JP2744043B2 - 半導体レーザ制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はレーザプリンタ，光ディスク装置，光通信装
置等で光源として用いられる半導体レーザの光出力を制
御する半導体レーザ制御装置に関する。

〔従来の技術〕

半導体レーザは極めて小型であって、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、近年光デ
ィスク装置，レーザプリンタ等の光源として広く使用さ
れている。

しかしながら、半導体レーザの駆動電流・光出力特性
は温度により著しく変化し、これは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に問題となる。こ
の問題を解決して半導体レーザの利点を活かす為にさま
ざまなAPC（Auomatic Power Control）回路が提案され
ている。

このAPC回路は次の３つの方式に分けられる。

（１）半導体レーザの光出力を受光素子によりモニター
し、この受光素子に発生する受光電流（半導体レーザの
光出力に比例する）に比例する信号と，発光レベル指令
信号とが等しくなるように常時半導体レーザの順方向電
流を制御する光・電気負帰還ループを設け、この光・電
気負帰還ループにより半導体レーザの光出力を所望の値
に制御する方式。

（２）パワー設定期間には半導体レーザの光出力を受光
素子によりモニターしてこの受光素子に発生する受光電
流（半導体レーザの光出力に比例する）に比例する信号
と，発光レベル指令信号とが等しくなるように半導体レ
ーザの順方向電流を制御し、パワー設定期間外にはパワ
ー設定期間で設定した半導体レーザの順方向電流の値を
保持することによって半導体レーザの光出力を所望の値
に制御する。そしてパワー設定期間外にはパワー設定期
間で設定した半導体レーザの順方向電流の値を基準とし
て半導体レーザの順方向電流を情報で変調することによ
り半導体レーザの光出力に情報を載せる方式。

（３）半導体レーザの温度を測定し、その測定した温度
によって半導体レーザの順方向電流を制御したり、又は
半導体レーザの温度を一定になるように制御したりして
半導体レーザの光出力を所望の値に制御する方式。

〔発明が解決しようとする課題〕

半導体レーザの光出力を所望の値とするためには
（１）の方式が望ましいが、受光素子の動作速度，光・
電気負帰還ループを構成している増幅素子の動作速度等
の限界により制御速度に限界が生ずる。例えばこの制御
速度の目安として光・電気負帰還ループの開ループでの
交叉周波数を考慮した場合この交叉周波数をf₀としたと
き半導体レーザの光出力のステップ応答特性は次のよう
に近似できる。

Pout＝P₀｛１−exp（−２πf₀t）｝ Pout:半導体レーザの光出力 P₀:半導体レーザの設定された光強度 t:時間 半導体レーザの多くの使用目的では半導体レーザの光
出力を変化させた直後から、設定された時間τ_０が経過
するまでの全光量（光出力の積分値∫Pout）が所定の値
となることが必要とされ、 となる。仮に、τ_０＝50ns,誤差の許容範囲を0.4％とし
た場合f₀＞800MHZとしなければならず、これは極めて困
難である。

また（２）の方式では（１）の方式の上記問題は発生
せず、半導体レーザを高速に変調することが可能である
ので、多く使用されている。しかしながらこの（２）の
方式では半導体レーザの光出力を常時制御しているわけ
ではないので、外乱等により容易に半導体レーザの光量
変動が生ずる。外乱としては例えば半導体レーザのドウ
ループ特性があり、半導体レーザの光量はこのドウルー
プ特性により容易に数％程度の誤差が生じてしまう。半
導体レーザのドウループ特性を抑制する試みとして、半
導体レーザの熱時定数に半導体レーザ駆動電流の周波数
特性を合わせ補償する方法などが提案されているが、半
導体レーザの熱時定数は各半導体レーザ毎に個別にバラ
ツキがあり、また半導体レーザの周囲環境により異なる
等の問題がある。

