JP2001244556A - レーザダイオード駆動装置およびレーザダイオード駆動方法 - Google Patents

レーザダイオード駆動装置およびレーザダイオード駆動方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来に比してAPC期間の短縮化を図ったレ
ーザダイオード駆動装置およびレーザダイオード駆動方
法を提供する。 【解決手段】 レーザダイオード107に電流を供給し
て発光量を制御するレーザダイオード駆動回路のAPC
動作において、APC(Auto Power Control)動作を開
始する前に、フォトダイオード108から出力されるモ
ニタ電流Imをモニタ電圧Vmに変換する電流電圧変換
回路109の出力電圧を、目標電圧Vref1を入力電
圧とする電圧増幅回路110とスイッチング回路111
で構成されるブロックAを電流電圧変換回路109の出
力端に接続する。このことにより、APC動作開始直前
までにモニタ電圧Vmを故意に且つ急速に目標電圧に
し、モニタ電圧の立ち上がりスピードによる遅れを補う
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザダイオード
からの発光量が所望の光量になるように駆動電流を制御
する、レーザダイオード駆動装置およびレーザダイオー
ド駆動方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来から、デジタル光通信や電子写真な
どの分野において、電気パルス信号を光パルスに変換す
る為の発光素子としてレーザダイオードが用いられてい
る。そして、発光素子の動作温度が変化したとしても、
所望の発光量が得られるよう種々の工夫がなされてき
た。
【0003】しかしながら、レーザダイオードの発光特
性は、動作温度に大きく依存しており、動作温度の変化
に伴い、所望の光量を得るためにレーザダイオード駆動
電流を制御する必要がある。
【0004】図1は、従来から知られている、レーザダ
イオードのAPC(Auto Power Control)回路の一例を
示す。すなわち本図は、カソード駆動タイプレーザダイ
オードのパルス電流制御によるレーザダイオード駆動回
路を示す。
【0005】図1において、101はコンパレータ回
路、102はサンプル/ホールド回路、103はホール
ドコンデンサ(CH)、104は電流増幅回路、105
は基準電流源(I0)、106はスイッチング回路、1
07はレーザダイオード(LD)、108はフォトダイ
オード(PD)、109はモニタ抵抗(Rm)である。
【0006】コンパレータ回路101の正極端子には第
1の基準電圧Vref1が入力されており、出力はサン
プル/ホールド回路102に入力されている。サンプル
/ホールド回路102には、ホールドコンデンサ103
(CH)が接続されている。ホールドコンデンサ103
(CH)の出力は、電流増幅回路104の正極端子に入
力されている。電流増幅回路104には基準電流源10
5(I0)が接続されており、その出力はスイッチング
回路106に入力されている。他方、電流増幅回路10
4の負極端子には、第2の基準電圧Vref2が入力さ
れている。スイッチング回路106は、パルス変調デー
タ信号Dataによりオン・オフ動作する。
【0007】スイッチング回路106の出力端は、レー
ザダイオード107のカソードに接続されており、駆動
電流Idrvを供給している。レーザダイオード107
のアノードは、電源VCCに接続されている。レーザダ
イオード107の光量をモニタするフォトダイオード1
08のカソードは、電源VCCに接続されており、フォ
トダイオード108アノードはモニタ抵抗109(R
m)に接続されてモニタ電流(Im)をモニタ抵抗10
9(Rm)に流すことにより、モニタ電圧(Vm)を発
生させている。このモニタ電圧(Vm)は、コンパレー
タ回路101の負極端子に帰還入力されている。
【0008】次に、この図1に示した従来例の動作を簡
単に説明する。
【0009】サンプル/ホールド回路がサンプリング状
態にある期間中(以下、APC(Auto Power Control)
動作中という)、スイッチング回路106は、入力デー
タ(Data)により、レーザダイオード107が全面
発光状態になるよう設定する。この状態で、レーザダイ
オード107の発光量が所望の光量になるよう、フォト
ダイオード108でレーザダイオード107の発光量を
モニタし、その発光量に比例したモニタ電流Imを発生
させる。そして、モニタ電流Imをモニタ抵抗109
(Rm)に流すことにより、モニタ電圧Vmを発生させ
る。
【0010】このモニタ電圧Vmが、目標値である第1
の基準電圧Vref1と一致するように、電流増幅回路
104が基準電流源I0をもとに駆動電流Idrvを制
御する。
【0011】また、サンプル/ホールド回路102がホ
ールド期間中にあるときには、入力データ(Data)
に応じてスイッチング回路106がオン・オフ動作し、
駆動電流Idrvにパルス幅変調を与える。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の技術では、フォトダイオード(PD)端子の寄
生容量とモニタ抵抗(Rm)で時定数回路が構成されて
いるので、消灯状態からAPC動作に移行した直後、モ
ニタ電圧Vmが目標電圧Vref1に達するまでにかな
りの時間がかかってしまうといる問題があった。
【0013】図2は、消灯状態からAPC動作が始まる
過程を図示している。本図に示すように、時刻t1でレ
ーザ光量がすでに目標値に達していたとしても、モニタ
電圧Vmが遅れて立ち上がっていく為、目標電圧Vre
f1になっていない。それゆえ、図1に示したAPC回
路は、レーザダイオード(LD)107の発光量が不足
しているものと判定し、さらに駆動電流Idrvを大き
くするよう動作する。これにより、発光量は目標値を越
えてさらに大きくなり、モニタ電圧Vmが遅れて目標値
を越えたとき(時刻t2)、今度は、図1のAPC回路
は、発光量が過剰であると判断し、駆動電流を少なくす
るように動作する。その結果、APC動作中のハンチン
グ現象を引き起こすことになる。
【0014】この現象は、例えば数十mW程度のレーザ
ダイオードあるいはモニタ電流Imが微少(数百μA程
度)なレーザダイオードを用いた場合、時定数が大きな
