专利名称：激光输出控制设备和方法
技术领域：
本发明涉及激光输出控制，尤其涉及一种不用考虑构成半导体激光设备的光电二极管和激光二极管的连接结构而可控制激光输出的激光输出控制设备。
背景技术：
半导体激光设备可被广泛应用于办公设备，如激光打印机、激光传真机、或多功能外围设备，以及光学记录介质，例如可记录压缩盘(CD-R)、可擦写压缩盘(CD-RW)、和数字通用盘(DVD)。在半导体激光设备中，安装有两个半导体元件，即，激光二极管和光电二极管。激光二极管和光电二极管分别被正向和反向偏置。应用于光学记录介质的半导体激光器利用连续波技术产生激光束。应用于光学记录介质的半导体激光器的激光二极管和光电二极管的连接可以采用不同的结构。例如，激光二极管的阳极和光电二极管的阴极彼此共用连接，激光二极管的阴极和光电二极管的阴极彼此共用连接，激光二极管的阴极和光电二极管的阳极彼此共用连接，或是激光二极管的阳极和光电二极管的阳极彼此共用连接。因为激光二极管的阳极和光电二极管的阴极、或者激光二极管的阴极和光电二极管的阴极彼此共用连接，用于光学记录介质的半导体激光设备是标准化的。
用于办公设备的半导体激光设备根据利用高频脉冲的高速开/关切换方法产生激光光束。用于办公设备的半导体激光设备被设计为激光二极管的阳极和光电二极管的阴极彼此连接作为共用电极。由于仅具有这样一种连接的半导体激光设备被用于办公设备，故所用部件的通用性受到限制，从而增加了制造成本。
发明内容
本发明的其他方面、特征、和/或优点部分将在后面的描述中阐述，还有部分可从描述中明显地看出，或者可以在本发明的实践中得到。
本发明提供一种可适用于具有至少一种激光二极管和光电二极管的连接结构的半导体激光设备的激光输出控制设备，以便控制激光输出。
根据本发明的一个方面，提供一种激光输出控制设备，包括包含其之间具有至少一种连接结构的激光二极管和光电二极管的激光器单元；根据光电二极管提供的反馈电压，将激光二极管发出的激光光束的功率维持为恒定的功率控制器；和根据连接结构向光电二极管选择性地提供偏置电压以使光电二极管反向偏置的偏压提供元件。
根据本发明的另一方面，提供一种激光输出控制设备，包括包含其之间具有至少一种连接结构的激光二极管和光电二极管的激光器单元；根据光电二极管提供的反馈电压将激光二极管发出的激光光束的功率维持为恒定的功率控制器；产生至少一个使光电二极管反向偏置的偏置电压的偏压产生器；和根据至少一个连接结构从至少一个偏置电压选择一个将要提供给光电二极管的偏置电压的选择器。
根据本发明的再一个方面，提供一种激光输出控制设备，包括一激光器单元，根据下述两种结构中的其中之一而构成激光二极管的阴极和光电二极管的阳极共用连接的第一连接结构，和激光二极管的阴极和光电二极管的阴极共用连接的第二连接结构；一功率控制器，其根据光电二极管提供的反馈电压将激光二极管发出的激光光束的功率维持为恒定；一偏压产生器，其产生使光电二极管反向偏置的第一偏压和第二偏压；和一选择器，根据第一和第二连接结构中的一个选择性地将第一和第二偏压中的一个提供给光电二极管。
根据本发明的再一个方面，提供一种用于控制激光控制设备发射的激光的方法，包括提供其之间具有第一和第二连接结构的激光二极管和光电二极管；产生第一偏压和第二偏压；和根据第一和第二连接结构中的一个选择性地向光电二极管提供第一偏压和第二偏压中的一个，以使光电二极管反向偏置。
通过结合附图对下面的示例性实施例进行详细描述，本发明的这些和/或其他方面、特性和优点将会变得更加清楚图1是根据本发明的一个示例性实施例的激光输出控制设备的框图；图2A和图2B是组成图1中的激光器单元的激光二极管和光电二极管的连接结构的示例图；图3是根据本发明的一个示例性实施例的图1中的功率控制器的电路图；图4是根据本发明的一个示例性实施例的图1中的偏压提供元件的电路图；图5是根据本发明的一个示例性实施例的图4中的第二偏压产生元件的框图；图6是根据本发明的一个示例性实施例的图4中的第二偏压产生元件的详细的电路图；和图7A到7F是图6中各元件运行时的波形图。
