レーザダイオード・ドライバ

专利摘要:
電力手段を用いて短時間レーザダイオード（１０）を作動させることによってレーザダイオードを駆動する装置は、レーザダイオードの動作の遷移期間中に用いられる第１の電圧源（１３）を有する。第１の電圧源（１３）よりも低い電圧を備える第２の電圧源（１２）は、レーザダイオードの連続動作中にレーザダイオードに電圧源を供給する。一実施形態で、第１の電圧源（１３）は、昇圧制御回路（１４）を用いて短時間第２の電圧源（１２）を適用することによって、形成される。
公开号:JP2011513988A
申请号:JP2010549637
申请日:2009-02-27
公开日:2011-04-28
发明作者:ゲッツ，アリア；ドロール，ヨセフ
申请人:イーストマン コダック カンパニー；
IPC主号:H01S5-062

专利说明:

[0001] 本発明は、レーザに過渡的な立ち上がり時間中に高い電流を印加するとともに、レーザの動作中により低い電圧を印加することによってレーザを作動させることに関する。]
背景技術

[0002] レーザダイオードを起動する一般的な電気回路が図１に示されている。レーザダイオードのための先行技術に従う電気回路設計は電圧源１２を有する。電圧源１２は、レーザダイオード１０を起動するとともに、レーザダイオード１０の連続動作を導くのに必要とされる電力を供給するよう適用される。] 図１
[0003] コンピュータ１８は、レーザダイオード１０を用いて画像形成されるデジタルデータの送信を開始する。データは、デジタル制御ユニット１５（通常は、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ））により電圧源１２と同期して供給される。レーザダイオード１０に供給される電流は、電流制御ユニット１７によって制御される。]
発明が解決しようとする課題

[0004] 印刷ヘッドで用いられるレーザダイオードのコストのために、レーザダイオードの平均寿命を延ばすことが望まれている。ダイオードの平均寿命を縮める要因には、高い動作温度及び雑な電圧遷移がある。]
課題を解決するための手段

[0005] 手短に言えば、本発明の一態様に従って、レーザダイオード駆動装置は、レーザダイオードの動作の遷移期間中にレーザダイオードに給電する第１の電圧源を有する。第２の電圧源は、第１の電圧源よりも低い電圧を有して、レーザダイオードの連続動作中にレーザダイオードに給電する。]
[0006] 本発明は、高いシステム電力効率を保ちながら、短い立ち上がり／立ち下がり時間を有してレーザダイオードを起動する装置及び方法について記載する。一実施形態で、本発明は、レーザダイオードとともに、２つの異なる電圧源と、１つの電流ドライブとを用いる。過渡的な立ち上がり時間中、従って、短時間に、より高い電圧源が用いられる。レーザダイオードが電圧を印加されると、より低い電圧源が、連続的なレーザダイオード動作のために、使用される。]
[0007] ２つの電源を用いると、高い方の電源レベルは、通常の連続的なレーザダイオード動作の間ではなく、レーザダイオードを起動する段階で、レーザダイオードの動作の遷移時間中に電流を駆動するために用いられる。レーザダイオードの通常動作中は、低い方の電源が使用される。上述されるような２つの電源の使用は有利である。レーザダイオードを起動する短時間の間の高電圧源の使用、及びレーザダイオードの連続動作のための低電圧源の使用は、レーザダイオードの平均寿命を延長するという主な役割を有する。]
[0008] 本発明の更なる特徴及び利点は、以下の図面及び記載から明らかになるであろう。]
図面の簡単な説明

[0009] レーザダイオード電圧ドライバ制御を表す先行技術に従う回路図である。
専用の電源用外部電源を夫々用いるレーザダイオードの２電圧ドライバ制御を表す回路図である。
両電圧ドライバに単一の外部電源を用いるレーザダイオードの２電圧ドライバ制御を表す回路図である。
レーザドライバ電源シミュレーションに係る実験結果を表す概略図である。]
実施例

