JP2003101131A

JP2003101131A - 半導体レーザ制御装置

Info

Publication number: JP2003101131A
Application number: JP2001288516A
Authority: JP
Inventors: Junji Omori; 淳史大森
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2001-09-21
Filing date: 2001-09-21
Publication date: 2003-04-04

Abstract

(57)【要約】【課題】温度検出器などの検出素子を用いることな
く、光出力やモニタ電流の温度特性に依らずに安定した
光出力が得られる半導体レーザ制御装置を提供する。【解決手段】半導体レーザＬＤの発光時の順方向電流
を制御する光・電気負帰還ループ２の制御区間におい
て、半導体レーザＬＤの発光レベルをモニタする発光レ
ベルモニタ信号Ｖｍａを増幅する信号増幅器２１の信号
増幅率Ａを、発光レベル制御信号に対応する基準温度信
号ＶＬＤ０と半導体レーザＬＤの駆動電流に対応する動
作電圧ＶＬＤとの値に応じて変更設定することにより、
半導体レーザＬＤの温度特性によるモニタ電流や光出力
の変動を低減させることができ、温度検出器などの他の
検出器などを用いることなく、電気的な回路構成により
温度変化に依らず光出力の安定した制御を行うことがで
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、レーザプリンタ、
デジタル複写機、光ディスク装置、光通信装置等におい
て光源として用いられる半導体レーザを駆動制御するた
めの半導体レーザ制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体レーザは極めて小型であり、か
つ、駆動電流により高速に直接変調を行うことができる
ので、近年、レーザプリンタ等の光源として広く用いら
れている。

【０００３】しかし、半導体レーザの駆動電流と光出力
との関係は、温度により著しく変化するので、半導体レ
ーザの光強度を所望の値に設定しようとする場合、問題
となる。そこで、この問題を解決し半導体レーザの利点
を活かすため、従来、様々なＡＰＣ（Ａutomatic Ｐowe
r Ｃontrol）回路が提案されている。このＡＰＣ回路の
一例として、特開平１１-２９８０７９号公報による提
案例がある。

【０００４】ＡＰＣ回路として、半導体レーザの光出力
を受光素子によりモニタし、パワー設定時間内では発光
レベル信号と光出力に比例したモニタ電流に比例した信
号とが等しくなるように、光・電気負帰還ループにより
半導体レーザの順方向電流を制御し、パワー設定時間外
では、パワー設定時間内に設定した半導体レーザ順方向
電流をサンプルホールド回路により保持し、光出力を所
望の値に設定すると共に、順方向電流を変調信号に基づ
いて変調することにより、半導体レーザを変調信号によ
り点灯、消灯させる方式がある。

【０００５】この方式では、半導体レーザの高速変調が
可能となるが、半導体レーザの光出力の常時制御を行っ
ているわけではないため、外乱などにより容易に光出力
が変動してしまう。また、外乱として半導体レーザのド
ゥループ特性があり、光出力に数％の誤差を生じてしま
う。このような点を改良した方式として特開平２−２０
５０８６号公報に示される例がある。

【０００６】また、半導体レーザの発光パワーを制御す
る際、半導体レーザの発光状態を受光素子によりモニタ
し、受光素子の出力信号、即ち、モニタ電流を電流−電
圧変換回路により電圧信号に変換し、その電圧信号をレ
ーザ駆動制御回路にフィードバックして半導体レーザが
適正なパワーで発光するように制御し、パルス発光時に
おけるフォトダイオード（受光素子）の出力信号の波形
なまりの補償を行う一例として特開平５−１２１８０５
号公報例がある。

【０００７】そこで、光・電気負帰還ループで構成され
る従来の半導体レーザ制御装置の構成例を図１９に示
す。

【０００８】まず、半導体レーザＬＤとこの半導体レー
ザＬＤの光出力の一部をモニタする受光素子ＰＤとが設
けられている。そして、受光素子ＰＤから得られる半導
体レーザＬＤの発光時の光出力に比例したモニタ信号
と、半導体レーザＬＤの発光レベルを設定する外部から
の発光レベル制御信号とが等しくなるように半導体レー
ザＬＤの順方向電流を制御する第１の誤差増幅部１を含
んで構成される第１の光・電気負帰還ループ２が設けら
れている。また、コレクタに半導体レーザＬＤ、ベース
に半導体レーザＬＤの順方向電流信号、エミッタ・接地
間に抵抗ＲＬＤが接続された駆動トランジスタＱ１が設
けられている。そして、半導体レーザＬＤの消光時の駆
動トランジスタＱ１のエミッタ電位が、消光レベル制御
電圧（バイアスレベル制御信号）と等しくなるように半
導体レーザＬＤの順方向電流を制御する第２の誤差増幅
部３から構成される第２の光・電気負帰還ループ４が設
けられている。このように、発光時と消光時との二重の
光・電気負帰還ループ２，４が形成されている。

【０００９】また、半導体レーザＬＤを変調駆動させる
タイミングを生成する変調信号により半導体レーザＬＤ
の発光、消光の順方向電流を切換える電流駆動部５を備
え、第１、第２の各誤差増幅部１，３出力から得られる
光出力の発光レベル値、消光レベル値をホールドするピ
ーク、ボトムの２系統のサンプルホールド回路６，７に
おいて、サンプルホールド制御タイミングは変調信号が
連続した一定期間（ここでは、τとする）同一ステート
となる場合に自動制御を行う制御方法を実行する。この
ため、変調信号は時間τの遅延回路８を介してサンプル
ホールド回路６の系統に対してはＮＯＲゲート９により
サンプルホールド制御がスイッチングされ、サンプルホ
ールド回路７の系統に対してはＡＮＤゲート１０により
サンプルホールド制御がスイッチングされるように構成
されている。また、コンデンサＣ１，Ｃ２は各々の系統
の順方向電圧を保持するサンプルホールド用コンデンサ
である。

【００１０】このような半導体レーザ制御装置の構成に
より、画像形成装置などにおいて、画像域と非画像域と
に関わらず、或る一定の期間連続して発光又は消光する
制御期間において半導体レーザＬＤの順方向電流の制御
が行われる。

【００１１】ここに、半導体レーザＬＤの発光パワー
（光出力Ｐ０）を制御する際に、半導体レーザＬＤの発
光状態をモニタするフォトダイオード等の受光素子ＰＤ
の出力信号であるモニタ電流Ｉｍを抵抗ＲＰＤを用いて
電流−電圧変換し、その電圧信号（モニタ電圧Ｖｍ）を
レーザ駆動制御回路にフィードバックしているが、光出
力制御を高精度に行うためには、モニタ電流Ｉｍ出力は
フィードバック時に信号比較の対象となる発光レベル制
御信号に対して比較制御を行う適正な出力値を得られる
ことが望ましい。

【００１２】一方、近年、レーザプリンタやデジタル複
写機などの画像形成装置において、光源として用いられ
る半導体レーザは、画像の高密度化に伴いビームスポッ
ト径の微小化が望まれることから、その手段として短波
長半導体レーザのニーズが高まっている。

【００１３】また、半導体レーザＬＤのモニタ電流Ｉｍ
は、異なる波長の半導体レーザにおけるモニタ信号（電
圧値）を比較した場合、７８０ｎｍ帯の赤外色半導体レ
ーザに比べ、６５０ｎｍの赤色半導体レーザにおいてモ
ニタ電流が小さくなる傾向が見られる。よって、受光素
子ＰＤの端子に直列に抵抗ＲＰＤを接続し、モニタ電流
Ｉｍを電圧に変換してモニタ信号を電圧値Ｖｍとして検
出する場合、６５０ｎｍの赤色半導体レーザのモニタ電
圧は、７８０ｎｍ帯の赤外色半導体レーザのモニタ電圧
に比べ値が小さく、モニタ電流の場合と同様にモニタ信
号（電圧値）においても短波長時にモニタ信号値の低減
が認められる。

【００１４】このような半導体レーザの波長の違いによ
る受光素子のモニタ信号の出力値低減は、光・電気負帰
還ループ２でモニタ信号Ｖｍと発光レベル制御信号との
差動増幅により光出力を制御する系において、モニタ信
号Ｖｍが微小な値となることにより、例えば、短波長半
導体レーザで一定の発光を行う場合に、発光レベル制御
信号が微小な値で制御することとなり、光出力を可変す
る場合においてモニタ信号Ｖｍと発光レベル制御信号の
レベルに差異が生じて発光制御の精度が低下するととも
に、微小信号故にモニタ信号や発光レベル制御信号への
ノイズ重畳等により光出力制御が精度良くできなくなっ
てしまう。

【００１５】そこで、短波長半導体レーザのようにモニ
タ電流が微小な値となる半導体レーザを用いる場合にお
いても、光出力制御を安定して精度良く行わせる方法と
して、モニタ信号増幅器を用いることで、モニタ電流の
微小信号を増幅して制御する方法がある。

【００１６】このような受光素子ＰＤのモニタ信号Ｖｍ
を増幅する信号増幅器を備えた従来の構成例を図２０に
示す。即ち、図１９との対比で、モニタ電流Ｉｍから電
圧Ｖｍに変換されたモニタ信号の振幅を増幅するための
信号増幅器１１を備えている。

