KR20140135104A - 반도체 레이저 구동 장치 및 화상 형성 장치 - Google Patents

반도체 레이저 구동 장치 및 화상 형성 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 구동 전류에 대한 발광량의 직선성이 파괴된 반도체 레이저 소자이어도 최적의 임계값 전류를 반도체 레이저 소자에 공급하여 이상적인 발광 지연 및 발광 펄스폭으로 반도체 레이저 소자를 구동시키는 반도체 레이저 구동 장치 및 화상 형성 장치를 제공한다.
전류 설정 회로(10)는 LD를 원하는 발광량(Po)으로 발광시킬 때의 구동 전류(Iop)로부터 LD가 발광할 때의 바이어스 전류(Ithon)를 감산한 발광 전류(Isw)에 대응하는 제1 설정값과 바이어스 전류(Ithon)에 대응하는 제2 설정값과 LD가 발광하지 않을 때의 바이어스 전류(Ithoff)에 대응하는 제3 설정값을 저장한다. 전류 생성 회로(1)는 제1 설정값으로부터 제1 입력 전류를 생성하고, 전류 생성 회. 03로(2)는 제2 또는 제3 설정값으로부터 제2 또는 제3 입력 전류를 생성한다. 스위치(TR3) 및 멀티플렉서(3)는 발광 제어 신호가 온일 때에 제1 및 제2 입력 전류의 합을 구동 회로에 보내고, 발광 제어 신호가 오프일 때에 제3 입력 전류를 구동 회로에 보낸다.

Description

반도체 레이저 구동 장치 및 화상 형성 장치{SEMICONDUCTOR LASER DRIVING DEVICE AND IMAGE FORMING APPARATUS}
본 발명은 반도체 레이저 소자의 구동 및 제어를 실시하는 반도체 레이저 구동 장치에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이와 같은 반도체 레이저 구동 장치를 사용한 화상 형성 장치에 관한 것이다.
고속이면서 고정밀도를 갖는 레이저 프린트 및 디지털 복사기 등에 사용되는 반도체 레이저 구동 장치는 이상(理想)적인 발광 지연 및 발광 펄스폭으로 반도체 레이저 소자를 구동시키는 것이 필요하다. 이에 반도체 레이저 소자가 발광하는 임계값 전류를 미리 검출하여, 반도체 레이저 소자를 발광시키기 직전에 반도체 레이저 소자에 바이어스 전류로서 임계값 전류를 흘려 활성화시키는 것이 알려져 있다. 이에 따라, 발광 지연이 감소되어 점등 시에는 양호한 발광 펄스폭을 얻을 수 있다.
또한, 반도체 레이저 구동 장치는 쉐이딩 보정 기능을 구비하는 것이 필요하다. 여기서, [쉐이딩]이란, 노광면(상면)을 주사하는 레이저 빔의 광량의 불균일에 의하여 발생하는 농도 불균일을 나타낸다. 쉐이딩을 없애기 위해서는, 노광면에서 광량이 균일하게 되도록 반도체 레이저 소자를 발광시킬 필요가 있다(쉐이딩 보정).
예를 들면, 특허 문헌 1(일본 특허 공보 제3880914호)은 반도체 레이저 소자의 발진 지연을 감소하는 목적으로, 반도체 레이저에 미리 발진 임계값 전류를 흘리는 바이어스 방식을 사용하고, 또한 반도체 레이저 소자를 발광시키기 직전에 임계값 전류를 흘리는 구성을 개시하고 있다. 또, 특허 문헌 1은 임계값 전류 대신에 [임계값 전류-오프셋 전류]를 반도체 레이저 소자에 공급함으로써, 고온 시에도 오발광이 발생되지 않는 구성을 개시하고 있다.
일본 특허 공보 제3880914호
종래의 반도체 레이저 구동 장치에서는 원하는 발광량으로 반도체 레이저 소자가 점등하고 있을 때의 구동 전류에 대한 발광량의 기울기로부터 하나의 임계값 전류를 검출하는 것에 지나지 않았다. 구체적으로 설명하면, 발광량을 구동 전류의 함수로서 나타냈을 때, 원하는 발광량에서의 접선과 발광량 0 mW인 직선이 만나는 교점으로부터 임계값 전류가 정해진다. 따라서, 구동 전류에 대한 발광량의 기울기가 작은 경우에는, 검출되는 임계값 전류도 작아지는 경향이 있다. 구동 전류가 커지면 구동 전류에 대한 발광량의 기울기가 작아지는 바와 같은, 구동 전류에 대한 발광량의 직선성이 파괴된 반도체 레이저 소자를 사용하는 경우, 반도체 레이저 소자의 실제 임계값 전류보다 검출한 임계값 전류가 작아진다. 이 경우, 양호한 발광 지연 및 발광 펄스폭을 얻을 수 없게 된다는 문제가 있다.
