JP2012209501A - 補正回路、駆動回路、発光装置、および電流パルス波形の補正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】波長デチューニングΔλに起因する光出力の波形鈍りを低減することの可能な半導体レーザを提供する。
【解決手段】電流源２１から矩形状の電流パルス（電流Ｉ_op-none（ｔ））が出力され、補正回路２２からは、ＲＣ時定数回路２２Ａを用いて導出されたアシスト電流Ｉ_A（ｔ）が出力される。レーザ駆動部４０によって、電流源２１の出力と、補正回路２２の出力とを互いに重ね合わせた電流パルス（Ｉ_op（ｔ）＝_Iop-none（ｔ）＋Ｉ_A（ｔ））が半導体レーザ装置３１に印加される。
【選択図】図２

Description

本発明は、垂直共振器構造を備えた半導体レーザアレイに印加する電流パルス波形を補正する補正回路ならびにこれを備えた駆動回路および発光装置に関する。また、本発明は、上記半導体レーザに印加する電流パルス波形の補正方法に関する。

面発光型の半導体レーザは、従来のファブリペロー共振器型の半導体レーザとは異なり、基板に対して直交する方向に光を射出するものであり、同じ基板上に２次元アレイ状に多数の共振器構造を配列することが可能である。そのため、近年、面発光型の半導体レーザは、データ通信やプリンタなどの技術分野で注目されている。

面発光型の半導体レーザは、一般に、基板上に、下部ＤＢＲ層、下部スペーサ層、活性層、上部スペーサ層、電流狭窄層、上部ＤＢＲ層およびコンタクト層をこの順に積層してなる柱状の垂直共振器構造を備えている。このような半導体レーザでは、活性層温度の変化によって光出力が大きく変化することが知られている。例えば、発振波長６５０ｎｍの面発光型の半導体レーザを１ｍＷで駆動しているときに、活性層温度が５０℃から６０℃に変化しただけで、光出力が２０％ほど低下する。

また、面発光型の半導体レーザでは、垂直共振器が極めて小さく、電流注入によって活性層温度が上昇し易い。そのため、複数の面発光型の半導体レーザを集積したレーザアレイでは、全ての半導体レーザが駆動されて各半導体レーザの活性層温度が上昇すると、隣接する他の半導体レーザから伝播してきた熱によって、個々の半導体レーザの活性層温度がさらに上昇する。その結果、個々の半導体レーザの光出力が低下する。例えば、４５μｍピッチ、４×８チャネルの面発光型のレーザアレイでは、各半導体レーザを５０℃、１ｍＷで駆動すると、各半導体レーザの活性層温度は、単チャネルを発光させたときの活性層温度よりも１０℃以上高くなる。従って、個々の半導体レーザの光出力が２０％ほど低下する。このように、面発光型のレーザアレイでは、隣接する他の半導体レーザで発せられた熱により光出力が低下する熱的なクロストークが発生するという問題があった。

このような熱的なクロストークに対処する方法は、既にいろいろと提案されているが、例えば、特許文献１では、ファブリペロー型の半導体レーザにおけるクロストークに対処する方法が開示されている。特許文献１では、レーザの駆動によって生じる素子の温度上昇を計算することにより適切な補正電流量を決定し、補正された電流でレーザを駆動することにより、熱的なクロストークに起因する光出力の低下を抑制することが提案されている。

特開２０００−１９０５６３号公報

特許文献１に記載の方法では、補正電流量は、レーザ素子の温度上昇に伴う閾値上昇と同じ値としている。しかし、実際の半導体レーザでは、温度上昇や注入電流よってスロープ効率が変化するので、補正すべき電流量は閾値の変化以上になるはずである。特に、面発光型の半導体レーザでは、温度変化による閾値の変化はほとんど無く、逆にスロープ効率の変化は大きいので、スロープ効率の変動分を考慮して補正電流量を決定しなければならない。つまり、特許文献１に記載の方法では、面発光型のレーザアレイにおける熱的なクロストークを改善することはできない。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その第１の目的は、面発光型のレーザアレイにおける熱的なクロストークの影響を緩和することの可能な補正回路ならびにこれを備えた駆動回路および発光装置を提供することにある。また、第２の目的は、面発光型のレーザアレイにおける熱的なクロストークを改善することの可能な電流パルス波形の補正方法を提供することにある。

本発明による補正回路は、上昇温度導出部と、第１補正部とを備えたものである。上昇温度導出部は、多チャネルの面発光型のレーザアレイに含まれる全てのチャネルのうち少なくとも第１チャネルに隣接する１または複数の第２チャネルでの発熱による第１チャネルの温度上昇量を導出するようになっている。第１補正部は、上昇温度導出部で導出された温度上昇量に基づいて、レーザアレイをチャネルごとに独立に駆動可能な電流源から第１チャネルに出力された電流パルスの波形を補正するようになっている。

本発明による駆動回路は、多チャネルの面発光型のレーザアレイをチャネルごとに独立に駆動可能な電流源と、電流源から出力された電流パルスの波形を補正する補正回路とを備えたものである。この駆動回路に含まれる補正回路は、上記の補正回路と同一の構成要素を有している。

本発明による発光装置は、多チャネルの面発光型のレーザアレイと、レーザアレイを駆動する駆動回路とを備えたものである。この発光装置に含まれる駆動回路は、上記の駆動回路と同一の構成要素を有している。

本発明による電流パルス波形の補正方法は、以下の２つのステップを含むものである。
（Ａ）多チャネルの面発光型のレーザアレイに含まれる全てのチャネルのうち少なくとも第１チャネルに隣接する１または複数の第２チャネルでの発熱による第１チャネルの温度上昇量を導出する上昇温度導出ステップ
（Ｂ）上昇温度導出ステップで導出された温度上昇量に基づいて、レーザアレイをチャネルごとに独立に駆動可能な電流源から第１チャネルに出力された電流パルスの波形を補正する補正ステップ

本発明による補正回路、駆動回路、発光装置、および電流パルス波形の補正方法では、第１チャネルの周囲にある第２チャネルでの発熱による第１チャネルの温度上昇量に基づいて、電流源から第１チャネルに出力された電流パルスの波形が補正される。これにより、レーザアレイの光出力を、熱的なクロストークの影響を受けていないときの光出力に近づけることができる。

本発明による補正回路、駆動回路、発光装置、および電流パルス波形の補正方法によれば、レーザアレイの光出力を、熱的なクロストークの影響を受けていないときの光出力に近づけることができるようにしたので、面発光型のレーザアレイにおける熱的なクロストークの影響を緩和することができる。

一実施の形態に係る半導体レーザアレイの上面構成の一例を表す図である。 図１の半導体レーザアレイを備えた発光装置の概略構成の一例を表す図である。 図２のレーザ駆動部の内部構成の一例を表す図である。 図１のレーザ素子の電流−光出力特性、電流−スロープ効率特性の一例を表す図である。 図１の半導体レーザアレイで生じる熱の伝播について説明するための模式図である。 図５のｃｈ２〜ｃｈ４に印加する電流の波形の一例を表す図である。 図５のｃｈ２〜ｃｈ４ごとの熱流、熱抵抗、熱時定数の一例を表す図である。 ΔＴ₂→₁（ｔ）、ΔＴ₃→₁（ｔ）、ΔＴ₄→₁（ｔ）、Σ_xΔＴ_x→₁（ｔ）の一例を表す図である。 ΔＴ₂→₁（ｔ）、ΔＴ₃→₁（ｔ）、ΔＴ₄→₁（ｔ）、Σ_xΔＴ_x→₁（ｔ）が図８のようになっているときの、ΔＩｃｈ１（ｔ）の一例を表す図である。 図３の補正回路の内部構成の一例を表す図である。 図３のレーザ駆動部の第１変形例を表す図である。 図１１のレーザ駆動部で生成される電流パルス波形の一例を表す図である。 図１のレーザ素子のＩ−Ｌ特性の一例を表す図である。 図１のレーザ素子の光出力波形の一例を表す図である。 図１１のＩ_op1（ｔ）の波形と、図１１のＩ_A1（ｔ）の波形との合成について説明するための波形図である。 図１のレーザ素子の概略構成および熱回路の一例を表す図である。 熱方程式に含まれる変数について説明するための波形図である。 （Ａ）熱方程式を解くことにより得られた活性層温度の時間変化と、（Ｂ）実際の測定によって得られた活性層温度と光出力との関係と、（Ｃ）図８（Ａ），（Ｂ）から得られる光出力の時間変化とを表す図である。 光出力の時間変化の実測値と計算値とを表す図である。 図３のレーザ駆動部の第２変形例を表す図である。 ドループの、注入電力依存性の一例を表す図である。 図２０のレーザ駆動部で生成される電流パルス波形の一例を表す図である。 図１のレーザ素子の光出力波形の一例を表す図である。 図２０のＩ_op1（ｔ）の波形と、図２０のＩ_B1（ｔ）の波形との合成について説明するための波形図である。 図１のレーザ駆動部の第３変形例を表す図である。 図２５のレーザ駆動部で生成される電流パルス波形の一例を表す図である。 一適用例に係る印刷装置の概略構成図である。 他の適用例に係る光通信装置の概略構成図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。

