专利名称：发光元件驱动装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及内阻(串联电阻)大的发光元件驱动装置，具体涉及优选用于驱动发光元件(例如激光静电印刷术中使用的激光元件)的发光元件驱动装置。
背景技术：
在使用激光元件作为光源的激光静电印刷术领域，已经加强了在高分辨率和高速度方面的需要。用于根据输入图像数据控制待驱动的激光器元件的开/关控制速度(以下称为调制速度)受到限制。当使用一个激光光束时，如果副扫描方向的分辨率以及主扫描方向的分辨率需要提高，那么不得不牺牲调制速度。因此，如果需要提高副扫描方向的分辨率，同时调制速度不变，那么不得不增加激光光束的数目。例如，当使用四个激光光束时，假定调制速度与使用一个激光光束的情况相同，那么在主扫描方向的分辨率和副扫描方向的分辨率都可以提高两倍。
顺便提及，半导体激光器大致分为边缘发射型激光元件(以下称为边缘发射激光器)和表面发射型激光元件(以下称为表面发射激光器)。边缘发射激光器具有其中激光在平行于有源层的方向输出的结构。表面发射激光器具有其中激光在垂直于有源层的方向输出的结构。迄今为止，在激光静电印刷术中，边缘发射激光器通常用作激光源。
但是，就增加激光光束的数目的观点而言，为了增加激光光束的数目，表面发射激光器在结构上优于边缘发射激光器，因为边缘发射激光器被认为有技术困难。因此，近年来，使用表面发射激光器的装置的研制工作一直在进行，表面发射激光器作为激光光源能发射大量的激光光束，以满足激光静电印刷术领域中的高分辨率和高速度需要。
半导体激光器驱动系统大致分为电压驱动系统和电流驱动系统。现在假定内阻大的发光元件，例如GaN(氮化镓)蓝色激光器或单模式表面发射激光器需要被驱动，如果发光元件由电流驱动系统驱动，那么根据布线的内阻R和寄生电容C所决定的时间常数τ(＝R·C)增加。结果，驱动电流波形的上升沿和下降沿变得非常慢，以致调制速度减小。因此，如果调制速度不能大大地提高，那么尤其在激光静电印刷术中，作为激光光源的表面发射激光器的使用没有什么价值。
鉴于此，电压驱动系统比电流驱动系统更有利地用作用于驱动内阻大的发光元件的系统。迄今为止，在使用电压驱动系统的驱动装置中，发光元件由一个比发光元件的输出阻抗低的元件进行电压驱动(例如，参见JP-A-2001-036186)，以便增加调制速度。在电压驱动型激光驱动装置中，执行反馈控制，使得当接通半导体激光器时，将对应于光的设定强度的驱动电压Von施加到半导体激光器，当关断半导体激光器时，将不高于发射阈值的偏压Vbias施加到半导体激光器。
另一方面，在用于驱动能够发射大量激光光束的激光器元件(多光束激光器)的装置中，将在关断半导体激光器之前流动的偏置电流Ibias设为多个半导体激光器所共有，以便实现成本的减少(例如，参见JP-A-09-272223)。在电流驱动型多光束激光器驱动装置中，考虑多个半导体激光器的特性变化，使得当优选考虑调制速度时，将从变化的电流中选出的最大电流值设为所有半导体激光器共有的偏置电流Ibias，当优选考虑异常发光的防止时，将从变化的电流中选出的最小电流值设为偏置电流Ibias。
顺便提及，半导体激光器的驱动电流I一般如下表示I＝Is*[exp{q(V-IR)/kT}-1]其中Is是反向饱和电流，q是基本电荷(电子的电荷)，V是驱动电压，R是半导体激光器的内阻，k是玻耳兹曼常数，T是绝对温度。
在弱光强度区域中，其中由内阻R导致的压降较低，从图11示出的特性曲线明显看出，驱动电流I根据驱动电压V指数地变化。因此，在电压驱动型驱动装置中，当半导体激光器接通时，如果进行负反馈控制以控制端电压，因为驱动电流I(亦即，发射光的强度)根据驱动电压V的变化量ΔV指数地变化，存在负反馈控制的增益变化较大的问题，以致难以进行稳定的控制。
甚至当半导体激光器被关断时，电压也必须施加到半导体激光器，以便迅速地关断内阻R大的半导体激光器。如果使施加的电压为零，可以最简单地实现半导体激光器的关断。但是，在边缘发射激光器中，即使在半导体激光器被关断的时候也需要将接近发射阈值电流的偏置电流Ibias连续地提供给半导体激光器，用于高速调制。因此当半导体激光器被关断时，与接近发射阈值电流的电流对应的电压必须被施加到半导体激光器。
另一方面，在表面发射激光器中，不需要为高速调制而提供偏置电流Ibias，因为谐振器的体积小。但是，优选当关断半导体激光器时，将足以避免激光振荡的偏压施加到半导体激光器，因为从电路的观点来看，当驱动电压的振幅减小时，调制速度可以增加。在关断半导体激光器的时候施加的偏压与接通半导体激光器的时候一样，但是难以设置驱动电压，因为从图11可以明显看出，当驱动电压略微地变化时驱动电流变化很大。
即使可以设置驱动电压，但仅根据驱动电压而不考虑电流，难以保持偏置电流Ibias合适，因为当偏压被固定地设置时，电流根据温度变化而变化。如上所述，为了快速地驱动内阻大的半导体激光器，优选当关断半导体激光器时，将不高于阈值和接近导通(ON)电压的驱动电压施加到半导体激光器。但是如果电压需要被直接控制，那么例如在接通半导体激光器的时候的可控性成为一个问题。
在电压驱动系统中，根据温度变化而变化的发射光强度是更重要的问题。从半导体激光器发射的光的强度基本上与驱动电流成正比。发射阈值电流对温度补偿起很大的作用。因此，当半导体激光器被比发射阈值电流充分大的电流驱动时，根据温度变化的发射光强度变化小到足以忽略不计。
在电压驱动系统的情况下，因为当电流保持恒定时，半导体激光器的端电压具有负的温度系数，所以必须根据温度变化降低驱动电压，以便在接通半导体激光器的条件下，尽管温度升高，光强度仍然不改变。反之，在关断半导体激光器的条件下，因为关断半导体激光器时温度减小，所以根据温度下降，在接通半导体激光器的时候的电压必须增加到高于半导体激光器被关断时候的电压，以便半导体激光器可以被再次接通，并具有同样的光强度。
如上所述，当要以等于通过电流驱动系统获得的精确度来通过电压驱动系统控制光强度时，必须根据半导体激光器的温度改变用于半导体激光器的驱动电压。
在用于驱动多个半导体激光器(多光束激光器)的相关技术电流驱动系统中，当，例如，根据具有最大的发射阈值电流Ith的半导体激光器设置在关断半导体激光器的时候共同流入所有半导体激光器的偏置电流Ibias时，偏置电流Ibias超过发射阈值电流Ith，使得如果半导体激光器的特性变化大，那么一些半导体激光器可能被连续地接通。因此必需严格地抑制半导体激光器的特性变化。但是，如果对半导体激光器的规范是严格的，那么可能不可避免地发生不能提供半导体激光器的情况，因为根据情况可能导致半导体激光器的成本增加和半导体激光器的产量减少。
另一方面，在用于驱动GaN蓝色边缘发射激光器或单模式表面发射激光器的相关技术电压驱动系统中，需要根据元件提供电压源，因为在关断半导体激光器的时候施加的偏压的最优值根据元件是不同的。在此情况下，需要根据元件提供高电容量的电容器，以便制造具有到高频时仍保持低阻抗的电压源。特别当该驱动装置被假定为形成为IC时，需要在IC的外部提供高电容量的这种电容器，因为在IC内部提供电容器会使成本增加。但是，增加成本会带来一个麻烦，因为要求在IC的外部提供电容器。
因此，当用和电流驱动系统中设置的一个公共电流值一样的方式使用一个公共电压源时，必须根据阈值电流的最大值或最小值控制偏压。当用和电流驱动系统中一样的方式根据最大值或最小值设置公共电压值时，必须严格地抑制半导体激光器的特性变化。亦即，当形成多光束激光驱动装置时，用于一个半导体激光器的驱动电路需要尽可能地简化，以便实现成本减少。从上述描述显然可见，当使用相关技术电压驱动系统时，会牺牲半导体激光器的性能。
发明内容
为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供一种发光元件驱动装置，包括第一控制单元，用于控制从电压源施加到发光元件的驱动电压；第二控制单元，用于控制从电流源提供给所述发光元件的驱动电流；测试电流供给单元，用于当关断发光元件时，将测试电流提供给发光元件；以及偏压设置单元，用于当关断发光元件时，根据提供有来自测试电流供给单元的测试电流的发光元件的端电压来设置施加到发光元件的偏压，其中，第一控制单元和第二控制单元控制从发光元件发射的光束的光强度。