【００１７】図２０に示すような構成によれば、短波長
半導体レーザのようにモニタ電流Ｉｍの値が小さく、そ
の結果、モニタ信号Ｖｍも微小な値となる場合におい
て、モニタ信号の電圧値をＶｍａとして増幅することが
できる。さらに、発光レベル制御信号のレベルが或る決
まった範囲内のときに、信号増幅器１１の信号増幅率Ａ
０を適切な値に設定することでモニタ信号Ｖｍａと発光
レベル制御信号とを同等の値に設定可能となり、モニタ
信号の振幅補償を行うことにより光出力制御の安定性や
精度を高く設定することができる。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】このような方法では、
モニタ電流Ｉｍを電圧変換したモニタ電圧Ｖｍの振幅を
オペアンプなどの信号増幅器１１を用いて増幅しＶｍａ
として出力することにより、発光レベルのレーザ制御を
モニタ電圧との差動出力より行う発光レベル制御信号の
信号振幅を大きくとることが可能となり、発光レベルの
精度が向上する効果がある。しかし、半導体レーザＬＤ
の温度特性によるモニタ電流Ｉｍや光出力Ｐ０の変動を
低減させるには、温度検出器などで半導体レーザＬＤの
周辺部の温度を検出し、その値を基に温度特性の補正を
行う方法があるものの、半導体レーザ制御装置の他に温
度検出器などの検出素子を付加することが必要となる。

【００１９】そこで、本発明は、例えば、温度検出器な
どの検出素子を用いることなく、光出力やモニタ電流の
温度特性に依らずに安定した光出力が得られる半導体レ
ーザ制御装置を提供することを目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
半導体レーザの光出力の一部をモニタする受光素子から
得られる前記半導体レーザの発光時の光出力に比例した
発光レベルモニタ信号と、発光レベル制御信号とが等し
くなるように前記半導体レーザの順方向電流を制御する
第１の誤差増幅部を含んで構成される第１の光・電気負
帰還ループと、コレクタに前記半導体レーザ、ベースに
前記半導体レーザの順方向電流信号、エミッタ・接地間
に抵抗が接続された駆動トランジスタの前記半導体の消
光時のエミッタ電位が、消光レベル制御電圧と等しくな
るように前記半導体レーザの順方向電流を制御する第２
の誤差増幅部を含んで構成される第２の光・電気負帰還
ループと、前記受光素子による発光レベルモニタ信号を
増幅する信号増幅器と、変調信号により前記半導体レー
ザの発光、消光の順方向電流を切換える電流駆動部と、
前記変調信号が連続した一定期間同一ステートとなる場
合にサンプルホールド制御タイミングとなって自動制御
を行うために前記第１、第２の誤差増幅部出力から得ら
れる光出力の発光レベル値、消光レベル値をホールドす
るピーク、ボトムの２系統のサンプルホールド回路とを
備える半導体レーザ制御装置であって、前記信号増幅器
は信号増幅率が変更自在であり、基準温度信号ＶＬＤ０
と前記半導体レーザの動作電圧ＶＬＤとの値に応じて信
号増幅率が設定される。

【００２１】従って、半導体レーザの発光時の順方向電
流を制御する光・電気負帰還ループの制御区間におい
て、半導体レーザの発光レベルをモニタする発光レベル
モニタ信号を増幅する信号増幅器の信号増幅率を、基準
温度信号ＶＬＤ０と動作電圧ＶＬＤとの値に応じて変更
設定することにより、温度検出器などの他の検出器など
を用いることなく、電気的な回路構成により温度変化に
依らず光出力の安定した制御を行うことができる。即
ち、信号増幅器の信号増幅率を変化させる入力信号とし
て、光出力時の半導体レーザの電流信号である駆動トラ
ンジスタのエミッタ端子と接地間を接続する抵抗の端子
電圧である動作電圧ＶＬＤの電圧値と、或る温度条件下
において現在の光出力値を設定する信号である発光レベ
ル制御信号を入力した場合のモニタ電圧と同電位とする
基準温度信号ＶＬＤ０との２つの信号の大小関係を用い
ることにより、モニタ電圧を発光レベル制御信号と比較
する前に信号増幅することで、温度変化時における受光
素子のモニタ電流の変動を補正し、温度に依らない光出
力値の一定制御を行うことができる。

【００２２】請求項２記載の発明は、請求項１記載の半
導体レーザ制御装置において、前記信号増幅器は、一定
の信号増幅率で前記発光レベルモニタ信号を増幅する第
１の信号増幅器と、信号増幅率が変更自在で前記第１の
増幅器により増幅された信号を前記基準温度信号ＶＬＤ
０と前記動作電圧ＶＬＤとの値に応じて設定される信号
増幅率で増幅する第２の信号増幅器とにより構成されて
いる。

【００２３】従って、信号増幅器を、半導体レーザの発
光レベルをモニタする発光レベルモニタ信号の振幅値を
増幅する第１の信号増幅器と、増幅されたこの信号を基
準温度信号ＶＬＤ０と動作電圧ＶＬＤとの値に応じて設
定される信号増幅率で増幅する第２の信号増幅器とによ
り構成することにより、第１の信号増幅器で大振幅信号
として得られたモニタ電圧に含まれる温度特性を、基準
温度信号ＶＬＤ０と動作電圧ＶＬＤの値に基づいて第２
の信号増幅器において一定倍率補正することにより、温
度検出器などの他の検出器などを用いることなく、電気
的な回路構成により温度変化に依らず光出力の安定した
制御を行うことができる。また、信号増幅をモニタ信号
の振幅増幅を一定増幅率で行う第１の信号増幅器と、温
度特性を補正するために動作電圧ＶＬＤと基準電圧信号
ＶＬＤ０とにより求まる倍率だけ微調変更する第２の信
号増幅器とに分けた構成により、温度特性の微小な変動
を高精度に補正することが可能となる。

【００２４】請求項３記載の発明は、請求項１記載の半
導体レーザ制御装置において、前記信号増幅器は、一定
の信号増幅率で前記発光レベルモニタ信号を増幅する第
１の信号増幅器と、信号増減度が変更自在で前記第１の
増幅器により増幅された信号の振幅値を前記基準温度信
号ＶＬＤ０と前記動作電圧ＶＬＤとの値に応じて設定さ
れる信号増減度で増減する信号増減器とにより構成され
ている。

【００２５】従って、信号増幅器を、半導体レーザの発
光レベルをモニタする発光レベルモニタ信号の振幅値を
増幅する第１の信号増幅器と、増幅されたこの信号を基
準温度信号ＶＬＤ０と動作電圧ＶＬＤの値に応じて設定
される信号増減度で振幅値の微増、微減を行う信号加減
算器とにより構成することにより、第１の信号増幅器で
大振幅信号として得られたモニタ電圧に含まれる温度特
性を、基準温度信号ＶＬＤ０と動作電圧ＶＬＤの値に基
づいて信号増減器において微増、微減などの高精度な制
御を行うことができ、温度検出器などの他の検出器など
を用いることなく、電気的な回路構成により温度変化に
依らず光出力の安定した制御を行うことができる。

【００２６】請求項４記載の発明は、請求項２記載の半
導体レーザ制御装置において、前記第２の信号増幅器
は、前記基準温度信号ＶＬＤ０と前記動作電圧ＶＬＤと
の差動信号出力がゼロのときには信号増幅率が１に設定
され、前記差動信号出力がゼロ以外のときにはその正負
に応じて信号増幅率が１に対して大小何れかの値に設定
される。

【００２７】従って、請求項２記載の発明を実現する上
で、基準温度を半導体レーザの通常使用温度とした場合
などにおいて、或る温度時の動作電圧ＶＬＤを基準とし
この基準に対して信号増幅率の大小をとることにより、
或る温度を中心とした高精度な光出力補正を行うことが
できる。

【００２８】請求項５記載の発明は、請求項３記載の半
導体レーザ制御装置において、前記信号増減器は、前記
基準温度信号ＶＬＤ０と前記動作電圧ＶＬＤとの差動信
号出力がゼロのときには信号増減度がゼロに設定され、
前記差動信号出力がゼロ以外のときにはその正負に応じ
て信号増減度が正負の何れかの値に設定される。

【００２９】従って、請求項３記載の発明を実現する上
で、基準温度を半導体レーザの通常使用温度とした場合
などにおいて、或る温度時の動作電圧ＶＬＤを基準とし
この基準に対して信号増減度の正負をとることにより、
或る温度を中心とした高精度な光出力補正を行うことが
できる。

【００３０】請求項６記載の発明は、請求項２記載の半
導体レーザ制御装置において、前記第２の信号増幅器
は、前記基準温度信号ＶＬＤ０と前記動作電圧ＶＬＤと
の差動信号出力が最大値又は最小値をとるときには信号
増幅率が１に設定され、前記差動信号出力の値に応じて
前記信号増幅率が１より小さい値又は１より大きい値の
何れかに可変設定される。

【００３１】従って、請求項２記載の発明を実現する上
で、基準温度信号ＶＬＤ０と動作電圧ＶＬＤとの差動信
号をとり、差動信号出力が最大値又は最小値をとる場合
に信号増幅率を１と設定することで、差動信号出力値に
応じて信号増幅率が１より小さい値又は１より大きい値
の何れかのみをとるように制御を行うことにより、発光
レベルモニタ信号の補正値を換算しやすい構成とするこ
とができ、温度に依らず光出力の高精度な制御を行うこ
とができる。

