JP2008182278A - 半導体レーザ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フォトダイオードの応答速度に合わせてＡＰＣ動作を開始することができるようにして、ＡＰＣ動作開始までの時間を短縮させることができる半導体レーザ駆動装置を得る。
【解決手段】応答の速いフォトダイオードＰＤを使用した場合は、選択回路１３によって、遅延回路１０の遅延時間を待つことなく、可変抵抗７の電圧Ｖｐｄが第１基準電圧Ｖｒ１よりも小さい第２基準電圧Ｖｒ２に達した時点でＡＳＷ制御信号Ｓａをアサートしてアナログスイッチ３をオンさせてＡＰＣ動作を開始するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザダイオードの駆動を行う半導体レーザ駆動装置に関し、特に、レーザプリンタの光書き込み、光データ通信、光ディスク装置等に使用される半導体レーザ駆動装置に関するものである。

半導体レーザであるレーザダイオードは、小型で安価であり、しかも電流を流すだけで容易にレーザ光を得ることができるため、プリンタ・光ディスク・光通信等の分野で広く使用されている。しかし、そのレーザダイオードの電流−光出力特性は温度依存性を有するため、一定の光出力を得るためにはＡＰＣ（Automatic Power Control）と呼ばれる特別な発光量制御を行う必要があった。該ＡＰＣは、レーザダイオードに内蔵されているＰｉｎＰＤ（PIN Photo Diode：以下フォトダイオードと呼ぶ）の出力電流を用いて行われる。フォトダイオードはレーザダイオードの発光量に応じた電流を出力し、該出力電流は温度依存性を持たないため、フォトダイオードの出力電流値をモニタすることでレーザダイオードの光出力を一定に制御することができる。

図３は、従来の半導体レーザ駆動装置の例を示した図である。図３において、制御回路１０９から出力されたＤＡＴＡ信号Ｓｄがアサートされると、スイッチ回路１０５がオンして電圧−電流変換回路１０４とレーザダイオードＬＤのカソードとを接続し、レーザダイオードＬＤが発光する。また、ＤＡＴＡ信号Ｓｄは、遅延回路１０８で遅延されてＡＳＷ制御信号Ｓａとしてアナログスイッチ１０２に出力され、ＤＡＴＡ信号Ｓｄがアサートされて該遅延回路１０８からのＡＳＷ制御信号Ｓａがアサートされると、アナログスイッチ１０２はオンしてＡＰＣ動作が開始される。

フォトダイオードＰＤは、レーザダイオードＬＤの発光量に比例した電流を可変抵抗１０７に供給し、可変抵抗１０７の両端電圧である電圧Ｖｐｄが上昇する。該電圧Ｖｐｄは、演算増幅器１０１の反転入力端に入力され、演算増幅器１０１の非反転入力端には基準電圧発生回路１０６からの所定の基準電圧Ｖｒが入力されている。このため、電圧Ｖｐｄが基準電圧Ｖｒになるように電圧−電流変換回路１０４からレーザダイオードＬＤに供給される電流量が制御される。

ここで、遅延回路１０８が必要な理由について説明する。
図３で示すように、フォトダイオードＰＤには寄生容量ＣＰが存在し、該寄生容量ＣＰは等価的にフォトダイオードＰＤに並列に接続されている。レーザダイオードＬＤが発光した当初は、フォトダイオードＰＤから供給される電流の多くは寄生容量ＣＰを充電するために使用され、可変抵抗１０７にはわずかしか電流が流れない。時間が経過するにしたがって、寄生容量ＣＰへの充電電流が減少し、可変抵抗１０７に流れる電流が増加するようになるため、電圧Ｖｐｄは図４に示すようにある程度の時間をかけて上昇する。この上昇速度は、寄生容量ＣＰが大きいほど、またレーザダイオードＬＤの発光量が小さいほど遅くなり、使用するレーザダイオードＬＤとそれに組み込まれているフォトダイオードＰＤの特性によって大きく変動するものである。