ものとなってしまい特に問題である。より具体的には、
この場合、APC期間が数μsecでは完了できず、制
御を収束させる為に十分長いAPC期間が必要になって
しまうという問題が生じる。
【0015】一方、近年の複写機やレーザビームプリン
タ(LPB)の動作周波数の高速化は著しく、APCが
行える時間は短くなってきている。近い将来、数μse
cの期間内にAPC動作を完了しなければならないこと
は十分に考えられることであり、上述した課題は、避け
ては通れないものである。
【0016】また、レーザダイオードのスロープ効率が
1mW/mA程度以上の大きいものを使用した場合、A
PC期間中のハンチング現象はより顕著に現れる。これ
に対して、従来の技術では、ホールドコンデンサ
(CH)の容量値を大きくすることにより、APCルー
プの周波数特性を落とすことで対策している。
【0017】しかしながら、この対策は、発光量のハン
チングの原因を根本的に改善したわけではなく、単にホ
ールドコンデンサCHの容量値を安易に大きくすること
は、目標光量値に達するまでの時間を必要以上に長くし
てしまうことにつながるという問題がある。
【0018】よって、本発明の目的は上述の点に鑑み、
従来に比してAPC期間の短縮化を図ったレーザダイオ
ード駆動装置およびレーザダイオード駆動方法を提供す
ることにある。
【0019】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項1に係る本発明は、レーザダイオードの駆
動電流を制御する駆動手段を備えたレーザダイオード駆
動装置であって、前記レーザダイオードの出力光量に対
応したモニタ信号を出力する検出手段と、前記レーザダ
イオードの駆動電流を決定するために前記駆動手段が動
作する期間に先行して、前記モニタ信号を所定値まで強
制的に変化させる補助手段とを具備したものである。
【0020】請求項2に係る本発明は、請求項1に係る
レーザダイオード駆動装置において、前記補助手段によ
り前記モニタ信号を所定値まで強制的に変化させる動作
は、前記駆動手段によりAPC動作を開始する直前に終
了する。
【0021】請求項3に係る本発明は、請求項2に係る
レーザダイオード駆動装置において、前記駆動手段は、
前記モニタ信号が基準信号と一致するように帰還制御を
行う閉回路を有し、前記補助手段は、前記APC動作が
開始される直前まで前記基準信号と同じ信号を前記閉回
路に供給する。
【0022】請求項4に係る本発明は、請求項1に係る
レーザダイオード駆動装置において、前記駆動手段は、
前記レーザダイオードの出力光量が第1の光量となるよ
うに駆動電流を制御する第1の駆動手段と、前記レーザ
ダイオードの出力光量が第2の光量となるように駆動電
流を制御する第2の駆動手段とを有し、前記補助手段
は、前記第1の駆動手段および前記第2の駆動手段にそ
れぞれ対応した第1の補助手段および第2の補助手段を
有する。
【0023】請求項5に係る本発明は、請求項4に係る
レーザダイオード駆動装置において、前記第1の光量は
点灯時の発光量に相当し、前記第2の光量は消灯時の発
光量に相当する。
【0024】請求項6に係る本発明は、請求項5に係る
レーザダイオード駆動装置において、前記消灯時の発光
量を、前記点灯時の発光量における1/N(N:2以上
の整数)に設定する。
【0025】請求項7に係る本発明は、レーザダイオー
ドの出力光量に対応したモニタ信号と予め定められた基
準信号とを比較する比較手段と、前記比較手段の出力を
ホールド容量に保持するサンプル/ホールド手段とを備
え、該ホールド容量の端子間電圧に基づいて前記レーザ
ダイオードの駆動電流を制御するレーザダイオード駆動
装置であって、前記モニタ信号が前記基準信号の所定の
割合に到達したとき、前記ホールド容量の充電電流およ
び放電電流を徐々に減少させる充放電制御手段を具備し
たものである。
【0026】請求項8に係る本発明は、請求項7に係る
レーザダイオード駆動装置において、前記比較手段のゲ
インを外部制御信号により制御することにより、前記基
準信号の所定の割合を決定する。
【0027】請求項9に係る本発明は、レーザダイオー
ドの駆動電流を制御する駆動手段を用いたレーザダイオ
ード駆動方法であって、前記レーザダイオードの出力光
量に対応したモニタ信号を出力する検出ステップと、前
記レーザダイオードの駆動電流を決定するために前記駆
動手段が動作する期間に先行して、前記モニタ信号を所
定値まで強制的に変化させる補助ステップとを具備した
ものである。
【0028】請求項10に係る本発明は、請求項9に係
るレーザダイオード駆動方法において、前記補助ステッ
プにより前記モニタ信号を所定値まで強制的に変化させ
る動作は、前記駆動手段によりAPC動作を開始する直
前に終了する。
【0029】請求項11に係る本発明は、請求項10に
係るレーザダイオード駆動方法において、前記駆動手段
は、前記モニタ信号が基準信号と一致するように帰還制
御を行う閉回路を有し、前記補助ステップは、前記AP
C動作が開始される直前まで前記基準信号と同じ信号を
前記閉回路に供給する。
【0030】請求項12に係る本発明は、請求項9に係
るレーザダイオード駆動方法において、前記駆動手段
は、前記レーザダイオードの出力光量が第1の光量とな
るように駆動電流を制御する第1の駆動手段と、前記レ
ーザダイオードの出力光量が第2の光量となるように駆
動電流を制御する第2の駆動手段とを有し、前記補助ス
テップは、前記第1の駆動手段および前記第2の駆動手
段にそれぞれ対応した第1の補助ステップおよび第2の
補助ステップを有する。
【0031】請求項13に係る本発明は、請求項12に
係るレーザダイオード駆動方法において、前記第1の光
量は点灯時の発光量に相当し、前記第2の光量は消灯時
の発光量に相当する。
【0032】請求項14に係る本発明は、請求項13に
係るレーザダイオード駆動方法において、前記消灯時の
発光量を、前記点灯時の発光量における1/N(N:2
以上の整数)に設定する。
【0033】請求項15に係る本発明は、レーザダイオ
ードの出力光量に対応したモニタ信号と予め定められた
基準信号とを比較する比較ステップと、前記比較ステッ
プの出力をホールド容量に保持するサンプル/ホールド
ステップとを備え、該ホールド容量の端子間電圧に基づ
いて前記レーザダイオードの駆動電流を制御するレーザ
ダイオード駆動方法であって、前記モニタ信号が前記基