본 발명의 목적은 구동 전류에 대한 발광량의 직선성이 파괴된 반도체 레이저 소자를 사용하는 경우에도, 최적의 임계값 전류를 반도체 레이저 소자에 공급하여 이상적인 발광 지연 및 발광 펄스폭으로 반도체 레이저 소자를 구동하는 반도체 레이저 구동 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 양태에 따른 반도체 레이저 구동 장치는 반도체 레이저 소자의 온 및 오프를 지시하는 발광 제어 신호에 따라 상기 반도체 레이저 소자에 공급하는 구동 전류를 제어하는 반도체 레이저 구동 장치에 있어서, 입력 전류에 대응하는 구동 전류를 생성하여 상기 반도체 레이저 소자에 공급하는 구동 회로와, 상기 반도체 레이저 소자를 원하는 발광량으로 발광시킬 때의 구동 전류로부터 상기 반도체 레이저 소자가 발광하고 있을 때의 제1 바이어스 전류를 감산한 발광 전류에 대응하는 제1 설정값과, 상기 제1 바이어스 전류에 대응하는 제2 설정값과, 상기 반도체 레이저 소자가 발광하지 않을 때의 제2 바이어스 전류에 대응하는 제3 설정값을 저장한 전류 설정 회로와, 상기 제1 설정값으로부터 제1 입력 전류를 생성하는 제1 전류 생성 회로와, 상기 제2 설정값으로부터 제2 입력 전류를 생성하고 상기 제3 설정값으로부터 제3 입력 전류를 생성하는 제2 전류 생성 회로와, 상기 발광 제어 신호가 온일 때에 상기 제1 및 제2 입력 전류의 합을 상기 구동 회로에 공급하고, 상기 발광 제어 신호가 오프일 때, 상기 제3 입력 전류를 상기 구동 회로에 공급하는 스위치 회로를 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 구동 전류에 대한 발광량의 직선성이 파괴된 반도체 레이저 소자를 사용하는 경우에도, 최적의 임계값 전류를 반도체 레이저 소자에 공급하여 이상적인 발광 지연 및 발광 펄스폭으로 반도체 레이저 소자를 구동하는 반도체 레이저 구동 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 반도체 레이저 구동 장치의 구성을 나타내는 블록도.
도 2는 도 1의 제어 회로(11)에 의하여 실행되는 설정 전류 결정 처리를 나타내는 흐름도.
도 3은 도 1의 반도체 레이저 구동 장치에서 레이저 다이오드(LD1 및 LD2)를 이용 시의 구동 전류(Iop)에 대한 발광량(P)의 특성, 임계값 전류, 및 발광 전류를 나타내는 도면.
도 4는 도 1의 반도체 레이저 구동 장치에서 레이저 다이오드(LD1 및 LD2)를 이용 시의 구동 전류 및 발광량의 특성을 나타내는 도면.
도 5는 비교예에 따른 반도체 레이저 구동 장치의 구성을 나타내는 블록도.
도 6은 도 5의 제어 회로(11A)에 의하여 실행되는 설정 전류 결정 처리를 나타내는 흐름도.
도 7은 도 5의 반도체 레이저 구동 장치에서 레이저 다이오드(LD1 및 LD2)를 이용 시의 구동 전류(Iop)에 대한 발광량(P)의 특성, 임계값 전류, 및 발광 전류를 나타내는 도면.
도 8은 도 5의 반도체 레이저 구동 장치에서 레이저 다이오드(LD1 및 LD2)를 이용 시의 구동 전류 및 발광량의 특성을 나타내는 도면
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명한다. 도면에서 동일한 참조 부호는 동일 양태의 구성 요소를 나타낸다.
본 발명의 실시 형태에 따른 반도체 레이저 구동 장치를 설명하기 전에, 도 5 내지 도 8을 참조하여 비교예에 따른 반도체 레이저 구동 장치를 설명한다.
도 5는 비교예에 따른 반도체 레이저 구동 장치의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 5의 반도체 레이저 구동 장치는 전류 설정 회로(10A), 전류 생성 회로(1, 2), 스위치(TR3), 트랜지스터(TR1, TR2), 레이저 다이오드(LD), 포토 다이오드(PD), 및 저항(R1)을 구비한다. 전류 설정 회로(10A)는 제어 회로(11A), 기준 전압원(12), 비교기(13), 및 레지스터(14, 17)를 구비한다. 도 5의 반도체 레이저 구동 장치는 레이저 다이오드(LD)의 온 및 오프를 지시하는 발광 제어 신호에 따라 레이저 다이오드(LD)에 공급하는 구동 전류(Iop)를 제어한다.