具体实施例方式
现在将详细描述本发明的示例性实施例，其示例结合附图进行阐述，其中相同的附图标记始终代表相同的元件。下面将参照附图对示例性的实施例进行描述以解释本发明。
参考图1，根据本发明的一个示例性实施例的激光输出控制设备包括一激光器单元110、一功率控制器120、和一偏压提供元件130。
激光器单元110包括作为光发射元件的激光二极管(LD)和作为光接收元件的光电二极管(PD)。LD的一个终端和PD的一个终端被彼此共用相连。构成激光器单元110的LD和PD的连接示例将参照图2A和2B说明。
图2A的激光器单元110具有一正向偏置的LD 210和一反向偏置的PD220。图2A中的激光器单元110具有第一连接结构，其中LD 210的阴极和PD220的阳极在共用端彼此相连，该共用端接地。在第一连接结构中，从PD220的阴极检测的反馈电压被提供给图1中的功率控制器120。
图2B中的一激光器单元110包括一正向偏置的LD 230和一反向偏置的PD 240。图2B中的激光器单元110具有第二连接结构，其中LD 230的阴极和PD 240的阴极在共用端彼此相连，该共用端接地。在第二连接结构中，从PD 240的阳极检测到的反馈电压被提供给图1中的功率控制器120。
如同自动功率控制(APC)中一样，功率控制器120根据激光器单元110提供的反馈电压的大小改变提供给LD的驱动电流的大小，从而将LD发射的激光光束的功率维持为恒定。反馈电压由监控电流和偏置电压决定。监控电流通过将与LD输出的激光光束相关的PD输出的激光光束转换为电流而获得。偏置电压用于使PD反向偏置。在激光器单元110采用第一连接结构(图2A)的情况下，偏置电压为一正电压。在激光器单元110采用第二连接结构(图2B)的情况下，偏置电压为一负电压。
偏压提供元件130向激光器单元110提供使PD反向偏置的偏置电压。由激光器单元110的LD和PD的连接结构来决定提供给PD的是正电压还是负电压。当激光器单元110具有如图2A所示的第一连接结构时，通过调节正电压获得的电压被提供给PD的阴极。当激光器元件110具有如图2B所示的第二连接结构时，通过调节负电压获得的电压被提供给PD的阳极。
图3是根据本发明的一示例性实施例的图1中的功率控制器120的电路图。参照图3，功率控制器120包括比较器310、自动功率控制器320、驱动元件330、和LD 340。比较器310比较输入信号和反馈电压Vf，并将表示比较结果的控制信号提供给自动功率控制器330。比较器310具体可为NAND门。当应用于激光扫描元件时，输入信号是图像数据。
自动功率控制器320产生具有由控制信号决定的电流和电压的驱动信号，并且提供该驱动信号给驱动元件330以将LD 340发射的激光光束的功率维持为恒定。自动功率控制器320可以是已经被广泛应用的应用型专用集成电路(ASIC)芯片。
驱动元件330响应由自动功率控制器320产生的驱动信号而产生预定驱动电流，同时向正向偏置的LD 340提供驱动电流。然后，LD 340发射一激光光束，其大小与驱动电流成比例。
图4是根据本发明的一示例性实施例的图1的偏压提供元件130的电路图。参照图4，偏压提供元件130具有第一偏压产生元件410、第二偏压产生元件420、选择器430、可变电阻器440、和PD 450。
当图1中的激光器单元110具有如图2A所示的第一连接结构时，第一偏压产生元件410产生使PD 450反向偏置的第一偏置电压Vcc。第一偏置电压Vcc为正电压，例如，通常被提供到激光扫描元件的+5V的电源电压。
当激光器单元110具有图2B中的第二连接结构时，第二偏压产生元件420产生使PD 450反向偏置的第二偏置电压-Vee。第二偏置电压-Vee为负电压，例如，-5V。由于负电压不是从一外部源提供给激光扫描元件的，负电压被产生并用于激光扫描元件中。