また光ディスク装置などにおいて問題とされる半導体
レーザの戻り光の影響による光量変動などの問題があ
る。

本発明は上記欠点を改善し、高速，高精度，高分解能
な半導体レーザ制御装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、請求項１の発明は被駆動半
導体レーザの光出力を受光部により検知してこの受光部
から得られる前記半導体レーザの光出力に比例した受光
信号と発光レベル指令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光・電気負帰還ルー
プと、前記受光信号と前記発光レベル指令信号とが等し
くなるように前記半導体レーザの光出力・順方向電流特
性及び前記受光部と前記半導体レーザとの結合係数，前
記受光部の光入力・受光信号特性に基づいて前記発光レ
ベル指令信号を前記半導体レーザの光電流に変換する変
換手段とを有し、前記光・電気負帰還ループの制御電流
と前記変換手段により生成された電流との和または差の
電流によって前記半導体レーザを制御するようにしたも
のであり、 請求項２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、前記半導体レーザの光出力を受光部により
検知してこの受光部から得られる前記半導体レーザの光
出力に比例した受光電流と，第１の発光レベル指令信号
を電流に変換した発光レベル指令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の光
・電気負帰還ループと、前記受光電流に比例する電圧と
請求項１記載の発光レベル指令信号とが等しくなるよう
に前記第１の発光レベル指令信号を制御する第２の光・
電気負帰還ループとにより請求項１記載の光・電気負帰
還ループを構成するようにしたものであり、 請求項３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、前記変換手段が前記発光レベル指令信号を
アナログ信号電圧として前記半導体レーザの光出力−順
方向電流特性を直線に近似して前記発光レベル指令信号
に比例した電流に変換するようにしたものであり、 請求項４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、前記変換手段が前記発光レベル指令信号を
アナログ信号電圧として前記半導体レーザの光出力−順
方向電流特性を直線に近似して前記発光レベル指令信号
に比例した電流に変換するようにしたものであり、 請求項５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、前記変換手段が前記発光レベル指令信号を
アナログ信号電圧として前記半導体レーザの光出力−順
方向電流特性を折れ線に近似して前記発光レベル指令信
号に対応した電流に変換するようにしたものであり、 請求項６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、前記変換手段が前記発光レベル指令信号を
アナログ信号電圧として前記半導体レーザの光出力−順
方向電流特性を折れ線に近似して前記発光レベル指令信
号に対応した電流に変換するようにしたものであり、 請求項７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、前記発光レベル指令信号をデイジタル信号
とし、前記変換手段が前記発光レベル指令信号を前記半
導体レーザの光出力−順方向電流特性を補正した信号に
変換する変換テーブルと、この変換テーブルにより変換
された信号を前記半導体レーザの順方向電流に変換する
ディジタル／アナログ変換器とを有するようにしたもの
であり、 請求項８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、前記発光レベル指令信号をデイジタル信号
とし、前記変換手段が前記発光レベル指令信号を前記半
導体レーザの光出力−順方向電流特性を補正した信号に
変換する変換テーブルと、この変換テーブルにより変換
された信号を前記半導体レーザの順方向電流に変換する
ディジタル／アナログ変換器とを有するようにしたもの
である。

〔作 用〕

請求項１の発明では光・電気負帰還ループが半導体レ
ーザの光出力を受光部により検知してこの受光部から得
られる半導体レーザの光出力に比例した受光信号と発光
レベル指令信号とが等しくなるように半導体レーザの順
方向電流を制御し、変換手段が前記受光信号と前記発光
レベル指令信号とが等しくなるように半導体レーザの光
出力・順方向電流特性及び前記受光部と半導体レーザと
の結合係数，前記受光部の光入力・受光信号特性に基づ
いて前記発光レベル指令信号を半導体レーザの光電流に
変換する。半導体レーザは光・電気負帰還ループの制御
電流と変換手段により生成された電流との和または差の
電流によって制御される。

請求項２の発明では第１の光・電気負帰還ループが前
記半導体レーザの光出力を受光部により検知してこの受
光部から得られる前記半導体レーザの光出力に比例した
受光電流と，第１の発光レベル指令信号を電流に変換し
た発光レベル指令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し、第２の光・電気負帰還ル
ープが前記受光電流に比例する電圧と請求項１記載の発
光レベル指令信号とが等しくなるように前記第１の発光
レベル指令信号を制御する。

請求項３の発明では変換手段が前記発光レベル指令信
号をアナログ信号電圧として前記半導体レーザの光出力
−順方向電流特性を直線に近似して前記発光レベル指令
信号に比例した電流に変換する。

請求項４の発明では変換手段が前記発光レベル指令信
号をアナログ信号電圧として前記半導体レーザの光出力
−順方向電流特性を直線に近似して前記発光レベル指令
信号に比例した電流に変換する。

請求項５の発明では変換手段が前記発光レベル指令信
号をアナログ信号電圧として前記半導体レーザの光出力
−順方向電流特性を折れ線に近似して前記発光レベル指
令信号に対応した電流に変換する。

請求項６の発明では変換手段が前記発光レベル指令信
号をアナログ信号電圧として前記半導体レーザの光出力
−順方向電流特性を折れ線に近似して前記発光レベル指
令信号に対応した電流に変換する。

