆動時に光量(D)に温度変動分ΔTのずれが生じることはない。以下、この温度変動の補正を伴う駆動をダイナミック駆動と称す。   As described above, in the drive control circuit 32 in the surface emitting laser drive device according to the third embodiment, the voltage drive circuit 41 and the current drive circuit 42 each include a correction circuit that corrects the light amount deviation of the temperature variation ΔT. Even if the temperature variation ΔT remains as the temperature of the surface emitting laser 31 rises, the light amount deviation caused by the temperature variation ΔT can be reliably corrected. There is no deviation of ΔT. Hereinafter, the driving accompanied with the correction of the temperature fluctuation is referred to as dynamic driving.

図24に、APC期間、レーザ消灯期間および変調期間において面発光レーザ31の光量(A)、端子電圧(B)および温度(C)について実線で示すダイナミック駆動の場合と一点鎖線で示す定電圧駆動の場合とを比較した波形を示す。また、図25に、変調期間を拡大して示した面発光レーザ31の光量(A)、端子電圧(B)および温度(C)の各波形を示す。これらの波形図から明らかなように、実線で示すダイナミック駆動を行うことにより、温度変動分ΔTに起因する光量ずれを確実に補正できるため、一点鎖線で示す定電圧駆動の場合よりも光量(A)が一定になっていることがわかる。   In FIG. 24, in the APC period, the laser extinction period, and the modulation period, the amount of light (A), the terminal voltage (B), and the temperature (C) of the surface emitting laser 31 are the case of dynamic driving indicated by solid lines and the constant voltage driving indicated by dashed lines. The waveform which compared with the case of is shown. FIG. 25 shows waveforms of the light amount (A), the terminal voltage (B), and the temperature (C) of the surface emitting laser 31 with the modulation period enlarged. As is apparent from these waveform diagrams, since the light amount deviation caused by the temperature fluctuation ΔT can be reliably corrected by performing the dynamic drive indicated by the solid line, the light amount (A ) Is constant.

なお、第3実施形態では、レーザ端子電圧からレーザ温度を検知してレーザ素子の温度依存性を補正する対象として、パルスデータの立ち上がり電圧を補正する方法について説明したが、補正の対象はレーザ特性のうち温度依存性を有する全ての特性を対象にしており、具体的には閾値電流や発光効率(ΔP:光量/ΔI:駆動電流)の温度依存性を補正するのにも適用することが可能である。   In the third embodiment, the method of correcting the rising voltage of the pulse data has been described as the target for detecting the laser temperature from the laser terminal voltage and correcting the temperature dependence of the laser element. However, the correction target is the laser characteristic. Among them, all characteristics having temperature dependency are targeted, and specifically, it can be applied to correct the temperature dependency of threshold current and light emission efficiency (ΔP: light quantity / ΔI: drive current). It is.

また、上記各実施形態では、駆動対象の発光素子として、面発光レーザを用いた場合を例に採って説明したが、面発光レーザの駆動への適用に限られるものではなく、EL素子など内部抵抗が高い発光素子全般の高速駆動に対しても同様に適用可能である。   In each of the above embodiments, the case where a surface emitting laser is used as a light emitting element to be driven has been described as an example. However, the present invention is not limited to the application to driving a surface emitting laser, and an internal element such as an EL element is used. The present invention can be similarly applied to high-speed driving of all light-emitting elements having high resistance.

