KR930008358B1

KR930008358B1 - 가변 광량 레이저 다이오드 구동회로

Info

Publication number: KR930008358B1
Application number: KR1019900015737A
Authority: KR
Inventors: 김형욱
Original assignee: 주식회사 금성사; 이헌조
Priority date: 1990-09-29
Filing date: 1990-09-29
Publication date: 1993-08-30
Also published as: KR920007276A

Abstract

내용 없음.

Description

가변 광량 레이저 다이오드 구동회로

제 1 도는 종래 레이저 다이오드 구동회로도.

제 2a 도 내지 제 2c 도는 제 1 도에 따른 각부 파형도.

제 3 도는 본 발명에 따른 가변 광량 레이저 다이오드 구동회로 블록도.

제 4 도는 제 3 도에 따른 상세 회로도.

제 5a 도 내지 제 5c 도는 본 발명에 따른 각부 파형도.

제 6a 도 내지 제 6d도는 본 발명을 설명하기 위한 파형도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 : 디지탈/아날로그 변환기 12 : 이득 앰프

13 : 레벨 쉬프터 14 : 전압-전류 변환기

15 : 구동부 16 : 드루프 보상부

17 : 모니터 전류보상부 18 : 모니터전류 검출부

19 : 바이어스부 20 : 스위치회로

본 발명은 레이저 다이오드 구동회로에 관한 것으로, 특히 입력에 따라 광량이 조절되도록 한 가변 광량레이저 다이오드 구동회로에 관한 것이다.

종래의 레이저 다이오드 구동회로는 스캐너에 들어가는 레이저 다이오드(LD)의 구동이 일정광량 또는 온/오프의 동작을 중심으로 이루어지며, 이에 따라 기본 직류 구동회로와 온/오프 스위치를 이용하여 구동시키는데, 제 1 도에 도시된 바와 같이 레이저 다이오드 구동신호에 따라 레이저 다이오드(LD)에 일정전류를 흘려주는 레이저 다이오드 구동부(1)와, 상기 레이저 다이오드 구동부(1)로부터 공급되는 레이저 다이오드(LD)의 구동전류를 비디오신호에 따라 분기시켜 광량을 조절하는 스위치회로부(2)로 구성되었다.

이와 같이 구성된 레이저 다이오드 구동회로의 동작을 설명한다. 레이저 다이오드 구동신호가 온신호로 입력되면, 레이저 다이오드 구동부(1)에서 일정전류(Id)를 저항(RL)을 통해 출력하고, 이에 따라 저항(Rs)을 통해 분기전류(Is)가 흐르면서 레이저 다이오드(LD)에 구동전류(Io)가 흐른다(Id=Io＋Is). 이때, 스위치 회로부(2)의 비디오신호가 저전위이면 그 스위치 회로부(3)는 개방(open)되어 분기전류(Is)가 흐르지 않게 되므로 레이저 다이오드(LD)구동전류(Io)는 레이저 다이오드 구동부(1)의 출력 전류(Id)가 되고, 이에 따라 레이저 다이오드(LD)는 최고 광량이 출력된다. 만약, 비디오신호가 고전위이면 스위치회로부(2)가 온되어 저항(Rs)을 통해 분기전류(Is)가 흐르므로 레이저 다이오드(LD)의 구동전류(Io)는 분기된 전류(Io=Id-Is)가 되어 문턱전류(Ith)값에 있게 되며, 이는 레이저가 발광 바로 직전상태가 된다.

제 2a 도 내지 제 2c 도는 제 1 도에 따른 동작 파형도로서, 전원이 인가되고 제 2a 도와 같이 저전위의 레이저 다이오드 구동신호가 입력된 후 제 2b 도와 같이 비디오신호가 펄스로 입력되면, 레이저 다이오드(LD)의 구동전류(Io)는 제 2c 도와 같이 비디오 신호가 저전위상태일때 최대전류, 비디오신호가 고전위상태일때 문턱전류(Ith)로 흐르게 된다.

여기서, 포토다이오드(PD)는 레이저 다이오드(LD)의 광량에 비례한 모니터전류(Im)를 검출하여 레이저 다이오드구동부(1)에 피드백시키며, 가변저항(Rp)은 피드백 이득을 조절한다. 또한 가변저항(Rss)은 스위치회로부(2)의 온시 레이저 다이오드(LD)의 최대 광량을 조절한다.

