JPH02150367A - 光強度変調回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、半導体レーザからのレーザ光の光強度を変化
させて階調性を持つ記録が可能なレーザプリ−ンタ等に
おける光強度変調回路に関する。

従来の技術 従来、半導体レーザからのレーザ光を感光体上に露光走
査させて中間調画像を記録するレーザ記録装置において
は、半導体レーザの持つ駆動電流−先出力特性が、自然
発光領域とレーザ発振領域とで極端に変わるため、安定
した光出力を得るのが困難であった。また、感光体等の
感度が入力光パワーに対して直線的でないため、高精度
な中間調画像を感光体」二に形成するのが困難であった
。

このような点を考慮し、従来にあっては、例えば特開昭
６３　１０２５４４号公報に示されるような中間調記録
可能なレーザ記録装置がある。これは、記録光学系が持
つ非線形（上述した自然発光領域とレーザ発振領域とで
極端に変わる特性）を、半導体レーザの発光レベル指令
信号と光出力とが線形関係を持つように変えるため、入
力信号を補正テーブルを用いて線形関係に補正し、補正
後の入力信号をＤ／Ａコンバータによりアナログ変換し
て半導体レーザを駆動させるようにしたものである。

また、半導体レーザに対する光信号の光強度レベルが複
数であって、各々の光強度レベルを安定して出力できる
ようにするため、複数の定電流源を変調用スイッチング
素子を経て切換えで半導体レーザに接続状態とし、半導
体レーザの光強度山ツノを接続された定電流源に応じて
変化させる方式も、本出願人により提案されている。よ
り具体的には、複数の定電流源中、１つは半導体レーザ
のバイアス電流近傍に設定されたものであり、残りは、
その電流値が２０：１　の関係を持つように設定されて
いる。この結果、前者の１つの半導体レーザを共通に用
いることにより、半導体レーザの駆動電流−光出力特性
のバイアス電流以上の直線的な部分を利用し、電流源の
個数を減らし、入力信号に対して直線的に変化する光出
力が得られるようにされている。

発明が解決しようとする課題 前者の特開昭６３−１０２５４４号公報による場合、補
正テーブルとＤ／Ａコンバータの組合せによるため、半
導体レーザ駆動用のＤ／Ａコンバータにおける処理時の
量子化誤差により、半導体レーザの光出力パワーに誤差
を生じ得る。

また、後者の複数の定電流源切換え方式による場合、入
ノＪ信号に対して出力パワーが線形なため、中間調画像
の再現において、感光体の感度等の非線形部分により、
記録画像の中間調再現性が劣化してしまう。

課題を解決するための手段 請求項１記載の発明では、半導体レーザの光強度を可変
させる光強度変調用のデジタル信号のステップ数と同数
でこれらの光強度のレベルに対応させて各々異なる電流
値に設定された定電流源と、定電流源と同数で各定電流
源と半導体レーザとの間に直列な接続断続用のスイッチ
ング回路とを対で設け、デジタル信号に応じて前記スイ
ッチング回路中の１つのみに対し選択信号を出す選択手
段を備えた制御回路を設ける。

また、請求項２記載の発明では、請求項１記載の発明に
対し、半導体レーザのバイアス電流値に設定されたバイ
アス用定電流源と、バイアス用定電流源と半導体レーザ
との間に直列な接続断続用のバイアス用スイッチング回
路とを付加し、かつ、制御回路から各スイッチング回路
に対する選択信号を前記バイアス用スイッチング回路に
共通に出すゲート回路を設ける。

作用 請求項１記載の発明によれば、半導体レーザに流す駆動
電流は、光強度変調用のデジタル信号の入力に基づき制
御回路中の選択手段から選択信号を出して唯一のスイッ
チング回路のみを選択するように切換え制御することに
より行われ、高速で光強度変調が可能となる。この時、
半導体レーザに流れる駆動電流は、選択された定電流源
により規制されるため、その光強度出力は安定したもの
となる。特に、各ステップでの光強度が、各々の定電流
源の電流値により決定されるため、これらの定電流源の
電流値の設定により、デジタル信号入力に対する光強度
出力を任意に対応設定できることになり、例えば記録系
における感光体の感度等の非線形性を逆補正することも
可能となる。よって、中間調再現性に優れたものとし得
る。