本発明に係る発光素子駆動装置の基本概念を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the basic concept of the light emitting element drive device which concerns on this invention. 周知技術に係るエミッタフォロワを用いた電圧駆動回路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the voltage drive circuit using the emitter follower which concerns on a well-known technique. 図2の等価回路図である。FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of FIG. 2. 図2の動作波形図である。FIG. 3 is an operation waveform diagram of FIG. 2. 本発明の基本概念に基づく電圧駆動回路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the voltage drive circuit based on the basic concept of this invention. 図5の等価回路図である。FIG. 6 is an equivalent circuit diagram of FIG. 5. 図5の動作波形図である。FIG. 6 is an operation waveform diagram of FIG. 5. 本発明の第1実施形態に係る面発光レーザ駆動装置を用いた駆動システムの構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram showing an example of composition of a drive system using a surface emitting laser drive device concerning a 1st embodiment of the present invention. 1ch分の駆動制御回路の回路構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the circuit structure of the drive control circuit for 1ch. 本発明の第1実施形態に係る面発光レーザ駆動装置の回路動作を説明するためのタイミングチャートである。It is a timing chart for demonstrating the circuit operation | movement of the surface emitting laser drive device which concerns on 1st Embodiment of this invention. 1ch分の駆動制御回路の具体的な回路構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the specific circuit structural example of the drive control circuit for 1ch. 1ch分の駆動制御回路の具体的な回路構成の変形例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the modification of the concrete circuit structure of the drive control circuit for 1ch. 2400dpi、256階調、36ビームを想定した場合のプリント速度の電圧源出力インピーダンス依存性を示す図である。It is a figure which shows the voltage source output impedance dependence of the printing speed at the time of assuming 2400 dpi, 256 gradations, and 36 beams. 電圧駆動の場合の各部の波形を示すタイミング波形図である。It is a timing waveform diagram which shows the waveform of each part in the case of voltage drive. 本発明の第2実施形態に係る面発光レーザ駆動装置を用いた駆動システムの構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example of the drive system using the surface emitting laser drive device which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 1ch分の駆動制御回路の回路構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the circuit structure of the drive control circuit for 1ch. 第2実施形態に係る面発光レーザ駆動装置の動作説明のためのタイミング波形図である。It is a timing waveform diagram for explaining the operation of the surface emitting laser driving apparatus according to the second embodiment. 電圧駆動時の等価回路図である。It is an equivalent circuit diagram at the time of voltage driving. 電流駆動時の等価回路図である。It is an equivalent circuit diagram at the time of current driving. レーザ消灯時の等価回路図である。It is an equivalent circuit diagram at the time of laser extinction. APCモード時の等価回路図である。It is an equivalent circuit diagram at the time of APC mode. 本発明の第3実施形態に係る面発光レーザ駆動装置における駆動制御回路の回路構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the circuit structure of the drive control circuit in the surface emitting laser drive device which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 第3実施形態に係る駆動制御回路の動作説明のためのタイミング波形図である。FIG. 12 is a timing waveform diagram for explaining the operation of the drive control circuit according to the third embodiment. APC期間、レーザ消灯期間および変調期間において面発光レーザの光量(A)、端子電圧(B)および温度(C)についてダイナミック駆動と定電圧駆動とを比較したタイミング波形図である。FIG. 6 is a timing waveform diagram comparing dynamic driving and constant voltage driving for the light amount (A), terminal voltage (B), and temperature (C) of a surface emitting laser in an APC period, a laser extinction period, and a modulation period. 変調期間を拡大して示した面発光レーザの光量(A)、端子電圧(B)および温度(C)の各波形を示すタイミング波形図である。It is a timing waveform diagram showing each waveform of the light quantity (A), terminal voltage (B), and temperature (C) of the surface emitting laser showing the modulation period enlarged. 端面発光レーザと面発光レーザとのV−I特性を比較した図である。It is the figure which compared the VI characteristic of an edge surface emitting laser and a surface emitting laser. 面発光レーザの等価回路を示す図である。It is a figure which shows the equivalent circuit of a surface emitting laser. 端面発光レーザの等価回路を示す図である。It is a figure which shows the equivalent circuit of an edge emitting laser. 面発光レーザ駆動回路の配線を示す図である。It is a figure which shows the wiring of a surface emitting laser drive circuit. 端面発光レーザ駆動回路の配線を示す図である。It is a figure which shows the wiring of an edge-emitting laser drive circuit. 面発光レーザの波形図である。It is a wave form diagram of a surface emitting laser. 端面発光レーザの波形図である。It is a wave form diagram of an edge emitting laser. 従来例に係る電圧駆動型レーザ駆動回路の回路構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the circuit structure of the voltage drive type laser drive circuit which concerns on a prior art example.