그러나, 상기와 같은 종래의 회로에 있어서는 각기 다른 레이저의 광량이 요구되는 즉, 레이저의 광량에 따라 드럼(Rrum) 또는 차지드 서페이스(Charged Surface)의 디스차지(Discharge)양이 다르게 되는 경우 광량을 세밀히 조절하여 좀더 나은 해상도를 구하고자 할때에도 광량을 변화시키지 못하는 문제점이 있었다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해소시키고자 레이저의 광량을 가변시켜 고해상도를 필요로 하는 것에 사용되도록 광량 제어신호에 따라 구동전류 이득을 가변시킴과 아울러 레이저의 광량에 따른 피드백전류에 의해 레이저 구동 바이어스를 보상하도록 한 가변 광량 레이저 다이오드 구동 회로를 창안한 것으로, 이를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제 3 도는 본 발명에 따른 가변 광량 레이저 다이오드 구동회로 블록도로서, 이에 도시한 바와 같이 중앙처리장치(CPU)로부터 파워콘트롤 제어데이타를 인가받아 아날로그신호로 변환하는 디지탈/아날로그(D/A) 변환기(11)와, 그 디지탈/아날로그 변환기(11)의 출력신호 이득을 조절하는 이득앰프(12)와, 그 이득램프(12)의 출력신호를 전류로 변환하는 전압-전류 변화기(14)와, 그 전압-전류 변환기(14)의 출력에 의해 구동전류량이 결정되고 비디오신호(VS)에 따라 레이저 다이오드(LD)를 구동시키는 구동부(15)와, 상기 레이저 다이오드(LD)의 문턱전류(Ith)를 공급하기 위한 바이어스부(19)와, 상기 레이저 다이오드(LD)의 구동에 따라 동작하는 포토 다이오드(PD)를 통해 그 레이저 다이오드(LD)모니터 전류를 전압으로 검출하는 모니터전류 검출부(18)와, 그 모니터전류 검출부(18)의 출력전압에 따라 장시간 레이저 다이오드(LD) 사용에서의 드루프(Droop)보상을 위한 모니터전류 레벨쉬프트를 시켜 상기 구동부(15)에 출력하는 드루프 보상부(16)와, 레이저 다이오드 구동신호(LDON)에 따라 상기 레이저 다이오드(LD)의 구동을 제어하기 위한 소정전압을 출력하는 스위치회로(20)와, 상기 이득앰프(12)의 출력전압을 보상하여 레벨 쉬프트시키는 레벨 쉬프터(13)와, 상기 레벨 쉬프터(13)의 출력에 따라 상기 스위치회로(20)의 출력전압을 상기 바이어스부(19)에 제어전압으로 인가하는 모니터 전류 보상부(17)로 구성한다.

제 4 도는 제 3 도에 따른 상세회로도로서, 이에 도시한 바와 같이 중앙처리장치(CPU)로부터 3비트의 제어데이타를 각기 모스 트랜지스터(N1, N2), (N3, N4), (N5, N6)로 구성된 인버터를 통해 반전시킨 후, 연산증폭기(OP1), (OP2), (OP3)에서 기준레벨과 비교하여 반전증폭시키고, 이를 각기 저항(4R), (2R), (R)을 통해 공통 출력하는 디지탈/아날로그 변환기(11)와, 그 아날로그 출력을 저항(R'=R/2), (R') 및 연산증폭기(OP4)를 통해 임의의 이득조절로 반전 증폭하는 이득앰프(12)와, 그 이득앰프(12)의 출력을 인가받아 저항(R1), 다이오드구성 트랜지스터(Q1) 및 그와 전류미러 구성인 트랜지스터(Q2), 저항(RA)을 통해 전압을 전류로 변환시켜 전류를 공급하는 전압-전류변환기(14)와, 그 전압-전류변환기(14)의 공급전류를 에미터전류로 공급받고, 저항(R2), 다이오드(D1) 및 트랜지스터(Q3)(Q4)에 의해 차동증폭구성으로 비디오신호(VS)에 따라 레이저 다이오드(LD)의 구동전류를 공급하는 구동부(15)와, 저항(R21), 다이오드(D2) 및 트랜지스터(Q5)로 구성되어 상기 레이저 다이오드(LD)의 문턱전류(Ith)를 공급하는 바이어스부(19)와, 상기 레이저 다이오드(LD)의 구동에 따라 동작하는 포토다이오드(PD)를 통해 그 레이저 다이오드(LD)의 모니터전류를 저항(R22)을 통해 검출하여 저항(R17)(R18)을 각각 통해 출력하는 모니터 전류 검출부(18)와, 상기 저항(R18)을 통해 모니터 전류를 피엔피 트랜지스터(Q9)의 베이스에 인가받고 풀업저항(R20)을 통해 전원전압(Vcc)을 인가받는 콜렉터 출력을 저항(R19)을 통해 상기 구동부(15)의 차동증폭 기준입력으로 출력하는 드루프보상부(16)와, 레이저 다이오드 구동신호(LDON)를 인가받고 저항(R11-R16) 및 트랜지스터(Q7)(Q8)로 구성되어 레이저 다이오드(LD)의 구동을 제어하기 위한 소정전압을 출력하는 스위치회로(20)와, 상기 이득앰프(12)의 출력을 저항(R3, R5), (R4), 연산증폭기(OP5), 피엔피트랜지스터(Q6) 및 저항(R6), (R7)으로 구성되어 레벨 쉬프트 출력하는 레벨쉬프터(13)와, 상기 스위치회로(20) 및 모니터 전류 검출부(18)의 출력을 공통으로 인가받아 상기 레벨쉬프터(17)의 출력에 따라 보상한 후 연산증폭기(OR5) 및 저항(R9, R10)을 통해 상기 바이어스부(19)에 제어전압으로 출력하는 모니터전류 보상부(17)로 구성한다.