請求項７の発明では変換手段において前記発光レベル
指令信号が変換テーブルにより前記半導体レーザの光出
力−順方向電流特性を補正した信号に変換されてディジ
タル／アナログ変換器により前記半導体レーザの順方向
電流に変換される。

請求項８の発明でも変換手段において前記発光レベル
指令信号が変換テーブルにより前記半導体レーザの光出
力−順方向電流特性を補正した信号に変換されてディジ
タル／アナログ変換器により前記半導体レーザの順方向
電流に変換される。

〔実施例〕

第１図は発明の一実施例を示す。

発光レベル指令信号は比較増幅器１及び電流変換器２
に入力され、被駆動半導体レーザ３の光出力の一部が受
光素子４によりモニターされる。比較増幅器１と半導体
レーザ3,受光素子４は光・電気負帰還ループを形成し、
比較増幅器１は受光素子４に誘起された光起電流（半導
体レーザ３の光出力に比例する）に比例する受光信号と
発光レベル指令信号とを比較してその結果により半導体
レーザ３の順方向電流を受光信号と発光レベル指令信号
とが等しくなるように制御する。また電流変換器２は前
記受光信号と発光レベル指令信号とが等しくなるように
発光レベル指令信号に従って予め設定された電流（半導
体レーザ３の光出力・順方向電流特性及び受光素子４と
半導体レーザ３との結合係数，受光素子３の光入力・受
光信号特性に基づいて予め設定された電流）を出力す
る。この電流変換器２の出力電流と，比較増幅器１より
出力される制御電流との和の電流が半導体レーザ３の順
方向電流となる。

ここで、前記光・電気負帰還ループの開ループでの交
差周波数をf₀とし、DCゲインを10000とした場合、半導
体レーザ３の光出力Poutのステップ応答特性は次のよう
に近似できる。

Pout＝ＰL＋（ＰS−ＰL）exp（−２πf₀t） ＰL:t＝∞における光出力 ＰS：電流変換器２により設定された光量 光・電気負帰還ループの開ループでのDCゲインを1000
0としているので、設定誤差の許容範囲を0.1％以下とし
た場合には、ＰLは設定した光量に等しいと考えられ
る。

したがって、仮に電流変換器２により設定された光量
ＰSがＰLに等しければ、瞬時に半導体レーザ３の光出力
がＰLに等しくなる。また、外乱等によりＰSが５％変動
したとしてもf₀＝40MHZ程度であれば、10ns後には半導
体レーザ３の光出力は設定値に対する誤差が0.4％以下
になる。

また半導体レーザ３の光出力を変化させた直後から設
定された時間τ_０が経過するまでの全光量（光出力の積
分値∫Pout）の誤差が0.4％以下になるための光・電気
負帰還ループの交差周波数は、τ_０＝50nsとした場合40
MHZ以上であればよく、この程度の交叉周波数ならば容
易に実現できる。

さらに、この実施例では電流変換器２の出力電流を光
・電気負帰還ループの制御電流に加算する構成である
が、半導体レーザ３と並列に電流変換器２を接続する構
成とすれば電流変換器２の出力電流と光・電気負帰還ル
ープの制御電流との差の電流により半導体レーザ３を制
御する構成が実現できる。

このようにこの実施例によれば高速，高精度，高分解
能な半導体レーザ制御装置が実現できる。

第２図は発明の他の実施例を示す。

発光レベル指令信号は比較増幅器５及び電流変換器２
に入力され、被駆動半導体レーザ３の光出力の一部が受
光素子４によりモニターされる。受光素子４に誘起され
た光起電流（半導体レーザ３の光出力に比例する）Isの
周波数の高い成分は容量Ｃに流れてインピーダンス変換
器６に入力され、光起電流Isの周波数の低い成分は抵抗
Ｒに流れて電圧に変換される。この抵抗Ｒに発生した電
圧は比較増幅器５と電圧−電流変換器７に入力され、電
圧−電流変換器７が抵抗Ｒに発生した電圧を電流に変換
する。この電圧−電流変換器７の出力電流はインピーダ
ンス変換器６の出力電流と加算器８で加算され、受光素
子４に発生した光起電流Isと等しい電流I₀となる。一
方、比較増幅器５は抵抗Ｒに発生した電圧と発光レベル
指令信号とを比較してその差電圧を増幅し、この比較増
幅器５の出力電圧が電圧−電流変換器９により電流に変
換されて第１の発光レベル指令信号電流ILとなる。減算
器10は電圧−電流変換器９からの第１の発光レベル指令
信号電流ILより加算器８からの電流I₀を減算してその差
分電流を出力し、この差分電流がで電流増幅器11により
増幅されて半導体レーザ３の制御電流として出力され
る。したがって、受光素子4,容量C,抵抗R,インピーダン
ス変換器6,電圧−電流変換器7,加算器8,減算器10,電流
増幅器11は半導体レーザ３の光出力に比例する受光素子
４の光起電流Isと電圧−電流変換器９からの第１の発光
レベル指令信号電流ILとが等しくなるように半導体レー
ザ３の順方向電流を制御する第１の光・電気負帰還ルー
プを構成し、比較増幅器5,電圧−電流変換器９は受光素
子４の光起電流Isに比例する電圧と外部からの第２の発
光レベル指令信号とが等しくなるように第１の発光レベ
ル指令信号電流ILを制御する第２の光・電気負帰還ルー
プを構成する。