在如上所述配置的发光元件驱动装置中，电压驱动和电流驱动(电压驱动->电流驱动)被结合使用。对于偏置电压的设置，在既不执行光强度控制又不执行调制的时段中，将在关断发光元件的时候希望流入发光元件的电流作为测试电流从测试电流供给单元实际提供给发光元件。因此，检测提供有测试电流的发光元件的端电压。然后，偏压设置单元根据检测的电压设置关断发光元件时施加到发光元件的偏压。由此，与相关技术相比较，可以容易地将在关断发光元件的时候施加到发光元件的偏压设为目标值，在相关技术中，因为根据电压的轻微变化，电流变化很大，所以难以控制电流。
通过参考附图详细描述其优选实施例，本发明的上述目的和优点将更明显，其中
图1是根据本发明的第一实施例的发光元件驱动装置的配置实例的电路图；图2是根据第一实施例的改进的发光元件驱动装置的重要部分的配置实例的电路图；图3是根据第一实施例的另一改进的发光元件驱动装置的重要部分的配置实例的电路图；图4是根据本发明的第二实施例的发光元件驱动装置的配置实例的电路图；图5是用于说明电压驱动和电流驱动之间的切换控制操作的波形时序图；图6是半导体激光器的电压电流特性曲线，示出了其中偏置电流Ibias根据温度变化而变化的状态；图7是根据本发明的第二实施例的改进的发光元件驱动装置的重要部分的配置实例的电路图；图8是根据本发明的第三实施例的发光元件驱动装置的配置实例的电路图；图9是根据第三实施例的改进的发光元件驱动装置的重要部分的配置实例的电路图；图10是根据本发明的第四实施例的发光元件驱动装置的配置实例的电路图；以及图11是半导体激光器的电压电流特性曲线图。
具体实施例方式
下面参考附图详细描述本发明的实施例。
第一实施例图1是根据本发明的第一实施例的发光元件驱动装置的配置实例的电路图。在第一实施例中，例如，使用内阻高的半导体激光器，具体来说，使用GaN蓝色激光器或单模式表面发射激光器作为待驱动的发光元件。这些一般称为半导体激光器LD。例如，半导体激光器LD具有接地的阴极，以及被提供作为驱动端的阳极。
根据第一实施例的发光元件驱动装置包括驱动电流控制电路11，用于控制半导体激光器LD的驱动电流，以使从半导体激光器LD发射的光的强度与设定的光强度一致；驱动电压控制电路12，用于根据当通过驱动电流控制电路11控制光强度等于设定的光强度时半导体激光器LD的端电压，控制接通半导体激光器LD时施加到半导体激光器LD的驱动电压；测试电流供给电路13，用于将测试电流提供给半导体激光器LD；偏压设置电路14，用于根据提供有来自测试电流供给电路13的测试电流的半导体激光器LD的端电压，设置半导体激光器LD被关断时施加到半导体激光器LD的偏压；光强度检测电路15，用于检测从半导体激光器LD发射的光的强度；以及误差检测电路16，用于检测由光强度检测电路15检测的电压Vdet和基准电压Vref之间的误差电压并输出该误差电压作为光强度控制电压Vcont误差检测电路。
驱动电流控制电路11包括反相器111、电流源112、电容器C11以及开关SW11和SW12。从误差检测电路16通过驱动电压控制电路12将光强度控制电压Vcont提供给驱动电流控制电路11。光强度控制电压Vcont通过反相器111和开关SW11并用作电流源112的控制输入。电容器C11连接在电源电压VDD的电源线L和开关SW11的输出端之间。电流源112的一端连接到电源线L。开关SW12的一端连接到电流源112的另一端。开关SW12的另一端连接到开关SW24的一端。
在如上所述配置的驱动电流控制电路11中，经由反相器111和开关SW11输入从误差检测电路16通过驱动电压控制电路12提供的光强度控制电压Vcont作为电流源112的控制电压，以控制从电流源112提供给半导体激光器LD的驱动电流。结果，在驱动电流控制电路11中，控制半导体激光器LD的驱动电流，以便从半导体激光器LD发射的光的强度与根据误差检测电路16的基准电压Vref决定的设定光强度(目标光强度)一致。
驱动电压控制电路12包括四个开关SW21至SW24、两个电容器C21和C22以及一个运算放大器211。开关SW21的一端连接到误差检测电路16的输出端。开关SW21的另一端连接到运算放大器211的正相输入端。电容器C21连接在开关SW21的另一端和地之间，由此操作开关SW21以形成一个采样保持电路。运算放大器211的正相(+)输入端连接到开关SW21的另一端。
开关SW22的一端连接到运算放大器211的输出端。电容器C22连接在开关SW22的另一端和地之间，由此操作开关SW22以形成一个采样保持电路。开关SW23的一端连接到开关SW22的另一端。开关SW24的一端连接到开关SW23的另一端，另一端连接到半导体激光器LD的阳极。运算放大器211的反相(-)输入端连接到开关SW23的另一端和开关SW24的一端之间的公共结点。
在如上所述配置的驱动电压控制电路12中，当控制半导体激光器LD的驱动电流时，也就是说，当控制光强度时，开关SW22和SW23断开，开关SW21和SW24导通。当半导体激光器LD被关断时，开关SW22和SW23导通，开关SW21和SW24断开。结果，运算放大器211形成电压跟随缓冲器，使得由电容器C22保持运算放大器211的输出电压。该保持电压是当光强度具有设定值时半导体激光器LD的端电压。当半导体激光器LD接通时，开关SW23和SW24导通，使得电容器C22的保持电压作为驱动电压通过开关SW23和SW24施加到半导体激光器LD。
测试电流供给电路13包括电流源131、开关SW31以及测试电流设置部分132。电流源131的一端连接到电源线L。开关SW31的一端连接到电流源131的另一端，另一端连接到半导体激光器LD的阳极。测试电流设置部分132设置电流源131的电流，亦即，测试电流。
在如上所述配置的测试电流设置电路13中，为了决定在半导体激光器LD被关断的时候施加到半导体激光器LD的偏压Vbias，在之后将进行描述的既不执行光强度控制又不执行调制的时段中，在半导体激光器LD被关断的时候导通开关SW31。结果，将通过测试电流设置部分132设置的测试电流从电流源131通过开关SW31提供给半导体激光器LD。在测试电流设置部分132中，将对应于半导体激光器LD被关断时待施加到半导体激光器LD的偏压Vbias的电流设为测试电流。通常，将低于半导体激光器LD的振荡阈值电压的电压，优选的是，略低于半导体激光器LD的振荡阈值电压的电压设为偏压Vbias，以便增加调制速度。
偏压设置电路14包括开关SW41和SW42、电容器C41和C42以及电压跟随缓冲器141。开关SW41一端连接到半导体激光器LD的阳极。开关SW42一端连接到半导体激光器LD的阳极，另一端连接到缓冲器141的正相输入端。电容器C41连接在开关SW42的另一端和地之间，由此操作开关SW42以形成一个采样保持电路。缓冲器141的输出端直接连接到缓冲器141的反相输入端且还连接到开关SW41的另一端。电容器C42连接在缓冲器141的输出端和地之间。
在如上所述配置的偏压设置电路14中，当从测试电流供给电路13将测试电流提供给半导体激光器LD时，导通开关SW42，并进一步断开。结果，在测试电流流入半导体激光器LD的同时，通过电容器C41保持半导体激光器LD的端电压。由电容器C42通过电压跟随器缓冲器141保持该保持电压。当半导体激光器LD被关断的时候，开关SW41导通时，保持电压作为偏压Vbias被施加到半导体激光器LD。
例如，光强度检测电路15使用光电二极管PD作为用于检测从半导体激光器LD发射的激光的光电检测器。光电二极管PD的阴极连接到电源线L。电阻R的一端连接到光电二极管PD的阳极。电阻R的另一端接地。现在假定光电二极管PD检测从半导体激光器LD发射的激光，那么对应于光强度的电流流入电阻R。结果，在电阻R的相对端之间产生对应于从半导体激光器L发射的光的强度的检测电压。
检测电压被提供给放大器151的正相输入端。放大器151的输出端直接连接到放大器151的反相输入端。放大器151的输出电压，亦即，光强度检测电路15的检测电压被提供给驱动电流控制电路11。亦即，形成反馈系统，使得光强度检测电路15的检测电压反馈到驱动电流控制电路11，以由此执行用于把半导体激光器LD的激光功率控制为由基准电压Vref决定的值的自动功率控制(以下称为APC)。
误差检测电路16包括差分放大器161、开关SW61和SW62以及电容器C61。差分放大器161具有用于输入基准电压Vref的正相输入端和反相输入端，反相输入端经由开关61输入由光强度检测电路15提供的检测电压Vdet。顺便提及，由对应于半导体激光器LD的目标光强度(激光功率)的电压值设置基准电压Vref。开关SW62和电容器C61串联在差分放大器161的反相输入端和差分放大器161的输出端之间。