选择器430选择并输出由第一偏压产生元件410产生的第一偏置电压Vcc和由第二偏压产生元件420产生的第二偏置电压-Vee中的一个。选择器430可以是具有输出触点T1及第一和第二输入触点T2和T3的开关。在制造过程中，选择器430可以根据激光器单元110的LD和PD的连接方式被预先操作。例如，当激光器单元110具有第一连接结构时，选择器430可以被设置为输出触点T1与第一输入触点T2接触。当激光器单元110具有第二连接结构时，选择器430可以被设置为输出触点T1与第二输入触点T3接触。
可变电阻器440通过根据其大小与PD 450发射的光成比例的监控电流降低第一或第二偏置电压来产生反馈电压Vf，并将其提供给功率控制器120。
图5是根据本发明的一个示例性的具体实施例的图4中的第二偏压产生元件420的框图。参照图5，第二偏压产生元件420包括振荡器510、电流控制器520、和负电压产生器530。第二偏压产生元件420中的这些元件的运行将参考图6和7A至7F进行说明。
振荡器510以一预定振荡频率振荡以获得具有不同相位的第一时钟信号和第二时钟信号。例如，振荡器510利用如图6所示的施密特触发电路来实现振荡，其振荡频率为22KHz，通过调节电阻器值或电容器值来获得该振荡频率。参照图6，振荡器510产生波形为图7A所示的第一时钟信号V1，和一波形为图7B所示的第二时钟信号V2。第一时钟信号V1和第二时钟信号V2之间的相位差对应于90度。
电流控制器520利用第一和第二时钟信号V1和V2产生第三时钟信号V3和第四时钟信号V4，以增加第二偏置电压-Vee的电流容量。参照图6，电流控制器520使用两个晶体管，其中第一和第二时钟信号V1和V2被分别输入它们的基极端，并且波形为图7C所示的第三时钟信号V3和波形为图7D所示的第四时钟信号V4被分别从它们的发射极端输出。此时，优选使用与PD450实际应用的额定电流相比具有相对高的电流增益hfe和相对低的集电极-发射极饱和电压Vce(sat)的晶体管。
负电压产生器530利用第三和第四时钟信号V3和V4产生具有负倍压的第五时钟信号V5，同时利用第五时钟信号V5产生第二偏置电压-Vee。第五时钟信号V5的波形如图7E所示，第二偏置电压-Vee的波形如图7F所示。第五时钟信号V5可利用如图6所示的电荷抽运电路获得。第二偏置电压-Vee可通过利用如图6所示的二极管和电容器，对电荷抽运电路(charge pumping circuit)产生的第五时钟信号V5进行整流而获得。
本发明不局限于如图5和6所示的第二偏压产生器420的结构。本发明所需的负电压可通过利用不同的电路中的一个产生。在本公开中，为了方便而使用-5V的第二偏置电压-Vee。即，第二偏置电压-Vee并不是限制性的，可以通过利用外部负电压产生。
根据本发明的一激光输出控制设备可被安装于应用于需要高速开/关切换的办公设备(如激光打印机、激光传真机、或多功能外围设备)的激光扫描元件中。
如上文所述，在个根据本发明的激光输出控制设备中，根据连接结构不同的偏置电压被选择地提供给光电二极管，其中半导体激光设备的激光二极管和光电二极管被彼此相连。从而，不用考虑半导体激光器的连接结构而在办公设备中利用半导体激光设备成为可能，由此使机械部件具有通用性，并减少制造成本。
尽管已经示出并描述了本发明的一些示例性的实施例，但本领域的技术人员应该理解，在不脱离本发明的精神和原理的情况下，可以对这些示例性实施例进行各种修改，它的保护范围由权利要求及其等效内容限定。
权利要求
1.一种激光输出控制设备，包括一激光器单元，其包括它们之间具有至少一个连接结构的一激光二极管和一光电二极管；和一偏压提供元件，其根据连接结构，选择性地提供一偏置电压给光电二极管，以使光电二极管反向偏置。
2.根据权利要求1的激光输出控制设备，进一步包括一功率控制器，其根据光电二极管提供的反馈电压，将激光二极管发射的激光光束的功率保持为恒定。
3.根据权利要求1或2的激光输出控制设备，其中激光器单元被构造为下述两结构之一激光二极管的阴极和光电二极管的阳极共用连接的第一连接结构，和激光二极管的阴极与光电二极管的阴极共用连接的第二连接结构。
