KR20060002239A

KR20060002239A - 레이저 출력 제어장치

Info

Publication number: KR20060002239A
Application number: KR1020040051186A
Authority: KR
Inventors: 이종민
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2004-07-01
Filing date: 2004-07-01
Publication date: 2006-01-09
Also published as: CN1749809A; US20060002439A1; JP2006019751A; EP1612970A2

Abstract

레이저 출력 제어장치가 개시된다. 레이저 출력 제어장치는 적어도 하나 이상의 연결 구조를 갖는 레이저다이오드와 포토다이오드로 이루어지는 레이저부; 상기 포토다이오드로부터 제공되는 궤환전압에 따라서 상기 레이저다이오드의 레이저광 파워가 일정하게 유지되도록 제어하는 파워제어부; 및 상기 포토다이오드를 역방향시키기 위한 바이어스 전압을 상기 연결구조에 따라서 선택적으로 인가하기 위한 바이어스전압 인가부로 이루어진다. 이에 따르면, 반도체 레이저를 구성하는 레이저다이오드와 포토다이오드의 연결 구조에 따라서 선택적으로 서로 다른 바이어스전압을 포토다이오드에 인가함으로써 다양한 연결 구조를 갖는 반도체 레이저를 겸용하여 적용시킬 수 있으므로, 부품의 범용화를 가능케 하며, 그 결과 비용 절감을 꾀할 수 있다.

Description

레이저 출력 제어장치{Apparatus for controlling laser output}

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 출력 제어장치의 구성을 보여주는 블럭도,

도 2a 및 도 2b는 도 1에 있어서 레이저부를 구성하는 레이저다이오드와 포토다이오드의 연결 구조의 예들을 보여주는 도면,

도 3은 도 1에 있어서 파워제어부의 일실시예의 구성을 나타낸 도면,

도 4는 도 1에 있어서 바이어스전압 인가부의 일실시예의 구성을 나타낸 도면,

도 5는 도 4에 있어서 제2 바이어스전압 생성부의 일실시예의 구성을 보여주는 도면,

도 6은 도 4에 도시된 제2 바이어스전압 생성부의 일실시예에 따른 세부적인 회로도, 및

도 7의 (a) 내지 (f)는 도 6에 있어서 각부의 동작 파형도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

110 ... 레이저부 120 ... 파워제어부

130 ... 바이어스전압 인가부 210, 230 ... 레이저다이오드

220,240 ... 포토다이오드 410 ... 제1 바이어스전압 생성부

420 ... 제2 바이어스전압 생성부 510 ... 발진부

520 ... 전류제어부 530 ... 음전압 발생부

본 발명은 레이저 출력 제어에 관한 것으로서, 특히 반도체 레이저를 구성하는 레이저다이오드와 포토다이오드의 연결 구조에 상관없이 레이저의 출력을 제어할 수 있는 레이저 출력 제어장치에 관한 것이다.

반도체 레이저는 CD-R, CD-RW, DVD와 같은 광기록장치 뿐만 아니라 레이저 프린터, 레이저 팩시밀리나 복합기와 같은 사무용 기기에 널리 사용되고 있다. 반도체 레이저는 내부에 두개의 반도체 소자 즉, 레이저다이오드와 포토다이오드를 포함하며, 이때 레이저다이오드는 순방향 바이어스되며, 포토다이오드는 역방향 바이어스되도록 구성된다. 광기록장치에 사용되는 반도체 레이저는 연속점등(Continuous Wave)에 의한 방법을 사용하여 레이저를 발생시킨다. 광기록장치에 사용되는 반도체 레이저는, 레이저다이오드의 애노드와 포토다이오드의 캐소드가 공통인 구조, 레이저다이오드의 캐소드와 포토다이오드의 캐소드가 공통인 구조, 레이저다이오드의 캐소드와 포토다이오드의 애소드가 공통인 구조, 레이저다이오드의 애노드와 포토다이오드의 애소드가 공통인 구조 등 다양한 연결구조를 적용할 수 있다. 이들 구조 중 레이저다이오드의 애노드와 포토다이오드의 캐소드가 공통인 구조와 더불어 레이저다이오드의 캐소드와 포토다이오드의 캐소드가 공통인 구조가 표준화된 구조로 알려져 있다.