在如上所述配置的误差检测电路16中，差分放大器161将由光强度检测电路15检测的对应于半导体激光器LD的光强度的检测电压Vdet与根据半导体激光器LD的目标光强度设置的基准电压Vref相比较，并输出两个电压之间的差(误差电压)作为光强度控制电压Vcont。
顺便提及，通过控制电路17控制驱动电流控制电路11的开关SW11和SW12、驱动电压控制电路12的开关SW21至SW24、测试电流供给电路13的开关SW31、偏压设置电路14的开关SW41和SW42以及误差检测电路16的开关SW61和SW62为导通/断开。在根据第一实施例的半导体激光器驱动装置中，配置控制电路17，使得在根据输入数据(脉冲数据)重复地驱动半导体激光器LD为导通/断开的调制时段中，在导通/断开半导体激光器LD的时候，总是执行电压驱动控制。
下面将描述发光元件驱动装置的电路操作，亦即，根据如上所述配置的第一实施例的半导体激光器驱动装置的电路操作。
当通电时，装置进入APC模式。在APC模式中，误差检测电路16中的开关SW61和SW62导通，驱动电压控制电路12中的开关SW21和SW24导通，以及驱动电流控制电路11中的开关SW11和SW12导通。结果，电流源112的电流作为驱动电流，经由开关SW12和SW24流入半导体激光器LD，以致接通半导体激光器LD。
当半导体激光器LD接通时，光强度检测电路15的光电二极管PD接收从半导体激光器LD发射的激光。结果，对应于光强度的电流流入光电二极管PD。在光电二极管PD中流动的电流通过电阻R转变为电压。该电压被放大器151放大，以便输出放大的电压作为对应于半导体激光器LD的激光功率(光强度)的检测电压Vdet。
该检测电压Vdet经由开关SW61提供给误差检测电路16，以便被提供为差分放大器161的反相输入。差分放大器161放大检测电压Vdet和基准电压Vref之间的差(误差电压)，并输出该误差电压作为光强度控制电压Vcont。该光强度控制电压Vcont作为控制电压经由开关SW21、运算放大器211、反相器111和开关SW11提供给电流源112。根据该光强度控制电压Vcont控制半导体激光器LD的驱动电流，以便控制半导体激光器LD的光强度。
由误差检测电路16根据光强度检测电路15的检测电压Vdet控制负反馈回路，并且驱动电流控制电路11使检测电压Vdet收敛，以便检测电压Vdet最终与根据设定的光强度设置的基准电压Vref一致。结果，半导体激光器LD的光强度变为等于设定的光强度。上述一系列反馈控制是APC(自动功率控制)。APC操作可以执行一次或重复多次。
在APC操作完成之后，断开驱动电流控制电路11的开关SW11和误差检测电路16的开关SW62，且在APC的时候断开的驱动电压控制电路12的开关SW22和SW23被导通。结果，由电容器C61和C21保持恰在此之前的差分放大器161的输出电压(即，在把半导体激光器LD的光强度控制为设定的光强度时的光强度控制电压Vcont)。而且，由电容器C11保持在把半导体激光器LD的光强度控制为设定光强度时用于设置驱动电流的控制电压。而且，驱动电压控制电路12的电容器C22用通过电容器C21保持的光强度控制电压Vcont充电。在此场合，由电容器C11保持的电压形成了用于在驱动半导体激光器LD以发射具有设定光强度的光时设置驱动电流的控制电压，同时由电容器C21和C22保持的电压形成了具有设定光强度的半导体激光器LD的端电压。
当APC操作完成时，该装置进入调制模式，其中根据输入数据驱动被控制的半导体激光器LD为导通/断开。在调制模式中，当半导体激光器LD被关断时，驱动电压控制电路12的开关SW24导通。电容器C22的保持电压，亦即，具有设定光强度的半导体激光器LD的端电压通过开关SW23和SW24被施加到半导体激光器LD的阳极。而且，因为驱动电流控制电路11的开关SW12导通，所以驱动电流从电流源112通过开关SW12提供给半导体激光器LD。
在边缘发射激光器的情况下，即使在关断半导体激光器LD时，也需要将接近于发射阈值电流的偏置电流Ibias连续地流入半导体激光器LD，用于获得高速调制。由此，当半导体激光器LD被关断时，需要将与接近发射阈值电流的电流对应的偏压Vbias施加到半导体激光器LD。在内阻高的半导体激光器的情况下，在接通/关断半导体激光器的时候，驱动电压的振幅需要降低。由此，使半导体激光器不接通的这种电压被优选施加到半导体激光器。
在第一实施例中，因此，测试电流供给电路13和偏压设置电路14工作，以便如下设置半导体激光器LD被关断时施加到半导体激光器LD的偏压Vbias。亦即，在既不执行APC又不执行调制的时段中，在半导体激光器LD被关断时，导通开关SW31。结果，将半导体激光器LD被关断时流入半导体激光器LD的电流作为测试电流，由测试电流设置部分132从电流源131通过开关SW31提供给半导体激光器LD。
另一方面，在偏压设置电路14中，当从测试电流供给电路13将测试电流提供给半导体激光器LD时，开关SW42导通，之后断开。结果，由电容器C41保持被提供有测试电流的半导体激光器LD的端电压。然后，由电容器C42通过缓冲器141保持电容器C41的保持电压。然后，当半导体激光器LD被关断，开关SW41导通时，电容器C42的保持电压作为偏压Vbias经由开关SW41施加到半导体激光器LD。
如上所述，在根据第一实施例的半导体激光器LD驱动装置中，亦即，在电压驱动型驱动装置中，为了设置偏压Vbias，在既不执行APC又不施行调制的时段中，实际上将半导体激光器LD被关断时流入半导体激光器LD的电流作为测试电流，提供给半导体激光器LD。检测被提供有测试电流的半导体激光器LD的端电压。根据检测的电压，设置半导体激光器LD被关断时待施加到半导体激光器LD的偏压Vbias。由此，与其中电流根据电压的细微变化而大大变化，以致难以控制电流的相关技术相比较，可以容易地将关断半导体激光器LD时流入半导体激光器LD的偏置电流设为目标值。亦即，当电流被控制，以获得驱动电压，以便根据驱动电压的电压值进行电压驱动时，可以使电压驱动的可控性等于电流驱动的可控性。
图2是根据第一实施例的第一改进的发光元件驱动装置，亦即，半导体激光器驱动装置的重要部分的配置实例的电路图。在图2中，与图1相同的部分用同样的参考数字表示。在图2中，测试电流供给电路13、偏压设置电路14、光强度检测电路15以及误差检测电路16与图1中的配置和操作一样。
根据第一实施例的第一改进的半导体激光器驱动装置具有的特点在于误差检测电路16的输出电压，亦即，光强度控制电压Vcont直接输入到驱动电流控制电路11中的模拟反相器111，以便根据光强度控制电压Vcont直接控制电流源112的驱动电流。驱动电压控制电路12包括开关SW21和SW22、电容器C21和C22以及电压跟随缓冲器211。驱动电压控制电路12具有与偏压设置电路14一样的电路结构。
在根据第一实施例的第一改进的半导体激光器驱动装置中，在APC的时候，因为驱动电流控制电路11的开关SW12和SW13导通，所以从电流源112将驱动电流提供给半导体激光器LD。在此情况下，基准电压和对应于发射光强度的光输出电压被输入到误差检测电路16的运算放大器161的正相输入和反相输入端。结果，与两个电压之间的差成正比的电压作为驱动电流控制电压，通过模拟反相器111输入到电流源112，以便设置电流以获得设定的光强度。
在驱动电压控制电路12中，因为开关SW21导通，开关SW22断开，所以由电容器C21保持半导体激光器LD的端电压。由此，电压跟随缓冲器211工作，以便电容器C22用由电容器C21保持的电压充电。
当APC完成时，关断驱动电流控制电路11的开关SW12和SW13和驱动电压控制电路12的开关SW21，以便电容器C12的电压用作一个用于设置驱动电流以使半导体激光器LD发射具有设定光强度的光的控制电压。由此，由电容器C21和C22保持的电压用作一个用于获得设定的光强度的半导体激光器LD的端电压。
如上所述，在根据第一实施例的第一改进的半导体激光器LD驱动装置中，亦即，在电压驱动型驱动装置中，控制半导体激光器LD的驱动电流以使半导体激光器LD的光强度等于设定的光强度。当从半导体激光器LD发射的光的强度等于设定的光强度时，检测半导体激光器LD的端电压。根据检测的电压(端电压)，设置在接通半导体激光器LD时施加到半导体激光器LD的驱动电压。由此，因为半导体激光器LD的驱动电流基本上与光强度成正比，所以用于APC的负反馈回路的增益可以保持恒定。由此，与通过控制半导体激光器LD接通时的端电压执行负反馈的相关技术相比较，可以执行稳定的控制。