트랜지스터(TR1, TR2)는 입력 전류의 크기에 대응하는 크기(예를 들면 Q배)를 갖는 구동 전류(Iop)를 생성하여 레이저 다이오드(LD)에 공급하는 전류 미러 회로이다. 트랜지스터(TR1, TR2)는 레이저 다이오드(LD)를 위한 구동 회로로서 동작한다. 포토 다이오드(PD)는 레이저 다이오드(LD)의 발광량을 나타내는 전압 신호를 발생한다.
전류 설정 회로(10A)의 제어 회로(11A)는 도 6을 참조하여 후술하는 설정 전류 결정 처리를 실행하고, 레이저 다이오드(LD)의 발광 전류(Isw) 및 임계값 전류(Ith)를 계산하며, 이들에 대응하는 설정값을 레지스터(14, 17)에 저장한다. 발광 전류(Isw)는 레이저 다이오드(LD)를 원하는 발광량으로 발광시킬 때의 구동 전류(Iop)로부터 레이저 다이오드(LD)의 임계값 전류(Ith)를 감산한 전류이다. 기준 전압원(12)은 일정한 전압(Vr)을 발생하는 고정 전압원과, 제어 회로(11A)의 제어하에서 전압(Vr)을 분압하는 가변인 분압 회로를 구비한다. 전압(Vr)은 레이저 다이오드(LD)가 원하는 발광량(Po)으로 발광하고 있을 때의 포토 다이오드(PD)로부터 출력되는 전압 신호에 대응한다. 비교기(13)의 비반전 입력 단자에는 기준 전압원(12)에 의하여 발생된 가변인 기준 전압이 입력된다. 비교기(13)의 반전 입력 단자에는 포토 다이오드(PD)로부터 출력되는 전압 신호가 입력된다. 비교기(13)의 출력 신호는 제어 회로(11A)에 입력된다.
전류 생성 회로(1, 2)는 전류 전압 변환 회로 또는 전류 출력형의 D/A 컨버터이다. 전류 생성 회로(1)는 제어 회로(11A)에 의하여 발생된 설정값 또는 레지스터(14)에 저장된 발광 전류(Isw)에 대응하는 설정값으로부터, 트랜지스터(TR1, TR2)를 위한 제1 입력 전류(예를 들면 Isw/Q)를 생성한다. 전류 생성 회로(2)는 레지스터(17)에 저장된 임계값 전류(Ith)에 대응하는 설정값으로부터, 트랜지스터(TR1, TR2)를 위한 제2 입력 전류(예를 들면 Ith/Q)를 생성한다.
스위치(TR3)는 발광 제어 신호가 하이 레벨(H)일 때에 온 하고, 발광 제어 신호가 로우 레벨(L)일 때에 오프 한다. 따라서, 발광 제어 신호가 하이 레벨일 때에 제1 및 제2 입력 전류의 합이 트랜지스터(TR1, TR2)에 공급되고, 발광 제어 신호가 로우 레벨일 때에 제2 입력 전류만이 트랜지스터(TR1, TR2)에 공급된다.
도 6은 도 5의 제어 회로(11A)에 의하여 실행되는 설정 전류 결정 처리를 나타내는 흐름도이다. 제어 회로(11A)는 발광 제어 신호를 하이 레벨(H)로 하도록 외부 회로(도시하지 않음)에 지시하고, 스위치(TR3)를 온 한다. 제어 회로(11A)는 트랜지스터(TR1, TR2)를 위한 가변인 입력 전류에 대응하는 설정값을 발생하여 전류 생성 회로(1)에 보낸다. 스텝 S21에 있어서, 제어 회로(11A)는 기준 전압원(12)을 이용하여 기준 전압(Vr/N)을 설정한다. 스텝 S22에 있어서, 제어 회로(11A)는 트랜지스터(TR1, TR2)를 위한 입력 전류를 변화시켜 APC(Auto Power Control)를 실행한다. 이에 따라, 제어 회로(11A)는 포토 다이오드(PD)의 전압 신호에 근거하여 기준 전압(Vr/N)에 대응하는 전류(In)를 검출한다. 스텝 S23에 있어서, 제어 회로(11A)는 기준 전압원(12)을 이용하여 기준 전압(Vr)을 설정한다. 스텝 S24에 있어서, 제어 회로(11A)는 트랜지스터(TR1, TR2)를 위한 입력 전류를 변화시켜 APC를 실행한다. 이에 따라, 제어 회로(11A)는 포토 다이오드(PD)의 전압 신호에 근거하여 기준 전압(Vr)에 대응하는 전류(Io)를 검출한다. 전류(Io)는 레이저 다이오드(LD)를 원하는 발광량으로 발광시킬 때의 구동 전류(Iop)이다. 스텝 S25에 있어서, 제어 회로(11A)는 전류(In, Io)에 근거하여 임계값 전류(Ith)를 계산한다. 여기서, 발광량(P)을 구동 전류(Iop)의 함수로서 나타냈을 때, 원하는 발광량(Po)에서의 함수의 접선과 0의 발광량을 나타내는 직선이 만나는 교점의 구동 전류(Iop)의 값을 임계값 전류(Ith)로서 계산한다. 스텝 S26에 있어서, 제어 회로(11A)는 전류(Io)로부터 임계값 전류(Ith)를 감산하여 발광 전류(Isw)를 계산한다. 스텝 S27에 있어서, 제어 회로(11A)는 발광 전류(Isw) 및 임계값 전류(Ith)의 설정값을 레지스터(14, 17)에 저장한다.