準信号の所定の割合に到達したとき、前記ホールド容量
の充電電流および放電電流を徐々に減少させる充放電制
御ステップを具備したものである。
【0034】請求項16に係る本発明は、請求項15に
係るレーザダイオード駆動方法において、前記比較ステ
ップにて用いる比較手段のゲインを外部制御信号により
制御することにより、前記基準信号の所定の割合を決定
する。
【0035】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
各実施の形態を詳細に説明する。
【0036】実施の形態1 ここで述べる実施の形態1は、レーザダイオードに電流
を供給して発光量を制御するレーザダイオード駆動回路
のAPC動作において、APC動作を開始する前に、フ
ォトダイオードから出力されるモニタ電流をモニタ電圧
に変換する電流電圧変換回路の出力電圧を、入力電圧を
目標電圧とする電圧増幅回路とスイッチング回路で構成
されるブロックを電流電圧変換回路の出力に接続するこ
とにより、故意且つ急速に目標電圧にさせるものであ
る。
【0037】すなわち、レーザダイオード駆動回路にお
いて、APC動作開始直前までにモニタ電圧を故意に且
つ急速に目標電圧にすることによって、モニタ電圧の立
ち上がりスピードによる遅れを補うことができ、APC
動作直後のコンパレータ回路の誤動作判定によるハンチ
ングを防ぐことができる。その結果、APC動作に必要
な制御時間を短縮することができる。これは、特にフォ
トダイオードからのモニタ電流が微少なものに対して非
常に有効である。
【0038】図3は、本発明を適用したレーザ駆動回路
の第1の実施の形態を示すものである。本図において、
101はコンパレータ回路、102はサンプル/ホール
ド回路、103はホールドコンデンサ(CH)、104
は電流増幅回路、105は基準電流源(I0)、106
は第1のスイッチング回路、107はレーザダイオード
(LD)、108はフォトダイオード(PD)、109
は電流電圧変換回路、110は電圧増幅回路、111は
第2のスイッチング回路を示す。
【0039】コンパレータ回路101の正極端子には第
1の基準電圧Vref1が入力されており、その出力は
サンプル/ホールド回路102に入力されている。サン
プル/ホールド回路102には、ホールドコンデンサ1
03(CH)が接続されている。ホールドコンデンサ1
03(CH)の出力は、電流増幅回路104の正極端子
に入力されている。
【0040】電流増幅回路104には基準電流源105
(I0)が接続されており、その出力はスイッチング回
路106に入力されている。また、電流増幅回路104
の負極端子には、第2の基準電圧Vref2が入力され
ている。スイッチング回路106はパルス変調データ信
号Dataによりオン・オフ動作する。スイッチング回
路106の出力端は、レーザダイオード107のカソー
ドに接続されており、駆動電流Idrvを供給する。
【0041】レーザダイオード107のアノードは、電
源VCCに接続されている。レーザダイオード107の
発光量を検出するフォトダイオード108のカソード
は、電源VCCに接続されている。フォトダイオード1
08のアノードは電流電圧変換回路109に接続され、
モニタ電流Imをこれに流すことにより、モニタ電圧V
mを発生させ、このモニタ電圧Vmをコンパレータ回路
101の負極端子に帰還入力している。
【0042】電圧増幅回路110の正極端子には、第1
の基準電圧Vref1が入力されており、負極端子は出
力端子と短絡してある。電圧増幅回路110の出力は第
2のスイッチング回路111に入力されている。第2の
スイッチング回路111は、制御信号S1によってオン
・オフ動作をする。第2のスイッチング回路111の出
力は、コンパレータ回路101の負極端子に入力されて
いる。
【0043】図4は、本実施の形態における制御信号の
タイミングチャートを示す。まず、時刻t1において、
Data信号は消灯状態から点灯状態に変化する。時刻
t2において、SH(サンプル/ホールド)信号はホー
ルド状態からサンプリング状態に変化し、APC動作が
開始する。S1信号は、時刻t1からt2の期間のみオ
ン状態になり、この期間をモニタ電圧準備期間とする。
なお、S1信号のオンからオフへの状態の変化は、SH
信号がサンプリング状態を示す前に終わっていることが
望ましい。
【0044】次に、図5を用いて本実施の形態の動作を
説明する。なお、ここではAPC動作期間についてのみ
説明する。
【0045】時刻t1において、Data信号によりレ
ーザダイオード107に駆動電流を供給する。それと同
時に、図1の破線で囲んだブロックAのスイッチング回
路111が導通状態となり、モニタ電圧Vmを到達すべ
き目標電圧である基準電圧Vref1に急速にもってい
くように動作する。
【0046】時刻t2において、スイッチング回路11
1は開放状態になり、モニタ電圧準備動作を終了する。
これと同時に、サンプル/ホールド回路102がサンプ
リング状態になり、APC動作を開始する。
【0047】この時、既にモニタ電圧Vmは目標値にな
っているので、APC動作開始直後の制御系の誤動作判
定による発光量のハンチングを回避できる。その結果、
APC動作の収束に必要な時間を短くすることができ
る。
【0048】図1の破線で囲んだブロックAの具体的一
例を図6に示す。これは、BiCMOSプロセスを用い
て、実現したものである。
【0049】図6において、Q1,Q2,Q5はNPN
トランジスタ、Q3,Q4はPNPトランジスタ、R
1,R2は抵抗、I1〜I4は電流源、MN1はnMO
S、MP1,MP2,MP3はpMOS、iNVはイン
バータを示している。
【0050】第1のNPNトランジスタQ1と第2のN
PNトランジスタQ2は、エミッタカップルの構成を採
っており、第1の電流源I1が接続されている。Q1の
ベースは、第1のpMOSトランジスタMP1のドレイ
ンに接続されており、さらにMP1のドレインには第3
の電流源I3が接続されている。MP1のゲートには第
1の基準電圧Vref1が入力されている。Q2のベー
スは、第2のpMOSトランジスタMP2のドレインに
接続されており、さらにMP2のドレインには第4の電
流源I4が接続されている。
【0051】Q1のコレクタは、第1のPNPトランジ
スタQ3のコレクタおよびベースと第2のPNPトラン