１．実施の形態
熱的なクロストークの影響を緩和する回路が設けられている例
２．変形例
波長デチューニングに起因する光出力の波形鈍りを低減する回路が
設けられている例
ドループに起因する光出力の低下を低減する回路が設けられている例
３．適用例
上記各実施の形態の発光装置が印刷装置の光源として用いられている例
上記各実施の形態の発光装置が光通信装置の光源として用いられている例

＜１．実施の形態＞
［半導体レーザアレイ１の構成］
図１は、一実施の形態に係る半導体レーザアレイ１の上面図を表すものである。なお、図１は模式的に表したものであり、実際の寸法、形状とは異なっている。この半導体レーザアレイ１は、複数の面発光型のレーザ素子１０を集積したものである。半導体レーザアレイ１において、個々のレーザ素子１０はチャネルと呼ばれる。図１に示したように４つのレーザ素子１０が設けられている場合には、半導体レーザアレイ１は４チャネルのレーザアレイと呼ばれる。

各レーザ素子１０は、各レーザ素子１０から射出されるレーザ光の光軸間の距離が互いに極力近づくように表面上に配置されている。例えば、各レーザ素子１０は、図１に示したように、横一列に配置されている。なお、図示しないが、各レーザ素子１０が、格子状に配置されていてもよい。また、図１には、４つのレーザ素子１０が配置されている場合が例示されているが、２つのレーザ素子１０だけが配置されていてもよいし、３つのレーザ素子１０が配置されていてもよいし、５つ以上のレーザ素子１０が配置されていてもよい。なお、以下では、４つのレーザ素子１０が配置されているものとして、半導体レーザアレイ１の説明を行うものとする。

各レーザ素子１０は、例えば、図示しない共通の基板上に結晶成長により形成されたものである。なお、各レーザ素子１０が、図示しない共通の基板上に、貼り合わせにより配置されたものであってもよい。

レーザ素子１０は、例えば、一対の多層膜反射鏡で活性層を挟み込んだ柱状の垂直共振器構造を有している。活性層は、例えば、赤色系の材料（例えば、ＧａＩｎＰまたはＡｌＧａＩｎＰ）を含んで構成されている。なお、活性層は、他の材料によって構成されていてもよく、例えば、赤外系の材料（例えば、ＧａＡｓまたはＡｌＧａＡｓ）を含んで構成されていてもよい。レーザ素子１０は、例えば、垂直共振器構造の上面に、開口１１Ａを有する環状の上部電極１１を有しており、開口１１Ａからレーザ光を射出するようになっている。レーザ素子１０は、さらに、垂直共振器構造に隣接して電極パッド１２を有しており、上部電極１１と電極パッド１２とを互いに電気的に接続する接続部１３を有している。

半導体レーザアレイ１は、レーザ素子１０の他に、温度検出素子２０を有している。温度検出素子２０は、例えば、レーザ素子１０と共通の基板（図示せず）上に設けられており、例えば、レーザ素子１０と共通の基板上に結晶成長により形成されたものである。なお、温度検出素子２０が、レーザ素子１０と共通の基板上に、貼り合わせにより配置されたものであってもよい。

温度検出素子２０は、例えば、レーザ素子１０と同様に、一対の多層膜反射鏡で活性層を挟み込んだ柱状の垂直共振器構造を有している。温度検出素子２０の活性層は、例えば、レーザ素子１０の活性層と同一材料からなり、例えば、赤色系の材料（例えば、ＧａＩｎＰまたはＡｌＧａＩｎＰ）を含んで構成されている。なお、温度検出素子２０の活性層は、他の材料によって構成されていてもよく、例えば、赤外系の材料（例えば、ＧａＡｓまたはＡｌＧａＡｓ）を含んで構成されていてもよい。

温度検出素子２０は、例えば、垂直共振器構造の上面に、開口を有しない板状の上部電極２１を有しており、垂直共振器構造の上面からレーザ光が射出されないようになっている。温度検出素子２０は、さらに、垂直共振器構造に隣接して電極パッド２２を有しており、上部電極２１と電極パッド２２とを互いに電気的に接続する接続部２３を有している。温度検出素子２０は、当該温度検出素子２０に定常電流が流れているときに、周囲温度の変化に伴う活性層温度の変化によって当該温度検出素子２０の直列抵抗に変化が生じることを利用して周囲温度を検出するものである。具体的には、温度検出素子２０は、当該温度検出素子２０の直列抵抗の変化を、上部電極２１の電圧の変化として電極パッド２２に出力するようになっている。

［発光装置２の構成］
図２は、半導体レーザアレイ１を備えた発光装置２の概略構成を表すものである。発光装置２は、半導体レーザアレイ１と、システム制御部３０と、レーザ駆動部４０とを備えたている。システム制御部３０は、レーザ駆動部４０を介して半導体レーザアレイ１の駆動を制御するものである。

レーザ駆動部４０は、半導体レーザアレイ１に電流を注入し、それにより半導体レーザアレイ１を発光させるものである。レーザ駆動部４０は、例えば、図３に示したように、電流源４１と、補正回路４２と、合成部４３とを有している。

電流源４１は、多チャネルの半導体レーザアレイ１をチャネルごとに独立に駆動可能なものであり、例えば、図３に示したように、４種類の電流（Ｉ_{op none1}（ｔ）〜Ｉ_{op none4}（ｔ））を出力可能となっている。電流源４１は、半導体レーザアレイ１をパルス駆動させるものであり、例えば、４種類の電流（Ｉ_{op none1}（ｔ）〜Ｉ_{op none4}（ｔ））として、矩形状の電流パルスを出力するようになっている。一方、補正回路４２は、電流源４１から出力された電流パルスの波形を補正するものであり、例えば、図３に示したように、４種類の補正電流（ΔＩ_ch1（ｔ）〜ΔＩ_ch4（ｔ））を出力可能となっている。

合成部４３は、電流源４１から出力された電流と、補正回路４２から出力された補正電流とを合成するとともに、合成したものを、外部（具体的には、半導体レーザアレイ１）に出力するようになっている。合成部４３は、例えば、図３に示したように、電流源４１の出力端と、補正回路４２の出力端とを連結した連結部を有しており、電流源４１から出力された電流と、補正回路４２から出力された補正電流とを足し合わせる（重ねあわせる）ことができるようになっている。合成部４３は、例えば、電流源４１から出力された電流（Ｉ_{op none1}（ｔ）〜Ｉ_{op none4}（ｔ））と、補正回路４２から出力された補正電流（ΔＩ_ch1（ｔ）〜ΔＩ_ch4（ｔ））とを足し合わせた４種類の電流（Ｉ_op1（ｔ）〜Ｉ_op4（ｔ））を出力可能となっている。

次に、補正回路４２において生成される補正電流の導出過程について説明する。

（単一素子の温度特性のモデル化）
図４（Ａ）は、面発光型の赤色の半導体レーザの電流−光出力特性の温度依存性の一例を表したものである。図４（Ｂ）は、面発光型の赤色の半導体レーザの電流−スロープ効率特性の温度依存性の一例を表したものである。なお、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）の電流−光出力特性を電流で微分することにより得られるものである。図４（Ｂ）から、電流の大きさが閾値から３ｍＡ程度までの間においては、スロープ効率は電流に対して直線的に減少し、温度が上昇するとともにスロープ効率の勾配（傾き）が小さくなっていることがわかる。この温度及び電流変化によるスロープ効率の変動は、次の様なモデル式で表すことができる。

ここで、Ｔは周囲温度である。Ｉは半導体レーザに入力された電流（駆動電流）である。ＳＥ（Ｉ，Ｔ）は、スロープ効率であり、周囲温度Ｔおよび駆動電流Ｉを変数として含んでいる。ａ、ｂ、Ｉ_c、η_cは、半導体レーザの特性によって異なる定数である。例えば、図４（Ａ），（Ｂ）に示した赤色の半導体レーザの場合には、ａ、ｂ、Ｉ_c、η_cは、以下に例示した値を採る。

数１を積分すると、以下に示した電流−光出力特性の式が得られる。なお、数１において、Ｐ（Ｉ，Ｔ）は、光出力であり、周囲温度Ｔおよび駆動電流Ｉを変数として含んでいる。ｃｏｎｓｔは、定数である。

（温度上昇による光出力低下分を補正する電流）
周囲温度Ｔの変化による光出力変動分（ΔＰ）を補正する電流は、次にようにして導くことができる。温度変化及び電流変化によって光出力変動がないとすると、数３から、以下の式が得られる。

