JP2581984B2 - 光源装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、発光素子にスイッチを介して電流源からパ
ルス電流を加え、パルス光を得る装置に関するものであ
る。

＜従来の技術＞ レーザプリンタ、光ディスクへ信号を書込む装置等に
おいては、第４図に示すようなパルス状の光が使用され
る。この様な装置においては、パルス光の強さを予め設
定した値に制御する必要があるが、従来、第２図に示す
ような光源装置で設定した強さのパルス光を得ていた。

第２図装置において、電流源１から電流が発光素子２
へ加えられるが、途中でスイッチsw3によりこの電流が
オン・オフされるので、発光素子２からは、パルス光が
照射される。発光素子２から出たパルス光は、受光素子
３でその光の強度に応じた電気信号へ変換される。第４
図は、受光素子３から出力される電気信号の例を示した
ものである。なお、発光素子２として、例えば、レーザ
ダイオード、発光ダイオード等が用いられ、受光素子３
として、例えば、ホトダイオード、ホトトランジスタ等
の光電変換素子が用いられる。

第４図のパルス信号の振幅VHは、パルス光の強さに応
じている。そこで第２図装置では、設定値と一致した強
さのパルス光とするため、その振幅値VHをサンプル・ホ
ールド回路11でサンプリングし、この電圧VHと、設定電
圧Erとが一致するように電流源１の電流値をフィードバ
ック制御アンプ６でコントロールしている。発光素子２
から出力される光の強さは、流れる電流値で決定される
ので、光の強さは設定された値になる。タイミング制御
器12は、スイッチSW3とサンプル・ホールド回路11の動
作タイミングを制御するもので、第４図に示す或る時刻
t1にサンプルホールド回路11を動作させる。

＜発明が解決しようとする課題＞ 第２図の従来装置は、発光素子２から出力するパルス
光の立上がり・立下がり周波数が高くなると（又はパル
ス光のパルス幅が狭くなると）、適切に制御できなくな
ると言う問題がある。

これを説明する。第２図装置は、発光素子２から出力
される光の強さを設定値と一致させるため、この光の強
さに応じた電気信号を受光素子３から得ている。そし
て、この電気信号が、パルス光の強さを意味すると言う
仮定の下に、設定値Erと比較し、これと一致するように
制御しているのである。

しかし、パルス光が高速になると、受光素子３が追従
できなくなり、受光素子３から出力される光電変換した
信号は、例えば第３図（４）に示すような波形となる。
即ち、高周波領域では、受光素子３から出力される電気
信号は、実際の光の強さと異なるものとなる。これでは
正確な制御を行うことができない。また、高周波領域に
なると、サンプル・ホールド回路の応答にも限界があ
り、所望の時刻における受光素子３の出力をサンプリン
グできなくなる。

そこで、第２図装置では、高速なパルス光を得ようと
する場合、受光素子３とサンプル・ホールド回路11をと
もに高速動作できるものに置換える必要があるが、この
様なものは高価である。

本発明の目的は、ありふれた特性の受光素子を用い
て、設定値と光の強さが一致した高周波パルス光を得る
ことができる光源装置を提供することである。

＜課題を解決するための手段＞ 本発明は、上記課題を解決するために 発光素子（２）に第１スイッチ（SW1）を介して電流
源から電流を加えパルス光を得る装置において、 前記発光素子のパルス光を受けて、これを電気信号へ
変換する受光素子（３）と、 この受光素子の出力信号を時定数τ１で増幅する第１
増幅器と、 第１スイッチと同期して動作する第２スイッチ（SW
2）を介して設定電圧Erを導入し、このパルス信号（S
E）を時定数τ２で増幅する第２増幅器と、 第１及び第２増幅器の出力信号（SB,SC）を導入し、
２つの信号の差が零となるように前記電流源の電流を制
御するフィードバック制御アンプと、を備え、発光素子
と受光素子と第１増幅器の合成時定数τ３と、第２増幅
器の時定数τ２とを等しく設定したものである。

＜作用＞ 照射されたパルス光が第３図（１）のような波形で
も、ありふれた特性の受光素子を用いれば、その出力波
形は、高周波領域で第３図（４）のようになる。

本発明では、設定電圧Erもこのパルス光と同期してス
イッチングし、しかも受光素子を経由した光電変換信号
と、同じ時定数で波形を遅延させている。そして、この
同じ遅延波形同士をフィードバック制御アンプで比較し
てコントロールしているので、高周波領域でも、正確に
パルス光の強さを設定値と一致させることができる。

＜実施例＞ 以下、図面を用いた本発明を詳しく説明する。

第１図は本発明に係る光源装置の一実施例を示す図、
第３図は第１図装置の各部の信号のタイムチャートであ
る。

第１図において、１は電流源、SW1はスイッチ、２は
発光素子である。電流源１は、後述するフィードバック
制御アンプ６によりその出力電流値が制御される。スイ
ッチSW1は、２つの接点a,bを持ち、接点ａは、発光素子
２を介して共通電位に接続され、接点ｂは、直接共通電
位に接続される。スイッチSW1として、例えばトランジ
スタ、リレー等を用いることができる。発光素子２は従
来例で説明したように、例えば、レーザダイオード、発
光ダイオード等が用いられる。