图3是根据第一实施例的第二改进的发光元件驱动装置，亦即，半导体激光器驱动装置的重要部分的配置实例的电路图。在图3中，与图1相同的部分用同样的参考数字表示。在图3中，测试电流供给电路13、偏压设置电路14、光强度检测电路15以及误差检测电路16与图1中的配置和操作一样。
在根据第一实施例的第二改进的半导体激光器驱动装置中，驱动电压控制电路12包括四个开关SW21、SW22、SW23以及SW24，电容器C21和C22，以及缓冲器211。开关SW21的一端连接到误差检测电路16的输出端，另一端连接到缓冲器211的正相输入端。电容器C21连接在开关SW21的另一端和地之间，以由此根据开关SW21操作，形成采样保持电路。缓冲器211由具有彼此连接的输出端和反相输入端的运算放大器制成。
开关SW22的一端连接到缓冲器211的输出端。电容器C22连接在开关SW22的另一端和地之间，以由此根据开关SW22操作，形成采样保持电路。开关SW23的一端连接到开关SW22的另一端，另一端连接到半导体激光器LD的阳极。开关SW24的一端连接到开关SW23的另一端并连接到半导体激光器LD的阳极，另一端连接到缓冲器211的输出端。
在如上所述配置的驱动电压控制电路12中，在APC的时候，开关SW22和SW23断开，开关SW21和SW24导通。结果，误差检测电路16的输出电压，亦即，光强度控制电压Vcont经由开关SW21、缓冲器211和开关SW24施加到半导体激光器LD，以便形成反馈回路。
当半导体激光器LD被关断时，开关SW22导通，开关SW21、SW23以及SW24断开。结果，由电容器C22保持在光强度控制完成的时候的缓冲器211的输出电压，亦即，半导体激光器LD的端电压。然后，在接通半导体激光器LD的时候，开关SW23导通时，电容器C22的保持电压作为驱动电压通过开关SW23施加到半导体激光器LD。
驱动电流控制电路11包括运算放大器114、开关SW11和SW12、电容器C11以及电流源112。运算放大器114的反相输入端连接到开关SW24的一端和缓冲器211的输出端，正相输入端连接到半导体激光器LD的阳极侧。电容器C11连接在电源电压VDD的电源线L和开关SW11的输出端之间。电流源112的一端连接到电源线L。开关SW12的一端连接到电流源112的另一端，另一端连接到半导体激光器LD的阳极侧。
在如上所述配置的驱动电流控制电路11中，在独立于光强度控制和调制的定时，导通开关SW11和SW12。在此情况下，断开驱动电压控制电路12的开关SW24。结果，驱动电流控制电路11将驱动电流提供给半导体激光器LD，以便半导体激光器LD的端电压与缓冲器211的输出电压(即，用于采样及保持在光强度控制的时候的端电压的电容器C21的电压)一致。然后，断开开关SW11，以便由电容器C11保持用于提供驱动电流的控制电压。当进行调制发光时，导通开关SW12，以便将用于补偿电压源的电流驱动能力的补偿电流提供给半导体激光器LD。
如上所述，在根据第一实施例的第二改进的半导体激光器LD驱动装置中，控制低输出阻抗的电压源，以执行电压驱动控制，使得与电流驱动控制的情况相比较，可以减小根据发光元件的内阻和电容决定的时间常数的影响，但是当半导体激光器LD的内阻很高时，如果控制电流源以便在光强度控制的时候执行电流控制，那么因为时间常数的影响，光强度收敛为目标值需要很长时间。因此，可以缩短光强度控制的收敛所需的时间。
通常，发光元件例如半导体激光器的温度根据驱动电流而变化。在恒压驱动的情况下，当半导体激光器被驱动时，电流变化，亦即，光强度变化是由半导体激光器的温度变化所引起的。尽管，在普通驱动控制的情况下，光强度的这种变化可以忽略，但是优选消除由温度变化所引起的光强度的变化，以便实现更优秀的驱动控制。
半导体激光器的光强度基本上与驱动电流成正比。发射阈值电流对温度起很大作用。因此，根据半导体激光器的温度变化的检测，可以控制半导体激光器的驱动电压，以便可以一直提供恒定的光强度。在此以前已经提出用于检测半导体激光器的温度的各种方法。用于检测半导体的温度的最直接方法之一是其中根据半导体激光器的端电压的变化推算激光器温度的方法。
具体地说，当半导体激光器处于恒流状态时，可以精确地检测半导体激光器的温度，因为端电压与温度成正比例。因此，在用于接通/断开半导体激光器的上升沿/下降沿利用恒压驱动半导体激光器之后，当控制从恒压驱动转变为恒流驱动时，根据恒流驱动期间半导体激光器的端电压的变化可以检测温度。
在此环境下，电压驱动系统和电流驱动系统可以结合使用，以便可以将用于校正光强度变化的功能提供给发光元件驱动装置，其中光强度变化是由恒流驱动期间的温度变化(ΔT)所引起的，下面将描述该发光元件驱动装置，作为本发明的第二实施例。
第二实施例图4是根据本发明的第二实施例的发光元件驱动装置的配置实例的电路图。在图4中，与图1相同的部分用相同的参考数字表示。在图4中，省去光强度检测电路15和误差检测电路16。配置根据第二实施例的发光元件驱动装置，亦即，半导体激光器驱动装置，以便提供用于校正由温度变化(ΔT)所引起的光强度变化的校正电路，并且电压驱动系统和电流驱动系统结合使用。
为了实现电流驱动，提供用于在半导体激光器LD被关断时将偏置电流Ibias提供给半导体激光器LD的偏置电流供给电路18，以及用于设置偏置电流Ibias的偏置电流设置部分19。偏置电流供给电路18包括电流源181和开关SW81。电流源181的一端连接到电源线L。开关SW81的一端连接到电流源181的另一端，另一端连接到半导体激光器LD的阳极。
偏置电流设置部分19根据偏压Vbias设置半导体激光器LD关断时提供给的半导体激光器LD的偏置电流Ibias，其中在偏压设置电路14中根据被提供有测试电流的半导体激光器LD的端电压设置偏压Vbias。具体地说，例如，偏置电流设置部分19包括差分放大器191、开关SW71和电容器C71。
差分放大器191分别接收由偏压设置电路14设置的偏压Vbias和半导体激光器LD的端电压作为反相输入和正相输入，并根据使得关断半导体激光器LD时半导体激光器LD的端电压与由偏压设置电路14设置的偏压Vbias一致的这种负反馈控制，设置电流源181的电流，亦即，设置偏置电流Ibias。开关SW71和电容器C71形成采样维持电路。由电容器C71保持差分放大器191的输出，亦即，对应于待设置的偏置电流Ibias的电压值。当使用负反馈控制的该配置时，通过简单的配置可以执行控制，使得半导体激光器LD被关断时半导体激光器LD的端电压与设置的偏压Vbias一致。
而且，用于校正由温度变化(ΔT)引起的光强度变化的校正电路20包括具有1的增益的误差放大器201、开关SW91以及电容器C91。误差放大器201具有被提供有半导体激光器LD的端电压的正相输入端。现在假定恒定电流流入半导体激光器LD，之后端电压根据半导体激光器LD的温度变化而变化。具体地说，当元件的温度增加时，端电压减小。因此，当半导体激光器LD的端电压被检测时，可以监控半导体激光器LD的温度。
顺便提及，监控半导体激光器LD的温度的技术不局限于检测半导体激光器LD的端电压的技术。例如，可以使用一种利用布置在半导体激光器LD附近的温度检测元件(例如热敏电阻)的检测输出的技术。但是检测半导体激光器LD的端电压的技术具有一个优点在于可以更迅速地和更精确地监控半导体激光器LD的温度。
开关SW91和电容器C91形成采样维持电路。亦即，通过开关SW91采样半导体激光器LD的端电压，以便由电容器C91保持采样的电压。电容器C91的保持电压用作基准电压，被提供给误差放大器201的反相输入端。误差放大器201的输出端连接到驱动电压控制电路12的电容器C21的一端(开端)。
在校正电路20中，在控制电路17的控制之下，例如，在前述的APC时段之前的定时，开关SW91导通，由此采样半导体激光器LD的端电压。用这样的方式，因为在APC时段之前的定时执行采样，所以可以采样在半导体激光器LD的温度增加之前稳定的端电压。采样的电压用于以下校正处理。
亦即，误差放大器201接收半导体激光器LD的端电压作为正相输入，连续地将端电压与电容器C91的保持电压比较，亦即，与基准电压比较，并将误差放大电压提供给驱动电压控制电路12的电容器C21的开端。在此情况下，因为误差放大器201的增益设为1，电容器C21的保持电压被改变了误差放大电压。亦即，误差放大电压作为校正值迭加在电容器C91的保持电压上。当半导体激光器LD被驱动接通(发光)时，校正的电压被施加到半导体激光器LD。