도 7은 도 5의 반도체 레이저 구동 장치에서 레이저 다이오드(LD1 및 LD2)를 이용할 때의 구동 전류(Iop)에 대한 발광량(P)의 특성, 임계값 전류, 및 발광 전류를 나타내는 도면이다. 도 1의 레이저 다이오드(LD)로서, 상이한 특성(임계값 전류 및 발광 전류)을 갖는 레이저 다이오드(LD1 및 LD2)를 이용하는 경우에 대하여 생각한다. 레이저 다이오드(LD1)는 임계값 전류(Ith1) 및 발광 전류(Isw1)를 구비하고, 구동 전류(Iop)에 대한 발광량(P)의 양호한 직선성을 갖고 있다. 레이저 다이오드(LD2)는 임계값 전류(Ith2) 및 발광 전류(Isw2)를 구비하지만, 구동 전류(Iop)가 커지면 구동 전류(Iop)에 대한 발광량(P)의 기울기가 작아져, 구동 전류(Iop)에 대한 발광량(P)의 직선성이 파괴되어 있다. 종래 기술에 의하면, 발광량(P)을 구동 전류(Iop)의 함수로서 나타냈을 때, 원하는 발광량(Po)에서의 함수의 접선과 0의 발광량을 나타내는 직선이 만나는 교점의 구동 전류(Iop)의 값을 임계값 전류(Ith)로서 계산한다. 이와 같이 임계값 전류(Ith) 및 발광 전류(Isw)를 계산함으로써, 원하는 발광량(Po)의 근처에서는 구동 전류(Iop)의 변화량에 비례하여 변화하는 발광량(P)을 얻을 수 있다. 따라서, 레이저 다이오드(LD1)에서는 정확한 임계값 전류(Ith)를 계산할 수 있고, 또한 쉐이딩 보정 기능을 실현할 수 있다. 그러나, 레이저 다이오드(LD2)와 같이 구동 전류(Iop)에 대한 발광량(P)의 직선성이 파괴되어 있으면, 쉐이딩 보정 기능은 실현될 수 있지만, 계산된 임계값 전류(Ith)는 레이저 다이오드(LD2)의 실제 임계값 전류(Ith2)보다 낮아지게 된다.
도 8은 도 5의 반도체 레이저 구동 장치에서 레이저 다이오드(LD1 및 LD2)를 이용할 때의 구동 전류 및 발광량의 특성을 나타내는 도면이다. 도 8의 1단째 및 2단째의 그래프는 레이저 다이오드(LD1)의 구동 전류(Iop1) 및 발광량(P1)의 특성을 각각 나타낸다. 도 8의 3단째 및 4단째의 그래프는 레이저 다이오드(LD2)의 구동 전류(Iop2) 및 발광량(P2)의 특성을 각각 나타낸다. 레이저 다이오드(LD1)에서는 정확한 임계값 전류(Ith1)를 계산할 수 있으므로, 레이저 다이오드(LD1)는 발광 전류(Isw)의 펄스폭과 동일한 시간(ton1)에 걸쳐서 발광한다. 한편, 레이저 다이오드(LD2)에서는 실제 임계값 전류(Ith2)보다 작게 계산된 임계값 전류(Ith)가 공급되므로, 레이저 다이오드(LD2)가 발광하는 시간(ton2)은 발광 전류(Isw)의 펄스폭보다 짧아진다.
이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 실시 형태에 따른 반도체 레이저 구동 장치에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 반도체 레이저 구동 장치의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 1의 반도체 레이저 구동 장치는 도 5의 전류 설정 회로(10A) 대신에 전류 설정 회로(10)를 구비하고 멀티플렉서(3)를 추가로 구비한다. 전류 설정 회로(10)는 제어 회로(11), 기준 전압원(12), 비교기(13), 및 레지스터(14 내지 16)를 구비한다.
전류 설정 회로(10)의 제어 회로(11)는 도 2를 참조하여 후술하는 설정 전류 결정 처리를 실행하고, 레이저 다이오드(LD)의 발광 전류(Isw) 및 바이어스 전류(Ithon, Ithoff)를 계산하며, 이들에 대응하는 설정값을 레지스터(14 내지 16)에 저장한다. 바이어스 전류(Ithon)는 레이저 다이오드(LD)가 발광하고 있을 때에 레이저 다이오드(LD)에 공급되는 바이어스 전류이다. 바이어스 전류(Ithoff)는 레이저 다이오드(LD)가 발광하지 않을 때에 레이저 다이오드(LD)에 공급되는 바이어스 전류이다. 발광 전류(Isw)는 레이저 다이오드(LD)를 원하는 발광량으로 발광시킬 때의 구동 전류(Iop)로부터 바이어스 전류(Ithon)를 감산한 전류이다.
