KR100657301B1 - 레이저 다이오드의 출력제어장치의 제어 파라미터 변경방법 및 제어 파라미터 변경 기능을 구비한 레이저다이오드의 출력제어장치 - Google Patents

Abstract

레이저 다이오드의 출력제어장치의 제어 파라미터 변경 방법 및 제어 파라미터 변경 기능을 구비한 레이저 다이오드의 출력제어장치가 개시된다. 이 방법은 레이저 다이오드의 출력자동제어 구간을 설정하는 단계, 상기 출력자동제어 구간 동안 상기 레이저 다이오드의 디지털 출력전압을 샘플링하는 단계, 상기 샘플링된 디지털 출력전압 중 최대치와 최소치의 차이를 계산하는 단계, 상기 차이가 기준 값 이상이면 새로운 제어 파라미터를 선정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

따라서 본 발명에 따르면 레이저 다이오드의 출력제어장치에 사용되는 제어 파라미터를 각각의 레이저 다이오드에 맞게 자동적으로 설정함으로써, 종래의 광 파워 제어장치에서 제어 파라미터를 고정시키게 되어 레이저 다이오드의 단품 특성에 따라 설정된 제어 파라미터가 적절치 않을 경우 광파워 레벨이 흔들리는 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

레이저 다이오드의 출력제어장치의 제어 파라미터 변경 방법 및 제어 파라미터 변경 기능을 구비한 레이저 다이오드의 출력제어장치{Method and apparatus for automatically controlling power of laser diode having function of modifying control parameter}

도 1은 종래의 레이저 다이오드의 출력제어장치의 구성을 나타내는 블록도이다.

도 2는 화상이 불량인 경우의 레이저 다이오드 출력 전압 파형을 도시한 것이다.

도 3은 화상이 정상인 경우의 레이저 다이오드 출력 전압 파형을 도시한 것이다.

도 4는 본 발명에 의한 제어 파라미터 변경 기능을 구비한 레이저 다이오드의 출력제어장치의 구성을 나타내는 블록도이다.

도 5은 30개의 레이저 다이오드를 랜덤하게 추출하여 제어파라미터 중 비례상수와 전압의 편차를 도시한 것이다.

도 6은 회귀분석을 통해 얻은 비례상수와 전압편차 간의 관계식이다.

도 7는 도 4에 도시된 제어전압발생부의 보다 상세한 구성을 나타내는 블록도이다.

도 8은 본 발명에 의한 레이저 다이오드의 출력제어장치의 제어 파라미터 변경 방법을 나타내는 흐름도이다.

본 발명은 레이저 다이오드의 출력제어장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 레이저 다이오드의 출력제어장치의 제어 파라미터 변경 방법 및 제어 파라미터 변경 기능을 구비한 레이저 다이오드의 출력제어장치에 관한 것이다.

도 1은 종래의 레이저 다이오드의 출력제어장치의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 1에 도시된 바와 같이 레이저 다이오드의 출력제어장치는 레이저다이오드의 광파워를 나타내는 전류를 입력받는 아날로그/디지털 변환부(100), 기준전압과 레이저 다이오드의 출력 전압과의 차이에 해당하는 오차전압을 발생시키는 오차전압 발생부(110), 오차전압을 비례적분 처리하여 제어 전압을 발생시키는 비례적분 제어기(120), 비례적분 처리된 제어전압을 디지털/아날로그 변환처리하여 이를 다시 레이저 다이오드에 입력하는 디지털/아날로그 변환부(130)로 이루어진다.

종래의 레이저 다이오드 출력제어장치는 한번 실험을 통하여 제어기의 비례상수(Kp), 적분상수(Ki)의 값을 선정하여 비례적분 제어기에 저장한 후, 출력제어과정 중에 이 값을 변경시키지 않았다. 그 결과 실제로 같은 스펙(Specification)을 갖는 레이저 다이오드라 할지라도 생산업체 혹은 생산 물량에 따라 그 특성이 조금씩 차이가 나며, 이러한 특성 편차에 따라 제어기에서 선정한 파라미터 값이 적절치 않아 레이저 다이오드의 출력 전압이 일정하지 않은 현상이 발생하였다.

도 2는 화상이 불량인 경우의 레이저 다이오드 출력 전압 파형을 도시한 것이며, 도 3은 화상이 정상인 경우의 레이저 다이오드 출력 전압 파형을 도시한 것이다. 도 2에서 200은 디지털/아날로그 변환부를 통과한 레이저 다이오드 입력전압이며, 210은 아날로그/디지털 변환부를 통과한 레이저 다이오드의 출력전압이다. 또한 도 3에서 300은 300은 디지털/아날로그 변환부를 통과한 레이저 다이오드 입력전압이며, 310은 아날로그/디지털 변환부를 통과한 레이저 다이오드의 출력전압이다.