ジスタQ4のベースに接続されている。Q3のエミッタ
には第1の抵抗R1が接続されており、R1の他端は電
源VCCに接続されている。同様に、Q4のエミッタに
は第2の抵抗R2が接続されており、R2の他端は電源
VCCに接続されている。Q2のコレクタは、Q4のコ
レクタおよび第3のNPNトランジスタQ5のベースに
接続されている。Q5のコレクタはVCCに接続されて
いる。
【0052】Q5のエミッタは、第2の電流源I2とM
P2のゲート、および、第1のnMOSトランジスタM
N1と第3のpMOSトランジスタMP3で構成される
双方向スイッチの一端に接続されている。この双方向ス
イッチの他端は、コンパレータ回路101の負極端子に
接続されている。
【0053】MN1のゲートには制御信号S1が入力さ
れ、MP3のゲートには、インバータ(INV)を介し
て、S1信号の反転信号が入力されている。
【0054】なお、本実施の形態はカソード駆動タイプ
のレーザダイオードに対して説明したが、アノード駆動
タイプのレーザダイオードに対しても、同様な原理で、
本実施の形態を採用できることは勿論である。
【0055】(実施の形態による効果)本実施の形態に
よれば、APC動作を開始する前までに、モニタ電圧を
故意且つ急速に目標電圧にすることにより、モニタ電圧
の立ち上がりスピードの遅れによるAPC動作直後のコ
ンパレータの誤動作判定をなくし、ハンチング現象を回
避することができる。その結果として、APC動作に必
要な制御時間を短縮することができる。これは、フォト
ダイオードの微少なモニタ電流を扱う場合に有効であ
る。
【0056】実施の形態2 ここで述べる実施の形態2は、レーザダイオードに電流
を供給して点灯時の発光量および消灯時の発光量を制御
するレーザダイオード駆動回路のAPC動作において、
各APC動作を開始する前に、入力電圧を目標電圧とす
る電圧増幅回路とスイッチング回路で構成される回路
を、電流電圧変換回路(フォトダイオードから出力され
るモニタ電流をモニタ電圧に変換する回路)の出力端に
接続する。そして、点灯時には所望の光量に相当する目
標電圧に、消灯時には所望のI/Nの光量に相当する目
標電圧に、故意且つ急速に目標電圧にさせる。
【0057】すなわち、本実施の形態によるレーザダイ
オード駆動回路において、オンAPC動作およびオフA
PC動作開始直前までに、モニタ電圧をそれぞれの動作
の目標電圧になるよう故意に且つ急速に行うによって、
APC動作直後のコンパレータ回路の誤動作判定による
ハンチングを防ぐことができる。その結果、APC動作
に必要な制御時間を短縮することができる。特に、オフ
APC動作を行った場合、モニタ電流は点灯時に得られ
る電流のI/Nになるので、モニタ電圧の立ち上がりス
ピードによる遅れを解決するのに非常に有効である。
【0058】上述した実施の形態1では、発光状態が所
望の光量になるようにAPC動作(以下、オンAPC動
作と呼ぶ)を行っているが、ここで述べる実施の形態2
では、消灯状態を制御するAPC動作(以下、オフAP
C動作と呼ぶ)に対しても、実施の形態1のブロックA
と同じ回路をオフAPC動作回路に追加することによ
り、同様な効果を得ることができる。なお、本実施の形
態2では、与えられたAPC制御時間内にオンAPC動
作とオフAPC動作を終了しなければならず、各APC
動作に与えられる時間は非常に短くなる。したがって、
モニタ電圧の立ち上がりの遅れは、大きな問題となる
が、斯かる問題を解決している点で本実施の形態は格別
なものである。
【0059】図7は、本発明を適用したレーザ駆動回路
の第2の実施の形態を示すものである。本実施の形態
は、所望の光量のI/Nの光量を実現するように駆動電
流を制御し、これより、レーザダイオードのしきい値電
流Ithを推定する。所望の光量を制御するには、オン
APC動作により駆動電流Imaxを決定する。消灯状
態を制御するには、後に詳述する演算を行う。
【0060】図7において、101,201はコンパレ
ータ回路、102,202はサンプル/ホールド回路、
103,203はホールドコンデンサ(CH)、10
4,204は電流増幅回路、105,205は基準電流
源(I0)、106は第1のスイッチング回路、107
はレーザダイオード(LD)、108はフォトダイオー
ド(PD)、109は電流電圧変換回路、110,21
0は電圧増幅回路、111は第2のスイッチング回路、
211は第3のスイッチング回路、301は電流増幅回
路、302は第4のスイッチング回路を示す。
【0061】第1のコンパレータ回路101の正極端子
には第1の基準電圧Vref11が入力されており、そ
の出力は第1のサンプル/ホールド回路102に入力さ
れている。第1のサンプル/ホールド回路102には、
第1のホールドコンデンサ103(CH1)が接続されて
いる。第1のホールドコンデンサ103(CH1)からの
出力電圧は、第1の電流増幅回路104の正極端子に入
力されている。第1の電流増幅回路104には第1の基
準電流源105(I01)が接続されている。
【0062】第2のコンパレータ回路201の負極端子
には第2の基準電圧Vref12が入力されており、そ
の出力は第2のサンプル/ホールド回路202に入力さ
れている。第2のサンプル/ホールド回路202には、
第2のホールドコンデンサ203(CH2)が接続されて
いる。第2のホールドコンデンサ203(CH2)からの
出力電圧は、第2の電流増幅回路204の正極端子に入
力されている。第2の電流増幅回路204には第2の基
準電流源205(I02)が接続されている。
【0063】第2の電流増幅回路204の出力端は、第
3の電流増幅回路301に接続されている。第3の電流
増幅回路301には制御信号としてS3が入力されてお
り、S3が“H”の時ゲインは(N−1)/Nで、
“L”のときゲインは1である。
【0064】オフセット電源Ixは第4のスイッチング
回路302を介して、第2の電流増幅回路204の出力
に加算され、第1のスイッチング回路106に入力され
る。第4のスイッチング回路302には、制御信号とし
てS3が入力されており、S3が“H”の時OFF状態
であり、“L”の時ON状態になる。
【0065】レーザダイオード107に供給される電流
Idrvは、第1の電流増幅回路104の出力電流Im
axから、第1のスイッチング回路106の出力電流I
pを減じた電流となる。