由控制电路17执行各个开关的转换控制，以由此相互切换电压驱动和电流驱动。参考图5将具体描述由控制电路17控制的转换，图5是波形时序图。在调制时段中，输入数据(A)的高电平时段是接通半导体激光器LD(发光)的时段，输入数据(A)的低电平时段是半导体激光器LD被关断的时段。
在输入数据(A)的高电平时段开始时，控制电路17导通驱动电压控制电路12的开关SW23和SW24。结果，由电容器C22保持的电压通过开关SW23和SW24施加到半导体激光器LD。结果，在输入数据(A)的上升沿的预定时段中用恒定电压驱动半导体激光器LD。
在电压驱动时段过后，控制电路17断开驱动电压控制电路12的开关SW23并导通驱动电流控制电路11的开关SW12。结果，从电流源112输出对应于由电容器C11(参见图1)保持的电压的驱动电流，使得驱动电流通过开关SW12提供给半导体激光器LD。结果，在电压驱动时段过后，用恒定电流驱动半导体激光器LD。
之后，在输入数据(A)的低电平时段开始时，控制电路17导通偏压设置电路14的开关SW41。结果，由电容器C42保持的电压作为偏压Vbias通过开关SW41施加到半导体激光器LD。在输入数据(A)的下降沿的预定时段，用恒定电压驱动被提供有偏压Vbias的半导体激光器LD。
在电压驱动时段过后，控制电路17断开偏压设置电路14的开关SW41，导通偏置电流供给电路18的开关SW81。结果，由偏置电流设置部分19设置的恒定偏置电流Ibias从电流源181输出，以便通过开关SW81将偏置电流Ibias提供给半导体激光器LD。结果，在电压驱动时段过后，用恒定电流驱动半导体激光器LD。
如上所述，在恒定电压驱动和恒定电流驱动结合使用的半导体激光器驱动装置中，在用于接通/断开半导体激光器LD的上升沿/下降沿时段中用恒定电压驱动半导体激光器LD之后，当恒定电压驱动转变为恒定电流驱动时，在恒定电流驱动时段中，根据半导体激光器LD的端电压的变化可以检测半导体激光器LD的温度。而且，当根据半导体激光器LD的检测温度控制半导体激光器LD的驱动电压，以便光强度可以一直保持恒定时，通过用精确度等于电流驱动的电压驱动可以实现半导体激光器LD的光强度的控制。通过包括校正电路20的系统根据温度的检测来执行光强度控制。
在激光器关断时段中，在包括校正电路20的系统中进行校正操作，其中响应输入数据(A)的低电平进行电压驱动之后，将略低于半导体激光器LD的发射阈值电流的偏置电流Ibias提供给半导体激光器LD以进行电流驱动。结果，校正由温度变化ΔT所引起的光强度变化。
具体地说，在误差放大器201中，将半导体激光器LD的端电压与电容器C91的保持电压相比较，以便将误差放大电压提供给电容器C21的开端。结果，误差放大电压作为校正值迭加在电容器C21的保持电压之上，以便将迭加的电压作为校正后电压施加到半导体激光器LD。结果，校正由温度变化ΔT所引起的光强度变化，使得即使在温度变化ΔT仍存在的情况下，光强度也保持恒定。
现在假定，在恒定电压驱动和恒定电流驱动结合使用的半导体激光器驱动装置中，当半导体激光器LD的开(或关)状态转变为关(或开)状态时，将恒定电压驱动转变为恒定电流驱动需要很长时间，那么在转变过程中，不能根据温度校正半导体激光器LD的驱动电压。特别是在使用半导体激光器LD作为光源的激光静电印刷术领域中的半色调印刷的情况下，重复短的发光时间，存在着上述转变时间可能对由温度变化所引起的光强度变化的校正有坏的影响的问题。
相反，在根据第二实施例的半导体激光器驱动装置中，由偏置电流设置部分19根据由偏压设置电路14设置的偏压Vbias设置偏置电流Ibias，以便在半导体激光器LD被关断的时候，将偏置电流Ibias提供给半导体激光器LD。因此，使电压驱动操作时的电压基本上等于电流驱动操作时的电压，以便在将电压驱动转变为电流驱动的时候，减小电压波动的范围。而且，因为流入半导体激光器LD的偏置电流Ibias设为略微小于发射阈值电流，所以可以减小关断半导体激光器LD时半导体激光器LD的阻抗。因此，将恒定电压驱动转变为恒定电流驱动需要的时间可以缩短。结果，其中恒定电压驱动转变为恒定电流驱动以及温度校正不能工作的时段可以最小化，以便使第一实施例可以对温度补偿精确度的提高起到很大的作用。
顺便提及，如上所述，在半导体激光器LD中，驱动电流I根据驱动电压V按指数规律变化(参见图11)。如图6所示，V-I特性(电压电流特性曲线)根据温度的变化而变化。因此，在根据偏压Vbias1设置偏置电流Ibias的条件下，当例如温度低时，尽管半导体激光器LD的温度增加，但如果把偏压Vbias1连续地施加到半导体激光器LD，那么偏置电流Ibias根据V-I特性的变化而增加。如果遇到最坏情况，偏置电流Ibias将超过阈值电流Ith，以致半导体激光器LD可能发光。
因此，可以按照预定周期的间隔，例如APC(光强度控制)的周期，执行由偏压设置电路14设置偏压Vbias和由偏置电流设置部分19设置偏置电流Ibias。例如，在图6示出的V-1特性中，将恒定的测试电流(在图6中接近Ibias)提供给半导体激光器LD，以致根据温度的增加将偏压重新调整为偏压Vbias2。因此，即使在半导体激光器LD的V-I特性根据温度变化而变化的情况下，在半导体激光器LD中流动的偏置电流Ibias也可以保持恒定。
顺便提及，在第一实施例中，在电压驱动型半导体激光器驱动装置中，控制半导体激光器LD的驱动电流，以便使半导体激光器LD的光强度等于设定的光强度，且检测具有设定光强度的半导体激光器LD的端电压，以便根据检测的电压(端电压)设置在接通半导体激光器LD的时候施加到半导体激光器LD的驱动电压。驱动电压的设置也可以应用于在根据第二实施例的半导体激光器驱动装置中的电压驱动。
而且，第二实施例与第一实施例相同之处在于检测被提供有测试电流的半导体激光器LD的端电压，以致根据检测的电压设置半导体激光器LD被关断时施加到半导体激光器LD的偏压Vbias。
图7是根据第二实施例的第一改进的发光元件驱动装置，亦即，半导体激光器驱动装置的重要部分的配置实例的电路图。在图7，与图4同样的部分用同样的参考数字表示。
配置根据第二实施例的半导体激光器驱动装置，使得测试电流供给电路13和偏置电流供给电路18分别包括电流源131和181。相反，配置根据第二实施例的第一改进的半导体激光器驱动装置，使得电流源131共同用于两个电流供给电路13和18。具体地说，如图7明显看出，测试电流供给电路13的电流源131还用作偏置电流供给电路18的电流源181(参见图4)。
为什么电流源131可共同用于两个电流供给电路13和18的理由如下。亦即，偏置电流供给电路18仅需要在半导体激光器LD被关断的时段中工作，而测试电流供给电路13仅需要在除APC时段和调制时段之外的部分时段中工作。因此，可以设置测试电流供给电路13的工作时段和偏置电流供给电路18的工作时段不彼此重叠。
因为用这样的方式，电流源131共同用于测试电流供给电路13和偏置电流供给电路18，所以可以省去一个电流源181。因此，可以减小消耗的电能，以及可以获得电路配置的简化和成本的减少。但是，在电流源131和测试电流设置部分132之间提供开关SW32和在电流源131和偏置电流设置部分19之间提供开关SW82是必要的，如图7所示，使得测试电流设置部分132和偏置电流设置部分19的各自的输出不连续地提供给电流源131。
虽然第二实施例的第一改进示出了电流源131共同用于测试电流供给电路13和偏置电流供给电路18的情况，但本发明还可以应用于测试电流供给电路13的电流源131还用作驱动电流控制电路11的电流源(用于在半导体激光器LD被关断的时候的驱动电流的电流源)的情况。电流源131共同用于测试电流供给电路13和驱动电流控制电路11的配置还可以应用于根据第一实施例的半导体激光器驱动装置。
尽管第一和第二实施例已经描述了每个实施例被应用于用于驱动单个发光元件，具体地说驱动单个半导体激光器LD的驱动装置的情况，但是本发明不局限于用于驱动单个发光元件的驱动装置。例如，本发明也可以应用于用于驱动多个发光元件的驱动装置，例如具有分别发射激光光束的大量发光部分的表面发射激光器(多激光器)。这是下面将要描述的根据本发明的第三实施例的发光元件驱动装置。
图8是根据本发明的第三实施例的发光元件驱动装置，亦即，多激光器驱动装置的重要部分的配置实例的框图。在图8，与图4相同的部分用相同的参考数字表示。
