JPH0783149B2

JPH0783149B2 - 複数の帰還ループを有するレーザドライバ

Info

Publication number: JPH0783149B2
Application number: JP4500629A
Authority: JP
Inventors: エイ．サンタレリ，ブリヤン; ティー．ソンプソン，マーク
Original assignee: Polaroid Corp
Current assignee: Polaroid Corp
Priority date: 1990-11-21
Filing date: 1991-09-18
Publication date: 1995-09-06
Anticipated expiration: 2010-09-06
Also published as: DE69104026T2; EP0511354B1; US5123023A; WO1992010015A1; EP0511354A1; DK0511354T3; CA2052454C; DE69104026D1; CA2052454A1; ES2064120T3; JPH05503399A; ATE111646T1

Description

【発明の詳細な説明】本出願は、本出願と出願日を同じくし、かつ権利者を共
通にする米国特許出願（我々のケース番号第7650号、第
7651号、および第7653号）に関連する。

発明の背景本発明は、レーザ印刷装置に用いるのに適した、レーザ
用ドライバ回路に関し、特に、レーザダイオードに印加
される電流パルスを制御する２重帰還ループの使用に関
するものであり、本発明の回路は、ディジタル入力信号
の振幅の変化からドライバを分離し、かつレーザ駆動信
号に対するスレショルド電流を導入する。

レーザ印刷装置における放射源としての、ダイオードの
形式のレーザの使用は、コンピュータの出力装置として
用いられるレーザプリンダを含めての印刷装置、および
ファクシミリ装置に広く受入れられている。通常は、レ
ーザの放射、すなわち光は、データ記録する記録媒体と
して用いられる感光材料を横切って走査される。感光材
料を横切って光の走査は、ある装置においては、ビーム
の光学的走査を行なう可動光学素子によって実現され
る。他の装置においては、走査は、感光材料と、レーザ
を組込んだプリントヘッドとの間に相対運動を導入する
ことによって実現される。レーザビームの、光学的およ
び機械的双方の走査を印刷装置に含めることも、実用上
通常行なわれる。

ここで特に関心の対象となるのは、印刷装置に用いるの
に適した、ディジタルに変調されたレーザビームを発生
するレーザダイオードの使用であり、その場合、感光媒
体上の画像は、人の目に対し文字数字記号まはグレース
ケールの画像データとして見える明暗スポットのアレイ
から構成される。通常は、そのような印刷装置への印刷
データは、文字発生器または他のデータ源から発生する
ディジタル指令信号の形式のものであり、この指令信号
は、レーザが記録媒体上にマークを生ぜしめるのに十分
な強度でターンオンされるべき時間間隔、およびレーザ
の強い放射が記録媒体に対し本質的に何ら影響を与えな
い十分に低い強度に消滅せしめられるべき、または減少
せしめられるべき時間間隔を指示する。

このような印刷装置の動作を最適化するためには、ディ
ジタル指令信号に応答してレーザダイオードを流れる電
流の実際の値を感知して、確実に所望の強度のレーザ放
射、すなわちレーザ光を発生させることが望ましい。こ
れによって、記録媒体上における一様な画像の形成が保
証される。画像の一様性の一層の改善は、レーザが発生
する光強度の感知によって行なわれ、これは、駆動電流
対光出力に関するレーザ特性のドリフト効果を抑制する
のに有効である。レーザダイオードの動作に関するその
他の考慮としては、レーザの作動化および非作動化を容
易ならしめるために、レーザ駆動電流を放射パルス間に
おいて限定すべき程度に関するものがある。光パルスの
高速発生を増進するようにレーザを動作させることもま
た重要である。そのわけは、高速パルス列は、印刷装置
の処理速度を増大させることができ、あるいは、一定の
処理速度とした場合は、2.54cm（１インチ）あたりの画
素数を増加させて高い解像度を与えうるからである。

従って、本発明は、画像品質を、画像強度および画像解
像度の双方について向上させるために、上述のパラメー
タの全ての使用を最適化するレーザドライバを提供する
ことを目的とする。

発明の要約プリンタに用いるのに適した、放射すなわち光のパルス
を発生するレーザ、好ましくは半導体レーザダイオー
ド、を駆動する回路によって、上述の目的は達成され、
また他の諸利点も得られる。本発明の実施においては、
光のフラッシュを発生するためのレーザを作動化し、ま
た非作動化する指令信号として用いられる信号が、デー
タ源からディジタル形式で出力される。それぞれのパル
スの持続時間と、パルス間の間隔とは、それぞれレーザ
作用が開始せしめられる時間間隔およびレーザ作用が終
了せしめられる時間間隔により変化しうる。単一画素ま
たは単一線走査におけるような短期的精度と、画像の相
異なる部分または相異なる時点に生じる画像間における
ような長期的精度の双方に関し、光パルスの強度の精度
を保証するために、本発明の回路は、駆動回路を変化か
ら分離し、指令信号と２つの帰還信号との合成信号が、
レーザへ供給される駆動電流を正確に調整する。また、
本発明は、スレショルド電流と、指令された電流パルス
とを合成することにより、放射のオン、オフ両状態間に
おけるレーザダイオードの遷移を最適化する。オフ状態
中においては、好ましくはレーザ放射は完全にはターン
オフされないようにし、むしろ、感光記録媒体上にマー
クを生じるのに不十分なスレショルド値の放射まで減少
せしめられる。