이와 같이 구성한 본 발명의 작용 및 효과를 본 발명에 따른 각부 파형도인 제 5a 도 내지 제 5c 도 및 본 발명을 설명하기 위한 파형도인 제 6a 도 내지 제 6d 도를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 전원(Vcc)이 인가되고, 스위치회로(20)에 레이저 다이오드 구동신호(LDON)가 온신호로 인가되면, 즉, 제 5a 도와 같이 레이저 다이오드 구동신호(LDON)가 고전위로 인가되면 트랜지스터(Q8)가 턴온되므로 트랜지스터(Q7)가 턴오프되고, 이에 따라 전원(Vcc)전압이 저항(R12,R13)에서 분압된 후 저항(R11)을 통해 출력되고, 이 출력전압은 모니터 전류 보상부(17)의 연산증폭기(OP6)에서 버퍼링되어 바이어스부(19)의 트랜지스터(Q5)를 턴온시킨다. 따라서, 이때 전원(B⁺)은 레이저 다이오드(LD), 트랜지스터(Q5) 및 저항(R21)을 통하게 되어, 그 레이저 다이오드(LD)는 문턱전류(Ith)가 흐르게 되는 상태에 있게 된다.

이때 비디오 신호(VS)가 제 5b 도와 같이 펄스신호를 입력되면, 비디오신호(VS)의 고전위 구간때 구동부(15)의 트랜지스터(Q4)가 턴온되어 상기 바이어스부(19)와 공통으로 레이저 다이오드(LD)의 구동전류를 공급하게 되므로 제 5c 도와 같이 문턱 전류(Ith)가 흐르던 레이저 다이오드(LD)에 구동전류(If)가 흐르게 되어 레이저 출력을 한다. 이에 따라 포토다이오드(PD)가 턴온되면서 모니터전류(Im)가 흐르게 되어, 저항(R22)을 통해 모니터전압(Vm)으로 검출된다.

여기서, 중앙처리장치(CPU)로부터 광량 가변제어 데이타가 인가되면 디지탈/아날로그 변환기(11)를 통해 아날로그신호로 변환된다. 즉 제어데이타는 고전위 또는 저전위로 인가되는 신호로, 그 제어데이타는 모스트랜지스터(N1, N2), (N3, N4), (N5, N6)를 각기 통해 반전된 후 다시 연산증폭기(OP1), (OP2), (OP3)을 통해 반전되고, 다시 저항(4R), (2R), (R)을 각기 통한 후 공통으로 출력되므로 그 디지탈/아날로그 변환기(11)출력전압은 제어데이타에 따른 소정전압으로 된다. 이와 같이 디지탈/아날로그 변환기(11)에서 출력되는 전압은 이득앰프(12)에서 소정이득으로 증폭되어 출력되는데, 그 이득앰프(12)의 출력 전압(Va)은가 된다.