사무용 기기에 사용되는 반도체 레이저는 고주파 펄스를 이용한 고속 온/오프 스위칭 방법을 사용하여 레이저를 발생시킨다. 현재까지 사무용 기기에서는 레이저다이오드의 애노드와 포토다이오드의 캐소드가 공통으로 연결된 구조를 갖는 반도체 레이저만을 적용하고 있다. 이와 같이 사무용 기기에는 단일한 연결 구조의 반도체 레이저만을 적용할 수 있기 때문에 사용되는 부품의 범용화에 제약이 따르게 되고, 그 결과 비용이 상승하게 되는 문제점이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 레이저를 구성하는 레이저다이오드와 포토다이오드에 대한 적어도 하나 이상의 연결 구조에 적용되어 레이저의 출력을 제어할 수 있는 레이저 출력 제어장치를 제공하는데 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 따른 레이저 출력 제어장치는 적어도 하나 이상의 연결 구조를 갖는 레이저다이오드와 포토다이오드로 이루어지는 레이저부; 상기 포토다이오드로부터 제공되는 궤환전압에 따라서 상기 레이저다이오드의 레이저광 파워가 일정하게 유지되도록 제어하는 파워제어부; 및 상기 연결구조에 따라서 상기 포토다이오드에 역방향시키기 위한 바이어스 전압을 선택적으로 인가하기 위한 바이어스전압 인가부를 포함한다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 따른 레이저 출력 제어장치는 적어도 하나 이상의 연결 구조를 갖는 레이저다이오드와 포토다이오드로 이루어 지는 레이저부; 상기 포토다이오드로부터 제공되는 궤환전압에 따라서 상기 레이저다이오드의 레이저광 파워가 일정하게 유지되도록 제어하는 파워제어부; 상기 포토다이오드를 역방향시키기 위한 적어도 하나 이상의 바이어스전압을 발생시키기 위한 바이어스전압 발생부; 및 상기 연결구조에 따라서 상기 포토다이오드에 인가하기 위한 서로 다른 바이어스전압을 상기 적어도 하나 이상의 바이어스전압으로부터 선택하기 위한 선택부를 포함한다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 따른 레이저 출력 제어장치는 레이저다이오드의 캐소드와 상기 포토다이오드의 애노드가 공통으로 연결되는 제1 연결구조와, 상기 레이저다이오드의 캐소드와 상기 포토다이오드의 캐소드가 공통으로 연결되는 제2 연결구조 중의 어느 하나의 연결 구조를 갖는 레이저부; 상기 포토다이오드로부터 제공되는 궤환전압에 따라서 상기 레이저다이오드의 레이저광 파워가 일정하게 유지되도록 제어하는 파워제어부; 상기 포토다이오드를 역방향시키기 위한 제1 및 제2 바이어스전압을 발생시키기 위한 바이어스전압 발생부; 및 상기 연결구조에 따라서 상기 제1 혹은 제2 바이어스전압을 선택적으로 상기 포토다이오드에 인가하기 위한 선택부를 포함한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 출력 제어장치의 구성을 보여주는 블럭도로서, 레이저부(110), 파워제어부(120), 및 바이어스전압 인가부(130)를 포함한다.

도 1을 참조하면, 레이저부(110)는 발광부의 역할을 하는 레이저다이오드(LD)와 수광부의 역할을 하는 포토다이오드(PD)로 이루어지며, 이때 레이저다이오드(LD)의 일측 단자와 포토다이오드(PD)의 일측 단자가 공통으로 연결된다. 레이저부(110)를 구성하는 레이저다이오드(LD)와 포토다이오드(PD)의 연결 구조의 예들을 도 2a 및 도 2b를 참조하여 설명하기로 한다.

도 2a에 도시된 레이저부(110)는 순방향 바이어스되는 레이저다이오드(210)와 역방향 바이어스되는 포토다이오드(220)로 구성되며, 이때 레이저다이오드(210)의 캐소드와 포토다이오드(220)의 애노드가 공통으로 연결되는 제1 연결구조를 가지며, 공통단자는 접지에 접속된다. 제1 연결구조의 경우 포토다이오드(220)의 캐소드에서 검출되는 궤환전압이 파워제어부(120)로 제공된다. 도 2b에 도시된 레이저부(110)는 순방향 바이어스되는 레이저다이오드(230)와 역방향 바이어스되는 포토다이오드(240)로 구성되며, 이때 레이저다이오드(230)의 캐소드와 포토다이오드(240)의 캐소드가 공통으로 연결되는 제2 연결구조를 가지며, 공통단자는 접지에 접속된다. 제2 연결구조의 경우 포토다이오드(240)의 애노드에서 검출되는 궤환전압이 파워제어부(120)로 제공된다.