멀티플렉서(3)는 발광 제어 신호가 하이 레벨일 때에 레지스터(15)에 저장된 바이어스 전류(Ithon)의 설정값을 전류 생성 회로(2)에 보낸다. 멀티플렉서(3)는 발광 제어 신호가 로우 레벨일 때에 레지스터(16)에 저장된 바이어스 전류(Ithoff)의 설정값을 전류 생성 회로(2)에 보낸다. 전류 생성 회로(2)는 레지스터(15 또는 16)에 저장된 바이어스 전류(Ithon 또는 Ithoff)에 대응하는 설정값으로부터, 트랜지스터(TR1, TR2)를 위한 제2 입력 전류(예를 들면 Ithon/Q) 또는 제3 입력 전류(예를 들면 Ithoff/Q)를 생성한다. 따라서, 스위치(TR3) 및 멀티플렉서(3)가 발광 제어 신호에 따라 스위치 회로로서 동작함으로써, 트랜지스터(TR1, TR2)에는 아래와 같이 입력 전류가 공급된다. 즉, 발광 제어 신호가 하이 레벨(H)일 때에 제1 및 제2 입력 전류의 합이 트랜지스터(TR1, TR2)에 공급되고, 발광 제어 신호가 로우 레벨(L)일 때에 제3 입력 전류만이 트랜지스터(TR1, TR2)에 공급된다.
도 2는 도 1의 제어 회로(11)에 의하여 실행되는 설정 전류 결정 처리를 나타내는 흐름도이다. 스텝 S1에 있어서, 제어 회로(11)는 기준 전압원(12)을 이용하여 기준 전압(Vr/L)을 설정한다. 스텝 S2에 있어서, 제어 회로(11)는 트랜지스터(TR1, TR2)를 위한 입력 전류를 변화시켜 APC를 실행한다. 이에 따라, 제어 회로(11)는 포토 다이오드(PD)의 전압 신호에 근거하여 기준 전압(Vr/L)에 대응하는 전류(Il)를 검출한다. 스텝 S3에 있어서, 제어 회로(11)는 기준 전압원(12)을 이용하여 기준 전압(Vr/M)을 설정한다. 스텝 S4에 있어서, 제어 회로(11)는 트랜지스터(TR1, TR2)를 위한 입력 전류를 변화시켜 APC를 실행한다. 이에 따라, 제어 회로(11)는 포토 다이오드(PD)의 전압 신호에 근거하여 기준 전압(Vr/M)에 대응하는 전류(Im)를 검출한다. 스텝 S5에 있어서, 제어 회로(11)는 전류(Il, Im)에 근거하여 바이어스 전류(Ithoff)를 계산한다. 여기서, 발광량(P)을 구동 전류(Iop)의 함수로서 나타냈을 때에 0의 발광량의 근처에서의 함수의 접선과 0의 발광량을 나타내는 직선이 만나는 교점에서의 구동 전류(Iop)의 값을 바이어스 전류(Ithoff)로서 계산한다. 스텝 S6에 있어서, 제어 회로(11)는 기준 전압원(12)을 이용하여 기준 전압(Vr/N)을 설정한다. 스텝 S7에 있어서, 제어 회로(11)는 트랜지스터(TR1, TR2)를 위한 입력 전류를 변화시켜 APC를 실행한다. 이에 따라, 제어 회로(11)는 포토 다이오드(PD)의 전압 신호에 근거하여 기준 전압(Vr/N)에 대응하는 전류(In)를 검출한다. 스텝 S8에 있어서, 제어 회로(11)는 기준 전압원(12)을 이용하여 기준 전압(Vr)을 설정한다. 스텝 S9에 있어서, 제어 회로(11)는 트랜지스터(TR1, TR2)를 위한 입력 전류를 변화시켜 APC를 실행한다. 이에 따라, 제어 회로(11)는 포토 다이오드(PD)의 전압 신호에 근거하여 기준 전압(Vr)에 대응하는 전류(Io)를 검출한다. 스텝 S10에 있어서, 제어 회로(11)는 전류(In, Io)에 근거하여 바이어스 전류(Ithon)를 계산한다. 여기서, 발광량(P)을 구동 전류(Iop)의 함수로서 나타냈을 때, 원하는 발광량(Po)에서의 함수의 접선과 0의 발광량을 나타내는 직선이 만나는 교점에서의 구동 전류(Iop)의 값을 바이어스 전류(Ithon)로서 계산한다. 스텝 S11에 있어서, 제어 회로(11)는 전류(Io)로부터 임계값 전류(Ith)를 감산하여 발광 전류(Isw)를 계산한다. 스텝 S12에 있어서, 제어 회로(11)는 발광 전류(Isw) 및 바이어스 전류(Ithon, Ithoff)의 설정값을 레지스터(14 내지 16)에 저장한다.