【００３２】請求項７記載の発明は、請求項３記載の半
導体レーザ制御装置において、前記信号増減器は、前記
基準温度信号ＶＬＤ０と前記動作電圧ＶＬＤとの差動信
号出力が最大値又は最小値をとるときには信号増減度が
ゼロに設定され、前記差動信号出力の値に応じて前記信
号増減度が負の値又は正の値の何れかに可変設定され
る。

【００３３】従って、請求項３記載の発明を実現する上
で、基準温度信号ＶＬＤ０と動作電圧ＶＬＤとの差動信
号をとり、差動信号出力が最大値又は最小値をとる場合
に信号増減度をゼロと設定することで、差動信号出力値
に応じて信号増減度が負の値又は正の値の何れかのみを
とるように制御を行うことにより、発光レベルモニタ信
号の補正値を換算しやすい構成とすることができ、温度
に依らず光出力の高精度な制御を行うことができる。

【００３４】また、請求項４又は５記載の発明を実現す
る上で、基準温度信号ＶＬＤ０を取得する温度条件を、
半導体レーザの使用温度範囲の中央値近傍に設定するこ
とにより、温度特性によるレーザ発光時の光出力値補正
を行う差動信号出力を、ゼロを中心とする正負の小信号
による補正が可能となり、温度に依らず光出力の高精度
な制御を行うことができる。

【００３５】また、請求項６又は７記載の発明を実現す
る上で、基準温度信号ＶＬＤ０を取得する温度条件を、
差動信号出力が最大値で１となる場合には半導体レーザ
の使用温度範囲の上限近傍に設定することで、例えば、
信号増幅率は常に１より小さい値となるためモニタ電圧
として微小な値をとることができ、半導体レーザの温度
変動が小さい場合などにおいて、温度に依らず高精度な
光出力制御を行うことができる。逆に、基準温度信号Ｖ
ＬＤ０を取得する温度条件を、差動信号出力が最小値で
１となる場合には半導体レーザの使用温度範囲の下限近
傍に設定することで、信号増幅率は常に１より大となる
ため、半導体レーザの動作電流の温度変動が大きい場合
などに、温度変化による光出力補正を高精度に行うこと
ができる。信号増減度の場合も同様である。

【００３６】また、請求項１ないし３記載の発明を実現
する上で、基準温度信号ＶＬＤ０を設定するため、発光
レベル制御信号Ｖｃを入力信号として、予め特定の温度
条件Ｔにおける動作電圧ＶＬＤと発光レベル制御信号Ｖ
ｃの光出力制御範囲に渡るデータをメモリバッファに保
存しておき、実際に入力される発光レベル制御信号Ｖｃ
の値に基づいて温度Ｔ時の基準温度信号ＶＬＤ０をメモ
リバッファから読み出して設定することで、発光レベル
モニタ信号の制御を行うことにより、或る温度条件Ｔに
おける光出力値を基準として、高精度な光出力補正を行
うことができる。

【００３７】また、請求項１又は２記載の発明を実現す
る上で、発光レベルモニタ信号の値を決定する信号増幅
器ないしは第２の信号増幅器の信号増幅率を設定するた
めに、或る温度条件Ｔにおける発光レベル制御信号、動
作電圧及び信号増幅率の関係を基準値として設定し、実
際に入力される発光レベル制御信号のレベルにより動作
電圧に対する信号増幅率の値を変更させる機能を有する
信号変換器を用いることにより、温度変化時にも高精度
な発光レベルモニタ信号制御が行え、温度に依らず発光
レベル制御信号により決まる一定の光出力を高精度に得
ることができる。

【００３８】また、請求項３記載の発明を実現する上
で、発光レベルモニタ信号の値を決定する信号増減器の
信号増減度を設定するために、或る温度条件Ｔにおける
発光レベル制御信号、動作電圧及び信号増減度の関係を
基準値として設定し、実際に入力される発光レベル制御
信号のレベルにより動作電圧に対する信号増減度の値を
変更させる機能を有する信号変換器を用いることによ
り、温度変化時にも高精度な発光レベルモニタ信号制御
が行え、温度に依らず発光レベル制御信号により決まる
一定の光出力を高精度に得ることができる。

【００３９】

【発明の実施の形態】本発明の第一の実施の形態を図１
ないし図７に基づいて説明する。図１９及び図２０で示
した部分と同一部分は同一符号を用いて示し、説明も省
略する（以降の各実施の形態でも順次同様とする）。

【００４０】まず、図２０で前述した従来技術では、半
導体レーザＬＤの発光時の発光レベルを制御する発光レ
ベル制御信号Ｖｃと、受光素子ＰＤによるモニタ電圧Ｖ
ｍとの差動信号により発光時のレベルを制御し、半導体
レーザＬＤの消灯時のバイアスレベルを制御するバイア
スレベル制御信号と、ＬＤ駆動電流を抵抗ＲＬＤにより
電圧値変換して得られる動作電圧ＶＬＤとの差動信号に
より消灯時のレベルを制御し、発光レベル制御を行うモ
ニタ電圧Ｖｍを信号増幅器１１で増幅することでモニタ
電流Ｉｍが微小な値の場合にも高精度の発光レベル制御
を行っている。

【００４１】上記の構成において、温度Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ
３の３状態での動作電流、動作電圧と光出力との関係、
及び、モニタ電流、モニタ電圧と光出力との関係を図２
に示す。

【００４２】温度Ｔ２を基準温度とし、この基準温度Ｔ
２のときに所定の光出力Ｐ２が得られるように発光レベ
ル制御信号を設定する(Ｖｃ２とする)。このときの制御
を考えると、設定初期は発光レベル制御信号Ｖｃ２と発
光レベルモニタ信号Ｖｍａ２が釣り合っていないとする
と、半導体レーザＬＤにはＬＤ駆動電流を増減のどちら
かを行う制御がかかり、半導体レーザＬＤの発光量は変
化する。そのときの発光量により受光素子ＰＤにはモニ
タ電流Ｉｍが流れるが、温度Ｔ２の場合に光出力Ｐ２が
得られるにはモニタ電流としてＩｍ２の電流が、モニタ
電圧Ｖｍ２としてはＶｍ２＝Ｉｍ２×ＲＰＤが得られる
必要がある。このとき発光量Ｐ２を得るためには、モニ
タ電圧を信号増幅器１１により信号増幅（信号増幅率Ａ
２とする）して得られる発光レベルモニタ信号Ｖｍａ２
（＝Ａ２×Ｖｍ２）が発光レベル制御信号Ｖｃ２と釣り
合うように信号増幅器１１の信号増幅率Ａ２を決めてや
れば良い。

【００４３】同様に、温度Ｔ２のときに光出力Ｐ２′を
得るための発光レベル制御信号をＶｃ２′とすると、モ
ニタ電流Ｉｍ２′、モニタ電圧Ｖｍ２′となり、上述の
場合と同様に発光レベルモニタ信号Ｖｍａ２′＝Ａ２′
×Ｖｍ２′となるように信号増幅器１１の信号増幅率を
決めてやれば良い。

【００４４】但し、温度一定時における光出力とモニタ
電流との関係を1次式に近似する場合、モニタ電流は光
出力に比例し、モニタ電流を電圧変換したモニタ電圧も
また比例するため、モニタ電圧を信号増幅する信号増幅
率を一定値、例えば、Ａ２とした場合、光量とモニタ電
圧、及びモニタ電圧を信号増幅した発光レベルモニタ信
号も光量に比例した値をとる。発光レベル制御信号が光
量に対してある一定倍率で増加しているとするとき、発
光レベルモニタ信号が或る光量における発光レベル制御
信号と等しくなるように信号増幅器１１の信号増幅率を
決めることにより、温度Ｔ２のときにおける光出力の高
精度な制御を行うことができる。

【００４５】しかし、上記構成では温度がＴ２から例え
ば低い温度Ｔ１に変化した場合、モニタ電流−光出力特
性の傾きが変わるため所望の光出力Ｐ２を得ることがで
きない。図３に図２の拡大図及び上記不具合の解決法に
ついて示す。いま、モニタ信号の信号増幅を行う信号増
幅率を、温度Ｔ２のときに最適化した値Ａ２であるとす
る。このとき温度Ｔ２の場合には、発光レベル制御信号
Ｖｃ２と発光レベルモニタ信号Ｖｍａ２＝Ａ２×Ｖｍ２
との間には、Ｖｃ２＝Ｖｍ２が成り立ち、その時の動作
電流をＩＬＤ２とする。

【００４６】温度がＴ１と低くなった場合、モニタ電流
と光出力の関係は図３(ｂ)中に示すように傾きが変化
し、前述の制御方法ではモニタ電圧がＩｍ２のときに光
出力Ｐ２を得るように設定しているため、温度Ｔ１時に
はモニタ電流はＩｍ２で平衡を保ち、モニタ電圧がＶｍ
２、発光量がＰ１となり、そのときの動作電流はＩＬＤ
1となり所望の光量Ｐ２から誤差が生じてしまう。

【００４７】同様に、温度がＴ２から高い温度Ｔ３に変
化した場合、モニタ電流−光出力特性の傾きが変わり、
所望の光出力Ｐ２を得ることができない。温度がＴ３と
高くなった場合、モニタ電流と光出力の関係は図３(ｂ)
中に示すように傾きが変化し、温度Ｔ３時にはモニタ電
流はＩｍ２で平衡を保つので、発光量がＰ３となり、そ
のときの動作電流はＩＬＤ３となり、所望の光量Ｐ２か
ら誤差が生じてしまう。