符号の説明Explanation of symbols

11,21,31…面発光レーザ、12,22…第1の電圧源、13,23…第2の電圧源、24,33…光量検出回路、32,32−1〜32−36,233,233−1〜233−36…駆動制御回路、34…誤差増幅回路、35…制御回路、41…電圧駆動回路、42…電流駆動回路、43…スイッチ回路、231,342,418,426…誤差増幅器、235,235′,413…オペアンプ   11, 21, 31... Surface emitting laser, 12, 22, first voltage source, 13, 23, second voltage source, 24, 33, light quantity detection circuit, 32, 32-1 to 32-36, 233 233-1 to 233-36 drive control circuit 34 error control circuit 35 control circuit 41 voltage drive circuit 42 current drive circuit 43 switch circuit 231 342 418 426 error amplifier , 235, 235 ′, 413, operational amplifiers

Claims (5)

直流電流を流して発光させる発光素子をパルスデータに応じて駆動する発光素子駆動装置であって、
前記発光素子を電圧駆動する電圧駆動手段と、
前記発光素子を電流駆動する電流駆動手段と、
前記入力データに基づいて前記電圧駆動手段による電圧駆動と前記電流駆動手段による電流駆動とを切り換える切換手段とを備え、
前記電圧駆動手段は、前記発光素子に対してバイアス電圧を印加するバイアス電圧印加手段を含み、
前記切換手段は、前記パルスデータの立ち上げ期間に前記電圧駆動手段による電圧駆動に切り換え、その後前記電流駆動手段による電流駆動に切り換え、しかる後前記パルスデータの立ち下げ期間に前記バイアス電圧印加手段による電圧駆動に切り換える
ことを特徴とする発光素子駆動装置。
A light-emitting element driving device that drives a light-emitting element that emits light by flowing a direct current according to pulse data,
Voltage driving means for driving the light emitting element with voltage;
Current driving means for current-driving the light emitting element;
Switching means for switching between voltage driving by the voltage driving means and current driving by the current driving means based on the input data;
The voltage driving means includes bias voltage applying means for applying a bias voltage to the light emitting element,
The switching means switches to voltage driving by the voltage driving means during the rising period of the pulse data, and then switches to current driving by the current driving means, and then by the bias voltage applying means during the falling period of the pulse data. A light emitting element driving device characterized by switching to voltage driving .
前記切換手段は、前記電圧駆動手段による電圧駆動と前記電流駆動手段による電流駆動とを同時に選択可能であり、前記電圧駆動手段による電圧駆動に切り換えたとき、同時に前記電流駆動手段による電流駆動も選択して当該電流駆動による電流も前記発光素子に供給する
ことを特徴とする請求項1記載の発光素子駆動装置。
The switching means can simultaneously select voltage driving by the voltage driving means and current driving by the current driving means. When switching to voltage driving by the voltage driving means, the current driving by the current driving means is also selected at the same time. The light-emitting element driving device according to claim 1, wherein a current generated by the current driving is also supplied to the light-emitting element.
前記電圧駆動手段による電圧駆動の期間は、前記パルスデータの最小パルス幅以下であることを特徴とする請求項1記載の発光素子駆動装置。   2. The light emitting element driving device according to claim 1, wherein a period of voltage driving by the voltage driving means is less than a minimum pulse width of the pulse data. 前記発光素子の端子電圧に基づいて前記発光素子の温度変動を補正する補正手段をさらに備える
ことを特徴とする請求項1記載の発光素子駆動装置。
The light-emitting element driving device according to claim 1, further comprising a correcting unit that corrects a temperature variation of the light-emitting element based on a terminal voltage of the light-emitting element.
複数の発光素子に対応して複数設けられた請求項1記載の発光素子駆動装置と、
前記複数の発光素子の光量を検出する検出手段と、
前記検出手段の検出結果に対応した電圧と基準電圧とを比較してその誤差分を増幅する誤差増幅手段とを備え、
前記発光素子駆動装置の各々が前記誤差増幅手段の出力に基づいて前記発光素子を駆動する
ことを特徴とする発光素子駆動システム。
The light emitting element driving device according to claim 1, wherein a plurality of light emitting element driving devices are provided corresponding to the plurality of light emitting elements
Detecting means for detecting light amounts of the plurality of light emitting elements;
An error amplifying means for comparing the voltage corresponding to the detection result of the detecting means and a reference voltage and amplifying the error, and
Each of said light emitting element drive devices drives the said light emitting element based on the output of the said error amplification means. The light emitting element drive system characterized by the above-mentioned.
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