また電流変換器２は第２の発光レベル指令信号の周波
数の高い成分に関しては加算器８からの電流I₀と第１の
発光レベル指令信号電流ILとが等しくなるように第２の
発光レベル指令信号に従いあらかじめ設定された電流
（半導体レーザ３の光出力・順方向電流特性及び受光素
子４と半導体レーザ３との結合係数，受光素子３の光入
力・受光信号特性に基づいて予め設定された電流）を出
力し、第２の発光レベル指令信号の周波数の低い成分に
関しては抵抗Ｒの両端間電圧と第１の発光レベル指令信
号とが等しくなるように第２の発光レベル指令信号に従
いあらかじめ設定された電流（半導体レーザ３の光出力
・順方向電流特性及び受光素子４と半導体レーザ３との
結合係数，受光素子３の光入力・受光信号特性に基づい
て予め設定された電流）を出力する。この電流変換器２
の出力電流と電流増幅器11の出力電流との和の電流が半
導体レーザ３の順方向電流となる。

ここで、前記第１の光・電気負帰還ループの開ループ
での交差周波数をf₀とし、DCゲインを30とするととも
に、前記第２の光・電気負帰還ループのDCゲインを1000
0とした場合、半導体レーザ３の光出力Poutのステップ
応答特性は次のように近似できる。

Pout＝ＰL＋（ＰS−ＰL）exp（−２πf₀t） ＰL:t＝∞における光出力 ＰS：電流変換器２により設定された光量 第２の光・電気負帰還ループのDCゲインを10000とし
ているので、設定誤差の許容範囲を0.1％以下とした場
合には、ＰLは設定した光量に等しいと考えられる。ま
た、第１の光・電気負帰還ループのDCゲインを30として
いるので、第１の光・電気負帰還ループでの定常誤差は
（PS−PL）/30程度になる。したがって、仮に電流変換
器２により設定された光量ＰSがＰLに等しければ、半導
体レーザ３の光出力が瞬時にＰLに等しくなり、また、
外乱等によりＰSが５％変動したとしても第１の光・電
気負帰還ループの定常誤差が0.2％程度となるので、f₀
＝40MHZ程度でかつ第１の光・電気負帰還ループのDCゲ
インが30程度であれば、10ns後には半導体レーザ３の光
出力は設定値に対する誤差が0.4％以下になる。

また半導体レーザ３の光出力を変化させた直後から設
定された時間τ_０が経過するまでの全光量（光出力の積
分値∫Pout）の誤差が0.4％以下になるための光・電気
負帰還ループの交差周波数は、τ_０＝50nsとした場合40
MHZ以上であればよく、またDCゲインは30倍程度であれ
ばよく、この程度の交叉周波数及びDCゲインならば容易
に実現できる。

さらに、この実施例では電流変換器12の出力電流を光
・電気負帰還ループの制御電流に加算する構成である
が、半導体レーザ３と並列に電流変換器12を接続する構
成とすれば電流変換器12の出力電流と光・電気負帰還ル
ープの制御電流との差の電流により半導体レーザ３を制
御する構成が実現できる。

第３図は本発明の他の実施例を示す。

この実施例は上記第２図の実施例において、第２の発
光レベル指令信号の代りに比較増幅器５の出力電圧を電
流変換器13に入力するようにしたものであり、電流変換
器13は第２の発光レベル指令信号の周波数の高い成分に
関しては加算器８からの電流I₀と第１の発光レベル指令
信号電流ILとが等しくなるように比較増幅器５の出力電
圧に従いあらかじめ設定された電流（半導体レーザ３の
光出力・順方向電流特性及び受光素子４と半導体レーザ
３との結合係数，受光素子３の光入力・受光信号特性に
基づいて予め設定された電流）を出力し、第２の発光レ
ベル指令信号の周波数の低い成分に関しては抵抗Ｒの両
端間電圧と第１の発光レベル指令信号とが等しくなるよ
うに比較増幅器５の出力電圧に従いあらかじめ設定され
た電流（半導体レーザ３の光出力・順方向電流特性及び
受光素子４と半導体レーザ３との結合係数，受光素子３
の光入力・受光信号特性に基づいて予め設定された電
流）を出力する。

