JP2000261090A - レーザ駆動回路 - Google Patents

レーザ駆動回路

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JP2000261090A
JP2000261090A JP6492699A JP6492699A JP2000261090A JP 2000261090 A JP2000261090 A JP 2000261090A JP 6492699 A JP6492699 A JP 6492699A JP 6492699 A JP6492699 A JP 6492699A JP 2000261090 A JP2000261090 A JP 2000261090A
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JP
Japan
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circuit
bias current
laser
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drive circuit
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JP6492699A
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Kenji Izumiya
賢二 泉宮
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Konica Minolta Inc
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Konica Minolta Inc
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/06Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/068Stabilisation of laser output parameters
    • H01S5/06804Stabilisation of laser output parameters by monitoring an external parameter, e.g. temperature

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  • Laser Beam Printer (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体レーザの温度変動に対し効率的に温度
補償を行い半導体レーザの動作を安定化させるレーザ駆
動回路を提供する。 【解決手段】 このレーザ駆動回路は、所定データに基
づいて半導体レーザを所定の光量で発光させるよう制御
する発光制御回路と、半導体レーザにバイアス電流を流
すバイアス定電流源回路とを具備し、バイアス定電流源
回路は、温度変動によって生ずる前記半導体レーザの出
力変化を補償するサーミスタ1と、バイアス電流を所定
値に調整するバイアス電流調整回路2,3とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザのレ
ーザ駆動回路に関し、特に、電子写真方式の画像形成装
置における露光ユニットのレーザダイオードの駆動回路
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図3は、従来の電子写真方式の画像形成
装置における露光ユニットのLD(レーザダイオード)
の駆動回路を示す図である。レーザダイオード(LD)
10のLD発光制御回路は、スイッチング定電流源14
により動作する2つのトランジスタ11、12で構成さ
れる差動アンプ型のスイッチング回路を備えている。電
源20からの電流が、LD10からトランジスタ11に
流れ、また抵抗(R)15を介してトランジスタ12に
流れる。このLD発光制御回路は、画像形成装置の画像
データ信号を一方のトランジスタ11に入力させ他方の
トランジスタ12には反転インバータ13を介して入力
させ、これらの入力に応じてLD10の発光をオン・オ
フ制御する。このようにして、LD10は、画像データ
信号に基づいてオン・オフ発光し、その発光光量が制御
される。
【0003】また、設定光量との差に応じてスイッチン
グ定電流源14を自動的に調整するための自動光量設定
(APC)回路が、LD10の発光光量を検出するフォ
トダイオード(PD)16と、PD16による光量検知
電流を抵抗(R)17の両端電圧として検出する光出力
モニタ回路18とから構成されている。なお、PDは、
レーザモジュール内に内臓されている場合もある。