스텝 S1, S3, S6에서의 기준 전압은 L＞M＞N의 관계를 만족시키도록 설정된다. 도 2의 설정 전류 결정 처리에 의하면, 레이저 다이오드(LD)가 발광하고 있을 때의 바이어스 전류(Ithon)를 상기와 같이 계산함으로써, 발광량(P)의 변화는 구동 전류(Iop)의 변화량에 비례하여 쉐이딩 보정이 가능하게 된다. 예를 들면, 발광 전류(Isw)의 변화량이 2배가 되면, 발광량(P)의 변화량도 2배가 된다. 바이어스 전류(Ithon)를 계산하기 위하여, 구동 전류(Iop)에 대한 발광량(P)의 함수의 원하는 발광량(Po)에서의 접선을 이용하고 있으므로, 기준 전압(Vr/N)의 [N]은 가능한 한 1에 가까운 것이 바람직하다. 한편, 레이저 다이오드(LD)가 발광하지 않을 때의 바이어스 전류(Ithoff)는 레이저 다이오드(LD)의 실제 임계값 전류(Ith)에 상당하다. 바이어스 전류(Ithoff)로서 실제 임계값 전류(Ith)를 가능한 한 정확하게 구하기 위하여, 구동 전류(Iop)에 대한 발광량(P)의 함수의 0의 발광량 근처의 접선을 이용한다. 전류(In, Io)에 근거하여 바이어스 전류(Ithoff)를 계산하면, 바이어스 전류(Ithoff)는 실제 임계값 전류(Ith)보다 작아진다. 따라서, 가능한 한 큰 [L] 및 [M]의 기준 전압(Vr/L, Vr/M)에 대응하는 전류(Il, Im)에 근거하여 바이어스 전류(Ithoff)를 계산한다. 바이어스 전류(Ithon, Ithoff)의 양자 모두를 전류(Il, Im)에 근거하여 계산하면, 원하는 발광량(Po)을 얻을 수 없게 된다. 원하는 발광량(Po)을 얻기 위해서는, 적어도 바이어스 전류(Ithon)는 구동 전류(Iop)에 대한 발광량(P)의 함수의 원하는 발광량(Po)에서의 접선을 이용하여 계산할 필요가 있다.
예를 들면, N=2, M=5, L=10 정도의 값을 이용할 수 있다.
도 3은 도 1의 반도체 레이저 구동 장치에서 레이저 다이오드(LD1 및 LD2)를 이용할 때의 구동 전류(Iop)에 대한 발광량(P)의 특성, 임계값 전류, 및 발광 전류를 나타내는 도면이다. 도 5의 레이저 다이오드(LD)로서, 도 7의 경우와 마찬가지로 상이한 특성(임계값 전류 및 발광 전류)을 갖는 레이저 다이오드(LD1 및 LD2)를 이용하는 경우에 대하여 생각한다. 우선, 전술한 바와 같이, 발광량(P)을 구동 전류(Iop)의 함수로서 나타냈을 때, 원하는 발광량(Po)에서의 함수의 접선과 0의 발광량을 나타내는 직선이 만나는 교점에서의 구동 전류(Iop)의 값을 바이어스 전류(Ithon)로서 계산한다. 이와 같이 바이어스 전류(Ithon) 및 발광 전류(Isw)를 계산함으로써, 원하는 발광량(Po)의 근처에서는 구동 전류(Iop)의 변화량에 비례하여 변화하는 발광량(P)을 얻을 수 있다. 따라서, 레이저 다이오드(LD1)에서는 쉐이딩 보정 기능을 실현할 수 있다. 또, 전술한 바와 같이, 발광량(P)을 구동 전류(Iop)의 함수로서 나타냈을 때, 0의 발광량 근처에서의 함수의 접선과 0의 발광량을 나타내는 직선이 만나는 교점에서의 구동 전류(Iop)의 값을 바이어스 전류(Ithoff)로서 계산한다. 레이저 다이오드(LD1)와 같이 발광량(P)이 구동 전류(Iop)에 대하여 직선적으로 변화하는 경우에는 Ith1=Ithoff=Ithon이 된다. 레이저 다이오드(LD2)와 같이 구동 전류에 대한 발광량의 직선성이 파괴된 경우에도, 계산된 바이어스 전류(Ithoff)는 실제 임계값 전류(Ith2)와 동등하게 된다.