4.根据权利要求3的激光输出控制设备，其中偏压提供元件包括第一偏压产生元件，其产生一使光电二极管反向偏置的第一偏置电压，所述光电二极管是根据第一连接结构连接到激光二极管的；第二偏压产生元件，其产生一使光电二极管反向偏置的第二偏置电压，所述光电二极管是根据第二连接结构连接到激光二极管的；和一选择器，其根据激光二极管和光电二极管的连接结构选择第一和第二偏置电压中的一个。
5.根据权利要求2的激光输出控制设备，其中偏压提供元件进一步包括一可变电阻器，其通过根据流过光电二极管的监控电流降低由选择器选择的第一和第二偏置电压之一来产生一反馈电压。
6.根据权利要求4的激光输出控制设备，其中第二偏置电压产生元件包括一振荡器，其以一预定频率振荡，以获得具有不同相位的第一时钟信号和第二时钟信号；一电流控制器，其利用第一时钟信号和第二时钟信号产生第三时钟信号和第四时钟信号以增加第二偏置电压的电流容量；和一负电压产生器，其利用第三和第四时钟信号产生一具有负倍压的第五时钟信号，并利用第五时钟信号产生第二偏置电压。
7.根据权利要求1至6中的任意激光输出控制设备，其被安装于一激光扫描元件中。
8.一种激光输出控制设备，包括一激光器单元，其包括它们之间具有至少一个连接结构的一激光二极管和一光电二极管；一偏压产生器，其产生至少一个使光电二极管反向偏置的偏置电压；和一选择器，其根据至少一个连接结构从至少一个偏置电压中选择一将要提供给光电二极管的偏置电压。
9.根据权利要求8的激光输出控制设备，进一步包括一功率控制器，其根据光电二极管提供的反馈电压将激光二极管发射的激光光束的功率维持为恒定。
10.根据权利要求8或9所述的激光输出控制设备，其中激光器单元根据下述两结构中的一个构成激光二极管的阴极和光电二极管的阳极共用连接的第一连接结构，和激光二极管的阴极和光电二极管的阴极共用连接的第二连接结构。
11.根据权利要求8至10中的任意激光输出控制设备，其被安装于一激光扫描元件中。
12.一种激光输出控制设备，包括一激光器单元，其根据下述两结构中的一个构成激光二极管的阴极和光电二极管的阳极共用连接的第一连接结构，和激光二极管的阴极和光电二极管的阴极共用连接的第二连接结构；一偏压产生器，其产生第一偏置电压和第二偏置电压；和一选择器，其根据第一和第二连接结构中的一个选择性地将第一和第二偏置电压中的一个提供给光电二极管，以使光电二极管反向偏置。
13.根据权利要求12的激光输出控制设备，进一步包括一功率控制器，其根据光电二极管提供的反馈电压将激光二极管发射的激光光束的功率维持为恒定。
14.根据权利要求12或13的激光输出控制设备，其被安装于一激光扫描元件中。
15.一种用于控制激光控制设备发射的激光光束的方法，包括提供之间具有第一和第二连接结构的一激光二极管和一光电二极管；产生第一偏置电压和第二偏置电压；和根据第一和第二连接结构中的一个，选择性地将第一和第二偏置电压中的一个提供给光电二极管，以使光电二极管反向偏置。
16.根据权利要求15的方法，进一步包括根据光电二极管提供的反馈电压将激光二极管发射的激光光束的功率维持为恒定。
全文摘要
提供一种激光输出控制设备和方法。所述激光输出控制设备包括一激光器单元，具有一激光二极管和一光电二极管，其两者之间具有至少一个连接结构；一功率控制器，根据光电二极管提供的反馈电压将激光二极管发射的激光光束的功率维持为恒定；和一偏压提供元件，根据连接结构选择性地将一偏置电压提供给光电二极管，以使光电二极管反向偏置。从而，可以根据半导体激光器的激光二极管和光电二极管彼此相连的一连接结构，选择性地提供不同的偏置电压给光电二极管。因此，不用考虑半导体激光器的连接结构而将半导体激光设备应用于办公设备中成为可能，由此使所用部件具有通用性，并减少制造成本。
文档编号G02F1/35GK1749809SQ20051009808
公开日2006年3月22日 申请日期2005年7月1日 优先权日2004年7月1日
发明者李钟旼 申请人:三星电子株式会社