【００４８】このようなことから、本実施の形態では、
温度変化時における発光レベルモニタ信号と発光レベル
制御信号により制御し出力される光出力値を、温度に依
らず発光レベル制御信号により設定した光出力を得る制
御を行うものである。即ち、本実施の形態は、例えば、
図２０に示したような構成を基本とし、半導体レーザＬ
Ｄと受光素子ＰＤとの各々が持つ温度特性により発光レ
ベル制御に生じる誤差を補正する手段を講じたものであ
る。具体的には、信号増幅率Ａが可変自在であり、基準
温度信号ＶＬＤ０と半導体レーザＬＤの動作電圧ＶＬＤ
との値に応じて信号増幅率Ａが設定される信号増幅器２
１をモニタ信号増幅用に用いたものである。

【００４９】図１ないし図３において、温度Ｔ２を基準
温度として基準温度Ｔ２時のモニタ電流Ｉｍ２、モニタ
電圧Ｖｍ２、信号増幅器２１の信号増幅率をＡ２、発光
レベルモニタ信号をＶｍａ２とする。このとき、光出力
Ｐ２を得るための発光レベル制御信号をＶｃ２とする
と、Ｖｃ２＝Ｖｍａ２＝Ａ２×Ｖｍ２＝Ａ２×Ｉｍ２×
ＲＰＤが成り立つ。

【００５０】ここで、温度がＴ２で一定の場合には、モ
ニタ電流と光出力との間には、両出力値が０を基準とし
た線形に近似できる関係があり、発光レベル制御信号Ｖ
ｃ２と光出力Ｐとの間には発光レベル制御範囲がＬＤ発
光領域では線形に近似できる関係があるので、ＬＤ発光
領域において発光レベル制御信号Ｖｃ２とモニタ電流Ｉ
ｍとの間にも一定の線形に近似できる関係がある。この
関係を本実施の形態では、信号増幅率Ａ２と置くことに
より、温度Ｔ２時の発光レベル制御信号Ｖｃ２に対する
光出力Ｐを、発光レベル制御信号Ｖｃ２を所定の設定と
することにより得ることができる。

【００５１】また、温度Ｔ２から低い温度Ｔ１に変化し
た場合、図３に示すようにモニタ電流−光出力特性の傾
きが変わり、制御としては基準温度Ｔ２時の発光レベル
制御信号Ｖｃ２に対して釣り合うように、モニタ電流Ｉ
ｍ２、モニタ電圧Ｖｍ２となる光出力Ｐ１が得られるこ
とになる（図３参照）。このとき動作電流としてはＩ
ＬＤ１が得られるが（図３参照）、この値は温度Ｔ２
の基準温度時におけるＩＬＤ２より小さい値となってい
る。そこで、温度Ｔ１時に光出力Ｐ２が得られるような
動作電流をＡ１×ＩＬＤ１とすると、このときのモニタ
電流としてはＩｍ１が得られる（図３参照）。

【００５２】よって、温度Ｔ２時における発光レベルモ
ニタ信号Ｖｃ２に対して、モニタ電流としてＩｍ１が流
れている場合には光出力としては温度Ｔ２と同じように
Ｐ２が得られることになる。つまり、モニタ電流がＩｍ
１となるということは、モニタ電圧がＶｍ１＝Ｉｍ１×
ＲＰＤとなればよいわけであり、温度Ｔ１時に得られる
動作電流ＩＬＤ１、動作電圧ＶＬＤ１と、基準温度Ｔ２
時の動作電流ＩＬＤ２、動作電圧ＶＬＤ２（図１ではＶ
ＬＤ２を基準温度信号ＶＬＤ０とする）との比較値によ
り、基準温度に対する温度変化が分かる。比較値によっ
て信号増幅器２１の信号増幅率Ａを変化させ、温度Ｔ１
時にはモニタ電圧Ｖｍ２、発光レベルモニタ信号Ｖｍａ
２＝Ａ２×Ｖｍ２＝Ｖｃ２で釣り合う制御を、モニタ電
圧Ｖｍ１、発光レベルモニタ信号Ｖｍａ１＝Ａ１×Ｖｍ
１＝Ｖｃ２となるように制御する。これにより、温度Ｔ
１時にも基準温度Ｔ２時と同様の発光レベル制御信号Ｖ
ｃ２により、温度変化に依らず高精度の光出力制御を行
うことができる。

【００５３】同様に、温度Ｔ２から高い温度Ｔ３に変化
した場合、図３に示すようにモニタ電流−光出力特性の
傾きが変わり、制御としては基準温度Ｔ２時の発光レベ
ル制御信号Ｖｃ２に対して釣り合うように、モニタ電流
Ｉｍ２、モニタ電圧Ｖｍ２となる光出力Ｐ３が得られる
ことになる（図３参照）。このとき動作電流としては
ＩＬＤ３が得られるが（図３参照）、この値は温度Ｔ
２の基準温度時におけるＩＬＤ２より大きい値となって
いる。そこで、温度Ｔ３時に光出力Ｐ２が得られるよう
な動作電流をＡ３×ＩＬＤ３とすると、このときのモニ
タ電流としてはＩｍ３が得られる（図３参照）。

【００５４】よって、温度Ｔ２時における発光レベルモ
ニタ信号Ｖｃ２に対して、モニタ電流としてＩｍ３が流
れている場合には光出力としては温度Ｔ２と同じように
Ｐ２が得られることになる。つまり、モニタ電流がＩｍ
３となるということは、モニタ電圧がＶｍ３＝Ｉｍ３×
ＲＰＤとなればよいわけであり、温度Ｔ３時に得られる
動作電流ＩＬＤ３、動作電圧ＶＬＤ３と、基準温度Ｔ２
時の動作電流ＩＬＤ２、動作電圧ＶＬＤ２（図１ではＶ
ＬＤ２を基準温度信号ＶＬＤ０とする）との比較値によ
り、基準温度に対する温度変化が分かる。比較値によっ
て信号増幅器２１の信号増幅率Ａを変化させ、温度Ｔ３
時にはモニタ電圧Ｖｍ２、発光レベルモニタ信号Ｖｍａ
２＝Ａ２×Ｖｍ２＝Ｖｃ２で釣り合う制御を、モニタ電
圧Ｖｍ３、発光レベルモニタ信号Ｖｍａ３＝Ａ３×Ｖｍ
３＝Ｖｃ２となるように制御する。これにより、温度Ｔ
３時にも基準温度Ｔ２時と同様の発光レベル制御信号Ｖ
ｃ２により、温度変化に依らず高精度の光出力制御を行
うことができる。

【００５５】次に、各温度Ｔ２，Ｔ１，Ｔ３における本
実施の形態のタイムチャートを図４ないし図６に示す
（図４は温度Ｔ２の時、図５は温度Ｔ１の時、図６は温
度Ｔ３の時を各々示している）。

【００５６】本実施の形態では、変調信号が或る一定期
間、ここではτ連続した発光或いは消灯の状態のとき
に、発光レベル、消灯レベルの値を制御するものであ
る。

【００５７】まず、図４より、温度Ｔ２時に発光レベル
制御信号Ｖｃ２のとき変調信号の立ち上がりτ時間後に
発光レベルの制御を開始する発光制御信号がオンとな
る。制御前のモニタ信号をＶｍ０、発光レベルモニタ信
号をＶｍａ０、光出力をＰ０としたとき、発光制御信号
がオンとなったとき発光レベル制御信号Ｖｃ２に対して
発光レベルモニタ信号Ｖｍａが釣り合うように制御を行
い、制御後にはモニタ信号Ｖｍ２＝Ｉｍ２×ＲＰＤ、発
光レベルモニタ信号Ｖｍａ２＝Ａ２×Ｖｍ２＝Ｖｃ２、
光出力Ｐ２となる。

【００５８】これに対して温度がＴ１のように低くなっ
た場合には、動作電圧ＶＬＤ１と基準温度信号ＶＬＤ０
との値により信号増幅器２１の信号増幅率をＡ２からＡ
１と変化させることによって、モニタ信号Ｖｍ１＝Ｉｍ
１×ＲＰＤ、発光レベルモニタ信号Ｖｍａ１＝Ａ１×Ｖ
ｍ１＝Ｖｃ２、光出力Ｐ２となり、温度変化時にも発光
レベル制御信号に依らず一定の光出力を得ることができ
る。

【００５９】一方、温度がＴ３のように高くなった場合
には、動作電圧ＶＬＤ３と基準温度信号ＶＬＤ０との値
により信号増幅器２１の信号増幅率をＡ２からＡ３と変
化させることによって、モニタ信号Ｖｍ３＝Ｉｍ３×Ｒ
ＰＤ、発光レベルモニタ信号Ｖｍａ３＝Ａ３×Ｖｍ３＝
Ｖｃ２、光出力Ｐ２となり、温度変化時にも発光レベル
制御信号に依らず一定の光出力を得ることができる。