【0004】また、バイアス定電流源19は、LD10
に無信号時も常時一定の低電流を流している。LD10
の光出力特性の例を図2のレーザダイオード特性カーブ
に示すが、この例では、光量が0から立ち上がる発光開
始電流(しきい値Ith)は15mA近辺(温度が25
℃のとき)である。通常、レーザダイオードにはこの注
入電流のしきい値Ithをカバーする値の所定のバイア
ス電流Ibを常時流している。
【0005】しかしながら、従来例のLD10の光出力
は温度依存性があり、レーザ発振領域の温度が上昇する
と、出力するレーザビームの波長が大きくなり、光出力
は低下してしまう。図2のLDの光出力特性図に示すよ
うに、例えば温度25℃の常温時には、横軸に示す注入
電流If(mA)が40mA近辺で、縦軸の出力光量P
o(mW)は略4mWだったものが、温度が60℃に上
昇すると半分の2mwに低下してしまう。このように温
度によりLDの光出力特性は大きく異なってしまう。
【0006】レーザダイオードの実際の動作時には、図
3のAPC回路により、例えばPo=4mWに設定され
た場合、温度25℃のときIf=40mA、60℃のと
きIf=53mAとなるように自動調整されるが、バイ
アス電流Ibは一定であるので、注入電流Ifの調整分
は、2つのトランジスタ11、12で構成される差動ア
ンプ型のスイッチング回路によるスイッチング電流Is
により全て補償することになる。
【0007】このため、特に上述のようなレーザダイオ
ードをパルス幅変調(PWM)や光強度変調により駆動
するような場合に、発光開始点が安定しない、光波形に
否みが生じ易い等の問題があり、従来のレーザダイオー
ドの駆動は動作上、不安定になる場合があった。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、半導
体レーザの温度変動に対し効率的に温度補償を行い半導
体レーザの動作を安定化させるレーザ駆動回路を提供す
ることである。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記課題を達成するため
に、本発明のレーザ駆動回路は、所定データに基づいて
半導体レーザを所定の光量で発光させるよう制御する発
光制御回路と、前記半導体レーザにバイアス電流を流す
バイアス定電流源回路とを具備し、前記バイアス定電流
源回路は、温度変動によって生ずる前記半導体レーザの
出力変化を補償する温度補償回路と、前記バイアス電流
を所定値に調整するバイアス電流調整回路とを備えるこ
とを特徴とする。
【0010】本発明によれば、バイアス電流調整回路に
より所定値に調整されたバイアス電流を半導体レーザに
流しながら所定データに基づいて半導体レーザを所定の
光量で発光させるよう制御し、温度変動が生じた場合
に、温度補償回路により温度変動によって生ずる半導体
レーザの出力変化を温度補償するから、温度変動が生じ
ても半導体レーザの動作を安定化させることができる。
【0011】また、前記半導体レーザの発光光量を検知
して設定光量に制御する自動光量設定回路を更に具備す
る。これにより、半導体レーザを検知された発光光量に
基づいて設定光量に制御することができる。
【0012】また、前記温度補償回路は、温度が変動す
ると抵抗値が変化する特性を有する抵抗変化素子、例え
ば温度が上昇すると抵抗値が低下する特性を有するサー
ミスタを備え、前記バイアス電流が前記抵抗値に応じて
変化するようにできる。これにより、サーミスタ等の抵
抗変化素子の温度変動に伴い変化する抵抗値に応じてバ
イアス電流が変化するから、バイアス電流を自動的に温
度補償することができる。このようにして、半導体レー
ザの温度変動に対し効率的に温度補償を行い半導体レー
ザの動作を安定化させることができる。
【0013】また、前記バイアス電流調整回路は、前記
バイアス電流を電圧変換回路で変換した変換電圧と基準
電圧とを比較する比較回路を備え、この比較結果に基づ
いて前記バイアス電流が所定値に自動的に調整されるよ
うに構成されている。
【0014】また、前記基準電圧または前記電圧変換回
路の抵抗値の少なくとも一方を変更することにより前記
バイアス電流を初期調整するようにできる。電圧変換回
路としては、上述の抵抗変化素子とこれに直列接続され
た可変抵抗素子等があり、基準電圧を変更する手段とし
ては、バイアス電流に基づいて基準電圧を可変制御する
制御部等がある。
【0015】なお、更に具体的なレーザ駆動回路は、画
像データ等の所定データに基づいて半導体レーザをスッ
チング定電流源により所定の光量で発光させオン・オフ
制御する発光制御回路と、無信号時にも半導体レーザが
発光可能な低電流をバイアス電流としてバイアス定電流
源より常時流し続けるバイアス定電流源回路と、半導体
レーザの発光光量を検知して設定光量に制御する自動光
量設定回路を有するレーザ駆動回路とを具備し、温度上