レーザは、それに対して直列に接続された電界効果トラ
ンジスタ（FET）から供給される電流パルスによって付
勢され、そこには、レーザを流れる電流を感知するため
の、FETおよびレーザと直列な帰還抵抗、すなわち電流
感知抵抗が用いられる。帰還信号の１つは、帰還抵抗に
おける電圧降下によって発生せしめられる電流帰還信号
である。２つの帰還信号のうちの第２のものは、レーザ
から放射される光強度を光検出器の使用によって感知す
ることにより得られる光帰還信号である。２つの帰還信
号と指令信号との合成、およびスレショルド信号と指令
信号との合成は、入力部分と、該入力部分により作動せ
しめられるドライバ部分とを含む、信号合成器回路によ
って行なわれる。これら双方の部分は、同様の回路、す
なわち電流源からの電流によって付勢される２つの分岐
を有する差動増幅器、から構成される。

信号合成器の入力部分においては、差動増幅器はスイッ
チングモードで動作せしめられ、一方ドライバ部分にお
いては、差動増幅器は線形モードで動作せしめられる。
光帰還信号は、入力部分の電流源に印加されることによ
って、該電流源から差動増幅器へ供給されるべき電流量
を指示する。入力部分の差動増幅器の第１分岐に対して
はディジタル指令信号が印加され、温度補償されたスレ
ショルド信号発生器が、入力部分の差動増幅器の第２分
岐において指令信号と加算されるスレショルド信号を発
生する。

信号合成器の入力部分の差動増幅器の第２分岐は、ディ
ジタル指令信号とスレショルド信号とを加算した和を、
ドライバ部分の差動増幅器の第１分岐に印加する。ドラ
イバ部分の電流源は、誤差動増幅器の２つの分岐間に分
割される固定電流値で動作する。ドライバ部分の差動増
幅器の第２分岐においては、電流帰還信号が、指令信号
とスレショルド信号とを加算した和と合成されて、レー
ザ駆動信号を生じ、この信号は電力増幅器を経てFETへ
出力される。この電力増幅器は、FETの入力キャパシタ
ンスを速やかに充電するのに十分な電流を有し、それに
よってFETにおける電流パルスの発生に際して短い立上
り時間を実現し、レーザを作動せしめる。

スイッチングモードで動作する作動増幅器の分岐へディ
ジタル指令信号が供給されると、その差動増幅器におい
ては、ディジタル指令信号のパルスの振幅変化とは実質
的に無関係に、一様な振幅を有するパルスの発生が行な
われる。入力部分における光帰還信号の結合モードおよ
びスレーショルド信号の結合モードは、これらの信号と
指令信号との１次結合を与える。また、ドライバ部分に
おけるこれらの信号と電流帰還信号との後の合成は、線
形動作である。それによって、レーザから発射される光
パルスは、印刷装置が発生する画像の諸点を一様な強度
にするように正確に制御される。レーザに対して比較的
に大きい電流パルスを供給するためのFETの使用、およ
びFETに対しレーザ駆動信号を供給するための高速応答
高電力増幅器の使用は、レーザ放射パルスの発生の速度
および精度を増大させる。これにより、印刷装置の処理
速度の増大、および／または、感光記録媒体に発生せし
められる画像における高解像度およびグレースケール能
力の改善、が可能になる。

図面の簡単な説明本発明の上述の諸特徴および他の諸特徴は、添付図面を
参照しつつ行なわれる以下の説明において明らかにされ
る。添付図面において、第１図は、本発明のレーザ駆動回路の部分概略ブロック
図であり、第２図は、第１図のレーザを作動させる電流パルスを示
すグラフであり、第３図は、第１図の信号合成器の電気回路の概略図であ
る。

詳細な説明第１図において、レーザ10は半導体発光ダイオードとし
て構成され、電界効果トランジスタ（FET）12から供給
される電流パルスによって駆動されて、放射パルスを発
生する。レーザ10から発射される放射光線は、14に示さ
れている。印刷装置16におけるレーザ10の利用を示すた
めに、光線14はレンズ18および20により、好ましくは回
転ドラム24の円筒表面上に担持された感光記録媒体22上
に集束せしめられている。しかし、技術者ならば、本発
明が、媒体とレーザとの間に効果的な相対運動を与える
任意の適切な手段と併用されうることを認識するはずで
ある。レンズ18および20はハウジング26内に支持されて
おり、ドラム24は、ドラム24の回転軸28によって支持さ
れている。走査器30は、媒体22に沿って光線14を走査す
るハウジング26およびドラム24と、図示されているよう
に接続されている。走査は、光学的手段によって、また
は機械的手段によって、または光学的手段および機械的
手段双方の組合せによって行なわれうる。このような走
査は周知であり、本発明の理解のためにこれ以上説明す
る必要はない。