ＤＡＴＡ信号Ｓｄがアサートされると同時にアナログスイッチ１０２をオンさせてＡＰＣ動作を行うと、前述したように電圧Ｖｐｄの変化が遅延する影響で、レーザダイオードＬＤの発光量が目標値に達しているにもかかわらず、電圧Ｖｐｄが目標電圧に達していないため、演算増幅器１０１は出力電圧を増加させてレーザダイオードＬＤに供給される電流が増加し、レーザダイオードＬＤの発光量が増加してしまう。逆に、電圧Ｖｐｄが基準電圧Ｖｒに達した後は、レーザダイオードＬＤの電流を低下させ過ぎて、図５に示すようにレーザダイオードＬＤの発光量はハンチングを起こしてしまい、ＡＣＰ動作が正常に行われるまでに長い時間を要していた。

そこで、ＤＡＴＡ信号Ｓｄを、レーザダイオードＬＤが発光してから、電圧Ｖｐｄが基準電圧Ｖｒの近傍になるまでの時間、遅延回路１０８で遅延させてから、アナログスイッチ１０２に出力してＡＰＣ動作を開始させるようにすることで、図５に示したような発光量のハンチングを防止することができる。
なお、図３で示したような遅延回路を使用した、一定の光量で安定した画像を得るに好適な光量自動制御装置があった（例えば、特許文献１参照。）。
特開２０００−３２６５４９号公報

しかし、フォトダイオードＰＤの寄生容量ＣＰやフォトダイオードＰＤから流れる電流の各バラツキによって、電圧Ｖｐｄの応答時間は、図４に示すように応答の速いフォトダイオードＰＤの場合と応答の遅いフォトダイオードＰＤの場合とで大きくばらつく。そこで、遅延回路１０８の遅延時間は、最も応答の遅いフォトダイオードＰＤを使用した場合の時間に設定することになるが、このようにすると、応答の速いフォトダイオードＰＤを使用した場合でも、ＡＰＣ動作を開始するまでの時間を短縮することができないという問題があった。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、フォトダイオードの応答速度に合わせてＡＰＣ動作を開始することができるようにして、ＡＰＣ動作開始までの時間を短縮させることができる半導体レーザ駆動装置を得ることを目的とする。

この発明に係る半導体レーザ駆動装置は、レーザダイオードの発光量を電圧に変換し、該変換した電圧が所定の電圧になるようにレーザダイオードの発光量を制御するＡＰＣ動作を行う半導体レーザ駆動装置において、
前記レーザダイオードの発光量の検出を行い、該検出した発光量を電圧に変換して出力する発光量検出回路部と、
入力された電圧を電流に変換して前記レーザダイオードに供給する電圧−電流変換回路部と、
前記発光量検出回路部からの出力電圧が所定の第１基準電圧になるように該電圧−電流変換回路部の入力電圧を制御して前記レーザダイオードの発光量を制御する発光量制御回路部と、
入力された第１制御信号に応じて、該発光量制御回路部から出力された電圧の前記電圧−電流変換回路部への出力制御を行う第１スイッチ回路部と、
入力された第２制御信号に応じて、前記電圧−電流変換回路部から出力された電流の前記レーザダイオードへの出力制御を行う第２スイッチ回路部と、
前記第２制御信号を生成し出力して第２スイッチ回路部の動作制御を行う制御回路部と、
該制御回路部から出力された第２制御信号、及び前記発光量検出回路部からの出力電圧から前記第１制御信号を生成して第１スイッチ回路部に出力する第１スイッチ制御回路部と、
を備え、
前記第１スイッチ制御回路部は、第２スイッチ回路部が前記電圧−電流変換回路部から出力された電流の前記レーザダイオードへの出力を開始してから所定の時間以内に前記発光量検出回路部からの出力電圧が所定の第２基準電圧以上になると、前記第１スイッチ回路部に対して、該発光量制御回路部から出力された電圧を前記電圧−電流変換回路部に出力させるものである。

具体的には、前記第２基準電圧は、第１基準電圧未満であるようにした。

本発明の半導体レーザ駆動装置によれば、ＡＰＣ動作を行う際の基準となる第１基準電圧よりもわずかに小さい第２基準電圧を用いて、半導体レーザの発光量をモニタするためのフォトダイオードから出力された電流を電圧に変換する可変抵抗の電圧が、前記第２基準電圧に達した時点でＡＰＣ動作を開始することができ、ＡＰＣ動作の開始時間を短縮させることができ、特に発光量検出回路部に応答速度の速いフォトダイオード等を使用した場合にＡＰＣ動作の開始時間をより一層短縮させることができる。