这里通过举例将描述使用根据第二实施例的半导体激光器驱动装置的配置作为基本配置的情况，但是也可以使用根据第一实施例的半导体激光器驱动装置的配置作为基本配置。图1中示出的光强度检测电路15和图3中示出的驱动电流控制电路11、控制电路17和校正电路20在图8没有示出。为了附图的简化，在多激光器(表面发射激光器)中大量的发光部分由两个发光部分LD1和LD2(以下称为半导体激光器LD1和LD2)表示。
在图8中，对应于两个半导体激光器LD1和LD2提供测试电流供给电路13-1和13-2、偏置电流供给电路18-1和18-2和偏置电流设置部分19-1和19-2。为两个半导体激光器LD1和LD2提供共同的测试电流设置部分132和偏压设置电路14。顺便提及，与第一或第二实施例的方法相同，可以为每一个测试电流供给电路13-1和13-2提供测试电流设置部分132。但是为测试电流供给电路13-1和13-2提供共同的测试电流设置部分132具有减少成本的优点。
在根据第三实施例的多激光器驱动装置中，使用两个半导体激光器LD1和LD2的各自的端电压的算术运算结果，用于通过偏压设置电路14设置偏压Vbias。因此，提供运算电路21作为偏压设置电路14的前级。
运算电路21通过使用半导体激光器LD1和LD2的各自的端电压V1和V2进行算术运算，例如，进行平均值(V1+V2)/2的算术运算，其中半导体激光器LD1和LD2被提供有分别来自测试电流供给电路13-1和13-2，小于发射阈值电流的测试电流，优选的是，略微小于发射阈值电流的测试电流。顺便提及，电压值的计算不局限于这种平均值的计算。例如，可以使用在各自的端电压的最小值和最大值之间的电压值，且不包括最小和最大值。具体地说，优选使用尽可能在半导体激光器的特性变化中的中心值，例如，中值(median)，最频值(mode)等。
将电压值(V1+V2)/2提供给偏压设置电路14，(V1+V2)/2是由算术电路21算术运算的结果。在偏压设置电路14中，由开关SW42采样电压值(V1+V2)/2，并由电容器C41保持。当在关断半导体激光器LD1和LD2的时候，开关SW41-1和SW41-2导通时，由电容器C41保持的电压作为偏压Vbias施加到半导体激光器LD1和LD2的阳极。
由电容器C41保持的电压还提供给偏置电流设置部分19-1和19-2。与图4中示出的偏置电流设置部分19一样形成每个偏置电流设置部分19-1和19-2。亦即，例如，每个偏置电流设置部分19-1和19-2包括差分放大器和采样维持电路。根据负反馈控制设置电流源181-1和181-2的各自的电流，亦即，偏置电流Ibias，其中这种负反馈控制使得当关断半导体激光器LD1和LD2时，半导体激光器LD1和LD2的端电压V1和V2与由偏压设置电路14设置的偏压Vbias一致。当使用负反馈控制的该配置时，通过简单配置可以执行控制，使得关断半导体激光器LD1和LD2时的半导体激光器LD1和LD2的端电压与计算的公共偏压Vbias一致。
如下执行电压电流驱动(电压驱动->电流驱动)。当导通开关SW41-1和SW41-2时，将通过偏压设置电路14设置的具有电压值(V1+V2)/2的偏压Vbias通过开关SW41-1和SW41-2施加到半导体激光器LD1和LD2的阳极(电压驱动)。然后，当断开开关SW41-1和SW41-2，且导通偏置电流供给电路18-1和18-2的开关SW81-1和SW81-2时，从电流源181-1和181-2将通过偏置电流设置部分19-1和19-2根据偏压Vbias设置的偏置电流Ibias分别提供给半导体激光器LD1和LD2(电流驱动)。
在电压电流驱动中，因为偏压Vbias的电压值对应于根据偏压Vbias设置的偏置电流Ibias的电流值，因此当电压驱动转变为电流驱动时，每个半导体激光器LD1/LD2的端电压的电压值V1/V2迅速地收敛为用于电流驱动的电压值。
如上所述，在根据第三实施例的多激光器驱动装置中，当多个半导体激光器(例如，在第三实施例中为两个半导体激光器)被关断时，将测试电流提供给每个半导体激光器。进行用于被提供有测试电流的半导体激光器的端电压的算术运算。根据计算的电压值设置关断半导体激光器时施加到每个半导体激光器的偏压Vbias。因此，一个偏压设置电路14可以共同提供给多个半导体激光器。换句话说，不必为多个半导体激光器分别提供包括电容器C41的偏压设置电路14。因此，可以实现电路配置的简化和成本的减少。
具体地说，即使在半导体激光器的特性变化的情况下，当计算多个半导体激光器的各自的端电压的最小值和最大值之间的一个电压值，且不包括最小值和最大值，例如平均值(average)，中值(median)，最频值(mode)等，以便通过计算的电压值设置偏压Vbias时，偏压Vbias的电压值也可以设为接近半导体激光器的特性变化的中心值。因此，可以防止所有半导体激光器的公共驱动条件被极端地损害，就好象根据半导体激光器的特性变化的最大值或最小值设置了偏压Vbias。
如果半导体激光器的特性变化大，那么存在可能轻微地发射几个光束或调制速度变慢的可能性。在使用激光阵列的激光静电印刷术中，因为一个激光器对图像质量的影响是除以激光器的数目，这与单个激光器相比较是无足轻重的。因此，可以放宽半导体激光器的规范。这对成品率的提高起很大的作用。
当根据偏压Vbias设置偏置电流Ibias，以便在关断半导体激光器的时候，将偏置电流Ibias分别提供给多个半导体激光器时，可以使电压驱动操作时的电压基本上等于电流驱动操作时的电压。因此，当电压驱动转变为电流驱动时，电压波动的范围减小。因此，恒定电压驱动转变为恒定电流驱动需要的时间可以缩短。结果，转变为恒定电流操作的时间段可以最小化，在该时段中温度校正不能工作。这对第二实施例中描述的温度补偿精确度的提高起很大的作用。
图9是根据第三实施例的第一改进的发光元件驱动装置，亦即，半导体激光器驱动装置的配置实例的电路图。在图9中，与图8相同的部分用同样的参考数字表示。
与第二实施例的改进的要点一样配置第三实施例的第一改进。亦即，使用测试电流供给电路13-1和13-2的电流源131-1和131-2，以便分别用作偏置电流供给电路18-1和18-2的电流源181-1和181-2。
因为，用这样的方式电流源131-1和131-2共同用于测试电流供给电路13-1和13-2以及偏置电流供给电路18-1和18-2，所以每个半导体激光器可以省去一个电流源。由此，可以减小消耗的电能，以及可以获得电路配置的简化和成本的减少。该效果随半导体激光器的数目增加而增加。
图10是根据本发明的第四实施例的发光元件驱动装置，亦即，多激光器驱动装置的重要部分的配置实例的框图。在图10中，与图8相同的部分用同样的参考数字表示。
尽管根据第三实施例的多激光器驱动装置是如此配置由单个运算电路21计算单个电压值(V1+V2)/2，但是根据第四实施例的多激光器驱动装置是如此配置由多个运算电路(例如三个运算电路21-1、21-2和21-3)计算多个电压值(例如三个电压值)。根据第四实施例的多激光器驱动装置的另一配置与根据第三实施例的多激光器驱动装置的相同。通过开关SW43从计算的三个电压值中选出一个电压值并提供给偏压设置电路14。
三个运算电路21-1、21-2和21-3之一21-1计算电压值(2V1+V2)/3。另一运算电路21-2计算电压值(V1+V2)/2。最后的运算电路21-3计算电压值(V1+2V2)/3。顺便提及，提供这些计算的值不是为了限制而是用于例示。例如可以计算V1和V2(最大和最小值)之间的四个或更多可选的电压值。
如上所述，在根据第四实施例的多激光器驱动装置中，通过使用被提供有测试电流的多个半导体激光器的各自的端电压的算术运算来计算多个电压值。从多个电压值中选出一个电压值，并作为偏压Vbias在关断半导体激光器时施加到多个半导体激光器。根据选择的电压值设置关断半导体激光器时分别提供给多个半导体激光器的偏置电流Ibias。因此，依照多个半导体激光器的特性变化的分布，可以从几个选项中选出最优的偏压Vbias和偏置电流Ibias。结果，可以实现更精确的驱动控制。
尽管通过举例，已经根据例如使用GaN蓝设激光器或单模式表面发射激光器作为待驱动的发光元件的情况描述了实施例，但本发明不限于应用于这些激光器元件的驱动，本发明也可以应用于内阻高的普通发光元件，例如EL(电致发光)元件的电压驱动。