本発明においては、帰還抵抗、すなわち電流感知抵抗32
は、接地34と、Ｖが例えば12ボルトの大きさを持つもの
として、接地に対して−Ｖの値を有する負電源端子36と
の間に延長する直列回路内において、FET12およびレー
ザ10と直列に接続されている。レーザ10の１端子は34に
おいて接地され、一方抵抗32の１端子は負端子36に接続
されている。本発明の実施例においては、抵抗32は、抵
抗32とFET12との間の接続点38に電流帰還信号を発生す
るのに十分な電圧降下を生じるための約１オームの値を
有し、抵抗32のこの値は適切な電流をレーザ10を通して
流すための十分に小さいものでもある。FET12を作動せ
しめる駆動信号は、信号合成器40から端子Ａを経てFET1
2のゲート端子へ供給される。抵抗32はFET12のソース端
子に接続されており、レーザ10はFET12のドレイン端子
に接続されている。電流帰還信号は、接続点38から抵抗
性分圧回路網42を経て、信号合成器40の端子Ｂへ供給さ
れる。分圧回路網42は、接続点38と接地との間に直列に
接続された２つの抵抗44および46を含む。抵抗44は接続
点38に接続されており、抵抗44と並列に接続されたキャ
パシタ48によりバイパスされる。抵抗44と46との間の接
続点は、合成器40の端子Ｂに接続されている。

もう１つの帰還信号、すなわち光帰還信号は、レンズ18
と20との間に配置された鏡50によって、光線14の小部分
をサンプリングすることによって得られ、鏡50は、光線
14の強度サンプルをハウジング26の開口52を通して、半
導体ホトダイオードとして構成された光検出器54へ入射
せしめる。光検出器54は、光帰還路56の一部をなし、レ
ーザ10からの放射光線を受けるとそれに応答して電気信
号を発生する。光検出器54からの信号は光帰還信号とし
て用いられ、帰還路56を経て信号合成器40の端子Ｃへ結
合せしめられる。

光帰還路56はさらに、接地と正電源端子60との間に設置
されたバイアス回路58を含み、この回路58は周知のよう
にして光検出器54を、必要な電圧、電流、および抵抗性
負荷によって作動せしめる。正電源端子60は＋Ｖの値を
有する。ただし、Ｖは例えば、接地に対して12ボルトの
大きさを有する。光検出器54からの出力信号は、増幅器
62を経てアナログ・ディジタル変換器64に結合せしめら
れており、増幅器62は、変換器64の動作におけるSN比を
良好ならしめるために光検出器の信号に対し十分な電力
を与える。帰還路56内にはさらに、システム制御装置66
およびディジタル・アナログ変換器68が含まれている。
制御装置66は、２つの変換器64および68の間に接続され
ており、変換器68は帰還路56からのアナログ信号を信号
合成器40の端子Ｃへ出力する。

制御装置66の構成例として、制御装置66は、積分器のよ
うに光検出器信号のディジタルフィルタリングを行なう
フィルタ70を含み、変換器64は光検出器信号をアナログ
形式からフィルタ70の動作のためのディジタル形式に変
換する。また、もし所望ならば、制御装置66は、媒体22
上への特定量のデータの印刷後、例えば、印刷装置16が
感光記録媒体のシートを使用している場合には１枚の媒
体22の印刷の完了時などに、端子Ｃにおける信号の値を
更新するための、走査器30からの信号によって駆動され
るゲート72を含みうる。ゲート72を使用すれば、１枚の
感光記録媒体の印刷中に画像強度の目立った変動を生ぜ
しめることなく、レーザ10の放射特性のドリフトの長期
補正を行なうことが可能になる。

本発明の特徴は、ディジタル信号、すなわち画素、発生
器74のようなディジタルデータ源からのディジタル形式
の信号が、信号合成器40の端子Ｄに印加されて、レーザ
10がレーザ動作を行なうべきか、行なわざるべきかに関
するレーザ10の放射状態を指示する指令信号として用い
られることである。発生器74から端子Ｄへ印加される信
号は、ピクセル（PIXGEN）信号と呼ぶことにする。ピク
セル信号は、信号合成器40により、端子ＢおよびＣにお
ける帰還信号とを合成されて、レーザ10の放射状態を指
示する駆動信号を端子Ａに発生する。レーザ10は、放射
強度が媒体22上にマークを生ぜしめるよう十分に媒体22
を活性化する、レーザ作用による放射状体と、レーザ10
が発射する放射強度が記録媒体22上にマークを生ぜしめ
るための放射強度スレショルドより低い非レーザ動作放
射状態と、でディジタル式に動作する。信号合成器40の
一部分はスレショルド信号を発生するスレショルド回路
76として構成され、そのスレショルド信号は端子Ｄにお
けるディジタル信号と合成されるので、端子Ａにおける
駆動信号はスレショルド成分を含み、このスレショルド
成分は、レーザ10を、媒体22上にマークを生ぜしめる強
い放射パルス間において、感光媒体22との相互作用スレ
ショルドより低い減少した放射強度状態に保持する。

第２図のグラフを用いて、電流によるレーザ10の励振を
さらに説明する。そのグラフにおける水平軸は時間を表
わし、垂直軸は電流の大きさを表わしている。電流値の
ゼロは、レーザ10の完全なオフ状態を示す。しかし、本
発明の特徴は、レーザ10が完全にターンオフされず、む
しろパルス78および80のような電流パルス間の電流が、
媒体22上にマークを生ぜしめるための媒体22との相互作
用に必要なスレショルドより低い放射強度を有する、低
レベル放射状態でレーザ10をして放射せしめるスレショ
ルド値まで減少せしめられることである。特に、レーザ
10へ供給されるスレショルド電流は十分に低いのでレー
ザ10にはレーザ作用が起こらず、レーザ10のダイオード
は単に発光ダイオードのように発光することに注意すべ
きである。第２図にはまた、媒体22上にマークを印刷す
るために超えるべき書込みスレショルドも示されてい
る。