なお、ΔＴは周囲温度Ｔの変化量である。ΔＩは駆動電流Ｉの変化量である。上記の数４に、上記の数３を代入することで、以下の式が得られる。

上記の数６から、駆動電流Ｉの上昇や周囲温度Ｔの上昇によって、補正すべき電流値は大きくなることが分かる。

（注目チャネル以外の駆動による注目チャネルの温度上昇）
図５は、半導体レーザアレイ１で生じる熱の伝播について模式的に表したものである。図５に示したように、チャネルｃｈ１のレーザ素子１０がチャネルｃｈ１の周辺にあるチャネルｃｈ２，ｃｈ３，ｃｈ４のレーザ素子１０の発熱によって受ける温度上昇量をΔＴ_x→₁(ｘは２，３，４)と表すと、温度上昇量ΔＴ_x→₁の時間に関する微分方程式は、以下のように表せる。

ここで、Ｗ_x→₁は、チャネルｃｈｘ(ｘは２，３，４)の発光によって生じる熱流である。Ｒ_x→₁は、チャネルｃｈｘとチャネルｃｈ１との間の熱抵抗である。Ｃ_x→₁は、チャネルｃｈｘとチャネルｃｈ１との間の熱容量である。この微分方程式を解くことによって、チャネルｃｈｘの発熱によるチャネルｃｈ１の温度上昇量ΔＴ_x→₁を導くことができる。

次に、全てのチャネルｃｈｘの発熱の寄与を合計したチャンネルｃｈ１の温度上昇量

を見積もるために、例として、図６のようなデータパターンを想定する。熱抵抗や熱時定数、各チャネルｘにおける熱流を図７のように設定した。これらを微分方程式（数７）へ代入し、ΔＴ_x→₁（ｔ）について解くとチャネルｃｈ１の温度は図８の様な変化を示す。

（補正電流量導出）
上記の数８を上記の数６へ代入すると、以下のようになる。

そして、上記の数９を解くことで補正電流を導くことが出来る。Ｔは周囲温度であるが、これは温度検出素子２０に一定電流を通電した時の電圧として検出される。この電圧は、半導体レーザアレイ１を駆動する前にデータ保持されており、半導体レーザアレイ１を駆動している最中は一定の値である。実際に計算すると図９の様になる。ここで、各種パラメータには、数２に記載の数値を用いた。また、周囲温度Ｔを５０℃とし、駆動電流Ｉを３ｍＡとした。

（回路構成）
次に、補正回路４２の内部構成について説明する。図１０は、補正回路４２の内部構成の一例を表したものである。補正回路４２は、例えば、図１０に示したように、上昇温度導出部４２Ａと、補正部４２Ｂと、周囲温度導出部４２Ｃとを有している。

上昇温度導出部４２Ａは、半導体レーザアレイ１に含まれる全てのチャネルのうち少なくとも、あるチャネル（以下、便宜的に「注目チャネル」と称する。）に隣接する１または複数のレーザ素子１０（以下、便宜的に「周囲チャネル」と称する。）での発熱による注目素子の温度上昇量を導出するものである。

例えば、図１０に示したように、上昇温度導出部４２Ａは、全てのチャネルｃｈ２，ｃｈ３，ｃｈ４の発熱の寄与を合計したチャネルｃｈ１の温度上昇量Σ_xΔＴ_x→₁（ｔ）を導出するようになっている。

上昇温度導出部４２Ａは、例えば、チャネルｃｈ２とチャネルｃｈ１との間のパス（熱通路）に対応した熱抵抗Ｒ₂→₁および熱容量Ｃ₂→₁からなるＲＣ時定数（Ｒ₂→₁×Ｃ₂→₁）の回路αを有している。上昇温度導出部４２Ａは、この回路αの入力端に接続された電圧源Ｖ２を有している。この電圧源Ｖ２は、チャネルｃｈ２とチャネルｃｈ１との間のパスに対応した熱抵抗Ｒ₂→₁および熱流Ｗ₂→₁の積（Ｗ₂→₁×Ｒ₂→₁）に相当している。従って、チャネルｃｈ２の駆動によるチャネルｃｈ１の温度上昇量ΔＴ₂→₁（ｔ）は、ＲＣ時定数（Ｒ₂→₁×Ｃ₂→₁）に従って変化する電圧Ｖ２’（ｔ）で表される。

同様に、例えば、上昇温度導出部４２Ａは、チャネルｃｈ３とチャネルｃｈ１との間のパス（熱通路）に対応した熱抵抗Ｒ₃→₁および熱容量Ｃ₃→₁からなるＲＣ時定数（Ｒ₃→₁×Ｃ₃→₁）の回路βを有している。上昇温度導出部４２Ａは、この回路βの入力端に接続された電圧源Ｖ３を有している。この電圧源Ｖ３は、チャネルｃｈ３とチャネルｃｈ１との間のパスに対応した熱抵抗Ｒ₃→₁および熱流Ｗ₃→₁の積（Ｗ₃→₁×Ｒ₃→₁）に相当している。従って、チャネルｃｈ３の駆動によるチャネルｃｈ１の温度上昇量ΔＴ₃→₁（ｔ）は、ＲＣ時定数（Ｒ₃→₁×Ｃ₃→₁）に従って変化する電圧Ｖ３’（ｔ）で表される。

さらに、例えば、上昇温度導出部４２Ａは、チャネルｃｈ４とチャネルｃｈ１との間のパス（熱通路）に対応した熱抵抗Ｒ₄→₁および熱容量Ｃ₄→₁からなるＲＣ時定数（Ｒ₄→₁×Ｃ₄→₁）の回路γを有している。上昇温度導出部４２Ａは、この回路γの入力端に接続された電圧源Ｖ４を有している。この電圧源Ｖ４は、チャネルｃｈ４とチャネルｃｈ１との間のパスに対応した熱抵抗Ｒ₄→₁および熱流Ｗ₄→₁の積（Ｗ₄→₁×Ｒ₄→₁）に相当している。従って、チャネルｃｈ４の駆動によるチャネルｃｈ１の温度上昇量ΔＴ₄→₁（ｔ）は、ＲＣ時定数（Ｒ₄→₁×Ｃ₄→₁）に従って変化する電圧Ｖ４’（ｔ）で表される。

上昇温度導出部４２Ａは、例えば、加算回路および反転増幅回路によって、電圧Ｖ２’（ｔ）、Ｖ３’（ｔ）およびＶ４’（ｔ）を互いに合成することにより、各チャネルｃｈ２，Ｃｈ３，Ｃｈ４による温度上昇量ΔＴ₂→₁（ｔ），ΔＴ₃→₁（ｔ），ΔＴ₄→₁（ｔ）の合計を導出する。このようにして、上昇温度導出部４２Ａは、全てのチャネルｃｈ２，ｃｈ３，ｃｈ４の発熱の寄与を合計したチャネルｃｈ１の温度上昇量Σ_xΔＴ_x→₁（ｔ）を導出するようになっている。

同様に、上昇温度導出部４２Ａは、全てのチャネルｃｈ１，ｃｈ３，ｃｈ４の発熱の寄与を合計したチャネルｃｈ２の温度上昇量Σ_xΔＴ_x→₂（ｔ）を導出するようになっている。さらに、上昇温度導出部４２Ａは、全てのチャネルｃｈ１，ｃｈ２，ｃｈ４の発熱の寄与を合計したチャネルｃｈ３の温度上昇量Σ_xΔＴ_x→₃（ｔ）を導出するようになっている。加えて、上昇温度導出部４２Ａは、全てのチャネルｃｈ１，ｃｈ２，ｃｈ３の発熱の寄与を合計したチャネルｃｈ４の温度上昇量Σ_xΔＴ_x→₄（ｔ）を導出するようになっている。

周囲温度導出部４２Ｃは、例えば、温度検出素子２０に定電流を流す電流源４２Ｃ１と、温度検出素子２０から得られた電圧をサンプリングするスイッチ４２Ｃ２と、サンプリングした電圧を補正部４２Ｂに出力するバッファ回路４２Ｃ３とを含んで構成されている。スイッチ４２Ｃ２は、例えば、ＳＨＰ(サンプルホールドパルス)によってオンオフ制御される。周囲温度導出部４２Ｃは、スイッチ４２Ｃ２をオンからオフにすることにより、周囲温度Ｔに相当する電圧を保持するようになっている。

補正部４２Ｂは、例えば、乗算器および除算器を含んで構成されており、乗算器および除算器を用いて上述の数９を演算することにより、補正電流を生成するようになっている。補正部４２Ｂは、上昇温度導出部４２Ａで導出された温度上昇量と、周囲温度と、注目チャネルに出力された電流量とに基づいて、補正電流を生成するようになっている。