第６図は本発明の他の実施例を示す。

発光レベル指令信号は比較増幅器１及び電流変換器14
に入力され、被駆動半導体レーザ３の光出力の一部が受
光素子４によりモニターされる。比較増幅器１と半導体
レーザ3,受光素子４は光・電気負帰還ループを形成し、
比較増幅器１は受光素子４に誘起された光起電流（半導
体レーザ３の光出力に比例する）に比例する受光信号と
発光レベル指令信号とを比較してその結果により半導体
レーザ３の順方向電流を受光信号と発光レベル指令信号
とが等しくなるように制御する。

また電流変換器14は差動増幅器15,トランジスタ16及
び抵抗R₀により構成され、前記受光信号と発光レベル指
令信号とが等しくなるように発光レベル指令信号に従っ
て予め設定された電流（半導体レーザ３の光出力・順方
向電流特性及び受光素子４と半導体レーザ３との結合係
数，受光素子３の光入力・受光信号特性に基づいて予め
設定された電流）を出力する。すなわち発光レベル指令
信号Vsが差動増幅器15に入力され、トランジスタ16及び
抵抗R₀によりVs/R₀の電流に変換される。このVs/R₀の電
流と比較増幅器１の出力電流ＡΔＶとの和の電流Vs/R₀
＋ＡΔＶが半導体レーザ３の順方向電流となり、半導体
レーザ３は順方向電流Vs/R₀＋ＡΔＶにより決まる光出
力P₀を出力する。

一般的に半導体レーザはしきい値電流Ith以上の順方
向電流に対しては微分量子効率ηの直線で光出力−順方
向電流の関係を近似できる。この場合光出力P₀は次のよ
うに表わすことができる。

α：受光素子３と半導体レーザ４との結合係数 S:受光素子３の放射感度 A:比較増幅器１の増幅率 ΔＶ＝Vs/R1−αSP₀ VsがV₀（V₀に対応する半導体レーザ３の光出力は半導
体レーザの電流がしきい値電流以上の時の光強度）から
Viへ変化したときの応答特性は第２図の実施例の場合と
同様に と近似できる。

したがってＲ＝αＳηR₀となるように設定すれば、簡
単な構成により第２図の実施例と同等な効果が得られ
る。

この実施例における電流変換器14は第７図乃至第10図
に示すような構成のものを用いてもよい。

第７図に示す電流変換器はトランジスタ17〜20、電流
源21、電圧源22、抵抗23〜27により構成され、第８図に
示す電流変換器は電界効果トランジスタ28及び抵抗29に
より構成されている。第９図に示す電流変換器はトラン
ジスタ30及び抵抗31により構成され、第10図に示す電流
変換器はトランジスタ32〜35、電流源36、電圧源37、抵
抗38〜42により構成されている。これらの電流変換器は
上記電流変換器14と同様に前記受光信号と発光レベル指
令信号とが等しくなるように発光レベル指令信号に従っ
て予め設定された電流（半導体レーザ３の光出力・順方
向電流特性及び受光素子４と半導体レーザ３との結合係
数，受光素子３の光入力・受光信号特性に基づいて予め
設定された電流）を出力し、すなわち発光レベル指令信
号を半導体レーザ３の光出力−順方向電流特性を直線に
近似して発光レベル指令信号に比例する電流に変換す
る。