第２図に示されているように、パルス78および80は書込
みスレショルドを超えており、感光媒体22上に確実に信
頼性をもってマークを印刷する。レーザ10を、レーザ作
用が起こるレベルのすぐ下のレーザ動作スレショルドに
おいて動作させれば、レーザのターンオンおよびオフを
より速やかに行ないうる。パルス78および80は、パルス
列内の２パルスを表わしている。パルス78および80の持
続時間は互いに異なることができ、また第２図のパルス
列のパルス間の間隔は、端子Ｄにおけるピクスジェン信
号の指令に従って変化しうる。限定的な意味は持たない
例をあげると、ディジタル信号発生器74は、30ナノ秒の
増分で幅を変化し、300ナノ秒の最小パルス持続時間お
よび最小パルス間隔を有するパルスを出力する。発生器
74は、電流パルス（第２図）およびそれに対応する、感
光記録媒体22上に所望画像を発生せしめるのに必要な、
ダイオード10（第１図）から発射される放射の、持続時
間および間隔を指令する。パルスの立上りおよび立下り
時間は、第１図および第３図の回路の帯域幅により、帯
域幅が大きくなると、立上り時間も立下り時間も短くな
る。立上りおよび立下り時間は25ナノ秒より小であるこ
とが望ましく、20ナノ秒の値が好ましい。

レーザ10は、本発明の実施例においては、電磁スペクト
ルの近赤外領内の放射を発生する、ガリウムアルミニウ
ムひ素発光ダイオードから作られている。放射の周波数
は、感光媒体22の材料と相互作用するように選択され
る。スペクトルの可視部の光を含む他の周波数の放射
は、他の発光ダイオードにより、他の組成の感光媒体と
の相互作用のために用いられうる。本発明の実施例にお
いては、レーザは450ミリワットのピーク電力を出力す
るが、本発明の実施においては他の放射電力も使用され
うる。上述のピーク電力を発生せしめるのに必要な電流
量は、レーザの寿命期間中において変化し、寿命の終り
近くにおいては、本発明の実施例において用いられるレ
ーザでは1.5アンペアの値に近づきうる。従って、FET12
は、レーザ10に対してかなりの電力を供給しえなくては
ならないことがわかる。

FET12は、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（MOS
FET）として構成され、本発明の実施例においては、IRF
521の形式のものが使用される。これは、25℃のケース
温度において８アンペアの最大DC（直流）ドレイン電流
を有するパワーMOSFETである。入力キャパシタンスは非
直線的であり、ゲートーソース電圧によって変化する。
しかし、FET12の入力キャパシタンスを500ピコファラッ
ドで近似すれば、回路の良好な動作が得られる。以下の
説明からわかるように、接続点38における電流期間信号
は、個々の電流パルスの接続時間を通じて所望の電流量
を保証する高速動作帰還制御ループを与える。これは、
帰還抵抗32における電流の測定に基づく。しかし、発射
される放射強度と、レーザ10への電流パルスの振幅との
間の関係は、レーザの寿命期間中に変化し、レーザの老
化とともに一定量の放射電力を発生せしめるためにより
多くの電力を必要とするようになる。従って、光検出器
54の光帰還信号は、レーザ10の老化特性に従って端子Ａ
における駆動信号を調節する比較的に低速動作の期間ル
ープ内に用いられる。これにより、感光記録媒体22の、
レーザ10の光線14による照明強度の一様性が保持され
る。

第３図は、信号合成器40の回路構成の詳細を示す。合成
器40の説明を容易にするために、合成器は３部分に分割
されており、第１部分は入力回路82、第２部分はドライ
バ回路84、第３部分は前述のスレショルド回路76であ
る。ドライバ回路84は５つのトランジスタ86、88、90、
92、94を含み、入力回路82は４つのトランジスタ96、9
8、100、102を含み、スレショルド回路76は１つのトラ
ンジスタ104を含む。ドライバ回路84においては、４つ
のトランジスタ88、90、92、94は差動増幅器として配置
されており、トランジスタ88および90は、左側分岐を形
成し、トランジスタ92および94は右側分岐を形成してい
る。トランジスタ88および92はPNP形であり、トランジ
スタ90および94はNPN形である。トランジスタ86はNPN形
で、トランジスタ88、90、92、94の差動増幅器へ電流を
供給する電流源として働く。トランジスタ86のエミッタ
端子は、抵抗106により正電源端子60に接続され、正電
圧を受ける。トランジスタ86のベース電流バイアス供給
部108は、２つのダイオード110および112と抵抗114とを
含む。２つのダイオード110および112は、端子60と抵抗
114の端子との間に直列に接続されており、抵抗114の反
対側の端子は接地されている。ダイオード112と抵抗114
との接続点は、トランジスタ86のベース端子に接続され
ている。

トランジスタ88、90、92、94の差動増幅器配置におい
て、トランジスタ88および92の量エミッタ端子は、直列
に接続された抵抗116および118により互いに接続されて
おり、抵抗116と118との接続点はトランジスタ86のコレ
クタ端子に接続されている。差動増幅器の左側分岐にお
いては、トランジスタ88のベース端子は抵抗120を経て
入力回路82に接続され、ドライバイン（DRIVERIN）信号
と呼ぶことにする信号を受ける。差動増幅器の右側分岐
においては、トランジスタ92のベース端子は信号合成器
40の端子Ｂに接続されている。左側分岐においては、ト
ランジスタ88のコレクタ端子はトランジスタ90のコレク
タ端子に接続されると共に、トランジスタ90および94双
方のベース端子にも接続されている。右側分岐において
は、トランジスタ92のコレクタ端子はトランジスタ94の
コレクタ端子に接続されると共に、電力増幅器122の入
力端子にも接続され、電力増幅器122は駆動信号を端子
Ａへ出力する。電力増幅器122の入力端子は、キャパシ
タ124を経て接地されている。