また、請求項２記載の発明のように、バイアス用定電流
源をそのバイアス用スイッチング回路とともに付加し、
かつ、ゲート回路によって制御回路から各スイッチング
回路に対する選択信号を前記バイアス用スイッチング回
路に共通に出させるることにより、バイアス用定電流源
を半導体レーザに対して各定電流源と並列的に併用する
。この結果、各定電流源の電流値はバイアス電流値を差
引いた小電流のものでよいことになる。よって、光強度
レベルを変化させる場合であっても、このような小電流
成分についてのスイッチングで済み、スイッチング回路
構成が容易となる。

実施例 本発明の第一の実施例（請求項１記載の発明に対応）を
第１図及び第２図に基づいて説明する。

まず、第２図により、本実施例の基本思想を説明する。

第２図は半導体レーザの駆動電流−光出力特性を示すも
のであり、駆動電流に応じて光強度が変化する。より詳
細にこの特性を見ると、周知のように、バイアス電流Ｉ
ＴＨを境として自然発光領域とレーザ発振領域との２つ
のリニア領域に分けられる。図中、実線がある温度ｔ、
における特性を示し、破線が異なる温度ｔ１　における
特性を示す。両者の対比からも判るように、この特性に
おいて、バイアス電流ＩＴＨは各々Ｉ　ＴＨ＊　ｔ　　
Ｉ　ＴＨ＋で示すように温度によって変化するが、駆動
電流と光強度との直線傾き関係は温度が変化しても殆ど
変化しない特性を持つ。

このような特性を持つ半導体レーザを用いて、その光強
度を安定させるため、半導体レーザの光強度を可変させ
る光強度変調用のデジタル信号のステップとして、各ス
テップの光強度に対応する電流値の半導体レーザ駆動用
の定電流源をステップ毎に個別に設け、入力信号により
スイッチング回路を制御し、半導体レーザを駆動させる
定電流源を選択すれば、半導体レーザはその駆動電流値
に基づき所定の光強度にて発光することになる。

例えば、第１図において、光強度Ｐｎを得るためには半
導体レーザに対してＩｎなる電流値の定電流を流せばよ
く、光強度Ｐｍを得るためにはＩｍなる電流値の定電流
を流せばよい。そして、例えばこのような光強度Ｐｎ、
Ｐｍを必要とすれば、定電流源として電流値がＩｎ、Ｉ
ｍなるものを２個用意し、スイッチング回路により選択
すればよい。

しかして、本実施例では、例えば第１図に示すような回
路構成により、半導体レーザｌの光強度変調制御がなさ
れる。まず、半導体レーザ１に駆動電流を流すためのｎ
個の定電流源Ｉ、〜Ｉｎ（各々の電流値も■、〜Ｉｎと
する）が設けられている。

ここに、ｎなる数値は前記半導体レーザ１の光強度を可
変させる光強度変調用のデジタル信号ステップ数による
ものである。また、各定電流源■１〜Ｉｎの電流値も１
１〜Ｉｎ各ステツプの光強度レベルに応じて設定された
ものである。これらの定電流源工１〜Ｉｎは各々個別に
直列なるスイッチング回路ＳＷ、〜ＳＷｎを介して前記
半導体レーザ１に接続されている。何れのスイッチング
回路ＳＷ１〜ＳＷｎも電源Ｖｃｃと半導体レーザ１とに
各々接続された並列なる一対のトランジスタＱ、１゜Ｑ
　ｌ　ｔ、〜　Ｑ　ｎ＋　ｒ　Ｑ　ｎｘと、分圧抵抗Ｒ
Ｉｌｌ　Ｒ１１ｗ〜　Ｒｎ＋　＋　　Ｒｎｉとからなり
、トランジスタＱ、８〜Ｑｎｍにより対応する定電流源
１１〜ＩｎにＶｃｃから電流を供給するとともに、トラ
ンジスタＱ　Ｉ　ｌ〜Ｑｎ＋により対応する定電流源■
、〜Ｉｎを選択的に半導体レーザ１に接続させるもので
ある。これらのトランジスタＱ　ｌ　ｌ〜Ｑ　ｎ　＋の
ベース側には光強度変調信号（デジタル信号）入ノＪに
応じて唯一のものをオン状態にスイッチングする制御回
路としてのマルチプレクサ２が設けられている。即ち、
このマルチプレクサ２は例えばデコーダ等の選択手段を
内蔵し、光強度変調信号に対応する唯一のスイッチング
回路に対して選択信号を出すものである。