파워제어부(120)는 널리 사용되는 APC(Automatic Power Control) 방식에서와 같이, 레이저부(110)로부터 제공되는 궤환전압의 크기에 따라서 레이저다이오드(LD)로 인가되는 구동 전류의 크기를 가변시켜 레이저다이오드(LD)의 레이저광 파워가 일정하게 유지되도록 제어한다. 궤환전압은 모니터링 전류와 바이어스전압에 의해 결정된다. 모니터링 전류는 레이저다이오드(LD)에서 출력되 는 레이저 광에 대하여 포토다이오드(PD)에서 검출한 광을 전류로 변환하여 얻어진다. 바이어스전압은 포토다이오드(PD)를 역방향 바이어스시키기 위해 사용되는 전압으로서, 제1 연결구조를 갖는 레이저부(110)인 경우 양전압이 되고, 제2 연결구조를 갖는 레이저부(110)의 경우 음전압이 된다.

바이어스전압 인가부(130)는 포토다이오드(PD)가 역방향 바이어스되도록 하는 바이어스전압을 인가한다. 레이저부(110)에 적용되는 레이저다이오드와 포토다이오드의 연결구조에 따라서 양전압 혹은 음전압을 선택적으로 포토다이오드(PD)에 인가한다. 도 2a에 도시된 바와 같은 제1 연결구조인 경우 양전압으로부터 조정된 전압이 포토다이오드(PD)의 캐소드에 인가되고, 도 2b에 도시된 바와 같은 제2 연결구조인 경우 음전압으로부터 조정된 전압이 포토다이오드(PD)의 애노드에 인가된다.

도 3은 도 1에 있어서 파워제어부(120)의 일실시예의 구성을 나타낸 것으로서, 비교부(310), 자동파워제어부(320) 및 구동부(330)를 포함하여 이루어진다.

도 3을 참조하면, 비교부(310)는 입력신호와 궤환전압(Vf)를 비교하여, 비교결과에 따른 제어신호를 자동파워제어부(330)로 제공한다. 비교부(310)는 낸드(NAND) 게이트를 이용하여 구현할 수 있다. 레이저스캐닝유니트에 적용되는 경우, 상기 입력신호는 화상데이터가 된다.

자동파워제어부(320)는 레이저다이오드(340)의 레이저광 파워를 일정하게 유지시키기 위하여, 비교부(310)로부터 제공되는 제어신호에 따라 결정되는 전류와 전압을 갖는 구동신호를 생성하여 구동부(330)로 제공한다. 자동파워제어부(320) 는 현재 일반적으로 널리 사용되는 ASIC화된 집적회로 칩을 사용해도 무방하다.

구동부(330)는 자동파워제어부(320)로부터 제공되는 구동신호에 따라 소정의 구동전류를 발생시켜 순방향 바이어스된 레이저다이오드(340)로 인가한다. 레이저다이오드(340)는 인가되는 구동전류의 크기에 비례하는 레이저광을 발산하게 된다.

도 4는 도 1에 있어서 바이어스전압 인가부(130)의 일실시예의 구성을 나타낸 것으로서, 제1 바이어스전압 생성부(410), 제2 바이어스전압 생성부(420), 선택부(430), 가변저항부(440) 및 포토다이오드(450)를 포함하여 이루어진다.

도 4를 참조하면, 제1 바이어스전압 생성부(410)는 레이저부(110)가 도 2a에 도시된 바와 같은 제1 연결구조를 가지는 경우 포토다이오드(450)를 역방향으로 바이어스시키기 위한 제1 바이어스전압을 생성한다. 제1 바이어스전압(Vcc)은 양전압으로서, 예를 들면 레이저스캐닝유니트에 통상적으로 제공되는 +5V 전원전압을 사용한다.

제2 바이어스전압 생성부(420)는 레이저부(110)가 도 2b에 도시된 바와 같은 제2 연결구조를 가지는 경우 포토다이오드(450)를 역방향으로 바이어스시키기 위한 제2 바이어스전압(-Vee)을 생성한다. 제2 바이어스전압(-Vee)은 음전압으로서, 예를 들면 -5V를 사용한다. 외부로부터 레이저스캐닝유니트에 음전압이 제공되지 않기 때문에 레이저스캐닝유니트 내부에서 생성하여 사용한다.

