专利名称：用于控制激光二极管的功率的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于激光二极管的功率控制器件。具体而言，本发明涉及一种用于在激光扫描单元中控制激光二极管的功率的方法和装置。
背景技术：
一般，激光打印机是用于通过响应于输入图像的视频信号成像从激光二极管发出的激光束和将在光敏鼓上形成的潜像转印到打印纸上而在打印纸上打印图像的器件。
图1是用于控制激光二极管的功率的传统装置的方框图。参见图1，所述装置包括第一和第二光功率控制器110和111；第一和第二激光二极管驱动器120和121；激光扫描单元130，它包括第一和第二激光二极管131和133与第一和第二光接收器132和134；第一和第二输出电压传感器140和141；打印机控制器100。
打印机控制器100优选地提供第一和第二参考电压V_ref1和V_ref2，用于驱动第一和第二激光二极管131和133。更具体而言，第一和第二激光二极管131和133的每个的光功率依赖于激光扫描单元130的温度改变。因此，为了在任何情况下、即与温度变化无关地向第一和第二激光二极管131和133提供期望强度的记录功率，应当按照激光扫描单元130的温度来调整施加到激光二极管131的第一和第二参考电压V_ref1和V_ref2。
第一光功率控制器110通过在非成像期间从第一参考电压V_ref1减去第一和第二激光二极管131和133之一的输出电压来接收第一控制电压，它近似第一参考电压V_ref1。第一光功率控制器110对于诸如误差电压之类的相减结果执行比例积分(PI)控制以获得第一控制电压。同样，第二光功率控制器111通过在非成像期间从第二参考电压V_ref2减去第一和第二激光二极管131和133之另一个的输出电压来获得第二控制电压，它近似第二参考电压V_ref2。同上，第二光功率控制器111对于诸如误差电压之类的相减结果执行比例积分(PI)控制以获得第二控制电压。其后，第一和第二光功率控制器110和111分别向激光二极管120和121输出第一和第二控制电压。
第一和第二激光二极管驱动器120和121使用分别从光功率控制器110和111接收的第一和第二控制电压来驱动第一和第二激光二极管131和133。
第一和第二光接收器132和134检测激光二极管131的输出电流，并且分别向第一和第二输出电压传感器140和141输出检测结果。
在用于控制激光二极管的功率的传统装置包括两个或多个激光二极管的情况下，它需要与激光二极管一样多的光功率控制器和外围电路(诸如光接收器和输出电压传感器)。因此，随着激光二极管的数量增加，其上实现用于控制激光二极管的功率的传统装置的整个板的大小增加，功耗也提高。此外，因为光的参考量具有固定的大小，因此用于控制激光的功率的传统装置不能适当地响应于各种环境因素，诸如激光扫描单元130的温度或在激光打印机内的温度和湿度。
发明内容
本发明提供了一种用于控制激光二极管的功率的方法和装置，它们能够同时驱动两个或多个激光二极管。
本发明也提供了一种用于控制激光二极管的功率的方法和装置，它们能够比它们在现有技术中的对应方以给定的打印速度打印更多行的视频数据，因为使用两个或多个激光二极管。
按照本发明的一个方面，提供了一种用于控制激光二极管的功率的装置，它在非成像期间产生控制电压，并且在成像期间使用所述控制电压来驱动激光二极管。所述装置包括输出电压传感器，它检测至少两个激光二极管的输出电压并且向光功率控制器输出所述输出电压。所述光功率控制器产生控制电压，用于通过对于在参考电压和从输出电压传感器接收的输出电压之间的误差电压执行比例积分(PI)控制来控制至少两个激光二极管。
所述输出电压传感器可以包括模数转换器，它将模拟输出电压转换为数字输出电压；计算器，它处理所述数字输出电压，并且向光功率控制器输出处理结果。
所述计算器可以在非成像期间在每个预定的采样周期接收数字输出电压，平均在每个预定采样周期期间输入的数字输出电压，并且向光功率控制器输出平均的数字输出电压。
所述光功率控制器可以包括复用器、减法器、PI控制器和至少两个数模转换器。所述复用器响应于通道选择信号而选择性地向所述光功率控制器输出参考电压之一。减法器通过从自复用器输出的参考电压减去所述数字输出电压来获得误差电压。PI控制器通过对于所述误差电压执行PI控制来产生控制电压。最后，至少两个数模转换器将所述数字控制电压转换为模拟控制电压。
所述光功率控制器可以在成像期间使用所述控制电压来同时驱动至少两个激光二极管。