次に、図面に示す実施の形態に基づいて、本発明を詳細に説明する。
第１の実施の形態．
図１は、本発明の第１の実施の形態における半導体レーザ駆動装置の例を示した図である。
図１において、半導体レーザ駆動装置１は、演算増幅器２、アナログスイッチ３、演算増幅器２の出力電圧を記憶するホールドコンデンサ４、電圧−電流変換回路５、入力された制御信号に応じてスイッチングを行うスイッチ回路６、可変抵抗７及び所定の第１基準電圧Ｖｒ１を生成して出力する第１基準電圧発生回路８を備えている。

また、半導体レーザ駆動装置１は、アナログスイッチ３とスイッチ回路６の動作制御をそれぞれ行う制御回路９、所定の遅延時間が設定された遅延回路１０及びフォトダイオードＰＤを備えている。更に、半導体レーザ駆動装置１は、所定の第２基準電圧Ｖｒ２を生成して出力する第２基準電圧発生回路１１、比較器１２、並びに遅延回路１０からの出力信号若しくは比較器１２からの出力信号のいずれか一方の信号を選択してＡＳＷ制御信号Ｓａとしてアナログスイッチ３に出力する選択回路１３を備えている。

なお、図１では、演算増幅器２の出力電圧が大きくなるほどレーザダイオードＬＤに流れる電流が増加する場合を例にして示している。また、演算増幅器２及び第１基準電圧発生回路８は発光量制御回路部をなし、アナログスイッチ３は第１スイッチ回路部を、ホールドコンデンサ４は電圧保持回路部を、電圧−電流変換回路５は電圧−電流変換回路部を、スイッチ回路６は第２スイッチ回路部を、可変抵抗７及びフォトダイオードＰＤは発光量検出回路部を、制御回路９は制御回路部を、遅延回路１０、第２基準電圧発生回路１１、比較器１２及び選択回路１３は第１スイッチ制御回路部をそれぞれなしている。更に、遅延回路１０は遅延回路部を、比較器１２は比較回路部を、選択回路１３は選択回路部をそれぞれなしている。

演算増幅器２の非反転入力端と接地電圧との間に第１基準電圧発生回路８が接続され、演算増幅器２の非反転入力端には第１基準電圧発生回路８からの第１基準電圧Ｖｒ１が入力されている。演算増幅器２の出力端はアナログスイッチ３の一端に接続され、アナログスイッチ３の他端は電圧−電流変換回路５に接続されており、該接続部と接地電圧との間にはホールドコンデンサ４が接続されている。スイッチ回路６は、制御回路９から制御信号であるＤＡＴＡ信号Ｓｄが入力されており、該ＤＡＴＡ信号Ｓｄは、あらかじめ所定の遅延時間が設定された遅延回路１０で遅延されて選択回路１３に出力される。

アナログスイッチ３は、入力されたＡＳＷ制御信号Ｓａに応じてスイッチングを行い、ホールドコンデンサ４の高圧側電圧（以下、ホールドコンデンサ４の電圧と呼ぶ）をホールドするために、ホールドコンデンサ４と演算増幅器２の出力端との接続の切断を行う。電圧−電流変換回路５は、入力された電圧をレーザダイオードＬＤの駆動電流に変換するものであり、スイッチ回路６を介してレーザダイオードＬＤのカソードに接続され、レーザダイオードＬＤのアノードは電源電圧Ｖｄｄに接続されている。

スイッチ回路６は、制御回路９からＤＡＴＡ信号Ｓｄが入力され、該入力されたＤＡＴＡ信号Ｓｄに応じてスイッチングを行う。このことにより、スイッチ回路６は、レーザダイオードＬＤに駆動電流を供給するために、電圧−電流変換回路５とレーザダイオードＬＤとの接続制御を行う。ＤＡＴＡ信号ＳｄがアサートされてＡＳＷ制御信号Ｓａがアサートされると、アナログスイッチ３によって演算増幅器２の出力端にホールドコンデンサ４及び電圧−電流変換回路５がそれぞれ接続され、ＡＰＣ動作が開始される。