【0066】フォトダイオード108の出力は、電流電
圧変換回路109に入力されており、その出力は第1の
コンパレータ回路101の負極入力端および第2のコン
パレータ回路201の正極入力端に入力されている。
【0067】また、第1のコンパレータ回路101の負
極入力端には、第1の電圧増幅回路110と第2のスイ
ッチング回路111を介して、所望の光量に値する第1
の基準電圧Vref11が入力される。さらに、第2の
コンパレータ回路201の正極入力端には、第2の電圧
増幅回路210と第3のスイッチング回路211を介し
て、所望の光量のI/Nに値する基準電圧Vref12
(=Vref11/N)が入力される。
【0068】次に、図8を用いて、本実施の形態の動作
を説明する。
【0069】時刻t1において、Data信号は消灯状
態(ON)から点灯状態(OFF)に変化する。時刻t
2では、SH1信号はホールド状態からサンプリング状
態に変化してオンAPC動作を開始し、Imaxを決定
する。S1信号は、時刻t1からt2の期間のみオン状
態になり、この期間内に第1のコンパレータ回路101
の負極入力電圧が所望の発光量に相当する電圧になるよ
うに、図中の破線で囲んだAのブロックが動作する。そ
して、SH1信号がサンプリング状態を示す前にAのブ
ロックの動作は終了する。
【0070】時刻t3でオンAPC動作が終了すると、
Data信号は消灯状態(ON)になり、同時に、第3
の電流増幅回路301のゲインは(N−1)/Nとな
り、また、第4のスイッチング回路302もオフ状態に
なる。引き続いてオフAPC動作が開始される。時刻t
4でSH2信号はホールド状態からサンプリング状態に
変化してオフAPC動作を開始し、Inを決定する。
【0071】S2信号は、時刻t3から時刻t4の期間
のみオン状態になり、この期間内に第2のコンパレータ
回路201の負極入力電圧が所望の発光量の1/Nに相
当する電圧になるように図中の破線で囲んだBのブロッ
クが動作する。そして、SH2信号がサンプリング状態
を示す前にBのブロックの動作は終了する。
【0072】時刻t5でオフAPC動作が終了すると、
第3の電流増幅回路301のゲインは1となることで、
(Imax−Ith)が決定される。また、同時に第4
のスイッチング回路302はオン状態になり、Ixが加
算される。したがって、時刻t5以降のIpは、
【0073】
【数1】Ip=(Imax−Ith)+Ix となる。
【0074】図9は、上述した時刻t1から時刻t5に
わたって駆動電流が変化する様子を示している。
【0075】(実施の形態による効果)本実施の形態2
によれば、オンAPCおよびオフAPC動作を持つレー
ザダイオード駆動回路においても、モニタ電圧を故意且
つ急速に目標電圧にすることにより、オン/オフAPC
動作直後のコンパレータの誤動作判定をなくし、ハンチ
ング現象を回避することができる。これにより、非常に
モニタ電流の小さいレーザダイオードに対しても、短い
時間内に制御を収束することができる。
【0076】すなわち、消灯状態を制御するオフAPC
動作ができるレーザダイオード駆動回路においては、モ
ニタ電流がさらに小さくなってしまい、APCに与えら
れた時間内では制御を完了することができず目標光量に
できない、ということが大きな問題になるが、本実施の
形態を用いることで、オフAPC動作に関して非常に大
きな利点を得ることができる。
【0077】実施の形態3 ここで述べる実施の形態3は、レーザダイオードに電流
を供給して発光量を制御するレーザダイオード駆動回路
のAPC動作において、コンパレータ回路のゲインを有
限なものにし、モニタ電圧が目標電圧の所望の割合に近
づくとサンプル/ホールド回路に接続されているホール
ドコンデンサの充放電電流を徐々に少なくしていくもの
である。
【0078】すなわち、本実施の形態に係るレーザダイ
オード駆動回路において、コンパレータ回路のゲインを
有限にものにし、ホールドコンデンサの充放電電流を徐
々に少なくすることにより、ホールドコンデンサを必要
以上に大きくすることなくハンチングを抑えることがで
きる。その結果、目標光量値に達するまでの時間、すな
わちAPC動作に必要な時間を短くすることができる。
【0079】上述した実施の形態1,2では、従来技術
の問題点に対して、APC動作直後の遅れを改善し、大
きなハンチング現象を低減したものである。しかし、ス
ロープ効率が大きいものを使用したときに顕著に現れ
る、APC動作中のハンチング現象そのものを改善した
ものではない。ここで述べる実施の形態3は、図3中の
コンパレータ回路のゲインを有限にするものであり、モ
ニタ電圧Vmが目標電圧Vref1に近づくと、サンプ
ル/ホールド回路に接続されているホールドコンデンサ
への充電電流(または放電電流)を徐々に少なくするこ
とが特有の点である。
【0080】図10は、モニタ電圧Vmに対する充電電
流I充電および放電電流I放電の関係を示しているもの
である。本図は、一例として、モニタ電圧Vmが基準電
圧Vref1の90%まで近づくと徐々に充電電流I
充電が減少しはじめ、モニタ電圧と基準電圧が等しくな
ったとき充放電電流は零となる。モニタ電圧が基準電圧
より大きくなった場合に関しては、110%までは放電
電流が徐々に大きくなっていくことを示している。すな
わち、モニタ電圧と基準電圧の電位差が基準電圧の±1
0%以内では、充放電電流はアナログ的な変化をし、そ
れ以上の電位差では、デジタル的に変化する。これによ
り、APC動作中のハンチングを回避することができ
る。
【0081】図11は、図3中に示すコンパレータ回路
101のゲインを有限にする回路構成の一例を示したも
のである。本図において、Q1,Q2はPNPトランジ
スタ、Q3,Q4はNPNトランジスタ、D1,D2は
ダイオード、MP1,MP2はpMOSトランジスタ、
R1,R2,R3,R4,R5,R6は抵抗、I1,I
2,I3,I4は電流源である。
【0082】第1のpMOSトランジスタMP1と第2
のpMOSトランジスタMP2はソースカップル構造に
なっており、第1の電流源I1が接続されている。I1
の他方は、電源VCCに接続されている。
【0083】MP1のゲートには第1の基準電圧Vre
f1が入力されており、MP2のゲートにはモニタ電圧
Vmが入力されている。MP1のドレインには第1の抵
抗R1と第1のPNPトランジスタQ1のベースが接続