例えば、補正部４２Ｂは、上昇温度導出部４２Ａで導出された温度上昇量Σ_xΔＴ_x→₁（ｔ）と、周囲温度Ｔと、チャネルｃｈ１用に出力された電流Ｉ_{op none1}（ｔ）とに基づいて、補正電流ΔＩ_ch1（ｔ）を生成するようになっている。同様に、例えば、補正部４２Ｂは、上昇温度導出部４２Ａで導出された温度上昇量Σ_xΔＴ_x→₂（ｔ）と、周囲温度Ｔと、チャネルｃｈ２用に出力された電流Ｉ_{op none2}（ｔ）とに基づいて、補正電流ΔＩ_ch2（ｔ）を生成するようになっている。また、例えば、補正部４２Ｂは、上昇温度導出部４２Ａで導出された温度上昇量Σ_xΔＴ_x→₃（ｔ）と、周囲温度Ｔと、チャネルｃｈ３用に出力された電流Ｉ_{op none3}（ｔ）とに基づいて、補正電流ΔＩ_ch3（ｔ）を生成するようになっている。また、例えば、補正部４２Ｂは、上昇温度導出部４２Ａで導出された温度上昇量Σ_xΔＴ_x→₄（ｔ）と、周囲温度Ｔと、チャネルｃｈ４用に出力された電流Ｉ_{op none4}（ｔ）とに基づいて、補正電流ΔＩ_ch4（ｔ）を生成するようになっている。

なお、周囲温度は、周囲温度導出部４２Ｃから入力された値であることが好ましいが、場合によっては、定数であってもよい。また、注目チャネルに出力された電流量は、システム制御部３０から入力された値であることが好ましいが、場合によっては、定数であってもよい。

［動作］
次に、本実施の形態の発光装置１の動作について説明する。本実施の形態では、電流源４１から矩形状の電流パルス（Ｉ_{op none1}（ｔ）〜Ｉ_{op none4}（ｔ））が出力される。このとき、補正回路４２から、電流源４１から矩形状の電流パルスを補正する補正電流（ΔＩ_ch1（ｔ）〜ΔＩ_ch4（ｔ））が出力される。その後、レーザ駆動部４０によって、電流パルス（Ｉ_{op none1}（ｔ）〜Ｉ_{op none4}（ｔ））と、補正電流（ΔＩ_ch1（ｔ）〜ΔＩ_ch4（ｔ））とを互いに重ね合わせた電流パルス（Ｉ_op1（ｔ）〜Ｉ_op4（ｔ））が半導体レーザアレイ１に印加される。これにより、半導体レーザアレイ１から、所望の大きさの光出力が外部に射出される。

［効果］
本実施の形態では、注目チャネルの周囲にある周囲チャネルでの発熱による注目チャネルの温度上昇量Σ_xΔＴ_x→₁（ｔ）に基づいて、電流源４１から注目チャネルに出力された電流パルスの波形が補正される。これにより、半導体レーザアレイ１の光出力を、熱的なクロストークの影響を受けていないときの光出力に近づけることができる。その結果、半導体レーザアレイ１における熱的なクロストークの影響を緩和することができる。

また、本実施の形態では、補正部４２Ｂが、光出力の変動要因となる周囲温度Ｔと、注目チャネルに出力された電流量とに基づいて、温度上昇量Σ_xΔＴ_x→₁（ｔ）が補正される。これにより、半導体レーザアレイ１における熱的なクロストークの影響をより一層、緩和することができる。

＜２．変形例＞
（第１変形例）
本変形例では、活性層は、例えば、赤色系の材料（例えば、ＧａＩｎＰまたはＡｌＧａＩｎＰ）を含んで構成されている。このとき、各レーザ素子１０の活性層の発光波長と、各レーザ素子１０の発振波長との差分である波長デチューニングΔλが１５ｎｍ以上となっている。なお、活性層は、他の材料によって構成されていてもよく、例えば、赤外系の材料（例えば、ＧａＡｓまたはＡｌＧａＡｓ）を含んで構成されていてもよい。このとき、波長デチューニングΔλは１３ｎｍ以上となっている。

図１１は、本変形例に係るレーザ駆動部４０の概略構成の一例を表したものである。本変形例に係るレーザ駆動部４０は、電流源４１、補正回路４２、合成部４３、補正回路４４および合成部４５を有している。

補正回路４４は、ＲＣ時定数回路４４Ａを有しており、合成部４３から出力された電流パルス（Ｉ_op1（ｔ）〜Ｉ_op4（ｔ））の波形を、ＲＣ時定数回路４４Ａを用いて半導体レーザアレイ１の光出力のパルス波形が矩形に近づくように補正するようになっている。

ＲＣ時定数回路４４Ａは、合成部４３から出力された電流パルス（Ｉ_op1（ｔ）〜Ｉ_op4（ｔ））の波高値を経時的に減衰させる複数の第１時定数回路（図示せず）を含んでいる。各第１時定数回路のＲＣ時定数は、互いに異なっている。具体的には、複数の第１時定数回路のうち少なくとも１つの第２時定数回路（図示せず）のＲＣ時定数は、２０ｎｓｅｃ以上５０ｎｓｅｃ以下の範囲内の値となっている。一方、複数の第１時定数回路のうち第２時定数回路以外の１または複数の第３時定数回路（図示せず）のＲＣ時定数は、５０ｎｓｅｃを超える値（典型的には、３００ｎｓｅｃ以上１５００ｎｓｅｃ以下）となっている。補正回路４４は、複数の第１時定数回路を用いて、合成部４３から出力された電流パルスの波高値がＲＣ時定数回路のＲＣ時定数に応じて経時的に減衰するように補正するようになっている。補正回路４４は、例えば、図１２（Ｂ）に示したように、波高値が経時的に減衰した電流パルス（電流Ｉ_A（ｔ））を、上述の第１時定数回路を用いて出力するようになっている。

例えば、ＲＣ時定数回路４４Ａが、２つの第１時定数回路を含んでおり、一方の第１時定数回路（第２時定数回路）のＲＣ時定数Ｔ_A1が２０ｎｓｅｃ以上５０ｎｓｅｃ以下の範囲内の値となっており、他方の第１時定数回路（第３時定数回路）のＲＣ時定数Ｔ_A2が５０ｎｓｅｃを超える値（典型的には、３００ｎｓｅｃ以上１５００ｎｓｅｃ以下）となっているとする。このとき、補正回路４４は、以下の数１０に示すアシスト電流Ｉ_A（ｔ）を出力するようになっている。

ここで、κはアシスト電流因子Ｖ_Aを電流値に変換する定数である。アシスト電流因子Ｖ_Aは、以下の数１１で表される。また、数１１中のｇ（ｔ）は、以下の数１２で表される。ｇ（ｔ）は、合成部４３から出力された電流パルス（電流Ｉ_op-none（ｔ））の波高値を経時的に減衰させる減衰度を規定するものである。

νはＲＣ時定数Ｔ_A1に関する項に対する重みであり、アシスト電流Ｉ_A（ｔ）においてＲＣ時定数Ｔ_A1は支配的であることから、０．５よりも大きな値となっている。

数１０中のアシスト電流因子Ｖ_Aには、素子温度Ｔ_o（周囲温度）を決定する因子Ｖ_oと、バイアス電流を決定する因子Ｖ_ibと、動作電流を決定する因子Ｖ_iOPとが含まれている。つまり、補正回路４４は、合成部４３から出力された電流パルスの波高値のピークを、素子温度Ｔ_o（周囲温度）を決定する因子Ｖ_oと、バイアス電流を決定する因子Ｖ_ibと、動作電流を決定する因子Ｖ_iOPとに応じて変化させるようになっている。

また、数１０中のアシスト電流因子Ｖ_Aには、オフセット電圧Ｖ_offsetが含まれている。オフセット電圧Ｖ_offsetは、例えば、活性層の発光波長とレーザ素子１０の発振波長との差分である波長デチューニングΔλのばらつきにより、図１３のＡ、Ｂに示したように、Ｉ−Ｌ特性にばらつきが生じ、必要となるアシスト電流Ｉ_A（ｔ）の大きさにばらつきが生じた場合に、そのばらつきを補償するものである。従って、補正回路４４は、オフセット電圧Ｖ_offsetの値を調整することにより、合成部４３から出力された電流パルスの波高値のピークを、波長デチューニングΔλの大きさに応じて変化させることが可能となっている。

また、数１０中には、κが含まれている。従って、補正回路４４は、アシスト電流因子Ｖ_Aを電流値に変換する定数κの値を調整することにより、合成部４３から出力された電流パルスの波高値のピークを変化させることも可能となっている。

ＲＣ時定数回路４４Ａは、合成部４３が電流パルスを連続して出力する場合には、さらに、合成部４３から出力された電流パルスの波高値のピークを調整する複数の第４時定数回路（図示せず）を含んでいる。複数の第４時定数回路は、合成部４３が電流パルスを出力して、レーザ素子１０を発光させたときに、レーザ素子１０内（活性層内）に残存する熱因子を考慮するために用いられるものである。これにより、補正回路４４は、複数の第４時定数回路を用いて、合成部４３から出力された電流パルスの波高値を活性層の温度変動に対応して変動するように補正することが可能となっている。

各第４時定数回路のＲＣ時定数は、互いに異なっている。具体的には、複数の第４時定数回路のうち少なくとも１つの第５時定数回路（図示せず）のＲＣ時定数Ｔ_th1は、２０ｎｓｅｃ以上５０ｎｓｅｃ以下の範囲内の値となっている。一方、複数の第４時定数回路のうち第５時定数回路以外の１または複数の第６時定数回路（図示せず）のＲＣ時定数Ｔ_th2は、５０ｎｓｅｃを超える値（典型的には、３００ｎｓｅｃ以上１５００ｎｓｅｃ以下）となっている。