도 4는 도 1의 반도체 레이저 구동 장치에서 레이저 다이오드(LD1 및 LD2)를 이용할 때의 구동 전류 및 발광량의 특성을 나타내는 도면이다. 도 4의 1단째 및 2단째의 그래프는 레이저 다이오드(LD1)의 구동 전류(Iop1) 및 발광량(P1)의 특성을 각각 나타낸다. 도 4의 3단째 및 4단째의 그래프는 레이저 다이오드(LD2)의 구동 전류(Iop2) 및 발광량(P2)의 특성을 각각 나타낸다. 레이저 다이오드(LD1, LD2)의 양자 모두에 대하여, 정확한 바이어스 전류(Ithon, Ithoff)를 계산할 수 있으므로, 레이저 다이오드(LD1, LD2)는 발광 전류(Isw)의 펄스폭과 동일한 시간에 걸쳐서 발광한다(ton1=ton2). 발광 제어 신호에 따라 구동 전류(Iop)는 전류(Ithoff)와 전류 [Ithon＋Isw] 사이에서 전이한다.
전류 설정 회로(10), 멀티플렉서(3), 전류 생성 회로(1, 2), 스위치(TR3), 및 트랜지스터(TR1, TR2)는 단일의 집적 회로에 집적화되어도 된다.
레이저 다이오드 등인 반도체 레이저 소자와, 이상과 같이 설명한 반도체 레이저 구동 장치를 구비한 화상 형성 장치를 구성할 수도 있다.
도 3 및 도 4에 나타낸 예에서는 Ithoff＞Ithon이었지만, Ithoff＜Ithon의 경우에도, 도 2의 설정 전류 결정 처리를 적용할 수 있다.
본 발명의 양태에 따른 반도체 레이저 구동 장치 및 화상 형성 장치는 이하의 구성을 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제1 양태에 따른 반도체 레이저 구동 장치에 의하면, 반도체 레이저 소자의 온 및 오프를 지시하는 발광 제어 신호에 따라 상기 반도체 레이저 소자에 공급하는 구동 전류를 제어하는 반도체 레이저 구동 장치에 있어서, 입력 전류에 대응하는 구동 전류를 생성하여 상기 반도체 레이저 소자에 공급하는 구동 회로와, 상기 반도체 레이저 소자를 원하는 발광량으로 발광시킬 때의 구동 전류로부터 상기 반도체 레이저 소자가 발광하고 있을 때의 제1 바이어스 전류를 감산한 발광 전류에 대응하는 제1 설정값과 상기 제1 바이어스 전류에 대응하는 제2 설정값과 상기 반도체 레이저 소자가 발광하지 않을 때의 제2 바이어스 전류에 대응하는 제3 설정값을 저장한 전류 설정 회로와, 상기 제1 설정값으로부터 제1 입력 전류를 생성하는 제1 전류 생성 회로와, 상기 제2 설정값으로부터 제2 입력 전류를 생성하고 상기 제3 설정값으로부터 제3 입력 전류를 생성하는 제2 전류 생성 회로와, 상기 발광 제어 신호가 온일 때에 상기 제 1및 제2 입력 전류의 화를 상기 구동 회로에 공급하고 상기 발광 제어 신호가 오프일 때에 상기 제3 입력 전류를 상기 구동 회로에 공급하는 스위치 회로를 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제2 양태에 따른 반도체 레이저 구동 장치에 의하면, 제1 양태에 따른 반도체 레이저 구동 장치에 있어서, 상기 전류 설정 회로는 상기 반도체 레이저 소자의 발광량을 상기 반도체 레이저 소자의 구동 전류의 함수로서 나타내고, 상기 원하는 발광량에서의 상기 함수의 접선과 0의 발광량을 나타내는 직선이 만나는 교점에서의 구동 전류의 값을 상기 제1 바이어스 전류로서 계산하고, 상기 0의 발광량 근처에서의 상기 함수의 접선과 상기 0의 발광량을 나타내는 직선이 만나는 교점에서의 구동 전류의 값을 상기 제2 바이어스 전류로서 계산하며, 상기 발광 전류 및 상기 계산된 제1 및 제2 바이어스 전류에 대응하는 상기 제1 내지 제3 설정값을 계산하여 저장하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제3 양태에 따른 반도체 레이저 구동 장치에 의하면, 제1 또는 제2 양태에 따른 반도체 레이저 구동 장치에 있어서, 상기 제1 및 제2 전류 생성 회로는 전류 전압 변환 회로 또는 전류 출력형의 D/A 컨버터인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제4 양태에 따른 반도체 레이저 구동 장치에 의하면, 제1 내지 제3 양태 중의 어느 한 양태에 따른 반도체 레이저 구동 장치에 있어서, 상기 구동 회로는 상기 입력 전류에 비례하는 상기 구동 전류를 생성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제5 양태에 따른 반도체 레이저 구동 장치에 의하면, 제1 내지 제4 양태 중의 어느 한 양태에 따른 반도체 레이저 구동 장치에 있어서, 상기 구동 회로, 상기 전류 설정 회로, 상기 제1 및 제2 전류 생성 회로, 및 상기 스위치 회로는 단일의 집적 회로에 집적화된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제6 양태에 따른 화상 형성 장치에 의하면, 반도체 레이저 소자 및 제1 내지 제5 양태 중의 어느 한 양태에 따른 반도체 레이저 구동 장치를 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 구동 전류에 대한 발광량의 직선성이 파괴된 반도체 레이저 소자를 사용하는 경우에도, 최적의 임계값 전류를 반도체 레이저 소자에 공급하여 이상적인 발광 지연 및 발광 펄스폭으로 반도체 레이저 소자를 구동할 수 있다.