ドライバ回路84はさらにポテンショメータ126を含み、
このポテンショメータの１端部端子は抵抗128を経てト
ランジスタ90のエミッタ端子に接続され、その第２端部
端子は抵抗130を経てトランジスタ94のエミッタ端子に
接続されている。トランジスタ90および94と、トランジ
スタ88および92との相互接続様式は、ドライバ回路84の
差動増幅器配置に対して電流ミラー機能を与える。ポテ
ンショメータ126のスライド接点は、負電源端子36に接
続されて−Ｖの電圧を受け、ポテンショメータ126のス
ライド接点は、差動増幅器の電圧オフセットを調節すべ
く配置される。抵抗128および130はポテンショメータ12
6と協働して、差動増幅器の諸トランジスタにおけるベ
ース−エミッタ電圧降下の差を補償する。

入力回路82においては、トランジスタ100および102は、
差動増幅器の配置をなして接続されているトランジスタ
96および98へ電流を供給する電流源として働く。この電
流源において、トランジスタ100はNPN形、トランジスタ
102はPNP形である。トランジスタ100のエミッタ端子
は、トランジスタ102のベース端子に接続されている。
トランジスタ100のコレクタ端子は正電源端子60に接続
され、端子60はまた抵抗132を経てトランジスタ102のエ
ミッタ端子に接続されている。トランジスタ100のベー
ス端子は、キャパシタ134を経て端子60に接続されてい
る。トランジスタ100のベース端子はまた、抵抗136を経
て、光帰還信号を受けるための、信号合成器40の端子Ｃ
にも接続されている。トランジスタ100のエミッタ端子
と、トランジスタ102のベース端子との接続点は、抵抗1
38を経て負電源端子36に接続されている。

入力回路82の差像増幅器部分においては、トランジスタ
96のベース端子は、直列に接続された抵抗140および142
を経て接地されている。抵抗140と142との接続点は、信
号合成器40の端子Ｄに接続されて、ピクセル信号を受け
る。トランジスタ96および98の双方はPNP形であり、そ
れらのコレクタ端子は互いに接続され、かつトランジス
タ102のコレクタ端子に接続されている。ベース電流バ
イアス供給部144は、トランジスタ98へベース電流を供
給する。バイアス供給部144は、正電源端子60とトラン
ジスタ98のベース端子との間に直列に接続された２つの
抵抗146および148を含む。２つの抵抗146と148との接続
点されたダイオード152および154を経て接地されてい
る。トランジスタ96のコレクタ端子は、負電源端子36に
接続されている。トランジスタ98のコレクタ端子は、抵
抗156を経てスレショルド回路76に接続されており、ま
た前述の抵抗120を経てドライバ回路84のトランジスタ8
8へドライバイン信号を供給する。

入力回路82の動作に際しては、トランジスタ100は、ト
ランジスタ102のベース端子を経て電流を供給すること
によってトランジスタ102を作動せしめ、差動増幅器の
トランジスタ96および98へ電流を供給する。トランジス
タ100および102の電源から供給される電流は、差動増幅
器の左側分岐、すなわちトランジスタ96と、差動増幅器
の右側分岐、すなわちトランジスタ98と、の間で分割さ
れる。２つの分岐間における電流の分割は、トランジス
タ96および98の両ベース端子へ供給される電圧および電
流による。本発明においては、端子Ｄへ印加されるディ
ジタル形式の指令信号（ピクセル信号）は、ピクセル信
号が比較的低電圧にある時にはトランジスタ96をターン
オンしうる振幅を有し、ピクセル信号が比較的高電圧に
ある時にはターンオフしうる振幅を有する。それによっ
て、トランジスタ96および98の差動増幅器は、電流が左
側分岐内を流れるか、または流れないかのいずれかであ
るスイッチングモードで動作せしめられる。その結果、
右側分岐内を流れる電流は、端子Ｄにおけるディジタル
指令信号の振幅とは本質的に無関係になる。これは、信
号合成器40がディジタル指令信号の振幅の変動を補償し
て、合成器40の端子Ａにおける駆動信号内に正確に画定
されたパルスを与えるという、本発明の特徴による。こ
れとは対照的に、ドライバ回路84においては、トランジ
スタ88、90、92、94の差動増幅器配置は線形モードで動
作する。

入力回路82においては、差動増幅器の右側分岐を流れる
電流は、主として抵抗156を経てスレショルド回路76へ
流れ込む。その電流の小部分は、抵抗120を経てトラン
ジスタ88へも流れ込む。抵抗156を経て流れる電流は、
トランジスタ88への入力信号となる電圧降下を生じる。