如上所述，根据本发明的第一方面，提供一种发光元件驱动装置，包括第一控制单元，用于控制从电压源施加到发光元件的驱动电压；第二控制单元，用于控制从电流源提供给所述发光元件的驱动电流；测试电流供给单元，用于当关断发光元件时将测试电流提供给发光元件；以及偏压设置单元，用于当关断发光元件时，根据提供有来自测试电流供给单元的测试电流的发光元件的端电压，设置施加到发光元件的偏压，其中，第一控制单元和第二控制单元控制从发光元件发射的光束的光强度。
根据本发明的第一方面，电压驱动和电流驱动(电压驱动→电流驱动)结合使用。至于偏置电压的设置，在既不执行光强度控制又不执行调制的时段中，实际上将关断发射光元件时希望流入发光元件的电流作为测试电流，从测试电流供给单元提供给发光元件。因此，检测被提供有测试电流的发光元件的端电压。然后，根据检测的电压，偏压设置单元设置在关断发光元件的时候施加到发光元件的偏压。因此，与相关技术相比较，可以容易地将在关断发光元件时施加到发光元件的偏压设为目标值，其中在相关技术中难以控制电流，因为根据细微的电压变化，电流变化很大。
根据本发明的第二方面，除本发明的第一方面之外，当从发光元件发射的光束的光强度受到控制时，第二控制单元控制驱动电流，且由于由第二控制单元控制驱动电流，第一控制单元根据发光元件中产生的电压来设置驱动电压。
根据本发明的第二方面，发光元件的驱动电流由第二控制单元控制，使得从发光元件发射的光束的光强度等于预定的光强度。因此，当从发光元件发射的光强度等于预定的光强度时，检测发光元件的端电压。第一控制单元根据检测的电压(端电压)设置接通发光元件时从电压源施加到发光元件的电压的电压值。因此，因为发光元件的驱动电流，具体地说是半导体激光器的驱动电流基本上与光强度成正比，所以用于控制光强度的负反馈回路的增益可以保持恒定。因此，可以实现稳定的控制。
根据本发明的第三方面，除本发明的第一方面之外，当从发光元件发射的光束的光强度受到控制时，第一控制单元控制驱动电压，且由于由第一控制单元控制驱动电压，因此第二控制单元根据发射光元件中流动的电流设置驱动电流。
根据本发明的第三方面，当发光元件的内阻很高时，如果电流源被控制以驱动在控制光强度的时候的电流，那么收敛为目标光强度需要很长时间，因为根据发光元件的内阻和电容决定的时间常数会造成影响。但是，在此情况下，当具有低输出阻抗的电压源被控制以驱动电压时，光强度控制的收敛时间可以缩短。
根据本发明的第四方面，提供一种用于控制从电压源施加到发光元件的驱动电压，同时控制从电流源提供给发光元件的驱动电流，以由此控制从发光元件发射的光束的光强度的发光元件驱动装置，该发光元件驱动装置包括偏置电流供给单元，用于将偏置电流提供给发光元件；测试电流供给单元，用于当关断发光元件时将测试电流提供给发光元件；偏压设置单元，用于当所述的发光元件被关断时，根据提供有来自测试电流供给单元的测试电流的发光元件的端电压，设置施加到发光元件的偏压；以及偏置电流设置单元，用于当发光元件被关断时，根据由偏压设置单元设置的偏压，设置从偏置电流供给单元提供给发光元件的偏置电流。
根据本发明的第四方面，电压驱动和电流驱动(电压驱动→电流驱动)结合使用。根据由偏压设置单元设置的偏压，由偏置电流设置单元设置在关断发光元件的时候通过电流驱动流入发光元件的偏置电流。当发光元件被关断时，从偏置电流供给单元将偏置电流提供给发光元件。结果，使电压驱动操作时的电压变得基本上等于电流驱动操作时的电压，使得在从电压驱动转变为电流驱动的时候电压的变化范围减小。因此，从恒定电压驱动转变为恒定电流驱动所需要的时间可以缩短。
根据本发明的第五方面，除本发明的第四方面之外，偏置电流设置单元通过执行负反馈控制设置偏置电流，以使发光元件的端电压与通过偏压设置单元设置的偏压一致。
根据本发明的第五方面，例如，当使用采用差分放大器的负反馈控制时，通过简单配置可以执行控制，使得在关断发光元件时发光元件的端电压与设定的偏压一致。
根据本发明的第六方面，除本发明的第四方面之外，以预定周期的间隔通过偏压设置单元执行偏压的设置和通过偏置电流设置单元执行偏置电流的设置，以由此根据由于温度变化导致的发光元件的电压电流特性变化，重新调整偏置电流。
根据本发明的第六方面，当以预定周期的间隔，例如光强度控制周期的间隔，执行偏压的设置和偏置电流的设置，以由此根据由于温度变化导致的发光元件的电压电流特性变化，重新调整偏置电流时，甚至在发光元件的电压电流特性根据温度变化而变化的情况下，发光元件中流动的偏置电流也可以保持恒定。
根据本发明的第七方面，除本发明的第四方面之外，用于偏置电流供给单元的电流源也用作测试电流供给单元的电流源。
根据本发明的第七方面，因为电流源可以共同用于偏置电流供给单元和测试电流供给单元，所以可以节省一个电流源。因此，可以减小消耗的电能，以及获得电路配置的简化和成本的减少。
根据本发明的第八方面，提供一种用于控制从电压源施加到多个发光元件的驱动电压，同时控制从电流源提供给多个发光元件的驱动电流，以由此控制从多个发光元件发射的光束的光强度的发光元件驱动装置，该发光元件驱动装置包括测试电流供给单元，用于当发光元件被关断时将测试电流提供给发光元件；运算单元，用于为提供有来自测试电流供给单元的测试电流的多个发光元件的各自的端电压执行算术运算；以及偏压设置单元，用于当多个发光元件被关断时，根据通过运算单元计算的电压值，设置施加到多个发光元件的偏压。
根据本发明的第八方面，可以为多个发光元件共同提供一个偏压设置电路。因此，可以获得电路配置的简化和成本的减少。
根据本发明的第九方面，除本发明的第八方面之外，运算单元计算多个发光元件的各自的端电压的最大值和最小值之间的电压值，且不包括最大值和最小值。
根据本发明的第九方面，当计算多个发光元件的各自的端电压的最大值和最小值之间的电压值，且不包括最大值和最小值，例如平均值(average)，中间值(median)，最频值(mode)等等，并设为偏压时，即使当发光元件的特性变化时，偏压的电压值也可以设为接近发光元件特性变化的中心值。因此，可以防止所有发光元件所共同的驱动条件被极端地损害。
根据本发明的第十方面，除本发明的第八方面之外，运算单元计算多个电压值，并从多个电压值中选择偏压的电压值。
根据本发明的第十方面，通过算术运算，根据提供有测试电流的多个发光元件的端电压计算多个电压值。将选自计算的电压值中的一个电压值设为在关断多个发光元件的时候施加到多个发光元件的偏压。因此，根据多个发光元件的特性变化的分布，可以从几个选项中选出最佳偏压。结果，可以实现更高精确度的驱动控制。
根据本发明的第十一方面，除本发明的第八方面之外，测试电流供给单元包括多个发光元件共用的、用于设置测试电流的电流值的单元。
根据本发明的第十一方面，因为多个发光元件共同使用该用于设置测试电流的电流值的单元，因此具有实现成本减小的优点。
根据本发明的第十二方面，提供一种用于控制从电压源施加到多个发光元件的驱动电压，同时控制从电流源提供给多个发光元件的驱动电流，以由此控制从多个发光元件发射的光束的光强度的发光元件驱动装置，该发光元件驱动装置包括偏置电流供给单元，用于将偏置电流分别提供给多个发光元件；测试电流供给单元，用于当多个发光元件被关断时，将测试电流提供给多个发光元件；运算单元，用于为提供有来自测试电流供给单元的测试电流的多个发光元件的各个端电压执行算术运算；偏压设置单元，用于当多个发光元件被关断时，根据通过运算单元计算的电压值，设置施加到多个发光元件的偏压；以及偏置电流设置单元，用于当多个发光元件被关断时，根据由偏压设置单元设置的偏压，设置从偏置电流供给单元提供给多个发光元件的偏置电流。
根据本发明的第十二方面，每个发光元件结合使用电压驱动和电流驱动(电压驱动->电流驱动)。通过偏置电流设置单元根据由偏压设置单元设置的偏压，设置在关断多个发光元件时通过电流驱动流入多个发光元件的偏置电流。当多个发光元件被关断时，从偏置电流供给单元将偏置电流提供给多个发光元件。结果，使电压驱动操作时的电压变得基本上等于电流驱动操作时的电压，以便减小从电压驱动转变为电流驱动时的电压变化的范围。因此，每个发光元件从恒定电压驱动转变为恒定电流驱动需要的时间可以缩短。
根据本发明的第十三方面，除本发明的第十二方面之外，偏压设置单元计算多个电压值，并从多个电压值中选择偏压的电压值。
根据本发明的第十三方面，通过算术运算，根据提供有测试电流的多个发光元件的端电压，计算多个电压值。使用从计算的电压值中选出的一个电压值作为关断多个发光元件时施加到多个发光元件的偏压。根据选择的电压值，设置关断多个发光元件时分别提供给多个发光元件的偏置电流。因此，可以从几个选项中根据多个发光元件的特性变化的分布挑选出最佳偏压和最佳偏置电流。结果，可以获得更精确的驱动控制。