按照本发明的另一个方面，提供了一种用于控制激光二极管的功率的方法。所述方法包括步骤(a)设置成像期间和非成像期间；(b)产生第一控制电压，用于在成像期间驱动第一激光二极管；(c)产生第二控制电压，用于在非成像期间驱动第二激光二极管；以及(d)在成像期间分别使用第一和第二控制电压来同时驱动第一和第二二极管。
步骤(b)可以包括附加步骤(e)将第一激光二极管的输出电压转换为数字输出电压；(f)通过在非成像期间定期采样第一激光二极管的输出电压来检测第一激光二极管的输出电压；(g)通过平均在预定的采样周期期间检测的输出电压来获得第一激光二极管的平均输出电压；(h)获得在平均输出电压和参考电压之间的误差电压；以及(i)通过对于误差电压执行PI控制来产生控制电压。
步骤(c)可以包括附加步骤(j)将第二激光二极管的输出电压转换为数字输出电压；(k)通过在非成像期间定期采样第二激光二极管的输出电压来检测第二激光二极管的输出电压；(l)通过平均在预定的采样周期期间检测的输出电压来获得第二激光二极管的平均输出电压；(m)获得在平均输出电压和参考电压之间的误差电压；以及(n)通过对于误差电压执行PI控制来产生控制电压。
通过参照附图详细说明本发明的示范实施例，本发明的上述和其他特点和优点将会变得更加清楚，其中图1是图解用于控制激光二极管的功率的传统装置的方框图；图2是图解按照本发明的一个优选实施例的、用于控制激光二极管的功率的装置的方框图；图3是图解按照本发明的一个实施例的、图2的光功率控制器的方框图；图4是图解按照本发明的一个实施例的图2的计算器的方框图；图5是图解按照本发明的一个实施例的定时器和时钟分割器的电路图，所述定时器和时钟分割器分别产生自动功率控制信号APC和通道选择信号CH_SEL；图6是图解按照本发明的一个实施例的逻辑门的电路图，所述逻辑门选择性地使能数模转换器；图7是按照本发明的所述优选实施例的、输入到用于控制激光二极管的功率的或从其输出的信号的时序图；图8是图解按照本发明的一个优选实施例的、用于控制激光二极管的功率的方法的流程图；图9是按照本发明的一个实施例的图8的步骤810的详细流程图；图10是按照本发明的一个实施例的图8的步骤820的详细流程图。
在全部附图中，类似的附图标号用于指示类似的特征和结构。
具体实施例方式
现在参照附图来更全面地说明本发明，在附图中示出了本发明的示范实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并且不应当被理解为限于在此给出的实施例。而且，这些实施例被提供以便本公开将是彻底的和完整的，并且将向本领域内的技术人员全面地转达本发明的思想。为了清楚，省略与本发明相关联的公知技术的详细说明。
图2是图解按照本发明的一个实施例的、用于控制激光二极管的功率的装置的方框图。参见图2，所述装置包括打印机控制器100，光功率控制器210、包括两个或多个激光二极管驱动器的激光二极管驱动单元220、第一和第二激光二极管231和232、光接收器233、输出电压传感器240。在本发明的一个实施例中，用于控制激光二极管的功率的装置最好包括两个激光二极管。但是，用于控制激光二极管的功率的装置可以包括多于两个激光二极管。
打印机控制器100向光功率控制器210提供第一和第二参考电压V_ref1和V_ref2，以便第一和第二激光二极管231和232可以在各种情况下分别产生适当数量的光。
输出电压传感器240在激光扫描单元230中适当地处理从光接收器233检测的电压，并且向光功率控制器210输出处理结果。
激光扫描单元230还包括准直透镜(未示出)和多边形镜(未示出)。但是，在此不提供所述准直透镜和多边形镜的详细说明。
图3是图解图2的光功率控制器210的方框图。参见图3，光功率控制器210包括复用器300、减法器330、比例积分(PI)控制器310、第一和第二数模转换器321和322。
复用器300接收所述第一和第二参考电压V_ref1和V_ref2，响应于通道选择信号CH_SEL而选择所述第一和第二参考电压V_ref1和V_ref2之一，并且向减法器330输出所选择的电压。
减法器330从复用器300输出的参考电压中减去输出电压传感器240的输出电压，并且向PI控制器310输出其间的误差电压。
PI控制器310通过在非成像期间(图7的700)对于误差电压执行PI控制来产生用于第一和第二激光二极管231和232的第一和第二控制电压，并且存储所产生的第一和第二控制电压。其后，在成像期间(图7的701)，PI控制器310使用所述第一和第二控制电压同时驱动所述第一和第二激光二极管231和232，以便可以在成像期间同时打印每两行的视频数据(701)。