スレショルド回路76は、入力回路82の抵抗156に接続さ
れた抵抗158と、抵抗156と158との接続点と接地との間
に接続されたキャパシタ160と、を含む。抵抗158と160
との接続点は、またトランジスタ104のエミッタ端子に
接続され、また３つの直列に接続された素子、すなわち
ポテンショメータ162、抵抗164、およびもう１つの抵抗
166を含む分圧器回路により接地されている。トランジ
スタ104はPNP形であり、トランジスタ104のコレクタ端
子は負電源端子36に接続されている。スレショルド回路
76内にはさらに、温度補償電圧調整器168と、差動増幅
器170とが含まれている。調整器168は、負電源端子36と
接地との間に接続されている。調整器168の出力端子
は、抵抗172を経て増幅器170の正入力端子に接続されて
いると共に、キャパシタ174を経て接地もされている。
増幅器170の電源端子は、それぞれ電圧−Ｖを受けるべ
く、電源端子36および60に接続されている。増幅器170
の電源端子は、さらにキャパシタを経て接地されてい
る。増幅器170の出力端子は、抵抗176を経てトランジス
タ104のベース端子に接続されている。増幅器170の負入
力端子は、抵抗164と166との接続点に接続されている。
ポテンショメータ162のスライド端子はその端部端子に
接続されることによって、スライド端子の配置により制
御可能な可変抵抗を形成している。

スレショルド回路76の動作に際しては、調整器168は基
準電圧を差動増幅器170へ出力し、増幅器170は基準電圧
に応答して、抵抗176を経てトランジスタ104へベース電
流を供給する。トランジスタ98のコレクタ端子からの電
流は、抵抗156を経てトランジスタ104へ流れ込み、追加
の電流が接地から抵抗158を経てトランジスタ104へ流れ
込む。トランジスタ104の電流は、負電源端子36へ流れ
込む。トランジスタ104の電流は、増幅器170の負入力端
子に至る帰還路178により、正確に制御され、帰還路178
はポテンショメータ162を含んでいる。ポテンショメー
タ162の抵抗を調節すると、増幅器170へ帰還される電圧
が変化せしめられ、それによって増幅器170からトラン
ジスタ104へ供給されるベース電流が調節される。それ
によって、ポテンショメータ162は、印刷装置16（第１
図）を操作する者がスレショルド電流レベルを、第２図
のグラフに示されているレーザ動作スレショルドよりわ
ずかに低い値に調節しうるための手段として用いられ
る。抵抗156における電圧降下は、部分的にトランジス
タ98の電流により、また部分的にトランジスタ158の電
流によるので、抵抗120に印加される電圧は、部分的に
スレショルド回路76の整定に基づく。それによって、ド
ライバ回路84のトランジスタ88へ供給されるベース電流
は、スレショルド回路76によって定められる成分を含
む。

信号合成器40の動作に関しては、端子Ｃにおける光帰還
信号が、FET12（第１図）を駆動するために電力増幅器1
22から端子Ａへ出力されるパルス列信号のピーク対ピー
ク値を調節する働きをする。信号発生器74から端子Ｄへ
供給されるパルス列（ピクセル信号）は、端子Ａにおけ
る駆動信号内の、個々のパルスの持続時間と、パルス間
の間隔の長さとを定める。端子Ａにおける駆動信号は、
ポテンショメータ162によって定められ、駆動信号のパ
ルス間に存在するスレショルド値を含む。電力増幅器12
2は、大量の電流を極めて速やかにFET12のゲート端子へ
供給して、FET12の入力キャパシタンスを充電する能力
を有する。電力増幅器122はLM6321Nの形式のもので、電
圧利得１を有する。

ドライバ回路84においては、増幅器の差動構造により、
ドライバイン信号は、増幅器122が出力する駆動信号に
対して正の寄与を行ない、トランジスタ92のベース端子
における帰還信号（端子Ｂ）は、増幅器122が出力する
駆動信号に対しての負の寄与を行なう。

FET12（第１図）の回路においては、ドライバ回路網42
は、帰還抵抗32に現われる電圧降下の本質的に、1/2
を、電流帰還信号により端子Ｂに結合せしめる。う帰還
抵抗32に現われる電圧降下は、端子Ａにおける駆動信号
電圧の２倍である。端子Ａにおけるパルス列信号の説明
を容易ならしめるために、パルス信号のピーク値を高レ
ベル電圧と呼び、パルス間の電圧値を低レベル電圧と呼
ぶことにする。ドライバイン信号は約−６ボルトの値を
端子Ａにおける信号を低レベル値になし、その時の端子
Ａにおける電圧は−12ボルトになる。これによってFET1
2の電流はゼロにされ、帰還抵抗32における電圧降下も
ゼロにされる。FET12への−5.5ボルトの値の入力電圧
は、FET12に１アンペアの電流を生ぜしめる。

合成器40の入力回路82においては、トランジスタ96のベ
ース端子に、トランジスタ98の対応する電圧より低い電
圧（ピクセル信号）が存在する時は、トランジスタ96を
通る電流が流れ、トランジスタ98はカットオフ状態にな
る。ドライバイン信号は、スレショルド回路76の出力電
圧と等しい電圧を有する。しかし、トランジスタ96のベ
ース端子における電圧が高レベルになると、トランジス
タ96はカットオフ状態になり、トランジスタ102の電流
は全てトランジスタ98を通って流れる。これによって、
端子Ｃにおける光帰還信号は、電圧の高レベル値と低レ
ベル値との間の電圧差を有する抵抗156における電圧降
下を、ドライバイン信号として与える。トランジスタ98
のベース端子は＋1.2ボルトのDC電圧にバイアスされ、
これは、例えばTTL（トランジスタトランジスタ論理）
回路における通常の電圧の揺れのほぼ中点値である。例
として、信号発生器74は、TTL回路から構成されうる。