例えば、ＲＣ時定数回路４４Ａが、２つの第４時定数回路を含んでおり、一方の第１時定数回路（第５時定数回路）のＲＣ時定数Ｔ_th1が２０ｎｓｅｃ以上５０ｎｓｅｃ以下の範囲内の値となっており、他方の第４時定数回路（第６時定数回路）のＲＣ時定数Ｔ_th2が５０ｎｓｅｃを超える値（典型的には、３００ｎｓｅｃ以上１５００ｎｓｅｃ以下）となっているとする。このとき、補正回路４４は、以下の数１３に示すアシスト電流Ｉ_A（ｔ）を出力するようになっている。

数１３中のＩ_max（ｔ）は、以下の数１４で表される。Ｉ_max（ｔ）は，アシスト電流Ｉ_A（ｔ）の最大値を規定するものである。数１４中のｆ（ｔ）は、以下の数１５で表される。ｆ（ｔ）は、レーザ素子１０内（活性層内）に残存する熱因子の変動に対応した変動を示すものである。従って、補正回路４４は、まるで、活性層の温度変動をリアルタイムにモニタリングしているかのような、精度の高い補正を行うことを可能にしている。

ｕはＲＣ時定数Ｔ_th1に関する項に対する重みであり、アシスト電流Ｉ_A（ｔ）においてＲＣ時定数Ｔ_th1は支配的であることから、０．５よりも大きな値となっている。 数１５中の左辺に含まれるｔは、レーザ素子１０をオンオフ駆動したときのオン期間の開始時点またはオフ期間の開始時点を指している。

合成部４５は、合成部４３から出力された電流と、補正回路４４から出力された補正電流とを合成するとともに、合成したものを、外部（具体的にはレーザ素子１０）に出力するようになっている。合成部４５は、例えば、図１１に示したように、合成部４３の出力端と、補正回路４４の出力端とを連結した連結部を有しており、合成部４３から出力された電流と、補正回路４４から出力された補正電流とを足し合わせる（重ねあわせる）ことができるようになっている。合成部４５は、例えば、合成部４３から出力された電流（Ｉ_op1（ｔ）〜Ｉ_op4（ｔ））と、補正回路４４から出力された補正電流（Ｉ_A1（ｔ）〜Ｉ_A4（ｔ））とを足し合わせた４種類の電流（Ｉ_out1（ｔ）〜Ｉ_out4（ｔ））を出力可能となっている。

これにより、例えば、電合成部４３の出力だけをレーザ素子１０に印加したときに、レーザ素子１０の光出力のパルス波形が、図１４（Ａ）に示したように、合成部４３から出力された電流パルスの波形と比べて鈍ってしまう場合に、合成部４３の出力と、補正回路４４の出力とを互いに重ね合わせた電流パルスをレーザ素子１０に印加することにより、例えば、図１４（Ｂ）に示したように、レーザ素子１０の光出力のパルス波形を矩形に近づけることが可能となる。

［動作］
このような構成の発光装置１では、例えば、合成部４３から矩形状の電流パルス（電流Ｉ_op（ｔ））が出力される（図１５（Ａ））。このとき、補正回路４４では、ＲＣ時定数回路４４Ａを用いて、合成部４３から出力された電流パルス（電流Ｉ_op（ｔ））の波高値を経時的に減衰させる減衰度を規定するｇ（ｔ）や、レーザ素子１０内（活性層内）に残存する熱因子の変動に対応した変動を示すｆ（ｔ）（図１５（Ｂ））、アシスト電流Ｉ_A（ｔ）の最大値を規定するＩ_max（ｔ）が導出される（図１５（Ｃ））。続いて、補正回路４４において、レーザ素子１０をオンオフ駆動したときのオン期間の開始時点（ｔ_2n）でＩ_max（ｔ_2n）の値を保持し、さらに、その値を起点にしてｇ（ｔ）に従って減衰させるアシスト電流Ｉ_A（ｔ）が導出されたのち（図１５（Ｄ））、補正回路４４からアシスト電流Ｉ_A（ｔ）が出力される。その後、合成部４５によって、合成部４３の出力と、補正回路４４の出力とを互いに重ね合わせた電流パルス（Ｉ_out（ｔ）＝Ｉ_op（ｔ）＋Ｉ_A（ｔ））がレーザ素子１０に印加される（図１５（Ｅ））。これにより、レーザ素子１０から、例えば、図１４（Ｂ）に示したような矩形状の光出力が外部に射出される。

［原理］
次に、レーザ素子１０の光出力のパルス波形が矩形に近づく理由について説明する。図１６は、レーザ素子１０の熱回路を表したものである。基板５１の温度をＴ_o、熱容量をＣ_th、熱抵抗をＲ_th、任意の時刻ｔにおける活性層５３の温度（活性層温度）をＴ_act（ｔ）、バイアス電流（＜閾値電流）による素子温度の上昇量をＴ_el（ｔ）、注入したエネルギーをＰ_el、光出力をＰ_outとすると、活性層温度Ｔ_act（ｔ）に関する熱方程式は、以下の数１６，数１７のように表される。なお、Ｒ_thＣ_thは熱時定数である。

上記の数１６，数１７を解くと、上記の数１６，数１７は、以下の数１８，数１９に変形することができる。

数１８中のｔ_2n（ｎは０以上の整数）は、図１７に示したように、レーザ素子１０をオンオフ駆動したときのオン期間の開始時点を指している。一方、数１９中のｔ_2n+1は、図１７に示したように、レーザ素子１０をオンオフ駆動したときのオフ期間の開始時点を指している。数１８中のτは、数１８のＴ_act(ｔ)と数１９のＴ_act(ｔ)とを連続に保つ係数である。なお、熱時定数Ｒ_thＣ_thの値を１μｓｅｃとしたときに、数１８，数１９をグラフに表すと、図１８（Ａ）のようになる。

ところで、一般に、面発光型の半導体レーザでは、キャビティ長が１λ〜２λ（λは発振波長）程度と、極めて微小であることから、発振波長はキャビティ長によって固定される。そのため、面発光型の半導体レーザは、活性層の発光波長（利得が最大となる波長）とは異なる波長で発振することが可能である。従って、波長デチューニングΔλの設計しだいで、閾値電流が最小となる素子温度を任意に選択することができる。もっとも、現実的には、閾値電流が最小となる素子温度は、０℃〜６０℃の範囲内の値となる。

高温側で十分な光出力を得たい場合には、波長デチューニングΔλを大きく設計する必要がある。例えば、活性層が赤色系の材料（ＧａＩｎＰまたはＡｌＧａＩｎＰ）を含んで構成された６６０ｎｍ〜６８０ｎｍ帯の面発光型の半導体レーザでは、波長デチューニングΔλを１９ｎｍ程度にすれば、素子温度Ｔ_oが５０℃程度で、閾値電流が極小となる。ところで、閾値電流が温度依存性を持つということは、一定電流下の光出力もまた、温度依存性を持つということである。例えば、図１８（Ｂ）に示したように、波長デチューニングΔλが１９ｎｍで設計された面発光型の半導体レーザの場合には、素子温度Ｔ_oが５０℃ぐらいで最大の光出力となり、素子温度Ｔ_oが５０℃前後である場合には、光出力が減少する。これにより、光出力の時間変化を描くことができる。図１８（Ａ）〜（Ｃ）に示したように、ＡからＢに移行するときには、活性層温度Ｔ_act（ｔ）が上昇すると共に、光出力Ｐ_outも上昇し、電流がオフしている期間にＢからＣに移行すると、活性層温度Ｔ_act（ｔ）が減少し、このタイミングで光出力Ｐ_outがゼロとなる。

このように、熱方程式と、光出力Ｐ_outの活性層温度依存性とから、光出力Ｐ_outの時間変化を導くことができる。そこで、例えば、図１８に示したように、この結果（計算値）と、実際の測定によって得られた光波形（実測値）とを比較してみた。すると、熱時定数Ｒ_thＣ_thを８００ｎｓｅｃとしたときに、両者が、パルス立ち上がり後、数１００ｎｓｅｃ以降において一致することがわかった。しかし、パルス立ち上がり時においては、両者は一致しないことがわかった。パルス立ち上がり時は、熱時定数Ｒ_thＣ_thが８００ｎｓｅｃよりも一桁以上小さな値（おおよそ、２０ｎｓｅｃ以上５０ｎｓｅｃ以下）で変化していることがわかった。

光波形に２つの時定数が存在するのは、パルス立ち上がり後と、パルス立ち上がり時とにおいて、面発光型の半導体レーザにおける発熱状態が異なっているのが原因である考えられる。パルス立ち上がり後では、面発光型の半導体レーザにおけるメサ全体が発熱しており、そのために時定数が大きくなっていると考えられる。一方、パルス立ち上がり時では、活性層が局所的に発熱しており、そのために時定数が小さくなっていると考えられる。熱方程式は、メサ全体が発熱していることを前提としていることから、パルス立ち上がり時の光波形を正確に表現しきれていない。