【００６０】なお、図７は本実施の形態に関して、信号
増幅器２１の具体的な構成例を示すものである。即ち、
信号増幅器２１をオペアンプ２２により構成し、基準温
度信号ＶＬＤ０と動作電圧ＶＬＤとにより決める信号増
幅率Ａを、減算器２３により得られる基準温度信号ＶＬ
Ｄ０と動作電圧ＶＬＤとの差動信号の振幅値により決定
し、オペアンプ２２の出力値制御を行う構成とされてい
る。

【００６１】より具体的には、差動増幅型のオペアンプ
２２により構成されており、正相に基準温度信号ＶＬＤ
０と動作電圧ＶＬＤの差動信号(ＶＬＤ-ＶＬＤ０)を、
負相にモニタ電圧(Ｖｍ)を入力したオペアンプ２２によ
り、次式に示す発光レベルモニタ信号Ｖｍａに増幅され
る。

【００６２】Ｖｍａ＝（Ｒ２／Ｒ１）｛（ＶＬＤ−ＶＬ
Ｄ０）−Ｖｍ｝よって、差動信号(ＶＬＤ-ＶＬＤ０)とオペアンプ２２
の信号増幅率Ａを決定する抵抗Ｒ１，Ｒ２の組合せによ
りモニタ電圧Ｖｍに対して発光レベルモニタ信号Ｖｍａ
が発光レベル制御信号Ｖｃと等しくなり、かつ、光出力
値が一定となるような制御を行うことにより、温度検出
器などを用いずに半導体レーザＬＤ及び受光素子ＰＤの
温度変動の影響を受けることなく、発光レベル制御信号
Ｖｃに基づく一定の光出力を高精度に得ることができ
る。

【００６３】本発明の第二の実施の形態を図８及び図９
に基づいて説明する。本実施の形態では、温度変化時に
おける光出力値Ｐを温度に依らず一定に保つため、発光
レベル制御信号Ｖｃとその比較信号である発光レベルモ
ニタ信号Ｖｍとが等しい値をとる構成において、発光レ
ベルモニタ信号の基準となるモニタ電圧Ｖｍを或る一定
の信号増幅率Ｂで信号増幅する第１の信号増幅器２４
と、基準温度信号ＶＬＤ０と動作電圧Ｖｍとにより信号
増幅率Ｃを設定して第１の信号増幅器２４の出力信号で
あるモニタ電圧Ｖｍ′を信号増幅する第２の信号増幅器
２５とにより、信号増幅器２１に相当する信号増幅器を
構成したものである。

【００６４】本実施の形態においても、その基本原理は
前述の実施の形態の場合と同じであるが、本実施の形態
では、微小信号であるモニタ電圧を信号増幅する第１の
信号増幅器２４と、第１の信号増幅器２４により信号増
幅されたモニタ電圧Ｖｍ′を基準温度に対して温度変化
分だけ信号増幅する第２の信号増幅器２５とを有し、こ
の第２の信号増幅器２５の信号増幅率Ｃを、基準温度信
号ＶＬＤ０と動作電圧ＶＬＤとの両信号より求めて、温
度変化分の信号増幅を行わせるようにしたものである。

【００６５】本実施の形態の構成によれば、微小な信号
であるモニタ電圧を一旦第１の信号増幅器２４により一
定の信号増幅率Ｂで信号増幅した後に、温度変化分に相
当する信号増幅率Ｃの信号増幅を第２の信号増幅器２５
により行うことにより、温度変化分の信号変動を高精度
に制御でき、結果として得られる光出力の高精度な制御
を行うことができる。

【００６６】なお、図９は本実施の形態に関して、第
１，第２の信号増幅器２４，２５の具体的な構成例を示
すものである。図９に示す例では、第１，第２の信号増
幅器２４，２５は何れもオペアンプ２６，２７と減算器
２８により構成され、各々の出力信号であるモニタ信号
Ｖｍ′、発光レベルモニタ信号Ｖｍａは次の式で示され
る。

【００６７】Ｖｍ′＝−（Ｒ２／Ｒ１）（Ｖｍ）Ｖｍａ＝（Ｒ４／Ｒ３）｛（ＶＬＤ−ＶＬＤ０）−Ｖ
ｍ′｝上式よりモニタ信号Ｖｍと発光レベルモニタ信号Ｖｍａ
の関係は次式で示される。

【００６８】Ｖｍａ＝（Ｒ４／Ｒ３）｛（ＶＬＤ−ＶＬ
Ｄ０）＋（Ｒ２／Ｒ１）（Ｖｍ）｝本実施の形態によれば、温度が低くなった場合には動作
電圧ＶＬＤが下がり信号増幅率Ｃは減少するが、温度が
高くなった場合には動作電圧ＶＬＤが上がり信号増幅率
Ｃは増加する。このような信号増幅率Ｃを半導体レーザ
ＬＤの特性、基準温度に基づいて設定することにより、
温度変化分の信号変動を高精度に制御でき、結果として
得られる光出力の高精度な制御を行うことができる。

【００６９】本発明の第三の実施の形態を図１０及び図
１１に基づいて説明する。本実施の形態では、温度変化
時における光出力値Ｐを温度に依らず一定に保つため、
発光レベル制御信号Ｖｃとその比較信号である発光レベ
ルモニタ信号Ｖｍとが等しい値をとる構成において、発
光レベルモニタ信号の基準となるモニタ電圧Ｖｍを或る
一定の信号増幅率Ｄで信号増幅する第１の信号増幅器２
９と、この第１の信号増幅器２９により信号増幅され得
られたモニタ電圧Ｖｍ′を基準温度信号ＶＬＤ０と動作
電圧Ｖｍとの値に基づいて設定される信号増減度Ｅで電
圧値（振幅値）の増減を行う信号増減器３０とにより、
信号増幅器２１に相当する信号増幅器を構成したもので
ある。

【００７０】なお、本実施の形態において、信号増減器
３０によりモニタ電圧Ｖｍ′の信号振幅値を増減する度
合いを「信号増減度」と呼び、信号増減度Ｅがゼロのと
きは入力信号をそのまま出力信号として出力し、信号増
減度Ｅが正のときは入力信号の振幅を増加し、信号増減
度Ｅが負のときは減少させることとする。

【００７１】本実施の形態の基本原理は第一の実施の形
態の場合とほぼ同じであるが、本実施の形態にあって
は、微小信号であるモニタ電圧を信号増幅する第１の信
号増幅器２９と、第１の信号増幅器２９により信号増幅
されたモニタ電圧Ｖｍ′を、基準温度信号ＶＬＤ０と動
作電圧ＶＬＤとの両信号に基づいて設定される信号増減
度Ｅで基準温度に対する温度変化分だけモニタ電圧Ｖ
ｍ′の振幅値の増減を行う信号増減器３０とを備える点
を特徴としている。前述の第一、第二の実施の形態にお
いては、温度変化時のモニタ電圧の補正を、モニタ信号
又は一旦増幅後のモニタ信号を信号増幅することにより
行っているのに対して、本実施の形態では、温度変化分
だけ信号の振幅値を信号増減器３０で増減することによ
り、微小な電圧変動を行うことができ、高精度なモニタ
電圧補正、ひいては光出力の温度変化に対する高精度な
補正を行うことができる。

【００７２】なお、図１１は本実施の形態に関して、第
１の信号増幅器２９、信号増減器３０の具体的な構成例
を示すものである。図１１に示す例では、第１の信号増
幅器２９はオペアンプ３１により構成され、信号増減器
３０はオペアンプ３２と減算器２８により構成され、各
々の出力信号であるモニタ信号Ｖｍ′、発光レベルモニ
タ信号Ｖｍａは次の式で示される。

【００７３】Ｖｍ′＝−（Ｒ２／Ｒ１）（Ｖｍ）Ｖｍａ＝−（ＶＬＤ０−ＶＬＤ）−Ｖｍ′ 上式よりモニタ信号と発光レベルモニタ信号Ｖｍａの関
係は次式で示される。

【００７４】Ｖｍａ＝（ＶＬＤ−ＶＬＤ０）＋（Ｒ２／
Ｒ１）（Ｖｍ）本実施の形態によれば、温度が低くなった場合には動作
電圧ＶＬＤが下がり信号増減度Ｅは減少するが、温度が
高くなった場合には動作電圧ＶＬＤが上がり信号増減度
Ｅは増加する。このような信号増減度Ｅを半導体レーザ
ＬＤの特性、基準温度に基づいて設定することにより、
温度変化分の信号変動を高精度に制御でき、結果として
得られる光出力の高精度な制御を行うことができる。

【００７５】本発明の第四の実施の形態を図１２に基づ
いて説明する。本実施の形態は、例えば、図１０や図１
１に示したような構成の場合の信号増減器３０の信号増
減度Ｅの決定に関する。基本的には、信号増減器３０の
信号増減度Ｅを決めるために、基準温度信号ＶＬＤ０と
動作電圧ＶＬＤとの差動信号をとり、差動信号出力がゼ
ロのときの信号増減度Ｅをゼロとして、差動出力信号の
正負に応じて信号増減度Ｅが正負の何れかの値となるよ
う制御を行うものである。

【００７６】図１０に示した実施の形態によれば、或る
光出力値に対してモニタ電圧Ｖｍが得られるとき、モニ
タ電圧Ｖｍは信号増幅器２９で信号増幅率Ｄにより信号
増幅され、その後、基準温度信号ＶＬＤ０と動作電圧Ｖ
ＬＤとに基づいて決められる信号の振幅値の増減を行う
信号増減器３０により信号増減度Ｅだけ振幅が変化し、
最終的に発光レベルモニタ信号Ｖｍａが得られる構成と
なっている。