このような構成において、デジタル信号入力が０の時に
は、マルチプレクサ２からスイッチング回路ｓｗ、−５
Ｗｎ中のすべてのトランジスタＱ　ｌ　ｌ〜Ｑｎ＋に対
する選択信号が無しくＬレベル）の状態で、これらのす
べてのトランジスタＱ　ｌ　ｌ〜Ｑｎ＋がオフとなる。

よって、何れの定電流源１１〜Ｉｎも半導体レーザ１に
対し非接続状態（断状態）となり、半導体レーザ１には
駆動電流が流れず、光出力を生じない。つまり、出力無
しの状態である。

一方、半導体レーザ１の光強度は、Ｏ以外のデジタル信
号入力によりマルチプレクサ２で定電流源■、〜Ｉｎ中
から唯一のものが半導体レーザ１に接続状態となるよう
に、スイッチング回路ＳＷ１〜ＳＷｎ中のトランジスタ
Ｑ　ｌ　ｌ〜Ｑｎ＋のオン・オフを制御することにより
、デジタル信号に対応したステップの光強度の出力が得
られる。このような半導体レーザ１に対する駆動電流の
切換えが、スイッチング回路ＳＷ１〜ＳＷｎ制御により
行われるので、高速変調が可能となる。また、半導体レ
ーザ１に実際に流れる駆動電流は、何れの光強度にあっ
ても、定電流源により規制される電流であり、半導体レ
ーザ１の光出力パワーは安定したものとなる。本実施例
では、ｎ個の定電流源■、〜Ｉｎが設けられており、出
力無しの状態を含めると、半導体レーザ】における光強
度のステップ数は（ｎ＋１）となる。また、本実施例に
よれば、デジタル信号入力による半導体レーザ駆動電流
（定電流源の電流値）は任意に設定可能であり、デジタ
ル信号の入力値に対しての半導体レーザ１の光強度を任
意に設定できるものとなる。このようにデジタル信号入
力に対する光強度を任意に対応させることができる結果
、記録系における非線形性（例えば、感光体の感度等）
を逆補正する設定も可能であり、優れた中間調画像の再
現が可能となる。

つづいて、本発明の第二の実施例（請求項２記載の発明
に対応）を第３図により説明する。本実施例は、電流値
が半導体レーザ１の駆動電流−光強度特性における境界
点なるバイアス電流値ＩＴＨに設定されたバイアス用定
電流源ＩＴＨと、このバイアス用定電流源ＩＴＨの半導
体レーザ１に対する接続を断続するためのバイアス用ス
イッチング回路ｓｗＴ、とを追加したものである。この
バイアス用スイッチング回路ｓｗＴＨは電源Ｖｃｃと半
導体し一ザ１とに各々接続された並列なる一対のトラン
ジスタＱ　ＴＨ＋　＋　Ｑ　ＴＨｍと、分圧抵抗ＲＴＨ
＋　＋　　ＲＴＨ２とからなり、一方のトランジスタＱ
ＴＨ□によりバイアス用定電流源ＩＴＨにＶｃｃから電
流を供給するとともに、他方のトランジスタＱＴＨ＋　
によりこのバイアス用定電流源ＩＴＨを選択的に半導体
レーザ１に接続させるものである。ここに、このトラン
ジスタＱＴＨ＋　　もマルチプレクサ２からの選択信号
によりスイッチングされるが、ゲート回路としてのＯＲ
ゲート３により、マルチプレクサ２からの各トランジス
タＱ　ｌ　ｌ〜Ｑ　ｎ　＋に対する選択信号が並列接続
されている。即ち、すべての選択信号が共通にトランジ
スタＱ　Ｔ　ｏ　ｔ　に入力される接続とされている。

このような構成において、デジタル信号人力が０の時に
は、前述したように、スイッチング回路Ｓ’ｖＶ、〜Ｓ
Ｗｎ中のすべてのトランジスタＱ　ｌ　ｌ〜Ｑ旧がオフ
となるため、何れの定電流源Ｉ、〜■ｎも半導体レーザ
１に対し非接続状態（断状態）となる。同時に、ＯＲゲ
ート３は閉じられたままであり、バイアス用スイッチン
グ回路ｓ　ｗＴ、のトランジスタＱＴＨＩ　もオフであ
り、バイアス用定電流源ＩＴＨも半導体レーザ１に対し
非接続状態となる。