［効果］
そこで、本変形では、上述したように、補正回路４４内のＲＣ時定数回路４４Ａにおいて、時定数の互いに異なる複数の時定数回路（第２時定数回路、第３時定数回路）が設けられている。これにより、レーザ素子１０をパルス駆動する合成部４３から出力された電流パルスの波形を、ＲＣ時定数回路４４Ａを含む補正回路４４を用いてレーザ素子１０の光出力のパルス波形が矩形に近づくように補正することができる。このように、本変形例では、ＲＣ時定数回路４４Ａを用いることにより、合成部４３から出力された電流パルスの波形のうち立ち上がり後の緩やかなスロープの部分だけでなく、立ち上がり時の急激にカーブする部分についても、矩形に近づけることができる。その結果、波長デチューニングΔλに起因する光出力の波形鈍りを低減することができる。

また、本変形例では、補正回路４４において、合成部４３から出力された電流パルスの波高値のピークが、素子温度Ｔ_o（周囲温度）を決定する因子Ｖ_oに応じて変化する。これにより、環境温度（例えば、プリンタ筐体内の温度）が変化し、それに伴って波長デチューニングΔλに変化が生じた場合であっても、光出力の波形鈍りを低減することができる。

また、本変形例では、補正回路４４において、合成部４３から出力された電流パルスの波高値が活性層の温度変動に対応して変動する。これにより、合成部４３から電流パルスが連続して出力され、レーザ素子１０内（活性層内）に熱因子が残存している場合であっても、当該電流パルスの波高値の補正量を適切な値に設定することができる。その結果、合成部４３が電流パルスを連続して出力しているときであっても、光出力の波形鈍りを低減することができる。

また、本変形例では、補正回路４４において、オフセット電圧Ｖ_offsetの値を調整するか、または、アシスト電流因子Ｖ_Aを電流値に変換する定数κの値を調整することにより、合成部４３から出力された電流パルスの波高値のピークを、波長デチューニングΔλの大きさに応じて変化させることが可能となっている。いずれの値を調整するかは、温度変化に対する光出力の変動の傾向から判断することが好ましい。例えば、製造バラツキによって、レーザ素子１０の電流狭窄径が所望の値よりも大きくなってしまったとする。この場合には、温度変化に対する光出力の変動量が大きくなる（つまり、光出力の温度依存性が高くなる）ので、定数κの値を調整することが好ましい。また、例えば、製造バラツキによって、レーザ素子１０の波長デチューニングΔλが大きくなったとする。この場合には、光出力が最大となる温度が高温側にシフトする（つまり、光出力の温度依存性が高温側にシフトする）ので、オフセット電圧Ｖ_offsetの値を調整することが好ましい。このように、本変形例では、温度変化に対する光出力の変動の傾向に基づいて、好ましい補正方法を選択することができるので、光出力の波形鈍りを確実に低減することができる。

（第２変形例）
図２０は、本変形例に係る発光装置２に用いられているレーザ駆動部４０の概略構成の一例を表したものである。本変形例に係るレーザ駆動部４０は、電流源４１、補正回路４２、合成部４３、補正回路４４および合成部４５を有している。補正回路４４は、上記第１変形例におけるＲＣ時定数回路４４Ａの代わりに、ＲＣ時定数回路４４Ｂを有している。本変形例において、補正回路４４は、ドループを補正するものである。

ここで、ドループについて説明する。例えば、発振波長６８０ｎｍの面発光型の半導体レーザにおいて、５０℃、１ｍＷの駆動状態から、周囲温度を１０℃上昇させると、光出力が２０％ほど低下する。面発光型の半導体レーザをパルス動作させる場合であっても、電流パルスを素子に注入すると同時に素子の温度が徐々に上昇し、温度上昇に伴って光出力も徐々に低下していく。これが「ドループ」と呼ばれる現象であり、半導体レーザにおいてはよく知られた現象である。この現象は、注入電力が大きいほど顕著に表れ、例えば、図２１に示したように、注入電力が０．６ｍＷから１ｍＷに移行するにつれて、光出力の低下量が大きくなっていることがわかる。ドループを定量的に評価する場合には、例えば、以下の式が用いられる。
ΔＰ＝（Ｐ１−Ｐ２）／Ｐ１×１００（％）

上記の式中でΔＰがドループ（光出力低下）量である。Ｐ１が、立ち上がり時から１μｓｅｃ経過したときの光出力であり、Ｐ２が、光出力が定常状態となったときの光出力である。

補正回路４４は、半導体レーザの光出力のパルス波形が矩形に近づくように、合成部４３から出力された電流パルスの波形を、ＲＣ時定数回路４４Ｂを用いて補正するものである。補正回路４４は、例えば、図２２（Ｃ）に示したように、電流パルス（Ｉ_op1（ｔ）〜Ｉ_op4（ｔ））の波形を、その波高値がＲＣ時定数回路４４ＢのＲＣ時定数に応じて経時的に変化（飽和）するように補正するようになっている。なお、Ｉ_op1（ｔ）〜Ｉ_op4（ｔ）の総称としてＩ_op（ｔ）を用いるものとする。

補正回路４４は、例えば、図２２（Ｂ）に示したように、電流パルス（Ｉ_op（ｔ））の波高値の符号とは反対の符号（負）の波高値を有する電流パルス（ΔＩ_B（ｔ））を出力するようになっている。電流パルス（ΔＩ_B（ｔ））は、例えば、図２２（Ｂ）に示したように、ＲＣ時定数回路４４ＢのＲＣ時定数に応じて経時的に変化（飽和）するパルス波形となっている。つまり、電流パルス（ΔＩ_B（ｔ））の波高値の絶対値は、最初は大きく、次第に小さくなり、最終的にはゼロまたはゼロに近い値になる。

ＲＣ時定数回路４４Ｂは、電流パルス（Ｉ_op（ｔ））の波高値を経時的に変化させる第７時定数回路（図示せず）を含んでいる。第７時定数回路のＲＣ時定数は、１μｓｅｃ以上３μｓｅｃ以下の範囲内の値となっている。補正回路４４は、電流パルス（Ｉ_op（ｔ））の波高値が第７時定数回路のＲＣ時定数に応じて経時的に変化（飽和）するように、電流パルス（ΔＩ_B（ｔ））の波高値を、第７時定数回路を用いて補正するようになっている。補正回路４４は、例えば、図２２（Ｂ）に示したように、波高値が経時的に変化（飽和）した電流パルス（ΔＩ_B（ｔ））を、上述の第７時定数回路を用いて出力するようになっている。具体的には、補正回路４４は、以下の数２０に示す電流パルス（ΔＩ_B（ｔ））を出力するようになっている。

ここで、ΔＩ_{max B}はパルス入力時（ｔ＝０）における補正電流である。Ｔ_th1は補正電流がゼロに到達するまでの時間変化を表す時定数であり、第７時定数回路のＲＣ時定数に対応するものである。

補正電流の初期値に相当するΔＩ_{max B}（ｔ）の絶対値は、後述するように、駆動電流が大きいときほど、大きくなる。そのため、ΔＩ_{max B}（ｔ）は、（補正前の）駆動電流Ｉ_op（ｔ）に比例する項をもつ。また、ΔＩ_{max B}（ｔ）の絶対値は、後述するように、半導体レーザの周囲温度が高いときほど、大きくなる。そのため、ΔＩ_{max B}（ｔ）は、半導体レーザの周囲温度Ｔ_aに比例する項をもつ。これらのことから、ΔＩ_{max B}（ｔ）は、以下の数２のように表される。

ここで、ＡおよびＢは、それぞれ、動作電流Ｉ_op（ｔ）と、周囲温度Ｔ_aとの依存性を表す正の定数であり、それらの最適値は、素子ごとに異なる。例えば、Ｉ−Ｌ特性のリニアリティが優れている素子の場合には、Ａは小さな値で十分である。また、例えば、Ｉ−Ｌ特性において閾値の温度依存性が大きい場合には、Ｂの値は大きい方が好ましい。Ｔ_xも定数であり、その最適値は波長デチューニングΔλに応じて異なる。波長デチューニングΔλが大きい場合には、波長デチューニングΔλが小さい場合と比べて、素子の温度が高い時のドループ量が少ないので、Ｔ_xの値は大きい方が好ましい。もっとも、波長デチューニングΔλ、および光出力の温度変化による振る舞いに関して言えば、素子ごとのばらつきはほとんどない。従って、Ｔ_xおよびＢは、素子ごとの調整をする必要の乏しい定数であり、各素子で共通の固定値となっていることが好ましい。一方、Ｉ−Ｌ特性のリニアリティは、生産ごと、素子ごとに若干異なるので、Ａについては、素子ごとに調整された値となっていることが好ましい。