【００７７】このような構成における温度変化時の挙動
を図３により説明する。いま、温度Ｔ２のとき基準温度
信号ＶＬＤ０と動作電圧ＶＬＤ２が釣り合うとする(Ｖ
ＬＤ０−ＶＬＤ２＝０)。このとき信号増減度Ｅはゼロ
（Ｅ＝０）となり信号の増減は行われないため、発光レ
ベルモニタ電圧Ｖｍａとしては信号増幅器２９によるＤ
倍の信号増幅のみが行われる。

【００７８】これに対して、温度Ｔ２より高くなる温度
Ｔ３の場合の動作電圧は、温度Ｔ２での動作電圧ＶＬＤ
２（＝ＶＬＤ０）に比べ高い値ＶＬＤ３となり（ＶＬＤ
０−ＶＬＤ３＜０）、光出力はＰ３と所望の値より低く
なる。このとき光出力が温度Ｔ２時の発光レベル制御信
号Ｖｃ２に基づく出力値Ｐ２となるようにするため、信
号増減器３０の信号増減度Ｅを温度変化による基準温度
信号ＶＬＤ０と動作電圧ＶＬＤとの差動信号に基づいて
変化させる。動作電流ＩＬＤ３、動作電圧ＶＬＤ３を上
げるように、信号増減度Ｅが負の値をとるようにする
（Ｅ＜０）ことで、モニタ電流Ｉｍ、モニタ電圧Ｖｍが
増加し、モニタ電圧がＶｍ３のときに発光レベルモニタ
信号と発光レベル制御信号が釣り合うように動作電圧Ｖ
ＬＤと基準温度信号ＶＬＤ０に基づいて信号増減度Ｅを
設定することにより、発光レベルモニタ信号Ｖｍａを補
正し、温度Ｔ２時の発光レベル制御信号Ｖｃ２による所
望の光出力を温度変化時にも得ることができる。

【００７９】温度Ｔ２より低くなる温度Ｔ１の場合に
は、上記とは逆方向の制御となり、動作電圧は、温度Ｔ
２での動作電圧ＶＬＤ２（＝ＶＬＤ０）に比べ低い値Ｖ
ＬＤ1となり(ＶＬＤ０−ＶＬＤ１＞０)、光出力はＰ１
と所望の値より高くなる。よって、動作電流ＩＬＤ１、
動作電圧ＶＬＤ１を下げるように、信号増減器３０の信
号増減度Ｅが正の値をとるようにする(Ｅ＞０)ことで、
モニタ電流Ｉｍ、モニタ電圧Ｖｍが増加し、モニタ電圧
がＶｍ３のときに発光レベルモニタ信号と発光レベル制
御信号が釣り合うように動作電圧と基準温度信号に基づ
いて信号増減度Ｅを設定することにより、発光レベルモ
ニタ信号Ｖｍａを補正し、温度Ｔ２時の発光レベル制御
信号Ｖｃ２による所望の光出力を温度変化時にも得るこ
とができる。

【００８０】本実施の形態によれば、或る温度における
動作電圧を基準として基準に対して信号増減度Ｅの大小
をとることにより、或る温度付近では第１の信号増幅器
２９のみの補正となり、ある温度を中心とした高精度な
光出力補正を行うことができる。

【００８１】なお、特に図示しないが、図８に示したよ
うに第２の信号増幅器２５を用いた構成の場合であれ
ば、基準温度信号ＶＬＤ０と動作電圧ＶＬＤとの差動信
号出力がゼロのときには第２の信号増幅器２５の信号増
幅率Ｃを１に設定し、差動信号出力がゼロ以外のときに
はその正負に応じて信号増幅率Ｅが１に対して大小何れ
かの値に設定されるようにすればよい。即ち、ＶＬＤ０
−ＶＬＤ＝０であればＥ＝１、ＶＬＤ０−ＶＬＤ＞０で
あればＥ＞１、ＶＬＤ０−ＶＬＤ＜０であればＥ＜１に
設定すればよい。

【００８２】従って、図８に示した構成の場合でも、基
準温度を半導体レーザＬＤの通常使用温度とした場合な
どにおいて、或る温度時の動作電圧ＶＬＤを基準としこ
の基準に対して信号増幅率Ｃの大小をとることにより、
或る温度を中心とした高精度な光出力補正を行うことが
できる。

【００８３】本発明の第五の実施の形態を図１２に基づ
いて説明する。本実施の形態も、例えば、図１０や図１
１に示したような構成の場合の信号増減器３０の信号増
減度Ｅの決定に関する。基本的には、信号増減器３０の
信号増減度Ｅを決めるために、基準温度信号ＶＬＤ０と
動作電圧ＶＬＤとの差動信号をとり、この差動信号出力
が最大値又は最小値をとる場合の信号増減度Ｅをゼロと
して、差動信号出力値の正負に応じて信号増減度Ｅが正
の値又は負の値の何れかのみとなるよう制御を行うもの
である。

【００８４】信号増減度Ｅを正の値又は負の値なる一方
向変化とすることにより、信号補正を換算しやすい構成
により温度に依らず高精度な光出力を得ることができ
る。

【００８５】例えば、差動信号出力が最小値（ＶＬＤ０
−ＶＬＤ＝ＭＩＮ）をとる場合に信号増減度Ｅをゼロ
（Ｅ＝０）となるように制御する場合には、差動信号出
力としてはゼロより大きい正の値（（ＶＬＤ０−ＶＬＤ
＞ＭＩＮ）をとり、信号増減度ＥもＥ＞０となる。よっ
て、例えば差動信号出力の最小値を半導体レーザＬＤの
使用温度範囲の下限近傍に設定することにより、通常使
用状態では常に一定以上の正の値を信号増減器３０の信
号増減値Ｅにより与える制御を行うことになる。

【００８６】逆に、差動信号出力が最大値（ＶＬＤ０−
ＶＬＤ＝ＭＡＸ）をとる場合に信号増減度Ｅをゼロ（Ｅ
＝０）となるように制御する場合には、差動信号出力と
してはゼロより小さい負の値（（ＶＬＤ０−ＶＬＤ＜Ｍ
ＡＸ）をとり、信号増減度ＥもＥ＜０となる。よって、
例えば差動信号出力の最大値を半導体レーザＬＤの使用
温度範囲の上限近傍に設定することにより、通常使用状
態では常に一定以上の負の値を信号増減器３０の信号増
減値Ｅにより与える制御を行うことになる。

【００８７】なお、特に図示しないが、図８に示したよ
うに第２の信号増幅器２５を用いた構成の場合であれ
ば、第２の信号増幅器２５の信号増幅率Ｃを決めるため
に、基準温度信号ＶＬＤ０と動作電圧ＶＬＤの差動信号
をとり、この差動信号出力が最大値又は最小値をとる場
合の信号増幅率を１と設定し、差動信号出力値の正負に
対して信号増幅率が１より大きい値又は小さい値の何れ
かの値のみとなるよう制御を行えばよい。

【００８８】本発明の第六の実施の形態を図１３に基づ
いて説明する。本実施の形態は、第四の実施の形態を実
現する上で、基準温度信号ＶＬＤ０を取得する温度条件
を、半導体レーザＬＤの使用温度範囲の中央値近傍に設
定するようにしたものである。

【００８９】前述の第四の実施の形態によれば、温度変
動による光出力の補正を行う発光レベルモニタ信号の信
号増減度Ｅ（又は、信号増幅率Ｃ）を、基準温度出力信
号ＶＬＤ０と動作電圧ＶＬＤとの差動信号により決定す
るものであり、本実施の形態では差動信号の値がゼロと
なるときを半導体レーザＬＤの使用温度範囲の中央値近
傍である基準温度に設定することによって、半導体レー
ザＬＤの通常使用温度状態では信号増減器３０の信号増
減度Ｅはほぼゼロとなり、第１の信号増幅器２９のみに
よる信号増幅が行われるのと同等になる。

【００９０】図１３（ａ）に光出力−動作電流、動作電
圧の関係を、（ｂ）に光出力、モニタ電流、モニタ電圧
の関係を示す。図１３によれば、半導体レーザＬＤの使
用温度範囲の中央値近傍を基準温度をＴ２とした場合、
基準温度に対する温度の高低により温度が高い場合には
信号増減度Ｅが正、低い場合には信号増減度Ｅが負とな
り、基準温度からの電圧差によって信号増減度Ｅの値を
決めることにより、基準温度時を中心として光出力の高
精度な制御を行うことができる。

【００９１】特に図示しないが、第２の信号増幅器２５
に対する信号増幅率Ｃの場合も同様である。

【００９２】本発明の第七の実施の形態を図１４に基づ
いて説明する。本実施の形態は、前述の第五の実施の形
態を実現する上で、第２の信号増幅器２５の信号増幅率
Ｃを決める差動信号出力が最小値で１となる場合に基準
温度信号ＶＬＤ０を取得する温度条件を半導体レーザＬ
Ｄの使用温度範囲の下限近傍、例えば、Ｔ１に設定した
ものである。