よって、半導体レーザｌには駆動電流が流れず、光出力
を生じない。つまり、出力無しの状態である。一方、デ
ジタル信号入力がＯ以外の時には、その信号値に応じて
マルチプレクサ２で定電流源■、〜Ｉｎ中から対応する
唯一のものが半導体レーザ１に接続状態となるように制
御される。この時、何れの定電流源Ｉｋが選択されると
しても、ＯＲゲート４は開かれるので、同時に、バイア
ス用スイッチング回路ｓｗＴ、のトランジスタＱＴＨ＋
　　もオンとなり、バイアス用定電流源ＩＴＨも半導体
レーザｌに対し接続状態となる。つまり、選択された定
電流源Ｉｋとこのバイアス用定電流源ＩＴＨとが並列状
態で半導体レーザ１に接続され、両者の和電流により駆
動される。よって、本実施例の信号用定電流源Ｉ、〜Ｉ
ｎについては、バイアス用定電流源ＩＴＨが共通に併用
されるため、その電流値としては、工＋　”’−■＋　
　’　ＴＨ＋　”’　＋　　Ｉ　ｎ←ｒｎ　　ＩＴＨの
如く、バイスアミ流値ＩＴＨを差し引いた小電流のもの
とすることができる。

よって、本実施例によれば、無出力時から任意の光強度
レベル時への切換え時のみ、バイアス電流値ＩＴＨなる
大きな電流の切換えを伴うだけとなり、任意のレベル間
ではそのレベルが変化しても、信号用定電流源１１〜Ｉ
ｎによる小電流についてのスイッチングのみで済むこと
になり、ノイズが低下し、スイッチング回路が小電流用
で済む等、光強度変調回路の構成が容易となる。

なお、本実施例において、バイアス用定電流源ＩＴＨに
よる電流値ＩＴＨがデジタル信号のデジタル値＝１なる
最低レベル用の光強度となるように設定し、デジタル値
〒１の時にはこのバイアス用定電流源ＩＴＩ＋のみが半
導体レーザ１に接続され、デジタル値が２以上の時には
バイアス用定電流源ＩＴＨとともに選択された定電流源
Ｉｋが並列に接続されるようにしてもよい。第３図によ
れば、定電流源■１　　とバイアス用定電流源ＩＴＨと
を１つにまとめたものに相当し、定電流源及び対応する
スイッチング回路を１個減らすことができる。

更に、本発明の第三の実施例を第４図により説明する。

本実施例は、前記第二の実施例をベースとするものであ
るが、モニターフィードバック制御系構成の付加により
、温度等により半導体レーザ１の出力特性の変動があっ
ても、対応できるようにしたものである。まず、半導体
レーザ１から射出されるレーザ光をモニタするフォトダ
イオード４が設けられている。このフォトダイオード４
のモニタ出力を増幅する増幅器５が設けられている。一
方、信号用の定電流源１．〜Ｉｎと同数ｎの基準電圧ｖ
１〜Ｖｎが用意され、デジタル信号入力に対応して唯一
のものを選択するため、基準電圧選択回路６に接続され
ている。この基準電圧選択回路６により選択された基準
電圧Ｖｋと、増幅器５により増幅されたフォトダイオー
ド出力電圧とを比較する比較器７が設けられている。比
較器７の比較出力は、各定電流源Ｉ、〜Ｉｎ及びＩＴＨ
毎に設けられたサンプルホールド回路ＳＨ，〜ＳＨｎ。

５ＨＴＨに入力されている。これらのサンプルホールド
回路ＳＨ，〜ＳＨｎ＋　５ＨＴＨにはパワーセット信号
及びデジタル信号入力に応じて制御されるパワーセット
制御回路８が接続されている。

このような構成において、パワーセット時にはパワーセ
ット信号がパワーセット制御回路８に入力されると、デ
ジタル信号入力に対応して選択されたサンプルホールド
回路ＳＨｋがサンプリング状態に開かれ、比較器７から
の比較出力が入力される。この時、比較器７においては
、デジタル信号入力に応じて基準電圧選択回路６により
選択された基準電圧Ｖｋと、その時の増幅器５により増
幅されたフォトダイオード出力電圧とが比較される。こ
の比較結果において、フォトダイオード出力が基準電圧
Ｖｋよりも小さければ半導体レーザ１に流ず駆動電流が
増加するように、サンプルホールド回路ＳＨｋが定電流
源Ｉｋを制御する。逆に、比較結果において、フォトダ
イオード出力が基準電圧Ｖｋよりも太きいけば半導体レ
ーザ１に流す駆動電流が減少するように、サンプルホー
ルド回路ＳＨｋが定電流源Ｉｋを制御する。そして、パ
ワーセット制御回路８は半導体レーザｌの出力が安定す
る時間でサンプルホールド回路ＳＨｋをホールド状態に
切換え、この状態を次のパワーセット時まで保持させる
。このようなパワーセット制御を、各光強度について順
次実行することにより。