されており、MP2のドレインには第2の抵抗R2と第
2のPNPトランジスタQ2のベースが接続されてい
る。
【0084】R1,R2の他端は接地されている。Q1
のコレクタは接地されており、エミッタは第1のダイオ
ードD1のカソードに接続され、アノードは第1のNP
NトランジスタQ3のベースと第2の電流源I2に接続
されている。同様に、Q2のコレクタは接地されてお
り、エミッタは第2のダイオードD2のカソードに接続
され、アノードは第2のNPNトランジスタQ4のベー
スと第3の電流源I3に接続されている。I2,I3の
他端はVCCに接続されている。
【0085】Q3のコレクタは第3の抵抗R3と、Q4
のコレクタは第4の抵抗R4と接続されている。R3,
R4の他端はVCCに接続されている。Q3とR3の接
続点、および、Q4とR4の接続点をコンパレータ回路
の出力とし、これをサンプル/ホールド回路に接続す
る。Q3のエミッタは第5の抵抗R5に接続され、Q4
のエミッタは第6の抵抗R6に接続され、R5,R6を
介してQ3,Q4はエミッタカップルを構成し、第4の
電流源I4が接続されている。
【0086】図11に示すR5,R6の抵抗値、あるい
は、MP1,MP2の電流駆動能力をコントロールする
ことで、図10に示した特性を実現することは容易であ
る。
【0087】なお、コンパレータの入力をバイポーラト
ランジスタで構成すると、入力にベース電流を必要とす
る為、微少なモニタ電流しか出力できないフォトダイオ
ードを扱った場合、APC動作終了後の光量が所望の値
と異なってしまう。この光量誤差は、モニタ電流値とベ
ース電流値が近づくほど大きくなり、もし、モニタ電流
とベース電流値が等しくなった場合、光量は所望の2倍
になってしまい、ベース電流補償回路が必要不可欠とな
る。したがって、入力インピーダンスの高いMOSトラ
ンジスタを入力段に使用することにより、上記補償回路
を必要とせず、微少なモニタ電流の場合にも対応でき
る。
【0088】かくして、本実施の形態を用いることで、
ホールドコンデンサの容量値を必要以上に大きくするこ
となく、APC動作における光量のハンチングを回避す
ることができ、目標光量値に達するまでの時間を短くす
ることができる。
【0089】なお、本実施の形態は実施の形態2にも採
用することができる。
【0090】(実施の形態による効果)本実施の形態に
よれば、コンパレータ回路のゲインを有限することによ
り、ホールドコンデンサの容量値を必要以上に大きくす
ることなく、APC動作における光量のハンチングを回
避することができ、目標光量値に達するまでの時間、す
なわち制御に必要な時間を短くすることができる。これ
は、レーザダイオードのスロープ効率の高いものを扱う
場合に有効である。
【0091】実施の形態4 ここで述べる実施の形態4は、レーザダイオードに電流
を供給して発光量を制御するレーザダイオード駆動回路
のAPC動作において、コンパレータ回路のゲインを有
限なものにし、且つ、そのゲインを外部制御信号によっ
て制御し、モニタ電圧とホールドコンデンサの充放電電
流の関係を自由に変化させるものである。
【0092】すなわち、本実施の形態によるレーザダイ
オード駆動回路において、コンパレータ回路のゲインを
有限にものにし、且つ、外部信号によりコンパレータ回
路のゲインを制御することにより、レーザダイオードの
スロープ効率等に合わせてコンパレータ回路の再設計を
行う必要がなくなり、使用者の自由度を広げることがで
きる。
【0093】上述した実施の形態3では、コンパレータ
回路のゲインを一度決定すると、変更できない構成にな
っている。そこで、ここで述べる実施の形態4では、実
施の形態3をさらに有効にする為、図3中のコンパレー
タ回路のゲインを有限にし、且つ、回路作成後、レーザ
ダイオードのスロープ効率によってコンパレータのゲイ
ンを外部から変化させることができるコンパレータ回路
を使用することである。
【0094】図12は、図3中に示すコンパレータ回路
101のゲインを有限かつ外部信号によりゲインをコン
トロールにする回路構成の一例を示しものである。本図
において、Q1,Q2はPNPトランジスタ、Q3,Q
4,Q5,Q6はNPNトランジスタ、D1,D2,D
3,D4,D5,D6はダイオード、MP1,MP2は
pMOPトランジスタ、R1,R2,R3,R4,R5
は抵抗、I1,I2,I3,I4は電流源、Iaは可変
電流源である。
【0095】第1のpMOSトランジスタMP1と第2
のpMOSトランジスタMP2はソースカップル構造に
なっており、第1の電流源I1が接続されている。I1
の他方は、電源VCCに接続されている。MP1のゲー
トには第1の基準電圧Vref1が入力されており、M
P2のゲートにはモニタ電圧Vmが入力されている。M
P1のドレインには第1の抵抗R1と第1のPNPトラ
ンジスタQ1のベースが接続されており、MP2のドレ
インには第2の抵抗R2と第2のPNPトランジスタQ
2のベースが接続されている。
【0096】R1,R2の他端は接地されている。プリ
コンパレータにMOSトランジスタを使用することは、
大パワー(30mW級)レーザダイオードに良く見られ
る。微少なモニタ電流に対応でき、目標光量値からの誤
差を少なくすることができる。また、プリコンパレータ
回路のゲインを1にすると、次段につながる可変利得コ
ンパレータの特性を簡単に把握できる。
【0097】Q1のコレクタは接地されており、エミッ
タは第1のダイオードD1のカソードに接続され、D1
のアノードは第3のダイオードD3のカソードに接続さ
れている。D3のアノードはNPNトランジスタQ3の
ベースと第2の電流源I2に接続されている。同様に、
Q2のコレクタは接地されており、エミッタは第2のダ
イオードD2のカソードに接続され、D2のアノードは
第4のダイオードD4のカソードに接続されている。D
4のアノードは第2のNPNトランジスタQ4のベース
と第3の電流源I3に接続されている。
【0098】I2,I3の他端はVCCに接続されてい
る。Q3のコレクタは第5のダイオードD5のカソード
と第8のNPNトランジスタQ8のベースに接続されて
いる。D5のアノードはVCCに接続されている。同様
に、Q4のコレクタは第6のダイオードD6のカソード
と第9のNPNトランジスタQ9のベースに接続されて
いる。D6のアノードはVCCに接続されている。
【0099】Q3とQ4は、第3の抵抗R3を介してエ