一方、フォトダイオードＰＤのカソードは電源電圧に接続され、フォトダイオードＰＤのアノードと接地電圧との間に可変抵抗７が接続されている。また、フォトダイオードＰＤのアノードと可変抵抗７との接続部は、演算増幅器２及び比較器１２の各反転入力端にそれぞれ接続されている。フォトダイオードＰＤは、レーザダイオードＬＤの発光量をモニタしレーザダイオードＬＤの発光量に比例した電流を可変抵抗７に供給する。可変抵抗７は、フォトダイオードＰＤから供給された電流を電圧Ｖｐｄに変換し、該電圧Ｖｐｄは演算増幅器２及び比較器１２の各反転入力端にそれぞれ出力される。

演算増幅器２は、入力された電圧Ｖｐｄが第１基準電圧Ｖｒ１に等しくなるように、電圧−電流変換回路５に入力される電圧を制御してレーザダイオードＬＤに供給する電流を制御する。また、ホールドコンデンサ４の電圧は、演算増幅器２の出力電圧で充電されているため、演算増幅器２の出力電圧と同じである。アナログスイッチ３がオフすると、このときの演算増幅器２の出力電圧が、ホールドコンデンサ４に記憶される。

また、比較器１２の非反転入力端と接地電圧との間に第２基準電圧発生回路１１が接続され、比較器１２の非反転入力端には第２基準電圧発生回路１１からの第２基準電圧Ｖｒ２が入力されている。比較器１２の出力端は選択回路１３に接続され、比較器１２は、入力された電圧Ｖｐｄと第２基準電圧Ｖｒ２とを比較し、電圧Ｖｐｄが第２基準電圧Ｖｒ２以上になると選択回路１３への出力信号をアサートする。第２基準電圧Ｖｒ２は、第１基準電圧Ｖｒ１よりもわずかに低い電圧に設定されている。
選択回路１３は、比較器１２と遅延回路１０の各出力信号の内、早く信号レベルが変化した方の出力信号をＡＳＷ制御信号Ｓａとしてアナログスイッチ３に出力し、アナログスイッチ３のスイッチング制御を行う。なお、ＡＳＷ制御信号Ｓａは第１制御信号を、ＤＡＴＡ信号Ｓｄは第２制御信号をそれぞれなす。

アナログスイッチ３とホールドコンデンサ４はサンプルホールド回路を形成しており、アナログスイッチ３がオンすると、演算増幅器２の出力電圧でホールドコンデンサ４を充電し、制御回路９は、ＡＰＣ動作期間中はスイッチ回路６をオンさせて電圧−電流変換回路５とレーザダイオードＬＤとを接続する。ＡＰＣ動作が終了する場合は、スイッチ回路６をオフさせて電圧−電流変換回路５とレーザダイオードＬＤとの接続を遮断した後、アナログスイッチ３がオフすると、演算増幅器２の出力電圧がホールドコンデンサ４にホールドされる。

このような構成において、応答の速いフォトダイオードＰＤの場合は、ＤＡＴＡ信号ＳｄがアサートされてレーザダイオードＬＤが発光すると、遅延回路１０の遅延時間よりも短時間で電圧Ｖｐｄが第２基準電圧Ｖｒ２に達し、比較器１２の出力信号が反転して、選択回路１３からアナログスイッチ３をオンにするＡＳＷ制御信号Ｓａが出力され、図２のＡＳＷ制御信号Ｓａを示した波形の破線で示すように、この時点でＡＰＣ動作が開始（ＡＰＣ作動）される。

応答の遅いフォトダイオードＰＤの場合は、ＤＡＴＡ信号ＳｄがアサートされてレーザダイオードＬＤが発光しても、遅延回路１０の遅延時間よりも短時間で電圧Ｖｐｄが第２基準電圧Ｖｒ２に達しないため、遅延回路１０からの出力信号が比較器１２の出力信号よりも先にアサートされ、図２のＡＳＷ制御信号Ｓａを示した波形の実線で示すように遅延時間経過後にＡＰＣ動作を開始する。なお、応答の遅いフォトダイオードＰＤの場合に、電圧Ｖｐｄが第２基準電圧Ｖｒ２に達する時間以上に、遅延回路１０の遅延時間を設定してもよい。

