JP2840273B2

JP2840273B2 - 半導体レーザ制御装置

Info

Publication number: JP2840273B2
Application number: JP1024928A
Authority: JP
Inventors: 秀利江間
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1989-02-03
Filing date: 1989-02-03
Publication date: 1998-12-24
Anticipated expiration: 2013-12-24
Also published as: JPH02205375A

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（Automatic 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＞8000MHZとしなければならず、これは極めて
困難である。

また（２）式の方式では（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。しかしかながらこの
（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制御する試みと
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、この光・電気負帰還ループの制御電流を検出する
検出手段と、スィッチング信号により前記半導体レーザ
の順方向電流の一定電流値をオン／オフするスィッチン
グ手段と、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あらか
じめ設定された変換規則に従い前記発光レベル指令信号
を前記半導体レーザの順方向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
スィッチング手段の出力電流と，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電流とが等しくな
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
に対応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
に対応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・順方向電流特性に基づいて補正し
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／アナログ変換手段とを有するよう
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・順方向電流特性に基づいて補正し
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／アナログ変換手段とを有するよう
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あ
らかじめ設定された変換規則に従い前記発光レベル指令
信号を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電流に変換する。またス
ィッチング信号によりスィッチング手段にて前記半導体
レーザの順方向電流の一定電流値がオン／オフされ、前
記光・電気負帰還ループの制御電流が検出手段により検
出される。半導体レーザは光・電気負帰還ループの制御
電流と，スィッチング手段の出力電流と，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電流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
信号に対応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
信号に対応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・順方向電流特性に基づいて補正した信号に変換され
てディジタル／アナログ変換手段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・順方向電流特性に基づいて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図は後述する本発明の実施例の前提となる半導体
レーザ制御装置の一例を示す。

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、差動増幅器９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、トランジスタ5,6、電流源７及び電圧源８か
らなる差動増幅器９を介して半導体レーザ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。スィッチ10及び電
流源11からなるスィッチング回路12はスィッチ10がスィ
ッチング信号によりオン／オフされる。通常はスィッチ
10が固定接点Ｂ側に切換わっており、電流源11から半導
体レーザ３に電流が供給されなくて半導体レーザ３が発
光しない。半導体レーザ３を発光させるタイミングでス
ィッチング信号が入力されると、スィッチ10が固定接点
Ａ側に切換わり、電流源11から半導体レーザ３に電流が
供給されて半導体レーザ３が発光する。このスィッチン
グ回路12の駆動電流と，電流変換器２の出力電流と，比
較増幅器１より差動増幅器９を介して出力される制御電
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
叉周波数を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に等しくなり、この場合にはPout＝ＰLであるの
で、比較増幅器１の出力は変化しない。すなわち、抵抗
13に流れる電流は変化しないので、抵抗13の両端間電圧
は変化しない。しかしながら、外乱等によりＰSが変動
した場合には、電流変換器２による過不足の電流を比較
増幅器１により半導体レーザ３の順方向に流す。この電
流値は、抵抗13を流れる電流を，電流源７により設定さ
れた電流から引いた電流となる。したがって、抵抗13の
両端間電圧を測定することにより、電流変換器２の変換
誤差に相当する電流値を検出することができる。またス
ィッチング回路12により駆動される電流値まではスィッ
チング回路12の動作が高速に行われるので、電流変換器
２の立上り速度に依存しないで高速に立ち上がる。さら
に、一般的に半導体レーザ３は第16図に示す電流・光出
力特性から分かるようにしきい値電流まではレーザ発振
しないので、オフセット電流による消光比の劣化はほと
んど発生しない。

また、この半導体レーザ制御装置では電流変換器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。

このようにこの半導体レーザ制御装置によれば高速，
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図は本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14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15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14と電圧・電流変換器16に入力され、電
圧・電流変換器16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16の出力電流はインピーダ
ンス変換器15の出力電流と加算器17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14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14の出力電圧が電圧・電流変換器18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19は電圧・電流変換器18からの第１の発光レベル指令
信号電流ILより加算器17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20により増
幅されて差動増幅器９を介して半導体レーザ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15,電圧・電流変換器16,加算
器17,減算器19,電流増幅器20、差動増幅器９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18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14,電圧・電流変換器18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及び差動増幅器９、抵抗13、スィッ
チング回路12は上記実施例のものと同様に動作し、電流
変換器２の出力電流と，スィッチング回路12の出力電
流，差動増幅器９により出力される制御電流との和が半
導体レーザ３の順方向電流となる。抵抗13の両端間電圧
は差動増幅器21により取り出される。