第４図は本発明の他の実施例を示す。

発光レベル指令信号は比較増幅器５及び電流変換器14
に入力され、被駆動半導体レーザ３の光出力の一部が受
光素子４によりモニターされる。受光素子４に誘起され
た光起電流（半導体レーザ３の光出力に比例する）Isの
周波数の高い成分は容量Ｃに流れてインピーダンス変換
器６に入力され、光起電流Isの周波数の低い成分は抵抗
Ｒに流れて電圧に変換される。この抵抗Ｒに発生した電
圧は比較増幅器５と電圧−電流変換器７に入力され、電
圧−電流変換器７が抵抗Ｒに発生した電圧を電流に変換
する。この電圧−電流変換器７の出力電流はインピーダ
ンス変換器６の出力電流と加算器８で加算され、受光素
子４に発生した光起電流Isと等しい電流I₀となる。一
方、比較増幅器５は抵抗Ｒに発生した電圧と発光レベル
指令信号とを比較してその差電圧を増幅し、この比較増
幅器５の出力電圧が電圧−電流変換器９により電流に変
換されて第１の発光レベル指令信号電流ILとなる。減算
器10は電圧−電流変換器９からの第１の発光レベル指令
信号電流ILより加算器８からの電流I₀を減算してその差
分電流を出力し、この差分電流が電流増幅器11により増
幅されて半導体レーザ３の制御電流として出力される。
したがって、受光素子4,容量C,抵抗R,インピーダンス変
換器6,電圧−電流変換器7,加算器8,減算器10,電流増幅
器11は半導体レーザ３の光出力に比例する受光素子４の
光起電流Isと電圧−電流変換器９からの第１の発光レベ
ル指令信号電流ILとが等しくなるように半導体レーザ３
の順方向電流を制御する第１の光・電気負帰還ループを
構成し、比較増幅器5,電圧−電流変換器９は受光素子４
の光起電流Isに比例する電圧と外部からの第２の発光レ
ベル指令信号とが等しくなるように第１の発光レベル指
令信号電流ILを制御する第２の光・電気負帰還ループを
構成する。

また電流変換器14は差動増幅器15,トランジスタ16及
び抵抗R₀により構成され、前記受光信号と発光レベル指
令信号とが等しくなるように発光レベル指令信号に従っ
て予め設定された電流（半導体レーザ３の光出力・順方
向電流特性及び受光素子４と半導体レーザ３との結合係
数，受光素子３の光入力・受光信号特性に基づいて予め
設定された電流）を出力する。すなわち発光レベル指令
信号Vsが差動増幅器15に入力され、トランジスタ16及び
抵抗R₀によりVs/R₀の電流に変換される。このVs/R₀の電
流と比較増幅器１の出力電流ＡΔＶとの和の電流Vs/R₀
＋ＡΔＶが半導体レーザ３の順方向電流となり、半導体
レーザ３は順方向電流Vs/R₀＋ＡΔＶにより決まる光出
力P₀を出力する。

一般的に半導体レーザはしきい値電流Ith以上の順方
向電流に対しては微分量子効率ηの直線で光出力−順方
向電流の関係を近似できる。この場合光出力P₀は次のよ
うに表わすことができる。

α：受光素子３と半導体レーザ４との結合係数 S:受光素子３の放射感度 R1:電圧−電流変換器９の変換係数 A:比較増幅器１の増幅率 IL＝αSP₀ VsがV₀（V₀に対応する半導体レーザ３の光出力は半導
体レーザの電流がしきい値電流以上の時の光強度）から
Viへ変化したときの応答特性は第２図の実施例の場合と
同様に と近似できる。

したがってＲ＝αＳηR₀となるように設定すれば、簡
単な構成により第２図の実施例と同等な効果が得られ
る。

第５図は本発明の他の実施例を示す。

この実施例は上記第４図の実施例において、第２の発
光レベル指令信号の代りに比較増幅器５の出力電圧を電
流変換器14に入力するようにしたものであり、電流変換
器14は差動増幅器15,トランジスタ16及び抵抗R₀により
構成され、前記受光信号と発光レベル指令信号とが等し
くなるように比較増幅器５の出力電圧に従って予め設定
された電流（半導体レーザ３の光出力・順方向電流特性
及び受光素子４と半導体レーザ３との結合係数，受光素
子３の光入力・受光信号特性に基づいて予め設定された
電流）を出力する。すなわち比較増幅器５の出力電圧が
差動増幅器15に入力され、トランジスタ16及び抵抗R₀に
よりVs/R₀の電流に変換される。

以上説明した実施例では電流変換器を一般的なもの
と，直線に近似したものを用いたが、折れ線に近似する
ものを用いることもできる。第11図乃至第13図は上記実
施例において電流変換器として用いることができる折れ
線近似による電流変換器の各例を示す。

第11図に示す電流変換器は差動増幅器43、トランジス
タ44、ダイオード45、電圧源46、抵抗47〜49により構成
され、折れ点が電圧源46の電圧により決まる。第12図に
示す電流変換器はトランジスタ50〜53、電流源54、ダイ
オード55,56、電圧源57〜59、抵抗60〜67により構成さ
れ、折れ点が電圧源57,58の電圧により決まる。第13図
に示す電流変換器はトランジスタ68〜73、電流源74〜7
7、電圧源78,79、抵抗80〜83により構成され、折れ点が
電圧源78,79の電圧により決まる。

また上記電流変換器を最適化するには、発光レベル指
令信号をディジタル信号として変換テーブルにより半導
体レーザの光出力−順方向電流特性を補正するようにす
ることが有効であり、この場合の実施例の一部を第14図
に示す。