도 2에 도시된 바와 같이 정상적인 레이저 다이오드 입력전압(200)에 대하여 레이저 다이오드의 제품 특성에 따라서 다이오드 출력 전압(210)의 변동 폭이 커지면 광파워의 세기가 변동하며, 이로 인해 인쇄화상에 명암의 단차가 발생한다. 그러나 도 3의 경우에는 정상적인 레이저 다이오드의 입력전압(300)에 대하여 다이오드 출력 전압(310)의 변동 폭이 거의 없으므로 화상 불량이 발생하지 않게 된다.

따라서 상기의 문제를 해결하기 위해서는 레이저 다이오드의 특성차에 따라 제어 파라미터를 변동시킬 수 있는 제어장치가 필요하다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 종래의 광 파워 제어장치에서 제어 파라미터를 고정시킴으로써 레이저 다이오드의 단품 특성에 따라 설정된 제어 파라미터가 적절치 않을 경우 광파워 레벨이 흔들리는 현상을 방지하기 위하여, 각각의 레이저 다이오드의 특성에 맞도록 적정한 제어 파라미터를 자동적으로 설정하게 함 으로써 불량 요인을 제거하도록, 레이저 다이오드의 출력제어장치의 제어 파라미터 변경 방법 및 제어 파라미터 변경 기능을 구비한 레이저 다이오드의 출력제어장치를 제공하는데 있다.

상기의 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한, 레이저 다이오드의 출력제어장치의 제어 파라미터 변경 방법은, 레이저 다이오드의 출력자동제어 구간을 설정하는 단계, 상기 출력자동제어 구간 동안 상기 레이저 다이오드의 디지털 출력전압을 샘플링하는 단계, 상기 샘플링된 디지털 출력전압 중 최대치와 최소치의 차이를 계산하는 단계, 상기 차이가 기준 값 이상이면 새로운 제어 파라미터를 선정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하기로는 상기 방법은 상기 차이가 기준 값 이하이면 이전의 제어 파라미터를 그대로 사용하는 단계를 더 포함한다.

상기의 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한, 레이저 다이오드의 출력자동제어방법은 레이저 다이오드의 출력자동제어 구간을 설정하는 단계, 상기 출력자동제어 구간 동안 상기 레이저 다이오드의 디지털 출력전압을 샘플링하는 단계, 상기 샘플링된 디지털 출력전압 중 최대치와 최소치의 차이를 계산하는 단계, 상기 차이가 기준 값 이상이면 새로운 제어 파라미터를 선정하는 단계, 상기 출력자동제어 구간 동안 샘플링된 레이저 다이오드의 출력전압과 기준전압과의 오차전압을 발생하는 단계, 상기 오차전압을 제어파라미터를 이용하여 비례적분 처리하여 보정된 제어전압을 발생하고, 상기 제어전압을 상기 레이저 다이오드로 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하기로는 상기 출력자동제어 구간을 설정하는 단계는 상기 레이저 다이오드의 출력전압을 아날로그/디지털 변환하는 단계를 더 포함하고, 상기 제어전압을 레이저 다이오드로 인가하는 단계는 상기 제어전압을 디지털/아날로그 변환하는 단계를 더 포함한다.

상기의 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한, 레이저 다이오드의 출력 자동 제어장치는 레이저 다이오드의 출력전압을 디지털 형태로 변환하기 위한 아날로그/디지털 변환부, 상기 아날로그/디지털 변환부로부터 제공되는 디지털 출력전압을 출력 자동제어 구간동안 샘플링하는 샘플링부, 상기 샘플링된 디지털 출력전압 중 최대치와 최소치의 차이를 계산하는 계산부, 상기 차이가 기준 값 이상이면 새로운 제어 파라미터를 선정하는 제어파라미터 선정부, 상기 샘플링된 디지털 출력전압과 기준전압과의 오차전압을 발생하기 위한 오차전압 발생부, 상기 오차전압 발생부로부터 제공되는 오차전압을 제어파라미터를 이용하여 비례적분 처리하여 보정된 제어전압을 발생하기 위한 제어전압 발생부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하기로는 상기 제어전압 발생부는 상기 오차전압 발생부로부터 제공되는 오차전압에 대하여 일정한 비례상수와 적분상수를 이용하여 비례적분처리하여 보정된 제어전압을 발생하는 비례적분 처리부, 상기 보정된 제어전압을 아날로그 형태로 변환하여 상기 레이저 다이오드로 인가하는 디지털/아날로그 변환부로 이루어진다.