ミッタカップルの構成を採っており、Q3のエミッタは
第5のNPNトランジスタQ5のコレクタに接続され、
Q4のエミッタは第6のNPNトランジスタQ6のコレ
クタに接続されている。Q5のエミッタは第4の抵抗R
4に接続され、R4の他端はGNDに接続されている。
【0100】Q6のエミッタは第5の抵抗R5に接続さ
れ、R5の他端はGNDに接続されている。Q5,Q6
のベースは第7のNPNトランジスタQ7のベースとコ
レクタに接続されている。Q7のエミッタには第6の抵
抗R6が接続されており、R6の他端はGNDに接続さ
れている。すなわち、Q5,Q6,Q7はカレントミラ
ーを構成しており、各トランジスタに流れる電流は、
1:1:1である。
【0101】Q7のコレクタには、制御信号CNTで制
御される可変電流源Iaが接続されている。Q5とQ6
はエミッタカップルの構成になっており、第4の電流源
I4が接続されている。Q5のコレクタには、第4の抵
抗R4が接続され、Q6のコレクタには第5の抵抗R5
が接続されている。R4,R5の他端はVCCに接続さ
れている。Q5とR4の接続点を正出力とし、Q6とR
5の接続点を負出力として、次段のサンプル/ホールド
回路に接続されている。
【0102】次に、本実施の形態の動作を説明する。な
お、初段のMOSコンパレータのゲインを1とする。
【0103】初段のMOSコンパレータのゲインが1で
あるので、入力の基準電圧Vref1とモニタ電圧Vm
の電位差(ΔV)は、Q3,Q4のベースの電位差とな
り、Q3,Q4のベース・エミッタ間電圧VBEを同じと
仮定すると、入力電圧の電位差は、R3の両端にかかる
電圧となる。ゆえに、R3に流れる電流IR3は、
【0104】
【数2】IR3=ΔV/R3 で与えられる。
【0105】次に、Q3,Q4のベース電流を無視する
と、Q3のコレクタ電流IxおよびQ4のコレクタ電流
Iyは、
【0106】
【数3】Ix=Ia−IR3 Iy=Ia+IR3 となる。(ここで、Vref1>Vmとした。) Q8,Q9で構成されるコンパレータ回路で、Q8のコ
レクタ電流IαおよびQ9のコレクタ電流Iβは、各々
のベース電流を無視すると、
【0107】
【数4】Iα+Iβ=I4 の関係にある。
【0108】また、Ix,Iy,Iα,Iβは、Ix/
Iy=Iβ/Iαの関係で与えられるので、出力電圧の
電位差を決定することができる。この関係式を、ΔV,
R3,Ia,I4を使って表現すると以下の式になる。
【0109】
【数5】(Ia−ΔV/R3)/(Ia+ΔV/R3)
=(I4−Iα)/Iα 上式より、入力電圧の電位差が同じであっても、可変電
流源Iaの電流値を制御することで、出力電圧の電位差
を制御することができる。従って、サンプル/ホールド
回路の充放電電流について、モニタ電圧が目標電圧の何
パーセントから減少させていくか制御することができ
る。
【0110】図13は、図12に示したコンパレータ回
路を用いた場合の、ホールドコンデンサの充放電電流の
変化を示したものである。すなわち、制御信号CNTを
変化させ、可変電流源Iaの電流値を変えることで、モ
ニタ電圧に対する充放電電流の関係を変化させることが
できる。なお、Iaの値を大きくすると、充放電電流
は、モニタ電圧が目標電圧に対して小さいところから徐
々に減少していく。
【0111】かくして、本実施の形態を用いることで、
コンパレータ回路のゲインを有限にし、且つ、回路作成
後、レーザダイオードのスロープ効率等に合わせて、コ
ンパレータのゲインを外部信号で制御することができ
る。
【0112】なお、本実施の形態は実施の形態2にも採
用することができる。
【0113】(実施の形態による効果)本実施の形態に
よれば、コンパレータ回路のゲインを有限にし、且つ、
外部信号でコンパレータ回路のゲインを制御することに
より、レーザダイオードのスロープ効率等に合わせてコ
ンパレータ回路の再設計を行う必要がなくなるので、使
用者の自由度が広くなる。
【0114】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、従
来に比してAPC期間の短縮化を図ったレーザダイオー
ド駆動装置およびレーザダイオード駆動方法を実現する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のレーザダイオード駆動回路を示す図であ
る。
【図2】従来のレーザダイオード駆動回路を用いたとき
の光量・モニタ電圧の時間変化を示す図である。
【図3】本発明の実施の形態1によるレーザダイオード
駆動回路の構成図である。
【図4】実施の形態1における制御信号のタイミング図
である。
【図5】実施の形態1を用いたときの光量・モニタ電圧
の時間的変化を示す図である。
【図6】図3の破線で示すブロックAの具体的な回路例
を示す図である。
【図7】本発明の実施の形態2によるレーザダイオード
駆動回路を示す図である。
【図8】実施の形態2における制御信号のタイミング図
である。
【図9】実施の形態2における駆動電流の時間的変化を
示す図である。
【図10】本発明の実施の形態3における、モニタ電圧
とホールドコンデンサの充放電電流との関係を示す図で
ある。
【図11】実施の形態3におけるコンパレータ回路の具
体的な回路例を示す図である。
【図12】本発明の実施の形態4におけるコンパレータ
回路の具体的回路例を示す図である。
【図13】実施の形態4におけるモニタ電圧とホールド
コンデンサの充放電電流との関係を示す図である。
【符号の説明】
101 コンパレータ回路 102 サンプル/ホールド回路 103 ホールドコンデンサ 104 電流増幅回路 105 基準電流源 106 第1のスイッチング回路 107 レーザダイオード 108 フォトダイオード 109 電流電圧変換回路 110 電圧増幅回路 111 第2のスイッチング回路

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レーザダイオードの駆動電流を制御する
    駆動手段を備えたレーザダイオード駆動装置であって、 前記レーザダイオードの出力光量に対応したモニタ信号
    を出力する検出手段と、 前記レーザダイオードの駆動電流を決定するために前記
    駆動手段が動作する期間に先行して、前記モニタ信号を
    所定値まで強制的に変化させる補助手段とを具備したこ