何れの光強度も適正となるよう制御される。

このように、各々の光強度パワーにおいて、半導体レー
ザ１から出力される実際の光強度をモニタし、各々の光
強度に対応する基準電圧と比較して、各定電流源を制御
することにより、安定して光強度出力が得られる。特に
、基準電圧を、光強度出力が感光体の感度の非線形性を
補正するように設定すれば、記録装置全体として、より
一層、中間調再現性に優れた光書込み装置とし得る。

なお、制御系の制御速度は、１画素単位に相当する数μ
ｓ程度とするのは困難であり、かつ、半導体レーザの出
力変動としては温度によるものが支配的であるので、パ
ワー制御についても、各ラインの書込み領域外のタイミ
ングで実行し、書込み領域のタイミングではその値を保
持させることにより、ゆっくりしたパワー制御が可能と
なる。

発明の効果 本発明は、上述したように構成したので、請求項１記載
の発明によれば、光強度を可変するために半導体レーザ
に流す駆動電流の切換えは、デジタル信号入力に基づき
制御回路の選択手段から選択信号を出すことで各々のス
イッチング回路を切換えることにより行われることによ
り、高速なる光強度変調ができ、また、半導体レーザに
流れる駆動電流は、選択された定電流源により規制され
るため、その光強度出力は安定したものとなり、特に、
各ステップでの光強度が、光強度レベル毎に各々の定電
流源の電流値により決定されるため、これらの定電流源
の電流値の設定により、デジタル的なデジタル信号人力
に対する光強度出力を任意に対応設定させることができ
、例えば記録系における感光体の感度等の非線形性を逆
補正することも可能となり、よって、中間調再現性に優
れたものとすることができ、また、請求項２記載の発明
によれば、バイアス用定電流源をそのスイッチング回路
とともに付加し、かつ、制御回路から各スイッチング回
路に対する選択信号をバイアス用スイッチング回路に共
通に出すゲート回路を用い、半導体レーザに対しバイア
ス用定電流源を各定電流源と並列として併用させること
により、各定電流源の電流値としてバイアス電流値を差
引いた小電流のものでよいものとすることができ、よっ
て、光強度レベルを変化させる場合であっても、このよ
うな小電流成分についてのスイッチングで済み、スイッ
チング回路構成、ひいては光強度変調回路構成を容易な
ものとし得る。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の第一の実施例を示す回路図、第２図は
半導体レーザの駆動電流−光強度出力特性図、第３図は
本発明の第二の実施例を示す回路図、第４図は本発明の
第三の実施例を示す回路図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体レーザと、この半導体レーザの光強度を可変
   させる光強度変調用のデジタル信号のステップ数と同数
   でこれらの光強度レベルに対応させて各々異なる電流値
   に設定された定電流源と、定電流源と同数で各定電流源
   と前記半導体レーザとの間に直列に設けた接続断続用の
   スイッチング回路と、前記デジタル信号に応じて前記ス
   イッチング回路中の１つのみに対し選択信号を出す選択
   手段を備えた制御回路とからなることを特徴とする光強
   度変調回路。 ２、半導体レーザと、この半導体レーザの光強度を可変
   させる光強度変調用のデジタル信号のステップ数と同数
   でこれらの光強度レベルに対応させて各々異なる電流値
   に設定された定電流源と、半導体レーザのバイアス電流
   値に設定されたバイアス用定電流源と、前記定電流源と
   同数で各定電流源と前記半導体レーザとの間に直列に設
   けた接続断続用のスイッチング回路と、前記バイアス用
   定電流源と前記半導体レーザとの間に直列に設けた接続
   断続用のバイアス用スイッチング回路と、前記デジタル
   信号に応じて前記スイッチング回路中の１つのみに対し
   選択信号を出す選択手段を備えた制御回路と、この制御
   回路から各スイッチング回路に対する選択信号を前記バ
   イアス用スイッチング回路に共通に出すゲート回路とか
   らなることを特徴とする光強度変調回路。