この実施例では上記実施例において、ディジタル信号
からなる発光レベル指令信号が変換テーブル84により半
導体レーザの光出力−順方向電流特性を補正するように
データ変換されてディジタル／アナログ（D/A）変換器8
5によりD/A変換され、トランジスタ86〜89、電流源90、
電圧源91、抵抗92〜96からなる電流変換部で電流に変換
されて半導体レーザ３へ供給される。また発光レベル指
令信号がデータ遅延回路97により所定の時間遅延され、
D/A変換器98によりD/A変換されて上記比較増幅器５に入
力される。

〔発明の効果〕

以上のように請求項１の発明によれば被駆動半導体レ
ーザの光出力を受光部により検知してこの受光部から得
られる前記半導体レーザの光出力に比例した受光信号と
発光レベル指令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光・電気負帰還ループと、
前記受光信号と前記発光レベル指令信号とが等しくなる
ように前記半導体レーザの光出力・順方向電流特性及び
前記受光部と前記半導体レーザとの結合係数，前記受光
部の光入力・受光信号特性に基づいて前記発光レベル指
令信号を前記半導体レーザの光電流に変換する変換手段
とを有し、前記光・電気負帰還ループの制御電流と前記
変換手段により生成された電流との和または差の電流に
よって前記半導体レーザを制御するので、高速，高精
度，高分解能でかつ外乱等の影響に強い半導体レーザ制
御装置を実現することができる。

また請求項２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、前記半導体レーザの光出力を受
光部により検知してこの受光部から得られる前記半導体
レーザの光出力に比例した受光電流と，第１の発光レベ
ル指令信号を電流に変換した発光レベル指令信号とが等
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の光・電気負帰還ループと、前記受光電流に比例
する電圧と請求項１記載の発光レベル指令信号とが等し
くなるように前記第１の発光レベル指令信号を制御する
第２の光・電気負帰還ループとにより請求項１記載の光
・電気負帰還ループを構成したので、高域の光・電気負
帰還ループの開ループゲインを非常に大きくとらなくて
も請求項１記載の半導体レーザ制御装置と同等な効果が
得られる。

請求項３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、前記変換手段が前記発光レベル指令
信号をアナログ信号電圧として前記半導体レーザの光出
力−順方向電流特性を直線に近似して前記発光レベル指
令信号に比例した電流に変換するので、簡単な回路構成
で請求項１記載の半導体レーザ制御装置と同等な効果が
得られる。

請求項４の発明によれば請求項２記載の半導体レーザ
制御装置において、前記変換手段が前記発光レベル指令
信号をアナログ信号電圧として前記半導体レーザの光出
力−順方向電流特性を直線に近似して前記発光レベル指
令信号に対応した電流に変換するので、簡単な回路構成
で請求項２記載の半導体レーザ制御装置と同等な効果が
得られる。

請求項５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、前記変換手段が前記発光レベル指令
信号をアナログ信号電圧として前記半導体レーザの光出
力−順方向電流特性を折れ線に近似して前記発光レベル
指令信号に対応した電流に変換するので、簡単な回路構
成で直線近似の場合より精度がよく請求項１記載の半導
体レーザ制御装置と同等な効果が得られる。

請求項６の発明によれば請求項２記載の半導体レーザ
制御装置において、前記変換手段が前記発光レベル指令
信号をアナログ信号電圧として前記半導体レーザの光出
力−順方向電流特性を折れ線に近似して前記発光レベル
指令信号に対応した電流に変換するので、簡単な回路構
成で直線近似の場合より精度がよく請求項２記載の半導
体レーザ制御装置と同等な効果が得られる。

請求項７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、前記発光レベル指令信号をデイジタ
ル信号とし、前記変換手段が前記発光レベル指令信号を
前記半導体レーザの光出力−順方向電流特性を補正した
信号に変換する変換テーブルと、この変換テーブルによ
り変換された信号を前記半導体レーザの順方向電流に変
換するディジタル／アナログ変換器とを有するので、請
求項１記載の電流変換手段を変換デーブルにより非直線
性を保証して行うために精度がよく請求項１記載の半導
体レーザ制御装置と同等な効果が得られる。