また、ホールドコンデンサ４に充電されていない状態で、ＤＡＴＡ信号Ｓｄがアサートされた場合は、ＡＰＣ動作を開始するまで、レーザダイオードＬＤに電流は供給されず、電圧Ｖｐｄは変化しない。このことから、選択回路１３は、遅延回路１０から入力された信号をＡＳＷ制御信号Ｓａとしてアナログスイッチ３に出力し、ＤＡＴＡ信号Ｓｄがアサートされてから遅延回路１０に設定された遅延時間後にＡＳＷ制御信号Ｓａがアサートされ、ＡＰＣ動作が開始される。

このように、本第１の実施の形態における半導体レーザ駆動装置は、応答の速いフォトダイオードＰＤを使用した場合は、選択回路１３によって、遅延回路１０の遅延時間を待つことなく、可変抵抗７の電圧Ｖｐｄが第１基準電圧Ｖｒ１よりも小さい第２基準電圧Ｖｒ２に達した時点でＡＰＣ動作を開始するようにした。このことから、ＡＰＣ動作の開始時間を短縮させることができ、特に応答速度の速いフォトダイオードを使用した場合に、ＡＰＣ動作の開始時間をより一層短縮させることができる。

本発明の第１の実施の形態における半導体レーザ駆動装置の例を示した図である。 ＡＰＣ動作時における図１の各信号例を示したタイミングチャートである。 従来の半導体レーザ駆動装置の例を示した図である。 ＡＰＣ動作時における図３の各信号例を示したタイミングチャートである。 図３におけるレーザダイオードＬＤの発光量の特性例を示した図である。

符号の説明

１ 半導体レーザ駆動装置
２ 演算増幅器
３ アナログスイッチ
４ ホールドコンデンサ
５ 電圧−電流変換回路
６ スイッチ回路
７ 可変抵抗
８ 第１基準電圧発生回路
９ 制御回路
１０ 遅延回路
１１ 第２基準電圧発生回路
１２ 比較器
１３ 選択回路
ＰＤ フォトダイオード
ＬＤ レーザダイオード

Claims (2)

1. レーザダイオードの発光量を電圧に変換し、該変換した電圧が所定の電圧になるようにレーザダイオードの発光量を制御するＡＰＣ動作を行う半導体レーザ駆動装置において、
   前記レーザダイオードの発光量の検出を行い、該検出した発光量を電圧に変換して出力する発光量検出回路部と、
   入力された電圧を電流に変換して前記レーザダイオードに供給する電圧−電流変換回路部と、
   前記発光量検出回路部からの出力電圧が所定の第１基準電圧になるように該電圧−電流変換回路部の入力電圧を制御して前記レーザダイオードの発光量を制御する発光量制御回路部と、
   入力された第１制御信号に応じて、該発光量制御回路部から出力された電圧の前記電圧−電流変換回路部への出力制御を行う第１スイッチ回路部と、
   入力された第２制御信号に応じて、前記電圧−電流変換回路部から出力された電流の前記レーザダイオードへの出力制御を行う第２スイッチ回路部と、
   前記第２制御信号を生成し出力して第２スイッチ回路部の動作制御を行う制御回路部と、
   該制御回路部から出力された第２制御信号、及び前記発光量検出回路部からの出力電圧から前記第１制御信号を生成して第１スイッチ回路部に出力する第１スイッチ制御回路部と、
   を備え、
   前記第１スイッチ制御回路部は、第２スイッチ回路部が前記電圧−電流変換回路部から出力された電流の前記レーザダイオードへの出力を開始してから所定の時間以内に前記発光量検出回路部からの出力電圧が所定の第２基準電圧以上になると、前記第１スイッチ回路部に対して、該発光量制御回路部から出力された電圧を前記電圧−電流変換回路部に出力させることを特徴とする半導体レーザ駆動装置。
2. 前記第２基準電圧は、第１基準電圧未満であることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ駆動装置。

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