合成器40のドライバ回路84においては、トランジスタ86
は約10ミリアンペアの電流を供給する。トランジスタ8
6、88、およびMPSH81の形式のものであり、５ミリアン
ペアのコレクタ電流において約600メガヘルツ（MHz）の
周波数応答を有する。トランジスタ90および94の電流鏡
は、DC利得を増大せしめ、利得１の交差点の制御を容易
ならしめる。さらに、電流鏡の使用は差動増幅器の相互
コンダクタンスを２倍にする。ポテンショメータ126
は、約50オームの値を有する。抵抗128および130は、電
流源の出力抵抗を増大せしめ、より高い、より制御性に
富むDC利得を保証する。

抵抗116および118は、差動対に対しエミッタ縮退を与
え、これは増幅器の開ループDC利得を減少せしめる。ル
ープの安定性に関しては、増幅器のゼロ利得交差点が、
抵抗116および118により、より大きい位相余裕度で得ら
れる。キャパシタ124は、電流帰還ループのループダイ
ナミックスの制御において抵抗116および118によって与
えられるエミッタ縮退により、約５ピコファラッドに保
持されうる。抵抗116および118はまた、トランジスタ88
および92が示す入力キャパシタンスを減少せしめる。こ
れにより、増幅器の安定性が改善される。また、電力増
幅器122は、約50MHzの帯域幅と、300ミリアンペアの最
大出力電流とを有する。この高電流は、FET12の入力キ
ャパシタンスを駆動するのに必要とされる。このような
比較的大きい電流と、この電流の高速度の変化とのた
め、電源を増幅器から減結合して、スイッチングトラン
ジエントが電源線路内に入るのを防止するのが得策であ
る。端子ＡおよびＢを用いる電流帰還ループの閉ループ
利得の値は２であり、これはループの安定性を保ちつつ
う高周波におけるループダイナミックスを制御すること
を可能ならしめる。帰還キャパシタ48（第１図）は、ト
ランジスタ92（第３図）の入力キャパシタンスを補償す
る。

合成器40の入力回路82において、トランジスタ100およ
び102の含む電流源の回路は、電流の温度補償を行なう
ように動作する。調整器168は−５ボルトを発生し、こ
れは約0.5mV/℃の温度係数によって温度補償される。ト
ランジスタ104のエミッタ端子に発生するスレショルド
電圧は約−６ボルトであり、これは、トランジスタ98か
らの電流がトランジスタ104を通って電源端子36へ流れ
ることを可能ならしめる。トランジスタ102は2N3906の
形式のものであり、トランジスタ100は2N3904の形式の
ものである。また、トランジスタ96および98は2N3906の
形式のものである。

ドライバ回路84（第３図）において、ダイオード110お
よび112は1N914の形式のものである。抵抗106は68オー
ムの値を有する。抵抗116および118は、それぞれ430オ
ームの値を有する。抵抗120、128、および130は、それ
ぞれ47オーム、22オーム、および22オームの値を有す
る。トランジスタ90および94はMPSH10の形式のものであ
る。第１図において、抵抗44および46はそれぞれ100オ
ームの値を有し、キャパシタ48は５ピコファラッドの値
を有する。

入力回路82（第３図）において、抵抗136、138、および
132は、それぞれ1000、2200、および220オームの値を有
する。抵抗142、140、148、および146は、それぞれ47、
33、33、および22,000オームの抵抗値を有する。ダイオ
ード152および154は、1N914の形式のものである。キャ
パシタ134および150は、それぞれ0.01マイクロファラッ
ドの値を有する。抵抗156は47オームの値を有する。ス
レショルド回路76において、抵抗158は1000オームの値
を有する。キャパシタ160は3.3マイクロファラッドの値
を有する。抵抗172は22,000オームの値を有し、キャパ
シタ174は3.3マイクロファラッドの値を有する。抵抗16
6、164、および176は、それぞれ22,000、2200、および1
000オームの抵抗値を有する。ポテンショメータ162は５
キロオームの値を有する。

上述の回路は、電界効果トランジスタに供給される電流
パルスの高速かつ正確な制御を行ない、該電界効果トラ
ンジスタは、半導体ダイオードとして構成されたレーザ
へ電流パルスを供給する役目をもつ。レーザの電流に応
答する帰還ループと、レーザの光出力に応答する帰還ル
ープとの２つの帰還ループが帰還信号を供給し、それら
の帰還信号はディジタル形式の指令信号と合成されて、
レーザの光出力の短期的および長期的双方の制御を行な
う。回路は指令信号の値を安定化し、またレーザ電流に
対しスレショルドを導入して、レーザが発射する放射パ
ルス間の間隔内において、レーザからの低放射レベルを
レーザ動作レベルより低く保持する。