【００９３】図１４に差動信号出力が最小値で１となる
場合の本実施の形態のモデル図を示す。基準温度を半導
体レーザＬＤの使用温度範囲の下限値、ここではＴ１に
設定した場合、第２の信号増幅器２５の信号増幅率Ｃは
常に１より大きい値をとる。信号増幅率Ｃが常に１より
大となる場合には、半導体レーザＬＤの動作電流の温度
変動が大きい場合などに温度変化による光出力補正を高
精度に行うことができる。

【００９４】特に図示しないが、信号増減器３０に対す
る信号増減度Ｅの場合も同様である。

【００９５】本発明の第八の実施の形態を図１５に基づ
いて説明する。本実施の形態は、前述の第五の実施の形
態を実現する上で、第２の信号増幅器２５の信号増幅率
Ｃを決める差動信号出力が最大値で１となる場合に基準
温度信号ＶＬＤ０を取得する温度条件を半導体レーザＬ
Ｄの使用温度範囲の上限近傍、例えば、Ｔ３に設定した
ものである。

【００９６】図１５に差動信号出力が最大値で１となる
場合の本実施の形態のモデル図を示す。基準温度信号Ｖ
ＬＤ０に対する動作電圧ＶＬＤの変動量は光出力一定制
御を行う場合には、光出力−動作電流特性に基づいて変
動する。基準温度を半導体レーザＬＤの使用温度範囲の
上限値、ここではＴ３に設定した場合、第２の信号増幅
器２５の信号増幅率Ｃは常に１より小さい値をとる。信
号増幅率Ｃが常に１より小となる場合には、モニタ電圧
が微小な値をとり半導体レーザＬＤの温度変動が小さい
場合などにおいて、高精度な光出力制御を行うことがで
きる。

【００９７】本発明の第九の実施の形態を図１６に基づ
いて説明する。本実施の形態は、前述の実施の形態を実
現する上で、実際に半導体レーザ制御装置の組込みを行
った後に、或る温度条件Ｔにおける動作電圧ＶＬＤと発
光レベル制御信号Ｖｃとの関係を光出力制御範囲分予め
メモリバッファ３４に保存しておき、実際に入力される
発光レベル制御信号Ｖｃに基づきメモリバッファ３４か
ら動作電圧ＶＬＤのデータを読み出して基準温度信号Ｖ
ＬＤ０を第２の信号増幅器２５に出力設定するようにし
たものである。

【００９８】このようにメモリバッファ３４を利用する
ことにより、発光レベルの補正を行う発光レベル制御信
号Ｖｃの値により温度Ｔ時の基準温度信号ＶＬＤ０が求
まる。温度変化時には差動信号ＶＬＤ０−ＶＬＤの値に
より基準温度との差を検出し、微分量子効率が温度に依
らず一定であると仮定した場合に、光出力Ｐ０、発光レ
ベル制御信号Ｖｃ０のときの動作電圧の温度変化分を基
準として信号増幅率Ｃ′に換算する。ここで、実際には
温度変化により微分量子効率ηが変化するため、発光レ
ベル制御信号がＶｃ０のときの信号増幅率Ｃ″を１とし
て、発光レベル制御信号Ｖｃの値により微分量子効率に
よる変動分を求め、ＶｃがＶｃ０より小さい場合には信
号増幅率Ｃ″＜１、Ｖｃ０より大きい場合には信号増幅
率Ｃ″＞１として補正する。第２の信号増幅器２５では
このように信号増幅率Ｃ′，Ｃ″を決定し、トータルと
して信号増幅率Ｃ＝Ｃ′×Ｃ″により信号増幅を行う。

【００９９】以上により、発光レベル制御信号Ｖｃの値
により基準温度信号ＶＬＤ０をメモリバッファ３４から
読み込み、第２の信号増幅器２５の信号増幅率Ｃを決定
する構成とするにより、或る温度条件Ｔにおける光出力
値を基準とした高精度な光出力補正を行うことができ
る。

【０１００】特に図示しないが、信号増減器３０を用い
る構成の場合にも同様に適用できる。

【０１０１】本発明の第十の実施の形態を図１７及び図
１８に基づいて説明する。本実施の形態は、前述の実施
の形態を実現する上で、光出力Ｐを得る発光レベル制御
信号Ｖｃの設定のとき、発光レベルモニタ信号の値を決
定する信号増幅器２１、第２の信号増幅器２５ないしは
信号増減器３０の、信号増幅率Ａ，Ｃないしは信号増減
度Ｅを設定するために、温度条件Ｔにおける発光レベル
制御信号をＶｃ２としたときの動作電圧ＶＬＤ、信号増
幅率Ａ，Ｃないしは信号増減度Ｅの関係を基準値として
設定し、発光レベル制御信号Ｖｃ２のレベルにより動作
電圧ＶＬＤに対する信号増幅率Ａ，Ｃないしは信号増減
度Ｅの値を変更する機能を有する信号変換器３５を付加
したものである。

【０１０２】図１７は第２の信号増幅器２５を用いた場
合への適用例を示す。第２の信号増幅器２５の信号増幅
率Ｃを決定する信号増幅率設定信号Ｃ０が、動作電圧Ｖ
ＬＤと発光レベル制御信号Ｖｃとにより決定する信号変
換器３５により出力設定される。

【０１０３】図１８に信号変換器３５の動作原理を示
す。信号変換器３５は、或る温度条件Ｔにおける発光レ
ベル制御信号Ｖｃと動作電圧ＶＬＤとにより、信号増幅
率設定信号Ｃ０及びこの信号増幅率設定信号Ｃ０により
一意的に求まる信号増幅率Ｃを決定する機能を有するも
のである。例えば、温度条件Ｔ２において発光レベル制
御信号Ｖｃ２のとき、動作電圧としてＶＬＤ２が得られ
ている場合には信号増幅率はＣ２と設定することによ
り、所望の光出力Ｐ２が得られるとする。

【０１０４】いま、温度変化により発光レベル制御信号
Ｖｃ２が変わらず温度がＴ１に低下した場合を考える
と、図３で説明したように動作電圧ＶＬＤ１はＶＬＤ２
より低い値となり、光出力はＰ１と低下する。このとき
光出力がＰ２となるようなモニタ電圧Ｖｍ１となるよう
に、第２の信号増幅器２５の信号増幅率ＣをＣ１に増加
することにより、発光レベル制御信号に基づく一定の光
出力Ｐ２が得られるようになる。

【０１０５】ここで、基準温度をＴ２とした場合におい
て、動作電圧ＶＬＤ、発光レベル制御信号Ｖｃ、信号増
幅率Ｃの関係を図１８に示す。光出力をＰ２からＰ１に
増加した場合、つまり、発光レベル制御信号をＶｃ２か
らＶｃ１に増加した場合、図３において考えるとき、図
１８に示すように光出力Ｐ２、つまり、Ｖｃ２設定時に
おける動作電圧ＶＬＤと信号増幅率Ｃとの関係を１次式
で近似するとする。このとき光出力つまりＶｃ２を増加
しＶｃ１とするとモニタ電圧の変動分が大きくなり、動
作電圧ＶＬＤがＶＬＤ２より小さい場合には温度が基準
温度Ｔ２より低いと判断し、信号増幅率Ｃを基準温度Ｔ
２における発光レベル制御信号がＶｃ２の場合に比べて
大きい値をとり、逆に動作電圧ＶＬＤがＶＬＤ２より大
きい場合には温度が基準温度Ｔ２より高いと判断し、信
号増幅率Ｃを基準温度Ｔ２における発光レベル制御信号
がＶｃ２の場合に比べて小さい値をとるものである。光
出力をＰ２からＰ３に減少させた場合には、図１８に示
すように上述の場合とは逆の信号増幅率Ｃの傾向を持つ
ことになる。

【０１０６】このように動作電圧ＶＬＤ、発光レベル制
御信号Ｖｃにより一意的に決まる信号増幅率Ｃを決める
信号変換器３５を備える構成とすることにより、温度変
化時にも高精度な発光レベルモニタ信号制御が行え、発
光レベル制御信号Ｖｃにより決まる一定の光出力を高精
度に得ることができる。

【０１０７】特に図示しないが、信号増幅器２１や信号
増減器３０を用いる構成の場合にも同様に適用できる。

【０１０８】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、半導体レ
ーザの発光時の順方向電流を制御する光・電気負帰還ル
ープの制御区間において、半導体レーザの発光レベルを
モニタする発光レベルモニタ信号を増幅する信号増幅器
の信号増幅率を、基準温度信号ＶＬＤ０と動作電圧ＶＬ
Ｄとの値に応じて変更設定することにより、温度検出器
などの他の検出器などを用いることなく、電気的な回路
構成により温度変化に依らず光出力の安定した制御を行
うことができる。

【０１０９】請求項２記載の発明によれば、請求項１記
載の半導体レーザ制御装置において、信号増幅器を、半
導体レーザの発光レベルをモニタする発光レベルモニタ
信号の振幅値を増幅する第１の信号増幅器と、増幅され
たこの信号を基準温度信号ＶＬＤ０と動作電圧ＶＬＤと
の値に応じて設定される信号増幅率で増幅する第２の信
号増幅器とにより構成したので、第１の信号増幅器で大
振幅信号として得られたモニタ電圧に含まれる温度特性
を、基準温度信号ＶＬＤ０と動作電圧ＶＬＤの値に基づ
いて第２の信号増幅器において一定倍率補正することに
より、温度検出器などの他の検出器などを用いることな
く、電気的な回路構成により温度変化に依らず光出力の
安定した制御を行うことができ、また、信号増幅をモニ
タ信号の振幅増幅を一定増幅率で行う第１の信号増幅器
と、温度特性を補正するために動作電圧ＶＬＤと基準電
圧信号ＶＬＤ０とにより求まる倍率だけ微調変更する第
２の信号増幅器とに分けた構成により、温度特性の微小
な変動を高精度に補正することが可能となる。