ここで、前記第１の光・電気負帰還ループの開ループ
での交叉周波数を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）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程度となる。したがって、仮に電流変換
器２により設定される光量PSがPLに等しければ、瞬時に
半導体レーザ３の光出力はPLに等しくなり、この場合に
はPout＝ＰLであるので、比較増幅器14の出力は変化し
ない。すなわち、抵抗13に流れる電流値は変化しないの
で、抵抗13の両端間電圧は変化しない。しかしながら、
外乱等によりＰSが変動した場合には、電流変換器２に
よる過不足の電流を比較増幅器14により半導体レーザ３
の順方向に流す。この電流値は、抵抗13を流れる電流
を，電流源７により設定された電流から引いた値とな
る。したがって、抵抗13の両端間電圧を第２図に示すよ
うに差動増幅器21で測定することにより、電流変換器２
の変換誤差に相当する電流値を検出することができる。
またスィッチング回路12により駆動される電流値までは
スィッチング回路12の動作が高速に行われるので、電流
変換器２の立上り速度に依存しないで高速に立ち上が
る。さらに、一般的に半導体レーザ３は第16図に示す電
流・光出力特性から分かるようにしきい値電流値までは
レーザ発振しないので、オフセット電流による消光比の
劣化がほとんど発生しない。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程度があれば、
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
負帰還ループの交叉周波数は、τ_０＝50nsとした場合40
MHZ以上であればよく、また光・電気負帰還ループのDC
ゲインは30倍程度あればよく、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。また、光・電気負
帰還ループの制御電流を検出する検出手段を設けたの
で、半導体レーザの光出力が所定値になるまでのセトリ
ング時間を最小にするために、半導体レーザの光出力を
観測する必要がなく、検出手段で検出した光・電気負帰
還ループの制御電流を半導体レーザの光出力波形が十分
に所定値に到達した後に観測すればよく、観測性と観測
結果のS/N向上を図ることができ、電流変換器２の変換
規則の調整が簡単にできるようになる。

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14の出力電圧を電
流変換器22に入力するようにしたものである。この電流
変換器22は前記受光信号と発光レベル指令信号とが等し
くなるように比較増幅器14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、電流変換器22は発光レベ
ル指令信号の周波数の高い成分に関しては加算器17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14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14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４図は本発明の他の実施例を示す。

この実施例は上記第１図の半導体レーザ制御装置にお
いて、電流変換器２として差動増幅器23,トランジスタ2
4及び抵抗R₀により構成された電流変換器25を用いるよ
うにしたものである。電流変換器25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Vs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23に入力され、トラン
ジスタ24及び抵抗R₀によりVs/R₀の電流に変換される。
この電流変換器25の出力電流Vs/R₀と，スィッチング回
路12の出力電流，差動増幅器９により出力される制御電
流ＡΔＶとの和が半導体レーザ３の順方向電流となる。

一般的に半導体レーザは第16図に示すようにしきい値
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。

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。

上記実施例における電流変換器は第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26〜29、電流
源30、電圧源31、抵抗32〜36により構成され、第８図に
示す電流変換器はトランジスタ37〜40、電流源41、電圧
源42、抵抗43〜47により構成される。第９図に示す電流
変換器は電界効果トランジスタ48及び抵抗49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50及び抵
抗51により構成されている。これらの電流変換器は前記
電流変換器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５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４図及び
第５図から明らかなように第４図の実施例と同様に電流
変換器として上記電流変換器25を用いるようにしたもの
である。

一般的に半導体レーザは第16図に示すようにしきい値
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、半導体レ
ーザ３の光出力P₀は次のように表わすことができる。