ＲＣ時定数回路４４Ｂは、電流源４１が電流パルスを連続して出力する場合には、さらに、電流源４１から出力された電流パルスの波高値のピークを調整する第８時定数回路（図示せず）を含んでいる。第８時定数回路は、電流源２１が電流パルスを出力して、半導体レーザを発光させたときに、一対の多層膜反射鏡で活性層を挟み込んだ垂直共振器構造を備えた半導体レーザ内（活性層内）に残存する熱因子を考慮するために用いられるものである。第８時定数回路のＲＣ時定数は、半導体レーザの熱時定数程度の値となっており、具体的には、１μｓｅｃ以上３μｓｅｃ以下の範囲内の値となっている。これにより、補正回路２２は、第８時定数回路を用いて、電流源２１から出力された電流パルスの波高値を半導体レーザ（活性層）の温度変動に対応して変動するように補正することが可能となっている。

ここで、半導体レーザ（活性層）の温度変動をＦ（ｔ）とし、半導体レーザの熱時定数（第８時定数回路のＲＣ時定数）をＴ_th2とすると、Ｆ（ｔ）は、以下の数２２に示すように表される。式中のｔ は、各オンもしくは各オフからの時間経過を表す。

図２３は、光出力と、素子温度と、補正電流との関係の一例を表すものである。図２３に示すように、一つ目のパルスが入力されると、自己発熱によって、半導体レーザの素子温度は上昇する。次に、二つ目のパルスが入力される。ここで、一つ目のパルスから二つ目のパルスが入力されるまでのオフ期間Ｔ_offが長いほど、自己発熱によって生じた熱は外部へ放出されるので、半導体レーザの素子温度は、周囲温度Ｔ_aに近づく。従って、オフ期間Ｔ_offの長さに応じて、与えるべき補正電流は（負の方向に）大きくなる。これらのことから、任意のパルスパターンに対する補正電流ΔＩ_{max B}（ｔ）は、以下の数２３に示すように表される。

ところで、上の式の右辺は、周囲温度Ｔ_aが低温で、かつ駆動電流Ｉ_opが低い場合には、正の値を取る可能性がある。これは、そのような条件では、正方向に補正電流ΔＩ_{max B}（ｔ）が与えられる可能性があることを示唆している。しかし、そのような条件では、発生する自己発熱は小さいので、ドループはほとんど発生しない。従って、補正電流ΔＩ_{max B}（ｔ）を正方向に与えるべきではなく、上の式の右辺が正となった場合は、数２４に示したように、補正電流ΔＩ_{max B}（ｔ）をゼロにする。

レーザ駆動部４０では、例えば、図２０に示したように、合成部４３および補正回路４４の出力端子は合成部４５において互いに接続されている。従って、レーザ駆動部４０は、合成部４３の出力と、補正回路４４の出力とを互いに重ね合わせた電流パルス（Ｉ_out（ｔ）＝Ｉ_op（ｔ）＋Ｉ_B（ｔ））を出力するようになっている。これにより、例えば、合成部４３の出力だけを半導体レーザに印加したときに、半導体レーザの光出力のパルス波形が、図１４（Ａ）に示したように鈍ってしまう場合に、合成部４３の出力と、補正回路４４の出力とを互いに重ね合わせた電流パルスを半導体レーザに印加することにより、半導体レーザの光出力のパルス波形を矩形に近づけることが可能となる。

［動作］
このような構成の発光装置２では、合成部４３から矩形状の電流パルス（電流Ｉ_op（ｔ））が出力される（図２４（Ａ））。このとき、補正回路４４では、ＲＣ時定数回路４４Ｂを用いて、半導体レーザ内（活性層内）に残存する熱因子の変動に対応した変動を示すＦ（ｔ）（図２４（Ｂ））、補正電流の初期値を規定するΔＩ_{max B}（ｔ）（図２４（Ｃ））が導出される。続いて、補正回路４４において、半導体レーザをオンオフ駆動したときのオン期間の開始時点（ｔ_2n）でΔＩ_{max B}（ｔ）の値を保持し、さらに、その値を起点にしてｅｘｐ（−ｔ／Ｔ_th1）に従って減衰させる電流パルス（ΔＩ_B（ｔ））が導出されたのち（図２４（Ｄ））、補正回路４４から電流パルス（ΔＩ_B（ｔ））が出力される。その後、レーザ駆動部４０によって、合成部４３の出力と、補正回路４４の出力とを互いに重ね合わせた電流パルス（Ｉ_out（ｔ）＝Ｉ_op（ｔ）＋ΔＩ_B（ｔ））が半導体レーザアレイ１に印加される（図２４（Ｅ））。これにより、半導体レーザアレイ１から矩形状の光出力が外部に射出される。

［効果］
次に、本変形例に係る発光装置２の効果について説明する。

通常、面発光型の半導体レーザでは、共振器構造が微小であることから、電流注入による活性層の温度上昇が大きく、その温度上昇に伴って光出力の低下が生じる。例えば、発振波長６８０ｎｍの面発光型の半導体レーザにおいて、５０℃、１ｍＷの駆動状態から、周囲温度を１０℃上昇させると、光出力が２０％ほど低下する。面発光型の半導体レーザをパルス動作させる場合であっても、電流パルスを素子に注入すると同時に素子の温度が徐々に上昇し、温度上昇に伴って光出力も徐々に低下していく。

このドループと呼ばれる現象を補正する方法として、例えば、特開２００２−２５４６９７号公報に記載されているようなものがある。しかし、この文献に記載の方法では、発光パターン、電流値、温度などの駆動条件の違いによってドループ曲線が変化する場合に、ドループを正確に補正することが容易ではないという問題があった。

一方、本変形例では、補正回路４４が、補正電流の時間変化を与える第７時定数回路（時定数Ｔ_th1を含む回路）と、補正電流の初期値に相当する各パルス開始時の最大電流ΔＩ_{max B}（ｔ）を与える第８時定数回路（時定数Ｔ_th2を含む回路）とを含んで構成されている。ここで、補正電流ΔＩ_{max B}（ｔ）が、半導体レーザの周囲温度Ｔ_a、駆動電流Ｉ_op（ｔ）および半導体レーザ（活性層）の温度変動Ｆ（ｔ）に応じて変化するようになっている。さらに、半導体レーザ（活性層）の温度変動Ｆ（ｔ）が時定数Ｔ_th2に応じて変化するようになっている。これにより、発光パターン、電流値、温度などの駆動条件の違いによってドループ曲線が変化する場合であっても、ドループを正確に補正することが可能である。

（第３変形例）
図２５は、本変形例に係る発光装置２に用いられているレーザ駆動部４０の概略構成の一例を表したものである。本変形例に係るレーザ駆動部４０は、電流源４１、補正回路４２、合成部４３、補正回路４４および合成部４５を有している。補正回路４４は、ＲＣ時定数回路４４Ａ，４４Ｂを有している。本変形例において、補正回路４４は、ＲＣ時定数回路４４Ａを用いて波長デチューニングΔλに起因する光出力の波形鈍りを低減すると共に、ＲＣ時定数回路４４Ｂを用いてドループを補正するようになっている。

レーザ駆動部４０では、例えば、図２５に示したように、合成部４３および補正回路４４の出力端子は合成部４５において互いに接続されている。従って、レーザ駆動部４０は、合成部４３の出力と、補正回路４４の出力とを互いに重ね合わせた電流パルス（Ｉ_out（ｔ）＝Ｉ_op（ｔ）＋Ｉ_A（ｔ）＋Ｉ_B（ｔ））を出力するようになっている。これにより、半導体レーザの光出力のパルス波形を矩形に近づけることが可能となる。

［動作］
このような構成の発光装置２では、合成部４３から矩形状の電流パルス（電流Ｉ_op（ｔ））が出力される（図２６（Ａ））。このとき、補正回路４４では、ＲＣ時定数回路４４Ａを用いて、アシスト電流Ｉ_A（ｔ）、補正電流ΔＩ_B（ｔ）を生成し、Ｉ_A（ｔ）＋ΔＩ_B（ｔ）を出力する（図２６（Ｂ））。その後、合成部４５によって、合成部４３の出力と、補正回路４４の出力とを互いに重ね合わせた電流パルス（Ｉ_out（ｔ）＝Ｉ_op（ｔ）＋Ｉ_A（ｔ）＋Ｉ_B（ｔ））がレーザ素子１０に印加される（図２６（Ｃ））。これにより、レーザ素子１０から、例えば、図１４（Ｂ）に示したような矩形状の光出力が外部に射出される。

［効果］
次に、本変形例に係る発光装置２の効果について説明する。本変形例では、上述したように、補正回路４４内にＲＣ時定数回路４４Ａ，４４Ｂが設けられている。これにより、レーザ素子１０をパルス駆動する合成部４３から出力された電流パルスの波形を、ＲＣ時定数回路４４Ａ，４４Ｂを用いてレーザ素子１０の光出力のパルス波形が矩形に近づくように補正することができる。その結果、波長デチューニングΔλに起因する光出力の波形鈍りを低減することができ、さらに、ドループを正確に補正することができる。