이 이득앰프(12)의 출력전압(Va)이 전압-전류변환기(14)에 인가되어 다이오드 구성 트랜지스터(Q1)가 턴온되고, 그에 따라 전류미러로 동작되는 트랜지스터(Q2)가 턴온되어 저항(R4)에 흐르는 전류(IEE)량이 제어되고, 그 전류(IEE)는 구동부(15)의 트랜지스터(Q3), (Q4)에 흐르는 전류(I1＋I2)와 같게 된다.

또한, 상기 이득앰프(12)의 출력전압(Va)이 레벨 쉬프터(13)에서 연산증폭기(OP5)를 통해 반전 버퍼링 된 후 피엔피 트랜지스터(Q6)를 통해 광량 보정값을 출력한다. 이 레벨 쉬프터(13)의 출력에 따라 스위치회로(20) 및 모니터 전류 검출부(18)로 부터 모니터 전류보상부(17)에 인가되는 저압레벨이 보상된 후 연산증폭기(OP6)를 통해 바이어스부(19)에 인가되어 트랜지스터(Q5)의 도통율을 제어하게 된다.

따라서, 제 5c 도와 같이 레이저 다이오드(LD)구동시 디지탈/아날로그 변환기(11)를 통한 제어 데이타에 따라 가변범위가 결정되어, 레이저 다이오드(LD)의 구동전류(If)량이 제어된다.

제 6a 도는 레이저 다이오드(LD)의 구동전류(If)와 광량(Po)과의 관계파형도로서, 문턱전류(Ith)에서 가변보상값에 따른 가변범위(DAC영역)에 비례하여 광량(Po)이 변화된다. 제 6b 도는 문턱전류(Ith)와 온도(Temp)와의 관계 파형도로서 온도가 상승함에 따라 임의의 기울기로 문턱전류(Ith)가 증가하게 된다. 제 6c 도는 광량(Po)과 모니터전류(Im)관계 파형도로서 비례관계에 있다.

제 6d 도는 드루프(Droop)비를 보인 것으로 오랜시간(T)사용에 따라 레이저 다이오드(LD)의 광량(Po)이 감소되는 드루프현상이 발생한다. 즉, 모니터 전류 검출부(18)에서 검출된 전류(Im)에 따른 전압(Vm)이 감소되는 드루프 현상이 발생되고, 이에따라 드루프 보상부(16)의 피엔피 트랜지스터(Q9)의 도통율이 증가되므로 그의 에미터 출력전압이 감소되어 구동부(15)에 인가되고, 따라서 이때 트랜지스터(Q3)를 통하는 전류(I1)는 감소되고, 트랜지스터(Q4)를 통하는 전류(I2)는 증가되므로 레이저 다이오드(LD)의 구동전류(If)가 증가되어 드루프현상을 보상하게 된다.

결국, 스위치회로(20)에 레이저 다이오드 구동신호(LDON)를 온신호로 입력하면, 모니터 전류 보상부(17)를 통해 바이어스부(19)가 동작하여 레이저 다이오드(LD)에 문턱전류(Ith)를 공급하고, 이때 중앙처리장치(CPU)등을 통해 광량가변범위(DAC 레인지)가 설정되고, 비디오신호(VS)가 입력되면, 구동부(15)를 통해 레이저 다이오드(LD)가 구동되어 광출력(Po)을 하며, 이를 포토다이오드(PD)를 통해 모니터 전류 검출부(18)에서 모니터전류(Im)에 따른 전압(Vm)을 검출하여 모니터전류 보상부(17) 및 드루프보상부(16)에 인가한다.

광량(Po)가변을 데이타신호로 디지탈/아날로그 변환기(11)를 통해 입력하면, 이 가변범위(DAC 레인지)와 문턱전류(Ith)사이에서 비디오신호(VS)에 따라 광출력을 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 레이저 다이오드의 광량을 가변시킬 수 있으므로 레이저 광량이 타케트(Target)의 단위 면적당 에너지에 관계되어 일정광량일때 발생하는 해상도의 제한, 곡선, 사선등의 도면 플로팅(plotting)에서의 비연속성 등을 광량의 가변으로 개선할 수 있는 효과가 있고, 이에 따라 고정밀 레이저 다이오드 구동이 요구되는 고해상도 장치등에 효과적으로 사용할 수 있게 된다.