第６図は本発明の他の実施例を示す。

この実施例は上記第５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14の出力電圧を差動
増幅器23,トランジスタ24,抵抗R₀からなる電流変換器22
に入力するようにしたものであり、この電流変換器22は
上述の如く動作する。

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られる折れ線近似に
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52、トランジス
タ53、ダイオード54、電圧源55、抵抗56〜58により構成
され、折れ点が電圧源55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59〜62、電流源63、ダイ
オード64,65、電圧源66〜68、抵抗69〜76により構成さ
れ、折れ点が電圧源66,67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77〜82、電流源83〜8
6、電圧源87,88、抵抗89〜92により構成され、折れ点が
電圧源87,88の電圧により決まる。

また上記実施例において上記電流変換器25は第14図に
示すように入力側にディジタル／アカログ変換器93を設
け、発光レベル指令信号をディジタル信号としてディジ
タル／アカログ変換器93でディジタル／アカログ変換し
た後に差動増幅器23,トランジスタ24及び抵抗R₀で電流
に変換し、ディジタル／アカログ変換器93においてその
基準信号を変化させることにより半導体レーザ３の電流
・光出力特性を補正するようにしてもよい。

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15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94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9
5によりD/A変換され、トランジスタ96〜99、電流源10
0、電圧源101、抵抗102〜106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107により所定の時間遅
延され、D/A変換器108によりD/A変換されて上記比較増
幅器14に入力される。ここに、データ遅延回路107は変
換テーブル94による変換速度の遅れを補償するために、
光・電気負帰還ループへの発光レベル指令信号を遅らせ
て同期をとっている。

〔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、
この光・電気負帰還ループの制御電流を検出する検出手
段と、スィッチング信号により前記半導体レーザの順方
向電流の一定電流値をオン／オフするスィッチング手段
と、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あらかじめ設
定された変換規則に従い前記発光レベル指令信号を前記
半導体レーザの順方向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，前記スィ
ッチング手段の出力電流と，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。さらに、光・電気負帰還ループの制御電流を検
出する検出手段を有することにより、変換手段の変換規
則を最適なものに設定することができる。また、光・電
気負帰還ループの制御電流を検出する検出手段を設けた
ので、半導体レーザの光出力が所定値になるまでのセト
リング時間を最小にするために、半導体レーザの光出力
を観測する必要がなく、検出手段で検出した光・電気負
帰還ループの制御電流を半導体レーザの光出力波形が十
分に所定値に到達した後に観測すればよく、観測性と観
測結果のS/N向上を図ることができ、変換手段の変換規
則の調整が簡単にできるようになる。

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電流と
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
令信号に対応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・順方向電流特性に基づいて
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について非直線性を
変換テーブルにより補償する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・順方向電流特性に基づいて
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について非直線性を
変換テーブルにより補償する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図は本発明の実施例の前提となる半導体レーザ制御
装置の一例を示す回路図、第２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図及び
第15図は本発明の他の各実施例の一部を示す回路図、第
16図は半導体レーザの電流・光出力特性を示す特性図で
ある。 1,14……比較増幅器、2,22,25……電流変換器、３……
半導体レーザ、４……受光素子、９、21……差動増幅
器、12……スィッチング回路、13……抵抗、15……イン
ピーダンス変換器、16,18……電圧・電流変換器、17…
…加算器、19……減算器、20……電流増幅器、Ｃ……容
量、Ｒ……抵抗、90……変換テーブル、91……D/A変換
器。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【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、この光・電気負帰還ループ
の制御電流を検出する検出手段と、スィッチング信号に
より前記半導体レーザの順方向電流の一定電流値をオン
／オフするスィッチング手段と、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
しくなるようにあらかじめ設定された変換規則に従い前
記発光レベル指令信号を前記半導体レーザの順方向電流
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，前記スィッチング手段の出力電流と，
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。
【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電流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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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・順方向電流特性に基づいて補正した信号
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／アナログ変換手段とを有することを特徴
とする半導体レーザ制御装置。
【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・順方向電流特性に基づいて補正した信号
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／アナログ変換手段とを有することを特徴
とする半導体レーザ制御装置。