이하, 본 발명에 의한 레이저 다이오드의 출력제어장치의 제어 파라미터 변 경 방법 및 제어 파라미터 변경 기능을 구비한 레이저 다이오드의 출력제어장치를 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다.

도 4는 본 발명에 의한 제어 파라미터 변경 기능을 구비한 레이저 다이오드의 출력제어장치의 구성을 나타내는 블록도이다. 도시된 바에 따른 제어 파라미터 변경 기능을 구비한 레이저 다이오드의 출력제어장치는 아날로그/디지털 변환부(400), 샘플링부(410), 계산부(420), 제어파라미터 선정부(430), 오차전압 발생부(440), 제어전압 발생부(450)를 포함하여 이루어진다.

상기 아날로그/디지털 변환부(400)는 레이저 다이오드의 출력전압을 디지털 형태로 변환한다.

상기 샘플링부(410)는 아날로그/디지털 변환부(400)로부터 출력되는 레이저 다이오드의 디지털 출력전압을 미리 설정된 출력자동제어 구간동안 샘플링한다. 다른 실시예로는 샘플링부(410)에서 출력자동제어 구간을 설정하고, 출력자동제어 구간 동안만 아날로그/디지털 변환부(400)에서 변환동작이 행해지도록 아날로그/디지털 변환부(400)를 제어할 수도 있다. 또한, 샘플링부(410)에서 출력자동제어 구간동안의 샘플링 횟수를 설정하는 것도 가능한데, 이에 따르면 아날로그/디지탈 변환부(400)로부터 제공되는 디지탈 출력전압을 샘플링 횟수만큼 샘플링하여 후단으로 공급한다.

상기 계산부(420)는 상기 샘플링부(410)에서 샘플링된 디지털 출력전압 중 최대치와 최소치의 차이를 계산한다. 상기 계산부(420)의 결과에 따라 최대치와 최소치의 차이 즉 디지털 출력전압의 편차가 기준 값 이하인 경우에는 기존의 제어파 라미터를 계속 사용한다. 그러나 디지털 출력전압의 편차가 기준값 이상인 경우에는 기존의 제어파라미터로는 유효한 제어전압이 발생되지 못하는 것이라고 볼 수 있으므로 유효한 제어전압을 발생시키기 위한 제어파라미터를 다시 설정해야 한다.

상기 제어파라미터 선정부(430)는 상기 레이저 다이오드의 디지털 출력전압 편차가 기준 값 이상이면 새로운 제어 파라미터를 선정한다. 바람직한 실시예에 따르면 상기 디지털 출력 전압의 편차가 0.5V 이하이면 기존에 설정된 제어 파라미터를 사용하고 0.5V 이상이면 제어파라미터 선정부(430)에서 새로운 제어파라미터를 계산하여 다음 인쇄부터 새로운 제어 파라미터를 사용하게 된다.

도 5는 30개의 레이저 다이오드를 랜덤(Random)하게 추출하여 제어파라미터 중 비례상수(Kp)와 디지털 출력전압의 편차(Verror)를 도시한 것이다. 또한 도 6은 회귀분석을 통해 얻은 비례상수(Kp)와 전압편차(Verror)간의 관계식이다.

도 5에 도시된 30개의 그래프를 대표값으로 회귀분석을 하면 도 6과 같은 비례상수(Kp)와 전압편차(Verror)간의 관계식이 나타나게 된다.

즉, Kp = -25.35+199.05Verror - 131.9Verror² 와 같은 관계식을 얻을 수 있다. 위의 식에 작동 결과 발생한 전압편차(Verror)를 입력하면 새로운 비례상수(Kp) 값을 얻을 수 있다. 예를 들면 Verror = 0.55 V 라고 할때 Kp 값은 약 44로 계산되어 새로운 제어파라미터로 저장된다. 새로운 파라미터를 사용하여도 Verror 값이 0.5 V를 넘으면 위의 식을 이용하여 새로운 비례상수(Kp) 값을 구한다.

상기 오차전압발생부(440)는 일정한 주기를 가지고 설정된 출력자동제어 구 간 동안 추출된 상기 레이저 다이오드의 출력전압과 기준전압과의 오차전압을 발생시킨다.