根据本发明的第十四方面，除本发明的第十二方面之外，偏置电流供给单元通过执行负反馈控制来设置偏置电流，以使多个发光元件的每个端电压与通过偏压设置单元设置的偏压一致。
根据本发明的第十四方面，例如，当使用采用差分放大器的负反馈控制时，通过简单配置可以执行控制，使得在关断多个发光元件的时候多个发光元件的每一个的端电压与计算的公共偏压一致。
根据本发明的第十五方面，除本发明的第十二方面之外，以预定周期的间隔通过偏压设置单元执行偏压的设置和通过偏置电流设置单元执行偏置电流的设置，以由此根据由于温度变化导致的多个发光元件的电压电流特性变化，重新调整偏置电流。
根据本发明的第十五方面，当以预定周期的间隔，例如光强度控制周期的间隔，执行偏压的设置和偏置电流的设置时，以由此根据由于温度变化导致的发光元件的电压电流特性变化，重新调整偏置电流时，即使在多个发光元件的电压电流特性根据温度变化而变化的情况下，流入多个发光元件的偏置电流也可以保持恒定。
根据本发明的第十六方面，除本发明的第十二方面之外，用于偏置电流供给单元的电流源也用作测试电流供给单元的电流源。
根据本发明的第十六方面，因为一个电流源可以共同用于偏置电流供给单元和测试电流供给单元，所以每个发光元件可以省去一个电流源。因此，可以减小消耗的电能，以及获得电路配置的简化和成本的减少。随发光元件的数目增加，该效果增加。
根据本发明的第十七方面，除本发明的第十二方面之外，测试电流供给单元包括多个发光元件共用的用于设置测试电流的电流值的单元。
根据本发明的第十七方面，因为多个发光元件共同使用该用于设置测试电流的电流值的单元，具有获得成本减小的优点。
根据本发明的第十八方面，提供一种发光元件驱动装置，包括第一控制单元，用于控制从电压源施加到发光元件的驱动电压；以及第二控制单元，用于控制从电流源提供给该发光元件的驱动电流；其中，第一控制单元和第二控制单元控制由发光元件发射的光束的强度，由于由第二控制单元控制驱动电流，第一控制单元根据发光元件中产生的电压来设置电压源的电压。
根据本发明的第十八方面，发光元件的驱动电流由第二控制单元控制，使得从发光元件发射的光束的光强度等于设定的光强度。当从发光元件发射的光强度等于设定的光强度时，检测发光元件的端电压。第二控制单元根据检测的电压(端电压)设置关断发光元件时施加到发光元件的驱动电压。因此，因为发光元件，具体地说是半导体激光器的驱动电流基本上与光强度成正比，所以用于控制光强度的负反馈回路的增益可以保持恒定。因此，可以实现稳定的控制。
尽管参考具体优选实施例显示和描述了本发明，但是本领域的技术人员在此教导下进行各种变化和改进是显然的。这种变化和改进显然被认为在所附权利要求书中限定的本发明精神、范围以及构想内。
权利要求
1.一种发光元件驱动装置，包括第一控制单元，用于控制从电压源施加到发光元件的驱动电压；第二控制单元，用于控制从电流源提供给所述发光元件的驱动电流；测试电流供给单元，用于当发光元件被关断时，将测试电流提供给发光元件；以及偏压设置单元，用于当发光元件被关断时，根据提供有来自测试电流供给单元的测试电流的发光元件的端电压，设置施加到发光元件的偏压，其中，第一控制单元和第二控制单元控制从发光元件发射的光束的光强度。
2.如权利要求1所述的发光元件驱动装置，其中当从发光元件发射的光束的光强度受到控制时，第二控制单元控制驱动电流，以及其中由于由第二控制单元控制驱动电流，第一控制单元根据发光元件中产生的电压来设置驱动电压。
3.如权利要求1所述的发光元件驱动装置，其中当从发光元件发射的光束的光强度受到控制时，第一控制单元控制驱动电压，以及其中由于由第一控制单元控制驱动电压，第二控制单元根据发光元件中流动的电流设置驱动电流。
4.一种用于控制从电压源施加到发光元件的驱动电压，同时控制从电流源提供给发光元件的驱动电流，以由此控制从发光元件发射的光束的光强度的发光元件驱动装置，该发光元件驱动装置包括偏置电流供给单元，用于将偏置电流提供给发光元件；测试电流供给单元，用于当发光元件被关断时，将测试电流提供给发光元件；偏压设置单元，用于当所述的发光元件被关断时，根据提供有来自测试电流供给单元的测试电流的发光元件的端电压，设置施加到发光元件的偏压；以及偏置电流设置单元，用于当发光元件被关断时，根据由偏压设置单元设置的偏压，设置从偏置电流供给单元提供给发光元件的偏置电流。
5.如权利要求4所述的发光元件驱动装置，其中偏置电流设置单元通过执行负反馈控制来设置偏置电流，以使发光元件的端电压与通过偏压设置单元设置的偏压一致。
6.如权利要求4所述的发光元件驱动装置，其中以预定周期的间隔通过偏压设置单元执行偏压的设置和通过偏置电流设置单元执行偏置电流的设置，以由此根据由于温度变化导致的多个发光元件的电压电流特性变化，重新调整偏置电流。
7.如权利要求4所述的发光元件驱动装置，其中用于偏置电流供给单元的电流源也用作用于测试电流供给单元的电流源。
8.一种用于控制从电压源施加到多个发光元件的驱动电压，同时控制从电流源提供给多个发光元件的驱动电流，以由此控制从多个发光元件发射的光束的光强度的发光元件驱动装置，该发光元件驱动装置包括测试电流供给单元，用于当发光元件被关断时，将测试电流提供给发光元件；运算单元，用于为提供有来自测试电流供给单元的测试电流的多个发光元件的各个端电压进行算术运算；以及偏压设置单元，用于当多个发光元件被关断时，根据由运算单元计算的电压值，设置施加到多个发光元件的偏压。
9.如权利要求8所述的发光元件驱动装置，其中运算单元计算多个发光元件的各自的端电压的最大值和最小值之间的电压值，该电压值不包括最大值和最小值。
10.如权利要求8所述的发光元件驱动装置，其中运算单元计算多个电压值，并从该多个电压值中选择偏压的电压值。
11.如权利要求8所述的发光元件驱动装置，其中测试电流供给单元包括多个发光元件共用的用于设置测试电流的电流值的单元。
12.一种用于控制从电压源施加到多个发光元件的驱动电压，同时控制从电流源提供给多个发光元件的驱动电流，以由此控制从多个发光元件发射的光束的光强度的发光元件驱动装置，该发光元件驱动装置包括偏置电流供给单元，用于将偏置电流分别提供给多个发光元件；测试电流供给单元，用于当多个发光元件被关断时，将测试电流提供给多个发光元件；运算单元，用于为提供有来自测试电流供给单元的测试电流的多个发光元件的各个端电压进行算术运算；以及偏压设置单元，用于当多个发光元件被关断时，根据由运算单元计算的电压值，设置施加到多个发光元件的偏压；以及偏置电流设置单元，用于当多个发光元件被关断时，根据由偏压设置单元设置的偏压，设置从偏置电流供给单元提供给多个发光元件的偏置电流。
13.如权利要求12所述的发光元件驱动装置，其中偏压设置单元计算多个电压值，并从该多个电压值中选择偏压的电压值。
14.如权利要求12所述的发光元件驱动装置，其中偏置电流供给单元通过执行负反馈控制来设置偏置电流，以使多个发光元件的每个端电压与通过偏压设置单元设置的偏压一致。
15.如权利要求12所述的发光元件驱动装置，其中以预定周期的间隔通过偏压设置单元执行偏压的设置和通过偏置电流设置单元执行偏置电流的设置，以由此根据由于温度变化导致的多个发光元件的电压电流特性变化，重新调整偏置电流。
16.如权利要求12所述的发光元件驱动装置，其中用于偏置电流供给单元的电流源也用作用于测试电流供给单元的电流源。
17.如权利要求12所述的发光元件驱动装置，其中测试电流供给单元包括多个发光元件共用的用于设置测试电流的电流值的单元。
18.一种发光元件驱动装置，包括第一控制单元，用于控制从电压源施加到发光元件的驱动电压；以及第二控制单元，用于控制从电流源提供给该发光元件的驱动电流；其中，第一控制单元和第二控制单元控制从发光元件发射的光束的光强度，其中由于通过第二控制单元控制驱动电流，第一控制单元根据发光元件中产生的电压来设置电压源的电压。
全文摘要
发光元件驱动装置。在使用电压驱动系统的半导体激光器驱动装置中，通过驱动电流控制电路控制半导体激光器的驱动电流，使得从半导体激光器发射的光束的光强度等于预定的光强度。在驱动电压控制电路中，根据检测的电压(端电压)设置半导体激光器LD被关断时施加到半导体激光器的驱动电压。
文档编号H01S5/00GK1507124SQ03146058
公开日2004年6月23日 申请日期2003年7月15日 优先权日2002年12月12日
发明者大森雅夫 申请人:富士施乐株式会社