３は受光素子、4,5は増幅器、６はフィードバック制
御アンプ、SW2はスイッチ、Erは設定電圧である。

受光素子３は、発光素子２からのパルス光信号SAを受
けて、この光信号SAの強さに応じた電気信号SDへ変換し
て出力するものである。受光素子３も従来例で説明した
ように、例えばホトダイオード、ホトトランジスタ等が
用いられる。本発明では、この受光素子３として特別高
速な素子をもちいずとも、従来例と比較して、高周波の
パルス光を得ることができる。

増幅器４は、受光素子３の出力信号SDを時定数τ１で
増幅するものである。この時定数τ１は、どのような手
段により実現してもよいが、第１図では、演算増幅器U1
の入出力間に、コンデンサC1と抵抗r1の並列回路を接続
して実現している。なお、抵抗r3は入力抵抗であり、抵
抗r1とともに増幅度を定めるものである。もっとも、受
光素子３が電流出力形の時、r3は不用である。

設定電圧Erは、図示しないコントローラによりその電
圧値を調整できるようにしてもよい。この設定電圧値Er
を変えることにより装置から得られるパルス光の強さを
変えることができる。

スイッチSW2は、２つの接点a,bを有し、接点ａは設定
電圧Erに接続され、接点ｂは共通電位に接続される。そ
して、スイッチ制御器７からの信号により、スイッチSW
1と同期して切替られる。従って、発光素子２による時
間遅れがないと仮定すれば（発光素子２は高速応答でき
る素子が用いられる）、そしてスイッチSW1とSW2が同じ
応答とすれば、パルス光信号SAとスイッチSW2のパルス
出力SEとは、同時刻にHIGH、LOWが切替わる。このスイ
ッチSW2として、アナログスイッチ、リレー等を用いる
ことができる。

増幅器５は、スイッチSW2の出力信号SEを時定数τ２
で増幅するものである。この時定数τ２も、どのような
手段により実現してもよいが、第１図では、演算増幅器
U2の入出力間に、コンデンサC2と抵抗r2の並列回路を接
続して実現している。

フィードバック制御アンプ６は、増幅器4,5の出力信
号SB,SCを導入し、この２つの信号の差が零となるよう
に電流源１の電流値を制御するものである。

ここで、本発明では、発光素子２と受光素子３と増幅
器４の合成時定数τ３と、増幅器５の時定数τ２とが等
しくなるように予め、コンデンサC1,C2と、抵抗r1,r2の
値を設定してある。

説明を加える。スイッチSW1の接点ａの出力電流は、
スイッチSW1が極めて高速にオン動作又は、オフ動作を
行うことができるとすれば、極めて高い周波数領域まで
波形の鈍りがない（言替えると極めて立上がり・及び立
下がりエッジの鋭い）理想のパルス波形である。

この理想的パルス電流波形は、発光素子２でパルス光
信号SAに変換され、更に受光素子３で再び電気信号SDへ
変換され、増幅器４で時定数τ１遅延されて、信号SBと
なる。従って、発光素子２と受光素子３と増幅器４の合
成時定数をτ３とすれば、上記理想的パルス電流波形
は、時定数τ３を通過すると、信号SBとなる。実施例で
説明すれば、今、高周波のパルス光を得ようとしている
ので、発光素子２には、当然高周波まで応じることがで
きる高速素子を用いているので、発光素子２における信
号の遅延量は極めて小さい。一方、受光素子３は、上述
したようにありふれた特性の素子を用いているので高周
波領域では、通過する信号SAの波形を鈍らせる。また、
増幅器４も時定数τ１を持ち、高速領域では通過する信
号SDの波形を更に鈍らせる。従って、時定数τ３は、主
に受光素子３と増幅器４の合成時定数であると言うこと
ができる。

次に増幅器５側の回路について説明する。上述と同様
にスイッチSW2の出力信号SEは、高周波領域まで波形の
鈍りがない理想的パルス波形である。増幅器５は、この
理想的パルス波形（振幅Er）SEを時定数τ２で鈍らせた
波形として出力する。そして、τ２＝τ３となるように
コンデンサC2と抵抗r2を定めている。

以上のように構成された第１図装置の動作を第３図を
参照しながら説明する。スイッチ制御器７により、スイ
ッチSW1がオン・オフされ、発光素子２から、第３図
（１）に示すようなパルス光SAが照射される。上述した
ように発光素子２には、充分高速の素子が用いられてい
るので、パルス光SAの波形は、本発明で論じている高周
波領域まで鈍りのない波形である。