昇によって生ずる前記半導体レーザの出力低下を補償す
る温度補償回路と、前記バイアス電流を所定値に調整す
るバイアス電流調整回路を有するバイアス定電流源を備
える。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、本発明による実施の形態に
ついて図面を用いて説明する。図1は本発明の実施の形
態を示すレーザ駆動回路のバイアス定電流源回路の回路
図である。駆動されるレーザダイオードにおける注入電
流Ifと光出力Poとの関係は、図2のような特性カー
ブで示される。
【0017】図1に示すバイアス定電流源回路は、図3
のレーザ駆動回路に適用できるものであるから、図1〜
図3を参照しながら説明する。図1のバイアス定電流源
回路は、温度上昇によって抵抗値が減少する特性を持つ
温度補償用NTC型サーミスタ1と、コレクタCがレー
ザダイオード(LD)10に接続しエミッタEがサーミ
スタ1に接続したトランジスタ2と、このトランジスタ
2のベースBに出力端子3cが接続しエミッタEに入力
端子3bが接続した比較回路としてのオぺアンプ3と、
サーミスタ1に接続され抵抗値を可変することによりバ
イアス電流Ibを初期調整するための可変抵抗器(V
R)4とを備える。
【0018】また、図3の画像データ信号が無信号のと
きでも、図1のバイアス定電流源回路は、レーザダイオ
ード10に対し常時一定の低電流をバイアス電流Ibと
して流している。
【0019】トランジスタ2とオぺアンプ3とはバイア
ス電流調整回路を構成し、基準端子3aの基準電圧値
と、バイアス電流値Ibからサーミスタ1とVR4とに
よる電圧変換回路の合成抵抗により変換された入力端子
3bの入力電圧値とを比較し、バイアス電流を所定値に
調整するようになっている。オぺアンプ3で基準電圧値
とバイアス電流Ibに基づく入力電圧値とを比較し、こ
の比較結果である出力端子3cからの出力電圧によりバ
イアス電流Ibが一定に調整される。
【0020】サーミスタ1は、レーザダイオード10の
特性に合わせて選択され、その温度上昇に対応してその
抵抗値が減少し、これによりバイアス電流Ibが最適値
に自動調整され温度補償がなされるようになっている。
また、レーザダイオード10における温度変動を精度よ
く補償するために、サーミスタ1はレーザダイオード1
0の近傍に配置されている。
【0021】図1のバイアス定電流源回路を図3のレー
ザ駆動回路においてそのバイアス定電流源19の換わり
に適用した場合の具体的な動作を説明する。まず、レー
ザダイオード10に電源20から注入電流Ifが流れる
と、バイアス電流調整回路のオぺアンプ3で基準端子3
aの基準電圧値とバイアス電流Ibに基づく入力端子3
bの入力電圧値とを比較し、この比較結果が出力端子3
cから出力電圧として出力し、この出力電圧に基づいて
トランジスタ2でバイアス電流Ibが調整され一定に流
れる。このようにして、レーザダイオード10のバイア
ス電流Ibが設定値に調整される。
【0022】次に、温度上昇によりレーザダイオード1
0の光出力が低下する場合を考える。図2に示すレーザ
ダイオードの光出力特性から、例えば温度が25℃から
60℃に上昇したとすると、必要なバイアス電流Ibの
設定値は約15mA(25℃)から約30mA(60
℃)に上昇するのであるが、サーミスタ1は温度上昇に
伴いその抵抗値が減少することにより、バイアス電流I
bが増加し、最適値である30mAになる。これによっ
て、レーザダイオードのレーザ発振領域の温度が25℃
から60℃に上昇してレーザダイオードからの光出力が
低下しても、自動的にバイアス電流Ibが15mAから
30mAに増加するから、出力光量が低下することはな
い。このように、レーザダイオード10に温度変動が生
じてもサーミスタ1によりバイアス電流を自動的に調整
することができ、効率的な温度補償が簡単な回路により
低コストで実現できる。
【0023】以上のように、図1のバイアス定電流源回
路によりレーザダイオード10の温度変化による動作の
不安定を、その温度変化に応じてバイアス電流を自動的
に調節し、効率的に温度補償を行うことによって解消し
ている。この結果、温度変動が生じてもレーザダイオー
ド10の動作は極めて安定する。
【0024】また、図3のレーザ駆動回路において、温
度変動が生じたとき、APC回路により、例えばPo=
4mWに設定された場合、温度25℃のときIf=40
mA、60℃のときIf=53mAとなるように自動調
整されるのであるが、上述のように図1のバイアス定電
流源回路によりバイアス電流Ibも自動的に調整される
ので、レーザダイオード10の注入電流Ifを所定値に
するためにトランジスタ11、12で構成されるスイッ
チング回路によるスイッチング電流Isにより補償する
分が少なくなる。このため、上述のようなレーザダイオ
ード10をパルス幅変調(PWM)や光強度変調により