图4是图解图2的输出电压传感器240的方框图。参见图4，输出电压传感器240包括模数转换器410，它接收从光接收器233检测的模拟输出电压，并且将所接收的模拟输出电压转换为数字输出电压。定期地采样所述数字输出功率的计算器420将采样结果转换为具有适当形式的电压，并且向光功率控制器210输出所述电压。
图5是图解定时器500和时钟分割器510的电路图，定时器500和时钟分割器510分别产生自动功率控制信号(APC)和通道选择信号(CH_SEL)。参见图5，当纸边检测信号Hsync和二极管导通信号(LD_ON)全部被设置为0时定时器500启动，并且在预定的设置时间(SET_TIME)期间开始计数系统时钟信号(SYS_CLK)的时钟数量。在预定的设置时间(SET_TIME)之后，定时器500将所述自动功率控制信号APC设置为逻辑高电平。
时钟分割器510响应于从定时器500产生的自动功率控制信号APC的反相信号而被启动，并且与系统时钟信号SYS_CLK同步地计数第一激光二极管输出控制时间DIV1和第二激光二极管输出控制时间DIV2，由此产生通道选择信号CH_SEL。
图6是图解按照本发明的一个实施例的逻辑门600-602的电路图，所述逻辑门600-602选择性地使能数模转换器321或322。参见图6，逻辑门600-602响应于通道选择信号CH_SEL和自动功率控制信号APC而选择性地驱动数模转换器321或322。
图7是图解按照本发明的一个实施例的、被输入到用于控制激光二极管的功率的装置或从其输出的信号的时序图。参见图7，LD_ON表示用于导通激光二极管的信号，Hsyns表示用于检测打印纸的任何边缘的信号。LD_ON和Hsync最好都是从激光扫描单元230输出的。
在非成像期间700，自动功率控制信号APC是逻辑高。通道选择信号CH_SEL使得光功率控制器210能够在非成像期间700依序控制两个二极管231和232。在非成像期间700，执行PI控制。EN_DA1和EN_DA2分别表示用于依序使能第一和第二数模转换器321和322的信号，第一和第二数模转换器321和322在非成像期间700分别将从PI控制器输出的第一和第二模拟控制电压转换为数字输出电压。AD CONVERSION(模数转换)表示在非成像期间700将模拟输出电压转换为数字输出电压。
当激光扫描单元230检测到打印纸的时候，它产生纸张边缘检测信号Hsync。当表示视频数据的完整图像被打印在打印纸上并且检测到所述打印纸的任何边缘的时候，纸张边缘检测信号Hsync的高电平被从“高”向“低”转换。
一旦纸张边缘检测信号Hsync在成像期间701后被设置为逻辑低电平，则执行诸如PI控制之类的控制操作以产生第一和第二控制电压，它们分别近似于从打印机控制器100输出的第一(V_ref1)和第二(V_ref2)参考电压。所述成像期间701持续大约400微秒，所述非成像期间700持续大约100微秒。但是，它们的持续时间可以依赖于打印速度或打印环境而改变。
自动功率控制信号APC是用于区分非成像期间700和成像期间701的基准，并且被图5的定时器500产生。换句话说，当纸张边缘检测信号Hsync和激光二极管导通信号LD_ON全部被设置为0的时候，定时器500开始计数系统时钟信号SYS_CLK的时钟。在预定的设置时间SET_TIME后，定时器500将自动功率控制信号APC设置为如此高电平，并且诸如PI控制之类的控制操作被启动。
如图5所示，当自动功率控制信号APC的反相信号被输入到时钟分割器510中的时候，时钟分割器510被启动，并且与系统时钟信号SYS_CLK同步地计数第一激光二极管控制时间DIV1和第二激光二极管控制信号DIV2，由此产生时钟选择信号CH_SEL。
在当前的实施例中，用于第一激光二极管231的非成像期间700持续大约50微秒，这是整个非成像期间700的持续时间的一半。因此。为了产生第一和第二控制电压——它们分别近似于第一(V_ref1)和第二(V_ref2)参考电压——大约50微秒，应当控制第一(V_ref1)和(V_ref2)参考电压的每个。
图6图解了逻辑门600-602，它们产生用于使能第一和第二数模转换器321和322的信号。
现在参照图3-7更全面地说明按照本发明的优选实施例的、用于控制激光二极管的功率的装置的操作。
在非成像期间700，执行诸如PI操作之类的控制操作以产生第一和第二控制电压，它们分别近似于第一(V_ref1)和第二(V_ref2)参考电压。在成像期间701，使用在非成像期间700产生的第一和第二控制电压来同时驱动至少两个激光二极管。在驱动激光二极管后，马上在光敏鼓上成像两行视频数据。最后，在光敏鼓上产生的潜像被转印到打印纸上。