본 발명에 의하면, 반도체 레이저 소자가 발광하고 있을 때에 반도체 레이저 소자에 공급하는 제1 바이어스 전류와 반도체 레이저 소자가 발광하지 않을 때에 반도체 레이저 소자에 공급하는 제2 바이어스 전류를 개별적으로 계산하고 있다. 발광 제어 신호에 따라 2개의 바이어스 전류 중 어느 하나를 반도체 레이저 소자에 공급하므로, 이상적인 발광 지연 및 발광 펄스폭으로 반도체 레이저 소자를 구동할 수 있다. 본 발명에 의하면, 또한 쉐이딩 보정 기능을 실현할 수 있다.
본 발명은 레이져 프린트, 디지털 복사기, 광 데이터 통신 장치, 광 디스크 기록 장치 등에 사용되는 반도체 레이저 소자의 구동 및 제어를 실시하는 반도체 레이저 구동 장치에 적용할 수 있다. 본 발명은 또한 이와 같은 반도체 레이저 구동 장치를 사용한 화상 형성 장치에 적용할 수 있다.
1, 2…전류 생성 회로,
3…멀티플렉서,
10…전류 설정 회로,
11…제어 회로,
12…기준 전압원,
13…비교기,
14~16…레지스터,
LD…레이저 다이오드,
PD…포토 다이오드,
R1…저항,
TR1, TR2…트랜지스터,
TR3…스위치.

Claims (6)

  1. 반도체 레이저 소자의 온 및 오프를 지시하는 발광 제어 신호에 따라 상기 반도체 레이저 소자에 공급하는 구동 전류를 제어하는 반도체 레이저 구동 장치에 있어서,
    입력 전류에 대응하는 구동 전류를 생성하여 상기 반도체 레이저 소자에 공급하는 구동 회로와,
    상기 반도체 레이저 소자를 원하는 발광량으로 발광시킬 때의 구동 전류로부터 상기 반도체 레이저 소자가 발광하고 있을 때의 제1 바이어스 전류를 감산한 발광 전류에 대응하는 제1 설정값과, 상기 제1 바이어스 전류에 대응하는 제2 설정값과, 상기 반도체 레이저 소자가 발광하지 않을 때의 제2 바이어스 전류에 대응하는 제3 설정값을 저장한 전류 설정 회로와,
    상기 제1 설정값으로부터 제1 입력 전류를 생성하는 제1 전류 생성 회로와,
    상기 제2 설정값으로부터 제2 입력 전류를 생성하고 상기 제3 설정값으로부터 제3 입력 전류를 생성하는 제2 전류 생성 회로와,
    상기 발광 제어 신호가 온일 때에 상기 제1 및 제2 입력 전류의 합을 상기 구동 회로에 공급하고, 상기 발광 제어 신호가 오프일 때에 상기 제3 입력 전류를 상기 구동 회로에 공급하는 스위치 회로를 구비한 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 구동 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전류 설정 회로는 상기 반도체 레이저 소자의 발광량을 상기 반도체 레이저 소자의 구동 전류의 함수로서 나타내고, 상기 원하는 발광량에서의 상기 함수의 접선과 0의 발광량을 나타내는 직선이 만나는 교점에서의 구동 전류의 값을 상기 제1 바이어스 전류로서 계산하고,
    상기 0의 발광량 근처에서의 상기 함수의 접선과 상기 0의 발광량을 나타내는 직선이 만나는 교점에서의 구동 전류의 값을 상기 제2 바이어스 전류로서 계산하며,
    상기 발광 전류 및 상기 계산된 제1 및 제2 바이어스 전류에 대응하는 상기 제1 내지 제3 설정값을 계산하여 저장하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 구동 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전류 생성 회로는 전류 전압 변환 회로 또는 전류 출력형의 D/A 컨버터인 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 구동 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 구동 회로는 상기 입력 전류에 비례하는 상기 구동 전류를 생성하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 구동 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 구동 회로, 상기 전류 설정 회로, 상기 제1 전류 생성 회로, 상기 제2 전류 생성 회로, 및 상기 스위치 회로는 단일의 집적 회로에 집적화된 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 구동 장치.
  6. 반도체 레이저 소자와,
    제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 기재된 반도체 레이저 구동 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
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