駆動するような場合でも、発光開始点が安定するととも
に、光波形の否みを減少させることができ、従来のレー
ザダイオードの駆動に比較し、動作上、極めて安定す
る。
【0025】従って、図1のバイアス定電流源回路を有
する図3のレーザ駆動回路を電子写真方式の画像形成装
置の露光ユニットに適用し、画像形成装置の画像データ
信号をレーザ駆動回路に入力することにより、温度変動
が生じてもレーザダイオード10の動作が安定するか
ら、動作不安定に起因する画像不良等の不具合はなく、
常に高品質の画像を得ることができる。
【0026】なお、バイアス電流の初期調整はVR4で
行うことができるが、オぺアンプ3の基準端子3aの基
準電圧を可変制御する制御部を設けることによって、バ
イアス電流の初期調整を行うようにしてもよい。
【0027】以上のように本発明を実施の形態により説
明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、
本発明の技術的思想の範囲内で各種の変形が可能であ
る。例えば、本実施の形態では、露光ユニットのレーザ
駆動回路として説明したが、他の用途のレーザ駆動回路
にも適用できることは勿論である。
【0028】
【発明の効果】本発明によれば、半導体レーザの温度変
動に対し効率的に温度補償を行い半導体レーザの動作を
安定化させるレーザ駆動回路を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態を示すレーザ駆動回路のバ
イアス定電流源回路の回路図である。
【図2】図1のレーザダイオードの光出力特性を示す特
性カーブであって、注入電流Ifと光出力Poとの関係
を示す図である。
【図3】従来の電子写真方式の画像形成装置における露
光ユニットのレーザダイオードの駆動回路の回路図であ
る。
【符号の説明】
1 サーミスタ 2 トランジスタ 3 オペアンプ(比較回路) 4 可変抵抗器 10 レーザダイオード(半導体レ
ーザ)

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 所定データに基づいて半導体レーザを所
    定の光量で発光させるよう制御する発光制御回路と、 前記半導体レーザにバイアス電流を流すバイアス定電流
    源回路と、を具備し、 前記バイアス定電流源回路は、温度変動によって生ずる
    前記半導体レーザの出力変化を補償する温度補償回路
    と、前記バイアス電流を所定値に調整するバイアス電流
    調整回路とを備えることを特徴とするレーザ駆動回路。
  2. 【請求項2】 前記半導体レーザの発光光量を検知して
    設定光量に制御する自動光量設定回路を更に具備する請
    求項1記載のレーザ駆動回路。
  3. 【請求項3】 前記温度補償回路は、温度が変動すると
    抵抗値が変化する特性を有する抵抗変化素子を備え、前
    記バイアス電流が前記抵抗値に応じて変化する請求項1
    または2記載のレーザ駆動回路。
  4. 【請求項4】 前記バイアス電流調整回路は、前記バイ
    アス電流を電圧変換回路で変換した変換電圧と基準電圧
    とを比較する比較回路を備え、この比較結果に基づいて
    前記バイアス電流が所定値に自動的に調整される請求項
    1,2または3記載のレーザ駆動回路。
  5. 【請求項5】 前記基準電圧または前記電圧変換回路の
    抵抗値の少なくとも一方を変更することにより前記バイ
    アス電流を初期調整する請求項4記載のレーザ駆動回
    路。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100498452B1 (ko) * 2002-10-29 2005-07-01 삼성전자주식회사 레이저 다이오드 구동 회로
DE112006003356T5 (de) 2005-12-12 2008-10-16 Idemitsu Kosan Co. Ltd. Befüllungsstutzen, Harzpellet-Befüllungssystem und Harzpellet-Befüllungsvefahren
EP2180564A4 (en) * 2007-08-13 2015-06-24 Omron Tateisi Electronics Co SEMICONDUCTOR LASER EXCITATION APPARATUS, SEMICONDUCTOR LASER EXCITATION METHOD, OPTICAL TRANSMITTER, OPTICAL WIRING MODULE, AND ELECTRONIC DEVICE
CN109546529A (zh) * 2019-01-14 2019-03-29 南京信息工程大学 一种半导体激光器恒流供电电路

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