선택부(430)는 제1 바이어스전압 생성부(410)로부터 제공되는 제1 바이어스전압(Vcc)과 제2 바이어스전압 생성부(420)로부터 제공되는 제2 바이어스전압(-Vee) 중 하나를 선택하여 출력한다. 선택부(430)는 출력접점(T1)과 제1 및 제2 입 력접점(T2,T3)를 구비하는 스위치로 구현할 수 있다. 선택부(430)는 레이저부(110)에 사용되는 레이저다이오드와 포토다이오드의 연결구조에 따라서 조립단계에서 미리 조작될 수 있다. 예를 들면, 레이저부(110)가 제1 연결구조를 이용하는 경우 출력접점(T1)은 제1 입력접점(T2)에, 제2 연결구조를 이용하는 경우 출력접점(T1)은 제2 입력접점(T3)에 접속된다.

가변저항부(440)는 포토다이오드(450)에서 검출된 광에 비례하는 모니터링 전류에 따라서 제1 혹은 제2 바이어스전압을 강압시켜 궤환전압(Vf)을 생성하여 파워제어부(120)로 제공한다.

도 5는 도 4에 있어서 제2 바이어스전압 생성부(420)의 일실시예의 구성을 보여주는 블럭도로서, 발진부(510), 전류제어부(520) 및 음전압 발생부(530)를 포함하여 이루어진다. 도 5에 도시된 각부의 동작을 도 6에 도시된 세부 회로도 및 도 7a 내지 도 7f의 파형도와 결부시켜 설명하면 다음과 같다.

도 5에 있어서, 발진부(510)는 소정 주파수로 발진시켜 서로 위상이 다른 제1 및 제2 클럭신호를 생성한다. 발진부(510)는 예를 들면, 도 6에 도시된 바와 같은 슈미트 트리거회로를 이용하여 발진을 수행하며, 발진주파수로는 사용되는 저항 및 콘덴서의 값을 조정하여 예를 들면 22 KHz를 얻을 수 있다. 이와 같은 회로 구성에 따르면, 발진부(610)는 서로 90도의 위상 차이가 나는 제1 클럭신호(V1, 도 7a)와 제2 클럭신호(V2, 도 7b)를 생성한다.

전류제어부(520)는 제1 및 제2 클럭신호(V1,V2)를 이용하여 제2 바이어스전압의 전류용량을 증가시키기 위한 제3 및 제4 클럭신호(V3,V4)를 생성한다. 이를 위하여 전류제어부(620)는 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 클럭신호(V1,V2)를 베이스단자로 입력하여 에미터단자에서 제3 및 제4 클럭신호(V3, 도 7c)(V4, 도 7d)를 생성하는 두개의 트랜지스터를 사용한다. 이때, 사용되는 포토다이오드(450)의 정격전류에 따라서 비교적 높은 전류증폭율(hfe)와 비교적 낮은 콜렉터-에미터 포화전압(Vce(sat))을 갖는 트랜지스터를 사용하는 것이 바람직하다.

음전압 발생부(530)는 제3 및 제4 클럭신호(V3,V4)를 이용하여 음의 배전압을 갖는 제5 클럭신호(V5, 도 7e)를 생성하고, 제5 클럭신호(V5)를 이용하여 제2 바이어스전압(-Vee, 도 7f)을 생성한다. 제5 클럭신호(V5)는 도 6에 도시된 바와 같은 챠지 펌핑회로를 이용하여 얻을 수 있다. 제2 바이어스전압(-Vee)는 도 6에 도시된 바와 같이 다이오드와 콘덴서를 이용하여 챠지 펌핑회로로부터 제공되는 제5 클럭신호(V5)를 정류함으로써 얻을 수 있다.

상기 제2 바이어스전압 생성부(420)의 구성은 일실시예에 불과한 것으로서 여기에 한정되지 않으며, 필요로 하는 음전압은 다양한 회로들을 이용하여 생성가능하다. 한편, 상기 제2 바이어스전압(-Vee)은 예를 들면 -5V로서, 외부로부터 제공되는 음전압이 존재하는 경우 이로부터 제2 바이어스전압을 생성하는 것도 가능하다.

상기한 실시예에 따른 레이저 출력 제어장치는 고속 온/오프 스위칭을 필요로 하는 레이저 프린터 혹은 레이저 팩시밀리나 복합기와 같은 사무용 기기에 적용되는 레이저스캐닝유니트에 내장될 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 반도체 레이저를 구성하는 레이저다이오드와 포토다이오드의 연결 구조에 따라서 선택적으로 서로 다른 바이어스전압을 포토다이오드에 인가함으로써 다양한 연결 구조를 갖는 반도체 레이저를 겸용하여 적용시킬 수 있으므로, 부품의 범용화를 가능케 하며, 그 결과 비용 절감을 꾀할 수 있다.