[0010] 本発明は、レーザダイオード・ドライバのための方法及び装置を開示する。本発明に従うレーザドライバは、以下の利点を有する：
ａ）レーザドライバは、高電圧源を用いて、短時間の立ち上がり（通常、２５０ナノ秒未満）を有する。
ｂ）レーザダイオード用電圧源の平均寿命は、レーザダイオードを起動するために適用されるものよりも低い電圧源をレーザダイオードの連続動作中に用いることによって、延長される。
ｃ）ダイオードを流れる電流のスムーズな過渡電流は、高温がダイオードに現れることを防ぐ。]
[0011] 図３を参照する。コンピュータ１８は、レーザダイオード１０によって画像形成されるよう、データをエクスポーズ・バス（expose bus）を介して送信する。レーザダイオード１０は、過渡電圧源１３によって起動される。過渡電圧１３のレベルはデジタル制御ユニット１５によって制御され、デジタル制御ユニット１５は、コンピュータ１８から受け取られるデータと同期して、昇圧回路１９を作動させる昇圧制御ライン１４を介して必要な電圧レベル（通常、−３〜−５ボルト）を印加する。同時に、デジタル制御ユニット１５は、必要な電圧レベルを印加してレーザダイオード１０を起動するために、デジタル−アナログ変換器１６を制御する。レーザダイオード１０が起動した後、デジタル制御ユニット１５は、通常−２．５ボルトの電圧レベルで連続的なダイオード動作のために電圧をレーザダイオード１０に供給するよう、スイッチ１１を開いて外部電圧源１２を接続する。] 図３
[0012] 図４は、レーザダイオード１０に対する電圧の動作中の、図３に示される昇圧回路１９での電圧及び電流の曲線を示す。この構成における利点は、レーザダイオード１０に印加される過渡的な電圧源及び連続的な電圧源の間のスムーズな移り変わりを生じさせることである。スムーズな電圧遷移は、レーザダイオード１０の平均寿命を延ばす。] 図３ 図４
[0013] スムーズな過渡電流３３及びスムーズな過渡電圧３４を達成するために、良好なタイミング同期が、コンピュータ１８によって送信される画像データによってトリガされる電流コマンド３５と、昇圧回路１９の作動又は非作動との間で、達成されるべきである。良好な同期は、レーザダイオード１０で現れる立ち上がり時間値３１及び電流オーバーシュート・プロフィール３３Ａの制御をもたらす。電流オーバーシュート・プロフィール３３Ａは、基本的に、２つの要素、すなわち、（立ち上がり時間値で除される電流値によって測定される）電流スルーレート及びレーザダイオード１０の連続動作中に用いられる電圧源１２のスイッチングポイント、によって特徴付けられる。]
[0014] 電流コマンド３５が検出される時点で、昇圧回路は、デジタル制御ユニット１５から受け取られる設定に従って、予め最大デューティーサイクル値の状態にある。この時点で、高電圧値がレーザダイオード１０に印加され、スムーズな過度電流３３が極めて短い立ち上がり時間３１で最大値に達することを可能にする。図４は、０Ａから１５Ａまでの電流増大が２５０ナノ秒で達成される、測定された立ち上がり時間３６を示す。] 図４
[0015] 電流値が最大値に達する直前に、連続的な電圧源１２が主導権を握る。図４は、２つの電圧源の間のスムーズな移り変わりを示し、それは、スムーズな過渡電流３３及びスムーズな過渡電圧３４を示すチャートにおいて示される。] 図４
[0016] 電流コマンド３５がオフである場合、ダイオードを流れる電流も低下し、立ち下がり時間３２が約２５０ナノ秒で測定される。この段階で、昇圧回路１９は再びリロード（reloading）を開始する。昇圧回路１９は、立ち上がり時間３１の間のみ、レーザダイオード１０に電流を供給するために用いられ、その後、電流は連続的な電圧源１２によって給電される。]
[0017] 図３は、昇圧回路１９によって増幅される、同じ外部電源によって生成される電圧源１３を示す。図２は、２つの異なった電源の使用を表し、外部電源１２は、過渡電圧のための電源２３によって生成される電圧よりも低い連続的な電圧を供給する。２つの電源の間のスイッチングは、過渡電圧の選択のためにスイッチ１１を開き且つスイッチ２４を閉じることによって、行われる。電圧源１２の作動は、スイッチ１１を閉じ且つスイッチ２４を開くことによって、なされる。] 図２ 図３
[0018] １０レーザダイオード
１１ スイッチ
１２電圧源
１３過渡電圧源
１４昇圧制御ライン
１５デジタル制御ユニット
１６デジタル−アナログ変換器
１７電流制御ユニット
１８コンピュータ
１９昇圧回路
２３過渡電源
２４ スイッチ
３１立ち上がり時間値
３２立ち下がり時間
３３ スムーズな過渡電流
３３Ａ電流オーバーシュート・プロフィール
３４ スムーズな過渡電圧
３５電流コマンド
３６ 測定された立ち上がり時間]

权利要求:

請求項1
レーザダイオードを駆動する装置であって、前記レーザダイオードの動作の遷移期間中に前記レーザダイオードに給電する第１の電圧の発生源と、前記第１の電圧の発生源よりも低い電圧を有して、前記レーザダイオードの連続動作中に前記レーザダイオードに給電する第２の電圧の発生源とを有する装置。
請求項2
前記レーザダイオードへの前記第１の電圧の印加は、前記レーザダイオードによって画像形成されるデータと同期する、請求項１に記載の装置。
請求項3
前記レーザダイオードへの前記第２の電圧の印加は、前記レーザダイオードによって画像形成されるデータと同期する、請求項１に記載の装置。
請求項4
前記第１の電圧は、前記第２の電圧の発生源を昇圧することによって生成される、請求項１に記載の装置。
請求項5
前記第１の電圧は正である、請求項１に記載の装置。
請求項6
前記第１の電圧は負である、請求項１に記載の装置。
請求項7
前記第２の電圧は３から１０ボルトである、請求項１に記載の装置。
請求項8
前記第１の電圧は＋１．５から＋３ボルトである、請求項５に記載の装置。
請求項9
前記第１の電圧は−３から−１０ボルトである、請求項６に記載の装置。
請求項10
レーザダイオードを駆動する方法であって、前記レーザダイオードの起動中に第１の電圧を前記レーザダイオードに印加する段階と、前記レーザダイオードの動作中に第２の電圧を前記レーザダイオードに印加する段階とを有し、前記第１の電圧は前記第２の電圧よりも高い、方法。
請求項11
レーザダイオードを駆動する方法であって、前記レーザダイオードの動作中に第１の電圧を印加する段階と、前記レーザダイオードの起動中に、前記第１の電圧と直列に、第２の電圧を印加するステップとを有する方法。