상기 제어전압발생부(450)는 오차전압 발생부(440)로부터 제공되는 오차전압을 기존의 제어파라미터 또는 새로운 제어파라미터로 비례적분 처리하여 보정된 제어전압을 발생시켜 레이저 다이오드로 인가한다.

도 7은 제어전압발생부(450)의 보다 상세한 구성을 나타내는 블록도이다. 도시된 바에 따른 제어전압발생부(450)는 비례적분처리부(700), 디지털/아날로그 변환부(710)를 포함하여 이루어진다.

상기 비례적분처리부(700)에 있어서 비례기(미도시)는 오차전압 발생부(440)로부터 제공되는 오차전압과 비례상수(Kp)를 승산하여 비례항을 생성하고, 적분기(미도시)는 오차전압을 누적하고 적분상수(Ki)를 승산하여 적분항을 생성하고, 가산기(미도시)는 비례항과 적분항을 가산하여 출력한다. 처음에 비례상수(Kp)와 적분상수(Ki)는 커트 앤드 트라이(cut and try) 기법에 의해 실제 제어한 결과에서 최적한 값을 구하여 그 값으로 설정한다. 하지만 전압편차(Verror)가 기준 값 이상이면 제어파라미터 선정부(430)에서 선정한 비례상수(Kp)값을 사용한다. 적분상수(Ki)는 이전의 적분상수를 그대로 사용한다. 한편, 비례적분처리부(700)에서는 오차전압 발생부(440)의 감산과정에서 음수가 발생할 수 있으므로 오차전압 발생부(440)의 출력에 하나의 부호비트를 부가하여 비례 및 적분과정을 단순화시킬 수 있다.

상기 디지털/아날로그 변환부(710)는 비례적분처리부(700)로부터 제공되는 제어전압을 아날로그 형태로 변환하여 레이저 다이오드로 인가하게 된다.

도 8은 본 발명에 의한 레이저 다이오드의 출력제어장치의 제어 파라미터 변경 방법을 나타내는 흐름도이다. 본 발명에 의한 출력제어장치의 제어 파라미터 변경 방법을 도 4 및 도 7과 결부시켜 설명하기로 한다.

도 8을 참조하면, 레이저 다이오드에 전압이 가해져 빛이 방출되면(800단계), 레이저 다이오드의 수광부(미도시)에서 이를 받아 전류를 발생시키며, 이 전류량은 광파워의 세기에 비례한다. 전류는 고정저항 R에 의해 전압으로 환산되고 이는 광파워의 세기를 전압으로 환산한 값이다. 레이저 다이오드의 출력전압이 제어장치로 입력된다(810단계). 이때 디지털 제어기에 입력하기 위해 아날로그/디지털 변환부(400)에서 출력전압을 이진수(Binary number) 값으로 변환한다.

상기 계산부(420)는 한 장을 인쇄하는 동안 아날로그/디지털 변환부(400)에서 변환한 출력전압의 편차를 계산한다(820단계). 출력전압의 편차가 일정한 기준 값 이상이 되는 지를 판단한다(830단계). 바람직한 실시예에 따르면 출력전압의 편차가 0.5V 이상이 되는지를 판단한다. 판단결과 전압 편차가 일정한 기준 값 이상이 되지 않는 경우 기존에 설정된 파라미터를 그대로 사용한다(840단계).

판단 결과 전압 편차가 일정한 기준 값 이상이 되는 경우 제어파라미터 선정부(430)는 새로운 제어 파라미터를 선정한다(850단계).

한편 아날로그/디지털 변환부(400)가 레이저 다이오드의 출력전압을 디지털 신호로 변환하면 샘플링부(410)에서 샘플링된 디지털 출력전압과 기준전압과의 오차전압이 발생된다(860단계).

870단계에서는 상기 860단계에서 발생된 오차전압을 제어파라미터를 이용하여 비례적분 처리하여 보정된 제어전압을 발생시킨다. 이때 비례적분 처리부(700)는 전압편차가 일정한 기준 값 이상인 경우 새로 계산된 비례상수(Kp)를 사용하여 비례적분 처리를 하게 된다. 비례적분식은 다음과 같다.

U = Kp * E + Ki *E dt

여기서 U는 보정된 제어전압이고, E는 오차전압이며, Ki는 적분상수에 해당한다.

비례적분 처리된 보정된 제어전압은 다시 레이저 다이오드로 입력되어 안정화될때까지 810단계부터 870단계의 동작을 반복하게 된다.

한편, 상술한 본 발명의 실시예들은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 예컨데 롬, 플로피 디스크, 하드디스크 등과 같은 마그네틱 저장매체, 예컨데 씨디롬, 디브이디 등과 같은 광학적 판독매체, 및 예컨데 인터넷을 통한 전송과 같은 캐리어 웨이브와 같은 저장매체를 포함한다.