【０１１０】請求項３記載の発明によれば、請求項１記
載の半導体レーザ制御装置において、信号増幅器を、半
導体レーザの発光レベルをモニタする発光レベルモニタ
信号の振幅値を増幅する第１の信号増幅器と、増幅され
たこの信号を基準温度信号ＶＬＤ０と動作電圧ＶＬＤの
値に応じて設定される信号増減度で振幅値の微増、微減
を行う信号加減算器とにより構成したので、第１の信号
増幅器で大振幅信号として得られたモニタ電圧に含まれ
る温度特性を、基準温度信号ＶＬＤ０と動作電圧ＶＬＤ
の値に基づいて信号増減器において微増、微減などの高
精度な制御を行うことができ、温度検出器などの他の検
出器などを用いることなく、電気的な回路構成により温
度変化に依らず光出力の安定した制御を行うことができ
る。

【０１１１】請求項４記載の発明によれば、請求項２記
載の発明を実現する上で、基準温度を半導体レーザの通
常使用温度とした場合などにおいて、或る温度時の動作
電圧ＶＬＤを基準としこの基準に対して信号増幅率の大
小をとることにより、或る温度を中心とした高精度な光
出力補正を行うことができる。

【０１１２】請求項５記載の発明によれば、請求項３記
載の発明を実現する上で、基準温度を半導体レーザの通
常使用温度とした場合などにおいて、或る温度時の動作
電圧ＶＬＤを基準としこの基準に対して信号増減度の正
負をとることにより、或る温度を中心とした高精度な光
出力補正を行うことができる。

【０１１３】請求項６記載の発明によれば、請求項２記
載の発明を実現する上で、基準温度信号ＶＬＤ０と動作
電圧ＶＬＤとの差動信号をとり、差動信号出力が最大値
又は最小値をとる場合に信号増幅率を１と設定すること
で、差動信号出力値に応じて信号増幅率が１より小さい
値又は１より大きい値の何れかのみをとるように制御を
行うことにより、発光レベルモニタ信号の補正値を換算
しやすい構成とすることができ、温度に依らず光出力の
高精度な制御を行うことができる。

【０１１４】請求項７記載の発明によれば、請求項３記
載の発明を実現する上で、基準温度信号ＶＬＤ０と動作
電圧ＶＬＤとの差動信号をとり、差動信号出力が最大値
又は最小値をとる場合に信号増減度をゼロと設定するこ
とで、差動信号出力値に応じて信号増減度が負の値又は
正の値の何れかのみをとるように制御を行うことによ
り、発光レベルモニタ信号の補正値を換算しやすい構成
とすることができ、温度に依らず光出力の高精度な制御
を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施の形態の半導体レーザ制御
装置を示す回路構成図である。

【図２】その光出力、動作電流及びモニタ電流の関係を
示す相関図である。

【図３】光出力、動作電流及びモニタ電流の関係の一部
を抽出し拡大して示す相関図である。

【図４】温度Ｔ２の時の動作制御例を示すタイムチャー
トである。

【図５】温度Ｔ１の時の動作制御例を示すタイムチャー
トである。

【図６】温度Ｔ３の時の動作制御例を示すタイムチャー
トである。

【図７】より具体的な構成例を示す回路構成図である。

【図８】本発明の第二の実施の形態の半導体レーザ制御
装置を示す回路構成図である。

【図９】より具体的な構成例を示す回路構成図である。

【図１０】本発明の第三の実施の形態の半導体レーザ制
御装置を示す回路構成図である。

【図１１】より具体的な構成例を示す回路構成図であ
る。

【図１２】本発明の第四及び第五の実施の形態を示す部
分的な回路構成図である。

【図１３】本発明の第六の実施の形態の光出力、動作電
流及びモニタ電流の関係を示す相関図である。

【図１４】本発明の第七の実施の形態の光出力、動作電
流及びモニタ電流の関係を示す相関図である。

【図１５】本発明の第八の実施の形態の光出力、動作電
流及びモニタ電流の関係を示す相関図である。

【図１６】本発明の第九の実施の形態の半導体レーザ制
御装置を示す回路構成図である。

【図１７】本発明の第十の実施の形態の半導体レーザ制
御装置を示す回路構成図である。

【図１８】その動作原理図である。

【図１９】光・電気負帰還ループを用いた従来の半導体
レーザ制御装置を示す回路構成図である。

【図２０】モニタ信号増幅用の信号増幅器を備える従来
の半導体レーザ制御装置を示す回路構成図である。

【符号の説明】

１第１の誤差増幅部２第１の光・電気負帰還ループ３第２の誤差増幅部４第２１の光・電気負帰還ループ５電流駆動部６，７サンプルホールド回路２１信号増幅器２４第１の信号増幅器２５第２の信号増幅器２９第１の信号増幅器３０信号増減器３４メモリバッファ３５信号変換器ＬＤ半導体レーザＰＤ受光素子Ｑ１駆動トランジスタ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体レーザの光出力の一部をモニタす
る受光素子から得られる前記半導体レーザの発光時の光
出力に比例した発光レベルモニタ信号と、発光レベル制
御信号とが等しくなるように前記半導体レーザの順方向
電流を制御する第１の誤差増幅部を含んで構成される第
１の光・電気負帰還ループと、コレクタに前記半導体レーザ、ベースに前記半導体レー
ザの順方向電流信号、エミッタ・接地間に抵抗が接続さ
れた駆動トランジスタの前記半導体の消光時のエミッタ
電位が、消光レベル制御電圧と等しくなるように前記半
導体レーザの順方向電流を制御する第２の誤差増幅部を
含んで構成される第２の光・電気負帰還ループと、前記受光素子による発光レベルモニタ信号を増幅する信
号増幅器と、変調信号により前記半導体レーザの発光、消光の順方向
電流を切換える電流駆動部と、前記変調信号が連続した一定期間同一ステートとなる場
合にサンプルホールド制御タイミングとなって自動制御
を行うために前記第１、第２の誤差増幅部出力から得ら
れる光出力の発光レベル値、消光レベル値をホールドす
るピーク、ボトムの２系統のサンプルホールド回路とを
備える半導体レーザ制御装置であって、前記信号増幅器は信号増幅率が変更自在であり、基準温
度信号ＶＬＤ０と前記半導体レーザの動作電圧ＶＬＤと
の値に応じて信号増幅率が設定される半導体レーザ制御
装置。
【請求項２】前記信号増幅器は、一定の信号増幅率で
前記発光レベルモニタ信号を増幅する第１の信号増幅器
と、信号増幅率が変更自在で前記第１の増幅器により増
幅された信号を前記基準温度信号ＶＬＤ０と前記動作電
圧ＶＬＤとの値に応じて設定される信号増幅率で増幅す
る第２の信号増幅器とにより構成されている請求項１記
載の半導体レーザ制御装置。
【請求項３】前記信号増幅器は、一定の信号増幅率で
前記発光レベルモニタ信号を増幅する第１の信号増幅器
と、信号増減度が変更自在で前記第１の増幅器により増
幅された信号の振幅値を前記基準温度信号ＶＬＤ０と前
記動作電圧ＶＬＤとの値に応じて設定される信号増減度
で増減する信号増減器とにより構成されている請求項１
記載の半導体レーザ制御装置。
【請求項４】前記第２の信号増幅器は、前記基準温度
信号ＶＬＤ０と前記動作電圧ＶＬＤとの差動信号出力が
ゼロのときには信号増幅率が１に設定され、前記差動信
号出力がゼロ以外のときにはその正負に応じて信号増幅
率が１に対して大小何れかの値に設定される請求項２記
載の半導体レーザ制御装置。
【請求項５】前記信号増減器は、前記基準温度信号Ｖ
ＬＤ０と前記動作電圧ＶＬＤとの差動信号出力がゼロの
ときには信号増減度がゼロに設定され、前記差動信号出
力がゼロ以外のときにはその正負に応じて信号増減度が
正負の何れかの値に設定される請求項３記載の半導体レ
ーザ制御装置。
【請求項６】前記第２の信号増幅器は、前記基準温度
信号ＶＬＤ０と前記動作電圧ＶＬＤとの差動信号出力が
最大値又は最小値をとるときには信号増幅率が１に設定
され、前記差動信号出力の値に応じて前記信号増幅率が
１より小さい値又は１より大きい値の何れかに可変設定
される請求項２記載の半導体レーザ制御装置。
【請求項７】前記信号増減器は、前記基準温度信号Ｖ
ＬＤ０と前記動作電圧ＶＬＤとの差動信号出力が最大値
又は最小値をとるときには信号増減度がゼロに設定さ
れ、前記差動信号出力の値に応じて前記信号増減度が負
の値又は正の値の何れかに可変設定される請求項３記載
の半導体レーザ制御装置。