如图7所示，非成像期间700被划分为第一和第二子期间703和704。在第一子期间703中，执行控制操作以产生用于驱动第一激光二极管231的第一控制电压，它近似于第一参考电压V_ref1。
在子期间703中，光接收器233接收预定量的激光，并且根据所接收的激光产生输出电压。输出电压传感器240通过在子期间703中定期采样对应的输出电压来检测从光接收器233接收的输出电压。
为了数字地控制所检测的模拟输出电压，所检测的模拟输出电压被模数转换器410转换为数字输出电压，并且转换结果被输入到计算器420中。
计算器420的操作描述如下。计算器420提前设置用于有效输出电压范围的最大和最小电压，并且将从模数转换器410接收的输出电压与所述最大或最小电压相比较以确定是否所接收的输出电压在有效输出电压范围内。其后，计算器420仅仅累加落入有效输出电压范围内的有效输出电压，计数所述有效输出电压，并且将累加结果除以有效输出电压的个数(N)，由此获得平均输出电压。平均输出电压被乘以预定常数Km，以便简化由光功率控制器210执行的小数计算。其后，相乘结果被输出到光功率控制器210。
在光功率控制器210中的复用器300响应于通道选择信号CH_SEL而接收用于驱动第一激光二极管231的第一参考电压V_ref1。减法器330从自复用器300接收的第一参考电压V_ref1减去从计算器420接收的、被乘以预定常数Km的平均输出电压。减法器330向PI控制器310施加相减结果。PI控制器310执行PI控制，由此产生控制电压，它近似于第一参考电压V_ref1。控制电压被除以预定常数Km，并且相除结果被存储在光功率控制器210中的RAM(未示出)中。PI控制已经在文献中被公开，因此在此不提供其详细的说明。使用试凑法来设置最佳比例常数和最佳积分常数。
使用与如上所述在子期间703中产生用于驱动第一激光二极管231的第一控制电压相同的方式来在子期间704中产生用于驱动第二激光二极管232的第二控制电压。所述第二控制电压像所述第一控制电压一样被存储在光功率控制器210中的RAM(未示出)中。
因此，一旦获得分别用于驱动第一和第二激光二极管231和232的第一和第二控制电压，则光功率控制器210同时驱动第一和第二激光二极管231和232。使用第一和第二控制电压驱动第一和第二激光二极管231和232，以便在光敏鼓上的两行潜像可以同时被转印到打印纸上。
图8是图解按照本发明的一个优选实施例的、用于控制激光二极管的功率的方法的流程图。参见图8，控制激光二极管的功率的方法包括设置非成像期间700和成像期间701(步骤800)；产生用于驱动第一激光二极管231的第一控制电压(步骤810)；产生用于驱动第二激光二极管232的第二控制电压(步骤820)；以及使用第一和第二控制电压同时驱动第一和第二激光二极管231和232(步骤830)。
图9概括了按照本发明的一个实施例的包括图8的步骤810的步骤。步骤810包括在非成像期间700中检测第一激光二极管231的模拟输出电压，然后将所述模拟输出电压转换为数字输出电压(步骤900)；平均在预定的采样周期期间检测的输出电压(步骤910)；获得在平均输出电压和第一参考电压V_ref1之间的误差电压(步骤920)；以及通过对于所述误差电压执行PI控制来产生第一控制电压(步骤930)。
更具体而言，在步骤900中，通过在非成像期间700中定期采样对应的输出电压来检测第一激光二极管231的输出电压。所检测的第一激光二极管231的输出电压被转换为数字输出电压。
在步骤910中，通过比较所述数字输出电压与有效输出电压范围的最小和最大电压来确定是否所述数字输出电压在有效输出电压范围内。其后，仅仅在有效输出电压范围内的有效数字输出电压被累加和计数，然后累加结果被除以有效数字输出电压的个数(N)，由此获得平均输出电压。该平均输出电压被乘以预定常数Km以便简化小数计算。
在步骤920，从第一参考电压V_ref1减去平均输出电压，由此获得误差电压。
在步骤930，通过对于误差电压执行PI控制来产生近似于第一参考电压V_ref1的第一控制电压。所述第一控制电压被除以预定常数Km，并且存储相除结果。
在图10中更详细地示出了步骤820。步骤820包括在非成像期间700中检测第二激光二极管232的模拟输出电压，然后将所述模拟输出电压转换为数字输出电压(步骤1000)；平均在预定的采样周期期间检测的输出电压(步骤1010)；获得在平均输出电压和第二参考电压V_ref2之间的误差电压(步骤1020)；以及通过对于误差电压执行PI控制来产生第二控制电压(步骤1030)。