［適用例］
上記実施の形態またはその変形例に係る発光装置２は、例えば、レーザプリンタなどの印刷装置や、多チャンネル光集積装置などの光通信装置に対して好適に適用可能なものである。

例えば、印刷装置の光源として発光装置２を適用することが可能である。例えば、図２７に示したように、印刷装置３は、発光装置２と、発光装置２からの光を反射させると共に反射光を走査させるポリゴンミラー３１と、ポリゴンミラー３１からの光を感光ドラム３３に導くｆθレンズ３２と、ｆθレンズ３２からの光を受けて静電潜像を形成する感光ドラム３３と、感光ドラム３３に静電潜像に応じたトナーを付着させるトナー供給器（図示せず）とを備えている。

また、例えば、光通信装置の光源として発光装置２を適用することも可能である。例えば、図２８に示したように、光通信装置４は、発光装置２を支持する支持基板３４と、光入力端が発光装置２の光出力端に対応して配置された光導波路３５と、光入力端が光導波路３５の光出力端に対応して設けられた光ファイバ３６とを備えている。

１…半導体レーザアレイ、２…発光装置、３…印刷装置、４…光通信装置、１０…レーザ素子、１１，２１…上部電極、１１Ａ…開口、１２，２２…電極パッド、１３，２３…接続部、２０…温度検出素子、３０…システム制御部、３１…ポリゴンミラー、３２…ｆθレンズ、３３…感光ドラム、３４…支持基板、３５…光導波路、３６…光ファイバ、Ｆ（ｔ）…温度変動、ｇ（ｔ）…減衰度、Ｉ_A（ｔ）…アシスト電流、Ｉ_op-none（ｔ），Ｉ_op（ｔ），Ｉ_op1（ｔ）〜Ｉ_op4（ｔ），Ｉ_out（ｔ），Ｉ_out1（ｔ）〜Ｉ_out4（ｔ）…電流、Ｉ_max（ｔ）…最大値、Ｉ_A1（ｔ）〜Ｉ_A4（ｔ），ΔＩ_{max B}（ｔ）…補正電流、Ｐ_el…エネルギー、Ｐ_out…光出力、Ｒ_thＣ_th…熱時定数、ｔ_2n…オン期間の開始時点、ｔ_2n+1…オフ期間の開始時点、Ｔ_act（ｔ）…活性層温度、Ｔ_el（ｔ）…素子温度の上昇量、Ｔ_A1，Ｔ_A2，Ｔ_th1，Ｔ_th2…時定数、Ｔ_o…素子温度、Ｖ_A…アシスト電流因子、Ｖ_ib，Ｖ_iOP，Ｖ_o…因子、Ｖ_offset…オフセット電圧、ΔＰ…ドループ量、Δλ…波長デチューニング、κ…定数、ν…重み。

Claims (15)

1. 多チャネルの面発光型のレーザアレイに含まれる全てのチャネルのうち少なくとも第１チャネルに隣接する１または複数の第２チャネルでの発熱による前記第１チャネルの温度上昇量を導出する上昇温度導出部と、
   前記上昇温度導出部で導出された温度上昇量に基づいて、前記レーザアレイをチャネルごとに独立に駆動可能な電流源から前記第１チャネルに出力された電流パルスの波形を補正する第１補正部と
   を備えた
   補正回路。
2. 前記上昇温度導出部は、前記第１チャネルと前記第２チャネルとの距離に応じた大きさの熱抵抗Ｒおよび熱容量Ｃを、前記第２チャネルごとに有する第１ＲＣ時定数回路を有し、前記熱抵抗Ｒと、前記熱容量Ｃと、前記第２チャネルに流れる電流の大きさに対応する熱流Ｗとに基づいて、前記温度上昇量を導出する
   請求項１に記載の補正回路。
3. 前記第１補正部は、周囲温度と、前記第１チャネルに出力された電流量とに基づいて、前記温度上昇量を補正する
   請求項２に記載の補正回路。
4. 前記レーザアレイは、周囲温度を検出する温度検出素子を有し、
   前記第１補正部は、前記温度検出素子から得られた周囲温度と、前記第１チャネルに出力された電流量とに基づいて、前記温度上昇量を補正する
   請求項３に記載の補正回路。
5. 前記第１補正部によって補正された後の電流パルスの波形を、前記第１チャネルの光出力のパルス波形が矩形に近づくように補正する第２補正部をさらに備えた
   請求項１に記載の補正回路。
6. 前記第２補正部は、前記電流パルスの波高値を経時的に減衰させる複数の第１時定数回路を含み、
   各第１時定数回路のＲＣ時定数は、互いに異なっており、
   前記複数の第１時定数回路のうち少なくとも１つの第２時定数回路のＲＣ時定数は、２０ｎｓｅｃ以上５０ｎｓｅｃ以下の範囲内の値となっており、
   前記複数の第１時定数回路のうち前記第２時定数回路以外の１または複数の第３時定数回路のＲＣ時定数は、５０ｎｓｅｃを超える値となっている
   請求項５に記載の補正回路。
7. 各チャネルは、一対の多層膜反射鏡で活性層を挟み込んだ垂直共振器構造を有し、
   前記第２補正部は、前記電流パルスの波形を、前記電流パルスの波高値が前記活性層の温度変動に対応して変動するように補正する
   請求項６に記載の補正回路。
8. 前記第２補正部は、前記電流パルスの波高値のピークを調整する複数の第４時定数回路を含み、
   各第４時定数回路のＲＣ時定数は、互いに異なっており、
   前記複数の第４時定数回路のうち少なくとも１つの第５時定数回路のＲＣ時定数は、２０ｎｓｅｃ以上５０ｎｓｅｃ以下の範囲内の値となっており、
   前記複数の第４時定数回路のうち前記第５時定数回路以外の１または複数の第６時定数回路のＲＣ時定数は、５０ｎｓｅｃを超える値となっている
   請求項７に記載の補正回路。
9. 前記第２補正部は、補正電流の時間変化を与える第７時定数回路と、補正電流の初期値に相当する各パルス開始時の最大電流量を与える第８時定数回路とを含んで構成され、前記第１補正部によって補正された後の電流パルスの波形を、当該電流パルスの波高値が前記第７時定数回路および前記第８時定数回路のＲＣ時定数に応じて経時的に飽和するように補正する
   請求項５に記載の補正回路。
10. 前記第７時定数回路および前記第８時定数回路のＲＣ時定数は、１μｓｅｃ以上３μｓｅｃ以下の範囲内の値となっている
    請求項９に記載の補正回路。
11. 各チャネルは、一対の多層膜反射鏡で活性層を挟み込んだ垂直共振器構造を有し、
    前記第２補正部は、前記電流パルスの波形を、前記電流パルスの波高値が前記活性層の温度変動に対応して変動するように補正する
    請求項１０に記載の補正回路。
12. 前記第２補正部は、前記最大電流量を、周囲温度、前記第１補正部によって補正された後の電流量および前記活性層の温度変動に応じて変化させる
    請求項９に記載の補正回路。
13. 多チャネルの面発光型のレーザアレイをチャネルごとに独立に駆動可能な電流源と、
    前記電流源から出力された電流パルスの波形を補正する補正回路と
    を備え、
    前記補正回路は、
    前記レーザアレイに含まれる全てのチャネルのうち少なくとも第１チャネルに隣接する１または複数の第２チャネルでの発熱による前記第１チャネルの温度上昇量を導出する上昇温度導出部と、
    前記上昇温度導出部で導出された温度上昇量に基づいて、前記レーザアレイをチャネルごとに独立に駆動可能な電流源から前記第１チャネルに出力された電流パルスの波形を補正する補正部と
    を有する
    駆動回路。
14. 多チャネルの面発光型のレーザアレイと、
    前記レーザアレイを駆動する駆動回路と
    を備え、
    前記駆動回路は、
    多チャネルの面発光型のレーザアレイをチャネルごとに独立に駆動可能な電流源と、
    前記電流源から出力された電流パルスの波形を補正する補正回路と
    を有し、
    前記補正回路は、
    前記レーザアレイに含まれる全てのチャネルのうち少なくとも第１チャネルに隣接する１または複数の第２チャネルでの発熱による前記第１チャネルの温度上昇量を導出する上昇温度導出部と、
    前記上昇温度導出部で導出された温度上昇量に基づいて、前記レーザアレイをチャネルごとに独立に駆動可能な電流源から前記第１チャネルに出力された電流パルスの波形を補正する補正部と
    を有する
    発光装置。
15. 多チャネルの面発光型のレーザアレイに含まれる全てのチャネルのうち少なくとも第１チャネルに隣接する１または複数の第２チャネルでの発熱による前記第１チャネルの温度上昇量を導出する上昇温度導出ステップと、
    前記上昇温度導出ステップで導出された温度上昇量に基づいて、前記レーザアレイをチャネルごとに独立に駆動可能な電流源から前記第１チャネルに出力された電流パルスの波形を補正する補正ステップと
    を含む
    電流パルス波形の補正方法。

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