    とを特徴とするレーザダイオード駆動装置。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載のレーザダイオード駆動
    装置において、 前記補助手段により前記モニタ信号を所定値まで強制的
    に変化させる動作は、前記駆動手段によりAPC動作を
    開始する直前に終了することを特徴とするレーザダイオ
    ード駆動装置。
  3. 【請求項3】 請求項2に記載のレーザダイオード駆動
    装置において、 前記駆動手段は、前記モニタ信号が基準信号と一致する
    ように帰還制御を行う閉回路を有し、 前記補助手段は、前記APC動作が開始される直前まで
    前記基準信号と同じ信号を前記閉回路に供給することを
    特徴とするレーザダイオード駆動装置。
  4. 【請求項4】 請求項1に記載のレーザダイオード駆動
    装置において、 前記駆動手段は、前記レーザダイオードの出力光量が第
    1の光量となるように駆動電流を制御する第1の駆動手
    段と、前記レーザダイオードの出力光量が第2の光量と
    なるように駆動電流を制御する第2の駆動手段とを有
    し、 前記補助手段は、前記第1の駆動手段および前記第2の
    駆動手段にそれぞれ対応した第1の補助手段および第2
    の補助手段を有することを特徴とするレーザダイオード
    駆動装置。
  5. 【請求項5】 請求項4に記載のレーザダイオード駆動
    装置において、 前記第1の光量は点灯時の発光量に相当し、前記第2の
    光量は消灯時の発光量に相当することを特徴とするレー
    ザダイオード駆動装置。
  6. 【請求項6】 請求項5に記載のレーザダイオード駆動
    装置において、前記消灯時の発光量を、前記点灯時の発
    光量における1/N(N:2以上の整数)に設定するこ
    とを特徴とするレーザダイオード駆動装置。
  7. 【請求項7】 レーザダイオードの出力光量に対応した
    モニタ信号と予め定められた基準信号とを比較する比較
    手段と、前記比較手段の出力をホールド容量に保持する
    サンプル/ホールド手段とを備え、該ホールド容量の端
    子間電圧に基づいて前記レーザダイオードの駆動電流を
    制御するレーザダイオード駆動装置であって、 前記モニタ信号が前記基準信号の所定の割合に到達した
    とき、前記ホールド容量の充電電流および放電電流を徐
    々に減少させる充放電制御手段を具備したことを特徴と
    するレーザダイオード駆動装置。
  8. 【請求項8】 請求項7に記載のレーザダイオード駆動
    装置において、 前記比較手段のゲインを外部制御信号により制御するこ
    とにより、前記基準信号の所定の割合を決定することを
    特徴とするレーザダイオード駆動装置。
  9. 【請求項9】 レーザダイオードの駆動電流を制御する
    駆動手段を用いたレーザダイオード駆動方法であって、 前記レーザダイオードの出力光量に対応したモニタ信号
    を出力する検出ステップと、 前記レーザダイオードの駆動電流を決定するために前記
    駆動手段が動作する期間に先行して、前記モニタ信号を
    所定値まで強制的に変化させる補助ステップとを具備し
    たことを特徴とするレーザダイオード駆動方法。
  10. 【請求項10】 請求項9に記載のレーザダイオード駆
    動方法において、 前記補助ステップにより前記モニタ信号を所定値まで強
    制的に変化させる動作は、前記駆動手段によりAPC動
    作を開始する直前に終了することを特徴とするレーザダ
    イオード駆動方法。
  11. 【請求項11】 請求項10に記載のレーザダイオード
    駆動方法において、 前記駆動手段は、前記モニタ信号が基準信号と一致する
    ように帰還制御を行う閉回路を有し、 前記補助ステップは、前記APC動作が開始される直前
    まで前記基準信号と同じ信号を前記閉回路に供給するこ
    とを特徴とするレーザダイオード駆動方法。
  12. 【請求項12】 請求項9に記載のレーザダイオード駆
    動方法において、 前記駆動手段は、前記レーザダイオードの出力光量が第
    1の光量となるように駆動電流を制御する第1の駆動手
    段と、前記レーザダイオードの出力光量が第2の光量と
    なるように駆動電流を制御する第2の駆動手段とを有
    し、 前記補助ステップは、前記第1の駆動手段および前記第
    2の駆動手段にそれぞれ対応した第1の補助ステップお
    よび第2の補助ステップを有することを特徴とするレー
    ザダイオード駆動方法。
  13. 【請求項13】 請求項12に記載のレーザダイオード
    駆動方法において、 前記第1の光量は点灯時の発光量に相当し、前記第2の
    光量は消灯時の発光量に相当することを特徴とするレー
    ザダイオード駆動方法。
  14. 【請求項14】 請求項13に記載のレーザダイオード
    駆動方法において、 前記消灯時の発光量を、前記点灯時の発光量における1
    /N(N:2以上の整数)に設定することを特徴とする
    レーザダイオード駆動方法。
  15. 【請求項15】 レーザダイオードの出力光量に対応し
    たモニタ信号と予め定められた基準信号とを比較する比
    較ステップと、前記比較ステップの出力をホールド容量
    に保持するサンプル/ホールドステップとを備え、該ホ
    ールド容量の端子間電圧に基づいて前記レーザダイオー
    ドの駆動電流を制御するレーザダイオード駆動方法であ
    って、 前記モニタ信号が前記基準信号の所定の割合に到達した
    とき、前記ホールド容量の充電電流および放電電流を徐
    々に減少させる充放電制御ステップを具備したことを特
    徴とするレーザダイオード駆動方法。
  16. 【請求項16】 請求項15に記載のレーザダイオード
    駆動方法において、 前記比較ステップにて用いる比較手段のゲインを外部制
    御信号により制御することにより、前記基準信号の所定
    の割合を決定することを特徴とするレーザダイオード駆
    動方法。
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