更具体而言，在步骤1000，通过在非成像期间700中定期采样对应的输出电压来检测第二激光二极管232的输出电压。所接收的第二激光二极管232的输出电压被转换为数字输出电压。
在步骤1010中，通过将所述数字输出电压与有效输出电压范围的最小和最大电压相比较来确定数字输出电压是否在有效输出电压范围内。其后，仅仅累加和计数在有效输出电压范围内的有效数字输出电压，然后将累加结果除以有效数字输出电压的个数(N)，由此获得平均输出电压。所述平均输出电压被乘以预定常数Km以便简化小数计算。
在步骤1020，从第二参考电压V_ref2减去所述平均输出电压，由此获得误差电压。
在步骤1030，通过对于所述误差电压执行PI控制来产生近似于第二参考电压V_ref2的第二控制电压。第二控制电压被除以预定常数Km，并且相除结果被存储。
虽然已经参照本发明的示范实施例具体示出和说明了本发明，本领域的技术人员会明白，在不脱离所附的权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以进行形式和细节上的各种改变。
权利要求
1.一种用于控制激光二极管的功率的装置，它在非成像期间产生控制电压，并且在成像期间使用所述控制电压来驱动激光二极管，所述装置包括输出电压传感器，它检测至少两个激光二极管的输出电压并且向光功率控制器输出所述输出电压；以及所述光功率控制器，它产生控制电压，该电压用于通过对于在参考电压和从所述输出电压传感器接收的输出电压之间的误差电压执行比例积分(PI)控制来控制至少两个激光二极管。
2.按照权利要求1的装置，其中所述输出电压传感器包括模数转换器，它将模拟输出电压转换为数字输出电压；以及计算器，它处理所述数字输出电压，并且向所述光功率控制器输出处理结果。
3.按照权利要求2的装置，其中所述计算器在非成像期间在每个预定的采样周期接收所述数字输出电压，平均在每个所述预定采样周期期间输入的数字输出电压，并且向所述光功率控制器输出平均的数字输出电压。
4.按照权利要求1的装置，其中所述光功率控制器包括复用器，它响应于通道选择信号而选择性地向所述光功率控制器输出参考电压之一；减法器，它通过从自所述复用器输出的参考电压减去所述数字输出电压来获得误差电压；PI控制器，它通过对于所述误差电压执行PI控制来产生控制电压；以及至少两个数模转换器，它们将所述数字控制电压转换为模拟控制电压。
5.按照权利要求1的装置，其中所述光功率控制器在成像期间使用所述控制电压来同时驱动至少两个激光二极管。
6.一种用于控制激光二极管的功率的方法。所述方法包括步骤(a)设置成像期间和非成像期间；(b)产生第一控制电压，用于在成像期间驱动第一激光二极管；(c)产生第二控制电压，用于在非成像期间驱动第二激光二极管；以及(d)在成像期间分别使用第一和第二控制电压来同时驱动第一和第二二极管。
7.按照权利要求6的方法，其中步骤(b)包括(e)将第一激光二极管的输出电压转换为数字输出电压；(f)通过在非成像期间定期采样第一激光二极管的输出电压来检测第一激光二极管的输出电压；(g)通过平均在预定的采样周期期间检测的输出电压来获得第一激光二极管的平均输出电压；(h)获得在平均输出电压和参考电压之间的误差电压；以及(i)通过对于误差电压执行PI控制来产生控制电压。
8.按照权利要求6的方法，其中步骤(c)包括(j)将第二激光二极管的输出电压转换为数字输出电压；(k)通过在非成像期间定期采样第二激光二极管的输出电压来检测第二激光二极管的输出电压；(l)通过平均在预定的采样周期期间检测的输出电压来获得第二激光二极管的平均输出电压；(m)获得在平均输出电压和参考电压之间的误差电压；以及(n)通过对于误差电压执行PI控制来产生控制电压。
全文摘要
提供了一种用于控制激光二极管的功率的方法和装置。所述装置包括输出电压传感器，它检测至少两个激光二极管的输出电压并且向光功率控制器输出所述输出电压。所述光功率控制器产生控制电压，用于通过对于在参考电压和从所述输出电压传感器接收的输出电压之间的误差电压执行比例积分(PI)控制来控制至少两个激光二极管。
文档编号H01S5/40GK1607469SQ200410085089
公开日2005年4月20日 申请日期2004年10月12日 优先权日2003年10月13日
发明者韩硕均, 金德洙 申请人:三星电子株式会社