Claims

광량가변을 위한 제어데이타를 아날로그신호로 변환하는 디지탈/아날로그 변환기(11)와, 상기 디지탈/아날로그 변환기(11)의 출력신호 이득을 조절하는 이득앰프(12)와, 상기 이득앰프(12)의 출력전압을 전류로 변환하는 전압-전류 변환기(14)와, 상기 이득앰프(12)의 출력전압을 레벨쉬프트 시키는 레벨쉬프터(13)와, 레이저 다이오드(1D)의 출력 광량변화를 전압으로 검출하는 모니터 전류 검출부(18)와, 레이저 다이오드 구동신호(LDON)에 따라 소정전압을 출력하는 스위치회로(20)와, 상기 모니터 전류 검출부(18) 및 상기 스위치회로(20)의 출력전압을 인가받아 상기 레벨쉬프터(13)의 출력신호에 따라 보상출력하는 모니터 전류보상부(17)와, 상기 모니터 전류보상부의 출력전압에 따라 상기 레이저 다이오드(LD)의 문턱전류(Ith) 공급을 제어하는 바이어스부(19)와, 상기 모니터전류 검출부(18)의 출력전압에 따라 드루프 보상전압을 출력하는 드루프 보상부(16)와, 상기 전압-전류 변환기(14)의 출력전류에 따라 상기 레이저 다이오드(1D)의 구동전류를 결정하고 상기 드루프 보상부(16)의 출력전압에 따라 그 구동전류를 보상하여, 비디오신호(VS)에 의해 상기 레이저 다이오드(LD)의 구동을 제어하는 구동부(15)로 구성하여 된 것을 특징으로 하는 가변 광량 레이저 다이오드 구동회로.
제 1 항에 있어서, 구동부(15)은 드루프 보상부(16)의 출력전압과 비디오신호(VS)가 트랜지스터(Q3), (Q4)의 베이스에 각기 인가되게 접속하여, 그 트랜지스터(Q3), (Q4)의 에미터를 전압-전류 변환기(14)의 출력측에 공통접속하고, 상기 트랜지스터(Q4)의 콜렉터에 레이저 다이오드(LD)를 접속하여 구성된 것을 특징으로 하는 가변광량 레이저 다이오드 구동회로.
제 1 항에 있어서, 모니터 전류 보상부(17)는 모니터 전류 검출부(18) 및 스위치회로(20)의 출력전압이 저항(R8), 연산증폭기(OP5)의 비반전 입력단자 및 레벨쉬프터(13)의 출력측에 공통인가되게 접속하여, 상기 연산증폭기(OP6)의 출력단자를 바이어스부(19)에 접속함과 아울러 저항(R9)(R10)을 통해 그의 반전입력단자에 궤환접속하여 구성된 것을 특징으로 하는 가변 광량 레이저 다이오드 구동회로.
제 1 항에 있어서, 모니터 전류 검출부(18)는 레이저 다이오드(1D)의 광을 입사받는 포토다이오드(PD)를 저항(R22)에 접속한 후 그 접속점을 저항(R17), (R18)을 각기 통해 모니터 전류 보상부(17) 및 드루프보상부(16)에 접속하여 구성된 것을 특징으로 하는 가변 광량 레이저 다이오드 구동회로.
제 1 항에 있어서, 드루프보상부(16)는 모니터 전류 검출부(18)의 출력측을 피엔피 트랜지스터(Q9)의 베이스에 접속하여, 그의 에미터를 전원(Vcc)이 인가되는 저항(R20)에 접속하고, 그 접속점을 저항(R19)을 통해 구동부(15)에 접속하여 구성된 것을 특징으로 하는 가변 광량 레이저 다이오드 구동회로.
제 1 항에 있어서, 스위치회로(20)는 레이저 다이오드 구동신호(LDON)가 트랜지스터(Q8)의 베이스측에 인가되게 접속하여, 그의 콜렉터를 전원(Vcc)이 인가되는 저항(R14) 및 트랜지스터(Q7)의 베이스에 접속하고, 그 트랜지스터(Q7)의 콜렉터를 전원(Vcc)이 인가되는 저항(R12) 및 저항(R13)에 접속한 후 그 접속점을 저항(R11)을 통해 모니터 전류 보상부(17)에 접속하여 구성된 것을 특징으로 하는 가변 광량 레이저 다이오드 구동회로.