請求項８の発明によれば請求項２記載の半導体レーザ
制御装置において、前記発光レベル指令信号をデイジタ
ル信号とし、前記変換手段が前記発光レベル指令信号を
前記半導体レーザの光出力−順方向電流特性を補正した
信号に変換する変換テーブルと、この変換テーブルによ
り変換された信号を前記半導体レーザの順方向電流に変
換するディジタル／アナログ変換器とを有するので、請
求項２記載の電流変換手段を変換デーブルにより非直線
性を保証して行うために精度がよく請求項２記載の半導
体レーザ制御装置と同等な効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第６図は本発明の各実施例を示す回路図、第
７図乃至第13図は本発明の他の実施例における電流変換
器を示す回路図、第14図は本発明の他の実施例の一部を
示す回路図である。 1,5……比較増幅器、2,12,13,14……電流変換器、３…
…半導体レーザ、４……受光素子、６……インピーダン
ス変換器、7,9……電圧−電流変換器、８……加算器、1
0……減算器、11……電流増幅器、Ｃ……容量、Ｒ……
抵抗、84……変換テーブル、85……D/A変換器。

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被駆動半導体レーザの光出力を受光部によ
   り検知してこの受光部から得られる前記半導体レーザの
   光出力に比例した受光信号と発光レベル指令信号とが等
   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
   る光・電気負帰還ループと、前記受光信号と前記発光レ
   ベル指令信号とが等しくなるように前記半導体レーザの
   光出力・順方向電流特性及び前記受光部と前記半導体レ
   ーザとの結合係数，前記受光部の光入力・受光信号特性
   に基づいて前記発光レベル指令信号を前記半導体レーザ
   の光電流に変換する変換手段とを有し、前記光・電気負
   帰還ループの制御電流と前記変換手段により生成された
   電流との和または差の電流によって前記半導体レーザを
   制御することを特徴とする半導体レーザ制御装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の半導体レーザ制御装置にお
   いて、前記半導体レーザの光出力を受光部により検知し
   てこの受光部から得られる前記半導体レーザの光出力に
   比例した受光電流と，第１の発光レベル指令信号を電流
   に変換した発光レベル指令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の光・電気
   負帰還ループと、前記受光電流に比例する電圧と請求項
   １記載の発光レベル指令信号とが等しくなるように前記
   第１の発光レベル指令信号を制御する第２の光・電気負
   帰還ループとにより請求項１記載の光・電気負帰還ルー
   プを構成したことを特徴とする半導体レーザ制御装置。
3. 【請求項３】請求項１記載の半導体レーザ制御装置にお
   いて、前記変換手段が前記発光レベル指令信号をアナロ
   グ信号電圧として前記半導体レーザの光出力−順方向電
   流特性を直線に近似して前記発光レベル指令信号に比例
   した電流に変換することを特徴とする半導体レーザ制御
   装置。
4. 【請求項４】請求項２記載の半導体レーザ制御装置にお
   いて、前記変換手段が前記発光レベル指令信号をアナロ
   グ信号電圧として前記半導体レーザの光出力−順方向電
   流特性を直線に近似して前記発光レベル指令信号に比例
   した電流に変換することを特徴とする半導体レーザ制御
   装置。
5. 【請求項５】請求項１記載の半導体レーザ制御装置にお
   いて、前記変換手段が前記発光レベル指令信号をアナロ
   グ信号電圧として前記半導体レーザの光出力−順方向電
   流特性を折れ線に近似して前記発光レベル指令信号に対
   応した電流に変換することを特徴とする半導体レーザ制
   御装置。
6. 【請求項６】請求項２記載の半導体レーザ制御装置にお
   いて、前記変換手段が前記発光レベル指令信号をアナロ
   グ信号電圧として前記半導体レーザの光出力−順方向電
   流特性を折れ線に近似して前記発光レベル指令信号に対
   応した電流に変換することを特徴とする半導体レーザ制
   御装置。
7. 【請求項７】請求項１記載の半導体レーザ制御装置にお
   いて、前記発光レベル指令信号をデイジタル信号とし、
   前記変換手段が前記発光レベル指令信号を前記半導体レ
   ーザの光出力−順方向電流特性を補正した信号に変換す
   る変換テーブルと、この変換テーブルにより変換された
   信号を前記半導体レーザの順方向電流に変換するディジ
   タル／アナログ変換器とを有することを特徴とする半導
   体レーザ制御装置。
8. 【請求項８】請求項２記載の半導体レーザ制御装置にお
   いて、前記発光レベル指令信号をデイジタル信号とし、
   前記変換手段が前記発光レベル指令信号を前記半導体レ
   ーザの光出力−順方向電流特性を補正した信号に変換す
   る変換テーブルと、この変換テーブルにより変換された
   信号を前記半導体レーザの順方向電流に変換するディジ
   タル／アナログ変換器とを有することを特徴とする半導
   体レーザ制御装置。