本発明の上述の実施例は単なる例示的なものであり、本
技術分野に習熟した者にとってはその改変が存在しうる
ことを理解すべきである。従って、本発明は、ここに開
示された実施例に限定されると考えるべきではなく、請
求の範囲により定められた所によってのみ限定されるべ
きものである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ダイオードとして構成されたレーザ、及
び、該レーザに対して電流を供給する電解効果トランジ
スタ（FET）と、該レーザ及び該FETと直列に接続され、該レーザを流れ
る電流量を信号化する電流帰還手段と、該レーザに光学
的に結合され、該レーザが発射した放射量を信号化する
光帰還手段と、前記電流帰還手段に結合され、かつ、前記光帰還手段に
結合されて、入力ディジタル指令信号に応答して前記FE
Tを作動させて前記レーザへ電流を供給する合成手段
と、を含む、レーザドライバ回路。
【請求項２】前記光帰還手段がある応答時間を伴って動
作し、前記電流帰還手段が該光帰還手段の該応答時間よ
りも多数倍速い応答時間によって動作するようになって
いる、請求項１記載の回路。
【請求項３】前記合成手段が、入力部分と、該入力部分
の出力端子に結合されたドライバ部分とを含み、該部分
の各々が、電流源と、該電流源から電力を受ける差動増
幅器とを含み、該差動増幅器が２つの分岐した信号経路
を有する、請求項１記載の回路。
【請求項４】前記指令信号が前記入力部分内の前記差動
増幅器の第１の信号経路に印加され、前記光帰還手段が
帰還信号を前記入力部分の前記電流源に印加する、請求
項３記載の回路。
【請求項５】前記入力部分の前記差動増幅器の第２の信
号経路が、前記ドライバ部分の前記差動増幅器の第１の
信号経路に結合されている、請求項４記載の回路。
【請求項６】前記ドライバ部分の前記差動増幅器の第２
の信号経路が前記FETを作動せしめる駆動信号を供給
し、前記電流帰還手段が帰還信号を該ドライバ部分の該
差動増幅器の該第２の信号経路に印加する、請求項５記
載の回路。
【請求項７】前記ドライバ部分の前記差動増幅器がカレ
ントミラー回路を含む、請求項６記載の回路。
【請求項８】前記合成手段が、前記ドライバ部分の前記
差動増幅器の前記第２の信号経路から出力される前記駆
動信号におけるスレショルド信号レベルを定めるため
の、前記入力部分の前記差動増幅器の前記第２の信号経
路に結合されたスレショルド部分をさらに含む、請求項
６記載の回路。
【請求項９】前記光帰還手段が、前記レーザが発射した
放射の光検出器と、該光検出器が出力した信号をディジ
タル的にフィルタリングして、フィルタリングされた光
検出信号を供給する手段と、該フィルタリングされた光
検出信号を前記光帰還手段の帰還信号として作用するア
ナログ形式の信号に変換する手段と、を含み、前記電流帰還手段が、前記レーザ及び前記FETと直列に
接続された帰還抵抗と、該帰還抵抗と前記合成手段との
間に接続されて該電流帰還手段の前記帰還信号を供給す
る抵抗分圧器と、を含む、請求項６記載の回路。
【請求項１０】前記入力部分が前記入力ディジタル指令
信号に応答してスイッチングモードで動作し、前記ドラ
イバ部分が線形モードで動作する、請求項３記載の回
路。
【請求項１１】前記指令信号が前記入力部分内の前記差
動増幅器の第１の信号経路に印加され、前記光帰還手段
が帰還信号を該入力部分の前記電流源に印加するように
なっており、前記レーザは、該レーザが印刷媒体を横切って発射する
放射の走査を行うレーザプリンタの一部として動作する
ようになっており、前記光帰還手段がその帰還信号を該レーザプリンタの動
作と同期して出力するようになっている、請求項10記載
の回路。
【請求項１２】前記入力部分の前記差動増幅器の第２の
信号経路が、前記ドライバ部分の前記差動増幅器の第１
の信号経路に結合されており、前記ドライバ部分の前記差動増幅器の第２の信号経路が
前記FETを作動させる駆動信号を供給し、前記電流帰還
手段が帰還信号を該ドライバ部分の該作動増幅器の該第
２の信号経路に印加するようになっており、前記合成手段が、前記ドライバ部分の前記差動増幅器の
前記第２の信号経路から出力される前記駆動信号におけ
るスレショルド信号レベルを定めるための、前記入力部
分の前記差動増幅器の前記第２の信号経路に結合された
スレショルド部分をさらに含んでいる、請求項11記載の回路。
【請求項１３】ダイオードとして構成されたレーザの駆
動方法であって、該レーザに直列に接続されたFETにより該レーザへ電流
を供給するステップと、前記レーザを流れる電流の大きさを表す電流帰還信号を
帰還するステップと、前記レーザが発射した放射の量を表す光帰還信号を帰還
するステップと、入力ディジタル指令信号を前記電流帰還信号及び前記光
帰還信号と合成して駆動信号を発生せしめ、該駆動信号
が前記供給ステップにおいて使用されることにより前記
FETを作動せしめて電流を前記レーザへ供給せしめるよ
うにする合成ステップと、を含む、レーザの駆動方法。
【請求項１４】前記合成ステップが入力回路と、該入力
回路により作動せしめられるドライバ回路と、の使用に
よって行われ、前記合成ステップが、前記ディジタル指令信号及び前記光帰還信号を前記入力
回路に結合せしめるステップと、前記電流帰還信号を前記ドライバ回路に結合せしめるス
テップと、前記入力回路をスイッチングモードで動作させて、前記
ディジタル指令信号の振幅の変化に適応させるステップ
と、前記ドライバ回路を線形モードで動作させて、前記FET
に対する前記駆動信号を発生させるステップと、を含む、請求項13記載の方法。
【請求項１５】前記入力回路がスイッチングモードで動
作する差動増幅器を含み、前記方法がさらに、電流源からの電流によって該差動増幅器を動作させるス
テップと、該電流源の電流を前記光帰還信号によって調整するステ
ップと、を含む、請求項14記載の方法。