一方、スイッチSW2もスイッチSW1と同期してオン・オ
フされるので、増幅器５に加えられるパルス信号も、第
３図（１）の波形と同じ位相で、かつ、高周波領域まで
鈍りのない波形である。

パルス光SAが、低い周波数f1の時、 この時の増幅器４の出力信号をSB1,増幅器５の出力信
号をSC1とすると、周波数f1が低いので、波形の鈍りは
少なく、第３図（２）、（５）のようになる。そして信
号SB1の振幅VBは、光の強さに比例し、信号SC1の振幅VC
は、設定電圧Erに応じている。そして、第３図（２）と
（５）の２つの波形は、同じ位相なので、この２つの信
号SB1,SC1の値（振幅）が同じ値となるようにフィード
バック制御アンプ６で電流源１を制御することにより、
パルス光SAの強さを設定値と一致させることができる。

パルス光SAが、比較的高い周波数f2の時、 この時の増幅器４の出力信号をSB2,増幅器５の出力信
号をSC2とすると、周波数f2が比較的高いので、波形に
鈍りが現れ、第３図（３）、（６）のようになる。しか
し、増幅器５の時定数τ２を受光素子３、増幅器４側の
合成時定数τ３と等しく設定してあるので、第３図
（３）と（６）の２つの波形は、正しくフィードバック
制御されていれば合同な波形となる。即ち、受光素子３
で鈍った波形と同じように設定値側の波形も鈍らせてい
るので、パルス光SAの強さを設定値と一致させることが
できる。

パルス光SAが、高周波数f3の時、 この時の増幅器４の出力信号をSB3,増幅器５の出力信
号をSC3とすると、周波数f3が高いので、波形が大きく
鈍り、第３図（４）、（７）のようになる。しかし、増
幅器５の時定数τ２を受光素子３、増幅器４側の合成時
定数τ３と等しく設定してあるので、第３図（４）と
（７）の２つの波形は、正しくフィードバック制御され
ていれば合同な波形となる。即ち、パルス光SAの強さを
設定値と一致させることができる。

ここで上述した周波数f1,f2,f3は、パルスの立上が
り、又は立下がりエッジの周波数を意味し（即ち、波形
の鈍さを意味する）、単なる繰返し周波数を指すもので
はない。

なお、上述ではτ１、τ２を増幅器4,5の帰還回路に
設けたコンデンサと抵抗により調整する例で説明した
が、τ１、τ２の調整手段をこれに限定しない。例え
ば、増幅器4,5とは別にローパスフィルタを設け、これ
により調節してもよい。

また、発明の変形例として、スイッチSW1によりパル
ス光を得る代りに、発光素子２の出力光の通過・遮断を
行うシャッタ（メカニカル手段、又は液晶）を用いるよ
うにしてもよい。

また、スイッチSW1としてメカニカルスイッチを用
い、スイッチSW2として半導体スイッチを用いると２つ
の信号SBとSCに時間差が生ずる。これを補正するため、
スイッチSW2の制御ラインに遅延線を挿入するようにし
てもよい。

＜本発明の効果＞ 以上述べたように本発明によれば、次の効果が得られ
る。

高価なサンプル・ホールド回路が不要となる。

高価な高速の受光素子を用いなく（ありふれた特性
の安価な受光素子により）、鋭い波形のパルス光を得る
ことができる。

増幅器４は、時定数τ１を持たせているので、この
増幅器４は高速性を必要としない。一般に、高速性を必
要としない増幅器は、ゲインを高くとることができる。
従って、発光素子２から微弱なパルス光が照射されて
も、これを充分増幅してフィードバック制御アンプに加
えることができる。即ち、本発明によれば、微弱なパル
ス光も正常なフィードバック制御のもとに設定値と等し
い値で出力することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る光源装置の一実施例を示す図、第
２図は従来例を示す図、第３図は第１図装置の各部の信
号のタイムチャート、第４図は従来例の動作を示す図で
ある。 １……電流源、２……発光素子、３……受光素子、4,5
……増幅器、６……フィードバック制御アンプ、SW1,SW
2……スイッチ。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】発光素子（２）に第１スイッチ（SW1）を
   介して電流源から電流を加えパルス光を得る装置におい
   て、 前記発光素子のパルス光を受けて、これを電気信号へ変
   換する受光素子（３）と、 この受光素子の出力信号を時定数τ１で増幅する第１増
   幅器と、 第１スイッチと同期して動作する第２スイッチ（SW2）
   を介して設定電圧Erを導入し、このパルス信号（SE）を
   時定数τ２で増幅する第２増幅器と、 第１及び第２増幅器の出力信号（SB,SC）を導入し、２
   つの信号の差が零となるように前記電流源の電流を制御
   するフィードバック制御アンプと、を備え、発光素子と
   受光素子と第１増幅器の合成時定数τ３と、第２増幅器
   の時定数τ２とを等しく設定したことを特徴とする光源
   装置。