이러한 본원 발명인 방법 및 장치는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 레이저 다이오드의 출력제어장치에 사용되는 제어 파라미터를 각각의 레이저 다이오드에 맞게 자동적으로 설정함으로써, 종래의 광 파워 제어장치에서 제어 파라미터를 고정시키게 되어 레이저 다이오드의 단품 특성에 따라 설정된 제어 파라미터가 적절치 않을 경우 광파워 레벨이 흔들리는 현상을 방지할 수 있고, 광파워 제어장치의 불량 요인을 제거할수 있는 효과가 있다.

Claims (10)

1. 레이저 다이오드의 출력자동제어 구간을 설정하는 단계;

   상기 출력자동제어 구간 동안 상기 레이저 다이오드의 디지털 출력전압을 샘플링하는 단계;

   상기 샘플링된 디지털 출력전압 중 최대치와 최소치의 차이를 계산하는 단계; 및

   상기 차이가 기준 값 이상이면 새로운 제어 파라미터를 선정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드의 출력제어장치의 제어 파라미터 변동 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 차이가 기준 값 이하이면 이전의 제어 파라미터를 그대로 사용하는 단 계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드의 출력제어장치의 제어 파라미터 변동 방법.
3. 레이저 다이오드의 출력자동제어 구간을 설정하는 단계;

   상기 출력자동제어 구간 동안 상기 레이저 다이오드의 디지털 출력전압을 샘플링하는 단계;

   상기 샘플링된 디지털 출력전압 중 최대치와 최소치의 차이를 계산하는 단계;

   상기 차이가 기준 값 이상이면 새로운 제어 파라미터를 선정하는 단계;

   상기 출력자동제어 구간 동안 샘플링된 레이저 다이오드의 출력전압과 기준전압과의 오차전압을 발생하는 단계; 및

   상기 오차전압을 제어 파라미터를 이용하여 비례적분 처리하여 보정된 제어전압을 발생하고, 상기 제어전압을 상기 레이저 다이오드로 인가하는 단계를 포함하는 레이저 다이오드의 출력자동제어방법.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 차이가 기준 값 이하이면 이전의 제어 파라미터를 그대로 사용하는 단계를 더 포함하는 레이저 다이오드의 출력자동제어방법.
5. 제 3항 또는 제 4항에 있어서,

   상기 출력자동제어 구간을 설정하는 단계는

   상기 레이저 다이오드의 출력전압을 아날로그/디지털 변환하는 단계를 더 포함하고.

   상기 제어전압을 레이저 다이오드로 인가하는 단계는

   상기 제어전압을 디지털/아날로그 변환하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드의 출력자동제어방법.
6. 제 1항에 기재된 방법을 실행시킬 수 있는 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
7. 제 3항에 기재된 방법을 실행시킬 수 있는 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
8. 레이저 다이오드의 출력전압을 디지털 형태로 변환하기 위한 아날로그/디지털 변환부;

   상기 아날로그/디지털 변환부로부터 제공되는 디지털 출력전압을 출력 자동제어 구간동안 샘플링하는 샘플링부;

   상기 샘플링된 디지털 출력전압 중 최대치와 최소치의 차이를 계산하는 계산부;

   상기 차이가 기준 값 이상이면 새로운 제어 파라미터를 선정하는 제어파라미 터 선정부;

   상기 샘플링된 디지털 출력전압과 기준전압과의 오차전압을 발생하기 위한 오차전압 발생부; 및

   상기 오차전압 발생부로부터 제공되는 오차전압을 제어파라미터를 이용하여 비례적분 처리하여 보정된 제어전압을 발생하기 위한 제어전압 발생부를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드의 출력 자동 제어장치.
9. 제 8항에 있어서, 상기 제어전압 발생부는

   상기 오차전압 발생부로부터 제공되는 오차전압에 대하여 일정한 비례상수와 적분상수를 이용하여 비례적분처리하여 보정된 제어전압을 발생하는 비례적분 처리부;

   상기 보정된 제어전압을 아날로그 형태로 변환하여 상기 레이저 다이오드로 인가하는 디지털/아날로그 변환부로 이루어지는 레이저 다이오드의 출력자동제어장치.
10. 제 8항 또는 제 9항에 있어서, 제어파라미터 선정부는

    상기 차이가 기준 값 이하이면 이전의 제어 파라미터를 그대로 사용하는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드의 출력자동제어장치.

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