본 발명에 대해 상기 실시예를 참고하여 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명에 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims

적어도 하나 이상의 연결 구조를 갖는, 레이저다이오드와 포토다이오드로 이루어지는 레이저부;

상기 포토다이오드로부터 제공되는 궤환전압에 따라서 상기 레이저다이오드의 레이저광 파워가 일정하게 유지되도록 제어하는 파워제어부; 및

상기 연결구조에 따라서 상기 포토다이오드에 역방향시키기 위한 바이어스 전압을 선택적으로 인가하기 위한 바이어스전압 인가부를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 출력 제어장치.
제1 항에 있어서, 상기 레이저부는 상기 레이저다이오드의 캐소드와 상기 포토다이오드의 애노드가 공통으로 연결되는 제1 연결구조와, 상기 레이저다이오드의 캐소드와 상기 포토다이오드의 캐소드가 공통으로 연결되는 제2 연결구조 중의 어느 하나의 연결 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 레이저 출력 제어장치.
제2 항에 있어서, 상기 바이어스전압 인가부는

상기 제1 연결구조의 포토다이오드를 역방향 바이어스시키는 제1 바이어스전압을 발생하기 위한 제1 바이어스전압 발생부;

상기 제2 연결구조의 포토다이오드를 역방향 바이어스시키는 제2 바이어스전압을 발생하기 위한 제2 바이어스전압 발생부; 및

상기 레이저다이오드와 포토다이오드의 연결구조에 따라서, 상기 제1 바이어스전압 혹은 제2 바이어스전압을 선택하는 선택부를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 출력 제어장치.
제3 항에 있어서, 상기 바이어스전압 인가부는

상기 선택부에서 선택되는 제1 혹은 제2 바이어스전압을 상기 포토다이오드에 흐르는 모니터링 전류로 강압시켜 상기 궤환전압으로 제공하는 가변저항부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 출력 제어장치.
제3 항 또는 제4 항에 있어서, 상기 제2 바이어스전압 발생부는

소정 주파수로 발진시켜 서로 위상이 다른 제1 및 제2 클럭신호를 생성하기 위한 발진부;

상기 제1 및 제2 클럭신호를 이용하여 상기 제2 바이어스전압의 전류용량을 증가시키기 위한 제3 및 제4 클럭신호를 생성하기 위한 전류제어부; 및

상기 제3 및 제4 클럭신호를 이용하여 음의 배전압을 갖는 제5 클럭신호를 생성하고, 제5 클럭신호를 이용하여 상기 제2 바이어스전압을 생성하는 음전압 발생부를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 출력 제어장치.
적어도 하나 이상의 연결 구조를 갖는, 레이저다이오드와 포토다이오드로 이루어지는 레이저부;

상기 포토다이오드로부터 제공되는 궤환전압에 따라서 상기 레이저다이오드의 레이저광 파워가 일정하게 유지되도록 제어하는 파워제어부;

상기 포토다이오드를 역방향시키기 위한 적어도 하나 이상의 바이어스전압을 발생시키기 위한 바이어스전압 발생부; 및

상기 연결구조에 따라서 상기 포토다이오드에 인가하기 위한 서로 다른 바이어스전압을 상기 적어도 하나 이상의 바이어스전압으로부터 선택하기 위한 선택부를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 출력 제어장치.
제6 항에 있어서, 상기 레이저부는 상기 레이저다이오드의 캐소드와 상기 포 토다이오드의 애노드가 공통으로 연결되는 제1 연결구조와, 상기 레이저다이오드의 캐소드와 상기 포토다이오드의 캐소드가 공통으로 연결되는 제2 연결구조 중의 어느 하나의 연결 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 레이저 출력 제어장치.
레이저다이오드의 캐소드와 포토다이오드의 애노드가 공통으로 연결되는 제1 연결구조와, 상기 레이저다이오드의 캐소드와 상기 포토다이오드의 캐소드가 공통으로 연결되는 제2 연결구조 중의 어느 하나의 연결 구조를 갖는 레이저부;

상기 포토다이오드로부터 제공되는 궤환전압에 따라서 상기 레이저다이오드의 레이저광 파워가 일정하게 유지되도록 제어하는 파워제어부;

상기 포토다이오드를 역방향시키기 위한 제1 및 제2 바이어스전압을 발생시키기 위한 바이어스전압 발생부; 및

상기 연결구조에 따라서 상기 제1 혹은 제2 바이어스전압을 선택적으로 상기 포토다이오드에 인가하기 위한 선택부를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 출력 제어장치.
제1 항, 제6 항 및 제8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 레이저스캐닝유니트에 내장되는 것을 특징으로 하는 레이저 출력 제어장치.